植物与微生物的相互作用
植物与微生物的互作
植物与微生物的互作植物与微生物是自然界中不可或缺的一部分，它们之间的互动关系对于生态系统的平衡和植物健康至关重要。
在这篇文章中，我们将探讨植物与微生物之间的互作关系以及这种关系对于植物生长和发展的影响。
一、共生关系1. 根际微生物根际微生物是指存在于植物根际土壤中的微生物群落。
它们与植物根系形成共生关系，相互之间通过分泌物质进行交流和互利共生。
例如，根瘤菌与豆科植物的共生关系能够使植物吸收大气中的氮气，并将其固定为植物可利用的形态。
2. 菌丝网络菌丝网络是由真菌构建的细长丝状结构，它们能够与植物根系相连，并形成共生状态。
通过菌丝网络，植物能够获得额外的养分，而真菌则能够通过与植物交换养分而获取能量。
二、植物免疫系统1. 植物的防御机制植物具有多种防御机制来保护自己免受病原微生物的侵害。
其中，植物的免疫系统是最主要的防御手段之一。
植物通过感知微生物分泌的信号物质，如微生物群体特征分子，来触发免疫响应。
2. 驯化过程中的免疫系统改变人工选择和驯化过程中，植物的免疫系统可能发生改变，使其对特定的微生物具有更强的免疫防御能力。
这种改变使得植物能够抵抗病原微生物，并更好地适应环境。
三、植物与有益微生物1. 促进生长的有益微生物有些微生物对植物的生长发育具有积极的促进作用。
例如，一些根际微生物能够分解土壤中的有机物质，释放出植物所需的营养元素，促进植物生长。
2. 提高抗逆性的有益微生物有些微生物能够与植物形成共生关系，提高植物的抗逆性。
这些微生物通过抑制病原微生物的生长，调节植物的激素水平以及增加植物免疫系统的活性，帮助植物抵御病害和逆境。
四、微生物与植物病原性1. 病原菌对植物的危害某些微生物是植物的病原菌，它们能够感染并导致植物生病甚至死亡。
这些病原菌通过产生毒素、破坏植物组织以及破坏植物的营养平衡来危害植物的生长。
2. 植物的抗病性植物通过激活免疫系统和调节抗病基因的表达，来增强对病原菌的抵抗能力。
一些植物还能够通过根际分泌物质，抑制病原菌的生长，从而降低感染风险。
植物与微生物相互作用的分子机制
植物与微生物相互作用的分子机制植物与微生物之间的相互作用是自然界中不可或缺的生态系统。
微生物可以通过多种方式促进植物生长并提高其抗病性，而植物则为微生物提供所需的营养物质和栖息地。
这种相互作用的分子机制一直是生物学家们关注的焦点。
一、植物化感作用和微生物诱导的防御反应植物能够通过识别微生物的外膜分子来启动化感作用，从而触发防御反应。
这些外膜分子包括微生物细胞壁上的多糖、脂多糖和蛋白质。
在化感作用中，植物识别微生物的路径要素（MAMPs）会启动一系列信号传导路径，从而激活植物免疫响应和防御反应。
微生物也可以通过分泌诱导物质来激活植物的防御反应。
这些物质被称为诱导体，病原微生物分泌的诱导体可以直接引发植物的防御反应，而有益微生物分泌的诱导体则可以促进植物生长和提高其抗病性。
二、植物化感受体和信号传导机制植物通过化感受体来识别微生物的分子信号，从而激活免疫响应和防御反应。
这些化感受体包括植物受体样蛋白（RLKs）和捕食样蛋白（NLRs）。
RLKs通过配体结合激活信号传导，而NLRs则通过蛋白质复合物识别病原微生物，从而启动植物的免疫反应。
植物化感受体通过多种信号传导途径促进植物的免疫响应。
其中，蛋白激酶级联反应、钙离子信号传导和激素信号传导等信号途径起着重要的作用。
这些信号途径共同作用，促进植物的防御反应，并对微生物的入侵产生有效的反应。
三、微生物生物学过程对关键植物代谢途径的调控微生物可以通过影响植物的代谢途径来协同植物的生长和防御反应。
