黄瓜叶酸合成关键基因克隆与分析

【目的】分析黄瓜基因组中与叶酸合成代谢相关的基因数量、定位以及表达特征,对关键酶基因进行生物信息学分析与克隆,旨在为黄瓜叶酸合成调控研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥叶酸合成相关基因,利用黄瓜基因组数据库中9930_V3版本进行BLAST比对。利用MapChart绘制黄瓜染色体物理图谱并对基因定位。利用qRT-PCR分析这些基因在黄瓜果实发育不同时期和不同材料中的表达量。通过MEGA、WebLOGO、ExPASy等工具对关键酶基因进行生物信息学分析。通过PCR扩增对关键酶基因进行克隆,并测序分析基因的序列差异。【结果】同源比对获得19个黄瓜叶酸代谢相关基因,这些基因不均匀分布在黄瓜7条染色体上,且以Chr.4和Chr.5上分布最多。通过对其中11个调控叶酸合成的基因在测序黄瓜9930果实发育不同时期以及果实叶酸含量高低差异显著的2份材料的表达量分析,发现CsFPGS、CsHPPK/CsDHPS和CsDHNA 3个基因与果实叶酸含量变化趋势完全一致;CsADCS、CsADCL、CsDHNA、CsHPPK/CsDHFS、CsFPGS、CsDHFS等基因的表达量在2份材料中具有显著差异。通过对2个调控叶酸合成限速步骤的关键酶基因CsGCHI和CsADCS的蛋白序列及蛋白结构域分析,发现各物种中CsGCHI的同源基因均具有2个GTP_cyclohydroI结构域;CsADCS的同源基因均具有2个GATase结构域、1个Anth_synt_I_N结构域和1个Chorismate_bind结构域。它们在不同物种中高度保守,进化树分析亲缘关系近的物种聚类到一起。分别扩增黄瓜果实低叶酸含量自交系65G和高叶酸含量自交系02245中CsGCHI和CsADCS的同源基因,序列分析表明CsaV3_1G041250全长为3 012 bp,CDS序列长度为1 413 bp,3个SNP位点的突变导致了氨基酸序列的变异;CsaV3_7G026240全长为3 047 bp,CDS长度1 407 bp,序列无变异;CsaV3_5G036360全长7 941 bp,CDS序列长度为2 706 bp,序列无变异。【结论】鉴定出19个不均匀分布在7条染色体上的黄瓜叶酸代谢相关基因,基因CsFPGS、CsHPPK/CsDHPS 、CsDHNA和CsADCS是影响黄瓜果实叶酸含量变化、导致叶酸含量高低显著差异的关键基因,调控叶酸合成限速步骤的关键酶基因GCHI及ADCS功能相对保守,CsGCHI在65G、02245中有3个SNP位点的突变导致了氨基酸序列的差异。     

草地灌丛化土壤碳氮地球化学循环

灌丛化(shrub encroachment)是全球陆地生态系统重要的生态现象之一,是影响草地碳库的重要过程。灌丛化由全球气候变化、降雨、火烧和生物活动等多因素共同作用形成,对区域环境、气候、土壤性质和碳循环影响显著。目前灌丛化对生态系统的影响仍存在分歧,表现在不同气候和降雨梯度下灌丛化后土壤有机碳/氮储量、养分循环和土壤温室气体排放等差异。本文总结和归纳了灌丛化形成与控制因素、灌丛化对团聚体稳定性、酶活性和土壤碳、氮循环的影响。灌丛化改变了土壤团聚体稳定性和酶活性,进而影响土壤呼吸以及土壤生源物质的存储、分解和循环,这将显著影响区域乃至全球气候变化。因此分析提出,今后应进一步加强对灌丛化形成过程长期的定位观察研究,以便了解灌丛化的可控因素,并加强对灌丛化后土壤有机碳库、土壤团聚体稳定性变化对碳氮循环进程和全球气候变化的影响研究。     

