第二节生物固氮 教学目的 固氮微生物的种类（A :知道）。 生物固氮的基本过程（选学） （A :知道）。 生物固氮的意义（B :识记）。 重点和难点 1 .教学重点 （1） 固氮微生物的种类。 （2） 生物固氮的意义。 2.教学难点 生物固氮的基本过程 教学过程 【板书】 共生固氮微生物 固氮微生物的种类 自生固氮微生物 生物固氮的意义 生物固氮在农业生产中的应用 【注解】 生物固氮：是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程 、固氮微生物的种类 （一）共生固氮微生物 1. 概念：是指一些与绿色植物互利共生的固氮微生物 2. 代表生物——根瘤菌 固氮 生物固氮过程简介 生物固氮在农业生产中的应用（ A :知道）。 生物
（1）代谢类型：异养需氧型 （2）共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物。（根瘤=根瘤菌+膨大的根部薄壁组织） （3）共生关系表现：豆科植物为根瘤菌提供有机物；根瘤菌为豆科植物提供氨。 （二）自生固氮微生物 1 .概念：是指土壤中能独立进行固氮的微生物 2.代表生物一一圆褐固氮菌 具有一定的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植物的生长和果实的发育 【例析】 1 .自生固氮菌的新陈代谢类型是（） A?自养型、需氧型B.自养型、厌氧型C.异养型、需氧型 D ?异养型、厌氧型 二、生物固氮与氮循环 1.固氮作用： 2?有机氮的合成：光合产物+固氮产物（如NH 3、NO 3-等） 3.氨化作用：含氮有机物—微生物t NH 3 4.硝化作用：NH 3 ------------------------- NO 2 ---------------------------- NO 3 （需氧） 5.反硝化作用：NO 3-TNO2-TNH3 （氧气不足时）
生物固氮研究的前沿介绍（李季伦） 氮是构成生物的主要元素之一，但分子态 N2却不能被生物直接利用，只有氨态氮(NH4+)才能掺入细胞内各种含氮的有机化合物中，其中包括重要的生物大分子——蛋白质和核酸。动植物本身都没有将N2还原成NH3的能力，但是有些原核生物的细 菌和古菌(并非全部)却有这种能力，称为生物固氮。化学合成氨和生物固氮都是将N2还原成 NH3。 由于N2分子之间是三键，即 N≡N，键能高，需要很高的能量才能将N≡N打开，化学合成氨必须在高温(350O C)和高压(500大气压)并以 Fe2+做催化剂时才能将 N2加3H2还原成2NH3，不但消耗大量不可再生的能源，而且要在耐高温高压的设备中进行，成本高；生产过程中排出的大量 CO2，增加了温室效应。此外，农业生产大量施用化学氮肥(铵盐或尿素)会造成土壤板结，且被植物有效利用的还不到40％，其余的有些在土壤中矿化固着，有些被土壤中的硝化细菌氧化成亚硝酸和硝酸，随水流入江河、湖泊和渗入地下水，造成水质污染；或在脱氮反硝化细菌的作用下释放出 N2而回归大气中。生物固氮也要消耗固氮菌氧化碳水化合物所产生的高能化合物，即 ATP，但这种反应是固氮菌细胞内的固氮酶在常温常压下催化完成的，是清洁的天然氮肥厂。固氮菌种类各异，在不同的生态条件下，生活着不同类型的固氮菌。有的可侵入豆科植物或某些非豆科树木的根部形成根瘤，根瘤菌栖居在根瘤内，依靠宿主植物光合作用合成的可再生的能源将 N2固定成氨，随即生成氨基酸，提供宿主植物以有机氮源，两者形成互利的共生关系，称为共生固氮。共生固氮的效率很高，其固氮量可高达10—15公斤氮素／每亩／每年。因此栽培豆科作物只需使用少量种肥，可以节约大量化学氮肥。但是共生固氮的宿主植物范围有限，非豆科的粮食作物(如水稻、小麦、玉米等禾本科植物)、棉花、大多数果树和蔬菜等，都没有与之共生的固氮菌，尽管在土壤中也自由生活着各式各样的固氮菌，但由于受种种因素(如土壤中缺乏可被利用的能源或含氮量较高等)的限制，它们的固氮效率不高，为植物提供的氮素很少，特别是当土壤中含化合态氮(如铵盐或硝酸盐)较高时，自生固氮菌便停止固氮，而利用土壤中存留的氮源进行生长繁殖，并未增加土壤中的含氮量。在原始森林和草原的土壤中和海洋里生活的固氮菌，由于环境中含氮量低，可固定较多的氮素，提供植物生长的需要。 由以上所介绍的生物固氮的知识，我们不禁要问： 第一、为什么只有某些原核的细菌和古菌才能固氮，而真核的真菌和高等动植物都不能固氮?目前己知这是不同生物的遗传性决定的。凡是固氮菌 都有与固氮有关的基因，特别是编 图1 奇形怪状的细菌 图2 银合欢根瘤菌 图3 根瘤菌
光合作用与生物固氮 一、选择题 1．进行光合作用的植物体内都具有 A．C3途径B．C3途径或C4途径C．C4途径D．C3途径和C4途径2．下列关于光合作用叙述中错误的是 A．光合作用过程中有水分子生成 B．光合作用过程中有水的分解 C．光反应阶段只需要光，不需要酶 D．暗反应阶段CO2被C5化合物或C3化合物固定 3．下列哪些条件下栽培番茄，对增产有利 A．日温15℃、夜温26℃B．昼夜恒温26℃ C．日温26℃、夜温15℃D．昼夜恒温15℃ 4．根瘤菌的新陈代谢类型属于 A．自养需氧型B．异养需氧型C．自养厌氧型D．异养厌氧型 5．在C3植物光合作用过程中，如果用14CO2示踪，则14C在下列分子中的转移途径是 A．14CO2→叶绿素→ADP B．14CO2→NADP→糖类 C．14CO2→三碳化合物→糖类D．14CO2→叶绿素→ATP 6．C4植物维管束鞘细胞的特点为 A．细胞个体较小，叶绿体中含有基粒B．细胞个体较大，叶绿体中不含有基粒C．细胞个体较小，叶绿体中含有基粒D．细胞个体较小，叶绿体中不含有基粒7．光能在叶绿体中转换的正确顺序是 A．光能→活跃的化学能→电能→稳定的化学能 B．光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能 C．光能→稳定的化学能→电能→活跃的化学能 D．光能→电能→稳定的化学能→活跃的化学能 8．CO2含量过高时，光合作用强度减弱最可能的原因是 A．