高效棉酚降解枯草芽孢杆菌M-4菌株的常压室温等离子体诱变及发酵工艺优化

【背景】棉粕中游离棉酚的存在制约了棉粕作为饲料蛋白源的利用,棉酚的微生物降解问题成为研究热点。本实验室前期发现枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) M-4菌株具有较强的降解棉酚能力,而且已经应用于棉粕脱毒工业。【目的】进一步提高枯草芽孢杆菌M-4菌株降解棉粕中棉酚的能力,扩大棉粕在养殖业的应用领域。【方法】采用常压室温等离子体诱变(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)技术对菌株M-4进行诱变,以液体培养条件下的棉酚降解率为初筛指标,筛选获得正向突变株。以棉粕固体发酵条件下的棉酚降解率为复筛指标,测定初筛获得的正向突变株实际降解棉粕中游离棉酚的能力。以棉酚残存量和棉酚降解率为检测指标,采用单因素试验优化固体条件下棉粕发酵条件,获得突变株发酵棉粕的最适工艺参数。【结果】初筛获得正向突变株19株。复筛得到一株高效的突变株MY-4-17,在棉粕固体发酵条件下其棉酚降解率高达97.15%,比菌株M-4的棉酚降解率提高了2.55%。经过5次传代培养,突变株MY-4-17的遗传稳定性良好。突变株MY-4-17发酵棉粕的最适工艺参数为...     

高效降解棉酚菌株的分离鉴定及诱变选育

作为一种蛋白资源, 棉籽粕因其含有毒素——游离棉酚限制了其在饲料工业中的应用。为获得能高效降解棉籽粕中棉酚的菌株, 以醋酸棉酚为唯一碳源培养基从16份样品中筛选出一株高效降解棉酚菌株(Y-2), 经生理生化及18S rDNA鉴定为Pichia guilliermondii, 此菌种为非致病酵母, 且首次报道用于棉酚的降解, 在工业生产中具有潜在的应用前景。通过紫外诱变获得一株棉酚降解率更高的突变株YUV-51。通过对突变株YUV-51发酵温度、时间及接种量的初步优化, 获得其固态发酵优化条件: 30 °C培养48 h, 接种量0.025 g湿菌体/g棉籽粕, 初始水分含量50%。为避免游离棉酚在前处理中大量降解棉籽粕, 不进行湿热处理, 经接种发酵后脱毒率可达到58%。这使微生物脱毒在实际生产中应用成为可能。     

陆地棉叶形及棉酚腺体变异的遗传研究

阔叶、有棉酚腺体陆地棉干种子经250Gy^60 Coγ射线辐照,在M1代筛选到鸡脚叶γ-1、γ-2和γ-5突变体。3株突变体自交后代（M2）中,阔叶：鸡脚叶：超鸡脚叶的分离比例符合1：2：1;γ—1和γ-2自交后代中的所有棉株均有棉酚腺体;γ-5自交后代中,有棉酚腺体株：无棉酚腺体株的分离比例符合3：1,阔叶、有棉酚腺体株：阔叶、无棉酚腺体株：鸡脚叶、有棉酚腺体株：鸡脚叶、无棉酚腺体株：超鸡脚叶、有棉酚腺体株：超鸡脚叶、无棉酚腺体株的分离比例符合3／16：1／16：6／16：2／16：3／16：1／16。该结果表明,3株突变体的叶形变异由1对不完全显性基因控制,γ-5的无棉酚腺体基因由1对隐性基因控制,且γ-5的叶形基因与棉酚腺体基因为独立遗传。通过对γ-5自交后代各种变异株的SSR标记研究表明,BNL3649、BNL2440度BNL1414为候选标记。为进一步对突变基因进行定位奠定了基础。     

棉株根系伤流中的细胞分裂素类物质

棉株根系伤流有明显昼夜节奏,白天多,夜晚较少。白天中又以上午9～12时的伤流量为最高。伤流中CTK量及其浓度也以白天为高。在切除地上部4天以后,从蕾期和铃期棉株已不再能收集到伤流液,但盛花期棉株在切除地上部6天以后,仍产生了相当多的伤流,其中仍含有丰富的CTK类物质。盛花期棉株根系伤流量及其中CTK水平高于铃期棉株,提示铃期棉株根系活力已开始趋向衰老。根据Sephadex LH-20柱层析及高效液相层析鉴定出棉株根系伤流中的CTK类物质有Z,ZR,和IPA。     

