无机钼酸在棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)体内的累积和转化

醋酸铵培养的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii),经超声击碎高速离心制备粗提取液、DEAE-纤维素柱层析表明,体内~(99)MoFe蛋白合成受到阻遏,在0.15 M NaGl洗脱分部中,除~(99)Mo储存蛋白峰外,还存在一个无机~(99)MoO_4~=组分。醋酸铵培养的棕色固氮菌经去阻遏后,在体内固氮活性出现的同时,可观察到原先菌体内累积的~(99)Mo储存蛋白峰降低,无机~(99)MoO_4~=的组分几乎消失以及~(99)MoFe蛋白合成。若去阻遏过程存在氯霉素,则菌体不显示固氮活性,(99)MoFe蛋白不再合成,储存蛋白和无机铝酸组分中~(99)Mo的转移停止。     

棕色固氮菌产生的钼配位化合物——Ⅱ.功能的初步探讨

棕色固氮菌在正常培养过程中所产生的含肽物质,有络合特征峰出现。含肽物质与钼(V)络合的EPR信号g值为1.94。与钼酸盐的络合稳定常数K为2.5×10~9。棕色固氮菌变种UW1(Av1~-,Av2~-),UW38(Av1~-,Av2~ )和UW91(Av1~ ,Av2~-)都能产生类似的含肽物质。培养基中钼的存在是含肽物质产生和分泌所必需的,含肽物质排出的量与培养基中钼的水准呈正相关。不能积累钼的变种UW71在高钼培养基中只能限量地分泌含肽物质。氨培养条件下仍能产生和分泌含肽物质。这种含肽物质与该菌粗提液中的某种成分(除固氮酶组分外)具同源性,它既能从菌体中分泌出来,又能进入菌体,在菌体和培养液之间往返运行,可能在该菌钼酸盐运输中起载体作用。     

固氮作用

<正>棕色固氮菌(Azorobacter。 vinelan dii)的固氮酶含有钼,它在N_2培养下需要钼,但在NH_3培养下不需要钼。本综述中讨论了有关固氮酶中钼的重要性质,特别是Fe一Mo辅因子和Mo辅因子的关系。用突变种和钼对固氮酶的调节研究了     

利用扰动角关联研究固氮酶反应的机理

结合新颖而敏感的受扰角关联(PAC)技术,初步利用了~(99)Mo,~(111)In作为研究固氮酶及其模型系统反应机理的探针。~(99)Mo,~(111)In发射的γ射线的角关联,当它们与化合物或生物大分子配位形成络合物时,就被强烈地干扰。实验指出:当~(99)MoO_4~-与半胱氨酸形成络合物时,~(99)Mo的角关联受扰,衰减因子G_2值降低。加入ATP,G_2值进一步降低,说明ATP对Mo-SH催化剂的Mo活性中心发生作用。在pH≈9.0左右的溶液中,只有那些具催化活性的固氮酶模型系统,G_2值降低。In~(+++)能代替Mg~(++)参与固氮酶反应,因此,~(111)In的PAC技术有助于阐明固氮酶的反应机理,特别是有关ATP的作用问题。     

利用扰动角关联研究固氮酶反应的机理

结合新颖而敏感的受扰角关联(PAC)技术,初步利用了~(99)Mo,~(111)In 作为研究固氮酶及其模型系统反应机理的探针。~(99)Mo,~(111)In 发射的γ射线的角关联,当它们与化合物或生物大分子配位形成络合物时,就被强烈地干扰。实验指出:当~(99)MoO_4~-与半胱氢酲形成络合物时,~(99)Mo 的角关联受扰,衰减因子G_2值降低。加入ATP,G_2值进一步降低,说明ATP 对Mo-SH 催化剂的Mo 活性中心发生作用。在pH≌9.0左右的溶液中,只有那些具催化活性的固氮酶模型系统,G_2值降低。In~(+++)能代替Mg~(++)参与固氮酶反应,因此,~(111)In 的PAC 技术有助于阐明固氮酶的反应机理,特别是有关ATP 的作用问题。     

