土壤微生物对rhizobiumetlicfn42结瘤的影响
:根瘤菌可以在豆科植物根部形成根瘤从而利用空气中的N2，这其中包括了一系列不同的信号传导过程。群体效应(quorum sensing, QS)是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为，有群体感应的细菌能产生并释放一种被称为自体诱导(autoinducer, AI)的信号分子[1]。菜豆根瘤菌（R.etli）包括三对luxR/luxI型特征性群体感应调控基因单元，其中cinRI调控系统处于主导地位，如果将cinR缺失，其整个调控系统基本处于瘫痪状态。实验通过比对Rhizobium CFN42及△cinR突变株在无根瘤菌土壤中的瘤数和瘤重，及在有根瘤菌土壤中两菌株与本地根瘤菌的竞争结瘤能力，分析QS在R.etli结瘤能力和竞争能力上的影响。实验采集8种土，发现南理工土壤（无根瘤菌），10E2时微生物对WT的结瘤有促进作用。下马坊土壤（有根瘤菌），WT和△cinR在结瘤数上没有差别，但在竞争能力上WT比△cinR强，而这种竞争结瘤能力的差异是因为土壤中的本地根瘤菌作用还是土壤中除了根瘤菌以外其他的微生物作用还不太明确。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1 引言 2
1.1 根瘤菌 2
1.2 群体感应系统 2
1.3 菜豆根瘤菌的cinR/cinI调控系统 2
1.4 竞争结瘤 3
2 材料与方案 3
2.1 土壤 3
2.2 实验菌株 3
2.3 培养基 4
2.4 研究方案 4
2.4.1研究方法 4
2.4.2实验方案 4
3 实验结果与分析 4
3.1 蛭石土壤模拟实验 4
3.1.1蛭石中活菌计数 4
3.1.2WT和△cinR在蛭石中1:1接菌时的竞争结瘤 5
3.2 前期土壤定植实验 5
3.3 菜豆根瘤菌植物学实验 6
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3.3.1 WT和△cinR在无根瘤菌的土壤中的结瘤情况 6
3.3.2 R.etli WT和△cinR在有根瘤菌的土壤中的结瘤情况 7
3.3.3南农植物分类园 10
4 结论与讨论 10
致谢 11
参考文献 11
土壤微生物对Rhizobium CFN42结瘤的影响
引言
1 引言
1.1 根瘤菌
据估计,全球生物固氮量约为17500万吨,而现今工业上采用的HaberBosch 法固定大气氮的无机氮量约为4500万吨,不及生物固氮量的三分之一。其中豆科植物根瘤菌的共生固氮量为3500万吨,几乎可以与工业法固定的无机氮相媲美[2]。自德国Hellriegel和H Wilfarth(1886年)开展共生固氮研究以来,共生固氮研究从经典的生态学、生理学和遗传学研究进入了分子生物学领域,这些研究对提高豆科植物共生固氮作用和非豆科植物固氮奠定了科学基础。共生固氮作用的表现是,在豆科植物根上形成特异的结构—根瘤,它的形成是植物宿主和根瘤菌对抗与协调的统一,这个过程受到豆科宿主和根瘤菌双方基因的调节和控制。在根瘤菌发育过程的各时期都有特定的根瘤菌与植物之间信息交换和基因的表达。根瘤菌和豆科植物的相互作用始于共生伙伴间信号交换和相互识别，在有限的氮气条件下,根瘤菌NodD蛋白识别植物根系分泌的特异类黄酮(flavonoids),并与之结合,激活其他的结瘤基因,根瘤菌合成并分泌脂多糖信号分子,即结瘤因子(Nod factors)，诱导根毛变形、表皮细胞膜去极化、根毛内钙流量变化以及共生早期特异的植物早期根瘤素基因表达。细菌通过形成新的侵染线侵入植物,同时诱导皮层细胞分裂形成根瘤原基,侵染线向原基生长,细菌被释放进入宿主细胞质,根瘤原基发育成一个成熟的根瘤,同时细菌分化成共生形态—类菌体,后者产生固氮酶催化空气中的氮气还原为氨基酸供植物利用。一个有效固氮共生体系的形成必须有根瘤菌结瘤基因（nod、nol、noe）和固氮基因（nif）的参与[3]。而结瘤基因是形成根瘤菌豆科植物体系中侵染和结瘤必不可少的第一步，结瘤基因与宿主植物之间巧妙的进行分子对话，从而诱导根部细胞有关根瘤形成的基因表达。
