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當期目錄

    2014年 第47卷 第24期 刊出日期:2014-12-16
      
    作物遺傳育種·種質資源
    利用基因芯片技術進行小麥遺傳圖譜構建及粒重QTL分析
    陳建省,陳廣鳳,李青芳,張晗,師翠蘭,孫彩鈴,鄧志英,劉凱,谷植群,田紀春
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4769-4779.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.001
    摘要 ( 506 )   HTML ( 4 )   PDF (421KB) ( 1283 )   收藏
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    目的小麥遺傳圖譜是進行小麥染色體分析和研究表型變異的遺傳基礎。通過利用傳統分子標記和現代基因芯片技術相結合,構建高密度遺傳圖譜,重點開展主要產量主要構成要素——粒重的初級基因定位,確定影響粒重的主效QTL位點,為開發粒重CAPS分子標記及在分子標記輔助育種提供依據和指導,并為利用小麥粒重次級群體進行精細定位和基因挖掘奠定基礎。【方法】利用90 K小麥SNP基因芯片、DArt芯片技術及傳統的分子標記技術,以包含173個家系的RIL群體(F9:10重組自交系)為材料,構建高密度遺傳圖譜,并利用QTL network2.0進行了3年共4環境粒重QTL分析。【結果】構建了覆蓋小麥21條染色體的高密度遺傳圖譜,該圖譜共含有6 244個多態性標記,其中SNP標記6 001個、DArT標記216個、SSR標記27個,覆蓋染色體總長度4 875.29 cM,標記間平均距離0.78 cM。A、B、D染色體組分別有2 390、3 386和468個標記,分別占總標記數的38.3%、54.3%和7.5%;3個染色體組標記間平均距離分別為0.80、0.75和0.80 cM。用該分子遺傳圖譜對4個環境下粒重進行QTL分析,檢測到位于1B、4B、5B、6A染色體上9個加性QTL,效應值大于10%的QTL位點有QGW4B-17QGW4B-5QGW4B-2QGW6A-344QGW6A-137;其中QGW4B-17在多個環境下檢測到,其貢獻率為16%—33.3%,可增加粒重效應值2.30-2.97g,該位點是穩定表達的主效QTL。9個QTL的加性效應均來自大粒母本山農01-35,單個QTL位點加性效應可增加千粒重1.09—2.97 g。【結論】構建的覆蓋小麥21條染色體的分子遺傳圖譜共含有6 241個多態性標記,標記間平均距離為0.77 cM。利用該圖譜檢測到位于1B、4B、5B、6A染色體上9個控制粒重的加性QTL,其中QGW4B-17是穩定表達的主效QTL位點,貢獻率為16.5%—33%,可增加粒重效應值2.30—2.97 g。
    基于GGE雙標圖的長江流域國審棉花品種分類特征評價
    許乃銀,李健
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4780-4789.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.002
    摘要 ( 320 )   HTML ( 1 )   PDF (1037KB) ( 333 )   收藏
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    【目的】采用GGE雙標圖方法,分析30年來長江流域棉花區域試驗中通過國審的棉花品種的分類特征,從棉花品種改良的歷史視角探索棉花品種類型和特征的演化趨勢,為制定當前棉花品種選育目標和品種審定方法提供理論依據。【方法】依據國家棉花品種審定標準中的品種評分方法,賦予產量性狀、纖維品質性狀、抗病性和早熟性等指標相應的權重,構建統一的棉花品種多性狀綜合評價指數。采用GGE雙標圖的“品種-性狀”功能圖分析53個國審棉花品種與籽棉產量、皮棉產量、鈴重、結鈴數、衣分、子指、纖維長度、比強度、馬克隆值、枯萎病指、黃萎病指、霜前花率、株高、果枝數和評價指數等15個性狀的互作模式,并據此進行品種類型劃分和特征分析。數據來源于1981—2012年長江流域國家棉花區域試驗。根據對照品種的不同,將歷年區域試驗分為5個時期,分析各時期內審定品種類型的比例和總體評價指數的變化動態。【結果】GGE雙標圖的“品種-性狀”功能圖分析表明,棉花育種目標性狀間存在著復雜的相關關系,有必要采用評價指數方法對品種進行綜合評價。依據國家棉花品種審定標準中的品種評分方法構建了通用的品種評價指數公式:EI=0.400×皮棉產量+0.129×比強度+ 0.086×(纖維長度+馬克隆值+黃萎病)+ 0.114×枯萎病 + 0.100×霜前花率。依據品種和性狀在GGE雙標圖中的互作模式和品種間的空間關系,將53個國審品種劃分為性狀特征差異顯著的4個品種類型。Ⅰ型為“高產-鈴多-品質較優”類型,Ⅱ型為“高產-大鈴-高馬值”類型,Ⅲ型為“優質-中產-小鈴”類型,而Ⅳ型為“弱勢品種”類型。各品種類型依據評價指數的排序為Ⅰ型品種>Ⅱ型品種>Ⅲ型品種>Ⅳ型品種。品種類型的變化動態研究表明,Ⅳ型品種只出現在泗棉3號時期之前;Ⅲ型品種出現在泗棉3號和湘雜棉2號時期;Ⅰ型品種比例從泗棉3號時期逐年上升,到鄂雜棉10號時期比例回落;Ⅱ型品種開始于湘雜棉2號時期,其后呈上升趨勢。【結論】利用GGE雙標圖和品種評價指數將53個國審棉花品種合理地劃分為4個品種類型,各品種類型特征差異顯著,充分展示了30年來長江流域棉花品種改良的成效和發展趨勢。長江流域的棉花育種和品種審定中應更注重對馬克隆值的改良和評價,以促進棉花豐產性和纖維品質的協調發展。