棕色固氮菌中固氮酶与过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的相关性研究

通过对棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)沈-230菌株在不同时间培养下,菌的生长、繁殖与固氮酶(N2ase)、过氧化物酶(PER)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活力变化研究,发现棕色固氮菌中PER、CAT、SOD的活力水平与N2ase活性变化有密切的相天性。在对数生长期,N2ase活性随生长时间的延长而增加,同时CAT、PER和SOD酶的活性也相应增加。对数期之后,N2ase活力稍有下降,其它酶的活力亦有相应的变化。在研究酶活力变化的同时,研究了同工酶谱的变化。该变化亦有很强的规律性。根据研究结果,提出并讨论了棕色固氮菌中固氮酶的舫氧保护机制。     

棕色固氮菌钨铁蛋白中钨的测定

同位素标记表明,在几种含钼酶中的钼能以钨代替。在生物固氮研究中常用钨酸盐去阻抑棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii),以形成钨铁蛋白,以此了解钼在生物固氮中的作用。我们利用WO_4~-在1N的硫酸浓度下,并在沸水浴中煮30分钟与dithiol生成tungsten(Ⅵ)-dithiol蓝绿色络合物的特点,可准确地测得钨铁蛋白中钨含量。     

粪产碱菌（Alcaligenes faecalis）吸收氢和同化CO2的特性

应用同位素氚(T_2)和~13C(~13CO_2),证明了水稻联合固氮菌——粪产碱菌A—15是一种含有吸氢酶的兼性化能自养细菌,具有较强的吸氢能力,吸氨酶活性可达到13.11μmol H_2 ml~(-1) cultureh~(-1);同时,它还可利用H_2为能源同化CO_2营化能自养生活,其RuBPC活性为24.65 nmolCO_2 mg~(-1) protein min~(-1)。无论在自养还是异养条件下,H_2都支持、并促进固氮活性。粪产碱菌培养在N_2条件下比在NH_4~ 条件下能积累更多的多聚-β羟基丁酸(PHB)。     

不同底物与固氮酶及其钼铁蛋白相互作用的荧光光谱分析

 本文研究了不同底物(N_2,H_2,N_2O,NaN_3,C_2H_2)对棕色固氮菌固氮酶及其钼铁蛋白荧光光谱的影响。结果表明,上述底物均能络合在钼铁蛋白及固氮酶上,但络合程度不同,从而为固氮酶系统有多个不同的底物络合中心,底物络合中心在钼铁蛋白分子上,铁蛋白对钼铁蛋白有变构作用,提供了光谱学证据。     

氮素类型和剂量对寒温带针叶林土壤N2O排放的影响

大气氮沉降输入会增加森林生态系统氮素有效性,进而改变土壤N_2O产生与排放,然而有关不同氮素离子(氧化态NO_3~--N与还原态NH_4~+-N)沉降对土壤N_2O排放的影响知之甚少。以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,构建了3种类型(NH_4Cl、KNO_3、NH_4NO_3)和4个施氮水平(0、10、20、40 kg N hm~(-2)a~(-1))的增氮控制试验,利用流动化学分析仪和静态箱-气相色谱法4次/月测定凋落物层和矿质层土壤无机氮含量、土壤-大气界面N_2O净交换通量以及相关环境因子,分析施氮类型和剂量对土壤氮素有效性、土壤N_2O通量的影响探讨氮素富集条件下土壤N_2O通量的环境驱动机制。结果表明:施氮类型和剂量均显著影响土壤无机氮含量,土壤NH_4~+-N的积累效应显著高于NO_3~--N。施氮一致增加寒温带针叶林土壤N_2O排放,NH_4NO_3促进效应最为明显,增幅为442%-677%,高于全球平均水平(134%)。土壤N_2O通量与土壤温度、凋落物层NH_4~+-N含量正相关,且随着施氮水平增加而增加。结果表明大气氮沉降短期内不会导致寒温带针叶林土壤NO_3~--N大量流失,但会显著促进土壤N_2O的排放。此外,外源性NH_4~+和NO_3~-输入对土壤N_2O排放的促进作用具有协同效应,在未来森林生态系统氮循环和氮平衡研究中应该区分对待。     

