豆科根瘤分子细胞生物学课件
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大豆根瘤菌
大豆根瘤菌大豆根瘤菌可以进行生物固氮然后供给给豆科植物,可用于使大豆增产,目前有一些对促进结瘤效率的相关研究,扩大豆科植物—根瘤菌共生体系，是我国减少化学氮肥用量的最有效途径。
基本信息中文学名大豆根瘤菌拉丁学名 Bradyrhizobium japonicum科慢生根瘤菌科属大豆根瘤菌属基本概况大豆根瘤菌是一种活的微生物制剂根瘤内的根瘤菌与豆科植物互利共生：豆科植物通过光合作用制造的有机物，一部分供给根瘤菌；根瘤菌通过生物固氮制造的氨，则供给豆科植物.。
技术应用大豆生产中使用根瘤菌是一项成熟的、广泛使用的技术，能够大幅度地提高大豆生长期中的自身固氮能力，供给充足的氮素，供大豆生产所需。
大豆根瘤菌有液体、固体两种剂型。
固体型根瘤菌采用拌种或土施方式应用。
液体型根瘤菌采用浸种方式使用。
也可以在种子包衣时加入大豆根瘤菌剂，但是要注意包衣剂和根瘤菌剂之间应相互匹配，不能因种衣剂药效抑制根瘤菌的活性。
一、增产增效情况根据大田示范结果，大豆应用根瘤菌，可以使大豆产量提高10%以上，同时大豆的蛋白质含量提高2%、粗脂肪含量提高1～2%，每亩净收入增加40～50元。
二、技术要点1、选择合适的大豆根瘤菌品种采集大豆生产区的主要土壤类型，进行土壤、根瘤菌匹配试验，筛选活性强、效果好、适应当地土壤和气候的大豆根瘤菌品种。
2、采用适宜的施用方法根据大豆根瘤菌的剂型，固体菌剂采用拌种或造粒后随大豆种子、肥料穴施；液体菌剂采用浸种方式使用。
也可以在种子包衣时加入大豆根瘤菌菌剂，但要注意包衣剂和根瘤菌剂之间应相互匹配，不能因种衣剂药效抑制根瘤菌的活性。
3、合理用量菌剂拌种时每亩用量0.5千克，菌剂造粒后随大豆种子、肥料穴施时每亩用量1～2千克；液体菌剂浸种时用量0.5千克；种子包衣时用量根据包衣剂要求的用量。
大豆根瘤菌是一种活的微生物制剂，在储藏、运输、使用过程中，要避免温度过高或者过低；同时不能与杀菌剂类农药混用。
三、适宜区域和范围在我国的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古以及黄淮海的大豆主产区，均可广泛使用大豆根瘤菌。
微生物与植物之间的共生关系 ppt课件
末端膨大而成，一般呈圆形成或椭圆形结构。
ppt课件
19
第二节 菌根与菌根菌 二、泡囊—丛枝菌根（VA菌根） （二）影响VA菌根形成的因素
1、菌根菌繁殖体数目及发芽速度
2、菌种侵染能力
3、根系发育的好坏
4、环境因素
营养 光照 水分
ppt课件
20
第二节 菌根与菌根菌
三、菌根菌的应用
（一）菌根菌的主要作用（P261、265-267）
很大的区别的根瘤菌。 *高度分化的类菌体不能再分裂繁殖。 共生体：在含菌组织中由植物合成的周膜所包裹的类菌体。 豆血红蛋白：外存于类菌体周膜内外，由蛋白质（寄主）和血红
素（类菌体）组成。 *在根瘤中主要起调节氧气的作用。
ppt课件
7
第一节 微生物与植物的共生固氮作用
二、根瘤及其功能 (二)根瘤的形成（教材P250）
ppt课件
28
• 由于社会对环境的压力大及化学农药 研究开发费用高等原因，微生物源农药 越来越受到人们的青睐，研究开发也取 得了迅速发展，而农用抗生素的发展远 比活体微生物农药的发展快得多。
ppt课件
29
• （二）微生物农药的优点 和其他农药相比，微生物农药具有以下特点：
1、选择性强 微生物农药对病虫害选择性相当强，对人畜安全无毒，不杀
素和活体微生物农药。为利用微生物或其代谢产物来
防治危害农作物的病、虫、草、鼠害及促进作物生长。
它包括以菌治虫、以菌治菌、以菌除草等。这类农药
具有选择性强，对人、畜、农作物和自然环境安全，
不伤害天敌，不易产生抗性等特点。这些微生物农药
包括细菌、真菌、病毒或其代谢物，例如苏云金杆菌、
白僵菌、核多角体病毒、井冈霉素、C型肉毒梭菌外
ppt课件
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第二节 菌根与菌根菌 二、泡囊—丛枝菌根（VA菌根） （二）影响VA菌根形成的因素
1、菌根菌繁殖体数目及发芽速度
2、菌种侵染能力
3、根系发育的好坏
4、环境因素
营养 光照 水分
ppt课件
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第二节 菌根与菌根菌
三、菌根菌的应用
（一）菌根菌的主要作用（P261、265-267）
很大的区别的根瘤菌。 *高度分化的类菌体不能再分裂繁殖。 共生体：在含菌组织中由植物合成的周膜所包裹的类菌体。 豆血红蛋白：外存于类菌体周膜内外，由蛋白质（寄主）和血红
素（类菌体）组成。 *在根瘤中主要起调节氧气的作用。
ppt课件
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第一节 微生物与植物的共生固氮作用
