生物科学类拔尖创新人才培养多维度协同模式研究与实践

针对高校生物科学类拔尖创新人才培养存在的问题,积极探索生物科学专业知识教育与创新创业教育的深度融合,以及教学资源组织形式和育人模式的改革、融合与创新,构建优秀师资、优质课程体系和高端育人平台,创建以课程引领、科教融合、实践教学、科研训练、竞赛牵引、创新平台为核心的多维度拔尖创新人才培养模式,走出了“多维协同、追求卓越”的人才培养之路。通过推进实施该模式,湖南大学生物学院在拔尖创新人才培养方面取得了良好成效,可为国内外其他高校提供有益的启示和借鉴。

酱油中降生物胺乳酸菌的筛选、鉴定及其生长特性研究

为获得在酱油发酵中具有降解生物胺能力的乳酸菌,该研究从酱油和酱醪样品中筛选具有降生物胺功能的菌株,对目标菌株进行鉴定并研究其生长曲线、耐盐、耐酸等生长特性及降解特性。结果表明,采用稀释分离法、双层显色培养法、生物胺氧化酶定性检测和液相色谱-串联质谱法定量分析筛选得到5株高效降解生物胺的菌株,经形态学、生理生化和16S rDNA分子生物学鉴定,均为发酵乳杆菌;其中,菌株L2112、L31B2和L41B对酱油中主要生物胺——酪胺、组胺、亚精胺和苯乙胺的降解率分别达到63.76%、59.09%、43.38%和35.12%,菌株L2112和L41B耐酸耐盐能力均较好,在37℃、40 g/L NaCl和300 mg/L生物胺质量浓度时菌株L2112降生物胺能力最佳,在37℃、130 g/L NaCl和500 mg/L生物胺质量浓度时菌株L41B降生物胺能力最佳。该研究有望为酱油发酵体系中生物胺调控提供优良菌株。

基于微生物-肠-脑轴的黄酮类化合物抗抑郁作用研究进展

抑郁症是精神科自杀率最高的疾病,目前治疗抑郁症的药物在长期治疗时会伴随许多副作用。抑郁症的病因及发病机制复杂,多项研究发现植物中广泛分布的黄酮类化合物对抑郁症有显著的改善作用。近年来大量证据表明肠道菌群的改变与抑郁症的发生发展密切相关,黄酮类化合物可以影响肠道菌群的组成及代谢产物,进而通过微生物-肠-脑轴影响人体的情绪和行为。本文综述了近年来国内外关于肠道菌群与抑郁症之间相互作用的研究成果,探讨了基于肠道菌群的黄酮类化合物通过调节炎症因子、神经递质、短链脂肪酸等从而改善抑郁症的潜在机制,为后续探索抑郁症发病机制与预防、改善抑郁症提供研究思路。

体外发酵对柑橘黄酮的生物转化及功能活性研究进展

柑橘黄酮是一类主要存在于柑橘属植物果实外皮中的次生代谢物,具有多种生理功能,可预防和改善与氧化应激、炎症、癌细胞增殖和脂质积累等造成的健康问题。然而,柑橘黄酮普遍存在溶解性不高、稳定性较差、生物利用度低等问题。通过体外发酵技术对柑橘黄酮的特定结构进行修饰,能一定程度上改善其生物利用度并增强功能活性。该文从柑橘黄酮的结构与分类、参与体外发酵的微生物及酶种类、柑橘黄酮的体外转化过程及代谢产物等多个方面详细阐述了生物催化剂对柑橘黄酮的定向结构修饰作用,并总结了生物转化对柑橘黄酮产物抗氧化、抗炎、抑制癌细胞增殖、抗病毒、降脂等多种功能活性的影响,以期为柑橘黄酮的生物转化研究及新型功能食品开发提供理论依据。

(Z)-N-(2,6-二氧-5-苯基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氢-4H-色烯并[2,3-d]嘧啶-4-亚基)-4-甲基苯磺酰胺类化合物的设计、合成及生物活性

