通过精细化教学改善细胞生物学实验教学的质量

细胞生物学实验是生命科学相关专业的实践类专业基础课程,教学工作者已经从教材内容、教学方法及实验设计等方面进行了大量的教改探索,然而,我们在教学实践中发现,尽管采用了近年来广受欢迎的混合式教学法、综合性实验设计等教改方法,但学生从实验中获得的技能水平和对课程的认知水平并未显著提高。本文认为,教改不仅要体现在宏观上,更要体现在每堂课的教学细节上,因为这些细节会给学生带来更多的思考,更容易使学生获得成就感。本文从文献阅读、实验准备、实验结果分析及实验报告撰写等方面对细胞生物学实验的教学细节进行探讨,以期改善细胞生物学实验教学的质量。

养分添加与干扰对荒漠草原群落组成及构建的影响

运用混合线性模型、主成分分析和零模型方法,以乌拉特荒漠草原草本群落为研究对象,研究了短期养分添加(NPKμ,各10 g·m^(-2))和干扰对植物群落物种多样性、功能性状、土壤理化性质和群落构建过程的影响。结果表明:(1)干扰和交互处理显著降低物种丰富度和β多样性,短期养分添加显著降低土壤pH,增加土壤电导率。(2)干扰和养分添加处理下,优势物种沙生针茅(Stipa glareosa)、骆驼蓬(Peganum harmala)、猪毛菜(Salsola collina)和蒙古虫实(Corispermum mongolicum)的6个性状以及群落功能性状加权均值(Community-weighted mean, CWM)发生显著变化,揭示了干扰和养分添加促使群落优势种从保守型策略向获取型策略转变。(3)两种零模型结果表明,对照下的草本群落构建趋向于随机性过程,干扰和交互处理下的群落构建趋向于确定性过程,养分添加处理下的群落构建趋向于较弱的确定性过程。荒漠草原草本植物群落通过优势物种和关键功能性状的改变来响应和适应养分添加与干扰。

反刍动物肌内脂肪沉积的分子机制研究进展

肌内脂肪(IMF)含量是影响肉品质的关键指标,IMF对嫩度、大理石纹等感官指标性状具有正向影响。肌内脂肪祖细胞存在于肌肉纤维的间质中,而背最长肌、胸肌、股肌等骨骼肌是IMF沉积的主要场所。调节肌肉内脂肪祖细胞数量,增强成脂因子功能,向富含脂滴的脂肪细胞分化,对促进IMF沉积、改善肉类的适口性具有重要意义。因此,文章从反刍动物IMF细胞的分化来源、IMF的沉积分子机制等方面进行阐述,为科学高效选育具备高品质肉用性状的新品种反刍动物提供参考。

盐胁迫下荒漠共生植物红砂与珍珠的根茎叶中离子吸收与分配特征

西北荒漠地区C3小灌木红砂(Reaumuria soongorica)和C4半灌木珍珠猪毛菜(Salsola passerina)在特定环境下混生在一起,分布面积广阔。以采自腾格里沙漠边缘荒漠地带的天然野生珍珠猪毛菜和红砂群落的幼苗为材料,经0、100、200、300、400mmol/L NaCl盐溶液共同胁迫10 d,检测它们的含水量、主要矿质离子在根茎叶的含量与分布,揭示二者耐盐的共生协同的离子平衡适应机制。试验结果发现,珍珠猪毛菜叶片具有"吸钾排钠的"的耐盐特征,红砂叶片具备"吸钠排钾"的特征,吸收利用无机矿质离子具备互补效应。二者耐盐Cl、Ca和Si离子吸收与累积能力存在很大差异:随着盐胁迫程度加剧,红砂的根茎叶中Cl离子含量持续增加,并且为珍珠猪毛菜的2—5倍;珍珠猪毛菜根中Ca离子含量为红砂的2—3倍,但含量变化不显著;红砂根中Si离子含量迅速降低后稳定,并且是珍珠猪毛菜根的3—5倍,其他器官变化差异较小。因此,红砂与珍珠猪毛菜的共培养盐胁迫下根中吸收的离子侧重不同,红砂以Na、Cl、Si为主,珍珠猪毛菜以K、Ca为主。随着盐胁迫的程度加强,离子选择吸收系数S k,Na的变化趋势降低,表明二者叶部对Na的选择性减小,K的选择性吸收积累增大,增强了它们的抗盐性,最终使叶片所受盐害减小。总之红砂与珍珠猪毛菜共生的耐盐离子稳态机制显著不同,离子吸收与分布具有互补互利的效应。

