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當期目錄

    2016年 第49卷 第3期 刊出日期:2016-02-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    水稻莖稈性狀與抗倒性的關系及配合力分析
    陳桂華,鄧化冰,張桂蓮,唐文幫,黃璜
    中國農業科學. 2016, 49(3):  407-417.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.001
    摘要 ( 406 )   PDF (385KB) ( 728 )   收藏
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    【目的】研究水稻莖稈形態性狀、化學成分含量和莖稈解剖結構與抗倒性的關系,分析抗倒伏相關性狀的配合力,為抗倒伏高產水稻品種的選育提供依據。【方法】2014年,以3個水稻新兩用核不育系和5個恢復系按不完全雙列雜交所配的15個組合為材料,2015年,以4個水稻新兩用核不育系和3個恢復系按不完全雙列雜交所配的12個組合為材料,以單莖抗推力作為抗倒性的評價指標,研究水稻莖稈形態、化學成分含量、莖稈解剖結構與抗倒伏能力的關系及相關性狀的配合力方差和親本的一般配合力。【結果】2014年的相關分析表明,單莖抗推力與稈長、單莖鮮重、彎曲力矩、粗纖維含量、硅含量和小維管束數目呈顯著正相關;2015年的相關分析表明,單莖抗推力與稈長、莖粗、單莖鮮重、彎曲力矩、粗纖維含量、鉀含量、硅含量、大維管束數目和小維管束數目呈顯著正相關。其中稈長、單莖鮮重、彎曲力矩、粗纖維含量、硅含量和小維管束數目與單莖抗推力的相關性在2年的試驗中均達顯著水平。2014年的逐步回歸分析表明,彎曲力矩、硅含量和小維管束數目對單莖抗推力具有正向作用;2015年的逐步回歸分析表明,稈長、莖粗、粗纖維含量和小維管束數目對單莖抗推力具有正向作用。2年均入選回歸方程的性狀有小維管束數目。單莖抗推力的不育系×恢復系特殊配合力方差和不育系的一般配合力方差兩年均達到顯著水平,且單莖抗推力的不育系一般配合力方差明顯大于恢復系的一般配合力方差和雜交組合的特殊配合力方差。水稻不育系075S和023S,水稻恢復系R276、R964、R527和R389的單莖抗推力的一般配合力較高。【結論】稈長、單莖鮮重、彎曲力矩、粗纖維含量、硅含量和小維管束數目是影響水稻抗倒伏能力的主要因素。單莖抗推力的遺傳由加性基因和非加性基因共同控制,不育系的基因加性效應對雜交組合的抗倒能力影響較大。不育系075S和023S及恢復系R276、R964、R527和R389的單莖抗推力的一般配合力較高,可用于抗倒伏雜交水稻組合的配制。
    高抗白粉病小麥-山羊草新種質TA002的創制和遺傳研究
    王玉海,何方,鮑印廣,明東風,董磊,韓慶典,李瑩瑩,王洪剛
    中國農業科學. 2016, 49(3):  418-428.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.002
    摘要 ( 279 )   PDF (2615KB) ( 411 )   收藏
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    【目的】小麥白粉病是世界范圍內對小麥危害最嚴重的病害之一。培育和推廣抗病品種是防治小麥白粉病最經濟、有效、安全的途徑。偏凸山羊草和柱穗山羊草是普通小麥的近緣物種,蘊藏著豐富的抗病、抗蟲、抗逆和優質等優異基因。利用遠緣雜交途徑,將偏凸山羊草和柱穗山羊草的抗白粉病基因導入普通小麥,培育抗白粉病小麥新種質,為小麥白粉病抗性遺傳改良提供新抗源。【方法】通過細胞學分析和結實率調查,明確TA002及其與普通小麥雜種的細胞學穩定性和育性特點。利用十二烷基磺酸鈉聚丙烯酰氨凝膠電泳(odium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)及酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳(acid polyacrylamide gel electrophoresis,A-PAGE)方法,分析TA002的高分子量麥谷蛋白亞基(high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS)、低分子量麥谷蛋白亞基(low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS)及醇溶蛋白亞基組成;通過白粉病菌分小種接種鑒定,明確TA002對小麥白粉病的抗性及其遺傳特點;利用基因組原位雜交(genomic in situ hybridization,GISH)、多色原位雜交(multicolor genomic in situ hybridization,mc-GISH)、多色熒光原位雜交(multicolor fluorescence in situ hybridization,mc-FISH)及分子標記技術,分析明確TA002的染色體組成特點。【結果】TA002染色體數目為42條,它及其與普通小麥的雜種F1減數第一次分裂中期細胞(pollen mother cells at metaphase I,PMCs MI)均含有21個二價體,減數第一次分裂后期細胞(pollen mother cells at anaphase I,PMCs AI)中的染色體分離均衡,結實率正常。在成株期,TA002、SDAU18及其雙親偏凸山羊草和柱穗山羊草對白粉病均具有良好抗性,而煙農15對白粉病表現髙感。TA002/輝縣紅F1、TA002/銘賢169F1對白粉病菌種E09表現免疫,F2單株對E09的抗感分離比例符合3﹕1。種子貯藏蛋白分析結果表明,在TA002的醇溶蛋白和谷蛋白中均含有SDAU18的特有亞基,其醇溶蛋白還含有雙親沒有的新型亞基。分別以單芒山羊草和尾狀山羊草的基因組總DNA為探針,煙農15的基因組總DNA為封阻,對TA002的根尖細胞染色體進行基因組原位雜交,均未檢測到雜交信號。同時以不同熒光素標記的烏拉爾圖小麥和粗山羊草基因組總DNA為探針,擬斯卑爾脫山羊草基因組總DNA為封阻,對TA002的根尖細胞染色體進行mc-GISH,并利用以不同熒光素標記的寡核苷酸pSc119.2pTa535對TA002的根尖細胞染色體進行mc-FISH,發現TA002具有完整的A、B和D基因組,但其4A、5A、6B、7B和5D染色體在FISH帶型上與親本煙農15的對應染色體具有顯著差異。分子標記檢測結果表明,TA002含有來源于偏凸山羊草和柱穗山羊草的遺傳物質。【結論】TA002是一個細胞學穩定、農藝性狀和育性良好的小麥-山羊草漸滲系,它含有偏凸-柱穗山羊草雙二倍體特有的貯藏蛋白亞基及其雙親沒有的新亞基,且高抗小麥白粉病,其白粉病抗性受顯性單基因控制,該基因可能是來自偏凸山羊草或柱穗山羊草的一個新的白粉病抗性基因。
