硝酸盐调控豆科植物与根瘤菌共生固氮的机制研究

氮是植物生长发育所需的大量营养元素之一。硝态氮不仅可以被植物直接吸收利用,还可以作为重要的信号分子调控植物对氮素的响应、吸收、代谢相关基因的表达,从而影响植物的生长和发育。豆科植物可以通过与根瘤菌共生互作来获得生长所需的氮,但共生固氮是一个耗费植物能量的过程。当土壤中存在高浓度的氮素时,氮作为信号分子会影响共生固氮基因的功能从而抑制共生固氮过程。目前的研究表明,硝酸盐通过局部和系统的调控方式抑制共生固氮过程;结瘤自主调控(Autoregulation of nodulation,AON)和NLPs(NIN-like proteins)转录因子在硝酸盐抑制豆科植物根瘤形成中有着重要的作用。本文结合最近的研究进展,重点讨论NLPs转录因子和AON途径在硝酸盐抑制共生固氮过程的作用。     

固氮生化遗传学研究进展Ⅰ.

人类需要蛋白质食物。蛋白质可来自植物,也可来自动物,但最终还是来自植物。蛋白质由氨基酸组成。植物吸收土壤中氮化物同化成氨基酸,然后合成蛋白质。在耕作区为植物利用的氮有限,必须施加大量人工合成氮肥。近年来,世界能源危机,用当前高温高压方法合成氮肥受到很大限制。其实,地球上氮肥主要来源于生物。有些微生物可将空气中不能为植物直接利用的氮气转化为氨,称为生物固氮。固氮生物有自生固氮的克氏肺炎杆菌(K.pneumoniae)     

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．     

植物内生固氮菌在绿色农业生产建设中的应用

化学氮肥在解决人类温饱问题中起了极为重要的作用,但近年发现过量施用化肥有较大的负面影响.植物内生固氮菌是近年发现的一类非豆科植物中的高效固氮微生物,这一新型固氮系统为新型绿色农业生产建设提供了一种新的生物固氮途径.本研究综述了化学氮肥在农业生产建设中的危害、生物固氮作用、植物内生同氮菌及其固氮机制、植物内生固氮菌在绿色农业生产建设中的应用,并对应用植物内生固氮菌的可能性和意义,以及需要注意的问题作了一些探讨.     

土壤pH调控固氮植物和非固氮植物间的氮转移

氮作为构成蛋白质的主要成分, 是植物生长的必要营养物质。陆地生态系统普遍存在土壤氮缺乏的现象, 混交种植模式中固氮植物可以将生物固定的氮转移给非固氮植物, 是满足非固氮植物氮需求的途径之一。明确固氮和非固氮植物间氮转移的影响因素有助于恢复退化生态系统, 构建稳定群落, 增加生态系统生产力。为了量化环境及生物等因素对氮转移的影响, 该研究采用文献调研法, 对118组氮转移比例(氮转移量占非固氮植物氮含量的比值, P_transfer)文献和实验数据(包括21种固氮植物和23种非固氮植物)进行了线性混合模型分析。结果表明土壤pH是影响P_transfer变化的最主要因素(解释量为44.04%), 其次为年平均温度(解释量为9.14%)以及固氮与非固氮植物生物量比值(解释量为2.95%), 而作为随机因素的固氮和非固氮植物物种差异的解释量为16.52%。此外, 碱性土壤中P_transferr显著高于酸性土壤。在酸性土壤中, 年平均温度(解释量为12.49%)和土壤总氮含量(解释量为11.72%)是影响P_transfer差异的主要因素, P_transfer随着年平均温度和土壤总氮含量的增加而显著增加。而在碱性土壤中, P_transfer差异主要受到固氮与非固氮植物生物量比值(解释量为13.29%)、年降水量(解释量为10.73%)和土壤总氮含量(解释量为9.33%)的调控。相对于酸性土壤, 碱性土壤能够显著增加固氮与非固氮植物生物量比值进而增加P_transfer。同时, 在碱性土壤中P_transfer与年降水量和土壤总氮含量呈显著正相关关系。这些结果对提高固氮和非固氮植物间的氮转移, 有效缓解土壤氮对非固氮植物生长的限制以及构建稳定群落具有重要意义。     

