研究簡介：本研究主要聚焦于農(nóng)業(yè)溫室氣體氧化亞氮（N?O）的減排問題，特別是探討了根瘤菌（Bradyrhizobia）和土壤真菌病原體Calonectria ilicicola對大豆根瘤中N?O含量的影響。N?O是一種強效溫室氣體，其排放主要來源于農(nóng)業(yè)活動中的氮肥使用。大豆作為一種重要的農(nóng)作物，通過與根瘤菌形成根瘤實現(xiàn)生物固氮，從而減少對氮肥的依賴。然而，某些根瘤菌在缺乏nosZ基因時，可能會在反硝化過程中產(chǎn)生N?O，而非將其還原為N?。

研究使用了四種根瘤菌（Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110、Bradyrhizobium japonicum USDA6、Bradyrhizobium elkanii USDA76和Bradyrhizobium liaoningense USDA3622）和一種土壤真菌病原體Calonectria ilicicola。通過體外和體內(nèi)實驗，結(jié)合田間調(diào)查，研究了根瘤菌中nosZ基因的存在如何影響大豆根瘤中的N?O含量，以及Calonectria ilicicola對根瘤健康和N?O含量的影響。

實驗結(jié)果顯示，含有nosZ基因的根瘤菌（如B.diazoefficiens）在培養(yǎng)基中未檢測到N?O，而缺乏nosZ基因的根瘤菌（如B.japonicum）則產(chǎn)生了顯著的N?O。在體內(nèi)實驗中，接種Calonectria ilicicola的大豆植株表現(xiàn)出更嚴重的根腐病癥狀，根瘤數(shù)量、大小和重量顯著減少，且N?O含量增加。然而，這種增加在根瘤菌含有nosZ基因的情況下變得不那么顯著。田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臺灣部分地區(qū)（如高雄和屏東）nosZ基因的分布頻率較低，這為通過引入含有nosZ基因的根瘤菌來減少N?O排放提供了潛在的應(yīng)用價值。

本研究的結(jié)論強調(diào)了選擇含有nosZ基因的根瘤菌菌株在減少N?O排放中的重要性，并為可持續(xù)農(nóng)業(yè)實踐提供了科學(xué)依據(jù)。通過優(yōu)化根瘤菌菌株和管理土壤真菌病原體，可以有效減少農(nóng)業(yè)活動中的N?O排放，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)凈零排放目標提供支持。

Unisense氧化亞氮微電極的應(yīng)用

Unisense  氧化亞氮微電極被用于定量檢測N?O的濃度，Unisense N?O微電極（型號：N?O-NP-304241），搭配單通道放大系統(tǒng)。使用Unisense提供的N?O傳感器校準套件中的標準N?O溶液，通過空氣飽和的去離子水（ddH?O）稀釋成10個不同濃度的標準溶液。每次實驗前，通過線性回歸模型對傳感器進行校準，確保校準曲線的決定系數(shù)（R2）高于0.9995，以驗證傳感器的可靠性。將N?O微傳感器浸入細菌培養(yǎng)液或均質(zhì)化的根瘤組織中，持續(xù)10分鐘。前5分鐘用于信號穩(wěn)定，后5分鐘的信號平均值用于代表樣本的N?O濃度。使用去離子水（ddH?O）清洗傳感器，以避免交叉污染。所有實驗均在25°C的實驗室環(huán)境中進行。

圖1、用于對根腐病嚴重程度和根瘤大小進行評級的序數(shù)量表。（A）根腐病嚴重程度量表，其中（0）表示健康且無癥狀的根，（1）表示主根和以后的根壞死少于20%，（2）表示主根和以后的根壞死少于40%，壞死可能到達基部莖，（3）表示主根、側(cè)根的壞死少于60%，壞死到達基干，（4）表明主根、側(cè)根的壞死少于80%，壞死強烈發(fā)生在基干上。（B）結(jié)節(jié)大小量表，其中×表示測量樣本，順序評分根據(jù)直徑進行評分。

實驗結(jié)果

研究強調(diào)了選擇含有nosZ基因的根瘤菌菌株在減少大豆根瘤中N2O排放中的重要性。盡管Calonectria ilicicola對根瘤健康和nosZ基因表達有負面影響，但在根瘤菌含有nosZ基因的情況下，這種影響變得不那么顯著。田間調(diào)查結(jié)果進一步揭示了臺灣部分地區(qū)nosZ基因分布頻率較低的現(xiàn)狀，為通過引入含有nosZ基因的根瘤菌來減少N2O排放提供了潛在的應(yīng)用價值。通過優(yōu)化根瘤菌菌株和管理土壤真菌病原體，可以有效減少農(nóng)業(yè)活動中的N2O排放，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)凈零排放目標提供支持。