生物物理研究机构在生物类专业创新人才培养中的作用

在介绍持续农业模式、物理农业、农业物理学和生物物理学基本概念和相互关系的基础上,结合我国农业生物物理学的发展现状,提出在高等农业院校建设生物物理研究所的创新人才培养目标;根据高等农业院校的专业实际,突出生物学专业和物理学的关系,并由此引出生物物理研究机构在生物类专业本科生和研究生创新思维和创新能力培养中的作用;结合国家农业发展规划和农业生物物理发展趋势,对农业生物物理研究所和农业生物物理学科的发展对持续农业模式发展的影响进行了展望。

生物物理课题引入生物类专业大学物理创新实验体系初探

传统的大学物理实验课程内容与生物类专业课程间缺乏联系,很难激发生物类专业学生的实践兴趣,难以培养学生的科研动手和自主创新能力。如将生物物理课题引入大学物理创新实验体系,可让生物类专业学生充分认识到物理学和生物学的紧密联系,从而激发学生学习物理的兴趣和热情,提高教学质量。

原子力显微镜在细胞与生物大分子超微结构和力学研究中的应用

作为微纳米科学理论与技术迅猛发展的代表,原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)在其25年的发展过程中极大地推进了生物学在微纳米尺度上的拓展,为微纳米生物学的诞生与发展提供了重要技术手段。本文在介绍AFM基本原理和检测模式的基础上,结合作者在该领域的研究成果和工作经验,从生物结构与形态学研究、表面物化性质表征、生物大分子的力学操纵三方面综述了AFM在细胞与生物大分子超微结构与生物力学特性研究中的具体应用,并重点探讨了AFM在细胞与生物大分子科学研究中亟待改进和解决的科学与技术问题,提出了一些探讨性的见解和建议。

生物大分子超微结构研究中的原子力显微术

原子力显微镜作为第三代显微探测工具,具有原子级的空间分辨率,其样品制备方法简单易行,可在离体的近生理条件下直接观测生物样品及其动态变化过程,能够对样品进行力学操纵,在观察生物大分子的结构和生物力学特性上具有显著的优势。本文尝试从蛋白质、核酸、多糖的超微结构和力学特性的研究角度入手,期望向读者展现出原子力显微镜在大分子生物学研究中的应用前景。

动物血浆蛋白水解物功能及应用研究进展

动物血液是动物屠宰加工的主要副产物之一,蛋白质含量丰富、营养价值高,其中血浆蛋白作为重要的蛋白原料,可用于动物饲料和食品加工。研究表明,血浆蛋白经酶处理得到由小肽和氨基酸组成的水解物,更易被机体消化吸收,同时表现出抗氧化、抑制血管紧张素转化酶活性、减毒等功能特性,可作为潜在的营养补充剂、食品添加剂和营养保健品。本文对血浆蛋白水解物的酶解条件、特性以及应用进行综述,以期为动物血浆蛋白水解物的研究和应用提供参考。

土壤中砾石含量的测定方法研究进展

石质土壤中含有大量砾石,大量砾石的存在会影响土壤理化特性和水力特性。土壤中砾石含量的研究会影响土石介质的生产力评估、水文及风化过程的研究水平。本文主要介绍了国内外土壤中砾石含量的现有测定方法,对环刀取样法、挖坑法、Viro插钎法,γ射线法、探地雷达及电阻率断层扫描技术的实际应用进行了讨论。在实际研究中应根据实际情况选择合适的砾石含量测定方法。土壤中砾石含量的测定应该引起国内相关研究的重视,为土壤研究提供重要信息并为土壤学研究水平的提高提供帮助。

Ca^(2＋)诱导损伤线粒体超微结构的原子力显微镜研究

采用Ca2+急性诱导构建线粒体损伤模型,分别通过透射电子显微镜和原子力显微镜观测线粒体内部结构和表面形貌的变化,用以探究线粒体损伤过程中结构变化的规律性。结果显示,线粒体在Ca2+诱导下的损伤过程依照内部结构的变化规律可分为前后2个阶段:前期以嵴有序结构的破坏为特征,线粒体内部特异性结构逐步被破坏,无明显肿胀趋势;后期以线粒体嵴间隙膨胀、嵴囊泡化为特征,线粒体迅速膨胀并向球形变化,线粒体的最终裂解应存在临界条件,决定于线粒体外膜的张力特性。