    耕作栽培·生理生態
    中國南方雙季稻春季冷害動態監測
    程勇翔,王秀珍,郭建平,趙艷霞,黃敬峰
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4790-4804.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.003
    摘要 ( 279 )   HTML ( 1 )   PDF (8652KB) ( 352 )   收藏
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    【目的】利用星地多源數據,在南方雙季稻種植區空間信息提取、雙季稻發育期動態圖組制作及研究區逐日平均溫度反演的基礎上,結合冷害監測指標,實現多要素相協同的南方雙季稻春季冷害動態監測,為農業部門及時準確地應對雙季稻冷害,減少冷害損失提供技術支持。【方法】利用南方雙季稻區190個氣象站點1951—2011年逐日氣溫數據,計算各站點≥10℃的多年平均積溫。根據各站點多年平均積溫與其地理因子的相關關系,建立多年平均積溫推算模型。通過所獲模型得到研究區積溫空間分布圖。按照南方雙季稻安全生產積溫閾值≥5 300·d的指標,扣除研究區內積溫小于該值的區域,制作南方雙季稻積溫區劃圖。利用 MODIS MCD12Q1 分類產品獲取了 2001—2010 年 10 年的谷類作物分布圖。將以上兩步結果疊加求交集,提取南方雙季稻種植區空間信息;利用南方雙季稻區167個農業試驗觀測站點1981—2011年的水稻發育期資料,計算各個站點雙季早稻主要發育期出現的多年平均日期。依據發育期多年平均日期與地理因子的相關性,獲取各主要發育期回歸擬合分布圖。在擬合結果殘差訂正的基礎上,將南方雙季稻春季冷害重點監測時段前后兩幅發育期靜態圖,通過EVNI+IDL編程,制作雙季早稻發育期動態圖;利用AMSR_E_L2A 89 GHz升軌和降軌垂直極化亮溫、地理因子與氣象站日平均氣溫建立多元混合回歸擬合模型,通過所獲模型反演研究區2010年2—5月逐日平均氣溫。【結果】對研究所建多年平均積溫推算模型,利用未參與建模的90個氣象站觀測數據進行驗證,觀測值與模型模擬結果之間的均方根誤差(RMSE)為289℃,這一估測精度能夠滿足研究所需。雙季稻積溫區劃與MODIS土地利用分類結果疊加求交集,提取的雙季稻種植區面積占研究區總面積的29.26%。通過該步驟一方面提升了雙季稻冷害監測結果的使用價值。另一方面,可使雙季稻冷害實時監測在還沒有獲取當年準確種植位置信息前就能有效開展起來;對研究所獲南方雙季稻春季冷害重點監測時段(早稻播種期至返青期)兩幅發育期靜態圖,采用未參與建模的 59 個農業試驗站觀測數據進行驗證,觀測值與模型模擬結果之間的均方根誤差(RMSE)分別為5.68和4.24 d,模型精度符合要求,試驗結果可以于后續分析;研究將遙感數據與地面數據相結合通過混合建模反演逐日氣溫,該方法充分利用了微波遙感受天氣影響小的特點,克服了南方常年多云的天氣條件,使模擬的日平均氣溫的RMSE為1.69℃。微波數據的加入使日平均氣溫估計精度提高了0.35℃。研究對2010年南方雙季稻春季冷害的動態監測結果與農業統計部門報道的當年南方雙季早稻冷害在發生時間和空間上相吻合。【結論】本研究建立的冷害監測方法具有普適性,能夠實現對南方雙季稻大范圍冷害的同步跟蹤監測,對其他作物大范圍冷害監測同樣也適用。
    東北地區玉米主要氣象災害風險評價與區劃
    高曉容,王春乙,張繼權,溫煦
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4805-4820.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.004
    摘要 ( 283 )   HTML ( 2 )   PDF (5944KB) ( 614 )   收藏
