定量稳定性同位素探针技术及其在微生物生态学研究中的应用

定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同位素探针技术(SIP),通过向环境样品添加标记底物进行培养,提取微生物生物标记物,利用超高速等密度梯度离心将被同位素标记的重链核酸与未被标记的轻链核酸进行分离,并对所有组分微生物类群进行绝对定量和测序分析,基于GC含量和未标记处理DNA密度曲线量化参与吸收转化的DNA同位素丰度。本文重点阐述qSIP的技术原理、数据分析流程及其在微生物生态学研究中的应用进展,并对该技术存在的问题进行了分析和展望。     

耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构的影响

为探究不同耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构和多样性的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了土壤团聚体中微生物群落。试验设置4个耕作处理,分别为旋耕+秸秆还田(RT)、深耕+秸秆还田(DP)、深松+秸秆还田(SS)和免耕+秸秆还田(NT)。结果表明:与RT相比,DP处理显著提高了原状土壤和>5 mm粒级土壤团聚体中真菌PLFAs量和真菌/细菌,为真菌的繁殖提供了有利条件,有助于土壤有机质的贮存,提高了土壤生态系统的缓冲能力;提高了5～2 mm粒级土壤团聚体中细菌PLFAs量,降低了土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,改善了土壤营养状况;提高了<0.25 mm粒级土壤团聚体中微生物丰富度指数。总的来说,深耕+秸秆还田(DP)对土壤团聚体细菌和真菌生物量有一定的提高作用,并且在一定程度上改善了土壤团聚体微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和保持土壤微生物多样性。冗余分析结果表明,土壤团聚体总PLFAs量、细菌、革兰氏阴性菌和放线菌PLFAs量与土壤有机碳相关性较强,革兰氏阳性菌PLFAs量与总氮相关性较强。各处理较大粒级土壤团聚体微生物群落主要受碳氮比、含水量、pH值和团聚体质量分数的影响,较小粒级土壤团聚体微生物群落则主要受土壤有机碳和总氮的影响。     

辽西北沙地苹果-大豆间作对土壤养分和微生物量分布的影响

为了解辽西北沙地果农间作系统中土壤养分及微生物量分布特征,选取研究区具有代表性的苹果(Malus pumila)-大豆(Glycine max)间作系统为研究对象,对间作系统0~60 cm土层、0~300 cm水平距离范围内的土壤养分和微生物量进行了测定,并与大豆单作、苹果单作进行对比。结果表明:辽西北沙地苹果与大豆间作系统中土壤养分十分匮乏,全氮、碱解氮、有效磷极缺乏;在水平方向上,随距苹果树距离的增加,间作系统中土壤有机质、碱解氮、全磷、有效磷总体上呈现先降低再升高后趋于平稳的变化规律;各养分竞争激烈区位于果树带区[0,100 cm);在垂直方向上,苹果与大豆间作系统各土壤养分均表现出表聚性,表土层(0~20 cm)土壤养分含量显著高于深土层(20~60 cm);土壤微生物量碳、氮在果树带区及表土层含量高,且在该区域细菌数量高;间作与单作各土壤养分、微生物量在表土层差异较大,差异性随土层加深而缩小,间作系统除碱解氮外对土壤养分表现为负效应,不能满足间作系统对土壤养分的需求,尤其对土壤氮素、磷素竞争需求量较大。综上所述,辽西北沙地苹果-大豆间作系统中存在明显的竞争关系,竞争激烈区域位于果树带区,应在此处加强氮肥和磷肥施加。     

龙眼组蛋白去乙酰化酶基因DlHDT1的克隆与特性分析

组蛋白去乙酰化是植物表观遗传调控的重要组成部分,对染色体结构修饰和基因表达调控发挥着重要的作用。为深入探究组蛋白去乙酰化酶基因(histone deacetylase 1,HDT1)在龙眼体胚发生过程中的功能,该研究结合龙眼基因组数据,采用RT-PCR方法克隆得到龙眼组蛋白去乙酰化酶基因(DlHDT1),对其进行生物信息学分析及亚细胞定位观察,同时结合转录组数据分析DlHDT1在体胚发生过程中的FPKM值,并利用qRT-PCR技术检测PEG6000和NaCl处理下DlHDT1的表达模式。结果表明:(1)DlHDT1基因CDS序列全长918 bp,编码305个氨基酸,该蛋白为不稳定亲水性蛋白,不含信号肽和跨膜结构,共含43个磷酸化位点,相对分子量为32 585.54 Da,等电点为4.65;进化树分析显示龙眼DlHDT1与漾濞槭亲缘关系最近(78.76%)。(2)亚细胞定位显示,DlHDT1蛋白定位于细胞核中;顺式作用元件分析发现DlHDT1基因含有大量光响应元件和脱落酸、茉莉酸甲酯等激素及逆境胁迫响应元件;转录组数据显示,DlHDT1在龙眼体胚发生不同时期均有表达,在胚性愈伤组织(EC)阶段表达最低,在球形胚(GE)阶段表达最高。(3)qRT-PCR显示,在PEG6000和NaCl处理下DlHDT1基因,呈下调表达趋势,推测DlHDT1可能参与调控龙眼对干旱及盐胁迫的响应,并存在负调控关系。研究认为,DlHDT1为核定位基因,可能参与龙眼体胚形态建成并在龙眼响应非生物逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射垂直分布、生物量和籽粒产量的影响

