基于中红外光谱技术鉴别转基因大豆的方法研究

转基因技术对于实现粮食增产,保护生物多样性,减少化学农药使用量等方面有着重大意义,但也可能存在一定的安全隐患。因此,转基因作物检测鉴别技术的研究愈发受到重视。本文采用中红外光谱分析技术,研究对不同品种的转基因大豆及其亲本进行鉴别的可行性。实验采集了三种不同的非转基因大豆亲本(HC6, JACK和W82)及其转基因大豆品种在3 818～734 cm-1范围内的光谱信息。采用偏最小二乘-判别分析(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA)进行判别分析,三种大豆的建模集的判别正确率分别为96.67%, 96.67%和83.33%,预测集的判别正确率分别为83.33%, 85%和85%。研究中采用X-loading weights、变量投影重要性(variable importance in the projection,VIP)和二阶导数(second derivative,2-Der)三种特征波数选择方法对光谱数据进行处理,并根据得到的特征波数分别建立PLS-DA模型进行判别分析,三种大豆的建模集和预测集的判别正确率均超过76.67%和75%。采用主成分分析(principal component analysis,PCA)和独立组分分析(independent component analysis,ICA)两种特征信息提取方法对光谱数据进行处理,分别建立PCA-PLS-DA和ICA-PLS-DA模型进行判别分析,三种大豆的建模集和预测集的判别正确率均超过80%和75%。研究表明中红外光谱分析技术可以较为准确地鉴别非转基因亲本与转基因品种,为转基因大豆的无损鉴别提供新的思路。同时结合特征波数选择方法与特征信息提取方法可以有效地降低模型复杂度,减少程序运算量。     

从对转基因的认识谈高中学生科学素养的培养

高中化学和生物教材有多处介绍核酸、基因、转基因的知识,但通过问卷调查发现：高中学生对基因、转基因技术和转基因食品的认识模糊不清。究其原因可能是由于教学的功利性,仅关注本学科的高考,不注意学科间知识的融会贯通,不重视学科前沿知识和社会热点问题的拓展。高中化学课程中应重视“核酸”等生命化学相关内容的教学,拓展学生对转基因技术的科学认识,引导学生运用所学知识和科学方法去分析、判断转基因食品的安全性问题,着眼于培养学生的科学素养。     

高光谱的病害棉叶光合参数提取

应用高光谱遥感监测黄萎病胁迫下棉花叶片光合参数。在350～2 500 nm光谱波段获取207个不同时期不同病情严重度的棉叶样本光谱数据,同步利用光合仪测量样本光合参数。采用单因素方差和相关分析研究光合参数特征,提取样本叶片光合参数的敏感波段并筛选光谱特征参数,采用线性和非线性回归方法建立预测模型并检验。结果表明：随病情严重度增加,棉叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均下降,胞间CO₂浓度先降后增,差异显著;病情严重度与光合参数均达到显著相关,与净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间 CO₂浓度相关系数分别为-0.97, -0.957, -0.886和0.715。选择与光合参数相关性最好的光谱敏感波段R704, R706, R699, R690, FD688, FD732, FD690, FD731, FD681组建新的光谱特征参数并与传统参数一起对净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间 CO₂浓度进行反演,其中是以光谱参数PRI[FD732, FD688]), R706, RVI[890, 670]), R690为自变量建立的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO₂浓度反演方程精度最高,预测R2分别为0.827, 0.810, 0.658, 0.573;RMSE分别为5.466, 2.801, 109.500, 63.500;RE分别为0.041, 0.137, 0.158, 0.021。表明通过高光谱遥感可以实现棉花黄萎病叶片光合生理参数的提取。     

转反义ACS基因番茄和普通番茄果实中锌含量和钠钾比与抗病性的关系研究

植物激素与矿质元素吸收以及与植物抗性的关系研究是近年来人们关注的热点。实验采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定转反义ACS基因耐贮番茄(乙烯的生物合成被抑制)及同品种普通番茄果实(对照)中Zn,Na,K元素的含量及Na/K比例的差异,并对其与果实抗病原菌侵染能力的关系进行讨论。结果表明：乙烯生物合成受阻的转反义ACS番茄果实抗病原菌侵染的能力高于对照果实,其Zn元素的含量是普通番茄果实的1.5倍;K元素含量在两种果实中无明显差异,但Na元素含量显著高于对照,Na/K比值是对照的2.0倍。说明Zn元素含量和Na和K元素的比例关系可能在转反义ACS番茄果实抗病原菌侵染的过程中起到一定作用。     

