巨菌草分子研究及生态修复应用的进展

巨菌草具有生长速度快、生物量大、抗逆性强、适应性广等诸多优点,已作为优质牧草和生态治理材料被广泛栽培应用,特别是在生态脆弱区和重金属污染区修复方面获得了良好的成效。由于巨菌草引进我国时间较晚,关于巨菌草分子生物学方面的研究较少。对巨菌草的遗传分子标记、转录组学、抗逆等分子领域的研究进展及其在生态修复治理中的应用进行综述,以期为深入挖掘巨菌草的饲用价值和生态修复价值提供参考。     

川中丘陵地区不同生长高度巨菌草的营养成分比较分析

为研究川中丘陵地区不同生长高度巨菌草(Pennisetum giganteum)的营养成分变化规律,对生长高度分别为50～100 cm、100～150 cm、150～200 cm、200～250 cm的巨菌草取样,测定其常规营养成分、维生素、氨基酸以及单宁含量。结果显示:巨菌草的干物质、粗灰分、粗纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素含量随生长高度的增加极显著增加(P0.01),总能和中性洗涤纤维含量随生长高度的增加而显著增加(P0.05),粗蛋白质含量则随生长高度的增加极显著下降(P0.01)。150～200 cm和200～250 cm巨菌草的粗脂肪含量显著高于50～100 cm和100～150 cm巨菌草(P0.05)。不同生长高度的巨菌草钙、总磷含量差异不显著(P0.05)。巨菌草的第一限制性氨基酸为异亮氨酸,必需氨基酸、非必需氨基酸以及总氨基酸含量随巨菌草生长高度的增加而下降,以50～100 cm巨菌草最高,并且极显著高于其他生长高度巨菌草(P 0.01);50～100 cm巨菌草的(甜味氨基酸+酸鲜味氨基酸)/苦味氨基酸值最高。必需氨基酸/非必需氨基酸、必需氨基酸/总氨基酸、必需氨基酸/粗蛋白质值随巨菌草生长高度的增加而降低。β-胡萝卜素、维生素C、维生素B6含量随巨菌草生长高度的增加而增加。单宁含量随巨菌草生长高度的增加而降低。本研究结果表明,川中丘陵地区巨菌草与其他地区巨菌草的部分营养成分变化规律不同。单胃动物宜选择生长高度100 cm以下的巨菌草,反刍动物选择生长高度100 cm以上的巨菌草较适宜。     

化肥减量配施菌草固氮菌肥对巨菌草生长、营养品质及土壤养分的影响

生物肥料替代部分化肥在植物种植中发挥了重要作用.利用从巨菌草根部筛选的优良内生固氮菌株制作菌草固氮菌肥,并进行田间随机完全区组试验,设不施肥(空白对照,CK0),灭菌的菌草固氮菌肥(基质对照,CK1),全量化肥(FHF),菌草固氮菌肥(T1),菌草固氮菌肥+75％化肥(T2)共5个处理,研究其对巨菌草生长、产量、营养品...     

玉米粉对西藏巨菌草青贮发酵品质及微生物多样性的影响

试验旨在探究添加不同比例玉米粉对西藏地区巨菌草青贮发酵品质和微生物多样性的影响。试验以西藏地区种植的巨菌草为原料,设置4个青贮组,分别在巨菌草中添加0、5%、10%、15%玉米粉,每组设置5个重复。青贮60 d,取样测定青贮饲料发酵品质,利用16S rRNA测序技术分析巨菌草青贮微生物多样性。结果显示,添加玉米粉未显著改变巨菌草青贮饲料的干物质、粗蛋白、粗脂肪的含量及pH值,但显著降低了巨菌草青贮饲料的粗纤维和粗灰分含量（P<0.05）;巨菌草青贮饲料中添加玉米粉可改善青贮饲料的感官品质。微生物多样性测定结果显示,添加玉米粉可提高巨菌草青贮饲料中厚壁菌门、乳杆菌属和明串珠菌属的相对丰度。研究表明,添加玉米粉可以改善巨菌草青贮饲料的感官品质,提高青贮发酵品质。     

