促進南方紅壤丘陵區農業可持續發展的復合農業生態系統研究
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系統解析了我國農田生態系統土壤細菌和反硝化微生物的分布格局和主要驅動因素，為大尺度刻畫我國農田土壤微生物群落組成機構及生態功能奠定基礎
針對農田生態系統土壤微生物是否存在著規律性的分布格局，以及驅動農田土壤微生物種群分布的關鍵因素等關鍵科學問題，依托國家自然科學基金重大項目“典型稻田土壤關鍵生物地球化學過程與環境功能”，系統研究了我國南方典型水稻土的細菌組成與分布規律，揭示了土壤母質特性對土壤細菌組成起決定性作用，長期水稻種植可以導致耕作層土壤細菌群落結構在一定程度上發生改變，但這些變化并不足以改變土壤母質性質決定的土壤細菌組成結構特征。
進一步依托中國科學院戰略性先導科技專項任務，通過對我國南方紅壤、華北潮土和東北黑土等旱作土壤的系統采樣分析，揭示了土壤細菌種群組成結構與土壤類型有緊密關系，表明大部分細菌類群對生境條件有強烈的選擇適應性，長期的人為耕作管理在不同土壤中均富集相同的優勢細菌群類。但對于土壤氮素循環功能微生物種群而言，長期耕作可富集類似的反硝化微生物種群，且與土壤類型無關，其中包括反硝化細菌和反硝化真菌。這些研究結果對調控土壤氮素循環過程和增加氮肥利用效率具有重要的理論支撐價值。
研究豬日糧功能性氨基酸代謝與生理功能調控機制，提升我國科學養豬水平和養豬業的健康可持續發展
目前，養豬生產中，面臨的主要問題包括全球范圍內蛋白質飼料資源的日益短缺和現代規模化養豬排泄物中氮排放所引發的環境污染，這成為制約養豬生產可持續發展的瓶頸。隨著“理想蛋白質”概念的發展和“理想蛋白質的氨基酸模式”建立，加之合成氨基酸工業化生產規模的擴大，極大地推動了低蛋白日糧的研究和應用。以完善低蛋白氨基酸平衡日糧理論為出發點，深入探究肌肉組織中含氮物的周轉與利用機制及其伴隨的能量代謝規律，為在養豬業中推廣應用低蛋白日糧精準飼養技術提供理論依據。
分析低蛋白日糧對不同階段豬腸道氨基酸轉運載體的表達，發現仔豬階段較生長豬和育肥豬階段腸道氨基酸轉運載體更容易受到低蛋白影響，同時低蛋白普遍上調酸性氨基酸轉運載體的表達，而對堿性氨基酸轉運載體的表達則具有一定的抑制作用，其機理可能受循環系統氨基酸含量的綜合反饋調節。此外，低蛋白日糧平衡支鏈氨基酸（BCAAs）可顯著改善腸道形態，促進腸細胞的增殖，提高腸道氨基酸轉運載體的表達水平，最終促進腸道氨基酸的吸收與利用，從而改善蛋白質代謝。低蛋白日糧平衡?BCAAs?比例可通過提高機體氨基酸轉運載體信號，促進肌肉組織對血液中游離氨基酸的吸收與利用，最終通過?mTORC1?信號途徑和?UPS?途徑調控肌肉組織蛋白質代謝，從而促進肌肉組織生長（圖?2）。低蛋白日糧合理平衡氨基酸（包括必需氨基酸尤其是?BCAAs?等）不影響豬的生產性能，還能改善豬的腸道健康、免疫系統和肉品質量，降低生產成本，并通過減少總氮排泄量，在一定程度上緩解養豬生產對生態環境的污染，這對現代生豬養殖和精準飼養有著重要啟示。
