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AP2/ERF基因家族是植物最大的转录因子家族之一，广泛参与植物生长发育和逆境胁迫响应等生物学过程，在植物遗传改良与育种方面具有重要应用价值[1-2]。AP2/ERF转录因子家族成员通常含有1~2个高度保守的AP2结构域，AP2结构域由60~70个氨基酸组成，构成典型的螺旋-转角-螺旋结构，通过特异性结合DNA以调节靶基因表达[3-4]。根据AP2结构域数量和特征序列，AP2/ERF基因家族可分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist等5个亚家族[5]。一般来讲，AP2亚家族成员具有2个AP2结构域，在调控植物发育方面具有重要功能[6]。ERF、DREB和RAV亚家族成员则仅具有1个AP2结构域，其中RAV亚家族成员还具有1个B3结构域[7]。此外，其他具有特殊基因结构和类似AP2结构域的成员则属于Soloist亚家族[8]。
随着越来越多植物基因组被测序，AP2/ERF基因家族成员已在拟南芥Arabidopsis thaliana[5]、葡萄Vitis vinifera[7]、萝卜Raphanus sativus[9]、生姜Zingiber officinale[10]、花生Arachis hypogaea[11]、水稻Oryza sativa[12]、甘蔗Saccharum officinarum[13]、玉米Zea mays[14]和大麦Hordeum vulgare[15]等单双子叶植物中得到鉴定。对不同植物的研究表明：不同亚家族的AP2/ERF转录因子在植物发育和胁迫响应中发挥不同的功能。通常，AP2亚家族的转录因子参与了植物不同的发育过程，如拟南芥AP2基因调节开花时间[16-17]，决定种子质量及大小[18]；BBM基因能够促进体胚发生[6, 19-21]。ERF和DREB亚家族基因则与生物胁迫和环境因子胁迫响应有关[22]，如水稻OsDREB基因就与植株对干旱、高盐、低温胁迫的耐受性有关[23]，AtERF6等4个ERF基因在响应强光方面起重要作用[24]。而RAV亚家族基因则被认为在响应生物胁迫和非生物胁迫中发挥关键作用[25-26]。
光皮桦Betula luminifera属桦木科Betulaceae桦木属Betula珍贵用材树种，广泛分布于云南、贵州、广西、福建和浙江等。由于具有适应性强、速生以及材质优良等特点，光皮桦是南方山地造林的优良树种，兼具较高的经济价值和生态价值，其遗传育种工作也逐渐受到重视。因此，本研究利用基因组序列，对光皮桦AP2/ERF基因家族进行鉴定，对其进行理化性质、系统进化等生物信息学分析，同时通过表达分析对光皮桦AP2/ERF基因家族的组织表达特异性及对高温胁迫的响应进行研究，旨在为光皮桦AP2/ERF基因家族的功能研究及在遗传育种中的应用提供基础。
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从Pfam数据库中(http://pfam.xfam.org/)下载AP2/ERF家族基因结构域的隐马尔可夫文件(PF00847)，利用HMMER v3.1b1 软件筛选光皮桦基因组蛋白序列(未发表)中含有AP2/ERF结构域的序列(E≤e−5)。利用美国国家生物技术信息中心(NCBI) CDD Tools (
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi )[27]对获得的候选基因进行结构域鉴定，去除其中结构域不完整的序列。最后将获得的光皮桦AP2/ERF基因上传至Genbank获得登录号。通过ExPaSy (https://www.expasy.org/ )在线分析预测工具[28]，分别对光皮桦AP2/ERF基因的氨基酸数目、开放阅读框(ORF)长度、相对分子质量、理论等电点等性质进行分析。 -
利用MEGA 7软件对获得的光皮桦和拟南芥AP2/ERF基因家族的蛋白序列进行比对，参数为默认设置。拟南芥AP2/ERF蛋白序列下载于拟南芥数据库TAIR (
http://www.arabidopsis.org )。基于AP2结构域序列，利用MEGA软件采用邻接法(neighbor-joining，NJ)构建系统进化树，Bootstrap值设置为1000[29]。借助在线工具EvolView (https://www.evolgenius.info/evolview/#/ )绘制进化树图[30]。 -
利用MEME在线工具(
https://meme-suite.org/meme/ )对光皮桦基因蛋白序列上的保守基序进行预测，保守基序数量设置为10，其他参数为默认设置。采用TBtools软件绘制基因结构及保守基序图[31]。 -
利用PlantCARE (
http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/ )数据库[32]，取光皮桦基因起始密码子上游2 000 bp作为启动子区域进行顺式作用元件预测。采用TBtools软件对启动子元件的分布进行绘图[31]。 -
利用STRING数据库(
https://string-db.org/ )[33]，对光皮桦AP2/ERF蛋白相互作用网络进行预测，以拟南芥为参照物种，选择最低互动分为0.4，其他参数默认，借助Cytoscape软件绘制蛋白互作网络图[34]。 -
利用13个2年生光皮桦植株不同组织器官的转录组数据进行AP2/ERF基因组织表达特异性分析。13个不同组织器官包括根(Root)、嫩叶(YL)、成熟叶(ML)、雌花序(FC)、雄花序(MC)、第1~6节茎(S1~S6)、木质部(Xylem)及枝皮(Bark)。高温胁迫实验以6月龄光皮桦植株为材料，42 ℃处理12和36 h后取植株中部成熟叶片，以25 ℃生长植株成熟叶为对照，通过转录组测序分析AP2/ERF基因表达。提取FPKM值(a)，进行log2a标准化处理，再借助TBtools软件绘制表达热图[31]。
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通过生物信息学方法在光皮桦基因组数据库中筛选得到77条具有完整AP2结构域的基因序列(表1)。对这77个基因进行序列分析，结果显示：光皮桦AP2/ERF基因的 ORF长度为444~2121 bp，其编码的氨基酸为147~706个。其中：分子质量最小的蛋白是BlDREB2，仅16.65 kDa；分子质量最大的蛋白是BlAP2-6，达77.37 kDa；理论等电点为4.73~10.06，约77.9%的蛋白理论等电点小于7.0，说明光皮桦AP2/ERF蛋白含有较多酸性氨基酸(表1)。
表 1 光皮桦AP2/ERF基因家族成员序列特征
Table 1. Gene features of AP2 /ERF gene family from B. luminifera
分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点AP2 BlAP2-1 ON092428 1527 508 55.95 6.20 ERF (B-1) BlERF1 ON092417 1131 376 41.40 6.56 BlAP2-2 ON092430 1494 497 55.01 6.58 BlERF4 ON092422 783 260 27.62 9.85 BlAP2-3 ON092431 1644 547 60.45 6.17 BlERF9 ON092433 633 210 22.91 6.85 BlAP2-4 ON092437 1203 400 44.64 8.37 BlERF15 ON092447 510 169 18.52 10.06 BlAP2-5 ON092446 1458 485 52.91 7.83 BlERF18 ON092458 468 155 16.80 9.81 BlAP2-6 ON092453 2121 706 77.37 6.39 BlERF33 ON092489 636 211 22.85 9.74 BlAP2-7 ON092456 975 324 37.20 5.44 BlERF34 ON092491 900 299 32.64 5.10 BlAP2-8 ON092457 1428 475 51.86 6.43 BlAP2-9 ON092466 1929 642 71.38 6.50 ERF (B-2) BlERF2 ON092418 942 313 34.89 5.65 BlAP2-10 ON092474 1956 651 71.92 6.53 BlERF13 ON092443 1137 378 42.28 5.12 BlAP2-11 ON092483 1614 537 58.88 5.95 BlAP2-12 ON092485 1068 