CO2浓度过高，抑制了植物的光合作用B．CO2浓度过高，抑制了植物的呼吸作用C．CO2浓度过高，抑制了光反应D．CO2浓度过高，抑制了暗反应 9．固氮生物不包括 A．自生固氮微生物B．豆科植物C．固氮杆菌D．根瘤菌 10．从生态系统物质生产的角度来分析，碳同化的意义为 A．将ATP和NADPH中活跃的化学能，转换成储存在有机物中稳定的化学能B．光能转换为活跃的化学能 C．植物体内叶绿素的合成，是通过碳同化过程实现的 D．占植物体干重90%以上的有机物，基本上是通过碳同化合成的 11．在叶绿体中能将光能转换成电能的色素是 A．全部的叶绿素b B．处于特殊状态的叶绿素b C．全部的叶绿素a D．少数处于特殊状态的叶绿素a 12．．光合作用光反应产生的物质有 A．C6H12O6、NADPH、ATP B．NADPH、CO2、ATP C．NADPH、O2、ATP D．C6H12O6、CO2、H2O 13．下列措施中哪项不利于光合作用效率的提高 A．将人参、田七种植在遮阴处B．在苹果树周围地面铺反光膜C．用反硝化细菌拌种D．向温室内输入一定浓度的CO2 14．对于农田里的农作物来说，良好的通风透光不能起到的作用是
中兽药的研究现状及发展前景 何姣 海南大学07 动物科学 摘要：中兽药具有防治效果显著、对畜禽毒副作用相对较小、在动物性食品中无 残留或残留少和不易产生耐药性的优点，尤其在某些疾病的辨证施治上具有独到之处。 在食品安全问题敏感的今天，天然无公害中兽药产品及天然饲料添加剂的开发日益引起 人们的关注。中兽药的发展面临着一个前所未有的契机，大力研究开发中兽药及中兽药 饲料添加剂是我国兽药业发展的重要领域，是提高我国兽药产品国际竞争力的重要途径。 关键词：中兽药；研究；发展； 近年来，由于我国畜产品安全问题比较突出，畜产品污染和有害物质残留比较严重，这 不仅给消费者的健康造成了危害，而且也严重影响和制约了我国畜产品的出口，使我国畜产 品出口屡屡受挫。 1996 年欧盟以残留为由终止了从我国进口禽兔肉。2001 年欧盟又以从我国 出口的冻虾产品中检测出超量的氯霉素为由，全面封杀了我国与此相关的十余种产品。对日 本出口的冻鸡肉因二氯二甲吡啶超过日本标准限量，造成重大经济损失。日本、韩国、东南 亚等国家和地区宁愿舍近求远，从欧美、大洋州等地进口家禽肉，也不愿进口我国的肉禽产 品。 2002 年，因水产品含氯霉素残留，欧盟全面禁止进口我国畜产品。 挪威食品检查局宣布， 与欧盟保持一致，禁止从中国进口畜产品。捷克和匈牙利宣布，暂停从中国进口甲壳类动物 性食品。 2003 年山东出口瑞典的禽肉查出含呋喃唑酮残留遭封杀。2003 年我国有 71% 的出口 企业、 39%的出口产品遭遇禁运，造成损失约170 亿美元，我国的畜产品出口屡屡受阻，致 使出口量不断下降，畜产品出口陷入了困境[1] 。 一、中兽药发展背景 兽药行业中所占比重最大的抗菌药物的在畜牧生产中具有抗病治疗和促进动物生 长发育的作用，抗菌药物的生产应用对畜牧业的发展起到保驾护航作用，促进了我国 畜牧业的健康 发展，有调查表明抗菌药物的应用对畜牧业的贡献率超过 20% 。但随着抗菌药物在畜牧生产 中的的广泛和大量使用，造成了抗菌药物在动物性食品中的残留，对人类的健康造成的危害也 日益加重。在畜禽养殖过程中，长期和过量使用抗菌药物的结果，还使动物自然防御体系
（生物科技行业）生物固氮作用的分子机理研究
项目名称：生物固氮作用的分子机理研究首席科学家：王忆平北京大学 起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：教育部
一、研究内容 生物固氮研究的关键科学问题是获得最佳生物固氮体系（包括共生固氮、联合（内生）固氮等）和建立非豆科植物的自主固氮体系，具体包括：（1）阐明根瘤菌共生固氮基因表达调控的网络，根瘤菌识别、传递环境和植物信号，调节自身基因表达的分子机理；（2）揭示固氮及氮代谢基因调控机理，与碳代谢系统及其基因的调控偶联机制；（3）阐明共生固氮体系中植物与微生物相互作用的机理，如植物与微生物相互识别及分子信号的传导机制，克服宿主特异性，从而扩大根瘤菌的宿主范围；（4）利用单细胞真核生物--酵母菌的线粒体遗传操作系统，探索固氮基因簇向真核生物转化和表达的机制，为固氮基因向高等植物转移，建立非豆科植物自主固氮体系的奠定基础。（5）阐明固氮酶结构、功能和催化机理。 围绕上述提高生物固氮效率、扩大共生固氮植物范围、建立自主固氮体系的关键问题，主要研究内容有： （1）以模式豆科植物共生固氮体系为材料，分离和鉴定参与根瘤菌结瘤因子信号传递的调控元件及基因，研究和建立根瘤菌与宿主植物共生关系蛋白相互作用网络；通过对豆科植物与根瘤菌、AM真菌共生的异同以及与非豆科植物比较基因组学研究，揭示非豆科植物中存在哪些与共生相关基因的功能及调控机制，为探索扩大根瘤菌寄主范围和建立非豆科共生固氮途径可能性提供科学资料；分离和鉴定LysR、GntR等家簇转录因子及其靶基因，阐明根瘤菌主代谢与共生固氮功能的相关性和调控机理；开展根瘤菌群体感应系统、Ⅲ型分泌系统及胞外多糖合成基因表达调节的双组分调控系统的研究，阐明这些代谢系统在不同环境条件下的功能和作用机制，揭示根瘤菌环境适应性与竞争结瘤之间的相关性。 （2）碳代谢与氮代谢是自然界生命活动的两大主要代谢作用。固氮基因调控
