植物生物钟研究的历史回顾与最新进展*

生物钟几乎参与调控了植物体所有的新陈代谢、生长发育过程,使植物体与外界环境条件达到时间和空间的同步,极大地增强了植物环境适应性和竞争能力。笔者首先从植物生物钟的研究历史入手,回顾了中国古代农业生产中对节律性的认识和应用;然后介绍了现代植物生物钟研究的起源、基本概念和理论知识;最后重点论述了本领域的最新研究进展,揭示了植物生物钟作为复杂的信号转导网络的“整体水平”调控特性和“牵一发而动全身”的独特性。     

人体与哺乳动物的生物钟同步机制及疾病

由于地球的自转,地球表面的光照和温度会产生以24 h为周期的节律性波动.与之相适应地,近地表生物的新陈代谢、生长发育、细胞周期等也会随着昼夜更替而改变,形成稳定的昼夜节律.昼夜节律是生命体在自然环境中经过漫长的演化而产生的,但它并不是简单的被动适应,而是由内在的生物钟驱动的,主动与环境进行匹配的过程.那么,生物钟到底是什么?它是如何运作的?生物钟重置的机理是什么?生物钟紊乱对人类的健康又有什么样的影响?这些都是我们关心并期待解答的问题.     

生物钟养生法

现代生物学和医学研究表明,在生物钟的支配下,人体各器官的机能时而亢奋,时而平和,交替张弛,具有周期变化的节律性。若人体生物钟紊乱,就会导致疾病、衰老甚至死亡。     

生物钟：基因和环境决定的行为——2017年诺贝尔生理学或医学奖简介

2017年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位研究果蝇生物钟行为的美国科学家——杰弗里 • 霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔 • 罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔?杨(Michael W. Young),奖励他们发现了决定生物钟行为的基因和这些基因产物的工作原理。生物钟,也叫生物日节律或昼夜节律(circadianrhythm),是生物以约昼夜24小时为周期的节律性行为。生物钟行为是一个在各种动植物中都普遍存在的自然现象。生物钟基因的发现和对这些基因产物工作原理的揭示对了解生命和生命的运行原理,特别是对基因、行为和环境三者之间的关系有着重要的理论意义,同时也为利用生物钟原理来解决生产活动和健康医疗中的生物学问题奠定了应用基础。     

拟南芥隐花色素2(cry2)的光激发与光钝化机制

<正>光是影响地球上所有生命体系的重要环境因子,动植物均通过光受体蛋白感受感知光信号。其中,隐花色素(cryptochrome)是唯一一类在生命进化过程中极为保守的蓝光受体蛋白。在植物系统中,隐花色素参与蓝光诱导的幼苗形态建成和花发育等过程;而在哺乳动物中,隐花色素主要参与生物钟与昼夜节律调控。隐花色素于1993年首先在植物中被发现。能够行使功能的隐花色素     

时差的生理影响及治疗

生物钟调节分子、生理和行为水平的节律，以适应环境因子的昼夜交替周期。生物钟与外界环境时钟失同步化会产生节律紊乱，从而对健康和认知造成不利影响。跨时区旅行以及夜班、轮班等社会性因素都会造成时差，导致主生物钟和外周生物钟失同步化，内在节律与环境出现失调。由于工业化进程的加快，经历时差或需要轮班工作的人们越来越多，节律紊乱问题及其对生理、代谢、免疫健康和行为的影响应引起重视。随着分子研究的不断深入，人们对时差产生的机理有了更为深刻的认识，同时一些物理、药物治疗方法以及饮食、睡眠和作息管理等措施被用以缓解或治疗节律紊乱及相关症状。文章对生物钟的调节机制，时差和社会性时差对健康、认知等方面的影响，以及目前的治疗措施进行了综述。     

