基因沉默的研究进展（精选五篇）

第一篇：基因沉默的研究进展

【摘要】 基因沉默gene silencing)是指生物体中特定基因由于种种原因不表达或者表达减少的现象。基因沉默发生在两种水平上，一种是由于dna 甲基化、异染色质化以及位置效应等引起的转录水平上的基因沉默；另一种是转录后基因沉

默。rna干扰(rnai)是一种新发现的通过dsrna介导的特异同源靶基因途径，rnai的应用有望成为一种防治疾病的新

方法。

【关键词】 基因沉默；转录水平基因沉默；转录后基因沉默；rna干扰

【中图分类号】q78

【文献标识码】a

【文章编号】1007—9297(2005)03—0227—0

4current progress of gene silencing． chen xue-mei,du xian-gang,guan peng．school of basic medicine and forensic

medicine，sichuan university,ch engdu 610041，china

【abstract】gene silencing refers to the phenomena of specific gene un-expressing，there are two kinds of gene silencing

including transcriptional gene silencing and post-transcriptional gene silencing．rna interference(rnai)is the process of post—

transcriptional gene silencing by which double-stranded rna(dsrna)directs sequence—specific degradation of homologous

mrna． scientists have carried out researches on the therapy for diferent diseases by rnai technology and it will be a novel

therapy for cancer and viral diseases．

【key word】gene silencing；transcriptional gene silencing；post-transcriptional gene silencing；rna interference；

基因沉默(gene silencing)是指生物体中特定基

因由于种种原因不表达或者是表达减少的现象。基因

沉默现象首先在转基因植物中发现，接着在线虫、真

菌、水螅、果蝇以及哺乳动物中陆续发现。[]-3 3基因沉

默主要发生在两种情况，一种是转录水平上的基因沉

默(transcriptional gene silencing，tgs)，另一种是转录

后基因沉默(post—transcriptional gene silencing,ptgs)

。rna干扰(rna interference，rnai)是近几年发

展起来的转录后基因阻断技术．rnai在2002年被

science评为全球十大科技突破之一．作为一种在细胞

水平的基因敲除工具，rnai正在功能基因组学领域

掀起一场革命。

一、基因沉默的分类及其机制

(一)转录水平基因沉默

转录水平基因沉默是指对基因专一的细胞核

rna合成的失活．它的发生主要是由于基因无法被顺

利转录成相应的rna而导致基因沉默。转录水平基

因沉默可以通过有性世代传递，表现为减数分裂的可

遗传性。引起转录水平基因沉默的机制主要有以下几

种：

1．基因及其启动子甲基化

甲基化是活体细胞中最常见的一种dna共价修

[作者简介]陈雪梅(1979一)，女，汉族，四川省峨嵋山市人，现在四川大学华西医科大就读硕士。研究方向：闭合性颅脑损伤中脑红蛋

白的表达。e—mail：ameychenx@163．corn

【通讯作者]官鹏，男，四川大学基础医学与法医学院副教授，e—mail：guanpengcn@hotmail．corn

|i本课题受国家自然科学基金资助(基金编号30470660)及四川大学科技创新基金资助(基金编号2004cf08)

· 228·

饰形式，通常发生在dna的cg序列的碱基上，该区

碱基甲基化往往导致转录受抑制。该区甲基化的频率

在人

类及高等植物中分别可达4％和36％。[42近来的研究表明。发生在转基因启动子5’端的甲基化是造成转录水平基因沉默的主要原因。虽然转基因的甲基化

可延伸至转基因的3’端。但甲基化过程均是从启动子

区域开始的。从所报道的转基因沉默例子来看，几乎

所有的转基因沉默现象与转基因及其启动子的甲基

化有

关。

2．同源基因间的反式失活

反式失活主要是由于拥有同源序列的沉默位点

和其他位点的dna的相互作用而引起的基因沉默。

通过顺式作用而甲基化并失活的基因能作为一种“沉

默子”，对其他与之分离的具有同源性的靶基因施加

一种反式作用。使具有同源序列的靶基因发生甲基化

并导致失活。反式失活的靶基因既可以与沉默基因是

等位基因，也可以是非等位基因。

3．后成修饰作用导致的基因沉默

后成修饰作用(epigenetic effect)是指转基因的序列和碱基组成不发生改变，但是其功能却在个体发

育的某一阶段受到细胞内因子的修饰作用后而关闭。

这种修饰作用所造成的转基因沉默是可以随着修饰

作用的解除而被消除。后成修饰作用导致的转基因沉

默与受体植物的核型构成有关。

4．重复序列

外源基因如果以多拷贝形式整合到同一位点上．

形成首尾相连的正向重复或头对头、尾对尾的反向重

复，则不能表达，而且拷贝数越多，基因沉默现象越严

重。这种重复序列诱导的基因沉默与在真菌中发现的重复序列诱导的点突变相类似，均可能是重复序列间

自发配对，甲基化酶特异性识别这种配对结构而使其

甲基化。从而抑制其表达。

5．位置效应

位置效应是指基因在基因组中的位置对其表达的影响。当外源基因整合到高度甲基化、转录活性低的异染色质区域时。外源基因一般表现沉默，这说明

毗邻dna的甲基化和异染色质化对插入的外源基因

影响很大，可能导致外源基因在转录水平上失活。如

果转基因插入转录不活跃区域或异染色质区域．转基

因通常会融人该区域的染色质结构，使转基因进行很

低水平的转录，或使转基因发生异染色质化而导致转

基因沉默。

(二)转录后水平基因沉默

转录后水平基因沉默是指基因在细胞核内能稳

法律与医学杂志2005年第l2卷(第3期)