二、根瘤及其功能 (二)根瘤的形成（教材P250）
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28
• 由于社会对环境的压力大及化学农药 研究开发费用高等原因，微生物源农药 越来越受到人们的青睐，研究开发也取 得了迅速发展，而农用抗生素的发展远 比活体微生物农药的发展快得多。
ppt课件
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• （二）微生物农药的优点 和其他农药相比，微生物农药具有以下特点：
1、选择性强 微生物农药对病虫害选择性相当强，对人畜安全无毒，不杀
素和活体微生物农药。为利用微生物或其代谢产物来
防治危害农作物的病、虫、草、鼠害及促进作物生长。
它包括以菌治虫、以菌治菌、以菌除草等。这类农药
具有选择性强，对人、畜、农作物和自然环境安全，
不伤害天敌，不易产生抗性等特点。这些微生物农药
包括细菌、真菌、病毒或其代谢物，例如苏云金杆菌、
白僵菌、核多角体病毒、井冈霉素、C型肉毒梭菌外
花生的花叶片根瘤课件
花生的花叶片根 瘤课件
contents
目录
• 花生花的结构与功能 • 花生叶片的特点与作用 • 花生根瘤的形成与作用 • 花生花叶片根瘤的相互关系 • 花生花叶片根瘤的农业应用
01
CATALOGUE
花生花的结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ与功能
花的组成
01
02
03
花瓣
花瓣是花的最外层结构， 具有保护花蕊的作用，同 时也有一定的美观效果。
影响因素
叶片的生长受温度、光照、水分 、肥料等多种因素影响。适宜的 温度、光照和水分条件可以促进 叶片的发育。
叶片的功能与作用
光合作用
花生叶片中的叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶 子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，这 个过程伴随着能量的转移，并释放出氧气。
营养储存
花生叶片中含有丰富的营养物质，如蛋白质、脂肪、碳水 化合物等，这些物质在植物体内储存，供后续生长和发育 使用。
雄蕊
雄蕊是花蕊中的雄性生殖 器官，负责生产花粉。
雌蕊
雌蕊是花蕊中的雌性生殖 器官，负责接收花粉和孕 育种子。
花的生长与发育
花芽分化
在花生生长过程中，经过一段时 间的营养积累，茎尖分生组织开 始形成花原基，进而发育成花芽
。
开花
花芽发育成熟后，经过一定的温度 和光照条件，花芽逐渐开放，形成 花朵。
授粉
花、叶、根瘤的相互作用与影响
花生花的形成和开放影响着叶片 的生长和发育，因为花朵和幼果
需要叶片提供养分和能量。
叶片的健康状况直接影响光合作 用的效率和植物的生长速度，进
而影响花和根瘤的生理功能。
根瘤提供的氮素养分对花和叶片 的生长具有促进作用，同时根瘤 的形成和发育也受到花和叶片生
contents
目录
• 花生花的结构与功能 • 花生叶片的特点与作用 • 花生根瘤的形成与作用 • 花生花叶片根瘤的相互关系 • 花生花叶片根瘤的农业应用
01
CATALOGUE
花生花的结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ与功能
花的组成
01
02
03
花瓣
花瓣是花的最外层结构， 具有保护花蕊的作用，同 时也有一定的美观效果。
影响因素
叶片的生长受温度、光照、水分 、肥料等多种因素影响。适宜的 温度、光照和水分条件可以促进 叶片的发育。
叶片的功能与作用
光合作用
花生叶片中的叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶 子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，这 个过程伴随着能量的转移，并释放出氧气。
营养储存
花生叶片中含有丰富的营养物质，如蛋白质、脂肪、碳水 化合物等，这些物质在植物体内储存，供后续生长和发育 使用。
雄蕊
雄蕊是花蕊中的雄性生殖 器官，负责生产花粉。
雌蕊
雌蕊是花蕊中的雌性生殖 器官，负责接收花粉和孕 育种子。
花的生长与发育
花芽分化
在花生生长过程中，经过一段时 间的营养积累，茎尖分生组织开 始形成花原基，进而发育成花芽
。
开花
花芽发育成熟后，经过一定的温度 和光照条件，花芽逐渐开放，形成 花朵。
授粉
花、叶、根瘤的相互作用与影响
花生花的形成和开放影响着叶片 的生长和发育，因为花朵和幼果
需要叶片提供养分和能量。
叶片的健康状况直接影响光合作 用的效率和植物的生长速度，进
而影响花和根瘤的生理功能。
根瘤提供的氮素养分对花和叶片 的生长具有促进作用，同时根瘤 的形成和发育也受到花和叶片生
药用植物学-豆科ppt课件
树皮（药材名：合欢皮） 花蕾（药材名：合欢花） 均为养心安神药入药，有活血、安神、消肿、止痛功效。
；.