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    【目的】東北地區是中國重要的糧食生產基地,冷害、干旱、澇害是造成該地區玉米產量不穩定的主要氣象災害,本文旨在準確、定量評估東北玉米不同發育階段和生育期主要氣象災害風險,為區域農業生產規劃、氣象災害的預防和減輕提供科學依據。【方法】基于自然災害風險理論和農業氣象災害風險形成機理,利用構建的東北玉米發育階段主要氣象災害風險評價指標體系、發育階段及生育期主要氣象災害風險評價模型,對播種—七葉、七葉—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟4個發育階段冷害、干旱、澇害的危險性,承災體的暴露性和脆弱性,人類防災減災能力4要素分別進行評價,對發育階段及生育期主要氣象災害風險進行評估,利用系統聚類方法對評價結果進行區劃。【結果】發育階段冷害危險性大致由西向東遞增,基本呈帶狀分布,生育早期,冷害危險性中高值區主要分布在長白山地和黑龍江東南部;生育后期,冷害危險性中高值區主要位于長白山地、黑龍江研究區東南及北部地區。4個發育階段干旱危險性均大致由東向西或由東南向西北遞增,呈帶狀分布。發育階段澇害危險性具有明顯的區域差異,遼寧東南部為澇害易發區,播種—七葉,整個研究區澇害危險性較低,發生澇害的可能性較小;后3個發育階段,澇害危險性高值區主要分布在遼寧東南部。播種—七葉,主要氣象災害風險呈東北—西南走向的帶狀分布,中低值區分布在東北地區中部,中高值區主要分布在東北地區西部和東部。七葉—抽雄,主要氣象災害風險基本由東北向西南方向遞增,中低值區主要分布在黑龍江、吉林中部和東北部,中高值區主要分布在東北地區西部、吉林東南部、遼寧東部和南部,抽雄—乳熟、乳熟—成熟及生育期,主要氣象災害風險基本由東向西遞增,中高值區主要位于黑龍江研究區西部、吉林西部及遼寧大部分地區。播種—七葉,主要氣象災害高風險區分布在青岡、東寧、白城、乾安、長白,大部分地區為中等風險;七葉—抽雄,高風險區分布在遼寧東南部的寬甸、岫巖、莊河;前兩個發育階段,高風險區零星分布或者區域面積較小。抽雄—乳熟、乳熟—成熟及生育期,高風險區域面積增大,呈片狀分布在黑龍江研究區西部、吉林西部及遼寧東部的寬甸、岫巖。【結論】東北玉米不同發育階段和生育期冷害、干旱、澇害主要氣象災害風險呈不同的分布形式。前兩個發育階段高風險區域較小;后兩個階段及生育期,高風險區域面積增大,呈片狀分布在黑龍江研究區西部、吉林西部及遼寧東部的寬甸、岫巖。
    植物保護
    利用酵母雙雜交篩選與蘋果褪綠葉斑病毒CP互作的寄主因子
    何乙坤,鐘敏,胡同樂,王樹桐,段豪,丁麗,王亞南,曹克強
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4821-4829.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.005
    摘要 ( 265 )   HTML ( 1 )   PDF (1487KB) ( 685 )   收藏
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    【目的】利用酵母雙雜交系統篩選與蘋果褪綠葉斑病毒(Apple chlorotic leaf spot virus, ACLSV)外殼蛋白(coat protein, CP)互作的寄主因子,利用生物信息學方法分析其在病毒與寄主互作過程中可能發揮的作用。【方法】首先構建ACLSV CP的酵母雙雜交誘餌載體pGBKT7-CP,轉化至酵母菌株Y2H gold中,測定轉化菌在SD/-Trp、SD/-Trp/-His和SD/-Trp/-Ade-X-α-Gal平板上的生長情況,從而判斷其在酵母雙雜交過程中對報告基因的自激活活性。將pGBKT7-CP及pGBKT7分別轉化至酵母菌株Y2H gold,培養不同時間后,用紫外分光光度計測定OD600值,分析pGBKT7-CP對酵母菌生長的影響;然后通過順序轉化的方法自前期已構建好的蘇俄蘋果(Malus sylvestris cv. R12740-7A)cDNA文庫中釣取與ACLSV CP互作的因子,最終在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp/X-α-Gal平板上篩選生長良好的藍色陽性菌落,測定序列,并在GenBank中對其進行BLAST分析,根據基因注釋推斷其在病毒與寄主互作過程中可能發揮的作用。【結果】成功構建了酵母雙雜交誘餌載體pGBKT7-CP,轉化至酵母菌株Y2H gold后,轉化菌只能在SD/-Trp平板上正常生長,不能在SD/-Trp/-His和SD/-Trp/-Ade-X-α-Gal平板上生長,表明重組質粒自身不能激活報告基因His及Ade的表達,沒有自激活活性。酵母雙雜誘餌載體pGBKT7-CP與對照空質粒轉化菌生長情況相似,證明誘餌載體對酵母菌沒有毒性;篩選到了69個互作寄主基因,包括轉錄因子活性、碳固定活性、細胞內鐵離子平衡、防御反應、水解酶活性、氧化酶活性、氧化還原酶活性、光系統II組件、綁定蛋白等10類蛋白,經生物信息學分析,其中8個寄主基因(Malus3-1、Malus4-2、Malus4q1、Malus31-3、Malus49q2、Malus15-1、Malus6-2、Malus91-4)可能在病毒與寄主互作過程中起重要作用。【結論】分析篩選到的重要寄主蛋白功能,推測ACLSV CP與BZIP類、MYB類轉錄因子、病程相關蛋白(PR-5、PR-8、PR-10)互作,可能調控了寄主對病毒的抗性作用;與光系統II(PSII)的穩定性/裝配因子蛋白、鐵結合蛋白互作,影響植物光系統的穩定性及葉綠素的形成,從而降低光合作用。這將為揭示ACLSV導致寄主產生褪綠葉斑及樹體衰退的原因提供理論依據。

