邵明英 王 皓 葛長(zhǎng)利 陳其美 董 彬李訓(xùn)碧
(1海南職業(yè)技術(shù)學(xué)院,海南???70000;2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京100193;3山東藍(lán)思種業(yè)股份有限公司,山東日照276800;4全國(guó)畜牧總站,北京100124)
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中國(guó)實(shí)驗(yàn)用小型豬生化標(biāo)記檢測(cè)研究
邵明英1,2*王皓2,4*葛長(zhǎng)利3陳其美3董彬3李訓(xùn)碧2#
(1海南職業(yè)技術(shù)學(xué)院,海南???70000;2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京100193;3山東藍(lán)思種業(yè)股份有限公司,山東日照276800;4全國(guó)畜牧總站,北京100124)
摘要:本試驗(yàn)采用聚丙烯酰氨凝膠電泳法,對(duì)我國(guó)實(shí)驗(yàn)用小型豬生化標(biāo)記實(shí)行相應(yīng)的探究。收集五指山小型豬、貴州小型豬、廣西巴馬小型豬和山東萊蕪豬等的血液樣品,檢測(cè)了不同品種豬堿性磷酸酶(APK)、轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)、蛋白抑止物(Pi-1)、后白蛋白(Po-2)、葡萄糖6磷酸脫氫酶(G6PD)、乙醇脫氫酶(ADH3)、醛縮酶(ALDA)、碳酸酐酶(Ca)和谷氨酸脫氫酶(GLD)等9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)。結(jié)果顯示:所檢測(cè)的4個(gè)品種豬、9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)中的ADH3、GLD、ALDA三個(gè)位點(diǎn)電泳呈現(xiàn)單條帶,不存在多態(tài)性;其他6個(gè)位點(diǎn)都存在多態(tài)性。此外,還發(fā)現(xiàn)G6PD和Ca兩個(gè)位點(diǎn)在五指山小型豬、貴州小型豬、廣西巴馬小型豬品種和山東萊蕪豬中表現(xiàn)型有明顯不同。經(jīng)對(duì)所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析與總結(jié),確定了4個(gè)類型豬的遺傳性變異、體系構(gòu)造及種類之間的遺傳聯(lián)系等;并從此方向揭示了我國(guó)現(xiàn)存實(shí)驗(yàn)用小型豬的遺傳多樣性情況,豐富了我國(guó)地方豬種遺傳資源數(shù)據(jù)庫(kù)。
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)用小型豬;遺傳多樣性;生化標(biāo)記;聚丙烯酰胺凝膠電泳;檢測(cè)
我國(guó)具有豐富的豬種質(zhì)資源,同時(shí)擁有獨(dú)特而又豐富的小型豬資源[1,2]。小型豬的應(yīng)用前景非常廣闊,尤其是在比較醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:實(shí)驗(yàn)用小型豬以其來源清楚、體型小、耐近交、遺傳穩(wěn)定及遺傳背景明確等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),以及在心血管組織、消化組織、皮膚組織、骨組織生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)攝取、新陳代謝以及解剖結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)和人體比較相像,已逐漸成為醫(yī)學(xué)研究中一種重要的動(dòng)物模型[3,4]。
