光合作用对生物的重要性范文

光合作用对生物的重要性篇

光合细菌的特性

光合细菌都富含菌绿素和类胡萝卜素,

在光照下能利用硫化氢、硫代硫酸盐、分子氢或其他还原剂,

把二氧化碳还原成有机物,

经细菌型光合作用,

将还原成有机营养物,并能固定大气中的氮。目前所知,所有的厌氧性光合细菌都能光合自养生长。

同时这些细菌也能利用有机物进行异养生长。

含有较高的优良蛋白质,维小笼包作文生素和生物素含量也比较丰富;菌体的脂类成份含有大量的叶绿素、类胡萝卜素和辅酶。叶绿素和类胡萝卜素对养殖生物的健康生长,

增强对疾病的抵抗力有很大的益处。辅酶是与生命活动有重大关系的生理活性物质,中的含量特高,是酵母的倍。

光合细菌应用现状

光合细菌由于其生理类群的多样性,

碳、氮代谢途径和光合作用机制的独特性而受到人们的关注。多年来,

光合细菌被作为研究光合作用以及生物固氮作用机理的重要材料。近一二十年中,对光合细菌的应用研究也获得了很大的进展。

研究表明,光合细菌在环保、农业、水产养殖、医药等方面均有较高的应用价值。下面着重就光合细菌目前的开发应用动态作一概述。

.利用光合细菌处理高浓度有机废水

光合细菌在污水处理中的应用始于年代。当时,

日本科学家小林正泰等人发现高浓度有机废水在自然界的自净过程是不同营养级的微生物群生态演替的结果,光合细菌在此过程中起着十分重要的作用[],并首先开展了用光合细菌法处理有机废水的研究。近些年来发展起来的光合细菌处理法,

则是一种以红假单胞菌为主,管理简单,降解率高的废水处理系统。

能以不同的有机酸和醇类等有机化合物作为光合作用的供氢体和碳源,并具有较强的分解和去除有机物的生理特性。

与目前广泛应用的生物处理废水系统如活性污泥法、生物膜法和厌氧法相比,

在自然光照和微量好氧条件下,可以直接对各种高浓度有机废水进行高效率的处理,并且在处理前不需对废水进行稀释。具有节约电能、水源、设备及运转费用等优点,菌体污泥可综合利用,

作为鱼和家畜的饵料,不造成二次污染。

.光合细菌在食品、医药保健中的应用

一般而言食品着色剂广泛使用焦油类的合成色素,由于这类色素有微毒性和致癌性,世界各国控制该种合成色素的使用,

并迫切希望以天然色素取而代之。光合细菌的色素无毒,易提取,色彩鲜艳,我的奇思妙想作文400字四年级

有光泽,且具有防水性。除黄色外,特别是红色素等则缺乏有用的色素资源。

光合细菌富含类胡萝卜素,

是天然红色素的重要来源,

目前已经广泛用于油脂类、豆制品、蔬果类以及饮料等的着色。

光合细菌在医学业中也具广泛应用前景。光合细菌内富含类胡萝卜素和族维生素及活性物质,具有许多生理活性:抗氧化作用、调脂作用、抗肿瘤作用、免疫活性;光合细菌没有毒性,对生殖生长有促进作用。

研究者对光合细菌制药方面进行了不少的研究。刘继彪等用菌液发酵中药,制成了口服液、冷冻干燥产品等中药制剂,该制剂能够纠正机体内环境微量元素平衡紊乱,

促使癌细胞向正常细胞转化并最终全部恢复成正常细胞,对恶性肿瘤治疗有较显著的疗效,

并申请了国家专利[]。

.光合细菌应用于水产畜牧养殖

日本是最早将光合细菌应用于水产养殖的国家。

由于光合细菌的菌体无毒,营养丰富,具有固碳、固氮的功能,且在自然界的硫循环中担任重要角色,

因此在农业上,能够改善植物根基土壤的营养,提高土壤肥力,增强植物的抗病力。夏清等人研究指出光合细菌菌液可增强甜椒光合速率和过氧化氢酶活性,

增加叶绿素含量,进而增产。

在禽畜饲养上,光合细菌富含辅酶,能够促进动物的生长,

可提高畜禽出肉率和产蛋率,以及强健体质、提高抗病能力。薛志成等通过添加光合细菌使不同生理时期及患胃肠病奶牛症状消失,恢复产奶,经济效益明显[]。

光合细菌还可以提升种子发芽率、成苗率;改良作物品质、修复土壤;

防治病虫害等。

在水产养殖上,光合细菌可作为养鱼饲料添加剂,作为养鱼和小型甲壳动物的饵料,

防治鱼病、净化养殖水质。光合细菌作为养殖水质净化剂在国内外已经进入生产性应用阶段。付保荣等研究表明鲤鱼养殖水中投放一定量的光合细菌,能明显去除水中有机物和+-,增加的含量,

稳定值,同时使杂藻和有害菌含量减少。

若将光合细菌固定,则抑制水体富营养化效果更好。

.光合细菌应用于新能源

早在年,最早报道了在黑暗中释放氢气的现象。年,

在“”上首次报道了光合细菌具有在光照厌氧条件下转化有机物产生氢气的特性。目前研究较多的是深红螺菌,

它可用有机废料作原料进行光合产氢,

又由于其细胞含有大约%的蛋白质和大量必需的氨基酸和维生素,所以在光合产氢的同时,

还可以得到单细胞蛋白,

也可结合有机废水的处理,所以,可谓一举三得,具有重要的经济价值。

随着能源危机的进一步持续,美、德和日等国相继制订了氢能发展规划。我国也把光合生物产氢研究纳入国家“”计划和“”计划。随着其研究及相关学科的迅速发展,

光合生物产氢技术作为一种极具潜力的生物产氢技术必将走向应用化[]。

光合细菌应用的前景

光合作用对生物的重要性篇

随着素质教育改革的不断深入,教学效果已经越来越成为评定教学质量的一个重要的因素在生物教学中,实验起着补充理论课堂缺陷,以实现提升学生探究精神和培养学生生物学科素养的作用因此,

在生物教学实践当中,教师应当有意识的提高实验在教学中的比重本文主要借助于光合作用产物章节,浅谈实验教学在生物教学中的作用

一、重现经典实验

光合作用章节是初中生物中的一个重点的章节内容,因此,

教师应当给于极高的重视具体的教学实践时,教师可以先将光合作用的概念抛给学生,然后再引导学生跟随科学家的脚步,进入光合作用的发现过程这就需要教师通过教材或者相关权威资料,

明确光合作用发现时,所具备的原料、条件以及产物等等,

然后带入学生走进实验室开始探索光合作用的产物之旅当然,真正实现当时的条件是不现实的,这就需要教师积极借助多媒体技术,向学生展示当时发现这一作用的生物学家,例如海尔蒙特、普利司特里,

所使用的相关实验器材,以及后续科学家所进行的改进实验等等,

如图:[,

#]让学生在一种直观的视觉冲击之下,

形成对光合作用产物的感性认知这样一种再现经典实验的形式,

不仅能够将理论知识具象化同时,这种实验室教学模式,让学生摆脱了枯燥课堂,

对于提升他们学习生物的兴趣来讲也是具有非常大的作用

二、培养学生的生物思维

学科思维是学生从感性认识上升到理性认识的进步教师要想提高生物教学的效果,

就必须将学生对于生物这门学科的思维培养出来而要实现这一教学目标,教师可以通过让学生在再现的经典实验中深入观察,并对光合作用中所发生的各种现象加以对比和分析,从而将这种思维逐步地建立起来具体的可以遵循以下几个原则

第一,

对比性原则对比性实验是生物实验中较为常用的一种实验类型在探究光合作用产物的实验当中,教师可以让学生分析海尔蒙特实验中的对比因素和不变因素,然后根据教材中光合作用实验的变量控制,找到海尔蒙特所忽略的因素

第二,

可重复性原则“光合作用到底产生了什么?”,对于这一命题的回答并非一蹴而就的,

而是在不断地质疑和提问中最终得出现在的结论教师在引导学生探索光合作用产物的过程中,应当让学生积极参与到实验失败的原因分析当中,以培养学生敢于质疑,耐心重复实验的学习品质

第三,科学性原则在科学家探究光合作用产物的进程中,

其实验的方法和步骤也是越来越科学和严谨本着这一原则,

教师就可以让学生开始自己的探索实验虽然学生不可能如教材中有那么严密的实验方案,但是他们的实验科学思维会得到不断的锻炼

第四,

单一变量原则在为学生再现恩格尔曼的实验中,

教师可以向学生抛出在比较前一阶段的实验中,本次实验能够得到哪些心的结论,实验的精妙之处在那里,以及实验中是否存在对照等问题学生只有将这些问题回答出来,

才能够真正明确控制单一实验变量的作用,

才能够真正在自身的实验中实际运用这一原则

教师在实验中引导学生明确并把握这些原则,

对于学生实验思维的建立来讲具有非常重要的意义同时,这一实验性教学还能够让学生形成开拓进取、勇于创新的学习习惯尤其是在跟随光合作用产物的一步一步的探究实验中,更能够让学生体会到一味的按照科学的实验步骤,

往往会辖制人的思维,

这对于发现重要的成果来讲是一个非常大的障碍因此,必须具备敢于开拓进取、锐意创新的精神,才能够在原有认知上有重大的突破而实验性教学正能够为学生实现自我的突破和创新提供了一个科学的平台,让学生在自我的批判和否定中,发现自身学习生物的盲区,

