硝态氮对大豆根瘤性状的影响

选取黑龙江省第三积温带主栽大豆品种黑农35为材料,采用水培方法,在大豆移栽后28、35、42、49 d取样,对根瘤的物理性状(根瘤干重、根瘤数和单个根瘤干重)进行动态分析,研究了硝态氮对大豆根瘤性状的影响.结果表明:从移栽后第28天开始生物固氮处理根瘤数明显增加,而施用硝态氮根瘤数基本不变,硝态氮抑制了大豆根瘤形成,而单个根瘤干重增加较大.从根瘤密度来看,硝态氮降低大豆根瘤在根系上分配密度,在第28天生物固氮处理每个根上结瘤124.84个,而施用硝态氮每个根上结瘤22.84个.     

两种形态氮源条件下磷对大豆结瘤固氮的影响

用营养液培养大豆7周,研究两种氮源条件下,磷对大豆结瘤固氮的影响.在本试验的各取样时期,随营养液中磷水平的增加,生物固氮植株的根瘤数增加较多,尤其是处理后第6周,磷对根瘤形成的影响最大.磷对硝态氮处理根瘤数的影响不大,但本试验条件下,在16μmol/L磷水平,根瘤数较多.硝态氮处理根瘤数远没有生物固氮处理多,表现出氮素对大豆结瘤的抑制作用,导致根瘤固定的氮量减少.因此,硝态氮植株体内含氮量随磷水平的增加而降低,而生物固氮植株增加.生物固氮处理根中N/P与根瘤数之间存在显著的负相关关系,r=-0.5816*,硝态氮处理根中N/P与根瘤数之间不相关.     

大豆结瘤状况与固氮能力的研究

1.大豆出苗一周,主根上开始结瘤。自分枝期开始,根瘤迅速着结膨大。“丰收十一”结瘤高峰出现在鼓料期,“黑农十一”结瘤量以初熟期为最高。晚熟品种比早熟品种根瘤鲜重多一倍左右。根瘤鲜重的增长主要是由于侧根根瘤的着结,自盛花期开始侧根根瘤量就占绝对优势。 2.早晚熟大豆品种根瘤固氮活性相仿。侧根上根瘤活性不亚于主根根瘤。大豆单株根瘤固氮量主要取决于根瘤着结量。两个大豆品种单株根瘤量高峰均出现在鼓粒期。侧根根瘤在大豆一生的共生固氮活动中起重要作用。 3.大豆根瘤主要分布在土层上层,10cm以下显著减少,30cm以下无根瘤。在鼓粒期小根瘤(1—2毫米)有很高的固氮活性。根瘤内含物是红色的,根瘤就有固氮能力。由红变绿是根瘤的衰败过程,颜色的变化是不可逆的。 4.磷钾肥对结瘤及固氮能力均表现有益影响。在磷钾肥基础上施用氮肥,由于氮量不同反应不一,低量氮肥促进了结瘤和增加固氮量。高氮肥不但抑制了结瘤,也影响了根瘤的固氮能力。深层施氮减轻了根瘤密集区氮素浓度过高对结瘤的危害。 5.早熟品种“丰收十一”每株一生固氮0.736克可供全株氮量的63.6％。晚熟品种“黑农十一”每株一生可固氮2.06,克占全株氮量的87.7％。因为是盆栽,数值可能偏高,但可以看出早熟品种的单株固氮量和占全株     

植物激素在豆科植物根瘤形成和发育过程中的调控作用

豆科植物能够利用与根瘤菌形成的共生系统高效地固定氮素养分.根瘤形成过程包括表皮细胞中侵染线形成和皮层细胞根瘤原基形成2个阶段.豆科植物根瘤的形成和发育存在严格的调控机制,综述了多种激素正向(如细胞分裂素、生长素、赤霉素等)或负向(乙烯、逆境激素等)或协同调控根瘤的形成和发育的研究进展.并提出对激素调控结瘤机制的深入研究,将有助于提高豆科作物的产量,减缓氮肥过度使用造成的环境问题.     