18
落叶乔木
；.
19
二回偶数羽状复叶，互生，羽片4-12对，小叶10-30对，镰刀形或长圆形，长6-12mm， 宽1-4mm，先端锐尖，基部园楔形，中脉极明显偏叶片的上侧，全缘，有夜晚闭合现象， 故又名夜合欢。
弯曲，密被棕色刺毛状腺体；
；.
55
；.
56
甘草 Glycyrrhiza uralensis Fisch.：根和根状茎入药（药材名：甘草）为补 气药，能补脾益气、清热解毒、祛痰止咳等。
；.
57
黄芪
ASTRAGALI RADIX
；.
58
黄芪
• ASTRAGALI RADIX • 本品为豆科植物蒙古黄芪
；.
67
苦参 SOPHORAE FLAVESCENTIS RADIX
；.
68
苦参
日本药局方 有收载
• Kushen
• SOPHORAE FLAVESCENTIS RADIX • 本品为豆科植物苦参Sophora flavescens Ait. 的干燥根。春、秋二季采挖，除去根
头及小支根，洗净，干燥，或趁鲜切片，干燥。 • 清热燥湿，杀虫，利尿。 • 含苦参碱(C15H24N2O)和氧化苦参碱（C15H24N2O2）的总量不得少于1.2％。
；.
3
种子植物三大科种、属数量比较表
菊科 兰科
世界
1000属
近30000种
700属
近20000种
豆科
684属
约18000种
；.
我国
227属
2300余种
豆科植物与根瘤菌-完整版PPT课件
4
上方图展示的是未经 处理的火炬松的根系， 下方图展示的是拌过 根瘤菌的火炬松的根 系，这种根系有利于 矿质元素及水的高效 吸收。
5
优质牧草苜蓿 也是豆科植物， 其根部的固氮 菌能将空气中 的氮转变为含 氮的养料。
退 出6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
豆科植物与根瘤菌
1
豆科植物的根瘤（内含根瘤菌）
2
大豆的根瘤
豆科植物与根瘤菌之间有着密切的互利共生关系。 植物体供给根瘤菌有机养料，根瘤菌则将空气中的 氮转变为含氮的养料，供植物体利用。
3
豌豆的根瘤
根瘤菌的形态 （根瘤菌呈棒槌形，“T” 形或“Y”形，是一类需 氧的异养细菌，不同的根 瘤菌，各自只能侵入特定 种类的豆科植物。）
上方图展示的是未经 处理的火炬松的根系， 下方图展示的是拌过 根瘤菌的火炬松的根 系，这种根系有利于 矿质元素及水的高效 吸收。
5
优质牧草苜蓿 也是豆科植物， 其根部的固氮 菌能将空气中 的氮转变为含 氮的养料。
退 出6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
豆科植物与根瘤菌
1
豆科植物的根瘤（内含根瘤菌）
2
大豆的根瘤
豆科植物与根瘤菌之间有着密切的互利共生关系。 植物体供给根瘤菌有机养料，根瘤菌则将空气中的 氮转变为含氮的养料，供植物体利用。
3
豌豆的根瘤
根瘤菌的形态 （根瘤菌呈棒槌形，“T” 形或“Y”形，是一类需 氧的异养细菌，不同的根 瘤菌，各自只能侵入特定 种类的豆科植物。）
豆科植物的根瘤
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。
园林绿化植物(豆科)PPT课件
58
观赏与应用
❖ 皂荚冠大荫浓，寿命较长，非常适宜作庭荫 树、行道树、风景区、丘陵地作造林树种。
❖ 也可作四旁绿化树种或截干使其萌生成灌木 状刺篱用。
59
60
61
皂荚树：种子繁殖
62
消防公园里的合欢树（花期）
63
6. 合欢（马缨花）（Albizzia julibrissin
Durazz.）
❖ 种子质地坚硬，经久不变其色，古人常用作项链、 耳饰、戒指等装饰物品。
❖ 木材坚重，有光泽，切面光滑，花纹别致，供作 高级家具、工艺雕刻、特种装饰和镶嵌之用，是 本属植物经济价值较高的珍贵树种，被列为国家 重点保护树种。
78
79
80
81
❖ 学名Pterocarpu8s. 紫檀
indicus Willd.
