前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的生物質的作用主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
1、土壤微生物可以形成土壤結構。土壤并不是單純的土壤顆粒和化肥的簡單結合,作為土壤的活躍組成分,土壤微生物在自己的生活過程中,通過代謝活動的氧氣和二氧化碳的交換,以及分泌的有機酸等有助于土壤粒子形成大的團粒結構,最終形成真正意義上的土壤。土壤微生物的區系組成、生物量及其生命活動對土壤的形成和發育有密切關系。
2、土壤微生物最顯著的成效就是分解有機質,比如作物的殘根敗葉和施入土壤中的有機肥料等,只有經過土壤微生物的作用,才能腐爛分解,釋放出營養元素,供作物利用,并形成腐殖質,改善土壤的結構和耕性。
3、土壤微生物還可以分解礦物質,土壤微生物的代謝產物能促進土壤中難溶性物質的溶解。例如磷細菌能分解出磷礦石中的磷,鉀細菌能分解出鉀礦石中的鉀,以利作物吸收利用,提高土壤肥力。另外,尿素的分解利用也離不開土壤微生物。這些土壤微生物就好比土壤中的肥料加工廠,將土壤中的礦質肥料加工成作物可以吸收利用的形態。
4、土壤微生物還有固氮作用,氮氣占空氣組成的4/5,但植物不能直接利用,某些微生物可借助其固氮作用將空氣中的氮氣轉化為植物能夠利用的固定態氮化物,有了這樣的土壤微生物,就相當于土壤有了自己的氮肥生產車間了。
(來源:文章屋網 )
通訊作者:遲玉成(1969-),男,博士,副研究員,研究方向為植物保護。
摘要:采用生長速率法研究了蓖麻籽粗提物對花生網斑病菌的抑制作用。結果表明:不同濃度的蓖麻籽粗提物對花生網斑病菌均有不同程度的抑制作用,且隨著藥劑濃度的增加,抑制率增大;但隨著時間的推移,抑制效果逐漸減弱,24、48、96 h的EC50分別為2183、36727和43878 mg/L。
關鍵詞:蓖麻籽;粗提物;花生網斑病;抑制作用
中圖分類號:S435.652 文獻標識號:A 文章編號:1001-4942(2013)06-0081-03
花生網斑病是花生生產上的一種重要的葉部病害[1]。該病在花生整個生長期均可發生,以花生生長中后期發病最重,主要危害葉片,其次危害葉柄和莖部,一般減產10%~20%,嚴重的達30%以上[2]。目前,化學防治仍是植物病害最主要的防治措施,但化學藥劑存在毒性大、殘留高、成本高、污染環境等問題。植物源活性殺菌劑具有分解快、殘留低、污染少和毒性小等特點,因此利用植物源活性物質防治植物病害的研究逐漸受到重視并引起廣泛關注[3]。
蓖麻(Ricinus communus L) 屬大戟科蓖麻屬,為雙子葉一年生或多年生植物。蓖麻是具有特殊工業用途的油料植物,是集多種開發功能于一體的生物資源,也是一種重要的生物殺蟲、抗癌和生物抗污染源[4]。 從蓖麻中提取的蓖麻毒素具有較強的殺蟲、殺菌作用,是制造生物農藥的重要來源[5]。已有研究表明,蓖麻籽粗提物對黃瓜褐斑病、玉米小斑病病菌有明顯的抑制作用[6,7]。 本試驗以花生網斑病病菌為研究對象,研究了蓖麻籽粗提物對花生網斑病病菌的生物活性,以期為花生網斑病的生物防治提供依據。1 材料與方法
11 供試材料
蓖麻籽購自青島市李滄區農貿市場;網斑病病菌(Phoma arachidicola Marasas,Pauer & Boerema)由山東省花生研究所病害與微生物實驗室分離、保存。
12 試驗方法
121 蓖麻籽粗提物的制備 蓖麻籽粗提物采用索氏提取法抽提[8]。將蓖麻籽置于40~50℃烘箱中恒溫干燥,粉碎后過0180~0425 mm孔篩。取50 g粉末,包好,放入提取器中(不超過虹吸管),再加入5倍植物粉末量的95%乙醇,抽提24 h后取出抽濾,旋轉濃縮至1 g/ml (干物質量計),裝入棕色玻璃瓶中,置4℃冰箱中保存備用。
122 對網斑病菌的生物活性測定 無菌條件下,將PDA培養基與粗提液充分混勻,粗提液濃度分別為50、100、200、300、500 mg/L,制備直徑90 mm的固體平板培養基,以不添加粗提液的PDA培養基為對照。網斑病菌培養5天后,用滅菌的打孔器制備菌餅(直徑為5 mm),將菌餅接種到固體培養基中央,每皿一塊,菌絲面朝下放置,每處理重復3次。置于恒溫培養箱內,28℃黑暗條件下培養,分別在24、48、96 h采用十字交叉法測量菌落直徑,計算生長抑制率:
由表1可以看出,蓖麻籽粗提物在50~500 mg/L之間,花生網斑病菌均受到不同程度的抑制作用,且隨著藥劑濃度的增加,抑制率也增加。但隨著時間的推移,抑制效果逐漸減小,24、48、96 h的EC50分別為2183、36727、43878 mg/L。3 討論
隨著人們食品安全意識的不斷增強和對農產品農藥殘留問題的關切,利用非化學方法控制病蟲害受到植物保護工作者越來越多的重視,開發對有害生物高效、對非靶標生物安全、對環境友好的生物農藥己成為新的研究熱點[8]。 蓖麻種子、
葉片中含有多種殺菌生物活性物質。本試驗結果表明,蓖麻籽粗提物對花生網斑病菌在一定濃度范圍內具有不同程度的抑制作用,隨著時間的推移,抑制作用逐漸減小。其原因可能是由于非藥劑因素隨著時間的推移逐漸加強,從而消弱了藥劑的作用。另外,抑制細菌生長需要粗提物的濃度較高,可能是由于提取的純度不夠,導致用藥量過大。
蓖麻不同組織由于所含活性物質的成分和含量不同[5],其對病菌的作用效果存在明顯的差異。本試驗只研究了蓖麻籽粗提物的殺菌作用,要有效利用蓖麻的生物活性物質進行植物病害防治,還需要對蓖麻不同部位活性物質的抑菌效果進行研究,并且對抑菌活性物質進行進一步分離純化,真正的應用于生產還需做大量研究工作。參 考 文 獻:
[1] 樊堂群, 遲玉成, 謝宏峰,等 不同抗性花生感染網斑病菌的酶活性及丙二醛含量變化[J] 花生學報, 2009,38(4):31-34
[2] 徐秀娟,石延茂,徐明顯,等 花生網斑病的發生與防治研究[J] 山東農業科學, 2009,4:29-30
[3] 文艷華, 馮志新, 徐漢虹, 等 植物抽提物對幾種植物病原線蟲的殺線活性篩[J] 華中農業大學學報, 2001,20(3):235-238
[4] 黃家祥 蓖麻生產及綜合開發利用技術[M] 北京: 中國農業出版社, 2005
[5] 溫燕梅, 馮亞非, 鄭明珠 蓖麻不同部位殺蟲活性成分蓖麻堿的提取及含量[J] 農藥, 2008, 47 (8):584-585
[6] 吳雪平, 田雪亮, 項志鋒 蓖麻籽水提物對黃瓜褐斑病菌的生物活性研究[J] 西北農業學報, 2006,15 (6):215-216
一、蔬菜生產常用的腐植酸類物質
蔬菜生產中常用的腐殖酸類物質包括硝基腐植酸、農用腐植酸銨、農用腐植酸鈉、農用腐植酸鉀和硝基腐植酸鉀等。
二、腐植酸在無公害蔬菜生產上的作用
1.增施腐植酸,提高肥料的利用率
蔬菜是喜肥作物,需肥量較一般大田作物大,在一定范圍內使用肥料對蔬菜的生育、產量及品質有著顯著的促進作用。但過量施用,不僅肥效下降,造成經濟上的巨大浪費,而且還會破壞土壤結構,造成土壤板結、環境污染。如氮肥的過量施用已造成了許多地區蔬菜中硝態氮的累積超標以及地下水和土壤的嚴重污染。化肥利用率低,肥效下降,重氮輕鉀,重無機肥輕有機肥的施肥習慣已成為制約無公害蔬菜生產的重大障礙。腐植酸既具有一般化肥的速效增產作用,又具有有機肥料的活化土壤、緩釋培肥作用,而且無公害、無污染,對解決既要發展農業又要保護環境的矛盾,促進生態良性循環有著十分重要的意義。
增施腐植酸能夠提高氮肥特別是尿素的利用率,腐植酸與尿素作用可生成絡合物,對尿素的緩釋增效作用十分明顯,可使氮利用率提高6.9%~11.9%,后效增加15%。
腐植酸對磷肥具有增效作用,一方面腐植酸與磷肥形成腐植酸―金屬―磷酸鹽絡合物,從而防止土壤對磷的固定,磷肥肥效可相對提高10%~20%,吸磷量提高28%~39%;另一方面腐植酸能夠提高土壤中磷酸酶的活性,從而使土壤中的有機磷轉化為有效磷。
腐植酸對鉀肥具有增效作用,腐植酸是一系列酸性物質的復雜混合物,其酸可吸收和貯存鉀離子,減少其流失,并可避免因長期使用無機鉀遺留陰離子對土壤造成的不良影響。腐植酸可促使難溶性鉀的釋放,提高土壤速效鉀特別是水溶性鉀的含量,同時還可減少土壤對鉀的固定。
腐植酸能夠提高土壤中微量元素的活性,一些微量元素如硼、鈣、鋅、錳、銅等,多以無機鹽形式施入土壤,易轉化為難溶性鹽,使其利用率降低甚至完全失效。腐植酸可與金屬離子間發生螯合作用,使其成為水溶性腐植酸螯合微量元素,從而提高植物對微量元素的吸收與運轉。
2.增施腐植酸,減少農藥施用量,降低蔬菜產品中的農藥殘留
⑴腐植酸對某些植物病菌有很好的抑制作用。施用腐植酸在防治枯萎病、黃萎病、霜霉病、根腐病等方面效果達85%以上。因此從某種意義上講,腐植酸也是農藥,盡管其作用機理還不十分清楚,但腐植酸的無毒、無副作用是許多農藥望塵莫及的。腐植酸不僅能明顯地促進植物對氮、磷、鉀的吸收,還能有效地提高植物體內超氧化物歧化酶SOD、硝酸還原酶NR的活性。因此腐植酸有助于提高蔬菜自身的抗逆防衰能力。
⑵腐植酸對農藥的緩釋增效作用,可降低農藥的使用量。腐植酸作為一種無毒、無污染的物質,不僅可單獨作為農藥,而且還可以與農藥混用。腐植酸與有機、無機磷農藥復合可使有機磷分解率大大降低。這是由于腐植酸分子中含有較多的親水基團,與農藥混合,能有效地發揮其良好的分散、乳化作用,從而有助于提高農藥活性。此外,腐植酸具有很大的內表面積,對有機無機物均有很強的吸附作用,與農藥配伍,會形成穩定性很高的復合體,從而對農藥起緩釋作用。腐植酸與農藥復合,可使農藥用量減少1/3~1/2,藥效延緩3~7天。而且腐植酸與農藥復配后,其毒性大大降低,這對于減少環境污染,發展無公害蔬菜生產無疑具有重要的意義。
