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放线菌农用研究（17）：放线菌抗恶性根寄生杂草列当功能发现
热度 1 xuequanhong 2019-8-27 17:46
首先说明，这个发现不是我完成的，是列当专家马永清教授和他的博士研究生陈杰的研究结果。研究所用的放线菌是我提供的，我也参加了部分研究工作，为了反映放线菌农用研究的系统性，也在此处介绍该结果。 为了说明这个发现的重要性，有必要先介绍列当危害的严重性及防治难度,在此基础上再介绍放线菌抗列当功能发现的意义也就顺理成章了。 列当是一种难以防治的恶性根寄生杂草 列当属于根寄生恶性杂草，在全球广泛分布，已给世界许多地区的农作物带来毁灭性危害。之所以称之为“恶性”杂草，是因为列当出土后生长极快，对寄主危害极大，植物感染了列当，类似于人类患了“癌症”，一旦列当侵染成功，无法防治，寄主不死也难活，严重减产或绝收是必然结果。在列当发生区，说“谈列当色变”，毫不夸张。列当防除至今仍是世界性难题。 列当叶片退化，无叶片，无叶绿素，无自主进行光合作用的能力，营全寄生生活 ( 图 1) ，所需营养物质 100% 来自寄主。列当生长快，个体大，营养需求旺盛，掠夺性获取寄主的光合产物及寄主根系从土壤中吸收的水分与矿质养分，导致寄主难以生存，产量大幅度下降，甚至绝收。据新疆建设兵团农 2 师农科所及科技局提供的数据，新疆加工番茄正常产量约为 9 吨 / 亩，由于列当危害，产量下降到 3 吨 / 亩，效益降低至种植亏本的状态，对新疆的“红色产业”加工番茄产业造成致命威胁。 图1.列当叶片退化 列当通过种子繁殖。列当的种子很小，仅 0.15×0.3mm ，但 种子产量很大，每株列当产种子 5-10 万粒，遇到寄主才萌发。无寄主时，可在土壤中存活 15-20 年。在土壤中， 1 粒粒列当种子相当于 1 颗颗定时炸弹，在遇到寄主根系分泌的特定刺激物质“起爆”时才萌发“爆炸”，寄生于寄主根系上 ( 图 2) ，拼命吮吸寄主的营养，快速生长。 图2.列当寄生于寄主向日葵根系上 列当出土前，危害早已发生，但在土壤表面并不显山露水，田间一切看似正常。一旦出土，就势不可挡。寄主被列当侵染，犹如人之病入膏肓，无药可救。 列当寄主广泛，多达 8 个科以上，受害作物种类繁多。 列当种类多，全世界共有 170 多种，其中，有 6 种对农作物危害较大：瓜列当、向日葵列当、大麻列当、弯管列当、小列当和朱砂根列当。我国北方常见且危害严重的列当主要是向日葵列当和瓜列当。前者主要寄生于向日葵上，后者主要寄生于西甜瓜、番茄及烟草等作物上。 内蒙食用向日葵面积约 700 万亩，列当危害严重（图 3 ）。新疆加工番茄面积约 100 万亩，西甜瓜面积约 170 万亩，均受到列当危害，严重时绝收。 列当防治对我国北方几种大面积种植的经济作物有重要意义。 对于列当这样的恶性根寄生杂草，目前尚无有效防治技术。 图3.向日葵列当危害 放线菌对列当与寄主有多重作用： 抑制或诱导列当种子萌发；促进寄主生长 微生物是列当生物防除的潜在生防因子，但关于列当生防微生物的研究目前多集中于列当病原菌上。而不幸的是，列当病原菌往往也是农作物的病原菌。如从新疆列当上分离筛选到的列当致病菌大多为镰刀菌、丝核菌及腐霉菌等，这些真菌大多对农作物有致病性。如将这些真菌以活菌制剂的形式作为列当生防菌接入大田，即使对当季种植的列当寄主无致病性，但对后续作物及相邻田块的作物存在致病危险。用列当病原菌防治列当草害，无异于引狼入室，潜在风险巨大。 利用列当病原菌防除列当，将是一条不归之路。 用列当的非致病性微生物防除列当，可以消除农作物病原的扩散风险，值得探索，但目前相关研究很少。 放线菌产生抗菌活性物质，能预防农作物的细菌及真菌病害，但能否抗列当草害，在 2013 年前，没有任何研究报道。但我认为，放线菌对列当防治应该有一定效果，至少对寄主的产量提高应有一定作用。在新疆建设兵团农二师农科所和科技局领导来杨陵中科院水保所座谈列当的防治问题时，我对他们所提关于放线菌能否防治列当草害时的回答是：虽然在进行试验之前我不能肯定放线菌对列当有无防效，不能将受列当危害的加工番茄的产量由 3 吨 / 亩提高到正常产量 9 吨 / 亩，但将加工番茄产量提高到 5-6 吨 / 亩，还是有可能的。此回答不是随意而言，是基于我们已经在生产中获得的放线菌对多种作物的促生增产效果提出的。 马永清教授 2016 年在新疆农二师的田间试验表明，放线菌剂穴施，加工番茄增产 57% 。我对放线菌在加工番茄上增产效果的推测目前已得到实验室及后续田间应用结果证实。 谈到利用放线菌防治列当，还有一段有趣的故事。 中国科学院西北水土保持研究所的马永清教授是一位有资深化感专家，也是列当防治研究权威。马教授长期从事植物与植物之间的化感作用研究，也研究列当防除。 我和马教授在科研上来往多。我多次建议马教授，不要只搞植物之间的化感作用研究，应关注微生物与植物之间的化感作用。 我提出此建议的依据是我长期的科研积累。 我们研究室的大量研究已经证明： 植物根系表面土壤（简称“根表土壤”）和根系主要分布区土壤（简称“根区土壤”）中的微生物种类与数量决定着植物的命运，决定着植物的健康与否及生长好坏。 植物的根系分泌物影响根表土壤及根区土壤中的微生物种类与数量；不同植物根表土壤和根区土壤中的优势微生物（数量多，比例高的微生物）不同，优势微生物及其代谢产物也反过来影响植物根系发育及植物生长，决定着植物健康或发病，生长旺盛或生长不良。 植物与根区、根表土壤微生物，相互影响，关系密切而复杂。 这些相互影响，是通过植物与微生物的代谢产物相互作用完成的。 故植物与土壤微生物之间的化感作用一定存在，只是从事化感作用的研究者尚未涉及这一领域。 马教授不从事微生物研究，所招硕士和博士研究生也不熟悉微生物，我的建议无法实施。 到了 2013 年，机会来了。 我指导的一位硕士研究生陈杰即将毕业，她的硕士论文题目是马铃薯连作障碍微生物修复研究。该生工作认真努力，有科研潜力，在硕士阶段就在《作物学报》、《植物保护学报》及《西北农林科技大学学报》等刊物上发表了 5 篇论文。我推荐该生到马教授实验室读博士学位，想把放线菌的应用研究延伸到化感领域，具体研究对象就是列当防除。 马教授欣然接受陈杰免试进入他的实验室攻读博士学位。我们共同讨论了陈杰的博士论文研究内容，决定开展微生物防除列当研究，重点是放线菌。 陈杰从我们微生物资源研究室的菌种库中挑选了近百株优秀放线菌及少量真菌，用于她的博士论文研究，探索微生物防除列当可行性。 这些放线菌和真菌是我 20 年来和我的几十位研究生从中国西北极端生境中分离筛选出来的部分优秀菌株，具有抗病促生多种功能，是具有重大潜在应用价值的微生物资源。 经过将近 4 年的研究，获得了一系列令人鼓舞的结果，开启了利用非致病微生物防除列当的大门，从理论和应用上均证明：利用非致病微生物防除列当是可行的；放线菌对列当具有多重作用。 有的放线菌抑制列当种子萌发及列当生长；有的放线菌却具有相反的功能，能诱导列当种子萌发。另外，还发现放线菌对列当和寄主的 “ 态度” 截然不同： 显著抑制 有害生物列当生长， 显著促进 列当寄主番茄及向日葵生长，大幅度提高番茄和向日葵产量。 这项研究的主要结果如下： 1. 筛选到 3 株能强烈抑制向日葵列当和瓜列当种子萌发的拮抗放线菌 淡紫褐链霉菌 509 能强烈抑制向日葵列当种子萌发 ( 图 4) ；密旋链霉菌 Act 12 ；黄白链霉菌 T4 能强烈抑制瓜列当种子萌发。在无细胞发酵滤液浓度为 3.5 mg/ml 时， 509 对向日葵列当及 Act 12 、 T4 对瓜列当种子萌发抑制率均达到 75% 以上。 图 4. 淡紫褐链霉菌抑制向日葵列当种子萌发 2. 发现5株放线菌能分泌诱导列当种子萌发的代谢产物，诱导列当种子“自杀” 列当种子在自然条件下不萌发。 独脚金内脂可诱导列当种子萌发，是列当萌发必不可少的诱导物。 该研究发现，链霉菌Act13，球孢链霉菌球孢亚种 D141 及加利利链霉菌G37均能诱导瓜列当种子萌发；球孢链霉菌C28 和链霉菌S8能诱导向日葵列当种子萌发。其中，Act13、D141和 G37 无细胞发酵滤液在 0.35 mg/ml浓度下可分别诱导 14.7%、14.9%和 15.4%的瓜列当种子萌发；C28 无细胞发酵滤液在 3.5×10 -4 mg/ml浓度下，可诱导 13.4%的向日葵列当种子萌发。 上述发现表明，这些放线菌能分泌某些特殊代谢产物，能诱导列当种子“自杀”，该特性对减少土壤中列当种子的库存量有重要作用。 列当种子不能独立萌发；没有寄主不能生存。寄主的根系分泌物诱导列当种子萌发；寄主提供营养列当才能生长。 当具有诱导功能的根系分泌物与寄主两个条件同时具备时，列当的危害才会发生。 科学家已经研究清楚，诱导列当种子萌发的寄主根系分泌物为 独脚金内脂 。 没有该化合物列当不萌发。 有些放线菌的代谢产物能诱导列当种子萌发，表明这些代谢产物具有独角金内脂的功能，即这些放线菌能分泌 类独角金内脂化合物 或独角金内脂（这些化合物的成分待证明）。 在列当发生区的土壤中，列当种子库存量很大，列当种子数量极多，在无寄主诱导时不萌发，其活性能保持15-20年。 当列当种子萌发，而无寄主存在时，列当不能独立生活就会死亡，导致种子失活。 如能在不种植寄主植物的同时，利用某种化学物质使土壤中的列当种子萌发，失去活性，就能从源头上消除列当危害。 独脚金内脂有这种能力，但其价格昂贵，不能用于列当消除。 放线菌能分泌类似于独脚金内脂的化学物质，将放线菌活菌剂接入土壤，就能“诱骗”列当种子萌发，在无寄主时，萌发种子很快就会失活，达到“诱骗”列当种子“自杀”的目的。 即向土壤中接种能“诱骗”列当种子萌发“自杀”的放线菌剂，就可以快速减少土壤中列当种子库中的种子数量，从源头上减轻或彻底消灭列当，让列当 “断子绝孙” 。 利用放线菌消减列当种子库的研究，目前还在进行中。 3. 发现 放线菌活菌剂对向日葵列当和瓜列当 有显著防除作用 盆栽试验中，向土壤中施加 1.0 g/kg的 509 活菌剂，可使收获期向日葵列当的出土数量较对照减少 39.2%～47.5%(图5)，寄生总数减少39.3%～62.4%；使向日葵列当总干重显著减少。其中，生长中期较对照减少46.9%，收获期减少 36.7%。施加 Act 12 活菌剂，使收获期瓜列当的出土数量较对照减少 85.7%，出土率降低75.7%，总干重减少55.4%。 图5. 淡紫褐链霉菌对向日葵列当的抑制作用 （左：对照；右：盆栽土壤中拌入放线菌剂） 4. 抗列当放线菌对列当寄主有 显著促生作用 在有列当寄生的盆栽条件下，施加 509活菌剂，能显著促进向日葵生长，增加向日葵的生物量及籽粒干重。其中，拌土接种509菌剂，使收获期向日葵株高增加 39.1%～63.4%，茎叶干重增加114.7%～179.0%(图5)；施加 Act 12 菌剂，使收获期番茄产量较对照增加51.6%～84.9%。 5. 提出了拮抗放线菌防除列当的初步机理 根据本研究所得资料，提出拮抗放线菌防除列当的3 种可能机制： A. 通过改变寄主根区土壤中微生物区系，形成不利于列当侵染根系完成寄生的微生物环境，抑制列当寄生及生长。 证据： 盆栽试验中，向日葵列当总数及出土数与向日葵根区土壤中放线菌和细菌的数量及比例呈显著负相关。瓜列当的出土数和出土率与放线菌与真菌的数量之比（A/F）、细菌与真菌的数量之比（B/F）呈负相关。施加1.0g/kg的 509 菌剂，使盆栽试验向日葵根区土壤中放线菌的数量较对照增加76.7%～439.9%。施加509 和 Act 12 活菌剂，显著增加了寄主根区土壤中 A/F 和 B/F。 土壤放线菌与细菌数量大幅度增加，可能会减少列当种子萌发或对寄主根系的侵染，其详细机理尚待深入研究。 B. 增强寄主植物的防御酶活性及系统抗性，阻止列当寄生和生长 。 证据： 盆栽试验中，向日葵列当的总数、鲜重及干重均与向日葵根系中多酚氧化酶 PPO 活力呈显著负相关。施加 509 活菌剂，使寄主向日葵根系中 PPO 活性较对照提高43.1%。 放线菌活菌制剂接入土壤，可导致番茄的获得性抗性和诱导抗性增强已得到证明（ http://blog.sciencenet.cn/blog-3194740-1190188.html ），但放线菌对列当的防除效果与向日葵系统抗性的关系尚待证明。 C. 抑制列当种子萌发、芽管伸长及改变芽管形态直接防除列当 。 证据：在无细胞发酵滤液为0.35 mg/ml时，放线菌509 和 Act 12 使向日葵列当芽管长度较对照分别缩短86.2%和 89.6%； Act 12 使瓜列当芽管长度缩短55.6%。经509 无细胞发酵滤液处理，部分向日葵列当的芽管发生褐变。 小区及田间试验的结果均证明了放线菌剂对番茄列当的防除效果。 陈连芳、马永清等通过盆栽试验和大田示范试验研究了育苗和移栽时密旋链霉菌制剂对瓜列当寄生的影响及对加工番茄的增产作用，发现放线菌处理番茄瓜列当寄生量较对照减少66.7%，番茄产量增加72.4%；大田示范试验中，瓜列当寄生量较对照减少 10.2%，番茄产量增加12.4%。 放线菌防除列当的效果是肯定的，但对其详细机制的研究和揭示将是后续研究的任务。 参考文献 1. 陈杰博士论文：拮抗微生物对列当的防除作用及机理 2. 陈连芳，马永清.密旋链霉菌对瓜列当寄生的影响及对加工番茄的增产作用.安徽农业科学.2018,46（15）:138-139,179
