[其他]耐硝酸盐大豆

说明书

本发明一般涉及豆科植物，特别是涉及那些具有耐硝酸盐根瘤形成作用和超级根瘤形成作用之表现型的大豆品种。新奇的是，已发现一些在遗传上变更了的、有着耐硝酸盐和超级根瘤形成作用的大豆植物。这些大豆植物在具有耐硝酸盐根瘤形成作用或超级根瘤形成作用的表现型方面是与野生型大豆和驯化了的栽培品种大豆有区别的。一种植物栽培的方法，即一种把耐硝酸盐根瘤形成作用和超级根瘤形成作用的特性引入驯化了的栽培品种的方法已被发现了。而且，一种生产和选择耐硝酸盐植物和超级根瘤形成的植物的遗传学操作方法也被发现了。具有耐硝酸盐根瘤形成作用的植物在农学上是非常有用的，这是因为它们能够在比传统的栽培品种更早的生长阶段就在含有内生的硝酸盐的土壤中生成了有效的根瘤。早期的根瘤形成促进了已经加入的任何土壤接种物的有效性，这就可防止生长的延迟，这种生长延迟通常是在植物成长期间在有效根瘤形成之前因内生的硝酸盐的减少而引起的。超极根瘤形成作用同样也促进了土壤接种物的有效性，并有助于对减少对外界氮源的依赖。

耐硝酸盐的根瘤形成作用在这里被定义为在接种一定数量共生细菌的情况下，在具有限定硝酸盐含量的支承培养基中生长时，植物形成有效根瘤的能力。有效的根瘤是指那些能够发挥固氮作用的根瘤。固氮作用是一个使分子氮还原成生物学上有用形式的氮（如氨）的过程。

该过程过去一直是通过乙炔的还原来测定的，这是因为催化分子氮还原作用的酶即固氮酶也能够催化乙炔的还原作用。于是，还原乙炔的能力就被认为是与固定氮的能力相等的，并且是具有活性的固氮酶酶活性存在的特性。支承培养基是这样一个术语，这里被用来表示用于支承植物正常直立生长的任何物质，其中包括无限的土壤、沙、蛭石等等。共生微生物意指任何微生物，最典型的是指根瘤菌属细菌，即能够在适当的条件下生成有效根瘤的细菌共生微生物中形成根瘤的数量对于分布支承培养基中的这样的有机体来说足以让野生型或传统的栽培品种生成足够数目的根瘤以支持在基本上是无氮的支承培养基中植物的正常生长。

硝酸盐的含量被定义为每单位体积土壤中硝酸盐的量，而这种土壤是通过施加了一定浓度的溶液状的硝酸盐后得到的，而这种浓度又适用于特定条件下的植物，硝酸盐的含量是根据所加入的溶液的浓度来定义的，这是因为土壤的干裂、硝酸盐吸收和其他这类因素会使得所测土壤的浓度不一样。例如5mM的硝酸盐含量，如已经所描述的，相当于用深为12″、直径为10″的壶，每天以1/4升的5mM（毫克分子浓度）KNO，溶液浇灌在植物上的量，这样一种作业规程可提供一个比较稳定的硝酸盐含量，从而指出了要获得土壤中可溶物质的恒定浓度之困难。

超级根瘤形成作用被定义为当植物在接种一定量共生细菌的支承培养基中生长时，各株植物形成有效根瘤的能力，即在根瘤的数量上和大小上都大于野生型植物，至少为野生型植物的两倍，超级根瘤形成的植物可能是耐硝酸盐的，但也不一定，超级根瘤形成作用的表现型可以在不存在外加硝酸盐的情况下观察到。

一般的野生型豆科植物和农学上被认为是重要的豆科作物的驯化的栽培品种，例如大豆，在土壤中硝酸盐含量低的情况下是不会形成有效根瘤的。在含有5.5mM（毫克分子浓度，以下相同）硝酸盐的土壤中，根瘤的大小和固定氮的能力与在外加硝酸盐的、基本上不含硝酸盐的土壤中生长的对照组豆科植物相比较，大大地降低了。残留的硝酸盐通常也可在土壤中被发现，在这样的土壤中实际上进行着轮作，已施过肥的作物，例如玉米，也已在一个季节被种下了，大豆通常是与施肥的作物进行轮作的，通过土壤中硝化细菌和有机物质的作用，就会使土壤出现高的硝酸盐含量。某些土壤，尤其是那些火山发源地的土壤，其硝酸盐含量自然就很高。在这样的情况下，有效的根瘤形成作用就受到了阻止或推迟，直到残存于土壤的硝酸盐基本上被耗尽为止，这时植物生长的延迟性就可观察到了。这种有时伴随瞬间发黄现象的延迟性是因根瘤形成作用的推迟而造成的，在延迟期间和以后的阶段中，到达成熟所需的时间和对应力的敏感性都有害地影响了作物的最终产量，如果根瘤形成作用出现得迟导致了共生微生物群体的减少或无效，那么在种植过程中对土壤接种共生细菌的价值也就不大了，耐硝酸盐根瘤形成的表现型在农学上对防止或减少这样的不利影响是很有利的。

从土壤中淋溶出来的硝酸盐迅速变成了河流和蓄水层的严重污染物。这种污染是由于对土壤连续施肥和雨水所致的来自土壤的淋溶而造成的。由于大豆通过氮固定作用所获得的氮大约占它们所要的总氮的70%，这就减少了对外加肥料的依赖，这也就有利于缓和污染的问题，耐硝酸盐和超极根瘤形成的突变种减少了对外加肥料的依赖。