为开发新型高效的除草化合物,设计、合成了29个(Z)-N-(2,6-二氧-5-苯基-1,2,3,5,6,7,8,9-八氢-4H-色烯并[2,3-d]嘧啶-4-亚基)-4-甲基苯磺酰胺类衍生物(Ⅵaa~Ⅵbc),通过熔点,核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱表征确认其结构。利用X-射线单晶衍射确定化合物Ⅵan的空间构型。以稗草和苘麻为供试杂草,通过平皿法测定目标化合物的除草活性。在200 mg/L下,目标化合物对稗草的抑制率均超过70%,其中化合物Ⅵak高达85%;目标化合物对苘麻的抑制效果略低。化合物Ⅵak对稗草种子萌发的抑制中浓度(IC_(50))为113 mg/L。作物安全性试验表明,在500和1000 mg/L下,化合物Ⅵak对玉米、水稻和油菜均有不同程度的药害,但对大豆的药害程度最小,明显低于对照药剂苄嘧·丙草胺。透射电子显微镜观察显示,经化合物Ⅵak处理后,稗草叶绿体断裂、分散,大部分叶绿体被膜由长条形变为椭圆形,叶绿体内出现嗜锇颗粒,内囊体基粒片层消失,基质堆叠散乱,其内部有大量体积较大的囊泡。酶活性测定结果表明,化合物Ⅵak在50~450 mg/L下对过氧化氢酶(CAT)活性和过氧化氢(H_(2)O_(2))含量均表现出先缓慢上升后平稳的趋势,由此推断化合物Ⅵak可能是通过破坏稗草叶绿体结构与影响CAT活性和H_(2)O_(2)含量抑制稗草生长的,有望成为杀稗剂开发的先导化合物。

微生物除草剂的研究进展

杂草是危害农业生产最严重的有害生物之一,其防治主要依赖化学除草剂,而长期大量使用化学除草剂会引发杂草抗药性增加、环境安全和粮食安全等问题。微生物除草剂是利用微生物本身或其代谢产物开发的生物除草剂,具有资源丰富、不易产生抗性杂草、环境友好等特点,是当前国际上杂草绿色防控技术发展方向。本文总结了微生物除草剂的类型,罗列了具有除草活性的生防微生物种类以及毒素种类;综述了微生物除草的作用机理,微生物主要通过感染侵入杂草寄主引起杂草的导管闭塞、造成植株萎蔫并枯死,或者通过代谢产物中有效活性物质影响杂草寄主细胞结构的完整性、生物膜功能和脂质稳定性、能量传递、光合色素合成、脂类合成及氨基酸的合成等,从而达到除草的目的;进一步总结了微生物除草剂的应用现状,包括商品化情况、应用的限制因素和防控效果提升策略,以及组学技术在微生物除草领域的应用;最后对微生物除草剂的发展方向及应用前景进行了展望,以期为新型除草剂的研究与开发提供参考。

稗草EcHPPD基因的克隆及生物信息学分析

旨在克隆稗草对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)基因为探究其基因功能提供基础,从而更好地开发除稗剂。以稗草叶片为材料,用同源克隆和cDNA末端快速克隆(RACE)技术克隆EcHPPD基因序列,用生物信息学软件分析其特征。EcHPPD基因的编码序列全长1317 bp,其编码蛋白质由439个氨基酸组成,相对分子质量为46.659 kD,等电点为5.30。稗草与同处禾本科的Dichanthelium oligosanthes(OEL23409.1:8-249)的HPPD蛋白进化程度最为相近。EcHPPD三级建模蛋白结构由两条链构成,有2个Fe^(2+)结合位点,并能与吡唑特活性中心骨架通过氢键相互作用。EcHPPD可能与HGO、HPT1、TAT3、AT5G36160、TAT7等11个蛋白产生互作。本研究报道了EcHPPD基因序列并对其进行了生物信息学分析,为创制新的HPPD抑制剂提供理论依据。

