中国生物固氮研究现状和展望
沈世华荆玉祥*
(中国科学院植物研究所中国科学院光合作用和环境分子生理学重点实验室, 北京100093. *联系人, E-mail: yxjing@https://www.doczj.com/doc/747992680.html, )
摘要生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展. 本文在介绍国际生物固氮研究进展的同时, 着重叙述了生物固氮研究取得的重大进展和成果: 收集了根瘤菌资源, 建立了最大的数据库, 修正和发展了国际上对根瘤菌的分类; 发现了固氮基因, 证实了克氏杆菌固氮基因操纵子的连锁性及正调控基因的调节机制和对氧、温度的敏感性; 发现苜蓿根瘤菌结瘤调控基因nodD3的产物对结瘤基因表达的启动不受宿主类黄酮的作用; 发现苜蓿根瘤菌的碳利用基因和固氮生物氮代射和碳代谢基因表达及其调节的偶联作用; 化学合成了根瘤菌的结瘤因子; 在固氮基因表达调节基础上, 构建了固氮基因工程菌株, 并在生产中得到应用; 提出了化学模拟固氮酶的结构和功能, 固氮酶活性中心的模型和合成了模型化合物, 受到了国际高度评价. 根据国际上研究的趋势并结合国内的研究进展, 提出了生物固氮研究的发展方向, 建议在联合(内生)固氮菌固氮基因调控及其提供氮素的作用, 根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮的信号传递和分子相互作用, 氮、碳代谢和固氮与光合作用的偶联与共生结瘤固氮中功能基因组学等方面展开积极研究.
关键词固氮生物固氮酶基因表达化学模拟微生物与植物相互作用功能基因组
空气中约80%的氮气不能被植物直接利用, 只有固氮微生物具有将氮气转化成氨的能力, 人们称为生物固氮. 据联合国粮农组织(FAO)1995年粗略估计, 全球每年由生物固定的氮量已近2 × 106t(相当于4 × 108 t尿素), 约占全球植物需氮量的3/4. 所以, 生物固氮是地球上最大规模的天然氮肥工厂. 但是, 迄今为止所发现的绝大多数固氮微生物均不能在粮食作物水稻、小麦、玉米以及多种果树、蔬菜上固氮, 即使少数可以的话, 其固氮量也很少, 所以这些植物的高产不得不依赖化学氮肥. 30年后我国人口将达到16亿, 年需粮食6.4 × 108 t, 总计需尿素64 × 108 t. 按此需要, 至少还要新建很多氮肥厂, 投资上千亿元. 一方面, 适量使用化学氮肥可使粮食高产; 另一方面, 生产化学氮肥要大量消耗能源, 加重大气污染和温室效应. 大量施用化肥, 不仅提高农业生产成本, 而且导致水土污染, 影响健康和破坏生态平衡. 对于提高农业产量, 降低化肥用量和农业生产成本, 减少水土污染和疾病, 治理占我国国土面积约27%的荒漠化地区, 发展可持续农业, 生物固氮将起重要作用.
研究生物固氮的作用机制有3个目的: (1) 提高固氮效率, 在理论上阐明影响固氮效率的原因, 在生产实际中提出有效措施; (2) 在研究根瘤菌与豆科植物相互作用和共生固氮的基础上, 扩大根瘤菌的宿主范围, 使其能在非豆科植物, 特别是主要粮食作物上固氮, 或将固氮基因转移到非豆科植物上, 实现其自主固氮; (3) 在研究固氮酶结构与功能的基础上, 进一步探讨化学模拟固氮酶作用机制, 发展化学催化理论, 改革目前合成氨工艺, 提供廉价氮肥.
生物固氮是生命科学的重大问题之一, 是跨世纪的研究课题. 在当前生命科学的发展中由于基因组学和功能基因组学的建立和高新技术的创新, 又赋予生物固氮研究新的内涵和研究策略, 为实现固氮研究的目标增添了新的动力.
本文叙述生物固氮的研究现状和发展, 着重介绍我国的研究概况和取得的成果, 并结合当前生命科学的进展, 展望生物固氮研究的前景.
1生物固氮的研究现状
当前, 国内外生物固氮研究已进入一个新阶段, 其特点是多学科交叉, 将基础研究和应用前景相结合, 开拓了思路. 当前生物固氮研究正在分子和原子水平上开展, 如: 固氮基因表达的铵阻遏和氧敏感机制; 共生结瘤固氮中植物与微生物相互关系的基因表达和调控; 根瘤菌结瘤因子的结构和生物合成; 根瘤菌及其宿主植物的基因组学、转录组学和蛋白质
组学; 固氮酶的结构和功能及其化学模拟; 固氮效率的提高及其在农业和环境保护中的应用等. 这些研究要求生物学、农学、化学和物理学等学科的交叉和结合, 引入新概念和新技术, 综合进行.
