基于专利分析的生物传感器发展态势研究*

生物传感器将固定化的生物敏感材料作为识别元件,具有体积小、专一性强、响应快、准确度高等特点,市场应用前景广阔。近年来,生物传感器技术发展迅速,研究成果不断涌现。为更好地了解我国生物传感器研究现状,进一步促进生物传感器行业健康快速发展,基于IncoPat专利数据库,利用ITGinsight作为文献分析工具,对全球范围内生物传感器领域的总体研究态势、区域布局、技术构成及研究热点等方面进行专利分析,并对核心专利进行识别。结果表明,我国生物传感器领域的专利数量排在世界前列,但科研实力存在区域分布不均衡、企业研发实力不强、关键核心技术不足等问题。针对这些问题,提出我国生物传感器技术的未来发展策略。     

研究报告：阿尔茨海默病发生发展中关键E3泛素连接酶的筛选

目的 探索阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）发病中的关键E3泛素连接酶及其表达特征。方法 通过生物信息学方法分析筛选AD发生发展过程中的差异基因,行基因本体（GO）分析,并构建蛋白质互作网络（PPI）。继而,通过The Human Protein Atlas和Alzdata数据库,分别查找泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system,UPS）中的E3泛素连接酶的组织细胞学定位和AD患者/对照不同脑区中的表达值,并通过qPCR方法在AD小鼠脑组织中验证。结果 我们发现UPS和泛素结合酶结构域UBCc分别在参与AD发生进程的生物学功能和结构域中位居首列;PPI互作网络中多个UPS分子位居关键节点;神经元中特异性高表达的E3泛素连接酶（MKRN2、NEDD4L、LNX1、RNF41、TRIM36、RNF8和DTX4）在AD患者和AD小鼠脑组织中表达量下调。结论 这7个E3泛素连接酶可能作为驱动因子参与AD进展,这对进一步寻找诊断和治疗AD的新靶点以及深入的机制探索提供了重要线索。     

不同抗性泡核桃对褐斑病病原菌侵染的生理生化响应北大核心CSCD

以抗病和感病泡核桃无性系为实验材料,人工接种褐斑病病原菌后测定不同时期叶片中保护酶活性、总酚、类黄酮、叶绿素含量等相关生理生化指标,探讨不同抗性泡核桃响应褐斑病病原菌侵染的生理生化差异。结果表明:(1)接种病原菌后,感病无性系64叶片带菌率随着侵染时间的增加而升高,且显著高于抗病无性系199(P<0.05)。(2)抗病无性系199和感病无性系64叶片的SOD、POD、CAT、APX和PPO活性随着侵染时间均呈现先升高后降低的变化趋势,其中SOD、POD和APX活性均在16 d时达到最大值;与较感病无性系相比,接种后抗病无性系的POD和APX活性较强;在接种前期(1~16 d),感病无性系PPO活性高于抗病无性系,后期(16~34 d)CAT活性也较抗病无性系高。(3)抗病无性系叶片叶绿素含量始终高于感病无性系;抗病无性系MDA含量在接种后无明显变化,而感病无性系先增加后降低,其细胞膜脂过氧化较重。(4)两个无性系叶片可溶性蛋白和可溶性糖含量变化较平缓,且差异不显著,在接种后期(34 d)有升高的趋势;接种5 d以后,感病无性系叶片类黄酮和总酚含量始终显著高于抗病无性系。研究发现,泡核桃抗病无性系叶片带菌率较低,较难受到侵染,并且通过提高POD和APX活性以及积累较多叶绿素、可溶性蛋白和可溶性糖来应对病原菌侵染引起的氧化胁迫,抑制病原菌的繁殖,从而提高其抗病能力。     

油葵苗期抗旱相关性状的QTL定位及候选基因筛选

干旱是限制向日葵生长发育的重要因素之一。为探究向日葵苗期抗旱性分子机制,该研究以向日葵K55与K58杂交构建的150个F₇重组自交系群体为材料,对其在正常浇水和干旱胁迫两种水分处理条件下的叶片相对电导率、叶绿素含量、叶面积、叶片相对含水量、根长进行表型测定,利用前期建立的SNP、SSR分子标记遗传连锁图谱,通过复合区间作图法对5个抗旱相关的性状进行QTL定位。结果表明：(1)共定位到向日葵QTL位点11个,其中正常浇水条件下5个,干旱胁迫条件下6个,表型贡献率为0.768%~7.547%,且5号连锁群上定位到的QTL位点最多(3个)。(2)QTL置信区间内共筛选到62个与干旱相关的候选基因,包括位于qLA 8 1上的rna23019、rna23004、rna22661、rna22193、rna23294、rna22783和位于qCC 13 1上的rna40140,这些基因可作为后续基因克隆及功能研究的重点候选基因。该研究结果为向日葵抗旱性研究及其遗传改良奠定了基础。     

