研究简介：本研究主要聚焦于农业温室气体氧化亚氮（N₂O）的减排问题，特别是探讨了根瘤菌（Bradyrhizobia）和土壤真菌病原体Calonectria ilicicola对大豆根瘤中N₂O含量的影响。N₂O是一种强效温室气体，其排放主要来源于农业活动中的氮肥使用。大豆作为一种重要的农作物，通过与根瘤菌形成根瘤实现生物固氮，从而减少对氮肥的依赖。然而，某些根瘤菌在缺乏nosZ基因时，可能会在反硝化过程中产生N₂O，而非将其还原为N₂。


研究使用了四种根瘤菌（Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110、Bradyrhizobium japonicum USDA6、Bradyrhizobium elkanii USDA76和Bradyrhizobium liaoningense USDA3622）和一种土壤真菌病原体Calonectria ilicicola。通过体外和体内实验，结合田间调查，研究了根瘤菌中nosZ基因的存在如何影响大豆根瘤中的N₂O含量，以及Calonectria ilicicola对根瘤健康和N₂O含量的影响。


实验结果显示，含有nosZ基因的根瘤菌（如B.diazoefficiens）在培养基中未检测到N₂O，而缺乏nosZ基因的根瘤菌（如B.japonicum）则产生了显著的N₂O。在体内实验中，接种Calonectria ilicicola的大豆植株表现出更严重的根腐病症状，根瘤数量、大小和重量显著减少，且N₂O含量增加。然而，这种增加在根瘤菌含有nosZ基因的情况下变得不那么显著。田间调查发现，台湾部分地区（如高雄和屏东）nosZ基因的分布频率较低，这为通过引入含有nosZ基因的根瘤菌来减少N₂O排放提供了潜在的应用价值。


本研究的结论强调了选择含有nosZ基因的根瘤菌菌株在减少N₂O排放中的重要性，并为可持续农业实践提供了科学依据。通过优化根瘤菌菌株和管理土壤真菌病原体，可以有效减少农业活动中的N₂O排放，为实现农业净零排放目标提供支持。


Unisense氧化亚氮微电极的应用


Unisense  氧化亚氮微电极被用于定量检测N₂O的浓度，Unisense N₂O微电极（型号：N₂O-NP-304241），搭配单通道放大系统。使用Unisense提供的N₂O传感器校准套件中的标准N₂O溶液，通过空气饱和的去离子水（ddH₂O）稀释成10个不同浓度的标准溶液。每次实验前，通过线性回归模型对传感器进行校准，确保校准曲线的决定系数（R²）高于0.9995，以验证传感器的可靠性。将N₂O微传感器浸入细菌培养液或均质化的根瘤组织中，持续10分钟。前5分钟用于信号稳定，后5分钟的信号平均值用于代表样本的N₂O浓度。使用去离子水（ddH₂O）清洗传感器，以避免交叉污染。所有实验均在25°C的实验室环境中进行。

图1、用于对根腐病严重程度和根瘤大小进行评级的序数量表。（A）根腐病严重程度量表，其中（0）表示健康且无症状的根，（1）表示主根和以后的根坏死少于20%，（2）表示主根和以后的根坏死少于40%，坏死可能到达基部茎，（3）表示主根、侧根的坏死少于60%，坏死到达基干，（4）表明主根、侧根的坏死少于80%，坏死强烈发生在基干上。（B）结节大小量表，其中×表示测量样本，顺序评分根据直径进行评分。

实验结果


研究强调了选择含有nosZ基因的根瘤菌菌株在减少大豆根瘤中N2O排放中的重要性。尽管Calonectria ilicicola对根瘤健康和nosZ基因表达有负面影响，但在根瘤菌含有nosZ基因的情况下，这种影响变得不那么显著。田间调查结果进一步揭示了台湾部分地区nosZ基因分布频率较低的现状，为通过引入含有nosZ基因的根瘤菌来减少N2O排放提供了潜在的应用价值。通过优化根瘤菌菌株和管理土壤真菌病原体，可以有效减少农业活动中的N2O排放，为实现农业净零排放目标提供支持。