定转录，但在细胞质里却无相应稳定态mrna存在的现象。与转录水平基因沉默不同，转录后水平基因沉

默具有逆转性，即受抑制基因通过减数分裂可以恢复

表达活性。表现为减数分裂不可遗传性。目前发现主

要有以下几种转录后水平基因沉默现象。

1．共抑制

共抑制是最常见的转录后水平基因沉默。这一现

象首先由napoliul在转chs基因的矮牵牛花中发现。

共抑制现象普遍存在于转基因植物中。共抑制的发生

是由于外源基因编码区与受体细胞基因间存在同源

性而导致外源基因与内源基因的表达同时受到抑制。

具有同源性的外基因和内源基因在细胞核内的转录

速率很高，但在细胞质内无mrna积累。是典型的转

录后水平基因沉默。若导入的外源基因与内源基因无

序列同源性，外源基因自身也常常会发生转录后水平

基因沉默。有关研究发现。共抑制的产生不仅同内、外

源基因间编码区的同源性有关。还与控制外源基因的启动子的强度等因素有关。

2．基因压制

cogoni等 在粗糙脉抱霉的转化实验中发现。外

源基因可以抑制自身和相应内源基因的表达。他们把

这一现象定为基因压制。cogoni等是以类胡萝卜素生

物合成基因albino—l作为视觉报道基因来研究基因

压制的。他们发现，基因压制是可逆的，而且这种逆转

会伴随有外源拷贝的丢失。基因压制发生在转录后水

平，导致已复制的稳定态mrna大量减少。

3．rna干扰

rna干扰是1998年fire首次在秀丽线虫中发现

并证明属于转录后水平的基因沉默。[6]利用小片段双

链rna可以特异性地降解相应序列的mrna。从而

特异性地阻断相应基因的表达。rna干扰广泛存在于

从真菌到植物、从无脊椎动物到哺乳动物的各种生物

中。rnai的作用机制目前尚不完全清楚，学者们在线

虫、果蝇、植物和动物卵细胞的rnai实验中，最近相

继发现了一些与rnai作用相关的酶和蛋白，如dsr—

na 特异性核酸内切酶(dsrna specific endonuclease，dicer)、rna 依赖性rna 聚合酶(rna dependent

rna polymerase，rdrp)、argonaute蛋白等。现已初步

阐明rnai的作用机制如下：各种dsrna通过各种转

染技术转入细胞内，较长dsrna被dicer的rna 酶

ⅲ样特异性核酸内切酶切割产生21～23nt的小干扰

rna(small interfering rna．sirna)，sirna两条单

链末端为5 一磷酸和3 一羟基．且3 端都有2～3个

突出的核苷酸。核酸内外切酶、atp、解旋酶与arg—

法律与医学杂志2005年第12卷(第3期)

onaute蛋白相连进而与sirna一起形成具有多个亚

单元的rna诱导的沉默复合体(rna—induced silenc．

ing complex，risc)。risc 中的解旋酶应用atp解

开sirna双链，使其反义链互补结合到靶向的mrna

上与之相匹配的特异性序列，risc 中的核酸酶降解

mrna，从而使目的基因沉默，产生rnai现象。

sirna也能与risc和mrna联系在一起，在解开

sirna的双链后，反义rna链能作为双链rna合成的一个引物以mrna为模板．在risc中的rdrp的作用下形成新的dsrna，再次被dicer识别并切断，形

成新的sirna再循环，作用于另外的靶向mrna。这

种不断放大的瀑布式作用形成大量新的sirna，使

sirna在短时间内迅速并有效地抑制mrna翻译形

成蛋白质或多肽，从而有效地抑制靶向基因蛋白质或

多肽的合成。

二、基因沉默的相关实验技术及其进展

目前在基因沉默中主要是rna干扰的实验技术

应用较多，根据靶dsrna合成的方法可将rnai技术

分为3种。

1．体外化学合成法

最为经典的方法，共分4个步骤：(1)化学合成dsrna；(2)将dsrna导人宿主细胞；(3)检测靶基因

抑制效率；(4)功能研究。其中，dsrna合成成本很高，dsrna转人宿主细胞效率及其在宿主细胞中的稳定

性均不确定。

2．体外转录法

这种方法采用t7rna聚合酶． 以先合成的dna

链为模板反转录合成dsrna，从而使合成dbrna的成本大大降低，但这种方法与化学合成法有相同的缺

点。

3．体内载体合成法

这是近年来迅速发展起来，克服了前两种方法缺

点的新技术。它是2002年paddison等首先报道的利

用载体在细胞体内稳定地表达sirna．从而抑制哺乳

动物细胞靶基因表达的方法。其基本思路如下：细

胞内存在rnaplymerasein，它可以识别u6启动子，从

而使启动子后的基因转录成rna。当模板连续出现

3~5个“t”碱基时，转录就会终止。根据这一机制，可以

设计一种能表达rna的质粒，其组成包括4部分：

(1)常用质粒的基本序列；(2)u6启动子，位于克隆位

点的上游；(3)克隆位点；(4)rnai模板序列(dna)。

这部分序列具有如下特点：含rnai序列．对哺乳动物

而言，通常为21—23个核苷酸；发夹结构环状部分．通

常有4~7个核苷酸；靶序列的反向互补序列：3—5个核

· 229·

苷酸“t”。将具有如上结构的质粒导人细胞内，体内的rnaplymerase1]i就可以合成一条rna链，这条rna

链可以通过两端的21个左右的核苷酸反向互补特性

而形成发夹样双链结构，从而起到基因抑制作用。这

种技术操作简便，成本低，与直接导人sirna相比，dna质粒更易导入细胞内，而且质粒导人细胞后存在时间长且稳定，对靶基因的表达抑制效率高，便于进

行较长时间的基因功能研究，因而成为一种热门技

术。近年来多位作者几乎同时报道了利用上述载体技

术成功地抑制哺乳动物细胞基因表达的实验。[ ·lo]除

质粒载体外，现已有成功地采用逆转录病毒载体和腺

病毒载体将表达sirna的dna模板序列转移入哺乳

动物细胞的报道。

三、基因沉默的应用前景

1．抗肿瘤策略

rnai具有特异、高效的特点．因此可用于一些肿

瘤的治疗。最近lin等把针对bcl2基因的mrna

cdna杂交体转染到人前列腺癌细胞中，产生长时期

阻抑表达效应，此效应与体外培养的前列腺癌细胞中的rnai相似，进而说明哺乳动物中可以发生rnai。

[】 ~milner教授应用rnai技术特异性地成功沉默了感

染hpv 的宫颈癌细胞中的hpv基因．宫颈细胞内的v53和rb蛋白恢复正常功能．从而恢复了宫颈细胞

内正常的防御功能，使已感染hpv 的宫颈癌细胞遭遇

自杀，而对其他健康细胞的正常生长和生物学行为无

影响。可以预见此技术也可应用于与hbv感染相关的肝细胞性肝癌的基因治疗。有学者认为，应用rnai

技术抑制肿瘤细胞中血管生长因子如血管生成素an．

gil、angi2、angi3及vegf等或其受体的表达．以及抑

制肿瘤细胞中如癌基因bcl2、ras、p53等突变基因

及其蛋白的表达而不影响非突变基因的表达．可达到

很好的抗肿瘤生长及抗肿瘤转移的目的。

2．抗病毒

斯坦福医学院的研究者把dsrna放进小鼠的肝

细胞，dsrna被小鼠体内的核酸酶分解成许多sirna，研究发现sirna具有高度专一性。会与小鼠体内的丙

型肝炎病毒的mrna相结合，使mrna分解并失去翻

译蛋白质的功能。斯坦福医学院运用此技术来治疗丙

型肝炎的研究，已从体外试管实验阶段推进至体内的动物实验，且在小鼠身上，看到丙型肝炎病毒被阻断的明显效果。_】 ]有学者认为，rnai技术用于乙型肝炎的治疗有望成为乙型肝炎治疗的革命性的新方法。将具

