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。     

黄淮和长江中下游冬麦区小麦品种(系)农艺性状及其聚类分析

气候变暖对我国乃至世界小麦育种和生产有很大影响。为了研究我国不同生态麦区小麦品种(系)农艺性状适应气候变化调控机理,本研究以黄淮冬麦区北片和南片及长江中下游冬麦区的20个当前大面积推的小麦品种、新审定品种和新选育品系为试验材料,在黄淮冬麦区北片河北省石家庄市种植,在返青期前对其抗旱抗冻性、根冠比和叶片干重与鲜重比进行调查;收获后对株高、穗长、穗下节间长、分蘖数、小穗数、穗粒数、千粒重、单株生物量、单株粒重、经济系数等10个农艺性状进行了考种和相关、聚类和主成分分析。结果表明,不同麦区小麦品种(系)苗期的抗旱抗冻性为黄淮冬麦区北片黄淮冬麦区南片长江中下游冬麦区。三大生态麦区的单株粒重与分蘖数、穗粒数、单株生物量、经济系数均呈极显著正相关,黄淮冬麦区南片和长江中下游冬麦区呈显著和极显著的农艺性状相对较多,说明这两个生态麦区的品种有很大的相似性;但不同生态麦区其他农艺性状正负相关各有一定差异。在欧氏距离20处,20个小麦品种(系)被聚类为长江中下游冬麦区和黄淮冬麦区南片品种(系)(第Ⅰ类)及黄淮冬麦区北片品种(系)(第Ⅱ类)两个大的生态型;在欧氏距离6处,Ⅰ类又分为分别以‘百农207’‘济麦22’和‘西农979’为代表的3个亚类,Ⅱ类是以‘长旱58’为代表。产量、穗长、株高和经济系数4个主成分因子对10个农艺性状表现型变异累计贡献率为76.39%。‘济麦22’等黄淮冬麦区北片的品种(系)综合得分在前20株中占95%。以上研究结果为小麦适应气候变暖育种和引种示范推广提供了重要参考信息。     

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。     

纳米Fe3O4负载酸改性炭对水体中Pb2+、Cd2+的吸附

为探讨纳米Fe₃O₄负载联合硝酸改性椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺单一及复合溶液的吸附特性，通过静态吸附实验，针对吸附剂的表面特性、投加量、溶液初始pH、吸附时间、重金属初始浓度等影响因素进行了探讨，应用等温吸附模型及吸附动力学模型对吸附特性进行了研究。结果表明，纳米Fe₃O₄负载酸改性炭比表面积较未改性椰壳炭增加了221.03 m²·g^-1，表面含氧官能团如O-H、C=O、C-O-C增加，芳香性增强，等电点提高至5.68。从经济效率角度考虑5 g·L^-1为合理吸附剂用量，pH为5.0时，吸附效果最好，吸附在4 h达到平衡。准二级动力学模型对吸附的拟合度更高，吸附主要是化学吸附，吸附由快速外扩散和颗粒内扩散共同作用，Pb²⁺、Cd²⁺的吸附分别更符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型。纳米Fe₃O₄负载酸改性椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺的最大吸附量（Q_m）分别达42.54 mg·g^-1和25.79 mg·g^-1，为未改性椰壳炭的1.87倍和2.23倍，复合溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的Q_m分别为单一溶液的65.16%和54.21%，这揭示了离子共存条件下的吸附竞争现象。研究表明，纳米Fe₃O₄负载联合硝酸改性提高了椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附能力，且Pb²⁺的吸附性能及吸附竞争性优于Cd²⁺。     

增氧方式对水芹菜-微生物联合作用处理冬季养殖废水的影响

为探究不同增氧方式对水芹菜-微生物联合作用处理养殖废水消化液及微生物群落结构变化的影响，设置循环和曝气两组试验，以静置处理作为对照，共运行35 d，间隔7 d取样，测定常规水质指标，在试验开始和结束时分别测定水芹菜生长情况，并采用高通量测序技术对微生物群落结构进行分析。结果显示，经过35 d的处理，静置组、曝气组和循环组的DO（溶解氧）分别达到0.60、10.38 mg·L^-1和10.85 mg·L^-1；静置培养的水芹菜长势最好，相对生长速率为0.03 g·g^-1·d^-1；三种处理方式对水质的净化效果差异显著，循环组的水质净化效果最好，COD（化学需氧量）、NH₃-N（氨氮）和TN（总氮）的去除率分别达89.89%、69.40%和77.65%；黄杆菌属（Flavobacterium）的相对丰度从43.21%下降到0.16%，克里斯滕森菌属（Christensenellaceae）和瘤胃球菌属（Ruminococcaceae）的相对丰度则大幅增加。水芹菜在冬季于养殖废水消化液中可以正常生长，曝气和循环处理可以明显提高净化效率；黄杆菌属和假单胞菌属（Pseudononas）是脱氮的功能菌属，梭菌纲（Clostridia）的大量繁殖有利于COD的去除。     

