碳源和乙醇调控雨生红球藻生长与虾青素积累

[目的]雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长速率和虾青素积累量决定着雨生红球藻商业化生产的经济效益。本文旨在建立提高雨生红球藻生长和虾青素积累的新方法。[方法]以BG-11为基础培养基,分别以乙酸钠和二氧化碳为碳源,添加少量乙醇,探讨乙醇和碳源对雨生红球藻生长及虾青素积累的效应。[结果]添加乙醇显著提高了雨生红球藻生长及虾青素积累。(BG-11+乙酸钠)+乙醇培养的雨生红球藻生长迅速,在第4天细胞密度上升到1.587×106 cells·mL~(-1),而对照组(BG-11+乙酸钠)在第8天细胞密度才上升到1.187×106 cells·mL~(-1)。(BG-11+乙酸钠)+乙醇培养的雨生红球藻在第14天生物量和虾青素含量分别达2.74g·L-1和3.51%(干重),分别是对照组的2.98倍和1.71倍,显著高于对照组。同样,(BG-11+CO2)+乙醇培养的雨生红球藻在第6天细胞密度上升到1.236×106cells·mL~(-1),在第14天生物量和虾青素含量分别达2.59g·L-1和3.1%(干重),均高于对照组(BG-11+CO2)的生物量(0.7g·L-1)和虾青素含量(1.43%,干重)。[结论]研究结果为建立基于添加乙醇提高雨生红球藻生长速率和虾青素积累量的简单易行规模化技术体系提供了科学参考。     

杜氏盐藻电击转化体系的优化

[目的]构建盐藻高效遗传转化体系,以利于在细胞内组装靶标代谢途径,进而以盐藻为生物反应器规模化生产类胡萝卜素、生物燃油等高值产品。[方法]以杜氏盐藻(Dunaliella salina)为受体,以来源于高油植物斑鸠菊(Vernonia galamensis)编码DGAT酶的基因VgDGAT1a为靶基因,以pCAMBIA3301为表达载体,利用电击法进行遗传转化,优化转化条件和相关参数,并对转化体进行分子检测。[结果]杜氏盐藻对除草剂草铵膦敏感,固体和液体培养筛选阳性转化体的草铵膦浓度分别为20mg·L~(-1)和40mg·L~(-1)。优化的盐藻电转化技术条件包括:培养7d的藻细胞为受体,质粒浓度6mg·L~(-1),电击参数为0.4kV和4ms。盐藻转化率达2.63‰,比现有转化效率提高约1.14倍。分子检测显示靶基因VgDGAT1a基因成功转入杜氏盐藻并高效表达。[结论]建立的优化电击转化方法显著提高了盐藻转化效率,在高等植物遗传转化中,常用的抗除草剂草铵膦Bar基因可用作盐藻基因转化的选择标记,植物表达载体pCAMBIA3301亦可用于盐藻遗传转化。     

不同土地利用方式下土壤水分动态及对降水的响应——以青海省互助县浅山旱地为例

摸清青海旱作农业区土壤水分动态变化对保障农作物产量形成和粮食生产安全具有重要意义。采用野外采样结合统计学方法,探究青海互助浅山旱地不同土地利用方式下土壤水分季节动态、垂直剖面特征及土壤水分对降水的响应。结果表明：（1）不同土地利用方式下耕作层(0~30 cm)土壤含水量季节动态存在明显的干湿周期变化,土地利用方式对土壤水分季节变化影响不显著(P>0.05),降水事件、降水量级是影响耕作层(0~30 cm)土壤含水量季节动态的主导驱动力;（2）0~30 cm土层是雨养耕作层,典型土壤含水期分为干旱期、湿润期、常态期和过渡期,土壤干旱发生一般由表层开始,随着土壤水分耗损加重土壤干旱逐渐向深层土壤延伸;（3）4种土地利用方式的土壤水分动态变化与前期累计降水量变化基本一致,亚表层(10~20 cm)和深层(20~30 cm)土壤含水量与前期累计降水量极显著相关性(P<0.01)。因此,在干旱事件频繁的青海旱作区发展“浅埋滴灌技术”是寻求土壤供水平衡的有效路径。     

