生物技术通报

类受体激酶——植物环境适应性的调节枢纽

于峰

2019, 35(1): 1-1.

摘要 ( 276 )

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拟南芥RALF多肽家族的功能多样性初步分析

强晓楠, 李鑫, 陈佳, 廖红东, 于峰

2019, 35(1): 2-10. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0921

摘要 ( 532 )

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绿色植物中的快速碱化因子（Rapid alkalinization factor,RALF）为一类进化保守的多肽信号分子,以基因家族形式存在。模式植物拟南芥中至少存在35个RALF基因成员,前期研究显示拟南芥RALF家族的部分成员,比如RALF1/23,RALF4/19 可分别作为CrRLK1L类蛋白受体激酶家族成员FERONIA及BUPS1/2的配体,调控细胞伸长、植物免疫应答及双受精等过程,但是RALF家族其他成员是否具有生物学活性,以及不同成员之间是否具有功能性差异均尚不清楚。因此,本研究异源表达了19个代表性的RALF,并对其生物学活性和功能性差异进行了分析。实验结果表明,19个RALF均对根的生长起到不同程度的抑制作用,进一步挑选了部分代表性RALF成员进行了活性氧（ Reactive oxygen species,ROS）迸发及丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase,MAPK）磷酸化实验分析,实验结果表明,我们确证了11个RALF蛋白参与了MAPK信号的响应,同时,证实16个RALF蛋白抑制了由flg22引起的ROS的释放。此外,不同RALF成员在下胚轴细胞伸长上的作用也存在明显差异,比如RALF10促进下胚轴的伸长。以上研究结果表明不同RALF之间既存在功能冗余性,又存在功能性差异。本研究丰富了对RALF功能复杂性和多样性的认识。

棉花GhDMT3的功能验证及生物信息学分析

杨笑敏, 王俊娟, 王德龙, 陆许可, 陈修贵, 郭丽雪, 王帅, 陈超, 王晓歌, 韩明格, 叶武威

2019, 35(1): 11-16. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0724

摘要 ( 313 )

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通过构建棉花GhDMT3的VIGS沉默载体并侵染棉花,探究该基因在棉花和高等植物中的功能。采用生物信息学方法对棉花DNA甲基转移酶基因GhDMT3（CotAD_46796）的DNA序列结构特性、该基因编码的蛋白质的理化性质、疏水性和蛋白二级结构等方面进行分析。克隆该基因,并构建pYL156：GhDMT3沉默载体。蛋白质相对分子质量为71 107.02 kD,等电点为4.85,不稳定系数为36.33。不同胁迫处理（冷、干旱）VIGS沉默GhDMT3的棉花幼苗表现出明显的表型差异。qRT-PCR的表达模式分析发现,不同胁迫下pYL156侵染的棉花中不同部位表达量没有变化,用pYL156：GhDMT3侵染过的棉花中GhDMT3转录水平与对照相比明显下降。与未沉默GhDMT3的棉花幼苗相比,沉默GhDMT3的棉花幼苗抗逆性显著增强。

外源硅对干旱胁迫下烟草幼苗生长、叶片光合及生理指标的影响

张环纬, 陈彪, 温心怡, 张杰, 王小东, 李继伟, 许自成, 黄五星

2019, 35(1): 17-26. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0691

摘要 ( 361 )

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采用营养液水培法,研究了施用不同浓度外源硅（0、0.5、1.0 mmol/L）对干旱胁迫（10%PEG、20%PEG）下烟草幼苗生长、叶片光合特性和生理指标的影响。结果表明：干旱胁迫严重抑制了烟草幼苗生长和光合作用,膜质稳定性降低和引起氧化应激反应;施用不同浓度外源硅有效改善了干旱胁迫下烟草幼苗生长,均表现为株高、叶面积、根系体积、根系干重和地上部干重等生长指标增加,提高叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量,显著提高净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）并降低胞间CO₂浓度（C_i）,膜质过氧化产物MDA含量显著降低,提高叶片含水量、膜稳定性系数和渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖）含量,显著提高SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性,而且1.0 mmol/L Si处理对干旱胁迫下烟草幼苗生长和生理特性的影响显著优于0.5 mmol/L Si处理。以上结果说明,施用外源硅能提高干旱胁迫下烟草幼苗光合作用、抗氧化和渗透调节能力,缓解干旱胁迫对烟草幼苗的伤害,促进其生长。

