非共生生物固氮的重要作用和研究进展

生物固氮在氮气的同化中具有巨大的作用．在自然生态系统中生物固氮有3种方式，其中关于豆科植物与根瘤菌的共生固氮研究的较多，细菌自生固氮和联合固氮常被忽视。文章系统地介绍了自身固氮和联合固氮方式．并对其在生态系统中的重要作用进行了综述，同时分析和评价了生物固氮的研究和应用前景。     

非豆科植物固氮系统研究进展

生物固氮是地球上最大规模的氮肥生产工厂,其中豆科植物和根瘤菌的共生结瘤固氮已为人们所熟知。非豆科植物与与之共生的微生物组成的两大类固氮系统,一是共生结瘤固氮系统,分别由非豆科木本双子叶植物与弗氏放线菌、非豆科双子叶植物与根瘤菌、裸子植物与细菌组成;二是联合固氮系统,分别由单子叶植物与联合固氮菌、非豆科木本双子叶植物与联合固氮菌组成,它们都是陆地生态系统中的重要供氮者。     

小麦改良的新途径—固氮

一、固氮的细菌种 集约农业的发展导致人们十分重视生物固氮的研究,以便节约能源。含有固氮酶的细菌能固定大气氮,使气态氮(N_2)还原成铵态氮(NH_4~+)。一些细菌不需任何帮助自身就能固氮,另一些则需共生寄主的作用才能固氮,这些共生寄主通常是真核物种。 在固氮方面,除了豆科植物和细菌的共生关系外,也有证据表明固氮细菌和非豆科     

玉米联合固氮菌剂接种效果初探

生物固氮是土壤氮素养分的主要来源,是弥补氮肥不足的重要措施。联合固氮是继自生固氮、共生固氮之后,70年代发现的新的固氮领域。其特征是某些固氮微生物与禾本科植物根系联合共生,但在形态上没有形成特异的共生构造,联合固氮为禾本科植物氮素来源开辟了新的途径。据巴西、美国、印度、以色列、埃及等国家试验,玉米、高粱、谷子、小麦等作物接种固氮螺菌(A—spirlum),植株干物     

生物固氮基因簇结构与进化研究进展

在固氮菌基因组中,固氮相关基因都是作为一个或几个基因簇存在,是细菌生物固氮的遗传基础。这其中包括固氮酶结构基因nifHDK,以及参与电子转运和铁钼辅因子合成及组装的其他相关基因。对不同菌中固氮基因簇的结构和进化进行了简要的比较分析。比较所有已测序固氮菌中的固氮基因簇,发现均至少含有六个保守基因:nifH、nifD、nifK、nifE、nifN和nifB,并且这6个基因在所有已鉴定的系统中都是固氮所必需的。尽管在不同种类的固氮微生物中,固氮基因簇的构成及组织模式有所不同,但是它们在结构、催化机制和系统进化上紧密相关。同时也对固氮基因的研究方向提出了展望。旨在为今后进一步研究生物固氮机制,了解固氮微生物的进化,扩展生物固氮多样性提供理论基础。     

充分利用生物固氮 减少氮肥用量

<正>植物生长所需大量氮素营养均来源于大气。尽管大气中含氮78%,但任何动植物均不能直接利用。只有那些能合成固氮酶的细菌和古菌可以将它还原成氨后加以利用,这些菌统称固氮微生物,包含在200多个属中。生物固氮是在常温常压下进行,无需消耗矿质能源。在工业化生产氮肥之前,生物固氮是自然生态环境中氮素营养的主要来源。到今天,地球上生物固氮量仍然是工业氮肥总量的两倍,而其中由根瘤菌与豆科植物共生体固定的氮占生物固氮总量的80%,为最强大的固氮体系。     

纳米银对土壤固氮微生物群落结构及固氮活性的影响

为评估纳米银在土壤环境中的风险,采用土壤培养方式,比较了不同浓度10 nm的纳米银(10、25、50 mg·kg~(-1))和50 nm的纳米银(25、50、100 mg·kg~(-1))暴露对土壤固氮微生物数量、群落组成以及固氮作用的影响。结果表明:纳米银暴露下土壤固氮微生物的种类减少,且慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、流行杆菌属(Vulgatibacter)和厌氧黏细菌属(Anaeromyxobacter)的相对丰度降低,而固氮弧菌属(Azoarcus)的丰度上升,群落组成发生明显变化;10 nm的纳米银暴露7 d对固氮微生物群落结构的影响最大,50 nm的纳米银暴露90 d固氮微生物群落结构变化最小;10 nm和50 nm的不同剂量纳米银暴露28 d,土壤自生固氮菌数量下降18.96%～47.28%和17.42%～27.78%;土壤固氮活性随着纳米银暴露时间的延长而降低,10 nm和50nm的不同剂量纳米银暴露90 d后,土壤固氮酶活性下降了14.55%～27.47%和17.87%～21.79%。研究表明,纳米银对土壤固氮微生物及固氮作用具有负面影响,且影响程度与其尺寸、剂量以及暴露时间有关。     

