水稻根際及內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性研究及體域網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的研究

水稻根際及內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性研究摘要：為探討水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性及與水稻的關(guān)系。2008年7月從5個(gè)品種水稻根際土和莖部分離根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌，并進(jìn)行脂肪酸鑒定。結(jié)果表明，分離得到的根際細(xì)菌有13個(gè)種，隸屬于10屬，內(nèi)生細(xì)菌有13個(gè)種，隸屬于9個(gè)屬，兩群落的優(yōu)勢(shì)菌均為蠟狀芽孢桿菌（Bacilluscereus）。以各菌株在根際土和莖部出現(xiàn)與否為指標(biāo)，用類平均法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，當(dāng)λ=0.80時(shí)，可分為4個(gè)大類群。對(duì)根際細(xì)菌、內(nèi)生細(xì)菌和水稻生物學(xué)特征參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析得到，根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌與水稻與千粒重，穗粒數(shù)，畝產(chǎn)存在正相關(guān)，但與有效穗呈負(fù)相關(guān)。關(guān)鍵詞：水稻，根際細(xì)菌，內(nèi)生細(xì)菌，群落多樣性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

植物內(nèi)生細(xì)菌（Endophyticbacteria）是指能夠定殖在植物的各種組織和器官的細(xì)胞間隙或細(xì)胞內(nèi)，并與植物建立了和諧聯(lián)合關(guān)系的一類微生物(KleopperJWetal,1992)。植物內(nèi)生細(xì)菌具有豐富的生物多樣性。大量的研究表明，不但不同植物種類之間內(nèi)生細(xì)菌的類群存在一定的差異，而且同一植物的不同器官、不同生育期、不同生長(zhǎng)地區(qū)和環(huán)境以及不同品種之間也存在明顯差異。內(nèi)生細(xì)菌長(zhǎng)期生活在宿主體內(nèi)的特殊環(huán)境中，并與宿主協(xié)同進(jìn)化，在演化過程中形成了共生的關(guān)系，一方面內(nèi)生細(xì)菌可以從宿主吸收營(yíng)養(yǎng)供自己生長(zhǎng)的需要，另一方面內(nèi)生細(xì)菌在宿主的生長(zhǎng)發(fā)育和系統(tǒng)演化過程中起重要的作用。感染內(nèi)生細(xì)菌的宿主往往具有生長(zhǎng)速度快(何紅等，2002)、增加產(chǎn)量（高增貴等，2004；徐進(jìn)等，2004），抗逆境（張穎等，2007）、抗病害（傅正擎等,1999）等優(yōu)勢(shì)。植物根際是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中棲息著各種各樣的微生物，其中，細(xì)菌是這些微生物中的組要組成成員（趙之偉等，1992），細(xì)菌的組成及其生命活動(dòng)對(duì)于植物的生長(zhǎng)，產(chǎn)量以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)均有著重要的作用（WatanabeIandRogorPA,1984）。研究表明大量的根際有益微生物具有固氮、解磷、產(chǎn)生植物激素等促進(jìn)植物生長(zhǎng)和防治病害的能力，對(duì)植物的益處主要表現(xiàn)在，提高根、莖、葉、穗等氮的含量，增加分蘗數(shù)、根長(zhǎng)、根面積；提前孕穗期及開花期；增加穗粒數(shù)及粒重；提高葉綠素含量及種子萌發(fā)率等，提高作物產(chǎn)量等作用。水稻是世界上最重要的谷類作物之一，是世界上50%以上的人口的糧食之源。目前，水稻的產(chǎn)量的提高主要依靠化肥和農(nóng)藥的大面積的施用，雖取得一定的效果，但是也產(chǎn)生了極大的環(huán)境問題，所以尋找另外一種新的環(huán)保的增產(chǎn)途徑尤為重要，而內(nèi)生菌和根際微生物及其分泌物具有促進(jìn)生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量的能力，為水稻增產(chǎn)工作也提供新的思路。目前國(guó)內(nèi)外主要是集中于某個(gè)植物內(nèi)生細(xì)菌或根系細(xì)菌對(duì)作物固氮、抗病、促生等作用的研究，而對(duì)植物根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌相關(guān)性研究及兩者與植物相互作用的研究甚少。本研究通過分離不同品種水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌，了解它們的群落結(jié)構(gòu)組成，并擬通過氣象色譜技術(shù)快速、準(zhǔn)確檢測(cè)根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌的磷脂脂肪酸，利用全自動(dòng)微生物鑒定系統(tǒng)進(jìn)行鑒定，從而明確水稻植株內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌群落的組成，菌群密度，內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌之間的相互關(guān)系及其在水稻生長(zhǎng)發(fā)育過程中所起的作用，為內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌資源的進(jìn)一步研究和開發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)，于進(jìn)一步研究它們的作用機(jī)制，更加有效利用內(nèi)生菌和根際微生物資源有重要的作用，也為水稻增產(chǎn)工作開辟新的思路和途徑。1材料與方法1.1試驗(yàn)材料水稻由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院稻麥研究所提供，水稻處于孕穗期，水稻品種為：航1號(hào)，航2號(hào)，Ⅱ優(yōu)航1號(hào)，Ⅱ優(yōu)航2號(hào)，汕優(yōu)63，品種生物學(xué)特性見表1，隨機(jī)采樣，每個(gè)品種采3株，連根帶土掘出，將掘出的植株根際土壤部分嚴(yán)密的用塑料袋包裹，帶回實(shí)驗(yàn)室。表1水稻品種生物學(xué)特性Table1biologicalcharateristicsforricevarieties品種Variety全生育期（天）穗瘟(﹪)最高分蘗數(shù)（個(gè)）有效穗（粒）成穗率（%）穗粒數(shù)(個(gè))結(jié)實(shí)率（%）千粒重（g）畝產(chǎn)(kg)株高(cm)航1號(hào)133.6731.1612.138.9173.44122.2978.5228.11485.44117.67航2號(hào)133.677.6614.409.3064.49126.6376.8128.23519.93116.67Ⅱ優(yōu)航1號(hào)130.6784.2614.038.3059.51127.5583.2829.22564.80114.00Ⅱ優(yōu)航2號(hào)130.6714.2112.278.4068.34139.5483.8929.17563.54115.67汕優(yōu)63128.6730.3213.709.2867.99112.5779.1828.43495.06100.001.2試驗(yàn)方法1.2.1根際細(xì)菌的分離抖掉與根際松散結(jié)合的土體，然后將與根際緊密結(jié)合土壤用刷子刷下來作為根際土壤。稱取10g土樣稀釋在90ml無菌水中，震蕩，稀釋為10-2，10-3，10-4，各取200μL稀釋液涂布于NA平板上，處理后的NA平板倒置于30℃1.2.2內(nèi)生細(xì)菌的分離取水稻莖部（距根部10cm-15cm）1g，先用75％酒精浸泡數(shù)秒，無菌水沖洗數(shù)次后，再用10％次氯酸鈉浸泡5min，無菌水沖洗數(shù)次后用無菌濾紙吸干表面水分，然后用無菌剪刀剪碎樣品在無菌研缽中，充分研磨勻漿，稀釋在9ml無菌水中。