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當期目錄

    2014年 第47卷 第3期 刊出日期:2014-02-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    大豆耐鹽相關基因GmNcl1的序列單倍型及表達分析
    赫衛1, 劉林2, 關榮霞2, 邱麗娟2
    中國農業科學. 2014, 47(3):  411-421.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.001
    摘要 ( 428 )   HTML ( 1 )   PDF (715KB) ( 1010 )   收藏
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    【目的】鑒定大豆基因GmNcl1的序列多態性,探求逆境下該基因的表達模式。【方法】通過BLASTP比對GmNCl1的氨基酸序列,尋找同源基因。測定50個大豆品種中GmNcl1的啟動子和基因的DNA序列差異以及這些品種的耐鹽性差異,利用MAGE軟件進行單倍型聚類分析和進化樹分析,尋找品種耐鹽性和序列間的相關性。以耐鹽品種鐵豐8號和鹽敏感品種85-140的幼苗根為材料,利用實時熒光定量PCR分析GmNcl1在多種處理下的表達模式,處理條件包括蛋白抑制劑阿米洛利(Na+/H+逆轉運蛋白抑制劑)和釩酸鈉(Ca2+-ATPase抑制劑)、pH4.0 和pH5.7、ABA處理及多濃度鹽、堿、旱逆境脅迫。【結果】GmNcl1與擬南芥的Na+(K+)/H+交換蛋白CHX同源。GmNcl1序列有單核苷酸序列多態性位點16個和插入缺失位點2個,其中,包括一個位于外顯子3的G/A(敏/耐)堿基改變,引起丙氨酸到蘇氨酸的非同義突變。18個變異位點共組成14個單倍型,其中,耐鹽品種有3種單倍型,鹽敏感品種有11種單倍型。由6個位點組成的單倍型GAGATATTC(耐)/TTT----CT(敏)能高效區分耐鹽和鹽敏感品種。大豆幼苗根中的GmNcl1在阿米洛利處理下表達量增加,在釩酸鈉處理下表達量不變。GmNcl1在堿性pH處理下表達量增加,在酸性pH處理下呈現上調和下調波動。GmNcl1受ABA誘導上調表達。在堿和旱脅迫下表達強度增大,在鹽脅迫下上調表達最為明顯,3種逆境脅迫強度越大,GmNcl1表達量上調幅度越大。耐鹽品種鐵豐8和鹽敏感品種85-140的GmNcl1在鹽處理下有近似的上調表達趨勢,但85-140中GmNcl1的上調幅度大于鐵豐8。【結論】GmNcl1與Na+(K+)/H+交換蛋白高度相似,該基因的序列多態性與耐鹽相關,GmNcl1參與調節pH平衡,受ABA強烈誘導,響應鹽、堿、旱脅迫。
    芝麻耐濕性QTL定位及優異耐濕基因資源挖掘
    張艷欣, 王林海, 黎冬華, 高媛, 呂海霞, 張秀榮
    中國農業科學. 2014, 47(3):  422-430.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.002
    摘要 ( 506 )   HTML ( 1 )   PDF (511KB) ( 794 )   收藏
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    【目的】芝麻是對濕害極其敏感的作物,濕害是影響中國芝麻生產發展和單產提高的主要障礙因素,然而,芝麻耐濕性分子生物學研究基礎薄弱,迄今,國內外有關芝麻耐濕性基因定位的研究尚未見報道。利用重組自交系(RIL)群體進行芝麻耐濕性QTL定位,結合芝麻核心種質群體進行耐濕性相關分子標記研究,并挖掘優異耐濕基因資源。【方法】以高耐濕芝麻品種中芝13與極敏感種質宜陽白雜交后連續自交6代構建206個株系的RIL群體。利用113對多態性分子標記掃描RIL群體獲得基因型數據,用MapMaker/EXP. 3.0軟件構建遺傳連鎖圖譜。2009年和2010年在武漢和鄂州2地點通過人工淹水脅迫獲得RIL群體盛花期濕害后正常株率和存活株率的表型數據,用Microsoft Excel 2010軟件進行表型數據方差分析,用QTLNetwork 2.0軟件基于復合區間作圖法進行QTL定位,利用主效QTL緊密連鎖的分子標記掃描核心種質群體,并結合耐濕性表型數據分析得到相關有效分子標記。通過盛花期耐濕性表型重復鑒定篩選,結合分子標記輔助選擇,獲得優異耐濕基因資源。【結果】構建的遺傳連鎖圖譜全長592.4 cM,共有70個標記位點進入15個連鎖群,標記間的平均距離為8.46 cM。共檢測到與盛花期耐濕性相關的6個QTL位點,定位在第7、9、13和15連鎖群上,分別解釋5.67%—17.19%的表型變異,加性效應值2.7190—9.7302,貢獻率最大的QTL為qWH10CHL09,加性效應3.9394,其增效等位基因來源于母本中芝13,SSR標記ZM428與其緊密連鎖(遺傳距離為0.7 cM)。標記ZM428在186份芝麻核心種質中驗證結果表明,該標記2種基因型的資源間在耐濕表型上存在顯著差異(P=0.0163),因此,標記ZM428可作為芝麻耐濕性分子輔助選擇的有效標記。還挖掘出8份優異耐濕基因資源,濕害后其正常株率均>70%,存活株率均>80%。【結論】檢測到6個芝麻耐濕性相關QTL,其中,貢獻率最大的17.19%,獲得1個有效分子標記,挖掘出8份優異耐濕基因資源。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    基于機器視覺的玉米葉片透射圖像特征識別研究
    唐俊1, 鄧立苗2, 陳輝1, 欒濤1, 馬文杰1
    中國農業科學. 2014, 47(3):  431-440.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.003
    摘要 ( 308 )   HTML ( 1 )   PDF (648KB) ( 515 )   收藏
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    【目的】建立玉米品種的葉片透射圖像特征數據庫,研究特征隨品種的變化規律,分析各類特征的識別效果,為進一步研究玉米生長期間的機器視覺品種識別提供依據。【方法】以生產中推廣的21個常規玉米品種為供試材料,分別采集拔節期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄開花期4個生育時期的玉米葉片。在燈箱內,采集每一葉片的高畫質透射圖像,共計420張。基于Matlab R2009a開發了“玉米葉片特征提取與識別軟件”,包括圖像預處理、特征提取、神經網絡識別和閾值選取4個功能模塊。依據開發的特征識別平臺,對玉米葉片透射圖像進行圖像預處理和特征提取。提取形態類、顏色類和紋理類共計48個特征,特征數據量共計20 160條。分析48個特征品種間的變異系數,研究玉米葉片透射圖像特征隨品種的變化規律。建立BP神經網絡模型進行綜合識別,分析不同時期單特征的識別效果,尋找玉米葉片透射圖像中品種區分能力較強的重要特征。進一步分析不同時期3大類特征及其組合的識別效果。