有巨大的社会价值。hiv利用细胞表面的蛋白质进

入细胞。并且感染细胞。研究人员用dsrna关闭制造

这种蛋白质必需的基因，理论上，hiv 就无法进入细

胞。capodici等应用21bp rna介导的rna干扰特异

性地抑制了永生细胞系和初级cd4+t淋巴细胞的hiv的感染。并通过p24葡糖胺聚糖蛋白、rna 印迹

分析和反转录产物的dna pcr 检测了hiv 复制的抑制。[13]对于已经感染了hiv的细胞，coburn等演证

了与hiv21编码特有的hiv21反式激活蛋白和病毒

粒子蛋白表现的调控子靶向相反的sirna能特异性

地阻断其表达，[14 进而阻断了hiv 的细胞毒作用和

复制。麻省理工学院的sharp认为，只要克服许多障碍，这个方法就可以成为治疗艾滋病的基础。

3．rnai技术在功能基因组中的应用

人类已进入后基因组计划研究蛋白质组学。在功

能基因组研究中，需要对特定基因进行功能丧失或降

低突变，以确定其功能。由于rnai具有高度的序列专

一性，可以特异地使特定基因沉默，获得功能丧失或降

低突变，因此rnai可以作为一种强有力的研究工具．

用于功能基因组的研究。andrew等用可分泌dsrna的细菌喂养新小杆线虫，研究了染色体1约90％的预

言基因，13．9％的基因与其功能对应起来，使已知表型的基因数目由7o增至378，这种方法与经典基因筛选

方法相比各有千秋，但它主要的一个优点是逆基因分

析，即已知特定的基因或基因序列，通过阻抑这一特异

基因的表达而出现功能或个体表型的改变，进而得到

基因与其功能的相应联系。加州理工大学的chuang

使用rnai研究了拟南芥的4个开花相关基因，结果

表明用rnai技术可以产生功能丧失或降低突变体，而且为特异性基因治疗提供了新的技术手段。这使得

sirna在科研、治疗乃至商业上均有着巨大的应用前

景。

4．rnai技术在法医学中的应用

基因沉默在法医学中也有广泛的应用前景。法医学的基础研究领域中还面临许多问题至今还未能很好解

决，如脑损伤机制的研究、猝死疾病机制的研究、基因

表达、成瘾机制的研究等，rnai给我们提供了新的思

路。rnai技术在法医学中的应用能为法医学的基础

研究带来新的飞跃

总之，基因沉默是基因表达调控的一种重要方

式，是生物体在基因调控水平上的一种自我保护机

制，对基因沉默进行深入研究可帮助人们进一步揭示

生物体基因遗传表达调控的本质。rnai在许多领域

具有广泛的应用前景。在基因工程中克服基因沉默现

法律与医学杂志2005年第l2卷(第3期)

象。从而使少量基因能更好按人们的需要进行有效表

达：利用基因沉默在基因治疗中有效抑制有害基因的表达，可达到治疗疾病的目的；[15]利用基因沉默中的一些基因沉默现象解决一些法医鉴定方面的难题。因

此，研究基因沉默具有重要的理论和实践意义。

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(收稿：2004一l1一l1)

第二篇：聚氨酯研究进展

聚氨酯树脂的研究进展

摘要：本文综述了聚氨酯目前研究热点，其中包括氟硅改性、水性化、非异氰酸酯聚氨酯和聚氨酯纳米复合材料的研究，指出了聚氨酯未来研究方向。

关键词：聚氨酯；氟硅改性；水性；非异氰酸酯；纳米复合材料

Research progress of polyurethane

Abstract：This article reviews the current research focus of polyurethane, including fluorine-modified, water-based, non-isocyanate polyurethane and polyurethane nano-composites, demonstrating future research directions of polyurethane.Keyword: polyurethane;fluorine-modified;non-isocyanate;nano-composites

引言

聚氨酯树脂(PU)是一种重要的合成树脂，它具有优良的性能，如硬度范围宽、强度高、耐磨、耐油、耐臭氧性能优良，且具有良好的吸振，抗辐射和耐透气性能，具有高拉伸强度和断裂伸长率，良好的耐磨损性、抗挠曲性、耐溶剂性，而且容易成型加工，并具有性能可控的优点；它的产品形态多样，如泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、纤维素、合成革等；因此广泛应用于交通运输、建筑、机械、家具等诸多领域。

1.氟硅改性

氟硅改性聚氨酯是目前研究的热点之一，氟硅具有独特的化学结构，其表面能较低，因此在成膜过程中向表面富集，可赋予改性聚合物涂膜优良的耐水、耐油污、耐候、耐高低温使用性能以及良好的机械性能。常有两种: 一种方法是将含有羟基或胺基的硅氧烷树脂或单体与二异氰酸酯反应，将有机硅氧烷引到水性聚氨酯中，利用硅氧烷的水解缩合交联来改善聚氨酯的性能；另一种方法是在环氧硅氧烷作为后交联剂引入到体系中，形成环氧交联改性聚氨酯体系。Cheng(Cheng, Zhang et al.2005)等人基于聚丙二醇（PPG），聚醚接枝聚硅氧烷（PE-PSI），2,4丁二醇（BDO）合成一个新颖的硅氧烷改性聚氨酯（PE-PSI）。Luo(Luo, Huang et al.2010)等人基于异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），以二端羟烷基聚[甲基-（3,3,3-三氟丙基）]硅氧烷（PMTFPS）为软段，聚己内酯（PCL）的混合软段的基础上，合成氟-硅氧烷改性聚氨酯系列。Linlin(Linlin, Xingyuan et al.2007)等以2,4-甲苯二异氰酸酯、二端羟丁基聚二甲基硅氧烷（DHPDMS）、聚四氢呋喃醚二醇、1,4-丁二醇为主要原料合成了系列的有机硅改性聚氨酯（Si-PU）。硅烷改性聚氨酯的研究十分活跃，以聚氨酯为主链通过硅烷封端改性，是一个重要的发展方向。Mahdi(Mahdi, Syed Z.Rochester Hills et al.2001)通过硅烷偶联剂改性聚氨酯，提高了聚氨酯密封胶对玻璃的粘接性，而且不用底涂剂，甚至可胶接油漆面和有机物污染的表面。Sun, DX(Sun, Miao et al.2011)等用硅烷偶联剂（SiCA）改性功能化的纳米二氧化硅聚氨酯，提高其热稳定性、硬度、耐水性和耐候性。Xu(Xu, Lu et al.2011)等利用2-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚合成了一系列含氟聚氨酯弹性体，性能测定结果表明含氟聚氨酯弹性体具有较低的表面张力，更好的疏水性、热稳定性、良好的机械性能和阻燃性能。