取200μL稀釋液涂布于NA平板上，處理后的NA平板倒置于301.3.3細(xì)菌脂肪酸鑒定細(xì)菌脂肪酸的提?、偌?xì)菌培養(yǎng)條件：TSBA平板培養(yǎng)基，四線劃線法，培養(yǎng)溫度28±1℃，培養(yǎng)時(shí)間24±2h。②獲菌：用接種環(huán)挑取3～5環(huán)（約40mg濕重）的菌落置入一個(gè)干凈、干燥的有螺旋蓋的試管中（最佳的獲菌區(qū)域?yàn)榈?區(qū)）。③皂化：加入1.0±0.1mL皂化試劑，擰緊蓋子，振蕩5～10s，放入95～100℃的沸水中5min，室溫冷卻，振蕩5～10s，再水浴25min，室溫冷卻。④甲基化：開蓋加入2.0±0.1mL甲基化試劑，擰緊蓋子，振蕩5～10s，80±1℃水浴10min，移開且快速用流動(dòng)自來水冷卻至室溫。⑤萃取：加入1.25±0.1mL的萃取試劑，擰緊蓋子，溫和混合旋轉(zhuǎn)10min，打開管蓋，利用干凈的移液管取出每個(gè)樣本的下層水相部份。⑥細(xì)菌脂肪酸的氣相色譜檢測(cè)在下述色譜條件下平行分析脂肪酸甲酯混合物標(biāo)樣和待檢樣本：二階程序升高柱溫，170℃起始，5℃·min-1升至260℃，而后40℃·min-1升溫至310℃，維持90s；汽化室溫度250℃、檢測(cè)器溫度300℃；載氣為氫氣（2mL·min細(xì)菌脂肪酸鑒定系統(tǒng)根據(jù)各組分保留時(shí)間計(jì)算等鏈長(zhǎng)（ECL）值確定目標(biāo)組分的存在、采用峰面積歸一化法計(jì)算各組分的相對(duì)含量，再將二者與系統(tǒng)譜庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)菌株數(shù)值匹配計(jì)算相似度（SimilarityIndex，SI），從而給出一種或幾種可能的菌種鑒定結(jié)果。一般以最高SI的菌種名稱作為鑒定結(jié)果，但當(dāng)其報(bào)告的幾個(gè)菌種的SI比較接近時(shí)，則根據(jù)色譜圖特征及菌落生長(zhǎng)特性進(jìn)行綜合判斷。以脂肪酸混合標(biāo)樣校正保留時(shí)間。細(xì)菌鑒定儀對(duì)細(xì)菌的鑒定判別依賴于相似性指數(shù)（SI）：相似性指數(shù)大于0.500時(shí)，說明匹配性很高，為典型的菌種；大于0.300小于0.500時(shí)，說明匹配性較低，為非典型菌種；小于0.300時(shí)，說明數(shù)據(jù)庫(kù)沒有此菌種的數(shù)據(jù)，給出的是最接近的相關(guān)菌種。1.4數(shù)據(jù)處理根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌數(shù)量分析采用單因子方差分析（Fisher’sLSDtest）；聚類分析則以分離到的內(nèi)生菌菌株為樣本，以各菌株在各部位出現(xiàn)與否為指標(biāo)，組成“0-1”數(shù)據(jù)矩陣，將所得數(shù)據(jù)輸入DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用歐氏距離為聚類尺度，以類平均法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析；根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌與水稻生物學(xué)參數(shù)先做用單因子方差分析（Fisher’sLSDtest），然后兩組數(shù)據(jù)做相關(guān)分析（Pearson2-tailedtest），所用軟件為SPSS12.0（SPSSInc.,Chicago,Illinois,USA）。結(jié)果與分析不同品種水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌總量試驗(yàn)結(jié)果見表2，總體上看，不同品種根際細(xì)菌含量和內(nèi)生細(xì)菌含量差異很大，根際細(xì)菌的含量遠(yuǎn)大于內(nèi)生細(xì)菌含量。而不同品種水稻根際細(xì)菌之間差異很大，其中Ⅱ優(yōu)航1號(hào)的根際細(xì)菌含量最高為，25.0×104cfu/g；其次為品種Ⅱ優(yōu)航2號(hào)，根際細(xì)菌含量為25.0×104cfu/g；接下來依次為：汕優(yōu)63，航1號(hào)，航2號(hào)，根際細(xì)菌含量分別為16.0×104cfu/g、12.0×104cfu/g、11.5×104cfu/g。不同品種水稻內(nèi)生細(xì)菌含量也有差異，含量最高的為品種Ⅱ優(yōu)航1號(hào)和Ⅱ優(yōu)航2號(hào)，其次為品種汕優(yōu)63，接下來為航1號(hào)和航2號(hào)。表2不同品種水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌總量Table2thecontentoftherhizospherebacteriaandendophyticbacteriaofrice品種Variety根際細(xì)菌(×104cfu/g)RhizosphereBacteria(×104cfu/g)內(nèi)生細(xì)菌(×104cfu/g)EndophyticBacteria(×104cfu/g)航1號(hào)Hang1hao12.0±1.73b0.25±0.09b航2號(hào)Hang2hao11.5±1.26b0.21±0.06bⅡ優(yōu)航1號(hào)Ⅱyouhang1hao25.5±2.25a0.67±0.03aⅡ優(yōu)航2號(hào)Ⅱyouhang2hao25.0±4.36a0.67±0汕優(yōu)63shanyou6316.0±1.53b0.31±0.09b注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同一列中不同字母表示在5%水平上差異顯著（Fisher’sLSDtest）。Note:Valuesaremean±SE.DifferentlettersinthesamecolumnindicatethatmeansaresignificantlydifferentatP<0.05(Fisher’sLSDtest).2.2水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌的脂肪酸鑒定2.2.1內(nèi)生細(xì)菌從水稻莖部分離到的25株內(nèi)生細(xì)菌中與MIDI數(shù)據(jù)庫(kù)比較相似性指數(shù)大于0.500，可確定其菌種名稱的有23株，屬于13個(gè)種，隸屬于10屬（見表3）分別是：芽孢菌屬（Bacillusspp）、假單胞菌屬（Pseudomonasspp）、食酸菌屬(Acidovoraxspp)、寡養(yǎng)單胞菌屬（Stenotrophomonasspp）、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonasspp)、微桿菌屬(Microbacteriumspp)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacterspp)、克雷伯氏菌屬（Klebsiellaspp）、伯克霍爾德菌（Burkholderiaspp）、腸桿菌屬（Enterobacterspp）。其中，芽孢桿菌有4個(gè)種，其余9個(gè)屬包含1個(gè)種。同時(shí)，芽孢桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌屬，占內(nèi)生細(xì)菌總數(shù)的56.5%。2.2.2根際細(xì)菌33株根際細(xì)菌脂肪酸鑒定結(jié)果見表4，分別屬于13個(gè)種，隸屬于9個(gè)屬，分別為芽孢桿菌屬（Bacillusspp）、假單胞菌屬（Pseudomonasspp）、寡養(yǎng)單胞菌屬（Stenotrophomonasspp）、光桿菌屬(Photorhabdusspp)、腸桿菌屬(Enterobacterspp)、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonasspp)、金黃桿菌屬（Chryseobacteriumspp）、（Zobellia-uliginosa）（？）。