蓝藻(Anabaena 7120)的光合放氢和参与放氢的酶

蓝藻Anabaena 7120放氢是一个依赖于光的过程,暗中几乎测不出放氢活性。静置方式培养的蓝藻预先进行强化培养是测得高放氢活性的重要条件。年轻的蓝藻放氢活性比年老的高。氯化铵和一系列光合作用抑制剂对蓝藻放氢有抑制作用,弱光加剧氯化铵对放氢的抑制。在弱光加光合抑制剂的条件下,受氯化铵抑制的放氢活性恢复速度比强光下慢。CO_2、N_2、NaN_3和KNO_3与放氢竞争电子而抑制蓝藻的放氢。C_2H_2促进蓝藻放氢,CO则抑制放氢,C_2H_2和CO一起加入时,放氢受到的促进显著比单加C_2H_2的大。经分子氢预处理过的蓝藻,其放氢活性在光下可以得到明显的促进。     

蓝藻Anabaena 7120的固氮放氢和同化力之间的关系

分子氮和二氧化碳对蓝藻Anabaena 7120固氮的抑制作用可因反应系统中pH值的提高以及对蓝藻进行预照光处理而削弱或消除。分子氢对经预照光处理的蓝藻固氮活性不但不支持,且有削弱。预暗处理的效应恰好相反。蓝藻经低温(4℃)预处理后,分子氢对其固氮活性支持减弱,甚至抑制。蓝藻放氢对分子氢和同化力水平的反应规律在趋势上与固氮基本相同。     

蓝藻Anabaena7120的固氮活力及其和光合作用的关系

蓝藻Anabaena 7120经用Ar+CO_2、空气和Ar处理后,固氮活性有明显不同。Ar+CO_2处理的活性比空气处理的高出数倍,而Ar处理的则比空气中的低很多。以上三种处理的Anabaena 7120固氮对不同生理条件反应不一样,固氮活性高者对CO和O_2的敏感程度小些、受到CO_2和N_2的抑制程度也轻。但是分子氢对三者固氮作用的支持效用相同,并且也是和氢酶活动有联系。弱光下固氮活力低的蓝藻固氮活性下降得更大些。光合抑制剂和结合态氮对固氮活力高的蓝藻固氮活性的抑制显著比固氮活力低者小。三者的放氢和放氧能力也不同,固氮活力高者放氧高而放氢量小些,低固氮活力的蓝藻正好相反。     

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞的放氢

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞的放氢显著地比正常细胞高,而固氮活性则低。此种放氢对CO的敏感度和对O_2抑制的忍受度都大于正常细胞。乙炔预处理后放氢下降,而分子氢预处理后则增加。CO_2、N_2、结合态氮和光合抑制剂都明显地抑制蓝藻光漂白细胞放氢。加入外源的碳水化合物可促进放氢,如同时加入抑制剂,则有益作用受到削弱,甚至消失。     

固氮螺菌氢代谢与固氮作用的关系I.固氮螺菌放氢现象与吸氢能力的研究

本文研究了固氮螺菌(Azosptrillum brastlense)的放氢现象和吸氢酶活性以及与固氮作用的关系。测定了57株固氮螺菌的放氢现象及其固氮酶活性,其中不放氢41株,微放氢14株,其放氢量为2·63—31.00n mol C2H4／ml菌液·小时。放氢量较多的2株R38{和R256A都是从水稻根表上分离获得,其放氢量分别为185.75n mol H2／ml 菌液·小时和547．00 moIH2／ml 菌液·小时。测定了53株螺菌的吸氢酶活性,它们均具有吸氢能力,其吸氢量各异,0-63-27·38n mol H2／ml菌液。小时。生长在含有NH4CI培养基上的固氮螺菌既没有固氮能力,也不产氢。在无氮培养基上所产生的氢是固氮过程中放出的氢。实验结果指出,C2H2抑制氢酶的活性。当吸氢的菌株与放氢菌株混合培养时,其固氮酶活性比单株纯培养高,有氢存在时,固氮酶活性比不加氢时高。     

分子氢和氧对受高温胁迫蓝藻固氮活性的影响

Ａｎａｂａｅｎａ７１２０经高温处理后,固氮活性下降,对氧的敏感度增大,增大程度随氧浓度增高而递增。高温胁迫下,分子氢与对正常条件下生长的蓝藻一样可以削弱或消除氧对固氮的伤害,氢的此种行为在光照下和黑暗中表现相似,其良好作用比正常生长蓝藻显著,添加光合抑制剂。ＣＯ２或Ｎ２时亦如何。有外源蔗糖时,氢的良好作用不表现。经ＣＯ或Ｃ２Ｈ２处理的蓝藻,氢在其固氮活性受氧伤害时的良好作用消失。     

