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。     

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。     

新疆干旱地区根瘤菌资源研究I．根瘤菌种类及其共生固氮作用

从新疆不同生态条件下生长的31属109种豆科植物根瘤分离获得373株根瘤菌,其中88株是从未报道过结瘤情况的39种豆科植物根瘤分离获得。它们与豆科寄主植物共生结瘤,95％以上为有效根瘤。不同种的根瘤固氮活性差异较大,黄芪属根瘤固氮活性较高,最高者为大豆根瘤固氮活性的42倍。 20属37种豆科植物根瘤中97％有吸氢活性。根瘤固氮活性、吸氢活性均与寄主植物生长发育期有相关性。     

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。     

关于根瘤菌类菌体有无细胞壁的探讨

根瘤菌与豆科植物共生产生固氮的特殊结构——根瘤,固氮的根瘤中既含根瘤菌又含类菌体。在共生的条件下,根瘤菌诱导根瘤的发育,自我繁殖,合成固氮酶并转化为类菌体。以前认为只有类菌体才能固氮,后经Child和     

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。     

四唑（Tetrazolium）对固氮鱼腥藻固氮和氢代谢的影响

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley)细胞能还原无色的TTC和NBT分别成为红色或蓝色的甲zan(formazan)沉淀。异形胞还原TTC的速率高于营养细胞。前异形胞及异形胞附近的营养细胞对NBT的还原作用最强。而异形胞对NBT不起还原作用。无论在异形胞形成红色甲zan或在营养细胞形成蓝色甲zan后都抑制固氮酶活性。NBT甲zan对固氮酶活性的抑制作用大于TTC甲zan,因为NBT氧化还原电位低于TTC。TTC和NBT两者都明显地抑制固氮鱼腥藻完整细胞的放氢。因鱼腥藻的放氢是由固氮酶催化的结果。四唑抑制放氢推想是由于它截取了固氮酶催化系统中的电子的缘故。固氮微生物(包括蓝色细菌和根瘤菌)对四唑还原与吸氢酶之间有无相关是一个争论的问题。一些学者认为分离豆科植物体的一些根瘤菌株培养于含有TTC的琼脂培养基,如还原,便可证明这些根瘤菌株能氧化氢;换言之,应用TTC的还原可作为一些根瘤菌的菌落具有吸氢酶的验证。相反,我们发现固氮鱼腥藻还原TTC和NBT之后,都没有影响吸氢的能力。因此,我们推想固氮鱼腥藻对四唑之还原与吸氢酶是没有直接的关系。     

几种豆科作物根瘤菌放氢现象的调查研究

本文对蚕豆、豌豆、箭筈豌豆、紫云英、毛苕子、大豆、花生等七种豆科作物根瘤菌在自然条件下放氢的情况,进行了调查。结果表明所采集的样品,全部都能测出氢的释放;其平均固氮相对效率为0.754。这说明用于放氢大约需消耗25％的能量。     

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。     

一种高效研究大豆根瘤共生固氮的营养液栽培体系

为建立一种既可高效结瘤固氮, 又具有一定产量的大豆(Glycine max)营养液栽培系统, 设计并进行了2个试验。首先在不同供氮条件下, 研究了接种根瘤菌对大豆的结瘤状况、固氮能力、生物量及产量的影响。结果表明, 供氮过高或过低, 均影响大豆生长、产量形成及根瘤固氮; 并且植物生长所需的最适供氮水平远高于生物固氮所需的最适供氮水平。此外, 大豆生物固氮活性最高的时期在生殖期第一期(R1期)之前。由此推断, 大豆R1期前, 供应较低的氮, 有利于根瘤形成及固氮; 而从R1期起, 应提高供氮水平, 以促进植物生长及产量的形成。在此基础上开展第2个试验, 对供氮条件进行了优化处理(即R1期前低氮供应、R1期开始中氮供应)。结果表明, 与持续供应高氮相比, 优化供氮处理不仅可获得较多固氮酶活性较高的大根瘤, 还能保持较好的生长、获得更高的百粒重及维持80%左右的产量。研究结果不仅可为高效研究大豆根瘤共生固氮提供营养液配方, 还可为大豆高产高效栽培提供试验依据。     