自20世紀(jì)80年代以來,我國(guó)已開始對(duì)小型豬資源的多領(lǐng)域開展研究,包括近交系培育、分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)、生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律、飼料營(yíng)養(yǎng)代謝、血液生理生化指標(biāo)、組織器官生理解剖、比較醫(yī)學(xué)生物安全性及開發(fā)應(yīng)用等[5-7]?;谖覈?guó)地形、生態(tài)條件的多樣性,我國(guó)小型豬品種在經(jīng)過歷代人工和自然選擇后,已具有得天獨(dú)厚的資源和條件。我國(guó)小型豬主要的品種有:海南五指山小型豬、云南小耳豬、貴州香豬、廣西巴馬香豬、甘肅合作豬、滇南小耳豬、烏金豬、青海藏豬等。盡管全球小型豬資源主要集中在中國(guó)和越南,但缺乏符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)用豬,已成為制約小型豬及其生物制品開發(fā)應(yīng)用的主要因素。
生化標(biāo)記是根據(jù)動(dòng)物機(jī)體的生理情況作為遺傳標(biāo)記,基本上包含血型、血清蛋白以及同工酶等多個(gè)方面,是當(dāng)前四大主要遺傳標(biāo)記之一。通過對(duì)動(dòng)物體內(nèi)蛋白、同工酶等的檢測(cè),評(píng)價(jià)動(dòng)物品種內(nèi)的遺傳變異和品種間的親緣關(guān)系。血液蛋白多態(tài)性(Protein Polymorphism)是一種常用的生化遺傳標(biāo)記,表示的是具備某一特定性能的血液蛋白質(zhì)或者酶具有兩種以上的遺傳變異體[8]。
電泳是生化標(biāo)記檢測(cè)最常用的方法[9],根據(jù)支持物不同可分為:紙電泳與凝膠電泳。聚丙烯酰氨凝膠電泳方式是以聚丙烯酰胺凝膠作為支持介質(zhì)的一種常用方法,它具備以下特點(diǎn):⑴當(dāng)濃度含量達(dá)到一定程度時(shí),凝膠呈現(xiàn)透明狀,彈性效果較佳,機(jī)械功能較好;⑵同被分離物質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)效果;⑶對(duì)pH值以及溫度的范圍較為穩(wěn)固;⑷從大體上來看,基本不具有電滲效果,在濃度含量較高、操作流程相同的條件下,其樣品的分離重復(fù)性較好;⑸樣品極不容易進(jìn)行分散,且使用的數(shù)量較少,靈敏程度能夠達(dá)到1 μg;⑹凝膠的孔徑可以進(jìn)行調(diào)整,并可依照被分離物質(zhì)的分子量選取與其相適應(yīng)的濃度指標(biāo);⑺分辨率高。
本試驗(yàn)采用聚丙烯酰氨凝膠電泳法,對(duì)中國(guó)實(shí)驗(yàn)用小型豬生化標(biāo)記進(jìn)行研究。收集五指山小型豬、貴州小型豬、廣西巴馬小型豬以及山東萊蕪豬等4個(gè)品種豬的血液當(dāng)做樣本,檢測(cè)了不同品種豬的9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)。本研究的開展將為我國(guó)矮小型豬種質(zhì)資源挖掘和保護(hù)提供基礎(chǔ),為小型豬近交系的建立提供有力的參考依據(jù),并促進(jìn)試驗(yàn)用小型豬生化標(biāo)記檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)的制定。
1.1采樣及樣品的分離方法
使用前腔靜脈采血法,收集五指山小型豬、貴州小型豬、廣西巴馬小型豬以及山東萊蕪豬等4個(gè)品種豬的血液當(dāng)做樣本(表1)。
表1 采樣品種及數(shù)量 (頭)
每頭豬采集血液10mL,肝素鈉抗凝(肝素為100U/mL全血),在4℃的條件下,以1 000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10分鐘,并在此之后,獲取上層的血漿。把下層血細(xì)胞進(jìn)行洗滌,并以1 000轉(zhuǎn)/分鐘的速度進(jìn)行離心,持續(xù)時(shí)間為10分鐘,將上層液體除去,并再次進(jìn)行洗滌。以上血漿與溶血液均保存在-20℃冰箱中備用。