355 39.52 7.16 ERF (B-3) BlERF3 ON092419 729 242 27.18 6.03 BlAP2-13 ON092493 1539 512 56.17 6.41 BlERF10 ON092438 837 278 29.98 6.46 BlERF11 ON092439 828 275 29.76 8.72 DREB (A-1) BlDREB6 ON092434 741 246 27.06 4.77 BlERF21 ON092468 996 331 36.46 6.03 BlDREB7 ON092435 714 237 26.13 4.89 BlERF22 ON092469 996 331 36.36 7.68 BlDREB8 ON092436 900 299 33.24 4.94 BlERF23 ON092470 996 331 36.52 6.67 BlDREB15 ON092454 678 225 25.22 8.58 BlERF24 ON092471 996 331 36.49 8.57 BlDREB17 ON092461 564 187 20.58 6.12 BlERF25 ON092472 1011 336 37.03 6.47 BlDREB23 ON092484 657 218 23.93 8.90 BlERF28 ON092477 699 232 25.68 6.21 BlDREB24 ON092487 612 203 22.27 5.47 BlDREB25 ON092488 609 202 22.14 5.48 ERF(B-4) BlERF6 ON092426 1092 363 39.30 6.51 BlDREB26 ON092490 621 206 22.93 5.48 BlERF26 ON092475 612 203 22.47 4.86 BlERF27 ON092476 657 218 24.47 6.13 DREB (A-3) BlDREB19 ON092463 972 323 34.95 6.58 BlERF31 ON092481 1383 460 49.08 5.72 BlERF32 ON092482 612 203 22.48 4.87 DREB (A-4) BlDREB5 ON092429 717 238 25.85 4.92 BlDREB9 ON092440 642 213 23.46 4.99 ERF(B-5) BlERF7 ON092427 924 307 35.10 5.14 BlDREB10 ON092441 558 185 20.22 4.73 BlERF17 ON092455 969 322 36.12 5.50 BlDREB12 ON092448 546 181 20.42 5.18 BlERF20 ON092464 1053 350 39.54 4.88 BlDREB14 ON092452 531 176 18.89 5.20 BlDREB16 ON092459 540 179 19.95 6.90 ERF(B-6) BlERF5 ON092423 549 182 20.42 6.71 BlDREB18 ON092462 603 200 21.85 4.95 BlERF8 ON092432 609 202 22.49 6.83 BlDREB21 ON092473 606 201 20.88 4.80 BlERF12 ON092442 624 207 23.23 6.98 BlDREB22 ON092480 684 227 24.39 4.81 BlERF14 ON092444 756 251 28.52 4.94 BlERF16 ON092450 996 331 36.52 5.00 DREB (A-5) BlDREB1 ON092420 615 204 22.57 5.11 BlERF19 ON092460 777 258 28.97 5.39 BlDREB2 ON092421 444 147 16.65 7.83 BlERF29 ON092478 573 190 21.52 8.85 BlDREB3 ON092424 699 232 24.96 5.16 BlERF30 ON092479 570 189 21.29 7.80 BlDREB11 ON092445 525 174 19.43 6.64 BlDREB13 ON092449 486 161 17.59 4.77 RAV BlRAV1 ON092451 948 315 35.16 9.00 BlDREB20 ON092467 624 207 22.78 4.76 BlRAV2 ON092465 1203 400 44.15 8.08 DREB (A-6) BlDREB4 ON092425 1134 377 41.15 5.54 Soloist BlSoloist ON092486 957 318 36.27 6.01 BlDREB27 ON092492 1008 335 36.97 6.18 -
为了分析光皮桦AP2/ERF基因家族的进化关系，基于拟南芥及光皮桦AP2/ERF转录因子的AP2结构域序列，利用MEGA7软件构建了系统进化树。结果显示：这些转录因子可分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 等5个亚家族，并可进一步分成15个进化枝(图1)。光皮桦AP2/ERF基因家族在各亚家族中的分布并不均匀，其中AP2亚家族包含13个基因，占基因总数的16.89%；DREB亚家族包含27个基因，占基因总数的35.06%；ERF亚家族包含34个基因，占光皮桦AP2/ERF基因家族总数的44.15%；RAV 亚家族包含2个基因，Soloist亚家族仅有1个基因(表1，图1)。参考拟南芥等的研究[2]，DREB亚家族可进一步分为6个亚类，即A1、A2、A3、A4、A5和A6；ERF亚家族可进一步分为6个亚类，即B1、B2、B3、B4、B5和B6。在光皮桦中，DREB亚家族成员集中分布在A1、A4、A5亚类上，其中A1和A4亚类均包含9个基因，A5亚类包含6个基因；光皮桦ERF亚家族的6个亚类分别包括7、2、9、5、3、8个成员(表1，图1)。
图 1 光皮桦与拟南芥AP2 /ERF转录因子家族系统进化树
Figure 1. Phylogenetic tree of AP2/ERF transcription factors from B. luminifera and A. thaliana
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基因结构也是基因的保守性特征之一。对光皮桦AP2/ERF基因家族结构的分析显示：光皮桦AP2/ERF基因各亚家族间的基因结构存在较大差异。所有的AP2亚家族基因均具有多个内含子，其内含子数量为6~9个；除了BlDREB10具有1个内含子外，其余DREB亚家族成员均没有内含子(图2A)。此外，9个ERF和1个RAV亚家族成员具有1个内含子，其他成员则没有内含子；而BlSoloist则有5个内含子，与AP2亚家族成员比较相似(图2A)。
图 2 光皮桦AP2 /ERF家族基因成员结构(A)及保守基序(B)
Figure 2. Gene structure (A) and conserved motif (B) of AP2/ERF family members in B. luminifera
进一步对光皮桦AP2/ERF转录因子的保守基序进行分析表明：绝大多数光皮桦AP2/ERF基因家族成员(71个)都同时拥有Motif 1、Motif 4和Motif 5这3个Motif，表明Motif 1、Motif 4和Motif 5是构成AP2结构域的主要基序(图2B)。同时，光皮桦同一亚家族基因的保守基序组成表现出高度的相似性，可能发挥相似的生物学功能。除了BlAP2-7外，其余AP2家族成员都具有Motif 4；2个RAV基因的保守基序较少，仅3个；大部分DREB亚家族成员特有Motif 10，少部分成员特有Motif 6。此外，ERF亚家族成员中仅BlERF21、BlERF22、BlERF23、BlERF24及BlERF25具有Motif 8，推测这5个基因发挥更特殊的生物学功能。
