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    1. 大豆類黃酮糖基轉移酶基因UGT73C19的功能研究
    狄少康,尹青崗,夏亞迎,龐永珍
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3507-3519.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.002
    摘要241)   HTML38)    PDF(pc) (1274KB)(139)    收藏

    【背景】 類黃酮是大豆中積累的一類重要的植物次生代謝產物,參與大豆的生長、發育和抗逆等諸多生理活動。由UDP-糖基轉移酶(UGT)催化的糖基化修飾是類黃酮生物合成的關鍵步驟。【目的】 通過系統研究大豆UGT73C19編碼重組酶的體外酶活特性和體內特性,完善大豆黃酮類化合物合成和積累的機制,為大豆品質的遺傳改良提供基因資源和理論基礎。【方法】 通過高效液相色譜(HPLC)的方法檢測大豆核心種質資源葉片中類黃酮的種類和含量,通過qRT-PCR的方法檢測了UGT的表達水平。以大豆Williams 82葉片cDNA為模板,克隆得到UGT73C19的編碼區序列。使用MEGA5和DNAMAN軟件進行多重序列比對,并構建進化樹。通過原核表達系統獲得UGT73C19的重組蛋白,分析UGT73C19重組蛋白對各種類黃酮苷元的糖基轉移活性,并通過高效液相色譜-質譜(HPLC-MS)對產物進行鑒定,確定重組蛋白的糖基化位點。利用qRT-PCR技術對UGT73C19在大豆不同組織的表達水平進行分析。構建植物過量表達載體,通過花序浸染法轉化擬南芥,獲得UGT73C19表達量高的純合株系,檢測轉基因株系葉片和種子中類黃酮的種類和含量。【結果】 通過HPLC分析大豆核心種質資源葉片類黃酮成分,發現不同品種中類黃酮的成分和含量存在明顯差異。根據類黃酮成分的不同,將大豆核心種質分為12種不同的類型。大豆核心種質資源葉片中總黃酮的含量與UGT73C19的表達水平呈正相關關系。克隆得到UGT73C19的編碼區序列,全長1 482 bp,編碼493個氨基酸,UGT73C19蛋白在C-端有一個保守的PSPG結構域。體外酶活分析表明,重組的UGT73C19蛋白對6種類黃酮苷元(山奈酚、槲皮素、楊梅素、芹黃素、大豆苷元和染料木素)都具有糖基轉移活性,其中對槲皮素的催化效率最高;糖基化位點分別位于類黃酮的5位和7位羥基上,重組UGT73C19蛋白的糖基化底物和位點具有多樣性。過量表達UGT73C19的擬南芥葉片和種子中的類黃酮總量明顯升高,其中葉片中總黃酮含量提高49%—70%,種子中總黃酮的含量提高34%—37%;尤其是種子中槲皮素3-O鼠李糖的含量顯著增加。【結論】 UGT73C19蛋白是催化合成大豆中多個類黃酮糖苷的關鍵糖基轉移酶,過量表達UGT73C19可以提高轉基因植物中黃酮醇糖苷和類黃酮的含量。

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    2. 東北半干旱區滴灌施肥條件下高產玉米干物質與 養分的積累分配特性
    侯云鵬,孔麗麗,蔡紅光,劉慧濤,高玉山,王永軍,王立春
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3559-3572.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.007
    摘要159)   HTML25)    PDF(pc) (550KB)(117)    收藏

    【目的】 研究東北半干旱區滴灌施肥條件下,不同栽培模式的玉米群體干物質和養分積累動態變化與轉運分配特征,為區域春玉米滴灌施肥高產栽培技術提供理論依據。【方法】 2014—2016年,在吉林省西部半干旱區乾安縣進行定位試驗,以農華101為材料,在滴灌施肥條件下,分別設置農民栽培(FP)、高產栽培(HY)和超高產栽培(SHY)3種栽培模式。研究了滴灌施肥條件下,不同栽培模式對群體干物質和養分積累動態、轉運與分配特征以及產量構成特性的影響。【結果】 與FP模式相比,HY和SHY模式玉米產量顯著增加,平均增幅分別為16.0%和37.4%;穗粒數和百粒重低于FP模式,但單位面積穗數顯著高于FP模式。HY和SHY模式較FP模式顯著提高了玉米開花期至成熟期的群體干物質和氮、磷、鉀積累量,并提高了開花后干物質和氮、磷、鉀積累量占總生育期積累量的比例(花后干物質和氮、磷、鉀積累量占總生育期積累量比例分別提高 8.0%、23.3%、10.0%、33.9%和13.8%、42.6%、21.6%、44.6%)。Logistic方程解析表明,HY和SHY模式群體干物質最大增長速率和平均增長速率均高于FP模式(干物質最大增長速率和平均增長速率分別提高6.9%、4.2% 和23.8%、10.9%);且最大速率出現時間晚于FP模式。與FP模式相比,HY和SHY模式顯著降低了玉米開花前養分轉運率和轉運養分對籽粒的貢獻率,顯著提高了開花后積累養分對籽粒的貢獻率。相關分析結果表明,玉米開花前后干物質和氮、磷、鉀素積累量與籽粒產量均呈顯著或極顯著正相關(r=0.7513—0.9840),其中開花后群體干物質和氮、磷、鉀積累量與產量的相關性高于開花前。【結論】 與農戶栽培模式相比,高產和超高產栽培模式在提高群體干物質最大增長速率和平均增長速率的同時,推遲了群體干物質最大增長速率出現時間,進而使玉米開花期至成熟期有較高的干物質與養分積累,同時顯著提高了玉米開花后積累養分對籽粒貢獻率。因此,在東北半干旱區滴灌施肥條件下,通過增加種植密度,利用氮磷鉀肥料總量控制、分期調控等管理措施,保證玉米整個生育期對氮、磷、鉀養分的需求,是實現玉米產量進一步提高的重要途徑。

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    3. 滴灌水肥一體化配施有機肥對土壤N2O排放與酶活性的影響
    奚雅靜,汪俊玉,李銀坤,武雪萍,李曉秀,王碧勝,李生平,宋霄君,劉彩彩
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3611-3624.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.012
    摘要81)   HTML10)    PDF(pc) (2001KB)(81)    收藏

    【目的】 通過在有機肥基礎上增施不同量無機氮,研究滴灌水肥一體化條件下溫室番茄土壤N2O排放和脲酶(UR)、硝酸還原酶(NR)、亞硝酸還原酶(Ni R)以及羥胺還原酶(Hy R)活性的動態變化,分析各處理土壤N2O排放特征及土壤UR、NR、Ni R和Hy R活性對土壤N2O排放的影響,揭示在滴灌水肥一體化下N2O排放過程機制。【方法】 試驗共設CK(不施氮)、N1(200 kg·hm -2有機氮)、N2(200 kg·hm -2有機氮+ 250 kg·hm -2無機氮)、N3(200 kg·hm -2有機氮+ 475 kg·hm -2無機氮)4個處理。采用靜態箱-氣相色譜法,對番茄生育期內土壤N2O排放、土壤酶活性、土壤溫濕度等進行監測。【結果】 滴灌水肥一體化,各施氮處理均在施肥+灌溉后第1天出現N2O排放高峰,隨著時間推移不斷下降,不同處理番茄整個生育期N2O排放通量在0.98—1 544.79 μg·m -2·h -1。土壤N2O排放總量差異顯著,依次為N3((7.13±0.11)kg·hm -2)>N2((4.87±0.21)kg·hm -2)>N1((2.54±0.17)kg·hm -2)>CK((1.56±0.23)kg·hm -2),與N3相比,處理N1、N2土壤N2O排放總量分別降低了64.38%、31.70%。番茄生育期內N2O季節排放特征明顯,秋季高,冬季低。土壤氮素轉化相關酶活性大致隨施氮量的升高而增高。土壤N2O排放通量與5 cm土壤溫度、0—10 cm土層硝態氮含量、土壤NR活性及土壤Hy R活性均呈極顯著正相關(P<0.01)。【結論】 滴灌水肥一體化下,土壤微生物處于好氣環境,土壤N2O主要來自于硝化過程,減少了由反硝化過程所產生的N2O排放。綜合考慮番茄產量、品質、N2O排放等因素,推薦北方溫室秋冬茬番茄施用200 kg·hm -2有機氮+250 kg·hm -2無機氮,75 kg·hm -2 P2O5,450 kg·hm -2 K2O較為適宜。

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    4. 脫水胡蘿卜不同水分活度下的品質變化與細菌菌群演替規律
    楊文建,浦浩亮,王柳清,胡秋輝,裴斐
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3661-3671.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.016
    摘要94)   HTML6)    PDF(pc) (4224KB)(63)    收藏

    【目的】 探究脫水胡蘿卜在不同水分活度下的品質變化與細菌菌群演替規律,為控制脫水胡蘿卜貯藏過程中的食用品質劣變,延長其貨架期提供理論依據。【方法】 挑選大小均一的新制備脫水胡蘿卜丁,置于水分活度(water activity,aw)分別為0.43、0.67、0.78和0.84的密閉干燥器中貯藏50 d,觀測脫水胡蘿卜貯藏過程中硬度、微觀結構、β-胡蘿卜素含量、風味等品質變化情況,分析脫水胡蘿卜在不同貯藏條件下的細菌菌群豐度變化和演替規律。【結果】 乳酸菌(Lactic acid bacteria)是存在于脫水胡蘿卜中的主要外源細菌菌群。經50 d的貯藏后,在低aw貯藏條件下(aw=0.43),脫水胡蘿卜中的芽孢桿菌屬(Bacillus spp.)相對含量高于其他組,高aw環境能夠促進片球菌屬(Pediococcus spp.)、葡萄球菌屬(Staphylococcus spp.)和乳酸桿菌屬(Lactobacillus spp.)的生長,同時加劇脫水胡蘿卜中典型營養物質β-胡蘿卜素的損失,并使脫水胡蘿卜的硬度降低,微觀結構粘連褶皺。同時,電子鼻分析顯示高aw引起脫水胡蘿卜中烯烴類和酮類等特征風味物質下降,而乳酸菌生長代謝相關的胺類物質上升。【結論】 高aw環境能夠加速脫水胡蘿卜中片球菌屬、葡萄球菌屬和乳酸桿菌屬的生長,造成脫水胡蘿卜硬度下降、β-胡蘿卜素損失、特征風味的劣變以及微觀結構的粘連。

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    5. 高效液相體積排阻色譜法測定口蹄疫滅活疫苗146S 抗原含量及疫苗質量評估
    朱元源,徐嫄,鄒興啟,楊延麗,劉麗麗,萬建青,李翠,徐璐,張乾義,夏應菊,王兆,郎洪武,王琴,張松平,趙啟祖
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3695-3704.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.019
    摘要89)   HTML20)    PDF(pc) (866KB)(51)    收藏

    【背景】 口蹄疫疫苗質量評價方法對疫苗生產企業和監管部門進行質量控制尤為重要,146S抗原含量是評價口蹄疫疫苗質量的關鍵指標。蔗糖密度梯度離心法(sucrose density gradient centrifugation,SDGC)是公認經典的測定口蹄疫146S抗原含量的方法,但存在檢測耗時長、過程復雜、重復性差等缺點,影響了疫苗的質量監測。口蹄疫滅活疫苗146S抗原含量高效液相體積排阻色譜法(size-exclusion high-performance liquid chromatography, SE-HPLC)是一種簡便、快速、自動化程度高、高效的測定方法。【目的】 在初步建立的采用SE-HPLC測定口蹄疫滅活疫苗146S抗原含量方法的基礎上,針對不同類型、不同濃縮純化生產工藝制備的口蹄疫滅活疫苗,進一步確認SE-HPLC法在檢測過程中的普適性勢在必行。【方法】 利用口蹄疫146S抗原標準品建立SE-HPLC法標準曲線,求得回歸方程,用于檢測樣品的146S含量。采用SE-HPLC法和SDGC法分別檢測146S抗原標準品1倍、2倍、4倍、8倍、16倍稀釋的5個樣品和市場上隨機選取的22批疫苗, 計算146S抗原含量,對比分析兩種方法的相關性。用SE-HPLC法,3次重復檢測不同企業生產的134批口蹄疫滅活疫苗146S抗原含量,通過色譜圖特異性、檢測值相對標準偏差(relative standard deviation ,RSD)分析SE-HPLC法的重復性,評價該方法的適用性,分析市場流通疫苗的總體質量情況。【結果】 SE-HPLC法建立的標準曲線,峰面積與146S抗原含量的線性關系良好(R 2=0.9981,n=8)。口蹄疫146S抗原標準品5個稀釋樣品和22批口蹄疫疫苗的146S抗原含量檢測結果表明,口蹄疫146S抗原含量檢測SDGC法和SE-HPLC法高度正相關(RS 2=0.9994,nS=5;Rv 2= 0.9602,nv=22)。134批口蹄疫滅活疫苗中,146S抗原含量相對標準偏差RSD<5%的疫苗批次分別占疫苗總批次(134批)、單價苗總批次(18批)、雙組分及雙價苗總批次(76批)、三價苗總批次(40批)的81.34%、72.22%、85.53%、80.00%;146S抗原含量相對標準偏差RSD≤10%的疫苗批次占疫苗總批次(134批)的97.76%。口蹄疫146S抗原含量SE-HPLC法檢測重復性良好,其中疫苗146S抗原含量2—4μg·mL -1時,檢測重復性最好。所有批次疫苗均檢測到目的峰,目的峰的平均起峰、最高峰、落峰時間分別為SE-HPLC法進樣后的11.58、12.90、14.93min,平均持續3.36min。134批口蹄疫滅活疫苗146S抗原含量為1.11—80.36μg·mL -1,其中單價苗、雙價苗、雙組分苗、三價苗146S抗原含量均值分別為2.07、2.40、2.85、13.14 μg·mL -1【結論】 口蹄疫滅活疫苗146S 抗原含量SE-HPLC法適用性好、重復性高、高效、快速、簡便,能夠用于檢測不同類型的口蹄疫滅活疫苗,從而進行疫苗的質量監測和評估。市場流通的口蹄疫滅活疫苗146S含量較高,疫苗質量較好。

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    6. 基于全基因組重測序的大豆分子標記開發及籽粒蛋白質含量QTL定位
    王嘉, 曾召瓊, 梁建秋, 于曉波, 吳海英, 張明榮
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2743-2757.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.001
    摘要359)   HTML74)    PDF(pc) (4355KB)(326)    收藏

    【目的】基于全基因組重測序結果,開發與高蛋白、耐蔭、抗倒伏等性狀緊密相關的分子標記,同時利用開發的分子標記構建遺傳連鎖圖譜,并對籽粒蛋白質含量進行QTL定位,為后續高蛋白、耐蔭、抗倒育種研究提供參考和分子標記資源。【方法】以大面積栽培品種南豆12和地方品種十月黃為親本,構建F2分離群體。對親本材料進行覆蓋度約為40×的全基因組重測序,用BWA、GATK及Breakdancer等軟件比對,檢測親本材料在全基因組范圍內的突變類型,挖掘相關變異基因。結合種子不同發育時期和蔭蔽處理獲得的轉錄組數據,結合qRT-PCR對發生突變的儲藏蛋白、環境適應相關基因進行表達規律分析。同時,基于重測序數據,挖掘親本間存在于基因編碼區的SNP位點,對其進行酶切位點分析,將SNP標記轉化為CAPS或dCAPS標記。此外,搜索親本間存在的插入/缺失變異位點,在插入/缺失位點兩側高度保守的區域設計引物開發InDel標記。對開發的CAPS標記和InDel標記進行多態性篩選,選取具有多態性的CAPS分子標記和InDel標記,對F2材料進行基因分型。根據分型結果,利用JoinMap 4.0軟件進行遺傳連鎖圖譜的構建。依據構建的遺傳圖譜,結合近紅外分析獲得F2材料的籽粒蛋白質含量數據,使用Windows QTL Cartographer V2.5軟件對大豆籽粒蛋白質含量進行QTL分析。【結果】測序結果顯示,南豆12大量儲藏蛋白、環境適應相關的重要基因或同源基因發生突變。轉錄組數據分析結果顯示部分變異基因呈現不同的表達模式且差異顯著,qRT-PCR分析進一步驗證了該結果。此外,經檢測開發的540個CAPS分子標記中有332個具有酶切多態性,300對InDel引物中有201對引物能擴增出多態性。基于533個多態性分子標記構建了一張包含20個連鎖群的遺傳連鎖圖譜,覆蓋長度2 973.87 cM,標記間平均遺傳距離5.58 cM。利用此圖譜對大豆籽粒蛋白質含量進行QTL定位,共檢測到QTL位點6個,可解釋4.68%—18.25%的表型變異。【結論】基于親本間的變異位點,共開發了533個多態性分子標記(包含8個基因特異性分子標記),檢測到6個大豆籽粒蛋白質含量QTL位點,其中,主效QTL位點1個(qSPC-6)。

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    7. 改進區域增長算法的植株多視圖幾何重建
    肖順夫, 劉升平, 李世娟, 杜鳴竹, 呂純陽, 劉大眾, 楊菲菲, 劉航
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2776-2786.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.004
    摘要106)   HTML4)    PDF(pc) (4312KB)(49)    收藏