    玉米種胚內質網脅迫相關基因對人工老化處理的響應
    曹廣燦,林一欣,薛梅真,邢蘆蔓,呂偉增,楊偉飛,陳軍營
    中國農業科學. 2016, 49(3):  429-442.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.003
    摘要 ( 293 )   PDF (1035KB) ( 404 )   收藏
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    【目的】在植物中,內質網脅迫(endoplasmic reticulum stress,ERS)和未折疊蛋白應答(unfolded protein response,UPR)參與環境脅迫響應過程,然而,玉米種子老化過程中內質網脅迫相關基因表達情況尚未見報道。文章利用基因數字表達譜技術探究玉米種子老化過程中內質網脅迫相關基因表達規律,以期為揭示種子衰老的分子機制提供理論依據。【方法】以玉米雜交種鄭單958種子為材料,采用高溫(45℃)高濕(相對濕度100%)的方法進行人工老化處理。分別提取未老化處理(對照)和老化處理3 d的玉米種胚總RNA,利用Illumina HiSeqTM 2000平臺進行高通量測序。去除原始數據中的接頭序列、包含模糊堿基的序列以及低質量序列,獲得Clean reads,利用短序列比對軟件SOAPaligner/ SOAP2將Clean Reads分別比對到玉米參考基因組和參考基因序列,采用RPKM(reads per kb per million reads)方法計算基因的表達量,根據FDR(false discovery rate)<0.001和|log2 ratio(T/CK)|≥1的標準篩選差異表達的基因,對獲得的差異表達基因(differentially expressed genes,DEGs)進行KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)數據庫功能注釋分析,篩選出響應人工老化的內質網脅迫相關差異表達基因。利用qRT-PCR技術定量分析內質網脅迫相關基因在不同人工老化時間內的表達特性。【結果】基因數字表達譜鑒定結果表明,有104個差異表達基因在人工老化過程中參與內質網蛋白質加工(protein processing in endoplasmic reticulum)通路,其中內質網脅迫相關基因有97個(81個上調表達,16個下調表達)。對差異表達基因功能注釋分析表明,內質網脅迫的標志性蛋白基因BiP以及分子伴侶蛋白基因CRTCNTGRP94等顯著上調表達。參與內質網相關性降解(endoplasmic reticulum-associated degradation,ERAD)途徑的有83個差異表達基因(70個上調,13個下調),其中啟動ERAD途徑的關鍵酶基因EDEM (ER degradation enhancing mannosidase I-like protein)下調,參與蛋白泛素化的E2泛素結合酶基因UbcH5、E3泛素連接酶基因Hrd1Doa10等也發生顯著的表達變化qRT-PCR結果表明,內質網脅迫相關基因在不同人工老化時間內表現表達多樣性和復雜性。【結論】人工老化處理能造成玉米種胚細胞發生內質網脅迫。細胞通過上調分子伴侶基因表達和誘導ERAD途徑響應內質網脅迫,但ERAD途徑受阻可能引起錯誤折疊蛋白聚集,從而進一步加劇細胞損傷,最終導致種子活力降低甚至喪失。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    玉米秸稈低溫高效降解復合菌系GF-20的菌種組成及降解穩定性
    青格爾,高聚林,于曉芳,胡樹平,王志剛,王振,鬧干朝魯
    中國農業科學. 2016, 49(3):  443-454.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.004
    摘要 ( 316 )   PDF (911KB) ( 411 )   收藏
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    【目的】探索不同溫度及pH條件對玉米秸稈低溫高效降解復合菌系的玉米秸稈分解穩定性及菌群結構穩定性的影響,完善菌系培養方法,促進其應用開發利用。【方法】以低溫高效降解復合菌系GF-20為研究對象,在10℃條件下連續繼代培養45代、不同溫度和pH條件下連續繼代培養15代,分別獲得多組不同代數(F)、不同溫度(T)和pH(P)條件下的菌系。測定各復合菌系發酵液pH、玉米秸稈降解率及纖維素酶活,評價復合菌系的玉米秸稈分解穩定性;利用PCR-DGGE技術結合主成分分析法對菌群組成結構的穩定性進行研究。【結果】在10℃條件下經連續繼代培養40代和在溫度4—30℃、pH 6.0—9.0條件下繼代培養獲得的不同復合菌系發酵液pH均隨發酵時間的延長趨近中性;玉米秸稈降解率在27.59%—32.53%,除F40顯著高于F5外,其余無顯著差異;纖維素酶活性呈高代菌系大于低代菌系,溫度4—10℃和pH 6.0—9.0條件下,對復合菌系產酶有促進作用,纖維素酶活為1.34—1.84 IU·mL-1;復合菌系的纖維素酶在較低的溫度和較寬的pH范圍內具有良好的溫度和pH穩定性,酶促反應溫度15—30℃和pH 4.0—9.0內仍保持80%以上的纖維素酶活力;復合菌系F5—F45、T4—T30和P6.0—P9.0的DGGE條帶差異不顯著,表明菌系的菌種組成穩定;而在偏酸(pH=4、5)和偏堿性(pH=10)條件下繼代培養,復合菌系秸稈降解率和纖維素酶活均顯著降低,菌種組成發生變化,進而影響性質與功能穩定性。PCR-DGGE共檢測到18個條帶,其中關鍵菌株分別為Bacillus licheniformisAzonexus hydrophilusdAzospira oryzaeArobacter cloacaeCellvibrio mixtusBacillus tequilensisClostridium populeti subsp. Mixtus和Clostridium xylanolyticum。【結論】復合菌系GF-20在溫度4—30℃、pH 6.0—9.0條件下經過多代繼代培養,仍然保持了較高的玉米秸稈分解活性和菌種組成穩定性,具有良好的應用前景。
