全 文 ：云南德宏地区含羞草根瘤菌表型数值分类研究
王易鹏 1, 2 ,刘晓云 2＊ ,张斌 2 ,陈赞 2 ,郭小叶 2　(1.西南林学院保护生物学学院 ,西南地区生物多样性保育国家林业局重点实
验室 ,云南昆明 650224;2.河北大学生命科学学院 ,河北省微生物多样性研究与应用实验室 ,河北保定 071002)
摘要　对分离自云南德宏瑞丽、潞西等地的 86株含羞草植物根瘤菌株 ,和归属于Agrobacterium、Escherichia、Sinorhizobium、Burkholderia、
Cupriavidus等属的 6株已知参比菌株 ,进行了抗生素抗性 、温度生长范围、碳氮源利用等 88个表型性状研究。结果表明 ,该地区含羞草
植物根瘤菌菌株中有 15%的菌株能耐受 5%的NaCl;菌株 SWF67010、SWF67017的抗性较强 ,能耐受 300μg/ml的四环素和卡那霉素以
及 5%的NaCl,并在 4℃的条件下生长。试验数据通过MVSP4.1软件分析 ,得到数值分类树状图 ,供试菌株在 78%相似水平上分为 3个
表观群 ,其中 ,第Ⅰ群 5株未知菌株未与参比菌株聚群 ,第Ⅱ群 3株未知菌株与中华根瘤菌属聚群 ,第Ⅲ群 72株未知菌株与伯克霍尔德菌
属聚群。
关键词　含羞草;根瘤菌;表型性状;多样性
中图分类号　S182;S154　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)16-08590-02
PhenotypeDiversitiesofRhizobiaIsolatedfromMimosapudicainYunnanDehouArea
WANGYi-pengetal　(ColegeofProtectBiology, SouthwestForestryColege, KeyLaboratoryofBiodiversityConservationinSouthwest
ChinaofStateForestryAdministration, Kunming, Yunnan650224)
Abstract　86 strainsofrhizobiawereisolatedfromMimosapudicanodulescolectedinDehongRuili, LuxiofYunnanProvinceand6known
speciesofAgrobacterium, Escherichia, Sinorhizobium, Burkholderia, Cupriavidus, usesofantibioticresistance, temperatureuse, nutrientutili-
zationEtc.byperformingnumericalanalysisof88 phenotypicfeature.Theresultsshowedthat15% ofthestrainscouldtolerate5% NaCl.
StrainSWF67010, SWF67017wereabletowithstandthetest300μg/mltetracyclineandkanamycin, 5%NaCland4℃undertheconditions
ofgrowth.ThroughtheMVSPsoftwareanalysis, obtainingnumericaltaxonomytree, itwasfoundthattestedstrainsweredividedintothreeap-
parentgroupsat78%similaritylevel.Thefirstgroupof5unknownstrainswasnotwiththereferencestrainsofclusters, thesecondgroupsof
3 unknownstrainsclusteredwithSinorhizobiummelitotiUSDA1002T, thethirdgroupof72 unknownstrainsweregroupedwithBurkholderia
cluster.
