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。     

中国野生豆科植物资源及豆类蛋白研究概况

豆科植物在世界上分布广泛,有非常重要的经济价值、生态价值、药用价值和观赏价值。豆类蛋白作为植物源蛋白中的优质蛋白,在我国启动“国民营养计划”之双蛋白工程之后,其价值得到重视和开发。我国野生豆科资源丰富,但大部分地区的野生豆科资源没有得到合理的开发和利用。本文结合文献资料,对我国各地区的野生豆科植物资源和价值进行概述,并对豆科植物蛋白质的研究方法进行了系统归纳,以期对野生豆科植物资源及豆类蛋白的应用前景做出展望。     

浅谈植物的根瘤

一些植物的根部能形成各种各样的瘤状物,其中有一种可以固定大气中氮素的瘤,即通常所谓的根瘤。人们对豆科植物的根瘤的认识,曾经历过一段漫长的时间,而对于豆科植物以外的其它类型的植物根瘤,特别是这类根瘤和豆科植物根瘤之间的区别。是否一切植物根瘤都能固氮?不固氮的植物能不能使它固氮?其途径和前景又如何?这些问     

Native woody legumes respond more negatively to extreme drought than invasive ones

本地木本豆科植物比外来入侵木本豆科植物对极端干旱事件的负面响应更强 植物入侵可能会受到极端干旱事件增加和大气氮沉降的影响。然而,极端干旱、氮沉降及其相互作用如何影响外来木本豆科植物的成功入侵尚不清楚。本研究选取3种入侵木本豆科植物和3种本地木本豆科植物,开展温室控制实验。分别将这些植物种植在不同干旱处理(极端干旱和对照)和不同氮水平(低氮和高氮)下,然后对比分析两类植物的株高、叶片数、生物量以及根质量分数的差异。研究结果表明,极端干旱对本地木本豆科植物生长的抑制效应强于入侵木本豆科植物。尽管土壤氮素有效性的增加降低了植物的根质量分数,但这并不影响植物的整体表现。入侵木本豆科植物比本地木本豆科植物更能耐受长期极端干旱的负面效应。本研究加深了我们对气候变化导致的干旱事件如何影响外来木本豆科植物入侵的了解。     

上海举办植物生理学系统讲座

上海市植物生理学会与上海生物教学研究会于1986年3～5月为中学生物教师举办了植物生理学系统讲座。邀请复旦大学、上海植生所、上海园林所等单位的九位同志讲课。内容有:水势,植物激素,植物呼吸、代谢的多条途径及其生理意义,光合作用的能量转化,豆科植物光合碳代谢和固氮的关系,植物花粉粒培养     

四种豆科植物组织培养中的植株再生

尽管植物组织培养研究已经得到迅速的发展,利用培养细胞来进行植物的遗传操作正在引起越来越多的注意,但至今在豆科植物的组织培养中能再生植株的种类仍不多,这就限制了该技术在这一类重要植物的改良中的应用。这两年来,我们对多种豆科植物的组织和细胞培养进行了研究,首次从赤豆上胚轴、紫云英和田菁子叶和下胚轴外植体、木豆下胚轴愈伤组织的培养中诱导形成了植株。本文报告在这方面所得到的部分试验结果。     

豆科植物-根瘤菌共生固氮的免疫调控机制

在长期进化中,根瘤菌与豆科植物形成一种独特的互惠共生关系——共生固氮。根瘤菌-豆科植物共生互作与病原细菌激发植物病原反应极为相似,然而根瘤菌的入侵和定殖并没有激发宿主豆科植物过度的防御反应,植物也进化出特殊的共生信号转导和根瘤发育途径来"邀请"根瘤菌的入侵和定殖。此外,植物防御反应也很大程度上调控根瘤菌与豆科植物共生的宿主特异性。越来越多的研究表明,植物防御反应在调控根瘤菌匹配识别、入侵、定殖以及类菌体发育等方面起关键调控作用。从植物免疫反应角度综述了根瘤菌与豆科植物共生互作的最新进展,通过与病原菌-植物互作的病原反应对比,论述了根瘤中植物感知微生物相关分子模式(MAMP,Microbe-Associated Molecular Patterns)和效应蛋白引起的免疫反应的调控机制。     

豆科固氮植物对CO2加富的生理响应

 全球CO2浓度升高对植物的影响成为近代植物生理生态学研究的热点,豆科植物因其独特的固氮能力使其研究具有重要价值。从光合生理、固氮特性及碳、氮代谢等几个方面综述了CO2浓度升高对豆科植物生理生态特性的影响,总结出如下结论：在高CO2浓度条件下,豆科植物的光合速率、根     