    薯/豆套作模式下不同熟期大豆品種的生長補償效應
    陳光榮,楊文鈺,張國宏,王立明,楊如萍,雍太文,劉衛國
    中國農業科學. 2016, 49(3):  455-467.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.005
    摘要 ( 319 )   PDF (34126KB) ( 2117 )   收藏
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    【目的】探討馬鈴薯/大豆套作復合群體品種搭配原則,為馬鈴薯/大豆套作高產高效提供理論和技術依據。【方法】以當前西北一熟制灌區生產中廣泛種植且間套優勢明顯的早熟馬鈴薯/大豆間套作方式為研究對象,通過兩年田間試驗,以大豆品種中黃30(早熟)、冀豆17(中熟)和齊黃34(晚熟)單作為對照,分析套作馬鈴薯收獲前后大豆葉面積指數、干物質積累、光合速率的變化及對產量構成因素的影響,評價不同熟期大豆品種的生長補償效應。【結果】(1)相對于單作,套作條件下各大豆品種的開花期延遲7 d左右,但不影響全生育期,套作大豆營養生長期延長而生殖生長期相對縮短。馬鈴薯與大豆各品種間的共生期差異不顯著,但其生殖生長共生期差異顯著(齊黃34為12 d,冀豆17為35.5 d,中黃30為41.5 d)。(2)在馬鈴薯/大豆共生期間,套作大豆LAI上升慢于單作,晚熟大豆LAI慢于早熟和中熟大豆品種,在馬鈴薯收獲后,中、晚熟大豆品種可保持較大葉面積指數并持續較長的時間,尤其是晚熟品種。(3)單作大豆在出苗后60 d內干物質積累較快,而同期套作大豆平均干物質積累為單作大豆的44.27%。不同品種間單作大豆凈光合速率高于套作,其中,晚熟品種顯著高于中、早熟品種(P<0.05);出苗后100 d(套作馬鈴薯已經收獲)單作大豆干物質積累相對變緩,套作大豆生長加快,尤其是晚熟品種增幅顯著,此時套作大豆Pn相對于單作上升幅度大,中、晚熟品種Pn接近于單作大豆。(4)較單作模式,套作模式下不同大豆品種的有效莢數、單株粒數及每莢粒數均有所降低,其中早熟品種下降顯著(P<0.05),分別下降了24.15%、22.14%、18.92%,而中、晚熟品種下降不顯著,尤其是晚熟品種,套作模式較單作模式僅僅下降了6.34%、8.3%、1.71%。套作模式下,中、晚熟大豆品種的產量較早熟品種分別提高了79.85%和145.08%,LER分別達到了1.77和1.83。【結論】中、晚熟大豆品種與馬鈴薯組合套作優勢更強,其生育期較長,營養生長期相對延長導致生殖生長共生期縮短,使大豆葉面積指數、光合速率均保持在較高水平,從而為馬鈴薯收獲后進行光合補償生長提供物質和能量基礎,保證了套作大豆較高產量。
    半干旱區全膜覆蓋壟溝間作種植馬鈴薯和豆科作物的水熱及產量效應
    張緒成,王紅麗,于顯楓,侯慧芝,方彥杰,馬一凡
    中國農業科學. 2016, 49(3):  468-481.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.006
    摘要 ( 255 )   PDF (759KB) ( 514 )   收藏
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    【目的】間套作是克服馬鈴薯連作障礙、提高降水利用效率和農田生產力的有效途徑,但在半干旱旱作區發展間套作,必須選擇基于水分承載力的模式。【方法】依托4年大田定位試驗,測定全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯單作(PM)、馬鈴薯蠶豆間作(PF)、馬鈴薯豌豆間作(PS)和馬鈴薯扁豆間作(PH)的土壤溫度、土壤貯水量、作物產量等指標,計算耗水量、經濟收益和水分經濟收益率,明確其產量和水分效應,并評價其農田水分持續性。【結果】間作有利于緩解6—7月份的高溫脅迫,在2012—2014年,PF、PS和PH處理在該時期0—25 cm土層的土壤溫度較PM處理下降0.8—3.6℃、0.4—2.8℃和0.8—1.8℃。間作促進作物利用深層土壤水分,在干旱和平水年的耗水深度達200 cm。與馬鈴薯單作相比,PF處理使花前耗水增加41.6—131.7 mm,而使干旱(2011)和平水年份(2012)的花后耗水分別減少48.6 mm和34.3 mm;PH同樣增加了花前耗水,但花后耗水量和單作處理無顯著差異;PS的花前花后耗水量介于二者之間。PH的經濟收益和水分經濟收益率最高,分別較馬鈴薯單作增加了29.8%—51.4%和19.8%—24.0%。4個處理0—200 cm土層土壤貯水量在4年期間增加了100 mm以上,表明全膜覆蓋條件下馬鈴薯和豆科作物間作種植,對土壤水分的年際平衡無顯著負影響。【結論】PH能夠降低6—7月高溫期間0—25 cm土層的土壤溫度,增加馬鈴薯花后耗水量,增產效果顯著,并對土壤水分持續性無明顯負面影響,可作為西北黃土高原半干旱區較為理想的間作模式推廣應用。
    植物保護
    水稻NBS-LRR類抗稻瘟病蛋白Pik-h的互作蛋白篩選
    王加峰,劉浩,王慧,陳志強
    中國農業科學. 2016, 49(3):  482-490.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.007
    摘要 ( 334 )   PDF (682KB) ( 794 )   收藏
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    【目的】利用酵母雙雜交系統,以組成抗稻瘟病基因Pik-h介導的抗病反應途徑。【方法】以含抗稻瘟病基因Pik-h的近等基因系IRBL8為材料,取稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)GD0193接種12和24 h后的水稻葉片,等量混合后提取總RNA,按照2個緊密連鎖且功能獨立的Pikh-1Pikh-2蛋白為誘餌,在水稻葉片中篩選與之互作的蛋白,以便深入研究抗病基因Pik-h的酵母雙雜交試劑盒(Make Your Own “Mate&Plate” Library System)的要求構建水稻葉片靶標cDNA文庫。利用快速重組克隆的方法構建pGBKT7-Pikh1和pGBKT7-Pikh2誘餌載體,并分別將它們轉化至酵母菌株Y2H Gold,提取細胞總蛋白后利用Western blot檢測Pikh1和Pikh2的表達情況,并對這2個誘餌載體自激活和毒性分析后進行酵母雙雜交篩選。