人工诱发冬瓜根瘤中的内生菌

本文报道对王曼新人工诱发冬瓜根瘤内生菌的初步观察结果。实验用的冬瓜根瘤样品由作者采自王曼新的试验田。实验方法是光学显微镜和电子显微镜的镜检术。对冬瓜根瘤切片的观察表明:根瘤中确有许多细菌。这些细菌存在于瘤细胞的细胞质中,而未见于胞间隙中。这些细胞质中的细菌与宿主瘤细胞呈共生关系,其体外皆无包囊膜包绕。它们在形态上与根瘤菌相似,而且大部分显示出根瘤菌类菌体的形态。有些细菌还在分裂。电镜观察所见与已报道的这种冬瓜根瘤具有固氮酶活性的现象是一致的。     

华南酸性低磷土壤中大豆根瘤菌高效株系的发现及应用

在大豆栽培历史不同的酸性缺磷土壤上, 从磷效率不同的两个大豆品系的根瘤中分离纯化出12株根瘤菌菌株. 16S rDNA测序分析结果表明, 分离纯化出的12株根瘤菌菌株为慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)属的慢生根瘤菌菌株, 与对照大豆慢生型根瘤菌(Bradyrhizboium japonicum) USDA110菌株相比, 具有较高的固氮酶活性. 选取其中固氮酶活性最高的3株根瘤菌株系混合制成的根瘤菌菌剂, 在华南地区典型的酸性缺磷土壤上进行田间实验, 结果表明, 不接种根瘤菌, 3个供试大豆品系完全不能结瘤; 接种根瘤菌后, 供试大豆品系的结瘤率为100%, 不仅能形成较多根瘤, 而且能显著提高大豆地上部生物量和产量, 改善植株氮、磷营养状况. 其中, 大豆品种华春3号的地上部干重、氮和磷含量分别比不接种提高了154.3%, 152.4%和163.2%. 研究结果表明, 本研究在华南酸性缺磷土壤中发现了土著的高效根瘤菌株系, 这些株系具有宿主范围广、高效结瘤、固氮效率高和耐酸、耐低磷的特点, 对华南地区酸性缺磷土壤具有较好的适应性; 土壤环境、宿主类型是筛选高效根瘤菌株系需考虑的关键因素, 综合选择不同酸度范围土壤、不同磷效率大豆品种可提高获得高效根瘤菌株系的几率; 增加氮营养、促进根系生长是酸性缺磷土壤上接种高效根瘤菌增加大豆磷吸收的可能机理; 在酸性缺磷土壤上接种高效根瘤菌, 能显著促进大豆生长、改善大豆氮、磷营养状况, 是提高该地区大豆种植水平、发展大豆生产的有效途径. 因此, 在实际生产中大力推广豆科作物接种高效根瘤菌技术具有重要的经济、环境和生态效益.     

苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti) nifA基因通过诱导宿主防卫反应调节根瘤的形成

苜蓿中华根瘤菌nifA基因是固氮基因的正调节因子, 本文研究了nifA基因对根瘤形成的调节作用. 在分裂根实验中, nifA突变株对另一侧根的结瘤抑制率比野生型菌下降43.7%, 感染突变株植物合成的植保素和形成的坏死细胞的数量也相应减少, 与植物防卫反应相关的苯丙氨酸解氨酶基因、查儿酮合成酶基因和几丁质酶基因不能表达. 这些结果说明, 苜蓿中华根瘤菌nifA基因通过诱导宿主植物的防卫反应对根瘤的形成进行调节. 虽然nifA突变株在宿主植物上引发根瘤的数量增加, 它合成的结瘤因子的量却比野生型菌株少. 因此, 可以推测nifA基因介导了多种信号途径对根瘤的形成进行调节.     

固氮正调节基因nifA促进大豆根瘤菌的结瘤效率

先前的工作指出nifA不仅调节niffix基因的表达，同时可能也调节包括根瘤形成和维持根瘤功能中的一些基因，通过在大豆根瘤菌Sinorhizobium fredii NH01中引入额外组成型表达的肺炎克氏杆菌（Klebsiella pneumoniae）nifA，研究固氮正调节基因nifA对共生结瘤过程的影响，研究结果发现，引入KpnifA可提高大豆根瘤菌的结瘤活力及竞争结瘤能力，同时初步试验结果证实，带额外nifA的大根瘤菌比野生型大豆根瘤菌具有更高的结瘤因子活性，推测nifA对结瘤过程的促进作用可能作用于根瘤菌的结瘤因子合成阶段，由于结瘤因子是诱导主形成根瘤的主要信号分子，而结瘤过程具有自我调节作用，植株一旦结瘤，就会抑进一步结瘤，因此引入固氮正调节基因nifA能提高结瘤效率。     

