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當期目錄

    2016年 第49卷 第5期 刊出日期:2016-03-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    冀228纖維均一化全長cDNA文庫的構建與鑒定分析
    遲吉娜,蔡肖,張建宏,甄軍波,劉琳琳,田海燕,唐麗媛,劉存敬,崔瑞敏,張香云
    中國農業科學. 2016, 49(5):  813-824.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.001
    摘要 ( 421 )   HTML ( 1 )   PDF (1582KB) ( 483 )   收藏
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    【目的】構建優質陸地棉栽培品種冀228纖維均一化全長cDNA文庫,降低纖維中存在的高峰度基因的拷貝數,提高發現纖維發育相關基因隨機序列和稀有基因的效率,為公共數據庫提供豐富的陸地棉EST資源。【方法】以優質陸地棉冀228開花后8—40 d纖維為材料,將纖維全長cDNA與Gateway供體載體pDONR222重組,構建了棉花纖維的非剪切型全長cDNA原始文庫。利用均一化技術獲得均一化全長cDNA文庫,進而測序獲得大量的EST序列。采用生物信息分析手段,對所測EST進行拼接、比對、COG功能注釋和GO注釋。【結果】構建了優質陸地棉冀228纖維均一化全長cDNA文庫,該文庫初級文庫庫容為1.06×107,初級文庫的滴度為3.56×106 cfu·mL-1,平均片段長度為1.2 kb。qRT-PCR檢測均一化程度結果表明,棉花2個高峰度表達基因在該文庫中的表達量均下降了1 000倍。隨機選取2 384個克隆進行單向測序,獲得2 169條高質量的表達標簽(EST),拼接成1 745個單一基因(Unigene);同源比對分析表明,70%的Unigenes與已知功能基因具有較高的同源性。基因進行COG功能分類結果顯示,較多的COG功能分類集中在“翻譯、核糖體結構和生物轉化”、“碳水化合物運輸與代謝”和“翻譯后修飾、蛋白轉移及蛋白伴侶”功能上。根據基因的GO注釋結果,參與細胞構成、細胞器和膜構成的基因比例最高,參與細胞過程和新陳代謝等過程的基因比例較高,具有結合和催化功能的基因較多,這些基因可能在棉纖維發育中發揮比較重要的作用。【結論】構建了優質陸地棉栽培品種冀228纖維均一化全長cDNA文庫,經文庫質量檢測、均一化程度檢測和隨機選取克隆的測序分析結果表明,文庫的代表性和重組片段的完整性均達到了分離篩選目的基因的建庫要求,整個文庫有著很高的非冗余性。構建的cDNA文庫具有既能獲得與已知序列同源性很高的基因,又能挖掘出優質陸地棉冀228特有的基因或同源序列的作用,能夠提高發現纖維發育相關基因隨機序列和稀有基因的效率,將為公共數據庫提供豐富的陸地棉EST資源。
    UV-B輻射對青杄花粉管生長的影響
    劉艾京,李妮,馬敏,賀軍民
    中國農業科學. 2016, 49(5):  825-831.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.002
    摘要 ( 300 )   HTML ( 1 )   PDF (1204KB) ( 358 )   收藏
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    【目的】研究UV-B輻射對青杄花粉管生長和細胞壁構建的影響,為闡明UV-B輻射對裸子植物花粉管生長的影響及其機制提供依據。【方法】以裸子植物青杄(Picea wilsonii)花粉為材料,首先檢測在可見光背景下增補不同強度UV-B輻射后處理花粉24 h對花粉管長度和頂端寬度的影響,確定UV-B輻射處理對花粉管生長的效應及其適宜處理強度;然后對單純可見光下以及可見光和適宜強度的UV-B輻射復合處理下生長24 h的花粉管,用熒光探針Calcofluor和水溶性苯胺藍分別標記花粉管細胞壁中纖維素和胼胝質后在熒光顯微鏡下觀察并比較它們在細胞壁中的分布,用單克隆抗體LM19和LM20分別標記花粉管細胞壁中酸性果膠質和酯化果膠質后在激光掃描共聚焦顯微鏡下觀察并比較它們在細胞壁中的分布。【結果】在可見光和0、0.2、0.4、0.6和0.8 W·m-2的UV-B輻射復合處理下生長24 h的青杄花粉管,隨著UV-B輻射強度的增大,花粉管長度逐漸變短,許多花粉管呈現頂端膨大,說明UV-B輻射抑制青杄花粉管的極性生長,且具有強度依賴性;UV-B輻射強度達到0.4 W·m-2時開始顯著抑制青杄花粉管生長,說明0.4 W·m-2為適宜的UV-B輻射處理強度。在單純可見光下,纖維素在花粉管細胞壁上均勻分布,胼胝質均勻分布在花粉管側壁而頂端細胞壁中分布較少,酸性果膠質僅分布在花粉管側壁上,而酯化果膠質僅分布在花粉管頂端細胞壁中;在可見光和0.4 W·m-2 UV-B輻射復合處理下,纖維素和胼胝質在花粉管頂端細胞壁中的分布顯著大于側壁,酸性果膠質由原來僅分布于花粉管側壁轉變為主要分布于花粉管頂端和亞頂端的細胞壁,酯化果膠質由原來僅分布在花粉管頂端細胞壁轉變為分布于整個花粉管細胞壁中。【結論】UV-B輻射對裸子植物青杄花粉管極性生長具有抑制效應,該效應是由于UV-B輻射影響了花粉管細胞壁中纖維素、胼胝質、酸性果膠質和酯化果膠質等構建物的正常定向分布。
    擬南芥PMRP基因在葉綠體淀粉粒積累和抗寒性中的作用
    高夢燭,趙亞林,閆青地,張海麗,王鳳茹,董金皋
