基于创新能力培养的“微生物学”研究型教学模式探索

微生物学是生命科学的重要组成部分。随着科学技术的飞速发展,微生物学教学内容和教学方法都需要不断革新,以满足高素质人才培养的需求。华中农业大学在微生物学教学过程中积极开展基于创新能力培养的教学改革实践,课堂上通过推崇学科名人,弘扬科学精神;关注社会焦点,激发学习兴趣;引入学科前沿,培养创新意识等积极引导学生学习微生物学相关知识。通过翻转课堂、对分课堂,借助"微助教"微信公众平台等改变传统的教学模式与师生互动的方式,突破学生学习的时空局限,加强师生交流。依托农业微生物学国家重点实验室等高水平的科研平台,鼓励学生进入实验室运用微生物学知识开展科研实践,引导学生参加各类竞赛,实现理论知识学习向实践创新能力的转化。总之,学生不仅能够在"微生物学"课堂上牢固地掌握微生物学知识,创新思维也得到锻炼,创新能力显著增强。     

在线推定和控制葡萄糖浓度改善谷氨酸发酵性能

谷氨酸发酵过程一般需要定时、人工分批式地添加葡萄糖。该流加操作方式会引起发酵罐内葡萄糖浓度的剧烈波动, 不利于高效、稳定的谷氨酸生产。谷氨酸发酵具有显著的非增殖耦联特征, 产酸期葡萄糖耗量与氨水耗量存在非常明显的关联性。通过在线计量氨水耗量推定糖耗以及葡萄糖浓度, 可比较准确地将谷氨酸发酵产酸期的糖浓度控制在预先设定的水平。当糖浓度控制在5 g/L~10 g/L的低水平时, 最终谷氨酸浓度可以达到80 g/L的较高水平, 高糖浓度下的渗透压效应有望得到缓解, 有利于发酵生产的稳定。     

地方稻资源D43的开花期耐热特性研究

水稻在抽穗开花期对高温胁迫非常敏感,通过挖掘耐热资源,培育耐热水稻品种是应对高温热害最有效的方式。前期研究发现,地方稻资源D43在花期连续高温条件下能保持较高的结实率。本研究在大田和人工气候室不同高温处理下,分析了D43的开花时间与耐热性之间的相互关系。结果表明,高温能够使水稻的开花时间提前,D43表现出稳定的早花时特性,高温胁迫下的开花时间集中在8∶30~10∶00;在开花时间段恒定高温胁迫下,D43的结实率较低;但在大田高温和人工气候室模拟高温胁迫下,D43的开花时间避开了日高温段,从而表现出较高的结实率;花器官形态性状包括花药开裂率、柱头上的花粉附着数、花粉萌发数与结实率之间呈显著正相关,因此可用于评价水稻的花期耐热性。     

利用机器学习提高M. jannaschii酪氨酰tRNA合成酶底物特异性分子建模预测的准确度

设计结合不同化学结构底物的酶结合袋是一个巨大的挑战. 传统的湿实验要筛选成千上万甚至上百万个突变体来寻找对特定配体结合的突变体,此过程需要耗费大量的时间和资源. 为了加快筛选过程,我们提出了一种新的工作流程,将分子建模和数据驱动的机器学习方法相结合,生成具有高富集率的突变文库,用于高效筛选能识别特定底物的蛋白质突变体. M. jannaschii酪氨酰tRNA合成酶（Mj. TyrRS）能识别特定的非天然氨基酸并催化形成氨酰tRNA,其不同的突变体能够识别不同结构的非天然氨基酸,并且已经有了许多报道和数据的积累,因此我们使用TyrRS作为一个例子来进行此筛选流程的概念验证. 基于已知的多个Mj. TyrRS的晶体结构及分子建模的结果,我们发现D158G/P是影响残基158~163位α螺旋蛋白骨架变化的关键突变. 我们的模拟结果表明,在含有687个突变体的测试数据中,与随机突变相比,分子建模和打分函数计算排序可以将目标突变体的富集率提高2倍,而使用已知突变体和对应的非天然氨基酸数据训练的机器学习模型进行校准后,筛选富集率可提高11倍. 这种分子建模和机器学习相结合的计算和筛选流程非常有助于Mj.TyrRS的底物特异性设计,可以大大减少湿实验的时间和成本. 此外,这种新方法在蛋白质计算设计领域具有广泛的应用前景.     

华南地区龙眼的温度适宜性及其变化趋势

运用温度适宜度模型对华南地区龙眼生产和生育期的适宜性及其时空差异进行了计算、评价和预测。首先分析龙眼各生育期适宜度,结果表明,休眠期、花芽生理分化期、花芽形态分化期适宜性较低,具有较高的变率,开花期、果实发育成熟期、抽梢期表现出较高的温度适宜性,变率也较小,并且通过进一步研究发现影响华南地区龙眼生产的关键问题不是冷害,而是冬春季节的热害;其次分析华南地区各县区的平均温度适宜度,结果表明,华南地区龙眼温度适宜性的地域分异呈纬度地带性规律,并根据龙眼减产率将华南地区划分为最适宜型、适宜型、次适宜型、低适宜型和不适宜型五大适宜度类型;最后分析龙眼各生育期温度适宜度的年际变化,发现未来各生育期中除果实发育成熟期和抽梢期无明显变动外,其他生育期的温度适宜度都有下降趋势,同时对华南地区各站点龙眼温度适宜度的变化趋势作分析,结果表明,除福建省部分地区有弱上升外,总体上华南地区温度适宜度有下降趋势,且存在着地区差异,并且未来龙眼的适宜种植区将有可能北移,根据各站点未来适宜度变化的方向和强度进行分类,将华南地区划分为强下降型、次强下降型、弱下降型和上升型四大变动类型。     

Alcalase碱性蛋白酶对中华稻蝗蛋白水解条件的研究

本试验采用Alcalase碱性蛋白酶对中华稻蝗蛋白进行水解,研究其蛋白酶解条件和酶解物的抗氧化性(用抑制邻苯三酚自氧化率来表示).结果表明,实验室最佳酶解条件为:底物浓度1%,pH值8.0,温度55℃,水解时间4 h,加酶量(V/V,%)为10%.在此条件下其酶解物具有明显的抗氧化活性,对邻苯三酚自氧化的抑制率可达40%,水解度为51%.     