我国北京、天津、陕 西、南京、辽宁等地 有引种栽培。
97
识别要点
❖ 灌木，高1～3m；茎、小枝、花梗均密被 紫红色硬腺毛及白色曲柔毛。
❖ 托叶不变刺。叶轴上面有沟槽，小叶11～ 15枚，椭圆形、卵形、阔卵形或近圆形， 长1.8～5cm，先端钝圆，有小尖头，上面 绿色，下面灰绿色。
❖ 花红色至玫瑰红色，芳香。
❖ 适合栽种于庭院、公园、广场、草坪、街头游园、 道路绿化带等处，也可盆栽观赏或制作盆景。
18
19
“老茎生花”， 给人以繁花似 锦的感觉
20
21
22
23
花形似蝶
24
25
园林中常丛植在庭院
26
27
3.红花羊蹄甲
❖ 学名 Bauhinia blakeana Dunn.
❖ 产地及分布 本种 最早发现于香港， 现已作为园林树 木广泛栽于世界 各热带地区。
观赏与应用
❖ 皂荚冠大荫浓，寿命较长，非常适宜作庭荫 树、行道树、风景区、丘陵地作造林树种。
❖ 也可作四旁绿化树种或截干使其萌生成灌木 状刺篱用。
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皂荚树：种子繁殖
62
消防公园里的合欢树（花期）
63
6. 合欢（马缨花）（Albizzia julibrissin
Durazz.）
❖ 种子质地坚硬，经久不变其色，古人常用作项链、 耳饰、戒指等装饰物品。
❖ 木材坚重，有光泽，切面光滑，花纹别致，供作 高级家具、工艺雕刻、特种装饰和镶嵌之用，是 本属植物经济价值较高的珍贵树种，被列为国家 重点保护树种。
78
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81
❖ 学名Pterocarpu8s. 紫檀
indicus Willd.
我国北京、天津、陕 西、南京、辽宁等地 有引种栽培。
97
识别要点
❖ 灌木，高1～3m；茎、小枝、花梗均密被 紫红色硬腺毛及白色曲柔毛。
❖ 托叶不变刺。叶轴上面有沟槽，小叶11～ 15枚，椭圆形、卵形、阔卵形或近圆形， 长1.8～5cm，先端钝圆，有小尖头，上面 绿色，下面灰绿色。
❖ 花红色至玫瑰红色，芳香。
❖ 适合栽种于庭院、公园、广场、草坪、街头游园、 道路绿化带等处，也可盆栽观赏或制作盆景。
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19
“老茎生花”， 给人以繁花似 锦的感觉
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21
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23
花形似蝶
24
25
园林中常丛植在庭院
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27
3.红花羊蹄甲
❖ 学名 Bauhinia blakeana Dunn.
❖ 产地及分布 本种 最早发现于香港， 现已作为园林树 木广泛栽于世界 各热带地区。
根瘤菌和豆科植物共生体系1
一、根瘤（和茎瘤）的形态和结构
（一）、根瘤（和茎瘤）的外形
▪植物和细菌形成的共生体系主要是根瘤。 ▪成熟根瘤的外形和大小，因植物种类、细菌
品系和环境条件而不同。
▪小的根瘤只有米粒大小，大的根瘤可以有黄
豆大小，甚至更大。
▪根瘤的形状可以分为两类：
一类以豌豆、苕子、苜蓿和三叶草的根瘤为代表， 这种根瘤是长枣形的；
先锋生命。
（2）、蓝细菌和苔藓植物的共生
有些苔藓植物的体腔中也有固氮蓝细菌的共生。
2、蓝细菌同水生蕨类植物的共生
▪满江红是水生蕨类植物的一个属，俗称红萍
或绿萍。它们在稻田和池塘等水面上生长迅速， 在我国南方是一种很好的水田绿肥。
▪蓝细菌中的鱼腥藻可在红萍鳞叶腹腔中共生，
有较好的固氮效果。红萍从鱼腥藻中得到氮 素养料，鱼腥藻在红萍腹腔内得到特殊的生 活环境。
树木根的活性部分，明确指出这是真菌和植物根的共 生联合体，并且首次采用了菌根这一术语，这类真菌 也就被称为菌根菌。
▪植物形成菌根是普遍现象，自然界大部分植物都具
有菌根，菌根对于改善植物营养、调节植物代谢、增 强植物抗逆性都有一定作用。
第二节 固氮根瘤
在各类共生体系中由细菌和植物形成的固氮器 官根瘤和茎瘤是典型的代表，在理论研究和应 用方面都是最重要的一类。
