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小麦叶锈菌河南菌系Pt-HnZU18-3全基因组测序分析

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小麦叶锈菌河南菌系Pt-HnZU18-3全基因组测序分析

作者：申一林河南农业大学

学位级别：硕士

由小麦隐匿柄锈菌（Puccinia triticina Eriks,Pt）引起的小麦叶锈病,是小麦上发生最早的一类病害,使小麦产量损失惨重,造成严重的经济损失。近年来,随着气温升高和阴雨时期的增多,新的强毒性菌系增多,黄淮地区小麦叶锈病的发生愈发严... 详细信息

由小麦隐匿柄锈菌（Puccinia triticina Eriks,Pt）引起的小麦叶锈病,是小麦上发生最早的一类病害,使小麦产量损失惨重,造成严重的经济损失。近年来,随着气温升高和阴雨时期的增多,新的强毒性菌系增多,黄淮地区小麦叶锈病的发生愈发严重。对叶锈菌基因组的全面分析是揭示其致病机理和抗锈分子育种的重要基础,到目前为止,关于小麦叶锈菌基因组方面的研究仍然薄弱,国内菌系的基因组测序分析仍是空白。本文采用高通量测序技术,对河南强毒性菌系Pt-HnZU18-3进行了全基因组测序分析和比较基因组分析。主要研究结果如下:1.单孢菌系的分离和毒性鉴定。2015年田间采集的小麦叶锈菌菌种通过小麦离体叶段培养、单孢子分离的方法,共分离出5个小麦叶锈菌单孢子系,分别命名为:Pt-HnZU18-1、Pt-HnZU18-3、Pt-HnZU207、Pt-HnZU168-1、Pt-HnZU168-2。在36个小麦品种上进行毒性鉴定,发现Pt-HnZU18-3是一个强毒性菌系。除了小麦品种云麦34对Pt-HnZU18-3表现出较强抗性外,其余小麦品种均表现出不同程度的感病（中感和高感）症状。2.河南菌系Pt-HnZU18-3全基因组测序。1)菌种的扩繁:在铭贤169小麦品种上进行,共收集夏孢子约12g,用于DNA的提取;2)DNA样品的准备:基因组DNA的提取方法有CTAB法和DNeasy Plant Mini Kit法,在此基础上,建立了高质量DNA提取纯化体系,DNA质量达到三代测序要求;3)对小麦叶锈菌菌系Pt-HnZU18-3进行PacBio RSII三代测序和Illumina Hiseq 4000二代测序,共计产出45,312Mb数据,其中Pacbio产出14,249Mb数据,聚合酶平均读长为8,481bp;Hiseq 4000构建了270bp、10K和20K文库,产出31,063Mb数据。联合Hiseq和Pacbio平台数据,组装得到小麦叶锈菌菌系Pt-HnZU18-3基因组的总长为160.53Mb,GC含量为46.92%,scaffold数量3,001个,contig数量6,701个。scaffold N50为102,132bp,contig N50为35,387bp。3.河南菌系Pt-HnZU18-3结构基因组分析。基于K-mer分析显示小麦叶锈菌Pt-HnZU18-3的基因组大小约为160Mb。K-mer分析出现杂合双峰,说明小麦叶锈菌Pt-HnZU18-3的基因组高度杂合。通过Genemark-ES、Blast、Blat、Genewise等软件预测并去除冗余序列分析,预测基因的数量为32,767个,平均基因长度1,875bp,基因主要集中在200-2,500bp这段区域（28,571个基因）,占全部基因数量的87.2%。通过CEGMA软件分析显示,拼接基因组的真核生物核心基因集覆盖率达到93.95%,说明基因组组装具有较好的完整性。利用GO数据库注释分类表明:在参与生物学过程的基因集中,参与细胞过程的基因数量为5,724个,参与代谢过程的基因数量为6,285个;在细胞成分中,属于细胞（1,745个基因）、细胞组分（1,745个基因）和细胞器（1,211个基因）的基因数量相对较多;在分子功能注释中,参与结合作用的基因有8,079个,参与催化活性的基因有4,255个。对小麦叶锈菌Pt-HnZU18-3基因组进行PHI基因注释分析,共注释上10种PHI类型,包括891个基因。其中305个基因与小麦叶锈菌的致病性无关,335个基因属于毒性降低分类,毒性增强基因有2个,强毒性增强基因具有10个,致死因子74个,丧失致病性类型具有79个,化学靶标类型有13个,效应蛋白（植物非病原性因素）类型有2个。通过PHI基因注释分析,发现大部分基因与小麦叶锈菌的致病性相关不大,只有少数基因与强毒性和致病性有关。小麦叶锈菌共预测出1686个分泌蛋白,占基因组比例的5%。4.比较基因组初步分析。小麦锈菌（叶锈菌、条锈菌和秆锈菌）的同源基因集分析显示,3种小麦锈菌间存在4,890个同源基因。叶锈菌、条锈菌和秆锈菌都包含其特有的基因集,分别占其全部基因集的37.69%、32.58%和26.41%。和其他8个真菌基因组相比,小麦叶锈菌基因组最大,几乎是秆锈菌基因组大小的2倍,这充分反映了基因组结构特征和演化规律的复杂性。本研究完成了小麦叶锈菌河南强毒性菌系Pt-HnZU18-3的全基因组测序、组装以及结构分析,为进一步开展叶锈菌基因发现和比较基因组分析、毒性变异分子机制和致病机理研究奠定了重要基础。

