禾豆间距对间作豌豆“氮阻遏”减缓效应的影响

针对禾豆间作协同利用化学氮肥和豆科固氮潜力调控依据薄弱问题,以河西走廊区主导间作模式玉米/豌豆间作系统为研究对象,研究了禾豆间作间距为15 cm、30 cm和45 cm空间结构对间作豌豆氮阻遏减缓效应的影响,以期为禾豆间作种植模式优化空间结构、减缓氮阻遏、提高氮素利用效率提供理论依据。2013和2014两年研究结果表明,与单作相比,间作豌豆有效根瘤个数和根瘤重均有显著提高,根瘤数提高幅度达0~500%,其中间距为30 cm时,豌豆的根瘤数和瘤重达最大。以根瘤数和根瘤重计算的氮阻遏消减效应（Ca）均为正值,施氮条件下,玉米与豌豆间距为30 cm处理的氮阻遏消减效应显著高于15 cm和45 cm间距处理,2013年和2014年以根瘤数计算的Ca值分别达78.70%和161.21%,说明间作相对于单作都具有减缓氮阻遏的作用。而在此期豌豆的营养竞争比率（CRpm）大于1,豌豆相对于玉米具有较强的种间竞争能力。禾豆间作可显著提高氮素利用效率,以间距为30 cm的间作处理最高,2013年和2014年两年平均较间距为15 cm和45 cm空间结构的间作模式分别提高21.90%和21.88%。说明优化空间结构可有效增加间作豌豆的结瘤数和瘤重,增强氮阻遏减缓效应,调控禾豆间作系统氮素吸收利用,提高氮素利用效率。

大豆根系特征对氮阻遏的适应性调节

以黑农35为材料,采用盆栽培养方法,在2011年筛选的氮阻遏阈值基础上,设置低量氮、临界氮和阻遏氮3个施氮水平,探讨了大豆根系特征对氮阻遏的响应。结果表明:随着大豆的生长发育,不同氮水平条件下大豆根系形态指标、根瘤数及其干重、根干重及碳氮积累均呈单峰曲线变化,峰值出现在播种后65 d;根冠比、根瘤豆血红蛋白含量随生育进程而降低;在播种后65 d,根碳氮比处于最小值。根干物质重和根磷、氮积累量(播种后45 d除外)与施氮水平正相关,均在阻遏氮水平下(108 mg.kg-1)达最大值,而碳氮比在临界氮水平下达最大值;各个时期,根系形态各指标(播种后45 d根尖数除外)均在临界氮水平下(54 mg.kg-1)出现最大值;根瘤数、根瘤干重(播种后45 d除外)、根瘤豆血红蛋白含量与根系形态各指标变化规律相同。因此,初步认定在本试验条件下适宜大豆根系生长的最佳氮水平为54 mg.kg-1。

基于氮阻遏效应分析汉逊德巴利酵母组胺调控

研究添加L-组氨酸和不添加L-组氨酸两种不同氮源水平情况下,汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)氮代谢阻遏效应调控机制。以添加L-组氨酸为实验组,不添加组为对照,利用Illumina高通量测序平台对两组进行转录组测序,通过多种生物信息学方法对数据进行分析处理。对照组测序结果共得到42.921 6 M clean reads;实验组测序结果共得到41.415 4 M clean reads。两组样品分析显示共有133个显著差异表达基因,78个基因表达上调,50个基因表达下调,基因本体论(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析表明,差异表达基因参与了组胺代谢相关酶系代谢。本研究为汉逊德巴利酵母组胺代谢进一步研究提供了参考。

禾豆间作氮素高效利用机理及农艺调控途径研究进展

为保障粮食安全,农业生产中化肥使用极为普遍,但过量使用,往往引起地下水污染、温室效应加剧、生物多样性降低等多种环境和生态问题。禾豆间作系统由于不同作物生物学特性和氮素利用存在差异,进行合理调控可充分发挥生物固氮优点,从而减少化肥投入,提高生产效益,是一种稳产、高产、高效可持续的种植体系。该系统中"氮转移"、"氮阻遏"消减和氮素时空分异是目前研究的热点,也是促进豆科作物固氮、减少化肥投入的有效途径,可实现禾、豆两种作物对氮素的高效利用。特别是该系统中作物品种、施氮制度、空间布局以及种植密度等农艺措施是对种间关系进行调控的必要手段,合理优化可有效促进禾/豆间作竞争与互补协同作用,增强氮素协调利用,从而挖掘两种作物对氮素高效利用的生物学潜力。为此,本文基于前人研究成果和农业可持续发展观点,重点综述了国内外有关禾豆间作氮素高效利用主要机理及相关农艺调控途径的研究现状,旨在为构建简易、高产、高效、氮肥节约型禾豆间作模式提供有力的科学依据和理论支撑。