【結果】在玉米的4個生育時期,葉片透射圖像3類特征品種間的變異系數差異比較明顯,顏色類特征變異系數最大,其次是紋理類特征變異系數,形態類特征變異系數最小,并且這種差異隨著玉米的生長十分穩定。在玉米的4個生育時期,葉片透射圖像48個特征的品種識別率差異比較明顯,為9.52%—29.33%。R分量的標準差、短軸長、H分量的標準差、等面圓直徑、H分量的平均值、V分量的標準差、B分量的標準差、不變矩6、橢圓度、S分量的平均值、外接凸多邊形面積、B分量的平均值、平滑度、S分量的峰度、S分量的標準差的識別率較高,平均識別率在18%以上。單類特征中,顏色類特征識別率最高,平均86.76%;紋理類特征次之,平均為78.05%;形態類特征最低,平均為68.67%。顏色類特征和紋理類特征識別的穩定性較高,紋理類特征識別效果更穩定一些。組合特征中,形態+顏色特征組合識別率最高,平均識別率為92.29%;顏色+紋理類特征組合次之,平均為90.29%;形態+紋理類特征組合識別率最低,但平均識別率也達到了87.43%。在拔節期,3類特征組合的識別率無明顯差異,且都在91%以上。在小喇叭口期,顏色+紋理特征組合識別率大幅上升,形態+顏色特征組合識別率小幅下降,形態+紋理特征組合識別率下降較大,但是仍然維持在82%以上。在其他3個時期,形態+紋理特征組合和顏色+紋理特征組合識別率差別不大,并且形態+顏色特征組合識別率相對較高。【結論】研究結果為玉米葉片透射圖像特征的研究與應用提供了比較系統全面的數據,為生長期間玉米品種的識別提供了新的方法和量化依據,也必將在其他作物的識別方面發揮很好的借鑒作用。
    棉花優化成鈴栽培理論及其新發展
    董合忠1, 毛樹春2, 張旺鋒3, 陳德華4
    中國農業科學. 2014, 47(3):  441-451.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.004
    摘要 ( 334 )   HTML ( 1 )   PDF (589KB) ( 739 )   收藏
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    經過60多年的研究與實踐,中國不僅建立了適合國情、特色鮮明并基于精耕細作的棉花栽培技術體系,也形成了相對完整的中國棉花栽培理論體系,為奠定世界第一產棉大國的地位做出了重要貢獻。優化成鈴理論是中國棉花高產優質栽培理論體系的核心。論文對棉花優化成鈴理論的形成過程、主要內容和發展趨勢作了綜合評述。棉花產量和纖維品質是通過棉株結鈴形成的,受結鈴時間、棉鈴所處空間部位以及棉株生理年齡的顯著影響,優化成鈴就是根據當地生態和生產條件,在最佳結鈴期、最佳結鈴部位和棉株生理狀態穩健時多結鈴。棉花集中成鈴期是一生中的高光合效能期,使群體棉葉系統的高光合效能期、成鈴高峰期和光熱資源高能期相同步,可以更有效地優化成鈴。為優化成鈴,要按照高產棉花干物質積累與分配特點,協調品種、環境和栽培措施三者的關系,在增加生物學產量的基礎上,穩定或提高經濟系數;在增加單位面積總鈴數的基礎上,穩步提高鈴重。光合產物是棉花經濟產量形成的物質基礎,不同生育階段的群體干物質積累量直接影響成鈴,為優化成鈴,結鈴吐絮期要保持較高的干物質積累量和收獲指數。為優化成鈴,要主動而有預見性地控制棉花個體發育,培植理想株型,優化群體結構,使棉花群體多結鈴、結優質鈴。棉株吐絮成熟期的表現即為熟相,有正常成熟、早衰和貪青晚熟之分,庫-源關系、根-冠關系失調常會引起根系合成并向上運輸的細胞分裂素含量下降、脫落酸含量上升,并可能導致衰老相關基因提前或推遲表達,產生異常熟相(早衰或貪青晚熟),為優化成鈴,要協調好庫-源關系、根-冠關系,促進棉花正常成熟。棉花優化成鈴理論的形成不僅促進了中國棉花栽培學的發展,也為中國棉花產業的健康發展提供了強有力的理論支撐。在可預期的未來優化成鈴理論仍然是中國棉花高產優質栽培理論體系的核心,但隨著棉花輕簡化、機械化、可持續和綠色環保生產技術的發展,優化成鈴理論也要隨之變化和發展,以便更好地支撐中國棉花生產的發展。
    北方冬油菜抗寒性的形態與生理機制
    楊寧寧1, 3, 孫萬倉2, 3, 劉自剛1, 2, 3, 史鵬輝1, 3, 方彥1, 2, 3, 武軍艷2, 3, 曾秀存1, 3, 孔德晶1, 3, 魯美宏1, 3, 王月1, 3
    中國農業科學. 2014, 47(3):  452-461.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.005
    摘要 ( 348 )   HTML ( 1 )   PDF (864KB) ( 901 )   收藏
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    【目的】低溫是影響中國北方冬油菜生長的重要因素之一,冬油菜抗寒機制研究至關重要。從形態、生理、解剖等水平對冬油菜抗寒特性進行研究,探討各相關指標與冬油菜抗寒性之間的關系,篩選可靠的抗寒鑒定指標,建立冬油菜抗寒性評價數學模型,為中國北方冬油菜抗寒種質篩選及品種抗寒性鑒定提供依據。【方法】對7個不同抗寒性代表性冬油菜品種幼苗進行低溫處理,觀察其生長習性和葉片解剖特征,測定葉片的生理生化指標、根頸直徑及根部干重,采用主成分分析、回歸分析、聚類分析和通徑分析等方法,對抗寒性進行分析并建立抗寒性評價模型。【結果】研究結果表明,冬油菜低溫半致死溫度(LT50)與越冬率、5—0℃的POD活性變化、0—-5℃的CAT活性變化、10—5℃的游離脯氨酸變化量(X1)、5—0℃的可溶性蛋白變化量(X2)、生長習性(X5)、根頸直徑及地下部干重(X6)呈顯著負相關,與0—-5℃的POD變化量、柵海比(X3)、柵欄組織厚度、葉片厚度和氣孔面積(X4)呈顯著正相關。【結論】主成分分析得到7個品種抗寒性排序與田間越冬率一致;以回歸分析篩選出6個指標建立冬油菜抗寒性評價數學模型:Y=-7.58-0.018X1-0.542X2+3.903X3-0.002X4+0.195X5-0.066X6,(R2=1.000);聚類分析將7個品種按抗寒性強弱分為5類,抗寒性強的類型中冬油菜苗期表現匍匐生長,柵海比小,氣孔面積小,地下部干重大,Pro活性和SP含量隨溫度降低增加量大,與之前所做抗寒性排序一致,通徑分析表明可溶性蛋白的含量變化是影響冬油菜抗寒性的直接因素。
    植物保護
    遼寧省稻瘟病菌無毒基因型鑒定及分析
    王世維1, 2, 鄭文靜2, 趙家銘2, 魏松紅1, 王妍1, 趙寶海1, 劉志恒1
    中國農業科學. 2014, 47(3):  462-472.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.006
    摘要 ( 348 )   HTML ( 1 )   PDF (714KB) ( 757 )   收藏
