CN110452821A - 能够促进苗木不定根和次生根发育的根际真菌及用途 - Google Patents
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Abstract
能够促进苗木不定根和次生根发育的根际真菌及用途。本发明属于生物技术领域,具体涉及一种美洲黑杨根际真菌壳多孢菌(Stagonosporopsis ajacis 16W)菌株及其功能。本发明公开了一种根际真菌菌株(美洲黑杨根际真菌菌株)16W,为Stagonosporopsis ajacis,保藏号:CGMCC No.18136。本发明还同时公开了上述根际真菌菌株16W的用途:用于促进植物不定根和次生根的发育,从而促进植物的生长。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一种美洲黑杨根际真菌壳多孢菌(Stagonosporopsis ajacis 16W)菌株及其功能。
背景技术
漫长的进化过程促使植物与微生物建立了密不可分的联系。植物为了适应复杂的生存环境,与微生物形成共生系统,如根瘤菌与豆科植物的互利共生等。在共生关系中,植物与微生物相互依存,相互影响,形成高度协调和平衡的体系。植物为微生物生长提供栖息环境和营养基质,并可以通过根系分泌物等直接或者间接调节微生物群落的组成与结构,从而促进自身对不同环境的适应;微生物则可以通过多种多样的元素循环途径,促进植物的营养吸收和生长发育,提高植物适应不利环境的能力。作为植物与外界土壤接触的过渡区域,根际是共生微生物定殖和发挥功能的重要场所,也是植物-微生物相互作用最为活跃的区域。共生微生物的独特性与重要性,决定了根系微生物作为潜在的生防资源和菌剂资源,在农林业生产领域具有重要的应用潜力。
作为植株的地下部分,根系在植物生长发育中起着重要的作用。根系既是植株吸收水分和营养的主要器官,又是支撑植株地上部分的重要力量。根系的构型特点直接反映了根系的生长状况。良好的根系构型不仅可以提高根系对土壤养分和水分的利用效率,也是构建稳定生态群落的基础。根系构型既受到遗传因素的控制,也受到多种环境因子(尤其是根际微生物)的调控。研究表明,多种多样的微生物类群可以参与并有效调控植物根系构型。例如,丛植菌根真菌(AMF)可以侵染植物根系形成丛枝结构,全方位调控根系生物量、长度、根直径、侧根发育和不定根发育等指标。根瘤菌除了可以促进植物的营养吸收以外,也可以促进植物根表面积的增加。而根系促生细菌(PGPR)也可以通过多种方式增加植物根毛密度、根长度、根生物量等,促进根毛的形成。
壳多孢菌属(Stagonosporopsis)是经常能够在病害植物上分离出来的一类真菌,其多个物种被认为能够引起或者参与导致植物病害。例如,Stagonosporopsis tanaceti是导致除虫菊边花枯萎病的主要病原菌(Bhuiyan et al.2018)。三种壳孢菌(S.cucurbitacearum(syn.Didymella bryoniae),S.caricae,and S.citrulli.)是导致葫芦流胶茎枯病的主要病原菌(Stewart et al.2015;Keinath&DuBose 2017)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种源于美洲黑杨的根际土壤真菌,该菌株能够用于促进植物的生长。
上述技术问题,本发明提供一种根际真菌菌株(美洲黑杨根际真菌菌株)16W,为Stagonosporopsis ajacis,保藏号:CGMCC No.18136。
本发明还同时提供了美洲黑杨根际真菌菌株16W的用途:用于促进植物不定根和次生根的发育,从而促进植物的生长。
作为本发明的用途的改进:所述植物为杨树。例如为杂种无性系NL895杨(Populusdeltoids×P.euramericana)。
本发明的菌株为16W,保藏名称:Stagonosporopsis ajacis,保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号:CGMCC No.18136,2019年06月25日。
本发明从健康的美洲黑杨根际分离出来的菌株,能够促进NL895杨不定根和次生根的生长发育。此前尚未有报道提出壳多孢菌属(Stagonosporopsis)对植物生长或者根系发育的促生作用;且对目前现有的从烟草种子、霍山石斛中提取的壳多孢菌进行检测,均没有发现其具有促进根系发育的能力。
