水稻根际及内生细菌群落结构多样性研究及体域网系统架构的研究

水稻根际及内生细菌群落结构多样性研究摘要：为探讨水稻根际细菌和内生细菌群落结构多样性及与水稻的关系。2008年7月从5个品种水稻根际土和茎部分离根际细菌和内生细菌，并进行脂肪酸鉴定。结果表明，分离得到的根际细菌有13个种，隶属于10属，内生细菌有13个种，隶属于9个属，两群落的优势菌均为蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）。以各菌株在根际土和茎部出现与否为指标，用类平均法对数据进行系统聚类分析，当λ=0.80时，可分为4个大类群。对根际细菌、内生细菌和水稻生物学特征参数进行相关分析得到，根际细菌和内生细菌与水稻与千粒重，穗粒数，亩产存在正相关，但与有效穗呈负相关。关键词：水稻，根际细菌，内生细菌，群落多样性StudyonthediversityoftherhizospherebacteriaandendophyticbacteriaofriceGuipingHu1,2,BoLiu1*,XuefangZheng1,YingzhiLin1,HuaiShi1,MinshengYou2(1AgriculturalBiologicalResourceResearchInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,Fuzhou350003,China;2InstituteofAppliedEcology,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,China)Abstract：Theresearchaimedtostudytherelationshipbetweenthediversityofrhizospherebacteriaandendophyticbacteriaandrice.Weisolatedandculturedrhizospherebacteriaandrhizospherebacteriafromtherhizosphereandstemofrice.fatty-acididentificationshowedthatrhizospherebacteriawereclusteredinto10generawhichobtained13speciesandrhizospherebacteriawereclusteredinto9generawhichobtained13species,ThedominantbacteriaisBacilluscereus.Theclusteranalysisresultsshowedthatthebacteriacouldbeseparatedinto4groups.ThecorrelationanalysisindicatedtherelationgshipbetweenbacteriaandSeedsettingpercentage、1000-grainweightandplantproductiongwerepositivelycorrelatedWhereastherelationshipbetweenbacteriaandeffectivespikeswasnegativelycorrelated.Keywords：rice,Rhizospherebacteria,Endophyticbacteria,Diversityofcommunity

植物内生细菌（Endophyticbacteria）是指能够定殖在植物的各种组织和器官的细胞间隙或细胞内，并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物(KleopperJWetal,1992)。植物内生细菌具有丰富的生物多样性。大量的研究表明，不但不同植物种类之间内生细菌的类群存在一定的差异，而且同一植物的不同器官、不同生育期、不同生长地区和环境以及不同品种之间也存在明显差异。内生细菌长期生活在宿主体内的特殊环境中，并与宿主协同进化，在演化过程中形成了共生的关系，一方面内生细菌可以从宿主吸收营养供自己生长的需要，另一方面内生细菌在宿主的生长发育和系统演化过程中起重要的作用。感染内生细菌的宿主往往具有生长速度快(何红等，2002)、增加产量（高增贵等，2004；徐进等，2004），抗逆境（张颖等，2007）、抗病害（傅正擎等,1999）等优势。植物根际是一个复杂的生态系统，在这一系统中栖息着各种各样的微生物，其中，细菌是这些微生物中的组要组成成员（赵之伟等，1992），细菌的组成及其生命活动对于植物的生长，产量以及整个生态系统的物质转化和能量流动均有着重要的作用（WatanabeIandRogorPA,1984）。研究表明大量的根际有益微生物具有固氮、解磷、产生植物激素等促进植物生长和防治病害的能力，对植物的益处主要表现在，提高根、茎、叶、穗等氮的含量，增加分蘖数、根长、根面积；提前孕穗期及开花期；增加穗粒数及粒重；提高叶绿素含量及种子萌发率等，提高作物产量等作用。水稻是世界上最重要的谷类作物之一，是世界上50%以上的人口的粮食之源。目前，水稻的产量的提高主要依靠化肥和农药的大面积的施用，虽取得一定的效果，但是也产生了极大的环境问题，所以寻找另外一种新的环保的增产途径尤为重要，而内生菌和根际微生物及其分泌物具有促进生长、提高作物产量的能力，为水稻增产工作也提供新的思路。目前国内外主要是集中于某个植物内生细菌或根系细菌对作物固氮、抗病、促生等作用的研究，而对植物根际细菌和内生细菌相关性研究及两者与植物相互作用的研究甚少。