1.1固氮资源的发掘和应用
生物固氮系统分为根瘤菌与豆科植物的共生结瘤固氮系统、联合(包括内生)固氮系统和自生固氮系统. 在共生固氮系统方面, 世界上有豆科植物19700种, 其中已知可以结瘤固氮的有2800多种, 占15%, 而对其共生固氮体系进行过研究的只占0.5%[1]. 不少国家, 特别是美洲和非洲国家, 积极发展种植大豆或其他豆科植物(美国大豆播种面积约占30%), 以发挥生物固氮作用, 减少化学氮肥用量, 取得了明显的经济效益. 在对联合(内生)固氮系统的研究中, 发现禾本科植物甘蔗内有内生固氮菌, 以光合产物为能源进行固氮, 可为甘蔗提供60%的氮素[2]. 这一发现为进一步开发联合(内生)固氮体系提供了突破空间和潜在的应用前景. 在自生固氮体系中, 发现一株嗜热放线菌(Streptomyces thermoautotrophicus)有耐氧的固氮酶[3], 为最终通过转基因手段实现非豆科植物自主固氮提供了可能的突破点.
我国传统农业耕作过程中采用豆科植物与其他农作物套种、轮作等手段改良土壤环境, 提高农作物产量. 当前, 苜蓿等豆科植物在我国西部地区的开发及开展生态农业、退耕还林还草过程中正起着不可替代的作用. 我国共有豆科植物约1400多种. 多年来, 我国科学家以豆科植物根瘤菌为重点, 逐步摸清了我国豆科植物的根瘤菌资源, 进行了系统分类, 发现了一些新属、新种[4~7], 并建立了我国最大的根瘤菌数据库. 其中一个重要的发现是, 一种植物在不同的生态环境可与多种根瘤菌共生, 例如我国的大豆可与3个属、7个种的根瘤菌共生固氮, 而一种根瘤菌(如海南根瘤菌Rhizobium hanaese)可从13 属14种豆科植物的根瘤中分离. 其他很多植物与根瘤菌的关系也是如此. 这一研究说明豆科植物与根瘤菌共生的多样性, 修正并发展了传统的根瘤菌“寄主专一性”和植物“互接种族”的概念. 将为利用现代基因组学、功能基因组学和蛋白质组学手段, 探索最佳的结瘤固氮模式和微生物与植物相互作用的机理提供良好的研究材料.
1.2生物固氮调控机理及植物与微生物的相互作用
用自生固氮菌——克氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae) 研究固氮基因及其表达和调控机理, 有很多开创性工作, 如发现了固氮基因nifC,7个固氮基因nif操纵子连锁以及正调控基因nifA的调节机理及其对温度和氧的敏感性[8~10]. 豆科植物与根瘤菌之间的分子对话机理研究有了重大进展. 在能量供应方面, 弄清了根瘤菌在豆科植物根瘤中依靠植物提供四碳二羧酸糖作碳源用于固氮, 并发现了dctABD基因[11]; 重组根瘤菌已经构建成功, 并用于提高固氮效率[12,13]; 与粮食作物联合固氮的固氮螺菌(Azospirillum brasilence Yu62)的固氮调节机理也已逐步明朗, 为构建铵阻遏条件下也能固氮的基因工程菌株打下了理论基础[14]. 我国科学家在深入研究正调节基因(nifA)的表达及其产物(NifA)活性调节机制的基础上, 构建了不受铵阻遏的组成型表达的nifA质粒, 将其引入大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonica)和阴沟肠杆菌(Enterbacter cloacae)后, 固氮作用不受铵阻遏[15~19]. 用此基因工程菌株接种水稻可以增产[20,21]. 此外, 还开展了固氮基因负调节基因(nifL)的研究[22,23]. 我国分离的巴西固氮螺菌Yu62的固氮酶基因表达和活性双重调节机制研究已经比较清楚, 为构建耐铵泌铵的基因工程菌株和降低玉米化肥用量提供了理论基础[24~26]. 田间实验结果有实效, 施用工程菌株比不施用的对照增产21.1%, 比野生型菌剂增产8.5%. 在相同产量水平下可降低20%的氮肥使用量. 在共生固氮体系结瘤固氮基因表达调节研究的基础上, 发现苜蓿根瘤菌结瘤基因nodD3的表达不受苜蓿类黄酮物质的启动[27,28], 为扩大根瘤菌的宿主范围提供了理论根据. 同时, nodD3基因表达受到两个启动子的控制[29], 第2个启动子可以被NtrC激活[30]; 化学合成了苜蓿根瘤菌的结瘤因子[31]; 根据宿主植物对根瘤菌识别因子和固氮嫌氧机制的研究, 将豆科植物的凝集素基因和血红蛋白基因转入烟草和水稻, 获得基因表达, 为进一步研究非豆科植物和根瘤菌侵染的关系奠定了技术基础[32,33]. 近年来, 我国开展了特有的华癸根瘤菌(Sinorhizobium huakui)结瘤固氮基因表达调节的研究[34,35], 发现了微生物体内碳代谢与固氮及氮代谢的基因表达调节之间存在着偶联关系[36,37]. 这一发现不仅对生物固氮调控有重要意义, 也对基因表达调控基础研究有重要贡献, 为进一步研究光合和固氮之间的偶联提供了理论基础.