2.水性聚氨酯

20世纪60年代以来，溶剂型聚氨酯得到了广泛的使用，然而有机溶剂使用时造成空气污染，具有或多或少的毒性，水性聚氨酯以水为基本介质，具有不污染环境、节能、操作加工方便等优点，已受到人们的重视(仝锋 2000;颜俊, 涂伟萍 et al.2001)。水性聚氨酯按照分散粒子是否带电可分为离子型和非离子型, 而离子型水性聚氨酯按照聚氨酯主链上的带电性质又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。LU(Lu, Tighzert et al.2005)等利用蓖麻油改性的水性聚氨酯与热塑性淀粉共混，试验表明，两者具有较好的相容性，这种改性弥补了热塑性淀粉的耐水性、物理机械性能方面的不足，为高性能的可降解淀粉塑料的研究提供了理论支持。Tyre(Tyre 2008)等人对作为木地板涂料的水性聚氨酯-丙烯酸混合物与油性产品的硬度、耐磨性和耐化学性坐了详细比较。Zhang(Zhang W)等人以聚醚多元醇、聚酯多元醇、异氰酸酯、二羟甲基丙酸、三乙烷、羟乙基丙烯酸酯为原料，合成作为水性油墨连接料的水性聚氨酯乳液，制成的水性油墨不燃，无毒，无害，环境友好，既安全又节能。Yang.Z(Yang Z 2010)等人以水和非羟基溶剂作为混合溶剂，得到环硫氯丙烷单体和巯基改性聚氨酯混合水性乳液，该乳液可以用作高效、环保的工业废水汞离子吸附剂。Lagiewczyk(Lagiewczyk and Czech 2011)等基于羟基聚丁二烯（HTPB），聚丙二醇（PPG），二羟甲基丙酸（DMPA）和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）制备水性聚氨酯的压敏粘合剂（PU-PSA），其具有低粘性，低附着力和良好的凝聚力。

3.非异氰酸酯聚氨酯

20世纪90年代开始, 发达国家重视非异氰酸聚氨酯（NIPU）的开发与应用，在欧美国家正逐步实现工业化，在涂料、弹性体、胶粘剂等行业的应用大有与常规异氰酸酯竞争之势(Rokicki 2000;Figovsky and Shapovalov 2002;Yu, Yuan et al.2009)。NIPU由环碳酸酯齐聚物与胺类齐聚物反应制得, Garipov RM(Garipov, Sysoev et al.2003)等研究了环碳酸酯与胺的反应动力学特征。Kim(Kim, Kim et al.2001)等利用二氧化碳在相转移催化剂（PTC）作用下与二缩水甘油醚和双酚S的反应产物（DGEBS）反应制备二元环碳酸酯。Tamami(Tamami, Sohn et al.2004)等[利用环氧大豆油（ESBO）在催化剂作用下于110 ℃与二氧化碳反应合成大豆油环碳酸酯（CSBO），进而与胺类化合物反应可合成NIPU。Oleg Figovsky(Oleg Figovsky 2007)等研究了星形环碳酸酯的制备和其在合成星形羟基NIPU齐聚物、星形NIPU、星形杂化NIPU中的应用，同时还研究了丙烯酸环氧化合物、丙烯酸环碳酸酯、丙烯酸羟基NIPU齐聚物、丙烯酸NIPU、丙烯酸杂化NIPU的制备方法。通过采用特殊的树枝状氨基硅烷低聚物（dendroaminosilane oligomer），可以将硅烷链段引入NIPU网络结构中，成为一种杂化非异氰酸酯聚氨酯（hybrid NIPU，HNIPU）(王北海 2007)。杂化非异氰酸酯聚氨酯（HNIPU）涂料具有更好的耐化学性和透气性，是无分子间氢键类似结构的传统聚

氨酯涂料的1.5-2.5倍(Figovsky, Shapovalov et al.2001)。Poul-Ernst Meier,Farum(DK)(Poul-Ernst Meier 2004)发明了以HNIPU为基的胶粘剂和密封胶，用于金属表面涂装材料。

4.聚氨酯纳米复合材料

聚氨酯/纳米复合材料是未来的研究方向之一，近年来国内外聚氨酯/纳米复合材料的制备方法，主要介绍了共混法、原位聚合法、插层聚合法、溶胶-凝胶法等几种常用的纳米材料改性聚氨酯的方法(Dong-mei, Shao-ling et al.2011)。Zheng(Zheng, Gao et al.)等通过分散蒙脱石和多元醇，加入氨基烷基聚硅氧烷中和，制备蒙脱土/有机硅嵌段聚氨酯纳米复合材料。Petrovic(Petrovic, Cho et al.2004)等用溶胶-凝胶法制备并表征了两系列软段质量分数为50%和70% 的嵌段SiO2 纳米复合材料，研究了不同含量球形纳米SiO2溶胶对软、硬段相分离的影响。Yang hong-yan(Hongyan, Daocheng et al.2006)等以聚四氢呋喃醚二醇-1000(PTMG)、甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）、3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺（MOCA）为原料，采用预聚法合成聚氨酯弹性体，并选用纳米CaCO3 对聚氨酯弹性体进一步增强，通过对纳米CaCO3进行表面改性及采用超声波促进纳米粒子在基体中更好地分散，并考察了纳米的CaCO3含量和合成温度对聚氨酯弹性体力学性能的影响。You(You, Park et al.2011)等制备泡沫聚氨酯（PUF）/多壁碳纳米管复合材料，并研究了其电学、热学和形态学特性，为制备高性能复合材料提供了理论依据。

