水稻根际固氮菌与水稻根愈伤组织联合固氮体系的研究初报

组织培养法应用在豆科和非豆科共生体系的研究中已有报道,但应用于水稻与根际固氮菌联合共生的研究中至今还未见。我们在探讨水稻根际联合固氮体系的植物细胞与细菌的关系中,采田了水稻根组织培养的方法,建立了愈伤组织水平上的联合固氮体系。初步结果表明这种方法用在水稻的联合固氮研究中是可行的,并取得了有意义的结果,现报道如下。     

木麻黄和桤木离体根瘤和立地土壤的固氮酶与N2O还原酶活性的研究

为了解非豆科固氮树种的固氮酶和N_2O还原酶(Nos)活性,采用乙炔还原法和乙炔抑制技术对细枝木麻黄(Casuarina cunninghamiana)和江南桤木(Alnus trabeculosa)离体根瘤及立地土壤的两种酶活性进行了研究。结果表明,离体根瘤只在厌氧条件下有固氮酶活性,在好氧条件下有Nos活性。根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性在好氧条件大于厌氧条件,Nos活性只表现在厌氧条件下。在好氧条件下,根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性无显著差异;根瘤区根际土的Nos活性显著大于非根瘤区根际土。除离体根瘤在好氧条件下不表现固氮酶活性外,细枝木麻黄和桤木的离体根瘤、根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性均都大于Nos活性。好氧条件下根瘤区根际土的固氮酶活性与非根瘤区根际土的呈极显著正相关,而厌氧条件下根瘤的固氮酶活性与好氧条件下根瘤区根际土和非根瘤区根际土固氮酶活性、好氧条件下根瘤的Nos活性与厌氧条件下根瘤区根际土和非根瘤区根际土Nos活性均呈极显著负相关。这为研究弗兰克氏菌结瘤植物共生固氮体系对N2O汇强度的影响和调控奠定基础。     

豆科植物SHR-SCR模块——根瘤“奠基细胞”的命运推手

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

The Legume SHR-SCR Module Predetermines Nodule Founder Cell Identity

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

几株分离自不同植物根际的固氮菌形态特征及营养特征研究

近年来,非豆科植物根际固氮问题,已越来越广泛地引起人们的注意。现已证明在一些牧草、水稻、玉米、甘蔗以及某些非豆科树木根际定殖着大量的固氮微生物,它们或在植物的根表,或者侵入根内进行固氮作用。其固氮效率几乎与豆科根瘤相仿。这一发现为非豆科植物扩大利用生物固氮资源的有益前景展示了一条可能     

内蒙古典型草原的生物量与生产力

氮素是植物生长和作物高产的限制因素。氮素来源主要是生物固氮和化学固氮。生物固氮是地球表面氮素的主要来源。在生物固氮中,目前最有效的还是豆科根瘤菌固氮。但近年来,禾本科植物根系与固氮菌的联合固氮作用引起了人们的广泛重视。联合固氮是自生固氮和共生固氮体系的中间类型,固氮细菌与相应联合植物之间具有较密切的相互影响,但又不象形成根瘤那样具有共生结构。这种联合固氮作用在自然界中广泛存在,各种作物,热带和亚热带牧草的根际和根表均有联合固氮菌存在,它们能提供土壤氮素。经测定水稻根际每个生长季非藻类的生物固氮量达25—30     

用禾本科作物作参比估测大豆共生固氮量

在区域农业的氮平衡研究中,大范围估计豆科作物的共生固氮量,是必需进行的。以往采取按豆科作物种类设定单位面积共生固氮量而不考虑作物本身生长好坏,势必给这一估算带来很大误差。豆科作物共生固氮量的田间测定,迄今尚无完善的方法。用同位素~(15)N 稀释法或 A 值法测定豆科作物共生固氮量,常用不结瘤的豆科作物品系或非豆科作物作为参比作物以区别来自大气、土壤和肥科中的氮量。由于豆科作物与参比作物对肥料氮的利用能力不相同,因而往     

