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家蝇乙酰胆碱酯酶基因密码子优化及酶学特性表征

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中国食品学报 2020年第12期20卷 72-80页

作者：袁巧敏卢海强黄蕾谷新晰李晨田洪涛河北农业大学食品科技学院河北保定071001 国家北方山区农业工程技术研究中心河北保定071001

基于密码子通用性及不同物种密码子使用频率差异原则,对家蝇乙酰胆碱酯酶的基因序列进行优化,旨在提高其在毕赤酵母中的表达量,增强其应用前景。将基因序列中的低频密码子更换为毕赤酵母偏好的密码子,同时调整乙酰胆碱酯酶各区段GC含量... 详细信息

基于密码子通用性及不同物种密码子使用频率差异原则,对家蝇乙酰胆碱酯酶的基因序列进行优化,旨在提高其在毕赤酵母中的表达量,增强其应用前景。将基因序列中的低频密码子更换为毕赤酵母偏好的密码子,同时调整乙酰胆碱酯酶各区段GC含量至45%~55%。将优化的家蝇乙酰胆碱酯酶连接至表达载体pPIC9K并转入毕赤酵母GS115中,摇瓶培养。以改进的Ellman法测定重组家蝇乙酰胆碱酯酶(mdAchE)酶学性质,通过有机磷及氨基甲酸酯类农药抑制试验分析重组酶mdAchE的生物活性。家蝇乙酰胆碱酯酶密码子优化后在毕赤酵母中实现高效表达,酶活力约8.82 U/mL。抑制试验显示,重组酶mdAchE能够被马拉硫磷等7种有机磷农药,克百威等8种氨基甲酸酯类农药抑制,最低抑制浓度IC15值为1.83×10-15μg/mL,远远低于其它诸如气相色谱法、生物传感器等方法测得的最低检测限(0.01μg/mL,4.14×10-6μg/mL)。本试验结果表明,重组乙酰胆碱酯酶mdAchE在有机磷及氨基甲酸酯类农药残留的检测领域具有较大的应用潜力。

关键词：乙酰胆碱酯酶密码子优化异源表达有机磷农药氨基甲酸酯类农药

桃SAUR家族基因分析及PpSAUR5功能鉴定

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园艺学报 2023年第1期50卷 1-14页

作者：翟含含翟宇杰田义张叶杨丽温陟良陈海江河北农业大学园艺学院河北保定071000 河北农业大学山区研究所国家北方山区农业工程技术研究中心河北保定071001

为了探究SAUR(Small Auxin-Up RNA)基因家族成员在桃树(Prunus persica)生长发育中的作用,利用生物信息学方法对桃SAUR家族成员(PpSAUR)进行鉴定,对其染色体定位、基因结构、保守元件、进化关系及基因表达等进行分析,并对PpSAUR5功能进... 详细信息

为了探究SAUR(Small Auxin-Up RNA)基因家族成员在桃树(Prunus persica)生长发育中的作用,利用生物信息学方法对桃SAUR家族成员(PpSAUR)进行鉴定,对其染色体定位、基因结构、保守元件、进化关系及基因表达等进行分析,并对PpSAUR5功能进行初步鉴定。结果表明:桃中共有80个SAUR成员,分为12个亚组,不均匀分布在8条染色体上;基因结构显示75个PpSAUR只有1个外显子,余下5个有2~3个外显子;通过分析不同树势(强、中、弱)桃品种的转录组获得18个与树体长势呈正或负相关的SAUR基因,这些基因对外源植物生长调节物质处理响应不同。PpSAUR5对生长素与赤霉素均有响应,功能验证显示PpSAUR5转基因拟南芥幼苗叶柄、下胚轴及根较野生型长,且对NAA与2,4-D处理敏感性降低。研究结果表明PpSAUR5能够促进器官伸长。

关键词：桃 SAUR基因家族鉴定基因表达

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聚乙烯微塑料对土壤养分和酶活性的影响

环境科学 2024年第6期45卷 3679-3687页

作者：梁榕何娇孙飞虎张瑞芳王鑫鑫河北农业大学资源与环境科学学院保定071001 河北省山区农业技术创新中心保定071001 国家北方山区农业工程技术研究中心保定071001 河北农业大学河北省山区研究所保定071001