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    【目的】鑒定稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的無毒基因型,了解無毒基因在不同地區流行菌株中的分布情況,為品種布局提供參考。【方法】根據已經克隆且與稻瘟病菌致病性相關的6個無毒基因序列設計引物,選取遼寧省稻瘟病常發區的26株稻瘟病菌單孢菌株,提取各菌株DNA樣本作為模板,進行PCR擴增。通過瓊脂糖凝膠電泳及PCR產物測序,對6個無毒基因PCR產物進行堿基和氨基酸序列的分析比較。對瓊脂糖凝膠電泳未出條帶的,設計不同引物進行驗證性試驗。【結果】在PCR產物電泳檢測中,Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii沒有產物條帶,對這3個無毒基因設計驗證引物,其PCR產物電泳檢測仍沒有條帶出現,其結果證明遼寧省各水稻主產區流行稻瘟病菌中多不攜帶Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii;對于其他3個無毒基因 AvrPiz-t、Avr-pik和Avr-pita則有特異性擴增產物,說明這3個無毒基因在各稻區稻瘟病菌中以不同突變類型及不同頻率出現。其中,與Pi2、Pi9和Piz-t對應的AvrPiz-t,分別在22個菌株的中被檢測到,且有21個菌株的序列與其序列一致,說明該基因遺傳相對穩定,也間接證明攜帶Pi2、Pi9和Piz-t 的水稻品種在遼寧地區的廣譜抗性;與基因組序列不同的16號菌株,在DNA序列192 bp處發生一個單堿基C的缺失,從而導致移碼突變,且堿基突變導致氨基酸序列至72位氨基酸時提前終止,而使該基因編碼的蛋白質失去無毒基因的功能。與Pik、Pik-p、Pik-m和pik-s對應的Avr-pik,電泳檢測結果表明各菌株均有特異性條帶出現,經測序驗證等位基因序列分為4種類型(B、D、F、G),其中12個菌株攜帶可為Pik或其等位基因Pik-m和pik-p所識別的D類型;9個菌株攜帶B類型,該等位基因曾被報道,但是否具有無毒基因的功能仍未驗證;另有2個菌株攜帶F類型等位基因,該基因為首次發現,并分別出現在丹東和盤錦地區。其特點在于與D類型基因間存在143(A/G)的堿基差異,氨基酸序列翻譯結果顯示其為錯義突變,即48(G/D);而其余3個菌株攜帶G類型等位基因,該基因亦屬首次發現,且僅出現在撫順新賓地區,堿基序列與D類型存在168(G/A)的差異,導致翻譯提前終止,基因功能喪失。對于Avr-pita,26個菌株特異性擴增產物一致,但測序檢測到5種等位基因類型,且均與Avr-pita有差異,堿基序列的變化多導致錯義突變。這5種等位基因的氨基酸序列之間差異由3個氨基酸位點的差異所致,分別為83(D/N)、192(Y/C)和207(K/R),3處突變均在基因結構域范圍內,幾種等位基因均已見報道。【結論】遼寧稻區流行稻瘟病菌中Avr-pik、AvrPiz-t和Avr-pita分布較為廣泛,選育及推廣攜帶相應抗病基因的水稻品種可減輕稻瘟病的危害。
    銅脅迫對亞洲玉米螟生長發育與生殖的影響
    王玉宏, 李保同, 湯麗梅
    中國農業科學. 2014, 47(3):  473-481.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.007
    摘要 ( 361 )   HTML ( 1 )   PDF (552KB) ( 618 )   收藏
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    【目的】研究銅(Cu2+)脅迫條件下亞洲玉米螟(Ostrinia furnacalis Guenée)親代及其子代的生長發育與生殖,為亞洲玉米螟的種群動態預測與防治提供依據。【方法】以亞洲玉米螟幼蟲為材料,在標準人工飼料中添加不同濃度(25、50、100、200和500 mg•kg-1)的重金屬Cu2+,在實驗室條件下連續飼養亞洲玉米螟幼蟲3代,系統觀察重金屬Cu2+脅迫對亞洲玉米螟親代及其子代生長發育與生殖的影響。【結果】亞洲玉米螟的幼蟲存活率、化蛹率和成蟲羽化率與Cu2+脅迫濃度呈顯著負相關,引起親代、子一代和子二代幼蟲存活率和成蟲羽化率顯著下降的最低Cu2+脅迫濃度分別為100、50、50 mg•kg-1,引起各代化蛹率顯著下降的最低Cu2+脅迫濃度分別為200、50、50 mg•kg-1,其中Cu2+濃度200 mg•kg-1及其以上濃度處理的子一代和子二代幼蟲死亡率高達20%以上,Cu2+濃度500 mg•kg-1處理的各代幼蟲化蛹率均低于80%,Cu2+濃度200 mg•kg-1處理的子二代成蟲羽化率低于50%。亞洲玉米螟的幼蟲體重和蛹重與Cu2+脅迫濃度呈極顯著負相關,引起各代幼蟲體重顯著下降的最低Cu2+脅迫濃度均為50 mg•kg-1,引起親代、子一代和子二代蛹重顯著下降的最低Cu2+脅迫濃度分別為500、50、50 mg•kg-1,其中Cu2+濃度50 mg•kg-1及其以上濃度處理的各代3齡、5齡幼蟲的體重顯著低于空白對照;Cu2+濃度500 mg•kg-1處理的親代蛹重顯著低于對照,其他Cu2+濃度處理的蛹重與對照無顯著差異;Cu2+濃度50 mg•kg-1及其以上濃度處理的子一代和子二代蛹重顯著低于對照,Cu2+濃度25 mg•kg-1處理的蛹重與對照無顯著差異。亞洲玉米螟各代幼蟲歷期和蛹歷期與Cu2+脅迫濃度呈顯著正相關,其中Cu2+濃度50 mg•kg-1及其以上濃度處理的各代幼蟲歷期顯著高于對照,Cu2+濃度200 mg•kg-1及其以上濃度處理的親代蛹歷期、Cu2+濃度100 mg•kg-1及其以上濃度處理的子一代蛹歷期和Cu2+濃度50 mg•kg-1及其以上濃度處理的子二代蛹歷期均顯著高于對照。亞洲玉米螟各代成蟲單雌日產卵量和生殖力與Cu2+脅迫濃度呈極顯著負相關,其中Cu2+濃度50 mg•kg-1及其以上濃度處理的各代成蟲單雌日產卵量均顯著低于對照,Cu2+脅迫所有處理的各代成蟲生殖力均顯著低于對照。Cu2+脅迫對亞洲玉米螟連續3代卵質量無顯著影響,但卵孵化率與Cu2+脅迫濃度呈極顯著負相關,其中取食Cu2+濃度100 mg•kg-1處理的子二代卵孵化率僅有66.88%。【結論】重金屬Cu2+連續脅迫對亞洲玉米螟親代及其子代的生長發育和生殖具有顯著的抑制作用,其抑制效應與Cu2+脅迫的濃度呈正相關。
    寄生蜂低溫貯藏研究進展
    趙靜, 王甦, 郭曉軍, 高希武, 張帆
    中國農業科學. 2014, 47(3):  482-494.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.008
    摘要 ( 517 )   HTML ( 8 )   PDF (553KB) ( 884 )   收藏
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    應作者要求撤稿。2017.10.1

    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    淮北砂姜黑土酶活性對長期不同施肥模式的響應
    陳歡1, 李瑋1, 張存嶺2, 喬玉強1, 杜世州1, 趙竹1, 曹承富1
    中國農業科學. 2014, 47(3):  495-502.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.009
    摘要 ( 322 )   HTML ( 4 )   PDF (590KB) ( 607 )   收藏
