植物抗真菌和细菌病害的基因工程

随着植物分子生物学的迅猛发展和对寄主－病原菌相互作用的深入了解，植物抗病菌基因工程策略不断出现。本文从以下两方面评述了目前植物抗真菌和细菌病害的基因工程策略研究进展：（１）调控寄主－病原相互识别和信号传递系统表达介导的抗性；（２）调控防卫反应基因和外源抗菌基因表达介导的抗性。     

氨化细菌对植物浮岛人工湿地中有机氮强化分解

鉴于人工植物浮岛生态塘出水氨氮浓度高、去除率较低这一难题,将实验室筛选的一株具有高效氨化能力的工程菌应用于植物浮岛人工湿地中进行强化分解有机氮试验,以提高植物浮岛生态系统中有机氮、氨氮的去除效果。菌株动力学试验研究表明：有机氮分解反应符合零级反应,降解速率为0.76 mg/(L·h),在48 h时有机氮的分解率为81.80%。采用常绿植物蕙兰构建植物浮岛污水处理模拟生态系统,以未加菌剂做为对照组,以加入氨化细菌菌剂做为试验组,进行对比试验。结果表明,在48 h时未加菌剂的植物浮岛中有机氮的分解率为75.66%,有机氮质量浓度为8.23 mg/L;加入菌剂的植物浮岛中有机氮的分解率为86.50%,有机氮质量浓度为4.40 mg/L,加入菌剂比未加菌剂时有机氮的分解率提高了11.16%,有机氮质量浓度降低3.83 mg/L。在72 h时,加入菌剂的植物浮岛中氨氮质量浓度为6.74 mg/L;而未加菌剂在72 h时氨氮还未开始降解,在144h时氨氮质量浓度为9.86 mg/L-1。加入氨化细菌菌剂后,植物根系能够更多的吸收氨氮,为植物根系周围的微生物群提供了充足的氧气进行硝化作用,提高了植物浮岛对氮素的去除效果。该研究可为人工湿地中提高氮素去除效果提供参考。     

植物生长调节剂对叶菜产量及氮吸收的影响

采用盆栽和田间小区试验研究4种不同浓度组合的植物生长调节剂对空心菜和小白菜的产量、硝酸盐含量和氮吸收利用的影响.结果表明,在减少50％常规施肥的条件下,喷施PGRs能提高2种叶菜的产量,降低其硝酸盐含量.与50％常规施肥相比,在盆栽条件下,PGRs处理使空心菜和小白菜鲜重分别增加2.9％～17.0％和18.7％～54.0％(P＜0.05);田间试验下,使空心菜和小白菜产量分别增加13.6％～50.3％和30.8％～38.6％,其产量与常规施肥相当(P＞0.05).田间小区试验结果表明,与50％的常规施肥相比,PGR1处理使空心菜和小白菜硝酸盐含量分别降低了19.2％和19.8％(P＜0.05);较之常规施肥分别降低了39.1％和32.2％ (P＜0.05).而且,喷施PGRs能促进叶菜氮的吸收利用.与常规施肥相比,盆栽试验中PGR1处理小白菜氮含量显著增加(P＜0.05),增加了7.3％;田间试验中,PGR2和PGR3处理的小白菜氮含量与常规施肥相当(P＞0.05).因此,外源合理施用PGRs能够保持叶菜作物高产,同时可提高蔬菜品质和养分吸收利用,达到减肥增效的目的.     

植物吸收转运硝态氮及其信号调控研究进展

硝态氮是植物吸收利用的主要氮源,其吸收利用是一个高度协调复杂的调控过程。植物为了在各种变化的环境中生存,进化出了适宜不同环境的硝态氮吸收利用机制。植物根系中存在不同类型的硝态氮受体,可以感受外界硝态氮浓度变化,并启用高亲和力或低亲和力硝态氮吸收系统,从而吸收硝态氮;硝态氮进入根系后,大部分被运输到地上部进行同化作用,合成大分子物质,以促进植物生长;如果地上部硝态氮含量过多,植物可把多余的硝态氮运送到液泡内储存,待需要时再从液泡转运至细胞质中利用。植物生长发育过程中,老叶和成熟叶片中的硝态氮可被转运到新生组织中,促进新生组织生长。硝态氮吸收利用过程中大量硝态氮吸收、转运、储存、同化和信号调控基因被有序激活并协调工作,促进植物高效吸收利用硝态氮。本文主要针对NRT1和NRT2硝态氮吸收转运相关基因及其功能,以及参与初级硝态氮反应的相关转录因子和小信号多肽在硝态氮信号传导和组织间的信号交流进行综述,以便深入理解植物吸收利用硝态氮的机理,为高效利用氮素的作物育种和栽培技术的创建提供新的思路。     