其中，芽孢桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌屬，占根際細(xì)菌總數(shù)的42.4%。表3水稻莖部?jī)?nèi)生細(xì)菌Table3Endophyticbacteriacomefromthestemsofrice編號(hào)number屬名genusname種名Speciesname中文名Chinesename相似系數(shù)SimilarityIndex菌株數(shù)Strainnumber1芽孢桿菌屬Bacilluscereus蠟狀芽孢桿菌0.85492芽孢桿菌屬Bacillussubtilis枯草芽孢桿菌0.88423芽孢桿菌屬Bacillusatrophaeus萎縮芽孢桿菌0.76514芽孢桿菌屬Bacillusmegaterium巨大芽孢桿菌0.63725假單胞菌屬Pseudomonasfluorescens熒光假單胞菌0.53216食酸菌屬Acidovoraxkonjaci魔芋食酸菌0.76317寡養(yǎng)單胞菌屬Stenotrophomonasmaltophilia嗜麥芽糖寡養(yǎng)單胞菌0.64918鞘氨醇單胞菌屬Sphingomonasyanoikuyae矢野口鞘氨醇單胞菌0.62619微桿菌屬M(fèi)icrobacteriumbarkeri微桿菌屬（無中文名）0.538110不動(dòng)桿菌屬Acinetobactercalcoaceticus乙酸鈣不動(dòng)桿菌0.714111克雷伯氏菌屬Klebsiella-pneumoniaepneumoniae肺炎克雷伯氏菌0.672112伯克霍爾德菌Burkholderiagladioli唐菖蒲伯克霍爾德菌0.678113腸桿菌屬Enterobacterhormaechei霍氏腸桿菌0.6561注：微生物自動(dòng)鑒定系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌的鑒定判別依賴于相似性指數(shù)（SimilarityIndex），當(dāng)相似性指數(shù)大于0.500，說明匹配性很高，為典型種；大于0.300小于0.500，說明匹配性較低，為非典型種；小于0.300：說明數(shù)據(jù)庫(kù)沒有此菌種的數(shù)據(jù)，給出的是最接近的種。表4水稻根際細(xì)菌Table4therhizospherebacteriacomefromrice編碼Number屬Genusname種Speciesname中文名Chinesename相似系數(shù)SimilarityIndex菌株數(shù)Strainnumber1芽孢桿菌屬Bacilluscereus蠟狀芽孢桿菌0.837112芽孢桿菌屬Bacillusmegaterium巨大芽孢桿菌0.71653芽孢桿菌屬Bacillussphaericus球形芽孢桿菌0.79344芽孢桿菌屬Bacilluslaevolacticus左旋乳酸芽孢桿菌0.12715芽孢桿菌屬Bacillussubtilis枯草芽孢桿菌0.80626假單胞菌屬Pseudomonasfluorescens熒光假單胞菌0.53227假單胞菌屬Pseudomonasaeruginosa銅綠假單胞菌0.26818寡養(yǎng)單胞菌屬Stenotrophomonasmaltophilia嗜麥芽糖寡養(yǎng)單胞菌0.52939光桿菌屬Photorhabdusluminescensluminescens發(fā)光光桿狀菌0.518110腸桿菌屬Enterobactercloacae陰溝腸桿菌0.664111鞘氨醇單胞菌Sphingomonasyanoikuyae矢野口鞘氨醇單胞菌0.626112Zobelliauliginosa0.181113金黃桿菌屬Chryseobacteriumindologenes產(chǎn)吲哚金黃桿菌0.0111注：微生物自動(dòng)鑒定系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌的鑒定判別依賴于相似性指數(shù)（SimilarityIndex），當(dāng)相似性指數(shù)大于0.500，說明匹配性很高，為典型種；大于0.300小于0.500，說明匹配性較低，為非典型種；小于0.300：說明數(shù)據(jù)庫(kù)沒有此菌種的數(shù)據(jù)，給出的是最接近的種。根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌在不同品種水稻的分布特性以分離到的20種細(xì)菌為樣本以各菌株在水稻莖部和根際出現(xiàn)與否為指標(biāo)，用類平均法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，當(dāng)λ=0.80時(shí)，可將20種內(nèi)生細(xì)菌分為4個(gè)大類群（見表3，表4和圖1）。類群Ⅰ包括4個(gè)菌株，分別是Microbacteriumbarkeri、Bacillusatrophaeus、Pseudomonasfluorescens、Pseudomonasaeruginosa，他們的共同特征為都分離自于品種航1號(hào)。類群Ⅱ包括6個(gè)菌株，可以分為2個(gè)亞群，亞群1有3個(gè)菌株，分別是：Sphingomonasyanoikuyae、Zobelliauliginosa、Chryseobacteriumindologenes，他們都分離于品種Ⅱ優(yōu)航1號(hào)根際土；亞群2有3個(gè)菌株，分別是Bacillussphaericus、Bacilluslaevolacticus、Bacillusmegaterium，它們均分離于品種航2號(hào)根際土。類群Ⅲ包括4個(gè)菌株，分別是Stenotrophomonasmaltophilia、Bacillussubtilis、Photorhabdusluminescensluminescens、Enterobactercloacae，這四個(gè)菌株的特性為均分離于品種Ⅱ優(yōu)航2號(hào)根際土。類群Ⅳ包括6個(gè)菌株，可以分為2個(gè)亞類群，類群1包括3個(gè)菌株，分別為Bacilluscereus、Acidovoraxkonjaci、Burkholderiagladioli，這3個(gè)菌共同特性為都分離于Ⅱ優(yōu)航2號(hào)莖部；類群2包括3個(gè)菌株，分別為Acinetobactercalcoaceticus、Enterobacterhormaechei、Klebsiellapneumoniaepneumoniae，它們的共同特征為均分離于品種Ⅱ優(yōu)航1號(hào)莖部。表5根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌的分布特性Table5thedistributionoftheRhizosphereBacteriaandEndophyticBacteriaofRice編號(hào)number種名Speciesname品種Variety航1號(hào)Hang1hao航2號(hào)Hang2haoⅡ優(yōu)航1號(hào)Ⅱyouhang1haoⅡ優(yōu)航2號(hào)Ⅱyouhang2hao汕優(yōu)63Shanyou63ABABABABAB1Microbacteriumbarkeri01000000002Pseudomonasfluorescens11000000003Bacillusatrophaeus01000000004Sphingomonasyanoikuyae00011000005Stenotrophomonasmaltophilia00010110006Bacilluscereus01110101117Bacillussubtilis00000010018Acinetobactercalcoaceticus00000100019Enterobacterhormaechei000001000010Klebsiellapneumoniaepneumoniae000001000011Acidovoraxkonjaci000000010112Burkholderiagladioli000000010013Bacillussphaericus001010000014Bacillusmegaterium101010101115Zobelliauliginosa000010000016Chryseobacteriumindologenes000010000017Photorhabdusluminescensluminescens000000100018Enterobactercloacae000000100019Pseudomonasaeruginosa100000000020Bacilluslaevolacticus0010000000注：0表示細(xì)菌在該部位不存在，1表示存在;A代表水稻根際，B代表水稻莖部Note:0standsformicrobacteriadon’texistonthissite,1standsforexistion；Astandsforrhizosphereofrice,BStandsforstemofrice表6聚類過程Table6ClusteranalysisTIJ距離1311.00E-0921091.00E-09316151.00E-09418171.00E-095210.29296980.2929712110.292981540.292991770.29291020130.292911750.4791214130.5072131160.5438141340.6645151910.764316860.801117650.863918540.933519410.9731GroupⅣGroupⅢGroupGroupⅣGroupⅢGroupⅡGroupⅠ圖1細(xì)菌聚類圖Fig1clusterofmicrobacteria水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌聯(lián)系及其與水稻生物學(xué)特征的相關(guān)性細(xì)菌是生態(tài)環(huán)境中重要的生命物質(zhì)之一，在很多對(duì)植物微生態(tài)系統(tǒng)的研究中，發(fā)現(xiàn)，植物的根際是微生物生存的特殊環(huán)境，根際細(xì)菌與植物之間存在著復(fù)雜的共棲關(guān)系，根際細(xì)菌的旺盛活動(dòng)給植物的生長(zhǎng)帶來很大的益處。除此之外，植物體內(nèi)還存在與植物的互惠共生的內(nèi)生細(xì)菌。為了深入分析根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌相互關(guān)系及其與水稻生長(zhǎng)的影響，對(duì)根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌與水稻生物學(xué)參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)分析。結(jié)果顯示，根際細(xì)菌數(shù)量與內(nèi)生細(xì)菌數(shù)量存在密切的關(guān)系，呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.992）。從根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌與水稻生長(zhǎng)情況看，根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌與水稻有效穗存在負(fù)相關(guān)，與穗粒數(shù)，結(jié)實(shí)率，千粒重，理論畝產(chǎn)存在極顯著正相關(guān)，但與水稻的株高，生育期，穗瘟相關(guān)不顯著。表7水稻根際細(xì)菌和內(nèi)生細(xì)菌與水稻生物學(xué)特性間的相關(guān)系數(shù)Table7Correlationcoefficientbetweenmicrobegroupsandbiologicalcharateristicsofrice微生物類群microbegroups生物學(xué)特征biologicalcharateristics全生育期稻瘟最高分蘗數(shù)有效穗成穗率穗粒數(shù)結(jié)實(shí)率千粒重畝產(chǎn)株高根際細(xì)菌RhizosphereBacteria-0.5640.526-0.094-0.881*-0.5040.5670.980**0.993**0.880*0.002內(nèi)生細(xì)菌Endophyticbacteria-0.4620.517-0.164-0.931*-0.4650.6410.987**0.986**0.894*0.122Pearson相關(guān)分析Pearsoncorrelationanalysis，*和**分別表示在0．05和0．01水平上相關(guān)顯著(雙側(cè)檢驗(yàn))indicatethecorelationissignificantat0．05and0．01level(2-tailed)討論FisherPJ等認(rèn)為在植物內(nèi)生微環(huán)境中，不同的微生物相互作用，并建立一種平衡，從而形成一種相對(duì)穩(wěn)定的細(xì)菌菌群（FisherPJetal,1992）。從分離出的內(nèi)生細(xì)菌來看，有些菌的分離率較高，為優(yōu)勢(shì)菌，如芽孢桿菌屬（Balliusspp），而有些菌相反，為稀有屬。這種群落結(jié)構(gòu)的特異性是內(nèi)生菌與植物共同進(jìn)化形成的，與植物的遺傳，生理、代謝產(chǎn)物與微生物的營(yíng)養(yǎng)要求和生理代謝等相互適應(yīng)的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌群落結(jié)構(gòu)與植株品種，自身生長(zhǎng)環(huán)境，營(yíng)養(yǎng)條件，遺傳背景有關(guān)（羅明等，2004；高增貴等，2006）。脂肪酸是細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分，細(xì)胞脂肪酸與DNA具有高度的同源性，各種細(xì)菌具有特異性的細(xì)胞脂肪酸指紋圖譜（劉志輝等，2005）。因此可以利用脂肪酸的種類和含量差異不同作為細(xì)胞分類的重要依據(jù)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛用于細(xì)菌的鑒定(朱育菁,2008,2009;藍(lán)江林,2009)和多樣性研究中(吳愉萍等,2006；OzbekA,2003；藍(lán)江林,2008)。微生物自動(dòng)鑒定系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌的鑒定判別依賴于相似性指數(shù)（SimilarityIndex），當(dāng)相似性指數(shù)大于0.500，說明匹配性很高，為典型種；大于0.300小于0.500，說明匹配性較低，為非典型種；小于0.300，說明數(shù)據(jù)庫(kù)沒有此菌種的數(shù)據(jù)，給出的是最接近的種。本研究采用相似性指數(shù)高于0.5的細(xì)菌鑒定的結(jié)果，能可靠地反映細(xì)菌鑒定的種類。本試驗(yàn)中分離到的水稻內(nèi)生優(yōu)勢(shì)菌為蠟狀芽孢桿菌（Bacilluscereus），與劉云霞等（1999）從水稻（沈農(nóng)319，中百4號(hào)）分離到的優(yōu)勢(shì)菌為巨大芽孢桿菌和楊海蓮等（1999）從水稻（越富）分離得到的優(yōu)勢(shì)菌為成團(tuán)腸桿菌（Enterobacteragglomerans）不同。同時(shí)比較內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌可以看出，從水稻莖部中分離到的內(nèi)生細(xì)菌有很大一部分在根際微環(huán)境中也存在，但有的根際細(xì)菌在植物體內(nèi)又不一定有，說明內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌之間存在緊密的聯(lián)系。羅明等（2007）和孟頌東等（1998）分別從棉花和甜玉米兩種植物的根部和莖部分離出的內(nèi)生細(xì)菌，其大部分分類單位與土壤常見的細(xì)菌相同，且根中細(xì)菌數(shù)量大于莖中的細(xì)菌數(shù)量(羅明等，2007;孟頌東等，1998)?？梢约僭O(shè)，內(nèi)生細(xì)菌是植物根際細(xì)菌在與植物長(zhǎng)期適應(yīng)過程中有選擇性地進(jìn)入到植物體內(nèi)。同時(shí)也因此證明了這些內(nèi)生細(xì)菌起源于根際，并由此進(jìn)入植物組織內(nèi)（MclnoryJAandKleopperJW,1994）。研究發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)生細(xì)菌主要為兼性內(nèi)生的土壤性細(xì)菌，最常見的優(yōu)勢(shì)種群有假單胞菌屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、腸桿菌屬（Enterobacter）、土壤桿菌屬（Agrobacterium）（ZouWXetal,1999）。