1.3固氮酶的生物化学特性及其化学模拟
国际上已经对固氮酶高分辨率的空间结构进行了研究, 阐明了其活性中心的原子簇FeMoco及其周围蛋白分子的三维结构[38,39]. Schmid等人[40]对棕色固氮菌缺失FeMoco的突变种nifB-Av1的钼铁蛋白组分做了晶体衍射结构分析, 发现4个亚单位中的1个构象发生了较大变化, 存在一个带正电的漏斗状(funnel)结构, 它足够容纳带负电的FeMoco的插入, 成为具有固氮功能的钼铁蛋白组分. 与此同时, 化学模拟固氮酶在温和条件下合成氨有了很大进展[41]. 在这个领域里我国也做了大量非常出色的工作: 固氮酶催化HD的形成绝对依赖于氮[42]; 在固氮酶催化还原N2的放氢机制中, 率先提出了双位点放H2模式, 对了解固氮酶催化机制有所发展[43]. 美国1992年用X光衍射确定固氮酶活性中心原子簇是由MoS3Fe和FeS3Fe3两个缺口的立方烷型簇合物组成[38], 通过3个非蛋白配体S桥联而成为一个笼(其顶端分别是Fe和Mo). 其实在此之前, 我国就已经合成了这两个簇合物[44]; 根据配位催化原理和化学探针思路, 提出活性中心原子簇笼应是活口的, N2还原成氨和质子还原成H2都是在笼内进行, 提出用于还原底物有两条质子通道的设想[45~47]. 这些进展对指导合成高效催化剂, 实现在温和条件下固氮有重要意义.
1.4我国生物固氮研究成果的国际认可和曾经面临的困境
“生物固氮”成为科学定义并开始大力研究已有114年的历史. 我国自1937年开始生物固氮研究, 已有65年历史. 20世纪70年代生物固氮研究在生物化学和分子遗传学等方面取得突破后, 我国也取得了一系列重要成果, 在国际上占有一定的地位, 在某些方面还具有重要影响. 因此, 国际生物固氮研究委员会主席W. Newton曾多次建议在中国召开国际生物固氮研究大会, 经研究决定2003年在北京召开第14届国际生物固氮大会.
我国生物固氮研究的道路曲曲折折, 曾经有两种错误认识: 一是受到假冒伪劣生物固氮肥料的宣传的干扰, 认为生物固氮问题已经解决; 二是对国际和国内生物固氮研究的突破性进展了解不够, 认为难度大, 进展甚微, 国内经多年研究也未出成果. 两者的结果使我国的生物固氮研究面临严重困境.
为防止困境再现, 经我国有关决策者和研究人员的共同努力, 恢复了固氮研究应有的地位. 这就为巩固研究成果, 继续发展, 不失时机地迎接生物固氮的重大突破的新时代的到来, 并把生物固氮研究中与生命科学其他学科相关的重大科学问题提高到一个新水平, 使其进一步为我国农业可持续发展做出重要贡献.
2生物固氮研究的展望
根据国际上生物固氮研究的发展和我国的具体情况, 我国生物固氮研究应着重下列几个方面.
