光氮互作对植物生长发育及氮素代谢影响的研究进展

光照和氮素等因素是影响植物生长发育的关键因子,植物光合作用依赖于光照提供的能量,其中光强、光质对植物生长发育、生理生化和氮代谢等方面起着重要作用.肥料为植物生长提供必要的营养条件,特别是氮肥,氮供应水平影响植物体内的生理特性,其在参与调控植物体生化反应中的酶及其辅基的合成方面必不可少.然而,植物生长发育往往受环境中多种因子的共同调控,光照和氮肥互作对植物的影响十分显著,本文综述了光照、氮素及光氮互作对植物生长发育指标的影响,阐述了光氮互作在植物生长发育中的重要性,有利于进一步了解植物生长过程中各影响要素之间的相互作用,为更好地提高植物特别是农作物生产效率及品质提供理论依据.     

氮硫配施对冬小麦根际微生物数量变化及产量的影响

通过盆栽试验,研究不同氮硫营养水平对两冬性小麦品种豫麦49—198和兰考矮早8根际微生物在不同生育期中主要类群的影响及动态变化趋势．结果表明：①氮、硫营养以及品种差异均对小麦根际微生物细菌、放线菌和真菌有显著影响;②硫素营养和氮素营养对小麦各生育时期的根际细菌的数量均有极显著性影响,并表现为氮素营养对小麦根际的细菌数量的影响效应高于硫素营养;③氮素营养是根际放线菌数量差异显著的主要原因,但硫、氮及实验品种三者间的交互作用在整个测定时期对放线菌无显著性影响;④实验品种、氮、硫均对各测定时期小麦根际真菌数量产生极显著性影响,其影响效应表现为：试验品种〉氮素〉硫素,硫、氮、品种之间交互作用对真菌的影响主要在花后;⑤氮硫配施对两个小麦品种的籽粒产量均有影响．     

稀土元素处理对甘蔗氮素营养代谢的影响

研究了在甘蔗分蘖期至伸长盛期叶面喷施不同浓度的稀土对氮素营养代谢的影响。结果表明,用不同浓度的硝酸稀土处理对甘蔗氮素同化代谢的影响有民不同,１００ｍｇ／Ｌ和３００ｍｇ／Ｌ处理能促进氮素代谢,其中以３００ｍｇ／Ｌ处理效果最显著,表现为提高叶片硝酸还原酶活性,提高全氮和氨态氮含量相应降低硝态氮含量：６００ｍｇ／Ｌ处理对氮代谢的促进作用减弱;９００ｍｇ／Ｌ和１２００ｍｇ／Ｌ处理则产生抑制作用。     

间伐对长江滩地杨树人工林土壤有效氮素的影响

以南京长江滩地6年生杨树人工林为研究对象,设计了5种间伐处理(对照、30％、40％、50％强度的下层伐和50％强度的机械伐),分析了不同间伐处理对杨树人工林土壤无机氮、土壤水溶性有机氮(DON)和土壤微生物量氮(SMBN)含量的影响以及这三者之间的关系.结果表明:不同间伐处理对土壤无机氮素含量、土壤微生物量氮和土壤水溶性有机氮含量均有显著影响,且50％强度的下层伐和机械伐处理下三者的含量较高,其含量随季节的动态变化均呈先上升后下降的动态变化;不同间伐处理下的3个层次中土壤有效氮素含量均表现出明显的表聚性,0～5 cm土层的有效氮素含量明显较高;土壤有效氮素之间的相关性不显著,仅SMBN与DON、土壤硝态氮呈正相关关系.     

氮素与植物镉胁迫响应的研究进展

植物氮素营养与耐镉性关系受土壤类型、镉的浓度和植物种类等因素影响.氮素是植物所需大量营养元素之一.镉胁迫下,氮素养分管理影响镉离子的吸收、分配和脱毒,从而改善镉离子的毒害和植物营养的平衡.氮素形态尤其是无机氮源不仅会影响镉胁迫下氮代谢而且会影响其他营养物质代谢.文章综述了植物对氮代谢以及氮素对镉胁迫下植物生理生化的影响,以期通过合理的养分管理正确处理植物氮素和镉胁迫之间的关系,利用植物修复镉污染土壤.     

