作物耐盐机制.ppt
植物耐盐机制研究进展
武玉叶
三、植物对盐胁迫的响应
春天白茫茫，夏天水汪汪
土壤盐渍化是影响农业生产
与生态环境的一个重要因素
据世界粮农组织的统计，全球有各种盐渍土约9.5亿公顷，占全球陆地面积的10%，广泛分布于100多个国家和地区----正不断增加
我国黄河三角洲地区每年约有5%的耕地因土壤盐渍化而撂荒
东营盐碱地
盐渍土面积广大
世界人口的增加、工业的发展、生态环境的恶化，全球的温室效应有增无减，地球两极的冰山日渐消融，海平面在不断上升，今后还将有大量土地被海水吞噬。
土壤盐渍化已成为危及人类生存的重大资源与环境问题!
盐碱地面积正在增加
培育耐盐作物品种是利用盐碱地的一项经济途径——具有非常重要的意义！
另一方面，工业发展和人口的不断增加耕地面积越来越少，迫切需要开发利用这些盐碱地! 盐碱地
（一）盐胁迫对植物的伤害
（二）植物抗盐的生理机制
（三）植物抗盐的分子机制
（五）植物抗盐基因工程
（四）盐胁迫的信号转导
三、植物对盐胁迫的响应
盐胁迫（盐害）：
指土壤中盐分过多对植物造成的伤害。
一般土壤含盐分在0.2% - 0.5%时就不利于植物生长，而盐碱土的含盐量却高达10%，严重地伤害植物。
盐土：含NaCl和NaSO4为主的土壤。
碱土：含NaCO3和NaHCO3为主的土壤。
盐碱土：几种物质混合存在的土壤。
抑制植物生长
加速发育进程
减少分蘖和籽粒数
植物的叶面积减小
光合速率降低
衰老加速
严重盐胁迫下因饥饿和缺水而死亡。
1 盐胁迫对植物形态发育的整体影响
（一）盐胁迫对植物的伤害
.从细胞水平上看，盐胁迫对植物
的伤害主要由于两个方面：
渗透胁迫和盐离子毒害
渗透胁迫：土壤中盐分降低植物吸水能力，植物
生长减慢。
盐离子毒害：盐分随蒸腾流进入叶肉细胞，对细
胞造成伤害，进一步降低植物生长。
植物对盐分胁迫响应的两阶段模型
植物生长受抑制最初由根系外部盐分所引起的渗透胁迫造成。随后生长的进一步降低是盐分进入植物细胞造成伤害所致。
盐胁迫对植物的伤害主要有渗透胁迫和离子毒害两个方面
盐胁迫还导致一些次级伤害如氧化胁迫伤害等。
（二）植物抗盐的生理机制
盐生植物
植物分类：
植物
盐生植物碱蓬、滨藜、盐角草等
非盐生植物大多数农作物
稀盐盐生植物碱蓬、盐角草
泌盐盐生植物滨藜
拒盐盐生植物芦苇
1、稀盐盐生植物的抗盐机理
形态学上的适应：茎或叶的肉质化
盐角草
碱蓬
囊果碱蓬小枝
茎或叶的薄壁细胞组织大量增生，细胞数目增多，体积增大，可以吸收和储存大量水分，既可以克服植物在盐渍条件下由于吸水困难造成的水分不足，又可将吸收到体内的盐分稀释，保持低水平。
生理上的适应：渗透调节和离子区域化
渗透调节：植物适应盐胁迫的主要
生理机制之一。
离子区域化：盐生植物通过将Na+区域化于液泡，使植物抵抗外界的低水势而得以吸水。Na+在液泡中的区域化是通过Na+/H+逆向转运蛋白完成。
2、泌盐盐生植物的抗盐机理
泌盐是盐生植物适应盐渍环境的一条重要途径----滨藜、柽柳
柽柳
滨藜
盐腺的泌盐机理，是一个主动的生理过程。
此类植物的叶片和茎部的表皮细胞在发育过程中分化成盐腺，通过盐腺把吸收到体内的盐分排出体外。
柽柳泌盐盐腺
3、拒盐植物的抗盐机理
拒盐: 不让外界盐分进入植物体（大麦）或允许土壤中的盐分进入根部，但进入根部后大部分储存在根部，不再向地上部分运输，使地上部分盐分浓度保持较低水平，从而避免盐分的伤害作用。如芦苇
拒盐机制包括以下几个过程：Resear2010年4月27日，朱健康当选为美国国家科学院院士。在美国科学院迄今为止总共2076名院士中，42岁的他是最年轻的一位。同时，他也是新中国成立后第二位在中国内地接受大学教育的美国科学院院士。
采用T-DNA突变等方法，根据拟南芥根系的弯曲度筛选到250000个拟南芥盐胁迫幼苗突变体，其中有40多个为sos突变株，分为5组，据此定义5个抗盐基因：sos1、sos2、sos3、sos4、sos5。
sos1、sos2、sos3三突变体都对盐敏感，可能在抗盐机制中（Na+抗性）的同一信号转导途径起作用。
SOS蛋白的相互作用
SOS2蛋白和SOS3蛋白相互作用，这一作用受SOS2的C端调节区的调节，SOS3激活SOS2蛋白活性，并依赖Ca2+。SOS2和SOS3蛋白的相互作用调节SOS1及Na+/H+转运体基因的表达。
拟南芥盐胁迫的信号转导途径
A scheme of the SOS pathway. The membrane-anchored, calcium-activated SOS3 protein directs the SOS2 protein kinase to interact with and activate the SOS1 antiporter.
Model for signal transduction in Arabidopsis under salt-stress conditions.
TRENDS in Plant Science V ol.8 No.5 May 2003
The SOS signaling pathway for the regulation of Na+ homeostasis and salt tolerance in Arabidopsis.(2004)
Archives of Biochemistry and Biophysics 444 (2005) 139–158
Regulation of ion homeostasis by SOS signaling pathway for salt stress adaptation.