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启动子区域的顺式作用元件在基因转录起始调控中起重要作用。利用PlantCARE数据库对77个光皮桦AP2/ERF基因家族启动子区域的顺式作用元件进行分析，共检测到1072个特异元件，大致可分成3类：激素响应、胁迫响应及生长发育相关元件。其中，激素响应元件有赤霉素、脱落酸、生长素等元件，胁迫响应元件包含缺氧、干旱、低温防御等相关元件，生长发育相关元件包含胚乳表达、分生组织表达等元件(图3)。光响应(492个)、脱落酸响应(180个)、茉莉酸甲酯响应(125个)及厌氧诱导(74个)元件是光皮桦AP2/ERF基因启动子序列所具有的主要顺式作用元件。其中，光响应元件在所有的基因启动子区域均有分布，除BlERF7和BlERF8仅包含1个光响应元件，其余基因包含多个光响应元件，如BlDREB8 (16个)、BlERF27 (15个)等。这提示光皮桦AP2/ERF基因可能参与了植株的光形态建成或光照相关的环境适应。而具有茉莉酸甲酯、脱落酸、赤霉素、生长素等激素响应元件的光皮桦AP2/ERF基因数量分别为61、63、20、18个，说明光皮桦AP2/ERF基因家族成员广泛参与了不同植物激素的信号途径。此外，仅BlDREB10和BlERF12具有创伤响应元件，仅BlDREB13、BlERF4和BlERF28具有细胞周期调控元件，这部分具有特殊元件的基因可能具有更特异的功能。
图 3 光皮桦AP2/ERF基因启动子顺式作用元件
Figure 3. The cis-elements in promoter of AP2/ERF genes in B. luminifera
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为了分析光皮桦AP2/ERF转录因子在调控过程中的协同作用，利用STRING数据库匹配到的49个拟南芥同源蛋白构建了相互作用网络，结果如图4所示。BlRAV2 (RAV1)、BlERF28 (ERF13)及BlAP2-13 (AP2)具有较多的节点(互作蛋白)数量，分别为6、7、10个，表明这3个基因在光皮桦AP2/ERF基因家族中可能占据核心地位并发挥着重要的生物学功能。此外，各亚家族成员内部及之间也存在复杂的相互作用，如BlERF7、BlERF17及BlERF20构成三角相互作用网络，而核心成员BlAP2-13与多个ERF及DREB成员分别存在互作关系，BlRAV2也与多个ERF和DREB成员互作(图4)。这种不同亚家族成员间复杂的互作关系，暗示这些基因可能在功能上存在非常复杂的交互关系。
图 4 光皮桦AP2/ERF家族蛋白互作预测
Figure 4. Prediction of interactions of AP2/ERF proteins in B. luminifera
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对77个光皮桦AP2/ERF家族成员在根、嫩叶、成熟叶、雌花序、雄花序、不同木质化的茎、皮、木质部等8个不同组织器官的表达情况进行分析。结果显示：多数(71个)家族基因的表达具有较强的组织特异性(图5)。其中，只在特定组织或器官中表达或表达量较强的基因有4个，如BlAP2-6只在根中表达、BlSoloist仅在嫩叶及第1节茎中表达；在所有组织器官中均有表达且表达量较高的基因有5个，分别为BlAP2-13、BlERF9、BlERF33、BlERF13、BlDREB27；而BlERF25在这13个组织器官中的表达量均极低(图5)。
图 5 光皮桦AP2/ERF基因家族在不同组织器官中的表达
Figure 5. Expression profiles of AP2/ERF family genes in different tissues and organs of B. luminifera
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分析高温胁迫转录组数据，结果检测到45个基因在叶片中能够表达，包括4个AP2亚家族基因，20个DREB亚家族基因，20个ERF亚家族基因和1个RAV亚家族基因(图6)。进一步差异表达分析显示：多数ERF或DREB基因对高温胁迫产生了明显的响应，如BlDREB23在高温胁迫12 h后表达上调了12倍，BlERF6在高温胁迫12和36 h后分别被上调了3倍以上；而BlDREB24、BlDREB25和BlERF21等基因的表达则明显受到了高温胁迫的抑制(图6)。这些结果说明：ERF和DREB亚家族基因可能对光皮桦高温胁迫响应有重要的调控作用。
图 6 高温胁迫下光皮桦AP2/ERF基因表达分析
Figure 6. Expression analysis of AP2/ERF genes under heat stress in B. luminifera
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AP2/ERF基因家族是植物最大的转录因子家族之一，在生长发育和逆境胁迫响应中扮演重要的角色[2, 22]。具有60~70个氨基酸的保守AP2结构域是该基因家族成员的重要特征。本研究在光皮桦基因组鉴定中获得了77个至少具有1个AP2结构域的AP2/ERF基因。与其他植物类似，这些光皮桦AP2/ERF基因也可被分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 等5个亚家族，包括13个AP2基因、27个DREB基因、34个ERF基因、2个RAV基因及1个Soloist基因。通常，在植物中ERF亚家族具有最多的成员，然后依次是DREB、AP2、RAV，Soloist亚家族成员最少。光皮桦与拟南芥[22]、水稻[22]、玉米[14]和杨树Populus trichocarpa[35]等物种的AP2/ERF基因各亚家族成员在数量上也具有相似的规律，这说明AP2/ERF基因在进化上可能有共同的起源。
转录因子的调控功能通常与一些重要的保守结构域或基序有关[36]。在AP2/ERF转录因子中，除了高度保守的AP2结构域，不同亚类的基因还具有特异的保守基序，如拟南芥AP2/ERF转录因子除了保守的AP2结构域，还具有50个保守基序[5]，萝卜的AP2/ERF转录因子具有20个特异的保守基序[9]。光皮桦的AP2/ERF转录因子也具有7个特异的保守基序。进一步分析发现：同一亚家族基因具有相同或相似的保守基序，如绝大多数BlDREB基因具有特异基序Motif 10，同属ERF(B3)亚类的BlERF21~BlERF25具有1个特异基序Motif 8。在其他植物中，AP2/ERF基因的保守基序和结构域组成在亚家族内也具有类似的高度相似性，暗示同一亚家族基因可能具有相似的生物学功能和调控途径。此外，基因结构分析也表明：不同亚家族光皮桦AP2/ERF基因具有特异的基因结构特征，如AP2亚家族基因具有多个内含子(6~9个)，而其他亚家族中仅少数基因具有单个内含子，其余基因则没有内含子。这种不同亚家族AP2/ERF基因具有的基因结构特征，在拟南芥、龙眼Dimocarpus longan、萝卜和玉米等不同植物中均存在类似现象，进一步说明该家族基因在进化上有共同的起源。
启动子顺式作用元件是基因功能的重要组分，能够反映基因潜在的功能和调控途径[11]。本研究显示：光皮桦AP2/ERF基因启动子区域的顺式作用元件主要可分为激素响应、胁迫响应和生长发育相关等3类，其中光响应元件、脱落酸响应元件和茉莉酸甲酯响应元件是最多的3种元件，这与美国山核桃Carya illinoinensis的AP2/ERF家族基因的顺式作用元件的分布模式类似[37]。有意思的是，不同AP2/ERF基因启动子的响应元件数量及类型不同，但不同亚家族基因启动子可能存在同类的响应元件，如脱落酸响应元件和茉莉酸甲酯响应元件在不同亚家族基因启动子中均存在。这说明不同亚家族基因在功能上产生了分化，但可能共同参与了相同的调控途径。同时，蛋白互作分析的结果显示：包括光皮桦在内的不同植物的AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系[9, 11, 14, 38]，进一步说明不同亚家族的AP2/ERF转录因子可能参与同一调控途径。
研究表明：不同AP2/ERF亚家族基因在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥不同作用。不同组织器官的表达分析显示：光皮桦AP2/ERF各家族成员在根、茎、叶等不同组织器官的表达存在差异，如BlAP2-6特异地在根中表达，而BlAP2-13、BlERF9、BlERF33、BlERF13和BlDREB27等5个基因则在所有组织器官中均有较高水平的表达。有意思的是，进化关系相近的基因，其表达模式也存在明显分化，如BlRAV1和BlRAV2的表达模式并不相同，而BlERF10和BlERF11、BlERF9和BlERF3的表达模式则非常相似。这说明，在这些进化关系较近的光皮桦AP2/ERF基因中既存在功能上的分化，也存在一定的功能冗余。已有研究表明：植物ERF和DREB基因主要在响应生物和非生物胁迫中发挥作用，它们的表达往往会受到逆境胁迫的诱导。如在萝卜中，RsERF003和RsERF039的表达明显受高温胁迫的诱导[9]；玉米ZmERF135、水稻OsDREB2A和拟南芥AtDREB2A等基因的表达在被高温处理后明显上调[14, 39]。本研究的高温胁迫表达分析也表明：相比AP2亚家族基因，光皮桦ERF和DREB基因对高温胁迫更敏感，呈现出显著的表达差异，如BlDREB23、BlERF6等基因明显受到高温胁迫的诱导。这些结果显示：ERF和DREB基因在高温胁迫应答中发挥了重要作用。
