加工番茄连作对土壤理化性状及微生物量的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄土壤理化性状、微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,随着连作年限的延长,土壤p H升高,全磷、速效磷及全钾含量呈先升后降的趋势,土壤容重无明显变化。连作7 a时土壤有机质、全氮及速效钾含量较对照分别下降了8%、21%和29%(p0.05)。土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物商(q MB)呈显著下降趋势,与对照相比分别降低了52.3%、78.8%和48.2%(p0.01);微生物量磷(SMBP)呈先升后降趋势,连作3a时,SMBP含量达到最大值,是对照的1.65倍(p0.01)。土壤过氧化氢酶活性呈显著升高趋势,而脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶及磷酸酶活性的变化则相反。连作导致加工番茄产量显著下降,连作7 a时产量下降达34%(p0.01)。相关分析表明,p H、微生物量、q MB、酶活性及养分之间相关性极为密切,说明土壤微生物量和酶活性相结合,可以反映土壤质量的变化。加工番茄连作导致土壤p H和电导率升高,显著抑制了土壤微生物活性,降低了土壤肥力,最终造成产量下降,连作障碍明显。     

葡萄β型液泡加工酶基因(VvβVPE)的原核表达、纯化与多克隆抗体制备

液泡加工酶(VPE)基因是植物内启动和执行细胞程序性死亡的关键基因,β型VPE是种子特异表达并且为种子蛋白成熟所必须的基因.本研究以黑比诺葡萄(Vitis vinifera cv.Pinot Noir)花后8个不同时期胚珠的cDNA混合样为模板,通过RT-PCR扩增得到葡萄β型液泡加工酶基因(暂命名VvβVPE,GenBank登录号:KC136352),开放阅读框1 485 bp.进一步将VvβVPE克隆到pGEX-6P-1原核表达载体并转入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21中,经IPTG诱导,获得约81.3 kD的包涵体融合蛋白GST-VvβVPE.将诱导条件优化后,在37℃、0.05 mmol/L IPTG诱导5h后融合蛋白GST-VvβVPE的表达量最大,采用电透析与盐酸胍处理后透析复性两种方法获得纯化包涵体蛋白,电透析纯化法获得纯化包涵体蛋白的浓度可达到免疫要求.使用纯化蛋白免疫新西兰大白兔制备多克隆抗血清,经Western blot检测,该抗血清(稀释到1∶10 000)与GST-VvβVPE融合蛋白识别反应良好,获得的抗血清可用于以后的VvβVPE的酶活性分析、免疫亚细胞定位分析以及转基因植株蛋白水平的鉴定等,为进一步明确VvβVPE在葡萄胚珠发育中的作用提供基础数据.     

二化螟鞘磷脂合酶相关基因CsSMSr的克隆、真核表达及表达谱分析

鞘磷脂合酶(SMS)基因家族在鞘脂质代谢中起着关键作用,可以通过调节神经酰胺和甘油二酯的平衡调控细胞的生存和凋亡.本研究利用RT-PCR和RACE技术克隆得到1个二化螟鞘磷脂合酶相关基因的全长eDNA,命名为CsSMSr(Genbank登录号:JQ664739).CsSMSr开放阅读框1587bp,可编码528个氨基酸;序列分析表明,CsSMSr基因编码的蛋白N端具有保守的SAM结构域,含6个跨膜区域,并且有4个SMS家族特有的保守区域D1～D4,保守区D3和D4上有活性中心包括3个氨基酸残基(催化三联体):His302,His345,Asp349.CsSMSr在粉纹夜蛾Tn细胞内成功表达,Western blot检测表达产物分子量约60kDa.应用实时荧光定量PCR方法分析该基因在二化螟不同发育阶段和不同组织的表达,结果表明,CsSMSr随着二化螟的生长发育表达水平逐渐升高,在成虫时期达到最大;CsSMSr的表达具有组织特异性,二化螟雌成虫和雄幼虫生殖器官中的CsSMSr表达量都显著高于其他器官,在二化螟雄成虫精巢中表达量也较高,但与中肠和马氏管差异不大.CsSMSr的表达有时间特异性和组织特异性,推测该基因在二化螟的发育和生殖中有重要作用.本研究成功克隆并表达了二化螟鞘磷脂合酶相关基因,为进一步对该基因进行功能鉴定奠定了基础.     

