生物技术通报

植物次生代谢的区室化研究进展

关智晶, 孙超

2024, 40(1): 1-11. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0510

摘要 ( 350 )

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植物次生代谢存在多层次的区室化现象，区室化对于植物的生长发育和环境胁迫响应具有重要意义。本文综述了植物次生代谢在分子水平、亚细胞水平、细胞水平和组织器官水平的区室化研究进展。次生代谢的区室化需要中间产物在不同区室间进行转运，因此转运蛋白是植物次生代谢产物区室化合成体系的重要组成部分。次生代谢区室化及其相关转运蛋白研究，丰富了植物次生代谢的理论基础，并且为天然产物合成生物学提供了新的靶点和研究策略。

盐胁迫下植物根系分泌物的成分分析与生态功能研究进展

王雨晴, 马子奇, 侯嘉欣, 宗钰琪, 郝晗睿, 刘国元, 魏辉, 连博琳, 陈艳红, 张健

2024, 40(1): 12-23. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0516

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盐胁迫是常见的非生物胁迫之一，影响植物的生长发育。根系分泌物是植物与根际环境进行“信息”交换的重要媒介。植物在受到盐胁迫时，根系分泌物的组分和含量会发生改变，对盐胁迫下植物的生长发育产生重要影响。本文综述了根系分泌物的成分、检测方式、作用机制及变化调控。其成分主要包括氨基酸、糖类、有机酸和酚酸等。目前对根系分泌物的鉴定和检测方式主要有高效液相色谱、气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用以及核磁共振。结合前人研究总结了氨基酸、糖类、有机酸等分泌物在盐胁迫下组成和含量的变化。然后从根际理化环境、根际微生物等方面总结并提出了根系分泌物在盐胁迫下的作用主要包括：（1）作为信号分子调节植物耐盐能力；（2）维持根细胞内稳态；（3）影响根际环境。总结了氨基酸、糖类根系分泌物在盐胁迫下的变化机理，最后指出目前对根系分泌物成分功能的鉴定以及具体作用机制、通路的研究尚有待深入。本综述旨在分析盐胁迫下植物根系分泌物的生态效应，为今后深入挖掘植物响应盐胁迫机理提供参考依据。

水稻穗发芽遗传与分子机制的研究进展

林鑫焱, 张传忠, 戴兵, 王馨珩, 刘剑锋, 温丽, 徐兴健, 方军

2024, 40(1): 24-31. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0786

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水稻穗发芽是指水稻在收获前如遇连续阴雨天气或高温潮湿环境条件，往往诱导籽粒在穗上发芽的现象。穗发芽导致水稻种子活力和品质下降，给水稻生产带来巨大损失。对于水稻抗穗发芽育种，除了扩大对穗发芽突变体的筛选外，挖掘和克隆一些控制穗发芽的新基因并解析其穗发芽调控机制，是水稻抗穗发芽育种的重要工作。穗发芽过程中，水稻的淀粉酶活性增强、可溶性糖含量升高，且水稻籽粒中植物激素 ABA 和 GA 的含量及二者的平衡是决定穗发芽的关键。OsVP1等一些关键基因通过ABA信号通路控制水稻种子休眠，GA则可通过激活GA相关转录因子等调控种子萌发。本文从水稻穗发芽的内部生理因素及环境条件、水稻穗发芽的遗传机制、水稻穗发芽的分子机制和水稻穗发芽的性状改良这四方面进行综述，以期阐述穗发芽的整体调控机制，为水稻抗穗发芽品种的选育提供理论参考。

共附生菌对绿潮浒苔作用的研究进展及应用

毕芳玲, 赵爽, 栗斌, 李爱芹, 张建恒, 何培民

2024, 40(1): 32-44. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0652

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绿潮的迁移与大规模暴发，除了与藻体自身较强抗胁迫能力等生物学特性和海域环境条件有关外，也离不开藻际微生物的参与。微生物群落对藻类的生长、消亡等过程具有重要作用。不同环境条件下，浒苔共附生菌群落结构多样，对藻类的促进作用主要体现在藻体形态建成、生长、营养吸收以及光合作用等过程。在藻华发生过程中，能够帮助藻体高效吸收营养物质，促进藻类增殖，加剧绿潮的形成。因此，本文基于前人的研究成果，总结当前绿潮优势种浒苔共附生菌的研究现状，阐述浒苔共附生菌分离技术的建立过程，指出高通量测序等分子生物学技术对微生物群落结构与多样性分析的重要性，分析共附生菌对浒苔生长、繁殖、形态建成等生理特征和绿潮暴发的影响，探寻共附生菌在今后生产、生活中的应用价值，旨在为预测、防控绿潮暴发以及资源化利用开辟新思路。

三种主要真菌毒素及其毒素降解酶的研究进展

向霞, 朱恩恒, 韩楠玉

2024, 40(1): 45-56. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0596

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饲料生产贮藏时常被真菌毒素污染，主要包括黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素、伏马毒素B₁、赭曲霉毒素A和T-2毒素，真菌毒素会对畜禽造成严重的身体伤害甚至死亡，而真菌毒素的共存将导致更大程度的经济损失。真菌毒素的降解主要包括化学降解法、物理降解法和生物酶解法，而生物酶解法相比于另外两种方法更为环保、高效，因此备受关注。本文对毒性强、污染广的黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的危害机制、降解途径以及相关的真菌毒素降解酶进行详细分析及探讨。利用分子对接等手段揭示了毒素小分子在降解反应中与真菌毒素降解酶的相互作用，并筛选出了降解过程中的关键氨基酸。虽然酶解法在去除真菌毒素方面具有优势，但是由于成本高等原因目前应用仍然受限，急需进一步研究和开发。因此，优化酶解法的工艺和条件，以实现高效、经济地去除真菌毒素将成为未来研究重点。本研究为指导真菌毒素降解酶的设计和优化提供了重要参考。