    中國農業科學. 2016, 49(5):  832-839.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.003
    摘要 ( 263 )   HTML ( 2 )   PDF (2447KB) ( 462 )   收藏
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    【目的】分析推測的膜蛋白(putitave membrane realated protein,PMRP)在擬南芥葉綠體發育過程的作用,明確PMRP對擬南芥光合能力的影響及抗寒性分析,為改善作物光合性能及增強抗逆性提供理論依據。【方法】構建PMRP的RNAi和過表達載體,轉化農桿菌EHA105,采用花絮侵染法轉化野生型擬南芥(Columbia,Col-0),獲得PMRP RNAi和過表達轉基因擬南芥;以野生型和PMRP RNAi、過表達轉基因擬南芥為材料,利用細胞生物學方法,觀察PMRP表達量對擬南芥葉肉細胞葉綠體的結構和淀粉粒積累的影響;利用紅外CO2分析法測定擬南芥的光合速率,分析PMRP對擬南芥光合能力的影響。選取16 h光照、21℃條件下培養的21 d的野生型Col-0、3個過表達PMRP轉基因擬南芥株系,3個PMRP-RNAi轉基因擬南芥株系,用冷光源培養箱培養,先在4℃培養7 d,然后在-8℃培養1.5 h,取出放到16 h光照、21℃條件培養7 d后,分析PMRP轉基因擬南芥對寒害的抗性。選取14 d的野生型Col-0、3個過表達PMRP轉基因擬南芥株系和3個PMRP-RNAi轉基因擬南芥株系,對其蓮座葉細胞滲出液電導率進行測定。【結果】獲得PMRP RNAi和過表達轉基因擬南芥株系;通過測定野生型和轉基因株系的蓮座葉光合速率,野生型Col-0的光合速率為7.3 μmol·m-2·s-1,PMRP-RNAi轉基因擬南芥的光合速率分別為8.8、7.8和8.5 μmol·m-2·s-1,PMRP表達量的降低略增強了擬南芥的光合速率。野生型Col-0的綠葉率為48%,過表達PMRP轉基因擬南芥的3個株系綠葉率分別為48.6%、47.8%和49.2%,3個PMRP-RNAi轉基因擬南芥的綠葉率分別為65.9%、67.4%和68.3%,表明PMRP表達量的降低增強了植物的耐寒性。在-8℃下處理30 min,野生型Col-0擬南芥蓮座葉的滲出液電導率為70.67 μS·cm-1,PMRP-RNAi擬南芥蓮座葉滲出液電導率分別為48.57、45.40和52.10 μS·cm-1。表明PMRP表達量的降低明顯降低了逆境對細胞膜的損傷。通過對PMRP-RNAi轉基因擬南芥和野生型擬南芥完全展開的蓮座葉,進行超微結構分析,發現野生型擬南芥蓮座葉細胞中,葉綠體為橢圓形,而PMRP-RNAi轉基因擬南芥蓮座葉細胞葉綠體變為近似圓形;在光照情況下,PMRP-RNAi轉基因擬南芥葉綠體中淀粉粒的積累與野生型相似,均有明顯的淀粉粒積累,但在黑暗環境中,PMRP-RNAi轉基因擬南芥葉綠體中淀粉粒積累明顯增多。【結論】PMRP表達量降低造成葉綠體形狀由梭型變為圓球型,淀粉粒明顯增多,增強了擬南芥的抗寒性。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    氮鉀配施下施磷對冬小麥群體發育特性、冠層光截獲及產量的影響
    岳俊芹,張德奇,李向東,王漢芳,邵運輝,方保停,呂風榮,馬富舉,秦峰,楊程
    中國農業科學. 2016, 49(5):  840-851.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.004
    摘要 ( 355 )   HTML ( 2 )   PDF (475KB) ( 583 )   收藏
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    【目的】明確一定氮鉀配施條件下不同施磷水平對冬小麥群體發育特性、冠層截獲光合有效輻射(IPAR)及產量的影響,同時分析IPAR與LAI之間的相關性,為在一定氮鉀配施下篩選出適宜的磷肥用量提供理論依據。【方法】以鄭麥7698為試驗材料,設低氮低鉀N1K1(N 225 kg·hm-2K2O 150 kg·hm-2)、低氮高鉀N1K2(N 225 kg·hm-2K2O 225 kg·hm-2)、高氮低鉀N2K1(N 300 kg·hm-2K2O 150 kg·hm-2)、高氮高鉀N2K2(N 300 kg·hm-2K2O 225 kg·hm-24個氮鉀配施比例,每個氮鉀配施設置5個施磷水平:P0(不施磷)、P1(P2O5 150 kg·hm-2)、P2(P2O5 225 kg·hm-2)、P3(P2O5 300 kg·hm-2)、P4(P2O5 375 kg·hm-2),共20個處理。對小麥群體動態、葉面積指數(LAI)、開花后干物質積累、冠層截獲光合有效輻射(IPAR)、產量等指標進行測定分析。【結果】(1)在4種氮鉀配施下,施P2O0—225 kg·hm-2時,隨施磷量的增加,總莖蘗數、開花后干物質積累及LAI均增加,施P2O5超過225 kg·hm-2時,各指標均有所下降,以施P2O5 225 kg·hm-2水平群體指標最佳。(2)氮鉀配施固定條件下,不同施磷水平小麥冠層截獲光合有效輻射值(IPAR)的大小順序均為P2>P1>P3>P4>P0,且P2水平IPAR值最高,增幅最大。不同氮鉀配施下以N1K1條件IPAR增幅最多。(3)4種氮鉀配施條件下IPAR與LAI均呈指數正相關關系,N1K1、N1K2、N2K1、N2K2條件下不同施磷水平小麥IPAR與LAI的擬合系數分別為0.8492, 0.8363, 0.7321, 0.8081。產量與LAI在二階多項式函數關系上擬合度較好,擬合系數為0.7145。(4)從3個年度各處理產量來看,適當增施磷肥有利于提高小麥的籽粒產量,但磷肥增加到一定程度小麥產量又呈下降趨勢,不同氮鉀配施下N1K1處理產量水平最高,氮鉀配施固定條件下,不同施磷水平的產量及增產率均為P2(P2O5 225 kg·hm-2)時最高。【結論】本研究條件下,N1K1P2(N 225 kg·hm-2K2O 150 kg·hm-2P2O225 kg·hm-2)處理可以優化小麥群體結構,提高LAI,增加開花后干物質積累,提高IPAR和籽粒產量。
     
