叶绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率,对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义。为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素,本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象,利用生物信息学软件分析其密码子的使用模式和偏好性。密码子偏好性相关参数分析显示：（1）菠萝叶绿体基因密码子的GC含量平均值为38.31%,密码子第1~3位的GC含量平均值分别为46.78%、39.61%、28.53%,密码子前两位的GC平均含量明显高于第3位;（2）有效密码子数（ENC）的取值范围为38.48~61.00,平均值为47.21,其密码子偏性较弱。相关性分析显示：（1）GC1与GC2显著相关,GCall与GC1、GC2、GC3都极显著正相关,GC3与GC1、GC2都不显著相关;（2）ENC与GC1不显著相关,但与GC2和GC3分别显著和极显著相关;（3）密码子数（N）只与GC3显著相关,说明密码子3个位置中第3位碱基组成主要影响着密码子数。RSCU分析显示,29个RSCU>1的密码子中以A结尾有12个、以U结尾有16个、以G结尾有1个。中性绘图分析显示,GC12与GC3的相关系数和回归系数分别为0.065和0.085,二者不显著相关。ENC-plot绘图分析显示,大多数基因分布于标准曲线附近,多数ENC比值分布在-0.05~0.05区间。PR2-plot绘图分析显示,所有基因不均匀分布在平面图的4个区域内,密码子第3位嘧啶T/C的使用频率高于嘌呤A/G。这3种绘图分析综合表明,自然选择和突变作为主要因素,相对均衡地影响菠萝叶绿体基因组的密码子偏好性。最优密码子和RSCU分析显示,29个RSCU>1的密码子及筛选的18个最优密码子绝大多数偏好以A或U结尾。这些研究结果可为外源基因的密码子优化及提高其表达效率提供科学依据。
辣椒（Capsicum L.）属于重要的蔬菜和香料作物,在世界范围广泛栽培。种质资源是育种和生产的基础,开展辣椒属叶绿体基因组特征研究对阐明辣椒种质资源遗传多样性、培育和改良栽培品种具有重要的理论和实践价值。本研究从NCBI数据库下载13个辣椒属物种叶绿体基因组序列,利用REPuter、MISA和mVISTA等软件,对辣椒属叶绿体基因组特征、序列重复、结构变异和系统发育进行分析。结果显示：辣椒属叶绿体基因组均具有保守的四分体结构,一对反向重复区（IRs）将大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）分开,基因组全长介于156 583~158 077 bp之间,包含113个unique基因,其中蛋白编码基因、tRNA基因和rRNA基因数分别为79、30和4;含有60~127对长重复序列,其中正向重复序列和回文重复序列比例较高,30~39 bp的重复序列含量较高;发现150~164个SSR位点,以单核苷酸和二核苷酸重复为主,多为A或T碱基重复;基因组序列同源性较高,未发现基因重排现象,非编码区序列变异高于基因编码区,LSC和SSC的多样性位点多于IR;发现rps18-rpl20、rps4-trnT、ndhF-rpl32-trnL和ycf1等4个核苷酸多态性热点,LSC和SSC的序列多样性高于IR;主要栽培种辣椒（C. annuum）与多花辣椒（C. tovarii）亲缘关系较近,中华辣椒（C. chinense）与灌木状辣椒（C. frutescens）和紫绿花辣椒（C. eximium）亲缘关系较近。研究中筛选的SSR和核苷酸多态性热点可作为辣椒属物种鉴定和遗传多样性分析的分子标记,研究明确了辣椒属物种的系统发育关系,为辣椒属物种遗传多样性和生物育种奠定基础。
链霉菌属放线菌是最重要的抗生素产生菌,也是包含放线菌种类最多的放线菌属。链霉菌属的有效发表种的模式菌株在16S rRNA基因序列系统发育树上分散归簇于不同的进化分枝。紫黑链霉菌16S rRNA 基因进化枝（Streptomyces violaceusniger 16S rRNA gene clade）是其中的一个分枝。该分枝菌株在燕麦培养基上基内菌丝淡黄色,气生菌丝发育成灰色,表面皱纹的螺旋状孢子丝,培养后期呈黑色。该分枝中的菌株普遍具有丰富的生物活性,能产生抗菌、抗寄生虫、抗肿瘤、免疫抑制等多种活性物质,是新型抗生素开发与利用的重要菌源。Streptomyces solisilvae HNM0141T是紫黑链霉菌16S rRNA基因进化枝放线菌的模式菌株。采用第三代全基因组测序技术,首次获得了菌株S. solisilvae HNM0141T的基因组完成图,其线状基因组长度11 639 536 bp,GC含量为71.03%,包含9363个蛋白编码基因（CDS）,18个rRNA基因和67个tRNA基因。其中有6376、5886、3246个CDS分别在COG、GO和KEGG数据库中得到功能注释。