生物固氮研究的前沿介绍（李季伦） 氮是构成生物的主要元素之一，但分子态 N2却不能被生物直接利用，只有氨态氮(NH4+)才能掺入细胞内各种含氮的有机化合物中，其中包括重要的生物大分子——蛋白质和核酸。动植物本身都没有将N2还原成NH3的能力，但是有些原核生物的细 菌和古菌(并非全部)却有这种能力，称为生物固氮。化学合成氨和生物固氮都是将N2还原成 NH3。 由于N2分子之间是三键，即 N≡N，键能高，需要很高的能量才能将N≡N打开，化学合成氨必须在高温(350O C)和高压(500大气压)并以 Fe2+做催化剂时才能将 N2加3H2还原成2NH3，不但消耗大量不可再生的能源，而且要在耐高温高压的设备中进行，成本高；生产过程中排出的大量 CO2，增加了温室效应。此外，农业生产大量施用化学氮肥(铵盐或尿素)会造成土壤板结，且被植物有效利用的还不到40％，其余的有些在土壤中矿化固着，有些被土壤中的硝化细菌氧化成亚硝酸和硝酸，随水流入江河、湖泊和渗入地下水，造成水质污染；或在脱氮反硝化细菌的作用下释放出 N2而回归大气中。生物固氮也要消耗固氮菌氧化碳水化合物所产生的高能化合物，即 ATP，但这种反应是固氮菌细胞内的固氮酶在常温常压下催化完成的，是清洁的天然氮肥厂。固氮菌种类各异，在不同的生态条件下，生活着不同类型的固氮菌。有的可侵入豆科植物或某些非豆科树木的根部形成根瘤，根瘤菌栖居在根瘤内，依靠宿主植物光合作用合成的可再生的能源将 N2固定成氨，随即生成氨基酸，提供宿主植物以有机氮源，两者形成互利的共生关系，称为共生固氮。共生固氮的效率很高，其固氮量可高达10—15公斤氮素／每亩／每年。因此栽培豆科作物只需使用少量种肥，可以节约大量化学氮肥。但是共生固氮的宿主植物范围有限，非豆科的粮食作物(如水稻、小麦、玉米等禾本科植物)、棉花、大多数果树和蔬菜等，都没有与之共生的固氮菌，尽管在土壤中也自由生活着各式各样的固氮菌，但由于受种种因素(如土壤中缺乏可被利用的能源或含氮量较高等)的限制，它们的固氮效率不高，为植物提供的氮素很少，特别是当土壤中含化合态氮(如铵盐或硝酸盐)较高时，自生固氮菌便停止固氮，而利用土壤中存留的氮源进行生长繁殖，并未增加土壤中的含氮量。在原始森林和草原的土壤中和海洋里生活的固氮菌，由于环境中含氮量低，可固定较多的氮素，提供植物生长的需要。 由以上所介绍的生物固氮的知识，我们不禁要问： 第一、为什么只有某些原核的细菌和古菌才能固氮，而真核的真菌和高等动植物都不能固氮?目前己知这是不同生物的遗传性决定的。凡是固氮菌 都有与固氮有关的基因，特别是编 图1 奇形怪状的细菌 图2 银合欢根瘤菌 图3 根瘤菌
生物固氮的原理、应用及研究进展 摘要：生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源全球生物固氮的量是巨大的，海洋生态系统每年生物固氮量在四百万吨到两千万吨，陆地生态系统生物固氮量在九百万吨到一千三百万吨，而工业固氮量在世纪年代中期每年约为一千三百万吨。可见，生物固氮在农林业生产和氮素生态系统平衡中的作用很大我国农民利用豆科植物固氮肥田历史悠长，直至现在仍保留着豆科植物和非豆科植物轮作套作和间作等耕作制度国外也十分重视固氮生物在农业中的作用。 关键词：生物固氮；联合固氮菌；自生固氮菌 一、生物固氮的原理 1982年，Postage 以肺炎克氏菌为例提出一个固氮酶催化机理模式，至今 仍被广泛采用其总反应式为：N 2 + 6H+ + nMg-ATP +6e-(酶)→2NH 3 +nMg-ADP+nPi 固氮微生物的固氮过程是在细胞内固氮酶的催化作用下进行的不同固氮微生物的固氮酶，其催化作用的情况基本相同在固氮酶将还原成的过程中，需要e和H+，还需要ATP提供能量生物固氮的过程十分复杂[1]，简单地说，即在ATP提供 能量的情况下，e和H+通过固氮酶传递给N 2，使它们还原成NH 3 ，而乙炔和N 2 具 有类似的接受e还原成乙烯的能力。 二、固氮微生物的种类 固氮微生物多种多样，不同的划分标准满足了不同的要求。从它们的生物固氮形式来分，有自生固氮、联合固氮、和共生固氮3种。 ①自生固氮微生物是指能够在自由生活状态下固氮的微生物总称。在自然界，自生固氮微生物种类很多，分散地分布在细菌和蓝细菌的不同科、属和不同的生理群中；并大致可以分为光合细菌和非光合细菌两类。前者如红螺菌、红硫细菌和绿硫细菌等，其中的某些种类可与其它微生物联合而相互有利；后者的种类很多。根据非光合细菌的自生固氮菌对氧的需求，可以分为厌氧的细菌如梭状芽胞杆菌[2]；需氧细菌如自生固氮菌、贝捷林克氏固氮菌、固氮螺菌等；以及兼性细菌如多粘芽胞杆菌、克鲁伯氏杆菌、肠杆菌等。自生固氮微生物中的某些种类，在有些情况下可以与植物进行联合固氮。 一般地，自生固氮微生物固定的氮素满足本身生长繁殖需要以后就不再固氮了，多余的氮反过来会抑制它们自身的固氮系统。同时，它们固氮效率也比较低。