不同时期艾比湖湿地盐角草群落土壤固氮微生物的多样性分析

【目的】研究新疆艾比湖湿地不同季节盐角草根际和非根际土壤固氮微生物的多样性和丰富度与环境因子的相关性,以期探究在荒漠化和盐渍化不断严重的艾比湖湿地中随着季节变化的固氮微生物群落对恢复生态功能起到的潜在作用,为后续的湿地保护和退化恢复工作提供理论支持和数据基础。【方法】应用Illumina HiSeq PE250测序技术,分析6个土壤样本固氮微生物的多样性,结合相关的理化因子并利用RDA分析法探究土壤理化性质和固氮微生物菌落结构及丰富度的相关性。【结果】艾比湖湿地盐角草植物根际土壤的固氮微生物多样性高于非根际土壤,7月的土壤固氮微生物多样性高于10月和4月的土壤。土杆菌属(Geobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、固氮菌属(Azotobacter)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)等为盐角草根际和非根际土壤中的共同优势菌属。这些固氮微生物优势菌属隶属于变形菌门(Proteobacteria)和蓝藻门(Cyanobacteria),且相对丰富度占比为85%和10%,其余各菌门共占比较少,仅为5%。土壤中固氮微生物的优势菌群与碱解氮(AN)、全氮(TN)、速效钾(AK)和有效磷(TP)呈显著相关。【结论】随着时间的推移土壤样本中固氮微生物的多样性和群落结构也发了改变,同一时期植物根际与非根际土壤中固氮微生物的群落结构并不相同。土壤的环境因子与固氮细菌的群落结构和丰富度的相关性研究可以为艾比湖湿地的退化恢复提供数据基础和理论支持。     

艾比湖湿地盐节木土壤固氮微生物群落结构和丰度的环境异质性特点

【背景】新疆艾比湖湿地国家自然保护区作为国内最典型的温带干旱区湿地荒漠生态系统,对于富集生物多样性、平衡生态环境等方面存在着非凡的意义。目前关于艾比湖湿地根际与非根际土壤固氮微生物群落结构和丰度的相关研究还未见报道。【目的】通过分析新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤固氮菌nifH基因的群落结构和丰度的环境异质性特点,及探讨微生物群落对国内极端干旱区脆弱敏感的艾比湖湿地生态系统循环过程中的作用,为改善荒漠化的艾比湖湿地环境提供理论依据。【方法】采用构建克隆文库和q-PCR的方法,并利用冗余分析法(Redundant analysis,RDA)探究土壤理化性质与固氮微生物群落结构及丰度的相关性。【结果】艾比湖湿地盐节木非根际土壤中nifH的多样性高于根际土壤,盐节木根际土壤的nifH序列优势种属主要为固氮根瘤菌属(Azorhizobium)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio);非根际土壤的nifH序列优势种属主要是固氮弧菌属(Azoarcus)、太阳杆菌属(Heliobacteriummodesticaldum)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)。盐节木根际土壤nifH数量为4.08×104copies/g,盐节木非根际土壤中nifH的数量为5.52×103copies/g,根际土壤nifH的丰度高于非根际土壤。相关性分析显示,根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总钾、含水量等因子显著相关,非根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷、总钾、总氮呈显著相关。【结论】在盐节木根际土壤中nifH的丰度高于非根际土壤,而多样性则低于非根际土壤,而且硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷可能会影响固氮微生物的群落结构和丰度,这些特点为湖泊湿地的退化恢复提供理论和数据基础。     

