叶绿素衍生物的合成及其对紫细菌原初光化学特性的影响研究

对10个叶绿素衍生物的合成方法进行了研究.在一定的温度(43.5℃)和丙酮的协同作用下,植物脱镁叶绿素a可置换紫细菌RS601光合反应中心的细菌脱镁叶绿素,光化学活性为对照的71.4%,光化学活性的下降与替代色素的变化无对应关系,替代后降低了Bphe-/Bphe和Q-A/QA电对之间的电子传递速率.

紫细菌光合机构及光合作用基因的表达调控

紫细菌是研究细菌光合作用的重要生物。介绍了紫细菌光合机构捕光色素蛋白复合体Ⅰ(light-harvesting I)、捕光色素蛋白复合体Ⅱ(light-harvesting II)和光化学反应中心(reaction center)的结构,并探讨了其光合作用基因的转录调控机制,重点阐述了PpsR/AppA系统对紫细菌光合作用基因的转录调控。

紫细菌捕光色素蛋白复合体及光化学反应中心的研究进展

概述了近年来有关紫细菌捕光色素蛋白复合体及光化学反应中心的研究进展,并重点介绍了两种捕光色素蛋白复合体的结构以及复合体中相关色素分子在激发能传递中的作用机理。还详细阐述了紫细菌光化学反应中心的结构及反应中心中各个辅助因子在光能转化为生物可利用的化学能中的作用机理。

非硫紫细菌降解有机物连续反应微生物动力学

本文叙述了ＤＯ、有机负荷，初始ｐＨ、温度等对非硫紫细菌降解有机物的关系，并建立了非硫紫细菌的微生物生长动力学和基质降解动力学的数学模型。

紫细菌外周捕光天线LH2中的超快光物理

采用飞秒泵浦-探测技术研究了紫细菌外周捕光天线LH2中的超快光物理过程,在天然LH2中,B800到B850分子之间的能量传递时间在0.65ps左右;在B800主吸收带的兰侧激发时,观察到一个约400fs的超快弛豫过程,可归属于B800分子之间的能量分布过程;在848nm激发时观察到150fs的超快相归属于位于B850的激发能向其近邻分子的离域过程,几个皮秒的快相归属于激发能在次最低激子态和最低激子态间的分布过程.

3种紫细菌天然光合色素敏化DSSC光电转化性能

基于自然界光合作用机理的DSSC研究备受关注。不产氧光合细菌中的紫细菌是研究光合作用机理的良好模式生物。从3种典型紫细菌中获得了7种具有不同吸光范围、极性和结构的细菌叶绿素a(BChl a)和类胡萝卜素(Car)以及3种改性BChl a。在此基础上,较系统地比较了天然与改性BChl a、多组分与单一组分Car、BChl a色素浓度、BChl a和Car共敏对DSSC光电性能的影响,并对色素与半导体材料的相互作用进行了表征。结果表明:100 mW·cm-2入射光强下,在不添加任何分散剂(spacer)的条件下,具有近红外吸收的天然BChl a光电转化性能较优,光电转换效率为1.26%。单一组分Car比多组分Car具有较高的光电性能,玫红品Car光电转换效率最佳。BChl a敏化TiO2薄膜电极,吸收光谱红移,800 nm特征荧光淬灭。BChl a与Car共敏TiO2薄膜电极,拓宽了可见光吸收光谱,短路电流和光电转换效率比BChl a提高了12%和7.3%。紫细菌天然色素廉价易得、环境友好,不仅能吸收可见光,而且能有效利用红外光,这对研制响应可见光-近红外的太阳能电池光电器件具有重要参考价值。

紫细菌反应中心色素蛋白复合膜电子转移研究

采用自组装单层膜方法在金电极表面形成单分子层的 2 ,3-双巯基丁二酸 ( DMSA)、聚二甲基二丙烯氯化铵 ( PDDA)及紫细菌 ( Rhodobacter sphaeroides)反应中心色素蛋白复合体的有序复合膜 .使用方波伏安法研究了该蛋白复合膜的电化学行为 ,成功地检测到该蛋白内多电对的可逆或准可逆电子转移过程 ,探讨了紫细菌反应中心蛋白内各电子受体的氧化还原电位及外加电位驱动对各受体电位的影响 .同时 ,通过对方波信号的非线形拟合 。

