２４ＧｒａｓｓｌａｎｄａｎｄＴｕｒｆ（Ｂｉｍｏｎｔｈｌｙ）２００５Ｎｏ．２（ＳｕｍＮｏ．１０９）
生物固氮测定方法研究进展
陈朝勋１，席琳乔２，姚拓２…，张虎２，张德罡２
（１．云南省曲靖市麒麟区畜牧局，云南曲靖６５５０００；２．甘肃农业大学草业学院，
甘肃兰州７８００７０；３．兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验，甘肃兰州７３００００）
摘要：对生物固氮测定的方法乙炔还原法（ＡＲＡ）１５Ｎ同位素稀释法（ＩＤ）１５Ｎ自然丰度法、非同位素法、全氮差值法和酰脲估测法进行综述，并评述了其引起误差的因素和测定结果的准确性。
关键词：生物固氮；固氮量；测定；方法
中图分类号：Ｓ１４４．５文献标识码：Ａ文章编号：１００９～５５００（２００５）０２—００２４—０３
目前，固氮测定技术对于生物固氮研究是十分重要的。随着研究的深入，固氮测定技术也不断地向准确、可靠、操作简便的方向发展。生物固氮测定方法主要有乙炔还原法（ＡＲＡ）、１５Ｎ同位素稀释法（ＩＤ）、１５Ｎ自然丰度法、非同位素法、ＡＮ法、全氮差值法和酰脲估测法等。为便于更好研究生物固氮，本文主要介绍常用的几种测定方法以及它们的优缺点，以供参考。
１乙炔还原法
始于２０世纪６０年代，目前被广泛应用，根据固氮酶具有还原分子氮或利用其他底物的能力，使乙炔还原为乙烯，作为固氮的间接测定。从植物根际分离的纯培养物分别接种于盛有无氮半固体培养基的血清小瓶中，置于２８～３０℃培养箱中培养４８ｈ，将血清小瓶瓶盖在无菌条件下换成橡胶塞，用无菌注射器抽出１０％的气体，每瓶注入１ｍＬＣ２Ｈｚ，再置于２８～３０。Ｃ下培养２４－－４８ｈ。用无菌注射器从瓶种抽取混合气体０．２ｍＬ注入气相色谱仪（ＧＣ）进样柱中，测定Ｃ：Ｈ。含量。其中，以不接种菌注有Ｃ：Ｈ。的血清小瓶为对照，重复３次。从显示屏上Ｃ。Ｈ：、Ｃ。Ｈ。峰值判定有无一一蔫蒜盏豪鬻段藩湍鬻
收稿日期：２００４—０９—２７；修回日期：２００４—１＂ｏ一２８
基金项目：国际原子能机构（ＩＡＥＡ）项目（ＣＰＲ－５—０１４）和甘
肃省科学技术攻关项目（２Ｇｓ０３５一Ａ４１－００ｌ一０４）
中国博士后科学基金（２００４—０３５—１７６）作者简介：陈朝勋（１９５４一），男，云南省曲靖市人，主要从事
畜牧及草地微生物工作。张德罡为通讯作者。ｃ：Ｈ。的产生以确定其固氮性能［１］，按下式计算其固氮酶活性大小心ｊ。
该方法优点是灵敏度高，操作较简单，速度快、费用较低，可快速确认固氮作用的存在与否。并通过还原乙炔活性的强弱，推算出植物——固氮菌联合体的固氮量。适应范围广，可以离体，也可以整株活体连续测定或原位测定。
缺点是不能直接而准确的获得生物固氮量，不适于长时期田间共生固氮的定量测定，只能短时间内测定固氮酶活性动态，长时间测定时必须考虑到周围环境的影响。在理论上可以用Ｃ。Ｈ：与Ｈ比为３：１换算固氮结果，实际上已报道的有１．５：１．０～２５：１．０的各种比例。尤其对田间系统更复杂。因此，要在控制条件下测定或在田间单因子条件下测定，以便进行校正。准确性差、结果可靠性不强口］。
２１５Ｎ同位素稀释法
ＩＤ的原理是将固氮系统暴露在“Ｎ中，经一定时间后，如果在该系统中发现了“ＮＨ。或其衍生物，则可判定发生了固氮作用，１５Ｎ示踪法灵敏度高，是固氮研究中确认菌株有无固氮能力最直接最可靠的方法。并且适用于自然田问原位或施人某种固氮菌剂后的作物根际联合固氮量的测定，是确定固氮作用定性和定量的最标准方法。不需校正因子，并可以校正定氮的一些技术操作。该方法被认为是最有效而实用的方法。
固氮植物和非固氮植物（作为参考植物）生长在施用相同量１５Ｎ标记肥料的土壤中，如果两种植物从土壤和肥料中吸收相同比例的Ｎ素，在没有其他Ｎ素来
草原与草坪双月刊２００５年第２期总第１０９期２５
