生物固氮

摘要： 豆科植物通过与土壤中的根瘤菌共生发育形成根瘤,在根瘤中根瘤菌可以将空气中氮气转化成植物可以直接利用的铵态氮。共生过程中为了平衡氮素的摄取和能量的损耗,豆科植物形成了地上与地下信号交互的结瘤自调控机制(Autoregulation of nodulation,AON),进而调节结瘤的数量。本文综述了AON分子调控机制近些年的研究进展,详述了AON通路中关键基因的功能及环境因素对AON体系的影响,包括地下信号短肽、地上受体激酶、地上长距信号(如细胞分裂素、生长素及miR2111等)及其根部F-box蛋白在AON中的作用,讨论了AON研究中部分仍待解答的问题,为结瘤自调控的相关研究提供信息和参考。

摘要： 铁是细胞生理代谢的重要金属元素,是多种氧化还原酶类、过氧化物酶类的重要组成部分。革兰氏阴性菌中,胞内铁转运、储存和利用主要由铁吸收调节蛋白Fur(ferric uptake regulator)调控。水稻根际联合固氮菌--施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501基因组中含有一个fur同源基因,但其具体功能尚不清楚。比较了A1501中fur基因及其编码蛋白的序列特征,并通过实时荧光定量PCR(real-time quantitative,qRT-PCR)和Western blotting杂交方法测定了fur基因和Fur蛋白的表达特性,结果发现fur基因表达水平与环境中铁浓度呈负相关,在铁限制条件下高表达,铁过量条件下表达受抑制。构建了fur基因突变株和功能回补株,表型测定发现fur突变影响了A1501的碳源代谢谱,并导致A1501对过氧化氢胁迫敏感。胞内铁含量测定表明,fur突变株内的铁含量为野生型的1.3倍,进一步qRT-PCR测定表明fur突变影响了铁离子转运系统及过氧化物酶编码基因的表达。研究结果为解析根际微生物胞内铁平衡调节及根际环境适应机制奠定了理论基础。

摘要： 生物固氮是生态系统有效氮的重要来源,目前存在多种测定和计算方法。以青藏高原高寒草原豆科植物团垫黄芪(Astragalus arnoldii)为对象,对比自然丰度法和同位素稀释法的差异,探讨4种计算方法、4种参考植物和2个取样时间对团垫黄芪生物固氮百分率(%Ndfa)评估的影响。结果表明:参考植物的δ15N在自然生长状态下与7月份相比,8月份均显著降低(P<0.05);施加(^(15)NH_(4))2SO_(4)后,4种参考植物紫花针茅(Stipa purpurea)、高山嵩草(Kobresia pygmaea)、矮火绒草(Leontopodium nanum)和青藏苔草(Carex moorcroftii)24 h取样的测定值高于30 d后取样的测定值(P<0.05)。无论标记与否,团垫黄芪的^(15)N丰度在2个采样时间都无明显差异,采用原子百分超和原子百分差这2种计算方法得到的%Ndfa也没有显著差异。除矮火绒草外,以其他3种植物以及4种植物的平均值作为参考时,采用自然丰度法计算的%Ndfa都显著高于同位素稀释法(P<0.05)。取样时间不同自然丰度法的测定结果差异显著(F=89.906,P<0.01),标记后取样时长对同位素稀释法影响显著(F=496.712,P<0.01)。

摘要： 氮素是植物生长必不可少的元素,植物内生固氮菌不仅能够在植物体内产生氮素以供植物利用,而且在自然界氮素循环过程中发挥积极作用,对农业可持续发展具有重要意义。近年来,植物内生固氮菌逐渐成为研究热点。由植物内生固氮菌的发现、作物共生、侵入途径、固氮机理、促生作用机制等方面系统地综述了植物内生固氮菌的研究进展,探讨了植物内生固氮菌新的研究思路以及一些尚未解决的问题,以期为植物内生固氮菌及生物固氮研究提供参考。

摘要： 生物固氮的定量方法分为直接定量法和间接定量法。直接定量法为15N2气体饲喂法。间接定量法有总氮差异法、15N自然丰度法、15N同位素稀释法和乙炔还原法。固氮微生物的研究主要集中在豆科植物,经济作物固氮微生物研究对南方地区经济作物的绿色发展提供借鉴。