微塑料污染对土壤生态系统的威胁引起了广泛关注.为了明确聚乙烯微塑料对土壤性质的影响,通过为期4个月的土壤培养试验,探究不同质量分数(1%、2.5%、5%)和粒径(30目、100目)聚乙烯微塑料对土壤化学性质、养分含量和酶活性的影响.结果表... 详细信息

微塑料污染对土壤生态系统的威胁引起了广泛关注.为了明确聚乙烯微塑料对土壤性质的影响,通过为期4个月的土壤培养试验,探究不同质量分数(1%、2.5%、5%)和粒径(30目、100目)聚乙烯微塑料对土壤化学性质、养分含量和酶活性的影响.结果表明:①100目2.5%和5%微塑料处理显著降低了土壤pH,不同质量分数和粒径聚乙烯微塑料添加对土壤电导率影响不显著.②相比于CK,添加微塑料会不同程度降低土壤速效钾、有效磷和硝态氮含量.添加100目微塑料显著增加了土壤有机质和铵态氮含量.③当微塑料粒径为100目时,相比于CK,不同质量分数处理均显著提高了土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性,5%处理显著降低了土壤蔗糖酶活性.④土壤性质的变化受微塑料质量分数和粒径影响,质量分数越高、粒径越小,影响越显著.综上,聚乙烯微塑料对土壤性质的影响没有预期的明显,未来研究应重点关注不同影响所涉及的机制问题.

关键词：聚乙烯微塑料(PE MPs) 质量分数粒径土壤养分土壤酶活性

土壤全氮的无人机高光谱响应特征及估测模型构建

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农业工程学报 2023年第4期39卷 92-101页

作者：彭涛赵丽张爱军杨晓楠周智常新汉河北农业大学资源与环境科学学院保定071000 河北农业大学国土资源学院保定071000 国家北方山区农业工程技术研究中心保定071000 河北省山区研究所保定071000

为更好地体现出光谱与土壤全氮(soil totalnitrogen,STN)含量之间的响应关系,实现以高光谱快速估测土壤全氮含量,该研究以无人机搭载高光谱传感器获取农田土壤高光谱影像,提取光谱反射率并进行数学变换,基于灰色关联度和皮尔逊相关系数... 详细信息

为更好地体现出光谱与土壤全氮(soil totalnitrogen,STN)含量之间的响应关系,实现以高光谱快速估测土壤全氮含量,该研究以无人机搭载高光谱传感器获取农田土壤高光谱影像,提取光谱反射率并进行数学变换,基于灰色关联度和皮尔逊相关系数提取各光谱中土壤全氮含量的敏感波段,基于敏感波段采用偏最小二乘回归(partialleastsquares regression,PLSR)、岭回归(ridge regression,RR)和随机森林(random forest,RF)构建土壤全氮的高光谱反演模型,筛选出最优模型并对研究区土壤全氮含量进行反演制图。结果表明:1)反射率的倒数光谱中的敏感波段(996~1003 nm)集中在近红外长波范围内,反射率的一阶微分(first derivative of reflectance,FDR)光谱中的敏感波段(398~459、469和472~1003 nm)和反射率对数的一阶微分光谱中的敏感波段(398~459、463~973和978~1003 nm)在可见光和近红外范围内都有分布,反射率的一阶微分光谱中的敏感波段(615~625、632和666~670 nm)主要集中在可见光的红光范围内。2)与基于灰色关联度提取敏感波段构建模型相比,基于皮尔森相关系数提取敏感波段所构建的土壤全氮估测模型精度更高。3)RF-FDR模型精度最高,其验证集R^(2)为0.859,均方根误差为0.143 g/kg,平均绝对误差为0.114 g/kg。基于RF-FDR模型对研究区土壤全氮含量进行反演制图,发现研究区大部分面积土壤全氮含量处于1.50~2.00g/kg范围内,与实际情况相符。研究可为农田土壤全氮含量快速估测提供技术参考和支撑。