本研究通过分离不同品种水稻根际细菌和内生细菌，了解它们的群落结构组成，并拟通过气象色谱技术快速、准确检测根际细菌和内生细菌的磷脂脂肪酸，利用全自动微生物鉴定系统进行鉴定，从而明确水稻植株内生细菌和根际细菌群落的组成，菌群密度，内生细菌和根际细菌之间的相互关系及其在水稻生长发育过程中所起的作用，为内生细菌和根际细菌资源的进一步研究和开发利用奠定理论基础，于进一步研究它们的作用机制，更加有效利用内生菌和根际微生物资源有重要的作用，也为水稻增产工作开辟新的思路和途径。1材料与方法1.1试验材料水稻由福建省农业科学院稻麦研究所提供，水稻处于孕穗期，水稻品种为：航1号，航2号，Ⅱ优航1号，Ⅱ优航2号，汕优63，品种生物学特性见表1，随机采样，每个品种采3株，连根带土掘出，将掘出的植株根际土壤部分严密的用塑料袋包裹，带回实验室。表1水稻品种生物学特性Table1biologicalcharateristicsforricevarieties品种Variety全生育期（天）穗瘟(﹪)最高分蘖数（个）有效穗（粒）成穗率（%）穗粒数(个)结实率（%）千粒重（g）亩产(kg)株高(cm)航1号133.6731.1612.138.9173.44122.2978.5228.11485.44117.67航2号133.677.6614.409.3064.49126.6376.8128.23519.93116.67Ⅱ优航1号130.6784.2614.038.3059.51127.5583.2829.22564.80114.00Ⅱ优航2号130.6714.2112.278.4068.34139.5483.8929.17563.54115.67汕优63128.6730.3213.709.2867.99112.5779.1828.43495.06100.001.2试验方法1.2.1根际细菌的分离抖掉与根际松散结合的土体，然后将与根际紧密结合土壤用刷子刷下来作为根际土壤。称取10g土样稀释在90ml无菌水中，震荡，稀释为10-2，10-3，10-4，各取200μL稀释液涂布于NA平板上，处理后的NA平板倒置于30℃1.2.2内生细菌的分离取水稻茎部（距根部10cm-15cm）1g，先用75％酒精浸泡数秒，无菌水冲洗数次后，再用10％次氯酸钠浸泡5min，无菌水冲洗数次后用无菌滤纸吸干表面水分，然后用无菌剪刀剪碎样品在无菌研钵中，充分研磨匀浆，稀释在9ml无菌水中。取200μL稀释液涂布于NA平板上，处理后的NA平板倒置于301.3.3细菌脂肪酸鉴定细菌脂肪酸的提取①细菌培养条件：TSBA平板培养基，四线划线法，培养温度28±1℃，培养时间24±2h。②获菌：用接种环挑取3～5环（约40mg湿重）的菌落置入一个干净、干燥的有螺旋盖的试管中（最佳的获菌区域为第3区）。③皂化：加入1.0±0.1mL皂化试剂，拧紧盖子，振荡5～10s，放入95～100℃的沸水中5min，室温冷却，振荡5～10s，再水浴25min，室温冷却。④甲基化：开盖加入2.0±0.1mL甲基化试剂，拧紧盖子，振荡5～10s，80±1℃水浴10min，移开且快速用流动自来水冷却至室温。⑤萃取：加入1.25±0.1mL的萃取试剂，拧紧盖子，温和混合旋转10min，打开管盖，利用干净的移液管取出每个样本的下层水相部份。⑥细菌脂肪酸的气相色谱检测在下述色谱条件下平行分析脂肪酸甲酯混合物标样和待检样本：二阶程序升高柱温，170℃起始，5℃·min-1升至260℃，而后40℃·min-1升温至310℃，维持90s；汽化室温度250℃、检测器温度300℃；载气为氢气（2mL·min细菌脂肪酸鉴定系统根据各组分保留时间计算等链长（ECL）值确定目标组分的存在、采用峰面积归一化法计算各组分的相对含量，再将二者与系统谱库中的标准菌株数值匹配计算相似度（SimilarityIndex，SI），从而给出一种或几种可能的菌种鉴定结果。一般以最高SI的菌种名称作为鉴定结果，但当其报告的几个菌种的SI比较接近时，则根据色谱图特征及菌落生长特性进行综合判断。以脂肪酸混合标样校正保留时间。细菌鉴定仪对细菌的鉴定判别依赖于相似性指数（SI）：相似性指数大于0.500时，说明匹配性很高，为典型的菌种；大于0.300小于0.500时，说明匹配性较低，为非典型菌种；小于0.300时，说明数据库没有此菌种的数据，给出的是最接近的相关菌种。1.4数据处理根际细菌和内生细菌数量分析采用单因子方差分析（Fisher’sLSDtest）；聚类分析则以分离到的内生菌菌株为样本，以各菌株在各部位出现与否为指标，组成“0-1”数据矩阵，将所得数据输入DPS数据处理系统，采用欧氏距离为聚类尺度，以类平均法对数据进行系统聚类分析；根际细菌和内生细菌与水稻生物学参数先做用单因子方差分析（Fisher’sLSDtest），然后两组数据做相关分析（Pearson2-tailedtest），所用软件为SPSS12.0（SPSSInc.,Chicago,Illinois,USA）。结果与分析不同品种水稻根际细菌和内生细菌总量试验结果见表2，总体上看，不同品种根际细菌含量和内生细菌含量差异很大，根际细菌的含量远大于内生细菌含量。而不同品种水稻根际细菌之间差异很大，其中Ⅱ优航1号的根际细菌含量最高为，25.0×104cfu/g；其次为品种Ⅱ优航2号，根际细菌含量为25.0×104cfu/g；接下来依次为：汕优63，航1号，航2号，根际细菌含量分别为16.0×104cfu/g、12.0×104cfu/g、11.5×104cfu/g。不同品种水稻内生细菌含量也有差异，含量最高的为品种Ⅱ优航1号和Ⅱ优航2号，其次为品种汕优63，接下来为航1号和航2号。表2不同品种水稻根际细菌和内生细菌总量Table2thecontentoftherhizospherebacteriaandendophyticbacteriaofrice品种Variety根际细菌(×104cfu/g)RhizosphereBacteria(×104cfu/g)内生细菌(×104cfu/g)EndophyticBacteria(×104cfu/g)航1号Hang1hao12.0±1.73b0.25±0.09b航2号Hang2hao11.5±1.26b0.21±0.06bⅡ优航1号Ⅱyouhang1hao25.5±2.25a0.67±0.03aⅡ优航2号Ⅱyouhang2hao25.0±4.36a0.67±0汕优63shanyou6316.0±1.53b0.31±0.09b注：表中数值为平均值±标准误，同一列中不同字母表示在5%水平上差异显著（Fisher’sLSDtest）。