阿拉善荒漠典型植物叶片碳、氮、磷化学计量特征

荒漠植物在水分限制、营养元素相对匮缺的条件下,经过长期的进化适应形成了自身独特的生理生态和生态化学计量特征。在阿拉善荒漠选择52个典型群落类型,分析和研究了54种荒漠植物叶片的碳、氮和磷的化学计量特征。结果表明:荒漠植物叶片的碳(C mg/g)、氮(N mg/g)和磷(P mg/g)含量变幅较大,分别为(379.01±55.42)mg/g、(10.65±7.91)mg/g和(1.04±0.81)mg/g,变异系数分别为0.15、0.74和0.78;C/N、C/P、和N/P分别为66.70±60.81、683.16±561.94、11.53±5.06。元素间相关性分析表明,叶片的C和N不相关(P>0.05),C与P显著正相关(P<0.05),N和P极显著正相关(P<0.01)。从植物功能型的角度分析发现,灌木和1年生草本植物对C的存储能力较低;占整体67%的灌木叶片的N、P含量最低,导致总体N、P含量较低;多年生草本和1年生草本植物叶N含量与灌木植物叶片和整体N含量无差别,而P含量明显高于灌木植物叶片和整体P含量且N/P明显低于灌木植物叶片和总体N/P,导致总体N/P较低。该研究结果与全球和中国尺度的研究相比发现,荒漠植物叶片C、N、P含量和N/P明显偏低,N/P<14说明阿拉善荒漠植物在受N、P共同作用的同时更易受N限制。

盐胁迫对砂蓝刺头不同器官中离子分布的影响

砂蓝刺头为广泛分布于北方沙漠的一年生草本植物。本研究以砂蓝刺头幼苗为试材,采用营养液培养法研究了不同浓度NaCl胁迫下(盐浓度分别为0,100,200,300,400mmol/L)砂蓝刺头幼苗胁迫6d后植株含水量变化,测定不同器官中Na+、Cl-、Si 4+、K+、Ca2+的含量,并分析了K+/Na+、Ca2+/Na+、Si 4+/Na+值的变化。研究结果表明,盐胁迫下,砂蓝刺头幼苗含水量在盐处理浓度为100,200,300,400 mmol/L时分别比对照升高了9.86%,1.41%,4.23%,8.45%,说明盐胁迫下植株提高了组织含水量,这将在一定程度上稀释了体内盐离子,减弱盐胁迫造成的生理干旱。盐胁迫下砂蓝刺头根部的Na+和Cl-含量高于叶片,这有利于渗透调节,同时减弱了盐胁迫对地上部的毒害;根系Si 4+、K+、Ca2+的含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、Si 4+/Na+值比对照显著性下降,叶部Si 4+、K+的含量和K+/Na+,Ca2+/Na+,Si 4+/Na+值比对照有所增加或差异不显著,这有利于维持地上部分离子稳定。分析离子选择性吸收的SNa+,K+数据发现,盐胁迫下砂蓝刺头根部拦截了部分Na+减缓了对地上部分的伤害,叶片对K+吸收具有很好的选择性,对于维持地上部分离子平衡和正常的光合作用具有重要意义。

