合成微生物的环境风险防控与检测技术研究进展

合成微生物(基因改造、修饰和重建的微生物)在生物制造、疾病诊疗、环境修复等领域展现出巨大应用潜力。与此同时,合成微生物的规模化应用可能存在环境生物安全风险问题,造成物种入侵、多样性丧失和生态系统破坏等不可预计的后果。为此,本文总结了合成微生物环境释放后潜在的生物安全风险,围绕合成生物学建立的环境防御与检测技术展开讨论,并对未来如何更好地避免工程微生物的环境风险问题提出展望。经梳理发现:①合成微生物释放引发的环境风险主要包括危害环境生物安全、水平基因转移及生态位占据和破坏等,这主要与合成微生物改造后的特性及携带的外源片段有关。②通过营养缺陷型或环境敏感型微生物、基因线路、使用非天然元件、限制质粒异源复制等技术可避免合成微生物在环境中的存活或核酸扩散,针对不同微生物的特性可采取相应策略。③分子标记、生物传感、快速核酸检测等针对合成微生物的特异性检测方法,以及微生物条形码与高通量测序等通用性检测技术可用于合成微生物的环境追踪。鉴于此,提出今后重点研究方向:一是升级高效、稳定型生物封存策略以应对微生物的快速进化;二是分析合成微生物的环境生存能力及分级预估其潜在风险;三是研究合成微生物与环境生物的互作机制及其对环境生物的影响;四是开发环境消减技术建立以确保合成微生物失控释放后的高效清除。

转抗虫耐除草剂基因玉米对根际细菌群落结构和功能的影响

抗虫耐除草剂是转基因玉米的最主要性状,根际土壤细菌是转基因植物生态风险评估中的重要监测对象,目前关于转抗虫耐除草剂基因对玉米根际土壤细菌群落结构和功能的影响尚不清楚。本研究以华兴单和罗单2个转基因玉米品种及其亲本为研究对象,采用高通量测序技术并结合PICRUSt功能预测,分析转基因对玉米根际细菌群落结构和功能的影响。结果表明:①转基因对细菌主要门和属的组成及丰度没有显著影响,但对硝化螺菌门、鞘氨醇单胞菌属和硝化螺菌属等丰度有显著影响。②冗余分析表明,土壤pH、电导率及速效磷对细菌群落结构具有显著影响,但转基因的影响并不显著。③PICRUSt功能预测结果表明,转基因对31种二级功能没有显著影响,对氮磷循环功能影响也不明显;而玉米品种和生长阶段对25种二级功能具有显著影响,而且品种也是影响氮磷循环相关功能的重要因素。研究显示,转基因对玉米根际细菌群落结构及功能并无显著影响,而玉米品种和生长阶段的影响则更为显著。

liguzinediol对压力超负荷大鼠心室重构的影响

目的通过部分结扎大鼠肾上腹主动脉建立压力超负荷性心室肥厚模型,观察liguzinediol对各组大鼠心室重构的影响。方法用腹主动脉缩窄方法复制大鼠压力超负荷心室重构模型。设假手术组,模型组,liguzinediol高、中、低剂量(20、10、5 mg.kg-1)组及阳性药(卡托普利10 mg.kg-1)组。造模后稳定1周开始灌胃给药,给药8周后测量大鼠心脏动脉收缩压(SBP)、动脉舒张压(DBP)、平均动脉压(MAP)、左室收缩内压(LVSP)、左室舒张末期压(LV-EDP)、左心室内压最大上升/下降速率(±dp/dtmax);计算全心质量指数(HMI)以及左室质量指数(LVMI);HE染色光镜观察心肌结构;放射免疫法检测大鼠血浆中肾素活性(PRA)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、醛固酮(ALD);碱水解法测羟脯氨酸(HYP)含量,ELISA法检测大鼠心肌组织Ⅰ/Ⅲ型胶原比值。结果 liguzinediol能明显降低压力超负荷致心室重构大鼠的HMI和LVMI,改善血流动力学参数,降低AngⅡ和ALD含量,降低HYP含量及Ⅰ/Ⅲ型胶原比值。结论 liguzinediol具有抑制实验性心室重构的作用,其机制与抑制心肌肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)活性有关。

转基因作物对鱼类的生态毒理效应研究综述

转基因作物潜在的健康和环境风险一直以来颇受争议,转基因作物加工成动物饲料后可能会诱导动物产生免疫应激反应,影响动物的生长发育、繁殖等。鱼类是水生脊椎动物的代表,已广泛应用于水环境的监测,但目前转基因作物对鱼类的饲用安全性研究还相对较少。文章基于转基因作物作为鱼饲料原料对鱼类生态毒理学效应的研究现状,综述了转基因作物对鱼的生长表现、生理生化、脏器功能及发育、组织病理以及行为活动等方面的生态毒理学效应,分析了当前研究中存在的问题,并对今后的研究趋势进行了探讨。