而本发明的结果表明,本发明所得的根际真菌16W有潜力作为益生菌,促进根系发育,在集成高效苗木扦插领域具有较大的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是接种菌株16W对NL895杨幼苗生长发育的影响;
上图为对照组与处理组NL895杨幼苗在共培养基上的生长情况(3个重复);
下图为从上述培养基上取出对照组和处理组NL895杨幼苗后的对比情况。
图2是接种菌株16W对NL895杨幼苗根系生物量的影响。
图3是接种菌株16W对NL895杨幼苗根系总表面积的影响。
图4是接种菌株16W对NL895杨幼苗根尖数的影响。
图5是接种菌株16W对NL895杨幼苗根系体积的影响。
图6是接种菌株16W对NL895杨幼苗总根长的影响。
注:上述根系均指“不定根+次生根”之和。
图7是菌株16W的产激素(IAA、IBA、TZR)情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
下文中的灭菌,均指121℃高温高压灭菌25min。
pH值的调节方式属于常规技术,例如可根据实际需要,配制1mol/L、5mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液,通过“边滴加、边测pH”方法来达到目的pH值。
实施例1、菌株16W的分离培养
1、分离和培养培养基的配置
Czapek(分离)培养基:葡萄糖20g,海盐20g,NaNO3 3g,K2HPO4 1g,MgSO4·H2O0.5g,KCl 0.5g,FeSO4·7H2O 0.01g,依次溶解于适量超纯水中,加入超纯水定容至1L,调节pH至5.6,加入琼脂15g。灭菌后、常温冷却至45℃,加入终浓度为0.05g/L和0.02g/L的硫酸链霉素和盐酸四环素,以抑制细菌污染。
PDA(培养)培养基:马铃薯200g,去皮、切小块,加超纯水煮烂后用四层纱布过滤,加入葡萄糖20g,琼脂15g,超纯水定容至1L。灭菌后、常温冷却至45℃,加入终浓度为0.05g/L和0.02g/L的硫酸链霉素和盐酸四环素,以抑制细菌污染。
2、本发明涉及菌株的分离培养
仔细抖落美洲黑杨根系的根外土,用无菌剪刀减去老根,挑取较嫩的根系约10g放入装有40ml 1×PBS缓冲液的50ml离心管中,充分震荡,使根际土悬浮。取出根系样品,将根系土悬浮液在10℃下6000g离心15min,倒掉上清液,收集根系土。取1g根系土于99ml1×PBS缓冲液中,重新悬浮混匀。按照1:10的比例依次稀释,分别得到10-3、10-4、10-5三个浓度。选取10-4和10-5两个浓度,充分混匀后各取100μl,涂布于Czapek培养基表面。25℃避光培养7d,及时观察,当培养基表明有菌丝生长时,用接种针小心将其挑出后转接到新鲜PDA培养基上纯化培养并记录菌株编号。
所述纯化培养为:用接种针挑取菌落边缘少许菌丝转移到新鲜PDA培养基,重复上述操作3-4次;符合菌落颜色、形态均一的菌株,用于下述实施例2。
实施例2、菌株16W的分子生物学鉴定
1、菌株DNA提取和PCR扩增
挑取纯培养真菌菌丝至1.5ml无菌离心管中,使用DNeasy Plant Mini Kit(Qiagen)试剂盒对真菌DNA进行提取。以DNA为模板,对核糖体28S大亚基(LSU),内转录间隔区序列(ITS),RNA聚合酶次大亚基(RPB2),和β-微管蛋白(TUB2)等基因片段进行扩增(全部引物序列见下)。扩增体系共25μl:模板DNA,1μl;正反向引物,各0.5μl;Taq酶,0.2μl;dNTP,2μl;Buffer,2.5μl;无菌超纯水,18.3μl。PCR扩增程序包括:94℃预变性,4min;35个循环,包括94℃预变性40s,55℃退火50s,72℃延伸1min;终极延伸10min。
2、序列测定与物种鉴定
扩增测序后,获得LSU序列如下(长度:867bp):
