选题依据:栖居在植物表面及其内部的微生物与宿主间存在着紧密联系,二者相互作用,构成了一个稳定的微生态环境。植物通过根分泌物改变土壤pH、结构、氧浓度等,影响着根微生物组;此外,植物基因型、产地、生长年限等也影响着微生物在植物中的定殖。反过来,植物微生物通过提供营养、合成激素等方式影响着植物的生长、次生代谢和抗逆性等。目前,研究者对多种药用植物中的微生物进行了研究。采用组织培养法,多个研究团队已经从黄芪中分离出多种具有促进次生代谢的内生真菌,但是,黄芪根微生物组特别是细菌菌群的系统研究尚未见报道。目的:为了挖掘黄芪微生物资源,了解黄芪产地、基源、种植模式等对其根微生物组的影响,为进一步从微生物与宿主互作的角度研究根微生物在山西黄芪品质形成中的潜在作用,最终服务于黄芪的生态种植,本研究拟采用传统培养法和分子生态学方法初步探析山西黄芪根微生物组。通过对不同产地黄芪根际、根表微生物菌群结构分析,从鲜黄芪根中筛选具潜在促生效应的内生菌,阐明山西黄芪根际及根微生物组菌群特征。方法:(1)山西黄芪根际土壤微生物菌群结构研究:以黄芪根际土为实验材料,以非根际土为对照,采用自动核糖体内转录间隔序列法(Automated ribosomal intergenic spacer analysis,ARISA)研究了产地和生长年限对黄芪根际细菌菌群结构特征;山西黄芪细菌菌群研究:以不同基源、产地、种植模式的黄芪为研究材料,首先采用ASRIA法比较了解剖结构对黄芪微生物菌群的影响,再采用高通量测序技术进一步分析了周皮微生物菌群特征;(3)以山西鲜黄芪为实验材料,采用组织研磨法分离内生菌,并以ACC为唯一氮源,进一步筛选具ACC脱氨酶活性的菌株,并对其生长特性进行初步研究。结果:(1)山西黄芪根际土壤微生物菌群结构研究:与非根际土相比,种植2~3年的山西黄芪根际土壤细菌菌群结构发生了明显改变,主要表现为相似度降低和多样性增加;种植5年的山西黄芪根际土壤细菌菌群结构与非根际土壤菌群间相似度无显著差异,多样性趋于一致。与其他产地相比,山西黄芪根际微生物核心分类操作单元(Operational taxonomic unit,OTUs)数较低,但相对丰富度较高。(2)山西黄芪细菌菌群研究:采用ARSIA方法发现周皮菌群结构与药材产地、基源显著相关,而维管组织菌群结构受基源影响大,产地影响不明显;选取周皮样本,高通量测序进一步分析了黄芪菌群特征,结果表明:(1)黄芪根内生菌主要为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、酸杆菌门和厚壁菌门,变形菌门是优势菌群;(2)蒙古黄芪(Astragalus mongolicus)细菌多样性远高于膜荚黄芪(Astragalus membranacus);(3)山西黄芪菌群组成较为独特,多样性较其他产地样本高;(4)常规种植模式导致蒙古黄芪和膜荚黄芪菌群多样性降低,共享OTUs数量增加。(3)具ACC脱氨酶活性的内生菌筛选:从山西黄芪根中分离得56株内生菌,发现其中8株具有该酶活性,经鉴定均为假单胞菌属;生长特性研究发现,8个菌株的最适生长温度均为28℃、最适pH值均为7.2,盐浓度的耐受范围为0~4%。结论:山西黄芪根际及根细菌菌群明显不同于其他产地黄芪,菌群组成较为独特且多样性高,多年种植方式使根际与非根际土壤菌群相似度增加。根据微生物组学分析结果,从山西黄芪药材中定向筛选得具潜在促生效应的内生菌。