关键词：无人机氮土壤高光谱灰色关联度相关系数反演模型

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山区核桃园不同保水措施效果分析

河北农业大学学报 2019年第6期42卷 38-44页

作者：朱轶群刘凯张泽宇王红霞张志华河北农业大学山区研究所/河北省山区农业工程技术研究中心/国家北方山区农业工程技术研究中心

为寻求适宜山区核桃优质高效生产的有效节水措施,以‘清香’核桃为试材,研究不同保水措施对山地核桃园土壤、叶片营养及果实产量品质的影响。结果表明:不同类型保水措施在0~20 cm和20~40 cm土层均有明显保水效果。漏斗状树盘+秸秆覆盖... 详细信息

为寻求适宜山区核桃优质高效生产的有效节水措施,以‘清香’核桃为试材,研究不同保水措施对山地核桃园土壤、叶片营养及果实产量品质的影响。结果表明:不同类型保水措施在0~20 cm和20~40 cm土层均有明显保水效果。漏斗状树盘+秸秆覆盖处理的保水方式综合效果最好,对土壤含水率、全氮、速效养分、叶片可溶性糖、磷、钙含量以及果实产量均有显著提升作用,而漏斗状树盘+覆膜处理对产量的提升最明显,漏斗状树盘+覆膜或覆秸秆可以作为山区核桃园有效的保水措施。

关键词：山区核桃园覆盖保水措施土壤果实产量品质

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曲线边壁竖缝式鱼道池室内部构造优化

农业工程学报 2024年第5期40卷 344-350页

作者：康捷吴鑫淼王妍郄志红河北农业大学城乡建设学院保定071001 国家北方山区农业工程技术研究中心保定071001 滦平县水务局承德068250

为提高鱼道的过鱼效率,在曲线边壁竖缝式鱼道基础上增加内部构造,即在鱼道内壁和底板上布置辅助过鱼装置,组合而成6种不同布置方案,并对每种布置方案进行了相应的数值模拟和模型试验,探究不同布置方案的过鱼效果。结果表明:不同隔板组... 详细信息

为提高鱼道的过鱼效率,在曲线边壁竖缝式鱼道基础上增加内部构造,即在鱼道内壁和底板上布置辅助过鱼装置,组合而成6种不同布置方案,并对每种布置方案进行了相应的数值模拟和模型试验,探究不同布置方案的过鱼效果。结果表明:不同隔板组合的方案1、2、3的上溯成功率分别为36.7%、43.3%、73.3%,其中以中央贯通且尾部边壁只设一组隔板的方案3试验鱼上溯成功率最高;在方案3的基础上引入不同直径圆形柱组合形成方案4、5、6,其相应的上溯成功率分别为56.7%、73.3%、90.0%,其中以圆柱直径为池室入口宽度二分之一的方案6上溯成功率最高,可作为推荐方案,同时发现鱼类游动会大致沿主流进行逆流上溯,当水流形态呈现多股主流流径,流速梯度明显,主流流速衰减平缓合理,且水流回流区较少时,有利于提升鱼类的通过性能。研究结果可丰富了道设计理念和方法,为鱼道设计建造提高参考。

关键词：数值模拟水力特性结构优化鱼道曲线边壁上溯试验

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桃生长势相关基因PpSAUR73功能鉴定

中国农业科学 2023年第20期56卷 4072-4086页

作者：杨丽曹洪波张学英翟含含李辛淼彭佳伟田义陈海江河北农业大学园艺学院喀什职业技术学院河北农业大学山区研究所/河北省山区农业技术创新中心/国家北方山区农业工程技术研究中心

【目的】克隆桃树势相关基因PpSAUR73，分析其对多种激素的响应，鉴定其在调控拟南芥生长势中的作用，为科学合理调控树势提供分子依据。【方法】以‘中油蟠9号’为材料进行激素处理，利用实时荧光定量分析PpSAUR73在24 h内的动态响应... 详细信息