绿原酸生物合成调控及其应用研究进展

陈治民, 李翠, 韦继天, 李昕然, 刘峄, 郭强

2024, 40(1): 57-71. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0728

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绿原酸（chlorogenic acid, CGA）是一类重要的酚酸类次生代谢物质，广泛存在于植物界中。绿原酸在植物的生长发育、抵御生物与非生物胁迫等方面扮演着重要的角色。另外，它还具有多种生物活性和药理功能，在抗炎、抗菌和降血糖等方面具有重要的应用潜力。然而，植物中绿原酸的含量通常很低，严重制约着其开发利用价值。因此，如何有效提高植物体中绿原酸的含量显得尤为重要。近年来，众多研究者通过基因工程、逆境胁迫及激素处理等手段在提高植株体内绿原酸含量方面取得了重要进展。在此基础上，研究者们对绿原酸的生物合成及其分子机制研究也开启了新的探索，以期为提高植物中体内绿原酸含量提供新的思路。鉴于此，本文对绿原酸的结构与功能、生物合成以及调控等相关研究进展进行了综述，系统分析了绿原酸合成途径中关键限速酶如苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonialyase, PAL）、肉桂酸-4-羟化酶（cinnamic acid 4-hydroxylase, C4H）和4-香豆酸-辅酶A连接酶（4-coumarate -CoA ligase, 4CL）等对绿原酸合成的影响；并进一步阐述了MYB、WRKY和bHLH等转录因子调控绿原酸生物合成的作用机制。与此同时，系统归纳总结了生物胁迫、非生物胁迫、植物激素以及光质和光周期等外源因素对植株体内绿原酸含量及其合成调控的影响，并介绍了绿原酸在改善动物健康和人体健康中的作用机理。最后，对绿原酸研究中尚未解决的问题和未来研究方向进行了分析和展望，旨在为绿原酸的合理开发利用以及提高作物抗逆性方面提供有益的参考。

解脂耶氏酵母细胞工厂生产多不饱和脂肪酸的研究进展

何思成, 张紫瑗, 韩雨晴, 苗琳, 张翠英, 于爱群

2024, 40(1): 72-85. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0657

摘要 ( 1169 )

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多不饱和脂肪酸属直链脂肪酸，是机体生物膜的关键结构组分，它可以调控糖脂代谢及激素代谢，具有促进发育、提高免疫力和预防疾病等多种益生功能，对机体健康具有十分重要的作用。因此，多不饱和脂肪酸在食品、医药和饲料等多个领域均表现出重要的应用价值和广阔的开发前景，市场需求持续上升。与传统的海洋生物提取法相比，微生物合成法具有生产周期短、工艺简单、对环境友好等优势，近年来利用微生物细胞工厂生产多不饱和脂肪酸等微生物油脂逐渐成为科学界和工业界的研究热点和发展趋势。解脂耶氏酵母作为一种非常规产油酵母，因其具备高产油脂和脂肪酸的天然能力，因此成为了代谢工程改造微生物生产多不饱和脂肪酸的首选底盘细胞之一。本文首先介绍了多不饱和脂肪酸的来源及其天然合成途径；然后总结归纳了当前利用代谢工程策略改造解脂耶氏酵母生产多不饱和脂肪酸的研究现状；最后对利用解脂耶氏酵母细胞工厂生产多不饱和脂肪酸存在的主要瓶颈问题和未来发展趋势进行了探讨，期望为未来高效合成多不饱和脂肪酸微生物细胞工厂的构建提供理论支持与思路。

生物合成法生产麦角硫因的研究进展

李亮, 徐姗姗, 姜艳军

2024, 40(1): 86-99. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0663

摘要 ( 1908 )

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麦角硫因（ergothioneine, ERG）作为一种稀有的天然含硫组氨酸衍生物，已被证明具有强大的抗氧化性和诸多生物学功能。因此，ERG受到越来越多研究人员和产品开发人员的关注。目前，ERG已被广泛应用于食品、化妆品和医疗等行业。研究表明只有少数细菌和真菌可体内合成ERG，植物、动物和人类自身均不能直接合成ERG，只能从其他来源获取。ERG可通过生物提取法、化学合成法以及生物合成法获得，但由于传统生产方式（生物提取法和化学合成法）存在产量低、生产效率差和生产成本较高等问题，限制了该产品的规模化生产和应用。因此，亟需开发一种高效、经济且安全、可靠的ERG生产方式以满足市场的需求。近年来合成生物学快速发展，利用基因工程、蛋白质工程和代谢工程等技术提高生物合成法生产ERG的能力已逐渐成为研究热点。本文将论述ERG的生物学活性和功能，介绍ERG生物合成途径和ERG在食品、化妆品和医疗等行业的应用前景，比较ERG主要的生产方式，总结并梳理近年来采取各种工程策略通过生物合成法生产ERG的研究进展；并就如何利用基因工程、蛋白质工程和代谢工程提高ERG产量提出几点工程策略，以期为生物合成法高产ERG提供理论参考和研究思路。