    半干旱區減氮增鉀、有機肥替代對全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯水肥利用和生物量積累的調控
    張緒成,于顯楓,王紅麗,侯慧芝,方彥杰,馬一凡
    中國農業科學. 2016, 49(5):  852-864.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.005
    摘要 ( 305 )   HTML ( 2 )   PDF (675KB) ( 664 )   收藏
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    目的】減氮增鉀和有機肥替代是提高中國作物生產中資源利用效率、改善農田生態環境、提升農產品質量和降低作物生產病害風險的有效途徑。研究明確半干旱區全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯減氮追施、有機肥替代和增施鉀肥對馬鈴薯干物質積累和水分利用的影響,為該區域實施水肥高效管理提供依據。【方法】在4年大田定位試驗基礎上,通過測定全膜覆蓋壟溝種植條件下傳統施肥(PM)、減氮25%并花期追施和增施鉀肥(PMN)和減氮50%與有機肥替代并花期追施(PMO)的土壤貯水量、馬鈴薯的生物量和產量等指標,計算不同施肥模式的耗水量、生長速率、水分利用效率和肥料偏生產力,以明確不同養分管理模式對馬鈴薯耗水過程的調控及其對干物質積累和水肥利用效率的影響。【結果】2011—2014年PMN花前耗水量較PM分別降低了17.4、28.7、26.8和34.2 mm,花后耗水量增加了31.1、34.7、36.7和49.2 mm;PMO沒有顯著降低馬鈴薯花前耗水,而花后耗水量分別增加了17.8、24.3、11.2和10.3 mm。與PM相比,PMN在盛花期后顯著提高馬鈴薯地上地下生物量和生長速率,使馬鈴薯產量在2012 —2014年平均增加2 595.1 kg·hm-2,并使水分利用效率(WUE)在2013—2014年分別增加了14.4%和6.3%,達到顯著差異;PMO顯著提高馬鈴薯各生育期的地上地下生物量和生長速率,4年平均馬鈴薯塊莖產量增加了2 945 kg·hm-2,而且WUE在2012—2014年顯著高于PM。PMN和PMO較PM均能顯著提高馬鈴薯肥料偏生產力、化肥偏生產力、氮素偏生產力和化肥氮素偏生產力,表明PMN和PMO能協同提高作物的養分和水分利用效率,實現以肥調水和以水促肥的目標。2011年為嚴重干旱年份,雖然PMN和PMO能調節馬鈴薯花前花后耗水,提高地上地下生物量和生長速率,顯著提高養分偏生產力,但產量和水分利用效率無顯著提高。【結論】PMN和PMO均能顯著調節馬鈴薯花前花后耗水量,增加生物量和提高生長速率,使得馬鈴薯塊莖產量、水分利用效率和養分利用效率增加。與PMN相比,PMO對馬鈴薯產量、WUE和養分偏生產力的增加幅度更大,是資源更加高效和作物增產的養分管理模式。
    植物保護
    稻曲病菌侵染水稻穎花的酵母雙雜交cDNA文庫構建與應用
    王宇秋,李國邦,楊娟,黎良,趙志學,樊晶,王文明
    中國農業科學. 2016, 49(5):  865-873.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.006
    摘要 ( 525 )   HTML ( 1 )   PDF (3258KB) ( 874 )   收藏
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    【目的】近年來稻曲病日益嚴重,但目前對稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)與水稻相互作用機制仍不清楚。論文旨在利用水稻感病穎花材料構建酵母雙雜交文庫并篩選稻曲病菌效應因子互作蛋白,為解析稻曲病菌侵染水稻機制提供理論基礎。【方法】以感病水稻Chuannong H2S為試驗材料,在水稻破口前5—7 d左右,從水稻穗中上部接種PSB搖培7 d的稻曲病菌熒光標記菌株P4,接種13 d后取穎花進行激光共聚焦觀察,收集感病穎花。提取感病穎花總RNA,使用含有Oligo(dT)的接頭引物反轉錄cDNA第一鏈,并PCR擴增ds cDNA,通過瓊脂糖凝膠電泳切膠回收ds cDNA片段,與載體pGADT7-Rec進行同源重組,轉化酵母菌株Y187構建酵母雙雜交cDNA文庫。然后用稻曲病菌效應因子Uv_1261基因構建誘餌載體,將誘餌載體轉化入Y2HGold酵母菌株,通過酵母雙雜交自激活驗證后以該誘餌載體篩選酵母雙雜交文庫,最終在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp/X-α-Gal平板上篩選出生長狀況良好的藍色單菌落,經測序得到候選互作蛋白的序列,通過NCBI在線網站進行Blast分析和Uniprot在線網站進行gene ontology(GO)注釋。