氮素形态及配比对栝楼幼苗生长和氮代谢的影响

为探明氮素形态及配比对不同品种栝楼幼苗氮代谢生理特性的影响,本研究采用盆栽方法,以‘W3’和‘JX’两种栝楼幼苗为试验材料,设置6种硝铵比的氮素营养处理,测定栝楼幼苗生长量、根系活力、氮代谢关键酶活力、氨基酸含量和可溶性蛋白含量等。结果显示,与对照相比,硝态氮和铵态氮混合处理可提高栝楼幼苗氮代谢水平,提高栝楼氨基酸和可溶性蛋白含量,硝铵态氮配比为50：50处理‘W3’品种表现较好,其地上部和根系鲜重分别为45.4、5.68 g·plant^-1,氮代谢酶GS、GOGAT、GDH活性最高;而‘JX’品种,硝铵态氮配比为70：30处理表现较好,植株鲜重和根系活力,氮代谢酶活性、氨基酸和可溶性蛋白含量高于其它处理。总之,硝态氮和铵态氮混合使用有利于栝楼幼苗生长,不同品种氮素比例有所不同。     

驯化高效脱氮菌增强模拟人工湿地处理生活污水的效果

目前中国农村污水的治理迫在眉睫,人工湿地对农村污水的治理具有投资少、仪器维护运行简单、美化环境等特点。同时在人工湿地系统中,吸收和降解污染物主要是由生物群体完成的。以小型人工湿地为研究对象,利用前期驯化的高效脱氮菌株为菌种,构建了三种不同接种方式下各反应器对氮素的去除效率,对比确定微生物强化人工湿地的最优菌群的接种方式;评价了所构建实验室小型人工湿地系统的去污效果,进行了微生物强化实验室小型人工湿地处理模拟废水的工艺研究。同时驯化培养了高效脱氮菌株,以实际生活污水为研究对象,保证出水中氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准要求。取得的主要研究结论如下:驯化培养的微生物对强化人工湿地具有重要作用,在去除污水中的氮方面有良好的效果。较不加菌的氮去除效果,一次加菌与二次加菌实验组有显著性差异。二次加菌实验组中NH4+-N、TN去除率最高,分别增加到99. 6%、86. 6%。培养驯化的微生物对氮的分解去除作用比湿地系统中自然生长的常规微生物更快更高效,证明了微生物强化技术在所构建的实验室小型人工湿地系统中得到了成功的应用。对农村污水治理提供合理依据。     

水库底泥氮释放及其好氧微生物脱氮研究

以丹江口水库为例, 考察水库底泥在不同温度、扰动和曝气等条件下, 总氮、硝氮、氨氮和亚硝氮的释放规律。设置模拟反应器, 探究高效好氧脱氮微生物强化消除水库底泥内源氮污染的效果, 并运用高通量测序技术, 分析高效好氧脱氮微生物对底泥微生物群落结构的影响。结果表明, 温度升高会减少氨氮的释放,增加硝氮和亚硝氮的积累; 水体扰动会加速底泥中氮素释放, 且上覆水中的氮素释放累积量与扰动速度成正比; 溶解氧对底泥氮素释放有显著影响, 曝气处理可以明显地降低底泥中总氮和硝氮的释放及其在水体中的累积。在反应器中底泥–上覆水界面投加高效好氧脱氮微生物Pseudomonas stutzeri (PCN-1)后, 反应器内各种形态的氮素都出现先上升、后下降的趋势; 在反应器运行的第65天, 底泥释放的总氮和硝氮的去除率分别高达75.87%和79.96%, 底泥内源氮污染得到有效的控制。对比投加菌株前后的微生物群落结构, 发现底泥中Proteobacteria, Bacteroidetes和Spirochaetes的相对丰度明显增加, PCN-1强化脱氮处理能够改变底泥的微生物群落结构。     

不同氮素形态及配比对红花芽菜产量和硝酸盐积累的影响

通过沙培试验,研究氮素不同形态配比对红花芽菜产量,生物学产量,芽菜胚轴长,胚根长,胚轴粗,侧根数及硝酸盐积累量的影响。结果表明,营养液中适宜的硝铵比(50/50)有利于红花芽菜的生长发育,芽菜具有最大生物量;在硝铵比(100/0)和硝铵比氮(25/75)处理下,芽菜鲜重及产量均显著降低,不同硝铵比的氮素营养对芽菜氮素代谢影响显著。     

不同配比氮素形态对添加玉米秸秆白浆土有机碳官能团的影响

采用近边X射线吸收精细结构光谱及定量分析方法,对施入同等氮素用量、不同氮素形态组合n(NH+4)∶n(NO-3)=4,1,1∶4条件下添加玉米秸秆白浆土的有机碳(SOC)官能团进行系统分析.结果表明:添加任何形态的氮素均有助于微生物对混以秸秆白浆土SOC的矿化;氮素以铵硝等比例添加在促进SOC矿化分解方面更具优势,有利于白浆土富里酸组分的形成和积累,使其腐殖酸活性提升较大;硝态氮占优的氮素形态配比更有益于微生物在短期内对SOC的分解转化,微生物多以消耗C—OH获取能量,对于芳香碳也有一定累积作用,提高了SOC分子的整体复杂程度;铵态氮占优的氮素使微生物更易消耗SOC官能团中的羧基,促使其降解形成更多的醇羟基C—OH;混以玉米秸秆白浆土SOC官能团的主要类型有芳香烃C■C和C—H、脂肪烃、羧基C■O、醇羟基C—OH及石墨型C■C.     