摘要： 近年来,有机农业在全球得到了较快发展,然而对于其在农业中的定位和作用以及发展策略,尚存在较大争议。本研究从氮素供应角度,评估不施用化学合成氮肥对于中国粮食生产和消费的影响,以期为我国现代农业发展特别是氮素管理提供支撑。研究以中国整体农业生态系统为对象,基于共生固氮数量、农产品贸易对氮素供应影响以及粮食生产,分析在不同粮食消费水平情形下,有机农业能够养活的人口数量。研究发现,如果全部耕地按照有机方式管理,中国每年共生固氮量为15.41×10^(6)t。在不施用化学合成氮肥情形下,1979年和2018年粮食总产量分别为381.96×10^(6)t和420.72×10^(6)t。不考虑蔬菜和水果,分别能养活0.81×10^(9)~1.24×10^(9)人和0.50×10^(9)~0.77×10^(9)人,即中国耕地全部转化为有机农业方式,在当前耕地面积和科学技术条件下,难以养活全国人口。将进口农产品考虑在内,2018年实际人均粮食(折纯,不包括蔬菜和水果)消费量达689.35 kg·a^(-1)。减少食物浪费、调整食物结构和增加粮食特别是豆类进口,是解决中国粮食问题的重要举措,进口大豆等农产品对于中国化肥减量起到了重要作用。化学合成氮肥对中国粮食生产做出了巨大贡献,但氮素利用率仍有较大提升空间。有机和生态农业强调整体、协调、循环和再生,是引领中国农业可持续发展的理论基础和技术保障,在全国范围内应通过种养结合等措施促进养分的循环利用,降低资源浪费和环境污染。在政策和法律法规层面,可以通过生态补偿和种养循环等举措,提高氮素利用效率,实现粮食数量和质量安全以及生态安全等农业的多重目标。

摘要： 通过开展以可持续林地自肥为目标的高档纤维用材林生物地力回补模式试验,为黑龙江省纤维用材林产业发展探索新的途径.研究结果显示,与具有生物固氮能力的树种进行混交,能够显著提升沙冷杉幼林的当年高和地径的生长.

摘要： 在荒漠生态系统氮沉降背景下,研究退化植被幼苗对水分和氮素变化的响应特征,对实现植被恢复和重建具有重要意义.在塔里木盆地南缘对骆驼刺(Alhagi sparsifolia)幼苗通过2年的水分(干旱、中水和湿润)和氮素(不施氮、低氮(51 mg/kg)、中氮(102 mg/kg)和高氮(306 mg/kg))添加试验,研究骆驼刺幼苗干物质累积、生物固氮和氮效率对水氮条件变化的响应.结果 表明,骆驼刺幼苗不同器官的干物质累积和吸氮效率对水氮条件变化的响应因生长年份而异,但幼苗整株干物质累积和吸氮效率在2个生长年份的变化趋势却相似.在干旱条件下,骆驼刺幼苗的干物质量、吸氮效率和生物固氮量均在低氮处理下显著增加,之后随施氮量增加而降低.水氮交互可显著提高幼苗干物质累积、吸氮效率和生物固氮量,其中以中水中氮处理的效果最好.水氮添加有降低骆驼刺幼苗氮素利用效率(NUE)的趋势,但在干旱和中水条件下施氮可显著提高幼苗的生物固氮比例,然而生物固氮比例与NUE仅在第2个生长年份呈显著负相关.在2个生长年份,骆驼刺幼苗干物质量与吸氮效率和生物固氮量呈极显著正相关关系,但与NUE和生物固氮比例并无明显相关性.这表明骆驼刺幼苗主要是通过调节吸氮效率和生物固氮量来适应水氮条件变化,进而影响幼苗干物质累积.

