华中农大张吉斌组等获得高质量水虻基因组图谱
水虻基因组图谱和肠道微生物组降解规律获解析
近日，华中农业大学生命科学技术学院张吉斌教授课题组与上海植物生理研究所黄勇平研究员课题组合作，对武汉亮斑扁角水虻纯化10代的品系进行了全基因组测序，获得了高质量水虻基因组图谱，并对水虻转化不同有机废弃物的肠道微生物组进行分析，揭示了水虻能在畜禽粪污等恶劣环境中高效利用有机废弃的机制。研究结果于11月25日在线发表在细胞生物学学术期刊Cell Research上。
随着全球人口的迅速增长和餐厨剩余物、畜禽粪污等废弃物的围城，粮农组织号召全世界利用食用昆虫将有机废弃物质高效资源化，满足畜禽和人类对饲料和食物的需求，并能净化环境。水虻优良品系的开发和水虻转化有机废弃物的工业化应用成为当下研究的热点。
华中农业大学喻子牛、张吉斌教授课题组从美国德州农工大学引入水虻养殖技术，采集全国不同地区的野生水虻进行室内驯化，通过3年的努力，成功获得了具有自主知识产权的高效转化有机废弃物的亮斑扁角水虻武汉品系，并解决了水虻大规模饲养的关键技术，建立了水虻与微生物联合转化有机废弃物新工艺。为了对水虻武汉品系进行深入的研究与开发，课题组对系野生型杂合性高的亮斑扁角水虻武汉品系进行纯化，培养出亮斑扁角水虻武汉纯化品系。随后，张吉斌教授课题组与黄勇平研究员课题组合作，获得了高质量水虻基因组图谱，并通过对水虻转化不同有机废弃物的肠道微生物组进行分析，揭示了水虻能在畜禽粪污等恶劣环境中高效利用有机废弃的机制。
该研究进一步研发了一种基于CRISPR/Cas9基因编辑的高效方法，获得了水虻不具有飞行能力的品系，并增强了饲养能力的表型，为水虻应用基础研究、优良品系的开发和水虻转化有机废弃物的工业化应用奠定了基础。
华中农业大学蔡珉敏副教授为论文共同第一作者，张吉斌教授和中科院上海植物生理研究所黄勇平教授为共同通讯作者。本研究得到了十三五国家重点研发计划、国家外专局高端外国专家项目和中国科学院的资助。
沼液中氨氮分离及资源化利用研究取得新进展
近日，华中农业大学工学院晏水平教授团队在能源与环境工程国际学术期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上在线发表题为Developing a Vacuum-Assisted Gas-Permeable Membrane Process for Rapid Ammonia Recovery and CO2 Capture from Biogas Slurry的文章，提出了一种低碳足迹的沼液氨氮快速回收及资源化利用新技术。该技术可在不改变沼液pH值条件下实现快速的氨氮回收和CO2分离，同时还可规避传统氨氮分离中易产生泡沫和引入氧气等问题，对于沼液中氨氮的稳定脱除及后期的沼液回用提供可能，为资源回收与碳捕集提供新途径。
畜禽粪便厌氧发酵后产生的沼液中含有高浓度氨氮，其直接利用将可能导致氮的大量流失，进而造成空气中颗粒物（如PM2.5）的增加、水体富营养化、甚至地下水污染等环境问题。因此，有必要在沼液利用前回收其中大部分氨氮。此外，沼液回流进行厌氧发酵工艺中，高氨氮浓度也极易导致发酵失败，因而沼液回用前必须进行氨氮脱除。从沼液中回收的氨氮既是重要的肥料资源，同时也是重要的化工原料。但现阶段大多数氨氮回收的研究多关注于回收效率提升和可行性探讨，对于低碳足迹的氨氮回收与利用涉及较少。
科研团队创新性提出采用减压辅助的透气膜过程用于沼液氨氮分离与回收，可实现沼液氨氮的快速回收和CO2捕集。研究中，使用一级反应动力学模型验证了减压辅助的透气膜过程对于氨氮回收的高效性，其一级反应动力学常数达到0.28 h-1，大大超过单独的膜吸收与热脱除技术。通过氨氮与水分传质特性，获得了高效低能耗操作参数，揭示了氨氮和CO2在该过程中传质机理，验证了过程的长期稳定性。根据全生命周期评估原理，核算出该过程的温室气体排放量为-1.6 kg-CO2/kg-N，表明该过程可实现CO2的净负排放。