除了一般功能预测之外,有大部分基因参与转录、氨基酸转运和代谢、碳水化合物转运和代谢以及次级代谢生物合成和代谢,基因数占比分别为12.91%、10.25%、8.89%、7.59%。利用antiSMASH软件,预测到48个次级代谢产物合成基因簇,其类型包括8个聚酮（PKS）型、7个非核糖体肽（NRPS）型、14个杂合型、6个terpene、3个siderophore、2个butyrolactone,其余NAPAA、ectoine、lanthipeptide-class-i、ladderane、indole、RiPP-like、hserlactone、redox-cofactor各1个。其中聚酮类（PKS）和非核糖体肽（NRPS）类（包括杂合类型）的基因簇含量丰富,占总基因簇的50%以上。7个基因簇与已知代谢物（pristinol、ectoine、geosmin、desferrioxamin B、echoside A/B/C/D/E、nigericin、coelichelin）基因簇的相似性为100%,34个基因簇的相似性在2%~96%之间,剩余的7个基因簇无法匹配到已知基因簇。全基因组分析表明菌株S. solisilvae HNM0141T具有强大次级代谢产物合成的能力,预示该菌株在新颖抗生素的挖掘上具有良好的研究潜力。
木薯（Manihot esculenta Crantz）是一种热带、亚热带重要的粮食与能源作物,提高木薯的产量对木薯产业发展至关重要。木薯块根的发育直接影响其产量情况,而不同逆境胁迫会影响木薯块根的发育情况。因此解析木薯块根的发育机制有助于通过分子育种手段实现木薯高产,以及获得具备一定抗逆品质的优良种质,增强木薯的适应性,从而扩大木薯种植的推广面积。己糖转运蛋白（STPs）是一类MSTs亚家族蛋白,通过转运糖类物质调节植物生长发育及非生物胁迫。本实验室前期鉴定出MeSTP7和MeSTP15基因在块根发育时期的糖分累积、应对非生物胁迫过程中起到重要作用,因此获得木薯MeSTP7和MeSTP15双突变体将有助于解析木薯块根发育机制及创制抗逆新种质。为了得到MeSTP7和MeSTP15木薯双突变体,利用在线软件CRISPR-P v2.0同时设计靶标基因MeSTP7和MeSTP15的sgRNA,成功构建了MeSTP7和MeSTP15的CRISPR/Cas9双基因编辑载体。将编辑载体转化农杆菌LBA4404后,侵染‘华南8号’（SC8）木薯脆性胚性愈伤组织,经过Sanger测序分析MeSTP7和MeSTP15成功发生编辑,而潜在的脱靶位点未发生编辑,说明双编辑载体可对MeSTP7和MeSTP15基因进行编辑,且不造成脱靶现象,然后将侵染后的脆性胚性愈伤组织诱导出子叶,经过15 mmol/L的潮霉素B筛选出生根植株,生根植株再经过分子检测,成功获得带有双编辑载体表达框的转基因阳性植株。以阳性植株的基因组作为模板,分别用PCR扩增2个基因的靶位点前后各100 bp核苷酸序列,经过Hi-TOM测序后,结果显示有26个株系发生突变,其中MeSTP7/15双基因突变体有23个,MeSTP7单基因突变体2个,MeSTP15单基因突变体1个,编辑类型多为单碱基缺失或插入,大片段碱基的缺失所占比率小。初步在组培瓶中观察突变体的变型,发现单突变体和双突变体的根系生长均受抑制,植株矮小,且MeSTP7和MeSTP15双突变体受损更严重。该研究结果不仅为进一步解析木薯块根发育机制奠定基础,还为获得木薯抗病、抗逆新种质提供材料。
香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cubense, Foc）引起的香蕉毁灭性土传病害,其中4号生理小种（Foc4）能感染几乎所有的香蕉品系,危害最严重。本研究克隆鉴定Foc4比卡菌素聚酮合酶编码基因（bikaverin PKS-encoding gene, Bik1）Foc4Bik1,编码一个由2036个氨基酸组成的多功能酶,具有I型PKS聚酮合酶的保守结构域,包含酰基转移酶功能域[acyl-carrier protein (ACP) transacylase, SAT],β-酮脂酰合成酶功能域（β-ketoacyl synthase, KS）,丙二酰酰基转移酶功能域（acyltransferase, AT）,脱氢酶（dehydratase, DH）以及硫酯酶（thioesterase, TE）等多个保守蛋白结构域。采用Split-marker同源重组技术获得基因敲除突变体ΔFoc4Bik1,通过比较突变体和野生菌株生长速度、产孢量、致病力等差异,证明ΔFoc4Bik1突变体仅影响次生代谢产物比卡菌素的生物合成,不影响病原菌的其他生理表型及致病力;其次,ΔFoc4Bik1突变体摇培后菌液呈白色,与野生型Foc4的暗红色形成鲜明对比,说明Foc4Bik1基因符合作为内源报告基因的条件。本研究以Foc4Bik1为内源靶标基因,利用水稻恶苗病菌（F. fujikuroi）的基因编辑载体pUC-fFuCas9-HTBNLS-hph,尝试以质粒体内表达Cas9和sgRNA的方式探索Foc4中CRISPR/Cas9编辑的可行性。