近年来，福建农林大学菌草研究所、国家菌草工程技术研究中心研究团队对巨菌草内生固氮菌开展了系列研究，揭示了巨菌草丰产和内生菌固氮机制，为丰富和完善内生固氮菌种质资源库、提高巨菌草产量，研发内生菌生物肥料及在荒漠地、沙地、沙漠、砒砂岩、洪积扇等生态脆弱区推广种植菌草提供新思路和新途径。
热门资讯，点击了解产品详情
研究成果在BiotechnologyBiotechnologicalEquipment、AppliedBiochemistryandMicrobiology、PLOSONE、微生物学报、微生物学通报等权威杂志发表，获国家发明专利2项，培养博、硕士生11人。
巨菌草是一种具有良好应用潜力的能源草、生态草,具有较强的防风固沙的生态治理功能，可在土地贫瘠的沙漠、流动沙丘等地种植生长，种植后沙地有机质、酶活性及微生物数量有明显增加，巨菌草的总氮含量超过了其从土壤和肥料中的摄取的总氮量，其中内生固氮菌在其中起了重要的作用。
以林占熺研究员和鲁国东教授牵头的研究团队通过IlluminaMiseq二代测序技术、qRT-PCR技术揭示了巨菌草不同生长地区、同一生长地区不同生长阶段的巨菌草固氮菌群差异较大，其中海南地区种植、拔节生长期根部的巨菌草具有最为丰富的内生固氮菌群，其中克雷伯氏菌属（Klebsiella）、慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）细菌为其主要固氮菌群，且不同生长时期样本的nifH基因的相对表达量、拷贝数的变化趋势与其固氮菌群组成变化一致；
CCA分析表明：年均降雨量和年均气温是影响不同地区巨菌草内生固氮菌群变化的主要因素，而在同一种植地区温度是影响巨菌草内生固氮菌菌群变化的主要因素，其次是湿度和pH。
研究团队从巨菌草根中分离得到了6类内生固氮菌，其中菌株GN02固氮酶、ACC脱氢酶活性高，且具有良好产氨、分泌铁载体、溶磷、IAA产生等促生性能，经16SrDNA序列分析确定为变栖克雷伯氏菌(Klebsiellavariicola)，具有一定的抑制病原菌的作用，对稻瘟病菌抑菌率可达40.25～44.30%；
该菌株对大麦有明显的促生作用，可使叶长增加37.26%，根长增长9.40%，根重增加66.16%，鲜重增加96.40%，干重增加80%，目前正进一步研究开发成为微生物肥料生产菌种。
为了进一步探究GN02菌株的分子生物学特性，对GN02菌株通过IlluminaMiSeq和PacBioRSⅡ的二代、三代测序技术对其进行全基因测序，结果表明GN02基因组大小为5,,bp，其基因组中存在大量与细胞氮素代谢密切相关的基因，氨基酸代谢相关基因的丰度很高。GN02菌株基因组基本特征与其他K.variicola较为相似、共线性关系较好，具有完整的固氮基因群，共鉴定出57个固氮相关基因。
研究团队还采用了激光共聚焦显微镜观察了携带EGFP标记的GN02菌株在巨菌草根部的定殖情况，发现GN02菌株在巨菌草根中的定殖部位主要为内皮层，在表皮、中柱和导管内也有少量分布。甚至定殖于导管内，表明内生固氮菌GN02能以分散或聚集的形式在合适的植物体内定殖。
泌氨性能是决定固氮菌固氮能力的关键因素之一，研究团队应用了GC-TOF-MS代谢组学的方法，从代谢水平上研究了GN02菌株泌氨过程中的关键影响因素。结果表明，Mannitol、Frutose-6-phosphate和Glutamicacid在GN02菌株菌体的代谢过程中处于核心枢纽地位，Gly-pro是菌体合成的与氮相关的主要代谢产物。
本研究揭示了巨菌草在生态脆弱区种植丰产机制，丰富了禾本科植物内生固氮菌种植资源，为禾本科植物内生固氮菌联合固氮机制研究提供了理论依据。目前，该研究成果与龙岩学院、陕西鄜州生态产业有限公司合作开展应用研究与和推广，生产菌草生物有机肥等多类产品。