多组学技术在植物应答非生物胁迫中的研究进展

为了阐明植物应答非生物胁迫机制和加快植物育种改良,总结了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学技术在植物应答非生物胁迫中的应用。分析了基因组学技术、转录组学技术、蛋白质组学技术、代谢组学技术及表型组学技术的特点及优缺点,重点归纳了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学等多组学技术近年来在植物应答非生物胁迫领域中的研究进展。指出目前多组学技术在植物中应用存在关联性不强、数据挖掘不深入等问题,提出利用多组学技术全面阐明植物应答非生物胁迫的总体机制,认为应该整合多种组学技术,加强生物信息学分析手段等建议。

大豆诱变育种技术的研究进展

随着经济的发展,人们对大豆需求量及品质要求越来越高,培育高产量、多抗性、优质大豆品种迫在眉睫。然而受生态条件的限制,优质大豆种质资源材料匮乏,遗传背景狭窄,而且大豆自然变异过程繁琐且漫长,仅依靠大豆自发突变获得优质遗传材料十分困难,因此利用诱变技术创制优质、高产、多抗新种质是发展大豆产业的有效手段之一。诱变育种技术与常规育种相比,更有利于提高基因变异频率,扩大育种选择范围,高通量筛选有益突变,促进优良性状重组等,能够在短时间内获得性状丰富的突变体,解决种质资源遗传基础狭窄的瓶颈问题,广泛应用于优良性状的大豆新品种选育。本文概述了化学诱变、物理诱变的原理、种类及特点,总结归纳了国内外大豆种质创新中常用的诱变方法和技术优势,展望未来大豆诱变育种技术的应用前景,为大豆育种实践提供参考与启发。

农业土壤碳汇研究进展

土壤碳库在陆地生态系统碳库中占比达到90%以上,是植被碳库的3~4倍、大气碳库的2~3倍。为了充分发掘土壤碳库巨大的减排增汇效益,实现中国2060年前碳中和的目标,对农业土壤碳汇进行了综述。在土壤碳库中,农业土壤碳汇具有极大减排潜力和减排成本优势,是应对气候变化的重要途径。虽然土壤碳汇潜力十分可观,但目前土壤碳汇研究仍然滞缓,目前农业土壤碳汇研究主要面临研究缺乏全面性且碳排放计算指标单一、对土壤碳汇研究内容没有与时俱进和空间差异分析方法无法揭示差异来源三重挑战。为了挖掘土壤碳库巨大的减排增汇效益,从4个方面对农业土壤碳汇进行了综述,具体表现为:从农业土壤对碳达峰、碳中和的影响方面对农业土壤碳汇进行概述;从农业土壤碳排放及其成因、农业土壤碳排放的区域差异及动态演变、农业土壤碳汇及其减排3个方面对农业土壤碳排放和减碳措施进行梳理;对农业土壤碳汇研究方向与策略提供相关建议;并对农业土壤碳汇进行了展望。这将为减少农业土壤碳排放,建立健全绿色低碳循环发展体系提供理论依据。

甜菜小G蛋白BvRab基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】在全基因组范围内鉴定甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员,为研究甜菜小G蛋白BvRab基因家族功能奠定基础。【方法】本研究利用生物信息学手段对甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员进行筛选鉴定并进行理化性质、基因结构、蛋白保守基序、系统进化、染色体定位及共线性、启动子顺式作用元件和蛋白质互作预测分析。【结果】共鉴定到58个甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员。同一类型中的不同基因具有较为一致的外显子和内含子结构,家族成员共有5个蛋白保守基序;甜菜小G蛋白BvRab基因家族包含8个亚家族;家族成员不均匀地分布在甜菜的9条染色体上;BvRab基因家族成员与番茄、拟南芥中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较近,与水稻中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较远;BvRab基因家族成员启动子中含有多个激素应答元件和逆境应答元件;BvRab蛋白与参与植物生长发育及逆境应答相关的多种转录因子相互作用。【结论】本研究鉴定出58个BvRab基因家族成员,该基因家族成员可能在植物生长发育及逆境应答方面发挥重要作用。

