根际生命共同体：协调资源、环境和粮食安全的学术思路与交叉创新

植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而,当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题,本文提出"根际生命共同体(Rhizobiont)"学术思路,围绕"根际互作与养分高效"这一重大科学命题,构建"植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物"根际生命共同体理论体系,突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制,阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制,建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径,开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域,根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题,支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容,尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。     

中国硬叶兜兰主要分布区居群表型多样性分析

研究基于硬叶兜兰(Paphiopedilum micranthum)表型变异,通过相关性、主成分以及聚类等分析,对9个硬叶兜兰野生居群的22个表型性状指标进行了调查研究,探究硬叶兜兰居群间及居群内表型多样性,为硬叶兜兰资源的进一步保护和利用奠定基础。结果表明:硬叶兜兰在居群间具有丰富的表型多样性,居群内变异较少。平均表型分化系数(Vst)为64%,居群间表型分化高于居群内表型分化。22个性状的平均变异系数(CV)范围为9.52%～31.48%,9个居群平均变异系数为14.55%～18.51%,在表型间差异显著,在居群间差异不显著。主成分分析表明,花纵径等花部性状和株高等营养性状是硬叶兜兰变异的主要因素。Pearson相关性分析表明,株高、中萼片长和花瓣长与大部分性状都呈现显著正相关;冠幅、叶片数等营养性状与海拔存在显著正相关性,而花横径、花纵径等生殖性状与海拔存在显著或极显著负相关性。聚类分析结果表明,9个居群可以聚类为3个类群,和硬叶兜兰地理分布距离一致。     

硫磺对苹果连作土壤环境及平邑甜茶幼苗生长的影响

以盆栽的试验方式,研究了在老龄苹果园土壤中添加不同量(0、0.1、0.3、0.5 g·kg^-1)的硫磺对土壤微生物环境及再植平邑甜茶(Malus hupehensis Rehd.)幼苗的影响,为减轻苹果连作障碍提供理论依据。温室和露地盆栽结果显示:硫磺对改善连作土壤环境及促进平邑甜茶幼苗的生长具有良好的效果,但不同添加量促进效果不尽相同,其中以0.3 g·kg^-1的促进效果最为显著。与对照相比,0.3 g·kg^-1的硫磺处理浓度下平邑甜茶幼苗株高、地径、鲜质量、干质量分别增加了60.83%(26.03%,露地数据,下同)、26.78%(19.66%)、73.44%(62.15%)和93.32%(72.93%);根长、根表面积、根体积、根尖数、根系呼吸速率提高了1.47倍(1.82倍)、2.28倍(2.05倍)、2.05倍(2.74倍)、1.73倍(1.67倍)、2.12倍(1.98倍)。硫磺处理后叶片叶绿素含量、光合参数、土壤酶的活性均有不同程度提高。0.3 g·kg^-1硫磺处理具有最高的细菌与真菌...     

‘越心’草莓组培突变体着色差异的分子机理初探

初步探讨了在‘越心’草莓(Fragaria×ananassa‘Yuexin’)茎尖离体培养再生植株中发现的稳定变异突变体着色差异的分子机理。分析结果显示,突变体与‘越心’在植株形态、始花期、始果期、始熟期、单果质量、平均株产、果形、风味等方面均无明显差异;而突变体外果皮色泽较淡,L*值较高,a*值较低,H色度角值较大,颜色指数CIRG显著小,且果肉不着色(‘越心’果肉红色)。突变体果实总花青苷含量为‘越心’的13.2%,其中以天竺葵素–3–O–葡萄糖苷(Pg3G)含量差异最大,突变体Pg3G含量仅为‘越心’的12.9%。花青苷合成途径结构基因FaF3H、FaCHS、FaDFR、FaANS、FaCHI、Fa3GT的表达水平在突变体中显著降低,这可能是突变体成熟果实花青苷水平显著低于‘越心’的直接原因。FaMYB10和FaMYB1在突变体中的表达水平显著下降,且FaMYB10在几个主成分中的特征向量绝对值均显著较高,进一步证实了MYB10是草莓成熟过程中花青苷合成的类黄酮或苯丙烷类化合物途径主要调节因子之一。提取叶片基因组DNA进行基于KASP标记的基因分型结果显示,74对KASP引物在‘...     