2.1联合(内生)固氮菌固氮基因调控及其在提供氮
素中的作用
联合或内生固氮菌大多数是自生固氮菌, 其固氮作用大小极易受外界环境因素(氧、铵、温度等)的制约. 在自然状态下有些固氮菌与植物有着松散的联合, 或进入植物成为内生菌, 这就为进一步利用这些固氮生物给植物提供氮素创造了更多的机会. 在研究固氮基因表达和调控的基础上, 有针对地进行固氮菌的遗传改造, 构建高效的固氮菌株, 以提高固氮效率, 减少化肥施用, 为作物提供更多的固氮量[13,14,20,21].
2.2根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮的信号传递和分子相互作用
豆科植物共生固氮由于其固氮作用的高效率, 始终是生物固氮研究的焦点之一. 根瘤菌与豆科植物之间的信号传递、相互识别、基因的顺序性表达和调节对根瘤的形成、发育和固氮作用的大小等有着错综复杂的联系. 苜蓿根瘤菌和苜蓿的共生结瘤固氮是共生固氮的模式系统, 研究最为集中, 但仍然有很长的路要走. 如果考虑到地区不同和自然环境的差异, 即使是同一模式系统也会有不同的差异表现, 更何况还有特异的共生固氮系统? 在分子水平上阐明两者相互作用的机理, 一方面旨在提高共生固氮的效率, 另一方面还可以为扩大根瘤菌宿主范围, 为实现粮食作物共生固氮提供理论依据和技术措施.
2.3氮、碳代谢和固氮与光合作用的偶联
氮、碳代谢是一切生物最基本的代谢作用, 而且是相互联系的. 固氮作用需要消耗作为能源的碳源. 植物共生固氮中固氮作用的能源直接来自光合作用. 固氮生物有选择性地利用碳源, 其中以四碳二羧酸糖的利用较好. 固氮生物在氮、碳代谢的基因表达中, 分别利用RNA聚合酶的σ54和σ70. 碳代谢调控蛋白CRP(carbon receptor protein)与结合在启动子上的σ54
相互作用, 使依赖σ54的dctA和glnAp2等基因启动子的表达受到抑制[36,37], 其结果就在分子水平上将氮、碳代谢联系起来. 最近研究证明, CRP-cAMP同样抑制肺炎克氏杆菌nif基因的表达, 而且其抑制作用的大小与启动子上有无潜在的CRP结合位点直接相关[48,49].
豆科植物是C3植物, 固氮作用需消耗光合作用能量的10%, 因此减产达5%, 固氮不增产[50]. 虽然在大豆根瘤菌中增加nifA正调控基因的拷贝数, 可以提高固氮作用, 增加产量[51,52], 但仍然需要植物提高光合作用效率, 才能满足既不施或少施氮肥, 又能达到增产的目的. 如何提高豆科植物的光合作用效率, 是光合作用和固氮作用的共同研究问题. 现有报道表明, 通过诱变获得高光效的大豆品种, 产量可提高30%左右[53]. 这一品种将为固氮和光合偶联研究提供了材料. 另一途径是通过转基因技术将C4植物的基因转入豆科植物, 使其变成C4植物. 这种可能性是存在的, 最近已经将玉米光合作用C4途径的基因转入水稻, 获得高光效增产幅度较大的转基因水稻[54~56], 这为获得C4豆科植物提供了借鉴.
2.4共生固氮中包括蛋白质组学在内的功能基因组
学研究
共生固氮功能基因组学和蛋白质组学研究包括根瘤菌和宿主植物两个方面. 功能基因组学研究的前提是对目的生物的基因组进行全序列分析. 目前国际上已经对苜蓿根瘤菌基因组进行了全序列分析[57], 接着是大豆根瘤菌和百脉根根瘤菌(Rhizobium loti)基因组. 在宿主植物方面已经启动了对苜蓿Medicago sativa Lin)、大豆(Glycine max Lin)和百脉根(Lotus corniculatu)基因组序列的分析[58~60]. 这些研究成果将为固氮功能基因组和蛋白质组学研究奠定基础和建立技术平台. 目前, 固氮功能基因组和蛋白质组学已经陆续有所报道[61~63]. 固氮资源生物多样性研究表明, 不同根瘤菌可与同一豆科植物相互作用结瘤固氮, 但它们之间的结瘤固氮效率却大不相同. 同样, 同一根瘤菌可与不同属的豆科植物结瘤固氮[64]. 这一结果为开展共生固氮功能基因组学和蛋白质组学研究奠定了基础. 可以充分利用公布的苜蓿根瘤菌基因组序列, 通过RNA 和蛋白质差异显示法和微阵列法, 对不同苜蓿根瘤菌基因组及其突变株在共生条件下进行功能比较, 对不同根瘤菌在同一豆科植物结瘤的不同根瘤素基因表达进行比较, 将可大大推进共生结瘤固氮中微生物与植物相互作用机理的研究. 在此基础上, 还可寻找非豆科植物, 特别是禾本科植物中是否有以及有多少类似于豆科植物的根瘤素存在, 从而最终为非豆科植物的共生固氮和自主固氮提供策略和技术路线. 无疑, 共生固氮功能基因组和蛋白质组学研究将具有更为重大的科学意义和潜在的实际意义.