植物修复农田退水氮、磷污染研究进展

水环境污染是造成全球水资源水质性紧缺非常重要的因素。农业面源污染则是继工业源污染实施清洁生产得到有效治理之后水体污染主要的贡献者,特别是地表水中过量氮、磷的主要来源,受到越来越多的关注和重视。植物修复技术因其可以对受污染水体进行原位修复和避免二次污染等特点,逐渐被人们应用到污染水体的治理中。本文从植物修复农田退水氮、磷污染视角,综述了农田退水氮、磷在主要去除途径与影响因素方面所取得的研究进展,并针对植物修复农田退水实践中存在的问题,提出了继续强化植物组合对水污染负荷消减能力的研究,进一步扩展对植物的经济利用价值、生态景观价值和社会效益开展研究,以及深化植物修复从室内模拟到野外小区域示范、再到大区域的推广应用研究等建议,以期为进一步提升治理农田面源污染效果提供技术支撑。     

植物寄生线虫生防细菌的研究进展

就植物寄生线虫生防细菌的种类、作用机制、生物学特性及对植物寄生线虫的防治等方面的研究进展作一综述和展望。     

机理Ⅰ植物铁营养的吸收转运及信号调控机制研究进展

铁是植物正常生长发育必需的微量元素之一。在通气良好的碱性或石灰性土壤中,常常因铁有效性低而难以满足植物生长发育所需,缺铁已成为继缺氮和缺磷之后农业生产所面临的又一重要的营养障碍因子。与机理Ⅱ植物相比,机理Ⅰ植物更易缺铁,因此全面了解机理Ⅰ植物的铁吸收及利用机制是分子育种改良此类植物铁营养的重要基础。基于国内外的相关研究进展,从机理Ⅰ植物的根际铁活化、根系铁吸收、木质部和韧皮部中的铁运输以及胞外和胞内铁的再利用等几方面进行综述;在此基础上,从bHLH和MYB转录因子调控网络、蛋白的泛素化修饰以及小分子化学信号调控途径等几方面,重点阐述机理Ⅰ植物铁营养吸收、转运及稳态平衡过程的调控机制;同时,对研究中存在的部分问题及未来研究方向进行简要的讨论分析。     

土壤—植物系统中氮锌交互作用研究进展

对几十年来有关土壤－植物系统氮锌交互作用研究现状及未来趋势进行了综述。论述了氮锌交互作用与植物生长、氮锌及其它元素的吸收、转运、积累的相互关系，以及对微生物生长及豆科作物固氮的影响；讨论了氮锌交互作用的生理生化基础及细胞亚细胞学机理；指出了氮锌交互作用的若干薄弱环节；展望了氮锌交互作用未来的研究方向。     

麦套花生氮素代谢及相关酶活性变化研究

大田条件下,以花生“花育22号”为材料,研究了麦套花生的氮素代谢及相关酶活性变化情况。结果表明,麦套花生根叶游离氨基酸、氮素平均含量及根系可溶性蛋白平均含量高于单作;而叶片可溶性蛋白平均含量则低于单作。与小麦共生期间,麦套花生根叶硝酸还原酶（NRase）活性、谷氨酸脱氢酶（GDH）活性、叶片谷氨酰胺合成酶（GS）活性及谷氨酸-丙酮酸转氨酶（GPT）活性（除播后25 d）明显低于单作;整个生育期麦套花生根系GS平均活性及GPT活性高于单作花生。可见,花生苗期小麦遮荫对花生氮素代谢及酶活性有一定影响。     

Activity of bacteria strains originaited from sewage sludge against some soil fungi

Abstract

The potential biological activity of three bacterial strains against the four phytopathogens was examined. The bacterial strains were originated from sewage sludge water extract and from the humic acid solution obtained from the sewage sludge. The fresh bacteria cultures and filtered culture broth were used. The noncoated sugar beet seeds were coated by soaking for 15 min in the liquid culture of bacteria, then they were sown in the sterilized soil inoculated by one of the following types of soil fungus: Aphanomyces cochlioides L3, Phoma betas PH8, Pythium irregulare PIR4, Rhizoctonia solani Z10-2. The test proved that Bacillus amytoliquefaciens O1 / O3 and Flaviomonas oryzihabitans K1 / K2 showed antifungal activity on the artificial medium, but they were not able to effectively suppress fungal pathogens in the soil. The bacteria did not injure sugar beet roots, so they can be regarded as microorganisms that are not harmful to plants. It may be concluded that these bacteria have the potential to support antifungal activity of the humis acid and the sewage sludge extracts.     