Keywords　Mimosapudica;Rhizobia;Phenotypiccharacters;Diversity
基金项目　国家自然科学基金项目(30570001)。
作者简介　王易鹏(1983-),男 ,重庆人 ,硕士研究生 , 研究方向:资源
微生物。 ＊通讯作者。
收稿日期　 2010-03-15
　　云南德宏州地处我国西南部 ,为南亚热带季风气候类
型 。其生物资源十分丰富 ,该区分布了大量的豆科(Legu-
minosae)植物 ,其中 ,含羞草植物(Mimosaspp.)在德宏比较
常见。与含羞草植物结瘤的根瘤菌有台湾诺尔斯通菌(Ral-
stoniataiwanensis)[ 1] 、加勒比伯克霍尔德菌(Burkholderiacar-
ibensis)[ 2] 、瘤状伯克霍尔德菌(B.phymatum)[ 3] 、含羞草伯克
霍尔德菌(B.mimosarum)[ 4] 、根瘤伯克霍尔德菌 (B.nodo-
sa)[ 5]和萨比亚伯克霍尔德菌(B.sabiae)[ 6] ,它们均具有共生
固氮和结瘤特性 [ 7] ,隶属于 β-变形杆菌纲 ,其中 ,伯克霍尔德
菌属(Burkholderia)在含羞草植物根瘤菌中较为常见 [ 8] 。笔
者以德宏地区含羞草的根瘤菌作为研究对象 ,通过对含羞草
植物共生的根瘤菌进行表型性状研究 ,目的在于揭示含羞草
根瘤菌的表型特征 ,并保存热带豆科菌株资源。
1　材料与方法
1.1　菌株及来源　该试验供试菌株 92株 ,其中 ,待测菌株
86株 ,参比菌株 6株。待测宿主植物是含羞草(Minosapudi-
ca)和无刺含羞草(M.diplotricha),采自德宏的瑞丽 、潞西 、南
畹 、弄岛 、陇川 、畹町等市县。参比菌株分别属于 Agrobacteri-
um、Escherichia、Sinorhizobium、Burkholderia、Cupriavidus等根瘤
菌属。
1.2　性状测定　测定方法按文献 [ 9]进行 ,试验共测 92株
供试菌株表型性状 88项。其中 ,唯一碳源利用共测定 32种
碳源:己二酸 、D-阿拉伯糖 、糊精 、半乳糖醇 、内消旋赤藓醇 、
果糖 、D-半乳糖 、葡萄糖 、肌醇 、菊糖 、乳糖 、麦芽糖 、棉子糖 、
鼠李糖 、D-核糖 、水杨苷 、乙酸钠 、柠檬酸钠 、甲酸钠 、琥珀酸
钠 、山梨糖 、淀粉 、蔗糖 、酒石酸钠 、海藻糖 、木糖 、甘氨酸 、L-
甲硫氨酸 、 L-脯氨酸 、L-苏氨酸 、L-组氨酸 、L-丝氨酸;唯一氮
源利用 13项:L-丙氨酸 、L-精氨酸 、L-天冬氨酸 、L-胱氨酸 、D-
谷氨酸 、L-谷氨酸 、甘氨酸 、L-亮氨酸 、L-异亮氨酸 、L-赖氨酸 、
L-甲硫氨酸 、L-苯丙氨酸 、L-组氨酸;抗生素测定 20项 , 5种
抗生素分别是氨苄青霉素 、氯霉素 、卡那霉素 、链霉素和四环
素 ,每种抗生素设 4个浓度 ,分别为 5、50、100、300 μg/ml;其
他测定共 23个项目:耐盐性测定 、耐酸碱性测定 、过氧化氢
酶试验 、生长温度范围测定 、氧化酶测定 、3-酮基乳糖测定 、
BTB产酸产碱反应等。
1.3　聚类分析　聚类方法均同文献 [ 9] ,聚类分析编码采用
平均连锁法(UPGMA),聚类结果以树图的形式表示。
2　结果与分析
2.1　生理生化测定结果及分析
2.1.1　唯一碳氮源利用 。试验结果表明 ,所有未知菌株都
不能利用已二酸;96.7%的菌株能利用甘氨酸和脯氨酸;
93.3%的菌株能利用果糖 、肌醇 、乳糖 、乙酸钠 、琥珀酸钠 、苏
氨酸和丝氨酸 ,因此 ,供试菌株糖酵解利用碳源范围比较广
泛。未知菌株对氮源利用情况良好 ,其中 , 70.9%的菌株能
利用所有氮源。
2.1.2　抗逆性测定。试验结果表明 ,大多数未知菌株不能
在 300 μg/ml浓度的四环素和 300 μg/ml浓度的卡那霉素下
生长 ,而 SWF67010、SWF67017、SWF67054、SWF67093、SWF67096、