从而不断提升生物这门学科学习的兴趣

三、培养学生的生物学科技能

学生在生动的经典再现和实践中,对于生物实验的认知完成了由感性认识到理性认识的升华,但是生物教学的根本性目标是让学生所学习的生物理论知识被实践到生活当中,完成由理论学习到服务实践的最终目标尤其是在这样一个科学技术越来越成为世界各国竞争优势的重要手段的今天,教师必须以培养学生的生物学科技能为生物教学的根本宗旨因此,

教师在讲述光合作用产物这一章节的内容时,

应当积极地将这一理论知识与我们周围的生活环境联系起来例如,

在水草生长比较好的河边,就地取材,

让学生利用自身的光合作用的知识,搭建简易的探究光合作用的实验室实验的主题可以是验证光合作用产物中是否具有氧气,

是否存在淀粉这样一来,学生能够通过自身的实践去探究产物,不仅能够复习之前的生物知识――淀粉的检验、氧气的检验等等,还能够加深对于光合作用产物的理解和掌握同时,

实验中学生的相互合作和探讨,对于激发学生的学习探究欲望,

增强他们学习生物的信心等层面,也是具有非常重要的意义的并且,实验教学除了弥补课堂教学的不足以外,

还锻炼了学生的动手操作能力,对于培养学生的生物学科技能上来讲是非常有必要的

光合作用对生物的重要性篇

关键词:农业科技;光合细菌;

生态农业

我国是农业大国,农业不仅仅是我国第一产业,更是我国的立国之本。改革开放以来,

我国的农业得到快速发展,农业科技水平不断提高,农产品产量持续增长,产品种类不断丰富。然而与此同时,

伴随着工业化的不断发展和人口的持续增长,工业生产和人们的生活排放也开始对农业种植环境造成污染,发展生态农业成为促进农业可持续发展的根本途径。

发展生态农业离不开农业科技水平的提高。在这其中,关于光合细菌的研究成为近几年的热点。光合细菌(,

简称)具有原始光能合成体系的原核生物的总称。

光合细菌在自然界中分布非常广泛,凡是光能所及之处,如海洋、江河、湖泊、池沼、土壤、水田、极地或温泉高盐水体等各种生境中均能发现它们的踪迹[]。

光合细菌是微生物中一类可以利用太阳能生长繁殖的特殊类群,

可以利用硫化氢、二氧化碳等进行光合作用,由于能够广泛应用于环境污染治理和可再生能源利用等多个方面,成为微生物学、农学、环境科学等多个领域的科学家研究的焦点[]。

我国对于光合细菌的研究历史及现状

我国对光合细菌的研究起步较早,早在年,陈世阳等[]就对海洋光合细菌的培养及作为水产养殖饲料的应用进行了研究,其研究首次提出了光合细菌作为饵料生物的研究价值。

随后史家梁等[]尝试使用光合细菌处理高浓度有机废水,取得了不错的效果。早期对于光合细菌的应用研究主要集中于有机污染的处理及作为饲料添加剂包括家禽、家畜及水产品等多种饲料添加剂中的应用。为了较好地发挥光合细菌的作用,

制备合适的菌剂也是早期的研究热点,刘春朝等[]对光合细菌菌剂的生产工艺及生长动力学进行了研究,战培荣等[]研究了海藻酸钙、琼脂、聚乙烯醇等几种不同的光合细菌固定化包埋剂的优缺点以及对除氨活性的影响。同时随着光合细菌的应用价值不断被人们所了解,

对于光合细菌的基础研究也在不断开展,王宇新等[]研究了光合细菌的生长动力模型,崔武等[]研究了光合细菌嵌合基因的构建问题并尝试了其在高等植物中的整合及表达,葛岚等[]从细胞分子遗传学的角度对光合细菌与酵母菌的融合及产物进行了研究。进入世纪以后,

随着生物学愈发被人们所重视,对于光合细菌基础研究和应用研究逐渐成为热点,通过万方数据库以“光合细菌”为关键词进行搜索我们可以看到(图-),年以前每年关于光合细菌发表的研究论文及学位论文都只有个位数,

年开始关于光合细菌的研究论文开始增长。从研究领域来看(图-),对于光合细菌的研究主要集中在农业科学、环境科学、生物科学及工业技术等几个领域,其中在农业科学中的研究和应用最为研究人员所关注,

成为发展农业科技和建设生态农业的一项重要的技术手段。

光合细菌技术在生态农业领域应用

由于光合细菌可以利用有机物合成植物所需的养分,

并生产促生长因子,激活植物细胞的活性,提高植物光合作用的能力,

因此可以提高农作物的产量[]。光合细菌在其生长过程中还可以降解和利用化肥和农药,达到降低污染、改善农业生态环境的效果,同时其代谢产生的有用分泌物质成为其他微生物生长的营养及原料,

从而促进形成一个复杂而稳定的微生物系统,

起到抑制病虫害发生的作用[]。光合细菌在生态农业领域应用广泛,

是一项非常重要的农业科技技术,以下是光合细菌技术在生态农业领域应用较多并且取得了较好的成果几个方面。

.光合细菌用于改善土壤理化性质

在农业生产过程中,

由于长期施肥和使用农药会造成土壤质量的下降,而光合细菌可以显著促进土壤中放线菌、异养细菌、固氮菌、氨化细菌和硝化细菌的生长,而抑制反硝化细菌数量[],细菌的增加对于土壤可给性氮素和磷素的增加是有利的:放线菌的增多有利于土壤中有机质分解和抗菌素及激素类物质的增加,对各种病原菌起一定的抑制作用。

固氮菌的增殖能促进微生物的自生固氮作用,有利于增加土壤含氮量,从而提高土壤的肥力。光合细菌对过氧化氢酶、脲酶,转化酶、碱性磷酸酶、蛋白酶等多种土壤酶活性均有明显的促进作用[]。

同时光合细菌在进行光合作用的过程中能有效地固定大气中的,从而提高土壤氮素水平。而且,光合细菌还能促进土壤物质转化,同时改善土壤结构,

促进植物根系发育,使种植系统能够进行高效的良性循环,达到高产效果。李俊峰[]等研究表明,

光合细菌可以改善表层土壤的疏松程度,提高土壤有机质含量,

增加土壤中全氮和全磷的含量,对土壤起到良好的修复作用。

此外,光合细菌能有效地降解土壤中的残留农药、、有机氨类等有毒化合物,缓解由于大量无机肥料与化学农药的使用造成的土壤残留农药毒害、土壤盐化、板结严重、土壤肥力衰竭等问题。光合细菌利用太阳热能或紫外线将土壤中的硫氢和碳氢化合物中的氢分离出来,

变有害为无害,并和、氮等合成糖类、氨基酸类、维生素类、生物活性物质(激素)等,

培肥土壤[],

从而减少有毒物质在农作物中的积累,

对土壤起到解毒、净化作用,

保证农产品质量。

.光合细菌用于提高种子发芽率、出苗率

光合细菌发酵液中含有多种生理活性物质,如叶绿素、叶绿素、类胡萝卜素、多种维生素、多种植物激素和核酸、水杨酸、多种氨基酸以及单细胞蛋白质等物质,这些物质能促进种子发芽,打破种子休眠。

钱森和等[]采用玉米种子作为材料,

研究了不同浓度的光合细菌()浸种对种子发芽率、发芽势、叶绿素等的影响,研究表明采用菌液浸种,可以显著促进玉米种子的萌发和生长,

提高叶绿素和可溶性糖的含量。马文丽等[]用测验显示,光合细菌稀释上清液处理对黑小麦种子萌发率有显著的激活效应,经过光合细菌处理过的种子,

其发芽势及发芽率均高过未经处理的,大大提高了种子的发芽率。

相关研究还表明多种蔬菜种子如辣椒、茄瓜、番茄种子经光合细菌发酵液处理后,成苗率明显提高,茎秆粗壮,

叶色浓绿,根系更加发达[]。采用光合细菌育苗,提高了农作物幼苗的品质,

减少农民耕作成本,从而促进农民增产增收,提高农民的生活水平。

.光合细菌用于促进作物生长及产量

植物的光合作用是借助于光能,通过光合磷酸化作用,

合成能量和还原力,再通过羧化酶进行的还原,

合成有机物。而施用光合细菌可以提高叶绿素含量,增加羧化酶的活性,因而促进了植物的光合作用和光呼吸作用,这是光合细菌增产的基础所在。

羧化酶是一种双功能调节酶,能够调节光合作用,经处理后从而提高了光合效率,

使植物生长加快,积累物质增多。

同时光合细菌在自然界具有和其他菌类广泛共生关系,

大大提高了其固氮、固碳能力。

光合细菌增殖分泌的氨基酸、核酸等活性物质促进水稻根系生长,对叶片生长、花芽形成、稻粒的形成及干物质积累也有显著作用[]。研究表明,将含有光合细菌的肥料在水稻穗分化后使用,

对水稻有一定增产效果,对产量结构性状的促进作用主要是提高结实率,实粒数也有所增加而千粒重增加很少[]。

史清亮等[]使用含光合细菌的不同剂型对水稻和玉米两种作物进行了肥效比较试验,结果表明施用菌剂的不同制剂对水稻和玉米均有明显效果,其中可以提高水稻叶绿素含量.%,提高玉米叶绿素含量.,增加光合作用效果.%。