Note:Valuesaremean±SE.DifferentlettersinthesamecolumnindicatethatmeansaresignificantlydifferentatP<0.05(Fisher’sLSDtest).2.2水稻根际细菌和内生细菌的脂肪酸鉴定2.2.1内生细菌从水稻茎部分离到的25株内生细菌中与MIDI数据库比较相似性指数大于0.500，可确定其菌种名称的有23株，属于13个种，隶属于10属（见表3）分别是：芽孢菌属（Bacillusspp）、假单胞菌属（Pseudomonasspp）、食酸菌属(Acidovoraxspp)、寡养单胞菌属（Stenotrophomonasspp）、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonasspp)、微杆菌属(Microbacteriumspp)、不动杆菌属(Acinetobacterspp)、克雷伯氏菌属（Klebsiellaspp）、伯克霍尔德菌（Burkholderiaspp）、肠杆菌属（Enterobacterspp）。其中，芽孢杆菌有4个种，其余9个属包含1个种。同时，芽孢杆菌属为优势菌属，占内生细菌总数的56.5%。2.2.2根际细菌33株根际细菌脂肪酸鉴定结果见表4，分别属于13个种，隶属于9个属，分别为芽孢杆菌属（Bacillusspp）、假单胞菌属（Pseudomonasspp）、寡养单胞菌属（Stenotrophomonasspp）、光杆菌属(Photorhabdusspp)、肠杆菌属(Enterobacterspp)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonasspp)、金黄杆菌属（Chryseobacteriumspp）、（Zobellia-uliginosa）（？）。其中，芽孢杆菌属为优势菌属，占根际细菌总数的42.4%。表3水稻茎部内生细菌Table3Endophyticbacteriacomefromthestemsofrice编号number属名genusname种名Speciesname中文名Chinesename相似系数SimilarityIndex菌株数Strainnumber1芽孢杆菌属Bacilluscereus蜡状芽孢杆菌0.85492芽孢杆菌属Bacillussubtilis枯草芽孢杆菌0.88423芽孢杆菌属Bacillusatrophaeus萎缩芽孢杆菌0.76514芽孢杆菌属Bacillusmegaterium巨大芽孢杆菌0.63725假单胞菌属Pseudomonasfluorescens荧光假单胞菌0.53216食酸菌属Acidovoraxkonjaci魔芋食酸菌0.76317寡养单胞菌属Stenotrophomonasmaltophilia嗜麦芽糖寡养单胞菌0.64918鞘氨醇单胞菌属Sphingomonasyanoikuyae矢野口鞘氨醇单胞菌0.62619微杆菌属Microbacteriumbarkeri微杆菌属（无中文名）0.538110不动杆菌属Acinetobactercalcoaceticus乙酸钙不动杆菌0.714111克雷伯氏菌属Klebsiella-pneumoniaepneumoniae肺炎克雷伯氏菌0.672112伯克霍尔德菌Burkholderiagladioli唐菖蒲伯克霍尔德菌0.678113肠杆菌属Enterobacterhormaechei霍氏肠杆菌0.6561注：微生物自动鉴定系统对细菌的鉴定判别依赖于相似性指数（SimilarityIndex），当相似性指数大于0.500，说明匹配性很高，为典型种；大于0.300小于0.500，说明匹配性较低，为非典型种；小于0.300：说明数据库没有此菌种的数据，给出的是最接近的种。表4水稻根际细菌Table4therhizospherebacteriacomefromrice编码Number属Genusname种Speciesname中文名Chinesename相似系数SimilarityIndex菌株数Strainnumber1芽孢杆菌属Bacilluscereus蜡状芽孢杆菌0.837112芽孢杆菌属Bacillusmegaterium巨大芽孢杆菌0.71653芽孢杆菌属Bacillussphaericus球形芽孢杆菌0.79344芽孢杆菌属Bacilluslaevolacticus左旋乳酸芽孢杆菌0.12715芽孢杆菌属Bacillussubtilis枯草芽孢杆菌0.80626假单胞菌属Pseudomonasfluorescens荧光假单胞菌0.53227假单胞菌属Pseudomonasaeruginosa铜绿假单胞菌0.26818寡养单胞菌属Stenotrophomonasmaltophilia嗜麦芽糖寡养单胞菌0.52939光杆菌属Photorhabdusluminescensluminescens发光光杆状菌0.518110肠杆菌属Enterobactercloacae阴沟肠杆菌0.664111鞘氨醇单胞菌Sphingomonasyanoikuyae矢野口鞘氨醇单胞菌0.626112Zobelliauliginosa0.181113金黄杆菌属Chryseobacteriumindologenes产吲哚金黄杆菌0.0111注：微生物自动鉴定系统对细菌的鉴定判别依赖于相似性指数（SimilarityIndex），当相似性指数大于0.500，说明匹配性很高，为典型种；大于0.300小于0.500，说明匹配性较低，为非典型种；小于0.300：说明数据库没有此菌种的数据，给出的是最接近的种。