NaCl胁迫对红砂萌发的影响及萌发期耐盐性评价

刘晓威, 杨秀艳, 武海雯, 支晓蓉, 朱建峰, 张华新

2019, 35(1): 27-34. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0686

摘要 ( 316 )

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探究盐胁迫对红砂种子萌发及萌发后生长和生理生化指标的影响,为解析红砂萌发期耐盐机制及后续研究提供数据支撑。以盐生植物红砂种子为试验材料,NaCl溶液模拟盐胁迫,研究不同浓度NaCl（0、50、100、150、200、300和400 mmol/L）处理下,红砂种子萌发及萌发后根长、株高、生理生化指标的变化趋势。结果显示：（1）与对照相比,50 mmol/L处理的红砂萌发率升高,植株根长、株高显著增加;随着处理浓度的升高,红砂的萌发时间推迟,萌发率减少,盐害率增加,根长、株高下降显著。当盐浓度增加到400 mmol/L时,红砂不能萌发,但仍保持萌发活力,400 mmol/L胁迫35 d的未萌发种子经复萌处理后,相对萌发率为105.43%。（2）随着NaCl浓度的增加,红砂中的丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量显著增加,过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性呈现不同程度的增加。（3）分别以相对萌发率、植株全长下降到对照的50%为标准,确定红砂的萌发耐盐阈值为273 mmol/L,最适盐浓度为45.78 mmol/L;萌发后生长耐盐阈值为388.19 mmol/L,生长最适盐浓度为50.59 mmol/L。红砂可在胁迫环境下长期保持萌发活力,待萌发条件适宜时,可快速集中大量萌发;红砂生长阈值浓度大于萌发阈值浓度,说明萌发期是其在盐胁迫下完成生活史的关键时期;随着盐浓度的增加,红砂的生长受到不同程度的抑制,植株在一定胁迫程度内可通过提高POD、SOD活性清除MDA,增加Pro含量从而减少胁迫危害,以维持正常的生理代谢。

马铃薯泛素结合酶基因StUBC17的克隆与功能分析

雷朝霞, 刘晶, 白易平, 唐唯, 王洪洋

2019, 35(1): 35-41. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0763

摘要 ( 314 )

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泛素结合酶（Ubiquitin-conjugating Enzyme E2,UBC）与植物生长发育和抗病反应密切相关。为了解泛素结合酶基因对植物抗晚疫病的贡献,从马铃薯栽培种“合作88”中克隆出一个E2泛素结合酶基因,命名为StUBC17,并对其受晚疫病菌诱导表达特性及功能进行分析。利用病毒诱导的基因沉默（Virus-induced gene silencing,VIGS）技术降低本氏烟（Nicotiana benthamiana）中StUBC17同源基因（NbUBC）的转录水平,再接种晚疫病菌进行抗病性鉴定。进一步在基因沉默植株上瞬时表达马铃薯抗病基因和其相应的无毒基因（R3a+AVR3a、R3b+AVR3b和Rx+CP）及INF1。StUBC17编码区全长447 bp,编码148个氨基酸,其蛋白分子量为16.52 kD,理论等电点为7.72。表达分析结果表明,StUBC17受晚疫病菌诱导表达。抗病鉴定结果显示,与对照植株相比,NbUBC沉默植株的抗病性显著降低。沉默NbUBC不影响过敏反应（Hypersensitive responses,HR）的发生。StUBC17是植物防御晚疫病所需,但该基因的沉默并不影响R3a、R3b、Rx及INF1介导的HR反应。

一种耐铀植物促生菌的筛选及促生特性研究

王焯, 罗学刚, 丁翰, 林杨昊

2019, 35(1): 42-50. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0577

摘要 ( 349 )