(2009)
Salt stress induce Ca2+ signal that activates the SOS3/SOS2 protein kinase complex, which then phosphorylates a plasmamembrane Na+/H+ antiporter SOS1, and regulates the expression of some genes as well.
SOS2 also activates tonoplast Na+/H+ antiporter sequestering Na+ into the vacuole (NHX1).
ABI1 regulates the gene expression of NHX1 whereas ABI2 interacts with SOS2 and negatively regulates ion homeostasis either by inhibiting SOS2 kinase activity or the activities of SOS2 targets.
CAX1 (H+/Ca+ antiporter) is an additional target for SOS2 activity restoring cytosolic Ca2+ homeostasis.
盐胁迫下诱导的Ca2+信号活化SOS3/SOS2蛋白激酶复合体，后者磷酸化质膜上的Na+/H+ antiporter SOS1，并调节一些基因的表达。
SOS2活化液泡膜上的Na+/H+ antiporter使Na+聚集于液泡中（NHX1)。
ABI1调控NHX1基因的表达，ABI2与SOS2作用通过抑制SOS2激酶活性或SOS2靶酶活性，负调控离子的稳态。
CAX1（H+/Ca+ antiporter）是另外的SOS2的靶，可恢复胞质中Ca2+的稳态。
SOS3 and SOS2 complex negatively regulate the activity of AtHKT1.
SOS4 gene encodes a pyridoxal（吡哆醛）(PL) kinase that is involved in the biosynthesis of PL-5-phosphate (PLP), which contributes Na+ and K+ homeostasis by regulating ion channels and transporters.
SOS5 is involved in the maintenance of cell expansion. Dashed arrow shows SOS3-independent and SOS2-dependent pathway.
SOS3 和SOS2复合体负调控AtHKT1。
SOS4基因编码参与吡哆醛-5-磷酸（PLP）合成的吡哆醛激酶（PL），PLP通过调控离子通道和转运蛋白维持Na+ 和K+ 的稳态。
SOS5与细胞扩展的维持有关。
（4）改造盐碱土：合理灌溉，泡田洗盐，增施有机肥，种耐盐绿肥和耐盐树木以及耐盐碱作物
提高植物抗盐性途径
（1）选育抗盐品种：采用组织培养等新技术选择抗盐突变体，培养抗盐新品种。
（2）抗盐锻炼：播种前用一定浓度的盐溶液浸种。
（3）使用生长调节剂：利用生长调节剂促进作物生长，稀释体内盐分。
（5）利用基因工程提高植物抗盐性
目前植物抗盐基因工程包括三个方面：
1、调控渗透调节物质的合成
2、抗氧化胁迫
3、调节离子平衡
（五）植物抗盐基因工程
1 调控渗透调节物质的合成
利用基因工程调节渗透调节物质合成积累
脯氨酸（Proline）
甜菜碱（Glycine Betaine）
山梨糖醇（Sorbitol）
海藻糖（trehalose)
甘露醇（mannitol)
2 抗氧化胁迫
通过清除活性氧的机制来提高植物的抗盐性的基因工程主要表现在：
超氧化物歧化酶（SOD，Superoxide dismutase）
过氧化氢酶（CAT, Catalase）
过氧化物酶（POD, Peroxidase）
抗坏血酸、谷胱甘肽、生育酚、类胡萝卜素。
3 调节离子平衡
逆向转运体和质子泵在植物中的超表达，改善植物的耐盐性：
液泡膜Na+/H+antiporter
水稻（OsNHX1)
白菜(AtNHX1)
拟南芥(AtNHX1)
番茄(AtNHX1)
质膜Na+/H+antiporter
拟南芥（AtSOS1 ）
Mechanisms of salinity tolerance, organized by plant processes and their relevance to the three components of salinity tolerance
a: rice
b: durum wheat
c: barley
Hypothetical relationships between salinity tolerance and leaf Na+ concentration for three different species
SUMMARY POINTS
1. Plant responses to salinity occur in two phases: a rapid, osmotic phase that inhibits growth of young leaves, and a slower, ionic phase that accelerates senescence of mature leaves.
2. Plant adaptations to salinity are of three distinct types: osmotic stress tolerance; Na+ exclusion; and tissue tolerance, i.e., tolerance of tissue to accumulated Na+, and possibly Cl?.
3. Our understanding of Na+ exclusion from leaves and the role of the HKTgene family is increasing, although the molecular bases for many other transport processes remain obscure.
4. The salt overly sensitive (SOS) signal transduction pathway is clearly important in salinity tolerance, although the mechanism of action at the whole plant level remains to be established.
5. Osmotic tolerance and tissue tolerance both increase the ability to maintain growth for a given accumulation of Na+ in the leaf tissue. Increased osmotic tolerance is evident mainly by the increased ability to continue production of new leaves, whereas tissue tolerance is evident primarily by the increased survival of older leaves.
6. Na+ sequestration and compatible solute synthesis are important processes for tissue tolerance. Mechanisms of osmotic tolerance remain unknown.
7. To benefit more from the new genomics approaches, molecular studies with plants grown in physiologically realistic conditions are needed.
Transgenic approaches for abiotic stress tolerance in plants: retrospect and prospects
Single action genes
Osmoprotectants
Detoxifying genes
Late embryogenesis abundant (LEA) proteins
Transporter genes
Multifunctional genes for lipid biosynthesis
Heat shock protein genes
Regulatory genes
Transcription factors
Signal transduction genes
Choice of promoters
stress inducible promoter
hsp promoters
rd29 and adh gene promoters
1. The use of transgenes to improve the tolerance of crops to abiotic stresses remains an attractive option
2. Options targeting multiple gene regulation appear better than targeting single genes.
prospects
3. An important issue to address is how the tolerance to specific abiotic stress is assessed, and whether the achieved tolerance compares to existing tolerance. The biological cost of production of different metabolites to cope with stress and their effect on yield should be properly evaluated.