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    【目的】針對安徽淮北砂姜黑土“旱、澇、僵、瘦”等不良屬性,通過探討長期定位施肥對砂姜黑土酶活性的影響,揭示土壤酶對施肥模式的響應機制,為有效改善土壤生物化學環境、提高土壤質量、進而保證作物高產穩產提供理論支撐。【方法】以安徽省濉溪縣楊柳試驗基點長期定位培肥試驗(1981至今)為基礎,研究5種不同施肥模式下(不施肥、單施化肥、單施有機肥、有機肥與化肥配施(等氮)、有機肥與化肥配施(高氮))小麥-玉米輪作系統中耕層土壤(0—20 cm)脲酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶以及蔗糖酶活性的變化趨勢,并進行相關性分析和成對比較,分別闡明土壤酶間的相互關系及各酶活性的季節性變化規律。【結果】與長期不施肥相比,長期單施有機肥可顯著提高砂姜黑土脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶的活性,小麥收獲期和玉米收獲期分別提高了130.5%和129.5%、11.4%和14.9%、31.4%和12.0%,但對酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性無明顯促進作用;長期單施化肥可有效增強土壤酸性磷酸酶與中性磷酸酶活性,同時明顯抑制其他3種土壤酶的活性;在同等施氮水平下,有機肥與化肥配施可使5種土壤酶活性均保持較高水平,彌補了單施化肥或單施有機肥因施肥模式單一導致某種土壤酶活性較差的不足;高氮水平下,有機肥與化肥配施可顯著提高酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性,但對其他酶作用規律不明顯。砂姜黑土不同土壤酶之間普遍存在顯著相關關系:脲酶與過氧化氫酶、蔗糖酶之間以及過氧化氫酶與蔗糖酶之間存在顯著正相關關系,而磷酸酶與其他3種酶之間存在此消彼長的關系。此外,砂姜黑土脲酶、酸性和中性磷酸酶、過氧化氫酶以及蔗糖酶酶活受季節的影響也因施肥不同而不同。【結論】同等施氮水平下,有機肥與化肥配施與單施化肥或單施有機肥相比,能使砂姜黑土脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶及蔗糖酶均保持較高的活性,有利于改善土壤生物化學環境,進而提高土壤可持續生產力;土壤酶之間相關關系各有不同,呈顯著正相關關系的有脲酶與過氧化氫酶、脲酶與蔗糖酶及過氧化氫酶與蔗糖酶,而磷酸酶與其他3種酶之間均呈顯著負相關關系;砂姜黑土酶活性受季節影響的程度因酶種類與施肥方式不同而有所不同。
    鉀礦物晶體結構對黑曲霉生長代謝及鉀與硅的溶出影響
    孫德四1, 尹健美1, 陳曄1, 2, 曹飛1, 2
    中國農業科學. 2014, 47(3):  503-513.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.010
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    【目的】黑曲霉對鉀礦物的分化分解及其中鉀(硅)的溶出作用與其產酸及產胞外代謝產物(主要指多糖與蛋白質)的能力密切相關,但研究礦物晶體結構在此過程中的地位與作用的較少。試驗采用一株黑曲霉分別與正長石與白云母進行浸出培養以了解不同鉀礦物對黑曲霉生長代謝能力的影響,及黑曲霉對含鉀硅酸鹽礦物的轉化作用與其礦物晶體結構的相關性。【方法】在分別含鋁土礦、正長石與白云母礦粉的平板固體與液體Czapek’s培養基中培養黑曲霉,并以不含礦粉的純培養作為對照,觀察其在不同礦物環境中的生長特征;采用搖瓶浸出考察黑曲霉對鉀礦物的分化分解及其中鉀(硅)的溶出效果,通過測定浸出液中的pH值、多糖、蛋白質及K2O與SiO2的濃度,及浸出前后礦物表面的SEM和XRD觀察,對比分析正長石與白云母對黑曲霉生長代謝的促進作用及黑曲霉對它們的轉化作用的差異。【結果】不同晶體結構的鉀礦物對黑曲霉的生長代謝刺激與促進作用不同,與不含礦粉及含鉀極少的鋁土礦粉培養基相比,黑曲霉在含鉀礦粉培養基中的繁殖生長速度明顯要快,在固體平板培養基中表現出對鉀礦粉的趨化性,在液體培養基中形成的菌體-礦物聚集體更顯著,且與正長石相比,黑曲霉在固體平板上的生長過程中對白云母的趨化性要明顯,在液體培養環境中形成的菌體-礦物聚集體更顯著。黑曲霉在缺鉀培養基與分別含正長石與白云母的培養基中培養10 d,可分別代謝產生1.45、1.97、2.45 g•L-1的有機酸,5.11、9.96、12.25 g•L-1的多糖與 6.25、13.78、16.97 g•L-1的蛋白質。浸礦30 d,黑曲霉浸出白云母中K2O與SiO2的量要比浸出正長石的分別高79.10與57.78 mg•L-1。黑曲霉作用前后的白云母與正長石礦粉的SEM與XRD的分析結果表明,白云母較正長石的浸蝕程度更明顯,礦物表面沉積了更多的非晶態或晶形不好的細小顆粒,在含少量正長石的白云母礦物或含少量白云母的正長石礦物浸渣的XRD圖譜中,反映白云母的主特征峰強度明顯下降,且有部分特征峰消失,而反映正長石的特征峰強度略有增強。【結論】鉀礦物晶體結構是影響黑曲霉生長所形成的菌體-礦物聚集體、代謝產物、酸堿微環境的差異及鉀礦物風化分解與鉀(硅)溶出程度不同的重要原因;在缺有效鉀環境中,鉀礦物對黑曲霉生長代謝具有促進作用,與正長石相比,白云母可以刺激與促進黑曲霉代謝產更多的有機酸、多糖與蛋白質;多種礦物同時存在的情況下,黑曲霉對不同晶體結構的鉀礦物的分解有一定的選擇性,對具層狀結構的白云母較具架狀結構的正長石的風化破壞作用要快。
    江西省雙季稻田多作復合種植系統的能值分析
    孫衛民1, 黃國勤1, 程建峰2, 劉彬彬1
    中國農業科學. 2014, 47(3):  514-527.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.011
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    【目的】糧食問題一直都是國際社會關注的熱點問題,探尋高效的種植模式,提高土地利用率和糧食產量是目前最為迫切的研究內容。從國內外相關領域的研究成果來看,實行多熟種植模式是充分利用自然資源和提高產量的重要途徑,世界各國的農業都在朝著多熟種植的方向發展。1987年,美國著名生態學家H.T. Odum提出能值分析理論來探討陸地復雜生態系統的功能原理和模擬技術,并將其擴展到人類所參與的生態、環境乃至社會經濟系統。20世紀80年代以來,應用能量投入產出來衡量不同熟制或不同復種方式優劣已為國內外農業工作者重視并廣泛應用,有助于調整生態環境與經濟發展的關系,對自然資源的科學評估與合理利用具有重要的實踐價值。論文將闡明雙季稻田冬季復種模式系統中的資源利用和投入與產出效益,為南方雙季稻田冬季復種模式的耕作制度改革、農田系統的可持續發展提供理論基礎,為全面推進區域現代農業發展和農業現代化建設提供科技支撐,為國家和地區糧食增產、農民增收與農村繁榮提供參考依據。【方法】以大田定位試驗的原始數據和相關統計年鑒資料為基礎,采用能值分析理論和方法,對江西省余江縣雙季稻田7種復種模式系統中的經濟產量折能、光合生產力、光能利用率、投入產出、運行效率和環境負荷等進行綜合分析。