内蒙古草原3年生小叶锦鸡儿根瘤特征及其对环境变化的响应

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)是氮素匮缺的内蒙古草原的灌丛优势种, 研究其根瘤性状及其对不同环境因子的响应特征, 可以进一步了解草原生态系统共生固氮过程及其对全球变化的响应机制。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室(Open-top chamber, OTC)控制实验模拟环境变化, 研究了3年生小叶锦鸡儿播种苗根瘤特征, 及其对氮素添加、干旱和加水和大气CO₂浓度升高的响应。结果表明: 1) 3年生小叶锦鸡儿明显有根瘤着生, 多着生于侧根。根瘤形状多样, 以浅黄色的梨状和球状根瘤为主(占根瘤总数的68%); 另有少数棕褐色棒状和纺锤状根瘤(占根瘤总数的30%); 还有极少数较大的Y状根瘤。2)添加氮素极显著地抑制根系和根瘤的生长发育: 根系有发白现象, 且着生在其上的几乎都是干瘪根瘤。这种抑制效应随着水分增加和CO₂浓度升高有所减缓。3)干旱抑制根系和根瘤生长, 而加水促进二者生长。与干旱和正常水分相比, 加水时根系更发达, 根瘤形态多样, 出现掌状和珊瑚状等大型根瘤。随着水分增加, 根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展。与正常水分相比, 减水时根瘤平均长度降低了50.4% (p<0.05); 在加水条件下根瘤生长状况最为良好, 单株根瘤数量和重量以及根瘤平均重量均显著增加。4) CO₂浓度升高对根瘤生长有促进作用, 但未达到显著。5)根瘤数量对环境因子的变化比根瘤大小更敏感; 氮素和水分对单株根瘤数量和重量具有交互作用; 对于水分和氮素相对缺乏的内蒙古草原, 水分是限制小叶锦鸡儿根瘤菌侵染根系形成根瘤的关键因子。     

赤杨和沙棘Frankia内生菌培养条件的研究

早在十九世纪末叶前后,人们就知道有些非豆科被子植物具有固氮的根瘤,并从1910年开始试图分离根瘤内生菌,但直到1978年Callaham等人才首次从香厥木(Comptonia Pererina)根瘤中成功地分得了Frankia内生菌纯培养。现在已从     

长年干旱环境对新疆豆科植物根瘤形态结构的影响

对生长在新疆干旱地区的豆科植物苦豆子(Sopara alopecuroides)、新疆黄芪(Astragalus sp.)和新疆野豌豆(Vicia costata)根瘤的形态和结构进行了光学显微镜和电子显微镜观察。根瘤的形态结构受到当地长期干旱环境的影响,根瘤皮层明显地比非干旱区豆科植物根瘤皮层厚。相对厚的皮层为根瘤中心区内的类菌体提供了一个适应范围较大的气体扩散屏障。而在根瘤的中心区,3种豆科植物超微结构差异较大,未发现一种普遍的能与周围干旱生态环境直接相关的根瘤中心区结构特征,表明根瘤皮层结构的改变足以抵御外界干旱的条件。     

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)     

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。     

岩溶石山台湾桤木生长表现及根瘤生物量特征

了解台湾桤木(Alnus formosana)在岩溶石山的生长表现以及根瘤生物量的特征,对石山植被的恢复与重建具有重要意义。该文采用典型样地调查方法对岩溶石山4.5年生台湾桤木与速生乡土树种任豆(Zenia insignis)、顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)进行了调查研究,并用方差分析方法进行统计和评价。结果表明:台湾桤木平均胸径、树高、材积和冠幅分别为8.39 cm、7.72 m、0.0271 m3和3.18 m,均大于任豆和顶果木,且差异达到极显著水平;台湾桤木冠长达6.01 m,分别比任豆和顶果木增加106.53%和70.25%;台湾桤木在岩溶石山表现出速生的特性。对台湾桤木样株的根瘤生长状况进行深入调查分析发现,台湾桤木根瘤生物量平均每株达52.77 g,根瘤在水平方向分布从树干基部至树冠投影范围均有生长,离树干50 cm与离树干50～100 cm范围的根瘤生物量相近,离树干100 cm至树冠投影范围的根瘤生物量最多,三个地段的根瘤分别占整株根瘤生物量的15.7%、16.9%、67.4%;大根瘤(直径≥1 cm)在离树干100 cm至树冠投影范围分布...     

