土壤伯克氏菌

在自然界存在一种叫做土壤杆菌的细菌，它能感染植物的受伤组织，特别是根茎交接处的受伤组织，引起冠瘿瘤。冠瘿病损害为数众多的双子叶植物，特别是葡萄、核果类树木和观赏植物。冠瘿细胞是植物肿瘤细胞，在许多方面与动物肿瘤细胞类似。它们只有无限生长的能力，把一小块冠瘿组织放入不含植物激素的培养基中培养，能长成大的细胞团块(愈伤组织)，而正常植物细胞在不加植物激素的培养基中则不能生长。冠瘤拥胞能制造一类叫做冠瘿碱(opine)的氨基酸衍生物(如章鱼碱和蓝曙红)，供根癌土壤杆菌作为养料使用，在正常植物细胞中从未发现过这类物质。 根癌土壤杆菌能把植物细胞转化为肿瘤细胞，是由于它含有一种肿瘤诱导质粒，简称Ti质粒。当细菌感染植物时，Ti质粒中大约占这个质粒l／10的DNA片段(称为转移DNA或T—DNA)进入植物细胞，并整合到植物的染色体上，随染色体一起复制。随后T—DNA携带的细菌基因（致瘤基因和合成冠瘿碱的基因)使在植物细胞中表达，使植物细胞转化成肿瘤细胞，并合成冠瘿碱。由于根癌土壤杆菌能把细菌基因引入植物细胞，并在那里表达出蛋白质来，所以人们称它为天然的“遗传工程师”。这给人们以启示。能否用重组DNA技术把与高产、优质、抗病、抗旱和抗盐碱等优良件状有关的基因循人到T—DNA中，然后再通过根癌土壤杆菌的感染把这些基因引入植物细胞呢?最近几年的研究进展表明，这是完全可能的。 Ti质粒是独立复制的环状DNA分子。由大约1．5—2xl05碱基对组成，相当于细菌染色体的3—5％。它有两个主要类型：一类叫章鱼碱质粒，含有这种质粒的细菌能以章鱼碱为氮源和碳源生长；另一类叫蓝署红质粒，含有这种质粒的细菌能利用蓝曙红。每一种根癌土壤杆菌只含有一种Ti质粒，或者是章鱼碱质粒，或者是蓝曙红质粒。这两种质拉的DNA同源性很低，一般为12—16％，说明它们可能具有不同的进化史。T—DNA是Ti质粒中最重要的组成部分．它所携带的基因主要有两个功能：一是决定肿瘤的形成和肿瘤的形态；二是控制冠瘿碱的合成。如果T—DNA中的致瘤基因发生突变，可能出现三种表型：一是产生比正常肿瘤个大的肿瘤；二是使肿瘤长出许多根；三是使肿瘤长出许多芽。在T—DNA区域以外也有一些基因已被定位，其中毒性基因的功能是决定根癌土壤杆菌对植物的感染以及T—DNA的进入和整合；章鱼碱代谢基因和蓝曙红代谢基因分别编码代谢这两种冠瘿碱的酶；质粒转移基因控制细菌的接合作用；不相容性基因控制Ti质粒与其它质粒的不相容性。 Ti质粒之所以能成为把外源基因引入植物的良好载体有两方面的原因。第一，携带质粒的根癌土壤杆菌的寄主范围很广，实际上它能转化所有的双子叶植物。第二，整合到植物染色休上的T—DNA能随种子遗传，而且T—DNA有自己的启动基因，可以启动与其连接的外源基因的转录。此外，也有人研究以植物病毒DNA为载体转移目的基因，或者直接把DNA注射到植物的花粉管和子房中。Ti质粒直接用作基因载体有两个困难：一是它的分子量太大，内切酶位点很多，不容易进行体外重组DNA操作；二是被T—DNA转化的植物细胞成为肿瘤细胞，不能再生成植株。克服第一个困难的办法是先把T—DNA克隆到大肠杆菌的小质粒上，把目的基因插入到小质粒的T—DNA中，然后再设法转移到天然的Ti质粒中。克服第二个困难的办法是在T—DNA的特殊位点中插入目的基因和供筛选用的抗药基因，一方面使致瘤基因发生插入突变，从而使转化细胞能再生成植株，另一方面使目的基因正好位于T—DNA的启动基因的下游，以便启动目的基因的转录。有人经过研究发现了这样一种作用模型：大多数双子叶植物受伤后会产生一种叫丁香酮(acetosyringone)的物质，这时土壤农杆菌感染后，丁香酮在Ti质粒上Vir A的产物A的协同作用下促进了Vir G产物G的活化(即磷酸化)，然后产物G相继激活Vir B、V ir c、Vir D、Vir E等操纵子，特别是Vir D和Vir E。前者产生两种蛋白，D1为缺刻酶(nickase)，它能特异性地在T—DNA两端产生缺刻；D2则是一种蛋白复合物，它粘在已断开的T—DNA的两端，具“导航”的功能，有人认为它是Rec A，起重组的作用。后者产生单链结分蛋白(SSB)，有保护缺刻产生后的T—DNA的功能。T—DNA在诸多蛋白的导航、保护下重组进核基因组。这种转比方法优点是方便，不需分离原生质，且插入的基因拷贝数目少，比较稳定。但它的缺点是土壤农杆菌主要只适于侵染双子叶植物，单子叶植物能被侵染的较少，这就在一定程度上影响了这种方法的推广。有人发现单子叶植物受伤后很少产生丁香酮，这是否是侵染的关键呢?目的许多实验室都在作这方面的探索，以期望能克服这种方法的局限性。http://hiphotos.baidu.com/wfvcshengwu/abpic/item/629fdb39539824d63b87ce6e.jpg