紫细菌光反应天线LH2超快动力学的研究

光合作用是自然界中所发现的最高效的光化学过程，其中的原初反应则是将太阳光能转化为化学能的重要过程，它涉及光能的捕获、传递以及由此引发的一系列电子传递过程，这些过程在时间上都是发生在皮秒甚至亚皮秒时域．原初反应中所涉及的功能体主要有捕光天线系统和光合反应中心，它们都是较为复杂的色素蛋白复合体。

不同紫细菌光合基因表达调控机制异同

紫细菌是一类可以进行不放氧光合作用的原核微生物,可以利用光能产生ATP并为其生长代谢提供能量。其光系统由一系列色素及蛋白组成的复合体组成,并由一系列光合基因如puc、puf、bch和crt等编码。紫细菌光合相关基因的表达主要受到外界氧化还原信号及光照的影响,然而不同紫细菌光合基因表达调控机制具有明显的多样性。以球形红细菌与沼泽红假单胞菌为重点,介绍了近年来几种光合基因表达调控系统如Pps R/Crt J型调控蛋白、双组分磷酸化调控系统、CRP-FNR型调控蛋白等在紫细菌中的研究进展。通过系统深入分析这些调控通路在不同紫细菌中的特征及功能,发现不同菌株中类似调控通路通常具有相似功能,但又各具特点。旨为对进一步了解紫细菌光合基因表达调控机制并为其应用研究提供参考。

池塘中非硫紫细菌的数量及其与浮游动物关系的探讨

本文初步报道了鱼池中非硫紫细菌的数量及分布状况，并且分析和研究了非硫紫细菌和浮游动物之间的关系。实验表明，非硫紫细菌在鱼池中数最的变化幅度较大，最低仅有0．2×10^3个／升，最高可达1．4×10^7个／升。非硫紫细菌在鱼池中还呈明显的垂直分布状态。菌数平均值底层是2．88×10^6个／升，表层为2．32×10^8个／升。非硫紫细菌的数量变化与轮虫、枝角类的数量变化呈显著的直线正相关，相关系数分别为0．8734和0．9209。

紫细菌光合色素指纹图谱的建立与色素分析

【目的】探索快速高效的色素样品制备方法;为建立紫细菌全色素TLC和HPLC标准指纹图谱和数据库提供研究方法和思路;为色素代谢与调控等研究提供快速的色素分析方法。【方法】选择沼泽红假单胞菌(Rhodopesudomonas palustris CQV97)为材料,采用改良丙酮甲醇提取法、TLC重复展层法、图像灰度分析法、吸收光谱法、HPLC和MS法进行色素分析。【结果】甲醇或丙酮可选择性地提取样品的细菌叶绿素和类胡萝卜素,通过对丙酮甲醇法的改良,使色素提取总量提高了13.5%。建立了CQV97菌株全色素的TLC和HPLC指纹图谱,二者均含有11种色素组分。图像灰度分析法估算了TLC指纹图谱各色素组分的表观相对含量。以TLC图谱的各色素组分为外标物,明确了HPLC图谱中各色素组分的保留时间(Rt)与TLC图谱中各色素组分的迁移率(Rf)之间的对应关系。结合色素代谢途径、光谱分析和MS,定性分析了指纹图谱中11种色素组分。TLC或HPLC分析结果表明,理论样品与对照样品色素组分和含量一致,而实际样品与对照样品色素组分一致,但含量不同,重复测定3次,样品中色素相对含量的RSD均小于5%。【结论】改良的丙酮甲醇法可以快速高效地提取光合细菌的色素。采用TLC重复展层法和HPLC法建立的全色素指纹图谱色素组成一致,重复稳定性好,各具特色。TLC和HPLC两种指纹图谱分析方法均能进行光合色素的快速分析,适合于紫细菌色素合成途径中主要积累色素的组分和含量变化规律研究。