4. A well focused approach combining the molecular, physiological and metabolic aspects of abiotic stress tolerance is required for bridging the knowledge gaps between short- and long-term effects of the genes and their products, and between the molecular or cellular expression of the genes and the whole plant phenotype under stress.
5. Thorough understanding of the underlying physiological processes in response to different abiotic stresses can efficiently/successfully drive the choice of a given promoter or transcription factor to be used for transformation.
signal transduction pathway as well as the expression of early and late genes in response to abiotic stress signaling.
Represents the overview of signaling pathway under stress condition. Stress signal is first perceived by the membrane receptor, which activates PLC and hydrolyses PIP2 to generate IP3 as well as DAG. ……These proteins affect the expression of major stress responsive genes leading to physiological responses.
Early and delayed gene expression in response to abiotic stress signaling. Various genes are triggered in response to stress and can be grouped under early and late responsive genes. Early genes are induced within minutes of stress perception and often express transiently. In contrast, various stress genes are activated slowly, within hours of stress expression and often exhibit a sustained expression level.
Archives of Biochemistry and Biophysics 444 (2005) 139–158
Archives of Biochemistry and Biophysics 444 (2005) 139–158
A generic pathway under salt, drought and cold stress
Archives of Biochemistry and Biophysics 444 (2005) 139–158
Involvement of different transcription factors in response to cold, salinity and drought pathways in the induction of stress genes
The complexity of the plant response to abiotic stress
Current Opinion in Biotechnology 2005, 16:123–132
Acquired plant stress tolerance can be enhanced by manipulating stress-associated genes and proteins and by overexpression of stress associated
metabolites.
植物根部对离子的选择性吸收
把吸收到地上部的Na+储存在根、茎基部、叶鞘等的薄壁细胞中，从而阻止Na+向地上部运输。
通过韧皮部将吸收到地上部的Na+向下运输，运回根部最后分泌到环境中。
芦苇
不同类型盐生植物的主要耐盐方式不同，但它们之间也存在许多共同点，比如均具有渗透调节、离子区域化功能等，只是不同植物中这种功能所起的作用大小不同而已。
植物的抗盐性是多基因控制的，决定了抗盐机制的复杂性。人们已从多种角度、多种植物上
对耐盐机理进行了探讨，因此目前没有一个统一的机理解释所有植物对盐的适应性。
参与植物耐盐的基因
3、使植物在盐土中加快生长的基因
根据功能分为三类：
2、控制盐分吸收、转运的基因
1、具有渗透调节或保护功能的基因
（三）植物抗盐的分子机制
1、具有渗透调节或保护功能的基因
含氮的可溶性溶质：如脯氨酸，甘氨酸甜菜碱。
可溶性糖：如蔗糖、棉籽糖。
直链多元醇：甘露醇、山梨糖醇、环多元醇。
与渗透调节物质合成有关的基因
保护性蛋白：包括胚胎发育晚期丰富蛋白（LEAs) 及与它相近的蛋白和干旱素。
这些蛋白随水分胁迫产生，在干旱后的恢复过程中起作用。但他们具体生化机制还不清楚。此外清除活性氧的酶类：包括SOD、CAT等在植物适应盐胁迫的环境中起重要作用。
起保护作用的基因：
2 控制盐分吸收、转运的基因
控制离子转运的膜蛋白：
离子通道和转运体
转运体的转运速率低于离子通道
SOS1, salt overly sensitive mutant1; HKT, high-affinity K+ transporter.
Schematic representation of Na+ transport in plant cells.
TRENDS in Plant Science V ol.10 No.12 December 2005
Na+外排基因- SOS1(salt overly sensitive )
高等植物Na+的外排机制：
主要与质膜Na+/H+反向转运器的活动有关。所需能量主要来源于质膜H+-ATPase 水解ATP释放的能量将H+从胞外泵入细胞，在质膜两侧产生质子电化学势梯度，促使Na+/H+反向转运器利用质子从胞外沿电化学梯度运往胞内产生的能量将Na+逆着浓度梯度排出胞外。
Schematic representation of Na+ transport in plant cells.