源的情况下，两种植物体内应有相同的１５Ｎ／“Ｎ组成。当豆科植物固氮时，由于利用了空气中没有标记的Ｎ素，植物体内１５Ｎ浓度将被稀释，１５Ｎ／“Ｎ比例下降，而参考植物的比例不会发生变化，从空气中固定的Ｎ素占豆科植物全部Ｎ素的比例（％Ｎｄｆａ）可通过下式计算‘３～６Ｉ：
ＧＮｄｆａ＿（１一篇器）×１００
其中％ＮｄｆＦ为固氮植物体内１５Ｎ的原子百分超；％ＮｄｆＮＦ为非固氮植物体内１５Ｎ原子百分超
总固氮量一％Ｎｄｆａ×固氮植物体内全Ｎ量
ＩＤ的优点是灵敏度高、准确度高可靠性强可以校正非直接测定法的准确性、也能够测定田间综合条件下的固氮量，而且能够区分来源于空气、土壤、肥料中的Ｎ素量，在选育高固Ｎ能力的品种试验中只需要比较固Ｎ植物体内１５Ｎ的含量不需要参考植物的数据。能够确定某种细菌是否固氮，适合联合固氮菌固氮量的测定。不需选择参考植物。
缺点是需要选择参考植物，它会影响固Ｎ量的精确性，不会造成很大的测定偏差。选取同一土壤库中吸收养分相似的根系类型，有相似的Ｎ素吸收类型和生长速率。１５Ｎ价格昂贵，测定手段繁琐，易受大气和土壤中１５Ｎ的干扰。
３非同位素法
通常，磷的含量是随着氮水平的增加而增加，在植物成熟期积累更多的磷。接种微生物肥料磷的吸收显著增加。这种方法是应用了全量、１／２量、１／４量和不施肥，其中以不接种为对照。在植物成熟后，收集样本风干测定总产量，进行化学成分分析（全氮和全磷的含量），ＡＲＦ计算公式如下［９ｊ：
ＡＲＦ％一訾Ｘ１００
其中ＡＲＦ：固氮百分数；ＮＰ：接种土壤植物吸收的全氮；ＮＰ。：非接种土壤植物吸收的全氮；ＮＦ：施氮水平。
非同位素的优点是简单、易行、不需要较精密的仪器、成本低；缺点是时间较长，需要测定全产，不能估计因减产而造成的试验误差，因氮肥的施用量不同，会影响测定结果。高氮施肥水平导致作物从根、作物吸收的氮减少［９］。
４全氮量差法
全氮增加是固氮量测定可用全氮增加来衡量，在无化态氮来源情况下，若生命系统中全氮量有净增加则表明有固氮作用发生。全氮分析有两种基本方法，凯尔道氏湿消化法和杜马氏干烧氧化法，比较固氮系统和不固氮系统中全氮量，以确定固氮量。固氮量计算为固氮系统全氮减去非固氮体系全氮。
总氮差值法一固氮作物总氮一对照作物的总氮［１０，ｎ３。
５酰脲估测法
在开花初期和结荚初期，采鲜样测定幼茎段（包括叶柄）烘干磨碎后测定酰脲含量全氮含量（凯氏定氮法），硝态氮含量氨态氮含量（茚三酮法）；最后计算酰脲相对丰度：酰脲一Ｎ／（酰脲Ｎ＋硝态～Ｎ＋氨态一Ｎ）×１００％。固氮酶活性与幼茎段酰脲含量及酰脲相对丰度均呈极显著正相关。酰脲是氮素固定的代谢产物，因此，可以估测固氮量［１引。
６自然丰度
现在已经知道，同位素的自然丰度变异是自然界普遍存在的生物化学一地球化学现象，其变异是由在自然界特别是在生物体中进行一系列生物、化学、物理过程中产生的同位素分馏效应所引起的。由于氮元素的同位素在参与生物、化学和物理过程中产生同位素歧视效应，即轻同位素优先参与反应过程，使反应生成物相对富集轻同位素（１４Ｎ），反应的起始物相对富集重同位素（１５Ｎ），这一同位素分馏效应，将使计算结果偏高，为此，必须进行以空气为唯一氮源的砂培试验。各种自然含氮物质的稳定性同位素１５Ｎ相对于大气Ｎ。的１５Ｎ的变化数值以艿１５Ｎ表示［１∽１４］：
泸Ｎ‰一堕辈靛铲灿ｏｏ
式中：Ｒ代表ｍ／ｅ２９（１５Ｎ１４Ｎ）的离子流强度和ｍ／ｅ２８（“Ｎ“Ｎ）的离子流强度的比值，标准样品为大气Ｎ。，样品的Ｒ值可大于或小于标准的Ｒ值，大于标准样品时，测得艿１５Ｎ值为正值，表示样品的１５Ｎ丰度高于标准物质；小于标准样品时，艿１５Ｎ为负值，表示样品的１５Ｎ丰度低于标准物质。
在应用１５Ｎ自然丰度法计算固氮植物固氮量时，有关参数的选择至关重要。应用１５Ｎ自然丰度（ｄ１５Ｎ）法计算固氮植物的固氮百分率（％Ｎｄｆａ）用下列公式计算‘１“：
２６ＧｒａｓｓｌａｎｄａｎｄＴｕｒｆ（Ｂｉｍｏｎｔｈｌｙ）２００５Ｎｏ．２（ＳｕｍＮｏ．１０９）