3.腐植酸具有改良土壤的作用
生物技術在農作物生產方面的發展前景
1生物固氮
氮肥是世界糧食生產和豐收的關鍵,土壤每年要失去大量的氮素供植物需要。農作物一般通過含氮肥料的施用和生物固氮來獲取氮素,其中作物生產所需近50%的氮肥來自于固氮細菌的固氮作用,生物固氮在農業生產中具有十分重要的作用,到目前為止人類對于生物固氮的研究已涉及到形態結構、細胞水平、分子水平及遺傳等諸多領域。我國農業生產中生物固氮的最基本應用主要是對豆科作物進行根瘤菌拌種,而國際上生物固氮的研究較為先進,開發利用新型根瘤固氮菌劑,以達到增產效果[5]。
2生物反應器
生物反應器是現代農業生物技術發展中重要的研究領域之一,與傳統農業產品相比,用各種農作物為載體的植物生物反應器產品可通過種子、果實或塊莖表達,便于貯藏、運輸和利用。與一些不可再生資源相比,農作物具有種類多樣化、低成本、可再生等優勢[6]。植物生物反應器這種低成本高產出的巨大前景,必將推動我國乃至國際生物經濟快速健康發展。
3轉基因植物疫苗
轉基因植物疫苗是指將外源的疫苗抗原的基因導入植物基因里,把植物基因工程技術與機體免疫相結合,在植物的生長過程中,被導入的疫苗基因即可在植物中表達出疫苗抗原,將此抗原提取,生產出能使機體獲得特異抗病能力的疫苗。植物細胞壁作為天然的生物膠囊,可使細胞內疫苗抵抗消化道的酸性環境和酶類講解,使疫苗在人體小腸內釋放,引起黏膜的免疫反應,刺激膜下淋巴細胞產生抗菌素到消化道、血液和呼吸道中,起到對機體的保護作用。轉基因植物疫苗易于形成產業化規模,在篩選到高效表達植株后,只需增加耕種面積就能擴大產量,且價格便宜,植物易于栽培和管理,生產成本低。安全。植物病毒不會感染人類和家畜使用方便。
生物技術在農作物生產方面存在的問題
1產品本身食用安全性的問題
轉基因農產品中由于外源基因的導入,使得原本沉默途徑被激活從而產生毒素,傳統食品中沒有的毒素也可能因此產生。在轉基因過程中使用大量抗生素標記基因,人畜食用后,通過水平基因轉移和重組可能會擴散到腸道細菌及病原體中,產生新的病原細菌和病毒,并對抗生素產生抗性。同時,轉基因產品中整合的外源基因不易被消化,如被細胞提取并整合,極易引起細胞突變,降低人畜免疫力,對人類健康存在危害。
2環境安全問題
由于基因漂移而使近緣種產生抗性。抗蟲、抗除草劑轉基因作物占目前商品化生產的農作物轉基因品種的主體,但由于基因漂移,有可能使與其近緣種如雜草等產生抗蟲,抗除草劑的能力,從而限制轉基因作物的應用。轉基因生物易引發害蟲、野草等對藥物產生耐藥性并具有可遺傳性,從而產生“超級害蟲”、“超級野草”,打破生物原有的平衡。轉基因作物可能引起非靶標害蟲危害,通過競爭消除原有的野生品種,使得種群發生改變。與此同時,由于轉基因技術的應用,形成了新的物種,改變了原有生物群落,誘發自然食物鏈的破壞。
【關鍵詞】生物標本 植物學教學 作用
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-9682(2012)07-0006-02
生物標本是從事生物分類區系、形態解剖與系統進化研究的重要科學依據。標本收藏與諸多宏觀、微觀生物學科領域息息相關。隨著現代分子生物學技術的進展,標本作為遺傳基因的載體,也成為保存物種遺傳多樣性的基因庫,為生命科學研究提供了必不可少的物質基礎;通過標本館所收藏的標本情況,可以客觀地反映一個區域或一個部門科研工作的歷史沿革、科學進展與科學水平,以及當地生物物種資源的分布情況。就高校生物標本館而言,在建館宗旨、服務對象方面與其他標本室有所不同。它主要面向師生,服務于教學、科研,立足于提升學生的綜合素質。本文以南京大學植物標本為例,就如何充分發揮標本室在植物學教學中的作用做一些探討。
一、南京大學植物標本室簡介
南京大學植物標本室建于1915年,迄今已有90多年的歷史。從建立之初到現在,它在教學科研中發揮了巨大的作用。經過幾代人的不懈努力,通過老師和學生的采集和國內外的交換或其它單位和個人的贈送,現有標本十多萬份(不包括復份及尚未整理就緒的)。
標本館的標本數量雖不多,但在國內綜合性大學中名列前茅,且具有重要的影響力。特別是成績卓越享譽國際的植物學家、禾本科分類學專家耿以禮教授1934年回國后,他一直在南京大學從事教學與科研工作近50年,他一生致力于禾本科的研究、標本采集和整理,為南京大學標本室做了極大的貢獻,也為中國植物學界做了杰出的貢獻。他在完成著作《中國主要植物圖說-禾本科》、《東亞的蓼科》,以及《中國植物志》九卷二分冊)禾本科(竹亞科)期間,收集了大量江南、華南一帶的禾本科、蓼科等的標本,并對這些標本做了整理和鑒定,極大地豐富了標本室的收藏,留下了寶貴的財富。也正因如此,南京大學植物標本室在國內外高校的標本室中獨樹一幟,并以禾本科和蓼科的標本豐富著名。此外,莎草科、葫蘆科標本也有特色,數量也較多,還有其它科屬標本,它們大多數均經過專家的研究鑒定,具有很高的參考價值。
二、標本室在植物學教學中的作用
1.標本室是理論聯系實際的重要橋梁
植物學的學習與實踐緊密結合。單純理論的學習不僅枯燥無味,而且不易理解,結合實踐的教學就顯得尤為重要。標本室為學生提供實踐學習的場所,填補課堂教學的不足。例如在講授孢子植物時,由于采集地的限制,不可能取到較全的蕨類標本和苔蘚標本,在講授該部分知識時學生就會難以理解。標本室內豐富的收藏,可以給學生最直觀的認識,從而加強記憶和理解。
2.作為永久保存的標本,可以保證教學的進行。
標本室應用于植物學的教學中,可使教學不再受時間、地點等外部條件的限制。植物學的教學密切聯系實踐,但因為教學進度的原因,總是有很多無法采到的材料,特別是干冷的冬季,很多實驗材料都難以落實,標本室就可以保證我們材料的落實和教學的進行。在材料比較集中的時節,可以預先將材料收集好,保存在標本室內,在適當的時候加以處理,就可以在植物學理論課和實驗課中發揮重大的作用。標本室內歷史悠久的標本,也可以為學生的學習提供直觀方便的捷徑。
3.標本室的收藏極大地提高了學生學習植物學的積極性
興趣是最好的老師。枯燥的理論課很難讓學生印象深刻并產生濃厚的興趣,但結合標本室的教學,效果就會大不同。特別是南京大學標本室的標本,很多都是歷史悠久的收藏,像很多科的標本,多是解放前和解放初期采集的,標本保存的非常完好,采集信息非常齊全。學生看到這些歷經半個多世紀的標本之后,都非常激動,不但增加了學習的積極性,動手實踐的興趣也越來越濃厚。再結合課堂教學的前提下,他們更樂于積極主動的去發現問題和解決問題,并動手處理好自己采集來的標本,包括完善采集信息、修整標本、做好標本記錄等,極大地提高了授課和學生學習的效率。
關鍵詞 轉座元件;基因表達;表型;植物生長發育
中圖分類號 Q943.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2017)09-0142-05
Abstract Transposable elements(TEs) are generally classified to retrotransposons and DNA transposons based on their mechanism of transpos-ition.The influence of retrotransposons and DNA transposons on the gene expression and plant growth and development was summarized,we found that TEs could influence gene expression by four ways.First,TE insertions within extrons,introns,or 5′-UTR region of genes,can disrupt the gene,induce gene inactivation.Second,TE insertions within regulatory regions may affect the level of gene expression,including promoters,enchancer,or repressor.TE insertions near gene also may provide novel promoter,or cis-acting sites behaving as enhancers,which can lead to new expression patterns.Third,TE insertions near gene can influence regulation of gene expression through a variety of epigenetic mechanisms,such as DNA methylation,or SiRNA.Forth,TE insertions may affect the expansion and contraction in numbers of genes,gene expression,or generate novel genes through chromosomal rearrangements,gene duolication,or gene loss.