在光皮桦77个AP2/ERF家族成员中，值得注意的是ERF(B3)亚类中的BlERF21~BlERF25分支。这5个基因具有1个特异基序Motif 8，且基因启动子区域中均含1~2个干旱诱导顺式作用元件，同时在高温42 ℃胁迫处理12 h后，除了BlERF25基因外，其他4个基因表达水平均明显下调，推测这一分支的5个基因可能在抵御高温及干旱胁迫中发挥着重要的作用，但具体基因功能仍需开展后续实验进行验证。
Identification and expression analysis of AP2/ERF gene family in Betula luminifera
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摘要:
目的 深入研究AP2/ERF基因家族在光皮桦Betula luminifera生长发育及环境胁迫响应中的生物学功能。 方法 利用光皮桦基因组数据，通过生物信息学方法开展AP2/ERF基因家族鉴定、基因特征、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作和表达分析。 结果 在光皮桦基因组中共鉴定到77个AP2/ERF基因，其编码的蛋白理化性质存在差异，大多数蛋白(60个)的理论等电点小于7.0。系统进化分析显示：这77个AP2/ERF转录因子属于5个亚家族，其中ERF亚家族最大，包含34个成员。光皮桦AP2/ERF各亚家族间的基因结构存在较大差异，其中AP2亚家族成员均具有6~9个内含子，而DREB亚家族基因则没有内含子；但AP2/ERF各亚家族内的不同成员具有相似的保守基序类型和分布。同时，AP2/ERF基因启动子上都存在大量与激素、调节、胁迫响应及生长发育相关的顺式作用元件。此外，互作网络分析预测不同的光皮桦AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系。进一步的表达分析显示：绝大多数光皮桦AP2/ERF基因(71个)的表达存在较强组织特异性，且在高温胁迫下，多数ERF或DREB基因的表达发生显著变化，表明ERF和DREB基因在高温胁迫应答中可能发挥着重要作用。 结论 通过生物信息学分析获得光皮桦77个AP2/ERF基因，分属于5个亚家族。不同亚家族基因具有相似的基因结构、保守基序等特征。基因启动子区含激素、胁迫响应等相关的作用元件。基因表达具有较强的组织特异性，且多数ERF或DREB基因对高温胁迫有明显响应。图6表1参39 Abstract:Objective This study aims to explore biological roles of AP2/ERF gene family in growth and development of Betula luminifera, and its responses to environmental stress. Method Based on the genome data of B. luminifera, AP2/ERF gene family were identified through bioinformatics method, and their gene features, phylogeny, gene structure, conserved motifs, cis-acting elements, protein interactions and expression pattern were analyzed. Result A total of 77 AP2/ERF genes were identified in the genome of B. luminifera. The physical and chemical properties of the encoded proteins were different, and the isoelectric points of most proteins (60) were less than 7.0. Phylogenetic analysis showed that these 77 AP2/ERF transcription factors belonged to 5 subfamilies, among which ERF subfamily was the largest, including 34 members. The gene structures of AP2/ERF subfamilies were quite different. The members of AP2 subfamily had 6−9 introns, while DREB subfamily gene had no introns. However, similar conserved motif types and distributions were observed in different members of AP2/ERF subfamilies. At the same time, there were a large number of cis acting elements related to hormone, regulation, stress responses, and growth and development in promoter of AP2/ERF genes. Protein interaction network analysis predicted that there were extensive interactions among different AP2/ERF subfamily proteins. Further expressions analysis showed that the expression of most AP2/ERF genes (71) had strong tissue specificity, and the expressions of most ERF or DREB genes changed significantly under heat stress, indicating that ERF and DREB genes might play an important role in the response to heat stress. Conclusion Through bioinformatics analysis, 77 AP2/ERF genes are identified in B. luminifera, which belong to 5 subfamilies. Different subfamily genes have similar gene structure and conserved motifs. The promoter region of the gene contains hormone, stress response and other related elements. Gene expression has strong tissue specificity, and most ERF and DREB genes have obvious response to heat stress. [Ch, 6 fig. 1 tab. 39 ref.] -
Key words:
- Betula luminifera /
- AP2/ERF family /
- expression pattern /
- heat stress
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随着工业化进程的加速推进，人类活动产生的温室气体排放量增加，应对气候变化已成为全球共同关注的社会和科学问题。中国积极参与全球气候治理，1993年签署《联合国气候变化公约》，成为首批缔约方；2007年颁布《中国应对气候变化国家方案》，明确减排目标和政策措施；2020年9月正式提出“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的目标[1]。碳足迹分析被广泛用于量化产品在其生命周期中的温室气体排放量[2]，是科学制定减排战略的前提与基础。2023年11月中国提出将加快建立产品碳足迹管理体系，碳足迹评估已成为实现碳达峰和碳中和(“双碳”)目标的重要抓手。竹笋是一种健康的森林食品，其产业是中国林业重点发展的十大富民产业之一[3]。中国作为全球竹类资源最丰富的国家，竹笋产品约占世界产量的95%，是中国16个大宗出口农产品之一[4]。随着欧美等发达国家“碳关税”等绿色贸易规则的推进和实施，碳足迹评估已成为企业产品出口的必选项目。
