Ca~(2+)在豆科植物根瘤形成中的作用

豆科植物能够与根瘤菌建立共生关系而结瘤固氮,结瘤信号途径中Ca2+在根瘤以及根毛质膜去极化形成中起着重要的作用。就钙在结瘤形成中的最新研究进展进行综述,并对有待进一步研究的领域进行了分析讨论。     

陕西等地区豆科植物根瘤内生细菌遗传多样性和系统发育研究

采用16S r DNA PCR-RFLP、16S r DNA全序列分析、BOX-PCR等多相分类技术,对采集自陕西神木、甘肃天水、青海泽库地区的豆科植物根瘤内生细菌资源的多样性进行了研究。从采集的豆科植物根瘤中共分离到50株供试菌株,对这50株供试菌株和8株参比菌株进行了16S r DNA PCR-RFLP聚类分析。结果显示,全部供试菌株在81.5%的相似性水平上分成4个分支(在86%相似性水平上,分支I包括3个群,分支III包括3个群)。选取各群代表菌株进行16S r DNA测序,确定了50株供试菌株中,1株属于慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium),1株属于土壤杆菌属(Agrobacterium),6株属于中华根瘤菌属(Sinorhizobium),27株属于芽孢杆菌属(Bacillus),2株属于类芽孢杆菌属(Paenibacillus),其余13株则分别归属于寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和泛菌属(Pantoea)。表明16S r DNA PCR-RFLP和16S r DNA全序列分析结果具有较好的一致性。对部分16Sr DNA序列相似性达到100%的菌株进行BOXPCR来确定是否为同一克隆。研究结果表明,陕西神木等地区豆科植物根瘤内生菌具有很丰富的遗传多样性。     

河南商丘地区豆科植物根瘤菌资源多样性调查

通过对河南省商丘地区豆科植物根瘤菌资源调查,共采集到根瘤样品228份,包括野生和栽培豆科植物23属31种,采集的根瘤94％着生在侧根或须根上,根瘤的形状主要有球状、棒状、掌状,少数珊瑚状、三棱状、不规则状;颜色多为土黄色、粉色,少数呈白色、绿色、棕色.调查研究发现,豆科植物与根瘤菌共生结瘤及根瘤特征,除了与寄主植物的遗传特性、发育时期有关外,还与其所处的生态环境(水分、土壤结构、土壤pH值等)有密切的关系.抗逆性试验结果表明,根瘤菌对NaCl、pH值及重金属Hg2+、Cu2、Pb2+等具有较强的抗逆性,这与豆科植物生长的地理环境有直接的关系.     

陕西豆科植物根瘤菌资源调查

在陕西关中、陕北地区,共采集到28属59种豆科植物根瘤样品930份,分离到710株根瘤菌,其中新发现地八角(Astragalus bhotanensis Baker)、硬毛棘豆(Oxytropis hirta Bunge)、塔落岩黄耆(Hedysarum fruticosum Pall)、毛掌锦鸡儿(Caragana leveillei kom)等10种豆科植物能够结瘤.在对豆科植物的结瘤特性比较研究后发现,豆科植物根瘤大小、数量、形状、颜色、着生部位除与寄主植物种有关系外,还与其所处的生态环境有很大的关系.该调查为根瘤菌在农业生产及生态环境建设中的应用提供宝贵的种质资源.     

甘肃省部分地区豆科植物根瘤菌资源调查

对甘肃庆阳、平凉、白银、兰州、临夏、定西、天水、甘南和陇南等地区的豆科植物及其共生根瘤菌资源进行了调查,共采集到豆科植物根瘤标本800多份,分别属于34属82种及变种,分离得到根瘤菌790余株;采集的根瘤形状以球形、棒形和掌形为主,部分呈现珊瑚形;根瘤颜色以土黄色、白色、浅褐色和粉红色为主,部分为红色或深褐色。研究发现,根瘤着生部位与寄主基因型有很大关系,调查的豆科植物中92．6％的根瘤着生在侧根上, 其余着生在主根或主侧根上;属内种间根瘤的形状、大小、颜色和着生部位相似,但是不同属间根瘤的形状、颜色、大小和着生部位存在明显差异;根瘤菌的分布与外界因素有密切联系,海拔、土壤水分和土壤肥力均会影响根瘤的分布和数量。在甘肃省大部分地区,豆科植物及其伴生植物在分布上也表现出一定的规律性,光线好、水分多的区域及阳坡、水渠边和路边均有大量豆科植物分布,伴生植物种类单一,以禾本科和菊科植物居多,但数量较少;同时发现,在调查地区,豆科植物被广泛用于防止水土流失和防止土壤沙漠化。     