同时菌剂对两种作物的固氮能力有明显影响,根际土、水稻提高.%-.%,玉米提高.%-.%。叶绿素含量的增加有利于提高植物光合作用,而根际固氮活力的提高,

则可以增加植物的根际养分,

最终使两种大田作物增产.%-.%。吴国恩等[]曾报道小麦施用光合细菌后,叶面积增大、穗长增加,公顷穗数平均增加万个,每公顷增产.%。

光合细菌还可以明显提高农作物地上部分的含水量,

由于含水量的增加,

使叶菜类的品质更加细腻、鲜嫩,单位重量增加,产品质量提高。实验结果还表明,光合细菌能明显降低农作物地下部分的含水量,

从而使根部纤维含量增多,

维管组织发达、根毛密集,

有壮苗作用,该作用对植物抗倒伏具有重要的意义,同时又增加了植物根的吸收能力[]。

.光合细菌用于提高植物抗逆性、抗病性

光合细菌含有抗细菌、抗病毒的物质,它在光照及黑暗条件下均有钝化病毒致病力的能力及抑制病原菌的能力。相关研究表明,施用光合细菌的土壤中放线菌和丝状真菌的比值增大,

放线菌成为优势菌群,产生抗生素和激素,使丝状病原真菌的生长受到抑制,

从而达到清除、防治由丝状真菌引起的植物病害[]。此外,

光合细菌本身就有抑制其它有害菌群以及病毒的能力。

.光合细菌在水产养殖业上的应用

目前的水产养殖方式以高密度塘养为主,大量鱼、虾等水产动物的排泄物及残饵积聚池底,使养殖水环境恶化,动物生长受到抑制。

传统上采用换水的方法来解决此问题,

但频繁换水不仅不易保持水中最适微生物区系,

而且成本较高,污染环境,不利于水产养殖业的可持续发展。目前,

光合细菌广泛应用于海、淡水鱼类、虾类及贝类等的养殖、育苗,它能吸收利用有机质和氮、磷等物质[,],

消解硫化物。减少水体污染物,降低发生有毒分解产物的机会,与微生物共同作用,

高效率地降解废水中的有机物,同时还能调节水体的值在适宜的范围内,增加水体中溶解[]。

光合细菌菌体无毒,营养非常丰富,

含%以上的蛋白质,并富含多种维生素,特别是、叶酸、生物素的含量是酵母的几千倍,另外还含有生长促进因子,是一类营养价值高且成分较全的细菌,

作为饲料添加剂在水产养殖领域具有明显的增产效果[]。

.基于光合细菌的有效菌群()技术

有效菌群()是由光合细菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌等属余种微生物复合而成。是一种活菌制剂,着眼于强身固体,

通过改善植物体内及环境微生态而发挥作用。醋酸杆菌是氮素合成中具代表性的微生物,它从光合作用微生物中摄取糖类固定氮,

然后将固定的氮一部分供给植物,另一部分再还给光合细菌,

形成好气性和嫌气性细菌的共生结构;放线菌将光合细菌生产的氮素作为基质就会使放线菌增加,各种各类的放线菌,

具有抗生物质,

能直接抑制病原菌。通过放线菌分解的物质容易被植物吸收,可增强动植物对病害的抵抗性和免疫性;乳酸摄取光合细菌生产的物质,

分解在常温下不易分解的木质素和纤维素,使未腐熟的有机物发酵,

转化成动植物有效的养分;

酵母菌可产生出促进细菌分裂的生物活性物质,同时酵母菌还对促进其它有效微生物增殖的基质(食物)的生产起着重要作用。

所生产的单细胞蛋白是动物的有效养分。

光合细菌与其它微生物的复合,大大提升了光合细菌能力,特别是在种植业方面取得了明显的效果,

在我国引起了广泛的关注。

近年来的国内相关研究表明[],技术在提高种子发芽率、提高土壤肥力、抵抗病虫害、促进作物生长、改善作物品质等方面都有显著成效。

未来的发展趋势及展望

我们可以看到,随着微生物新技术的飞跃发展和规模培养技术的应用,光合细菌这一新兴农业科技技术正不断从实验室走向农田,

从科研产品变为推进农业发展的重要技术手段。对于光合细菌的基础研究不断深入,从生理研究到遗传学、分子生物学的研究都取得了可喜的进展,有效地指导了光合细菌技术的应用开发。光合细菌技术在生态农业领域应用呈现出多点开花的态势,

在开发新型饲料添加剂、改善土壤性质、提高植物提高种子发芽率、提高作物抗病性、提高作物产量、处理环境污染物等多个方面都取得了较好的应用效果。

从光合细菌技术的发展趋势来看,菌技术将成为未来的研究重点,该技术将光合细菌与其它微生物进行有效的复合,可以大大提升光合细菌的能力。

我们相信光合细菌技术的应用和发展将持续推动农业科技的发展,

为实现农民增收、助推生态农业建设和促进我国农业可持续发展做出更大的贡献。

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光合作用对生物的重要性篇

关键词碱;

金属配位聚合物;

现代结构分析方法

中图分类号文献标识码文章编号-()--

碱的简介

碱为包含甲亚胺基或者亚胺的有机化合物的统称。根据碱不同的配体可将其分成缩胺类、腙类、缩酮类、缩胺基脲类、缩喹啉类、氨基酸类及氨基酸酯类、其他缩酯氮杂环类等几类。合成碱的过程牵涉到重排、加成、消去等缩合反应过程,在该反应中有重要地位的是反应物的电子效应和立体结构。

碱与其配合物凭着其比较容易合成、反应时可以灵活选择肼类或者胺类及其含有羰基的不同酮或醛等内在要素,在很长一段时间内都收到重视。有关碱及其配合物应用的报道较多,主要有基于生物活性在药物方面的应用与药物分子的设计和基于化学反应在催化剂、稳定剂等方面的应用等。

=-及=-基的碱的活性非常强,

可以使肿瘤的生长变缓,

这一点在很多活体实验研究中已经得到证实。

另外,实验证实醛取代基治疗肿瘤的效果要比胺取代基好,病区碱中水杨酸类抗肿瘤的效果最好。碱中芳香类和芳香类的配合物能催化氧化、分解、聚合等化合反应。

此外,稀土与β-丙氨酸碱配合物也存在一些催化的能力,抗坏血酸及半胱氨酸氧化可被某些碱配合物催化。

碱的金属配位聚合物

金属配位聚合物的形成依靠过渡金属和有机配体的自组装,复合高分子与配位化合物的优点它兼而有之,它内含很多重金属离子、结构复杂多样、理化性质比较特殊,故其应用前景非常好,尤其在超导材料及催化、磁性材料及非线性光学材料等方面的应用有很大潜力。

近年来,

配位聚合物晶体工程学受到了广泛的关注,特别是配位超分子晶体越来越得到重视,在多相催化、分子筛、磁学性质以及非线性光学性质等领域具有潜在的应用价值,

其碱型聚合物则因为表现出的光电子性质、非线性光学性质、液晶性质而被材料科学界所瞩目。合成碱配合物的方法一般有溶剂热法、水热法、溶胶-凝胶法及溶液自组装法等。

碱的重要配位离子―(Ⅱ)

有关碱与其配合物应用的文献很多,主要起源的因素有其含有基因的功能性、将要发生的反应、中心离子的功能、成键和电子效应等。

(Ⅱ)在人体的微量元素含量中居第三位,

在铁和锌之后,铜离子的结构复杂多样,

并且有很好的配位功能,所以在合成配合物时经常选用它。

最近几年,

手性分子、以氢键连接形成的螺旋长链分子、磁交换等为铜配合物的主要研究方向。配体与铜形成的许多配合物结构复杂多样,有很好的磁性,

一些铜配合物中的桥基结构的研究,对于人们掌握-原子间的磁交换作用的机理起着重要作用,并且对研究磁学和结构的关系发挥着重要作用。

人们常用的各种油漆、涂料等的添加剂中就有碱铜离子配合物,当人们使用含有碱铜离子配合物的油漆、涂料后,在外部环境的理化作用下,

会析出螯合物里面的金属离子,从而在物体表面覆盖一层金属离子组成的保护膜,

增加了物业的耐腐蚀能力,

使物体的使用寿命增加,相应的也就加减少了设备损耗所增加的成本。

碱化合物现代结构分析方法

在对碱化合物的合成、反应和应用的研究中,各种现代结构分析方法对其发展起着重要的作用。

主要有:

)红外光谱法

该方法是一种光谱分析的方法,它建立的依据是物体对红外线辐射的特征吸收。合成配体首先的判断根据是碱的=基团对红外线辐射的特征吸收。

配体存在于聚合物与配合物里,因为配位的关系,它的红外线吸收峰会表现的不用。用红外光谱测试测试可以反应的发生做初步的判断。物品中的特征官能团就可以用红外光谱图吸收峰的位置、数量和吸收的力度来判定,

再分析产物的组分。

)质谱分析法

质谱是用离子质荷比来排序,所形成的图表。质谱法是用质谱来定性定量分析以及研究分子结构的方法。

碱配体的结构比较简单,能得出正确的分子量与分子式,

把配合物、聚合物与配体的图谱作一下对照,就能判断出聚合物或配合物是否产生了,把图谱作一下解析同样也能得出其有关结构。

)-射线光电子能谱()