致谢感谢沈善炯、李季伦和朱家壁教授对文稿的建议和修改及林敏、陈文新、周朝晖等教授所提供资料. 本工作为国家重点基础研究发展规划资助项目(批准号: 2001CB108904).
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(2002-08-28收稿, 2002-11-28收修改稿)
?动 态?
第１４届国际固氮大会将在北京召开
生物固氮与光合作用是自然界给予人类的两大贡献,
它们分别提供了植物生长的氮源和碳源, 从而提供了人类
社会发展的最基础的物质条件, 是农业生物学最基础的研
究课题.
国际固氮大会是生物固氮研究领域规模最大、规格最高、权威性最强的国际学术会议. 它每两年召开一次, 此
前历届都由欧美各国主办, 本届大会是首次在中国召开,
这也是亚洲首次取得举办权. 大会将于2003年11月1～6
日在北京国际会议中心举行. 在国际固氮管理委员会的大
力支持下, 囊括国际上本研究领域最著名专家学者(36人)
的国际顾问委员会以及囊括国内本研究领域最著名专家
学者(30人, 其中包括6位中国科学院院士)的国家委员会
已经成立.
大会预计将有1000名左右中外科学家参加, 将特邀
本研究领域最著名的专家学者到会并做大会报告, 其中包
括国际固氮管理委员会成员10名、国际固氮咨询委员会
成员36名及其他大会特邀报告人40名左右.
本届大会将包括4个全会和12个分会. 全会议题为: 1. 生物固氮基础研究; 2. 可持续农业与生物固氮的限制
性因素; 3. 生物固氮研究前沿(新技术、基因组研究、固氮
生物体系); 4. 根瘤菌-豆科植物共生体系. 分会议题为: 1. 固氮酶的生物化学及其化学模拟; 2. 固氮遗传与调控;
3. 根际联合固氮及其内生固氮;
4. 放线菌共生体系与林业;
5. 光合固氮菌;
6. 固氮微生物及其相关植物的基因组研究;
7. 固氮微生物在可持续农业及其生物修复中的应用;
8. 胁迫应答(耐盐)及其他生物固氮限制因素;
9. 固氮体系的系统发育及其共生进化; 10和11. 根瘤菌-豆科植物共生体系; 12. 与发展中国家合作的生物固氮研究等当前生物固氮研究领域的各个方面.
详细情况请参照https://www.doczj.com/doc/747992680.html,网站提供的信息. 会议费用及要求等信息将在https://www.doczj.com/doc/747992680.html,网站上公布.
联系方式：
地 址： 北京大学生命科学学院(100871)
联系人： 李凤梅王忆平
电 话：010-6275 1006
传 真： 010-6275 6325
E-mail：mm307@https://www.doczj.com/doc/747992680.html,
生命科学研究进展 尹强 (江西农业大学理学院，江西南昌，330045) 现代生物技术已进入商品生产的激烈竞争阶段。据在京举行的关于“分子生物学进展”方面的学术报告会透露，美国科学院的院报中，每月的生物论文10倍于数理化天地论文的发表数量。这个数字显示了在当代人们对生命科学发展的重视程度。同样，在商品生产领域也表现出了同样的趋势。如在运用现代生物技术的遗传工程方面，美国每年在该领域投入的研究经费高达100多亿美元，有200多家大生物技术公司从事有关方面产品商品开发，已生产出了多种生物制品。在市场上出售的有人生长激素、胰岛素、调节血压的人肾素，还有乙型肝炎疫苗；可使肿瘤枯萎的生物技术药物已进入临床试验。美国利用遗传工程正在研制生物制品的还有多种，如具有抗癌作用的肿瘤坏死素、能溶解血栓的组织纤维蛋白溶酶活化剂及多种免疫系统调节制剂．科学工作者还正在研制艾滋病疫苗。在现阶段的动物试验中，这种疫苗已使老鼠体内产生了艾滋病抗体，并开始在人体上进行试验。 日本在生物技术方面的研发也不甘落后，该国的科学家把生物技术看成是使日本的技术在2l世纪处于世界领先地位的跳板。日本引进美国的生物技术，派出大量人员去美国学习，同时鼓励本国的科研。日本已研制出促进红细胞形成的血细胞生成素，可用于治疗肾脏疾病。 西欧各国在生物技术方面起步较慢，但在现代制药工业中生物技术却异军突起。他们在单克隆抗体和特异蛋白分子的生产方面处于世界领先地位。一些老企业也利用生物技术生产各种高效酶制剂，用于食品加工和废物处理。还有，他们在细胞融合领域也取得了重要进展，如番茄马铃薯的育成。在开发这类细胞融合技术产品时，除在产品实践方面有所突破外，还在育种理论上有新发现。如他们在研究报告中指出，利用细胞融合技术最有前途的是近亲植物细胞融合，它对提高品种质量效果明显。 