国家重点实验室仪器平台智能化管理系统与实践

大型仪器设备是重要的科研资源,智能化管理是推进资源共享、提高仪器利用率的重要手段。亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室基于数据库和网络技术建立了智能化管理系统,该系统将仪器管理、预约管理、收费系统和监控系统进行整合,实现了仪器设备实验室无人值守的全天候开放运行,显著增加了仪器运行效率和服务范围。为国家重点实验室的网络化、信息化、自动化的平台建设提供了技术支持与借鉴经验。

国家重点实验室大型仪器设备平台建设的探索研究

国家重点实验室为合理优化资源，保障人力、资金、技术等方面的支撑需要，建立大型仪器设备共享平台。从大型仪器设备管理、实验技术队伍建设方面提出相应的措施，推动大型仪器设备平台的科学化管理和高效建设。

国家重点实验室显微成像平台的规划与建设探索

以亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室的显微成像平台为研究对象,在平台开放与共享的背景下,探讨国家重点实验室显微成像平台的规划建设、管理制度的健全完善以及研究型技术队伍的培养等问题。

南亚热带四种不同演化程度禾本科植物夏季光能利用策略差异分析

为了探究甘蔗、地毯草、芦苇、佛肚竹这四种禾本科植物的光能利用策略,该文以大田或原生境植株为材料,于炎夏伏天最热时节活体监测其叶绿素荧光和光合气体交换特性,并分析其色素含量。结果表明:(1)C_(4)甘蔗和C_(4)地毯草具有高净光合速率(P_(n)),是消耗利用光能的主要手段,并且高P_(n)和高水分利用效率(WUE)、高量子效率(Φ_(i))耦合在一起;(2)C_(3)芦苇也具有较高的P_(n)、WUE和Φi,其较高的类胡萝卜素与非光化学淬灭热耗散(NPQ)相结合消耗多余光能;(3)C_(3)佛肚竹P_(n)、WUE和Φ_(i)值均最低,但具有最大的叶黄素库容和较高的叶黄素循环转换效率(DPS),通过叶黄素循环和NPQ的偶联消耗多余光能。此外,四种植物光能利用策略也与其生活型有密切关联。该研究结果对甘蔗、地毯草和佛肚竹培育具有重要的现实参考价值,对芦苇生境生态修复和生态规划有科学指导价值。

用小RNA深度测序鉴定广西冬种马铃薯病毒

【目的】对广西冬种马铃薯病毒进行鉴定,为无病毒种薯选择和大田防治提供依据。【方法】2012年在马铃薯主要产区采集具有明显病毒病症状的样品,在血清学ELISA检测的基础上,进一步用小RNA深度测序对按症状分类的样品进行混合样本的病毒种类鉴定,再用RT-PCR方法对分组混合样本进行验证。【结果】在109个样本中检测到马铃薯卷叶病毒(Potato leafroll virus,PLRV)、马铃薯A病毒(Potato virus A,PVA)、马铃薯H病毒(Potato virus H,PVH)、马铃薯M病毒(Potato virus M,PVM)、马铃薯S病毒(Potato virus S,PVS)、马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)和马铃薯纺锤块茎类病毒(Potato spindle tuber viroid,PSTVd),同时发现PVS有丰富的株系分化。【结论】近年广西冬种马铃薯病毒种类增多,病症多样,亟需加强种薯管理,培育无毒健康种薯。

铁蛋白纳米颗粒应用于生物医疗领域的研究进展

在漫长的进化过程中,生物系统中出现了多种多样的纳米粒子。其中铁蛋白纳米粒子广泛存在于所有生物体内,是参与生命活动的重要功能蛋白。近年来,铁蛋白自组装纳米粒子特殊的理化性质使其在生物医学领域应用中呈现出巨大的优势和应用前景。铁蛋白纳米笼的应用主要包括微量血清铁蛋白的临床检查、作为营养物质补充机体铁需求、纳米生物材料平台和纳米材料的生物呈递等。综述了铁蛋白纳米粒子在疾病诊断与治疗以及药物呈递与疫苗开发上的应用,并对铁蛋白纳米粒子在生物医学领域的应用前景进行展望。