    亞洲小車蝗卵過冷卻能力與小分子糖醇及氨基酸的關系
    李娜,周曉榕,龐保平
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4830-4839.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.006
    摘要 ( 183 )   HTML ( 1 )   PDF (478KB) ( 393 )   收藏
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    【目的】亞洲小車蝗(Oedaleus asiaticus)是中國北方草原區和農牧交錯區發生危害最嚴重的蝗蟲之一,一年一代,以卵在土壤中越冬。通過測定亞洲小車蝗卵不同發育階段及低溫馴化后卵的過冷卻點及體內小分子糖醇和氨基酸含量,以揭示亞洲小車蝗卵抗寒性的生理生化機理。【方法】從四子王旗葛根塔拉草原采回亞洲小車蝗成蟲,置于產卵籠內用玉米葉飼養,每日收集卵囊。將卵囊放入盛有土壤的塑料杯中后,置于25℃恒溫條件下進行培養,以獲得不同發育階段的卵。同時,將當天產下的卵囊置于0℃低溫培養箱中進行低溫馴化,以獲得不同馴化時間的卵。采用熱電偶法測定卵的過冷卻點,分別采用高效液相色譜法和氨基酸自動分析儀測定小分子糖醇和氨基酸含量。【結果】在25℃的恒溫條件下,從卵產出至產后120 d,亞洲小車蝗卵的過冷卻點逐漸降低,氨基酸總量變化不顯著,而小分子糖醇含量變化顯著。在蝗卵內共檢測到17種氨基酸,其中谷氨酸含量最高(7.20—8.35 mg·100 mg-1),其次為天冬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、酪氨酸、纈氨酸和丙氨酸,胱氨酸和蛋氨酸含量最低(0.51—0.88 mg·100 mg-1)。過冷卻點與脯氨酸、丙氨酸及甘氨酸含量呈負相關關系,而與天冬氨酸、胱氨酸及亮氨酸含量呈正相關關系。在亞洲小車蝗卵內均檢測到6種小分子糖醇,其含量在不同發育階段均差異顯著。其中,甘油含量最高(56.14—160.00 μg·g-1),其次為海藻糖(13.60—51.13 μg·g-1)和山梨醇(3.14—72.30 μg·g-1,再次為肌醇(3.19—22.15 μg·g-1)和葡萄糖(3.59—25.40 μg·g-1),果糖含量最低(1.28—11.33 μg·g-1)。隨著卵的發育,卵體內海藻糖、甘油、肌醇和山梨醇的含量上升,葡萄糖含量下降,而果糖含量在產卵后90 d內處于升高趨勢,120 d時急劇下降。除果糖外,過冷卻點與甘油、海藻糖、肌醇及山梨醇含量達到了顯著的負相關關系,而與葡萄糖含量呈顯著的正相關關系。0℃低溫馴化卵30 d后,其過冷卻點與對照相比差異不顯著。60 d后,其過冷卻點顯著降低了1.28℃,甘油含量增加了43.01%,而葡萄糖含量降低了73.54%。馴化90 d后,其過冷卻點顯著降低了2.15℃,甘油和肌醇含量比對照分別增加了49.39%和36.18%, 而葡萄糖含量降低了87.98%。低溫馴化對海藻糖、山梨醇和果糖含量影響不顯著。【結論】隨著亞洲小車蝗卵的發育,其體內甘油、海藻糖、肌醇和山梨醇等4種小分子糖醇及甘氨酸、脯氨酸和丙氨酸等3種氨基酸含量顯著上升,而過冷卻能力逐漸增強。0℃低溫馴化引起蝗卵內甘油和肌醇含量顯著上升,過冷卻能力提高。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    模擬條件下不同耕作措施和雨強對地表糙度的影響
    梁心藍,趙龍山,吳佳,吳發啟
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4840-4849.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.007
    摘要 ( 224 )   HTML ( 1 )   PDF (1517KB) ( 405 )   收藏
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    【目的】研究不同耕作措施和降雨強度下地表高程和糙度的空間分布特征以及降雨前后二者的變化,以探討不同耕作措施和降雨強度對坡耕地地表糙度的影響。【方法】人工降雨條件下,模擬人工鋤耕、人工掏挖、等高耕作3種耕作措施和對照組直型坡,測量、計算并分析了各坡面高程信息和地表糙度的空間分布特征以及降雨前后二者的變化。【結果】降雨前坡面的高程空間分布在不同耕作措施之間具有顯著性差異。直型坡高程的統計方差最小,高程分布最集中;與直型坡相比,等高耕作坡面高程的統計方差最大,高程分布最離散;其次是人工掏挖和人工鋤耕坡面。雨前地表糙度大小為等高耕作>人工掏挖>人工鋤耕>直型坡。