非均质显微组织对Ti-15Zr合金阳极氧化行为与生物相容性的影响

研究非均质显微组织对钛合金阳极氧化行为与生物相容性的影响。采用粉末冶金及后续热轧和热处理方法制备非均质Ti-15Zr合金,并采用电化学阳极氧化法获得纳米管阵列表面。结果表明,阳极氧化非均质Ti-15Zr上形成由纳米管团簇和显微裂纹构成的微纳结构表面,这种结构的形成与条纹状的(0001)取向晶粒以及Zr的非均质分布有关。与阳极氧化的电弧熔炼Ti-15Zr对照组相比,阳极氧化非均质Ti-15Zr具有与其相当的超亲水性,且蛋白吸附与细胞增殖效果更好,这主要是由于后者具有多尺度结构表面。

核黄素参与水稻非生物胁迫的响应分析

为探究核黄素在水稻非生物胁迫响应中的作用,以粳稻Kitaake和籼稻T98B为试验材料,考察了核黄素对2种材料的盐、高温、渗透、碱和氧化胁迫响应的影响,重点测定了盐和高温胁迫下水稻体内核黄素合成基因的表达和相关生理指标。结果表明,(1)施加外源核黄素有效提高了2种水稻材料的盐和高温胁迫耐受性,降低了渗透胁迫耐受性,而其氧化和碱胁迫耐受性不受影响。(2)逆境胁迫均不同程度地促进了核黄素在2种水稻材料中的积累,尤其在盐和高温胁迫下促进效果最明显。(3)盐和高温胁迫均诱导了核黄素合成酶基因的表达,促进了核黄素的生物合成,改善了水稻的胁迫耐受性。研究表明,非生物逆境胁迫能促进核黄素在水稻体内的合成和积累,外源核黄素也能明显提高水稻对盐和高温胁迫的耐受性,但却降低了其对渗透胁迫的耐受性。

高强度低模量生物医用(Ti-15Mo)-xNb合金组织与性能

为了开发兼具高强度与低弹性模量的生物医用钛合金,本文设计并采用粉末冶金技术制备四种不同成分的(Ti-15Mo)-xNb(x=2.75,5.84,8.85,15.56,质量分数,%)合金,研究Nb含量对其微观结构、力学性能与生物相容性的影响。结果表明:四种合金均由β相组成,呈现等轴晶组织;随着Nb含量的增加,合金强度逐渐降低,但四种合金均具有较高的抗拉强度(>980MPa),且伸长率保持约10%。添加适量Nb元素可以有效降低Ti-15Mo合金的弹性模量。其中,(Ti-15Mo)-15.56Nb合金具有最低的弹性模量值,约为60GPa,远低于常见医用钛合金的。四种合金均有利于细胞的生长和增殖,Nb含量对其生物学性能无明显影响。

土壤微生物对环丙氟虫胺的降解研究

为了明确微生物对环丙氟虫胺的降解情况,采用高效液相色谱法测定实验室现有2种放线菌、2种细菌和1种真菌对环丙氟虫胺的降解作用;并通过平板分离技术,从土壤样品中筛选出12株对环丙氟虫胺有耐药性的菌株,测定它们对环丙氟虫胺的降解能力。研究结果表明,实验室已有的放线菌MtRt-6和CoT10、细菌CSS-02处理2 d后对环丙氟虫胺的降解率分别为62.28%、57.18%、69.70%,真菌PO1处理3 d后对环丙氟虫胺的降解率为78.86%。从土壤中分离的菌株1-21、2-6、2-16处理2 d后对环丙氟虫胺的降解率分别为77.67%、51.17%、59.17%,经16S rRNA基因序列进行比对分析发现,它们均与芽孢杆菌有较高的相似性。结果表明无论是实验室已有微生物,还是环境中分离得到的微生物,均具备环丙氟虫胺降解能力,且微生物对其的利用度较高,降解周期短。