％Ｎｄｆａ一糕Ｘ１０。
从上式可以看到要满足这一公式，必须取得３个基本参数，式中：占１５Ｎｓ为非固氮参比植物的占１５Ｎ值，艿１５Ｎｆ为固氮植物的艿１５Ｎ值，艿１５Ｎａ是以空气氮为唯一氮源的固氮植物的ｄ１５Ｎ值，这一数值通常通过不供给氮源的砂培试验来取得。这３个参数中任何一个参数都影响计算结果的可靠性和合理性。
应用１５Ｎ自然丰度法评估固氮植物的固氮能力或相对固氮百分率，与差减法、乙炔还原法或富集“Ｎ法相比有许多优点，其中不可代替的优点是可用于多年生木本固氮植物固氮能力的评估。１５Ｎ自然丰度法可以用于评估灌木固氮植物的固氮能力。不需要收集根瘤，不干扰土壤生态系统或野外植物，仅需要收集叶片材料，能够估计叶片整个生长季内的固氮总量。不需要１５Ｎ标记物，测定１５Ｎ含量可估测固氮状况，测定ｄ１５Ｎ可以判断固氮能力的高低，适合于筛选高效固氮植物和野生固氮资源调查的研究。
其缺点是由于生物固定的氮在植物体内迁移过程中存在着同位素分馏效应，导致豆科固氮植物不同部位的占“Ｎ值彼此各不相同，得到的艿１５Ｎａ值对于固氮百分率的计算也有很大的影响。有关参比植物的选择，不同部位∥５Ｎｆ和艿１５Ｎａ对计算固氮结果有影响‘１２州］。
７ＡＮ值法
Ａ。法计算肥料中吸收Ｎ百分数ＮＤＦＦ（％）一器黼苷勰灿。
肥料Ｎ的１５Ｎ原子百分超７…。
肥料的利用率（％）一丝等翁籍羁等×１。。Ａ。值一等器×Ｎ月ｇｆ４ＮＮＮ
固氮量一（Ａ。一Ａ。。）×固氮作物肥料利用率
优点是简单、易行、成本低以及不需要选择参照植物；缺点为不同植物对肥料的利用率会影响计算结果［１７，１８］。
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生物固氮测定方法研究进展
作者：陈朝勋， 席琳乔， 姚拓， 张虎， 张德罡
作者单位：陈朝勋(云南省曲靖市麒麟区,畜牧局,云南,曲靖,655000)， 席琳乔,张虎,张德罡(甘肃农业大学,草业学院,甘肃,兰州,730070)， 姚拓(甘肃农业大学,草业学院,甘肃,兰州,730070;兰
州大学干旱与草地生态教育部重点实验,甘肃,兰州,730000)
刊名：
草原与草坪
英文刊名：GRASSLAND AND TURF
年，卷(期)：2005，""(2)
被引用次数：5次
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相似文献(10条)
1.学位论文范分良蚕豆/玉米间作促进生物固氮的机制和应用研究2006
豆科/非豆科间作是分布最广的间作形式。其间作优势主要来自于豆科作物生物固氮能力。关于间作的生物固氮，目前的主要结论为：间作提高了豆科作物的固氮效率(固氮量占豆科作物植株总氮的比例，简称固氮比例)，但由于间作抑制了豆科作物生长，最终降低了豆科作物的固氮量。本小组观察到蚕豆在蚕豆/玉米间作体系中大幅度增产。本研究在此基础上，采用15N自然丰度法，通过对比豆科受抑制的间作、豆科受促进的间作和单作豆科作物的生物固氮，深入探讨了间作豆科作物促进生物固氮的机制。在观察到地上部库强是决定间作豆科作物生物固氮量的基础上，重点分析了蚕豆地上部库强变化的原因、对种间竞争的敏感性和及对干物质分配的影响。本研究对间作改变豆科作物结瘤的根际过程，及根系相互作用时豆科作物干物质优化分配进行了探讨。最后，本研究还利用间作豆科作物生物固氮的研究结果对豆科/非豆科间作体系的氮肥管理进行了研究，得到的主要结论如下：
(1)与单作相比，蚕豆在蚕豆/小麦间作体系中减产32％，尽管蚕豆固氮比例比单作高21％，但由于总氮累积量下降35％，最终间作蚕豆的固氮量比单作低25％，这与以往的结论一致；与此形成对比，本研究发现，蚕豆在蚕豆/玉米间作体系中增产76％，蚕豆的固氮比例与单作没有显著差异，但由于总氮累积量增加了62％，最终固氮量比单作增加95％。
