全 文 ：　　1995—11—11收稿。
康丽华副研究员(中国林业科学研究院热带林业研究所　广州　510520)。
* 本项研究为中国林科院基金项目( 1993～1995)“木麻黄根瘤菌——弗兰克氏菌的应用生态学研究”的部分内容。本所
周文龙副研究员提供山地及滨海木麻黄种子;中国林科院林研所潘志刚研究员提供沙棘种子,在此一并致谢。
木麻黄根瘤内生菌
——弗兰克氏菌侵染特性的研究*
康丽华
　　摘要　对 25 株木麻黄属和异木麻黄属的弗兰克氏菌进行侵染特性研究结果表明, 从木麻黄属
根瘤分离的弗兰克氏菌菌株在同属不同种木麻黄宿主之间可以交叉感染结瘤, 显示其专一性在属
的水平上。由异木麻黄属根瘤分离的弗兰克氏菌可以感染木麻黄属的根系结瘤,反映出其专一性在
科的水平上。从木麻黄属和异木麻黄属分离的这些供试菌株均能侵染沙棘, 结瘤率达 40%～
100% ,揭示出弗兰克氏菌具有跨越侵染不同科、属的能力。这些菌株全部不侵染滨海木麻黄。
　　关键词　木麻黄弗兰克氏菌　交叉感染　侵染　宿主
　　自从 1978年美国的 Callaham 等首次从香蕨木( Camp tonia p eregrina)根瘤中分离弗兰克
氏 菌 ( Fr ankia) 获得成功后[ 1] , 国内外许多学者也从桤木( Alnus spp. )、沙棘( H ippophae
rhamnoides L. )、胡颓子( Elaeugns spp. )和木麻黄( Casuarina spp. )等非豆科植物根瘤中分离
获得弗兰克氏菌[ 2～5]。Beeking[ 6]根据弗兰克氏菌与宿主植物的关系划分为 10个种,但有些弗
兰克氏菌具有跨越科、属、种宿主的能力[ 7] ,所以按宿主的种类来划分弗兰克氏菌的分类地位,
似嫌为时过早。深入进行弗兰克氏菌交叉侵染能力的研究,将有助于对“种”的准确划分和完善
分类系统的建立。对弗兰克氏菌的应用也具有指导意义。本文研究了从不同地点、不同种木麻
黄根瘤中分离的弗兰克氏菌的侵染特性。
1　材料与方法
1. 1　弗兰克氏菌的分离、培养
弗兰克氏菌的分离方法采用根瘤切片法[ 5] ,菌株分离地点及树种见表1。弗兰克氏菌在 28
～30 ℃的 Bap [ 8]培养液中培养 1个月后制成菌悬液接种苗木。
1. 2　苗木培育及接种方法
普通木麻黄( C. equi set if ol ia L. )、粗枝木麻黄( C. glauca Sieb. ex Spreng . )、细枝木麻黄
( C. cunningham iana M iq. )、山地木麻黄( C. j unghuhniana M iq. )、滨海木麻黄( A llocasuarina
lit tor alis ( Sal isb. ) L . Johnson)种子和沙棘种子用 0. 1%HgCl 2表面消毒 3 m in,用无菌水冲洗
干净,播种于经 121 ℃灭菌的蛭石∶沙为 1∶1的容器中,待苗木长至高为 3～4 cm、根长约 2
cm 时移至塑料容器。每个容器移 1株苗, 用无菌注射器吸取 5 mL 菌悬液注射到苗木根系周
林业科学研究　1997, 10( 3) : 233～236
Forest Research 　　 　　　
围土壤, 每个弗兰克氏菌接 8 株苗, 3次重
复。接种 6个月后观察结瘤情况、高生长、生
物量并进行根瘤计数。
1. 3　根瘤固氮酶活性的测定
用乙炔还原反应的方法, 气相色谱检
测[ 9]。
2　结果与讨论
2. 1　弗兰克氏菌对不同种木麻黄的侵染能
力
表 2 看出,从木麻黄属的 4个种根瘤分
离的弗兰克氏菌, 可以互相交叉侵染, 达到
100%的结瘤率,还显著地提高木麻黄的高生
长及生物量。从表 1, 2还可看出,从广西、广
东木麻黄根瘤分离的菌株可以侵染地理种源
与其相差甚远的宿主,其中山地木麻黄来自
于非洲的坦桑尼亚。结果表明:同一属不同种
的木麻黄弗兰克氏菌具有同属内交叉侵染的
能力;其侵染能力与宿主的地理种源无关; 但
共生固 N 能力存在差异。
表 1　菌株分离地点及树种
菌株编号 分离地点 宿主植物
上-6 海南省琼海县上踊林场 普通木麻黄
K-1 本所苗圃 普通木麻黄
K-26 本所苗圃 普通木麻黄
9028 本所苗圃 粗枝木麻黄