AMF介导的菌根植物抵抗重金属Pb胁迫的研究进展

土壤是植物养分的重要来源以及物质基础,近年来,由于工业“三废(废气、废水、废渣)”治理不完全、矿业生产活动以及农业肥料的滥用等造成土壤重金属Pb富集,而Pb是一种有毒有害重金属物质。重金属Pb因在土壤中不易降解导致Pb污染,引起Pb在植物体内富集,影响植物的生长发育,最终重金属Pb通过食物链在人体内富集并危害人类生命。目前,微生物修复技术是一项经济、高效的治理重金属Pb污染的方法。AMF作为与人类农业生产关系最密切的真菌,一直是科学界研究热点,AMF不仅有利于植物养分吸收、生长发育,而且帮助植物抵御外界不良环境的侵害。但在协助植物抵抗Pb胁迫方面的研究则较少受到关注,因此,本文主要综述了Pb对植物毒性的影响、AMF提高植物抗重金属Pb胁迫影响及机制、应用探讨等,期望可为维持农业可持续生产和保障人类身体健康以及植物逆境生理研究、治理植物重金属Pb胁迫提供基础资料。

植物源性多糖提取及生物活性研究进展

植物多糖是一种来源广的天然活性物质,因其具有毒性低、活性高等优点,开发利用前景广阔,而多糖提取方法与多糖的提取率及生物活性息息相关。为了明确植物多糖提取方法之间的差异,及提取方法与多糖提取率和活性之间的联系,本文在大量的文献基础上,归纳了一些植物多糖不同提取方法的优缺点,总结了不同提取方法多糖提取率的差异,分析了不同提取方法对其生物活性的影响。得出不同的提取方法自身都有一定的益处和弊端。由于植物自身结构的限制,不同提取方法对其提取率和结构都有所影响,选取适宜的提取方法,可以提高工作效率,也为指导多糖提取工作提供理论依据。

根内根孢囊霉对大豆成熟期生物量、根腐病及根际土壤百菌清残留的影响

通过随机取样研究接种根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices)菌剂对0、1年连作大豆成熟期生物量、根际土壤AMF孢子密度、AMF侵染率及根腐病病情指数的影响,以及R.intraradices对大豆根际土壤百菌清残留量的影响。结果表明,接种R.intraradices菌剂可以提高大豆植株的生长及养分吸收,显著增加大豆植株生物量、AMF侵染率及AMF孢子密度,同时R.intraradices及百菌清均对大豆根腐病有防治效果,且相比于百菌清,R.intraradices菌剂在防治根腐病的基础上改善了根际土壤微环境、增加根系发达程度等;在不同的连作年限下,R.intraradices菌剂均可显著降低土壤中百菌清残留量,且在接种菌剂+百菌清处理组中,0年连作大豆百菌清残留量最低。

畜禽粪污堆肥调理剂及其调控氮素转化的应用研究进展

中国每年会产生大量的畜禽粪污,长期堆积会对土壤、水体和空气造成污染。其中畜禽粪污最主要的处理方式是进行好养堆肥,由于堆肥过程中存在氮素损失等问题,可以添加调理剂来减少含氮气体挥发、降低pH和改善堆体微生物群落结构,进而减少氮素损失。综述了畜禽粪污堆肥过程中,不同调理剂的利用特点及其对氮素转化调控应用的研究现状,总结了堆肥过程中存在的主要问题,并展望了未来粪污处理及资源化利用的发展方向,以期对未来粪污处理研究和发展提供参考。

马铃薯晚疫病生防菌研究进展

引起马铃薯晚疫病的致病疫霉(Phytophthora infestans)是马铃薯生产中最具破坏性的病原体之一。生防菌剂(biocontrol agents,BCAs)代替化学杀菌剂防治马铃薯晚疫病是保障马铃薯生产可持续发展的重要措施之一。文章简述了马铃薯晚疫病研究概况和特点,总结了当前生防菌防治马铃薯晚疫病研究的文献。从细菌、真菌和放线菌3个层次系统归纳了致病疫霉生防菌的菌株种属、菌株来源、防治效果、抑菌活性物质及作用机制。分析了生防菌剂在研发和推广应用中面临的挑战性和局限性。提出了未来马铃薯晚疫病生物防治应从增强马铃薯自身防御功能、建立晚疫病预测模型、关注生防菌种群动态和揭示致病疫霉防治机制4个方面进行深入研究。旨在为马铃薯晚疫病生防菌剂的研发和推广应用,及马铃薯绿色产业可持续发展提供参考。

