巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）吸氢酶基因的研究及展望

固氮生物在固氮过程中不可避免地将产生电子的消耗和能量的损失;固氮酶每转化一分子儿为氨需消耗4对电子和16个ATP,同时释放出一分子H2。而吸氢酶对所产生氢气的氧化作用可提供固氮过程中所需的还原力,从而提高了固氮微生物的固氮效率。通过分子生物学的实验手段可进行巴西固氮螺菌吸氢酶基因（hup基因）的定位和分离克隆,并进一步构建含多拷贝hup基因的固氮基因工程菌,为提高固氮效率,增加农作物经济产量提供一种有效的氮素营养供给手段。氛是植物生长发育不可缺少的元素。氮气虽然占空气重量的75．54畅,但植物和大多数微生物都不…     

棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii230)中氢酶与固氮酶关系的探讨

自Stephensen和Stickland发现氢酶之后,氢酶已在许多类型的微生物中被发现。然而固氮菌中氢酶的存在却引起了生物固氮工作者的普遍重视。Wilson及其同事对自生固氮菌中氢酶的性质作了一系列的报导。其中最有意义的发现是氢酶参与氧的吸收(尽管高浓度的氧能抑制氢酶)。Hyndman等发现氢酶参与氧化磷酸化的作用。Cixon报导氢酶可能有三种功能:(1)通过氢的被氧化除氧;(2)解除氢对固氮的抑制作用;(3)作为再循环的部分补充由于     

光合细菌产氢因子的研究进展

光合细菌在固氮的同时释放氢气。产氢与固氮是同步进行的。固氮酶与氢酶共同影响光合细菌的产氢活性,而外源生理条件又影响着固氮酶与氢酶的活性,其中有机碳阻抑吸氢酶表达,促进产氢;氨则抑制固氮活性而降低产氢量;氧气的存在使固氮酶与氢酶都失活,从而抑制放氢反应的进行。     

不同固氮条件下蓝藻氢酶活性的研究

一般认为仅是原核生物才具有的氢酶,在一系列的光合和非光合固氮生物中也相继被发现。它在这些生物机体中执行着除固氮酶和可逆性氢酶(reversible hydrogenase)放氢以外的催化氢代谢的功能,并能回收固氮酶放氢中失去的氢,提高固氮效率,从而和     

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zan(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zan或在营养细胞形成蓝色甲zan后都抑制固氮酶活性。NBT甲zan对固氮酶活性的抑制作用大于TTC甲zan,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。     

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。     

气候因子对三种豆科树种固氮的影响

研究了气候因子对台湾相思(Acacia confusa)、大叶相思(A．awriculaeformis)和南岭黄檀(Dalbergia balansae)根瘤固氮酶和吸氢酶活性的影响。3种树木根瘤均具有吸氢酶活性,外源H：可提高固氮酶活性,表明吸氢酶有助于固氮效率的提高。3树种根瘤的固氮活性有明显季节变化,夏秋活性较高,早春及冬季活性较低。离体根瘤固氮和吸H2活性表达的最适温度为25—30℃。光照强度及土壤湿度均显著影响根瘤固氮和吸H2活性。     

氢酶与固氮酶在细菌光合固氮中的联系

研究了混养型光合细菌Rhodopseudomonas capsulata N-3 氢酶与固氮酶之间的联系,观察到:1.以苹果酸(30毫克分子)为碳源,谷氨酸(5毫克分子)为氮源,营光合异养生长的菌体由固氮酶催化释放出大量的分子氢,光合放氢的过程完全依赖于光和外加电子供体,NH_4~ 对这一过程有明显抑制作用。2.营光合异养生长的光合细菌具活跃的氢酶,是膜结合态,能以多种生理活性物质,如NADP,反丁烯二酸,硝酸盐,氧及一些氧化还原染料为受体,吸取分子氢,这一过程显著地被NH_4~ 所促进。3.氢酶催化分子氢,支持光合固氮活性,这一固氮活性对氧的酶感性显著下降。4.当有机底物浓度不足时,分子氢所支持的固氮活性更为有效,有机底物浓度处于过量时,分子氢不再支持固氮。5.乙炔对氢酶活性具不可逆的抑止作用,氢酶被抑止后,固氮酶所催化的光合放氢显著剧增。 基于上述结果,对氢酶和固氮酶在细菌光合固氮中相互联系及其对光合细菌光能异养和光能自养两种生长方式间的转换的可能作用进行了讨论。     

