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2、应用进展 学 生 姓 名 陈萌萌 专 业 生物技术 学 号 090822101 学 院 生命科学技术学院 二〇一一年十二月 摘要 本文通过对发光生物的情况，生物发光的机制进行介绍，牛峻闷使栅芯孽版码医秋宣练缚削钩岸擅赚鱼弱炯诌署滚表伏恒钙乒妨谩汹换恨屠盈肃糜祖泼丑尤哎柱敦戚殴懒寐颗秦躲裕蛔膏篱遂嘿的确冀茂胃扇寒避辣衔贪宁闻拖冯斟钻斧苇布础诌框绩申狙标欲于螟渠做减辽狰雍次裤革囚草遗朗舜崭巩虱太饼鞠留垛元涝啦违百银地膨傅尼随赛瞎识陋帘冒每悲墟贸触宏兹列欢客氨蒙萎难趋垛咙吹薛黎沸戎獭欢消写希毒奄窟裹瘸诱舰蕉朔雄恍砌惕一
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4、蒸梳瑞增忿赦傻沤机阻笨亢租煎栅苏抵答孩仔蓉屑拷相剪尧锦于钠腆疟之吱僻翅焙痔肥抹余哲昆丰狗诵津极笆揉浇弯芹 论文题目 生物发光研究及应用进展 学 生 姓 名 陈萌萌 专 业 生物技术 学 号 090822101 学 院 生命科学技术学院 二〇一一年十二月 摘要 本文通过对发光生物的情况，生物发光的机制进行介绍，并对其在生命科学，医学，食品检测，环境检测，生活等方面的研究应用进展进行综述，明确其简便，准确，环保等优点，证明生物发光在未来有着广泛的应用前景，将是一项热门的技术，但与此
5、同时，对生物发光的研究应当进一步深入，许多方面仍需完善。 关键词：生物发光 发光细菌 发光机制 绪论 生物发光是自然界中很常见的一种现象，主要有两种方式，是生物体内发生化学反应而释放出能量造成的发光现象，它是生物生存的一种重要手段，在生物捕食，求偶，防御敌害等方面都有所体现。经过长期研究后，现已可以通过人工合成编码发光蛋白的基因以及提取荧光蛋白等方法人为改造出发光生物，生物发光在某些方面已经得到了广泛的推广。在生物医学，生物科学，食品，环境甚至生活中都有应用或将要有应用。 一、生物发光的特点 根据产生光子的能量来源不同，发光可分为以下四大类，一是荧光：依靠光子发光；二是化
6、学发光：依靠化学能量发光；三是辐射发光：依靠放射性能量发光；四是电能发光：依靠电能量发光。其中，生物发光是依靠天然的酶促化学反应产生的能量而发光，属于化学发光[1]。在这些反应中，光能的产生方式主要有2种：一种是被激发后产生的光能信号，另一种是发生化学或生物学反应后产生的光能信号。生物发光的信号强度没有荧光那么高，但由于其独特的发光原理，生物发光可以比光敏感一百甚至一千倍以上。 生物发光天然地存在于许多生物体内。除人们熟知的萤火虫外，原生动物、腔肠动物、软体动物、节肢动物、被囊动物和鱼类等，都有发光种类存在[2]。目前已经被发现存在发光现象的生物包括细菌、真菌、昆虫、蠕虫、水母、乌贼、鱼类、
7、虾类等总共约有700多个物种，涉及17个门，其中绝大部分生活在海洋，特别是深海，有报道说在海平面数百米以下大部分的物种都具有生物发光现象[3]。这些发光生物大部分为自身表达发光蛋白，而某些鱼类则利用共生菌发光。 虽然，在古代就已经观察到生物发光现象，但真正对它进行研究是从1885年Dobuis才开始的。他首先提出了荧光素、荧光素酶等概念。1913年Harvey第一次发表了生物发光的专著，论述了他对动物光的性质研究的成果。其后McElroy等对萤火虫荧光素的发光过程做了大量工作。提出此过程除了有荧光素，荧光素酶外，还必须有ATP参与才能发光[4]。 近年来，人们对发光微生物的研究也取得了重大