UPLC-MS/MS法测定咳速停糖浆中3种兴奋剂类生物碱

目的建立同时测定咳速停糖浆中盐酸麻黄碱、盐酸伪麻黄碱以及磷酸可待因3种有效成分的量的超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）分析方法。方法用Agilent Zorbax RRHD Eclipse Plus C18（50 mm×2.1 mm,1.8μm）色谱柱,以甲醇-0.1%甲酸的水溶液为流动相,体积流量0.30 mL/min。在电喷雾电离（ESI）正离子模式下,采用的是多重反应监测模式（MRM）进行检测。结果盐酸麻黄碱、盐酸伪麻黄碱以及磷酸可待因的线性范围分别为0.001 6～4.5 mg/L、0.000 8～4.8 mg/L、0.004～2.0 mg/L;检出限分别为0.8μg/L、0.4μg/L、1.2μg/L;3种成分的加样回收率为91.1%～104%;相对标准偏差均不大于2.6%。结论该方法简便、准确、快速、灵敏度高,已成功地用于实际的样品分析。

^(15)N同位素稀释法评估甘蔗的生物固氮量

为评估甘蔗生物固氮量,采用15N同位素稀释法,以木薯为参比植物,进行温室桶栽试验。结果表明:甘蔗全生育期植株固氮11.3514%Ndfa,固氮量每桶0.9269g。甘蔗根、茎、叶的固氮百分率和固氮量大小依序为叶>茎>根。叶的固氮百分率(13.2668%Ndfa)略高于植株,但两者差异不显著。甘蔗植株全氮量中来自空气氮(生物固氮)、肥料氮和土壤氮的比例分别为11.3514%、7.6857%、80.9629%。甘蔗的氮肥利用率为58.7583%。甘蔗根、茎、叶各部位均有固氮现象,生产上可以用叶代替植株来评估甘蔗的生物固氮量。

基于双向电泳-MALDI质谱分析的蛋白组学本科教学实验

蛋白质组学已成为研究生物学过程及直接描述细胞和组织变化的有力手段。双向电泳结合生物质谱技术是蛋白质组学研究中的最常用的蛋白质分离和鉴定技术之一。该项技术是生物技术专业本科生必须掌握的一门实验技术。通过双向电泳-MALDI质谱分析的蛋白组学本科教学实验的设计,建立了完善的本科教学实验方案,让大型仪器全面支撑本科教学实验,进一步提高了大型仪器的利用率。

广西南方水稻黑条矮缩病毒及水稻齿叶矮缩病毒的分子检测

【目的】探索南方水稻黑条矮缩病毒(SRBSDV)和水稻齿叶矮缩病毒(RRSV)的分子检测技术,了解两种病毒在广西的分布,为生产上开展两种病害的防治奠定基础。【方法】用RT-PCR技术检测采自广西各地的水稻、杂草及稻飞虱样品;用CF-11纤维素粉提取水稻茎叶组织中的dsRNA,1.5%琼脂糖凝胶电泳观察dsRNA图谱。【结果】从水稻、稗草、五节芒、李氏禾和白背飞虱样品中获得850bp左右的SRBSDV序列,从水稻和褐飞虱样品中获得700bp左右的RRSV序列;首次从五节芒和李氏禾中检测到SRBSDV。SRBSDV单独侵染、SRBSDV和RRSV复合侵染可见8条dsRNA条带,但带谱不一致;RRSV单独侵染可见5条dsRNA带。在供检测的181株水稻样品中,除了来自北海、贵港和梧州市的水稻样品外,其余样品均检测到SRBSDV;除了来自梧州、贺州、玉林、贵港和来宾的水稻样品外,其余样品均检测出RRSV;其中带SRBSDV的样品数占44.8%,带RRSV的样品占21.5%,两种病毒复合感染占11.0%。【结论】研究设计的特异性引物能用于RT-PCR检测SRBSDV和RRSV、水稻样品提取dsRNA能快速直观地鉴定SRBSDV、RRSV单独感染及混合感染水稻。用设计的引物首次检测出SRBSDV的两种新寄主五节芒和李氏禾。