提取SD/-Ade/-Leu/-Trp/ -His/X-α-Gal篩選平板培養基上呈藍色的酵母單克隆的質粒,將其分別與對應的誘餌載體共轉化酵母菌株Y2H Gold,涂布于篩選平板培養基上進行互作的重復驗證,將通過重復驗證的質粒測序分析所得的序列比對水稻基因組數據庫以確定目的基因,并對這些基因進行gene ontology(GO)注釋分析以確定其分子功能、生物過程及細胞組成。【結果】靶標cDNA文庫的庫容量約為2.2×106,插入片段長度均大于400 bp,表明水稻cDNA文庫質量高。誘餌載體pGBKT7-Pikh1和pGBKT7-Pikh2均能在酵母細胞中正確表達出對應的Pikh1及Pikh2蛋白,無自激活活性而且對酵母無毒性作用,符合文庫篩選的要求。利用含有誘餌載體的酵母菌株Y2H Gold與靶標文庫菌株Y187結合(Mating)的方式篩選,獲得13個與Pikh-1相互作用的蛋白、5個與Pikh-2相互作用的蛋白,其中有2個與Pikh-1及Pikh-2同時存在相互作用。這些蛋白包括4個在逆境響應或激素信號轉導過程中起到重要作用的(輔)轉錄因子、3個信號蛋白、4個參與光合作用的葉綠體蛋白、1個含有U-BOX結構域的蛋白及4個未知功能蛋白。【結論】成功構建了適宜于研究抗病基因(R基因)介導反應途徑的酵母雙雜交cDNA文庫,篩選出Pik-h的互作蛋白,為進一步研究Pik-h或其他抗稻瘟病基因介導的抗病機制打下了基礎。
    干涉丹參SmORA1對植物抗病和丹參酮類次生代謝的影響
    化文平,劉文超,王喆之,李翠芹
    中國農業科學. 2016, 49(3):  491-502.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.008
    摘要 ( 185 )   PDF (1849KB) ( 342 )   收藏
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    【目的】乙烯響應因子(ethylene response factor,ERF)是植物特有的一類轉錄因子,普遍參與植物各類脅迫反應。前期從藥用植物丹參(Salvia )中篩選得到了一條與長春花(Catharanthus roseus)中CrORCA3高度同源的ERF轉錄因子編碼基因(命名為SmORA1)。論文旨在通過干涉丹參SmORA1的表達,進一步明確SmORA1在植物抗病反應與丹參酮合成代謝調控中的作用miltiorrhiza侵染后轉基因株系中丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase,PAL)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶( superoxide dismutase,SOD)等抗性相關酶活性和還原型谷胱甘肽(glutathione, GSH)、脯氨酸(proline,Pro)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量等抗性相關生理指標的變化;采用HPLC法考察干涉SmORA1表達對二氫丹參酮、隱丹參酮和丹參酮ⅡA等丹參酮類次生代謝物含量的影響;采用實時定量PCR考察干涉SmORA1對丹參株系抗性基因和丹參酮合成相關關鍵酶基因表達的影響。【方法】擴增SmORA1基因片段,構建SmORA1基因干涉載體pk-ORAi并采用農桿菌介導的葉盤轉化法轉化丹參,經抗生素抗性篩選和PCR鑒定獲得陽性轉基因丹參植株;采用分光光度法或酶聯免疫方法檢測立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)。【結果】經抗生素和PCR篩選獲得了11個陽性株系,進一步采用實時定量PCR分析得到3個SmORA1表達顯著下調的轉基因株系(RNAi-11、RNAi-18、RNAi-22),干涉效率達到80%以上。立枯絲核菌對丹參植株有明顯的致病力,可以有效誘導丹參發病;其侵染后,SmORA1-RNAi轉基因株系病情指數顯著高于野生型(WT)和空載(VK)對照株系,病情更嚴重;SmORA1-RNAi轉基因株系中的MDA含量顯著高于WT和VK對照株系,說明干涉SmORA1的丹參株系抗衰老能力顯著下降;植物抗性相關的PAL、CAT和SOD等酶活性以及GSH和Pro等物質含量顯著低于對照株系,說明干涉SmORA1的丹參株系抗病性也呈現明顯減弱;進一步研究發現SmORA1-RNAi轉基因株系中抗病性相關蛋白編碼基因SmPDF1.2SmSTH-2SmPR-10的表達量明顯低于對照株系。采用HPLC方法分析發現,丹參SmORA1干涉株系中丹參酮ⅡA和隱丹參酮含量顯著下降;同時采用實時定量PCR檢測分析,發現丹參SmORA1干涉株系中丹參酮合成途徑關鍵酶基因SmHMGR1SmHMGR2SmGPPSSmGGPPS1SmGGPPS3等表達顯著下調,說明SmORA1可能通過調節SmHMGR1SmHMGR2SmGPPSSmGGPPS1SmGGPPS3等丹參酮合成途徑關鍵酶基因的表達參與丹參酮類化合物的合成調控。【結論】丹參SmORA1參與了丹參抗病反應,而且與丹參酮類次生代謝物質的合成密切相關。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    氮循環與中國農業氮管理
    王敬國,林杉,李保國
    中國農業科學. 2016, 49(3):  503-517.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.009
    摘要 ( 507 )   PDF (48606KB) ( 1202 )   收藏