Key words transposable elements;gene expression;phenotypic variation;growth and development of plants
轉座元件(Transposable elements)依據其轉座機制主要可以分為反轉座子(ClassⅠ)、DNA轉座子(ClassⅡ),是在大部分真核生物中都廣泛存在、含量豐富的可移動DNA序列,曾一度被認為是“垃圾DNA”,但現代研究表明轉座元件對于基因和基因組進化具有重要影響,是物種進化的重要推動力[1-2]。轉座元件作為基因組的重要組成部分,同樣是目前為止植物基因組中的最大可動部分,其數量的或擴張或縮減的波動,可造成甚至是相近物種基因組組成的顯著不同,而轉座元件的激活同樣也可造成基因表達和功能的系列變化,這些基因或與植物的生殖生長相關,或與植物的脅迫應答相關[3]。
1 反轉座子在植物生長發育中的作用
反轉座子通過RNA介導的“復制-粘貼”機制實現轉座,這類轉座子通過RNA聚合酶Ⅱ將轉座元件轉錄為mRNA,再經由反轉錄酶反轉錄為cDNA,最后通過整合酶(INT)插入到基因組中的新位點,產生新的拷貝[4]。反轉座子包含LTR反轉座子和非LTR反轉座子,其中LTR反轉座子具有Copia和Gypsy2等2個亞族,而非LTR反轉座子則主要包括長散在元件(LINEs)和短散在元件(SINEs)[5]。反轉座子的轉座激活,不單可以產生新的拷貝,對基因組的擴張有重要意義,而且可以通過系列遺傳或表觀遺傳機制影響到臨近基因的表達。
1.1 反轉座子引起基因失活
反轉座子造成的表型改變最基礎、最簡單的類型就是通過破壞原有的基因表達。在大豆中,2個同源基因GmphyA1和GmphyA2可以編碼光敏色素A,對植物的光周期敏感性具有重要作用。在光周期非敏感的株系中,GmphyA2基因由于一個Copia類反轉座子SORE-1插入到第1個外顯子中導致其失活。SORE-1同Sto-4、BARE -1、RIRE1具有序列同源性,具有轉錄活性,并且其轉錄活性受表觀遺傳機制所抑制。SORE-1在大豆基因組中具有同源序列,但大部分于沉默狀態[6]。高分子量谷蛋白的含量同面粉的加工品質息息相關,經研究發現編碼高分子谷蛋白亞基(HMW-GS)的Glue-1基因位于小麥1號染色體的長臂端,在六倍體小麥品種中,有一個位于1A染色體的Glu-1y基因處于沉默狀態,不編碼蛋白質。經序列比對發現,其具有長8 kb的插入序列。插入序列經分析,其兩端具有5 bp的TSD序列和逾500 bp的LTR序列,經閱讀框的分析,鑒定為Copia反轉座子[7]。
高等植物果實發育一般需要授粉和受精刺激花的細胞分裂,一些情況下,單性結實發育過程不需要授粉和受精。單性結實的果實一般不含有種子,具有較高的商業價值。一些蘋果突變品種因只產生無花瓣花朵易于形成單性結實果實而出名,經遺傳學分析發現這一現象受MdPI基因控制。MdPI基因編碼MADS-box轉錄因子,在花瓣和心皮中高度表達,在花萼、葉片、花梗、子房和果實中均不表達。在單性結實品種Rae Ime中,一個長為9 332 bp、結構完整的LTR反轉座子插入到了基因的第4個內含子,而使基因不表_,導致花瓣和心皮消失,花萼和花柱數量增多,果實無籽[8]。類黃酮是一種在高等植物中廣泛存在的次生代謝產物,與植物的色素累積緊密相關。一個水稻的金色外殼和莖節間的突變體(gh1)呈現紅褐色的累積,研究表明這一表型是由于查爾酮異構酶基因(OsCHI)的突變導致。在gh1突變體中,一個Dasheng反轉座子插入到OsCHI基因的 5′UTR區,導致 OsCHI不表達,使gh1突變體一旦暴露在陽光下,便呈現出金色的外殼和莖節間。經檢測gh1突變體金色外殼中類黃酮含量是野生型的3倍[9]。
1.2 反轉座子導致表達水平的改變
反轉座子不但可以通過破壞基因結構,使基因喪失功能,同樣可以通過調控其表達水平,改變其表達模式,實現其表型的改變。反轉座子可以增強基因的表達來影響植物的表型,這一現象在玉米馴化過程中得到了呈現。有5個基因在形成玉米同其近緣野生種形態差異的過程中功不可沒,其中一個便是tb1基因[10]。tb1基因編碼系列TCP家族轉錄調控子,起著抑制分蘗的作用[11]。玉米中tb1基因的過表達使其相對于野生種具有較少的分枝,而tb1基因的過表達則是由于tb1基因上游60 kb處起增強子作用的反轉座子Hopscotch引起[12]。西西里亞血橙因為其豐富的營養成分長久以來被認為和心血管健康相關,深受消費者喜愛,其形成機制也深受關注[13-14]。Eugenio Butelli等發現LTR轉座子Rider插入到了一個MYB轉錄因子Ruby基因的上游而導致了血橙的形成。普通橙子Navalina中雖然具有Ruby基因,但是在果肉中并不表達,血橙Tarocco中不但具有Ruby 基因,并且在Ruby基因的上游插入了一個LTR反轉座子Rider,這一LTR反轉座子為Ruby基因提供了新的啟動子,促使其在果肉中表達,呈現出顯著的紅色[15]。
1.3 反轉座子導致基因表觀遺傳修飾改變
反轉座子可以通過改變染色質的修飾來改變基因的表達水平,反轉座子通常處于高度甲基化的狀態而抑制其轉錄活性,如果這種甲基化修飾狀態延伸至臨近的基因,則會導致基因表達水平的降低。DDM1突變背景下的擬南芥通過重復自交形成了BNS突變體。BNS突變體主要表現為枝短、株矮、花緊湊。研究表明,這一表型的形成主要是因為編碼后期促進復合物13(APC13)的BNS基因沉默,而BNS基因沉默則是由基因的超甲基化引起,這與有DDM1突變在其他基因組區域所引起的低甲基化完全相反。BNS基因反常的超甲基化是由其側翼序列散布的LINE反轉座子引起[16]。轉座子導致的表觀遺傳修飾不僅可以造成基因表達水平的降低,也可以提高基因的表達水平。在擬南芥中,FWA位點上游的SINE反轉座子因為DNA甲基化一般處于沉默狀態,也保證了下游的FWA基因在營養器官不表達,但在擬南芥中突變體中,SINE發生了去甲基化,使下游的FWA基因轉錄表達,進而導致擬南芥晚花[17-18]。
1.4 反轉座子引起基因復制與重組
反轉座子通過轉座復制可以產生新的拷貝,在其轉座的過程中同樣可以由于其攜帶基因進而導致基因拷貝數的增加。SUN基因是一個控制西紅柿形狀的主要基因,編碼系列IQ67結構域蛋白。在圓形西紅柿LA1589中只在10號染色體上存在一個SUN基因拷貝,而在長形西紅柿Sun1642中除位于10號染色體的拷貝外,在7號染色體同樣具有一個拷貝。SUN基因的復制主要是由于LTR反轉座子Rider插入介導的[19]。轉座子轉座可以導致基因拷貝的增加,在百喜草中同樣可以得到體現。單性生殖是一種通過種子的無性生殖模式,可以給農業發展提供無限希望[20]。在單性和雙性百喜草生殖器官中,一些序列的表達水平呈現顯著差異,這其中就包括N17和N22,通過對N17和N22進行序列分析,發現N17和N22和LTR反轉座子具有序列同源性,并且含有一段可編碼蛋白質的序列,而且這一序列和單性生殖發育相關。通過比較單性和雙性植株基因組發現,雙性植株中N17和N22的拷貝數顯著增多[21]。
2 DNA轉座子在植物生長發育中的作用
DNA轉座子通過DNA介導的“剪切-粘貼”機制實現轉座,主要包括hAT、CACTA和Mutator類元件(MULE)等亞族,也包括非自主元件MITEs[5]。由于其轉座機制,DNA轉座子一般情況下只發生位置的移動,并不涉及拷貝數的增加及基因組的擴張,但由其轉座激活可以產生一系列的遺傳及表觀遺傳變異,包括基因修飾、基因刪除及基因表達模式的改變,甚至是產生新的基因。
2.1 DNA轉座子引起的基因失活
DNA轉座子由于其轉座能力,可以通過插入到基因內部引起基因失活。最典型的例子是非自主DNA轉座子Dissociation(Ds)插入到編碼花青素生物合成所需酶的C位點,導致玉米粒色的不穩定性[22]。Ds插入基因C使其失活,導致黃色的籽粒具有無色的胚乳。當自主DNA轉座子Activator(Ac)存在時,Ds可以在C位點移除,使基因C恢復其原有的功能,進而導致籽粒為紫色且胚乳也有著色[23]。當Ds的移除發生在生殖細胞中,整個籽粒都呈現紫色;當Ds的移除發生在體細胞中,籽粒則出現紫色的斑點;紫色斑點的大小和密度則同Ds移除的時間點和頻率相關[24]。孟德爾在研究遺傳定律的過程中,首先描述的性狀便是豌豆的粒形,即圓粒和皺粒[25]。Bhattacharyya等研究發現控制這一性狀的是可以編碼支鏈淀粉酶(SBEI)的r(rugosus)位點。在rr系豌豆中,由于Ac/Ds家族的DNA轉座子插入到了SBEI的外顯子中,導致其失活,使籽粒中的淀粉含量減少、蔗糖含量增加,迫使籽粒對滲透壓的改變做出應對進而形成皺粒[26]。在一些高油脂酸的突變體中,由于MITE類轉座子插入到了FAD2基因中,導致移碼突變,進而導致油脂酸的含量過高[27]。在玉米中發現一個MITE類轉座子插入到同木質素單體聚合相關的ZmPox3基因的第2個外顯子中,導致ZmPox3突變基因只能編碼部分蛋白片段,而缺失了重要的功能位點,使ZmPox3過氧化物酶的活性降低,而其活性降低同植物細胞壁的可消化性呈負相關,因而增強了玉米的可消化性[28]。