形态结构 1 2、生物固氮特点：根瘤菌只有侵入豆科植物根内才能固氮；不同的根瘤菌只能各自侵 入特定种类的豆科植物。 3 4 形成共生 5、这种共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过 豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围，有些菌在膜套内能继续繁殖，大量增加根瘤内的根瘤菌数，以后停止增殖，成为成熟的类菌体；宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白，分布在膜套内外，作为氧的载体，调节膜套内外的氧量。类菌体执行固氮功能，将分子氮还原成NH3，分泌至根瘤细胞内，并合成酰胺类或酰尿类化合物，输出根瘤，由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养，而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。 共生固氮 6、花生、大豆、苜蓿等豆科植物，通过与根瘤菌的共生固氮作用，才可以把空气中的 分子态氮转变为植物可以利用的氨态氮。 7、主根瘤菌刚刚进入豆科植物根部的时候，并不能固氮，只能发展到拟菌体阶段，才 能进行固氮作用。在根瘤内，根瘤菌从豆科植物根的皮层细胞中吸取碳水化合物、矿质盐类及水分。以进行生长和繁殖。同时它们又把空气中游离的氮通过固氮作用固定下来，转变为植物所能利用的含氮化合物，供植物生活所需。这样，根瘤菌与根便构成了互相依赖的共生关系。 8、固氮酶作用原理 注意：并不是所有的根瘤都是根瘤菌造成的。 市场用途 8、中国地域辽阔豆科作物种类繁多，每年大面积种植花生、大豆、豌豆、蚕豆、绿豆及 苜蓿、沙打旺等豆科牧草几十种之多。这些豆科作物和地球上所有的生物一样，在生长中离不开氮这一生命要素。优点：根瘤菌接种剂能大量减少化肥的使用量，改善农产品品质，使农产品达到AA级绿色食品要求；有效提高农作物的产量；无任何不良副作用，不构成重金属污染；施用成本只有化肥的十分之一,根瘤菌剂还具有培肥地力，改良土壤结构，肥地养地之功能，所以根瘤菌接种技术在豆科作物种植中的作用是其他任何技术措施无法替代的，具有十分重要的地位。
精品资源 非豆科植物固氮 空气中含有大量的氮素，但并不能直接为高等植物吸收利用，只有在某些土壤微生物与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中氮还原成氨等氨化物的过程，植株才能利用大气氮。农业生产中常见的豆科植物根系上着生大量的根瘤菌，可以从空气中吸收和固定大量的氮素，这种作用称为生物固氮作用。大部分农作物由于缺乏共生固氮菌的作用，必须依赖氮肥供应才能生长。 长期以来，生物固氮是世界科学家关心和研究的重点。人们总是期望广大农田的粮食作物中能和豆科作物一样有固氮自肥的能力，以减少对化肥的依赖。所以，科学家最感兴趣的题目，是把豆科植物的根瘤菌奇妙的固氮能力转移给其他非豆科农作物，使之从空气中固定氮素以获取作物高产。 70年代中期，随着遗传工程的兴起，首先实现了细菌之间的固氮基因转移，为人们达到这种梦寐以求的目标展示了美好的前景。固氮遗传工程的主要研究目的是用遗传操作技术，将固氮微生物的固氮基因转移到非固氮微生物或农作物中，以扩大生物固氮的新资源。 80年代后期，美国科学家应用豆科宿主植物的提取物驯化出新根瘤菌转变菌株，用以处理小麦、水稻、高粱等7种非豆科植物能结瘤固氮。这些新菌株已分别命名为小麦根瘤菌、水稻根瘤菌等。 中国和德国的科学家进行合作研究，选用固氮根瘤菌作菌种，通过2，4－D 诱导其在小麦根部结瘤定殖，结果测定出诱发的根瘤有明显固氮酶活性。此后，我国科学家将固氮螺菌导入小麦根部结瘤，也测出固氮酶活性。通过15N同位素稀释法检测盆栽试验中诱发结瘤的麦苗固氮能力，连续4年5次试验测定证明，平均可从空气中固定15％氮素；15N同位素标记法检测证明，所固定的氮素中有1／3左右的氮素已转移到植株茎叶中。这些研究结果证明，目前非豆科作物结瘤固氮研究在结瘤和固氮两大关键技术方面已有全面突破，不仅可将根瘤菌移植到小麦根部结瘤，而且还突破了禾木科植物天然缺乏豆血红蛋白不能和根瘤共生固氮的障碍，终于使人工诱发的非豆科作物根瘤表达固氮能力。 日本国立遗传研究所的科学家成功地将豆类作物固氮基因移植到水稻根际微生物中。这种水稻新品种，约有20％的氮素来自根际微生物的固氮作用。澳大利亚科学家用强力诱变剂处理大豆，培育出一种新型的“超级分枝豆”，其根系固氮能力比普通大豆高出35倍，可以显著地提高土壤肥力，增加大豆产量。生物固氮研究工作一旦有新的突破，农业生产上就可能摆脱对氮肥的依赖并把产量提高到一个新水平。 欢下载
根瘤菌分类简述 根瘤菌是一类与农业生产关系密切的细菌,与豆科植物共生具有很高的固氮效率.根瘤菌分类作为生物固氮和细菌分类两个领域的结合点,具有十分重要的意义.随着根瘤菌资源的不断发现和科学技术的不断发展,根瘤菌分类从以互接种族为依据的传统分类逐步过渡到了以系统发育关系为依据的现代系统分类,特别是近十几年来,生物技术应用于根瘤菌系统发育及其分类的研究进一步促进了根瘤菌资源的开发利用,使得根瘤菌的分类及其系统发育研究有了突破性进展. 根瘤菌(root nodule bacteria)是一类广泛分布于土壤中的革兰氏阴性细菌，与豆科植物共生，通过侵染豆科植物根部形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。根瘤菌与豆科植物的共生是生物固氮体系中作用最强的体系，所固定的氮约占生物固氮总量的65%。在农业生产和固氮生态体系中起着极其重要的作用。 已知全世界豆科植物近两万种。据统计蝶形花亚科的植物98%以上能形成根瘤固氮，含翔草亚科约90%，云实亚科约28%。 根瘤菌分类体系是根瘤菌理论和应用研究的基础，它对于人们研究根瘤菌基本的生态过程，认识根瘤菌与生态系统之间的关系，根瘤菌与其他有关物种的亲缘关系及其自身的演化、系统发育过程，保证根瘤菌资源和生态系统的合理开发与持续利用等具有十分重要的意义。