黄河上游兰州-西宁城市群资源环境承载力时空分异及障碍因子诊断

基于PSR模型构建资源环境承载力评价体系,利用熵权法、综合指数模型和GIS的空间分析功能对兰州-西宁(兰西)城市群资源环境承载力进行时空动态剖析,并运用障碍度模型识别其障碍因子。结果表明: 2005—2018年,兰西城市群资源环境承载力呈波动上升态势,资源环境承载力状况较好;资源环境承载力变异系数亦有波动上升趋势,区域差异逐步扩大。资源环境承载力空间上总体呈现以兰州与西宁主城区为中心的“双核”结构特征,高水平区主要集中于以兰州市和西宁市为中心的河湟谷地及其周边部分县区,低水平区集中于城市群中部、南部地区。其中,资源环境承载力子系统指数的时空分异特征显著,压力指数呈波动下降态势,空间上呈现以兰州与西宁市区为中心向外围地区递减的分布特征;状态指数呈波动上升态势,呈东西两翼高、中部低的空间演化特征;响应指数整体呈上升态势,空间上呈东高西低、中高外低的格局特征。城镇化率、人均工业废水排放量、生活垃圾无害化处理率、水耗指数和环保投资占GDP比重是制约兰西城市群资源环境承载能力提升的主要障碍因子。     

格氏栲天然林林窗植物群落功能性状的变异

林窗是森林更新演替的重要环节, 揭示林窗环境下功能性状变异来源及其相对贡献, 有助于阐明植物对林窗环境的响应。该研究以中亚热带格氏栲(Castanopsis kawakamii)天然林为对象, 设置9个不同大小的林窗样地, 运用方差分解探讨林窗、物种和个体对叶性状变异的相对贡献, 采用线性回归分析不同大小林窗下群落性状变化及种间和种内性状变异的重要性。研究发现: (1)格氏栲天然林林窗植物比叶面积、叶干物质含量、叶厚和叶绿素含量由种间性状变异主导, 叶氮含量由种内性状变异主导, 叶磷含量受林窗大小影响最大。(2)群落叶磷含量与林窗大小具有显著正相关关系, 土壤温度和水解氮含量对群落叶磷含量具有显著正效应, 土壤有效磷含量具有显著负效应。(3)沿林冠开放度的群落叶磷含量变化主要由种内性状变异引起, 优势种扮演着重要角色。结果表明, 格氏栲天然林林窗环境下植物功能性状仍以种间性状变异为主(平均41%), 但沿林窗环境梯度的群落性状变化主要源自种内性状变异, 通过植物表型可塑性响应环境改变, 优势种作用明显。     

樟子松固沙林林水关系研究进展及对营林实践的指导

中国有着世界上最大面积的人工林, 如何维持人工林的可持续性已成为气候变化背景下需要面对的重大挑战。樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)以其抗旱、抗寒、耐贫瘠等优良特性成为中国北方生态治理中最主要的常绿针叶树种之一, 近70年来发挥了巨大的防风固沙与生态固碳功能。然而, 随着林分的生长与气候变化, 樟子松人工固沙林正经历着越来越严峻的环境胁迫, 部分地区出现了林分“早衰”或死亡的现象, 引起了人们对樟子松固沙林适应与应对气候变化能力的担忧。该文在回溯樟子松基本生物学特征与引种推广历史, 系统总结近年来樟子松林林水关系研究新成果的基础上, 全面分析了樟子松固沙林林水关系存在的主要矛盾, 并提出了基于林水关系相协调的林分经营措施的调整: 由倡导防护功能为主的单一目标向包含林分稳定性、生态固碳功能、可持续发展等多目标平衡方向调整; 由以沙地森林景观培育为主向以良好土壤生境培育为主的方向调整; 由倡导天然更新为主向以人工造林与天然更新相结合的世代更新方向调整。在立足于北方沙地脆弱生境与气候变化客观现实的基础背景下, 应坚持樟子松在固沙林生态系统演化过程中的先锋种与建群种地位, 基于“以水定绿”原则, 采取“隔行带伐+再造林”等方式开展林分密度动态调控, 促进林分向异龄林结构演化, 促进樟子松固沙林生态服务的优质化和生态固碳功能的最大化。     