植物叶际固氮与农业生产

自荷兰学者Ruinen提出叶际固氮可以为生长在贫氮土壤植物提供丰富的氮素来源之后,印度、苏联、丹麦、中国等许多国家的科技工作者从事了这方面的研究。目前已对叶际固氮菌的属种类型、数量、生态环境、固氮效率、人工接种固氮菌对促     

动物的共生菌固氮

介绍了共生菌固氮涉及的动物和微生物类群、动物共生菌固氮的性质和机理。应用乙炔还原法和固氮酶基因检测等研究表明,所涉及的动物有7门13纲23目50科99属174种。动物肠道具有丰富的微生境,供不同生理需求的固氮菌生长发育,所蕴含的共生固氮菌类群也十分丰富,涵盖植物共生固氮菌、植物内生固氮菌、植物根际固氮菌、自生固氮菌等生态类型。一般认为动物共生固氮菌来源于环境,其性质属于联合共生固氮。动物共生固氮菌一般与其他共生生物形成复合体,以满足固氮过程中对电子和质子供体、能量供给、固氮酶活性保护以及氨阻遏解除等方面的需求。动物共生菌固氮产物氨的同化也需要多种共生物的协同作用,可能通过谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶等途径。总体上,食物氮、非蛋白氮和共生菌固氮相互协调,形成营养和解毒的代谢网络,共同维持动物体内氮素营养的动态平衡,并对未来研究提出展望。     

三株固氮类芽孢杆菌的特点及其对中国青菜的产量和土壤酶活性的影响

【目的】本研究分析三株固氮菌PGPR性状特征及其对中国青菜产量和土壤酶活的影响。【方法】氮(N)-修复(固氮)细菌被认为是一种能够促进植物生长和增产的施氮方式。在本研究中,我们用无氮培养基分离出了30株根际固氮细菌:11株来自小麦根际,16株来自中国青菜根际和3株来自莲花根际。基于16S r DNA序列分析,对小麦、中国青菜和莲花等植物根际中属于类芽孢杆菌属的主要固氮细菌进行研究。【结果】本研究从这30株固氮菌中筛选出三株属于类芽孢杆菌属(Paenibacillus)的细菌,分别命名为P-4、W-7和L-3,它们的固氮酶活性不但高于对照组(圆褐固氮菌),而且可以有效抑制两种或三种植物病原菌的生长,即核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、玉蜀黍赤霉(Gibberella zeae)和棉花黄萎病菌(Verticillium dahliae)。菌株W-7还具有溶解难溶磷的能力,中国青菜在接种菌株W-7和L-3后,其鲜重显著增加,同时改变了田间土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性;而接种了菌株P-4对植物的生长和酶活性没有显著的影响。【结论】土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性与中国青菜的生物量呈正相关。同时,菌株W-7和L-3具有促进植物产量和提高土壤质量的良好潜力。     

三株固氮类芽孢杆菌的特点及其对中国青菜的产量和土壤酶活性的影响（英文）

【目的】本研究分析三株固氮菌PGPR性状特征及其对中国青菜产量和土壤酶活的影响。【方法】氮(N)-修复(固氮)细菌被认为是一种能够促进植物生长和增产的施氮方式。在本研究中,我们用无氮培养基分离出了30株根际固氮细菌:11株来自小麦根际,16株来自中国青菜根际和3株来自莲花根际。基于16S r DNA序列分析,对小麦、中国青菜和莲花等植物根际中属于类芽孢杆菌属的主要固氮细菌进行研究。【结果】本研究从这30株固氮菌中筛选出三株属于类芽孢杆菌属(Paenibacillus)的细菌,分别命名为P-4、W-7和L-3,它们的固氮酶活性不但高于对照组(圆褐固氮菌),而且可以有效抑制两种或三种植物病原菌的生长,即核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、玉蜀黍赤霉(Gibberella zeae)和棉花黄萎病菌(Verticillium dahliae)。菌株W-7还具有溶解难溶磷的能力,中国青菜在接种菌株W-7和L-3后,其鲜重显著增加,同时改变了田间土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性;而接种了菌株P-4对植物的生长和酶活性没有显著的影响。【结论】土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性与中国青菜的生物量呈正相关。同时,菌株W-7和L-3具有促进植物产量和提高土壤质量的良好潜力。     

