新疆地区结瘤固氮的豆科植物调查

世界上有豆科植物748属19700种,据报告在研究过的365属3108种豆科植物中,实际结瘤的豆科植物为2839种。新疆为典型的内陆干旱地区,分布着47属400种豆科植物,是新疆植被中主要类群之一,为干旱区生态体系中有效氮的主要     

一氧化氮对豆科植物结瘤及固氮的影响机制

豆科植物-根瘤菌共生过程受双方基因复杂且精细的调控, 能够产生特异的根瘤结构并可将大气中的惰性氮气(N₂)转化为可被植物直接利用的氨态氮。结瘤与固氮受多种因素影响, 其中, 一氧化氮(NO)作为一种自由基反应性气体信号分子, 可参与调节植物的许多生长发育过程, 如植物的呼吸、光形态建成、种子萌发、组织和器官发育、衰老以及响应各种生物及非生物胁迫。在豆科植物中, NO不仅影响寄主与菌共生关系的建立, 还参与调控根瘤菌对氮气的固定并提高植株氮素营养利用效率。该文主要从豆科植物及共生菌内NO的产生、降解及其对结瘤、共生固氮的影响和对环境胁迫的响应, 阐述了NO调控豆科植物共生体系中根瘤形成和共生固氮过程的作用机制, 展望了NO信号分子在豆科植物共生固氮体系中的研究前景。     

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。     

河西走廊豆科植物结瘤固氮特性初步研究

对甘肃河西走产野生豆科植物结瘤及固氮状况进行了调查。栽培豆科植物均能自然结瘤,野生豆科植物结瘤率仅５０％。该地区豆科植物根瘤大多数圆形、棒状或指状,形状较为规则。栽培植物根瘤多为粉红色,而野生揿为白色、黄色或棕色。ＡＲＡ测定表明,２５．６％根瘤为无效根瘤。不同种不同地区根瘤固氮活性相差较大,一般活力都较低,乙炔还原活性小１μｍｏｌＣ２Ｈ４／ｇＦＷ．ｈ的占检测样品数的２９．９％,最高者信为２８．１９     

黄酮类物质在豆科植物结瘤固氮中的作用

介绍黄酮类物质对根瘤菌的趋化、结瘤基因的诱导、根瘤菌的生长、根瘤的发育和固氮的作用,以及黄酮类物质在豆科植物中的分布和分泌。     

广东省豆科植物结瘤固氮及根瘤菌资源的初步研究

于2000～2001年在广东省境内54个县（市、区）进行了豆科植物结瘤固氮资源的调查及根瘤菌的采集工作。共采集到豆科植物根瘤样品484份,隶属于37属78种;根瘤的形状以圆形、椭圆形、珊瑚状和姜状居多,大小一般在1～10 mm之间,颜色多为淡红色或黄色。用乙炔还原法对24种93份根瘤样品进行了固氮酶活性测定,结果表明,大多数样品的固氮酶活性在1～10 μmol C₂H₄·g^-1 fresh nodule·h^-1之间。从采集到的根瘤中分离纯化出410株根瘤菌,对其中312株进行了回接试验,回接成功率为93.3 %。调查发现广东省现有栽培豆科作物种类与《广州植物志》的记载相似,所以本研究在豆科栽培作物方面有一定的代表性。在调查采集到根瘤的豆科植物中,三尖叶猪屎豆（Crotalaria micans）、毛排钱草（Phyllodium elegans）、细长柄山蚂蝗（Podorcarpium leptopus）等在本研究之前未见到有结瘤固氮的报道。     

几种生态因素对西北干旱地区豆科植物结瘤固氮的影响

通过对西北干旱地区栽培和野生豆科植物不同环境条件固氮状况的调查表明,栽培豆科植物一般能自然结瘤,野生豆科植物种的结瘤率极低。根瘤颜色栽培植物多为粉红色,而野生植物多为白色、黄色或棕色。通过对水分、光照强度和温度等不同条件下根瘤ARA测定,表明根瘤固氮活性与生态条件关系密切,而土壤水分是限制根瘤固氮活性表达的主要因素。     

豆科植物共生结瘤的分子基础和调控研究进展

豆科植物与根瘤菌共生互作的结果导致了一个新的植物器官――根瘤的形成, 根瘤菌生活在根瘤中, 它们具有将氮气转化为能被植物同化的氨的能力。该文阐述了根瘤的形成过程和类型, 并主要以模式豆科植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和日本百脉根(Lotus japonicus)为例, 对近年来共生结瘤过程中宿主植物对根瘤菌结瘤因子的识别和信号传递、侵入线形成和固氮的分子基础, 以及宿主植物对根瘤形成的自主调控机制、环境中氮素营养对结瘤的影响研究进行了综述, 指出当前豆科植物与根瘤菌共生互作研究存在的问题, 并对今后的研究方向作了分析与展望。     

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。     

非豆科植物固氮研究概况

由于氮素化肥能源耗费和环境污染问题的日趋严重,人们逐渐认识到农林业生产完全依赖化肥终非良策,于是生物固氮研究日益受到世界各国的重视。豆科植物有与根瘤菌天然结瘤固氮的能力。长期以来人们一直希望非豆科植物也能结瘤固氮,以减少对化肥的依赖。对于人工诱导非豆科作物结瘤固氮的研究,国内外开展的研究工作较多。早在30年代初至60年代中期（1933－1967年）,许多学者就试验用离体的豆科植物根、愈伤组织和细胞培养物与相应的根瘤菌联合培养,以探索二者在体外共生的可能。但限于当时的技术条件,在30多年内一直未能证明根瘤菌能在…     