GGAGAGCAGAGGGATTGCCCTAGTAACGGCGAGTGAAGCGGCAACAGCTCAAATTTGAAATCTGGCGTCTTCGGCGTCCGAGTTGTAATTTGCAGAGGGCGCTTTGGCATTGGCAGCGGTCCAAGTTCCTTGGAACAGGACGTCACAGAGGGTGAGAATCCCGTACGTGGTCGCTAGCCTTTACCGTGTAAAGCCCCTTCGACGAGTCGAGTTGTTTGGGAATGCAGCTCTAAATGGGAGGTAAATTTCTTCTAAAGCTAAATACTGGCCAGAGACCGATAGCGCACAAGTAGAGTGATCGAAAGATGAAAAGCACTTTGGAAAGAGAGTTAAAAAGCACGTGAAATTGTTGAAAGGGAAGCGCTTGCAGCCAGACTTGCCTGTAGTTGCTCATCCGGGTTTTTACCCGGTGCACTCTTCTATAGGCAGGCCAGCATCAGTTTGGGCGGTTGGATAAAGGTCTCTGTCATGTACCTCCTTTCGGGGAGAACTTATAGGGGAGACGACATGCAACCAGCCTGGACTGAGGTCCGCGCATCTGCTAGGATGCTGGCGTAATGGCTGTAAGCGGCCCGTCTTGAAACACGGACCAAGGAGTCTAACATCTATGCGAGTGTTTGGGTGTCAAGCCCGAACGCGTAATGAAAGTGAACGGAGGTGGGAACCTTTCGGGGTGCACCATCGACCGATCCTGATGTCTTCGGATGGATTTGAGTAAGAGCATAGCTGTTGGGACCCGAAAGATGGTGAACTATGCTTGAATAGGGTGAAGCCAGAGGAAACTCTGGTGGAGGCTCGCAGCGGTTCTGACGTGCAAATCGATCGTCAAATTTGGGCATAGGGGCGAAAGACTAATCGAGCATCAGC
扩增测序后,获得ITS序列如下(长度:524bp):
GATATACGGTAACCGTAGGTGACCTGCGGAGGTCATTTACCTAGAGTTGCGGGCTTTGCCTGCCATCTCTTACCCATGTCTTTTGAGTACCTTCGTTTCCTCGGCGGGTCCGCCCGCCGATTGGACAACACTTAAACCCTTTGTAATTGAAATCAGCGTCTGAAAAAACTTAATAGTTACAACTTTCAACAACGGATCTCTTGGTTCTGGCATCGATGAAGAACGCAGCGAAATGCGATAAGTAGTGTGAATTGCAGAATTCAGTGAATCATCGAATCTTTGAACGCACATTGCGCCCCTTGGTATTCCATGGGGCATGCCTGTTCGAGCGTCATTTGTACCTTCAAGCTCTGCTTGGTGTTGGGTGTTTGTCTCGCCTCTGCGCGCAGACTCGCCTCAAAACGATTGGCAGCCGGCGTATTGATTTCGGAGCGCAGTACATCTCGCGCTTTGCACTCACAACGACGACGTCCTAAAAAAGTACATTTTTACACTCTGACCTCGGATCAGGTAAGGAACCAATT
扩增测序后,获得RPB2序列如下(长度:596bp):
GGGGTCTTGTCTGCCCTGCCGAGACACCTGAAGGACAGGCTTGTGGTCTGGTCAAGAACTTGTCCCTCATGTGCTATGTCAGTGTCGGCAGTGATGCCACGCCTATCGCAGATTTCATGGGCAAGAGGAACATGCAGCTTCTCGAGGAGTACGATCAGAACCAAAACCCTGATGCCACCAAAGTATTTGTCAACGGTGTGTGGGTTGGTGTGCACAACAACGCGCAGCAGCTCGTTTCAACCGTGCAGGAACTGCGCCGTAACGGAACCCTGTCATATGAGATGAGTTTGATTCGAGATATCCGTGACCGAGAGTTCAAGATCTTCACAGACGCTGGACGTGTCATGAGGCCACTTTTCGTTGTGCAGAACGATGTTACCAAGGACGATCGAAACCACCTTGTCTTTAACCAGGACCACTACAACAAGCTAGTTCAAGAGCAGCAGGCAATGGCTACAGCAGGTATTGGCGAGGAAGAGAAGACTGCGCTCACATACGGCTGGAAGGGTCTCATTCAAGATGGTGTCATCGAGTATCTTGACGCCGAAGAGGAGGAGACTGCCATGATTGTCATGTCACCCGAGGATCTCGGTGAA
扩增测序后,获得TUB2序列如下(长度:296bp):
