基因组学在作物抗逆性研究中的新进展

自然环境中各种生物和非生物胁迫是影响作物产量的巨大威胁。随着现代分子生物学的发展,从分子水平研究作物抵御逆境的机理已成为生态农业研究的一个重要任务,分子遗传学与生态学的整合诞生了生态基因组学即用基因组学的技术和手段研究生态学领域的问题。基因组学按其研究内容分为功能基因组学、结构基因组学和比较基因组学,本文从这3方面分别阐述了作物抵抗生物胁迫和非生物胁迫的生态基因组学研究进展,总结了基因组学在植物抗逆性研究中的一些新技术和新手段,特别是基于近几年发展起来的二代深度测序所带来的一系列高通量的检测方法与结果。①功能基因组学包含转录组学、表观遗传学、蛋白组学、相互作用组学、代谢组学和表型组学,本文侧重从植物抗逆的功能基因表达水平上的研究展开,重点探讨了转录组学和表观遗传学在植物抗逆研究的新进展,介绍了一些转录组学和表观遗传学研究技术,如基因芯片技术、RNA测序技术、SAGE、cDNA-AFLP、SSH、亚硫酸盐法、ChIP-Chip、ChIP-seq等;例举了一些转录因子基因家族在植物抗逆反应中的作用,总结其作用共性,结果表明不少抗逆基因受到胁迫后基因转录激活上有一定相关性,大多受激素信号转导途径所调控,很多抗逆途径最终都涉及到ABA信号传导通路并与衰老相关;植物的抗逆性受多个信号通路调控,对同一逆境响应常常需要不同的转录因子共同参与,而同一转录因子也有可能参与2个以上的不同抗逆反应;表观遗传学则指在不改变基因序列前提下,对DNA甲基化修饰、组蛋白翻译后修饰及小RNA介导的信号传导等,有证据表明其存在遗传印记作用。②结构基因组学主要利用QTL定位和DNA测序技术,确定植物基因组的遗传图谱和物理图谱,二代深度测序平台的建立使许多植物的全基因组测序成为可能。迄今为止,已有超过40种植物完成全基因组测序,越来越多的植物全基因组计划正在实施中或预计实施。③比较基因组学是基于功能基因组学和结构基因组学进而比较不同物种或不同群体间的基因组差异和相关性的研究,可分析逆境响应相关基因在进化过程中及在地理位置分布中的作用和意义,也同时为QTL定位及功能基因组学研究提供丰富信息。此外,还简要介绍并列举了一些网络共享作物抗逆的生物信息资源数据库。虽然基因组学在如何正确处理海量数据等问题上还存在瓶颈,但它提供的大量作物抗逆方面的基因组信息已为植物抗逆研究提供了众多线索与依据,为今后改良作物抗逆性的遗传育种工作带来了新启示。     

炭基及硅酸盐类钝化剂对辣椒地土壤中度Cd污染效应研究

本研究旨在为黔中地区辣椒的安全生产提供理论指导以及筛选在中度镉污染地区钝化效果良好的钝化剂。选取2种炭基钝化剂（椰壳生物炭、活性炭）和2种硅酸盐类钝化剂（硅钙肥、海泡石）开展田间小区试验。试验设计选择单施钝化剂以及炭基钝化剂与硅酸盐类钝化剂混合配施,施用总量均为3000 kg/hm²。结果表明：单施硅钙肥处理下对提高土壤pH效果最显著,使土壤pH与CK相比提高了2.36个单位;混施处理下对提高土壤pH效果最显著的处理是：活+海,使土壤pH提高了2.07个单位。单施硅钙肥对降低土壤中DTPA-Cd的含量效果最好,其降低率为36.5%;混施处理下对降低土壤中DTPA-Cd的含量效果最好的处理是：椰+硅,降低率为28.5%。单施海泡石能够显著降低土壤Cd在辣椒果实中的富集系数,使辣椒果实中Cd的含量显著降低,降低率为47.4%,最大限度降低辣椒可食用部分中的安全风险。初步建议在中度Cd污染地区施用炭基钝化剂与硅酸盐类钝化剂时单独施用或者错开时间施用,不仅能有效降低土壤及作物中Cd的污染风险,还能最大限度改良土壤和提高钝化剂的钝化效率。     

