Embryo-mediated genome editing for accelerated genetic improvement of livestock

Selecting beneficial DNA variants is the main goal of animal breeding. However, this process is inherently inefficient because each animal only carries a fraction of all desirable variants. Genome editing technology with its ability to directly introduce beneficial sequence variants offers new opportunities to modernize animal breeding by overcoming this biological limitation and accelerating genetic gains. To realize rapid genetic gain, precise edits need to be introduced into genomically-selected embryos, which minimizes the genetic lag. However, embryo-mediated precision editing by homology-directed repair (HDR) mechanisms is currently an inefficient process that often produces mosaic embryos and greatly limits the numbers of available edited embryos. This review provides a summary of genome editing in bovine embryos and proposes an embryo-mediated accelerated breeding scheme that overcomes the present efficiency limitations of HDR editing in bovine embryos. It integrates embryo-based genomic selection with precise multi-editing and uses embryonic cloning with elite edited blastomeres or embryonic pluripotent stem cells to resolve mosaicism, enable multiplex editing and multiply rare elite genotypes. Such a breeding strategy would enable a more targeted, accelerated approach for livestock improvement that allows stacking of beneficial variants, even including novel traits from outside the breeding population, in the most recent elite genetic background, essentially within a single generation.     

Shading effects on canopy and tillering characteristics of continuously stocked palisadegrass in a silvopastoral system in the Amazon biome

In silvopastoral (SP) systems, forage responses depend on the microenvironment in which the plants develop. Our objective was to evaluate canopy and tillering characteristics of shaded 'Marandu' palisadegrass [Brachiaria brizantha (Hochst A Rich) Stapf, syn. Urochloa brizantha] under continuous stocking in a SP system. Treatments were one full sun (FS) and three shaded systems (silvopasture, SP) corresponding to distances from tree groves: 7.5 m north (SP1), and 15 m (SP2) and 7.5 m south (SP3) studied during two rainy seasons (Year 1 and Year 2). The tree in the SP system was Eucalyptus urograndis (hybrid of Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden × Eucalyptus urophylla S. T. Blake). The photosynthetic active radiation was greater in FS (923 μmol m^-2 s^-1), followed by SP2 (811 μmol m^-2 s^-1), SP1 (727 μmol m^-2 s^-1) and SP3 (673 μmol m^-2 s^-1). Forage accumulation in FS was 15% greater than the mean of SP1, SP2 and SP3 (10,663 kg DM/ha). There was no difference in net accumulation of leaf, stem and dead material, averaging 3,302, 3,420 and 4,063 kg DM/ha respectively. Leaf accumulation and accumulation rate were greater in Year 2, and leaf accumulation rate was similar among treatments (19 kg DM ha⁻¹ day⁻¹). Leaf proportion increased 14% from Year 1 to Year 2. Specific leaf area was greater for treatments SP1 and SP3 (193 cm²/g). Tiller population density was similar across treatments in Year 1. Shaded palisadegrass maintains leaf productivity similar to FS under continuous stocking in an SP system.     

北方草地及农牧交错区草地植被碳储量及其影响因素

【目的】 草地生态系统在全球碳平衡中有重要的意义,草地植被碳库及其变化机制研究是植被生态学的重要命题。本文研究北方草地和农牧交错区草地植被碳密度及其空间格局,解析不同区域草地植被碳密度的关键影响因素,分析了气候、土壤、放牧等因素对地上地下植被碳库的相对贡献。【方法】 基于2002—2009年北方草地及农牧交错带草地植被调查数据,结合同期MODIS/NDVI遥感影像和1﹕100万草地类型图,建立了我国主要草地类型的生物量估算模型;整合野外考察数据和前人研究结果,探讨了研究区地上地下生物碳库及其空间格局;基于研究区255个县级行政单元,分析了不同类型草地植被碳库与气候要素、土壤要素及家畜承载量的关系,应用一般线性模型（GLM）解析了不同影响因素对草地碳密度的相对贡献。【结果】 （1）北方草地与农牧交错区草地地上平均生物碳密度为36.9 g C·m^-2,地下生物碳密度为362.9 g C·m^-2,地下生物碳密度高于地上10倍,均呈从东到西递减的趋势,频率分布图基本服从对数正态分布,不同草地类型的生物碳密度存在明显差异;（2）整个研究区及草原亚区、荒漠亚区、农牧交错亚区内,地上生物量与年降水量（MAP）呈极显著正相关、与年均气温（MAT）均呈极显著负相关,与土壤黏粒含量（Clay%）呈显著正相关、与土壤砂粒含量（Sand%）呈显著负相关,整个研究区家畜承载量与草地地上生物量之间呈极显著正相关;（3）一般线性模型（GLM）分析结果表明,年平均降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤黏粒含量（Clay%）、放牧强度对地上生物量空间变异的解释率分别达到29.6%（P<0.001）、5.8%（P<0.001）、0.8%（P<0.05）、1.3%（P<0.001）;地下生物量的空间变异主要来自于年降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤砂粒含量（Sand%）,对方差的解释率分别达到12.1%（P<0.001）、6.8%（P<0.001）、1.9%（P<0.005）,放牧强度没有明显贡献。【结论】 气候条件尤其是年降水量是草地生物量碳库的主要影响因素,但对地上生物量影响更为明显;土壤质地对植被生物碳库也有显著贡献,尤其对地下生物量的影响更加显著;放牧强度只能解释地上生物量变化的1.3%、对地下生物量没有显著贡献,这一发现意味着气候对生物量碳库的贡献远大于放牧影响。     