盐胁迫对二穗短柄草幼苗生长及不同器官中盐离子稳态的影响

采用4种浓度的NaCl溶液(50、100、150、200mmol/L)处理二穗短柄草和拟南芥(对照)幼苗,测定不同浓度盐胁迫下2种植物幼苗的生长指标和离子分布,以探讨二穗短柄草在盐胁迫下主要阳离子平衡机制。结果表明:(1)盐胁迫显著抑制二穗短柄草根叶的生物量积累。(2)根冠比数据显示,在盐胁迫条件下二穗短柄草能够更好地维系地下部分的生物量积累。(3)在4种浓度盐胁迫下,二穗短柄草叶中Na+含量低于根系,而且K+、Cl-含量和K+/Na+比值始终高于根系,说明在二穗短柄草中Na+从地下到地上的转运受到抑制,但对Cl-的转运缺乏有效的调控。(4)回归分析发现,盐胁迫下二穗短柄草和拟南芥根部Na+与K+含量变化呈正相关关系,而在叶部则不相关,说明二穗短柄草和拟南芥Na+与K+在根部具有相同的离子通道,而在叶部却具有各自独立的转运途径。

河西走廊不同生境芦苇叶表皮微形态和解剖结构特征

以生长于河西走廊地区不同生境的芦苇为材料,通过扫描电镜和光学显微镜的观察,对其叶片表皮微形态及横切面解剖结构进行了分析.结果表明:不同生境芦苇表皮微形态变化中,流动沙丘的芦苇表皮以倒剌和晶体颗粒为主要特征;半固定沙丘和固定沙地的芦苇有倒刺而无晶体颗粒,但表皮毛和蜡质片层密度很高;盐湖中的材料以乳突为直观特征,除绒毛和蜡质层与固定沙丘的一致外,还具有少量晶体颗粒物;而沙碱地和戈壁的材料也具有乳突,蜡质和绒毛密度都较小,并有少许颗粒物.横切面解剖结构分析显示叶片厚度与叶肉厚度、维管束大小存在差异,大维管束木质部面积/韧皮部面积的变化为戈壁芦苇的最大,沙碱地的最小,高盐盐芦的大于低盐的,流动沙丘的大于固定沙地的.说明芦苇随着自然生境的恶化,叶片以增加表皮附属物及改变内部结构的相对比例来适应环境变化.

基于高通量测序技术的堆肥对兰州百合根际微生物多样性的影响

以兰州百合为试材,基于llumina MiSeq测序平台,探讨施用堆肥与化肥对兰州百合鳞茎鲜质量及根际土壤细菌和真菌微生物群落的影响。结果表明,有机堆肥对增加百合鳞茎鲜质量作用显著,相比化肥增产76.6%。物种注释结果显示,细菌的门、纲、目、科、属的数量在施用堆肥的土壤中都大于施用化肥的土壤,而经施用化肥处理的土壤中的真菌各个分类水平的数量大于施用有机肥的。从丰富度指数(Chao1)和多样性指数(Shannon)分析,细菌群落整体变化小于真菌群落的变化。施用有机肥或化肥的样品,一些细菌属的相对丰度变化不明显,这些细菌属包含的大多数菌是有益菌。此外,在有机堆肥组的样品中出现一些有益特有菌属,例如野野村菌属(Nonomuraea),而化肥组的样品中发现致病特有菌属(Aquicella)。在真菌属中,镰刀菌属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)、青霉菌属(Penicillium)和支顶孢属(Acremonium)的丰度在有机肥处理下显著降低,这些属分布有很多潜在或机会致病真菌,这在一定程度上说明施用有机肥能有效改善百合根际土壤微生物群落。

不同海拔梯度下小叶锦鸡儿的居群遗传多样性

以小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为研究对象,利用ISSR分子标记技术,对不同海拔梯度下小叶锦鸡儿6个居群遗传多样性进行分析。研究发现,8条ISSR扩增引物得到142条清晰的DNA条带,其中多态性条带为126条,多态位点百分率为88.73%。用POPGENE软件计算不同海拔梯度下各居群间和居群内的遗传参数,结果表明,Nei’s基因多样性为0.292 9,香农信息指数为0.441 7,表明在物种水平上小叶锦鸡儿居群具有较高的遗传多样性;低海拔区域居群的所有遗传多样性高于高海拔区域居群,表明海拔高度增加阻碍了居群间的基因交流,导致小叶锦鸡儿居群遗传多样性水平降低。

