大麻类纤维素合酶基因家族生物信息学分析

【目的】探明大麻类纤维素合酶(Cellulose synthase-like,Csl)基因家族成员的结构和功能,为调控大麻生长发育提供参考。【方法】通过生物信息学方法对大麻Csl家族成员的理化性质、系统进化、基因结构和保守基序及启动子顺式作用元件等进行分析。【结果】从大麻中共鉴定得到24个Csl家族成员,除7号染色体外其余9条染色体上均有成员分布,各成员外显子数目为3~9个。系统进化树分析显示,24个家族成员被分为CslA、CslB、CslC、CslD、CslE、CslG共6个亚族,其中CslC和CslD成员最多,均有6个。保守基序分析发现,Motif2和Motif3在6个亚族蛋白中均有分布,而Motif6、Motif8和Motif9仅在CslA和CslC亚族蛋白中分布,Motif1、Motif4、Motif7和Motif10仅在CslB、CslD、CslE和CslG亚族蛋白中分布。CsCsls基因启动子区域包含光响应、激素诱导元件、逆境响应元件和MYB结合位点。经公共转录组数据分析发现,除CsCslB2在叶中特异表达外,大部分成员在根和茎中表达水平明显高于叶片。不同亚族成员在茎秆不同组织和不同部位及下胚轴不同发育时期的表达量也存在一定差异。【结论】推测Csl家族基因除介导大麻纤维中半纤维素合成外,还参与大麻生长发育和逆境响应等其他生物学进程。

不同占空比的脉冲光源对工业大麻生长和生理生化的影响

试验研究室外栽培条件下,利用不同占空比的脉冲光源对工业大麻进行补光,探究其对工业大麻生长发育、生理生化以及主要大麻素含量的影响。结果表明:占空比100%(LED1)和占空比70%(LED2)的光源促进了工业大麻株高、茎粗、SPAD值以及花叶干重和鲜重的增加,但LED2与不补光(CK)差异不显著,而占空比50%(LED3)光源显著降低了工业大麻的株高、茎粗、SPAD值以及花叶干重和鲜重;LED1、LED2和LED3提高了工业大麻叶片中可溶性糖、可溶性淀粉以及游离氨基酸的含量,LED1与CK差异显著,LED2和LED3与CK差异不显著;LED1和LED2显著降低了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CTA)活性,而LED3显著促进抗氧化物酶(SOD、POD和CTA)的活性;LED1显著降低了四氢大麻酚(THC)和大麻二酚(CBD)的含量,而LED1、LED2和LED3显著提高了大麻萜酚(CBG)的含量。LED1和LED2光源均可以促进工业大麻的生长发育,增加可溶性渗透调节物质含量,降低抗氧化物活性,增加CBG含量,为今后利用节能(占空比)脉冲光源提高工业大麻品质和产量提供理论参考。

工业大麻ZF-HD转录因子的鉴定及表达分析

【目的】对工业大麻ZF-HD(Zinc finger-homeodomain)转录因子进行鉴定和表达模式分析,为ZF-HD功能研究及工业大麻遗传性状的改良提供理论参考。【方法】对5个工业大麻ZF-HD转录因子的基因结构、蛋白理化性质、蛋白系统进化关系和启动子顺式作用元件进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对基因表达量进行检测。【结果】5个CsZF-HD基因分布于大麻基因组的2条染色体上,其编码序列长度为783~1185 bp,编码260~394个氨基酸残基,蛋白分子量为27.95~43.33 ku,理论等电点为7.46~8.87。它们编码的蛋白均含有1个保守的ZF-HD_dimer结构域,均为不稳定的亲水性蛋白且定位于细胞核中。ZF-HD蛋白家族分为3个亚族(A、B和C),CsZF-HD1和CsZF-HD2属于A亚族,CsZF-HD3属于C亚族,CsZF-HD4和CsZF-HD5属于B亚族。CsZF-HD1和CsZF-HD2在茎和叶中的表达量相差不明显,在根中表达量最低;CsZF-HD3在茎中的表达量最高,叶中表达量最低;CsZF-HD4在叶中的表达量最高,根中表达量最低;CsZF-HD5在根中表达量最高,茎中表达量最低。5个CsZF-HD基因均对盐和干旱胁迫响应,其中CsZF-HD1和CsZF-HD3在盐和干旱胁迫下表达量升高最明显。5个CsZF-HD基因启动子序列中均含有不同种类和数量的逆境相关顺式作用元件。【结论】ZF-HD转录因子可能在工业大麻应对盐和干旱胁迫时发挥转录调控作用。

