适应性实验室进化技术在微生物育种中的应用进展

适应性实验室进化(Adaptive laboratory evolution,ALE)技术已成为微生物学基础研究和工业微生物育种的强大工具,被广泛用来研究影响菌株表型、性能和稳定性的进化潜力以及快速获取含有有益突变的工业生产菌株。近年来,随着基因组测序技术的进步,关于微生物新陈代谢机理和动力学方面的研究变得更加广泛和深入,这也极大促进了适应性实验室进化技术的快速发展。文中主要介绍了长期、短期适应性实验室进化技术在微生物育种方面的应用实例,并总结归纳了该技术在快速高效构建优良菌株过程中的方式与作用。最后分析了目前ALE技术面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,以期能够为该技术的未来发展提供有价值的参考依据。     

不同施磷水平对冷浸田水稻磷含量、光合特性及产量的影响

为探讨施磷对冷浸田水稻(Oryza sativa)生长的作用,研究不同施磷水平对水稻植株的磷含量、光合特性及产量的影响。结果表明,与对照相比,分蘖期增施磷肥使根、茎叶的磷含量和叶片净光合速率增加10.53%~36.84%、18.52%~37.03%和15.17%~29.88%;抽穗期使根、茎叶和稻穗的磷含量增加11.76%~23.53%、24.13%~41.38%和9.68%~22.58%,叶片净光合速率和可溶性糖含量提高13.41%~27.10%和6.03%~22.38%,而淀粉含量则降低12.05%~41.77%;成熟期的稻穗磷含量和产量增加0.71%~28.57%和4.65%~10.32%。施磷量(X)与稻谷产量(Y)满足方程:Y=-0.0835X~2+14.224X+6530.9(r=0.94*),抽穗期茎叶磷含量、叶片净光合速率与稻谷产量的相关系数分别为0.57*和0.77*。因此,冷浸田增施磷肥可提高水稻植株的磷含量、叶片净光合速率和可溶性糖含量,并降低叶片淀粉累积,从而提高稻谷产量。抽穗期是磷肥影响冷浸田水稻产量的关键时期,0.38%的茎叶磷含量可作为磷素养分丰缺的诊断指标,冷浸田水稻磷肥(P2O5)的推荐用量为85.17 kg hm–2。     

长期施肥对黄土高原黄绵土氮肥利用率的影响

氮肥利用率是确定推荐施氮量和施氮效果评价的关键参数.本文通过黄土高原黄绵土区持续34年(1981—2015年)的长期定位试验,研究了长期不同施肥处理对氮肥当季利用率和累积利用率的影响及氮肥当季利用率与累积利用率的关系.结果表明: 除试验起始年(1982)外,不同施肥处理对小麦、油菜和胡麻3种作物氮肥的当季利用率和累积利用率都有显著影响,其中小麦以氮磷钾配施(NPK)处理平均氮肥当季利用率最高,其次为氮磷配施(NP)处理,分别较单施氮肥(N)处理提高了77.7%和62.0%;油菜也以氮磷钾配施(NPK)处理平均氮肥当季利用率最高,其次为有机肥与氮磷钾配施(MNPK)处理,分别较单施氮肥处理提高了93.7%和65.6%.有机肥与氮肥配施(MN)处理氮肥当季利用率较单施氮肥(N)处理显著增加,而有机肥与氮磷配施(MNP)和氮磷钾配施(MNPK)处理氮肥当季利用率较相应氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)处理明显降低.氮肥当季利用率与作物籽粒产量存在显著的线性正相关关系,而累积利用率与作物籽粒产量的相关关系不明显.表明与氮肥累积利用率相比,当季利用率能较及时地反映特定土壤肥力、作物种类、品种和环境条件下的肥料利用率特征.     