gRNA序列由在线网站设计,构建的sgRNA162导入质粒构建靶向Foc4Bik1的pUC-fFuCas9-HTBNLS-hph-Foc4Bik1基因编辑载体,与供体质粒pUC19-Foc4Bik1-HDR一起导入原生质体通过同源重组修复（homology directed repair, HDR）的方式进行基因编辑。经过潮霉素抗性筛选获得的ΔFoc4Bik1（HDR）基因编辑后的敲除转化子进行PCR检测和摇培,白色菌液表型与PCR检测阳性的敲除转化子相互对应,证实了Foc4基因编辑的可行性。此外,Foc4Bik1可作为香蕉枯萎菌Foc4内源报告基因并评估探索新的分子生物学技术在香蕉枯萎菌上应用的可能性。
在高等植物中,蔗糖转化酶广泛参与调节植物的生长发育、生物和非生物胁迫应答等过程,在控制光合产物在不同库组织的分配上起重要作用,是决定作物经济产量的关键酶。本研究以黑皮果蔗‘Badila’为实验材料,克隆了一个果蔗蔗茎中碱性转化酶基因ShINV6,并对其序列特征、表达特性及其编码蛋白的酶学特征进行了分析。生物信息学分析发现ShINV6基因cDNA全长共2859 bp,其中编码区为1254 bp,共编码417个氨基酸,其中精氨酸（Arg）含量最高,为12.7%,分子质量为46.29 kD,理论等电点为10.89,进化关系分析发现ShINV6蛋白与甘蔗、玉米、高粱等单子叶作物的中碱性蔗糖转化酶高度同源,具有典型的Glyco_hydro_100结构域,多重序列比对发现ShINV6蛋白的C端比其他转化酶少约130个氨基酸,细胞定位和亲水性分析预测ShINV6蛋白可能为细胞质中的亲水性蛋白。在果蔗生长发育过程中,观测蔗茎中的蔗糖含量变化,发现随着种植时间的延长蔗糖含量逐渐增加,其中10月至11月是糖分积累最多的月份。荧光定量PCR结果显示9月份ShINV6表达量达到最大值,结合果蔗生长期生物产量增长规律推测ShINV6很可能参与了蔗茎生长旺盛期光合作用产物蔗糖在蔗茎（库）中的卸载过程,把蔗糖转化成己糖以供蔗茎快速生长。
橡胶延伸因子（REFs）是橡胶粒子上的一种主要膜蛋白,在橡胶生物合成途径中具有延伸橡胶烃和稳定橡胶粒子等重要作用。对橡胶树不同组织的转录组测序发现,HbREF3在胶乳中具有特异性的高表达,且其在HbREFs基因家族中表达水平也相对较高,仅次于表达丰度最高的HbREF1。HbREF3的开放阅读框为528 bp,编码175个氨基酸,对应的蛋白相对分子质量为19.62 kDa,理论等电点（pI）为5.28。系统进化树分析表明,HbREF3与橡胶树其他HbREFs虽均属于分组Ⅰ,但与HbREF1明显属于不同分支。HbREFs均含有REF保守结构域,但在保守motif的分布上,不同HbREFs蛋白含有保守motif数量不等,HbREF3比HbREF1多了一个motif。生信预测分析表明,该蛋白属于亲水性蛋白,无跨膜结构域,具有14个磷酸化位点。亚细胞定位分析发现HbREF3蛋白定位在内质网上,推测其可能参与橡胶粒子的形成和胶乳的再生。本研究结果为进一步阐明HbREF3基因在橡胶树胶乳再生中的作用机制奠定了基础。
对204株菲律宾火焰兰（Renanthera philippinensis）组织培养衍生群体的26个主要表型性状和遗传多样性水平进行调查与分析,并利用ISSR分子标记对该群体的遗传多样性进行验证。结果表明：7个外观株型性状的遗传多样性指数为1.85,19个花部数量性状的遗传多样性指数为1.87。通过主成分分析,提取了7个主成分,累积贡献率达67.887%,其中导致菲律宾火焰兰群体中个体存在差异的主要性状有所有花枝是否同面、花瓣厚度等。对基于表型性状的数据进行聚类分析,204株菲律宾火焰兰组织培养群体被分为5大类群：第Ⅰ类群有78株,主要特点表现为叶片数多;第Ⅱ类群包含11株,主要特点为花序有较多的分叉数和花朵数;第Ⅲ类群包含31株,主要特征表现为花序的第一分枝的长度和叶长小于其他类群;第Ⅳ类群包含70株,主要特征是蕊柱的长度和宽度均小于其他类群;第Ⅴ类群有14株,主要特征为花梗直径和中萼宽度均大于其他类群。通过ISSR分子标记对该群体的遗传多样性进行验证,结果显示,2对ISSR分子标记引物在24株群体样本中共扩增出了17条多态性条带,平均每对引物扩增出8.5条多态性条带。该研究结果为火焰兰的品种改良提供了重要的遗传资源信息。