四唑(Tetrazolium)对固氮鱼腥藻固氮和氢代谢的影响

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley)细胞能还原无色的TTC和NBT分别成为红色或蓝色的甲(月朁)(formazan)沉淀。异形胞还原TTC的速率高于营养细胞。前异形胞及异形胞附近的营养细胞对NBT的还原作用最强。而异形胞对NBT不起还原作用。无论在异形胞形成红色甲(月朁)或在营养细胞形成蓝色甲(月朁)后都抑制固氮酶活性。NBT甲(月朁)对固氮酶活性的抑制作用大于TTC甲(月朁),因为NBT氧化还原电位低于TTC。 TTC和NBT两者都明显地抑制固氮鱼腥藻完整细胞的放氢。因鱼腥藻的放氢是由固氮酶催化的结果。四唑抑制放氢推想是由于它截取了固氮酶催化系统中的电子的缘故。固氮微生物(包括蓝色细菌和根瘤菌)对四唑还原与吸氢酶之间有无相关是一个争论的问题。一些学者认为分离豆科植物体的一些根瘤菌株培养于含有TTC的琼脂培养基,如还原,便可证明这些根瘤菌株能氧化氢;换言之,应用TTC的还原可作为一些根瘤菌的菌落具有吸氢酶的验证。相反,我们发现固氮鱼腥藻还原TTC和NBT之后,都没有影响吸氢的能力。因此,我们推想固氮鱼腥藻对四唑之还原与吸氢酶是没有直接的关系。     

山西大豆根瘤菌的分离、鉴定及共生匹配性筛选

山西作为大豆起源地之一,根瘤菌资源丰富.为了进一步挖掘山西省的大豆根瘤菌资源,筛选出与当地主栽大豆品种共生固氮效果好的根瘤菌.本实验在大同广灵、太原清徐、晋中太谷三地采集不同大豆品种的根瘤,经过多次划线,对分离纯化出的单菌落进行菌落形态、刚果红染色、BTB染色表型鉴定;16SrDNA、nodA和nifH基因型鉴定.利用...     

台湾相思结瘤固氮与吸氢酶活性研究

台湾相思的根系具有多年生的根瘤,根瘤初发生时球状,以后发育成分叉瘤和扇状瘤。根瘤固氮活性因苗龄、成熟度不同而有明显差异。环境条件影响结瘤及固氮活性。15℃时结瘤受到明显抑制,固氮作用最适温度条件是25～30℃。光照不足降低根瘤固氮活性。短期轻度干旱不影响根瘤固氮活性,但持续干旱使固氮活性明显下降。pH4.5～8.5条件能正常结瘤,pH5.5时结瘤最好。根瘤固氮作用时不释放H_2,具有较高的吸氢酶活性,在固氮反应系统中加入5％的H_2,能提高根瘤固氮活性。     

新疆干旱区豆科植物结瘤的固氮特性

调查了新疆干旱区72种豆科植物的结瘤固氮活性,其中33种尚未见报道。这些植物所结根瘤在外形上多数不规则,以皮层厚和白色、棕色者居多,与非干旱区的根瘤形态显著不同。根瘤固氮活力相差较大,但比一般豆科植物根瘤活性高,最高者可达当地大豆根瘤的42倍。根瘤活性与宿主的抗逆境能力有关。此外,从11种豆科植物根瘤观察到10种具有吸氢活性。对干旱区豆科共生固氮生理生态的特性进行了讨论。     

紫云英根瘤菌的吸氢与固氮的关系

用气相色谱和2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原测定,从8株紫云英、2株大豆,1株豇豆根瘤菌中检出二株在自生条件下具吸氢能力的紫云英根瘤菌菌株。观察到氢是诱导氢酶形成的必需条件。增加培养基中的碳底物浓度,菌株的吸氢活性受到抑制。乙炔和一氧化碳对吸氢活性具有不同程度的抑制作用。 从吸氢与不吸氢菌株的回接对比试验,似乎没有看到吸氢的菌株对寄主干物质积累有明显的影响。并发现自生条件下不吸氢的菌株所形成的根瘤具有吸氢的能力。     

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。     

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。     

根瘤菌转录因子RluD基因突变抑制大豆共生结瘤

[目的]研究根瘤菌自身转录因子RluD在大豆共生结瘤中的作用,[方法]利用三亲杂交对根瘤菌RluD突变体进行构建,并利用PCR和qRT-PCR对突变体进行验证。利用大豆结瘤实验,测定RluD突变对根瘤菌结瘤能力的影响。最后,利用转录组对RluD突变所影响的信号通路进行了研究。[结果]根瘤菌转录因子RluD突变能够抑制根瘤的产生,显著降低大豆植株根瘤数和根瘤干重,根瘤数由每株17.0下降到12.0,根瘤干重由每株24.0 mg下降到18.0 mg。表达量分析表明,在大豆共生结瘤过程中RluD所调控的基因能够参与到大豆的免疫信号途径。转录组结果表明,转录因子RluD主要参与根瘤菌ABC转运,鞭毛组装,胞外多糖生物合成,细菌分泌系统,碳代谢等通路。[结论]根瘤菌转录因子RluD能够正调控大豆共生结瘤,其突变情况下能够降低29.4%的根瘤数和25.0%的根瘤干重。     

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。     

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.