几内亚发现榆科植物中的根瘤是由典型的根瘤 菌形成的共生体系，以后陆续发现了更多的种 也能结瘤固氮。
•它们都是木本植物，包括小灌木和高大20m
的大树；
•是新垦慌的速生先锋植物，在各种土壤上均
能生长，甚至在火山灰和石灰石上发育的贫瘠 土壤上也能繁衍。
（三）、弗兰 克氏放线菌和植物共生体系
•弗兰克氏菌和高等植物共生固氮的研究也
（一）、根瘤（和茎瘤）的外形
▪植物和细菌形成的共生体系主要是根瘤。 ▪成熟根瘤的外形和大小，因植物种类、细菌
品系和环境条件而不同。
▪小的根瘤只有米粒大小，大的根瘤可以有黄
豆大小，甚至更大。
▪根瘤的形状可以分为两类：
一类以豌豆、苕子、苜蓿和三叶草的根瘤为代表， 这种根瘤是长枣形的；
先锋生命。
（2）、蓝细菌和苔藓植物的共生
有些苔藓植物的体腔中也有固氮蓝细菌的共生。
2、蓝细菌同水生蕨类植物的共生
▪满江红是水生蕨类植物的一个属，俗称红萍
或绿萍。它们在稻田和池塘等水面上生长迅速， 在我国南方是一种很好的水田绿肥。
▪蓝细菌中的鱼腥藻可在红萍鳞叶腹腔中共生，
有较好的固氮效果。红萍从鱼腥藻中得到氮 素养料，鱼腥藻在红萍腹腔内得到特殊的生 活环境。
树木根的活性部分，明确指出这是真菌和植物根的共 生联合体，并且首次采用了菌根这一术语，这类真菌 也就被称为菌根菌。
▪植物形成菌根是普遍现象，自然界大部分植物都具
有菌根，菌根对于改善植物营养、调节植物代谢、增 强植物抗逆性都有一定作用。
第二节 固氮根瘤
在各类共生体系中由细菌和植物形成的固氮器 官根瘤和茎瘤是典型的代表，在理论研究和应 用方面都是最重要的一类。
几内亚发现榆科植物中的根瘤是由典型的根瘤 菌形成的共生体系，以后陆续发现了更多的种 也能结瘤固氮。
•它们都是木本植物，包括小灌木和高大20m
的大树；
•是新垦慌的速生先锋植物，在各种土壤上均
能生长，甚至在火山灰和石灰石上发育的贫瘠 土壤上也能繁衍。
（三）、弗兰 克氏放线菌和植物共生体系
•弗兰克氏菌和高等植物共生固氮的研究也
根瘤菌→豆科植物
大气中的N2
① ③ ② NH3 NO3¯ 氮肥 豆科植物 非豆科植物 动物 A B C
（4）一些细菌可将C 物质最终转化成＿＿ 返回大气中。由此可 见，土壤中这些微生 物在包括氮循环在内 ④ 的自然界中的＿＿中 起着重要作用。 （5）很显然，图中 的［④］过程对农业 生产不利，为什么？
小
结
1 自然界中的固氮微生物大致可分为两大类， 即共生固氮微生物和自生固氮微生物，二者主 要区别是能否独立固氮；共同点是将大气中氮 还原成氨。 2 根瘤菌属于共生固氮微生物，它的固氮能 力只有侵入到豆科植物根内才能得以表现，根 瘤菌的种类不同，各自功能的发挥需要侵入与 其相应的特定种类的豆科植物。
• 氮在植物体中的含量与作用
• 氮素吸收的形式： 植物所吸收的氮素主要是无机态氮，即铵态氮 和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。
生物固氮
一、生物固氮概念
固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程
二、固氮微生物的种类 ◆ 共生固氮微生物
◆ 自生固氮微生物
1、共生固氮微生物 与植物共生时才能固氮
生理：①需氧异养
②互利共生（具种属特异性） ③侵入——繁殖——根薄壁细胞分 裂——组织膨大——形成根瘤
2、自生固氮微生物
形态：杆菌或短杆菌、荚膜
好氧性
独立
结构：原核单细胞 厌氧性
实例：圆褐固氮菌 有异形胞的蓝藻
作用： ①固氮；
②分泌生长素，
促进植株生长和果实发育
• 概念： 指在土壤中能够独立进行固氮的微生物。多数是自 生固氮菌（细菌）
杆菌、短杆菌，单生或 对生。 “8”字形排列，外面 有荚膜。
常见类型：圆褐固氮菌 （应用最多）
共生固氮微生物
根瘤菌→豆科植物 放线菌→非豆科植物 蓝藻→水生蕨类等 圆褐固氮菌（好氧） 梭菌（厌氧） 鱼腥藻等为代表的固氮蓝藻
根瘤菌和植物(豆科)之间的相互作用分子机制.34页PPT
ENDLeabharlann 1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
根瘤菌和植物(豆科)之间的相互作用分子 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 机制.