不同产地烤烟细菌群落组成与结构研究

为研究不同产地C2F等级烤烟表面细菌微生物的组成和结构,利用高通量测序技术测试了6个不同产地的C2F等级烤烟在醇化初期烟叶表面可培养细菌的组成和结构。结果表明：6个不同产地的烟叶样品表面分别检测到55、39、33、26、24和15个OTU,其中6个烟叶样品共同的OTU为6个。在属分类水平上,大部分烟叶表面可培养的优势细菌微生物是芽孢杆菌属（Bacillus）,部分烟叶表面活跃着肠杆菌属（Enterobacter）,伯克霍尔德菌属（Burkholderia）和罗尔斯通菌属（Ralstonia）。不同品种和产地的烤烟表面细菌结构具有明显差异,同一品种不同产地的烤烟表面细菌结构也存在明显差异。研究结果为利用细菌微生物醇化不同产区烟叶,提高烟叶品质、优化烟叶醇化流程提供理论依据。     

CW-MFC系统启动过程中溶解有机物的荧光光谱解析

为判断CW-MFC反应器运行状态提供一种简单且快速的监测方法,利用三维荧光光谱法研究人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）启动过程中溶解性有机物（DOM）的光谱特征。结果显示CW-MFC反应器启动阶段的循环进水周期内类蛋白质峰荧光逐渐变弱,说明反应器内部微生物有较好的活性,而类腐殖质和类富里酸峰荧光呈现逐渐增强的趋势。同时,随着驯化时间的推移,在连续流进水周期内系统的输出电压基本维持在300 mV左右,COD、NH₄⁺-N、TP的平均去除率也逐渐趋于稳定,分别为82.66% ± 4.47%、73.52% ± 6.95%和55.42% ± 8.59%。并通过比较反应器的出水中DOM组分荧光强度得分值,发现从启动到稳定运行的过程中反应器内部微生物的活性和代谢逐渐稳定,说明利用三维荧光光谱技术判断反应器是否运行稳定具有可行性。     

罗氏沼虾细胞色素P450家族CYP302a1基因克隆及其在蜕皮周期中的表达

蜕皮是甲壳动物重要的生理活动,与其蜕皮激素的合成密切相关,细胞色素P450(CYP)302a1是甲壳动物蜕皮激素合成通路中的关键酶之一。本研究克隆了罗氏沼虾CYP302a1基因(Mr-CYP302a1),cDNA全长1 859 bp,开放阅读框(ORF)为1 629 bp,编码543个氨基酸(aa),分子量大小为61.09 ku,等电点为8.42。氨基酸序列分析显示CYP302a1基因的保守结构域含有5个P450基因家族特征保守区域:heme-binding、helix-K、helixC、helix-I及PERF。系统进化分析结果显示Mr-CYP302a1首先与绿虾CYP302a1聚为一支,然后与凡纳滨对虾及三疣梭子蟹等十足目甲壳动物的CYP302a1聚为一支,与甲壳动物的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测表明Mr-CYP302a1在罗氏沼虾的多个组织中均有表达,其中在Y器官中的表达量最高,性腺中次之。同时研究发现,MrCYP302a1基因在罗氏沼虾的蜕皮后期(A期和B期)表达量很低,蜕皮间期(C期)表达量开始上升,在蜕皮前期D1亚期达到峰值。对Mr-CYP302a...     