紫细菌光合反应中心电子激发态的理论研究

运用ZINDO和INDO/S两种量子化学理论方法,对紫细菌(Rhodopseudomonas(Rps.)viridis)光合反应中心色素分子簇的电子激发态进行了理论研究.通过理论计算的电子激发态光谱与实验吸收光谱,CircularDichroism光谱的比较,对实验光谱重新进行了较为合理的归属.考察了色素分子间相互作用、色素分子与蛋白质中氨基酸残基相互作用对激发态光谱的影响.研究结果表明:Rps.viridis光合反应中心色素分子簇间的相互作用以及氨基酸残基与色素分子的作用,对激发态光谱的性质具有一定的影响;不考虑色素分子间相互作用以及色素分子与周围氨基酸残基的作用,只基于单个色素分子(或其模型分子)理论计算进行光谱归属是不合理的.

色素置换影响紫细菌601光合反应中心的电化学性质及其机理

运用色素置换、单分子复合膜技术及方波伏安法测定, 研究了色素置换对紫细菌Rhodobacter sphaeroides 601光合反应中心电化学性质的影响, 并探讨了相关机理. 研究发现, 紫细菌光反应中心在外加电位驱动下也可以产生电荷分离, 其效果等同于照光条件下的原初光化学反应. 在金电极表面上, 由2,3-二巯基丁二酸(DMSA)、 聚二甲基二丙烯氯化铵(PDDA)与紫细菌光合反应中心(RC)组装而成单分子层复合膜(RC-PDDA-DMSA膜). 利用方波伏安法对RC-PDDA-DMSA膜进行了研究, 用低频率和高频率方波分别检测到紫细菌反应中心光化学反应不同的4个氧化还原电位对的参数. 通过非线性拟合, 获得了P/P+的标准电位(0.522 V)和电极反应速率常数(13.04 s-1). 植物去镁叶绿素(Phe)置换细菌去镁叶绿素(Bphe)后反应中心在- 0.02 V的氧化还原峰显著变化, 进一步分析后认为是色素置换降低了Bphe- / Bphe(Phe- / Phe)和QA-/QA电位对之间电子转移速率. 分析不同色素置换后的光谱及电化学性质, 并对不同的色素分子的功能基团进行比较, 结果表明, 叶绿醇尾同卟啉环上的其他取代基团一样明显影响了色素置换的位点和效率.

紫细菌Rb.Sphaeroides601外周捕光天线(LH2) B800吸收带的超快动力学研究

利用从紫细菌Rb.sphaeroides601所提取出的外周捕光天线LH2以及其不同pH值酸化样品(部分和全部去除B800分子LH2)并采用不同波长下的飞秒单色抽运探测技术详细研究了LH2中B800吸收带内的激发态动力学过程。通过对野生型与部分/完全去B800分子LH2的比较研究,分析了B800吸收带激发后所表现出的丰富变化的动力学过程,研究结果表明激发B800带的动力学过程中包含着B850上激子带的直接激发而产生的对激发态动力学的贡献。

嗜热紫硫细菌RuBisCO的冷冻电镜结构研究

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBisCO)能够催化光合作用暗反应过程中CO_(2)的同化过程,完成生物圈中95%的碳固定。然而RuBisCO的催化效率极低,每个RuBisCO全酶每秒钟只能催化3~10个CO_(2)分子的转化,高温环境下,高等植物中RuBisCO的催化活性会更低。全球暖化环境下,获取高温环境下具有较高催化活性的RuBisCO突变体,既能增加作物产量,又可固定更多CO_(2),减缓全球暖化速度。本研究利用冷冻电镜技术获取了嗜热紫硫细菌1.9?RuBisCO的精细三维结构,并分析其与其他物种RuBisCO结构上的异同,对设计高温环境下具有较高催化活性的RuBisCO突变体提供了基础。