减氮、加菌、改善土壤物理性状提高大豆固氮能力

氮是大豆生长必须的营养元素之一。大豆是豆科作物,具有共生固氮能力,据估算东北黑土区大豆共生固氮潜力在150～200kg/hm2之间,同时大豆的共生固氮能力受多种因素的影响。土壤中的根瘤菌对氮的响应表现为使用过多的氮肥会抑制根瘤菌的繁殖生长,但少量地使用化肥有利于提高大豆的共生固氮能力。改善土壤物理性状能够增加土壤中的根瘤数量,进而提高大豆的共生固氮能力。基于上述事实我们提出了"减氮、加菌、改善土壤物理性状"的模式,该模式将大豆产量提高了15.3%,氮肥节约了33.3%。     

铵硝配比对大豆生长及结瘤固氮的影响

通过水培方法在5种不同铵硝配比下,研究不同氮形态及接种根瘤菌对大豆生长、结瘤固氮的影响及其生理机制。结果表明,不同铵硝配比对大豆植株生长、产量、生物固氮及氮效率等影响显著,随硝氮比例增加,植株生物量、籽粒产量、结瘤固氮及氮效率等指标均呈现先增加后降低的趋势,以铵硝比25:75处理效果最佳,总体表现为铵硝比25:75≥0:100>50:50>75:25>100:0。较高铵硝比（≥50:50）严重抑制了大豆根系的伸长生长、根瘤的形成及其固氮酶的活性,从而降低了生物固氮的贡献率,最终导致大豆产量及氮素效率的降低。接种根瘤菌显著增加大豆产量和籽粒含氮量,并与铵硝比之间存在协同效应。铵硝比为25:75时接种根瘤菌,氮效率最高,最有利于大豆生长及籽粒产量的形成。研究结果对优化大豆水培营养液配方以及指导农田生产中氮素合理施用均有较强的借鉴作用。     

乙烯对豆科植物生长发育和根瘤形成的影响

乙烯是一种重要的植物激素,在植物生长和发育以及对外界环境信号的响应中发挥重要作用。乙烯调控了豆科植物的黄化苗的三重反应和光下幼苗的生长,能够促进叶片和花的衰老和脱落。豆科植物能与根瘤菌形成互利共生关系,在根部形成一种特异的固氮器官——根瘤。在结瘤过程中,由于豆科植物结瘤习性或遗传背景的不同,乙烯能够抑制或者促进根瘤的形成。乙烯与其它植物激素的互作也调控了豆科植物根瘤的形成。文章对乙烯信号途径调控豆科植物的生长发育和根瘤形成的相关研究做了综述和分析,并就未来关于豆科植物乙烯信号转导的研究进行了探讨和展望。     

缺磷胁迫对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响

采用砂培培养方法研究了缺磷胁迫对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响.结果表明:缺磷胁迫抑制了大豆根瘤的生长,表现为根瘤干重重下降,根瘤数量减少;缺磷胁迫显著降低了大豆的固氮能力,表现为根瘤吲氮酶活性和豆血红蛋白含量降低;缺磷胁迫降低了大豆的固氮量,固氮量随磷水平的增加而增加,随着生育时期的推进,固氮量表现为先增加后降低再增加的趋势,无磷(0μmol·L~(-1))与高磷(50 μmo·L~(-1))以及低磷(30μmol·L~(-1))与高磷处理间均达到了5%的显著差异.因此,缺磷胁迫抑制了大豆的结瘤固氮作用,使大豆的同氮效率降低.     