关键词：小麦叶锈菌单孢分离离体培养毒性鉴定基因组高通量测序

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横断山区蒸散时空格局及其影响因素研究

横断山区蒸散时空格局及其影响因素研究

作者：申一林成都理工大学

学位级别：硕士

遥感估算地表蒸散（Evatutransperation,ET）可以直观地获得各区域地表蒸散的分布状况,突破传统“点式”观测的局限,是揭示地表蒸散对全球气候变化响应与反馈的重要手段。ET是陆地水文循环和能量循环中的关键环节,是判定区域水资源平衡... 详细信息

遥感估算地表蒸散（Evatutransperation,ET）可以直观地获得各区域地表蒸散的分布状况,突破传统“点式”观测的局限,是揭示地表蒸散对全球气候变化响应与反馈的重要手段。ET是陆地水文循环和能量循环中的关键环节,是判定区域水资源平衡和生态平衡的重要指标,ET对气候变化的响应已经成为全球变化研究的重要组成部分。本文基于MOD16A2 ET数据研究了2000-2014年横断山区ET的时空变化及趋势,利用相关分析法研究了全年、干季和雨季ET与气候因子之间的关系,结合土地利用数据分析横断山区土地利用变化和不同土地利用类型ET的变化,探讨了气候变化和土地利用变化对ET的影响。结果表明:（1）研究区全年、干季和雨季ET均呈现下降趋势,区域存在“蒸发悖论”现象,与气温的趋势相反。近15年横断山区年际ET在561.34～619.60mm之间波动,多年平均ET约为590.04mm;其中干季ET在179.84～214.37mm之间,多年平均ET为193.97mm;雨季ET在381.5～411.32mm之间,多年平均ET为396.07mm。ET年内呈现“单峰型”变化,高峰临近7月,低谷约在12月。ET在不同坡向上的统计结果进一步说明季风对横断山区ET有着促进作用,证明了北方的高原季风对干季ET和东亚、南亚季风对雨季ET的影响。此外,ET随高程变化表现出增长-下降-增长的变化特征。（2）2000-2014年,横断山区全年、干季和雨季ET均与累积降水量、平均相对湿度均呈正相关关系,与平均气温、累积日照时数呈负相关关系,与平均风速的整体呈不明显的负相关关系。全年、干季ET与气候因子整体相关性由大到小依次是平均气温、平均相对湿度、累积降水量、累积日照时数和平均风速,雨季依次是平均相对湿度、累积降水量、累积日照时数、平均气温和平均风速。横断山区ET的气候因子驱动分析表明,2000-2014年横断山区全年和干季ET的主要气候驱动因子是气温,雨季ET的主要驱动因子是相对湿度。（3）2001-2014年,各土地利用类型ET多年平均值表现为:裸地＞林地＞疏林地＞耕地＞草地。林地转疏林地、疏林地转草地面积广且下降程度剧烈,说明横断山区ET呈下降趋势在土地利用变化方面主要受植被退化影响。气候变化和土地利用变化对ET的影响结果表明,横断山区ET变化主要受气候变化影响。