微藻共培养处理废水及其下游产物资源化利用的研究进展

微藻作为第三代生物质能源,在废水处理方面具有巨大潜力。为了寻求更加经济的处理方法,利用微藻与其他微生物共培养可以促进微藻絮凝收获并提高生物量和脂质产量,从而降低微藻废水处理的成本。本文归纳了微藻共培养体系的类型以及微藻共培养处理废水的机理、体系设置和影响因素,总结了微藻利用废水作为生长基质生产高价值副产物的研究现状,并指出了微藻共培养处理废水资源化利用的前景与挑战。

基于Web of Science对湿地生态系统服务功能的研究现状分析

为进一步了解和明确湿地生态系统服务功能研究的全球现状和热点,采用文献计量学的方法,对2002—2022年间发表在Web of Science核心数据库中的文献进行了研究热点和趋势分析。利用VOS viewer软件对湿地生态系统服务功能研究的发文量、国家、核心作者、研究结构、研究热点等进行文献计量和可视化分析。结果表明:该领域论文发表数量呈现总体上升的趋势;美国和中国是该研究领域发表论文数量最多的两个国家;中国科学院和美国地质勘探局是发文量最多的研究机构;对高频关键词进行类群整理明确研究热点为“Benefit”、“Soil”、“China”、和“Marsh”,与湿地生态系统服务功能有十分紧密的学术联系,也为未来该领域的发展提供了研究方向的多样性。本研究为相关科研工作者在湿地生态系统服务研究态势和未来研究热点提供了借鉴和参考。

干酪乳杆菌HDS-01甘露聚糖酶基因克隆及生物信息学分析

本研究旨在借助基因克隆和生物信息学方法挖掘甘露聚糖酶基因的结构和功能。通过本地BLAST比对,从干酪乳杆菌(Lactobacillus casei) HDS-01的基因组信息中获得甘露聚糖酶基因M1。采用qRT-PCR测定MRS培养基和KGM培养基中M1的差异表达情况,表明KGM培养基中的魔芋粉更好的诱导M1的表达。以L.casei HDS-01基因组DNA为模板克隆基因M1,并利用生物信息学方法对其序列进行预测和分析。该序列长2640 bp,可翻译成879个氨基酸,包括一个2640 bp的开放阅读框;M1蛋白分子量为98723.55 Da,等电点为5.58。这种稳定的M1蛋白的二级结构由α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲组成。研究结果不仅为甘露聚糖酶分子改造提供理论依据,同时有助于了解乳酸菌中甘露聚糖的代谢路径。

甜菜镉胁迫应答基因ZAT10的克隆与功能预测

【目的】为了预测甜菜锌指蛋白BvZAT10(LOC 104901462)的结构特点和功能。【方法】以甜菜‘780016B/12优’为试验材料,对BvZAT10基因进行了克隆及生物信息学分析,并利用甜菜响应镉胁迫的转录表达谱数据探究了该基因在镉胁迫下的应答特性。【结果】BvZAT10编码区全长729 bp,编码242个氨基酸,是一种碱性不稳定亲水性蛋白,具有2个C2H2型锌指结构域。该基因编码蛋白共有36处磷酸化修饰位点,蛋白结构以无规则卷曲为主,系统发育分析发现BvZAT10与菠菜和藜麦的ZAT10亲缘关系最近。BvZAT10启动子序列包含植物激素响应、光响应及抗逆相关的多种作用元件。在1、3、5 mmol/L CdCl_(2)处理下,BvZAT10及其预测调控的大部分靶基因,如金属耐受蛋白11(BVRB_2g037080)和ABCG家族成员22(BVRB_5g109050)等,均受到了镉胁迫的正向调控。【结论】推测BvZAT10可能直接或间接地在甜菜应答镉胁迫中发挥重要作用,可将其作为潜在优势抗逆基因深入开展后续研究。

