低能离子束在生物技术中的应用研究

自从发现离子注入生物效应后,低能离子与生物体系相互作用研究在我国率先兴起,并很快投入应用。简要介绍低能离子注入生物效应的机理研究和应用研究的进展状况,并展望未来 。     

低能离子注入技术在生物学中的研究和应用

20年前,我国科学工作者率先开展了低能离子与生物体系相互作用的研究。如今,低能离子注入技术已在农业、花卉业以及发酵工程中广泛应用。对离子注入的概念、机理、应用和研究的主要成果及其前景作了简要介绍。     

低能离子注入在CGTase高产菌株选育中的应用

应用能量30keV、剂量为5×1015N /cm2的离子注入对环糊精葡萄糖基转移酶产生菌进行诱变育种,得到液体发酵24h产酶高于出发株50%以上的菌株11株。5代传代试验表明诱变后得到的高产菌株产酶具有较好的传代稳定性。     

低能离子注入在Vc高产菌株选育中的应用

对低能离子注入Ｖｃ生产菌的诱变效应进行研究,结果表明,离子注入ＶＣ生产菌能获得较高的突变率和较广的突变谱,比较了Ｈ、Ｎ、Ａｒ＾＋注入ＶＣ生产菌的差异,确定了最佳诱变剂量。由此筛选出４株ＶＣ高产菌,其糖酸克分子转化率达９４％。目前已通过工业生产试验,并为企业带来显著的经济效益,同时也为工业微生物的选育提供了一条全新的途径。     

微生物脂肪酶的固定化及其在非水相催化中的应用研究

论述了应用于非水相酶催化反应的脂肪酶的固定化方法,载体与溶剂对固定化脂肪酶活力的影响,以及非水相中固定化脂肪酶催化反应的形式。     

微生物在水环境中的存活和生长

在灭菌自来水模拟水体中,研究了7种细菌的存活和生长规律。Klebsiella pneumo-niae,Enterobacter aerogenes,Agrobacterium tumefatciens,在7天内平板计数降至0,而水体中镜检细菌总数(AODC)和活菌直接计数(DVC)结果无大变化,说明细菌已变成活的非可培养状态。Micrococcus,flavus 和 Streptococcus faecalis 的可培养菌数也可降至0。Pseudomonas sp.在48小时内由10~5降至10~2cfu/ml,随即升至10~6 cfu/ml 并持续到实验终了(41天)。Bacillus subtilis 在48小时平板计数降至10~2cfu/ml 并维持在该水平至实验结束(38天)。研究结果表明仅用涂布平板法检测多种细菌在水环境中的生存和分布是不合适的。     

稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用

近20a稳定同位素技术在植物生态学研究中的应用得到了长足发展,使得对植物与水分关系也有了更深一步的了解。介绍稳定同位素性碳、氢、氧同位素在研究植物水分关系中的应用及进展,以期能为国内植物水分利用研究提供参考。由于植物根系从土壤中吸收水分时并不发生同位素分馏,对木质部水分同位素分析有助于对植物利用水分来源,生态系统中植物对水分的竞争和利用策略的研究,更好地了解生态系统结构与功能。稳定碳同位素作为植物水分利用效率的一个间接指标,在不同水分梯度环境中,及植物不同代谢产物与水分关系中有着广泛的应用。同位素在土壤-植被-大气连续体水分中的应用,有助于了解生态系统的水分平衡。随着稳定同位素方法的使用,植物与水分关系的研究将取得更大的进展。     

磁共振成像技术在毛竹幼竹显微结构和水分含量表征中的应用

竹子节部对竹秆的中空结构以及竹秆快速高生长起着关键作用,研究竹子解剖结构有助于认识竹子生长机制。本研究利用核磁共振成像(MRI)无创、高分辨率和准确的技术优势,对毛竹幼竹去笋箨梢部进行横切面高精度核磁共振成像扫描,使用MATLAB软件对 MRI进行灰度值采集,分析节部、近节部和节间水分分布差异。结果表明: 无数维管束在毛竹幼竹节隔以及近节隔内腔反复扭曲和水平转动,组成了一个错综复杂和高度连接的网络结构,通过分轴向载荷来保护重要组织免受机械应力,同时实现水分和营养物质的横向运输,这是毛竹在短时间内快速完成高生长的重要基础。MRI信号值(亮度值)表明,幼竹维管束的水分含量远远高于周围的基本组织。节间平均水分含量和像素点间含水量标准差显著高于节部,近节部居中。MRI技术可以在未来竹子解剖学和生理生化学研究中发挥作用。     

固定化糖苷酶在糖苷类化合物合成中的应用

糖苷类化合物在医药、食品、表面活性剂和化妆品等领域应用广泛,通过糖苷酶催化糖苷类化合物合成具有原料成本低、反应条件温和等优点.糖苷酶催化过程可分为逆水解反应和转糖苷反应两大类,但反应体系中的水会限制反应的进行,而适当降低体系中的水活度可以有效提高糖苷酶的催化效率.但游离的糖苷酶在低水活度时容易失活,限制了糖苷酶在低水环...     

