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     

苜蓿根瘤菌自生与共生状态下核糖体蛋白的比较

苜蓿根瘤菌在与宿主植物建立共生关系的过程中,以自生状态进入宿主植物细胞,经过分化发育转变为共生状态的类菌体(Bacteroid)。由于生存环境发生了变化,类菌体在形态、结构和功能方面都产生了很大的改变,其中最为明显的改变是类菌体获得了共生固氮的能力。此时,类菌体中许多与共生相关的基因被激活,蛋白的表达量显著增加。为了探明这种改变是否与合成蛋白质的细胞器-核糖体有关,比较分析了苜蓿根瘤菌在自生和共生状态下核糖体蛋白的表达谱。蛋白质双向电泳结果显示二者之间没有明显的差别,说明类菌体的分化发育过程中核糖体蛋白的形成没有改变。     

茎瘤固氮根瘤菌趋化系统基因的比较基因组学分析及相关蛋白序列分析（英文）

【目的】茎瘤固氮根瘤菌既可以与毛萼田菁共生固氮,又可以自生或作为内生菌在其他植物体内固氮。由于其具有3种生活状态及固氮能力,其感受外界信号的趋化系统应当更为复杂多样。目前对茎瘤固氮根瘤菌的趋化通路研究很少,因此我们将茎瘤固氮根瘤菌的趋化系统与其他已有研究的菌株相比较。【方法】基于NCBI蛋白数据库,利用BLAST程序对菌株ORS571及已公布全基因组序列的α变形菌门的其他菌种进行趋化基因簇的比较分析;基于Pfam蛋白数据库,利用HMMER3程序对甲基化受体蛋白序列进行比较分析。【结果】分析结果表明茎瘤固氮根瘤菌中有1条主要的趋化基因簇,其中所编码的甲基化酶Che R为非五肽依赖型;此外,该菌还具有43个甲基化受体蛋白基因,所编码的受体蛋白保守区段均由38个七肽单位组成。【结论】通过比较基因组学的分析可知茎瘤固氮根瘤菌与其他菌属相比趋化系统具有高度同源性,但同时存在自身的独特性,这一结论能够使我们更好的了解茎瘤固氮根瘤菌利用趋化系统适应环境的过程。     

固氮菌接种对棉苗氮磷钾吸收、某些酶活性及产量的影响(英文)

Spermospheremodels和盆栽试验结果表明 ,海岛棉 (GossypiumbarbadenseL .)苗接种自生固氮菌(Azotobactersp .)、巴西固氮螺菌NO40 (AzospirillumbrasilenseNO40 )、多粘芽孢杆菌 (BacilluspolymyxaCF)和根瘤菌 (Rhizobium) ,和以自生固氮菌分别与其它 3种供试菌种两者的混合菌 ,能增强棉花根际固氮酶活性和棉苗对氮的吸收 ,提高功能叶中氮、磷和叶绿素含量 ,从而有利于提高生物学产量 ,尤以自生固氮菌的促进效应最为显著。另一方面 ,混合菌处理较单一菌株处理 ,可以显著提高棉苗对氮的吸收 ,增加干物质积累提高皮棉产量 ,其中尤以固氮菌分别与根瘤菌或巴西固氮螺菌NO40的协同效应最显著     

自生条件下根瘤菌的氢酶表达与固氮的联系

在自生条件下,研究了根瘤菌的氢酶与固氮酶的共轭表达(coexpression)。氢酶表达受碳源限制和氧耗速率的调节,并为固氮酶表达条件促进,在固氮酶放氢的诱导下而与固氮酶共轭表达。此外,观察到外源氢支持根瘤菌自生固氮的活性,氢支持效应被葡萄糖酸钠和氧抑制。     

不同气体条件下“双突变”共生体大豆离体根瘤及根瘤菌固氮与放氢的研究(简报)

大豆根瘤的共生固氮,在土壤氮素补充中起着重要作用。对根瘤固氮过程的影响因素的探讨,在理论上和实践上都有很大意义。1976年国外Evans等人曾研究过在不同气体条件下大豆根瘤放氢对固氮作用的影垧。本文进一步探讨了不同气体条件对大豆离体根瘤固氮活性的影响,以及对固氮和放氢的调节关系。但根瘤是根瘤菌与大豆共体系结构的一部份,近几年来已经肯定了根瘤菌具有自生固氮的能力     