气候变化对不同产区苹果安全越冬的可能影响

为科学评估气候变化对中国产区苹果安全越冬的影响,结合现有成果提出了分别表征果树初冬低温伤害风险、冬季持续性低温伤害风险、冬季极端低温危害风险和脱驯化期的低温伤害风险4个农业气象指标,利用1961—2015年中国苹果主产区的气象资料,分黄土高原、环渤海湾、黄河故道、西南高地和新疆5个产区,评估了气候变化对苹果安全越冬的可能影响。结果表明：苹果产区越冬期升温明显,霜冻日数和极端低温事件发生频次显著减少。初冬首次低温与初霜日间隔缩短导致渤海湾北部产区、黄河故道及北疆苹果的初冬低温伤害风险增加。越冬期持续性低温伤害风险和极端低温危害风险总体降低,特别是中高纬度表现明显,而黄土高原和新疆产区的极端低温事件发生的不确定性较大。同时黄土高原、辽宁、川西和北疆等产区苹果脱驯化期的低温伤害风险有所增加。总体上,苹果深度休眠期的冬季极端低温和持续性低温冻害风险有所降低,而初冬和脱驯化期低温冻害风险显著增加。     

运城盆地不同播期小麦干热风发生风险评价

为明确当前气候情境下不同类型小麦在不同播期干热风的发生风险,以半冬性偏冬性品种济麦22、半冬性偏春性品种周麦18以及弱春性品种西农529为材料,通过3年的试验,研究小麦的物候期和产量及其构成因素的变化。分析2年的籽粒灌浆规律,并结合近30年本地区干热风发生分布,讨论不同播期籽粒灌浆95%时的干热风发生概率。结果表明,推迟播期,小麦冬前分蘖减少,但春季分蘖增多,适度增加播量可以保证群体成穗数;籽粒灌浆时长缩短、灌浆速率加快,播期在一定范围内干热风发生概率没有明显提升。济麦22在380℃~680℃、周麦18和西农529在250℃~680℃冬前积温范围播种,干热风发生风险保持一致,继续降低冬前积温,干热风发生风险明显增加。本试验条件下,适度推迟播期,降低冬前积温,增加播量,灌浆速率增加,干热风发生风险没有显著变化,同时不同类型小麦产量稳定。在当前气候条件下,小麦最适冬前积温可由先前的约600℃降低到当前的约380℃,冬前分蘖2~4个,是小麦稳产的有效途径。     

甜味物质应用进展及风险评价

随着生活水平的不断提高及营养健康理念的不断发展,人们逐渐开始关注糖摄入的问题,为了迎合减少热量摄入、预防肥胖的发展需求,越来越多用甜味剂代替糖的无热量、低热量、减糖、无糖产品出现在大众视野,而甜味剂作为实现这一需求的重要要素,对食品加工生产具有重要的意义。一直以来,人们认为甜味剂是安全无害、对人体不会产生负面影响,然而,随着不断的深入研究发现甜味剂并不是完全安全,其对人体健康或者加工生产会产生一定的危害。因此,为了更好地发展减糖趋势,必须清楚了解甜味剂带给身体的危害。按照使用场景的不同将甜味物质分为营养型甜味剂、非营养型甜味剂和填充型甜味剂三大类,并对其应用进展和风险危害进行综述,以期为食品工业的健康安全发展提供理论指导。     

再生水灌溉对稻田重金属分布的影响

以南方稻田为研究对象,以再生水安全灌溉调控为目标,基于田间试验,研究了不同灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、生态塘净化水R3和河道清水R4)、不同灌溉调控(低水位W1、中水位W2和高水位W3)对土壤-作物典型重金属(镉Cd、铅Pb、铬Cr、铜Cu、锌Zn)质量比变化的影响,分析了农村生活再生水灌溉调控对土壤重金属生态风险.研究表明,农村生活污水再生灌溉稻田Cd,Pb质量比略有升高,Cr,Cu,Zn含量下降;水稻植株各部分器官重金属质量比按植株器官排序从大到小依次为茎,稻米≈叶,重金属组成从大到小依次为Zn,Cr,Pb,Cd,相对灌溉水源,水位调控对水稻植株各部分器官重金属质量比累积影响较小,再生水灌溉条件下水稻籽粒重金属质量比并未明显增加,符合稻谷污染物的限量要求;农村生活污水再生灌溉稻田Cd生态风险系数最高,Cu和Pb次之,Cr和Zn风险系数锌较低,R3水源灌溉下土壤重金属污染潜在生态风险最低,总体上,再生水灌溉并未对土壤造成严重污染,但长期进行再生水灌溉是否会造成重金属污染风险持续增加有待研究.     