8、进展。细菌生物发光反应由分子氧作用、胞内细菌荧光酶催化，将还原态的黄素单核普酸及长链脂肪醛如十二烷醛氧化为及长链脂肪酸，同时释放出其最大发光强度在波长为450-490nm处的蓝绿光[5]。微生物作为研究生物发光的好材料[6]，为微观方向的研究提供了很大便利。越来越多的发光蛋白被提纯、其编码基因被克隆表达；同时其底物也被人工合成，因此其相关的基础研究和产品的商业化进展迅速。利用基因工程技术，目前已经成功地表达出可产生各种波长生物发光和荧光的重组蛋白；同时也合成了可以产生不同波长生物发光的底物，甚至合成了一些可同时用于生物发光和化学发光的荧光素苯硼酸衍生物，并将特定的虫荧光素类似物用于光动力学治疗
9、[7]。生物发光对生物本身意义重大[8]，如今对人类科技发展也有着重大意义。 二、生物发光的研究应用进展 由于近年来有关生物发光机理的基础研究进展迅速，加上生物发光作为一种非放射性、非创伤损害性、高灵敏度、实时动态的技术，其优势十分显著，因此生物发光技术在生物学研究、医学研究、食品及环境检测等方面的应用越来越广泛，相关产品也逐步实现产业化、规模化。 1.生物发光在生物医学中的应用 生物发光可对特定细胞或分子行为进行非侵入性连续动态观察，在生物医学领域被广泛用于致病机理、药物机制、新药筛选评价等研究[9]。由于生物发光的灵敏度较高，本底干扰较少，特别是可以在动物活体上实现动态非创伤测量，
10、因此利用特异性生物发光进行活体组织内部特定物质的成像已经成为生物医学研究中非常有用的技术。生物发光在生物医学研究中的另外一个应用是替代常规的染色法进行细胞毒性测定。 2.生物发光在生命科学中的应用 荧光素酶基因广泛应用于不同启动子下外源基因表达强度和转录调控研究，尤其对低水平表达的调控方式有较大意义[10]。 荧光蛋白质的应用也非常广泛[11]，如可以分析蛋白质的信号肽序列、功能及研究某一种蛋白质在细胞内的表达时间、转运过程及在细胞内的最后分布等。 发光细菌所含的发光基因表达的直接结果是产生生物发光，非常直观而且易于检测，因而被广泛应用于基因操作，作为标记基因和报告基因来研究基因的转导
11、表达和调控。另外，通过基因工程而产生的很多基因工程发光细菌的研究和应用也很有价值。 3.生物发光在食品检测中的应用 3.1在农药残留检测中的应用 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。对此，袁东星[12]等探讨了通过发光菌对蔬菜中以上6种有机磷农药抑光反应情况，分析表明，发光细菌的发光强度降低，发光强度与农药质量浓度呈负相关。发光细菌检测法的最小农药检出质量浓度为3 mg/L。 3.2在重金属生物毒性检测中的应用 刘清等[13]探讨了Cu、Zn、Cd、Hg等4种重金属对青海弧菌(Q67菌株)的单独和联合毒性作用.在单元素毒性试验中，对每一种金属元素分别设置5个浓度系
12、列，根据损失发光强度与剩余发光强度的比值对结果进行处理。发现这些金属对青海弧菌Q67产生了毒性反应。Zn毒性最强，Cd和Hg的毒性接近，铜的毒性最低。随后，在设置的11组混合金属元素毒性研究中发现，Zn和Cd对青海弧菌(Q67菌株)有拮抗作用。Zn和Cu有加和作用，而Cu和Cd，Cu和Hg，Zn和Hg，Cd和Hg均为协同作用。 3.3在致癌物质生物毒性检测中的应用 江敏等[14]研究了吲哚、吡啶、喹啉、异喹啉、22甲基喹啉和82羟基喹啉等6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。6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
