流式细胞术的发展及在植物研究中的应用

流式细胞术是通过对液流中各种荧光标记的颗粒进行多参数快速高效的定性或定量测定的方法,在科学研究的多个领域发挥重要作用。然而,由于植物组织及细胞壁和次生代谢产物等细胞的特殊成分和结构,限制了其在植物研究领域的应用。本文在介绍流式细胞仪发展和组成分类的基础上,着重讨论了流式细胞术在植物领域的应用、研究进展及应用限制,进而展望该研究领域的发展趋势,为拓宽植物流式细胞术的潜在应用范围提供新的思考方向。     

废用条件下大鼠和达乌尔黄鼠骨骼肌氧化应激和抗氧化防御能力与肌萎缩的比较研究

有鳞类(蛇和蜥蜴)具有较发达的嗅器和犁鼻器,对其不同种类嗅觉结构的认识有助于阐明爬行动物化学感觉的进化。本文采用组织学方法比较了草原沙蜥(Phrynocephalus frontalis)、荒漠沙蜥(P. przewalskii)、密点麻蜥(Eremias multiocellata)和秦岭滑蜥(Scincella tsinlingensis)的嗅器及犁鼻器。结果发现,草原沙蜥的鼻腔较为狭长,秦岭滑蜥呈梨形,其他两种蜥蜴的鼻腔略成圆形。秦岭滑蜥的嗅上皮最厚,其次是密点麻蜥和草原沙蜥,荒漠沙蜥最薄。犁鼻器主要由犁鼻腔、犁鼻感觉上皮、犁鼻神经及蘑菇体等组成,没有腺体。草原沙蜥和荒漠沙蜥的犁鼻腔较为宽阔,密点麻蜥和秦岭滑蜥的较窄。4种蜥蜴的犁鼻感觉上皮均较嗅上皮厚,蘑菇体向后逐渐缩小至消失,犁鼻感觉上皮成闭环状,包围犁鼻腔。密点麻蜥和秦岭滑蜥的犁鼻感觉上皮位于犁鼻器的背侧,蘑菇体位于腹侧;与此不同,两种沙蜥的犁鼻感觉上皮偏向于犁鼻器的腹内侧,蘑菇体位于背外侧。密点麻蜥的犁鼻感觉上皮最厚,其次为秦岭滑蜥,两种沙蜥最薄;秦岭滑蜥犁鼻感觉上皮的感觉细胞密度最高,其次是密点麻蜥,两种沙蜥最低。这些结果提示,密点麻蜥和秦岭滑蜥对嗅觉信号的依赖和投入较两种沙蜥多;4种蜥蜴犁鼻器的结构差异间接地佐证了有鳞类犁鼻器系统发生的特异性。     

信号分子在生物脱氮中的作用及检测方法

生物脱氮是由微生物主导的地球氮循环中的重要环节之一,主要包括硝化、反硝化和厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)等过程。在微生物联合作用下,污水中的有机氮及氨氮经一系列作用转化为氮气,这种经济高效、环境友好的处理工艺在世界范围内得到广泛应用。群体感应(quorum sensing,QS)以信号分子为媒介通过改变菌群密度和周围环境变化来调节微生物的各种行为。大量的研究已证实调控QS信号分子在生物脱氮中具有应用潜力。本文介绍了各种信号分子类型,从基因组学、实际应用等方面综述了各类信号分子以及检测方法,同时针对酰基高丝氨酸内酯(acyl homoserine lactones,AHLs)类信号分子在生物脱氮中的作用进行详细介绍。然而不足之处在于信号分子研究只是停留在实验室阶段,仅仅研究了单一信号分子对生物脱氮的影响。未来可将信号分子应用于实际污水,研究多种信号分子共同作用以及多种微生物之间的QS现象。     

光驱动二氧化碳转化系统的构建、优化与应用

利用光能驱动二氧化碳(carbon dioxide, CO₂)还原生产化学品对于缓解环境压力、解决能源危机具有重要意义。光捕获、光电转化和CO₂固定等作为影响光合作用效率的关键因素,同时也制约着CO₂的资源化利用效率。为了解决上述问题,本文从生物化学与代谢工程相结合的角度,系统总结了光驱动杂合系统的构建、优化与应用,并从酶杂合系统、生物杂合系统以及杂合系统应用3个方面分析了光驱动CO₂还原合成化学品的最新研究进展。在酶杂合系统方面,采用的策略主要有提升酶催化活性、增强酶稳定性等;在生物杂合系统方面,采用的方法主要包括增强生物捕光能力、优化还原力供应以及改善能量再生等;在杂合系统应用方面,主要阐述了光驱动CO₂还原生产一碳含能化合物、生物燃料以及生物食品等。最后,从纳米材料(包括有机材料和无机材料)和生物催化剂(包括酶和微生物)两个方面,展望了人工光合系统的进一步发展方向。     