联合固氮 l．定义 氮素是构成生命物质最重要的元素之一。自然界只有某些微生物能直接将大气中的氮通过固氮酶还原成NH4+，这类微生物包括细菌、蓝绿藻、放线菌等。在固氮的细菌中有一类属于自由生活的类群，它们定殖于植物根表（有的能侵入根表皮和外皮层的细胞间隙）和近根土壤中，靠根系分泌物生存，繁延，与植物根系有密切的关系。但宿主植物并不形成特异分化的结构。植物与细菌之间的这种共生关系称联合共生固氮。这类固氮菌称联合固氮菌。联合共生固氮的概念是1976年由巴西Dobereiner实验室提出的。20年来联合固氮的研究受到世界各国科学家的重视。 2．联合固氮菌的种类 联合固氮菌中大多数是与禾本科牧草的根相联合，虽然有一些亦从豆科植物的根瘤和根表或从各种其他植物包括单子叶和双子叶植物的根表分离到。通常有一种以上的固氮菌与同一植物联合，而且随着地域的不同固氮菌的分布和频率有相当大的差别，至今已发现的联合固氮菌中最普遍的种属如下：螺菌科（Spirillaceae）固氮螺菌属（Azospirillum）、草螺菌属（Herbaspirillum），肠杆菌科（Enterobacteriaceae）肠杆菌属（Enterobacter）、克雷伯氏菌属（Klebsiella），固氮菌科（Azotobac－teraceae）固氮菌属（Azotobacter）、拜叶林克氏菌属（Beijer-inekia），芽孢杆菌科（Bacillaceae）芽孢杆菌属（Bacillus），假单孢菌科（Pseudomonadaceae）假单孢菌属（Pseudomouas）。 其他还有一些联合固氮菌属于醋杆菌科和盐杆菌科，在这众多的联合固氮菌中固氮螺菌属是被研究得最多的一类。常用的菌种是巴西固氮螺菌Azospirillum brasilense和产脂固氮螺菌Azospirllum lipoferum。 3．联合固氮体系的形成 由于联合共生固氮体系中，固氮菌与植物根系之间只是一种松散的联合，并没形成类似根瘤的结构，所以研究其固氮体系的形成遇到很大困难。Dobereiner建议联合固氮菌在根表定殖作为联合固氮体系形成的标志之一。形成联合固氮体系大致分为趋化、结合和侵入3个过程。 3．1 趋化性很多联合固氮菌有极性鞭毛和周生鞭毛，通过细菌鞭毛的旋转运动对根分泌的有机酸、糖、氨基酸形成的梯度和低氧浓度表现出趋化和化学激活现象。根际的细菌向植物根际靠近。C3植物——小麦根分泌物中草酸含量较高，从小麦根部分离的Azospirillum对草酸趋化性强。而C4植物——玉米根系分泌物中苹果酸含量较高，相应的菌株对苹果酸趋化性强，这种特异性反映了联合固氮细菌对宿主根际环境有一定的选择和适应能力。细菌在寻求营养来源和其他微生物竞争中趋氧性和趋化性都是很重要的功能。 3．2 结合联合固氮菌与宿主植物间的识别与结合是联合固氮体系形成过程中的关键步骤。植物根表或根冠外覆盖着一层由多糖类组成的粘质，联合固氮菌大多聚集在根毛粘质部分。植物凝集素可能参与识别与结合过程，而联合固氮菌产生的孢外多糖能与凝集素结合，细菌表面存在凝集素专一识别的糖结构。最近的研究表明植物根与固氮结合的过程中细菌的极性鞭毛起关键作用，鞭毛蛋白是一种糖蛋白。 3．3 入侵有的联合固氮菌如Azospirillum通过次生根伸出的裂隙、伤口或已退化的根毛进入植物组织内，定殖于表皮和皮层细胞的细胞间隙，有的甚至进入中柱，定殖于维管束细胞。固氮细菌定殖于根组织内对联合固氮的双方都是有益的，它降低了对底物的竞争。因为只有极少数菌能侵入根内，这导致在根内定殖的是一些较高特异性的细菌群落，并且促进了根和菌之间的物质转化。 4．联合固氮体系中细菌和植物的相互关系
生物固氮的原理、应用及研究进展 摘要：生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源全球生物固氮的量是巨大的，海洋生态系统每年生物固氮量在四百万吨到两千万吨，陆地生态系统生物固氮量在九百万吨到一千三百万吨，而工业固氮量在世纪年代中期每年约为一千三百万吨。可见，生物固氮在农林业生产和氮素生态系统平衡中的作用很大我国农民利用豆科植物固氮肥田历史悠长，直至现在仍保留着豆科植物和非豆科植物轮作套作和间作等耕作制度国外也十分重视固氮生物在农业中的作用。 关键词：生物固氮；联合固氮菌；自生固氮菌 一、生物固氮的原理 1982年，Postage 以肺炎克氏菌为例提出一个固氮酶催化机理模式，至今 仍被广泛采用其总反应式为：N 2 + 6H+ + nMg-ATP +6e-(酶)→2NH 3 +nMg-ADP+nPi 固氮微生物的固氮过程是在细胞内固氮酶的催化作用下进行的不同固氮微生物的固氮酶，其催化作用的情况基本相同在固氮酶将还原成的过程中，需要e和H+，还需要ATP提供能量生物固氮的过程十分复杂[1]，简单地说，即在ATP提供 能量的情况下，e和H+通过固氮酶传递给N 2，使它们还原成NH 3 ，而乙炔和N 2 具 有类似的接受e还原成乙烯的能力。 二、固氮微生物的种类 固氮微生物多种多样，不同的划分标准满足了不同的要求。从它们的生物固氮形式来分，有自生固氮、联合固氮、和共生固氮3种。 ①自生固氮微生物是指能够在自由生活状态下固氮的微生物总称。在自然界，自生固氮微生物种类很多，分散地分布在细菌和蓝细菌的不同科、属和不同的生理群中；并大致可以分为光合细菌和非光合细菌两类。前者如红螺菌、红硫细菌和绿硫细菌等，其中的某些种类可与其它微生物联合而相互有利；后者的种类很多。根据非光合细菌的自生固氮菌对氧的需求，可以分为厌氧的细菌如梭状芽胞杆菌[2]；需氧细菌如自生固氮菌、贝捷林克氏固氮菌、固氮螺菌等；以及兼性细菌如多粘芽胞杆菌、克鲁伯氏杆菌、肠杆菌等。自生固氮微生物中的某些种类，在有些情况下可以与植物进行联合固氮。 一般地，自生固氮微生物固定的氮素满足本身生长繁殖需要以后就不再固氮了，多余的氮反过来会抑制它们自身的固氮系统。同时，它们固氮效率也比较低。
中兽药的研究现状及发展前景 中兽药具有防治效果显著、对畜禽毒副作用相对较小、在动物性食品中无残留或残留少和不易产生耐药性的优点，尤其在某些疾病的辨证施治上具有独到之处。在食品安全问题敏感的今天，天然无公害中兽药产品及天然饲料添加剂的开发日益引起人们的关注。中兽药的发展面临着一个前所未有的契机，大力研究开发中兽药及中兽药饲料添加剂是我国兽药业发展的重要领域，是提高我国兽药产品国际竞争力的重要途径。 近年来，由于我国畜产品安全问题比较突出，畜产品污染和有害物质残留比较严重，这不仅给消费者的健康造成了危害，而且也严重影响和制约了我国畜产品的出口，使我国畜产品出口屡屡受挫。1996年欧盟以残留为由终止了从我国进口禽兔肉。2001年欧盟又以从我国出口的冻虾产品中检测出超量的氯霉素为由，全面封杀了我国与此相关的十余种产品。对日本出口的冻鸡肉因二氯二甲吡啶超过日本标准限量，造成重大经济损失。日本、韩国、东南亚等国家和地区宁愿舍近求远，从欧美、大洋州等地进口家禽肉，也不愿进口我国的肉禽产品。