根际细菌和内生细菌在不同品种水稻的分布特性以分离到的20种细菌为样本以各菌株在水稻茎部和根际出现与否为指标，用类平均法对数据进行系统聚类分析，当λ=0.80时，可将20种内生细菌分为4个大类群（见表3，表4和图1）。类群Ⅰ包括4个菌株，分别是Microbacteriumbarkeri、Bacillusatrophaeus、Pseudomonasfluorescens、Pseudomonasaeruginosa，他们的共同特征为都分离自于品种航1号。类群Ⅱ包括6个菌株，可以分为2个亚群，亚群1有3个菌株，分别是：Sphingomonasyanoikuyae、Zobelliauliginosa、Chryseobacteriumindologenes，他们都分离于品种Ⅱ优航1号根际土；亚群2有3个菌株，分别是Bacillussphaericus、Bacilluslaevolacticus、Bacillusmegaterium，它们均分离于品种航2号根际土。类群Ⅲ包括4个菌株，分别是Stenotrophomonasmaltophilia、Bacillussubtilis、Photorhabdusluminescensluminescens、Enterobactercloacae，这四个菌株的特性为均分离于品种Ⅱ优航2号根际土。类群Ⅳ包括6个菌株，可以分为2个亚类群，类群1包括3个菌株，分别为Bacilluscereus、Acidovoraxkonjaci、Burkholderiagladioli，这3个菌共同特性为都分离于Ⅱ优航2号茎部；类群2包括3个菌株，分别为Acinetobactercalcoaceticus、Enterobacterhormaechei、Klebsiellapneumoniaepneumoniae，它们的共同特征为均分离于品种Ⅱ优航1号茎部。表5根际细菌和内生细菌的分布特性Table5thedistributionoftheRhizosphereBacteriaandEndophyticBacteriaofRice编号number种名Speciesname品种Variety航1号Hang1hao航2号Hang2haoⅡ优航1号Ⅱyouhang1haoⅡ优航2号Ⅱyouhang2hao汕优63Shanyou63ABABABABAB1Microbacteriumbarkeri01000000002Pseudomonasfluorescens11000000003Bacillusatrophaeus01000000004Sphingomonasyanoikuyae00011000005Stenotrophomonasmaltophilia00010110006Bacilluscereus01110101117Bacillussubtilis00000010018Acinetobactercalcoaceticus00000100019Enterobacterhormaechei000001000010Klebsiellapneumoniaepneumoniae000001000011Acidovoraxkonjaci000000010112Burkholderiagladioli000000010013Bacillussphaericus001010000014Bacillusmegaterium101010101115Zobelliauliginosa000010000016Chryseobacteriumindologenes000010000017Photorhabdusluminescensluminescens000000100018Enterobactercloacae000000100019Pseudomonasaeruginosa100000000020Bacilluslaevolacticus0010000000注：0表示细菌在该部位不存在，1表示存在;A代表水稻根际，B代表水稻茎部Note:0standsformicrobacteriadon’texistonthissite,1standsforexistion；Astandsforrhizosphereofrice,BStandsforstemofrice表6聚类过程Table6ClusteranalysisTIJ距离1311.00E-0921091.00E-09316151.00E-09418171.00E-095210.29296980.2929712110.292981540.292991770.29291020130.292911750.4791214130.5072131160.5438141340.6645151910.764316860.801117650.863918540.933519410.9731GroupⅣGroupⅢGroupGroupⅣGroupⅢGroupⅡGroupⅠ图1细菌聚类图Fig1clusterofmicrobacteria水稻根际细菌和内生细菌联系及其与水稻生物学特征的相关性细菌是生态环境中重要的生命物质之一，在很多对植物微生态系统的研究中，发现，植物的根际是微生物生存的特殊环境，根际细菌与植物之间存在着复杂的共栖关系，根际细菌的旺盛活动给植物的生长带来很大的益处。除此之外，植物体内还存在与植物的互惠共生的内生细菌。为了深入分析根际细菌和内生细菌相互关系及其与水稻生长的影响，对根际细菌和内生细菌与水稻生物学参数进行了相关分析。结果显示，根际细菌数量与内生细菌数量存在密切的关系，呈正相关（相关系数为0.992）。从根际细菌和内生细菌与水稻生长情况看，根际细菌和内生细菌与水稻有效穗存在负相关，与穗粒数，结实率，千粒重，理论亩产存在极显著正相关，但与水稻的株高，生育期，穗瘟相关不显著。