華中農大張吉斌組等獲得高質量水虻基因組圖譜

　　水虻基因組圖譜和腸道微生物組降解規律獲解析

　　近日，華中農業大學生命科學技術學院張吉斌教授課題組與上海植物生理研究所黃勇平研究員課題組合作，對武漢亮斑扁角水虻純化10代的品系進行了全基因組測序，獲得了高質量水虻基因組圖譜，并對水虻轉化不同有機廢棄物的腸道微生物組進行分析，揭示了水虻能在畜禽糞污等惡劣環境中高效利用有機廢棄的機制。研究結果于11月25日在線發表在細胞生物學學術期刊Cell Research上。

　　隨著全球人口的迅速增長和餐廚剩余物、畜禽糞污等廢棄物的圍城，糧農組織號召全世界利用食用昆蟲將有機廢棄物質高效資源化，滿足畜禽和人類對飼料和食物的需求，并能凈化環境。水虻優良品系的開發和水虻轉化有機廢棄物的工業化應用成為當下研究的熱點。

　　華中農業大學喻子牛、張吉斌教授課題組從美國德州農工大學引入水虻養殖技術，采集全國不同地區的野生水虻進行室內馴化，通過3年的努力，成功獲得了具有自主知識產權的高效轉化有機廢棄物的亮斑扁角水虻武漢品系，并解決了水虻大規模飼養的關鍵技術，建立了水虻與微生物聯合轉化有機廢棄物新工藝。為了對水虻武漢品系進行深入的研究與開發，課題組對系野生型雜合性高的亮斑扁角水虻武漢品系進行純化，培養出亮斑扁角水虻武漢純化品系。隨后，張吉斌教授課題組與黃勇平研究員課題組合作，獲得了高質量水虻基因組圖譜，并通過對水虻轉化不同有機廢棄物的腸道微生物組進行分析，揭示了水虻能在畜禽糞污等惡劣環境中高效利用有機廢棄的機制。

　　該研究進一步研發了一種基于CRISPR/Cas9基因編輯的高效方法，獲得了水虻不具有飛行能力的品系，并增強了飼養能力的表型，為水虻應用基礎研究、優良品系的開發和水虻轉化有機廢棄物的工業化應用奠定了基礎。

　　華中農業大學蔡珉敏副教授為論文共同第一作者，張吉斌教授和中科院上海植物生理研究所黃勇平教授為共同通訊作者。本研究得到了十三五國家重點研發計劃、國家外專局高端外國專家項目和中國科學院的資助。

　　沼液中氨氮分離及資源化利用研究取得新進展

　　近日，華中農業大學工學院晏水平教授團隊在能源與環境工程國際學術期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上在線發表題為Developing a Vacuum-Assisted Gas-Permeable Membrane Process for Rapid Ammonia Recovery and CO2 Capture from Biogas Slurry的文章，提出了一種低碳足跡的沼液氨氮快速回收及資源化利用新技術。該技術可在不改變沼液pH值條件下實現快速的氨氮回收和CO2分離，同時還可規避傳統氨氮分離中易產生泡沫和引入氧氣等問題，對于沼液中氨氮的穩定脫除及后期的沼液回用提供可能，為資源回收與碳捕集提供新途徑。

　　畜禽糞便厭氧發酵后產生的沼液中含有高濃度氨氮，其直接利用將可能導致氮的大量流失，進而造成空氣中顆粒物（如PM2.5）的增加、水體富營養化、甚至地下水污染等環境問題。因此，有必要在沼液利用前回收其中大部分氨氮。此外，沼液回流進行厭氧發酵工藝中，高氨氮濃度也極易導致發酵失敗，因而沼液回用前必須進行氨氮脫除。從沼液中回收的氨氮既是重要的肥料資源，同時也是重要的化工原料。但現階段大多數氨氮回收的研究多關注于回收效率提升和可行性探討，對于低碳足跡的氨氮回收與利用涉及較少。

　　科研團隊創新性提出采用減壓輔助的透氣膜過程用于沼液氨氮分離與回收，可實現沼液氨氮的快速回收和CO2捕集。研究中，使用一級反應動力學模型驗證了減壓輔助的透氣膜過程對于氨氮回收的高效性，其一級反應動力學常數達到0.28 h-1，大大超過單獨的膜吸收與熱脫除技術。通過氨氮與水分傳質特性，獲得了高效低能耗操作參數，揭示了氨氮和CO2在該過程中傳質機理，驗證了過程的長期穩定性。根據全生命周期評估原理，核算出該過程的溫室氣體排放量為-1.6 kg-CO2/kg-N，表明該過程可實現CO2的凈負排放。