9031 本所苗圃 粗枝木麻黄
9041 本所苗圃 粗枝木麻黄
L-1 本所苗圃 细枝木麻黄
L-3 本所苗圃 细枝木麻黄
CIC-20 本所苗圃 细枝木麻黄
CIJ-12 本所苗圃 山地木麻黄
4-1-18 本所苗圃 山地木麻黄
4-1-21 本所苗圃 山地木麻黄
粗-5 广东省电白县 粗枝木麻黄
CL9376 福建省龙海市 普通木麻黄
CL9381 福建省龙海市 普通木麻黄
CX9312 福建省厦门市 普通木麻黄
CX9301 福建省厦门市 普通木麻黄
Or 9302 本所苗圃 滨海木麻黄
Or 9318 本所苗圃 滨海木麻黄
JCT 2871 澳大利亚 细枝木麻黄
88057 福建省晋江县赤湖林场 细枝木麻黄
9022 本所苗圃 粗枝木麻黄
87063 广东省湛江市东海林场 普通木麻黄
BC-42 广西区北海市 普通木麻黄
BC-46 广西区北海市 普通木麻黄
　　
( Paul Redd ell 赠送)
表 2　F rankia 菌株对木麻黄属 4个木麻黄种的侵染能力
菌株 原宿主
细枝木麻黄(福建种源) 粗枝木麻黄(广东种源)
瘤重
( g/株)
结瘤率
( % )
树高
( cm )
增长率
( % )
生物量
( g/株)
增长率
( % )
瘤重
( g/株)
结瘤率
( % )
树高
( cm)
增长率
( % )
生物量
( g/株)
增长率
( %)
BO-42 普通木麻黄 0. 24 100 68. 8 7. 3 4. 76 37. 97 0. 34 100 52. 24 40. 66 3. 54 276. 60
BC-46 普通木麻黄 0. 12 100 84. 3 31. 47 10. 54 205. 5 0. 15 100 50. 95 37. 18 4. 15 341. 49
L -1 细枝木麻黄 0. 10 100 67. 3 4. 83 3. 47 0. 58 0. 15 100 60. 99 64. 22 4. 0 325. 53
C IJ-12 山地木麻黄 0. 22 100 77. 9 21. 45 6. 42 86. 09 0. 45 100 82. 60 122. 4 10. 99 1069. 15
4-1-21 山地木麻黄 0. 29 100 69. 4 8. 23 4. 38 29. 96 0. 24 100 47. 83 28. 78 2. 01 107. 0
CK 0 0 64. 2 0 3. 45 0 0 0 37. 14 0 0. 94 0
菌株 原宿主
山地木麻黄(坦桑尼亚种源) 普通木麻黄(海南种源)
瘤重
( g/株)
结瘤率
( % )
树高
( cm )
增长率
( % )
生物量
( g/株)
增长率
( % )
瘤重
( g/株)
结瘤率
( % )
树高
( cm)
增长率
( % )
生物量
( g/株)
增长率
( %)
BO-42 普通木麻黄 0. 20 100 74. 78 19. 29 3. 59 14. 7 0. 08 100 56. 93 14. 23 4. 89 54. 75
BC-46 普通木麻黄 0. 18 100 98. 40 56. 96 15. 78 404. 15 0. 17 100 71. 97 44. 40 8. 78 177. 85
L -1 细枝木麻黄 0. 12 100 97. 55 55. 61 15. 56 397. 12 0. 10 100 64. 08 29. 57 7. 02 122. 15
C IJ-12 山地木麻黄 0. 12 100 85. 29 36. 05 11. 87 279. 23 0. 08 100 66. 23 32. 89 5. 55 75. 63
4-1-21 山地木麻黄 0. 80 100 67. 45 7. 59 3. 64 16. 29 0. 12 100 56. 58 13. 52 3. 97 25. 63
CK 0 0 62. 69 0 3. 13 0 0 0 49. 84 0 3. 16 0
2. 2　弗兰克氏菌对不同属木麻黄的侵染能力
从木麻黄属的普通木麻黄、细枝木麻黄、山地木麻黄、粗枝木麻黄根瘤中分离的弗兰克氏
234 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