一种安全有效提高虹鳟苗种成活率的技术

为安全有效地提高虹鳟苗种成活率,应用1种生物制剂——抗菌肽对虹鳟苗种进行浸泡处理。通过比较苗种成活率,检测SOD、ALP、CAT、IL、IFN、TNF等6种免疫相关酶表达量,采用扫描电镜检测苗种体表细菌情况,确定抗菌肽浸泡对虹鳟成活率的影响。试验结果显示,自破膜期开始,用40%抗菌肽浸泡10次,试验组6种免疫相关酶表达量明显高于对照组,试验组苗种的成活率高达95%以上,对照组苗种的成活率则低于30%。电镜观察结果显示,试验组仔鱼体表细菌数量显著减少。试验结果表明,用抗菌肽浸泡法能显著提高虹鳟苗种成活率。     

LED补光对水稻秧苗素质及其生理特征和产量的影响

采用发光二极管(light-emitting diode,LED)精确调制光谱能量,研究不同光质对水稻秧苗素质(株高、根长和鲜干重)和生理特征(内源激素、抗氧化酶、可溶性蛋白和丙二醛)的影响,探讨生理特征与秧苗素质和补光移栽后产量的耦合关系。水稻秧苗分别在5种光质下进行补光照射:R (100%红光),B (100%蓝光),RB (80%红光+20%蓝光)RBG_12.5(62.5%红光+25%蓝光+12.5%绿光),RBG₂₅(50%红光+25%蓝光+25%绿光),光量子通量均为1 000μmol·m^-2·s^-1,照射30 d (6 h/d)后采样,并插秧至稻田,以无补光作为对照(CK)。与CK相比,LED补充光源显著(P<0.05)影响水稻秧苗的株高、根长和鲜干重。株高和地上部分干重最大值分别出现在R和RBG_12.5处理,而根长和地下部分干重的最大值均出现在RBG_12.5处理。LED补充光源对内源激素、抗氧化酶、可溶性蛋白和丙二醛的影响程度因光质和植物部位而异。与CK相比,RBG_12.5二显著(P<0.05)提高地上部生长素(IAA)含量和可溶性蛋白含量,B显著(P<0.05)提高地上部超氧化歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量;RBG_12.5和RBG₂₅显著(P<0.05)提高地下部IAA含量,RBC₂₅显著(P<0.05)提高地下部可溶性蛋白含量和MDA含量。补光移栽后水稻产量的变化趋势与光质对水稻秧苗壮苗指数的影响趋势一致:RBG_12.5> RBG25> RB> B> R> CK。逐步回归分析发现,壮苗指数与地上部赤霉素(GA_3)含量和IAA含量及地下部IAA含量和SOD活性显著正相关;补光移栽后产量与秧苗地上部IAA含量及地下部IAA含量和过氧化氢酶(CAT)活性显著正相关。LED补充光源通过调节水稻秧苗生理特征影响其素质,且影响效应延续至水稻成熟期。RBG_12.5光源更利于培育水稻壮苗和水稻增产,适宜用作工厂化育秧的补充光源。     

外源NO及反向调控PEG胁迫下苜蓿萌发种子抗氧化酶及其同工酶动态的研究

以紫花苜蓿为材料,用一氧化氮供体硝普钠(SNP)及一氧化氮清除剂c-PTIO对苜蓿种子进行浸种处理,采用分光光度法和同工酶电泳技术来研究外源NO及反向调控对PEG胁迫下紫花苜蓿抗氧化酶活性及其同工酶的影响,并探讨NO调控苜蓿种子耐旱性的生理机制。结果表明:PEG胁迫下外施0.1 mmol·L^-1 SNP,第6天时较PEG处理POD活性降低了32.72%;第4天时SOD、CAT活性较PEG处理升高了10.48%、23.60%,有效缓解了PEG对紫花苜蓿萌发中种子的氧化损伤,提高其抗氧化能力。PEG胁迫下添加 c-PTIO抑制了苜蓿萌发期的抗氧化系统活性。从同工酶的谱带数量和强弱来看,POD同工酶各区带活力均随PEG胁迫时间的延长而增加,在第2天酶带只有1条,而第4天酶带呈现9条;SOD和CAT同工酶表达量变化不显著,但酶带强弱有一定变化,S3酶带随处理时间的延长表达量逐渐减弱;CAT同工酶谱带则一直保持2条带,无明显强弱变化。因此,外源NO在PEG胁迫下紫花苜蓿萌发中抗氧化酶快速响应并在维护氧自由基代谢平衡中起重要保护作用。     

