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當期目錄

    2015年 第48卷 第20期 刊出日期:2015-10-20
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    谷子轉錄因子SiNF-YA6的過表達提高轉基因植株對低氮脅迫的抗性
    方廣寧,胡利芹,王二輝,薛飛洋,馬有志,徐兆師,李連城,周永斌,刁現民,賈冠清,陳明,閔東紅
    中國農業科學. 2015, 48(20):  3989-3997.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.001
    摘要 ( 462 )   HTML ( 1 )   PDF (2772KB) ( 12770 )   收藏
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    【目的】核轉錄因子Y(nuclear transcription factor Y,NF-Y)屬于一類廣泛存在于真核生物中的轉錄因子基因家族,參與植物生長發育、脅迫響應等過程,但其參與低氮脅迫響應的研究尚未報道。從抗旱及耐瘠薄的谷子中分離出一個新的NF-Y類轉錄因子基因SiNF-YA6,對其表達模式和生物學功能進行分析。【方法】通過對谷子低氮處理前后的轉錄組差異表達譜分析,鑒定出一個受低氮誘導表達明顯上調的的NF-Y類轉錄因子A亞基基因SiNF-YA6。利用DNAMAN和MEGA6.0軟件對SiNF-YA6進行系統進化樹分析;通過Real-time PCR方法分析SiNF-YA6在不同處理條件下的表達模式;并將SiNF-YA6蛋白進行亞細胞定位;通過SiNF-YA6轉化擬南芥,對SiNF-YA6的功能進行鑒定。【結果】SiNF-YA6全長714 bp,編碼237個氨基酸,包含一個由62個氨基酸組成的CBF保守域。系統進化樹分析結果表明,NF-YA類蛋白家族一共分為6個組,SiNF-YA6屬于第5組。SiNF-YA6與一個水稻NF-YA類蛋白(Os03g07880)同源性最高(77.4%)。SiNF-YA6表達模式分析結果顯示,SiNF-YA6在受到低氮脅迫時,其表達量顯著上調,在處理5 d時,其表達量達到最高,較處理前表達量上調約5倍。同時SiNF-YA6在高鹽、干旱、ABA處理條件下的表達量也呈現上升趨勢。SiNF-YA6對于SA、GA處理無明顯響應。組織特異性表達分析顯示,SiNF-YA6主要在谷子的根部表達。蛋白亞細胞定位結果顯示,SiNF-YA6主要定位于植物的細胞核及細胞膜上。低氮脅迫抗性試驗結果顯示,在未處理條件下,SiNF-YA6轉基因擬南芥與野生型擬南芥長勢無明顯差異,但在低氮(總氮含量為1 mmol·L-1)處理條件下,SiNF-YA6轉基因擬南芥的總根長及主根長均明顯高于野生型擬南芥,鮮重也明顯大于野生型植株,并達到顯著性差異(P<0.01),表明過表達SiNF-YA6顯著提高轉基因植物耐低氮脅迫的能力。下游基因表達分析結果顯示在SiNF-YA6轉基因擬南芥中氮轉運相關基因(NRT2.1NRT2.4)的表達量顯著提高。同時,SiNF-YA6轉基因擬南芥對于高鹽與干旱脅迫的抗性與野生型擬南芥無明顯差異。【結論】過表達谷子NF-Y類轉錄因子基因SiNF-YA6通過提高氮轉運基因的表達顯著提高轉基因植株在低氮條件下的抗性。
    TaNHX2大豆的耐鹽性分析
    林抗雪,劉修杰,孫石,陳莉,韓天富,侯文勝
    中國農業科學. 2015, 48(20):  3998-4007.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.002
    摘要 ( 245 )   HTML ( 1 )   PDF (1632KB) ( 346 )   收藏
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    【目的】在鹽脅迫條件下,通過對轉TaNHX2(小麥Na+/H+轉運蛋白編碼基因)大豆的鹽害表型、光合作用強度以及產量相關農藝性狀的考察,評估其生產應用潛力,以期獲得具有一定應用價值的耐鹽大豆新種質。【方法】以實驗室前期獲得并初步鑒定具有一定耐鹽性的轉TaNHX2大豆T4代株系為材料,在主莖第二片復葉完全展開時(V3期)進行草丁膦抗性、PCR和RT-PCR檢測。選取陽性植株,在主莖第三片復葉完全展開時(V4期)進行NaCl脅迫處理,處理期間觀察記錄鹽害表型;待植株長至初莢期(R3期)測定其光合作用參數;最后,分單株收獲已生長至完熟期(R8期)的大豆植株,考察其株高、節數、單株莢數、單株粒數和單株粒重。其中,昌平春播試驗點設置0、150和200 mmol·L-1 3個NaCl濃度,北圃場夏播試驗點設置0和200 mmol·L-1 2個NaCl濃度,鹽害表型觀察以及光合作用參數測定只在北圃場試驗點進行。【結果】分子鑒定表明外源TaNHX2在轉基因后代中成功轉錄表達,遺傳穩定。在無鹽脅迫條件下,轉基因與受體植株長勢相當,葉片大小相似,光合作用強度相近。而在200 mmol·L-1 NaCl溶液脅迫處理下,轉基因與受體植株均出現矮化、葉片變小、光合作用強度降低的現象,但與受體植株相比,轉基因大豆株系C12、C21和C19的矮化程度較低,葉片較大,光合作用相關參數數值較大,其中株系C12和C21與受體的凈光合速率(Pn)差異具有顯著性。另外,無鹽脅迫條件下,轉基因株系與受體品種自貢冬豆各產量相關農藝性狀數值相近,而在昌平試驗點設置的150和200 mmol·L-1 NaCl溶液脅迫下,轉基因株系各農藝性狀數值均高于受體對照,其中150 mmol·L-1 NaCl脅迫下,C12、C21和C19的單株粒重,C19的單株莢數與受體差異顯著。200 mmol·L-1 NaCl脅迫處理時,株系C12、C21和C19的單株莢數、單株粒數和單株粒重,C12和C19的株高均與受體對照品種存在顯著性差異。在北圃場試驗點設置的200 mmol·L-1 NaCl脅迫處理下,轉基因株系C12、C21和C19的株高、C19的單株粒數和單株粒重與受體對照品種具有顯著性差異。【結論】在鹽脅迫條件下,與受體對照品種相比,轉TaNHX2大豆株系C12、C21和C19鹽害程度較低,能維持較強的光合作用和一定的產量,其中株系C19在2個試驗點的產量表現均較佳,具有較大的育種應用價值。 
    中國育成黃麻主要品種間的親緣關系分析
    張加強,陳常理,駱霞虹,金關榮