(2)蚕豆的生物固氮量与其生物量、籽粒产量和总氮累积量的相关性都达极显著水平(P＜0.0001)，相关系数分别为0.82、0.86和0.84，而与固氮比例的相关系数为0.53，显著水平也仅为P=0.02，与吸氮量没有显著相关关系，说明间作蚕豆的固氮量受氮竞争的影响，但起决定作用的却是生物量、籽粒产量和总氮累积量，即相对于生物固氮的地上部库强。
(3)本研究中，白云和景滩试验点的蚕豆在蚕豆/玉米、蚕豆单作和蚕豆/小麦三种种植体系中株高、每株分枝数、每枝荚数、每荚粒数和粒重的平均变化幅度分别为11.9％、73.6％、35.3％、9.3％和8.1％；分枝数和每枝荚数与蚕豆生物量和籽粒产量的相关系数均在0.76以上，远高于其它形态特征
征，说明蚕豆分枝数和每枝荚数对竞争的敏感性最大；在蚕豆受促进的间作体系中，分配到籽粒中的干物质增加了10％；间作体系中，蚕豆籽粒干物质随秸秆干物质增加的系数在蚕豆/玉米间作体系中为0.65，在蚕豆/小麦中为0.77，而在蚕豆单作中为0.37，蚕豆籽粒干物质随秸秆干物质增加的速度大于单作。这些结果对选择合适的蚕豆品种和间作优势的解释等方面具有较大的意义。
(4)根际过程是影响间作蚕豆结瘤的主要途径，包括：1)、间作通过降低根际硝态氮浓度促进蚕豆结瘤——与玉米间作时的根际硝态氮浓度仅为蚕豆单作的1/10，根瘤数比单作高19.5％、单瘤重比单作高53.8％和根瘤干物质比单作高81.6％；2)、间作可以通过影响根瘤菌侵染方式影响蚕豆结瘤——水培条件下玉米根分泌物使根瘤菌对蚕豆的细胞间侵染方式的数量从每株61下降到每株12。
(5)在发生根系相互作用时，根瘤与豆科作物的其它器官表现出干物质的优化分配规律，主要的证据有：a)、与玉米根系相互作用使蚕豆根冠比降低21％，瘤/根比升高了1.53倍，单瘤重增加1.7倍；b)、种内竞争时，根冠比增加44.7％的豌豆其根瘤生长不变；根冠比不变的大豆其单瘤重增加
27％；c)、蚕豆、豌豆和大豆对单瘤重(或功能)的干物质分配都优于形成新的根瘤。另外，根瘤干物质的优化分配规律存在物种特异性。
(6)本研究中，以蚕豆的生物固氮量为参考的蚕豆/玉米间作的氮肥推荐量对间作蚕豆为60kg·hm-2，对玉米为240kg·hm-2，对蚕豆/玉米间作系统为180kg·hm-2，比传统施氮量减少氮肥用量50％，但维持了蚕豆/玉米的系统生产力，并提高了经济效益，说明本氮肥推荐量在试验当地是可行的。
2.期刊论文关秀清.阮学军.Guan Xiuqing.Ruan Xuejun地耳生物固氮特性及其在内蒙古草原氮素循环中的作用-
草地学报2000,8(1)
对内蒙古锡林郭勒草原地耳进行地上生物量、生理生化特性及固氮特性的研究.结果表明,地耳在晴天、早、晚是固氮能力最强的时间,中午几乎测不到固氮活性,而夜间气温不低于5℃时仍能固氮.夏季雨天24h均能固氮.根据地耳在不同草原的分布及生物量、固氮活性昼夜变化、季节动态和年降水天数,估算出地耳在内蒙古草原的固氮量为1～4kg/hm2*a.
3.期刊论文乔云发.韩晓增不同连作方式对大豆生物固氮的影响-安徽农业科学2008,36(31)
[目的]研究不同连作方式对大豆生物固氮的影响.[方法] 在长期定位试验中设置正茬(大豆-小麦-玉米-大豆)、重茬(小麦-小麦-大豆-大豆)和迎茬(小麦-大豆-小麦-大豆)3种连作方式,研究不同连作方式对大豆根瘤形成和固氮量的影响.[结果]结荚期和鼓粒期正茬大豆体内含氮量较重茬、迎茬多
.3种连作方式的大豆根系形成根瘤的数量表现为正茬＞迎茬＞重茬,迎茬、重茬的大豆根瘤数分别较正茬减少1.3～1.4、13.4～20.5个/株.大豆通过共生固氮作用固定的氮素表现为正茬＞迎茬＞重茬,重茬、迎茬大豆固氮量分别比正茬降低18.4%、6.5%.大豆产量表现为正茬＞迎茬＞重茬.[结论]大豆体内含氮量、根瘤数、固氮量和产量都表现为正茬＞迎茬＞重茬.