马桑根瘤内生菌纯培养物的成功回接及其分子鉴定

从马桑根瘤中分离获得４株具曲型弗兰克氏菌形态特征的内生菌纯培养物。结瘤试验证实它们均能侵染原寄主形成要根瘤。特异性寡核苷酸探针杂交结果也表明这些内生菌 培养物属于Ｆｒａｎｋｉａ属的成员。     

nifA突变的苜蓿根瘤菌在根瘤中的转录组学分析

用全基因组微阵列比较了根瘤中苜蓿根瘤菌1021的nifA突变菌和野生菌的基因表达谱. 分析结果表明, nifA的缺失引起601个基因的表达发生变化. 这些基因分别属于生物大分子的合成代谢、三羧酸循环及呼吸代谢以及结瘤固氮过程等多个功能组, 预示着根瘤中细菌的生长状态发生了显著的变化. 在根瘤中, fixK以及受其激活的基因在nifA突变菌中的表达量显著高于野生菌. 定量实时PCR分析表明, 根瘤中fixLJ的转录水平在nifA突变菌中显著高于野生菌. 通过统计学方法从13个表达发生显著变化的基因的上游调控序列中找到推测的NifA结合位点.     

根瘤——奇妙的氮肥制造厂

凡是在农村生活过的,尤其是亲自收获过大豆的人们,一定不会忘记,在大豆的根部生有许多圆鼓鼓的瘤状突起,这就是根瘤。在一般人心目中,生“瘤子”决不是什么好事情,但是,长在大豆根上的那些奇形怪状的瘤子,不但无害,反而有益。可以说,一个瘤子就是一座小小的“氮肥制造厂”。     

木麻黄根瘤内生菌(Frankia)的分离、培养和感染性

自1978年非豆科根瘤内生菌首次分离成功以来,已用不同的方法从香蕨木、赤杨、胡颓子、沙棘、杨梅等属中分离出各种Frankia菌株,但仍有不少属的根瘤内生菌至今仍未分离出来。1981年Gauthier等最早报道了从木麻黄的根瘤中分得了两株类Frankia菌,菌株能在培养条件下还原乙炔。Diem在1982年进一步报道了木麻黄根瘤内生菌的分离详细过程,     

人工诱发黄瓜根瘤中的内生菌及其与宿主植物细胞的超微结构关系

本文报道用透射电镜观察王曼新人工诱发黄瓜根瘤超薄切片所得到的一些结果。样品采于温室。电镜观察发现:在黄瓜根瘤细胞的细胞质中有内生的细菌;多数细菌显示根瘤菌类菌体的形态;有些细菌在分裂;菌体外边无包囊膜包绕,也未见其本身外部有细菌细胞壁和质膜的包被;这些细菌在结构上和物质上与宿主植物细胞的细胞器关系密切。作者根据超微结构特征认为菌与宿主细胞之间的关系是共生关系。电镜观察所见与测定出黄瓜根瘤具有固氮酶活性的实验结果一致。     

人工诱发元麦根瘤的微生物分离检验初探

《人工诱发元麦根瘤的微生物分离检验初探》一文是对王曼新同志人工诱发根瘤的又一科学验证,是从微生物分离方面进行的。它与电镜检查(本刊4卷11期)取得一致的结果,证明瘤中具有根瘤菌、放线菌、外生菌根真菌等有益菌种,一般认为这些菌类都是具有固氮活性的。其中也包括了排除农杆菌的实验,这样就从正反两方面比较更完整的验证了王曼新同志人工诱发出来的根瘤系属固氮菌类。     

人工诱发植物根瘤中有固氮菌类吗?——对元麦根瘤进行的观察

王曼新同志在他的文章发表后已得到当地有关领导部门的支持,和有关单位、个人的配合,进一步开展了他的实验活动。本期发表南京大学蒋虎祥同志关于王曼新在元麦上“人工诱发根瘤”切片的电镜观察报告就是这一期间的重要成果之一。蒋虎祥同志这一实验观察报告,以电子显微镜中所拍摄到的明白无误的照片,论证了经王曼新“人工诱发的元麦根瘤”中确实存在着与豆科作物根瘤相同的根瘤菌类菌体和放线菌,其形态特征简直维妙维肖。这证明,王曼新同志在非豆科作物的根系中确实诱发出了有固氮菌类共生的根瘤。这项实验观察结果无疑是对企图全盘否定王曼新此一成就者的一个有力的回答。当然,对人工诱发根瘤的实验分析研究,绝非仅是电镜切片观察,其他的实验工作也在进行,并已取得可喜的结果。本刊将陆续予以报道。     

