生物固氮在农业中的应用现状与展望

随着社会的发展和进步，人类逐渐认识到，农业的发展既要增加农作物产量，又不能破坏土地的持续生产力和生态环境，这就是可持续农业发展战略，为农作物提供充足的氮素肥料，是大力发展农业生产的必要条件之一。然而，过度地施用和依赖化学氮素肥料，也给农业生产和生态环境带来了巨大的负面影响。在可持续发展日益成为世界各国的共识之际，人类再次把目光投向了生物固氮。本文综述了国内外生物固氮在农业中的应用现状；通过对生物固氮优越性的分析，展望了生物固氮在农业中的应用前景，并着重讨论了实现非豆科植物高效利用生物固氮的技术策略。     

中国生物固氮研究现状和展望

生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展. 本文在介绍国际生物固氮研究进展的同时, 着重叙述了生物固氮研究取得的重大进展和成果: 收集了根瘤菌资源, 建立了最大的数据库, 修正和发展了国际上对根瘤菌的分类; 发现了固氮基因, 证实了克氏杆菌固氮基因操纵子的连锁性及正调控基因的调节机制和对氧、温度的敏感性; 发现苜蓿根瘤菌结瘤调控基因nodD3的产物对结瘤基因表达的启动不受宿主类黄酮的作用; 发现苜蓿根瘤菌的碳利用基因和固氮生物氮代射和碳代谢基因表达及其调节的偶联作用; 化学合成了根瘤菌的结瘤因子; 在固氮基因表达调节基础上, 构建了固氮基因工程菌株, 并在生产中得到应用; 提出了化学模拟固氮酶的结构和功能, 固氮酶活性中心的模型和合成了模型化合物, 受到了国际高度评价. 根据国际上研究的趋势并结合国内的研究进展, 提出了生物固氮研究的发展方向, 建议在联合(内生)固氮菌固氮基因调控及其提供氮素的作用, 根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮的信号传递和分子相互作用, 氮、碳代谢和固氮与光合作用的偶联与共生结瘤固氮中功能基因组学等方面展开积极研究.     

固氮生物工程研究概况

一、前言生物固氮研究在近20年,几乎一直是几个主要的资本主义国家——美、英、法、德、加拿大、澳大利亚等国的重要研究项目。近年来日本、荷兰、新西兰、印度等国也加快了研究步伐。国际生物固氮会议每隔一年召开一次,至今已开了六次。1985年在美国召开了会议,有40个国家550位代表参加,可见生物固氮研究概况。美国从事生物固氮研究的单位和人员最多,经常召开本国的生物固氮会议,就生物固氮的遗传工程的论题讨论,举行了二次会议,并有专著出版。国际性新刊物—植物分子生物学杂志,也开辟了生物固氮的专题内容,由此一瞥生物固氮研究的重要性。     

非豆科作物共生固氮的研究(Ⅱ)——根瘤菌与小麦共生结瘤的固氮酶活性

一、前言豆科植物和根瘤菌共生结瘤固氮是农业的主要生物固氮资源,但广大面积的非豆科粮食作物并不具有这种固氮自肥能力。因此,如何扩大根瘤菌共生固氮范围,使粮食作物也能结     

肥料与农业和环境

肥料是发展农业生产的重要物质基础,但是,如果使用不当,也可引起环境污染。本文简要讨论我国农业中的肥料使用与农业特别是粮食生产及环境质量的关系。１肥料与农业１１肥料结构１１１有机肥与化肥的比例在农业生产中化肥是增加养分投入和循环的基础,而有机肥料...     

