544 土壤学报 57卷 质谱仪和液相色谱-质谱联用仪测定1C丰度需要因数据库中的基因数据来源于纯菌的分离和全基因 0.8~1.0g的核酸,而一般土壤提取的DNA(RNA)测序。因此在测序大量采用的时候,纯菌的分离 只有10~200ng,无法满足测定需要。而DNA培养和全基因测序需要进一步加强。 (RNA冲N较C要少,这就需要更多的DNA(RNA (2)关于稻田生物固氮量和固氮微生物,目前只 纳米二次离子质谱( Nanoscale secondary ion mass对少数几种水稻土开展了研究。我国稻田类型众多, spectrometry- NanosIms)实现了成像与单细胞稳定成土母质和环境条件各异,需要进一步加强研究。 性同位素测定的有机结合38 Woebken等围9用 (3)研究发现秸秆还田、接种固氮微生物菌剂 NanosIms技术和N2标记技术,测定了N2标记和在低有效钼土壤上施钼可以大幅度提高稻田生物 和非标记单细胞蓝细菌体内N丰度,证明了美国固氮量,但均还处在研究初期阶段,还需要继续研 Monterey海湾 Elkhorn Slough河口微生物簇群中的究,尤其要加强田间实际应用效果研究。 蓝细菌具有固氮能力。这些工作说明 NanoSIMs技 (4)稻田固氮微生物不仅具有固氮功能,为植 术可以满足DNA密度梯度离心后各层中极微量物提供氮素,还能分泌激素等促生物质促进植物生 DNAN的测定,但能在多大程度上解决稻田活跃长,但目前高效固氮微生物菌剂的开发力度不大, 固氮微生物问题还缺乏研究。 需要加强,同时需要加强固氮微生物与植物的互作 研究。 5稻田生物固氮调控 (5)固氮微生物存在氮抑制,即在有氮条件下, 固氮微生物不固氮或减少固氮。如何通过基因工程 增加稻田生物固氮量可以减少化学氮肥使的办法解除氮抑制是需要加强研究的课题。 用、减少环境污染、降低能源消耗和提高农民收参考文献( References) 人,是长期想实现而又没有取得大的进展。有研 究表明施用有机物能促进稻田生物固氮68。Ma[1]LisK, Wang CT. Analysis on change of production and 等13发现在低有效钼土壤上(下位砂姜土)施用 factors promoting yield increase of corn in China ] Journal of Maize Sciences,2008(4):32-36.[李少昆 钼酸钠(1kghm2)74天能使稻田生物固氮量由 王崇桃.我国玉米产量变化及增产因素分析[玉米科 223kghm2提高至531kghm2。Ma等的研究还 学,2008(4):32-36. 表明种植杂交水稻较常规粳稻能提高生物固氮。[2]YuGP. ZhuH y. Studies on production situation and andreozzi等接种 Herbaspirillum huttiense rCA24 development countermeasures of rice in China P ]. Modern Agricultural Science and Technology, 20096): 123-127 Enterobacter asburiae RCA23 Fl Staphylococcus sp 131.[虞国平,朱鸿英.我国水稻生产现状及发展对策研 377发现 Herbaspirillum huttiense RCA24的表现最 究[现代农业科技,2009(6):123-127,131 好,能提高生物固氮、增加叶绿素含量、提高氮含[3] Galloway JN. Dentener F, Capone D G.eta. Nitrogen 量和水稻幼苗干重。但稻田生物固氮的研究还很不 cycles: Past, present, and future []. Biogeochemistry 够,非常缺乏大田应用研究。 2004,70(2):153-226. 4] Natuhara Y. Ecosystem services substitutes of natural wetlands in 6稻田生物固氮未来研究方向 Engineering, 2013, 56: 97-106 [ 5] Fowler D, Coyle M, Skiba U, et al. The global nitrogen 稻田生物固氮的现象早被发现,但由于研究的 Ity-first century P] Transactions of the Royal Society B, 2013. 368(1621) 难度非常大,进展一直不大。为实现粮食产量和生 20130164 态协调发展,有必要加大稻田生物固氮研究 [6] Cleveland CC. Townsend A R Schimel DS, et al.Global (1)DNA基因测序是日前研究稻田固氮微生物 patterns of terrestrial biological nitrogen( N2 )fixation in 的常用方法,可以提供较多的信息,但DNA测序基 natural ecosystems []. Global Biogeochemical Cycles 999,13(2):623-645 因序列在与现有微生物数据库比对时,往往出现很 [ 7] Herridge D F. Peoples M B. Boddey R M,et al.Global 多无法匹配的情况。主要原因是目前固氮微生物基 inputs of biological nitrogen fixation in agricultural 因数据库中固氮微生物种类较少。而固氮微生物基 systems U]. Plant and Soil. 2008. 311: 1-18 http://pedologica.issas.ac.cn544 土 壤 学 报 57 卷 http://pedologica.issas.ac.cn 质谱仪和液相色谱-质谱联用仪测定 13C 丰度需要 0.8～1.0 µg 的核酸，而一般土壤提取的 DNA（RNA） 只有 10～200 ng，无法满足测定需要[35-36]。