Азот для растений: Азотфиксация ⋆ Земледелие

Азотфиксация ⋆ Земледелие

Опыт, проведенный Б.А. Ягодиным совместно с Ю.Я. Мазелем и Ю.Г. Сазоновым в 1981 г. показал зависимость симбиотической азотфиксации от обеспеченности растений азотом и интенсивности фотосинтеза. В этом опыте, люпин сорта Быстрорастущий 4 выращивали при разных уровнях обеспеченности азота и 1-, 3- и 6-суточном затенении. Освещенность изменялась в 1000 раз. Затенение приводило к снижению азотфиксации, в большей степени — при высоком содержании минерального азота. После 6-суточного затенения азотфиксация в варианте без азота снизилась в 40 раз, в варианте с половинной дозой — полностью прекратилась, при двукратных дозах — азотфиксация остановилась уже после 3-суточного затенения.

Максимум интенсивности азотфиксации отмечался в фазе цветения в вариантах без азота и половинной дозой. В фазе бутонизации при половинной дозе она была больше, чем в варианте без азота. Это объясняется тем, что небольшая стартовая доза азота способствует лучшему развитию клубеньков на ранних этапах развития. В фазе цветения в варианте без азота этот показатель был выше, чем в вариантах с азотом.

В фазе бутонизации максимум азотфиксации в дневном цикле приходился на утренние часы (8 ч), причем в варианте с половинной дозой фиксация проходила быстрее, чем в варианте без азота. В фазе цветения максимум приходился на полдень. В этом случае она была наибольшей в варианте без азота. При повышенной дозе азота этот показатель уменьшался во все фазы развития.

Более интенсивное поступление продуктов, меченных ¹⁴С, отмечалось в варианте без азота. При двойной дозе оно было на 20% меньше. Через 30 мин после экспозиции метка обнаруживалась в клубеньках обоих вариантов (0,37 и 0,07 соответственно, от общей активности). За 2,5 ч в варианте без азота в клубеньки поступило в 7 раз больше продуктов, чем в варианте с азотом, в корни — в 5 раз, в стебли — в 2 раза больше.

Неодинаковая скорость поступления продуктов фотосинтеза в корневые клубеньки при разных уровнях азотного питания повлияла на интенсивность азотфиксации. Вследствие накопления продуктов фотосинтеза в варианте с азотом затенение в течение 3 суток подавило азотфиксацию клубеньков.

Таким образом, затенение люпина приводит к снижению фиксации азота, но в варианте на фоне минерального азота это снижение больше, чем без азота.

Коэффициент азотфиксации составляет от 0,3 до 0,85.

Интенсивность азотфиксации свободноживущими бактериями зависит от запасом легкодоступных органических веществ, служащих источником энергии. Например, активность азотфиксации в прикорневой зоне растений за счет ассоциативной азотфиксации в 3-200 раз больше, чем в почвах междурядий. Поэтому растения является главным фактором деятельности диазотрофных бактерий в ризосфере благодаря корневой экссудации и корнеопада, объем которых составляет от 25 до 50% продукции фотосинтеза.

Интенсивность фиксации азота диазотрофов определяется выделительной деятельностью корневых систем растений, то есть, в конечном счете от фотосинтетической активности.

Высокая активность в ризосфере многих тропических растений связана со способность использовать при фотосинтезе путь С-4-дикарбоновых кислот. Растениям этого типа требуют интенсивного освещения, а максимальная скорость фотосинтеза у них значительно выше, чем у растений, использующих цикл Кальвина (С-3-тип). Так как растениями с С-4-типом расходуется меньшее количество углеводов на фотодыхание, их часть используется для роста корней и корневой экссудации.

Несимбиотическая азотфиксация изучалась многими исследователями, однако о ее масштабах в различных почвенно-климатических зонах информации мало, в связи с тем, что в природных условиях этот процесс зависит от ряда динамичных факторов среды.

Так, согласно ряду исследований плодородных почв рисовых полей показано, что в результате несимбиотической фиксации под рисом накапливаться 60-70 кг/га азота в год. Причем в затопляемых почвах фиксируется 57-63 кг/га азота, а в незатопляемых — 3-7 кг/га, без растений в затопленных почвах — 23-28 кг/га азота.

За 3 месяца вегетации азотфиксация в почвах рисовых полей Краснодарского края составляла 9-27 кг. Внесение соломы в почву способствует размножению различные группы азотфиксирующих бактерий и росту азотфиксации до 20-40 кг/га в месяц. Влажность также способствует усилению активности при разложении соломы и целлюлозы. В интразональных почвах избыточного увлажнения, то есть пойменных, болотных почвах и рисовых плантациях, активность наиболее высока — от 16,5 до 67,5 кг/га в месяц. В почвах тропической зоны несимбиотическая азотфиксация в среднем составляет 200 кг/га в год, достигая иногда 600 кг/га в год.

Активность несимбиотической азотфиксации зависит также: влажности, температуры, гранулометрического состава почвы, степени аэрированности корнеобитаемого слоя, содержания углекислого газа, наличия макро- и микроэлементов. Минеральные удобрения, известкование, воздушный режим также влияют на интенсивность, но, высокая эффективность отмечается, когда влажность, температура и органическое вещество не лимитируют азотфиксацию. Внесение в дерново-подзолистые почвы растительных остатков позволяет увеличить азотфиксирующую активность в 2-5 раз при условии достаточного увлажнения.

Азотные удобрения в домашних условиях, как приготовить самому

Азот является очень важным элементом для здорового роста растений. Именно этот элемент отвечает за богатый урожай и здоровье садово-огородных и комнатных культур. Особую необходимость растения испытывают в азоте весной. Во время активного роста им необходимо получать из почвы все самое ценное. Для обогащения почвы можно применять различные промышленные удобрения, а можно приготовить подкормку в домашних условиях.

Каким растениям нужен азот

В первую очередь этот микроэлемент необходим овощным культурам. Для того чтобы вырастить богатый урожай в домашних условиях удобрять азотом нужно такие овощи как тыква, капуста, кабачки, баклажаны, перец, картофель. Их необходимо подкармливать при посадке и во время активного роста и цветения. Также азот в большом количестве требуется плодово-ягодным растениям (малина, вишня и ежевика.) и декоративным культурам (роза, пион, фиалка и др.). Этим культурам нужно повышенное содержание азота в почве. При использовании в качестве удобрения аммиачной селитры под эти растения нужно использовать около 25 гр. удобрения на 1 кв.м.

Чуть меньше азота требуется огурцам, помидорам, свекле, кукурузным початкам, моркови и зелени. Также большого количества этого элемента не требуется однолетним цветам, смородине, яблокам и крыжовнику. Участок для этих растений нужно удобрять аммиачной селитрой из расчета 20 гр. на 1 кв.м.

Еще меньшее количество азота (15 гр. на 1 кв.м.) требуется раннему картофелю, листовым овощам, редису и луку. Такое же количество подкормки необходимо распределять в местах посадки луковичных декоративных растений и груши.

Всего 8 гр. на 1 кв.м. азотных подкормок требуется таким культурам как горох, пряные культуры, бобы, азалия, вереск, мак.

Как определить азотную недостаточность

Каждый дачник должен знать признаки недостатка азота в почве. Своевременная подкормка в домашних условиях позволит избежать гибели растений и поможет получить богатый урожай. Среди признаков азотной недостаточности можно выделить такие общие признаки как медленный рост и задержка цветения. Листья и стебли слабые.

• У помидор недостаток азота проявляется в виде сбрасывания завязи, пожелтением листьев и отставанием в росте.
• У свеклы желтеют и отмирают листья.
• У земляники на листочках по краю появляется красная полоска.
• У роз не наступает цветение.
• У плодовых деревьев плохо завязываются плоды, завязь мелкая и часто осыпается.

Какие удобрения выбрать

Сегодня самыми распространенными азотными удобрениями являются аммиачная селитра и мочевина. Эти подкормки можно приобрести в любом садовом магазине и с успехом использовать в домашних условиях. Главное при использовании данных химических составов точно соблюдать рекомендуемую дозировку для каждой культуры.

Также азотные удобрения можно приготовить самим в домашних условиях. Отличным источником азота является куриный или голубиный помет.

Помимо азота эти удобрения содержат в себе и другие необходимые для здорового роста растений микроэлементы и минералы.

Заготовить птичий помет в домашних условиях может каждый дачник. Гуано птиц нужно высушить в специальной печи и растереть в порошок. Также помет птиц можно смешать с сеном или опилками. Через 2 месяца можно удобрять землю домашним полезным компостом.

Также хорошим источником азота и калия является банановая кожура. Если вы любите бананы и всю зиму употребляете эти полезные плоды, не выбрасывайте кожуру, а высушите ее. Сушить шкурки от бананов лучше на батарее. После полного просушивания кожуру нужно перемолоть на мясорубке, а весной при вскапывании огорода измельченную кожуру нужно смешать с почвой. По мере перегнивания из кожуры будут выделяться в почву азот и калий, что сделает ваши растения крепкими и здоровыми.

Если вы изготавливаете удобрение сами при помощи компостной ямы, важно, чтобы в ней содержался торф. При наличии торфа содержание азота в компосте увеличивается.

Подкормка комнатных цветов

Как и садово-огородным растениям, комнатным цветам также необходим азот для хорошего роста и своевременного цветения. Комнатные цветы зачастую нуждаются в подкормке гораздо больше, чем растения на огороде.

Это обусловлено ограниченным количеством грунта в горшке, который со временем истощается.

Для комнатных цветов в качестве азотного удобрения также можно применять голубиный помет, селитру, банановую кожуру или мочевину. Важно не переусердствовать и не перенасытить землю азотом, ведь в этом случае растения могут попросту не зацвести.

Правила внесения подкормок

В сельском хозяйстве существуют общепринятые нормы внесения азотных удобрений в почву. Если вы используете сухие подкормки, то для удобрения почвы сада и огорода необходимо вносить 900 гр. порошка на 100 кв.м.

Для разовой подкормки овощей и фруктов достаточно внести в почву 300 гр. удобрения на 100 кв.м.

При поливе удобрения разводят в количестве 30 гр. на 10 л воды. Этого раствора должно хватить на 10 кв.м.

Для опрыскивания порошок разводят в пропорции 50 гр. на 10 л воды. Этого раствора должно хватить на 200 кв.м.

Стоит отметить, что данные нормы – это лишь общие правила, для того чтобы вычислить более точные нормы внесения удобрения в почву, нужно учитывать многие моменты, такие как состав грунта, потребность растения в азоте, температура почвы и др.

Вред или польза

Многие огородники уверенны, что азотные подкормки крайне вредны. По их мнению, они накапливаются в плодах в виде нитратов, которых все боятся. Специалисты отчасти согласны с данным мнением, но с оговоркой, что нитраты накапливаются в плодах только при неправильном внесении удобрений в почву.

Другими словами, если вы перекармливаете растения азотом, излишки удобрения действительно могут содержаться в плодах и клубнях. Накапливать нитраты склонны растения, которые не нуждаются в большом количестве азота. Среди таких культур можно выделить ранний картофель, свеклу, листовые овощи. Для того чтобы предотвратить отравление плодов, важно строго соблюдать дозировку при их подкормке.

Когда и как применять подкормку

Обычно удобрения вносят при перекапывании огорода весной или непосредственно при посадке культур. Помните, что все органические удобрения содержат азот, но для того чтобы он усвоился растением нужно время. Для срочной подкормки используют промышленные азотные удобрения, которые изготавливаются из аммиака и азотной кислоты.

Если вы постоянно выращиваете огородные и садовые растения.

Если вы следите за составом почвы и регулярно удобряете ее компостом или птичьим пометом, вы можете не переживать о недостатке азота, ведь постоянный уход за грунтом позволяет обогащать почву.

При регулярном использовании органических удобрений, потребность в использовании промышленных подкормок отпадает сама собой.

Опытные дачники знают, что если тщательно наблюдать за рассадой, она сама расскажет вам о том, каких витаминов ей не хватает. Нужно лишь знать, как реагирует то или иное растение на нехватку полезных элементов. При своевременной диагностике ситуацию можно легко исправить при помощи натуральных и безвредных подкормок. В этом случае вам не придется переживать о содержании нитратов в вашем урожае.

Азотное удобрение — что это такое и как его применять

Азот – элемент, без которого невозможно нормальное развитие растений. Без него они теряют свой привычный окрас, способность к нормальному плодоношению и иммунитет. Весь необходимый азот зеленые наслаждения получают из почвы, которая имеет свойство истощаться. Предотвратить проблему помогают удобрения с высоким содержанием азота, без их внесения вырастить богатый и вкусный урожай не получится.

Опытные аграрии и просто овощеводы-любители знают, как повысить плодородность почвы за счет насыщения ее одним из элементов «важной четверки». В нее помимо кислорода, углерода, водорода входит и азот. И если первых три элемента растения могут получать из воздуха, то с последним все гораздо сложнее. Азот быстро вымывается из почвы, что негативно отражается на состоянии насаждений.

Что такое азотное удобрение и в чем его польза

Повысить урожайность почвы, вне зависимости от ее типа, можно за счет регулярного внесения подкормок. Помимо комплексных минеральных удобрений, земля нуждается в монотипных подкормках, которые применяются с целью повысить содержание конкретного элемента в грунте. Особенно важно поддерживать уровень азота, ведь он является жизненно необходимым элементом для всех видов растений. Именно с этой целью используются азотные удобрения различных типов.

Азот участвует во многих процессах, которые происходят в растениях. Он способствует быстрому укоренению рассады, наращиванию зеленой массы, появлению новых ростков, а также завязи плодов высокого качества. При его недостатке рост культур замедляется, количество плодов сокращается, как и их размер.

Азотосодержащие удобрения бывают нескольких видов, выбор которых зависит от конкретной ситуации и культуры, выращиваемой на участке.

Разновидности удобрений с азотным составом

Существует несколько типов азотосодержащих удобрений, отличающихся веществом, на основе которого они произведены, и, как следствие, массовой долей азота в них.

