蓝藻高CO2需求突变株的研究进展

对蓝藻CO2浓缩机制(CO2 concentrating mechanism,CCM)的认识,最终要揭示其作用的生理生化和分子生物学基础,蓝藻高CO2需求突变株的研究为这个目标的实现提供了一条最为有效的途径,1986年,Marcus等第一次把筛选光合作用突变株的方法加以修改,利用化学诱变筛选到第一个单细胞蓝藻Synechococcus PCC7942的高CO2需求突变株,为这一领域的研究在方法学上开辟了一个新的途径。       

蓝藻(Anabaena 7120)的光合放氢和参与放氢的酶

蓝藻Anabaena 7120放氢是一个依赖于光的过程,暗中几乎测不出放氢活性。静置方式培养的蓝藻预先进行强化培养是测得高放氢活性的重要条件。年轻的蓝藻放氢活性比年老的高。氯化铵和一系列光合作用抑制剂对蓝藻放氢有抑制作用,弱光加剧氯化铵对放氢的抑制。在弱光加光合抑制剂的条件下,受氯化铵抑制的放氢活性恢复速度比强光下慢。CO_2、N_2、NaN_3和KNO_3与放氢竞争电子而抑制蓝藻的放氢。C_2H_2促进蓝藻放氢,CO则抑制放氢,C_2H_2和CO一起加入时,放氢受到的促进显著比单加C_2H_2的大。经分子氢预处理过的蓝藻,其放氢活性在光下可以得到明显的促进。     

渗透胁迫下蓝藻固氮的氧稳定性研究

在聚乙二醇（PEG）的影响下．蓝藻固氮活性下降,对氧的不稳定性增大。PEG浓度愈高,固氮活性及其对氧的稳定性愈小。暗处理、光合抑制剂、N2和厌氧环境加剧氧对受渗透胁迫蓝藻固氮酶活的抑制,而CO2、蔗糖、分子氢以及N2和CO2的加合则使之减轻。     

CO2对NaCl胁迫下蓝藻固氮的影响

培养系统中CO2浓度增高时,蓝藻的固氮活性成倍增长,NaCl对固氮的胁迫明显减弱。能量供应受限（添加ATP形成抑制剂或暗处理）、厌氧环境（Ar或N2中）和在分子氧下,CO2的有益作用减弱或消失,反之或改善合成固氨酶蛋白所需物质的供应（CO2和N2以及地和O2的加合）时则有促进。在CO2浓度提高的情况下,外源蔗糖对NaCI胁迫蓝藻固氮无明显的缓解效应。     

分子氮影响了蓝藻Anabaena 7120对氢的吸收

蓝藻经分子氮预处理后,其吸氢量和固氮活性都下降。与未经分子氮预处理的蓝藻相比,此种蓝藻对CO、O_2和C_2H_2预处理的敏感度以及受弱光、黑暗、光合抑制剂和NH_4Cl的抑制程度都小一些。在一定浓度范围内,CO_2和分子氮以及H_2和O_2的加合对蓝藻吸氢的促进作用则高一些。     

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞的吸氢

蓝藻光漂白细胞吸氢比其正常细胞小,对CO和O_2也很敏感。C_2H_2和分子氢预处理都导致蓝藻光漂白细胞吸氢下降。光下蓝藻光漂白细胞吸氢明显高于暗中,光强大的高于光强小的,暗中很微弱。此种吸氢也可为光合抑制剂所削弱或抑制。     

蓝藻Anabaena 7120排氨的研究

蓝藻Anabaena7120在光下和暗中的排氨量显著不同,暗中比光下高。光下加光合抑制剂和光照强度减弱均促进蓝藻排氨。抑制固氮的CO和O_2也削弱蓝藻排氨。无论是在空气、分子氮和氩气中,还是在光和暗条件下,加MSX都促进蓝藻排氨,MSX和DCMU—同加入时,蓝藻排氨量更高。     

