氮处理对大豆根瘤固氮能力及GmLbs基因表达的影响

共生根瘤的固氮效率受外界氮素的严格调控。除固氮酶活性外,豆血红蛋白(Lb)浓度亦是反应固氮能力的重要指标。为明确氮水平对生物固氮作用的影响,以大豆(Glycine max)为材料,在低氮(0.53mmol·L^(-1))条件下接种根瘤菌,30天后再进行高氮(5.3、10、20、30和40 mmol·L^(-1))处理7天,分析Lb浓度、固氮酶活性及类菌体发育状态。结果表明,随着外界氮浓度的增加,根瘤由红变绿,且红色Lb明显减少而绿色Lb急剧增加;固氮酶活性显著被抑制,类菌体中侵染细胞数目和面积显著下降,表明高氮引起Lb形态的改变与固氮能力关系密切。利用生物信息学及公开表达谱等数据进行分析,发现大豆根瘤中主要含有4个共生Lb基因,即GmLb1、GmLb2、GmLb3和GmLb4。4个GmLbs亲缘关系很近且位于进化树的同一分支。进一步分析GmLb1–4转录水平对氮的响应,结果表明,GmLb1–4的表达显著受高氮抑制。研究结果可为揭示氮介导根瘤衰老机制及生物固氮的应用提供依据。