基于原子力显微镜技术研究不同激活态下肌节超微结构与压弹性

目的搭建研究不同激活态下昆虫飞行肌纤维的超微结构与力学特性的系统,并以此开展近生理环境下的心肌生物力学研究,进而推动对心肌结构、力学特征和生理功能间关系的认识,为心肌病的基础研究和临床治疗提供更多的线索。方法采用轻敲模式的原子力显微镜技术研究僵直态、松弛态和活化态下昆虫飞行肌肌原纤维的超微精细结构;采用纳米压痕技术研究不同生理状态下肌纤维的定点弹性特性。结果肌原纤维在僵直态、松弛态和3种活化态的肌节长度分别为:(2.10±0.05)(、3.10±0.10)(、2.50±0.15)μm(2 mmol/L Ca2+)(,2.60±0.25)μm(5 mmol/L Ca2+)和(2.55±0.15)μm(10 mmol/L Ca2+),A带长度始终保持在1.50μm左右,而I带的长度则有较大的变化(0.7～1.6μm);力学实验发现,在同一生理状态,肌原纤维的弹性参数的大小满足Z线>M线>重叠区>I带;在不同活化状态下,钙离子浓度变化对Z线、M线和I带的压弹性影响的程度很接近。结论 5 mmol/L的Ca2+浓度是合适的肌纤维活化浓度,肌节长度的分布符合肌动蛋白与肌球蛋白在重叠区相对滑移的力学和空间结构模型;AFM是肌纤维超微结构与力学特性高分辨研究的潜力工具。

葡萄糖对冷冻干燥血红蛋白色素稳定性的影响

以猪血红蛋白为研究对象,研究添加5 g/100 m L的葡萄糖对冷冻干燥血红蛋白色差值和水分含量的影响,分析不同p H值、温度和NaCl浓度对血红蛋白色素稳定性的影响。结果表明:添加葡萄糖能够显著提高血红蛋白的亮度L*值和红绿度a*值,并且降低高铁血红蛋白含量(P<0.05);添加葡萄糖可显著提高血红蛋白对pH值、温度、NaCl浓度的稳定性(P<0.05)。当pH 7、温度低于60℃、NaCl浓度为0.6 mol/L时葡萄糖处理组中血红蛋白的稳定性最高。

低灰分血浆蛋白粉制备工艺优化

为有效利用动物血液,优化血浆蛋白粉的制备工艺,本文从分离、浓缩与喷雾干燥工艺出发,探讨了不同的离心转速和离心时间对血浆蛋白总浓度、血红蛋白残留量及收集率的影响,不同的超滤压力、p H对血浆蛋白粉水分、粗蛋白及灰分含量的影响,不同的进口温度和进料速率对血浆蛋白粉水分含量、粗蛋白、提取率及氮溶解指数的影响。结果表明:最佳离心条件为离心转速5000 r/min,离心时间10 min;最佳超滤条件为超滤压力0.6 MPa,血浆液p H为9;最佳喷雾干燥工艺为进口温度150℃,进料速率0.178 m L/s。经本工艺优化,血浆蛋白粉的灰分降至6%左右。本研究结果可为低灰分血浆蛋白粉生产与制备工艺的改进提供基础数据和参考。

宰后僵直及成熟过程中羊背最长肌理化性质的变化

动物宰后从肌肉到肉品经过僵直、成熟等一系列复杂的生理生化反应。僵直及成熟过程的研究可为肉品质改善及肉制品加工提供理论依据。选取杂交公羊(小尾寒羊×北京本地羊)双侧背最长肌在4℃成熟0.5、2.0、6.0、12.0、24.0、48.0、72.0、120.0、168.0 h,测定不同时间的pH值、剪切力、肌节长度、ATP含量、肌原纤维小片化指数(myofibril fragmentation index,MFI)、钙蛋白酶活力。结果表明:宰后成熟过程中,pH值先下降后逐渐趋于稳定,从第24小时后变化不显著(P>0.05);剪切力先上升后下降,在第24小时达到最大值;肌节长度在宰后先缩短后逐渐变长,且在第48小时缩至最短;ATP含量先上升后下降,48 h后趋于稳定;μ-钙蛋白酶80 kD大亚基在宰后24 h基本降解完全,其降解的78 kD大亚基在第48小时降解完全;肌间线蛋白和肌钙蛋白T作为μ-钙蛋白酶的降解底物,在成熟过程中发生降解,第168小时几乎观察不到完整的蛋白条带;随着宰后时间的延长,羊背最长肌从第2小时开始僵直,到第24小时程度达到最大,从第48小时开始解僵,解僵后肉的嫩度逐渐改善。