【目的】克隆桃树势相关基因PpSAUR73，分析其对多种激素的响应，鉴定其在调控拟南芥生长势中的作用，为科学合理调控树势提供分子依据。【方法】以‘中油蟠9号’为材料进行激素处理，利用实时荧光定量分析PpSAUR73在24 h内的动态响应；以桃品种‘久艳’为材料克隆PpSAUR73；构建PpSAUR73过量表达载体，将其转化拟南芥；对转基因拟南芥进行表型观察，对同时播种的转基因与野生型拟南芥进行萌芽率统计，对萌发一致的生长7 d拟南芥进行根长及下胚轴的测量，对萌发一致的拟南芥进行不同浓度的激素处理；取7 d大小的两个转基因株系及野生型拟南芥材料进行转录组测序，对差异表达基因进行功能分析、KEGG通路富集分析，并分析调控基因。【结果】PpSAUR73能够对激素处理做出快速响应。过表达PpSAUR73能够影响拟南芥种子萌芽，转基因拟南芥幼苗下胚轴及根长较野生型长，莲座大，整体长势好于野生型，且降低了对生长素的敏感性。过表达PpSAUR73的转录组分析结果显示，在两个对比组中均表达的差异基因有128个，其中有84个上调基因，44个下调基因，并对20个表达量较高的差异基因进行了描述。对过表达PpSAUR73产生的差异表达基因进行GO功能显著性富集分析，结果表明差异表达基因在细胞组分方面富集的基因最多，定位在细胞质、细胞膜、细胞器和细胞外区域。对差异表达基因进行KEGG通路富集分析，结果表明差异表达基因主要富集到苯丙氨酸生物合成通路、植物激素信号转导通路、淀粉蔗糖代谢通路等代谢通路。在苯丙氨酸生物合成通路中，PpSAUR73能够调控编码过氧化物酶基因AT1G05260、AT3G01190、AT3G32980、AT5G15180表达上调，过氧化物酶与木质素合成相关，木质素含量与植株长势呈显著相关，暗示过表达PpSAUR73可能参与调控拟南芥木质素合成从而调控长势。在植物激素信号转导通路中，生长素信号转导中的一些生长素响应基因AtSAUR41、AtSAUR71、AtSAUR51、AtSAUR72和AtSAUR1等表达下调，脱落酸信号转导途径中磷酸酶蛋白AtPP2CA表达上调，而脱落酸信号通路基因AtPYL5表达下调。PpSAUR73能够调控拟南芥长势，参与多种激素信号转导。【结论】PpSAUR73能够快速对激素做出响应，且能够调控转基因拟南芥长势；PpSAUR73过量表达导致的差异基因主要富集到苯丙氨酸生物合成通路、植物激素信号转导通路、淀粉蔗糖代谢通路等代谢通路；PpSAUR73调控IAA、ABA信号转导，推测其在桃树的生长发育过程中起到了重要作用。

关键词：桃 PpSAUR73 基因表达激素处理信号转导

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基于宏基因组分析桑葚酵素的微生物多样性

中国食品学报 2020年第5期20卷 251-257页

作者：邸鹏月彭宇李晨卢海强谷新晰田洪涛河北农业大学食品科技学院河北保定071001 河北省农产品加工工程技术研究中心河北保定071001 国家北方山区农业工程技术研究中心河北保定071001

采用宏基因组技术分析桑葚酵素发酵前、中、后期微生物的丰度及多样性。方法:对桑葚酵素发酵前期(18 d)、中期(42 d)、后期(60 d)的样品进行基因组DNA抽提、PCR扩增及产物纯化、荧光定量、Illumina PE文库制备、Illumina高通量测序等操... 详细信息

采用宏基因组技术分析桑葚酵素发酵前、中、后期微生物的丰度及多样性。方法:对桑葚酵素发酵前期(18 d)、中期(42 d)、后期(60 d)的样品进行基因组DNA抽提、PCR扩增及产物纯化、荧光定量、Illumina PE文库制备、Illumina高通量测序等操作,将测序数据优化后分析各分类水平上桑葚酵素发酵过程中细菌和真菌组成及其多样性的变化。结果表明:通过分析生物多样性指数获得桑葚酵素发酵过程中细菌较真菌丰富。在属水平上分析微生物多样性,桑葚酵素发酵过程中的优势菌是乳杆菌属。在发酵前期的优势菌是酵母(92.16%)。本文阐明了桑葚酵素在自然发酵过程中微生物的动态变化及其多样性机制,为后续开发新型人工可控桑葚酵素提供理论基础。