马铃薯培养基中的根瘤菌自生固氮活性

以20％马铃薯提取液为主,加88毫克分子阿拉伯糖(或蔗糖、或葡糖酸盐)、2.5或25毫克分子琥珀酸钠以及0.7％琼脂,配成简易的马铃薯培养基。豇豆根瘤菌(Rhizobium sp·)330S、330V和32H1三个菌株,以及大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)C_8和B_(15)二个菌株纯培养在此培养基上,均具有自生固氮活性。 气相氧的浓度在0.75～2％时,根瘤菌的固氮活性最高。氧浓度超过10％时,活性显著被抑制。当根瘤菌的固氮酶活性已表达后,加入10％氧,2小时后活性就降低,44小时后随着气相氧浓度的下降,固氮活性又有所恢复。在加入不同碳源的马铃薯培养基中,根瘤菌固氮活性的水平因不同菌株而有差异。培养基中加入适当浓度的琥珀酸钠,根瘤菌固氮活性显著提高。培养基的pH在6.4～7.0范围内,豇豆根瘤菌的固氮活性较高,pH低于5.4或高于8.0时,都没有活性。预培养17天的豇豆根瘤菌仍有一定的固氮活性,但以5～7天的活性最高。分析马铃薯不同提取部分对根瘤菌生长和固氮活性的影响时,表明水溶部分比脂溶部分的效果好。     

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     

大豆—根瘤菌共生固氮氢代谢的研究

检测了四株大豆根瘤菌在不同的大豆品种上形成根瘤的放氢、吸氢、固氮活性及豆血红蛋白的含量;同时测定了植株干物质的积累。结果表明,所有固氮根瘤都放氢,自生条件下Hup~-根瘤菌形成的根瘤仍不具吸氢活性,相对固氮率在0.75左右。而Hup~(?)菌株根瘤的相对固氮率在0.91～1之间。寄主植物对Hup~(?)菌株的吸氢活性有影响。相关分析表明,根瘤的豆血红蛋白与吸氢活性呈负相关。干物质积累与固氮酶活性关系最密切,氢酶活性的影响是次要的。     

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     

根瘤菌结瘤基因研究的新突破

根瘤菌是能侵入合适寄主植物根部并形成根瘤的一类细菌。由于在根瘤中,根瘤菌可以大量固定大气中的氮,因而在生物固氮研究中具有重要地位。过去十年中,由于分子生物学技术的进展使我们对根瘤菌遗传的各个方面有了许多了解。在一些根瘤菌中,成功地识别、分离了与共生固氮有关的基因。这些基因中有一类是与根瘤菌固氮能力有关的,统称为固氮基因(Fix基因)其中偏码固氮酶的结构基因nif HDK在所有已检查过的固氮微生物中具     

低湿耕地综合治理对土壤微生物生态影响及大豆增产的研究

本文报道了三江平原低湿耕地综合治理后对土壤微生物生态的影响及对大豆增产的明显效果。4年来开发试验研究的结果表明,低湿耕地经过综合治理并栽培大豆等作物以后,土壤中大豆根瘤菌数量及自生固氮菌的数量明显增加;低湿耕地综合治理后接种高效固氮大豆根瘤菌,经配对选优及结合施用启动氮的高光效高固氮大豆-根瘤菌共生固氮体系的生物技术措施,使大面积的大豆增产12.3％,达到接近岗平地耕作条件下生物技术措施的水平,对今后的生产实践或科学理论都具有重要意义。     

紫云英根瘤等固氮过程中的电子授体

基于土壤氮素在农业生产中的重要性,化肥的生产量又远远赶不上日益增长的生产需要,生物固氮的研究已成为世界上的重点研究课题。自六十年代以后人们对固氮机理的研究日趋深入,探索根瘤菌或自生固氮菌在土壤中如何将分子态氮还原为氨。对于生物固氮中的电子传递早期的研究只限于巴氏梭菌等嫌气菌,研究认为由于丙酮酸的磷酸裂解作用提供了该菌固氮时所需的还原性电子与ATP。这种磷酸裂解作用在自生固氮菌与根瘤类菌体等好气菌中是不存在的。连二亚硫酸钠作为非生理性电子供体较为理想,但是这些好气菌的内生生     

华癸根瘤菌urtB基因突变株的构建与共生固氮表型分析

【目的】尿素ABC转运体透性酶亚基编码基因urtB可能参与尿素代谢及支链氨基酸转运;本文旨在获得实验证据阐明urtB基因对华癸根瘤菌结瘤和固氮的影响,为深入研究其功能机制提供一定的科学依据。【方法】利用生物信息学分析urtB基因的结构特征及生物学功能,通过荧光定量检测urtB基因在自生和共生条件下的时空表达特征和启动子原位表达技术检测urtB基因组织表达特征,采用插入突变构建urtB突变株,通过植物盆栽并结合添加氮素处理,检测与分析突变体的共生固氮表型变化。【结果】分析表明urtB基因对于氮素转运非常重要,在共生条件下的表达水平比自生培养条件下显著上调表达;在成熟根瘤的固氮区中大量表达;正确构建和筛选获得了根瘤菌urtB突变株;接种urtB突变株与野生型菌株7653R相比较,突变体根瘤发育异常;植株地上部分生物量和根瘤固氮酶活性显著降低;添加氮素可恢复其共生缺陷表型。【结论】华癸中慢生根瘤菌urtB基因可能通过影响根瘤中氮转运或同化,进而在根瘤发育与共生固氮中发挥重要作用。     