浸矿微生物共培养体系在氟胁迫下的基因调控机理探索

为了探明混合浸矿微生物的耐氟性能及其基因调控机理,应用功能基因芯片(FGA-Ⅱ)研究了5株浸矿细菌(Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270,Leptospirillum ferriphilum YSK,Sulfobacillus thermosulfidooxidans ST,Acidithiobacills thiooxidans A01,Acidithiobacills caldus S1)所构成的共培养体系在4.8 mmol/L氟胁迫下的基因表达谱.结果表明,该共培养体系中与氟胁迫相关的基因主要涉及到硫代谢、细胞膜、电子传递、解毒、碳固定、氮代谢等多个方面功能的代谢途径,而且各个途径在短时间(60 min)氟胁迫倾向于高效表达,而长时间(120 min)氟胁迫各个途径更倾向于低效表达.芯片图谱分析表明,氟胁迫下共培养体系中起主导调节作用的是其中的优势种群,但是劣势种群在氟胁迫时很大程度上辅助了优势种群的生长及其氧化活性的保持.     

Metabolic P systems for biochemical dynamics

Metabolic P systems are a special class of P systems which seem to be adequate for expressing biological phenomena, especially, metabolism and signaling transduction. Basic motivations for their introduction are given and their main aspects are explained by means of an example of biological modeling. A new kind of regulation mechanism is outlined, which could be the basis for a more efficient construction of computational models from experimental data of specific metabolic processes.     

乳酸菌基因组代谢网络模型的研究进展

基因组代谢网络模型(genome-scale metabolic models,GEMs/GSMM)是基因组规模的细胞生化反应网络,可以定量描述基因与表型的关系,广泛应用于系统生物学、代谢工程、环境科学等领域。微生物基因组代谢网络模型是基于微生物基因组构建的生理生化知识库,通过数学模型实现对目标微生物生理生化反应的模拟,已成为研究微生物代谢调控的重要工具。基因组代谢网络模型的构建步骤通常包括构建模型草图、人工精炼、模型转换、验证评估4个阶段。在介绍以模式微生物(大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母)为代表的微生物基因组代谢网络模型发展过程基础上,重点聚焦乳酸菌基因组代谢网络模型的研究现状,系统介绍了已构建的乳酸菌基因组代谢网络模型及其应用。对乳酸菌基因组代谢网络模型的发展方向进行了展望,提出未来乳酸菌基因组代谢网络模型的研究应在现有模型的基础上构建更高质量的代谢与大分子表达模型和泛基因组模型,为乳酸菌的研究提供更高效的工具。     

废水生物脱氮中N2O和NOx的来源及生成机理

N2O和NOx是废水生物脱氮处理中常见的中间产物,传统硝化和反硝化被认为是其主要来源,但随着研究的深入,更多的生物氮转化代谢途径被发现,如厌氧氨氧化、化学反硝化等,实验已经证实这些过程中都有N2O和/或NOx生成.生物酶受到抑制和某些中间物质的化学分解以及物质间的化学反应都有可能成为N2O和NOx的生成机理,还有一些过程的机理尚不清楚.结合功能微生物的种类和生物化学反应类型阐述废水生物脱氮气态中间产物N2O和NOx的来源及生成机理,有助于新的氮代谢途径的认识、新技术开发和大气环境二次污染的防治.     

青藏高原珍稀大型真菌亚东木耳菌丝发酵条件研究

为了更好地开发利用西藏珍稀大型真菌亚东木耳,对亚东木耳菌丝生长和次级代谢条件进行研究。考察了不同培养基成分和培养条件对亚东木耳菌丝生长速度、生物量和次级代谢产物产量的影响。结果表明,可溶性淀粉、酵母浸粉和CaCl₂分别为亚东木耳生长代谢的较佳碳源、氮源和无机盐,维生素B₁、B₂对菌丝生长无明显促进作用。较佳培养温度为26℃,较佳培养时间为63d,菌丝生长较佳初始pH值为7.0,较佳次级代谢初始pH值为6.0。HPLC图谱分析结果表明,次级代谢产物种类多达200余种,其中初始pH值和温度条件对次级代谢多样性的影响较为明显。     