关键词：蒸散发(ET) 气候变化土地利用变化驱动分析 MODIS 横断山区

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2000—2019年青藏高原积雪时空变化

资源科学 2020年第12期42卷 2434-2450页

作者：叶红易桂花张廷斌周小兵李景吉别小娟申一林杨正兰成都理工大学地球科学学院成都610059 成都理工大学旅游与城乡规划学院成都610059 国家环境保护水土污染协同控制与联合修复重点实验室成都610059 蒙大拿大学蒙大拿科技分校美国比尤特59701 成都理工大学生态环境学院成都610059

积雪是冰冻圈最重要的组成部分,影响着大气环流和区域水量平衡,对气候变化十分敏感。本文基于2000—2019年MODIS/Terra积雪产品数据,探讨了青藏高原近20年积雪的年内、年际和季节性时空特征及其变化趋势。结果表明:(1)2000—2019年青藏... 详细信息

积雪是冰冻圈最重要的组成部分,影响着大气环流和区域水量平衡,对气候变化十分敏感。本文基于2000—2019年MODIS/Terra积雪产品数据,探讨了青藏高原近20年积雪的年内、年际和季节性时空特征及其变化趋势。结果表明:(1)2000—2019年青藏高原积雪以短期积雪为主,积雪期在1个月及以下时间段内的积雪空间分布范围最广,占积雪总面积的72.91%;积雪期越长,多年平均积雪率(SCR)越高,SCR呈高原四周山脉高,而羌塘高原、江河源区、柴达木-黄湟高中盆地等地低的特点。(2)2000—2019年积雪面积呈反复的先波动增加再波动减少,距平变化率在-15.97%~11.52%之间。横断山区、帕米尔高原以及羌塘高原大部分地区的SCR呈明显减少趋势;高原四周极大/大起伏高山/极高山区、江河源丘状高山原和江河上游中/大起伏高山区的SCR呈显著增加趋势。(3)年内积雪面积呈双峰型周期变化趋势,3月和11月达到峰值,8月达到谷值,与该区域多年平均气温、降水等气候因子的年内周期性变化相反。青藏高原冬季积雪分布最广,秋季和春季积雪范围次之,夏季积雪范围最小;2000—2019年,青藏高原东部和南部冬季积雪显著增加、秋季和春季积雪显著减少,青藏高原整体夏季积雪显著减少。(4)近20年,青藏高原积雪与气温、降水的相关程度均较强,积雪覆盖范围与气温呈负相关关系,与降水呈正相关关系。研究结果有助于掌握青藏高原冰雪融水变化情况,对区域水量平衡和气候变化有重要指示作用。

关键词：积雪积雪率(SCR) 时空变化 MODIS/Terra MOD10A2 青藏高原

小麦锈菌碳水化合物酶类基因家族的鉴定与进化分析

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菌物学报 2017年第9期36卷 1222-1232页

作者：李闯刘娜王鑫许笑蒙申一林邢国珍康振生郑文明河南农业大学生命科学学院小麦玉米作物学国家重点实验室河南粮食作物协同创新中心河南郑州450002 西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

本研究利用已测序的条形柄锈菌Puccinia striiformis ***基因组序列信息,结合已公布的隐匿柄锈菌Puccinia recondita ***和禾柄锈菌Puccinia graminis ***全基因组编码蛋白序列,运用生物信息数据库和分析软件对其碳水化合物酶类(CAZymes... 详细信息