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4008-4020.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.003
    摘要 ( 282 )   HTML ( 1 )   PDF (1000KB) ( 481 )   收藏
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    【目的】探討新中國成立以來中國育成黃麻主要品種間的親緣關系和遺傳多樣性。【方法】選用1949年以來,在中國有一定的推廣面積和具有清晰系譜關系資料記錄,以引進或育成的20個長果種和40個圓果種黃麻品種為供試材料,采用親緣系數與聚類分析的方法,對中國60多年來黃麻生產上歷經6次品種更替的主要品種間進行親緣關系和遺傳多樣性分析。【結果】在長果黃麻中,20份供試品種共組成190對組合,31.58%存在親緣關系,COP總和為38.5625,平均為0.0964,表明2/3的品種在系譜上的遺傳關系較少;在圓果黃麻中,40份供試品種共組成780對組合,其中50.26%存在親緣關系,COP平均為0.1179,表明50%的圓果品種存在親緣關系,有近一半的品種親緣關系相對較遠。圓果黃麻品種間的親緣關系比長果品種間的遺傳相似性更高。聚類分析較直觀地反映了新中國成立以來中國育成黃麻主要品種間的親緣關系和品種演變特點。20份供試長果黃麻品種在歐式距離值0.95處,聚為5個類群。其中,2個國外引進品種各自聚為一個類群,其余18個品種分別以翠綠、廣豐長果、巴長4號、馬里野生長果等優勢親本聚為不同的大類群與亞類群。40份供試圓果黃麻品種在歐式距離值0.90處,聚為6個類群,除了2個地方品種各自聚為一個類群外,其余38個品種分別以D154、瓊山、粵圓1號、盧濱圓果、選46等優勢親本聚為不同的大類群與亞類群。共祖先度分析表明,翠綠、廣豐長果、寬葉長果、巴長4號等品種在新中國成立以來中國長果黃麻育種中利用價值很高;D154、盧濱圓果、粵圓1號、JRC-212、選46等品種是對中國圓果黃麻培育貢獻較大的骨干親本。【結論】在黃麻育種中,利用較多的資源是廣豐長果、寬葉長果、粵圓1和早期引進的D154、JRC-212等少數骨干親本,而近年引進的品種資源相對較少,由此導致現有黃麻品種遺傳基礎狹窄。在以后的育種工作中需加強黃麻種質資源的挖掘和引進,以提高黃麻品種的遺傳多樣性。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    水稻生產目標產量確定的理論與方法探討
    鄒應斌,夏冰,蔣鵬,謝小兵,黃敏
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4021-4032.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.004
    摘要 ( 563 )   HTML ( 12 )   PDF (625KB) ( 25994 )   收藏
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    【目的】分析探討水稻生產目標產量確定的理論與方法。【方法】根據2012—2013年在海南澄邁、廣東懷集、廣西賓陽、湖南長沙和貴州興義5個地點進行的不同施氮量(不施氮;中氮:161—176 kg·hm-2;高氮:225 kg·hm-2)、不同品種(雜交稻品種兩優培九、Y兩優1號和常規稻品種黃華占、玉香油占)大田試驗的結果,結合國內外相關文獻報道進行分析探討。【結果】大田試驗表明,即使同一基因型水稻品種的產量也存在顯著或極顯著地點間差異。在施氮條件下(中氮和高氮),各試驗地點的平均產量以興義點最高(兩優培九:13.20—13.54 t·hm-2,Y兩優1號:13.50—13.78 t·hm-2,黃華占:11.26—11.42 t·hm-2,玉香油占:11.32—11.45 t·hm-2),其次為長沙、澄邁、賓陽,而懷集點最低(兩優培九:6.66—6.71 t·hm-2,Y兩優1號:6.96—7.20 t·hm-2,黃華占:6.96—7.11 t·hm-2,玉香油占:7.35—6.86 t·hm-2)。同樣,各試驗地點的平均基礎地力產量(不施氮處理)也是以興義點最高(10.52 t·hm-2),其次為長沙、澄邁、賓陽,懷集點最低(4.53 t·hm-2)。水稻施肥產量(YF)極顯著地依賴于基礎地力產量(YS),中氮和高氮條件下的回歸方程分別為YF﹦0.814YS3.337R2﹦0.824)和YF﹦0.864YS3.094R2﹦0.839),5個地點和4個品種基礎地力產量貢獻率(基礎地力產量占施肥產量的百分率)平均為64.8%—85.5%和72.7%—79.3%。對國內外相關文獻中數據(n= 315)進行分析也顯示,水稻施肥產量與基礎地力產量呈顯著正相關關系(YF﹦1.031YS+2.421,R2=0.523),基礎地力產量貢獻率平均達到67.7%。此外,研究結果還顯示,施肥增產量與基礎地力產量貢獻率呈極顯著的負相關關系;水稻產量與植株氮素吸收量和施氮量呈顯著或極顯著的二次曲線關系。【結論】水稻目標產量的制定應因地而異,即“因地定產”。基礎地力產量是土壤肥力和氣候生產力的綜合反映,可作為水稻生產目標產量確定的依據,通過基于基礎地力產量的回歸方程來確定水稻高產栽培的目標產量。培肥土壤地力是實現水稻目標產量栽培的重要舉措。
    用PLS算法由HJ-1A/1B遙感影像估測區域冬小麥理論產量
    譚昌偉,羅明,楊昕,馬昌,嚴翔,周健,杜穎,王雅楠
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4033-4041.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.005
    摘要 ( 223 )   HTML ( 3 )   PDF (1616KB) ( 543 )   收藏