新疆棉花黄萎病棉株与健康棉株内生古菌定量及其时空变化规律

【背景】现今棉花黄萎病严重阻碍棉花的稳定高产,妨碍棉花产业的发展。在生物防治中内生菌潜力巨大,但关于内生古菌含量在棉花黄萎病棉株的变化规律鲜有报道。【目的】研究不同生育期以及不同植棉地区黄萎病棉株和健康棉株内生古菌的分类学信息和数量变化规律。【方法】采用Miseq高通量测序和taqMan探针实时荧光定量PCR技术,对新疆棉花黄萎病棉株、健康棉株不同生育期和不同典型生态区的内生古菌进行定量分析。【结果】内生古菌在新疆各采样地和不同生育期的棉花黄萎病棉株、健康棉株内的群落组成相似。在不同生育期,新疆黄萎病、健康棉株内生古菌数量呈先增加后减少然后趋于平缓的趋势,蕾期达到最高值。在不同地区,新疆黄萎病棉株内生古菌数量在北疆地区最高,其次是东疆地区,最后是南疆地区。健康棉株则是南疆地区最高,东疆次之,北疆最低。【结论】新疆黄萎病棉株、健康棉株内生古菌数量在不同的生育期以及不同空间存在较大差异,整体变化趋势显著,可为后续研究提供相关理论支撑。     

棉花黄萎病病原菌诱导侵染对转基因抗病棉花生理性状的影响

通过研究棉花黄萎病病原菌诱导侵染对转基因抗病棉花生理性状的影响,旨在为提高转基因抗病棉花抗病性提供理论依据。Byd、28p两品种棉花为供试材料,应用花粉管通道法将几丁质酶与β-1,3-葡聚糖双价抗病基因导入棉花株系中,多年筛选获得不同抗性水平的棉花株系;棉种经棉花黄萎病病菌侵染后,苗期测定棉株内的生理生化变化。结果显示,转基因抗病棉株体内的酶活性已达对照水平,而感病及耐病棉株内的酶活性均有不同程度的变化。所测定的棉株内的酶活性及脯氨酸含量的变化与棉株的抗病性相关。     

华北棉区棉铃虫种群动态与其为害特征分析

本文述及棉铃虫为害特性及其与为害后棉株的补偿作用关系。根据棉株生命表资料,蕾期棉株蕾花的脱落主要系由棉铃虫为害所致。而铃期蕾铃的脱落,则主要系由棉株的生理条件。在蕾期,前三周内蕾花被害脱落后,棉株的补偿作用是很高的,从第四周起补偿作用逐渐下降,而到铃期阶段时补偿作用降至很低水平。因此蕾期棉株遭受一定数量以内的棉铃虫为害,而使蕾花脱落后,反而可促使棉花增产。根据棉铃虫生命表资料,从卵期至三龄末幼虫期的累计死亡率占总死亡率的90%以上,结合幼虫死亡率与不同龄期为害水平分析,棉铃虫对棉株的主要为害阶段系在2—3龄期,其对果实的为害量占总为害的65%。而棉株被害蕾铃的田间空间分布型系遵从负二项分布,期公共K值为3.4626。     

边缘效应对棉田害虫和天敌种群的影响

比较了棉田中间棉株与边缘棉株上害虫、天敌的种群动态,分析了边缘效应对棉株-害虫-天敌能量动态的影响。结果表明,棉田边缘棉株上第2代棉铃虫幼虫发生量比其中间棉株高出1．94倍;第3代棉铃虫发生量比棉田中间要低62．12％;第4代棉铃虫比中间棉株高12．5％。棉田边缘棉株上苗蚜发生量比棉田中间要高出1．09倍,伏蚜和秋蚜的数量比棉田中间分别低97．73％和37．70％。棉田边缘棉株上捕食性瓢虫、蝽类、蜘蛛和寄生性天敌的种群数量低于棉田中间的数量,分别为棉田中间的73．81％、35．79％、52．90％和39．11％;棉田边缘棉株上害虫群落多样性高于棉田中间,而天敌群落的多样性低于棉田中间;棉田边缘的光能利用率和生产力比棉田中间的值要高。     

棉花叶绿素缺失的细胞质遗传

植物叶绿素缺失是叶绿体突变所引起的表现。我们于1960年在岱字棉15号(Gossypium hirsutum)棉田中发现一株叶绿素缺失的花斑棉。该棉株大部分为白色和绿色嵌合的枝叶,也有少数枝叶全为白色或全为正常绿色。叶绿素缺失所引起的花斑现象遍及全株的各个器官,也包括花朵的雌雄蕊在内,其中表现最明显的是叶片。经自交选留,保存了这一花斑棉突变系。     