表7水稻根际细菌和内生细菌与水稻生物学特性间的相关系数Table7Correlationcoefficientbetweenmicrobegroupsandbiologicalcharateristicsofrice微生物类群microbegroups生物学特征biologicalcharateristics全生育期稻瘟最高分蘖数有效穗成穗率穗粒数结实率千粒重亩产株高根际细菌RhizosphereBacteria-0.5640.526-0.094-0.881*-0.5040.5670.980**0.993**0.880*0.002内生细菌Endophyticbacteria-0.4620.517-0.164-0.931*-0.4650.6410.987**0.986**0.894*0.122Pearson相关分析Pearsoncorrelationanalysis，*和**分别表示在0．05和0．01水平上相关显著(双侧检验)indicatethecorelationissignificantat0．05and0．01level(2-tailed)讨论FisherPJ等认为在植物内生微环境中，不同的微生物相互作用，并建立一种平衡，从而形成一种相对稳定的细菌菌群（FisherPJetal,1992）。从分离出的内生细菌来看，有些菌的分离率较高，为优势菌，如芽孢杆菌属（Balliusspp），而有些菌相反，为稀有属。这种群落结构的特异性是内生菌与植物共同进化形成的，与植物的遗传，生理、代谢产物与微生物的营养要求和生理代谢等相互适应的结果。研究发现内生菌群落结构与植株品种，自身生长环境，营养条件，遗传背景有关（罗明等，2004；高增贵等，2006）。脂肪酸是细菌细胞结构的重要组成成分，细胞脂肪酸与DNA具有高度的同源性，各种细菌具有特异性的细胞脂肪酸指纹图谱（刘志辉等，2005）。因此可以利用脂肪酸的种类和含量差异不同作为细胞分类的重要依据。目前，该项技术已经广泛用于细菌的鉴定(朱育菁,2008,2009;蓝江林,2009)和多样性研究中(吴愉萍等,2006；OzbekA,2003；蓝江林,2008)。微生物自动鉴定系统对细菌的鉴定判别依赖于相似性指数（SimilarityIndex），当相似性指数大于0.500，说明匹配性很高，为典型种；大于0.300小于0.500，说明匹配性较低，为非典型种；小于0.300，说明数据库没有此菌种的数据，给出的是最接近的种。本研究采用相似性指数高于0.5的细菌鉴定的结果，能可靠地反映细菌鉴定的种类。本试验中分离到的水稻内生优势菌为蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus），与刘云霞等（1999）从水稻（沈农319，中百4号）分离到的优势菌为巨大芽孢杆菌和杨海莲等（1999）从水稻（越富）分离得到的优势菌为成团肠杆菌（Enterobacteragglomerans）不同。同时比较内生细菌和根际细菌可以看出，从水稻茎部中分离到的内生细菌有很大一部分在根际微环境中也存在，但有的根际细菌在植物体内又不一定有，说明内生细菌和根际细菌之间存在紧密的联系。罗明等（2007）和孟颂东等（1998）分别从棉花和甜玉米两种植物的根部和茎部分离出的内生细菌，其大部分分类单位与土壤常见的细菌相同，且根中细菌数量大于茎中的细菌数量(罗明等，2007;孟颂东等，1998)。可以假设，内生细菌是植物根际细菌在与植物长期适应过程中有选择性地进入到植物体内。同时也因此证明了这些内生细菌起源于根际，并由此进入植物组织内（MclnoryJAandKleopperJW,1994）。研究发现这些内生细菌主要为兼性内生的土壤性细菌，最常见的优势种群有假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、肠杆菌属（Enterobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）（ZouWXetal,1999）。本研究发现水稻根际细菌的种类相当丰富，33株分离物属于13个种，隶属于9个属。根际细菌生活在水稻根际中，经过长期自然选择，形成了一个相对稳定的微生态环境，细菌在水稻根际的生长繁殖一方面可以加快稻田的物质循环，增加土壤肥力，促进水稻生长，从而增加水稻产量。LaheurteF和BcrtherinJ(1998)发现根际细菌Enteroba-cteragglanerans可利用和限制玉米根际分泌物，促进玉米生长，提高光合作用的效率，从而减少根际分泌物的分泌（LaheurteFandBcrtherinJ,1988）。其他研究发现根际微生物还可以利用根分泌的各种无机盐和有机物质合成一些生活活性物质，包括植物激素，如生长素，赤霉素和细胞分裂素等（孟颂东等,1998），它们可影响植物的生长。但在一定条件下，根际细菌的大量生长，水稻病原微生物的侵入，又会在根际土壤中与水稻形成对营养物质的竞争，甚至破坏水稻的正常生长而影响产量。因此，根际微生物群落结构达到一个什么样的状态才能最大限度的促进水稻生长，我们应该选择什么样的多样性参数作为控制水稻根际细菌乃至整个微生物群落的结构和繁殖的指标就成为水稻根际微生物群落多样性研究的核心问题。另外本实验通过相关分析得到水稻内生细菌和根际细菌与水稻生物学参数有效穗呈负相关，而与穗粒数，结实率都存在正相关，说明内生细菌和根际细菌在水稻生长发育过程中，尤其是产量形成上都起了非常重要的正效益，虽然大量资料表明内生细菌和根际细菌都有促进植物有机物物合成，提高植物光合效率，促进植物生长，提高植物产量等租用，但在植物生长过程中，两者如何与植物互作作用机理目前还不是很清楚，另外到底是内生细菌对植物生长促进作用更大，还是根际细菌的贡献更大，也值得进一步深入研究。