植物细胞壁研究与生物质改造利用

细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的重要结构特征之一,在植物细胞生长发育和环境响应中发挥重要作用.同时,地球上陆生植物光合作用产物约70%存于细胞壁中,细胞壁生物质是地球上最丰富的可再生资源.植物如何将光合产物合成为细胞壁成分?人类如何有效利用大量的、可再生的细胞壁生物质资源?这些问题近年来受到了广泛的关注.本文对细胞壁合成、利用生物技术对细胞壁生物质进行改造,以及细胞壁生物质利用等研究进行简要介绍和综述.     

纤维素多相催化一步制备多元醇

化石资源的日益枯竭,能源需求的不断增长以及全球气候和环境的不断恶化,迫使人类不得不寻找能替代化石资源的可再生新能源.近年来,生物质能由于广泛易得、廉价、碳中性等特点获得了世界各国的高度重视并得到飞速发展.以生物质及其衍生物为原料,催化转化制备多元醇更是成为当前国内外化学工作者的研究热点.多元醇作为一种重要的工业原料,可用于合成氢气、液体燃料和化学品.作为自然界最为丰富的生物质,纤维素可以通过催化转化的方法转变为多元醇.本文对纤维素制备山梨醇、异山梨醇、乙二醇、丙二醇的研究进展进行了总结和评述,并结合本课题组的一系列工作提出了纤维素制备多元醇的未来挑战.     

棉花类固醇5α-还原酶在纤维细胞的起始和伸长中具有重要作用

棉花纤维是胚珠外珠被表皮细胞经突起和伸长而成的单细胞,具有极度伸长的结构(长径比达1000～3000)和特殊的细胞壁(纤维素含量达95%)组成,是研究植物细胞     

细胞壁:决定植物细胞命运的信使

以前认为植物细胞壁是些没有作用的空盒子，现在揭示出：它在植物发育过程中是决定细胞命运的有力信号机。自从17世纪英国科学家罗伯特·胡克（RobertHoorke）用早期的显微镜对植物进行了研究之后，就了解到植物细胞被僵硬的壁所包被。今天，任何一本生物学教科书的专业词汇，叙述细胞壁的经典的狭义作用时，都把它们描写成一种被动地包装着有活性的细胞生命物质的纤维素盒子。新的研究表明，细胞壁承担着决定植物细胞命运的活性作用。壁是一条长廊，包含有碳水化合物和蛋白质——但其本性仍然是个巨大的秘密——能和细胞内部及外部的其它…     

深度共熔溶剂预处理木质纤维素研究进展

深度共熔溶剂(deep eutectic solvent, DES)是两种或多种化合物的低熔点混合物,对不同类型的木质纤维素生物质均表现出良好的预处理性能.由于具有绿色环保、成本低廉、可设计性以及强生物相容性等优势, DES已广泛应用于食品、中药成分提取等诸多领域. DES预处理可以破坏木质纤维素原料中的氢键,断裂木质素-碳水化合物的复合体结构,促使木质素和半纤维素组分溶出或水解,从而增加纤维素的相对含量.该研究从DES预处理作用机理出发,分别对纤维素、木质素和半纤维素的不同作用过程进行了详细综述,综合分析了DES预处理技术的主要影响因素,系统综述了DES对木质类、秸秆类两类生物质预处理的研究进展,并指出应用趋势以及未来研究建议,为DES预处理木质纤维素生物质的研究与应用提供了思路和参考.     

我国生物质催化转化研究取得重要进展

随着石油储量的不断减少和环境保护法规的日趋严格,生物质在未来的能源结构中将占有越来越重要的地位.世界各国都将发展生物质能源和生物质化工技术作为其重要的战略部署,投入重金进行研发.尤其是以纤维素为原料的生物质转化途径,因其来源广阔、不占用耕地等优势     

小麦细胞壁钙调素的研究初报

在植物细胞内钙离子作为第二信使通过钙调素(Calmodulin,简称CaM)而起调节作用,已有许多研究证实和评述。植物体内大部分的Ca~(2+)是存在于细胞壁中,Ca~(2+)和细胞壁的相互作用发挥着重要的生理功能,如细胞壁结构的稳定性,酸性生长,离子交换特性,向地性,细胞壁酶活性的调节等。在植物细胞壁中Ca~(2+)的功能是否通过CaM起调节作用,目     

细胞壁连接的类受体激酶(WAK):植物细胞壁与细胞质联系的重要蛋白

细胞壁连接的类受体激酶(WAK)是一类特殊的植物类受体激酶, 与细胞壁中的果胶共价交联. 在结构上, WAK分为胞外域、跨膜域和胞内激酶结构域, 胞外域中存在保守的EGF重复序列. WAK以多基因家族形成存在, 其表达模式具有组织特异性, 主要在叶、茎中表达, 在功能上参与病原菌反应、细胞伸长调控、铝胁迫反应等. WAK1在细胞外与富含甘氨酸的蛋白质AtGRP3特异结合, 在胞内与蛋白磷酸酶KAPP结合并形成约500 kD的AtGRP3-WAK1-KAPP复合体. 植物中还存在与WAK结构相似的类WAK蛋白(WAKL)家族. 本文结合WAK结构特点和作用机制认为WAK/WAKL可能是植物细胞壁与细胞质进行联系和通讯的重要蛋白.     

