低能N+注入沙漠寡营养细菌及Monte-Carlo模拟

摘要

在我国，最大的固定和半固定沙漠位于新疆准噶尔盆地荒漠腹心的古尔班通古特沙漠，其间广泛发育的生物结皮，是固定沙面的重要生物因子，其中沙漠寡营养细菌起着重要作用。近年来，由于人们日益加剧的工程活动，对生态环境造成巨大伤害，使沙漠中的生物结皮组织受到严重的破坏。而受损的生物结皮组织在短时间内难以得到修复。其结果是直接导致沙面的重新活化，成为新的沙尘暴源区，使生态环境进一步恶化。因此，对沙漠寡营养细菌特性的研究是至关重要的。
　　本研究通过将能量为15KeV的不同剂量的N+注入到沙漠寡营养细菌DOB150，获得了N+注入DOB150的“反常辐照损伤”曲线。在本实验体系内，当能量为15KeV时，最佳注入剂量为10×1015 N+/cm2，这为低能氮离子注入介导外源基因转化沙漠寡营养细菌的研究提供最佳注入参数。在此基础上，通过离子注入介导转基因，获得了遗传稳定的DOB150重组菌10株，为低能离子注入介导的DOB全基因组突变与分子进化的研究提供了可靠的生物材料。
　　为进一步了解15KeV的N+注入微生物体的原处物理过程，本研究利用Monte-Carlo模拟方法计算了15KeV的不同剂量的N+注入沙漠寡营养细菌DOB150，并对注入离子在细胞内的能量沉积、射程分布、径迹结构、靶损伤情况以及不同注入剂量下的能量沉积与实验所得的“反常辐照损伤”曲线的关系进行了讨论分析。模拟分析结果显示，相同剂量下辐射敏感区域内能量沉积越大，细胞死亡率逐渐增大。单个细胞在注入1.1×1011个N+时产生的热能密度为570J/cm2。在中剂量N+注入下，沉积能量引起的化学效应可能诱发某种抗热基因，使得寡营养细菌损伤减弱，致使存活率上升。由于微生物是热的不良导体，在热扩散作用下将导致微生物大量死亡。根据研究结果将为离子注入微生物的理论研究提供有益的参考。