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    【目的】作物遙感估產是遙感技術在農業生產中研究與應用的重點領域,能夠向大田區域生產提供及時可靠的產量信息,準確地估測作物產量,對于確保國家糧食安全,制定社會發展規劃,指導和調控宏觀種植業結構調整,提高涉農企業與農民的經營管理水平具有重要意義,為進一步提高遙感估產精度,顯示國產影像在農業估產中的應用效果。通過篩選冬小麥理論產量的敏感遙感變量,構建基于國產影像的理論產量遙感估測模型,實現區域冬小麥理論產量遙感估測,為及時了解不同生態區域冬小麥產量豐欠變化趨勢提供參考。【方法】以2010年4月26日、2011年4月28日、2012年4月28日和2013年5月2日冬小麥開花期四景HJ-1A/1B影像為遙感數據,提取出13個遙感變量,以江蘇省泰興、姜堰、儀征、興化、大豐5縣作為試驗采樣區,于各實驗區選取具有代表性的樣點進行采樣,并于室內進行測定,將335個實測的冬小麥理論產量樣本按3﹕2比例分成建模集和驗證集樣本,依據估算殘差平方和處于最小值確定模型所需主成分數,將決定系數、均方根誤差和相對誤差為模型評價參數,利用建模集樣本分析了衛星遙感變量與冬小麥理論產量的定量關系,運用偏最小二乘回歸算法構建及驗證了以理論單產為目標的多變量遙感估產模型,將其算法模型估產效果與線性回歸算法和主成分分析算法模型進行比較,并制作了冬小麥理論產量空間等級分布圖。【結果】理論產量與所選的大多數遙感變量間關系密切,且多數遙感變量兩兩間具有極顯著的多重相關性;理論產量偏最小二乘回歸模型的最佳主成分數為4,且結構加強色素植被指數、歸一化植被指數、綠色歸一化植被指數和植被衰減指數為理論產量遙感估測的敏感變量;經建模集和驗證集評價,理論產量估測模型的決定系數分別為0.79和0.76,均方根誤差分別為720.45和928.05 kg·hm-2,相對誤差分別為11.45%和13.92%,且估測精度比線性回歸算法分別提高了25%以上和27%以上,比主成分分析算法分別提高了15%以上和16%以上,說明偏最小二乘回歸算法模型估測區域理論產量的效果明顯好于線性回歸和主成分分析算法,且具有較強的應用能力。【結論】該模型應用結果與冬小麥理論產量實際區域分布情況相符合,為提高遙感對區域冬小麥理論產量的估測精度提供了一種有效途徑,有利于大面積應用和推廣。
    利用河南-海南兩地三季生態差異鑒定玉米品種豐產穩產性
    黃連富,董朋飛,李鴻萍,李潮海
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4042-4055.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.006
    摘要 ( 302 )   HTML ( 1 )   PDF (903KB) ( 382 )   收藏
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    【目的】加快高產穩產廣適性玉米雜交種的篩選鑒定。【方法】在河南鄭州-海南三亞設置6種鑒定試驗環境,于2011—2012 年對11個玉米新品種(組合)進行3個生產周期的試驗研究,通過與2011年河南9個試驗點鑒定試驗結果的對比,研究了兩地生態環境條件的差異以及兩地三季玉米主要性狀的生態穩定性和相關性。【結果】河南-海南兩地生態環境條件差異較大,與河南相比,玉米生長期間海南一期和海南二期光照時數較河南分別增加2.69%和11.17%,平均溫度分別增加-0.39%和11.02%,降雨量分別減少15.49%和8.15%。兩地的能量來源河南以短波輻射為主,海南一期、海南二期以長波輻射為主。11個品種(組合)生育期海南一期、海南二期平均分別較河南延長5.7 d和縮短7.02 d。玉米主要性狀在兩地的表現存在一定的相關關系。利用海南的自然條件可對品種的生育期、株高、穗粗、禿尖長、穗行數、雄穗分枝、穗位葉長和基部第三莖節長進行有效鑒定,且除出籽率之外,在海南二期選擇更有效。對穗位高、穗長、行粒數、穗粒數、千粒重、產量、莖節數、穗位葉寬、基部第三節莖粗等的選擇標準應適當放寬,選擇應以河南為主。青枯病、銹病適合在海南鑒定,葉斑病、粗縮病適合在河南鑒定。鑒定結果河南-海南兩地表現一致。6種鑒定試驗環境中,河南適宜密度、海南二期旱瘠處理鑒定效果最好,兼具較強的鑒別力和較好的代表性,海南二期正常管理和海南一期正常管理次之,河南高密度和海南一期旱瘠處理適合淘汰穩定性差的品種。不同品種產量在各鑒定環境條件下表現差異較大。僅僅利用一種生態環境或者任意一種鑒定環境都不能對品種的綜合性能進行很好地評價。【結論】在海南對玉米新品種(組合)部分性狀的選擇是有效的,利用河南-海南一年兩地三季相結合的方法能夠對玉米新品種(組合)的豐產穩產性進行更有效地鑒定。
    植物保護
    微黃青霉ZF1及其代謝產物對禾谷鐮孢的抑菌活性
    蘇前富,賈嬌,孟玲敏,李紅,張偉,晉齊鳴,叢斌
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4056-4063.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.007
    摘要 ( 215 )   HTML ( 3 )   PDF (2308KB) ( 317 )   收藏
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    【目的】對前期從土壤中篩選獲得的1株具有生防效果的微黃青霉(Penicillium minioluteum)ZF1,進一步分析其對禾谷鐮孢(Fusarium graminearum)的抑菌效果,以及其培養濾液與化學藥劑混配的抑菌能力和對玉米葉片、籽粒的侵染能力,明確該生防菌的開發利用價值,為防治禾谷鐮孢引起的玉米莖腐病和穗腐病提供依據。【方法】采用菌絲生長速率法測定微黃青霉ZF1對禾谷鐮孢的抑菌能力,微黃青霉ZF1培養濾液對禾谷鐮孢的抑菌作用;通過玻璃紙法測定微黃青霉ZF1次生代謝產物對禾谷鐮孢菌落生長的影響;比較咯菌腈、微黃青霉ZF1菌株培養濾液及咯菌腈和培養濾液混配3個處理對禾谷鐮孢菌絲生長的抑制作用;分別在5葉期和乳熟期檢測微黃青霉ZF1對玉米葉片和籽粒的侵染能力。【結果】微黃青霉ZF1能夠明顯抑制禾谷鐮孢生長,抑制作用達到81.33%,抑菌面積為16.21 cm2;去玻璃紙PDA培養基上,ZF1菌株次生代謝產物對禾谷鐮孢生長的抑制作用達到55.46%;菌株培養濾液稀釋10、20、50和100倍后對禾谷鐮孢菌抑制作用分別為81.04%、64.46%、22.67%和1.12%,但微黃青霉培養濾液對禾谷鐮孢菌絲形態影響不明顯;咯菌腈和微黃青霉菌培養濾液復配后對禾谷鐮孢的抑制作用比二者單獨使用有所增強,咯菌腈抑制禾谷鐮孢菌絲生長的EC50和EC95值分別為0.0162和0.5287 μg·mL-1;10%微黃青霉菌培養濾液和0.5 μg·mL-1咯菌腈對禾谷鐮孢的抑制率分別為86.45%和95.13%,二者復配后降低了對禾谷鐮孢菌絲生長的EC50和EC95值,延長了作用時間,EC50和EC95值分別為0.0023和0.4011 μg·mL-1,培養4 d后咯菌腈抑菌作用喪失,而0.5 μg·mL-1咯菌腈與10%微黃青霉菌培養濾液復配后較0.5 μg·mL-1咯菌腈單獨作用時間延長了10 d。接種微黃青霉至玉米葉片和受傷的玉米籽粒,僅在葉片表面和傷口處產生微寄生霉層。【結論】微黃青霉ZF1菌株及其培養濾液對禾谷鐮孢均有明顯的抑制作用,咯菌腈和培養濾液復配對禾谷鐮孢的抑制作用優于單獨使用咯菌腈的處理。研究結果可為微黃青霉菌的開發應用提供依據,為禾谷鐮孢莖腐病和穗腐病的防治開辟新途徑。