大豆NRT1.2同源基因的生物信息学分析

AtNRT1.2已被证明在模式植物拟南芥中作为低亲和硝酸根转运蛋白参与硝态氮的吸收。为研究其编码基因在大豆中的同源基因,进一步挖掘大豆中参与调控共生固氮的候选基因并为开展其功能研究奠定基础,本研究利用Phytozome、ProtParam、TAIR和SoyBase数据库以及GSDS、TMpred Server、ClustalX 2.1和MEGA 7.0软件,对NRT1.2在大豆中的6个同源蛋白的系统进化关系、基因序列、氨基酸序列、跨膜结构以及表达模式进行生物信息学分析。系统进化分析发现GmNRT1.2a、GmNRT1.2b、GmNRT1.2c和GmNRT1.2d与菜豆和苜蓿等豆科植物的NRT1.2亲缘关系较近。氨基酸序列比对分析发现GmNRT1.2a和GmNRT1.2b相似度较高,且GmNRT1.2s都含有类似的跨膜结构。在表达模式方面,SoyBase的数据显示GmNRT1.2s同源基因的表达存在较明显差别,GmNRT1.2a和GmNRT1.2b在大豆根及根瘤中表达较高。以上生物信息学分析结果暗示GmNRT1.2s可能在参与硝酸盐吸收的同时也介导大豆共生固氮过程。本研究结果为深入探究GmNRT1.2s在氮吸收与共生固氮协同调控大豆氮素供给的分子机制方面提供了一定的数据支持。     

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。     

Nitrogen Fixation Establishment during Initial Growth of Grain Legume Species

Atmospheric nitrogen fixation as a result of the symbiosis between bacteria and legume species, can result in major advantages in providing host plants with organic nitrogen. The objective of the present study was to evaluate the physiological potential during early seedling development for initiation of nodulation and nitrogen fixation activity of four grain legumes species: soybean [Glycine max (L.)], cowpea [Vigna unguiculate (L.) Walp], common bean [Phaseolus vulgaris (L.)], and peanut [Arachis hypogaea (L.)]. Seedlings were grown on a hydroponic solution so that nodule development could be readily observed until about 3 weeks after germination. Nodules developed in all cases. Acetylene reduction activity (ARA) by soybean and cowpea was also found early in seedling development. In contrast, peanut and common bean showed little or no development of ARA during seedling development. The results provided insight into differences in physiological potential among grain legumes in establishing symbiotic nitrogen fixation during crop establishment. These results indicate those species/cultivars that are candidates for readily establishing nitrogen fixation activity during the seedling stage of plant development.     

The Role of Nitrogen Fixation in Crop Production

Summary

Biological nitrogen fixation is an important process for agricultural productivity in many cropping systems because of direct inputs of atmospheric nitrogen, and rotational effects such as disease control. Advances in molecular biology techniques provide new opportunities to understand the ecology of root nodule bacteria and may improve the selection of elite strains for inoculation. An understanding of the genetic basis of nodulation in grain and pasture legumes may improve inoculation technologies. Temperate and tropical pastures may be improved through effective inoculation, removal of nutritional constraints, and use of alternate legume species. Increases in nitrogen fixation in crop legumes may result from addressing problems in the legume host, the microsymbiont and the environment.     

大豆苗期固氮相关性状的QTL分析

大豆与根瘤菌共生固氮是大豆生长发育所需氮素的主要来源.由于根瘤菌与大豆两者基因型的不同,接种根瘤菌后大豆固氮能力也不同.以合丰25×固新野生大豆杂交组合的重组自交系(RIL)群体F11的104个株系为材料,在严格控菌条件下,用固氮菌株2178进行结瘤匹配鉴定,测定RIL群体及其亲本的固氮酶活性、结瘤数目、侧根数目、根瘤鲜重、茎干重5个指标,对所得数据进行正态分布检验,结合SSR分子数据利用复合区间作图法对其QTL定位分析.结果表明:RIL群体各性状均表现超亲分离,均值介于双亲之间,其偏度和峰度均较小,符合正态分布.这表明所考察性状均为数量性状遗传.应用复合区间作图法进行固氮性状的QTL定位,在Al、L、O、D1b、D2、C2、I连锁群,检测控制固氮的QTL有8个,解释表型变异的7.65%～15.05%,这些QTL及分子标记位点可用于大豆固氮性状的分子标记选择.     

