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。

费氏中华根瘤菌内源质粒和大豆品种对菌株竞争结瘤能力及固氮效率的影响

采用发光酶基因 (luxAB)标记技术 ,在无菌砂培条件下测定了费氏中华根瘤菌 (Sinorhizobiumfredii)内源质粒和大豆品种对供试菌株竞争结瘤和固氮效率的影响。结果表明 ,供试菌株的固氮效率主要由共生质粒所决定 ;而竞争结瘤能力主要取决于其染色体所携带的基因 ,内源质粒 (包括共生质粒和非共生质粒 )对供试菌株竞争结瘤能力没有明显的影响。菌株的竞争结瘤能力对供试的大豆品种依赖性较小 。

导入dctABD和 parCBA/DE基因提高大豆慢生根瘤菌固氮效率和稳定性的研究

以ｐＬＡＦＲ３为载体构建重组质粒ｐＨＮ２０７，携带有来自首苜蓿根瘤菌（Ｓｉｎｏｒｈｉｚｏｂｉｕｍｍｅｌｉｌｏｔｉ）的四碳二羧酸转移酶基因 ｄｃｔＡＢＤ、来自 ｐＴＲ１０２的ｐａｒＣＢＡ／ＤＥ基因和标记发光酶基因 ｌｕｘＡＢ。利用 ２亲本杂交法，将重组质粒 ｐＨＮ２０７导入大豆慢生根瘤菌（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍ）ＴＡ１１和ＣＢ１８０９，分别考察了转移接合子中外源重组质粒在人工培养条件和共生条件下的稳定性，结果表明ｐａｒ基因的引入明显提高ｐＬＡＦＲ３在ＴＡ１１和ＣＢ１８０９中的稳定性。ｄｃｔＡＢＤ基因可显著提高ＴＡ１１和ＣＢ１８０９在大豆黑龙３３、宁镇一号和渝豆一号上的共生固氮能力，使结瘤植物的地上部分干重（生物量）和总氮量等指标较对照组有显著提高。

^(15)N自然丰度法分析甘蔗及近缘属野生种固氮效率

利用^(15)N同位素自然丰度法,在连续两年不施氮肥条件下,对甘蔗及近缘属野生种(材料)的固氮效率进行对比分析,同时筛选出适宜本试验研究的参比植物。试验结果表明,河八王及其后代材料表现出明显的高固氮能力,最高固氮率达到36.13%,最低的为甘蔗栽培种ROC22,固氮率仅为5.72%。银胶菊、胜红蓟和狗尾草与河八王1-1号的δ^(15)N值之差为3.13~3.50,是分析甘蔗及近缘属野生种固氮效率较理想的参比植物。

茎瘤作用对长喙田菁-Azorhizobium caulinodans共生体系固氮效率的影响

盆栽和大田试验研究了长喙田菁茎瘤共生体系在华南地区的氮积累 ,并用氮平衡法对共生体系的生物固氮效率进行了研究 .结果表明 ,长喙田菁茎瘤共生体系在华南地区有较高的绿肥应用潜能 ,65d生长喙田菁的氮累积量为 2 2 5kg/hm2 ,是同等条件下普通田菁的 1 74倍 ;经 65d的生长 ,长喙田菁茎瘤共生体系的生物固氮量为 0 4 63g/株 ,而普通田菁为 0 0 4g/株 ,生物固氮量在植物总氮中所占比重 ,长喙田菁高达 85 6% ,远高于普通田菁的 2 6 7% ;茎瘤在共生体系的生长和固氮中占有重要地位 ,根茎瘤总量中 ,茎瘤所占比重超过了 75% ,摘除茎瘤组植物的生物量干质量及生物固氮量分别只有正常组植物的 60 %和 4 6% .

基于RIL群体大豆花期共生固氮效率和根部性状的相关分析

为明确大豆固氮效率和根部性状在杂交后代的分离分布规律,以一千粒(母本)和长岭野生豆(父本)构建的重组自交系(RIL)群体为材料,采用接种鉴定法测定了花期共生固氮效率、根瘤数、根重、根表面积等性状,分析了各性状在RIL群体中的分布规律,并对各性状进行了相关及主成分分析。结果表明,上述性状在RIL群体中呈连续变异,各性状正态性检验的偏度和峰度均符合正态分布,同时存在超亲分离现象,表现为数量性状遗传。固氮效率与固氮量呈极显著偏正相关,固氮量与根瘤数、根重呈极显著偏正相关。

西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性

【目的】箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法,研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,以期为该系统养分管理提供科学依据。【方法】在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验,供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子,设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理,所有处理不施用氮肥,利用15N自然丰度技术,分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量,分析了影响绿肥生物固氮的因素。【结果】与单作相比,间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量,但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后,小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降(西宁小麦除外),但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比,间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变,但固氮量显著降低(武威毛叶苕子除外),其中,西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量(0.24、0.48 g/pot)较单作(0.88、0.78 g/pot)分别显著降低了82.1%和38.5%,西宁间作毛叶苕子的生物固氮量(0.38 g/pot)较单作(0.81 g/pot)显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威;两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大,间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下,两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移,西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%;毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明,地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。【结论】在不施氮肥条件下,间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响,但显著降低豆科绿肥的地上部生物量,进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%~31.6%来自于豆科绿肥,箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量,因此,还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种,以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。