DNA轉座子的插入不僅能夠對各種營養物質基因造成影響,同樣也會造成花色等表型的改變。一些牽牛花呈現不穩定的白色,或者是多樣的白花具有深色斑點,經研究發現其形成機制是由于一個長3.9 kb的Ac/Ds家族的DNA轉座子Tip-100插入到了編碼查爾酮合成酶基因CHS-D的內含子區,導致其在花冠中很少表達[29]。在不同品系中雖然花斑形成的時間點和頻率各不相同,但其形成機制是相同的,只有穩定的白花是由于2個Tip-100拷貝插入到了CHS-D基因內部[30]。DNA轉座子插入到一些轉錄調控因子中使其失活同樣可以導致植物表型的改變。植物花青素累積的調控因子包括R2R3-MYB結構域、bHLH結構域和保守的WD40重復,它們之間的相互作用決定了花青素合成系列基因的表達[31-34]。圓葉牽牛花的ivs突變體中,Ac/Ds家族的DNA轉座子Tip-100插入到了編碼bHLH轉錄調控因子的bHLH2基因的第7個外顯子中,導致一些花朵花青素生物合成相關基因表達下降,其中植物花色晚期合成基因(LBGs)DFR和ANS幾乎不表達,而早期合成基因(EBGs)黃酮類生物合成相關基因則不受影響[35]。DNA轉座子插入bHLH2基因中還導致ivs突變體中象牙色種皮中原花色素的累積減少,種子毛狀體變短、變細,數量減少[36]。DNA轉座子的插入不僅能夠造成花色,同樣也會對一些代謝產物合成基因造成影響。
2.2 DNA轉座子導致基因表達水平的改變
DNA轉座子因其轉座能力,不僅能夠引起基因的插入突變,同樣也可以導致基因表達水平的改變。Pr基因是一個R2R3 MYB轉錄因子,并且具有組織特異性,在紫色花椰菜中一個Harbinger DNA 轉座子插入到Pr基因的上游調控區使其啟動子的活性增強導致Pr基因表達上升,進而導致一個bHLH轉錄因子和一系列花青素結構基因的激活,包括編碼類黃酮-3-羥化酶、黃烷酮醇-4-還原酶和白色花色素雙加氧酶的基因,最終導致紫色花椰菜中色素的異常積累[37]。葡萄藤突變種RRM相對于正常品種Carignan果實過度密集和花期延遲的特點。研究發現在RRM花序中,由于一個DNA轉座子Hatvine-rrm插入到與擬南芥TFL1具有同源性的VvTFL1A基因的⒍子區,導致順式作用元件的激活,進而引起VvTFLA基因的過度表達[38]。在玉米的白化苗中,非自主性DNA轉座子Mu1插入到了基因hcf106的5′端,導致葉綠素合成受阻,而出現白化這一致死性狀。然而當Mu1兩端TIR序列被高度甲基化修飾而失去轉座活性時,已失活的DNA轉座子可作為啟動子促進hcf106表達,使植株恢復原來的性狀[39]。
DNA轉座子除了能在轉錄水平影響基因的表達,還可以通過改變剪接在轉錄后水平影響基因的表達。在大豆中,CACTA轉座子Tgm-Express1插入到了黃烷酮-3-羥化酶的第2個內含子中,改變剪接模式,進而導致紫花轉變為粉花[40]。高粱籽粒外皮紅素的累積受基因Y控制,Y基因主要編碼MYB轉錄因子。在突變體y-cs中,由于一個長23 018 bp的CACTA轉座子Cs1插入到Y基因的第2個內含子中,造成基因的錯誤剪接,導致高粱籽粒的外色呈現斑紋狀[41]。
2.3 DNA轉座子通過表觀遺傳機制造成基因表達的改變
DNA轉座子作為基因組中的重復序列自身受到一系列的表觀遺傳調控,包括DNA甲基化修飾和組蛋白修飾,并且還可以產生大量的siRNA。這些表觀遺傳調控都可能影響到臨近的基因,而導致基因表達水平的改變。甜瓜中的CmWIP1基因編碼C2H2鋅指轉錄因子,在心皮原始細胞中表達,具有抑制雌性器官發育的作用。hAT家族的DNA轉座子插入到CmWIP1基因的下游,并且將甲基化修飾延伸到基因的啟動子區,使基因的表達降低,導致在雄花轉變為雌花[42]。水稻中,位于編碼 B3 DNA結合結構域蛋白的基因RAV6 5′端的MITE的超甲基化導致了基因RAV6的異常表達,使植株具有較大的葉夾角、較小的籽粒[43]。許多轉座元件都可產生大量的siRNAs,用來調控基因的表達,這其中便包括MITEs。在水稻中對由DCL3a(Dicer-like 3a)產生的siRNAs進行分析發現,這些siRNAs中82%都由MITEs產生,并且這些siRNAs能夠影響附近基因的表達,改變水稻的農藝性狀,如植株矮小。降低由DCL3a產生的siRNAs含量能夠顯著提高臨近基因的表達,影響植物體內赤霉素含量的動態平衡,進而影響植株的高度和葉夾角[44]。
2.4 DNA轉座子引起的基因丟失、重組及新基因形成
日本牽牛花中,En/Spm轉座子Tpn插入到花同源異型基因DUPLICATED(DP)的第2個內含子中,并在切除過程中導致部分Tpn轉座子和DP基因的缺失,最終導致牽牛花的生殖器官發育成花器官(花瓣和萼片),而形成雙層牽牛花[45]。金魚草中的niv基因編碼查爾酮合成酶(CHS),參與花青素的生物合成,對于植物的花色具有重要作用[46]。在HAM5突變系中,有2個Tam3 DNA轉座子反向插入到了niv基因的上下游,且這2個反向插入的Tam3轉座子容易形成環狀,影響各種轉錄調控因子行使作用,造成niv基因的表達降低,最終導致HAM5突變系的花瓣為白色[47-48]。DNA轉座子引起的基因重組在玉米中也有體現。玉米籽粒外皮紅色的累積受一個編碼Myb類轉錄調控因子的P1基因控制。2個反向Ac轉座子分別位于P1基因的下游,和與P1基因同源的P2基因的內含子區,當反向Ac轉座子間發生轉座時,可以造成部分基因序列的刪除和重組,而形成了一個新的基因P-oo,改變了玉米籽粒外皮的顏色,呈現橙色[49]。轉座子因為其自我轉座的功能,在基因組中可以長久存在,而且轉座子可以編碼具有DNA結合區域的轉座酶,使轉座子可以具有一定的轉錄因子功能,調節植物的生長發育。轉座子經過分子馴化,逐步具有穩定的生物功能,提升植株的適應性。玉米中的MUSTANG(MUG)基因,便是起源于Mutator類轉座子,并在玉米生長發育中起著重要作用,MUG基因的突變將會導致植株矮小、花期推遲、花的非正常發育和受精減少[50]。
基因表達的模式依賴于其離增強子或衰減子的遠近,由于DNA轉座子的移動而導致基因移動到一個新的染色體背景下可能會改變基因的表達調控。轉座子捕獲及移動基因或基因片段(更常發生)的現象并不少見,而且對于基因的進化也十分重要。水稻中的3 000個Pack-MULEs已經移動了1 000多個基因的片段,雖然大部分可能是無功能的假基因,然而這里面的許多基因片段是表達的,并表現出鮮明的與功能相關的選擇性特征[51]。
3 結語
轉座元件作為真核生物基因組的重要組成部分,能夠引起大量的遺傳變異和表觀遺傳變異,并且對于植物的生長發育過程起著重要作用。綜合來看,轉座元件引起遺傳變異和表觀遺傳變異的機制主要分為以下幾類:第一,通過插入基因內部,破壞基因的完整結構從而使基因失活,如插入到基因的外顯子、內含子、5′UTR區;第二,通過插入到基因的調控區而影響基因的表達水平,包括插入到基因的啟動子、增強子、衰減子區,或為基因表達提供新的啟動子或cis作用位點作為增強子;第三,通過表觀遺傳機制影響基因的表達,如DNA甲基化、SiRNA;第四,通過基因重組、基因捕獲、基因復制、基因丟失等機制影響基因的拷貝數及表達水平,甚至產生新的基因。
本文從現今研究較多的反轉座子和DNA轉座子,分別敘述了其在植物生長發育過程中的作用,但有些由轉座元件導致的基因進化,并不是有某一單一類型的轉座元件的插入導致的,而是由多種元件的多次插入所導致。Kawase等通過對431個糯性和非糯性谷子品種進行檢測發現,由于轉座子的插入導致顆粒淀粉合成酶基因GBSS1功能減弱或喪失功能,導致這一品種含有較少的直鏈淀粉。在這些不同的品種中插入的轉座子具有不同的類型,包含Ⅰ類元件和Ⅱ類元件,并且至少產生4種等位基因[52]。因此,研究轉座元件對植物生長發育的影響時,應從多角度進行分析。
轉座元件通過其轉座激活能夠影響臨近基因的表達,進而影響植物的正常發育,除了能夠推進基因進化外,轉座元件的轉座激活同樣具有一定的毒害作用。為了避免這種毒害作用,或者將這種毒害作用降到最低,在一般情況下,轉座元件處于沉默狀態,只有經過一定的刺激才能被激活而現轉座。因此,了解轉座元件沉默和激活的分子機制,探尋可引起轉座元件激活的各種外界條件同樣重要。
4 參考文獻
[1] WICKER T,SABOT F,BENNETZEN J L,et al.Schulman AH.A unified classification system for eukaryotic transposable elements[J].Nat Rev Genet,2007,8:973-982.
