类枯草杆菌蛋白酶基因GmSBT1在大豆共生固氮中的功能

为研究SBT(subtilases)家族蛋白在豆科植物共生固氮中的作用机制,分别利用生物信息学分析、时空表达定位、GUS染色定位和基因沉默等方法来研究GmSBT1在大豆-根瘤菌共生中的作用。结果显示:GmSBT1受根瘤菌特异性诱导,在成熟根瘤中高量表达,且在根瘤皮层以及含菌细胞中发挥功能。GmSBT1-RNAi植株地上鲜质量、瘤质量、固氮酶活显著降低。结果表明,GmSBT1蛋白对根瘤的形成和发育以及根瘤的固氮具有重要的作用。

杉木、桉树、马尾松人工林非共生固氮量空间变异与分布特征——以广西高峰林场为例

【目的】探究不同生长季杉木、桉树、马尾松人工林不同生态系统组分非共生固氮量空间分布变化与含量差异。【方法】利用普通克里金插值分析、方差分析和相关性分析方法,以广西高峰林场杉木、桉树、马尾松混交林为研究对象,通过测定生长季与非生长季土壤、凋落物和冠层叶片非共生固氮量,展开空间变异与含量差异特征研究。【结果】无论生长季还是非生长季,人工林各组分非共生固氮量变化趋势不同且显著,空间相关强烈且异质性强。生长季,土壤非共生固氮量呈现东北低西南高的分布特征,凋落物、冠层叶片与之相反,呈东北高西南低的特征;非生长季,土壤和冠层叶片量空间分布大体上与生长季相似,凋落物则相反。人工林土壤非共生固氮量最高,为1.2834、0.5668 kg/hm^(2)·y,冠层叶片最低,为0.0009、0.0028 kg/hm^(2)·y。土壤非共生固氮量与凋落物、冠层叶片存在显著差异。生长季,土壤非共生固氮量与凋落物呈显著负相关,其他组分间相关性不显著;非生长季,各组分之间非共生固氮量不存在显著相关性。【结论】杉木、桉树、马尾松人工林不同季节各组分非共生固氮量空间分异特征显著且强烈,非共生固氮量主要存在土壤组分中。因此,在杉木、桉树、马尾松种植过程中对土壤施入一定氮肥,可促进人工林生长。

根瘤菌共生固氮对大豆百粒重影响的定量分析

本研究的目的在于定量分析根瘤菌共生固氮处理对大豆百粒重变化的影响。我们结合了田间实验和盆栽实验的方式,对过去两年的实验数据进行了深入的分析。研究发现:根瘤菌共生固氮显著促进大豆百粒重的增加,包括根瘤菌种的选择,固氮效率的提高以及土壤肥力的改善均显着影响大豆的产量与质量。这对优化大豆生产,推动农业的可持续发展有很大的价值。研究中也讨论了样本量少的限制,今后的研究可以从更广阔的领域加以证实。

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。

4种除草剂对紫花苜蓿-根瘤菌共生固氮的影响

在室内条件下,研究了乙羧氟草醚、三氟羧草醚、乙草胺和异丙甲草胺等4种除草剂对紫花苜蓿-根瘤菌共生固氮的影响。结果表明:4种除草剂均能对紫花苜蓿-根瘤菌共生固氮产生一定的抑制作用,其中以乙羧氟草醚的抑制作用最强,在高剂量下鲜重抑制率和干重抑制率分别为68.5%,70.6%,与对照植株的结瘤率和总含氮量92%和2.620%相比,其结瘤率和总含氮量为31%和0.072%;异丙甲草胺的抑制作用最弱,高剂量下鲜重抑制率和干重抑制率分别为18.5%和26.8%,与对照植株的结瘤率和总含氮量94%和2.136%相比,其结瘤率和总含氮量为60%及0.482%;紫花苜蓿经四种除草剂不同剂量处理后,总含氮量远远低于对照植株的总含氮量。