CRISPR-Cas系统在微生物研究中的应用进展

来源于细菌防御系统的CRISPR-Cas系统因其功能强大、多样性受到广泛关注,也在动物、植物、微生物等各个领域得到了应用并迅速发展。概述了CRISPR-Cas系统的作用机理和分类,并对CRISPR-Cas系统在微生物基因编辑和病毒核酸检测方面的研究及应用进展进行了综述,以期为微生物研究工作提供参考。     

低能氮离子注入大肠杆菌诱发的生物学效应研究

研究离子注入的诱变和导入外源DNA的生物学效应,用低能氮离子注入处理大肠杆菌野生型菌株MC4100A,将含水母绿色荧光蛋白基因的质粒导入细胞中。实验结果表明,在一些转化子中绿色荧光蛋白的表达或折叠受到了影响,一些转化子丧失了分裂后分离能力,且细胞膜有一定程度的损伤,为进一步研究微生物细胞分裂和蛋白质折叠机理提供了菌株。故低能氮离子注入对微生物细胞的诱变效应和导入外源DNA效应的有机结合将使离子注入技术在生物学基础研究中有着广泛的应用前景。     

离子束注入提高Trichosporon lactis T立体拆分布洛芬水平的研究

以从土壤中分离筛选到的可立体选择性水解布洛芬乙酯生成S-布洛芬的菌株Trichosporon lactisT为出发菌株,对其进行能量30KeV,剂量1×1015~5×1015ions/cm2的低能N 注入,筛选立体选择性水解布洛芬乙酯活性高的诱变株。菌株T.lactisT,在4×1015ions/cm2的诱变剂量下突变率最高,正向和负向突变率分别达32.9%和37.1%,因此选定该剂量为T.lactisT的最佳N 离子注入剂量。经离子束诱变,通过初筛和复筛,共筛选到7株水解布洛芬乙酯的高产菌株,其中诱变株K1培养24h时酶活力比出发菌株T高50%,且具有较好的遗传稳定性。将菌株K1和出发菌株T培养24h,分别加入布洛芬乙酯水解24h,二者水解布洛芬乙酯生成S-布洛芬旋光度均为 54.1°,对映体过量值ee%均为98%,K1菌株水解的产量达6.96g/L,而出发株仅为4.24g/L。     

Mutation of Gluconobacter oxydans and Bacillus megaterium in a two-step process of l-ascorbic acid manufacture by ion beam

AIM: To increase the transformation rate of l-sorbose to 2-keto-l-gulonic (2-KLG) acid in a two-step process of l-ascrobic acid manufacture by ion beam. METHODS AND RESULTS: Gluconobacter oxydans (GO29) and Bacillus megaterium (BM80) were used in the present study. Ion implantation was carried out with the heavy ion implantation facility at the institute of Plasma Physics in China. 2-KLG in whole culture broth was determined by iodometry. Mutants were screened by single-colony isolation and 2-KLG accumulation in broth. GO29 and BM80 were implanted by either hydrogen ions (H(+)) or nitrogen ions (N(+)) with various doses, respectively. The average transformation rate of GM112-302 bred by ion beam in Gram-molecule was increased from 79.3 to 94.5% after eight passages in shaking flasks. Furthermore, in 180-ton fermentors in Jiangsu Jiangshan Pharmaceutical Co. Ltd, the transformation rate was stable at 92.0%, indicating a producer could get 0.99 kg of gulonic acid from 1.0 kg of sorbose. CONCLUSION: Ion beam as a new mutation source had potential advantages in breeding. Comparing with original mixture GO29 and BM80, GM112-302 is more efficient in accumulating 2-KLG, especially at the later phase. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: GM112-302 bred by ion beam implantation dramatically increased the transformation rate by 19.2%, which greatly increased efficiency and reduced the cost of l-ascorbic acid manufacture in a two-step process.     