2种水分生境下红砂叶片功能性状的响应及适应机制

干旱是中国西北荒漠生态系统的主要特点之一,干旱对植物的生长、发育、繁殖及分布等产生重要的影响。红砂是广泛分布在我国温带荒漠草原生态系统中的优势种和主要建群种之一,对多种环境胁迫尤其是干旱胁迫具有极强的耐受性。因此,研究红砂对不同水分生境的响应及适应机理有着重要的科学意义。对不同水分条件自然生境中(小红山地区和长流水地区)的红砂叶片形态、表皮微形态及超微结构进行分析,揭示红砂适应干旱胁迫的叶片形态结构特征。结果表明,随着生境中土壤含水量的降低,红砂叶片厚度增大,叶面积及气孔开度减小,角质层增厚,从而降低植物蒸散过程中体内水分的散失。表皮细胞面积减小,表皮细胞密度增大,细胞壁增厚,增加了表皮细胞弹性,有助于降低干旱胁迫下植物失水造成的机械损伤。与此同时,栅栏组织增厚,且细胞排列更加致密,海绵组织的厚度减小,在一定程度上促进叶片的光合作用进行。因此,红砂叶片的形态结构特点使其对干旱具有极强的耐受性。研究揭示了荒漠植物红砂的叶片形态结构对不同水分条件的响应,为理解荒漠植物对水分限制的响应机制提供数据支持。

沙米和藜麦种子代谢组比较分析

为解析沙米和藜麦两种植物的种子代谢物,利用GC×GC-TOF MS平台开展非靶向沙米和藜麦种子代谢组分析。科尔沁沙地沙米、腾格里沙漠沙米和山西静乐藜麦种子检测到了106个代谢物。沙米代谢物相对含量有6个显著高于、17个显著低于藜麦,其余代谢物没有显著差异。在沙米代谢组中相对含量较高,而在稻米和小麦代谢组中都没有检测到的代谢物有棉籽糖、原儿茶酸和木糖醇等,这些代谢物可弥补稻米和小麦的营养不足。对以稻米或小麦为主食的人群来说,沙米是理想的药食同源食物。

反刍动物肠道菌群对饲料利用效率调节效应的研究进展

饲料消耗是动物养殖中的主要支出环节,提高饲料利用效率对提升畜牧效益具有重要意义。肠道是反刍动物重要的消化器官和免疫器官,而其中定植的菌群在宿主消化吸收和能量代谢中发挥关键作用,反刍动物的肠道菌群对饲料利用效率具有重要的调节作用。因此,本文重点对反刍动物肠道菌群的特征、对饲料利用效率的调控机理以及常用的调控手段等方面进行了综述,以期为相关研究提供一定的科研数据支撑。

宁夏枸杞根际土壤链霉菌V-1-3次级代谢产物分析

目的获得链霉菌V-1-3的基因组序列信息,分析其次级代谢产物生物合成基因簇并预测其代谢产物,为发现潜在新抗生素奠定基础。方法基于16S rRNA基因序列进行菌株属水平鉴定,利用Illumina HiSeq+PacBio测序技术对菌株V-1-3进行基因组测序,采用antiSMASH(v6.0.1)在线工具分析次级代谢产物生物合成基因簇,液-质联用技术检测产生的次级代谢产物。结果链霉菌V-1-3基因组序列全长8243417 bp,平均(G+C)含量为72.14%,共编码7578个基因,预测到33个生物合成基因簇,利用液-质联用检测到4个代谢物:oxalomycin B、geosmin、coelichelin和ishigamide。结论来自盐碱地的链霉菌V-1-3具有丰富的次级代谢产物生物合成基因簇,能产生多种次级代谢产物,具有进一步发掘新抗生素的价值。