Direct and indirect influence of arbuscular mycorrhizal fungi on abundance and community structure of ammonia oxidizing bacteria and archaea in soil microcosms

Both arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and ammonia oxidizers are important soil microbial groups in regulating soil N cycling. However, knowledge of their interactions, especially the direct influences of AM fungi on ammonia oxidizers is very limited to date. In the present study, a controlled microcosm experiment was established to examine the effects of AM fungi and N supply level on the abundance and community structure of ammonia oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA) in the rhizosphere of alfalfa plants (Medicago sativa L.) inoculated with AM fungus Glomus intraradices. Effects were studied using combined approaches of quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and terminal-restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). The results showed that inoculation with AM fungi significantly increased the plant dry weights, total N and P uptake. Concomitantly, AM fungi significantly decreased the amoA gene copy numbers of AOA and AOB in the root compartment (RC) but not in the hyphal compartment (HC). Moreover, AM fungi induced some changes in AOA community structure in HC and RC, while only marginal variations in AOA composition were observed to respond to N supply level in HC. Neither RC nor HC showed significant differences in AOB composition irrespective of experimental treatments. The experimental results suggested that AM fungi could directly shape AOA composition, but more likely exerted indirect influences on AOA and AOB abundance via the plant pathway. In general, AM fungi may play an important role in mediating ammonia oxidizers, but the AOA community appeared to be more sensitive than the AOB community to AM fungi.     

春玉米产量、氮肥效率及土壤矿质氮对施氮的响应

为了提高氮肥增产效益,减少对环境的污染,通过田间试验研究了施氮量对春玉米产量、氮肥效率及土壤矿质氮的影响。结果表明,施氮量较低时,春玉米籽粒产量随施氮量增加显著增加,当施氮量高于180 kg·hm-2时,产量保持不变或有减少趋势。氮肥农学利用率、氮素吸收效率、氮素偏生产力和氮收获指数均随着施氮量增加显著降低,氮肥表观利用率和氮肥生理利用率均先增加后降低。从苗期到收获期,施氮处理0~60 cm土层硝态氮含量呈现"上升—下降—上升—下降—稳定"的变化趋势,而60~120 cm土层硝态氮在春玉米生长后期有增加的趋势。随着土层加深,土壤硝态氮含量呈波浪式下降,施氮量240 kg·hm-2和300 kg·hm-2处理在60~100 cm土层硝态氮含量均显著高于其他处理。随着施氮量增加,0~120 cm土层硝态氮累积量显著增加,当施氮量超过240kg·hm-2时,土层中累积的硝态氮存在着较大的淋溶风险。综合考虑产量、氮肥效率和环境效应,179~209 kg N·hm-2是本试验条件下春玉米的合理施氮量。     

氮肥运筹对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长及氮素利用的影响

以宁麦9号为材料,研究施氮量及氮肥基追比例对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长、植株氮素积累量、产量和氮素利用效率的影响。结果表明,拔节前0-60cm土层硝态氮含量随基施氮量的增加而显著增加,随生育进程的推进各处理硝态氮显著向下层土壤淋洗;拔节期追施氮肥显著提高了孕穗期0-40cm土层硝态氮含量,且随追施氮量的增加而显著增加,N300和N3/7处理硝态氮显著向40-60cm土层淋洗。根系主要生长于0-20cm土层,拔节前各土层根长密度均随基施氮量的增加而增加,拔节后则随施氮量增加和适当的追肥比例而增加。各施氮处理均以拔节至开花期为小麦氮素积累高峰期。适宜增加施氮量并适当提高追肥比例,有利于提高产量、植株氮素积累量和氮素利用效率。因此,在小麦生产中,适当降低施氮量并提高拔节期追肥比例有利于促进小麦根系生长和植株氮素积累,进而提高小麦产量并减少硝态氮淋洗损失。     