研究表明，一些有益的微生物可以促进植物的营养吸收和生长，同时还可以调节关键植物代谢途径的表达和活性，例如光合作用、碳代谢和激素合成等。
微生物同时对植物的生长和防御反应起着重要的作用。
微生物中的激素和代谢产物可以激活植物的生长和防御反应，从而增强植物的免疫系统和生长能力。
四、植物诱导微生物群落的选择性植物选择性地吸收微生物群落中的有益微生物，并排斥潜在的病原微生物，这种选择性依赖于植物的信号诱导和微生物的秩序。
植物与微生物相互作用及其应用的研究
植物与微生物相互作用及其应用的研究近年来，越来越多的研究表明，植物与微生物之间的相互作用是非常重要的。
这种相互作用涉及到植物生长、发育、抗病性等多方面。
本文将探讨植物与微生物相互作用的意义及其在应用研究中的应用。
一、植物与微生物相互作用的意义1. 帮助植物吸取养分植物根系周围有如此之多的微生物，这些微生物能够为植物提供重要养分和新能源，例如，一些细菌能够将空气中的氮气转化成植物可以利用的氨基酸。
其他微生物则可以帮助植物吸取磷、钾等微量元素，促进植物生长发育。
2. 维持植物健康植物与微生物还有一种重要相互作用，即微生物可以帮助植物抵御有害病菌的侵入。
一方面，微生物可以产生各种化合物，如硝酸盐和生物合成的有机化合物等，使植物表面形成保护壳，难以被病菌入侵。
另一方面，微生物也可以释放出各种抗生素，抑制病菌的生长和繁殖，从而帮助植物保持健康。
二、植物与微生物相互作用在应用研究中的应用1. 微生物农药的研发由于传统的化学农药对环境和人类健康带来的危害，目前越来越多的研究开始关注天然农药，特别是以微生物为主的农药。
此类农药不但具有广谱的杀菌作用，同时也不会对植物和环境造成负面影响。
近年来，科学家已经发现了多种微生物，如真菌、细菌、放线菌、嗜热菌等，可以被用来制备农药。
2. 基因工程植物的研究目前研究人员通过改变植物与微生物的相互作用来研究基因工程植物的应用，例如，通过转入特定的基因能够使植物的根系中产生促进植物生长的微生物。
这种方法可以提高植物的产量，减少化肥的使用量，并且有助于改善土壤质量。
3. 微生物技术在生态保护中的应用微生物技术在生态保护中的应用已经成为了目前生态保护的重要策略之一。
例如，在环境污染治理中，一些细菌如铁细菌和硫化细菌可以将污染物转变为无毒无害的物质。
此外，微生物技术还可以被用来发酵有机废弃物，并将其转化为有机肥料，促进农业生产的可持续性发展。
结论通过上述的分析，我们可以看到，植物与微生物之间的相互作用是非常重要的。
植物与微生物相互作用
植物与微生物相互作用植物与微生物之间的相互作用是生态系统中重要的组成部分，它们之间的互动对于植物的生长发育和环境适应起着重要的作用。
本文将从共生关系、拮抗关系和病原关系三个方面论述植物与微生物的相互作用。
一、共生关系共生关系是指植物与微生物之间相互受益的关系。
这种关系可以进一步分为两类：根瘤菌共生和菌根共生。
1. 根瘤菌共生根瘤菌共生是指一些氮固定细菌与豆科植物的根部形成共生关系。
这些氮固定细菌寄生在根瘤中，通过与植物根部细胞共生，细菌利用植物提供的有机物和产生的氧气来代谢产能，从而将大气中的氮转化为植物可以利用的形式，为植物提供了重要的氮源，促进其生长和发育。
同时，植物通过根瘤菌共生还可以获得一定数量的磷和其他微量元素，提高了其营养吸收能力。
2. 菌根共生菌根共生是指植物的根与真菌的根系统形成互利共生关系。
真菌通过与植物根系形成菌丝网状结构，增加了植物根系的表面积，提高了植物的养分吸收能力。
同时，真菌通过代谢分泌物质，促进植物生长和发育，并提供一定数量的养分供植物利用。
植物则为真菌提供碳源和其他必需物质，形成互利共生关系。
二、拮抗关系拮抗关系是指植物与微生物之间的相互竞争和对抗。