金合欢根瘤类菌体周膜融合及其衰老解离的亚显微结构研究

世界上生物固氮效力以豆科植物最高。在细胞结构与功能研究中,根瘤菌和宿主植物间的关系是一个复杂过程。虽然这一由根瘤菌侵入根毛后,在宿主细胞质中发育形成固氮类菌体的过程,已有不少的报道。但对整个共生结构变化的了解仍然相当肤浅。1983年Sutton曾将一百多年来有关根瘤菌发育和衰老的研究423篇论文进行了专门性综述。其中尚无类菌体周膜融合与解离过程的研究。本工作是继文献[9]报道热带豆科根瘤结构研究的     

紫云英根瘤菌自生培养物的氢酶表达与固氮

根瘤菌吸氢酶引人注目的方面在于减少宿主植物的能量损失。尽管吸氢正反应(Hup~+)与吸氢负反应(Hup~-)菌株的比较回接试验在大豆、豌豆和豌豆类宿主植物上表明,植物干重和植物含氮量的提高与Hup~+之间尚无稳定的正相关性,但是,就植物光合产物的利用而言,与Hup~-比较,Hup~+的豌豆根瘤菌菌株显示出经济优势。氢吸收系统的效益在紫云英上也有所体现。前文,我们报道高活性的固氮酶与氢酶可在紫云英根瘤内协同形成,利用外源分子氢可提高根瘤的共生固氮活性。本文继续在自生条件下证明氢吸收活性与固氮酶的共轭表达,并表明固氮活性受氢吸收系统支持。     

苜蓿膜联蛋白MtAnn3基因的鉴定及其在根毛发育中的功能

通过5′RACE扩增了苜蓿膜联蛋白MtAnn3基因cDNA的5′末端序列.典型的膜联蛋白由一个N端结构域和一个C端保守的核心结构域组成,核心结构域一般含有4或8个由70个氨基酸组成的重复单元,而MtAnn3蛋白的核心结构域仅有1个重复单元.在洋葱表皮细胞中瞬时表达MtAnn3蛋白,揭示其具有细胞膜结合的特性.借助农杆菌介导的苜蓿转化实验表明,过表达MtAnn3的根部在不含Ca2+的培养基上生长,改变了根毛的极性,根毛顶端膨大变形,有时出现分叉现象.在农杆菌介导的MtAnn3启动子-GUS实验中,外源植物细胞分裂素可以诱导MtAnn3启动子的增强表达;接种苜蓿中华根瘤菌进行结瘤实验,启动子在根瘤原基和幼嫩根瘤中有较强的活性,而在成熟根瘤中活性较低,在衰老的根瘤中检测不到启动子活性.虽然MtAnn3在根瘤中的表达具有一定的时序性,它却不是瘤特异性的,它在苜蓿的根、茎、叶中都有高水平的转录表达.     

大豆结瘤和固氮的现代遗传学与生物技术学

大豆(Glycine max)是一种重要的供给粮食和动物饲料的主要农作物。作为豆科植物的一员,大豆与一种被称之为根瘤菌的土壤细菌形成了复杂的共生关系,结果导致新的根器官--根瘤的形成。在这个吸引人的新器官中,被植物所囚禁的根瘤菌能把空气中的氮气转换为可利用的氮肥。在巴西,有助于增加种子收成的细菌菌株借助微生物学手段已经被分离出来。目前,现代遗传学、生物技术学、生理学、生物化学和基因组学使得分离根瘤形成过程中的关键基因成为现实。 综合这些研究发现了诱导,并随后控制细胞分裂的一种新的分子机制。笔者所在的研究小组已经在大豆中克隆到了根瘤菌结瘤因子信号的关键受体,以及一些在复杂的根-茎-根信号传递途径中的分子组分,这些组分涉及到肽类激素,受体激酶和小的信号代谢产物。上述发现表明提高大豆产量和抗逆性的大豆改良进入一个新的阶段。     