    【目的】通過研究3種不同復雜程度植株冠層的三維重建,為更加精準獲取植株冠層表型參數提供新方法。【方法】本文首先用單反相機獲取3種不同復雜程度植株冠層圖片序列,通過三維重建得到各植株稠密點云;隨后還原植株點云原始尺度,過濾稠密點云中的噪聲,再使用改進區域增長算法分割植株點云冠層;之后借助激光掃描儀,利用手動測量和激光掃描方法分別從二維和三維兩個方面對多視圖幾何重建的葉片進行精度評價,二維精度評價為葉片長寬的實際測量值分別與激光掃描儀獲取的葉片的長寬值和多視圖幾何重建葉片的長寬值進行統計分析,三維精度評價使用傳統的網格對比方法豪斯多夫距離與更加精準的工業級網格3D精度對比檢測軟件Geomagic Qualify。【結果】多視圖幾何重建的植株葉片表型信息與手動測量值間的判定系數(R 2)均高于0.96,激光掃描方法獲取的植株葉片表型信息與手動測量值間的判定系數(R 2)均高0.99;多視圖幾何重建的葉片與激光掃描得到的葉片在0—±1mm偏差范圍內的比例大部分達到97%以上;以激光掃描的葉片網格為參考,多視圖幾何重建的葉片網格的豪斯多夫距離90%以上分布在0—2 mm。本研究的多視圖幾何重建方法與改進區域增長算法相結合能對不同復雜程度的植株取得比較理想的重建結果。 【結論】本文提出的多視圖幾何方法與改進區域增長算法相結合的重建方法可以彌補區域增長算法的不足,對表面不平滑的植株冠層具有更好的分割效果,適合不同復雜程度植株三維重建,為育種研究獲取植株表型提供一定的參考。

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    8. 中國馬鈴薯病蟲害發生情況與農藥使用現狀
    徐進, 朱杰華, 楊艷麗, 湯浩, 呂和平, 樊明壽, 石瑛, 董道峰, 王貴江, 王萬興, 熊興耀, 高玉林
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2800-2808.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.006
    摘要232)   HTML42)    PDF(pc) (545KB)(264)    收藏

    作為繼水稻、玉米和小麥之后的第四大主糧作物,馬鈴薯在保障我國糧食安全、精準扶貧、種植業結構調整以及農業產業轉型升級中發揮著至關重要的作用。我國馬鈴薯的種植面積和總產量均位居世界首位,但單產水平因病蟲害等瓶頸因素的制約低于世界平均水平。在國家重點研發項目的資助下,項目組在馬鈴薯六大優勢產區開展了有害生物疫情監測和農藥使用現狀普查工作。明確了我國馬鈴薯生產上的主要病蟲害共計27種,提出以晚疫病、早疫病、黑痣病、枯萎病、黑脛病、瘡痂病、金針蟲、蠐螬、二十八星瓢蟲、馬鈴薯塊莖蛾、蚜蟲、薊馬等“六病六蟲”為重點防控對象,根據各區域情況兼顧青枯病、環腐病、黃萎病、粉痂病等病蟲害的防控。探明了我國馬鈴薯單位面積農藥施用次數和施用量分別為17次和40.03 kg·hm -2,高于全國平均水平的4.16次和3.49 kg·hm -2。馬鈴薯現有農藥登記產品防治對象的覆蓋范圍嚴重不足,青枯病、瘡痂病、粉痂病等重要病蟲害面臨無登記農藥可用的窘境。在農藥減施策略方面,提出踐行有害生物綜合治理方針。建立馬鈴薯病蟲害監測預警和早期精確診斷技術體系,為制定科學防控策略,適時精準施藥奠定基礎。選育推廣抗病、蟲品種,優化品種布局。適時播種、合理間套作,從時空兩個維度阻隔規避馬鈴薯有害生物的侵染。種薯源頭管控,完善種薯認證監管體系。擴大合格脫毒種薯的應用面積,大力推廣種薯處理技術。研發推廣化學農藥高效施用技術與綠色防控替代技術是實現馬鈴薯化學農藥減施的核心驅動。

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    9. 華中區域直播冬油菜臨界氮濃度稀釋曲線的建立與應用
    劉秋霞, 任濤, 張亞偉, 廖世鵬, 李小坤, 叢日環, 魯劍巍
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2835-2844.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.009
    摘要109)   HTML9)    PDF(pc) (1053KB)(103)    收藏

    【目的】明確華中區域直播冬油菜的氮素稀釋曲線模型及其適用性,探討以氮素營養指數評價油菜氮素營養狀況的可行性。【方法】通過2015—2016和2016—2017兩個年度設置的不同氮肥用量(2015—2016年度氮肥用量為0、60、120、180和240 kg N·hm -2,2016—2017年度氮肥用量為0、60、120、180、240、300和360 kg N·hm -2)的田間試驗,研究不同氮肥用量下從苗期到花期油菜各生育時期地上部生物量和植株氮素含量變化,建立直播冬油菜地上部臨界氮素濃度稀釋曲線模型。并利用該模型和植株氮素含量計算氮素營養指數,明確氮肥用量對油菜植株各個時期氮素營養指數的影響,探究油菜產量和氮素營養指數的關系,確定各時期適宜的氮素營養指數。 【結果】氮肥施用顯著增加油菜地上部生物量和氮素含量,不同氮肥處理間差異顯著。直播冬油菜地上部臨界氮素濃度和地上部生物量符合冪指數的關系(Ncnc=3.49DM -0.26)。該模型可以將獨立的兩個試驗的氮限制和非氮限制組數據區分開,模型擬合的氮素濃度和植株實際氮素濃度線性相關,RMSE和n-RMSE分別為0.37和13%,模型具有較好的穩定性。在試驗氮肥用量范圍內,各點不同時期氮素營養指數隨氮肥用量的增加而增加,且氮素營養指數對氮肥用量的響應與產量相似。氮肥施用顯著增加油菜產量,盡管不同試驗點直播冬油菜產量對氮肥用量的響應存在差異,但各點相對產量和不同時期的氮素營養指數均呈一元二次曲線關系,各生育時期氮素營養指數可以準確地反映油菜氮素營養狀況。直播冬油菜相對產量為1時,越冬期、薹期和花期的氮素營養指數分別為1.35、1.26和1.03。 【結論】油菜氮素稀釋曲線模型Ncnc=3.49DM -0.26和氮營養指數能夠評價華中區域直播冬油菜氮素營養狀況,用于植株氮素診斷。

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    10. 葡萄miR159s靶基因的鑒定及其應答GA在果實不同組織的調控作用
    張文穎, 韓旭, 朱旭東, 解振強, 糾松濤, 黃雨晴, 賈海鋒, 房經貴, 王晨
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2858-2870.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.011
    摘要113)   HTML7)    PDF(pc) (1824KB)(75)    收藏

    【目的】鑒定葡萄miR159家族成員及其靶基因,明確葡萄miR159家族成員及其靶基因應答外源赤霉素(GA)在無核葡萄果實不同組織發育過程中的作用。【方法】以‘白羅莎里奧’葡萄(Rosario Bianco)為試材,利用miR-RACE和PCR技術克隆鑒定VvmiR159a/b/c的成熟體及前體序列;通過PsRNATarget軟件預測VvmiR159s的靶基因,利用生物信息學軟件對其進行系統進化及保守結構域分析;通過啟動子作用元件分析預測VvmiR159s及其靶基因的潛在功能;采用RLM-RACE和PPM-RACE驗證VvmiR159s對靶基因的裂解作用;利用qRT-PCR鑒定其應答外源GA在葡萄果實不同組織發育過程中的時空表達模式。【結果】從‘白羅莎里奧’葡萄果實中克隆獲得VvmiR159a/b/c的成熟體序列、前體序列并折疊發夾結構。鑒定到VvmiR159s的四條靶基因(VvGAMYBVvMYB48VvAIX15VvGRAS-l),其中VvmiR159s與VvGAMYB匹配程度最高,與VvAIX15匹配程度最低。靶基因系統進化及保守結構域分析顯示,4條靶基因與其他物種同源基因具有較高同源性。VvmiR159s前體基因及其靶基因啟動子的激素響應元件均以赤霉素和水楊酸響應元件為主,表明其可能主要通過應答這兩種激素參與調控葡萄的生長發育過程。VvmiR159s在不同組織中的表達具有時空特異性,其中VvmiR159c在果皮和果肉中的表達趨勢不同,在果皮中VvmiR159a/b/c與VvAIX15的表達水平呈負相關;而在果肉中,VvmiR159a/b與VvGAMYBVvAIX15的表達模式相反。此外,在葡萄果皮、果肉中GA處理可顯著下調VvmiR159a/c的表達,但卻在幼果果肉中上調VvmiR159b的表達。表明葡萄miR159家族成員在果實不同組織中通過不同模式應答GA信號參與果實發育的調控。【結論】葡萄miR159家族含有VvmiR159a/b/c 3個成員;3個成員均可切割VvGAMYBVvMYB48VvAIX15VvGRAS-l 4個靶基因;VvmiR159a/b/c及其4個靶基因可能以不同的GA應答模式參與調控葡萄果皮與果肉的發育。

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    11. 泰地羅新注射液體外抑菌試驗及對感染副豬嗜血桿菌仔豬的保護作用
    李國基, 閆超群, 麻雨橋, 謝順, 顧欣, 曹瑩, 黃士新, 黃顯會
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2899-2911.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.015
    摘要103)   HTML8)    PDF(pc) (2112KB)(107)    收藏

    【目的】開展了泰地羅新注射液的體外抗菌活性及對仔豬感染副豬嗜血桿菌的保護作用研究。【方法】體外抑菌活性中,采用試管二倍稀釋法,以泰拉霉素為對照,測定泰地羅新對副豬嗜血桿菌、胸膜肺炎放線桿菌、多殺性巴氏桿菌、支氣管敗血性波氏桿菌的最小抑菌濃度(MIC);在對仔豬感染副豬嗜血桿菌的保護作用中,選擇菌量為1×10 10 CFU·mL -1的副豬嗜血桿菌細菌懸液0.5 mL·kg -1bw作為攻毒劑量,進行腹腔注射,復制病理模型。將泰地羅新以2、4、8 mg·kg -1bw 3個劑量,泰拉霉2.5 mg·kg -1bw單次肌肉注射,治療人工感染副豬嗜血桿菌的仔豬;在病死豬病料病原菌分離與鑒定中,挑取分離純化后的副豬嗜血桿菌菌落進行基因組DNA提取,針對副豬嗜血桿菌16sRNA序列設計1對特異性引物,PCR擴增后檢驗目的DNA片段堿基序列長度。 【結果】體外抑菌結果顯示,泰地羅新注射液對副豬嗜血桿菌、支氣管敗血性波氏桿菌、胸膜肺炎放線桿菌及多殺性巴氏桿菌的MIC分別為0.06—8.00、0.06—8.00、0.25—1.00、2.00—32.00 μg·mL -1,MIC50分別為0.5、2.0、4.0、0.5 μg·mL -1,MIC90為2、8、16、1 μg·mL -1,結果表明,泰地羅新注射液對副豬嗜血桿菌、支氣管敗血性波氏桿菌抑菌效果較強,對胸膜肺炎放線桿菌、多殺性巴氏桿菌抑菌效果較弱;DNA目標片段PCR擴增結果顯示,PCR擴增目標片段長度均與文獻報道中預測條帶一致,特異性片段長度為820bp左右,結果表明,病死豬只均死于副豬嗜血桿菌感染;體內治療試驗結果顯示,泰地羅新注射液低、中、高劑量組增重分別為(2.5±0.2)、(2.9±0.2)、(2.9±0.3)kg,死亡率分別為40%、0、0,有效率分別為40%、100%、100%,治愈率分別為40%、100%、100%;泰拉霉素注射液組增重為(3.0±0.2)kg,死亡率為10%,有效率為90%,治愈率為80%;感染不給藥組增重為(2.1±0.1)kg,死亡率為70%。結果表明,泰地羅新注射液高、中劑量組與泰拉霉素對照藥物組無顯著性差異(P>0.05),均能迅速的減輕臨床癥狀,具有顯著的治療效果。泰地羅新低劑量組治療效果與感染不給藥組相當,無顯著性差異(P>0.05)。 【結論】泰地羅新注射液按4 mg·kg -1bw臨床推薦給藥劑量,可有效治療由副豬嗜血桿菌感染引起的豬呼吸道疾病。

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    12. 四倍體野生種花生A.monticola全基因組SSR的開發與特征分析
    王玉龍, 黃冰艷, 王思雨, 杜培, 齊飛艷, 房元瑾, 孫子淇, 鄭崢, 董文召, 張新友
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2567-2580.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.002
    摘要152)   HTML43)    PDF(pc) (1471KB)(152)    收藏

    【目的】通過對四倍體野生種花生Arachis monticola(AABB,2n = 4x = 40)全基因組SSR位點搜索,研究其全基因組SSR分布特征及規律,開發并驗證其全基因組SSR引物,為花生屬植物遺傳進化分析及重要性狀分子標記開發提供依據。【方法】在華大基因GigaScience數據庫下載A.monticola全基因組序列,并利用生物信息學軟件MISA進行SSR位點搜索,Primer 3進行引物設計,通過電子PCR進行單位點SSR分析,并隨機合成100對SSR引物驗證通用性。【結果】SSR在四倍體野生種花生A.monticola基因組上共搜索到SSR位點676 878個,平均每3.8 kb就會出現一個SSR,分布于5 127條scaffold中,單核苷酸至六核苷酸均有分布,且數量上差異較大,以單堿基、二堿基、三堿基為主,三者占SSR總數的94.28%,其中單堿基重復數量最多,占46.71%,密度最高;六核苷酸重復數目最少,分布最稀疏。大多數SSR分布在基因間區,基因區SSR多分布于內含子區域;全基因組共鑒定出395個不同的重復基元,其中A亞基因組342種,B亞基因組356種;A/T是最豐富的重復基元;在1—6個核苷酸的重復基元中,數量最多的依次是A/T、AT/AT、AAT/ATT,AAAT/ATTT、AAAAT/ATTTT、AAAAAT/ATTTTT;整體來看,重復基元的重復次數多集中在50次以內,不同類型的motif的重復次數差異很大;同一種類型重復基元的SSR位點,隨著motif重復次數增加,SSR的數量逐漸降低;B03染色體上SSR數量最多,A08染色體中SSR密度最高。A.monticola全基因組SSR比A.duranensisA.ipaensis基因組SSR數量多,密度也更高,A.monticola單核苷酸重復最豐富,2個野生種二核苷酸數量最多。共設計出SSR引物192 303對,單位點SSR標記檢出率50.35%,單點SSR標記在基因組上的分布呈現兩端密集,中間稀疏的特點;隨機合成的100對引物中,90對能在A. monticola中擴增出穩定清晰的條帶,且在4份不同的花生基因組DNA中擴增目的條帶表現出不同的特點。【結論】A.monticola基因組內SSR種類和數量豐富,單核苷酸至六核苷酸均有分布,單核苷酸重復基元數量最多,且最密,六核苷酸重復基元數量最少,出現頻率最低,不同重復基元頻數高低與核苷酸數量沒有嚴格相關性,SSR多分布在基因間區,基因區內含子區域SSR數量最多;A.monticola A、B亞基因組具有其各自特異的重復基元類型;單個類型重復基元數量最多的均為AT富集的重復基元,而GC富集的重復基元相對較少;同一種類型重復基元的SSR位點,隨著motif重復次數增加,SSR的數量逐漸降低;A.monticola全基因組SSR較2個二倍體野生種數量更多,密度也更高且重復基元分布規律不同;經過初步驗證,開發的SSR引物在4份花生材料中表現出部分通用性。

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    13. 晚冬早春階段增溫對冬小麥光合性能及旗葉衰老的調控作用
    閆鵬, 孫小諾, 杜雄, 高震, 邊大紅
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2581-2592.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.003
    摘要175)   HTML62)    PDF(pc) (604KB)(184)    收藏

    【目的】針對華北平原北部冬小麥生長發育所需的適宜溫度與環境實際溫度間的矛盾,通過晚冬早春階段性增溫,研究拔節前增溫及拔節后揭除塑膜相對降溫對冬小麥旗葉光合性能和衰老的調控作用,以期為華北平原冬小麥通過調控溫度延緩小麥衰老和挖掘產量潛力提供理論及方法依據。【方法】2015—2017年連續2個生長季在河北省農林科學院深州旱作節水農業試驗站進行大田試驗,以“衡觀35”為試驗材料,晚冬早春采用搭建溫室的方法,設置覆蓋2層塑膜(M2E,1月25日—3月25日)、覆蓋2層塑膜(M2L,2月5日—3月25日)、覆蓋1層塑膜(M1,2月20日—3月25日)、常規生產對照(CK)共4個處理,以覆蓋有孔和無孔塑膜以及時間的早晚和長短來調控溫度和小麥生長發育時間,由此獲得了時間相同的小麥生長發育進程不同、發育進程相同而所處日期和溫度不同的結果。試驗過程中記錄每個處理各生育期起始時間,并測定光合特性、衰老相關酶活性、產量、水分利用效率等指標。【結果】早覆蓋的M2E處理的冬小麥比對照開花提前8 d,成熟提前3—4 d;灌漿期旗葉葉綠素相對含量SPAD提高17.3%、凈光合速率提高30.8%、超氧化物歧化酶(SOD)活性提高23.7%、過氧化氫酶(CAT)活性提高27.2%、過氧化物酶(POD)活性提高19.4%、丙二醛(MDA)含量降低23.8%;開花時的旗葉面積增大27%,收獲時籽粒產量提高22.8%,水分利用效率提高16.9%。隨著增溫時間的推遲和覆蓋時間的縮短,上述指標與對照差異越來越小,以至于M1處理上述指標與CK均顯著不差異。【結論】晚冬早春階段增溫既維持了旗葉較高的光合速率,又顯著延緩了旗葉衰老,進而為灌漿提供了物質基礎;既增加了小麥穗粒數,又延長了小麥灌漿時間,從而獲得了高產,獲得高產的同時雖然增加了耗水量但促進了水分的高效利用。晚冬早春階段增溫是華北平原北部冬小麥有效平衡熱量資源供應與生長發育所需的方法,既可減輕晚冬早春凍害對小麥返青及拔節的影響,又可規避小麥生育后期干熱風帶來的危害。