4.学位论文赵洁丽南方红壤旱地花生平衡施肥研究2007
花生是南方红壤区主要经济作物之一。近年来由于化肥的大量投入，致使该区花生根系结瘤量大幅度减少甚至出现零结瘤现象，生物固氮能力急剧降低。而化肥的过量使用不仅导致了肥料利用率的下降，同时还带来了农业面源污染等一系列的后续环境问题。因此，研究怎样通过恢复花生自身的固氮能力以减少化肥氮的投入也就成为该区亟待解决的问题。
本研究选择了红壤区典型种植模式(夏花生-冬蔬菜、夏花生-冬休闲)下的两种不同土壤N素背景值(高、中)花生地为供试土壤，通过两年的田间试验研究了不同施氮水平下花生根系结瘤能力、根系固氮能力、根系形态学特征、植株各部干物质累积量、叶片SPAD值以及氮素吸收利用规律。同时，为了达到通过平衡施肥，恢复土壤生态功能的目的，本试验还研究了施用根瘤菌肥料和硼、钼两种微量元素肥料对花生根系结瘤、根瘤发育、根系形态学特征以及植株干物质累积量的影响。
试验结果表明：
1)花生生物固氮功能受外源无机氮投入量的影响。当土壤 N 素背景值较高时，花生根系固氮酶活性与施氮量呈极显著(p=0.005)的负相关关系
(R<'2>=0.88**)，花生单株根系结瘤数和单株根瘤干物质重也随着氮肥施用量的增加而显著下降。土壤N素背景值为中等时，施入少量氮肥对生物固氮表现为促进作用；当施氮量大于一定数值后就表现为强烈的抑制作用。
2)花生根系形态学特征对外源无机氮的输入反应敏感。当土壤N素背景值较高时，输入无机态氮后根系向短粗方向发展。单株花生根系总长度、总表面积、总分叉数及总根尖条数均随氮肥施用量的增加而减小，根平均直径呈增大趋势。当土壤N素背景值为中等时，适量施氮可促进根系发育，主要表现为根系总长度、总表面积、总体积及总分叉数以及总根尖条数的增加。继续提高施氮量时，以上指标均表现出一定程度的减小。
3)土壤N素背景值较高时，施用氮肥对花生荚果产量、茎秆产量以及植株总生物量的影响均不显著(p=0.091)。而土壤N素背景值为中等时，少量施氮可提高花生荚果产量和植株各部干物质累积量；提高氮肥用量后，荚果产量及植株各部干物质累积量均呈现下降趋势。花生叶片SPAD值变化与荚果产量变化趋势一致。
4)花生氮素利用规律在两种土壤N素背景值下表现趋势一致。均表现为：随着外源无机氮输入量的增加，氮素回收率(RE)与氮素农学利用率(AE)显著降低，而收获指数(HI)及氮素内部分配效率(IE)未得到相应提高。
5)N<'15>示踪试验结果中，中等土壤N素背景值条件下，花生植株对肥料N的摄取百分数在23.99％～38.37％之间，其数值随施氮量的提高而降低
；花生生物固氮量在52.58 kg·hm<'-2>～30.64 kg.hm<'-2>之间，其值随施氮量的提高先缓慢增加后迅速下降；花生植株对土壤中N的摄取量在46.37 kg·hm<'-2>左右，提高施氮量其值变化不大。
6)施用根瘤菌肥料对单株花生结瘤量、根瘤干物质重、根系固氮酶活性、根系形态特征以及花生荚果产量、生物量的影响均达不到显著水平。
7)微量肥料硼、钼配施可促进根瘤的发生和发育，表现为根系结瘤量和根瘤干物质重的明显增加，同时荚果产量及主要经济性状指标也有积极响应。而硼、钼单独施用时，其效果与对照间差异不显著。
5.会议论文席琳乔.张德罡.姚拓15N同位素稀释法测定燕麦根际联合固氮菌的固氮量2006
生物固氮能力的测定方法通常有乙炔还原法(ARA)、15N同位素稀释法(ID)、15N自然丰度法、非同位素法、AN法、全氮差值法和酰脲估测法等.试验利用15N同位素稀释法对接种到燕麦上的联合固氮菌的固氮能力进行了测定,结果表明,燕麦根际联合固氮菌的固氮能力N4＞O6＞O5＞W6＞W5＞C6＞O3,原子百分超在1.087％～1.316％,固氮量在2～10 kg/ha;原子百分超小,细菌固氮能力强,固氮百分率就越大,单位面积上的生物固氮量就多,但是植物的粗蛋白含量不一定高,而且联合固氮菌均可以提高粗蛋白的含量,改善燕麦的品质;同一个联合固氮菌的地上和地下部分的原子百分超不一样,及固定的氮素在植物体内的分配不均,而且,地上部分的生物固氮量大于地下部分的固氮量,说明被固定的氮素更多的运向燕麦的地上部分.总之N4的效果最好,具有指导生产实际的意义.
6.期刊论文何道文.孙辉.黄雪菊利用N-15自然丰度法研究固氮植物生物固氮量-干旱地区农业研究2004,22(1)
生物固氮对全球生态系统氮素循环和全球变化有着重要影响,但是由于测定方法的原因,过去对生物固氮,特别是多年生固氮植物的共生固氮的定量研究不足.在对目前国际上日益受到重视的用N-15自然丰度法研究固氮植物生物固氮量的研究进展进行初步总结的基础上,探讨了影响该方法准确性的一些主要因素.N-15自然丰度法克服了传统的差值法、N-15同位素稀释法和乙烯还原法等的不足,可野外原位定量研究生物固氮,如果对各影响因子加以系统考虑,合理解决参比植物选择和固氮植物取样部位等方面的问题,该方法可较为准确地原位测定人工生态系统中固氮作物和固氮树种的生物固氮量.但是在天然生态系统中由于植物有效氮源的多样性以及其它影响因素较复杂,应用难度较大.