Surfactin的结构、生物合成及其在生物防治中的作用

王俊芳, 黄秋斌, 张飘丹, 张彭湃

2024, 40(1): 100-112. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0509

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Surfactin是由多种芽孢杆菌产生的一种脂肽，其由一个环七肽头基通过内脂键与链长12-17个碳原子的β-羟基脂肪酸连接组成，是一种非常有效的生物表面活性剂，并具有重要的生物学功能。本文介绍了surfactin家族的结构和生物合成模式，surfactin是由非核糖体肽合成酶催化合成，这种机制赋予了surfactin家族成员的结构多样性；综述了surfactin在植物病害生防中的作用及机制。已有的研究表明surfactin在生物防治中的作用机制主要有以下4种方式：（1）损伤病原菌细胞膜，引起细胞膜裂解或渗透压失衡；（2）抑制病原体繁殖；（3）诱导植株系统抗性；（4）促进生防菌株的定殖或生物膜的形成。进一步总结了利用基因工程技术研究surfactin的最新进展，以指导surfactin的生物合成及其新衍生物开发。Surfactin的高度结构多样性，使其具有丰富的物理化学特性，这些特性可以与多种生物活性联系在一起，将在不同的领域有更广泛应用。随着对surfactin生物合成研究的日益深入，将会有更多高性能和广阔应用前景的新型脂肽被研发，这为surfactin的进一步研究和生防应用提供依据。

肠道微生物对宿主适应性免疫的影响

刘艳, 孙静, 葛良鹏, 马继登, 张进威

2024, 40(1): 113-126. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0497

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肠道微生物与宿主共同进化，形成了不可分割的宿主-微生物共生关系。这些共生微生物通过参与适应性免疫的发育和维持，在机体免疫系统中发挥了重要作用。适应性免疫系统通过B细胞介导的体液免疫和T细胞介导的细胞免疫维持机体稳态。肠道微生物可以直接调节B、T细胞的分化和活化，保护机体免遭病原体感染。本文综述肠道微生物对宿主早期免疫系统发育、细胞免疫和体液免疫的调控作用，以期为研究“微生物-宿主互作”对宿主适应性免疫的调控作用提供理论参考。

DNA碱基编辑技术的研究进展及在猪基因修饰中的应用

杨帅朋, 屈子啸, 朱向星, 唐冬生

2024, 40(1): 127-144. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0445

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碱基编辑技术起源于CRISPR/Cas系统，是目前最新的基因定点修饰技术。根据碱基编辑器的功能特点，可将碱基编辑器分为胞嘧啶碱基编辑器（cytosine base editor, CBE）、腺嘌呤碱基编辑器（adenine base editor, ABE）、糖基化酶碱基编辑器（glycosylase base editor, GBE）、腺嘌呤碱基颠换编辑器（adenine transversion base editor, AYBE）、双碱基编辑器（dual base editor, DBE）和引导编辑器（prime editor, PE）。自碱基编辑系统诞生以来，已经广泛运用于动植物的研究中，并且已经证明了它在动植物遗传改良和疾病治疗中具有巨大应用价值。猪作为一种重要的农业经济动物和优良的动物疾病模型，对其进行遗传改良则变得十分重要。碱基编辑技术因其操作便利、高效、副产物少以及性价比高等特点，被迅速应用于动植物的遗传改良，并为人类的基因治疗提供技术支持。本文着重介绍了碱基编辑技术的开发、优化、应用特点、存在的问题以及对未来的展望，并总结了其在猪中的应用。以期为相关科研工作者了解碱基编辑技术提供参考。

空间分辨代谢组学在疾病诊断研究中的应用进展

何诗瑜, 曾仲大, 李博岩

2024, 40(1): 145-159. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0351

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基于质谱成像技术发展而来的空间分辨代谢组学，能够直接对动植物组织或细胞中的代谢产物进行原位定性、定量，以及借力图像整体或局部特征对代谢物进行结构、含量、时空动态变化及其空间分布定位分析，识别潜在可靠的生物标志物。该技术具有高灵敏度、高分辨率、高可视化性以及无需标记等优点，已被越来越广泛地运用在临床疾病诊断与研究中。本文主要总结了近年来空间分辨代谢组学的技术发展，阐述其在肿瘤、神经精神疾病、糖尿病等疾病中的应用进展，旨在为空间分辨代谢组学在疾病诊断中的应用提供借鉴和参考。

一种鉴别栽培柿品种SNP标记的新方法

梁晋军, 朱溯远, 张宇琴, 张鹏飞, 温鹏飞, 杨运良

2024, 40(1): 160-167. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0363

摘要 ( 182 )

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【目的】为了鉴别栽培柿品种间的遗传差异，开发一种基于核糖体DNA内转录间隔区（nrDNA internally transcribed spacer）序列简单、高效的SNP分子标记新方法，为种质的收集、利用及推广应用提供参考。【方法】以18种六倍体栽培柿品种叶片为试材，对其ITS区进行扩增测序，并分析序列差异，最后用Sau96 I限制性内切酶对151处杂合位点进行酶切验证。【结果】18份柿品种ITS长度均为730 bp，共存在6个杂合位点，分别在151、168、205、278、279和622 bp处。六倍体柿杂合位点处碱基峰图面积比例存在一定的规律，即C:T=2:1、C:T=1:1、C:T=1:2和A:G=1:1，利用出现的杂合位点及其峰图面积比例规律差异将18份栽培柿品种分成11类。【结论】151处位点的酶切结果验证了酶切产物浓度与峰图面积比例一致。这种基于nrDNA ITS序列SNP分子标记的新方法能将18份栽培柿品种分成11类。

pDNA质粒在一次性生物反应器中的放大生产研究

杨红艳, 韩筱, 杨建军

2024, 40(1): 168-175. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0691

摘要 ( 222 )