对内层电子的结合能和氧化态的变化的研究,

-射线光电子能谱()能鉴定元素价态、类别,元素的相对含量也可由测出,

-射线光电子能谱能了解中心离子和配位原子的相互作用,还能对量子化学的理论作一下证实。-射线光电子能谱已经变成进行配合物中配位位点、电荷分配与配合物的结构研究的强力工具。许多的研究已经证实,-射线光电子能谱在表面研究、鉴定结构及化学分析等方面有着广阔的研究前景,

尤其是计算机技术的发展为其研究提供了巨大的推动力。用-射线光电子能谱对配合物进行研究,

可以对中心离子内层电子状态和与其相结合配体的电子状态和配位情况做到清楚直接的了解,

得到相关的电荷转移方面的信息,这在配合物的电子结构的研究、配位键的形成和配位键的性质方面有很强的指导作用,对配合物的研究发挥着巨大的作用。

)核磁共振光谱

此方面的研究能得到分子的几何构型、原子间的成键状态和相互作用等的非常重要的结构情报。所以,

它在物理学、化学和生命科学等方面的研究中应用广泛。

完全解析核磁共振光谱时所工的两个重要的参数是核自旋偶合常数和核磁屏蔽常数,这两个参数在理论研究上有着非常重要的意思,能在于金属配合物的分子结构解析方面发挥作用。

结论

一个多世纪以来,碱化合物在生物化学、医药、分析化学、材料、催化等各方面都表现出一定研究和应用价值。

合成碱化合物的方法在不断创新,尤其是应用的范围在不断扩大,已经进入药物和生物活性、催化及材料等许多领域,可以预见,

其继续发展的前景是非常广阔的。

参考文献

[]苟峄。基于,,

-三齿骨架的碱金属配合物的合成及生物活性研究[]。武汉纺织大学,。

光合作用对生物的重要性篇

关键词:光化学;

比色;传感器;阵列;评述

引言

化学传感器是一种能够通过某物理或化学反应以选择性方式对特定分析目标物产生响应,

从而进行定性或定量测定的装置[]。化学传感器通常由识别元件和换能器两部分构成。

识别元件与待分析物相互作用,其物理、化学性质发生变化;换能器将这些参数转化和放大,生成与待分析物特性有关的可定性或定量处理的电信号或者光信号(颜色、发光等)[]。

目前,化学传感器已成为化学分析和检测的重要手段。传统的化学传感器根据“锁钥模式”进行设计,

选择性好,

对某些物质的检测非常有效,然而其设计也存在一定的缺陷,如对于生物大分子和结构不明确的待分析物的传感器设计存在困难,同时,针对复杂混合物中的每种成分均设计具有专一选择性的特定传感单元显得费时且不切实际[]。

阵列式传感器的设计模仿哺乳动物嗅觉和味觉系统,利用多个传感器单元组成阵列,

通过传感器阵列与分析物之间的交叉响应,可以实现对多种物质及复杂混合物进行响应和检测。

传感器阵列中的传感单元对分析物不必具有高度的选择性,某些传感单元对特定分析物有一定程度的选择性,同时对其它分析物也有响应,即每个传感单元对不同的组分具有不同的响应能力;利用传感器阵列对各种分析物整体响应之间的差别,

实现对待分析物的区分。在光学、电化学、色谱等诸多的检测手段中,

光化学显色方法无疑是最便捷有效的度量手段。结合光化学比色方法,光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点,得到了日益广泛的应用。本文综述了近年来光化学比色传感器阵列在气体、生物样品、离子和小分子,

以及混合物检测方面的应用,对它的原理和性能进行了讨论,并对其研究和应用前景进行了展望。

光化学比色传感器阵列的基本原理

光化学比色传感器阵列是利用传感器单元的光学性质(吸收或发射)改变作为输出信号,

实现对待分析物的检测。

通常采用光谱或成像两种方式对光化学比色传感器阵列中所有传感单元的光学信号进行同时采集。如图所示,

采用紫外可见分光光度计采集光谱时,

通常要配备流通池和液体控制装置,该方式根据紫外可见光谱的迁移或吸收强度的变化,实现对待分析物的检测和区分;

换用平板扫描仪成像后,比色传感单元颜色的改变经过去卷积,灰度值经平均化和积分处理后,

其结果更直观和便于定量化。

加入不同的待分析物后,多个传感单元的颜色变化组合成具有各自独特模式的阵列,

称之为待分析物特有的“指纹图谱”,从而实现对不同物质的鉴别和区分。

光谱技术由于可以获得完整的光谱,包含信息量大而具有很大优势,

但需要比较复杂的仪器设备,对每个传感单元数据的采集也需要一定时间。与光谱技术相比,成像技术具有在给定视野范围内能够检测多个传感器单元的优点[],

且成像技术比光谱技术简单,

无需特殊的仪器,成像设备可以是数码照相机、平板扫描仪[]、手机摄像头[]等,但成像技术通常获得的是红、绿、蓝(,

,

)个或红、黄、绿、蓝(,,,)个通道的光谱信息,

不如光谱技术获得的信息量大[]。

光化学比色传感器阵列的应用

.气体的检测

年,

等提出通过模拟哺乳动物的嗅觉系统来构建比色传感器阵列,利用卟啉类化合物与挥发性有机气体()反应前后的颜色变化对气体进行定性定量分析,为气体的检测提供了一种全新的思路[]。

目前,比色传感器阵列已被广泛应用于气体的检测,

如工业有毒气体[~],挥发性有机物[~],胺类[~],

甲醛[],爆炸物[],硫化氢[]等。

等[]构建了一个以种指示剂为基本单元的可抛型传感器阵列,用于种工业有毒气体的检测。分析物与传感器阵列反应前后的颜色改变形成了对应于该分析物独有的分子指纹图谱,

通过比较指纹图谱来实现不同种类工业有毒气体的定性和定量检测。在危险浓度下,内即可实现对种工业有毒气体的有效区分,

准确率达%。与传统采用范德华力及物理吸附等弱作用力为基础的半导体金属氧化物电子鼻技术相比,

该传感器利用的是指示剂与分析物间强的化学键相互作用,虽牺牲了传感器的长效检测能力,

但却极大地提升了传感器的检测灵敏度,其对工业有毒气体的检出限大多低于允许排放浓度(通常为_@@_量级)。由于指示剂用量极小,

可抛型的设计在大大提升传感器检测灵敏度的同时,却并没有增加其使用成本,为气体传感器的设计提供了一条新的思路。

等[]将酸碱指示剂添加到氨基封端的聚合物中构建光化学比色传感器阵列用于甲醛的快速检测。利用胺与甲醛反应后碱性减弱的原理,

引起固载在一起的酸碱指示剂颜色发生改变,用来检测甲醛。商品化的甲醛比色检测往往需要,甚至更长的时间,该传感器阵列可以在内对浓度在.~范围内的甲醛进行快速检测,

内检测到浓度为甲醛。对乙醛、丁醛、苯甲醛均无响应,具有很好的选择性。

环形构造的三过氧化三丙酮()是一种威力巨大的爆炸物,

因其稳定性差,在工业和军事上均无实际应用,但由于其制备异常简单,

近些年来被多次使用。由于自身无紫外吸收和荧光,也不容易被离子化,

直接检测相对比较困难。等[]构建了一种简单的比色传感器阵列,成功应用于的快速检测。采用酸性固体催化剂将分解,分解后产生的气体氧化传感器阵列中还原性的指示剂而使对应的指示剂变色,

根据传感器阵列颜色改变形成的指纹图谱,实现对的定性和半定量检测,检出限可达到。该传感器对的选择性很好,

不受湿度、挥发性有机气体等常见潜在干扰物的影响,也能将与过氧化氢、过氧乙酸等氧化剂区分开来。

.生物样品的检测

生物系统中无机盐、蛋白质、细胞等的检测对于疾病的预防和诊断尤为重要。目前,

检测生物样品的方法很多,

如酶联免疫法、蛋白质组学、质谱、毛细管电泳、适配体传感器等[~]。

光化学比色传感器阵列以其方法简单、检测快速的优点在生物样品的检测方面得到广泛应用(表)。

.。核苷酸的检测

核苷酸在许多生理反应及代谢过程中起着非常重要的作用,利用传感器阵列检测核苷酸具有简单快速的优点。

年,等[]用指示剂取代法,采用×的传感器阵列对的三磷酸腺苷(),三磷酸鸟苷()和单磷酸腺苷()进行区分。年,

等[]采用多元指示剂取代法对、、二磷酸腺苷(),

,环磷酸腺苷(),焦磷酸()进行了鉴别。

该实验在磷酸盐缓冲溶液中进行,传感器对核苷酸和体现出了很好的选择性。

多元指示剂取代法的原理如图所示[],多个指示剂分别与受体结合形成对应传感器单元,加入不同分析物后,

根据与受体亲和能力的大小,分析物对指示剂进行一定程度的取代,从而产生不同的光谱变化。传统的含单个指示剂受体的指示剂取代法,当分析物与受体的亲和性比指示剂与受体的亲和性高很多或者低很多时,

