彩色小麦种质资源在生物强化和功能食品应用中的研究进展北大核心CSCD

因为人类膳食不平衡和微量营养缺乏导致的隐性饥饿已经受到国内外高度重视。利用生物育种技术培育富含各种微量营养的优良作物品种是生物强化和功能食品的主要发展方向。国内外大量研究表明,彩色小麦种质资源富含花青素、铁、锌、硒、维生素、叶酸等微量营养和蛋白质等,对抗炎、抗癌、糖尿病、心脑血管疾病、贫血病、生长发育不良等有一定的功效,将在保障粮食安全和人类健康中发挥重要作用。本研究首先介绍了隐性饥饿、生物强化、功能食品、功能农业和功能品种等方面的发展趋势,重点介绍了国内外彩色小麦种质资源功能营养成分及遗传育种方面的研究进展。建议广泛收集和创制彩色功能营养小麦新种质,挖掘优异营养基因资源,揭示彩色小麦花青素和微量营养(硒、锌、铬等微量元素,维生素,人体不能合成的8种氨基酸,叶酸等)以及品质(蛋白质含量和组分)性状的遗传耦合机理,以期为彩色小麦生物强化和主粮功能化提供理论依据和技术支撑。     

玉米维生素A生物强化研究进展和展望

维生素A对机体细胞分化、免疫功能、视觉感受等多个生理过程发挥重要作用。维生素A缺乏(vitamin A deficiency,VAD)是世界五大微量营养素缺乏问题之一,全球每年有25万~50万儿童因维生素A缺乏患夜盲症,我国尤其欠发达地区也深受其影响。主要作物的生物强化是解决微量营养素缺乏最经济有效的手段之一。在回顾了维生素A对人体的重要功能、全球维生素A缺乏的现状的基础上,现重点综述了玉米维生素A强化的研究进展,并探讨了玉米维生素A生物强化面临的挑战和需要重点关注的问题。     

作物锌生物强化研究进展

微量营养元素缺乏又称"隐性饥饿",已经成为全球最普遍的公共健康问题,尤其是对于发展中国家的妇女和学前儿童。锌是人体必需的微量营养元素,培育和推广富锌作物品种是减少贫困地区锌缺乏的有效手段,国际生物强化项目(Harvest Plus)在这一领域处于全球领导地位。介绍了Harvest Plus项目的发展历程,总结了国内外锌生物强化的最新进展,并结合CIMMYT开展小麦锌生物强化育种的实例,对育种中相关问题进行了探讨。     

营养型农业的发展背景及进展

随着社会经济的发展,我国正朝着全面建设小康社会的目标迈进,但仍面临诸多挑战。本文首先分析了目前我国人群正面临的营养健康问题,数据显示我国人群正面临着隐性饥饿和营养过剩的双重负担,并造成了严重的社会经济损失。以作物营养强化技术为核心的营养型农业是解决该问题的重要途径之一,国际上已培育了多种营养强化型农作物新品种并在多个国家种植,效果显著,我国已先后培育出多种富含矿物元素(铁、锌)、维生素(β-胡萝卜素、叶酸、维生素E等),以及健康功能因子(膳食纤维、花青素、叶黄素等)的作物新品种,生物有效性分析表明营养强化农作物能够有效改善人群健康状况,具有重要的应用前景。通过发展以作物营养强化技术为核心的营养型农业,一方面可以改善国民营养健康,另一方面可以增加农民收入,促进农业生产方式的转变,助力我国乡村振兴。     

植物维生素生物强化进展

维生素是动植物生长发育所必需的微量营养素,包括A、B族(B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9、B12)、C、D、E和K等。这些物质由于人体内不能合成或合成量不足,所以虽然需要量很少,但必须从膳食特别是植物性食品中获得。因此,利用生物强化技术来提高植物合成的维生素含量可以有效地应对全球性维生素缺乏的问题,对人类的生存与健康具有重要意义。综述了近年来国内外植物中维生素代谢和生物强化的主要研究成果,并对利用分子设计育种进行维生素生物强化的未来发展方向进行了展望。     