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【目的】探索大肠杆菌（E.coli）菌种复苏后跳过三角摇瓶直接接种一次性WAVE生物反应器进行菌种扩增，并放大至一次性XDR生物反应器进行质粒放大生产的可行性，建立GMP级质粒在全一次性上游平台进行工业化放大生产的工艺。【方法】通过碳氮比优化，筛选并获得不含任何动物源成分的基础培养基和补料培养基；菌种冻存管室温融化后以低密度接种三角摇瓶和WAVE反应器，考查菌种低密度接种的可行性，比较三角摇瓶和WAVE反应器进行菌种扩增的差异，建立菌种在WAVE反应器中的扩增工艺；随后将菌种扩增至50 L XDR生物反应器进行质粒的放大生产。【结果】与LB培养基相比，优化的不含任何动物源成分的基础培养基使菌体最高密度和质粒产量分别提高43%和77%；以1:1 000-1:8 000低密度接种WAVE反应器，菌种比生长速率达到（0.65±0.065）/h，WAVE反应器展现了更好的过程参数控制，通过一级WAVE种子罐可直接为50-200 L生产罐提供种子细胞；质粒在一次性50 L XDR反应器中的放大生产，最高菌体密度和质粒产量分别达到53 OD和340 mg/L，质粒比生产速率达到6.42 mg/L/OD₆₀₀，比常规质粒比生产速率提高2倍以上，超螺旋质粒比例达到90%，较高的上游收获超螺旋比例为下游质粒两步层析纯化提供了可能。【结论】建立了大肠杆菌通过WAVE反应器进行菌种扩增，通过一级种子罐直接接种生产罐进行质粒放大生产的工艺，为GMP级别质粒在50-200 L一次性生产平台中的放大生产建立了生产工艺。

半乳糖氧化酶的生物学改造研究进展

夏光丽, 曹娜, 孙慧慧, 赵玲, 曹荣

2024, 40(1): 176-185. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0699

摘要 ( 244 )

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半乳糖氧化酶是一种重要的生物催化剂，具有催化效率高和绿色环保的特点，在生物传感器、食品、医疗和化工等领域得到广泛应用。然而，天然的半乳糖氧化酶存在稳定性差、催化效率低、回收成本高等缺陷，限制了其在食品安全和生物医学等领域的应用。随着基因工程和蛋白质工程的发展，人们可以对半乳糖氧化酶进行有目的的改造，以提高酶的性能或者获得新功能的重组酶。因此，追求具有重要催化能力和强大功能的半乳糖氧化酶成为该领域的研究热点。本文综述了半乳糖氧化酶的分子结构、催化机理等基本信息，并分析总结了半乳糖氧化酶进行生物学改造的相关案例，旨在为半乳糖氧化酶相关研究者提供新的思路和方法。

铜绿假单胞菌适配体的获得及应用

刘星雨, 李洁, 朱龙佼, 李相阳, 许文涛

2024, 40(1): 186-193. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0336

摘要 ( 183 )

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铜绿假单胞菌是一种专性需氧的革兰氏阴性菌，是引起人类机会性感染的最主要的微生物，对人类造成多种健康威胁。因此，快速、灵敏、特异的检测对预防及治疗铜绿假单胞菌感染十分关键。目前常规的检测方法仍存在耗时久、成本高、操作难度大等问题，因此需要更加高效经济的检测方法。适配体是一种从随机文库中筛选出来的寡核苷酸，能够形成多种复杂的二级结构，近年来，由于其易于合成和修饰，并且具有高亲和力和强特异性而受到了广泛的关注，也涌现出了大量基于适配体的铜绿假单胞菌检测和防治的研究。本文总结了目前铜绿假单胞菌适配体的筛选和裁剪方面的研究进展，并从铜绿假单胞菌的检测和防治两个方面对其适配体的应用进行了介绍，以期为铜绿假单胞菌适配体的开发和应用提供参考。

小麦镉胁迫响应基因TaMYB1的功能分析

张怡, 张心如, 张金珂, 胡利宗, 上官欣欣, 郑晓红, 胡娟娟, 张聪聪, 穆桂清, 李成伟

2024, 40(1): 194-206. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0672

摘要 ( 2087 )

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【目的】MYB家族成员在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等方面发挥重要调控作用，然而，小麦MYB转录因子在重金属镉（Cd）胁迫中的生物学功能研究较少。挖掘小麦Cd胁迫应答相关基因，阐明其在Cd胁迫中的生物学功能，为耐/低Cd小麦品种的选育奠定基础。【方法】构建Cd胁迫小麦根系酵母cDNA文库，筛选获得Cd胁迫应答基因，利用荧光定量PCR技术检测Cd胁迫条件下小麦不同组织中Cd胁迫应答基因的相对表达量；利用病毒诱导的基因沉默对该基因进行功能验证，检测对照和沉默植株的Cd含量、叶绿素含量、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活力等生理生化指标。此外，对Cd胁迫应答基因及其在小麦和其他物种中的同源基因进行生物信息学分析（系统进化关系、序列特征和表达谱）。【结果】Cd胁迫主要抑制小麦根系发育，在添加0.002 mol/L Cd的酵母培养基上筛选Cd胁迫小麦根系酵母cDNA文库获得18个耐Cd转化子，其中5个转化子编码TaMYB1蛋白，转化TaMYB1酵母菌株在高Cd培养基中生长良好，而对照则明显受到抑制。RT-qPCR结果表明，TaMYB1在小麦幼苗中响应Cd胁迫。与对照相比，TaMYB1沉默植株中TaMYB1表达量明显下降，且根系和叶片Cd含量显著低于对照植株，叶绿素含量、SOD、POD活性高于对照植株，MDA含量则低于对照植株。同时，生物信息学分析发现，TaMYB1属于1R-MYB家族成员，具有高度保守的MYB和CC结构域，其包含7个外显子和6个内含子，在拔节期中期的花序和成熟期的花序表达最高，在灌浆前期种子和灌浆中后期种子中表达量最低。【结论】TaMYB1在小麦响应Cd胁迫应答中发挥重要作用。