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    14. 斑翅果蠅氣味結合蛋白OBP56h與小分子化合物的結合特征
    李都, 牛長纓, 李峰奇, 羅晨
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2616-2623.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.006
    摘要97)   HTML5)    PDF(pc) (868KB)(70)    收藏

    【目的】克隆斑翅果蠅(Drosophila suzukii)氣味結合蛋白56h(odorant binding protein 56h,OBP56h)基因,誘導表達斑翅果蠅OBP56h重組蛋白(DsuzOBP56h),研究其與小分子化合物的結合特性。【方法】通過RT-PCR并設計特異性引物克隆斑翅果蠅OBP56h ORF全長,從NCBI數據庫中下載相似度高的昆蟲氣味結合蛋白序列,進行序列比對和分析。以NdeⅠ和XhoⅠ為酶切位點,將OBP56h連入pET-30a(+)原核表達載體,將重組質粒轉入BL21(DE3)大腸桿菌感受態細胞。擴大培養陽性菌株,并用IPTG誘導表達DsuzOBP56h重組蛋白。收集菌液,通過超聲波破碎細胞得到蛋白,利用Ni-NTA柱純化蛋白,進行Tris-HCl透析,用BCA法測定蛋白濃度。蛋白用50 mmol·L -1 Tris-HCl(pH 7.4)稀釋至終濃度2 μmol·L -1,配基用色譜級甲醇稀釋至終濃度1 mmol·L -1,以4,4′-二苯胺基-1,1′-聯萘-5,5′-二磺酸二鉀鹽(4,4′-dianilino-1,1′-binaphthyl-5,5′-disulfonic acid dipotassium salt,bis-ANS)熒光探針為報告子,利用熒光競爭結合試驗檢測DsuzOBP56h蛋白與18種候選小分子化合物配基的結合特性。 【結果】克隆獲得了斑翅果蠅OBP56h的ORF全長,共405 bp,N-端含有19個氨基酸組成的信號肽,具有6個保守半胱氨酸位點,符合OBP的典型特征,與其同屬的黑腹果蠅OBP56h進化關系最近。成功連入pET-30a(+)表達載體,在1 mmol·L -1IPTG、28℃條件下誘導DsuzOBP56h蛋白表達,并過柱純化得到目的蛋白。熒光光譜試驗顯示,熒光探針bis-ANS與DsuzOBP56h的解離常數為0.9568 μmol·L -1,適合作為本試驗中競爭性熒光結合試驗的報告子;進一步的熒光競爭結合試驗表明,在18種候選配基中,苦味物質鹽酸小蘗堿和香豆素與DsuzOBP56h的結合親和性較強,解離常數分別為12.16和17.93 μmol·L -1,柚皮素與DsuzOBP56h的解離常數為25.32 μmol·L -1,草莓葉片產生的一種對斑翅果蠅具有吸引作用的揮發性氣味物質β-環檸檬醛也能與DsuzOBP56h結合,其解離常數為31.37 μmol·L -1。【結論】斑翅果蠅氣味結合蛋白OBP56h能與測試的多種植物苦味物質和揮發性氣味物質結合,表明DsuzOBP56h很有可能參與斑翅果蠅對食物味覺和嗅覺的識別行為,研究結果可為理解斑翅果蠅的取食行為提供理論依據,并為開展斑翅果蠅的生態防控提供新思路。

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    15. 小麥播量與減氮對潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影響
    石柯, 董士剛, 申鳳敏, 龍潛, 姜桂英, 劉芳, 劉世亮
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2646-2663.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.009
    摘要122)   HTML18)    PDF(pc) (702KB)(158)    收藏

    【目的】以我國黃淮平原糧食主產區潮土為研究對象,通過探討小麥-玉米輪作體系下,不同小麥播量與減量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差異和變化,以了解小麥播量和氮肥對土壤微生物量的影響。【方法】試驗設4個處理,分別為:(1)常規播量+常規施氮肥(CK);(2)增播30%+常規施氮(T1);(3)增播30%+減氮20%(T2);(4)常規播量+減氮20%(T3)。2016—2018年3季作物收獲后,采取不同土層土壤,測定有機碳(SOC)、全氮(TN)、微生物量碳氮(SMBC、SMBN)及其相關酶活性。【結果】總體上,3季中各處理土壤微生物量碳氮、有機碳、全氮以及3種酶活性均隨土壤深度增加而下降。常規施肥處理(CK和T1)的SMBC的含量在2017年的小麥和玉米季0—20 cm土層以及2018年小麥季則0—30 cm基本表現為顯著高于減氮處理(T2和T3),其中T1處理最高為170.89 mg?kg -1。SMBN與SMBC表現出類似的趨勢,在3季中均以常規施肥處理顯著高于減氮處理,其中CK處理的SMBN在3季中0—30 cm土層均表現較高,最高為57.24 mg?kg -1。各處理SOC含量的差異在前兩季主要集中在0—20 cm土層,而第3季則集中在10—30 cm土層;其中2017年玉米季0—20 cm土層減氮處理的SOC含量顯著高于常規施肥處理,以T3處理SOC含量最高,為12.85 g?kg -1。2017年小麥季各處理TN含量在0—30 cm土層基本差異不顯著;而在2017年玉米季和2018年小麥季的0—20 cm土層均以CK處理TN含量顯著高于其他處理,最高為1.57 g?kg -1。各處理土壤碳氮比(C/N)在2017年小麥季沒有明顯規律,而在2017年玉米季和2018年小麥季的0—20 cm土層基本表現為減氮處理的C/N顯著高于常規施肥處理。各處理的微生物熵(Cmic/Corg)、微生物量氮/全氮(Nmic/Ntotal)分別在0.5%—2.5%、2%—6%之間,微生物量碳氮比(Cmic/Nmic)在5﹕1以下。各處理Cmic/Corg除2017年小麥季10—20 cm土層,其他作物季節和土層均表現為常規施肥處理顯著高于減氮處理。各處理Nmic/Ntotal與Cmic/Corg類似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麥季處理間Nmic/Ntotal基本差異不顯著,其他季節和土層則表現為常規施肥處理顯著高于減氮處理。2017年T1處理的Cmic/Nmic在0—20 cm土層均顯著高于其他處理;而在后兩季的0—10 cm處理間Cmic/Nmic均差異不顯著。土壤脲酶活性在2018年小麥季顯示增播處理顯著高于常播處理。各處理蔗糖酶活性在玉米季明顯高于小麥季,其中在2017年玉米季10—30 cm土層的減氮處理高于常規施肥處理。減氮處理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麥季0—30 cm土層均顯著高于常規施肥處理。減氮處理2018年小麥季產量顯著高于常規施肥處理,同時提高了地上部氮素積累量,最高達到了322.30 kg?hm -2。 【結論】在黃淮平原小麥-玉米輪作區,在供試條件下,減氮處理降低了土壤微生物量和全氮含量,但提高了土壤酶活性和地上部氮素積累量,能增加或維持小麥產量,其中小麥常規播量下減氮20%處理綜合效果較好。

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    16. 馬鈴薯紅色薯肉調控基因的精細定位與候選基因分析
    許蕓梅, 李玉梅, 賈玉鑫, 張春芝, 李燦輝, 黃三文, 祝光濤
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2678-2685.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.011
    摘要119)   HTML4)    PDF(pc) (1128KB)(113)    收藏

    【目的】薯肉顏色是馬鈴薯重要的農藝性狀,它直接影響馬鈴薯的營養和商品價值,一直是馬鈴薯遺傳研究和育種改良的重要目標。本研究通過對二倍體紅色薯肉分離群體的混池分析、基因精細定位和候選基因表達分析,確定調控紅色薯肉的候選基因,為下一步基因功能、遺傳調控研究及彩色馬鈴薯的分子育種奠定基礎。【方法】本研究通過向二倍體紅色薯肉親本導入自交不親和抑制基因Sli獲得BC1S1群體,從300個單株中挑選18株紅色薯肉和21株黃色薯肉個體提取基因組DNA,分別測序進行混池分析。通過集團分離分析法(bulked segregation analysis,BSA)對基因進行初步定位;在定位區間內開發分子標記,對796份BC1S1植株進行基因型分析,篩選交換單株,并結合表型對基因進行精細定位;借助參考基因組注釋信息和qRT-PCR表達量分析確定候選基因。【結果】本研究通過構建薯肉顏色分離的二倍體BC1S1群體,利用BSA-seq分析把調控薯肉花青素合成的主效位點定位在第10號染色體48.70—52.20 Mb。最終,利用分子標記將該基因定位于51.47—51.85 Mb的377 kb區間內。基于參考基因組注釋信息,此區間包括5個基因,其中2個基因注釋為MYB類轉錄因子,結合表達量數據推測這2個基因為候選基因,編號分別為PGSC0003DMG400013966、PGSC0003DMG400013965。【結論】本研究將調控馬鈴薯薯肉花青素積累的一個主效位點定位于第10號染色體51.47—51.85 Mb之間,推測PGSC0003DMG400013966和PGSC0003DMG400013965為候選基因。

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    17. 產苦馬豆素瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis的誘變篩選
    郝寶成, 宋向東, 高艷, 王學紅, 劉宇, 李元曦, 梁妍, 陳柯源, 胡毓瑤, 邢小勇, 胡永浩, 梁劍平
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2716-2728.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.015
    摘要84)   HTML17)    PDF(pc) (3321KB)(50)    收藏

    【背景】瘋草是黃芪屬和棘豆屬有毒植物的統稱,瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis是從瘋草中分離獲得的一種具有產生苦馬豆素(swainsonine,SW)能力的真菌。因其產物SW一方面體現出良好的抑制腫瘤細胞生長、浸潤和轉移作用及潛在的抗艾滋病病毒等多種藥用活性,另一方面牛羊因大量誤食瘋草能導致中毒,對草原畜牧業健康發展造成了嚴重的危害,受到研究人員的廣泛關注。但由于瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis產苦馬豆素生物合成機制尚不清楚,嚴重制約了后續通過生物發酵大量獲得SW用以抗腫瘤機制研究與臨床應用,以及通過基因工程手段對瘋草進行脫毒育種,使瘋草成為牛羊可食用、無毒的天然牧草。【目的】利用有效的研究手段,闡明Alternaria Section Undifilum oxytropis產苦馬豆素生物合成機制。【方法】以Alternaria Section Undifilum oxytropis為出發菌株,分別采用紫外輻照誘變、亞硝基胍化學誘變、紫外輻照與亞硝基胍復合誘變的3種誘變方式,在不同誘變時間、誘變劑量等條件下對其進行了誘變篩選研究。通過測定不同誘變方式和作用條件下對菌株的致死率,經發酵培養、連續5代傳代培養、并采用α-甘露糖苷酶活性分析法檢測誘變菌株產苦馬豆素含量變化,優化確定了不同誘變方式下最佳誘變條件,并將優勢突變菌株接種馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基(potato dextrose agar,PDA)和改良察式液體培養基,連續培養32 d,測定并繪制了突變菌株D4和UD1的生長周期曲線。【結果】經上述3種誘變方式處理后,分別獲得1株產苦馬豆素含量變化較大、能穩定連續傳代培養的突變菌株U4、D4、UD1。其優化的誘變條件,紫外輻照為輻照處理160 s,亞硝基胍化學誘變為亞硝基胍誘變劑量6 μL、誘變處理時間5 min,紫外輻照與亞硝基胍復合誘變為紫外輻照20 s,亞硝基胍誘變劑量2 μL,誘變處理時間5 min。突變菌株U4、D4、UD1較原始菌株,菌落形態偏小、中間凸起,菌落顏色呈微粉色或白色,且其產苦馬豆素含量均有顯著變化,其中U4突變菌株產苦馬豆素量平均增加16.02%(P<0.01)、D4 突變菌株產苦馬豆素量平均降低23.58% (P<0.01),UD1 突變菌株SW產量平均增加21.87%(P<0.01),但D4、UD1突變菌株生長周期與出發菌株一致,均為24 d。【結論】通過紫外輻照誘變、亞硝基胍化學誘變、紫外輻照與亞硝基胍復合誘變方法,成功篩選出產苦馬豆素含量變化較原始菌株差異較大的3株突變菌株U4、D4、UD1,這為后續利用高通量測序等分子生物學手段,在分子水平上闡釋瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis關鍵基因、關鍵酶在其生物合成苦馬豆素機制關系方面奠定研究基礎。

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    18. 利用BSA法發掘野生大豆種子硬實性相關QTL
    陳靜靜, 劉謝香, 于莉莉, 盧一鵬, 張嗣天, 張昊辰, 關榮霞, 邱麗娟
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2208-2219.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.002
    摘要229)   HTML21)    PDF(pc) (3934KB)(148)    收藏

    【目的】野生大豆的硬實性是大豆遺傳改良利用中的重要限制因素。利用BSA法發掘與大豆種子硬實性相關的QTL,為野生大豆在大豆遺傳改良中的合理利用奠定基礎。【方法】利用栽培大豆中黃39與野生大豆NY27-38雜交構建F2和F7分離群體,從每個單株選取整齊一致的種子,取30粒種子置于鋪有一層濾紙的培養皿中,加入30 mL蒸餾水,25℃培養箱中暗處理4 h,設3次重復,分別統計每個培養皿中正常吸脹和硬實種子數。在F2群體中,選取22個正常吸脹單株(吸脹率>90%)和16個硬實單株(吸脹率<10%);在F7群體中,選取20個完全吸脹單株(吸脹率=100%)和20個完全硬實單株(吸脹率=0%),單株DNA等量混合,分別構建2個吸脹和2個硬實DNA池。利用259對在親本間有多態性的SSR標記對吸脹和硬實DNA池進行檢測,篩選在吸脹和硬實DNA池間表現多態性的SSR標記;用192個SSR標記檢測F7分離群體,構建遺傳圖譜,利用復合區間作圖法定位大豆硬實相關QTL。【結果】利用F2個體構建的吸脹和硬實DNA池,在第2染色體16.3 Mb區間和第6染色體23.4 Mb區間分別檢測到10個和8個在兩池間有差異的SSR標記。利用這些標記檢測F2群體,將第2染色體的QTL定位于Satt274與Sat_198間的276.0 kb區間,該區間包括已克隆的大豆硬實基因GmHs1-1,解釋17.2%的表型變異。第6染色體的QTL位于標記BARCSOYSSR_06_0993與BARCSOYSSR_06_1068間,可解釋17.8%的表型變異。利用F7株系構建的吸脹和硬實DNA池,在第2(27.4 Mb區間)、6(27.8 Mb 區間)和3染色體(18.2 Mb區間)分別檢測到11個、9個和4個在兩池間有多態性的SSR標記。利用F7群體構建包括192個SSR標記、覆蓋2 390.2 cM的遺傳圖譜,共檢測到3個硬實相關QTL,其中第2染色體定位到的QTL位于標記Satt274與Sat_198間,可解釋23.3%的遺傳變異。第6染色體定位到的QTL位于標記Sat_402與Satt557之間,可解釋20.4%的表型變異。在第3染色體標記Sat_266與Sat_236間發現一個可以解釋4.9%表型變異的QTL,與BSA法檢測的結果相符。【結論】利用BSA法可以檢測到傳統遺傳作圖定位的所有與硬實性相關的QTL,證明BSA法發掘大豆種子硬實性主要QTL的高效性。

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    19. 基于低空無人機影像光譜和紋理特征的棉花氮素營養診斷研究
    陳鵬飛, 梁飛
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2220-2229.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.003
    摘要152)   HTML21)    PDF(pc) (1100KB)(127)    收藏

    【目的】基于無人機高空間分辨率影像,探討剔除土壤背景信息及增加紋理信息對棉花植株氮濃度反演的影響,為棉花氮素營養精準探測提供新技術手段。【方法】開展棉花水、氮耦合試驗,分別在棉花的不同生育期獲取無人機多光譜影像和植株氮濃度信息。基于以上數據,首先探討了土壤背景對棉花冠層光譜的影響;其次,分析了影像紋理特征與植株氮濃度間的相關性;最后,將獲得的數據分為建模樣本和檢驗樣本,設置剔除土壤背景前、剔除土壤背景后、增加紋理特征等不同情景,采用光譜指數與主成分分析耦合建模的方法,來建立各種情景下植株氮濃度的反演模型,并對模型反演效果進行比較。【結果】土壤背景對棉花冠層光譜有影響,且不同生育期趨勢不同;影像紋理特征參數與植株氮濃度間有顯著相關關系;剔除土壤背景前植株氮濃度反演模型的建模決定系數為0.33,標準誤差為0.21%,驗證決定系數為0.19,標準誤差為0.23%;剔除土壤背景后模型的建模決定系數為0.38,標準誤差為0.20%,驗證決定系數為0.30,標準誤差為0.21%;增加紋理信息后模型的建模決定系數為0.57,標準誤差為0.17%,驗證決定系數為0.42,標準誤差為0.19%。【結論】基于低空無人機高空間分辨率影像,剔除土壤背景和增加紋理特征均可提高棉花植株氮濃度的反演精度;影像紋理可以作為一種重要信息來支撐無人機遙感技術反演作物氮素營養狀況。

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    20. GST pull-down聯合LC-MS/MS篩選柑橘抗潰瘍病轉錄因子CsBZIP40的互作蛋白
    竇萬福,祁靜靜,胡安華,陳善春,彭愛紅,許蘭珍,雷天剛,姚利曉,何永睿,李強
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2243-2255.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.005
    摘要155)   HTML12)    PDF(pc) (3463KB)(89)    收藏