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采用富集培养法和LB平板法从铀尾矿污染区蓼科植物酸模根部中筛选和分离一株具有较强铀耐受能力的细菌菌株,通过特征反应和平均吸光度法分析其生长特性和不同培养条件下植物促生特性。结果表明：该菌株可在铀浓度350 mg/kg（土）条件下生长。具有较强的分泌IAA能力,普通条件下24 h产IAA 40.21 mg/L,最佳产IAA条件为温度为35℃,pH 7,转速为150 r/min,氮源为酵母膏,碳源为甘油;兼具ACC脱氨能力,普通条件下24 h产ACC酶活为0.32 U/μg,最佳的ACC酶活条件为温度为30℃,pH 7,转速180 r/min。结合形态学特征,生理生化初步特征和16s rDNA 序列确定菌株为木糖氧化无色杆菌。不同铀浓度的盆栽实验接种该菌种能使苜蓿干重分别提高17.9%-110.4%;对铀的富集率分别提高12.2%-180.6%。

启动子探针载体的构建及橡胶树白粉菌启动子筛选鉴定

徐良向, 刘耀, 廖小淼, 王义, M.J.N.Rajaofera, 何其光, 刘文波, 林春花, 缪卫国

2019, 35(1): 51-57. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0584

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旨在构建适于快速检测橡胶树白粉病菌（Oidium heveae）HO-73启动子的探针载体。以卡那霉素抗性基因Kan作为报告基因,在pUC19骨架载体,构建获得启动子探针载体pUC19-K,连入CaMV35S启动子做启动子探针载体功能验证;利用启动子探针载体pUC19-K对预测的启动子片段LY1、LY2、LY3、LY4进行筛选鉴定。将CaMV35S启动子连入到启动子探针载体中,得到可检测启动子活性的启动子探针载体pUC19-K;应用生物信息学软件对部分橡胶树白粉菌HO-73全基因组数据预测,得到4个理论上具有活性的启动子序列LY1、LY2、LY3、LY4,利用构建的启动子活性探针载体进行活性比较,卡那耐受性实验检测发现含LY2和LY3的菌株随卡那霉素浓度的升高耐受性更强,最终得到2个活性较强的启动子LY2和LY3。以上结果表明,构建的启动子活性探针载体可以有效、灵敏地用于HO-73强启动子的筛选和启动子活性检测。

牦牛miR-378前体克隆及组织表达分析

纪会, 王会, 柴志欣, 王吉坤, 罗晓林, 姬秋梅, 信金伟, 钟金城

2019, 35(1): 58-66. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0671

摘要 ( 288 )

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旨在克隆牦牛miR-378的前体序列,阐明其组织表达规律,结合bta-miR-378靶基因的生物信息学预测和分析,探讨miR-378在牦牛生长发育过程中的调控功能。采用PCR方法成功克隆类乌齐牦牛miR-378前体序列,实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测miR-378-3p在各组织中的表达模式,结合生物信息学软件TargetScan、DAVID以及数据库NCBI、miRbase等对miR-378进行保守性分析、靶基因预测及其生物学功能分析。结果表明,miR-378在各物种间高度保守,且miR-378-3p在各组织中广泛表达,其中在臀大肌中表达水平最高,显著高于其他组织（P<0.01）,在臀脂中的表达高于卵巢、大脑、乳腺和肝脏。获得的272个靶基因主要参与细胞分化、细胞发育、大分子代谢等多个生物学过程,涉及孕酮介导的卵母细胞成熟、促性腺激素释放激素（GnRH）信号通路等,由此推测,miR-378可能在卵泡发育、卵母细胞成熟过程中起关键作用,进而影响母牦牛的繁殖性能。

大黄鱼主要致病菌拮抗菌株的分离鉴定、抑菌谱及安全性分析

傅超英, 王建平, 孙琛, 陈琳, 钱冬

2019, 35(1): 67-75. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0565

摘要 ( 351 )