1.2標(biāo)記位點(diǎn)電泳檢測(cè)試驗(yàn)
本試驗(yàn)采用垂直板聚丙烯酰氨凝膠電泳法檢測(cè)了不同品種豬堿性磷酸酶(APK)、轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)、蛋白抑止物(Pi-1)、后白蛋白(Po-2)、葡萄糖6磷酸脫氫酶(G6PD)、乙醇脫氫酶(ADH3)、醛縮酶(ALDA)、碳酸酐酶(Ca)和谷氨酸脫氫酶(GLD)等9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)。凝膠濃度、緩沖液系統(tǒng)和相關(guān)電泳條件詳見表2。
表2 凝膠濃度含量,緩沖液結(jié)構(gòu)以及有關(guān)的電泳條件
1.3數(shù)據(jù)分析
應(yīng)用生物學(xué)軟件Mega3.1研究系統(tǒng)發(fā)生樹,用GENEPOP估算等位基因頻率等群體遺傳學(xué)參數(shù),用PIC統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行多態(tài)性信息含量、位點(diǎn)雜合度等,用DISPAN軟件包計(jì)算遺傳分化系數(shù)、總?cè)豪镫s合度、亞群體雜合度和遺傳距離等。
2.1生化標(biāo)記功能分析
本研究遵循下述幾項(xiàng)規(guī)定選取了9個(gè)待測(cè)定的生化標(biāo)記位點(diǎn)(表3):參考在豬種類中和別的實(shí)驗(yàn)型生物中已經(jīng)存在的生化標(biāo)記位點(diǎn);綜合考察備選位點(diǎn)在染色體的分布,盡可能涵蓋全部染色體,以其代表該品種動(dòng)物的特點(diǎn)。
堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase,AKP)是目前免疫診斷試劑產(chǎn)品最常用的標(biāo)記酶之一,具有穩(wěn)定性高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。作為一種非特異性磷酸單酯酶,AKP能催化磷酸單酯的水解反應(yīng)和磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)[10]。
轉(zhuǎn)鐵蛋白(Transferrin,Tf)又稱運(yùn)鐵蛋白,是血漿中β球蛋白與鐵結(jié)合蛋白的一種復(fù)合物,最早是從豬的血清中提取。一個(gè)轉(zhuǎn)鐵蛋白分子可以和兩個(gè)Fe3+進(jìn)行融合,并把Fe傳遞至骨髓中,對(duì)血紅蛋白的形成起到一定的促進(jìn)作用。除此之外,轉(zhuǎn)鐵蛋白還可以起到抗微生物的效果,并因其具有多種分子體系,所以在進(jìn)行電泳之后,呈現(xiàn)出的區(qū)帶也是多樣化的[11]。
蛋白抑止物(Protease inhibitor,Pi-1),主要功能是中和由白細(xì)胞、肝臟和細(xì)菌釋放出來的蛋白酶[12]。
后白蛋白(Postalbumin,Po-2)又稱清蛋白,是血漿中含量最高的蛋白質(zhì),主要作用是維持血漿中膠體的滲透壓。后白蛋白主要由肝臟合成,Po-2的濃度含量能夠體現(xiàn)出肝臟組織的主要性能,其濃度的變化可以引發(fā)相應(yīng)的繼發(fā)癥狀。對(duì)血清后白蛋白的檢測(cè)已廣泛應(yīng)用于生化標(biāo)記監(jiān)測(cè)[12]。
葡萄糖6磷酸脫氫酶(Glucose-6-phosphate dehydrogen ase,G6PD)存在于機(jī)體的血紅細(xì)胞中,并幫助葡萄糖進(jìn)行機(jī)體代謝,在此環(huán)節(jié)中將會(huì)生成NADPH,進(jìn)而避免血紅細(xì)胞受到氧化組織的侵害。G6PD可以協(xié)助血紅細(xì)胞正常運(yùn)行,保護(hù)血紅細(xì)胞抵抗物質(zhì)的積聚[13]。