固氮酶铁钼蛋白的氧敏感性

自然界中含有固氮酶的微生物和蓝绿藻,能够把大气中的N_2转变为可被植物利用的氮。这些固氮生物中,好气性自生固氮菌、豆科植物根瘤菌及某些藻类在有氧环境中能高效率固定N_2。而所有固氮生物体内的固氮酶对O_2都非常敏感,其敏感程度随分离、纯化程度的提高而提高。一些生物能在好气环境中固氮是因在他们的体内存在结构(膜、构象)保护、呼吸保护和保护蛋白、豆血红朊等的作用,所以,固氮酶可避免氧的损伤而完成固氮功能。     

从生物固氮研究进展论“人工诱发固氮根瘤”的验证

生物固氮是自然界的一些微生物和蓝绿藻将大气中的不能被植物利用的氮气变成可利用的氮的过程。固氮生物种类有两种:一种是自生固氮生物,主要是由棕色固氮菌、克氏肺炎杆菌、巴氏梭菌、螺菌、绿硫菌等38个属的自生固氮细菌,其中包括异养型和利用光能的自     

联合固氮的研究进展

1975年,Dbereiner实验发现与禾本科植物联合共生的固氮菌并提出根际联合固氮的概念。近年来,随着一些新的研究手段包括化学分析、遗传工程、分子生物学、免疫学等方法的运用,推进了联合固氮领域的研究深度。综述了近年来发现的联合固氮菌的种类;联合固氮体系的形成过程（趋化、结合和侵入）;影响联合固氮的主要因素：自然条件、土著微生物的竞争、植物基因型差异和环境条件的变化、结合态氮（氨、亚硝酸盐、硝酸盐等）和氧。并从固氮联合作用测定方法、联合固氮菌的资源筛选、联合固氮工程菌的研究、联合固氮分子生态学研究方法4个方面,论述了联合固氮的研究现状。     

稻田土壤固氮菌株的分离筛选及促生潜力

旨为获取高效固氮菌株,为稻田生物固氮能力的微生物调控提供菌种资源。选用4个具有不同固氮效率水平的水稻土样品,采用稀释平板法和富集纯化法从土壤中分离可培养固氮菌株,通过基因组DNA的nifH基因扩增、乙炔还原活性的定量测定和无氮培养基上的生长状况筛选优势固氮菌株,进一步对优势固氮菌株进行促生潜力测定。共分离纯化得到可培养微生物菌株14株,以新分离菌株的基因组DNA为模板,有7株菌株能够扩增出nifH基因。其中,新分离菌株P204、P205、P207和P208在无氮培养基上生长速度较快,乙炔还原活性较高,同时具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长的潜力,可用于进一步功能基因开发和微生物接种应用研究。     

甘蔗固氮内生菌——重氮营养醋杆菌的研究进展

在巴西,许多地区甘蔗的栽培已有几十甚至几百年的历史,尽管氮素供应明显不足,但甘蔗的产量和土壤中的氮素储备并没有随时间的推移而下降。认为甘蔗可能得益于生物联合固氮。通过氮平衡和１５Ｎ技术已证明生物的联合固氮作用对牧草和甘蔗等农作物的生长有重要的农学意义。认为甘蔗所吸收的氮素中有８０％可能来自生物固氮作用,只有少数来自施放到土壤中的化合态氮［１］。迄今已从甘蔗根际中分离到１１个属的固氮细菌,但是这些存在于甘蔗根际固氮菌的数量都不足以解释发生于甘蔗中的高效固氮作用．对甘蔗与固氮菌的联合共生固氮作用的深…     

玉米联合固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A转座突变体系的构建

【背景】长期以来,农业生产上过度施用化学氮肥造成了农田生态环境的破坏,引起土壤板结、次生盐渍化和重金属污染。此外,由于田间大量的氮素流失和淋溶导致水体富营养化和地下水污染,使得农产品硝酸盐含量超标,最终可能通过食物链危及人类的健康。因此,通过合理地开发和利用生物固氮菌,从而减少化学氮肥施用量,对于保护生态环境,促进农业的可持续生产具有十分重要的意义。【目的】对从玉米根部分离得到的联合固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A进行Tn5转座突变,从而创制大量的突变体,经筛选后应用于对固氮及其调控的分子机制和氮代谢调控网络解析等研究。【方法】以固氮菌K.radicincitans GXGL-4A为研究对象,通过PCR法克隆得到GXGL-4A菌株的亚硝酸还原酶基因nirBD。通过构建重组质粒pMOD-egfp-tet,并利用电击转化法将转座复合体导入GXGL-4A野生株,进行Tn5转座突变,从而获得大量突变菌株。【结果】筛选到4株亚硝酸盐还原酶活性显著降低的突变株,并克隆了突变株M36突变位点的侧翼序列。【结论】对玉米联合固氮菌K.radicincitans GXGL-4A进行Tn5转座突变是可行的,初步建立了该菌株稳定有效的插入突变技术体系。     