【結果】經檢測,文庫滴度為5.7×108cfu/mL,平均插入片段大小為750 bp,表明稻曲病菌侵染水稻穎花cDNA文庫質量較高。用Uv_1261構建誘餌載體,轉化Y2HGold后,轉化菌可在SD/-Trp、SD/-Trp/X-α-Gal平板上生長,不能在SD/-Trp/X-α-Gal/AbA平板上生長,表明Uv_1261無自激活現象。以該誘餌載體篩選文庫,對篩選到的候選互作蛋白進行測序驗證并Blast分析獲得了56個來自稻曲病菌或水稻的候選互作蛋白,其中有28個候選互作蛋白來自稻曲病菌,有16個來自水稻,以及12個未知蛋白。經GO注釋顯示,來自稻曲病菌中的候選互作蛋白參與了17個生物過程,包括翻譯、代謝過程、氧化還原及胞內氨基酸合成等;分子功能包括金屬離子結合活性、水解酶活性及ATP結合活性等;細胞組分包括核糖體、細胞質及線粒體等。來自水稻中的候選互作蛋白參與了11個生物過程,包括蛋白質去磷酸化、糖代謝及翻譯等;分子功能包括金屬離子結合活性、核苷酸結合活性及轉移酶活性等;細胞組分包括核糖體、膜及細胞核等。【結論】該cDNA文庫質量較好,能成功地用于稻曲病菌效應蛋白的互作蛋白篩選,可為研究稻曲病菌與水稻相互作用的分子機制提供重要資源。
    新鮮和腐熟紫莖澤蘭對三種茄科蔬菜生理和辣椒產量品質的影響
    焦玉潔,桑宇杰,楊磊,王亞麒,吳葉寬,杜如萬,袁玲
    中國農業科學. 2016, 49(5):  874-884.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.007
    摘要 ( 276 )   HTML ( 1 )   PDF (445KB) ( 324 )   收藏
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    【目的】紫莖澤蘭(Ageratina adenophora)廣泛分布于中國西南地區,是一種入侵惡性毒草,生命力強,根、莖和種子皆可再生繁殖,不能直接還田。論文通過研究新鮮和腐熟紫莖澤蘭對辣椒、番茄和茄子3種茄科蔬菜生理和辣椒產量品質的影響,為無害化處理與資源化利用提供技術支持。【方法】利用對紫莖澤蘭毒性不敏感的銅綠假單胞菌(Pseudomonas putita sp.)和高溫纖維菌(Clostridium thermocellum sp.)混合菌劑,野外就地腐熟紫莖澤蘭,培養試驗以辣椒、番茄和茄子3種茄科蔬菜為材料,研究新鮮和腐熟紫莖澤蘭浸提液對蔬菜種子發芽、幼苗生長、種子蛋白質、游離氨基酸、淀粉、可溶性糖、全磷和可溶性磷含量,以及幼苗硝酸還原酶活性、葉綠素和根系活力等的影響;田間試驗以辣椒為對象,設置不施肥(CK)、單施化肥(CF)、化肥配施紫莖澤蘭有機肥(50%化肥+50%紫莖澤蘭有機肥,CF+OF)、單施紫莖澤蘭有機肥(OF)4種施肥處理,研究紫莖澤蘭有機肥對辣椒產量和品質的影響。【結果】在培養試驗中,用新鮮紫莖澤蘭浸提液(extract of fresh A. adenophora, EFA)浸種,隨濃度提高,抑制蔬菜種子發芽和幼苗生長的作用增強;但在腐熟紫莖澤蘭浸提液(extract of decomposed A. adenophora, EDA)的浸種處理中,蔬菜種子的發芽率和苗高分別比無菌水浸種提高2.48%—17.78%和51.28%—105.02%。隨EFA浸種濃度的提高,顯著提高了蔬菜種子中的蛋白質和淀粉含量,全磷含量無顯著變化,游離氨基酸、可溶性糖和可溶性磷含量則相反;但用EDA浸種則不同程度地提高了蔬菜種子中游離氨基酸、可溶性糖和可溶性磷的含量。用100 mg·L-1 EFA浸種,蔬菜幼苗的硝酸還原酶活性、葉綠素含量和根系活力依次分別比無菌水浸種降低了66.67%—73.17%、17.79%—80.57%和41.52%—61.15%;而相同濃度的EDA則顯著提高了辣椒硝酸還原酶、葉綠素和根系活力,最大增幅依次為88.89%、73.61%和95.82%。因此,EFA抑制種子胚乳中的蛋白質、淀粉和肌醇磷酸鹽水解,導致發芽率降低;EFA還降低了幼苗葉綠素含量、根系活力和硝酸還原酶活性,不益于光合作用、養分吸收、氮素同化和幼苗生長。相反,EDA促進了胚乳中的大分子物質水解,提高種子中可溶內含物含量,并使幼苗葉綠素含量、根系活力和硝酸還原酶活性提高。在田間試驗中,辣椒產量為化肥配施紫莖澤蘭有機肥>單施紫莖澤蘭有機肥»單施化肥>不施肥,無機有機配施比單施化肥增產14.42%,無機有機配施辣椒品質也最佳,表現為果實中的游離氨基酸和維生素C最高,硝酸鹽含量顯著低于單施化肥。【結論】微生物腐熟可消除紫莖澤蘭抑制種子發芽和幼苗生長的生理作用,化肥配施紫莖澤蘭有機肥顯著提高辣椒產量,改善果實品質,為當地的蔬菜種植提供有機肥源,實現紫莖澤蘭的無害化處理與資源化利用。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    東北三省典型春玉米土壤剖面氮庫變化及平衡特征
    王娜,范美蓉,劉雙全,趙士誠,趙英,仇少君,何萍,周衛
    中國農業科學. 2016, 49(5):  885-895.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.008
    摘要 ( 350 )   HTML ( 1 )   PDF (448KB) ( 267 )   收藏