摘要： 近年来,有机农业在全球得到了较快发展,然而对于其在农业中的定位和作用以及发展策略,尚存在较大争议.本研究从氮素供应角度,评估不施用化学合成氮肥对于中国粮食生产和消费的影响,以期为我国现代农业发展特别是氮素管理提供支撑.研究以中国整体农业生态系统为对象,基于共生固氮数量、农产品贸易对氮素供应影响以及粮食生产,分析在不同粮食消费水平情形下,有机农业能够养活的人口数量.研究发现,如果全部耕地按照有机方式管理,中国每年共生固氮量为15.41?106 t.在不施用化学合成氮肥情形下,1979年和2018年粮食总产量分别为381.96?106 t和420.72?106 t.不考虑蔬菜和水果,分别能养活0.81?109～1.24?109人和0.50?109～0.77?109人,即中国耕地全部转化为有机农业方式,在当前耕地面积和科学技术条件下,难以养活全国人口.将进口农产品考虑在内,2018年实际人均粮食(折纯,不包括蔬菜和水果)消费量达689.35 kg·a?1.减少食物浪费、调整食物结构和增加粮食特别是豆类进口,是解决中国粮食问题的重要举措,进口大豆等农产品对于中国化肥减量起到了重要作用.化学合成氮肥对中国粮食生产做出了巨大贡献,但氮素利用率仍有较大提升空间.有机和生态农业强调整体、协调、循环和再生,是引领中国农业可持续发展的理论基础和技术保障,在全国范围内应通过种养结合等措施促进养分的循环利用,降低资源浪费和环境污染.在政策和法律法规层面,可以通过生态补偿和种养循环等举措,提高氮素利用效率,实现粮食数量和质量安全以及生态安全等农业的多重目标.

摘要： 氮供给和种植密度是影响植物生长的两个重要因素.豆科植物因其生物固氮能力而在受到氮限制的生态系统中具有重要作用,氮含量增加促进植物生长的同时也会抑制豆科植物的生物固氮能力,种植密度会通过种内竞争影响豆科植物的生长和生物固氮能力,然而少有研究关注氮肥添加和种植密度对豆科植物生长和生物固氮能力的影响.该研究以达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)为研究对象,通过温室盆栽实验,探究氮肥和种植密度对其生长和生物固氮的影响.实验设置4个氮添加水平(0、5、10、20 g·m-2·a-1)和3种种植密度(1、3、6 Ind.·pot-1,约32、96、192 Ind.·m-2).结果 发现:1)施肥和密度增加均影响了达乌里胡枝子的生长.叶片碳(C)、氮(N)含量、净光合速率随施氮量增加而增加,氮添加也促进了植物的生长,当施氮量为10 g·m-2· a-1时植物产量达到最大.叶片C、N含量、净光合速率随种植密度增加而下降,密度增加可以促进每盆的总生物量,但对单个植株的生长有负效应.2)氮肥对根瘤形成有抑制作用,但种植密度增加会缓解氮肥对生物固氮能力带来的“氮阻遏”.该实验条件下,当施氮量为10 g·m-2·a-1,种植密度为3 Ind.·pot-1,或施氮量为5 g·m-2·a-1,种植密度为6 Ind.·pot-1时,能最大程度发挥“施氮增产”和种植密度缓解“氮阻遏”的作用.氮添加降低了达乌里胡枝子的根瘤生物量和对根瘤形成的投资(根瘤生物量占总生物量的比例),从而抑制达乌里胡枝子的生物固氮.种植密度增加导致达乌里胡枝子因种内竞争增加而使资源获取受限,从而增加对根瘤的投资和根瘤生物量来获得更多来自大气中的氮.3)结构方程结果显示,氮肥和种植密度通过直接或间接作用,解释了64％的达乌里胡枝子生物量变化和42％的根瘤生物量变化.上述结果表明合理优化豆科植物的施肥量和种植密度可能对人工草地种植以及退化草地恢复管理具有重要意义.

摘要： 本文综述了豆科植物-根瘤菌的共生固氮、根瘤菌自生固氮、联合共生固氮、光合细菌的固氮、红萍和蓝藻的固氮等几种生物固氮方式的研究概况，并就影响豆科植物-根瘤菌共生固氮的自然理化因素和根瘤菌遗传性特点做了简单介绍.