个人分类: 科研进展|3937 次阅读|2 个评论
放线菌农用研究(16)：放线菌强化植物对土壤重金属Pb、Cd污染修复功能的发现
xuequanhong 2019-8-22 15:08
首先说明，这不是我的研究，是我的硕士研究生在长安大学攻读博士学位时的博士论文研究内容。由于该研究所用放线菌是我们实验室分离筛选的，为了反映放线菌功能的多样性，故也将该重要发现放在这里介绍。 土壤化学污染分为两大类，一类是由有害重金属元素等无机化学物质进入土壤形成的无机污染土壤，另一类是由有机污染物进入土壤形成的有机污染土壤。 有机污染物的化学结构中大多含有碳架，微生物能以含有碳架的有机污染物作为碳源、能源利用，将其降解，形成二氧化碳和水，以及形态多样的小分子化合物，使有机污染物丧失毒性。因此，微生物具有完全修复有机污染的能力，修复作用彻底。只要筛选到高效的有机污染物降解菌，微生物对有机污染的修复能力是很强的。 与有机污染截然不同， 主要的 无 机污染物是多种有害重金属离子，如 Pb ， Cd 等。微生物不能彻底分解这些重金属离子，不能使这些离子从土壤或其他环境中消失，只能改变其价态和溶解性，使其溶解性暂时降低钝化，但有害元素仍然存在于土壤或其他环境中，其溶解性随时都可能恢复，进而发挥其危害作用。因此，从科学原理上讲，微生物对土壤重金属污染修复是无能为力的。虽然目前仍有不少学者还在进行微生物对重金属污染的修复研究，但这些研究不能从根本上解决无机污染的修复问题。 微生物修复土壤重金属污染是一条死路。 大约在 2012 年，我已经毕业的一位硕士研究生曹书苗来找我，说她的博士论文方向是微生物对重金属污染的修复，问我能否用放线菌来修复重金属污染。 我首先告诉这个学生，放线菌不能修复重金属污染，原因如上所述。重金属污染的生物修复只能用植物：采用能富集有害重金属元素的植物，将土壤或其他环境中的重金属吸收到植物体内，通过收获植物的方式将重金属元素携出土壤，彻底降低土壤中的重金属含量，达到永久修复土壤重金属污染的目的。 谈到到植物对重金属污染的修复已有大量研究时，我突然萌生了一个想法：放线菌虽然不能直接修复土壤重金属污染，但利用放线菌的促生功能，增加富集植物的生物量，进而增加富集植物的重金属携出量，提高植物对重金属污染修复效率的可行性还是存在的。 我们研究室已筛选出大量多功能放线菌，对植物根系生长有强烈刺激作用，对植物的促生作用显著。如果放线菌能大幅度提高重金属富集植物的生物量，这些植物从土壤中携出的重金属元素的数量就会大幅度增加，植物对重金属污染的修复效率就会大幅度提高。即用放线菌强化植物对土壤重金属污染的修复功能，仅从植物生物量的增加就能达到此目的。 曹书苗的硕士学位论文题目就是密旋链霉菌对草莓连作障碍的修复作用研究。她对放线菌的特性及研究方法很熟悉。她首先研究了密旋链霉菌的对重金属的耐受性，抗旱性及促生特性；在此基础上研究了密旋链霉菌对黑麦草和籽粒苋吸收Pb、Cd能力的影响。 该研究发现，密旋链霉菌对 Pb 、 Cd 有较强的耐受性，在 Pb 浓度小于 1200 mg /kg 、 Cd 浓度小于 120 mg/kg 时均能正常生长；具有较强的抗旱性，能在 -0.73 MPa 的渗透压下生长；菌株能产 IAA 、铁载体，具有较强的 ACC 脱氨酶活性，具有较强的促生特性，同时具有溶解土壤中难溶磷的作用。 图1.Pb胁迫下密旋链霉菌对黑麦草生长的影响 该研究的第 2 个结果：在土壤 Pb 浓度为 200-1000 mg/kg 铅胁迫下，密旋链霉菌对黑麦草生长有显著促进作用（图 1 ）；可增强黑麦草对铅的耐受性，提高黑麦草叶片叶绿素含量及抗氧化酶 CAT 、 SOD 和 POD 的活性，使谷胱甘肽 GSH 含量较对照增加 2.0%-49.9% ；根系活力增加 30.9%-166.8% ；降低黑麦草根系和叶片 MDA 含量，在 500-1000 mg/kg 高浓度 Pb 时，降低作用更显显著。 该研究的第 3 个结果：在土壤 Pb 浓度为 200-1000 mg/kg 的铅胁迫下，密旋链霉菌能显著提高黑麦草中 Pb 浓度及单株 Pb 吸收量，茎叶中， Pb 浓度增率为 12.4%-199.3% ，单株 Pb 吸收量增率为 18.5%-213.8% ；根系中， Pb 浓度增率为 9.4%-44.0% ，单株 Pb 吸收量增率为 69.6%-249.3% 。密旋链霉菌显著提高了 Pb 转移系数 TF 值，茎叶及根系富集系数 BCF 值，可使黑麦草根系 Pb 积累达到 超富集植物标准 。密旋链霉菌还可使根际土壤中生物有效 Pb 含量增加 8.4%-37.2% 。 该研究的第 4 个结果：在 10-100 mg/kg 镉胁迫下，密旋链霉菌能显著促进籽粒苋生长（图 2 ），提高籽粒苋叶片叶绿素和 GSH 含量、叶片抗氧化酶活性及根系活力；降低叶片 MDA 含量，增强籽粒苋对 Cd 的耐受性。 图2. Cd胁迫下密旋链霉菌对籽粒苋生长的影响 该研究的第 5 个结果：在 10-100mg/kg 镉胁迫下，密旋链霉菌能显著提高籽粒苋对 Cd 的生物富集浓度和修复效率，使籽粒苋的根系 Cd 浓度提高 8.7%-33.9% ，茎叶 Cd 浓度提高 53.2%-102.1% ，并使根系及茎叶的 Cd 总吸收量分别提高 19.9%-95.3% 及 110.6%-170.1% ；使转移因子达到 1.04-1.57 ，大于 超富集植物的阈值 1.0 。 该研究的第 6 个结果是：铅胁迫下，放线菌与有机肥配合施用可促进黑麦草生长；增强黑麦草对 Pb 的耐受性，显著提高黑麦草叶绿素含量、抗氧化酶 CAT 、 SOD 、 POD 活性及谷胱甘肽 GSH 含量，显著降低 MDA 含量。 该研究的第 7 个结果：铅胁迫下，放线菌与有机肥配合施用可大幅度提高黑麦草茎叶中 Pb 浓度和吸收量，较对照分别增加 554.8% 和 1360.1% ，较单加菌处理分别增加 193.0% 和 412.2% ；使 Pb 的转移因子及富集系数分别增加 816.3% 和 557.8% ，较单加菌处理分别增加 483.9% 和 193.5% 。 上述研究揭示了放线菌的另一个新的重要功能： 可大幅度强化植物对土壤重金属铅镉污染的修复能力；放线菌与有机肥配合施用，放线菌的强化作用大幅度提高 。 继该研究之后，西北农林科技大学张增强教授团队利用我们提供的密旋链霉菌研究了放线菌对高粱吸收 Zn/Cd 及 Pd/Cu 的影响，发现密旋链霉菌能减少高粱对 Zn/Cd 的吸收，增加高粱对 Pd/Cu 的吸收量。 放线菌强化植物对土壤重金属铅镉污染的修复能力有重大应用潜力。 但目前尚不清楚放线菌强化植物修复重金属污染的机理。 该机理的揭示将为放线菌强化植物修复重金属污染技术优化及实际应用提供理论支持。 参考文献 1.曹书苗博士论文：《放线菌强化植物修复土壤铅镉污染的效应及机理》 2. Shumiao Cao Wenke Wang Fei Wang Jun Zhang Zhoufeng Wang Shenke Yang Quanhong Xue.Drought-tolerant Streptomyces pactum Act12 assist.phytoremediation of cadmium-contaminated soilby Amaranthus hypochondriacus: great potential application in arid/semi-arid areas. Environ Sci Pollut Res.DOI 10.1007/s11356-016-6636-y 3.Amjad Ali, Di Guo,Amanullah Mahar, Fang Ma, Ronghua Li, Feng Shen, Ping Wang Zengqiang Zhang.Streptomyces pactum assisted phytoremediation in Zn/Pb smelter contaminated soil of Feng County and its impact on enzymatic activities. DOI: 10.1038/srep46087 4.Amjad Alia, Di Guoa, Amanullah Mahara,b, Ping Wanga, Fang Maa, Feng Shena, Ronghua Lia, Zengqiang Zhanga.Phytoextraction of toxic trace elements by Sorghum bicolor inoculated with Streptomyces pactum (Act12) in contaminated soils. Ecotoxicology and Environmental Safety 139 (2017) 202–209
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放线菌农用研究(15)：放线菌自述
热度 1 xuequanhong 2019-8-1 11:15