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    【目的】研究了東北三省典型春玉米種植區在0—90 cm土壤剖面土壤氮素的變化及平衡特征,試圖了解東北三省典型春玉米種植區傳統農民習慣施肥措施下土壤氮素的固持潛力。【方法】于2012年春玉米全生育期定點跟蹤了黑龍江、吉林和遼寧省各17戶,總計51戶農民習慣處理,測定了0—30、30—60、60—90 cm土層中全氮(TN)、礦質氮(NO3-N、NH4-N)、顆粒有機氮(PON)、微生物生物量氮(SMBN)和可溶性有機氮(DON)以及春玉米產量,并計算了春玉米播種前和收獲后的氮素平衡。【結果】黑龍江、吉林、遼寧典型春玉米種植區0—90 cm整個土壤剖面TN儲量分別為357.9、286.9、218.1 kg·hm-2,且各省土壤TN儲量平均值均達顯著性水平(P<0.05)。黑龍江、吉林、遼寧0—30 cm表層土壤TN含量平均值分別為1.4、1.0、0.7 g·kg-1,且各省TN含量均達顯著性水平(P<0.05);在30—60 cm、60—90 cm土層TN含量平均值分別為0.9、0.6、0.4 g·kg-1和0.6、0.4、0.3 g·kg-1,黑龍江各土層土壤剖面TN含量平均值顯著高于遼寧(P<0.05)。0—30 cm土層中,隨著緯度的降低,黑龍江、吉林、遼寧三省PON、PON/TN、SMBN/TN呈增加趨勢,而SMBN含量則呈降低趨勢,PON、PON/TN和SMBN含量平均值三省間均達顯著水平(P<0.05),黑龍江與遼寧SMBN/TN平均值達顯著水平(P<0.05);在30—60 cm土層,黑龍江、吉林和遼寧PON/TN隨著緯度的降低而升高,且三省間PON/TN平均值達顯著水平(P<0.05),黑龍江PON顯著低于吉林、遼寧兩省(P<0.05),黑龍江DON顯著高于吉林和遼寧,吉林DON/TN平均值顯著低于遼寧(P<0.05);在60—90 cm土層,吉林SMBN、SMBN/TN的平均值顯著高于黑龍江、遼寧(P<0.05),黑龍江DON/TN平均值顯著低于吉林、遼寧(P<0.05)。各省土壤全氮及各活性氮庫隨著土層深度的增加總體呈下降趨勢。0—30 cm土層,遼寧NO3-N含量平均值顯著低于黑龍江、吉林(P<0.05);在30—60 cm、60—90 cm土層吉林NO3-N含量平均值顯著高于黑龍江、遼寧(P<0.05)。吉林施肥量最高,因此吉林氮素平衡顯著高于黑龍江、遼寧(P<0.05),且吉林表現為氮素盈余,黑龍江和遼寧基本上處于氮素平衡狀態。2012年黑龍江、吉林、遼寧玉米產量平均值分別為11.9、11.3和10.8 t·hm-2,黑龍江玉米產量顯著高于吉林、遼寧(P<0.05)。【結論】東北三省間土壤活性氮庫消長規律與土壤全氮并不完全一致,東北三省產量維持在11 t·hm-2左右,吉林省典型春玉米種植區氮素危害環境的風險較大。
    基于空間分析法研究溫室番茄優質高產的水氮模式
    楊慧,曹紅霞,李紅崢,郭莉杰,杜婭丹
    中國農業科學. 2016, 49(5):  896-905.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.009
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     【目的】本文通過設置不同灌水施氮水平處理,研究溫室盆栽條件下,不同水氮供應組合對番茄產量品質和水氮利用效率的影響,分別提出單一指標最大和兼顧產量品質最優時的灌水施氮組合。【方法】試驗于2013年在西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室的灌溉試驗站日光溫室內進行,供試番茄品種為金鵬M6088,在盆栽條件下設置3個灌水上限:低水 W1(70% θf)、中水 W2(80% θf)和高水 W3(90% θf),θf為田間持水率;3個施氮量:低氮 N1(N 0.24 g·kg-1土)、中氮 N2(N 0.36 g·kg-1土)和高氮 N3(N 0.48 g·kg-1土),試驗采用完全隨機區組設計,共9個處理,每個處理重復15次。運用多元回歸分析和空間分析相結合的方法,尋求單一指標最大時的灌水施氮組合,以及綜合評價產量品質的水肥調控效應,提出兼顧產量品質最優時的灌水施氮范圍。【結果】番茄產量、灌溉水生產率、氮肥偏生產力和品質受灌水量和施氮量的影響顯著。番茄單株產量隨著灌水量和施氮量的增加而先增加后降低(低氮和低水除外),低氮下增加灌水量可彌補缺氮造成的減產,低水下增施氮肥可緩解干旱對產量的抑制作用。產量與水氮供應量之間呈較好的二元二次關系,當灌水量和施氮量分別為62.3 L/株 和0.3864 g·kg-1土時,番茄單株產量有最大值(1 599.4 g/株),但灌水量和施氮量超過其峰值時,產量反而會減少。減小灌水量和增大施氮量時,灌溉水生產率增加;增大灌水量和降低施氮量時,氮肥偏生產力增加。番茄各品質指標受灌水量和施氮量的影響極顯著。可溶性固形物和有機酸隨著施氮量的增加而增加,維生素C、番茄紅素、可溶性糖和糖酸比則先增大后降低。隨著灌水量的增加,可溶性固形物和維生素C(中氮除外)呈降低趨勢,番茄紅素、可溶性糖和糖酸比呈先增加后降低的趨勢(低氮除外)。采用熵權法計算得出番茄單一品質指標對不同水氮處理的敏感度排序為:番茄紅素>可溶性糖>糖酸比>有機酸>維生素C>可溶性固形物。【結論】通過多元回歸分析和空間分析得出,番茄產量和品質同時達到大于等于95%最大值的灌水上限為田間持水率的80%,施氮區間約為0.34—0.44 g·kg-1土。
     
    稻田優化施肥效果與氮、磷環境效益評價
    張智,李小坤,叢日環,任濤,黃鐵平,魯艷紅
    中國農業科學. 2016, 49(5):  906-915.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.010
