贵州山区3种木本植物无机碳利用特性的比较

以生长在喀斯特高原地区玉舍国家森林公园内的成熟银鹊树(Tapiscia sinensis)、白栎(Quercus fabri)和亮叶桦(Betula luminifera)为实验材料,通过对光合作用、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、羧化效率(CE)、呼吸速率(Resp)、碳酸酐酶活性(WA)以及稳定碳同位素组成(δ13 C)等指标的测定,分析3种植物不同的无机碳利用特性,为该区生态环境修复选择合适的建群植物种提供依据。结果显示:(1)银鹊树、白栎和亮叶桦分布都较为广泛,银鹊树生长的最佳土壤pH是4.5~5.5,而白栎更倾向于中性到弱酸性土壤,肥沃的酸性土壤则更有益亮叶桦生长;白栎和亮叶桦都能忍受干旱和贫瘠,但是银鹊树不能忍受干旱和高温。(2)银鹊树叶片的Pn、Tr和Gs显著大于白栎和亮叶桦,亮叶桦和白栎的Pn、Tr和Gs分别是银鹊树的69.5%、48.2%、66.7%和28.6%、21.7%、22.2%;亮叶桦叶绿素含量均为银鹊树和白栎的2倍,但3种植物间的WUE则无显著差异。(3)3个树种叶片净光合速率均随着CO2浓度升高呈持续上升的趋势,但它们之间的CO2补偿点和饱和点明显不同。其中,银鹊树和亮叶桦的CO2补偿点均低于50μmol·mol-1,而白栎的则在250~300μmol·mol-1之间;银鹊树的CO2饱和点在1 200μmol·mol-1左右,亮叶桦则在2 300μmol·mol-1左右,而白栎的CO2饱和点明显高于2 300μmol·mol-1。(4)3个树种的CE、Resp和WA均为银鹊树>亮叶桦>白栎;而δ13 C值则以银鹊树最低,亮叶桦和白栎较高。其中,白栎和亮叶桦的CE、Resp、WA分别为银鹊树的5.1%、25.7%、4.0%和45.3%、54.6%、6.8%,且树种间差异显著;白栎和亮叶桦的δ13 C值显著高于银鹊树。研究表明,银鹊树能够吸收大气中的CO2或者在高活性碳酸酐酶作用下转化利用细胞内的HCO3-,它拥有较高的CO2利用能力及无机碳同化效率,因而能够拥有较高的产能;亮叶桦只能获取大气中的CO2作为无机碳源,但它对CO2的利用能力也较高,其产能仅次于银鹊树;白栎同样只能获取大气中的CO2作为无机碳源,同时它对大气中CO2的捕获、利用能力均低于银鹊树和亮叶桦,因而白栎生长非常缓慢,造成其本身对无机碳的需求也最低,所以其产能最低。     

碳酸酐酶在聚甲基戊烯中空纤维膜表面的固定及其性能分析

采用两步法将碳酸酐酶共价键合在聚甲基戊烯(Polymethyl-pentene,PMP)膜式氧合器表面以提高其清除血液中CO2的能力。首先采用等离子体处理法将羟基引入PMP表面,然后用偶联剂溴化氰(CNBr)将碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)固定在PMP膜表面。采用XPS、表面接触角测定仪对等离子体处理后材料表面的物理化学性质进行了表征。以对硝基苯酚乙酸酯(p-nitrophenyl acetate,p-NPA)为底物,采用紫外分光光度计测定了接枝CA的活性、浓度、重复利用性、储存稳定性。结果表明,等离子体处理方法能将羟基成功引入PMP表面;CA能被成功地偶联在无活性官能团聚合物表面,在保持酶活性的同时获得较高的接枝效率;共价接枝CA(Covalently immobilized CA,CACI)的浓度随CNBr浓度的增加而增加,最大可达理论单分子层接枝量的73%;CACI比物理吸附的CA(Physically adsorbed CA,CAPA)具更好的重复利用性;37oC下,CACI比CA溶液表现出更好的储存稳定性。本方法有望应用在膜式氧合器上以提高其对血液中CO2的排除效率。     

碳酸酐酶Ⅱ及其抑制剂研究进展

碳酸酐酶Ⅱ是一种活性中心含有Zn^2＋、能催化CO＋H2O-HCO3-＋H^＋反应的金属酶。它广泛分布于人体多种组织、器官中,与人体酸碱平衡、青光眼、骨质疏松症、癌症等多种生理或病理过程密切相关,多年来一直备受关注。自从1992年高分辨率的碳酸酐酶Ⅱ晶体结构测定以来,其抑制剂研究发展较快,已有活性好、选择性强的抑制剂作为新药应用于临床。本文以碳酸酐酶Ⅱ结构、功能和抑制剂研究为重点,主要介绍近15年来该领域研究的一些重要进展。     

不同植物的碳酸酐酶活力差异研究

碳酸酐酶是催化二氧化碳的可逆水合反应的一种含锌金属酶。测定不同植物、同一植物不同部位、同一植物同一部位不同时间的碳酸酐酶的活力,研究诸葛菜和油菜碳酸酐酶及其胞外酶活力的差异,初步探讨碳酸酐酶活力与植物抗干旱能力之间的关系。研究结果为诸葛菜的喀斯特适生性的研究提供依据。     

植物叶片和角果的碳酸酐酶与光合速率的关系研究

以3种植物为材料,对其叶片、角果的碳酸酐酶活性日变化和相应的净光合速率日变化以及不同叶位的叶片和不同长度角果的CA活性和净光合速率关系进行研究.结果表明,在日变化中,油菜和诸葛菜的CA活性与其净光合速率之间存在显著性正相关,羽衣甘蓝则不明显.但3种植物不同叶位的叶片和不同长度角果的CA活性与净光合速率之间都呈显著正相关,说明无论是植物的营养器官叶片,还是生殖器官角果,CA活性的高低对净光合速率都有较大的影响.     