2002年，因水产品含氯霉素残留，欧盟全面禁止进口我国畜产品。挪威食品检查局宣布，与欧盟保持一致，禁止从中国进口畜产品。捷克和匈牙利宣布，暂停从中国进口甲壳类动物性食品。2003年山东出口瑞典的禽肉查出含呋喃唑酮残留遭封杀。2003年我国有71%的出口企业、39%的出口产品遭遇禁运，造成损失约170亿美元，我国的畜产品出口屡屡受阻，致使出口量不断下降，畜产品出口陷入了困境[1]。 一、中兽药发展背景 兽药行业中所占比重最大的抗菌药物的在畜牧生产中具有抗病治疗和促进动物生长发育的作用，抗菌药物的生产应用对畜牧业的发展起到保驾护航作用，促进了我国畜牧业的健康发展，有调查表明抗菌药物的应用对畜牧业的贡献率超过20%。但随着抗菌药物在畜牧生产中的的广泛和大量使用，造成了抗菌药物在动物性食品中的残留，对人类的健康造成的危害也日益加重。在畜禽养殖过程中，长期和过量使用抗菌药物的结果，还使动物自然防御体系产生了药物依赖性，机体的免疫系统功能下降。单一药物的使用还可能导致细菌产生耐药菌株，而细菌耐药菌株的遗传性，会导致抗菌药物往复使用及恶性循环的后果。这些问题的出现不仅在很大程度上影响了畜牧生产和畜产品安全，也在一定程度上威胁到动物和人类的健康和安全[2]。历史上多次动物疫情爆发和重大的兽药残留事件，已经成为影响社会安定和谐
第二节 生物固氮 教学内容 生物固氮：是指固氮微生物将大气中的 还原成 的过程 一、固氮微生物的种类 （一）共生固氮微生物 ：代表生物——根瘤菌 （1） 代谢类型： （2） 共生特性：不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物。（根瘤＝根 瘤菌＋膨大的根部薄壁组织） （3） 共生关系表现：豆科植物为根瘤菌提供 ；根瘤菌为豆科植物提 供 。 （二）自生固氮微生物: 代表生物——圆褐固氮菌 具有一定的固氮能力，并且能够分泌 ，促进植物的生长和果实的发育 二、生物固氮与氮循环 １．固氮作用： ２．有机氮的合成：光合产物＋固氮产物（如ＮＨ３、ＮＯ３－等） ３．氨化作用：含氮有机物?? →?微生物ＮＨ３ ４．硝化作用：ＮＨ３???→?亚硝化细菌ＮＯ２－???→?硝化细菌 ＮＯ３－（需氧） ５．反硝化作用：ＮＯ３－→ＮＯ２－ →ＮＨ３（氧气不足时） 三、在农业生产上的应用 （一）土壤获取氮素的两条途径 １．含氮肥料的施用（１／６） ２．生物固氮（５／６） （１）将圆褐固氮菌制成菌剂，施到土壤，可提高农作物的产量 （２）对豆科植物可进行根瘤菌拌种，也能提高豆科植物产量 （３）通过转基因技术，可将固氮基因转到非豆科植物中（此法不仅能明显提高农作物 产量，而且有利于生态环境的保护） 随堂练习 1．豆科植物与根瘤菌的互利共生关系主要体现在 （ ） A ．豆科植物从根瘤菌获得NH 3，根瘤菌从豆科植物获得糖类 B ．豆科植物从根瘤菌获得含氮有机物，根瘤菌从豆科植物获得NH 3 C ．豆科植物从根瘤菌获得N 2，根瘤菌从豆科植物获得有机物 D ．豆科植物从根瘤菌获得NO ，根瘤菌从豆科植物获得NH 3 2．关于根瘤和根瘤菌的说法中，正确的是（ ） A ．根瘤即是根瘤菌 B ．根瘤是根瘤菌的聚合体 C ．根瘤是根瘤菌在其共生的植物体内所形成的癌变 D ．根瘤是根的内皮层的薄壁细胞受根瘤菌分泌物的刺激进行分裂，组织膨大而形成的
研究生课程考试卷 学号、姓名： j20112001 苗天锦 年级、专业：2011生物化学与分子生物学 培养层次：硕士 课程名称：生物信息学 授课学时学分： 32学时 2学分 考试成绩： 授课或主讲教师签字：
生物信息学现状与展望 摘要：生物信息学是一门新兴学科，起步于20世纪90年代，至今已进入"后基因组时代"，本文对生物信息学的产生背景及其研究现状等方面进行了综述，并展望生物信息学的发展前景。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。 关键词：生物信息学；生物信息学背景；发展前景 一、生物信息学概述 1.生物信息学发展历史 随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展, 被誉为“解读生命天书的慧眼”【1】。 研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在。1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。与此同时，Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构。1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA 的三维结构（双螺旋）。Kornberg于1956年从大肠杆菌（E.coli）中分离出DNA 聚合酶I（DNA polymerase I），能使4种dNTP连接成DNA。Meselson与Stahl （1958）用实验方法证明了DNA复制是一种半保留复制。Crick于1954年提出了遗传信息传递的规律，DNA是合成RNA的模板，RNA又是合成蛋白质的模板，称之为中心法则（Central dogma），这一中心法则对以后分子生物学和生物信息学的发展都起到了极其重要的指导作用。经过Nirenberg和Matthai（1963）的努力研究，编码20氨基酸的遗传密码得到了破译。限制性内切酶的发现和重组DNA的克隆（clone）奠定了基因工程的技术基础【2】。自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。 2.生物信息学研究方向 2.1 序列比对