石灰性紫色土施铁肥与接种根瘤菌对花生-根瘤菌共生固氮作用的影响

以缺铁的石灰性紫色土为供试土壤进行盆栽实验,选用三株慢生型花生根瘤菌Spr3 5、Spr3 7、Spr4 5及gusA和celB标记的菌株gusA3 5、gusA3 7、gusA4 5、celB3 5、celB3 7、celB4 5接种天府9号花生。通过标记根瘤菌形成的根瘤能与检测试剂产生颜色反应的特征,检测施铁肥及施不同浓度的铁肥对花生 根瘤菌有效性和竞争性的影响。结果发现:缺铁的石灰性紫色土上单施铁肥、单接种根瘤菌、接种根瘤菌配施铁肥均能促进花生与根瘤菌的共生固氮效应和竞争结瘤能力,但接种根瘤菌配施铁肥的效果最好,单接种根瘤菌的效果次之,单施铁肥的效果差。喷施0 .2 %硫酸亚铁溶液的效果比0 .3%的好。植株全氮含量和叶绿素含量都是指示共生固氮效应的重要指标,与花生产量间存在极显著的相关性,相关系数分别为0 .76 3和0 .795。gusA和celB两种标记方法检测的结果基本一致,两种标记根瘤菌的平均占瘤率分别为79.6 4 %、75 .6 2 %、74 .4 1%。供试菌株中Spr4 5的有效性和竞争性最强,Spr3 7次之,Spr3

甘肃、宁夏部分地区根瘤菌资源及其共生固氮特性

对甘肃中西部及宁夏南部不同生态条件下栽培和野生豆科植物根瘤菌资源进行了调查,从36属98种豆科植物根瘤样品中分离得360株根瘤菌,其中44株是从30种未报道过结瘤情况的豆科植物中分离获得。以20属22种寄主植物对大部分菌株进行了回接结瘤实验,回接结瘤率81.2%。它们与豆科寄主植物共生结瘤85%为有效根瘤。不同种根瘤固氮活性差异较大,一般比较低,小于1μmolC2H4?gFWh的占46.6%,大于10μmolC2H4?gFWh的占6.8%,最高者仅37.73μmolC2H4?gFWh。根瘤固氮活性与寄主植物生态及生长发育期有相关性。所有分离菌株均保存在中国科学院新疆生物土壤沙漠研究所微生物研究室及中国农业大学生物学院菌种室。

影响根瘤菌共生固氮效率的主要因素及遗传改造

介绍了影响根瘤菌共生固氮效率的主要因素及遗传改造 :包括土壤因素、宿主植物、四碳二羧酸转移酶基因dct、固氮调节基因nifA、吸氢酶基因hup、共生质粒 (基因 )、缺陷型回复突变等。

白三叶草/根瘤菌共生固氮潜力及干旱限制因素

为了探讨白三叶草生物固氮与土壤水分供应和菌种基因型的关系,采用温室盆栽试验方法,对9个基因型的三叶草根瘤菌固氮效率和与土壤含水量的关系进行了研究。结果发现,根瘤菌接种后,白三叶草叶片含氮量明显增加,有3个基因型的根瘤菌接种植株后叶片氮含量达到对照的3倍以上,据此可根据根瘤菌的基因型来预测其固氮效率,共生固氮效率与根瘤菌基因型的关系较与分离宿主的关系更加密切。在中度干旱胁迫下,白三叶草植株地上部生物量积累所受影响较地下部所受影响更大,在白三叶草与根瘤菌共生体系建立过程中,当根瘤菌固定的氮素可以满足植株生长需要时,干旱胁迫可能成为生长的限制因子。

豌豆根瘤菌ohrB基因的抗氧化和共生固氮表型

采用基因敲除构建豌豆根瘤菌ohr B基因突变株,研究突变株的抗氧化和共生固氮表型。结果表明:ohr B基因不影响菌株在自生培养条件下的生长能力,但对氢过氧化枯烯(cumene hydroperoxyde,Cu OOH)、过氧化氢(H2O2)、次氯酸钠(Na Cl O)等氧化物敏感,且在Cu OOH胁迫下,相比野生型菌株,突变株的存活率显著下降。荧光定量RT-PCR结果显示,豌豆根瘤菌ohr B基因表达不受H2O2诱导,且ohr B基因的缺失对其他抗氧化基因的表达没有影响。共生实验表明,ohr B基因对根瘤菌共生固氮能力及根际定殖能力没有影响,但在7 d瘤龄的豌豆根瘤类菌体中表达水平显著提高,并对根瘤菌结瘤能力有影响。ohr B基因虽对豌豆根瘤菌的自生生长、共生固氮、根圈定殖没有影响,但在抗氧化及竞争结瘤中发挥重要作用。