SWF67187、SWF67269等菌株表现出极好的抗性 ,几乎能在
上述的 300μg/ml浓度抗生素生长 。所有的供试菌株都可
耐受 5～ 300 μg/ml的氯霉素。耐盐性结果表明 ,有 17株菌
在 5%的 NaCl能生长 , 25.5%的未知菌株可耐受 4%的
责任编辑　李菲菲　责任校对　况玲玲安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(16):8590-8591, 8691
NaCl, 44.1%的未知菌株可耐受 3%的 NaCl,所有菌株都能在
1%的 NaCl下生长。酸碱性测试表明 ,所有供试菌均不能耐
受 pH值 4的生长环境 ,所有菌株都能在 pH值 9下生长 ,
82.5%的菌株能在 pH值 12下生长 ,这一结果表明 ,供试菌
株普遍具有较强的耐碱能力 ,而耐酸能力较差。通过对菌株
在温度 4、10、37、60 ℃(处理 10 min)下的生长结果分析表
明 , 4℃时有 15%的菌株能生长;10℃时 ,有 72%的未知菌株
能生长;37、60℃时所有菌株都能生长 。
2.1.3　其他指标测定。试验表明 ,所有菌株都能在肉汤培
养基生长并能产生过氧化氢酶 ,产生氧化酶的菌株有 73株 ,
能产生脲酶的菌株有 64株 ,所有菌株都不产生 3-酮基乳糖
和 L-苯丙氨酸脱氨酶。能产碱的菌株有 27株 ,能产酸的菌
株有 31株。
2.2　数值分析结果　采用平均连锁法对 86株供试菌株和 6
株参比菌株进行聚类分析(图 1),根据参比菌株的聚类情况
并参考 Sneath等的建议 [ 10] ,相似性在 80%左右的菌株 ,可以
归为同一种。由图 1可见 , 86株菌在 69%相似水平上聚群 ,
在 78%相似水平上形成 3个表观群 ,第Ⅰ群共有 5株菌 ,这群
的表型特征为碳氮源利用范围较窄 ,群内相似水平为 80%,
未与已知的参比菌株聚类。第Ⅱ群 3株未知菌与已知参比菌
株 SinorhizobiummelitotiUSDA1002T聚群 ,这些菌株很可能属
于中华根瘤菌(Sinorhizobiummelitoti)。第Ⅲ群 72株未知菌
株与已知菌株聚群 ,其他 6株待测菌株在 78%相似水平上未
聚合成单支存在 。第Ⅲ群群内相似水平为 81%,这一类群可
在 91%的相似水平上分为 3个亚群 ,第 1个亚群共有 9株
菌 ,在 93%的相似水平上聚合与土壤杆菌 agrobacteriumrhi-
zogenseIAM13129聚群;第 2亚群有 34株菌 ,与已知参比菌
株 Burkholderiasp.LMG23741和 LMG21445在 91%的相似
水平上聚在一起 ,可表明该亚群与伯克霍尔德菌属(Burk-
holderia)关系密切;第 3个亚群 29株菌 ,在 91%的相似水平
上聚群 。
图 1　数值分类树状图
Fig.1　Thedendrogramofnumericaltaxonomy
3　讨论
分离自德宏地区的 86株根瘤菌大多数能广泛利用碳氮
源 ,对抗生素表现出极好的抗性 ,菌株都能够耐高温 ,均有较
强的耐盐碱能力 ,这与供试菌株长期生长的生态环境条件有
直接的关系 [ 11] 。德宏是典型的南亚热带季风气候 ,含羞草
长期生长在高温潮湿的环境中 ,部分地区土壤贫瘠 ,在这种
环境压力下使这些地区的根瘤菌具有耐高温抗逆性强的特
点。而这些特性丰富了根瘤菌的基因库资源 ,为热带植物选
育优良根瘤菌提供菌种资源 。
(下转第 8691页)
859138卷 16期　　　　　　　　　　　　　　　　王易鹏等　云南德宏地区含羞草根瘤菌表型数值分类研究
置 ,而无论采取何种移动路线均希望产生的移动误差最小 。
定义 P0为目标坐标 , PD为收获机器手末端坐标 ,则相应的
目标函数为:minE=‖ P0 -PD‖ 。遗传操作主要包括复制 、
交叉 、变异 。染色体的复制选用轮盘赌复制法;交叉采用最
常用的单点交叉;变异采用单点变异。