根瘤菌铁转运代谢及其调控机制研究进展

根瘤菌是一类可以与豆科植物高效共生固氮的兼性共生细菌,在全球氮循环及绿色可持续农业中发挥重要作用。为了适应土壤、根圈和宿主体内等多变的生活环境,根瘤菌对营养物质的感知和获取能力至关重要。铁不仅是根瘤菌在土壤中生长繁殖的限制性营养元素,更直接参与固氮酶、豆血红蛋白、电子呼吸链等与共生固氮密切相关功能蛋白的合成。因此,根瘤菌在自生和共生阶段如何获取自身所需的铁是生物固氮领域所特别关注的重要研究内容。综述了近年来有关根瘤菌中Fe2+、Fe3+-铁载体复合物、血红素吸收途径以及RirA/Irr等参与铁稳态调控方面的研究进展并进行归纳分析,以期为后续的研究工作提供借鉴。     

自生条件下根瘤菌固氮酶活性的表达

在自生条件下,测定从四种热带豆科植物中分离得到的七株根瘤菌乙炔还原能力,获得四株根瘤具有固氮活性。南洋楹菌株8638L、8638M、8638S和四棱豆菌株pS,其中菌株8638L和pS表现较高的固氮活性。结果表明,在培养基中含有低浓度氮源(谷氨酰胺)、两种碳水化合物(阿拉伯糖和琥珀酸钠)及低浓度的氧,是根瘤菌表达较高固氮酶活性所必需的。菌株8638L和pS固氮酶表达最适氧浓度为1％,谷氨酰胺浓度分别为2mMol/L     

katG基因在豌豆根瘤菌抗氧化中的功能

摘要:【目的】细菌中过氧化物/过氧化氢酶KatG参与活性氧(ROS)的解毒过程,从而防止其对细菌生长伤害,本文研究根瘤菌中katG基因的抗氧化功能对豌豆根瘤菌3841生长及共生固氮的影响。【方法】通过基因敲除、遗传互补和对菌株的抗氧化和共生能力分析,系统地探究了根瘤菌中katG基因的功能。【结果】katG基因突变不影响菌株在自生培养条件下生长状况,但H2O2短时间处理导致突变株的存活率显著下降。实时荧光定量RT-PCR结果显示,H2O2不能诱导豌豆根瘤菌3841katG基因的表达。进一步研究发现突变体中katG基因缺失能显著提高抗氧化基因ohrB的表达,而降低grxC基因的表达。植物盆栽实验发现,katG突变虽然对根瘤菌共生固氮能力和竞争结瘤能力均无影响,但katG在类菌体中表达显著下调。同时,katG突变显著影响了根瘤菌在植物根圈中的定殖能力。【结论】研究表明katG虽对豌豆根瘤菌自生和共生固氮无明显影响,但在抗氧化和根圈定殖中起重要作用,外源H2O2对katG的表达无诱导作用,但katG调节ohrB和grxC等抗氧化基因的表达,从而在抗氧化和共生中发挥作用。     

基因水平转移在根瘤菌进化中的研究进展

豆科植物与根瘤菌之间形成的共生固氮是自然界效率最高的一种固氮体系,在农业生产上具有重要的应用价值。由于根瘤菌的宿主专一性较强,每种根瘤菌只能与有限的豆科植物形成共生关系,近来的一系列研究表明共生基因的水平转移和宿主条件下的适应性进化是推动根瘤菌进化的重要方式。综述了基因水平转移的主要方式在根瘤菌进化和扩大宿主范围上的重要作用,以及获得共生性状的菌株在建立共生体系时存在的问题和解决方法,旨为共生固氮在农业生产中更好地应用提供思路。     

根瘤菌共生固氮的遗传学研究(一)

根瘤菌是一种重要的固氮微生物,由于它和植物形成独特的共生关系,所以可固定较大量的氮,据估计每年出于根瘤菌共生所固定的氮量可达139×10~6吨之多,约占地球上正个固氮总量的四分之一。在农业上根瘤菌共生固氮也是一个重要的氮素来源。     

根瘤菌吸氢酶基因转移的研究

通过三亲本杂交将含有花生根瘤菌吸氢基因的质粒pZ 55(Tcr)转入不吸氢的花生根瘤菌Ra 34等菌株 (Hup- ,Nif+,Apr)中 ,筛选到既具有吸氢又具有固氮能力的花生根瘤菌结合株Rz34 2。在自生和共生条件下 ,结合株均可表达高吸氢和高固氮活性。以结合株Rz34 2接种的花生植株叶片的干重比不接种的、接种受体株Ra34(Hup- )和接种对照菌株L8 3(Hup+,Nif+)的分别高 6.2 %、7.6%和 6.3% ;种子的含氮量分别高 8 9%、1.00 %和 6.0 % ;产量分别高 188%、1 0 5%和 1 0 7%。研究结果表明 ,以含吸氢基因的结合株接种花生能提高根瘤菌与花生的共生固氮效率 ,增加作物的产量。