乙醇脫氫酶(Alcohol dehydrogenase3,ADH3)基本上則是在肝臟部位產(chǎn)生,因此肝臟組織所患有的疾病或許同血清ADH活性存在密切的聯(lián)系。采用分光光度方式對(duì)血清內(nèi)ADH的活性進(jìn)行評(píng)測(cè),并且對(duì)這一指標(biāo)進(jìn)行深入的探討,研究出其在疾病治療過程中所起的作用。通過血清ADH活性測(cè)定,可以明確肝臟組織的各項(xiàng)功能是否存在問題。在對(duì)患有肝臟疾病患者血清內(nèi)的ADH進(jìn)行檢測(cè)時(shí)我們可觀察到,最終結(jié)果顯著高于普通人群[14]。
谷氨酸脫氫酶(Glutamic acid dehydrogenase,GLDH)是眾多線粒體酶中的一類,其中含有部分鋅元素,該酶在人體內(nèi)的分布具有一定規(guī)律,多出現(xiàn)在肝臟、心肌以及腎細(xì)胞中,其中,肝細(xì)胞中的GLDH活性最高,它催化谷氨酸脫氨生成α-酮戊二酸和氨的反應(yīng)[15]。
醛縮酶(Aldolase,ALD)通常是指糖酵解途徑中的1,6-二磷酸果糖醛縮酶,是Meyerhof等于1936年首先發(fā)現(xiàn)的。自1950年起,有關(guān)人員對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的醛縮酶進(jìn)行了持續(xù)的探究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)物體內(nèi)共存在三類不同的ALD同工酶。血清ALD增高主要用于診斷肌肉和肝臟疾病,也可能是體內(nèi)某些組織或器官發(fā)生病變所致。每個(gè)細(xì)胞中存在的ALD同工酶都具備其各自不同的獨(dú)特性質(zhì),因此檢測(cè)血清中的ALD同工酶能夠有效增強(qiáng)細(xì)胞的獨(dú)特性質(zhì),從而可以相對(duì)精準(zhǔn)地找出發(fā)生病變反應(yīng)的區(qū)域,及該區(qū)域發(fā)生病變反應(yīng)的嚴(yán)重程度[16]。
表3 生化標(biāo)記位點(diǎn)
碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,Ca)屬于金屬酶的范疇,其中含有一定量的鋅元素,這種酶的組成結(jié)構(gòu)有一個(gè)重要特性,即在它的活性區(qū)域存在一種特殊的鋅原子,且該鋅原子是其發(fā)揮催化效應(yīng)的必備元素。這種酶的催化機(jī)理為:促進(jìn)二氧化碳進(jìn)行水和反應(yīng),且該反應(yīng)在一定條件下可逆,繼而減少二氧化碳在植物葉肉組織中的流通障礙,有效推動(dòng)二氧化碳向Rubi-sco的進(jìn)一步流通,從而保證植物體內(nèi)的羧化反應(yīng)能夠具備充足的反應(yīng)物質(zhì)。許多生物反應(yīng)都涉及到了碳酸酐酶的催化作用,其中主要有pH調(diào)節(jié)、離子轉(zhuǎn)換、CO2運(yùn)輸、呼吸作用及光合作用中的二氧化碳固定等[17]。
2.2生化位點(diǎn)遺傳變化和遺傳學(xué)差異
根據(jù)GENEPOP軟件工具,對(duì)樣品山東萊蕪豬43頭份、貴州小型豬44頭份、五指山小型豬43頭份、廣西巴馬小型豬73頭份的生化位點(diǎn)出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)。
表4 不同豬種生化位點(diǎn)的發(fā)生頻率
2.3不同品種豬的遺傳多樣性信息
根據(jù)生物學(xué)軟件pic統(tǒng)計(jì)工具,對(duì)樣品山東萊蕪豬43頭份、貴州小型豬44頭份、五指山小型豬43頭份、廣西巴馬小型豬73頭份的有效等位基因數(shù)(Ne)、多態(tài)信息含量(PIC)以及平均雜合度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表5)。
表5 四個(gè)品種的有效等位基因數(shù)、多態(tài)信息含量和雜合度