我的名字叫“放线菌”。 我的故事已讲了 14 集，但我还没有做自我介绍。 尽管前面已介绍了不少我的本领，但我是“何许菌也”，大多数人也许并不完全清楚，有必要作一简单的自我介绍。 我是生物世界中的一个成员。 在自然界中，有参天大树，也有低矮小草；有大象，也有蚂蚁等微小动物。除了这些可以直接看见的植物与动物外，还有大量肉眼无法看见的微小生物。 人们将在显微镜下才能看见的小生命称为微生物。 微生物通常按细胞结构和形态，被分为细菌、真菌和放线菌。 我就是上述三大类微生物中的一类。 按有无真正的细胞核，可将微生物分为两类： 一类是原核微生物，没有真正的细胞核，细胞核的主要组分 DNA 呈毛线团分布在细胞中，细胞核的边缘不清晰。另一类是真核微生物，有真正的细胞核，细胞核 DAN 毛线团被一层薄膜口袋装起来放在细胞中，故细胞核边缘清晰。 我和细菌都属于原核微生物，真菌属于真核微生物。 1. 我的长相 之所以给我取名“ 放线菌 ”，是因为我长相特殊，特别是本领独特。即我的名字与我的长相有关。 在“放线菌”三个字中，“ 放 ”和“ 线 ”均描述了我的长相和形状。 在显微镜下，我的身体看起来 像一条条细线 ，这是“ 线 ”的来历。 在细线上不断长出分支，分支上又长出次级分支，如此持续不断，且无数条分支不断向外延伸扩张， 呈放射状 ，形成树枝状分布，这是“ 放 ”的来历。 在显微镜下，我的身体由数不清的放射状线交织而成（图 1，图3 ）。 图1.光学显微镜下放线菌菌丝形态 在培养皿内的固态培养基上，我的一个细胞不断生长繁殖，会扩增成由无数细胞堆积而成的“细胞高山”，或 “细胞高原”。用专业术语，我们的这种细胞群体被称作“菌落”（图 2，图3 ）。 一根菌丝肉眼看不见，但当我们的无数个个体堆积成“细胞高原”时，或形成称之为“菌落”的细胞集团时，人们就能利用肉眼看见我们了。 图2.放线菌的菌落形态 图3.左上：放线菌菌落形态；右上：光学显微镜下放线菌菌丝； 下图：电子显微镜下放线菌菌丝 我的家族非常庞大，仅我所在的放线菌亚纲就有 170 多个属，其中的链霉菌属最大，是我们家族中在 “种”水平上成员最多的一个属。据不完全统计，目前已有 500 多个有效种发表。 放线菌每个种的“长相”都不一样，表现在菌落大小、颜色、表面的粗糙程度、边缘的形态等均不相同，使得放线菌的 “菌落”形形色色，形态各异。因此，有经验的放线菌专家仅按照菌落外形，就可以将我们的不同种大致分开（图 4 ）。 图4.放线菌菌落形态 链霉菌属不仅成员多，生长也快，菌落很大。链霉菌的菌丝分两种：一种生长在固态培养基中，从培养基中吸收水分与养分，类似于植物的根，称为“基内菌丝”；另一种分布在固态培养基上面的空气中，类似植物的茎叶，被称为“气生菌丝”。 在生长后期，“气生菌丝”中的细胞核会“分家”，菌丝中的原生质围绕一个细胞核形成一个“小家庭”，不同“小家庭”之间用“一道墙”（隔膜）隔开，形成一个个“圆形的小房子”，每个 “小房子”中都有一个细胞核，这个 “小房子”被称作“孢子”。 当孢子还没有成熟时，许多个孢子串连在一起，形状类似一串“糖葫芦”，或像一串珍珠，此时的气生菌丝被称为“孢子丝”。 当孢子成熟时，“糖葫芦”上的一个个小糖果就散落了，就像断了线的珠子一样，四散飘零，各奔东西。 一个孢子，相当于植物的 1 粒种子，具有独立的生命能力。 当环境适合时，这粒 “种子”就会萌发，其“芽”会不断伸长，分支，再次形成放射状菌丝体。 链霉菌的气生菌丝能转化为孢子丝，产生大量孢子，这是一个非常重要的特性，利用我们的这一特性，人们就可以制造放线菌活菌制剂。 当培养工艺优化到最佳水平时，每 1 克活菌制剂能产生 100 亿以上的孢子，比地球上的所有人的总和还要多。 1kg 土壤中，加入 0.5-1.5g 放线菌剂，对植物生长的促进作用及防病作用就很显著了。 2. 我会制造杀敌的化学武器 除了长相特殊外，我们家族的成员大多数本领独特。其中，最重要的本领就是能制造各种各样的具有特殊功能的“化学武器”。这些化学武器实质是一些结构不同、作用特殊的化学物质。 这些化学物质常被人们称作“抗生素”。 “抗生素”本来是我们制造的用来保卫我们领地，抵抗外来异类入侵我们领地的“化学武器”。 只要把我们制造的化学武器释放到培养皿中，其他细菌或真菌就难以生长，形成一个被人们称为“拮抗圈”的无菌区域（图 5 ）；当把我们制造的化学武器释放到我们栖息的环境中，其他细菌和真菌就难以生长，我们生存所需营养与空间资源得到了保护。 图5.放线菌的拮抗圈 人类非常聪明，把我们用来保卫放线菌领地的化学武器借去了，用来保卫人类的生命和人类赖以生存的家禽家畜及农作物的生命与健康。 原来，人类和人类饲养的动物也常常遭到一些有害微生物的攻击。 如结核杆菌能引起人畜肺结核，各种肠道病原菌能引起动物消化系统疾病；人类种植的农作物也会遭到各种各样植物病原菌攻击，使粮食减产或绝收。 人类借助于我们制造的化学武器治疗人畜因病原菌感染引起的各种疾病，防治农作的病虫害。 我们为人类的健康及生存立下了不可磨灭的功劳。 用于治病的抗生素被称作“医用抗生素”及“农用抗生素”。 我们家族的成员大多数会制造各种各样的化学武器。 有一个公认的评价我们放线菌制造化学武器能力的说法： 在目前发现的 2.3 万种抗生素中，约 1 万种抗生素是微生物合成的，即微生物合成的抗生素占抗生素总数的 43% 。 在微生物合成的抗生素中，有 70% 是放线菌合成的。 在放线菌合成的抗生素中，有 70% 是链霉菌合成的。 因此，链霉菌是抗生素的主要产生菌，是我们家族对制造化学武器贡献最大的功勋成员。 大家熟知的链霉素就是由链霉菌产生的。链霉素的发现，结束了肺结核为不治之症的历史。 1942.2 ，美国罗格斯大学的塞尔曼 . 瓦克斯曼发现了链霉素，开启了人类结核病防治的新纪元，拯救了无计其数的生命。目前，医用、农用链霉素还在使用。 用我们放线菌制造的抗生素主要用于医学，主要医治人畜的各种感染。在农业上，有少量农用抗生素用于植物病虫害的防治， 如农用链霉素，阿维菌素，井岗霉素等，均是由链霉菌产生的。 放线菌活菌制剂应用很少。 3. 我会制造促进植物生长的灵丹妙药 由于我们放线菌独特的能制造化学武器的本领，放线菌受到了格外的重视。 但制造化学武器杀敌人并不是我们唯一的本领。 我们还能制造出可显著促进植物生长化学物质（图 6 ），促进植物根系生长（图 7 ），促进植物开花结果时间提前（图 8 ），提高农作物产量和品质。 我的这个本领在农业上的意义就非常重大了。 将链霉菌制造的放线菌剂施用到马铃薯上，用作玉米的种子包衣，均可增产 15% 左右。 图6.放线菌制造的植物激素 图7.放线菌刺激植物根系生长 图8.放线菌促进玉米开花提前 除了以上主要本事外，我还能制造许多能治疗人类非感染性疾病的医药，这与农业关系不大，在此就不赘述了。但我的其他能耐还需稍加介绍。我还具有以下功能： 抗旱功能；抗寒功能；促进植物根系生长，提高产量；提高植物系统抗性，增强对病毒，土传根系病害的抗性；抗线虫功能；抗烈性寄生杂草列当功能；能增强植物对重金属污染的修复能力。 我的其他能耐还在发现中，我的故事还将继续下去。
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放线菌农用研究(14)：放线菌对玉米发育进程的促进作用发现
热度 1 xuequanhong 2019-7-28 15:43
在 2013 年之前，我们对放线菌的防病促生作用研究，重点放在园艺作物及高附加值经济作物上，对大田作物涉及很少。主要原因是粮食作物种植效益差，农民没有种植积极性。另外，粮食作物的连作障碍也不明显。 从 2013 年开始，我的想法发生变化，认为过去将放线菌的应用对象仅限于园艺作物有局限性，应将放线菌的应用研究扩大到大宗粮食作物。 尽管种粮食农民不赚钱，但粮食生产涉及国家粮食安全，粮食高产种植技术研究不能停止，要保证实现和达到“藏粮于地，藏粮于技”的目标。 换言之，即使我们的粮食够用了，过剩了，暂时不种了，但如果需要，我们的土地就能立即生产出大量粮食，我们的技术贮备就能支持生产出大量的粮食。在粮食生产与供给上，决不能受制于人。“中国人的饭碗要始终端在中国人的手里”。 有了上述想法，我们就开始放线菌在小麦玉米上的增产效果研究。选这两种作物是有原因的。 中国小麦种植面积约 3.6 亿亩，玉米种植面积约 5.4 亿亩。小麦玉米单产决定着我国的粮食安全。从 2013 年开始，我们就将部分力量转到放线菌对小麦玉米的增产作用及机理研究上。 放线菌活菌剂生产成本高，其发挥作用的方式不同于化学肥料和有机肥，不能采用化肥和有机肥的用法在小麦玉米上使用放线菌。 对放线菌而言，在小麦玉米等大宗作物上，最经济简便的用法就是将放线菌活菌包裹在玉米小麦种子上，再按常规方法种植。这种使用方法，接种量少，成本低，操作简单，便于推广应用。 在 2014 年的夏玉米上，我们进行了种子包衣试验。 种子包衣，就是给玉米种子表面均匀包裹上一薄层放线菌活菌粉，数量约为 90mg/ 粒。相当于给玉米种子穿上用放线菌菌粉为“布料”制作的“衣服”。 包衣后，带菌的种子种到土壤中，放线菌就发挥作用：直接促进玉米发芽、生根及生长；调整种子周围的土壤微生物数量与种类，通过土壤微生物影响玉米根系生长发育，达到抗病增产效果。 包衣种子播种后，出现了许多令我们高兴的现象。 最先看到的令人鼓舞的现象：玉米出苗快，植株生长良好。该现象与放线菌在其他作物上的促生作用吻合，也在我们的意料之中（图 1 ）。 出乎我们意料的是，通过种子包衣试验，发现了放线菌具有促进玉米发育进程提前的功能： 抽雄早，吐丝早，开花授粉时间提前（图 2， 图3 ）；种子灌浆进程加快，菌剂包衣处理玉米籽粒饱满，干物质累积多（图 4 ）。 这又是一个偶然的发现，一个意料之外的现象！ 让记忆的镜头回到 2014 年 9 月 3 日上午 10 点左右： 我们去试验地观察放线菌种子包衣玉米的生长情况：包衣处理的玉米抽雄扬花已结束，玉米雄蕊上的花粉已荡然无存，而未包衣对照玉米的抽雄扬花正在进行，雄蕊上布满花药；包衣处理的玉米穗上雌蕊已干枯，授粉结束（图2，图3），而对照玉米穗上雌蕊正在吐丝，花丝鲜嫩（图 2 ， 图 3 ）。 菌剂包衣与对照玉米形成天壤之别，犹如一个人已步入老年，另一个还风华正茂。 上述现象表明，用放线菌活菌种子包衣接种，可显著加快玉米的发育进程。 为了研究放线菌种子包衣对玉米生长的影响，我们进行破坏性采样，对照与处理各采 3 株，测定茎叶鲜重，根系鲜重等指标。 当对所采玉米棒称重后准备上锅，蒸熟食用时，又发现一个令人意外的现象： 剥开玉米棒的外苞皮时，发现对照玉米棒上的籽粒颜色浅，用手指掐时有白浆流出，而包衣处理玉米穗籽粒颜色深，饱满，用手指掐时无白浆流出。该现象表明，包衣处理灌浆速度快，干物质累积多（图 4 ）。 看到如此大的差异，我们非常惊奇，立即将玉米棒带回实验室，拍照，并将籽粒剥下测定玉米穗的各项参数。经测定，对照、包衣处理的百粒鲜重分别为 24.8g 、 32.8g ；烘干后，对照百粒干重仅为 5.6g ，包衣处理为 10.3g ；籽粒含水量，对照为 342.8% ，菌剂包衣处理为 218.4% （以干基计）；单穗籽粒重，对照为 22.6 g/ 穗，包衣处理为 45.0g/ 穗。 上述在玉米灌浆期间的测值表明，菌剂包衣对玉米的灌浆速度影响显著：灌浆快者，含水量低，干物质多，灌浆慢者，含水量高，干物质少。 此前，我们曾经在辣椒、草莓、黄瓜及西红柿上观察到菌剂穴施处理开花提前 3-7 天，但这些作物的发育进程差异仅体现在开花时始花时间早晚上，对比不够强烈、显著。 玉米的开花授粉与其他作物相比，别具一格，开花的早晚在抽雄和吐丝上差异表现强烈，从而更容易观察到放线菌对植物开花授粉等发育进程的影响。 根据玉米种子包衣出现的玉米抽雄授粉提前，以及多种园艺作物施用放线菌活菌后开花提前现象可知，放线菌促进作物发育进程提前不是个例，具有一定普遍性。其原因与放线菌产植物激素有关。 玉米包衣剂所用的两株防病促生放线菌为密旋链霉菌 Act12 及娄彻氏链霉菌 D74 。 从上述两株放线菌的无细胞发酵液中，我们检测到 4 种已知植物激素（图 5 ），其中包括脱落酸。 脱落酸影响植物发育进程，通过该激素可以解释放线菌施用后开花、灌浆提前的有趣现象。 从玉米种子包衣试验中出现的奇特现象，我们发现了放线菌能加快玉米的发育进程。同时，试验结果也表明，放线菌对玉米的增产效果也很显著，干燥后的 籽粒 产量增加25.3%，在后续的多点试验中，增产幅度大多在15%左右。仅种子包衣处理，增产幅度就如此之高，令人欣慰，该技术值得继续研究推广。 结合此前我们在辣椒、草莓、黄瓜及西红柿等作物上观察到的菌剂施用后开花提前现象，我们得出了放线菌对植物发育进程有显著促进功能的结论。 放线菌对其他作物的发育进程有无影响，尚待进一步观察研究。 相关论文： http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotalYYSB201701039.htm 图1.放线菌种子包衣玉米生长状况 图2.放线菌种子包衣（右）与未包衣对照（左）的玉米抽雄比较 图3.放线菌种子包衣（右）与未包衣对照（左）的吐丝比较 图4.放线菌种子包衣与未包衣对照的玉米穗 图5.2株放线菌无细胞滤液中的植物激素