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
《分子细胞生物学》ppt课件
细胞生物学研究的重大课题
23
1.2 Development history of cell biology
A Cell discovery B Establish cell theory C Classical stage of cell biology D Experiment stage of cell biology
19世纪末，Overton提出细胞膜是类脂膜的理论。 Michaelis制成膜的模型来研究物质的通透性， 并对线粒体做了最早的活体染色
1909年，Harrison证明，来自胚胎的神经细胞可 以在体外生长和分化
组织培养技术（Carrel） 细胞的显微操作：测定细胞的黏度、氢离子浓度
和其他物理化学特性的数据
growth development differentiation propagation heredity metabolization decease evolution
9
安布罗斯《细胞生物学》中译本的 译者序如下：
分子生物学在五十年代和六十年代 所取得的卓越成就，深刻地影响了 生物科学的各个分支，尤其是细胞 学，使这个经典的学科面貌一新， 从基本上以描述和实验形态为主的 学科发展为在分子水平上探讨细胞 的生命活动的学科，这就是细胞生 物学............在分子水平上探讨高 等有机体的生命活动，细胞生物学 则是分子生物学的一个必然的发展 方向。因此可以说，细胞生物学是 细胞学与分子生物学汇集的领域
分子细胞生物学
1
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章
绪论 细胞基本知识概要 细胞生物学研究方法 细胞质膜与细胞表面 物质跨膜运输与信号传递 细胞质基质与内膜系统 细胞的能量转换 细胞核与染色体 核糖体 细胞骨架 细胞增殖及其调控 细胞分化与基因表达调控 细胞衰老与凋亡
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1.2 Development history of cell biology
A Cell discovery B Establish cell theory C Classical stage of cell biology D Experiment stage of cell biology
19世纪末，Overton提出细胞膜是类脂膜的理论。 Michaelis制成膜的模型来研究物质的通透性， 并对线粒体做了最早的活体染色
1909年，Harrison证明，来自胚胎的神经细胞可 以在体外生长和分化
组织培养技术（Carrel） 细胞的显微操作：测定细胞的黏度、氢离子浓度
和其他物理化学特性的数据
growth development differentiation propagation heredity metabolization decease evolution
9
安布罗斯《细胞生物学》中译本的 译者序如下：
分子生物学在五十年代和六十年代 所取得的卓越成就，深刻地影响了 生物科学的各个分支，尤其是细胞 学，使这个经典的学科面貌一新， 从基本上以描述和实验形态为主的 学科发展为在分子水平上探讨细胞 的生命活动的学科，这就是细胞生 物学............在分子水平上探讨高 等有机体的生命活动，细胞生物学 则是分子生物学的一个必然的发展 方向。因此可以说，细胞生物学是 细胞学与分子生物学汇集的领域
分子细胞生物学
1
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章
绪论 细胞基本知识概要 细胞生物学研究方法 细胞质膜与细胞表面 物质跨膜运输与信号传递 细胞质基质与内膜系统 细胞的能量转换 细胞核与染色体 核糖体 细胞骨架 细胞增殖及其调控 细胞分化与基因表达调控 细胞衰老与凋亡
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豆类植物根瘤形成的主要过程
一 豆类植物根分泌黄酮类物质 二 根瘤菌分泌结瘤因子 三 豆类植物与根瘤菌的相互识别 四 豆类植物对根瘤菌的反应 五 根瘤发育 六 根瘤成熟并开始固氮
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
豆类植物根瘤形成的主要过程图解
根毛
侵入线
已侵入的 根瘤菌
1 结瘤因子的结构 2 结瘤因子的合成 3 结瘤因子的功能
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1 结瘤因子的结构
根瘤菌分泌的脂酰几丁质寡聚糖（LCO)（即脂酰基-N-乙酰葡糖胺寡聚物）。Fra bibliotek非还原端
NodM（葡萄糖胺合成酶）
还原端
NodL（乙酰转移酶） NodB（脱乙酰酶）
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氮循环 生物体有机酸
NO3-
大气 N2
生物固氮
反 N2O 硝
化 NO 作
用 NO2-
NH4+
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生物固氮
（固氮微生物）
1 共生固氮
如根瘤菌与豆科植物；
NodH(磺基转移酶） NodP(硫酸化酶） NodQ( APS激酶）
NodF、E（酰基载体蛋白、 酮脂酰合成酶）
NodC（聚乙酰氨基葡糖合成酶）
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2 结瘤因子的合成及结瘤基因
结瘤因子由黄酮类物质诱导根瘤菌的结瘤基因 表达而最终合成。