微生物通过产生抗生素、挤压植物根系等方式，抑制植物的生长和发育。
1. 抗生素拮抗一些微生物通过产生抗生素来拮抗植物的生长。
这些抗生素可以杀死或抑制植物的病原微生物，保护植物的健康。
然而，有时这些抗生素也会对植物本身产生负面影响，抑制植物的生长。
2. 根际竞争微生物在植物根际形成菌落，通过竞争植物根系与营养物质的吸收。
一些微生物通过挤压植物根系，抢夺植物的营养物质，从而抑制植物的生长。
三、病原关系病原关系是指微生物对植物造成的病害。
病原微生物通过感染植物组织，破坏植物的生理功能，导致植物的生长受限，甚至死亡。
1. 细菌性病害一些细菌通过感染植物的叶片、茎、果实等组织，引起细菌性病害，如晚疫病、黑斑病等。
这些病原细菌通过分泌毒素、侵染组织等方式破坏植物的细胞结构和功能，引发病症。
微生物与植物生长的相互作用
微生物与植物生长的相互作用微生物与植物之间存在着密切的相互作用关系，这种相互作用对植物的生长和发育起着重要的调节作用。
本文将从三个方面来讨论微生物与植物生长的相互作用，包括共生关系、病原关系和营养关系。
一、共生关系共生是指微生物与植物之间相互依赖、共同生活的关系。
共生关系包括互利共生和非常互利共生两种形式。
1. 互利共生在互利共生关系中，微生物和植物相互受益，互相促进生长。
最典型的例子是植物根系中的根瘤菌和一些豆科植物的关系。
豆科植物无法直接吸收氮气，而根瘤菌能够与植物根系中的根瘤结合形成根瘤，通过固氮酶的作用将大气中的氮气转化为可利用的氨氮，供植物吸收和利用，同时植物为根瘤菌提供所需的碳源和生长环境。
这种互利共生关系对于豆科植物的生长和发育至关重要。
2. 非常互利共生非常互利共生是指微生物和植物之间的互利共生关系程度更为紧密的一种形式。
最典型的例子是共生固氮菌和一些兰科、禾本科植物的关系。
共生固氮菌中的植物体可以进入植物根系的内部组织，通过与植物根系共同生活，固氮菌能够固定大气中的氮气并将其转化为可利用的形态，供植物吸收和利用。
同时，植物为共生固氮菌提供所需的生长环境和碳源，这种非常互利共生关系对于植物的生长和繁殖起着重要的作用。
二、病原关系病原微生物对植物生长产生不利影响，引起植物的疾病和凋落。
病原微生物主要包括细菌、真菌和病毒等。
1. 细菌细菌引起的植物病害种类繁多。
例如，黑腐病是由细菌引起的一种严重病害，它会导致蔬菜、水果等植物发生软腐或干腐。
此外，细菌性火鸡病、细菌性健康状况等也是细菌引起的重要植物病害。
2. 真菌真菌引起的植物病害也非常常见。
例如，锈病和霜霉病都是由真菌引起的，它们在农业生产中造成了严重的经济损失。
此外，一些真菌还能引起植物的癌症和腐烂等病害。
3. 病毒病毒感染植物会引起各种症状，如叶片变黄、干枯等。
其中，田间常见的病毒病主要包括花叶病毒、花叶驳斑病毒和花叶病毒等。
三、营养关系微生物与植物之间的营养关系主要表现为微生物参与植物的养分循环和植物营养吸收的过程。
植物与微生物的相互作用
目的基因表达盒
双元载体系统
Hin dIII
多
Sph I (11083)
Pst I
克
Sal I
隆
Xba I Bam H I
位
Sma I (11052)
点
Kpn I
Sac I
Eco R I
Bst XI
tgacaggatatattggcgggtaaac RB Lac Zalpha tggcaggatatattgtggtgtaaaca LB
缺点： 操作比较麻烦、难度大 （原生质体制备、转化、再生）
Protoplast transformation of transgenic Valencia sweet orange plants with GFP by PEG-mediation
