甘蔗热带种金属硫蛋白家族基因的克隆及响应重金属胁迫的表达分析

金属硫蛋白是一类富含巯基的低分子量蛋白,在植物的重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面起重要的作用。本研究以甘蔗热带种Badila组培苗为材料,分别测定了其在CdCl2、ZnSO4和CuCl2水溶液培养条件下地上部和地下部的重金属含量,结果显示其对上述3种重金属有较强的耐受与富集能力。继而克隆了ScMT1(登录号为KJ504373)、ScMT2-1-5(登录号为MH191346)和ScMT3(登录号为KJ5043704)3个金属硫蛋白家族基因,它们分别属于植物MT亚家族中的MT1、MT2和MT3型基因。ScMT1含有1个内含子和2个外显子,开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)长228 bp,编码75个氨基酸;ScMT2-1-5含有2个内含子和3个外显子,ORF长246 bp,编码81个氨基酸;ScMT3含有1个内含子和2个外显子,ORF长198 bp,编码65个氨基酸。RT-qPCR显示,Cd2+胁迫下,在甘蔗地上部和地下部,ScMT2-1-5均连续显著上调表达,而ScMT1的上调应答出现延迟。ScMT3在地上部的上调应答出现延迟,在地下部呈“扬-抑”趋势,提示甘蔗响应Cd^2+胁迫过程中ScMT2-1-5起更积极的作用,ScMT1参与胁迫后期的分子响应,而ScMT3不起主导作用。Cu^2+胁迫下,地上部ScMT1连续显著上调表达,ScMT2-1-5和ScMT3呈总体上调的表达趋势;地下部,ScMT1和ScMT2-1-5的上调表答均出现延迟,仅在胁迫后期显著上调表达,而ScMT3仅在胁迫前期显著上调表达。该结果提示了ScMT1、ScMT2-1-5和ScMT3在Cu2+胁迫响应过程中的协作关系,三者共同参与了地上部的胁迫响应,其中ScMT1起更积极的作用;此外三者还先后参与了地下部对Cu^2+胁迫的分子响应。Zn^2+胁迫下,ScMT1和ScMT3分别仅在地上部和地下部显著上调表达;ScMT2-1-5在地上部和地下部均呈“扬-抑”的应答趋势;提示了在甘蔗响应Cd^2+胁迫应答过程中ScMT1和ScMT3分别在地上部和地下部起主要作用,ScMT2-1-5参与了胁迫前期的分子响应。ScMT1、ScMT2-1-5和ScMT3在甘蔗不同组织中及在重金属(Cd^2+、Zn^2+或Cu^2+)不同累积水平下呈现出相似或互补的应答特性,提示上述甘蔗MT家族不同成员在重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面产生了功能分化,且三者在应对过量Cd^2+、Zn^2+或Cu^2+对甘蔗组织造成伤害的过程中存在时空上的协同作用。该研究为深入理解多倍体植物甘蔗中MT家族各成员基因在重金属耐受过程中的协同作用机制奠定了基础。     

硅对水稻生长的影响及其缓解镉毒害机理研究进展

为研发高效硅肥和防治农田镉污染提供借鉴资料,本文综述了施加硅肥对水稻生长发育的影响,包括提高水稻产量和品质,增强抗倒伏、抗病虫害及干旱等逆境的能力,尤其是增强抗镉毒害等能力。并从生理学机制和土壤学机制两方面重点分析了施加硅肥对缓解镉毒害作用的可能机理。生理学机制方面：硅通过参与水稻的生理代谢活动,使水稻抗氧化系统酶的活性和清除自由基的能力增强;抑制镉的吸收及其在水稻体内的运输;硅与镉在水稻体内的螯合和区隔作用。土壤学机制方面：硅肥改变土壤理化性质,降低土壤中有效态镉的含量;硅镉吸附沉淀作用,减少水稻对镉吸收。最后针对硅肥的开发利用及技术推广提出展望。     

国内外有机肥标准对比及风险评价

中国是人口最多的发展中国家，生产生活中产生的有机废弃物数量巨大，堆制有机肥是降低有机废物污染风险的重要方式，而有机肥标准则是防止有机肥成为新的土壤污染源，规范有机肥产业健康发展的重要保障。目前我国有机肥不合格现象时有发生，针对有机堆肥的标准仅有一个8年前的行业标准（NY 525—2012）的现状，本文对比了中国、日本、澳大利亚、欧盟、美国有机肥标准的重要指标，对存在的重金属残留、抗生素污染、病原体污染、营养富集及土壤盐渍化等有机肥质量安全风险问题进行分析，为我国有机肥行业未来绿色、健康、可持续发展提出建议。尽管我国现有有机肥质量标准，在具体指标要求方面优于美国，但和欧盟相比还有差距，比如我国重金属Cu、Zn、Ni限量缺失，对Cd等重金属限值要求不够严格，长期施用会导致土壤重金属含量超过风险筛选值，严重影响农作物安全；同时，由于部分畜禽养殖业不合理使用抗生素，加之有机肥生产企业技术的欠缺，农户施用时缺乏指导，监管部门执法不严等因素，我国有机肥施用过程存在较大风险隐患。因此，进一步完善有机肥标准体系，强化对原料中有毒有害物质的限制，要求选用原料批批检，加大准入和过程的落实力度，才能保障我国有机肥产业有序健康发展。     