芒果MiCOL6基因的克隆及其生物信息学和表达分析

CONSTANS(CO)是光周期途径的核心调控因子,其可以整合光质和生物钟输出的信号调控植物成花。在前期转录组研究的基础上,设计基因特异性引物,通过RT-PCR扩增得到芒果的1个CO基因的cDNA全长,序列长度为678 bp,根据与拟南芥CO家族基因的相似性,将其命名为MiCOL6。生物信息学分析显示,该基因编码226个氨基酸,分子量为26.88 kDa,等电点为4.85,属于亲水性的非分泌蛋白。保守结构域和进化树分析显示,该基因仅含1个CCT结构域,属于CO基因家族的第4组;二级结构分析表明,该蛋白主要以无规卷曲和α-螺旋为主;亚细胞定位预测显示该蛋白定位在细胞质膜上的概率最大;不同花发育时期表达模式分析表明,MiCOL6基因在杧果的花芽分化期表达量最高。本研究结果为进一步研究芒果MiCOL6基因在芒果中的功能提供理论基础。

中国柯属5种资源植物潜在地理分布及其对气候变化的响应

利用最大墒模型和地理信息系统软件对柯属(Lithocarpus) 5种资源植物在我国的适宜分布区进行了定量预测,并对未来不同气候情景下其分布区的变化进行了分析。结果显示:木姜叶柯(L. litseifolius (Hance)Chun.)在我国秦岭淮河以南广泛分布,短尾柯(L. brevicaudatus (Skan) Hay.)主要分布在我国亚热带中东部区域;木姜叶柯在未来气候(2061-2080年) RCP2.6、RCP8.5两种情景下适生区面积分别减少了5.1%和3.0%,而短尾柯却分别增加了0.5%和1.5%。白柯(L. dealbatus (Hook. f. et Thoms. ex DC.) Rehd.)适宜区主要分布在云南北部、四川南部,烟斗柯(L. corneus (Lour.) Rehd.)主要分布在两广省份的南亚热带地区。白柯和烟斗柯在RCP2.6情景下适生区面积分别减少了12.1%和17.8%,在RCP8.5情景下分别减少了3.5%和15.9%,这两个种的适宜区面积减少较多。厚斗柯(L. elizabethae (Tutch.) Rehd.)主要分布于广西,在两种情景下适宜区面积分别增加了7.3%和6.3%。研究结果表明,由于分布区存在差异,同属不同物种的未来分布对气候变化的响应不同。

利用酿酒酵母ZM1-5制备活性干酵母的工艺条件优化试验

【目的】以糖蜜为底物,建立将实验室的耐高温酿酒酵母ZM1-5制作成活性干酵母的工艺条件,将酿酒酵母ZM1-5制作成活性干酵母,大规模制备活性干酵母提供依据。【方法】对酿酒酵母ZM1-5在种子培养基中的培养时间、糖蜜培养基的配方、发酵液的离心条件、酵母的干燥条件以及酵母干燥保护剂进行了优化。【结果】酿酒酵母ZM1-5在种子培养基中培养时间18h,OD_(600)达到4.62。培养基中当糖蜜浓度为18°Bx时,酵母的生长状况最好,增殖最多;添加尿素对酵母生长有促进作用,添加量为1.5g/L时OD_(600)的值为14.39;添加KH2PO4对酵母生长有促进作用,添加量为2g/L时,OD_(600)为14.63。离心条件为6000r/min和10min时活菌率最高,此时活菌率达到了88.73%。干燥温度为40℃时的活菌率最高,达到了74.44%,45℃和50℃略有降低,分别是67.84%和65.95%,当干燥温度为55℃和60℃时明显降低,降到了50%以下。乳化剂对酵母干燥的保护作用较强,其中硬脂酸乳酸钠最好,当添加量为0.2%时,酵母干燥活菌率达到了84.16%。【结论】酿酒酵母ZM1-5在种子培养基中的培养时间为18h;糖蜜培养基的配方为:糖蜜浓度18°Bx、尿素1.5g/L、KH2PO42g/L;发酵培养基培养时间为24h;菌体离心条件为4℃、6000r/min离心10min,酵母收得率为88.73%;酵母细胞干燥条件为50℃干燥85min,在此条件下酵母细胞的存活率为66.95%;;最适添加剂为硬脂酸乳酸钠,添加量为0.2%,酵母细胞的活菌率为84.16%。