随着新的根瘤菌资源的不断发现和科学技术的发展，根瘤菌分类从以互接种族为依据的传统分类逐步过渡到了以系统发育关系为依据的现代系统分类。特别是近十几年来，现代分子生物学技术的迅速发展和广泛应用，使得根瘤菌的分类及其系统发育研究有了突破性进展。 根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围，有些菌在膜套内能继续繁殖，大量增加根瘤内的根瘤菌数，以后停止增殖，成为成熟的类菌体；宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白，分布在膜套内外，作为氧的载体，调节膜套内外的氧量。类菌体执行固氮功能，将分子氮还原成NH3，分泌至根瘤细胞内，并合成酰胺类或酰尿类化合物，输出根瘤，由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养，而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。 早在1838年，Bonssingablt根据他的田间试验结果指出，豆科植物的营养生理和禾本科植物不同，三叶草和豌豆都可以从空气中取得氮素营养。后来，Lachamann(1858)和Bopo M C(1886)发现豆科植物根瘤中含有微生物，并且指出根瘤的形成是微生物侵入植物的结果。到1886年，德国植物化学家Hellrgel和Wilfarth等人在柏林一次科学大会上发表研究报告证明豆科植物根瘤是由细菌感染引起的，只有形成根瘤才能固定大气中的氦素。1888年．荷兰学者Beijer —inck M W用植物叶片汁加天门冬酰胺，蔗糖和明胶缓冲液配制的培养基，从豌豆根瘤中第一次成功分离到根瘤菌，并将其命名为Bacillus radicicda。一年后，波兰学者Prozmowski用根瘤菌纯培养物接种豆科植物，形成了根瘤，并将之改称为Bacterium radicicola。1889年，Frank建议将可在豆科植物根上结瘤的细菌属名改为根瘤菌属(Rhizobium)，并一直沿用至今。当时，Frank以为感染所有豆
生物固氮及其发展前景 摘要：本论文主要介绍生物固氮概念、固氮微生物及其种类和生物固氮发展前景。 关键词：生物固氮固氮微生物固氮生化机制生物固氮展望 引言：生物固氮是一个具有重大理论意义和实用价值的生化过程。生物固氮反应是一种及其温和及零污染排放的生化反应，它比人类发明的化学固氮有这无比的优越性，因后者需要消耗大量的石油原料和特殊的催化剂，并须要在高温（~300℃）、高压（~300个大气压）下进行。此外，若不合理地使用氮肥，还会降低农产品的质量，破坏土壤结构和降低肥力，以及造成坏境污染（如湖泊的水华和海洋的赤潮）等恶果。我国在近半个世纪当中，化肥产量猛增近6000倍，其有害影响已不断出现。因此，我们应深刻认识到，只有深入研究、开发和利用固氮微生物，才能更好的发展生态农业和达到土地可持续利用的战略目标。如果把光合作用旱作是地球上最重要的生化反应，则生物固氮作用便是地球上仅次于光合作用的生物化学反应，因为它为整个生物圈中一切生物的生存和繁荣发展提供了不可或缺和可持续供应的还原态氮化物的源泉。 内容：⒈生物固氮定义：指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程，生物界中只有原核生物才具有固氮能力。 ⒉固氮微生物的种类 ⒉1 自生固氮菌
⒉⒈1好氧：化能异养、化能自养、光能自养 ⒉⒈2兼性厌氧：化能异养、光能异样 ⒉⒈3厌氧：化能异养、光能自养 ⒉2 共生固氮菌 ⒉⒉1根瘤：豆科植物、非豆科被子植物 ⒉⒉2植物：地衣、满江红 ⒉3 联合固氮菌 ⒉⒊1根际（热带、温带） ⒉⒊2叶面 ⒉⒊3动物肠道 ⒊固氮的生化机制 ⒊1生物固氮反应的6要素 ⒊⒈1ATP的供应由于N≡N分子中存在3个共价键，故要把这种极端的分子打开就得花费巨大能量。固氮过程中把N2还原成2NH3时消耗的大量ATP(N2:ATP=1:(18~24)是由呼吸、厌氧呼吸、发酵或光合磷酸化作用提供的。 ⒊⒈2还原力[H]及其传递载体固氮反应中所需大量的还原力（N2︰[H]=1︰8)必须以NAD（Ｐ）Ｈ＋Ｈ﹢的形成提供。[Ｈ]由低电势的电子载体铁氧还蛋白(ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ，一种硫铁蛋白)或黄素氧还蛋白（Ｆｌｄ，一种黄素蛋白）传递至固氮酶上。 ⒊⒈３固氮酶固氮酶是一种复合蛋白，由固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成，它们对氧都高度敏感。固二氮酶是一种含铁
根瘤菌固氮 D01214xxx XXX 12生物技术 根瘤菌：根瘤菌主要指与豆类作物根部共生形成根瘤并能固氮的细菌，一般指根瘤菌属和慢生根瘤菌属；两属都属于根瘤菌目。根瘤菌侵入寄主根内，刺激根部皮层和中柱鞘的某些细胞，引起这些细胞的强烈和生长，使根的局部膨大形成根瘤；根瘤菌在根内定居，植物供给根瘤菌以矿物养料和能源，根瘤菌固定大气中游离氮气，为植物提供氮素养料，两者在拮抗寄生关系中处于均衡状态而表现共生现象。 根瘤菌的形态特征：根瘤菌是短杆状细菌，因生活环境和发育阶段的不同，在形态上有显著变化.根瘤菌在固体培养基上和土壤中呈杆状，端生或周生鞭毛能运动，革兰氏染色阴性，无芽孢，培养较久菌体粗大，染色不均。 生存习性：根瘤菌与植物的共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。 根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围，有些菌在膜套内能继续繁殖，大量增加根瘤内的根瘤菌数，以后停止增殖，成为成熟的类菌体；宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白，分布在膜套内外，作为氧的载体，调节膜套内外的氧量。