外源钙缓解小麦幼苗盐胁迫的作用机制

焦进兰, 王文文, 介欣芮, 王华忠, 岳洁瑜

2024, 40(1): 207-221. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0583

摘要 ( 1841 )

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【目的】探究自噬参与调控外源钙维持盐胁迫下小麦幼苗稳态的机制，为进一步揭示植物盐胁迫应答机制提供分子证据。【方法】以小麦品种河农6425为材料，通过水培培养小麦幼苗，利用叶绿素荧光、组织原位染色、荧光定量PCR、激光共聚焦显微镜等生理及分子生物学技术开展研究。【结果】150 mmol/L NaCl胁迫显著抑制小麦幼苗生长，导致光系统II（photosystem II, PSII）受损，抗氧化能力减弱，细胞活力降低，自噬活性升高。随着NaCl处理时间的延长，小麦幼苗根和叶片中的自噬小体显著增多，细胞程序性死亡（programmed cell death, PCD）水平升高。正常条件下，外源施加Ca²⁺对小麦幼苗根和叶片中自噬小体数量没有明显影响。而在NaCl胁迫下，外源Ca²⁺处理能够在一定时间内维持NaCl胁迫诱导的自噬维持在促存活的水平，减少PCD。【结论】Ca²⁺通过调控小麦幼苗根和叶片的自噬水平限制PCD的规模，缓解NaCl胁迫对小麦幼苗的损伤。

甘蓝型油菜种子硫苷含量全基因组关联分析

周会汶, 吴兰花, 韩德鹏, 郑伟, 余跑兰, 吴杨, 肖小军

2024, 40(1): 222-230. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0611

摘要 ( 799 )

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【目的】挖掘与种子硫苷含量显著关联的SNP位点及候选基因，有助于油菜品质改良和培育高品质油菜品种。【方法】以300份甘蓝型油菜自交系为材料，考察了江西农业大学试验地和江西省红壤及种质资源研究所试验地2种环境下种子硫苷含量，采用前期开发的201 817个SNP（single nucleotide polymorphism，SNP）标记对油菜种子硫苷含量进行全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS），搜寻显著位点两侧100 kb范围内的候选基因并进行功能注释。【结果】300份甘蓝型油菜种子硫苷含量在两地均表现出表型差异；基于一般线性模型和混合线性模型检测到209个硫苷含量显著关联SNP位点，其中两地两种方法重复检测到41个SNP位点，分别在A05（1个）、A09（36个）、C09（4个）3条染色体上。候选基因功能注释结果显示，有8个候选基因参与硫苷生物合成途径（GO:0019761），包含调控硫苷合成相关基因MYB28（BnaC09g05290D、BnaC09g05300D）、MYB34（BnaA09g05480D）和编码硫苷转运蛋白2相关基因（BnaA09g06180D、BnaA09g06190D）。【结论】通过两种方法在两地检测到多个与硫苷显著关联的SNP位点，并在显著性位点附近挖掘到相关候选基因，研究结果有助于解析甘蓝型油菜硫苷含量的遗传变异，为低硫苷含量油菜新品种的遗传改良提供基础。

玉米根际多功能促生菌的筛选及其对冬小麦-夏玉米轮作体系产量提升效果

常泸尹, 王中华, 李凤敏, 高梓源, 张辉红, 王祎, 李芳, 韩燕来, 姜瑛

2024, 40(1): 231-242. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0690

摘要 ( 1706 )

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【目的】黄淮海平原小麦玉米生产区主要实行冬小麦-夏玉米轮作种植模式。砂质潮土是广泛分布于黄淮海地区的土壤，属性和衍生障碍较多，包括结构性较差、蓄水保肥能力较弱等。为了提高肥料利用率、改善土壤肥力，综合实现作物产量提升和品质优化，筛选了一株多功能促生菌，并在该轮作体系验证其广谱促生效应。【方法】从玉米根际砂质潮土中筛选多功能促生菌，测定其产吲哚乙酸（IAA）、溶有机磷、解钾能力。通过形态学、生理生化及16S rDNA序列分析方法对其种属进行鉴定。摇瓶条件下探究其产IAA的最适条件，通过玉米盆栽验证其促生能力，通过冬小麦-夏玉米大田试验验证其在轮作体系中的广谱性增产效果。【结果】（1）试验筛选得到一株命名为YM3的多功能根际促生菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），其产IAA能力达到59.21 mg/L、解有机磷能力达到0.72 mg/L、解钾能力达到18.56 mg/L。当装液量为25 mL/250 mL，pH 6-8范围内，分别以麦芽糖、蛋白胨为碳、氮源时，YM3产IAA能力最佳。（2）玉米盆栽试验结果可见，与接种灭活菌相比，接种YM3菌水剂的土壤IAA、速效磷、速效钾含量分别显著提高75.00%、48.66%、20.00%。玉米幼苗的根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数分别显著增加67.95%、59.21%、51.13%、71.34%、92.06%。玉米植株的鲜重、株高、相对叶绿素含量、全氮、全磷、全钾分别显著提高了39.86%、23.51%、18.27%、17.68%、52.26%和36.53%。（3）小麦玉米轮作大田试验结果表明，接种YM3菌剂的小麦大田土壤有效氮、速效磷、速效钾分别显著增加了9.08%、13.78%、16.66%，增产率达到42.18%。玉米大田土壤速效磷和速效钾含量分别显著增加了19.18%和15.95%，增产率达到13.22%。【结论】筛选得到的枯草芽孢杆菌YM3菌株兼具产IAA、溶有机磷、解钾功能，在黄淮海平原小麦玉米轮作体系土壤中适应性强，广谱性强，能够提升砂质潮土土壤肥力，提高冬小麦-夏玉米轮作体系的产量。