降雨能顯著改變地表糙度值的大小,并呈現同一耕作措施隨雨強增大地表糙度值改變越多的規律。降雨后等高耕作、人工掏挖和人工鋤耕這三種措施的地表糙度均呈減小趨勢,同一雨強下,等高耕作糙度減小最多,人工掏挖次之,人工鋤耕糙度減小最少。直型坡的地表糙度在雨后卻有所增加,在60、90和120 mm·h-1雨強下,直型坡雨后糙度分別增加了10.9%、22.5%和36.5%。雨后各措施地表糙度值均改變,但仍為等高耕作>人工掏挖>人工鋤耕>直型坡。【結論】耕作措施是形成坡耕地地表糙度的主要原因,不同的耕作方式造成地表起伏狀態的差異,使不同耕作措施下的地表糙度具有空間異質性。降雨作用會減小各耕作坡面的地表糙度,增加對照組的地表糙度,且隨降雨強度增大,地表糙度變化越劇烈。耕作措施造成的地表初始糙度越大,降雨對糙度的減小作用越顯著。但人工鋤耕、人工掏挖和等高耕作3種耕作措施對地表糙度的影響大于降雨對地表糙度的影響。
    鄂東南崩崗洪積扇土壤物理性質空間分異特征
    鄧羽松,丁樹文,蔡崇法,呂國安,夏棟,朱蕓
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4850-4857.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.008
    摘要 ( 154 )   HTML ( 1 )   PDF (359KB) ( 394 )   收藏
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    【目的】研究崩崗洪積扇農田土壤顆粒組成、容重、土壤孔隙度、土壤持水情況、有機質并分析它們之間的相互關系,同時探索崩崗洪積扇農田土壤物理性質空間分異規律,不僅有利于農業用地規劃,也為崩崗洪積扇農田土壤改良提供理論依據,對山區農林業生產具有重要的意義。【方法】運用野外調查結合室內分析的方法,以通城縣楊壟小流域崩崗洪積扇農田為研究對象,選定水田和旱地兩種洪積扇土地利用方式,分別采集洪積扇農田扇頂、扇中、扇緣以及對照4個區域測定其土壤物理性質,運用Pearson相關系數分析法對各指標之間的內在聯系進行探究,研究崩崗對洪積扇農田的影響規律。【結果】崩崗侵蝕導致洪積扇農田土壤嚴重沙化,土壤結構性惡化。洪積扇農田土壤粗顆粒物質(礫石和砂粒)平均比對照區多75.89%,土壤細顆粒物質(粉粒和黏粒)平均比對照區減少39.13%。土壤有機質含量減少,洪積扇土壤有機質含量平均比對照區減少58.70%;容重增大,相對對照區平均增加0.25 g·cm-3;土壤孔隙度均小于對照區,飽和持水性和毛管孔隙度顯著低于對照區。同時,沿著洪積扇扇緣到扇頂,土壤礫石和砂粒含量呈現逐漸增加,而粉粒和黏粒含量逐漸減少,容重隨之增大,土壤孔隙度減少,持水性能也逐漸減弱,有機質逐漸減少的趨勢。相關性分析得出,土壤容重與有機質含量呈極顯著的負相關(R=-0.907**),土壤容重與土壤孔隙性和土壤持水特性呈極顯著的負相關,總孔隙度、毛管孔隙度與土壤持水特性均呈極顯著的正相關,非毛管孔隙度與各物理性質之間沒有明顯的相關性。土壤各粒級大小與土壤容重、土壤持水性指標、總孔隙度和毛管孔隙度之間呈顯著或極顯著相關性。【結論】崩崗侵蝕發生后,洪積扇農田以土壤顆粒組成、有機質、土壤容重、孔隙度以及持水性能為代表的土壤物理性質退化嚴重。此外,崩崗洪積扇農田土壤物理性質存在空間分異規律,離扇頂越近,土壤物理結構性越差。洪積扇農田土壤指標間存在息息相關的聯系,尤其是土壤顆粒組成和其他物理性指標之間的關系,突出了改良洪積扇土壤從土壤顆粒方面入手是可行的,如采取客土法和深耕法可有效改良被侵蝕的土壤結構。研究結果為明確洪積扇農田土壤物理性質提供了依據,為改良崩崗洪積扇土壤結構性奠定了基礎,對農業生產和提高農業經濟效益有重要意義。
    幾種保護措施對紅壤坡地水文過程及干旱的影響
    林麗蓉,陳家宙,王峰,鄧盛華
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4858-4867.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.009
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    【目的】中國亞熱帶紅壤坡地的農業生產受水蝕與季節性干旱雙重影響,水蝕與季節性干旱之間的水文聯系仍然不明確。本研究探索農田常用保護措施如何影響紅壤坡地的雨旱季水文過程和土壤-作物水分脅迫,為更有針對性地選擇農田管理措施提供依據。【方法】 2008—2010年在湖北咸寧第四紀紅色粘土母質發育的紅壤8°坡地上開展大田試驗,設置無保護措施或對照(CK)、牧草帶(GS)、地表施用聚丙烯酰胺(PAM)、地表覆蓋稻草(SM)4種處理,第一年和后兩年分別以花生(白沙1018)和玉米(登海3632)為供試作物,研究不同處理的地表產流和產沙、土壤儲水、土壤-作物干旱、作物產量。