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。     

2,4-D诱导固氮螺菌和慢生型大豆根瘤菌在小麦上的结瘤作用及其效果

分别在水培和砂培条件下进行了2,4-D诱导固氮螺菌和慢生型大豆根瘤菌在小麦根上的结瘤试验,结果表明2,4-D能诱发它们在小麦根系上形成“类根瘤”,扫描电镜结果证明只有个别细菌进入小麦根瘤细胞内,在细胞间隙有较多的细菌。用乙炔还原法仅检测到接种大豆根瘤菌的小麦根瘤有微量的固氮酶活性,但在盆栽植株的生长方面,看不到2,4-D,2,4-D+固氮螺菌或2,4-D+根瘤菌对小麦生长的促进作用。     

1株高效花生根瘤菌的筛选与鉴定

从辽宁多地花生种植土壤及其鲜根瘤初步筛选到30株花生根瘤菌,进一步通过回接盆栽花生,测定花生根瘤数、根瘤干重,以及鲜根瘤固氮酶活性、植株全氮量等,筛选出1株结瘤固氮能力较强花生根瘤菌wz-6,通过16S rDNA序列分析,鉴定为圆明慢生根瘤菌(Bradyrhizobium yuanmingense)。为开发优质花生根瘤菌菌剂奠定基础。     

大豆血红蛋白基因lba转化根瘤菌工程菌株的构建

以土著大豆根瘤菌接种大豆幼苗45 d后获得的根瘤为材料,提取其总RNA并反转录成cDNA,采用同源序列克隆法扩增大豆血红蛋白基因lba编码区序列。利用DNA重组技术,将lba基因连到lac启动子的下游,利用带有发光酶标记基因luxAB的质粒载体pTR102构建表达载体pTR-Plac-lba。采用三亲本杂交的方式,将表达载体pTR-Plac-lba及作为对照的空载体pTR102分别转化土著大豆根瘤菌,获得根瘤菌工程菌株SFH(pTR-Plac-lba)和SFH(pTR102)。盆栽试验发现,接种SFH(pTR-Plac-lba)的大豆植株各生理指标明显高于接种SFH(pTR102)、土著根瘤菌以及未接菌的大豆植株各生理指标。试验证明,导入大豆血红蛋白基因lba的根瘤菌工程菌株SFH(pTR-Plac-lba)对于提高大豆根瘤的固氮酶活性,增加大豆产量起到显著效果。     

磁场对大豆共生固氮的效应

恒定磁场处理慢生大豆根瘤菌“005”和接种后的大豆植株,发现磁场可以提高根瘤的固氮活性。在一定的磁场强度(70—100mT)下,固氮活性平均可以提高4—5倍,植株的结瘤数和根瘤重量平均提高2—3倍。从这样的根瘤中所分离出的根瘤菌,由慢生型转变成快生型,在100植株中有17株的根瘤分离出快生菌。生长世代时间和培养溶液中的pH值与慢生型不同,而与快生型相同。     

超慢生型大豆根瘤菌的生理生化和共生特性的研究

超慢生型大豆根瘤菌(ESG,extra—slow-gfowing soybean rhizobium)是不同于大豆另两类共生体——慢生型大豆根瘤菌(Bradyhizobium,japonicum)和快生型大豆根瘤菌(Sin-orhizobium fredii)的新类群。它们在生长速率和生理学特性等方面均表现出较大的差异。根瘤类菌体的扫描结果表明,ESG的类菌体形态为杆状,与另外两群相近,但发现有“Y”形类菌体。ESG利用碳源范围较窄,抗生素自然耐受性比慢生型低,在柠檬酸盐培养基上不生长;代时超长,已测定的7个菌株代时为23．3-41．9h。细胞成分N,c分析结果表明,ESG在三个类群中N含量最高,C含量最低。温室盆栽试验证明ESG中大部分菌株的固氮酶活性和植株含氮量与生产用菌株相当。ESG菌株可以在绿豆上结瘤并有固氮酶活性。     

大豆品种资源携带的无效结瘤Rj2基因的研究

通过黑龙江省野生、半野生和栽培大豆与美国大豆根瘤菌VSDA122结瘤反应试验,本文首次报导了无效结瘤R_i2基因广泛存在中国东北大豆中,无效结瘤率为64%;同时导致大豆植株干鲜重及根瘤固氮酶活性下降,以及产生缺绿病.     