    【目的】CsBZIP40是一個與潰瘍病抗性相關的轉錄因子,本研究旨在篩選轉錄因子CsBZIP40在響應柑橘潰瘍病菌(Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc)侵染過程中的互作蛋白,對CsBZIP40的互作網絡進行分析,為柑橘抗潰瘍病的分子育種提供理論依據。【方法】采用GST pull-down技術篩選柑橘在潰瘍病菌侵染過程中CsBZIP40的互作蛋白。首先,構建帶有GST標簽的CsBZIP40蛋白融合表達載體,經IPTG(異丙基硫代半乳糖苷)誘導表達、純化后獲得GST-CsBZIP40融合蛋白作為誘餌蛋白;然后,將GST-CsBZIP40融合蛋白固定在谷胱甘肽親和磁珠上,用固定在親和磁珠的GST-CsBZIP40誘餌蛋白與接種潰瘍病菌或LB培養基后柑橘葉片總蛋白進行孵育,與GST-CsBZIP40誘餌蛋白結合的蛋白復合物洗脫收集后進行SDS-PAGE凝膠電泳驗證。將驗證成功的樣品洗脫液進行液相色譜串聯質譜(LC-MS/MS)檢測,鑒定出未侵染和侵染狀態下CsBZIP40的互作蛋白,將檢測到的蛋白利用甜橙基因組數據庫進行注釋,篩選出在潰瘍病菌侵染過程中與CsBZIP40特異結合的蛋白,并進行GO、KEGG和互作網絡分析。【結果】過表達CsBZIP40的轉基因植株表型正常,與對照植株無明顯差異。過表達CsBZIP40的轉基因植株潰瘍病抗性評價中病斑面積、病情指數均顯著小于野生型植株,分別為野生型的45%和54%。以該轉基因植株為材料成功提取出侵染潰瘍病菌后和未接種潰瘍病菌狀態下的柑橘葉片總蛋白。成功構建出GST-CsBZIP40誘餌蛋白表達載體,誘導表達純化出GST-BZIP40誘餌蛋白。利用GST-CsBZIP40誘餌蛋白從侵染潰瘍病菌后柑橘總蛋白和未接菌柑橘總蛋白中成功釣取蛋白,并用LC-MS/MS檢測。經過比對、注釋和篩選,在柑橘潰瘍病菌侵染過程中與GST-BZIP40特異結合的蛋白有53個,這些蛋白參與多個分子功能和通路。在這53個蛋白中,有6個蛋白(Cs1g02310、Cs3g05280、Cs3g23950、Cs6g13880、Cs7g12130、orange1.1t04973)可能與植物抗病性密切相關。數據庫中已經證明53個蛋白中44個與CsBZIP40有直接或間接的互作關系。【結論】潰瘍病菌侵染過程中有53個蛋白與CsBZIP40互作,根據注釋6個蛋白與植物抗病性密切相關,這些蛋白可能在提高柑橘生物脅迫抗逆性方面發揮著重要的作用。

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    21. 兩種典型水稻土中秸稈碳轉化的微生物過程
    仇存璞, 陳曉芬, 劉明, 李委濤, 吳萌, 江春玉, 馮有智, 李忠佩
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2268-2279.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.007
    摘要122)   HTML5)    PDF(pc) (501KB)(85)    收藏

    【目的】研究土壤中秸稈腐解速率、腐解過程中微生物群落結構變化和參與秸稈腐解的功能微生物群落組成,為揭示土壤有機質轉化和積累的微生物學機制提供理論依據。【方法】以我國亞熱帶兩種典型水稻土——常熟烏柵土和鷹潭紅壤性水稻土為研究對象,設置不添加秸稈(CK)和添加 13C標記的水稻秸稈(RS)處理,厭氧恒溫培養38 d,在培養過程中定期測定氣體釋放量,研究秸稈礦化速率的動態變化;采集土壤樣品,利用 13C-PLFA-SIP技術分析參與秸稈降解的微生物群落的動態變化。【結果】培養前12 d,秸稈降解緩慢,此時秸稈對土壤有機質(SOM)產生正激發效應;培養12-18 d秸稈快速降解,18 d后趨緩。培養結束時,秸稈碳在紅壤性水稻土和烏柵土中的礦化率分別為24%和33%。秸稈碳對CO2和CH4貢獻率隨培養時間的延長而增加,在培養末期分別為53%-60%和54%-57%。添加秸稈可以提高土壤微生物生物量及微生物活性,烏柵土微生物活性高于紅壤性水稻土。16:0(一般細菌)是參與秸稈分解主要類群,i16:0和i15:0(G +細菌)和18:1ω9c(真菌)也是參與秸稈分解的重要微生物類群。隨培養時間增加,G +細菌和放線菌的相對豐度增加,G -細菌呈降低趨勢。紅壤性水稻土和烏柵土PLFAs中標記利用秸稈碳的PLFAs的比例分別為27%-32%和18%-24%。真菌和一般細菌對秸稈碳的利用效率較高,而土壤原有有機質(SOM)礦化主要與G -和放線菌相關聯。添加秸稈造成烏柵土和紅壤性水稻土兩種水稻土微生物群落結構呈現明顯差異,但分解利用外源秸稈碳的微生物群落結構相似,而分解利用SOM微生物群落結構有差異。【結論】秸稈厭氧降解過程中秸稈碳的礦化滯后于土壤自身SOM;不同本底微生物活性和多樣性是影響秸稈碳礦化速率的重要因素;添加秸稈后不同土壤微生物群落結構的差異主要是參與SOM降解的微生物差異,土壤原SOM是導致這種差異的重要因素。

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    22. 6個紫花苜蓿品種氨基酸組成分析及營養價值評價
    孫娟娟, 阿拉木斯, 趙金梅, 薛艷林, 于林清, 玉柱, 張英俊
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2359-2367.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.014
    摘要132)   HTML9)    PDF(pc) (370KB)(107)    收藏

    【目的】選擇我國培育的中草3號、甘農1號、龍牧806、中苜2號、新疆大葉、公農1號等6個紫花苜蓿品種為試驗材料,通過氨基酸組分的分析及含量的測定,綜合評價紫花苜蓿蛋白質營養價值,為深入研究和開發利用我國紫花苜蓿資源提供科學依據。【方法】采用隨機區組設計,將不同品種紫花苜蓿分別種植于不同試驗小區,小區面積為30 m 2,重復3次。試驗樣品為當年種植的第一茬于初花期刈割的苜蓿,每個小區隨機選3行,刈割后105℃殺青20 min,65℃烘干48 h,粉碎過60目篩。采用鹽酸水解法,使用氨基酸全自動分析儀測定17種氨基酸含量,分析不同氨基酸含量及組分。通過與FAO/WHO氨基酸模式譜和FAO/WHO理想蛋白質標準比較,通過計算紫花苜蓿必須氨基酸比值(RAA)、必須氨基酸比值系數(RC)、必須氨基酸比值系數分(SRC)和必需氨基酸指數(EAAI),綜合評價紫花苜蓿蛋白質的營養價值。【結果】我國培育的6個紫花苜蓿品種均含有被測的17種氨基酸。6個紫花苜蓿品種除天冬氨酸(Asp)、半胱氨酸(Cys)、脯氨酸(Pro)、鮮味氨基酸(F)的含量以及酸鮮甜氨基酸與苦味氨基酸比值((S+F)/B)有顯著差異外,其他氨基酸含量差異不顯著;紫花苜蓿總氨基酸含量為14.85%—19.48%、必需氨基酸的含量為5.35%—6.93%、非必需氨基酸含量為9.50%—12.55%,其中新疆大葉紫花苜蓿總氨基酸含量、必需氨基酸含量和非必需氨基酸含量高于其他品種;紫花苜蓿含有9種藥效氨基酸,藥效氨基酸占總氨基酸的60%以上,甘農1號、新疆大葉和公農1號紫花苜蓿的藥效氨基酸含量高于其他3個品種;紫花苜蓿酸鮮甜味氨基酸含量與苦味氨基酸含量比大于1.8。除了蛋氨酸+半胱氨酸含量低于FAO/WHO氨基酸模式譜外,其他幾種氨基酸含量均高于FAO/WHO氨基酸模式譜。6個紫花苜蓿品種必需氨基酸占氨基酸總量的比值(E/T值)在35%—36%之間,必須氨基酸與非必須氨基酸的比值(E/N值)在54%—57%之間,E/T值和E/N值均略低于FAO/WHO理想蛋白質標準。6個紫花苜蓿品種的必須氨基酸比值系數分SRC值在73—77之間,必需氨基酸指數EAAI值均接近1。【結論】紫花苜蓿氨基酸種類齊全,總氨基酸含量較高。必需氨基酸齊全,相對均衡合理,接近人體氨基酸比例。口感好,營養價值高,為可食用優質蛋白源,并具有一定的藥用價值。紫花苜蓿第一限制氨基酸為蛋氨酸+半胱氨酸,作為蔬菜食用時建議搭配蛋氨酸和半胱氨酸含量高的食品作為互補,以提高其營養價值。

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    23. 水稻轉錄因子OsWRKY68蛋白質的表達特征及其功能特性
    陳悅,王田幸子,楊爍,張彤,馬金姣,燕高偉,劉玉晴,周艷,史佳楠,蘭金蘋,魏健,竇世娟,劉麗娟,楊明,李莉云,劉國振
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2021-2032.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.001
    摘要319)   HTML89)    PDF(pc) (1035KB)(221)    收藏

    【目的】 水稻中有近百個WRKY轉錄因子家族成員,其中很多與生長發育、生物與非生物逆境脅迫應答有關。河北農業大學生命科學學院分子生物學與生物信息學實驗室(molecular biology & bioinformatics lab,MBB)前期發現OsWRKY68在水稻接種白葉枯病菌后誘導表達,本研究試圖進一步探究OsWRKY68的功能。【方法】 采集水稻TP309不同生長發育時期的組織樣品,包括萌發期、幼苗期、分蘗期、孕穗期和開花期的根、莖、葉、葉鞘、葉枕、穗子、花藥、穎殼和種子,以及非生物脅迫(4℃、44℃、48℃、淹、NaCl、PEG、恒光和恒暗)和激素處理(脫落酸、茉莉酸甲酯、水楊酸和乙烯利)的葉片,提取總蛋白質,用水稻OsWRKY68蛋白質特異抗體,通過免疫印跡(western blot,WB)技術系統調查OsWRKY68蛋白質在水稻正常發育過程中不同時期、不同組織、非生物脅迫及激素處理條件下的表達特征。構建RNAi載體,通過農桿菌介導的方法轉化水稻TP309,對轉基因植株進行PCR和WB鑒定,觀察OsWRKY68 RNAi轉基因植株的表型并測量其株高、分蘗數、穗長、小穗數和結實率等性狀。【結果】 調查OsWRKY68蛋白質的表達豐度,發現OsWRKY68蛋白質在水稻正常生長發育過程中基本呈組成型表達,且在大部分組織中表達豐度差異倍數不大,但在開花期的花藥中OsWRKY68表達量高于成熟穗、穗軸和穎殼;在分蘗期和孕穗期的葉鞘中不表達,僅在開花期的葉鞘中表達;在孕穗期的幼穗中,隨著幼穗長度的增加其表達豐度逐漸降低。調查水稻非生物脅迫和激素處理后OsWRKY68蛋白質的表達特征,發現鹽脅迫后OsWRKY68蛋白質的表達豐度隨時間延長持續下降,恒光處理后OsWRKY68蛋白質表達量持續上升,3 d時明顯出現一條分子質量較大的條帶(記作OsWRKY68 +),且表達量逐漸增加,茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和乙烯利(ethephon,ET)處理后同樣也呈現OsWRKY68 +蛋白質豐度的增加。對轉基因植株進行鑒定和自交繁殖,對T3代的4個OsWRKY68 RNAi轉基因株系(Y316、Y317、Y326和Y337)進行PCR和WB鑒定,均表現陽性。在轉基因植株中,OsWRKY68蛋白質的表達量均低于野生型TP309。對轉基因植株進行表型觀察和性狀測量,發現與野生型相比轉基因植株的株高降低、分蘗數和結實率下降等。 【結論】 OsWRKY68蛋白質在水稻正常生長發育中發揮作用,敲低OsWRKY68蛋白質的表達能影響水稻的正常生長。OsWRKY68蛋白質可能參與鹽、光照、茉莉酸甲酯和乙烯介導的信號轉導過程。

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    24. 土壤耕作技術對小麥出苗質量、根系功能及粒重的影響
    申冠宇, 楊習文, 周蘇玫, 梅晶晶, 陳旭, 彭宏揚, 蔣向, 賀德先
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2042-2055.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.003
    摘要239)   HTML30)    PDF(pc) (446KB)(229)    收藏

    【目的】 針對黃淮平原農作區一年兩熟條件下玉米秸稈還田嚴重影響麥苗質量的突出問題,探索適宜的土壤耕作技術以提高小麥幼苗質量,最終提高產量。【方法】 2016—2018年連續2年,在河南省新鄭市辛店鎮黃崗村開展田間試驗。采用隨機區組設計,將翻耕、耙、鎮壓3個因素組合配套實施8個處理,分別為深翻耕+旋耕(DT+RT;DT:30 cm,RT:15 cm)、深翻耕+耙(DT+H)、深翻耕+旋耕+鎮壓(DT+RT+C)、深翻耕+耙+鎮壓(DT+H+C)、旋耕(RT)、旋耕+耙(RT+H)、旋耕+鎮壓(RT+C)、旋耕+耙+鎮壓(RT+H+C)。對小麥出苗率及幼苗質量進行調查,并在越冬期、返青期、拔節期、抽穗期、灌漿期、蠟熟期對根系進行調查分析,分別在灌漿期對小麥籽粒性狀、收獲后對小麥產量及其構成因素進行調查分析。【結果】 小麥播種后20 d,不同土壤耕作處理間幼苗質量差異顯著。旋耕后出苗整齊度高于深翻耕,而深翻耕后出苗率、基本苗數和株高高于旋耕。相同耕、鎮壓因素處理下,耙后出苗率增幅為1.0%—5.7%,相同耕、耙因素處理下,鎮壓后出苗率增幅為0.06%—8.3%;同時深翻耕后,極少出現缺苗、斷壟,RT處理缺苗、斷壟的累計長度最高,兩年平均為55 cm。從越冬期到蠟熟期,不同土壤耕作處理的根系活力均呈現“高-低-高-低”的變化趨勢,DT+H+C處理最高;在越冬期和拔節期,鎮壓和耙處理后,與無鎮壓、耙處理相比,根系活力均提高。單株次生根數目在抽穗期達到最大,DT+H+C處理最高,兩年最高值分別為45.2條與40.2條;與無耙處理相比,耙處理后,單株次生根數目最高增加14.8%,與無鎮壓處理相比,鎮壓處理后,單株次生根數目最高增加12.2%。花后5—10 d,DT+H+C和RT+H+C處理的籽粒灌漿速率增長幅度顯著高于其他處理,開花后20 d達到峰值,其中DT+H+C處理籽粒灌漿速率比其他處理高1.0%—19.4%,達顯著水平。灌漿期籽粒千粒重,在花后0—15 d,DT+H+C處理增長最快,DT+RT處理增長最慢,花后25—30 d,DT+H+C處理千粒重最高,較RT處理提高20.8%。從不同土壤耕作技術對籽粒產量及其構成因素的影響來看,DT+H+C處理的籽粒產量最高;耙和鎮壓處理的單位面積穗數、穗粒數和千粒重的變化并不規律,籽粒產量均有明顯提升,幅度為1.4%—12.2%。經濟效益方面,與當地以往耕作方式RT相比,RT+H、RT+H+C、RT+C、DT+H+C、DT+H處理所得效益均高于RT處理,其中DT+H+C處理產生經濟效益最高,兩年平均比RT處理高12.3%。【結論】 黃淮平原農作區當前一年兩熟制條件下,不同土壤耕作技術影響幼苗質量,旋耕有利于出苗的整齊度提高,而深翻耕則有利于出苗率及幼苗均勻度提高,株高增高,為冬前形成壯苗奠定基礎;深翻耕將耕層加深,利于根系下扎,促進次生根數目的增加以及耕層根系活力的提高,間接影響籽粒產量。綜合考慮植株根系生長發育、生育后期籽粒灌漿速率、粒重形成和產量表現等,研究認為黃淮農作區DT+H+C處理土壤耕作技術是當前的最佳選擇。

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    25. 基于轉錄-代謝聯合分析哈茨木霉ACCC32527 對NaCl脅迫的分子調節
    向杰, 陳敬師, 夏鑫鑫, 劉快, 李世貴, 顧金剛
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2079-2091.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.006
    摘要120)   HTML7)    PDF(pc) (6641KB)(96)    收藏

    【目的】 通過NaCl脅迫下哈茨木霉(Trichoderma harzianum)ACCC32527差異轉錄組和代謝組數據分析,挖掘關鍵功能型差異表達基因(DEG)及次級代謝產物。【方法】 采用RNA-seq和GC-TOF-MS技術分別完成0(T1)、0.4(T2)、0.6(T3)mol?L -1 NaCl脅迫下哈茨木霉ACCC32527的差異表達基因和次級代謝產物檢測,利用相關軟件及數據庫(GO、COG、KEGG pathway等)完成對差異表達基因(|log2fold change)|>1 & FDR<0.01)和次級代謝產物(P-value≤0.05 & VIP>1)的篩選、注釋和分類,并進行RT-qPCR驗證。 【結果】 NaCl脅迫處理后,ACCC32527的生長受到抑制,繁殖速率明顯降低,并在該條件下分別獲得T1 vs T2和T1 vs T3比較組637、1 570個DEG,獲得DEG的16種表達模式,包括9種上調表達模式(950 gene)、3種下調表達模式(662 gene)和4種不規則表達模式(309 gene),共有的GO功能分類為催化活性、結合、細胞器、細胞膜部分、細胞膜、細胞部分、細胞、單組織過程和代謝過程,且占主要比例,約為61%—94%,其中處理前后基因比例差異較大的分類為催化活性。KEGG代謝通路富集分析發現,不同NaCl濃度處理下的DEG富集到的代謝通路種類及數量存在較大差異,分別有225和535個差異基因富集于20條KEGG通路,包括代謝通路、抗生素的合成和次級代謝產物合成, 其中T2和T3處理下核糖體的生物合成途徑分別有12個和18個相關基因受到抑制。從NaCl脅迫下差異轉錄組中篩選出活性氧清除、離子轉運和細胞壁及胞外結構等共73個相關基因,并且多數為上調表達基因。另外,差異代謝組學分析表明,T3處理下,胞內小分子代謝物出現明顯變化,累積量增加的代謝產物有30種,包括氨基酸及其衍生物、糖類及其衍生物和醇類,而減少的代謝物有53種,涉及脂肪酸和有機酸等。其中,甘油是已知的真菌重要滲透保護物,T3處理下ACCC32527胞內甘油水平提高,可參與細胞的滲透調節,維持滲透壓平衡。RT-qPCR驗證了7個差異表達顯著基因,雖然在表達量上存在一定的差異,但表達趨勢與RNA-seq分析結果基本一致,表明轉錄組測序結果的可靠性。【結論】 NaCl脅迫引起哈茨木霉ACCC32527大量基因及次級代謝產物變化,獲得了與NaCl脅迫調節相關基因和代謝產物,這些機制共同作用減少鹽離子對細胞的毒害作用,研究結果可為研究木霉菌的耐鹽機理提供重要信息。