可以用作肥料和处理废物的蓝细菌

在自由生活的固氮微生物中,具分枝状异形细胞的蓝细菌(蓝绿藻)对生物固氮作出了最大的全球性贡献。在亚洲,它们能自然生长或被培养于稻田中以用作绿肥,在几个具有不同农业条件和土壤类型的国家内已经确知:稻田中的蓝细菌减少了为获得水稻高产所需要的以氮为基础的化肥量。更为有效的是利用满江红,一种与兰细菌即满江红鱼腥藻共生的水生蕨类,它能产生每天每公顷固定约3公斤的大气氮。不过由于在水稻栽培期间经常使用农药,导致其残留浓度增加到足以抑制蓝细菌生长的水平。最近分离得一些抗农药的固氮蓝细菌的突变型,它们能增加水稻栽培时使用的绿肥的效力,因此减少了对生产肥料时的昂贵     

固氮酶Fe—Mo辅基模拟物Fe—Mo—S原子簇成键轨道的波函数图形分析

近年来,国内外生物固氮和模拟生物固氮的研究是一个非常活跃的领域,金属酶活性中心微环境的研究巳达到原子水平。从已合成的Fe—Mo—S原子簇研究得知,由MoS_4~(-2)和FeCl_2形成FeS_2Mo四元环可作为固氮酶Fe—Mo辅基的基本结构单元。为了深入研究四元环中Fe--Mo之间的化学键性质,我们利用自编JDPLOT波函数绘图程序绘制了     

全国化学模拟生物固氮研究工作会议

中国科学院于1973年3月20—30日在厦门召开了全国化学模拟生物固氮研究工作会议,参加这次会议的有39个研究单位和高等院校的正式代表和列席代表共121人,会议共收到有关化学模拟生物固氮方面的综合性专题报告9篇,研究工作报告23篇。     

植物内生细菌

植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物,有生物防治、植物促生和内生共生固氮作用。在农业生产过程中,由于农药和化肥的大量使用以及农田耕作的单一化,使植物和土壤中微生物的多样性大为减少。在人们日益重视人与自然和谐相处的今天,研究和利用植物内生细菌对于替代或减少农药和化肥的使用,改善农业生态系统,保持植物微生态系统的生物多样性以及维护农田生态平衡实现可持续发展都有重要意义。     

非豆科作物共生固氮的研究(Ⅰ)——根瘤菌导入非豆科作物结瘤共生

一、前言近十年来,遗传工程的兴起为生物固氮的研究和发展开辟了广阔的前景。七十年代中期,由于在细菌之间固氮基因转移成功,人们对遗传工程用于固氮的研究前景寄以很大希望;其中最令人关注的是如何将固氮基因转移到非豆科作物中,以减少农作物对氮肥的需求。农业科学中这一富有挑战性的研究课题已日益受到国内外各阶层的重视。1984年1月赵紫阳同志访问美国加州大学时,在听到遗传工程有可能使非豆科作物固氮的介绍后说:“你们的工作做成功了,我们这个地球就可以养活更多的人,可以避免星球大战了。”(《光明日报》,1984年     

研究生物肥料

印度全国各地的农业大学正在加紧试验和实地研究生物肥料的利用问题,以便以此来作为现已发现有害于生态的人造化肥的替代物。印度微生物学家联合会的发言人对印度报业托拉斯说,土壤里固定氮,构成粮食作物生长的重要部分,但是施用人造化肥不仅成本昂贵,而且常常     

关于团场农业环境状况调查报告

农业是人类赖以生存的基本资料重要来源,保护农业生态环境十分重要.本文从化肥、农药、地膜三方面阐述了农业自身污染对农业环境的影响,不仅给当前农业生产带来危害,而且给农业可持续发展带来了严重威胁.     