Натриевая селитра

Принадлежит к нитратной группе удобрений, в которых количество основного элемента едва дотягивает до 17%. Представляет собой кристаллы, которые быстро растворяются в воде, что ограничивает их применение в осенний период.

Важно!

Довольно сильно кислит почву, поэтому вносить натриевую селитру лучше с нейтрализующими веществами. Для этих целей можно использовать обычную известь или мел.

Аммонийные удобрения

Группа включает в себя 2 разновидности удобрений: сульфат аммония и хлористый аммоний:

1. Первое представляет собой порошок, содержание азота в котором находится в пределах 20%. Он не гигроскопичен, за сет чего его можно использовать в качестве подкормки в осенний период. Активно используется как в качестве основного подкорневого, так и дополнительного внекорневого удобрения. Как и предыдущая группа, при частом использовании сдвигает рН грунта в кислую сторону.
2. Хлористый аммоний содержит на 6% больше азота, чем его «коллега» по группе. Однако в его составе также присутствует хлор – ядовитое вещество для многих культур. По этой причине хлористый аммоний используется исключительно осенью.

Мочевина

Мочевина, или карбамид, содержит 46% азота и является одним из наиболее концентрированных азотосодержащих удобрений. Относится к амидной группе и активно применяется для внекорневой подкормки овощных и зерновых культур. А вот в качестве основного удобрения мочевина используется реже по причине своей способности чрезмерно кислить почву. Если ее и вносят в грунт, то только с нейтрализующими элементами (например, мелом).

В продаже можно найти два вида мочевины – группы А и Б. Первая не несет пользы для растений и используется, как правило, в животноводстве. Группа Б – это обработанный специальными веществами карбамид, который отлично усваивается растениями. Внешне он представляет собой белоснежные, быстро растворимые гранулы.

Жидкий и безводный аммиак

Жидкий аммиак – максимально концентрированный раствор с резким, специфическим запахом нашатыря. Летучесть вещества накладывает некоторые ограничения на его хранение и использование. Так, удобрение почвы жидким аммиаком возможно только при использовании специальной техники.

Безводный аммиак получают путем сжижения аммиачного газа под высоким давлением. На выходе образуется подвижная, бесцветная жидкость с резким запахом, содержание азота в которой иногда достигает 82%. Аммиак должен быть заделан в землю сразу после внесения, что могут обеспечить специальные сельскохозяйственные машины.

Аммиачная вода

Представляет собой аммиак, разбавленный в воде. В зависимости от количества главных компонентов, изменяется и процент содержания азота. Более концентрированная жидкость содержит 20-25% важного компонента, менее концентрированная – 16-20%. Подобно всем удобрениям на основе аммиака, вода вносится в грунт с помощью спецтехники.

Правила внесения и дозировки

Для достижения необходимого результата от удобрения важно соблюдать нормы и дозировки его внесения, в зависимости от вида выращиваемой культуры.

Для огурцов в теплице и открытом грунте

Огурцы нуждаются в азоте, вне зависимости от места выращивания. Причем для этой культуры химический элемент актуален на всех этапах развития.

Совет!

Отличным выбором для основной подкормки огурцов станет сульфат аммония. Его понадобится 40 г на 1 кв. м участка.

Для дополнительной подкормки огурцов лучше остановиться на кальциевой селитре. Особенно хорошо на опрыскивание раствором кальция нитрата отзываются огурцы, растущие в закрытом грунте. Для приготовления питательной жидкости для стеблей и листьев необходимо растворить 20 г кальциевой селитры в 20 л воды. Периодичность опрыскивания – 1 раз в 14 дней.

Для картофеля и прочих овощей

Картофель и остальные овощи прекрасно отзываются на удобрения как основной, так и дополнительной формы внесения. В первом случае достаточно 6-8 г азота на кв. м участка с плодовыми культурами, что в перерасчете на аммиачную селитру составляет 26-28 г.

Для дополнительной подкормки овощей достаточно использовать 1,5-2 г питательного вещества на кв. м.

Для клубники и земляники весной

Подкармливать клубнику и землянику удобрениями нужно максимально осторожно, и делать это лучше в весенний период, сразу после таяния снега.

Клубнику первого года жизни лучше подкармливать кальциевой селитрой в виде раствора, для изготовления которого следует взять 25 г удобрения и 10 л воды. Начиная со второго года, рекомендовано использовать нитрат аммония, в пропорции 2 к 10. Аналогичной схемы внесения питательных веществ можно придерживаться и при выращивании земляники.

Для садовых цветов

Для подкормки садовых цветов, как правило, используется мочевина и сульфат аммония. Эти виды удобрений менее едки, но при этом хорошо усваиваются растениями.

Удобрять садовые цветы азотом необходимо ранней весной, на 10-12-й день после того, как растает весь снег. Точная концентрация удобрения зависит от вида цветов. Например, сирень, розы и георгины можно подкармливать по той же схеме, что и картофель. Для однолетних цветов достаточно 16-19 г удобрения на квадратный метр площади, в расчете на аммиачную селитру.

На заметку!

Луковичные цветы меньше остальных нуждаются в азоте, поэтому для их подкормки вполне достаточно 10-12 г селитры.

Для орхидей и других цветущих комнатных цветов

Орхидеи, как и другие комнатные цветы, удобряются азотом в период роста зеленой массы. А вот во время цветения и отдыха подкармливать растение не рекомендуется.

Для подкормки комнатных цветов рекомендовано использовать минеральные комплексы, а не монотипные удобрения. Нормы внесения таких подкормок зависят от производителя, и всегда указаны на упаковке.

Возможный вред для растений от применения азотной подкормки

Несмотря на то, что азот является важным структурным элементом для всех растений, удобрения с его содержанием не всегда приносят исключительно пользу. Несоблюдение дозировок, неправильное использование, ошибки в технике внесения – нередко становятся причиной проблем, которые могут привести даже к гибели растений. При несоблюдении мер предосторожности, в первую очередь, пострадают плодовые завязи, а точнее их количество.

В случае переизбытка вещества страдает плодоношение, плоды либо завязываются в незначительном количестве, либо не завязываются вовсе. Особенно это характерно для клубники, земляники и других ягодных культур.

Перекормленное азотом растение накапливает лишнюю воду и становится настоящим магнитом для различных вредителей. К тому же его влияние способно спровоцировать появление ожогов на листьях, которые в дальнейшем могут перейти и на корневую систему.

Ускоряет рост растений.

Стимулирует появление новых листов, побегов и плодовых завязей.

Увеличивает количество урожая и улучшает его вкусовые качества.

Улучшает процесс поглощения микро- и макроэлементов растениями из почвы.

Положительно влияет на состав и микрофлору грунта.

Повышает устойчивость культур к различным болезням и вредителям.

Ускоряет компенсаторные процессы растений, в случае их механического повреждения.

Улучшает качественные показатели зерна.

Универсальное удобрение, подходящее как плодовым культурам, так и комнатным цветам.

Кислит почву, что необходимо учитывать при его внесении.

Некоторые виды удобрений не могут быть использованы без спецтехники.

Загрязняет почву и воду в случае чрезмерного и неконтролируемого применения.

Грунтовые и сточные воды с легкостью вымывают азот из почвы.

Плохо впитывается в сухие почвы.

Важно высчитывать количество удобрения под каждый тип растения.

Есть вероятность перенасытить почву, что пагубно отразится на количестве урожая.

Отзывы об использовании азотных удобрений

Наталья: «Из всех существующих азотных удобрений отдаю предпочтение сульфату аммония и всегда остаюсь довольна результатом. Вещество прекрасно впитывается в почву и насыщает овощи, в особенности баклажаны и картофель. Главное при использовании – не переборщить, иначе можно собрать меньше, чем посадила».

Максим: «Азот – один из главных структурных элементов белка, и без него невозможна жизнь на земле. Однако применять его следует строго по правилам. Если ошибешься, то можно остаться без урожая, вкусным он уж точно не будет. И еще важно помнить, что вещество нейтрализуется щелочью, поэтому его не следует вносить вместе с золой и другими веществами, которые ощелачивают почву».

Татьяна: «Удобрять грунт азотом просто необходимо, без него урожай не урожай, а так – «слезы». Я перепробовала все варианты удобрений с азотом, не считая жидких, и всеми осталась довольна. Однако начинающим овощеводам рекомендую использовать удобрения с низким содержанием основного вещества, чтобы не перекормить грунт.

Азот – жизненно необходимый элемент для растений любого вида. Его внесение в почву – важный этап выращивания плодовых, зерновых и даже цветочных культур. Но несмотря на всю пользу химического элемента, его неправильное использование может нанести непоправимый вред как зелени, так и качеству грунта в целом.

Не подкармливайте азотом деревья и кустарники в августе, иначе…

Самый частый вопрос огородников — «Чем подкормить, если (желтеют листья, не завязываются плоды, осыпаются завязи)». Ответ на него ищут в интернете и книгах по садоводству, находят, выполняют рекомендацию — и тут же забывают, чем именно и для чего подкармливали. Хотя не так уж сложно разобраться, как разные удобрения влияют на растения и в чем могут нуждаться ваши огурцы и помидоры. Попробуем?

Что такое действующее вещество удобрений?

Не все составные части удобрения — это питание для растений, а лишь определенный процент. Эта питательная часть удобрений называется действующим веществом. В азотных удобрениях это азот (обозначается латинской буквой N), в фосфорных — окись фосфора, Р2О5, в калийных — окись калия, К2О.

Каждый вид удобрения в своем составе содержит определенный процент действующего вещества. Например, в аммиачной селитре 34% действующего вещества (д.в.), простом суперфосфате — 20%, двойном суперфосфате — 42–46% и т.д. Когда мы говорим, что под какую-то культуру надо внести, например 20 г азота, то нам приходится внести около 60 г аммиачной селитры. На упаковках удобрений обязательно указывается процент содержания действующего вещества.

Иногда дозы удобрений приводятся в конкретных видах, например, если написано, что надо вносить 60 г мочевины, по 35 г двойного суперфосфата и сульфата калия, то проценты содержания питательных веществ в удобрениях уже учтены.

Какое же действие оказывает на растение каждый элемент питания в отдельности?

Признаки недостатка и избытка азота

Достаточно азота. При правильном азотном питании растения хорошо растут, развиваются, а листья бывают интенсивно зелеными. У растений усиливается фотосинтез, в достаточном количестве формируются репродуктивные органы — цветковые почки, из которых впоследствии образуются плоды и ягоды. Основное количество азота растения потребляют в период усиленного роста вегетативной массы и плодов.

Мало азота. При недостатке в почве азота сильнее страдают вегетативные органы растения: ветки и стебель становятся тонкими, листья бывают мелкими, приобретают светло-зеленую, даже желтоватую окраску. Обратите внимание: пожелтение листьев при недостатке азота начинается с нижних листьев, так как азот передвигается из старых листьев в более молодые и к точкам роста.

Недостаток азота отражается и на урожайности: ослабляется процесс закладки и развития цветочных почек, плодов, ягод, а образовавшиеся завязи осыпаются: растение как бы «знает», что столько плодов «не про кормит».

Слишком много азота. При избыточном азотном питании происходит усиленный рост растения в ущерб закладке плодовых почек, наблюдается недозревание плодов. Ослабляется окраска созревших плодов и ягод, уменьшается их сахаристость, ухудшается лежкость. У овощных культур образуется большая масса ботвы в ущерб урожаю. Излишнее азотное удобрение также ослабляет иммунитет растений против болезней.

Особенно нежелательно избыточное питание азотными удобрениями во вторую половину лета. Например, плодовые деревья не успевают подготовиться к зиме: не вызревают почки и древесина однолетних побегов и, как результат, снижается морозостойкость. Один из показателей избыточного азотного питания — когда деревья до зимы не сбрасывают листья.

При одностороннем питании высокими дозами азотных удобрений возникает опасность накапливания в репродуктивных органах растений неорганических соединений азота — нитратов, вредных для человека. Однако ученые доказали: если удобрения применять в разумных, рекомендованных количествах и дозах, с соблюдением сроков внесения, количество нитратов в растениях всегда останется в предельно допустимых количествах (ПДК).

Когда подкармливать азотными удобрениями

Наиболее распространенные азотные удобрения — аммиачная селитра и мочевина (карбамид). Аммиачная селитра — это белые круглые гранулы диаметром 2–3 мм. Хорошо растворяется в воде, может быть использована под любые плодово-ягодные культуры как для основного удобрения, так и для подкормок весной и в летнее время.

Мочевина по внешнему виду и растворимости в воде не отличается от аммиачной селитры. Благодаря тому, что она меньше обжигает листья растений, является лучшей формой азотных удобрений для внекорневых подкормок опрыскиванием.

Азотные удобрения лучше всего вносить весной — в это время растения больше всего нуждаются в азотном питании. А вот внесенные с осени, могут снизить зимостойкость плодовых деревьев и ягодников. Кроме того, из-за легкой растворимости питательные вещества за зиму могут вымыться в нижележащие слои почвы, куда не проникает корневая система растений.

Польза азота для огурцов и вред — для помидоров

Под садовые деревья и кустарники удобрения можно вносить, рассыпая их по поверхности под кроной, затем обильно полить. Можно также вносить в растворенном виде, но полив обязателен и в этом случае. Если были внесены органические удобрения, дозы минеральных удобрений снижают на одну треть или наполовину в зависимости от количества внесенного навоза. Также наполовину снижают дозы при удобрении молодых, еще не плодоносящих деревьев и кустарников.

При обнаружении слабого развития дерева или других признаков азотного голодания можно проводить внекорневую подкормку. Необходимость в проведении внекорневой подкормки может возникнуть также сразу после обильного образования завязей плодов и ягод при их осыпании. Внекорневые подкормки проводят ручным опрыскивателем в утреннее или вечернее время. Раствор готовят из расчета 30–40 г мочевины на 10 л воды.

Азотные удобрения для одних овощных растений благо, а для других — нет. Например, умеренными азотными подкормками огурцов через каждые 10–12 дней во второй половине лета можно добиться значительного продления плодоношения. Дольше будут оставаться зелеными и сочными салат, шпинат, щавель, укроп и др.

