海洋蓝细菌生物固氮的研究进展.pdf

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1、第20卷第3期地球科学进展Vol.20No.32005年3月ADVANCESINEARTHSCIENCEMar.,2005文章编号:100128166(2005)03203122083海洋蓝细菌生物固氮的研究进展1,21侯建军,黄邦钦(1.近海海洋环境科学国家重点实验室,厦门大学环境科学研究中心,福建厦门361005;2.湖北民族学院医学生物化学教研室,湖北恩施445000)摘要:海洋生物固氮是海洋中氮循环的重要过程,其对海洋吸收CO2有着重要的影响。海洋固氮蓝细菌的种类和数量也有待进一步探明。现

2、今的研究已表明,蓝细菌对海洋的氮平衡和生物生产有着重要的贡献。从海洋生物固氮的研究现状和研究方法着手,阐述了海洋生物固氮的意义,并重点对影响海洋生物固氮的因素、海洋蓝细菌生物固氮的生物化学和分子生物学机制等研究方面做了细致的综述,在此基础上提出了海洋生物固氮方面有待深入研究的科学问题,旨在为海洋生物固氮及氮的生物地球化学研究提供基础资料。关键词:蓝细菌;固氮;氮循环;检测方法;影响因子中图分类号:Q178153文献标识码:A[2]生命的维持和延续不仅需要能量,而且还必需海洋生物可以自行制造它们本身

3、所需的氮。各种物质,其中,蛋白质和核酸是构成生物体的主要[1]1海洋中蓝细菌的固氮研究现状成分,而氮是构成蛋白质和核酸的重要元素。生态系统的氮循环是气体型的生物地球化学循环蓝藻的种类有1000多种,其中有固氮能力的[2](biogeochemicalcycle),固氮是其重要过程。迄不过20余种。它们含有叶绿素,能进行光合作用。今已知的能固氮的生物多属于原核生物,固氮生物多数固氮蓝藻是水生植物,每年能固氮25~100kg/2[3,5]分为2大类:①能独立生存的自生型固氮微生物,分hm,早先对单细胞

4、蓝细菌的固氮功能及大洋中为细菌和蓝藻两类;②与其他植物或动物共生的共其他自养和异养生物群落基本功能和特征知之不生型固氮微生物。陆生和水生植物以氨和硝酸盐的多。目前应用经典的微生物学、生理学和分子生物形式吸收氮,将它转化为氨基酸或核酸,然后又转化学技术,已经描绘出一幅日益复杂的关于大洋中固[1,2][3]为消费者动物的相关成分。氮循环在生态系统氮微生物类群组成及其作用的图景。1961年发中是一个相当完全的自我调节系统,形成动态平现的束毛藻(Trichodesmium)是目前固氮量最大的一[2~4][

5、2]衡。溶解在海水中的氮如何被生物体利用的问种群体海洋细菌。Zehr等在海水中发现一些具题曾困扰海洋学家达数十年之久。科学家发现了一有固氮作用的单细胞蓝细菌,并在实验室及海水中些海洋细菌可以固定大气中的氮。陆生植物获取氮观察到这些细菌能进行固氮作用。这些细菌分属于的方式是通过与其共生的细菌所进行的固氮作用来具有光合作用能力的cyanobacteria(蓝细菌,俗称蓝将氮气转换成可利用的固定氮(fixednitrogen)。而绿藻),及proteobacteria(蛋白细菌),也许还有更多[2,3,

6、5]溶解在海洋中的氮气也很多,因此当时科学家推测,不同科的细菌尚未被发现。3收稿日期:2004203209;修回日期:2004207221.3基金项目:国家重点基础研究发展规划项目“东黄海生态系统动力学及生物资源可持续利用”(编号:G1999043706);国家自然科学基金项目“近岸海域超微型浮游植物的生物多样性研究”(编号:40076031);国家教育部优秀青年教师资助计划项目“中国亚热带近海微型生物多样性及其生态过程研究”资助.作者简介:侯建军(19672),男,湖北恩施人,博士,教授,主要从

7、事分子生态学研究.E2mail:hjj6681@163.com通讯作者:黄邦钦(19642),男,福建人,教授,博士生导师,主要从事海洋生态学研究.E2mail:bqhuang@jingxian.xmu.edu.cn©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第3期侯建军等:海洋蓝细菌生物固氮的研究进展313[14,15]目前对自养的固氮蓝细菌如束毛藻已有很好的能检测其生物固氮活性。[6]15工作基础。使用N示踪技术

8、和乙炔还原法等方编码与固氮相关蛋白的固氮酶基因是高度保守法证实了红海束毛藻(Trichodesmiumerythraeum)和的,以通用的nifH(编码固氮酶的Fe蛋白组分)为薛氏束毛藻Trichodesmiumthiebautii的固氮能力,推引物,通过PCR技术扩增DNA片段进行测序,可检[16]测在束毛藻的其他种类如T.tenue、T.contortum和汉测固氮酶基因的存在。使用这种方法已成功地氏束毛藻(T.hildebrandtii)也存在固氮能力。研究分析了采自不同海域

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