如何应对被重金属严重污染的珠三角土壤？据媒体报道，德国科学家新近研究出一种能吃掉有毒重金属的超能力细菌。昨日（2005年9月2日），就“细菌吃重金属”修复土壤的可能性和可行性，采访了广东省生态与土壤研究所研究员陈能场，他是省内正在做土壤修复的专家之一。他指出，理论上讲可行，但面临着如何分离收集细菌等问题。发现能吃核废料的细菌 据美国《物理学组织网站》报道，德国科学家在近日新发现了一种特殊的细菌。据称，这种细菌竟然能够在有毒的核废料中存活，还能够聚集吸附有毒重金属。外国科学家们认为，这种细菌具有如此强的适应能力，或许可以用于清洁金属有毒物的废弃场所。 对此，陈能场告诉，从理论上说，细菌吃掉重金属完全可能。“吃”实际上是一种吸附，即微生物如果能在有重金属的环境中存活，在新陈代谢过程中，自然会对重金属产生吸附作用。据介绍，这种方法过去的几年在日本、德国已有较好发展。 不过，据了解，国内目前对细菌吸收重金属的研究实验水平还远远不如国外。

加拿大科学家研究认为，某些工业产品中含有的银纳米粒子对一些生活在北极极地土壤中有益的细菌来说毒性非常大。科学家发现，将一定数量的银纳米粒子加入取自北极极地的土壤中后，会造成土壤中的许多种类的细菌数量减少，还会使一种有益的慢生菌全部消失。科学家担心纳米粒子进入自然环境可能破坏土壤生态系统。相关文章发表在最新一期出版的《有毒材料》杂志上。　　银纳米粒子作为抗微生物剂被大量用于防臭袜和T恤衫等日用消费品中。据统计，目前市场上有1300多种产品含有纳米粒子，这些产品包括不粘锅、织物柔软剂、长毛绒玩具以及某些食物和饮料等。参与此项研究工作的加拿大女王大学生物学家维吉尼亚·沃克表示，该研究成果有助于促请人们重新考虑如何更加安全使用纳米粒子。 　　沃克称，全球每年生产出数百万吨纳米粒子，其中不少最终将进入到环境中，他们的研究工作就是想找出这些纳米粒子到底对土壤中的细菌有何影响。 　　研究小组在加拿大极地地区收集了土壤样品，他们认为极地地区无人居住，因此土壤还未受到纳米粒子的污染。研究人员分析了这些土壤中的脂肪酸和DNA（脱氧核糖核酸），以确定土壤中含有哪些细菌。然后，研究人员将土壤与银、铜、硅等纳米粒子分别混合，使其含量达到土壤重量的0.066%。半年后，他们对土壤样品中的脂肪酸和DNA再次进行了分析，并将结果与未含纳米粒子的土壤样品进行比较。他们发现，铜和硅纳米粒子对土壤的影响不大；但是在掺入银纳米粒子的土壤中，一种称为Bradyrhizobiumcanariense的慢生细菌完全消失了，大多数其他细菌的数量也降低了，细菌DNA的总数量下降了44%，只有一种叫Bacillales的细菌其数量有所增加，而这种细菌的生存能力向来就非常强。 　　研究人员非常关注这种慢生细菌的消失，因为它是一种固氮细菌，对植物从土壤里吸收氮非常有用。而在实验室试验中，他们再次确认了这种慢生细菌比其他细菌更易受到银纳米粒子的负面影响。即便是面对低于土壤里10倍量的纯纳米粒子，这种细菌都会立即死亡。　　研究人员因此担心，银纳米粒子的影响可能破坏极地区域的生物地理化学循环。(科技日报)