该项研究以厌氧发酵后沼液中的氨氮回收制备可再生CO2吸收剂（RAA）为主线，进一步梳理出以农业废弃物如秸秆、畜禽粪便等为原料，加工制备出用于CO2捕集的醇胺类吸收剂、氨基酸盐类吸收剂和无机盐类吸收剂，为近期工业化利用化学吸收法捕集CO2提供充足的绿色原料支撑。与此同时，在沼气工程的碳减排与提质增效方面，研究提出以可再生氨水为纽带，同时实现营养物质的回收、CO2捕集和沼气提纯。相比于传统工艺过程，新型的工艺系统通过资源的合理配置和能源的梯级利用，可实现系统经济利润的增加和CO2净负排放。相关研究成果也陆续发表在ACSSustainable Chemistry & Engineering，EnvironmentalScience&Technology等国际期刊上。
华中农业大学工学院讲师贺清尧博士和农业部沼气科学研究所席江博士为共同第一作者，晏水平教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金（51376078,51676080）、中央高校基础研究基金（2662018PY046, 2662018QD028）、农业部农村可再生能源开发利用重点实验室开放研究课题基金（2018-003）的资助。
秸秆还田耕整技术装备及检测研究取得新进展
近日，华中农业大学农业农村部长江中下游农业装备重点实验室夏俊芳教授团队在国际学术期刊Soil & tillage research上发表题为Evaluation of straw spatial distribution after straw incorporation into soil for different tillage tools的文章，提出了一种秸秆还田空间分布效果检测的方法。
土壤耕作是农业生产中最早进行的环节，也是最重要的农业技术操作之一。耕作令土壤松动，结构发生变化，是对土壤、杂草和秸秆残茬的一次综合处理，目的是为作物播种准备良好的种床条件。秸秆是一种天然的有机肥，因而秸秆还田可有效降低化肥的使用量。研究表明，秸秆还田可以显著减少温室气体的排放，增加土壤有机质的含量，提高土壤酶活性，改善土壤团聚体结构。秸秆还田后秸秆与土壤的混合程度难以描述和观测。因此，难以评估耕作工具作业后在土壤中的真实秸秆还田效果。以往的研究主要集中于在单位面积土壤上掺入定量秸秆，或耕作过程中秸秆残茬的移动规律，并没有足够的数据来深入了解土壤耕作后秸秆掺入土壤的均匀程度。
该项研究以稻茬秸秆田为研究对象，进行了普通旋耕机（TR）、课题组研制的秸秆旋埋还田机（SR）及深松+秸秆旋埋还田机（SSR）三种机型的秸秆还田试验研究。为实现对耕作土壤中秸秆分布的测量，设计了一种秸秆三维坐标测量装置，包括数显角度尺，数显深度尺，和数显标尺。该装置可通过测量秸秆两个端点的空间坐标来确定整根秸秆的空间位置。将所获得的所有秸秆坐标导入三维绘图软件中生成秸秆的三维立体图。由此，秸秆的空间位置在绘图软件中被还原，秸秆在土壤中的分布状态在绘图软件中可视化及量化显示。结果表明，TR作业后秸秆的切断效果不好，地表残留了较多秸秆，并且在耕作深度的下层埋入秸秆较少，划分的单元格内秸秆平均长度较小，没有秸秆的单元格较多。与TR相比，SR和SSR作业后的秸秆平均长度分别减小了48.2%和52.7%，地表仅残留了少量秸秆，在耕作深度的下层秸秆层占比分别增加了154.9%和214.1%，单元格内的秸秆平均长度分别增加了114.9%和98.6%，没有秸秆的单元格数量分别减小了40.2%和36.0%。总体而言，SR和SSR在秸秆切断和秸秆掺入土壤方面更具优势，且SSR可以将更多的秸秆埋入下层土壤。
华中农业大学工学院博士研究生周华为论文第一作者，夏俊芳教授为通讯作者。该项研究得到了公益性行业（农业）科研专项和国家重点研发计划子课题等项目的支持。
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