关键词：桑葚酵素宏基因组学微生物多样性

甲基营养型芽孢杆菌BH21对葡萄灰霉病菌的拮抗作用

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中国农业科学 2018年第5期51卷 883-892页

作者：魏新燕黄媛媛黄亚丽杜克久河北农业大学林学院/国家北方山区农业工程技术研究中心河北省科学院生物研究所

【目的】甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)BH21是一株对葡萄灰霉病菌(Botrytis cinerea)有较好拮抗作用的海洋源细菌,鉴定该菌株脂肽类抗菌物质合成基因,检测脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌的拮抗作用,为应用该菌株防治葡萄灰... 详细信息

【目的】甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)BH21是一株对葡萄灰霉病菌(Botrytis cinerea)有较好拮抗作用的海洋源细菌,鉴定该菌株脂肽类抗菌物质合成基因,检测脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌的拮抗作用,为应用该菌株防治葡萄灰霉病提供科学依据。【方法】通过特异引物的基因组PCR法检测甲基营养型芽孢杆菌BH21菌株合成脂肽的能力;盐酸沉淀和甲醇抽提法从无菌发酵液中提取脂肽粗提物;排油圈法检测脂肽粗提物的表面活性;采用菌丝生长速率法检测脂肽粗提物对灰霉病菌菌丝生长的抑制作用并计算有效中浓度EC50;利用高效液相色谱技术(HPLC)对脂肽粗提物洗脱分离,并采用菌丝生长速率法检测各组分对葡萄灰霉病菌的抑制能力;采用反相高效液相色谱(RP-HPLC)分析主要抑菌成分的脂肽类型。采用离体叶片接种法检测脂肽粗提物对葡萄灰霉病的防治效果。【结果】选取11对特异引物对菌株BH21基因组扩增,其中7对引物扩增出预期核酸片段;扩增产物经测序、BLAST比对分析,结果显示扩增产物与相关菌株脂肽基因相似度为96%—99%,扩增产物翻译的蛋白与相关菌株的脂肽合成蛋白相似度为96%—100%,表明甲基营养型芽孢杆菌BH21基因组中含有ituA、bamD、ituC、ituD、fenD、srfAB、yndJ,该菌株具有合成surfactin、iturin及fengycin等多种脂肽类抗菌物质的能力。盐酸沉淀和甲醇抽提从LB无菌发酵液中获得脂肽粗提物,得率为428 mg·L-1。排油圈检测结果显示,脂肽粗提物使橄榄油膜形成排油圈,表明脂肽粗提物具有表面活性。脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌菌丝生长具有显著的抑制作用,脂肽粗提物浓度为440μg·mL-1时,对葡萄灰霉病菌菌丝生长的相对抑制率为82.8%。根据毒力方程计算,抑制葡萄灰霉病菌菌丝生长的脂肽粗提物EC50为144.39μg·mL-1。HPLC分离纯化脂肽粗提物获得6个组分,只有组分BH21-2和BH21-3抑制葡萄灰霉病菌的生长,RP-HPLC色谱图分析表明组分BH21-2和BH21-3属于fengycin家族脂肽。葡萄灰霉病离体叶片试验结果表明,脂肽粗提物浓度为400μg·mL-1时,对葡萄叶片灰霉病防病效果为100%;脂肽粗提物浓度为220μg·mL-1时,对葡萄叶片病斑扩展相对抑制率为94.4%。【结论】甲基营养型芽孢杆菌菌株BH21具有合成surfactin、iturin及fengycin等多种脂肽类抗菌物质的基因,该菌株脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌具有较强的拮抗作用,在葡萄灰霉病生物防治中具有应用潜力。

关键词：甲基营养型芽孢杆菌葡萄灰霉病菌抗真菌活性脂肽葡萄灰霉病