甘蔗CesA7基因的生物信息学分析及功能预测

纤维素是植物根系的主要成分之一,在植物抗倒伏中起到关键作用。CesA7是控制纤维素合成的重要基因,在甘蔗中的功能未知。以水稻OsCesA7基因为参考序列,在甘蔗割手密(Saccharumspontaneum)、甘蔗杂交栽培品种(Saccharum spp.hybrid)、甘蔗热带种(S.officinarum)3个基因组中进行同源分析及功能预测。基于该基因及其同源基因的进化分析显示杂交栽培品种的CesA7基因和热带种的CesA7基因更为接近,禾本科植物有明显的聚类,但不能区分草本植物和木本植物。甘蔗CesA7基因的启动子区域含有大量的光反应和茉莉酸甲酯元件,说明该基因可能参与植株的光形态建成和甘蔗抗逆反应。启动子和蛋白互作预测表明CesA7基因与MYB转录因子存在互作,说明其在作物生长发育和胁迫响应中起到一定作用。此外,水稻和高粱中CesA蛋白的功能预测显示,其参与调控了纤维素合成和木质素降解过程。通过对7个甘蔗及其近缘属代表种质的苗期根和叶的转录组数据分析,发现CesA7基因在根中表达量远高于叶,推测该基因参与调控甘蔗根系的发育。在甘蔗及近缘属不同种质中对该基因进行SNP变异检测,发现在割手密中核苷酸多态性最高。外显子区域的核苷酸多态性明显高于内含子区域,在基因第4个外显子(2000 bp左右)区域的多态性最高,推测在该位点可能经受平衡选择造成不同等位基因的功能分化。借助多序列比对结合重测序数据分析,本研究挖掘了2个可区分割手密和热带种的潜在分子标记。该研究结果对进一步研究和利用CesA7基因改良甘蔗品种提供理论指导。

南亚热带典型针叶林改造成乡土阔叶林后林下植物功能群的变化及其环境解释

把针叶林改造成珍贵乡土阔叶林,是近年来亚热带人工林常见的营林措施之一。为了探究这种营林措施对林下植物功能群的影响,通过调查该地区典型针叶林和珍贵乡土阔叶林的林下植被,对比了针叶林和阔叶林之间的林下植物物种丰富度和物种组成的差异,并和环境因子进行多元分析。结果表明:(1)阔叶林林下木本、禾草、蕨类和藤本功能群的物种丰富度相对针叶林有所减少,其中红椎(Castanopsis hystrix)和米老排(Mytilaria laosensis)林的木本和禾草功能群物种丰富度的下降达到显著水平(P <0.05);(2)主成分分析(PCA)结果表明,针叶林阔叶化后其林下植物功能群发生了明显的变化;(3)冗余分析(RDA)结果揭示了叶面积指数、平均叶倾角、土壤碳氮比、土壤全磷、凋落物碳氮比和透射系数是驱动林下植物功能群变化的主要因子,分别解释了林下植被功能群变异的33%、13%、6%、5%、2%和2%。(4)针叶阔叶化引起的冠层结构变化是导致林下植物功能群变异的主因,而土壤理化性质的变化对其影响较小。