湖北棉区转Bt基因棉对棉铃虫的控制作用

2000-2001年通过田间系统调查,表明转Bt基因棉（品种为GK19）在湖北江汉平原棉区对棉铃虫抗性稳定。试验设3个处理：转Bt基因棉化防田（使用化学农药控制害虫）、转Bt基因棉自控田（依靠天敌控制害虫）及常规棉对照田（利用综合防治措施控制害虫）。从棉铃虫的第2代到第5代整个发生期内,即使在不进行化学防治的情况下,棉铃虫在Bt棉田的发生量也保持在极低的水平(最高百株虫量为12头)。室内饲养结果表明,转Bt基因棉对棉铃虫的生长发育（幼虫体重、蛹重）有较为明显的影响,使6龄幼虫体重减少25.6%,蛹重减少18.2%。棉铃虫幼虫取食转Bt基因棉组织后,发育迟缓,相对于常规棉喂养的整个发育历期延长17 d,使棉铃虫在田间的危害减少至少一个世代。另外,接虫试验表明,棉铃虫幼虫在常规棉上的取食时间是转Bt基因棉株上的6.1倍,极大地减轻了棉铃虫的危害程度。     

土壤水分状况对棉株体内碳水化合物转化、运输和利用的影响

本文在温室条件下,研究了不同土壤水分对棉株体内碳水化合物转化、运输和生理活动的影响。结果表明在缺水条件下不仅棉株生长削弱,干物质积累减少,蕾铃脱落增加,光合作用下降,呼吸作用增强。而且各个生育期叶和茎内都积累了较多的可溶性糖,特别是非还原糖的增加更为显著,相反,低水处理的棉铃内糖量则明显下降。利用环剥和~(14)CO_2的试验说明缺水时棉株体内碳水化合物运输受阻,是造成可溶性糖在棉花茎叶内积累和铃内减少的主要原因。试验还发现缺水时棉株茎叶内淀粉含量降低;蛋白质氮减少,非蛋白质氮增加,结果总氮量下降。这表明缺水使多糖和蛋白质合成能力降低,代谢活动削弱。上述结果表明土壤水分不足时棉铃脱落,可能是棉株体内碳水化合物运输受阻与分配利用失调引起的。     

外源DNA导入棉花的分子验证

外源DNA导入的技术已引起了棉花子代表型的明显变异,也成功地使外源棉枯萎病抗性DNA转入了感病棉株,这一技术系利用棉花自花授粉约24小时后,将外     

施氮量对棉株和棉铃虫的影响

用盆栽进行了不同施氮量对棉株和棉铃虫幼虫生长发育影响的试验。花期土壤施硫酸铵量分别为0、2、4和16克/盆。每盆土45斤。施氮后,土壤全氮增加,施氮量的增加提高了单株铃和叶片的干物质的累积,以及棉株不同部位的全氮含量。用含氮量显著不同的幼铃饲喂棉铃虫时,高氮食物使6龄幼虫的干重增长,同时食物利用率提高。随着饲喂铃含氮量的增长,6龄幼虫虫体和虫粪以及雌蛹的全氮含量均有所升高。 根据生物和化学两方面数据,我们认为:增施氮肥引起土壤、植株和昆虫全氮含量增长,特别是增加了棉株和棉铃虫的氮素营养。增施氮肥在一定范围内使棉株生长良好,使幼虫生长更好。由此可见:氮肥的增加可以提高棉花的产量,但也会使虫害加重。上述研究将有助于寻找大田棉花生产的氮肥合理施用量,而且对棉铃虫的有效防治有一定的参考价值。     

棉田棉铃虫卵估值抽样的研究

由于棉铃虫卵在棉株上的空间分布结构属负二项分布,并且它在棉株上的垂直分布特征系上部卵量明显较下部为多,这样,本文应用了二阶抽样技术代替当前国内采用的简单随机抽样法,在允许误差为10％时,每株抽取上部15个叶蕾,每块棉田共抽60株棉株。 抽样单位的大小对于抽样的时间消费与抽样精确度亦有直接的影响,因此,确定最适的抽样单位也是很重要的。本文根据棉铃虫卵在田间个体群平均占据的面积大小,提出一次调查6抹(2行×3株/行)棉株较单株为优。即在棉田中每次调查6株,共调查10次 新的抽样方法较当前国内应用抽样法,提高效率2.2—2.6倍。     

胚轴切断法诱导棉株对棉铃虫生长发育的影响

通过室内饲喂棉铃虫的方法,测定了诱导棉株对棉铃虫幼虫发育历期、幼虫体重和肾重的影响。结果表明,不加菌处理和加菌处理的诱导抗性棉株可分别使棉铃虫幼虫发育历期延长０．５和３ｄ,幼虫体重（５龄）降低１１．４５％和１９．６０％,蛹重降低６．５４％和１０．８１％。用诱导棉株叶片饲养８日龄棉铃虫幼虫３天后,菌诱导和无菌诱导分别使棉铃虫的相对生长率降低２２．９％和１７．２％,相对取食量降低２６．１％和２１．４％     