柑橘褐斑病菌对不同抗性柑橘品种防御酶活性的影响

以柑橘褐斑病高抗品种Lw8,中抗品种L2,高感品种Lw14为实验材料,通过孢子喷雾法使柑橘褐斑病菌感染柑橘叶片,研究接菌0d、1d、2d、3d、6d、8d、10d时,柑橘叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、几丁质酶(CHT)酶和β-1,3葡聚糖酶(GLU)含量及活性变化规律与品种抗病性的关系。结果表明,接种前,两个抗病品种Lw8、L2中的POD、SOD、PAL、PPO 、GLU、CHT活性显著高于高感品种Lw14,CAT活性则与高感品种Lw14相近；接种后,3个不同抗性品种中SOD、POD、CAT、PAL、PPO 、GLU、CHT 7种防御酶活性较对照明显提高,但不同品种增加幅度不一致,除CAT外,其余6种防御酶活性均表现为抗病品种Lw8、L2增幅显著高于高感品种Lw14,且两个抗病品种一般在接菌3d内6种防御酶活性迅速升高并达到峰值；而高感品种Lw14防御酶(除CAT外)活性或增幅较小或较两个抗病品种滞后。本研究初步探讨了不同抗性品种接种褐斑病菌后7种防御酶的活性动态变化与柑橘品种抗病性关系,为进一步研究其抗病机理奠定基础。     

干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响及其生理原因分析

【目的】旨在阐明全生育期干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响。【方法】以抗旱性差异显著的4个水稻品种(籼稻扬稻6号和两优培九,粳稻旱优8号和镇稻88)为材料,以常规水层灌溉(CI)为对照,在盆栽条件下研究了轻干湿交替灌溉(WMD)和重干湿交替灌溉(WSD)对水稻产量、根系、叶片及籽粒部分生理特性的影响。【结果】与CI相比,WMD处理下抗旱性较强品种扬稻6号和旱优8号产量分别提高6.90%和7.45%,抗旱性较弱品种两优培九和镇稻88产量分别降低7.28%和8.10%。WSD处理下,4个水稻品种的产量均显著下降,抗旱性较弱的品种产量降幅远高于抗旱性较强的水稻品种。WMD处理下,扬稻6号和旱优8号复水后根系氧化力、根系与叶片细胞分裂素(玉米素+玉米素核苷)含量、叶片光合速率和籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶的活性均较CI有不同程度提高,而两优培九和镇稻88上述指标则与CI持平或有不同程度降低。WSD处理下,4个品种上述指标均较CI不同程度降低。【结论】轻干湿交替灌溉条件下,根系活性强、叶片细胞分裂素含量和光合速率高、籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性强是抗旱性较强水稻品种的基本生理特征。     

Antioxidant activity and lipid peroxidation in Artemia nauplii enriched with DHA‐rich oil emulsion and the effect of adding an external antioxidant based on hydroxytyrosol

Artemia nauplii catabolize polyunsaturated fatty acids (PUFA); in particular, they retroconvert docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n‐3), so enrichment is a continuous quest towards increasing PUFA through the use of PUFA‐rich enrichment products. However, optimal conditions during enrichment (aeration, illumination and temperatures around 28°C) tend to accelerate autoxidation of PUFA and the formation of potentially toxic oxidation products. Water‐soluble antioxidants like the polyphenolic compound hydroxytyrosol (3,4‐dihydroxyphenylethanol), a polar molecule found in the water fraction resulting after the milling process of olives, arise as promising compounds to prevent oxidation during Artemia enrichments. We investigated the antioxidant activity and lipid peroxidation in Artemia nauplii during enrichment and the effect of adding an external antioxidant based on hydroxytyrosol during the enrichment with a PUFA‐rich emulsion (M70). For this purpose, the activity of antioxidant enzymes (catalase, superoxide dismutase, glutathione‐S‐transferase, glutathione peroxidase), as well as lipid peroxidation, was determined in enriched and unenriched Artemia nauplii. To validate antioxidant activity and lipid peroxidation, in a first experiment, nauplii were enriched with microalgae (Tetraselmis suecica), yeast (Saccharomyces cerevisiae) and M70 emulsion. In a second experiment, enrichment with a commercial emulsion (DC Super Selco), M70, and a combination of M70 and hydroxytyrosol (Hytolive, HYT) added as an external antioxidant were performed. The combination of M70 with HYT produced the best results, in terms of activity of antioxidant enzymes. The analysis of the fatty acids from total lipids showed that the addition of hydroxytyrosol preserved the DHA percentage of enriched nauplii.     