ATGTTTGCTTGTCGACAGCAACTTACAATGGACAGGGTAACCAAATCGGTGCCGCCTTCTGGCAGACCATCTCCGGCGAGCATGGCCTCGACGGCTCCGGTGTCTACAACGGCACCTCGGACCTCCAGCTCGAGCGCATGAATGTCTACTTCAACGAGGTACTAGAAATGACACGCTTACCTTGGACGGACTGCGAGTGCTGACCTCTGGCAGGCCTCTGGCAACAAATTCGTTCCCCGTGCCGTTCTCGTCGATTTGGAGCCTGGTACAATGGACGCTGTCCGCGCTGGTCCCTC经与NCBI数据库内已有序列比对,确认所得菌株16W为壳多孢菌(Stagonosporopsisajacis)。上述序列已经上传到GeneBank保存,序列号如下:LSU,MN227070;ITS,MN227069;RPB2,MN227071;TUB2,MN227068。
该菌株保藏信息具体如下:保藏名称:Stagonosporopsis ajacis,保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号:CGMCC No.18136,2019年06月25日。
实施例3、菌株16W对杂种优良无性系NL895杨(Populus deltoides×P.euramericana)根系促生作用的验证
1、NL895杨无菌苗培养
采用常规的组培快繁的方法(参考文献(George E F,1993))在短期内获得大量优质杨树无菌幼苗。
组培实验所选取的外植体材料是来自同一家系、同一遗传背景的杨树树种的组培苗幼茎(该组培苗幼茎满足以下条件:为杂种优良无性系NL895杨(Populus deltoides×P.euramericana),幼茎所在的组培苗高度约为12-15cm)。超净台紫外消毒后,将杨树组培苗幼茎(带叶片)剪断至长度约为3-4cm,转接到改良MS培养基中,使组培苗直立,并尽量避免叶片碰到培养基,每个组培瓶扦插3-4株杨树幼茎,盖好盖子,转移到组培室中。温度25±3℃,湿度60-70%,12h光照(光照强度20000Lx)/12h黑暗。幼苗培养7-10d后,选取株高5-6cm的根系杨树无菌苗,在超净台内挑取根系完整且较为一致的幼苗进行共培养实验。
改良MS生根培养基配方如下表1:
表1
2、菌株16W的制备
将菌株16W在PDA固体培养基上培养7d,培养条件为25℃避光培养,从纯培养真菌平板菌落边缘用打孔器进行打孔,备用。
3、菌株16W与NL895杨无菌苗共培养
NL895杨-真菌共培养基的配方如下:适量超纯水中加入100ml土豆汁,1g蔗糖,1g葡萄糖,0.33g NH4NO3,0.38g KNO3,0.272g KH2PO4,0.088g CaCl2·2H2O,0.074g MgSO4·7H2O,2ml 100×微量元素(配置方法参见上表1),2ml 100×铁盐溶液(配置方法参见上表1),添加终浓度为100μg/ml的维生素B1,10g琼脂;调pH 5.8,超纯水定容至1L。灭菌。
土豆汁的制备方法为:取马铃薯200g、去皮后切成小块,加超纯水煮烂(约30min)后用四层纱布过滤,超纯水定容至1L。灭菌、备用。
设置如下2个处理组别,每个处理组分别设置3个重复:
16W(实验组):在大培养皿(直径150mm)中放置100ml植物(NL895杨)-真菌固体共培养基,将挑取步骤1所得的较为均一的NL895杨无菌苗3株转接至共培养基,且将步骤2打孔获得的5个菌块转接至共培养基在光照培养箱中,25℃,12h光照(光照强度20000Lx)/12h黑暗培养14d。
CK:将实验组中的“5个菌块”改成“5个空白PDA培养基”;其余等同实验组,作为对照。
从图1可以看出,16W明显促进了NL895杨幼苗次生根和不定根的生长发育。图2表明,接种16W能明显促进植株根系生物量(鲜重)增加。通过根系扫描软件(WinRHIZO Pro,Regent Instruments,Canada)确定每株幼苗的总根长,根总表面积,根体积和根尖数。由图3、图4、图5和图6可知,与对照组相比,接种16W菌株能明显提高NL895杨幼苗根系的总表面积,根尖数,根体积和总根长。
4、产激素能力
4.1菌丝中激素提取
(1)首先从新鲜培养的PDA培养基(25℃避光培养7d)上刮取16W的菌丝。
