地球是钟

前言

Preface

缩略语表（Abbreviations）

微生物世界的生日

1固氮考古3

1?1了解我们的宇宙和星球4

1?1?1地球5

1?1?2地质6

1?1?3地貌7

1?1?4氧气：生物的双刃剑9

1?1?5钼是大功臣10

1?2生命的起源12

1?2?1生命起源的化学进化过程12

1?2?2石猴的演说14

1?3生物进化15

1?3?1地球上早期生命的形态与特性16

1?3?2生物进化思想17

1?3?3遗传进化理论中的一些概念19

1?3?4生物的发展22

1?4人类的进化及其对环境的影响23

1?4?1人类的进化23

1?4?2人类活动对环境的影响26

1?5固氮菌的起源与进化31

1?5?1固氮作用的基本条件32

1?5?2固氮菌的种类32

1?5?3固氮菌的分类39

1?5?4固氮菌的进化47

固 氮 之 钟

2固氮酶及相关研究进展51

2?1固氮酶的结构51

2?1?1固氮酶的nif基因簇51

2?1?2固氮酶的装配复杂性及其作用和调控机制63

2?1?3固氮酶铁钼辅因子的生物合成67

2?2固氮与固氮酶相关研究进展70

2?2?1根瘤菌与豆科植物的共生固氮模式71

2?2?2固氮结瘤与花的发育相关蛋白质的研究72

2?2?3固氮与光合作用中一些相关酶蛋白的研究72

2?2?4在非豆科植物中直接转入固氮基因的努力72

2?2?5非传统固氮酶的出现及一些预测性研究77

2?3固氮酶研究进展及存在问题79

光 合 之 钟

3固氮比较生物学85

3?1谁是先行者：固氮与光合85

3?2固氮酶比较90

3?3固氮酶与DPOR、LPOR比较92

3?3?1固氮酶与DPOR92

3?3?2DPOR与COR94

3?3?3DPOR与LPOR95

3?3?4固氮酶、DPOR及LPOR的生物进化99

3?4固氮酶的科学预测101植 物 之 钟

4固氮酶转化工程107

4?1固氮酶基因的获得107

4?2细胞器的选择108

4?3转化方法——叶绿体转化技术109

4?3?1叶绿体基因组的特点110

4?3?2叶绿体的遗传转化110

未 来 之 钟

5新世纪、新观念、新理论、新目标123

5?1与固氮酶相关的科学问题123

5?1?1与固氮酶相关的化学问题123

5?1?2与固氮酶相关的生物学问题127

5?1?3植物生长发育与能量的问题130

5?2几个潜在突破口的分析132

5?2?1自主固氮叶绿体?Nitroplastid132

5?2?2自主固氮线粒体136

5?2?3非豆科植物共生固氮136

5?2?4设计和探究“光能固氮酶”139

参考文献145

附录一地球地质年代表181

附录二微生物分类表193

附录三植物分类表202

附录四国际固氮会议与固氮实验室213

附录五国际光合作用会议与叶绿体工程实验室217

致谢（Acknowledgements）220

跋221

Postscript222

《地球是钟：固氮篇》从固氮菌的起源入手，较通俗地讲述了地球上生物进化的历程及其与生物固氮的关系，以及固氮酶与光合作用相关酶的起源和发展关系，引导读者确立了全新的生物世界的发展观。《地球是钟：固氮篇》特色体现在对普通或专业读者来讲其既有科普的广义性又有专业的准确性，具有很高的阅读和参考价值。《地球是钟：固氮篇》特色体现在：对普通或专业读者来讲既有科普的广义性又有专业的准确性。作者从追寻已知固氮酶、固氮菌的起源入手，较通俗地讲述了地球上生物进化的历程与生物固氮的关系，并自然地联系到传统固氮酶与光合作用相关酶的起源和发展的关系；从比较生物学的角度，揭示了蛋白质类催化酶的进化趋势；从学术上引导读者确立了全新的生物世界发展观，积极地提出大力推进生物固氮工程化研究和探索的必要性和可能性，同时又辩证地看待了生物工程的发展前景。《地球是钟：固氮篇》还首次引进了“地球钟”及其可能的进一步数字化的概念，并以“广义”的视角大胆提出“真核固氮酶”在整个地球演变过程中存在或出现的可能性。【作者简介】程奇，博士，中国农业科学院生物技术研究所海外引进人才、研究员，中山大学教授（兼职），德国拜尔公司顾问，曾任英国剑桥超螺旋公司蛋白质大规模标准化生产纯化技术总监。主持973计划项目生物固氮分子生物学、自然基金项目高等植物长链脂肪酸代谢工程，参与自然基金重大项目生物联合固氮。国内外发表论文50余篇，参与编写专著1部。