β-甘露聚糖酶和木聚糖酶基因在大肠杆菌中共表达

【目的】β-甘露聚糖酶和木聚糖酶都属于半纤维素酶,它们已经同时运用于工农业生产的许多领域。构建β-甘露聚糖酶和木聚糖酶共表达菌株并进行相关评价。【方法】通过设计一个共同的酶切位点,将菌株Bacillus subtilis BE-91中的β-甘露聚糖酶和木聚糖酶基因串联到表达载体pET28a(+)上,转化大肠杆菌构建了一株能够共表达β-甘露聚糖酶和木聚糖酶的菌株B.pET28a-man-xyl。【结果】菌株诱导21 h后,发酵液中β-甘露聚糖酶和木聚糖酶的酶活分别为713.34 U/mL和1455.83 U/mL,是胞内酶活的11.8倍和2.53倍。【结论】SDS-PAGE分析、水解圈活性检测和胞外酶与胞内酶酶活检测表明:两个酶均以功能蛋白独立分泌到胞外。此外,与β-甘露聚糖酶和木聚糖酶单独酶解半纤维素相比,复合酶的酶解效果更好。菌株的成功构建为复合酶制剂(半纤维素酶制剂)的研究和生产奠定基础。     

原发性肝细胞癌组织中Beclin 1的表达及其意义

目的：探讨原发性肝细胞癌（HCC）组织中Beclin 1的表达及其在肝细胞癌发生发展中的作用。方法：应用免疫组化EnVision法检测54例肝细胞癌组织及其癌旁组织中Beclin 1的表达,分析其与肝细胞癌的病理分级、临床分期、侵袭及转移等临床病理因素的关系。结果：HCC组织中Beclin 1阳性表达率明显低于癌旁组织（X2=7.53,P〈0.01）。病理分级Ⅲ～Ⅳ、TNM分期Ⅲ～Ⅳ、存在静脉浸润和淋巴结转移的肝癌组织中的Beclin 1表达水平明显低于病理分级Ⅰ～Ⅱ、TNM分期Ⅰ～Ⅱ、无静脉浸润和淋巴结转移的肝癌组织（P〈0.01）。结论：HCC组织中存在Beclin 1表达缺失,可能与HCC的发生有着密切的关系,且对HCC的恶性生物学行为有重要影响。     

巨桉根系分解对菊苣生长及光合特性的影响

巨桉是我国退耕还林过程中采用的重要速生树种之一,被广泛用于人工造林。采用盆栽试验,研究了巨桉根系分解初期对菊苣幼苗生长和光合生理特性的影响。试验设置A1(50 g/盆)、A2(100 g/盆)和对照(CK)3个根系水平,将各处理的根系分别与10 kg土壤混合后装盆,播种菊苣。待A2处理植株的第3片真叶完全展开后测定菊苣光合生理指标及相关生长指标。结果表明:在巨桉根系分解初期,明显抑制了菊苣高生长、根生长、生物量积累、叶面积扩展及光合色素的合成,且随着根系添加量的增加抑制作用加大;菊苣叶片胞间CO2浓度(Ci)增加,而净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均显著低于对照;随土壤中根系含量的增加,除CO2补偿点(CCP)呈增加趋势外,其他光响应和CO2响应的特征参数均呈明显的下降趋势,并与对照差异显著;各生长指标除与胞间CO2浓度呈现出负相关外,与其它光合特征参数、光合色素以及相应的响应曲线参数之间均呈现出显著或极显著的正相关关系;通过GC-MS检测表明,巨桉根系中含有2,6-二叔丁基对甲酚、N-甲基苯乙胺等多种具有化感潜力化学物质,在其分解过程中,这些化感物质逐步释放并作用于受体植物,抑制其光合色素合成和光合作用,降低其环境适应能力,从而抑制菊苣的生长。     

NIRF可抑制乙型肝炎病毒在水动力法转染HBV小鼠模型中的复制及表达

目前对NIRF(Np95/ICBP-90 like RING finger protein)的研究正朝着细胞癌变进程以及表观遗传学的方向发展,但在体内NIRF对乙型肝炎病毒(HBV)的复制及表达的影响,目前尚不明确.通过高压水动力法转染HBV小鼠模型,不同时间点收集血液和肝组织标本,荧光定量PCR检测血清及肝组织中病毒载量,WesternBlot检测肝组织HBc(hepatitis B virus core protein)表达,ELISA检测血清HBeAg表达,并通过免疫组化染色检测HBsAg、HBcAg在肝组织中的定位及表达.小鼠转染pAAV-HBV1.3和NIRF以后,血清及肝组织病毒载量降低(n=3,P<0.05),HBc蛋白及HBV相关抗原的表达受到抑制,说明在水动力法转染HBV小鼠模型中NIRF对HBV的复制及表达起到抑制作用,期待能为后续的HBV致病机理及治疗药物的研究与开发提供支持与帮助.