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞的吸氢

蓝藻光漂白细胞吸氢比其正常细胞小,对CO和O_2也很敏感。C_2H_2和分子氢预处理都导致蓝藻光漂白细胞吸氢下降。光下蓝藻光漂白细胞吸氢明显高于暗中,光强大的高于光强小的,暗中很微弱。此种吸氢也可为光合抑制剂所削弱或抑制。     

缺钼培养的蓝藻吸氢

培养液中缺钼时,蓝藻(Anabaena 7120)吸氢量显著下降,补加钼时吸氢量恢复到有钼培养的蓝藻水平。缺钼培养的蓝藻吸氢对氧和CO都敏感,暗中经乙炔或光下以分子氢预处理后,吸氢量减少。光下缺钼培养的蓝藻吸氢比暗中高,光合抑制剂和结合态氮明显地抑制此种蓝藻吸氢。     

接种不同大豆根瘤菌株的根瘤放氢和吸氢的研究

本实验测定和比较了七株大豆根瘤菌与三个大豆品种共生时的放氢和固氮效率。证明了大多数菌株接种不同寄主,其根瘤的放氢、吸氢和固氮效率的差异均明显。但USDA110在三个品种上所结根瘤不放氢或极少放氢;它的固氮量最高。根瘤的能量利用率与植株的氮积累及产量的相关性尚需进一步验证。     

光合放氢与氢气能源

光合作用所吸收的日光能,首先贮存于ATP和NADPH_2两种称为同化力之中,然后除了用于CO_2还原外,在某些光合生物中还可用于还原H_2O或有机物分子中,并以分子态氢的形式释放出来,后者就是某些植物(主要是藻类)和细菌的光合放氢作用。现在已知,几乎所有的光合细菌都可以放氢,50%以上的藻类在一定条件下也可以放氢。如蓝绿藻既能进行光合固氮,又能进行光合放氢。这不仅说明了光     

固氮蓝藻高光放氢突变种的筛选和放氢特点

作者以前报道过几种快速生长的固氮蓝藻在某种条件下能好气光放氢,其速度可以达到光合放氧速度的10—15%,但这种活性只有在不积累氢气的流动气相下或在短时间内发生。本文报道用亚硝基胍诱变所得到的Anabaena spp。Strain CA的高光放氢突变种——N9A和18A——的筛选和氢代谢特点。在达生长饱和光照以后,野生型的光放氢活性与光照强度的增加成正相关,而其吸氢活性则与之成负相关,显示高光照强度可能抑制吸氢酶的活性。无论在什么光强下,均测不到两个突变种的吸氢活性,暗示在突变种中,吸氢酶或有关系统受损伤。把细胞固相化在琼脂上,在密闭系统中,高光强下培养50个小时,两个突变种光释放和积累的氢分别为野生型的2倍(N9A)和6倍(18A),后者等于氢占气相(1%CO_2的空气)的1.8%。两个突变种在生长速度、叶绿素含量、乙炔还原活性以及光合放氧方面与野生型无明显不同。当以含50—100nM的镍离子的培养基培养时,野生型的好气净产氢活性完全丢失,其吸氢活性却增加约10倍。培养基中镍离子的存在,对两个突变种的高光放氢活性则毫无影响,而且在此情况下,仍测不出其吸氢活性。实验结果表明,这两个突变种系吸氢酶缺陷型突变种。     

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞固氮的研究

蓝藻Anabaena 7120经光漂白后固氮活性明显下降,转入正常光照下又恢复活性。此种经光漂白的蓝藻细胞,其固氮活性对氧敏感度小,受分子氢的促进大些,而忍受CO_2和N_2抑制的浓度相对高些。其固氮活性为弱光和光合抑制剂减弱,而加入外源的碳水化合物则能提高它的固氮活性。当碳水化合物和光合抑制剂一起加入反应系统时,蓝藻光漂白细胞的固氮活性并不能受到促进。     

四唑(Tetrazolium)对固氮鱼腥藻固氮和氢代谢的影响

固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley)细胞能还原无色的TTC和NBT分别成为红色或蓝色的甲(月朁)(formazan)沉淀。异形胞还原TTC的速率高于营养细胞。前异形胞及异形胞附近的营养细胞对NBT的还原作用最强。而异形胞对NBT不起还原作用。无论在异形胞形成红色甲(月朁)或在营养细胞形成蓝色甲(月朁)后都抑制固氮酶活性。NBT甲(月朁)对固氮酶活性的抑制作用大于TTC甲(月朁),因为NBT氧化还原电位低于TTC。 TTC和NBT两者都明显地抑制固氮鱼腥藻完整细胞的放氢。因鱼腥藻的放氢是由固氮酶催化的结果。四唑抑制放氢推想是由于它截取了固氮酶催化系统中的电子的缘故。固氮微生物(包括蓝色细菌和根瘤菌)对四唑还原与吸氢酶之间有无相关是一个争论的问题。一些学者认为分离豆科植物体的一些根瘤菌株培养于含有TTC的琼脂培养基,如还原,便可证明这些根瘤菌株能氧化氢;换言之,应用TTC的还原可作为一些根瘤菌的菌落具有吸氢酶的验证。相反,我们发现固氮鱼腥藻还原TTC和NBT之后,都没有影响吸氢的能力。因此,我们推想固氮鱼腥藻对四唑之还原与吸氢酶是没有直接的关系。     