菌侵染异木麻黄属的滨海木麻黄的侵染情况见表 3。从结果看出, 这些菌株均不侵染滨海木麻
黄,但从滨海木麻黄根瘤中分离的弗兰克氏菌可以侵染不同属的木麻黄和不同科的沙棘。结果
说明:木麻黄属的弗兰克氏菌只有种间交叉侵染能力。异木麻黄属的弗兰克氏菌具有跨越属间
的侵染能力, 即在科水平上的专一性。此结果与 T orr ey J G的研究结果相一致[ 7]。
表 3　Frank ia 对沙棘、滨海木麻黄的侵染能力
菌株 原宿主
沙棘 滨海木麻黄 细枝 木 麻黄
结瘤数
(个/株)
结瘤率
( % )
结瘤数
(个/株)
结瘤率
( % )
结瘤数
(个/株)
结瘤率
( % )
固氮酶活性
(
M乙烯/ g 鲜瘤·h)
CIJ-12 山地木麻黄 19. 7 66. 7 0 0 4. 9 100 4. 561
上-6 普通木麻黄 17. 3 66. 7 0 0 — — —
87063 细枝木麻黄 12. 4 83. 3 0 0 3. 1 100 —
1-14 细枝木麻黄 9. 7 60. 0 0 0 — — —
粗-5 粗枝木麻黄 8. 7 50. 0 0 0 11. 7 100 —
9022 粗枝木麻黄 8. 3 80. 0 0 0 21. 1 100 6. 875
4-1-18 山地木麻黄 8. 7 60. 0 0 0 4. 5 100 —
K-26 山地木麻黄 6. 0 50. 0 0 0 7. 3 100 1. 958
9031 粗枝木麻黄 4. 3 100 0 0 10. 0 100 —
88057 细枝木麻黄 13 100 0 0 — — —
L -3 粗枝木麻黄 8. 3 100 0 0 4. 7 100 —
JCT 287 细枝木麻黄 1. 5 66. 7 0 0 6. 1 100 5. 243
9041 粗枝木麻黄 3. 0 83. 3 0 0 5. 7 100 3. 509
Or9302 滨海木麻黄 5. 5 40. 0 0 0 6. 6 100 2. 814
Or9318 滨海木麻黄 3. 0 50. 0 0 0 8. 2 100 —
C IC -20 细枝木麻黄 — — 0 0 6. 4 100 6. 053
CX9312 普通木麻黄 — — 0 0 2. 3 66. 7 —
CX9301 普通木麻黄 — — 0 0 9. 2 100 —
CL9381 普通木麻黄 — — 0 0 4. 4 83. 3 —
CL9376 普通木麻黄 — — 0 0 7. 0 100 —
K-1 山地木麻黄 — — 0 0 7. 3 100 7. 550
2. 3　木麻黄弗兰克氏菌对沙棘的侵染能力
表 3结果看出,从木麻黄属和异木麻黄属分离的弗兰克氏菌均能侵染与其不同科、属的沙
棘,达到 40%～100%的结瘤率。说明这些弗兰克氏菌具有跨越侵染不同科、属的能力。Zhang
Z 和 Baker 等人报道了木麻黄弗兰克氏菌可以侵染杨梅属(Myrica)和胡颓子属的植物[ 10～12]。
3　结　语
　　实验结果表明,弗兰克氏菌对宿主的侵染有一定的选择性,这种选择反映出不同的弗兰克
氏菌与宿主间存在着专一性关系。由表 2看出, 木麻黄属的三个不同树种的弗兰克氏菌可以相
互交叉侵染结瘤, 显示出其专一性在属的水平上。从表 3看出, 由滨海木麻黄分离的菌株
Or9302、Or9318、可以感染同科不同属的木麻黄根系结瘤, 反映出科水平上的专一性。从木麻
黄属和异木麻黄属分离的这些供试菌株均能感染沙棘根系结瘤,结瘤率达 40%～100% ,揭示
出弗兰克氏菌具有跨越侵染不同科、属的能力。这些菌株全都不感染滨海木麻黄根系结瘤,其
原因有待于进一步研究。
2353 期　　　　　　　　康丽华: 木麻黄根瘤内生菌——弗兰克氏菌侵染特性的研究
参　考　文　献
　　1　Cal laham D, T redici P Del, Torrey J G. Isolat ion and cu lt ivat ion in v itr o of the A ct inomycete causing r oot nodula-
tion in comptonia. Science, 1978, 199: 899～902.