    芽孢桿菌的抑菌活性與其產脂肽類抗生素的相關性
    向亞萍,陳志誼,羅楚平,周華飛,劉永鋒
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4064-4076.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.008
    摘要 ( 233 )   HTML ( 3 )   PDF (780KB) ( 562 )   收藏
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    【目的】明確55株芽孢桿菌(Bacillus spp.)菌株對3個植物病原真菌(小麥紋枯病菌Rhizoctonia cerealis、小麥赤霉病菌Fusarium graminearum、西瓜枯萎病菌Fusarium oxysporum f. sp. niveum)抑菌活性及與其產生的脂肽類抗生素種類的定性定量關系。【方法】采用平板對峙培養分別測定55株芽孢桿菌活體菌及其脂肽類抗生素粗提物對3個真菌的抑菌活性;根據脂肽類抗生素合成相關基因序列srfA、ituA和fenA對55株芽孢桿菌進行PCR擴增;采用質譜及液相色譜分析55株芽孢桿菌脂肽類抗生素的種類、數量。【結果】55株芽孢桿菌菌株及其脂肽類抗生素粗提物對3個病原真菌均具有一定的抑菌活性,其中16.5%菌株脂肽類粗提物的抑菌活性比活體菌的強,55.8%菌株粗提物的抑菌活性比活體菌的弱,27.7%菌株粗提物的抑菌活性基本沒有變化。55株芽孢桿菌基因組PCR擴增結果表明,89.1%菌株含有srfA,87.3%菌株含有ituA,只有56.4%菌株中含有fenA。55株芽孢桿菌粗提物質譜檢測結果表明,53株菌株檢測到surfactins,48株檢測到iturins,只有菌株Bs916(Bacillus subtilis 916)檢測到fengycins,粗提物中沒有檢測到3種抗生素的菌株其抑菌活性較弱或者沒有。同時發現,在檢測到iturins的48株菌株中,48株均檢測到bacillomycin D,2株檢測到bacillomycin L,12株檢測到bacillomycin F、iturin A或mycosubtilin。對55株芽孢桿菌粗提物的液相色譜檢測結果表明,53株菌株檢測到surfactins;51株檢測到iturins;只有菌株Bs-916檢測到fengycins;有2株菌株未檢測到上述3種抗生素。根據iturins的色譜峰出峰時間及峰型分為4大類,命名為1、2、3和4型,4種類型的iturins對病原菌的抑菌活性強度順序為1型>2型>3型>4型。在3株菌株JCC-1、JCC-9和JCC-18中檢測到2個未知的脂肽類化合物(命名為Unknowns:Unknown1、2)的質譜峰。【結論】芽孢桿菌脂肽類抗生素是抑制植物病原真菌的主要成分,并具有多樣性;iturins結構的變化及其分泌量與抑制植物病原真菌活性有一定的相關性。芽孢桿菌還產生一些未知的脂肽類化合物。
    抗性稗草1-氨基環丙烷-1-羧酸氧化酶基因的克隆與表達分析
    董明超,楊霞,張自常,李永豐,管榮展
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4077-4085.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.009
    摘要 ( 237 )   HTML ( 1 )   PDF (4441KB) ( 15196 )   收藏
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    【目的】克隆稗草(Echinochloa crus-galli)乙烯生物合成途徑關鍵酶1-氨基環丙烷-1-羧酸氧化酶基因(EcACO),對其進行表達分析和酶活性測定,以探究稗草抗二氯喹啉酸的機理。【方法】根據轉錄組測序所得EcACO部分序列設計引物,分別從二氯喹啉酸的抗性和敏感型稗草中克隆EcACO的全長序列,用DNAman以及GeneDOC等軟件進行序列分析。用qRT-PCR方法分析抗性和敏感性稗草間的EcACO表達水平差異。最后分別將抗性和敏感性稗草EcACO的開放閱讀框(ORF)序列連接至原核表達載體pMAL-c5x中,并轉化至大腸桿菌菌株BL21,經終濃度為0.4 mmol·L-1的IPTG于18℃誘導16 h后,檢測EcACO蛋白的表達情況。采用MBP吸附柱分離純化EcACO蛋白后,通過測定乙烯釋放量,測定抗性和敏感稗草EcACO蛋白間的活性差異。【結果】克隆得到抗性稗草和敏感稗草EcACO,其編碼區序列長度為936 bp,預測蛋白含311個氨基酸殘基,蛋白分子量大小和理論等電點分別為35 kD和5.4。序列比對表明,抗性稗草EcACO氨基酸序列與粟(Setaria italica)、玉米(Zea mays)、高粱(Sorghum bicolor)同源性分別為93%、92%和91%;與敏感性稗草EcACO相比,抗性稗草EcACO的氨基酸序列存在5個突變位點,其中有3個突變位點位于保守功能域上。qPCR分析顯示,EcACO在抗性和敏感性稗草中并無明顯的表達水平差異。原核蛋白表達和酶活性測定結果表明,敏感型稗草MBP::EcACO融合蛋白單位時間內產生的乙烯釋放量是抗性稗草MBP::EcACO融合蛋白的2.15倍,因而該基因可能解釋了稗草的抗藥性機理。【結論】從抗二氯喹啉酸的稗草中克隆了EcACO,發現了與抗性相關的5個氨基酸突變位點,其中的3個位點突變位于保守結構域,這可能是引起乙烯釋放速率降低以及稗草產生二氯喹啉酸抗性的原因。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    冬小麥生育期內土壤氮素的時空變異
    馬亞斌,宋曉宇,楊貴軍,王仁紅,全斌,競霞,劉曉
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4086-4099.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.010