全雌型工业大麻杂交新品种云麻杂4号的选育与应用前景

云麻杂4号是云南省农业科学院经济作物研究所以雌雄异株品种云麻8号近交系为母本,雌雄同株2017M5近交系为父本,利用杂种优势组配而成的工业大麻全雌型晚熟杂交种。2020—2021年多点区域试验中花叶平均产量3012.45 kg/hm^(2),比对照云麻8号增产34.82%。该品种雌株比例大于95%,全生育期约167 d,THC平均含量为0.07%,CBD平均含量3.06%,籽粒含油量31.8%,蛋白质含量23.0%。适合云南省大部分地区种植,最适宜海拔范围为1500~2300 m。2023年通过云南省品种鉴定和登记。

雌雄同株工业大麻新品种云麻12号的选育

云麻12号是云南省农业科学院经济作物研究所于2023年选育的雌雄同株晚熟型工业大麻新品种。该品种THC平均含量为0.07%,CBD平均含量为2.58%。2020—2021年参加全省区域试验,花叶平均产量2785.8 kg/hm^(2),较对照品种云麻8号增产24.68%;麻籽平均产量1959.15 kg/hm^(2),较对照增产14.00%;麻糠平均产量1921.05 kg/hm^(2),较对照增产12.33%。该品种具有较强的抗病性、抗旱性和抗倒伏性,是适合低纬地区种植的一个雌雄同株工业大麻多用型新品种。

籽用型工业大麻新品种绥麻1号的选育

根据主要优良性状互补的杂交育种亲本选配原则,2012年以引进的辽宁省优质地方品种苍山农家种为母本,以黑龙江省地方种质资源MY1为父本进行杂交,组合号为2012-03,通过系统选择在2018年高世代优选出工业大麻新品系2012033,该品系表现为粗蛋白、粗脂肪含量较高,抗逆性强,熟期一致,籽实产量高。于2021—2022年参加全省区域试验,2023年参加全省生产试验,试验代号绥麻1号。

多用途型工业大麻新品种云麻8号的选育

云麻8号是云南省目前工业大麻主栽品种,种植面积覆盖云南省90%以上。云麻8号是集叶用、纤维用、籽糠兼用多用途工业大麻新品种。该品种雌雄异株,雌雄比例约为1∶1;工艺成熟期103~118 d,全生育期173~192 d;平均株高360 cm,茎粗1.5~2.0 cm;脱胶麻纤维强度10.03厘牛/分特,籽粒含油量30.6%,蛋白质含量23.6%。四氢大麻酚(THC)平均含量为0.07%,大麻二酚(CBD)平均含量为1.33%。该品种生长势强、适应性广,耐密植。具有较强的抗病性、抗旱性和抗倒伏性。在云南海拔1400~2300 m的坝区、山区均能种植并获得高产,是符合高产优质及多用途产业发展方向的一个工业大麻新品种。

雌雄配比和种植密度对单雌性工业大麻籽糠产量的影响

以单雌性工业大麻云麻雌1号作为对象,研究不同雌雄配比(雄株比例为10%、20%和30%)种植模式下种植密度(5210、10420、15630株/hm^(2))对麻籽和麻糠产量的影响,进而探讨单雌性工业大麻用于籽糠兼用的生产模式。结果表明,在同一雌雄比例下,种植密度越大,麻籽、麻糠、麻秆及大麻二酚(CBD)理论产量越高;在最大种植密度15630株/hm^(2)下,20%雄株率下的麻籽、麻糠、麻秆及CBD理论产量均高于10%和30%雄株率的产量,其麻籽产量为5738.02 kg/hm^(2),麻糠产量为6087.14 kg/hm^(2),麻秆产量为9396.35 kg/hm^(2),CBD理论产量127.58 kg/hm^(2)。在单雌性工业大麻云麻雌1号籽糠生产实践中,建议配置花期一致的20%左右雄株,保证授粉充足,实现麻籽和麻糠丰产。

基于CiteSpace的国内工业大麻研究现状可视化分析

了解工业大麻的研究现状、把握其研究热点与趋势对于推动我国工业大麻相关的科学技术进步具有积极意义。研究借助经典文献计量分析软件CiteSpace,对CNKI数据库中的440篇工业大麻相关中文文献进行了综合分析。结果表明:国内工业大麻领域的科学研究正在快速发展,众多研究机构和团队在工业大麻的全植株利用——包括皮、茎秆、籽、根、叶、花等方面积累了丰富的研究成果。论文发表量在经历波动后呈现出快速增长趋势。当前的研究热点主要集中在高性能纤维和生物复合材料等新型材料开发、CBD等功能成分挖掘及其医疗应用、基因改良与育种等方面。此外,工业大麻在政策层面仍有较大的探索空间,研究其对行业发展的影响及其实施策略或将成为助推国内工业大麻产业健康发展的关键。

