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     

紫云英根瘤菌nodD基因的克隆及核苷酸序列

豆科植物紫云英(Astragalus sinicus)是生长于我国南方地区的重要绿肥之一.紫云英根瘤菌(Rhizobium huakuii即R.astragali)是革蓝氏阴性细菌,感染豆科植物紫云英后形成有效的固氮根瘤.决定根瘤菌在宿主植物引起根瘤的基因称结瘤基因(nod和nol基因),nod和nol基因的诱变将导致根瘤菌不能或延迟在宿主植物上结瘤.这些基因包括共同结瘤基因nodABC,nodIJ.宿主专一性结瘤基因(hsn)nodEF,nodG,nodH,nodQ等及与结瘤有关的一些nol基     

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.     

人工光照条件下深红红螺菌的氢代谢途径

深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)在不同培养条件下分别有多种酶参与氢的代谢. 为研究R. rubrum在人工光照条件下氢代谢途径及各代谢途径对光合产氢的贡献, 分别构建了3个缺失突变株: Fe-固氮酶缺失单突变株、Fe-固氮酶和Mo-固氮酶双缺失突变株以及吸氢酶和Fe-固氮酶双缺失突变株. 比较R. rubrum野生型菌株、吸氢酶缺失单突变株及所构建3个突变株的固氮酶活性及光合氢产量. 结果表明, 在人工光照条件下, Mo-固氮酶和Fe-固氮酶是R. rubrum产氢的关键酶; 除Fe-和Mo-固氮酶外还有第3种途径参与氢代谢, 该代谢途径产生的氢气量较小. Mo-固氮酶、Fe-固氮酶和第3种途径对光合产氢的贡献率分别为93.5%, 4.9%和1.5%; 吸氢酶消耗13.3%的氢气. 甲酸裂解氢酶活性测定表明, 第3种产氢途径并非由甲酸裂解氢酶介导, 而可能是一种未知酶参与人工光照条件下R. rubrum的氢代谢.     

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.     

中国生物固氮研究现状和展望

生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展. 本文在介绍国际生物固氮研究进展的同时, 着重叙述了生物固氮研究取得的重大进展和成果: 收集了根瘤菌资源, 建立了最大的数据库, 修正和发展了国际上对根瘤菌的分类; 发现了固氮基因, 证实了克氏杆菌固氮基因操纵子的连锁性及正调控基因的调节机制和对氧、温度的敏感性; 发现苜蓿根瘤菌结瘤调控基因nodD3的产物对结瘤基因表达的启动不受宿主类黄酮的作用; 发现苜蓿根瘤菌的碳利用基因和固氮生物氮代射和碳代谢基因表达及其调节的偶联作用; 化学合成了根瘤菌的结瘤因子; 在固氮基因表达调节基础上, 构建了固氮基因工程菌株, 并在生产中得到应用; 提出了化学模拟固氮酶的结构和功能, 固氮酶活性中心的模型和合成了模型化合物, 受到了国际高度评价. 根据国际上研究的趋势并结合国内的研究进展, 提出了生物固氮研究的发展方向, 建议在联合(内生)固氮菌固氮基因调控及其提供氮素的作用, 根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮的信号传递和分子相互作用, 氮、碳代谢和固氮与光合作用的偶联与共生结瘤固氮中功能基因组学等方面展开积极研究.     

紫云英根瘤菌nif DNA的分子克隆

固氮微生物中涉及到与固氮作用有关的基因的研究已有详细的报道. 共生固氮根瘤菌中参与固氮作用的基因有二类,一类是与肺炎克氏杆菌Kp nif基因有同源性的基因——nif基因,另一类是在共生状态进行固氮作用所必需的其它基因——fix基因.根瘤菌中nif与fix基因中的任何一个基因发生突变,根瘤菌虽仍感染宿主发育成根瘤,但不能固氮.     