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    【目的】研究冬小麥生育期內土壤溶液中硝態氮及銨態氮的時空變化特征及變量追肥對其含量變化的影響,以期為田間作物的栽培與管理提供參考依據。【方法】以國家精準農業研究示范基地2013—2014年小麥試驗為例,采用常規統計分析與地統計分析兩種方法分別探索土壤溶液中硝態氮與銨態氮在時間序列上的變化特征及空間結構特征,并采用普通克里金插值法獲取硝態氮與銨態氮空間分布圖,最終比較分析了冬小麥生育期內硝態氮與銨態氮的空間變化規律。【結果】通過常規統計分析發現冬小麥起身期至收獲期內,土壤溶液中銨態氮含量受追肥影響不明顯,整體呈降低趨勢,而硝態氮含量受追肥影響,呈先降低后升高又降低的趨勢;在起身、拔節、開花與灌漿期,不同追肥處理間銨態氮的變化沒有顯著差異,在收獲期,D、S處理與其他不同處理間有顯著或極顯著差異;硝態氮的變化在起身與開花期,不同處理間沒有顯著差異,在拔節期,BH處理與其他各處理間均有極顯著差異;在灌漿期,CK處理與T處理、D處理、S處理間均有極顯著差異;在收獲期,D處理與其他各處理間有顯著或極顯著差異。通過地統計分析發現起身、拔節、收獲期的銨態氮空間分布均一度較高,連續性強,空間自相關性好,而開花、灌漿期其空間分布差異較大,受隨機因素影響嚴重;拔節、灌漿、收獲期的硝態氮空間分布連續性強,均一度高,空間自相關性好,而起身、開花期其空間分布差異較大,空間自相關性較弱。分析對比硝態氮與銨態氮的空間插值圖發現硝態氮在起身與拔節期,試驗區北部含量低于南部,到開花與灌漿期整個試驗區硝態氮含量普遍較高,到收獲期變為北部含量高于南部;銨態氮在起身期,試驗區北部含量低于南部且由北往南含量逐漸升高呈條帶狀分布,到開花與灌漿期其空間分布差異較大,到收獲期北部含量明顯高于南部。【結論】變量追肥對于銨態氮的變化趨勢沒有影響,提高了硝態氮含量且主要發生在開花期,同一生育期內不同處理之間對于它們含量的變化是有差異的。
    AquaCrop模型對旱區冬小麥抗旱灌溉的模擬研究
    滕曉偉,董燕生,沈家曉,孟魯閩,馮海寬
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4100-4110.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.011
    摘要 ( 258 )   HTML ( 5 )   PDF (576KB) ( 796 )   收藏
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    【目的】根據干旱情況及時采取灌溉措施,對旱區抗旱以及提高水分利用效率具有重要意義。從大田農業的實際情況出發,研究AquaCrop模型在旱區的適用性及干旱年份抗旱灌溉模擬,為實現抗旱保產提供依據。【方法】于2012—2014年,在旱區陜西楊凌及楊凌周邊區域進行冬小麥大田試驗,采用2013—2014年揉谷試驗區的冬小麥觀測數據進行模型的參數調試,采用2012—2013年揉谷試驗區和2013—2014年武功試驗區的冬小麥觀測數據進行模型的驗證,從而獲得AquaCrop模型在陜西楊凌及周邊地區的模型參數。模型參數包括影響冠層生長的冠層增長系數、冠層衰老系數和最大冠層覆蓋度,影響生物量積累的水分生產力,影響產量形成的參考收獲指數等。然后根據調查的干旱年份2012—2013年的灌溉情況制定出4種灌溉情景,并利用參數本地化后的AquaCrop模型模擬2012—2013年4種灌溉情景對冬小麥生物量和產量的影響,通過模擬結果得出最優灌溉策略。最后比較2012—2013年揉谷試驗區、2013—2014年揉谷試驗區和武功試驗區冬小麥的產量水分利用效率。【結果】在冬小麥冠層覆蓋度方面,AquaCrop模型模擬的冠層覆蓋度和實測值之間的決定系數(R2)與均方根誤差(RMSE)分別為0.464和8.0%。在冬小麥生物量模擬方面,AquaCrop模型模擬的生物量和實測值之間的R2和RMSE分別為0.889和1.622 t·hm-2。在冬小麥產量模擬方面,AquaCrop模型模擬的產量與實測產量之間的RMSE為0.377 t·hm-22013年為干旱年份,在播種后第77天進行冬灌并且在播種后第172天的拔節期再進行灌溉的兩種情景獲得最大的生物量;在播種后第77天進行冬灌、播種后第172天拔節期和播種后第200天抽穗期再分別灌溉,小麥產量最高,達到6.451 t·hm-22012—2013年揉谷試驗區、2013—2014年揉谷試驗區和武功試驗區冬小麥的產量水分利用效率分別為1.84、1.69和1.82 kg·m-3。【結論】AquaCrop模型能夠較好地模擬旱區冬小麥的生物量和產量,并且AquaCrop模型模擬的干旱年份下不同灌溉策略的生物量和產量,基本可以說明不同灌溉時間和灌溉次數對冬小麥最終產量的影響。同時說明2012—2013年增加的2次灌溉使干旱年份冬小麥的產量水分利用效率超過正常年份。以上研究符合當地農業生產實際情況,說明AquaCrop模型可以為旱區抗旱保產提供依據。AquaCrop模型具有很好的應用前景,正逐漸成為一個重要的田間決策工具。
    園藝·貯藏·保鮮·加工
    基于近紅外光譜的紐荷爾臍橙產地識別研究
    廖秋紅,何紹蘭,謝讓金,錢春,胡德玉,呂強,易時來,鄭永強,鄧烈
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4111-4119.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.012