类菌体执行固氮功能，将分子氮还原成NH3，分泌至根瘤细胞内，并合成酰胺类或酰尿类化合物，输出根瘤，由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养，而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。 豆科植物与根瘤菌共生互作的结果导致了一个新的植物器官——根瘤的形成,根瘤菌生活在根瘤中,它们具有将氮气转化为能被植物同化的氨的能力。本文将以大豆为例，从不同的根瘤菌菌株、不同的氮肥类型、以及不同的土壤类型三个方面对大豆根瘤菌结瘤固氮的影响进行探究。利用生物固氮来提高土壤肥力、改变土壤的物理性状和生物学性状等方面，这不仅具有良好的经济效益和社会效益，而且还能在可持续农业中维持良好的生态环境，具有明显的生态效益。 根瘤菌是一类生活在土壤中的革兰氏阴性杆状细菌,在合适的条件下,根瘤菌能侵染豆科植物并与之进行共生结瘤固氮。根瘤菌与豆科植物的共生是生物固氮体系中作用最强的体系,据估计所固定的氮约占生物固氮总量的65%,在农业生产中起着极其重要的作用。 根瘤菌与豆科植物的共生关系因生态环境的差异而具有很大的多样性,进行根瘤菌选种时,必须针对生态环境及宿主植物选择出最佳匹配的根瘤菌。同时经试验证明植物不同品种与不同根瘤菌共生,其有效性差异很大,所以选种时还须针对植物品种进行匹配,才能达到更好的共生固氮效果。本文根据以往研究总结，将把根瘤菌菌株、氮肥类型和土壤类型3个因素结合起来讨论大豆根瘤固氮酶活性,明确不
豆科植物的根瘤 空气中存在着大量的分子态氮，它们约占空气成分的80％。估计在整个大气层中，约有4000万亿吨的分子态氮。然而，绝大多数的植物只能从土壤中吸收结合态氮，用来合成自身的含氮化合物（如蛋白质等）。土壤中的含氮化合物，不是土壤本身固有的，而是在生物活动过程中逐渐积累起来的，其中很大一部分来自微生物的生物固氮。据估计，地球表面上每年生物固氮的总量约为1亿吨，其中豆科植物体内根瘤菌的固氮量约为5 500万吨，占生物固氮总量的55％左右。 我国的劳动人民很早就知道豆类植物具有肥田的作用。例如，公元前一世纪的《氾（f2n）胜之书》中就谈到了瓜类与豆类的间作；公元五世纪的《齐民要术》中就指出了豆类与谷类套作轮栽的好处。科学研究证明，每公顷大豆在其一生中能够固定氮素102千克（折合成硫酸铵是510千克）。我国南方的水稻田中种植的绿肥作物紫云英（又叫红花草），每公顷可以收获鲜草22 500千克左右，其中含氮素112.5千克（折合成硫酸铵是525千克）。因此，我们可以把豆科植物的根瘤比喻成巧妙的生物固氮工厂。 科学研究证明，纯培养的根瘤菌能够单独固氮，但是它的固氮能力是很微弱的。根瘤菌必须在进入豆科植物的根中并形成根瘤以后，才能大量地固定空气中的氮。这就是说，分子态氮必须经过根瘤菌体内固氮酶的催化作用才能转化成氨和氨的化合物。根瘤茵一方面将这些结合态氮供给豆科植物吸收利用，另一方面又从豆科植物的体内吸取碳水化合物和无机盐。 根瘤菌属里面有十几种根瘤菌，这些种根瘤菌与豆科植物的共生关系是比较特殊的。这就是说，并不是任何一种根瘤菌遇到任何一种豆科植物的根都能够侵入并且形成根瘤的。例如，豌豆的根瘤菌只能在豌豆、蚕豆等植物体的根上形成根瘤；大豆的根瘤菌只能在大豆根中形成根瘤，而不能在豌豆、芷蓿的根中形成根瘤。一种根瘤菌与对应的一种或几种豆科植物之间的这种关系叫做“互接种族”关系。属于同一互接种族的豆科植物，可以相互利用对方的根瘤菌而形成根瘤，反之则不能。互接种族的原因在于豆科植物的根毛能够分泌一类特殊的蛋白质，根瘤菌细胞的表面存在有多糖化合物，蛋白质与多糖化合物的结合具有选择的专一性。 根瘤的形成过程是这样的：聚集在根毛顶端的根瘤菌分泌一种纤维素酶，这种酶可以将根毛细胞壁溶解掉，随后根瘤菌从根毛尖端侵入根的内部，产生感染丝（即由根瘤菌排列成行，外面包有一层粘液的结构）。根瘤菌不断地进入根毛，并且大量繁殖。在根瘤菌侵入的刺激下，根细胞分泌一种纤维素，将感染丝包围起来，形成一条分枝或不分枝的纤维素鞘，叫做侵入线。 侵入线不断地延伸，直到根的内皮层。根的内皮层处的薄壁细胞，受到根瘤菌分泌物的刺激，产生大量的皮层细胞，从而使该处的组织膨大，最后形成根瘤。 最小的根瘤只有米粒般大小，最大的根瘤则有黄豆般大小。根瘤的形态有枣形、姜形、掌形或球形。根瘤中含有红色素（豆血红蛋白）、褐色素和绿色素，所以根瘤呈褐色、灰褐色或红色。 根瘤菌的固氮作用是在常温、常压下进行的。根瘤菌的固氮比工业上的固氮所需要的能量少，而且这种能量是来自植物光合作用的产物，也就是说，归根结蒂是来自太阳能。所以，根瘤菌不仅具有固氮效率高、不污染环境等优点，而且具有成本低、收益高的优点。 根瘤菌的菌剂，可以购买，也可以自制。下面介绍两种简易的自制方法：（一）干根瘤法：当根瘤菌活动和繁殖达到最旺盛的时候（豆科植物处于开花盛期），选择生长健壮的植株，连根挖起（避免损伤根瘤），挑选根瘤呈粉红色、个大、数多的植株，剪去枝叶和细根后，挂在通风处阴干备用。也可以在豆