根據(jù)生物學(xué)軟件GENEPOP和PIC統(tǒng)計(jì)工具,對(duì)樣品山東萊蕪豬43頭份、貴州小型豬44頭份、五指山小型豬43頭份、廣西巴馬小型豬73頭份進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得出不同豬品種的遺傳多樣性信息(表6)。
根據(jù)生物學(xué)軟件DISPAN,對(duì)樣品山東萊蕪豬43頭份、貴州小型豬44頭份、五指山小型豬43頭份、廣西巴馬小型豬73頭份得出4個(gè)品種豬的遺傳距離(表7)。
3.1生化標(biāo)記位點(diǎn)多態(tài)性
本文針對(duì)4個(gè)不同種類豬的9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)進(jìn)行了探究,詳細(xì)敘述了中國(guó)4個(gè)不同區(qū)域性種類豬的遺傳構(gòu)型與遺傳變異。探究成果顯示,試驗(yàn)測(cè)定的9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)中的ADH3、GLD、ALDA等3個(gè)位點(diǎn)電泳呈現(xiàn)單條帶,不存在多態(tài)性;其他6個(gè)位點(diǎn)都存在多態(tài)性。此外,還發(fā)現(xiàn)G6PD和Ca兩個(gè)位點(diǎn)在五指山小型豬、貴州小型豬、廣西巴馬小型豬品種和一個(gè)普通豬品種山東萊蕪豬中表現(xiàn)型有明顯不同(表4)。
Pi-1有2種基因型,且呈多態(tài)性,不同品種豬的Pi-1A和Pi-1B等位基因的頻率有差異,在山東萊蕪豬中Pi-1A和Pi-1B等位基因的頻率分別為0.41666和0.58333,Pi-1B為優(yōu)勢(shì)基因;在貴州小型豬中Pi-1A 和Pi-1B等位基因的頻率分別為0.41666和0.58333,Pi-1B為優(yōu)勢(shì)基因;在五指山小型豬中Pi-1A和Pi-1B等位基因的頻率分別為0.82558和0.17441,Pi-1A為優(yōu)勢(shì)基因;在巴馬小型豬中Pi-1A和Pi-1B等位基因的頻率分別為0.77083和0.22916,Pi-1A為優(yōu)勢(shì)基因。
表6 遺傳多樣性信息
表7 4個(gè)品種豬的遺傳距離
Po-2有2種基因型,且呈多態(tài)性,在山東萊蕪豬中Po-2A和Po-2B等位基因的頻率分別為0.57142和0.4257,Po-2A為優(yōu)勢(shì)基因;在貴州小型豬中Po-2A 和Po-2B等位基因的頻率分別為0.15909和0.84090,Po-2B為優(yōu)勢(shì)基因;在五指山小型豬中Po-2A和Po-2B等位基因的頻率分別為0.77906和0.22093,Po-2A為優(yōu)勢(shì)基因;在巴馬小型豬中Po-2A和Po-2B等位基因的頻率分別為0.94444和0.05555,Po-2A為優(yōu)勢(shì)基因。
Tf有多種基因型,且呈多態(tài)性[18],在山東萊蕪豬中,TfA、TfB、TfC和TfD的基因頻率分別為0.26744、0.65476、0.05952和0.01190,TfB為優(yōu)勢(shì)基因;在貴州小型豬中,TfA和TfB等位基因的頻率分別為0.32222和0.67045,TfB為優(yōu)勢(shì)基因;在五指山小型豬中,TfA、TfB、TfC和TfD的基因頻率分別為0.29545、0.32558、0.16279和0.20930,TfB為優(yōu)勢(shì)基因;在巴馬小型豬中,TfA、TfB、TfC和TfD的基因頻率分別為0.28767、0.59722、0.06250和0.04861,TfB為優(yōu)勢(shì)基因。
AKP有2種基因型,且呈多態(tài)性,不同品種豬的AKPA和AKPB等位基因的頻率有差異,在山東萊蕪豬中,AKPA和AKPB等位基因的頻率分別為0.13095和0.86904,AKPB為優(yōu)勢(shì)基因;在貴州小型豬中,AKPA 和AKPB等位基因的頻率分別為0.04545和0.95454,AKPB為優(yōu)勢(shì)基因;在五指山小型豬中,AKPA和AKPB等位基因的頻率分別為0.09302和0.90697,AKPB為優(yōu)勢(shì)基因;在巴馬小型豬中,AKPA和AKPB等位基因的頻率分別為0.10416和0.89583,AKPB為優(yōu)勢(shì)基因。
