水稻根际固氮细菌的研究

水稻根际的固氮细菌活动颇为活跃,它的种类也很多,是一个潜在的氮肥来源,国内外都在进行广泛深入的探讨。我们从广东的水稻根际发现了一种新的有较强固氮能力的细菌,代号A-15。为革兰氏阴性杆菌,无脂肪粒,周生鞭毛。其性状特征符合于迄今未发现有固氮能力的产碱菌属。初步鉴定为粪产碱菌(Alcaligenes faccalis)。它是微好氧固氮菌,利用有机     

固氮细菌找到新寄主

研究人员促成了固氮根瘤菌到包括稻子在内的非豆科植物的根际安家结瘤.固氮根瘤菌是一种极其特别的细菌.除个别例外,它们只能在豆科植物例如大豆,苜蓿和刺槐的根部结瘤固氮.这种细菌,摄取在空气中无用的氮气,并将其转化成氨和植物的其他营养成份.实际上,细菌是为     

禾本科/豆科间作促进豆科共生固氮机理研究进展

综述以往研究发现,大多数禾本科/豆科间作都会显著增加豆科作物的固氮比例(%Ndfa),并认为这种增加是由于禾本科作物对豆科作物根际氮素的耗竭作用引发的.但豆科作物体内通常会在氮磷之间保持稳定的化学计量关系,豆科作物共生固氮的增加会使作物生长受到磷的限制.在这种磷素限制条件下豆科作物会被激发出潜在的磷吸收策略,即通过根系分泌物或丛枝菌根真菌增加对土壤磷素的获取满足其自身固氮对磷素的大量需求,进而增强豆科作物自身的结瘤及固氮.此外,随着分子生物学技术的发展,新近研究发现禾本科作物根系分泌物能上调豆科根部关键结瘤基因NODL4, ENODL2, ENOD93,固氮基因FixI3,查尔酮-黄酮异构酶CFI基因和生长素响应基因GH3.1的表达,这些基因超量表达可促进豆科作物类黄酮物质的分泌、根毛卷曲、结瘤并促进豆科作物固氮.间作作物间通过根际氮素耗竭作用、磷素活化作用以及固氮基因分子调控等三个层面上互相偶联来促进间作系统氮素吸收、优化氮素利用效率和提升作物产量,这些研究对促进和发展禾本科/豆科间作固氮理论体系具有重要指导意义.     

利用酵母双杂交系统研究斯氏假单胞菌固氮调节蛋白NifL和NifA的相互作用

固氮斯氏假单胞菌A1501(Pseudomonasstutzeri,原称粪产碱菌A1501)于1980年分离自中国南方水稻田,能紧密结合于宿主植物的根表或侵入根内进行生长繁殖和固氮作用,但化合态氮和氧的存在限制了联合固氮效率.本实验室已从该菌中克隆了DNA片段大小为30kb,包含完整nifLA-like基因的ni     

生物固氮机制研究的进展

早在1885年,Berthelot通过盆钵试验,就证明了微生物固定空气中氮素使土壤肥沃的事实。十年后,Winogradsky(1894)第一次从土壤中分离出巴氏梭菌的纯培养。以后Beijerink(1901)分离出固氮菌的纯种。到目前已发现很多其他固氮微生物,包括产气杆菌、多粘芽孢杆菌、无色杆菌、极毛杆菌、甲烷杆菌、红螺菌、红硫细菌、绿硫细菌、红色小杆菌、红酵母、蓝藻,以及与豆科植物共生固氮的根瘤菌和与非豆科植物共生固氮的放线菌(?)。此外也声称菌     

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     

“豌豆油菜”新种合成研究初探

一、研究目的豆科植物的根部与土壤中固氮细菌、根瘤菌共生的根瘤体是固定和吸收空气中的氮气、土壤中的游离氮,以补充其自体合成蛋白质所必需的氮素养料,并且又是促进土壤熟化,提高土壤肥力的重要生物宝     

巴西固氮螺菌GlnB与NifA蛋白N端结构域的相互作用

巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)可与多种重要作物联合固氮, 具有作为生物肥料的潜能. 固氮基因(nif)的转录激活蛋白NifA和PⅡ信号转导蛋白家族成员GlnB是参与该菌固氮调控的两个关键蛋白, 且NifA的活性调控依赖于GlnB. 研究结果表明, 在无氮条件下GlnB与NifA蛋白N端结构域存在相互作用, 且N端18和53位酪氨酸突变为苯丙氨酸的NifA与GlnB的互作增强. 研究还发现, NifA蛋白N端66~88位和165~176位氨基酸区域对于与GlnB蛋白的相互作用是必需的.     