7.学位论文陈文泽新型固氮基因的克隆与工程化改造2010
氮是组成蛋白质和核酸的物质，也是农业生产中的肥料。大气中氮含量约为
79％，遗憾的是却不能为大多数生物直接利用；而地球水圈和土壤圈含有相当
数量的硝态氮，却绝大部分布于海洋中，难以被生物有效利用。地球上，把大气
中的氮分子还原为铵态氮的过程即叫作固氮作用。固氮作用总的来说有两种方
式：一是非生物固氮.即通过闪电、高温放电等现象固氮。但是效率较低，量也
较少；二是生物固氮，即通过微生物的作用进行固氮，生物固氮所固定的氮约占
全球固氮量的80％以上。随着社会发展，人类越来越认识到，农业的发展必须与
自然环境和社会的发展相协调，即既要增加农作物产量，又不能给自然环境造成
益成为世界各国的共识之际，生物固氮的出现无疑给全人类带来了希望的曙光。
本实验室发现并成功的分离出了大肠杆菌中的新型固氮基因，这种新型固氮
基因跟传统固氮基因不一样，可能不需要形成根瘤，不受氧气抑制，宿主不局限
于豆科植物。本论文对这些固氮基因(nifD,nifH)进行优化，在酿酒酵母系统中，
大量表达了一个抗氧化基因(IDP1)，使新型固氮基因在酿酒酵母中成功的摆脱
了外源抗氧化剂(OPC等)的限制，实现了真正自主固氮；在酿酒酵母系统中，
我们用低同源性基因搜索法在NCBI搜索酿酒酵母的同源基因，找到两个与
E.coli的近缘种Klebsiella pneumoniae nif cluster的固氮基因同源的基因，即SAP4
与YLR422W两个基因，并初步验证了这两个基因具有新型固氮性能。在大肠系
统中，通过设计点突变引物和同源重组法，对有毒序列进行删除和有毒位点进行
替换，对转化子进行大量筛选并对培养基和培养条件进行优化，最终得到的基因
工程改造菌于YNB培养基中生长30小时OD值达到了0.418与0.396，证明了
改造菌具有良好的自主固氮能力。通过对数据的对比，发现并验证了不同的新型
固氮基因具有不同的最适生长温度。这些结果说明将来实现农作物的自主固氮是
完全有可能的。
本论文在新型固氮基因的优化是成功的，但也留下了一些问题。比如说测序
出现多峰，这里我们推测除了氧化压力与有毒序列的影响外，还有其他未知的因
素抑制着大肠杆菌新型固氮基因的表达，或者是还有其他的有毒位点依然没有被
发现，有待进一步的研究发掘。
关键词：nifD，nifH，新型固氮基因，抗氧化基因，有毒序列，有毒位点
8.期刊论文褚贵新.沈其荣.曹金留.茆泽圣.钟增涛.赵龙旱作水稻与花生间作系统中的氮素固定与转移及其对土
壤肥力的影响-土壤学报2003,40(5)
以花生和旱作水稻为材料,采用分隔方法和15N同位素示踪法,在不同氮素水平下研究了水稻与花生间作复合体的氮素营养优势、间作花生的生物固氮效率、花生体内氮素向水稻的转移.并在田间条件下研究了花生单作、水稻单作、水稻/花生间作3种栽培方式下对土壤氮素肥力的影响.结果表明:(1)水稻和花生间作有产量优势和氮素营养优势, 在N 0 kg hm-2、N 225 kg hm-2和N 300 kg hm-2三个氮素水平下,根系不分隔的水稻生物量分别比分隔处理的高30.03%、10.1%和2.2%;水稻氮素吸收量分别比分隔处理的高74.03%、16.93%和23.2%; (2)花生在N 225 kg hm-2和N 300 kg hm-2氮素水平下,分隔处理和不分隔花生固氮量分别为38.11%、40.97%和14.81%、20.49%,间作能提高花生固氮效率;(3)花生体内氮素在共生期内可以转移到水稻体内,花生固氮量和氮素转移没有相关;(4)与水稻单作比较,花生/水稻间作可以改善土壤的氮素营养.
9.会议论文褚贵新.沈其荣.曹金留.茆泽圣.钟增涛.赵龙旱作水稻/花生间作系统中的氮素固定与转移及其对土壤
肥力的影响2004
以花生和旱作水稻为材料,采用分根方法和<'15>N同位素示踪法,在不同氮素水平下研究了水稻/花生间作复合体的氮素营养优势,间作花生的生物固氮效率,花生体内氮素向水稻的转移.并在田间条件下研究了花生单作、水稻单作、水稻/花生间作3种栽培方式下对土壤氮素肥力的影响.结果表明:1)水稻和花生间作有产量优势和氮素营养优势,在N O kg hm<'-2>、N 225 kg hm<'-2>和N 300 kg hm<'-2>3个氮素水平下,根系不分隔的水稻生物量分别比分隔处理的高30.03％、10.1％和2.2％;水稻氮素吸收量分别比分根处理的高74.03％、16.93％和23.2％;2)N花生在225 kg hm<'-2>和N 300 kg hm<'-2>氮素水平下,分隔处理和不分隔花生固氮量分别为38.11％、40.97％和14.81％、20.49％,间作能提高花生固氮效率;3)花生体内氮素在共生期内可以转移到水稻体内,花生固氮量和氮素转移没有相关;4)与水稻单作比较,花生/水稻间作可以改善土壤的氮素营养.