峡谷型水库温度分层期关键界面N_2O的产生和释放机理

温度分层期峡谷型水库不同界面上氮的动态转化过程对准确评价水体N_2O产生机理和释放通量具有重要的影响。通过采集乌江中上游梯级开发的洪家渡水库、东风水库和乌江渡水库的温度分层期水体样品,分析了氮形态和N_2O的含量。结果发现,洪家渡水库、东风水库和乌江渡水库剖面水体N_2O含量分别为14.3～64.4、16.5～35.7与17.0～70.8nmol·L~(-1),均表现为大气N_2O的释放源。东风水库全剖面和乌江渡水库均温层以上(0～58 m)的ΔN_2O与表观氧利用(AOU)之间具有显著相关关系,说明其N_2O的产生主要受控于硝化作用。乌江渡水库和洪家渡水库均温层的DO、NO_3~--N和N_2O剖面变化规律表明,乌江渡水库均温层主要为利用原位NO_3~-进行的反硝化作用,而洪家渡水库均温层反硝化作用则主要利用上层水体传输的NO_3~-。洪家渡、东风和乌江渡水库的水-气界面N_2O释放通量分别为0.4、0.5与0.4μmol·m~(-2)·h~(-1),均显著高于10年前同期的释放水平,说明随着水库库龄增大和水库自身蓄水调节方式的改变,水库N_2O释放潜能有逐渐增大的趋势。洪家渡、东风和乌江渡水库在7月份以下泄水方式释放的N_2O量分别为0.19×10~4、1.6×10~4与6.7×10~4mol,在梯级开发的河流-水库体系中,下泄水体排放的N_2O量受水库间的联合调度和蓄水调节方式的影响。     

“99%难培养”微生物的概念与初步评价：以固氮菌为例

【目的】以固氮菌为例,厘清"99%难培养"的概念,定量评价土壤中可培养固氮菌的比例。【方法】直接提取土壤中所有微生物DNA,同时,利用传统微生物富集技术获得固体和液体培养基第一代和第二代菌体及其DNA,高通量测序nifH和16S rRNA基因,通过系统发育分类方法,明确固氮菌富集物的物种组成及可培养比例。【结果】文献分析表明,"99%难培养"并未有严格的定量实验证据,是"平板计数异常"的同义词,即采用显微计数法的微生物数量远高于平板计数法。针对典型旱作潮土中的固氮菌,微生物属水平的nifH基因分析发现,可培养固氮菌占比为(22.4±4.5)%–(28.4±6.3)%,而16SrRNA的结果为(31.6±3.4)%–(41.4±13)%。nifH基因分析发现土壤中固氮菌共67属,其中39属可在固体和液体培养形成菌落,但仅有4属得到显著富集,固体培养基富集了Proteobacteria门Azotobacter属,相对丰度高达(98.2±0.94)%;而液体培养基极显著富集了Firmicutes门的Paenibacillus和Clostridium属,相对丰度高达(76.7±3.9)%和(2...     