【結果】冬季復種模式下的作物經濟產量折能為217.5×106-229.7×106 kJ•hm-2,均大于冬季休閑模式(T1)的213.5×106 kJ•hm-2,其中T4、T6和T7顯著高于其他處理,以T6的增幅最大(8.5%)。T6處理在2008—2010年間均表現出最高的能量增幅,具有很好的優勢和穩定性。冬季復種模式的光合生產力(11.99—14.03 g•m-2•d-1)和光能利用率(1.46%—1.70%)極顯著高于T1(10.55 g•m-2•d-1和1.28%),平均增幅為14.4%—34.8%,以T3為最高(34.8%)。光合生產力和光能利用率的變化趨勢高度一致。冬季復種輪作模式下的經濟產量折能為220.9×106—229.7×106 kJ•hm-2,均高于冬季復種連作(T2)的217.5×106 kJ•hm-2,以T6的增幅最大(6.1%)。除T3有所增加外,冬季復種輪作模式的光合生產力(11.99—13.10 g•m-2•d-1)都低于T2(13.67 g•m-2•d-1),平均降幅為4.2%—12.4%,以T4下降最多。T3(1.70%)和T6(1.67%)的光能利用率顯著高于其他處理(1.46%—1.58%),且其他處理均低于T1,以T4和T5降幅最大。能值分析顯示,不同處理的能值投入產出存在明顯差異;表土凈損失能最少為T1(2.98×1016sej),最多是T5(3.83×1016sej);工業輔助能最少投入為T1 (1.62×1017sej),最多是T4(2.98×1017sej,近T1的2倍);有機能投入最少為T1(6.55×1015sej),最多是T7(1.19×1016sej,近T1的2倍);T1的產出能最低(1.39×1016sej),T6的產出能最高(5.42×1016sej,近T1的4倍)。除T3(2.81)略低外,冬季復種模式的能值投入率(3.12—4.57)均大于T1(2.84),T4和T5增幅分別達61.1%和50.4%;但冬季復種模式下的能值產出率只有T4(0.13)高于T1(0.08),其他處理(0.06—0.07)均低于T1。冬季復種模式的環境資源能值占總投入能值的比例為0.17—0.26,一定程度上說明稻田冬季復種模式更有利于保護農田環境資源。冬季復種模式的不可更新環境資源能值/總投入的能值的比值在本研究中為0.10—0.15,意味著稻田農產品的產出很大程度上依賴于不可更新環境資源的消耗,將增大稻田水土流失的風險。所有處理的工業輔助能值/總投入能值的比值均超過了0.8,但處理間差異不明顯,即工業投入所占比重較大,不利于稻田系統的可持續發展。【結論】雙季稻田冬季作物的種植有利于提高稻田的光合生產力和光能利用率。除雙季稻田冬季種植混播綠肥輪作模式外的稻田冬季種植經濟作物的輪作模式的光合生產力和光能利用率均低于雙季稻田冬季復種連作模式。雙季稻田冬季種植蠶豆和豌豆的種植模式比稻田冬季休閑模式具有優勢,但雙季稻田冬季種植油菜是一個高投入高產出的種植模式,利于可持續發展。因此,在試驗區雙季稻田冬季種植油菜為最佳復種模式。
    園藝
    基于西雙版納黃瓜的遺傳圖譜構建 及其重要農藝性狀QTL定位分析
    馬政, 薄凱亮, 李蕾, 錢春桃, 陳勁楓
    中國農業科學. 2014, 47(3):  528-536.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.012
    摘要 ( 297 )   HTML ( 1 )   PDF (703KB) ( 739 )   收藏
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    【目的】以西雙版納黃瓜與北京截頭黃瓜為親本構建的F9重組自交系群體為作圖材料進行遺傳圖譜的構建,并對葉綠素含量、果實大小、側枝多少及其第一分枝節位等重要農藝性狀進行QTL定位分析,為黃瓜品種的選育及高產、穩產育種提供有益參考和幫助。【方法】以北京截頭黃瓜與西雙版納黃瓜為親本雜交得到F1,之后按單粒傳方式得到含有124個F9重組自交系(RILs)群體。以該F9重組自交系(RILs)群體為作圖群體,以995對SSR標記為篩選引物,采用joinmap4.0軟件進行遺傳圖譜的構建。并利用構建的遺傳圖譜,采用WinQTLcart2.5軟件復合區間作圖法,結合統計的葉片葉綠素含量,商品瓜的瓜長、瓜粗,種瓜的瓜長、瓜粗、瓜把,以及側枝數、第一分枝節位等相關的共12個黃瓜重要農藝性狀的QTL位點進行檢測。【結果】構建了含有7個連鎖群,137個SSR標記的遺傳圖譜,圖譜總長591.2 cM,平均圖距為4.3 cM;共檢測到與12個黃瓜農藝性狀相關的QTL位點29個,分布在第1、2、3、4、6、7染色體上。其中,葉綠素性狀相關的QTL有6個,商品瓜性狀相關的QTL有7個,種瓜性狀相關的QTL有9個,側枝性狀相關的QTL有7個,單個QTL位點的可解釋的表型變異范圍為5.30%—19.24%。Ldr4.2的貢獻率最小,為5.30%,Lbn1.2的貢獻率最大,為19.24%。【結論】構建了西雙版納黃瓜RIL群體遺傳圖譜,并對葉片葉綠素含量、果實及側枝等相關的12個農藝性狀進行了QTL定位分析,共獲得29個相關QTL。
    持續弱光脅迫對馬鈴薯苗期生長和光合特性的影響
    秦玉芝1, 邢錚1, 鄒劍鋒2, 何長征1, 李炎林1, 熊興耀1, 3
    中國農業科學. 2014, 47(3):  537-545.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.013
    摘要 ( 346 )   HTML ( 1 )   PDF (1003KB) ( 1052 )   收藏
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    【目的】探討持續弱光對馬鈴薯幼苗光合生理特性的影響,進行不同基因型對弱光適應性差異的植物學與細胞學性狀的系統研究,為馬鈴薯耐弱光遺傳資源的篩選和利用提供依據。【方法】以馬鈴薯原始栽培種Yan (Solanum tuberosum subsp. andigena var. yanacochense)和普通栽培品種Favorita(Solanum tuberosum)為供試材料,選用50 g馬鈴薯塊莖播種,進行基質盆栽,萌芽后用人工氣候箱進行50 μmol•m-2•s-1 的持續弱光處理(對照光強為350 μmol•m-2•s-1)。1個月后分析測定各處理的生長狀況;采用LI-COR 6400 便攜式光合作用儀測定功能葉片的凈光合速率、光合曲線參數、CO2 曲線參數、葉綠素含量;功能葉片主脈兩側切取大小1—2 mm 見方小塊,處理后用JEM-1200EX 型電鏡掃描觀察葉片氣孔并照相,分析統計單位面積氣孔數量、測量氣孔長度與寬;功能葉片經前處理后用LKB-5 型超薄切片機切片,醋酸鈾-檸檬酸鉛雙重染色,JGE-1200EX 型透射電鏡觀察葉綠體超微結構、測量并照相。【結果】苗期持續弱光處理使馬鈴薯Favorita 植株明顯徒長,葉片變小變薄,但枝葉分化不受影響;原始栽培種Yan 則枝葉分化困難,處理過程中生長緩慢,處理后加強環境光照強度亦無法恢復其生長速度與長勢;持續弱光處理使兩種基因型馬鈴薯葉片光作用的表觀量子效率(AQE)、光合作用飽和點(LSP)、葉片最大凈光合速率(Pnmax)、CO2 飽和點(CSP)、葉綠素含量降低;表觀羧化率(EC)、CO2 補償點(CCP)上升;Favorita 的光補償點(LCP)、表觀羧化率(EC)下降;Yan 的光補償點(LCP)上升,表觀羧化率(EC),CO2 飽和點(CSP)與對照差異不顯著。