TRENDS in Plant Science V ol.10 No.12 December 2005
拟南芥SOS1基因：编码质膜Na+/H+反向转运器的基因
液泡
细胞核
叶绿体
SOS1
H+
Na+
H+-ATPase
H+
研究表明，SOS1的功能是装载Na+进入木质部或从木质部卸载Na+。
Schematic model for the function of SOS1 and HKT proteins in achieving Na+ exclusion in plants subjected to salinity stress
Current Opinion in Biotechnology 2010, 21:185–196
Na+区域化基因--- NHX1
液泡的Na+区域化机制：
由液泡膜上的Na+/H+反向转运器介导。此过程由液泡膜上的H+ －A TP ase 和H+ －PPase产生的跨膜电化学势差驱动，促使Na+逆着电化学势差区域化到液泡内。
研究表明Na+在液泡中的区域化是通过Na+/H+逆向转运蛋白完成的。
Na+/H+反向转运器（Na+/H+ antiporter）
Na+/H+反向转运器最早由Mitchell 及其合作者于1974年发现，是一类催化Na+（Li+）与H+交换调节胞内pH、细胞容积和胞质中离子平衡的膜蛋白，广泛存在于低等细菌到高等植物及人类细胞的细胞质膜及许多细胞器膜上。
已在许多种植物、藻类上检测到Na+/H+反向转运器活性，并且有些物种基因已克隆并定位,如拟南芥中的AtNHX1基因。
V-ATPase
H+
NHX
Na+
H+
质膜
液泡膜Na+/H+antiporter 参与盐分区域化
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
3、控制细胞和组织生长速率的基因
控制植物生长的基因涉及信号途径的基因包括感受器、激素、转录引子、蛋白激酶、蛋白磷酸酶及其他信号分子如钙结合蛋白等。这类基因同样作用于其他胁迫如干旱、低温等。ABA
CBF3/DREB
一些抗盐基因只是盐胁迫反应基因，并不有助于抗盐，相反他们的诱导可能反映盐损害。另一方面，目前大多数基因的研究还仅仅依据其表达模式，但许多基因可能不受盐诱导却在抗盐过程中起重要作用。
（四）盐胁迫的信号转导
1、1986年澳大利亚Munns等
盐分胁迫信号转导模式
耐盐突变体
限制Na+、提高K+内流的突变体
大豆排斥Cl-突变体
大麦烟草超积累Pro突变体
蕨类K+运输能力改变的突变体
2、盐胁迫信号转导途径
拟南芥sos突变体（mutant)
朱健康实验室：http:// https://www.wendangku.net/doc/0f13429305.html,/~jkzhu
国际知名的华裔科学家(Jian-Kang Zhu)，现任加州大学植物细胞生物学教授。
盐胁迫下水稻种子发芽特性及耐盐性评价
盐胁迫下水稻种子发芽特性及耐盐性评价 摘要在0g/L、6g/L、9g/L、12g/L、15g/L等5个NaCl单盐浓度下，对北方滨海稻区11个推广水稻品种进行了发芽率处理试验，结果表明：发芽率、芽长、根长、根数均随盐浓度升高而呈下降趋势。垦稻95-4芽期耐盐能力最高，为强耐盐品种，辽农21芽期耐盐能力最低。 关键词盐；水稻；发芽；耐盐性 盐碱土壤是制约农业生产的重要因素，目前我国盐碱土地面积约0.37亿公顷，面积相当于现有耕地的1/4。水稻属于不耐盐的甜土作物，而北方滨海盐碱地区土壤含盐量高，近几年由于淡水资源的严重短缺，极大地限制了水稻生产。培育耐盐品种，加快该区水稻发展，是当前盐碱地种稻面临的主要问题之一。如何从现有的优良水稻种质资源中筛选出耐盐强的品种，为耐盐育种提供亲本材料或直接应用于生产，对盐碱地的开发利用是最经济而行之有效的手段。该试验用不同浓度的NaCl单盐溶液处理不同粳稻品种，对供试品种的发芽特性进行了综合评价，为耐盐种质筛选及水稻生产提供了理论依据。 1试验材料与方法 1.1试验材料 目前供试品种为北方盐碱稻区推广的11个水稻品种，分别为津原45、津原47（天津市原种场），辽农21、辽粳28（辽宁省农科院水稻所），盐丰47-8、辽盐98、盐粳68（辽宁省盐碱地所），冀粳14、垦育16、垦优2000、垦稻95-4（河北省农科院滨海所）。 1.2试验方法 采用NaCl单盐溶液进行种子处理，NaCl浓度分别为0g/L（CK）、6g/L、9g/L、12g/L、15g/L 5个处理。将种子置于50℃恒温箱中高温处理48h，随机挑选饱满种子50粒，均匀置于铺有2层滤纸的直径9cm培养皿中，分别加入不同浓度的NaCl溶液10mL，2次重复，放入30℃恒温箱中发芽，至第10天记录种子发芽数。
水稻耐盐
中科院专家成功克隆水稻耐盐相关数 量性状基因 SKC1定位克隆图 中国科学院上海生科院植物生理生态所植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究员及其博士生任仲海、高继平等，与美国加州大学伯克利分校栾升教授及其助手李乐攻博士进行合作，在水稻重要农艺性状功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了与水稻耐盐相关的数量性状基因SKC1，并阐明了该基因的生物学功能和作用机理。相关论文已发表于国际顶级遗传学杂志《自然-遗传学》(Nature Genetics)。 林鸿宣研究员领导的研究组，多年来潜心于水稻耐盐数量性状基因的克隆研究，并取得了突破，成功克隆了盐胁迫下控制水稻地上部钾/钠离子含量的数量性状基因SKC1。该基因编码离子转运蛋白，耐盐品种与感盐品种之间存在四个氨基酸替换的自然变异，这是引起SKC1基因功能变化的分子基础。功能分析结果表明，该基因与离子长距离运输有关，控制盐胁迫下水稻地上部的钾/钠离子平衡，即维持高钾/低钠的离子平衡，从而增加水稻的耐盐性。为了更深入探明该基因的功能，林鸿宣研究员与栾升教授领导的两个研究组合作开展了SKC1的电生理功能分析研究，发现SKC1编码的蛋白是钠离子的特异性转运蛋白而不直接运输钾离子，钾离子含量的变化是由于钠离子竞争引起的；该蛋白定位于细胞膜上，在耐盐水稻品种中其功能活性明显强于感盐品种。 该研究得到国家科技部“十五”重大专项、国家自然科学基金委、上海市科学技术委员会和沪港安信分子生物科
