黄丽玲, 李耘, 王珊珊, 陆超, 杨智敏, 林敏, 燕永亮, 陈明, 张维, 王劲, 周正富, 柯秀彬, 战嵛华, 陆伟

(中国农业科学院生物技术研究所， 北京 100086)

硝酸盐是植物、真菌及许多细菌生长所需重要无机氮源。在有氧条件下将硝酸盐转化成氨的过程被称作硝酸盐同化，该过程包含三个特异性步骤：由硝酸盐转运系统完成的硝酸盐吸收，进入胞内的硝酸盐由同化硝酸盐还原酶(nitrate reductase，NR)催化硝酸盐还原成亚硝酸盐，随后由同化亚硝酸盐还原酶(nitrite reductase，NiR)催化亚硝酸盐还原成氨，最终氨经谷氨酰氨合成酶(glutamine synthetase，GS)催化生成谷氨酰胺掺入到中心代谢途径。在氮循环系统中，硝酸盐同化对藻类等植物营养和生长的重要性早已通过大量研究得到认可[1-3]，由于异养细菌的主要作用通常被认为是分解和降解颗粒状有机氮而鲜少受到关注，直到近些年异养细菌硝酸盐同化研究才引起重视，例如：Rhodobactercapsulatus[4-5],Klebsiellaoxytoca[6-9],Azotobactervinelandii[10-16]和Bacillussubtilis[17-18]。

硝酸盐和亚硝酸盐均是带电分子，不能快速穿越生物膜，特别是硝酸盐(pKa=-1.3)需要转运蛋白转运，而亚硝酸盐通常被认为可以不经过特定蛋白转运而通过被动扩散形式进入细胞内[19-20]。硝酸盐转运蛋白有两种类型：一类是细胞周质结合蛋白依赖系统，通常由ATP水解提供能量，属于ABC转运蛋白家族，也被称作ATP驱动硝酸盐转运蛋白，例如K.oxytoca中的NasFED和Cyanobacteria中的NrtABCD；另一类是依赖于质子移动势的NarK家族转运，属于主要协同超家族(major facilitator superfamily,MFS)，例如A.vinelandii中的NarK和Paracoccusdenitrificans中的NasA。

硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶是硝酸盐同化的两个关键酶，均存在于细胞质内。……