長期弱光脅迫使馬鈴薯葉片氣孔密度,葉綠體數量下降。Favorita 的葉綠體基粒數、基粒片層數含量升高,Yan 的葉綠體基粒片層數不增反降。【結論】不同基因型枝葉分化對光的敏感性不同,差異明顯。環境光照不足,敏感基因型的發育與生長都受到嚴重阻礙,傷害無法通過后期增強光照恢復。持續弱光脅迫使馬鈴薯葉片光合速率顯著下降,對強光的利用能力減弱。適應強的材料(Favorita)可利用最小光強下調,即對弱光的利用能力增強,同時暗呼吸速率降低;而適應弱的材料(Yan)可利用最小光強則上調,可利用光強范圍變窄,暗呼吸速率仍然維持較高水平,致使有機物合成和積累困難。持續弱光脅迫改變了馬鈴薯葉肉細胞排列方式,使葉片氣孔密度下降,氣孔器變小,氣孔器長寬比有增加的趨勢,細胞葉綠體數量減少,葉綠素成分比例改變。適應性較強的基因型通過增加葉綠體基粒數、基粒片層數和葉綠素b的含量來提高脅迫下對有效光源的捕捉能力;敏感基因型葉綠體基粒的形成受到影響,基粒片層數,氣孔密度顯著減少,有效光源捕捉能力和CO2 親和力顯著下降。
    紫杉二烯合酶基因在靈芝中的表達
    辛燕花1, 肖招燕1, 尤琳烽1, 郭麗瓊1, 2, 林俊芳1, 2
    中國農業科學. 2014, 47(3):  546-552.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.014
    摘要 ( 318 )   HTML ( 1 )   PDF (666KB) ( 505 )   收藏
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    【目的】論文旨在研究紫杉二烯合酶基因(ts)在靈芝中的表達情況,為利用靈芝作為生物反應器表達紫杉醇及其中間產物提供科學理論依據。【方法】制備靈芝菌株的原生質體:把培養好的靈芝菌絲用0.6 mol•L-1的甘露醇溶液洗滌兩次后,加入1%溶壁酶溶液,30℃水浴酶解3 h,離心去上清液得到純的靈芝原生質體,用0.6 mol•L-1的甘露醇溶液把原生質體的濃度調整到108個/mL備用;外源基因(ts)的轉化:在含有靈芝原生質體的緩沖液各加入含有ts基因和潮霉素抗性基因hph的真核表達載體pgGIgpd-TS和pBgGI-hph 1.0 μg,冰浴30 min;加入0.5 mL PEG buffer,在室溫下放置20 min;將離心收集的原生質體涂布在不含有潮霉素的再生平板上,25℃培養5—7 d后,待長出白色菌落后,往平板表層覆蓋一層含有潮霉素的PDA半固體培養基,于25℃培養;轉化子的鑒定:以靈芝的菌絲基因組DNA和RNA為模板,進行PCR和RT-PCR擴增,鑒定ts基因在靈芝中的表達情況;目標產物的檢測:對提取的產物采用不分流進樣的方式進行氣相質譜聯用(GC-MS)檢測,進樣溫度250℃,初始溫度100℃,保留1 min,每分鐘升高8℃,加熱到300℃,保留2 min。【結果】經潮霉素初步篩選后,在含有潮霉素抗性的平板上長出白色的菌落,靈芝原種作為陰性對照的平板上沒有長出菌落,說明潮霉素基因被成功轉入了靈芝并得到了初步的表達;PCR鑒定結果表明20個擬轉化子中有4個轉化子同時整合了ts基因和hph基因,兩個基因的共轉化率為20%;RT-PCR鑒定結果表明,4個靈芝轉化子實現了外源ts基因的轉錄;提取轉ts基因靈芝的菌絲產物;經過GC-MS測定分析表明,與原種相比,含有ts基因的靈芝工程菌株有一個明顯的差異峰,對該峰進行離子碎片分析表明,該物質為紫衫二烯,說明在含有ts基因的靈芝菌絲體中含有目標產物紫衫二烯。【結論】靈芝作為大型真菌,首次被證實可以通過代謝工程生產合成紫杉醇過程中的中間產物紫杉二烯,為以后紫杉醇的生產提供一個潛在的可能,對今后開展靈芝的分子生物學研究具有重要意義。
    貯藏·保鮮·加工
    甘薯采后生理、主要病害及貯藏技術研究
    張有林, 張潤光, 王鑫騰
    中國農業科學. 2014, 47(3):  553-563.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.015
    摘要 ( 308 )   HTML ( 2 )   PDF (905KB) ( 625 )   收藏
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    目的】中國種植甘薯約670萬hm2,年產量1億t,因貯藏不當,霉爛變質15%左右。論文研究甘薯采后呼吸類型、貯藏溫度和貯藏期主要病害,探討不同貯藏方法對主要病害和采后生理的影響,為甘薯貯藏保鮮提供理論依據和技術參數。【方法】以陜西省主栽品種秦薯5號為試材,采用氣流法測定呼吸強度,分別在(10±0.5)、(11±0.5)、(12±0.5)、(13±0.5)℃溫度下貯藏,通過比較腐爛指數確定貯藏溫度。對病原菌進行科赫氏驗證、ITS序列分析和形態學鑒定,根據病原菌孢子繁殖情況確定噻苯咪唑(TBZ)熏蒸用量,以目前采用的甘薯殺菌劑甲基托布津粉劑作對照。貯期用DNS比色法測定多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性,用試劑盒法測定淀粉酶和超氧化物歧化酶(SOD)活性,抗壞血酸含量測定用2,6-二氯酚靛酚滴定法,淀粉含量測定用酸水解法,還原糖含量測定用DNS比色法,原果膠含量測定用咔唑比色法。研究經過TBZ熏蒸、貯前低溫(3、4、5℃)處理、塑料袋包裝,秦薯5號貯期SOD、淀粉酶、PG的活性,分析淀粉、還原糖、抗壞血酸、原果膠的含量變化,計算貯藏后期腐爛指數和商品率。試驗數據采用Excel 2010統計軟件整理分析,多重比較采用Duncan新復極差測驗。【結果】甘薯為呼吸躍變型,最適貯藏溫度為11℃,貯藏期間主要病害黑斑病病原菌為暗梗孢科磚隔孢亞科(Dietyosporoideae of Dematiaceae)交鏈孢霉屬(Alternaria Nees ex Wallr.)甘薯交鏈孢霉菌(A.bataticola Ikata),TBZ抑制病原菌孢子繁殖作用明顯。甘薯采后經室溫愈傷,貯前低溫處理,TBZ熏蒸,塑料袋包裝,11℃下貯藏,能夠顯著抑制淀粉酶、PG酶活性,保持SOD酶較高活性,從而降低了淀粉轉化成糖的速率,使抗壞血酸含量維持較高水平,延緩了甘薯采后生理衰老進程,保持了甘薯原有良好品質。【結論】甘薯采收以后在自然條件下放置5 d,使其愈傷,然后轉入冷庫在4℃下低溫處理2 d,再將冷庫緩慢升溫,每天升溫1℃,直至11℃下長期貯藏。在冷庫升溫期間用含量為4.5%的TBZ熏蒸劑按6 g•m-3用量處理3 h,塑料袋包裝,貯藏210 d,腐爛指數0.185,商品率93%。甘薯貯前經愈傷、低溫處理,TBZ熏蒸結合塑料袋包裝,在適宜的溫度下貯藏,保鮮效果理想,食用安全衛生。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    蘇太豬宰后72 h pH和肉色性狀的全基因組關聯分析
    周李生, 楊杰, 劉先先, 張志燕, 楊斌, 麻駿武
    中國農業科學. 2014, 47(3):  564-573.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.016