豆科植物根瘤菌分类研究进展 史晓霞,师尚礼,杨晶,王正凤 (甘肃农业大学草业学院,甘肃兰州730070) 摘要:根瘤菌是一类与农业生产关系密切的细菌,与豆科植物共生具有很高的固氮效率。根瘤菌分类作为生物固氮和细菌分类两个领域的结合点,具有十分重要的意义。随着根瘤菌资源的不断发现和科学技术的不断发展,根瘤菌分类从以互接种族为依据的传统分类逐步过渡到了以系统发育关系为依据的现代系统分类,特别是近十几年来,生物技术应用于根瘤菌系统发育及其分类的研究进一步促进了根瘤菌资源的开发利用,使得根瘤菌的分类及其系统发育研究有了突破性进展。 关键词:根瘤菌;分类;研究进展 中图分类号:S144.3文献标识码:A文章编号:1009-5500(2006)01-0012-06 根瘤菌(rhizobia)是一类广泛分布于土壤中的革兰氏阴性细菌,它可以侵染豆科植物根部形成根瘤,固定空气中的分子态氮形成氨,为植物提供氮素营养。据统计,全球每年生物固氮量达1.75@108t[1],为世界工业氮肥产量的4.37倍[2]。根瘤菌与豆科植物的共生是生物固氮体系中作用最强的体系,所固定的氮约占生物固氮总量的65%[3~5]。在农业生产和固氮生态体系中起着极其重要的作用[6]。根瘤菌分类体系是根瘤菌理论和应用研究的基础,它对于人们研究根瘤菌基本的生态过程,认识根瘤菌与生态系统之间的关系,根瘤菌与其他有关物种的亲缘关系及其自身的演化、系统发育过程,保证根瘤菌资源和生态系统的合理开发与持续利用等具有十分重要的意义。随着新的根瘤菌资源的不断发现和科学技术的发展,根瘤菌分类从以互接种族为依据的传统分类逐步过渡到了以系统发育关系为依据的现代系统分类。特别是近十几年来,现代分子生物学技术的迅速发展和广泛应用,使得根瘤菌的分类及其系统发育研究有了突破性进展。因此,通过对根瘤菌分类和自身进化过程的研究,为确定根瘤菌的系统分类地位提供了科学依据[7]。 收稿日期:2005-04-05;修回日期:2005-11-14 基金项目:科技部奶业专项/优质饲草高效生产关键技术 与产业化开发0(编号:2002BA518A03)作者简介:史晓霞(1982-),女,陕西省华县人,在读硕士。 师尚礼为通讯作者。1根瘤菌分类研究的历史 早在1838年,Bonssingablt根据他的田间试验结果指出,豆科植物的营养生理和禾本科植物不同,三叶草和豌豆都可以从空气中取得氮素营养。后来, Lacham ann(1858)和Bopo M C(1886)发现豆科植物根瘤中含有微生物,并且指出根瘤的形成是微生物侵入植物的结果。到1886年,德国植物化学家H ellrgel 和Wilfarth等人在柏林一次科学大会上发表研究报告证明豆科植物根瘤是由细菌感染引起的,只有形成根瘤才能固定大气中的氮素。1888年,荷兰学者Beijer-inck M W用植物叶片汁加天门冬酰胺,蔗糖和明胶缓冲液配制的培养基,从豌豆根瘤中第一次成功分离到根瘤菌,并将其命名为B acillus r ad icicd a。一年后,波兰学者Prozm ow ski用根瘤菌纯培养物接种豆科植物,形成了根瘤,并将之改称为B acter ium r adicicola。1889年,Frank建议将可在豆科植物根上结瘤的细菌属名改为根瘤菌属(Rhiz obium),并一直沿用至今。当时,Frank以为感染所有豆科植物结瘤的都是同一种根瘤菌,并取名为豆类根瘤菌(Rhiz obium legum ino-sar um),它只包括了3种根瘤菌:豌豆根瘤菌,苜蓿根瘤菌和百脉根根瘤菌。但自1984年以后,随着根瘤菌寄主范围的不断扩大和分子生物学技术的不断应用,根瘤菌分类突飞猛进,新属新种不断建立。目前,已由原来的2属4种发展到了7属36种。
根瘤菌与豆科植物及其应用 摘要：自贝叶林克1888年首次从豆科植物根瘤中分离获得根瘤菌以来，国内外的许多学者都为揭开这一大自然的奥秘进行着孜孜不倦的研究，成为生命科学最为活跃的领域之一。人们从生物学，生态学，生理生化，分类和遗传等方面对根瘤菌进行了广泛研究，在根瘤菌和根瘤的形态结构，固氮酶的结构和功能，固氮机理和作用调件，根瘤菌在细菌分类学中的地位直到固氮基因，结瘤基因，固氮生态等应用方面都有着较快发展，20世纪90年代共生固氮体系已进入分子水平，研究转入根瘤菌与宿主豆目植物植物的相互识别和信息传递以及根瘤菌群体感应等方面。 关键词：根瘤菌生物固氮根瘤菌应用 一．根瘤菌的生物学特征 根瘤菌：根瘤菌主要指与豆类作物根部共生形成根瘤并能固氮的细菌，一般指根瘤菌属和慢生根瘤菌属；两属都属于根瘤菌目。根瘤菌侵入寄主根内，刺激根部皮层和中柱鞘的某些细胞，引起这些细胞的强烈和生长，使根的局部膨大形成根瘤；根瘤菌在根内定居，植物供给根瘤菌以矿物养料和能源，根瘤菌固定大气中游离氮气，为植物提供氮素养料，两者在拮抗寄生关系中处于均衡状态而表现共生现象。 根瘤菌的形态特征：根瘤菌是短杆状细菌，因生活环境和发育阶段的不同，在形态上有显著变化.根瘤菌在固体培养基上和土壤中呈杆状，端生或周生鞭毛能运动，革兰氏染色阴性，无芽孢，培养较久
