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双谐振压电细胞术在水稻品种耐盐性评估中的应用

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农业生物技术学报 2024年第4期32卷 911-925页

作者：杨厚鹏周铁安潘炜松肖应辉湖南农业大学生物科学技术学院湖南省细胞力学与功能分析工程技术研究中心湖南农业大学农学院

水稻(Oryza sativa)品种选育和抗逆(耐盐性)检测通常以受试植株为对象，不仅费力、耗时和具有破坏性，而且结果易受环境因素影响，极大限制了选育的效率和可靠性。本研究旨在以水稻活细胞为表征对象，建立基于双谐振压电细胞术(double r... 详细信息

水稻(Oryza sativa)品种选育和抗逆(耐盐性)检测通常以受试植株为对象，不仅费力、耗时和具有破坏性，而且结果易受环境因素影响，极大限制了选育的效率和可靠性。本研究旨在以水稻活细胞为表征对象，建立基于双谐振压电细胞术(double resonator piezoelectric cytometry, DRPC)和细胞力学测试的水稻品种耐盐性评估新方法。首先选取已知强耐盐性的’海稻86’和盐敏感的’日本晴’水稻品种，制备其粘附细胞培养体系，进而采用DRPC测定细胞所产生的表面应力(cell-generated surface stress,ΔS)与细胞粘弹性指数(cell viscoelastic index, CVI)对不同浓度NaCl胁迫作用的响应及变化规律。结果表明，’日本晴’水稻细胞在20和40 mmol/L NaCl条件下，其ΔS先降后升，在60～120 mmol/L NaCl条件下单调下降；同时，细胞在20和40 mmol/L NaCl条件下先变软再变硬，在60～120 mmol/L NaCl条件下单调变软，在40mmol/L NaCl条件下达到抵御盐胁迫的极限。’海稻86’细胞在20 mmol/L NaCl条件下，其ΔS先降后升，在40和60 mmol/L NaCl条件下先升后降，在80和100 mmol/L NaCl条件下呈现上下波动，在120 mmol/L NaCl条件下骤升；同时，细胞在20、80和100 mmol/L NaCl条件下变硬，在40、60和120 mmol/L NaCl条件下先变硬后变软，在100 mmol/L NaCl条件下达到抵御盐胁迫的极限。综合比较2个品种的细胞在不同浓度NaCl胁迫下所产生的表面应力和细胞粘弹性指数变化规律，可以确定’海稻86’的耐盐性高于’日本晴’，这与大田植株水平报道的’海稻86’耐盐性高于’日本晴’的结果一致。因此，本研究不仅证实了双谐振压电细胞术用于水稻品种耐盐性评估的准确性和可靠性，也为广泛应用这一新方法高效评估作物抗逆性提供了重要参考依据，对作物非生物胁迫抗性育种具有重要的意义。

关键词：双谐振压电细胞术(DRPC) 盐胁迫水稻细胞细胞产生的应力粘弹性耐盐性

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植物生物反应器优化策略与最新应用

中国生物工程杂志 2023年第1期43卷 71-86页

作者：邹奇潘炜松邱健束文圣吴川中南大学冶金与环境学院长沙410083 华南师范大学生命科学学院广州510631 湖南诺合新生物科技有限公司长沙410016 中南大学湘雅医院长沙410008

随着分子生物学和植物基因工程的迅猛发展以及分子医药和现代农业等学科的交叉融合,植物生物反应器已成为分子医药农业的核心内容。利用植物生物反应器生产抗体、疫苗和功能性食品,具有规模化、成本低、安全性高、周期短等优势。2022年2... 详细信息

随着分子生物学和植物基因工程的迅猛发展以及分子医药和现代农业等学科的交叉融合,植物生物反应器已成为分子医药农业的核心内容。利用植物生物反应器生产抗体、疫苗和功能性食品,具有规模化、成本低、安全性高、周期短等优势。2022年2月,加拿大卫生部批准了新型冠状病毒疫苗Covifenz?,这是世界首款植物源人体疫苗,标志着以植物生物反应器为代表的分子医药农业时代的来临。综述植物叶片和种子等代表性的植物生物反应器类型,分析瞬时表达系统和稳定表达系统的构建原理和应用,探讨通过启动子和密码子优化、糖基化过程“人源化”、基因沉默抑制和蛋白酶作用抑制等优化植物生物反应器的策略,总结国内外抗体、疫苗和功能性食品等植物源产品的开发进展,以期为我国植物生物反应器的研究及其在分子医药领域的应用提供参考。

关键词：植物生物反应器分子医药农业外源蛋白瞬时和稳定表达

铁氧化菌菌株EEELCW01的基因组分析及砷转化功能

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湖南农业大学学报（自然科学版） 2023年第4期49卷 428-435页