间作大豆对甘蔗根际土壤细菌及固氮菌多样性的影响

为探讨间作大豆(Glycine max)对甘蔗(Saccharum officinarum)根际土壤细菌及固氮细菌多样性的影响, 收集和开发固氮菌资源, 筛选高效甘蔗联合固氮体系, 选用3个甘蔗栽培品种‘ROC22’、‘GT21’、‘B8’与大豆品种‘Guizao 2’进行间种栽培, 采用巢式PCR特异扩增细菌16S rRNA基因片段和固氮细菌nifH基因片段, 并结合变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术, 对间作大豆的甘蔗根际土壤细菌及固氮细菌进行系统演化和多样性分析。聚类分析结果显示, 间作大豆改变了甘蔗根际土壤细菌及固氮细菌原来的群落组成结构, 尤其对固氮菌群落组成的改变更大, 但对群落物种的优势度影响较小。Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数分析结果表明, 甘蔗-大豆间作显著影响甘蔗根际土壤中细菌和固氮菌的多样性, 其中对固氮细菌多样性的影响较大。不同甘蔗品种的根际土壤细菌和固氮菌在间作大豆条件下表现出不同的多样性, ‘ROC22’和‘GT21’间作处理甘蔗根际土壤固氮细菌的Shannon-Wiener多样性指数显著高于单作处理, 而‘ROC22’与大豆间作处理的甘蔗根际土壤固氮菌多样性最为丰富。在大豆生长盛期, 间作处理的甘蔗根际土壤细菌多样性最为丰富, 不同处理间的差异也最大, 随后下降。总体来看, 甘蔗-大豆间作显著地影响根际土壤细菌和固氮菌的群落结构和群落多样性, 有助于对甘蔗合理间作栽培模式的认识和筛选高效甘蔗联合固氮体系。     

在西红柿植株冠瘿中建立固氮体系初报

通过根癌农杆菌和圆褐固氮菌原生质体融合的方法,首次在非豆科植物(西红柿)上人工建立固氮体系。原生质体融合杂种 DF1.2具有固氮酶活性,把它接种在西红柿植株上可形成肿瘤,该肿瘤也具有固氮活性。     

测定固氮生物分布的硼——α径迹法

在研究共生、联合共生固氮体系建立过程中,确定接种后固氮生物在寄主植物根内,根际和土壤中的分布和数量是十分重要的。目前常用的方法有:免疫荧光抗体法、扫描或透视电子显微镜观察法、放射性同位素示踪法以及抗生素标     

非豆科植物固氮研究概况

由于氮素化肥能源耗费和环境污染问题的日趋严重,人们逐渐认识到农林业生产完全依赖化肥终非良策,于是生物固氮研究日益受到世界各国的重视。豆科植物有与根瘤菌天然结瘤固氮的能力。长期以来人们一直希望非豆科植物也能结瘤固氮,以减少对化肥的依赖。对于人工诱导非豆科作物结瘤固氮的研究,国内外开展的研究工作较多。早在30年代初至60年代中期（1933－1967年）,许多学者就试验用离体的豆科植物根、愈伤组织和细胞培养物与相应的根瘤菌联合培养,以探索二者在体外共生的可能。但限于当时的技术条件,在30多年内一直未能证明根瘤菌能在…     

禾本科植物联合固氮研究及其应用现状展望

综述了近年来从禾本科植物体内和根际发现的内生固氮菌和根际固氮菌的种类、特征及对宿主的促生机理,以及固氮菌接种剂在农业生产中的应用现状和存在的问题,指出影响联合固氮菌接种效果的主要因素有土著微生物的竞争;植物基因型差异和环境条件的变化,如结合态氮(氨、亚硝酸盐、硝酸盐等)对固氮酶的合成阻遏和较高的氧分压对联合固氮菌的固氮效率影响．提出了发掘和利用禾本科植物的生物固氮潜力的努力方向：从自然界分离筛选获得广谱高效固氮菌株;应用基因工程构建耐铵、泌铵型联合固氮菌;诱导禾本科植物形成固氮根瘤;充分发挥植物内生固氮菌的优势．     