β-桧木醇联合替加环素对tet(X4)阳性大肠杆菌的体外协同抗菌作用

质粒介导tet(X4)基因的出现和流行,严重影响替加环素(tigecycline)对临床多重耐药细菌感染的治疗效果,急需寻找有效的佐剂遏制替加环素耐药性。本研究采用微量棋盘稀释法、时间-杀菌曲线测定β-桧木醇(β-thujaplicin)和替加环素的体外联合抗菌表征,通过测定细菌细胞膜通透性、细菌胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量、铁含量以及替加环素含量等指标,来探究β-桧木醇和替加环素联合使用对tet(X4)基因阳性大肠杆菌(Escherichia coli)的抗菌作用机制。结果表明,β-桧木醇联合替加环素对tet(X4)基因阳性大肠杆菌具有体外协同抗菌效果,且β-桧木醇在抗菌作用浓度范围内无显著溶血性和细胞毒性。机制研究发现,β-桧木醇能显著增大细菌细胞膜的通透性,降低细菌胞内铁含量,干扰铁稳态,诱导细胞内ROS显著增加,从而发挥抗菌效果。进一步研究发现,β-桧木醇可通过干扰细菌铁代谢和增大细菌细胞膜通透性,协同增强替加环素的抗菌效果。本研究结果为β-桧木醇联合替加环素治疗tet(X4)基因阳性大肠杆菌感染提供了理论和实践基础。     

先贤虽去，风范永存——沉痛悼念杨福愉先生

中国共产党优秀党员,中国科学院院士,著名生物化学家杨福愉先生,因病医治无效,于2023年1月5日20时46分在北京逝世,享年96岁。 　　杨福愉先生原籍浙江宁波镇海,1927年10月30日出生于上海市,1946年毕业于上海南洋模范中学,1950年毕业于浙江大学化学系,1960年在前苏联莫斯科大学生物系获哲学副博士学位,回国后一直在中国科学院生物物理研究所工作,历任生物物理研究所副研究员、研究员,1991年当选为中国科学院学部委员(院士);曾任生物物理研究所副所长、学术委员会主任、生物大分子国家重点实验室主任等职,是中国生物膜领域的主要奠基人之一。 　　杨福愉先生1950年毕业于浙江大学后,进入中国科学院（上海）实验生物学研究所,在贝时璋先生等老一辈科学家的言行垂范下获得科学启蒙;1956~1960年留苏期间,获得了系统的科研训练;回国后在生物物理研究所带领线粒体结构与功能研究小组,研究电离辐射对线粒体氧化磷 酸化功能的影响,从此确立了为之奋斗一生的“生物膜结构与功能”这一重要研究方向。 　　杨福愉先生长期围绕膜脂-膜蛋白相互作用及其调控机理开展系统、深入的原创性研究。提出镁离子通过改变膜脂流动性影响ATP酶的结构与活性模型,为膜脂物理状态影响膜蛋白的结构与功能提供清晰的实例;在此基础上开展跨膜钙离子浓度梯度调节膜蛋白的构象与活性的研究,揭示膜脂物理状态调控钙ATP酶及G蛋白偶联跨膜信号转导通路的新机制;发现胰凝乳蛋白酶不只是消化酶,还介导溶酶体-线粒体细胞凋亡新途径。同时,杨福愉先生非常重视基础理论研究与实际应用的结合。曾在核爆炸现场承担放射生物学科研任务,总结出的慢性放射病早期诊断生化指标为核安全打下基础;用“匀浆互补法”预测农作物杂交优势,为促进农业增产提供科学依据;开展克山病病因的研究,提出“克山病是一种心肌线粒体病”的观点等。在研究中,杨福愉先生善于以多学科交叉融合的研究方法从不同层次开展研究,研究成果彰显开拓性、富于原创性。杨福愉先生在国内外学术期刊发表科研论文200余篇,出版《生物膜》等专著2部,在国际上产生深远影响,获得广泛承认,先后获得国家自然科学奖、中国科学院自然科学奖、何梁何利奖等重要奖项。 　　杨福愉先生重视学术团体、学术会议、学术期刊在科学研究中的重要作用,曾任中国生物物理学会理事、中国生物化学与分子生物学学会副理事长、北京市生物化学与分子生物学学会理事长、《生物物理学报》主编等职,积极推动1981年首届全国膜生物学讨论会举办,并担任首届会议大会主席。 　　杨福愉先生重视青年人才培养。作为2013年中国生物物理学会贝时璋杰出贡献奖得主,杨福愉先生于2018年向贝时璋奖捐款30万元,用于表彰后续贝时璋青年奖获奖者,表达了老一辈科学家对生物物理学领域青年科技工作者的殷切期望。 　　先贤虽去,风范永存。杨福愉先生的家国情怀与学术精神将永远指引我们奋斗！ 　　杨福愉先生千古！ （感谢黄有国研究员为此文撰写提供历史线索和整理、凝练素材。）     

