细菌-植物联合固氮研究进展

生物固氮过程对农业生产的重要意义是众所周知的。工业固氮一年约提供4千万吨氮肥,而生物固氮则每年贡献约1亿吨。从生态学观点看,自然界存在三种固氮体系:自生固氮(如自生固氮菌),共生固氮(如根瘤菌和豆科植物共生)和联合固氮(如雀稗和雀稗固氮菌的联合)。本文只介绍联合固氮体系的研究进展。联合固氮体系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的植物之间具有较密切的     

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     

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。     

载有苜蓿根瘤菌巨型质粒的豇豆根瘤菌侵染苜蓿根瘟的形态

生物固氮的过程是把大气氮素还原为氨,为植物生长提供有效的氮素营养。在共生固氮过程中,根瘤菌与豆科植物共生有着较为严格的宿主专性关系,如苜蓿根瘤菌只诱导苜蓿植物结瘤固氮,豌豆根瘤菌只诱导豌豆植物结瘤固氮。     

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。     

植物固氮细胞器的合成生物学研究

随着合成生物学的兴起,历史悠久的生物固氮研究领域迎来了新的发展机遇。合成生物学的原理和技术引入固氮生物学以后,诞生了固氮合成生物学的新兴交叉学科。共生固氮是生物固氮三种形式中效率最高的一种。在共生固氮体系中,固氮细菌以细胞器的面目出现在宿主植物细胞质中,利用微氧和物质能量充足的有利条件,进行较为稳定长久的固氮反应。但是,共生固氮作用的局限性在于宿主专一性,即共生固氮细菌难以在绝大多数经济作物上完成侵染和固氮作用。因此,固氮合成生物学面临的一个重要挑战是如何突破固氮细菌的宿主专一性,实现主要经济作物共生或者自主固氮。为了解决这一难题,国内外的研究者通过艰难地探索取得了良好的研究进展。本文将就固氮合成生物学的一些主要进展和面临的问题作一简要综述。     

一株分离自裸子植物罗汉松根瘤的根瘤菌

根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮被认为是地球上最重要的生物固氮体系. 裸子植物罗汉松与根瘤菌共生结瘤至今未见报道. 采用常规根瘤菌分离技术从罗汉松及其变种小叶罗汉松根瘤中分离获得11株内生细菌, 将它们回接宿主可导致结瘤, 乙炔还原法测出微弱的固氮酶活性. 传统的生理生化鉴定方法和16S rDNA全序列分析证明该内生细菌代表菌株GXLO 02隶属于根瘤菌.     

人工诱导根瘤菌与非豆科植物结瘤共生的研究

生物固氮方式中以豆科植物和根瘤菌的共生固氮体系最为有效,目前仍以此作为主要研究模型。     

根瘤菌与豆科植物共生固氮的生化基础

根瘤菌在与其主植物共生过程中,具有形成根瘤和固定大气中游离氮的能力。全世界每年通过生物固氮大约可固定一亿七千五百万吨氮,而根瘤菌与豆科植物共生固氮的总量就达三千五百万吨。     

非共生生物固氮微生物分子生态学研究进展

氮是限制生态系统生产力的主要元素,生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源.生物固氮包括共生、联合和自生固氮3种类型,其中联合固氮和自生固氮统称为非共生固氮.相对于共生固氮而言,非共生固氮速率虽然较低,但其不需要与其他生物形成共生体系就可以生存并进行固氮,在时空分布上更加广泛,因此对生态系统氮循环特别是素输入具有重要贡献.本文对近年有关非共生固氮微生物的多样性、土壤和叶际固氮微生物的分布特征及影响因素等研究进展进行了综述,并在此基础上阐述了现有研究中存在的问题和发展前景.     

豆料植物—根瘤菌共生固氮体系中的根瘤菌结瘤基因组(nod和hsn基因)和固氮基因组(nif和fix基因)及其功能

豆科植物一根瘤菌共生固氮在自然界中占有极其重要的地位.据估计,全球生物固氮量约为17500万吨,而现今工业上采用的Haber-Bosch法固定大气氮的无机氮量约为4500万吨,不及生物固氮量的三分之一.其中豆科植物一根瘤菌的共生固氮量为3500万吨,几乎可以与工业的无机氮相媲美(Burns和Hardy,1975).根瘤菌侵染豆科植物根而形成根瘤,由此产生了一种互通有无、共存共荣的固定空     

非豆科固氮树种-沙棘与微生物联合共生体的纯培养研究

Ｆｒａｎｋｉａ 非豆科树木共生固氮体系是自然界中重要的固氮生物资源 ,具有与Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ 豆科植物相似的固氮能力 ,在自然界能量循环和生态平衡中起着重要作用 ,而且与形成共生固氮的非豆科植物其抗逆性强 ,耐干旱、盐碱 ,抗高寒、瘠薄 ,能在一般豆科植物不能生长的环境下正常生长结瘤固氮。非豆科固氮树种 沙棘是三北地区重要垦荒先锋树种1) ,其果实富含多种维生素 ,具有重要的经济开发价值。同时 ,沙棘又是具有内生菌根真菌的固氮树种[1] 。本文通过对沙棘菌根、根瘤联合共生体人工构建技术以及沙棘联合共生的增效作用的研究 ,…     

根瘤内生细菌

在研究根瘤菌与豆科植物共生关系的过程中,人们发现根瘤中同时定居着许多与根瘤菌不同的内生菌,这些非共生细菌生活在根瘤中,但不引起植物产生明显的病害,为根瘤内生细菌.根瘤内生细菌不仅将植物作为其栖息场所,而且对宿主植物有促生、防病、内生联合固氮等广泛的生物学作用.     