为明确行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射(PAR)垂直分布、生物量和籽粒产量的影响,在不增加水肥等投入的基础上,设置等行距(R₁,20 cm+20 cm)、宽窄行(R₂,12 cm+12 cm+12 cm+24 cm)两种行距方式和低(D₁,120 kg·hm^-2)、中(D₂,157.5 kg·hm^-2)、高(D₃,195 kg·hm^-2)3个播种量水平,分析不同处理组合下冬小麦主要生育时期冠层PAR的截获率及利用率、群体光合能力、生物量和产量差异。结果表明: 冬小麦冠层总PAR截获率、上层PAR截获率均表现为R₁行距显著大于R₂,而中层和下层PAR截获率则表现为R₂大于R₁,且在中层差异显著;从小麦开花至成熟期,相同播种量下R₂行距光合势(LAD)、群体光合速率(CAP)、PAR转化率和利用率都显著高于R₁,并以R₂D₂处理最大;冬小麦的群体生物量(BA)和不同层次叶片生物量(BL)均表现为随播种量增加而增加,但单株生物量(BP)则相反。在同一播种量下,BA、BL和BP均在开花期之后表现为R₂行距高于R₁,其中,BA、BP在成熟期行距间差异显著,中层和下层BL在D₂、D₃播种量下行距间差异显著;不同处理组合间冬小麦的穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量分别以R₂D₃、R₂D₁、R₂D₁、R₂D₂最大,其中,R₂行距下千粒重、穗粒数和籽粒产量显著大于R₁。综上,改变行距可以改善小麦冠层中下层PAR的截获量,增强冬小麦单株和群体光合能力、光合有效辐射的利用及转化效率,提高生物量和籽粒产量。在冬小麦高产栽培中,应重视通过优化田间结构,塑造麦田理想的群体光合结构,以充分利用单位土地面积上光照资源,挖掘作物自身的光合生产潜力,达到高产高效的目的。在本试验条件下,以R₂D₂配置群体光合能力、光合有效辐射利用率和产量最佳。     

利用CRISPR-Cas9技术失活黑曲霉中果胶酶基因及突变株性能评价*

我国果胶酶制剂使用广泛但专一性不高,高效、专一的果胶酶制剂在市场上仍然匮乏。利用基因工程技术改造果胶酶生产菌株——黑曲霉来生产单一成分的果胶酶成为解决果胶酶应用需求的一种有效方案。构建一种高效的CRISPR-Cas9基因编辑技术,可为构建高产单一性果胶酶的黑曲霉底盘菌株提供有效的基因编辑工具。首先敲除产果胶酶黑曲霉基因组上的pyrG基因构建尿嘧啶营养缺陷型菌株AnΔpyrG,并在AnΔpyrG菌株的pyrG基因位点定点整合Cas9基因表达盒和pyrG基因表达盒,构建组成型表达Cas9基因的黑曲霉菌株AnCas9,再构建含有gpdA启动子、锤头结构核酶、HDV核酶的稳定性表达sgRNA的pLM2-sgRNA质粒,建立CRISPR-Cas9基因编辑体系。利用该技术失活AnCas9菌株中的2个聚半乳糖醛酸酶基因4978020和4983861来检测构建的CRISPR-Cas9基因编辑效率并检测4978020基因功能缺失菌株的表型变化和产酶变化,结果表明果胶酶基因编辑效率大于50%,AnΔ4978020的表型和果胶酶酶活性与出发菌株均无明显变化。在黑曲霉中成功构建了高效的Cas9基因编辑技术,4978020基因功能缺失也不影响菌株表型,为构建高产单一性果胶酶黑曲霉底盘菌株奠定基础。     

