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关键词： 青牛胆   雷公藤   氮肥   生物碱   二萜类萜类化合物   基因组学   代谢组学   转录组学   生物合成途径  

摘要： 多年生药用植物青牛胆Tinospora sagittata(Oliv.)Gagnep.和雷公藤Tripterygium wilfordii Hook F.由于含有多种生物活性物质,如生物碱类和克莱罗烷萜类化合物,具有十分重要的药用价值。近年来,基因组学、转录组学和代谢组学在测序和组学领域的技术完善大力推动了药用植物的全基因组测序,并为不同胁迫条件下次生代谢物质生物合成的解析提供了强有力的技术支撑。因此,目前已能够探明青牛胆植物的起源和进化,及其基因组资源和代谢组,从而可深入了解这种重要药用植物的基因组全貌及其与其他植物的系统发育关系、次生代谢产物生物合成途径,以及外源氮等非生物因子对青牛胆和雷公藤体内次生代谢物的影响。 本研究首先选用富含二萜类化合物的多年生药用植物雷公藤,借助代谢组学技术,分析了在不同外源氮水平和不同生长介质条件下连续生长3年的雷公藤体内二萜类代谢的变化。其次,借助转录组学和代谢组学比较分析,连续两年内探讨了5种外源氮水平(0、30、60、90和120 g N/pot)对青牛胆药用部位产量、品质、次生代谢产物组成以及苄基异喹啉生物碱(BIAs)和二萜生物合成途径中基因表达的影响。更进一步,以青牛胆为材料,采用Pac Bio-Hi Fi(长读)和Illumina Hiseq X(短读)测序技术结合Hi-C(高通量染色体构象捕获技术),开展高质量的染色体规模的基因组组装和转录组组装,以鉴定BIAs生物合成途径中的基因,解析CYP719(Ts A02G014550)基因的功能特征,并深入进行了靶向和非靶向代谢谱研究。主要结果表明: 1-过量施氮(120 g N/pot)显著增加雷公藤地上茎的鲜重,但降低植株株高和鲜根重;而缺氮(0 g N/pot)条件下雷公藤的茎鲜重、株高和根鲜重这3个指标均显著降低。此外,氮过量或不足均抑制雷公藤根和茎中雷公藤甲素和雷公藤红素的累积,在2020至2022连续3年的试验中,均观察到雷公藤在中等水平外源氮处理下其根中和茎中的雷公藤甲素和雷公藤红素含量最高。本研究中,从雷公藤中分离鉴定出197种生物碱、216种黄酮类化合物、12种木脂素、25种香豆素、227种酚酸、13种单宁、147种萜类化合物和43种其他次生代谢产物。值得注意的是,生物碱在中等氮水平(30-60 g N/pot)下上调,而黄酮类化合物在较高氮(90-120 g N/pot)处理下下调。 2-90 g N/pot(处理编号A3)处理下青牛胆的平均株高和地上部重量最高,而30 g N/pot(A1)处理下青牛胆的根和块根重量增加。外源氮对青牛胆块根、根和地上茎中主要活性成分积累的影响表现出组织特异性,巴马汀含量在90 g N/pot处理下最高,药根碱含量在中等施氮量(60 g N/pot,A2)时达到峰值,而古伦宾含量则随着施氮量的增加呈现下降趋势。参与BIAs和二萜类生物合成途径的关键基因在A3处理下上调的更多,在其他处理中下调的更多。使用UPLCMS/MS检测和自建数据库,与A0(对照)进行比较的结果显示,在A3(90 g N/pot)处理下,前20种受调控的化合物中上调的代谢组分多于下调的代谢组分。 3-青牛胆组装的基因组大小为2.33 Gb,由4070个支架组成(N50=42.06Mb),揭示了毛茛目青牛胆的进化地位。结合青牛胆以及16个其他植物基因组的系统发育分析,推测出青牛胆的起源时间,明确了其基因组在大约150万年前(Mya)发生过一轮串联复制以及大约86.9 Mya的全基因组复制(WGD)。WGD事件导致毛茛目获得进化枝特异性细胞色素P450基因家族的复制。同时,我们从青牛胆基因组中挖掘出与生物碱生物合成代谢途径的相关基因,鉴定出一个CYP719候选基因Ts A02G014550,并对该基因的功能进行了验证,即在药根碱生物合成途径中催化形成四氢小檗碱((S)-canadine)。 综上所述,本研究为优化氮肥施用策略以提高药用植物中特定次生代谢物的生产提供了有价值的见解。此外,本研究首次提供了青牛胆染色体水平上的基因组组装,为鉴定调控特定次生代谢物合成的关键基因以及有针对性地提高药材质量提供了理论支撑。本研究结果填补了施氮对雷公藤和青牛胆特定代谢物代谢影响的研究空白,对于这两种药用植物的高效栽培实践和制药应用均具有具有实际意义。

