木薯体细胞胚胎发生及植株再生研究

对木薯体细胞胚胎发生的影响因素进行了优化研究。结果表明,基因型对木薯体细胞胚胎发生影响很大,在供试的六个品种中,“华南 8 号”的体细胞胚胎发生率和产胚量最高,分别为 65% 和19个;侧芽茎尖为最佳外植体,体细胞胚胎发生的最佳培养基为MS +0.5mg/L CuSO4 + 4 mg/L 2,4-D。同时,对木薯体细胞胚再生成完整植株的主要影响因素作了分析,建立了一个高效的植株再生体系。     

木薯纤维素乙醇发酵的纤维素酶成本评价

木薯中的纤维素成分约占木薯干重的10％(W/W).文中以木薯燃料乙醇生产的木薯纤维素酒渣为原料,从纤维素酶成本角度评估了三种利用木薯纤维素组分发酵生产乙醇的方法,包括木薯纤维素酒渣的直接糖化和乙醇发酵、木薯纤维素酒渣预处理后的糖化与乙醇发酵、木薯乙醇发酵中同步淀粉与纤维素糖化以及乙醇发酵.结果表明,前两种方法的纤维素利用效率不高,酶成本分别达到13602、11659元/吨乙醇.第三种方法,即在木薯乙醇发酵过程同时加入糖化酶和纤维素酶,进行同步淀粉与纤维素糖化,进而进行乙醇发酵,木薯纤维素乙醇的收益最高.发酵结束时的乙醇浓度从101.5g/L提高到107.0g/L,纤维素酶成本为3 589元/吨乙醇.此方法利用木薯纤维素与木薯淀粉同时进行,不会带来额外的设备及操作投入,酶成本低于产品乙醇价格,可实现盈利,因此第三种方法为木薯纤维用于乙醇发酵的最适方法,本研究结果将为木薯乙醇产业深度利用木薯纤维提供依据.     

二斑叶螨取食抗、感螨木薯品种对茉莉酸信号途径基因表达的影响

明确二斑叶螨取食影响木薯茉莉酸信号途径基因表达的害螨密度和取食时间效应,为阐明茉莉酸信号途径在木薯抗虫性中的重要作用及抗螨种质资源鉴定评价提供理论依据及参考指标。以抗螨木薯品种C1115和感螨木薯品种面包为材料,分析与植物防御相关的茉莉酸号信号途径基因(DAD1、LOX2、OPR3和JAR1)在二斑叶螨以不同虫口密度(15、25、35、45、50和55头螨/叶)取食不同时间(1、2、4和8 d)后的表达量变化情况。结果表明,以45-50头螨/叶的害螨密度分别取食抗、感螨木薯品种2 d后,LOX2、OPR3和JAR1的表达量均较螨害前显著提高,并且上述3个基因在抗螨木薯品种中的表达量显著高于感螨木薯品种,而DAD1的表达量随害螨密度的提高和取食时间的增加波动较大。在较高的害螨密度和较短的为害时间处理时,茉莉酸信号途径基因LOX2、OPR3和JAR1在抗螨木薯品种中的表达量显著高于感螨木薯品种,LOX2、OPR3和JAR1可能与木薯对二斑叶螨的抗性有关。     

木薯FER基因家族的全基因组鉴定和表达分析

植物铁蛋白(Ferritin, FER)既能存储铁,又能响应各种非生物胁迫。该研究基于全基因组水平对木薯(Manihot esculenta)的FER基因家族进行分析,结果表明, 从木薯中共鉴定到4个FER基因,根据系统发育树将木薯FER基因划分为2支,所有成员均包含Euk_Ferritin的功能结构域并位于叶绿体内。木薯FERs基因位于LG7~LG10染色体上;基因共线性分析表明,共有3对潜在的复制基因对,无串联重复事件;Ka/Ks值表明,MeFER同源基因经过了纯化选择;该家族含有响应激素和胁迫诱导的顺式作用元件;qRT-PCR分析表明,MeFER基因的表达具有组织特异性,MeFER4基因响应多种胁迫,且在干旱胁迫下响应最为显著。该研究为木薯FER基因家族的功能研究奠定了基础。     

皮状丝孢酵母B3利用木薯淀粉发酵生产微生物油脂

对皮状丝孢酵母B3以木薯淀粉水解液为碳源发酵生产微生物油脂培养条件进行了优化,并在2 L发酵罐中对菌体生长和油脂积累进行了考察。摇瓶实验表明,木薯淀粉水解液的浓度高于90 g/L时不利于菌体的生长和油脂积累,皮状丝孢酵母B3发酵生产微生物油脂的最适氮源及其浓度、最适C/N比和pH分别为酵母提取物3.0 g/L、116、6.0,在此条件下培养144 h菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别达到15.2 g/L、6.22 g/L和40.9％;在2 L发酵罐中分批发酵44 h后菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别达28.7 g/L、12.27 g/L和42.8％。以皮状丝孢酵母B3所产油脂制备生物柴油,其主要组成包括棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯等,且理化特性符合相关国家标准,可作为一种有潜力的化石燃料替代品。     