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    【目的】中國柑橘產區分布廣、生態類型復雜,不同產地紐荷爾臍橙果實品質和市場效應具有較大差異。研究基于近紅外光譜技術的柑橘產地識別技術,利于不同柑橘產地果品的識別和鑒偽。【方法】從中國南方17個紐荷爾臍橙主要產地選擇代表性成年果園,分別采摘成熟鮮果樣品100個。利用SupNIR-1500近紅外分析儀采集臍橙果實赤道部、肩部表面以及果汁濾液的近紅外反射光譜,光譜波長范圍為1 000—2 499 nm。采用主成分分析法對原始光譜數據進行預處理,提取近紅外光譜的特征信息以降低數據集維度以及噪聲。研究人工神經網絡理論,構建由一個輸入層、一個具有非線性激勵函數的隱藏層和一個輸出層組成的典型的3層人工神經網絡識別模型。研究由徑向基函數作為核函數、以光譜主成分作為輸入的支持向量機模型,構建由126個分類器組成的一對一擴展支持向量機模型。研究遺傳算法優異的自然選擇特性,利用遺傳算法從光譜主成分中選擇出最優的特征基因子集作為支持向量機的輸入,構建遺傳算法-支持向量機模型。利用3種模型分別對果汁濾液的近紅外反射光譜數據進行分類,從而實現產地識別測試,并根據產地識別精度篩選出最優的產地識別模型。進一步對比該最優識別模型對果實赤道部、肩部反射光譜數據的識別精度,從而確定識別精度最高的光譜數據采集源。【結果】利用所建立的3層人工神經網絡模型對紐荷爾臍橙果汁濾液的近紅外光譜進行產地識別測試,確定當輸入神經元數量為11、隱藏神經元數量為13時,模型對果實產地識別的最佳精度達81.45%。采用一對一擴展方式建立支持向量機產地識別模型,研究確定采用徑向基函數作為核函數,當主成分數量為20時,臍橙產地識別精度最高可達86.98%。測試利用遺傳算法-支持向量機混合模型進行臍橙產地分類識別,確定當種群數量為200、遺傳代數為100、交叉概率0.7、突變概率0.01時,遺傳算法選擇出最優的基因子集進行產地識別,遺傳算法-支持向量機模型的產地識別精度最高可達89.72%,優于人工神經網絡分類模型和支持向量機分類模型的產地識別精度。進一步利用遺傳算法-支持向量機產地識別模型對果實赤道部及肩部的果面反射光譜進行產地識別測試,得到對應的最高識別精度分別為80.00%和69.00%。【結論】遺傳算法-支持向量機模型對果汁反射近紅外光譜進行產地識別精度最高,優于人工神經網絡模型和支持向量機模型。該模型對果實赤道部反射光譜進行分類的精度次于果汁濾液反射光譜但優于果實肩部反射光譜,因此,可利用赤道部的反射光譜實現非破壞性果實產地分類識別
    湖龍井茶香氣成分的全二維氣相色譜-飛行時間質譜分析
    朱蔭,楊停,施江,余方林,戴偉東,譚俊峰,郭麗,張悅,彭群華,呂海鵬,林智
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4120-4146.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.013
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    【目的】香氣是評價茶葉品質優劣的最重要因子之一,探明茶葉香氣的化學組成可進一步豐富茶葉香氣化學理論,為改善和提高茶葉香氣品質提供重要的科學理論依據。【方法】采用全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術(GC×GC-TOFMS)與氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)分析西湖龍井茶的香氣成分,比較兩種分析技術在分離性能上的差異性;結合質譜數據庫匹配、化合物保留時間、結構譜圖及峰面積等對通過GC×GC-TOFMS分離得到的香氣成分進行定性及相對定量分析;進而結合相對高含量化合物(≥0.5%)的氣味特征分析西湖龍井茶的特征性香氣成分。【結果】通過與GC-MS的總離子流圖及色譜峰對比,GC×GC-TOFMS在分離性能上顯示出了強大的優越性;定性分析及相對定量分析表明,采用GC×GC-TOFMS技術鑒定出西湖龍井茶樣品中存在的522種共性香氣成分,歸為烯醇、烯、胺、烷烴、醛、烯醛、醚、醇、酯、內酯、烯酯、烯酮、酮、酚、酸、含硫化合物、氮雜環化合物、氧雜環化合物、芳香烴及炔等20類化合物,其中芳香烴的數量最多(77個),烷烴(50個)、烯(43個)、酯(43個)、酮(41個)次之,炔類最少(3個);戊烯-3-醇、順-3-己烯醇、芳樟醇、α-松油醇、香葉醇、丁烷、甲基環戊烷、2,2,4,6,6-五甲基庚烷、十二烷、二十一烷、二十四烷、三十一烷、乙醛、戊醛、己醛、糠醛、庚醛、苯乙醛、壬醛、乙丙醚、2-乙氧基丁烷、乙基丁基醚、1,2-二乙氧基乙烷、戊基乙基醚、正戊醇、叔丁醇、芐醇、苯乙醇、植醇、鄰苯二甲酸二異丁酯、酞酸二丁酯、乙基-2-(5-甲基-5-乙烯基四氫呋喃-2-烯)丙基-2-烯碳酸酯、順-己酸-3-己烯酯、棕櫚酸甲酯、乙偶姻、2,4-二叔丁基苯酚、異戊酸、壬酸、棕櫚酸、亞油酸、硬脂酸、二甲基亞砜、苯并噻唑、吲哚、咖啡堿、芳樟醇氧化物(吡喃型)、2,3-二氫苯并呋喃、乙苯、丙苯及1-甲基萘這50種揮發性化合物的含量較高(≥0.5%),對西湖龍井茶的香氣品質具有重要影響。特征性香氣成分分析表明,具有愉悅氣味特征的烯醇、醛、醇、酯及芳香烴等化合物是西湖龍井茶優異香氣品質的主要化學物質基礎,而無特殊氣味或散發難聞氣息的烷烴、醚類、酸類、硫化物以及部分低閾值的香氣化合物對西湖龍井茶香氣品質的貢獻程度也具有一定的研究價值。【結論】該技術在茶葉香氣成分分析上的成功應用,可以彌補一維氣相色譜分析上的缺陷,使可分析的香氣化合物數量提高5倍以上,為后續深入研究茶葉香氣成分的化學組成以及揭示茶葉香氣品質的形成機理提供先進的技術支撐。
    龍眼乳酸菌發酵工藝條件優化及其揮發性風味物質變化
    劉磊,汪浩,張名位,張雁,張瑞芬,唐小俊,鄧媛元
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4147-4158.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.014
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    【目的】建立龍眼乳酸菌發酵的優化工藝條件,明確乳酸菌發酵前后其揮發性風味物質的變化,為龍眼功能性飲料的開發提供指導。【方法】采用梯度濃度馴化法將乳酸菌(保加利亞乳桿菌﹕嗜熱鏈球菌=1﹕1)依次接入到含60%、70%、80%、90%(質量分數)龍眼果漿和10%脫脂乳的混合物中進行馴化,分析馴化過程中龍眼果漿酸度和pH的變化;以總酸為指標,通過Box-Benhnken中心組合試驗設計優化乳酸菌發酵龍眼果漿的工藝條件,建立包括發酵時間、發酵溫度、脫脂奶粉添加量和接種量的4因素回歸模型;采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用的方法分析龍眼果漿發酵前后主要揮發性風味物質變化。【結果】(1)經過梯度濃度馴化后,得到了能在高濃度龍眼果漿中發酵的乳酸菌,經過12 h發酵,90%龍眼果漿的酸度由9.5 ºT升至104.4 ºT,pH由7.12降至4.44,其酸度顯著高于60%和70%的龍眼果漿(P<0.05),而pH與60%、70%和80%龍眼果漿無顯著差異(P>0.05)。(2)經回歸模型并結合驗證試驗,確定乳酸菌發酵龍眼果漿的最佳工藝條件為:發酵時間12 h、發酵溫度45℃、脫脂奶粉添加量5%、接種量3%。