学研究基金等的资助。“水稻高产等重要农艺性状相关功能基因研究”重大专项主要负责人之一、中国科学院国家基因研究中心主任韩斌研究员指出，由于我国近几年来对水稻功能基因组研究的大力支持，以及科学家们的不懈努力，我国在该领域取得了世界瞩目的成果。林鸿宣研究员及其合作者对水稻耐盐相关数量性状基因的克隆和功能研究是我国水稻重要功能基因研究所取得的突出成果之一，具有重要的学术意义和广泛的应用前景。
2012级微生物学复习提纲doc
复习资料 第一章绪论 1.用具体事例说明人类与微生物的关系，为什么说微生物既是人类的敌人，更是我们的朋友？ 2.微生物有哪些特点，它包括哪些类群? 3.为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人? 4. 微生物学发展的各个时期有哪些主要成就? 5. 微生物学的主要任务是什么?它包括哪些分支学科? 第二章纯培养和显微技术 1.名词解释：菌落，菌苔，纯培养。 2.从混杂的群体中分离特定的某一种微生物，需要哪些微生物技术和方法？简述其本操作特点。 涂布平板法、稀释倒平板法、平板划线法、稀释摇管法 3.试利用表格形式对各类显微镜在原理、样品制备和观察方面的异、同进行概括、比较。 第三章微生物的结构和功能 1.名词解释：芽孢，革兰染色法，鞭毛 2.根据细菌细胞结构的特点，分析并举例说明为什么它们能在自然界中分布广泛。 3.细菌、粘细菌、放线菌、霉菌、酵母在繁殖方式上各有什么特点？ 4.试绘出细菌细胞构造的模式图，注明其一般构造和特殊构造。 5.试述革兰氏染色的机制及其主要步骤，哪一步是关键?为什么? 6．试图示革兰氏阳性菌和阴性菌细胞壁构造，并简要说明其特点及成分 7.列表说明细菌、立克次氏体、衣原体、支原体的主要异同点。 第四章微生物的营养 1.微生物细胞是由哪些物质组成的?各自的含量约为多少? 2.微生物生长所需的营养要素包括哪些成分?各种成分有何生理功能?在培养基中的含量约为多少? 3.微生物营养类型有几种?各自的分类依据是什么? 4.简述光能自养、光能异养、化能自养及化能异养微生物的营养特点。 5．什么叫培养基?培养基分为哪几种类型?各种培养基在设计时应重点考虑哪些因素? 6. 选择性培养基为什么要加入不同的抑制剂?常用抑制剂可分为哪几种类型?作用原理是什么? 7. 琼脂与明胶各有何性质?作为固态培养基的凝固剂时各有何优缺点? 8. 试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点。 第五章微生物的代谢 1.简述微生物代谢的概念、类型及特点。 2.葡萄糖进入微生物细胞后在有氧、无氧条件下如何分解转化?产物是什么? 3.葡萄糖发酵的主要产物有哪些?简述酵母菌、大肠杆菌及乳酸菌发酵葡萄糖的产物种类与数量。 4.何谓呼吸?有氧呼吸与无氧呼吸有何异同?无氧呼吸有哪些类型?常见于哪些环境中?无氧呼吸对农业生产及环境有何影响? 5. 何谓初级代谢、次级代谢?简述二者的异同及关系,次级代谢产物可分为哪几大类,各有何作用?（黄雪） 6. 微生物细胞内的代谢调节通过哪几种途径进行?酶合成与酶活性调节各分为哪几种类型? 简述其调节机理。 7. 何谓操纵子?以乳糖操纵子为例说明酶合成的调节过程。 第六章微生物的生长繁殖及其控制 1.名词解释：细菌生长曲线，连续培养，同步培养。 2.测定细胞数量和细胞生物量的方法有哪几种?各方法的测定原理和特点是什么? 3.细菌的群体生长有何规律?生长曲线分为哪几个时期?各时期有何特点?不同生长时期产生的根本原因是什么?影响细菌代时的因素有哪些? 4.细菌在固体平板上生长有何规律?丝状真菌生长分为哪几个阶段?各阶段有何特点? 5.微生物生长的环境条件主要包括哪些因素?温度对微生物生长有何影响?按照微生物对温度的适应能力可将
水稻耐盐指标的测定方法
一、相对电导率的测定 1.4转基因植株相对电导率测定（南京农业大学王景艳） 将新鲜的对照及转化植株烟草叶片用300mmol/LNaCI胁迫处理4h,分别称取.02g各两份,各加5ml超纯水,用DDs一12数字电导仪测定电导率(所用的电极参数为.095)(RC),之后再放入沸水中煮沸15min以杀死植物组织,取出放在自来水中冷却10min,测定其煮沸电导率扭(Rc’),相对电导率为Rc/R c’xloo%(汤章成,1999). 2.8相对电导率的测定方法(湖南农业大学张亚州) 取相同部位的转基因植株叶片和非转基因植株叶片,用去离子水冲洗,再用洁净滤纸吸干表面水分"用剪刀剪成大小基本一致的叶片,各40片,分装在两个大试管中,每管20片，然后在装有叶片的试管中各加入20mL的去离子水,放入真空干燥箱中用真空泵抽气lh以抽出细胞间隙的空气或放在摇床上摇动3h使叶片沉入水底，然后将上述试管置室温放lh,期间不断摇动。lh后用电导仪测其初电导值(S1).测毕将各试管放入沸水浴中,以杀死植物组织.取出试管后用自来水冷却至室温,摇匀,测其终电导值(52).计算公式:相对电导率L=S,/52. 二、脯氨酸含量的测定 1、（华中农业大学万丙良） 游离脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸提取法。分别取0.5g新鲜叶片,加少量(2-3ml)3%磺基水杨酸研磨,磺基水杨酸最终体积为5ml.转入离心管中,沸水浴中提取10min。冷却后以3000rpm离心10min,取上清液待测。取2ml上清液,加2ml冰乙酸,2ml茚三酮,混匀后沸水显色60min,取出冷却后用4ml甲苯萃取,静置片刻,取甲苯相(粉红色)于离心管。3000rpm离心5min,然后在520nm波长处测定OD值.以甲苯为空白对照,在1-6μg/ml范围内作标准曲线。 2、华中农业大学彭英 胁迫处理后第4d取苗5株，-80℃保存以备测定叶片脯氨酸含量。脯氨酸含量测定按照Bates(1973)的方法稍作改动。称取约0.3g~0.5g的水稻叶片加入5ml3%磺基水杨酸溶液,冰浴研磨至匀浆,13000r/min4℃离心15min；吸取2ml上清液加入2ml冰乙酸和2ml2.5%酸性茚三酮(l..25g茚三酮溶于30ml冰乙酸和20ml6mol/L磷酸)显色液,沸水浴加热lh;置于冰上30min 终止反应;加入4ml甲苯后剧烈振荡数秒后,待分层后吸取红色萃取液,测定520nm处吸收值。以纯L一脯氨酸(AJINOMoTO)制作0-10μg/mL的标准曲线。