菌体粗大，染色不均。 生存习性：根瘤菌与植物的共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。 根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围，有些菌在膜套内能继续繁殖，大量增加根瘤内的根瘤菌数，以后停止增殖，成为成熟的类菌体；宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白，分布在膜套内外，作为氧的载体，调节膜套内外的氧量。 类菌体执行固氮功能，将分子氮还原成NH3，分泌至根瘤细胞内，并合成酰胺类或酰尿类化合物，输出根瘤，由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养，而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。 二．根瘤菌与豆科植物 根瘤菌(root nodule bacteria)是与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。这种共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根
收稿日期：2008-10-18 作者简介：黎林（1980-），男，广西岑溪人，韶关学院生物科学系助教，硕士研究生，主要从事蔬菜分子生物学方面的研究. 摘要：初步探索了生物固氮目前的研究进展，并着重研究了豆科植物根毛与根瘤菌接触到最后形成成熟的可以固氮的根瘤组织的途径，为将来把非豆科植物，特别是禾谷类农作物转变为固氮植物的可行性提供参考. 关键词：生物固氮;根瘤菌;结瘤基因 中图分类号：Q939.11+4文献标识码：A 文章编号：1007-5348（2009）03-0088-04 韶关学院学报·自然科学Journal of Shaoguan University ·Natural Science 2009年3月 第30卷第3期Mar.2009Vol.30No.3 从1862年发现生物固氮现象到目前为止，生物固氮的研究已经有一百四十多年了.期间的研究领域涉及到形态结构、细胞水平、分子水平及遗传等诸多领域.近20年来,随着分子生物学的迅速发展，生物固氮研究在国际上已取得显著进展. 我国在生物固氮研究领域起步较晚.但是近年来,我国科学家在生物固氮领域不断传出好消息.在固氮菌的分类、生物学特性、固氮机理等方面取得了一定的进展.聂延富［1］利用植物生长素2,4-D 处理根系,诱导根瘤菌侵入小麦根部形根瘤的试验获得了成功.1985年,谢应先［2］等采用聚乙酶融合原生质体的方法,将具有光合固氮能力的一种蓝藻引入到烟草、玉米、水稻和小麦白化苗原生质体内等等. 1生物固氮 1.1生物固氮及其分类空气主要由氧气和氮气组成，其中氮气约占4/5.在自然界的千万种生物中，有一些生物能够直接吸收空气中的氮素作为养料，它们将分子态氮先还原成氨，再转化为氨基酸和蛋白质，这就叫生物固氮. 豆科植物等，其根部长有许多小球，它是由根瘤菌共生形成的根瘤，就具有固氮作用；又如稻田中的水生蕨类植物满江红(俗称红萍)，由于叶腔中有固氮鱼腥藻共生而能吸收和利用大气中的氮；以上两种形式称为共生生物固氮.生物固氮的形式除共生生物固氮外，还有细菌自生固氮和联合固氮.联合固氮（又称为半共生固氮）它又分为内生联合固氮和外部联合固氮.目前已发现有固氮能力的微生物有60多属约数百种，包括细菌、放线菌、蓝绿藻等. 1.2根瘤菌固氮在生物固氮中的位置以及研究现状 现在已知的能够固氮的生物存在于100多个属的细菌和古菌中［3,4］,有好氧和厌氧的固氮菌、蓝细菌、与豆科植物共生的根瘤菌和与非豆科木本植物共生的放线菌等等,其中以根瘤菌豆科植物共生体系固氮能力最强(见表1).这些固氮生物在地球表面氮生态中起着非常重要的作用.据估计,当今由生物固定的氮已达2.0亿t/a ,占地表化合态氮的65%～70%,而根瘤菌豆科植物共生体固定的氮又占生物固氮量的65%以上.根瘤菌固氮指的是根瘤菌属（Rhizobium ）的细菌，与豆科植物建立共生关系，它侵染豆科植物的根部，形成一种具有复杂结构和高度分化的特殊的植物器官———根瘤，在根瘤提供的厌氧环境中将分子态氮还原生物固氮的研究现状初探 黎林1，2 （1.西南大学园艺园林学院重庆400716；2.韶关学院生物科学系，广东韶关512005）
根瘤菌的概念及分类 根瘤菌是一类与农业生产关系密切的细菌,与豆科植物共生具有很高的固氮效率.根瘤菌分类作为生物固氮和细菌分类两个领域的结合点,具有十分重要的意义.随着根瘤菌资源的不断发现和科学技术的不断发展,根瘤菌分类从以互接种族为依据的传统分类逐步过渡到了以系统发育关系为依据的现代系统分类,特别是近十几年来,生物技术应用于根瘤菌系统发育及其分类的研究进一步促进了根瘤菌资源的开发利用,使得根瘤菌的分类及其系统发育研究有了突破性进展. 根瘤菌(root nodule bacteria)是一类广泛分布于土壤中的革兰氏阴性细菌，与豆科植物共生，通过侵染豆科植物根部形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。根瘤菌与豆科植物的共生是生物固氮体系中作用最强的体系，所固定的氮约占生物固氮总量的65%。在农业生产和固氮生态体系中起着极其重要的作用。 已知全世界豆科植物近两万种。据统计蝶形花亚科的植物98%以上能形成根瘤固氮，含翔草亚科约90%，云实亚科约28%。 根瘤菌分类体系是根瘤菌理论和应用研究的基础，它对于人们研究根瘤菌基本的生态过程，认识根瘤菌与生态系统之间的关系，根瘤菌与其他有关物种的亲缘关系及其自身的演化、系统发育过程，保证根瘤菌资源和生态系统的合理开发与持续利用等具有十分重要的意义。随着新的根瘤菌资源的不断发现和科学技术的发展，根瘤菌分类从以互接种族为依据的传统分类逐步过渡到了以系统发育关系为依据的现代系统分类。