钙离子与氧自由基诱导损伤猪心肌细胞线粒体超微结构观察

为探索Ca2+与氧自由基对离体线粒体的损伤机制,采用不同浓度的CaCl2和H2O2诱导猪心线粒体损伤后,通过对线粒体内部超微结构的透射电子显微镜检测以及外部形态的原子力显微镜扫描来确定Ca2+和氧自由基对离体猪心线粒体的损伤作用。结果可知,在一定浓度范围内,线粒体的损伤程度与CaCl2和H2O2的损伤浓度呈正相关。不同浓度Ca2+和氧自由基可以不同程度的引起线粒体嵴分裂,线粒体膜的塌陷、破坏,基质的变化,差异明显。本试验通过透射电子显微镜和原子力显微镜对线粒体的观察可以得出线粒体被破坏过程中的各部分的超微结构变化的5阶段模型,为之后各类线粒体损伤保护试验提供依据。

极限pH对羊肉宰后成熟过程中肌原纤维蛋白特型的影响

为了研究羊肉宰后成熟过程中极限pH对肌原纤维蛋白特型即肌联蛋白、伴肌动蛋白、肌间线蛋白和肌钙蛋白-T降解及肌原纤维小片化指数的影响。本文选取50只羊的右侧背最长肌,贮存于4℃条件下,在宰后时间点分别为1 h、1、2、3、5 d和7 d时,测定其pH。按照宰后2 d的pH将肉样分成三组:高极限pH组(5.72±0.03),中极限pH组(5.54±0.01)和低极限pH组(5.40±0.02)。在每个宰后时间点,测定肌联蛋白、伴肌动蛋白、肌间线蛋白、肌钙蛋白-T降解程度和肌原纤维小片化指数(MFI)。结果表明:肌联蛋白在高极限pH组中宰后1 d开始降解;在宰后1 d时,高极限pH组肌间线蛋白相对灰度值显著低于中极限pH组和低极限p H组(p <0.05);肌钙蛋白-T在高极限pH组中,宰后1 d已出现降解条带。而伴肌动蛋白在中极限pH组中降解较快,在宰后1 d开始降解。另外在宰后1、2、3、5、7 d时,高极限pH组和中极限pH组的肌原纤维小片化指数显著高于低极限pH组的肌原纤维小片化指数(p <0.05)。极限pH通过影响这些肌原纤维蛋白降解来促进宰后肌肉成熟过程并且肌联蛋白、肌间线蛋白和肌钙蛋白-T的降解,加快了宰后前期嫩化过程。这为揭示宰后肉嫩度形成机理提供理论基础。

金属阳离子影响卵磷脂-胆固醇脂质体结构稳定性的形态学分析

以胆固醇和卵磷脂二元脂质体为研究模型,采用原子力显微镜显微技术,结合基本的热力学、静电力学与胶体科学原理,从微观成像的结果追溯和推测更微观层面上的作用机制,对金属阳离子对脂质体结构稳定性形态学特征进行了初步分析。研究发现,胆固醇的含量对脂膜的流动性和稳定性有着明显的影响,而金属阳离子可与磷脂分子极性头基发生作用,从而影响到脂质体的组装能力以及脂质体胶体系统的热力学稳定性。

不同钙离子浓度体外条件下磷酸化对肌联蛋白降解的影响

以羊背最长肌中肌联蛋白为原料,添加蛋白激酶A和碱性磷酸酶体外孵育使肌联蛋白发生磷酸化和去磷酸化反应。反应后添加μ-钙蛋白酶,在钙离子浓度分别为0.05 mmol/L和2 mmol/L条件下,4℃孵育2 d。测定孵育体系pH值、肌联蛋白磷酸化水平及其降解程度。结果表明:不同处理组孵育体系pH值差异不显著(P>0.05);蛋白激酶A组肌联蛋白磷酸化水平显著高于对照组,对照组肌联蛋白磷酸化水平显著高于碱性磷酸酶组(P<0.05);当钙离子浓度为0.05 mmol/L时,蛋白激酶A组和对照组未检测到分子质量为1 200 kDa的降解条带,而碱性磷酸酶组在孵育12 h检测到该条带;当钙离子浓度为2 mmol/L时,蛋白激酶A组和对照组均在孵育12 h检测到1 200 kDa降解条带,而碱性磷酸酶组在孵育0.5 h时检测到该条带。结论:蛋白激酶A和碱性磷酸酶能够促进肌联蛋白发生磷酸化和去磷酸化反应;随着钙离子浓度增加,肌联蛋白降解速率加快;并且在相同钙离子浓度下,肌联蛋白在碱性磷酸酶组降解较快,表明去磷酸化可以促进肌联蛋白的降解。