[2] LISCH D.How important are transposons for plant evolution?[J] Nat Rev Genet.,2013,4(1):49-61.
[3] HIRSCH C D,SPRINGER N M.Transposable element influences on gene expression in plants[J].Biochim Biophys Acta,2016,16:30100.
[4] KUMAR A,BENNETZEN J L.Plant retrotransposons[J].Annual Review of Genetic,1999,33:479-532.
[5] WEI L Y,CAO X F.The effect of transposable elements on phenotypic v-ariation:insights from plants to humans[J].Sci China Life Sci,2016,59:24-37.
[6] KANAZAWA A,LIU B H,KONG F J,et al.Adaptive Evolution Involving Gene Duplication and Insertion of a Novel Ty1/copia-Like Retrotranspo-son in Soybean[J].J Mol Evol,2009,69:164-175.
[7] HARBERD N P,FLAVELL R B,THOMPSON R D.Identification of a transposon-like insertion in a Glu-1 allele of wheat[J].Mol Gen Genet,1987,209:326-332.
[8] YAO J H,DONG Y H,MORRIS B A M.Parthenocarpic apple fruit prod-uction conferred by transposon insertion mutations in a MADS-box tra-nscription factor[J].PNAS,2001,98:1306-1311.
[9] HONG L L,QIAN Q,TANG D,et al.A mutation in the rice chalcone iso-merase gene causes the golden hull and internode 1 phenotype[J].Planta,2012,236:141-151.
[10] DOEBLEY J,STEC A,GUSTUS C.Teosinte branched1 and the origin of maize:Evidence for epistasis and the evolution of dominance[J].Genet-ics,1995,141:333-346.
[11] CUBAS P,LAUTER N,DOEBLEY J,et al.The TCP domain:a motif found in proteins regulating plant growth and development[J].Plant J,1999,18:215-222.
[12] STUD A,ZHAO Q,IBARRA J,et al.Identification of a functional trans-poson insertion in the maize domestication gene tb1[J].Nat Genet,2013, 43(11):1160-1163.
[13] DAVIES K M.Genetic modification of plant metabolism for human he-alth benefits[J].Mutat Res,2007,622:122-137.
[14] PRIOR R L,WU X L.Anthocyanins:Structural characteris-tics that re-sult in unique metabolic patterns and biological activities[J].Free Radic Res,2007,40:1014-1028.
[15] BUTELLI E,LICCIARDELLO C,ZHANG Y,et al.Retrotransposons C-ontrol Fruit-Specific,Cold-Dependent Accumulation of Anthocyanins in Blood Oranges[J].The Plant Cell,2012,24:1242-1255.
[16] SAZE H,KAKUTANI T.Heritable epigenetic mutation of a transposon-flanked Arabidopsis gene due to lack of the chromatin-remodeling fa-ctor DDM1[J].The EMBO Journal,2007,26:3641-3652.
[17] KINOSHITA.Y.Control of FWA gene silencing in Arabidopsis thaliana by SINE-related direct repeats[J].Plant J,2007,49:38-45.
[18] FUJIMO R.Evolution and control of imprinted FWA genes in the genus Arabidopsis[J].PloS Genet,2008,4:123-134.
[19] HAN X,NTNG J,ERIN S,et al.A Retrotransposon-Mediated Gene Du-plication Underlies Morphological Variation of Tomato Fruit[J].Science,2008,319:1527-1530.
[20] NOGLER G A.Gametophytic apomixis.In:Johri BM(ed) Embriology of angiosperms[M].New York:Springer,1984:475-518.
[21] OCHOGAVA A C,SEIJO J G,GONZALEZ A M,et al.Characterization of retrotransposon sequences expressed in inflorescences of apomictic and sexual Paspalum notatum plants[J].Sex Plant Reprod,2011,24:231-246.
[22] MCCLINTOCK B.The origin and behavior of mutable loci in maize[J].Proc Natl Acad Sci,1950,36:344-355.
[23] MCCLINTOCK B.Chromosome organization and genic expression[C]//Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 16.1951:13-47.
[24] FESCHOTTE C,JIANG N,WESSLER S R.Plant transposable elements:where genetics meets genomics[J].Nat Rev Genet,2002,3:329-341.
[25] MENDEL G.Versuche uber Pflanzen-Hybriden[J].Verh Naturforsch Ver Brunn,1865,4:3-47.
[26] BHATTACHARYYA M K,SMITH A M,ELLIS T H,et al.The wrink-led-seed character of pea described by Mendel is caused by a transp-oson-like insertion in a gene encoding starch-branching enzyme[J].Cell,1990,60:115-122.
[27] PATEL M L,JUNG S,MOORE K,et al.High-oleate peanut mutants re-sult from a MITE insertion into the FAD2 gene[J].Theor Appl Genet,2004,108(8):492-502.
[28] CARINE G C,CHRISTELLE B T,DOMENICA M,et al.Nucleotide div-ersity of the ZmPox3 maize peroxidase gene:Relationships between a MITE insertion in exon 2 and variation in forage maize digestibility[J].BMC Genetics 2004,5:19-29.
[29] FUKADA T S,HOSHINO A,HISATOMI Y,et al.Identification of new chalcone synthase genes for flower pigmentation in the Japanese and common morning glories[J].Plant Cell Physiol,1997,38:88-96.
[30] YOSHIKI H,YASUYO H,SHIGERU I.Molecular characterization of the mutable flaked allele for flower variegation in the common morning glory[J].The Plant Journal,1998,16(3):371-376.
[31] BROUN P.Transcriptional control of flavonoid biosynthesis:a complex network of conserved regulators involved in multiple aspects of differe-ntiation in Arabidopsis[J].Plant Biol,2005,8:272-279.
[32] IRANI N G,HERNANDEZ J M,GROTEWOLD E.Regulation of antho-cyanin pigmentation[J].Recent Adv Phytochem,2003,37:59-78.
[33] KOES R,VERWEIJ W,QUATTROCCHIO F.Flavonoids:a colorful mo-del for the regulation and evolution of biochemical pathways[J].Trends Plant Sci,2005,10:236-242.
[34] RAMSAY N A,GLOVER B J.MYB-bHLH-WD40 protein complex and the evolution of cellular diversity[J].Trends Plant Sci,2005,10:63-70.
[35] MARTIN C,GERATS T.Control of pigment biosynthesis genes during petal development[J].Plant Cell,1993,5:1253-1264.
[36] KYEUNG P,NAOKO I,JEONG C,et al.A bHLH regulatory gene in the common morning glory,Ipomoea purpurea,controls anthocyanin biosy-nthesis in flowers,proanthocyanidin and phytomelanin pigmentation in seeds,and seed trichome formation[J].Plant J,2007,49(4):641-654.
[37] CHIU L W,ZHOU X J,BURKE S,et al.The Purple Cauliflower Arises from Activation of a MYB Transcription Factor[J].Plant Physiology,2010, 154:1470-1480.
