苜蓿植株体内根瘤菌运移及种带根瘤菌携带机理

苜蓿种子普遍携带根瘤菌，但种子所携带根瘤菌的来源途径尚不明确，根瘤菌自植株根系向种子的运移过程和途径尚未获得直接的证据。通过采用荧光蛋白标记技术进行根瘤菌标记、跟踪和定位，探明种子形成过程中根瘤菌的具体转运途径和通道，确定种带根瘤菌的确切来源，从植株-根瘤菌共生系统在繁殖器官-种子的协同传代角度研究其共生体系的延续过程，并通过利用种带根瘤菌的转运途径改变种带根瘤菌的数量，或将优质的人工选育根瘤菌导入种子，获得带有大量目的菌株的种子，从而在栽培中免去根瘤菌的接种环节，并可提高目的菌占瘤率，进而提高根瘤菌促生效益，具有很强的实用意义。

为探讨内生根瘤菌和外源侵入根瘤菌在植株体内运移和转运规律的影响，明确种带根瘤菌的来源，证实苜蓿种子携带母体植株体内根瘤菌的现象，探索根瘤菌向种子迁移和运输的动态。本项目以甘农5号紫花苜蓿的植株及种子作为植物材料，以该苜蓿种子中分离出的根瘤菌Rhizobium meliloti. GN5为内源菌，以根瘤菌标准菌Sinorhizobium meliloti.12531为外源菌，以质粒结合转导法将荧光蛋白质粒cfp导入苜蓿根瘤菌，构建内源荧光标记根瘤菌R meliloti. GN5f和外源荧光标记根瘤菌S meliloti.12531f。对芽苗期、幼苗期，营养及生殖生长期的成年植株进行荧光标记根瘤菌的侵染实验。检测并探讨内源标记根瘤菌和外源标记根瘤菌在植株不同部位的分布规律和运移动态。经过历时3年的研究，项目达到了预期目标，并得到以下重要发现和结论：.1. 对荧光标记根瘤菌感受态预处理条件，质粒转导条件，转导流程等三亲本杂交的操作方法及流程得到突破，形成易于获取优良苜蓿根瘤菌荧光标记株的转导方法。指出转移接合载体对转移接合的成功率有显著影响，而以灭菌苜蓿叶片为载体可以促进质粒的结合转移，可作为未来根瘤菌荧光标记株构建的新型载体。.2. 明确种子携带的根瘤菌来源于母本植株的内生根瘤菌(内源菌)，而外源根瘤菌可在外源干扰物质的作用下会通过根系或花的表面进入花的子房壁定殖于种子。证实了苜蓿种子具有携带根瘤菌的现象和能力，初步知悉根瘤菌向种子迁移和运输的动态及这一过程中的影响因素。.3. 内源根瘤菌和外源根瘤菌在宿主体内的迁移通道存在相似性、异质性和多样性。由根系侵入的内源及外源标记根瘤菌在植株生长各个阶段都有自根向地上部分运移的通道，且通道随宿主生长阶段的不同而有变化。内源菌及外源菌在植物组织中的分布部位和数量有所差异，外源信号干扰物质，如生长素、稀土离子和菌株的非自体胞外多糖能干扰宿主植株对微生物的防御反应，导致根瘤菌在宿主体内的迁移通道和运移能力发生变化。.以上科学发现和结论对于苜蓿种子体内携带根瘤菌的来源，苜蓿与其内生根瘤菌的协同传代，以及根瘤菌作为植物内生菌的研究奠定了基础，对根瘤菌与宿主共生进化方面的研究有重要指导意义。研究成果为生产携带优良外源根瘤菌的优质苜蓿种子提供了理论基础和技术先导。研究过程中，发表多篇高质量的学术论文，具有较高的科学价值和良好的应用前景。