氮素营养对红萍生理特性的影响 Ⅰ硝态氮的作用

不同氮源对红萍(Azolla imbricata)的生长和固氮作用都有影响。尿素的抑制作用最为严重,铵态氮次之,硝酸态氮最轻,硝酸铵作用介于铵态氮和硝酸态氮之间。这几种氮源对萍体内游离氨基酸的组分和含量也有影响,变化较大的为苏氨酸和精氨酸。在0.05～51.2 mM NO_3~-浓度范围内,红萍的固氮活性随着NO_3~-浓度变化呈双抛物线形变化,在高浓度下,活性急剧下降。硝酸还原酶活性则相反,与固氮活性相互补。应用~(15)NO_3~-实验结果表明,在红萍体内~(15)NO_3~-能迅速还原成~(15)NH_4~+。NO_3~-浓度对萍体内叶绿素含量和a/b比影响不大。     

维氏固氮菌γ1047诱变株产海藻酸条件的研究

维氏固氮菌(Azotobacter vinelandii)γ1047诱变株在培养温度为30℃,摇床转速200r/min情况下,产海藻酸的最佳培养基为(g/L):蔗糖25,酵母膏1.0,NaAc1.5,CaSO_40.1,Na_2MoO_4 0.002,K_2HPO_4 0.4,摇瓶装量150ml/500ml三角瓶,发酵液起始pH6.5—7.0.发酵周期2—3天,海藻酸产量和蔗糖转化率分别达到8.25g/L和413.6mg海藻酸/g消耗的蔗糖.     

低浓度微囊藻毒素MC-LR对梭鱼草幼苗根系NH_4~+和H_2PO_4~-吸收特性的影响

运用营养液培养法和常规耗竭法,对低浓度(2和10μg·L~(-1))微囊藻毒素MC-LR分别处理6和12 d后梭鱼草(Pontederia cordata Linn.)幼苗根系对不同浓度NH_4~+(0.05~1.50 mmol·L~(-1))和H_2PO_4~-(0.01~0.50mmol·L~(-1))的吸收速率和吸收动力学参数的变化进行了研究。结果显示:随培养液中NH_4~+和H_2PO_4~-浓度的提高,各处理组幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收速率均逐渐增大,但增幅则因MC-LR处理浓度和处理时间而异。经2和10μg·L~(-1)MC-LR短期(6 d)处理后,幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收速率总体上均显著高于CK(对照,0μg·L~(-1)MC-LR)组;经长期(12 d)处理后,2μg·L~(-1)MC-LR处理组幼苗根系的H_2PO_4~-和较高浓度NH_4~+吸收速率均显著高于CK组,而10μg·L~(-1)MC-LR处理组幼苗根系的NH_4~+吸收速率降低,但其较高浓度H_2PO_4~-吸收速率仍显著高于CK组。梭鱼草幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收速率与底物浓度的函数关系均符合双倒数曲线,拟合关系均在α=0.001水平上显著,但最大吸收速率(V_(max))和表观米氏常数(K_m)变化规律不同。经2和10μg·L~(-1)MC-LR处理6和12 d后,幼苗根系NH_4~+吸收的V_(max)和K_m值均高于CK组;经2μg·L~(-1)MC-LR处理6和12 d后,幼苗根系H_2PO_4~-吸收的V_(max)值高于CK组、K_m值低于CK组;经10μg·L~(-1)MC-LR处理6 d后幼苗根系H_2PO_4~-吸收的V_(max)值高于CK组、K_m值与CK组无差异,但经10μg·L~(-1)MC-LR处理12 d后幼苗根系H_2PO_4~-吸收的V_(max)值略高于CK组、K_m值明显高于CK组。说明随处理时间延长,经2μg·L~(-1)MC-LR处理后幼苗根系的NH_4~+吸收潜力提高、NH_4~+亲和力略有降低,而H_2PO_4~-吸收潜力略有降低、H_2PO_4~-亲和力略有提高;经10μg·L~(-1)MC-LR处理后幼苗根系的NH_4~+吸收潜力略有提高、NH_4~+亲和力降低,而H_2PO_4~-吸收潜力和亲和力均降低。综合分析结果表明:2和10μg·L~(-1)MC-LR处理均能够提升梭鱼草幼苗根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收潜力,其中,2μg·L~(-1)MC-LR处理对其根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收均具有明显的促进作用,而10μg·L~(-1)MC-LR短期处理对其根系的NH_4~+和H_2PO_4~-吸收也具有一定的促进作用。     