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放线菌农用研究(13)：放线菌促进植物根系生长功能发现
热度 1 xuequanhong 2019-7-26 10:31
在2002年之前，我们对放线菌研究的重点是放线菌的抗菌活性，筛选放线菌的主要标准是否产生抗菌活性物质。 凡无抗菌作用的菌株，一律淘汰。 在此期间，一个偶然的发现，扩展了我们的视野，拓宽了我们的研究思路。 有一天，我的硕士研究生涂璇（现为三峡大学副教授）在进行放线菌防治辣椒疫霉的生物试验时，看到一个非常有趣的现象：放线菌活菌对辣椒根系生长有显著促进作用（图1）。 当盆栽试验结束，洗净辣椒根系上附着的土壤，在观察施入土壤的放线菌活菌对辣椒根系的影响时，不同处理，差异极大： 基质中加入1.5g/kg放线菌活菌剂的处理，2株放线菌接种的辣椒根系洁白，根系密度很大，根量多；而未加放线菌的对照土壤，根系上须根少，根量少；接辣椒疫霉病原菌的根系，变黑，根量少（图1）。 根系洁白，须根多，表明根系的吸收能力强；根系发黑，须根少而短，意味着根系的吸收功能很弱，或丧失。 盆栽土壤接种放线菌处理，也呈现出类似情况（图2）。 在种植草莓的盆栽土壤中按放线菌剂1g/kg土壤的用量接种放线菌活菌，也表现出同样的情况（图3）. 放线菌处理辣椒、草莓根系的庐山真面目一出现，就令我们欣喜若狂：放线菌能强烈刺激植物根系生长的功能，有极为重要的应用价值。 根系，就相当于植物的胃肠，承担着为植物吸收水分和养分、支持植物生长的功能，是植物生命之源。 植物生长所需要的水分、养分，均由根系从土壤中吸收，再通过茎中木质部内的输导组织输送到植物的叶片中，进行光合作用，制造碳水化合物。 根系愈发达，吸收的水分、养分愈多，植物生长愈好，农作物产量愈高。 放线菌活菌能刺激植物根系发育，就等于提高了植物吸收水分和养分的能力，就为植物高产奠定了物质基础。 在目前的水肥供应条件下，化学肥料已达到过量施用的程度，水肥已不再是作物生长的限制因素，而影响和限制土壤水分和养分利用率的主要因素是作物根系不发达。 而根系之所以不发达，就是因为水肥充足，根系不需要向更大的范围扩张，不需要形成大量的须根就能满足植物的水肥需要。 植物的根系也很“懒惰”，需要多少根，就长多少。 在目前的生产条件下，水肥充足，只要能刺激根系生长，就无疑增加了作物的水肥吸收量，提高了水肥的利用率，就能大幅度提高作物产量，改进农产品品质。 放线菌剂施用后大幅度提高产量的事实也证明了上述推论。 因此，放线菌活菌能强烈刺激植物根系生长的功能，甚至比产生抗菌活性物质更为重要。 放线菌促生功能的发现，扩大了我们的研究范围，增加了研究内容。 从此开始，我们提高了放线菌的筛选标准，增加了“促生”功能。 即我们所要的放线菌要具有多种功能： 不仅要抗病，而且要促生，促进根系发育，促进植物生长，提高产量。 从2002年开始，我们的研究进入了 “多功能放线菌” 研究时代；将放线菌促进植物根系生长发育的功能列为放线菌应用效果研究的重要内容。 图1.01-10及01-08号放线菌活菌促进辣椒根系生长： 健根CK：未接放线菌及病原菌；病根P3：接种病原菌辣椒疫霉 图1是放线菌促进植物根系生长功能发现的第一张照片 图2.盆栽土壤中接种放线菌活菌时的辣椒根系 图3.放线菌活菌促进草莓根系生长 （CK，不接种放线菌；0.10%：菌剂1g/kg土）
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放线菌农用研究(12)：放线菌的“解毒”功能发现
xuequanhong 2019-7-23 11:49
1.植物产生的“自毒物质” 与动物不同，植物通过根系固定在土壤中生长，不能通过移动的方式躲避有害生物的攻击和威胁，但植物却能利用自己制造的化学武器保卫自己，守护自己的领地不被侵犯。 植物之间的“相生相克”就是通过化学武器完成的。 如果一种植物制造的化学物质对相邻的另一种植物有益，或相互有益，相互促进对方生存及生长，这种关系就称作“相生”；如果一种植物制造的化学物质对相邻的另一种植物有害，抑制或阻止另一种植物生长，或相互有害，相互抑制对方生存及生长，甚至通过分泌的化学物质杀死对方，这种关系就称作“相克”。 植物的化学武器就是植物自身合成的代谢产物。 这些化学物质，可以通过植物根系分泌到根系周围的土壤中，或通过茎叶分泌出来，在降水时被淋洗至土壤中，或在植物死亡后通过植物残体腐解，以小分子腐解产物进入土壤中。 植物之间的“相生相克”，用专业术语表示时，就称之为植物之间的“化感作用”。 植物之间通过自身合成的化学物质相互影响：或相互促进，或相互抑制，或单向促进，或单向抑制，对外则表现为共同繁荣，或你死我活，或“毫不利己，专门利人”。 植物制造的化学武器不仅会杀伤竞争对手，令人匪夷所思的是，有些植物制造的化学武器常常会危害自身的生存，甚至导致自己的后代“一代不如一代”，出现所谓的“连作障碍”，直至“断子绝孙”。这种现象，被称作植物的“自毒作用”，即“自己产生的化学物质毒害自己”。能产生自毒作用的化学成分，被称为“自毒物质。” “连作障碍”，也称“再植病害”指在同一田块，连续多年种植同一种作物，所出现的生长愈来愈差，病虫害加重，产量降低，品质变差，施肥、灌溉及农药施用无明显效果的现象。“连作障碍”是目前中国设施农业、集约化与商品化及高附加值种植业面临的瓶颈问题。 “连作障碍”相当于植物的“慢性自杀”。 科学家已经基本搞清楚植物“自毒物质”的化学成分：大多数为酚酸类物质。 土壤中的自毒物质含量极微，但危害极大，是导致植物连作障碍的主要原因之一。至今尚无有效清除方法。 虽然科学家已经知道土壤中植物自毒物质的存在及其化学结构，并眼巴巴看着这些化学毒物危害植物，降低农产品产量和品质，甚至造成绝收，但却无法将其从土壤中消除。 目前，人们面对植物的自毒作用，除了轮作倒茬，别无良法。 中国的土地面积有限，且高度专业化商品基地的形成，导致人们无法轮作倒茬。 如新疆，是出口番茄酱的生产基地，如果放弃加工番茄种植，改种其他作物，番茄酱加工厂就要关闭，工人就要失业，整个产业就会崩溃。 日光温室造价很高，种植几年后就会出现连作障碍，土壤中的有害自毒物质不断累积，有害微生物不断增加，无法消除。日光温室不能拆迁，整个耕层换土成本高昂。我国北方的设施土壤连作障碍日趋严重，设施农业面临重大的瓶颈难题。 土壤中的植物根泌自毒物质如不消除，土壤连作障碍就不能修复。 设施农业及集约化农业的出路在哪里？ 根泌自毒物质已成为未来中国集约化农业的拦路虎和绊脚石。 自毒物质的危害还在继续！ 无可奈何花落去！ 2. 放线菌“解毒功能”的发现 我们多年来一直苦苦思考着这个问题的解决方案。 多年的放线菌资源利用研究给了我们有益的启示：放线菌可能有解毒作用！ 原因：我们的已有研究发现，放线菌活菌对草莓连作障碍有良好的修复功能，而草莓的自毒作用是连作障碍的主要原因之一。 由此，我们推测，在放线菌对草莓的促生防病效果中，可能就有自毒物质减少的功劳，即放线菌可能对草莓根泌自毒物质有降解作用。 根据从事化感作用研究的科学家的研究结果，在草莓根系分泌的自毒物质中，有对羟基苯甲酸、苯甲酸等；西瓜根系分泌的自毒物质中，有阿魏酸等。 根据我们的推理及已有研究成果，我们决定从放线菌对已知自毒物质的降解入手，研究放线菌有无“解毒”能力。 2008 年，我们设计了放线菌对几种草莓及西瓜自毒物质的降解试验。 所用的放线菌，有的是在田间试验中对草莓连作障碍有显著减轻作用的放线菌；也有我们从中国西北极端生境中分离筛选出的具有显著抗病促生作用的放线菌。 我们采用实验室液体培养的方法，检测放线菌对纯自毒物质的降解效果；同时，采用将放线菌活菌接入连续多次种植草莓、且人为加入定量酚酸类物质的盆栽土壤，模拟放线菌在田间土壤中对自毒物质的降解过程，在不同时间检测盆栽土壤中酚酸类物质的残留量；并对施用放线菌活菌后，防病促生效果显著的温室草莓根区土壤中的酚酸类物质的残留量也进行了检测。 密旋链霉菌的“解毒作用”： 密旋链霉菌是我们从青藏高原极端生境分离筛选到的 1 株具有防病促生多种功能的放线菌，用该菌生产的多功能放线菌制剂已在生产中广泛应用，在多种作物上已表现出良好的抗病促生及提高产量，改进品质的效果。 这株菌在修复草莓连作障碍中所表现出的良好效果是否与自毒物质的降解有关？ 为了探明密旋链霉菌有无降解草莓根泌自毒物质的功能，我们把多次种植草莓的盆栽土壤风干粉碎过筛，然后，按 3g/kg 的用量将放线菌活菌粉均匀混入土壤，再按 2g/kg 的用量通过溶液的形式加入苯甲酸和对羟基苯甲酸，保持草莓生长所需的适宜温度和水分，经过不同培养时间后采样，测定盆栽土壤中残留苯甲酸和对羟基苯甲酸含量，计算降解率。 试验表明，经过 30 天，密旋链霉菌对盆栽土壤中苯甲酸和对羟基苯甲酸的降解率分别为 60.3% 和 20.4% ；经过 150 天，对二者的降解率分别为 77.4% 和 45.9% ，与对照的差异均达到显著水平。 从降解速度看，最初 30 天降解最快：苯甲酸和对羟基苯甲酸的平均降解速度分别为 31.8 和 17.6mg/kg .d ，即每天在每 1kg 土壤中，分别有 31.8mg 和 17.6mg 苯甲酸和对羟基苯甲酸被密旋链霉菌降解，显示出密旋链霉菌的“解毒”能力是很强的。 植物根泌自毒物质的含量极微，在土壤中根本达不到 2g/kg 的人为添加量。 因此，密旋链霉菌所表现出来的“解毒”能力，对草莓根区土壤中来自根系分泌的微量自毒物质而言，简直可称之为“超级”分解者。 密旋链霉菌活菌制剂在辣椒、草莓、西甜瓜、魔芋、丹参、人参、番茄等多种作物连作障碍修复上效果良好，这个功劳一定与密旋链霉菌对这些作物根泌自毒物质的降解有关。 上述试验证明，对草莓连作障碍修复有显著效果的放线菌，确实有降解草莓根泌自毒物质的能力；施用放线菌活菌后，草莓种植土壤中的残留自毒物质确实显著下降。 但密旋链霉菌解毒作用的单独贡献到底有多大，我们目前还无法准确评价。 就让该菌暂时先当无名英雄吧！ 其他放线菌的“解毒”作用： 在我们从中国西北极端生境筛选出的大量抗病促生放线菌中，有些放线菌对草莓根泌的几种自毒物质有显著的降解作用。 我们从本研究室分离筛选自中国西北极端生境的万余株具有重要应用价值的放线菌中，按照特定的标准与原则，选出 127 株具有良好抗病促生功能的放线菌，再以阿魏酸为唯一碳源，从中筛选出 3 株阿魏酸降解菌，其中两株放线菌为淡紫褐链霉菌和球孢链霉菌球孢亚种。 西瓜、甜瓜不能连茬种植，第 2 年产量下降，病虫害增加，第 3 、 4 年几乎全军覆没。凡在农村生活过的人，一般都知道此事，但对其发生的原因未必清楚。 西瓜、甜瓜连作障碍的原因之一就是根泌自毒物质所致。 阿魏酸是西甜瓜的根泌自毒物质之一。 在液体培养 7 天时，以阿魏酸为碳源，两株放线菌对阿魏酸的降解率分别为 94.3% 和 92.6% ；以阿魏酸和淀粉为混合碳源时，当阿魏酸浓度为 50mg/L 时，两株放线菌的降解率均达到 100% 。当阿魏酸浓度达到 100mg/L 时，两株放线菌对阿魏酸的降解率为 92.0%-96.6% 。 在液体培养条件下，经过 3 天，淡紫褐链霉菌对对羟基苯甲酸的降解率达到 60.6% , 7 天时的最高降解率达到98.7%。 