蓝藻浓缩二氧化碳的机制

综述了蓝藻的CO2逍缩机制研究进展,并简要介绍了一些重要的研究手段。     

经短期高温处理的蓝藻Anabaena 7120的吸氢

经短期高温处理的蓝藻吸氢和固氮活性平行地下降,温度越高,处理时间越长,下降越大,且对氧的敏感度增高。暗处理、光合抑制剂、CO_2和N_2导致此种蓝藻吸氢下降程度加剧,CO_2和N_2以及H_2和N_2的加合对其促进程度也小一些,而H_2的支持和CO的抑制程度则与未经高温处理的蓝藻相近。     

谷胱甘肽对渗透胁迫下蓝藻固氮的增强效应

外源谷胱甘肽可在一定程度上缓和渗透脱水剂聚乙二醇对蓝藻固氮活性的胁迫。能源供应受抑（添加光合抑制剂和暗处理）、厌氧环境（Ar或N2中）和分子氧下，谷胱甘肽的此种良好效应减弱，而改善能量（正常光照下）和合成固氮酶蛋白所需物质（提高反应系统中CO2浓度，CO2和N2及H2和O2的加合，添加外源蔗糖）的供应时，谷胱甘肽对蓝藻固氮活性受聚乙二醇胁迫的缓和效应明显增强。     

蓝藻的光合器与光合色素

蓝藻是地球上一类非常古老的生物,距今已有2．5XIc’a以上的历史。它们也是地球上最早以水和CO。为原料进行光合作用,合成有机物并释放（）z的生物。那么,蓝藻光合器的结构和化学组成是怎样的？它们是如何进行光合作用的？正蓝藻光合器的结构蓝藻细胞的结构和细菌非常相似,它们都属于原核生物,无核膜,也无叶绿体。在光学显微镜下,可观察到蓝藻细胞的原生质内有无色的中心质（entr。…。sin）和着色的色素质t仇。－mafoplastn）部分,其中色素质因含有色素能进行光合作用。在电镜下能够观察到色素质中有许多囊状的扁平结构,被称为…     

甘露醇对蓝藻Anabaena7120固氮氧稳定性的增强效应

甘露醇可在一定程度上增加蓝藻固氮对氧的稳定性,高氧分压下,甘露醇的此种效应相对大一些。光合作用或有氧代谢不能进行（暗或Ar中）,或光合受抑（添加抑制剂）时,甘露醇的有益作用减弱或消失。加强H2对固氮的支持（同时供给H2和O2）,保证还原剂库或氯代谢的碳架供应（提高CO2浓度,同时供应CO2和N2）的条件下,甘露醇的良好效应明显增大。外源蔗糖对甘露醇增强蓝藻固氮氧稳定性没有显著的促进效用。     

几种蓝藻光合NAD（P）H脱氢酶复合体研究的新进展

蓝藻NAD（P）H脱氢酶（NDH-1）是一种重要的光合膜蛋白复合体,参与CO2吸收、围绕光系统I的循环电子传递和细胞呼吸。就几种蓝藻NDH-1复合体的鉴定、结构、生理功能等研究的新进展进行了综述与分析,并对今后NDH-1复合体的研究作了展望。     

缺钼培养的蓝藻吸氢

培养液中缺钼时,蓝藻(Anabaena 7120)吸氢量显著下降,补加钼时吸氢量恢复到有钼培养的蓝藻水平。缺钼培养的蓝藻吸氢对氧和CO都敏感,暗中经乙炔或光下以分子氢预处理后,吸氢量减少。光下缺钼培养的蓝藻吸氢比暗中高,光合抑制剂和结合态氮明显地抑制此种蓝藻吸氢。     

甘露醇对渗透胁迫下的鱼腥藻(Anabaena)固氮活性的增效作用

外源甘露醇可在一定程度上增强鱼腥藻Anabaenasp．7120固氮的抗渗透胁迫能力．厌氧（Ar中）、能量供应受阻（暗处理、添加ATP形成的抑制剂）、合成固氮酶蛋白所需物质供应不足（单加N2不加CO2）以及分子氧下,甘露醇的有益作用减小或消失,反之（正常光照、通气环境、提高CO2浓度,同时供应H2和O2或CO2和N2）则这一作用增大。渗透胁迫下,外源蔗糖对甘露醇支持蓝藻固氮的作用不明显。     