豆科植物修复土壤重金属污染研究进展

随着经济的发展, 生态环境污染日趋严重, 其中土壤重金属污染成为一个突出问题。利用植物修复土壤重金属污染是当前环境科学和生态学领域的研究热点之一。采用根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染是一种有效的植物修复方法, 它不仅可以利用根瘤菌与豆科植物互利共生的优势来抵抗重金属胁迫, 而且其固氮作用有助于提高土壤养分。通过文献检索分析, 收集整理了我国现已发现的具有土壤重金属污染修复潜力的豆科植物, 并对根瘤菌修复土壤重金属污染的机理以及根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染的研究进展进行了综述, 以期为今后利用根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染的研究和实践提供参考。     

胶东半岛野生豆科植物资源调查与分析

目的：调查胶东半岛野生豆科植物资源现状，分析植物功能，为当地合理利用野生豆科植物资源提供科学依据。方法：通过实地调查、标本采集、文献分析等方法，鉴定胶东半岛野生豆科植物种类，统计分析植物生境分布、功能、区系等。结果：胶东半岛共有野生豆科植物31属78种，主要为草本植物，以野豌豆属和胡枝子属种数最多。植物功能多样，有饲用植物73种、药用植物66种、可食用植物45种、观赏植物20种、油脂植物19种、蜜源植物13种。属的地理成分以温带区系占优势，但有明显的热带亲缘。结论：胶东半岛野生豆科植物资源丰富，用途多样，但利用程度不高，建议结合当地生态和经济社会发展需求，加以合理利用。     

辽宁省豆科结瘤植物及其根瘤菌资源调查

豆科植物作为一种共生固氮植物 ,能与根瘤菌共生结瘤固定大气中的氮素 ,因此受到科学家的广泛关注 ,并对其开展了多方面的研究工作。在固氮机理 ,共生代谢及固氮菌遗传学方面都取得了重要的进展。但是 ,已经被研究的与根瘤菌具有共生关系的豆科植物还不足自然界中已知豆科植物种类的 0 5% [1 ] ,因此 ,豆科结瘤植物及其根瘤菌资源的调查研究工作更显得尤为重要。辽宁省是我国豆科植物种类较为丰富地区之一[2～6] ,而且均为我国主要的经济作物 ,如大豆、菜豆、豇豆、落花生等。多年来人们在不断地利用这些豆科植物资源造福于人类。但是 ,对…     

植物体细胞杂交和基因转移研究进展（Ⅰ）

现在,有多种农作物用原生质体培养和融合已获得成功,为农作物的改良找到了一种实用的方法。从20世纪60年代初期到现在,已经能使那些难于培养成功的、单子叶植物的原生质体植株培养成功。茄科植物的原生质体培养较多,如烟草属、曼陀罗属和牵牛属植物的成功杂交,而且也促使茄属和番茄属体细胞杂交成功,伞形科植物如胡萝卜与相关种的杂交已获得成功,芸香科中的柑桔属间体细胞杂种已获成功,豆科植物中,苜蓿、三叶草和百脉根等牧草,已     

玉米可利用气生根进行高效生物固氮

<正>植物自种子萌发开始,就一直与环境微生物相互作用.这些微生物可以多种方式促进植物生长,吸收营养,抵抗逆境胁迫,被称为"植物微生物组"~([1,2]).豆科植物可与根瘤菌形成根瘤结构进行高效固氮并得到广泛关注,而非豆科植物(如谷类)也可与固氮菌互作.如何显著提高生物固氮对非豆科植物的氮营养贡献,减     

基于高通量测序分析西藏沙棘根瘤内生菌的多样性

根瘤是微生物侵染植物根部并与之形成的共生结构,这些微生物都可被称为植物内生菌。豆科植物根瘤中的内生菌常常又被称为根瘤菌,而侵染非豆科植物形成根瘤的主要是放线菌弗兰克氏菌,这些非豆科植物又被称为放线菌结瘤植物。西藏沙棘是一种典型的放线菌结瘤植物,由于其分布生境的特殊性,对其根瘤内生菌的研究具有重要的生态意义。对于西藏沙棘根瘤内生菌的研究,培养方法因难以模拟自然条件而不易获得纯培养,高通量测序技术对其多样性的研究提供了便利。因此,本研究以生长在甘肃省天祝县金强河河滩地的西藏沙棘根瘤为材料,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序方法,结合OTU分析,对西藏沙棘根瘤内生菌的多样性进行探讨。实验结果表明,西藏沙棘根瘤内生菌具有丰富的多样性,根瘤内的优势属为共生固氮的弗兰克氏菌属（Frankia）,其相对丰度为47.63%,共检测到7个弗兰克氏菌属的OTUs;根瘤内除弗兰克氏菌外,还存在大量的非弗兰克氏菌,共检测到1523个OTUs,隶属于22个门、33个纲、69个目、113个科和202个属,相对丰度排名前9的属中有25个非弗兰克氏菌属的OTUs。该研究也表明,西藏沙棘根瘤内生菌具有丰富的多样性,西藏沙棘根瘤中不仅存在着可共生固氮的弗兰克氏菌,并且还分布着非弗兰克氏菌;在同一根瘤样品中,弗兰克氏菌属还具有不同的物种。本研究不仅拓展了西藏沙棘根瘤内生菌多样性的研究方法,还为同一寄主植物中弗兰克氏菌多样性的研究提供了分析思路。     