固态乙酸钠氮离子注入的辐照效应研究

用 ２５ｋｅ Ｖ 氮离子辐照固体乙酸钠样品,测定离子注入前后样品的紫外光谱,发现辐照后的样品中产生了新的具有紫外吸收的化学物质,给出了新物质的紫外吸收值的剂量效应关系式。通过高效液相色谱的分析测定,发现经氮离子束辐照后的乙酸钠样品中还产生了另一种新的化学基团一氨基,再结合茚三酮反应的检测,得到了离子束辐照剂量与新产物中氨基产生量的曲线关系。     

Study of the binding and energy transfer of erbium ion with rhaponticin and its pharmacokinetics application

Binding and energy transfer of an erbium ion with rhaponticin (RH) was investigated and a simple spectrofluorimetric method was developed for determination of RH using an Er³⁺ probe. Results using spectra, chromatography and density functional theory (DFT) indicated that binding of Er³⁺ to RH occurred at the hydroxyl group of C‐11 and at the methoxy group at C‐12 of the conjugated aromatic ring through hydrogen bonding. Resonance energy transfer (RET) occurred from intramolecular charge transfers (ICT), the binding of RH to Er³⁺ ion induced fluorescence enhancement (FE) of the Er³⁺ ion. This method was applied to the pharmacokinetic detection of RH. The main advantages of the proposed method compared with previously reported ones are its simplicity and lower cost. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

离子注入对萝卜过氧化物酶、淀粉酶和蛋白酶同工酶的影响

研究了氮离子和氩离子注入萝卜种子对萝卜幼苗蛋白含量、过氧化物酶活性及过氧化物酶、淀粉酶和蛋白酶同工酶的影响。结果表明 :离子注入后 ,减低萝卜过氧化物酶活性和蛋白含量。萝卜不同生长时期同工酶变化不一样。在子叶时期 ,过氧化物酶同工酶谱带无明显变化 ,淀粉酶同工酶有酶带的消失 ;而在真叶时期 ,过氧化物酶在负极区减少一条酶带 ,Rf为 0 .2 2 ,正极区增加一条酶带 ,Rf为 0 .6 ,且随剂量增加 ,酶带着色增强 ;淀粉酶同工酶在注入剂量为 5× 10 5N+ / cm2 )时 ,有同工酶带增加 ,Rf为 0 .6 1。低剂量时蛋白酶活性增强 ,谱带增多 ,大剂量则减弱。因此 ,N+和 Ar+注入后 ,可影响萝卜过氧化物酶和淀粉酶的表达及蛋白质的合成或降解。     

ATR signaling cooperates with ATM in the mechanism of low dose hypersensitivity induced by carbon ion beam

Little work has been done on the mechanism of low dose hyper-radiosensitivity (HRS) and later appeared radioresistance (termed induced radioresistance (IRR)) after irradiation with medium and high linear energy transfer (LET) particles. The aim of this study was to find out whether ATR pathway is involved in the mechanism of HRS induced by high LET radiation. GM0639 cells and two ATM deficient/mutant cells, AT5BIVA and AT2KY were irradiated by carbon ion beam. Thymidine block technique was developed to enrich the G2-phase population. Radiation induced early G2/M checkpoint was quantitatively assess with dual-parameter flow cytometry by detecting the cells positive for phospho-histone H3. The involvement of ATR pathway in HRS/IRR response was detected with pretreatment of specific inhibitors prior to carbon ion beam. The link between the early G2/M checkpoint and HRS/IRR under carbon ion beam was first confirmed in GM0639 cells, through the enrichment of cell population in G2-phase or with Aurora kinase inhibitor that attenuates the transition from G2 to M phase. Interestingly, the early G2/M arrest could still be observed in ATM deficient/mutant cells with an effect of ATR signaling, which was discovered to function in an LET-dependent manner, even as low as 0.2 Gy for carbon ion radiation. The involvement of ATR pathway in heavy particles induced HRS/IRR was determined with the specific ATR inhibitor in GM0639 cells, which affected the HRS/IRR occurrence similarly as ATM inhibitor. These data demonstrate that ATR pathway may cooperate with ATM in the mechanism of low dose hypersensitivity induced by carbon ion beam.     

锰对葡萄根中离子吸收及抗氧化酶系统的影响

以2个葡萄品种(金手指、康拜尔)为材料,采用温室沙培实验,研究不同浓度Mn处理对葡萄根中离子吸收及抗氧化酶活性的影响.结果表明,随着Mn2+浓度的增大,葡萄根中元素含量呈现不同的变化,总体上看Ca和Mg的含量降低,Mn、Cu和Zn的含量增加,Fe含量则随锰处理浓度增加呈先下降后略有升高的趋势.在抗氧化系统中POD活性随 Mn浓度的升高而逐渐降低,而CAT和APX酶活性呈先升高后降低的趋势,SOD活性变化不大,说明保护酶系统形成了一定的适应高锰胁迫的机制,这些抗氧化酶活性的增强能够提高葡萄适应和抵抗重金属胁迫的能力.