柴达木地区枸杞种植区遥感提取方法对比研究

枸杞作为柴达木地区特色经济作物之一,利用高分辨率遥感影像开展枸杞种植区识别与提取,有利于政府和农业部门开展市场调控和作物精细化管理。以柴达木典型枸杞种植区诺木洪农场为例,利用随机森林、Softmax、支持向量机、BP神经网络和最大似然5种分类器开展农场内不同生长年限枸杞种植区精细化提取,并对结果进行精度验证。结果表明：采用随机森林的分类效果最佳,其总体分类精度达到93.8%,Kappa 0.93,采用Softmax、支持向量机和BP神经网络方法也均获得了较高的分类精度,其总体分类精度均达到了86.6%~87.6%,Kappa系数达到0.84~0.86,而最大似然法分类效果最差,其总体分类精度仅为76.9%,Kappa系数为0.73。通过实验利用国产高分辨率卫星结合较优的分类器能够实现包括枸杞等小宗特色经济作物种植区域和种植结构的精细化识别和监测。     

利用赤霉素提高微藻耐酸性的研究

[目的]利用烟道气培养微藻能固定CO_2、消除NO_x和SO_x的污染,又可降低微藻高附加值产品的制备成本。然而,烟道气中高浓度的CO2、NOx和SOx会造成培养液的急剧酸化,进而抑制微藻的生长。因此需要耐酸性的微藻适应培养液的酸化环境。[方法]通过调整培养液的初始pH值(3.0),从6株目标微藻中筛选耐酸性最强的微藻,通过添加适量赤霉素进一步提高该株藻的耐酸性。[结果]培养液初始pH 3.0条件下,6株目标藻株中栅藻生长最快,展现较强的耐酸性。0~20mg·L-1赤霉素可促进栅藻的生长,并能将培养液pH值调整到正常值8~9之间,其中10mg·L-1赤霉素促进栅藻的生长最明显。在培养液初始pH 2.5(烟道气通入时的pH)条件下,添加10mg·L-1赤霉素的栅藻经历4-6d适应期后恢复生长,在第10天时生物量(干重)达到0.45g·L-1。[结论]在酸性培养液中,添加赤霉素促进栅藻生长和提高其耐酸性,主要机制是恢复培养液pH到正常值(8~9)。该研究为构建和优化基于微藻培养固定烟道气CO_2,实现NO_X和SO_X的减排提供一定的理论依据。     

杜氏盐藻无菌体系的建立

为建立杜氏盐藻无菌培养体系,试验选用卡那霉素、头孢霉素、氯霉素、链霉素、潮霉素和氨苄青霉素6种抗生素,分别测试盐藻细胞的抗生素耐受性和对盐藻藻液的除菌效果。结果表明,盐藻对氯霉素耐受性低,对头孢霉素和氨苄青霉素的耐受性较高;氯霉素、头孢霉素和氨苄青霉素单独处理对盐藻藻液的抑菌效果明显,卡那霉素、潮霉素和链霉素单独处理的抑菌效果较差;抗生素组合处理对盐藻藻液的除菌效果更强;应用50μg/mL氯霉素、100μg/mL氨苄青霉素和100μg/mL头孢霉素组合,经3次除菌处理和5次继代培养,建立了盐藻无菌培养体系。     