不同植被措施下排土场边坡细沟发育时空特征

为明确不同恢复年限植被措施对煤矿排土场边坡水土流失的防治效应,采用样方调查法,以内蒙古准格尔旗永利煤矿矿区排土场边坡为研究对象,以裸露边坡(CK)为对照,研究不同恢复年限(1a、3a、5 a)的沙柳方格+沙棘+沙打旺(SHA)和沙柳方格+沙打旺(SA)2种措施对细沟发育的影响。结果表明:(1)1a时CK、SHA与SA措施细沟宽度均集中分布在4～8 cm,细沟深度均集中分布在2～4 cm;3 a时CK、SHA与SA措施细沟宽度则集中分布在4～8 cm、8～12 cm、4～8 cm,细沟深度均集中分布在4～6 cm;5 a时CK与SHA措施细沟宽度均集中分布在8～12 cm,而细沟深度则集中分布在4～6 cm和8～14 cm;(2)CK(1～5 a)、SHA措施(1～5 a)和SA措施(1～3 a)的细沟平均宽分别为7.57～11.35 cm、7.58～13.31 cm和5.57～6.14 cm,细沟平均深分别为3.38～6.23 cm、4.19～10.34 cm、2.59～4.24 cm,三者的细沟平均宽深比分别为2.39、2.12和2.05,平均细沟密度分别为1.52～5.25 m·m–2、1.42～1.68 m·m–2和1.88～2.25 m·m–2;(3)1 a时CK、SHA和SA措施的细沟宽深比随坡长变化幅度较大,随着恢复年限增加,宽深比则呈下降趋势,CK、SHA措施和SA措施的细沟密度和细沟侵蚀量均随坡长增加呈增大趋势;(4)与CK相比,1 a时SHA和SA措施边坡细沟侵蚀模数分别减小25.0%和25.86%,两种措施减蚀效果差别不大,而3 a时则分别减小了61.73%和35.31%,SHA措施减蚀效果显著增强。研究结果可以为矿区排土场边坡的植被合理布设提供科学依据与理论指导。     

利用马尾松解析木对林地立地指数和立地形的研究

利用重庆市南川区马尾松解析木数据，选择合适的导向曲线方程，建立基于导向曲线的立地指数和立地形模型，并对立地形的适用性进行说明。根据散点图和三倍标准差对解析木数据进行了选择，排除了不符合要求的圆盘记录对。采用5种常用的经验生长方程对年龄-树高、胸径-树高进行拟合，根据决定系数R²,均方根误差RMES、 AIC、方程的参数变动系数以及拟合曲线对方程进行选择；根据选定的方程，求出其连续生长量方程和平均生长量方程，并采用matlab绘制出其曲线方程，根据连续生长量和平均生长量次相交后的下一个龄（径）阶，选择出基准年龄（胸径）；利用标准差调整法进行编表，编表后采用成对T检验方法对立地指数表和立地形表进行验证。结果表明，立地指数和立地形的表达精度在95%水平下显著，平均总相对误差和相对总误差都<5%，而预估精度分别达到了99.18%和99.22%，说明所编立地指数表和立地形表精度较高，能够满足编表需要。根据导向曲线绘制生长量曲线方程的方法确定基准年龄和基准胸径的方法准确可行；由于龄阶和径阶的选择差异，导致立地指数级不同，同时影响了立地形与立地指数的编表质量；由于树木的生长特性，立地形在表示立地质量时，在林木的早期将会低于立地指数，在树木生长的中后期将会高于立地指数；立地形的适用性取决于胸径与树高的相关性，相关性越强，立地形就越准确，在选择合适的优势木的情况下，立地形可以取代立地指数来表示林地质量。     

水流作用下一种养殖金属网衣水阻力特性的数值模拟研究

为保障深远海金属网箱养殖系统的结构安全,进行网箱结构的水动力学研究是一项重要的工作。构成金属网箱主要组成部分的金属网衣是一种小直径多孔的网状结构,在波浪和水流作用下的水动力学特性与一般的海洋工程结构物有显著不同。本文基于有限元基本原理,采用梁单元模拟金属网线结构,采用连接单元模拟网线接触部位的相互作用,并运用ABAQUS软件进行数值计算,在试验验证的基础上,分析了在水流作用下一种金属菱形链网衣在不同网目尺寸、不同网线直径情况下的水阻力变化情况。数值模拟结果表明在各种工况下,当网目尺寸由25 mm增加到35 mm、45 mm时,网衣受力增加幅度的平均值分别为14.71%和38.07%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2 mm、4.0 mm时,各工况下网衣受力增加幅度的平均值分别为25.05%和45.06%。研究结果可以为进一步开展深海养殖金属网箱水动力特性研究提供积极的基础。     