GC-MS结合化学计量学方法分析桂花净油分子蒸馏馏分的挥发性成分

为了探究分子蒸馏技术纯化桂花净油的不同馏分挥发性成分与香气差异,采用气相色谱-质谱(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)结合化学计量学方法中的正交偏最小二乘判别分析法(Orthogonal partial least-squares discrimination analysis,OPLS-DA)、P-value与变量投影重要性(Variableimportant in the projection,VIP)与相对气味活度值(Relative odor activity value,ROAV)对桂花净油的轻组分、重组分和残留物组分挥发性成分进行分析。结果表明:三种馏分中共检测到8大类挥发性成分共73种,其中醇类22种、醛类5种、酸类10种、酚类3种、酮类5种、酯类17种、烷烃类5种、烯萜类6种。各馏分中醇类物质的种类与相对含量最高,是桂花净油挥发性成分的主要贡献物质,且各馏分的挥发性成分种类与相对含量具有显著性差异(P<0.05);建立的三种馏分挥发性成分判别模型,分类准确率为98.2%;并在分析确定出三种馏分27种差异性挥发物成分(VIP>1)后,对轻组分14种、重组分9种和残留物组分11种的关键香气贡献成分(ROAV>1)进行香气轮廓分析,轻组分与重组分、残留组分相比,表现出的花香味、甜味以及松木香味更为强烈。轻组分的挥发性成分种类与相对含量最多,香气特征中的桂花花香味最为浓郁强烈。本研究采用GC-MS结合化学计量学方法分析桂花净油各馏分挥发性成分差异与香气特征,为桂花净油分子蒸馏各馏分综合利用提供理论依据。

添加柑橘果胶和吐温-80的芥末精油纳米乳液稳定性、抑菌活性及其在砂糖橘保鲜中的应用

采用高压均质与超声破碎法制备添加柑橘果胶(pectin,PT)和吐温-80的芥末精油纳米乳液(mustard essentialoilnanoemulsion,MEO-NE)(MEO-NE-PT)和只添加吐温-80的MEO-NE(MEO-NE-T),对比MEO-NE-PT和MEO-NE-T的微观结构、贮藏稳定性、pH值稳定性、离子强度稳定性及热稳定性,并将MEONE-PT应用于砂糖橘采后保鲜。结果表明:MEO-NE-PT的粒径和多分散指数波动幅度更小,表现出更强的稳定性;对MEO、MEO-NE-T、MEO-NE-PT的最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)和最低杀菌浓度进行探究,发现MEO-NE-PT的MIC(64μL/L)远低于MEO(256μL/L)和MEO-NE-T(128μL/L);且经64μL/L MEO-NE-PT处理6 h后的白地霉孢子萌发率仅有6.67%、芽管长度为8.57μm,远低于对照组(MEO)的100%和165.02μm;扫描电子显微镜观察结果表明,MEO-NE-PT处理会导致白地霉菌丝体皱缩、断裂;与对照组相比,MEO-NE-PT处理可明显降低砂糖橘的腐烂率和质量损失率,并且能够延缓砂糖橘硬度和可溶性固形物含量的下降。因此,MEO-NE-PT作为一种安全、有效的绿色抑菌剂,可以控制柑橘白地霉菌的生长,保持砂糖橘采后品质。

油茶籽油品质性状研究进展

油茶籽油的品质和质量是衡量油茶品质的关键标准之一。目前,油茶籽油品质高低的评价指标主要集中在理化性质、脂肪酸组成及功能性营养成分等方面。其中不饱和脂肪酸总量、角鲨烯、维生素E的含量以及酸值、过氧化值等是评价油茶籽油品质的重要依据之一。随着油茶籽油品质性状的比较研究逐渐增多,对于这些性状合成相关基因的集中研究显得不够深入,并且大多数基因之间的相互作用机制尚未清楚。为进一步了解品质性状对油茶良种选育的影响,为选育高品质油茶品种提供参考,本文综述了油茶籽油脂肪酸组成及生物活性成分等品质性状的研究,并探讨了影响品质性状的因素。同时,分析了脂肪酸和功能性营养成分合成代谢相关基因的深层次分子研究进展,对开发油茶重要品质性状关联的分子标记具有指导意义。