显然 ,根据编码规则可将机器手移动中 3个变量的组合
(x, θ1 , θ2)转化为搜索空间上的染色体 ,先随机生成多组二
进制数组成的染色体构成一个初始种群 ,再通过基于目标函
数的适应度函数对染色体进行逐一评价 ,接着复制 、交叉 、变
异形成新的种群 ,通过不断迭代从种群中找到适应度最优的
(x, θ1 , θ2),确定移动到果实所在位置的机器手最优移动
路线。
3　结果与分析
任意选择空间中 10个坐标点作为试验样本 ,收获机器
手初始姿态为(0, 125°, 45°), l1为 3.5 m, l2为 2.5 m, l3为
0.5 m。采用的遗传算法中 ,种群规模为 100,染色体代码长
度为 30,每个变量对应 10位二进制数 ,最大代数为 200代 ,
交叉概率为 0.6,变异概率为 0.2。表 1中以到达位置与目标
位置之间的误差 E为目标函数 ,令 E最小进行寻优 ,求出最
优位姿解 θ1 , θ2 , x。从仿真试验结果可以看出 ,所设计的基
于遗传算法的收获机器人移动路线优化算法可较准确地找
到目标 ,到达指定的位置 ,误差较小。
4　小结
针对农业收获机器手移动路线的优化 ,提出一种基于遗
传算法的优化算法。该方法以目标位置与末端位置的范式
距离最小为目标函数进行优化计算。该算法获得的位姿参
数使得收获机器手移动误差尽可能得小 。
表 1　试验结果
Table1　Thecalculationresultsofexperiments
P(x, y)∥cm θ1∥° θ2∥° x∥m E∥cm
2, 480 124.046 9 39.589 4 -0.321 3 1.620 7
-2, 480 115.601 2 33.958 9 -1.108 8 11.734 7
58, 500 131.085 0 51.554 3 0.993 6 2.449 2
-58, 500 43.460 4 120.176 0 -1.591 7 2.083 3
202, 300 2.287 4 107.859 2 -0.551 6 0.739 1
-202, 300 178.240 5 74.780 1 0.737 3 4.662 0
221, 322 98.005 9 -5.102 6 -0.191 3 10.153 1
-221, 322 107.859 2 -177.888 6 1.851 7 0.966 5
300, 400 112.434 0 15.659 8 1.465 4 4.850 9
-300, 400 120.879 8 161.349 0 1.621 4 4.063 2
350, 500 43.460 4 55.777 1 -0.711 3 11.313 7
-350, 500 141.642 2 109.266 9 0.150 4 8.408 8
440, 425 38.181 8 40.645 2 -0.733 6 16.965 1
参考文献
[ 1] NAOSHIK, TINGKC.RoboticsforPlantProduction[J] .ArtificialInteli-
genceReview, 1998, 12:227-243.
[ 2] GUOF, CAOQX, CUIYJ, etal.Fruitlocationandstemdetectionmethod
forstrawberryharvestingrobotl[ J].TransactionsoftheCSAE, 2008, 24
(10):89-94.
[ 3] 古辉,芦亚亚,丁维龙,等.自然场景下果实目标的识别和定位[ J].浙江工业大学学报, 2007, 35(3):267-273.
[ 4] 崔玉洁 ,张祖立 ,范磊,等.基于 ADAMS的果品采摘机械手运动学仿真
分析[ J] .农机化研究, 2008(4):59-61.
[ 5] 汪定伟 ,王俊伟 ,王洪峰 ,等.智能优化方法 [ M].北京:高等教育出版
社 , 2007:217-253.
