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C稳定同位素在陆地生态系统植物-微生物-土壤碳循环中的应用

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林业科学 2024年

作者：白雪娟翟国庆刘敬泽河北师范大学生命科学学院河北省动物生理生化与分子生物学实验室(河北师范大学)河北省生态环境协同创新中心(河北师范大学) 河北师范大学生态学博士后科研流动站

绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2是陆地生态系统主要碳（C）源，量化光合C在植物-土壤系统间的分配，对于明晰C的周转与存留、预测气候变化背景下植被及土壤C库潜力具有重要意义。13C稳定同位素技术凭借其准确性及易操作性，在C循... 详细信息

绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2是陆地生态系统主要碳（C）源，量化光合C在植物-土壤系统间的分配，对于明晰C的周转与存留、预测气候变化背景下植被及土壤C库潜力具有重要意义。13C稳定同位素技术凭借其准确性及易操作性，在C循环研究中被广泛应用，为探究植物-土壤系统C分配、土壤微生物群落结构、C利用效率和土壤C矿化为CO2通量变化等特性提供了重要技术支撑。本文首先将13C稳定同位素的发展和标记方法进行了详细介绍，主要介绍了13C脉冲（单次与多次）标记、13C连续标记、借助C4土壤种植C3植物确定13C丰度及不改变植被条件鉴定自然13C丰度的研究方法；其次，总结了该技术在植物-微生物-土壤系统C循环中的应用：主要包括13C同位素标记在植物-土壤系统C分配、13C自然丰度技术在树木生长轮和植物群落水平C循环、土壤有机C形成与分解过程中的应用；在土壤微生物方面，概述了13C稳定同位素在磷脂脂肪酸、氨基糖、芯片-稳定同位素探针、纳米二次离子质谱同位素成像、荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术等微生物标志物上的应用。然后，总结了13C稳定同位素方法的缺点，即：13C样品检测价格昂贵、由于13C分馏作用影响13C丰度检测不准确和13C标记与微生物标志物技术结合对13C标记丰度要求较高等。最后，对未来13C同位素示踪技术的研究提出展望：在理论上，需探究13C标记底物在植物-土壤-微生物系统C分配、转化及固持作用机理与影响机制，构建统计与验证模型；在应用上，应注重交叉学科的运用，将地理信息系统、遥感等地学技术与13C稳定同位素相结合，在更广泛、更全面的角度推进陆地生态系统C循环的研究。

关键词： C稳定同位素标记技术陆地生态系统碳循环土壤有机碳微生物标志物

^(13)C稳定同位素在陆地生态系统植物-微生物-土壤碳循环中的应用

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林业科学 2024年第7期60卷 175-190页

作者：白雪娟翟国庆刘敬泽河北师范大学生命科学学院河北省动物生理生化与分子生物学实验室河北省生态环境协同创新中心石家庄050024 河北师范大学生态学博士后科研流动站石家庄050024

绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO_(2),是陆地生态系统的主要碳(C)源,量化光合C在植物-土壤系统间的分配,对于明确C的周转与存留、预测气候变化背景下植被和土壤C库潜力具有重要意义。^(13)C稳定同位素技术具有准确性和易操作性,在C... 详细信息

绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO_(2),是陆地生态系统的主要碳(C)源,量化光合C在植物-土壤系统间的分配,对于明确C的周转与存留、预测气候变化背景下植被和土壤C库潜力具有重要意义。^(13)C稳定同位素技术具有准确性和易操作性,在C循环研究中被广泛应用,为探究植物-土壤系统C分配、土壤微生物群落结构、C利用效率和土壤C矿化为CO_(2)通量变化等特性提供重要技术支撑。本研究首先介绍^(13)C稳定同位素的发展和标记方法,主要有^(13)C脉冲(单次与多次)标记、^(13)C连续标记、借助C_(4)土壤种植C_(3)植物确定^(13)C丰度以及不改变植被条件鉴定自然^(13)C丰度等。其次总结该技术在植物-微生物-土壤系统C循环中的应用:主要包括^(13)C同位素标记在植物-土壤系统C分配,^(13)C自然丰度技术在树木生长轮和植物群落水平C循环、土壤有机C形成与分解过程中的应用;在土壤微生物方面,概述^(13)C稳定同位素在磷脂脂肪酸、氨基糖、芯片-稳定同位素探针、纳米二次离子质谱同位素成像、荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术等微生物标志物上的应用。接着总结^(13)C稳定同位素方法的缺点,即^(13)C样品检测价格昂贵、由于^(13)C分馏作用影响^(13)C丰度检测不准确及^(13)C标记与微生物标志物技术结合对^(13)C标记丰度要求较高等。最后,对未来^(13)C同位素示踪技术研究提出展望:在理论上,需探究^(13)C标记底物在植物-土壤-微生物系统C分配、转化和固持的作用机制和影响机制,构建统计与验证模型;在应用上,应注重交叉学科的运用,将地理信息系统、遥感等地学技术与^(13)C稳定同位素相结合,从更广泛、更全面的角度推进陆地生态系统C循环研究。