一、农杆菌介导的（Agrobacteriummediated ）转基因机理
土壤农杆菌（Agrobacterium
tumefaciens）是一种革兰氏阴性
土壤杆菌，在自然界中普遍存在， 其特点是能感染双子叶植物，并 引起植物形成肿瘤。
ห้องสมุดไป่ตู้
天然的植物遗传工程
土壤农杆菌的基因组与Ti质粒组成
原因：土壤农杆菌中Ti质粒上一段DNA（T-DNA，transfer DNA，编码生物碱和植物激素）转到了植物细胞基因组中， 引起植物细胞旺盛分裂。
1.2 利用固氮菌提高作物产量
•化学固氮
转化条件苛刻：温度高于500℃，压力大于200atm。 大量施入田间的肥料流失，最终流入海洋，导致水体严 重污染以及水中微藻及其它微生物大量繁殖。
•生物固氮
无需消耗燃料或电等能源，不造成污染，过程复杂，需 要酶（固氮酶和固氮酶的还原酶）的参与，消耗大量ATP，
植物与微生物的相互作用
植物与微生物的相互作用植物与微生物间的相互作用在生态系统中起着重要的作用。
微生物可以与植物形成共生关系，如根瘤菌与豆科植物、菌根与绝大多数植物，也可以引起病害，如细菌性病害、真菌性病害等。
本文将以植物与微生物的相互作用为主题，探讨它们之间的关系以及对生态系统的影响。
第一部分：微生物与植物的共生关系微生物与植物之间存在多种形式的共生关系，其中最为典型的是根瘤菌与豆科植物之间的共生。
根瘤菌寄生在植物根部形成根瘤，通过与植物共同代谢反应，将空气中的氮转化为植物可吸收的氨态氮，从而为植物提供氮源。
反之，植物为根瘤菌提供所需的碳和能量。
这种共生关系不仅使豆科植物能够生长在氮贫瘠的土壤中，还有利于土壤的肥力改善。
另外一个共生关系是植物的根与真菌形成的菌根。
菌根分为外生菌根和内生菌根两种类型，它们分别由外生菌根真菌和内生菌根真菌与植物的根相互共生形成。
菌根可以增加植物根系的吸收面积，并促进植物对养分的吸收能力。
同时，菌根还能与土壤微生物相互作用，增加土壤中有益微生物的数量，进一步促进植物的生长。
第二部分：微生物引起的植物病害微生物可以通过侵害植物而引发病害，对植物的生长和发育产生不利影响。
细菌性和真菌性病害是常见的微生物引起的植物病害。
细菌性病害主要由细菌引起，如青枯病、溃疡病等。
细菌通过植物的创伤部位侵入，繁殖并扩散，导致植物组织坏死、萎缩甚至死亡。
真菌性病害则主要由真菌引起，如白粉病、黑胫病等。
真菌通过植物体表或内部侵入，破坏植物细胞结构和功能，导致叶片枯黄、腐烂等症状。
第三部分：植物与微生物对生态系统的影响植物与微生物之间的相互作用对生态系统的平衡和功能发挥着重要作用。
首先，在生态系统的氮循环中，植物与根瘤菌共生能够提供植物所需的氮源，促进植物的生长，并在植物死亡后将固定的氮释放回土壤，为其他植物提供养分。
其次，菌根能够增加植物根系的吸收面积，提高植物对土壤养分的利用效率，有助于土壤肥力的提高。
此外，在生态系统中，微生物还能够降解有机物，释放养分，促进土壤有机质的形成。
植物与微生物之间的关系
植物与微生物之间的关系
~
植物和微生物之间的关系是千丝万缕的，它们之间有着紧密而又重要的联系。
首先，植物和微生物之间的关系代表着一个营养循环的过程。
微生物如细菌、真菌和放线菌等可以在大气中生存，可以在陆地上进行分解和形成营养，而植物可以利用这些营养源来进行生长和发育。
此外，微生物和植物之间还存在着竞相生存的关系。
微生物可以为植物提供养分，而植物也可以为微生物提供生存和繁衍的场所。
其次，植物和微生物之间还存在着相互促进的关系。
植物可以对微生物产生影响，通过分泌特殊的化学物质，植物可以促进周围的微生物的繁衍、发育之类。
微生物也可以促进植物的生长发育。