水稻花粉小肽锌指蛋白基因OsFLZ13功能研究

FCS样锌指蛋白(FLZ)与植物的生长发育和逆境胁迫反应相关。水稻的FLZ基因家族分析和功能研究较少。本研究利用TBtools对水稻基因组Blast,鉴定到29个OsFLZ家族基因成员,并分析了相关基因位置、基因结构、motif和启动子顺式作用元件等特征。随后,通过水稻CREP数据库研究了FLZ家族成员的全生育期组织表达模式,并发现其中的OsFLZ13基因在开花前的花药中特异高水平表达。随后β-D-葡萄糖苷酸酶(GUS)染色显示,OsFLZ13在花药发育的第8阶段开始表达,并在开花前的第14阶段表达量最高。用CRISPR/Cas9基因编辑获得的突变体植株结实率显著下降。相比野生型中花11的94%结实率,Osflz13-1和Osflz13-2的结实率分别只有44%和36%。本研究表明OsFLZ13参与花药发育以及花粉育性的调控,为进一步研究该基因及其家族基因的功能提供参考,同时对水稻雄性不育利用具有潜在的价值。

中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林典型树种的木质部解剖与功能特征分析

树木木质部主要由导管、纤维和薄壁组织组成,分别具有运输、支撑和贮存的生理功能。由于木质部空间限制,一种组织比例的增加会导致其他组织比例的降低,因而可能表现出权衡关系。分析木质部组织比例和权衡关系有助于了解植物的生理生态适应性。该研究选择中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林21种典型树种(10种落叶树种, 11种常绿树种),测定枝条木质部各组织比例,计算水力相关指标并分析性状之间的相关性。结果表明:(1)与全球木质部解剖数据对比分析,喀斯特树种木质部趋向具有较高比例的薄壁组织;(2)喀斯特树种导管组织比例与薄壁和纤维组织比例之间没有显著的相关性,但是薄壁和纤维组织比例之间有显著的权衡关系;(3)常绿和落叶树种的木质部水力运输安全性(导管壁加固系数)和效率性(理论导水率)均具有显著的权衡关系,但是这两个类群线性回归的截距存在显著差异,即在相同的理论导水率条件下,落叶树种比常绿树种具有较高的导管壁加固系数(安全性),可能与常绿树种具有更多的轴向薄壁组织有关。喀斯特树种木质部解剖特征表明薄壁组织的贮存功能对喀斯特树种(尤其是常绿树种)的干旱适应具有重要作用。

南亚热带10种造林树种的水力结构和水力安全

南亚热带地区人工纯林面积大,但是结构简单,对气候变化响应敏感。在区域气候干旱化的背景下,造林树种的生理生态策略及其对季节性干旱的响应亟待研究。该研究选择南亚热带地区10种造林树种(包括6种乡土种和4种外来种),测定这些树种的平均生长速率、水力学性状以及经济学性状,分析性状与生长速率之间的相关关系,并比较水力安全边际和气孔安全边际的种间差异。结果发现:(1)造林树种的生长速率与木质部导水率显著正相关,但与木材密度、比叶面积以及水力安全性指标无显著相关性。(2)造林树种的水分传导效率性和安全性之间没有权衡关系,外来树种Acaciacrassicarpa和Eucalyptus grandis×urophylla同时具有较高的木质部导水率和较强的抗栓塞能力。(3)造林树种的水力安全边际和气孔安全边际的种间差异显著,大叶相思(Acaciaauriculiformis)、红锥(Castanopsishystrix)、壳菜果(Mytilarialaosensis)和阴香(Cinnamomum burmannii)在干季发生水力失败的风险较高。建议南亚热带人工林的生态监测指标体系中应包括树木水力学性状,进而为人工林的可持续经营管理提供重要参考。

