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.     

经短期高温处理的蓝藻Anabaena 7120的吸氢

经短期高温处理的蓝藻吸氢和固氮活性平行地下降,温度越高,处理时间越长,下降越大,且对氧的敏感度增高。暗处理、光合抑制剂、CO_2和N_2导致此种蓝藻吸氢下降程度加剧,CO_2和N_2以及H_2和N_2的加合对其促进程度也小一些,而H_2的支持和CO的抑制程度则与未经高温处理的蓝藻相近。     

去除氯化钠胁迫后的蓝藻固氮去铵阻抑

蓝藻在去除NaCl胁迫后,其固氮活性可以恢复,几乎接近生长蓝藻的水平,铵阻抑效应也逐渐消失。光合受抑(弱光下和加抑制剂)或呼吸代谢受阻(厌氧下),以致能源供应受限以及有分子氯或氧的条件下,蓝藻固氮活性恢复和去铵阻抑速率减慢,而改善能源或还原剂供应、外源蔗糖、H_2、CO_2、CO_2+N_2和H_2+O_2等处理则对去铵阻抑有不同程度促进。     

蓝藻Anabaena7120断裂丝状体的固氮作用

蓝藻Anabaena 7120经甲苯处理后,其固氮活性不仅下降,而且对氧也很敏感。处理前24小时(?)时供给CO_2和N_2,其固氮活性受到促进,促进程度比单供给CO_2的大。氢对其支持和氢对其受氧损伤时的保护作用、光合抑制剂和暗处理对其抑制程度均比未经甲苯处理的蓝藻大。外源碳水化合物对其固氮活性也有促进,但同时加抑制剂时,碳水化合物的良好效应消失。     

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。     

外源谷胱甘肽对氯化钠胁迫下蓝藻固氮活性的影响

外源谷胱甘肽（GSH）可在一定程度上削弱氯化钠对蓝藻固氮的抑制、能源受限（加抑制剂和暗处理,N2和Ar的厌氧下呼吸代谢受阻）和氧下固氮酶受到伤害时,谷胱甘肽的有益作用变小或消失,而在能源、还原剂、碳架和合成固氮酶蛋白的物质供应（正常光照、提高CO2浓度、添加外源蔗糖,同时供应CO2和N2以及H2和O2）得到改善和保证的条件下,则明显增大。     

短期高温伤害蓝藻Anabaena7120的固氮活性恢复与生理条件的关系

蓝藻经短期高温处理后,其固氮活性显著下降,但在合宜条件下,这种受伤害的固氮活性可以有一定程度的恢复。光下不仅比暗中恢复快,而且活性也高得多。光合抑制剂和外源碳水化合物分别减缓和促进受高温伤害的蓝藻固氮活性恢复。在光、暗和供给外源碳水化合物的条件下,厌氧(氩和氮中)对受高温伤害的蓝藻固氮活性恢复不利。与正常蓝藻有异的是,H_2,CO_2及H_2与O_2,CO_2与N_2的加合都阻碍受高温伤害的蓝藻固氮活性的恢复。     

不同P^H下蓝藻固氮的去铵阻抑及其与生理条件的关系

在不适宜于蓝藻生长的低pH(5.0)条件下,蓝藻固氮活性显著的低,其去铵阻抑也延迟。光照强度减弱,光合抑制剂(DNP)和厌氧条件(Ar中)都延缓蓝藻固氮活性的去铵阻抑。外源的碳水化合物(蔗糖)以及CO_2与N_2的加合则对蓝藻固氮活性的去铵阻抑有一定程度的促进。     

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。     

不同生理条件下外源蔗糖对蓝藻固氮去铵阻抑的影响

外源蔗糖促进蓝藻固氮和其去铵阻抑。空气氧下蔗糖的促进作用比厌氧(氩)中更显著,而且此种促进作用只有在光下才表现出来。暗中或添加光合抑制剂时蔗糖的促进作用消失。在有蔗糖的条件下,O_2,H_2和N_2 CO_2对蓝藻固氮和其去铵阻抑都没有良好作用,但H_2 O_2对其则有一定程度的促进。     

硝酸钾缓解氯化钠胁迫蓝藻Anabaena 7120固氮的生理基础

营养液中添加适量ＫＮＯ３可在一定程度上缓解ＮａＣｌ对鱼腥藻固氮活性的抑制作用。暗处理或加光合抑制剂时,ＫＮＯ３对ＮａＣｌ胁迫的缓解作用便消失。供给外源蔗糖、提高ＣＯ２浓度、同时供给ＣＯ２和Ｎ２时,ＫＮＯ３对缓解ＮａＣｌ胁迫的作用则增高．同时供给Ｏ２和Ｈ２对ＫＮＯ３的缓解作用增高影响较小,而在厌氧（Ａｒ或Ｎ２中）或单加氧下,ＫＮＯ３的缓解效应则明显减弱或消失．     