鱼腥藻类囊体膜及其性质的研究

研究了鱼腥藻(Anabaena azollae Strasb.)的光合膜及其性质,结果如下:(1)以培养液为反应介质,测出鱼腥藻细胞的光合放氧,这种放氧受电子传递抑制剂DCMU的抑制。1mmol/L的NH_4Cl既延迟光合放氧的诱导期又抑制光合放氧速率。(2)在700～300nm波长范围,鱼腥藻出现4个吸收高峰,分别位于680、625、480和440nm处。其中625nm的吸收峰应属蓝绿藻的特有吸收峰。(3)通过高压氮气破碎法,并结合超声波处理,可以破碎鱼腥藻细胞壁,并从中分离出鱼腥藻类囊体膜制剂。测定表明,这种膜制剂具有进行光合磷酸化的能力,同时亦有膜上ATP酶水解ATP的能力。(4)利用此膜制剂,分离并部分纯化出ATP酶,在SDS-PAGE图谱上,此酶的两种小亚基(δ和ε亚基)的分子量分别低于菠菜叶绿体ATP酶的δ和ε亚基,但两种酶的α和β两种大亚基的分子量相近。以上结果提示,鱼腥藻具有进行光合作用的内在机构,这种机构在组分及其性质上与其它种类光合膜的异同是值得深入研究的课题。     

水稻根际兼性厌氧催娩克氏杆菌和阴沟肠杆菌的固氮与氢代谢

兼性厌氧细菌Enterobacter cloacae菌株E-26和Klebsiella oxytoca菌株NG-13的氢酶与固氮酶同时形成。固氮的最佳碳源为蔗糖、葡萄糖和丙酮酸,此外延胡索酸和苹果酸也能支持固氮。支持固氮的碳源也支持放氢,两者动力学基本一致。40％乙炔预处理后,吸氢活性下跌,放氢量未增加;NH_4~ 抑制固氮酶,但未导致放氢量降低;可能E-26菌株的放氢主要依赖于氢酶。菌株E-26和NG-13的吸氢反应,既能以O_2为电子受体,也能以延胡索酸、硝酸、MB为电子受体。但仅延胡索酸为电子受体时,E-26菌的固氮活性被分子H_2促进,它的氢吸收利用与固氮相偶联;而在CO_2和NH_4~ 代谢与H_2利用之间并无明显相关性,吸氢活性不被CO_2和NH_4~ 促进。     

低温对氯化钠胁迫下蓝藻固氮活性的影响

低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制,营养液中氯化钠浓度增高时,抑制程度更甚.能源受限(暗处理和加抑制剂时的光合受抑,N_2和Ar的厌氧下呼吸代谢受阻)和氧下固氮酶受到伤害时,低温处理使氯化钠对蓝藻固氮的抑制进一步加剧.在能源和还原剂供应,合成固氨酶蛋白的物质基础(如CO_2和N_2的加合).光合作用正常进行的条件得到改善和保证,以及供应CO_2、外源蔗糖和氮氧加合时,低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制程度明显变小.     

Stimulation of nitrogenase activity and photosynthesis in some cyanobacteria by glyoxylate

Abstract The effect og glyoxylate on nitrogenase activity (C₂H₂ reduction) and photosynthesis (H¹⁴CO₃ fixation and O₂ evolution) was in vestigated in the three heterocystous cyanobacteria Anabaena cylindrica, A. variabiltis and N. muscorum. Glyoxylate had virtually no effect on the rate of dark respiration and was unable to sustain photoheterotrophic growth, though some slight stimulation (= 30%) of photorophic growth was noted. A considerable stimulation of both nitrogenase and photosynthetic activities was observed in presence of glyoxylate. In the light the stimulation increased with time up to about 15-25 h after adding optimal concentrations of 4–6 mM glyoxylate. Placing glyoxylate treated samples in the dark or adding DCMU (30 μM) in the light, showed that glyoxylate initially supported significantly higher nitrogenase activity than did samples in absence of glyoxylate. However, after a prolonged incubation in the dark or in presence of DCMU glyoxylate is unable to relieve the adverse effects of such conditions. The stimulation of the nitrogenase activity was even more pronounced when the glyoxylate was added to cells preincubated in the dark (“carbon starved”) than for cells kept constantly in light. The results suggest that glyoxylate, or a metabolite, may act as an inhibitor of cyanobacterial photorespiration and this hypothesis is discussed.