极端环境微生物的研究进展
[摘要]极端微生物通常分为六个类群：嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物。极端环境中的微生物为了适应生存，逐步形成了独特的结构和生理机能，以适应环境。因此，研究适应机理并利用其特殊生理机能具有重要的理论和实际意义，极端微生物能产生多种极端酶和其他生物活性物质，极端微生物资源的开发利用有着广阔的前景。 极端环境(extreme environment) 泛指存在某些特殊物理和化学状态的自然环境，包括高温、低温、强酸、强碱、高盐、高压、高辐射和极端缺氧环境等，适合在极端环境中生活的微生物称为极端微生物(extremophiles)( Margesin and Schinner，2001【1】； Rothschild and Mancinelli，2001【2】；骏等，2006【3】；敏和东秀珠，2006【4】)．海洋极端环境一般是指与正常海洋环境绝然不同的物理化学环境，主要包括海底热泉、海底冷泉和泥火山环境，其次还包括高盐度(卤水)、强酸化、缺氧和滞流等海洋环境。海洋极端微生物通常为化能自养生物(chemoautotroph)，在分类体系上属于细菌和古细菌类，生活在无光、无氧或少氧环境，能利用一些海底热催化反应过程中产生的还原性小分子(H2、H2S和CH4 等)合成能量进行有机碳固定和新代，具有独特的基因类型、特殊生态群落、特殊生理机理和特殊代产物，有些属于共生生物(endosymbiont)。 一、极端微生物的种类及其生理特点 1．1 极端嗜热菌（Thermophiles） 一般最适生长温度在90℃以上的微生物，被称做极端嗜热菌【5,6】。已发现的极端嗜热菌有20多个属，大多是古细菌，生活在深海火山喷口附近或其周围区域【7】。如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，8O℃以下即失活；德国的斯梯特(K Stette)研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的巴罗斯(J．Baroos)发现一些从火山喷口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中，嗜热菌的营养围很广。多为异养菌，其中许多能将硫氧化以取得能量。 1．2 极端嗜酸菌(Acidophiles) 一般指生活环境pH值在1以下的微生物，往往生长在火山区或含硫量极为丰富的地区。多为古细菌，其体环境保持pH值7左右。能氧化硫，硫酸作为代产物排出体外。嗜酸菌往往也是嗜高温菌。 1．3 极端嗜盐菌(Extremehalophiles)
食品微生物-名词解释
1、微生物:形体微小，结构简单，大多数肉眼看不到，必须借助显微镜才能观察到的一类低等生物的总称。 2、细菌:以二等分裂为主单细胞原核生物。无典型细胞核，只有核质体，无核膜、核仁、细胞器，不进行有丝分裂。 3、放线菌：是一类呈丝状生长以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌。 4、支原体：无细胞壁的原核微生物。因其细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，其细胞膜仍有较高的机械强度。 5、病毒：一类超显微的、结构极简单的、专性活细胞内寄生的、在活体外能以无生命的化学大分子状态长期存在，并保持其感染活性的非细胞生物。 6、噬菌体：寄生于微生物体内并引起寄主菌(细菌、放线菌、蓝细菌等原核微生物)裂解的一种病毒。 7、毒性噬菌体：感染寄主细胞后进行大量增殖并最终引起细菌裂解。 8、温和噬菌体：温和噬菌体感染寄主菌后不立即增殖，而是将其基因组整合到寄主菌的核酸中，并随寄主菌核酸的复制而复制，即为溶原状态。 9、溶源性细菌：染色体上带有温和噬菌体基因组的细菌，称为溶源性细菌 10、溶源性转变：噬菌体DNA整合到细菌基因组中而改变了细菌的基因型，使溶源性细菌相应性状发生改变。 11、酵母菌：是一类以出芽繁殖为主要特征的单细胞真菌的统称。 12、霉菌：是一些丝状真菌的统称。 13、L型细菌：指那些在实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。 14、原生质体：指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素等抑制新生细胞壁合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞。通常由G+细菌形成。 15、原生质球：经溶菌酶或青霉素处理后，还残留了部分细胞壁(尤其是G―细菌的外膜)的原生质体。通常由G―细菌形成。 16、芽殖： 17、菌落：将单个微生物细胞或多个同种细胞接种于固体培养基表面，经适宜条件培养，大量繁殖形成肉眼可见的细胞群落。 18、细胞壁：位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，质地坚韧，而富有弹性的构造。 19、LPS： 20、芽孢：某些细菌在其生长发育后期，细胞质脱水浓缩，在细胞内形成一个圆形或椭圆形,对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。 21、糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明粘液性胶状物质。 22、鞭毛：某些细菌在细胞表面着生有一根或数十根细长、波浪状弯曲的丝状物。 23、生长因子：指微生物生长不可缺少、本身又不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的微量有机化合物。 24、营养： 25、营养物： 26、碳氮比： 28、光能无机自养型菌：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长。 29、光能有机异养型菌：以光为能源，但生长需要一定的有机营养。
无机盐对微生物制原理
无机盐对微生物制原理