甘露醇对氯化钠胁迫下蓝藻Anabaena 7120固氮活性的增强效应

营养液中添加外源的甘露醇后,蓝藻Ａｎａｂａｅｎａ ７１２０固氮受ＮａＣｌ胁迫的程度减弱。在光合作用不能进行或受到削弱,能量供应受阻、厌氧环境中和分子氧条件下,甘露醇的良好作用减小或消失。改善能涛和碳架供应,增强氢的利用或满足合成固氮酶蛋白所需物质需求时,甘露醇缓解ＮａＣｌ胁迫蓝藻固氮的程度明显增大。     

钙对蓝藻固氮受氯化钠胁迫的缓解效应及其与生理条件的关系

氯化钠胁迫导致蓝藻固氮活性的下降,可因加人适当浓度的氯化钠而有一定程度的缓解．在光合作用受抑（暗处理或添加光合抑制剂）、厌氧（Ａｒ或Ｎ２中）和有分子氧的情况下,此种缓解作用减弱．光合作用、需氧代谢（通气）和羟化反应（同时供给氢和氧）正常进行以及碳架（添加外源蔗糖或提高ＣＯ２浓度）供应良好时,钙对氯化钠胁迫的缓解效应增大．改善合成固氮酶的物质基础供应（同时供应ＣＯ２和Ｎ２）对此也有一定的正效应．     

甘露醇对渗透胁迫下的鱼腥藻(Anabaena)固氮活性的增效作用

外源甘露醇可在一定程度上增强鱼腥藻Anabaenasp．7120固氮的抗渗透胁迫能力．厌氧（Ar中）、能量供应受阻（暗处理、添加ATP形成的抑制剂）、合成固氮酶蛋白所需物质供应不足（单加N2不加CO2）以及分子氧下,甘露醇的有益作用减小或消失,反之（正常光照、通气环境、提高CO2浓度,同时供应H2和O2或CO2和N2）则这一作用增大。渗透胁迫下,外源蔗糖对甘露醇支持蓝藻固氮的作用不明显。     

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。     

几种固氮蓝藻的固氮酶活性及其某些特性

对三种固氮蓝藻:固氮鱼腥藻(水生686)、柱孢鱼腥藻和鱼腥藻7120的整细胞及无细胞抽提液的固氮酶活性,进行了比较研究。水生686的整细胞酶活虽然不低(51.9毫米乙烯峰高/光密度/30分),仅次于柱孢鱼腥藻,但其无细胞抽提液的酶活却最低。这可能与它含有大量藻胶有关。研究了Mn++、Fe++对蓝藻固氮酶的作用,以及测定其在不同酶浓度下的反应动力学表明:柱孢鱼腥藻中不存在象深红螺菌中所看到的那种激活因子。用甲苯-乙醇溶液处理藻细胞,对固氮酶作原位测定,探索了它的氧损伤及氧保护机理。       

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。     

Gas exchange in the filamentous cyanobacterium Nostoc punctiforme strain ATCC 29133 and Its hydrogenase-deficient mutant strain NHM5

Nostoc punctiforme ATCC 29133 is a nitrogen-fixing, heterocystous cyanobacterium of symbiotic origin. During nitrogen fixation, it produces molecular hydrogen (H(2)), which is recaptured by an uptake hydrogenase. Gas exchange in cultures of N. punctiforme ATCC 29133 and its hydrogenase-free mutant strain NHM5 was studied. Exchange of O(2), CO(2), N(2), and H(2) was followed simultaneously with a mass spectrometer in cultures grown under nitrogen-fixing conditions. Isotopic tracing was used to separate evolution and uptake of CO(2) and O(2). The amount of H(2) produced per molecule of N(2) fixed was found to vary with light conditions, high light giving a greater increase in H(2) production than N(2) fixation. The ratio under low light and high light was approximately 1.4 and 6.1 molecules of H(2) produced per molecule of N(2) fixed, respectively. Incubation under high light for a longer time, until the culture was depleted of CO(2), caused a decrease in the nitrogen fixation rate. At the same time, hydrogen production in the hydrogenase-deficient strain was increased from an initial rate of approximately 6 micro mol (mg of chlorophyll a)(-1) h(-1) to 9 micro mol (mg of chlorophyll a)(-1) h(-1) after about 50 min. A light-stimulated hydrogen-deuterium exchange activity stemming from the nitrogenase was observed in the two strains. The present findings are important for understanding this nitrogenase-based system, aiming at photobiological hydrogen production, as we have identified the conditions under which the energy flow through the nitrogenase can be directed towards hydrogen production rather than nitrogen fixation.