大豆种质资源共生固氮特性评价及遗传初步研究

以我国 2 2个省 590份主要栽培大豆品种为材料 ,评价春、夏、秋大豆遗传资源结瘤固氮性状 ,并配制杂交组合进行初步遗传分析。结果显示 :1 )春夏秋大豆类型间、品种间结瘤固氮性状差异极显著。同类型不同产区的大豆品种共生固氮性状差异显著 ,以长江流域及其以南产区 ,尤以湖北、江苏省品种最佳。 2 )与共生固氮性状密切相关的 1 0项参数变异范围以夏大豆最大 ,并鉴定出单株结瘤数达 2 3 8.8个、根瘤重达 0 .59g、固氮量达 1 47.0 5mg,固氮率 85%,耐硝酸盐性状良好及与根瘤菌亲和性强的优良种质。 3 )不同类型菌株与不同类型大豆品种亲和性有明显差异 ,慢生型菌株 B.japonicum 1 1 3 -2与春、夏、秋大豆品种亲和性优于快生型菌株 S.fredii H4 3 2 ,鉴定出高亲和大豆品种—菌株共生体。 4 )杂交后代遗传分析表明 。

根际微生态系统中豆科植物-根瘤菌共生固氮及其在可持续农业发展中的作用

豆科植物-根瘤菌共生固氮是根际微生态系统中一类特殊的植物-微生物共生体,是自然界最为重要的氮源.受施用高量氮肥带来的环境污染和资源浪费的影响,国际社会普遍重视豆科植物—根瘤菌共生固氮在可持续农业发展中作用的研究.本文简要综述了该领域近几年的研究进展以及作者的一些研究结果,探讨了豆科植物—根瘤菌共生固氮在间作和轮作种植制度中的作用及相应机制.

参与紫云英共生固氮的1个上调表达结瘤素基因AsB6的分离与鉴定

基于接种华癸中慢生根瘤菌(Mesorhizobiumhuakuii)7653R的紫云英(Astragalus sinicusL.)感染根与未接种对照根在转录水平上的差异,利用抑制差减杂交技术(suppression subtractive hybridization,SSH),建立了紫云英结瘤固氮过程中的差异表达cDNA文库,共获得527个有效克隆,其中增强或特异性表达的上调文库中包含341个克隆,抑制表达的下调文库包含186个克隆。对其中的1个上调表达cDNA克隆AsB6利用RACE(rapid amplification of cDNAends)方法获得了其基因全长序列,利用BLAST在线软件和GenBank,Gen-Bank EST和Tigr Porcine EST等数据库进行同源序列比较,表明AsB6与苜蓿的β-酮酯酰合成酶及依赖于SAM(S-adenosgl methiomine,S-腺苷蛋氨酸)的羧甲基转移酶具有66%的同源性,同时利用实时荧光定量PCR研究了该基因的时空表达特征。结果显示,接种根瘤菌7653R后,在紫云英感染根和根瘤中该基因的表达量显著增强,且在接种后根瘤形成早期和固氮中晚期表达量相对较高。推测其可能与根瘤菌前期感染和根瘤形成、根瘤代谢功能有关。

紫云英非特异性转脂蛋白AsIB259的体外酶活性及在共生固氮中的功能

将紫云英AsIB259基因编码的一个预测的非特异性转脂蛋白AsIB259（nsLTP,non-specific lipid transfer protein）在大肠杆菌表达菌株Rosetta 2（DE3）中进行了诱导表达,体外测定AsIB259蛋白的脂质结合动力学特征,检测它对不同碳链长度脂肪酸及其衍生物的结合能力,进一步考查AsIB259超表达对紫云英毛根结瘤情况的影响。结果表明：AsIB259具有转脂蛋白的典型特征,与16～22碳链长度脂肪酸的结合活性较强,对茉莉酸也表现出一定的结合活性;AsIB259超表达导致根瘤数量增加1.5倍且固氮酶活性降低,说明该基因在根瘤形成和固氮过程中发挥重要作用。

豆科植物-根瘤菌共生固氮的分子机理

与豆科植物 根瘤菌共生固氮有关的基因涉及根瘤菌基因和宿主基因 ,根瘤菌基因有结瘤基因 (nodD ,nodAB CIJ和hsn基因 ) ,根瘤菌细胞表面结构基因 (exs,lps和ndv基因 )和固氮基因 (nif和fix基因 ) ;宿主基因主要是结瘤素基因 (ENOD和NOD基因 )。根瘤菌结瘤基因表达后诱导产生结瘤因子。在根瘤发育过程中 ,这些基因在根瘤菌与植物之间进行着信息交换 ,并且具有不同的表达水平。