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    【目的】利用全基因組關聯分析(GWAS)方法搜尋與蘇太豬肉質性狀相關的候選基因及分子標記。【方法】屠宰測定了150頭蘇太豬的背最長肌和半膜肌72 h pH值(包括72 h pH、45 min至72 h pH下降值)及72 h肉色性狀(包括紅度a,黃度b,亮度L和主觀評分)。利用Illumina豬60 K SNP芯片,對這些個體進行基因型判定,用PLINK v1.07對獲得的基因型數據進行質量控制,剔除檢出率<99.7%、次等位基因頻率(minor allele frequency, MAF)<0.05、偏離哈代溫伯格(Hardy-Weinberg Equilibrium,HWE)P≤10-5的SNP標記和檢出率<90%的個體,最終有150個個體和43 760個SNP用于GWAS研究。利用R語言環境下的GenABEL軟件包中的廣義線性混合模型,對每個SNP與性狀作關聯分析,采用Bonferroni方法確定關聯顯性閾值。群體層化效應的檢測通過QQ-plot的結果展示,它通過比較無效假設關聯顯著性的分布與實際關聯性分布的差異來展示可能的群體結構或者顯著關聯位點。【結果】1.背最長肌72 h pH和半膜肌72 h pH、背最長肌45 min至72 h pH下降值和半膜肌45 min至72 h pH下降值、背最長肌和半膜肌的72 h肌肉黃度、背最長肌和半膜肌的肉色主觀評分與肌肉亮度L性狀間均為高度相關,且均達到顯著水平(P<0.05)。2. 群體層化分析沒有發現明顯的整體系統偏差,也不存在明顯群體層化效應。3.關聯分析結果表明共有39個SNPs達到染色體顯著水平,分布于基因組上的20個區域(≤10 Mb);其中,與pH顯著關聯的SNPs有17個,除了標記ASGA0082337沒有定位在豬基因組序列上,其余16個SNPs分別位于3、4、10、14、X號染色體上;與肉色顯著關聯的SNPs有22個,它們分別位于1、3、7、10、12、14、15號染色體上;但在背最長肌的紅度、亮度和肉色主觀評分及半膜肌的亮度和肉色主觀評分性狀中未檢測到顯著SNPs。 背最長肌和半膜肌的45 min至72 h pH下降值最強關聯的SNP位點都為14號染色體上的M1GA0020074和MARC0028756,利用Haploview version 4.2軟件開展單倍型分析,結果表明,它們位于一個跨度為433 kb的單倍型框內。【結論】在10、14、15號染色體上存在影響多個肉質指標的一因多效的基因位點,顯著位點附近的BNIP3、PRKG1和ADRB3等可能是影響這些性狀的候選基因。
    Cdc42蛋白在牛卵母細胞中的表達分布及對其成熟的影響
    劉揚1, 銀鳳霞銀鳳霞2, 白春玲白春玲2, 魏著英魏著英2, 昝林森昝林森1, 李光鵬李光鵬2
    中國農業科學. 2014, 47(3):  574-585.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.017
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    【目的】探明Cdc42蛋白在牛卵母細胞成熟過程中的表達及分布規律,并且研究抑制Cdc42活性對于牛卵母細胞成熟的影響。【方法】首先通過收集體外成熟不同時間(0—24 h)的牛卵母細胞,用Western blotting的方法檢測Cdc42蛋白在牛卵母細胞中的表達量變化情況,通過免疫細胞化學的方法檢測Cdc42蛋白在牛卵母細胞中的分布及定位情況。根據GenBank公布的牛Cdc42基因(GenBank登錄號:NM_001046332.1)的mRNA序列設計引物,并在正向和反向引物的末端分別加上KpnⅠ和EcoRⅠ酶切位點,用PCR的方法擴增牛Cdc42基因的CDS區,將PCR產物和pMD19T載體連接得到野生型的克隆載體pMD19T-Cdc42WT。用定點突變引物以pMD19T-Cdc42WT為模板進行PCR反應,得到Cdc42的顯性負性突變體Cdc42T17N的克隆載體pMD19T-Cdc42T17N。將pMD19T-Cdc42WT和pMD19T-Cdc42T17N分別酶切后,將Cdc42WT(775 bp)和Cdc42T17N(775 bp)片段分別連接到pcDNA3.1(+)的多克隆位點區域,得到相應的原核表達載體pcDNA3.1(+)-Cdc42WT和pcDNA3.1(+)-Cdc42T17N。用體外轉錄的方法分別得到Cdc42WT和Cdc42T17N的cRNA,用顯微注射的方法將相應的cRNA分別注入到牛GV期卵母細胞質內,檢測其成熟率的變化。【結果】①Cdc42蛋白分別在牛卵母細胞中成熟培養0、4、8、12、16、20以及24 h時表達量沒有明顯差異,但是其分布規律隨著減數分裂的進行發生著動態的變化:Cdc42蛋白在卵母細胞皮質區域集中分布的模式在生發泡(germinal vesicle,GV)期卵母細胞中很少出現,而在第一次減數分裂中期(metaphase Ⅰ,MⅠ)卵母細胞中出現得最多也最為明顯;Cdc42蛋白在染色體附近的皮質富集的現象開始出現于前中期(pro-metaphase Ⅰ,pMⅠ),并且出現頻率從pMⅠ期到第2次減數分裂中期(metaphase Ⅱ,MⅡ)逐漸增多;Cdc42蛋白和紡錘體重疊定位的現象在第1次減數分裂后期(anaphase Ⅰ,AⅠ)到末期(telophaseⅠ,TⅠ)的卵母細胞中占有有很高比例,而到MⅡ期時這種現象又很少出現。②從牛卵母細胞的總cDNA中擴增Cdc42基因得到785 bp的片段,構建的牛Cdc42的野生型及其顯性負性突變體的克隆載體pMD19T-Cdc42WT和pMD19T-Cdc42T17N經酶切鑒定和以及測序比對后,符合預期結果,即成功克隆了牛野生型Cdc42基因并得到其顯性負性突變體Cdc42T17N;③構建的相應的原核表達載體pcDNA3.1(+)-Cdc42WT和pcDNA3.1(+)-Cdc42T17N經酶切鑒定和測序比對,符合預期結果,經過體外轉錄均得到一個3079 bases和987 bases的RNA片段,符合預期結果,即成功構建了相應的原核表達載體并獲得相應的cRNA;④與正常成熟培養組和注射Cdc42WTcRNA的牛卵母細胞相比,注射Cdc42T17NcRNA的成熟率顯著降低(P<0.05)。【結論】卵母細胞在卵泡發育過程中就已經積累了足夠的Cdc42蛋白,而在減數分裂過程中Cdc42可以在卵母細胞的皮質以及紡錘體的位置發揮作用,而且正常的Cdc42活性是牛卵母細胞完成成熟過程并排出第一極體所必需的。
    填飼期內肥肝鵝A-FABP與MSTN基因 同步表達規律與相關性
    王寶維, 劉騰, 葛文華, 張名愛, 李楨, 岳斌, 程凡升
    中國農業科學. 2014, 47(3):  586-593.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.018