将给出相同的全部取代或完全不取代指示剂的信号;而对于多元取代法,分析物对不同传感器单元的亲和能力不相同,从而产生不同程度取代的信号,这样分析的动态范围就被扩大。

值得注意的是,多元取代法中,各个指示剂受体的光谱变化需发生在不同的光谱区域。多元指示剂取代法与传感器阵列在概念和原理上有密切的关系,所不同的是,

传感器阵列中的各个传感单元是相互独立的,而多元指示剂取代法中各个传感器单元因为交换作用而相互关联。

.。氨基酸、多肽及蛋白质的检测光化学比色传感器阵列用于氨基酸及蛋白质的检测已有大量研究报道。研究组[]通过构建指示剂取代传感器阵列,与紫外可见光谱结合成功地区分了种天然氨基酸。

该研究组还利用指示剂复合物的动态组合库分别对二肽和三肽进行了区分[,

]。

动态组合库中各组分通过可逆反应和相互作用连接,外界的刺激会影响库的组成。加入目标分子后,目标分子选择性地与库中成分反应,达到新的平衡。

将动态组合库应用于多肽的检测中[],金属和染色剂复合物组成动态组合库,加入多肽后,

与库中组分发生配体交换反应,动态组合库重新平衡,导致紫外可见光谱发生改变,

从而实现对多肽的检测。等[]通过指示剂取代法实现了对种浓度为对映异构和结构相似氨基酸的区分。霍丹群等[]以卟啉及其衍生物、酸碱指示剂以及极性指示剂为传感元件,

构建了一种×的传感阵列,可以在内对浓度为的种氨基酸进行鉴别。等[]构建了一种以酶纳米金粒子为传感单元的传感器阵列,通过酶催化反应使传感器的灵敏度大大提高。该传感器成功地对浓度为,

基质为磷酸盐缓冲溶液或脱盐人体尿液的蛋白质进行了鉴别区分,灵敏度远高于当前其它传感器检测方法。

.。糖类的检测糖类作为维持生命活动的重要营养物质,既是主要能源物质,

又与多种生物分子如蛋白质存在特异性识别作用,对众多生理过程起着至关重要的作用,因此对糖类物质的检测非常重要。

硼酸因其可与二羟基化合物进行可逆、高亲和性的结合,而被广泛用作糖分子识别单元。等[]构建了以添加有苄基紫罗碱的二硼酸阳离子为基本单元的传感器阵列,二硼酸阳离子与阴离子荧光染料羟基芘,

,三磺酸钠()形成复合物,电子从转移到二硼酸阳离子,导致荧光强度降低。当加入糖类后,

糖类与硼酸形成硼酸酯,部分中和了二硼酸阳离子的正电荷,降低了对的荧光猝灭效应,从而使荧光增强。

该传感器对浓度为的种糖类进行了区分,准确率达%。等[]将指示剂固定于溶胶凝胶基质上,

构建了一种简单、廉价的传感器阵列,对种单糖、二糖和人工甜味剂进行了区分。

在生理酸度下,对葡萄糖的检测限低于。

在检测糖类方面,硼酸也存在一些局限,如与某些糖类结合常数很小或不结合,等[]构建了一种含+指示剂复合物的传感器用于糖类的检测。根据指示剂取代的原理,

在中性条件下的种糖类进行了区分。

.。细胞、细菌及疾病的检测将光化学比色传感器阵列用于细胞、细菌及疾病的检测也有一定的研究。等[]利用对苯撑乙炔共轭荧光聚合物构建传感器阵列,对不同种类的癌细胞及等基因的正常细胞、癌细胞和转移细胞进行了鉴别。共轭聚合物具有分子导线效应,

可以增强信号的产生,

并且,共轭聚合物链具有多个识别位点与分析物作用,

既可以增加结合效率,又可以提高对特定分析物的选择性。年,

等[]根据热化学发光现象构建了由种纳米催化材料组成的传感器阵列,

实现了种人类细胞的鉴别。热化学发光是指当有机物或生物物质被热氧化而产生化学发光的现象。催化放大反应可以明显增强热化学发光强度而使灵敏度提高,并且检测结束后可以通过在更高温度下使分析物降解而达到传感材料再次利用的目的。等[]构建了含种指示剂的传感器阵列,

通过检测细菌生长产生的挥发性有机化合物,实现了对种细菌的鉴别。等[,

]采用比色传感器阵列,通过检测人呼出的气体,借助于癌症细胞与正常细胞代谢过程中产生挥发性气体的差异,

实现了对肺癌的早期诊断。但比色传感器阵列对于复杂混合物的分析仍然存在较大的瓶颈,要筛选出足够多的对多种分析物具有不同亲和力的指示剂仍存在一定的困难。分子印迹技术可以在印迹聚合物合成过程中通过不同模板及单体的选择而获得对多种分子具有不同亲和力的分子印迹材料,结合了分子印迹等分离技术的传感器阵列将会在疾病诊断中发挥重要的作用[]。

.离子和小分子的检测

.。金属阳离子的检测金属阳离子是生命科学、环境科学、农业和医学等许多领域的研究对象,对金属阳离子的检测和识别是的重要任务之一。光化学比色传感器阵列为金属阳离子的检测提供了方便、快速、廉价的方法。等[]构建了一个以纸为基质的光化学比色传感器阵列,

快速地对+和+进行了定性和定量检测。等[]利用探针构建传感器,通过传感单元颜色的变化对重金属离子+进行定性和定量检测,

灵敏度达.。本课题组也在重金属离子的比色传感器阵列快速检测上进行了大量研究[,],通过使重金属离子溶液透过固载有指示剂的多孔硅胶基质膜,达到富集效果,

提高重金属离子的检测灵敏度。锂盐是治疗躁狂症和双相情感障碍的首选用药,

其药物浓度是情感性精神疾病诊断、治疗、监测、预防复发和病因学研究的重要指标。年,研究组[]合成了种三核的大环荧光化合物,对+具有很强的选择性,在过量+存在的水溶液和血清中均能对+进行很好地检测。

但该实验中,

荧光化合物的合成过程非常复杂,且传感器整体的荧光强度也较弱。

基于前期工作,该研究组随后设计了一种更简单有效的传感器阵列[]。在中性缓冲溶液中,

将商品化的二羟基吡啶配体和的复合物以及荧光物质()混合,含的大环化合物通过自组装的方式形成,并使的荧光猝灭。加入+后,荧光增强。

该传感器对+有很好的选择性,

检测浓度低于。

年,

等[]利用纳米纤维,制造了一种可穿戴的传感器,用于金属离子的检测。分别掺杂有丹磺酰氯和多胺的两根纳米纤维本身均不带荧光,而在两根纳米纤维的交叉点处,

两种物质发生反应,生成荧光物质。加入金属离子后,荧光会相应地增强或减弱。每个传感单元的体积非常小,

仅为_@@_。每个传感单元约能容纳个荧光探针分子,使荧光比较集中,从而有利于用光学显微镜进行检测。

该实验采用种荧光前体和种多胺构建了荧光阵列传感器,通过个荧光发射通道检测加入金属离子后荧光的变化,

对的种金属离子进行了准确的区分。并且,将该纳米纤维制成的传感器毡沉积到丁腈手套上,

用于+溶液的检测,

荧光猝灭现象非常明显。

.。阴离子的检测相对于等电位的阳离子来说,

无机阴离子半径更大,因而电荷半径比更小,

从而降低了阴离子与受体的静电结合效率;并且,阴离子有相对高的溶剂化自由能,需要受体与介质进行有效的竞争,这种效应在水溶液中尤其明显。

因此在水溶液中,

无机阴离子比阳离子的检测更困难,阴离子的检测往往是衡量新检测方法的一个重要指标[,]。等[]以聚氨酯水凝胶为基底,

构建了一种含个传感单元的传感器阵列,聚氨酯水凝胶不仅为传感单元提供机械支持,还有助于萃取目标阴离子。该传感器对_@@_和_@@_具有选择性,而对-,

-等阴离子有明显的交叉响应,可对种阴离子进行区分,已成功地应用于不同品牌牙膏的鉴别。传感器阵列与种阴离子反应后产生不同的颜色改变(其中-与-浓度为,

其余阴离子浓度为),即使用肉眼观察,也能将种离子区分开。等[]用含纳米结合袋和染色剂的中孔固体材料应用于水中磷酸根的检测,对磷酸的选择性好,

检出限低于×-。年,本研究组[]构建指示剂取代法传感器阵列,对宽浓度范围内多个浓度的-,

-和-进行了准确区分。随后,本组[]采用类似方法构建传感器阵列,对浓度为污水排放标准或饮用水标准的种阴离子进行了有效区分,

且可部分用于真实水样的测定。

.。有机小分子的检测由于存在水的潜在干扰,水溶液中有机化合物的识别具有一定的挑战[]。

光化学比色传感器阵列成功地应用于水溶液中有机小分子的检测,如羧酸[],胺类[],诺氟沙星[]等。

等[]将分子印迹聚合物与指示剂取代法相结合,构建传感器阵列,

成功用于种胺类的区分。等[]选择了类指示剂:与路易斯碱作用的含金属离子的指示剂;与布朗斯特酸碱作用的酸碱指示剂,以及反映偶极变化的指示剂,

并用这些指示剂构建了含个基本单元的传感器阵列,用于水溶液中多种有机物的区分。该传感器将疏水指示剂固定到疏水膜上,

因此不受溶液中盐浓度、离子强度以及强亲水物质的影响,已应用于余种有机小分子的检测,

即使结构非常相似的物质也能被区别开。

.混合物的检测

对于混合物的检测,

传感器阵列模仿哺乳动物的嗅觉味觉系统,通过众多传感器单元与分析物之间的复合响应,而对各个混合物进行区分。传统的混合物分析方法是通过联用色谱、质谱等技术,对混合物中的各种成分进行逐一分析。