田菁结瘤固氮特性研究

果园套种田菁作夏季绿肥,出苗10～15天即有根瘤出现,主根和各级侧根都可能结瘤,根瘤数量较多,每亩可达30公斤以上。营养生长期根瘤固氮酶活性较高;花果期由于部分根瘤衰败,固氮活性明显降低。土壤干旱降低田菁根瘤的含水量和固氮活性。田菁根瘤在25℃时固氮活性最高,12℃以下或35℃以上固氮活性急剧下降。营养生长期每亩田菁每天干均可固氮76克,若在苗龄100天时翻埋,可固氮7.6公斤,折合硫酸铵36.2公斤。     

南洋楹的结瘤固氮研究

南洋楹(Albizia falcataria)是豆科乔木,生长迅速,10年生树高可达30-35米,在土壤肥力中等的砖红壤性红壤、砖红壤性沙质壤土上均生长良好,是世界上著名的速生丰产树种^[1],在热带地区多用作咖啡园的荫蔽树、庭园树或行道树。幼龄树材质轻软,适于造纸、制人造丝、胶合板。老龄树心材深褐色,比重大,韧性强,可作家具、建筑用材。树皮含13%单宁,可提取烤胶^[2]。南洋楹原产马来西亚和印度尼西亚,我国广东、广西、福建均有栽培。     

四棱豆的结瘤固氮研究

四棱豆(Psophocarpus teragonlolobus)是缠绕性草本植物,原产亚洲热带地区^[1],在热带地区为多年生。其叶、根、花、豆荚和种子均可食用^[2],且富含蛋白质和氨基酸,在国外被称为"高蛋白作物",目前世界上已有数十个国家种植。我国引种四棱豆的历史虽久,但至今仍未进行生产性栽培。为了推广利用这一具有较大经济价值的"高蛋白作物",我们曾对其在厦门地区种植的生育期、光合强度、结瘤固氮、营养成分及综合利用进行研究^[3]。本文仅介绍四棱豆结瘤固氮的研究结果。     

硝酸盐调控豆科植物与根瘤菌共生固氮的机制研究

氮是植物生长发育所需的大量营养元素之一。硝态氮不仅可以被植物直接吸收利用,还可以作为重要的信号分子调控植物对氮素的响应、吸收、代谢相关基因的表达,从而影响植物的生长和发育。豆科植物可以通过与根瘤菌共生互作来获得生长所需的氮,但共生固氮是一个耗费植物能量的过程。当土壤中存在高浓度的氮素时,氮作为信号分子会影响共生固氮基因的功能从而抑制共生固氮过程。目前的研究表明,硝酸盐通过局部和系统的调控方式抑制共生固氮过程;结瘤自主调控(Autoregulation of nodulation,AON)和NLPs(NIN-like proteins)转录因子在硝酸盐抑制豆科植物根瘤形成中有着重要的作用。本文结合最近的研究进展,重点讨论NLPs转录因子和AON途径在硝酸盐抑制共生固氮过程的作用。     

共生固氮体系中的豆科植物基因

豆科根瘤菌发现的近百年历史以来,共生固氮作用一直受到人们的瞩目。近廿几年来对根痛瘤—豆科植物共生体的研究进展迅速,对共生体中根瘤菌本身的固氮基因(nif)和结瘤基因的编码、定位等有了较深入的了解。然而,共生体系中基因的调控是比较复杂的,环境因素和寄生植物基因对共生固氮的调控也起着重要作用。人们对豆科寄主结瘤和固氮遗传进行了一系列研究,并力图选育高固氮的豆科品种资源。本文仅就豆科植物—根瘤菌共生固氮体系中寄主植物基因及它在共生固氮体系研究中的作用和意义作简要的概述。     

羊奶果结瘤固氮特性研究

羊奶果根瘤多年生,初发生时呈2—3分又状,后经多次分叉生长,形成珊瑚状的根瘤簇,外形球状或扁球状,直径可达数厘米。根瘤固氮活性较高,全年平均固氮活性8.86微摩乙烯/克鲜瘤/小时。固氮活性秋夏较高,冬春较低。根瘤离体后固氮能力持续时间较长,可达9小时。固氮作用最适温度为30℃,低温使固氮活性显著下降,短时间高温(37℃)能提高根瘤固氮活性,但持续高温会抑制固氮活性。 羊奶果根瘤具有氢酶,表现出较高吸氢活性(9.52微摩氢/克鲜瘤/小时),且持续时间较长。外源氢能明显提高根瘤固氮活性,提高幅度达60％左右。 羊奶果各器官硝酸还原酶活力为根>根瘤>叶片>枝条,叶片NR活力呈季节性变化,秋夏较高,冬春较低。根瘤NR活力变化较大,且与根瘤固氮活性变化的趋势基本一致。     

甘肃宁夏部分地区结瘤豆科植物调查

据Allen统计,全世界范围内已研究的与根瘤菌共生结瘤的豆科植物种数不足0．5％。继续发掘结瘤固氮的豆科植物资源,研究其共生固氮的生理生态学特性,仍然很重要。位于我国西北的甘肃、宁夏两省区面积约45万km’。该区域内既有以小陇山和西秦岭为代表的“暖温带半湿润、半旱生落叶阔叶林与森林草原气候”及白龙江流域的“亚热带大陆湿润气候”,也有阿拉善高原的“亚洲中部大陆干旱荒漠气候”,故植物种类繁多,区系成分复杂。其中豆科植物占有相当的比例。为了开发这些固氮生物资源,我们于1992～1993年对甘肃大部、宁夏南部地区豆科植物…