固氮菌肥料在有机蔬菜生产上的应用

1品种与类型按菌种及特性分为自生固氮菌肥料、根际联合固氮菌肥料和复合同氮菌肥料。自生固氮菌是在土壤里能固定空气中的氮．供给作物氮素营养．又能分泌激素刺激作物生长的微生物．根际联合固氮菌是既依赖根际环境生长．又在根际中固定空气中的氮气．对作物的生长发育产生积极作用的微生物．联合固氮微生物生活在植物的根内、根表．可以利用一些禾本科植物．尤其是植物根分泌的一些糖类繁殖、固氮．也能进行自生固氮。     

禾本科牧草根部固氮菌的研究(简报)

很多研究表明,许多禾本科作物和牧草的根际、根表面以及根组织内存在固氮微生物,所谓保持着联合共生关系,称为联合共生固氮作用。自70年代初巴西学者Dobereiner发现一些固氮细菌与野生禾本科植物的根系进行联合固氮以来,引起了许多学者的注意,并进行了很多工作,相继报道了固氮微生物同禾本科作物玉米、谷子、高梁、小麦、水稻以及禾本科牧草等根系的联合固氮。我们对羊草的根系联合固氮情况作了调查研究。     

大豆类胡萝卜素裂解双加氧酶GmCCD8固氮功能解析

大豆可与根瘤菌共生进行生物固氮,固氮机制受许多基因诱导调控,类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases,CCDs)可调控多种植物激素、色素、芳香类化合物的合成与代谢.为探讨其在大豆生物固氮中的功能,从大豆育成品种中黄15中克隆类胡萝卜素裂解双加氧酶GmCCD8基因,分析了该...     

菌剂、沼液及其复配对玉米经济性状和产量的影响

本试验旨在研究菌剂、沼液及其复配对玉米经济性状和产量的影响。用固氮芽孢杆菌W6、巴西固氮螺菌Yu62及固氮巨大芽孢杆菌C4这3种固氮菌分别接种,并与沼液复配后接种玉米,以及这3种固氮菌与解磷假单胞菌S20组成的的4种微生物复合菌剂单独或与沼液复配后接种玉米。结果表明：除百粒重外,单菌剂处理组、沼液处理组及二者复配处理组...     

改良剂对酸性植烟土壤固氮菌群落结构和丰度的影响

【目的】研究不同改良剂对酸性植烟土壤固氮菌群落和丰度的影响,从固氮微生物角度为改良剂的筛选及其推广应用提供科学依据。【方法】采用田间单因素随机试验,设4个改良剂处理,分别为硅钙钾镁(T1)、白云石粉(T2)、硅钙钾镁+生物炭(T3)和白云石粉+生物炭(T4),以不施用改良剂为对照(CK)。烟叶旺长期进行烟株农艺性状调查并采集根际土壤样品,以nifH基因作为分子标记,应用荧光定量PCR和高通量测序技术,研究不同处理的土壤固氮菌丰度和群落结构变化特征,并分析土壤固氮菌群落结构变化的主要驱动因素。【结果】施用不同改良剂普遍提高了烟株农艺性状及土壤p H、有机碳含量和C/N。施用改良剂可显著提高土壤固氮菌nifH基因丰度(P<0.05,下同),T1、T2、T3和T4处理分别较CK提高2.97、3.32、4.68和3.81倍。施用改良剂也提高了土壤固氮菌群落α多样性,且Chao1、ACE、Shannon和Simpson指数均以T3处理最高。相关分析结果表明,固氮菌丰度、Chao1和ACE指数与土壤pH呈显著正相关。在门水平上,共获得5个类群,其中放线菌门(Actinobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为优势类群。改良剂施用对固氮菌群落结构有显著影响,优势门和属发生变化,硅钙钾镁+生物炭处理显著增加放线菌门、蓝藻门、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)和固氮螺菌属(Azospirillum)相对丰度。冗余分析结果表明,土壤pH、有机碳、硝态氮和C/N是驱动固氮菌群落结构变化的主要因素。【结论】硅钙钾镁+生物炭混施处理对缓解土壤酸化、改善烟田环境、促进烟株生长及提高固氮菌nifH基因丰度、群落α多样性和优势类群相对丰度效果显著,适合在酸性植烟土壤中推广应用。     