中药火麻仁基原植物大麻中大麻素药理作用与开发应用性研究

大麻主要栽培于我国西南、华南、东北等地区,拥有悠久的用药历史。大麻素是大麻特有的主要活性成分,具有止痛、抗炎、抗血压、抗血栓、抗眩晕、抗癌、免疫调节、抗癫痫、抗焦虑及抗抑郁等药理作用。本文通过归纳总结大麻素在药物、食品、保健品、化妆品等方面的应用研究现状,对其开发进行了阐述,旨在为大麻的药用资源开发及大麻新产品研发等研究提供参考。

8个品种大麻籽氨基酸组成分析及蛋白质营养评价

为比较8个不同品种大麻籽蛋白质营养,测定了8个不同品种大麻籽的粗蛋白含量及氨基酸组成、分析呈味氨基酸含量、药用氨基酸含量,采用氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)、氨基酸比值系数分(SRC)、必需氨基酸指数(EAAI)等营养学方法,进行营养价值评价。结果表明,大麻籽中均含有被检测的17种氨基酸,氨基酸种类齐全,其中包括除色氨酸以外的7种必需氨基酸,具有较丰富的营养价值。不同种质大麻籽中氨基酸含量存在差异,氨基酸总量为406.68~616.56 mg/g,必需氨基酸与总氨基酸的比值为0.226~0.234,必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为0.291~0.307,都低于联合国粮食及农业组织、世界卫生组织模式参考值0.4和0.6。大麻籽中药用氨基酸占总氨基酸含量的68.87%,G品种中药用氨基酸含量最高,达429.74mg/g,占总氨基酸含量的69.70%。不同种质大麻籽药用氨基酸含量相差较大,但是在总氨基酸中所占比例基本一致。大麻籽样品中谷氨酸、精氨酸、天冬氨酸为含量最高的3种氨基酸,缬氨酸为第一限制性氨基酸。8个品种大麻籽为药用价值非常高的植物蛋白资源。

籽用型工业大麻新品种龙大麻6号选育

为了选育优质、适应性广的籽用工业大麻新品种,依据主要优良性状互补的杂交育种亲本选配原则,科学定向选配亲本材料,后经系统选育,以及黑龙江省3年品种试验,2020年7月通过黑龙江省农作物品种审定委员会认定,编号为2020004,该品种大幅度领先省内乃至国内同类型籽用品种,将有效促进黑龙江省乃至国内工业大麻籽用种植与加工产业的发展。

低温胁迫下工业大麻中大麻二酚含量和差异表达基因分析

为研究低温胁迫条件下龙大麻6号大麻二酚(CBD)积累的变化规律和合成途径分子调控机制,以不同低温胁迫和常温条件处理大麻叶片为材料,测定CBD含量,同时对上述材料进行转录组测序。通过对不同低温胁迫和常温条件处理大麻叶片CBD含量变化,发现0℃处理组(T1)CBD含量最高,其他低温处理组5℃处理组(T2)、15℃处理组(T3)、20℃处理组(T4)大麻叶中CBD含量比常温组(CK)CBD含量低。转录组数据中CBD合成途径关键基因差异表达分析显示,0℃处理组CBD合成途径中大部分关键基因表达量都显著上调,同时其他温度胁迫条件下CBD合成途径中大部分关键基因表达量也都有变化。0℃能够显著提高龙大麻6号CBD的合成,提高植株体内CBD合成途径中关键基因表达量,从而使其更好地适应低温环境。

大麻种质资源萌发期耐冷性鉴定及筛选

为筛选大麻萌发期耐冷性鉴定指标,挖掘大麻耐冷性种质资源,对21份大麻种质资源进行萌发期耐冷性鉴定及筛选。结果表明:供试大麻种质资源中11个耐冷指标变异系数的变化范围为16.652%~155.576%;通过主成分分析选出3个具有代表性因子作为大麻耐冷性筛选与评价的重要指标,分别为相对发芽指数、相对发芽系数和相对胚根长;根据隶属函数值筛选出强耐冷性资源1份,冷敏感性资源1份;21份大麻种质资源萌发期的耐冷性存在显著差异,具有丰富的遗传多样性,可为大麻种质资源耐冷性鉴定及耐冷品种选育提供基础材料和理论基础。