1.2 群体感应系统
根瘤菌可以根据胞外各种不同的小分子化合物感知外界环境的变化调整胞内的信号通路做出相应的生理行为的调整和变化，通过这种胞内胞外独特的信号传导，低等生物实现了与其他生物间的相互作用。在细菌胞外信号分子调节系统中群体感应（Quorum Sensing）[4]的调节尤为重要,它是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为，具有群体感应的细菌能产生并释放一种被称为自体诱导物(autoinducer, AI)的信号分子[5]，它可以被多种生物群落感知，并随着细胞密度增加而同步增加，当自体诱导物积累到一定浓度时会改变细菌特定基因的表达。
1.3 菜豆根瘤菌的cinR/cinI调控系统
R.etli CFN42菌株的基因组包括一个染色体DNA和6个大质粒序列，Case等人[6]对512株完成测序的微生物进行了群体感应相关基因的序列分析，发现在R.etli CFN42基因组中存在三种LuxI基因和九种LuxR基因。但目前仅对位于质粒p42a上traR/traI系统研究的较为详细[7]。R.etli CFN42的traR/traI系统主要有4个调节基因：traI，traR，traM和cinR，其中TraI负责3oxoC8HSL的合成，traI受其自身基因产生正向调控，同时受traR和cinR调控蛋白的调节。质粒p42a的转移受TraI、TraR、和CinR的调节，traItrb操纵元与根癌土壤杆菌的Ti质粒上的traItrb操纵元同源性很高。该tra系统可能参与调控共生质粒p42d的接合转移过程，并不直接参与菌株的共生结瘤过程[812]。此外，Cristina等人还在R.etli CFN42中检测到了3OHC8HSL的存在，但其对应合成酶基因和功能目前尚不明确。
1.4 竞争结瘤
根瘤菌剂接种豆科作物是一项普遍推广的农业技术。但由于土壤中含有固氮效率差别极大的土著根瘤菌群体，干扰和降低了接种根瘤菌的占瘤率，致使接种根瘤菌剂的增产效果不显著[13]。因此弄清根瘤菌的竞争结瘤机制和提高接种菌剂的占瘤率，是生物固氮研究领域的理论和实际中急需解决的问题。根瘤菌竞争结瘤是个非常复杂的问题，目前已知的产生原因可分为三类：一为环境因素，如土壤的类型，肥力，土壤微生物的种类，或土壤中根瘤菌的位置，菌群体大小及环境变化影响菌的生长以及拌种的方式等，由此会影响到竞争结瘤；二是菌本身与竞争有关的因素，如菌的运动性，生长繁殖速度,菌的结瘤速度，细胞表面的特征及根瘤形成效率等，本质上是菌本身的遗传背景所致。
2 材料与方案
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摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1 引言 2
1.1 根瘤菌 2
1.2 群体感应系统 2
1.3 菜豆根瘤菌的cinR/cinI调控系统 2
1.4 竞争结瘤 3
2 材料与方案 3
2.1 土壤 3
2.2 实验菌株 3
2.3 培养基 4
2.4 研究方案 4
2.4.1研究方法 4
2.4.2实验方案 4
3 实验结果与分析 4
3.1 蛭石土壤模拟实验 4
3.1.1蛭石中活菌计数 4
3.1.2WT和△cinR在蛭石中1:1接菌时的竞争结瘤 5
3.2 前期土壤定植实验 5
3.3 菜豆根瘤菌植物学实验 6
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.3.1 WT和△cinR在无根瘤菌的土壤中的结瘤情况 6
3.3.2 R.etli WT和△cinR在有根瘤菌的土壤中的结瘤情况 7
3.3.3南农植物分类园 10
4 结论与讨论 10
致谢 11
参考文献 11
土壤微生物对Rhizobium CFN42结瘤的影响
引言
1 引言
1.1 根瘤菌