2,4-D诱导固氮螺菌在玉米根部结瘤及固氮效果的研究

采用 2 ,4 -D诱瘤法诱导固氮螺菌在玉米根部结人工根瘤并且固氮。最佳的 2 ,4 -D诱瘤浓度为0 9mg/kg。用乙炔还原法和15N2 示踪法均测到了固氮酶活性 ;并且在用乙炔测定固氮酶活性时发现了 4h延迟期的存在。用 2 ,4 -D加固氮螺菌处理的玉米比未加 2 ,4 -D只用固氮螺菌处理的玉米可以忍耐更高的氧压 ,这说明 2 ,4 -D诱发的人工根瘤的形成为固氮螺菌提供了一个屏氧场所     

非豆科作物和固氮微生物在协助菌影响下形成类根瘤

用果胶细菌处理禾本科，十字花科和葫芦科植物幼苗根系，根毛随着果胶细菌处理的时间而逐渐损伤，消除，然后，分别接种田菁根瘤菌，花生根瘤菌，扁豆根瘤菌，自生固氮菌和固氮螺菌；幼苗移栽２０－２５ｄ左右，根素即被感染而结瘤。白菜结瘤率可达９５％；黄瓜率为５０％左右。根瘤的石蜡包埋切片在光学显微镜下，可以明显地见到从根瘤的外皮层细胞至靠近中柱细胞，均有细菌分布。菌株ＯＲＳ５７１和１４７－３在白菜上形成的根瘤用     

<Emphasis Type="Italic">Azospirillum</Emphasis> lectin-induced changes in nitric oxide content in wheat seedling roots

It is shown that lectins of nitrogen-fixing associative bacteria of the genus Azospirillum are able to activate nitric oxide production in wheat seedling roots through the NO signal system and thereby can be inducers of plant adaptation processes.     

农田环境中固氮菌的促生潜能与分布特点

【目的】了解小麦、水稻、玉米、蔬菜等作物根际固氮菌的优势种群、固氮菌菌株的固氮、抗病、促生潜能以及菌株在系统发育地位和来源作物种类上的分布特点。【方法】采用无氮培养基培养固氮菌,乙炔还原法测定菌株固氮酶活性,平板对峙法测定菌株拮抗病原真菌性能,ACC（1-氨基环丙烷-1-羧酸）唯一氮源法定性测定菌株产ACC脱氨酶特性,比色法定量测定ACC脱氨酶活性,通过16S rDNA序列测定和相似性分析研究菌株的分类地位。【结果】94株供试菌株的固氮酶活性在0.99-180.59 nmol C2H4/h•mg蛋白,其中大于10 nmol C2H4/h•mg蛋白的菌株有42株,占全部供试菌株的44.7%;类芽孢杆菌属（Paenibacillus)和芽孢杆菌属（Bacillus）是主要类群,分别占供试菌株总数的33.0%和26.6%,且不具有寄主专一性。供试菌株中有6株分别对核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）、玉米赤霉菌（Gibberella zeae）和大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）3种植物病原真菌表现出拮抗作用,占菌株总数的6.4%,抑菌率为23.9%-65.9%。有20株固氮菌能够产生ACC脱氨酶,占全部供试菌株的21.3%,活性在0.33-21.98 µmol α-丁酮酸/h•mg蛋白,主要分布在芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属和根瘤菌属（Rhizobium）。【结论】小麦、水稻、玉米、白菜、芹菜等作物根际以及农田环境中固氮菌的优势种群为类芽孢杆菌属和芽孢杆菌属,多数固氮菌菌株具有较高的固氮潜能,部分菌株具有ACC脱氨酶活性和促生潜能,少数菌株具有抗病潜能;固氮、抗病、促生潜力菌株主要分布在类芽孢杆菌属、芽孢杆菌属和根瘤菌属,随作物分布广泛,无专一性。     