А вот томатам азотное удобрение (особенно во вторую половину лета) принесет только вред: они будут долго цвести в ущерб урожаю. У картофеля образуется большая темно-зеленая ботва, а клубней будет мало.

Недостаток азота — как распознать и вылечить

О недостатке азота можно узнать по желтым листьям. Это потому, что хлорофилл исчезает из листьев. Сначала вы увидите, как это происходит на более старых листьях у основания растения. Это происходит потому, что растения переносят доступный азот к своим молодым листьям и точкам роста. В итоге рост растений прекратится, и листья опадут. У некоторых растений листья могут становиться не желтыми, а пурпурными.Среди прочего, это происходит с несколькими сортами капусты. Растение с дефицитом азота останется меньше здорового растения. То же самое и с его плодами. Растения с дефицитом азота также более подвержены таким проблемам, как болезни и насекомые.

Как распознать дефицит азота?

• Сначала желто-зелеными становятся более старые листья. Эта окраска будет распространяться от внутренней части листьев к внешней.
• Затем пожелтение распространится на основание листа и жилки.
• В конце концов рост растений прекращается, и листья опадают.
• Стебли ваших растений станут пурпурными или красноватыми.

Какая (возможная) причина?

• Слишком много калия, цинка и марганца в почве или субстрате.
• Слишком много хлоридов в почве.
• Слишком мало азота в почве или субстрате.
• Значение pH корневой среды слишком высокое.
• Возможно, корневая система растения нарушена. Это может быть вызвано повреждением, болезнью или низкой температурой почвы.
• Азот легко растворяется. Это означает, что его легко вымыть из почвы.

Как это предотвратить?

В нормальных условиях дефицит азота не возникает быстро. Однако во время сильного стресса или скачка роста растение более восприимчиво к недостаткам.Используя одно из наших основных питательных веществ (например, Alga Grow и Alga Bloom), вы снижаете вероятность дефицита. Также помните об абиотических факторах. К ним относятся температура, интенсивность света, кислотность, количество влаги и сила ветра.

Wil je zeker weten of je een stikstofgebrek hebt in je plant?

Специалисты по развитию Vraag het onze van de servicedesk. Zij helpen je verder.

Как вылечить?

Листья пожелтели? Затем удобряйте растения удобрением с высоким содержанием азота, например Terra Grow.Мы также называем это удобрением с высоким значением N. Их можно применять как некорневое удобрение.

Что делает азот для растений?

Азот — важное питательное вещество для вашего растения. Он необходим для создания хлорофилла. В свою очередь, хлорофилл необходим для фотосинтеза. Для роста растение использует фотосинтез. Кроме того, в состав аминокислот входит азот. Они используются для образования белков. Белки необходимы для каждого мыслимого процесса на заводе.Например, они стимулируют рост и способствуют развитию плодов.

Не уверены, нет ли у вас дефицита азота?

Свяжитесь с нашим экспертом по выращиванию через службу поддержки и попросите совета.

Frontiers | Взаимодействие и регуляция метаболизма углерода, азота и фосфора в корневых клубеньках бобовых

Введение

Leguminosae (Fabaceae) — третье по величине семейство покрытосеменных, насчитывающее 750 родов и около 19 500 видов (Рабочая группа по филогении бобовых, 2013).Большинство бобовых культур могут устанавливать мутуалистические ассоциации с альфа- и бета-протеобактериями для получения биологического азота (обзор Andrews and Andrews, 2017; Sprent et al., 2017). Ризобии — почвенные бактерии, известные своей способностью вступать в симбиоз с бобовыми растениями. Симбиотическая азотфиксация (SNF) может быть проведена после того, как ризобии укоренились внутри клеток корневых клубеньков, образованных из новодифференцированной ткани в корнях растений-хозяев. Растение-хозяин обеспечивает микросимбионт дикарбоксилатами вместе с другими питательными веществами в обмен на фиксированный азот в форме аммония и аминокислот (Udvardi and Day, 1997).Азотфиксирующие бобовые способствуют обогащению почвы азотом и, следовательно, ценны для повышения ее плодородия. Ассоциация бобово-ризобийные растения оказывает важное влияние на устойчивое сельское хозяйство, поскольку обеспечивает более 65% биологически фиксированного азота в сельскохозяйственных системах (Herridge et al., 2008).

Исследования симбиоза бобовых и ризобий охватили большое количество видов бобовых, таких как соя ( Glycine max ), трилистник птичьей лапки ( Lotus japonicus ), люцерна ( Medicago sativa ), клевер ( Medicago truncatula ), фасоль обыкновенная ( Phaseolus vulgaris ), горох посевной ( Pisum sativum ), вика обыкновенная ( Vicia sativa ) и люпин узколистный ( Lupinus angustifolius ) (Dupont et al., 2012). Хотя M. sativa — Sinorhizobium meliloti и P. sativum — Rhizobium leguminosarum ассоциации также являются хорошо изученной симбиотической системой (Kneen, LaRue, 1984; Jones et al., 2007), генетические модели бобовых культур Симбиоз –rhizobium в основном сосредоточен на L. japonicus – Mesorhizobium loti и M. truncatula – S. meliloti из-за небольших диплоидных геномов, высокого уровня генетического разнообразия и хорошо установленных систем трансформации L.japonicus и M. truncatula (Oldroyd, Geurts, 2001; Oldroyd, 2005). L. japonicus обладает определенными корневыми клубеньками, которые имеют сферическую форму с четко выраженной однородной центральной зоной фиксации, состоящей из инфицированных клеток, заполненных ризобиями, окруженных неинфицированными клетками (Schultze and Kondorosi, 1998). Напротив, M. truncatula образует неопределенные клубеньки, которые имеют цилиндрическую форму и состоят из градиента зон развития (Timmers et al., 1999).

Благодаря своему сложному составу клубеньки бобовых были тщательно изучены в отношении их метаболизма и регуляции.После того, как процесс SNF был установлен в зрелых клубеньках, внутри клубеньков одновременно происходит несколько биологических процессов, включая биологическую фиксацию азота, осуществляемую бактероидами, углеродно-азотный метаболизм и обмен между растениями-хозяевами и бактероидами, а также транспорт метаболитов через клеточные мембраны (Resendis -Antonio et al., 2011; Удварди, Пул, 2013; Clarke et al., 2014). Корневые клубеньки опосредуют приток источников углерода и отток соединений азота. Растение-хозяин поставляет сахарозу, которая будет превращаться в источники энергии и органические кислоты для фиксации атмосферного азота, в то время как эндосимбионт возвращает органические продукты фиксации хозяину (Day et al., 2001). Более того, ОЯТ в клубеньках бобовых растений вызывает высокий спрос на фосфаты (Gunawardena et al., 1992; Saad and Lam-Son, 2017). Концентрация фосфатов в клубеньках в три раза выше, чем в других органах или тканях (Sa and Israel, 1991). При фосфатном голодании скорость усвоения фосфата в узелках увеличивается, что делает их менее уязвимыми по сравнению с другими органами (Thuynsma et al., 2014; Saad and Lam-Son, 2017). Оптимальная потребность растений в фосфате составляет около 0,05–0,30% от общей сухой массы, а неорганический фосфат является основной формой, поглощаемой растениями (Temple et al., 1998; Саад и Лам-Сон, 2017).

Лучшее понимание метаболических компонентов, участвующих в фиксации N ₂ , и ключевых регуляторов, контролирующих процессы в клубеньках бобовых, является важным шагом в поиске возможных путей улучшения SNF и дальнейшего повышения продуктивности бобовых. В этом обзоре мы сосредоточены на последних знаниях о корневых клубеньках, включая типы клубеньков (раздел «Типы клубеньков бобовых и их совместимые ризобии»), метаболические изменения, механизмы транспортировки и регуляции в растении-хозяине (раздел «Обзор метаболизма и Регуляция в растении-хозяине ») и бактероидах (раздел« Метаболизм и транспорт в бактероидах »).

Типы узелков бобовых и их совместимые ризобии

Около 90% видов семейства Leguminosae (Fabaceae) могут фиксировать атмосферный азот посредством симбиотической ассоциации с почвенными бактериями, известными как ризобии (Rascio and La Rocca, 2013; Andrews and Andrews, 2017). Ризобии — это диазотрофные грамотрицательные бактерии, способные образовывать азотфиксирующие клубеньки на корнях бобовых, где они дифференцируются в бактероиды (Rosenberg et al., 2014). Ризобии обладают различной специфичностью по отношению к разным видам растений-хозяев на основе узнавания специфических сигнальных молекул (факторов Nod) (Spaink, 2000; Poole et al., 2018). Однако в некоторых случаях наблюдается распущенность. Например, штамм Sinorhizobium fredii NGR234 способен установить симбиоз с более чем 100 бобовыми растениями, такими как культивируемая соя ( G. max ), дикая соя ( Glycine soja ), голубиный горох ( Cajanus cajan ) и вигна ( Vigna unguiculata ) (обзор см. в Brenner et al., 2009). Недавно был опубликован анализ симбиозов бобовых и ризобий, в котором специфичность (обзор в Andrews and Andrews, 2017) и биогеографическое распределение (обзор в Sprent et al., 2017) клубеньковых бобовых и их симбионтов.

Узелки делятся на два типа: детерминантные и неопределенные. Детерминантные клубеньки характерны для сои и фасоли. Бобовые культуры, такие как люцерна и горох, содержат неопределенные клубеньки. Неопределенные клубеньки имеют пять зон развития: меристема (зона I), инфекция и дифференцировка (зона II), переходная зона между зоной II и зоной III, в которой бактерии поглощаются растительными клетками (интерзона II – III), азотфиксация (зона III) и старение (зона IV) (Vasse et al., 1990). Меристема активна в неопределенных клубеньках и продолжает расти, в отличие от определенных клубеньков, где клетки меристемы погибают, когда клубеньки созревают. Меристема является дистальной зоной корня, а зона IV — проксимальнее места прикрепления корня. Зоноспецифические транскрипционные и метаболические изменения были зарегистрированы в клубеньках, образованных между M. truncatula с S. meliloti и S. medicae , соответственно (Roux et al., 2014; Ogden et al., 2017).Пятая зона (зона V) описана в клубеньках люцерны (Timmers et al., 2000). Эта зона проксимальна к зоне старения и содержит внутриклеточные сапрофитные ризобии, не подвергающиеся бактериоидной дифференцировке. В таблице 1 приведены примеры ассоциаций бобово-ризобийные и типы клубеньков.

Таблица 1. Ризобии, ассоциации растений-хозяев и типы клубеньков.

Обзор метаболизма и регуляции у растения-хозяина

Углеродный метаболизм

Сахароза является основным углеродным ресурсом для энергоснабжения и углеродного скелета ОЯТ и доставляется в клубеньки бобовых растений путем транспортировки от побегов (Gordon et al., 1998). Однако сахароза не используется непосредственно в качестве субстрата изолированными азотфиксирующими бактероидами для поддержки нитрогеназной активности, как показано на примере сои (Stovall and Cole, 1978), гороха посевного (Glenn and Dilworth, 1981), люпина (Tomaszewska et al. al., 1991) и люцерны (Miller et al., 1988). В клубеньках сахароза может обрабатываться одним из двух ферментов, сахарозосинтазой (SS; EC 2.4.1.13) и щелочной инвертазой (AI; ​​EC 3.2.1.26), как показано на рисунке 1. SS выполняет обратимое UDP-зависимое расщепление сахарозы на UDP-глюкозу (UDP-Glc) и фруктозу (Akazawa and Okamoto, 1980).Активность SS снижена в SNF-дефектном мутанте rug4 из P. sativum , указывая тем самым, что SS играет важную роль в функциях клубеньков (Gordon et al., 1998, 1999). Более того, сверхэкспрессия антисмысловой составляющей MtSucS1 (кодирующий фермент SS) в M. truncatula нарушала рост растений и клубеньков в клубеньках, уменьшенных MtSucS1 , а также было обнаружено снижение содержания аминокислот и их производных. , что предполагает, что SS является решающим игроком в создании и поддержании эффективного процесса SNF (Baier et al., 2007). Идентифицировано шесть изоформ SS, и мутанты изоформы SS sus1-1 и sus3-1 показали снижение активности SS на 38% и 67% соответственно в клубеньках, образованных инокуляцией L. japonicus M .loti , штамм Tono, в то время как у растений с двойным мутантом sus1-1 / sus3-1 наблюдалось значительное нарушение роста, а их активность SS клубеньков была снижена на 94% по сравнению с диким типом при тех же условиях роста. Это также показывает, что SS необходим для поддержания клубеньков (Horst et al., 2007). Кроме того, при воздействии стресса засухи азотфиксация клубеньков снижалась, а активность SS сильно подавлялась у различных видов ( M. sativa, P. sativum и P. vulgaris ), что привело к дальнейшему ограничение доступности углерода в бактероидах (Ramos et al., 1999; Gálvez et al., 2005; Naya et al., 2007).

Рис. 1. Схема метаболических путей углерода и азота с ключевыми ферментами, метаболитами и переносчиками в определенных и неопределенных узелках.Сахароза в цитозоле растения расщепляется на глюкозу и фруктозу с помощью AI или UDP-Glc и фруктозу с помощью SS, которая затем катаболизируется путем гликолиза до PEP. Углерод из PEP и угольной кислоты направляется в OAA, а затем в малат PEPC и neMDH, соответственно. OAA может быть далее преобразован в сукцинат или фумарат. Источники углерода транспортируются через перибактероидные и бактериоидные мембраны и входят в цикл TCA в бактероиде для метаболизма. Указан транспорт неорганических ионов и кофакторов, необходимых для ОЯТ, через СМ.Аммиак, произведенный ОЯТ, транспортируется обратно на завод и ассимилируется GS и GOGAT в Gln и Glu (синие стрелки). В неопределенных узелках Glu и Gln далее конвертируются в Asp и Asn с помощью AAT и AS, соответственно (красные стрелки). В детерминированных узелках Gln вступает в путь синтеза пурина и превращается в уреиды (коричневые стрелки). AI, щелочная инвертаза; UDP-Glc, UDP-глюкоза; SS, сахарозосинтаза; PEP, фосфоенолпируват; ОАА, оксалоацетат; PEPC, PEP-карбоксилаза; MDH, малатдегидрогеназа; ПОБ, полигидроксибутират; ААТ, аспартатаминотрансфераза; AS, аспарагинсинтетаза; АСП, аспартат; АСН, аспарагин.