在該條件下,龍眼果漿的酸度由發酵前的9.5 ºT升為105.1 ºT,與模型預測值的相對誤差為1.2%,可用于實際生產中預測。(3)龍眼果漿經乳酸菌發酵后其揮發性風味物質發生了顯著變化。共有53種揮發性物質被檢測出,其中萜烯烴類15種、醇類6種、酯類18種、酮類7種、醛類3種、酸類2種以及其他類2種。與發酵前相比,龍眼果漿發酵后新產生了18種揮發性風味物質。發酵后醇類、醛類、酯類、酮類和酸類揮發性風味物質的含量呈增加趨勢,而萜烯烴類含量呈降低趨勢。乳酸菌發酵龍眼果漿主要揮發性風味物質為乙醇25.68 μg·g-1、4-(1-甲基乙基)-苯甲醇2.42 μg·g-1、乙醛1.95 μg·g-1、苯甲醛1.25 μg·g-1、乙酸乙酯2.19 μg·g-1、苯甲酸甲酯1.05 μg·g-1、水楊酸甲酯1.93 μg·g-1、3-羥基-2-丁酮1.085 μg·g-1、反式-羅勒烯97.81 μg·g-1、別羅勒烯1.923 μg·g-1、乙酸1.84 μg·g-1,其中苯甲醛和乙酸乙酯由發酵產生,乙醇、乙醛、別羅勒烯及乙酸經發酵后含量增加。【結論】乳酸菌發酵顯著增加龍眼果漿的總酸及揮發性風味物質,通過優化控制發酵條件,可以開發風味獨特的龍眼乳酸菌飲料新產品。

    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    多能性轉錄因子mRNA轉染山羊胎兒成纖維細胞條件優化
    肖天榮,張蕾,邱峰龍,李偉,左其生,李東,李碧春
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4159-4169.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.015
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    【目的】針對轉染試劑脂質體2000和轉染方法進行研究,用以優化外源多能性轉錄因子oct4、sox2、klf4、c-myc的mRNA轉入山羊胎兒成纖維細胞(goat embryonic fibroblast,GEF)的條件。【方法】采用胰酶消化法,從山羊胎兒腿部肌肉組織中分離并獲得了純化的GEF細胞。根據mMESSAGE mMACHINE® T7 Ultra Kit試劑盒說明書,體外轉錄步驟主要有:①前期的質粒準備:首先用質粒小提試劑盒對搖菌獲得的各體外轉錄載體質粒進行提取,隨后對各體外轉錄載體目的基因下游進行單酶切,獲得線性化質粒,最后用DNA純化試劑盒對線性化的質粒進行純化;②mRNA的“加帽”:以線性化DNA為模板,合成帶有5′端帽子結構的mRNA,添加TURBO DNase以除去模板DNA;③mRNA的“加尾”:以ATP為原料,利用試劑盒自帶的Poly(A)聚合酶,對已經“加帽”的mRNA進行“加尾”,以合成結構完整的mRNA;④完整mRNA的純化:按照MEGAclearTM Kit試劑盒對mRNA進行純化。隨后,將體外轉錄獲得各轉錄因子的mRNA進行濃度和OD值測定。分別比較總mRNA(EGFP和4種多能性轉錄因子的mRNA的質量分別為0.2μg)和脂質體2000 的比例為1:0.5、1:1.0、1:1.5、1:2.0以及在最佳總mRNA與脂質體2000比例體系下第2、4、6代GEF細胞的mRNA轉染效率。對最佳轉染體系下轉染多能性轉錄因子mRNA的GEF細胞進行免疫熒光檢測,并對轉染多能性轉錄因子mRNA后GEF細胞的形態和數目進行觀察。【結果】mRNA和脂質體2000 的比例為1:1.0以及在最佳總mRNA與脂質體2000比例體系下第2代GEF細胞的mRNA轉染效率均顯著高于其他組(P<0.05),且本組細胞在形態和生長方面相對較好;免疫熒光檢測表明,4種多能性轉錄因子的mRNA在GEF細胞中定位于細胞核,并獲得穩定表達,在細胞質中不見多能性轉錄因子oct4、sox2、klf4、c-myc的表達;GEF細胞在轉染4種mRNA 24h后,細胞形態由梭狀慢慢向圓形靠攏;細胞活力低于對照組(山羊成纖維細胞正常生長組)。【結論】GEF細胞在總mRNA和脂質體2000 的比例為1:1.0以及在最佳總mRNA與脂質體2000比例體系下第2代GEF的條件下更適合mRNA的轉染。研究工作為mRNA轉染體細胞或干細胞的研究及誘導性多能干細胞(induced pluripotent stem cells,iPS)的獲得提供參考資料,并對mRNA在成纖維細胞中的去向提供間接證據,有利于更加深入地了解多能性轉錄因子oct4、sox2、klf4、c-myc的mRNA相關功能。
    中國地方綿羊品種的地域分布及肉用相關性狀的多元分析
    王慧華,趙福平,張莉,魏彩虹,杜立新
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4170-4177.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.016
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    【目的】中國畜禽遺傳資源種類豐富,畜禽品種數量約占全球已知種類的1/6,是世界畜禽遺傳資源最為豐富的國家之一。《中國畜禽遺傳資源志》是在農業部的領導和組織下,經過8年的調查和編寫而成,較好的總結了中國畜禽地方品種、培育品種和引入品種地域分布和性能特點。文章對《中國畜禽遺傳資源志-羊志》中地方綿羊品種的重要生產性能相關性狀作進一步分析,期望從中篩選出適合于肉用品種培育的素材。【方法】整理匯總《羊志》中地方綿羊品種的主要產地,以及體尺、胴體及繁殖方面共13個肉用相關性狀信息。依據《羊志》將地方品種分為蒙古系、哈薩克系和藏系并對3大譜系進行多重比較,利用R語言中主成分分析和系統聚類分析方法對信息較全的地方綿羊品種進行聚類分析。【結果】從地理分布圖可以看出中國綿羊地方品種分布廣泛,以新疆、云南、內蒙古和山東4個省(自治區)品種數量最多,分別為13、7、5和5個。從地形分布來看中國地方綿羊品種主要集中在北部、西北部以及西南部高原地區。從綿羊譜系分布來看,哈薩克系品種主要集中在新疆地區,藏系品種主要分布于云貴高原,蒙古系則是品種種類最多分布最廣的一支,在中國北部、中原地區及東部均有飼養;3大譜系的多重比較分析結果表明,蒙古系生產性能最好,藏系最差,哈薩克系居中;主成分分析表明通過結合前兩個主成分1和2能將3大譜系區分開,可以推斷出《羊志》中未明確譜系的地方品種,如大尾寒羊和廣靈大尾羊為蒙古系,岷縣黑裘皮羊為藏系;隨后系統聚類分析又將地方綿羊品種劃分3個類別并對肉用相關性狀進行多重比較,根據每個類別的肉用相關性狀特點分別命名為低產低繁組、高產低繁組和高產高繁組。其中高產高繁組包括7個地方品種,分別為小尾寒羊、多浪羊、大尾寒羊、洼地綿羊、太行裘皮羊、豫西脂尾羊和湖羊。【結論】挑選的綿羊相關表型信息可以用來辨別并推斷未知譜系綿羊品種的譜系,未來可應用于新發現綿羊品種資源的分類。在42個地方綿羊品種中發現7個品種的生產性能接近于專門化肉用綿羊品種標準,是肉用綿羊培育或配套系雜交利用的理想材料。研究不僅是對中國地方綿羊遺傳資源的再認識,也為研究《中國畜禽遺傳資源志》的其他畜禽品種資源研究提供參考。