利用电子鼻评价桃果实香气

为了明确不同桃品种资源果实香气差异,对桃果实香气评价和品质改良提供参考,本研究利用电子鼻系统对桃品种资源果实整果香气进行测定和区分。通过PEN 3.5电子鼻系统采集74份不同品种资源桃果实芳香成分并得到了不同传感器的响应值,采用主成分(PCA)、线性判别法(LDA)和负荷加载(LO)方法分析数据。LO分析结果显示,硫化氢(W1W)、氮氧化物类(W5S)、甲烷类(W1S)、芳香成分与有机硫化物(W2W)传感器对供试桃果实香气的评价起主要作用;结合PCA和区分度值表明白花水蜜、脆保、春冠、奉罐1号、菊黄和红肉桃1号与其他供试品种资源的香气区别较大;LDA可将不同果实生育期桃较好区分,长、中、短不同果实生育期桃甲烷类和芳香成分与有机硫化物传感器响应值差异显著(P<0.05);LDA可将硬肉类型(肉质绵)与其他4种肉质类型桃(不溶质、硬溶质、软溶质和硬质)区分开,且硬肉类型与其他4种肉质类型桃甲烷类传感器响应值差异显著(P<0.05);LDA无法区分不同肉色的桃,且各传感器响应值差异不显著。结果表明,生育期长短对桃果实香气有明显影响;硬肉类型桃香气较独特;不同肉色桃香气接近。     

浙江省甘薯种质资源的品质鉴定与聚类分析

开展甘薯种质资源的品质鉴定评价,可以系统地了解种质的营养价值、食用品质和加工性能,为甘薯生产的品种选择和种质资源的育种利用提供依据。对2017-2019年浙江省第三次全国农作物种质资源普查与收集行动中征集的62份甘薯种质进行了干物率、胡萝卜素含量、生薯和熟薯可溶性糖含量以及食味的测定,并进行了品质性状的主成分和系统聚类分析。结果表明,在参试种质中,有高干物率品种24份,胡萝卜素含量≥5 mg/100 g·FW的品种5份,生薯可溶性糖含量超过水果甘薯六十日的品种7份,熟薯麦芽糖含量超过迷你甘薯心香的品种6份。生薯和熟薯均含有果糖、葡萄糖、蔗糖和麦芽糖。在生薯中蔗糖含量最高,平均含量为27.00 mg/g·FW,占可溶性糖的47.49%。在熟薯中麦芽糖含量最高,麦芽糖与可溶性糖含量高度相关(r=0.925)。食味与熟薯可溶性糖和还原糖含量、胡萝卜素含量呈极显著正相关,与生薯可溶性糖含量呈显著正相关。主成分F1、F2、F3、F4分别与食用品质、淀粉和油炸薯片加工性能、蔗糖含量有关,可以代表94.15%的甘薯品质变量信息。系统聚类分析表明,参试种质的品质类型可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个类群和Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ-1、Ⅲ-2 6个亚群,依用途可以简要归类为:淀粉型23份,粮饲兼用型19份,优质食用型16份,油炸薯片型4份。总之,浙江省甘薯种质资源以淀粉型和粮饲兼用型为主,品质类型丰富,在鲜食及淀粉、全粉、薯脯、油炸薯片加工等用途上有较好的利用价值。     

中国云南色串孢科的新种苍山长喙孢和新记录露

本研究对中国滇西北地区淡水木腐真菌进行了调查,在云南省的苍山、怒江和澜沧江采集到3个菌株。根据形态学特征和多基因系统发育分析（ITS、LSU、SSU、TEF1-α和RPB2）描述了新种——苍山长喙孢Rostriconidium cangshanense。苍山长喙孢的特征是菌体形态与营养菌丝不同,分生孢子梗单生或者松散成束,光滑或粗糙;产孢细胞多芽、深褐色、具有黑色驼峰状的分生孢子脱落痕;分生孢子梭形至倒棒状、长喙状,6-8个横隔,有明显油滴状细胞内含物,有时具顶端粘膜鞘。露兜长喙孢Rostriconidium pandanicola报道为世界淡水环境的新记录。     

CRISPR/Cas9介导靶向敲除拟南芥BRI1突变体的鉴定

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)油菜素内酯受体BRI1为目的基因,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术定向编辑拟南芥BRI1,以期获得更多BRI1的突变体,为后续BRI1功能的进一步深入研究奠定基础。通过筛选转基因植株,对编辑后的BRI1进行测序分析,结果显示该突变体中BRI1基因序列由于新碱基的插入导致提前终止。同BRI1强突变体bri1-710一样,相比于野生型对照均对BL处理不敏感,但相比于bri1-710,该突变体植株较大,暗示BRI1 N端可能在BR信号途径中有重要作用。因此该研究可为后续进一步研究拟南芥及其他同源物种的BRI1功能提供可靠的参考依据。