本研究發(fā)現(xiàn)水稻根際細(xì)菌的種類相當(dāng)豐富，33株分離物屬于13個(gè)種，隸屬于9個(gè)屬。根際細(xì)菌生活在水稻根際中，經(jīng)過長(zhǎng)期自然選擇，形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微生態(tài)環(huán)境，細(xì)菌在水稻根際的生長(zhǎng)繁殖一方面可以加快稻田的物質(zhì)循環(huán)，增加土壤肥力，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，從而增加水稻產(chǎn)量。LaheurteF和BcrtherinJ(1998)發(fā)現(xiàn)根際細(xì)菌Enteroba-cteragglanerans可利用和限制玉米根際分泌物，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，提高光合作用的效率，從而減少根際分泌物的分泌（LaheurteFandBcrtherinJ,1988）。其他研究發(fā)現(xiàn)根際微生物還可以利用根分泌的各種無機(jī)鹽和有機(jī)物質(zhì)合成一些生活活性物質(zhì)，包括植物激素，如生長(zhǎng)素，赤霉素和細(xì)胞分裂素等（孟頌東等,1998），它們可影響植物的生長(zhǎng)。但在一定條件下，根際細(xì)菌的大量生長(zhǎng)，水稻病原微生物的侵入，又會(huì)在根際土壤中與水稻形成對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)，甚至破壞水稻的正常生長(zhǎng)而影響產(chǎn)量。因此，根際微生物群落結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)什么樣的狀態(tài)才能最大限度的促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，我們應(yīng)該選擇什么樣的多樣性參數(shù)作為控制水稻根際細(xì)菌乃至整個(gè)微生物群落的結(jié)構(gòu)和繁殖的指標(biāo)就成為水稻根際微生物群落多樣性研究的核心問題。另外本實(shí)驗(yàn)通過相關(guān)分析得到水稻內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌與水稻生物學(xué)參數(shù)有效穗呈負(fù)相關(guān)，而與穗粒數(shù)，結(jié)實(shí)率都存在正相關(guān)，說明內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌在水稻生長(zhǎng)發(fā)育過程中，尤其是產(chǎn)量形成上都起了非常重要的正效益，雖然大量資料表明內(nèi)生細(xì)菌和根際細(xì)菌都有促進(jìn)植物有機(jī)物物合成，提高植物光合效率，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物產(chǎn)量等租用，但在植物生長(zhǎng)過程中，兩者如何與植物互作作用機(jī)理目前還不是很清楚，另外到底是內(nèi)生細(xì)菌對(duì)植物生長(zhǎng)促進(jìn)作用更大，還是根際細(xì)菌的貢獻(xiàn)更大，也值得進(jìn)一步深入研究。參考文獻(xiàn)KleopperJW,SchipperB,BakkerPAHM(1992).Proposeddliminationofthetermendorhizosphere.Phytopathology,82,726-727.HeH(何紅),CaiXQ(蔡學(xué)清)(2002)BiologicalcontrolofbananaanthracnosewithendophyticBacillussubtilisBS-2andBS-1isolatedfromcapsicus.JournalofFujianagrivulturalandforestryuniversity(福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)),10(6),735-738.(inChinesewithEnglishabstract)FuZQ(傅正擎),XiaZJ(夏正俊),WuAM(吳藹民),YangYB(楊永賓),ZhengQ(鄭勤),GuBK(顧本康)(1999)InhibitionofmycelialgrowthandtoxinproductionofVerticilliumdahliaeandgrowthpromotionofcottonbyendophyticbacteria.ActaPhytopathologicaSinica(植物病理學(xué)報(bào)),4(29),374-376.(inChinesewithEnglishabstract)GaoZG(高增貴),ZhuangJH(莊敬華),ChenJ(陳捷),LiuX(劉限),TangSG(唐樹戈)(2004)Populationofendophyticbacteriainmaizerootsanditsdynamicanalysis.ChineseJournalofappliedecology(應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)),15(8):1344-1348.(inChinesewithEnglishabstract)ZhangY(張穎),WangG(王剛),GuoJW(郭建偉),WangMN(王美南),YangWZ(楊之為)(2007)Controlofwheattake-allbyendpphyticbacteriaisolatedfromwheat.ActaPhytopathologicaSinica(植物病理學(xué)報(bào)),37(1),105-108.(inChinesewithEnglishabstract)XuJ(徐進(jìn)),HeLYu(何禮遠(yuǎn)),FengJ(馮潔),TengJX(滕建勛),WangCH(王成華)(2004)EffectsofBacillusspp.OnBacterialWiltandGrowthofTomatoandPotato,ChineseJournalofBiologicalControl(中國(guó)生物防治),20(2),138-140.(inChinesewithEnglishabstract)LuoM(羅明),LuY(盧云),ChenJH(陳金煥)(2007)StudyondynamicthechangeofpopulationdensityanddistributionofendophyticbacteriainHamimelonPlantsinXinjiang.AridZoneResearch(干旱區(qū)研究),24(1),28-33.(inChinesewithEnglishabstract)趙之偉，沙濤，楊發(fā)蓉，等.云南水稻根際微生物的生態(tài)學(xué)研究，見：中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)首屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)云南衛(wèi)星會(huì)議論文集.昆明：云南科學(xué)技術(shù)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(羅明),LuY(蘆云),ZhangXL(張祥林)(2004)IsolationofEndophyticBacteriafromCottonandScreeningofAntagonisticBacteria,XinjiangAgriculturalSciences(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)),41(5),277-282.(inChinesewithEnglishabstract)GaoZG(高增貴),ChenJ(陳捷),LiuX(劉限),XueCS(薛春生)(2006)Thecorrelationbetweenmaizegeneticpolymorphismsandendophyticbacteriapopulationinplantroots.ActaEcologicaSinica(應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)),6(26),1920-1926.