转Bt玉米暴露对亲代及子代大鼠免疫细胞分型及细胞因子的影响

为研究转苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)基因抗虫玉米长期食用对大鼠免疫的影响,以其亲本非转基因玉米饲料及商业饲料为对照,分别采用流式细胞术及液相芯片法检测喂养90 d后亲代及子代刚断乳大鼠外周血、脾脏免疫细胞分型及相关血清细胞因子的表达。结果发现,转Bt基因抗虫玉米饲料组亲代大鼠外周血和脾脏及子代脾脏各淋巴细胞亚群(CD4^+、CD8^+、TCRαβ^+、TCRγδ^+)的细胞数量比例及亲代血清中10种细胞因子表达水平均与非转基因玉米饲料组无显著差异(P>0.05);子代外周血B淋巴细胞数量比例显著增高,巨噬细胞炎症蛋白-1α、单核细胞趋化因子-1β、白细胞介素-5表达水平明显降低(P<0.05)。结果表明:转Bt基因抗虫玉米暴露90 d对亲代大鼠免疫系统影响不大;对子代刚断乳大鼠的细胞免疫及体液免疫有一定的影响。

环境DNA在两栖动物监测中的应用研究进展

两栖动物是我国受威胁程度最高的动物类群,加强两栖动物资源调查和多样性监测,是开展两栖动物保护和濒危物种拯救行动的关键性基础工作。传统的两栖动物监测主要以形态学和声学为基础,耗时费力,且难以发现一些隐蔽性较强的稀有物种。基于环境DNA(environmental DNA,eDNA)的调查方法以其快速、灵敏、高效、无创等独特优势,为两栖动物多样性监测及保护提供了新的工具。综述了eDNA在两栖动物多样性监测、外来入侵和珍稀濒危物种调查、物种丰度或生物量估测等研究领域的应用进展,分析了两栖动物eDNA产生、扩散、迁移和降解的动态变化特征及其关键影响因子,探讨了eDNA应用于两栖动物监测研究的局限性并提出了优化建议,同时对未来的研究方向进行了展望,以充分挖掘eDNA在两栖动物监测中的应用潜力,为两栖动物多样性保护和管理提供新的思路。

Liguzinediol对普萘洛尔诱导的急性心衰豚鼠心功能的影响

目的研究Liguzinediol对普萘洛尔所致豚鼠急性心衰模型的治疗作用并评价其效能、效价和治疗指数。方法静脉注射普萘洛尔建立豚鼠急性心力衰竭(AHF)模型后,分组静脉恒速注射给予Liguzinediol(2.85、5.70、11.40、22.80、45.60、91.20 mg·kg-1)及阳性药盐酸肾上腺素(0.31 mg·kg-1),用RM6240多道生理信号采集处理系统记录给药0、5、10、20、40、60、90和120 min时左心室内压最大上升/下降速率(±dp/dtmax)、左心室内压(LVSP)、动脉收缩压(MSP)、动脉舒张压(MDP)和心率(HR)的变化;计算该药的效能、效价和治疗指数。结果 Liguzinediol(11.40、22.80和45.60 mg·kg-1)能有效升高模型豚鼠+dp/dtmax、LVSP、MSP、MDP和HR,降低-dp/dtmax,Liguzinediol(2.85、5.70mg·kg-1)作用较弱,ED50约为12.93 mg·kg-1,治疗指数(LD50/ED50)为131,45.60 mg·kg-1已达最大效能,再加大剂量至91.20 mg·kg-1其效应并不能相应增强。结论 Liguzinediol对急性心衰豚鼠的血流动力学指标有明显的改善作用,其安全性比同类药物高。