基因变体可减轻淋巴细胞性白血病的危险

叶酸是对ＤＮＡ合成与修复至关重要的一种维生素。亚甲四氢叶酸还原酶(ＭＴＨＦＲ)作用于叶酸,使某些叶酸在代谢中走向其他的生物过程,从而减少维持ＤＮＡ合成及修复所需的叶酸量。已有证据证明缺乏ＤＮＡ修复会引起癌细胞的生长。一美英研究小组在1999年10月26日ＰｒｏｃＮａｔｌＡｃａｄＳｃｉＵＳＡ上报道,叶酸缺乏可引起急性淋巴细胞性白血病,有多达2/3的人带有ＭＴＨＦＲ基因的常见型式。研究者比较了英国308个各种白血病患者和年龄、性别、生活方式、地区与之相应的491个健康成年人血中ＤＮＡ的遗传结构,发现71个急性淋巴性白血病患者…     

叶酸强化面粉贮藏加工过程中叶酸稳定性的研究

以人工制备叶酸强化面粉为测试样品,研究了不同包装材料与不同贮藏温度对叶酸强化面粉中叶酸稳定性的影响;并将叶酸强化面粉馒头、冷鲜面、面包、曲奇,以这些为测试样品,检测了加工过程中叶酸强化粉产品的叶酸损失率。     

作物铁生物强化

铁是植物必需的微量元素。缺铁不仅影响植物的生长,更影响作物的营养品质。铁营养摄入不足是导致人体缺铁性贫血的主要原因。在膳食结构中,以谷物为主食,特别是发展中国家的人群,缺铁性贫血更为严重。因此,以提高作物食用部分铁含量为目标的"铁生物强化"意义重大。首先,介绍了植物铁吸收、转运和储存的分子机制;其次,总结了提高作物铁含量和生物有效性的方法 ;最后,对未来作物铁生物强化的研究方向提出了展望。     

叶酸在植物体内功能的研究进展

叶酸(folates)是一类水溶性B族维生素, 包括四氢叶酸(THF)及其衍生物, 是植物体中参与C1转移反应的重要辅酶。其在嘌呤、胸苷酸、DNA、氨基酸和蛋白质的生物合成以及甲基循环中发挥重要作用。近年来, 人们对叶酸在植物体内的功能又有了新发现。例如, 叶酸可通过结合核糖开关实现基因表达调控; 叶酸在苯丙氨酸转化为酪氨酸过程中可作为电子供体; 光裂合酶和植物隐花色素的叶酸辅酶可捕获光能; 此外, 叶酸还参与叶绿素的生物合成以及种子抗氧化胁迫等过程。该文详细综述了上述新发现, 并对植物体内叶酸功能的主要研究方向进行了展望。     

利用生物多样性控制作物害虫的理论与实践

生物多样性是人类可持续发展的重要基础,保护和利用生物多样性是国际社会普遍关注的问题。近年来,通过改善农田生物多样性和强化农田生态系统保益控害的服务功能,实现作物病虫害生态调控已成为国内外研究的热点。本文在总结分析国内外利用生物多样性控制害虫理论研究和实际应用的基础上,综述了该领域的研究进展、实践成果和发展前景。文中介绍了生物多样性的基本概念及其与害虫综合治理的关系,系统概述了利用农田生物多样性控制作物害虫的各种理论假说,包括天敌假说、资源集中假说、联合抗性假说、"推-拉"假说、中度复杂假说、景观缓冲假说等;从提高天敌多样性、作物多样性、非作物多样性和景观多样性等方面综合评述了利用农田生物多样性控制作物害虫的应用实践,重点介绍了我国的一些典型的实际应用案例,旨在充分展示中国昆虫学科技工作者在该领域做出的贡献;针对现代农业集约化经营导致农田生态系统结构简单、农田生物多样性不断下降等特点,对如何以农田景观为单元进一步做好利用生物多样性控制作物害虫的理论研究和应用实践进行了讨论和展望。     