俄罗斯生物技术研究也日趋活跃，他们在前苏联时期的研究基础上，先将遗传工程的重点放在农业方面，力图培育出“早熟、高产、营养丰富、能在贫瘠土地上生长的农作物。俄罗斯科学家还存分子生物学和医学生物技术方面进行了卓有成效的研究，在研究离子载体如何穿过细胞膜方面有突破性进展，了解这一点将使人们揭开细胞维持恒定状态的奥秘。 我国在现代生物技术开发方面虽然起步较晚，但发展迅速，在某些项目上已跻身于世界先进行列，引起了国际同行的关注。如存生物医学工程领域的人工器官，新华医院和上海第一结核病防治院共同研制的聚丙烯中空纤维人工肺已在全国推广应用，仅新华医院一家就用了300多例。过去不用人工肺死亡率达50％，现在应用新的人工肺，深低温手术无一例死亡，达到了国际先进水平。上海胸外医院、新华医院、人体代用材料研究所研制的人造血管、膨体心脏修补片已达到国际20世纪80年代水平。特别应提到的是，我周在转基因抗病虫害作物、生物大分子的合成及克隆生物领域取得的成果亦是颇多。我国还参与了人类基因组测序工作，说明我国在该领域占有一席之地。我们还必须进一步加强该领域的研究工作，以缩小与发达国家在生物技术研究开发方面的差距。 1 我国研制成功第二代人造血 查新报告显示，我国第一代人造血在临床应用中，已成功地抢救了400多名伤病员。研究第二代人造血的科研人员，在历时4年的探索中对氟碳人造血的合成、乳化、毒理以及药效等方面做了不少改进，储存期从半年延长到1.5年；它在血管中的半衰期也从原来的10 h延长到19.8h。这将更有利于患者恢复健康。人造血是国际生命科学界，特别是医学界关注的热门课题。第二代人造血是我国上海有机化学研究所、上海劳动卫生职业病防治研究所的科学工作者研制的。对第
中国制造业企业跨国经营现状分析 摘要：本文从中国制造业企业跨国经营的总体规模、主体特征、产业结构、区域分布等角度分析了近年来，尤其是中国加入世贸组织以来，中国制造业企业跨国经营的现状。 abstract： from the perspective of overall scale， the main characteristics， industrial structure， regional distribution， etc. of china’s manufacturing enterprises transnational operation， this article analyzed the status quo of china’s manufacturing enterprises transnational operation in recent years， especially since china’s accession to the wto. 关键词：制造业；跨国经营；现状 key words： manufacture；transnational operation；status quo 中图分类号：f114.4 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）22-0198-02 1 跨国经营总体规模 2006年末我国对外企业投资非金融类累计存量为750亿美元，是2002年末的3.3倍，占世界fdi存量的0.85%，排第13位。2012年实现非金融类直接投资772.2亿美元，同比增长28.8%，其中，对俄罗斯投资实现高速增长，达117.8%，对美国、日本、东盟、中国香港的投资均实现两位数的较快增长。目前已有5000多家国内
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
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。
中国制造业的现状 1、总体看来，目前中国制造业发展异常迅速，产业基础越做越大，但总体科技含量不高，军工我不知道，就民用而言。凑合在中低端。 2、生产设备方面。机器的制造称为制造的制造，目前虽然很多设备可以国产了，但比其品质，稳定性，扩展性上看和国外相比，还有差距。像我现在搞的精密模具，要用的加工中心就是纯进口。 3、从业人员，奋斗在制造业第一线的人文化素质不高，缺少技术工人。 4、自主产品有限，很多厂就是外国世界工厂上的一点，依赖性强。 据我在工厂接触的几个外国技术人员来看，世界上制造业发展的趋势应该是标准化数字制造，即生产实现数字化控制，人只要把需要设计出东西输入电脑后，即可实现全自动生产。但这样的生产建立的前提是精加工。 所以很多外国企业把初级加工转嫁给第三世界国家，自己做精加工，然后出自主产品，赚取高额利润。