本研究利用已测序的条形柄锈菌Puccinia striiformis ***基因组序列信息,结合已公布的隐匿柄锈菌Puccinia recondita ***和禾柄锈菌Puccinia graminis ***全基因组编码蛋白序列,运用生物信息数据库和分析软件对其碳水化合物酶类(CAZymes)基因家族进行了注释和比较分析。结果表明,3种小麦锈菌共包含1 232个CAZymes编码基因(含有1 279个模块)。其中,条形柄锈菌具有明显较大的CAZymes家族,3种锈菌的CAZymes具有136个同源基因;相对于隐匿柄锈菌和禾柄锈菌,条形柄锈菌的GH、GT和AA家族发生显著扩增,而3种锈菌的PL家族并无差异;CBM家族则表现为由禾柄锈菌、隐匿柄锈菌到条形柄锈菌的递增式扩增。通过CAZymes、细胞壁降解酶、分泌蛋白、PHI、保守基序等不同形式注释的比较分析表明,对该基因家族而言,条形柄锈菌相对于隐匿柄锈菌和禾柄锈菌呈扩增现象,隐匿柄锈菌和禾柄锈菌的家族缩减水平存在差异。小麦锈菌CAZymes家族整体呈现的不同形式扩增或缩减现象,可能反映了锈菌与寄主长期协同进化过程中的寄生适应性需求,进而反映了其致病性演化机理。本研究结果有助于进一步全面认识小麦锈菌CAZymes基因家族进化在锈菌致病性变异中的作用,为揭示锈菌致病分子机制提供理论基础。

关键词：小麦锈菌碳水化合物酶类基因家族生物信息学分析致病性变异

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基于《黄帝内经》探究冲脉概念及临床应用

中医杂志 2024年第15期65卷 1525-1530页

作者：申向一贺娟北京中医药大学北京市100029

通过梳理、分析冲脉在《黄帝内经》中的相关记载,考证冲脉概念的形成基础、发展脉络,认为冲脉是古人在观察动脉搏动现象的基础上,在诊脉察病、砭石启脉等临床实践背景下形成的认识,是古人重视实体血脉、气血概念的体现。冲脉的名称、循... 详细信息

通过梳理、分析冲脉在《黄帝内经》中的相关记载,考证冲脉概念的形成基础、发展脉络,认为冲脉是古人在观察动脉搏动现象的基础上,在诊脉察病、砭石启脉等临床实践背景下形成的认识,是古人重视实体血脉、气血概念的体现。冲脉的名称、循行和功能定位均体现以上特点。然而,随着医学理论的发展,三阴三阳模式思维对经脉分布与循行的规范,十二经理论占据主导地位,归属于冲脉的动脉位点被十二经分割,导致后世对冲脉的定位与十二经不断交叉与混同,冲脉的独立功能、病证特征日渐模糊,最终使冲脉的临床应用与理论定位脱节。基于冲脉对动脉系统的高度统属,立足于气血的盛衰与虚实、畅通与瘀阻定位冲脉为血海、主生殖与月经等内涵与妇科、寒邪客居和神志几方面的病证,并制定相应的治疗方法,在临床中具有独特的价值与意义。

关键词：冲脉《黄帝内经》动脉血海

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锈菌类真菌基因组结构分析研究进展

菌物学报 2016年第12期35卷 1456-1467页

作者：焦志鑫申一林李晶晶许君刘娜康振生郑文明河南农业大学生命科学学院小麦玉米作物学国家重点实验室/河南粮食作物协同创新中心河南郑州450002 西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

锈菌种群庞大,可以引起许多重要经济作物和林木病害,严重威胁全球粮食和林业生产安全。全基因组分析为锈菌基因功能研究、毒性变异研究及锈菌演化规律研究提供了重要基础,为制定锈病有效防控策略和创制抗锈新材料提供理论依据。本文综... 详细信息

锈菌种群庞大,可以引起许多重要经济作物和林木病害,严重威胁全球粮食和林业生产安全。全基因组分析为锈菌基因功能研究、毒性变异研究及锈菌演化规律研究提供了重要基础,为制定锈病有效防控策略和创制抗锈新材料提供理论依据。本文综述了目前锈菌全基因组分析领域的进展,对锈菌的基因组结构、基因组成、基因组变异等特征进行了归纳分析,对基因组变异与其专性寄生特性的关系、基因组变异对其毒性变异的可能影响等进行了阐述。基因组学将为最终揭示锈菌生活史复杂性和毒性高度变异性的根本成因提供有力工具。