10.学位论文曾树若尔盖草原棘豆属植物根瘤菌遗传多样性及系统发育研究2008
氮素是植物生长最重要的营养元素之一，土壤中氮素的来源主要包括施用化学氮肥和土壤微生物的生物固氮作用，根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用是生物固氮中效率最高的体系，豆科植物与根瘤菌共生体系具有固氮能力强、固氮量大、抗逆能力强的优点，研究根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用，有利于实现农业、环境和生态可持续利用与发展。
本文采用全细胞蛋白电泳、BOX-AIRPCR、16SrDNAPCR-RFLP、IGSPCR-RFLP、16SrDNA全序列分析等方法对分离自四川若尔盖草原的26株棘豆根瘤菌，进行了遗传多样性和系统发育的研究。
对26株供试的棘豆根瘤菌和参比菌株的全细胞蛋白电泳结果表明：在71％水平上，供试菌株分为7个遗传群，主要与中慢生根瘤菌属参比菌和根瘤菌属参比菌聚在一起。BOXAIR-PCR分析获得了较丰富的扩增带谱，较好地揭示出不同菌株间存在的遗传差异，供试菌株在71％水平上，分为8个遗传群，主要也分布为根瘤菌和中慢生根瘤菌2个属内。
对供试菌株进行的16SrDNAPCR-RFLP、IGSPCR-RFLP分析结果表明：2种方法的分群结果在属水平上比较一致。16SrDNAPCR-RFLP共有19种遗传型，在68％相似性水平处，供试根瘤菌被分为2个系统发育分支，这些菌株在94％相似性水平上进一步分为6个16SrDNAPCR-RFLP遗传群；IGSPCR-RFLP分析中
，由于IGS较16SrRNA基因的保守性低些，其结果表现出了更丰富的遗传类型。供试菌在65％的相似水平上所有菌株聚在一起，在80％相似水平上供试菌株分为9个IGS遗传群，供试根瘤菌被分为2个系统发育分支。
在上述实验结果基础上，选取了8株代表菌进行了16SrDNA全序列分析，16SrDNA全序列分析揭示了供试根瘤菌代表菌株的系统发育地位，供试的棘豆属植物根瘤菌在系统发育上分布在根瘤菌(Rhizobium)和中慢生根瘤菌(Mesorhizobium)2分支中。其中，REG320、REG309、REG316、REG305位于Rhizobium分支中，REG314、REG325、REG321和REG301位于Mesorhizobium分支中。
引证文献(5条)
1.卢秉林.王文丽.李娟.郭天文自生固氮菌的固氮能力及其对春小麦生长发育的影响[期刊论文]-中国生态农业学报 2009(5)
2.时全义.刘婵婵.王可工业污泥用于根瘤菌菌剂生产的新方法[期刊论文]-上海化工 2009(7)
3.房春红.陈秀双.刘杰.许修宏大豆固氮酶活性与酰脲含量的关系[期刊论文]-东北农业大学学报 2008(3)
4.申磊.曾凤云.谭志远pH、温度、NH4+和盐度对圆果雀稗内生固氮菌固氮特性的影响[期刊论文]-热带亚热带植物学报 2007(1)
5.刘春静.李阜景.张少敏.封长军黑龙江讷河地区根瘤菌接种技术在豆科牧草中的应用[期刊论文]-草原与草坪2005(3)
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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
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。
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
（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
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
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
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/7d1272892.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
常用数据库 在DNA序列方面有GenBank、EMBL和等 在蛋白质一级结构方面有SWISS-PROT、PIR和MIPS等 在蛋白质和其它生物大分子的结构方面有PDB等 在蛋白质结构分类方面有SCOP和CATH等 生物信息学的主要研究内容 1、序列比对（Alignment） 基本问题是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础，非常重要。两个序列的比对有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BLAST和FASTA，可以免费下载使用。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。 2、结构比对 基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。已有一些算法。 3、蛋白质结构预测，包括2级和3级结构预测，是最重要的课题之一 从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构。同源模建（Homology）和指认（Threading）方法属于这一范畴。虽然经过30余年的努力，蛋白结构预测研究现状远远不能满足实际需要。 4、计算机辅助基因识别(仅指蛋白质编码基因)。最重要的课题之一 基本问题是给定基因组序列后，正确识别基因的范围和在基因组序列中的精确位置.这是最重要的课题之一，而且越来越重要。经过20余年的努力，提出了数十种算法，有十种左右重要的算法和相应软件上网提供免费服务。原核生物计算机辅助基因识别相对容易些，结果好一些。