　　2　Diem H G, Dommerg ues Y R. T he is olation of F rankia f rom nodules of Casuarina . C an. J. Bot . , 1983, 61: 2822～
2825.
　　3　Sh ipton W A, Burggr aaf A J P. Aspects of th e cultural behaviou r of F rankia and poss ible ecological impl icat ions.
Can. J. Bot . , 1983, 61: 2783～2792.
　　4　Zh an g Z, Lopez M F, T orrey J G. A comparison of cul tural character ist ics and in fect ivity of F rankia is olates f rom
root nodu les of Casuar ina species . Plant and Soil, 1984, 78: 79～90
　　5　康丽华,曹月华,吴英标.木麻黄根瘤内生菌的分离、培养和回接.林业科学研究, 1990, 3( 5) : 483～486.
　　6　Buchanan R E, Gibbons . Bergey’s manual of deter minative bacteriology ( eighth edit ion) , T he W ill iams and W ilkins
C om pan yk , Bal tim or e, 702～706.
　　7　John G. Torrey, Suzann e Racette. Specif icity am on g the Casuarinaceae in root nodulat ion by F rankia. Plant and Soil,
1989, 118: 157～164.
　　8　Murry M A. Growth kin et ics and nit rogen as e induction in Fr ankia SP HFPPArI grow th in batch culture. Plant and
Soil, 1984, 78: 61～78.
　　9　上海植物生理所固氮室.固氮研究中乙炔还原量测定方法的简易化.植物学报, 1984, 16( 4) : 382～384.
10　Zhang Z, Lopez M F, Torr ey J G. A comparison of cul tural character ist ics and in fect ivity of F rankia is olates f rom
root nodules of Casuarina species. Plant and Soil , 1984, 78: 79～90.
11　Zh ang Z, Torrey J G. S tudies of an effect ive st rain of Fr ankia f rom A l locasuar ina lehmanniana of th e Casu arin aceae.
Plant and Soil, 1985b, 87∶1～16.
12　Baker D. Host specif ici ty relat ionship am on g pu re cul tu red st rains of F rankia. Phys iol . Plant , 1987, 70: 245～248.
Study on Infective Specif icity by Frankia
Strains from Casuarinaceae
Kang L ihua
　　Abstract　25 Frankia str ains f rom Casuarinaceae w ere tested for their infect ive specifici-
ty on other ho st . T he results show ed there w ere highly cross-inoculat ion w ithin genus Casua-
rina. T he cross-inoculat ion in the family Casuarinaceae w ere found by Frankia st rains fr om
A llocasuarina. All the Frankia st rains f rom Casuar ina and A llocasuarina ar e infect iv e and ef-
fect ive on H ipp op hae r hamnoid es but not on A llocasuarina l it toralis ( Salisb. )　L. Johnson.
　　Key words　Casuar ina Frankia　cr oss-inoculation　infective specificity 　host
　　Kan g Lih ua,As sociate Profess or( Th e Research Inst itute of T ropical Forest ry, CAF　 Guan gzhou　 510520) .
236 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　10 卷