甘蔗割手密种转录因子NAP亚家族的鉴定及SsNAP2a参与叶片衰老的功能分析

NAP(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法,首先,基于比较基因组学对NAP亚家族成员进行鉴定、系统进化分析、保守结构域及顺式调控元件预测;其次,克隆获得割手密种SsNAP2的等位基因SsNAP2a,分析该基因在不同生长发育阶段的表达及其在激素和非生物胁迫下的表达特征;最后,利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsNAP2a基因的功能。结果表明,在割手密种基因组中共鉴定5个NAP亚家族成员,亚细胞定位预测所有成员编码蛋白均定位于细胞核上,这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在演化中起到关键作用。系统聚类分析表明,5个代表性的被子植物(拟南芥、菠萝、水稻、玉米和高粱)与已报道的12个物种及甘蔗的NAP亚家族成员,共计46个,分为4个Clade,其演化的顺序Clade I>Clade II>Clade III>Clade IV。此外,在SsNAP亚家族成员的启动子区域预测到较多响应脱落酸和茉莉酸、低温等逆境胁迫的顺式作用元件,推测其参与多种激素和非生物胁迫相关应答通路。进一步,从割手密种SES208中克隆到SsNAP2a基因,该cDNA全长序列1173 bp(GenBank登录号为OQ335094),编码390个氨基酸残基,其与等位基因SsNAP2编码蛋白的序列相似性为97.70%,有10个氨基酸残基的差异,表明同源8倍体的割手密种等位基因序列差异较大。qRT-PCR分析表明,SsNAP2a基因在割手密种不同生长发育阶段中组成型表达,尤其在衰老的蔗皮和根中的表达量最高;在乙烯利(ethylene,ET)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、4℃低温和40℃高温处理下,其表达量呈现显著诱导表达;而在8%聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)胁迫下显著下调表达。亚细胞定位表明,SsNAP2a融合蛋白定位在细胞核上。瞬时过表达SsNAP2a基因7 d后,本氏烟(Nicotianabenthamiana)叶片有明显的卷曲、皱缩等衰老现象,ET合成相关基因(NtEFE26,NtAccdeaminase)显著上调表达,而水杨酸、茉莉酸和ABA合成相关基因(NtPR-1a/c、NtPR3和NtAREB1)显著下调表达,表明SsNAP2a基因参与多种激素信号传导途径诱发叶片衰老。以上研究结果为挖掘甘蔗NAP亚家族基因成员参与叶片衰老的生物学功能奠定了研究基础,也为培育甘蔗抗衰老分子育种提供候选的基因资源。

热带亚热带26种蕨类植物的吸收根解剖特征

植物吸收根的生理功能是从土壤中吸收水分和营养物质,研究其解剖结构有助于揭示植物的环境适应策略。热带亚热带地区蕨类植物丰富,生态和经济价值较高,但目前对这一重要植物类群的吸收根解剖特征的研究仍然缺乏。该研究测定了分布在热带亚热带地区4种典型森林的共26种蕨类植物吸收根的解剖特征,分析它们的种间差异,结合系统发育与全球自然分布区的气候因子解释根系性状的变异。同时,通过收集亚热带木本被子植物和温带蕨类植物相关的已发表数据,比较不同类群的根系性状相关关系的差异。结果表明:(1)这些蕨类植物吸收根特征的种间差异显著, 8个根系性状的种间变异系数范围为20.61%–41.75%。(2)除皮层厚度外根系性状无显著的系统发育信号,说明性状变异受系统发育的影响较小;气候因子显著影响根系特征,根直径和皮层厚度随着最干月(季)降水量减少而增大。(3)随着吸收根直径的减小,亚热带木本被子植物趋于具有更低的皮层厚度/中柱直径比值,而蕨类植物则相反;与温带蕨类相比,该研究中蕨类植物具有更大的根直径、皮层厚度和管胞直径。该研究有助于提高对热带亚热带蕨类植物根系生理生态适应性的认识。