施氏假单胞菌在玉米根际的固氮效率和促生效果研究

非豆科植物根际联合固氮作用广泛存在于水稻、玉米等根际,在农作物节肥增产方面具有巨大的应用潜力。施氏假单胞菌A1501是一株分离自水稻根际的模式联合固氮菌,接种该菌对水稻和玉米均具有良好的促生效果。为了进一步研究根际固氮与促生效果的关系,利用突变型泌铵固氮菌株(1568/pVA3)和转基因氮高效利用玉米品系共同构建高效固氮体系,并在温室条件下进行促生及生物固氮量评价。播种60 d后对玉米生长量和微生物固氮量进行分析,结果表明:固氮施氏假单胞菌接种后氮高效利用和对照玉米品系的地上和地下部生物量都显著高于不接种对照,但是固氮菌接种对氮高效利用玉米和对照玉米的总生物量没有显著影响。氮高效利用玉米接种1568/pVA3菌株后,植株生物量较施肥处理提高25.5%,全氮含量较不接种对照增加39%,15N同位素稀释法测定生物固氮量为0.8 g·株^(-1);接种野生型后植株生物量较施肥处理提高24.8%,生物固氮量为0.64 g·株^(-1)。研究结果表明,通过将固氮菌尤其是泌铵工程菌与氮高效利用玉米建立联合固氮体系可以显著提高根际固氮量和植株生物量,据估算每公顷可节省化肥约23%,而对照体系为7.5%。

导入detABD和nifA基因对苜蓿中华根瘤菌共生固氮效率的影响

将克隆有四碳二羧酸转移酶基因dctABD、nifA基因和发光酶基因luxAB的重组质粒pHN307经三亲本杂交分别导入苜蓿根瘤菌HNM1、HNM2、HNM4和1021中得到HNM1(pHN307)等4个转移接合子,进一步比较研究了pHN307在自生培养条件下传代的稳定性,并采用本室改进的双层钵无菌砂培盆栽法,分别将4个转移接合子和出发菌接种到苜蓿品种草原1号,公农1号和图牧2号。结果表明,只有用转移接合子HNM4(pHN307)和1021(pHN307)接种到草原1号和图牧2号的植株鲜重和干重明显优于出发菌。

29种固氮树种生长量与固氮效率相关性研究

在对上海市固氮植物资源调查的基础上,选定29种有一定固氮能力的树种。以海滨木槿为对照,测定其年相对高生长量、年相对径生长量、固氮效率,并对生长量与固氮效率的相关性进行分析。分析结果表明:树种间测量指标差异显著;固氮效率与植物生长存在较强正相关性(相关系数0.839**、0.707**),固氮效率越高的植物,其相对高、径生长量越大。

泛析提高共生固氮效率

泛析提高共生固氮效率徐秀华（辽宁省农业管理干部学院，沈阳１１０１６１）当前人们对共生固氮效率与豆科植物种类、根瘤菌品系、固氮环境的关系已具有深刻的认识。值得探讨的是如何深入地发掘共生固氮潜力，提高共生固氮效率，为创造真正的＂绿色食品＂开拓门路。一共生...

组成型nifA对大豆根瘤菌(Rhizobium fredii)HN01lux结瘤固氮效率的促进作用

肺炎克氏杆菌（ Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）固氮调节基因 ｎｉｆＡ对大豆根瘤菌（ Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｆｒｅｄｉｉ）ＨＮ０１ｌｕｘ的结瘤固氮效率有促进作用．首先构建一个带有Ｋｐ ｎｉｆＡ的重组质粒ｐＸＤ１，使ｎｉｆＡ在卡那霉素磷酸转移酶基因启动子控制下呈组成型表达．当质粒ｐＸＤ１转移至大豆根瘤菌ＲｆＨＮ０１ｌｕｘ后，获得带Ｋｐ ｎｉｆＡ的大豆根瘤菌，其结瘤固氮效率与原始出发菌相比有明显提高，感染大豆幼苗后，大豆生物量的增加，如植株株高、植株鲜重、植株干重及大豆产量均优于原始出发菌．

黄腐酸对苜蓿固氮效率及产量的影响研究

通过对苜蓿进行喷施黄腐酸或接种根瘤菌(Sinorhizobium meliloti CCBAU01290)处理,比较不同处理对苜蓿固氮效率及其生长的影响。结果发现,喷施黄腐酸或接种根瘤菌显著增加了苜蓿的根瘤数、根瘤鲜重及固氮酶活性;喷施黄腐酸使两年年产量分别增加了29.57%和20.35%,接种根瘤菌则分别增加了10.27%和29.34%。