生物碱是一类含氮有机化合物，广泛存在于毛茛科、芸香科、豆科等科植物的根、果中。它们能引起摄食者轻微的肝损伤，但中毒的第一反应是恶心、腹痛、腹泻甚至腹水，连续食用生物碱食品2周甚至2年才有可能出现死亡。由于生物碱大都具有苦涩性，容易使动物产生拒食，所以引起人体生物碱中毒的主要食物源有：①谷物等农作物被含生物碱的杂草污染，进入面粉及相关食品中；②食用含生物碱植物的动物所产的奶和蜂蜜等食品；③特殊食疗食品、个别调味料和特殊提取物饮料等[1-2]。一些嗜好植物（如咖啡、可可、烟草、槟榔、茶、罂粟等）含有咖啡碱、可可碱、尼古丁等生物碱成分。大多数辛香料也含生物碱成分（如辣椒中的辣椒碱），有毒植物则有不少种类含有有毒生物碱[3]。 1生物碱对人体的生理学作用 生物碱对机体的作用具有特异性，且与摄入量有关。适量对人体具有止痛、欣快、催眠等功效，过量或反复摄入，将导致成瘾。毒品就是一大类特殊生物碱品种[4-9]。 2食品中常见生物碱及其利用价值 2.1罂粟壳中的阿片生物碱 许多食品中都包含对人体有害的有毒生物碱，对这些生物碱的分析将有助于防止生物碱滥用或中毒[10]。罂粟壳中含有大量吗啡碱，易成瘾，不宜常服[11]。近年来，发现有不少在食品中违法添加罂粟壳，损害消费者健康的案例。通过测定食品中阿片生物碱，可判断是否掺入罂粟壳，其测定方法主要有薄层扫描法、高效液相法、快速ELISA检测法、气相色谱法等[12-17]。 2.2番茄中的生物碱 番茄中青果生物碱含量较高，具有抑菌抑虫、抗炎、降低胆固醇、调节机体免疫功能等作用。作为天然食品防腐剂具有良好开发前景[18]。 2.3绿茶中的生物碱 茶叶中咖啡碱含量较高，在一定浓度范围内，对人体具有强心、利尿、解毒等作用。可取代部分添加剂和药物，有巨大开发潜力[19-20]。茶梗和纤维废料作为燃料使用没有经济价值，但是在特定条件下提取咖啡因将带来巨大的经济效益并且环保[21]。 2.4荷叶中的生物碱 荷叶总碱具显著降血脂和降胆固醇活性，在减肥降脂产品中应用越来越广泛。研究其富集和分离方法、制定质量标准是非常必要的[22]。在离子液体中用微波辅助萃取，已从荷叶中成功提取了3种生物碱[23]。 2.5莲子心中的生物碱 莲子心含有莲心碱、异莲心碱、甲基莲心碱等生物碱。具有降压、抗心律失常、体外抗氧化活动、抗心律失常等药理作用[24]。 2.6槟榔中的生物碱 槟榔中主要含有的生物碱为槟榔碱、槟榔次碱、去甲基槟榔次碱等，均与鞣酸结合存在[25]。槟榔碱具有免疫抑制、肝毒性、致突变和畸形作用，在大鼠体内可能干扰某些内分泌器官[26]。2.7魔芋中的生物碱 魔芋生物碱影响昆虫生长、发育和繁殖，且有较强毒杀作用，用于绿色蔬菜生产，还可减少环境污染问题[27]。 2.8辣椒中的生物碱 辣椒碱是辣椒中引起辛辣的主要化学物质。其低纯度形式，如辣椒精、辣素等已作为添加剂广泛应用于食品工业中。与 食物中常见生物碱研究进展 吴丹1，巩江2，高昂1，曹梦晔1，陈晔丹1，赵婷1，路锋1，李易非1，倪士峰1*１．西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室／西北大学生命科学学院，陕西西安７１００６９； ２．西藏民族学院医学院，陕西咸阳７１２０８２ 摘要：检索大量文献基础上，对食物中常见生物碱的种类、主要活性及利用价值等方面进行了概述，为相关研究和开发提供科学资料。 关键词：生物碱；生物活性；利用价值 中图分类号：Q946.88文献标识码：A文章编号：1002-204X（2011）03-0063-02 Recent Developments of Common Alkaloids in Food WU Dan et al（Key Laboratory of Resource Biology&Biotechnology in Western China of Ministry of Education/College of Life Sciences，Northwest University，Xi’an，Shaanxi710069） Abstract Based on the vast literature retrieval，relevant materials for the research and development information on main activity and utilization value etc of common alkloids in food have were summarized，in order to provide basis information for its further development. Key words Alkaloid；Bioactivity；Use value 项目基金：西部资源生物与现代生物技术实验室教育部重点实验室基 金（KH09030）；西藏自治区科技厅重大科技专项基金（20091012）；陕西 省教育厅科学研究项目计划（2010JK862）资助。 作者简介：吴丹（1988-），女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向：中 药生物工程。*通讯作者，博士后，副研究员，从事中药化学、中药资源 学、中药现代化与中医学研究。 收稿日期：2011-01-27 宁夏农林科技，Ningxia Journal of Agri.and Fores.Sci.&Tech.2011，52（03）：63-64，6663
生物固氮及其发展前景 摘要：本论文主要介绍生物固氮概念、固氮微生物及其种类和生物固氮发展前景。 关键词：生物固氮固氮微生物固氮生化机制生物固氮展望 引言：生物固氮是一个具有重大理论意义和实用价值的生化过程。生物固氮反应是一种及其温和及零污染排放的生化反应，它比人类发明的化学固氮有这无比的优越性，因后者需要消耗大量的石油原料和特殊的催化剂，并须要在高温（~300℃）、高压（~300个大气压）下进行。此外，若不合理地使用氮肥，还会降低农产品的质量，破坏土壤结构和降低肥力，以及造成坏境污染（如湖泊的水华和海洋的赤潮）等恶果。我国在近半个世纪当中，化肥产量猛增近6000倍，其有害影响已不断出现。因此，我们应深刻认识到，只有深入研究、开发和利用固氮微生物，才能更好的发展生态农业和达到土地可持续利用的战略目标。如果把光合作用旱作是地球上最重要的生化反应，则生物固氮作用便是地球上仅次于光合作用的生物化学反应，因为它为整个生物圈中一切生物的生存和繁荣发展提供了不可或缺和可持续供应的还原态氮化物的源泉。 内容：⒈生物固氮定义：指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程，生物界中只有原核生物才具有固氮能力。 ⒉固氮微生物的种类 ⒉1 自生固氮菌