生物工程在树木固氮方面又结出硕果

1991年5月份,法国第七巴黎大学的科学家们菲利莆(Phelep)等利用生物工程技术,由含有两种根状农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)品系A_4或2659的木麻黄科植物Allocasuarina verticiliata培养的上胚轴,子叶扣下胚轴诱导毛状根从而获得了具固氮能力的,可以在无激素培养基上生长的并发育出异常广阔的根系统的转基因植物。通过特异的章鱼碱的存在和Southern斑点印迹分析均肯定了上述的实验结果。由此,法国的科学家们在树木固氮的生物工程研究方面取得了突破性进展,为人类能够最终利用大气     

大豆早期结瘤素基因enod2B启动子在水稻中的表达受结瘤因子诱导

在根瘤菌与宿主豆科植物形成的共生关系中, 根瘤菌分泌的结瘤因子是宿主专一性的主要决定因子. 结瘤因子信号能够诱导豆科植物根毛细胞质膜去极化、离子流动和早期结瘤素基因的表达以及根毛变形、皮层细胞分裂和根瘤原基形成等与共生有关的表型变化. 水稻是重要的粮食作物, 能否对结瘤因子信号产生应答反应是最终实现水稻结瘤固氮的关键因素. 将大豆早期结瘤素基因Gmenod2B的启动子与报告基因b-葡萄糖苷酶(GUS)基因融合构建成嵌合基因Gmenod2BP-GUS, 以此嵌合基因作为探索水稻细胞感受结瘤因子信号的分子标记. 通过根癌农杆菌介导的遗传转化系统, 获得了携带嵌合基因Gmenod2BP-GUS的水稻再生植株. 以广宿主根瘤菌NGR234(pA28)分泌的结瘤因子作为探针, 检测转基因水稻中嵌合基因Gmenod2BP-GUS的表达. 结果表明, 转基因水稻中大豆早期结瘤素基因enod2B启动子的表达可以受结瘤因子诱导, 仅在水稻根部的皮层薄壁细胞和内皮层细胞中呈特异性表达, 并且受到氮源的调控. 推测在水稻中可能存在结瘤因子所诱导的豆科早期结瘤素表达的类似机制.     

柽柳灌丛下与灌丛外短命植物AM真菌多样性

对生长在柽柳荒漠生境中最常见的4种早春短命植物离子草(Chorispora tenella (Pall.) DC.)、角果毛茛(Ceratocephalus testiculatus (Crantz) Bess.)、东方旱麦草(Eremopyrum orientale (L.) Jaub et. Spash)和弯果婆婆纳(Veronica campylopoda Boiss.)进行取样调查, 分析了柽柳灌丛下和灌丛外的4种植物丛枝菌根(AM)的形成状况、根际AM真菌的孢子密度和群落组成, 并探讨了柽柳灌丛对其菌根侵染状况、根际AM真菌群落组成的影响. 结果表明, 柽柳灌丛下短命植物的侵染率和根际土壤中AM真菌孢子的密度显著低于灌丛外的植物, 并且灌丛下AM真菌的种类(12种)少于灌丛外(19种). 灌丛下短命植物根际土壤由于受到柽柳灌丛的影响, 其养分含量除速效钾外, 都高于灌丛外; 灌丛下碱解氮和速效磷的含量分别为65.37和44.50 mg/kg, 而灌丛外的含量则为32.33和33.85 mg/kg. 本研究共从短命植物根际分离到21种AM真菌, 其中无梗囊霉属有5种、原囊霉属1种、球囊霉属13种和类球囊霉属2种. 通过上述结果得出以下结论: 柽柳灌丛影响着土壤的理化特性及其下生长的短命植物丛枝菌根的形成和根际AM真菌群落的组成.     

斯氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri A1501氧胁迫下基因表达谱研究

斯氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri A1501分离自我国南方水稻田, 在低铵和微好氧条件下能紧密结合在水稻根表, 并侵入根内生长和固氮. 为探讨氧对A1501基因组表达的影响, 利用全基因组芯片技术, 研究不同氧浓度(0.5%, 21%)下A1501基因组表达谱, 结果表明: (ⅰ) 67个基因在高氧浓度下表达上调2倍以上, 其中17个基因的功能未知; (ⅱ) 68个基因在高氧条件下表达, 其中约50%的基因参与固氮或反硝化. 实时定量RT-PCR验证结果表明, 4个编码氧化还原酶的基因和7个编码胞外夹膜多糖和抗原寡糖合成的基因在高氧下表达上调, 其中sodC在高氧下表达上调2.7倍、编码黄素单胺氧化酶相关蛋白的基因PST1610表达上调2.2倍、编码α-酮戊二酸-铁氧化酶族氧化还原酶的基因PST3584表达上调3.2倍、编码NAD依赖型氧化还原酶的基因PST2179表达上调2.9倍. 这些基因及其表达产物可能在A1501氧保护机制中发挥作用.     

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.     