Другой фермент, катаболизирующий сахарозу, AI, представляет собой гидролазу, впервые идентифицированную в клубеньках сои, которая необратимо расщепляет сахарозу на фруктозу и глюкозу (Copeland and Morell, 1985). Выделение и очистка AI также проводилась из клубеньков нута (Asthir and Singh, 1997). У L. japonicus уровень экспрессии гена LjInv1 , кодирующего фермент AI, был в два раза выше в зрелых клубеньках, чем в неинфицированных корнях. Анализы активности ферментов показали, что LjInv1 вносит вклад в продукцию гексоз и другие процессы биосинтеза в развивающихся клубеньках (Flemetakis et al., 2006). В корневых клубеньках G. max и M. truncatula было обнаружено, что щелочной / нейтральный ген Inv имеет повышенные уровни транскрипции в развивающихся корневых клубеньках, что предполагает повышенную потребность в деградации сахарозы (Flemetakis et al., 2006; Tesfaye и др., 2006). Однако не так много прямых доказательств того, что AI необходим для регуляции метаболизма клубеньков.

Полученные UDP-Glc и свободные гексозы (глюкоза и фруктоза) фосфорилируются гексокиназой (EC 2.7.1.1) и вступают в путь гликолиза или окислительного пентозофосфатного пути. В клубеньках растение-хозяин обеспечивает источники углерода для бактериоидной активности в форме дикарбоксилатов, особенно малата и сукцината (Day, 1991). Фосфоенолпируваткарбоксилаза (PEPC; EC 4.1.1.31) и малатдегидрогеназа (MDH; EC 1.1.1.82) преобразуют поток углерода от гликолиза в малат (рисунок 1). PEPC катализирует превращение PEP в оксалоацетат (OAA). Активные ферменты менее чувствительны к малату, который действует как контроль с отрицательной обратной связью (Nimmo, 2000).Было обнаружено, что PEPC клубенька активируется при фосфорилировании, и его чувствительность ингибируется L -малатом in vitro и in vivo (Schuller and Werner, 1993; Zhang et al., 1995). В L. japonicus обильный транскрипт LjPEPC1 был обнаружен в сосудистых пучках клубеньков и инфицированных бактериоидами клеток, в то время как LjPEPC2 экспрессировался в корнях и побегах на низких уровнях и был постулирован как изоформа домашнего хозяйства. Более того, считается, что регуляторное фосфорилирование PEPC в основном контролируется киназой PEPC (PEPC-PK) (Vidal and Chollet, 1997), а экспрессия LjPEPC-PK имеет аналогичный паттерн с LjPEPC1 в зрелых клубеньках ( Накагава и др., 2003). Затем OAA превращается в малат с помощью MDH в обратимой реакции, которая затем может напрямую поглощаться бактероидами (рис. 1). У люцерны было обнаружено, что пять видов кДНК кодируют MDH, но только один из них имеет паттерн экспрессии, усиленный клубеньками (Miller et al., 1998). Один МДГ, усиленный клубеньками (neMDH), был обнаружен у гороха посевного (Федорова М. и др., 1999). Две изоформы MDH были обнаружены в клубеньке L. japonicus с помощью транскриптомного профилирования, одна из которых представляет собой цитозольный MDH (cMDH), а другая — neMDH (Takanashi et al., 2012). Было показано, что активность cMDH в клубеньках L. angustifolius возрастает в условиях дефицита P, что подтверждает участие cMDH в клубеньках (Le Roux et al., 2014).

Помимо описанных выше ферментов, некоторые другие ферменты углеродного метаболизма также играют роль в клубеньках бобовых. MsSPSA , кодирующий сахарозофосфатсинтазу (SPS; EC 2.3.1.14) в M. sativa L., участвует в первом этапе синтеза сахарозы, и экспрессия MsSPSA показала паттерн с усилением клубеньков.SPS показал более высокую активность в клубеньках, образованных S. meliloti дикого типа , по сравнению с клубеньками, инокулированными N-дефицитным штаммом Fix ^— (инсерционная мутация Tn5 в nifH ; Hirsch et al., 1983), предполагая важную роль в поддержании стабильного углеводного / энергетического снабжения для активного азотфиксирующего симбионта (Aleman et al., 2010).

Множественные стрессы окружающей среды приводят к подавлению метаболизма углерода в бобовых культурах-хозяевах, что приводит к снижению эффективности ОЯТ в клубеньках.При солевом стрессе концентрация сахарозы снижалась, и основные ферменты метаболизма углерода, такие как SS и AI, проявляли более низкую активность как в клубеньках M. truncatula, (неопределенные клубеньки), так и в клубеньках L. japonicus (определенные клубеньки) (López et al. др., 2008). Когда растения гороха культивировали в условиях засухи, активность SS снижалась, что указывало на ингибирование нормального метаболического пути углерода. НАДФ-зависимая изоцитратдегидрогеназа (ICDH; EC1.1.1.42), как сообщается, уравновешивает метаболические потоки C / N в листьях (Gallardo et al., 1995; Gálvez and Gadal, 1995). Повышение активности ICDH в клубеньках, вероятно, было результатом компенсации дисбаланса C и N или подачи дополнительного NADPH для нейтрализации эффектов повышенного производства активных форм кислорода (ROS) в результате стресса засухи (Gálvez et al., 2005).

Метаболизм азота

Аммиак, экспортированный из бактероидов, диффундирует в цитозоль инфицированных клеток-хозяев для быстрой ассимиляции.Затем синтезируются аминокислоты и / или уреиды, которые переносятся из клубеньков бобовых в побеги (рис. 1). Бобовые с детерминантными клубеньками в основном транспортируют аллантоин и аллантоат (уреиды) в виде фиксированных соединений N, в то время как неопределенные клубеньки ассимилируют амиды в форме аспарагина (Asn) и глутамина (Gln) (Sprent, 2009). Первая стадия ассимиляции аммония, по-видимому, одинакова в клубеньках бобовых, экспортирующих амиды и уреиды (Todd et al., 2006). В обоих случаях азот, закрепленный в бактероидах, экспортируется в цитозоль клетки-хозяина, где аммиак превращается в Gln и глутамат (Glu) ферментами Gln-синтетазой (GS; EC 6.3.1.2) и глю-синтазы (NADH-GOGAT; EC 1.4.1.14). В неопределенных узелках Glu и Gln далее превращаются в аспартат (Asp) и Asn с помощью аминотрансферазы Asp (AAT EC 2.6.1.1) и Asn-синтетазы (AS; EC 6.3.5.4). В то время как для детерминированных клубеньков Gln далее вступает в путь синтеза пуринов и превращается в уреиды в качестве конечного продукта, экспортируемого в растение-хозяин (рис. 1).

Глутамин синтетаза, как фермент на первом этапе ассимиляции аммиака в инфицированных клетках корня, является ключевым компонентом метаболизма азота в клубеньках.Он катализирует АТФ-зависимое аминирование Glu до Gln. GS обладает двумя основными изоформами, в значительной степени разделенными своей субклеточной локализацией, пластидным GS2 и цитозольным GS1 (Temple et al., 1998; Lea and Miflin, 2003). В клубеньках M. truncatula были идентифицированы три гена GS : цитозольный MtGS1a и MtGS1b и пластида MtGS2 , где MtGS1a обеспечивает 90% активности GS в клубеньках (Carvalho et al., 1997, 2000). Нарушение активности GS при использовании фосфинотрицина привело к ингибированию роста клубеньков и стимулированию старения клубеньков.Сниженная активность GS также подавляет биосинтез Asn, о чем свидетельствует более низкая экспрессия транскриптов AS и более низкое содержание Asn (Seabra et al., 2012). NADPH-GOGAT — еще один фермент, участвующий в ассимиляции Nh5 + путем переноса амидной группы с Gln на α-кетоглутарат (рис. 1). У трансгенного M. sativa , экспрессирующего антисмысловой NADPH-GOGAT , активность GOGAT была значительно снижена в узелках. Трансгенный M. sativa , инокулированный S.meliloti показал умеренный хлороз, меньшую массу клубеньков и снижение эффективности фиксации N ₂ по сравнению с контролем (Schoenbeck et al., 2000).

Помимо первичной ассимиляции азота путем преобразования аммиака в аминокислоты, биосинтез уреидов также является распространенным путем среди тропических бобовых, таких как соя, фасоль обыкновенная и коровий горох, которые обычно образуют определенные клубеньки (Tajima, 2004). Аллантоин и аллантоат являются конечными формами азота, экспортируемыми из клубеньков сои в побеги (McClure and Israel, 1979).Перед синтезом уреида аммиак вступает в путь синтеза пурина, который катализируется ксантиноксидазой и ксантиндегидрогеназой в урат, активность которого была обнаружена как в инфицированных клетках, так и в неинфицированных клетках клубеньков коровьего гороха. Уриказа, катализирующая необратимое превращение урата в аллантоин, была обнаружена в неинфицированных, но не инфицированных клетках (Atkins et al., 1997). Более того, гены GmALN3 и GmALN4 , кодирующие фермент аллантоиназу (EC 3.5.2.5), который превращает аллантоин в аллантоат, были выражены в клубеньках сои (Duran and Todd, 2012). Gln также может ферментативно превращаться в ксантин посредством пути синтеза пурина de novo (Werner and Witte, 2011; Рисунок 1).

Фосфатный метаболизм

Фосфат является вторым наиболее ограничивающим макроэлементом, необходимым для роста сельскохозяйственных культур после азота, и существует особенно высокая потребность в фосфатах в клубеньках бобовых, фиксирующих N ₂ (Gunawardena et al., 1992; Vance et al., 2000). Фосфат, как важный макроэлемент, включается в органические соединения, такие как нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), ферменты, АТФ, сахарные фосфаты, фосфолипиды и т. Д. Такие органические фосфаты участвуют во многих биохимических процессах растений, таких как транспорт питательных веществ и фотосинтез. Как компонент хромосом, фосфаты играют важную роль в делении клеток и органогенезе, а также помогают передавать генетическую информацию от одного поколения к другому (Ahemad and Oves, 2011).Растворимый неорганический фосфат (Pi) является наиболее распространенным метаболитом в клетках Bradyrhizobium japonicum . Концентрация Pi в свободноживущих клетках B. japonicum составляет 8,1 мкмоль г ^-1 FW и 29,2 мкмоль г ^-1 FW в бактероидах. Массивные количества Pi транспортируются в бактероиды через переносчики фосфата и активно участвуют в метаболизме бактероидов. Действительно, SNF расходует большое количество энергии с участием фосфорилированных промежуточных продуктов (Vauclare et al., 2013).

Изменения метаболизма бобовых при дефиците Pi

Депривация Pi может привести к нехватке АТФ и снижению ключевых метаболических ферментов (например, тех, которые участвуют в фотосинтезе), и поэтому тесно коррелирует с ростом растений (Czarnecki et al., 2013; Saad and Lam-Son, 2017) . Несмотря на то, что низкая доступность Pi вызывает снижение количества СЯТ, реакция на дефицит Pi варьируется для разных бобовых. Существуют две основные стратегии: одна — внести изменения в метаболизм азота и углерода, такие как приобретение и ассимиляция азота, а также корректировка источников углерода, а вторая — повысить поглощение и рециркуляцию Pi в конкрециях (Wang et al., 2010; Qin et al., 2012; Удварди и Пул, 2013).

Для исследования метаболических изменений клубеньков бобовых при стрессе с низким уровнем Pi было выполнено профилирование метаболизма фасоли обыкновенной и нута (Hernandez et al., 2009; Zhang N. et al., 2012). Эрнандес и др. (2009) выполнили метаболическое профилирование с использованием растений фасоли, инокулированных Rhizobium tropici CIA899, культивируемых в условиях недостаточности Pi и достаточности Pi. Уровни 13 метаболитов значительно изменились при сравнении двух условий.Среди них аминокислот и других метаболитов азота, таких как мочевина, спермидин и путресцин, было снижено в узелках в условиях низкого Pi, в то время как большинство углеродных метаболитов, включая органические кислоты и полигидроксикислоты, были увеличены (Hernandez et al., 2009) . Подобные изменения были также обнаружены у нута, инокулированного двумя разными штаммами Mesorhizobium , M. ciceri CP-31 ( Mc, CP-31) и M. mediterranum SWRI9 ( Mm SWRI9) (Nasr Esfahani et al. ., 2016). Эти два штамма Mesorhizobium , инокулированные на нуте, показали дифференциальную симбиотическую способность как в контроле, так и в условиях низкого уровня Pi. Mc Cp-31-нут проявлял более высокую симбиотическую эффективность и более высокую концентрацию Pi, чем Mm SWRI9-нут при нормальных условиях и условиях с низким содержанием Pi. Различия в эффективности СЯТ между двумя типами ассоциаций нута — Mesorhizobium коррелировали с различными изменениями метаболитов углерода и азота.Например, активность большинства ферментов метаболизма углерода и азота, таких как AAT, GS и MDH, была увеличена в клубеньках Mc Cp-31 – нута, в то время как активность этих же ферментов была либо такой же, либо снижена в Mm SWRI9 – клубеньки нута. Эти результаты свидетельствуют о том, что растения-хозяева регулируют свой метаболический путь углерода и азота для поддержания эффективности SNF в условиях дефицита Pi (Nasr Esfahani et al., 2016).