月光下的生命律动

<正>月光触发动物交配,月光设定大自然的节律,月光甚至引发种种不可思议的变化……农历月半时分,月球就像一轮皎洁的银盘,高悬于我们头顶的天空上,神秘而渺远。在科学家眼里,月球是离我们最近的外星世界,受地球引力的吸引与地球相伴相随。从地球上开始有生命以来,月球用它银色的光辉,影响和形成了地球生命的生物钟节律,写入了地球生命的"DNA"中。     

生物波的时间序——生物波钟

生物钟的研究已有较久的历史,现已涉及较多的领域,其内容主要是对各种生物的生命活动节律的认识,不论生物体的大与小、结构简单与复杂,均表现出受生物钟支配的生命活动过程,人体重量几十年间周期性变化,血液中红细胞数量每天从早到晚一少一多的增减,人体温度在一天内不同时刻的升降以及体液中固醇类物质水平随早晚更替而发生变化等等,这些都是人类受生物钟支配的例子,此外动     

生命体内的计时器:生物钟

生物钟是生物所具有的一种独特的生理功能,生物个体可借此自动预测时间,并相应地调节各项生理活动的节律.从低等的蓝藻直到包括人在内的哺乳动物.地球上的绝大多数生物体内都存在生物钟,各种生物可通过生物钟来调节体内的生化反应,进而对生理活动进行调节,实现与昼夜节律性变化环境因子的同步化.     

大豆适应性的分子遗传基础

光周期是重要的调控开花时间的因子。在大豆中,光周期调控开花是影响生育期和产量的重要因素之一,因而受到农学家们的关注。大豆在地域上具有广泛的适应性,这与大豆品种对日照长度的适应性是分不开的。大豆对光周期的适应性是由一系列成熟期基因来控制的。在长日照下,大豆需要降低或减少对光周期的敏感性;而在短日照下,大豆需要晚花以获得足够高的产量。近年来,科学家们通过正向遗传学的研究鉴定到了许多成熟期基因,并通过遗传学、分子生物学和生物化学方法进一步分析这些基因的功能,以解析光周期在长日照和短日照下如何调节大豆开花。文章总结了关于成熟期相关位点基因的鉴定,以及它们如何在长日照和短日照条件下调节开花时间。     

神秘的金星

金星是地球的近邻“姐妹行星”,它们的大小和质量相当。早先曾推想金星有类似于地球的生机环境,甚至存在生物。但近半个世纪的探测表明,金星是跟地球差异甚多的神秘奇特世界。例如,金星与地球的自转方向相反(逆向自转),且特缓慢,金星的一昼夜相当于116.75(地球)日,不到两昼夜就度过一金星年--“度日（昼夜）如年”;它被浓密的大气和云层笼罩,难见表面的“庐山真面貌”,表面气压达93 bar(1 bar=100 kPa),强烈的温室效应使表面气温达467 ℃,酷热而干燥的环境显然不会存在生物;60%表面高程差不超过500 m,仅5%表面高出2 km;跟有古老而严重陨击的月球和水星不同,金星整个表面似乎都是地质上年轻的,陨击坑少,而火山地貌占主导,平均年龄可能不超过5亿年,几乎90%的表面是固结的玄武岩浆,到处有熔岩流和各种火山,断裂和断层交割景观,但没有地球那样的板块构造特征,也没有海洋和河流。金星的很多秘密还需要进一步探测研究。     

天宫二号里那块优雅的“手表”——空间冷原子钟

天宫二号带着一款别致的"手表"——空间冷原子钟正在绕着地球翱翔。它仰望深空,俯视大地,探索浩淼宇宙遵循的黄金规则,细致描绘地球母亲的每一寸土地。这是人类史上首台在空间实验室开展科学研究的空间冷原子钟,它的精准度也是史无前例的,为3 000万年误差不超过1 s。这台原子钟是中国科学家们历经十数年孕育和抚养成才的,它承载着中国在空间定位、深空探测,以及广义相对论的验证等方面的研究使命。     