目前在农林产品碳足迹评估领域，学者们主要针对碳足迹评估方法、产品碳足迹评估和减排潜力等方面展开相关研究。投入产出法[5]是一种自上而下的计算方法，适用于评估某个部门或产业的碳足迹；生命周期法采用自下而上的计算方法，适用于产品或服务的碳足迹评估[6]。在产品碳足迹评估及构成研究中，有学者对农产品如柚Citrus maxima [7]、水稻Oryza sativa[8]和苹果Malus pumila[9]进行碳足迹评估，发现减少肥料施用量是降低碳排放的关键。周鹏飞等[10]对竹砧板进行碳足迹评价，结果表明：竹砧板的碳足迹为114.552 8 kg·m−3，为低碳产品。陈莎等[11]通过对中国纸产品全生命周期评价，计算出中国2010和2015年纸产品的温室气体排放量分别为13.4和20.3 Mt，并呈逐年上升的趋势。在减排潜力方面，诸多学者基于碳足迹研究对棉花 Gossypium hirsutum种植经营模式[12]、人造板生产[13]展开减排潜力评估，分别提出科学施肥、调整能源结构等减排路径。
在国外“碳关税”等绿色贸易规则和国内“双碳”战略背景下，准确评估中国五大主要出口竹笋产品的碳足迹、隐含碳排放和减排潜力具有重要意义。雷竹笋通常被用于鲜食和加工成竹笋产品[14] ，是产量较大的典型竹笋品种。由于近几年高产笋用竹的栽培、管理和加工工艺日趋类同[15]，因此，本研究选择5种典型的雷竹笋产品开展相关碳足迹的研究，能较好地代表出口竹笋产品碳足迹的现状。本研究以5种主要出口雷竹Phyllostachys violascens笋产品为研究对象，全程溯源竹笋种植、生产和分销阶段生命周期的碳足迹；根据海关出口数据估算2015—2023年隐含碳排放和碳排放强度，并基于碳排放热点协同设计减排路径，量化减排效果，旨在推动竹笋产业低碳高质量发展。
1. 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
1.1.1 产品选择
竹笋是竹鞭或秆基上的芽萌发分化而成的膨大的芽和幼嫩的茎[16]。竹笋产品类型主要包括鲜笋和竹笋加工产品。竹笋加工产品是指将鲜笋通过一定的工艺后加工成可直接食用的产品。根据目前海关分类目录，竹笋产品共分为鲜竹笋或冷藏竹笋(简称鲜食笋)、其他方法制作或保藏的未冷冻竹笋(简称水煮笋)、盐水竹笋、笋干丝、竹笋罐头5类。对应海关5类出口竹笋产品及相关生产工艺，本研究分别选取雷竹笋的鲜食笋、水煮笋、盐水手剥笋(简称手剥笋)、笋干丝和调味笋罐头(简称调味笋)开展典型竹笋产品的碳足迹研究。
1.1.2 数据来源
浙江省杭州市临安区与湖州市安吉县是雷竹笋主产区，竹林面积分别为5.65和6.73 万hm2，是浙江省乃至全国高效栽培技术推广最早、面积最大的地区[17]。选择两地开展竹笋产品碳足迹的评估具有典型性和代表性。竹笋种植经营数据来源于临安区某竹笋专业合作社2022年2月至2023年3月的实地调查和农事台账。竹笋产品生产环节数据来源于浙江某生态农业有限公司、安吉某食品有限公司、杭州某食品有限公司和安吉县天荒坪镇某股份经济合作社等4家竹笋加工企业的实地调查。竹笋产品出口数据来源于2015—2023年的中国海关数据。
1.2 研究方法
1.2.1 碳足迹核算
采用英国标准协会《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》(PAS 2050: 2011)为评估标准。考虑到出口竹笋产品在消费和处置过程中碳排放的不确定性，选择包含种植、生产及分销阶段的生命周期系统边界(图1)。为了便于比较5种竹笋产品的碳足迹，功能单位确定为kg·kg−1[表示不同温室气体的影响转化为等效的二氧化碳(CO2)排放量]。
图 1 竹笋产品碳足迹评估系统边界Figure 1 Boundary of carbon footprint assessment system for bamboo shoot products竹笋产品碳足迹评估系统边界包括种植、生产和分销等3个阶段的温室气体排放。①种植阶段，包括农资投入、农资运输、农资施用和农业机械使用等。种植阶段碳排放核算方法：竹笋种植目前主要分为覆盖经营和非覆盖经营。覆盖是指在秋末冬初将砻糠等增温保温材料覆盖在土壤表面，达到早出笋、提高经济效益的目的[18]。覆盖经营中，主要涉及覆盖、水肥一体灌溉、化学杀虫、人工除草等措施；非覆盖主要依据自然生长原则，采用适度的人工干预，如杀虫、除草等措施。本研究不考虑竹林碳汇对竹笋种植经营碳排放的抵消作用。种植阶段碳排放量计算公式如下：
$$ {C}_{1}=\sum _{i=1}^{n}{P}_{i}\times {E}_{i}+\sum _{j=1}^{n}{M}_{j}\times {D}_{j}\times {E}_{j}+N\times \alpha \times \frac{44}{28}\times {G}_{{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}}。 $$ (1) 式(1)中：C1为种植阶段碳排放量(kg·kg−1)；Pi为第i类农资投入量或农业机械能源消耗量(kg或kW·h)；Ei为第i类农资或能源的碳排放因子[kg·kg−1或kg·(kW·h)−1]；Mj为第j类农资或能源的运输质量(t)；Dj为运输距离(km)；Ej第j类农资或能源运输方式的碳排放因子(kg·km−1·t−1)；N为施用化肥中所含的氮量(kg)；α为施用含氮肥引起的氮化亚氮(N2O)排放因子(kg·kg−1)，44/28为氮(N2)转换为氧化亚氮的系数，$G_{{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}} $为100 a尺度下相对于二氧化碳的氧化亚氮增温潜势。②生产阶段，包括鲜笋运输、鲜笋加工、附加物投入和附加物运输等。种植阶段碳排放量核算方法：
$${C}_{2}=\sum _{i=1}^{n}{M}_{i}\times {D}_{i}\times {E}_{i}+\sum _{j=1}^{n}{P}_{j}\times {E}_{j}。 $$ (2) 式(2)中：C2为生产阶段碳排放量(kg·kg−1)；Mi为第i类原材料的运输质量(t)；Di为第i类原材料的运输距离(km)；Ei为第i类运输方式的碳排放因子(kg·km−1·t−1)；Pj为第j类原材料投入量或能源消耗量(kg或kW·h)，Ej为第j类原材料或能源的碳排放因子[kg·kg−1或kg·(kW·h)−1]。③分销阶段包括产品分销(至港口)。分销阶段碳排放量核算计算公式如下：
$$ {C}_{3}=\sum _{i=1}^{n}{M}_{i}\times {D}_{i}\times {E}_{i}。 $$ (3) 式(3)中：C3为分销阶段碳排放量(kg·kg−1)；Mi为第i类竹笋产品的运输质量(kg)；Di为第i类竹笋产品的运输距离(km)；Ei为竹笋产品运输方式的碳排放因子(kg·km−1·t−1)。
综合系统评估边界内各阶段排放，竹笋产品碳足迹计算公式如下：
$${C}_{\mathrm{E}}={C}_{1}+{C}_{2}+{C}_{3}。 $$ (4) 式(4)中：CE为竹笋产品碳足迹(kg·kg−1)。
1.2.2 竹笋产品出口隐含碳排放
出口隐含碳排放是出口产品在生产国的整个生命周期中直接和间接排放的二氧化碳[19]。竹笋产品出口隐含碳排放计算公式为：
$$ C=\sum _{i=1}^{n}{C}_{\mathrm{E}i}\times {Q}_{i}。$$ (5) 式(5)中：C为竹笋产品出口隐含碳排放量(kg)；$ {C}_{\mathrm{E}i} $为第i种竹笋产品碳足迹 (kg·kg−1)；Qi为第i种竹笋产品代表海关分类的出口量(kg)。
1.2.3 竹笋产品出口隐含碳排放强度
出口隐含碳排放强度反映了出口贸易的碳排放成本。降低出口隐含碳排放强度是协调出口贸易和碳减排的有效措施[20]。竹笋产品的出口隐含碳排放与出口额决定了其碳排放强度的变化趋势。计算公式如下[21]：
$$ {I}_{\mathrm{C}i}=\frac{{C}_{i}}{{{P}_{\mathrm{E}\mathrm{X}}}_{i}}。$$ (6) 式(6)中： ICi为第i年竹笋产品出口隐含碳排放强度(t·万元−1)；Ci表示第i年竹笋产品出口隐含碳排放总量(t)； PEXi表示第i年竹笋产品的出口总贸易额(万元)。
2. 结果与分析
2.1 竹笋产品碳足迹评估
2.1.1 种植阶段碳排放
基于覆盖与非覆盖2种经营模式的实地调查，在种植阶段单位质量鲜竹笋的碳排放量表现出明显的差异。表1显示：覆盖经营下的鲜笋碳足迹为0.300 4 kg·kg−1，非覆盖经营的碳足迹为0.002 8 kg·kg−1。在2种竹笋种植经营模式中，农资投入碳排放的占比均处于最高水平，其次是农资运输碳排放。