Согласно предыдущим исследованиям, при низкой доступности Pi, конкреции в значительной степени снизят использование атмосферного азота в качестве источника азота и вместо этого будут использовать больше азота почвы (такого как NO3– и Nh5 +), как показано на рисунке 2 (Valentine et al., 2017). Причина такого сдвига заключается не только в том, что NO3– сам по себе является сильным ингибитором клубеньков и ОЯТ, но также и в том, что потребление углерода в качестве источника энергии для поглощения азота из почвы меньше, чем у ОЯТ (Minchin and Witty, 2005). ). В Virgilia divaricata стоимость углерода, связанная с ОЯТ, колеблется от 3,3 до 6,6 гCg ^-1 -N (при фиксировании каждого грамма N ₂ использовался грамм углерода), в то время как стоимость углерода для восстановления NO3– не более 2,5 гКг ^-1 -N.Следовательно, ассимиляция азота из почвы позволит сэкономить больше органического углерода для роста растений (Minchin and Witty, 2005). В клубеньках ОЯТ растение-хозяин обеспечивает фотосинтетически фиксированный углерод симбиосомам в качестве основного источника энергии. В свою очередь, бактерии в клубеньке фиксируют N ₂ за счет активности нитрогеназ и высвобождают Nh5 + в клетки-хозяева. Углерод, транспортируемый к симбиосомам, в основном находится в форме дикарбоксилатов цикла TCA (таких как малат), а также используется в качестве углеродного скелета для синтеза аминокислот из N ₂ (Rosendahl et al., 1990; Валентин и др., 2017; Фигура 2). Например, в L. angustifolius cv. Вонга, наблюдается повышенная скорость синтеза малата через PEPC и MDH при длительном дефиците Pi. Хотя малат является основным источником энергии для симбиосом, высокое накопление малата может ингибировать фиксацию N ₂ и ассимиляцию азота (Le Roux et al., 2008).

Рисунок 2. Механизмы поддержания гомеостаза Pi в условиях дефицита Pi в бобовых. Бобовые используют больше почвенного азота (такого как NO3– и Nh5 +) в качестве основного источника азота, а не через ОЯТ.Также наблюдается накопление малата в обоих типах конкреций и больший экспорт уреидов в определяющих клубеньках при дефиците Pi. Красная или пурпурная метка означает, что содержание метаболитов или активность фермента регулируется соответственно с повышением или понижением. Стрелки вверх (↑) и вниз (↓) означают, что поглощение питательных веществ регулируется в сторону увеличения или уменьшения соответственно. ОЯТ, симбиотическая азотфиксация; PEP, фосфоенолпируват; PEPC, фосфоенолпируваткарбоксилаза; ОАА, оксалоацетат; MDH, малатдегидрогеназа; АСН, аспарагин.

Экспорт азота из конкреций

Как упоминалось выше, в обмен на снабжение питательными веществами аммиак и / или аланин и Asp перемещаются в цитозоль бобовых растений из симбиосомы и затем ассимилируются в уреиды или амиды.В условиях депривации Pi бобовые предпочитают экспортировать больше уреидов из-за более низкой стоимости углерода (Рисунок 2). Это было продемонстрировано путем экспериментального определения бюджетов C и N в вигне тропических бобовых и люпине бобовых умеренной зоны. Результаты составили 1,4 гКг ^-1 фиксированного N в вигновом горохе, который формирует клубеньки, экспортирующие уреид, и минимум 3,9 гКг ^-1 фиксированного N в люпине, который образует клубеньки, экспортирующие амид. Результат показывает, что экспорт уреидов более экономичен при использовании углерода (Atkins, 1991).Сдвиг в сторону более высоких объемов экспорта уреидов при стрессе Pi также наблюдался в сое, где в клубеньках наблюдалось более высокое накопление уреидов по сравнению с аминокислотами (Le Roux et al., 2009). Переход на экспорт уреидов может снизить стоимость углерода в условиях стресса Pi, что положительно сказывается на росте бобовых культур.

Гомеостаз Pi в узелках бобовых

При стрессе Pi бобовые проявляют очень гибкие механизмы поддержания гомеостаза Pi в клубеньках. С одной стороны, бобовые увеличивают поступление Pi из внешней среды.С другой стороны, растения применяют гибкие механизмы рециркуляции Pi и внутреннего сохранения Pi для улучшения ремобилизации Pi (Nasr Esfahani et al., 2016; Saad and Lam-Son, 2017).

Получение Pi из внешней среды

На получение растениями

Pi из внешней среды влияет азотный обмен. Предварительная обработка Nh5 + и NO3– может увеличить поглощение Pi из почвы корнями Zea mays (Smith and Jackson, 1987). Приобретение Nh5 + может привести к высвобождению протона (H ⁺ ), который снижает pH в ризосфере, что, в свою очередь, стимулирует растворимость и поглощение Pi (Zhao et al., 2009). Бобовые имеют тенденцию поглощать Nh5 + и NO3– из почвы через корни как в условиях стресса Pi, так и в условиях достаточного Pi (Dan and Brix, 2009). В свою очередь, большее количество Nh5 + может улучшить доступность Pi во внешней среде.

Кислые фосфатазы растений (APases) могут гидролизовать органические фосфаты, улучшая доступность Pi в почве бобовых (рис. 2). При стрессе Pi APазы становятся каталитически лучше при использовании того же количества неочищенного экстракта клубеньков, что является эффективным способом утилизации органических фосфатов (Araújo et al., 2008). Кроме того, фитазы могут гидролизовать фитат в миоинозитол и Pi, чтобы улучшить уровень Pi в ризосфере для поглощения корнями (Araújo et al., 2008). Экспрессия и активность фитаз также индуцируются депривацией Pi в клубеньках P. vulgaris . Две рекомбинантные инбредные линии (RIL) P. vulgaris , RIL 115 (P-эффективный) и 147 (P-неэффективный) инокулировали штаммом R. tropici CIAT 899 и высаживали в условиях недостаточности Pi.В условиях низкого Pi накопление транскриптов фитазы наблюдалось в клубеньках обеих линий, и оно более усилено в линии RIL115, чем в линии RIL147. Повышение активности ферментов фитазы и фосфатазы и более высокая эффективность SNF были обнаружены в RIL115 при лечении с дефицитом Pi, что указывает на возможную роль активности фитазы в клубеньках в поддержании SNF в условиях дефицита Pi (Lazali et al., 2013).

Поглощение Pi также регулируется высокоаффинными транспортерами Pi.У растений есть два идентифицированных механизма захвата Pi: система с высоким сродством, которая может активироваться в условиях низкого Pi, и система с низким сродством, которая экспрессируется конститутивно (Hernandez et al., 2009; Nasr Esfahani et al., 2016). В этом обзоре мы сосредоточимся на высокоаффинных транспортерах Pi. Большинство высокоаффинных транспортеров Pi индуцируются голоданием по Pi и экспрессируются в корневых волосках и корневом эпидермисе, которые непосредственно подвергаются воздействию Pi почвы (Liu et al., 2008). Среди переносчиков Pi семейство Pht1 наиболее интенсивно изучается у растений (Gu et al., 2016). Pht1, локализованный в плазматической мембране, напрямую связан с захватом Pi из почвы и транслокацией Pi в растении. Некоторые Pht1 находятся непосредственно под контролем центральных регуляторов передачи сигналов Pi голодания, факторов транскрипции ответа фосфатного голодания (PHR) (Rubio et al., 2001; обзор Gu et al., 2016). В G. max с помощью биоинформатики и экспериментов было идентифицировано 15 паралогов Pht1 . Выражения всех 15 GmPht1 повышаются при условии низкого Pi по сравнению с состоянием высокого Pi.Путем сверхэкспрессии каждого GmPHT1 паралога в дрожжевом мутанте Pi-переносчика PAM2 ( Δpho84 Δpho89 ) было обнаружено GmPht1; 1, GmPht1; 2, GmPht1; 5, GmPht1; 7 и GmPht; транспортеры Pi с высоким сродством, а другие — транспортеры Pi с низким сродством (Fan et al., 2013). Также был идентифицирован индуцированный голоданием Pi высокоаффинный транспортер Pi, GmPT5 ( Glyma10g04230 ), который, как полагали, играет важную роль в поддержании узлового гомеостаза Pi. GmPT5 экспрессируется в области соединения между корнями и молодыми клубеньками и в основном выполняет функцию транспорта Pi от корней к клубенькам. Более высокая экспрессия GmPT5 приводит к тому, что больше Pi транспортируется от корня к клубеньку, что полезно для поддержания SNF (Qin et al., 2012).

Внутренняя переработка фосфатов и консервация фосфатов

Помимо поглощения Pi из внешней среды, клубеньки бобовых также развивают механизмы рециркуляции фосфатов и сохранения фосфатов при дефиците Pi (рис. 2) (Saad and Lam-Son, 2017).Отчет показал, что при стрессе Pi нут может перераспределять Pi из корней в клубеньки. Резкое снижение Pi (примерно на 78%) в корнях было обнаружено у нута, и исследователи предположили, что недостающий Pi переносился в клубеньки, чтобы предотвратить полное истощение узлового Pi (Nasr Esfahani et al., 2016). Сообщалось также, что фасоль мобилизует Pi из нуклеиновых кислот и фосфолипидов (Hernandez et al., 2009). В условиях низкого Pi у V. divaricata была более низкая скорость поглощения Pi, но более высокие уровни экссудации фосфогидролазы.Это говорит о том, что V. divaricata может предпочесть переработать внутренние узловые пулы Pi и использовать альтернативные обходные пути для сохранения Pi, а не напрямую поглощать Pi из почвы (Vardien et al., 2016).

Регуляция метаболизма в клубеньках бобовых растений-хозяев

Регуляторы обмена углерода и азота

Важной задачей для бобовых культур является поддержание баланса между снабжением клубеньков количеством углерода, необходимым для фиксации азота, при сохранении достаточного количества углерода для роста, а также поддержанием оттока азота из клубеньков на оптимальном уровне.Растение-хозяин регулирует симбиотический процесс, контролируя развитие клубеньков и количество клубеньков, а также регулируя круговорот клубеньков и уровень азотфиксации (Ferguson et al., 2010; Sulieman and Schulze, 2010). Баланс между потребностью растений в азоте и скоростью азотфиксации точно настраивается для достижения концентрации азота, которая обеспечивает максимальный рост растений. У фасоли обыкновенной азот, перемещаемый из стареющих нижних листьев в клубеньки, приводил к снижению скорости азотфиксации (Fischinger et al., 2006). Ауторегуляция клубеньков (AON) является основным системным механизмом отрицательной обратной связи растений-хозяев, чтобы негативно регулировать SNF в клубеньках (Ferguson et al., 2010). AON был идентифицирован с использованием нескольких мутантов бобовых с фенотипом супернодуляции, таких как мутант G. max nts-1, мутант M. truncatula sunn и L. japonicus мутант har1 . отсутствие в побегах протеинкиназы, подобной рецептору с богатым лейцином повторением, для AON (Krusell et al., 2002; Нишимура и др., 2002; Schnabel et al., 2005). Пептиды CLAVATA3 / окружающая эмбрион область (CLE) представляют собой группу небольших (12–13 аминокислот) секретируемых пептидов, происходящих из С-концевой области препропротеинов. У M. truncatula было предположено, что MtCLE12 или MtCLE13 играют роль для передачи сигналов CLE в контроле количества клубеньков. Эти пептиды образуются в корнях и транспортируются к листьям через ксилему, чтобы вызвать ответ AON (Mortier et al., 2010). Было обнаружено, что LjCLE-RS1 и LjCLE-RS2 также участвуют в регуляции образования клубеньков у L. japonicus (Magori and Kawaguch, 2010).

Регулятор гомеостаза Pi

Бобовые эволюционировали, чтобы внедрить стратегии поддержания гомеостаза узлового Pi (Sulieman and Tran, 2015). Множественные гены и белки работают как регуляторы (Rubio et al., 2001; Yao Z.F. et al., 2014; Sulieman and Tran, 2015). Фактор транскрипции типа MYB-CC ( PHR1 ), малая некодирующая РНК (microRNA399) и белки, содержащие домен SYG1 / PHO81 / XPR1 (SPX), — все они играют важную роль в стабильности Pi в клубеньках и считаются быть жизненно важными регуляторами (Xue et al., 2017). Метилирование ДНК также может участвовать в регуляции узлового гомеостаза Pi, но оно все еще требует дальнейших исследований (Kim et al., 2015; Yong-Villalobos et al., 2015; Crampton et al., 2016).

В сое идентифицировано 35 членов GmPHR. Среди них GmPHR25 индуцируется голоданием по Pi и, в свою очередь, увеличивает транскрипты 11 из 14 высокоаффинных транспортеров Pi, а также 5 других генов, чувствительных к голоданию Pi (Xue et al., 2017). Эти данные показали, что GmPHR25 является жизненно важным регулятором гомеостаза Pi в сое (Xue et al., 2017). Помимо небольших некодирующих РНК, в гомеостаз Pi также вовлечены длинные некодирующие РНК (lncRNAs). В модельном растении бобовых, M. truncatula , три LncRNA, индуцированные дефицитом фосфата ( PDIL, ), были охарактеризованы с помощью соответствующих мутантов Tnt1 . PDIL1 подавляет деградацию MtPHO2 , работая как положительный регулятор гомеостаза Pi. Однако PDIL2 и PDIL3 могут напрямую ингибировать переносчики Pi, поэтому действуют как негативные регуляторы (Wang et al., 2017).

Белки, содержащие домен SPX , считаются жизненно важными регуляторами в сигнальной сети Pi растений (Yao Z.F. et al., 2014). В обычном bean-компоненте PvSPX1 – PvSPX3 все индуцированы голоданием по Pi, но PvSPX1 имел более высокую чувствительность и более быстрый ответ на голодание по Pi, чем два других PvSPX s. Десять генов, чувствительных к голоданию Pi, индуцируются сверхэкспрессией PvSPX1 , даже при одновременном увеличении концентрации Pi.Далее было показано, что сверхэкспрессия PvPHR1 приводила к снижению транскриптов PvSPX1 . Следовательно, PvSPX1 является положительным регулятором в поддержании гомеостаза Pi и сам регулируется с помощью PvPHR1 (Yao Z.F. et al., 2014). Но у сои GmSPX1 является отрицательным регулятором в сигнальной сети Pi и может участвовать в фосфатном голодании, подавляя экспрессию GmMYB48 , гена, индуцированного фосфатным голоданием (Zhang et al., 2016). GmSPX3 также индуцируется голоданием по Pi и считается положительным регулятором, который индуцирует семь генов, чувствительных к голоданию по Pi в волосатых корнях сои (Yao Z. et al., 2014). Гены, связанные с гомеостазом Pi бобовых, перечислены в таблице 2.