关键词： ^(13)C稳定同位素标记技术陆地生态系统碳循环土壤有机碳微生物标志物

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糖核苷酸的生物合成和应用

生物化学与生物物理进展 2024年第4期51卷 822-838页

作者：郝萌连佳琪张翠璐关婉怡河北师范大学分子细胞生物学教育部重点实验室河北省分子细胞生物学重点实验室河北师范大学生命科学学院石家庄050024

糖基化是生物体中最重要的反应之一,通过糖基化作用可以形成具有多种生物功能的糖缀合物。糖核苷酸作为Leloir型糖基转移酶催化的转糖基反应的糖基供体,在聚糖和糖缀合物的生物合成中必不可少。然而,糖核苷酸的成本较高、可用性有限等... 详细信息

糖基化是生物体中最重要的反应之一,通过糖基化作用可以形成具有多种生物功能的糖缀合物。糖核苷酸作为Leloir型糖基转移酶催化的转糖基反应的糖基供体,在聚糖和糖缀合物的生物合成中必不可少。然而,糖核苷酸的成本较高、可用性有限等因素阻碍了生物催化级联反应在工业中大规模的应用。因此,人们越来越关注糖核苷酸的合成策略,以实现其在多种领域的广泛应用。目前,糖核苷酸及其衍生物的化学合成方法已经建立起来,但合成反应的产量通常很低,而酶法(化学-酶法)和细胞工厂法在合成糖核苷酸过程中具有显著优势。本文主要围绕哺乳动物中常见的9种糖核苷酸,概述了其类型和结构、酶法(化学-酶法)和细胞工厂法两种制备方法。伴随糖核苷酸的高效合成,其多种功能逐渐被发现和应用。本文进一步概述了糖核苷酸在聚糖及糖缀合物合成、糖基转移酶生化性质表征以及生物正交标记策略等方面的应用,对生物化学、糖生物学的研究以及相关医药产品的研发具有十分重要的意义。

关键词：糖核苷酸糖基转移酶激酶焦磷酸化酶

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蜱类半胱氨酸蛋白酶抑制剂研究进展

应用昆虫学报 2024年第3期61卷 504-513页

作者：张松渤高志华杨小龙教育部分子细胞生物学重点实验室河北省动物生理生化与分子生物学重点实验室河北师范大学生命科学学院石家庄050024

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cysteine protease inhibitors)是一类与木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶可逆结合的抑制功能分子,在抑制宿主稳态反应中起到相加或协同作用。蜱作为一种专性吸血的体外寄生虫,分布于世界各地,对人类健康、牲畜业生产... 详细信息

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cysteine protease inhibitors)是一类与木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶可逆结合的抑制功能分子,在抑制宿主稳态反应中起到相加或协同作用。蜱作为一种专性吸血的体外寄生虫,分布于世界各地,对人类健康、牲畜业生产和野生动物生存构成了严重威胁。2005年蜱类半胱氨酸蛋白酶抑制剂首次从美洲花蜱Amblyomma americanum中被鉴定,之后其在不同蜱种内所参与的生理过程及功能得到深入研究。本文综述了半胱氨酸蛋白酶抑制剂的分类、结构与功能,总结其在蜱类吸血适应、先天免疫和寄生阶段免疫调节的分子机制以及潜在的应用价值,并分析存在的问题,以期为此领域的研究拓展思路。

关键词：蜱功能分子半胱氨酸蛋白酶抑制剂免疫调节防治

星形胶质细胞敲除铜蓝蛋白对小鼠脑铁代谢的影响

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解剖学报 2024年第4期55卷 475-481页

作者：李海艳李忠达何立娟承德医学院人体解剖学教研室河北承德067000 河北师范大学生命科学学院河北省动物生理生化与分子生物学重点实验室石家庄050024

目的探讨铜蓝蛋白(CP)在脑铁代谢中的作用机制。方法将CP^(flox/flox)小鼠与^(GFAP)-cre小鼠杂交,得到胶质纤维酸性蛋白(^(GFAP))-cre介导的CP基因敲除小鼠,即CP^(GFAP)cKO小鼠。6月龄88只雄性小鼠被分为WT、^(GFAP)-cre、CP^(flox/flox)和CP^(GFAP)cKO 4组。通过基因型鉴定、免疫荧光染色和Western blotting方法检测星形胶质细胞是否特异性敲除CP;Morris水迷宫实验检测星形胶质细胞敲除CP的小鼠学习和记忆功能;通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和同步辐射微束X线荧光光谱法(μ-XRF)检测皮层、海马区铁水平;血清和组织铁试剂盒测定血清和肝铁含量。结果基因型鉴定、免疫荧光染色和Western blotting结果确认星形胶质细胞特异性敲除CP基因小鼠建立模型成功;Moris水迷宫实验结果观察到星形胶质细胞特异性敲除CP基因,小鼠的学习记忆能力明显降低;ICP-MS、μ-XRF结果显示,皮层区和海马区铁含量显著下降;而血清铁和肝铁含量没有明显变化。结论星形胶质细胞特异性敲除CP基因的小鼠的学习记忆能力下降与脑铁降低密切相关;CP的主要功能可能是协助脑细胞摄取铁。