参考文献KleopperJW,SchipperB,BakkerPAHM(1992).Proposeddliminationofthetermendorhizosphere.Phytopathology,82,726-727.HeH(何红),CaiXQ(蔡学清)(2002)BiologicalcontrolofbananaanthracnosewithendophyticBacillussubtilisBS-2andBS-1isolatedfromcapsicus.JournalofFujianagrivulturalandforestryuniversity(福建农林大学学报),10(6),735-738.(inChinesewithEnglishabstract)FuZQ(傅正擎),XiaZJ(夏正俊),WuAM(吴蔼民),YangYB(杨永宾),ZhengQ(郑勤),GuBK(顾本康)(1999)InhibitionofmycelialgrowthandtoxinproductionofVerticilliumdahliaeandgrowthpromotionofcottonbyendophyticbacteria.ActaPhytopathologicaSinica(植物病理学报),4(29),374-376.(inChinesewithEnglishabstract)GaoZG(高增贵),ZhuangJH(庄敬华),ChenJ(陈捷),LiuX(刘限),TangSG(唐树戈)(2004)Populationofendophyticbacteriainmaizerootsanditsdynamicanalysis.ChineseJournalofappliedecology(应用生态学报),15(8):1344-1348.(inChinesewithEnglishabstract)ZhangY(张颖),WangG(王刚),GuoJW(郭建伟),WangMN(王美南),YangWZ(杨之为)(2007)Controlofwheattake-allbyendpphyticbacteriaisolatedfromwheat.ActaPhytopathologicaSinica(植物病理学报),37(1),105-108.(inChinesewithEnglishabstract)XuJ(徐进),HeLYu(何礼远),FengJ(冯洁),TengJX(滕建勋),WangCH(王成华)(2004)EffectsofBacillusspp.OnBacterialWiltandGrowthofTomatoandPotato,ChineseJournalofBiologicalControl(中国生物防治),20(2),138-140.(inChinesewithEnglishabstract)LuoM(罗明),LuY(卢云),ChenJH(陈金焕)(2007)StudyondynamicthechangeofpopulationdensityanddistributionofendophyticbacteriainHamimelonPlantsinXinjiang.AridZoneResearch(干旱区研究),24(1),28-33.(inChinesewithEnglishabstract)赵之伟，沙涛，杨发蓉，等.云南水稻根际微生物的生态学研究，见：中国科学技术协会首届青年学术年会云南卫星会议论文集.昆明：云南科学技术出版社，1992.149-153.WatanabeI,RogorPA(1984)Nitrogenfixationinwetlandricefield,In:editedbySubbaRaoNS.CurrentDevelopmentinBiologicalNitrogenFixation,pp.237-276.OxfordandIBHPubCo,Britain.FisherPJ,PertiniO,ScottHML(1992)Thedistributionofsomefungalandbacterialendophytesinmaize,NewPhytologist,122(2),299-305.LuoM(罗明),LuY(芦云),ZhangXL(张祥林)(2004)IsolationofEndophyticBacteriafromCottonandScreeningofAntagonisticBacteria,XinjiangAgriculturalSciences(新疆农业科学),41(5),277-282.(inChinesewithEnglishabstract)GaoZG(高增贵),ChenJ(陈捷),LiuX(刘限),XueCS(薛春生)(2006)Thecorrelationbetweenmaizegeneticpolymorphismsandendophyticbacteriapopulationinplantroots.ActaEcologicaSinica(应用生态学报),6(26),1920-1926.(inChinesewithEnglishabstract)LiuZH(刘志辉),CaiXS(蔡杏珊),ZhuPB(竺澎波)(2005)StudyonspeciesidentificationofMycobactedabygaschromatographyanalysisofwhole-cellfattyadd.ChinJTubercReslairDis(中华结核和呼吸杂志),28(6),403-406.(inChinesewithEnglishabstract)WuYP(吴愉萍),XuJM(徐建明),WangHZ(汪海珍)(2006)ApplicationofSherlockMISinidentificationofsoilbacteria.ActaPedologicaSinica(土壤学报),43(4),642-647.