特别是近十几年来，现代分子生物学技术的迅速发展和广泛应用，使得根瘤菌的分类及其系统发育研究有了突破性进展。 根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围，有些菌在膜套内能继续繁殖，大量增加根瘤内的根瘤菌数，以后停止增殖，成为成熟的类菌体；宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白，分布在膜套内外，作为氧的载体，调节膜套内外的氧量。类菌体执行固氮功能，将分子氮还原成NH3，分泌至根瘤细胞内，并合成酰胺类或酰尿类化合物，输出根瘤，由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养，而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。 早在1838年，Bonssingablt根据他的田间试验结果指出，豆科植物的营养生理和禾本科植物不同，三叶草和豌豆都可以从空气中取得氮素营养。后来，Lachamann(1858)和Bopo M C(1886)发现豆科植物根瘤中含有微生物，并且指出根瘤的形成是微生物侵入植物的结果。到1886年，德国植物化学家Hellrgel 和Wilfarth等人在柏林一次科学大会上发表研究报告证明豆科植物根瘤是由细菌感染引起的，只有形成根瘤才能固定大气中的氦素。1888年．荷兰学者Beijer
8.5 豆科牧草—根瘤菌的共生固氮 玉永雄1何庆元2 1西南大学2安徽科技学院 20世纪以来，单位面积上粮食产量的增加很大程度上归功于化肥的施用。近年来氮肥的施用量越来越大，但肥料的利用率却在不断下降，大部分进入地下水，使江河湖泊富营养化。大量施用氮肥，致使土壤板结，降低了土壤的蓄水保墒能力。并且工业氮肥是在高温高压下生产的，消耗大量石油、煤炭等不可再生的能源，同时造成对环境的污染。生物固氮是固氮微生物在常温常压下利用可再生能源（太阳光）固定空气中的氮素，使之能直接被生物吸收利用的过程。生物固氮固氮量大，是工业固氮的三倍，不但可以使农作物增产而且也不会出现对环境的任何污染，同时改善土壤，降解土壤中的毒素，是可持续农业发展的重要措施。因此，加强固氮微生物活动，利用生物固氮获得氮肥，是今后氮素肥料研究的主要方向之一。而共生固氮是生物固氮中最重要的固氮形式，其固氮量占整个生物固氮的一半以上。 8.5.1 共生固氮的概念 共生固氮是指植物和微生物相互作用，形成共生体系，在这个体系中微生物（小共生体）发挥其固氮活性，使大气中的游离的氮气转化为生物可利用的化合态氮的过程，而植物（大共生体）在此过程中为微生物提供固氮所需的场所、环境和能源，并促进微生物发挥固氮作用。 8.5.1.1 共生固氮的类型 固氮生物多种多样，除了少数蓝藻外，大多是一些简单最原始的生物。固氮生物一般分为非共生固氮和共生固氮两大类。其中共生固氮是最重要的固氮方式，迄今为止，发现的共生固氮类型大致可分为以下五类： 1）豆科共生固氮型：固氮菌为生活在豆科植物根内的细菌，如苜蓿根瘤菌，有近900个种。2）非豆科共生固氮型：生活在非豆科植物根上和根内的菌，如与杨梅、木麻黄等近120种非豆科植物共生的固氮菌，多数为放线菌，也有真菌、蓝藻、细菌、分枝杆菌等。 3）联合固氮型：植物根际上的联合固氮微生物进行生物固氮，如生活在植物（水稻、小麦、玉米等）根表和根际的极毛杆菌、酵母、细菌等。 4）叶瘤和叶面微生物固氮型：生活在某些植物叶中的细菌（如杆菌、分枝杆菌、蓝藻等）和叶面的固氮菌（如极毛杆菌、酵母、细菌等）进行生物固氮。 5) 其他：如菌根（小球菌和放线菌），地衣（多种蓝藻），绿萍（念珠菌）等。 8.5.1.2 共生固氮研究的历史回顾和展望 1) 生物固氮研究的起步阶段 对生物固氮的认识和研究最先是从豆科植物共生固氮开始的。在人们对生物固氮概念尚未明确之前，我国劳动人们在生产活动中，就知道豆科植物能够肥田。公元前三世纪的西晋《广志》中就有利用苕子和水稻轮作增产的记载。最先从科学上证明生物固氮的是1883年法国农业化学家J.B.Bousinggault根据田间试验和化学分析的结果指出，豆科植物可以从空气中取得氮素营养。1866年俄国学者沃罗宁（M.C.Bopo）最先发现豆科植物根瘤中含有微生物，并指出根瘤的形成是微生物侵染的结果，但他没有把根瘤的形成和豆科植物的固氮作用联系起来，直到1886-1888年德国学者H.Hellreigel等用砂培试验证明，豆科植物只有形成根瘤时，才能固定空气中的氮素。1888年，荷兰学者M.W.Beijerinck证明了豆科植物根
生物固氮 一. 教学内容： 生物固氮 二. 学习内容： 本周复习生物固氮，本周内容在高考有涉及，新课程中将固氮的基本原理降低层次，内容不多，但作为高考全面备考思想，还是希望能对此内容能加深理解，同时本周再次将重点内容光合作用做次复习，巩固知识。 三. 学习重点： 1. 光合作用的能量转换过程，有机物的生成，提高光合作用的效率 2. 生物固氮，固氮微生物，氮循环 四. 学习难点： 1. 生物固氮 五.五.复习过程： （一）固氮类型 固氮：将空气中的氮分子转化成氮化合物的过程 生物固氮：固氮微生物将空气中的还原成氨的过程 每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右，生物固氮在氮循环中起重要作用。 （二）固氮微生物的种类 1. 固氮微生物都是原核微生物，目前共发现100多种。主要有：根瘤菌、蓝藻、放线菌 2. 类型： （1）共生固氮微生物 指与绿色植物互利共生时才能固氮的微生物 如：根瘤菌——与豆科植物互利共生 弗兰克氏放线菌——与桤木属、杨梅属、沙棘属等植物共生 蓝藻——与红萍等水生蕨类或罗汉松等裸子植物共生，地衣即是。 根瘤菌：在土壤中分布广泛，其固定的氮素占自然界生物固氮的绝大部分 形状：棒槌型、T型、Y型 代谢类型：需氧异养细菌，原核生物 特点： ①只有在侵入到豆科植物的根内才能固氮