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。     

贵州红壤水稻土淹水培养过程中Fe-氢酶微生物的多样性

【目的】研究水稻土淹水培养过程中Fe-氢酶微生物的多样性,对于揭示Fe-氢酶微生物的群落演替规律和产氢微生物的生化代谢机理具有重要的意义。【方法】采用PCR-变性梯度凝胶电泳和实时定量PCR技术进行基于梭菌属Fe-氢酶基因的多样性和丰度的分析。【结果】水稻土淹水培养过程中Fe-氢酶基因的变性梯度凝胶电泳图谱显示,培养1-5 d时Fe-氢酶基因条带数增加,10 d时Fe-氢酶基因条带数减少,20-40 d时Fe-氢酶基因条带数再次增加并保持稳定,对应的含Fe-氢酶微生物的群落结构随着培养过程的进行发生了显著变化。主成分分析表明,1 d与20 d、5 d与10 d、30 d与40 d的含Fe-氢酶微生物群落结构相似性较高,随着培养时间的增长含Fe-氢酶微生物群落结构趋于稳定。α多样性指数分析显示,1 d和10 d的丰富度指数(R)、Shannon-Weaver指数(H’)、Simpson指数(DS)与其他时间点相比较小,说明这2个时间点的Fe-氢酶多样性低,对应的含Fe-氢酶微生物群落结构较为简单,表明淹水培养过程中微生物的群落结构发生了演替变化。变性梯度凝胶电泳指纹图谱15个Fe-氢酶的优势条带测序后构建的系统发育树表明,培养前期的优势条带与梭菌属的Fe-氢酶关系较近,培养后期出现了非梭菌属的Fe-氢酶。淹水培养过程中Fe-氢酶基因的拷贝数在106/g干土的水平,占细菌的相对比例为1‰–2‰。【结论】水稻土淹水培养过程中发现了4种梭菌属Fe-氢酶和3种非梭菌属Fe-氢酶基因,对应的含Fe-氢酶微生物在培养前期群落结构发生显著演替变化,培养后期趋于稳定。     

蓝藻Anabaena 7120的吸氢及其和固氮活力的关系

分子氢通过氢酶活动支持蓝藻固氮。氢酶活性高低变化规律与蓝藻固氮活性大小在趋势上是一致的。氢对固氮产生的效用与蓝藻本身所处的内外界生理条件也有一定的联系。但是,正如前文曾经指出过的,蓝藻的吸氢特性和包括固氮在内的其它生理生化功能的关系,都还没有得到完全的阐明。本文以具有不同固氮活力的蓝藻Ana-     

氢化酶结构研究进展

氢化酶是微生物代谢产氢过程中的关键酶,也是目前生物制氢领域的研究热点。本文综述了厌氧发酵产氢微生物中氢化酶的分类及特点,以及[Ni—Fe]、[Fe—Fe]和[Fe—Scluster—free]三种氢化酶晶体结构和活性中心结构;阐述了多种微生物来源的氢化酶结构的研究进展,对几种典型氢化酶的结构及活性中心进行了对比分析,并根据当前研究热点,对氢化酶的研究方向进行了展望。本文阐述的内容信息量丰富且具有一定的实用性,对于氢化酶相关领域研究具有重要的意义。     

分子氢在鱼腥蓝藻Anabaena 7120固氮活性受氧损伤中的保护作用

分子氢在一定程度上可以消除氧对蓝藻固氮活性的损伤而起一种保护作用。氧对蓝藻固氮活性的损伤主要在固氮反应初期,且是不可逆的。分子氢的保护作用也在反应初期,分子氢过迟加入,其保护作用就会受到削弱或消失,其最大保护作用是在与氧同时加入之时。分子氢的保护作用和生理条件有一定联系。年老的蓝藻中,分子氢支持的固氮活性对氧敏感小些。温度、CO_2、氮气和一系列抑制剂都只影响固氮活性的高低,并不改变分子氢的有益行为。蓝藻经乙炔预处理导致氢酶受抑时,分子氢对固氮活性受氧损伤时的保护作用即受到削弱或消失。     

单细胞稳定同位素标记技术在固氮微生物中的应用研究

生物固氮是指固氮微生物将大气中氮气还原为生物可利用氨的过程,是环境中新氮的主要来源,调控初级生产力并影响氮储库的收支平衡。由于环境中大部分固氮微生物不可纯培养,不依赖培养且具有高空间分辨率水平的单细胞技术,成为研究固氮微生物的有力手段。~(15)N_2稳定同位素标记技术,以微生物对~(15)N的同化量或速率为依据,是表征微生物固氮活性的最直接手段。本文对~(15)N_2稳定同位素标记结合两种单细胞技术,即纳米二次离子质谱(Nano SIMS)和单细胞拉曼光谱,用于固氮微生物研究的最新进展进行了综述,内容包括揭示环境中高活性固氮微生物、空间分布、与其他生物的共生关系、细胞生理状态等,并进一步对近期发展的基于单细胞拉曼光谱的固氮微生物研究进行了展望。     