摘要： 化肥“零增长”，是一个艰巨的任务，一方面可以通过改变使用方式，滴灌等精准施肥，但根本解决方案是寻找替代技术和产品，主要研究重点集中在对生物固氮领域科学技术探索和应用产品的研发。研究包括:研发化学氮肥的替代产品-G式生物氮肥。G式生物氮肥可作为传统氮素化肥的替代产品完全或者部分替代化学肥料施用。G式生物氮肥通过生物固氮的作用将大气中的分子态氮转换成易于被作物吸收的氮素形态。生产G式生物氮肥的微生物选自于自然界并被科学组合、培养。产品经由独特的发酵技术生产。这一工艺过程保证了微生物在使用时能发挥其最佳效能。G式生物氮肥既可以施用于豆科作物也可以施用于非豆科作物。产品中的微生物可在植物内部与根际周围发挥多种效能。

摘要： 随着土壤肥力改良、森林养护、贫瘠坏境恶劣地区水土保持等的要求,及工业制氮存在的种种弊端,对于生物固氮的需求逐渐增大,刺槐作为重要的豆科固氮植物,刺槐固氮的研究也日益重要.文章通过对国内外刺槐固氮的相关研究筛选、研究、学习后,对生物固氮能力的测定方法、刺槐的固氮特性、刺槐根瘤固氮的测定方法进行了阐述,对刺槐固氮作用的应用进行研究和介绍.

摘要： 在自然界的氮素循环中，生物固氮具有极其重要的地位，是自然生态系统中氮的主要来源。豆科植物—固氮根瘤菌共生固氮体系是自然界生物固氮效率最高的体系，其固氮量占整个生物固氮量的3/4，成为农业生产的主要氮源，大豆与大豆根瘤菌的共生体系是生物固氮中的典型代表。

摘要： 在自然界中，某些原核微生物在常温常压下通过固氮酶将空气中的氮素转化为氨供植物生长所需，这一过程称为生物固氮，这类原核微生物被称为固氮微生物。

摘要： 本文简述了我国当前化学氮肥用量过大,造成严重的面源污染,提出广泛利用豆科植物根瘤菌共生固氮的主张,简述了国外利用生物固氮的现状和效益及中国农大近30年来对我国根瘤菌资源调查采集,研究成果及初步应用效果.建议更广泛有效的发挥豆科根瘤菌固氮作用,以大幅度减少化肥用量,以减轻能源压力,保护环境,保育土壤,保障农业和环境将续发展.

摘要： RsmA是假单胞菌属高度保守的全局性调控因子,该蛋白可通过与靶基因的mRNA结合影响其稳定性或者抑制靶基因的翻译影响蛋白表达.固氮施氏假单胞菌A1501中发现一个rsmA同源基因及一个可能参与rsmA活性调节的非编码小RNA rsmZ基因.对A1501菌中RsmA及RsmZ的分子进化及表达特性进行了研究.分析结果表明,RsmA与铜绿假单胞菌同源性可达98％,RsmZ具有4个RsmA的结合位点.实时定量RT-PCR结果显示,rsmA在生长初期具有高表达量,而在指数生长期以及平台稳定期表达量下降.非编码RNA rsmZ的转录水平在整个生长时期未发生显著变化。

摘要： RsmA是假单胞菌属高度保守的全局性调控因子,该蛋白可通过与靶基因的mRNA结合影响其稳定性或者抑制靶基因的翻译影响蛋白表达.固氮施氏假单胞菌A1501中发现一个rsmA同源基因及一个可能参与rsmA活性调节的非编码小RNA rsmZ基因.对A1501菌中RsmA及RsmZ的分子进化及表达特性进行了研究.分析结果表明,RsmA与铜绿假单胞菌同源性可达98％,RsmZ具有4个RsmA的结合位点.实时定量RT-PCR结果显示,rsmA在生长初期具有高表达量,而在指数生长期以及平台稳定期表达量下降.非编码RNA rsmZ的转录水平在整个生长时期未发生显著变化。