G6PD和Ca的分析同上。
3.2遺傳多樣性
已有研究表明,用于測(cè)量遺傳變化的生化標(biāo)記在種群內(nèi)的平均雜合度需要維持在0.3~0.8的范疇內(nèi),否則就不具備一定的實(shí)踐價(jià)值[19]。在該探究中生化標(biāo)記在4個(gè)中國(guó)地方豬品種的平均雜合度維持在0.36~0.54的范疇內(nèi)(表6),所以該探究運(yùn)用采用的生化標(biāo)記,能夠有效適用于檢測(cè)生物遺傳多樣化的相關(guān)研究中。
3.3遺傳距離
遺傳距離能夠在一定程度上顯示不同種類或者不同品系間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。按照有關(guān)遺傳距離計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)得到的規(guī)范距離為從0.0223~0.1112不等(表7),其中兩品種間距離最近的是廣西巴馬小型豬和五指山小型豬(0.0223),五指山小型豬與貴州小型豬距離最遠(yuǎn)(0.1112)。
動(dòng)物生化標(biāo)記是家畜遺傳變異的直接反映。生化標(biāo)記多樣化和生物經(jīng)濟(jì)性狀在遺傳上具有一定的聯(lián)系,且在理論上通常體現(xiàn)為3類不同的形式。除此之外,生化標(biāo)記多樣化不僅在理論上具有前瞻性的引導(dǎo)價(jià)值,在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方面還存在一定的實(shí)際意義,能夠適用于對(duì)生物種類的初期篩選及相關(guān)遺傳育種工作,從而可有效推動(dòng)我國(guó)遺傳育種的發(fā)展進(jìn)程。
本研究挑選了三個(gè)用于我國(guó)試驗(yàn)探究的小型豬品種,以及一個(gè)區(qū)域性品種豬的9個(gè)生化標(biāo)記位點(diǎn)作為探究對(duì)象,并對(duì)其實(shí)行有效測(cè)定,通過蛋白凝膠電泳梯度檢測(cè)了不同品種豬生化標(biāo)記位點(diǎn)。通過生化標(biāo)記檢測(cè)成果的統(tǒng)計(jì)剖析及聚類,確定了4個(gè)不同種類豬的遺傳變異、種群構(gòu)型及不同種類間的親緣關(guān)系。從生化標(biāo)記多樣化著手,深刻闡述了我國(guó)目前存在的小型品種豬的遺傳多樣化狀況,豐富了我國(guó)地方豬種遺傳資源數(shù)據(jù)庫(kù)。
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#通訊作者:李訓(xùn)碧,助理研究員,E-mail:lixunbi0214@163.com
作者簡(jiǎn)介:邵明英(1976-),女,河北人,畜牧師,主要從事畜牧獸醫(yī)專業(yè)教學(xué)及科研工作;E-mail: mingshao2013@aliyun.com,Tel:0898-31930606
基金項(xiàng)目:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程"(ASTIP-IAS05);山東省泰山學(xué)者種業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目,863計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA102502)
收稿日期:2015-08-28
中圖分類號(hào):S828.8+9
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1673-4645(2016)02-0055-06
*共同第一作者:王皓(1981-),男,山東人,畜牧師,從事種畜禽遺傳改良和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作,E-mail:2712wanghao@163.com,Tel:010-59194610