Таблица 2. Гены, участвующие в гомеостазе Pi бобовых.

Метаболизм и транспорт в бактероидах

Ассимиляция азота

Нитрогеназный комплекс

Симбиотическая азотфиксация ризобиями в корневых клубеньках бобовых осуществляется через ферментный комплекс нитрогеназы.Нитрогеназа катализирует следующую реакцию:

N2 + 8e- + 8H ++ 16ATP → 2Nh4 + h3 + 16ADP + 16Pi.

Эта реакция описывает восстановление азота до аммиака и связана с высокими энергетическими затратами (АТФ). Ферментативный комплекс нитрогеназы состоит из двух ферментов: динитрогеназа-редуктазы, димерного Fe-белка, кодируемого геном nifH , и динитрогеназы, тетрамерного FeMo-белка, кодируемого геном nifDK (Rascio and La Rocca, 2013; Rubio и Ludden, 2015).Эти ферменты быстро дезактивируются в присутствии кислорода в атмосфере (Dixon and Wheeler, 1986).

Регулирование активности нитрогеназ

Активность нитрогеназы снижается при высоких концентрациях кислорода. Клубеньки создают среду с низким содержанием кислорода для бактероидов, фиксирующих N ₂ , как это наблюдается в клубеньках сои, где концентрация кислорода составляет 56 нМ (Kuzma et al., 1993), а зарегистрированы даже более низкие концентрации (Appleby, 1984). Таким образом, напряжение кислорода является ключевым регулятором генов, необходимых для фиксации N ₂ , синтеза нитрогеназы ( генов nif ) и микрококсического дыхания ( фиксируют ген).Сигнальный путь азотфиксации различается между штаммами ризобий. В S. meliloti гем-содержащий FixL, сигнализирующий мембранный белок, действует как кислородный датчик для системы. В отсутствие кислорода FixL аутофосфорилирует и передает фосфат FixJ (Gilles-Gonzalez et al., 1991; Lois et al., 1993). Этот транскрипционный фактор, в свою очередь, положительно регулирует экспрессию двух регуляторных генов: nifA и fixK . NifA представляет собой активатор транскрипции, который контролирует экспрессию генов фиксации азота, fixABCX, nifN, nifB и nifHDK (Gong et al., 2006). FixK усиливает экспрессию fixNOQP и fixT (Batut et al., 1989; Foussard et al., 1997). FixT подавляет экспрессию nifA (Foussard et al., 1997), а FixNOQP представляет собой концевую оксидазу цитохрома cbb3 с высоким сродством к кислороду, что позволяет продуцировать АТФ, необходимый для процесса фиксации азота (Preisig et al., 1993) . Однако в B. japonicum системе FixLJ не требуется индуцировать экспрессию nifA (Fischer and Hennecke, 1987), но вместо этого именно RegSR опосредует положительный контроль транскрипции nifA (Lindemann et al. ., 2007).

Каскадная система

FixLJ отличается у некоторых бактерий. FnrN, принадлежащий к семейству CRP-Fnr глобальных транскрипционных факторов, обнаруженных у бактерий, действует как датчик кислорода в R. leguminosarum bv. viciae VF39 и Rhizobium etli CNPAF512 (Patschkowski et al., 1996; Moris et al., 2004). Оба организма синтезируют FnrN и FixK. У R. leguminosarum , FnrN является основным кислородным датчиком, ответственным за индукцию fixNOQP и, в свою очередь, индуцируется белком FixL (Boesten and Priefer, 2004).Напротив, экспрессия fnrN ауторегулируется в R. etli CNPAF512 (Moris et al., 2004). Другие случаи каскада кислородного ответа ризобий были подробно описаны ранее (Terpolilli et al., 2012).

Метаболизм дикарбоксилата

Большинство ризобий — облигатные аэробы. C ₄ -дикарбоновые кислоты, поставляемые растением-хозяином, должны метаболизироваться через цикл трикарбоновых кислот (TCA) в бактероиде. Малат, основной источник углерода бактероидов, превращается в пируват и CO ₂ через NAD ⁺ -зависимый яблочный фермент (DME).Затем пируват декарбоксилируется пируватдегидрогеназой с образованием ацетил-кофермента А (ацетил-КоА) и входит в цикл TCA. DME необходим для обеспечения пирувата цикла TCA в S. meliloti и Azorhizobium caulinodans (Zhang Y. et al., 2012). S. meliloti обладает двумя различными яблочными ферментами: NAD (P) ⁺ -зависимый фермент (DME) (EC 1.1.1.39) и строго NADP ⁺ -зависимый фермент (TME) (EC 1.1.1.40) (Дрисколл и Финан, 1993, 1996; Voegele et al., 1999). Кроме того, ацетил-КоА можно альтернативно продуцировать фосфоенолпируваткарбоксикиназой (PCK), которая катализирует декарбоксилирование OAA до PEP. Симбиотические фенотипы мутантов pck ​​ различаются в зависимости от растения-хозяина. pckA мутанты R. leguminosarum MNF3085 фиксируют азот со скоростью, сравнимой с диким типом, в то время как мутанты pckA S. meliloti демонстрируют пониженную способность к фиксации N ₂ (McKay et al., 1985; Finan et al., al., 1991). В штаммах R. leguminosarum и S. fredii NGR234 DME или путь с участием PCK и пируваткиназы (PYK) могут синтезировать предшественники, необходимые для SNF (Zhang Y. et al., 2012). Ферменты, участвующие в цикле TCA, были идентифицированы у B. japonicum штамма USDA110 (Sarma and Emerich, 2006), R. leguminosarum (McKay et al., 1985), S. meliloti (Djordjevic, 2004), и R. tropici (Романов и др., 1994). Однако участие цикла TCA, вероятно, варьируется среди ризобий.Фактические данные показывают, что S. meliloti, R. tropici и R. leguminosarum используют полный цикл окислительного TCA для обеспечения АТФ, предшественников синтеза аминокислот, а также восстанавливающих эквивалентов для фиксации N ₂ . Ферменты цикла TCA, по-видимому, необходимы для фиксации азота в S. meliloti , поскольку мутации в сукцинатдегидрогеназе ( sdh ), малатдегидрогеназе ( mdh ), изоцитраздегидрогеназе ( icd ), 2-оксоглутаратдегидрогеназе, аконитаза ( acnA ) и цитрат-синтаза ( gltA ) отменяют фиксацию N ₂ , несмотря на то, что образовывались узелки (Duncan and Fraenkel, 1979; McDermott and Kahn, 1992; Mortimer et al., 1999; Дымов и др., 2004; Козиол и др., 2009). Напротив, B. japonicum демонстрирует более высокую метаболическую пластичность. Мутации в фумаразе ( fumC ), ICDH ( idhA ), альфа-кетоглутаратдегидрогеназе ( agdA ) и акотиназе ( acnA ) в B. japonicum USDA110 по-прежнему проявляют фенотипы, способные фиксировать азот (Acuña et al. al., 1991; Thöny-Meyer and Künzler, 1996; Green and Emerich, 1997; Shah and Emerich, 2006). Транскриптомный анализ R.etli предположили, что цикл TCA неактивен у этих бактероидов (Vercruysse et al., 2011), но необходимы дополнительные эксперименты, чтобы объяснить, как бактероиды получают АТФ, необходимый для фиксации азота в этих случаях. Сравнительное исследование метаболического профилирования между свободноживущими R. leguminosarum и бактероидами гороха показало, что цикл TCA — не единственный путь окисления дикарбоновых кислот, полученных из растения-хозяина, в бактероиды (Terpolilli et al., 2016). Метаболическое профилирование и анализ потока показали, что бактероиды гороха превращают ацетил-КоА в TCA и производство липидов или полигидроксибутирата (ПОБ). Эти данные свидетельствуют о новых путях распределения электронов в азотфиксирующих бактероидах, где липогенез может быть необходимым в клубеньках бобовых.

Хранение углерода

Симбиоз бобовых и ризобий определяет накопление определенных метаболитов внутри микросимбионта. Избыток углерода и восстанавливающая способность, обеспечиваемые растением-хозяином, могут храниться в виде полимеров, гликогена или липидов в бактероидах (рис. 1).ПГБ накапливается в крупных цитоплазматических гранулах в бактероидах, которые образуют определенные клубеньки (например, в фасоли обыкновенной и сои), но не в неопределенных клубеньках люцерны, гороха посевного и нута (Таблица 1; Tombolini and Nuti, 1989; Kim et al. др., 1996).

Путь биосинтеза PHB состоит из трех этапов. β-Кетотиолаза (PhaA) катализирует первую стадию этого пути с образованием ацетоацетил-КоА из ацетил-КоА. Затем ацетоацетил-КоА восстанавливается до D -β-гидроксибутирил-КоА с помощью НАДН-зависимого ацетоацетил-КоА (PhaB), а затем синтаза PHB (PhaC) катализирует окончательное образование PHB (Lodwig and Poole, 2003).В S. meliloti и R. etli, phaA и phaB образуют оперон phaAB .

Fix ⁺ симбиотические фенотипы наблюдались у S. meliloti , когда были введены мутации, чтобы отключить синтез PHB или изменить способность использовать промежуточные продукты цикла PHB для поддержки роста (Povolo et al., 1994; Aneja and Charles, 1999; Cai et al., 2000). Эффективные клубеньки также наблюдались при использовании мутантных штаммов R. leguminosarum , дефектных по гену phaC , для инокуляции фасоли (детерминантные клубеньки) или гороха (неопределенные клубеньки) (Lodwig et al., 2005). Однако снижение способности к азотфиксации наблюдалось, когда синтез ПОБ был отменен в A. caulinodans . В A. caulinodans нарушение активности синтетазы PHB приводит к потере способности фиксировать азот как ex planta , так и симбиозу с тропическим бобовым Sesbania rostrata (Mandon et al., 1998). Эти данные свидетельствуют о том, что ПОБ может играть определенную роль в азотфиксации некоторых систем бобово-ризобийные.

Синтез полигидроксибутирата регулируется в R.etli и S. meliloti посредством регулятора PHA (полигидроксиалканоат) (PhaR), ранее называвшегося AniA (Povolo and Casella, 2000; Encarnación et al., 2002). Гомологи PhaR у других видов бактерий связываются со своими собственными промоторами и с промотором phaP (Maehara et al., 2001). PhaP, фазин, связывается с поверхностью гранул ПОБ и может контролировать размер гранул ПОБ (Kuchta et al., 2007; Mezzina et al., 2014). В Bradyrhizobium diazoefficiens регуляция синтеза ПОБ опосредуется взаимодействием между PhaR и FixK ₂ , регуляторами, связанными с синтезом ПОБ и микротоксическим метаболизмом (Quelas et al., 2016).

Гликоген продуцируется совместно с ПОБ в свободноживущих ризобиях, таких как R. leguminosarum и S. meliloti , в условиях ограничения питательных веществ (Povolo et al., 1994; Lodwig et al., 2005). Роль гликогена в SNF изучалась у некоторых ризобий. Мутант гликогенсинтазы ( glgA ) из R. tropici продемонстрировал повышенную симбиотическую способность, измеренную по увеличению сухой массы растения и количества клубеньков, но механизмы, лежащие в основе этого фенотипа, неясны (Marroquí et al., 2001). В бактероидах гороха посевного мутант glgA из R. leguminosarum не изменял скорости азотфиксации, на что указывал анализ восстановления ацетилена на нитрогеназную активность. Растения, инокулированные двойным мутантом phaC / glgA , приводили к фенотипам, сходным с фенотипами растений, инокулированных диким типом (Lodwig et al., 2005). Напротив, мутант glgA из S. meliloti привел к более низким уровням фиксации N ₂ в обоих M.truncatula и M. sativa (Wang et al., 2007). Таким образом, на способность SNF S. meliloti влияют как PHB, так и доступность гликогена.

В Bradyrhizobium sp. ORS278, исследования показали, что мутации в генах, участвующих в цикле Кальвина – Бенсона – Бассема (CBB), приводят к дефициту азотфиксации. Цикл CBB потребляет 3 моль АТФ и 2 моль восстановительных эквивалентов на моль диоксида углерода. Симбиотические фенотипы предполагают, что Bradyrhizobium sp.ORS278 использует цикл Кальвина в качестве накопителя восстановителя для регулирования потока углерода. В частности, большая цепь фосфоглицераткиназы (CbbK) и рибулозо-1,5-бифосфаткарбоксилазы (RuBisCO) (CbbL1) была идентифицирована как участвующие в симбиотическом процессе (Bonaldi et al., 2010; Gourion et al., 2011). Таким образом, значимость различных соединений-накопителей углерода в симбиотическом процессе варьируется в зависимости от штамма ризобий.

Транспорт в бактероидах

Симбиотическая мембрана: регуляторный барьер

Зрелые бактероиды обеспечивают фиксацию азота внутри корневых клубеньков, высвобождая аммиак в цитозоль растительной клетки для включения в азотистые соединения.Ассимиляция аммиака у бактероидов сильно снижена из-за скоординированной реакции, когда пути, связанные с ростом, отключены, а биосинтез аминокислот подавлен, но все еще присутствует (Li et al., 2013). Однако бактероиды требуют поставки некоторых аминокислот растительного происхождения для поддержки развития бактероидов (Prell et al., 2009; Mulley et al., 2011; обзор в Dunn, 2014). Поставка аминокислот зависит от типа растений (Randhawa and Hassani, 2002). Например, люцерна не может обеспечить достаточное количество гистидина ауксотрофам гистидина S.meliloti в клубеньках (Malek and Kowalski, 1977), в отличие от растения-хозяина вигны, где аналогичные мутанты ризобиального штамма IRC256 способны фиксировать азот (McLaughlin et al., 1987). Транспорт питательных веществ регулируется симбиосомной мембраной (SM). SM представляет собой мембрану растительного происхождения, которая контролирует обмен метаболитов в симбиозе бобовых и ризобий через определенные транспортные системы и включает один бактериоид в неопределенные клубеньки или несколько бактероидов в определенные клубеньки (Clarke et al., 2014). Различные транспортные механизмы были идентифицированы в SM бобовых, такие как системы транспорта углерода, азота и катионов, но большинство из них не охарактеризованы (Day et al., 2001; Clarke et al., 2015). Основные транспортные системы метаболитов схематически представлены на рисунке 1.