高CO2浓度和固氮菌对斜纹夜蛾幼虫食物利用效率的影响

"补偿取食"假说认为CO2浓度升高后植食性昆虫会增大取食量以弥补植物组织中氮素营养的不足。但实证研究并非都支持该假说。用人工智能气候箱设置CO2浓度(390μL/L和780μL/L)和固氮菌(有、无)等2因素4处理,种植菜豆饲喂刚蜕皮进入4龄的斜纹夜蛾幼虫,测定其取食和食物利用效率。协方差分析结果表明,CO2浓度与固氮菌互作对斜纹夜蛾幼虫取食量具有显著影响,在无固氮菌处理下,斜纹夜蛾幼虫对高CO2浓度处理的菜豆取食量明显高于当前CO2浓度处理的;而在有固氮菌处理下,斜纹夜蛾幼虫对高CO2浓度下菜豆的取食量又比当前CO2浓度处理下的低。固氮菌对斜夜蛾4龄幼虫最终体重没有显著影响,但高CO2浓度处理的4龄幼虫终体重大于当前CO2浓度处理的幼虫。CO2浓度、固氮菌及其互作对斜纹夜蛾幼虫的相对取食率(RCR)和相对生长率(RGR)具有显著影响,在当前CO2浓度处理下,斜纹夜蛾4龄幼虫的RCR和RGR在有、无固氮菌处理之间没有显著差异;但在升高CO2浓度下,无固氮菌处理下的RCR和RGR显著大于有固氮菌处理。CO2浓度及其与固氮菌互作显著影响近似消化率(AD),在无固氮菌处理下,CO2浓度升高使AD增大;但在有固氮菌、CO2浓度升高下,其AD略有降低。CO2浓度和固氮菌双因素处理对消化食物转化率(ECD)无显著影响。研究结果支持"补偿取食"假说。     

缺失nifE的棕色固氮菌突变种MoFe蛋白的纯化及体外激活

经DEAE纤维素、Sephacryl S-300和Q．Sepharose柱层析分离纯化,从缺失nifE的棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种(DJ35)的无细胞粗提物中得到AnilE MoFe蛋白(△nilE Av1)。SDS凝胶电泳分析表明,△nilE Av1的亚单位种类和分子量分别与棕色固氮菌野生型(OP)MoFe蛋白(Av1)的α和β亚单位相似。当与固氮酶Fe蛋白(Av2)活性互补时,△nifE Av1不具有还原质子的能力,但从0P Av1中抽提的FeMoco却可使其激活。经过量的邻菲哕啉(o-phen)厌氧处理并经Sephadex G-25柱层析分离后,便得到△nilE Av1@。在同时存在Av2和MgATP发生系统的条件下,△nilE Av1@,而不是△nilE Av1,可为由KMnO4、高柠檬酸铁、Na2S、Na2S2O4和二硫苏糖醇组成的含Mn重组液(Rs-Mn)显著激活。但在缺少MgATP或Av2的条件下,RS-Mn则不能激活△nilE Av1@。这就表明,RS-Mn对△nilE Av1@的激活需要o-phen的预先处理及同时存在Av2和MgATP的这二个条件。     

磁场对毛蚶肝胰腺抗氧化酶活性的影响

为了研究磁场对毛蚶肝胰腺抗氧化酶活性的影响,本研究在实验室条件下分别检测了在3~10 mt及40~90 mt磁场强度下培养8 d、15 d的毛蚶(Scapharca subcrenata)肝胰腺中的过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、超氧阴离子自由基(O_2~-)的产生速率和丙二醛(MDA)含量。研究发现,在外加磁场的作用下,毛蚶肝胰腺中的O_2~-、SOD、POD以及MDA等4项指标均受到磁场的影响;在施加3~10 mt及40~90 mt强度的磁场后,磁场对毛蚶产生了氧化胁迫,且40~90 mt组的应激反应快于3~10 mt组。本实验研究认为,O_2~-生成速率、SOD与POD活性可以作为潜在的海洋贝类是否受到外在磁场损伤的监测指标。同时用以提示海洋环境中磁场造成的污染程度,为人类的生产建设活动提供参考。     

