禾本科植物联合固氮的研究现状及应用前景

氮是限制农业生产的最重要因素之一。随着人工固氮技术的发展,氮肥的施用在提高作物产量、解决人类温饱问题的同时,导致了土壤板结、酸化、氮素流失及温室气体排放(N2O)等环境问题。与人工合成氨相比,生物固氮是一种绿色经济的固氮方式,其包括共生固氮和非共生(自生固氮及联合固氮)固氮,且每年固定的氮可占总固定量的50%以上。与共生固氮相比,非共生固氮存在范围广,如甘蔗、水稻、玉米和小麦等禾本科作物均能进行非共生固氮(联合固氮)。本文主要从禾本科植物的联合固氮菌种类及其作用机理、固氮活性及调控方式以及联合固氮菌的资源及应用3个方面进行综述,发现相比较共生固氮而言,联合固氮菌易受到土著微生物、氮素水平等环境因素影响,其研究难度更大,需要筛选纯化更多的联合固氮菌,为其固氮机制研究提供良好材料;氮、磷、钼、铁等肥料的适量添加可有效促进固氮菌的固氮效率;固氮菌不仅可以提高土壤固氮量,而且有利于植物根系激素调节,从而增加植物抗病抗逆能力,促进植物更健康的生长。本文最后对禾本科植物联合固氮的农艺管理措施及固氮菌剂的实际应用方面做了展望,以期为提高禾本科植物联合固氮效率及推动生物固氮菌在农业生产中的应用提供理论依据。     

吉林省不同类型土壤中大豆根瘤菌的分布及人工接种的效果

土壤中的根瘤菌与豆类植物共生形成了共生固氮体系,为大豆生长发育提供了一部分氮素营养。根瘤的形成与固氮强度又决定于土壤中根瘤细菌的有无、数量和结瘤固氮活力。     

放线菌与非豆科植物共生固氮的生态研究

与放线菌结瘤共生固氮的已知200多种非豆科植物,他们同时得到菌根菌的共生,所以,不仅有类似于豆科植物的高固氮力,而且固氮时间长,生长旺盛、迅速,抗逆性强,是许多不良生态环境改造的先锋树种。其树种与菌种作为资源研究利用,均会对人类生产、生活带来显著效益。     

放线菌与非豆科植物共生固氮的生态研究

与放线菌结瘤共生固氮的已知２００多种非豆科植物，他们同时得到菌根菌的共生，所以，不仅有类似豆科植物的高固氮力，而且固氮时间长，生长旺盛，迅速，抗逆性强，是许多不良生态环境改造的先锋树种。其树种与菌种作为资源研究利用，均会对人类生产，生活带来显著效益。     

非豆科植物固氮菌-Frankia的基因组研究进展

弗兰克氏菌(Frankia)能够与大约25个属的非豆科植物共生进行结瘤固氮,在生态系统中具有重要意义。本文对Frankia的基因组学研究进展进行了综述,包括Frankia基因组的结构、功能及其表达特点,同时比较了来源于不同菌株的固氮基因的差异,并提出今后的发展趋势。     

对“茄子及西红柿诱发根瘤内生菌的观察研究”一文的质疑

微生物与植物共生关系是生命科学中当前一个活跃的研究领域,特别是固氮共生体系。人们在这方面已经有了相当深入的认识,尤其在固氮共生结构的组织学及其形成机理方面^[1]。载于《土壤学报》2001年第38卷第3期379～382的“茄子及西红柿诱发根瘤内生菌的观察研究”一文存在模糊的概念,对研究材料没有具体确切的描述,数据可疑,结论牵强附会。现提出下面几点质疑与学术界同行讨论。     