(inChinesewithEnglishabstract)LiuZH(劉志輝),CaiXS(蔡杏珊),ZhuPB(竺澎波)(2005)StudyonspeciesidentificationofMycobactedabygaschromatographyanalysisofwhole-cellfattyadd.ChinJTubercReslairDis(中華結(jié)核和呼吸雜志),28(6),403-406.(inChinesewithEnglishabstract)WuYP(吳愉萍),XuJM(徐建明),WangHZ(汪海珍)(2006)ApplicationofSherlockMISinidentificationofsoilbacteria.ActaPedologicaSinica(土壤學(xué)報(bào)),43(4),642-647.(inChinesewithEnglishabstract)OzbekA,AktasO(2003)IdentificationofthreestrainsofMycobacteriumspeciesisolatedfromclinicalsamplesusingfattyacidmethylesterprofiling,JIntMedRes,31,133-140.LiuYX(劉云霞),ZhangQW(張青文),ZhouMZ(周明牂)(1999)Populationdynamicsofendophyticbacteriainsymptom-freericeplants.ChineseJournalofAppliedEcology(應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)),10(6),735–738.(inChinesewithEnglishabstract)ZhuYJ(朱育菁),ChenL(陳璐),LanJL(藍(lán)江林)(2009)Isolation,identificationandthebiocontrolpotentialofendophyteintheasienensis(Camelliasinensis).JournalofFujianAgricultureandForestryUniversity:NaturalScienceEdition(福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版),38(2),129-134.(inChinesewithEnglishabstract)ZhuYJ(朱育菁),WangQH(王秋紅),ChenL(陳璐)(2008)Isolationandfatty-acididentificationofendophytesinlonganfruit.SubtropicalPlantScience(亞熱帶植物科學(xué)),37(4),22-25.(inChinesewithEnglishabstract)LanJL(藍(lán)江林),ZhuYJ(朱育菁),SuMX(蘇明星),GeCB(葛慈斌),LiuY(劉蕓),LiuB(劉波)(2008)IsolationandidentificationoftheEndophytebacteriafromEichhorniacrassipe(Mart.)Solms.JournalofAgro-EnvironmentScience(農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)),27(6),2423-2429.(inChinesewithEnglishabstract)MengSD(孟頌東),GuanGL(關(guān)桂蘭)(1998)EffectofPhytohormoneProducedbytheRhizosphereMicroorganismsonWheatGrowth.Plantphysiologycommunications(植物生理學(xué)通訊),34(6),427-429.(inChinesewithEnglishabstract)LanJL(藍(lán)江林),LiuB(劉波),ZhuYQ(朱育菁),TangQR(唐秋蓉),LinKM(林抗美),SuMX(蘇明星),ShiH(史懷)(2009)Communityanddiversityofendophyticbacteriainsideeggplant,EcologyandEnvironmentalSciences(生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)),18(4),1433-1442.(inChinesewithEnglishabstract)YangHL(楊海蓮),SunXL(孫曉璐),SongM(宋未),WangYS(王云山)(1999)StudiesonthericeendophyticbacteriaEnterobactercloacaeMR12’Sidentificationandit’seffectsofNitrogenfixationandbiologicalxontroltoplantdisease.ActaPhytopathologicaSinicaMclnoryJA,KleopperJW(1994)InMolecularEcologyofRhizosphereMicroorganisms.FOGara,D.NDowling,B.Boesten(eds),19-28.ZouWX,TanRX(1999)Biologicalandchemicaldiversityofendophytesandtheirpotentialapplications.LiCS.AdvancesinPlantSciences.Vol.2.pp183-190,ChinaHigherEducationPress,Beijing.LaheurteFandBcrtherinJ(1988)EffectofaPhospbateSolubilizingBacteriaonMaizeGrowthandRootExudationOverfourLevelsofLabilePhosphorus.PlantandSoil,105,11-17.ResearchonanArchitectureofBodyAreaNetworkAbstract:Thisreality,wirelesssensornetworksbasedonasystematicin-depthanalysis,andontheBANandthings,thefurtherintegrationoftheubiquitousnetworkforthenetworkintegrationandcollaborationtechnology,foruseofIPMultimediaSubsystem,abodyofdomainNetwork(BAN)networkarchitecture,andbodyareanetwork(BAN)needtoaddresssomeofthekeytechnologies.Presentsaheterogeneousnetworkenvironmentinthelowerbodyareanetworksystem,layeredarchitectureandconceptualmodelofthebodyareanetworkofthekeytechnologies.Thedirectionofappliedresearchbasedtechnicalinformationprovided.Keywords:bodyareanetwork(BAN);informationfusion;IPmultimediasubsystem(IMS);architecture體域網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的研究【摘要】本文結(jié)合實(shí)際，對(duì)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的分析，并且對(duì)BAN與物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)進(jìn)一步融合進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)融合和協(xié)同技術(shù)研究，針對(duì)采用IP多媒體子系統(tǒng)，提出了一種體域網(wǎng)(BAN)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及體域網(wǎng)(BAN)需要解決的一些關(guān)鍵技術(shù)。提出了一種在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下體域網(wǎng)系統(tǒng)的分層架構(gòu)和概念模型，分析了體域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。為本方向的應(yīng)用研究提供了技術(shù)性的資料?！娟P(guān)鍵詞】體域網(wǎng);信息融合;IP多媒體子系統(tǒng);架構(gòu)J.Serv.Sci.&Management,2009,2:**PublishedOnline******2009inSciRes(www.SciRP.org/journal/jssm)Copyright?2009SciResJSSM