关键词：锈菌基因组毒性变异基因组测序进化

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紫色马铃薯酵素发酵工艺与抗氧化性的研究

紫色马铃薯酵素发酵工艺与抗氧化性的研究

作者：申一兰成都大学

学位级别：硕士

紫色马铃薯是一种富含花青素的马铃薯品种,酵素是一种由微生物发酵的含有多种活性物质具有抗老等功效的可食用产品。本文以紫色马铃薯为原料,研究紫色马铃薯酵素的发酵工艺流程、菌种以及酵素发酵前后的变化,旨在探讨适合紫色马铃薯发... 详细信息

紫色马铃薯是一种富含花青素的马铃薯品种,酵素是一种由微生物发酵的含有多种活性物质具有抗老等功效的可食用产品。本文以紫色马铃薯为原料,研究紫色马铃薯酵素的发酵工艺流程、菌种以及酵素发酵前后的变化,旨在探讨适合紫色马铃薯发酵的复配菌种和发酵工艺流程及其发酵后酵素产品中活性物质和抗氧化能力的变化。通过对比经过烫漂处理和未经烫漂处理的紫色马铃薯片打浆后液体中的花色苷含量以及颜色质地,将烫漂处理过的紫色马铃薯片打浆后得到的紫色马铃薯浆液与未烫漂的马铃薯片所制得的紫色马铃薯浆液作对比。同样经过85℃水浴10 min后采取巴氏灭菌法(65℃30 min)处理后的浆液,烫漂过的紫色马铃薯片所制得的紫色马铃薯浆液中所含花色苷的含量为167.35 mg/L,高于未烫漂紫色马铃薯片所制得浆液中的56.3 mg/L,前者浆液颜色为均一的紫红色,后者则是略显浑浊的黄褐色,所以选择烫漂后的紫色马铃薯片进行打浆,制得发酵用预备酵液。以还原糖含量为指标,做单因素实验确定酶解条件为:添加20 U/m L的复合酶(糖化酶:低温α-淀粉酶:β-淀粉酶:果胶酶:纤维素酶=1:1:1:1:1)在40℃下酶解120 min。通过设计单因素实验,选择p H、TSS含量、SOD活力、菌密度以及感官评分作指标,从保加利亚乳杆菌、短双歧杆菌、副干酪乳杆菌、干酪乳杆菌、酿酒酵母菌、乳酸片球菌、鼠李糖乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌中选出了适合后续复配菌种进行发酵的四种菌:乳酸片球菌、鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌和酿酒酵母菌。以感官评分为指标,先做单因素实验确定选取用以发酵目标菌的接种量范围,再做四因素三水平正交实验,探索出可使感官评分达到最高的菌种比例。正交实验结果显示最优菌种接种量为:1.5%植物乳杆菌、1%酿酒酵母菌、1%乳酸片球菌和1%鼠李糖乳杆菌。即可得最优菌种比例:植物乳杆菌:酿酒酵母菌:乳酸片球菌:鼠李糖乳杆菌=3:2:2:2。用混合菌种发酵紫色马铃薯酵素,优化紫色马铃薯酵素的发酵工艺流程。首先通过单因素实验确定发酵温度、发酵时间、菌接种量三个因素水平的取值范围,后以SOD活力值为响应值,设计三因素三水平响应面实验,采用Box-Behnken原理对试验结果进行分析,确定能让发酵后的紫色马铃薯酵素液体中SOD活力值最大的最佳发酵工艺。通过单因素实验结果得出,当菌接种量为3%时可使SOD活力值达到最高257.50±0.92U/m L,当发酵进行到22 h时即可结束,此时SOD活力为253.51±0.63 U/m L,当发酵温度为37℃时,复合菌种可充分利用酵液中营养物质使SOD活力达到261.70±0.96 U/m L。根据响应面结果预测出紫色马铃薯酵素的最佳发酵工艺为:发酵时间24.71 h、发酵温度35.88℃、菌接种量为2.89%,在此工艺条件下,紫色马铃薯酵素的SOD活力最终可以达到267.18 U/m L。进行验证试验时,为方便操作,调整为发酵时间25 h,发酵温度36℃,菌接种量为2.9%,发酵得到酵素SOD活力263.594 U/m L。此外,实验得出紫色马铃薯的SOD活力为156.547 U/m L一定程度上的增加,花色苷含量则被降解略有下降,ABTS阳离子自由基和DPPH自由基的清除率在发酵后均有显著提升。可以得出,发酵可以使紫色马铃薯浆液的抗氧化能力增加。紫色马铃薯发酵乳饮料的工艺流程参考紫色马铃薯酵素的发酵工艺流程。选取新鲜紫色马铃薯洗净后去皮切片,经过沸水烫漂3 min后加入与马铃薯质量比为1:1的超纯水进行打浆,浆液酶解后进行灭酶灭菌,待浆液冷却至室温时沉淀、离心后保留上清液,将上清液与鲜牛乳进行1:1的混合用于后续接种复合菌种。发酵后进行过滤均质,即可得到具有抗氧化能力的紫色马铃薯发酵乳饮品,发酵所得紫色马铃薯酵素乳饮料的SOD值高于紫色马铃薯酵素液,为后续紫色马铃薯发酵的其它产品提供了思路。