【結果】當降雨量相近時,降雨強度越大產流、產沙量一般也越大;總體上,產流、產沙量均為CK>PAM>GS>SM,4種處理的水蝕程度依次降低;與CK比較,3種保護措施平均減少產流量36.6%,減少產沙量52.7%,減少產沙量的作用更明顯。0—45 cm土壤儲水量動態變化在雨旱季的特征明顯不同。總體上,土壤儲水量在雨季呈升高趨勢,在旱季呈下降趨勢;處理間差異隨降雨持續而減小,隨無雨期延長而增大。雨旱季土壤儲水量最高的和波動變化最小的均為SM處理,其次是PAM處理,GS和CK處理的土壤儲水量最接近。旱季持續干旱階段,0—15 cm土壤干旱程度D值隨土壤干旱的持續逐漸增大;兩年D值均為CK>GS>PAM>SM,4種處理的土壤干旱程度依次減小。受氣候、作物生長期及保護措施的共同影響,作物脅迫積溫SDD值的增加過程及處理間差異的變化都表現出明顯的階段性,整個旱季的SDD值均為CK>GS>SM和PAM,4種處理的作物水分脅迫依次減小。作物產量是SM和PAM>GS和CK。與CK比較,GS、PAM、SM 3種處理分別使2008年的花生增產19.3%、33.0%、27.3%;對于2009年的玉米產量,GS處理減產0.5%,PAM、SM處理分別增產17.1%和36.3%。不同保護措施對干旱的影響不同,GS因自身耗水而不能明顯緩解土壤-作物干旱;PAM主要通過減少蒸散發來減輕土壤-作物干旱;SM明顯增加土壤雨季儲水和減少旱季土壤水分耗失,因此有效緩解土壤-作物干旱。【結論】GS、PAM、SM 3種農田保護措施在紅壤坡地上都能夠阻控水蝕和緩解季節性干旱,但作用途徑、特點、程度不同,雨季減少產流量和增加土壤儲水量的作用有限,增加雨季土壤儲水的作用小于其減輕旱季土壤-作物水分脅迫的作用。
    園藝
    蘋果抗性相關的谷胱甘肽轉移酶基因MdGSTU1的生物信息學和表達分析
    安秀紅,徐鍇,厲恩茂,李壯,李敏,劉志,程存剛
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4868-4877.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.010
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    【目的】克隆蘋果(Malus domestica Borkh.)中抗蘋果輪紋病相關的編碼谷胱甘肽轉移酶基因MdGSTU1,研究其在不同組織器官及不同逆境處理條件下的表達特性,為解析該基因的抗逆功能奠定基礎。【方法】基于抗輪紋病相關的EST序列,通過在NCBI進行比對,得到一個谷胱甘肽轉移酶(GST)基因相關的EST片段;然后在蘋果基因組數據庫中進行比對,獲得該GST的編碼框序列(coding sequence,CDS),同時,設計RACE引物,克隆該基因的UTR序列;利用MEGA5.0軟件對該GST蛋白與擬南芥GST家族蛋白成員進行系統進化樹分析,使用DNAMAN軟件對該蛋白的分子量、等電點等進行預測,并對其氨基酸序列進行分析;采用熒光定量PCR檢測該基因在不同組織中的表達以及該基因在鹽、模擬干旱和蘋果斑點落葉病原菌處理條件下的表達特性;克隆該基因的啟動子,利用PlantCARE軟件在線分析該基因啟動子上的順式作用元件。【結果】進化樹分析顯示該GST與擬南芥中GST家族的U亞家族成員親緣關系最近,故被命名為MdGSTU1MdGSTU1的CDS為666 bp,編碼221個氨基酸殘基,其蛋白分子量為25.41 kDa,等電點為5.28;RACE結果顯示該基因3'UTR區域為135 bp;蛋白序列及結構分析顯示,其與擬南芥GST家族蛋白相同,該蛋白也包含保守的谷胱甘肽-S-轉移酶的N端及C端結構域;PCR結果顯示,MdGSTU1在根、莖、葉、花、果各組織中均有表達,但根中的表達水平最高,同時,該基因能夠被150 mmol·L-1 NaCl和20%的PEG誘導表達,均在1 h時表達量達到最高值;另外,蘋果斑點落葉病原菌也能誘導MdGSTU1的表達,表達量在病菌處理8 h時達到最大;啟動子分析顯示MdGSTU1啟動子區域含有多個抗性相關的作用元件,其中包括ABA響應元件、厭氧響應元件、GA響應元件、SA響應元件、JA響應元件以及防御和逆境響應元件;此外,該啟動子上還包含多個MYB轉錄因子結合位點。【結論】MdGSTU1屬于植物tau亞家族(GSTU)成員,生物及非生物逆境脅迫均可誘導該基因的表達。
    南高叢越橘品種‘Sapphire’和北高叢品種‘Berkeley’ 正反交后代果實糖酸組分含量的遺傳傾向
    劉有春,魏永祥,王興東,劉成,蔣明三,張舵,袁興福,陶承光
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4878-4885.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.011