巨菌草等3种牧草育肥绵羊饲喂试验

以巨菌草(Pennisetum giganteum)、燕麦草(Avena fatua)和披碱草(Elymus)为原料设置三个处理,在同等饲养管理水平和同等精料水平下,开展饲喂绵羊增肥试验。结果表明,巨菌草、燕麦草和披碱草饲喂绵羊平均日采食量分别为1.93kg、2.41kg和1.83kg,平均日增重量分别为0.1400kg/d、0.1595kg/d和0.1006kg/d,饲草转化率分别为7.2435%、6.6117%和5.5128%。经方差分析,燕麦草平均日采食量在0.05水平上显著高于巨菌草和披碱草,巨菌草饲草转化率显著高于燕麦草和披碱草(P0.05)。从经济效益分析来看,饲喂巨菌草和燕麦草其经济效益显著高于披碱草(P0.01),而饲喂巨菌草和燕麦草间差异不显著。综上所述,饲喂巨菌草转化率更高,经济效益更显著,饲喂效果更佳。     

三种不同青贮饲料饲喂育肥牛羊对比效果试验

巨菌草引进种植示范项目是福州市与定西市东西部扶贫协作重点项目之一,为研究巨菌草在定西地区种植的适应性和在畜牧业生产中的实际效果,2017年定西市渭源县首次引进种植巨菌草。为了评定青贮巨菌草饲喂价值,我们对青贮巨菌草与青贮全株玉米、青贮饲用甜高粱进行了饲喂育肥牛、育肥羊对比试验,初步探讨青贮巨菌草的饲喂效果,为下一步推广应用巨菌草提供依据。     

乐斯福酵母及纤维素酶对巨菌草青贮品质影响

为探究不同添加水平乐斯福酵母和纤维素酶对巨菌草青贮品质的影响,将两种添加剂分别设置4个添加水平:0、0.25%、0.50%和0.75%。室温保存30 d,进行青贮品质测定。结果表明,添加乐斯福酵母感官测评以0.75%添加水平为优良,添加纤维素酶感官测评均为优良,其中以0.50%添加水平相对较好。添加0.75%乐斯福酵母的巨菌草青贮DM,CP,挥发性脂肪酸均显著高于对照组(P0.05),NDF含量以及pH值均显著低于对照组(P0.05);于此同时,添加0.50%纤维素酶的巨菌草青贮中,DM、CP、乙酸以及总VFA含量均显著高于对照组(P0.05),ADF含量和pH值均低于对照组(P0.05)。试验结果表明,巨菌草青贮中添加乐斯福酵母和纤维素酶均能提高巨菌草的青贮品质,其中乐斯福酵母以0.75%添加水平效果相对较好,纤维素酶以0.50%添加效果较优。     

巨菌草诱导培养基的筛选及优化

巨菌草(Pennisetumsp.)属单子叶禾本科狼尾草属植物,可作为动物饲料和多种食用菌的培养基质,在中国及非洲广泛种植,然而不耐寒的特性限制了其推广应用。要克服其遗传缺陷,需借助转基因或体细胞杂交等技术,因此,必须建立巨菌草的组织培养体系。本研究以巨菌草幼茎为材料,研究了巨菌草外植体的消毒方式和2,4-D、IAA与NAA,细胞分裂素(6-BA和KT)的不同浓度及组合对愈伤组织诱导的影响。结果表明,用75%酒精擦拭剥离后的叶鞘,再用2%的次氯酸钠溶液消毒10 min就能达到理想的消毒目的。1.0~4.0 mg·L-1的2,4-D都可以诱导出愈伤组织,且各浓度间无显著差异(P0.05);0.2mg·L-1 IAA对愈伤组织诱导有较好的促进作用;不同细胞分裂素对愈伤组织诱导没有明显促进作用。巨菌草愈伤组织诱导的最佳培养基配方是MS+2,4-D(3.0mg·L-1)+IAA(0.2mg·L-1)。     