长期施用不同无机肥对旱地红壤线虫群落的影响

红壤生态系统中土壤生物群落对于维持土壤功能的正常发挥具有重要作用.本研究基于持续25年的红壤旱地化肥定位试验,研究不同无机肥组合,包括氮磷钾(NPK)、氮磷钾补充石膏(NPKCaS)、氮磷(NP)、氮钾(NK)和磷钾(PK)对花生生长季土壤线虫群落的影响.结果表明： 土壤线虫总数、营养类群以及各生态指数在处理间差异显著(P<0.01).线虫总数由高到低的顺序为PK>NPKCaS>NPK>NP>NK.除5月外,NPK、NP、NK处理的线虫总数均显著低于NPKCaS和PK处理.NPKCaS处理的优势类群为食细菌线虫,平均丰度为42.1%,其他处理均以植食性线虫为优势营养类群,其平均丰度为38%~65%.NPKCaS处理线虫群落较高的成熟度指数、瓦斯乐斯卡指数和结构指数说明土壤食物网结构较为成熟和稳定,同时表明氮磷钾补充石膏通过缓解土壤酸化创建了良好的土壤健康状况.仅施氮钾的处理则相反.本研究证实了施用石膏和磷肥是改善红壤质量的有效措施,土壤线虫群落分析能较好地反映不同无机肥对红壤旱地生态系统的影响.
     

肾病治疗的终极之战——肾移植

一个人的双侧肾脏,因病变坏死后,生命就岌岌可危。此时要维持生命,唯一的方法就是换肾,也就是医学上说的肾移植。将健康者的肾脏移植给有肾脏病变并丧失肾脏功能的患者,这在几百年前只是大胆的设想。不过,经过几代人的积极尝试和努力后,现代医学终于将人们这一梦寐以求的理想变为现实,这期间当然也经历了无数的失败和不懈的努力。     

五氯酚在稻田中的降解动态及生物有效性

利用江西鹰潭红壤生态实验站的长期施肥定位试验,采用田间微域研究了五氯酚(pentachlorophenol, PCP)在红壤性水稻田生态系统中的降解动态和稻谷的富集特征。四种长期施肥处理包括:未施肥(对照,CK)、施尿素(N)、施有机肥(OM)以及施有机肥+尿素(N+OM)。结果表明,长期施用OM或N+OM能显著增加土壤微生物活性。PCP在土壤-水稻生态系统中的降解遵循一级动力学方程,在CK、N、OM 和 N+OM 4 种处理土壤中降解半衰期分别为 27.7、35.2、24.8、22.4 d。表明长期施用OM或N+OM能加速PCP降解,而长期施用N抑制PCP降解。土壤中PCP(初始浓度85 mg/kg)显著减少水稻茎和稻谷生物量,但是对水稻根生物量并没有显著影响。在4种处理中水稻稻谷中PCP含量并没有显著差异,且稻谷的生物富集系数均小于0.01。PCP虽然在土壤-水稻生态系统中的降解半衰期较短,但是仍可以在水稻稻谷中有一定的生物富集,潜在的食品安全风险依然存在。     

化肥对稻田土壤细菌多样性及硝化、反硝化功能菌组成的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位施肥试验为平台,采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)和DNA序列测定技术分析研究了3种长期施肥制度(对照不施肥-CK,单施氮肥-N,氮磷钾肥-NPK)对土壤细菌群落以及硝化、反硝化微生物种群的影响.通过系统分析细菌16S rDNA、细菌的硝化基因氨单加氧酶(ammonia monooxygenase,amoA)和反硝化基因氧化亚氮还原酶(nitrous oxide reductase,nosZ)等基因文库发现,长期单施氮肥导致细菌16S rDNA和amoA的多样性明显低于CK和NPK处理,而nosZ的多样性与之相反,即单施氮肥处理明显高于CK和NPK处理.LUBSHUFF软件统计分析显示:16S rDNA和amoA基因文库在CK与N,CK与NPK,NPK与N处理间均存在显著性差异.而对于nosZ基因文库,N和NPK与CK处理相比呈现出了显著性差异,N与NPK之间的差异没有达到显著水平.上述结果表明长期施用化肥对水稻土细菌的群落结构及硝化和反硝化细菌组成产生了明显的影响,但这种影响因基因类型而异.     

