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单词 田菁茎瘤菌自生固氮
释义

【田菁茎瘤菌自生固氮】
 

拼译:free nitrogen fixation of azorhizobium caulinodans on sesbania rotrata
 

茎瘤菌能侵入毛萼田菁,并形成根瘤和茎瘤。茎瘤菌为G-小杆菌,大小为0.5~0.6×1.5~2.5μm;能运动,在固体培养基上为周生鞭毛,在液体培养基中为侧生鞭毛;在YMA培养基上生长,菌落小呈针尖状;在YLA培养基上生长,菌落为乳白色,不透明,为边缘整齐略扁平的圆形菌落;在YL培养基中,置于28℃振荡培养,代时为2.5h,终H+浓度为4.37×10-9ml/L,属快生型根瘤菌。但鉴定细菌时常用碳源检测,不利用乙酸、山梨糖和D-木糖;除利用肌醇作碳源产碱不明确外,利用其他碳源几乎全部产碱,生长最佳碳源为乳酸,这又明显区别于其他快生型根瘤菌。可利用N2和蛋白胨作氮源,当环境中有O2、CO2、H2和N2存在时,在无机培养条件下能自生固氮,但不能自养生长。好氮,DNA的G+Cmol%为66。B.L.Dreghus(1988)根据模式菌株ORS 571的表型和基因型特征,以及其能自生固氮和形成茎瘤的特性,定名为Agorhigobium caulinodans。

A.caulinodans模式菌株ORS 571在进行固氮时,以两种形式进行同化代谢,即在自生状态时,固氮与氨的同化相偶联,直接同化固定的氮;而在共生条件下,类菌体的固定氮与氨同化解偶联(GS和GOGAT酶活性被抑制),固定的氮分泌到类菌体外被同化。

ORS571在以N2为氮源进行生长时,以谷氨酰胺合成酶(GS)-谷氨酸合成酶(GOGAT)途径同化氨,但它的这条途径表现出独特的生理特性,即菌体细胞内仅有GSI,缺乏GSⅡ。

A.caulinodans ORS571自生固氮的显著特点是耐较高的氧浓度,并保持所固定的氮留在胞内。连续培养条件下,ORS571在自生固氮时,最佳溶解氧浓度为4.5μmol,耐最大溶解氧为6μmol,耗氧速率为100~160n mol O2/mg菌体干重·min。ORS571自生固氮时,留在细胞内的氨占总固氮量的88%~92%。连续培养的ORS571具有与固氮酶相偶联的高亲和末端氧化酶系统。在4.5~5.5μmol溶解O2的高氧浓度条件下培养A.caulinodans ORS571,提高反应体系的溶解氧浓度,固氮酶活性会随氧的浓度提高而提高。在低氧浓度培养的ORS571的培养体系中,氧流量增大6倍,但体系中溶解氧几乎平衡,仅微有增加,这充分说明ORS571具有很高的呼吸率。ORS571除具有高呼吸率的特性外,培养菌体与类菌体一样,具有较高的超氧歧化酶(SOD)活性,因此,SOD在A.caulinodansr的自生固氮作用中也有一定的氧保护作用。

Kush(1985)分离纯化了ORS571自生固氮条件下的固氮酶,与其他固氮微生物一样,有两种金属蛋白组分,即铝铁蛋白(组分Ⅰ),分子量为219000,为α2β2型四聚体,亚单位分子量分别为56000和59000;铁蛋白(组分Ⅱ),是分子量为74000的二聚体,亚单位分子量36000。在有氨存在的条件下,ORS571的固氮酶容易引起氨关闭,这与蛋白合成无关,并为可逆性。被氨关闭的固氮酶组分Ⅰ和组分Ⅱ在SDS-PAGE上的电泳图谱与未被氨关闭的图谱完全相同,当固氮酶被关闭时组分Ⅱ活性大幅度下降,但组分Ⅰ不受氨影响。在自生固氮时,反应体系中有烟酸存在时,固氮活性和耐氧程度提高,由于烟酸可被氧化,致使反应体系中氧浓度下降,从而提高在反应体系中耐氧能力和自生固氮的固氮活性。

A.caulinodans ORS571有氢酶活性,在自生固氮时,氢酶不需H2诱导,在非自生固氮时,氢酶一定要在有H2存在的条件下才能合成。ORS571固氮是高耗能过程,在自生条件下,每固定1分子N2要消耗42分子ATP,产生7.5分子氢,氢氧化所产生的能量比氧化外源底物少,即氢氧化对固氮效率的影响不大,仅在氧化过程中消耗自生固氮反应体系中的氧,可视为氧保护机制的一个方面。

(南京农业大学娄无忌撰)

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