塔里木盆地豆科植物资源及其结瘤特性

2003年至2005年对塔里木盆地36个县(市)进行了豆科植物资源的调查及根瘤菌的采集工作,共采集到豆科植物30属66种,根瘤样品1160份;属内种间豆科植物根瘤的形状、大小、颜色及其在根上的着生位置相似,而属间植物根瘤特性差异明显。在调查采集到根瘤的豆科植物中,喀什黄华、矮沙冬青两种豆科植物在本研究之前未见到有结瘤固氮的报道。     

非豆科作物共生固氮研究 Ⅱ.菠菜根瘤内生菌的鉴定

从上海郊区菠菜(Spinacia oleracea)根瘤中分离到一株革兰氏阴性杆菌,编号为84G,回接试验表明能感染菠菜幼苗并结瘤。细胞大小为0.5～0.8×1.3～2.3μm,能运动,以1至数根端生鞭毛为主;并有纤毛,好氧,具有呼吸代谢类型。氧化酶和接触酶阳性,硝酸盐还原,有聚β-羟基丁酸盐颗粒形成。产生精氨酸双水解酶,石蕊牛奶产碱并还原,明胶液化,不水解淀粉,不产生3-酮基乳糖,能在含甘露醇和其他糖类的培养基中产酸,能在含0.5～6%的 NaCl 培养基上生长,最适生长温度为28～30℃,最适 pH 为6～7,DNA 中 G+C 含量为64.5mol%。因此,菌株84G 可归根瘤菌属,但与属中已有的种有明显的差别,现将其定为新种,命名为菠菜根瘤菌Rhizobium spinacia sp.nov.。     

不同的磷水平对剑麻根系和植株生长的影响

采用盆栽试验的方法,探讨磷素营养对剑麻根系和植株生长的影响.试验研究结果表明:4种不同磷水平处理对剑麻根系和植株产生一定影响.在施用过磷酸钙0.4 g/kg时,剑麻的根条数、根体积,根鲜重、根干重、根系活力、根系表面积、剑麻株高、叶片数、单叶片长、单叶鲜重、株鲜重、株干重、茎水分指标在所有处理中最大.可见,在本试验条件下,施用过磷酸钙0.4 g/kg时对剑麻根系和植株的影响最大,最能促进剑麻的生长发育;同时表明施用磷肥有利于磷营养存剑麻根系和叶片积累,提高剑麻磷的营养效率.     

豆科牧草-全株玉米混贮比例对青贮饲用价值的影响

为探究不同豆科牧草与全株玉米不同混贮比例对提高青贮饲用价值的影响大小,本研究以2个豆科牧草品种（‘汾豆牧绿2号’和拉巴豆（Dolichos lablab））为主因素,以豆科牧草与全株玉米4种混贮比例（90%全株玉米+10%豆科牧草;80%全株玉米+20%豆科牧草;70%全株玉米+30%豆科牧草;100%豆科牧草）为副因素,对照组为100%全株玉米青贮（CK）,共9个混贮处理,3次重复。青贮发酵完成后对其进行营养品质、发酵品质、瘤胃发酵参数、体外干物质降解率及产气量等指标的测定。结果表明：1）营养品质方面：100%‘汾豆牧绿2号’青贮的干物质（DM）最低,酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）和粗蛋白（CP）含量最高;拉巴豆青贮的粗脂肪（EE）显著高于‘汾豆牧绿2号’（P<0.05）;100%全株玉米青贮的NDF、ADF和CP最低,EE最高。2）发酵品质方面：100%‘汾豆牧绿2号’处理下青贮的pH和氨氮（AN）显著高于其他处理（P<0.05）;100%拉巴豆处理下青贮乙酸（AA）最低;100%全株玉米青贮的pH和AN显著低于其他比例（P<0.05）,AA显著高于其他比例（P<0.05）。3）瘤胃发酵参数方面：90%全株玉米+10%‘汾豆牧绿2号’处理下青贮在瘤胃发酵中AN、AA、丙酸以及体内干物质降解率最高;拉巴豆青贮的体内干物质降解率显著高于‘汾豆牧绿2号’（P<0.05）;100%豆科牧草的青贮在瘤胃发酵中pH最高,乙酸和体内干物质降解率最低。4）体外干物质降解率和产气量方面：从48 h开始,70%全株玉米+30%‘汾豆牧绿2号’青贮的体外干物质降解率一直显著高于其他处理（P<0.05）;‘汾豆牧绿2号’较拉巴豆的青贮在体外产气量更多;提高豆科牧草的混贮比例可显著降低青贮72 h的产气量（P<0.05）。综上,一定比例的混合青贮较全株玉米青贮更有利于提高青贮营养品质,改善青贮发酵品质,促进青贮的消化吸收,降低畜牧业的温室效应。70%全株玉米+30%‘汾豆牧绿2号’混贮模式为推荐混贮模式,为进一步在山西北部镰刀湾地区推广玉米-豆科牧草混贮技术及带状轮作技术提供数据支撑。     