为了探讨植物生长调剂对荔枝春季低温伤害的缓解效应,在春季低温下,叶面喷施不同浓度的植物生长调节剂,研究其对荔枝叶片生理特性及产量的影响。试验品种为‘妃子笑’荔枝（树龄约10 a）,调节剂为广东海洋大学化控中心研制,其主要成分为1,1-二甲基哌啶翁氯化物;设置A（植物生长调节剂2.5 mL,兑水10 kg）、B（植物生长调节剂5 mL,兑水10 kg）、C（植物生长调节剂7.5 mL,兑水10 kg）3个处理,以喷施清水为对照（CK）,整株叶面喷雾;测定指标为叶鲜重、叶干重、叶绿素相对含量（SPAD）、净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、单果重、产量等。结果表明：植物生长调节剂对荔枝叶片低温伤害具有缓解效应,以B处理最优。与CK相比,B处理的叶干重和相对含水量无显著变化,而叶鲜重显著增加了21.18%;SPAD、净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）较CK显著提高了7.44%、8.40%和3.48%,胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和气孔限制值较CK无显著变化;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性较CK均显著提高2.27%、18.79%、71.32%和80.00%,多酚氧化酶（PPO）活性显著降低10.81%;可溶性蛋白含量和抗坏血酸（AsA）含量显著增加9.53%和15.31%;但对单果重和单株产量影响不显著。综上,在低温胁迫下,喷施适量植物生长调节剂通过提高叶片的光合作用,促进叶片物质量的积累;通过提高抗氧化酶活性,提高可溶性蛋白和AsA含量等,减轻低温对膜脂的伤害,提高荔枝叶片的抗低温能力。
为探究氯化钾肥在菠萝蜜苗期的适宜施用量,本试验以‘马来西亚1号’菠萝蜜嫁接苗为试验材料,比较不同钾素处理对菠萝蜜幼苗生长、光合作用及养分吸收积累的影响。结果表明,随着施钾量增加,菠萝蜜叶片净光合速率、根系参数以及各器官生物量和氮磷钾积累大致呈先增加后降低的趋势,根冠比呈增加趋势。施钾量为K1（1 g/kg）时促生效果较优,较K0处理显著增加,株高、茎粗、叶干重、茎干重、根干重、总干重、根冠比的比例分别为25.41%、16.77%、13.73%、56.64%、230.24%、60.15%、157.89%,当钾肥用量过多时,地上部和地下部生长均受到不同程度的抑制。K1、K2处理较K0叶片净光合速率分别提高25.29%和35.00%。随着钾肥用量增加,叶片光合作用受到抑制,且为K4处理时,限制叶片光合效率的主要因素为气孔限制。K1处理对根系促生作用显著,根系总长度、表面积、平均直径、根系体积、根尖数较K0分别提高10.65%、84.34%、71.92%、215.25%和46.84%,钾素处理过高对根系有不同程度的抑制作用。根、叶氮磷钾素累积量随着施钾量增加大致呈先增加后降低的趋势,茎钾累积量变化趋势相似。其中K1处理的各器官钾累积量最高,较K0处理分别增加203.84%、100.77%和64.32%。除根系总长度外,其他根系指标与根干重和根钾累积量均呈显著正相关关系。净光合速率与根系平均直径、根系体积、根尖数、根干重和根钾累积量呈显著正相关关系。茎、叶钾累积量与茎、叶干重和根系平均直径呈显著正相关关系。综上,根系构型与根系钾素吸收累积量密切相关,对根系生物量的积累和地上部的光合作用具有重要作用。适宜浓度的钾肥可通过改善根系参数和叶片光合作用,促进作物养分吸收和生物量积累。在本试验条件下,菠萝蜜幼苗适宜的施钾量为1 g/kg,可作为菠萝蜜苗期施肥的参考值。
为探究粉垄耕作不同深度对新植蔗和宿根蔗根系形态发育、养分吸收及产量差异,探索适合的粉垄耕作深度,为推广粉垄耕作技术提供理论依据。本研究以‘桂糖42号’为供试材料进行田间试验,设立常规浅耕、粉垄浅耕、常规深耕和粉垄深耕4个处理。结果表明：粉垄浅耕处理下,新植蔗产量比常规浅耕和常规深耕处理分别提高了24.9%和12.4%;宿根蔗产量比常规深耕处理提高了9.7%。相比于粉垄深耕,无论是新植蔗还是宿根蔗,粉垄浅耕均表现出一定的增产趋势。除粉垄深耕处理的新植蔗糖分略高于其他处理外,其余处理新植蔗和宿根蔗的茎长、茎径和糖分均无显著差异。与常规旋耕相比,粉垄耕作处理下新植蔗分蘖期根系长度、表面积和体积、侧根分支比例,以及中根、粗根比例大小规律均为粉垄耕作大于常规耕作。粉垄浅耕处理下新植蔗茎和叶部氮、磷、钾含量高于粉垄深耕,而根部氮、钾含量低于粉垄深耕。粉垄浅耕处理宿根蔗茎和叶部钙、硫、镁、锌和锰5种中微量元素低于粉垄深耕,根部5种中微量元素含量与粉垄深耕差异不显著。结果显示,粉垄耕作通过促进甘蔗根系生长发育,改善根系形态,促进了氮磷钾等养分元素的吸收,最终提高了甘蔗产量,并且粉垄浅耕的增产效果好于粉垄深耕。
以澳洲坚果品种‘H2’的幼嫩茎段和种子为材料,获取腋芽、子叶和上胚轴等外植体,开展愈伤组织诱导及不定芽增殖研究,再通过石蜡切片法对不同愈伤组织的细胞结构进行观察,分析比较不同外植体诱导的愈伤组织性质与不定芽分化效果。结果表明：适合腋芽愈伤诱导和分化的培养基为MS+2.0 mg/L 6-BA+0.5 mg/L KT,腋芽愈伤量大,不定芽增殖系数为3.49;适合子叶愈伤诱导的培养基为MS+2.0 mg/L TDZ+200 mg/L CH,愈伤组织多为绿色且质地紧密,诱导率高达82.2%,褐化率低至8.9%;适合子叶愈伤组织分化不定芽的培养基为MS+1.0 mg/L KT+0.2 mg/L NAA+ 1.0 mg/L GA3,不定芽长势较好,增殖系数为5.40;上胚轴几乎不产生愈伤组织,可直接分化不定芽;适合上胚轴分化不定芽的培养基为MS+1.0 mg/L KT+0.5 mg/L NAA,增殖系数为7.37。细胞学观察发现,腋芽愈伤组织的细胞体积较大、液泡化程度较高、细胞质较少、细胞核较小,且细胞间排列分散且不规则,显示出非胚性愈伤组织特征;子叶愈伤细胞排列较紧密、细胞核较大、细胞质较厚且被染色深,显示出分生组织细胞的特征。比较而言,子叶是诱导愈伤组织的优良材料,上胚轴是不定芽增殖的最佳外植体。