规模化畜禽养殖场粪便中多重耐药菌分离鉴定及其耐药特征

为了解禽畜粪便中多重耐药菌的污染特征,本研究对鸡粪、牛粪、猪粪和有机肥这4种不同样品中多重耐药菌进行了计数分析,并对不同来源的多重耐药菌株进行了分离和纯化,进一步开展了基于16S rDNA序列比对的分子生物学鉴定以确定其种属地位,以及基于药敏试验的耐药性特征分析。结果表明:不同养殖动物粪便中四环素、恩诺沙星、磺胺甲恶唑和泰乐菌素4种抗生素多重耐药菌的绝对数量和相对数量排序均为鸡粪>猪粪>牛粪,粪源有机肥中可培养的多重耐药菌的绝对数量和相对数量在堆肥后均有所下降。通过对耐药菌株鉴定和分类学分析,发现禽畜粪便中多耐药菌的菌门集中分布在Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria,多重耐药菌的优势菌属为Escherichia、Corynebacterium、Kurthia;而有机肥样品中多重耐药菌的优势菌属为Staphylococcus、Glutamicibacter。菌株的药敏试验表明,3类动物粪污中的多重耐药菌都对红霉素、四环素有着较高的耐药率,均高于80%,而对阿米卡星这种抗生素表现出较好的敏感性,其耐药率低于30%。通过对Ⅰ、Ⅱ类整合子基因盒的扩增,发现PCR产物的大小从0.8 kb到1.8 kb不等,基因盒ad A2、dfr A17、dfr A1及sat2在养殖场粪污中检出率均较高。     

畜禽粪便中铜和锌污染现状及风险分析

为研究我国畜禽粪便中重金属Cu和Zn的现状及对土壤的污染风险,对数据库和课题组已有的数据进行整理,分析了我国畜禽粪便中Cu、Zn的现状,建立土壤中畜禽粪便重金属Cu和Zn的风险评估模型,预测施用畜禽粪便后土壤Cu、Zn的污染情况,并推算畜禽粪便Cu、Zn的阈值。研究发现,不同畜禽粪便中Cu、Zn含量差异较大,且Zn的含量均高于Cu含量。猪粪中Cu、Zn含量最高,中位值分别为406.9 mg·kg~(-1)和671.3 mg·kg~(-1),羊粪中Cu、Zn含量最低,中位值分别为28.7 mg·kg~(-1)和101.1 mg·kg~(-1)。施用猪粪的土壤中Cu和Zn的积累速率分别为12 080.0 g·hm~(-2)·a~(-1)和18 928.4 g·hm~(-2)·a~(-1);家禽粪的影响其次,Cu和Zn的积累速率分别为1 396.4 g·hm~(-2)·a~(-1)和7 978.1 g·hm~(-2)·a~(-1);牛粪和羊粪的污染风险较低。根据模型计算的阈值中,粪肥中Cu和Zn的阈值范围分别为80.8～2 256.6 mg·kg~(-1)和1 322.4～20 040.9 mg·kg~(-1);粪肥污染风险与阈值呈负相关,污染风险最高的猪粪,阈值最低,其Cu和Zn的阈值范围分别为80.8～163.2 mg·kg~(-1)和1 322.4～1 972.8 mg·kg~(-1)。     

