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,     

Frankia纯培养的无细胞抽提液固氮

自从1960年Carnahan等人证明巴氏梭菌粗抽提液的固氮酶活性以来,迄今已从大约20种不同微生物中获得了含固氮酶活性无细胞制剂,并对其中一些固氮酶的性质作了详细研究。但对非豆科树木形成固氮根瘤的Frankia内生菌纯培养尚未见报道。     

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。     

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。     

关于诱导无根瘤植物结根瘤的研究——化学因子2,4-D诱导根瘤菌在小麦上结根瘤

本文发现在灭菌的无氮培养液中,无菌培养通过或不通过春化阶段的无菌小麦幼苗,接种大豆根瘤菌,加入终浓度为1ppm的灭菌的2,4-D,于25～30℃下,在阳光照射的无菌箱内,用500ml的三角瓶培养,结果大豆根瘤菌能侵入小麦幼根结根瘤。在小麦根瘤的石蜡切片上和由瘤内分离出的菌体涂片上进行的荧光抗体试验和用接种的根瘤菌的抗血清与由瘤内分离的菌进行的玻片凝集反应及大豆根瘤菌鉴别的微生物学方法,都证明瘤内的菌为接种的大豆根瘤菌。试验组结瘤小麦的长势比对照组好,经低温处理者能抽穗、开花、结籽;而各对照组则在苗期枯萎。上述试验多年来以不同方法重复十多次以上,每次都能结根瘤。但固氮的问题尚需取得小麦整株干重的统计学数据和进行~(15)N_2示踪,进一步进行研究、确定。     

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.     

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.     

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。     

紫云英根瘤的分子氢再利用与固氮活性

大部分的豆科根瘤都可将ATP支持的固氮反应所生成的分子氢释放出来。由于豆科根瘤系统的固氮受光合产物供应的限制,因此,豆科根瘤的放氢被认为是一种耗能过程,导致固氮功效下降。 少数经筛选的根瘤菌,其形成的根瘤由于具有催化吸收分子氢的氢酶系统,因此不释放出分子氢;亦由于吸氢酶回收利用了固氮反应所放出的大量氢气,所以这样的根瘤就更为有     

普通野生稻(Oryza rufipogon)内生固氮菌多样性及高固氮酶活性

从广东博罗、惠来和海南陵水县普通野生稻中分离到37株内生固氮菌, 并测定其固氮酶活性. 经固氮酶基因(nifH)的PCR扩增检测, 37株内生固氮菌均能扩增出固氮酶基因(nifH)片段. 在80%相似性水平上, IS-PCR指纹图谱聚类分析得到8个类群(Ⅰ~Ⅷ). SDS-PAGE全细胞蛋白电泳聚类分析与IS-PCR的聚类结果相似. 对各类群相应代表菌株(Ls13, Ls8, BL1, BL12, HL6, Ls4)进行脂肪酸含量和成分比较, 结果表明, 这些菌株的脂肪酸成分和含量具有较大的差异. 16S rDNA序列分析表明, 类群Ⅰ~Ⅶ的菌株均属于肠杆菌科(γ-变形菌纲), 其中类群Ⅰ和Ⅱ的菌株属于克雷伯氏菌属不同种群; 类群Ⅲ菌株Ls8与成团泛菌(Pantoea agglomerans)的相似性为96%, 可能代表该属内的一个新种或一个新属; 类群Ⅳ和类群Ⅴ的菌株代表肠杆菌属的不同种群; 类群Ⅵ菌株Ls4和Ls9与无丙二酸柠檬酸杆菌(Citrobacter amalonaticus)有98%的相似性; 类群Ⅶ菌株Ls15与成团泛菌关系最近, 有97%相似性, 属于泛菌属; 类群Ⅷ属于Ideonella属(β-变形菌纲). 这些表明普通野生稻内生固氮菌具有较大的多样性, 且部分菌株具高固氮酶活性, 达42.52 ?mol C2H4·mL^-1·h^-1. 水稻接种实验表明内生固氮菌能明显促进水稻生长.     

线粒体-质体紧密联合的形成及其特征

目前,固氮细胞生物学的研究已从根瘤的一般结构逐渐深入到只研究其中一种细胞,如侵染细胞、非侵染细胞、皮层细胞.有的甚至开始只研究上述细胞中某一种组成部分,如细胞壁、细胞质、高尔基体、微体和特殊细胞质内含物等.因为这样的研究更有助于     

一个引人瞩目的人工固氮实验结果——祝王曼新同志的生物磁学工程新成就

我们怀着十分喜悦的心情,向大家推荐《作物根瘤的人工诱发》一文。作者王曼新同志运用磁处理的技术,对一些农作物的播种进行了某些适当的处理后,使许多种作物发生了可喜的变异:在根部长出了根瘤(本期封面和封二照片就是这些根瘤的形状)。这一成就,令人振奋,令人瞩目!     

根瘤形成的生理活性物质诱发理论

在“探索与假说”栏里,《根瘤形成的生理活性物质诱发理论》一文介绍了聂延富同志的一些观点,这些观点与传统的对根瘤的认识是不同的,希望大家对此展开讨论。     

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。     

植物激素与生理活性物质诱发根瘤的机制、理论探讨

人工诱发根瘤固氮的研究,目前十分活跃。用2,4-D诱发根瘤的发现者聂延富对这一问题进行了长时间的思考。聂的工作已得到了他人的重复,也逐步为微生物学界的同道们所接受。在这个基础上,他提出了植物激素与生理活性化学物质诱发根瘤的非结瘤基因的拟基因理论,简称“基因外拟基因理论”。此理论能否成立,当需更多实践的检验。读者若有兴趣,可在“探索与假说”栏里找到此文。     

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.     

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。     

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     

蒺藜苜蓿重金属转运蛋白HMA5基因在共生结瘤中的功能分析

重金属转运ATP酶(heavy metal transporting ATPase, HMA)主要参与植物体内重金属的转运.前期研究发现,HMA5基因与苜蓿铜胁迫及共生结瘤相关.为探明豆科植物根瘤中的铜离子吸收、转运及平衡机制,本研究以模式豆科植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula, Mt)为材料,对其HMA5同源基因MTR_8g079250在共生结瘤中的功能进行了初步研究.亚细胞定位分析表明, MTR_8g079250主要定位于细胞膜和细胞核上; GFP::MTR_8g079250融合表达分析显示, MTR_8g079250主要在根瘤的分生区、侵染区、皮层和根的中柱、根冠表达, RNAi沉默目的基因后对共生固氮表型没有产生明显影响.然而,目的基因过表达植株的鲜重和单株根瘤数目较野生型明显降低,侵染线和根瘤原基也显著减少;透射电子显微镜分析表明,根瘤细胞中含有少量的类菌体且形状不规则,环类菌体空间增大,呈现出早衰的迹象; q RT-PCR结果显示,结瘤标志性基因NIN、DMI1、ENOD11和豆血红蛋白基因的表达水平均有不同程度的下调,豆血红蛋白基因的表达水平也有所下调.这些结果表明, MTR_8g079250过表达对共生结瘤有抑制作用.