表 1 种植阶段碳排放量核算结果Table 1 Results of carbon emission accounting at planting stage产品阶段 排放源 排放因子/
(kg·kg−1)或[kg·(kW·h)−1]或(kg·km−1·t−1)不同经营方式碳排放量/(kg·kg−1) 覆盖经营 非覆盖经营 种植阶段 农资投入 复合肥[22] 2.470 0 0.221 6 0.002 8 农药[23] 16.610 0 氮肥[24] 7.480 0 有机肥[25] 0.089 0 农资运输 中型货车[26] 0.042 0 0.045 7 0.000 0 农业机械使用 电力[27] 0.581 0 0.004 3 0.000 0 农资施用 N2O间接排放[28] 0.002 3 0.028 8 0.000 0 合计 0.300 4 0.002 8 2.1.2 生产与分销阶段碳排放
本研究计算了鲜食笋和4种典型竹笋加工产品在生产与分销阶段的碳排放量。计算结果如表2所示：受到能源消耗、运输和包装材料等的影响，5种竹笋产品的生产与分销阶段碳排放存在差异，其中调味笋的碳排放量最大，为1.384 9 kg·kg−1，鲜食笋的碳排放量最小，为0.023 1 kg·kg−1。
表 2 生产与分销阶段碳排放量核算结果Table 2 Carbon emission accounting results in production and distribution stages产品阶段 排放源 排放因子/(kg·kg−1)或
(kW·h)−1或(t·m)−1鲜笋和各种竹笋加工产品碳排放量/(kg·kg−1) 鲜食笋 水煮笋 手剥笋 笋干丝 调味笋 生产阶段 鲜笋运输 轻型货车 0.083 0 0.000 0 0.003 3 0.014 1 0.159 9 0.006 0 鲜笋加工 电力 0.581 0 0.000 0 0.239 8 0.660 5 0.621 1 0.245 9 生物质燃料[29] 0.196 5 附加物投入 玻璃瓶[30] 0.933 8 0.011 6 0.063 5 0.313 5 0.094 3 1.114 3 蒸煮袋[31] 8.810 0 塑料编织袋[32] 2.510 0 香油[33] 1.770 0 附加物运输 微型货车 0.120 0 0.000 0 0.000 0 0.000 3 0.010 8 0.001 4 小计 0.011 6 0.306 6 0.988 4 0.886 1 1.367 6 分销阶段 产品分销 中型货车 0.042 0 0.011 5 0.011 4 0.011 5 0.012 1 0.017 3 合计 0.023 1 0.318 0 0.999 9 0.898 2 1.384 9 在生产阶段，鲜食笋因为不需要进行后续加工，仅有附加物的运输和投入排放，碳排放最小；笋干丝、手剥笋和调味笋的碳排放量相近，处于较高的水平；水煮笋的碳排放量较低。从排放源看，鲜笋加工是水煮笋、手剥笋和笋干丝碳排放最多的环节；附加物投入是调味笋和鲜食笋碳排放最多的环节。在产品分销阶段，各种竹笋产品的碳排放比较接近。
2.1.3 竹笋产品碳足迹核算
根据实地调查和农事台账记录，覆盖经营模式下的竹林在每年11月开始覆盖，12月至翌年1和2月采收。基于海关月度出口数据，每年12、1与2月覆盖经营的鲜食笋出口量占该类竹笋产品全年出口量的50.2%，因此，鲜食笋种植阶段的碳排放量以覆盖和非覆盖2种模式下的碳排放均值计算；根据企业生产实际，4种出口竹笋产品均采用非覆盖经营模式下的碳排放量计算。计算结果如表3所示。5种竹笋产品的碳足迹由大到小依次为调味笋(1.387 4 kg·kg−1)、手剥笋(1.010 8 kg·kg−1)、笋干丝(0.927 4 kg·kg−1)、水煮笋(0.324 9 kg·kg−1)、鲜食笋(0.174 8 kg·kg−1)。鲜食笋的碳足迹最小，种植阶段碳排放占比最大，生产阶段与分销阶段碳排放相近，因此鲜食笋的减排措施应优先考虑从竹笋种植开始。在4种竹笋加工产品中，碳排放主要集中在生产阶段，该阶段平均碳排放占比达96.57%，种植阶段碳排放与分销阶段碳排放占比较小。
表 3 竹笋产品碳足迹核算结果Table 3 Carbon footprint accounting results of 5 bamboo shoot products生产阶段 鲜食笋 水煮笋 手剥笋 笋干丝 调味笋 碳足迹/
(kg·kg−1)占比/
%碳足迹/
(kg·kg−1)占比/
%碳足迹/
(kg·kg−1)占比/
%碳足迹/
(kg·kg−1)占比/
%碳足迹/
(kg·kg−1)占比/
%种植阶段 0.151 7 86.78 0.006 9 2.13 0.010 8 1.07 0.029 2 3.15 0.002 5 0.18 生产阶段 0.011 6 6.64 0.306 6 94.36 0.988 5 97.80 0.886 1 95.54 1.367 6 98.57 分销阶段 0.011 5 6.58 0.011 4 3.51 0.011 5 1.13 0.012 1 1.31 0.017 3 1.25 合计 0.174 8 100 0.324 9 100 1.010 8 100 0.927 4 100 1.387 4 100 2.1.4 竹笋产品碳排放热点分析
为了分析竹笋产品碳足迹构成中各排放源的贡献，将占比超过10%的定义为碳排放热点[34]。表4显示：鲜食笋的排放热点为农资投入，碳排放占比为64.21%。鲜笋运输是笋干丝的排放热点之一，碳排放占比为17.24%。鲜笋加工是水煮笋、手剥笋、笋干丝和调味笋的共同排放热点，碳排放占比分别为73.80%、65.35%、66.97%和17.73%。附加物投入是水煮笋、手剥笋、笋干丝和调味笋的另一个共同排放热点，碳排放占比分别为19.55%、31.02%、10.16%和80.31%。
表 4 竹笋产品碳足迹构成Table 4 Carbon footprint composition of 5 bamboo shoot products产品阶段 排放源 碳排放占比/% 鲜食笋 水煮笋 手剥笋 笋干丝 调味笋 种植阶段 农资投入 64.21 2.13 1.07 3.15 0.18 农资运输 13.10 0.00 0.00 0.00 0.00 农械使用 1.23 0.00 0.00 0.00 0.00 农资施用 8.24 0.00 0.00 0.00 0.00 生产阶段 鲜笋运输 0.00 1.02 1.40 17.24 0.43 鲜笋加工 0.00 73.80 65.35 66.97 17.73 附加物投入 6.64 19.55 31.02 10.16 80.31 附加物运输 0.00 0.01 0.03 1.16 0.10 分销阶段 产品分销 6.58 3.51 1.13 1.31 1.25 2.2 竹笋产品出口隐含碳排放估算
2.2.1 历年竹笋产品出口情况
对历年竹笋产品的出口结构和出口数量(表5)进行分析。在中国竹笋产品出口结构中，调味笋的出口量远大于其他4类竹笋产品，平均出口占比为86.69%；水煮笋平均占比达9.09%；手剥笋、笋干丝和鲜食笋平均出口占比较小，分别为1.98%、1.18%、1.06%。在产品出口结构变化趋势上，鲜食笋和水煮笋出口结构呈现下降趋势；手剥笋、笋干丝和调味笋的出口占比呈波动上升趋势。从出口数量来看，2015—2018年竹笋产品出口数量维持在16 万t，2018—2023年呈波动下降趋势。
表 5 中国竹笋产品出口量Table 5 Export quantity of Chinese bamboo shoot products年份 不同竹笋产品出口量/t 出口总量/t 鲜食笋 水煮笋 手剥笋 笋干丝 调味笋 2015 1 964 26 555 3 316 1 804 125 441 159 080 2016 2 201 21 535 3 034 1 777 131 352 159 900 2017 1 959 14 577 3 061 1 796 135 061 156 454 2018 1 804 13 449 3 011 1 658 137 426 157 347 2019 1 534 11 038 3 013 1 866 128 673 146 123 2020 1 301 7 463 2 579 1 846 118 632 131 822 2021 1 454 9 361 2 594 1 624 132 139 147 172 2022 863 10 461 2 723 1 595 120 732 136 375 2023 1 060 8 047 2 729 1 525 109 670 123 031 平均 1 571 13 610 2 895 1 721 126 570 146 367 2.2.2 历年竹笋产品出口隐含碳排放