生物多样性控制作物病害研究进展

自然资源的合理利用和生态环境保护是人类实现可持续发展的基础, 生物多样性的研究和保护已成为世界各国普遍关注的重大问题。农作物病害是农业生产上重要的生物灾害, 是制约农业可持续发展的主要因素之一, 抗病品种大面积单一化种植导致了农业生物多样性水平严重降低, 因而农业生物多样性的过度丧失已成为可持续农业所面临的主要难题。利用生物多样性持续控制作物病害能减轻作物病害发生和作物产量损失, 达到保护作物多样性, 减少农药过量施用给农业生态环境造成破坏的最终目的, 而揭示生物多样性控制作物病害的机制能有效地指导生产上对不同作物进行合理布局和轮换, 建立作物不同组合的优化搭配和种植模式。文章从分子、生理和生态水平研究农业生物多样性控制作物病害的机制、以及影响作物多样性控制病害的因素、覆盖作物等几方面对生物多样性控制作物病害的研究进展进行概述, 同时对今后生物多样性控制作物病害机制还需加强的研究部分进行了展望。     

组织叶酸检测方法的建立及应用

目的:采用目前常用的化学发光法检测组织叶酸,探索不同叶酸前处理,寻求合适的检测组织叶酸的实验方法。并将优化好的方法应用于叶酸缺乏小鼠模型的检测。方法:通过化学发光法检测组织叶酸含量,首先将一定量的组织放入合适的buffer中,匀浆器匀浆后,通过超声或煮沸处理样本,离心后,得到上清样本,建立标曲和质控后,进行上机测定。该方法中我们通过探讨不同的buffer(包括PBS、Lysis和Tris-base盐溶液)处理组织叶酸,和不同的处理条件(包括是否煮沸及煮沸时间、样本处理时间等),探讨该方法检测组织叶酸最优化条件;并应用该方法进行小鼠叶酸缺乏模型中各组织叶酸含量的检测。结果:我们选择雄鼠肝组织进行叶酸检测,分别用PBS、Lysis和Tris-base盐溶液进行样本前处理,结果发现同样的处理条件下,如不煮沸条件下,Tris-base盐溶液(38.72 ng/mg)PBS(15.68 ng/mg)Lysis(11.9 ng/mg),提示Tris-base盐溶液可能有助于叶酸的稳定,防止降解。同时,我们探讨煮沸对叶酸检测结果的影响,结果发现同一种前处理下(如Tris-base),不煮沸(38.72 ng/mg)煮沸1分钟(36.36 ng/mg)煮沸3分钟(33.28 ng/mg)煮沸5分钟(30.72 ng/mg),说明叶酸含量随着煮沸时间的延长逐渐降低。此外,我们还对叶酸检测结果的重复性和稳定性进行了评估,结果发现不煮沸条件下,叶酸结果重复性很好,但随着时间延长稳定性会逐渐下降。因此,我们选择了Tris-base盐溶液进行前处理,条件选择为不煮沸和立即检测来减少因样本处理问题产生的误差。我们用该方法检测了叶酸缺乏小鼠模型的各组织叶酸含量,结果发现肝组织18.81 ng/mg降为8.46 ng/mg,脑组织从0.37 ng/mg下降为0.19 ng/mg,脾脏组织从1.53 ng/mg下降为0.26 ng/mg,肺组织从0.47 ng/mg下降为0.13 ng/mg,肾脏组织从2 ng/mg下降为0.9 ng/mg,心脏组织从0.33 ng/mg下降为0.06 ng/mg说明饮食叶酸是体内叶酸的主要来源,其缺乏可能导致多种组织叶酸代谢异常。结论:组织叶酸化学发光法检测条件优化为Tris-base盐溶液进行前处理,条件选择为不煮沸,并将样本立即进行检测。我们用该方法检测小鼠叶酸缺乏模型发现低叶酸饮食能显著降低各组织的叶酸含量,可能对生长发育造成潜在的影响。     