(inChinesewithEnglishabstract)OzbekA,AktasO(2003)IdentificationofthreestrainsofMycobacteriumspeciesisolatedfromclinicalsamplesusingfattyacidmethylesterprofiling,JIntMedRes,31,133-140.LiuYX(刘云霞),ZhangQW(张青文),ZhouMZ(周明牂)(1999)Populationdynamicsofendophyticbacteriainsymptom-freericeplants.ChineseJournalofAppliedEcology(应用生态学报),10(6),735–738.(inChinesewithEnglishabstract)ZhuYJ(朱育菁),ChenL(陈璐),LanJL(蓝江林)(2009)Isolation,identificationandthebiocontrolpotentialofendophyteintheasienensis(Camelliasinensis).JournalofFujianAgricultureandForestryUniversity:NaturalScienceEdition(福建农林大学学报:自然科学版),38(2),129-134.(inChinesewithEnglishabstract)ZhuYJ(朱育菁),WangQH(王秋红),ChenL(陈璐)(2008)Isolationandfatty-acididentificationofendophytesinlonganfruit.SubtropicalPlantScience(亚热带植物科学),37(4),22-25.(inChinesewithEnglishabstract)LanJL(蓝江林),ZhuYJ(朱育菁),SuMX(苏明星),GeCB(葛慈斌),LiuY(刘芸),LiuB(刘波)(2008)IsolationandidentificationoftheEndophytebacteriafromEichhorniacrassipe(Mart.)Solms.JournalofAgro-EnvironmentScience(农业环境科学学报),27(6),2423-2429.(inChinesewithEnglishabstract)MengSD(孟颂东),GuanGL(关桂兰)(1998)EffectofPhytohormoneProducedbytheRhizosphereMicroorganismsonWheatGrowth.Plantphysiologycommunications(植物生理学通讯),34(6),427-429.(inChinesewithEnglishabstract)LanJL(蓝江林),LiuB(刘波),ZhuYQ(朱育菁),TangQR(唐秋蓉),LinKM(林抗美),SuMX(苏明星),ShiH(史怀)(2009)Communityanddiversityofendophyticbacteriainsideeggplant,EcologyandEnvironmentalSciences(生态环境学报),18(4),1433-1442.(inChinesewithEnglishabstract)YangHL(杨海莲),SunXL(孙晓璐),SongM(宋未),WangYS(王云山)(1999)StudiesonthericeendophyticbacteriaEnterobactercloacaeMR12’Sidentificationandit’seffectsofNitrogenfixationandbiologicalxontroltoplantdisease.ActaPhytopa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1引言体域网(bodyareanetwork,BAN)是基于无线传感网(wirelesssensornetwork,WSN)的,是泛在网络的一个重要组成部分,由可植入人体内的传感器、可穿戴在身体上的传感器以及分布在人体周围的传感器,个人终端设备、和网络通信设备等组成的通信网络,主要通过收集、传送以及分析处理人体的生理数据和环境数据,实现智能感知和远程监控等功能。体域网(BAN)在远程诊断、医疗保健、社区医疗以及特殊人群监护等领域的应用有着十分重要的意义和巨大的需求,可以帮助解决由世界老龄化人口不断增加引起的医疗资源相对不足,贫困地区医疗条件差,看病贵、看病难等问题,并日渐成为研究和应用的热点。体域网(BAN)除了应用于医疗保健、特殊人群监护和健康恢复等方面外,还可广泛地应用于电子信息、娱乐业，体育运动、环境智能、军事安全和社会公共等领域。目前,体域网(BAN)正处于研究的初期阶段,研究的主要内容主要集中在以下几个方面:BAN系统架构和服务平台研究;用于减少数据冗余、快速获取特征数据和决策的数据融合方面的研究,包括轻量级数据融合算法的设计与实现[4]和生理数据的实时处理等;上下文感知及监控研究;BAN安全体系及安全技术研究以及生物传感器设计等。随着芯片制造、无线宽带、射频识别、信息传感及网络业务等信息通信技术(ICT)的发展,信息网络将会更加全面深入地融合人与人、人与物乃至物与物之间的现实物理空间与抽象信息空间,并向无所不在的泛在网络(ubiquitousnetwork)方向演进。在任何地点、任何时间、以任何方式为用户提供普适服务成为泛在网的重要特征。作为泛在网的一个重要分支,实现网络的无缝连接,提供可移动、上下文感知、智能化和个性化服务是BAN发展的必然趋势。目前,在通信网和互联网的基础上实现跨网络、跨应用的高度协同和融合,是构建泛在网的主要技术,并在多个国际网络和通信组织内达成了共识。下一代网络(nextgenerationnetwork,NGN)基于IP协议,支持多业务、多协议和多种接入方式,能够实现业务与传送分离,控制功能独立,接口开放和服务质量(QoS)保证,使用户在任何位置、任何时候、使用任何终端都可以得到完美的通信体验。