太阳驱动地球环境变化研究进展

太阳是地球表层系统最重要的能量来源,地球表层环境变化记录中含有太阳辐射变化或太阳活动的印记,实际观测的太阳辐射变化却被认为不足以引起地球气候系统的剧烈变化,不同学者发展了多种物理模型来解释太阳驱动地球环境变化的机制。本文从地质记录入手,综述了太阳影响不同时间尺度气候变化的地质[CD*2]生物记录,评述了几种放大机制,发现这些物理模型在解释某种气候现象时具有很好的适用性,但在其他方面也往往存在一定缺陷。我们认为：太阳变化是驱动地球环境变化的最根本因素;地球环境变化可能直接响应太阳变化。要么太阳活动引起的辐射量变化在气候系统中的作用被低估,要么还有未被发现的新机制,未来的研究应该针对这两个问题展开。     

鲁棒的高速物理随机数发生器

基于宽带混沌激光作为物理熵源, 提出一个性能稳定的高速物理随机数发生器实现方案. 利用差分比较器对宽带混沌信号延迟作差, 再经由时钟控制的触发器进行采样保持以及后续异或处理, 实验获得了速率为1.44 Gbit/s 的随机数. 该方案免去了精确的阈值电压调节过程, 利用差分比较纠正了混沌幅值概率密度分布的偏差, 使混沌幅值分布的中值偏斜度系数为γ= 1.5×10^-6. 此实验系统可抗外界波动信号的干扰, 能够连续稳定工作至少12 h.     

光遗传学:一种行为光控新技术

光可被细菌、藻类等低等生命和人类等高等动物通过视紫红质系统而感知。20世纪70年代后,几种细菌和藻类通道视紫红质的发现为光控系统的诞生奠定了基础。光遗传学最初由米森伯克于2002年首次实现并于2005年由迪塞罗斯和博伊登进一步完善,其应用极大地增强了对大脑功能的理解。光遗传学可使科学家借助光来精确开闭特异神经元从而达到操纵神经元活性和动物行为的目的。光遗传学技术已被证明是在细胞和系统层面研究健康和病理大脑活性的一个非常强大且有用的工具。文章系统介绍了光遗传学诞生的历史背景、重大事件、发展过程、应用领域及重要价值等。     

深部碳循环：来自火成碳酸岩的启示

全球碳循环研究对于理解现今及未来大气圈CO2浓度及其变化趋势至关重要。传统的碳循环研究多侧重于探讨碳元素在大气圈、水圈、生物圈等地球表层之间的循环过程,基本不讨论地球内部圈层碳元素地球化学的行为与循环,现在发现传统的研究方式已很难深刻认识大气圈CO2浓度变化的规律。探讨地球内部与表层碳元素双向交换过程的深部碳循环研究应运而生,成为当前全球碳循环研究的主要方向。火成碳酸岩主要由碳酸盐矿物所组成,是地球内部碳元素含量最高的岩石,因而成为深部碳循环研究的主要对象之一。当前的研究发现,相当一部分火成碳酸岩中的碳来自大气圈的CO2,是再循环的碳。地表附近消耗大气CO2所新生成的沉积碳酸盐岩借助板块深俯冲作用被带入地球内部,在（超）高温和含水条件下发生部分熔融作用,形成碳酸岩浆,后者再上侵形成火成碳酸岩,或者直接喷发至地表,碳元素又重返地球表层。因此,地球内部的构造运动主导碳元素在地球表层与内部的循环过程,进而控制大气圈CO2浓度长周期变化的趋势。     

砷暴露与雄(男)性生殖功能简

砷是地球上广泛分布的一种有毒类金属元素,氧化胁迫是其主要毒性. 目前,砷也被证明具有内分泌干扰作用. 本文简要综述了环境砷的人群暴露和代谢情况,总结了砷影响男性精子质量和不育症的流行病学证据,结合动物模型的研究结论,探讨了砷通过氧化胁迫途径干扰激素合成和代谢,进一步引发雄（男）性生殖毒性的机制.