青霉素菌渣堆肥中β-内酰胺酶基因丰度变化

为了解抗生素菌渣堆肥中抗生素残留对抗生素抗性基因(ARGs)环境行为的影响,以青霉素菌渣堆肥为对象,采用实时定量PCR方法分析了8种典型β-内酰胺酶基因,bla_(-TEM)、bla_(-CTX-M-1)、bla_(-CTX-M-9)、bla_(-IMP-1)、bla_(-VIM-2)、bla_(-CMY)、bla_(-OXA-23)、bla_(-NDM-1)在整个堆肥过程中的丰度变化.结果表明,高温堆肥处理大大缩短了青霉素的降解时间;bla-NDM-1在所有样品中均未检出.通过比较β-内酰胺酶基因在不同处理中第1d和30d的绝对数量变化,在处理组中除bla_(-IMP-1)、bla_(-VIM-2)基因绝对数量有所增加外;其他基因都明显减少.从相对丰度看,在堆肥前期,青霉素残留对bla_(-TEM)、bla_(-CTX-M-1)、bla_(-CTX-M-9)、bla_(-CMY)、bla_(-OXA-23)、bla_(-VIM-2)基因有一定诱导富集效应.随着堆肥进程及菌渣堆肥中抗生素浓度的降低,到了堆肥末期,各处理组及对照组bla_(-TEM)、bla_(-CTX-M-1)、bla_(-CTX-M-9)、bla_(-CMY)的相对丰度较堆肥前期显著降低;而处理组中bla_(-IMP-1)、bla_(-VIM-2)的相对丰度较堆肥前期显著增加.

转Cry1Ie基因玉米和转CP4-EPSPS基因大豆对斑马鱼的生态毒性

为评估转Cry1Ie基因抗虫玉米和转CP4-EPSPS基因耐除草剂大豆对鱼类的生态毒理效应,以斑马鱼(Danio rerio)为受试动物,配制4种分别含有转基因玉米、转基因大豆以及相应非转基因亲本的试验饲料,并以商业饲料为对照,通过98 d喂养实验,调查斑马鱼的摄食、生长、繁殖和抗氧化酶活性,分析不同喂养阶段斑马鱼的组织病理和敏感蛋白mRNA表达水平。结果表明:抗虫转基因玉米和耐除草剂转基因大豆对斑马鱼的生长表现、肝脏、肠道和性腺的组织病理、产卵量和受精卵孵化率均无显著影响。转基因大豆组斑马鱼肝脏中的超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于非转基因大豆组和商业饲料组,且雄鱼显著高于雌鱼(P<0.05)。斑马鱼脏器组织中敏感蛋白mRNA的表达水平,没有随时间呈现明显的规律性变化,喂养时间与组别和性别之间存在显著的交互作用。试验饲料组斑马鱼的生长表现、肝脏中SOD活性以及mRNA表达量与商业饲料组相比有显著差异,可能与饲料的适口性和营养成分上的差异有关。总体上看,转Cry1Ie基因抗虫玉米和转CP4-EPSPS基因耐除草剂大豆对斑马鱼没有明显的生态毒性效应。

垂序商陆对土壤中镉的累积动力学及施肥影响

设置不同浓度处理与施肥处理的温室盆栽实验,研究垂序商陆(Phytolacca americana)对土壤中Cd的累积动力学,以及硫酸铵〔(NH 4)2 SO 4〕和尿素(CH 4 N 2 O)作为氮肥、氯化钾(KCl)作为钾肥对垂序商陆生长和吸收累积Cd的影响。结果表明,在土壤Cd含量为10 mg·kg^-1时,垂序商陆表现出最高的累积系数(BCF,10.37)和迁移速率(TF,2.78),在15~30 d时累积速率最高(21.1μg·d^-1),吸收速率常数也较高〔(0.21±0.01)d^-1〕;垂序商陆对Cd的吸收速率常数随着暴露时间的增加而逐渐降低,15、30、60和90 d时分别为(0.35±0.02)、(0.21±0.01)、(0.11±0.01)和(0.09±0.01)d^-1;分别使用(NH 4)2 SO 4和CH 4 N 2 O作为氮肥,当N含量为400 mg·kg^-1时,垂序商陆地上部Cd含量分别增加183.6%和142.3%,生物量分别提高165.3%和150.4%,Cd累积量分别增加478.7%和337.3%;使用KCl作为钾肥,当K含量为600 mg·kg^-1时,垂序商陆地上部Cd含量提高264.4%,但生物量仅提高1.4%,钾肥处理组垂序商陆Cd累积量低于氮肥处理组。

《生物多样性公约》及其议定书下“能力建设与发展”议题的磋商、挑战及政策建议

能力建设与发展一直是《生物多样性公约》(以下简称《公约》)及其议定书下的重要议题,《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》更是将其作为履约的有效执行手段之一。本文旨在增进生物多样性利益相关方对能力建设与发展问题的全面、深入理解,以及探讨为处理这个问题可选择的优先政策事项。首先,从能力、能力建设和能力发展基本概念入手,概述了这些术语在《公约》及其议定书相关文件中的演变历史;然后,基于历届《公约》及其议定书的决定,全面梳理了能力建设与发展的磋商进程和COP15主要争论焦点,分析了该领域面临的资金、规划、项目、信息分享以及与其他国际公约之间的协同等关键性挑战及其原因;最后,针对能力建设与发展问题,在国际层面上,从扩宽资金渠道、制定或协调不同层次的战略与行动规划、确保项目和方案的长期性和可持续性、完善信息交流机制、提升相关公约间协同增效等方面提出了政策关注点;在国内层面上,从强化顶层设计、更新生物多样性战略与行动计划、查明生物安全和生物遗传资源领域的能力建设需求、加大宣传与参与以及充分利用“昆明生物多样性基金”和“一带一路”倡议等方面提出了政策建议。