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大黄鱼是我国重要的海水养殖鱼类,随着大黄鱼养殖规模的扩大,病害也日益增多,其中细菌性疾病是造成大黄鱼疾病暴发、死亡的重要病原。近年来,哈维弧菌（Vibrio harveyi）、溶藻弧菌（Vibrio alginolyticus）、杀香鱼假单胞菌（Pseudomonas plecoglossicida）、鰤鱼诺卡菌（Nocardia seriolea）等细菌造成了大黄鱼养殖重大经济损失。为寻找大黄鱼主要致病菌的拮抗菌,用于大黄鱼细菌病的生态控制,作者对大黄鱼及周边环境进行了拮抗菌的分离和鉴定。以哈维弧菌、杀香鱼假单胞菌作为拮抗活性筛选指示菌,用纸片法（KB）、菌落接种法从大黄鱼体内、养殖池周边土壤、藻类、芦苇等筛选出具抗菌活性物质菌株10株;分离菌株用16S rDNA通用引物序列分析鉴定为芽孢杆菌（Bacillus sp.）、产碱杆菌（Alcaligenes sp.）、类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）、赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus sp.）、弧菌（Vibrio sp.）和异常球菌（Daenococcus sp.）等。对具较强抑菌活性的碱性杆菌NBPa-7（Alcaligenes faecalis）和芽孢杆菌NBlm-36（Bacillus amyloliquefaciens）进行了抑菌活性测定,结果表明NBPa-7对溶藻弧菌、杀香鱼假单胞菌有良好拮抗作用,抑菌直径分别为23.20 mm、12.00 mm;NBlm-36对创伤弧菌（Vibrio vulnificus）、哈维弧菌、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）、大肠杆菌（Escherichia coli）及葡萄球菌（Staphylococcus sp.）有拮抗作用,抑菌直径为6.00 mm-14.00 mm。胞外抑菌产物对热、酸、碱有较好耐受性。将拮抗菌以1×10⁸CFU/ind腹腔注射成年鼠、口喂新生鼠,48 h内未出现毒性和死亡,将拮抗菌以3×10⁸CFU/ind腹腔注射大黄鱼,2周内未出现发病死亡,大黄鱼内脏未发生病变,白细胞未出现明显升高现象,初步表明拮抗菌株不具有致病力。

土壤霉菌菌丝球的筛选、鉴定及固定化菌丝球的应用

林胜红, 潘晓梅, 石晓玲, Ihsan Ali, 刘震飞, 于爽, 张锦锋, 牛振峰, 田永强

2019, 35(1): 76-81. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0542

摘要 ( 317 )

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从土壤中分离纯化真菌并鉴定为烟曲霉L-3。以菌株L-3作为固定化载体,将地衣芽孢杆菌固定在真菌上组成固定化体系。研究了混菌菌丝球,菌丝饼,发酵混合液,粗漆酶液对刚果红染料废水的降解情况并对染料废水进行毒性试验。结果表明,菌丝球对染料废水的降解效果最显著,降解率高达99.96%,菌丝饼仅用20 s降解率为91%,发酵混合液与粗漆酶液的处理效果并不显著。该体系对染料废水的去毒率较明显,尤其是菌丝球的去毒率可达到78%。可见,固定化体系对染料废水不但有较高的降解能力,也有较高的去毒率。

L-异亮氨酸高产菌选育及其培养基优化

王壮壮, 魏佳, 于海波, 徐建中, 张伟国

2019, 35(1): 82-89. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0634

摘要 ( 362 )

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旨在诱变选育L-异亮氨酸高产菌,并探索突变株最佳发酵条件。利用传统化学诱变结合常压室温等离子体生物诱变体系对实验室保藏的Brevibacterium flavum I-12进行逐级诱变,选育2-噻唑丙氨酸（2-TA）和磺胺胍（SG）高抗性和在琥珀酸平板上能快速生长的突变菌株。随后,在单因素实验的基础上,利用响应面设计优化出目的突变株摇瓶发酵培养基组分的最佳参数水平。结果显示,经过一系列诱变和筛选,成功选育出一株在40 g/L的2-TA和5 g/L的SG,且以琥珀酸为唯一碳源的培养基上快速生长突变株,命名为B. flavum TA-6,该菌株产酸达26.2 ± 0.5 g/L,比出发菌株提高了44.75%,而副产物L-缬氨酸和L-亮氨酸积累量明显降低。经响应面法优化发酵条件后,突变株产酸可达27.8 ± 0.5 g/L,比优化前提高了6.1%。通过传统化学诱变结合ARTP生物诱变体系,成功选育出一株杂酸降低的L-异亮氨酸高产菌TA-6,该菌株具有潜在生产应用价值。