Транспорт дикарбоксилата

C ₄ -Дикарбоксилаты являются основными метаболитами, которые транспортируются через SM для образования АТФ в бактероидах. Дикарбоксилатный переносчик малата и сукцината был идентифицирован в SM сои (Udvardi et al., 1988). Этот переносчик обладает более высоким сродством к малату, чем к сукцинату. Однако ген, кодирующий переносчик, не был идентифицирован ни в одном бобовом. Транспортер дикарбоксилата был охарактеризован в SM не бобовых растений, было показано, что Alnus glutinosa AgDCAT1 транспортирует дикарбоксилаты (малат, сукцинат, фумарат и OAA) при экспрессии в Escherichia coli (Jeong, 2004). AgDCAT1 принадлежит к семейству пептидных переносчиков (PTR), и белки из этого семейства являются кандидатами на роль переносчиков дикарбоксилата в бобовых, поскольку экспериментальные данные показывают, что гены, кодирующие PTR, индуцируются в клубеньках бобовых (Colebatch et al., 2004; Libault et al., 2010). Члены этого семейства были идентифицированы в протеомных исследованиях SM сои, но их функции не были охарактеризованы (Clarke et al., 2015). У ризобий была идентифицирована и охарактеризована система транспорта C ₄ -дикарбоксилата (Dct). Dct состоит из пермеазы, кодируемой dctA , и двухкомпонентной сенсорной системы регулятора (DctBD), кодируемой dctB и dctD . DctBD отвечает на присутствие C ₄ -дикарбоксилатов и регулирует экспрессию dctA (обзор у Yurgel and Kahn, 2004). dctA мутанты Rhizobium trifolii неспособны транспортировать дикарбоксилаты и образовывать неэффективные клубеньки (Fix ^— ) в Trifolium repens и Trifolium pratense . Полученные инфицированные клетки растений накапливали большое количество крахмала (Ronson et al., 1981).

Аммиак и транспортировка аммония

Аммиак, продуцируемый азотфиксацией в бактероидах, вероятно, протонируется до аммония после диффузии в перибактероидное пространство (PBS) или пространство симбиосом (SS, область между SM и бактериоидом) (Рисунок 1).H ⁺ -АТФаза закачивает H ⁺ в PBS, создавая кислую среду (Udvardi et al., 1991) и формируя мембранный потенциал (Udvardi and Day, 1989). Активность АТФаз обнаружена на SM сои (Blumwald et al., 1985; Fedorova E. et al., 1999), люпина (Robertson et al., 1978; Domigan et al., 1988) и клубеньков корня гороха посевного. (Сафран и Хаакер, 1995). Повторному захвату Nh5 + бактероидами препятствует репрессия бактериоидного носителя аммония Amt во время симбиотического состояния (Howitt et al., 1986). В настоящее время предложены два пути транспортировки фиксированного азота в растение-хозяин: канал одновалентных катионов для Nh5 + (Whitehead et al., 2008) и акваглицеропорин, нодулин 26 (Nod26), для транспорта NH ₃ . Nod26 представляет собой трансмембранный белок, способный транспортировать H ₂ O, NH ₃ и другие растворенные вещества (Weaver et al., 1994; Rivers et al., 1997; Hwang et al., 2010). Впервые он был идентифицирован в SM сои (Fortin et al., 1987) и составляет основной белковый компонент SM (Rivers et al., 1997).

Транспорт аминокислот

Растения-хозяева поставляют аминокислоты микросимбионтам во время дифференциации ризобий на бактероиды и для фиксации азота (Mulley et al., 2011). Недавние анализы протеома сои выявили предполагаемый переносчик аминокислот (GmAPC1), гомолог членов семейства транспортных белков аминокислота-полиамин-органокация (APC) (Clarke et al., 2015). Предыдущие исследования показали, что SM сои проницаема для аланина и Asp (Whitehead et al., 1998). Переносчик Asp был идентифицирован в везикулах SM из корневых клубеньков гороха посевного (Rudbeck et al., 1999).

Кроме того, ризобии также кодируют транспортные системы, которые регулируют обмен аминокислот между бактероидами и клеткой-хозяином (Udvardi and Poole, 2013). Например, в то время как бактероиды, образованные R. leguminosarum , bv. viciae в неопределенных клубеньках гороха являются ауксотрофами для разветвленных аминокислот, переносчики аминокислот с разветвленной цепью, Aap (AapJQMP) и Bra (BraDEFGC) разработаны в бактероидах (Prell et al., 2009). Этот симбиотический фенотип известен как симбиотическая ауксотрофия (Dunn, 2014) и встречается как в детерминантных, так и в неопределенных клубеньках (de las Nieves Peltzer et al., 2008; Prell et al., 2010; di Cenzo et al., 2015).

Метаболическое моделирование ОЯТ

Моделирование на основе ограничений позволяет определять метаболические возможности организма (Feist et al., 2009; Oberhardt et al., 2009). Эти метаболические модели успешно использовались для преодоления разрыва между текущими знаниями и метаболическими фенотипами (Schellenberger et al., 2011). Метаболические реконструкции основаны на физиологической и биохимической информации о первичных и специализированных метаболических путях, информации о геноме и имеющихся данных -омикс. Эти модели позволили прогнозировать метаболическое поведение микроорганизмов при различной доступности питательных веществ и имитировать делеции или чрезмерную экспрессию генов (Contador et al., 2015; Razmilic et al., 2018). В попытке получить новое представление о генетических взаимодействиях, которые управляют сложными метаболическими взаимодействиями у азотфиксирующих бактерий, были использованы метаболические модели для изучения метаболизма ризобий.Модели в масштабе генома были объединены с экспериментальными данными для идентификации основных генов и для моделирования метаболического поведения ризобий в условиях азотфиксации клубеньков бобовых. В этих исследованиях были использованы экспериментальные данные с высокой пропускной способностью, направленные на определение ключевых генов, белков и метаболитов, для подтверждения предсказаний модели.

В настоящее время доступно небольшое количество реконструкций ризобий, созданных вручную, несмотря на их важную роль в устойчивом сельском хозяйстве. Эти реконструкции охватывают различные метаболические задачи, от только симбиотического процесса, происходящего в ризобии, до полного набора метаболических реакций бактериальной клетки. i OR363, реконструкция для R. etli CFN42, была первой доступной моделью для любых ризобий (Resendis-Antonio et al., 2007). Эта модель описывает процесс ОЯТ внутри детерминированных клубеньков P. vulgaris и включает основные реакции, связанные с процессом азотфиксации и метаболическими путями, такими как синтез ПОБ, которые позволяют моделировать накопление этого полимера во время симбиотического процесса ( Resendis-Antonio et al., 2007). Также была определена симбиотическая реакция, представляющая этот специфический симбиоз бобовых и ризобий.Симбиотическая реакция описывает обмен питательными веществами между растением-хозяином и бактериоидом для установления симбиотических отношений и получения или производства химических соединений, необходимых для процесса фиксации азота. В его определение были включены гипотеза симбиотической ауксотрофии и потребности в нитрогеназе. Эта модель была обновлена ​​и теперь включает новые наборы данных, доступные для этой системы (Resendis-Antonio et al., 2011, 2012).

С другой стороны, метаболические реконструкции для S.meliloti имеют разные области применения. i HZ565 был разработан для представления ОЯТ S. meliloti 1021 с растениями-хозяевами, такими как люцерна (Zhao et al., 2012). Процесс реконструкции дал представление об отсутствующей контекстно-зависимой информации и ошибках аннотации генома. Кроме того, была предложена новая симбиотическая реакция для захвата специфических механизмов SNF S. meliloti в неопределенных клубеньках. Первое представление всего метаболизма клетки ризобия было построено для S.meliloti ( i GD1575), чтобы дать возможность охарактеризовать метаболические возможности ризобий в массивной почве, ризосфере и клубеньках (di Cenzo et al., 2016). i GD1575 включает 94% генов, присутствующих в i HZ565. Недавно с использованием и GD1575 и экспериментов по существенности генов была построена модель основного метаболизма S. meliloti (di Cenzo et al., 2018). Pfau et al. (2018) описали симбиотические отношения M.truncatula с S. meliloti с помощью моделирования на основе ограничений (Pfau et al., 2018). Метаболические модели были использованы для изучения метаболического обмена между растением-хозяином и ризобиальным симбионтом. Также было построено in silico представление метаболической сети B. diazoefficiens USDA110 ( i YY1101) (Yang et al., 2017). Эта реконструкция была использована для построения контекстно-зависимых моделей для описания метаболических различий, наблюдаемых между свободноживущим состоянием B.diazoefficiens USDA110 и симбиотический бактериоид. Эти модели послужат отправной точкой для построения метаболических реконструкций близкородственных организмов, таких как другие штаммы ризобий, и рамок моделирования для изучения этих симбиотических взаимодействий (Baumler et al., 2011; Monk et al., 2013; Ong et al., 2014) . В таблице 3 обобщены доступные метаболические модели ризобий.

Таблица 3. Доступные метаболические реконструкции ризобий.

Заключение

Регуляторные механизмы, касающиеся образования и поддержания корневых клубеньков для SNF, многогранны и специфичны для ассоциаций, но все они включают жесткое регулирование потока метаболитов между растениями-хозяевами и бактероидами, а также различные уровни контролирует каждый этап метаболических путей посредством задействованных метаболических ферментов и факторов транскрипции, которые регулируют их экспрессию.Каждая ассоциация растений-хозяев и ризобий имеет свои собственные уникальные требования и механизмы контроля, несмотря на общие общие черты. Поэтому очень важно, чтобы у нас было как можно больше понимания подробных механизмов, которые составляют эти симбиотические отношения.

Авторские взносы

H-ML разработал концептуальную основу этой статьи и координировал написание. AL и KF написали часть о метаболизме и регуляции растения-хозяина. CC написал часть о метаболизме и регуляции бактероидов и метаболических моделей.AL, CC и H-ML исправили и отшлифовали статью.

Финансирование

Эта работа была поддержана Общим исследовательским фондом Гонконгского совета по исследовательским грантам (14108014) и программой Area of ​​Excellence Scheme (AoE / M-403/16), Дискреционным фондом CUHK VC VCF2014004 и Фондом биомедицинских исследований Ло Кви-Сонга H -ML.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Джи-Ян Чу отредактировал эту рукопись.

Список литературы

Acuña, G., Ebeling, S., and Hennecke, H. (1991). Клонирование, секвенирование и мутационный анализ Bradyrhizobium japonicum fumC-подобного гена: доказательства существования двух разных фумараз. J. Gen. Microbiol. 137, 991–1000. DOI: 10.1099 / 00221287-137-4-991

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ахемад, М., и Овес, М. (2011). «Биологическое значение микробов, солюбилизирующих фосфор и фосфат», в документе «Характеристика снижения содержания хрома (VI), способствующего росту растений ризобактерий как потенциального биоудобрения в загрязненной Cr (VI) почве». View Project , ред. М.С. Хан и А. Заиди. (Хауппог, Нью-Йорк: издательство Nova Science)

Google Scholar

Акадзава, Т., и Окамото, К. (1980). «Биосинтез и метаболизм сахарозы», в Биохимия растений: всеобъемлющий трактат: Углеводы: структура и функции , изд.Дж. Прейс (Амстердам: Elsevier), 199–220.

Google Scholar

Алеман, Л., Ортега, Дж. Л., Мартинес-Граймс, М., Сегер, М., Ольгин, Ф. О., Урибе, Д. Дж. И др. (2010). Усиленная клубеньками экспрессия члена гена сахарозо-фосфатсинтазы ( MsSPSA ) играет роль в метаболизме углерода и азота в клубеньках люцерны ( Medicago sativa L.). Planta 231, 233–244. DOI: 10.1007 / s00425-009-1043-y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Анея, П.и Чарльз Т.С. (1999). Разложение поли-3-гидроксибутирата в Rhizobium ( Sinorhizobium ) meliloti : выделение и характеристика гена, кодирующего 3-гидроксибутиратдегидрогеназу. J. Bacteriol. 181, 849–857.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Апарисио-Фабре, Р., Гильен, Г., Лоредо, М., Арельяно, Дж., Вальдес-Лопес, О., Рамирес, М. и др. (2013). Фасоль обыкновенная ( Phaseolus vulgaris L.) PvTIFY управляет глобальными изменениями в ответе профиля транскриптов на дефицит жасмоната и фосфора. BMC Plant Biol. 13:26. DOI: 10.1186 / 1471-2229-13-26

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эпплби, К. А. (1984). Леггемоглобин и ризобий дыхание. Annu. Rev. Plant Physiol. 35, 443–478. DOI: 10.1146 / annurev.pp.35.060184.002303

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Араужо, А. П., Плассард, К., и Древон, Дж. Дж. (2008). Активность фосфатазы и фитазы в клубеньках генотипов фасоли обыкновенной при разных уровнях поступления фосфора. Почва растений 312, 129–138. DOI: 10.1007 / s11104-008-9595-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Астир Б. и Сингх Р. (1997). Очистка и характеристика нейтральной инвертазы из клубеньков нута. Indian J. Biochem. Биофиз. 34, 529–534.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Аткинс, К. А. (1991). «Ассимиляция аммиака и экспорт азота из клубеньков бобовых», в Биохимия фиксации азота , ред.Дж. Дилворт и А. Р. Гленн (Амстердам: Elsevier Science), 293–319.