比如有些微生物可以分泌促进植物生长的化学物质，有些微生物还可以为植物招募养分。
最后，植物和微生物之间还存在着层出不穷的相互作用。
植物可以促进微生物以及其他植物的小体自发的群落形成，微生物可以影响植物的叶绿体的复杂生物环境形成，最终有利于植物的营养吸收。
从以上可以看出，植物和微生物之间存在着复杂的联系，这种关系不仅可以促进植物和微生物的发展及其彼此间的合作和共进，而且也可以有效地保护地球环境。
植物与微生物的共生关系
植物与微生物的共生关系一直是生态学和农学研究的热点之一。
微生物是指细菌、真菌、病毒、放线菌等微小的生物体，它们与植物之间存在着密切的联系和相互作用。
植物和微生物的共生关系十分复杂，可以是互惠互利的共生，也可以是一种破坏性的共生。
在此，我将从互惠互利的共生、微生物与植物的营养途径、微生物的生物防治和植物的生物修复等方面进行探讨。
一、植物与微生物的互惠互利的共生许多植物与微生物之间存在着互惠互利的共生关系。
植物通过根部细胞分泌分泌物，吸引土壤中的细菌、真菌等微生物，细菌、真菌等微生物与植物的根部组织形成的结构称为根瘤。
根瘤内含有一种叫做类球菌的特殊细菌，它们可以利用空气中的氮，通过一系列酶和酸的作用，将氮转化为植物可以利用的氨基酸，从而促进植物的生长发育。
另外，一些细菌、真菌还能分解土壤有机物质，降低土壤中的有机物含量，提高了土壤的肥力。
二、微生物与植物的营养途径微生物与植物之间还存在着其他的共生关系。
例如，一些生物可以吸收或者转化植物的代谢产物，促进植物的生长。
许多细菌、真菌等微生物会分泌一些对植物有益的物质，例如生长素、植酸酵素、氨基酸等，它们可以促进植物的生长，并且改善植物的免疫功能，增强植物对一些病原微生物的抵抗力。
此外，一些微生物可以降解并利用植物的分泌物，获取所需的能量和营养物质。
三、微生物的生物防治微生物可以通过抑制或者杀死一些病原微生物的生长，达到预防和治疗病害的目的，这就是生物防治。
许多微生物可以分泌抗菌物质，如链霉素、链羧霉素、头孢霉素等，它们可以杀死植物病原菌，防治植物病害。
此外，在植物长期种植同一品种的情况下，土壤中会逐渐积累一些病原微生物，如根结线虫、根腐菌等，这就需要微生物的生物防治来减轻病害。
四、植物的生物修复植物修复是指通过植物的代谢作用将环境污染物质转化为无害的物质或者固定起来，从而达到修复环境的目的。
其中，微生物是植物修复过程中非常重要的组成部分，许多微生物可以与植物共生，通过土壤中的有机质、氮、磷等元素提供必要的营养物质，以及分泌对污染物质进行分解或者转化的酶和代谢产物，帮助植物更好地生长，并促进污染物质的降解。
植物与微生物的互作机制及其在生态系统中的作用
植物与微生物的互作机制及其在生态系统中的作用植物与微生物是生态系统中的重要组成部分，它们之间存在着密切的互作关系。
在自然界中，植物和微生物之间的互作是一种自然的共生关系，两者相互依存、相互促进，对生态系统的平衡和稳定起着重要的作用。
一、植物与微生物的互作机制植物和微生物之间的互作机制是非常复杂的。
从自身的角度来看，植物和微生物具有不同的生物学属性，存在着种类的差异、数量的差异、生命特征的差异等。
但是，作为生物体，他们之间有很多共同的生理生化属性，并在自然界中紧密地协同发挥生态学作用。
1. 植物与微生物的共生关系植物和微生物之间的共生，是建立在彼此相互依存的基础上的。
植物是通过根系和周围土壤中的微生物建立共生的关系。
植物根部的黏液质能够吸附土壤中的微生物，提供所需的营养物质和环境，而微生物可以为植物提供氮肥、磷肥、铁肥、钾肥等必要的营养元素。
此外，微生物还可以分解植物中的有机物，产生有机酸、气体等，促进植物的生长发育。