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    作為全球活性氮制造量和氮肥消費量均最大的國家,中國農業生態系統的氮平衡問題受到了國內外廣泛的關注。普遍認為中國農田施氮過量問題突出,并產生了嚴重的環境污染。為全面了解中國農業生態系統的來源和去向,找出引起氮肥消費量高的原因,本研究運用氮循環基本原理,以2010年為例,根據近年來發表的文獻和國家統計資料,詳細討論了不同空間尺度上中國農業生態系統的氮輸出和輸入,重點分析了作物-土壤系統氮循環與氮平衡的特征。2010年中國農業生態系統氮投入總體上過量,其數量基本上相當于經生物地球化學循環返回作物–土壤系統的氮量,大致在5 Tg N左右。在全國水平上,2010年化肥和有機肥帶入農田的氮量,相等于作物吸氮量和農田氮損失量之和;由于化學氮肥流向的多樣化,如林、牧、漁業和城市綠化等的氮肥消耗,以及部分經濟作物包括果樹和蔬菜,特別是設施蔬菜的高量施氮,總體上糧食作物過量施氮的問題并不十分突出。在耕地資源有限(占全球8%的耕地面積,養活20%的世界人口)、有機廢棄物中氮養分循環利用率低于30%、豆科作物播種面積較少且生物固氮占農田總氮投入不足15%的情況下,中國的農業生產只有依靠氮肥。然而,中國氮肥消費存在著很大的地區差異,在土地生產力水平較高的黃淮海、長江中下游和珠江三角洲地區,單位農作物播種面積的施氮量顯著高于全國平均水平。這些地區氮肥消費量較大與糧食單產高、復種指數高和豆科作物種植比例低有密切關系。因此,為保證人們不斷增長的食物需求和膳食結構的改善,加之土壤基礎肥力相對較低,農田化學氮肥投入較高具有一定的合理性。然而,農業生產過程中發生的氮損失,既浪費了資源,也污染了環境。損失進入大氣和水中活性氮以及環境中新產生的活性氮,經生物地球化學循環過程以大氣沉降和灌溉水返回農田,已經成為作物-土壤系統氮的重要投入項。由于農業生態系統中氮素轉化過程的多樣性和生物地球化學循環的復雜性,循環過程中的氮損失不可避免。只有通過在不同空間尺度上對氮素進行優化管理,才能將氮損失降低到最低。在保證糧食安全的基礎上,盡可能地降低農田施氮的環境風險,需要多學科、多部門的協作與共同努力,在不同空間尺度上實現氮優化管理、達到降低農業生態系統氮肥投入的目的。
    控釋氮肥與尿素混施對連作春玉米產量、氮素吸收和氮素平衡的影響
    王寅,馮國忠,張天山,茹鐵軍,袁勇,高強
    中國農業科學. 2016, 49(3):  518-528.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.010
    摘要 ( 300 )   PDF (387KB) ( 776 )   收藏
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    【目的】控釋氮肥與普通尿素進行摻混施用是行之有效的一次性施肥替代技術。明確控釋氮肥與尿素摻混施用對春玉米產量、氮素吸收利用以及土壤-作物系統氮素平衡的影響,為春玉米氮素養分的科學管理技術提供參考。【方法】2010和2011年在吉林省中部玉米主產區連續2年設置大田定點試驗,施肥處理包括:不施氮(N0)、100%尿素(CRN0%)、15%控釋氮肥+85%尿素(CRN15%)、30%控釋氮肥+70%尿素(CRN30%)和45%控釋氮肥+55%尿素(CRN45%),研究控釋氮肥與尿素摻混施用對春玉米連作條件下籽粒產量、氮素吸收與利用、土壤無機氮累積與礦化以及系統氮素平衡的影響,確定適宜的控釋氮肥摻混比例。【結果】與尿素一次性全施相比,控釋氮肥與尿素摻混施用顯著提高了春玉米地上部干重和產量,不同摻混比例之間差異不顯著。兩季平均結果顯示,玉米產量在CRN30%處理達最高(9.39 t·hm-2),較CRN0%處理增產9.0%(0.77 t·hm-2)。施肥是土壤-作物系統主要的氮素輸入方式,占總輸入量的63.5%,播前土壤無機氮和氮素礦化分別占19.2%和17.3%。2010和2011年玉米生育期內土壤氮素的表觀凈礦化量分別為34.4和66.1 kg·hm-2,兩季之間越冬期各施肥處理土壤氮素礦化量為15.2—26.4 kg·hm-2,處理間差異不顯著。系統的氮素輸出以植株吸收帶走氮素為主要方式,平均占總輸出的80.7%(68.1%—99.5%)。隨控釋氮肥摻混比例的增加,植株氮素吸收量和土壤無機氮殘留量均呈持續上升趨勢,分別在CRN30%和CRN45%處理達最高,為234.2和108.1 kg·hm-2,較CRN0%處理分別增加18.0%和45.1%。但是,氮素表觀損失隨控釋比例增加而大幅降低,最終導致氮素表觀盈余也呈下降趨勢,CRN30%處理降至最低的114.4 kg·hm-2,較CRN0%處理減少38.4%。控釋氮肥與尿素摻混處理表層土壤(0—30 cm)的無機氮含量明顯高于CRN0%處理,而深層土壤(30—90 cm)則較低,表明其氮素下移趨勢較小。兩季平均結果表明,氮肥的表觀利用率由CRN0%處理的50.1%顯著提高至CRN30%處理的69.4%,表觀殘留率在控釋氮肥摻混施用后均顯著提高,而表觀損失率從CRN0%處理的37.3%顯著下降至CRN45%處理的6.0%。【結論】控釋氮肥與尿素摻混施用可促進春玉米獲得高產,增加植株氮素吸收,而且維持了較高的土壤氮素水平并減少損失,從而提高氮肥利用率。當前生產條件下,東北春玉米施氮185 kgN·hm-2條件下適宜的控釋氮肥摻混比例在30%左右。
    園藝
    基于花青素苷合成和呈色機理的觀賞植物花色改良分子育種
    戴思蘭,洪艷
    中國農業科學. 2016, 49(3):  529-542.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.011
    摘要 ( 347 )   PDF (461KB) ( 1614 )   收藏
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    花色是觀賞植物最重要的品質性狀之一,是植物自然進化過程中最具適應意義的表型性狀,也是表觀遺傳學研究的重要內容。花青素苷是使花朵呈色的重要色素之一,被子植物中約有80%的科的花朵顏色由花青素苷決定;迄今從自然界分離和鑒定出的花青素苷多達600種,主要由6種花青素苷元衍生而來。花青素苷合成途徑是迄今為止研究得最為清楚的植物次生代謝途徑之一,它的合成首先取決于類黃酮代謝途徑的生成,花青素苷種類的多樣性則源于其不同分支途徑的形成,在花青素苷元基本骨架上不同位置取代基的差異形成了多種多樣的花青素苷。在花青素苷生物合成過程中,分支點酶的競爭機制和關鍵酶的底物特異性使花青素苷的種類及相應的花色表型具有種屬特異性。花青素苷合成后需要轉運到液泡中被包裹成色素體,植物細胞中的液泡積累和貯存色素體的能力是影響花青素苷呈色的重要因素,因此,花青素苷在花瓣中的最終呈色還受液泡pH、助色素含量以及金屬離子的絡合作用等多種細胞內因素的影響。目前,已經在多種植物中獲得了與花青素苷合成及呈色相關的結構基因和調節基因,并解析了其功能,成功獲得了一些轉基因花卉,但是這些基因調控表達的機制,包括轉錄水平和轉錄后水平的調控、DNA序列本身的差異和DNA甲基化修飾的調控機制等仍不清楚,轉基因植株花色改良的程度也很有限,對于如何將這些機制應用于花色改良的轉基因育種也是一個前沿的課題。花青素苷對園藝作物器官呈色機制的解析有助于對花朵呈色機制的理解,觀賞植物中花色形成機理的研究對于園藝作物器官呈色機制的解析同樣具有重要的參考價值。因此,本文以觀賞植物為例,從花青素苷合成分支途徑形成的機理、花青素苷生物合成途徑的遺傳調控機理以及影響花青素苷呈色的主要因素及其遺傳調控機理3個方面,對影響植物花朵呈色的機制進行了綜述,并對近年來基于花青素苷代謝和呈色機理的花色改良分子設計育種,尤其是國際上廣泛關注的藍色花育種進行了梳理和總結,以期為定向培育具有新奇花色的觀賞植物新品種提供參考。
