深根豆科植物生物固氮對鹽分的響應研究獲進展

2021-01-09 生物谷

 

 

 

豆科植物具有結瘤固氮潛能，但在乾旱區，多年生豆科植物生物固氮潛力表現出較大的空間變異。此前對塔克拉瑪幹沙漠和策勒綠洲過渡帶的深根多年生草本豆科植物疏葉駱駝刺氮素代謝的研究發現，駱駝刺的生物固氮潛力表現出較大的空間變異，固氮植物的硝酸還原酶活性顯著低於非固氮植物。據此推斷，這可能是由於該地區的疏葉駱駝刺群落分化成了不同的基因型，不同的基因型擁有不同的硝酸鹽還原能力和固氮能力，但該推理的正確性還有待進一步驗證。

針對上述問題，中國科學院新疆生態與地理研究所荒漠與綠洲生態國家重點實驗室研究員曾凡江團隊繼續以塔克拉瑪幹沙漠和策勒綠洲過渡帶的優勢豆科植物疏葉駱駝刺為研究對象，研究駱駝刺生物固氮的潛在影響因素。

研究發現，駱駝刺的生物固氮變異並非由遺傳因素主導，而是對環境因子根際鹽分的一種可塑性響應。駱駝刺結瘤固氮對鹽分脅迫具有較強耐受性，而硝酸鹽還原對鹽分比較敏感，因而，在鹽分含量較高的河岸帶，駱駝刺整個生育期的氮素來源主要依賴於生物固氮，而在地下水鹽分較低的地區，駱駝刺硝酸鹽代謝基本不受抑制，從而降低了植物對生物固氮的依賴（生物固氮能耗大於硝酸鹽代謝）。駱駝刺生物固氮的耐鹽性可歸結於駱駝刺根瘤的結構屬性。

總之，多年生豆科植物的生物固氮功能通過長期適應性進化，已具備了一定耐鹽性；獲得耐性後的固氮功能有利於這些豆科植物佔據貧瘠鹽鹼的乾旱區土壤，提高土壤肥力，為其他植物的進一步定植創造良好條件，促進群落演替。

該研究有助於進一步認識和理解乾旱區深根豆科植物氮素代謝對環境因子的響應以及這些植物的氮素利用策略。研究結果適用於塔克拉幹沙漠邊緣的疏葉駱駝刺和世界其他乾旱區的多年生深根豆科植物，這些豆科植物生物固氮的耐鹽屬性能夠用於改良廣大乾旱區貧瘠的鹽鹼地。相關研究成果以Response of nodulation and nitrogen fixation to salt stress in a desert legume， Alhagi sparsifolia為題，發表在Environmental Experimental Botany上。(生物谷Bioon.com）

 