    牦牛HSP27基因的克隆及其在雌性生殖器官中的表達
    何翃閎,崔燕,潘陽陽,樊江峰,胡威,張譯夫,劉鵬剛,李秦,余四九
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4178-4187.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.017
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    【目的】克隆牦牛熱休克蛋白27(heat shock proteins27,HSP27)基因,分析其生物學特性,研究正常生理條件下HSP27基因在母牦牛主要生殖器官中的表達差異。【方法】采取卵泡期后期、黃體期后期同側的卵巢、輸卵管和子宮,以及妊娠期早期(胚胎約長2.3cm)妊娠側的卵巢、輸卵管和子宮組織,以其cDNA為模板,利用RT-PCR擴增牦牛HSP27基因,并將純化的PCR產物克隆到pMDTM18-T Vector 載體中進行測序;利用生物信息學軟件對HSP27基因的特征進行生物信息學分析,預測功能結構域;采用實時熒光定量 RT-qPCR 測定繁殖周期母牦牛主要生殖器官中的相對表達量,用SPSS19.0軟件對試驗數據進行差異顯著性分析。【結果】成功克隆出包含完整編碼區的牦牛HSP27基因序列,其編碼區長450bp(GenBank 登錄號:KP716832),可編碼149個氨基酸,其中含量最高的是亮氨酸Leu(10.7%),含量最低的是色氨酸Trp(0.7%)。HSP27編碼區蛋白原子個數為2 366,分子式為C747H1189N205O220S5,分子量為16.722kD,理論等電點為5.33;HSP27編碼蛋白為非跨膜可溶性蛋白。同源性分析顯示,牦牛HSP27基因的核苷酸序列與家牛、印度水牛、綿羊、藏羚羊、虎鯨、野駱駝、野豬、馬、灰狼、人和猩猩的核苷酸序列同源性分別為99.8%、98.4%、97.8%、97.6%、90.3%、89.7%、89.7%、86.7%、86.7%、85.5%和85.3%,牦牛HSP27基因的氨基酸序列與家牛、印度水牛、綿羊、藏羚羊、虎鯨、野駱駝、野豬、馬、灰狼、人和猩猩的氨基酸序列同源性分別為100%、100%、100%、100%、96.3%、100%、96.8%、100%、100%、96.3%和96.3%;系統進化樹表明,牦牛HSP27基因與家牛、印度水牛、綿羊和藏羚羊的進化水平較為相近,與灰狼、猩猩和人類的較遠。RT-qPCR結果表明,牦牛HSP27基因在卵泡期、黃體期、妊娠期不同時期的卵巢、輸卵管和子宮組織中均有表達,其中在卵泡期卵巢中的表達量最高,在黃體期子宮中的表達量最低;在不同繁殖周期,牦牛HSP27基因在卵巢中的表達均極顯著大于在子宮中的表達,其在卵巢、輸卵管和子宮的表達因妊娠而發生了顯著變化。【結論】通過與其他物種HSP27基因的同源性對比分析,發現HSP27基因在進化中具有高度保守性,同時也存在種屬特異性;通過對HSP27在繁殖周期母牦牛主要生殖器官中的表達情況分析,推測出HSP27可能參與了母牦牛妊娠的調控,為進一步探討HSP27在牦牛生殖過程中發揮的作用提供了參考資料。
    研究簡報
    農桿菌介導瞬時沉默小麥HCP1的研究
    劉鵬,王帥帥,楊高山,張恒,韓勝芳,王冬梅
    中國農業科學. 2015, 48(20):  4188-4196.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.018
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    【目的】建立農桿菌介導的瞬時沉默小麥HCP1的方法,為簡便、快速、高效地研究小麥基因功能提供一種可靠的技術支持。研究HCP1在葉銹菌侵染過程中對H2O2的清除作用,為闡明小麥抗葉銹菌侵染中信號轉導機制奠定理論基礎。【方法】采用農桿菌注射法,將攜帶有peGFP載體的農桿菌注射到小麥葉片中,觀察葉片中熒光強度及分布,分析外源質粒在小麥葉片中的表達情況。通過注射EHA105、LBA4404和C58C1 3種不同的農桿菌菌株,將HCP1的RNAi載體導入小麥葉片細胞中,利用半定量RT-PCR和實時熒光定量PCR檢測HCP1瞬時沉默效率,并結合Rohringer染色分析,明確不同農桿菌對寄主葉片侵染能力的強弱,從而篩選出最適的試驗菌株。在瞬時沉默的小麥葉片上,接種不親和葉銹菌小種260,利用DAB染色,觀察接種葉銹菌后葉片中H2O2的變化,分析HCP1在小麥與葉銹菌互作過程中的功能。【結果】葉片GFP熒光觀察結果說明,在注射農桿菌48 h后GFP開始出現較高表達。RT-PCR和qRT-PCR結果表明,注射C58C1菌株的葉片12 h后,HCP1的表達量開始降低,并持續保持較低的表達量。注射EHA105菌株的葉片,在注射后72—96 h,HCP1的表達量迅速降低。而注射LBA4404菌株的葉片中HCP1的表達量基本沒有變化。所以在3種不同農桿菌菌株介導的HCP1 RNAi轉化中,沉默效率依次為:C58C1≥EHA105>LBA4404。注射不同農桿菌菌株葉片的Rohringer染色結果發現,EHA105侵染后引起的HR反應較其他兩種菌株明顯,說明EHA105對小麥葉片具有較高毒性,會引起葉片產生防衛反應,C58C1菌株在具有較高的沉默效率同時,對葉片的毒性較小,因此選取C58C1作為最適的試驗菌株;沉默HCP1的小麥葉片接種葉銹菌小種260后,通過DAB染色發現,接種24 h和48 h后葉銹菌侵染誘發的小麥葉片H2O2的分布及積累量均多于對照組。【結論】建立了農桿菌介導的瞬時基因沉默體系,選用C58C1農桿菌菌株作為試驗菌株,在處理后72 h可達到沉默目的基因的效果。確定HCP1參與了小麥與葉銹菌互作過程中H2O2的清除途徑。
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