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无机盐对微生物的抑制原理 1 抑制原理 含盐废水主要毒物是无机毒物，即高浓度的无机盐。 有毒物质对废水生物处理的影响与毒物的类型和浓度有关，一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大类。 高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是通过升高的环 境渗透压而破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活动。 ①微生物在等渗透压下生长良好。微生物在质量为5~8.5g/L的NaCI溶液中，红血球在质量为9g/L的NaCI溶液中形态和大小不变，并生长良好；②在低渗透压（ρ（NaCI）=0.1g/L）下，溶液水分子大量渗入微生物体内，使微生物细胞发生膨胀，严重者破裂，导致微生物死亡；③在高渗透压（ρ（NaCI）=200g/L）下，微生物体内水分子大量渗到体外，使细胞发生质壁分离。
2 淡水微生物在不同盐度下的存活率 不同生活在淡水环境下或者淡水处理构筑物中的微生物接种到高盐环境下，仅有部分微生物存活。这是盐度对微生物的一种选择。将淡水微生物的存活率定义为100％，当盐度超过20g/L,其存活率低于40％。因此，当盐度超过20g/:L，一般认为用不同淡水微生物无法进行处理。 3 适盐微生物的分类与利用 耐盐微生物：能耐受一定浓度的盐溶液，但在无盐条件下生长最好，其生长也不需要大量无机盐。 嗜盐微生物：指在高盐条件下可以生长的细菌，其生长离不开高
盐环境。按照最佳生长盐度范围可以分为三类。 海洋菌：最佳生长盐度1～3％ 中度嗜盐菌：最佳生长盐度3～15％ 极度嗜盐菌：最佳生长盐度15～30％ 此图为部分适盐微生物形态的电镜图
极端环境微生物的适应机制及利用
极端环境微生物的适应机制及利用 摘要：极端环境微生物是指生活于极端环境中的微生物，它们定义了生命的边界。对极端环境微生物适应机制的研究以及新的极端酶的发现，使得解决工业生产的苛刻条件与蛋白酶易变性的矛盾成为可能。本文分别对嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌6 种极端微生物的适应机制和应用进行了总结。 关键词：极端微生物，适应机制，应用 随着人类对生存家园地球乃至整个宇宙的探索开发，人们对原本被视为生命禁区内的生命（极端环境微生物）产生了极大的好奇心。极端环境微生物( extremophiles)是指在一般生 物无法生存的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压、高辐射、太空等异常环境中生存的微生物群体的统称[1]，例如嗜热菌( Thermophiles )、嗜冷菌( Psychrophiles ) 、嗜碱菌( Alkali- philes)、嗜酸菌( Acidophiles) 、嗜盐菌( Halophiles)、嗜压菌( Piezophiles) 等。由极端环境微生物适应极端环境所形成的特殊生理特性以及代谢产物，在基础研究、环境保护、食品化工及医学等多个领域中都有巨大应用潜力。本文分别对嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌6 种极端微生物的适应机制和应用进行了简要概述。 1.嗜热微生物 一般把最适生长温度高于45℃的微生物称为嗜热微生物。另外，还可根据它们的最适生长温度将其划分为嗜热微生物（45℃-60℃）、极端嗜热微生物（60℃-80℃）和超嗜热微生物（>80℃）。目前发现的嗜热菌大都来自热泉、海底热液口、堆肥、火山等极端环境中，它们中大多数属于古细菌。目前发现的生命最高生存温度为121-122℃[2]。
水稻耐盐机理研究的重要进展
水稻耐盐机理研究的重要进展 水稻耐盐机理研究的重要进展 ——耐盐数量性状基因SKC1的研究 高继平，林鸿宣* （中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所，上海20003 2） 收稿日期：2005-10-20 基金项目：国家科技部(2002AA2Z1003);国家自然科学基金(30170571);上海市科学技术委员会(03DJ14016);沪港安信 分子生物科学研究基金。 作者简介：高继平(1968—)，男，博士研究生，助理研究员；林鸿宣(1960—)，男，博士，研究员，*通讯作者。 文章编号：1004-0374(2005)06-0563-03 土壤的盐渍化是限制农作物生长，造成作物减 产最严重的非生物胁迫之一。据统计，世界上的盐 碱地面积超过十亿公顷，其中，我国的盐碱土地面 积达到了一亿公顷。而在我国的现有耕地中，至少 有八百万公顷的土地由于不当的灌溉和施肥，导致 土壤中盐分积累，不同程度地影响了作物的产量。
通过遗传改良提高作物的抗逆性是解决这一农业问题的最有效途径之一。因此，需要从基因的角度认识自然界中作物耐盐的机制，这将有助于通过分子育种方法提高农作物抵御盐胁迫的能力，对未来农业的发展有着重要的意义。 水稻是全世界最重要的农作物之一，也是我国 最重要的粮食作物。水稻功能基因组的研究是国际上十分关注的领域，竞争非常激烈。我国近几年来加大这方面的支持力度，经科学家们的不懈努力，我国在水稻功能基因组研究上取得了世界瞩目的成果[1~2]。最近，我国在水稻重要功能基因研究中又取得了突破性进展，我们与美国加州大学伯克利分校栾升教授合作，成功克隆了与水稻耐盐相关的数量性状基因SKC1，并阐明了该基因的生物学功能和作用机理[3]。这对认识作物的耐盐机理以及育种改良均具有重要意义。 1耐盐相关的数量性状基因座(QTL) 作物的抗逆性和许多重要的农艺性状，如产 量、生育期等一样，由多个基因共同控制，性状 的表型表现为连续的分布，表型与基因型之间没有明确的对应关系，这样的性状称为数量性状。控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基
微生物生理学复习思考题(1)
