光合细菌固定化技术及其应用研究进展

光合细菌是地球上出现最早,且自然界中普遍存在的一种具有原始光能合成体系的原核生物,是处于厌氧环境中可以进行不放氧光合作用的细菌总称。近年来,随着经济的发展与科技进步,光合细菌已被广泛应用到社会生产生活的各个领域。本文总结了光合细菌固定化技术使用的材料和方法,对光合细菌固定化技术在废水处理、生物制氢等方面的应用进行了深入探讨。     

覆膜与滴灌对河套灌区玉米花粒期叶片光合特征的影响

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础,栽培方式和土壤含水量变化显著影响作物的光合作用.灌浆期和乳熟期是玉米花粒期2个重要阶段,是玉米籽粒形成和干物质积累的关键时期.通过大田试验研究了河套灌区不同覆膜方式与滴灌水平对不同生育时期玉米光合特征及产量的影响.结果表明: 灌浆期玉米叶片光合特征在不同处理下无显著差异,乳熟期净光合速率和蒸腾速率在半覆膜(B₂)和全覆膜(Q₂)滴灌水平2(350 mm)处理下均显著高于半覆膜(B₁)和全覆膜(Q₁)滴灌水平1(200 mm),并且B₁和Q₁处理下灌浆期叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率及气孔导度等显著高于乳熟期.不同处理下灌浆期和乳熟期叶片的净光合速率、蒸腾速率,灌浆期的气孔导度以及乳熟期的水分利用效率等在日变化上存在着同步关系,均呈现出倒“U”型的日变化特征,而胞间CO₂浓度则呈现相反的变化趋势.逐步回归分析显示,光合有效辐射、大气温度和空气相对湿度等气象因子是影响玉米叶片光合特征的主要环境因子.此外,B₂和Q₂处理下玉米产量显著高于B₁和Q₁处理(分别增加了29.3%和50.9%),但B₁和Q₁处理间并无显著差异.这表明与覆膜方式相比,滴灌水平对干旱地区玉米产量的影响更大.     

不同光脉冲方案对光下最大荧光参数及其计算参数的影响

光下最大荧光(F_m′)是植物生理生态研究中的重要参数,一般采用饱和脉冲(RF)方案来估计.然而,光系统Ⅱ(PSⅡ)受体库的反馈调节会影响RF方案对F_m′估计的准确性.为消除PSⅡ受体库反馈调节的影响,根据光脉冲强度(Q′)与叶绿素荧光(F′)的线性关系提出多相脉冲(MPF)方案,估算Q′无穷大时的F′(即F_m′).本研究采用MPF和RF方案分别对苦槠、青冈和乌桕3个树种叶片的叶绿素荧光和气体交换数据进行同步测量,并对两种方案估计的F_m′及其计算参数PSⅡ光化学效率(Φ_PSII)、PSⅡ的电子传递速率(J)、最大电子传递速率(J_max)、叶肉导度(g_m)和叶绿体内CO₂浓度(C_c)等光合参数进行比较,分析两种方案对3个树种叶片6个光合参数的影响.结果表明: 当光合有效辐射(PAR)<200 μmol·m^-2·s^-1时,两种方案对苦槠、青冈和乌桕叶片F_m′、Φ_PSII和J的估计无显著影响;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的苦槠、青冈和乌桕的F_m′分别比RF方案获得的F_m′高3.5%～5.2%、11.7%～18.0%和3.2%～7.1%;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的Φ_PSII、J和J_max分别不同程度地大于RF方案获得的参数,g_m和C_c分别不同程度地小于RF方案获得的参数.说明当PAR较低(<200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J的估计没有显著影响;当PAR较高(≥200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J、J_max、g_m和C_c的估计有显著影响,且RF方案对植物叶片的F_m′、Φ_PSII、J和J_max比MPF方案分别有不同程度的低估,对g_m和C_c则有不同程度的高估.     

香果树实生苗的光合特性及其与环境因子的关系

为确定香果树实生苗的适生环境并为其自然更新提出有针对性策略,研究了不同生境(冠下、冠缘、林窗和林缘)中2年生香果树实生苗的净光合速率、水分利用效率、叶绿素含量、苗高、基径、生物量等的变化及其与生态因子之间的关系.结果表明: 4种生境中的光合有效辐射最大值为50～1380 μmol·m^-2·s^-1,冠下和冠缘中香果树实生苗的净光合速率日变化呈单峰型,而林窗和林缘实生苗的净光合速率日变化呈双峰型;香果树实生苗为耐阴植物,但耐阴能力较弱,其功能叶的光饱和点、补偿点和暗呼吸在4种生境中大小顺序为: 林缘>林窗>冠缘>冠下,表观量子效率的变化规律与之相反;林窗和冠缘2种生境中香果树实生苗的适应能力较强,叶片的蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率和净光合速率较高;林窗中香果树实生苗叶片的叶绿素含量较低,但实生苗的生长速度最快,生物量最大;香果树实生苗的净光合速率与光合有效辐射和气孔导度呈显著正相关.对于冠下生境,需降低林冠层密度,增加透光率,以利于香果树实生苗的光合作用;对于林缘生境,则需要增加植被盖度,降低光照强度,以利于其快速生长.     