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    【目的】分析越橘親本對其雜交后代果實糖酸性狀遺傳的影響,為科學選配親本提供依據。【方法】以高糖高酸的南高叢越橘品種‘Sapphire’和中糖低酸的北高叢品種‘Berkeley’為親本配置正反交組合,應用高效液相色譜(HPLC)技術對親本及其雜交后代果實中糖和酸的組分及含量進行檢測和分析。【結果】越橘果實中的果糖和葡萄糖是主要的可溶性糖組分,檸檬酸和酒石酸是主要的有機酸組分,各糖酸組分及總糖和總酸含量在正反交組合中均表現出廣泛的分離,其中糖組分及總糖的變異系數大于15%,酸組分及總酸的變異系數大于30%,酸的變異幅度大于糖的變異幅度,說明酸含量的選擇潛力大;雜交后代糖和酸含量的平均值均低于親中值,呈衰退變異,正反交后代果糖、葡萄糖及總糖含量平均值傾向低糖親本,而檸檬酸、酒石酸及總酸含量平均值傾向父本;糖含量在雜交后代中呈正態分布,表現為多基因控制的數量性狀遺傳,酸含量在雜種后代中呈偏向低酸的偏態分布,可能有主效基因存在。雜交后代糖酸性狀的廣義遺傳力(H2)存在明顯差異,果糖、葡萄糖、總糖、檸檬酸和總酸的H2較高,為0.66—0.86,其中以果糖最高,正反交組合分別為0.84和0.86,表明這些性狀的變異主要來自遺傳效應,遺傳潛能大,而酒石酸的H2最低,正反交組合分別為0.22和0.30,表明酒石酸的遺傳效應小,易受環境影響。【結論】越橘雜交后代果實糖酸組分及總糖總酸含量廣泛分離,后代平均值均低于親中值。糖呈正態分布,屬多基因控制的數量性狀,遺傳潛能大,含量趨近于低糖親本,具有一定的母性遺傳傾向;而酸呈偏態分布,含量趨向于父本,明顯受父本影響。
    壺瓶棗果實發育過程中果柄導管形態變化與裂果關系
    丁改秀,王保明,王小原,倉國營,陳曉斌1,牛興艷,紀薇,張鵬飛,溫鵬飛
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4886-4894.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.012
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    【目的】闡明壺瓶棗果實發育過程中果柄導管形態及運輸效率的變化,明確果實通過維管束系統吸水與其裂果的關系,完善棗裂果機理。【方法】以壺瓶棗(Ziziphus jujube Mill. cv. Huping)為試材,于白熟期8月19日)開始對選定棗樹進行定量灌溉處理,每7 d測定、灌溉一次,使處理組土壤含水量維持在田間最大持水量的(80±5)%,對照組的土壤含水量控制在田間最大持水量的(20±5)%。于果實發育后期分別調查降雨前9月18日)、降雨后9月22日)棗果的裂果率;分別在幼果期7月28日)、白熟期8月15日)、半紅期9月5日)和全紅期9月17日)進行采樣,跟蹤棗果實發育進程。品紅示蹤試驗中采用二次枝浸泡和棗吊浸泡兩種形式,觀察不同時期二次枝、棗吊和果柄維管束系統運輸效率的變化;取健康棗果的果柄進行石蠟切片,經FAA液固定、常規方法包埋、制作切片、番紅-固綠復染,觀察棗果果柄導管形態隨果實發育的變化規律。【結果】裂果率調查結果顯示,棗果發育后期灌溉和對照兩種處理的裂果率分別為2.60%和2.58%,二者間差異不顯著,表明充足灌溉并未引起裂果;降雨后,灌溉組和對照組處理的裂果率與降雨前相比均顯著升高,分別達到42.90%和40.80%,且兩組間差異并不顯著,表明降雨會明顯導致裂果率上升。品紅示蹤試驗結果表明,在整個果實發育期,品紅溶液均能通過二次枝順暢運送至棗吊,但能否運送至棗果與果實發育期密切相關。幼果期,品紅溶液在5 min之內便可順利輸送至棗果,且輸送數量和范圍隨著時間延長而逐漸增大;隨著果實發育,品紅運輸至棗果的難度逐漸增大,白熟期時處理40 min后僅有少許品紅輸送至棗果;至半紅期和全紅期,品紅溶液幾乎不能輸送至棗果,這表明果柄可能是品紅不能順利運輸至棗果的主要障礙。石蠟切片結果表明,幼果期正常導管所占比例為97.22%,白熟期時正常導管的比例下降至34.95%,且開始出現斷裂、退化和畸形,半紅期和全紅期正常導管的比例僅剩13%左右,導管斷裂、退化和畸形進一步加劇,并且開始出現導管堵塞現象,且全紅期導管堵塞的數量和程度均高于半紅期。【結論】壺瓶棗果實發育后期,果柄導管出現斷裂、畸形、退化、堵塞等現象,其運輸能力受損或喪失,導致根系吸收的水分難以通過“根系-枝干-二次枝-棗吊-果柄-果實”維管束系統大量進入果實,從而不會引發大量裂果。
    畜牧·獸醫
    FABP4轉基因牛的分子生物學鑒定
    趙敬賢,李娟,嚴興榮,倪和民,陳燕,張路培,高會江,許尚忠,李俊雅,高雪
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4895-4903.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.013