类胡萝卜素介导的植物花色调控机制研究进展

花色是一种重要的花性状,对于有花植物的观赏园艺、生殖生态以及物种演化均具有非常关键的作用。有花植物花着色的关键决定因素是花色素的合成和沉积。类胡萝卜素作为一类重要的天然色素,不仅具有营养和药理特性,同时还是许多有花植物花着色的呈色色素。笔者对植物中的类胡萝卜素代谢途径及相关基因进行了梳理,并着重总结了类胡萝卜素代谢基因的表达及其转录调控对植物花着色的影响。当前,已知花中类胡萝卜素代谢基因的表达与类胡萝卜素积累及花着色紧密相关,但是关于这些基因在花中的转录调控机制研究还处于起步阶段。植物的花器官似乎采取了与叶、果实等其他器官完全不同的策略来精细调控类胡萝卜素的生物合成与积累,并且不同植物间尚未发现共通之处。笔者基于目前的研究进展,对未来类胡萝卜素介导的花着色调控机制研究进行了展望,认为随着高通量组学技术和现代分子生物学技术的迅猛发展,可尝试结合基因组、转录组、代谢组及最新的单细胞组学和空间组学等多组学技术和遗传转化及以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术,构建多种植物花着色过程中类胡萝卜素代谢的特异性分子调控网络,以期为进一步研究类胡萝卜素介导的花色变异与演化及花色育种提供有益参考。     

反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation, DAMO)耦合厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation, Anammox)脱氮工艺在实现能源废水处理方面具有很大的潜力。DAMO-Anammox脱氮工艺能同时将甲烷、氨氮和硝酸盐转化为无害的N₂和CO₂,在无需额外能量消耗下实现废水中的碳氮循环,有望成为未来环境友好型废水处理的主要技术。本文讨论了DAMO-Anammox微生物的协同和竞争机制,不同电子受体的类型对脱氮过程中微生物胞外电子传递机制及脱氮除甲烷效率的影响,指出了目前DAMO-Anammox脱氮工艺存在的功能微生物富集困难、气液传质效率差和脱氮性能不足等应用瓶颈,总结了如新型反应器构型的设计、人工电子中介体投入和电化学强化等相对应的改进策略,为该工艺的进一步研究和规模化应用提供参考。     

通气提高Klebsiella oxytoca HP1发酵产氢

研究了Klebsiella oxytoca HP1在不同通气条件下的生长和放氢特性．批式发酵实验结果表明：通氩气放氢效果最好，通二氧化碳放氢效果最差．提高氩气通气速率能显著提高产氢量。0．25L／Lmin条件下的产氢量达到1155mL是不通气时的2．41倍，但通气也影响延迟期的长短。氩气通量应该与微生物生长阶段相匹配．代谢产物分析表明：K．oxytoca HP1呈混合酸发酵特性，主要代谢产物有乙酸、乙醇、乳酸和2，3-丁二醇，氩气通气速率明显影响丙酮酸节点的代谢途径和通量，从高通气条件到不通气条件，代谢主要途径按乙酸途径→乙醇途径→乳酸途径的次序转变，通气速率是K．oxytoca HP1发酵产氢的重要调控因子．     

小麦茎鞘非结构性碳水化合物代谢与调控研究进展

 小麦遭遇逆境时花后光合作用减弱,茎鞘非结构性碳水化合物（NSC）作为主要灌浆物质来源对产量贡献率可达20%~50%。因此,了解茎鞘NSC的代谢规律,明确栽培管理措施和遗传育种改良对NSC代谢的影响,对于充分发挥NSC在小麦抗逆稳产中的作用具有重要意义。以小麦茎鞘NSC主要成分--果聚糖为例,概述了NSC的结构与合成、运输与降解;分析了小麦茎鞘NSC的功能,特别是对低温冻害和高温干旱逆境的响应;讨论了品种选择、水分管理、氮肥运筹等栽培措施对茎鞘NSC的调控作用;展望利用茎鞘NSC进行抗逆育种的前景。     

Research Progress on the Relationship among Circadian Rhythm,Melatonin and Aging

It is generally believed that aging is a gradual decline in the efficiency of our biological metabolism, which eventually leads to the deterioration of individual physiological function and the development of a series of age-related degenerative diseases.The circadian clock machinery orchestrates the normal metabolism of the organism in order to assure that individual growth,development and reproduction are adapted to the changes of diurnal environmental variations. The circadian rhythm in the elderly is attenuated with age and is accompanied by the onset of metabolic syndrome, the accumulation of genomic or epigenomic instability, the decline of metabolic tissue homeostasis and the change of natural feeding behavior. Existing results corroborate that light at night(LAN) and melatonin inhibition affect genomic integrity and normal metabolic function. In several animal models,LAN accelerated aging by inhibiting melatonin production in the pineal gland and promoting age-related carcinogenesis. This paper reviews the effects of the circadian rhythm on aging and discusses the complex relationship among circadian rhythms, melatonin and aging in different models of organisms, which may provide clues for prolonging human life and maintaining health.