摘要： RsmA是假单胞菌属高度保守的全局性调控因子,该蛋白可通过与靶基因的mRNA结合影响其稳定性或者抑制靶基因的翻译影响蛋白表达.固氮施氏假单胞菌A1501中发现一个rsmA同源基因及一个可能参与rsmA活性调节的非编码小RNA rsmZ基因.对A1501菌中RsmA及RsmZ的分子进化及表达特性进行了研究.分析结果表明,RsmA与铜绿假单胞菌同源性可达98％,RsmZ具有4个RsmA的结合位点.实时定量RT-PCR结果显示,rsmA在生长初期具有高表达量,而在指数生长期以及平台稳定期表达量下降.非编码RNA rsmZ的转录水平在整个生长时期未发生显著变化。

摘要： RsmA是假单胞菌属高度保守的全局性调控因子,该蛋白可通过与靶基因的mRNA结合影响其稳定性或者抑制靶基因的翻译影响蛋白表达.固氮施氏假单胞菌A1501中发现一个rsmA同源基因及一个可能参与rsmA活性调节的非编码小RNA rsmZ基因.对A1501菌中RsmA及RsmZ的分子进化及表达特性进行了研究.分析结果表明,RsmA与铜绿假单胞菌同源性可达98％,RsmZ具有4个RsmA的结合位点.实时定量RT-PCR结果显示,rsmA在生长初期具有高表达量,而在指数生长期以及平台稳定期表达量下降.非编码RNA rsmZ的转录水平在整个生长时期未发生显著变化。

摘要： 本发明涉及利用合成生物学方法创建的人工非编码RNA模块及其在人工固氮体系构建中的用途。所述RNA模块通过与固氮酶编码基因nifHDK mRNA的相互作用，增强nifHDK mRNA转录后的稳定性，进而提高了底盘微生物的固氮能力。本发明构建了人工RNA模块的融合表达载体，并转入到不同的底盘固氮微生物中。实验证实，在固氮条件下，本发明的人工RNA模块能够显著提高重组工程菌株固氮酶活性。

摘要： 本发明公开一种农学领域对多年生固氮植物从大气中固氮的参数B值进行测定的方法，本发明所述的固氮植物特别指豆科植物，如苜蓿、红豆草、沙打旺等。本发明的方法是：将经处理去除其中的氮的砂土放置于培养容器内，将待测植物种子种植于砂土内，并可在砂土表面采取防止藻类等微生物生长的措施，加足量无氮溶液，以提供植物生长所需的除氮以外的营养，每日按设计量喷洒蒸馏水补充水分，待植株开花期刈割取样，经杀青处理后烘干至恒重，粉碎后测评定植物样中的

摘要： 本发明公开了金属氧化物纳米材料在制备提高固氮微生物固氮能力制剂中的应用及利用金属氧化物纳米材料提高固氮微生物固氮能力的方法。所述方法是将金属氧化物纳米材料添加到无氮液体或固体培养基中，再培养固氮微生物；所述金属氧化物纳米材料在无氮液体或固体培养基中的含量为0.001—10000μg/mL。通过在液体或者固体培养基加入该材料，可以显著地提高固氮微生物的固氮能力。从纳米材料纳米催化角度出发，利用金属氧化物纳米材料吸附氮气且催化固氮过程的特点，从而达到降低氮氮三键键能，提升固氮微生物固氮能力的目的。采用本发明的方法，固氮微生物的固氮能力可显著提高1～270％。

摘要： 本发明涉及一种基于蓝藻生物固氮机制的固氮装置，其包括光电阳极室(2)、光电阴极室(3)、光电阳极片(4)、光电阴极片(5)和导线(10)；光电阳极室(2)内盛装中含有辅酶Q的阳极电解液；光电阳极片(4)浸没在阳极电解液(7)中；光电阴极室(3)内盛装阴极电解液(6)，且其中含有蓝藻、无氮培养基和辅酶Q；光电阴极片(5)浸没在阴极电解液(6)中；光电阳极片(4)上设有半导体光电材料；光电阳极片(4)用导线连接光电阴极片(5)，在光电阳极室(2)与光电阴极室(3)之间设有质子交换膜(1)。本发明利用光电材料产生电子供应蓝藻，蓝藻固氮酶利用电子还原氮，实现常温常压下以氮气为原料以光源为能量进行半人工高效固氮。