⒉⒈1好氧：化能异养、化能自养、光能自养 ⒉⒈2兼性厌氧：化能异养、光能异样 ⒉⒈3厌氧：化能异养、光能自养 ⒉2 共生固氮菌 ⒉⒉1根瘤：豆科植物、非豆科被子植物 ⒉⒉2植物：地衣、满江红 ⒉3 联合固氮菌 ⒉⒊1根际（热带、温带） ⒉⒊2叶面 ⒉⒊3动物肠道 ⒊固氮的生化机制 ⒊1生物固氮反应的6要素 ⒊⒈1ATP的供应由于N≡N分子中存在3个共价键，故要把这种极端的分子打开就得花费巨大能量。固氮过程中把N2还原成2NH3时消耗的大量ATP(N2:ATP=1:(18~24)是由呼吸、厌氧呼吸、发酵或光合磷酸化作用提供的。 ⒊⒈2还原力[H]及其传递载体固氮反应中所需大量的还原力（N2︰[H]=1︰8)必须以NAD（Ｐ）Ｈ＋Ｈ﹢的形成提供。[Ｈ]由低电势的电子载体铁氧还蛋白(ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ，一种硫铁蛋白)或黄素氧还蛋白（Ｆｌｄ，一种黄素蛋白）传递至固氮酶上。 ⒊⒈３固氮酶固氮酶是一种复合蛋白，由固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成，它们对氧都高度敏感。固二氮酶是一种含铁
中兽药研究现状与进展 宁康健 （安徽科技学院，动物科学学院） 受化药的毒副作用及药物残留的影响及入世后对仿制新药的限制，中药成为创新药物的新亮点备受青眯。我国是一个中药材资源大国，具有11 000多种药用植物、动物和矿物资源，常用药物在1000种以上，已出口到130多个国家和地区，国际市场上每年中药的销售额高达160亿美元，但我国仅占市场份额的4%，而日本、韩国分别占到60%和20%，这与我国的中药大国地位极不相称。日本国内流通的生药共有390种，其中植物来源的有361种，占92.6%。日本自己栽培的生药有70种，其余大部分靠进口（约占75%）。日本用我国的“六神丸”加工制成的救心丹年销售额达1亿美元，几乎与我国中成药总出口创汇额相当。为什么人家这么少的资源可创造那么大的效益？我们的问题在那里？现就 中兽药的研究现状、存在问题及技术现代化、质量标化、管理规范化等提出拙见，意在抛砖引玉。 1中兽药研究现状 1.l 兽药典与中兽药企业 1.1.1 药典 2000年版《中国兽药典》共收载有183个中药成方制剂，其中散剂、配剂、浸膏、流浸膏剂、片剂等10个剂型占总数的94%，全部药典共收录剂型11个，以散剂为主（占80.3％）。而人药有43个剂型，5000余个品种。《日本药局方》已收录生药179种，汉方药方剂469个，剂型共27个。由此可见，中兽药与人用中药、与日本的药局方差距甚大。 1.1.2 中兽药企业 我国约有3000家兽药企业，90%以上属中小型，年产值在2000万元以上的只有20O多家，大部分企业缺乏与国外企业的竞争力。2001 年人用中药工业企业共有1100多家，能生产包括滴丸、气雾剂、注射剂在内的现代中药剂型40余种，品种8000余个。日本95年在册的汉方药生产及销售厂家共82家，制剂生产厂家42家。其中以律村、钟纺药品、大杉制药、帝国汉方、本草等 10家生产厂为主，其销售额占日
联合固氮菌研究进展 田颖1,陈萍2 (1.陕西科技大学,陕西西安710016;2.陕西省仪祉农业学校,陕西咸阳712000) 摘要 过量施用化学肥料,对维持生态平衡和保护环境不利,微生物肥料具有长效、无毒、无污染、节约能源、成本低等特点,可弥补化学肥料的不足,因此,生物固氮引起各国科学家的关注。通过阐述联合固氮菌的研究现状、进展及相关技术,为研究者提供相关的参考。关键词 联合固氮菌;联合固氮作用;进展 中图分类号 Q936 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2005)11-2131-03 R esearch on the Improvem ent of Associative N itrogen Fixation B acteria TIAN Ying et al (Shanxi University of Science&T echn ology,X ian,Shanxi710016) Abstract It is n ot g ood to retain ecologic balance and protect environm ent under over use of chem ical fertilizer.T he m icrobiological fertilizer,which has s o m any advances,such as the long effectiveness,n o toxic and n o pollution etc,can give support to chem ical fertilizer.S o biological fixation of nitrogen has been paid attention to by scientists. K ey w ords Ass ociative nitrogen fixation bacteria;Research progress 人类当前面临的最紧迫的问题是:粮食短缺、环境污染、能源枯竭。对生物固氮各环节的了解有助于解决上述问题。联合固氮作用在自然界广泛存在,对该体系的深入研究和探讨对于开发非豆科植物的固氮潜力具有重要意义。 1 联合固氮菌的概念及研究意义 20世纪70年代,巴西学者D bereiner从热带禾本科牧草雀稗根际分离获得雀稗固氮菌(Azotobacter paspali),并提出根际联合固氮的概念,认为根际中存在一类自由生活的能固氮的细菌,定殖于植物根表或近根土壤,部分则能侵入植物根的皮层组织或微管中,靠根系分泌物生存繁殖,与植物根系有密切关系,但不与宿主形成特异分化结构,并将植物与细菌之间的这种共生关系称为联合共生固氮(Ass ociative symbi2 otic nitrogen fixation),现称为联合固氮作用[1]。