中国装备制造如何走出国门 推动国际产能与装备制造的合作，让更多中国企业在全球基础设施建设中发挥作用，可以为全球经济质量提升作出中国应有的贡献，也能够为中国化解过剩产能提供一个重要出口，为中国经济转型、提质增效创造有利条件。 国务院公布关于推进国际产能和装备制造合作的指导意见，提出包括加快铁路“走出去”步伐、大力开发和实施境外电力项目、加快自主品牌汽车走向国际市场等主要任务。这份文件对于推进我国国际产能和装备制造合作，实现我国经济提质增效升级，具有十分重要的指导作用。 改革开放以来，我国的装备制造业处于快速发展之中，产业规模、技术水平和国际竞争力大幅提升。与此同时，在遭遇全球金融危机侵袭后的最近几年来，全球产业结构出现加速调整趋势，基础设施建设出现一轮新的高潮，特别是在发展中国家，在大力推进工业化、城镇化过程中，对于基础设施建设尤为重视。国际市场出现的这种变化，为我国装备制造业走出国门，在全球市场上占据制高点提供了有利的契机。 在评估国际产能与装备制造合作的前景时，一个不可忽视的重要因素是，我国提出的“一带一路”发展战略和组建亚投行的倡议，受到了相关国家的广泛认同。国家领导人频频出访亚洲、非洲、拉丁美洲等发展中国家集中的地区，不仅使我国对外开放提高到了一个新台阶，也为中国与相关国家创造了产能与装备制造合作的良机。目前，无论是“一带一路”相关国家还是亚非拉地区，基础设施建设都较为薄弱，中国企业如果能够在这方面的合作中占领先机，对于这些地区的经济基础提升将起到重大推动作用，使“一带一路”和其他一些合作构想出现突破性进展。因此，开展国际产能和装备制造合作，对于我国具备广阔的市场前景。
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
中国制造业发展现状分析 摘要：机械制造业是一个国家的基础行业，是国民经济发展的支柱产业，直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素。本文通过一些权威数据分析中国制造业目前的发展现状，研究中国制造业落后的深层次原因，在此基础上提出我国制造业今后发展的策略和方向。 引言 制造业是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），按照市场要求，通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业。作为我国国民经济的支柱产业，制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托，制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。改革开放以后，中国制造业发展迅速，极大地带动中国的经济，中国经济总量已超越日本，成为世界第二大经济体。然而，我们必须看到制约中国制造业发展的瓶颈，找出问题所在，加以重视，中国的制造业才会有更大的发展空间，而不是继续着“大而不强”。 中国制造业的现状 1.中国对外贸易快速发展，在世界贸易总额中的地位不断上升 2001-2010国内生产总值平均增长速度为10.5%，由2000年的99214.6亿元增加到2010年的403260.0亿元，第一产业增长4.2%，第二产业为11.5%，第三产业为11.2%。2010年工业总产值为698591亿元。1990-2003年我国制造业出口年均增长达17.5% ，大大高于世界平均水平。 2.工业制成品在出口商品总额中的比重不断提高，中国正逐步成为世界生产基地 由1980年为49.7%，1990年为74.4%，1999年为89.8%，2000年以后接近90%，2003年已上升到92.1%。 单位（亿美元） 3.中国制造业在国际市场的竞争力不断上升 （1）2003年机电产品进、出口规模均首次突破2000亿美元大关，分别达到2249.9亿美元、2274.6亿美元，占总进口和总出口的比重分别达到54.5%和51.9%，其中出口比重较上年提高了3.7个百分点。2003年，中国高新技术产品的出口也突破了1000亿美元，达到1101.6亿美元，同比增长了62.7%。
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
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