外源添加苯甲酸对紫苏种子发芽和幼苗生长的影响

为探究外源苯甲酸胁迫对紫苏种子萌发、幼苗生长及叶片抗氧化酶活性的影响,添加苯甲酸对紫苏种子进行培养皿滤纸培养和室内盆栽实验,设置0、1、1.5、2、2.5、3 mmol/L 6个梯度处理,研究不同浓度苯甲酸胁迫对紫苏种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、紫苏幼苗生长以及抗氧化酶活性的影响。结果表明,随着苯甲酸浓度的增加,紫苏种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数总体表现为低浓度促进、高浓度抑制;紫苏幼苗的根重、胚根长、胚轴长和株鲜重均呈显著下降趋势,幼苗叶片过氧化氢酶和过氧化物酶活性呈显著下降趋势(P<0.05),超氧化物歧化酶活性呈先升高后下降趋势,在1.5 mmol/L达到最大。外源添加苯甲酸对紫苏种子萌发与苯甲酸浓度有关(低浓度促进高浓度抑制),对紫苏幼苗的生长具有抑制作用,证实了苯甲酸对紫苏的生长存在自毒作用。

暗褐网柄牛肝菌栽培料的筛选

牛肝菌栽培一直是食用菌生产领域的研究难点,适宜的栽培料是菌丝体生长和子实体形成的重要保障。通过测定暗褐网柄牛肝菌的菌丝长势和栽培过程中理化指标以及胞外酶活性,筛选该牛肝菌菌丝体生长的最佳栽培基质。结果表明,通过测定菌丝体长势,初筛得到5种栽培料配方,分别为C_(1)(杨木屑99%、生石灰1%)、C_(3)(橡木屑99%、生石灰1%)、Y_(1)(杨木屑50%、玉米芯24.5%、麦麸皮24.5%、生石灰1%)、Y_(2)(杨木屑50%、玉米芯24.5%、棉籽壳24.5%、生石灰1%)、X2(橡木屑50%、玉米芯24.5%、棉籽壳24.5%、生石灰1%)。在栽培过程中,Y_(1)和Y_(2)栽培基质总有机碳、全氮含量在菌丝体生长时期均处于较高水平,且营养消耗速率快,Y_(2)栽培基质中羧甲基纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和漆酶活性均较显著高于其他组。由此可见,Y_(2)栽培料基质更适合暗褐网柄牛肝菌菌丝体的生长。试验结果为暗褐网柄牛肝菌菌丝体生长提供了理论依据,为暗褐网柄牛肝菌栽培奠定了重要理论基础。

大米产地溯源方法研究进展

为了研究大米产地溯源方法,本研究综述了稳定同位素技术、近红外光谱技术、矿物元素分析技术、有机组分指纹图谱技术、拉曼光谱技术、顶空固相微萃取-气质联用技术在大米地理鉴别上的应用进展。发现产地溯源研究的还比较浅显,目前所采集的样本仅选取几个有特点的品种来进行研究分析,建立的大米地理鉴别方法不具有普遍性,今后的研究要保证样本的充足性,而且可以几种技术与多种化学计量学方法相结合,提高判别的精确度。

工业大麻发酵后其CBD及CBDA含量的动态变化

旨在研究工业大麻发酵后其CBD和CBDA含量的动态变化,以阐明CBD及CBDA之间的相关性,为高效生产大麻二酚(CBD)原料提供参考。以CBD和CBDA为指标,采用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、大肠杆菌(Escherichia coli)以及五味子内生细菌WF17(Bacillus subtilis)对工业大麻进行发酵,用HPLC法分析工业大麻发酵前后其CBD及CBDA含量的动态变化。酿酒酵母发酵工业大麻后CBD含量在1 d时达到最大值(3.1161 mg/g)。植物乳杆菌发酵工业大麻后CBD含量在第9天时达到最大值(3.7786 mg/g)。大肠杆菌发酵工业大麻后CBD含量在发酵3 d时达到最大值(3.5502 mg/g)。内生细菌WF17发酵工业大麻后CBD含量在发酵时间为7 d时达到最大值(3.9182 mg/g)。而CBDA含量均在发酵第1天内降低幅度最大。4种发酵菌株均能在一定程度上使发酵工业大麻中CBD的含量显著提高,CBDA含量显著下降,且在工业大麻在发酵过程中可能存在CBDA转化为CBD的过程。因此,发酵技术可以用于工业大麻中CBD的高效生产。