加热和冻藏对鸡爪胶原纤维超微结构的影响

研究不同温度和时间条件处理对鸡爪筋胶原纤维超微结构的影响。加热组将新鲜鸡爪筋剪碎匀浆后分别在50、60、70℃条件下水浴加热10、20、30 min;冻藏组将新鲜鸡爪筋分别在-20、-80℃条件下冻藏5、10、15 d,通过对处理后的样品采用原子力显微镜扫描成像的方法研究鸡爪筋在不同温度及时间处理后的胶原纤维周期长度和粗糙度的变化。结果表明:胶原纤维周期长度随加热温度升高、加热时间增长而变短,随冻藏温度降低,冻藏时间的延长而变长,其中760、-20℃变化最典型。60℃时,当加热时间由10min增至30min,周期长度由(72.20±2.58)nm减至(71.00±1.78)nm;-20℃时,当冻藏时长由5 d增至15 d,周期长度由(69.70±2.60)nm增至(73.00±2.90)nm。冻藏时间增加,鸡爪筋胶原纤维表面的粗糙度增加;加热时间增加,50℃加热时,鸡爪筋胶原纤维的粗糙度先增后减;60℃加热则与之相反。

磷酸盐-大豆分离蛋白联合处理对草鱼肌原纤维蛋白凝胶化的影响

为探讨磷酸盐(三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠(tetrasodium pyrophosphate,TSPP))和大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)对草鱼肌原纤维蛋白凝胶化的影响,采用热处理方法,将不同质量浓度的磷酸盐、SPI与草鱼肌原纤维蛋白混合制成凝胶。用黏度、嫩度、持水性、显微结构和粗糙度表征凝胶特性。结果表明:磷酸盐可促进蛋白与水的相互作用,有利于蛋白形成稳定、有序的交联网络并保存水分;SPI增大了蛋白间的交联程度,促进凝胶保水能力,提高蛋白凝胶体系的稳定性;磷酸盐、SPI的加入显著提高了凝胶品质,TSPP-SPI联合处理组较其他处理组具有更好的持水性(P<0.05)、嫩度(P<0.05)及适中的黏度(P<0.05),其中,当采用1.2 g/100 mL TSPP、5 g/100 mL SPI体积比1∶3处理时,凝胶具有嫩度大(P<0.05)、持水性好(P<0.05)、黏性适中(P<0.05)、粗糙度小(P<0.05)等特点,该处理方式能够显著提高草鱼肌原纤维蛋白凝胶特性。

质量等级对白羽肉鸡肌肉质构特性的影响

以3个不同质量等级(宰后胴体质量在1800 g^2100 g为较轻质量组,宰后质量在2100g^2400 g为中等质量组,宰后质量在2400 g^2700 g为较重质量组)的白羽肉鸡的胸肉和腿肉为实验材料,分析其质构特性的不同,并采用相关性分析方法研究不同质量等级对鸡肉质构特性的影响。结果发现随肉鸡胴体质量等级的增加,鸡胸、鸡腿肉的硬度、内聚性、咀嚼性均逐渐减小(鸡胸和鸡腿的硬度变化区间分别为2200 g^2600 g、1200 g^1800 g,内聚性变化区间分别为0.50~0.60、0.50~0.55,咀嚼性变化区间分别为850 g^950 g、400 g^800 g)。弹性先减小后增加(鸡胸和鸡腿的弹性变化区间分别为0.64~0.70、0.65~0.70),剪切力先增加后减小(鸡胸的剪切力变化区间为1500 g^2800 g)。通过相关性分析结果显示,鸡胸肉质量与硬度呈极显著的负相关(r=—0.937);鸡胸肉质量与内聚性、咀嚼性显著负相关(r=—0.826和—0.848);鸡腿肉质量与硬度显著负相关(r=—0.899);鸡腿肉质量与内聚性、咀嚼性显著负相关(r=—0.861和—0.832)。研究结果证明,白羽肉鸡生长到不同质量,其肌肉的质构特性发生变化,可以通过调控肉鸡的质量水平来调节鸡肉的质构特性。

血浆蛋白粉产品品质分析与比较

采集市场上占有率较高的14种畜禽血浆蛋白粉,分析比较了产品的色泽、常规成分、凝胶质构、保水性、蛋白质组成、矿物质元素含量等,确定了血浆蛋白粉产品品质现状与差异,为血浆蛋白粉产品品质提升和食品级血浆蛋白粉标准的制定提供数据支持。结果表明:不同企业生产的血浆蛋白粉产品在外观(粉质、色度)和产品品质(粗蛋白、粗灰分、水分、水不溶物含量、凝胶质构和保水性、矿物质元素种类及含量)上存在显著差异(P<0.05),并且饲料级血浆蛋白粉与食品级血浆蛋白粉的差异较大。通过相关性分析发现,提高灰分、Na、Mg、Ca含量可提高血浆蛋白凝胶的弹性,提高Mg、Ca含量可提高血浆蛋白凝胶的保水性。