3种粗饲料配比巨菌草对饲粮组合效应的影响

为了探讨玉米(Zea may)秸秆、小麦(Triticum aestivum)秸秆、苜蓿(Medicago sativa)干草配比巨菌草(Pennisetum giganteum)对饲粮组合效应的影响,试验利用体外发酵法测定在精粗比为40:60时,精料:玉米秸秆(小麦秸秆或苜蓿干草):巨菌草比例分别为40:60:0、40:50:10、40:40:20、40:30:30、40:20:40、40:10:50、40:0:60的21种饲料组合及5种单一原料(精料、玉米秸秆、小麦秸秆、苜蓿干草、巨菌草)分别培养2、4、6、8、12、24、36、48 h并计算其产气量,培养结束后的上清液用于pH、氨态氮和总挥发性脂肪酸含量的测定,发酵后的残渣用于干物质降解率的测定,并计算各指标的单项组合效应指数和多效组合效应指数。从单一原料发酵48 h结果来看,产气量表现为精料>苜蓿干草>小麦秸秆>巨菌草>玉米秸秆;从组合类型来看,各个时间段的平均产气量为：精料+苜蓿干草+巨菌草组合>精料+小麦秸秆+巨菌草组合>精料+玉米秸秆+巨菌草组合。精料+苜蓿干草+巨菌草组合类型中,发酵...     

巨菌草加工处理及其在畜禽养殖中的应用研究进展

近年来,畜禽养殖业的快速发展使得“人畜争粮”矛盾加剧,因此,从事畜禽养殖的人员必须树立“大食物观”,全方位、多途径发掘饲草资源。巨菌草因产量高、生长快、营养丰富、适口性好已经成为畜禽饲草资源研究的热点。文章综述了巨菌草的生物学特性、不同加工处理方式对巨菌草营养价值的影响及巨菌草在畜禽养殖中的应用,旨在为巨菌草在畜禽养殖业中的推广应用提供理论基础。     

不同品种紫花苜蓿转录组分析及营养品质差异的探讨

为了丰富紫花苜蓿转录组数据信息,找出不同品种紫花苜蓿的差异基因及代谢通路。通过Illumina HiSeq 4000平台对准格尔和WL319HQ的苜蓿叶片的RNA文库进行de novo组装。得到了约39G总的核苷酸,2亿多个reads,组装得到66734个Unigenes,平均长度为869 bp。将所得到的Unigenes与NCBI nonredundant protein(Nr),A manually annotated and reviewed protein sequence database(Swissprot),Clusters of eukaryotic orthologous groups(KOG)和Kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)数据库比对,分别获得44888(67.26%),29190(43.74%),24844(37.23%)和15647(23.45%)条序列的注释信息。在2个紫花苜蓿叶片中找到1098个差异表达基因 (DEGs) ,其中有706个上调,392个下调(准格尔-vs-WL319HQ)。对其差异基因做了Gene ontology(GO)功能分析和KEGG途径分析,初步分析了2个品种营养品质差异的内在原因。极大地丰富了紫花苜蓿转录组数据信息,为今后紫花苜蓿的转录组测序提供理论依据,同时为紫花苜蓿生产实践提供参考。     

解淀粉芽孢杆菌DGL1促燕麦生长分子机制及代谢通路探究

分离自青海大格勒干旱沙地的解淀粉芽孢杆菌DGL1(Bacillus.amyloliquefaciens)被证实能够促进青海本地燕麦(Avena sativa)品种‘青燕1号’的生长。为了揭示DGL1促进燕麦生长的分子机制,本研究通过Illumina高通量转录组测序技术分析燕麦根部与菌株DGL1菌悬液分别互作2h,4h,8h,12h的处理组与对照组(CK)间的转录组差异表达基因,并通过GO富集、KEGG Pathway富集分析燕麦地上部分差异表达基因的相关代谢通路及关键基因。结果表明：燕麦根部与DGL1菌悬液互作2h,4h,8h和12h,燕麦叶部分别有1894,6130,8033和12215个差异表达基因,显著富集在氨基酸代谢、植物光合作用、次级产物代谢通路和与燕麦生长发育调控等相关代谢途径;通过KEGG富集分析发现IAA合成的色氨酸代谢途径中生长素早期响应蛋白编码基因AUXI、茉莉酸信号途径中核心受体编码基因COI1,铵转运蛋白编码基因AMT等基因显著上调,推测菌株DGL1对燕麦的促生机制是通过促进燕麦光合作用、激素代谢、次生代谢物合成、氨基酸代谢等多个途径相互协调的结果。     