植物有性生殖对大气CO2浓度变化响应的研究进展

 比较详细地概述了过去数十年关于在大气CO₂浓度升高条件下,植物有性生殖特性发生变化的主要研究成果。随着植物相对生长速率加快,植株达到有性生殖所需形体大小的时间变短,开花期提前,生殖器官的生物量也相应提高,其主要表现为开花数量、花粉和花蜜产量、果实数量与大小、种子大小与产量等均有不同程度的增加。对大多数农作物而言,种子产量的增加主要通过种子数量的增加,而与种子大小变化关系不大。通常,高浓度CO₂对豆科植物种子含氮量影响比较小, 却能显著地降低非豆科植物种子含氮量。不同类型植物的生殖生物量增加趋势存在一定的规律性,如不定型植物>定型植物,豆科植物>C₃非豆科植物>C₄植物,栽培植物>野生植物。针对国内外对CO₂浓度升高影响植物有性生殖特性的研究中存在的不足,该文提出了今后研究应该注意的问题。     

浓度变化响应的研究进展

比较详细地概述了过去数十年关于在大气CO₂浓度升高条件下,植物有性生殖特性发生变化的主要研究成果。随着植物相对生长速率加快,植株达到有性生殖所需形体大小的时间变短,开花期提前,生殖器官的生物量也相应提高,其主要表现为开花数量、花粉和花蜜产量、果实数量与大小、种子大小与产量等均有不同程度的增加。对大多数农作物而言,种子产量的增加主要通过种子数量的增加,而与种子大小变化关系不大。通常,高浓度CO₂对豆科植物种子含氮量影响比较小, 却能显著地降低非豆科植物种子含氮量。不同类型植物的生殖生物量增加趋势存在一定的规律性,如不定型植物>定型植物,豆科植物>C₃非豆科植物>C₄植物,栽培植物>野生植物。针对国内外对CO₂浓度升高影响植物有性生殖特性的研究中存在的不足,该文提出了今后研究应该注意的问题。     

豆科植物在中国草原生态系统中的地位及其生理生态研究

豆科(Leguminosae)植物在改良土壤肥力、保持水土、提供多种经济产品方面功能显著,但我国干旱、半干旱草原区草场的退化使豆科植物资源受到严重破坏,有的面临灭绝的危险。本文明确了豆科植物在草原生态系统中的重要性,并综述了其光合、固氮等重要生理过程的研究进展,总结出自然生态系统中豆科植物的高光合机理和环境胁迫对固氮特性的影响,同时指出在豆科植物的适生机制和固氮潜能的发挥等还有很大的研究前景,在生产实践中,播种豆科灌木和豆科牧草是解决大面积人工林、草场“氮缺乏”的有效措施。     

自生Frankia内生菌固氮酶活性的研究

非豆科固氮植物具有与豆科植物相似的年固氮率,是土壤氮素的重要来源之一。但是,在过去相当长的一段时间里,由于未能分得根瘤内生菌的纯培养而使非豆科植物共生固氮研究的进展受到了阻碍。经过近70年的努力,1978年,Callaham等人首次从香蕨木(ComptoniaPere-grina)根瘤中分得了 Frankia 内生菌纯培养。现在已从赤场(Alnus)、胡颓子(Elaeaflnus)、沙棘(Hippophae)、杨梅(Myrica)和木麻黄(Casuarina)     

豆科植物在中国草原生态系统中的地位及其生理生态研究

豆科(Leguminosae)植物在改良土壤肥力、保持水土、提供多种经济产品方面功能显著,但我国干旱、半干旱草原区草场的退化使豆科植物资源受到严重破坏,有的面临灭绝的危险.本文明确了豆科植物在草原生态系统中的重要性,并综述了其光合、固氮等重要生理过程的研究进展,总结出自然生态系统中豆科植物的高光合机理和环境胁迫对固氮特性的影响,同时指出在豆科植物的适生机制和固氮潜能的发挥等还有很大的研究前景,在生产实践中,播种豆科灌木和豆科牧草是解决大面积人工林、草场"氮缺乏"的有效措施.