辣椒根际促生菌的分离筛选及抗病促生特性研究

获得辣椒根际促生菌(Plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)并探究其抗病促生特性。采用固氮、无机磷和有机磷培养基从江苏省徐州市采集的辣椒根际土壤中分离筛选根际促生菌株(PGPR),通过形态特征及16S rDNA序列分析进行菌株鉴定,对菌株的固氮、解磷、分泌3-吲哚乙酸(IAA)能力及对4种辣椒病害病原菌抗病能力进行探究。得到13株辣椒PGPR菌株,经鉴定分别属于Bacillus、Pseudomonas、Lelliottia、Siccibacter、Achromobacter、Microbacterium和Paenibacillus;13株PGPR菌株均有固氮功能;其中7株可解有机磷,分别属于Lelliottia、Bacillus、Siccibacter、Microbacterium、Paenibacillus;5株可解无机磷,分别属于Lelliottia、Bacillus、Siccibacter、Pseudomonas;3株具有分泌IAA能力,分别属于Lelliottia、Siccibacter、Bacillus;5株具有抗病能力,分别属于Bacillus、Lelliottia、Siccibacter。辣椒根际土壤含有在农业生产上具有潜在的应用价值的多功能根际促生菌。     

甘蔗不同部位的固氮酶活性检测

比较巴西2个固氮甘蔗品种‘B1’、‘B8’的叶片、主脉、叶鞘、茎、根和根际周围固氮酶活性的结果表明:茎、根、根际周围的固氮酶活性较高。     

禾谷类作物与微生物联合共生固氮作用的研究

生物固氮作用对农业生产的重要意义是众所周知的。近十年来,在生物固氮研究的各个方面都有许多重要的进展。细菌与植物联合固氮作用的发现,为非豆科植物扩大利用生物固氮的前景开辟了一条新的途径。联台固氮体系是介于自生固氮体系与共生固氮体系的中间类型。固氮细菌与相应联合的植物之间具有较密切的相互影响,但是它们又不像根瘤菌与豆科植物那样形成特异的共生构造一根瘤。这种固氮     

赤杨对辽东落叶松人工林土壤氨基糖积累的影响

微生物残留物是土壤稳定性碳库的重要组成部分,然而其对固氮树种的响应还不清楚。以辽东山区日本落叶松(Larix kaempferi)人工纯林和落叶松-赤杨混交林为研究对象,以氨基糖作为微生物残留物的生物标识物,研究了赤杨对落叶松人工林根际和非根际土壤氨基糖积累的影响。结果表明,混交林中落叶松根际和非根际各氨基糖单体含量均显著高于纯林,说明赤杨引入有利于土壤微生物残留物的积累。其中,混交林落叶松根际及非根际土壤氨基糖葡萄糖含量分别比纯林高出99.5%(P0.01)和154%(P0.01);胞壁酸含量分别比纯林高出66.1%(P0.01)和132.3%(P0.01)。赤杨引入对氨基葡萄糖/胞壁酸比值的影响不显著,但显著增加氨基糖对土壤有机碳的贡献。冗余度分析表明全氮是驱动土壤中氨基糖发生变化的主要因子。表明赤杨引入显著提高微生物固持的土壤碳库和有机碳稳定性,这对落叶松人工林合理经营具有重要意义。     

磁化技术诱发非豆科作物结瘤、固氮的研究

最近几年,我国报刊上出现了关于磁化技术诱发非豆科作物结瘤、固氮问题的争论,在农业科技界引起酱遍的关心和注意,本文以黄瓜为试验材料,证明一定剂量的磁化处理有促进黄瓜植株鲜重增加,生长健壮的作用,但未观察到磁化诱导黄瓜植株结瘤、固氮现象。试验还首次证明根结线虫可以将根瘤菌引入黄瓜根结中,但进入黄瓜根结中的根瘤菌不能正常表达原有的固氮活性。     

生物固氮研究中的几个热点问题

氮素化肥在农业生产中一直发挥重要作用,为了发展持续生态农业,全世界的研究者都在进行着长期不懈的努力,不断优化和拓展生物固氮系统。介绍固氮研究中的4个热点问题：⑴联合固氮;⑵根际微生物量氮及微生物活度;⑶通过豆科植物凝集素基因转化扩大根瘤菌宿主范围;⑷结瘤固与“类根瘤”固氮。