基于高通量测序的水貂胚胎滞育期和激活期卵巢转录组分析

试验旨在获取胚胎滞育期与激活期水貂卵巢组织的转录组信息，挖掘滞育的胚胎激活前后水貂卵巢差异表达基因（DEGs）及其功能信息，为探讨卵巢信号调控水貂胚胎滞育的分子机制提供参考。随机采集8只健康雌性水貂（胚胎滞育期和激活期各4只）的卵巢组织为样本，利用Illumina HiSeq平台RNA-Seq技术对其进行转录组测序，筛选在水貂胚胎滞育期和激活期卵巢中的DEGs并进行生物信息学分析。结果显示，测序获得661 195 568个raw reads，经过滤后获得650 834 900个clean reads，组装后得到389 895个unigenes，通过与Nr、GO、KOG和KEGG数据库比对，对unigenes进行注释，其中Nr数据库注释了156 419个unigenes；GO数据库注释了122 657个unigenes；KOG数据库注释了58 320个unigenes；KEGG数据库注释了72 653个unigenes。滞育期和激活期卵巢中有1 797个DEGs，与胚胎滞育期水貂卵巢相比，激活期卵巢有1 298个DEGs显著上调，499个DEGs显著下调。GO功能分析发现，DEGs显著富集的生物学过程主要有跨膜信号受体活性、信号受体活性、G蛋白偶联受体活性、酶联受体蛋白信号通路、细胞表面受体信号通路、细胞周期阻滞、芳香酯酶活性。KEGG通路分析发现，水貂滞育期和激活期卵巢中的DEGs显著富集于神经活动配体-受体相互作用信号通路。本研究利用高通量测序技术获得水貂胚胎滞育期与胚胎激活期卵巢的转录组信息，为深入探究水貂卵巢调节胚胎滞育的分子机制奠定了基础。     

基于转录组测序的高羊茅分蘖与株高相关差异表达基因分析

分蘖与株高是禾本科草类植物重要的农艺性状,明确参与调控分蘖与株高的基因类型对牧草和草坪草分子辅助育种具有重要意义。以表型差异明显的两个高羊茅品种“Kentucky-31”（K31）和“Regenerate”为材料,旨在构建高羊茅分蘖节转录组图谱,挖掘在分蘖节部位调控生长发育相关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）。基于高通量测序技术平台Illumina HiSeq 2500×Miseq 300进行转录组测序,并将得到的数据进行de novo组装,结果共获得77872条单基因簇（unigene）。将获得的unigenes与非冗余蛋白数据库（non-redundant protein database,NR）、蛋白质数据库（universal protein,Uniprot）、基因本体数据库（gene ontology,GO）、东京基因与基因组数据库（kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）以及直系同源蛋白簇（clusters of orthologous groups,COG）数据库进行比对,结果显示：分别有59927、40213、44447、15146和13767条unigenes成功获得注释。“Regenerate”与“K31”对比有1573个上调DEGs和1441个下调DEGs。GO富集分析发现,DEGs主要富集在细胞、细胞组分、大分子复合物组装等生物过程。DEGs中共注释到42个差异表达转录因子,主要包括TCP、WRKY和ARF等19种类型。还注释到与8类植物激素相关的DEGs,包括生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素、乙烯、油菜素甾醇、水杨酸和茉莉酸。利用实时荧光定量PCR对DEGs进行表达模式验证,发现其与RNA-Seq测序结果一致,证实了测序结果的准确性。研究结果丰富了高羊茅的转录组序列资源,初步获得控制株高及分蘖发育的候选因子,为进一步开展基因功能及分子育种研究提供了理论支持。     