2. 植物和微生物之间的竞争性互作植物和微生物之间也存在着竞争性的互作关系。
微生物为了获取所需的营养物质，会在土壤中繁殖并对植物造成危害。
同时，植物为了在有限的空间和资源中生存，会利用自身的化学物质对微生物进行抑制作用。
这种竞争性的互作关系在生态系统中发挥着重要的作用。
3. 植物和微生物的共生形式植物和微生物之间的共生关系有多种形式，主要包括以下几种：共生、寄生、共生寄生性和共生胁迫性。
其中，共生和共生寄生性是绝大多数情况下植物与微生物之间的互作形式。
二、植物与微生物在生态系统中的作用植物和微生物在生态系统中扮演着不同的角色，分别对生态系统的平衡和稳定发挥着重要的作用。
1. 植物在生态系统中的作用植物是生态系统中最重要的生物组成部分，是维持生态系统平衡和运行的基础。
植物具有自我调节和自我保护的机制，可以通过调节水分、养分等生长条件来适应环境。
在生态系统中，植物可以通过光合作用，将太阳能转化为化学能，为整个生态系统提供能量。
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根据冠瘿碱不同， Ti plasmids可以为几种： • 1)胭脂碱型（Nopaline plasmids）: 带有 在 植物中合成胭脂碱的基因和在 细菌中代 谢、利用胭脂碱的基因。形成的肿瘤可以 分化出不定芽。 • Nos启动子， Nos终止子。 • 2)章鱼碱（Octopine plasmids）:带有在 植物中合成章鱼碱的基因和在 细菌中代谢、 利用章鱼碱的基因。形成的肿瘤不能分化， 成为愈伤组织。
（4）检测外源基因的转录和表达产物
目的基因表达盒
双元载体系统
多 克 隆 位 点
Hin d III Sph I (11083) Pst I Sal I Xba I Bam H I Sma I (11052) Kpn I Sac I Eco R I Bst XI
L ac Z alph a
tgacaggatatattggcgggtaaac RB tggcaggatatattgtggtgtaaaca LB
大肠杆菌 质粒
农杆菌Ti 质粒
重组农杆 菌Ti质粒
共整合载体
• 2. 植物细胞转化的双元系统 目前T-DNA转化植物细胞的标准方法 是双元系统，即穿梭质粒。插入外源基因 的重组穿梭质粒直接转化含有Ti质粒的农杆 菌，经筛选后直接感染植物细胞。与共整 合系统所不同的是，含外源基因的质粒可 在农杆菌内自主复制并保留下来。农杆菌 侵染植物细胞后，植物的创伤信号启动Ti质 粒上的Vir基因，随后将穿梭质粒的T-DNA 切割下来，转移到植物细胞中。
T-DNA上共有三套基因和左右两个边界。 左边界（left border）和右边界（right border）：是长为 25bp的末端重复顺序，在切除及整合过程具有重要意义。 生长素合成酶基因（tms）：由2个基因组成：tms1 （iaaM） 和tms2（iaaH）； 细胞分裂素合成酶基因tmr：由1个基因组成：ipt 冠瘿碱合成酶基因tmt：冠瘿碱是含稀有氨基酸衍生物，称 为opines，冠瘿碱有四种类型：章鱼碱（octopine） 、胭脂碱 （nopaline）、农杆碱（agropine）、琥珀碱 （succinamopine）。被感染的植物诱导合成这些有机碱，但 植物不能利用它们，其分解酶基因在Ti质粒上，分解产物为氨 基酸和糖类，供根癌农杆菌作为氮源及碳源使用。
（2）PCR检测植物基因组中外源DNA（目的 基因、启动子）
（可能有假阳性）
（3） Southern blot直接检测植物基因组中外 源DNA（目的基因、启动子）
鉴定转基因最直接的证据。发表文 章时必须提供该证据