将该菌制成活菌剂，通过蘸根方式接种到草莓根系上，使放线菌活菌进入草莓根区土壤，待草莓收获后测定温室草莓根区土壤中残留的对羟基苯甲酸含量，显示已有 81.5%-90.1% 的对羟基苯甲酸被放线菌降解消失。 伴随着自毒物质的大幅度减少，草莓根系重量增加了 28.5%-36.4% ，死亡率降低 52.3% ，发病率降低 60.0% 。 进一步的试验还表明，我们筛选到的淡紫褐链霉菌和球孢链霉菌球孢亚种不光有“解毒”能力，而且还对多种作物根系土传病害病原菌有较强的抗性。在这两株放线菌所抗的病原菌中，就有臭名昭著的西瓜枯萎病菌、尖孢镰刀菌及木贼镰刀菌。 这就意味着，在修复农作物连作障碍的战役中，放线菌兼有“抗病解毒促生”多重任务。 由放线菌能显著减轻草莓连作障碍现象，推测放线菌可能有降解草莓根泌自毒物质的能力；通过实验室的液体降解试验证实放线菌确实具有降解酚酸的能力，再通过测定已施用放线菌剂，草莓连作障碍显著减轻的温室草莓根区土壤中的酚酸残留量大幅度减少，验证了放线菌的实际降解效果。 上述结果表明，放线菌对草莓根泌自毒物质、西瓜根泌自毒物质确实有显著的降解作用，有较强的“解毒”功能。 至此，我们发现了放线菌的另一有益功能： 对植物根系分泌的自毒物质具有良好的“解毒”能力，能降解植物根泌酚酸类自毒物质，能减轻植物的自毒作用， 延缓或制止植物的“慢性自杀”行为，将植物从自毒物质的“水深火热”中解救出来。 关于植物根泌自毒物质微生物降解研究，有 5 位硕士研究生参与。其中， 3 位研究生的毕业论文涉及草莓根泌自毒物质降解， 2 位分别涉及西瓜与黄瓜的根泌自毒物质降解。 尽管我们发现了放线菌对植物根泌自毒物质的解毒功能，抗病功能，但这仅仅是放线菌神奇功能的冰山一角。要发现放线菌功能的全部奥秘，需要更多对放线菌有兴趣的研究者参与进来，与我们共同探索放线菌的神秘世界！ 新功能的发掘，增强放线菌“解毒”新功能的技术优化，任重而道远！ 论文相关信息： http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=35551066 http://www.cqvip.com/qk/94420a/201002/33797087.html http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-XBNY201112026.htm
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放线菌农用研究(11):放线菌抗旱功能的发现
热度 1 xuequanhong 2019-7-20 16:02
水、肥、光、热、气，是植物生长必需的五大要素，缺一不可。 我国是严重缺水国家，干旱缺水面积占国土面积的52%。我国西北、华北、内蒙及青藏高原绝大部分地区属于干旱半干旱地区，其中的耕地面积占全国耕地总面积的64%。 水，是我国农业生产的主要限制因素之一。 植物的耐旱性、抗旱性决定植物的产量。 提高植物耐旱性和抗旱性，是提高农作物产量的重要途径之一。 通过生物技术提高农作物的耐旱性、抗旱性，对我国农业有着十分重要的意义。 在前期的研究中，我们将放线菌剂按1.5g/kg左右的比例拌入土壤中，发现了放线菌的抗病促生功能。但将放线菌大量拌入土壤的施用方式在大田作物中成本过高，难以推广应用。 对于大田作物，我们设想的解决方案：将放线菌活菌粉包裹在种子表面，再按常规方法播种。采用给大田作物种子穿上活菌粉衣服的方式接种，菌剂用量少，成本低，操作简单易行，可通过种子公司进行种子包衣预处理，进行大面积推广。 为了促进种子表面包裹的放线菌生长繁殖，我们给用于种子包衣的放线菌粉中加入比例不同的聚丙烯酰胺保水剂，希望保水剂吸收种子周围土壤中的水分，集中在种子表面，形成水分含量较高的特殊区域，促进种子表面的放线菌生长繁殖，进而增强放线菌的促生作用。 种子包衣盆栽试验在2009年春天进行，以棉花为供试作物，光照培养室。 当年的“五.一”假期正处在棉花幼苗期。研究生离校，连续多天未浇水。 收假时，发现有些棉花幼苗已萎蔫，叶片下垂，但有些植株依然挺拔，叶片伸展正常，两者形成鲜明对比。这种令人惊奇的现象，使我们马上意识到这些棉花幼苗的凋萎与挺拔可能与放线菌有关。 我们立即对意外干旱胁迫下盆栽试验棉苗的凋萎植株数量进行了统计。同时，继续保持不浇水，人为维持干旱胁迫，观察棉苗在缺水条件下的反应。 统计结果显示，干旱胁迫时仍然保持挺拔的棉苗，大部分是种子表面包裹放线菌纯菌剂的处理。在干旱胁迫第10天，放线菌种子包衣处理的棉苗萎蔫率较对照降低43.5%；干旱胁迫第20天，放线菌种子包衣处理的萎蔫率为3.3%，而未包衣对照的棉苗萎蔫率为46.7%，对照萎蔫率为菌剂处理的14倍；或放线菌种子包衣处理的萎蔫率较对照降低92.9%，显示出了放线菌的强烈抗旱作用。 除了萎蔫率大幅度下降，菌剂包衣处理棉苗根系重量、根茎总量分别增加17.3%、22.1%。 歪打正着，因错得福，因管理粗心失误，我们发现了放线菌的抗旱功能。 聚丙烯酰胺是常用的保水抗旱材料，但种子表面单纯包裹聚丙烯酰胺保水剂时，棉苗萎蔫率仍高达33.3%，而纯放线菌包衣的萎蔫率仅3.3%，菌剂的萎蔫率仅为保水剂的1/10。 放线菌种子包衣的抗旱作用远优于人们熟知的聚丙烯酰胺保水剂。 一次失误，导致了放线菌抗旱功能的发现。 如果没有“五一”放假期间忘记浇水的失误，就没有意外的干旱胁迫，也就不会有放线菌抗旱功能发现。 谁说试验错误都是“错”的呢？ 其实，历史上许多伟大的发明就诞生于试验操作的错误中！ 硫化橡胶： 1839年的一天，美国人查尔斯.古德伊尔，因不小心将生橡胶与硫磺的混合物洒落在火热的炉子上，他在清理烤焦的橡胶残留物时发现，这些经过加热处理的橡胶，已失去了生橡胶的缺点：呈现出加热时不变粘，遇冷时不变硬，始终柔软而富有弹性特点。 一次错误，催生了硫化橡胶的诞生，开启现代橡胶工业的新时代。 没有现代橡胶工业，就没有今天高速公路上飞驰的汽车，就没有腾空而起的飞机！ 青霉素： 1928年9月 的一天，英国科学家亚里山大 . 弗莱明正在研究一种病原细菌，葡萄球菌。由于操作粗心，培养皿的盖子没有盖好，空气中的杂菌落到已涂抹接种了葡萄球菌的培养基上。过了一段时间，当他在准备清洗这些污染了杂菌的培养皿时，惊讶地发现，污染菌青霉的菌落周围干干净净，没有葡萄球菌生长，他断定青霉产生了某种对葡萄球菌有抑制作用的物质。由该现象开始，发明了神奇的抗菌药物青霉素，该药在二战期间及其后的漫长岁月中，挽救了无计其数的生命。直至今天，青霉素还在拯救着无数的生命。 但如果对误操作的结果不加以认真分析，就简单放弃，则会与偶然出现的机遇失之交臂，留下千古遗恨。 我们感谢近百年前弗莱明实验室工作人员的粗心：没有按要求盖好培养皿，使杂菌落入已接种葡萄球菌的培养皿；我们更要感谢弗莱明对污染培养皿的细心分析。 不然，青霉素不会问世。 我们，因一个偶然的失误，使放线菌的抗旱功能浮出水面。 我们团队目前还在继续进行着放线菌抗旱功能的深入研究。 相关论文连接 ： http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-XBNX201008018.htm
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放线菌农用研究(10)：放线菌活菌对根结线虫病的防效发现
热度 1 xuequanhong 2019-7-19 21:07
植物根结线虫是一种高度专化型杂食性内寄生病原物，广泛分布于世界各地，可在大部分高等植物根上寄生。根结线虫在植物根部取食与繁殖，刺激根系发育，形成形态各异的根结（图 1 ），严重影响植物生长及产量。 由于化学农药影响农产品的食用安全及造成环境污染，导致化学杀线剂难以广泛应用。高效的绿色生物技术已成为当前及未来根结线虫防治研究的重点。 20 年前，我们开始放线菌资源利用研究，当时的主要目的是解决农作物的土传根系病害，故筛选拮抗放线菌的靶标菌均为根系病害病原菌，如镰刀菌等，没有考虑抗线虫的功能。 但是，无心插柳柳成荫。 2010 年，我们在陕西商洛丹参基地及在陕西杨陵现代农业示范园中药基地进行放线菌剂对丹参的防病促生效果试验，在收获丹参时无意发现，菌剂处理丹参的根结线虫侵染较少，我们立即增加了丹参根结线虫侵染率调查项目，经过系统的调查统计，发现商洛菌剂处理丹参的根结线虫侵染率较对照降低 50% ，杨陵试验地不同处理的根结线虫侵染率最大下降 43.8% ，表明，我们所选的几株具有抗病促生功能的放线菌确实对根结线虫病有一定防效。 在此偶然发现的基础上，我们进行了盆栽试验，目的是进一步验证放线菌对番茄根结线虫病是否真有效果；如果有效果，作用机理是什么？ 我们从陕西杨陵番茄根结线虫病严重的日光温室中采集病土，作为根结线虫的接种材料。病土中，除根结线虫外，还有大量的其他线虫及土壤微生物，其中，包括病原微生物。 因此，用病土作为接种材料的盆栽试验结果可以部分反映菌剂在日光温室中对根结线虫及病原微生物的作用效果。 盆栽试验共两个处理： 1. 对照， 4kg 健康土壤 +2kg 病土，充分混匀。 2. 菌剂接种， 4kg 健康土壤 +2kg 病土 +9g 放线菌剂，充分混匀。 然后进行正常的播种，浇水及施肥管理，待收获时观察根系生长及根结线虫侵染情况，同时测定番茄的 生物学、生理生化、土壤微生物及土壤线虫数量与类型等。 从上述盆栽试验发现，放线菌对番茄根结线虫侵染确有大幅度减轻作用，菌剂接种番茄根系生长显著优于不施用放线菌剂的对照（图 2 ）。同时发现，放线菌对番茄生长，生理生化特性，土壤微生物种类与数量及土壤中的线虫种类与数量均有一定影响。 单一生防放线菌的盆栽试验也表明， 2 株放线菌和 1 株真菌能阻止根结线虫侵染，对番茄根结线虫病有一定防效（图 3 ）。 上述试验开启了放线菌防治根结线虫病的大门。 如何提高放线菌对根结线虫病的防治效果，放线菌通过何种机制减轻根结线虫病害？都是后续工作的重点。 相关研究论文： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139317300161 http://med.wanfangdata.com.cn/Paper/Detail/PeriodicalPaper_stxb201506018 http://www.cqvip.com/QK/90760A/201202/40985631.html 图1.丹参根结线虫病根 图2.放线菌对番茄根结线虫病的防效 N:根结线虫病土；N+A：根结线虫病土+放线菌 图3.放线菌509、Act12及真菌CF3对番茄根结线虫病的防效
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放线菌农用研究（9）：放线菌抗番茄卷叶黄化病毒机制
xuequanhong 2019-7-19 09:35
番茄卷叶黄化病毒对番茄生产危害严重，但目前缺乏生防菌对该病的防效及机理研究。 我们团队的初步研究表明：将放线菌活菌制剂与有机肥混匀后通过穴施接种到土壤中，对番茄卷叶黄化病毒有显著防效，能显著减轻叶片病毒危害，提高番茄产量。 这种向根区土壤中施入放线菌活菌，能解除番茄叶片病毒病害的方式，类似 “头疼医脚” 。菌剂作用点在 根系 ，但效果呈现在 叶片 上，表明 “医脚” 能解除番茄的 “头疼” 病症。该现象对我们的启示是： 番茄的“脚”与“头”之间必然存在某种信号联系机制。 我们的研究表明，放线菌活菌施入土壤后，活菌通过直接作用于番茄根系，并通过影响番茄根系周围的微生物群落结构，间接作用于番茄根系，进而利用未知的方式刺激根系，激活番茄的系统抗性，将放线菌的作用 从根系传递到番茄叶片 ，达到 通过“医脚”，解除“头疼” 的效果。 该研究报道网址： 中国科学报： http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/7/347877.shtm 科学网： https://news.nwafu.edu.cn/mtwx/90832.htm 密旋链霉菌 Act12 菌剂对番茄 TYLCV 病的防治效果 左：对照；右：菌剂处理