　　該項研究以厭氧發酵后沼液中的氨氮回收制備可再生CO2吸收劑（RAA）為主線，進一步梳理出以農業廢棄物如秸稈、畜禽糞便等為原料，加工制備出用于CO2捕集的醇胺類吸收劑、氨基酸鹽類吸收劑和無機鹽類吸收劑，為近期工業化利用化學吸收法捕集CO2提供充足的綠色原料支撐。與此同時，在沼氣工程的碳減排與提質增效方面，研究提出以可再生氨水為紐帶，同時實現營養物質的回收、CO2捕集和沼氣提純。相比于傳統工藝過程，新型的工藝系統通過資源的合理配置和能源的梯級利用，可實現系統經濟利潤的增加和CO2凈負排放。相關研究成果也陸續發表在ACSSustainable Chemistry & Engineering，EnvironmentalScience&Technology等國際期刊上。

　　華中農業大學工學院講師賀清堯博士和農業部沼氣科學研究所席江博士為共同第一作者，晏水平教授為論文通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金（51376078,51676080）、中央高校基礎研究基金（2662018PY046, 2662018QD028）、農業部農村可再生能源開發利用重點實驗室開放研究課題基金（2018-003）的資助。

　　秸稈還田耕整技術裝備及檢測研究取得新進展

　　近日，華中農業大學農業農村部長江中下游農業裝備重點實驗室夏俊芳教授團隊在國際學術期刊Soil & tillage research上發表題為Evaluation of straw spatial distribution after straw incorporation into soil for different tillage tools的文章，提出了一種秸稈還田空間分布效果檢測的方法。

　　土壤耕作是農業生產中最早進行的環節，也是最重要的農業技術操作之一。耕作令土壤松動，結構發生變化，是對土壤、雜草和秸稈殘茬的一次綜合處理，目的是為作物播種準備良好的種床條件。秸稈是一種天然的有機肥，因而秸稈還田可有效降低化肥的使用量。研究表明，秸稈還田可以顯著減少溫室氣體的排放，增加土壤有機質的含量，提高土壤酶活性，改善土壤團聚體結構。秸稈還田后秸稈與土壤的混合程度難以描述和觀測。因此，難以評估耕作工具作業后在土壤中的真實秸稈還田效果。以往的研究主要集中于在單位面積土壤上摻入定量秸稈，或耕作過程中秸稈殘茬的移動規律，并沒有足夠的數據來深入了解土壤耕作后秸稈摻入土壤的均勻程度。

　　該項研究以稻茬秸稈田為研究對象，進行了普通旋耕機（TR）、課題組研制的秸稈旋埋還田機（SR）及深松+秸稈旋埋還田機（SSR）三種機型的秸稈還田試驗研究。為實現對耕作土壤中秸稈分布的測量，設計了一種秸稈三維坐標測量裝置，包括數顯角度尺，數顯深度尺，和數顯標尺。該裝置可通過測量秸稈兩個端點的空間坐標來確定整根秸稈的空間位置。將所獲得的所有秸稈坐標導入三維繪圖軟件中生成秸稈的三維立體圖。由此，秸稈的空間位置在繪圖軟件中被還原，秸稈在土壤中的分布狀態在繪圖軟件中可視化及量化顯示。結果表明，TR作業后秸稈的切斷效果不好，地表殘留了較多秸稈，并且在耕作深度的下層埋入秸稈較少，劃分的單元格內秸稈平均長度較小，沒有秸稈的單元格較多。與TR相比，SR和SSR作業后的秸稈平均長度分別減小了48.2%和52.7%，地表僅殘留了少量秸稈，在耕作深度的下層秸稈層占比分別增加了154.9%和214.1%，單元格內的秸稈平均長度分別增加了114.9%和98.6%，沒有秸稈的單元格數量分別減小了40.2%和36.0%。總體而言，SR和SSR在秸稈切斷和秸稈摻入土壤方面更具優勢，且SSR可以將更多的秸稈埋入下層土壤。

　　華中農業大學工學院博士研究生周華為論文第一作者，夏俊芳教授為通訊作者。該項研究得到了公益性行業（農業）科研專項和國家重點研發計劃子課題等項目的支持。