环境变化对水稻osfh1突变体成蛋白家族表达的影响

水稻成蛋白基因成员OsFH1在水稻根毛的生长发育中起着关键作用,这一过程受到环境因素的调控,当前的研究对环境因素如何与OsFH1互作调控水稻根毛的机制尚未阐明。为探索水稻成蛋白成员是否在环境因素介导的osfh1突变体根毛表型恢复中发挥作用,该研究使用1/2 MS液体培养液与1/2 MS固体培养基处理osfh1突变体,通过qRT-PCR技术分析成蛋白家族成员表达量,并对成蛋白家族进行生物信息学分析。结果表明:(1)与野生型相比,在液培中osfh1突变体主根根毛缺失,地上部分较短,侧根数量增加,在固体培养中osfh1突变体根毛缺失表型得到恢复。(2)与野生型相比,当osfh1突变体从液培到固培环境时,OsFH16表达量下降,OsFH17表达量上升,并且差异显著。(3)OsFH1、OsFH16、OsFH17都是第一类成蛋白亚家族成员,都具有生长素、赤霉素以及厌氧等与环境胁迫相关顺式作用元件,并且预测到OsFH1、OsFH16和OsFH17定位于质膜行使功能。(4)OsFHs在不同组织的表达模式分析表明,OsFH1在根部表达水平较高,而OsFH16、OsFH17在根部表达量相对较低。综上认为,由于OsFH16、OsFH17、OsFH1之间亲缘关系较高,调控模式相近且三者都可能在细胞质膜上行使功能,因此OsFH16、OsFH17可能参与环境因素与osfh1共同改变根毛表型这一过程。该研究结果为解析环境与osfh1基因共同调控水稻根毛发育机制奠定了一定理论基础,为探索植物成蛋白基因功能提出了新方向。     

拔毒散的化学成分及其抗炎活性研究

拔毒散(Sida szechuensis)为一种傣族传统的药用植物,常用于治疗诸疮肿毒、皮肤瘙痒、跌打损伤、刀枪伤等疾病。为研究拔毒散的化学成分及其体外抗炎活性,该研究采用硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱、半制备HPLC等方法对其地上部分的化学成分进行分离纯化,通过理化性质和NMR等波谱数据鉴定化合物的结构,并用脂多糖(LPS)诱导的巨噬细胞(RAW 264.7)作为炎症模型,评价所分离化合物的抗炎活性。结果表明:从拔毒散乙醇提取物中共分离得到16个化合物,分别鉴定为kaempferol-3-O-β-D-glucopyranoside(1)、 kaempferol-3-O-rutinoside(2)、槲皮素(3)、20-hydroxyecdysone(4)、α-ecdysone(5)、22-deoxyecdysterone(6)、abutasterone(7)、pterosterone(8)、icariside E₅(9)、icariside E₃(10)、(+)-syringaresinol(11)、pinoresinol(12)、balanophonin B(13)、N-trans-feruloyl tyramine(14)、(-)-loliolide(15)、棕榈酸(16),其中化合物1-3、9-13、16首次从该植物中分离得到。抗炎活性测试结果表明,在50 μmol·L^-1的浓度下,化合物1、4、5无明显抑制NO生成作用,而化合物2、3、6-16均能在不同程度上抑制NO生成,其中化合物2、3、11-14具有较强的抗炎活性,其IC₅₀值分别为18.63、40.76、21.46、14.32、16.82、42.31 μmol·L^-1。该研究结果丰富了拔毒散的化学成分,明确了其具有抗炎效果的物质基础,验证了其传统用途的科学性,为其进一步在医药领域的开发利用提供了新思路及科学依据。     

高校新型植物标本馆的建立与发展——以河南农业大学植物标本馆为例

高校标本馆作为重要的科普和教学实践基地,是连接大学与社会的桥梁,在提升高校社会影响力和加快高校发展中起着重要作用。目前,高校标本馆普遍存在经费少和缺乏管理等问题。如何立足高校现状,有效解决标本采集和标本数字化过程中耗时耗力的难题,建设具有地方特色的新型植物标本馆,是高校标本馆建设关注的焦点之一。该文以河南农业大学植物标本馆新馆建设为例,介绍了河南农业大学标本馆成立以来,充分发挥高校的人力资源优势,让学生通过实验课或野外实习积极参与新型植物标本馆的建设,基本实现了标本采集、制作、鉴定和数字化的同步进行。在这一过程中,既有效锻炼了学生能力,加深了学生对植物形态的认识,发挥了植物标本馆在教学、科学研究及科学普及中的积极作用,又极大地丰富了标本馆馆藏量,有效地促进了高校新型植物标本馆的发展。