作物的从头驯化:原理、进展及挑战--以野生植物沙米的驯化为例

植物的驯化不仅对世界农业生产具有深远影响,而且显著推进了人类社会物质和精神文明的进步。随着科学技术的不断进步,植物的驯化历程逐渐缩短。尤其是近年来,传统的人工选育和近期发展起来的基因工程技术结合,使得作物从头驯化变得更加容易。从头驯化,通过基因编辑技术,不仅可以使野生物种快速改良成为可以栽培的作物,还可以有效解决作物驯化过程中由于“搭载效应”造成的有害变异积累等问题。因此,从头驯化成为现代作物驯化的主要途径。然而,从头驯化过程中仍然存在许多困难和关键问题需要解决。在此,以沙米(Agriophyllum squarrosum)为例,回顾从头驯化的优势和挑战,结合过去十几年沙米从头驯化的经验和教训,旨在从种群遗传学的角度解释其驯化的策略和进展。首先,通过广泛的群体基因型收集,在较大的有效群体范围内进行同质园实验,最大限度地保留其遗传多样性;其次,通过沙米的表型多样性确定驯化性状;再次,对农艺性状与种源气候因子进行关联分析,选育高品质的驯化品种;最后,通过种群动态模拟,确定沙米大规模种植的适宜地理区域,规范沙米的种植技术,制定适宜的水肥管理条件,并对沙米种质稳定性和对未来气候变化的适应性进行评判。这种策略一方面不仅可以大大缩短从头驯化的时间,还可以避免市场对转基因作物的不认可,为野生植物的从头驯化提供新的研究思路和方法;另一方面,通过对沙漠药食同源植物的从头驯化和推广,不仅可以促进我国西北荒漠区的生态恢复,还可以带动西北荒漠区的绿色经济发展,实现科技扶贫。

羊毛性状相关蛋白、信号分子及基因的研究进展

羊毛不仅有维持体温和保护作用,而且具有独特的经济价值。随着国内外对羊毛性状相关基因研究的深入,一系列羊毛性状相关的蛋白、信号分子及基因被陆续发现。本文结合国内外现有的研究,对羊毛和毛囊结构的生长发育特点、角蛋白中间丝蛋白(Keratin Intermediate Filaments Proteins,KIFs)和角蛋白关联蛋白(Keratin-Associated Proteins,KAPs)相关蛋白、Wnt家族和成纤维细胞生长因子家族(Fibroblast Growth Factors,FGFs)等有关信号分子以及与羊毛性状相关的KAPs等基因进行综述,旨在理解羊毛毛囊形态发生和周期性生长机制,即生长期(Anagen)、退行期(Catagen)和休止期(Telogen),为进一步挖掘与羊毛性状相关的蛋白与功能基因提供思路,为今后羊毛产业与毛用羊的选育以及生产性能的提高提供理论参考。

葡萄渣饲粮对滩羊生长性能、胃肠道组织结构和消化酶活性的影响

试验旨在研究在饲粮中添加不同含量的葡萄渣(GP)对滩羊生长性能、胃肠道组织形态和消化酶活性的影响。选取3月龄左右去势滩羊50只,随机分为5组,每组10个重复,分别饲喂含有0 (CON组)、1%(GP1组)、2%(GP2组)、4%(GP4组)和8%(GP8组)的葡萄渣饲粮。试验期46 d。结果显示:与对照组相比,GP1组、GP2组和GP4组滩羊的平均日采食量均降低,GP8组滩羊的平均日采食量显著提高(P<0.05)。与对照组相比,GP4组滩羊空肠的绒毛高度、结肠黏膜层厚度分别提高2.0%和33.3%,GP8组滩羊的空肠肌层、结肠肌层和黏膜层厚度分别降低48.5%、34.4%和11.6%。GP8组滩羊的瘤胃胃蛋白酶活性显著高于对照组(P<0.05),GP2组和GP4组滩羊的瘤胃脂肪酶活性显著低于其他组(P<0.05);GP4组滩羊的空肠胰蛋白酶、糜蛋白酶和脂肪酶活性最高,GP4组、GP8组滩羊的盲肠和结肠纤维素酶及脂肪酶活性均较高(P>0.05)。研究表明,添加一定量的葡萄渣饲粮不会影响滩羊的生长性能,添加4%和8%的葡萄渣均能够改善滩羊胃肠道形态和消化酶活性。