1）共同结瘤基因 2）结瘤调节基因 3）宿主专一性基因 4）其它结瘤基因
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1）共同结瘤基因
nodA、B、C 是根瘤菌中最保守的基因，即在不同的根瘤菌中同源性很
高，功能上可以在不同根瘤菌之间相互交换而不改变其宿 主范围，一种根瘤菌的基因突变可以被其它根瘤菌的相应 基因所互补。
常见豆类诱导结瘤的黄酮类物质
豆类植物 大豆
三叶草 苜蓿 豌豆
根瘤菌
黄酮类诱导剂
慢生菌 快生菌
大豆黄素 金雀异黄酮
伞形酮
三叶草根瘤菌 4,7′-二羟基黄酮
苜蓿根瘤菌 豌豆根瘤菌
木犀草素（种子） 4,7′-二羟基黄酮
橙皮素
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二 根瘤菌分泌结瘤因子
根瘤菌
根瘤
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一 豆类植物根分泌黄酮类物质
1 促进根瘤菌生长 2 对根瘤菌的趋化作用 3 对根瘤菌结瘤基因的诱导 4 在根瘤发育与固氮中的作用 5 环境因素对黄酮类物质分泌的影响
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nodABC 在基因组内是紧密连在一起的，位于同一操纵子的3个阅读框架
中，转录方向一致。
nodA 酰基转移酶，将长链脂肪酯连接到聚乙酰氨基葡糖分子非还原端。 nodB 脱乙酰酶，催化聚乙酰氨基葡糖分子非还原端脱乙酰基反应。 nodC 表达的蛋白NodC位于膜上，与聚乙酰氨基葡糖合成酶高度同源，
在N —乙酰葡萄糖胺之间形成β-1,4糖苷键所必需。
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植物所能利用的氮素
1 无机态氮，即铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-）。 2 有机态氮，如尿素等。
这些氮素的来源？
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大气中的氮气可通过下面途径被“固定”
nodD在不同的根瘤菌中拷贝数不同，在多数根瘤菌中只有一个，但有些 为3，甚至5个。
由于NodD蛋白与特定的黄酮类物质结合后，才能激活相应的结瘤基因， 所以nodD在一定程度上决定根瘤菌的宿主专一性。
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3）宿主专一性基因
不同的根瘤菌此类基因不同，基因种类也不完全一样，它们 中大部分在根瘤种内功能是保守的，可以互补，种间功能不 能互补。其功能是影响根瘤的结瘤速率一数量，更主要的是 影响宿主专一性，它们的突变，会引起宿主专一性的丧失或
2 联合固氮
如放线菌与非豆科植物。
3 自生固氮
如圆褐固氮菌（好氧）； 梭菌（厌氧）。
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共生固氮
自然界有豆科植物19700种，其中已知可以 结瘤固氮的有2800种，占15％，而对其共生 固氮体系进行过研究的只占0.5％。
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2）结 瘤 调 节 基 因 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
nodD是结瘤正调节基因，在根瘤菌中普遍存在，它的表达是组成型的， 其蛋白在根际与特定的黄酮类物质结合后可以激活nodABC及其它一系 列结瘤基因的表达。
在nodABC的上游区，有一段高度保守的序列，称为结瘤盒（nod-box）, 大约25-50bp，不同根瘤菌此序列长短不一，是一段调节序列，为结瘤基 因转录激活所必需， nodD的产物NodD蛋白的N末端就结合在一这位 置，而其C末端与特异的黄酮类化合物结合。
1 生物固氮（占90％） 2 工业固氮（生产氮素化肥） 3 高能固氮（闪电）
自 然 界 氮 素 循 环 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
生物 固氮
有机氮合 成及转化
高能 固氮
工业 固氮
硝化细菌 硝化作用
氨化作用
亚硝 酸盐
反硝化细菌 反硝化作用 O2不足
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光合作用与生物固氮是自然给予人类的两大贡献，它 们分别提供了植物生长的碳源和氮源，从而提供了人 类社会发展的最基础的物质条件，是农业生物学最基 础的研究课题。
生物固氮是指由固氮微生物将氮气转化为氨的过程。 1995年联合国粮农组织（FAO）粗略估计，全球每年 由生物固定的氮量近 2×106 t，约占全球植物需氮量 的3/4。
一 豆类植物根分泌黄酮类物质 二 根瘤菌分泌结瘤因子 三 豆类植物与根瘤菌的相互识别 四 豆类植物对根瘤菌的反应 五 根瘤发育 六 根瘤成熟并开始固氮
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豆类植物根瘤形成的主要过程图解
根毛
侵入线
已侵入的 根瘤菌
1 结瘤因子的结构 2 结瘤因子的合成 3 结瘤因子的功能
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1 结瘤因子的结构
根瘤菌分泌的脂酰几丁质寡聚糖（LCO)（即脂酰基-N-乙酰葡糖胺寡聚物）。Fra bibliotek非还原端
NodM（葡萄糖胺合成酶）
还原端
NodL（乙酰转移酶） NodB（脱乙酰酶）