接种不同大豆根瘤菌株的根瘤放氢和吸氢的研究

本实验测定和比较了七株大豆根瘤菌与三个大豆品种共生时的放氢和固氮效率。证明了大多数菌株接种不同寄主,其根瘤的放氢、吸氢和固氮效率的差异均明显。但USDA110在三个品种上所结根瘤不放氢或极少放氢;它的固氮量最高。根瘤的能量利用率与植株的氮积累及产量的相关性尚需进一步验证。     

豆科树种回接根瘤菌的研究

 作者对八种豆科树种的根瘤菌回接进行了研究,不回接根瘤菌的对照植株不结瘤或有少且小的根瘤,而接菌植株的根瘤数量多且个体大;接菌植株的株高、干重及总氮量分别比不接菌的对照植株高出0.7～3.2、1.3～15.8和11.3～14.8倍。根瘤固定的氮量占幼苗生长所需氮的一半以上,固定的氮绝大部分运输到植株其它部位,分配到地上部分的氮素多于根部。固氮量与幼苗生物量显著相关。固氮作用增加了植物对磷、钾元素的吸收和积累。速生树种南洋楹(Albizia falcata)和非速生树种格木(Erythrophloeum fordii)幼苗的结瘤、固氮及生长状况较好,表现出较高的结瘤固氮潜能。     

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     

NO-3态氮对花生结瘤与固氮作用的影响

NO- 3 - N是环境介质中影响豆科植物共生固氮的重要因素。通过土培方法研究了 NO- 3 - N对花生根瘤生长发育和固氮功能的影响 ,结果表明 ,随着 NO- 3 - N施用量的增加 ,花生根瘤原基、根瘤数和根瘤干重明显降低。当 NO- 3 - N施用量为 5 0、1 0 0 mg·kg- 1时花生单株和单位根瘤固氮酶活性升高 ,而施用 NO- 3 - N为1 5 0、2 0 0 mg·kg- 1时花生的固氮酶活性较低。结果分析表明 ,环境介质中较高浓度的 NO- 3 - N可能是通过影响根瘤菌 -花生间的识别侵染 ,从而抑制根瘤原基形成并导致可见根瘤的数量减少 ;花生根瘤生长发育主要受环境中 NO- 3 - N浓度和其根系含氮量的影响 ,而与植株吸氮量关系不大。     

福建省豆科植物根瘤菌资源的初步调查

对福建省境内(除东北部少数地区外)的29个县(市)豆科植物根瘤菌资源进行了调查,共采集到36属63种豆科植物的根瘤样品278份,在豆科栽培作物方面有一定代表性.采集到的根瘤形态多样,大小多在1-10 mm之间,以淡黄和淡红色居多.对32种51份根瘤样品用乙炔还原法进行了固氮酶活性测定,不同种和同一种植物在不同生境下的固氮酶活性均有差异,多数根瘤样品的固氮酶活性在1-24 μmol C2H4g-1 fresh nodule h-1之间,其中尖叶长柄山蚂蝗(Podocarpium podocarpum var.oxyphyllum)的固氮酶活性相对最高,达87.29 u mol C2H4 g-1 fresh nodule h-1.从采集到的根瘤中经分离纯化获得了228株根瘤菌,其中155株根瘤菌进行了原寄主回接试验,有138株结瘤,回接成功率为89.0%.调查结果显示福建省有丰富的豆科固氮及其根瘤菌资源.     

突变根瘤菌能成倍提高固氮能力

据称,突变根瘤菌已被一些农民用来接种大豆。通过一些实验室试验证明,该突变株几乎能成倍增加大豆的固氮能力,并促进根瘤的生长。美国农业部北方地区研究中心(皮奥里亚, 伊利诺斯州)的Tsuneo Kaneshiro发现,大豆根瘤菌的突变株能降解氨基酸(色氨酸),便能产生吲哚基乙酸和吲哚丙酮酸。Kaneshiro说,高浓度的吲哚基乙酸似乎能刺激根和植株的生长,并说,对吲哚基乙酸的活力还不了解。Kaneshiro强调指出,大豆根瘤菌和植株之     

缺磷条件下低分子量有机酸对大豆氮积累和结瘤固氮的影响

采用砂培方法在温室条件下研究了低分子量有机酸柠檬酸、草酸、苹果酸及3种酸的混合物对大豆植株氮素积累、结瘤和固氮的影响.结果表明：低分子量有机酸对大豆植株氮素积累有显著的抑制作用,使大豆地上部各时期氮素积累量的降低幅度分别为：苗期17.6%～44.9%,花期29.8%～88.4%,鼓粒期9.18%～69.6%,成熟期2.21%～41.7%;低分子量有机酸对大豆根瘤生长和固氮能力也有显著影响,表现为使根瘤数量、根瘤固氮酶活性和豆血红蛋白含量显著降低,降低幅度分别为11.4%～59.6%,80.5%～91.7%和11.9%～59.9%,从而使大豆的固氮效率降低,最终导致大豆的固氮量较对照显著降低(降低幅度9.71%～64.5%).低分子量有机酸对大豆氮积累、根瘤生长和固氮能力的抑制作用随浓度的增加而增加.3种有机酸中,草酸的抑制作用相对大于柠檬酸和苹果酸,3种有机酸混合后,抑制作用加强.     