细菌聚类新方法: ddT聚类技术分析香根草联合固氮菌多样性

利用高分辨率的聚丙烯酰胺凝胶电泳技术, 采用新型遗传分析仪Li-COR 4300L, 结合测序的双脱氧链终止法原理, 建立了基于16S rDNA序列T碱基分布特征的一种新的细菌多样性聚类技术——ddT聚类技术. 应用该新的ddT聚类技术对分离自香根草的47株联合固氮菌多样性进行了聚类分析, 获得了6个不同的主要类群, 表明香根草联合固氮菌具有较大的遗传资源多样性. 应用SDS-PAGE全细胞蛋白质电泳和DNA指纹图谱方法对该聚类结果进行验证, 结果表明, 该新聚类技术可以应用于细菌的多样性聚类分析. 16S rDNA序列测定和系统发育分析表明, 供试的联合固氮菌分别与?-变形杆菌纲(γ-proteobacteria)的阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae), Enterobacter ludwigii, Pantoea ananatis, 恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida), 荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)和β-变形杆菌(β-proteobacteria)的中型假食酸菌(Pseudaci- dovorax intermedius), Mitsuaria chitosanitabida, 越南伯克氏菌(Burkholderia vietnamiensis), 佛莱辛草螺菌(Herbaspirillum frisingense)亲缘关系相近, 其中肠杆菌属、伯克氏菌属和泛菌属是香根草联合固氮菌的优势类群, 分别占分离菌株总数的45%, 19%和13%, 它们一起构成了分离菌株总数的77%.     

固氮菌有望大幅度提高粮食产量

澳大利亚和中国的科学家正在联合研究使谷类作物(诸如大麦、小麦等)的根茎系统形成固氮结瘤的方法。八十年代初,中国山东大学的聂延福(音译)发现除莠剂2,4-D能使小麦形成根茎结瘤,而这些结瘤又很容易感染上具有能凝固空气中氮的本领的根瘤细菌。     

紫云英根瘤菌nodD基因的克隆及核苷酸序列

豆科植物紫云英(Astragalus sinicus)是生长于我国南方地区的重要绿肥之一.紫云英根瘤菌(Rhizobium huakuii即R.astragali)是革蓝氏阴性细菌,感染豆科植物紫云英后形成有效的固氮根瘤.决定根瘤菌在宿主植物引起根瘤的基因称结瘤基因(nod和nol基因),nod和nol基因的诱变将导致根瘤菌不能或延迟在宿主植物上结瘤.这些基因包括共同结瘤基因nodABC,nodIJ.宿主专一性结瘤基因(hsn)nodEF,nodG,nodH,nodQ等及与结瘤有关的一些nol基     

蛋白酶抑制剂mRNA在抗褐飞虱水稻中的原位定位

利用RNA原位杂交技术, 对抗虫水稻B5植株接种褐飞虱若虫72 h后的根、茎、叶组织切片进行了蛋白酶抑制剂基因(E61932)的原位定位. 结果显示, 在未接虫的材料中, 该基因在根、茎、叶等部位都有表达, 但表达水平很低; 褐飞虱取食后, 蛋白酶抑制剂基因在水稻茎、叶的薄壁组织中大量表达, 根中表达较弱, 说明受褐飞虱若虫取食诱导该基因表达上升.     

当代工程技术发展趋势及应引起重视的几个问题(下)

现代生物技术的主要特点: (1)打破了几千年来遗传学上远缘不能杂交的规律,即种属间的屏障;(2)提供了一种手段或直接进行基因或蛋白质的人工合成;(3)提供一种基因治疗手段,在基因水平上治病防病,包括遗传病、恶性肿瘤等。 现代生物技术产业的优点:(1)利用自然界的再生资源;(2)投资少、产值高;(3)一般无环境污染。 在农业上的应用举例: (1)转基因植物。如抗棉铃虫的棉花,抗腐烂的西红柿。 (2)转基因动物。如快速生长的鱼,奶汁中分泌有大量有效药物的羊。 (3)农用基因工程微生物。如改造联合固氮或共生固氮的工程菌,提高固氮能力。 (4)牲畜用基因工程疫苗,预防传染病。 (5)牛胚胎工程(胚胎分割,异体发育),快速繁殖良种牛。 在工业上的应用举例: 目前生物工程应用于工业化生产的,主要是微生物。 (1)生物降解塑料。经过选育和基因重组,构建“工程菌”,已获得积累聚酯塑料占菌体质量70％～80％的菌株。已有商品问世。     

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     

年际和年代际冷暖变化是人类活动碳排放量增减的诱因

工业化以来的近百年全球平均气温、大气CO2浓度和欧美发达国家(美国、英国、法国和德国)化石燃烧年和月的碳排放量等数据用于分析它们之间在年际和年代际时间尺度上的变化关系.在年际尺度上,美国冬季气温偏低(高)年的碳排放量显著增加(减少);夏季与之相反,化石燃烧的碳排放量与气温存在显著的正相关.在年代际尺度上,美国和全球的气...