关于团场农业环境状况调查报告

农业是人类赖以生存的基本资料重要来源，保护农业生态环境十分重要。本文从化肥、农药、地膜三方面阐述了农业自身污染对农业环境的影响，不仅给当前农业生产带来危害，而且给农业可持续发展带来了严重威胁。     

原子簇络合物亡(C_2H_5)_4N]_3[Mo_2FeS_8O_2]的合成、结构和性质研究

一、前言化学模拟生物固氮的根本目的是要彻底改革现行合成氨工业催化剂,其关键在于弄清固氮酶的结构与功能。铁钼辅基(简称:FeMo—co)的成功分离使固氮酶活性中心的研究进入了一个新阶段。用外延X-射线吸收精细结构方法(简称EXAFS)对钼铁蛋白和铁钼辅基中     

金合欢根瘤类菌体周膜融合及其衰老解离的亚显微结构研究

世界上生物固氮效力以豆科植物最高。在细胞结构与功能研究中,根瘤菌和宿主植物间的关系是一个复杂过程。虽然这一由根瘤菌侵入根毛后,在宿主细胞质中发育形成固氮类菌体的过程,已有不少的报道。但对整个共生结构变化的了解仍然相当肤浅。1983年Sutton曾将一百多年来有关根瘤菌发育和衰老的研究423篇论文进行了专门性综述。其中尚无类菌体周膜融合与解离过程的研究。本工作是继文献[9]报道热带豆科根瘤结构研究的     

固氮酶催化固氮活性中心的初步模型——兼论双氮分子络合活化的结构条件

近年来,固氮酶催化的生物固氮作用以及它的化学模拟,引起了国际上生物化学和化学工作者的重视。在酶这类生物化学催化剂中,固氮酶一般只作用于某些类型的小分子底物,未表现出严格的专一性,还原作用也受到一些通常抑制剂的抑制;酶变率相对地说是很低的。这些     

除草剂、农药、化肥对黑斑蛙胚胎发育的影响

农业防治害虫大量使用剧毒化学农药,有其作用快、效果好、使用方便等优点,尤其对爆发性虫害,效果更为显著。但若长期使用或使用不当,害虫的抗药性会逐年增强,农药的施用量也不断增加,同时,为了提高农作物产量,还需施用大量的化肥,这给人畜以及农田的生物带来了很大的毒害作用。本文就农药、化肥对农田中的蛙类胚胎发育及存活的影响进行了初步的研究和探讨。     

一个模拟固氮酶某些性状的无机催化剂

固氮酶是一个含金属钼和铁的蛋白质。在催化还原分子氮及其他底物的过程中,是钼还是铁,或者钼和铁同时与底物首先络合,是迄今尚未阐明的问题。在第二次全国化学模拟生物固氮交流会上,我们曾报道二氯四呲啶铁在溶液中催化还原叠氮化物为氨的活性受外加钼酸钠的促进。进一步的实验表     

天然湿地演替带氮循环研究进展

氮(N)是天然湿地生态系统中最重要的组成成分和一种重要的生态影响因子,其主要来源有径流输入、大气沉降和生物固氮.天然湿地中N的迁移和转化主要发生在湿地演替带,演替带是生物地球化学活动比较强烈的缓冲区,常被视为湿地的N源、N汇和N转化器.演替带中N衰减主要是通过反硝化、厌氧氨氧化和湿地植被吸收等方式进行.本研究综合分析了影响湿地N循环的内部因素和人为因素,其中N来源主要受农业活动和化石燃料燃烧等人工因素的影响,而N衰减主要受氧浓度、可利用的碳和磷、酸碱度和氧化还原电位变化以及微生物活动等内部因素影响.在此基础上提出了湿地演替带中N循环未来的研究方向,为湿地N污染治理和湿地管理决策者提供科学依据.     

过渡金属氢基络合物的合成及其氢转移反应的研究

分子氮络合物在生物固氮及其化学模拟的研究中无疑是一个重要的组成部分。到目前为止,大量稳定的分子氮络合物已被合成,而加H~ 得到氨和肼的却只是极少数几个,且一般得氨量很低。然而值得注意的是个别分子氮络合物Cis—[W(N_2)_2(PMe_2Ph)_4]在一定的条件下加H~ 生成氨可达90％以上。但这些仍然都未超过化学计量反应。我们设想如果能找到某