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    26. 越橘品質指標評價
    張佳, 聶繼云, 張惠, 李靜, 李也
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2128-2139.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.010
    摘要127)   HTML3)    PDF(pc) (490KB)(81)    收藏

    【目的】 探討越橘品質指標間的相互關系,構建和完善越橘品質性狀的綜合評價體系,為合理評價越橘品質提供理論參考。【方法】 以92份越橘果實為材料,測定單果重、果形指數、果實硬度、維生素C含量、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比7項品質指標,運用相關分析揭示指標間的相互關系,運用正態分布理論進行品質指標概率分級,利用因子分析確定越橘品質評價指標,運用層次分析確立評價指標的權重并建立指標評分標準。【結果】 越橘品質指標間離散程度差異很大,其變異系數分別為67.12%(固酸比)、45.46%(可滴定酸含量)、35.28%(單果重)、23.48%(維生素C含量)、18.23%(可溶性固形物含量)、18.05%(果實硬度)和6.05%(果形指數)。可滴定酸含量和維生素C含量均服從正態分布,概率值P均大于0.05,果形指數、果實硬度和可溶性固形物含量去掉個別極端值后,也服從正態分布,單果重的概率值P為0.0494,接近0.05,視為符合正態分布,固酸比呈偏態分布。可滴定酸含量和固酸比之間呈極顯著的負相關,相關系數為-0.81742,二者間存在極顯著的冪函數變化趨勢,決定系數R 2為0.9005。篩選出4項越橘品質代表性指標,包括可溶性固形物含量(甜味指標)、可滴定酸含量(酸味指標)、維生素C含量(營養指標)和果實硬度(質地指標),4項代表性指標劃分為5個等級,即極低、低、中、高和極高。建立4項代表性指標評分標準,將92份越橘果實劃分為3個等級,即優等、中等和差等。 【結論】 越橘品質代表性指標包括可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素C含量和果實硬度,建立的4項品質指標評分標準可用于越橘品質的科學評價與分類。

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    27. 北京地區大白豬基因組聯合育種研究
    張金鑫, 唐韶青, 宋海亮, 高虹, 蔣堯, 江一凡, 彌世榮, 孟慶利, 于凡, 肖煒, 云鵬, 張勤, 丁向東
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2161-2170.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.013
    摘要95)   HTML7)    PDF(pc) (1051KB)(38)    收藏

    【目的】 利用基因組選擇技術,進行北京地區大白豬基因組聯合遺傳評估,并實施基因組選擇分子育種,預測剛出生的小公豬基因組估計育種值,提高選種準確性。【方法】 利用北京地區3家核心育種場英、美系大白豬2007-2017年場內性能測定記錄,篩選4020頭個體構建基因組選擇混合參考群,性狀包括達100kg體重日齡、100kg活體背膘厚和總產仔數,參考群個體和候選公豬個體基因型信息主要采用Illumina 80K SNP芯片進行測定。基因組育種值采用同時利用系譜信息和基因組信息的一步法(SSGBLUP)方法,對3家核心場豬只進行基因組聯合遺傳評估,分別在公豬去勢前和性能測定結束時預測大白公豬生長性狀和繁殖性狀基因組估計育種值(GEBV),并進行相應選種。3個場之間的場間遺傳聯系用關聯率衡量。【結果】 場間關聯率計算結果表明,由于遺傳背景差異,北京地區3家核心場場間遺傳聯系偏低,無法開展傳統聯合遺傳評估,但基于基因組信息的G矩陣親緣關系結果顯示,不同群體間個體存在親緣關系,說明通過基因組選擇可以實現3個育種場間的基因組聯合遺傳評估。基因組選擇實施后,累計基因組預測大白公豬1789頭。與傳統育種方式相比,基因組選擇準確性大幅提高。實施第一次基因組選擇或早期選擇時(公豬去勢前),達100 kg體重日齡、100 kg活體背膘厚和總產仔數系譜指數的準確性分別為0.55,0.56和0.41,而3個性狀GEBV的準確性分別為0.65,0.70和0.60,提高了10、14和19個百分點。終選(性能測定結束)時,3個性狀的傳統育種值(EBV)準確性為0.70、0.72和0.41,GEBV準確性進一步提高至0.78、0.84和0.60,提高了8、12和19個百分點。低遺傳力的總產仔數準確性提高幅度最大。公豬去勢前初選時基因組選擇準確性與常規性能測定結束時的常規育種值選擇準確性幾乎一致,表明基因組選擇早期選種效果與常規育種相當,節省了育種時間和成本。338頭完成性能測定的候選公豬兩次基因組選擇準確性表明,第二次基因組選擇由于加入了候選公豬的測定信息,達100kg體重日齡和100kg活體背膘厚的GEBV準確性由第一次的0.55和0.62分別提高到0.72和0.84,提高了17和22個百分點。無偏性系數在0.82-1.00之間,兩性狀GEBV的無偏性由第一次基因組選擇的0.82、0.96 分別提高到0.91、1.00,說明第二次估計的偏差更小,結果可信度更高,能更準確選出優秀的種公豬。【結論】 基因組選擇可以建立場間遺傳聯系,實現常規育種不能進行的聯合遺傳評估,能夠進行更大范圍的聯合育種。基因組選擇的準確性高于傳統的系譜指數和育種值選種,且低遺傳力性狀提高幅度最大。基因組選擇能夠實現早期選擇,提高育種效益。

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    28. 玉米葉綠素含量的全基因組關聯分析
    史大坤, 姚天蘢, 劉楠楠, 鄧敏, 段海洋, 王路林, 萬炯, 高炯浩, 謝惠玲, 湯繼華, 張雪海
    中國農業科學    2019, 52 (11): 1839-1857.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.001
    摘要334)   HTML151)    PDF(pc) (5697KB)(382)    收藏

    目的 葉綠素含量與作物產量呈正相關。通過提高葉綠素含量來提高作物產量是作物育種的方向之一。因此,利用全基因組關聯分析(genome-wide association study, GWAS)解析玉米葉綠素含量的遺傳基礎,可為玉米高光效理想株型設計育種提供理論指導。方法 以538份玉米自交系構成的關聯群體為研究對象,在5個環境下,通過對其授粉后5 d的棒三葉(穗位葉、穗上葉、穗下葉)葉綠素含量進行測定,并借助覆蓋玉米全基因組的558 629個單核苷酸多態性標記(SNPs),利用3種模型(Q、K和Q+K)對葉綠素含量進行全基因組關聯分析,隨后選擇最優模型的GWAS結果并結合eQTL(expression quantitative trait loci)分析對葉綠素含量的自然變異進行解析。結果 5個環境下,棒三葉葉綠素含量均遵從正態分布且葉綠素含量間呈正相關;方差分析表明棒三葉葉綠素含量的環境效應、基因型效應、基因型與環境互作效應均達到了極顯著水平;此外,穗上葉、穗位葉和穗下葉葉綠素含量的遺傳力分別為0.66、0.66和0.67。比較3種模型發現K模型對假陽性(I型錯誤)控制最好,在此模型下共檢測到29個與棒三葉葉綠素含量顯著關聯的SNP(P≤3.99×10-6),涉及到18個位點,共有76個候選基因落在這18個位點內,其中85.5%(65/76)的候選基因具有eQTL,11.8%(9/76)的候選基因與對應表型顯著相關(P<0.05),說明這9個基因可能是通過表達量變化來調控表型變異。在這76個基因中,60個候選基因有功能注釋,功能涉及到能量代謝、物質輸送代謝途徑和生物合成調節等過程。此外還發現2個可以在不同環境或不同葉片共定位的位點,其中,共定位位點內的基因GRMZM2G074759編碼一種與AAE3高度相似的酰基活化酶,該基因通過提高α-酮戊二酸(ALA)和草酰乙酸含量進而影響氨基酸生物合成,提高籽粒賴氨酸含量,改善玉米品質。此外,ALA的合成會促使葉綠素含量升高,進而提高作物產量,推測該基因為最可能的候選基因。結論 K模型對假陽性的控制效果最好,基于K模型,共檢測到18個玉米葉綠素含量顯著關聯位點,發現多個參與葉綠素合成途徑相關基因。

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    29. 近30年我國谷子生產時空變化與區域優勢研究
    劉杰安, 王小慧, 吳堯, 賈浩, 尹小剛, 史磊剛, 褚慶全, 陳阜
    中國農業科學    2019, 52 (11): 1883-1894.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.004
    摘要167)   HTML12)    PDF(pc) (2473KB)(159)    收藏

    目的 谷子營養豐富、生育期短、抗旱耐瘠,谷子種植對優化干旱半干旱地區農業種植結構和促進農民增收具有重要作用。分析我國谷子生產時空變化特征與區域優勢,以期為優化谷子布局和促進谷子生產發展提供建議與理論依據。方法 基于1985—2015年谷子各省、縣域生產統計數據,采用產量貢獻率、重心遷移、比較優勢指數等指標,分析了我國谷子生產時空變化規律。結果 30年間全國谷子播種面積由3.318×10 6hm 2減少至7.88×10 5hm 2后回升至8.39×10 5hm 2,單產由1 801.2 kg·hm -2提高至2 342.9 kg·hm -2,總產量變化中面積貢獻率為80.3%,單產貢獻率為18.4%,且單產貢獻率逐漸增加。全國谷子生產重心年際間變化較小,優勢產區穩定在東北地區中西部、黃淮海平原中北部和北部中低高原區東南部,具體集中在內蒙東部、東北三省與內蒙接壤的縣域、河北大部、河南西北部、山東中部、山西大部、陜西北部、甘肅東部及寧夏中部。30年間黃淮海平原區、東北地區與西北部分縣域單產增加但播種面積大量減少,使該區域表現為單產優勢與面積劣勢,2000年后北部中低高原區的吉林通榆、內蒙敖漢旗與山西部分縣域的播種面積回升。播種面積較大而單產劣勢的縣域集中在黃土高原地區的陜西和山西中北部部分縣域。結論 30年來全國谷子播種面積先減后增,生產集中程度不斷增大,優勢產區趨于穩定,單產逐步提升。黃淮海地區被夏玉米替代的夏谷較難恢復,東北地區中西部、北方農牧交錯區及太行山沿線區谷子生產具有恢復潛力。谷子育種、栽培技術與生產加工機械的進步,對谷子生產提質增效與實現產業化發展至關重要。

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    30. 廣西玉米穗腐病致病鐮孢種群構成與毒素化學型分析
    杜青, 唐照磊, 李石初, 上官玲玲, 李華嬌, 段燦星
    中國農業科學    2019, 52 (11): 1895-1907.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.005
    摘要92)   HTML3)    PDF(pc) (3510KB)(65)    收藏

    目的 明確廣西玉米穗腐病致病鐮孢的種群構成及毒素化學型,為玉米穗腐病的綜合防治、品種的合理布局和抗病育種提供重要指導和理論依據。方法 從廣西玉米主產區采集玉米穗腐病樣本,經組織分離和單孢純化共獲得138個鐮孢菌分離物,分別來自21個縣(區)。利用形態學和分子生物學相結合的方法進行鐮孢菌種的鑒定,構建TEF-1α系統發育樹,利用產毒基因特異性引物進行毒素化學型檢測。結果 在138個鐮孢菌分離物中,鑒定出10種鐮孢菌,包括擬輪枝鐮孢(Fusarium verticillioides)、層出鐮孢(F. proliferatum)、九州鐮孢(F. kyushuense)、南方鐮孢(F. meridionale)、甘蔗鐮孢(F. sacchari)、藤倉鐮孢(F. fujikuroi)、亞洲鐮孢(F. asiaticum)、輪紋鐮孢(F. concentricum)、變紅鐮孢(F. incarnatum)和禾谷鐮孢(F. graminearum),分離頻率依次為50.72%、12.32%、10.87%、8.70%、6.52%、3.62%、3.62%、1.45%、1.45%和0.72%。禾谷鐮孢復合種(F. graminearum species complex,FGSC)由南方鐮孢、亞洲鐮孢和禾谷鐮孢3個獨立種組成。擬輪枝鐮孢為優勢致病菌,禾谷鐮孢復合種、層出鐮孢和九州鐮孢為次優勢致病菌,而甘蔗鐮孢和輪紋鐮孢則是國內首次報道為玉米穗腐病致病菌。擬輪枝鐮孢、層出鐮孢、甘蔗鐮孢和藤倉鐮孢檢測到伏馬毒素關鍵合成基因FUM1的菌株數分別為67、13、5、3,具有潛在的產伏馬毒素能力,輪紋鐮孢則未檢測到FUM1。供試禾谷鐮孢復合種、九州鐮孢和變紅鐮孢菌株的毒素化學型有4種:NIV、15-ADON、NIV+15-ADON和DON+15-ADON。8個九州鐮孢菌株、2個亞洲鐮孢菌株、2個南方鐮孢菌株和1個變紅鐮孢菌株攜帶NIV毒素化學型;2個南方鐮孢菌株攜帶15-ADON毒素化學型;8個南方鐮孢菌株、2個九州鐮孢菌株、1個亞洲鐮孢菌株和1個變紅鐮孢菌株攜帶NIV+15-ADON毒素化學型;只有1個禾谷鐮孢菌株攜帶DON+15-ADON毒素化學型。未檢測到3-ADON毒素化學型菌株。結論 擬輪枝鐮孢為廣西玉米穗腐病優勢致病菌,禾谷鐮孢復合種、層出鐮孢和九州鐮孢為次優勢致病菌。擬輪枝鐮孢、層出鐮孢、甘蔗鐮孢、藤倉鐮孢均檢測到FUM1,廣西禾谷鐮孢復合種的主要毒素化學型為NIV和15-ADON,變紅鐮孢和部分九州鐮孢的主要毒素化學型為NIV。廣西玉米穗腐病鐮孢菌種群構成與我國溫帶玉米相關研究結果存在差異,原因可能為鐮孢菌種群適應廣西熱帶和亞熱帶高溫、高濕的玉米生長環境并因此導致毒素化學型的不同。

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    31. 基于Meta分析中國水稻產量對施肥的響應特征
    韓天富, 馬常寶, 黃晶, 柳開樓, 薛彥東, 李冬初, 劉立生, 張璐, 劉淑軍, 張會民
    中國農業科學    2019, 52 (11): 1918-1929.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.007
    摘要234)   HTML10)    PDF(pc) (499KB)(186)    收藏

    目的 定量分析近30年施肥對中國水稻產量的綜合效應和影響機制,為水稻種植區域肥料的科學施用提供依據。方法 以全國水稻土長期監測點為平臺,將相應的監測數據按照種植區域、試驗時間、種植制度、作物類型、施肥類型、土壤質地、土壤pH、土壤有機質含量、土壤全氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效鉀含量、土壤緩效鉀含量進行分組,以不施肥處理作為對照,利用Meta-analysis方法探究施肥對水稻產量的綜合效應及其影響因素。結果 近10年(2008—2017)以來,無論施肥與否,水稻產量均顯著高于1988—1997和1998—2007年對應的水稻產量。與不施肥相比,施肥顯著提高水稻產量,其提高幅度平均為80.8%。在西南地區施肥對水稻產量的提高幅度最高(98.5%),顯著高于華北地區(70.3%)。不同試驗時間下,施肥比不施肥處理在1988—1997年對水稻產量提高的幅度(99.1%)高于1998—2007年(84.2%)和 2008-2017年(78.1%)。不同種植制度下,施肥較不施肥處理能顯著提高一年三熟水稻產量(92.0%),且提高幅度均高于一年一熟(76.2%)和一年兩熟(81.9%)。與不施肥相比,雙季稻施肥對水稻產量的提高幅度(85.9%)高于單季稻區(75.9%)和水稻-其他作物(79.5%)。與不施肥相比,有機肥與無機肥配合施用對水稻產量提高幅度(88.3%)高于化肥單施處理(76.6%)。施肥較不施肥處理能顯著提高黏質土壤水稻產量(92.0%),提高幅度顯著高于砂質土壤(58.0%)和壤質土壤(77.5%)。隨著土壤有機質和有效磷含量的增加,施肥較不施肥處理水稻產量提高的幅度呈降低趨勢。在較高的土壤pH(>7.5)、較低土壤全氮(<1.5 g·kg -1)和緩效鉀(<150 mg·kg -1)情況下,施肥較不施肥處理水稻產量提高的幅度較高。隨機森林分析結果表明:施肥對水稻產量提高幅度主要受水稻種植區域、土壤全氮和種植制度的影響。此外,肥料的農學效率與施肥對水稻產量增產幅度呈極顯著正相關。結論 雖然當前施肥對水稻產量增加的趨勢在降低,但是適量的肥料投入(尤其是西南地區)是提高和維持水稻高產的重要措施,尤其是有機肥與無機肥配合施用增產效果更加顯著。同時,在種植制度的基礎上,各水稻種植區域應結合土壤質地、土壤氮素和鉀素等方面作為肥料投入的主要依據。