生物固氮及在可持续农业中的应用

氮是限制农业生产的重要营养元素.生物固氮指某些原核生物能利用体内的固氮酶将空气中的氮气还原为氨,为植物生长提供氮素.自然界中存在多种具有固氮能力的微生物,依据其固氮方式分为自生固氮、共生固氮和联合固氮三种类型.联合固氮茵通过趋化定殖在植物根表,并生长、固氮.     

大豆根瘤菌突变株(str~r)胞外多糖组分比较

农作物所需要的氮素营养,一部分来自肥料,而另一部分则必需从土壤所保存的氮素和生物固定大气中的氮来满足。在生物固氮体系中,共生固氮体系尤其引人注目。根瘤菌属的成员能感染相应的豆科植物,形成根瘤,并在根瘤内进行共生固     

一氧化氮对豆科植物结瘤及固氮的影响机制

豆科植物-根瘤菌共生过程受双方基因复杂且精细的调控, 能够产生特异的根瘤结构并可将大气中的惰性氮气(N₂)转化为可被植物直接利用的氨态氮。结瘤与固氮受多种因素影响, 其中, 一氧化氮(NO)作为一种自由基反应性气体信号分子, 可参与调节植物的许多生长发育过程, 如植物的呼吸、光形态建成、种子萌发、组织和器官发育、衰老以及响应各种生物及非生物胁迫。在豆科植物中, NO不仅影响寄主与菌共生关系的建立, 还参与调控根瘤菌对氮气的固定并提高植株氮素营养利用效率。该文主要从豆科植物及共生菌内NO的产生、降解及其对结瘤、共生固氮的影响和对环境胁迫的响应, 阐述了NO调控豆科植物共生体系中根瘤形成和共生固氮过程的作用机制, 展望了NO信号分子在豆科植物共生固氮体系中的研究前景。     

用气相色谱法测定Frankia菌的自生固氮活性

共生固氮放线菌Frankia与非豆科木本双子叶植物形成共生固氮体系,简称为非豆科共生。非豆科共生与根瘤菌和豆科植物的共生一样,具有很强的固氮能力,测定其固氮力,特别是测定Frankia菌的离体培养的自生固氮活性是选择优良菌株和研究共生体系的重要工作。但是由于Frankia菌生长缓慢,菌量稀少,在培养基中菌体分布又不均匀,给固氮活性的检测带来了许多困难,曾一度影响了研究工作的进展。很多学者开展了Frankia菌自     

根瘤菌与豆科植物之间的“分子对话”

根瘤菌是一类格兰氏阴性好气的异养型土壤细菌,它们能侵染豆科植物形成一种特殊的结构—根瘤,将大气中的氮气转化为植物可以直接利用的氨,即共生固氮作用。其在农业上的潜在应用价值推动了全世界范周内的科学家进行了一个多世纪的持续研究。目前,根瘤菌与豆种植物共生固氮体系是所有微生物与植物相互作用中了解得最为清楚的一个系统。 宿主专一性(host specificity)是这一共生固氦体系的一个非常重要的特征,即每一种根瘤菌(或菌株)都有一定的宿主范围,只能在一定数量的豆科植物上结瘤。研究表明,在共生体系形成的过程中,     

根瘤菌-豆科植物共生体系在重金属污染环境修复中的地位、应用及潜力

土壤重金属污染严重影响了人类健康和生态系统稳定,已成为亟待解决的现实问题。在重金属污染地,氮素的极端不足是植被恢复主要限制因子之一。根瘤菌-豆科植物共生体系是固氮能力最强的生物固氮体系,在促进重金属污染地氮素循化和营养元素积累中具有重要作用。本文阐述土壤重金属污染的修复方法及其特点,微生物抗重金属的机理及促植物生长和重金属积累的特性,根瘤菌-豆科植物共生体系在土壤重金属污染修复中的优越性,研究现状及应用潜力。提出应用"豆科植物-根瘤菌共生体系"修复重金属污染土壤的新思路和新任务。     

植物的血红蛋白

近几年来,植物血红蛋白的研究进展十分迅速,豆科植物中与共生固氮无关的血红蛋白基因和包括禾本科植物在内的许多非豆科植物血红蛋白基因的发现使人们对植物血红蛋白有了新的认识,进而把植物血红蛋白分为共生血红蛋白和非共生血红蛋白两种类型。对这两种血红蛋白的性质、功能、基因结构及表达等方面的研究不仅对共生固氮中植物与微生物的相互关系和固氮工程研究;而且对植物细胞的呼吸代谢和耐涝机理等研究有重要价值。