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放线菌农用研究(8)：放线菌活菌对附子的防病增产作用显著
热度 1 xuequanhong 2019-7-17 09:33
附子是一种常用中药材，是毛茛科植物乌头的干燥块根，多年生草本，具强心、镇痛、抗炎、降低血糖及局部麻醉等作用。附子是典型的忌连作植物，随着连作年数增加，土传病害发病率增加，产量降低，连作障碍加重。 危害附子的常见土传病害有附子白绢病、根腐病，严重时减产 50% 。 附子块根入药，不能大量使用化学农药防治附子根系土传病害。探索环境友好型绿色防控技术对附子连作障碍修复有重要意义。 我们团队通过 3 年田间试验，研究了放线菌活菌对附子的防病促生效果。研究发现，菌剂中的密旋链霉菌和娄彻氏链霉菌对附子具有 3 种重要作用： 1. 提高附子的抗病性 供试放线菌对附子根系病害病原菌有显著的抑制作用（附图）。 2. 能显著改善附子生长土壤中的微生物区系 促进有益菌生长，抑制有害菌繁殖，形成有利于附子根系生长的土壤微生物环境。 3. 促进附子生长，显著提高附子产量 （附表） 论文连接： https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10658-017-1177-x
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放线菌农用研究(7)：放线菌与腐殖酸钾配施对丹参的防病促生作用显著
热度 1 xuequanhong 2019-7-16 17:26
多功能放线菌具有防病促生、改善土壤微生物区系的功能。 腐殖酸是植物的良好肥料，且腐殖酸也是放线菌生长所需的营养物质。 接种放线菌时，配合使用腐殖酸，有利于放线菌生长繁殖，提高放线菌的作用效果。 我们团队进行了放线菌与腐植酸钾的配施试验，发现菌剂用腐植酸钾稀释20倍蘸根时，具有相互增效作用，产生如下效果： 1. 丹参病害减轻： 收获时的死亡率降低39.0%，根结线虫侵染率降低49.3% 2. 药材产量提高： 干药材产量增加36.3%。 3. 微生物区系改善： 在根表土壤中，具有抗病作用的有益细菌硝基愈疮木胶节杆菌、放射型根瘤菌及弗雷德里克斯堡假单胞菌分别增加650.%、180.0%及137.5%，有益菌砖红链霉菌数量增加57.1%，有害菌肿痂链霉菌数量减少57.1%。 土壤微生态环境改善是丹参土传病害减轻、产量提高的主要原因之一。 论文连接： http://med.wanfangdata.com.cn/Paper/Detail/PeriodicalPaper_stxb201506018
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放线菌农用研究进展(6)：放线菌能提高人参产量和质量，改善土壤微生物区系
热度 1 xuequanhong 2019-7-15 18:40
人参为 多年生 宿根 植物 ， 主根 长 40cm 左右，肥厚，肉质，黄白色，圆柱形或纺锤形，稍有分枝；根状茎短。 人参 含多种 皂甙 和 多糖 ，具有重要的药用价值。 人参种植时间长达 7 年左右，连作障碍严重，对产量和品质影响很大。 人参的药用器官为根系，不能大量使用农药防治人参根系病害。 我们团队以小兴安岭人参为对象，研究了放线菌制剂对人参的促生效应及对人参根区、根表土壤中可培养微生物的影响。 研究发现：向 4 年生人参根区土壤中施入密旋链霉菌后，产生了如下变化： 1. 人参产量显著增加，药材质量明显改善。 单株药材产量提高 31.9% ，单株人参皂苷总产量提高 39.5% ，其中，人参皂苷 Rb1 、 Rb2 、 Rg1 及 Re 分别增加 34.5% 、 40.0% 、 40.3% 及 42.2% 。 2. 土壤微生物区系向有利于植物生长的方向转化。 根表土壤中的细菌、放线菌数量分别增加 344.4% 、 230.7% ，真菌数量减少 78.3% 。 3. 土壤中有益菌显著增加，有害菌显著减少。 根表土壤中的有益细菌荧光假单胞菌、韩国假单胞菌及氧化微杆菌分别增加 577.1% 、 70.1% 及 10324% ，病原真菌烟色织孢霉消失。 4. 根系活力提高 70.7% 。 论文连接： http://www.cqvip.com/QK/90626A/201308/46811162.html
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放线菌农用研究进展(5):放线菌活菌能提高丹参产量、改进品质及减轻根结线虫病害
热度 1 xuequanhong 2019-7-15 12:17
丹参为唇形科鼠尾草属多年生草本植物。丹参根呈红色，其中含有丹参酮、丹酚酸及丹参素等有效成分，是治疗心血管等疾病的重要药材。 近二十年来，伴随生活水平提高，饮食结构改变，高血压、高血脂及高血糖人群数量急剧增加，心脑血管疾病大量发生，丹参用量快速增加，丹参栽培面积不断扩大。 由于适合丹参种植的土地面积有限，丹参连续种植面积大幅度增加，病虫害加剧，丹参连作障碍日趋严重，已在生产上造成重大损失。 丹参根部入药，不能通过大量施用化学农药进行丹参病虫害防治及连作障碍修复，探索绿色防控措施对丹参连作障碍修复有重要意义。 我们团队采用放线菌活菌蘸根接种的方式，通过小区和大田试验研究了放线菌对丹参生长、产量及药材品质的影响，发现放线菌活菌对丹参有 3 种功能： 1. 能显著促进丹参生长，提高产量 在小区试验中，菌剂稀释 10 倍、 100 倍时，丹参茎叶鲜重分别较对照增加 29.7 % 、 35.5 % ，丹参药材鲜重分别较对照增加 44.0 % 、 39.6 % ，药材干重分别较对照增加 26.3 % 、 33.3 % 。 在大田中，放线菌蘸根接种丹参药材产量提高 7.2 % ，增产 134.8 kg/ 亩。 2. 能大幅度提高丹参药材质量 在小区试验中，菌剂稀释 100 倍接种，药材中丹参酮 IIA 、丹酚酸 B 及丹参素含量分别较对照增加 175.0 % 、 102.6 % 及 110.0 % 。单株根系中，上述有效成分产量分别为对照的 3.5 、 2.3 及 2.4 倍。在大田的放线菌接种丹参药材中，丹酚酸 B 、丹参素含量分别较对照提高 19.4 % 、 20.8 % ；单株根系中，丹酚酸 B 、丹参素产量分别较对照提高 27.1 % 、 28.5 % 。 3. 能大幅度降低丹参根结线虫病发病率 可使大田根结线虫病发病率降低 50 % 。这是一个意外的发现，因为筛选菌种时，并没有把根结线虫病作为防治目标。放线菌减轻根结线虫病的机理目前还不清楚。 论文连接： http://www.cqvip.com/QK/90760A/201202/40985631.html
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放线菌农用研究进展（3）:放线菌活菌剂对附子根系土传病害有显著防效
热度 1 xuequanhong 2019-7-13 09:34
附子是主要在中国西南地区特定环境中生长的毛茛科（ Aconitum carmichaeli Debx．）块根植物，其块根具有良好的药用效果。附子连作障碍严重，随着连作次数增加，土传根系病害加重，产量显著降低。危害附子的常见土传病害为齐整小核菌（ Sclerotium rolfsii ）引起的附子白绢病和镰刀菌( Fusarium spp.)引起的根腐病。 我们团队研究发现，向附子根系分布区土壤中施入放线菌剂，附子根系土传病害病情指数显著降低 75.5%~77.0% 、经济器官块根产量显著提高 62.1%~74.1% 、根际土壤养分残留减少。该菌剂能显著增加根际土壤中有益菌数量，减少有害菌数量。该菌剂引起的根际土壤微生态效应可产生良好的后效，在两季均施用菌剂的处理中，下茬作物仍较对照病害显著减轻、产量显著增加。该菌剂中的放线菌发酵液可显著抑制附子土传病原菌齐整小核菌及腐皮镰刀菌菌丝生长，对腐皮镰刀菌菌丝有溶解及缢缩作用，且放线菌能在附子根表定殖（附图）。 该研究论文“ Biocontrol of root diseases and growth promotion of the tuberous plant Aconitum carmichaelii induced by actinomycetes are related to shifts in the rhizosphere microbiota ”发表于《 Microbial Ecology 》上（ doi:10.1007/s10658-017-1177-x ）。 博士研究生李玉龙为第一作者。 论文连接： https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10658-017-1177-x 放线菌对附子根系土传病害防治机理：
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放线菌农用研究进展（2）：放线菌活菌对番茄根结线虫有显著防效
热度 1 xuequanhong 2019-7-13 09:21
根结线虫严重危害多种农作物，全世界每年由根结线虫造成的经济损失高达 1000 多亿美元。除毒性强、价格昂贵的化学农药外，目前尚无有显著效果且广泛应用于生产的绿色防控措施。 我们团队研究发现，向盆栽土壤中施用由密旋链霉菌和娄彻氏链霉菌组成的混合菌剂，可显著改善番茄根际土壤微生物群落结构，增加有益菌数量，减少有害菌数量，使土壤中的线虫数量下降 46.1% ，诱导番茄系统抗性相关酶活性显著提高，番茄根结数下降 66.7% ，番茄根结线虫病情指数下降 37% ，产量提高 20.7% （附图）。 该研究论文 “Effects of two strains of Streptomyces on root-zone microbes and nematodes for biocontrol of root-knot nematode disease in tomato” 发表于《 Applied soil ecology 》上（ doi: 10.1016/j.apsoi1.2017.01.004 ），硕士研究生马媛媛为第一作者。 论文连接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139317300161 放线菌作用机理：
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读文献:3：通过选择抗生素抗性分离富集和鉴定抗生素产生菌
huiee 2014-2-20 21:11