水生植物对不同氮磷水平养殖尾水的综合净化能力比较

为了筛选适用于不同氮磷浓度畜禽养殖尾水的生态浮岛优势物种,选取水芹、凤眼莲、鸢尾、再力花、黄菖蒲5种挺水植物和狐尾藻、伊乐藻、金鱼藻3种沉水植物,通过模拟实验考察了这8种植物在不同氮磷浓度条件下的生长特征及其对水中氨氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）、COD的去除效率,并对其进行曲线回归及主成分分析,综合评价不同水生植物对畜禽养殖废水中氮磷的净化功能。结果表明：凤眼莲、再力花在较低氮磷水平（NH₄⁺-N 80~120 mg·L^-1,TP 8~16 mg·L^-1）下的去除能力明显高于其他水生植物;水芹和黄菖蒲在较高氮磷水平（NH₄⁺-N 180~220 mg·L^-1,TP 30~35 mg·L^-1）下的去除效果较好,并具有良好的适应能力;沉水植物中狐尾藻净化效果较好,生物量增长显著（P<0.05）;凤眼莲在实验过程中虽净化能力良好,但易引发次生环境问题,应谨慎选择,因地制宜。     

基于CFD的蛋鸭舍内环境模拟分析与验证

为优化4层层叠式笼养鸭舍舍内环境,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对鸭舍内气流场、温度场及CO_2浓度场进行模拟。将笼架简化,考虑其对气流的阻挡作用,将鸭笼及鸭只视为多孔介质。模拟结果显示,进风口为湿帘时,侧墙湿帘与端墙之间存在通风死区,风速低于0.5 m·s~(-1)。进风口为通风小窗时,鸭舍未安装通风小窗区域风速小,CO_2浓度大。改变纵墙湿帘位置对鸭舍结构进行改进,改进后气流不均匀系数降低了17%。改进通风小窗布置发现,提升通风小窗分布均匀性显著降低舍内温差;提升通风小窗安装高度将显著降低舍内CO_2浓度。该研究可为蛋鸭舍结构设计提供参考。     

植物生长调节剂在马铃薯脱毒苗网室快繁中的应用研究

研究了几种常用植物生长调节剂配合使用对马铃薯脱毒苗扦插条生根及基础苗剪顶后腋芽萌发和生长的影响,结果表明:NAA 50 mg/L 2,4-D 1 mg/L GA33 mg/L生根液对促进脱毒苗扦插条生根的效果最好;KT与GA3混合喷雾对促进基础苗腋芽萌发生长有显著效果,KT和GA3的处理浓度分别为5 mg/L和3 mg/L时腋芽萌动率最高、生长最快,其中KT在促进腋芽萌动中起主导作用,而GA3则在伸长生长中起主导作用。     

陕北丘陵沟壑区发展生态草畜产业的思考

实施退耕还林还草之后,种草养畜是陕北丘陵沟壑区重要的后续产业,成为农民增收新的突破口。挖掘发展草畜业的资源优势和潜力,采用扩大苜蓿种植、实行舍饲养羊发展节粮型畜牧业、发展草畜产品的加工和综合利用、建立健全服务体系等措施,应遵循生态学原理和循环经济理念,从牧草生产源头抓起,严格防止草畜生产各环节的污染,全面建设生态草畜业,实现区域生态经济可持续发展。     

四川省秸秆和畜禽粪便县域分布特征和资源化利用潜力

为明晰四川省近年秸秆和畜禽粪便分布格局和特征,基于2018年四川省县域尺度主要粮油作物产量和畜禽出栏量,通过空间分析明确四川主要粮油作物秸秆(水稻、小麦、玉米、油菜)和畜禽粪便(牛、羊、猪、家禽)资源分布状况及聚集区,探讨各县秸秆和畜禽粪便循环利用潜力和途径。结果表明：四川省2018年秸秆可收集总量为2 808.55万t,呈现“一个中心,东密西疏”的分布规律,秸秆种类以玉米和水稻秸秆为主;畜禽粪便总量为8 162.02万t,呈现“三个中心,外密内疏”的分布规律,猪粪占绝对优势,占比高达57.8%。2018年四川省秸秆肥料化理论上可节约当年全省7.4%氮肥和5.0%磷肥投入,可全量替代当年全省钾肥用量,秸秆能源化可替代1 422.71万t标准煤或6.22×10⁹m³沼气。2018年四川省畜禽粪便全部肥料化可节约当年全省42.6%氮肥投入,可全量替代当年全省磷肥和钾肥用量,畜禽粪便能源化利用可折算成835.19万t标准煤或4.15×10⁹m³沼气。99%、95%和90%置信区间秸秆热点县分别有30、40...