而 DNA （RNA）中 N较 C要少，这就需要更多的 DNA（RNA）。 纳米二次离子质谱（Nanoscale secondary ion mass spectrometry-NanoSIMS）实现了成像与单细胞稳定 性同位素测定的有机结合[37-38]。Woebken 等[39]用 NanoSIMS 技术和 15N2 标记技术，测定了 15N2 标记 和非标记单细胞蓝细菌体内 15N 丰度，证明了美国 Monterey 海湾 Elkhorn Slough 河口微生物簇群中的 蓝细菌具有固氮能力。这些工作说明 NanoSIMS 技 术可以满足 DNA 密度梯度离心后各层中极微量 DNA 15N 的测定，但能在多大程度上解决稻田活跃 固氮微生物问题还缺乏研究。 5 稻田生物固氮调控 增加稻田生物固氮量可以减少化学氮肥使 用、减少环境污染、降低能源消耗和提高农民收 入，是长期想实现而又没有取得大的进展。有研 究表明施用有机物能促进稻田生物固氮[16-18]。Ma 等[33]发现在低有效钼土壤上（下位砂姜土）施用 钼酸钠（1 kg hm–2）74 天能使稻田生物固氮量由 22.3 kg hm–2 提高至 53.1 kg hm–2。Ma 等[40]的研究还 表明种植杂交水稻较常规粳稻能提高生物固氮。 Andreozzi 等[41]接种 Herbaspirillum huttiense RCA24， Enterobacter asburiae RCA23 和 Staphylococcus sp. 377 发现 Herbaspirillum huttiense RCA24 的表现最 好，能提高生物固氮、增加叶绿素含量、提高氮含 量和水稻幼苗干重。但稻田生物固氮的研究还很不 够，非常缺乏大田应用研究。 6 稻田生物固氮未来研究方向 稻田生物固氮的现象早被发现，但由于研究的 难度非常大，进展一直不大。为实现粮食产量和生 态协调发展，有必要加大稻田生物固氮研究。 （1）DNA 基因测序是目前研究稻田固氮微生物 的常用方法，可以提供较多的信息，但 DNA 测序基 因序列在与现有微生物数据库比对时，往往出现很 多无法匹配的情况。主要原因是目前固氮微生物基 因数据库中固氮微生物种类较少。而固氮微生物基 因数据库中的基因数据来源于纯菌的分离和全基因 测序。因此在测序大量采用的时候，纯菌的分离、 培养和全基因测序需要进一步加强。 （2）关于稻田生物固氮量和固氮微生物，目前只 对少数几种水稻土开展了研究。我国稻田类型众多， 成土母质和环境条件各异，需要进一步加强研究。 （3）研究发现秸秆还田、接种固氮微生物菌剂 和在低有效钼土壤上施钼可以大幅度提高稻田生物 固氮量，但均还处在研究初期阶段，还需要继续研 究，尤其要加强田间实际应用效果研究。 （4）稻田固氮微生物不仅具有固氮功能，为植 物提供氮素，还能分泌激素等促生物质促进植物生 长，但目前高效固氮微生物菌剂的开发力度不大， 需要加强，同时需要加强固氮微生物与植物的互作 研究。 （5）固氮微生物存在氮抑制，即在有氮条件下， 固氮微生物不固氮或减少固氮。如何通过基因工程 的办法解除氮抑制是需要加强研究的课题。 参考文献（References） ［ 1 ］ Li S K，Wang C T. Analysis on change of production and factors promoting yield increase of corn in China [J]. Journal of Maize Sciences，2008（4）：32—36. [李少昆， 王崇桃. 我国玉米产量变化及增产因素分析[J]. 玉米科 学，2008（4）：32—36.] ［ 2 ］ Yu G P，Zhu H Y. Studies on production situation and development countermeasures of rice in China [J]. Modern Agricultural Science and Technology，2009（6）：123—127， 131. [虞国平，朱鸿英. 我国水稻生产现状及发展对策研 究[J]. 现代农业科技，2009（6）：123—127，131.] ［ 3 ］ Galloway J N，Dentener F，Capone D G，et al. Nitrogen cycles：Past，present，and future [J]. Biogeochemistry， 2004，70（2）：153—226. ［ 4 ］ Natuhara Y. Ecosystem services by paddy fields as substitutes of natural wetlands in Japan [J]. Ecological Engineering，2013，56：97—106. ［ 5 ］ Fowler D，Coyle M，Skiba U，et al. The global nitrogen cycle in the twenty-first century [J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B，2013，368（1621）： 20130164. ［ 6 ］ Cleveland C C，Townsend A R，Schimel D S，et al. Global patterns of terrestrial biological nitrogen（N2）fixation in natural ecosystems [J]. Global Biogeochemical Cycles， 1999，13（2）：623—645. ［ 7 ］ Herridge D F，Peoples M B，Boddey R M，et al. Global inputs of biological nitrogen fixation in agricultural systems [J]. Plant and Soil，2008，311：1—18