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    【目的】研究與脂肪沉積有關基因在不同填飼階段鵝組織中的表達規律及其相關性,對實施肝用型鵝新品種(系)標記輔助選擇具有重要意義。重點探討脂肪細胞型脂肪酸結合蛋白(adipocyte fatty acid-binding protein,A-FABP)基因與肌肉生長抑制素(myostatin,MSTN)基因在不同填飼日齡鵝組織中的表達規律及兩基因的表達相關性。【方法】選取200只體重相近的12周齡健康青農灰鵝進行填飼。分別采集不同填飼時間里鵝肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、胸肌、腿肌和腹脂樣品,提取總RNA后,利用實時熒光定量PCR技術測定A-FABP與MSTN基因的表達量,并研究不同組織中這兩個基因的表達相關性。對填飼期內肝臟重量進行研究,結合乙醚浸提法和氣相色譜法測定肝臟中脂肪和總不飽和脂肪酸、總飽和脂肪酸的含量,并研究其與A-FABP與MSTN基因表達量的關系。【結果】①A-FABP基因在肝用型鵝的肝臟、腹脂、腿肌、胸肌、脾臟、肺臟和腎臟中均有表達。肝臟、腹脂、腿肌和胸肌中A-FABP基因表達量變化呈現先升高后下降的趨勢,分別在填飼24、12、18和24 d達到最大值(15.90±0.04、12.72±0.12、8.88±0.06、6.33±0.13)。MSTN基因在肝用型鵝的腿肌、胸肌、腎臟、肺臟、腹脂、肝臟和脾臟中均進行了表達,MSTN基因在腿肌和胸肌中的表達呈現先升高后下降的趨勢,而在肝臟、腹脂、肺臟、腎臟中MSTN基因表達量變化不顯著(P<0.01)。②鵝肝臟組織中A-FABP基因表達量與肝重、肝內脂肪、總不飽和脂肪酸及總飽和脂肪酸含量呈正相關,相關系數分別為0.576、0.510、0.463、0.501,差異均極顯著(P<0.01);MSTN基因表達量與肝重、肝內脂肪、不飽和脂肪酸及總飽和脂肪酸含量相關性不顯著(P>0.05)。【結論】A-FABP與MSTN基因在肝用型鵝組織中的表達多呈負相關,且各自在不同填飼階段、不同組織中的表達規律具有一定差異性,肝臟中A-FABP基因對肥肝性狀的調控起一定作用。
    家蠶蛻皮激素合成相關的細胞色素P450基因的鑒定分析
    程道軍, 李志清, 孟勐, 彭健, 錢文良, 康麗霞, 夏慶友
    中國農業科學. 2014, 47(3):  594-604.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.019
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    【目的】昆蟲變態發育的啟動主要受前胸腺合成分泌的蛻皮激素所調控,而蛻皮激素的合成是由細胞色素P450基因催化完成。家蠶(Bombyx mori)是一種產絲昆蟲,蠶業生產中如果能阻斷或延遲家蠶蛹變態發育進程,將有利于改進蠶繭處理工藝,提高蠶絲品質。論文旨在鑒定參與家蠶蛻皮激素合成的細胞色素P450基因,從而為人為遺傳調節家蠶變態發育提供靶基因。【方法】基于序列同源性比對,篩選家蠶及其他昆蟲中參與蛻皮激素合成的P450基因。利用ClustalW軟件,分析昆蟲蛻皮激素合成相關P450基因的遺傳發生關系。通過全基因組表達芯片數據分析及RT-PCR驗證,調查家蠶蛻皮激素合成相關P450基因的時空表達特征。利用RNAi技術分析Cyp314a1表達下調對家蠶變態發育的影響。【結果】家蠶基因組中有4個參與家蠶蛻皮激素合成的P450基因,即Cyp306a1、Cyp302a1、Cyp315a1和Cyp314a1。比較分析顯示,這4個蛻皮激素合成相關的P450基因在家蠶及其他昆蟲中都是單拷貝,而且每個基因的同源體在遺傳發生樹上能很好地聚成一類,表明昆蟲蛻皮激素合成相關的P450基因及其負責的蛻皮激素合成通路非常保守。時空表達譜分析顯示,在家蠶幼蟲5齡第3天,Cyp302a1、Cyp315a1和Cyp314a1主要在家蠶幼蟲卵巢、精巢和頭部等組織器官中高表達;在幼蟲-蛹-成蟲變態發育進程中,Cyp302a1、Cyp315a1和Cyp314a1主要在蛹變態發育后期表達,其中Cyp314a1分別在上簇、化蛹及羽化前高表達,這與蛻皮激素滴度高峰出現的時期基本一致。Cyp314a1的RNAi導致家蠶不能正常化蛹及雌蛾卵巢發育異常,且降低了蛻皮激素信號通路關鍵基因HR3及Ftz-f1的表達。【結論】家蠶蛻皮激素合成相關的P450基因在進化上非常保守,其表達水平降低能引起家蠶蛹變態發育受阻,暗示蛻皮激素合成相關P450基因可以用作家蠶變態發育控制的靶標基因之一。
    研究簡報
    砧木與嫁接番茄產量品質關系的綜合評價
    高方勝1, 2, 王磊2, 3, 徐坤2
    中國農業科學. 2014, 47(3):  605-612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.020
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    【目的】嫁接栽培作為克服設施番茄連作障礙的有效技術措施,前人圍繞嫁接番茄的抗逆性、抗病性及產量表現進行了較多的研究,但關于嫁接與品質關系的研究尚不系統,因此,論文旨在綜合評價番茄嫁接對產量品質的影響,進一步明確嫁接栽培的生物學效應,為該技術的科學應用提供理論依據。【方法】以‘金棚1號’自根嫁接苗為對照,選用10個番茄砧木分別嫁接‘金棚1號’接穗,研究不同砧木嫁接苗幼苗質量、成株生長勢、產量和品質的變異特征,并采用隸屬函數法,對幼苗質量及果實品質進行無量綱計算,以隸屬函數值為依據,綜合評價嫁接對番茄幼苗質量及果實品質的影響。【結果】不同砧木番茄嫁接苗幼苗生長量差異較大,其中葉面積及根系干物質量的變異系數分別達18.24%和15.21%;采用隸屬函數法綜合評價的幼苗質量以砧木‘MIKADO’、‘影武者’嫁接苗幼苗質量較高;供試砧木嫁接苗成苗率均高于90%。嫁接苗成株的生長勢和產量也因砧木不同而表現出顯著差異,雖然嫁接苗平均增產率達34.87%,但產量的變異系數達17.16%,除‘ベスパ’外,其他砧木嫁接苗產量均顯著高于對照,其中‘MIKADO’和‘マグネット’嫁接苗增產率分別高達66.82%和57.56%。嫁接苗番茄果實硬度均較對照顯著提高,且果形指數也發生顯著變化,除‘ベスパ’、‘アンカ-T’和‘サポ-ト’外,其他砧木嫁接苗單果鮮質量均顯著高于對照。嫁接還顯著影響了番茄果實的營養品質,其中對維生素C的影響較大,而對可溶性固形物影響較小,其變異系數分別為69.16%和8.87%,但不同砧木嫁接對果實各營養指標的作用方向不盡一致;供試砧木嫁接苗番茄果實干物質、可溶性固形物、可溶性蛋白和可滴定酸含量均較對照顯著提高,但果實Vc、番茄紅素、可溶性糖含量及糖酸比則與對照互有高低;通過隸屬函數法對構成番茄果實品質的相關指標進行計算,嫁接苗番茄果實營養品質隸屬函數值均較對照顯著增加,表明不同砧木嫁接均顯著改善了番茄果實的營養品質。【結論】番茄嫁接苗幼苗質量、成株生長勢、果實產量及品質因砧木不同而顯著不同,在10個供試砧木中,除‘ベスパ’外,其他砧木番茄嫁接苗幼苗質量及產量均顯著高于對照,其中以‘MIKADO’和‘マグネット’增產率較高;盡管不同砧木番茄嫁接苗果實品質相關指標互有高低,但嫁接番茄果實綜合品質均優于對照,尤以‘アンカ-T’、‘ベスパ’和‘砧木001’嫁接苗果實品質較佳。
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