[38] LUCIE F,LAURENT T,VINCENT S,et al.Transposon-induced gene activation as a mechanism generating cluster shape somatic variation in grapevine[J].The Plant Journal,2010,61:545-557.
[39] MARTIENSSEN R,BARKAN A,WILLIAM C T,et al.Somatically her-itable switches in the DNA modification of Mu transposable elements monitored with a suppressible mutant in maize[J].Genes & Developme-nt,1990,4:331-343.
[40] GRACIA Z,LILA O V.The wp Mutation of Glycine max Carries a Gene-Fragment-Rich Transposon of the CACTA Superfamily[J].The Plant Cell,2005,17:2619-2632.
[41] CHOPRA S,BRENDEL V,ZHANG J B,et al.Molecular characterizati-on of a mutable pigmentation phenotype and isolation of the first active transposable element from Sorghum bicolor[J].PNAS,1999,96:15330-15335.
[42] ANTOINE M,CHRISTELLE T,ADNANE B,et al.A transposon-ind-uced epigenetic change leads to sex determination in melon[J].Nature,2009,461:1135-1138.
[43] ZHANG X Q,SUNJ,CAO X F,et al.Epigenetic Mutation of RAV6 Aff-ects Leaf Angle and Seed Size in Rice[J].Plant Physiology,2015,169:2118-2128.
[44] WEI L Y,GU L F,SONG X F,et al.Dicer-like3 produces transposable e-lement-associated 24-nt siRNAs that control agricultural traits in rice[J].Proc Natl Acad Sci,2014,111(10):3877-3882.
[45] NITASAKA E.Insertion of an En/Spm-related transposable element into a floral homeotic gene DUPLICATED causes a double flower phenotype in the Japanese morning glory[J].Plant J,2003,36(4):522-531.
[46] SOMMER H,SAEDLER H.Structure of the chalcone synthase gene of Antirrhinum majus[J].Mol Gen Genet,1986,202:429-434.
[47] COEN ES,CARPENTER R,MARTIN C.Transposable elements genera-te novel spatial patterns of gene expression in Antirrhinum majus[J].Ce-ll,1986,47:285-296.
[48] UCHIYAMA T,HIURA S,EBINUMA I,et al.A pair of transposons coo-rdinately suppresses gene expression,independent of pathways mediat-ed by siRNA in Antirrhinum[J].The New phytologist,2013,197:431-440.
[49] ZHANG J,ZHANG F,PETERSON T.Transposition of reversed Ac ele-ment ends generates novel chimeric genes in maize[J].PLoS Genet,2006,2:123-128.
[50] COWAN R K,HOEN D R,SCHOEN D J,et al.MUSTANG is a novel fa-mily of domesticated transposase genes found in diverse angiosperms[J].Mol Biol Evol,2005,22:2084-2089.
[關鍵詞] 維生素A;微量營養素;預防與治療
[中圖分類號] R977.21 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210(2013)01(a)-0025-03
[Key words] Vitamin A; Micronutrients; Prevention and treatment目前,因補充維生素A的公共衛生政策的推廣,全球維生素A缺乏癥(Vitamin A dificiency,VAD)發生率有所下降,但VAD仍是許多發展中國家(尤其是低收入國家或地區)面臨的一個重要公共衛生問題[1]。非洲和亞洲(南亞和東南亞)的發展中國家是VAD的高發地,兒童和孕婦是VAD的高危人群[2]。據2009年世界衛生組織(WHO)數據顯示,在低收入國家中約有1.9億學齡前兒童和2 000萬孕婦存在VAD,其中近520萬兒童、700萬孕婦患夜盲癥。在我國,近年來研究結果顯示[3-6],嚴重的維生素A缺乏已少見,但是維生素A邊緣性缺乏(SVAD)率仍然很高,邊遠貧困地區是VAD和SVAD的重點地區,重點人群是嬰兒。此外,一些特殊人群,如長途貨運司機普遍存在維生素A營養狀況低下的問題,應給予關注。本文就近年來有關維生素A的功能及其機制、缺乏的防治等研究進展作一綜述。
1 維生素A的功能及其機制
維生素A主要通過其體內活性代謝產物視黃酸(retinol acid,RA)介導兩大類視黃酸核受體即RARs(α、β、γ)和RXRs(α、β、γ)調控靶基因表達來發揮其重要的生物學作用[7-8]。本文主要介紹其對免疫、生長發育及細胞分化等方面的生理學效應。
1.1 免疫功能
大量試驗證明[9-11],維生素A是維持機體正常免疫功能的重要營養物質,維生素A對免疫功能的影響包括:①對非特異性免疫功能的影響。不少研究表明維生素A可促進機體免疫器官的生長發育,維持皮膚黏膜屏障的完整性,改變細胞膜和免疫細胞溶菌膜的穩定性,促進免疫球蛋白的生成,增強吞噬細胞和NK細胞的功能等,從而提高機體的非特異性免疫動能。②參與調節機體的特異性免疫。維生素A對特異性免疫功能的影響,主要是通過影響T、B淋巴細胞來實現的。維生素A可通過調節相關細胞因子如IL-2、IFN-γ的表達來促進T淋巴細胞的活化和增殖,增強T細胞的抗原特異性反應。維生素A對B淋巴細胞有直接作用,促進抗體的生成,增強體液免疫。此外,維生素A還可以通過T細胞依賴的活化途經間接作用于B細胞,促進B淋巴細胞分化為漿細胞與分泌抗體。維生素A缺乏和過量都會導致免疫抑制。此外,陶月紅等[12]研究結果提示VAD通過對樹突狀細胞的調節作用,顯著降低器官黏膜的Th2反應,卻未降低Th1反應,從而導致黏膜免疫下降。
1.2 促進細胞的生長和分化,與兒童的生長與發育息息相關
1.2.1 對胚胎早期發育的影響[13] 維生素A主要通過調節胚胎發育基因的表達影響軸的形成,神經元分化,后腦結構,胰腺、心臟、腎臟、肝臟的發育。其中原腸胚形成期是RA影響矢狀軸三胚層區域化形成的關鍵時期。
1.2.2 對腦發育的影響 李延玉[14]研究發現:①極性活化帶中含有豐富的RA,因此RA極可能是控制肢芽發育前后軸極性的信號分子。此外,底板細胞內視黃醇結合蛋白的表達水平比神經管其他區域高得多,推測RA可能直接影響發育中的中樞神經系統細胞的分化模式。②神經脊細胞的正常發育與存活需要RA。③菱腦是大腦發育過程中的過渡結構,也是神經系統中對RA最敏感的區域。在胚胎形成過程中需要RA參與尾部的菱腦及其相關結構的發育。④小腦對RA有天然反應性,RA在適當的時間和濃度對小腦發育具有生理學作用。⑤對學習記憶功能的影響:目前廣大學者公認長時程增強(long-term potentiation,LTP)是突觸可塑性的標志,是神經系統存貯信息最基本的機制。該課題組研究發現維生素A對LTP有直接作用,且在不同的時間干預,VAD對發育中大鼠所致學習記憶障礙恢復不同。一般來說,幼年VAD鼠一般不能恢復至正常,而VAD對成年鼠所致的學習記憶功能障礙可恢復至正常,控制LTP和長時程抑制(LTD)的基因是呈RA依賴性的。
1.2.3 對肺發育的影響[15] 維生素A可維持氣管上皮和肺泡的完整,與肺泡的形成、肺組織的發育、成熟肺泡組織損傷后的修復有十分密切的關系,維生素A缺乏可引起肺實質復雜的形態改變和肺泡功能的損傷,大大增加肺部嚴重感染的風險。
1.2.4 對骨骼與牙齒的影響[16] 維生素A是維持骨骼生長發育的必備條件,其缺乏可致骨骼發育停滯,尤其骨垢最為明顯;牙齒的發育也受到影響,維生素A的缺乏使牙琺瑯質細胞生長不均勻,并出現裂痕和凹陷,牙質細胞萎縮。