小麦耐热及热敏感基因型在高温胁迫下膜透性及膜脂组分的差异

高温逆境下,植物膜透性的增加导致细胞代谢紊乱并诱导热激基因表达.脂肪酸是构成生物膜的主要物质,饱和脂肪酸的含量及饱和程度高,有利于保持膜在高温时的流动性和稳定性.本研究利用小麦(Triticum aestivum)耐热基因型TAM107和热敏感基因型中国春(CS)为对象,研究了高温胁迫对膜透性、叶绿素荧光参数Fv/Fm、膜脂组分及其相关脂肪酸去饱和酶基因(FAD7)表达的影响,结果表明,高温胁迫下,两基因型膜透性均增加,膜脂中的三烯脂肪酸含量下降,但TAM107变化幅度明显高于中国春,在脂肪酸水平上说明耐热小麦品种的膜系统较热敏感品种对高温逆境有较强的耐受性;中国春比TAM107中FAD7的表达对高温更加敏感,这直接影响了热胁迫前后膜脂中三烯脂肪酸含量的变化,在转录水平上说明了耐热小麦基因型较热敏感基因型对高温逆境有较强的耐受性.三烯脂肪酸含量在热胁迫前后的变化可作为一种新的耐热鉴定指标.     

大气CO2和O3升高对菜地土壤酶活性和微生物量的影响

利用OTC平台和青菜盆栽实验,探索[CO2]、[O3]或[CO2+O3]升高条件下,土壤理化性质、微生物量和土壤酶活性的变化,以期获得未来大气CO2或/和O3升高对土壤微生态系统的风险性。结果表明,[CO2]升高不同程度地提高了土壤的可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）、总磷（TP）、总碳（TC）、铵态氮（AN）、硝态氮（NN）含量和含水量（SWC）,进而不同程度地提高了土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量以及土壤蛋白酶（PRA）、蔗糖酶（SA）、脲酶（UA）、多酚氧化酶（POA）、酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性。相反,[O3]升高不同程度降低了土壤DOC、TP、TK、TC、TN、AN、NN、SWC、MBC和MBN含量,提高了MBC/MBN比值,在不同程度上降低了土壤PRA、SA、UA、POA、APA和NPA酶活性。而[CO2+O3]在一定程度上消减了[O3]对土壤微生物量和酶活性的抑制作用,也降低了[CO2]升高对土壤微生物量和酶活性的刺激效应。因此,土壤微生物量和土壤酶活性的变化可用于评价未来大气CO2或/和O3升高对菜地土壤微生态环境的影响。     

产低温淀粉酶菌株的筛选、鉴定及酶学性质初步研究

对低温淀粉酶资源的开发是功能酶研究的新热点,本研究从东帕米尔高原江布拉克冰川冻土中分离获得多株高产低温淀粉酶菌株,最高产酶菌株D5-2经16S rDNA鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌.对D5-2所产淀粉酶性质进行初步分析,结果表明,其最适作用温度和pH值分别为25 ℃和6.5,酶的热稳定性较差,40 ℃处理1h后酶活急剧下降,至70℃酶活力仅存23％;在pH 5.5～8.0条件下,酶活力相对稳定;Mn2+和Mg2+对淀粉酶有激活作用,而乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)、Fe2+和Na+则抑制酶活.结果提示,菌株D5-2分泌的淀粉酶符合低温酶特性,应用空间较大,值得深入探究开发.     

普鲁兰酶氮端氨基酸的截短对其酶学性质的影响

淀粉是丰富的生物质资源,已被广泛地应用到食品、酿酒、医药等各个相关的领域.普鲁兰酶(pullulanase,pulA,EC 3.2.1.41)作为淀粉脱支酶,可以水解淀粉中的α-1,6糖苷键,最大限度地降解淀粉原料,提高淀粉利用率.因此,寻找一条国产化的道路开发我国自己的普鲁兰酶,具有长远的意义.课题组前期从淀粉厂附近的土壤中筛到一株普鲁兰酶的高产菌株变栖克雷伯氏菌(Klebiella variicola)strain 7,克隆获得pulA基因(GenBank登录号:KJ146839.1)后在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21 (DE3)中异源表达.为提高该蛋白的表达量和分泌效率,同时改善普鲁兰酶的性质,本研究利用基因工程的手段构建了普鲁兰酶去信号肽突变体M1和氮端31个氨基酸的截短突变体M2,结果显示M1和M2最适温度均为45 ℃,二者的最适pH分别是6.0和5.6;M2的半衰期是37 min,是M1的6.17倍;M2的比酶活是582.204U/mg,是M1的1.6倍.动力学分析显示,以普鲁兰糖为底物时,M2的Vmax、Kcat、Km和Kcat/Km分别为0.001 3μmoL/(mL·s)-1、191.80-1 s.-1、0.30 mg/mL、693.30,与M1相比,M2的底物亲和能力增加,同时催化效率是M1的2倍.本研究通过普鲁兰酶氮端氨基酸的截短,为提高酶的比酶活和半衰期提供了新的方法和思路.     