以海南本地3个油梨品系为试材,选取2种不同类型果袋（白色纸袋和外黄内黑牛皮纸袋）进行油梨果实套袋处理,以不套袋作为对照,在套袋后100 d,油梨成熟时采集样品,进行果实外观和内在品质的测定。观察并测定套袋对油梨果实品质和脂肪酸成分的影响。结果表明,外黄内黑牛皮纸袋套袋处理后的果实表皮变黄,白色纸袋套袋处理后的果皮颜色与不套袋处理差别不大。一方面,套袋对油梨果实的单果质量、果实横径、果实纵径、果形指数、果肉重、种子质量、种子纵径和种子横径这些外观指标无显著影响,但是套袋能减少病虫害及枝叶摩擦对油梨果面的损伤,提升果实外观品质。另一方面,套袋对油梨果实的可食率、含水量和可溶性糖含量这些内在指标无显著影响,但是2种不同类型的果袋对油梨果实的套袋处理均能显著提高果实维生素C、可溶性蛋白、总酚和总黄酮含量。通过测定油梨果肉中8种脂肪酸成分,比较分析得出套袋对油梨果实脂肪酸成分无显著影响,但套袋能提高油梨果实不饱和脂肪酸相对含量。通过主成分分析,得出9种处理在3个主成分上的得分,根据表达式计算得分后,每个品系的3种套袋处理均以套白色果袋的果实品质性状表现最好。综上所述,在油梨生长发育过程中进行果实套袋处理,可为油梨生长发育提供一个新的微环境,减少外界各种不良因素对果实发育的影响,提升果实外观和内在品质。本研究初步筛选出适合油梨套袋的白色纸袋,可在油梨生产中为种植户提供参考,从而更好地满足国内外市场对高档果品的需求。
以多年生花叶鹅掌柴（Schefflera odorata cv. Variegata）成年植株为试验材料,选择同一植株上的3种颜色叶片,分别为全绿叶（whole green leaf, WGL）、花叶（variegated leaf, VL）和黄叶（whole yellow leaf, WYL）,测定其光合色素含量、光响应曲线、气体交换参数和叶绿素荧光参数,研究花叶鹅掌柴3种不同颜色叶片的光合特性,为合理化种植和植物培育提供理论指导和参考依据。结果表明：3种颜色叶片的叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、总叶绿素（Chls）和类胡萝卜素（Car）含量差异极显著（P<0.01）,均表现为全绿叶>花叶>黄叶,且3种颜色叶片的Chl a/b均为0.556;全绿叶的净光合速率（Pn）随光强增大而上升的幅度大于花叶,黄叶的净光合速率（Pn）始终为负值;全绿叶和花叶的最大净光合速率（Pnmax）、光饱和点（LSP）和暗呼吸速率（Rd）存在显著差异（P<0.05）,二者的光补偿点（LCP）差异不显著（P>0.05）,均表现为全绿叶>花叶;花叶的初始斜率（α）高于全绿叶,且存在显著差异（P<0.05）;气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和水分利用率（WUE）表现为全绿叶>花叶>黄叶,胞间二氧化碳浓度（Ci）则相反,表现为黄叶>花叶>全绿叶;初始荧光（Fo）和实际量子产量（ΦPSⅡ）值与叶绿素含量呈正相关,表现为全绿叶>花叶>黄叶,3种叶片Fv/Fm值小于稳定值0.832,qN和qP值随着叶绿素含量的上升呈先上升后下降,表现为花叶>全绿叶>黄叶。花叶鹅掌柴3种颜色叶片均具有较强的耐阴能力,其中全绿叶和花叶还能适应一定强光环境,其光合作用的产物是供黄叶生长的重要来源;叶绿素含量较高的全绿叶片具有更高的光合作用效率;花叶对低光强利用能力和对强光下的自我保护能力较强,具有较高的栽培与培育的价值。
砂仁是姜科豆蔻属多年生草本植物,喜荫湿环境,光照是其生长发育的重要影响因子。为了解砂仁种质材料的光合特性,更好地对砂仁种质资源进行保护和利用。以‘湛砂11’的幼苗为材料,农家栽培种‘热科1’和‘热科2’为对照,使用SPAD-502Plus叶绿素仪、3051D光合仪和WALZ MINI-PAM-Ⅱ叶绿素仪,分别测定叶片的叶绿素含量（SPAD）、净光合速率（Pn）、电子传递速率（ETR）和光合有效量子产量（Y2）等参数,分析‘湛砂11’的光合特征和环境适应性。结果表明：‘湛砂11’叶片SPAD值为44,比‘热科1’高12.47 %、比‘热科2’低18.59 %;叶片净光合速率（Pn）为12.19 µmol/(m2·s),分别是‘热科1’和‘热科2’的1.63倍和5.11倍,极显著高于对照,蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和水分利用效率（WUE）显著高于‘热科2’。光合有效辐射在10~1082 µmol/(m2·s)条件下,叶片电子传递速率（ETR）随光合有效辐射的增强而上升,‘湛砂11’的ETR比‘热科1’和‘热科2’的高,说明‘湛砂11’的PSII具有强的光电子传递能力。因此,‘湛砂11’具有较好的光合特性,将光能转化为电子流的能力和潜在光合能力较强,且具有较广的光辐射范围,适宜荫蔽度较低的生长环境。