雄安新区千年秀林美国白蛾危害寄主种类及危害情况调查

为了解美国白蛾对雄安新区千年秀林的危害情况,通过标准地调查采取对角线取样和"Z"字形取样相结合的方法进行随机取样,首先选取千年秀林的90块标准地,调查美国白蛾危害寄主种类及其危害程度,发现危害白蜡最为严重.其次选取53块白蜡标准地,对其美国白蛾的危害情况进行系统地调查,分析其危害程度及影响因素,并对其进行风险评估.结果 发现,白蜡标准地普遍都存在危害,其中发生比较严重的标准地主要受周边树种、自身病害以及所处位置周围环境等因素的影响,由于该害虫具有趋光性所以在西南方向危害较为严重,其风险性R值为2.23,属于该地区高度危险的林业有害生物.此次调查可为有效防控该害虫提供基础,并为千年秀林制定该害虫监测与治理对策提供依据.     

Crossover between the control of fungal pathogens in medicine and the wider environment,and the threat of antifungal resistance

Fungal propagules existing in the natural environment can easily be transmitted to the human body, mostly by inhalation of contaminated air or direct contact onto the skin, nails, and mucosa. Fungal infections in humans are, as compared to viral and bacterial infections, rarely serious (life-threatening) unless the immune system is weakened. Because azole fungicides (demethylation inhibitors, DMIs) are among the most important antifungal compounds used broadly in human and animal medicine as well as in agriculture and material protection, fungal propagules may come into contact with azoles almost everywhere, presenting a potential “crossover-use-pattern” and “cross-contamination-risk” for resistant propagules in all areas. A “hot-spot” in terms of the emergence of azole resistance in a fungal species is defined as a habitat in which the species is actively propagating and exposed to a fungicidally effective azole at available concentrations high enough to select for resistant individuals, potentially multiplying and spreading to other habitats. Intrinsic antifungal resistance may exist in less sensitive or insensitive species independent of previous exposure to antifungal compounds, whereas acquired antifungal resistance can evolve if triggered by the exposure of an originally sensitive species (or population) to agricultural or medical antifungal agents, resulting in the selection of resistant individuals. The origin and risks of these developments in medical settings and the wider environment are elucidated for the most relevant life-threatening fungal human pathogens, including several species of Cryptococcus, Candida, Pneumocystis, Aspergillus, Histoplasma, Coccidioides, Rhizopus, Mucor, Fusarium, and Scedosporium.     

基于CLIMEX模型的玉蜀黍霜指霉菌入侵风险分析

为明确我国禁止进境的植物检疫性有害生物——玉蜀黍霜指霉菌Peronosclerospora maydis在中国的适生性以及入侵风险,采用CLIMEX 2.0软件分析其适生性,用ArcGIS 10.2软件确定其适生范围和适生程度,并采用多指标综合评判法量化分析其入侵我国的风险等级。结果表明,玉蜀黍霜指霉菌在我国的适生范围主要分布在长江以南的西南山地丘陵玉米种植区和南方丘陵玉米种植区,高适生区主要分布在云南、贵州、四川、重庆、广东、广西、湖南、江西、福建、海南和台湾等省 （区、市）。玉蜀黍霜指霉菌作为专性寄生菌,可在玉米整个生长季侵染危害,经多指标综合评判法分析并计算得到其风险综合评价值R为2.12,表明该病菌入侵我国的风险等级属高度危险,一旦入侵,势必对粮食安全、农业安全和生态安全带来巨大威胁,建议加强检疫监测,严防该病菌入侵。     

浙江海域虾姑中重金属镉的监测及健康风险评估

[目的]监测浙江海域中虾姑的重金属镉的含量,并对其健康风险进行评估。[方法]以浙江附近海域捕获的虾姑为材料,根据GB5009.12-2010中的石墨炉原子吸收光谱法测定其体内的重金属镉含量,并利用健康风险指数的方法对多个菜场或码头采来的虾姑中镉的健康风险进行评估。[结果]试验发现,所采集的海捕虾姑样品中镉含量都符合国家规定标准,各个虾姑样品的健康风险指数均小于1,按照平均摄入量来计算,每个虾姑都是处于安全水平的。[结论]浙江海域虾姑镉含量未超标,健康风险指数也在安全范围内,且营养丰富,但摄入也应有一定的限值。