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    32. 華北地區夏玉米滴灌施肥的肥料效應
    李格, 白由路, 楊俐蘋, 盧艷麗, 王磊, 張靜靜, 張銀杰
    中國農業科學    2019, 52 (11): 1930-1941.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.008
    摘要137)   HTML8)    PDF(pc) (394KB)(108)    收藏

    目的 通過研究華北地區中低產土壤條件下不同氮、磷、鉀肥施用量在滴灌夏玉米上的肥料效應,從而優化滴灌施肥系統,為夏玉米高效滴灌施肥提供理論依據,推進水肥一體化技術。方法 通過兩年田間試驗,以鄭單958為供試品種,滴灌帶設置為一管帶兩行,氮磷鉀分別設4個處理,其中氮肥處理為0、144、180、216 kg·hm -2(記為N0、N1、N2、N3),磷肥處理為0、72、90、108 kg·hm -2(記為P0、P1、P2、P3),鉀肥處理為0、72、90、108 kg·hm -2(記為K0、K1、K2、K3),氮磷鉀肥料分4次滴施,以研究不同處理對夏玉米產量及不同生育時期干物質積累的影響,分析不同處理下肥料的利用率。結果 (1)華北地區中低產田條件下夏玉米產量隨施氮磷肥的用量呈拋物線性變化,當施氮量為180 kg·hm -2,施磷量為90 kg·hm -2時,作物產量最高;當氮磷肥施用量超過最高產量施肥量時,作物產量隨施氮磷用量的提高呈下降趨勢,但氮肥處理的下降程度差異不顯著,而磷肥施用量超過90 kg·hm -2時,作物產量隨施磷量的提高顯著下降(P<0.05);在本處理中,夏玉米產量隨施鉀量的提高,均呈增加趨勢。(2)不同施肥處理對夏玉米生育前期干物質積累幾乎沒有影響,在灌漿期與收獲期時干物質積累與施氮量、施磷量均呈拋物線性變化,變化趨勢與產量基本相同。(3)不同處理的氮磷鉀肥利用率不同,分別為33.39%—58.44%、14.15%—28.88%、54.70%—65.75%,當夏玉米產量最高時的氮、磷、鉀肥利用率兩年平均為51.21%、28.88%、65.75%;在最高產量條件下,氮、磷、鉀肥的平均農學效率分別為8.08、11.41和8.83 kg·kg -1;偏生產力分別為59.88、119.75和100.65 kg·kg -1結論 在華北地區中低產土壤滴灌施肥條件下,最適宜的氮磷施用量分別為180 kg·hm -2和90 kg·hm -2,當施氮量超過180 kg·hm -2、施磷量超過90 kg·hm -2時,夏玉米產量會出現下降,但隨施鉀量的提高,產量有增加的趨勢。滴灌施肥可獲得較高的氮磷鉀肥利用率,分別為51.21%和28.88%和65.75%。

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    33. 甘藍型油菜半矮稈突變體dw-1的遺傳分析與激素響應特性
    宋稀, 蒲定福, 田露申, 余青青, 楊玉恒, 代兵兵, 趙昌斌, 黃成云, 鄧武明
    中國農業科學    2019, 52 (10): 1667-1677.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.001
    摘要258)   HTML40)    PDF(pc) (865KB)(230)    收藏

    【目的】株高是影響油菜抗倒性、豐產性和全程機械化進程的關鍵性狀,油菜矮稈、半矮稈資源的發掘與研究,是實現株高遺傳改良的關鍵。目前油菜優異矮源缺乏,通過對獲得的甘藍型自然矮化突變體進行表型鑒定、遺傳分析及激素相關形態學、生理學分析,旨在綜合評估其利用潛能,為其在油菜矮化育種中的應用提供理論指導并為后續基因定位、克隆奠定基礎。【方法】將甘藍型油菜品系141492自交6代后發現的半矮稈突變體經游離小孢子培養獲得DH系群體,選取1個半矮DH系,暫命名dw-1,其平均株高約95 cm,變幅83—105 cm。對dw-1農藝性狀、經濟性狀、抗病性等進行表型鑒定,并以dw-1與野生型高稈為親本構建6世代遺傳群體,應用主基因+多基因混合遺傳模型對株高進行遺傳分析。通過光暗處理(16 h光照/8 h黑暗、24 h黑暗)形態學觀察、下胚軸與莖稈赤霉素敏感性測驗,鑒定突變體突變類型。【結果】與野生型相比,dw-1千粒重無明顯變化,菌核病病指、二次分枝數、單株角果數顯著或極顯著增加,主序有效長、一次分枝數、株高、分枝部位高度、重心高度、主序角果數、每角粒數、單株產量顯著或極顯著降低,全生育期極顯著縮短。遺傳分析表明,dw-1株高的遺傳受1對加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因控制(D-0模型),主基因加性效應-47.5,顯性度0.2;B1、B2、F2主基因遺傳率分別為76.0%、84.0%、85.0%,多基因遺傳率分別為4.1%、5.6%、6.7%。光照與黑暗條件下,dw-1形態建成正常且下胚軸長度均極顯著低于野生型。外施低濃度赤霉素對下胚軸與莖稈伸長作用不明顯,高濃度處理有顯著促進作用,但均不能恢復至野生型表型。【結論】dw-1田間綜合性狀優良,矮生性狀以1對加性-顯性主基因遺傳為主,主基因又以加性效應為主,常規雜交育種早代選擇有效。dw-1矮化機制與油菜素內酯途徑無關,為赤霉素敏感性減弱應答類型。

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    34. 黃淮旱地冬小麥農藝性狀與生育期氣象因子的時空分布特征及互作關系
    李世景, 徐萍, 張正斌, 衛云宗
    中國農業科學    2019, 52 (10): 1686-1697.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.003
    摘要192)   HTML28)    PDF(pc) (3271KB)(232)    收藏

    【目的】研究黃淮旱地冬小麥農藝性狀與生育期降水的時空分布特征與互作關系,為氣候變化下黃淮旱地小麥品種改良提供理論依據。【方法】利用2010—2017年國家黃淮冬小麥區域試驗對照品種在不同區域試驗點的農藝性狀與降水資料,結合地理時空分布與數理統計方法,分析黃淮旱地冬小麥農藝性狀和出苗-成熟期總降水的關系。【結果】空間分布上,黃淮旱地小麥實際單位面積產量、千粒重呈現由西部旱薄地向東部旱肥地增加的趨勢。西部旱薄地的株高相對較高,中東部旱肥地的株高相對較低。中東部以北的黃淮旱地不同生育階段的總降水普遍較低,中東部以南的黃淮旱地不同生育階段的總降水相對較高。時間變化上,河南、山西和陜西的中西部旱地的出苗—成熟期總降水表現出顯著的增加趨勢。出苗—抽穗期總降水與實際單位面積產量、株高、有效穗數呈顯著正相關。通徑分析表明,黃淮旱肥地的株高和有效穗數決定了產量變異的53.2%,黃淮旱薄地的株高和千粒重決定了產量變異的67%。【結論】建議黃淮旱肥地冬小麥育種以適當增加株高,提高花前高效利用有限降水的能力和增加穗部發育為主。黃淮旱薄地育種以穩定株高,提高花后轉運干物質的效率和收獲指數為主。

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    35. 轉水稻條紋病毒NS3本氏煙的抗病性
    吳根土, 陳廣香, 張珈源, 胡橋, 馬明鴿, 竇彥霞, 李明駿, 青玲
    中國農業科學    2019, 52 (10): 1710-1720.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.005
    摘要117)   HTML5)    PDF(pc) (2613KB)(150)    收藏

    【目的】NS3編碼的蛋白是水稻條紋病毒(Rice stripe virus,RSV)RNA沉默抑制子。筆者前期研究發現,轉NS3本氏煙(Nicotiana benthamiana)對RSV有一定的抗性。為深入揭示NS3在寄主體內的作用機制,本文將進一步探究轉NS3本氏煙對其他煙草病害的抗性。【方法】以野生型本氏煙和轉NS3本氏煙為試驗材料,通過農桿菌浸潤法接種馬鈴薯X病毒(Potato virus X,PVX)侵染性克隆,觀察病毒癥狀,抽提系統發病葉片總RNA,并利用RT-qPCR方法檢測病毒的相對積累量;采用灌根接種法分別接種煙草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)、煙草黑脛病菌(Phytophthora parasitica var. nicotianae),觀察植株表型并統計發病率和病情指數。【結果】PVX侵染本氏煙后,植株葉片主要表現為花葉、褪綠等癥狀,NS3表達植株與野生型植株具有相同的PVX癥狀表現。在接種PVX 10 d后,RT-qPCR檢測發現與野生型植株病毒積累量相比,NS3表達抑制了PVX在本氏煙體內的積累水平,兩個轉NS3株系(NS3-6、NS3-9)中PVX的相對積累量分別為野生型植株的68.17%和81.01%。青枯病菌在野生型植株和轉基因植株上均引起萎蔫、猝倒等典型的病害癥狀,且兩者的癥狀無明顯差異。在青枯病菌侵染早期,NS3表達在一定程度上利于病菌的侵染,表現出對青枯病較為敏感;而在接種14 d,野生型植株的發病率為100.00%,病情指數為78.67,而NS3-6、NS3-9株系的發病率分別為95.00%、98.33%,病情指數分別為70.00、73.00;14 d之后發病率和病情指數逐漸升高,而NS3表達株系的病情指數均低于野生型植株。黑脛病菌在野生型植株和轉基因植株上均為在莖基部出現黑褐色壞死斑等典型病害癥狀,且NS3表達也不影響本氏煙的癥狀表現。在黑脛病菌的侵染初期,NS3-6株系的發病率高于野生型植株;但在整個黑脛病發生過程中,轉NS3株系的病情指數均低于野生型植株,在接種12 d,野生型本氏煙的發病率為96.67%,病情指數為77.50,而NS3-6、NS3-9株系的發病率分別為90.00%、86.67%,病情指數分別為64.17、62.08。【結論】通過病原侵染過程觀察表明NS3表達在一定程度上影響了煙草病害在本氏煙上的侵染和嚴重程度,且對不同病原菌的影響不同。

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    36. 氮肥對室內和大田條件下作物秸稈分解和養分釋放的影響
    張學林, 周亞男, 李曉立, 侯小畔, 安婷婷, 王群
    中國農業科學    2019, 52 (10): 1746-1760.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.008
    摘要160)   HTML22)    PDF(pc) (500KB)(167)    收藏

    【目的】明確室內和大田條件下小麥和玉米秸稈分解和養分釋放的影響因素,能夠為作物秸稈合理還田及其養分管理提供理論依據。【方法】采用尼龍網袋法于室內培養和大田試驗相結合研究氮肥用量(0,CK;180 kg N·hm -2,N180和360 kg N·hm -2,N360)作用下作物秸稈分解特征,其中室內主要研究氮肥用量和土壤類型(砂姜黑土和潮土)對小麥和玉米秸稈分解的影響;2015年6月至2016年6月冬小麥-夏玉米大田研究氮肥用量和秸稈還田深度(地表和20 cm)對小麥和玉米秸稈分解的影響。 【結果】室內研究發現,秸稈類型和土壤類型顯著影響秸稈分解常數、有機碳釋放量、氮釋放量和磷釋放量。隨氮肥用量增加,小麥秸稈分解常數在兩種土壤類型上均呈增加趨勢,玉米秸稈呈降低趨勢;小麥和玉米秸稈氮釋放量呈降低趨勢(小麥秸稈在潮土上呈增加趨勢)。小麥秸稈在潮土上的分解常數及其碳、氮、磷釋放量均顯著高于砂姜黑土,而土壤類型對玉米秸稈分解影響較小。室內相同培養條件下(180 d),小麥秸稈碳釋放量均值為370 g·kg -1、氮為4 g·kg -1、磷為3.6 g·kg -1;玉米秸稈碳釋放量為560 g·kg -1、氮11 g·kg -1、磷3.3 g·kg -1。大田條件下,秸稈還田深度顯著影響小麥和玉米秸稈分解常數及其碳、氮、磷釋放量;其中秸稈還田20 cm處理的分解常數及其養分釋放量均顯著高于地表處理。隨氮肥用量增加,地表處理小麥秸稈分解常數和全碳釋放量逐漸降低,玉米秸稈呈增加趨勢;20 cm處理小麥分解常數及其碳、氮和磷釋放量均隨氮肥用量呈增加趨勢,而玉米秸稈呈降低趨勢。地表處理小麥秸稈經過一個玉米生長季能分解40%,釋放碳150 g·kg -1、氮2 g·kg -1、磷3.5 g·kg -1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,釋放碳360 g·kg -1、氮4 g·kg -1、磷3.8 g·kg -1。玉米秸稈還田到地表,經過一個小麥生長季只能分解40%,釋放碳210 g·kg -1、氮5 g·kg -1、磷2 g·kg -1;而還田于土層20 cm處理可以分解60%,釋放碳360 g·kg -1、氮6 g·kg -1、磷2.5 g·kg -1。主成分分析結果表明,室內條件下小麥秸稈分解常數與土壤無機氮、脲酶、秸稈氮含量呈顯著正相關,與蔗糖酶和秸稈碳氮比呈顯著負相關,而玉米秸稈分解常數與土壤無機氮呈顯著負相關。大田條件下小麥秸稈分解常數與土壤脲酶、蔗糖酶、秸稈碳氮比、秸稈碳、氮含量均顯著負相關;玉米秸稈分解常數與土壤硝態氮、無機氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸稈碳氮比均呈顯著負相關,而與秸稈氮、磷含量呈顯著正相關。 【結論】室內培養試驗和大田試驗均表明,小麥和玉米秸稈分解常數和養分釋放特征存在差異,增施氮肥促進小麥秸稈分解但對玉米秸稈分解的影響較小;潮土和砂姜黑土顯著影響小麥秸稈分解而對玉米秸稈分解的影響較小,秸稈還田深埋入土能夠顯著促進小麥和玉米秸稈的分解及其養分釋放。生產上作物秸稈應該還田入土,并根據土壤類型和作物類型采取合適的肥料用量促進秸稈分解。

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    37. 溫室番茄植株養分和光合對水肥耦合的響應及其與產量關系
    王虎兵, 曹紅霞, 郝舒雪, 潘小燕
    中國農業科學    2019, 52 (10): 1761-1771.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.009
    摘要96)   HTML4)    PDF(pc) (390KB)(99)    收藏

    【目的】探究水肥耦合對番茄植株養分吸收和光合參數的影響及其相互關系,為西北溫室番茄科學水肥管理提供理論依據。【方法】通過日光溫室番茄試驗,基于水分蒸發量設置3個灌水量:1.00E(W1)、0.75E(W2)、0.50E(W3)和3個施肥水平(N-P2O5-K2O):高肥320-160-320 kg?hm -2(F1)、中肥240-120-240 kg?hm -2(F2)和低肥160-80-160 kg?hm -2(F3),以當地常規灌水施肥為對照(CK)。 【結果】結果表明,不同水肥處理對番茄葉面積指數(LAI)和葉綠素含量影響顯著(P<0.05),均隨灌水施肥量的增加而增加。LAI在成熟采摘期達最大,而葉綠素含量隨植株生長先增加后降低,果實膨大期達到最大。葉片N、P、K含量呈N>K>P,分別在22.83—47.20、4.45—7.08和22.00—34.92 g?kg -1間變化,提高灌水量與施肥量利于提高葉片養分含量、植株養分累積及養分向果實的轉移,W1F1處理下葉片N、P、K含量及植株N、K和果實養分累積量均達到最大(除51 d葉片N和89 d葉片P含量外)。灌水和施肥對植株凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)影響顯著(P<0.05),適當增加灌水量與施肥量,能夠提高植株Pn、Gs、Tr。整個生育期W1F1處理下Pn最大,而Tr在CK下最大(90 d除外)。在成熟采摘期水脅迫顯著降低了Pn,而在W1水平繼續灌水對提高Pn、Gs、Tr不明顯。番茄各生育期葉片N、P、K含量與葉綠素含量和Pn均呈顯著正相關關系,植株和果實養分累積量與凈光合速率和產量均呈顯著正相關關系。 【結論】綜合考慮葉面積指數、葉綠素含量、光合參數、植株養分吸收累積及最終產量,W1F1處理(灌水量1.0E,施肥量N-P2O5-K2O 320-160-320 kg?hm -2)為最優灌水施肥組合。

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    38. 肉用綿羊生長期甲烷排放特點與預測模型的建立
    周艷, 董利鋒, 鄧凱東, 許貴善, 刁其玉
    中國農業科學    2019, 52 (10): 1797-1806.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.012
    摘要83)   HTML8)    PDF(pc) (382KB)(44)    收藏