淹水大豆的生长与固氮研究

试验于1989年7月至10月在泰国清迈大学农学院多熟制研究中心的农业试验场进行。在淹水栽培与常规栽培条件下,对二个大豆品种SJ5和NW1的生长与产量、根瘤生长与固氮率和固氮量及其对增施每公顷50kg氮素肥料的反应进行测定。结果表明,淹水能促进根瘤生长,增加固氮率、比常规栽培法多固定氮素44％以上。但是淹水栽培法对干物质和产量的增加并不显著。增施氮肥能防止淹水初期的植株落黄现象,但抑制根瘤生长和固氮。     

不同大豆品种田间结瘤固氮有效性的评价

利用相关和通径分析对田间种植的４０份大豆品种（系）的结瘤固氮性状（结瘤分级，有效瘤数，有效瘤干重，有效结瘤指数，植株干重和植株全氮含量）的研究表明：有效瘤数，有效瘤重和有效结瘤指数可以有效地作为对大豆固氮种质的评价指标，其相对重要性为有效瘤重＞有效瘤数＞有效结瘤指数。在此基础上并结合籽粒产量因子筛选出２份结瘤固氮及产量较高的种质。研究同时也获得了七份在有效瘤重与有效瘤数或有效瘤重与效结瘤指数上表现     

Optimizing the growth of forage and grain legumes on low pH soils through the application of superior Rhizobium leguminosarum biovar viciae strains

Climate variability and current farming practices have led to declining soil fertility and pH, with a heavy reliance on fertilizers and herbicides. The addition of forage and grain legumes to farming systems not only improves soil health but also increases farm profitability through nitrogen (N) fertilizer cost offsets. However, the formation of effective symbioses between legumes and rhizobia can be unreliable and is considered at risk when combined with dry sowing practices such as those that have been designed to obviate effects of climate change. This research was initiated to improve the robustness of the legume/rhizobia symbiosis in low pH, infertile and dry soils. Production from two cultivars of field pea (Pisum sativum) and two species of vetch (Vicia spp.), and symbiotic outcomes when inoculated with a range of experimental rhizobial strains (Rhizobium leguminosarum biovar viciae), was assessed in broad acre field trials which simulated farmer practice. New rhizobia strains increased nodulation, N fixation, produced more biomass and higher seed yield than comparator commercial strains. Strain WSM4643 also demonstrated superior survival when desiccated compared to current commercial strains in the laboratory and on seed when delivered as inoculant in peat carriers. WSM4643 is a suitable prospect for a commercial inoculant in Australia and other agricultural areas of the world where growing peas and vetch on soils generally considered problematic for this legume/rhizobia symbiosis. A particular advantage of WSM4643 may be that it potentiates sowing inoculated legumes into dry soil, which is a contemporary response by farmers to climate variation.     

水稻中结瘤素基因的同源基因研究

 以核酸数据库中检索到的75个豆科植物结瘤素基因作为探针，应用生物信息学方法对水稻基因组进行扫描分析。在水稻基因组中发现有31个与结瘤素基因具有同源性的基因，与相应的结瘤素基因比对,它们的氨基酸序列一致性至少在35%以上。这表明在水稻基因组中广泛存在豆科植物结瘤素基因的同源基因。豆科植物结瘤素基因 enod40、蔗糖合成酶基因和Rab基因与水稻中对应的同源基因比较分析表明，它们属于直向同源基因，可能来自于共同的祖先基因，在长期进化过程中豆科植物结瘤素基因受根瘤器官形成的需求而发生变异。然而，另有44个豆科结瘤素基因在水稻基因组中未显示有同源性基因的存在，这些结瘤素基因在豆科植物与根瘤菌建立共生过程中起着重要的作用。推测可能是由于水稻中缺少了这些豆科结瘤素基因，导致水稻不能结瘤固氮。     

一个调控大豆根瘤数量的GmWUS2基因功能研究

豆科植物的结瘤固氮作用在农业上具有减肥增效、改良土壤等重大意义.WUS基因在植物分生组织中具有重要作用.基于已公布的大豆基因组数据对该基因进行生物信息学分析,表明大豆WUS基因(GmWUS)和模式植物拟南芥WUS基因(AtWUS)的编码蛋白在氨基酸序列上相似度较高,但在酸性区域存在较大差异.从大豆品种天隆1号基因组中扩...