马桑结瘤固氮与光合作用的关系

马桑(Coriaria sinica)植株的结瘤量、根瘤固氮活性和固氮能力均与植株叶面积和光合能力呈显著的直线相关关系,叶面积大、光合能力强的植株结瘤量大,根瘤固氮活性高,固氮能力强。马桑根瘤固氮活性呈白天升高夜间降低的昼夜变化特点,昼夜变幅为10～20μmol C2H2/g.h,光合作用是引起固氮活性昼夜变化的主要因素,同时受土壤温湿度的影响,遮阴或光照不足将引起马桑结瘤固氮能力的大幅度降低。     

OsPT6基因过表达对低磷条件下菜用大豆结瘤及固氮的影响

采用砂培方法,以转OsPT6基因的菜用大豆(T3株系)与其非转基因(NT)受体品种为实验材料,研究了两者在低磷条件下的生长发育指标,植株有效磷、全磷、全氮、豆血红蛋白和籽粒蛋白质含量以及谷氨酰胺合成酶活性的差异,并对植株结瘤及固氮相关基因表达进行检测,为阐明转OsPT6基因菜用大豆在低磷条件下结瘤及固氮相关机理提供理论依据。结果显示:(1)转基因植株的株高、茎粗、花数和荚数、根瘤数均显著高于NT植株。(2)转基因植株根、茎、叶及根瘤中有效磷,全株总磷、总氮含量,根瘤中的豆血红蛋白含量、功能叶片中谷氨酰胺合成酶的活性和籽粒蛋白质含量均显著高于NT植株。(3)相关性分析表明,豆血红蛋白含量、谷氨酰胺合成酶活性、总磷、总氮含量4个指标间均呈显著正相关关系。(4)GmENOD40a、GmENOD40b、GmGS1β1、GmGS1β2基因在转基因植株中的表达量显著高于NT植株。研究表明,OsPT6基因过表达增强了菜用大豆在低磷条件下的结瘤及固氮能力,该研究结果为进一步研究其调控机理奠定了基础。     

大豆-根瘤菌共生体系光合与固氮关系研究

水培大豆和田间生长的大豆,接种根瘤菌 Rhizobium B16-11C 后植株全氮含量、叶片叶绿素含量和净光合速率及种子产量都明显增加。比较 Clark 大豆的结瘤品系和不结瘤品系获类似结果。摘除根瘤后3天内叶片净光合速率无明显变化。大豆植株遮阴、去叶或切掉地上部导致根瘤活性明显下降。但去豆荚不能提高根瘤固氮的比活性。根瘤活性的日变化不能用根瘤蔗糖、淀粉含量或周围温度的变化来解释,其控制因子尚待深入研究。     

豆科植物根瘤中非共生的内生菌遗传多样性研究进展

在豆科植物与根瘤菌之间结合形成的固氮共生体中,其典型的特征是由特定的微共生体诱导形成的根瘤或茎瘤,除了根瘤菌外,在根瘤中同样也分离出多种与根瘤菌共生固氮无关的内生菌类群,而且根瘤菌与内生菌通常可以共存于同一个根瘤内是普遍存在的客观现象,这些非共生的内生菌生活史的一部分存在于根瘤内且不会引起植物发病,但有关它们的生态学作用还知之甚少,由于其生态上的重要性,近年来对该现象的研究不断深入.就近年来根瘤中隶属于变形菌门,放线菌门、后壁菌门的非共生的内生菌遗传多样性所取得的最新研究结果进行了总结,并介绍了根瘤中相关内生菌多样性研究的新进展.同时,指出了该研究领域存在的问题,并对未来相关研究方向做了展望.     

重组质粒pHN32对花生根瘤菌固氮的影响

通过三亲本杂交将大豆根瘤菌高效基因工程菌株HN32所携带的增效重组质粒pHN32引入一株快生型花生根瘤菌菌株85-7和另一株慢生型花生根瘤菌菌株co2-5中。花生盆栽结瘤试验结果统计分析表明:p的HN32载体质粒pLAFR1对根瘤菌85-7和co2-5的固氮功能没有影响;pHN32对85-7固氮影响不论在植株干重方面还是在固氮酶活方面统计学上都不显著;而对co2-5则植株干重提高了25.7％,存在极显著差异,固氮酶活尽管提高了51.8％,但统计学上不显著。根瘤中分离的Tc~r根瘤co2-5(pHN32)中的pHN32EcoR1酶切分析表明:pHN32没有发生结构上的变化且固氮增强作用可能由3.7kb外源片段引起。     

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。