气候因子对三种豆科树种固氮的影响

研究了气候因子对台湾相思(Acacia confusa)、大叶相思(A．awriculaeformis)和南岭黄檀(Dalbergia balansae)根瘤固氮酶和吸氢酶活性的影响。3种树木根瘤均具有吸氢酶活性,外源H：可提高固氮酶活性,表明吸氢酶有助于固氮效率的提高。3树种根瘤的固氮活性有明显季节变化,夏秋活性较高,早春及冬季活性较低。离体根瘤固氮和吸H2活性表达的最适温度为25—30℃。光照强度及土壤湿度均显著影响根瘤固氮和吸H2活性。     

果胶菌加根瘤菌诱发油菜结瘤固氮的研究

用果胶细菌(pectin—lytic bacterium)处理油菜幼根,使根瘤菌(Bradyrhizobium spp.Arachis)侵入油菜并结瘤.试验表明,根瘤菌侵入油菜根细胞,且形成含根瘤菌的根瘤,结瘤率为31.25%。从这些根瘤中分离出的菌株,成功地回接到原寄主之上;血清学方法测定油菜根瘤分离物与原接种的根瘤菌起凝集反应。根瘤石蜡包埋切片观察,结果是根瘤细胞内充满了细菌。乙炔还原法测定出低固氮酶活性(0.17—3.43nmC_2H_4/株/小时);酰脲分析结果其相对酰脲丰度为0.1—3.58%。     

玉米/花生混作改善花生铁营养对花生根瘤碳氮代谢及固氮的影响

研究了石灰性土壤上玉米 (Zea mays L.) /花生 (Arachishypogaea L.)混作改善花生铁营养对花生光合速率、光合产物的运输、花生各部位糖类含量、固氮酶活性以及根瘤内碳氮代谢及其有关酶活性的影响。结果表明 ,玉米 /花生混作改善花生铁营养能够明显增强固氮酶活性 ,进而增加了间作花生根瘤氨基酸的含量 ,这主要是由于玉米 /花生混作改善花生铁营养促进了花生光合作用 ,提高光合产物数量 ,增加光合产物由地上部向地下部的运输 ,但是处理间花生根瘤蔗糖和可溶性糖含量变化不大 ,单作花生根瘤还积累较多淀粉 ,说明不是光合产物的供应导致了花生固氮活性的差异。玉米 /花生混作对花生根瘤碳水化合物代谢水平影响较大 ,混作花生根瘤异柠檬酸脱氢酶 (IDH)、苹果酸脱氢酶 (MDH)、琥珀酸脱氢酶活性明显高于单作 ,而磷酸烯醇丙酮酸羧激 (PEPCK)活性低于单作花生 ,表明混作花生根瘤内三羧酸循环代谢水平较高 ,形成类菌体直接吸收利用的能量物质苹果酸和琥珀酸多 ,能够满足类菌体的固氮需求 ,因此 ,玉米 /花生混作改善花生铁营养增强根瘤碳水化合物代谢水平是提高花生固氮作用的重要原因之一     

木麻黄根瘤内FRANKIA的分离培养与回接结瘤条件

木麻黄(Casuarina equisetifolia L.)属被子植物,是能结瘤固氮的非豆科树木。生长在我国南方沿海一带。我们于1982年10月从其根瘤中分得内生菌,经纯培养,形态特征观察,与Callaham等1978年从香蕨木(Comptonia peregrina)根瘤中分离的内生菌有相似的特点,符合报导的Frankio菌属的标准。1981年以来,由木麻黄根瘤中分离出Frankia内生菌,已先后有成功的报导。我们把所纯培养的Frankia sp.Cecl4菌株回接于宿主木麻黄根系上,侵染结瘤,获得成功。     

与玉米混作改善花生铁营养对其根瘤形态结构及豆血红蛋白含量的影响

通过土培方法研究了与玉米混作对花生根瘤形态结构及固氮功能的影响。结果表明,玉米与花生混作能够明显地改善花生铁营养、提高根瘤豆血红蛋白的含量。同时,单作花生根瘤细胞液泡化程度较高,正在发育的根瘤细胞内类菌体数量明显地比混作的花生低。成熟根瘤细胞类菌体周膜外空间(细胞壁以内、周膜外的空间)体积变大。说明单作花生固氮酶活性较低的原因是缺铁抑制了豆血红蛋白的合成和改变了根瘤形态结构以及类菌体的超微结构。     

大豆根瘤内谷氨酸脱氢酶(GDH)的免疫细胞化学研究

用Lowicryl K_4M树脂包埋大豆根瘤组织块,以蛋白A-胶体金和从羽扇豆根瘤中所提取的GDH作为抗原制备的免疫球蛋白标记上述已包埋的大豆根瘤组织的超薄切片,在大豆根瘤组织内定位GDH。电镜观察与计算机分析结果表明,谷氨酸脱氢酶(GDH)集中分布在靠近大豆根瘤细胞内壁的线粒体上面。     