棉花矮化突变体的遗传分析

陆地棉科遗２号×中棉完紫的种间杂交衍生后代群体中分离出一株矮秆小叶突变体,经多年选择育成了矮早棉１号。在北京气候条件下,矮早棉１号成熟时,株高只有４５ｃｍ,不到正常陆地棉的１／２。遗传分析揭示矮早棉１号的矮化早熟特性系由两对隐性基因控制,其基因符号定名为ｄ_１和ｄ_２,矮早棉１号为双隐性纯合子,基因型为ｄ_１ｄ_１ｄ_２ｄ_２。正常陆地棉ＴＭ－１、中棉所１２及中棉所１６均为显性纯合子,基因型为Ｄ_１Ｄ_１Ｄ_２Ｄ_２。控制棉花株高的两对基因Ｄ_１／ｄ_１和Ｄ_２／ｄ_２间表现重叠作用。矮早棉１号在棉花早熟育种中有重要价值。     

三代玉米螟卵在棉株上的分布规律及其应用

<正> 三代玉米螟发生期间,棉株高大、枝叶多,产卵部位又较为分散,全株查法费工费时。为寻求简便易行的调查方法,我们进行了这方面的研究。 一、方法 于三代玉米螟发生期间,采用定株定期的调查方法进行系统观察,选择不同类型棉田3块,每块田定2个点,每点25株,3天调查1次,记载卵量和产卵部位。 二、结果 (一)总卵块在棉株上的分布 在调查中共获卵196块,其在棉株上的分     

麦套春棉对棉花生态环境及生长影响的研究

对麦套春棉环境和棉株生长发育进行研究,结果表明：热、光、水资源的竞争是造成棉花苗弱、迟发的主要原因,其中热量尤为主要。因此,麦套春棉应采用地膜覆盖,增另有效地积温,以补偿作物层和耕层土壤热量亏缺。麦人生期,套种棉行生态环境和棉株生长发育显著受到小麦的遮荫和蔼和遮荫时间的影响。此种遮荫程度,随着小麦株高的增加而加重,随着麦棉间距的加大而减轻。遮荫时间也随着小麦成熟期的推迟而延长。因此,麦套春棉棉间距     

氮素水平对初花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素利用率动态变化的影响

在大田栽培条件下,分别在长江流域下游棉区(江苏南京)和黄河流域黄淮棉区(河南安阳)设置棉花氮素水平试验,定量研究氮素水平对花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素累积利用率动态变化的影响,结果表明:棉株总生物量和氮素累积量随花后棉株生育进程的动态变化符合S型曲线,安阳、南京试点分别以360kg.hm-2、240kg.hm-2氮素水平的总生物量、氮素累积最多,其动态累积模型的特征参数值最为协调,皮棉产量最高。因此,可以通过改变施肥量来调节初花后棉株生长特征值,从而获得高产。棉株氮素累积利用率随初花后棉花生育进程的推进,呈现为不规则的S型曲线变化趋势,计算两试点的氮素累积利用率、瞬时利用率,安阳试点以360 kg.hm-2的施氮水平为最优,南京以240 kg.hm-2最高;施肥过多不仅利用率低,而且易造成营养器官比例加大,棉株虽可获得较大的干物质和氮素累积,但不能适时向生殖器官转移,皮棉产量降低。     

可改良棉粕蛋白的菌株选育及其发酵

棉粕蛋白质含量高达38％~50％,然而作为饲料其蛋白质品质较差,饲料利用率较低。为提高其蛋白质利用率,从自然界筛选出了能够高效降解棉粕大分子蛋白质的优良菌株4株,经生化与分子生物学试验鉴定为Bacillus subtilis(2株,编号为H1和H7),Bacillus cereus (1株,编号为H9)和Aspergillus niger (1株,编号为P1)。通过单菌及组合发酵实验比较发现:最适宜菌种组合为B. subtilis(H1)和A. niger (P1)。两菌株组合发酵后,棉粕TCA-NSI(三氯乙酸氮溶指数)提高了25.34%,小分子多肽含量提高了11%,游离必需氨基酸提高了24%,蛋白质的体外消化率由44.56%提高到了78.61%,明显高于其他菌种组合,研究结果表明其组合发酵可有效改良棉粕蛋白品质,显著提高棉粕蛋白的饲用价值。