根瘤菌质粒的研究进展

快生型根瘤菌中普遍存在1到多个数量不等的内源质粒(indigenous plasmid)。其中,含有根瘤菌结瘤和共生固氮所必需的基因的质粒被称之为共生质粒(pSym);其它的质粒被称为非共生质粒(non-pSym)。根瘤菌的内源质粒一般都非常稳定,能够在不同种属的根瘤菌之间和土壤杆菌中进行转移。根瘤菌质粒在转移、复制过程中可能发生重组等现象。本文综述了根瘤菌共生质粒和非共生质粒的功能,以及根瘤菌质粒的转移、复制等特性。

非豆科作物结瘤固氮的途径

非豆科作物结瘤的方法包括:酶-PEG法,杂交突变法,改组nod D法和Rhizobia Parasponia法.利用这些方法均能使非豆科植物结生根瘤,但这些根瘤均不能固氮.本研究选用毛萼田菁及其根瘤菌为材料,能使小麦结瘤固氮.同时提出将豆科植物DNA以大片段为单位通过花粉管途径转入非豆科作物,回接该豆科植物根瘤菌,使其在转化植株上进行定向突变,从而获得结瘤固氮工程植株和有效的突变菌株.

甘蔗联合固氮的回顾与展望

在巴西,某些甘蔗品种能通过生物固氮获得生长所需氮素。对甘蔗根际固氮菌和内生固氮菌的研究曾引领了非豆科植物联合固氮的研究。内生固氮菌Gluconacetobacter diazotrophicus表现出很多特性,与Herbaspirillum seropedicae、H.rubrisubalbicans、Nitrospirillum amazonense和Paraburkholderia tropica组成的固氮菌剂能联合甘蔗固氮并促进甘蔗生长。近年来的研究发现分类上属于Bradyrhizobium和Rhizobium等属的根瘤菌在与甘蔗联合的核心固氮菌群之中,以不结瘤的方式在甘蔗体内活跃地表达固氮酶基因。综述了这些甘蔗联合固氮菌的特色研究并探讨优化甘蔗联合固氮的策略。

根瘤菌PP3对水黄皮抗氧化系统应激镍胁迫的影响

【背景】抗氧化系统在植物抵抗逆境胁迫中起着重要作用,而共生根瘤菌是否会影响豆科植物抗氧化防御系统来提高植株抗逆性尚不清楚。【目的】以耐逆性强的水黄皮(Pongamia pinnata)作为豆科植物代表,开展镍胁迫下的水黄皮快生根瘤菌(Rhizobium sp.)PP3回接水黄皮的盆栽实验,探究根瘤菌共生固氮对豆科植物抗氧化系统应激镍胁迫的影响。【方法】利用酶联免疫法测定不同处理下水黄皮根、茎、叶中的4种抗氧化酶活性和4种非酶抗氧化剂含量。【结果】水黄皮植株中的抗氧化酶活性强弱为超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)>过氧化物酶(peroxidase,POD)>过氧化氢酶(catalase,CAT)>谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR),非酶抗氧化剂含量高低为谷胱甘肽(glutathione,GSH)>类黄酮(flavonoids,FLA)>原花青素(oligomeric proantho cyanidins,OPC)>抗坏血酸(ascorbic acid,AsA);在不施用氮素和40 mg/L Ni2+胁迫处理下,接种根瘤菌PP3使水黄皮茎中的POD活性增加61.8%,叶中的SOD、GR和CAT活性增加5.7%、23.6%和36.1%;在施用氮素和40 mg/L Ni2+胁迫下,接种根瘤菌PP3使水黄皮植株根中GSH、FLA和OPC含量升高55.9%、61.6%和38.6%,水黄皮植株叶中GSH含量升高14.8%。【结论】本研究初步揭示了根瘤菌会对水黄皮组织中的抗氧化酶和非酶抗氧化剂产生显著影响,但对不同组织中抗氧化酶和抗氧化剂的影响不同,说明根瘤菌通过介导水黄皮抗氧化防御系统来应激镍胁迫,其在镍污染土壤中强化水黄皮的抗逆性有着重要的作用。