甘草幼苗响应干旱胁迫的光合、抗氧化特性及转录组分析

为探究乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis)对干旱胁迫的生理及分子响应机制,本研究采用聚乙二醇6000 (polyethylene glycol 6000, PEG-6000)模拟干旱的方法,测定乌拉尔甘草幼苗光合指标和抗氧化酶活性,并进行转录组测序分析。结果表明：干旱胁迫至7 d时,甘草的净光合速率(net photosynthetic rate, Pn)、气孔导度(stomatal conductance, Gs)、蒸腾速率(transpiration rate, Tr)到达最低值。相对叶绿素含量(soil and plant analyzer develotrnent, SPAD)表现为先上升后下降。干旱引起甘草的氧化应激,处理1 d时提高了叶片中过氧化氢酶(catalase, CAT)活性,降低了根中CAT活性。处理7 d时提高了根中过氧化物酶(peroxide, POD)活性,降低了根中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性。转录组分析结果显示,甘草地上部分和地下部分分别有差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs) 7 500和5 298个;基因本体(gene ontology, GO)富集结果表明,地上和地下两部分的DEGs在三大类的分布基本一致,均被显著富集到细胞过程、代谢过程、细胞结构、催化活性、转导活性等功能;京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)代谢途径富集分析表明,地上部分和地下部分DEGs均显著富集在转录因子、蛋白激酶、苯丙烷类生物合成和细胞色素P450等代谢途径。转录调控网络分析预测表明,ERF (ethylene responsive factor)、bHLH (basic helix-loop-helix)、NAC (NAM/ATAF/CUC)、MYB (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)和WRKY 类转录因子可能与甘草次级代谢产物相关基因存在转录调控关系。综上,本研究揭示了干旱胁迫对甘草生理特性的影响,分析了不同部位基因的表达,可为今后研究甘草抗旱机制提供有价值的信息。     

C型产气荚膜梭菌外毒素致小鼠肠道损伤的转录组分析

旨在探索产气荚膜梭菌外毒素造成机体炎性损伤及免疫调控紊乱的毒性机制,为产气荚膜梭菌病的致病机理研究提供理论基础。将C型产气荚膜梭菌强毒株C59-2培养上清腹腔注射BALB/c小鼠,采集小肠样本进行转录组测序,筛选差异表达基因,并对其进行GO功能注释和KEGG通路富集分析。结果显示,共获得40.99 Gb有效碱基,筛选后共得到795个差异表达基因,其中,229个基因表达上调,566个基因表达下调,对随机选取的10个基因进行q-PCR验证,其相对表达量与转录表达谱一致。GO功能注释主要涉及G蛋白偶联核苷酸受体活性和G蛋白偶联嘌呤核苷酸受体活性等。KEGG通路富集分析发现,主要富集在TNF信号通路、IL-17信号通路、p53信号通路、FOXO信号通路、Toll样受体信号通路、NF-κB信号通路等。产气荚膜梭菌外泌毒素侵入机体,会激活TNF等炎性信号通路,进而造成肠道发生炎性损伤甚至坏死。     

紫花苜蓿耐苏打盐碱相关基因的转录组学分析

为了揭示紫花苜蓿适应苏打盐碱环境胁迫机制,本试验采用Illumina HiSeq 4000测序技术对紫花苜蓿叶片进行转录组测序并对基因进行功能预测,测序共获得91 853个Unigenes,总碱基数为65 369 474 bp。Unigenes序列长度分布显示,测序质量较好,可信度高,其中,45 540个Unigenes与其它生物的基因有不同程度的同源性,通过GO,COG及KEGG数据库注释,将Unigenes具体定位到次生代谢物的生物合成途径、抗生素合成途径、光合作用途径等。紫花苜蓿叶片苏打盐碱胁迫响应中GH3,MYB,HSF等转录因子均发生不同程度的上调,而EREBP转录因子总体受到抑制,同时候选了4CL,PP2C基因及相关转录因子。从91 853个Unigenes中共检测到10 949个SSR位点,包括6类核苷酸基序,A/T出现频率最高,其次为AG/CT和AAG/CTT。qRT-PCR荧光定量检测5个基因的表达趋势与RNA-Seq分析结果一致,证明RNA-Seq测序的可靠性。本研究通过对紫花苜蓿转录组研究,为优质牧草的分子生物学研究提供数据库来源。