从具有较多内含子的真核生物基因组序列中正确识别出起始密码子、剪切位点和终止密码子，是个相当困难的问题，研究现状不能令人满意，仍有大量的工作要做。 5、非编码区分析和DNA语言研究，是最重要的课题之一 在人类基因组中，编码部分进展总序列的3~5%，其它通常称为“垃圾”DNA，其实一点也不是垃圾，只是我们暂时还不知道其重要的功能。分析非编码区DNA 序列需要大胆的想象和崭新的研究思路和方法。DNA序列作为一种遗传语言，不仅体现在编码序列之中，而且隐含在非编码序列之中。 6、分子进化和比较基因组学，是最重要的课题之一 早期的工作主要是利用不同物种中同一种基因序列的异同来研究生物的进化，构建进化树。既可以用DNA序列也可以用其编码的氨基酸序列来做，甚至于可通过相关蛋白质的结构比对来研究分子进化。以上研究已经积累了大量的工作。近年来由于较多模式生物基因组测序任务的完成，为从整个基因组的角度来研究分子进化提供了条件。 7、序列重叠群（Contigs）装配 一般来说，根据现行的测序技术，每次反应只能测出500或更多一些碱基对的序列，这就有一个把大量的较短的序列全体构成了重叠群（Contigs）。逐步把它们拼接起来形成序列更长的重叠群，直至得到完整序列的过程称为重叠群装配。拼接EST数据以发现全长新基因也有类似的问题。已经证明，这是一个NP-完备
国内外生物信息学发展状况 1.国外生物信息发展状况 国外非常重视生物信息学的发展各种专业研究机构和公司如雨后春笋般涌现出来，生物科技公司和制药工业内部的生物 信息学部门的数量也与日俱增。美国早在1988年在国会的支持 下就成立了国家生物技术信息中心（NCBI），其目的是进行计 算分子生物学的基础研究，构建和散布分子生物学数据库；欧 洲于1993年3月就着手建立欧洲生物信息学研究所（EBI）， 日本也于1995年4月组建了信息生物学中心（CIB）。目前， 绝大部分的核酸和蛋白质数据库由美国、欧洲和日本的3家数 据库系统产生，他们共同组成了 DDBJ/EMBL/Gen Bank国际核 酸序列数据库，每天交换数据，同步更新。以西欧各国为主的 欧洲分子生物学网络组织（EuropeanMolecular Biology Network, EMB Net）是目前国际最大的分子生物信息研究、开 发和服务机构，通过计算机网络使英、德法、瑞士等国生物信 息资源实现共享。在共享网络资源的同时，他们又分别建有自 己的生物信息学机构、二级或更高级的具有各自特色的专业数 据库以及自己的分析技术，服务于本国生物（医学）研究和开 发，有些服务也开放于全世界。 从专业出版业来看,1970年，出现了《Computer Methods and Programs in Biomedicine》这本期刊；到1985年4月， 就有了第一种生物信息学专业期刊《Computer Application
in the Biosciences》。现在，我们可以看到的专业期刊已经很多了。 2 国内生物信息学发展状况 我国生物信息学研究近年来发展较快,相继成立了北京大学生物信息学中心、华大基因组信息学研究中心、中国科学院上海生命科学院生物信息中心,部分高校已经或准备开设生物信息学专业。2002年国家自然科学基金委在生物化学、生物物理学与生物医学工程学学科设立了生物信息学项目,并列入生命科学部优先资助的研究项目。国家 863计划特别设立了生物信息技术主题,从国家需求的层面上推动我国生物信息技术的大力发展[3]。 但是由于起步较晚及诸多原因，我国的生物信息学发展水平远远落后于国外。在PubMed收录的以关键词“Bioinformatics”检索到的历年发表的文章数，可以看出大量的研究文献出现在21世纪以后。其中我国共有138篇占全部5548篇的2.5%，而美国则发表2160篇占全部的39%之多（统计数据截至2004年2月15日）。我国学者在生物信息学领域发表的有高影响力的论文只有不到美国学者发表数量的6%，差距相当大[4]。在生物信息学领域，一些著名院士和教授在各自领域取得了一定成绩，显露出蓬勃发展的势头，有的在国际上还占有一席之地。如北京大学的罗静初和顾孝诚教授在生物信息学网站建设方面、中科院生物物理所的陈润生研究员在EST
南开大学现代远程教育学院考试卷 2019年度秋季学期期末(2020.2) 《微生物学》 主讲教师：李明春、吴卫辉 一、请同学们在下列（20）题目中任选一题，写成期末论文。 1. 病毒在生物技术中的应用（例如噬菌体展示技术，病毒载体等） 2. 近年来重大病毒引起的传染病的特征和病毒复制、致病机制（如埃博拉出血热、 中东呼吸综合征等） 3. CRISPR-Cas9技术综述（来源，机制，应用） 4. 细菌耐药遗传水平机制 5. 微生物遗传物质水平转移方式和机制 6. 微生物遗传学技术在工农业中的应用 7. 基因组学、转录组学和蛋白组学研究进展 8. 微生物在环境污染和保护中的作用 9. 人体肠道微生物分类、功能研究进展 10. 疫苗的作用机制和对人类健康的贡献 11. 微生物作为模式系统揭示生命过程的优势 12. 试述未来微生物学发展的趋势 13. 从细胞形态结构及一些重要结构的化学成分组成等方面分析细菌、古生菌及真 核微生物三者之间的进化关系 14. 微生物营养及代谢的多样性对微生物生存能力的影响 15. 极端微生物对生命起源和生命极限的启示 16. 你认为微生物学发展过程中做出重大贡献的微生物学家及其成就 17. 微生物学中的独特技术及对发展现代生物学的贡献 18. 食药用真菌的研究进展 19. 微生物在自然界碳元素地球化学循环中的作用及意义 20. 生物固氮的原理、意义及应用 二、论文写作要求 论文题目应为授课教师指定题目，论文要层次清晰、论点清楚、论据准确； 论文写作要理论联系实际，同学们应结合课堂讲授内容，广泛收集与论文有关资料，含有一定案例，参考一定文献资料。 三、论文写作格式要求： 论文题目要求为宋体三号字，加粗居中； 正文部分要求为宋体小四号字，标题加粗，行间距为1.5倍行距；