1引言體域網(wǎng)(bodyareanetwork,BAN)是基于無線傳感網(wǎng)(wirelesssensornetwork,WSN)的,是泛在網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分,由可植入人體內(nèi)的傳感器、可穿戴在身體上的傳感器以及分布在人體周圍的傳感器,個(gè)人終端設(shè)備、和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成的通信網(wǎng)絡(luò),主要通過收集、傳送以及分析處理人體的生理數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)智能感知和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。體域網(wǎng)(BAN)在遠(yuǎn)程診斷、醫(yī)療保健、社區(qū)醫(yī)療以及特殊人群監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用有著十分重要的意義和巨大的需求,可以幫助解決由世界老齡化人口不斷增加引起的醫(yī)療資源相對(duì)不足,貧困地區(qū)醫(yī)療條件差,看病貴、看病難等問題,并日漸成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。體域網(wǎng)(BAN)除了應(yīng)用于醫(yī)療保健、特殊人群監(jiān)護(hù)和健康恢復(fù)等方面外,還可廣泛地應(yīng)用于電子信息、娛樂業(yè)，體育運(yùn)動(dòng)、環(huán)境智能、軍事安全和社會(huì)公共等領(lǐng)域。目前,體域網(wǎng)(BAN)正處于研究的初期階段,研究的主要內(nèi)容主要集中在以下幾個(gè)方面:BAN系統(tǒng)架構(gòu)和服務(wù)平臺(tái)研究;用于減少數(shù)據(jù)冗余、快速獲取特征數(shù)據(jù)和決策的數(shù)據(jù)融合方面的研究,包括輕量級(jí)數(shù)據(jù)融合算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[4]和生理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理等;上下文感知及監(jiān)控研究;BAN安全體系及安全技術(shù)研究以及生物傳感器設(shè)計(jì)等。隨著芯片制造、無線寬帶、射頻識(shí)別、信息傳感及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)等信息通信技術(shù)(ICT)的發(fā)展,信息網(wǎng)絡(luò)將會(huì)更加全面深入地融合人與人、人與物乃至物與物之間的現(xiàn)實(shí)物理空間與抽象信息空間,并向無所不在的泛在網(wǎng)絡(luò)(ubiquitousnetwork)方向演進(jìn)。在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、以任何方式為用戶提供普適服務(wù)成為泛在網(wǎng)的重要特征。作為泛在網(wǎng)的一個(gè)重要分支,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無縫連接,提供可移動(dòng)、上下文感知、智能化和個(gè)性化服務(wù)是BAN發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前,在通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)、跨應(yīng)用的高度協(xié)同和融合,是構(gòu)建泛在網(wǎng)的主要技術(shù),并在多個(gè)國(guó)際網(wǎng)絡(luò)和通信組織內(nèi)達(dá)成了共識(shí)。下一代網(wǎng)絡(luò)(nextgenerationnetwork,NGN)基于IP協(xié)議,支持多業(yè)務(wù)、多協(xié)議和多種接入方式,能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)與傳送分離,控制功能獨(dú)立,接口開放和服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證,使用戶在任何位置、任何時(shí)候、使用任何終端都可以得到完美的通信體驗(yàn)。IP多媒體子系統(tǒng)(IPmultimediasubsystem,IMS)是3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統(tǒng),是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心架構(gòu)。其核心是采用SIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合,并提出了一種網(wǎng)絡(luò)融合的基礎(chǔ)架構(gòu),這種架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)邏輯、控制、承載和接入的分離。本文基于網(wǎng)絡(luò)融合和協(xié)同技術(shù),采用IP多媒體子系統(tǒng),提出了一種體域網(wǎng)(BAN)系統(tǒng)架構(gòu),并對(duì)該架構(gòu)中采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。2系統(tǒng)架構(gòu)Figure2BANstationarchitecFigure2BANstationarchitecture2.1設(shè)備層設(shè)備層主要由傳感器、網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備組成。BAN中的傳感器主要用來檢測(cè)和傳送人的生理數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)信息,通常分為三類：一是可植入人體的傳感器,包括可吸入的傳感器和可植入的生物傳感器等;二是可穿戴在身體上的傳感器,如葡萄糖傳感器、血氧飽和度傳感器和溫度傳感器等;三是分布在人體周圍的傳感器，用來識(shí)別人體的活動(dòng)以及感知周圍的環(huán)境。傳感器、網(wǎng)關(guān)、終端(手機(jī)、智能手機(jī)、PDA、筆記本電腦及PC等)及其他設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WBSN),可看作是一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器通過UWB或IEEE802.15.6等協(xié)議與網(wǎng)關(guān)連接，并將信息傳送給網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)使用藍(lán)牙或Zigbee協(xié)議,再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給終端。終端對(duì)接收到得信息進(jìn)行輕量級(jí)的匯聚融合和過濾。另外,終端提供異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合及協(xié)同技術(shù),實(shí)現(xiàn)終端的無縫接入。Figure1ArchitectureofBAN2.1.1體域網(wǎng)(BAN)終端體域網(wǎng)(BAN)支持所有類型的用戶終端,包括手機(jī)、智能手機(jī)、PAD、筆記本電腦以及PC等。