作者：熊潇然邹奇吴川夏礼兵潘炜松湖南农业大学生物科学技术学院湖南长沙410128 华南师范大学生命科学学院广东广州510006 中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

以从砷污染农田土壤中分离的1株铁氧化细菌EEELCW01为研究对象,对该菌进行全基因组分析,通过GO、KEGG、COG等数据库比对,预测该菌砷相关基因的功能;采用水培试验,验证该菌的砷转化能力。结果表明:菌株EEELCW01基因组大小为4714242 bp,具... 详细信息

以从砷污染农田土壤中分离的1株铁氧化细菌EEELCW01为研究对象,对该菌进行全基因组分析,通过GO、KEGG、COG等数据库比对,预测该菌砷相关基因的功能;采用水培试验,验证该菌的砷转化能力。结果表明:菌株EEELCW01基因组大小为4714242 bp,具有2条大小分别为2065078 bp和2649164 bp的染色体,GC含量为55.99%,染色体上有4588个CDS,包含58个t RNA和12个r RNA;COG数据库注释表明该菌基因功能主要集中在氨基酸转运代谢、无机离子转运代谢等过程,GO数据库注释表明该菌主要包含膜组成部分、氧化还原过程和相关酶活性等功能,KEGG注释显示代谢相关的基因占比最高;菌株EEELCW01基因组中含有多种与砷代谢相关的基因(arsC、ars H、arsB、ars R、acr3、arr A、arxA和arsM);菌株EEELCW01将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ)的能力强,有氧条件下,3 d时还原率达40.1%。可见,可利用该菌株促进砷的生物还原,并联合砷超富集植物进行环境砷污染修复。

关键词：砷铁氧化菌砷转化基因组分析功能注释

烟草悬浮细胞在镉胁迫下微丝形态与黏弹性变化的实时监测

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生态毒理学报 2022年第6期17卷 277-286页

作者：刘艺璇周铁安兰雅琴潘炜松湖南农业大学生物科学技术学院长沙410128 湖南省细胞力学与功能分析工程技术研究中心湖南农业大学长沙410128

本文利用增强型绿色荧光蛋白标记微丝(Lifeact-EGFP)的烟草为供试材料,在LumascopeTM720全自动活细胞成像系统下观察了10-4~10-8mol·L^(-1)镉离子胁迫下及空白对照的Lifeact-EGFP烟草悬浮细胞的微丝聚合-解聚情况的实时变化。使用石英... 详细信息

本文利用增强型绿色荧光蛋白标记微丝(Lifeact-EGFP)的烟草为供试材料,在LumascopeTM720全自动活细胞成像系统下观察了10-4~10-8mol·L^(-1)镉离子胁迫下及空白对照的Lifeact-EGFP烟草悬浮细胞的微丝聚合-解聚情况的实时变化。使用石英晶体微天平技术监测了10-4~10-8mol·L^(-1)镉离子胁迫下及空白对照的烟草悬浮细胞黏弹性实时变化。进而测定了10-4~10-8mol·L^(-1)镉离子胁迫下及空白对照的烟草悬浮细胞的过氧化氢酶活力变化情况。研究发现,在镉逆境胁迫早期,烟草悬浮细胞的微丝结构、细胞黏弹性指数变化和逆境相关酶活力变化存在一定程度的关联。本研究尝试从细胞层面探索镉毒害对烟草细胞生理特征的影响,为镉胁迫下植物细胞生理生化研究提供了新证据。

关键词：镉胁迫烟草悬浮细胞细胞骨架微丝细胞黏弹性 CAT 动态监测

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重组胶原蛋白表达体系研究进展

合成生物学 2023年第4期4卷 808-823页

作者：潘家豪潘炜松邱健谢东玲邹奇吴川中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083 湖南诺合新生物科技有限公司湖南长沙410001 中南大学湘雅医院湖南长沙410008 华南师范大学生命科学学院广东广州510631

胶原蛋白是哺乳动物中含量最多的蛋白质,至今已发现28种类型,主要分为纤维性胶原蛋白、网状胶原蛋白、珠状丝状胶原蛋白、锚定纤维蛋白、膜蛋白以及multiplexins胶原蛋白,其中纤维性胶原蛋白中Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型胶原蛋白占人体胶原蛋白的... 详细信息

胶原蛋白是哺乳动物中含量最多的蛋白质,至今已发现28种类型,主要分为纤维性胶原蛋白、网状胶原蛋白、珠状丝状胶原蛋白、锚定纤维蛋白、膜蛋白以及multiplexins胶原蛋白,其中纤维性胶原蛋白中Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型胶原蛋白占人体胶原蛋白的80%~90%。目前,根据来源,胶原蛋白大致分为动物源胶原蛋白和重组胶原蛋白。动物源胶原蛋白主要来源于陆生动物以及海洋动物,而重组胶原蛋白是指将人胶原蛋白基因克隆到选定的表达载体并转化到表达细胞内,最后通过纯化技术所获得的蛋白质。本文简述了胶原蛋白的结构、类别和生物合成机制,重点阐述了重组胶原蛋白表达体系及特点,包括原核生物、酵母、植物、杆状病毒以及哺乳动物细胞等表达体系及其优势与局限性,介绍了重组胶原蛋白市场前景及在眼科、软骨工程、皮肤治疗等生物医药方面的实际应用,并对重组胶原蛋白的研究和产业发展进行了展望。