不同下垫面积雪反演参数的率定研究

青藏高原积雪分布及其时空变化对地表能量交换、水文过程以及气候环境变化具有重要影响，通过NDSI指数阈值法从卫星数据中获取积雪覆盖信息是当前主流技术手段，但受限于高原积雪偏浅、消融快、下垫面类型多样和斑块化分布显著等特征，采用NDSI固定阈值往往不能精确提取高原积雪分布状况。文中以青藏高原东部青海省为研究区，利用MOD10A1数据分析典型下垫面类型积雪区的NDSI与站点自动观测雪深间对应关系，以确定不同下垫面类型积雪的判识参数NDSI阈值范围，得出研究区典型下垫面草地、裸地、耕地、城镇用地的积雪反演参数NDSI最优阈值分别为0.32、0.19、0.20、0.36,用Landsat8 OLI数据判识的积雪空间分布作为“真值”对使用NDSI最优阈值判识出积雪的精度进行验证，结果表明草地、裸地、耕地、城镇用地四种下垫面积雪判识提取的总体精度(OA)分别为92.88%、92.56%、97.19%、99.81%,表明考虑不同下垫面类型下的NDSI阈值率定优化可以有效地提高青藏高原地区积雪反演判别精度。     

基于Suomi NPP/VIIRS数据的青海省东部农业区夏季土壤水分监测模型的应用研究

土壤水分是量度干旱程度最重要的指标，如何对其有效监测与预警一直是各界致力解决的重大科学问题。基于Suomi NPP/VIIRS数据的温度植被干旱指数TVDI、归一化植被水分指数NDWI、植被状况指数VCI,分别构建了青海省东部农业区3种土壤水分监测模型，利用连续的野外定点观测数据及生态站点观测数据进行模型检验，并在2017年夏旱过程进行了应用检验。结果表明：2012—2016年模型回代检验中，TVDI指数模型表现最优(RMSE为4.4%),其次为VCI指数模型(RMSE为4.7%),NDWI指数模型表现最差(RMSE为5.2%);2018—2020年夏季互助遥感检验场定点观测检验中，TVDI指数模型表现最好(RMSE为3.8%),VCI指数模型次之(RMSE为5.0%),NDWI指数模型表现最差(RMSE为8.8%);2017年夏季干旱过程中，TVDI指数模型反演的旱情发展过程及分布范围与实际旱情情况相符，而NDWI指数模型反演的旱情分布范围明显偏小，VCI指数模型甚至不能反映旱情缓解、解除期的变化。     

大豆高密度遗传图谱的构建及产量相关性状QTL定位

大豆是重要的粮油作物，而我国大豆主要依靠进口，提高大豆产量对保障国家粮油安全意义重大。为定位大豆产量相关性状，本研究以产量差异显著的东农42和东农50作为杂交亲本，构建了包含168个家系的重组自交系（recombination inbred lines，RILs）群体，对其进行全基因组重测序，构建高密度遗传图谱，并利用R/qtl软件的复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）结合两年六点的大豆产量相关性状表型数据，进行QTL定位。结果表明：利用测序获得的660 316个SNP标记构建了一张分布在20个连锁群的包含6227个bin标记的大豆高密度遗传图谱，总图距和平均图距分别为2739.15 cM，0.44 cM。在12个染色体上定位到22个大豆产量相关性状QTL，四粒荚数、单株荚数、单株粒重和百粒重性状定位到的QTL分别为5、4、5和8个。在3号和19号染色体上各有一段基因组区域在两年间重复定位，涉及6个主效QTL，分别为qNFSP-19-1（22.976%）、qNFSP-19-2（11.977%）、qNFSP-19-3（17.203%）、qHSW-3-1（11.346%）、qHSW-3-2（11.346%）和qHSW-3-3（11.175%），加性效应值均为负值。在3、7、11、12和20号染色体上新定位到7个产量相关性状QTL，其中表型贡献率最高的为qHSW-3-3（14.276%），包含具有重复定位区间的qHSW-3-2和qHSW-3-3。与前人定位的结果相比，更多QTL极大地缩短了定位区间，表明本文报道的高密度遗传图谱更准确，可以为大豆产量相关性状的精细定位、候选基因的挖掘及分子标记辅助育种奠定基础。