1.2.5 其他 維生素A是紅細胞(RBC)生成所必需的,維生素A與鐵協同作用影響造血功能,維生素A通過影響鐵的吸收、轉運、釋放和利用及RBC增殖分化而引起貧血,其機制可能是維生素A缺乏導致RBC分化障礙所致,作用部位在早期紅系祖細胞。補充維生素A可改善貧血,提供血紅蛋白水平[17-18]。
1.3 抗腫瘤作用
1988年上海瑞金醫院在世界上首次應用全反式維甲酸治療24例急性早幼粒細胞白血病并取得巨大成功,并在此后法國和美國的研究中得到驗證,使得類維生素A在腫瘤治療中的應用展現出誘人的應用前景。經過20多年的實驗研究及臨床觀察,類維生素A已在白血病、頭頸部腫瘤、前列腺癌、宮頸癌、肝癌、皮膚癌等許多腫瘤治療中取得了較為滿意的療效。其機制可能是抑制增殖相關基因表達和DNA的合成,促進分化相關基因的表達,從而抑制腫瘤細胞生長,誘導分化和細胞凋亡[19-20]。
2 維生素A缺乏的預防與治療
維生素A缺乏是引起發展中國家兒童失明的主要原因,也是發展中國家兒童常見的營養缺乏癥。由于VAD和SVAD對兒童健康的影響,使得預防和控制VAD和SVAD已經成為世界范圍內亟待解決的公共衛生問題之一。WHO和聯合國兒童基金會以多種方式進行維生素A的干預,包括增加含維生素A食物的消費、食物強化維生素A、提高母乳喂養、定期大劑量維生素A補充等。
2.1 維生素A營養狀況評估
準確地評價易感個體和人群的維生素A營養水平對于研究VAD、SVAD以及營養干預策略的制訂、實施和評估有著極為重要的意義。目前,在實際工作中檢查群體或個體維生素A營養狀況常用的方法主要包括[21-22]:干眼病的臨床檢查、膳食調查、暗適應能力的測定、夜盲史的詢問、血清視黃醇含量的測定、相對劑量反應試驗、同位素稀釋法、肝臟維生素A含量的測定及結膜印跡細胞法等。
2.2 營養教育及合理配膳措施
通過營養教育、合理配膳,提高對本地區現存富含維生素A食物攝入的膳食干預方法,長期以來被認為是最為持久的、能從根本上改善VAD和SVAD狀況的方法。營養教育應側重于提倡母乳喂養,增加乳類、蛋類及深色蔬菜等的供給。
2.3 食物強化維生素A
食物強化維生素A是防治VAD和SVAD的一種直接、有效、低廉的方法。最近中國國家公眾營養項目組的食物強化總體構想中確定了維生素A、維生素Bl、維生素B2、葉酸、尼可酸、鐵、碘、鋅和鈣為我國營養強化的主要營養素。
2.4 定期補充維生素A制劑
定期補充維生素A制劑是一種快速、直接改善維生素A營養狀況的方法。它包括針對臨床干眼病、麻疹、營養不良患兒的臨床補充,利用現有衛生服務機構覆蓋面的目標投放以及針對所有高危人群的預防性補充。
目前WHO對不同高危人群維生素A缺乏的防治及未來研究需要提出以下幾點建議:①5個月以下的嬰兒(包括新生兒):不推薦補充維生素A,維生素A補充對降低嬰兒發病率、死亡率的作用還待將來的隨機對照試驗進一步證實,并對母親VAD高發地、維生素A和免疫功能的關系、確定該年齡組VAD的合適評價指標作進一步的研究。②6~59個月的幼兒:建議對VAD是公共衛生問題(即該人群VAD發病率≥20%或夜盲癥發病率≥1%)的6~59個月幼兒推行高劑量補充維生素A,其中6~11個月嬰兒(HIV+或-)補充10萬IU,12~59個月幼兒每4~6個月補充20萬IU。將來還需要進一步研究更好的維生素A補充方法,提高對維生素A和疫苗的共同干預作用的認識,以尋求更好的臨床和生化VAD的評價指標。③孕婦:不推薦將維生素A補充作為預防孕婦和嬰兒發病、死亡的常規產前保健的一部分,而對VAD是嚴重公共衛生問題(即孕婦或24~59個月幼兒夜盲癥發病率≥1%)的地區或國家(孕婦)的孕婦,可補充維生素A預防夜盲癥,補充劑量:孕12以上的孕婦每天補充1萬IU或每周補充2.5萬IU,但補充的持續時間和補充頻率還需進一步研究。將來更多研究應關注孕期補充維生素A,尤其是聯合其他干預措施對死亡率的影響及孕后期3個月補充維生素A對母乳維生素A水平的影響的綜合回顧。④乳母:不推薦對乳母補充維生素A作為預防母親和嬰兒發病、死亡的干預措施。對產后6周的乳母補充20萬IU的維生素A對母乳中視黃醇水平的影響作用及其新陳代謝、劑量分布、如何排泄等還待進一步研究。⑤母嬰HIV感染:尚不建議對HIV陽性的母親進行維生素A的補充。
[參考文獻]
[1] Sherwin JC,Reacher MH,Dean WH,et al. Epidemiology of vitamin A deficiency and xerophthalmia in at-risk populations [J]. Trans R Soc Trop Med Hyg,2012,106(4):205-214.
[2] World Health Organization. Global prevalence of vitamin A deficiency in populations at risk 1995-2005 WHO Global Database on Vitamin A Deficiency [M]. Geneva:World Health Organization,2009:55.
[3] Zhang JG,Zhang B,Du WW,et al. Analysis on the status of vitamin A deficiency among children under 5 years old in poor rural areas of 6 Western Chinese provinces in 2009 [J]. Zhonghua Liu Xing Bing Xue Za Zhi,2011,32(12):1224-1226.
[4] 談藏文,馬官服,林良明,等.邊遠地區兒童維生素A營養狀況[J].中國兒童保健雜志,2007,15(1):25-27.
[5] 付澤建,馬文領,陶懂誼,等.長途貨運司機膳食結構與維生素A營養狀況調查[J].營養學報,2010,(1):6-10.
[6] 陶懂誼,付澤建,劉杰,等.長途貨運司機暗適應時間及視野情況調查[J].中國職業醫學,2010,37(1):23-25.
[7] 吳坤.營養與食品衛生學[M].北京:人民衛生出版社,2003:58-64.
[8] Pfahl M,Chytil F. Regulation of retinoic acid metabolism and its nuclear receptors [J]. Annu Rev Nutr,1996,16:257-283.
[9] Omba RD. The role of vitamin A and related retinoids in immune function [J]. Nutr Rev,1998,56(1):538-548.
[10] Duriancik DM,Lackey DE,Hoag KA. Vitamin A as a regulator of antigen presenting cells [J]. J Nutr,2010,140(8):1395-1399.
[11] Ross AC,Chen Q,Ma Y. Vitamin A and retinoic acid in the regulation of B-cell development and antibody production [J]. Vitam Horm,2011,86:103-126.
[12] 陶月紅,楊毅,王衛平.維生素A缺乏對氣管黏膜免疫的影響[J].營養學報,2007,29(2):134-137.
[13] Kam RK,Deng Y,Chen Y,et al. Retinoic acid synthesis and functions in early embryonic development [J]. Cell Biosci,2012,2(1):11.
[14] 李延玉.維生素A與腦發育[J].中國兒童保健雜志,2006,14(1):4-5.
[15] 王笑秋,王秋月.維生素A與慢性阻塞性肺疾病的研究進展[J].國外醫學:呼吸系統分冊,2005,25(6):461-463.
[16] West KP,Djunaedi E,Pandji A. Vitmain A supplementation and growth:a randomised community trial [J]. Am J Clin Nutr,1998,48(5):1257-1264.
[17] 楊莉,李廷玉,王亞平,等.視黃酸誘導小鼠骨髓基質細胞c-fos,c-jun和GM-CSF mRNA表達[J].中國實驗血液學雜志,1999,7(4):257-259.
[18] Fawzi WW,Msamanga GI,Kupka R,et al. Multivitamin supplementation improves hematologic status in HIV-infected women and their children in Tanzania [J]. Am J Clin Nutr,2007,85(5):1335-1343.
[19] Richard M,Niles,Ph D. Recent advances in the use of Vitamin A (Retinoids)in the prevention and treatment of cancer [J]. Nutrition,2000,16:1084-1090.
[20] Zhang X,Dai B,Zhang B,et al. Vitamin A and risk of cervical cancer:a meta-analysis [J]. Gynecol Oncol,2012,124(2):366-373.
[21] Tanumihardjo SA. Vitamin A:biomarkers of nutrition for development [J]. Am J Clin Nutr,2011,94(2):658S-665S.