中国生物强化项目的成本收益和成本有效性分析——以生物强化富铁小麦为例

以生物强化富铁小麦为例,采用事前成本收益分析法和成本有效性分析法,分析了中国生物强化项目的健康效益、研发总成本及其构成、成本收益率和成本有效性情况,并进一步做了国际比较分析。结果表明:中国生物强化富铁小麦营养干预效果显著,其一年获得的健康效益可达到112 706~291 753个DALYs损失值的减少,货币化后的经济收益一年为23.53亿~60.91亿元,项目期间(30年)的经济收益将达到705.86亿~1 827.19亿元;中国生物强化富铁小麦项目期间(30年)研发总成本将投入约6 314.92万~9 416.53万元,其中推广成本约占总成本的99%;中国生物强化富铁小麦的成本收益率为1 117.76~1 940.41,即每投入1元的研发成本可以带来1 117.76~1 940.41元的收益;按照世界银行和世界卫生组织的标准,中国生物强化富铁小麦公共营养干预效果是高成本有效的;整体上生物强化项目的成本有效性优于食品强化和营养素补充剂,具有成本上的优势。最后,提出了进一步增加科研投入、加强研究和增强中国生物强化作物的微量营养素含量、重视生物强化作物的推广和宣传、强化吸收和借鉴国际生物强化在其他国家开展项目的发展经验等政策建议。     

质谱检测叶酸缺乏人胚肾细胞中低组蛋白H3赖氨酸79甲基化修饰

目的:探讨叶酸(Folic acid,FA)缺乏在培养的人胚肾细胞(HEK-293)中对细胞组蛋白修饰水平的影响。方法:人胚肾细胞分两组培养,一组正常培养,一组无叶酸培养。细胞提取组蛋白后通过高效液相色谱一线性离子阱/静电场轨道阱高分辨质谱(HPLC-LTQ/Orbitrap Ms)检测组蛋白的修饰以比较叶酸缺乏对人胚肾细胞组蛋白修饰的影响。结果:用高分辨质谱方法成功检测到人胚肾细胞的五个组蛋白变体H1,H3,H4,H2a和H2b上的33个组蛋白修饰位点,其中23个修饰位点为uniprot数据库上已经报道的组蛋白修饰位点,而其余10个为未报道修饰位点。通过质谱比较正常和叶酸缺乏组人胚肾细胞修饰谱发现H3K79me1和H3K79me2在叶酸缺乏培养组中检出率较低。进一步用蛋白免疫印迹的方法也证明了在叶酸缺乏的人胚肾细胞中H3K79me1水平低于正常培养组。结论:细胞中叶酸缺乏影响组蛋白甲基化包括H3K79me2和H3K79me1修饰水平,提示细胞外营养因素叶酸水平可影响组蛋白修饰水平从而参与疾病如神经管畸形(Neural tube defect,NTD)的发生。     

农田生物多样性与害虫综合治理

在现代农田生态系统中 ,人类为了满足自身的需要 ,通常把自然界的植物群落改造成大面积种植单种特定的作物 ,人为地排除其他植物种类的竞争以提高作物的产量。由于单一化的作物不断取代自然植被 ,降低了农田的物种和生境多样性 ,结果导致农田生态系统的不稳定和害虫问题的更加恶化。影响农田生物多样性的因素很多 ,如地理位置、气候类型、环境条件、作物品种、种间关系、人类的栽培活动等。根据现有的生态学原理和研究成果 ,人类可以通过采用适当的措施来恢复和强化农田生物多样性 ,提高天敌的控制潜能 ,减少害虫发生的可能性 ;这些措施包括合理安排混作的时空格局 ,通过轮作进行间断性耕种 ,对多年生作物采用地面覆盖植被 ,利用不同品种以提高作物的遗传多样性 ,等等。在设计农田生物多样性的管理策略时 ,必须同时考虑当地气候、地理 ,植被 ,作物 ,土壤等因素的变化 ,因为在特定的生境条件下 ,这些因素可能增加或减少害虫发生的机会     

溶瘤单纯疱疹病毒的叶酸-聚乙二醇化修饰及其生物学活性检测

溶瘤单纯疱疹病毒(oncolytic HSV)是一种重要的具有临床应用前景的病毒,但是该病毒的感染缺乏肿瘤细胞靶向性,因而在相当程度上限制了其进一步的临床应用。首先把特异结合肿瘤细胞表面叶酸受体的叶酸(FA)与聚乙二醇(PEG)进行化学交联,然后用PEG化的叶酸对溶瘤单纯疱疹病毒G207进行共价表面化学修饰,并检测修饰后的病毒FA-PEG-HSV和PEG-HSV的物理和生物学活性。结果显示,FA-PEG-HSV和PEG-HSV的稳定性较未修饰的HSV有所提高,但病毒活力则分别下降为未修饰HSV的22.5%和27.5%,而FA-PEG-HSV对叶酸受体过表达的肿瘤细胞KB的感染效率则比叶酸受体低表达A549细胞提高了300%。以上结果表明,FA-PEG-HSV是一种成功的叶酸受体靶向性溶瘤病毒复合体。     