(2)将16W菌丝样品于液氮中研磨至粉碎,准确称量约1g样品于玻璃试管中;
(3)向粉末中加入10ml异丙醇/盐酸提取缓冲液,4℃震荡30min;
(4)加入20ml二氯甲烷,4℃震荡30min;
(5)4℃,13000r/min离心5min,取下层有机相;
(6)避光,以氮气吹干有机相,以400μl甲醇(0.1%甲酸)溶解;
(7)过0.22μm滤膜,进HPLC-MS/MS检测。
4.2发酵液中激素提取
准确量取5ml发酵液,加入10ml异丙醇/盐酸提取缓冲液,4℃震荡30min。余下步骤与“4.1菌丝中激素提取”的“步骤4~步骤7”同样操作。
4.3液质检测
4.3.1标准溶液配制
以甲醇(0.1%甲酸)为溶剂配制梯度为0.1ng/ml,0.2ng/ml,0.5ng/ml,2ng/ml,5ng/ml,20ng/ml,50ng/ml,200ng/ml的IAA、ABA、IBA、GA3、TZR标准溶液。每个浓度做2个重复,在实际绘制标曲方程时去掉线性不好的点。
4.3.2液相条件
色谱柱:poroshell 120SB-C18反相色谱柱(2.1×150,2.7μm);
柱温:30℃;
流动相:A:B=(甲醇/0.1%甲酸):(水/0.1%甲酸);
洗脱梯度:0-1min,A=20%;1-9min,A递增至80%;9-10min,A=80%;10-10.1min,A递减至20%;10.1-15min,A=20%。
进样体积:2μl。
4.3.3质谱条件
气帘气:15psi;
喷雾电压:4500v;
雾化气压力:65psi;
辅助气压力:70psi;
雾化温度:400℃。
表2.植物激素质子化或去质子化的选择反应监测条件([M+H]+or[M-H]-)
4.4实验结果
IAA共检测176.2/129.8,176.2/102.9,2个碎片离子,其中176.2/129.8离子响应值高且结果稳定、重现性好,杂质干扰也较少,选为定量离子,以该离子检测响应值对样品中IAA定量。176.2/102.9碎片离子为定性离子。
IBA共检测202.0/116.0,202.0/158.0,2个碎片离子,其中202/116.0离子响应值高且结果稳定、重现性好,杂质干扰也较少,选为定量离子,以该离子检测响应值对样品中IBA定量。202.0/158.0碎片离子为定性离子。
TZR共检测352.3/220.2,352.3/136,352.3/202.1,3个碎片离子,其中352.3/220.2离子响应值高且结果稳定、重现性好,杂质干扰也较少,选为定量离子,以该离子检测响应值对样品中TZR定量。其他碎片离子为定性离子。
菌丝样品中激素含量(ng/g)=检测浓度(ng/ml)×体积系数(ml)/质量系数(g)
其中检测浓度为仪器直接读取得到的浓度值;体积系数为样品最终溶解时所用的溶液体积;质量系数为称取的样品质量。
发酵液中激素含量(ng/ml)=检测浓度(ng/ml)×体积系数1(ml)/体积系数2(ml)
其中检测浓度为仪器直接读取得到的浓度值;体积系数1为样品最终溶解时所用的溶液体积;体积系数2为量取的样品体积。
分析结果如图7所述。菌丝中激素的产量为,IAA:4.39ng/g;IBA:0.19ng/g;TZR:0.64ng/g。发酵液中激素的产量为,IAA:2.88ng/g;IBA:0.02ng/g;TZR:0.006ng/g。
上述结果表明,16W菌株具有产生IAA(生长素),IBA(生长素类似物)和TZR(反式玉米素核糖苷)的能力,这些激素均具有促进植物不定根和次生根发育的功效。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
序列表
<110> 中国林业科学研究院亚热带林业研究所
<120> 能够促进苗木不定根和次生根发育的根际真菌及用途
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 867
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
ggagagcaga gggattgccc tagtaacggc gagtgaagcg gcaacagctc aaatttgaaa 60
tctggcgtct tcggcgtccg agttgtaatt tgcagagggc gctttggcat tggcagcggt 120