固碳微生物菌株的分离鉴定及其固碳能力测定

郭珺, 樊芳芳, 王立革, 武爱莲, 郑军

2019, 35(1): 90-97. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0544

摘要 ( 1091 )

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利用微生物回收和固定CO₂气体的生物固碳方法,成为解决“温室效应”这一重大环境问题的焦点,本研究目的是分离筛选固碳微生物菌株。利用无碳源无机培养基从活性污泥、沼液和设施土壤中分离筛选出以CO₂为碳源的菌株24株,选取其中生长较快的8株菌进行cbbL基因、形态观察、生理生化反应测定和16S rDNA测序分析,将测序结果在BlAST数据库中比对,进行固碳菌株的分子鉴定,并对其菌体含量和RubisCO酶活性进行比较。选取RubisCO酶活性最高的菌株C2-8R,进行土壤施用试验,通过土壤RubisCO酶活性的测定,确定分离筛选的固碳菌的固碳能力。研究表明,可通过无碳源培养基进行固碳微生物菌株的筛选,筛选的固碳菌分别隶属于假单胞菌属和嗜甲基菌属,并可通过RubisCO 酶活性来反映微生物的固碳能力。

解磷菌发酵及溶磷条件的研究

韩蕾, 杨乐, 唐金铭, 张雅倩

2019, 35(1): 98-104. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0733

摘要 ( 347 )

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从新疆盐碱土中分离纯化得到一株高效解磷菌PS-3,为改善盐碱地磷素供应提供菌种资源。采用单因素和正交试验,对菌株PS-3的发酵条件和溶磷能力进行分析。结果表明,菌株PS-3较适发酵条件为温度35℃、pH 7和盐浓度1%,其对碳、氮源的利用顺序依次为葡萄糖>麦芽糖>果糖>蔗糖>乳糖,硝酸铵>硝酸钠>氯化铵>硫酸铵>尿素,菌株PS-3最适溶磷条件为2%葡萄糖、0.01%硝酸铵、温度35℃、初始pH 7.5、盐浓度2 g/L、接种量4%,在此条件下,其对磷酸三钙的溶解量可达100 2.95 mg/L。该菌株具有一定耐盐性和良好的溶磷能力,在生物溶磷方面具有较好的应用潜力。

S-亚胺还原酶和葡萄糖脱氢酶共表达系统的构建及手性胺的合成

李骥璇, 余磊, 李京美, 郑桂兰, 王洪钟

2019, 35(1): 105-111. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0806

摘要 ( 400 )

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旨在构建S-亚胺还原酶（S-IRED）和葡萄糖脱氢酶（GDH）在大肠杆菌中的一菌双酶共表达系统,实现辅酶NADPH的再生,高效合成手性仲胺。利用无缝克隆的手段设计构建一种单质粒双启动子共表达系统,以全细胞为催化剂催化手性仲胺S-2-甲基吡咯烷（S-2MP）的合成,并研究温度、pH及有机溶剂对双酶反应的影响。成功构建了S-IRED和GDH的重组共表达质粒,实现了S-IRED与GDH在大肠杆菌中的胞内共表达,以亚胺2-甲基吡咯啉（2MPN）为模式底物,以工程菌全细胞催化手性仲胺S-2MP的合成,在低辅酶添加时催化手性胺的产率和光学纯度均高于95%。该双酶共表达体系的最适温度和pH分别为37℃和pH 8,10%以下的甲醇对双酶反应有正向促进作用。大肠杆菌胞内双酶共表达系统的构建实现了辅酶NADPH的原位再生,降低了亚胺还原酶催化合成手性胺的成本,为手性胺的规模制备奠定了基础。

沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

兰玉婷, 王双蕾, 李征珍, 冯金朝, 王晓东, 石莎

2019, 35(1): 112-119. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0780

摘要 ( 293 )