西瓜ClPP2C3克隆及表达分析

朱毅, 柳唐镜, 宫国义, 张洁, 王晋芳, 张海英

2024, 40(1): 243-249. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0709

摘要 ( 233 )

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【目的】蛋白磷酸酶2C（protein phosphatase 2C, PP2C）是动植物中均存在的一类蛋白磷酸酶，拟探究其在西瓜果实成熟过程中发挥的重要作用。【方法】通过逆转录PCR（reverse transcription-polymerase chain reaction, RT-PCR）从栽培类型西瓜‘97103’中克隆ClPP2C3，并对其进行生物信息学、表达模式和亚细胞定位分析。【结果】西瓜ClPP2C3的cDNA序列长度为1 317 bp，编码438个氨基酸，其分子量大小为47.81 kD，蛋白质等电点为5.12。ClPP2C3包含1个PP2C保守结构域，与负调控果实成熟的番茄SlPP2C3、草莓FaABI1具有较高的同源性。西瓜ClPP2C3在细胞核表达。ClPP2C3在含糖量高的栽培品种中表达量显著高于含糖量低的野生品种。栽培品种ClPP2C3的2 kb片段长度启动子活性显著高于野生品种，而1 kb片段长度启动子活性之间无显著差异。【结论】由1-2 kb区间SNP导致的启动子活性差异对不同含糖量品种ClPP2C3表达量存在影响。

掌叶大黄（Rheum palmatum L.）WRKY基因家族鉴定与分析

吴圳, 张明英, 闫锋, 李依民, 高静, 颜永刚, 张岗

2024, 40(1): 250-261. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0326

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【目的】本研究为开展WRKY基因功能验证提供基础，进而为大黄药材品质形成的转录调控机制研究提供科学依据。【方法】基于掌叶大黄（R. palmatum L.）的全长转录组数据，通过生物信息学方法鉴定掌叶大黄WRKY基因家族成员，分析其蛋白理化性质、结构域、系统发育关系、蛋白互作，结合转录组数据进行不同组织和茉莉酸甲酯（methyl jasmonate, MeJA）处理的表达谱分析。【结果】掌叶大黄WRKY基因家族包含53个成员，编码蛋白氨基酸数量为192-748，均为亲水性蛋白，预测定位均在细胞核。掌叶大黄WRKY基因家族与拟南芥WRKY基因家族成员进化树可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个亚族，其中Ⅱ亚族WRKY占比最高（58.49%）。转录组数据分析显示掌叶大黄WRKY基因家族成员在掌叶大黄根、根茎和叶中差异表达，其中7个基因在根和根茎中表达量较高，12个基因响应MeJA处理呈差异表达，其中10个被MeJA显著诱导，4个候选基因RpWRKY5/6/9/33的qPCR分析与其转录组结果基本一致。蛋白互作网络显示RpWRKY2/16/20/22/23与查尔酮合酶（chalcone synthase, CHS）发生相互作用。【结论】获得53个掌叶大黄WRKY基因、生物信息、组织及响应MeJA的表达特征，其中5个可能与大黄蒽醌类物质的合成有关。

蒺藜苜蓿MtCIM基因结构和功能分析

谢宏, 周丽莹, 李舒文, 王梦迪, 艾晔, 晁跃辉

2024, 40(1): 262-269. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0484

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【目的】CIM（cytokinin induce messager）属于Expansin蛋白家族，该蛋白是一类在植物生长和发育过程中起关键作用的蛋白质。为分析蒺藜苜蓿MtCIM基因结构、表达、亚细胞定位及在植物生长和发育过程中的功能。【方法】利用生物信息学工具对其进行深入分子量、理论等电点、不稳定系数及蛋白质结构预测和分析；同时，利用RT-qPCR方法，对不同激素处理（IAA、ABA、GA₃）下的基因表达进行了检测；并通过融合蛋白瞬时表达及酵母表达方法鉴定其亚细胞定位及转录自激活情况；对MtCIM转基因植株进行低磷环境的适应分析。【结果】生物信息学分析显示，CIM蛋白的相对分子量为29.563 kD，理论等电点为5.54，不稳定系数为41.62，其蛋白质性质不稳定。二级及三级结构预测表明，该蛋白主要由无规则卷曲构成。外施IAA能够显著提高MtCIM的表达，外施ABA和GA₃后，MtCIM表达呈现先升高后降低的趋势。亚细胞定位结果显示，其定位于细胞质中。对MtCIM进行转录自激活活性分析显示，蒺藜苜蓿MtCIM不存在自激活活性。对获得的20株转基因株系进行分析表明，转基因株系叶片细胞壁更厚；转基因植株对低磷环境具有更好的适应能力。【结论】对蒺藜苜蓿MtCIM的全面分析，揭示了其作为Expansin蛋白家族成员在植物生长和发育中的关键作用，并提高了植物在低磷环境中适应能力。