茶枝柑与不同品种温州蜜柑果皮的非靶向代谢组学比较与分析

分析比较不同品种温州蜜柑与茶枝柑果皮的代谢组学差异,为温州蜜柑果皮的开发利用提供理论基础和科学依据。利用超高效液相色谱-串联质谱对茶枝柑与3个品种温州蜜柑的化学成分进行测定及分析,利用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析和聚类分析等多元统计方法对代谢组数据进行比较分析,筛选差异代谢物。通过数据库对比,茶枝柑(CZG)与油良(YL)、南柑20(NG)、宫川(GC)间分别鉴定出790、796、818个代谢物,其中有机氧化合物、黄酮类、羧酸类及其衍生物占比最高,主要参与黄酮和黄酮醇生物合成、黄酮类生物合成、异黄酮生物合成、α-亚麻酸代谢和苯丙氨酯生物合成等代谢途径;根据变量投影重要性值>1且P<0.05,对差异代谢物进行筛选,得到稳定、可靠的差异代谢物,结果表明,茶枝柑与温州蜜柑间共筛选出11类、43种差异代谢物,占比较多的为黄酮类、氨基酸类和嘌呤核苷类化合物,温州蜜柑中黄酮类化合物多为上调,如5,6,7,8,3’,4’,5’-七甲氧基黄酮、槲皮素、柚皮苷、山柰酚和柚皮素等,可作为潜在的标志物区分茶枝柑与温州蜜柑,同时表明温州蜜柑黄酮类化合物含量更具优势,可作为高生物活性的陈皮基原药材,推动柑橘产业发展,为陈皮产品的开发利用及原料选材提供参考依据。

蓝莓花色苷生理活性、提取纯化及稳态化研究进展

花色苷是蓝莓中的主要酚类活性成分,因其良好的抗氧化、抗炎、抗肿瘤、护眼等活性而备受关注,然而花色苷容易受到光照、氧气、pH值、金属离子等因素的影响,且人体吸收利用率低,限制了其应用。本文综述了蓝莓花色苷的功能活性、提取纯化方法及稳态化技术,为蓝莓花色苷在食品领域的应用提供参考。

烟粉虱MED隐种14-3-3基因克隆及时空表达谱分析

【目的】真核生物中,14-3-3蛋白是一类可与多种蛋白互作的调节蛋白,能够参与信号转导、免疫反应、生长发育和胁迫响应等。本研究旨在克隆烟粉虱Bemisia tabaci MED隐种的14-3-3基因的全长cDNA序列,了解该基因编码的蛋白特征和该基因的时空表达模式。【方法】使用RT-PCR技术克隆烟粉虱MED隐种的14-3-3基因全长cDNA序列,通过生物信息学软件和在线网站分析14-3-3基因的生物学特性;使用RT-qPCR测定14-3-3基因在烟粉虱MED隐种不同发育阶段(卵、1-4龄若虫和成虫)、雌雄成虫以及雌成虫头、胸和腹中的表达量。【结果】克隆并鉴定了烟粉虱MED隐种14-3-3基因的两个亚型:Bt14-3-3 epsilon(GenBank登录号:XM_019046102.1)和Bt14-3-3 zeta(GenBank登录号:XM_019057395.1),开放阅读框(ORFs)分别长771和744 bp,分别编码256和247个氨基酸,编码的蛋白是无跨膜螺旋区和信号肽的亲水性蛋白,其二级结构主要由α旋螺旋组成。系统发育树分析表明,Bt14-3-3 epsilon与褐飞虱Nilaparvata lugens、温带臭虫Cimex lectularius和茶翅蝽Halyomorpha halys的14-3-3 epsilon聚为一支,同源性较高;Bt14-3-3 zeta与褐飞虱的14-3-3 zeta的亲缘关系更近。RT-qPCR结果表明,Bt14-3-3 epsilon和Bt14-3-3 zeta在烟粉虱MED隐种的卵、雌成虫和雌成虫腹部中的表达量较高。【结论】明确了烟粉虱MED隐种14-3-3基因的两个亚型的全长序列、编码蛋白特征及时空表达特点,为后续研究14-3-3蛋白的分子功能奠定了基础。