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。     

Regulatory role of l-proline in fetal pig growth and intestinal epithelial cell proliferation

l-proline (Pro) is a precursor of ornithine, which is converted into polyamines via ornithine decarboxylase (ODC). Polyamines plays a key role in the proliferation of intestinal epithelial cells. The study investigated the effect of Pro on polyamine metabolism and cell proliferation on porcine enterocytes in vivo and in vitro. Twenty-four Huanjiang mini-pigs were randomly assigned into 1 of 3 groups and fed a basal diet that contained 0.77% alanine (Ala, iso-nitrogenous control), 1% Pro or 1% Pro + 0.0167% α-difluoromethylornithine (DFMO) from d 15 to 70 of gestation. The fetal body weight and number of fetuses per litter were determined, and the small and large intestines were obtained on d 70 ± 1.78 of gestation. The in vitro study was performed in intestinal porcine epithelial (IPEC-J2) cells cultured in Dulbecco''s modified Eagle medium-high glucose (DMEM-H) containing 0 μmol/L Pro, 400 μmol/L Pro, or 400 μmol/L Pro + 10 mmol/L DFMO for 4 d. The results showed that maternal dietary supplementation with 1% Pro increased fetal weight; the protein and DNA concentrations of the fetal small intestine; and mRNA levels for potassium voltage-gated channel, shaker-related subfamily, member 1 (Kv1.1) in the fetal small and large intestines (P < 0.05). Supplementing Pro to either gilts or IPEC-J2 cells increased ODC protein abundances and polyamine concentrations in the fetal intestines and IPEC-J2 cells (P < 0.05). In comparison with the Pro group, the combined administration of Pro and DFMO reduced the expression of ODC protein and spermine concentration in the fetal intestine, as well as the concentrations of putrescine, spermidine and spermine in IPEC-J2 cells (P < 0.05). Meanwhile, the percentage of cells in the S-phase and the mRNA levels of proto-oncogenes c-fos and c-myc were increased in response to Pro supplementation, whereas depletion of cellular polyamines with DFMO increased tumor protein p53 (p53) mRNA levels (P < 0.05). Taken together, dietary supplementation with Pro improved fetal pig growth and intestinal epithelial cell proliferation via enhancing polyamine synthesis.     

漆酶LAC表达与鸭梨果心褐变的关系

【目的】探究在不同成熟度和降温贮藏方式下,LAC表达模式与鸭梨果心褐变的关系,为进一步解析鸭梨果心褐变机制提供理论依据。【方法】以鸭梨作为材料,通过对不同成熟度（早采、中采和晚采）的鸭梨进行急速降温（急降）和缓慢降温（缓降）处理,观察贮藏期间鸭梨果心褐变情况,测定漆酶（Laccase,LAC）活性及其基因LAC的相对表达量,研究LAC在鸭梨果心褐变过程中的参与作用。【结果】冷藏60 d时,晚采鸭梨出现褐变,晚采缓降处理的鸭梨果心褐变指数为0.32,是同期急速降温处理的2.56倍;在贮藏90 d时,中采缓降处理的褐变指数是0.24,中采急降处理的褐变指数仅为0.01。各个处理组在贮藏期间LAC活性多数表现为先逐渐升高后下降的趋势,晚采的果实在贮藏60 d时出现活性高峰,褐变发生;早采和中采鸭梨LAC活性高峰均在90 d时出现,褐变程度低于晚采鸭梨。在贮藏期间,缓慢降温处理的LAC活性高于急速降温处理。鸭梨LAC14和LAC7表达量呈先上升后下降的趋势,LAC6表现为先下降后上升再降低的变化趋势;中采、晚采鸭梨在贮藏60 d时,LAC14和LAC7表达量最高。【结论】与缓慢降温相比,急速降温处理减少了鸭梨果心褐变的发生。在整个贮藏期间,LAC活性呈先上升后下降然后又上升的趋势,其峰值时的活性高低次序为：晚采>中采>早采,这与果心褐变趋势一致;LAC在鸭梨果心褐变过程中上调表达。相比缓慢降温处理,急速降温处理具有较低的LAC7、LAC14和LAC6表达量。急速降温结合适时采收能够抑制LAC的上调表达,减少鸭梨果心褐变发生。     

银杏ERF转录因子家族的全基因组学鉴定及表达模式分析

以银杏基因组数据库为基础，通过序列比对，并经过鉴定筛选，共获得112个ERF转录因子家族成员，对其进行生物信息学及表达模式分析。结果显示：银杏112个ERF成员在系统进化树上分为10个亚家族；基因结构分析表明，大部分ERF家族基因结构简单，仅少量基因含有1～4个内含子；基因表达分析显示，39个ERF基因在雄蕊中表达量较高，20个基因在幼苗中表达量较高，40个基因在胚中表达量较高；部分基因在雄蕊、胚和幼苗中具有相同的表达模式，说明其可能具有类似的功能。     

长期继代培养的转基因苹果外源基因遗传及表达稳定性分析

为研究长期继代培养的转基因苹果组培苗中外源基因的遗传及表达稳定性，以继代培养9年的7个转GFP(绿色荧光蛋白)基因苹果株系组培苗为试材，分析转基因株系对Kan(卡那霉素)的抗性、DNA水平、转录水平和转录后水平GFP基因的遗传及表达稳定性。结果表明，在7个苹果转基因株系组培苗中均可检测出GFP特异基因片段，并且均可在含有50 mg/L卡那霉素的培养基上正常生长；绝对定量qRT-PCR检测发现，各转化株系GFP基因拷贝数并不相同；利用相对定量qRT-PCR法检测发现7个株系中GFP基因 mRNA表达量有明显差异，同时荧光显微镜下观察各转化株系叶片，绿色荧光强度有明显差异，利用SPSS软件对7个转基因株系中GFP基因拷贝数与GFP mRNA表达量相关性分析结果呈无显著相关性。以上结果表明，外源基因可以在长期继代培养的转基因苹果组培苗中保持其遗传稳定性，但不同转化株系中外源基因的表达量有显著差异，其表达量与拷贝数无显著相关，可能与外源基因在植物基因组中的插入位点有关。