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    【目的】對前期獲得的3頭轉基因牛進行分子生物學評價,包括轉基因陽性鑒定、基因及蛋白表達水平的檢測,旨在進一步為轉基因牛的安全評價提供一些科學依據。【方法】根據GenBank上公布的牛FABP4基因(GenBank登錄號:NM_174314)mRNA序列,利用兼并密碼子對現有FABP4基因進行突變,并構建了pEGFP-C1-FABP4真核表達載體、通過細胞轉染、體細胞核移植、胚胎移植技術獲得3頭轉基因牛;分別采集了1號轉基因牛不同組織樣,2、3號轉基因牛與野生型個體8、10、12、14月齡的血液樣本,利用RT-PCR技術對所獲轉基因個體的陽性與否進行了鑒定;同時利用熒光定量PCR技術檢測了1號轉基因牛不同組織中外源性FABP4基因的表達情況,并分析了2、3號轉基因牛在8—14月齡之間,外源性FABP4基因、內源性FABP4基因的變化趨勢,并通過疊加轉基因牛外源與內源性FABP4基因的表達量,分析了轉基因牛和非轉基因牛FABP4基因的整體表達水平差異;通過Western blotting技術分析了3頭轉基因牛外源性FABP4基因的蛋白表達水平。【結果】對所獲得的3頭轉基因牛RT-PCR檢測發現,3頭轉基因個體各樣本均在205 bp處產生條帶,而妊娠母牛及陰性對照在205 bp處均未有條帶出現,初步表明3頭轉基因牛均為轉基因陽性。實時定量PCR檢測表明,1號轉基因牛的外源性FABP4基因在多數組織均有較高表達,其中脂肪組織表達量最高、腎臟和背最長肌次之,肺部的相對表達量極低。3號轉基因牛外源性FABP4基因的表達水平高于2號轉基因牛,且2、3號轉基因牛外源性FABP4基因的表達水平隨月齡變化均呈現先上升后下降趨勢;在內源性FABP4基因表達水平檢測中發現,外源性FABP4基因的轉入抑制了轉基因牛體內內源性FABP4基因的表達,且隨月齡變化轉基因牛體內內源性FABP4基因表達水平均呈現上升趨勢;野生型牛內源性FABP4基因的表達水平隨著月齡變化逐步下降,而轉基因牛體內內源性FABP4基因的表達量均低于野生型牛;通過對2、3號轉基因牛外源與內源性FABP4基因相對表達量的疊加分析發現,轉基因牛FABP4基因整體表達量較野生型大幅升高。蛋白表達檢測結果與mRNA檢測結果基本一致,外源性FABP4基因在1號轉基因牛除肺部外的各個組織均檢測到外源FABP4基因的蛋白表達,其中背最長肌表達量最高;3號轉基因牛蛋白表達水平高于2號轉基因牛。【結論】獲得的3頭牛均為FABP4陽性轉基因牛,且外源性FABP4基因在體內能夠正常表達,轉基因牛FABP4表達量較野生型大幅升高,同時外源性FABP4基因的轉入抑制了內源性FABP4基因的表達。
    青蒿素對山羊瘤胃發酵和微生物氮素微循環的影響
    王洪榮,秦韜,王超
    中國農業科學. 2014, 47(24):  4904-4914.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.014
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    【目的】青蒿素是天然青蒿屬植物的提取物,它很早就在中國傳統中藥中被用作抗瘧疾、抗腫瘤和驅蟲等藥物。為探討青蒿素對反芻動物瘤胃發酵、瘤胃內環境及其瘤胃微生物蛋白質循環的影響,確定青蒿素的對瘤胃發酵調控的效果和適宜添加量,為青蒿素作為一種新的瘤胃調控劑在反芻動物生產中應用提供依據。【方法】采用4只帶有瘤胃瘺管的徐淮白山羊為試驗動物,飼喂以玉米、豆粕和羊草為主組成的基礎日糧,在基礎日糧中分別添加占日糧干物質0,0.2%,0.4%和0.6%的青蒿素,進行4×4拉丁方設計試驗,研究對山羊瘤胃發酵參數、瘤胃微生物種群變化;采用DTAF熒光染料標記細菌(FLB)的一種新方法測定瘤胃原蟲吞噬細菌速率和吞噬量的影響。【結果】山羊瘤胃液中pH值平均值的范圍在6.85—7.16,在瘤胃的正常范圍內;青蒿素能夠降低NH3-N濃度,其中0.4%和0.6%兩個處理組的瘤胃液中NH3-N濃度與對照組差異顯著。青蒿素能夠提高乙酸、丙酸及、總揮發性脂肪酸(TVFA)的摩爾濃度及丙酸的摩爾濃度百分比,能降低乙酸/丙酸比,各添加組的乙酸/丙酸比顯著或極顯著低于對照組(P<0.05);隨著青蒿素添加量的增加,細菌蛋白產量增加,其中,以0.6%添加組最高,與對照組差異極顯著(P<0.01);0.4%和0.6%添加組的原蟲蛋白產量極顯著低于對照組(P<0.01);青蒿素對瘤胃液肽濃度的均值沒有顯著影響。同時,添加青蒿素后,瘤胃中細菌總數增加而原蟲總數減少,使瘤胃原蟲種屬結構變化。添加青蒿素能顯著影響原蟲對細菌的吞噬速率,對照組和添加0.2%,0.4%和0.6%青蒿素處理組的吞噬速率分別為:320.11cells/(cell h)、313.94cells/(cell h)、305.00cells/(cell h)、278.14cells/(cell h)。【結論】添加青蒿素能顯著影響瘤胃發酵類型,具有降低瘤胃中氨態氮濃度的趨勢;同時可顯著降低瘤胃中原蟲密度,增加了細菌密度,改變瘤胃中原蟲的種屬構成比例;使瘤胃內毛蟲比例顯著降低,使雙毛蟲和等毛蟲比例顯著提高。添加0.6%青蒿素能顯著降低山羊瘤胃內菌體蛋白的微循環,使山羊瘤胃原蟲吞噬速率和微生物氮循環量減少而提高飼料蛋白質的潛在利用效率。
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