五种药用植物对西花蓟马成虫选择行为的影响

【目的】验证药用植物及其挥发物成分对西花蓟马Frankliniella occidentalis成虫选择行为干预的可行性,为农业害虫防治提供解决方案。【方法】利用Y型嗅觉仪测定西花蓟马成虫对3种蔬菜植物(番茄Solanum lycopersicum、黄瓜Cucumis sativus和辣椒Capsicum annuum)和5种药用植物(薄荷Mentha piperita、紫苏Perilla frutescens、荆芥Nepeta cataria、益母草Leonurus cardiaca和藿香Ageratum conyzoides)的选择率;通过气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)鉴定5种药用植物叶片中共有挥发物成分;使用Y型嗅觉仪检测西花蓟马成虫对0.01, 0.1, 1, 10和100μL/mL β-石竹烯的选择率。【结果】在选择行为试验中,西花蓟马成虫对5种药用植物均表现出忌避行为,其中对紫苏和藿香的忌避行为较为显著(选择率分别为24.45%和24.53%)。GC-MS鉴定出5种药用植物叶片中挥发物共有成分为β-石竹烯和2, 2′-亚甲基双(6-叔丁基对甲酚)。西花蓟马成虫对0.01μL/mL β-石竹烯无明显行为反应,对0.1~100μL/mL β-石竹烯表现出明显的忌避行为,并且高浓度(10~100μL/mL)β-石竹烯对西花蓟马成虫的驱避率可达到约85%。【结论】测试的5种药用植物对西花蓟马成虫表现出较为显著的驱避效果,该结果为了解西花蓟马对非寄主植物的选择性提供理论依据;β-石竹烯是5种药用植物叶片中的共有挥发物成分,可作为驱避剂或植物源农药用于西花蓟马的农业治理。

气相色谱-质谱结合相对气味活性值分析不同干燥方式对桂花浸膏与净油香气成分的影响

为分析与比较不同干燥方式对桂花浸膏与净油挥发性成分及香气特征的影响,采用气相色谱-质谱(gas chromatography-massspectrometry,GC-MS)联用技术对桂花浸膏与净油的挥发性成分进行检测,通过建立偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)模型,并结合相对气味活性值(relative odor activity value,ROAV)、香气雷达图与主成分分析(principal component analysis,PCA)分析不同干燥方式对挥发性香气成分的影响。结果表明,在不同干燥方式下,桂花浸膏与净油样品中共鉴定挥发性成分有113种,不同样品的挥发性成分种类和含量具有显著性差异(P<0.05),通过PLS-DA筛选出36种变量投影重要性大于1的标志性挥发性成分,对不同干燥方式浸膏和净油的区别判断预测准确率为99.6%。ROAV和香气雷达图结果表明,二氢-β-紫罗兰醇、香叶基香叶醇、壬醛、β-紫罗兰酮、二氢-β-紫罗兰酮对桂花浸膏和净油香气贡献较大,上述挥发性成分提供了花香、木香、果香气息,尤其是冷冻干燥提取的浸膏香气更为浓郁,PCA表明冷冻干燥有利于桂花浸膏和净油香味品质的提升。本研究结果揭示了不同干燥方式桂花浸膏与净油的挥发性成分及香气特征差异,为其产品的工艺优化和品质提升提供理论支撑。

水稻耐冷基因qCTS-9的核苷酸多样性及单倍型分析

qCTS-9是在多种苗期低温条件下稳定发挥作用的水稻耐冷基因,研究其耐冷优异单倍型及适应性进化模式,有利于为水稻耐冷育种提供基因资源和技术支撑。本研究利用116份栽培稻(Oryza sativa L.)和37份普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.),对qCTS-9基因的核苷酸多样性及单倍型进行了分析。结果表明,qCTS-9基因编码区内的14个SNPs组成了8种单倍型,其中的4个非同义SNPs组成3种功能单倍型,这3种功能单倍型之间表现出显著的耐冷性差异,编码区的第1535 bp处SNP可能是qCTS-9基因的关键变异位点。对qCTS-9基因启动子区顺式作用元件进行分析后发现,相比于野生稻和粳稻,低温敏感籼稻Hap4单倍型材料中-1107 bp有一个SNP(G→A),导致该处的MYB识别位点缺失,这个自然变异可能与籼稻耐冷性下降相关。野生稻包含栽培稻中qCTS-9基因的大部分变异,但在编码区及启动子顺式作用元件中无独有的变异位点;从野生稻向籼粳分化的过程中,耐冷相关等位或突变被固定和扩展,进而增强了其区域适应性。