微囊藻毒素对陆生植物的污染途径及累积研究进展

微囊藻毒素(Microcystins,MCs)是全世界范围内普遍存在、且随着水体污染的加剧而在自然环境中大量积聚的蓝藻毒素之一,对多种生物有着严重的毒性作用.MCs在生物体内富集并通过食物链传递,对人类健康造成威胁.近些年,MCs对陆生植物的毒害作用及累积研究尤为引人关注,取得了一批重要的研究成果.MC-LR(L为亮氨酸)和MC-RR(R为精氨酸)是淡水水体中普遍存在且危害较大的两种MCs异构体.针对这两种毒素,重点介绍其对陆生植物的污染途径、毒性作用及其在作物体内的累积量,对今后的研究进行了展望.     

贾湖遗址人骨的元素分析

古代人类食谱分析是生物考古重要组成部分,我国在此方面尚缺乏较为系统的研究。本文利用微量元素分析方法,对河南舞阳贾湖遗址人骨进行了元素分析,根据骨中log(Sr Ca)、log(Ba Ca)的变化,揭示了贾湖先民生活方式从狩猎、采集至稻作农业和家畜驯养的发展过程。同时指出,样品249的log(Sr Ca)、log(Ba Ca)异常,当与其迁徙活动相关。     

西安地区妊娠妇女不同孕期血清铁蛋白、叶酸和维生素B_(12)的水平及临床意义

目的:探讨西安地区妊娠妇女不同孕期血清铁蛋白、叶酸和维生素B12的水平及临床意义。方法:收集2012年8月至2013年1月在本院进行产前检查的750例妊娠期妇女及86例健康非妊娠妇女的血清标本。采用全自动化学发光免疫分析法测定其血清铁蛋白、叶酸和维生素B12的含量。结果:孕妇血清铁蛋白、叶酸和维生素B12的含量随孕期的增长而逐渐降低。早、中、晚孕期妇女叶酸的含量较对照组相比,并无显著差异(P0.05)。中、晚孕期妇女血清铁蛋白和维生素B12含量均显著低于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。结论:西安地区中、晚孕期的孕妇体内存在铁蛋白和维生素B12缺乏,但并不缺乏叶酸。在重视补充叶酸的同时,也应该重视对铁和维生素B12的补充。     

青藏高原高寒草地地下生物多样性: 进展、问题与展望

栖息于土壤中的微生物和微型动物种类繁多、数量巨大, 在对地上生物多样性的调控和在生态系统功能与服务的维系中, 具有举足轻重的作用。虽然对土壤微生物以及土壤动物已经开展了广泛的调查, 但是整体上对于地下生物多样性的分布格局、驱动机制及其对全球变化的响应与适应过程, 仍缺乏深刻的认识。青藏高原是全球变化的敏感区域, 其中高寒草地是高原最主要的植被类型, 占高原面积的60%左右, 在高寒生态系统生物多样性维持中具有重要意义。近年来, 已有大量研究关注于高寒草地地下生物多样性, 但是缺乏系统的总结与论述。基于此, 本文从细菌、真菌、古菌、线虫、节肢动物五大土壤生物类群出发, 阐述了青藏高原高寒草地的地下物种丰富度、分布格局及其影响因素, 重点探讨了它们对气候变化和人类活动的响应, 并就未来高寒草地地下生物多样性亟需关注的关键问题进行了展望, 包括: (1)地下各个生物类群的分布格局、各类群之间的联系及驱动机制; (2)地上与地下生物多样性耦联的机制; (3)地下生物多样性对生态系统功能和健康的影响; (4)地下生物多样性的调控实验研究。