饲粮中不同比例沙蓬对滩羊生长性能和血液指标的影响

试验旨在检测不同生长期沙蓬(Agriophyllum squarrosum(L.)Moq.,AS)的营养成分,并探讨成熟期沙蓬对滩羊生长性能及血液指标的影响。试验以玉米秆和苜蓿草为参照,评估不同生长期沙蓬植株的营养价值。选取24只5~6月龄、体重为(27.71±0.45)kg的滩羊,随机分成4组,即对照组(CON组)、10%AS组、20%AS组和30%AS组,每组6个重复。选取成熟期沙蓬作粗饲料,分别以不同比例(0、10%、20%和30%)沙蓬等蛋白替换苜蓿草和玉米秆制作全价颗粒料饲喂滩羊。试验期128 d。结果显示,沙蓬的营养成分介于玉米秆和苜蓿草之间。滩羊末重、平均日采食量和平均日增重随着饲料中沙蓬替换比例的增加呈逐渐降低的趋势;与CON组相比,20%AS组和30%AS组的料重比分别升高16.06%和26.03%(P>0.05)。与CON组相比,30%AS组滩羊血液中皮质醇的浓度显著降低(P<0.05),补体C5的浓度显著升高(P<0.05)。研究表明,饲粮中使用10%~20%的沙蓬替换苜蓿干草和玉米秸秆时,滩羊的生长和健康较优。

科尔沁沙地7种蒙中药生物学特征调查与种植建议

目的:蒙中药是我国独特的医药资源,在科尔沁沙地发展蒙中药规范化种植,不仅有助于保护沙地濒危中草药资源,而且可促进沙化土地的恢复。通过制定相应的中草药种植规程并提出相关种植建议,以提高药材产量,保障质量稳定。方法:田间种植防风、黄芩、苦参、远志、板蓝根、黄芪和甘草,并测定这7种药材的根长、鲜根直径、根干重、茎叶干重等生物学特征。结果:7种药材种植当年根长均在20cm以上,表明在科尔沁沙地种植药材有较大的发展潜力。其中板蓝根在种植当年根生物量、直径、根冠比明显高于其他药材品种;防风、甘草、苦参、黄芩和黄芪5种药材当年根系长度长,但是直径细;远志生长较慢。结论:7种药材在科尔沁沙地有较大的发展潜力,种植过程中应根据药材本身的生物学特点确定其种植年限,如板蓝根适合当年采收,防风、甘草、苦参、黄芩和黄芪5种药材应延长种植年限或移栽,远志适合密植并延长种植年限。建议种植户选择和配置不同的药材种类,兼顾短期效益和长期效益,以尽量降低单种药材价格大幅波动的风险。

草原生态系统土壤多功能性及影响机制研究进展

草原是陆地生态系统的关键组成部分,为维持区域生态安全发挥着极为重要的作用。土壤多功能性(soil multifunctionality,SMF)是衡量土壤系统提供多种功能的综合指标,对评估草原生态系统功能和区域可持续发展具有重要指导意义。然而,目前SMF研究仍处于初步阶段,研究对象多为农田生态系统,对于草原等自然生态系统的研究较少。此外,对草原生态系统SMF与植物和土壤微生物的关系以及全球变化对草原生态系统SMF影响机制的认识十分有限。因此,本文从SMF的概念和内涵、量化指标及方法、植物和土壤微生物与SMF的关系、全球变化对SMF的影响以及SMF的空间变异性5个方面论述SMF的研究进展,梳理了草原生态系统SMF的变化特征及影响机制。根据当前研究中存在的问题提出了今后研究应重点关注的内容:(1)统一规整SMF量化体系;(2)SMF在不同空间尺度上的转换机制;(3)不同类型草原生态系统SMF驱动机制;(4)土地利用变化、降水增加、气候变暖和氮沉降等全球变化交互作用对SMF的影响;(5)地上植物功能与SMF的联系和互馈机制;(6)根系功能性状对SMF的影响和植物在不同组织水平对SMF的贡献;(7)微生物稀有种群以及植物-土壤动物-土壤微生物多营养级联动对SMF的影响。