对于成分复杂的混合物,这种方法往往耗时较长,且鉴于分离材料的局限,很难将所有成分逐一解析。

很多情况下(如产品品质控制),对混合物进行分析,目标并不是分析混合物中的每种成分,而是比较几种混合物之间的差别或者监测混合物发生的变化。

传感器阵列不能对混合物中每种成分进行鉴别,但却能很好地应用于这种评估。

光化学比色传感器阵列在食品和饮料的质量控制方面已广为应用,如不同香型白酒的鉴别[],不同品牌啤酒的区分[],肉类新鲜度的检测[,]等。

等[]将种商品化的指示剂固定到疏水膜上构建传感器阵列,

成功用于种软饮料的区分,并且能分辨出经脱气和稀释过的软饮料。

等[]用有机硅烷将指示剂固定,

然后固载到多孔疏水膜上,构建传感器阵列,用于大量天然和人工甜味剂的鉴别,多孔的固载材料使分析物和指示剂之间的反应加快,提高了反应效率。

肉类在贮存、加工和运输过程中容易受外界环境和微生物等影响,而产生腐败变质,

使品质下降,

其新鲜度水平的评定非常重要。等[]将种指示剂固载在反相硅胶板上构建传感器阵列,

用于鱼肉新鲜度的评估。采用顶空方式,

将传感器阵列暴露在不同新鲜度鱼肉中,

根据传感器阵列暴露前后的颜色变化对鱼肉新鲜度进行分析,

该方法也可用于高蛋白含量的其它食物的分析。

结语

光合作用对生物的重要性篇

关键词:发光细菌环境监测毒性

前言

到了二十一世纪,世界进入了工业化时代,随着现代工业的不断发展,当今世界面临着严重的环境问题。我国是一个发展中的大国,

几十年来,尤其是改革开放以来经济发展突飞猛进,令全世界瞩目。但是随着工业化和城市化的不断发展,环境问题日益突出,

严重影响了我国经济与社会的进一步发展。数量,

种类日益增多的环境污染物迫切需要进行毒性鉴定,而传统的分析手段已难以对此做出迅速、有效、全面的回答。因此,

发展新的快速,准确评价各类污染物毒性的有效方法显得非常迫切,必要。

环境中有毒物质生物毒性的测定与评价,一般用水生生物(如鱼,

枣等)。植物(紫露草,蚕豆根类等)细菌或其他生物作为指示生物,以其形态,

运动性,生理代谢的变化或死亡率做指标来评价环境物质的毒性。但这些方法大都操作繁琐,

需要较多的仪器设备,结果不稳定,重复性差,因而难以推广应用。

随着科学的不断发展,新的环境中有毒物质生物毒性的测定与评价不断建立,

其指示生物包括细菌,

藻类,底栖软体动物,浮游生物和鱼等,其中发光细菌因其独特的生理特性,与现代光电检测手段完美匹备的特点而备受关注,

因此由其而发展起来的发光细菌毒性测试技术引人注目。发光细菌检测法是一种简单快速的生物毒性检测方法,它不仅能测试理化法所能测定的单因子指标,尤其能快速准确的测出环境的综合毒性指标,具有理化法无可比拟的特点。

发光细菌检测有毒物质的原理

发光菌检测法是以一种非致病的明亮发光杆菌作指示生物,以其发光强度的变化为指标,测定环境中有害有毒物质的生物毒性的一种方法。细菌的发光过程是菌体内一种新陈代谢的生理过程,

是光呼吸进程,是呼吸链上的一个侧支,即菌体是借助活体细胞内具有、萤光素()和萤光素酶发光的。该光波长在左右。

这种发光过程极易受到外界条件的影响。凡是干扰或损害细菌呼吸或生理过程的任何因素都能使细菌发光强度发生变化。当有毒有害物质与发光菌接触时,发光强度立即改变,并随着毒物浓度的增加而发光减弱。

这种发光强度的变化,

可用一种精密测光仪定量地测定。

发光细菌的测定方法

.新鲜发光细菌培养测定法

将发光菌种接种到液体发光培养基中,在适当条件下(℃±.℃)振荡培养到对数生长期,

一般为通气培养小时,配制为含%盐度的适当浓度的菌悬液加入测试管中,

再加入待测液,使之和菌种接触,作用~后,读出并记录对照管和样品管发光强度。

此法操作较为简便。

.发光细菌和藻类混合测定法

因为有些有毒物质对发光细菌没有直接的毒害作用,而对藻类有毒害作用,利用这一特性,

可以把培养好的发光菌悬液和藻类悬液混合后同时加入测试管中与试液混合,经光照一段时间后测定发光菌的光强度变化。因为有毒物质对藻类的毒害作用而干扰藻类的光合作用,使之放氧能力下降,发光菌因缺氧其发光能力也随之下降,

因此可根据光合作用放氧多少而导致发光菌发光强度的变化来推算出有毒物质毒性的大小。

.发光细菌冷冻干燥制剂测定法

把培养到对数生长期的发光细菌采用特殊方法制成干燥粉剂保藏于冰箱中制成冻干粉剂,

使用时加入冷的%溶液复苏,使其恢复到原来的生理状态和发光水平,然后用于测定。其特点是每次使用的发光菌具有相同的生理状态,对有毒物质灵敏性一致,

易于定量测定,结果重复性,可行性好,操作简便,节约时间。

其优点是可实行测定的质量控制。

发光细菌在环境监测中的应用

.利用发光细菌法检测工业废水的综合毒性

张秀君等运用发光细菌法对污染源废水样的毒性进行测定。

并以毒性较为稳定的作参比毒物,使此法所测得的毒性定量化。据水质毒性分级标准,

对水样毒性的测定结果进行评价,其结果不仅与废水样实际情况相符合,同时与鱼的毒性试验结果一致,充分说明发光菌急性毒性监测指标,

对工业废水急性毒性监测所获得的毒性结果,

能客观准确地反应废水的综合毒性状况,是目前工业废水综合急性毒性监测的较佳方法。

.利用发光细菌快速检测渔业水域污染物急性毒性

水域环境污染是导致渔业事故频繁发生的主要原因,各种含有大量有毒有害物质的废水不断进入江河湖海,当水体中的污染物达到一定的强度,

就会引起水产动物的中毒甚至死亡。由于水体中的污染物十分复杂,因此难以用单一的理化指标来表示其污染程度,只能通过生物毒性试验,才能综合地评价水体的污染现状和污染物的毒性。

发光细菌不但可以应用在渔业水域的污染评价,还在渔业环保领域中有良好的发展前景。发光细菌可与现代光电子技术和计算机技术相结合制成便携式智能化的环保监测仪器,就可对渔业水体的现场连续监测进行预测预报。

.发光细菌在农药残留检测中的应用

有机磷农药包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂。

由于有机磷农药具有药效高、品种多、防治对象多等优点,在我国农业生产中曾大量使用。

但有机磷农药中的大多数品种属于高毒性,长期大量使用不但会对环境造成严重影响,且人们在食用高残留的水果蔬菜时会发生急性中毒或慢性中毒,

危害食用者的身体健康。袁东星等探讨了采用发光细菌对甲胺磷、水胺硫磷、氧化乐果、敌敌畏、辛硫磷、甲基异硫磷等种常用有机磷农药的检测。通过发光细菌对用于蔬菜的以上种有机磷农药响应情况的分析表明,

随着试样中有机磷农药浓度的增加,发光细菌的发光强度降低,发光强度与农药浓度呈负相关。发光细菌检测法的最小检出浓度为?

-。尽管发光强度与农药浓度没有严格的线形关系,但已经足以满足现场快速检测中的半定量要求。该方法的优点是快速、简便、灵敏、价廉,

适用于现场,是检测蔬菜中有机磷农药残留的一种快速有效、价廉的方法。

.发光细菌在致癌物质生物毒性检测中的应用

含氮杂环化合物广泛存在于石油工业、食品工业、医药工业中,许多含氮杂环化合物具有强烈的“三致”作用,同时又很难为自然界的微生物所降解,会对人类健康产生潜在的危害。为了给这些物质的急性毒性、联合毒性和危险性评价提供基础数据和基本方法,

江敏等研究了吲哚、吡啶、喹啉、异喹啉、-甲基喹啉和-羟基喹啉等种含氮杂环化合物对发光细菌的急性毒性作用及上述物质两两混合对发光细菌的联合毒性作用。种含氮杂环化合物纯物质对发光细菌的毒性影响结果表明,发光细菌的相对发光度均随化合物浓度的增加而线性降低,

具有良好的相关性,其毒性由强至弱依次为-羟基喹啉、异喹啉、吲哚、喹啉、-甲基喹啉、吡啶,

且所有物质两两混合的联合毒性作用均表现为相加作用。

另外,利用发光细菌法的原理和方法,

凡能干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程的环境因子,例如有毒有害的物质等都可以运用发光细菌法检测生物毒性。除去上面两条,

主要有:土壤重金属急性毒性效应测定和评价,土壤金属毒性的协同或拮抗效应监测。

还可进行化学品的毒性评价与安全性评定,化学危险品的风险评定,以及环境污染物的致突变性的评价以及环境保护处理设施效果的监控。

展望

光合作用对生物的重要性篇

关键词:湿地生态系统;

骆驼刺;光合生理生态;

水分生理生态;耐盐性

中图分类号:文献标识码:编码:./。。-.。.