    貯藏·保鮮·加工
    核桃青皮的強抗氧化活性成分及其抗氧化穩定性
    田平平,李仁宙,簡永健,李健明,王杰
    中國農業科學. 2016, 49(3):  543-553.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.012
    摘要 ( 217 )   PDF (569KB) ( 780 )   收藏
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    【目的】以大孔樹脂純化的核桃青皮抗氧化成分為對象,對其組分進行鑒定,并研究其抗氧化穩定性,為核桃青皮的開發和有效利用提供理論依據。【方法】以DPPH自由基清除能力為指標,采用D101型的大孔樹脂純化核桃青皮粗提取物,濃縮冷凍干燥后,采用超高壓液相色譜-高分辨質譜聯用儀(UPLC-MS)對具有較強抗氧化活性部分的核桃青皮純化物進行成分分析,并通過分析pH、溫度、光照、金屬離子、氧化劑H2O2、還原劑Na2SO3和防腐劑山梨酸鉀7種因素對核桃青皮抗氧化物質清除DPPH自由基的影響,研究其抗氧化性能的穩定性。【結果】UPLC-MS結果表明,核桃青皮中具有強抗氧化活性的主要成分為綠原酸、短葉蘇木酚羧酸、花靛-葡萄糖/半乳糖、鞣花、槲皮素-阿拉伯糖、表兒茶素或兒茶素、槲皮素-3-O-葡萄糖苷等7種成分。抗氧化成分穩定性研究結果表明:隨著pH的增大,核桃青皮抗氧化物質對DPPH自由基清除率逐漸減小,當pH為12時,抗氧化物質對DPPH自由基的消除率幾乎為0;抗氧化物質對DPPH自由基清除率能力隨著放置時間的延長而下降;在室內、光照和避光3種處理下,核桃青皮抗氧化物質溶液的DPPH自由基消除率在0-2 h內逐漸下降,且三者之間無顯著性差異(P>0.05)。在放置2-5 h內,光照處理的消除率均低于同期的室內和避光處理;在4、37、70和90℃ 4種處理下,核桃青皮抗氧化物質溶液對DPPH自由基的消除率總體呈下降的趨勢,而在50℃處理下則呈先下降后上升再下降的趨勢;Fe3+能使抗氧化物質維持較高的抗氧化活性,而Cu2+ 、Mg2+、K+、Al3+則使核桃青皮抗氧化物質的抗氧化能力降低。亞硫酸鈉使核桃青皮抗氧化物質的抗氧化能力維持較低水平;濃度為0.10%和0.05%的H2O2能提高核桃青皮抗氧化物質的抗氧化能力,此后抗氧化能力隨著其濃度的增加而下降;防腐劑山梨酸鉀溶液能顯著降低(P<0.05)核桃青皮抗氧化物質的抗氧化能力,二者呈負相關關系。【結論】核桃青皮提取物具有較強的抗氧化活性,其抗氧化組分主要為7種多酚類活性物質。環境因子對核桃青皮活性物質的抗氧化穩定性具有一定的影響。
    冰溫貯藏對宰后肌肉成熟進程的影響
    李培迪,李欣,李錚,陳麗,李仲文,陳立娟,田建文,張德權
    中國農業科學. 2016, 49(3):  554-562.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.013
    摘要 ( 251 )   PDF (475KB) ( 462 )   收藏
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    【目的】動物被屠宰后,經過僵直、成熟等一系列復雜的生理生化反應完成從肌肉到食用肉的轉變。溫度對這一過程和肉品品質具有重要影響,成熟與肉質也存在密切關系。本試驗以探究冰溫條件下肌肉成熟進程為目標,確定冰溫對成熟進程的影響,為調控肌肉成熟進程提供理論基礎。【方法】選取無角陶賽特公羊背最長肌在冰溫和冷藏條件下成熟,采用試劑盒測定糖酵解產物、糖酵解關鍵酶活力,采用酪蛋白酶源分析法測定鈣蛋白酶活力,并結合肌原纖維小片化指數分析肌原纖維蛋白降解的變化規律。【結果】宰后pH達到極限值后逐漸增加,冷藏組(2—4℃)、冰溫組(-1—-2℃)分別于宰后3 d、7 d達到極限pH,兩組極限pH差異不顯著。肌糖原含量先降低后穩定,成熟過程中冷藏組與冰溫組肌糖原含量差異不顯著。乳酸含量先蓄積后穩定最后降解,宰后2、6、12和24 h冷藏組乳酸含量顯著高于冰溫組。丙酮酸激酶活力先降低后穩定,宰后2 h、24 h冰溫組丙酮酸激酶活力顯著高于冷藏組。乳酸脫氫酶活力先增加后降低最后穩定,宰后6 h、12 h、24 h和5 d冷藏組乳酸脫氫酶活力顯著高于冰溫組。μ-鈣蛋白酶活力先增加后降低,宰后12 h、24 h、5 d、7 d冰溫組μ-鈣蛋白酶活力顯著高于冷藏組。宰后肌原纖維小片化指數逐漸增加,宰后6 h、12 h、3 d、5 d、7 d和9 d冷藏組肌原纖維小片化指數顯著高于冰溫組。【結論】與冷藏相比,冰溫對肌糖原含量和極限pH影響不顯著,但可以使肌糖原達到最低值的時間延長2 d左右,乳酸達到最高值的時間延長1 d左右;冰溫可上調丙酮酸激酶活力,下調乳酸脫氫酶活力,顯著延長μ-鈣蛋白酶存活時間。冰溫可延緩宰后肌肉糖酵解進程12 d,延遲肌肉成熟。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    雞生殖干細胞中Piwi基因的干涉效率
    李志騰,常國斌,徐璐,馬騰,陳靜,陳蓉,王洪志,劉璐,徐琪,陳國宏
    中國農業科學. 2016, 49(3):  563-472.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.014
    摘要 ( 188 )   PDF (3741KB) ( 369 )   收藏