随着欧盟“碳边境调节机制”等绿色贸易规则的推进和实施，产品出口成本增加。通过核算竹笋产品的出口隐含碳排放，不仅能促进竹笋产业的低碳发展，也为中国计算产品出口碳排放提供重要的依据。本研究利用5种典型竹笋产品碳足迹的核算结果，结合历年的竹笋产品出口数据，估算历年竹笋产品出口隐含碳排放。结果如表6所示。出口规模是影响出口隐含碳排放的最主要因素，竹笋产品出口隐含碳排放在2015—2023年呈波动下降趋势。历年竹笋产品出口平均隐含碳排放为18.482 0 万t，2018年的隐含碳排放最高，为19.992 7 万t，2023年的隐含碳排放最低，为15.912 7 万t。在竹笋产品出口隐含碳排放的构成中，由于调味笋的出口占比高、产品碳足迹大，该类竹笋产品的出口隐含碳排放占比明显高于其他类型的竹笋产品。
表 6 中国历年竹笋产品出口隐含碳排放分析Table 6 Analysis of implied carbon emissions of bamboo shoots exported in China over the years年份 不同竹笋产品出口隐含碳排放/t 出口隐含碳排放/t 鲜食笋 水煮笋 手剥笋 笋干丝 调味笋 2015 343 8 629 3 351 1 673 174 034 188 030 2016 385 6 998 3 066 1 648 182 236 194 332 2017 342 4 737 3 093 1 666 187 381 197 219 2018 315 4 370 3 043 1 537 190 661 199 927 2019 268 3 586 3 045 1 730 178 518 187 148 2020 227 2 425 2 606 1 712 164 587 171 558 2021 254 3 042 2 622 1 506 183 327 190 751 2022 151 3 399 2 752 1 480 167 501 175 283 2023 185 2 615 2 759 1 414 152 154 159 127 平均 275 4 422 2 926 1 596 175 600 184 820 2.2.3 历年竹笋产品出口隐含碳排放强度
2015—2023年5类竹笋产品历年出口隐含碳排放强度以及竹笋产品综合隐含碳排放强度如表7所示。表7显示：5类竹笋产品的平均出口隐含碳排放强度由大到小排序依次为调味笋、手剥笋、水煮笋、笋干丝、鲜食笋。从变化趋势看，5类竹笋产品的出口隐含碳排放强度在2015—2023年均呈现波动下降的趋势，其中下降幅度最大的是笋干丝，为27.69%，下降幅度最小的是调味笋，为4.10%。
表 7 竹笋产品出口隐含碳排放强度Table 7 Implicit carbon emission intensity of bamboo shoot products export年份 5类竹笋产品出口隐含碳排放强度/(t·万元−1) 竹笋产品综合隐含碳排放强度/
(t·万元−1)鲜食笋 水煮笋 手剥笋 笋干丝 调味笋 2015 0.081 1 0.190 3 0.715 4 0.116 8 1.362 0 0.957 6 2016 0.080 5 0.172 3 0.695 1 0.115 8 1.141 5 0.868 8 2017 0.083 8 0.173 8 0.681 6 0.112 4 1.133 6 0.913 1 2018 0.062 6 0.158 1 0.707 6 0.123 4 1.142 0 0.923 9 2019 0.076 8 0.140 2 0.684 3 0.142 8 1.147 5 0.930 2 2020 0.063 5 0.134 2 0.686 1 0.101 1 1.258 3 0.990 7 2021 0.081 3 0.132 9 0.726 5 0.088 0 1.487 0 1.121 9 2022 0.061 8 0.119 9 0.675 8 0.078 9 1.376 1 0.999 7 2023 0.053 9 0.140 8 0.609 6 0.084 5 1.306 1 0.996 0 平均 0.071 7 0.151 4 0.686 9 0.107 1 1.261 6 0.966 9 历年竹笋产品综合平均隐含碳排放强度为0.966 9 t·万元−1，受出口额和出口隐含碳排放的影响，一方面竹笋产品的出口额随着出口数量的波动下降而下降；另一方面，在竹笋产品的出口结构中，碳足迹最大的调味笋出口占比不断攀升，碳足迹较低的其他类型竹笋产品出口占比下降，导致出口隐含碳排放的下降趋势较出口数量平缓。因此从整体来看，竹笋产品出口的综合隐含碳排放强度呈波动上升趋势。
2.3 不确定性分析
综合考虑了竹笋种植阶段、生产阶段和分销阶段的碳排放。选择系统边界的不同会对碳足迹的评价结果产生影响。在评估竹笋产品碳足迹过程中，全程收集了各阶段的初级数据，一些相关碳排放因子主要选择来自国内外数据库及参考文献，可能会对研究结果产生差异。此外，在估算中国竹笋产品出口隐含碳排放与碳排放强度时，选择了5种代表性竹笋产品，但不同的竹种、种植环境和加工工艺可能会导致竹笋产品碳足迹的差异，从而对估算结果产生影响。因此，在未来的研究中，应规范竹笋产品碳排放因子数据的选择，进一步提升碳足迹评估结果的可信度和准确性；扩展不同地区、不同竹种的竹笋产品碳足迹评估研究，推动竹笋产业低碳高质量发展。
3. 减排情景设计及减排量估算
3.1 减排情景设计
通过上述排放热点的识别，确定了农资投入、鲜笋运输、鲜笋加工和附加物投入是有效的减排方向。减排情景一：农资投入是鲜食笋的排放热点。近年来，中国大力推进农药化肥减量增效工作，部分地区降幅达30%以上[35]。根据《“十四五”全国农业绿色发展规划》提出的持续推进药肥减量要求，以减少30%农资投入量作为减排路径。减排情景二：鲜笋运输是笋干丝的排放热点，主要受到运输质量、运输距离与运输方式的影响。目前，竹笋加工企业采用轻型货车进行分散运输，排放因子为0.083 0 kg·t−1·km−1；将轻型货车优化为中型货车，采用公共物流集中运输，排放因子为0.042 0 kg·t−1·km−1，从而减少鲜笋运输碳排放。减排情景三：鲜笋加工是4种竹笋加工产品共同的排放热点，主要受到电力消耗和生物质燃料投入量的影响。《中国区域电网二氧化碳排放因子研究(2023)》报告提出：“十四五”期间中国非化石能源发电占比进一步提高，各省电力排放因子平均年下降速率为4.07%。据此估算2024年电力排放因子为0.534 7 t·(MW·h)−1。减排情景四：附加物投入作为4种竹笋加工产品的共同排放热点，主要涉及到包装、调味品的投入量。采取包装轻量化的减排情景设计，蒸煮袋包装将厚度由原先的12 μm优化至7 μm；玻璃瓶包装平均壁厚由3.5 mm降低至2.0 mm[36]。
3.2 减排优化结果
基于碳足迹核算与政策指导的减排情景设计，应用情景假设方法，计算涉及直接排放或间接排放的共8个排放源在减排优化前后的碳排放量变化(图2A~E)量，其中灰色区域代表减排优化前的碳排放量，黄色区域代表减排优化后的碳排放量。在减排情景优化下，5种产品的碳足迹都有不同程度的下降。下降幅度由大到小依次为调味笋(31.95%)、鲜食笋(21.69%)、笋干丝(19.25%)、水煮笋(17.16%)、手剥笋(10.71%)，平均下降幅度为20.15%。
图 2 竹笋产品减排优化前后结果对比Figure 2 Comparison of results before and after emission reduction optimization of 5 bamboo shoot products4. 结论
本研究核算了5种典型雷竹笋产品种植阶段、生产阶段和分销阶段的碳足迹，并结合海关出口数据估算了2015—2023年的竹笋产品出口隐含碳排放与碳排放强度。结论如下：①5种典型雷竹笋产品的碳足迹存在显著差异，碳足迹为0.2~1.4 kg·kg−1。在碳足迹构成中，农资投入、鲜笋运输、鲜笋加工和附加物投入是竹笋产品的排放热点。②受出口规模影响，2015—2023年中国竹笋产品的出口隐含碳排放总体呈现先上升后波动下降趋势。由于竹笋产品出口结构的变化，每类竹笋产品的出口隐含碳排放强度呈波动下降趋势，竹笋产品综合隐含碳排放强度呈现波动上升趋势。③结合排放热点分析与政策指导，对5种竹笋产品开展了减排情景优化设计。优化前后，水煮笋和调味笋的碳足迹下降幅度均超过30%；笋干丝和鲜食笋的碳足迹下降幅度为20%~30%；手剥笋的碳足迹下降幅度最小，为10%~20%。
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图 1 光皮桦与拟南芥AP2 /ERF转录因子家族系统进化树