摘要： 本发明公开了一种提高固氮微生物固氮能力的方法。所述方法是将表面活性剂添加到无氮液体或固体培养基中，得到表面活性剂无氮液体或固体培养基，然后将固氮微生物接种至表面活性剂无氮液体或固体培养基，对固氮微生物进行培养，收集得到固氮能力提高的固氮微生物；所述表面活性剂的添加量为无氮液体或固体培养基重量的0.0001—30％。通过本方法可以有效提高固氮微生物的固氮能力和菌种存活率，促进固氮微生物生长繁殖。本方法操作简单，便于实施，在提高农作物产量、降低化肥使用量、减少水土污染、保持农业可持续发展、降低能源消耗等方面发挥重要作用。

摘要： 本发明公开了金属氧化物纳米材料在制备提高固氮微生物固氮能力制剂中的应用及利用金属氧化物纳米材料提高固氮微生物固氮能力的方法。所述方法是将金属氧化物纳米材料添加到无氮液体或固体培养基中，再培养固氮微生物；所述金属氧化物纳米材料在无氮液体或固体培养基中的含量为0.001—10000μg/mL。通过在液体或者固体培养基加入该材料，可以显著地提高固氮微生物的固氮能力。从纳米材料纳米催化角度出发，利用金属氧化物纳米材料吸附氮气且催化固氮过程的特点，从而达到降低氮氮三键键能，提升固氮微生物固氮能力的目的。采用本发明的方法，固氮微生物的固氮能力可显著提高1～270％。

摘要： 本发明公开了一种提高固氮微生物固氮能力的方法。所述方法是将纳米材料添加到无氮液体或固体培养基中，得到纳米材料无氮液体或固体培养基，然后将固氮微生物接种至纳米材料无氮液体或固体培养基中，对固氮微生物进行培养，收集得到固氮能力提高的固氮微生物；所述添加纳米材料后的无氮液体或固体培养基中纳米材料的含量为0.001—100000μM。通过该方法可以有效提高固氮微生物的固氮能力，促进固氮微生物生长繁殖。本方法的优点是简单易行，固氮效果显著，该方法在降低化肥用量和农业生产成本，提高作物产量方面意义重大，对于预防土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展等方面都发挥着重要的作用。

摘要： 本发明涉及植物固氮技术领域，具体公开了一种诱导甘蔗生物固氮的方法，包括：（1）甘蔗齐苗后长至3‑4片真叶根据土壤肥力状况按10‑15 kg/亩施用氮肥，同时按N:P2O5:K2O=1:0.5:1的比例配施磷钾肥，施肥后覆土；（2）甘蔗封行后不再施肥，只需保持正常的水分供应。本发明在甘蔗生长早期一次性施用氮肥，施氮量10‑15 kg/hm2，甘蔗封行以后不再施肥，可有效诱导甘蔗进行生物固氮，满足甘蔗生长所需，确保甘蔗高产，同时显著提高甘蔗蔗糖分，从而实现甘蔗生产的减肥、节本、增效。

摘要： 本发明涉及有机化学及生物技术领域，公开了一种促进微生物固氮能力的方法、乙烯的制备方法以及共轭聚合物的应用。通过使用共轭聚合物，该共轭聚合物通过非共价相互作用修饰到固氮微生物表面，经过光照后，水溶性共轭聚合物产生的外源光生电子导入固氮微生物内部的代谢循环，加速固氮酶的电子传递过程，提高固氮酶的活性，进而提高固氮微生物的固氮能力。

摘要： 本发明提供了一种紫花苜蓿生物固氮的定量方法，该定量方法为：％Ndfa＝(参考植物δ15N‑测定紫花苜蓿δ15N)/(参考植物δ15N‑Bδ15N)。本发明主要利用大气和土壤的同位素组成(δ15N)的差异对生物固氮进行定量；本发明还提供上述紫花苜蓿生物固氮的定量方法的应用，该定量方法用于大田中大量紫花苜蓿品种固氮比例的测定。当具有活性根瘤的豆科生长于无氮媒介中时，植物的氮素则完全来源于生物固氮，其δ15N则接近于大气；相反，如果非固氮植物生长于含氮的培养媒介中，其δ15N则接近于土壤，本发明定量方法根据上述原理来进行测量。