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%。     

在接种和施氮胁迫下应用综合等级指数对大豆种质固氮的评价

在根瘤菌接种和施氮胁迫下,应用综合等级指数对田间种植的东北40个大豆品种(系)固氮能力进行了评价。高N(80kg)/ha)抑制大豆结瘤固氮;低N(40kg/ha)接种产量最高。评价了对氮反应为耐氮和氮敏感的大豆种质和对接种反应亲合力高、低的大豆种质。     

不同阶段施用氮肥对大豆氮吸收及固氮的影响

以两种不同基因型的大豆品种为试材，研究不同阶段施用氮肥对大豆吸氮及固氮的影响。试验结果表明，氮肥的施用时间对大豆氮吸收、根瘤干重及固氮，具有重要影响。仅施２５ｋｇ／ｈｍ２的启动氮，两个大豆品种都获得了最高的根瘤干重和固氮率。在开花期或种于形成初期，再追施５０ｋｇ／ｈｍ２氮，两个大豆品种都获得了最高的氮吸收总量和固氮总量。大豆的根瘤干重与固氮率呈线型正相关。     

接种根瘤菌菌根菌对大豆氮磷营养的影响

大豆开花以前主要是吸收利用土壤氮和肥料氮,开花后则以共生固氮为主,到成熟期共生固氮占总氮量60％以上。不同大豆品种对接种的根瘤菌株表现为不同的选择适应性。接种根瘤菌可提高大豆生物产量、籽粒产量、蛋白质含量,接种菌根菌可促进磷的吸收,提高植株和籽粒P_2O_5含量及磷肥利用率。中豆19—61A76根瘤菌—G.masseae菌根菌联合共生体最佳,田间共生固氮能力、亩产和蛋白产量分别提高20％、17.8％和33.8％。     

大豆结瘤固氮的分子生理研究

有关豆科作物共生固氮的研究已有170 a的历史。而豆科结瘤固氮的分子生理研究,仅仅是最近30 a的事情。从影响大豆结瘤固氮的生理因子角度,评述了豆科作物的结瘤自动调控机制,进一步在分子水平上阐述了生长素、硝态氮、黄酮类等生理调控物质对大豆结瘤固氮的影响。生长素调节根瘤菌侵染位点和根瘤形成后的生长;可通过控制结瘤的角度来减少土壤硝态氮对大豆结瘤固氮能力的抑制;黄酮类物质在根瘤发育和结瘤基因诱导中起重要作用;乙烯抑制结瘤信号的前期过程,调整根瘤形成的空间分布。详细、系统地从作物-微生物之间关系出发,研究引起豆科作物根瘤形成和固氮系统的整体信号传导、蛋白和代谢过程,是未来大豆共生固氮分子生理研究应该注重的方向。     

大豆保护性施氮技术及其应用前景

大豆籽实的需氮量相当于一般禾谷类作物的二倍 ,淀粉类作物的三倍 ,但由于大豆具有根瘤共生固氮 ,其氮素营养特性与其它作物不同[1] 。加之作为肥料的化合态氮时常对根瘤的固氮作用产生强烈地抑制 ,从而使大豆的氮素施肥技术更为复杂。自 2 0世纪 60年代以来发展的大豆保护性施氮技术已成为大豆氮素营养与施肥研究的热点 ,并将在大豆的优质、高产栽培中发挥巨大的作用。1　大豆保护性施氮技术的理论依据大豆生育初期依靠消耗种子储藏氮素维持根瘤固氮是可能的 ,但发芽数周后开始出现氮素缺乏症 ,施用氮素基肥又往往抑制根瘤的着生、肥大和固…     

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     

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。     

吉林辽宁两省不同大豆品种自然固氮能力调查

对吉林黑土和辽宁棕壤上的１８个大豆品种分别作了自然固氮能力调查，结果说明在同样条件下不同种质大豆的固氮能力有很大差异。两年结果表明，吉林２１，吉林２３，长８２１０－４，吉林２７等有较高的固氮能力。吉２３无论植株干重还是固氮量均为最高。辽宁以辽８６－５４５３，辽８５－８５３８，８３－５０２０表现较好，其中辽８６－５３５３最好。同时还讨论了同一大豆品种不同菌株共生时对共生体系固氮能力的影响。     

澳大利亚新南威尔士中部和南部经济作物大豆的固氮

澳大利亚新南威尔士中部和南部经济作物大豆的固氮１９９０／９１年夏季，在新南威尔士的Ｃｏｌｅａｍｂａｌｌｙ灌溉区和ＭａｃｑｕａｒｉｅＵａｌｌｅｙ，利用酰脲液技术对２６个商业经营点的３６个灌溉大豆地块的共生固氮量进行监测，对生长发育期间的作物氮产量、氮气...     

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。     

结瘤性状不同基因型大豆对接种花生根瘤菌Spr2-9的响应

为探讨结瘤性状不同基因型大豆对接种花生根瘤菌Spr2-9的响应,采用celB基因检测法研究根瘤菌对不同基因型大豆的侵染效果和不同基因型大豆在接种后盛花期植株生长及固氮能力的变化。结果表明:nts1007的瘤鲜重、氮素百分含量和单株氮素含量在不接种与接种时均为最高,瘤鲜重分别为4.7702 g.株-1和4.7401g.株-1;氮素百分含量分别为2.20%和2.29%,极显著地高于其它基因型;单株氮素含量分别为489.12 mg.株-1和528.41mg.株-1,极显著地高于nod139。nts1007在接种后单瘤重显著降低,而瘤鲜重、氮素百分含量和单株氮素含量无显著变化。nod139受其基因型控制,无论接种与否始终表现为不结瘤,且各项指标均表现为极显著地低于其它基因型。Bragg的SPAD和植株干重对接种的响应较其它基因型更为敏感,接种后SPAD和植株干重的增幅分别为16.99%和8.18%。贡选1号的单株氮素含量在接种后增幅达到了22.76%,表明其单株氮素含量对接种的响应较其它基因型更为敏感。     