大豆共生固氮与叶片全氮含量之间关系的研究

:研究了在不同配比的NO3- -N与NH4 +-N下大豆根瘤的生长及根瘤固氮酶活性和叶片全氮含量的变化。结果表明 :7种配比的NO3- -N与NH4 +-N均降低根瘤鲜重 ,抑制根瘤固氮酶活性 ,但提高叶片全氮含量。叶片全氮含量与根瘤鲜重。

环境因子对豆科共生固氮影响的研究进展

环境因子的限制一直是豆科植物-根瘤菌共生固氮体系没有在农业生产中充分发挥作用的重要原因之一.目前,研究涉及的环境因子主要有水分、矿质营养元素、温度、重金属、钠盐、CO2 、土壤类型以及p H等.水分胁迫会导致豆科植物根瘤减少和固氮效率低下;矿质元素方面,除氮磷钾外,微量元素对固氮影响也很明显;不适的温度会对豆科植物的结瘤固氮产生一定的限制;重金属能从不同方面直接和间接地影响共生固氮,寻找适合作尾矿先锋植物的豆科植物是当前的一个研究热点.本文除详细阐述了这方面开展的研究以外,还浅析了这方面研究目前国内外存在的一些主要问题和发展趋势.

^(15)N天然丰度法测量豆科牧草共生固氮的评估

无氮营养液砂培7个品种苜蓿茎叶的固氮分馏因数β值为1.0000～1.0015(δ^(15)N为-0.05～-1.47‰),白三叶、绿豆和银合欢的β值分别为0.9979、0.9983和1.0018(δ^(15)N分别为2.15、1.74及-1.81‰)。根据^(45)N天然丰度的变化,估测了田间生长苜蓿的固氮能力,表明6个品种的共生固氮能力不同。格洛里及润布勒苜蓿两品种最高,保定、阿尔贡奎因及明托苜蓿3个品种次之,秘鲁苜蓿最低。苜蓿不同时期的固氮活性有变化,6、7月间固氮活性达高峰。根据所测豆科牧草茎叶的δ^(15)N值,可以对豆科牧草进行定性或半定量水平上的固氮研究,以筛选高效固氮牧草和检测野生固氮资源。本文还对不固氮参照植物和不同方法对％Ndfa估计位的影响进行了讨论。

磷素营养与大豆生长和共生固氮的关系

在水培条件下，研究了磷素营养对２个大豆品种生长和共生固氮的影响。结果表明，水培液中磷含量在２．３～９．３ｍｇ／Ｌ时，２个大豆品种的植株生长量、根瘤数、根瘤干重、固氮活性和氮积累量均随磷浓度增加而显著增加；而在９．３～３７．０ｍｇ／Ｌ时则大大降低。磷浓度过高会造成毒害，但植株的磷积累量却与施磷量呈显著的线性回归关系。植株不同部位磷含量是根瘤＞根＞地上部分；氮含量是根瘤＞地上部＞根。２个大豆品种对磷肥反应有显著差异。

导入dctABD和nifA基因对费氏中华根瘤菌共生固氮的影响研究

以pTR10 2为载体构建重组质粒pHN30 7,其上克隆有来自苜蓿中华根瘤菌 (Sinorhizobiummeliloti)的四碳二羧酸转移酶基因dctABD、来自肺炎克氏杆菌 (Klebsiellapneumoniae)的nifA基因和来自pDB30所含的发光酶基因lux AB。经三亲本接合转移 ,将pHN30 7导入费氏中华根瘤菌 (S .fredii)HN0 1、YC4和GR3,并考察了转移接合子中pHN30 7在传代培养和共生条件下的稳定性。与出发菌相比较的植物盆栽试验结果表明 ,在与大豆黑农 33共生时 ,导入pHN30 7后的转移接合子均可显著提高结瘤植株的瘤重、地上部分干重和地上部分总氮量。在与大豆川早一号共生时 ,转移接合子HN0 1(pHN30 7)可显著提高结瘤植株的瘤数和瘤重 ;GR3(pHN30 7)可显著提高结瘤植株的瘤数、瘤重、地上部分干重和地上部分总氮量 ;导入pHN30 7的YC4却呈现出负作用。本研究表明 ,导入dctABD可提高固氮效率 ,而nifA基因主要影响重组菌的结瘤能力 。