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沙冬青属植物具有抗寒、抗旱、抗盐碱等特性,是研究植物逆境胁迫和筛选天然抗逆基因库的理想材料。非生物胁迫是限制沙冬青属植物生长发育及地理分布的重要因素,研究沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学为发掘其相关抗逆蛋白质及探索抗逆机理奠定基础。通过对近年来国内外利用蛋白质组学技术研究沙冬青属植物应答逆境胁迫的相关成果进行总结归纳,综述沙冬青属植物对低温、干旱、高盐等非生物胁迫响应的蛋白质组学最新研究进展,探讨在非生物胁迫下沙冬青属植物蛋白质水平的动态变化,揭示特定的蛋白质网络以及相关逆境应答机制,并对蛋白质组学技术应用前景进行展望,以期为沙冬青属植物抗逆分子机制更深入、全面的研究提供参考依据。

强化植物修复重金属污染土壤的策略及其机制

袁金玮, 陈笈, 陈芳, 刘万宏

2019, 35(1): 120-130. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0618

摘要 ( 426 )

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重金属对生态环境、农业生产、人类健康等诸多方面造成重要危害。植物修复因其具有经济有效、绿色生态等优点,已经成为土壤重金属污染修复研究领域的热点。由于植物重金属毒害、修复耗时过长等因素致使植物修复技术受限于研究阶段而不能广泛应用于实践。采用科学合理的强化措施提高植物修复的效率可能是解决该矛盾的关键之一。讨论了根瘤菌、丛枝菌根真菌、溶磷微生物和内生真菌构建的微生物-植物共生系统在强化植物修复过程中的具体应用;概述了EDTA、EDDS等螯合剂在改变土壤中重金属可溶态,促进重金属从土壤向植株转运的重要作用;介绍了植物中编码金属转运蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽等与重金属转运和代谢相关的基因在植物修复领域的实际应用;归纳了上述强化策略主要机制为微生物促进植物生长、缓解重金属植物毒性以及提高了土壤中重金属生物利用度,从而促进重金属在富集植物中积累和植物生物量的增加;最后总结并展望了植物修复强化技术在今后研究的重点及存在的问题。综述植物修复技术采用的主要强化策略及其机制,旨在为利用植物修复技术治理土壤重金属污染提供重要参考。

Pb²⁺功能核酸生物传感器的研究进展

李宸葳, 杜再慧, 林少华, 罗云波, 许文涛

2019, 35(1): 131-139. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0676

摘要 ( 284 )

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Pb²⁺在低浓度下对人体的神经系统、血液系统等带来多重损伤,尤其对儿童的神经系统产生不可逆的神经损害,在自然环境中也可以通过生物链传递进入到人体,对人体健康造成影响,因此Pb²⁺的检测受到了人们的广泛关注。目前传统的Pb²⁺检测技术主要包括大型仪器法,化学反应比色法,电化学方法等,但仍然存在着操作复杂、成本高、检测时间长等弊端。近年来,人们发现了利用功能核酸对Pb²⁺进行检测具有简单、快速、灵敏、强特异性等优点,因此Pb²⁺功能核酸生物传感器受到越来越多的关注。首先介绍了Pb²⁺依赖型功能核酸的体外筛选方法及其结构性质;其次根据Pb²⁺功能核酸传感器的信号输出方式进行分类,包括比色生物传感器、荧光生物传感器、电化学生物传感器、纳米材料生物传感器及其他类型的生物传感器等。同时还对传感器之间的原理、灵敏度、特异性、适用领域等方面进行比较和优缺点的简单评价;最后对Pb²⁺功能核酸生物传感器的中存在的不足,以及未来的发展方向进行了展望,意在为今后研发更便携、更灵敏、更准确的Pb²⁺功能核酸生物传感器提供理论参考。

10-23脱氧核酶介导的生物传感器研究进展

李凯, 罗云波, 许文涛

2019, 35(1): 140-150. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-1101

摘要 ( 448 )

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近20年间,DNA介导的生物传感器得到了快速的发展,DNA能够作为遗传信息重要载体的同时,其折叠成的空间构象也具有很多的功能。功能核酸的概念逐渐引入到了包括生物传感、生物成像、医疗在内的重要领域中。10-23脱氧核酶作为功能核酸的一种,是通过体外筛选技术得到的,Mg²⁺存在的条件下能够特异性识别并切割RNA,切割位点为RNA中的嘧啶与嘌呤间的磷酸二酯键。由于其独特的识别以及切割能力,10-23脱氧核酶介导的相关疾病治疗得到了广泛的应用,同时人们逐渐开始关注10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建。对于10-23脱氧核酶的结构、性质、作用方式及改进修饰进行了介绍,并对10-23脱氧核酶介导的生物传感器的搭建及应用进行了综述,旨为人们在未来使用10-23脱氧核酶搭建新型快捷生物传感器奠定理论基础。