关键词：胶原蛋白基因工程重组胶原蛋白表达体系

QCM实时监测两种细胞骨架药物对烟草BY-2细胞粘弹性的影响

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农业生物技术学报 2022年第2期30卷 305-315页

作者：兰雅琴周铁安陈宗星苏招红潘炜松刘艺璇湖南农业大学生物科学技术学院湖南省细胞力学与功能分析工程技术研究中心湖南农业大学化学与材料科学学院

植物细胞骨架在植物生长发育与不同环境胁迫下将进行动态重塑,从而导致细胞骨架力学性能的变化。本研究旨在使用细胞骨架药物改变细胞骨架的稳定性,进而从细胞骨架结构层次研究烟草(Nicotiana tabacum) BY-2细胞的粘弹性。采用石英晶体... 详细信息

植物细胞骨架在植物生长发育与不同环境胁迫下将进行动态重塑,从而导致细胞骨架力学性能的变化。本研究旨在使用细胞骨架药物改变细胞骨架的稳定性,进而从细胞骨架结构层次研究烟草(Nicotiana tabacum) BY-2细胞的粘弹性。采用石英晶体微天平(quartz crystal microbalance, QCM)技术实时监测了BY-2细胞在2种细胞骨架药物作用下的粘弹性响应。结果表明,用紫杉醇处理细胞,在低浓度时(10, 15, 17μmol/L),细胞的细胞粘弹性指数(cell viscoelastic index, CVI)先减小再增大,细胞先变软再变硬;在20和25μmol/L紫杉醇作用下,细胞的CVI由负值至最终都接近0,细胞变硬且硬度比加药前大。用细胞松弛素D处理细胞时,在低浓度时(50, 100, 150 ng/mL),CVI由加药前的负值增大至远大于0后回落,细胞先变软再变硬;在高浓度(200, 250 ng/mL)时,CVI由负值增大至稍小于0,细胞先快速变硬后变软,但硬度比加药前大。除药物对微管与微丝的直接作用外,用细胞骨架张力整合模型以及赫氏斑通过回缩引起质膜张力增加解释了微管与微丝在药物作用下的细胞软硬度变化。此外,使用荧光显微镜观测了200 ng/mL细胞松弛素D作用下烟草细胞微丝结构的变化,观测结果与QCM实时监测得到的结果一致。本研究所建立的方法为通过细胞粘弹性的测定研究植物细胞层次结构提供了新的途径,为进一步研究植物细胞在细胞骨架药物作用下的力学性能提供了基础。

关键词：石英晶体微天平(QCM) 烟草BY-2细胞粘弹性紫杉醇细胞松弛素D

QCM实时监测两种细胞骨架药物对烟草BY-2细胞粘弹性的影响

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QCM实时监测两种细胞骨架药物对烟草BY-2细胞粘弹性的影响

砷对水稻根部渗氧分布和铁膜形成的影响（英文）

首届植物科学前沿学术大会

植物细胞骨架在植物生长发育与不同环境胁迫下将进行动态重塑,从而导致细胞骨架力学性能的变化。本研究旨在使用细胞骨架药物改变细胞骨架的稳定性,进而从细胞骨架结构层次研究烟草(Nicotiana tabacum L.)BY-2细胞的粘弹性。采用石英晶... 详细信息

植物细胞骨架在植物生长发育与不同环境胁迫下将进行动态重塑,从而导致细胞骨架力学性能的变化。本研究旨在使用细胞骨架药物改变细胞骨架的稳定性,进而从细胞骨架结构层次研究烟草(Nicotiana tabacum L.)BY-2细胞的粘弹性。采用石英晶体微天平(quartz crystal microbalance, QCM)技术实时监测了BY-2细胞在两种细胞骨架药物作用下的粘弹性响应。结果表明,用紫杉醇处理细胞,在低浓度时(10, 15, 17μmol/L),细胞的细胞粘弹性指数(cell viscoelastic index, CVI)先减小再增大,细胞先变软再变硬;在20和25μmol/L紫杉醇作用下,细胞的CVI由负值至最终都接近0,细胞变硬且硬度比加药前大。用细胞松弛素D处理细胞时,在低浓度时(50, 100, 150 ng/mL),CVI由加药前的负值增大至远>0后回落,细胞先变软再变硬;在高浓度(200, 250 ng/mL)时,CVI由负值增大至稍>0,细胞先快速变硬后变软,但硬度比加药前大。除药物对微管与微丝的直接作用外,用细胞骨架张力整合模型以及微丝在细胞松弛素D作用下可能通过赫氏斑增加质膜张力解释了所观察的实验现象。此外,使用荧光显微镜观测了200 ng/mL细胞松弛素D作用下烟草细胞微丝结构的变化,荧光显微观察微丝结果与QCM实时监测得到的结果一致。本文所建立的方法为通过细胞粘弹性的测定研究植物细胞层次结构提供了新的途径,为进一步研究植物细胞在细胞骨架药物作用下的力学性能提供了基础。