关键词： aN-Y分子筛   拉曼光谱   高压环境   纳米限域   离子交换  

摘要： 沸石分子筛是一种多孔的硅铝酸盐，因其独特的框架结构而具有卓越的催化、吸附和离子交换性能，在众多技术进步中不可或缺。近年来，人们利用高压科学技术研究其在高压下的各种相变，观察到其在压力作用下会出现非晶化，且在一定限度下该相变是可逆的，这一性质与框架中存在的阳离子和水分子相关。其中，Y型分子筛（如Na-Y）是一种被广泛使用的FAU结构分子筛，本文利用不同的传压介质，结合高压拉曼散射光谱技术，探讨压力对框架结构的影响，旨在阐明Na-Y分子筛随压力的增加结构如何变化，以提供一种沸石在高压下相变的新见解。同时，分子筛的多孔框架也会对其内的分子起到限域作用，本文利用高压实验技术，探讨了Na-Y分子筛在高压下对N2和H2的限域储存情况。具体结果如下：　　1.测试Na-Y分子筛在无传压介质、4:1甲醇-乙醇溶液、N2、Ar、He的环境中在高压下的拉曼散射光谱，并将500cm?1附近的拉曼振动分为两部分，各对应142°和146°键角的振动，分别主要用来构成超笼和双六元环。最终发现无论在何种环境下，分子筛都会先经历超笼对应的相变进入非晶相，后经历双六元环对应的相变进入第二非晶相。在使用传压介质后，由于传压介质可进入超笼，为分子筛框架提供支撑作用，可提高分子筛进入非晶相的压力，且提升效果与传压介质分子尺寸成正比。但当使用N2作为传压介质时，由于其在压力作用下与框架发生相互作用，分子筛进入第二非晶相的压力小于使用Ar和He的情况。　　2.对于Na-Y分子筛双六元环的可压缩性，当不使用传压介质或使用较大尺寸的传压介质（如4:1甲醇-乙醇溶液）时，在相变前后，双六元环的可压缩性均由小变大，但当使用小尺寸的传压介质（如N2、He、Ar）时，由于其可进入双六元环中，导致双六元环可压缩性在相变后降低。比较特殊的是，当使用He作为传压介质时，由于其动力学直径过小（小于双六元环中四元环的直径），amp;nbsp;易从双六元环中逸出，因此对双六元环支撑作用弱于N2和Ar的情况。　　3.分别使用N2与H2作传压介质，在有Na-Y分子筛的位置测试高压下相应的拉曼振动峰，与无分子筛样品的信号对比，发现在压力作用下，分子筛框架坍缩后，对N2产生额外的压力，导致其内的N2比在分子筛外的体相N2更快进入β相，且N2与框架之间存在相互作用，当卸压至常压后，仍可在剩余样品中检测到N2的存在，该N2至少可存在94天。但对于H2，在压力作用下，Na-Y分子筛的框架会对其内的H2起到保护作用，使分子筛内的H2所受压力小于分子筛外部的。在卸压到常压后，又由于H2动力学直径较小（小于双六元环中四元环的直径），很容易从框架中逸出，最终无法保留在分子筛内。