Frankia引起的非豆科共生固氮研究进展

放线菌Frànkià能与许多不同科、属的非豆科植物共生结瘤固氮。与共生根瘤菌一样对地力的恢复和地球的氮循环起着重要的作用。自从1978年Frankià纯培养首次分离成功以来,国内外学者对它产生了浓厚的兴趣,进行了广泛的研究。形态学研究确认了,泡囊和孢囊是Frànkià的鉴别特征;生理学研究为Fràokià提供最适生长条件;细胞化学、交叉接种、血清学、遗传学等方面的研究为Frànkià的分类提供了证据。从Frànkià的血清型和交叉接种类型的一致性可将Frànkià大致分成三个类群:赤扬类群、沙棘类群、木麻黄类群。签于Frànkià的共生固氮作用,对它的固氮遗传机制的研究,为揭开固氮的本质从而达到扩大寄主范围的目的,提供了新的材科和途径。目前已从Frànkià的基因文厍中发现有与克氏肺氮球菌的固氮酶基因(nif KD)有同源性的克隆。这证明Frankià是采用与其它固氮生物相似的固氮方式固氮的。     

甘宁黄土高原地区重要水土保持植物共生固氮资源及特性研究

甘肃省黄土高原区不同生态条件下栽培和野生豆科植物根瘤菌资源及共生固氮特性的调查结果表明 ,从 112份 2 4属 5 3种根瘤样品中分离获得 87株根瘤菌。它们与豆科植物共生结瘤 6 3 .5 %为有效根瘤。不同种根瘤固氮活性差异较大 ,一般比较低 ,小于 1μmol/(g·h)占 35 %。大于 10 μmol/(g·h)仅占6 %。根据研究结果对这些豆科植物在水土保持中的作用及意义进行了讨论。     

沙棘根瘤共生固氮的研究

研究了生长季节、坡向、植株年龄、植株性别诸因子对沙棘根瘤共生固氮作用的影响,结果证明:季节变化是造成固氮酶活性变化的主要因子;阴坡沙棘根瘤的共生固氮作用与株龄密切相关,而阳坡则不明显;坡向、树龄和沙棘性别均未构成对沙棘根瘤固氮酶活性的显著差异.     

利用15N标记土壤测定某些豆科植物的固N量

共生固氮是土壤氮素的主要来源之一。它在保持土壤氮素肥力和保证农业的持续发展中起着重要的作用。     

钒对大豆结瘤和固氮的影响

通过土培试验研究了钒对春大豆、秋大豆结瘤和固氮的影响，试验结构表明：钒处理影响大豆结瘤，使大豆植株单株瘤数、单株重减少。但钒可促进根瘤个体发育使根瘤个体重量增加，钒处理还增加大豆根瘤因氮酶活性，但不能增加大豆－－根瘤共生固氮体系的固氮效率。     

胡枝子根瘤菌优良菌种筛选及应用

介绍胡枝子根瘤菌的生理生化特性，共生固氮性能及连续三年的草场接种效果试验。人工接种根瘤菌可以使胡枝子早结瘤、多结瘤。是提高胡枝子共生固氮作用、增加产草量的有效措施。     

用~(15)N同位素稀释法研究牧草的氮素营养

利用同位素示踪技术研究不同施肥处理对黑麦草单播及黑麦草与白三叶混播条件下不同时期牧草茎叶N %与对白三叶的共生固氮的影响。结果表明 :( 1 )混播或单播黑麦草的N %在施肥后 67d达到最高值 ,其后随时间的推移逐渐降低 ;( 2 )混播白三叶的N %在施肥后 67d达到最高 ,随后稍有降低 ,其后又有所增加 ,这与白三叶固氮活性逐步提高有关 ;( 3 )施N水平较低时 ( 1 64kg硫铵 /hm2 ) ,不同时期刈割的混播黑麦草的N %均高于单播黑麦草的N % ,显然是由于白三叶共生固氮所产生的N素为黑麦草提供了新的氮源 ;( 4 )混播白三叶中N素的主要来源是共生固氮 ,混播黑麦草和单播黑麦草中N素的主要来源是土壤 ;( 5)施N处理对黑麦草和白三叶N %的影响差异显著。     