展望

1.聚氨酯制备方法多为传统的制备方法，需进一步研究新的制备方法，进一步提高材料的综合性能；

2.针对特定缺陷利用多元复合改性聚氨酯涂料进行改良研究；

3.对于聚氨酯纳米复合材料的研究，期待新型纳米材料如纳米金刚石、纳米SiC等新型超硬纳米材料的应用研究；

4.聚氨酯复合材料还处于实验研究阶段，工业应用领域还有待于进一步开发。

参考文献：

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第三篇：药用植物研究进展

植物是药物的重要来源之一，人类利用药用植物的历史渊远流长。今天，尽管科学家已经能够利用化学方法研制品类繁多的药品，但开发利用植物药的热情在世界范围内却有增无减。这主要是由于植物种类丰富，体内所含的有效成分形形色色，具有开发新药的巨大潜力；既可以从中直接发现新药源；又可以发现新的先导化合物，通过结构修饰等技技术发明新药。

中国野生药用植物种质资源非常丰富，据统计在5000种以上，但传统的中草药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资源为代价的，当采集和消耗量超过自然资源的再生能力时，必然会导致物种濒危甚至灭绝。再有，自然生态环境的日益恶化，也进一步导致药用植物资源的匮乏。在已出版的《中国植物红皮书》第一卷中，共收载了388种国产珍稀濒危野生植物，其中有药用价值的约100余种，在中国历史上就已赫赫有名的人参、天麻、黄连、黄芪、杜仲、厚朴、巴戟天、平贝母、肉苁蓉等，均位列其中。

迄今，为了解决药用植物的供需矛盾，人们多采用人工栽培的方法扩大药源。但在人工栽培的药用植物中，有不少名贵药材如人参、黄连等生产周期很长，如果以常规方法育种或育苗，需要花费很长时间。另有一些药用植物如贝母（Ftitillaria spp.）、番红花(Crocus sativus)等，因繁殖系数小、耗种量大，导致发展速度很慢且生产成本增加。还有一些药用植物，如地黄(Rehmannia glutinosa)、太子参(Pseudostellaria heterophylla)等，则因病毒危害导致退化，严重影响了产量和品质。

于是，积极研究药用植物资源的再生技术，使有限的资源为人类永续利用迫在眉睫。应用植物组织培养生产药用植物，具有不受地区、季节与气候限制，便于工厂化生产等优势，同时组织培养中的细胞生长速度要比植物正常生长速度快，接近于分生组织的生长速度，因此利用组织培养手段快速繁殖药用植物种苗，或者利用组织培养或细胞培养手段直接生产药物便随之日益发展。

目前药用植物组织培养的应用主要有两个方面：一是利用试管微繁生产大量种苗以满足药用植物人工栽培的需要；二是通过愈伤组织或悬浮细胞的大量培养，从细胞或培养基直接提取药物，或通过生物转化、酶促反应生产药物。

我国的药用植物组织培养研究，可以追溯到20世纪50年代。1964年，罗士韦教授等首先报道了人参组织培养获得成功的研究成果。1983年，全国第一届药用植物组织培养讨论会召开，届时全国已有30多个单位，100余人从事药用植物的组织培养研究。其中以广西药物所的罗汉果快速繁殖，山东大学生物系与荷泽地区中药材试验站的怀地黄去病毒研究和中国药科大学人参工业化生产的中间试验为代表性的研究成果。自此，我国药用植物的组培研究迅速发展。1986年，由我国科学工作者编写的有关专著《药用植物组织培养》问世……到目前为止，我国的科技工作者在药用植物组织培养方面已取得了巨大的成绩，组织培养技术水平也在不断进步：如培养方法已从固体、液体、悬浮培养，深层大罐发酵发展到液体连续培养；培养材料也从药用植物的根、茎、叶、花、胚、果实、种子等组织或器官，这些器官诱导出的愈伤组织或冠瘿组织，一直发展到目前的细胞。

近40年来我国经离体培养获得试管植株的药用植物已有金线莲(Anoectochilus formosanus)、白芨(Bletilla striata)、番红花、铁皮石斛(Dendrobium candidum)、绞股蓝（Cynostemma pentaphyllum）、苦丁茶(Ilex kudingcha)、南洋金花(Datura metel)、海巴戟(Morinda citrifolia)等100余种，其中大多数为珍贵的药用植物。

从60年代开始的我国传统药材离体培养和试管繁殖研究，到目前为止已有100多种药用植物经离体培养获得试管植株，其中有的还利用试管繁殖技术生产用于栽培种植药材，如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲等。宁夏农林科学院构相研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种“宁杞一号”和“宁杞二号”苗木100多万株，加速了该品种的推广。

通过组织培养成功的药用植物至少有200种。增养的药用植物从常见的到珍稀濒危植物、民族植物，如云南黑节草、延龄草、高山红景天，藏药——川西獐芽菜、莪术、水母雪莲、星花乡线菊、溪黄草、玉叶金花、辽东葱木等。从生产常用药的植物到具有抗癌、抗病毒等有效成分的植物，如红豆杉、艾黄杨、狼毒、大戟属、长春花、米仔兰、狗牙花和香榧等。

第四篇：生物信息学研究进展

我国生物信息学发展现状及展望

摘要：简要叙述了我国生物信息学发展现状，以及我国当前生物信息学发展中的一些问题，并对生物信息学的发展前景进行概述。

关键词：生物信息学 现状 展望

1生物信息学简介

生物信息学(Bioinformatics)是20世纪末才诞生的一门新学科，是信息技术在生物数据处理上的应用，该学科涉及分子生物学技术、计算机信息技术、数据库技术等多门学科，是生物学、数学、物理学、计算机科学等众多学科交叉的新兴学科。它主要利用计算机信息处理工具和软件对分子生物学实验数据进行加工和分析，从中发现有价值的信息，它是生命科学的前沿学科，其数据信息主要来自于人类及各种模式生物基因组的分子数据，包括DNA、RNA和蛋白质片断的序列数据，也有蛋白质的结构数据和经过计算机处理的分子数据。

2国内生物信息学发展状况

我国生物信息学研究近年来发展较快,相继成立了北京大学生物信息学中心、华大基因组信息学研究中心、中国科学院上海生命科学院生物信息中心,部分高校已经或准备开设生物信息学专业。2002年国家自然科学基金委在生物化学、生物物理学与生物医学工程学学科设立了生物信息学项目,并列入生命科学部优先资助的研究项目。国家 863计划特别设立了生物信息技术主题,从国家需求的层面上推动我国生物信息技术的大力发展。