基于FvCB模型的几种草本和木本植物光合生理生化特性

为研究不同生活型植物的光合能力及其叶片光合机构,采用直角双曲线修正模型和C3植物FvCB模型对7种木本植物和4种草本植物的CO₂响应曲线进行拟合,并对不同木本植物、不同草本植物和2种生活型植物的最大净光合速率(P_{n max})、Rubisco酶最大羧化速率(V_{c max})、最大电子传递速率(J_max)、光合暗呼吸速率(R_d)和叶肉阻力(r_m)等参数进行比较.结果表明: 7种木本植物P_{n max}大小顺序为乌桕、苎麻>润楠、海桐>青冈、苦槠、娜塔栎;乌桕、苎麻、润楠和海桐的V_{c max}显著大于青冈和苦槠;J_max大小顺序为乌桕>苎麻、海桐>娜塔栎、苦槠和青冈;润楠和苦槠的r_m显著大于乌桕、海桐和苎麻.商陆的P_{n max}显著大于藿香蓟和土牛膝;4种草本植物的V_{c max}无显著差异;商陆的J_max显著大于藿香蓟;龙葵和土牛膝的r_m显著大于藿香蓟;商陆的R_d显著大于藿香蓟和土牛膝.木本植物的P_{n max}、V_{c max}、J_max和r_m光合参数均显著大于草本植物,但二者的R_d无显著差异.不同物种之间以及2种生活型植物光合能力的差异主要是由叶片内部Rubisco酶羧化能力、电子传递能力和叶肉阻力等差异引起的.     

黄瓜幼苗光合作用对高温胁迫的响应与适应

以‘津优35号’黄瓜幼苗为试材,研究高温(HT: 42 ℃/32 ℃)和亚高温(SHT: 35 ℃/25 ℃)胁迫对黄瓜幼苗光合作用及生长量的影响.结果表明: 高温、亚高温明显抑制幼苗生长.随着胁迫时间的延长,黄瓜幼苗叶片的光合速率(P_n)逐渐降低,胞间CO₂浓度(C_i)趋于升高,气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、光呼吸速率(P_r)和暗呼吸速率(D_r)先上升后下降,高温、亚高温引起P_n降低的主要原因是非气孔限制.高温、亚高温可使黄瓜幼苗叶片的暗下光系统Ⅱ最大光化学效率(F_v/F_m)、光下实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和电子传递效率(ETR)显著降低,初始荧光(F_o)和非化学猝灭系数(NPQ)逐渐升高.随着胁迫时间的延长,HT处理的RuBP羧化酶(RuBPCase)和Rubisco活化酶(RCA)活性及其mRNA表达量逐渐降低,而SHT处理的胁迫初期变化不大,3 d后趋于降低;HT和SHT处理的景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)和果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)活性与mRNA表达均呈先升高后降低趋势.可见,适宜光强下短时亚高温处理黄瓜幼苗不会产生明显光抑制,高温胁迫会对其PSⅡ反应中心造成严重损伤;光合酶受高温胁迫诱导,但其诱导效应与温度升高幅度和高温持续时间有关.     

单级自养脱氮系统亚硝化菌株的分离、鉴定及定性

[目的]研究单级自养脱氮系统中亚硝化菌株的培养及代谢特征,为系统运行操控提出理论指导.[方法]从单级白养脱氮系统活性污泥中采集微生物样品,经过4次富集和分离过程,最终获得一株亚硝化能力较强的菌株Nl,通过显微镜观察及16S rDNA序列分析鉴定该菌株,研究摇瓶装量、pH、温度及底物浓度对其代谢过程的影响.[结果]该菌株与Nitrosomonas sp.NL7(AY958677)、Nitrosomonas AS1(EF016119)、Nitrosomonas sp.Is32(AJ621027)相似性分别为97%、96%和96%,对氧气需求量存在较严格要求,pH及温度对其氨氧化活性具有明显的影响,最适条件分别为pH8.0和30℃,在氨氮浓度80-800 mg/L较宽的底物浓度范围内具有活性,当氨氮浓度高达800 mg/L时,其氨氧化活性没有受到明显的抑制.[结论]该N1菌株为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.),与已有报道的其它亚硝化菌相比,N1对氨氮有较强降解能力及较广的浓度适应范围.     

2型登革病毒ns1基因克隆及其表达产物的生物学特性研究

目的 克隆并表达2型登革病毒非结构蛋白ns1基因片段,初步鉴定重组蛋白的生物学特性.方法 利用登革热2型病毒重组质粒,经PCR方法扩增出ns1全长基因片段,在pQE30表达系统中表达,表达产物用Ni柱亲和层析纯化后,用鼠抗登革病毒免疫血清对重组蛋白进行Western Blot及ELISA鉴定.结果 构建的重组质粒pQE-30/NSl,pQE-30/NS1-N,pQE-30/NS1-80-200aa和pQE-30/NS1-C经IPTG诱导,重组蛋白高效表达并纯化成功,经Western Blot及ELISA证实重组蛋白可以被免疫血清特异识别.结论 2型登革病毒结构蛋白表达载体在大肠杆菌SG13009中高效表达.纯化产物具有较强的免疫原性,为进一步研究NS1的生物学特性和血清学检测奠定了基础.