Impact of native form oat β-glucan on starch digestion and postprandial glycemia

Whole grain oats, as a rich source of β-glucan, have been shown beneficial to glycemic control. In the current study, the impact of native form β-glucan in oat grains (NFO-glucan) on starch digestion and postprandial glycemia was investigated. The dry-milling prepared NFO-glucan sample was enriched with native form β-glucan (15.6%), and an in vitro starch digestion assay of NFO-glucan (0.5% starch equivalent) showed a significant decrease of starch digestion rate compared to oat starch (0.5%, w/v). However, pretreatment by either β-glucanase or pepsin significantly increased the starch digestion. Consistently, an in vivo examination on the postprandial glycemia of the cooked NFO-glucan sample using a mouse model displayed a significant decrease of postprandial glycemia compared to gelatinized oat starch. Further experiment on the pasting property of NFO-glucan sample by a rapid visco-analyser demonstrated both β-glucan and protein affected its viscosity profiles. Scanning Electronic Microscope (SEM) observation revealed a network-like native structure of β-glucan that might encapsulate protein and starch to reduce the enzyme accessibility and so the digestion of starch. Novel food processing technologies to maintain the native form of β-glucan in oat grains might be a better way to modulate the postprandial glycemia of oat-based whole grain foods.     

The release and uptake of metals from potential biofilm inhibition products during spiny lobster (Sagmariasus verreauxi,H. Milne Edwards 1851) culture

Zinc (Zn) and copper (Cu) are strong inhibitors of bacterial biofilms in aqueous solutions, but are known toxins of crustaceans. A new metal application method; cold‐sprayed metal embedment, known to modulate metal release, was tested for its applications in crustacean larval culture systems. Cold‐spray technology allows metal particles to bond to plastics, while modulating metal ion release and biocide activity to the substrate boundary. In this study, Eastern spiny lobster (Sagmariasus verreauxi) larvae (phyllosoma) were cultured in the presence of cold‐sprayed Zn and Cu metal surfaces. Metal loss was monitored gravimetrically on embedded surfaces, assessment of water ion concentrations and analysis of phyllosoma body content were undertaken. Phyllosoma moulting, deformity and mortality patterns were monitored. Cold‐sprayed Zn‐ and Cu‐embedded surfaces were depleted with losses of 0.69% and 31.2% noted respectively. Culture water concentrations of these metals were elevated and accumulation by phyllosoma occurred. Water Zn concentrations of 18.5 μg L^?1 were associated with chronic eyestalk moult deformities; the first report of Zn causing a non‐lethal moult deformity in crustacean larvae. The Cu surface lost a third of its metal mass with a water concentration of 40 μg L^?1 causing acute toxicity and localization of composite granules in the midgut gland. Cu associated mortality was noted by Day 2 of culture with a LD 50 experienced by Day 9. Future work on the use of bioactive metals in aquaculture systems will focus on a range of different metal alloys, and improved modulation of ion release mechanisms through increased particle embedment depth and separation.     

张家港市农田土壤重金属含量高光谱遥感监测模型构建

以张家港农田土壤作为研究对象,在实验室测定土壤重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Hg的含量,并与土壤可见近红外高光谱数据建立土壤重金属含量的定量估测模型,以快速获取研究区农田的土壤重金属含量。为保证模型预测的精度和稳定性,首先,对原始高光谱数据进行平滑处理,并进行一阶导数、倒数一阶导数、倒数的对数一阶导数、平方根一阶导数和连续统去除等形式的光谱变换;然后,提取不同变换光谱的特征波段进行相关性分析;最后,通过逐步回归法建立重金属含量的定量估算模型。结果表明:张家港市农田土壤中Cd、Hg、Cu、Zn存在一定的污染风险。在高光谱的不同变换形式中,一阶导数和连续统去除与重金属含量的相关系数高于其他变换形式。基于8种土壤重金属含量与高光谱数据建立的定量估算模型具有良好的预测精度。Cd、Hg、Cr、As、Cu、Zn、Ni、Pb估算模型的实际值与验证值的拟合度分别为0.874、0.879、0.800、0.646、0.513、0.655、0.603和0.542,可用于预测张家港市的农田土壤重金属含量。     

根域限制栽培对主干形‘圆梦’桃生长和果实品质的影响

根域限制栽培具有控制树冠、促进果树成花的优点，适宜在主干形整枝的密植果园中应用，但不同品种桃表现不同。‘圆梦’桃是由‘湖景蜜露’和‘白丽’杂交而来的中晚熟新品种，为明确‘圆梦’用作南方密植品种的适用性，以浙江省桃主栽品种‘湖景蜜露’为对照品种，对其营养生长、成花量和果实品质进行了研究，结果表明根域限制栽培的‘圆梦’树体营养生长和枝条成花量与‘湖景蜜露’基本一致，且果型大小、糖度、色泽更优。