但是由于起步较晚及诸多原因，我国的生物信息学发展水平远远落后于国外。在PubMed收录的以关键词“Bioinformatics”检索到的历年发表的文章数，可以看出大量的研究文献出现在21世纪以后。其中我国共有138篇占全部5548篇的2.5%，而美国则发表2160篇占全部的39%之多（统计数据截至2004年2月15日）。我国学者在生物信息学领域发表的有高影响力的论文只有不到美国学者发表数量的6%，差距相当大。在生物信息学领域，一些著名院士和教授在各自领域取得了一定成绩，显露出蓬勃发展的势头，有的在国际上还占有一席之地。如北京大学的罗静初和顾孝诚教授在生物信息学网站建设方面、中科院生物物理所的陈润生研究员在EST序列拼接方面以及在基因组演化方面、天津大学的张春霆院士在DNA序列的几何学分析方面、中科院理论物理所郝柏林院士、清华大学的李衍达院士和孙之荣教授、内蒙古大学的罗辽复教授、上海的丁达夫教授等等。北京大学于1997年3月成立了生物信息学中心，这个中心在1996年欧洲EMBNet扩大到欧洲之外时已正式成为中国结点(每个国家只有一个结点)，目前已有60多种生物数据库的经常更新的镜像点。近年来，它已组织过多次国内和地区的培训班及会议，有着较广泛的国际联系。另外，中国科学院、中国医学科学院、军事医学科学院、清华大学、天津大学、浙江大学、复旦大学、哈尔滨工业大学、东南大学、中山大学、内蒙古大学等等都先后开展了生物信息学研究和教学工作，许多大学都设立了生物信息学专业，并同时招收本科、硕士、博士研究生。

各种学术会议及论坛的召开，对于促进我国在这一前沿领域的发展起着越来越重要的作用。中国科学院于1997年9月和12月召开了第80、87次香山会议，首次邀请有关专家就“DNA芯片的现状与未来”和“生物信息学”进行探讨。1999年3月，清华大学生物信息学研究所、国家人类基因组北方研究中心和北京生物技术和新医药产业促进中心共同举办了“北方生物信息学学术研讨会”。1999年4月，北京大学举办了“国际生物信息学讲习班”。2001年4月，由北京市科技委员会、中国人类基因组北方研究中心、中国人类基因组南方研究中心、北京华大基因研究中心、军事医学科学院、北京生物工程学会生物信息学专业委

员会、北京生物技术和新医药产业促进中心等共同举办的首届“中国生物信息学大会”在北京召开。2003年11月28-29日，中国科协“生物信息学与进化计算”第81次青年科学家论坛在北京中国科技会堂成功召开。这次论坛是中国科协举办的一次多学科交叉的盛会，旨在促进国内青年科学家在这一全新领域内的相互交流，促进该学科的成长与发展。这是国内首次以“生物信息学”为主题的一次多学科交叉的青年科学家论坛。与会者一致认为系统生物学、非编码区功能研究、基因调控和相互作用网络等是当前生物信息学研究的热点问题。

尽管如此，真正开展生物信息学具体研究和服务的机构或公司仍相对较少，仅有的几家科研机构主要开展生物信息学理论研究，声称提供生物信息学服务的公司所提供的服务也仅局限于简单的计算机辅助分子生物学实验设计，而且服务体系并不完善；国内互联网上已有的几家生物信息学网站，大部分偏于所有生物（医）学领域的新闻报道，而生物信息学专业技术服务的含量太少，这就与国外有了较大差距。

3我国生物信息学发展中存在的问题

一方面，在生物信息学研究领域，一般的教授、教师能力有限，有些甚至对生物信息学本身知其一不知其二，缺乏正规的训练，很少了解目前的研究重点、热点和今后方向。由于所申请的经费支持力度和持续时间原因，大多数学者只能选择易于获得研究成果的科研项目，一般缺乏新颖性和创造性。这可能与我们国家处于快速发展阶段的“短平快”思路和环境有关。另一方面，可能是教育体制上的原因，科研项目的分配问题、行政管理中存在的问题，传统教育不鼓励学生进行批判性、创新性地学习和思考的问题，也可能是症结所在。另外，生物信息学对信息交流有很高的要求，尤其是Internet的畅通，我国曾经有人为的限制访问或限制流量这些今后回顾时会成为苦涩消化的举措[6]。目前我国的科研经费真正投入并落到实处的占国家GDP的份额还很小，科研经费问题进一步限制了生物信息学在我国的发展。

4展望

生物信息学作为一门新兴的工程技术学科，对刚起步的我们来说充满了机会和挑战，“后基因组时代”给我国的生物信息学发展提供了很大的舞台。生物信息学首先是一门信息学，所以我们必须端正一些可能的认识错误，必须呼吁引导更多的计算机、数学、物理学人才加入到其中的研究。统计学、概率论、组合数学（尤其是图论）、拓扑学、运筹学、函数论、信息学、计算数学、群论、人工智能，都已经在生物信息学研究中发挥了巨大的作用。我们应尽快缩小我国在计算机信息学的核心技术、巨型计算机的应用以及互联网核心技术方面与世界领先国家的差距。生物信息学的发展对生物学、医学、农业、环境科学、信息技术以及新材料的研究必将起到深刻的作用，生物信息学进一步深入研究和广泛应用必将为这些领域带来根本性的变革。生物信息学的特点是投资少，见效快，效益大，适合于我国的现实条件。即从英特网上源源不断地采集数据，进行分析、归类与重组，发现新线索、新现象和新规律，用以指导实验工作的设计，这是一条既快又省的科研路线，可避免不必要的重复，少走弯路，提高我国生物科学的研究水平。

第五篇：生命科学研究进展

生命科学研究进展

尹强

(江西农业大学理学院，江西南昌，330045)

现代生物技术已进入商品生产的激烈竞争阶段。据在京举行的关于“分子生物学进展”方面的学术报告会透露，美国科学院的院报中，每月的生物论文10倍于数理化天地论文的发表数量。这个数字显示了在当代人们对生命科学发展的重视程度。同样，在商品生产领域也表现出了同样的趋势。如在运用现代生物技术的遗传工程方面，美国每年在该领域投入的研究经费高达100多亿美元，有200多家大生物技术公司从事有关方面产品商品开发，已生产出了多种生物制品。在市场上出售的有人生长激素、胰岛素、调节血压的人肾素，还有乙型肝炎疫苗；可使肿瘤枯萎的生物技术药物已进入临床试验。美国利用遗传工程正在研制生物制品的还有多种，如具有抗癌作用的肿瘤坏死素、能溶解血栓的组织纤维蛋白溶酶活化剂及多种免疫系统调节制剂．科学工作者还正在研制艾滋病疫苗。在现阶段的动物试验中，这种疫苗已使老鼠体内产生了艾滋病抗体，并开始在人体上进行试验。