非共生固氮菌及其固氮作用

生物固氮作用是生态系统中重要的氮素来源,参与固氮作用的微生物对植物的生长发育至关重要。与共生固氮微生物相比,非共生固氮微生物地域分布更广泛、种类更多,对全球生态系统中氮素循环有着重要意义。本文总结了非共生固氮菌的分类及系统发育,非共生固氮菌的群落构建过程和机制;归纳了不同生态系统(如草原、森林、海洋、农田等)、植物不同部位(如林冠、叶际、根际、根内、凋落物等)和土壤中非共生固氮菌的群落组成及固氮潜力的差异,以及影响非共生固氮菌群落组成和固氮潜力的主要因素(如气候因素、土壤理化性质、人为措施等);并整理了常用的研究非共生固氮菌及其固氮潜力的检测方法。     

联合固氮菌的合成生物学研究进展

氮素是作物生长过程中最重要的元素,氮素缺乏将会严重影响作物生长。随着人类对粮食的需求量增加,化学氮肥的施用量越来越多。生物固氮在全球氮素循环中有着重要的作用,60%的氮来源于生物固氮。因此,生物固氮,尤其是能够在作物中定殖的联合固氮菌,最有可能代替氮肥成为粮食作物的主要氮源。长期以来,如何提高生物固氮效率以及在作物中实现生物固氮是生物学家的重要研究方向。合成生物学的出现和发展为能够生物固氮的研究带了新的机遇,有望缓解粮食作物对化学氮肥的大量需求。本文概述了固氮菌的种类、联合固氮菌中固氮基因岛的组成以及转录调控机理,阐述了合成生物学在生物固氮领域中的研究现状,对未来的联合固氮菌合成生物学的发展方向作出了展望。     

植物内生固氮菌及其固氮机理研究进展

氮素是植物生长必不可少的元素,植物内生固氮菌不仅能够在植物体内产生氮素以供植物利用,而且在自然界氮素循环过程中发挥积极作用,对农业可持续发展具有重要意义。近年来,植物内生固氮菌逐渐成为研究热点。由植物内生固氮菌的发现、作物共生、侵入途径、固氮机理、促生作用机制等方面系统地综述了植物内生固氮菌的研究进展,探讨了植物内生固氮菌新的研究思路以及一些尚未解决的问题,以期为植物内生固氮菌及生物固氮研究提供参考。     

集约经营对毛竹林土壤固氮细菌群落结构和丰度的影响

为揭示集约经营对毛竹林土壤固氮细菌群落特征的影响,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和荧光定量PCR技术,分析集约经营0(CK)、10、15、20、25年毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的变化规律,并探讨了影响土壤固氮菌群落的主要环境因素.结果表明： 毛竹林集约经营导致土壤pH下降而速效养分积累;集约经营初期(10年)和后期(25年)土壤固氮细菌的群落结构与对照相似,而中期的15年和20年则与对照差异较大.固氮菌多样性指数和丰度均呈现先减少后增加的趋势,经营15年时达到最小值;土壤固氮细菌表现出对集约经营干扰的抵抗和恢复反应.冗余分析表明,土壤速效钾、水解氮、硝态氮和铵态氮的含量与固氮菌群落结构的变化有较强的相关性,表明集约经营措施导致了土壤固氮细菌短期的变化,但长期而言,不会对土壤固氮细菌产生不良影响.     

自生固氮菌的生态分布及其对农药抗性的研究

将不同地点的土样均匀地撒在无氮培养基平板上,分离并鉴定自生固氮菌。同时采用抑菌圈法和分光光度计测透光率的方法,检测6种常用的田间农药对自生固氮菌的生长影响;还运用茚三酮显色反应检测农药对自生固氮菌固氮效果的影响。结果表明,不同农药及其不同浓度对自生固氮菌生长及固氮量的影响有所不同。为添加固氮菌以提高农作物产量,监测固氮菌含量来评估作物产量,以及田间正确使用农药提供了理论依据。