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敦煌西湖自然保护区位于敦煌西部,保护区属“内陆湿地和水域生态系统”自然保护区,

主要保护对象为湿地生态系统、荒漠生态系统和珍稀野生动植物及其生境。保护区是干旱荒漠区重要的水源涵养区和蓄水库,

湿地面积达.万。春夏时节,保护区低洼地形成大面积的季节性积水,植被中骆驼刺群系是最典型的植被类型之一。

骆驼刺属豆科骆驼刺属,

是生长在干旱半干旱地区沙漠和绿洲过渡带的多年生草本植物,在防风固沙和退化沙漠生态系统的恢复方面具有重要作用[]。骆驼刺也是一种耐旱、耐盐的重要资源植物,

在畜牧业生产中占有重要地位[],也是具有很高经济价值的药草[]。

骆驼刺世界上共有种,主要分布于欧亚及北非荒漠区[]。中国有种,在甘肃分布在冲积、洪积扇缘,

盐化草甸土、草甸盐土或结皮盐土上,地下水位超过,

有的地方和柽柳、黑锅枸杞、罗布麻、胀果甘草等组成群从,在有的地方则形成单纯群丛[]。在甘肃安西至敦煌间有大面积分布,覆盖度%~%,在整个河西走廊分布面积约.万以上[]。

在新疆分布于平原荒漠地带的低地盐化草甸中[]。骆驼刺有较强的生态适应性[]。

为了在特定的环境中能够生存和发展,每种植物都必须具备复杂的适应机制。

骆驼刺在长期的适应干旱环境过程中,也形成了独特的特征。下面从骆驼刺的形态学、光合生理特点,

水分生理特点以及耐盐性个方面阐述骆驼刺的生态适应性。

骆驼刺的形态学研究

骆驼刺为单叶互生,叶为卵圆形或披针形,

叶柄较短。花絮总状,花冠粉红色,荚果串珠状,

由于它枝短和总状梗有刺,又是骆驼极喜食的饲料,因此而得名骆驼刺[]。

骆驼刺地上部分枝条斜生并多针状刺,

地下器官发达。在幼苗期,骆驼刺把更多的生物量分配到地下,根冠比较大,

根系在土壤中呈网状分布,根长在垂直剖面上呈“古”字形分布[];

也有研究表明骆驼刺根系生物量、根系表面积随土壤深度的增加而减小,在土壤垂直剖面上呈倒金字塔状分布[]。骆驼刺根系在生长过程中首先向空间大的地方生长,对根来说空间比养分更重要[]。

骆驼刺的生活型属于地下芽植物,

但多少具有一定的过渡性质,这是长期适应生境冬季干冷气候的结果[]。

骆驼刺是一种喜温、中生、耐盐植物。在干旱土地上种子不能发芽,种群增加主要靠营养繁殖来实现,实生苗的发生必须具备充分的水分条件[-]。

一般情况下,骆驼刺月开始发青,月初开花,

月种子成熟[],种子有较长的出苗期,种子出苗具有持续性和连续性的特征[]。

等[]最早对生长在俄罗斯的几种骆驼刺的刺和叶的形态进行了描述。

和[]以及[]对骆驼刺的形态学也进行了研究。等[]研究了环境因素和人类活动对骆驼刺物种丰富度和群落多样性的影响,

并对骆驼刺系统分类做了相关工作。李海峰等[]的研究表明骆驼刺的株高、冠幅和生物量还会受到火烧和砍伐的影响。严成等[]对骆驼刺的物候学进行了分析,并揭示出与其主要物候期关系最为密切的气象因子。

光合生理生态特征

光合作用是植物从事生命活动的基本代谢形式,对于植物的生存和生长发育都至关重要。植物的光合作用受到水分、光强以及温度等诸多因素的影响。

邢文娟[]指出不同地下水位下骆驼刺光合生理特性并没有表现出明显差异,表明骆驼刺可以在过渡带不同地下水位处生长。然而在不同地下水位埋深间,

随着光强的增加骆驼刺幼苗叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率有明显差异,在一定程度上降低地下水位,能显著提高骆驼刺幼苗的光合能力[]。植物从土壤中吸收水分,适中土壤水分有助于植物的生长发育。

土壤含水量过高和过低都会降低骆驼刺幼苗的光合能力,

减少生物量积累及地下分配的比例,最终对其生长发育产生不利影响[]。

然而在持续干旱()、半充分水()、充分水()个梯度上,随着灌水量的增加,疏叶骆驼刺的呼吸作用和光合作用不断增强,

说明水分条件越好疏叶骆驼刺的生理代谢越活跃,

表现为高合成高消耗[],但是在自然状态下骆驼刺的水分利用效率较低,属于低光合低消耗类型[]。在中国骆驼刺分布最广的地区,

往往日照时间长且强烈,虽然骆驼刺较多枝柽柳和胡杨更喜光[],但是适当遮阴往往有降温增湿的作用。

遮阴使骆驼刺的叶绿素含量、比叶面积增加,叶片厚度有所减少,叶片的脯氨酸含量大量积累[-]。而短时间的热胁迫使骆驼刺光合作用的光反应和暗反应阶段均表现出功能的不稳定性[]。植物光合生理对某一环境的适应性,

很大程度上反映了植物在该地区的生存能力和竞争能力。沙漠生境下疏叶骆驼刺具有光饱合点高、蒸腾速率低和高水分利用率的特点,而绿洲生境下疏叶骆驼刺则通过较高的蒸腾速率来维持其高的光合速率,表现出高蒸腾、高光合的特点[]。

水分生理生态特征

水分是决定干旱区植物能否生存及生长发育的最重要因子。干旱荒漠区降水稀少,而地下水是植物获取水分得以生存的一个重要来源,因而地下水对地表植被的影响就成为研究热点。

地下水埋深直接影响着与植被生长关系密切的土壤水分和养分的动态,能够决定荒漠区植被分布、生长、种群演替等。

对塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲地下水埋深与主要优势植物分布和群落特点的研究结果表明,骆驼刺群落属于低水位型[]。

许多学者研究了骆驼刺幼苗的水分生理生态特性对地下水的响应。幼苗的株高、分枝数、冠幅与不同地下水埋深之间存在较好的相关性,

地下水埋深对骆驼刺幼苗根系的垂直根长的影响显著[],当地下水埋深增加,

骆驼刺幼苗通过增加垂直根的深度和生长速率来适应水分变化[],表明骆驼刺用根的形态可塑性的策略来获取水分和适应干旱的土壤环境。

对水分关系的研究表明,骆驼刺在夏季保持了正的膨压,一直较高稳定的清晨水势说明植物水分恢复状况良好,

没有发生严重的水分胁迫[-],骆驼刺中午则表现为限制供水的植物类型[]。但是当土壤中水分状况发生改变时,植物可以通过调节自身形态及生理生态特征等来适应环境。

骆驼刺的耗水量主要来源于土壤贮水量[],在土壤水分较好的环境中,疏叶骆驼刺幼苗大量拓展水平根,并产生分蘖植株竞争光照资源;

而在土壤水分相对缺乏时垂直根系发达,

向深层土壤拓展资源空间[],说明为了获得维系植物体存活的水分和养分,骆驼刺需要向地下投入更多的生物量以占据更多的土壤空间。适宜的土壤水分有利于骆驼刺幼苗的生长发育,

不同的水分处理下,

骆驼刺幼苗的根系深度随着土壤水分有效性的降低逐渐增加[,

]。

在幼苗生长的第周,土壤供水量高时骆驼刺的生物量、根表面积、根深以及根的相对生长速率都显著高于无水供应的土壤上生长的骆驼刺[]。在骆驼刺早期的生长中,

保持最少%的土壤含水量对骆驼刺的生长和生存很重要。

水资源在干旱地区是十分有限的,灌溉可以改善土壤上层的水分状况,但是不合理的灌溉会造成水资源的浪费,同时在干旱地区容易引起土壤盐渍化。

灌溉对骆驼刺生物固氮有利,然而过多的灌溉量会抑制生物固氮;

灌溉还可以增加氮素利用效率,但是灌溉量过多会使氮素利用效率降低[]。然而随着灌水量的增加,骆驼刺呼吸和光合作用不断增强,说明夏季灌溉可以有效改善骆驼刺样地的水分状况,

提高光合生产力[]。地表漫溢补水干扰可以有效激活土壤表层的种子库,促使浅层土壤中植物种子繁殖体和营养繁殖体的萌发出土。

漫溢补水干扰后,

表层土壤的水分增加,骆驼刺的盖度明显增加,对骆驼刺的多度影响较大,

地上部分的干质量增加[];并且灌溉对骆驼刺群落的更新和个体的生长具有明显的促进作用,对提高骆驼刺群落的产量具有重要作用[-]。适度的灌溉有利于幼苗根系的正常生长和合理分布,对提高其潜在生产力具有积极意义[]。

然而也有研究表明灌溉对骆驼刺的水分关系没有影响,因为骆驼刺只有少量的细根在表层土壤[]。

耐盐性

一些学者认为,骆驼刺属于典型的盐生植物[-],也有学者认为骆驼刺不是盐生植物,

因为骆驼刺没有相应的耐盐机制[]。环境中土壤水盐状况的辩护进程与骆驼刺种群在植物群落中的盛衰变化是相联系的。结合植物群落的优势种类组成特点,骆驼刺种群随土壤水盐状况改变的性质,可以作为指示群落演替过程的重要指标[],