微生物水泥相关酶的研究进展

微生物诱导碳酸钙沉积(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)是微生物通过新陈代谢在其周围微环境中形成碳酸钙沉积的一种自然现象,根据其原理目前研发出了“微生物水泥”。因其具有绿色环保、经济高效的特点,已成为生物、土木、环境等领域的研究热点。文中就与微生物水泥密切相关的关键酶——脲酶、碳酸酐酶的研究进展进行了系统综述,主要包括两种酶的基因、蛋白结构、调控机制、工程菌的构建以及脲酶与碳酸酐酶在MICP过程中的协同关系等,并对MICP未来的发展作出展望。在现有研究基础上,借助生物信息学、合成生物学等前沿技术,开发能适应广泛环境、高性能的生物水泥,这将开启MICP研究的一个新阶段。     

碳酸酐酶在红细胞分化发育过程中的功能研究

目前红系分化调控相关的研究主要集中在细胞因子、转录因子、lncRNA及表观遗传方面,为了对红系分化调控机制进行更加深入的解析,研究了碳酸酐酶在红系分化中的功能。碳酸酐酶可以高效催化二氧化碳的水合,但它在红细胞发育过程中的功能尚不清楚。利用脐带血来源的CD34⁺细胞在体外进行红细胞诱导分化,在分化过程中通过慢病毒介导的基因敲降的方法能够降低碳酸酐酶1和碳酸酐酶2的表达,并使用流式细胞仪检测红细胞的生成和分化效率。研究结果表明,与对照组相比,碳酸酐酶1的表达缺陷使红细胞的晚期分化明显受阻,而碳酸酐酶2的表达缺陷则将红细胞的分化阻滞在早期阶段。研究结果表明,虽然作用窗口不同,但碳酸酐酶1和碳酸酐酶2在红系分化的过程中均发挥着重要的调控作用,这一发现对将来在体外红细胞生成具有指导意义。     

莱茵藻胞外碳酸酐酶分子定位与活性诱导

胞外碳酸酐酶是藻类CCM机制和光合作用的一个重要组分 ,藻类从高CO2 转入低CO2 浓度培养时可诱导出胞外碳酸酐酶。应用金标免疫分子定位和pH调节对胞外碳酸酐酶分子定位和CO2 诱导机制进行研究 ,结果表明 :胞外碳酸酐酶主要分布于胞壁空间 (细胞质膜与细胞壁之间 ) ,且细胞壁上也有较多分布 ,细胞壁外分布较少。说明胞外碳酸酐酶能从胞壁空间穿过细胞壁。通过CO2 诱导和pH调节(升高 ) ,均可提高碳酸酐酶活性 ,且pH提高幅度越大 ,胞外碳酸酐酶活性也越大 ,说明胞外碳酸酐酶的CO2 诱导与pH调节有一定关系     

转PEPC基因水稻具有初级CO2浓缩机制生理特点

以原种粳稻Kitaake为对照, 研究了转玉米PEPC基因水稻的PEPC的高表达和碳同化特性的关系. 结果显示: 与原种相比, 转PEPC基因水稻气孔导度和光合速率显著增加, 经统计分析, 气孔导度的增加与光合速率的增加并无相关性. 而在高光强 下, 与CO₂浓缩有关的PEPC, CA酶蛋白的表达显著增加. 因此在大气CO₂浓度下可显著增加光合能力(50%); 无CO₂条件下, 可减少叶内CO₂释放量, 从而降低了CO₂补偿点. 用专一的抑制剂DCDP处理, 证明转PEPC基因水稻叶内PEPC的高表达与碳同化能力的提高和Fv/Fm的稳定性有关. 用14C示踪20 s, 转PEPC基因水稻14C较多的分配在C4光合原初产物天冬氨酸中, 意味着叶内存在着一定的C4光合代谢途径. 上述结果说明, 用代谢工程可以在叶内构建初级的CO₂浓缩机制, 为转基因的高光效育种技术提供了生理依据.     

CO2浓度变化对拟柱胞藻生长与光合作用的影响

为了探讨大气CO₂浓度升高对水华藻类的影响,利用水华蓝藻-拟柱胞藻作为实验材料,研究了CO₂浓度升高对其生长生理和光合作用的影响,结果表明CO₂浓度升高,导致拟柱胞藻的生物量、最大光合放氧速率、光合效率显著增加。当CO₂浓度为700 mg/L以下,暗呼吸速率和光饱和点无明显影响,而CO₂浓度为1000 mg/L时,暗呼吸速率和光饱和点显著提高。随着CO₂浓度增加,藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,同时胞外碳酸酐酶活性显著下降。这表明大气CO₂浓度的增加,有利于拟柱胞藻的生长和光合,进而增加了水华发生的风险。