基因组DNA、酶切、电泳、转移DNA到 杂交膜、与探针杂交、洗脱、检测（放射 法、化学法）、照相
1.T-DNA 的结构
LB
auxA auxB
cyt
ocs
RB
LB, RB – left and right borders (direct repeat) auxA + auxB – enzymes that produce auxin cyt – enzyme that produces cytokinin Ocs – octopine synthase, produces octopine
Nhe I (5467)
基因
三、农杆菌介导的转基因步骤
1. 农杆菌准备：单菌落、试管中培养，再在三角瓶中放大 培养（1：30-50稀释）至OD600=0.5-1。在培养结束前 1h加20-100μM AS可以促进农杆菌的转化。40005000rpm/4℃离心收集，再用植物培养基悬浮，备用。 植物材料的准备：要求生长健壮、再生能力强、无菌； 切成小片（小段）。 感染：将农杆菌液与植物材料混合，浸润10-30min。 共培养：植物材料在无菌吸水纸上吸干农杆菌液后，转 到共培养基上（共培养基常常含有AS），培养2天，转 基因在此时间内完成。 筛选与再生：共培养结束后的植物材料转到选择与再生 培养基上（含2种抗生素，分别抑制农杆菌和非转基因植 物细胞生长）。 转基因植物的鉴定与评价：报告基因、PCR、Southern blot、Northern blot、产物分析等。
• virA - transports AS into bacterium, activates virG； • virG - promotes transcription of other vir genes； • virD2- endonuclease that cuts T-DNA at the borders but only on one strand; attaches to the 5‘ end of the SS of T-DNA； • virE2- DNA-binding protein, binds SS of TDNA；
二、农杆菌介导的植物转基因方法
植物转基因方法分为两类： 一是直接基因转移方法:基因枪法、 PEG介导的原生质体法、花粉管通道法、 电激转化法等，其中基因枪转化法是代 表。 二是生物介导的转化方法，主要有农杆 菌介导和病毒介导两种转化方法，其中 农杆菌介导的转化方法操作简便、成本 低、转化率高，广泛应用于双子叶植物 的遗传转化。
植物筛选基因
N OS p o lyA T-BOR D ER (R )
pCAMBIA1305.1
C aMV35S p o lyA
11846 b (L ) kanamycin (R ) p VS1 Sta 启动子
终止子
p BR 322 ori p BR 322 bo m p VS1 rep
植物肿瘤
二、植物基因表达载体
天然的Ti质粒不能作为表达载体使用： a. 被转化的植物细胞产生大量的生长素和细胞分裂素， 导致肿瘤的形成，阻止了细胞再生长为整株植物，因此， 必须除去生长素和分裂素基因。 b. 冠瘿碱的合成与T-DNA的转化无关，而且可能会影 响植物细胞生长，因为冠瘿碱合成大量消耗精氨酸和谷氨 酸，因此必须去除冠瘿碱合成基因（tmt） c. Ti质粒约为200kb，重组操作非常困难，也很难找 到单一的酶切位点。 d. Ti质粒不能在大肠杆菌中复制，为了使重组质粒 DNA的大量扩增，须添加入大肠杆菌复制子。 植物细胞中一般不存在质粒，为利用农杆菌的Ti质粒， 发展了共整合系统和双元载体系统，避免了在大的Ti质粒 上进行分子重组操作的困难。
2. 3. 4.