骆驼刺群落还可作为土壤化学和水质指示器[]。在重盐碱地植物群落中和盐质沙丘群落中,骆驼刺往往作为次优势种[]。骆驼刺的幼苗具有一定的耐盐性。

处理后,骆驼刺幼苗具有较稳定的光合生理特征[],

虽然外部环境的高盐分降低了骆驼刺幼苗的光和气体交换参数,但是在高盐分胁迫情况下幼苗仍能维持较高的光合速率,并且没有表现出盐中毒[]。

海利力?库尔班就盐胁迫对骆驼刺光合作用速率的影响,

以及该植物在盐胁迫下的光合作用机理进行了初步探讨。结果表明骆驼刺在中度盐胁迫条件下细光合速率的升高是由于气孔导度和非气孔光合作用机构的活性增强的缘故,而高浓度胁迫下光合速率的下降是由于气孔阻力的增加所致[],并且通过对豆科植物骆驼刺与绿豆在盐胁迫条件下生态生理学参数的比较揭示了骆驼刺的耐盐机理。研究结果表明,

中度盐浓度对骆驼刺的生长有促进作用,骆驼刺在盐胁迫条件下通过吸收无机离子来进行渗透调节,同时骆驼刺通过提高其细胞膜的稳定性而获得耐盐性能[]。

植物与土壤是相互影响相互联系的。

土壤为植物的生长发育提供营养物质和水分,

是植物赖以生存的基础。盐碱地生境中,由于表层土壤结块,水分随着土层深度增加而增多,

植物依靠有机体地下和地上部分的分布模式来提高对环境中水分的利用效率。其中,

根系是植物吸收土壤中水分和养分的重要器官,也是营养物质的贮存器官,

沙生植物通过根际调节使根际环境发生改变,这是沙生植物适应干旱、强盐碱沙漠土壤环境的有效方式之一。骆驼刺根际土壤盐分聚集明显,根际土壤主要是硫酸钙和镁盐的聚集,

并且骆驼刺能够通过根际调节降低根际土壤的值,从而促进植物对土壤养分以及水分的利用[]。盐分胁迫对作物的影响是多方面的,一方面表现为对植物器官的毒害作用;另一方面则表现为抑制植物的生长发育及生理代谢,

其中很重要的一部分作用是影响光合器官和光合作用[],

胁迫导致骆驼刺叶片最大量子产量下降,同时盐胁迫也诱导了骆驼刺光适应能力的降低[],随着浓度的增加,

骆驼刺幼苗的水势和净光合速率呈明显的下降趋势[-]。

结论

综上所述,前人对骆驼刺的形态学、光合生理生态、水分生理生态和耐盐性等方面进行了大量而深入的研究,表明骆驼刺能够在极端的生境下生存和发展,

具有较强的生态适应性。这些研究主要集中在新疆塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲,为策勒绿洲的生态安全和骆驼刺植被的有效开发利用做出了卓越贡献。但是,象沙埋对骆驼刺种子萌发和幼苗出土的影响,

骆驼刺植被对土壤盐碱度的影响以及骆驼刺植被的耐盐机理研究等方面的工作还需要进一步探讨。

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光合作用对生物的重要性篇

粮食安全关系到人类生产和生活的方方面面,

人类世纪面临的尖锐问题之一就是食物问题。人们吃的食物都是植物光合作用的直接或间接产物,

所以光合作用对农业生产和粮食安全有着重要的意义。如今人们常常谈农业生产要“高光效”,而只有了解植物生理学特性,才能对症下药从根本上达到“高光效”,因此从植物生理学角度把握光合作用与农业生产、粮食安全之间的关系显得非常有必要。

植物生理学是研究植物生命活动和规律的学科,也是科学、合理经营农业生产的基础。栽培植物为什么要浇水、施肥?干旱、水涝和盐碱为什么会减产?

这些都是植物生理学研究的内容。

而光合作用是植物特有的生物学过程,也是作物产量形成的物质基础,没有光合作用就不可能有人类社会的产生和发展。俗话说“万物生长靠太阳”,

通过光合作用,植物才能把光能转变成生物能,把二氧化碳和水转变成所需的各种有机物。

自从人类序列被确定,

水稻以及被称为植物果蝇的拟南芥等植物的序列也逐步被测定,人类开始进入基因组学时期。在后基因时代,随着研究的深入,

逐渐出现了研究的转录组学、蛋白质组学、代谢产物组学和离子组学以及将这些学科结合起来的系统生物学和生物信息学,大大丰富了基因组学的研究内容,分子生物学的出现也大大推进了植物生理学的研究,而进入新的发展时期的植物生理生化也将促进分子生物学发展。

进入世纪以来,

我国重视和发展现代农业,科学技术的迅猛发展,孕育了科技发展的新阶段,在给农业生产带来机遇的同时,

也给我们提出了新的挑战。我国以全球%的耕地面积养活了全球%以上的人口,不但解决了温饱问题,还使人们的生活达到了小康水平。

自从上世纪年代初开展第一次绿色革命以来,全球的粮食产量大幅提高。主要得益于两个方面,一是矮杆化减少了不必要的茎杆,增加了粮食产量;

二是采取密植栽种,增加了叶面积,提高了光能作用。但是现在这两种方法已经到了“尽头”,

再要有所提高很困难。

从光合作用的角度来看,理论上植物光合作用的光能利用率应该能够达到吸收的%,但事实上植物本身利用太阳能的效率很低,

一般在%以下,有的只有.%左右,而要提高光合效率又是一件非常困难的事情。人们在对小麦和水稻的光合研究中发现,

就作物单位叶面积的光合速率而言,野生种大于优良栽植品种。作物靠增加叶面积和高光合速率的持续时间来提高作物产量,这在小麦、水稻和杂交毛白杨的研究中已经得到了证实。

通常在粮食生产中,

人们主要通过不断施肥,

特别是施氮肥来使作物保持高的叶光合速率,这是因为同化二氧化碳和蛋白质的合成都需要氮,只有不断供给氮才能有较高的效率。

但众所周知,

氮肥的利用效率很低,一般只有%~%的利用率,

也就是说有/~/的氮肥会流失,

而这部分流失的氮肥会造成河流的面源污染,使湖泊、河流富营养化。虽然可以通过改进施肥技术来提高氮肥利用率,但选育有高光合速率和光合作用持续期长,且需要氮肥少的品种更为重要。

我一直从事植物生理生化研究,

过去主要采用生化方法做研究,但这些方法大都具有破坏性,不能连续进行观察。所以长此以往,

我对仪器研究产生了浓厚兴趣,也尝试着自己动手研发和组装一些小型仪器。在国际交流活动中,我发现国外很多有名的实验室,都不同程度上自己研制仪器,

这样就能做一些别人没有做过的工作,创新的机会比较多。

在我看来,光合作用的机理研究要想出创新性的成果与新仪器和新方法有关,这一点从叶绿素荧光动力学研究就能看出来。

尽管年已经发现了叶绿素荧光动力学,但当时没有发展,直到年左右,由于光合作用光能转化机理研究的进展和技术上的进步,才使得叶绿素荧光动力学的理论从实验室走向田间。

光电转化技术是非破坏性的方法,它可以连续测定同一片叶子的荧光变化,光电器件和集成电路的发展,

使叶绿素荧光仪成为光合作用研究的重要工具,更主要的是它还可以判断叶子内部叶绿体中发生的变化。

世纪年代最早商品化的仪器是简易的非调制荧光仪,由于器件速度限制其起始荧光[](一种测试荧光的指标)测不准,后来出现的脉冲调制荧光仪成为主流仪器。

但是,随着器件和数字化进展及光合研究的需要,非调制荧光仪以新的形式出现,弥补了原来的不足,可以测准[],

还可以测瞬态荧光。我们从年开始研究叶绿素荧光,研制荧光仪以及探索叶绿素荧光理论,并完成有关仪器研制及,

近来还提出了后稳态叶绿素荧光仪动力学理论。但是现在的商品化仪器不能完全满足我们的要求,同时又缺乏国产化仪器,

于是我与北京雅兴理仪科技有限公司合作,结合国际上现有两种类型仪器的特点,研发了具有自己特色并兼有两种类型仪器优点的脉冲瞬态叶绿素荧光仪,可得到调制荧光仪和瞬态荧光仪的相关参数,

适合后稳态诱导荧光的研究,

为研究光合作用同化和叶绿素荧光同时进行提供了研究工具,现已完成样机和改进型研制。

要充分研究作物的光合作用特性需要一系列仪器,

我们还研发了叶片和小群体光合速率自动连续长期测定的光合测定系统,目前还在不断进行完善。同时我们也研制了其他光合和植物生理生态研究的仪器,为培育优良品种和农业产量提供了有效的工具。

当然,光合作用与作物产量之间的关系是十分复杂的,仍然需要科技工作者继续进行系统地研究,

除了在理论上进行多学科交叉研究外,在观察和研究方法上也要不断改进,特别是要为农学等学科提供一些有效的技术,

测定具有高光效率的新品种以及杂交时亲本光合特性的技术,帮助人们充分了解怎样才能使作物光合特性有利于产量提高,又能少浇水、少施肥。