辽西半干旱区不同施氮水平下玉米‖花生系统对花生结瘤特性的影响

以农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站为研究平台,采用微区试验,设置不同种植模式(玉米单作、花生单作和玉米‖花生间作)及不同施氮量(0、100和200 kg/hm^2),研究不同供氮水平下玉米‖花生系统对花生根瘤特性的影响,结果表明,辽西风沙半干旱区玉米‖花生系统可显著增加各个生育时期的花生根瘤数,与单作花生相比,间作花生在不施氮条件下的根瘤增幅为1.79倍,施氮条件下平均增幅为4.81倍,即间作可明显促进花生根瘤形成,且在施氮条件下促进作用更加显著;研究还发现,玉米‖花生体系对花生根瘤形成的影响存在边行效应,靠近玉米的花生行根瘤增幅大于远离玉米的花生行。此外,单作及间作花生都存在"氮阻遏"现象,即随着施氮量的增加,花生根瘤形成受到抑制,玉米‖花生系统作物相互作用可对花生"氮阻遏"起到减缓作用。

豆科作物氮素高效利用机制研究进展

工业氮肥的使用一定程度上满足了农作物高产的需求,但过量施用带来严重的环境生态问题,如何利用生物固氮提供的绿色高效氮素部分代替工业合成氮肥是当前研究的热点。虽然共生固氮体系效率较高,但肥料氮和根际微生物群落可能对结瘤固氮体系的利用产生消极影响。为此,本文从制约共生固氮体系高效利用的关键因素,即土壤有效氮含量及根际微生物群落入手,梳理了豆科植物-根瘤菌共生体系的建立及其对外源氮的响应以及根际微生物群落与根瘤菌共生效率的关系,总结分析了氮素高效利用的生理分子机制,通过优化调控技术提高氮素利用率,为豆科作物氮素高效利用提供理论支持。

施氮和燕麦/箭筈豌豆间作比例对系统干物质量和氮素利用的影响

【目的】本研究于大田试验条件下探究了燕麦(Avena sativa L.)/箭筈豌豆(Vicia sativa L.)间作系统饲草干物质产量、土地当量比(LER)及氮素吸收利用等对施氮和不同间作比例的响应,以期为该地区多元化粮改饲种植模式的建立提供理论依据。【方法】大田试验于2012年在兰州大学庆阳黄土高原试验站进行,设不施氮(N0)和施氮N 46 kg/hm^2(N_(46))两个氮水平,在每个氮水平下各设7个燕麦与箭筈豌豆间作比例(1∶0、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4和0∶1)。于箭筈豌豆的花期和乳熟期,测定并分析了饲草的干物质产量、土地当量比及吸氮量;在花期,分析测定了箭筈豌豆的生物固氮量;在箭筈豌豆的乳熟期,分析了不同间作比例下间作系统的氮肥偏生产力(PFP_N)。【结果】生长至第60 d(花期)和第90 d(乳熟期)时,N_(46)水平下系统的平均干物质总产量较N0水平分别提高了31.6%和24.2%;N0水平下系统的干物质产量分别在2∶1和1∶0下达到最大值,较箭筈豌豆单作分别提高了102.5%和107.9%,N_(46)水平下分别在1∶1和4∶1下最大,较箭筈豌豆单作分别提高了103.5%和111.1%。生长至花期(第60 d)时,N0水平下间作系统的LER值均大于1,生长至乳熟期(第90 d)时,N_(46)水平下除4∶1外均小于1。施氮后箭筈豌豆的生物固氮量降低了50.6%,燕麦的吸氮量占比平均增加了17.2%。4∶1间作比例下系统的氮肥偏生产力(PFP_N)最大。无论施氮与否,燕麦相对于箭筈豌豆的氮素营养竞争比率(CROV)在4∶1间作比例下均达到最大值,之后随着箭筈豌豆种植比例的增加而呈降低趋势。【结论】施氮提高了间作系统中燕麦的吸氮量占比和体系干物质总产量,但降低了箭筈豌豆的固氮量。在4∶1间作比例下,系统具有较高的作物产量、土地当量比和氮肥利用效率。