控释肥施用对土壤N2O排放的影响——以华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统为例

控释肥作为一种能够提高肥料利用率、保障作物产量和节约劳动力的新型肥料已经在作物生产中得到广泛应用,而控释肥对土壤N_2O排放影响结果的差异使其成为当前科学评估控释肥施用环境效应的焦点问题之一。因此,旨在探讨不同种类控释肥及氮素水平施用对华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N_2O排放的影响,为科学评价控释肥施用的环境效应及其推广应用提供科学依据。本研究监测采用静态暗箱—气相色谱法对不同控释肥施用下土壤N_2O排放、环境因素以及产量进行了周年监测,探讨了不同处理(对照处理(CK)、控释肥处理1(CRF1)、优化控释肥处理1(80%CRF1)、优化控释肥处理2(80%CRF2)和控释肥处理3(CRF3+尿素))下土壤N_2O排放特征及土壤温湿度对其的影响。结果表明:控释肥施用下冬小麦/夏玉米轮作系统中土壤N_2O排放峰高值主要出现在基肥施用并伴随灌溉(或降雨)后,一般持续时间约为7—10 d,小麦返青期灌溉以及玉米后期降雨会引起微弱的N_2O排放峰。不同处理土壤N_2O排放通量变化范围为~(-2)35.61—2625.01μg N_2O m~(-2)h~(-1),平均排放通量为23.88—51.39μg N_2O m~(-2)h~(-1),与CRFI相比,80%CRF1和80%CRF2处理能够减小施肥期的N_2O排放峰值,但不改变轮作周期土壤N_2O排放季节变化规律。CK处理和CRF3+尿素处理土壤N_2O排放通量与5 cm深度土壤温度之间表现出显著的正相关性(r~2=0.38,P0.01;r~2=0.30,P0.05);CRF1处理和80%CRF1处理在冬小麦生长季及整个轮作周期内与土壤孔隙含水率(WFPS)表现为显著的正相关关系(冬小麦生长季分别为r~2=0.50,P0.01;r~2=0.39,P0.05;整个轮作周期分别为r~2=0.39,P0.05;r~2=0.43,P0.05)。80%CRF2处理N_2O年排放总量最高,为(2.89±0.24)kg N/hm~2。相同控释肥种类条件下,80%CRF1处理比CRF1处理减少了14.23%,但并未达到显著水平;相同施氮量水平下,CRF1处理与(CRF3+尿素)处理之间N_2O年排放总量差异不显著,而80%CRF1处理比80%CRF2处理N_2O年排放总量减少16.16%,并达到显著水平(P0.05)。本研究不同处理之间N_2O直接排放系数在0.29%—0.42%之间,均明显低于IPCC 1.0%的默认值。各控释肥处理产量与当地农民常规施肥量条件下产量没有显著性差异。因此在华北地区冬小麦/夏玉米轮作系统中应用控释肥技术可以在保证产量的前提下有效减少土壤N_2O排放,并且仍存在一定的减排空间。     

固氮微生物的氢酶与固氮作用

本世纪三十年代初期,Stevenson和Stickland给细菌中能活化H_2的酶命名为“氢酶”。四十年代初,Wilson等人首次指出棕色固氮菌具有氢酶。五十年代中期Hock发现了豆科植物根瘤放H_2,自生固氮菌在固氮过程中放H_2。十年以后,Dixon指出两株豌豆根瘤菌形成不放H_2的根瘤,其类菌体中含有吸H_2酶(H_2-uptake hydrogenase),吸H_2酶参与固氮酶作用所释放H_2的再循环。从理论上计算,固氮酶每还原一克分子N_2,要消耗35克分子ATP,其中7克分子ATP用于还原质子(H~+)为H_2。这个数字说明固氮微