这种固氮作用在自然界广泛存在,是介于根际自生固氮和结瘤固氮之间的过渡类型。继D bereiner等人的发现之后,又发现许多具有重要经济价值的非豆科作物如:甘蔗、水稻、玉米、棉花、牧草等存在明显的生物固氮现象,这引起人们对非豆科植物生物固氮的极大关注。进入21世纪,人类社会普遍面临粮食、人口、环境、能源、资源等问题的困扰,加之目前化肥用量不断增加,土壤肥力日趋下降,如何保持农业生态环境的良好循环已成为当今世界现代农业的一个重大课题,在此背景下根际联合固氮作用逐渐显出其特殊的意义。 2 联合固氮菌种类 联合固氮的种类和分布非常广泛,从禾本科作物到木本植物以及竹子的根际中都有发现。其中研究的较为普遍和深入的有:雀稗固氮菌(Azolobacter paspali)、粪产碱菌(Alcali2 gens f accalis)、肺炎克雷伯氏菌(K oeb siella pneumonia)、印度拜叶林克氏菌(Beijerinckia india)、德氏拜叶林克氏菌(Bderxii)、弗李明拜叶林克氏菌(Bflumnensis)、多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)、梭菌属(Clo stridium)、德克氏菌属(Derxia)、阴沟肠杆菌(E cloacae)、凝聚肠杆菌(E agglomerans)、草生欧文氏菌(Erwoma herbicola)、稻草杆菌(Flavobacterium oryzae sp now)、生脂刚螺菌(Azo spirillum lipo ferum)、假单孢菌(P seudomonas sp)等。 作者简介 田颖(1971-),女,陕西西安人,硕士,讲师,从事微生物学的教学与研究工作。 收稿日期 2005208216 根据生理生态特征联合固氮菌大致可分成为3类:根际固氮菌、兼性内生固氮菌、专性内生固氮菌[2]。 2.1 根际固氮菌 根际固氮菌指定殖于根表的所有固氮细菌。这类细菌不仅为植物提供氮素营养,其促进植物生长的主要原因在于产生的激素影响了植物的生理过程。这类固氮菌主要包括雀稗固氮菌(Azotobacter paspali)、拜叶林克氏菌(Beijerinckia spp)等。 2.2 内生固氮菌 内生固氮菌是指那些定殖在植物根内而与宿主植物联合固氮的固氮菌。它们的来源之一是种子和无性繁殖材料(块根、块茎等)。另一个来源是根围和叶围,其中主要是根围。根据内生固氮菌的特点不同,又可分为兼性内生固氮菌和专性内生固氮菌2类。 2.2.1 兼性内生固氮菌。这类固氮菌既能在根内也能在根表和土壤中定殖,主要为固氮螺菌属(Azo spirillum)的细菌。该属细菌分布广泛,能与许多寄主联合固氮,目前已分离鉴定出的有5个种:产脂固氮螺菌(A.lipo ferum)、巴西固氮螺菌(A.brasilense)、亚马逊固氮螺菌(A.amazomense)、伊拉克固氮螺菌(A.irankense)、高盐固氮螺菌(A.haloprae ferens)。 2.2.2 专性内生固氮菌。这类固氮菌在土壤中不能生存或生存能力很差,主要存在于植物组织内。它们可为宿主提供相当数量的氮素。这类细菌主要从寄主植物的自然开口(排水口、气孔、皮孔)、根表皮裂细胞或次生根形成点细胞间隙感染植物,经木质部扩散至植株上部。该类群包括重氮醋酸固氮菌(Acetobacter diazotrophicus)、固氮弧菌(Azoarus spp.)、草螺菌属(H erbaspirillum spp)、红苍白草螺菌(H erbaspirillum rubrisubalbicans)和伯克霍尔德氏菌(Burkholderia spp.)。 3 几种联合固氮细菌的特征 3.1 重氮营养醋杆菌(Acetobacter diazotrophicus) 重氮营养醋杆菌是Dǒbereiner1988年从甘蔗当中分离得到的[3],其固氮酶活性很高,可为甘蔗提供60%的氮素。该菌是严格的专性内生菌,大量存在于甘蔗的根茎叶当中,主要与富含糖分并以茎节或块根作为繁殖材料的植物,如甘蔗、甘薯、紫花狼尾草等共生。重氮营养醋杆菌为好气性杆菌,尾部圆形,革兰氏阴性,具1～3条鞭毛,以N2为唯一氮源,高浓度(10%)蔗糖是其生长和固氮的最好碳源,在蔗糖浓度高达30%时仍可生长,生长过程中会产酸,甚至使环境的pH值达3.0以 安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2005,33(11):2131-2133 责任编辑 罗芸 责任校对 罗芸
禾本科植物联合固氮研究及其应用现状展望 3 张丽梅 方 萍 33 朱日清 (浙江大学环境与资源学院,杭州310029) 【摘要】 综述了近年来从禾本科植物体内和根际发现的内生固氮菌和根际固氮菌的种类、特征及对宿主 的促生机理,以及固氮菌接种剂在农业生产中的应用现状和存在的问题,指出影响联合固氮菌接种效果的主要因素有土著微生物的竞争;植物基因型差异和环境条件的变化,如结合态氮(氨、亚硝酸盐、硝酸盐等)对固氮酶的合成阻遏和较高的氧分压对联合固氮菌的固氮效率影响.提出了发掘和利用禾本科植物的生物固氮潜力的努力方向:从自然界分离筛选获得广谱高效固氮菌株;应用基因工程构建耐铵、泌铵型联合固氮菌;诱导禾本科植物形成固氮根瘤;充分发挥植物内生固氮菌的优势. 