Journal club的第一次seminar，我负责四个杂志（Nature Biotechnology，Chemical Science，Molecular BioSystems，ACS Synthetic Biology），这次主要讲的是发表在《自然-生物技术》上的 Identifying producers of antibacterial compounds by screening for antibiotic resistance（通过筛选抗生素抗性鉴定抗生素产生菌）题目摘要全文链接见文后。 通过利用抗生素产生菌的自身保护机理，富集能够产生与该抗生素相关的化合物的细菌库。利用这种以抗性筛选为基础的分离方法，通过糖肽类（万古霉素）和安莎类抗生素（利福平）抗性筛选，发现抗生素产生菌的比率比传统的以活性为导向的筛选(表型筛选)和宏基因组文库筛选的方法增加了3-5个数量级。而且他们还介绍了一种以进化树为基础在筛选过程的初期能够预测或发现新骨架化合物的去重复（dereplication）方法。利用抗性筛选和进化树去重复，他们发现了一种新的万古霉素类化合物。 虽然利用抗生素抗性筛选分离抗生素产生菌在很早前就使用过，但是分离抗生素的目标不明显，比如用一些抗生素分离稀有放线菌，然后在利用 传统的以活性为导向的筛选(表型筛选)发现有活性菌株 ，导致重复筛选，很难发现新型 的活性物质。本文系统的利用抗性选择的方法富集抗生素产生菌，并且结合该已知抗生素的生物合成基因簇设计兼并PCR验证生物合成基因，而且创新性的利用PCR扩增出的产物构建进化树，可以将最后产生的化合物归类，避免重复发现，加快去重复过程。而且，利用这种方法筛选到的产生菌具有合成改该类抗生素的生物合成基因，但是在实验室的普遍培养条件下，该抗生素的产量很低或者没有，因此抗细菌活性就会很低或者没有，这些菌就很有可能在 经典的以活性为导向的筛选(表型筛选)中被忽略掉。 不足之处在于，利用这种方法富集产生菌只能得到一些跟改抗生素结构类似的化合物，很难发现新型新类的抗生素。同时也忽略掉了对改抗生素敏感的细菌，它们也有很大的产生活性化合物的潜力。 以前日本的一个学者Ochi利用选择抗生素抗性的方法，能够提高链霉菌中某些化合物的产量，甚至激活某些沉默基因簇产生新的化合物，他们将这种方法称为‘核糖体工程（Ribosome engineering）’。当年度硕士的时候，我的师姐们也用这种方法发现了一些活性物质，但是离开后一直没见文章发表。最近的关于核糖体工程的综述发表在Hopwood大牛的专刊J Ind Microbiol Biotechnol (2014) 41:403–414上（全文链接 http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10295-013-1349-4 ）。 另外还有一个文章也是发表在 《自然-生物技术》上Antibacterial discovery in actinomycetes strains with mutations in RNA polymerase or ribosomal protein S12 Nature Biotechnology 27 , 462 - 464 (2009) Published online: 26 April 2009 | doi:10.1038/nbt.1538。（全文链接 http://www.nature.com/nbt/journal/v27/n5/abs/nbt.1538.html ） Identifying producers of antibacterial compounds by screening for antibiotic resistance Maulik N Thaker , Wenliang Wang , Peter Spanogiannopoulos , Nicholas Waglechner , Andrew M King , Ricardo Medina Gerard D Wright Nature Biotechnology 31,22–927(2013)doi:10.1038/nbt.2685 Received 18 March 2013， Accepted 07 August 2013， Published online 22 September 2013 Abstract Microbially derived natural products are major sources of antibiotics and other medicines, but discovering new antibiotic scaffolds and increasing the chemical diversity of existing ones are formidable challenges. We have designed a screen to exploit the self-protection mechanism of antibiotic producers to enrich microbial libraries for producers of selected antibiotic scaffolds. Using resistance as a discriminating criterion we increased the discovery rate of producers of both glycopeptide and ansamycin antibacterial compounds by several orders of magnitude in comparison with historical hit rates. Applying a phylogeny-based screening filter for biosynthetic genes enabled the binning of producers of distinct scaffolds and resulted in the discovery of a glycopeptide antibacterial compound, pekiskomycin, with an unusual peptide scaffold. This strategy provides a means to readily sample the chemical diversity available in microbes and offers an efficient strategy for rapid discovery of microbial natural products and their associated biosynthetic enzymes. 全文链接：http://www.nature.com/nbt/journal/v31/n10/full/nbt.2685.html
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纤维素降解菌C006菌株的特性
soilborne 2010-10-22 15:37
全世界每年大约形成1000至2000亿吨植物有机物质，其中有一半是纤维素物质。我国每年仅农业生产中形成的农作物残渣就约有7亿吨（宋颖琦等，2002），除此之外工业生产中还有数百万吨的纤维素废弃物。由于纤维素具有不溶于水和有机溶剂及难降解等特性,这部分资源尚未得到充分的开发利用，目前仅是用于燃料，畜牧饲料与积肥，不仅利用率低（10%左右）(陈洪章等，2001)，还对环境造成一定的污染（王征，2008）。对这些废弃物合理的开发和科学利用是近年来的重点领域,若能将这些纤维废弃物转化为可利用的物质，则既可以解决环境污染问题，又可以缓解能源危机，将对社会、环境及经济等产生不可估量的影响。随着世界人口迅速增长、粮食及矿产资源日渐枯竭，开发高效转化纤维素类可再生资源的微生物技术，利用工业农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品，具有极其重大的现实意义和光明的发展前景（刘梅，2008）。 采用生长速率法对116株供试菌株的纤维素降解能力进行了初步测定，发现C006及菌株在以纤维素为唯一碳源的固体培养基上产生了降解透明圈，能使以纤维素为唯一碳源的液体培养基透明澄清，对纤维素均具有很好的降解特性。
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豆科植物根瘤内发现能固氮的放线菌
陈文峰 2010-6-28 12:12
放线菌中的Frankia通常与桤木形成共生固氮的根瘤，不能与豆科植物形成根瘤。Trujillo等人的新近研究表明，放线菌中的另外一类菌小单胞菌属的细菌却能与豆科植物（如狭叶羽扇豆）形成根瘤，并且根瘤有固氮活性，扩增到的nifH基因与Frankia的相似性高达99%。原位杂交也表明，这些小单胞菌属的放线菌确实存在于根瘤内。其形成根瘤的机制还不清楚。另外由于Frankia没有根瘤菌所拥有的结瘤基因(nod)，小单胞菌属是否拥有结瘤基因，也还未知。 相关论文如下： ISME J. 2010 May 6. The genus Micromonospora is widespread in legume root nodules: the example of Lupinus angustifolius. Trujillo ME , Alonso-Vega P , Rodrguez R , Carro L , Cerda E , Alonso P , Martnez-Molina E . Departamento de Microbiologa y Gentica, Edificio Departamental Lab. 205, Campus Miguel de Unamuno, Universidad de Salamanca, Salamanca, Spain. Abstract Our current knowledge of plant-microbe interactions indicate that populations inhabiting a host plant are not restricted to a single microbial species but comprise several genera and species. No one knows if communities inside plants interact, and it has been speculated that beneficial effects are the result of their combined activities. During an ecological study of nitrogen-fixing bacterial communities from Lupinus angustifolius collected in Spain, significant numbers of orange-pigmented actinomycete colonies were isolated from surface-sterilized root nodules. The isolates were analysed by BOX-PCR fingerprinting revealing an unexpectedly high genetic variation. Selected strains were chosen for 16S rRNA gene sequencing and phylogenetic analyses confirmed that all strains isolated belonged to the genus Micromonospora and that some of them may represent new species. To determine the possibility that the isolates fixed atmospheric nitrogen, chosen