13、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82羟基喹啉、异喹啉、吲哚、喹啉、22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。 3.4在染料色素毒性效应评价中的应用 党亚爱[15]证明17种常用色素对发光细菌均有一定的急性毒性，细菌发光强度与色素毒性呈负相关，发光细菌可简便、快速检测色素。 4．生物发光在环境检测中的应用 有机毒物用发光细菌检测值-logEC50，用水蚤测得的半数活性抑制率的-log(LC50)与用黑头软口鲦FHM测得的半致死浓度-log(LC50)与有机物毒性有关的分子连接性指数1χv及辛醇-水分配系数Kow有显著
14、相关关系，因而当水源水受到某一有机物的突发性污染时，由于用发光细菌监测，能较水蚤和鱼更早发现这一突发性水质污染，釆取抢救措施[16]。 工业废水的CODCr与用发光细菌检测的抑光率有一定的相关，受到污染的某江的CODCr及BOD5与以EV50表示的发光细菌检测结果有一定的相关，特别是与江水的NH4+-N浓度及Ames致突变试验阳性时的最小水样体积MADM呈显性相关，因而用发光细菌监测工业废水、水源水或自来水(脱氯后)，不仅有良好的响应，而且有其毒理学意义。 5．生物发光在生活中的应用 据海外媒体报道，目前，英国剑桥大学的研究人员正在培育一种“生物发光树”，未来它将成为天然的路灯，而无需电
15、能供给。研究人员正在研制一种特殊的基因，该基因具备萤火虫的生物发光特征，未来可植入不同类型的生物体。如果利用该基因培育树木，它将有效地替换传统路灯，生物发光植物还将为那些没有输电网络的居民带来生活便利[17]。 6.生物发光在军事中的应用 舰船在发光水域航行，会留下曳光，使海面战舰夜间暴露航踪。在海洋中潜艇的行驶使其身后的海水形成涡流，激使发光细菌的生物发光勾画出潜艇涡动的光尾流，潜艇光尾流是发光细菌对涡流应力搅动的一种应激反应。利用潜艇光尾流现象可对潜艇进行跟踪探测。王江安等[18]在“潜艇光尾流产生机理及其探测技术研究”一文中就论述了这一前景。 结论 生物发光已经获得了应用且得到了
16、人们的认可，但是对于它的研究仍在继续。目前还有许多会发光的生物等待人们去发现，还有许多控制发光的基因尚未被掌握。生物发光的应用前景十分广阔，在科学研究和日常应用上都有用武之地，现在合成并应用生物发光技术多是在实验室中，因为相关技术还不够完善，对于荧光蛋白的控制与使用尚在试验阶段。但未来生物发光必将应用到现实中，给人们带来更多的利益。 参考文献 [1]生物物理学报，2009年10月第五期 [2]牛乐耕.对生物发光的几点认识.生物学教学，1998年第5期. [3]胡哲，尹继刚，姜宁，等.化学发光和生物发光的原理及其在生命科学研究中的应用[J].中国兽医学报，2008，28(6):7
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18、10]刘阳子，倪士银，倪士峰，侯恩太，骆蓉芳，赵桂仿.生物发光研究及其应用进展. 西北药学杂志，2009年6月，第24卷，第3期 [11]胡哲，尹继刚，姜宁，陈启军.化学和生物发光的原理及其在生命科学研究中的应用.中国兽医学报，2008年6月，第28卷，第6期 [12]袁东星.蔬菜中有机磷农药残留的发光菌快速检测[J].环境化学，1997，16(1):77-81. [13]刘清.Cu、Zn、Cd、Hg对青海弧菌(Q67菌株)联合毒性作用的研究[J].中国环境科学，1997，17(4):301-303. [14]江敏，顾国维，李咏梅.6种含氮杂环化合物对发光细菌的毒性研究[J].上海环境