    【目的】通過探索生長期肉用綿羊的甲烷(CH4)排放規律,旨在建立相關的CH4預測模型。【方法】采用單因素試驗設計,以飼糧NFC/NDF(非纖維性碳水化合物/中性洗滌纖維)為0.78自由采食組的平均日增重作為飼糧NFC/NDF為1.03組和2.17組的限飼標準,在此基礎下測定肉用綿羊的生長性能、營養物質消化率和甲烷產量,并分析肉用綿羊不同體重階段的甲烷產量與飼糧干物質基礎下的營養物質含量、營養物質攝入量、可消化營養物質攝入量及營養物質消化率間的回歸關系。【結果】預測肉用綿羊生長早期(25—35 kg)CH4產量的最佳一元和多元回歸模型分別為:CH4(L·d -1)= -26.58×NFC/NDF + 92.7(R 2 = 0.772,P <0.001);CH4 (L·d -1)=2.71×NDFD-2.45×DMD-0.97 CPD+124.46(R 2=0.846,P=0.001)。預測肉用綿羊生長后期(48-55 kg)CH4產量的最佳一元和多元回歸模型分別為:CH4 (L/d)=-57.00×GE (MJ·kg -1)+1076.0(R 2=0.581,P=0.002);CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=-0.013×NDF intake (g/d)-0.13×CP intake (g/d)+0.02×DM intake (g/d)+0.84(R 2=0.652,P=0.019)。而肉用綿羊生長期整體CH4產量的最佳一元和多元預測模型分別為:CH4(L/d)=-26.94×NFC/NDF+90.71(R 2=0.655,P <0.001);CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=0.005×Digestible NDF intake (g·d -1)+0.011×Digestible DM intake (g·d -1) - 0.097×Digestible CP intake (g·d -1)-4.78 (R 2=0.722,P <0.001)。 【結論】建立了肉用綿羊獨立生長階段(25—35 kg、48—55 kg)和整體生長階段(25—55 kg)的CH4預測模型。研究表明,處于不同體重階段的肉用綿羊的最佳甲烷預測因子不盡相同,且甲烷產量受飼糧NFC/NDF影響較大。這可為今后評估我國飼養模式下的甲烷產量提供理論依據,也可為肉用綿羊飼糧的合理配制提供技術參考。

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    39. 陸地棉親本間遺傳距離與雜種優勢的相關性研究
    曲玉杰, 孫君靈, 耿曉麗, 王驍, ZareenSarfraz, 賈銀華, 潘兆娥, 何守樸, 龔文芳, 王立如, 龐保印, 杜雄明
    中國農業科學    2019, 52 (9): 1488-1501.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.002
    摘要141)   HTML22)    PDF(pc) (1470KB)(101)    收藏

    【目的】通過1 500個陸地棉雜交組合分析雜種優勢與其親本間數量性狀遺傳距離的相關性,探討能否利用大規模雜交組合親本間遺傳距離提高陸地棉雜種優勢預測效果,以期為棉花雜交育種和雜種優勢利用提供理論指導。【方法】選擇來自15個國家和中國23個省(市)的305份陸地棉核心種質為親本,采用L×T(Line×Tester)雜交設計配制1 500個雜交組合。2012—2013年,在中國南北方13個生態環境下考察其株高、單鈴重、衣分、纖維長度等10個產量和纖維品質相關性狀,分析F1雜種優勢、親本間遺傳距離和群體結構,并采用4種方式(Cor1—Cor4)計算遺傳距離與雜種優勢的相關性。【結果】10個性狀中親優勢(MPH)均值的變幅為1.70%—7.40%,平均為4.36%,按父本不同將F1分成5組(A,E),其MPH均值A>E>B>C>D;超親優勢(HB)均值的變幅為-4.17%—1.87%,平均為-0.17%,A、B和E組的HB均值皆為正。10個性狀在5組中除D、E組的馬克隆值之外,其他性狀普遍具有明顯的中親優勢,其中,單鈴重和纖維長度的中親優勢在5組中均以正優勢為主(達80%以上),最大值分別為34.01%和9.83%,對應的超親優勢分別為24.25%和5.80%。F1和親本差異顯著性分析表明單鈴重、株高、纖維長度、伸長率和整齊度指數整體表現出一定的超親優勢。父本(測試種)與300個母本之間的遺傳距離介于2.280—61.430,平均為21.550,5個測試種與母本間的平均遺傳距離D>C>E>A>B,其中,最近值為11.721,最遠值為33.271。按最小方差聚類,將305個陸地棉親本劃分為2個主群,包括5個亞群。4種遺傳距離與雜種優勢的相關性分析結果顯示,因樣本量、遺傳距離變幅和父本不同其結果有所差異,相關性隨樣本量的增大而有所增強。其中,Cor1是Cor2結果的整體體現;Cor3與Cor1和Cor2相比,部分性狀的中親優勢與遺傳距離的相關性有所不同;Cor4的相關性最弱。綜合來看,遺傳距離與衣分、斷裂比強度、整齊度指數和紡紗均勻性指數的中親優勢呈顯著正相關,遺傳距離與其他性狀的中親優勢的相關性因采用的分析方案不同,結果有所不同;在4種方案中,除整齊度指數外,遺傳距離與超親優勢的相關性整體表現負相關。其中,遺傳距離與馬克隆值、纖維長度和衣分的超親優勢相關性較強。【結論】陸地棉親本間數量性狀遺傳距離與雜種優勢有一定的線性關系,不同性狀的雜種優勢與遺傳距離的相關性存在正負和強弱差異,且樣本量越大相關性越強。說明基于大規模雜交組合研究陸地棉親本間遺傳距離與雜種優勢的關系效果顯著。

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    40. 播/收期對冬小麥-夏玉米一年兩熟模式周年 氣候資源分配與利用特征的影響
    周寶元, 馬瑋, 孫雪芳, 高卓晗, 丁在松, 李從鋒, 趙明
    中國農業科學    2019, 52 (9): 1501-1517.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.003
    摘要156)   HTML13)    PDF(pc) (479KB)(164)    收藏

    【目的】優化冬小麥-夏玉米一年兩熟模式周年氣候資源配置,探索兩季最佳的資源搭配模式,進一步挖掘當前氣候和生產條件下黃淮海地區周年產量潛力和資源利用效率。【方法】本研究通過10月上旬至12月上旬設置冬小麥不同播期和夏玉米不同收獲期,建立了5種冬小麥-夏玉米一年兩熟模式周年氣候資源分配方式,于2015—2017年在中國農業科學院河南新鄉試驗站進行田間試驗,對其產量、光溫水等氣候資源分配及利用特征進行研究。【結果】隨冬小麥播期及夏玉米收獲期推遲,兩作物生長季光溫水資源分配比例分別由處理Ⅰ的46%﹕54%、60%﹕40%、42%﹕58%調整至處理V的34%﹕66%、49%﹕51%、34%﹕66%范圍內,小麥季生長天數及其分配的光溫水資源量逐漸減少,將更多的資源分配到玉米季,從而導致小麥產量降低,但由于處理V的ZM66小麥品種維持了較高的穗數和穗粒數,因此與處理Ⅰ比產量降低不顯著。然而,處理V玉米季生理生長時間較處理Ⅰ延長約15 d,2016和2017年光溫水資源分配量分別增加143.8和120.7 MJ·m-2、290.5和281.6℃、12.4和25.7 mm,粒重分別增加13.1%和15.5%,周年產量兩年分別提高7.9%和6.7%;籽粒脫水時間增加約45d,光溫水資源分配量兩年分別增加322.5和336.3 MJ·m-2、509.6和497.8℃、56.7和14.1mm,籽粒含水量降至14.4%—17.3%,達到機械直接收獲標準。同時,由于處理V小麥季光溫水資源分配量顯著降低,特別是減少底墑水和越冬水灌溉約150mm,2016和2017年其光能、溫度和水分生產效率較處理Ⅰ分別提高12.5%和15.8%、10.9%和7.7%、39.6%和59.3%,玉米季雖然光能、溫度生產效率有所降低,但水分生產效率顯著提高,因此周年光能、溫度和水分生產效率兩年分別提高7.3%和9.1%、5.6%和5.1%、17.3%和29.3%。【結論】在不增加任何投入的前提下通過播/收期的調整(小麥12月上旬播種,玉米11月中旬收獲)優化冬小麥-夏玉米一年兩熟模式周年氣候資源配置,可進一步提升其周年產量和光溫水資源利用效率,對于促進黃淮海冬小麥-夏玉米種植模式可持續發展具有重要意義。

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    41. 我國典型農田土壤中有機物料腐解特征及驅動因子
    馬想, 徐明崗, 趙惠麗, 段英華
    中國農業科學    2019, 52 (9): 1564-1573.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.008
    摘要131)   HTML38)    PDF(pc) (420KB)(126)    收藏

    【目的】研究不同有機物料在我國典型農田土壤中的腐解殘留率變化。結合氣候、土壤等環境因素,闡明秸稈和糞肥在我國農田土壤中的腐解特征及其主控因素,為因地制宜的合理利用有機資源和培肥土壤提供科學依據。【方法】在“國家土壤肥力肥效監測基地”中的黑土、潮土和紅壤實驗站,開展大田填埋試驗。有機物料烘干后過2 mm篩,置于48 μm孔徑尼龍網袋后填埋在土壤中。共4種供試有機物料:小麥秸稈(WS)、玉米秸稈(MS)、豬糞(PM)和牛糞(CM)。根據各地溫度差異,分別在填埋后49—360 d內采樣6次。通過分析腐解過程中有機碳含量的變化,整合土壤積溫與腐解殘留率的相關關系,采用VPA(方差分解分析)定量化氣候因子,有機物料性質及土壤養分對不同有機物料腐解的相對貢獻率。【結果】秸稈的腐殖化系數為11%—39%,糞肥的為50%—57%,秸稈腐解速率顯著高于糞肥,且南方紅壤上腐解速率高于北方黑土。地積溫方程可擬合有機物料腐解殘留率變化,由該方程可知,秸稈和糞肥易分解碳庫占比分別為76%和43%,穩定碳庫分別為17%和53%。但秸稈和糞肥易分解碳庫的分解速率常數(k)無顯著差異,其周轉積溫(1/k)約為1 400—2 000℃。物料性質是有機物料腐解的最主要影響因子,貢獻率為28%;其次是氣候,貢獻率為20%。秸稈腐解過程中主要影響因子為氣候因子、有機物料性質和土壤因子三者的交互作用,貢獻率達42.3%。糞肥腐解過程中主要影響因子為氣候因子,貢獻率為38.3%。【結論】秸稈腐解速率和其有機碳庫中易分解碳庫比例明顯高于糞肥,秸稈腐解受到氣候、土壤和物料性質協同作用影響,而糞肥則受氣候因子影響最大。在田間秸稈還田時需結合當地水熱條件確定還田時間和還田量,糞肥則建議在還田前進行堆腐,且注意施用時間。

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    42. 西瓜果實表皮蠟粉的化學成分與基因定位
    龔成勝, 趙勝杰, 路緒強, 何楠, 朱紅菊, 豆峻嶺, 袁平麗, 李兵兵, 劉文革
    中國農業科學    2019, 52 (9): 1587-1600.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.010
    摘要98)   HTML7)    PDF(pc) (4734KB)(49)    收藏

    【目的】蠟粉是植物抵御外界脅迫的第一層保護性屏障,對西瓜果實表皮蠟粉的結構、化學成分、遺傳規律進行研究,并預測控制該性狀的基因,以便全面了解性狀的生理生化作用,發掘候選基因。【方法】試驗選用無蠟粉的西瓜自交系‘美佳選黑’(P1)和有蠟粉的西瓜自交系‘FH’(P2)為雙親配制雜交組合,構建六世代群體(P1、P2、F1、F2、BC1P1、BC1P2),利用掃描電子顯微鏡(SEM)對雙親成熟期果實表皮結構進行觀察,通過氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)對蠟粉的化學成分進行測定,以峰面積為指標,定量計算蠟粉化學成分的含量,采用BSA-seq對西瓜表皮蠟粉進行基因初定位,應用BLAST軟件將定位區間內的編碼基因與多個數據庫比對完成基因信息注釋,并通過詳細的基因注釋信息及突變位點分析,快速篩選候選基因。【結果】西瓜果實表皮蠟粉為灰白色,呈致密的板狀結構,長度約為5 μm;無蠟粉材料表皮較為光滑,無蠟粉層附著。GC-MS分析顯示,蠟粉中共檢測到24種脂肪族化學成分,分別屬于烴類、醇類、酯類、酸類、酚類和醛類。包括烴類物質10種,含量占表皮蠟粉有效化學提取物總含量的77.72%,鏈長變化范圍為C17—36,主要為C27、C28、C29、C32、C33、C34、C36的飽和正鏈烷烴;醇類物質5種,占12.60%;酯類物質5種,占0.43%;酸類物質2種,占0.53%;酚類1種,占0.80%;醛類1種,占3.99%;含量最高的5種化學成分依次為:正三十四烷、正二十九烷、1,30-三十烷二醇、正三十三烷、正二十八烷。在后代群體中,F1、BC1P2群體西瓜果實表皮全部有蠟粉,F2群體有蠟粉和無蠟粉西瓜果實的分離比符合3﹕1的孟德爾分離比例,BC1P1回交群體有蠟粉和無蠟粉分離比符合1﹕1的理論比,說明蠟粉的有無符合單基因顯性遺傳模式,有蠟粉對無蠟粉為顯性。對BSA-seq數據進行SNP和InDel關聯分析,關聯結果取交集得到1號染色體3.16—4.84 Mb的候選區域,該區域共含有144個基因。數據庫比對結果顯示,在關聯區域中,共138個基因有功能注釋,包括10個非同義突變,1個移碼突變。結合已有文獻報道,其中5個非同義突變基因可能與西瓜表皮蠟粉的生成有關:Cla002367為烯酰ACP-還原酶(ECR)類基因,該類基因是特長鏈脂肪酸合成所必須;Cla011514、Cla002337和Cla002342為細胞色素P450(CYP)家族基因,該家族部分編碼蛋白能夠通過烴基羥化等反應催化脂肪族化合物的生成;Cla002353的基因注釋信息為ABC轉運體,ABC轉運體與蠟質分子的轉運息息相關。【結論】西瓜果實表皮蠟粉為板狀結構,主要由特長鏈脂肪酸衍生成的脂肪族化合物組成。該性狀是單基因遺傳,有蠟粉為顯性性狀。BSA關聯分析得到1號染色體1.68 Mb的關聯區域,并預測關聯區域中Cla002367、Cla011514、Cla002337、Cla002342、Cla002353這5個非同義突變基因為調控西瓜果實表皮蠟粉性狀的候選基因。

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    43. 基于CAPS標記的甜瓜單果重相關性狀QTL分析
    劉相玉, 張裕舒, 劉柳, 劉識, 高鵬, 王迪, 王學征
    中國農業科學    2019, 52 (9): 1601-1613.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.011
    摘要94)   HTML6)    PDF(pc) (2272KB)(48)    收藏

    【目的】基于甜瓜全基因組重測序技術,挖掘SNP位點并開發CAPS標記,構建遺傳連鎖圖譜。初步為甜瓜單果重相關性狀進行QTL定位,為甜瓜單果重相關基因挖掘奠定理論基礎。【方法】選取栽培甜瓜品系M4-130為母本,野生甜瓜品系X207為父本,構建F2:3群體材料。對甜瓜果實單果重、果實長寬、果肉厚度、果形指數及可溶性固形物含量等性狀進行相關性分析。對親本材料進行20×深度重測序,利用BWA、SAMTools、VCFTools等軟件在全基因組范圍內挖掘雙親SNP位點,利用SNP2CAPS軟件結合甜瓜基因組上的限制性內切酶酶切位點開發CAPS標記,建立遺傳連鎖圖譜。最后采用復合區間作圖法對甜瓜果實單果重、果實長寬、果肉厚度、果形指數及可溶性固形物含量進行QTL分析。【結果】單果重與果實長度、果實寬度及果肉厚度呈顯著相關。開發得到可利用CAPS標記185個,構建一張包含12個連鎖群的遺傳連鎖圖譜,覆蓋總長度為1 600.45 cM,標記間的平均遺傳距離8.65 cM。定位發現與單果重相關QTL位點7個(FW3.1、FW4.1、FW5.1、FW6.1、FW8.1、FW8.2、FW11.1),與果實長度相關QTL位點7個(FL2.1、FL3.1、FL4.1、FL5.1、FL6.1、FL8.1、FL11.1),與果實寬度相關QTL位點5個(FWID3.1、FWID4.1、FWID8.1、FWID10.1、FWID11.1),與果肉厚度相關QTL位點2個(FT6.1、FT11.1),與果形指數相關QTL位點1個(FS2.1),與可溶性固形含量相關QTL位點2個(SS6.1、SS12.1)。【結論】獲得了24個QTL位點。確定了一個主效QTL位點FW8.1,貢獻率高達25.8774%,LOD值為16.8746。發現單果重與果實長度、果實寬度及果肉厚度密切相關,定位區間相同或相鄰,緊密集中在3、4、5、6、8、11染色體上。

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    44. 生命周期評價在畜牧生產中的應用研究現狀及展望
    姜明紅, 劉欣超, 唐華俊, 辛曉平, 陳吉泉, 董剛, 吳汝群, 邵長亮
    中國農業科學    2019, 52 (9): 1635-1645.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.014
    摘要163)   HTML23)    PDF(pc) (508KB)(144)    收藏

    生命周期評價(life cycle assessment,LCA)作為一種全程評價產品總體環境影響和生產效率的方法,被廣泛應用于企業優化生產經營結構和政府政策制定等方面。近年來,出于糧食安全保障和生態環境保護的考慮,LCA在農牧生產中的應用越來越受到重視。但我國相關方面的研究和應用并不多見,特別是作為畜牧業重要產區的北方草原牧區,尚沒有開展針對當地畜牧生產體系的LCA研究。在這一背景下,本文圍繞主要環節和流程對國內外畜牧生產LCA方法框架和研究現狀進行了綜述,主要從LCA研究目的與范圍的確定、生命周期清單分析和影響評價三個方面展開。國內外文獻綜述表明,國外畜牧產業中LCA的應用已相當普遍,無論從方法上還是技術上都已經相當成熟和完備,對我國畜牧產業LCA科學研究和實際應用均有較強的借鑒意義。然而,由于國內外畜牧產業的具體情況差異,國外LCA經驗難以直接應用到國內。首先,在我國北方牧區,家庭牧場是當地畜牧生產的主要經營方式,具有季節性放牧與圈養舍飼結合、不同牲畜混養、牧民生活和生產經營界限不明確等特點,難以直接套用國外方法。此外,在我國開展畜牧生產LCA研究所需的數據收集非常困難,這是制約我國畜牧生產LCA應用的最大短板。最后,由于畜牧生產技術及經營方式的差距,相比于歐美澳等畜牧業發展成熟國家,我國北方牧區畜牧生產受降水等自然因素及市場供求價格因素影響年際間差異更大,這也是我國開展畜牧生產LCA研究必須考慮的問題。為了使 LCA 能夠精準且廣泛地應用于我國畜牧產業,應從以下幾個方面進行改進:首先,開展我國北方牧區不同規模畜牧生產經營系統物料投入和產出的調查和研究,為畜牧產業LCA研究收集必要數據;其次,根據我國畜牧產業的特征建立并完善適合國情的畜牧業LCA標準方法和數據庫,提升我國LCA結論的準確性;第三,在我國畜牧LCA研究中還應加大學科交叉力度,理清畜牧產業發展中的自然和社會驅動因素,為我國北方牧區畜牧產業的可持續發展提供數據參考和科技支撐。