生物质能的利用现况及展望

生物质能是一种储存于生物质内的能源,是一种清洁、可持续发展、且资源丰富的可再生能源。生物质能在使用过程中产生的CO2量与植物生长过程中吸收的CO2量相近,同时植物自身还起到保护和改善生态环境的重要作用。因而在能源紧迫和力求减少温室气体的今天,其开发利用备受全球各国重视,发展前景宽广。本文着重介绍其利用技术、现况和前景。     

生物质能现状与发展

我国作为一个世界上最大的农业大国,具有极为丰富的生物质资源.所谓生物质就是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物.这些生命循环往复,顽强地生存着,它们巧妙地将太阳能以化学能或其他能量形式贮存在自己的体中形成生物质能.人类发现,利用不同的技术手段可将生物质转化为常规的固态、液态和气态燃料,这是一种取之不尽、用之不竭可再生能源.     

莲叶柄导管次生壁蛋白的发现和初步研究

植物细胞壁包括初生壁和次生壁两种类型,具有多方面的生物学功能.用组织培养的方法可以得到只有初生壁而无次生壁的愈伤组织或悬浮培养细胞.Lamport用这种材料于1960年首次在初生壁中发现了一类富含羟脯氨酸的蛋白质,定名为伸展蛋白(extension).以后,人们又在多种植物的初生细胞壁和花粉壁中发现了其它一些壁蛋白和酶.经过30年     

纵向岭谷区山地植物物种丰富度垂直分布格局及气候解释

为了解纵向岭谷区山地植物物种丰富度垂直分布格局,选取不同纬度的西双版纳(热带山地)、哀牢山、无量山、高黎贡山和白马雪山(亚热带山地)等5个地区为研究对象,对比分析了山地垂直高程范围内物种丰富度、面积及气候要素沿海拔梯度的分布特征及其相关关系.结果表明:研究区山地植物物种丰富度沿海拔梯度存在由平缓至递减(热带山地)和先增后减—物种丰富度在山地中间海拔最大(亚热带山地)两种格局;随着纬度的增加,山地植物物种丰富度沿海拔梯度最大值出现的位置依次升高;物种密度与物种丰富度垂直分布格局相同;从气候的角度而言,实际蒸散量作为区域水热平衡的表征因子,能较好地解释不同山地植物物种丰富度垂直分布格局及其异同;亚热带山地下部较低的植物物种丰富度受制于高温、少雨的气候特征,随着环境干燥程度的增加植物物种丰富度迅速减小.     

近年来纤维素酶研究的进展

纤维素酶的基础研究是从五十年代开始的.五十年代初,选育与培养产生纤维素酶的微生物方法,特别是纤维素酶分析方法不够完善,而且研究目的也只是消极地为了防止微生物腐蚀木材和纸张制品.进入六十年代后,微生物选育与培养以及纤维素酶分析技术有了迅速的进步;在另一方面,人们开始注意到,纤维素是地球上最丰富的有机物质之一,它是一切植物的     

植物体内的纳米结构SiO_2

作为地壳中含量极为丰富的元素，Ｓｉ在植物体内，尤其是在单子叶植物体内的含量高于任何其他无机组分．由于它无处不在，因此很难用一般植物营养生理学方法证明它是植物的“必需营养元素”．但是，许多研究结果都证明Ｓｉ对植物生长发育具有有益作用，它能明显提高植物对非生物和生物胁迫的抗性．从植物体矿化纳米结构ＳｉＯ２的形态发生、结构和功能分析入手，重点讨论了以植物细胞壁为模板，诱导有机／无机二元协同胶体ＳｉＯ２的自组装机制，以及它具有的特殊结构所赋予的植物抵抗各种环境胁迫的可能作用。     

植物体内的纳米结构SiO2

作为地壳中含量极为丰富的元素,Si在植物体内,尤其是在单子叶植物体内的含量高于任何其他无机组合,由于它无处不在,因此很难用一般植物营养生理学方法证明它是植物的“必须营养元素”,但是,许多研究结果都证明Si对植物生长发育具有有益作用,它能明显提高植物对非生物和生物胁迫的抗性,从植物体矿化纳米结构SiO2的形态发生,结构和功能分析入手,重点讨论了以植物细胞壁为模板,诱导有机／无机二元协同胶体SiO2的自组装机制,以及它具有的特殊结构所赋予的植物抵属种环境胁迫的可能作用。     

《科学通报》2006年第51卷总目次

前沿617(6)埃达克岩成因回顾Paterno R.Castillo1489(13)全球变暖:行动还是等待?W.S.Broecker评述1(1)细胞壁连接的类受体激酶(WAK):植物细胞壁与细胞质联系的重要蛋白张素巧孙颖郭毅孙大业121(2)含硅共轭聚合物电致发光材料研究进展陈润锋范曲立郑超汪联辉黄维241(3)非负矩阵分解及其在模式识别中的应用刘维湘郑南宁游屈波369(4)microRNA对植物生长发育和病毒侵染的调控段成国王春晗郭惠珊378(4)中国干旱-半干旱区风尘物质的Sr,Nd同位素地球化学:对黄土来源和季风演变的指示饶文波杨杰东陈骏李高军497(5)金刚石表面的功能化修饰只金…     

