东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。     

小麦钾离子通道蛋白基因TaPC1介导植株抵御低钾逆境功能研究

  【目的】  钾离子通道 (potassium channel, PC) 蛋白通过介导离子跨膜转运，增强低钾胁迫下植株对钾素的吸收和利用能力。本研究以采用RNAseq鉴定小麦应答低钾基因获得的PC家族基因TaPC1为对象，对该基因分子特征、应答低钾表达模式及其介导植株抵御低钾逆境的能力进行研究。  【方法】  采用生物信息学工具分析TaPC1分子特征，采用溶液培养法培养丰钾 (K₂O 6 mmol/L )、低钾 (K₂O 0.06 mmol/L) 处理小麦和转化株系幼苗，采用 DNA 重组技术构建TaPC1亚细胞定位和表达质粒，利用农杆菌介导法遗传转化烟草。采用常规植株形态、生理和qPCR方法测定植株生长、生理指标和基因表达。  【结果】  TaPC1与植物种属PC家族基因具有较高的同源性，该基因编码蛋白具有植物种属PC蛋白跨膜域保守特征，翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。低钾 (0.06 mmol/L) 处理下，根、叶中TaPC1表达增强；将低钾处理植株转入丰钾 (6 mmol/L) 营养液进行恢复处理后，根、叶中该基因表达下调，表明TaPC1呈低钾应答表达模式。基因遗传转化结果表明，与野生型 (WT) 对照相比，低钾处理下，超表达TaPC1烟草株系植株干物质积累量增多，细胞活性氧累积量减少，细胞保护酶 (SOD、CAT和POD) 活性提高，丙二醛含量降低。基因表达分析表明，低钾处理下，转化株系内细胞保护酶编码基因NtSOD1、NtCAT1;1、NtPOD1;2及NtPOD1;6的转录本丰度较野生型 (WT) 显著增多，表明上述基因通过增强表达，在改善转化株系低钾处理下细胞活性氧稳态中发挥重要作用。此外，与WT相比，低钾处理下转化株系的钾累积量显著增多，光合碳同化能力增强。  【结论】  TaPC1呈低钾胁迫增强表达模式，上调表达该基因能显著增强植株钾素吸收，有效维持低钾逆境下的细胞活性氧稳态特征，在改善植株光合物质生产和抵御低钾逆境能力中发挥重要作用。     

拟南芥乙烯应答基因HLS1的原核表达及多克隆抗体制备

【目的】制备乙烯应答基因HLS1多克隆抗体,在过表达植物中检测HLS1的积累,为深入研究HLS1响应乙烯信号通路的分子机制奠定基础。【方法】构建pET28a-HLS1c原核表达载体,转化到大肠杆菌BL21(DE3)中,用异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导获得重组蛋白HLS1c-His;镍柱亲和纯化重组蛋白后免疫家兔获得抗HLS1血清,利用抗原亲和纯化抗血清获得高纯度的HLS1多克隆抗体;用HLS1抗体和GFP抗体,检测原生质体瞬时转化体系中GFP-HLS1c融合蛋白的表达;用农杆菌蘸花法获得过表达GFP-HLS1g的转基因植物,用HLS1抗体和GFP抗体检测GFP-HLS1g融合蛋白的表达。【结果】成功构建了原核表达载体pET28a-HLS1c,并在大肠杆菌系统中诱导获得重组蛋白HLS1c-His,且多以包涵体形式存在。纯化的HLS1c-His多克隆抗体,能清晰检测到约80 ng原核表达的HLS1抗原。纯化的HLS1抗体不仅能检测到原生质体中瞬时表达的GFP-HLS1c融合蛋白,也能检测到过表达转基因植物株系中的GFP-HLS1g融合蛋白,并且与标签蛋白GFP对应抗体所检测到的特异性条带大小一致。【结论】成功制备了拟南芥HLS1蛋白多克隆抗体,为HLS1蛋白在植物发育中的功能研究奠定了基础。     