日本在生物技术方面的研发也不甘落后，该国的科学家把生物技术看成是使日本的技术在2l世纪处于世界领先地位的跳板。日本引进美国的生物技术，派出大量人员去美国学习，同时鼓励本国的科研。日本已研制出促进红细胞形成的血细胞生成素，可用于治疗肾脏疾病。西欧各国在生物技术方面起步较慢，但在现代制药工业中生物技术却异军突起。他们在单克隆抗体和特异蛋白分子的生产方面处于世界领先地位。一些老企业也利用生物技术生产各种高效酶制剂，用于食品加工和废物处理。还有，他们在细胞融合领域也取得了重要进展，如番茄马铃薯的育成。在开发这类细胞融合技术产品时，除在产品实践方面有所突破外，还在育种理论上有新发现。如他们在研究报告中指出，利用细胞融合技术最有前途的是近亲植物细胞融合，它对提高品种质量效果明显。

俄罗斯生物技术研究也日趋活跃，他们在前苏联时期的研究基础上，先将遗传工程的重点放在农业方面，力图培育出“早熟、高产、营养丰富、能在贫瘠土地上生长的农作物。俄罗斯科学家还存分子生物学和医学生物技术方面进行了卓有成效的研究，在研究离子载体如何穿过细胞膜方面有突破性进展，了解这一点将使人们揭开细胞维持恒定状态的奥秘。

我国在现代生物技术开发方面虽然起步较晚，但发展迅速，在某些项目上已跻身于世界先进行列，引起了国际同行的关注。如存生物医学工程领域的人工器官，新华医院和上海第一结核病防治院共同研制的聚丙烯中空纤维人工肺已在全国推广应用，仅新华医院一家就用了300多例。过去不用人工肺死亡率达50％，现在应用新的人工肺，深低温手术无一例死亡，达到了国际先进水平。上海胸外医院、新华医院、人体代用材料研究所研制的人造血管、膨体心脏修补片已达到国际20世纪80年代水平。特别应提到的是，我周在转基因抗病虫害作物、生物大分子的合成及克隆生物领域取得的成果亦是颇多。我国还参与了人类基因组测序工作，说明我国在该领域占有一席之地。我们还必须进一步加强该领域的研究工作，以缩小与发达国家在生物技术研究开发方面的差距。我国研制成功第二代人造血

查新报告显示，我国第一代人造血在临床应用中，已成功地抢救了400多名伤病员。研究第二代人造血的科研人员，在历时4年的探索中对氟碳人造血的合成、乳化、毒理以及药效等方面做了不少改进，储存期从半年延长到1.5年；它在血管中的半衰期也从原来的10 h延长到19.8h。这将更有利于患者恢复健康。人造血是国际生命科学界，特别是医学界关注的热门课题。第二代人造血是我国上海有机化学研究所、上海劳动卫生职业病防治研究所的科学工作者研制的。对第二代人造血的科学检测实验证实，它具有4个方面的优点：第一是储存期长；第二是不管使用者的血型，能保证血液和各脏器的正常生理功能，适宜大面积、突发性事故伤员的急救；第三是生产中可以消毒、患者在使用时不会染上因输血引起的传染病；第四是它的颗粒直径仅为人体血液红细胞的1／70．在红细胞被血管栓塞段堵截时，人造血可载运氧气绕道而行，使缺血段的细胞重新得到氧气供应，这会有利于治疗某些血管缺血性疾病。专家们在评审这项成果时指出，我国科学工作者研制成功的第二代氟碳人造血，仅仅用了4年的时间，而且有那么多的优点，是难能可贵的，这对于解决救护伤员及其他需血的患者来说是一大福音。对该成果的重大意义不仅在于治疗本身，从生命科学的理论和实践来看，它应该是人造器官或组织的一部分，从这个角度来讲，这项成果的意义是深远的。生物应答变更因子类新药问世

“生物应答变更因子”是一类新发现的药物，其主要功能是促进免疫系统的防御能力。这类新药在治疗癌症及一些传染病方面有作用。专家们认为，21世纪它们会统领药物市场。评价如此之高．值得人们关注。

迄今，美国医学家已发现40～50种生物应答变更因子的药物。现举若干实例。如加利福尼亚州一家生物技术公司研制的最新生物应答变更因子药物——“干细胞因子”，它能促进早期骨髓细胞的生长，以产生红细胞和白细胞，适用于骨髓功能衰退、接受化疗、移植异体骨髓以及艾滋病等患者的治疗。又如免疫系统激素—— “干扰素α-2”也是一种新的生物应答变更因子药物，它能促进各种白细胞去破坏病毒感染细胞，甚至它本身也能渗入病毒感染细胞，从而阻断病毒增殖。再如“红细胞生成素”是一种肾脏分泌的激素，它能促进骨髓细胞成为成熟的携氧红细胞．可用于肾功能衰竭患者或艾滋病患者的贫血症。还有一种“集落促进因子”，其主要功效是促进未成熟的骨髓细胞成为能抵抗疾病的白细胞，它还可被用于增强治疗白血病的药物胞嘧啶阿糖苷以及治疗艾滋病的药物叠氮胸苷的疗效。专家们在评审生物应答变更因子系列药物时指出，此类新药物通过控制患者的红细胞和白细胞达到治疗疾病的目的，其作用机制新颖，效果特别，其前景可与当年抗菌素发展势头相媲美。他们特别建议。应进一步加大在本领域的研发力度。3 延缓人体衰老研究的新突破

3．1 生长激素合成剂抗衰老

生理学知识告诉我们，大多数人年过30岁后，脑垂体前叶分泌生长激素的功能就逐渐减退，年逾花甲者的分泌量相当于青春期的1／5。有些老年人甚至自身不能再产生这种生长激素。在这种事实面前，科学工作者，特别是生命科学工作者，便试图通过研究解决这一问题。

研究人员经过长期的探索，开发成功一种合成剂。这项成果经威斯康逊医学院的丹尼尔·拉德曼大夫用于临床试验后发现，12名61～81岁的男性接受为期半年的生长激素合成剂注射疗程后，受试者体重保持不变，而脂类却平均减少约15％，肌肉组织增加近9％，同时，脊椎骨密度与皮肤厚度略有增长。

拉德曼主持的生长激素合成剂临床试验显然取得了明显的防衰益寿之效。此项研究成果公布后引起了生命科学界，特别是医学界的强烈反应。研究报告称，临床试验显示，该合成剂既有利于老人增加体力和改善身体结构，又可预防因胆固醇过高而导致的心脏病发作。