糖蜜草内生固氮菌IS-PCR和16S rRNA基因全序列分析

采用插入序列指纹图谱分析（IS-PCR）和16SrRNA基因全序列分析,对来源于优良牧草——糖蜜草Melinis minutiflora Beauv．内生固氮菌进行研究．结果表明,糖蜜草中分离的内生固氮菌与产脂固氮螺菌模式菌株DSM1691的插入序列指纹图谱存在着差异;来源于糖蜜草的4株菌紧密地聚在一起,与GenBank中已知产脂固氮螺菌Azospirillum lipoferum的16SrRNA基因全序列有97％的序列相似性．初步确定糖蜜草中分离的内生固氮菌为一新类群的内生固氮菌．     

沙棘和沙枣根瘤中固氮放线菌物种多样性研究

[目的]以沙棘和沙枣根瘤为研究对象,深入研究固氮放线菌物种的多样性。[方法]以通常用于分离弗兰克氏菌属（Frankia）固氮放线菌的无氮BAP、S、JA、ISP4、CB-CcI3、DPM和FTW等为固体和液体培养基,对采集自内蒙古通辽和赤峰的沙棘（Hippophae）和沙枣（elaeagnus）植物根瘤进行放线菌的分离纯化,并依据16S rDNA序列测定结果对分离物进行系统发育分析。[结果]分离得到的8株放线菌分属于小单孢菌属（Micromonospora）、链霉菌属（Streptomyces）、野野村菌属（Nonomuraea）和假诺卡菌属（Pseudonocardia）,所有根瘤样品中均未分离到弗兰克氏菌属菌株;采用弗兰克氏菌属16S-23S rDNA间隔区序列的特异性引物对所采集的沙棘和沙枣植物根瘤总DNA进行PCR扩增,未出现特异性的16S-23S rDNA间隔区序列条带。[结论]非豆科植物根瘤内固氮放线菌具有物种多样性,为今后固氮放线菌物种多样性研究提供借鉴。     

高效固氮芽孢杆菌筛选及其生物学特性

 【目的】筛选高效固氮芽孢杆菌,研究固氮微生物固氮酶活性、竞争适应能力与接种固氮效能的关系,探讨接种固氮芽孢杆菌对根际细菌多样性的影响。【方法】采用无氮培养基富集、加热筛选固氮芽孢杆菌。乙炔还原法测定固氮酶活性,采用盆栽小白菜选育高效固氮芽孢杆菌、研究菌种竞争适应能力与接种固氮效能。通过形态、生理生化特征和16S rDNA序列分析鉴定菌种。【结果】筛选到了3株固氮酶活性相对较高、固氮能力较强的菌株GD062、GD082和GD282,初步鉴定为芽孢杆菌Bacillus spp.和类芽孢杆菌Paenibacillus sp.。进一步的研究结果表明菌株GD082竞争适应能力较强,在盆栽试验自然土壤条件下接种固氮效能与施用化肥试验处理效果相当,可望进一步研发用于生产固氮微生物肥料。试验结果同时显示,供试菌株的固氮酶活性与其接种固氮效能并不直接相关,菌株的竞争适应能力对接种固氮效能影响很大,接种固氮芽孢杆菌使小白菜根际土壤细菌多样性显著增加。【结论】接种固氮微生物为农作物提供氮素养分具有生产实践意义。高效固氮菌种的筛选是一个复杂的过程,菌株的固氮酶活性与其接种固氮效能并不直接相关,竞争适应能力对接种固氮效能影响很大。筛选到的芽孢杆菌GD082固氮酶活性较高、固氮能力较强、竞争适应能力很强,可望进一步研发成为优良的固氮微生物肥料生产用菌种。     

长期有机污水灌溉对土壤固氮细菌种群的影响

固氮细菌是土壤生态系统中十分重要的功能群之一，在土壤氮素循环中发挥着不可替代的作用。本文通过传统培养方法和固氮基因（nifH）PCR—DGGE指纹图谱分析方法，从微生物功能群角度，研究了长期有机污水灌溉对土壤表层和亚表层固氮细菌种群数量和多样性的影响。结果表明，土壤表层固氮细菌数量随土壤污染的增高而不同程度减少，亚表层自生固氮菌数量无明显变化。从DGGE指纹图谱结果来看，对照清洁土壤的固氮细菌种群多样性较丰富，其Shannon指数在表层为2．4674，在亚表层为2．8210，分别高于受有机污水灌溉不同年限的土壤固氮细菌种群shannon指数，且种群的相似程度有所差异。说明种群结构发生了一定的变化。改清灌3a和改清灌30a土壤固氮细菌种群shannon指数分别略有增加，但种群结构并没有得到完全恢复。污水灌溉对土壤固氮细菌种群的影响具有长期的生态效应，是导致土壤生态与结构功能改变的重要因素之一。