田间条件下氮的矿化及硝态氮淋溶研究

采用SRC（Soil-Resin-Core）装置，研究了重庆市主要土壤类型的氮矿化差异以及与硝态氮淋溶的关系。研究结果表明，微酸性紫色土（菜地）的氮索矿化量、硝态氮淋失量和有效氮的变幅均较大，而其它两种坡耕地变化的氮素矿化景和硝态氮的淋失量变幅均较小。相关分析表明：在微酸性紫色土中，影响硝态氮淋失的主要因素是矿化量，且二者呈显著正相关；而其它两种坡耕地土壤的矿化量与硝态氮淋失量不表现相关性。这就表明不同土壤矿化、硝态氮淋失的情况有差异。     

典型红壤水稻土剖面细菌、真菌分子生态网络特征研究

土壤表层及深层的微生物互作对土壤养分循环和物质转化等具有重要意义。为了揭示典型红壤水稻土剖面微生物分子生态网络特征,通过16S rRNA和18S rRNA高通量测序技术,运用CoNet分析方法,构建上层（0 ~ 20 cm）、中层（20 ~ 60 cm）和下层（60 ~ 100 cm）土壤细菌、真菌分子生态网络。结果表明,随土壤深度的增加,总碳和总氮含量、细菌和真菌的丰富度（P < 0.05）显著降低。微生物网络拓扑参数,如连通度、群聚系数和网络密度等均明显增加,表明微生物互作随深度增加而增强。与细菌和真菌界内网络互作特征相反,界间的网络互作随深度减弱。进一步利用随机森林模型和方差分解分析（VPA）,揭示了碳和氮是影响微生物分子生态网络的主要因素,且随深度增加,对微生物互作网络贡献最大的因素由氮转变为碳。     

Nitrogen nutritional status of young maize plants (Zea mays) is not limited by NaCl stress

Maize plants (Zea mays L. cv. Pioneer 3906) were grown in hydroponics with four different NaCl treatments (control, 50, 100, 150 mM NaCl). Nitrogen (N) was supplied as 2 mM Ca(NO₃)₂ in the fully concentrated nutrient solution. Plants of half of the pots were treated with additional 1 mM NH₄NO₃ 2 d after start of the NaCl application. After 23 d, the maize plants were harvested and contents and concentrations of nitrate, reduced N as well as chloride were determined in shoots and roots. With increasing NaCl stress net nitrate uptake and net root‐to‐shoot translocation of total N decreased significantly. Under salt stress, decreased nitrate concentrations in shoots probably caused substrate limitation of nitrate reductase. However, the concentrations of reduced N in shoots were not affected by salt stress and no N deficiency was observed. Additional N application to the 100 and 150 mM NaCl treatments did not improve plant growth. A Cl^?/NO antagonism was only weakly pronounced, probably because of the Cl^? exclusion ability of maize. Thus, although net uptake and net translocation of total N were markedly decreased by NaCl application, the smaller maize plants nevertheless took up enough N to meet their demand pointing to other growth‐limiting factors than N nutrition.     

大豆/玉米间作体系中接种AM真菌和根瘤菌对氮素吸收的促进作用

利用大豆和玉米之间根系不同分隔方式的盆栽试验,研究了在玉米/大豆间作体系中接种大豆根瘤菌、AM真菌Glomus mosseae和双接种对间作体系氮素吸收的促进作用。结果表明,双接种处理显著提高了大豆及与其间作玉米的生物量、氮含量,双接种大豆/玉米间作体系总吸氮量比单接AM菌根、根瘤菌和不接种对照平均分别增加22.6%、24.0%和54.9%。大豆促进了与其间作玉米对氮素的吸收作用,在接种AM真菌和双接种条件,间作玉米的AM真菌侵染率提高,大豆根瘤数增加; 接种AM真菌处理,不分隔和尼龙网分隔比完全分隔玉米吸氮量的净增加量是未接种对照的1.8、2.6倍,双接种处理分别是对照的1.3和1.7倍。说明在间作体系中进行有效的根瘤菌和AM真菌接种,发挥两者的协同作用对提高间作体系土壤养分利用效率,进一步提高间作体系的生产力有重要的意义。     

植物吸收硝态氮的分子生物学进展

植物吸收NO3-分为高亲和力(HATS,high.affinitynitratetransportsystem)和低亲和力(LATS,low.affinitynitratetransportsystem)转运系统。这两个系统的编码基因均已被克隆,其中HATS由NRT2基因家族和NAR2基因家族共同编码,LATS由NRT1基因家族编码。本文比较详细地介绍了这些转运蛋白的结构和功能以及在这方面的最新进展,概要性地介绍了这些基因的表达调控;同时摘要点评了该研究领域中还没有解决的一些问题。