本研究通过开展嫁接栽培与施氮量对冬瓜干物质、氮素累积及其氮代谢酶的影响,明确冬瓜干物质、氮素积累动态规律和氮素吸收利用规律,旨在为冬瓜科学施肥提供理论依据。试验以‘铁柱2号’冬瓜和‘海砧1号’砧木为材料,试验为裂区设计,主区为栽培方式,分别为嫁接栽培和自根栽培2种栽培方式;副区为氮肥施用量,分别设置N0（0 kg/hm2）、N180(180 kg/hm2）、N360(360 kg/hm2）、N540（540 kg/hm2）4个处理,研究不同处理冬瓜在5个不同生育期氮素和干物质积累量及其氮代谢酶活性。冬瓜氮素和干物质积累总量随着施氮量的增加呈先升后降的趋势,在N360达到最大值,且显著高于其他3个施氮量处理;整个生育期嫁接冬瓜氮素和干物质积累总量分别较自根冬瓜提高了16.11%和11.76%,差异达到显著水平。冬瓜氮素和干物质积累的最大理论值（K）、最大积累速率（Vmax）和平均积累速率（Vmean）、快速积累期起始时期（T1）、快速积累期终止时期（T2）和最大积累速率出现时间（Tmax）均随着施氮量的增加呈先增后降趋势,在N360处理时达到最大值;嫁接栽培能显著提高冬瓜氮素和干物质的最大理论值（K)、最大积累速率（Vmax）和平均积累速率（Vmean)。冬瓜硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）的活性随着生育期呈先增后减的趋势,在75 d（果实发育前期）达到最大值;此时NR和GS的活性均随着施氮量的增加呈现出先升后降的趋势,在N360达到最大值,且显著高于其他3个处理。嫁接栽培能显著提高冬瓜全生育期NR和GS,与自根冬瓜相比,嫁接冬瓜在30、55、75、95、110 d的NR活性分别提高了33.08%、28.95%、34.63%、36.03%和67.23%;而GS活性分别提高了29.64%、22.11%、21.00%、28.00%和35.27%。综上所述,嫁接栽培能显著影响干物质、氮素的积累总量及其累积速率以及NR和GS的活性。N360（360 kg/hm2）是冬瓜生产中适宜的氮肥施用量。
暹罗炭疽菌（Colletotrichum siamense）是一种重要的病原真菌,是我国橡胶树炭疽病（Colletotrichum leaf disease, CLD）的田间优势病原种,也是热带、亚热带地区许多其他农林作物炭疽病的主要病原种。脂滴是细胞的中性脂,存在于绝大多数真核细胞中,是细胞内甘油三酯的主要贮存形式。脂滴在细胞内可以参与脂质代谢、膜转运、蛋白降解和信号传导等。包被蛋白（perilipin）是脂滴表面最丰富的脂质相关蛋白,主要存在于动植物体内,对细胞内脂滴代谢起着重要的调控作用。Cap20是暹罗炭疽菌中包被蛋白的同源蛋白,前期证实Cap20是一个致病相关蛋白,它参与了炭疽菌附着胞膨压形成、脂滴数量和致病性。了解其互作蛋白和互作的生物学意义可能为深入了解脂滴包被蛋白参与的致病分子机制具有重要意义。课题组前期通过酵母双杂交技术在暹罗炭疽菌cDNA文库中筛选到一个与Cap20互作的候选蛋白乙酸激酶,本研究克隆了该乙酸激酶的编码基因,并进行了蛋白结构和同源蛋白聚类分析。结果表明,乙酸激酶编码基因的DNA大小为1312 bp,包括一个内含子,cDNA为1248 bp,编码415个氨基酸,含有一个乙酸激酶结构域,命名为CsAck。然后构建含6×his标签的原核表达载体PET32a-CsAck,利用其和含GST标签的pGEX6p-1-Cap20（先前构建）进行蛋白表达和纯化,获得含有6×His标签的融合蛋白CsAck和含有GST标签的Cap20。通过Pull down验证了Cap20和CsAck蛋白之间的体外互作。最后,构建含有潮霉素转移酶基因HPH的表达载体PXY203-CsAck-S和含有氯嘧磺隆抗性基因ILV1的表达载体pCB1532-GFP-Cap20,将它们共同转化暹罗炭疽菌野生型菌株获得转化子。Co-IP（Co-immunoprecipitation）的结果证实Cap20和CsAck在暹罗炭疽菌中可以相互作用。该结果证实了致病性相关蛋白Cap20和乙酸激酶CsAck在体外和体内均可发生蛋白互作,可为进一步研究Cap20在暹罗炭疽菌中的致病功能和调控机制奠定基础。