氟磺胺草醚对不同豆科作物生长及根际固氮菌的影响

为了研究豆田常用长残效除草剂氟磺胺草醚对不同季节豆科作物生长及根际固氮微生物的影响规律与机制,选取春大豆、四季豆、夏大豆、绿豆、蚕豆及豌豆为材料,于春、夏、秋季开展田间小区试验。通过对豆科作物地上部与根部性状的分析,明确不同浓度氟磺胺草醚对豆科作物的药害规律,采用荧光定量PCR技术分析固氮酶nifH基因丰度的变化,明确氟磺胺草醚对豆科作物根际固氮细菌的影响,并通过方差与相关性分析揭示不同豆科植物对氟磺胺草醚的响应模式差异。结果显示:氟磺胺草醚对夏大豆生长及产量无显著影响;1倍浓度(225 g·hm~(-2))氟磺胺草醚对春大豆、绿豆与豌豆不产生药害作用,且能够使绿豆与豌豆增产3.5%～17.5%,但2倍浓度(450 g·hm~(-2))会使这3种作物显著减产12.2%～19.6%;氟磺胺草醚对四季豆和蚕豆的药害作用严重,使作物产量显著下降23.0%～61.5%。豆科作物的产量与其根部性状显著相关,高浓度氟磺胺草醚会使6种豆科作物根鲜质量、根瘤数量、根瘤鲜质量均呈显著降低趋势。氟磺胺草醚的施用使作物根际固氮细菌的丰度显著下降,其变化趋势与豆科作物根部性状一致。研究建议氟磺胺草醚的施用量(有效成分用量)为:春大豆、绿豆、豌豆控制在225 g·hm~(-2),夏大豆可放宽至450 g·hm~(-2),四季豆和蚕豆不适宜施用氟磺胺草醚。研究表明,作物根际固氮细菌丰度的变化可能是导致结瘤能力改变的原因。     

钼肥与玉米大豆间作体系中大豆根瘤数的互作效应

采用三元二次回归正交旋转组合设计,进行钼肥对玉米大豆间作体系中大豆根瘤数影响的研究.结果表明,施钼量与玉米密度及带型配置都有一定的互作效应,当玉米密度、带型配置适当时,施入钼肥能增加大豆根瘤数.无论玉米在高密度48000株·hm-2或低密度36000株·hm-2条件下,施钼肥均能提高间作体系大豆根瘤数;无论在低带型2∶4或高带型3∶2条件下,施钼肥均能增加大豆根瘤数.在本试验条件下,当玉米密度为42 000株·hm-2、玉米与大豆带型配置指数为2∶2、大豆钼酸铵施用量为4 182.736g·hm-2时,间作体系中大豆根瘤数可达36个·株-1,为全处理最高水平,间作效果最好.     

Developmental biology of a plant-prokaryote symbiosis: the legume root nodule

The development of nitrogen fixing root nodules on the roots of leguminous plants is induced by soil bacteria (for example, from the genus Rhizobium). The formation of this plant organ involves specific activation of genes in both plant and bacterium. Analysis of these genes gives insight into the way in which plant and bacterium succeed in coordinating plant development.     