入侵害虫葡萄根瘤蚜在中国的潜在适生区预测

葡萄根瘤蚜(Viteus vitifoliae Fitch)是源自北美的外来入侵害虫,对我国葡萄产业具有严重威胁。本研究应用最大熵(Max Ent)生态位模型和地理信息系统(GIS),预测了葡萄根瘤蚜在我国的潜在适生区,采用ROC曲线分析法验证了预测结果,对其在我国各葡萄主产省份的适生区面积比例进行了统计,并对影响葡萄根瘤蚜分布的各种环境因子进行了分析。结果表明:葡萄根瘤蚜在我国有广泛的潜在分布区,适生度较高的地区主要集中于华东沿海、黄土高原和华中地区,经纬范围大致为100°E—124°E,24°N—43°N;该种在除新疆之外的主要葡萄生产省份均具有较高的适生性,潜在的适生区远大于目前的分布范围,仍有巨大的入侵潜力和风险;葡萄根瘤蚜入侵区分布主要受温度(尤其是低温)的影响,水分和土壤质地属性对葡萄根瘤蚜分布的限制作用明显不及温度条件;在未来气候变暖的趋势下,葡萄根瘤蚜的适生范围有可能向北、向高海拔地区偏移。     

携带编码苜蓿根瘤菌结瘤基因的根癌农杆菌和大肠埃希氏菌,可在苜蓿根上形成类根瘤

将编码苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)结瘤基因(nod)的质粒,通过接合作用转移到根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)和大肠埃希氏杆菌(Eschrichia coli)里,分别形成转移接合体。这两种转移接合体都能诱导苜蓿根毛卷曲,并形成类根瘤。在由根癌农杆菌转移接合体形成的类根瘤里,可看到典型的根瘤分     

用gfp基因检测饭豆根瘤菌的侵染途径和定殖动态

将绿色荧光蛋白基因转入饭豆根瘤茵JMCl402后,与AMF(Arbuscular Mycordaizal Fungi)共同接种饭豆,分别用砂培和土培检测饭豆根瘤茵的侵染途径和定殖动态,并与单接饭豆根瘤茵比较。结果表明,饭豆根瘤茵先吸附在根表,然后从卷曲的根毛侵入。AMF能促进饭豆根瘤茵在根内定殖,抑制饭豆根瘤茵在根表定殖。     

豆科根瘤的超微结构研究

Bergerson等于1958年开创了豆科根瘤超微结构的研究,并逐渐形成一门崭新的学科和科研领域。根瘤超微结构研究是指运用各种电镜技术(包括超薄切片、扫描、冰冻蚀刻、放射自显影、细胞化学和免疫电镜等),在亚细胞水平上研究根瘤在发育过程中的结构变化以及这些变化与根瘤发育和固氮的关系。归纳起     

与某些非豆科植物共生的弗兰克氏菌(Frankia sp.)的泡囊及其固氮作用

非豆科植物的共生固氮作用大多数是由弗兰克氏菌的侵染形成根瘤引起。其中泡囊是弗氏菌在根瘤内的固氮场所(Akkermans等1977,Tjepkema等1981)。我们采用光学及电子显微镜对泡囊进行了观察,并对根瘤不同部位的泡囊数量及其固氮活性与其它生理活性的关系进行了研究。     

菌根—植物界最广泛的一种共生体

豆科植物的根瘤和根瘤菌已为人们所了解,但菌根对很多人尚很陌生。其实它们两家还是亲戚呢。豆科植物的根瘤是根瘤(细)菌与豆科植物根系建立的一种共生体;而菌根则是真菌与植物根系构成的互惠共生体。前者家族成员比较少,而后者家族庞大。菌根有外生菌     

大豆豆血红蛋白基因的时空特异性表达

豆血红蛋白(Lb)是根瘤菌与豆科植物有效共生的根瘤中的一种组织特异性蛋白。与动物血红蛋白性质相似,Lb调节根瘤中游离O_2的浓度以保护类菌体产生的、易受O_2破坏的固氮酶。豆血红蛋白由植物基因编码。已发现大豆根瘤中有八个Lb组分,四个次要组分是四个主要组分的修饰产物。     

活体植物根瘤固氮酶活性的气相色谱法测定

本文改进了利用气相色谱分析活体豆科植物根瘤内根瘤菌固氮酶活性的方法,该方法比用传统的测量离体根瘤的方法所得结果更接近共生体的实际水平。本试验使用国产仪器和材料,组装了一个适合测量大豆(Glycine max)、野大豆(Glyeine soja)-大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum/Sinothizobium fredii)共生体完整植株根瘤固氮活性的装置。其特点是不损伤被测植株,并在植物正常进行光合作用的同时测量根瘤固氮酶活性,还可同步测量植株的光合作用和呼吸作用,特别适于研究共生体的连续变化。应用此装置侧量的结果与国外使用的全自动定型仪器的侧量结果一致。