近红外高光谱成像技术用于转基因大豆快速无损鉴别研究

以近红外高光谱成像技术,结合化学计量学方法,研究了转基因大豆的快速、无损检测方法。实验以3种不同非转基因亲本(HC6, JACK, TL1)及其转基因大豆作为研究对象。采用高光谱成像系统采集874~1 734 nm波长范围的256个波段范围的高光谱图像,提取大豆的光谱信息,剔除明显噪声部分后,采用Moving Average(MA)平滑预处理的941~1 646 nm范围光谱数据进行分析。采用偏最小二乘判别分析算法(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA),对3种非转基因亲本大豆建立模型进行判别分析,其相应的建模集和预测集的判别正确率分别为97.50%和100%,100%和100%,96.25%和92.50%,结果表明,高光谱成像技术可用于非转基因大豆的识别。对非转基因亲本及其转基因大豆进行判别分析,基于全谱,3种的建模集和预测集的判别正确率分别为99.17%和99.17%,87.19%和81.25%,99.17%和98.33%;以x-loading weights提取非转基因亲本及其转基因大豆判别分析的特征波长并建立PLS-DA模型,3种的建模集和预测集的判别正确率分别为72.50%和80%,80.63%和79.38%,85%和85%,该结果表明非转基因亲本与转基因品种的判别分析是可行的,特征波长的选择也可用于非转基因亲本与转基因品种的判别分析。研究表明采用近红外高光谱成像技术对非转基因大豆、非转基因亲本及其转基因大豆进行鉴别是可行的,为转基因大豆的快速无损准确鉴别提供了一种新方法。     

病害胁迫下棉花叶片色素含量高光谱遥感估测研究

通过小区和大田同步调查棉花黄萎病,在不同生育期测定病叶光谱及其色素含量。将病叶光谱反射率、一阶微分及相应的特征参数与色素含量进行相关分析,建立病叶色素含量估测模型并检验。结果表明：病叶叶绿素a,b及a+b含量可见光反射率、与一阶微分光谱在蓝边、黄边和红边处与除红边振幅(Dr)外的其他光谱特征参数间均达极显著相关。转换叶绿素吸收反射指数(TCARI)和新建归一化植被指数(NDVI[702, 758])对叶绿素a, b及a+b含量的估测精度最高,相对误差均小于1.3%。考虑到NDVI[702, 758]建立的模型更实用,可做为病叶叶绿素a, b和a+b含量的最佳估测模型。研究结果对高光谱信息定量估测病害棉叶色素含量,对利用高光谱监测棉花长势及病害影响评价均具有较高的实用价值。     

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定转基因大豆中的无机元素

本文研究建立了用电感耦合等离子体质谱法测定转基因大豆中无机元素含量的方法,实验结果表明,转基因大豆中Ca、Na、K、Mg、Zn、Fe的含量比较丰富。方法灵敏可靠,测量相对标准偏差(RSD,n＝6)均小于3％,方法的回收率在99%~104%,实现结果为探讨转基因大豆对人体的营养保健作用提供了参考数据。     

以还原氧化石墨烯和纳米二氧化锆为DNA探针固定平台电化学测定转基因玉米中特定基因序列

草胺膦乙酰转移酶基因(PAT)是一种转基因植物的外源DNA片段。 本文以还原氧化石墨烯和纳米二氧化锆(nanoZrO₂)的复合物作为固定DNA探针的平台,建立了一种灵敏地检测PAT基因的方法。 首先,氧化石墨烯直接在电极表面进行电化学还原,然后将一层nanoZrO₂涂覆于其表面,利用DNA中的磷酸基团与nanoZrO₂中氧的亲和作用固定DNA探针。 通过微分脉冲伏安法检测DNA探针与PAT基因片段的杂交,构建了用于检测PAT基因片段的电化学生物传感器。 该传感器具有稳定性好,重复性好的特点,可灵敏地检测转基因玉米中的PAT基因,检测限达2.0×10^-15 mol/L。     

转基因作物pat蛋白的双抗体夹心酶联免疫检测方法研究

将克隆到的pat基因构建原核表达载体pET30(+)-pat并在大肠杆菌中进行表达,分离纯化得到高纯度pat蛋白。用所得到的pat蛋白制备了兔多克隆抗体和鼠单抗2F6。多抗效价>8000,单抗效价为5×104;单抗为IgG1类,轻链为κ型。基于抗pat蛋白单克隆抗体和兔多克隆抗体建立了双抗夹心酶联免疫分析方法(Sandwich ELISA)。检测范围为1.6~100μg/L,线性回归方程y=0.6914x-2.572,决定系数为0.9951。用所建立的方法测定了5个转基因抗虫棉和2个非转基因棉花品种叶片中pat蛋白的含量,其中转基因抗虫棉中的3个品种检测出pat蛋白,其余均未检出pat蛋白。     

加速溶剂萃取-超高效液相色谱-串联质谱快速测定棉花中残留的8种脱叶剂

采用加速溶剂萃取结合超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)技术,建立了一种快速提取和测定棉花中8种脱叶剂(噻苯隆、脱叶磷、甲基苯噻隆、脱落酸、氟酮唑草酯、敌草隆、百草枯、嘧草硫醚)的分析方法。样品经提取、浓缩,乙腈-水溶液(1:9, v/v)溶解,采用Acquity UPLC^® HSS T3柱(50 mm×2.1 mm, 1.8 μ m)分离,以乙腈-0.05%(v/v)甲酸水溶液为流动相,梯度洗脱,电喷雾正离子模式多反应监测,外标法定量。该方法在0.01~0.3 mg/L范围内线性关系良好(r >0.99),在添加含量水平为0.1、0.5、1.0 mg/kg时,平均回收率范围为(84.18±8.04)%~(95.99±6.76)%,相对标准偏差(RSD)为7.04%~10.60%,方法检出限(LOD)为0.8~29 μ g/kg,方法定量限(LOQ)为2.5~96 μ g/kg。该方法操作简便、快捷、灵敏、准确,适合棉花中8种脱叶剂的确证和定量测定。