strains were grown in nitrogen-free media, obtaining in some cases, significant growth when compared with the controls. These strains were further screened for the presence of the nifH gene encoding dinitrogenase reductase, a key enzyme in nitrogen fixation. The partial nifH-like gene sequences obtained showed a 99% similarity with the sequence of the nifH gene from Frankia alni ACN14a, an actinobacterium that induces nodulation and fixes nitrogen in symbiosis with Alnus. In addition, in situ hybridization was performed to determine if these microorganisms inhabit the inside of the nodules. This study strongly suggests that Micromonospora populations are natural inhabitants of nitrogen-fixing root nodules.The ISME Journal advance online publication, 6 May 2010; doi:10.1038/ismej.2010.55. PMID: 20445637
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揣上科学去踏青
eloa 2009-4-27 12:03
史 军 发表于 2009-04-24 10:05 本文已发表于《读者原创版》2009年05期 不经意间，太阳直射点又跳上了北半球。细雨过后，泥土尽情释放着春天的味道，娇艳的桃花又开始招蜂引蝶，辛勤的蜜蜂毫不客气地把大筐大筐的花粉背回家。当燕子拖家带口从南方搬迁回来的时候，小麻雀已经在父母的教导下牙牙学语了。四围的空气中弥漫着新生和希望的气息。还等什么，我们一起去踏青。 让阳光变得柔软一些 徜徉于春日暖阳之下总是一件惬意的事情。这份惬意，得益于万米高空的那层薄薄的臭氧层。 在生活中，臭氧与人们的距离似乎和它在空间上与我们的距离一样远。从冰箱里跑出的氯氟烃会破坏臭氧层，南极的臭氧层破了个大洞，紫外线将在地球上横行霸道，这大概是大多数人对臭氧的最初认识。事实也确实如此，如果那些整齐地站在大气层外围的臭氧突然消失，阳光下的我们恐怕就会立刻被紫外线烤焦了。 虽然臭氧劳苦功高，却难得与大伙儿谋面，因为它们的蓝色外套颜色太浅了，只有足够多的臭氧站在一起才能进入我们的视野。不过，当数量过多时，这些家伙就会聚众闹事。它们有着无可匹敌的氧化能力，无机物和有机物都不会放过，我们的呼吸道自然也不能幸免，与臭氧亲密接触的后果就是咳嗽、气喘直至呼吸衰竭。 不过物尽其用，由于臭氧具有强大的氧化能力，能杀灭病菌，铲除有毒化合物（如把亚硝酸盐变成硝酸盐），更可贵的是，臭氧反应后的产物是氧气，不会产生二次污染，所以早在20世纪初，臭氧就被请进了食品仓库。今天，从污水处理厂到医疗器械消毒室，从纸浆漂白到橡胶厂废气脱臭，很多地方都有臭氧的身影。不过，大量聚集的臭氧毕竟还是潜在的危险分子，还是让它们待在高高的平流层为我们阻挡紫外线吧。 被臭氧拦截的紫外线，也有着双重性格。在防晒霜、遮阳伞被普遍使用的今天，紫外线莫名奇妙地被钉在皮肤癌凶手的耻辱柱上。实际上，少量的紫外线非但无害，而且是必须的。只有让皮肤接触适量的紫外线，人体才能合成足够的维生素D，帮助钙质吸收。与其吞下大把的药片，不如多去晒晒柔软的春日暖阳。 在处处洒满阳光的春天，你很难在户外碰上不期而至的雨水。春天的雨水一如阳光一样柔软，没有强对流天气，没有台风，没有雷暴，有的只是冷暖气团慢动作一般的互搏和推移。一场慢速搏斗还没结束，春天的气味就冲进了我们的鼻腔。 春天的味道 春雨过后的泥土味，大概最能让人联想到春天的气味吧。不过，这种气味并不是泥土本身产生的。我们不妨回忆一下小时候玩的沙子和黏土的气味，是不是没有什么印象？那是因为沙子和黏土中没有泥土味的制造者放线菌。这个名字你可能会有点陌生，不过，它提供的产品你一定很熟悉链霉素和红霉素，这些挽救了无数生命的抗生素都是由放线菌友情赞助的。 放线菌是一类生活在温暖干燥的土壤里，有着真菌外表（都以菌丝的形式生长）的特殊细菌。它们在土壤里慢慢地长出菌丝。在冬天漫长的干燥日子里，放线菌会停止菌丝生长，转而产生大量繁殖用的孢子（功能等同于被子植物的种子）。在春雨中，随着雨水的冲击，这些微小的孢子被上升的湿润空气带到空中，钻进鼻孔的那部分孢子就让你闻到了泥土味。因为这些孢子身上有一种被称为土臭味素的化学物质，正是这种物质为春天的气味下了定义。不过放线菌和土臭味素除了让人愉悦，偶尔还会搞些恶作剧，那些土腥气很重、让人难以下咽的淡水鱼肉就是它们的杰作。 踏青时，鞋底和裤脚自然免不了和青草接触。除了裤腿上难以去除的青青草色，那种割过草的味道恐怕是最让人印象深刻的。这种由于踩踏等而产生的青草味，主要是物理损伤促使植物释放大量的己醛、己醇等脂肪酸衍生物引起的。虽然这些气味不能像生物碱和毒蛋白那样让侵害植物的昆虫大倒胃口，却会召唤来它们的天敌。就在这些家伙还在埋头大嚼的时候，收到信号的胡蜂、姬蜂等肉食性昆虫已经拍马杀到，清除害虫，解救受害植物。 除了释放求救信号，植物还会通过气体信号把危险告诉同伴。最经典的例子就是非洲草原上的金合欢树在遭到羚羊啃食的时候，会释放出乙烯，附近的金合欢树在收到信号后会在叶片中大量屯积单宁酸。如果羚羊再去啃食相邻的金合欢树，轻则消化不良，重则搭上性命。 如果说放线菌和绿叶为我们带来了春天的清新，那么各种花朵则为我们送上了春天的温馨。在花香的招引下，大批昆虫蜂拥而至。不妨把你的镜头凑近花朵，去慢慢欣赏那里正在发生的一场战争。 泥土，青草和小花都在释放春天的味道 花粉战争 花粉是这场战争的核心，如同《变形金刚》中的能量块。绝大多数种子植物想要传宗接代，就必须把花粉从一朵花的雄蕊送到另一朵花的柱头上。裸子植物（松树、柏树等）和部分被子植物（杨树、柳树等）依靠风来传播，风时有时无，最终到达目的地的花粉寥寥无几，所以它们不得不额外生产出备用的花粉，耗费了大量的能量。因此，绝大多数被子植物选择将花粉抹在动物（主要是昆虫）身上来传递。不过没有甜头，动物可不会白干活，花粉中富含的蛋白质和碳水化合物就是动物们的掠夺目标。花朵和传粉者都有自己的小九九，战争自然一触即发。 最原始的甲虫传粉者，收集花粉的效率比较低，胃口也比较小。所以，像木兰这样依靠甲虫传粉的植物只用生产大量的花粉，填饱甲虫的肚皮，额外的花粉就会被送到柱头上去了。虽然花粉有所损失，但与风力相比，还是节约了不少成本，两者倒也相安无事。 很快，像蜜蜂这样携带高效的花粉收割机的昆虫出现了，它们不仅要吃，还要把花粉搬回家。蜜蜂后腿上专门配置了一个承载花粉用的花粉篮，为了让花粉保鲜以供长期使用，蜜蜂还在这些篮子中抹上了抑制花粉萌发的物质。进入花粉篮，花粉就相当于被判了死刑。在这一回合中，花朵损失惨重。无奈之下，一些花朵（如姜花、凤仙花等）开始调整雄蕊的位置，尽量把花粉抹在蜜蜂的背部、胸部那些不容易被触及的地方，同时拿出点花蜜作为诱饵。为了花蜜，倒是有不少传粉者心甘情愿地背上花粉。 不过，这种和谐并没有维持多久。一般来说，花蜜被放置在花瓣基部，昆虫从花朵入口探身吸蜜时，花粉就被抹在它们的身上。有些奸诈的昆虫不从大门进去吸蜜，而是在花瓣基部开个小洞就开始畅饮花蜜，这样就不用去背那些累赘的花粉，落得一身轻松。 植物也不甘示弱，很多兰科植物不仅把花粉打包成块，让昆虫无从下嘴，还在花朵上搞出一些假花粉和假花蜜，引诱传粉者为它们义务劳动。不仅如此，欧洲的眉兰和澳大利亚的锤子兰的花朵会把自己打扮成雌性胡蜂。这些假新娘不仅颜色像，连体味都跟胡蜂新娘毫无二致，那些兴冲冲赶来交配的雄性胡蜂就成了传播花粉的免费劳动力。更绝的是，这些花朵在授粉之后，还会改少女体味为少妇体味，闭门谢客。可怜的雄性胡蜂怎么会明白其中的奥秘，只有被耍得团团转了。魔高一尺，道高一丈，围绕花粉的战争还将继续下去。 螳螂捕蝉，黄雀在后。跟花朵较劲的小虫子，一不留神就进了黄鹂口中。不过这只黄鹂似乎并不急于享用，而是飞回鸟巢，因为那里还有饿得叽叽叫的小黄鹂。 蜜蜂在碧桃上采集花粉 牙牙学语的小黄鹂 人们经常把黄鹂般的歌声作为赞誉送给那些歌唱名家，几乎所有人都认为黄鹂天生会唱歌。事实却并非如此，小黄鹂唱歌的本领也是在模仿父母的过程中逐渐学习和掌握的。 其实，幼鸟和婴儿一样，会不停发出各种含混不清的声音那就是它们在牙牙学语。一项针对珍珠鸟的实验表明，幼鸟在出生30天至45天后进入学语阶段，发出无规律的叫声。在学会鸣叫之前，幼鸟的声音被一个专门的脑部区域控制，这个简单的系统只能让幼鸟发出牙牙学语般的叫声。一旦幼鸟掌握了如成年鸟般唱歌的本领，大脑中掌管发声的最高中枢就会取而代之，接替学语脑区的工作。负责牙牙学语的脑区在幼鸟学习鸣叫的过程中所起的重要辅助作用，跟幼儿大脑中负责踏步和学习说话的脑区的作用惊人的相似。 更有趣的是，除了要跟父母学习，鸟宝宝们还需要充分的睡眠才能巩固它们的学习成果。一种名叫斑胸草雀的小鸟只有处于睡眠状态时，大脑中负责学习的神经才能活跃起来。在很长一段时间里，人们都认为鸟类是在清醒时不断矫正并学会鸣叫技巧的。不过，最近的发现推翻了这一结论。鸟类将鸣叫技巧存入大脑，在熟睡时将其读出，并在睡眠中不断重复和巩固关于鸣叫的记忆。在睡梦中更好地学习，难道说就是春困症结所在？ 听着鸟鸣，闻着花香，感受着土壤吐露的芬芳，春天总是会让人感受到勃勃的生机。在生机的背后，处处都藏着好玩的科学故事，只要你去听、去看、去触摸。哪怕在花丛中小憩一下，让你的大脑处于睡眠学习状态，某个科学问题也有可能在你醒来时被解开。
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具毒杀植物线虫活力的链霉菌的制备方法及其应用
陈井生 2009-2-15 09:59
本发明涉及一株具毒杀植物线虫作用的链霉菌的培养方法及其代谢物制备方法和应用，属于微生物农药技术领域。本发明涉及的链霉菌菌株Snea253为委内瑞拉链霉菌 Streptomyces venezuelae，已于2008年1月18日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区大屯路，邮编100101)，保藏号为CGMCC No.2348。该链霉菌菌株Snea253 的分类地位是放线菌门，放线菌纲，放线菌目，链霉菌属，委内瑞拉链霉菌。通过液体发酵培养制备，其代谢产物对植物寄生线虫，特别是对大豆胞囊线虫、根结线虫和水稻干尖线虫具有很高毒力，杀线虫效果明显。该菌株的发酵液对大豆胞囊线虫(Heterodera glycines)二龄幼虫具有较高的毒杀活性并显著抑制胞囊孵化，不同稀释浓度发酵液的处理和无菌水处理有显著差异，发酵原液的杀线虫效果可达到90％以上，温室防效试验效果明显。同时该菌株对根结线虫(Meloidogyne spp.)和水稻干尖线虫(Aphelenchoides besseyi)有显著的毒力作用，具良好的应用开发前景。（国家专利网）
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