光合细菌与水产养殖

光合细菌是具有原始光能合成体系的原核生物的统称。光合细菌的种类繁多，一般可分为产氧光合细菌和不产氧光合细菌两大类。产氧光合细菌包括蓝细菌(或称蓝藻)和原绿藻；不产氧光合细菌包括紫细菌、绿细菌、日光杆菌属和红色杆菌属。近代研究表明，光合细菌营养相当丰富，蛋白质含量高达65％，B族维生素种类齐全，尤其是B12、

多拷贝pucBA基因在沼泽红假单胞菌光合生长中的作用

选择沼泽红假单胞菌CGA009菌株,采用基因敲除方法,依次对菌株中的5对pucBA基因进行敲除,以探求不同pucBA基因对菌株光合生长、光谱表型和光合色素质量浓度的影响。结果表明:不同pucBA基因的表达量与菌株光合生长速率和光合色素合成量呈正相关关系;高光下pucBA_(b)和pucBA_(a)基因对菌株生长发挥主要作用,低光下pucBA_(b),pucBA_(d)和pucBA_(a)基因对菌株生长起主要作用;敲除pucBA_(d)基因可导致pucBA_(b)基因高效表达,敲除pucBA c基因可导致LH1-RC合成量提高,表明某个pucBA基因的敲除对其他光合基因表达具有补偿作用。

光氧环境对紫色硫细菌YL28去除无机三态氮的影响

【背景】光和氧是制约光合细菌生长代谢进而影响其除氮效果的重要因素。不产氧光合细菌紫色硫细菌——海洋着色菌(Marichromatium gracile) YL28能以亚硝氮为唯一氮源进行光合生长,对高浓度无机三态氮具有良好去除能力。【目的】阐明YL28菌株除氮效率与光氧环境的交互联系,获得其生物除氮的最适光氧条件。【方法】以高浓度无机三态氮共存海水水体为研究体系,在有光/无光条件下考查装样量(表征体系溶氧状态)对YL28菌株生物除氮活性的影响,并通过响应面分析法对装样量、光照强度和光周期3个主要因素进行优化。【结果】光照且氧浓度较低时(80%装样量),YL28具有最佳生长和无机三态氮去除能力;装样量在10%-100%时,菌体生物量(OD_(660))在0.938-2.719之间,当氨氮、亚硝氮和硝氮分别为7.16、5.67和4.83mmol/L时,其去除率分别在71.44%-89.09%、99.22%-99.83%和91.60%-97.33%。黑暗条件下,装样量在20%-100%时,氨氮、亚硝氮和硝氮去除率分别在48.07%-64.27%、73.51%-86.42%和42.57%-46.34%,但菌体生物量(OD_(660)为0.615-0.903)明显降低。通过响应面优化,当装样量、光照强度和光周期分别为80.0%(溶氧量约为0.32 mg/L)、2 800 lx和24L:0D时,细胞生长和氨氮去除活性达到最佳状态,分别比优化前提高了21.28%和14.11%。在实际应用中,选取72%-89%装样量(溶氧量约为0.26-0.63mg/L)、2240-3460lx光照强度和21L:3D-24L:0D光周期,细胞活性可达95%以上。【结论】80%装样量有助于促进菌体光照生长和除氮;在黑暗有氧和无氧环境下,YL28菌株也具有较好除氮活性,这为不产氧光合细菌在生物反应器中高效去除无机三态氮的应用提供了有价值的参考数据。

降解农药有机废水连续反应动力学

通过非硫紫细菌Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｃａｐｓｕｌａｔｕｓ和生物活性炭组成处理废水系统，在平流式生物反应器进行了三唑磷有机废水的连续处理，并建立了动力学模型，为ＰＡＣＴ－ＡＳ法处理有机废水提供了模拟放大依据。

21世纪的前沿课题──微生物多样性与人类福利

２１世纪的前沿课题──微生物多样性与人类福利中国科学院微生物研究所张树政百余年来人类在防治传染病方面取得了重大成就，死亡率最高的前三位疾病在１９００年是流感肺炎、结核和肠胃炎，到９０年代则是，Ｃ脏病、癌症和中风。青霉素和多种抗生素起了重要作用。强力免...