Google Scholar

Аткинс, К. А., Смит, П., и Сторер, П. Дж. (1997). Повторное изучение внутриклеточной локализации синтеза пурина de novo в клубеньках вигны. Plant Physiol. 113, 127–135. DOI: 10.1104 / стр.113.1.127

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Байер, М. К., Барш, А., Кустер, Х., и Хохнец, Н. (2007). Антисмысловая репрессия сахарозосинтазы, усиленной клубеньками Medicago truncatula , приводит к нарушению фиксации азота, что отражается в специфических изменениях в симбиотическом транскриптоме и метаболоме. Plant Physiol. 145, 1600–1618. DOI: 10.1104 / стр.107.106955

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Батут, Дж., Даверан-Мингот, М. Л., Дэвид, М., Джейкобс, Дж., Гарнероне, А. М., и Кан, Д. (1989). fixK, ген, гомологичный fnr и crp из Escherichia coli , регулирует гены азотфиксации как положительно, так и отрицательно в Rhizobium meliloti . EMBO J. 8, 1279–1286. DOI: 10.1002 / J.1460-2075.1989.TB03502.

х

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баумлер Д. Дж., Пеплински Р. Г., Рид Дж. Л., Гласнер Дж. Д. и Перна Н. Т. (2011). Эволюция метаболических сетей E. coli . BMC Syst. Биол. 5: 182. DOI: 10.1186 / 1752-0509-5-182

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блюмвальд, Э., Фортин, М. Г., Ри, П. А., Верма, Д. П., и Пул, Р. Дж. (1985). Присутствие H-АТФазы типа плазматической мембраны хозяина в мембранной оболочке, окружающей бактероиды в клубеньках корня сои. Plant Physiol. 78, 665–672. DOI: 10.1104 / стр.78.4.665

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бостен Б. и Прифер У. Б. (2004). C-концевой приемный домен Rhizobium leguminosarum bv. Viciae FixL белок необходим для свободной микроаэробной индукции промотора fnrN. Микробиология 150, 3703–3713. DOI: 10.1099 / mic.0.27323-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боналди, К., Gourion, B., Fardoux, J., Hannibal, L., Cartieaux, F., Boursot, M., et al. (2010). Масштабный транспозонный мутагенез фотосинтеза Bradyrhizobium Sp. Штамм ORS278 обнаруживает новые генетические локусы, предположительно важные для Nod-независимого симбиоза с Aeschynomene indica . Мол. Взаимодействие с растительными микробами. 23, 760–770. DOI: 10.1094 / MPMI-23-6-0760

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бреннер Д. Дж., Криг Н. Р., Стейли Дж.Т. (ред.) (2009). Руководство Берджи по систематической бактериологии: Proteobacteria , 2-е изд., Vol. 2. Берлин: Спрингер. DOI: 10.1007 / 978-0-387-68489-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цай, Дж. К., Дрисколл, Б. Т., и Чарльз, Т. К. (2000). Потребность в ферментах ацетоацетил-кофермент А синтетаза и поли-3-гидроксибутират (ПОБ) синтаза для роста Sinorhizobium meliloti на промежуточных продуктах цикла ПОБ. J. Bacteriol. 182, 2113–2118.DOI: 10.1128 / JB.182.8.2113-2118.2000

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карвалью Х., Сункель К., Салема Р. и Куллимор Дж. В. (1997). Гетеромерная сборка цитозольных полипептидов глутаминсинтетазы Medicago truncatula : комплементация мутанта glnA Escherichia coli с ферментом с заменой домена растения. Завод Мол. Биол. 35, 623–632. DOI: 10.1023 / A: 1005884304303

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карвалью, Х.Г., Лескюр, Н., де Билли, Ф., Шабо, М., Лима, Л. М., Салема, Р. и др. (2000). Клеточная экспрессия и регуляция генов цитозольной глутамин синтетазы Medicago truncatula в корневых клубеньках. Завод Мол. Биол. 42, 741–756. DOI: 10.1023 / A: 1006304003770

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кларк, В. К., Лафлин, П. К., Гаврин, А., Чен, К., Брер, Э. М., Дэй, Д. А. и др. (2015). Протеомный анализ симбиосомы сои позволяет идентифицировать новые симбиотические белки. Мол. Cell. Протеомика 14, 1301–1322. DOI: 10.1074 / mcp.M114.043166

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Colebatch, G., Desbrosses, G., Ott, T., Krusell, L., Montanari, O., Kloska, S., et al. (2004). Глобальные изменения в транскрипции управляют метаболической дифференциацией во время симбиотической азотфиксации у лотоса Lotus japonicus . Plant J. 39, 487–512. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2004.02150.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Контадор, К.А., Родригес В., Эндрюс Б. А. и Асенхо Дж. А. (2015). Реконструкция в масштабе генома метаболизма Salinispora tropica CNB-440 для изучения штамм-специфической адаптации. Антони Ван Левенгук 108, 1075–1090. DOI: 10.1007 / s10482-015-0561-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крэмптон, М., Шрипати, В. Р., Хоссейн, К., Калавбачарла, В. (2016). Анализ метиломов, полученных из мезоамериканского ячменя ( Phaseolus vulgaris L.) с использованием MeDIP-Seq и полногеномного бисульфита натрия. Фронт. Plant Sci. 7: 447. DOI: 10.3389 / fpls.2016.00447

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Чарнецки О., Янг Дж., Уэстон Д. Дж., Тускан Г. А. и Чен Дж. Г. (2013). Двойная роль стриголактонов в накоплении и использовании фосфатов в растениях. Внутр. J. Mol. Sci. 14, 7681–7701. DOI: 10.3390 / ijms14047681

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэн Т.Х. и Брикс Х. (2009). Реакции роста многолетних бобовых Sesbania sesban на питание Nh5 и NO3 и влияние на клубенькообразование. Aquat. Бот. 91, 238–244. DOI: 10.1016 / j.aquabot.2009.07.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэй, Д. А. (1991). Углеродный метаболизм и компартментация в клубеньках бобовых, фиксирующих азот. Plant Physiol. Biochem. 29, 185–201.

Google Scholar

Дэй, Д. А., Кайзер, Б.Н., Томсон, Р., Удварди, М. К., Моро, С., и Пуппо, А. (2001). Транспорт питательных веществ через симбиотические мембраны клубеньков бобовых культур. Aust. J. Plant Physiol. 28, 667–674. DOI: 10.1071 / PP01028

CrossRef Полный текст |

азотное растение — определение — английский

Пример предложений с «азотным растением», память переводов

Giga-fren Если чрезмерное количество мульчи сильно истощило доступный почвенный азот, растения станут желтыми. WikiMatrixНа следующий день бомбили 47 B-29 Избранный азотный завод в Хуннам на северо-восточном побережье.cordis, однако, азотные удобрения составляют только 30 процентов от общего поглощения азота растениями этого химического вещества. Giga-fren Канадские азотные растения являются одними из самых энергоэффективных растений в мире. WikiMatrix Основная цель криогенных азотных растений — обеспечить заказчик с газообразным азотом высокой чистоты (GAN) .WikiMatrix Эта жидкость может испаряться для покрытия пиков спроса или для использования, когда азотная установка отключена. Giga-fren • 5.4 Выводы Наверх 5.1 Лабораторные исследования токсического воздействия азота на водные растения Азот необходим для роста растений.WikiMatrixКогда ЕвроХим был основан, приобретенные активы включали несколько азотных заводов и фосфатный рудник с оборудованием советских времен. Перерабатывающее оборудование включает в себя производственные мощности и соответствующие трубопроводы для приема, транспортировки и обработки СПГ и природного газа, включая азотный завод. Зона обработки включает в себя производственные мощности и соответствующие трубопроводы для приема, транспортировки и обработки СПГ и природного газа, в том числе азотный завод. WikiMatrixОсобую озабоченность норвежского правительства вызывало нападение на азотный завод в Рьюкане, поскольку он предположительно производит только продукцию для норвежского сельского хозяйства.В начале 1997 года компания Giga-frenCalgary приобрела Viridian в Форт-Саскачеване, Альта, которая ранее приобрела азотный завод Imperial Oil в Редуотере, Альта. , который доставляет продукцию по обе стороны границы. UN-2 Взаимосвязь между появлением растений, указывающих на азот, и осаждением азота на 224 участках Giga-fren Поврежденные растения и растения с дефицитом азота более восприимчивы к инфекции.Многократная связь между появлением растений, указывающих на азот, и осаждением азота для # участковEurLex-2 (13) Речь идет о нитрате аммония, который представляет собой удобрение, производимое в гранулированной или гранулированной форме, содержащее от 33 до 35% азотных питательных веществ для растений. WikiMatrixOn 20 В апреле 1945 года произошел воздушный налет на станцию ​​Пиестериц, в результате которого было взорвано несколько вагонов, а также нанесен значительный ущерб азотной установке. Cordis Азотная установка позволяет заполнять горячие камеры и состоит из двух вентиляторов главного контура, двух осушителей, одного катализатора, охладители и измерительное, регулирующее и регулирующее оборудование.Giga-fren Кроме того, MTCC также имеет отдельное здание площадью 1000 квадратных футов для размещения заводов с жидким азотом и лабораторию криоконсервации с кондиционированием воздуха. Шестой план предусматривал, что в дополнение к четырем газовым заводам ( Thal and Hazira), уже в стадии реализации, будут начаты работы по восьми новым азотистым растениям. WikiMatrix Аммоний и нитраты легко усваиваются растениями и являются доминирующими источниками азота для роста растений. фиксирующие установки) в непосредственной близости, и оба обеспечивают несколько выходов.Giga-frenAttachment стимулировали в 2,4-7 раз, когда клетки штаммов USDA 110 или USDA 31 предварительно инкубировали в питательном растворе для растений без азота и при росте новых клеток.

Показаны страницы 1. Найдено 2133 предложения с фразой азотное растение.Найдено за 17 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Найдено за 0 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Они поступают из многих источников и не проверяются. Имейте в виду.

Установки азотной фиксации (форум растений в Перми)

Лия Саттлер писала: Я также читала, что азотфиксирующие растения, такие как люцерна или бобы, необходимо переварить обратно в почву, чтобы высвободить азот и сделать его доступным для других растений, потому что азот хранится в маленьких клубеньках в корнях.Может, мне чего-то не хватает, а может, каждый год некоторые корни отмирают и вносят азот в окружающую почву. В любом случае на основании своих исследований я пришел к выводу, что азотфиксирующие растения представляют собой гораздо более сложный сценарий, чем их часто представляют. Я лично буду использовать их в качестве покровных культур в возделываемых садах или использовать их, если у них есть другие полезные качества, в качестве растений-компаньонов, но я не буду тратить на них много времени или места только ради их способности связывать азот.

С интересом слежу за этими дебатами, поскольку именно это я и исследовал.

Мои исследования показали, что они действительно выделяют азот в ризосферу, но с задержкой во времени. Я изучал траву и клевер, при отсутствии пастбищных животных значительные количества фиксированного азота действительно начали появляться в траве примерно в сентябре / октябре. Я подозреваю, что большая часть этого была связана с отмиранием листьев из-за мороза и т. Д. За зиму, вероятно, было выделено намного больше фиксированного азота, потому что в течение 3-4 лет азот накапливался в системе.

ИМО, выращивание бобовых исключительно ради их корневого отложений не является хорошим способом их использования. Но есть много способов использовать их без обработки почвы. Вы можете использовать метод нарезки и капельки или скармливать черенки животным. Я бы посоветовал срезать и бросить мульчу в другое место, а не обратно на бобовые (бобовые предпочитают расти при низком уровне азота). БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ АЗОТА НАХОДИТСЯ В ЛИСТЬЯХ, а не в корневых узелках.

Я думаю, что бобовые вносят много азота в СИСТЕМУ.«Система» для производителей органических продуктов означает почву, растения, животных, навоз и людей. Если вы органичны, все это должно быть связано. Если вы думаете только о том, «сколько азота обеспечит мои растения этим бобовым прямо сейчас, прямо здесь», вы не думаете органически / целостно. Если кто-то выращивает монокультуру бобов, собирает их и продает, а в конце сезона вырывает растения и собирает их, прежде чем обрабатывать почву и оставлять ее голой на зиму, они не могут рассчитывать на наличие дополнительных 400 кг азота. для следующего урожая.То же и с промежуточным кадрированием. Некоторое количество азота попадет к соседним растениям, но из-за задержки во времени, если вы выращиваете летние однолетние растения, хорошо подумайте о том, что произойдет после сбора урожая. Озимая покровная культура (лучше всего не бобовая) будет очень хорошей идеей, так как в ней будет много азота в виде органических соединений, разлагающихся кусочков корней, листьев и экссудата, которые не останутся без дела под зимним дождем.

Если, с другой стороны, вы выращиваете многолетнюю поликультуру, включая бобовые, азот из бобовых в конечном итоге попадет в другие растения, это может занять несколько лет, но в основном, с бобовыми, система будет самостоятельной. поддержание как минимум азота.

Однажды я работал на ферме, где фермер пытался улучшить почву с помощью монокультуры люцерны. Он планировал выращивать его в течение нескольких лет, а затем вспахивать. Это был хороший план, но я предложил в качестве улучшения срезать часть люцерны и замульчировать ею сады. Он был очень удивлен результатами — очень хорошими урожаями овощей. Он думал, что это ограбит его самую бедную почву, но люцерна снова выросла нормально. Вспашка бобовых дает хорошие результаты, но много азота тратится впустую, особенно если между выращиванием и посадкой проходит много времени.На самом деле я подозревал, что настоящая проблема у него была не в недостатке азота, а в уплотнении из-за слишком большого количества тяжелой техники и культивирования.

Если вы сделаете пересечение правильно, вы получите две культуры там, где в противном случае получили бы одну, и урожайность каждой культуры будет примерно такой же, как от монокультуры. Бобовые и другие культуры могут делить почву. Предостережение: Патрик Уайтфилд отметил множество случаев, когда пересечение культур не работает так хорошо, и подчеркивает, что растения-компаньоны должны делить пространство, а также почву, например, высокие растения и подлесок.Он также отметил, что посадки трех сестер никогда не работают за пределами Мексики.