相關焦點

  • 新疆生地所在深根豆科植物生物固氮對鹽分的響應研究中獲進展
    豆科植物具有結瘤固氮潛能，但在乾旱區，多年生豆科植物生物固氮潛力表現出較大的空間變異。此前對塔克拉瑪幹沙漠和策勒綠洲過渡帶的深根多年生草本豆科植物疏葉駱駝刺氮素代謝的研究發現，駱駝刺的生物固氮潛力表現出較大的空間變異，固氮植物的硝酸還原酶活性顯著低於非固氮植物。
  • 曾凡江團隊揭示深根豆科植物生物固氮對鹽分響應的影響
    此前對塔克拉瑪幹沙漠和策勒綠洲過渡帶的深根多年生草本豆科植物疏葉駱駝刺氮素代謝的研究發現，駱駝刺的生物固氮潛力表現出較大的空間變異，固氮植物的硝酸還原酶活性顯著低於非固氮植物。據此推斷，這可能是由於該地區的疏葉駱駝刺群落分化成了不同的基因型，不同的基因型擁有不同的硝酸鹽還原能力和固氮能力，但該推理的正確性還有待進一步驗證。
  • 華南植物園在生物固氮的環境響應機制研究方面取得進展
    華南植物園在生物固氮的環境響應機制研究方面取得進展 2020-09-23 華南植物園 【字體生物固氮對環境變化的響應敏感度與生態系統類型和基質組分有關。進一步分析發現，在各個環境變化因子下，加強人為幹擾活動一致降低了生態系統生物固氮速率。
  • 生物固氮的環境響應機制獲揭示
    中國科學院華南植物園生態中心鼎湖山站生態系統管理研究組副研究員鄭棉海（課題組PI：莫江明研究員）首次系統地揭示了全球陸地生態系統生物固氮對環境變化的響應格局。相關研究近日發表於《全球變化生物學》。生物固氮是地球生態系統重要的氮素來源之一，也是驅動陸地生態系統氮循環和淨初級生產力的關鍵因素。
  • 為何豆科植物能結瘤固氮?
    中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊最近給出了一個極為重要的答案：豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物，這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件。相關論文於12月10日在國際頂尖學術期刊《自然》上發表。　　要深究「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這樣一個常識中的科學問題，首先需要一個全新的科研思路。
  • 華中農業大學在納米酶介導的生物固氮研究中取得新進展
    生物固氮為全球植物提供75%的氮素，是生命科學中的重大基礎研究課題之一，在生產實際中發揮著重要作用，它和光合作用被並稱為地球生命活動的基石，為減少化學氮肥使用、緩解環境汙染、保持生態平衡、降低農業生產成本提供了一種新的途徑。在自然界中，生物固氮是由固氮酶催化的，固氮酶是一種包含鐵-鉬輔助因子（FeMo）的酶複合物。
  • 科學家發現豆科植物「結瘤固氮」的奧秘
    早在1888年，德國科學家就發現豆科植物與根瘤菌共生，可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養。在豆科植物與根瘤菌「合作共贏」的共生關係中，豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環境及生長必需的碳水化合物；作為回報，根瘤菌則將氮氣轉變成含氮化合物，滿足豆科植物對氮元素的需求。為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮，而別的植物則沒有這項技能？科學家對此深感好奇，但始終沒有搞清楚。
  • 科學家揭示豆科植物能與根瘤菌共生固氮機制
    本報訊（記者黃辛）中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊在豆科植物根瘤發育研究中獲重大發現，研究揭示豆科植物皮層細胞能獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。12月10日，該研究成果論文在線發表於《自然》。
  • 中科院團隊破解豆科植物「固氮」奧秘,或將減少氮肥汙染
    12月10日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《自然》上發表論文，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。
  • 中科院團隊破解豆科植物「固氮」秘笈，或將減少氮肥汙染
    中國青年報客戶端上海12月10日電（中青報·中青網記者王燁捷）今天，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《自然》上發表論文，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。記者注意到，數百年來，針對豆科植物的研究一向進展緩慢。
  • 科學家揭示豆科植物能與根瘤菌共生固氮機制—新聞—科學網
    豆科植物根瘤發育機制 中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊在豆科植物根瘤發育研究中獲重大發現，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。12月10日，該研究成果論文在線發表於《自然》。 氮素是蛋白質與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長發育、物質合成與代謝等一系列生物學過程。空氣中氮元素豐富，但植物不能直接利用。當前，農業生產主要通過大量施用氮肥來提高作物產量，人工合成氮肥不僅耗費大量的能源，也造成了嚴重的生態環境汙染。
  • 中國科學家破解豆科植物與根瘤菌共生固氮秘密
    央廣網上海12月10日消息（記者吳善陽）早在1888年，德國科學家發現豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養。一百多年來，對豆科植物-根瘤菌共生固氮的研究一直是生物學研究的熱點前沿領域。其中，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。
  • 根瘤菌-豆科植物共生階段的重要基因挖掘獲進展
    根瘤菌是一類廣泛分布於土壤中的革蘭氏陰性細菌，能夠與豆科植物形成高度轉化的共生關係，侵染豆科植物根部，形成根瘤，進而固定空氣中的分子態氮以形成能夠被植物利用的有機氮；根瘤菌從宿主植物中獲取所需的光合產物。
  • 鹽脅迫抑制豆科植物根瘤菌共生分子機制獲揭示—新聞—科學網
    豆科植物進化出與根瘤菌的共生關係，形成一種特殊的器官—共生根瘤，根瘤菌在其中將空氣中的氮氣固定為氨，供植物利用。
  • Mol Plant | 河南大學王學路團隊揭示鹽脅迫抑制豆科植物-根瘤菌...
    因此，研究豆科植物和根瘤菌的相互作用，從而增加共生固氮的效率，是減少氮肥施用、發展綠色可持續農業的關鍵。豆科植物和根瘤菌的互作和共生固氮受到外部環境條件的影響。非生物脅迫嚴重抑制了豆科植物的根瘤發育和共生固氮。然而，其中的遺傳和分子機制仍知之甚少。
  • 研究揭示生物固氮對養分輸入的響應格局和機制—新聞—科學網
    記者從中科院華南植物園獲悉，該園生態中心鄭棉海博士後在莫江明研究員的指導下
  • 為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮？百年難題被破解
    一百多年來，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊近日在國際頂尖學術期刊《自然》上發表了一項研究，解答了「豆科植物有別於非豆科植物能夠結瘤固氮」這一科學問題。12月10日，該研究成果論文在線發表於《自然》。
  • 【光明日報】中國科學家發現豆科植物與根瘤菌共生固氮的秘密
    有趣的是，能夠與固氮細菌進行共生固氮的物種只分布於豆目、薔薇目、葫蘆目和殼鬥目中，其中以豆科植物-根瘤菌共生固氮研究較多。　　一百多年來，對豆科植物-根瘤菌共生固氮的研究一直是生物學研究的熱點前沿領域。其中，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。
  • 揭示豆科植物共生固氮的奧秘丨亮點成果
    今日推薦候選條目《揭示豆科植物共生固氮的奧秘》，投票請點「閱讀原文」。完成單位：中國科學院分子植物科學卓越創新中心 農業生產主要通過大量施用氮肥來提高作物產量，不僅耗費大量能源，也造成了嚴重的生態環境汙染。豆科植物共生固氮，可以使豆科植物生長不依賴化肥，同時降低農業化肥汙染。
  • 為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮?中國科學家取得重大發現,或有...
    早在1888年，德國科學家就發現豆科植物與根瘤菌共生可以將空氣中的氮氣轉化成植物需要的氮素營養。然而，100多年來，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。今天，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《自然》上發表論文，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。氮元素是蛋白質與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長發育、物質合成與代謝等一系列生物學過程。