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    【目的】針對稻田氮磷鉀肥施用不合理引起環境問題較為嚴重的現象,從糧食高產高效和環境效益的角度分析稻田化肥的合理施用與管理策略。【方法】選用測土配方施肥項目2005—2010年在湖南省間布置的735個早、中、晚稻肥料田間試驗,選取不施肥(CK)、農民習慣施肥(FP)和優化施肥(OPT)3個處理,對比分析了早、中、晚稻OPT較FP處理的增產效果與氮、磷、鉀肥偏生產力的優勢;通過篩選OPT處理產量或/和氮肥偏生產力前25%的試驗點,建立高產、高效和高產高效3種方案,結合氮肥用量與氮素損失(N2O的排放、N的徑流與淋失、NH3揮發)之間的經驗模型,評估稻田節氮減排潛力;通過計算早、中、晚稻磷素表觀平衡,分析稻田磷素殘留狀況;并引入湖南省早、中、晚稻種植面積,估算區域稻田氮、磷的環境效益。【結果】多年多點田間試驗研究表明,與CK處理相比,FP和OPT處理分別可增產41.9%和52.0%(早、中、晚稻的平均值);與FP處理相比,OPT處理早、中、晚稻可增產7.0%—8.3%,氮、磷肥偏生產力分別提高16.8%—19.6%和5.5%—37.3%,而OPT處理鉀肥用量的提高對鉀肥偏生產力的負效應較小(早、中、晚稻平均降幅為6.4%)。節氮減排評估結果表明,高產組產量高而氮肥用量相對較高,高效組氮肥偏生產力高而產量相對較低,用高產高效組表征產量和氮肥偏生產力的潛力更可靠;高產高效組早、中、晚稻每年可節省氮肥用量共81 kg·hm-2(其中晚稻最多,為32 kg N·hm-2),減少氮素損失15.5 kg N·hm-2,溫室氣體N2O減排約20%。湖南省稻田節氮總潛力為12.5×104 t,減少氮素損失2.35×104 t,主要對象為早稻和晚稻。優化施肥可提水稻的磷素總吸收量,早、中、晚稻從FP處理的59—66 kg P2O5·hm-2增加到OPT處理的63—71 kg P2O5·hm-2。磷肥用量與水稻磷素吸收量之間的關系顯示,兩者并不能達到顯著的正向相關關系,說明當磷肥投入總量滿足作物需求后,多余的磷素對當季作物磷素吸收無效,從而殘留在土壤中;早、中、晚稻分別有46%、44%和15%的樣本出現磷殘留現象,通過篩選并分析磷殘留樣本得出,早、中、晚稻OPT處理磷殘留比例明顯低于FP處理,且磷殘留量分別可降低到1.36—5.30 kg P2O5·hm-2,較FP處理下降了33.7%—48.5%;從全省范圍來看,磷殘留總量可減少18.14×103、3.59×103和5.30×103 t;另一方面,農民習慣施肥中,仍有不施磷肥的現象,這對土壤養分的耗竭影響較大,應重視平衡施肥。【結論】稻田優化施肥是產量和環境安全的重要保障,氮肥減量施用可提高氮肥利用率,減少氮素損失和溫室氣體的排放,控制磷肥總量可有效地避免土壤磷素殘留帶來的污染風險。
    園藝
    專題導讀:作物連作障礙的克服——難解的問題
    李天來,楊麗娟
    中國農業科學. 2016, 49(5):  916-918.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.011
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        作物連作是近代商品化生產不得已而為之的生產方式,它會劣化土壤而導致作物生長發育障礙。在土地復種指數高、作物連作嚴重條件下,作物連作障礙已成為農業可持續發展的重大問題之一[1-3]
        作物連作障礙是指同一作物或近緣作物連作以后,即使在正常栽培管理的情況下,也會產生產量降低、品質變劣、生育狀況變差的現象。其主要是由土壤劣變導致的,具體可歸納為5個方面:①土壤養分失衡;②土壤有害生物積聚;③土壤理化性狀惡化;④來自植物的對土壤有害物質的積累;⑤土壤微生物區系劣變[4]等。
        可發生連作障礙的作物種類較多,玉米、小麥、水稻、大豆、棉花、甘蔗、煙草以及中草藥、蔬菜、瓜果、花卉等均會發生連作病害。目前,中國危害程度高的連作地塊面積大于10%,其中規模化種植區發生面積一般超過20%;連作障礙導致當季作物損失巨大,占20%—80%,嚴重的幾乎絕產,每年造成的經濟損失可達數百億元;同時還降低了農產品的安全性。因此,克服作物連作障礙是農業可持續發展的當務之急。雖然,目前尚未找到根治方法,但研究表明,可以通過以下措施使作物連作障礙得以緩解[5-9]1)選用抗病品種或砧木。目前國內外已育成一批可供選用的不同作物抗病品種;同時也選育出一些抗病嫁接砧木,通過嫁接技術來克服作物土傳病害,應用效果顯著。2)改善栽培制度。主要采用輪作,如糧-菜輪作、不同科間的糧-糧輪作和菜-菜輪作等,也包括作物同對抗植物(即具有通過釋放抗菌物質來抑制病原菌功能的植物)和凈化植物(即能夠吸附土壤中過剩鹽分的植物)等的輪作。3)生物防治。其目的主要是調節土壤中的微生物,如通過增施蚓糞等生物有機肥或接種有益微生物等,增加土壤中有益微生物數量,以競爭營養和空間等途徑抑制其他有害菌的繁殖[10]4)土壤消毒。即采用物理、化學等方法實施土壤消毒處理,可快速、高效殺滅土壤中的真菌、細菌、線蟲、雜草等。5)調節土壤pH。對于酸化土壤,采用增施消石灰或石灰氮等方法調節土壤酸度,從而可調節土壤營養有效性和土壤微生物區系,防止土壤劣變。(6)增施有機肥或有機物料。目的是為了保持較好的土壤團粒結構,維持均衡的土壤營養的有效性和微生物區系,以保持土壤健康。
