固氮菌作为非豆类生物肥料的应用：前景与挑战 生物学专业VIP免费

固氮菌作为非豆类生物肥料的应用：前景与挑战摘要：固氮（NF）细菌与豆科植物形成共生关系并固定大气中的氮的潜力已在田间得到开发利用，以满足后者对氮需求。这种现象提供了一种氮肥使用的替代方案，数十年来，氮肥过多和不平衡使用造成了温室气体的排放（N2O）和地下水浸出。最近，研究发现非豆科植物，如水稻，甘蔗，小麦和玉米形成多种固氮细菌的扩展生态位。这些细菌在植物中繁殖，成功地定植在根，茎和叶上。在缔合期间，入侵的细菌使获得的宿主受益，植物的生长，活力和产量得到显著的提高。随着人口的增加，对非豆科植物产品的需求也在增长。在这方面，非豆科植物中固氮菌群的丰富度及其与宿主的相互作用程度无疑显示出其是开发含氮肥料的生态友好替代品的希望。在这篇综述中，我们讨论了与各种非豆科植物相关联的固氮菌，并强调它们促进宿主植物生长和提高其产量的潜能，此外，还简要介绍了观察到的这些固氮细菌的促植物生长特性及其与寄主植物的相互作用方式。关键词：生物固氮（BNF）；固氮（NF）细菌；内生菌；根瘤菌；非豆科植物；促进成长前言禾本科的非豆科植物如水稻，玉米和小麦是世界上约65亿人口的主食。世界人口的指数增长表明需要增加作物产量。根据联合国粮食及农业组织的数据，预计2008年世界谷物产量将增长2.6％，达到创纪录的21.64亿吨。作物产量的增长是化肥（N，P，K）结合先进技术的任意使用的结果。非豆类作物的氮肥施用是农业中最昂贵的投入之一。但是，由于气体排放，径流，侵蚀和浸出，植物-土壤系统损失了大约65％的应用矿质氮。该损失对环境的影响从温室效应，平流层臭氧和酸雨到全球氮循环的变化以及地表水和地下水的硝酸盐污染（RejesusandHornbaker1999）。随着对与环境相关的关注度日益增加，人们正采用各种替代方法来减少植物养分对氮肥的依赖。在此情况下，在农业实践中使用固氮细菌越来越重要。固氮细菌可以自由存在或共生，无论哪种情况下都可以捕获大气中的氮并将未反应的N2分子转化为植物容易利用的NH3形式，此过程称为生物固氮（BNF），并通过以下由细菌内存在的对氧敏感的酶固氮酶催化的反应：在非豆科植物体内部和周围发现了丰富的固氮细菌菌群。在植物内繁殖而未引起任何明显疾病的固氮细菌种群称为“内生菌”，而从植物根际分离出的固氮细菌种群称为“根际细菌”。有人指出内生菌处于比根际细菌更有利的环境中，因为它们不易受与其他土壤细菌竞争的攻击，并且不易受各种生物和非生物胁迫的影响（Reinhold-HurekandHurek1998）。此外，内生菌可获得宿主体内直接提供的营养元素和低水平的O2因子，有助于最佳的固氮酶活性的维持。作为回报，内生菌通过生物固氮和促进生长的物质促进宿主植物的生长发育（SevillaandKennedy2000）。显然，这种密切的联系使研究人员能够预期这些细菌在可持续农业发展中的应用。在我们的综述中，根据过去十年的发展情况，我们讨论了固氮细菌（内生/根际）与非宿主禾本科作物共生的自然趋势有和促进它们生长发育的情况。我们还阐述了在相互作用过程中负责促进宿主植物生长的细菌的各种促进生长活动。固氮细菌的扩展生态位根瘤菌（根瘤菌属，中慢生根瘤菌属，慢生根瘤菌属，固氮根瘤菌属，异根瘤菌属和中华根瘤菌属）作为一种存在于豆科植物的天然内生菌已被广泛记载。然而，内生菌的领域不仅限于豆科植物。在过去的十年中，从世界各地的各种非豆科植物中分离出大量内生菌，每克新鲜组织的内生菌数量为106至107个细胞（Yannietal，1997；Muthukumarswamyetal，1999；Mirzaetal.2001）。与豆科植物-根瘤菌的相互作用不同，内生菌不仅限于非豆科植物内的特定区域，而是发生于植物的主根，茎和叶中。为了分离内生菌，使用次氯酸钠或氯化汞系统地对植物表面（根，芽）进行表面灭菌。Reinhold-HurekandHurek（1998）已经综述了从非豆科植物中分离内生菌的各种表面灭菌技术及其效率。然后，将经过表面灭菌的植物部分的提取物铺在无氮培养基上。通过再接种无菌水稻幼苗验证被分离细菌作为内生菌的能力（Yannietal,1997；Prayitnoetal.1999）。根据分离出的内生菌重新感染宿主植物并满足“Koch”假设的能力，它们...