酿酒酵母氮代谢物阻遏效应及其对发酵食品安全的影响

综述了国内外发酵食品中氨(胺)类代谢物的研究进展,包括氨基甲酸乙酯的5种形成机制、生物胺和亚硝酸胺的形成机制,阐述了上述生物危害物形成的本质原因——发酵微生物的氮代谢阻遏效应;重点介绍了酿酒酵母胞内5大调控因子(Gln3p、Ure2p、Gat1p、Dal80p和Gzf3p)对其氮源利用的全局调控作用.并以精氨酸和尿素代谢为例,详细介绍了氮代谢阻遏效应的作用机理.酿酒酵母氮代谢物阻遏效应的研究结果,可为解决由于相关含氮有害代谢物积累导致的普遍存在于发酵中的食品安全问题提供理论依据和技术支撑.

酿酒酵母SPS途径调控因子Stp1的泛素化过程

研究酿酒酵母SPS途径关键调控因子Stp1p泛素化调控机制。通过构建基于双分子荧光互补技术的泛素化检测载体、泛素化位点定点突变及突变体氨基酸利用这三个层面来研究Stp1p的泛素化过程。通过对Stp1p的潜在的4个泛素化位点突变结果表明,与Stp1p相比,各突变体的荧光强度均有一定程度的减弱,其中三重突变体Stp1K49,129,113R荧光强度明显弱化。表明潜在的泛素化位点突变后,Stp1p的泛素化过程受到阻遏。进一步的氨基酸利用实验表明,泛素化位点突变对于调控菌体氮源利用具有重要的作用。上述结果说明,泛素化位点突变可以调控Stp1p的泛素化过程,进而影响菌体氮源的利用。

鲁氏接合酵母对酱油中氨基甲酸乙酯前体物的代谢

【目的】研究鲁氏接合酵母氮源代谢特性,确定鲁氏接合酵母氮源代谢与酱油中氨基甲酸乙酯前体物瓜氨酸和尿素积累的关系。【方法】通过单一氮源培养、偏好型氮源培养和盐胁迫培养,检测不同条件下鲁氏接合酵母对精氨酸、瓜氨酸和尿素的代谢能力。【结果】通过对鲁氏接合酵母氨基酸利用能力的分析,确定了甘氨酸、丙氨酸和天冬酰胺3种氨基酸为鲁氏接合酵母的偏好型氮源。在偏好型氮源存在时,鲁氏接合酵母对尿素和瓜氨酸的利用并不受到抑制,丙氨酸和甘氨酸还能够促进对二者的利用。鲁氏接合酵母在单一氮源培养条件下不会降解精氨酸而积累尿素和瓜氨酸,反而可以大量利用氨基甲酸乙酯的前体物尿素和瓜氨酸。但在盐胁迫下,鲁氏接合酵母利用尿素和瓜氨酸受到阻遏,从而造成酱油中氨基甲酸乙酯前体物不能被充分利用而积累。【结论】盐胁迫阻遏了鲁氏接合酵母对瓜氨酸和尿素的利用,从而造成酱油发酵过程中耐盐细菌所产生的氨基甲酸乙酯前体物的积累。

敲除MIG1和SNF1基因对酿酒酵母共利用葡萄糖和木糖的影响

Mig1和Snf1是酿酒酵母葡萄糖阻遏效应的两个关键调控因子。为了提高酿酒酵母工程菌同时利用葡萄糖和木糖的能力,分别对MIG1和SNF1基因进行了单敲除和双敲除,并通过摇瓶发酵实验和RNA-Seq转录组分析,初步揭示了Mig1和Snf1可能影响葡萄糖和木糖共利用表达差异基因的层级调控机制。研究结果表明,MIG1单敲除对混合糖的共利用影响不大;SNF1单敲除会加快混合糖中木糖的利用而且葡萄糖和木糖可以被同时利用,这可能归因于SNF1单敲除会解除对一些氮分解代谢阻遏基因表达的抑制,从而促进了细胞对氮源营养的利用;进一步敲除MIG1,会解除更多氮分解代谢阻遏基因表达的抑制,以及一些碳中心代谢途径基因表达上调。虽然MIG1和SNF1双敲除菌株利用葡萄糖加快而利用木糖变慢,但是葡萄糖和木糖可以被同时利用,进而加快乙醇的积累。综上所述,MIG1和SNF1的敲除导致氮分解阻遏基因表达上调,有助于促进葡萄糖和木糖的共利用;解析Mig1和Snf1对氮分解阻遏基因的层级调控作用,为进一步提高葡萄糖和木糖的共利用提供新的靶点。