仿脑组织体模研究进展

仿脑组织体模是指可以有效模拟人脑组织形状、性质的等效材料组织或数字模型,可以在实验中代表人脑组织的某些生理特性从而达到特定的研究目标,根据其物理形态,通常可分为固体、液体、数字体模3类。仿脑组织体模具有安全经济,配置简单并且可重复使用的优势,被广泛应用于脑部疾病诊断、系统安全性评估等研究。本文就仿脑组织体模的分类、物理特性和脑科学研究应用3方面进行论述,在阐述当前仿脑组织体模与真实脑组织存在一定性质差异的同时也说明其在替代真实脑组织实验上有良好的应用前景。     

NaCl胁迫下宁夏枸杞光合作用相关基因差异表达分析

宁夏枸杞是著名的耐盐药用植物,该研究通过室内水培试验,利用高通量测序技术和qRT-PCR技术检测了不同浓度NaCl胁迫(0、100、200、300 mmol/L)下宁夏枸杞叶片光合作用相关基因差异表达,并分析了其叶绿素含量、净光合速率、Rubisco活性的变化,以揭示宁夏枸杞在盐胁迫条件下光合机构及光合作用相关基因差异表达规律,为深入解析宁夏枸杞响应盐胁迫的光合机理奠定基础。结果表明：(1)用100、200、300 mmol/L NaCl胁迫处理7 d时宁夏枸杞分别有14、26、55个光合作用相关基因差异表达,且随着NaCl胁迫程度的增加下调表达基因多于上调表达基因。(2)qRT-PCR结果显示,宁夏枸杞的3个光合作用相关基因ATPε、CLH2、Lhcb3的相对表达量均随着NaCl胁迫程度的加深总体呈显著下降的趋势,qRT-PCR验证结果与RNA-seq测序结果基本一致。(3)随着NaCl胁迫程度的增加,宁夏枸杞叶片中的叶绿素a和叶绿素b含量以及净光合速率和Rubisco活性均呈显著下降的趋势,而类胡萝卜素含量变化不显著。研究认为,宁夏枸杞能通过诱导光合作用相关基因的差异表达来调控叶片...     

褪黑素调节烟草丁香假单胞菌抗性的功能研究

为分析褪黑素(N-乙酰-5-甲氧基色胺)在植物先天免疫中的功能及调控机理,研究以病原菌丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae pv.tomato DC3000,Pst DC3000)—烟草互作系统为模型,检测了病原菌侵染对烟草褪黑素相关基因表达的影响,并探讨了褪黑素对植物叶片病原菌生长以及气孔开度和活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)含量的影响以及调控机理。结果表明:(1)Pst DC3000处理提高了烟草褪黑素合成(NtSNAT1)和受体(NtPMTR1)基因表达,且外源褪黑素处理降低了叶片中的病原菌含量。(2)与野生型植物相比,过表达大豆GmSNAT1基因显著提高了转基因烟草中内源褪黑素含量和NtPMTR1的表达,且转基因烟草叶片中的Pst DC3000菌落数显著下降。(3)外源褪黑素和细菌鞭毛蛋白多肽flg22处理诱导了野生型和转基因烟草保卫细胞中ROS产生和气孔关闭,且转基因植物对褪黑素和flg22诱导的气孔关闭和ROS产生比野生型烟草更加敏感。综上所述,研究表明褪黑素可能通过受体NtPMTR1介导的信号途径促进保卫细胞ROS产生,诱导气孔关闭,从而降低病原菌Pst DC3000的入侵。     

Cytoskeletal arrangement and its intercellular connec-tion in wheat young leaf cells

By using the techniques of partial digestion of cell wall and selective extraction,we examined the cytoskeleton of wheat yong leaf cells under scanning electron microscope(SEM).A 3-dimensional cytoskeletal system,showing some new features,was observed.The cortical network located beneath the cross wall was an anastomosing organization.The association of nucleus with the cell wall by some skeletal filaments was also found.It is notice able that there were cytoskeletal filaments,which passed through cell wall and connected together with cytoskeletal arrays of adjacent cells,Thus,it is possible that an integral skeletal network existed within the yong leaf tissue of wheat.