        不同作物連作障礙的主導原因不同,因此,不同作物連作障礙研究的側重點也不同。目前作物連作障礙研究盡管較多,但對連作障礙機理的研究仍是重點之一。研究的技術手段和研究方法也在不斷進步,從傳統的土壤理化性質測定、稀釋平板法測定微生物數量[11]、應用同位素技術[12]檢測根系分泌物等,到微生物區系的定性PCR-DGGE[13-14]技術、高效液相色譜[15]和核磁共振波譜法[16]對根系分泌物的測定、定量PCR法[17]對特定微生物定量分析、高通量測序技術[18]進行微生物分類及多樣性分析等,使研究從定性向定量發展。
        目前,土壤理化性狀和土壤微生物環境的相互作用,根系分泌物與植物營養自調,根系分泌物與土壤微生物的關系,特別是利用高通量測序等技術研究連作土壤微生物群落結構,仍然是研究的熱點。而根系分泌物與環境污染的關系,根系分泌物在土壤中的去向,以及根系分泌物的種類與病原菌增殖的關系等問題將是今后研究的新熱點。根際自生細菌的應用已經成為一個新的研究方向,目前,正在采用轉基因技術,改造根際自生細菌,以改變土壤微生物結構,消除連作造成的微生物結構的破壞,以便有效防治土傳病蟲害[19]
        隨著現代科學技術的發展和農業栽培管理體系的不斷完善,作物連作障礙必將得到進一步緩解,作物生產定能達到經濟效益、生態效益和社會效益的和諧統一,但許多作物徹底根治連作障礙仍是難題。另外應該指出的是,目前通常所說的作物連作障礙,不僅單純是連作障礙,而且也包含不科學施肥導致土壤劣變引起的作物障礙,也就是說,即便輪作,隨著種植年限的延長,也會不同程度地引發作物生育障礙。目前,尚未分清作物連作障礙和施肥不良障礙各自所占份額,尚需進一步解決,只有這樣,才能更好地針對原因采取防控措施。本專題將從不同作物連作對土壤微生物的影響及差異蛋白表達分析等方面探索連作障礙產生機理,并提出相應的防治措施,旨在為連作障礙的研究提供一些參考。
    分蘗洋蔥-番茄套作系統中番茄葉片差異蛋白表達分析
    劉淑芹,周新剛,吳鳳芝,劉守偉
    中國農業科學. 2016, 49(5):  919-932.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.012
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    【目的】明確套作對番茄葉片差異蛋白表達的影響,從蛋白質水平進一步揭示套作分蘗洋蔥減輕番茄連作障礙的機理,探明套作控病增產的原因,推動番茄高效優質栽培模式的建立和推廣。【方法】以番茄為主栽作物,分蘗洋蔥為套作作物,番茄葉片為試材,將4個不同化感潛力的分蘗洋蔥品種(化感潛力強的‘綏化’和‘五常紅七社’,化感潛力弱的‘寧安市紅城村’和‘七臺河’)與番茄套作,運用蛋白質雙向電泳和MALDI-TOF-MS質譜鑒定技術,鑒定套作不同化感潛力分蘗洋蔥對番茄葉片蛋白質表達譜的變化,分析差異蛋白的種類和功能。【結果】套作后不同處理番茄葉片共鑒定出39個差異表達蛋白,分為7類,包括光合作用相關蛋白、代謝相關蛋白、能量代謝相關蛋白、植物抗性相關蛋白、蛋白質合成相關蛋白、核酸合成相關蛋白和未知功能蛋白,差異較大的是與光合(11個)、代謝(11個)、植物抗性(8個)相關的蛋白。套作處理后,熱激蛋白、硫氧還蛋白、多酚氧化酶、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶、S-腺苷硫氨酸脫氫酶、ATP結合蛋白在番茄葉片中的表達量均有不同程度上調,化感潛力強的品種表達量顯著高于弱的品種。【結論】套作分蘗洋蔥對番茄葉片的蛋白表達存在差異,且化感潛力強的品種差異蛋白表達量高于化感潛力弱的品種,表明套作化感潛力強的品種有利于促進番茄的生長,增強其抗逆性,從而減輕連作障礙。
    大蒜秸稈對番茄根結線蟲病及根際微生態的影響
    鞏彪,張麗麗,隋申利,王秀峰,魏珉,史慶華,楊鳳娟,李巖
    中國農業科學. 2016, 49(5):  933-941.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.013
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    【目的】研究土壤添加大蒜秸稈對番茄根結線蟲病及根際微生態的影響,旨在探明大蒜秸稈對植物、根結線蟲病和根際微環境的綜合效應,為合理開發大蒜秸稈資源提供理論依據和技術支撐。【方法】試驗設置土壤添加0(CK)、1%(T1)、2%(T2)、4%(T3)和8%(T4)共5個大蒜秸稈添加濃度(w/w)。于日光溫室中采用裝有5 kg田園土的花盆(直徑20 cm,深20 cm)進行番茄幼苗培養,緩苗后于番茄幼苗周圍打洞接種南方根結線蟲二齡幼蟲(5 000 J2/株)。每30盆作為一個處理,培養溫度控制在白天/夜晚為28—32℃/15—23℃。于處理10、30和50 d后取番茄根系樣品,并采用抖動法收集根際土壤樣品,測定番茄植株的生物量;統計根結線蟲數、雌蟲數、雌蟲比例、卵塊數、卵粒指數、繁殖系數、根結指數等病情指數和相對防治效果;分析根際土壤中的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶等主要土壤酶活性;測定根際土壤中的細菌、真菌和放線菌的數量,以及植食性線蟲、食細菌線蟲、食真菌線蟲和雜食捕食性線蟲等不同營養類群的土壤線蟲數。【結果】隨著大蒜秸稈施用量的增加,番茄植株的生物量呈現先增加后降低的趨勢。其中,T1處理略高于CK,而T2處理略低于CK。相對防治效果隨著大蒜秸稈施用量的增加呈現遞增趨勢,分別達到13.6%、50.0%、72.7%和81.8%;土壤添加大蒜秸稈顯著降低了根結線蟲二齡幼蟲向雌蟲分化的比例,并降低其卵塊數、卵粒指數和繁殖系數。土壤添加大蒜秸稈降低了根際土壤尿酶和磷酸酶活性,但提高了纖維素酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶的活性。另外,土壤添加大蒜秸稈可顯著增加根際土壤中細菌、真菌和放線菌的數量。其中,細菌數隨著大蒜秸稈施用量的增加呈現先增后減的趨勢,其峰值出現在T2處理;而真菌和放線菌則隨著大蒜秸稈施用濃度的增加呈現遞增趨勢。土壤引入大蒜秸稈后,植食性線蟲數量隨著施用濃度的增加呈現遞減趨勢;同一濃度下,植食性線蟲數隨著施用時間的延長呈現遞增趨勢。而食細菌、食真菌和雜食捕食性線蟲數量則隨著大蒜秸稈施用量的增加呈現先增后減的趨勢;相比之下,食真菌線蟲數增幅相對較小。【結論】綜合考慮大蒜秸稈對番茄旺盛生長期的植株生長、根結線蟲病防控和根際微生態的影響,以T2處理(2%)的大蒜秸稈添加量較為適宜。
     