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     

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。     

苜蓿中华根瘤菌烯脂酰ACP还原酶基因fabI1的功能研究

我们先前的工作表明, 苜蓿中华根瘤菌的烯脂酰ACP还原酶基因fabI1在nifA突变根瘤中表达水平降低. 本研究构建了fabI1的定点插入突变体. 与野生型相比, 突变菌株的生长速度变慢, 在高浓度NaCl培养基上的生长能力降低. 在半固体培养基上, 该突变体的涌动能力完全丧失. 在共生过程中, 突变菌株在宿主植物上延迟结瘤, 形成根瘤的能力下降. 虽然苜蓿中华根瘤菌中的烯脂酰ACP还原酶基因fabI2的序列与fabI1有66%的一致性, 但fabI2不能恢复fabI1突变体的表型, 揭示了这两个基因在功能上的差异.     

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。     

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。     

磁螺菌(Magnetospirillum gryphiswaldense)氢酶基因功能分析及对细胞生长的影响

探讨了磁螺菌(Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1)氢代谢与细胞生长、磁小体合成之间的关系. 分别构建了吸氢酶大亚基基因hupL缺失突变株L206和氢酶大亚基基因hyaB与hupL的双缺失突变株B206. 比较了野生型菌株与突变株在摇瓶培养条件下的吸氢量、放氢量、细胞生长曲线和铁的吸收, 并结合电子显微镜观察了细胞内磁小体合成情况. 结果表明, 磁螺菌HupSL为专一性的吸氢酶, HyaAB为专一性的放氢酶; L206在磁小体合成过程中的放氢量相对较高, 其生长速度、铁吸收速度明显快于MSR-1及B206. 推测磁螺菌可通过上述吸氢酶和放氢酶的作用适当调节细胞内还原力的平衡, 促进铁的吸收和磁小体合成.     

结瘤基因群调控蛋白Nod D在DNA分子上的结合位点的测定

豆科植物和根瘤菌协同进行共生固氮,是自然界将游离的N_2转化成有机NH_3的主要途径之一。共生固氮只有在根瘤内环境中才能进行。通过转座突变、重组克隆和转化等一系列实验后发现,共生固氮菌中存在着一群特定的基因——结瘤nod基因,它们引起植物根部结瘤,并决定寄主的专一性。不同根瘤菌内的nod基因数量虽然不同,但一般不超过十多个。     

结瘤基因调控区中多个活性位点的发现

豆科植物的结瘤是共生生物固氮的首要环节。在豌豆根瘤菌中已鉴定出13个结瘤基因,它们的活动促成豌豆根部结瘤。在这些基因中有一个调控基因nodD。在植物分泌的信号分子——类黄酮的存在下,nodD基因的产物NodD蛋白对其它结瘤基因的活动起着重要的调     

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。     

固氮蓝藻与棕色固氮菌 固氮酶组分的互补功能

迄今为止,发现各种固氮生物的固氮酶均由两种不同的蛋白组分构成。这两种蛋白单独存在无活性,重组时则有活性。不同来源的固氮酶在性质上有许多相似之处,因此,观察不同生理类型和进化程度的生物固氮酶组分之间能否交叉互补。对于固氮酶结构、功能及进化的研究,是很有意义的。过去有些研究人员曾报道过这方面的工作。但所用材料多数是细菌,用蓝藻的不多,而蓝藻无论在生理特点上还是在进化上都是最有代表性的固氮生物。     

苜蓿根瘤菌nod C蛋白生化特性的分析

根瘤菌的共同结瘤基因nod A,B和C,具有高度的保守性。这些基因对诱发宿主根毛的卷曲和根瘤早期的形成起重要作用.比较苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)和碗豆根瘤菌(R. Leguminosarum)结瘤基因的DNA序列,由此得出nod C蛋白(Nod C)的氨基酸顺序同源性达95％。最近开始对结瘤蛋白生化功能的研究表明,Nod C的结构同细胞表面受体非常类似。