关键词：石英晶体微天平（QCM）烟草BY-2细胞粘弹性紫杉醇细胞松弛素D

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2017年第2期27卷 413-419页

作者：吴川黄柳薛生国潘炜松邹奇 William Hartley 莫竞瑜中南大学冶金与环境学院长沙410083 湖南农业大学生物科学技术学院长沙410128 Crop and Environment Sciences Department Harper Adams University

研究砷对三种水稻品种(玉香油占、CNT87059和南洋占)生物量、根部渗氧径向分布、根表铁膜形成以及砷在植物体内积累的影响。在土壤中分别添加50和100 mg/kg砷、并以未经处理的含砷8.5 mg/kg的土壤作为对照,结果表明,随着砷处理浓度的增... 详细信息

研究砷对三种水稻品种(玉香油占、CNT87059和南洋占)生物量、根部渗氧径向分布、根表铁膜形成以及砷在植物体内积累的影响。在土壤中分别添加50和100 mg/kg砷、并以未经处理的含砷8.5 mg/kg的土壤作为对照,结果表明,随着砷处理浓度的增加,水稻根表铁膜的含量增加;水稻根尖渗氧率与根基部渗氧率的比值随着砷处理浓度的增加而降低,水稻根部渗氧模式从"紧密型"向"疏松型"转变;与对照样品相比,50和100 mg/kg砷处理能显著增加水稻根部的砷积累(P<0.05);低渗氧能力水稻品种(南洋占)谷粒砷含量显著高于高渗氧能力水稻品种(CNT87059,P<0.05)的谷粒砷含量。

关键词：砷铁膜水稻渗氧径向分布

宽频耗散型石英晶体微天平实时监测PEG6000胁迫下烟草细胞的粘弹性响应

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农业生物技术学报 2020年第12期28卷 2270-2280页

作者：张煜周铁安陈宗星潘炜松谭成方湖南农业大学生物科学技术学院湖南省细胞力学与功能分析工程技术研究中心

作物产量由其遗传与抗逆性决定,现今抗逆性育种主要以植株为受试对象进行种植,受环境制约大、试验周期长。为寻找一种便捷且科学的植物抗逆评估方法,本研究以活细胞表征植株的方法为策略,以聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly dimethyl dially... 详细信息

作物产量由其遗传与抗逆性决定,现今抗逆性育种主要以植株为受试对象进行种植,受环境制约大、试验周期长。为寻找一种便捷且科学的植物抗逆评估方法,本研究以活细胞表征植株的方法为策略,以聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly dimethyl diallyl ammonium chloride, PDADMAC)为静电吸附剂,将烟草(Nicotiana tabacum) BY-2细胞黏附在耗散型石英晶体微天平Q-sense的5 MHz晶体金电极表面,并通过Q-sense实时监测BY-2细胞在5%～20%PEG6000胁迫下的粘弹性响应。结果表明,PDADMAC可作为烟草BY-2细胞黏附剂,细胞在黏附过程中耗散增加、频率下降;PEG6000胁迫下细胞均变软,且细胞骨架比细胞壁更软。细胞在接触PEG6000的瞬间胁迫现象最明显,胁迫程度受到PEG6000浓度与处理时间的影响:在5%PEG6000胁迫下,细胞在瞬态变软后持续变硬;在更高浓度PEG6000胁迫下,细胞在瞬态变软后仅瞬态变硬,然后稍有继续变硬(15%PEG6000)或不再变硬(20%PEG6000)。此外,应用Q-sense技术比较PEG6000在0%～20%顺浓度梯度及之后20%～0%逆浓度梯度变化的细胞响应规律,总的趋势是顺浓度胁迫下细胞逐渐变软、逆浓度处理下细胞逐渐变硬。本研究实时、定量评估了PEG6000胁迫对烟草BY-2细胞粘弹性的影响,为研究植物干旱胁迫提供了新的方法,有助于细胞层面的抗逆种质鉴别与评估。

关键词：石英晶体微天平烟草BY-2细胞 PEG6000 干旱胁迫细胞粘弹性指数