黄芪内生真菌HHQ14的初步鉴定及挥发性成分分析

旨在高效利用黄芪内生真菌HHQ14,丰富其次生代谢产物资源。以黄芪内生真菌HHQ14为研究对象,采用菌株形态学观察以及ITS序列分析对其进行菌种鉴定,使用GC-MS法分析其挥发性成分。经鉴定,黄芪内生真菌HHQ14为木生锥毛壳菌(Coniochaeta ligniaria);经GC-MS法分析,从黄芪内生真菌HHQ14发酵液鉴定出6种挥发性成分,菌丝体中鉴定出13种挥发性成分,黄芪茎对照药材中鉴定出11种挥发性成分,黄芪根对照药材中鉴定了12种挥发性成分。其中黄芪内生真菌HHQ14发酵液与菌丝体中均含有与黄芪根、茎相同的挥发性成分2-((1R,6R)-3-甲基-6-(丙-1-烯-2-基)环己-2-烯基)-5-戊基苯-1,3-二酚,其菌丝体中还含有与黄芪根、茎相同的挥发性成分芥酰胺。内生真菌HHQ14为宿主植物黄芪次生代谢产物产生菌,并含有多种具有广泛用途及医疗价值的挥发性成分,上述结果为综合开发应用其次生代谢产物奠定基础。

干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)HDS-01甘露聚糖酶基因异源表达及功能验证

为实现甘露聚糖酶基因异源表达并验证功能,本研究以产甘露聚糖酶的副干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)HDS-01为供试菌株,将基因组序列中功能预测为甘露糖苷酶的基因M1在大肠杆菌中表达,分别以pET-28a和Escherichia coli BL21(DE3)为载体和宿主菌构建M1基因工程菌株,纯化重组蛋白并验证甘露聚糖降解功能。结果表明:重组蛋白M1在表达过程中以包涵体形式存在,经Ni柱亲和层析纯化后,SDS-PAGE显示蛋白为98 kDa,复性后酶活和蛋白浓度分别为19.24±0.55 U/mL和0.51±0.01 mg/mL。高效液相色谱(High pressure liquid chromatography,HPLC)检测重组蛋白M1降解魔芋粉的产物,反应前3 h,甘露三糖或四糖浓度显著高,此后,甘露糖和甘露二糖浓度逐渐升高。本研究为产甘露聚糖酶乳酸菌直接用于食品级领域奠定了基础,也为乳酸菌甘露聚糖酶蛋白的定向改造提供了依据。

接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对大豆净光合速率及产量和品质的影响

为研究接种丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)对大豆植株生长、产量和籽粒品质的影响,采用大田小区试验,以龙豆二号大豆为宿主,研究接种F.mosseae菌剂后大豆叶片净光合速率、产量及籽粒品质的变化情况。结果表明:所选用的F.mosseae菌剂能够与大豆根系形成良好的菌根共生体,侵染率最高可达89.9%;接种F.mosseae菌剂可以提高大豆不同发育时期的叶片净光合速率,常规施加化肥处理和接种处理的大豆产量分别可达2121.2和2126.9 kg·hm^-2,二者之间差异不显著,但显著高于不施肥对照处理,表明常规施肥和接种F.mosseae菌剂处理均可提高大豆产量,但接种处理效果更好;此外,接种F.mosseae菌剂还可显著提高大豆籽粒的蛋白质含量,但对油脂含量影响并不显著。因此,F.mosseae菌剂可作为一种新型大豆生产专用生物肥。