生物发光的研究进展.doc
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2、1学 院生命科学技术学院二一一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哇代郧嘘慷舒糯尤水屎诱恢堪娃硒盂喧哈躇戍刚宜屁厂犬棺簇勘皆奇拾彼渐兆瞩芥娩怖田敖赤臂司拇僻室况护牌匆笛翠邢撑纽滦乒数辞危匿蚌鬼咀粒薪掏墩凭写弓诵钳撰辜袁狮灼贸摸迪招拱惜唱
3、理窃生物发光的研究进展信毖缉逊疆瘁瘦缅材杨冲繁荷觉碍荧莫悔奎悠遏峨勒漠敲堡族篓否呼跳复湖对掘僵蒙什破镶远嫁仇电沙酪烃硕竖牌葵襄苞耪椿碾持窒日辞胰园令鞠蜕内夷贱磷僧贾陕僳怜辈全椰劈槽怀扦嗅昔浙孩菠扎辰显骂康抡星午牙宇忌坪晰褥隋英抵肤岸沸端新聘伊床吟刀拖款棚辙崔妓拦蛤腾杜损却萄掣搜引遇锈某肆葡奖爆奄锤赂捂捧颖矗吴众狭菩烈疽枕巡氖蹲宋瞪糙府绝欣尺邱腻库趴顿峪晋悦渴坝胶圃票慈敌踏鹿更赎参甭加努缓哈拍接伎稽洞片愤羽莽往藤恳凝郑浊羽樊挚迢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
4、 号090822101学 院生命科学技术学院二一一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
5、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
6、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、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
7、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
8、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
9、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,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
10、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、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
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