基于前期从重金属矿区污染土壤中分离和鉴定的一株伯克霍尔德氏菌Burkholderia sp. DF3-1,分析其对环境中镉离子（Cd2+）的吸附特性。通过测定不同初始浓度、pH及培养时间下菌株对镉离子的去除效率,并利用扫描电镜和透射电镜观察含镉环境对菌体细胞内外形态的影响,以及红外光谱和质粒消除实验测定菌体表面基团和初步测试耐镉基因位置,探讨菌株Burkholderia sp. DF3-1对环境中镉离子的吸附机制。结果表明,该菌株在10 mg/L以下的Cd2+中生长几乎不受影响,在50 mg/L和100 mg/L时生长受限;在培养24 h达到最大生物量,此后有所减少;在pH为5时,去除效率最高。该菌株最高去除效率为83.64%。扫描电镜结果显示Cd2+致使菌体细胞外表粗糙、变形皱缩;透射电镜结果显示Cd2+使菌体细胞膜增厚,遗传物质分散,细胞膜与细胞质界线模糊;红外光谱结果表明,菌体表面主要是-CH2-、酰胺I、-NO2、-COOH、-C-OH和-CO-基团参与了吸附过程;质粒提取与消除实验可知,耐镉基因可能位于遗传物质而不是质粒上。综上所述,耐镉伯克霍尔德氏菌Burkholderia sp. DF3-1对镉离子的吸附作用同时发生在胞内积累和胞外吸附两方面,初始浓度和pH对其吸附能力具有较大影响。
粉垄耕作是一种新型的深耕深松的耕作技术,与常规耕作方式不同,粉垄耕作能增加耕层土壤深度,从而更好地改善土壤结构。为揭示不同耕作方式对甘蔗种植土壤细菌和真菌群落的影响,本研究以粉垄耕作和常规耕作的土壤为研究对象,通过16S rRNA和18S rRNA高通量测序技术分析不同生态位（非根际、根际和根表）土壤的细菌和真菌群落的组成、结构和多样性的变化,并结合土壤理化性质进行相关性关联分析。结果表明：相比于常规耕作处理,粉垄耕作处理后的中小团聚体（<1 mm）比例增加,而较大团聚体（>1 mm）比例则低于常规耕作处理。粉垄耕作处理土壤中的有效磷和有机质含量明显增加,而全氮和全磷含量降低。厚壁菌门和绿弯菌门的相对丰度在粉垄耕作处理中显著增加,并且粉垄耕作处理后的细菌和真菌群落的alpha多样性明显增加,而不同生态位土壤的微生物群落的alpha多样性差别不大。对微生物beta多样性差异而言,粉垄耕作处理的土壤微生物群落结构相比常规耕作发生了明显变化,不同生态位土壤的细菌群落结构差异显著,而不同生态位的真菌群落结构差异不大。结合环境因子的相关性分析可知,全氮、有效磷以及有机质含量的变化能显著影响土壤中微生物特性的变化,并且有效磷和有机质含量的改变是影响土壤微生物群落组成的主要因素。综上,不同的土壤耕作方式处理下甘蔗土壤的养分和团聚体组成发生改变,土壤细菌和真菌群落结构和多样性存在差异,而微生物群落多样性和结构的变化受土壤有效磷和有机质的影响。这些研究结果可为解析甘蔗土壤微生物群落对不同耕作方式的响应机制提供理论依据。
咖啡是世界三大饮料之一,具有广泛的营养价值、经济价值和药用价值。咖啡产业已成为我国热带经济作物优势产业之一。咖啡是多年生经济作物,随着其种植年限的增加,老咖啡园更新换代的时候,咖啡产生了严重的再植病,已成为影响咖农增收,制约产业可持续发展的严重问题,亟待解决。为揭示咖啡再植病产生机理,本研究分别在澄迈、琼海和万宁选择代表性咖啡园采集健康和发病咖啡根际土壤,并在毗邻区域采集对照土壤（CK）,测定其主要理化指标、酶活性、可培养微生物数量及代谢特征。研究表明：3个地区的健康和发病植株根际土壤pH均极显著低于CK（P<0.01）,万宁地区发病植株根际土壤全钾、速效钾和全氮含量均不同程度的低于健康植株,但差异均未达显著水平,澄迈地区发病植株根际土壤全氮含量显著低于健康植株（P<0.05）,3个地区的发病植株根际土壤碱解氮含量均显著高于健康植株（P<0.05）,琼海地区发病植株根际土壤有效磷和有机质含量均显著高于健康植株（P<0.05）;发病植株根际土壤的CAT、POD、纤维素酶、酸性磷酸酶活性高于健康植株,脲酶活性则反之;发病植株根际可培养细菌、真菌和放线菌的数量及其代谢活力均低于健康咖啡植株,微生物多样性降低。相关性分析表明,万宁地区土壤脲酶活性与细菌、放线菌呈显著正相关,澄迈、琼海地区土壤POD与细菌呈显著正相关,3个地区的土壤纤维素酶与真菌均达显著正相关。综上可知,发病咖啡植株根际土壤出现了酸化、养分失衡、微生物多样性降低的问题,咖啡再植病的发生与其根际环境灾变密切相关。本研究结论为克服咖啡再植障碍提供了理论依据。
荔枝是我国南方一种重要的热带、亚热带水果,具有较高的营养价值和商业潜力。然而,在高温高湿季节,采后荔枝果实极易发生腐烂变质、果皮褐变、病原菌侵染等品质劣变现象。因此,荔枝果实除鲜食外,常被加工成不同的商业产品,特别是荔枝果干。干制荔枝由于干制加工时间较长,易发生果皮褐变,导致其外观色泽、产品质量和风味丧失,最终限制荔枝加工业的可持续发展。因此,有必要开发一种安全的、有效的干制加工工艺,以延缓干制荔枝果皮褐变,稳定荔枝果皮外观色泽,提高干制荔枝的产品品质。有研究报道,热烫和无硫护色液可以通过钝化多酚氧化酶活性,进而减缓园艺产品在干制加工过程中发生酶促褐变,从而提高产品质量。然而,未见关于利用安全护色技术延缓荔枝果实干制加工过程中果皮褐变发生和稳定其外观品质的研究报道。因此,为控制荔枝果实在热风干制过程中发生褐变,研究干制荔枝果实加工的热烫和无硫护色工艺。通过L9(34)正交试验设计,研究不同浸酸热烫（热烫温度、热烫时间和柠檬酸浓度）和不同无硫护色液（柠檬酸、氯化钠和抗坏血酸）对荔枝果皮多酚氧化酶活性的钝化作用,分析干制荔枝果实加工的最佳浸酸热烫和无硫护色工艺参数。结果表明：当热烫温度为95℃,热烫时间为3 min,柠檬酸浓度为0.3%时,荔枝果实的热烫效果最佳;当无硫护色液配比为0.2%柠檬酸+2.0%氯化钠+0.3%抗坏血酸时,对荔枝果实干制品的护色效果最好。因此,上述适宜工艺参数能有效控制荔枝果实干制过程中的果皮褐变,较好地保持荔枝果实干制产品的品质。