ccaagttcct tggaacagga cgtcacagag ggtgagaatc ccgtacgtgg tcgctagcct 180
ttaccgtgta aagccccttc gacgagtcga gttgtttggg aatgcagctc taaatgggag 240
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<213> 人工序列(Artificial Sequence)
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ccgtgcagga actgcgccgt aacggaaccc tgtcatatga gatgagtttg attcgagata 300
tccgtgaccg agagttcaag atcttcacag acgctggacg tgtcatgagg ccacttttcg 360
ttgtgcagaa cgatgttacc aaggacgatc gaaaccacct tgtctttaac caggaccact 420
acaacaagct agttcaagag cagcaggcaa tggctacagc aggtattggc gaggaagaga 480
agactgcgct cacatacggc tggaagggtc tcattcaaga tggtgtcatc gagtatcttg 540
acgccgaaga ggaggagact gccatgattg tcatgtcacc cgaggatctc ggtgaa 596
<210> 4
<211> 296
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
atgtttgctt gtcgacagca acttacaatg gacagggtaa ccaaatcggt gccgccttct 60
ggcagaccat ctccggcgag catggcctcg acggctccgg tgtctacaac ggcacctcgg 120
acctccagct cgagcgcatg aatgtctact tcaacgaggt actagaaatg acacgcttac 180
cttggacgga ctgcgagtgc tgacctctgg caggcctctg gcaacaaatt cgttccccgt 240
gccgttctcg tcgatttgga gcctggtaca atggacgctg tccgcgctgg tccctc 296
Claims (3)
1.根际真菌菌株16W,其特征是:为Stagonosporopsis ajacis,保藏号:CGMCCNo.18136。
2.如权利要求1所述的根际真菌菌株16W的用途,其特征是:用于促进植物不定根和次生根的发育,从而促进植物的生长。
3.如权利要求2所述的根际真菌菌株16W的用途,其特征是:所述植物为杨树。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910704774.5A CN110452821B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 能够促进苗木不定根和次生根发育的根际真菌及用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2019
- 2019-07-31 CN CN201910704774.5A patent/CN110452821B/zh active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111040954A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-21 | 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 | 杂合二倍体内生真菌菌株及其用途 |
CN111040954B (zh) * | 2019-12-02 | 2023-01-10 | 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 | 杂合二倍体内生真菌菌株及其用途 |
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