通塞脉方取舍怀牛膝对大鼠缺血性脑损伤的影响

目的探讨通塞脉方取舍怀牛膝对缺血性脑损伤模型大鼠的影响。方法雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组、尼莫地平(32.4 mg/kg)组、通塞脉全方(生药31.74 g/kg)组、去牛膝通塞脉方(生药27.77 g/kg)组。除假手术组与模型组外,其他给药组大鼠连续ig给药3 d,每天1次。给药后除假手术组外,其他组大鼠制备缺血性脑卒中模型,造模后24 h取血及大脑组织,脑组织以TTC染色,观察梗死率;HE染色观察病理学变化;测定血清中高迁移率组蛋白1(HMGB1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)的量;免疫组化法观察缺血组织中核因子-κB(NF-κB)的表达。结果模型组大鼠HMGB1、TNF-α、IL-1β的量及NF-κB的表达均明显升高(P<0.05),通塞脉全方及通塞脉去牛膝方均可降低脑缺血大鼠HMGB1、TNF-α、IL-1β的量,抑制NF-κB的表达(P<0.05),其中去牛膝通塞脉方降低IL-1β的作用最强。结论通塞脉全方及去牛膝通塞脉方均可通过抑制HMGB1相关的NF-κB信号通路的激活,发挥抑制炎症反应、减轻脑水肿、保护神经细胞的作用;去除牛膝的通塞脉方不会降低对脑缺血疗效,在抑制炎症因子IL-1β的分泌方面优于通塞脉方全方。

清热祛痛搽剂对尿酸钠致大鼠痛风性关节炎的影响

目的:研究清热祛痛搽剂对尿酸钠诱导大鼠急性痛风性关节炎(GA)模型的治疗作用。方法:取45只大鼠,按体重随机分成5组。模型对照组,造模后按时间点涂等容积赋形剂;阳性药吲哚美辛组(4.5×10-3g·kg-1),于造模前1 h灌胃给药(10 mL·kg-1);清热祛痛搽剂高剂量组(0.91 g·kg-1)、中剂量组(0.46 g·kg-1)、低剂量组(0.23 g·kg-1),于造模后立即涂药(0.1 mL/只),并于致炎后6,12,24,48 h检测大鼠踝关节容积。结果:清热祛痛搽剂高、中、低剂量在致炎后各时间点均能不同程度的抑制尿酸钠所致大鼠踝关节疼痛,减轻肿胀程度,降低步态评分,与模型对照组比较差异有显著性(P<0.05)。结论:清热祛痛搽剂对尿酸钠引起的痛风性关节炎症有较好的治疗作用。

转mCry1Ac基因玉米BT799对斑马鱼的生态毒理学效应

转基因作物的饲用安全性问题一直是人们关注的焦点之一.为评估转mCry1Ac基因玉米BT799对鱼类的生态毒理效应,本研究以斑马鱼为受试动物,设置5个处理:含20%转基因玉米膨化饲料组(GMF)、含20%亲本玉米膨化饲料组(PF)、转基因玉米粉(GMM)、亲本玉米粉(PMM)以及商业饲料对照组(CF),通过98 d的喂养试验,调查斑马鱼的生长表现、组织病理、繁殖、肝脏中抗氧化酶活性及敏感蛋白mRNA的表达水平.结果表明:转mCry1Ac基因玉米对斑马鱼的各项生长指标、肝脏、脑和肠道的组织病理、产卵量、受精卵孵化率、肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及SOD、CAT、热激蛋白70(HSP70)和卵黄蛋白原(VTG)mRNA表达量均无显著影响.但在试验后期,饲料组(GMF和PF)和玉米粉组(GMM和PMM)斑马鱼的体重、体长和特定生长率显著低于商业饲料组;饲料组斑马鱼的孵化率显著低于玉米粉组和商业饲料组;饲料组(3.85±0.76)雄鱼肝脏中的VTG mRNA表达量显著高于玉米粉组(1.60±0.56).研究表明,转mCry1Ac基因玉米对斑马鱼没有明显生态毒理效应,但由于配制的膨化饲料与商业饲料在营养成分和适口性上的差异,可能导致个别指标与商业饲料组相比有显著差异.