“土壤退化”和“双碳目标”下如何从植物吸收碳元素途径思考农业发展

当前面临着两大世界级问题“土壤退化”和“双碳目标”,而这两大问题均有一个共通点——碳!那植物吸收碳元素途径有哪些呢?人类能否通过农作物及农事操作助力实现“双碳”目标?为深入了解这其中的关联性,为农业可持续发展和助力实现双碳目标,本文从上述2个问题出发,从碳元素生态系统循环切入思考。通过阅读大量文献,跟踪学术前沿,综述植物吸收碳源途径和富碳有机肥料的应用研究。结果发现植物吸收和利用碳元素代表性成果如下:(1)植物的营养物质包括有机质和矿物质。(2)完善了生态系统的碳循环途径:增加植物通过根系直接吸收利用小分子碳水化合物的途径,即生态系统碳循环中碳可以从土壤到植物。(3)富含碳元素的肥料主要包括腐植质、有机肥、微生物有机肥、有机碳肥等。依据植物吸收碳元素途径中植物可以通过根系吸收小分子有机碳,农民可以通过农事操作增加耕地土壤中有机质,改良土壤促进农作物生长的同时助力实现“碳达峰、碳中和”目标。

植物获取碳新通道的初步研究

为了探索验证植物通过根系直接吸收碳源途径存在的真实性,把甘蔗、香蕉组培苗放入密闭、全日光照、无CO_(2)和无微生物的环境中,将其培育在含葡萄糖、蔗糖、乳糖的培养基上,观察其生长情况并测定其生物量。结果表明,只要培养基含有一定浓度的葡萄糖、蔗糖或乳糖有机碳,在缺乏CO_(2)的环境中,甘蔗、香蕉苗都能生长良好。而在无有机碳源且缺CO_(2)的环境中,试材生长衰弱且时间长了会干枯死亡。因此甘蔗和香蕉能从根系吸收葡萄糖、蔗糖及乳糖,供地上部生长。此外本研究还在采用人工气候箱保证正常光合作用的条件下,通过沙培测试水稻秧苗在不同碳源补充情况下的生长状态,以此进一步验证水稻根系对土壤中碳源的吸收。结果显示,水稻苗在MS补充以上3种碳源条件下生长良好,补充无碳源MS的情况下初期生长良好,后逐渐生长迟缓直至干枯死亡。证实水稻苗能通过根系直接吸收碳源,同时发现,MS过量施用且缺乏碳源能导致土壤pH降低。研究结果证实,植物除了利用光合作用获取碳外,还可以通过根部吸收碳,获取生长所需要的碳源,合成生长所需物质,正常生长发育。

Generation and Analysis of Pathogenicity-related Gene Mutants of Colletotrichum gloeosporioides Using a Novel Promoter Trapping System

Agrobactedum tumefac/ens-mediated transformation （ATMT） is an efficient tool for insertional mutagenesis and is used in a wide variety of plants. This paper reports a promoter trapping method to generate mutants in the filamentous fungus, Colletotrichum gloeosporioides, by ATMT insertion of a trapping vector （pCAHPH） that carries a promoterless hygromycin phosphotransferase （hph） gone. Transformants were selected on the media containing 200 ~mL hy^omycin B, and screened for pathogenicity-related gene mdtants. Their pathogenicity-related mutants T-DNA flanking sequences were then cloned and analyzed. Hph genes were amplified from mutant genomic DNA but not from wild-type DNA, indicating that the phenotypic alternations of these mutants were the results of T-DNA inser- tion. T-DNA flanking sequences were obtained using modified themud asymmetric interlaced PCR. Two right-sided flanking sequences were highly homologous to proteins from other species.

响应面法优化黑牛肝菌多酚提取工艺及其抗氧化活性研究

目的:对黑牛肝菌多酚的提取工艺进行优化并对其抗氧化活性进行评价。方法:采用超声波辅助法提取多酚,以乙醇浓度、液料比、提取时间及提取次数为单因素进行试验,以提取率为响应值,利用Box-Behnken方法优化多酚提取条件,并采用清除DPPH自由基、ABTS自由基以及还原三价铁离子能力三种方法进行多酚抗氧化活性评价。结果:黑牛肝菌多酚最佳提取工艺条件为:乙醇浓度60%(v/v)、液料比40∶1(mL/g)、提取时间20 min、提取次数2次。抗氧化活性实验表明,黑牛肝菌多酚提取物清除DPPH自由基、ABTS自由基的能力以及还原三价铁离子的能力均强于对照VC。结论:黑牛肝菌多酚提取物具有强的抗氧化活性,可作为潜在的天然抗氧化剂,具有进一步开发利用价值。

海南菠萝一种叶斑病病原菌的分离与鉴定及多基因序列分析

为明确菠萝叶斑病病原菌可可毛色二孢菌在海南省各市县的亲缘关系及遗传差异,从海南省的海口、澄迈、儋州、三亚、保亭等16个市县进行病样采集和病样分离,根据科赫氏法则鉴定,获得42株病原菌。观察形态特征,并基于多基因联合序列分析其遗传多样性。结果表明,通过形态学鉴定和ITS与TUB2基因序列联合进化树分析发现,其中来自海口、澄迈、儋州、三亚、保亭等16个市县的16株代表病原菌均鉴定为可可毛色二孢菌(Lasiodiplodia theobromae),其分生孢子平均大小为(22.06~31.07)μm×(11.77~16.48)μm;通过ITS、TUB2、EF-1α、GAPDH、CHS-1和ACT基因拼接序列聚类分析,结果分为3个类群,海南岛的中部(儋州,昌江,白沙,五指山,万宁,琼海等地)聚为一个类群,中北部(屯昌,临高)聚为一个类群,西南部(东方,乐东,三亚等地)聚为一个类群。该结果说明来源于不同产地不同菠萝品种上的可可毛色二孢菌遗传多样性丰富,在海南省16个市县菠萝叶斑病菌中可可毛色二孢菌L.theobromae为优势种。

橡胶树白粉菌分支酸变位酶基因克隆及蛋白表达纯化

由橡胶树白粉菌引起的橡胶树白粉病是橡胶树的重要的叶部病害之一,严重影响橡胶的产量。然而目前对橡胶树白粉菌的致病机理研究匮乏。分支酸变位酶是莽草酸途径的关键酶,能够将分支酸转化为预苯酸,为植物提供氨基酸及大量代谢产物,在植物抗病中起到非常重要的作用。而植物病原物在致病过程当中能够分泌分支酸变位酶影响植物莽草酸途径,从而抑制植物的防卫反应。因此研究橡胶树白粉菌分支酸变位酶在其致病过程中的功能具有一定的意义。试验利用同源比对分析在橡胶树白粉菌基因组中获得一个分支酸变位酶同源蛋白,并用PCR克隆获得橡胶树白粉菌分支酸变位酶基因,命名为OHCmu。后续构建GST-OHCmu融合原核表达载体,筛选最优诱导条件,并利用GST亲和层析柱对蛋白进行纯化。结果表明橡胶树白粉菌OHCmu基因大小843 bp,具有1个内含子,编码263个氨基酸;具有d5csma_结构域,属于Chorismate mutaseⅡ蛋白家族;GST-OHCmu融合蛋白外源诱导表达在供试条件下(IPTG:0.8 mmol/L, 16℃)可以有较好的表达,获得融合蛋白大小约为56 kD。经过GST亲和层析柱纯化、切割GST标签后,顺利获得浓度较高、较纯的橡胶树白粉菌OHCmu蛋白。研究结果为后续OHCmu蛋白的特性及致病机理研究提供参考。