关键词 禾本科植物 联合固氮 根际固氮菌 内生固氮菌文章编号 1001-9332(2004)09-1650-05 中图分类号 Q945179文献标识码 A R ecent advances in research and application of associated nitrogen 2f ixation with graminaceous plants.ZHAN G Limei,FAN G Ping ,ZHU Riqing (College of Environmental and Resource Sciences ,Zhejiang U niversity ,Hangz hou 310029,China ).2Chin.J.A ppl.Ecol .,2004,15(9):1650～1654. The category ,characteristic of diazotrophs isolated from inside and/or rhizosphere of graminaceous plants in re 2cent year and the mechanism of the promoting effects on their host plant were reviewed in this paper.The cur 2rent status of application of associative nitrogen 2fixation inoculants and the problems in inoculation were dis 2cussed.It was indicated that the main factors influencing the effects of inoculants include the competition of in 2digenous micro 2organism with inoculants for nutritions and energy ,difference of host plant genotypes in associa 2tive relationship ,and variance of environmental conditions such as the concentration of ammonium in soil solution and the oxygen partial pressure in soil air.The trends of future research in this field were prospected ,for exam 2ple ,to isolate and identify the high nitrogen fixing efficiency strains with wider environmental adaptability ,to create associative nitrogen fixing bacteria strain which is able to bear or endure higher concentration of ammoni 2um by gene engineering technique ,to induce graminaceous plant forming root nodule for nitrogen fixation and to exert the predominance of endophytic diazotrophs. K ey w ords Graminaceous plants ,Associative nitrogen fixation ,Rhizosphere diazotrophs ,Endophytic dia 2zotrophs. 3国家自然科学基金资助项目(30070443). 33通讯联系人.Tel :0571286980595;E 2mail :pfang @https://www.doczj.com/doc/5d10235505.html, 2003-05-31收稿,2003-12-11接受. 1 引 言 生物固氮研究已有百余年历史,而作为其中的一个重要分支———联合固氮的研究,则只有几十年的历程.1958年, D bereiner 和Ruschei 等[3]首次从热带甘蔗的根际分离到固 氮细菌:拜叶林克氏菌(Beijerinckia f luminensis ),并证实禾本科植物同样存在生物固氮潜能.1975年,D bereiner [19]实验再次发现与禾本科植物联合共生的固氮菌:固氮螺菌(A 2 zospirillum ),并提出根际联合固氮的概念,认为根际中存在 一类自由生活的能固氮的细菌,定殖于植物根表或近根土壤,部份则能侵入植物根的皮层组织或维管中,靠根系分泌物生存繁殖,与植物根系有密切的关系,但并不与宿主形成特异分化结构,将植物与细菌之间的这种共生关系称为联合共生固氮(associative symbiotic nitrogen fixation ).继 D bereiner 等的发现之后,又相继发现许多具有重要经济价 值的禾本科作物如甘蔗、水稻、玉米、牧草等存在明显的生物固氮现象,引起了人们对禾本科植物生物固氮的极大关注.然而,由于联合固氮菌与宿主植物根系之间只是一种松散的 联合关系,没有分化出有形结构,使该领域的研究具有较大难度,且由于受多种因素的影响,联合固氮效率不及共生固氮高,限制了联合固氮接种剂在农业中的应用.近年来,随着一些新的研究手段包括化学分析、遗传工程、分子生物学、免疫学等方法的运用,推进了联合固氮领域的研究深度. 2 联合固氮菌种类及其特性 自根际联合固氮菌的概念提出以来,相继从禾本科植物根际发现了许多新的联合固氮细菌,如醋酸固氮菌(Aceto 2 bacter diazot rophics )、草螺菌(Herbaspirillum seropedicae )、内 生固氮菌(A zoarus spp.)、产碱菌(A lcaligenes )、固氮螺菌 (A zospirillum )、芽孢杆菌(B acillus )、肠杆菌(Enterobacter )、 克雷伯氏菌(Klebsiella )、假单胞菌(Pseudomonas )、固氮根瘤 菌(A zorhizobium )等.应用氮素平衡法、15 N 同位素稀释法和15 N 自然丰度技术证实了一些热带禾本科植物特别是甘蔗 应用生态学报 2004年9月 第15卷 第9期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Sep.2004,15(9)∶1650～1654