同一終端可以使用多種接入方式接入網(wǎng)絡(luò)。首先,BAN終端必須滿足泛在網(wǎng)絡(luò)的“4A”的通信要求,具有多?；投鄻踊奶卣?。其次,BAN終端還應(yīng)具有高度的智能化,具有自我感知、自適應(yīng)和自組織等功能。本文設(shè)計(jì)了一種IMS終端的體系結(jié)構(gòu),如圖2所示。2.1.2終端協(xié)同技術(shù)體域網(wǎng)(BAN)采用終端協(xié)同技術(shù),充分利用用戶的各種終端和網(wǎng)絡(luò)資源,真正實(shí)現(xiàn)泛在和異構(gòu)融合。終端協(xié)同包括同一用戶多個(gè)終端設(shè)備之間的自組織組網(wǎng)以及它們之間通過無線接口實(shí)現(xiàn)自組織組網(wǎng)的協(xié)同,并統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算,并根據(jù)終端能力、用戶偏好、業(yè)務(wù)特性、位置等因素,實(shí)現(xiàn)終端能力組件的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)、選擇、聚合和適配,協(xié)同完成對(duì)同一業(yè)務(wù)的支持。使用終端協(xié)同技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)融合任務(wù),減少數(shù)據(jù)傳輸量和提高識(shí)別精度。另外,協(xié)同技術(shù)也可以為用戶和終端提供了多樣化的接入方式和服務(wù)提供方式。2.1.3情境感知在BAN中發(fā)揮著十分重要的作用。通過傳感器采集的人體當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù),聯(lián)系上下文信息,應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和隱藏的馬可夫模型等情境感知模型,實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控人體的生理指標(biāo)參數(shù)和人體周圍環(huán)境變化情況,為遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)護(hù)等提供決策服務(wù)。情境感知通過對(duì)用戶需求的分析,為用戶提供個(gè)性化服務(wù)。采用終端協(xié)同技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)分布式情境感知計(jì)算,在終端可獲得決策數(shù)據(jù),減少數(shù)據(jù)的傳輸量。2.2接入層接入層主要由基站節(jié)點(diǎn)和接入網(wǎng)關(guān)組成,負(fù)責(zé)設(shè)備層中體域網(wǎng)(BAN)終端的組網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)匯聚、協(xié)議轉(zhuǎn)換和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入等功能。IMS具有與接入無關(guān)的特性,能支持BAN終端的無縫業(yè)務(wù)接入和可移動(dòng)接入IMS支持GPRS/WCDMA、3G/4G、WLAN以及WiMAX等無線接入和移動(dòng)接入,而且還支持xDSL和固定LAN等有線接入。通過IMS對(duì)通用移動(dòng)性的支持,在融合移動(dòng)性管理中可將多個(gè)終端與不同的接入網(wǎng)關(guān)聯(lián)。由于IMS抽象了用戶通信的會(huì)話網(wǎng)絡(luò),使得在接入網(wǎng)絡(luò)和終端變換時(shí),保持連續(xù)會(huì)話,從而實(shí)現(xiàn)無縫的業(yè)務(wù)接入。2.3承載層承載層主要完成接入層和控制層之間數(shù)據(jù)的交換,實(shí)現(xiàn)語音、多媒體及數(shù)據(jù)的安全可靠的傳輸。承載網(wǎng)絡(luò)指現(xiàn)有的基于IP的通信網(wǎng)絡(luò),例如移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及城域網(wǎng)等,并可根據(jù)業(yè)務(wù)需求和運(yùn)營(yíng)環(huán)境來部署。2.4控制層控制層分為IMS控制子層、數(shù)據(jù)管理和控制子層,如圖3所示IMS控制子層是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合的核心層,由呼叫會(huì)話控制功能(callsessioncontrolfunction,CSCF)實(shí)體、HSS和SLF服務(wù)器組成,主要負(fù)責(zé)IMS終端呼叫/會(huì)話的建立、修改和釋放。CSCF實(shí)體指SIP服務(wù)器,分為代理呼叫/會(huì)話控制功能實(shí)體(proxy-CSCF,P-CSCF)、問詢呼叫/會(huì)話控制功能實(shí)體(interrogation-CSCF,I-CSCF)和服務(wù)呼叫/會(huì)話控制功能實(shí)體(serving-CSCF,S-CSCF)。P-CSCF是IMS終端與IMS網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)連接點(diǎn),負(fù)責(zé)驗(yàn)證和轉(zhuǎn)發(fā)用戶的請(qǐng)求,將其路由至正確的I-CSCF或S-CSCF;I-CSCF為IMS終端選擇合適的S-CSCF以及將從外網(wǎng)收到的SIP消息路由到正確的S-CSCF,并屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?S-CSCF完成用戶注冊(cè)認(rèn)證,建立會(huì)話路由以及實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)觸發(fā)等功能。歸屬用戶服務(wù)器(homesubscriberserver,HSS)用來存儲(chǔ)每個(gè)用戶的唯一服務(wù)配置文件,該文件包含了用戶的IP地址、電話記錄、聯(lián)系人列表、語音郵件問候語等。I-CSCF和S-CSCF在處理用戶請(qǐng)求和建立會(huì)話路由時(shí)都將同HSS數(shù)據(jù)庫(kù)交互以寫入或獲取用戶消息。另外,基于互聯(lián)網(wǎng)的非IMS終端可以不通過IMS控制子層完成與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換,如醫(yī)院病人的電子醫(yī)療記錄,可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接傳送給數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)控制和管理子層是整個(gè)體域網(wǎng)(BAN)的數(shù)據(jù)中心,由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、控制器和上位機(jī)等設(shè)備組成。體域網(wǎng)(BAN)采集的各種數(shù)據(jù)通過承載網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)由運(yùn)營(yíng)商、政府或?qū)ｉT機(jī)構(gòu)等構(gòu)建。根據(jù)體域網(wǎng)(BAN)不同的應(yīng)用可建立多個(gè)分類數(shù)據(jù)庫(kù),比如遺傳基因數(shù)據(jù)庫(kù)、電子醫(yī)療健康數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)醫(yī)學(xué)健康檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶環(huán)境及位置信息數(shù)據(jù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)中心對(duì)采集的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行多源信息聚集、分類和融合,以及格式轉(zhuǎn)換,然后進(jìn)行存儲(chǔ)