薄荷茉莉酸受体McCOI1a基因的克隆与表达模式分析

唐伟林, 康琴, 汪霞, 谌明洋, 孙欣江, 王棵, 侯凯, 吴卫, 徐东北

2024, 40(1): 270-280. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0789

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【目的】茉莉酸（jasmonic acid, JA）受体COI1在调节植物生长发育、逆境响应方面具有重要作用。克隆薄荷McCOI1a基因，并分析其蛋白特征与表达模式，为薄荷分子育种提供基因资源。【方法】基于转录组数据从薄荷叶片中克隆McCOI1a，并通过生物信息学分析、烟草叶片瞬时表达、实时荧光定量PCR技术对McCOI1a的蛋白特性、亚细胞定位、基因表达模式进行分析。【结果】McCOI1a基因全长1 842 bp，编码613个氨基酸；McCOI1a蛋白具有保守的F-box和LRR结构域，与丹参SmCOI1蛋白同源性最高；亚细胞定位结果显示McCOI1a蛋白定位于细胞核；McCOI1a在不同组织中均有表达，在根中表达量最高，在叶序中表达呈逐渐上升的趋势；在叶片中，McCOI1a在MeJA、干旱、NaCl、AlCl₃、CdCl₂、CuCl₂处理下的表达呈不同程度的上调，并且AlCl₃处理下其上调最明显，表达量最高可达1 206倍；在根中，McCOI1a的表达在CuCl₂处理下呈先下调而后上调的模式，在其余处理下，McCOI1a的表达都呈现出不同程度的下调。【结论】McCOI1a响应MeJA和非生物逆境胁迫，可能在调控薄荷生长发育、逆境响应方面发挥重要作用。

bHLH96的克隆及其在薄荷萜烯生物合成调控中的功能

王斌, 袁晓, 蒋园园, 王玉昆, 肖艳辉, 何金明

2024, 40(1): 281-293. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0641

摘要 ( 2349 )

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【目的】薄荷精油是日化、医药和食品工业中的重要原料，bHLH转录因子在调控植物挥发性次生代谢产物合成中具有重要作用。探究bHLH蛋白在薄荷挥发性物质合成调控中的作用，为通过代谢或基因工程改良薄荷种质提供重要基因资源，拓展有关植物挥发性次生代谢产物合成途径与调控机制的认识。【方法】利用转录组测序和RT-qPCR技术分析bHLH96在薄荷根、茎、叶中的表达，并通过RT-PCR法克隆其全长序列，再利用DNA重组技术构建植物表达载体pBI121-bHLH96，利用农杆菌介导法在薄荷叶片中过表达，检测过表达bHLH96对薄荷叶片萜烯化合物含量和合成相关基因表达的影响。【结果】薄荷bHLH96的编码区全长861 bp，编码286个氨基酸残基。薄荷bHLH96是一个细胞核定位蛋白，植物bHLH96蛋白间的序列相似性为45.45%-73.68%，薄荷bHLH96与薰衣草LaMYC4和丹参SmbHLH94等唇形科植物bHLH蛋白的亲缘关系较近。在薄荷叶片中瞬时过表达bHLH96，显著影响15种萜烯化合物的相对含量。过表达bHLH96显著上调萜烯合成相关基因OC2、SM1、KS1、ND和EAO1的表达，显著下调NLS1、LS1和iPR的表达。【结论】薄荷bHLH96可能通过调控萜烯合成相关基因的表达，影响相关萜合成酶的活性，从而调控薄荷萜烯物质的合成。

森林根际土壤细菌的分离、鉴定及生物活性筛选

冯路遥, 赵江源, 施竹凤, 莫艳芳, 杨童雨, 申云鑫, 何飞飞, 李铭刚, 杨佩文

2024, 40(1): 294-307. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0586

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【目的】从无量山国家级自然保护区森林根际土壤发掘具有多种生物活性的功能菌株，探究其开发应用潜力。【方法】采集无量山地区25个区域植物的根际土壤，采用选择培养基，分离鉴定磷酸盐溶解、固氮、溶锌和拮抗等活性菌株，进一步测定菌株分泌铁载体、ACC脱氨酶和吲哚乙酸等生物活性，并验证促番茄种子发芽和生长效果。【结果】分离鉴定得到解磷菌70株，固氮菌27株，解钾菌8株，拮抗镰刀菌的菌株51株。其中，YIM B08401和YIM B08402形态学结合生理生化特性和16S rDNA序列测序，鉴定为白色伯克霍尔德氏菌（Burkholderia alba）和青岛假单胞菌（Pseudomonas qingdaonensis），两个菌株均具有磷酸盐溶解、固氮、溶锌和分泌铁载体的活性，最大可溶性磷含量为（455.63±59.65）mg/L和（878.95±64.78）mg/L；两株菌的促种子发芽试验结果接近，施加稀释10倍、10²倍和10³倍的发酵上清液后，发芽率都维持在82%-93%，明显高于对照组的56%和49%，施加菌株发酵液的处理组相较于空白对照组的长度都有显著增加。盆栽实验证明，两株菌株促生效果最明显的处理组在地上部长度、鲜重、干重、茎粗、根长、根鲜重、根干重方面的数据都显著优于对照组，YIM B08401的上述指标相对于对照组分别显著增加了89%、495%、268%、62%、53%、385%和469%，YIM B08402的上述指标相对于对照组分别显著增加了118%、528%、477%、55%、37%、413%和747%。此外，菌株YIM B08401还具有拮抗病原菌和分泌ACC脱氨酶活性，YIM B08402则还具有分泌吲哚乙酸的活性。【结论】无量山森林根际土壤蕴含具有多种生物活性的功能菌株，白色伯克霍尔德氏菌（B. alba, YIM B08401）和青岛假单胞菌（P. qingdaonensis, YIM B08402）具备开发为新型微生物肥料的应用潜力。

元蘑多糖的结构特征及其调节巨噬细胞免疫活性机制

王子璇, 隋玉, 尚学钰, 马思嘉, 吴天香, 刘洋, 王琦

2024, 40(1): 308-321. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0483

摘要 ( 174 )