《微生物生理学》复习思考题 第一章绪论 1. 微生物生理学的研究对象与范围有哪些？ 2. 巴斯德、科赫和弗莱明等科学家在微生物生理学的建立和发展中有哪些重 要的贡献？ 3. 微生物基因组学、蛋白质组学及代谢组学等技术的发展和完善对微生物生 理学的研究有何深远的影响？ 4. 微生物生理学的研究和应用对当今人类社会可持续发展有何重要意义？ 第二章微生物细胞的结构与功能 1. 试比较原核生物与真核生物的异同。 2. 请解释三域学说（Three Domain Proposal）。 3. 为什么将16S rRNA或18S rRNA作为生物进化的标尺？ 4. 试比较G＋与G－细胞壁的组成与结构。 5. DAP（diaminopimelic acid）、teichoic acid、DPA（dipicolinic acid）、LPS （lipopolysaccharide）分别是什么? 这些化合物分别出现在细菌细胞的什么结构中?有何功能? 6. 论述不同微生物细胞制备原生质体的原则与依据。 7. 生物膜结构的流动镶嵌模型的要点是什么？膜的流动性有哪些表现方 式？膜的流动性受哪些因素的影响？ 8. 解释细胞膜流动性和不对称性及其生物学上的意义。 9. 试比较细菌质膜—间体系统与真菌内膜系统生理功能。 10. 以大肠杆菌为例，说明原核生物核质的特性。 11. 简述真核生物染色体的组成和结构。 12. 线粒体由哪几部分组成？各部分主要与哪些代谢反应有关？ 13. 化学渗透学说的主要论点是什么？ 14. 说明溶酶体和微体的结构与功能。 15.请解释下列名词：流动镶嵌模型、生物膜的相变温度、L型细菌、小菌 落突变
第七组.大肠杆菌耐盐性测定
第七组（自主设计实验）大肠杆菌耐盐性测定 一实验目的 1.了解不同钠离子浓度对大肠杆菌的生长影响。 2.巩固无菌操作技术。 二实验原理 根据微生物对氧的需求，可把微生物分为需氧微生物和厌氧微生物量大类。在半固体深层培养基管中，穿刺接种上述对氧需求不同的细菌，适温培养后，各类细菌在半固体深层培养基中的生长情况各有不同。大多数细菌的繁殖速率很快，在合适的条件下，一定时期的大肠杆菌细胞每20min分裂一次。将一定量的细菌转入新鲜液体培养基中，在适宜的条件下培养细胞要经历延迟期，对数期，稳定期和衰亡期四个阶段。以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数或生长速率为纵坐标作图所绘制的曲线称为该细菌的生长曲 线。不同的细菌在相同的培养条件下其生长曲线不同，同样的细菌在不同的培养条件下所绘制的生长曲线也不相同。 测定微生物的数量有多种不同的方法，可根据要求和实验室条件选用。本实验采用比浊法测定，由于在一定的范围内，微生物细胞浓度与透光度成反比，与光密度（OD值）成正比，因此可利用分光光度计测定菌悬液的光密度来推知菌液的浓度，并将所测的OD值与其对应的培养时间作图，即可绘出该菌在一定条 件下的生长曲线，此法快捷、简便。 三实验器材 1.菌种︰大肠杆菌； 2.培养基︰牛肉膏蛋白胨液体培养基； 3.其他︰培养皿、移液管、水浴恒温培养箱、试管、接种环、无菌水、分光光度计、不同浓度的钠离子等。 四实验步骤 1.取培养18~24小时的大肠杆菌一支，加入4.5ml的无菌水，用接种环将菌苔轻轻刮下，震荡，制成均匀的菌悬液。 2.取6只试管，标注好离子浓度和离子成分，分别加入一定量的牛肉膏蛋白胨液体培养基。
含盐工业废水生化处理耐盐污泥驯化及其机制
高盐污水生物处理技术 1 高盐废水产生途径 1.1海水代用排放的废水 所谓海水代用就是将海水不进行淡化处理而直接替代某些场合使用的淡水资源。 在工业上，海水可以广泛的用作锅炉冷却水，应用到热电、核电、石化、冶金、钢铁厂等行业上。发达国家年海水冷却水用量已经超过了1000亿m3。目前我国海水的年利用量为60多亿m3。青岛电厂1936年就开始将海水作为工业冷却水，至今已经有60多年的历史。目前，青岛市电力、化工、纺织等行业的12家临海企业，年用海水8.37亿m3。天津年利用海水达到18亿m3。此外，秦皇岛热电厂、黄道热电厂和上海石化总厂等70多家临海火力发电、核电、化工、石化等企业均已不同的方式直接利用海水。对于印染、建材、制碱、橡胶以及海产品加工等行业，海水还可以作为工业的生产用水。 城市生活用水。在城市生活中，海水可以替代淡水作为冲厕水。目前香港海水冲厕的普及率高达70％以上，未来计划普及率提高到100％，并因此成为世界上唯一以海水作为冲厕水的城市。而在大连、天津、青岛、烟台等城市的个别单位，也有采用海水冲厕的实践，但规模较小。 1.2工业生产废水 一些行业，如印染、造纸、化工和农药等，在生产中产生高含盐量的有机废水。 1.3 其他高盐废水 船舶压舱水 废水最小化生产中产生的污水 大型船舰上产生的生活污水 2 无机盐对微生物的抑制原理 2.1 抑制原理 含盐废水主要毒物是无机毒物，即高浓度的无机盐。 有毒物质对废水生物处理的影响与毒物的类型和浓度有关，一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大类。
高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是通过升高的环境渗透压而破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活动。 ①微生物在等渗透压下生长良好。微生物在质量为5~8.5g/L的NaCI溶液中，红血球在质量为9g/L的NaCI溶液中形态和大小不变，并生长良好；②在低渗透压（ρ（NaCI）=0.1g/L）下，溶液水分子大量渗入微生物体内，使微生物细胞发生膨胀，严重者破裂，导致微生物死亡；③在高渗透压（ρ（NaCI）=200g/L）下，微生物体内水分子大量渗到体外，使细胞发生质壁分离。 2.2 淡水微生物在不同盐度下的存活率 不同生活在淡水环境下或者淡水处理构筑物中的微生物接种到高盐环境下，仅有部分微生物存活。这是盐度对微生物的一种选择。将淡水微生物的存活率定义为100％，当盐度超过20g/L,其存活率低于40％。因此，当盐度超过20g/:L，一般认为用不同淡水微生物无法进行处理。 3 适盐微生物的分类与利用 耐盐微生物：能耐受一定浓度的盐溶液，但在无盐条件下生长最好，其生长也不需要大量无机盐。 嗜盐微生物：指在高盐条件下可以生长的细菌，其生长离不开高盐环境。按照最佳生长盐度范围可以分为三类。 海洋菌：最佳生长盐度1～3％