噬菌体纯化方法的比较研究

噬菌体分离后,一般采用挑取法进行纯化而获得大小一致的溶菌班。但对某些细菌的噬菌体利用挑取法往往在平板上出现大小极不一致的溶菌斑。我们最初分离根瘤菌噬菌体时也观察到同样的清况,因此考虑到采用几种纯化的方法作比较,以获得大小一致的溶菌斑。本文报告这工作的结果。所采用的细菌为豌豆根瘤菌(Rhizobium legu-minosarum),由山东大学微生物教研室供给,编号59。一种是未经纯化的混合根瘤菌株(至少含两株,简称R_(59)),仅用于吸附实验的部分实验中;另一种是将R_(59)纯化后的根瘤菌株(简称R_5),本文所有的实验均采用此株。细菌为20—24小时的斜面培养,加液体培养基制成的细菌悬液。     

大豆根瘤中增强表达的WIP小多肽基因家族的分子鉴定

小肽分子是植物细胞分化、器官形成和生物防御的重要信号分子.通过分析大豆全基因组DNA序列,发现大量的基因编码小肽前体即小多肽分子.到目前为止,对这些小多肽分子的特征以及功能知之甚少.本文系统地分析了公共数据库中的大豆转录组数据,鉴定了212个在根瘤中增强表达的小多肽基因.其中79个基因属于38个多基因家族,而另外133个基因不属于任何基因家族.在38个基因家族中,有10个基因家族只出现在豆科植物中,另外28个也出现在模式植物拟南芥中.在大豆中,最大的一个基因家族是伤流诱导的小多肽(wound-induced small protein,WIP)基因家族,由38个成员组成,其中一半左右的基因在大豆固氮根瘤中增强表达.我们进一步分析了蒺藜苜蓿、百脉根、拟南芥和水稻中的WIP同源基因,发现部分基因也在根瘤中增强表达或者受病原菌诱导表达.二级结构分析显示,WIP小多肽前体均含有一个DUF3774结构域,其中包含2个跨膜疏水区域,多数分子具有N-端信号肽序列.我们选取了2个大豆WIP基因进行亚细胞定位分析,发现WIP小多肽定位于细胞膜上.有趣的是,34个大豆WIP基因成簇分布在3条染色体上,与目前发现的其他小多肽基因家族的分散分布(如CLE)完全不同.在6,12和13号染色体上分别分布有11,12和11个WIP基因.而在12号染色体上的WIP同源基因则位于13号染色体上,二者呈对应关系.而6号染色体上的WIP基因相互之间同源性最高,且只与12号染色体上的基因具有较高的同源性.因此,可以推测,在大豆基因组中WIP基因可能起源13号染色体,通过染色体复制扩散至12号染色体,再扩散到6号染色体.而在拟南芥和水稻基因组中,半数以上的WIP基因也分布在一条染色体上,且与大豆12和13号染色体上的WIP基因具有较高的同源性.因此,植物中WIP基因可能来源一个共同的祖先.     

紫云英根瘤菌基因文库的构建和结瘤基因片段的分离

根瘤菌(Rhizobium)与寄主豆科植物的共生涉及到根瘤菌和植物之间的识别;根瘤菌的浸染;根瘤的形成;根瘤菌类菌体的发育等一系列复杂的过程。 在苜蓿根瘤菌(R. meliloti)中决定引起根瘤的结瘤基因(nod gene),目前已经鉴定出nodA,B,C,D。因为这类基因在多种根瘤菌中都被找到,而且在功能上可以互补,所以     

β射綫(P~(32))对微生物的发育及其生理活动性的作用

电离輻射对微生物的作用,学者們曾做过很多工作,然而利用低剂量的射綫刺激微生物从而提高其生命活动的工作做得还很少。苏联学者E.H.索科罗娃曾研究了低剂量混合β射綫对豌豆根瘤菌和固氮菌的作用,証明培养液中加入少量的β混合射綫能刺激根瘤菌和固氮菌的发育,并且提高了固氮菌的固氮力。我們选择了放射性同位素P~(32)(KH_2P~(32)O_4)作为β射綫源。这是因为放射性同位素P~(32)不仅是β射綫源,而且磷是微生物生命活动所必需的营养元素之一。实驗种菌选用了我所分离出的大豆根瘤菌E203号、固氮菌230号和矿化有机磷細菌169号。大豆根瘤菌培养在酵母甘露蜜醇液体培养基中,固氮菌培