百脉根4个共生基因在水稻中的共表达及其对水稻转录组的影响

为建立水稻-根瘤菌共生固氮体系,将百脉根共生信号转导途径中的4个功能基因(LHK1、NSP1、NSP2和NIN)转入水稻,获得稳定转化的转基因水稻,并初步检测转基因水稻的表型和转录组水平上的差异。根瘤菌感染试验结果显示,根瘤菌侵染对照(转入空载体)和转基因水稻的根毛和表皮的比率没有显著变化,但接种根瘤菌14d后,对照与转基因水稻的侧根原基数有显著差异,转共生基因水稻的侧根原基明显增多。利用水稻cDNA芯片,检测转基因水稻组与对照组在接种根瘤菌7d和不接种根瘤菌条件下根的转录组变化,结果显示,转基因组与对照组水稻在植物防御反应、激素信号转导途径相关基因均有差异性表达,表明豆科共生基因影响了水稻对根瘤菌的反应。     

容器苗空气剪根方法初步研究

在采用容器培育苗木的初期人们就注意到,放在苗圃土面上的容器,由于苗根在空间有限的基质中生长,根系容易在容器内盘绕,第1级侧根往往不对称,侧根大多分布在基质5～12cm处,根系生长过程中容易扎入土中,其中80％容器苗根系入土深度达5-lOcm。凡是扎根入土的容器苗,容器内侧根稀少而粗,起苗时容易断根,根团松散率达80％以上。     

不同水分处理对剑麻幼苗地上部和根系生长影响

通过盆栽试验,研究了不同水分处理对剑麻幼苗生长和根系活力的影响。结果表明:轻度水分胁迫有利于剑麻根系的生长,不同处理的剑麻最大根长、根条数、根体积、根鲜重和根干重均表现为:轻度胁迫充足供水重度胁迫;在轻度干旱胁迫下,剑麻根系活力没有受到显著影响,而严重水分胁迫则显著降低根系活力;不同水分处理对剑麻地上部生长影响较为显著,严重胁迫降低了植株株高、株鲜重、株干重,轻度胁迫对剑麻植株地上部生长没有显著影响。     

不同密度的油菜根系特征和产量与倒伏之间的相关性初探

以抗倒性不同的3个油菜品种为材料,分析了3种密度下根系特征及其与单株产量和倒伏的关系,结果表明：①根系各性状存在显著或极显著相关：主根长与侧根数目、根体积,根粗与根体积存在显著正相关;侧根数目与根粗、根体积、根茎粗和根茎粗与根粗、根体积存在极显著正相关;根系干鲜比与侧根数目和根体积存在显著负相关。②单株产量与根体积和根茎粗存在显著正相关。③倒伏指数与根粗存在较强的负相关,但未达显著水平。     

苜蓿、玉米根系提水作用测定的影响因素——植物根系提水作用机理研究Ⅰ

通过一种上干下湿的分根装置,应用中子水分仪在大田条件下研究了苜蓿和玉米根系提水作用测定中几种相关因素的作用和影响,提出了总提水作用的概念和测算模式.结果显示,夜间9 h（20∶00-5∶00）的表观根系提水量（Qm）,一龄苜蓿为8.02 g,开花期的中单2号和豫玉22玉米分别为7.52 g和4.76 g.但其蒸腾失水量（Qt）平均分别为90.26 g4、6.94 g和48.07 g,供试土壤表面的自然蒸发量和上下土层之间隔水层的毛管升水量,苜蓿处理为6.60 g和6,58 g,玉米处理为5.20 g和6.66 g.分别占每株供试苜蓿表观根系提水量（Qm）的11.25倍、82.3%和82.1%,中单2号玉米的6.24倍、69.1%和88.6%,豫玉22玉米的10.1倍、109.2%和139.9%.表明被测植株的蒸腾速率、供试土壤表面水分的自然蒸发和隔水层的毛管作用对植物根系提水作用测定有着及其显著的影响.因此,植物总根系提水量QT应由实际提水量Qp与植株的蒸腾量Qt两部分构成,其中Qp为表观提水量Qm与上层土壤的蒸发量Qe之和再减去隔水层的毛管升水量Qc,即：QT=Qp＋Qt=（Qm＋Qe-Qc）＋Qt.