大豆-根瘤菌的固氮作用

报道了我国主要大豆产区根瘤菌和寄主品种固氮资源的分布、主要类型、固氮作用。我国多年连续种植的大豆的田块 ,根瘤菌菌数每克干土一般超过 10 4 个 ,大部分零星隔年种植和不常种植大豆的田块根瘤菌数每克干土低于 10 4 个。多数根瘤菌土著者能与大豆栽培品种有效结瘤 ,但主要是中、低效固氮者。在自然条件下 ,供试的春大豆中高效固氮者占 31.7% ,供试的夏大豆高效者占 6 4.3% ;人工接种根瘤菌 ( 113 - 2 ) ,春豆中高效固氮者占 40 .9% ,夏豆占 5 3.6 %。我国的栽培大豆是较好的耐高氮共生固氮资源 ,评价出 2个在 5mMNO-3 条件下结瘤的品种。     

8株优良大豆根瘤菌与不同地区27个大豆主栽品种的匹配性研究

大豆是我国重要的油料作物和高蛋白粮饲兼用作物,具有与根瘤菌共生固氮的能力。近十几年来,我国大豆品种更新快,导致大豆根瘤菌株与新品种匹配能力差、接种效果不明显。筛选与主栽大豆品种匹配性好、固氮效率高的广谱性优良菌株,可为针对性的施用大豆根瘤菌接种剂提供菌种资源和方案。选取本实验室前期分离保存的6个优良快生型大豆根瘤菌株和2个慢生型大豆根瘤菌株,在砂培盆栽条件下与不同地区的27个大豆主栽品种进行匹配试验。测定分析了植株地上部分生物量、高度、根瘤数量、根瘤生物量和根瘤固氮酶活指标。结果表明:不同大豆根瘤菌之间结瘤固氮能力存在极显著的差异;供试根瘤菌均能够与国内24个大豆品种结瘤,广谱性较好;植株地上部分高度、根瘤数量、根瘤生物量和根瘤固氮酶活与地上部分生物量呈显著相关;大部分接种根瘤菌后的植物生物量显著高于CK;HN01、GR3、HH29、HH103匹配性和固氮效率均不逊色于USDA110,具有在东北地区、黄淮海地区、长江流域、东南地区推广的潜能;从品种来看,中豆39、BD2、天隆1号与8株供试大豆根瘤菌的匹配接种表现出高生物量特点。此外,本文还筛选出大豆-大豆根瘤菌的表型最佳匹配组合中豆39-GR3,适合长江流域地区;同样筛选到东北地区、黄淮海地区、东南地区最佳匹配组合,分别是HN01-辽豆14、HN01-徐豆14、HN01-BD2。本文初步建立了优良根瘤菌与大豆主栽品种的匹配关系,为在田间试验中进一步筛选和应用这些优良菌株提供了材料和指导。     

春夏秋大豆共生固氮活性的综合等级指数评价

在田间自然条件下，对我国６３份春、夏、秋大豆种质材料共生固氮活性的综合等级指数进行了评价。大豆结瘤、固氮能力的顺序为夏＞秋、春．综合等级指数的变异范围为—１．５０—０．５５．筛选出了５份固氮比率６０．８％—８１．３％、综合等级指数大于０．４１的高固氮种质材料．     

Characteristics of Nodulation and Nitrogen Fixation in the Improved Supernodulating Soybean (Glycine max L. Merr.) Cultivar ‘Sakukei 4’

Abstract

Supernodulating soybean lines have more than several times as many nodules as normal cultivars. They are expected to have high nitrogen-fixing ability and enhanced productivity, but their yields have been inferior to those of normal genotypes. We have recently developed a new supernodulating cultivar,‘Sakukei 4’(formerly ‘En-b0-1-2’, presently‘Kanto 100’), with improved growth and yield. The objective of the present study was to identify the characteristics of the nodulation and nitrogen-fixing ability of Sakukei 4. In pot trials, the nodule number of Sakukei 4 was 8.3 times that of a normal cultivar,‘Enrei’, and the nodule weight per plant was 2.3 to 2.8 times the value for Enrei. The acetylene reduction activity per plant in Sakukei 4 was higher than that in Enrei and conventional supernodulating genotypes, especially during the late growth stage. Compared with conventional supernodulating lines, the improved vegetative growth in shoots and roots of Sakukei 4, especially after flowering, probably enhanced its nitrogen-fixing ability per plant. We consider that its high nitrogen-fixing ability at the seed-filling stage, would help increase its yield in fields with low nitrogen fertility.     

Research status of soybean symbiosis nitrogen fixation

Soybean (Glycine max) is one of the most important economic legume crops with largest planting area, and is also an important oil crop, as well as food and feed material. Soybean-rhizobia symbiosis plays important roles in plant cultivation and fertilizer application. However, there are many problems in agricultural application of soybean symbiotic nitrogen fixation. In this review, we summarized three restriction factors (host specificity, low nitrogen fixation efficiency and abiotic stress) and discussed research progresses of these factors. Clarification of host specific mechanism will help to select and apply rhizobia inoculants. Both maintaining high nitrogenase activity and delaying nodule senescence can improve the efficiency of symbiotic nitrogen fixation. Abiotic stress-tolerant rhizobia can improve the abiotic stress tolerance of soybean. Breeding stress tolerant genotypes of soybean and rhizobia, obtaining correlated genes are the common strategies to improve soybean symbiotic nitrogen fixation under extreme conditions. Regulatory mechanisms of these restriction factors are still poorly understood and needs further clarification.