一氧化氮通过依赖和不依赖活性氧的信号途径介导桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉悬浮细胞中紫杉醇生物合成

一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)是植物体内两种常见的信号分子, 在植物抗逆反应等过程中起重要作用. NO合成和氧化迸发(oxidative burst)以及ROS积累是红豆杉悬浮细胞在桔青霉细胞壁诱导子处理下出现的两个早期反应. 为了探讨NO和ROS在桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉细胞紫杉醇合成过程中的作用及其相互关系, 分别以NO专一性淬灭剂cPITO, 一氧化氮合酶(NOS)抑制剂PBITU, 质膜NAD(P)H氧化酶抑制剂DPI以及超氧离子(O₂^-)和过氧化氢(H₂O₂)淬灭剂超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)处理红豆杉细胞. 结果表明, cPITO和DPI不仅可以分别抑制红豆杉细胞的NO合成和ROS积累, 同时还可以阻断诱导子对紫杉醇合成的促进作用, 说明NO和ROS是参与桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉细胞中紫杉醇合成调控的信号分子. cPITO和PBITU同时还可以部分抑制诱导子对红豆杉细胞氧化迸发的诱发作用. 外源NO单独处理可以促进红豆杉细胞中紫杉醇合成, DPI可以抑制NO对紫杉醇合成促进作用. 然而, 即使在红豆杉细胞中ROS积累被完全抑制的情况下, NO和桔青霉细胞壁诱导子对细胞中紫杉醇的合成仍然具有一定的促进作用. 上述结果表明, NO可以通过依赖和不依赖ROS的两类不同信号途径介导真菌诱导子诱发红豆杉细胞中紫杉醇的生物合成. 实验结果同时也表明, NO和桔青霉细胞壁诱导子对红豆杉细胞中紫杉醇合成的促进作用可以被CAT抑制, 但不受SOD的影响, 说明氧化迸发产生的H₂O₂可能是介导NO和桔青霉细胞壁诱导子诱发紫杉醇合成的信号分子.     

从木质中提取汽油

植物原料是一种巨大的再生能源,而且可以用它获取氢、气态烃、液态烃、固体烃和化学原料。全世界森林固态生物质每年增长大约500亿吨,超过人类对能源需求的几倍。苏联拥有的森林占全世界所有森林的20%。显然,在不久的将来,采用适当的工艺收集和加工森林再生生物质就能获得气态、液态和固态燃料一类的能源。植物原料的优点     

植物制造防御素

真菌的侵袭有时会毁掉农作物,但植物并不是对所有的过往真菌孢子都束手无策。它们有一套抗感染的复杂防御机制。其主要的一道防线是,在遭到真菌侵袭时,植物会产生一种能毒杀真菌的防御素。虽然科学家们已经知道真菌的细胞壁含有能够诱发植物产生防御素的多糖,但对其中具体的生物化学变化却不清楚。现在,里维赛德(Riverside)加州大学的Noel Keen和Massaki Yoshikawa揭示出称为诱发体的某种真菌多糖是如何在大豆体内诱发产生防御素的。这种真菌和引起马铃薯枯萎病,造成十九世纪爱尔兰饥馑的真菌是近亲。当真菌在大豆体内生长时,会放出菌丝。这些丝状组织溶化植物的一部分细胞壁,穿过植物体,这就意味着,生长的菌丝与大豆植株的细胞壁有密切接触。     

中国野生兰科植物物种多样性与地理分布

中国是世界上兰科植物最为丰富的国家之一,且全科植物均在《国家重点保护野生植物名录》和《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)的保护之列.本研究在确立中国野生兰科植物物种名录和建立物种地理分布数据库的基础上,对其进行物种多样性及其地理分布特征的研究.据统计,中国野生兰科植物共计187属1447种,包括特有种601种,生活型以地生兰和附生兰为主.中国野生兰科植物集中分布在我国的西南地区和台湾,尤以喜马拉雅山脉东段、横断山脉地区、西双版纳地区,滇东-桂西山地、台湾东部山地、海南岛南部、黔桂交界山区、鄂西渝东山地、秦岭伏牛山一带最为丰富,同时兰科植物在这些地区的区系分化率也非常高.相对地,特有兰科植物的分布呈现出与所有兰科植物完全不同的地理格局,特别是靠近西南国界的地区差异最为显著,分析得到兰科特有比例较高的地区在全国范围内呈现出离散的分布格局,且许多物种丰富度较低的区域特有种的比例却非常高.最后,采用筛除算法鉴别得到中国野生兰科植物分布的18个热点县,这些热点地区共代表了75%的兰科植物,并且绝大多数与全球生物多样性热点地区重叠.本研究旨在为我国野生兰科植物的优先保护提供重要依据.