据估计,全球生物固氮量约为17500万吨,而现今工业上采用的HaberBosch 法固定大气氮的无机氮量约为4500万吨,不及生物固氮量的三分之一。其中豆科植物根瘤菌的共生固氮量为3500万吨,几乎可以与工业法固定的无机氮相媲美[2]。自德国Hellriegel和H Wilfarth(1886年)开展共生固氮研究以来,共生固氮研究从经典的生态学、生理学和遗传学研究进入了分子生物学领域,这些研究对提高豆科植物共生固氮作用和非豆科植物固氮奠定了科学基础。共生固氮作用的表现是,在豆科植物根上形成特异的结构—根瘤,它的形成是植物宿主和根瘤菌对抗与协调的统一,这个过程受到豆科宿主和根瘤菌双方基因的调节和控制。在根瘤菌发育过程的各时期都有特定的根瘤菌与植物之间信息交换和基因的表达。根瘤菌和豆科植物的相互作用始于共生伙伴间信号交换和相互识别，在有限的氮气条件下,根瘤菌NodD蛋白识别植物根系分泌的特异类黄酮(flavonoids),并与之结合,激活其他的结瘤基因,根瘤菌合成并分泌脂多糖信号分子,即结瘤因子(Nod factors)，诱导根毛变形、表皮细胞膜去极化、根毛内钙流量变化以及共生早期特异的植物早期根瘤素基因表达。细菌通过形成新的侵染线侵入植物,同时诱导皮层细胞分裂形成根瘤原基,侵染线向原基生长,细菌被释放进入宿主细胞质,根瘤原基发育成一个成熟的根瘤,同时细菌分化成共生形态—类菌体,后者产生固氮酶催化空气中的氮气还原为氨基酸供植物利用。一个有效固氮共生体系的形成必须有根瘤菌结瘤基因（nod、nol、noe）和固氮基因（nif）的参与[3]。而结瘤基因是形成根瘤菌豆科植物体系中侵染和结瘤必不可少的第一步，结瘤基因与宿主植物之间巧妙的进行分子对话，从而诱导根部细胞有关根瘤形成的基因表达。
1.2 群体感应系统
根瘤菌可以根据胞外各种不同的小分子化合物感知外界环境的变化调整胞内的信号通路做出相应的生理行为的调整和变化，通过这种胞内胞外独特的信号传导，低等生物实现了与其他生物间的相互作用。在细菌胞外信号分子调节系统中群体感应（Quorum Sensing）[4]的调节尤为重要,它是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为，具有群体感应的细菌能产生并释放一种被称为自体诱导物(autoinducer, AI)的信号分子[5]，它可以被多种生物群落感知，并随着细胞密度增加而同步增加，当自体诱导物积累到一定浓度时会改变细菌特定基因的表达。
1.3 菜豆根瘤菌的cinR/cinI调控系统
R.etli CFN42菌株的基因组包括一个染色体DNA和6个大质粒序列，Case等人[6]对512株完成测序的微生物进行了群体感应相关基因的序列分析，发现在R.etli CFN42基因组中存在三种LuxI基因和九种LuxR基因。但目前仅对位于质粒p42a上traR/traI系统研究的较为详细[7]。R.etli CFN42的traR/traI系统主要有4个调节基因：traI，traR，traM和cinR，其中TraI负责3oxoC8HSL的合成，traI受其自身基因产生正向调控，同时受traR和cinR调控蛋白的调节。质粒p42a的转移受TraI、TraR、和CinR的调节，traItrb操纵元与根癌土壤杆菌的Ti质粒上的traItrb操纵元同源性很高。该tra系统可能参与调控共生质粒p42d的接合转移过程，并不直接参与菌株的共生结瘤过程[812]。此外，Cristina等人还在R.etli CFN42中检测到了3OHC8HSL的存在，但其对应合成酶基因和功能目前尚不明确。
1.4 竞争结瘤
根瘤菌剂接种豆科作物是一项普遍推广的农业技术。但由于土壤中含有固氮效率差别极大的土著根瘤菌群体，干扰和降低了接种根瘤菌的占瘤率，致使接种根瘤菌剂的增产效果不显著[13]。因此弄清根瘤菌的竞争结瘤机制和提高接种菌剂的占瘤率，是生物固氮研究领域的理论和实际中急需解决的问题。根瘤菌竞争结瘤是个非常复杂的问题，目前已知的产生原因可分为三类：一为环境因素，如土壤的类型，肥力，土壤微生物的种类，或土壤中根瘤菌的位置，菌群体大小及环境变化影响菌的生长以及拌种的方式等，由此会影响到竞争结瘤；二是菌本身与竞争有关的因素，如菌的运动性，生长繁殖速度,菌的结瘤速度，细胞表面的特征及根瘤形成效率等，本质上是菌本身的遗传背景所致。
2 材料与方案
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