S1核酸酶介导的功能核酸生物传感器研究进展

张媛, 田晶晶, 罗云波, 田洪涛, 许文涛

2019, 35(1): 151-160. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0387

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S1核酸酶是一种高度单链特异的核酸内切酶,在最适的酶催化反应条件下,降解单链DNA或RNA,产生带5'-磷酸的单核苷酸或寡核苷酸。对双链DNA、双链RNA和DNA-RNA杂交体相对不敏感。目前,基于S1核酸酶内切酶的活性,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经构建了一系列的生物传感器,实现了对金属离子、单链核苷酸、氨基酸等物质的检测,还能应用于核酸反应体系的纯化,多元化基因文库的构建等方面。首先从结构、性质方面介绍了S1核酸酶,并对近年来基于S1核酸酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述;然后主要根据所检测的靶物质不同,对S1核酸酶介导的各种传感器进行了分类介绍;最后分析了目前S1核酸酶的研究现状,并且对未来S1核酸酶介导的生物传感器的发展方向进行了展望。

末端脱氧核酸转移酶介导的功能核酸生物传感器研究进展

张媛, 梁嘉慧, 罗云波, 田晶晶, 田洪涛, 许文涛

2019, 35(1): 161-169. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0502

摘要 ( 448 )

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末端脱氧核酸转移酶（TdT酶）是一种DNA聚合酶,可以催化脱氧核苷酸结合到DNA分子的3'羟基端,并且该反应无需特定的模板。目前,基于末端脱氧核酸转移酶可对模板核酸链的末端进行延伸这一特性,搭载不同的信号输出及扩增方式,构建了一系列的生物传感技术,如电化学生物传感器、荧光生物传感器、表面离子共振生物传感器等。对各类传感器的基本设计原理和应用进行了阐述。根据TdT酶的性质设计的一系列生物传感器具有简单、快速、廉价、灵敏度高、特异性好等优点,实现了对金属离子、病原体、蛋白质等的检测。最后对TdT酶介导的生物传感器目前的研究现状进行了总结并且对TdT酶未来的发展方向进行了展望。

荧光铜纳米簇介导的生物传感器的研究进展

刘星雨, 李春晖, 田晶晶, 邵向丽, 罗云波, 许文涛

2019, 35(1): 170-186. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0524

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荧光铜纳米簇（Fluorescent copper nanoclusters,CuNCs）是以脱氧核糖核酸链（Deoxyribonucleic acid,DNA）为模板,以二价铜离子（Cu²⁺）、抗坏血酸等为反应物生成的铜晶体,纳米级大小,其具有荧光性,可以作为生物传感器输出信号的一种方式。荧光铜纳米簇的生成快速、简便、安全,因此近年来涌现出很多关于荧光铜纳米簇原理和应用方面的研究。从支持传感器工作的介导物质以及信号输出方式两方面对荧光铜纳米簇进行分类,详细阐述了每一类别传感器工作的原理,并对比同类型传感器的优缺点,最后对荧光铜纳米簇介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望。以便读者对荧光铜纳米簇生物传感器发展历程和方向,对荧光铜纳米簇生物传感器的实用性和多形性有所了解,在未来的研究发展中得到启示,使荧光铜纳米簇成为一种更加实用和便捷的生物传感工具。

施陶丁格连接介导的生物传感及药物运输研究进展

张洋子, 朱龙佼, 邵向丽, 许文涛

2019, 35(1): 187-198. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0096

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施陶丁格连接是有机叠氮化物与膦在室温、水溶液等温和条件下直接发生的一种无金属催化的点击反应。由于施陶丁格连接具有生物正交特性且无潜在的细胞毒性,目前正广泛应用于材料表面功能化、各种生物大分子的合成及标记等方面。同时,在药物的合成与递送以及生物传感器等应用中具有较大发展空间。详细介绍了施陶丁格连接的反应机理、影响反应动力学、连接产率以及反应进程的多种因素,以及该连接反应介导的生物标记技术。在此基础上,论述了施陶丁格连接在生物传感中的应用,包括以核酸、小分子为靶标的荧光生物传感器;细胞成像技术在核酸、聚糖中的应用;以及在药物合成与递送中的应用。最后预测了施陶丁格连接未来的发展方向以及在生物传感中的应用前景。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展