关键词：铜蓝蛋白星形胶质细胞铁认知免疫印迹法小鼠

野生稻CBF/DREB1转录因子的鉴定与生物信息学分析

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草业学报 2024年第6期33卷 126-144页

作者：霍晨敏袁敏张宝文王瑞菊河北经贸大学生物科学与工程学院河北石家庄050061 分子细胞生物学教育部重点实验室河北省细胞生物学基础学科研究中心河北省细胞信号与环境适应协同创新中心河北省分子细胞生物学重点实验室河北师范大学生命科学学院河北石家庄050024 华北理工大学生命科学学院河北唐山063210

低温冷害是限制栽培稻地域分布和产量的重要因素之一,严重影响我国的粮食安全。以CBF/DREB1为核心的C-重复结合因子-冷调节基因(CBF-COR)途径是水稻适应低温的重要信号传导途径。基于稻属9种植物的全基因测序结果和隐马尔可夫模型(HMM)... 详细信息

低温冷害是限制栽培稻地域分布和产量的重要因素之一,严重影响我国的粮食安全。以CBF/DREB1为核心的C-重复结合因子-冷调节基因(CBF-COR)途径是水稻适应低温的重要信号传导途径。基于稻属9种植物的全基因测序结果和隐马尔可夫模型(HMM)搜索,共鉴定出71个CBF/DREB1基因序列。所有基因均无内含子,由单个外显子组成。大部分DREB1s呈弱酸性,所有DREB1s亲水性平均值1,受到正选择压力。旁系同源基因之间启动子顺式元件种类和数量差异较大,直系同源基因的启动子顺式元件种类和数量很相似。对日本晴、93-11和东乡野生稻7 d幼苗4℃冷处理2 h的实时荧光定量PCR分析发现早期冷响应基因可分为激活型(DREB1A/1B/1C/1E/1F/1G/1H)和抑制型(DREB1D/1I/1J)。在日本晴、93-11和东乡野生稻冷激活型基因中,DREB1B/1G/1H均是冷处理后响应最快的一级冷响应因子,且启动子均含有至少一个拷贝的CAMTA转录因子结合元件CM2(CCGCGT)。OrDREB1B/1C/1E/1F/1G/1H在东乡野生稻4℃冷处理4 h后的表达量均高于栽培稻同源基因的表达量。9种稻属植物的CBF/DREB1基因亚家族的分子进化分析结果为低温抗性基因的挖掘和利用提供了前期基础。

关键词：野生稻 CBF/DREB1 保守基序选择压力启动子分析

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细胞膜包裹的纳米颗粒在疾病治疗中的应用

生物工程学报 2024年第5期40卷 1323-1337页

作者：李冬雪徐靖淋康琳赵宝华王景林辛文文河北师范大学生命科学学院河北省动物生理生化与分子生物学重点实验室河北石家庄050024 军事医学研究院微生物流行病研究所病原微生物生物安全全国重点实验室北京100071

纳米技术因为其巨大的发展潜力,在医学应用中受到广泛关注,然而纳米颗粒容易触发宿主免疫清除系统,导致其无法达到预期治疗效果甚至产生毒副作用。近年来,使用细胞膜包裹纳米颗粒被证明可以有效地使纳米颗粒逃过免疫系统的清除。使用细... 详细信息

纳米技术因为其巨大的发展潜力,在医学应用中受到广泛关注,然而纳米颗粒容易触发宿主免疫清除系统,导致其无法达到预期治疗效果甚至产生毒副作用。近年来,使用细胞膜包裹纳米颗粒被证明可以有效地使纳米颗粒逃过免疫系统的清除。使用细胞膜包裹纳米颗粒,既能使纳米颗粒获得天然细胞膜的理化特征,还能使其具有膜来源细胞的锚定蛋白、抗原等生物学特征,从而实现免疫逃逸、长循环、药物靶向释放和调节免疫等独特能力,极大地增加了其在生物医学应用中的灵活性和可能性。本文综述了细胞膜包裹的纳米颗粒在疾病治疗中的应用现状,分析了这一新平台潜在的巨大应用价值,并描绘了这一新平台未来在疾病治疗中的前景。