关键词：紫色马铃薯酵素发酵紫色马铃薯酵素

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喀斯特地貌色彩研究及在现代服装中的应用

喀斯特地貌色彩研究及在现代服装中的应用

作者：申一冰武汉纺织大学

学位级别：硕士

2000-2015年若尔盖地区植被覆盖度变化及气候因子驱动分析

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草业科学 2018年第12期35卷 2822-2835页

作者：杨瑞瑞易桂花张廷斌李景吉别小娟夏杰申一林成都理工大学地球科学学院四川成都610059 成都理工大学管理科学学院四川成都610059 成都理工大学工程技术学院四川乐山614000 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 成都理工大学生态资源与景观研究所四川成都610059

基于2000-2015年生长季(5-9月)MODIS-NDVI数据、植被类型图、土壤图和气象数据,结合像元二分模型估算若尔盖地区植被覆盖度,利用趋势分析、相关性分析和滞后性分析方法,分析若尔盖地区近16年植被覆盖度空间格局及其变化规律,并研究植被... 详细信息

基于2000-2015年生长季(5-9月)MODIS-NDVI数据、植被类型图、土壤图和气象数据,结合像元二分模型估算若尔盖地区植被覆盖度,利用趋势分析、相关性分析和滞后性分析方法,分析若尔盖地区近16年植被覆盖度空间格局及其变化规律,并研究植被覆盖度对气候因子的响应。结果表明,1)2000-2015年若尔盖地区植被覆盖度均值在77%～82%,以每10年1.4%的速率波动增加。7种植被类型中,植被覆盖度最高的是阔叶林(87%),最低的为高山植被(44%),草原植被覆盖度以每10年-0.2%的速率减少。2)若尔盖地区植被覆盖度整体上呈现东高西低、由中心向外逐渐减少的分布特征,年际变化率介于-0.053～0.027,植被覆盖状况以高、极高覆盖等级为主(84.32%),两者面积有相互转化的趋势。3)滞后分析表明,生长季植被覆盖度与同期气温的相关性较好,对降水具有明显的滞后性,滞后时间约为1个月。4)在0.05显著性水平下,植被覆盖度变化受气候因子影响的区域占7.58%,气温驱动型面积占比2.85%,降水驱动型面积占比2.17%,气温、降水联合驱动以弱驱动为主,面积占1.67%;大部分地区受非气温和降水因素影响。

关键词：植被覆盖度 MODIS-NDVI 像元二分模型气候变化驱动因子若尔盖地区