②不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物 ③根瘤菌与豆科植物互利共生 根瘤形成： ①豆科植物幼苗长出后,相应的根瘤菌就侵入到根内 ②根瘤菌在根内不断繁殖 ③刺激根内薄壁细胞分裂，该处组织膨大形成根瘤 重要意义：豆科植物从根瘤中获得的氮素占所需氮素的30%到80% （2）自生固氮微生物 指在土壤中能够独立进行固氮的微生物，如：圆褐固氮菌 圆褐固氮菌：异养需氧原核生物（细菌） 结构特点： ①大多是杆菌或短杆菌 ②通常是单生或对生生活（显微镜下观察呈8字型） ③细菌外层有一层荚膜 功能特点： ①异养需氧生活 ②能独立固氮，固氮能力较强（能在无氮培养基中生长） ③能分泌生长素（促进植株生长和果实发育） （三）生物固氮的意义： 1. 植物吸收土壤中的氨盐和硝酸盐，在体内将无机氮转化为有机氮 2. 动物直接或间接以植物为食，同化形成动物有机氮 3. 动植物有机氮被微生物分解成氨——氨化作用 4. 氨或氨盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐----硝化作用 5. 硝酸盐被反硝化细菌等还原成亚硝酸盐，进一步形成分子态氮返回大气——反硝化作用 意义：没有以生物固氮为主的固氮作用,大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。 生物固氮在氮循环中有十分重要的意义。 五. 学习指导： 1. 通过比较，了解共生固氮微生物和自生固氮微生物的差别
项目名称：生物固氮作用的分子机理研究首席科学家：王忆平北京大学 起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：教育部
一、研究内容 生物固氮研究的关键科学问题是获得最佳生物固氮体系（包括共生固氮、联合（内生）固氮等）和建立非豆科植物的自主固氮体系，具体包括：（1）阐明根瘤菌共生固氮基因表达调控的网络，根瘤菌识别、传递环境和植物信号，调节自身基因表达的分子机理；（2）揭示固氮及氮代谢基因调控机理，与碳代谢系统及其基因的调控偶联机制；（3）阐明共生固氮体系中植物与微生物相互作用的机理，如植物与微生物相互识别及分子信号的传导机制，克服宿主特异性，从而扩大根瘤菌的宿主范围；（4）利用单细胞真核生物--酵母菌的线粒体遗传操作系统，探索固氮基因簇向真核生物转化和表达的机制，为固氮基因向高等植物转移，建立非豆科植物自主固氮体系的奠定基础。（5）阐明固氮酶结构、功能和催化机理。 围绕上述提高生物固氮效率、扩大共生固氮植物范围、建立自主固氮体系的关键问题，主要研究内容有： （1）以模式豆科植物共生固氮体系为材料，分离和鉴定参与根瘤菌结瘤因子信号传递的调控元件及基因，研究和建立根瘤菌与宿主植物共生关系蛋白相互作用网络；通过对豆科植物与根瘤菌、AM真菌共生的异同以及与非豆科植物比较基因组学研究，揭示非豆科植物中存在哪些与共生相关基因的功能及调控机制，为探索扩大根瘤菌寄主范围和建立非豆科共生固氮途径可能性提供科学资料；分离和鉴定LysR、GntR等家簇转录因子及其靶基因，阐明根瘤菌主代谢与共生固氮功能的相关性和调控机理；开展根瘤菌群体感应系统、Ⅲ型分泌系统及胞外多糖合成基因表达调节的双组分调控系统的研究，阐明这些代谢系统在不同环境条件下的功能和作用机制，揭示根瘤菌环境适应性与竞争结瘤之间的相关性。 （2）碳代谢与氮代谢是自然界生命活动的两大主要代谢作用。固氮基因调控机理，以及碳代谢和氮代谢之间的调控偶联途径已经得到了解析，但碳代谢对固氮基因的表达的抑制机理与途径有较大不同。因此，进一步解析碳代谢调控系统对固氮基因的调控偶联机理将为提高生物固氮效率打下理论基础；建立酵母菌单细胞真核生物及其线粒体遗传操作系统，探索固氮基因簇向真核生物转化的可能和表达机制。包括：酵母菌线粒体遗传操作系统的构建；线粒体钼的运输、RNA 聚合酶对固氮基因表达的影响（RNA聚合酶、 因子、DNA折叠蛋白等）；线粒体呼吸耗氧与固氮酶厌氧的关系和影响；线粒体与细胞质之间的氨基酸穿梭往返机制对生物固氮效果的影响等。以上研究是固氮基因向真核生物转移的新的尝试，为非豆科植物（包括粮食作物）建立自主的生物固氮体系探索新路。 （3）联合固氮作用有三个重要的限制因子，即氧、铵和能量。其中，能量和铵又是导致目前田间联合固氮效率低下的最主要限制因子。我们拟利用功能基因组操作平台，对斯氏假单胞菌和巴西固氮螺菌等联合固氮菌和上述主要限制因子，在联合固氮微生物功能基因组、联合固氮基因表达调节以及固氮酶催化机制等开展工作。分析鉴定可能参与细菌氮信号传导、调控或保持最佳固氮水平的新基因和新机制，系统研究联合固氮体系形成的分子机理和联合固氮微生物对土壤环境变化的适应能力, 探讨提高作物与固氮微生物之间的联合固氮效率的策略。 （4）在固氮酶还原氮气和质子的分子机制方面，利用生物信息学和结构化学理论，分析研究野生型及各突变株固氮酶还原N2和H+的动力学、EPR、CD波谱的络合和还原位置及其电子质子传递通道。 等特征。明确N 2