专家们在评审这些研究成果时既肯定了其试验取得的抗衰老的效果，同时也指出，这项研究尚未说明此合成剂对年长者的神经系统和感觉器官等有何影响。此外，如剂量过大或疗程过长可能产生的副作用，值得进一步观察。

3．2 改善微循环功能抗衰老

我国南通市抗衰老中心的研究人员开发出一种由40余味中草药及纯天然物精制而成的药物背心和帽子。经过300多位患者的试用验证，这种药物背心和帽子对慢性支气管炎、冠心病、高

血压、神经功能症等30多种常见病均有明显的疗效。

生命科学工作者及医学工作者在谈到此类试验疗效时指出，微循环功能不良是导致人体衰老的主要因素。在这一思想指导下，世界各地，特别是一些发达国家和发展中大国又相继开发出了改善和增强微循环功能的新制剂和仪器，现已形成系列产品。实践已经证明，改善人体微循环功能已使众多的微循环出现障碍的患者，尤其是老年人群受益。2006年l0月有人运用我国宁波生产的，根据改善微循环功能原理设计出的“水流气血循环机”的疗效检验证实，膝下热浴改善微循环功能效果明显。当膝下部位受到特定温度(40℃-45℃)外化刺激时，就会通过下肢与上体的温态反差效应，推动气血循径上行，在外温内透的感传作用下，可使全身毛孔开放，呼吸加快，全身各部位活力增强，从而达到通经活络、加速机体新陈代谢、改善微循环的目的。使用者曾长期患右下腿部麻木之疾患，使用一周(每天早晚各一次膝下热浴．每次使用时间为30 min～40min)后，麻木症状明显改善，而且达到了全身通经活络的效果。生物固氮能力研究的新进展及新发现

从空气中获得氮并将其转化为自身氮素营养是豆科植物的独特性状。虽然这种能力是依靠固氮菌与豆科植物共生在根部形成根瘤来实现的，但是不同种类的豆科植物对与其共生的固氮菌都具有专—性。培育具有固氮能力的非豆科作物一直是科学工作者探索的一个重要科研项目。

前不久。英国诺丁汉大学爱德华·科金教授主持的一个研究小组织报道了他们对非豆科作物固氮能力研究取得的新进展。研究组成功地分离出一种可以溶解植物根毛生长点细胞壁的酶。利用这种酶可将固氮菌引入非豆科植物根毛和细胞原生质中，使其具有固氮能力。这一点突破，正是本项研究的创新点。在这个基础性突破研究的基础上，现已向水稻、小麦以及向日葵的植株体内引入。由于水稻在世界粮食中占有重要地位，它已作为重点研究对象，主要目标是研究最适合与水稻建立共生关系的固氮菌。

在人们发现某些植物能够利用根瘤菌，形成根瘤——固氮制造营养物质——氨基酸和酰胺。因此，豆科植物不但能在贫瘠土地上生长，而且还有肥田的作用。苜蓿、花生、洋槐、相思树、紫藤、赤杨、美洲茶等植物都有这样的特性。研究还发现，某些热带作物能够在叶面上长瘤，利用微生物固定空气中的氮素。松树虽不长瘤，但它能与根上及根周围的微生物建立合作关系，因此，它也能够在缺氮的沙土上生长。在这样的事实面前，人们在思考，动物能不能在自己的躯体内，按照上述已查明的固氮机理，自制营养物质。现在科学家已经发现了这样的例子，而且还是我们人类的一部分。这个发现被称之为固氮机制在生物体中起作用的重大发现。调研报告表明，生活在新几内亚山区的土人，每天只吃一些山芋和蔬菜，至多再加一点豆类和花生。他们一天的食料中，蛋白质只有22 g，远低于世界卫生组织规定的最低标准60g，然而，他们人人都很健壮，无论男女老少，都没有任何营养不良的症状。这种现象引起了人们的广泛关注，希望尽快找到原因。最后还是通过对当地土人进行细致的检查，发现他们的粪便中氮素含量超过进食的氮量。这个氮素的含量“差”，恰恰是问题的关键点。多出的部分从何处来是科学工作者必须揭示的问题。通过进一步的查找，竞从这些土人的肠道中找到了固氮菌。正是这些固氮菌在人体内固定和吸收空气中游离的氮素，再合成为蛋白质，满足人体的需要。

专家们在评审这个新发现时指出，人们对植物利用微生物为自己制造氮肥很感兴趣，而对人体利用固氮菌为自身合成生长、发育所需要的蛋白质必然是更感兴趣。对于这项开发性研究，一是要进一步落实在动物身上固定和吸收空气中游离氮素的有效机制的可靠性和准确性；二是加以推广应用。大气中含量非常丰富的游离氮，就能直接成为极为丰富的食品资源。

发现生物固氮100年后的今天，其机制研究又有新的重大进展。研究认为。固氮微生物之所以具有固氮能力，从分子生物学角度上已探明，是这些微生物体内含有具特殊催化功能的蛋白质——固氮酶这种生物大分子。其作用机理现已被揭示，即固氮酶在常温常压下将氮气转化为氨，同时还将水巾的氢离子还原成氢气。由于固氮酶反应消耗很大能量，所以人们过去认为，伴随固

氮而出现的放氢是能量的浪费，并试图解决这种浪费。进一步的研究发现，固氮酶是由钼铁蛋白和铁蛋白两部分组成。钼铁蛋白中的铁相辅因子被认为是固氮酶真正起催化作用的活性中心。由于固氮酶结构的复杂性，科学家们试图化整为零，先对各个组成单位进行分别研究，然后再设法将各单位重新组装成完整的固氮酶分子。这方面的研究又取得了新进展。如去铁相辅因子的固氮酶已从突变菌株中分离出来并得到了初步纯化。再一点是固氮酶的活动是由固氮基因(简称nif基因)群所操纵。关于生物固氮遗传基础研究目前的进展也十分引人注目。肺炎克氏杆菌的整个固氮基因群的DNA序列分析已经全部完成。生命科学工作者还从其他固氮微生物中(如原细菌的甲烷球菌和各类真细菌)得到大量的固氮基因的DNA序列资料。总之，生物固氮研究的一个又一个突破，极大地丰富了生命科学理论，又为化学模拟及生产应用提供了直接依据。随着生物固氮机制的不断的、深入的揭示，在此基础上进行工业模拟生物固氮，或通过基因工程手段去改造固氮微生物，甚至可创造出能够直接固氮的生物新品种，造福于全人类。