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    目的】針對禽類干細胞研究中,存在轉染效率與干涉效率低下的問題,通過比較不同干涉方式對雞原始生殖細胞(primordial germ cells, PGCs)中Piwi基因的干涉效果,探討提高禽類生殖干細胞干涉效率的有效方法。為進一步研究Piwi基因參與干細胞自我更新、RNA沉默以及轉錄后調控過程等生物學功能研究奠定基礎。【方法】根據已建立的原代細胞分離技術,分別從健康雞群的10日齡和4日齡雞胚中分離成纖維細胞(chicken embryo fibroblast, CEF)與生殖脊,其中CEF作為PGCs細胞的飼養層,生殖脊經Trypsin-EDTA室溫下消化獲得PGCs細胞,并通過形態學、化學方法(PAS糖原染色、AKP 活性檢測)和免疫學方法(TERT抗體、SSEA-1抗體)對其進行鑒定。根據Genbank公布的雞Piwi基因的mRNA序列(NM_001098852),利用在線軟件分別靶向不同位點設計合成得到3個小片段的stealth siRNAs,并將通用無義序列BLOCK-iTTM Alexa Fluor® Red Fluorescent Oligo作為熒光素標記的陰性對照siRNA。同時,在線設計三條干擾序列和一條非特異性陰性對照序列,將其插入線性化空載體 pRNA-U6.1,構建不同的shRNA干涉載體。分別采用不同類型的轉染試劑將構建好的siRNA和shRNA轉染PGCs細胞。首先利用通用無義siRNA以及僅帶有GFP熒光標記基因的shRNA載體作為陰性對照,檢測siRNA和shRNA轉染效率,確定最佳轉染條件。其次,將試驗組siRNA和shRNA在優化條件下轉染PGCs細胞,分別收集轉染了24、48、72和144 h這4個時間點的細胞,提取各個時間段的總RNA,采用實時熒光定量PCR技術檢測Piwi基因mRNA表達水平,并用SPSS軟件分析不同處理組的差異。【結果】在對原代分離的PGCs細胞進行了形態學、化學以及免疫學方法鑒定后,確認其所獲得的細胞為PGCs細胞且狀態良好。根據不同的轉染試劑量與siRNA或shRNA載體量的配比,得出siRNA轉染最優條件為siRNA﹕LipofectamineTM 2000=50 pmol﹕2 μL; shRNA轉染最優條件為shRNA﹕X-Treme GENE HP DNA Transfection Reagent=500 ng﹕1.5 μL。在以上最優轉染條件下,將試驗組siRNA和shRNA分別轉染第二代PGCs細胞。發現在siRNA干涉組中,陰性siRNA組和空白組相比,Piwi基因表達量在24、48、72和144 h差異均不顯著(P>0.05);而3個試驗組siRNA與陰性對照組相比,在24、48和72 h的Piwi基因表達量均呈現顯著下降(P<0.05),但在144 h時表達差異不顯著(P>0.05)。在shRNA干涉組中,空白組和陰性對照組相比,Piwi基因表達量在4個時間點上差異均不顯著(P>0.05);而3個試驗組與陰性對照組相比,Piwi基因表達量在4個時間點上均顯著下降(P<0.05)。與siRNA干涉試驗組相比,shRNA 載體表現出更強及更長時間的穩定抑制Piwi基因的效果。【結論】siRNA與shRNA均能較好抑制目的基因的mRNA表達,不同干涉效果表明采用shRNA 載體具有更好及更長時間的抑制作用,這為RNAi技術在家禽生殖干細胞中的應用研究提供基礎資料。
    豆粕與發酵豆粕中主要抗營養因子調查分析
    楊玉娟,姚怡莎,秦玉昌,邱靜,李軍國,李俊,谷旭
    中國農業科學. 2016, 49(3):  573-580.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.015
    摘要 ( 318 )   PDF (388KB) ( 1100 )   收藏
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    【目的】豆粕是動物飼料的主要原料,但其含多種抗營養因子(anti-nutritional factors, ANF),阻礙營養成分的消化、吸收和利用,從而影響動物的生長發育和健康。研究表明豆粕經微生物發酵可有效地降低抗營養因子含量。但由于發酵工藝、發酵菌種、豆粕本身的因素,不同生產廠家的豆粕及發酵豆粕中各抗營養因子含量差別較大,現有研究中也少有關于二者中抗營養因子水平的研究報道。為此,抽取了市售的65批次豆粕和54批次發酵豆粕,對6抗營養因子:大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子、棉籽糖、水蘇糖、脲酶進行分析測定,以了解飼料行業使用的豆粕及發酵豆粕中的抗營養因子含量。【方法】用ELISA法(enzyme-linked immuno sorbent assay)對樣品中的大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子含量進行測定,其分析方法和操作要求均與所購ELISA試劑盒的說明相一致,主要過程為:樣品前處理、加樣、洗板、加酶標試劑、顯色、終止。棉籽糖和水蘇糖的檢測采用高效液相色譜(high performance liquid chromatography, HPLC)檢測微波提取的棉籽糖和水蘇糖。脲酶分析參照國標方法:加入尿素緩沖液后恒溫水浴,一定時間后加入鹽酸溶液停止反應后冷卻,清洗試管內容物,以氫氧化鈉標準溶液滴定至pH4.7后根據體積計算得出脲酶活性。【結果】調查分析后發現:豆粕和發酵豆粕中的大豆球蛋白平均含量分別為129.3、54.7 mg·g-1,發酵后大豆球蛋白平均含量降低了57.7%,根據百分位數法對數據進行統計分析,得出豆粕和發酵豆粕中的大豆球蛋白正常值范圍分別為58.9—P90(177.3 mg·g-1)、ND—P90(109.4 mg·g-1)。豆粕中的β-伴大豆球蛋白平均含量為102.2 mg·g-1,而發酵豆粕中的β-伴大豆球蛋白為37.6 mg·g-1,相比豆粕降低了63.2%,使用相同的數據統計方法判定二者中β-伴大豆球蛋白含量正常值范圍分別為42.8—P85(147.2 mg·g-1)和ND—P85(61.8 mg·g-1)。胰蛋白酶抑制因子在豆粕和發酵豆粕中平均含量分別為18.4 mg·g-17.5 mg·g-1,發酵處理使其含量下降了59.1%,同時得出豆粕及發酵豆粕胰蛋白抑制因子含量正常值范圍分別在ND—P80(28.6 mg·g-1)、ND—P80(9.9 mg·g-1)之間。豆粕和發酵豆粕中的棉籽糖平均含量分別為11.02、1.93 mg·g-1,發酵豆粕比豆粕減少了82.5%,豆粕和發酵豆粕中棉籽糖的正常值范圍分別在ND—P90 (13.79 mg·g-1)、ND—P90(4.65 mg·g-1)之間。豆粕中水蘇糖的平均含量為29.70 mg·g-1,而發酵豆粕中水蘇糖的平均含量為5.19 mg·g-1,發酵后水蘇糖含量降低了82.5%,同時水蘇糖的正常值范圍分別在ND—P85 (33.29 mg·g-1)、ND—P85(11.58 mg·g-1)之間;豆粕中脲酶含量正常值范圍為ND—P97(0.40 U·g-1),發酵豆粕脲酶未檢出。綜上得出,發酵豆粕的抗營養因子含量與豆粕相比有不同程度的減少。【結論】在分析調查的基礎上得出了現行市售豆粕及發酵豆粕主要抗營養因子的含量范圍。本調查分析為飼料加工工藝的進一步優化提供數據支撐,同時能夠對養殖企業選擇豆粕及發酵豆粕作為飼料原材料起到一定的理論指導作用。