酶解牦牛血发酵液制备抗氧化肽工艺优化

为进一步提高牦牛血枯草芽胞杆菌发酵液多肽含量,对牦牛血发酵液进行酶解,以酶解液的·OH清除率、多肽含量为主要指标,筛选酶解发酵液的最适蛋白酶,通过单因素和响应面试验优化酶解工艺,并对比菌酶联合制备产物与发酵液体外抗氧化活性。结果表明,碱性蛋白酶酶解发酵液最佳条件为:酶解时间3 h、p H值9.5、酶解温度60℃和酶底比190 U·g-1,此条件下制备得到酶解液多肽含量为5.52mg·mL~(-1),较发酵液提高2.39倍。菌酶联合制备产物对·O2-及脂质过氧化的IC50分别为6.22、4.87mg·mL~(-1),发酵法制备产物对·O2-及脂质过氧化的IC50分别为8.42、11.71 mg·mL~(-1),且菌酶联合制备产物的还原力优于发酵制备产物。因此,菌酶联合制备牦牛血抗氧化肽法优于传统单一发酵法。本研究结果对提高牦牛血抗氧化肽得率,增加牦牛产品附加值具有重要的意义。     

美国豆芋花总皂苷制备及其α-葡萄糖苷酶抑制活性

为高效利用美国豆芋花皂苷类化合物,以皂苷得率和纯度为指标,研究美国豆芋花总皂苷的提取工艺及大孔树脂纯化工艺,并对制备的美国豆芋花总皂苷的抗氧化及α-葡萄糖苷酶活性抑制能力进行研究。结果表明,美国豆芋花总皂苷的提取工艺为提取溶剂90%乙醇,料液比1∶20,温度70℃,提取时间2 h。得到的提取物石油醚脱脂后用水饱和正丁醇萃取,D-101大孔树脂吸附柱纯化的工艺为上样皂苷质量浓度1 mg·m L~(-1),上样量40 m L·g~(-1)树脂,洗脱剂为80%乙醇(pH值6),洗脱剂用量4 BV(树脂柱体积)。制备的美国豆芋花总皂苷样得率4.24%,纯度达65.35%,比粗提物(纯度15.27%)提高了约3倍;抗氧化性能(清除DPPH和ABTS自由基IC50值分别为51.08、29.24μg·m L~(-1))和α-葡萄糖苷酶活性抑制能力(IC50值为83.62μg·m L~(-1))也均优于粗提物(清除DPPH、ABTS自由基IC50值分别为286.51、69.92μg·m L~(-1),α-葡萄糖苷酶的抑制浓度(IC50)值为1 043.57μg·m L~(-1)),表明该工艺可用于高活性美国豆芋花总皂苷的富集和纯化。此外,美国豆芋花总皂苷抑制α-葡萄糖苷酶活性的抑制类型为竞争型抑制,抑制常数为49.68μg·m L~(-1)。本研究结果为开发具有降血糖功能的医药中间体或功能性食品提供了新资源和实践基础。     

细点圆趾蟹肉酶解肽螯合锌工艺的优化

为了优化蟹肉酶解肽的锌螯合工艺,以细点圆趾蟹肉为原料,制得蟹肉酶解物,通过单因素试验,考察酶解物与硫酸锌的质量比、pH、反应时间、酶解物浓度、反应温度对锌修饰蟹肉酶解肽的影响,采用正交试验优化蟹肉酶解肽的锌修饰工艺。结果表明,在酶解物与硫酸锌的质量比2∶1、pH值6.5、时间60 min、酶解物浓度5%、温度55℃条件下,酶解肽-锌的螯合率为91.52%,螯合物得率为25.83%,该工艺条件下酶解肽与锌的螯合率和螯合物得率均较高。本研究结果为新型生物态锌的研制、细点圆趾蟹的高值化利用提供了依据。