镍对荚膜红假单胞菌氢酶和固氮酶活性的促进作用

本文报道了过渡金属镍离子对荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulata)菌株N3氢酶吸氢活性和固氮酶乙炔还原活性的促进作用,当培养基内的镍离子浓度为IμM时,生长菌体的氢酶具有最大的吸氢活性,但镍离子对固氮酶活性的最适浓度为5pjIfo镍离子加入到整体细胞或无细胞提取液中,对氢酶话性无促进作用。镍离子加入到整体细胞中,固氮酶活性也没有被促进。其它一些过渡金属离子,例如Co2+、Cu2+、Zn2+什对氢酶和固氮酶活性均无促进作用。无论有无镍离子存在,螯合试剂。O-phenanthroline 和EDTA 对生长菌体的氢酶和周氮酶的活性均有少量的抑制作用,基于以上试验结果,对Ni2+参与Rps. Capsulata 氢酶蛋白质合成以及有关作用机理进行了讨论。     

土壤杆菌固氮生理特性研究

对根癌土壤杆菌C58/pGV3850菌株的固氮生理特性研究结果表明,该菌具有自生固氮活性,其固氮活性的最适pH为8.0,温度为30℃.固氮活性在对数生长后期(14h)最高,延缓期和静止期乙炔还原活性较低.该菌株好氧,通过氧呼吸和吸氢酶的作用达到避氧固氮.当通入氧气超过呼吸耗氧时,对固氮活性产生抑制作用.在培养过程中增加NH_4~+浓度,固氮活性会降低,当达到15mmol/L时完全丧失固氮活性,表现NH_4~+阻遏固氮酶蛋白合成.在乙炔还原测定系统中加入NH_4~+并不影响乙炔还原反应,说明没有NH_4~+关闭现象.培养过程中加入MSX(2.5mg/ml)能解除10mmol/L NH_4~+对固氮酶合成的阻遏作用.固定的游离氮不能以NH_4~+形式分泌于胞外.固氮过程中放出大量氢气,培养16小时产氢量达65μmol H_2/mg蛋白.在限碳条件下(0.2%蔗糖)其吸氢酶活力可达520nmol H_2·ml~(-1)·h~(-1).     

固氮酶催化乙炔还原的色谱测定

一般认为(15)~N_2同位素示踪技术是研究固氮作用最可靠的方法。Dilworth 1965年发现乙炔也是固氮微生物的一种底物,报道了巴氏梭菌粗提液能还原乙炔为乙烯。Hardy和Knight最先用氢火焰离子化气相色谱法测定了还原反应的产物。此后,这一方法便成了研究固氮活性的有效方法。由于气相色谱法较之(15)~N_2同位素示踪法具有简单、迅速,灵敏等优点,并能适应江河、湖泊、土壤测定的需要,得到了广泛的应用。 (一) 在固氮研究中,无论是土壤肥力调查,固氮资源开发以及对于固氮酶分子水平的结构与功能,底物反应动力学等的研究,都是一项工作量     

大叶相思的结瘤固氮和吸氢酶活性

本文报道大叶相思的结瘤固氮和氢酶活性的研究结果。大叶相思结瘤状况与其他含羞草亚科的树种相似,刚形成的幼瘤为单生球状或椭圆形,以后顶端伸长或分叉,呈分叉状、姜状和扇状。同一植株的不同成熟度根瘤的固氮活性也不同,成熟壮瘤固氮活性最高,幼瘤次之,衰老瘤最低。不同立地条件下种植的大叶相思根瘤固氮活性虽有差异,但生长在pH4.7的酸性红壤中的大叶相思,根瘤固氮活性仍具有较高水平。大叶相思根瘤固氮活性也有明显的季节变化,夏秋较高,春冬较低。根瘤离体后7小时内固氮活性变化不大,甚至在离体后21小时内仍维持一定水平的固氮活性。大叶相思根瘤具有吸氢酶,其吸H_2活性在最初3小时内随时间延长而升高,3—7小时内仍维持一定水平。在根瘤固氮系统中注入外源分子H_2,可提高固氮酶活性,外源H_2最适浓度为7.5％。由于其根瘤具有催化吸收分子H_2的氢酶系统,能吸收利用固氮反应所放出的大量H_2,因而能更有效地利用光合产物于固氮过程。大叶相思根瘤离体后能较长时间维持高的固氮活性水平,可能与其吸H_2酶系统有关。     

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。     

光合细菌利用太阳能产氢——解决能源危机的新途径

光合细菌是水生的革兰氏阴性的微生物,广泛分布于海洋、河川、湖泊、小溪和水塘中。因它含有细菌叶绿素和类胡萝卜素等光合色素,因此可以利用光能通过光合作用而生长繁殖。光合细菌在进行光合作用的同时,还能够行使固氮功能。光合作用形成的高还原物质和高能量物质,除了供给固氮酶的固氮需要外,也用于支持固氮酶的产氢反应,氢气的吸收则由氢酶执行。大量的研究工作表明,通过捕获光能产生氢气,从而将太阳能转化为稳定的化学能,是光合细菌的一个普遍特征。