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【目的】为明确元蘑多糖的结构特征，并探究其调节巨噬细胞免疫活性机制。【方法】采用水提醇沉法获得元蘑多糖粗提物，并通过DEAE-52离子交换层析及Sephacryl S-400葡聚糖凝胶过滤层析对该多糖粗提物进行分离纯化，获得多糖组分SEP-0a。分别采用高效凝胶渗透色谱法、离子交换色谱法、傅立叶红外光谱法检测了SEP-0a的理化性质。进一步采用CCK-8法、ELISA法、qPCR法、Western blot等方法考察了元蘑多糖SEP-0a对巨噬细胞RAW264.7的免疫调节作用及机制。【结果】元蘑多糖SEP-0a由半乳糖、甘露糖、葡萄糖和岩藻糖组成，相对分子量为4.23×10⁴ Da，并且具有α构型与β构型。体外免疫活性结果表明，元蘑多糖SEP-0a可显著增强RAW264.7细胞增殖和吞噬能力，促进该细胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）、一氧化氮（nitric oxide，NO）的分泌，提高肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6的表达，Western blot检测发现，该多糖可显著提高核转录因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号通路p65蛋白磷酸化表达。【结论】元蘑多糖SEP-0a可通过NF-κB信号通路调控巨噬细胞的免疫活性。

定点饱和突变提高赭曲霉11α羟化酶的催化性能

史京辉, 陈文慧, 陆坤, 郑婷婷, 任志远, 鲍国庆, 王敏, 骆健美

2024, 40(1): 322-331. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0751

摘要 ( 194 )

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【目的】11α,17α-双羟基黄体酮是重要的甾体激素类药物中间体，应用价值大。赭曲霉（Aspergillus ochraceus）CICC 41473的11α羟化酶CYP68J5是转化17α-羟基黄体酮生成11α,17α-双羟基黄体酮的关键酶，但其催化性能有待于提升。【方法】在课题组前期确定的关键氨基酸位点D118、F216和M488基础上，通过定点饱和突变和底物转化实验进行优良突变体的筛选；使用AutoDock进行酶与底物的分子对接，并通过Discovery Studio和Gromacs分别研究分子间相互作用力和分子动力学模拟。【结果】突变体D118V、F216W、M488L和M488W具有催化性能，其中，优良突变体D118V的活性最高，其在底物浓度0.5 g/L时，生产强度为431.66 mg/（L·d），较野生型提高了2.12倍，这可能是因为当118位的天冬氨酸突变为缬氨酸后，该位点与底物之间产生了新的疏水相互作用，增强了酶的底物结合口袋的疏水性。分子动力学模拟结果表明酶的整体构象更稳定，酶与底物的结合更紧密。【结论】通过定点饱和突变获得了催化性能显著提升的优良突变体D118V，研究结果为甾体11α羟化酶的改造提供了应用案例和理论指导。

共生微生物对仔猪肠道发育、代谢和线粒体功能的影响

张进威, 吴元霞, 孙静, 李晓开, 陆路, 李周权, 葛良鹏

2024, 40(1): 332-343. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0492

摘要 ( 175 )

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【目的】以猪为动物模型研究共生微生物对宿主肠道发育代谢的调控作用。【方法】经无菌剖腹产、无菌饲养等技术培育无菌（germ-free, GF）仔猪和无特定病原（specific pathogen-free, SPF）仔猪，通过形态学观察、液相色谱分析、RNA-seq等方法研究共生微生物对仔猪肠道形态、代谢、基因表达及线粒体功能的影响。【结果】共生微生物对仔猪肠道的形态结构、短链脂肪酸含量、氨基酸代谢和肠道细胞线粒体含量等方面产生不同程度的影响；共生微生物影响仔猪肝脏、回肠和结肠组织的整体基因表达，调控线粒体氧化磷酸化、氨基酸代谢、脂质代谢等生物学过程相关基因表达，导致线粒体功能发生改变，从而影响仔猪肠道营养物质的吸收与代谢。【结论】共生微生物通过调控肠道细胞线粒体从而影响仔猪肠道发育和代谢，为“微生物-宿主互作”调控仔猪肠道健康相关研究奠定理论基础。

短小芽孢杆菌对羔羊肠道炎症和屏障功能的影响

焦帅, 付域泽, 崔凯, 张吉贤, 王杰, 毕研亮, 刁其玉, 张建新, 张乃锋

2024, 40(1): 344-352. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0498

摘要 ( 165 )

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【目的】本试验旨在研究短小芽孢杆菌对羔羊生长性能及腹泻、血清指标、结肠组织形态、炎性细胞因子和紧密连接蛋白含量的影响。【方法】选取36只初生重3 kg左右的1日龄萨能奶山羊公羔，随机分为4组（每组9个重复，每重复1只羔羊）；每天分别饲喂0（CON组）、1 mL（BP1组）、5 mL（BP5组）、10 mL（BP10组）短小芽孢杆菌菌液，其活菌数为1×10⁸ CFU/mL，试验期14 d。【结果】饲喂短小芽孢杆菌对羔羊末重、平均日增重、平均日采食和料重比均无显著影响（P > 0.05），但均降低了羔羊的粪便评分和腹泻频率（P < 0.05）；BP1组血清中谷草转氨酶含量低于对照组（P < 0.05），二胺氧化酶含量低于对照组和BP5组（P < 0.05），与对照组相比，其它三组均降低了D-乳酸含量（P < 0.05）；BP1组增加了结肠肌层厚度（P < 0.05）；与对照组相比，BP1组、BP5组和BP10组均降低了IL-1β、IL-6、TNF-α含量（P < 0.05），增加了IL-10、TGF-β、IFN-γ、PPAR-γ的含量以及MUC2、Claudin-1、Claudin-4、Occludin和ZO-1的含量（P < 0.05），而且减少了结肠组织中性粒细胞细胞浸润。【结论】在初生羔羊代乳粉中添加短小芽孢杆菌可以降低羔羊腹泻频率，改善结肠组织形态，缓解炎症反应，增强黏膜屏障功能，但对生长性能无显著影响。

2024, 40(1): 353.

摘要 ( 78 )

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