豆粕对乌鳢肠道菌群组成及微生物氨基酸代谢酶活性的影响

为研究豆粕替代鱼粉对乌鳢生长、肠道菌群组成和微生物相关氨基酸代谢酶活性的影响,分别用豆粕替代0、25%、50%和75%的鱼粉配制4组等氮等能的饲料饲喂初始体质量为(8.65±0.25) g的幼鱼(分别命名为G1、G2、G3和G4组),养殖实验在室内纤维玻璃钢桶中进行,实验周期为21 d。结果显示,各组间幼鱼成活率无显著性差异;G4组乌鳢幼鱼的生长性能显著低于G1和G2组,而G3组幼鱼生长性能与其余3组差异不显著。厚壁菌门在G1和G2组乌鳢肠道中的比例显著高于G3组,且在G4组中的比例最低;变形菌门在G1和G2组中的比例显著低于G3和G4组;G4组中乳球菌属、杆菌属、假单胞菌属、链球菌属、芽孢杆菌属和不动杆菌属的比例显著低于其余3组。另外,G4组幼鱼肠道微生物谷丙转氨酶、腺苷脱氨酶活性显著高于其余3组,而G1组乳酸脱氢酶的活性最高。研究表明,豆粕替代鱼粉除了对乌鳢幼鱼的生长产生影响外,也显著影响了肠道微生物组成及微生物相关氨基酸代谢酶的活性,本研究结果对于从微生态角度进一步理解豆粕在乌鳢配合饲料中的应用提供了理论依据和参考。     

灰海马染色体制备及核型分析

为了解灰海马的细胞遗传学特征,便于今后开展灰海马的种质评价与鉴定、规模化人工繁育、亲缘关系研究及人工选育等工作,实验以雌雄灰海马的背鳍为材料,采用秋水仙素浸泡和常规热滴片法制备染色体标本。借助Photoshop图像软件,将同源染色体配对、拼贴,做出染色体核型图。采用Image J软件的自定义曲线测量功能,以着丝粒的中心位置为起点,顺着染色体弯曲的形态,到染色体臂末端为终点,测量线段长度,得出图片中染色体的臂长,根据相同放大倍数下标尺的测量值,换算出染色体的实际臂长。根据臂比值,将染色体进行配对、分类后,得出灰海马的染色体核型公式。结果显示,灰海马的背鳍组织可作为其染色体制备的理想材料,实验选用的染色体制备方法能获得图像清晰、形态良好的细胞分裂相。此法简单、效果好,解决了海龙科鱼类染色体制备的难题;灰海马具有22对染色体,二倍体染色体数目2n=44,雄鱼的染色体核型公式为2n=2sm+20st+22t,雌鱼的染色体核型公式为2n=1m+2sm+20st+21t,雌鱼存在性染色体异型的现象,因此灰海马的性染色体为ZW/ZZ型。     

谷氨酰胺对斜带石斑鱼GF-1细胞中C-Myc蛋白的表达与神经坏死病毒复制的影响

为探讨C-Myc表达、谷氨酰胺代谢和神经坏死病毒复制三者之间的关系,本研究首先克隆了斜带石斑鱼鳍条细胞(GF-1)中的C-Myc基因(GF-1-C-Myc),结果显示GF-1-CMyc基因cDNA全长814 bp,开放阅读框(ORF)为285 bp,编码95个氨基酸(aa),有亮氨酸拉链结构域与螺旋-环-螺旋(HLH)结构域。实验表达和纯化了GF-1-C-Myc蛋白,并制备其多克隆抗体。采用实时定量PCR技术(qRT-PCR)与免疫印迹法(WB)检测了GF-1-C-Myc基因的表达和神经坏死病毒的复制。结果显示,缺乏谷氨酰胺会同时抑制GF-1-C-Myc基因的表达和神经坏死病毒(NNV)的复制,添加谷氨酰胺可同时促进GF-1-C-Myc的表达和NNV的复制;此外,NNV感染可上调GF-1-C-Myc基因的表达,并显著消耗GF-1细胞培养液中的谷氨酰胺。研究表明,GF-1-C-Myc基因可调控宿主谷氨酰胺代谢,从而有利于神经坏死病毒的复制。本结果为防控NNV的感染提供了参考。