关键词： 羊肠毒血症   A型产气荚膜梭菌   出血性坏死性肠炎   基因组学  

摘要： 产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens,***）是一种人畜共患的病原菌,可引起气性坏疽、肠毒血症以及人类腹泻等人和动物的多种疾病。本研究通过病理学方法诊断了12例羊肠毒血症病例,并通过厌氧培养,从12例羊肠组织中分离出12株产气荚膜梭菌。采用牛乳生化试验、16SrRNA测序和毒素基因型多重PCR方法对分离菌株进行鉴定,利用溶血实验筛选出4株溶血能力较强的菌株,进行生长曲线和小鼠半数致死量(LD50)测定,筛选出1株强毒菌株及1株较弱毒菌株进行基因组学测序和分析。 羊肠毒血症病理学诊断:12例发病羊均急性死亡,发病后期角弓反张,病程30分钟至数小时。尸体剖检显示出血性肠炎,重症病例整个肠段内有大量暗红色血样内容物;肾脏变软;心内膜、心外膜、脾脏、胸腺等部位散在或弥漫分布暗红色出血斑点。组织病理学可见严重的出血性坏死性肠炎、坏死性肾炎、坏死性肝炎、轻度急性炎性脾肿,出血性淋巴结炎和浆液性出血性胸腺炎。 细菌分离鉴定:本研究从12例病例中分离出12株革兰阳性粗大杆菌。牛乳生化实验结果显示12株病原菌均能产酸产气,导致牛乳暴烈发酵。16S rRNA测序结果比对分析鉴定12株病原菌均为产气荚膜梭菌,毒素基因型多重PCR方法鉴定结果显示12株产气荚膜梭菌均为A型,并命名为NM-2024-1～NM-2024-12。溶血实验结果显示12株菌均有溶血活性,NM-2024-1、2、3、4、11菌株溶血率达85%以上,分离株NM-2024-1溶血活性最强。选取NM-2024-1、2、3和4菌株进行生长曲线测定及小鼠半数致死量试验,生长曲线测定试验结果显示NM-2024-1、NM-2024-2、NM-2024-3、NM-2024-4分离株大约在0～6 h内生长速度较快,10 h后到达平台期,22 h开始衰亡。4株菌株总体生长速率NM-2024-3>NM-2024-1>NM-2024-2>NM-2024-4。小鼠半数致死量实验Spss-statistics 24回归分析结果显示4株菌对小鼠半数致死量分别为1.7×10～6、4.8×10～6、1.3×10～7、1.6×10～7 cfu/m L,表明分离株NM-2024-1对小鼠毒性最强,NM-2024-3毒力较弱。 选出NM-2024-1和NM-2024-3菌株进行基因组学测序和分析。结果显示NM-2024-1基因组大小为3,275,124 bp,GC含量为28.38%,编码基因2832个,非编码RNA 128个（30个rRNA,97个t RNA,1个s RNA）,CRISPR总数7个,基因岛6个。NM-2024-3基因组大小为3,282,695 bp,GC含量为28.34%,编码基因2848个,非编码RNA 126个（30个rRNA,95个t RNA,1个s RNA）,CRISPR总数4个,基因岛11个。NM-2024-1、NM-2024-3菌株在通用数据库注释结果:KEGG数据库比对中分别有1556、1546个基因得到注释;GO数据库功能分类统计相似,其中参与细胞形成和代谢功能注释到的基因数量最高,均超过1500个;Nr数据库比对中分别有2828和2843个基因得到注释;Swissport数据库比对中分别有1746和1743个基因得到注释;COG数据库比对中分别有1923和1933个基因得到注释;此外,CAZY数据库比对中分别有489、485个基因得到注释,其中与GT（糖基转移酶）相关基因数最多,分别为173和179。TNSS系统效应蛋白注释结果发现NM-2024-1、NM-2024-3分别有6和4个基因被注释到。CARD数据库比对分析结果显示,NM-2024-1菌株共发现10个抗生素抗性基因涵盖14类抗生素,NM-2024-3菌株发现10个抗生素抗性基因与NM-2024-1菌株相比仅涵盖9类抗生素。NM-2024-1和NM-2024-3菌株均存在双组分调节系统。 本研究通过病理学方法诊断了12例羊肠毒血症、分离鉴定了12株A型产气荚膜梭菌并阐明其中2株分离菌株的基因组学特征,为疾病的诊断和防控以及产气荚膜梭菌的深入研究奠定基础。

关键词： 水分解   析氧反应   NiCoFe-Bi催化剂   阴离子交换膜水电解槽   自修复催化剂  

摘要： 氢能作为一种能量密度高、使用过程中无碳排放的可再生、可持续能源,如今主要由天然气的蒸汽重整、气化和部分氧化等石油化工过程生产。然而,这些过程不可避免地向大气中排放温室气体,从而降低了氢能的优势。因此,关于碱性电解水（AWE）系统和质子交换膜电解水（PEMWE）系统的研究吸引了许多研究人员的关注,因为它们可以产生高纯氢气而不排放任何温室气体。虽然前一种体系具有技术成熟度高、结构简单和成本低廉（由于使用非贵金属催化剂）的优点,但由于其使用液体电解质,因此存在电解质泄漏、腐蚀严重和能量密度低的问题。PEMWE系统则具有高产氢率、紧凑的设计、高电流密度(超过2 A cm-2)等优点。然而,由于PEMWE系统是在酸性条件下运行的,需要使用贵金属电催化剂（如Pt、Ir、Ru）、价格昂贵的质子交换膜、Ti基双极板及其涂层,所以PEMWE系统比AWE系统需要更高的成本,限制了其大规模的应用。为了解决上述问题,新进开发出了一种阴离子交换膜电解水（AEMWE）系统,该系统结合了上述两种系统的优势,可以使用阴离子交换膜作为固体电解质,并在碱性环境中运行,这使得该系统能够使用廉价的非贵金属催化剂,极大地降低了成本。然而,现阶段AEMWE系统的效率和稳定性仍然远低于PEMWE系统。 在催化剂稳定性的探索中,自修复策略被认为是实现析氧反应（OER）催化剂长期稳定性的唯一可行方法。在此前的工作中,已经证明活性硼酸根插层的镍钴铁层状双氢氧化物催化剂（Ni Co Fe-Bi）在强碱性条件下的三电极体系中具有良好的自修复能力,但其在实际电解槽中的应用情况还是未知的。据此,本论文通过一步电沉积的方法,成功地在泡沫镍（NF）基底上制备了Ni Co Fe-Bi催化剂。在半电池测试中,Ni Co Fe-Bi/NF阳极在电流密度为500 m A cm-2时表现出340 m V的OER过电位,在50℃时的Tafel斜率为30.0 m V/dec。由于铁活性中心在电解过程中具有独特的自修复机制,当与Co3S4纳米片/NF阴极耦合时,组装的阴离子交换膜水电解槽在工作电流密度为500 m A/cm2,电解槽电压为1.98 V时,稳定产氢超过100h。这些结果表明,在操作条件下,Ni Co Fe-Bi自修复催化剂具有很高的效率和耐久性,为AEMWE系统在制氢方面的工业应用提供了新的指导。