王国振, 温洪宇, 蔡嘉颖, 袁振亚, 王秀颖, 苏思婷

2019, 35(1): 199-206. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0575

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人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）是一种将人工湿地技术（CW）和微生物燃料电池技术（MFC）结合在一起的新型污水处理系统,其产电机理是产电微生物在底层湿地（阳极）的厌氧条件下生成电子,通过外电路传递到表面湿地（阴极）完成氧化还原反应。但是,近几年来,关于CW-MFC研究的文章较少且研究深度较浅。综述了电极材料、水力条件、湿地植物及微生物等条件对CW-MFC污水处理能力和产电能力的影响。在电极材料方面,选用导电性、吸附性及有效面积大的材料作为电极可有效提高CW-MFC产电与去污能力;在水利条件方面,在HRT为2-3 d的条件下,应选用升流式或升流-降流式的入水方式;湿地植物方面,种植湿地植物的CW-MFC在去污和产电能力上都要优于未种植植物的CW-MFC;微生物方面,阴极与阳极的微生物群落结构存在明显的差异,但存在的产电菌的种类却十分相似。CW-MFC中存在的常见产电微生物主要包括地杆菌属（Geobacter）、脱硫叶菌属（Desulfobulbus）、假单胞菌属（Pseudomona）和脱硫弧菌属（Desulfovibrio）等。最后对CW-MFC的研究方向进行了分析,以期为CW-MFC的实际应用提供理论依据。

基于微流控技术的外泌体分离方法的研究进展

刘娜, 杜盼盼, 杨扬, 李小毛

2019, 35(1): 207-213. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0571

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外泌体是一种由细胞分泌的,直径一般为30-150 nm的囊泡。外泌体携带有多种蛋白质、mRNA及miRNA等生物标记物,并直接参与细胞间的信息传递、抗原传递、蛋白转运以及RNA转录等重要的生命活动过程,与癌症等多种疾病的发生密切相关,因此在疾病的发生机制探索和相关疾病的检测中具有重大的应用价值。然而,外泌体通常以游离的形式存在于体液中,对外泌体的分离和纯化是实现基于外泌体的疾病发生机制及疾病检测应用研究的基础。近年来,研究人员利用外泌体的生物物理和生物化学性质研发了多种分离和纯化外泌体的方法技术,主要有超速离心法、聚合物沉淀法、免疫分离法以及基于微流控的分离法等。综述了近年来外泌体分离和纯化方法的研究进展,简要论述了传统的外泌体分离方法,重点介绍了基于微流控技术的外泌体分离方法,并比较了这些方法的分离机制、优缺点以及应用前景。通过对近年来外泌体分离和纯化方法的研究现状进行归纳和比较,旨为相关研究人员开展外泌体研究工作提供参考,从而进一步推进外泌体在疾病检测及其他生物医学应用的研究进展。

邻苯二甲酸酯类污染物雌激素结合活性筛查

张晓聪, 张冬生, 刘兰华, 周小红, 刘春, 陆韻, 施汉昌

2019, 35(1): 214-218. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0480

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以倏逝波光纤荧光生物传感器为平台,以邻苯二甲酸酯类（PAEs）污染物为靶标,优化了基于受体作用理论的生物传感分析技术,实现了PAEs雌激素结合活性的定性筛查。对7种典型邻苯二甲酸酯的雌激素结合活性测试结果为BBP>DBP>DIPP,其他4种物质几乎无雌激素结合活性,结果与文献广泛报道结论相一致,验证了所建立方法的准确性。在最优测试条件下,光纤传感界面可再生300次以上,为雌激素活性污染物的筛查提供了一种低成本、自动化方法。

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2019, 35(1): 300-300.

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2019, 35(1): 400-400.

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2019, 35(1): 500-500.

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