(上接第 8591页)
　　通过对 86株未知菌株的数值分析表明 , 86株供试菌株
在 86%的相似水平上聚类为 3个表观群 。第Ⅰ群 ,未与已知
参比菌株聚类 ,有待于进一步进行遗传研究;第 Ⅲ群中的 72
株供试菌株在 90%的相似水平上与已知参比菌株 Burkholde-
riasp.LMG23741和 LMG21445聚类 ,与陈文明分离自台湾
南部 191株含羞草根瘤菌菌株中 98%归属 Burkholderia的结
果一致 [ 12] 。
通过对分离自云南德宏的含羞草根瘤菌的表型性状的
研究 ,获得了生长在热带季风气候的含羞草根瘤菌的表型特
征 。该研究为进一步揭示含羞草根瘤菌的遗传多样性和系
统发育提供了前期研究数据 ,并为菌株的区分和保存提供了
依据和菌株资源。
参考文献
[ 1] CHENWM, LAEVENSS,LEETM, etal.Ralstoniataiwanensissp.nov.,
isolatedfromrootnodulesofMimosaspeciesandsputumofacysticfibro-
sispatient[J].IntJSystEvolMicrobiol, 2001, 51:1729-1735.
[ 2] CHENWM, MOULINL, BONTEMPSC, etal.Legumesymbioticnitrogen
fixationbyβ-proteobacteriaiswidespreadinnature[J].JBacteriol, 2003,
185(24):7266-7272.[ 3] ELLIOTTGN,CHENWM, CHOUJH, etal.Burkholderiaphymatumisa
highlyefectivenitrogenfixingsymbiontofMimosaspp.andfixesnitrogen
explanta[J].NewPhytol, 2007, 173:168-180.
[ 4] CHENWM, JAMESEK,COENYET, etal.Burkholderiamimosarumsp.
Nov., isolatedfromrootnodulesofMimosaspp.fromTaiwanandSouthA-merica[J].IntJSystEvolMicrobiol, 2006, 58:1847-1851.
[ 5] CHENWM, DEFARIASM, JAMESEK,etal.Burkholderianodosasp.
nov., isolatedfromrootnodulesofthewoodyBrazilianlegumesMimosa
bimucronataandMimosascabrela[J] .IntJSystEvolMicrobiol, 2007, 57:
1055-1059.
[ 6] CHENWM, DEFARIASM, CHOUJH, etal.Burkholderiasabiaesp.
nov., isolatedfromrootnodulesofMimosacaesalpinifolia[J].IntJSyst
EvolMicrObiol, 2008, 58:2174-2179.
[ 7] VANDAMMEP, GORISJ, CHENWM, etal.Burkholderiatuberumsp.
nov., andBurkholderiaphymatumsp.nov., nodulatetherootsoftropicallegumes[J] .SystApplMicrobiol, 2002, 25:507-512.
[ 8] 刘晓云.β-根瘤菌及特殊 α-根瘤菌的研究概况[ J].微生物学报, 2008,
48(10):1408-1412.
[ 9] CHENWX, YANGH, LIJL, etal.Numericaltaxonomicstudyoffast-
growingsoybeanrhizobiaandaproposalthatRhizobiumfredibeassigned
toSinorhizobiumgen[J] .IntJSystBacteriol, 1988, 38:392-397.
[ 10] SNEATHPHA, SOLALRB.Numericaltaxonomy.ThePrinciplesand
practiceofnumericalclassification[C].FreemanWH.CoSanFrancis-
co, 1973.
[ 11] 陈文新,汪恩涛,陈文峰.根瘤菌 -亚科植物共生多样性与地理环境的关系[ J].中国农业科学, 2004, 37(1):81-86.
[ 12] CHENWM.β-RhizobiafromMimosapigra,anewlydiscoveredinvasive
plantinTaiwan[J].NewPhytologis, 2005, 168:661-675.
869138卷 16期　　　　　　　　　　　　　　　　石玉秋等　收获机器手移动路线优化算法的研究