慢性阻塞性肺疾病患者家庭长期氧疗的临床研究

目的：探讨家庭长期氧疗（LTOT）对慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的疗效。方法：将我院同期住院病人随机分为LTOT组（51人）,对照组（52人）。全部病例在缓解期及治疗后每年测定PaO2、PaCO2、FVC、FEV1、HB、HCT的数值及每年住院次数。结果：①氧疗后1、2、3、4、5年与氧疗前比较,低氧血症改善,FEV1明显提高,HB、HCT明显减少;每年住院次数减少;②LTOT组5年生存率62．75％,对照组5年生存率46．15％,差异有显著性（p〈0．05）。结论：合理使用LTOT对COPD患者有良好的治疗作用,可提高患者的5年生存率。     

长期不同施肥对玉米根茬生物量及养分累积量的影响

以黄土高原南部两个长期定位试验（分别开始于1990和2003年）为研究对象,探讨了不同肥料处理对玉米根茬生物产量和养分累积的影响.于2011年10月玉米收获后采集0～20 cm土层不同施肥处理玉米根茬.结果表明：与不施肥及偏施N、NK、PK化肥相比,氮磷配施（NP）、氮磷钾平衡施肥（NPK）、有机无机配施（M₁NPK、M₂NPK）及化肥配合秸秆（SNPK）处理均显著提高了玉米根茬干质量.根茬固碳量及氮、磷、钾养分累积量在NP、NPK、M₁NPK、M₂NPK、SNPK处理显著高于不施肥和偏施N、NK、PK化肥处理,其中以有机无机配施处理效果最好.与不施氮肥（N₀）相比,施氮120 kg N·hm^-2（N₁₂₀）和240 kg N·hm^-2（N₂₄₀）处理根茬干质量分别提高38%和45%,高量氮肥对根茬增量效果不显著.施用氮肥也显著提高了根茬碳、氮、磷、钾累积量.根茬可溶性有机碳、可溶性总氮含量在NP、NPK、M₁NPK、M₂NPK、SNPK及N₁₂₀和N240处理中较高.氮磷钾平衡施肥、有机无机配施以及秸秆还田处理降低了根茬的纤维素、木质素含量.根茬C/N、木质素/N在CK、PK、N₀处理间显著高于其他施肥处理.因此,氮磷配施、氮磷钾平衡施肥、有机无机配施及秸秆还田处理能够促进玉米根生长,提高营养成分含量,有利于土壤培肥和固碳.     

长期水淹条件下香根草(Vetiveria zizanioides)、菖蒲(Acorus calamus)和空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)的存活及生长响应

人工构建三峡库区消落区植被是控制消落区水土流失、保护消落区生态环境的重要措施,选择能够耐受长时间完全水淹的植物物种是该措施实施的关键.为了验证香根草、菖蒲、空心莲子草能否用于消落区植被的构建,实验模拟消落区的长期完全水淹条件,设置30d、60d、90d、120d、150d和180d等6个完全水淹时间水平,研究了3种植物在完全水淹条件下生长、生物量积累及存活状况.结果发现:(1)3种植物在经受长时间的完全水淹后有较高的存活率,180d全淹处理后,香根草、菖蒲和空心莲子草的存活率分别为87.5%、100%和50%.(2)这3种植物有不同的水下生长能力.全淹条件下,香根草生长缓慢,几乎没有产生新的叶片,总叶长也没有显著变化;菖蒲能够持续产生较对照植株更为细长的叶片,空心莲子草只在水淹初期(30d内)能够快速伸长地上部分的枝条,并迅速产生新叶片,但随水淹时间的延长,总枝条长及总叶片数没有再显著增加.(3)与对照植株相比,全淹处理抑制了3种植物总生物量的增加,但对3种植物的地上、地下部分生物量抑制程度不同.全淹条件下,香根草的地上部分和地下部分生物量与水淹0d水平(水淹处理开始前一天,下同)相比无显著变化,根冠比高于对照植株;菖蒲的地上部分生物量随水淹时间延长而降低,但却高于对照植株,地下部分生物量始终低于水淹0d水平,根冠比低于对照植株;空心莲子草的地上部分生物量与水淹0d水平相比无显著差异,但地下部分生物量与水淹0d水平相比大幅降低,根冠比低于对照植株.结果表明,这3种植物都有很强的水淹耐受能力,可应用于三峡库区消落区植被的构建.同时,发现植物对长期完全水淹的耐受能力很大程度上与植株在水下的生长情况及植株的营养储备水平相关,剧烈的水下生长会消耗大量的营养储备,进而造成植株存活率降低.植株在全淹条件下有限的生长能力及丰富的营养储备可能是耐淹物种的重要特征.