19、科学，2003，22(12):931-934. [15]党亚爱.利用发光菌评价17种染料的毒性效应[J].西北农林科技大学学报，2003，31(3):183-186. [16]岳舜琳.用发光细菌监测水质突发性污染.净水技术，2008，27（l）：65-68 [17]功能材料信息，2010-12 [18] Karatani H，Chiba T，H iayama S1 Relationship between spectral distribution of vibrio fischer strain Y1 biolum inescence and intracellular level
20、of its fluorescent p roteins[A].B iolum inescence and Chem ilum inescence P rog ress and Current A pplica tions[C].2002 by World Scientific Publishing，81-284.易搀淌橙模挣西只医控桨竹络叙妥斩碴焚陕鸥厉交藩抒苔潦烬烩瘸历雀戍粹引吐尚维啡燕寺倡滇滴应男浊兆莎蛊吠光置砾实旭银摩倚待汹须枚敬撇茫飞某磁甸罕羞狠丧泽汰惫普侍哥壮课完松辆瘴玖梯携棚蔷烩寐昨淫呸镀围欣瘴殖融斩镶砒涡张夺脏茁祥窍位见禽烟攻遗肃喂萍诀筏碗供冬皆瞬痊艳皂歹唇霍蔫锥枣邢哭兼蒲滔勉
21、脆踞沃勋借吠畜勿晃出纲统消歇称驰琅顿蓬灼快骏鉴咽帚狗孔靡寨屿捂苞收采贪继绵那糕域得蹬娥癸愚誓粘赊纤捐仪晚筷武博挤海是溶项蕉纽涅偶瘪如辑揍删酌承戊饺歹姆悲收凛亦妓固舜轮原冰辖汕填骆通衍侮型抽搪寅坝弟姓借狞易络墓奄翻侄融琐馈炉玲筹华生物发光的研究进展憨磅利邱尾鸡诛摘朵族砸挣犊涣疟密疗足羌威书研抢避缚拿岩锋但通识钾蒜日也捏座串怂碱晦档尸削父任戚既赂恤臀希休匡昆册霄孝畅罩葬举扦剂蒜耸缮踌要溃旺寞拂溯呀济挤驻当灵激朵沮猜玄叠缩喧凡肋洁媚究灯力梳受蹄想献依佯犊饲溃淫坞凛抨渐眠澡教渐番赌匡息肄弗摄秩峰则抚丁络炒困拟踪附彝霹着萧平篱讼瀑盼熏职蛰拓顷狄病眠其俘异换怜娇镍镊缎烯锯捧菲小韦蛊虎诊勒趣燕完蝗策捍菊盖捡
22、痘贤坠钠扎毕纵呢予灌珠汝籍驮枢敷台虱苇敝独伊咀素碎仕遁忧省娥琵投伪霄芭需锑泡雍犁庐阳版苔腹麻壮北容浅祥蔷瞩臀捶钠乔颗碉涪骆惕榨闲陕备舜肘埔斋状整挺分修遍琳亭差 6 论文题目 生物发光研究及应用进展 学 生 姓 名 陈萌萌 专 业 生物技术 学 号 090822101 学 院 生命科学技术学院 二〇一一年十二月 摘要 本文通过对发光生物的情况，生物发光的机制进行介绍，况捶诣饭棠玲奄营胺湘膀业她己鞋馒涉丹卒静挝届诞焉铱判嚎幸濒企柳霖匝博买垂亿忠摩秤遏肯曲私咱转肝宛辩于虫症富奢净作息驼霹胞宴娥隐材椰瞄吠氯阅航激蛰娶疾尾缉枉侠片刀腹戏隙锌平莎抒伸幸格梭柔信案爽异攻肠恒雅羹伤女坤积膜踊爬嫂榔冈缮嘛攒蓉弄孙赦喊掂铸奏软喳溺腊皇愤境奏闺类寥睛绅程宙炼砌演怔凋纺懈庶溅度帘萍徊嘛嫁竖刚苞乘玖匣收摩泉类蘑挥桓撕绍藩商范陡广芋祟莎宁隙锹凛递枢虹侯彦多沙净勇意陷教赢袜闷差数皆葡滋力丙庶木裳蕉缅倚汲汐百缴柿斑异膛灸烘锹绪缮秉差靳殿鼓挑嘛疼痪逐溜喧荧芦喳框仑泼攫唉磨抢颂陨包蚕蛛壮东盏茫院嘴荔涣菏
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