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    45. 大豆GmLEA的分離及其在種子活力中的功能分析
    周亞麗,朱雅婧,趙飛云,王爽,劉骕骦,郭凌凱,趙海紅,麻浩
    中國農業科學    2018, 51 (23): 4397-4408.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.001
    摘要406)   HTML133)    PDF(pc) (3927KB)(322)    收藏

    【目的】大豆(Glycine max (L.) Merr.)種子從發育成熟期(R6或R7期)開始具有活力,在此時期容易受到高溫高濕脅迫,導致種子活力下降。通過對GmLEA的研究,揭示其高溫高濕脅迫下的表達水平以及功能,為一步深入研究GmLEA在參與大豆種子活力形成及響應非生物脅迫等方面奠定基礎。【方法】利用Primer Premier 5.0軟件設計引物,以寧鎮1號和湘豆3號葉片的cDNA為模板,分離大豆GmLEA的cDNA序列全長。通過NCBI網站BLAST對GmLEA同源性氨基酸序列進行搜索,使用MEGA 6.0和DNAMAN多重比對蛋白質序列,并采用MEGA 6.0的N-J算法構建進化樹。通過酵母雙雜交試驗驗證GmLEA與GmCDPKSK5在酵母體內的互作。構建亞細胞定位和雙分子熒光互補(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)載體,通過基因槍介導法轉化煙草葉片分析GmLEA與GmCDPKSK5在煙草葉片細胞內的互作及其編碼蛋白的亞細胞定位。利用實時熒光定量PCR技術(qRT-PCR)對GmLEA的組織特異性表達及其在高溫高濕脅迫下的表達進行分析。構建pBI121融合表達載體,通過農桿菌介導法獲得3個純合的T3代過表達擬南芥株系,對高溫高濕脅迫下擬南芥的種子活力進行分析。【結果】獲得大豆GmLEA的cDNA序列全長,該基因包含一個長1 377 bp的開放閱讀框(ORF);且該基因所編碼的蛋白定位在煙草葉片細胞的細胞膜上。酵母雙雜交試驗與雙分子熒光互補(BiFC)試驗結果表明,GmLEA與GmCDPKSK5分別在酵母體內與煙草葉片細胞的細胞膜上存在特異性互作。組織特異性分析結果表明,GmLEA主要在寧鎮1號和湘豆3號2個品種發育和成熟的種子中表達。在湘豆3號種子發育過程中GmLEA的表達量呈先上升后下降的趨勢,在開花后50 d達最大值,在寧鎮1號種子發育過程中該基因的表達量呈上升的趨勢,在開花后60 d達到最大值。高溫高濕脅迫后,與對照相比,GmLEA在湘豆3號中96 h時下調表達,其余時間點均上調表達,在寧鎮1號中,僅24 h時下調表達。GmLEA過表達擬南芥株系經高溫高濕脅迫后的發芽勢、發芽率及種子活力均顯著(P<0.01)高于野生型植株。【結論】GmLEA參與高溫高濕脅迫下種子活力的形成,與GmCDPKSK5存在特異性互作,二者可能共同參與高溫高濕脅迫下種子活力的形成。

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    46. 拔節期和孕穗期低溫處理對小麥葉片光合及葉綠素熒光特性的影響
    劉蕾蕾,紀洪亭,劉兵,馬吉鋒,肖瀏駿,湯亮,曹衛星,朱艷
    中國農業科學    2018, 51 (23): 4434-4448.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.004
    摘要393)   HTML66)    PDF(pc) (7711KB)(436)    收藏

    【目的】 研究自然溫度日變化模式下低溫處理對小麥光合及熒光特性的影響。【方法】以溫度敏感性不同的2個小麥品種揚麥16和徐麥30為材料,于拔節期和孕穗期在全自動人工氣候室中進行4個低溫水平和3個低溫持續時間的處理,于低溫處理期間及低溫處理結束后7 d內每天測定小麥第一張全展葉的光合和熒光參數。【結果】低溫處理期間,揚麥16和徐麥30葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、最大光化學效率(Fv/Fm)、實際光化學效率(ФPSII)、光化學猝滅系數(qP)均隨溫度的降低而下降。拔節期低溫處理期間,葉片Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、ФPSII和qP隨低溫持續時間的延長呈先降低后升高的趨勢,而孕穗期低溫處理期間,則隨低溫持續時間的延長呈下降趨勢。低溫處理結束后,除孕穗期T4(Tmin/Tmax/Tavg,-6℃/4℃/-1℃)處理外,其他處理的葉片Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、ФPSII、qP和非光化學猝滅系數(NPQ)均可恢復到正常水平。低溫脅迫下,相對Pn與相對Fv/Fm、ФPSII、qP呈顯著的正相關關系,而與相對NPQ呈顯著的負相關關系,且相對Pn與相對ФPSII、qP的相關性要高于相對Fv/Fm和相對NPQ。【結論】低溫主要通過降低葉片ФPSII和qP,引起小麥葉片光合速率下降,進而降低小麥干物質積累,最終導致產量下降。

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    47. 紅鈴蟲性信息素合成激活肽基因克隆、序列特征及在不同發育階段的表達分析
    許冬,王玲,叢勝波,王金濤,李文靜,萬鵬
    中國農業科學    2018, 51 (23): 4449-4458.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.005
    摘要140)   HTML89)    PDF(pc) (512KB)(86)    收藏

    【目的】克隆紅鈴蟲(Pectinophora gossypiella)性信息素合成激活肽(pheromone biosynthesis activating neuropeptide,PBAN)基因,分析其序列特征,闡明該基因在紅鈴蟲不同發育階段中的表達規律,以及與交配行為、棉花揮發物間的調控關系,為進一步揭示紅鈴蟲性信息素合成釋放機制提供科學依據。【方法】利用RACE技術克隆紅鈴蟲性信息素合成激活肽基因PgosPBAN的全長cDNA序列,應用DNAMAN 6.0對其進行序列分析,利用Protparam、Chou & Fasman等在線分析軟件進行蛋白二級結構預測和生物信息學分析;利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術檢測PgosPBAN在紅鈴蟲不同發育階段的表達規律,分析交配行為和棉花揮發物對PgosPBAN表達水平的影響。【結果】獲得了PgosPBAN全長cDNA序列,GenBank登錄號為KY987647,該基因cDNA全長1 461 bp,其開放閱讀框(ORF)為618 bp,編碼205個氨基酸,5′端非編碼區長121 bp,3′端非編碼區長722 bp;PgosPBAN編碼的氨基酸序列包含了滯育激素、α神經肽、β神經肽、PBAN和γ神經肽5種神經肽,N端還含有一個23氨基酸的信號肽;預測該蛋白分子量為2.41 kD,等電點為9.25;同源性及系統進化樹分析發現,PgosPBAN與15種鱗翅目昆蟲的PBAN位于同一分支,其中與PgosPBAN進化關系最近的是二化螟(Chilo suppressalis)的PBAN(GenBank登錄號:ALM30314.1),表明這兩個基因可能有共同的祖先基因;PgosPBAN在紅鈴蟲不同發育階段存在明顯的表達特異性,以成蟲期的表達量較高,幼蟲期次之,蛹期最低;PgosPBAN在紅鈴蟲雌、雄成蟲體內均有表達,且1—5 d內雄性成蟲PgosPBAN表達量顯著高于雌性成蟲;交配后1—3 d的紅鈴蟲體內PgosPBAN表達水平顯著高于處女蛾;暴露于棉花揮發物1—5 d雄成蟲PgosPBAN表達水平未受到顯著影響,而1、8 d雌成蟲及8 d雄成蟲PgosPBAN表達水平均顯著低于對照。【結論】明確了PgosPBAN的核苷酸、氨基酸序列特征,分析了該蛋白的二級結構特征。根據PgosPBAN在紅鈴蟲不同發育階段的表達規律以及與交配行為、棉花揮發物的調控關系,推測該基因不僅參與了紅鈴蟲雌性信息素的合成釋放,在調控雄性信息素以及調節生長發育等方面可能也扮演著重要角色。

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    48. 面向自愿減排碳交易的生物質炭基肥固碳減排計量方法研究
    孫建飛,鄭聚鋒,程琨,葉儀,莊園,潘根興
    中國農業科學    2018, 51 (23): 4470-4484.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.007
    摘要145)   HTML14)    PDF(pc) (494KB)(88)    收藏

    【目的】秸稈熱解炭化-生物質炭基肥-生態農業產業體系正在中國興起。炭基肥通過替代化肥產生可觀的溫室氣體減排量并顯著增加土壤有機碳庫,其規模化發展具有參與我國正在實施的自愿減排碳交易項目的明顯潛力。本研究探討構建生物質炭基肥項目固碳減排計量方法,為其大規模農業應用參與自愿減排碳交易提供科學依據和方法學支撐。【方法】根據自愿減排項目固碳減排計量方法學和農田固碳減排計量的邏輯框架,基于秸稈炭基肥項目發展的實地調查、已有炭基肥試驗的固碳減排案例監測及文獻統計,并參考已備案的農業減排方法學,從項目合格性、基準線確定、邊界選擇、關鍵排放源和土壤碳庫確定、系統泄漏到凈碳匯計量方法等方面探討開發炭基肥項目固碳減排計量方法學,以分析炭基肥項目進行碳交易的可行性。【結果】秸稈炭基肥項目計量方法學的基準線情景為農田常規施肥管理,但需針對不同農田經營模式而確定項目邊界(例如分散農民為經營主體的田塊模式和工廠-農田的集約化企業運營模式),分別考慮農田氧化亞氮和甲烷的排放和土壤有機碳庫來審視項目的關鍵排放源和碳庫,考慮項目的泄漏可能包括農民運輸炭基肥導致的額外排放或原有秸稈利用方式發生改變導致的額外排放。農作物炭基肥案例分析表明:以農民為主體的炭基肥項目,單個生長季的冬小麥或水稻生產可分別產生1 440和282 kg CO2-eq·hm -2的減排量;而“工廠-農田”集約化模式中,在未對炭基肥生產工藝進行優化的條件下(副產物未被循環利用),炭基肥生產過程帶來的溫室氣體排放將抵消部分炭基肥應用的農田碳匯量;如對優化炭基肥生產工藝后,單個生長季的冬小麥和水稻生產可分別產生1 479和340 kg CO2-eq·hm -2的凈碳匯量。【結論】構建了一套用于量化炭基肥項目凈碳匯量的計量方法,可以合理地量化炭基肥農田應用項目產生的凈碳匯量。本研究發展的方法學適用炭基肥農業固碳減排項目,量化結果顯示炭基肥項目可帶來可觀的減排量,且旱作農田的凈碳匯效應高于稻作農田,優化炭基肥生產工藝條件下工廠-農田集約化運營模式獲得的碳匯量顯著高于未優化工藝條件下的農民主體的項目模式。研究表明未來應當關注和開發區域尺度不同類型炭基肥施用下氧化亞氮和甲烷減排因子以及土壤固碳因子。

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    49. 蘋果MdWRKY18和MdWRKY40參與鹽脅迫途徑分子機理研究
    許海峰,楊官顯,張靜,鄒琦,王意程,曲常志,姜生輝,王楠,陳學森
    中國農業科學    2018, 51 (23): 4514-4521.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.010
    摘要179)   HTML16)    PDF(pc) (1795KB)(120)    收藏

    【目的】研究蘋果WRKY轉錄因子MdWRKY18和MdWRKY40蛋白結構、表達水平及在鹽脅迫中的功能,為進一步完善鹽脅迫分子機理的研究提供參考。【方法】以‘紅脆2號’蘋果為試材,克隆MdWRKY18MdWRKY40,對其蛋白結構進行分析;采用qRT-PCR測定該基因在鹽脅迫條件下的表達水平,并通過GUS染色分析它們啟動子活性,利用酵母雙雜分析其互作關系,并通過轉基因驗證其功能。【結果】蛋白結構分析表明MdWRKY18和MdWRKY40均含有一個WRKY、Cx5C以及HxH結構域;MdWRKY18MdWRKY40表達水平和啟動子活性受150 mmol·L -1 NaCl誘導,酵母雙雜交試驗表明,MdWRKY18和MdWRKY40能夠和自身互作形成同源二聚體,且MdWRKY18也能和MdWRKY40互作形成異源二聚體;在‘王林’愈傷中分別過表達MdWRKY18MdWRKY40時,能夠促進MdSOS1MdNHX1的表達,并提高‘王林’愈傷在鹽脅迫處理下的生長量,在‘王林’愈傷中共表達MdWRKY18MdWRKY40時,同樣能夠促進MdSOS1MdNHX1的表達,但對提高‘王林’愈傷的生長量要高于分別過表達MdWRKY18MdWRKY40。【結論】蘋果MdWRKY18MdWRKY40受鹽脅迫的誘導,可以形成同源或異源二聚體,并增強‘王林’愈傷對鹽脅迫的耐性。

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    50. 意大利蜜蜂工蜂中腸發育過程中的差異表達環狀RNA及其調控網絡分析
    郭睿,陳華枝,熊翠玲,鄭燕珍,付中民,徐國鈞,杜宇,王海朋,耿四海,周丁丁,劉思亞,陳大福
    中國農業科學    2018, 51 (23): 4575-4590.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.015
    摘要154)   HTML19)    PDF(pc) (3399KB)(77)    收藏

    【目的】環狀RNA(circular RNA,circRNA)在可變剪接、轉錄調控和來源基因的表達調控等方面具有重要功能。本研究旨在探究意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,簡稱意蜂)工蜂中腸發育過程中circRNA的表達譜及其發育過程中的差異表達circRNA(differentially expressed circRNA,DEcircRNA),進而在轉錄組水平探究DEcircRNA在中腸發育中的作用。【方法】基于前期獲得的意蜂7和10日齡工蜂中腸樣品(Am7和Am10)的全轉錄組數據,利用find_circ軟件從質控后的數據中預測circRNA。采用RPM算法歸一化處理得到circRNA的表達量。利用DEGseq軟件對circRNA進行差異分析,按照差異倍數(fold change)≥2、P<0.05及錯誤發現率(false discovery rate,FDR)<0.05條件篩選DEcircRNA。通過BLAST比對GO和KEGG數據庫,對DEcircRNA的來源基因進行功能和代謝通路注釋。利用TargetFinder軟件預測DEcircRNA-miRNA及DEcircRNA-miRNA-mRNA調控網絡,通過Cytoscape v.3.2.1軟件對調控網絡進行可視化。通過實時熒光定量PCR(RT-qPCR)驗證測序數據的可靠性。【結果】意蜂中腸各樣品比對上參考基因組的短序列讀段數平均為19 616 356條。Am7與Am10的組內Pearson相關系數均≥0.950。共預測出256個DEcircRNA,包括105個上調circRNA和151個下調circRNA。Novel_circ_009675和novel_circ_013879分別在Am7和Am10中高量表達。DEcircRNA的來源基因可注釋到包括結合、單組織進程及細胞進程在內的32個GO條目,其中分別有35、35和7個來源基因注釋到催化活性、代謝進程和應激反應。上述來源基因還可注釋到35條KEGG代謝通路,其中分別有5、5和4個來源基因注釋到Hippo信號通路、內吞作用和吞噬體;進一步分析發現分別有1、2和2個來源基因注釋到磷酸肌醇代謝、淀粉和蔗糖代謝和半乳糖代謝等物質代謝通路,5、4、3、1和1個來源基因注釋到內吞作用、吞噬體、溶酶體、泛素介導的蛋白水解和MAPK信號通路等免疫通路。上述結果表明相應的DEcircRNA廣泛參與意蜂工蜂中腸的生長發育、新陳代謝和免疫防御。DEcircRNA-miRNA調控網絡分析結果顯示,141個DEcircRNA可靶向結合107個miRNA,其中多數僅能結合1—2個miRNA,但novel_circ_011577和novel_circ_010719結合的靶miRNA數可達32和28個;此外,mir-136-y、ame-miR-6001-3p及mir-136-y結合的circRNA數最多,分別為15、14和14個,表明相應的DEcircRNA可作為競爭性內源RNA在意蜂中腸發育過程發揮作用。進一步構建DEcircRNAs-ame-miR-6001-3p-mRNA調控網絡,分析結果顯示14個DEcircRNA可共同靶向結合ame-miR-6001-3p,表明它們可能通過調控ame-miR-6001-3p對意蜂中腸干細胞的分裂和分化進行間接調控。隨機選取6個DEcircRNA進行RT-qPCR驗證,結果顯示5個DEcircRNA的表達量變化趨勢與測序結果一致,證實了本研究測序結果的可靠性。【結論】通過對意蜂工蜂中腸發育過程中的DEcircRNA深入分析,提供了circRNA在意蜂工蜂中腸發育過程中的表達譜和差異表達信息,揭示了DEcircRNA在中腸發育過程中的作用,為中腸發育相關的關鍵circRNA的篩選和功能研究打下了基礎。

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