白刺花根瘤菌与非根瘤菌在不同培养条件下互作模式的转变

【目的】除根瘤菌外,豆科植物根瘤中还存在着大量的非根瘤菌,它们存在的意义及其潜在的生态学功能还不清楚,尤其是它们与根瘤菌间的互作机制更需揭示。【方法】以从陕北旱区野生白刺花根瘤中分离得到的根瘤菌和非根瘤菌为研究对象,采用共培养、二分隔平板实验和单独培养的方法,于正常培养条件下从白刺花根瘤中筛选出有互作效应的菌株,测定其对p H和Na Cl的耐受性以及对各种氮源的利用情况,并通过根瘤菌的菌落直径、生长曲线和多糖产量来表征其互作效应,进一步探明互作菌株在盐碱和营养胁迫条件下互作效应转变的机制。【结果】在盐碱胁迫下,非根瘤菌Pseudomonas oryzihabitans BT-147和Priestia aryabhattai BT-59对Rhizobium azibense BT-170互作效果由正常培养条件下的抑制转变为促生,与对照组相比试验组R.azibense BT-170菌落直径分别增加了0.803 mm和1.034 mm。Bacillus siamensis BT-9-1在正常培养条件下抑制Mesorhizobium metallidurans YC-39的生长,而在盐碱胁迫下表现为促生作用,与对照组相比试验组M.metallidurans YC-39菌落直径增加了1.019 mm,多糖产量由1.088μg/m L增加到2.555μg/m L。在以谷氨酸作为唯一氮源时,Pseudomonas oryzihabitans BT-147和Priestia aryabhattai BT-59对R.azibense BT-170的互作效果转变为促生作用,R.azibense BT-170试验组与对照组菌落直径差分别达到1.348 mm和2.196 mm,其多糖产量从对照组的0.559μg/m L分别增加到0.821μg/m L和3.341μg/m L。【结论】在盐碱和氮源的胁迫下,非根瘤菌Pseudomonas oryzihabitans BT-147和Priestia aryabhattai BT-59对R.azibense BT-170互作效果由正常培养条件下的抑制转变为促生,并显著提高了R.azibense BT-170多糖的产量(P<0.05),不同培养条件下根瘤菌与非根瘤菌互作模式的转变,提高了根瘤菌的抗逆性,扩大了根瘤菌可利用氮源的范围,揭示了非根瘤菌在根瘤微生态中所发挥的作用,并从体外简化了根瘤微生态中复杂的相互作用。

白刺花根瘤中分离细菌的物种多样性及其促生效应

【目的】除根瘤菌外,豆科植物的根瘤中还广泛存在大量的非根瘤菌。与植物其他组织中的内生细菌相比,对根瘤中非根瘤菌的物种多样性尚缺乏系统研究,它们存在的意义及其生态学作用更需深入研究和探讨。【方法】以陕北黄土丘陵沟壑区野生豆科固氮灌木白刺花为研究对象,通过传统培养法对白刺花根瘤中根瘤菌和非根瘤菌的物种多样性开展全面系统的研究,评价菌株的促生特性,并验证其对小麦的促生效果。【结果】从陕北6个不同县区的白刺花根瘤中共筛选获得320株内生细菌,16S rRNA基因系统发育分析将它们鉴定为4门7纲17目35科55属,其中假单胞菌属(Pseudomonas,18.44%)、芽孢杆菌属(Bacillus,17.81%)和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium,11.56%)是白刺花根瘤中的优势菌属。回接试验表明,中慢生根瘤菌属菌株和苍白杆菌属菌株HL-2均能与宿主植物白刺花共生形成根瘤。对宝塔区的192株白刺花根瘤内生细菌进行促生特性研究,结果显示115株细菌具有固氮能力,20株细菌具有较好的溶磷能力,78株具有分泌吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)的能力,18株分泌铁载体。从中选取了4株优良菌株,通过单菌及多菌混合接种,测定它们对盆栽种植的小麦农艺的促生作用,结果表明处理组HIJ对小麦的株高和鲜重分别提高了49.65%和140.00%,处理组HK对小麦的根长提高了45.84%,处理组IK对小麦幼苗的叶绿素含量提高了25.48%。【结论】白刺花根瘤中具有物种多样的非根瘤菌。本研究结果对进一步探明此类微生物资源在自然生态系统中的作用和丰富内生细菌资源库有重要的科学意义,同时也为它们在陕北干旱区生态恢复中的应用提供理论依据。