秸秆还田与作物氮素利用关系研究

秸秆还田改善土壤化学性质,并为作物提供养分,进而可减少化肥施用量。开展还田秸秆的氮素转化、量化秸秆的供氮能力,以及作物对秸秆氮素的利用情况等方面的研究对于全面评价秸秆还田效果是必不可少的。文章综述了秸秆还田对氮素循环和共生固氮的影响,总结了作物对秸秆氮素的利用率,以及~(15)N示踪技术在秸秆还田后的氮素转化研究中的应用。提出今后应加强典型土壤上秸秆氮转化及作物利用秸秆氮的研究,尤其是大豆共生固氮与秸秆氮利用的关系,重点解析作物根际效应对秸秆氮矿化的影响。     

种植模式对苜蓿固氮和固氮产物转移的影响

田间小区试验研究了不同种植模式下苜蓿的共生固氮贡献,并利用~(15)N同位素示踪技术评估了苜蓿的％Ndfa和Ndfa,以及与之混作生长的牛尾草植株中来自苜蓿固氮产物的转移量。研究表明,豆科与禾本科牧草混作对发挥草地的优势有一定影响,混作条播在干草产量、全氮产量、％Ndfa和Ndfa等方面均优于间作与混作撒播模式,且高于单作苜蓿与牛尾草的平均值。用~(15)N同位素稀释法与~(15)N天然丰度法评估苜蓿的％Ndfa与Ndfa值时,无明显差异(P<0.05),前者还能准确测出混种牛尾革植株中的固氮产物转移量,后者则大大低估,甚至不能测出固氮产物转移。     

稻田耕层以下土壤的氮素供应

稻田的非共生固氮作用是水稻田氮素循环的一个环节,它在稻田土壤氮素肥力保持中的积极作用已为许多试验所证实。     

一株大豆根系来源的不同类型土著B.japonicum菌株的共生特性

本文对未接种的大豆单株根系来源的不同类型Ｂ．ｊａｐｏｎｉｃｕｍ菌株共生效率进行了评价。结果表明，供试１２个菌株与６个大豆品种都形成有效共生，但不同菌株，品种和菌株－品种组合间均存在极显著差异，表现共生亲和多样性。菌株结瘤竞争力越强，其共生固氮效率越高。     

提高蚕豆共生固氮效应的研究

研究了甘肃省蚕豆产产区接种根瘤菌和施入磷肥后对蚕豆共生固氮效果的影响，并根据试验结果分析阐明了提高蚕豆产量应采取的技术措施。     

固氮菌酸性胞外多糖生物合成的基因调控（综述）

细菌酸性胞外多糖的结构具有多样性、生物合成涉及装配、多聚化及运输三个过程，基因调节系统复杂而又严格，在共生固氮中与侵染线性成密切相关，本文系统论述了根瘤菌酸性胞外多糖的生物合成及其基因调节的分子机理并介绍了联合固氮细菌酸性胞外多糖的研究进展。     

中国十三省市土壤中非共生固氮微生物菌种资源研究

从全国13个省市自治区的70份土样中分离、采集到了非共生固氮微生物资源181份。形态特征、生理生化特征和16S rDNA序列分析表明,采集到的菌种资源在科学分类上属于24属66种,大约占到已报道非共生固氮微生物属的一半,具备一定的多样性和代表性。资源在分类学上的特点是分类地位相对集中,有65株菌属于类芽孢杆菌属,占总量的36％;52株菌属于芽孢杆菌属,占总量的29％;19株菌属于节杆菌属,占总量的11％;这3个属菌株合计占采集资源总量的76％。随地域和作物种类分布的特点是芽孢杆菌和类芽孢杆菌两个属的菌种资源具有很强的地域广泛性和作物广泛性,即从采自全国各地、各种作物的土壤样品几乎都可以分离到这两类菌种。这个研究结果对微生物肥料菌种选育和生产应用具有指导意义。