5.
6.
感染
转化
选择
再生 图 农杆菌转化植物细胞
转基因植株评价与鉴定
转基因植物的鉴定：
（1）检测报告基因: GUS（编码葡萄糖苷酶）
5-溴-4氯-3-吲哚葡萄糖 苷，无色
兰色
GUS染色原理 报告基因检测（GUS染色）
分析启动子功能
GFP基因
GFP: green fluorescent protein。是从维多利亚水母 (Aequorea victoria)中分离出 来的，受紫外线激发而发出绿 色荧光
1.2 利用固氮菌提高作物产量
•化学固氮
转化条件苛刻：温度高于500℃，压力大于200atm。 大量施入田间的肥料流失，最终流入海洋，导致水体严 重污染以及水中微藻及其它微生物大量繁殖。
•生物固氮
无需消耗燃料或电等能源，不造成污染，过程复杂，需 要酶（固氮酶和固氮酶的还原酶）的参与，消耗大量ATP， 需要严格无氧的微环境。
– virD2 & virE2 also help T-DNA get to nucleus in plant cell, they have NLSs(核定位信号)；
• virB - 11 ORFs, helps DNA-protein complex get through cell membranes。
缺点： 操作比较麻烦、难度大 （原生质体制备、转化、再生）
Protoplast transformation of transgenic Valencia sweet orange plants with GFP by PEG-mediation
一、农杆菌介导的（Agrobacteriummediated ）转基因机理
• 3)农杆碱型（Agropine plasmids）:带有 在 植物中合成农杆碱的基因和在 细菌中代 谢、利用农杆碱的基因。形成的肿瘤不分 化，生长迟缓，死亡早。 • 4) 发根型（Ri plasmids）: 诱导毛状根或 者肿瘤。
2. Vir (virulent) genes（毒性基因区，致 病基因区
植物与微生物的相互作用
一、共生菌与病原菌的应用
1.1利用工程化的共生菌保护植物免受冻害
定植于植物叶面的丁香假单胞菌在细胞表面产生一种冰 成核蛋白（ice nucleation protein），在稍低于0℃以下的条 件下，这种蛋白引起结冰，使作物遭受冻害，Steven Lindow及其研究小组利用DNA重组技术及同源重组技术得到 Ice-突变株，使结冰温度下降到-9 ℃。
（一）Ti质粒的结构
肿瘤区
毒性区 复制区 冠瘿碱代谢区
Ti质粒大约在160-240kb之间。其中TDNA大约在15kb-30kb。Vir基因区在36kb 左右。除此之外，Ti质粒上还存在Con区 （region encoding conjugation)和ori区 （origin of replication)。
• 1. 植物细胞转化的共整合系统 T-DNA克隆在大肠杆菌质粒上，含有 E.coli的选择标记和植物选择标记Kan+。首 先在E.coli中筛选重组分子，然后将重组质 粒转化到农杆菌中，质粒与Ti质粒上的同源 序列发生同源重组，将外源基因整合到Ti质 粒上，用于侵染植物细胞。T-DNA重组分 子整合到植物细胞染色体DNA上， Kan+筛 选转化细胞。
（二）T-DNA的整合机制
T-DNA的详细整合机制尚不完全清楚，明确的： 农杆菌染色体上的基因（chvA, chvB, pscA等）决定与植物 细胞的附着； 植物损伤部位分泌出酚类物质乙酰丁香酮和羟基乙酰丁香酮， 这些酚类物质可以诱导Ti质粒上Vir（Virulence region)基 因的表达； Vir区编码的基因产物分别在LB和RB的第三个碱基和第四个 碱基之间产生缺口，形成单链T-DNA，并将其运到植物细 胞核中，整合到核基因组中。由特异性内切酶完成。TDNA的LB和RB在整合中的作用是不对称的，RB顺序与整 合有关，而LB无关。 T-DNA的整合可以是单拷贝的，也可以是多拷贝的，成串联 形式排列。