关键词：细胞膜包裹纳米颗粒治疗肿瘤毒素

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滹沱河流域生态环境动态遥感评价

环境科学 2024年第5期45卷 2757-2766页

作者：李艳翠袁金国刘博涵郭豪河北师范大学地理科学学院石家庄050024 河北省环境变化遥感识别技术创新中心石家庄050024 河北省环境演变与生态建设省级重点实验室石家庄050024

滹沱河流域横跨山西和河北两省,自2000年以来由于经济发展,城市扩建,滹沱河一度断流,但随着国家对生态文明建设的重视和南水北调工程的实施,滹沱河流域生态保护成效显著提升.基于GEE平台选取MODIS数据、Landsat数据和夜光遥感数据等,利... 详细信息

滹沱河流域横跨山西和河北两省,自2000年以来由于经济发展,城市扩建,滹沱河一度断流,但随着国家对生态文明建设的重视和南水北调工程的实施,滹沱河流域生态保护成效显著提升.基于GEE平台选取MODIS数据、Landsat数据和夜光遥感数据等,利用生态环境指数(EI)中的生物丰富度指数、植被覆盖指数、土地胁迫指数和污染负荷指数以及遥感生态指数(RSEI)中的湿度指数相结合生成新的评价指标体系,利用变异系数法和熵权法对指标赋权并构建生态环境评价模型,对2000~2020年滹沱河流域进行生态环境质量评价和分级,并运用地理探测器对其驱动因子进行解释.结果表明:①时间尺度上,2000~2015年滹沱河流域的生态环境处于“衰退期”,2015~2020年滹沱河处于“恢复期”.从格网尺度上看,流域内中部地区生态环境质量呈现逐年提高的状态;流域内西部和东部地区,“衰退期”生态环境质量逐年降低,“恢复期”生态环境质量有所提高.②热点分析表明,滹沱河流域的生态环境质量呈现“中间高两侧低”的空间分布状态.冷点区域集中分布于东部和南部的城市乡镇地区,零星分布于西侧河谷地区.③地理探测分析表明,单因子探测驱动因子主要为人口密度、植被净初级生产力(NPP)、植被覆盖度(FVC)和地貌类型.交互探测的主导因子为“地貌类型+FVC”.随着生态文明建设不断深入和《滹沱河保护条例》的颁布实施,结合流域内不同的自然环境和社会特征等因子,滹沱河流域生态环境评价研究可为因地制宜地改善生态环境政策提供数据支持.

关键词：滹沱河流域生态环境指数(EI) 遥感生态指数(RSEI) 谷歌地球引擎(GEE) 地理探测器

太行山7种药用植物性状特征及其对土壤因子的响应

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环境工程技术学报 2024年第2期14卷 612-621页

作者：郭文芳陈艳梅高飞王佳乐河北师范大学地理科学学院河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北省环境演变与生态建设重点实验室

为深入了解植物在适应环境的过程中逐渐形成的性状差异及其影响因素,选择太行山地区常见的7种药用植物挂金灯(Alkekengi officinarum)、蕺菜(Houttuynia cordata)、艾(Artemisia argyi)、活血丹(Glechoma longituba)、枸杞(Lycium chinense)、忍冬(Lonicera japonica)和薄荷(Mentha canadensis)为研究对象,通过测定植物光合、结构性状及土壤理化性质,分析不同植物性状差异及其对土壤因子的响应。结果表明:太行山7种药用植物中,薄荷和枸杞表现出较优的性状组合,其光合速率与叶干物质含量较高,蒸腾速率与比叶面积较低,且枸杞的根冠比显著高于其他植物。Spearman相关性分析表明,叶片蒸腾速率、气孔导度与叶干物质含量、植物单株生物量呈显著负相关,胞间CO_(2)浓度与叶片相对含水率呈显著正相关,水分利用效率与比叶面积呈显著负相关。太行山坡地7种药用植物性状变化主要来源于种间变异,光合和结构性状种间变异系数为11.08%~164.42%,除植物单株生物量和根冠比表现为强变异外,其他性状均表现为中等变异;不同性状种内变异系数平均为28.75%,处于较低水平。植物性状与土壤因子的RDA分析结果表明,土壤pH、黏粒含量对植物性状变异的解释率之和达72.30%,是影响7种药用植物性状特征的主要土壤因子,且电导率与土壤pH、黏粒含量间呈显著正相关;通过因子分析得出,有机碳、全氮、碳氮比与挂金灯、薄荷、艾、枸杞性状变化的相关性较大,土壤含水量与活血丹性状变化相关性较大。综上,太行山地区7种药用植物性状差异明显,可以通过土壤pH、土壤颗粒组成及电导率等影响植物性状,应针对特定的植物品种,进行有差别的土壤改良。

关键词：药用植物性状差异适应策略土壤因子太行山