养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

围垦对滨海稻田土壤N2O还原潜力的影响

稻田湿地生态系统的N₂O还原消耗潜力对缓解大气温室气体效应具有重要意义，而滨海自然湿地围垦改造成稻田后耕层土壤的N₂O还原速率及其微生物机制却鲜有报道。选取崇明岛光滩湿地为对照（WK0），比较研究不同围垦年限（19、27、51、86 a）的围垦区稻田耕作层土壤N₂O还原速率演替规律及其微生物数量变异特征。结果表明，土壤总有机碳含量（TOC）随围垦年限增长而显著增加，而土壤pH值、SO₄^2-浓度和EC值则均随围垦年限增长而呈逐渐下降趋势。土壤N₂O还原速率随围垦年限增长而显著增加，其中围垦86 a稻田土壤达到25.5 μg N₂O·g^-1·d^-1，与光滩湿地相比增加了58.4%。定量PCR结果发现，功能基因nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ拷贝数也随着围垦年限增长而显著增加，其中围垦86 a的稻田土壤功能基因分别为1.72×10⁸ copies·g^-1和4.36×10⁸ copies· g^-1，比光滩湿地稻田高出一个数量级。相关性分析发现土壤N₂O还原速率与功能基因nosZ Ⅰ拷贝数呈显著正相关，而功能基因nosZ Ⅱ拷贝数随围垦年限的增加率远高于功能基因nosZ Ⅰ；N₂O还原速率、功能基因nosZ Ⅰ、nosZ Ⅱ拷贝数与3个土壤理化指标（pH、EC、SO₄^2-）均呈负相关。因此，围垦造田促进了滨海湿地土壤N₂O还原过程，而功能基因nosZ Ⅰ数量的大幅增加是N₂O还原速率增加的重要原因。     

利用直扩PCR试剂盒检测小麦多效抗病基因

为了明确直扩PCR在小麦多效抗病基因检测中的效果,促进廉价、快捷的直扩PCR技术在小麦分子育种中的应用,本研究通过对聚合三个多效抗病基因Sr2、Lr34、Lr67的BC2单株进行直扩PCR检测,筛选到了三个基因聚合的杂合单株,证明了直扩PCR的有效性,并讨论了直扩PCR的优缺点和影响因素,为直扩PCR技术在作物分子育种中的推广应用提供参考。     

基于线粒体COⅠ基因序列的2种仿对虾遗传差异

哈氏仿对虾和细巧仿对虾是东海经济虾类资源中主要的仿对虾属种类,为调查研究浙江省舟山市近海这2种虾类种质资源现状及亲缘关系,通过PCR扩增获得2种仿对虾线粒体DNA细胞色素氧化酶亚基Ⅰ,基因长度为632 bp的序列片段,共检测到101个变异位点,其中简约信息位点99个,哈氏仿对虾有4种单倍型,细巧仿对虾有3种单倍型。统计碱基组成发现,二者在目的片段上的A+T含量分别为62.0%、62.9%,均显著高于C+G含量。细巧仿对虾的单倍型多样性与核苷酸多样性均高于哈氏仿对虾,采用邻接法构建分子系统树,并基于木村双参数遗传距离计算2种仿对虾的分化时间约在5.93百万年前。初步摸清了哈氏仿对虾和细巧仿对虾遗传多样性现状并比较了两者间的遗传差异,研究结果以期为仿对虾属经济物种的遗传信息和系统发育提供分子生物学参考依据。     

小麦持久条锈病抗源品种89144(BJ144)芒性状遗传分析

分别以小麦持久条锈病抗源品种89144-2-3-11-2、89144-2-14-4-1-2为父本，感病小麦品种铭贤169为母本进行常规杂交，F1代种子单粒播种，在F2代成株期进行芒的分离遗传分析。结果表明，供试顶芒品系和全芒小麦杂交后，2组合F2代群体芒的性状分离均符合1∶2的理论比例，全芒对顶芒均为显性，且全芒受1对显性基因的控制。这是否说明小麦芒性或顶芒还存在隐性性状的可能，抑或与该小麦材料是外源DNA导入小麦的变异后代有关，需要进一步研究。     

绵羊HTR4基因的生物信息学分析

利用生物信息学数据库及软件，对绵羊羟色胺受体4基因(hydroxytryptamine receptor 4，HTR4)进行生物信息学分析，以初步了解其结构并进行功能预测。结果表明，绵羊HTR4基因所含最大长度的开放阅读框为1 317 bp，编码438个氨基酸残基。HTR4基因编码的蛋白分子质量为49 437.09 KDa，理论等电点(pI)为8.32。亚细胞定位结果表明其编码产物主要定位于质膜(60.9%)，且不属于分泌蛋白。HTR4蛋白不存在信号肽序列，存在7段跨膜结构且无低复杂性段区域，该蛋白的二级结构以α螺旋为主，且三级结构主要由α折叠缠绕形成。