以云南小粒种咖啡为原料,探究小粒种咖啡热风干燥特性及最佳数学模型,为咖啡热风干燥工艺提供参考。对小粒种咖啡湿豆进行热风干燥,用正交试验的方法研究其在不同热风温度、风速、铺装厚度和搅拌转速下的热风干燥特性,比较10种数学模型在热风干燥特性中的适用性。结果表明：热风风速在干燥实验中对传热传质有催进作用;搅拌可加快热传递提高热效率,减少干燥时间;铺装厚度主要影响干燥用时,铺装厚度与干燥速率变化成反比;咖啡干燥以降速干燥为主,无明显恒速干燥阶段,热风温度对热风干燥的干燥特性影响最大;对正交试验进行极差、方差分析可知,温度40℃,风速1 m/s,搅拌转速2 r/min为最优热风干燥方案,最佳数学模型为Logarithmic模型,热风温度、热风风速与搅拌转速3个因素对热风干燥总时长影响的极差值为19、6.67、5.5,3个因素在95%置信区间下P值为0.011、0.082、0.391。主次顺序为热风温度A>热风风速B>搅拌转速C;由评价指标R2、SSE、残差均方及对比实验数据与常用干燥模型进行非线性回归拟合分析,结果显示Logarithmic模型拟合度最好,其中R2为0.986444、SSE为0.021734、残差均方为0.002075。该数学模型可预测云南小粒种咖啡湿豆的热风干燥特性曲线,也为实际的生产与加工提供依据和参考。
栽培基质是影响铁皮石斛生长的主要因素之一,本研究拟选用松树皮（PB）、椰糠（CC）和松树皮∶椰糠（PC,1∶1）的复合基质栽培铁皮石斛,基于代谢组学思路探究栽培基质对铁皮石斛茎生长代谢的影响。通过环刀法测定3种基质的物理性质,利用苯酚-硫酸比色法测定铁皮石斛茎的多糖含量,采用硅烷化衍生化法结合气相色谱-质谱法检测铁皮石斛茎中的初级代谢产物。结果表明,椰糠和复合基质的通气孔隙度、持水性能均优于松树皮基质,多糖含量顺序为椰糠组>复合基质组>松树皮组。采用主成分分析（principle component analysis, PCA）和正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA）对检测鉴定出的42个代谢产物进行多元统计分析,结果显示,不同基质栽培的铁皮石斛样本各自聚成一类,组间分离明显,说明各组间代谢产物差异显著。进而基于OPLS- DA结果获得的变量重要性投影值（variable importance in project, VIP）结合差异倍数值（fold change, FC）,设置阈值条件为VIP>1、FC≥2或FC≤0.5,在松树皮与复合基质、松树皮与椰糠、复合基质与椰糠组间分别筛选出显著性差异代谢物14、11、5个。与椰糠组和复合基质组相比,大部分差异显著的代谢物含量在松树皮组中呈下调趋势。基质物理性质与差异代谢物联合分析结果表明,栽培基质的通气供水能力越弱,植株可利用水越少,景天酸代谢途径表达越强而C3途径越弱,糖类物质积累量越少。即通气孔隙度高、持水性能好的基质更有利于铁皮石斛的糖类物质的积累。本研究结果可为铁皮石斛栽培提供基础数据和理论指导。
为提高椰子加工副产物的利用,本研究从椰麸中依次提取4种组分蛋白,包括清蛋白、球蛋白、谷蛋白-1和谷蛋白-2。分析这4种组分蛋白的氨基酸组成,并利用SDS-PAGE技术分析其亚基组成和分子量。同时分析其表面疏水性,并研究不同离子强度对椰麸各组分蛋白的乳化性和乳化稳定性的影响。结果表明,椰麸蛋白质中清单白、球蛋白、谷蛋白-1和谷蛋白-2的含量分别为(8.84±1.16)、(54.35±3.69)、(20.49±1.11)、(6.14±1.42)g/100 g。各组分蛋白都富含精氨酸与谷氨酸,必需氨基酸的含量都比FAO/WHO的推荐值要高,而且氨基酸的配比合理。在4种椰麸组分蛋白中,椰麸清蛋白的生物效价最高（58.63）。SDS-PAGE分析表明,清蛋白、球蛋白、谷蛋白-1的亚基组成差异较大,分子量范围约为17.7~53.3 kDa。谷蛋白-1中酸性亚基含量为46.1%,而谷蛋白-2中碱性亚基的含量为27.5%,这是二者不同溶解性的主要原因之一。谷蛋白-2由10条亚基组成,分子量范围为18.8~119.2 kDa,是5种椰麸组分蛋白中分子量分布最广的。椰麸球蛋白和谷蛋白-2的表面疏水性显著高于清蛋白和谷蛋白-1（P<0.05）。此外,椰麸球蛋白表现出最高的乳化性（127.3 m2/g）和乳化稳定性（98.13%）,其次为谷蛋白-2和清蛋白,而谷蛋白-1的乳化性最低（11.79 m2/g）。在离子强度为0 mol/L时,椰麸球蛋白、谷蛋白-2和清蛋白的乳化性都显著大于大豆分离蛋白。椰麸球蛋白、谷蛋白-2和清蛋白的乳化稳定性无显著性差异,但都高于大豆分离蛋白（P<0.05）。当离子强度为0~0.4 mol/L时,随着离子强度增大,球蛋白的乳化性和乳化稳定性提高,清蛋白和谷蛋白-2的乳化性反而降低。本研究结果为椰子蛋白质的精深加工与利用提供了理论基础。