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氮循环 生物体有机酸
NO3-
大气 N2
生物固氮
反 N2O 硝
化 NO 作
用 NO2-
NH4+
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生物固氮
（固氮微生物）
1 共生固氮
如根瘤菌与豆科植物；
NodH(磺基转移酶） NodP(硫酸化酶） NodQ( APS激酶）
NodF、E（酰基载体蛋白、 酮脂酰合成酶）
NodC（聚乙酰氨基葡糖合成酶）
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2 结瘤因子的合成及结瘤基因
结瘤因子由黄酮类物质诱导根瘤菌的结瘤基因 表达而最终合成。
1）共同结瘤基因 2）结瘤调节基因 3）宿主专一性基因 4）其它结瘤基因
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1）共同结瘤基因
nodA、B、C 是根瘤菌中最保守的基因，即在不同的根瘤菌中同源性很
高，功能上可以在不同根瘤菌之间相互交换而不改变其宿 主范围，一种根瘤菌的基因突变可以被其它根瘤菌的相应 基因所互补。
常见豆类诱导结瘤的黄酮类物质
豆类植物 大豆
三叶草 苜蓿 豌豆
根瘤菌
黄酮类诱导剂
慢生菌 快生菌
大豆黄素 金雀异黄酮
伞形酮
三叶草根瘤菌 4,7′-二羟基黄酮
苜蓿根瘤菌 豌豆根瘤菌
木犀草素（种子） 4,7′-二羟基黄酮
橙皮素
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二 根瘤菌分泌结瘤因子
根瘤菌
根瘤
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一 豆类植物根分泌黄酮类物质
1 促进根瘤菌生长 2 对根瘤菌的趋化作用 3 对根瘤菌结瘤基因的诱导 4 在根瘤发育与固氮中的作用 5 环境因素对黄酮类物质分泌的影响
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
nodABC 在基因组内是紧密连在一起的，位于同一操纵子的3个阅读框架
中，转录方向一致。
nodA 酰基转移酶，将长链脂肪酯连接到聚乙酰氨基葡糖分子非还原端。 nodB 脱乙酰酶，催化聚乙酰氨基葡糖分子非还原端脱乙酰基反应。 nodC 表达的蛋白NodC位于膜上，与聚乙酰氨基葡糖合成酶高度同源，
在N —乙酰葡萄糖胺之间形成β-1,4糖苷键所必需。
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植物所能利用的氮素
1 无机态氮，即铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-）。 2 有机态氮，如尿素等。
这些氮素的来源？
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大气中的氮气可通过下面途径被“固定”
nodD在不同的根瘤菌中拷贝数不同，在多数根瘤菌中只有一个，但有些 为3，甚至5个。
由于NodD蛋白与特定的黄酮类物质结合后，才能激活相应的结瘤基因， 所以nodD在一定程度上决定根瘤菌的宿主专一性。
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3）宿主专一性基因
不同的根瘤菌此类基因不同，基因种类也不完全一样，它们 中大部分在根瘤种内功能是保守的，可以互补，种间功能不 能互补。其功能是影响根瘤的结瘤速率一数量，更主要的是 影响宿主专一性，它们的突变，会引起宿主专一性的丧失或
2 联合固氮
如放线菌与非豆科植物。
3 自生固氮
如圆褐固氮菌（好氧）； 梭菌（厌氧）。
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共生固氮
自然界有豆科植物19700种，其中已知可以 结瘤固氮的有2800种，占15％，而对其共生 固氮体系进行过研究的只占0.5％。
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2）结 瘤 调 节 基 因 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
nodD是结瘤正调节基因，在根瘤菌中普遍存在，它的表达是组成型的， 其蛋白在根际与特定的黄酮类物质结合后可以激活nodABC及其它一系 列结瘤基因的表达。
在nodABC的上游区，有一段高度保守的序列，称为结瘤盒（nod-box）, 大约25-50bp，不同根瘤菌此序列长短不一，是一段调节序列，为结瘤基 因转录激活所必需， nodD的产物NodD蛋白的N末端就结合在一这位 置，而其C末端与特异的黄酮类化合物结合。
1 生物固氮（占90％） 2 工业固氮（生产氮素化肥） 3 高能固氮（闪电）
自 然 界 氮 素 循 环 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
生物 固氮
有机氮合 成及转化
高能 固氮
工业 固氮
硝化细菌 硝化作用
氨化作用
亚硝 酸盐
反硝化细菌 反硝化作用 O2不足
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光合作用与生物固氮是自然给予人类的两大贡献，它 们分别提供了植物生长的碳源和氮源，从而提供了人 类社会发展的最基础的物质条件，是农业生物学最基 础的研究课题。
生物固氮是指由固氮微生物将氮气转化为氨的过程。 1995年联合国粮农组织（FAO）粗略估计，全球每年 由生物固定的氮量近 2×106 t，约占全球植物需氮量 的3/4。