不同木薯品种对木瓜秀粉蚧生殖和发育的影响

为了初步探讨入侵害虫木瓜秀粉蚧的寄主选择性机理,本研究分析了木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种后对生殖和发育各项指标的影响。结果表明,木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种后发育与繁殖相关生理指标差异显著,取食C1115、Swiss F21和Myanmar种后木瓜秀粉蚧平均每雌产卵量分别为255粒、277粒和300粒,显著低于取食BRA900、SC205和ZM9066的341粒、357粒和370粒;取食C1115、Swiss F21和Myanmar种后从卵到雌成虫和雄成虫的发育历期均显著长于取食BRA900、SC205和ZM9066的发育历期;F_1代卵孵化率分别85%、86%和85%,显著低于BRA900、ZM9066和SC205的100%、98.5%和98.5%;雌成虫寿命分别为(4.0±0.5) d、(6.0±1.1) d和(5.5±0.8) d,显著短于BRA900、ZM9066和SC205的(10.0±2.1) d、(8.5±1.8) d和(8.0±1.6) d;取食不同木薯品种的木瓜秀粉蚧F_1代雌性百分率无显著差异。上述结果表明,BRA900、SC205和ZM9066适宜木瓜秀粉蚧发育与繁殖,而C1115、Swiss F21和Myanmar不是木瓜秀粉蚧的适宜寄主。     

利用酵母双杂交筛选木薯果胶甲酯酶抑制因子MePMEI1的互作蛋白

果胶甲酯酶抑制因子(PMEI)在植物抗逆过程中具有重要作用.为了探究木薯MePMEI1的生物学功能及其在蛋白互作网络中的作用,本研究通过构建诱饵载体pGBKT7-MePMEI1,通过酵母双杂交方法从木薯cDNA文库中筛选MePMEI1的互作蛋白.结果表明,酵母双杂交共筛选出57个阳性克隆,阳性率约为32.6％,测序鉴定出37种含完整开放阅读框(ORF)的候选互作蛋白,包括非特异性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶/苏氨酸特异性蛋白激酶、叶绿素a/b结合蛋白、电压依赖性阴离子通道蛋白(VDAC2)、乙二醛酶Glyox-alase-2、氮素调节蛋白、木糖葡萄糖转移酶(TCH4)等,并通过回转验证检验其蛋白互作的真实性.验证结果表明MePMEI1与VDAC2、Glyoxalase-2蛋白具有相互作用.这进一步补充了其蛋白互作网络,为探究MeP-MEI1蛋白的互作网络提供新的依据.     

酵母浸粉刺激以木薯为原料的丁醇生产的发酵相转型

在7L静态厌氧发酵罐下,使用"非粮"作物木薯替代玉米淀粉开展丁醇发酵。无论是传统发酵还是油醇萃取发酵,木薯粉丁醇发酵的性能均远不及以玉米淀粉为原料时的水平,主要体现在发酵产酸相向溶剂生产相的转型严重迟延或无法转型、发酵时间长、丁醇生产效率低。实验结果表明,当发酵相转型迟延出现后,添加2.5g/L的酵母浸粉,可以刺激丁酸/乙酸向丁醇/丙酮的转化、转型延迟时间缩短10~30h左右。在此条件下,传统和萃取发酵方式下的丁醇总产量分别达到12.95g/L和29.81g/L,丁醇生产效率与使用玉米淀粉为原料时基本持平。     

木薯淀粉合成相关酶基因的克隆及表达分析

根据核苷酸同源性设计简并引物,克隆了一段大小为665 bp的木薯腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶小亚基基因(sAGP)片段,并根据已知序列设计特异引物,克隆分离得到GBSS基因和SBE基因的cDNA片段.半定量RT-PCR分析结果表明,在木薯不同生长时期,3种淀粉合成相关酶基因的时空表达规律不同,GBSS基因表达有时期特异性和组织特异性,只在块根形成期和块根成熟期表达,在组织部位茎中表达最多,并且在这3种基因中表达水平相对较低.而sAGP基因在这3种基因中表达水平最高,在木薯决根成熟期竟达超量表达水平,并且在华南124和辐选0l中有品种差异,差异明显,在辐选01中的表达要优于华南124的表达.SBE基因表达较平稳,在各个时期表达水平都处于中间水平,在4个时期中,块根成熟期时的表达水平相对较高,块根形成期和苗期其次,收获期最低,也具有品种间差异,在辐选01中的表达要优于华南124的表达.