蓝藻Anabaena7120的固氮活力及其和光合作用的关系

蓝藻Anabaena 7120经用Ar+CO_2、空气和Ar处理后,固氮活性有明显不同。Ar+CO_2处理的活性比空气处理的高出数倍,而Ar处理的则比空气中的低很多。以上三种处理的Anabaena 7120固氮对不同生理条件反应不一样,固氮活性高者对CO和O_2的敏感程度小些、受到CO_2和N_2的抑制程度也轻。但是分子氢对三者固氮作用的支持效用相同,并且也是和氢酶活动有联系。弱光下固氮活力低的蓝藻固氮活性下降得更大些。光合抑制剂和结合态氮对固氮活力高的蓝藻固氮活性的抑制显著比固氮活力低者小。三者的放氢和放氧能力也不同,固氮活力高者放氧高而放氢量小些,低固氮活力的蓝藻正好相反。     

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞的放氢

蓝藻Anabaena 7120光漂白细胞的放氢显著地比正常细胞高,而固氮活性则低。此种放氢对CO的敏感度和对O_2抑制的忍受度都大于正常细胞。乙炔预处理后放氢下降,而分子氢预处理后则增加。CO_2、N_2、结合态氮和光合抑制剂都明显地抑制蓝藻光漂白细胞放氢。加入外源的碳水化合物可促进放氢,如同时加入抑制剂,则有益作用受到削弱,甚至消失。     

羧酶体结构及其CO_2浓缩机制研究进展

羧酶体(Carboxysome)是高效的固碳微体,在CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism,CCM)中发挥重要作用。在蓝藻及某些化能自养菌中,羧酶体作为类细胞器包裹1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)和碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA),它与无机碳转运蛋白共同在胞质中积累HCO3–,通过增加RubisCO周围的CO2浓度来提高固碳效率。随着羧酶体结构和功能的阐明,异源表达羧酶体已成功实现,并且已鉴定出编码羧酶体壳蛋白及内部组分的基因。首先简要介绍羧酶体的发现和种类,然后系统分析其结构及在CCM机制中的作用,并对其在代谢工程上的广阔应用前景进行了展望。     

聚球藻Synechococcus sp.PCC7942高CO_2需求突变株的筛选及其超微结构观察(英文)

以单细胞蓝藻聚球藻Synechococcussp.PCC7942为材料,利用甲基磺酸乙酯(EMS)进行化学诱变获得了一个高CO2 需求突变株。它能在 4%CO2 下生长而不能在空气中生长。对突变株的初检表明:其回复突变率约为 10 -7。该突变株从高CO2 条件下转到空气中后,细胞在 2～ 3d内逐渐趋于死亡;其光合作用对外源无机碳的依赖性高于野生型细胞,碳酸酐酶活性也低于野生型细胞。在超微结构水平,突变株细胞内出现了不同类型的异常羧体:有的为棒状;有的为不规则状;有的为 空羧体",而且,类囊体周围糖原颗粒增多。进一步说明该突变株在CO2 吸收和利用功能上有缺陷。此外,对低碳条件对羧体的诱导及羧体的生物发生也作了一些探讨     

低温对渗透胁迫下蓝藻固氮的影响

蓝藻经低温（0～4℃）预处理后，其在渗压脱水剂聚乙二醇（PEG）胁迫下的固氮活性下降进一步加剧。能源供应受限（光强减弱、暗处理）、厌氧（Ar或N2中）环境和分子氧下，下降程度更烈，而改善能源和还原剂以及合成固氮酶蛋白所需的物质供应（提高CO2浓度、CO2和N2以及H2和O2的加合、添加外源蔗糖）时即明显有所缓和。