關鍵詞:武術教育;素質教育;作用
一、前言
武術,是競教結合的一門課程,是中國傳統的體育項目。它具有極其廣泛的群眾基礎,是中華民族傳統的健身方法,是傳承民族文化、弘揚民族精神的重要載體。伴隨著武術的發展,武術教育也隨之興起。武術教育和其他學科相比,具有自己獨特的性質。從狹義的角度看,武術教育僅僅是身體教育;但從廣義的角度看,武術教育更像是一種文化,一種具有多種內涵的教育課題。《中國教育改革和發展綱要》指出:“中小學教育要由‘應試教育’轉向提高國民素質的軌道,面向全體學生,全面提高學生的思想道德、文化科學、勞動技能和身體心理素質,促進學生生動活潑地發展”。
二、素質教育對小學生成長的重要性
素質教育是指,依據人的發展和社會發展的實際需要,以全面提高全體學生的基本素質為根本目的,以尊重學生主體性和主動精神,注重開發人的智慧潛能,注重形成人的健全個性為根本特征的教育。實施素質教育可以促進小學生的全面發展,教育不再僅僅是考試,更加注重培養學生能力和思維,這對促進小學生的身心健康發展有重要作用。
三、武術教育對小學生成長的重要性
由于受到國家的高度重視,武術課程已被列入中小學及大學體育與健康課程大綱,它具有強身健體、防身自衛、競技觀賞、表演娛樂、交流技藝、增進友誼、陶冶情操等功能,深受廣大青少年朋友的喜愛。武術教育能更好的鍛煉小學生堅強意志,培養小學生樹立良好的思想品德。練習過程中要克服疼痛,培養刻苦耐勞的品質;遇到強手時,要克服消極逃避的思想,鍛煉勇敢無畏,堅強不屈的戰斗意志。經過長期鍛煉,可以培養學生勤奮、刻苦、頑強、虛心好學、勇于進取的意志品質。
四、武術教育對小學生的全面發展起到積極作用
(一)增強小學生自我保護意識
當今社會比較復雜,小學生要想健康成長,較強的自我保護意識是很有必要的。自我保護能力是一個人在社會中保存個體生命的最基本能力之一。為了保證孩子的身心健康和安全,使孩子順利成長,從孩子幼年時就應該通過武術素質教育加強對他們的自我保護教育,培養和提高孩子的自我保護能力。
(二)提升小學生對武術的喜愛程度
大多小學生都特別喜歡武術,這源于武術本身的魅力。對小學生而言,武術不是一種枯燥無味的學科,在學習武術中通過不斷地接觸武術可以感受到不同的樂趣。
(三)武術鍛煉提升小學生的反應能力
武術對小學生反應能力有很大影響。學習武術后,大約83.3%的學生很大程度上提高了反應能力,武術教學中一般會有很多課堂比賽,通過這些課堂訓練,可以大力提高學生的反應能力。現代社會對人才的要求越來越高,既需要堅實的專業知識,也需要很強的反應能力。
(四)武術對小學生的意志有積極影響
武術對小學生的意志有很大影響。學習武術后,大約有63.3%的學生變得十分堅強,在一般情況下,學業成績的好壞與意志水平的高低是一致的。意志堅強的學生,學習的自覺性較強,并能克服困難,堅持組織自己的學習,取得良好的學習成績;反之,意志薄弱的學生,往往會影響學業成績的提高。通過武術鍛煉中的辛苦和汗水能使學生得到錘煉,意志品質也悄然提升。
(五)武術教育對小學生見義勇為優秀品質的培養
武術不僅僅是一種優秀的傳統體育項目,還是民族文化的重要組成部分,學習武術素質教育能更好的促進小學生的身體健康,它不僅能強身健體、防身自衛,還可強化民族精神,培養學生尊師愛友、勇于吃苦、奮發向上、樂于助人、見義勇為、無私奉獻和報效國家的思想品質。
(六)武術會使小學生更樂于參加集體活動
武術可以大力提高小學生對參加集體活動的興趣,小學生參加集體活動的過程中,大家互相交往,可以提高學生的合作精神。通過參加有意義的集體活動,可以陶冶學生的情操,樹立遠大的理想,并能獲得同學們的友誼和幫助。
(七)武術教育能提高小學生的組織能力
武術教育可以提高學生的組織能力,可以提供給學生更多的動手實踐機會,通過集體活動,讓學生自己組織,自娛自樂,可以為他們以后的人生之路做好準備。
五、結論與建議
(一)結論
武術教育對小學生的學習生活有重要影響,通過學習武術,可以提高學生的學習積極性和主動性,開發學生智力,保持良好的心態,為小學生健全人格的形成奠定基礎;通過武術的學習和教育,小學生可以充分感受武術的內涵,激發內心的正義感;通過學習武術,小學生可以積極主動參加集體活動,學會與人合作。
(二)建議
加大宣傳力度,利用多種媒體進行宣傳武術素質教育,使社會對武術教育有充分的認識;學校應該以素質教育為原則,建立全新的教學理念,圍繞學生興趣進行課的內容和組織教法的安排,在武術課堂教學中大力實施素質教育,促使學生積極主動的完成武術課堂的教學任務。
參考文獻:
[1]趙剛,黃淑杰,姜娟.從學校武術課現狀透析武術教育的背離[J].沈陽體育學院學報,2010(02).
[2]吳炎兵.對學校武術教育形成及現狀的分析[J].搏擊(武術科學),2011(01).
[3]劉彩平.論當代學校武術教育的精神價值[J].吉林體育學院學報,2011(04)
[4]吳尚.學校武術教育存在的問題及對策[J].黃河科技大學學報,2008(04)
【關鍵詞】微生物檢驗;醫院感染;感染控制
隨著醫學技術的不斷發展,微生物檢驗在感染的診斷及醫院感染的控制種發揮著越來越重要的作用。醫院感染的發生通常包括3個環節:感染源的存在、感染的傳播及易感人群,其中的每個環節都和微生物學檢查有著極為密切的聯系[1]。由此可見,醫院感染的監測和控制無法離開微生物檢驗,如更好的發揮微生物學檢驗在控制醫院感染中的作用具有顯著的臨床意義,筆者結合自身多年的工作經驗與臨床實際,對微生物檢驗在控制醫院感染中的作用分析如下。
1 微生物檢驗用于病原學的診斷和分型
各種抗菌藥物及免疫抑制劑的大量使用,各種放、化療手段的運用,介人性診療技術的開展和廣泛應用等均易導致醫院感染的發生。通過微生物檢驗,臨床上可更為準確的進行病原學診斷,為醫生提供診斷依據,使醫生能更全面的分析和查明感染原因,從而采取及時、有效措施以控制醫院感染 。由此也要求微生物實驗室不僅能迅速、準確的地分離出微生物,還可以準確的對所分離的微生物進行鑒定。這樣在爆發醫院感染時,通過微生物檢驗科對病原菌進行快速的種鑒定和型鑒定。當前,通過微生物分離鑒定可以鑒別病原菌的種。當發現某些耐藥菌是,若能立即對該耐藥菌進行分子分型,然后根據基因型來判定流行的的范圍和可能性,采取確實有效的措施則有可能最大限度的控制感染。
2 加強對細菌的耐藥性監測
目前,尤其是在國內,臨床上抗生素的不合理使用、濫用現象非常普遍[2],造成了日益增多的耐藥菌株的出現,且對不同抗生素產生了多重耐藥,具體可表現為:多國家和多地區出現耐青霉素肺炎鏈球菌的傳播;耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染率逐年增高;凝固酶陰性葡萄球菌感染增多;出現了耐萬古霉素的屎腸球菌;出現了耐青霉索和耐頭孢菌素的釀膿鏈球菌等。作為醫院檢測微生物的主要部門,微生物檢驗科室應定期反饋實驗室資料,做好各種臨床標本的細菌鑒定,隨時監測醫院重癥監護病房等重點科室常見的病原菌及其耐藥特征。另外,還應定期總結分析細菌藥敏試驗結果,將資料及時反饋給臨床,指導臨床合理用藥。一旦查出具高度傳染性的微生物或發現多重耐藥菌,應立即報告感染科,做到早發現、早預防,從而避免院內感染的暴發流行。
3 加強細菌學監測,從多方面阻止疾病傳播
3.1 加強對感染源的細菌學監測 醫院里的醫護人員、患者、醫院環境等均是醫院感染的感染源,對上述感染源的消毒仍然是控制醫院感染的重要手段[3]。醫院可通過生物指標法來進行消毒滅菌,作為是否徹底消毒滅菌指標,有效的監測消毒是否達到相應的衛生標準,從而阻斷疾病擴散和傳播。
3.2 加強對傳播媒介的細菌學監測 醫院常見的傳播媒介包括空氣污染、醫療器械污染、環境污染以及醫護人員攜帶的病原菌等[4]。由于臨床上使用的部分器械常為侵襲性操作,如該器械消毒不徹底,則有可能將病原微生物帶入患者體內,使患者被感染的可能性大大增加;而引發醫源性感染的另一重要媒介則是大量一次性醫療用品,因此一次性醫療用品應嚴格的按規定抽樣進行熱原篩檢監測與無菌試驗,檢驗合格后方可供臨床使用。而且,在醫院潮濕的環境中一些引起醫院感染的常見病原菌能存活較長時問,若進入到易感患者體內,則易導致醫院感染。所以,微生物檢驗室應各科室的空氣進行充分的細菌監測,尤其是治療室、換藥室以及ICU病房等,另外還應特別關注一些如耐甲氧西林葡萄球菌等醫院內的重要病原菌,以便做到早發現早控制。除此之外,還可通過細菌耐藥質粒酶切圖譜分析、DNA序列分析、染色體網譜分析、分子流行病學監測等,充分了解病原菌的傳播途徑和規律,從而為制定確實有效的醫院感染控制方案提供依據。
3.3 加強對易感人群的細菌學監測 醫院感染的爆發流行與醫院存在的大量易感人群有著密切的關系。重癥監護患者、住院癌癥患者、嚴重燒傷患者、白血病骨髓移植患者等均是易感人群,易感人群通常免疫力低下,條件致病菌或者機會致病菌容易成功侵襲該類患者的免疫防線而使患者發生感染。因此應對醫院的易感染群進行高密度、全方位的細菌學監測,包括感染病原菌耐藥性監測、環境細菌監測、腸道和呼吸道正常菌群監測等。
4 履行微生物檢驗工作者職責,做到防微杜漸
作為一名微生物檢驗工作者,如何促進醫院更好的控制醫院感染是其義不容辭的責任。微生物檢驗工作者應充分發揮自身的職業優勢和特點。嚴格監測每批醫療器械的滅菌情況,嚴格檢測各重點的空氣情況,一旦發現問題及時與感染控制部門和臨床聯系,及早做出應對措施。此外,微生物檢驗工作者還應結合醫院實際,制定抗生素的使用指南,加強抗生素的使用監測,指導合理使用抗生素,嚴格執行抗生素處方的審查制度,從而減緩耐藥菌株的形成速度。
參考文獻
[1]黃金梅.加強醫療廢物管理控制醫院感染[J].中國實用醫藥,2009,4(9):12O-121.
[2]張秀英.微生物董艷娥.護理管理在控制醫院感染中的作用[J].中國醫藥導報,2010,7(15):94,98.