制造业是国民经济的物质基础和工业化的产业主体，是社会进步与富民强国之本。任何一个大国（我不是说像新加坡这样的城市国家）为了自身的发展和安全，都将装备制造业的发展和升级作为国家战略来对待，高度发达的装备制造业是实现工业化的必备条件，也是一个国家综合竞争力的重要标志。制造业在中国现阶段至少有五个方面的作用：第一是我们国家经济高速增长的发动机；第二是推动国民经济和社会信息化的基础产业；第三是科技创新的重要载体；第四是劳动就业的主要部门；最后也是国家安全的一个基本保证。 中国制造业的发展现状。中国制造业在改革开放25年间得到了快速的增长，它的动力来自两个方面，一是强大的国内需求，就是国内的基本建设、基础设施建设的需求，人民生活提高的需求，还有就是国际产业的转移。中国制造业在GDP里面所占的比重一直都是比较高的，因为我们现在正处于工业化的中期，世界制造业的主要国家第一还是美国，第二是日本，中国在2003年超过了德国。可以看出尽管美国的服务业已经超过80%，但是它还是世界上制造业最强的国家。可见制造业特别是装备制造业始终是高于GDP的速度在增长，它已经成为我国最大的产业和国民经济重要的组成部分。我们国家制造业的构成分为三块，一共是17个行业，有5个行业是轻工业、纺织工业和日用品的制造，这大概占制造业的30.24%；第二块也是5个行业，主要是资源加工，包括石油化工、橡胶、非金属、金属冶炼，大概占33%，就是我们整个制造业产值增加值的三分之一；第三是机械、电子类制造业，这稍微多一点，比三分之一多一点大概是35%，所以三块组成大概是这样。轻工业比三分之一略少，资源加工业三分之一，还有机电加工产品比三分之一多。我们可以大致说一下资源加工业生产的产品全部是用在国内，包括像钢铁、有色金属、石油加工的产品，都是用于国内的。轻工业和机械、机电工业的产品大约是一半或者是少于一半是出口的，主要还是满足内需。 中国的工业增加值，因为第二产业还有建筑，讲工业占GDP的35.75%，工业增加值占全部工业，就是第二产业的78.69%，建筑业只有大概20%，工业上缴的税金占第二产业的90%，从业人员90.7%，这里面我想特别指出一点制造业出口占全国外贸出口的91.2%，接纳外商实际直接投资额约占全部外商投资额的70%。中国制造业的发展也是承接国际产业转移的一个结果。在市场竞争直接成本中，它们的比大约是美国30美元，欧洲24个美元，东欧是3个美元，日本是24个美元，在中国是2个美元，当然印度现在比我们还低一点，是1个美元，包括东南亚国家。以软件工程师来说，在硅谷一个成熟的软件工程师工资大概是20至30万美元，这里包括付税，不是全部给他工资；在爱尔兰是8至9万美元，在印度是4至5万美元，在中国是2至3万美元，所以无论是体力劳动者还是脑力劳动者在中国的成本都比较低。我举一个例子，像直升机，这是美国商用直升机最成熟的，在美国只生产顶部直升机的螺旋桨和尾部的螺旋桨，顶盖部分在西班牙生产，尾部也是在西班牙生产，中间的机身部分是在日本生产，起落架是在巴西生产，机头是在中国台湾生产，机尾是在中国的井冈山直升机厂生产，所以从头到尾都在中国生产，就是一个头一个尾。中国累计批准外商投资企业到2004年11月底是5万多家，合同金额超过1万亿美元，实际利用外资是5590亿美元。跨国公司的研发机构在中国发展也非常迅速，到2004年6月，在中国设立研发机构的跨国公司超过600家，累计投入研发金额是40亿美元，我们在这上面可以看到东芝、IBM、HP、英特尔、GE、诺基亚、松下、爱立信公司。跨国公司在中国的研发机构发展非常迅速，其中有计算机、电子、医疗、运输，还包括汽车。我曾经访问GE在浦东的研发机构，它用了900多个中国的博士和工程师，我说是否针对中国生产研发，它说是针对GE全世界，所以正在从面向中国转向全球。外国在华研发R&D投资分布主要还是集中在北京，接近60%，因为北京具有我们中国教育科研人才的优势，其次是在上海和深圳，在其他地区包括中国的成都、南京、武汉也都有一些研发的机构。 当然，讲到中国的制造业，我们必须看中国制造业和国际先进水平的差距。第一是劳动生产率比较低，我们现在一年不到4万美元，只有美国的4.38%，日本的4%，德国的5%多一点，我们人用得比较多。中国的制造业能源消耗大，污染比较严重，制造业的能耗占全国一次能耗的63%，单位产品的能耗高出国际水平20%至30%，全国CO2的排放量67.2%是锅炉排放；第二是产品以低端为主，附加价值不高。增加值率仅为26.23%，比美国、日本及德国分别低22%、22%和11%，出口主要是劳动密集型和技术含量低的产品。当然事情是两方面的，这既是一个缺点有的时候也是优点，因为中国需要解决就业问题，如果都搞自动化工厂每年新增就业就有问题。产
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
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/747992680.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