    利用Bac-to-Bac桿狀病毒系統超量表達家蠶let-7簇microRNAs
    何婷,尹權,王偉,黃亞璽,吳小燕,夏慶友,劉仕平
    中國農業科學. 2016, 49(3):  581-592.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.016
    摘要 ( 237 )   PDF (2528KB) ( 368 )   收藏
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    目的】利用Bac-to-Bac桿狀病毒表達系統超量表達家蠶(Bombyx morilet-7 簇(cluster)microRNAsbmo-let-7、bmo-miR-100和bmo-miR-2795,為研究家蠶microRNA的功能提供參考。【方法】克隆家蠶let-7 miRNA簇(bmo-let-7 cluster,bmo-let-7-C)上各miRNA前體(pri-let-7、pri-miR-100與pri-miR-2795)和bmo-let-7-C全長序列,以紅色熒光蛋白(red fluorescent protein,RFP)基因為報告基因,昆蟲細胞表達載體pFastBac1為穿梭載體,通過Tn7轉座子把目的基因和報告基因轉座到桿狀病毒A. californica nucleopolyhedrovirus (AcNPV)基因組上,獲得各重組桿狀病毒質粒(recombinant baculovirus plasmid,rBacmid):Bac-let-7、Bac-miR-100、Bac-miR-2795和Bac-let-7-C。將重組Bacmid轉染草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)卵巢細胞系Sf9,72 h后用熒光顯微鏡檢查紅色熒光蛋白信號,熒光定量PCR檢測miRNAs的表達。對轉染的Sf9細胞進行、離心、收集上清液,獲得具感染力的重組病毒,用于侵染新培養的Sf9細胞和注射家蠶幼蟲個體,72 h后用熒光顯微鏡檢查紅色熒光蛋白信號,熒光定量PCR檢測miRNAs的表達。【結果】成功將bmo-let-7-C上各miRNA前體和bmo-let-7-C全長序列構建到桿狀病毒基因組上,獲得了各miRNA及bmo-let-7-C的過量表達載體。將各重組過量表達載體分別轉染草地貪夜蛾細胞系Sf9,72 h后在顯微鏡下觀察到了紅色熒光蛋白信號,熒光定量PCR檢測結果表明各miRNA顯著過量表達;通過離心收集的各miRNA重組過量表達病毒粒子感染新培養的Sf9細胞72 h后檢測到了更強的紅色熒光蛋白信號,定量PCR結果表明各miRNA均顯著過量表達。將各miRNA的重組病毒注射到家蠶5齡1 d幼蟲體內后,均能顯著超量表達相應miRNA,但注射Bac-let-7-C后只有miR-2795顯著過量表達,并有明顯的組織差異性,在絲腺中沒有過量表達,在脂肪體、血液和中腸中顯著過量表達。【結論】利用桿狀病毒過量表達系統在草地貪夜蛾細胞系Sf9和家蠶個體中超量表達了家蠶let-7簇miRNAs,為研究家蠶let-7簇和其他miRNAs的產生機制和功能提供了參考。
    研究簡報
    中國西南地區甘薯主要育種親本的遺傳多樣性及群體結構分析
    羅凱,盧會翔,吳正丹,吳雪莉,尹旺,唐道彬,王季春,張凱
    中國農業科學. 2016, 49(3):  593-608.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.03.017
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    【目的】探究中國西南地區主要甘薯育種親本材料的遺傳多樣性和群體結構,為甘薯親本材料的保存和利用、甘薯分子標記輔助選擇提供參考依據。【方法】利用61個SSR分子標記、13個農藝性狀和6個品質性狀,對82份中國西南地區主要甘薯育種親本材料進行遺傳多樣性分析。利用NTSYS-pc 2.10數據處理軟件,分別根據SSR分子標記數據、品質性狀、農藝性狀計算82份親本材料的Nei72遺傳距離矩陣。利用Mega 6.06數據處理軟件,計算82份材料基于SSR分子標記、品質性狀、農藝性狀的平均遺傳距離。利用NTSYS-pc 2.10軟件,對供試材料基于SSR標記、品質性狀和農藝性狀的遺傳距離矩陣進行相關性分析。根據遺傳距離矩陣,利用Mega6.06軟件分別,對82份親本材料進行基于品質性狀的類平均法(unweighted pair group method with arithmetic mean,UPGMA)聚類分析、基于SSR分子標記的鄰接法(Neighbor-Joining,NJ)聚類分析和基于農藝性狀的類平均法(UPGMA)聚類分析。根據SSR分子標記數據,利用STRUCTURE 2.4對82份供試材料進行群體結構分析。【結果】61對SSR引物共檢測出405條多態性譜帶,其中,每對引物獲得1—17條多態性譜帶,平均每對引物檢測出6.64條多態性譜帶。82份親本材料基于SSR分子標記、品質性狀、農藝性狀的Nei平均遺傳距離分別為0.3499、0.2210和0.0270。基于SSR分子標記的鄰接法(NJ)聚類分析將82份材料聚為7個類群。基于農藝性狀、品質性狀的類平均法(UPGMA)聚類分析均可將82份材料劃分為一個較大的類群和三個較小的類群,但基于農藝性狀和品質性狀的聚類分析結果差異較大。基于SSR分子標記、品質性狀和農藝性狀的聚類分析均能將供試材料中來自不同地區的材料聚為同一類群,表明不同地理來源的供試材料間沒有明顯的遺傳差異。遺傳距離矩陣之間的相關性分析表明,基于SSR標記、品質和農藝性狀的遺傳距離矩陣間的相關性很小(r=0.0158),品質性狀與農藝性狀間呈負相關(r=-0.0411)。群體結構分析表明,當K等于3時,ΔK說明82份材料可以劃分為3個亞群。取得最大值,其中53份(64.63%)供試材料的Q值大于或等于0.6,分屬于3個亞群。29份材料(35.37%)劃分為混合亞群。群體結構分析的亞群劃分結果與SSR聚類分析結果有一定相似性。【結論】供試親本材料基因組水平的遺傳多樣性較為豐富,品質性狀有一定差異,農藝性狀差異較小。單獨利用某一種標記或性狀對親本材料進行衡量都不全面,建議結合分子標記和多種表型性狀,進行深入的遺傳多樣性和群體結構分析
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