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。

我国大豆的生物固氮潜力研究

【目的】根瘤菌与大豆共生结瘤固氮是大豆的重要氮素来源之一,而我国在大豆生产中普遍过量使用化学氮肥,不仅增加了生产成本,而且严重抑制了大豆的生物固氮效率。因此在生产中充分发挥生物固氮作用、合理施用化学氮肥、降低大豆生产成本是我国发展大豆产业的重要措施,本文对我国大豆主产区生物固氮潜力及其分布特征进行了研究,旨在了解不施氮肥条件下不同大豆产区生物固氮的最大供氮能力,为大豆的合理施肥和充分发挥生物固氮作用提供理论依据。【方法】采用15N自然丰度法,在2011年和2012年测定了在不施用氮肥条件下我国4个大豆主产区包括黑河、大庆、长春、铁岭、济宁、延安、南宁等7个试验点在内的大豆生物固氮效率、生物固氮量及其对产量的贡献。15N自然丰度法的原理是利用非固氮参照作物从土壤中吸收的15N丰度高于固氮植物,根据两者的15N自然丰度差异估算出固氮植物的生物固氮率。所选的非固氮参照作物必须同大豆生长季一致,并且各试验点选用同一种非固氮植物以保证各地数据的可比性。通过查阅文献,有研究使用玉米作为参照作物,并且符合上述要求,因此本研究选择玉米作为非固氮参照作物。【结果】在不施氮肥条件下,我国大豆在正常降水年份的生物固氮效率为47%70%,其中铁岭最高为60%70%,黑河最低为47%54%;大豆的生物固氮量在N 92150 kg/hm2之间变化,其中籽粒中的生物固氮量占总固氮量的65%81%,生物固氮量最高的试验点为长春,最低的试验点为延安;生物固氮对产量的贡献在1039 1867 kg/hm2之间,其中最高的试验点为长春,最低的试验点为延安;在延安试验点苗期开花期极度干旱的2011年,大豆缺水严重抑制了根瘤菌的数量和固氮酶的活性,其生物固氮效率、固氮量及对产量的贡献均达极低水平,分别为15%和N 24 kg/hm2和245 kg/hm2。【结论】我国大豆不同主产区的生物固氮潜力存在较大差异,并且具有明显的分布规律。生物固氮效率以温带的铁岭为最高,向北至寒温带的黑河、向南到亚热带的南宁均呈现逐渐降低的趋势。受种植密度等因素的影响,大豆生物固氮量及其对产量贡献的分布规律与生物固氮效率不完全一致,其中东北地区最高,其次是济宁和南宁,延安最低。

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 。

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.

减氮对甜玉米//大豆间作系统大豆结瘤固氮特性的影响

为了探讨减氮和甜玉米//大豆间作对大豆结瘤和固氮特性的影响,通过大田定位试验(2015年春-2018年秋,共8季)对比了三种施氮水平:不施氮(N0,0 kg·hm^(-2))、减量施氮(N1,300 kg·hm^(-2))、常规施氮(N2,360 kg·hm^(-2)),两种间作模式:甜玉米//大豆2∶3间作(S2B3)、甜玉米//大豆2∶4间作(S2B4),以及不施肥单作大豆(SB)对大豆结瘤数、根瘤干重、固氮效率和固氮量及其稳定性的影响。结果表明:1)大豆根瘤数、根瘤干重、固氮效率和固氮量随着年季变化呈现明显的动态变化,春季大豆根瘤数和根瘤干重显著高于秋季,但秋季固氮效率和固氮量显著高于春季。2)施氮水平与种植模式极显著影响大豆固氮效率和固氮量,不施肥处理大豆固氮效率为S2B4(69.87%)>S2B3(60.64%)、SB(56.3%),但生物固氮量为SB(142.31 kg·hm^(-2))>S2B4(109.50 kg·hm^(-2))>S2B3(86.12 kg·hm^(-2))。3)间作甜玉米显著提高了大豆的固氮效率且随大豆种植比例的增加而增加,S2B4-N0、N1及N2的固氮效率分别比S2B3-N0、N1及N2高9.47%、3.41%、1.83%,但是,相同施氮水平下不同间作模式之间均无差异。4)减氮和间作甜玉米可显著提高大豆固氮率和固氮量的稳定性。总之,减氮和间作甜玉米均能促进大豆结瘤、提高生物固氮量及固氮效率。

导入额外拷贝nifA基因对费氏中华根瘤菌共生固氮作用的影响

以广宿主、稳定性质粒pTR102为载体构建重组质粒pHN306，其上克隆有来自肺炎克氏杆菌（Klebsiellapneumoniae）的nifA基因和来自pDB30所含的发光酶标记基因（luxAB）。经三亲本接合转移，将pHN306导入费氏中华根瘤菌（Sinorhizobiumfredii）HN01，GR3和YC4。与出发菌相比较的盆栽试验结果表明：HN01（pHN306）和GR3（pHN306）分别在大豆渝豆一号和黑龙33上能显著提高瘤数，瘤重，植株地上部分干重和总氮量，YC4（pHN306）在大豆渝豆一号上也能显著提高瘤数，癌重和总氮量，对植株地上部分干重表现出一定的促进作用。结果表明：nifA基因对固氮效率和结瘤能力的促进作用与受体根瘤菌和大豆品种等因素有关。以luxAB为报告基因进行的菌落和根瘤发光检测结果表明：pHN306可在供试根瘤菌中稳定遗传。