不同品种藜麦苗期对海拔变化的生理响应

为研究不同品种藜麦幼苗对海拔梯度变化的生理响应机制,本试验以4个藜麦品种—‘陇藜1号’、‘陇藜2号’、‘陇藜3号’及‘陇藜4号’为材料,选取甘南州临潭县3个不同海拔(2380 m,2580 m,2780 m)分布区为试验地。通过测定幼苗生物量及生理生化指标,分析不同藜麦品种幼苗在不同海拔试验区的生理响应机制,为建立藜麦品种和环境相适宜的评价体系提供参考依据。结果表明,随海拔升高,藜麦叶片叶绿素、可溶性蛋白以及抗坏血酸过氧化物酶(APX)含量逐渐降低,海拔2780 m最低;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)逐渐升高,在海拔2780 m达到最大值;超氧阴离子(O2·-)产生速率呈现先升高后降低的趋势。不同藜麦品种幼苗生物量随着海拔的升高逐渐降低。说明高海拔下太阳辐射强度增大、温度降低,导致藜麦幼苗植株抗氧化酶活性升高以清除多余活性氧(ROS)自由基,使得植株能够适应高海拔环境而正常生长,但生物量较低海拔仍有降低。因此,不同品种藜麦在低海拔地区受到的胁迫较低,虽然在高海拔区域胁迫加剧,但藜麦幼苗可以正常生长并进行干物质的积累。     

Exogenous xylanase improves growth,protein digestibility and digestive enzymes activities in Nile tilapia,Oreochromis niloticus,fed different ratios of fish meal to sunflower meal

A 3 × 2 factorial experiment was designed to evaluate the effect of different ratios of fish meal (FM): sunflower meal (SFM) with or without exogenous xylanase supplementation on growth, feed utilization, digestive enzymes activities, apparent digestibility, intestinal and liver morphology and chemical composition of Nile tilapia, Oreochromis niloticus. Three isonitrogenous (329.80 g/kg of crude protein) and isoenergetic (18.46 MJ/kg gross energy) experimental diets were formulated as SFM₁ (FM:SFM = 2:1), SFM₂ (FM:SFM = 1:1) and SFM₃ (FM:SFM = 1:2) based on protein content. Each diet was supplemented with 0 or 0.5 g/kg of exogenous xylanase and was fed to triplicate groups of twelve fish (with initial weight, 1.31 ± 0.02 g) for 84 days. After 84 days of feeding period, the highest weight gain, specific growth rate, protein efficiency, protein productive value and the best feed conversion ratio were recorded in fish fed either SFM₁ or SFM₂ supplemented with exogenous xylanase. Whereas lowest growth performance was recorded in fish fed SFM₂ and SFM₃ un‐supplemented with xylanase. The highest activities of chymotrypsin, trypsin, lipase, amylase, alkaline phosphatase and cholecystokinin were observed in fish fed SFM₁ and SFM₂ diets supplemented with xylanase. The highest ADCs of dry matter, protein, lipid and digestible energy were recorded in fish fed SFM₁ and SFM₂ diets supplemented with exogenous xylanase. Supplementation of exogenous xylanase improved muscularis mucosa thickness, height of mucosal folds and enterocytes of intestinal fish. Addition of exogenous xylanase increased the calcium and phosphorus retention. Results of this study indicated that the addition of exogenous xylanase to diet containing high inclusion level of sunflower meal improved growth, digestive enzymes, nutrient digestibility, histological morphometric of liver and intestine and nutrient retention.