用于工业大麻种质资源筛选和鉴定的KASP标记集开发

目前,我国工业大麻种质资源的分子筛选和分子鉴定主要依赖于AFLP、SSR和重测序等方法,缺乏快速、准确、直观的分子标记体系,开发竞争性等位基因特异性PCR(Kompetitive Al-lele Specific PCR,KASP)标记集及其检测体系具有良好的应用前景。研究首先基于大麻素B位点基因多态性成功开发了1个特异性KASP位点,能够准确区分大麻种质资源中的低毒型、高毒型和中间型三种化学型;随后基于来自95份不同大麻种质资源的全基因组重测序SNP数据,总共开发了32个高质量的核心KASP标记。验证表明,该33个KASP标记集及其检测体系可以应用于工业大麻辅助育种、工业大麻品种分子鉴别和指纹图库构建等,丰富了工业大麻分子标记类型和方法。

酿酒酵母表面展示NX1101蛋白酶全细胞催化剂制备火麻多肽

酶解法火麻肽制备具有安全性好、能耗低、营养损失小等优点。研究在综合脱脂火麻仁籽粕蛋白提取以及蛋白水解酶筛选的基础上,以穿梭质粒pYD1为表达载体,将源于牛肠道宏基因组文库中的蛋白水解酶NX1101锚定在酿酒酵母菌株(EYB100)表面,并以此重组菌株作为全细胞催化剂制备火麻多肽。酶学性质分析发现:该全细胞催化剂的最适反应pH值为8.0,在pH 8~10酶活稳定性较高,为耐碱性全细胞催化剂;其最适反应温度50℃,在50℃以下时酶活稳定性较高。脱脂火麻蛋白经表面展示表达NX1101的重组酵母全细胞催化剂酶解后,共获得1095个多肽,其中氨基酸数量≤10的短肽数量达140个。全细胞催化剂酶解效率相较常规酶解技术(以碱性蛋白酶粉剂为对照)增加6.5倍以上。

不同光周期与肥料配比对设施内工业大麻生长发育的影响

为探讨不同光周期与肥料配比对设施内工业大麻生长及CBD产量的影响,以一年生花叶用工业大麻品系为材料,通过设置3个光周期处理与3因素(氮、磷、钾)、4水平的肥料效应试验,筛选出最佳补光方案与施肥配比。结果表明,在18 h/d光周期下的工业大麻具有最高的农艺指标、叶产量与CBD产量,同时在该处理下工业大麻叶片的净光合速率最高;在N_(1)P_(2)K_(2)处理(P_(2)O_(5):5.18 g/盆、K_(2)O:5.18 g/盆、N:7.00 g/盆)下叶产量与CBD产量最高,并且达到最高产量效应值、肥料农学效率与肥料贡献率,其光合参数与叶绿素相对含量也处于最高水平。研究得出18 h/d的光周期与N_(1)P_(2)K_(2)的施肥水平最利于工业大麻生物产量与CBD产量的提高,这对花叶用工业大麻设施内高效栽培有一定的参考价值。

工业大麻类受体激酶基因家族生物信息学分析

工业大麻RLK基因家族在碱性盐胁迫响应过程中有重要的调控作用。为探究工业大麻RLK基因家族响应NaHCO_(3)胁迫的信号转导机制,利用生物信息学方法对工业大麻63个RLK基因家族成员进行分析,结果表明,工业大麻的RLK基因家族可分为12个亚组。分析了RLK基因家族在不同盐碱耐受性品种中的表达模式及潜在的生物学功能,此试验结果为进一步研究工业大麻RLK基因家族在逆境响应和生长发育过程中的分子功能提供重要依据。

四倍体工业大麻形态特征分析

倍性育种是一种通过改变染色体组数目实现提高作物产量、抗逆性等目的的一种较新型育种方式。为了探究多倍化对工业大麻的影响,研究分别用流式细胞法和直接压片法鉴定出四倍体工业大麻,随后对工业大麻二倍体及其同源四倍体的形态进行差异分析。结果显示,四倍体工业大麻植株具有器官增大的特点,其中叶长、叶宽、叶柄长、叶厚、叶面积的变化尤其显著。四倍体植株叶片气孔显著变大,但其密度比二倍体一半还低。此外还发现四倍体大麻雌株开花时间较二倍体延迟。该研究为工业大麻的倍性育种工作提供了理论依据。

工业大麻CsMYB17基因克隆与表达分析

为探究CsMYB17基因在工业大麻发育过程中的潜在功能,试验以工业大麻DMG265为材料,对CsMYB17基因进行克隆,并对其编码蛋白进行生信分析;结果表明,CsMYB1基因的CDS区为1005 bp,编码334个氨基酸,属于亲水性蛋白,并且无跨膜结构和信号肽,其二级结构中无规则卷曲占比最高,与青蒿AaMYB同源性较高;对CsMYB17在大麻不同组织中的表达模式进行分析,结果表明,CsMYB17在雌花、腺毛中表达量相对较高,研究结果为了解CsMYB17在工业大麻发育中的功能提供了理论基础.