Figure 1 Phylogenetic tree of AP2/ERF transcription factors from B. luminifera and A. thaliana
图 2 光皮桦AP2 /ERF家族基因成员结构(A)及保守基序(B)
Figure 2 Gene structure (A) and conserved motif (B) of AP2/ERF family members in B. luminifera
图 3 光皮桦AP2/ERF基因启动子顺式作用元件
Figure 3 The cis-elements in promoter of AP2/ERF genes in B. luminifera
图 4 光皮桦AP2/ERF家族蛋白互作预测
Figure 4 Prediction of interactions of AP2/ERF proteins in B. luminifera
图 5 光皮桦AP2/ERF基因家族在不同组织器官中的表达
Figure 5 Expression profiles of AP2/ERF family genes in different tissues and organs of B. luminifera
图 6 高温胁迫下光皮桦AP2/ERF基因表达分析
Figure 6 Expression analysis of AP2/ERF genes under heat stress in B. luminifera
表 1 光皮桦AP2/ERF基因家族成员序列特征
Table 1. Gene features of AP2 /ERF gene family from B. luminifera
分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点AP2 BlAP2-1 ON092428 1527 508 55.95 6.20 ERF (B-1) BlERF1 ON092417 1131 376 41.40 6.56 BlAP2-2 ON092430 1494 497 55.01 6.58 BlERF4 ON092422 783 260 27.62 9.85 BlAP2-3 ON092431 1644 547 60.45 6.17 BlERF9 ON092433 633 210 22.91 6.85 BlAP2-4 ON092437 1203 400 44.64 8.37 BlERF15 ON092447 510 169 18.52 10.06 BlAP2-5 ON092446 1458 485 52.91 7.83 BlERF18 ON092458 468 155 16.80 9.81 BlAP2-6 ON092453 2121 706 77.37 6.39 BlERF33 ON092489 636 211 22.85 9.74 BlAP2-7 ON092456 975 324 37.20 5.44 BlERF34 ON092491 900 299 32.64 5.10 BlAP2-8 ON092457 1428 475 51.86 6.43 BlAP2-9 ON092466 1929 642 71.38 6.50 ERF (B-2) BlERF2 ON092418 942 313 34.89 5.65 BlAP2-10 ON092474 1956 651 71.92 6.53 BlERF13 ON092443 1137 378 42.28 5.12 BlAP2-11 ON092483 1614 537 58.88 5.95 BlAP2-12 ON092485 1068 355 39.52 7.16 ERF (B-3) BlERF3 ON092419 729 242 27.18 6.03 BlAP2-13 ON092493 1539 512 56.17 6.41 BlERF10 ON092438 837 278 29.98 6.46 BlERF11 ON092439 828 275 29.76 8.72 DREB (A-1) BlDREB6 ON092434 741 246 27.06 4.77 BlERF21 ON092468 996 331 36.46 6.03 BlDREB7 ON092435 714 237 26.13 4.89 BlERF22 ON092469 996 331 36.36 7.68 BlDREB8 ON092436 900 299 33.24 4.94 BlERF23 ON092470 996 331 36.52 6.67 BlDREB15 ON092454 678 225 25.22 8.58 BlERF24 ON092471 996 331 36.49 8.57 BlDREB17 ON092461 564 187 20.58 6.12 BlERF25 ON092472 1011 336 37.03 6.47 BlDREB23 ON092484 657 218 23.93 8.90 BlERF28 ON092477 699 232 25.68 6.21 BlDREB24 ON092487 612 203 22.27 5.47 BlDREB25 ON092488 609 202 22.14 5.48 ERF(B-4) BlERF6 ON092426 1092 363 39.30 6.51 BlDREB26 ON092490 621 206 22.93 5.48 BlERF26 ON092475 612 203 22.47 4.86 BlERF27 ON092476 657 218 24.47 6.13 DREB (A-3) BlDREB19 ON092463 972 323 34.95 6.58 BlERF31 ON092481 1383 460 49.08 5.72 BlERF32 ON092482 612 203 22.48 4.87 DREB (A-4) BlDREB5 ON092429 717 238 25.85 4.92 BlDREB9 ON092440 642 213 23.46 4.99 ERF(B-5) BlERF7 ON092427 924 307 35.10 5.14 BlDREB10 ON092441 558 185 20.22 4.73 BlERF17 ON092455 969 322 36.12 5.50 BlDREB12 ON092448 546 181 20.42 5.18 BlERF20 ON092464 1053 350 39.54 4.88 BlDREB14 ON092452 531 176 18.89 5.20 BlDREB16 ON092459 540 179 19.95 6.90 ERF(B-6) BlERF5 ON092423 549 182 20.42 6.71 BlDREB18 ON092462 603 200 21.85 4.95 BlERF8 ON092432 609 202 22.49 6.83 BlDREB21 ON092473 606 201 20.88 4.80 BlERF12 ON092442 624 207 23.23 6.98 BlDREB22 ON092480 684 227 24.39 4.81 BlERF14 ON092444 756 251 28.52 4.94 BlERF16 ON092450 996 331 36.52 5.00 DREB (A-5) BlDREB1 ON092420 615 204 22.57 5.11 BlERF19 ON092460 777 258 28.97 5.39 BlDREB2 ON092421 444 147 16.65 7.83 BlERF29 ON092478 573 190 21.52 8.85 BlDREB3 ON092424 699 232 24.96 5.16 BlERF30 ON092479 570 189 21.29 7.80 BlDREB11 ON092445 525 174 19.43 6.64 BlDREB13 ON092449 486 161 17.59 4.77 RAV BlRAV1 ON092451 948 315 35.16 9.00 BlDREB20 ON092467 624 207 22.78 4.76 BlRAV2 ON092465 1203 400 44.15 8.08 DREB (A-6) BlDREB4 ON092425 1134 377 41.15 5.54 Soloist BlSoloist ON092486 957 318 36.27 6.01 BlDREB27 ON092492 1008 335 36.97 6.18 
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20220331
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