IP多媒体子系统(IPmultimediasubsystem,IMS)是3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统,是下一代网络的核心架构。其核心是采用SIP协议实现网络融合,并提出了一种网络融合的基础架构,这种架构实现了用户数据、业务逻辑、控制、承载和接入的分离。本文基于网络融合和协同技术,采用IP多媒体子系统,提出了一种体域网(BAN)系统架构,并对该架构中采用的关键技术进行了分析。2系统架构Figure2BANstationarchitecFigure2BANstationarchitecture2.1设备层设备层主要由传感器、网关和终端设备组成。BAN中的传感器主要用来检测和传送人的生理数据和环境数据信息,通常分为三类：一是可植入人体的传感器,包括可吸入的传感器和可植入的生物传感器等;二是可穿戴在身体上的传感器,如葡萄糖传感器、血氧饱和度传感器和温度传感器等;三是分布在人体周围的传感器，用来识别人体的活动以及感知周围的环境。传感器、网关、终端(手机、智能手机、PDA、笔记本电脑及PC等)及其他设备构成了一个无线传感器网络(WBSN),可看作是一个传感器节点。传感器通过UWB或IEEE802.15.6等协议与网关连接，并将信息传送给网关。网关使用蓝牙或Zigbee协议,再将信息转发给终端。终端对接收到得信息进行轻量级的汇聚融合和过滤。另外,终端提供异构网络融合及协同技术,实现终端的无缝接入。Figure1ArchitectureofBAN2.1.1体域网(BAN)终端体域网(BAN)支持所有类型的用户终端,包括手机、智能手机、PAD、笔记本电脑以及PC等。同一终端可以使用多种接入方式接入网络。首先,BAN终端必须满足泛在网络的“4A”的通信要求,具有多模化和多样化的特征。其次,BAN终端还应具有高度的智能化,具有自我感知、自适应和自组织等功能。本文设计了一种IMS终端的体系结构,如图2所示。2.1.2终端协同技术体域网(BAN)采用终端协同技术,充分利用用户的各种终端和网络资源,真正实现泛在和异构融合。终端协同包括同一用户多个终端设备之间的自组织组网以及它们之间通过无线接口实现自组织组网的协同,并统一管理,实现分布式计算,并根据终端能力、用户偏好、业务特性、位置等因素,实现终端能力组件的动态发现、选择、聚合和适配,协同完成对同一业务的支持。使用终端协同技术可以实现分布式数据融合任务,减少数据传输量和提高识别精度。另外,协同技术也可以为用户和终端提供了多样化的接入方式和服务提供方式。2.1.3情境感知在BAN中发挥着十分重要的作用。通过传感器采集的人体当前状态数据和实时环境数据,联系上下文信息,应用人工神经网络、贝叶斯网络和隐藏的马可夫模型等情境感知模型,实时检测和监控人体的生理指标参数和人体周围环境变化情况,为远程诊断和监护等提供决策服务。情境感知通过对用户需求的分析,为用户提供个性化服务。采用终端协同技术可以实现分布式情境感知计算,在终端可获得决策数据,减少数据的传输量。2.2接入层接入层主要由基站节点和接入网关组成,负责设备层中体域网(BAN)终端的组网控制、数据汇聚、协议转换和异构网络接入等功能。IMS具有与接入无关的特性,能支持BAN终端的无缝业务接入和可移动接入IMS支持GPRS/WCDMA、3G/4G、WLAN以及WiMAX等无线接入和移动接入,而且还支持xDSL和固定LAN等有线接入。通过IMS对通用移动性的支持,在融合移动性管理中可将多个终端与不同的接入网关联。由于IMS抽象了用户通信的会话网络,使得在接入网络和终端变换时,保持连续会话,从而实现无缝的业务接入。2.3承载层承载层主要完成接入层和控制层之间数据的交换,实现语音、多媒体及数据的安全可靠的传输。承载网络指现有的基于IP的通信网络,例如移动通信网、互联网以及城域网等,并可根据业务需求和运营环境来部署。2.4控制层控制层分为IMS控制子层、数据管理和控制子层,如图3所示IMS控制子层是实现网络融合的核心层,由呼叫会话控制功能(callsessioncontrolfunction,CSCF)实体、HSS和SLF服务器组成,主要负责IMS终端呼叫/会话的建立、修改和释放。CSCF实体指SIP服务器,分为代理呼叫/会话控制功能实体(proxy-CSCF,P-CSCF)、问询呼叫/会话控制功能实体(interrogation-CSCF,I-CSCF)和服务呼叫/会话控制功能实体(serving-CSCF,S-CSCF)。P-CSCF是IMS终端与IMS网络的第一个连接点,负责验证和转发用户的请求,将其路由至正确的I-CSCF或S-CSCF;I-CSCF为IMS终端选择合适的S-CSCF以及将从外网收到的SIP消息路由到正确的S-CSCF,并屏蔽底层网络拓扑;S-CSCF完成用户注册认证,建立会话路由以及实现业务触发等功能。归属用户服务器(homesubscriberserver,HSS)用来存储每个用户的唯一服务配置文件,该文件包含了用户的IP地址、电话记录、联系人列表、语音邮件问候语等。I-CSCF和S-CSCF在处理用户请求和建立会话路由时都将同HSS数据库交互以写入或获取用户消息。另外,基于互联网的非IMS终端可以不通过IMS控制子层完成与数据中心的数据交换,如医院病人的电子医疗记录,可以通过互联网直接传送给数据中心。数据控制和管理子层是整个体域网(BAN)的数据中心,由数据库服务器、应用服务器、控制器和上位机等设备组成。体域网(BAN)采集的各种数据通过承载网传输至数据中心,数据中心的数据库由运营商、政府或专门机构等构建。根据体域网(BAN)不同的应用可建立多个分类数据库,比如遗传基因数据库、电子医疗健康数据库、实时医学健康检测数据库和用户环境及位置信息数据库等。数据中心对采集的数据首先进行多源信息聚集、分类和融合,以及格式转换,然后进行存储