    Biolog-ECO解析黃瓜連作營養基質中微生物群落結構多樣性特征
    鄒春嬌,齊明芳,馬建,武春成,李天來
    中國農業科學. 2016, 49(5):  942-951.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.014
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    【目的】營養基質栽培作為一種有效緩解土壤連作障礙的栽培方式而被廣泛應用,但隨著栽培年限增加,也會表現出連作障礙現象。目前針對營養基質連作障礙產生機理的研究相對較少,生產上主要采用更換營養基質的方式維持生產力,造成大量的資源浪費本研究從微生物群落功能多樣性方面探索營養基質連作障礙產生機理,為找到合理修復營養基質的方法奠定基礎。【方法】以日光溫室黃瓜槽式連作栽培的營養基質(稻草+土壤+膨化雞糞)為試材,采用Biolog-ECO方法計算Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數、McIntosh指數及豐富度指數,進而揭示微生物群落結構多樣性,采用主成分分析法探索不同連作茬次營養基質中微生物群落結構變化的特征與規律。【結果】黃瓜平均單株產量隨著連作茬次的增加在連作第5茬達到最高值,連作11茬顯著低于第1茬水平。營養基質pH隨著黃瓜連作茬次的增加逐漸降低,連作13茬時顯著低于其他茬次。有機碳、速效氮、磷、鉀含量均在連作第5茬的營養基質中含量達到最高值;連作第11茬時,速效氮及速效鉀含量顯著低于第1茬;有機碳和速效磷含量則在連作第13茬顯著低于第1茬。微生物群落碳代謝主成分分析結果顯示連作7茬以后營養基質中微生物碳源利用情況與之前各茬次間差異顯著。微生物群落多樣性指數結果表明,香農指數、McIntosh指數及豐富度指數均在連作第5茬達到最大值,香農指數和豐富度指數在第11茬開始顯著低于第1茬,McIntosh指數在第13茬顯著低于1茬。同時,隨著連作茬次的增加,營養基質中微生物對單一碳源L-精氨酸、D-半乳糖內酯、吐溫40、吐溫80、丙酮酸甲脂、甲基D葡萄糖苷、N-乙酰基-D-葡萄胺的代謝活性明顯降低;而對L-天冬酰胺酸、2-羥基苯甲酸、4-羥基苯甲酸、腐胺、D-甘露醇的代謝活性明顯提高。【結論】采用營養基質栽培黃瓜,連作第5茬黃瓜產量顯著高于其他茬次,微生物碳代謝能力、微生物多樣性各項指標及對單一碳源的高利用碳源數均在各茬次中最高;在連作第11茬后微生物碳代謝能力顯著下降,微生物多樣性水平顯著降低,微生物對羧酸類碳源利用率明顯提高,說明偏好羧酸類碳源微生物種群得到富集,微生物群落結構發生單一化現象。
    小麥殘茬對連作西瓜生長及根際土壤微生物的影響
    韓 哲,徐麗紅,劉 聰,孔令錕,吳鳳芝,潘 凱
    中國農業科學. 2016, 49(5):  952-960.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.015
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     【目的】土壤微生物群落結構構成是土壤生態環境質量的重要組成部分,探討兩種小麥殘茬對連作西瓜生長及根際土壤微生物的影響,闡釋西瓜枯萎病與根際土壤微生物間的關系,為西瓜連作障礙和枯萎病的生態防治提供依據。【方法】D123和D125兩種小麥殘茬粉碎后施入瓜類連作土壤中并繼續栽培西瓜,采用常規方法測定西瓜蔓長、鮮重及產量,稀釋平板法測定根際土壤中細菌、真菌和尖孢鐮刀菌數量,通過Real-time PCR測定西瓜根際土壤中功能微生物芽孢桿菌和西瓜專化型尖孢鐮刀菌數量。【結果】D123和D125兩種小麥殘茬的施入,促進了西瓜蔓長的伸長,并在后期顯著促進了植株地上鮮重、根鮮重和全株鮮重的增加P0.05),且D125處理略高于D123處理;殘茬處理雖然增加了西瓜單株產量,但與對照(CK)差異不顯著。對根際土壤微生物數量統計表明,定植第20天時,D125處理細菌數量顯著高于D123處理與CKP0.05),D123與CK間差異不顯著;定植第30天時,D125處理細菌數量顯著高于CKP0.05),D123與CK、D125間差異均不顯著。對真菌數量的研究表明,各時期均表現為D125>D123>CK,并在定植30 d時相互間差異顯著(P0.05)。對根際尖孢鐮刀菌數量的研究表明,各時期均表現為D125>D123>CK,在定植30 d時,D125處理顯著高于D123處理和CK(P0.05),但D123處理和CK間差異不顯著。土壤中細菌/真菌的比值隨著取樣時期的延長,呈下降趨勢,細菌繁殖速度低于真菌繁殖速度;定植20 d時,D125處理的根際土壤中細菌/真菌的值顯著高于D123處理和CKP0.05),D123處理與CK間差異不顯著。隨著西瓜植株的生長,土壤中西瓜專化型尖孢鐮刀菌的數量呈增長趨勢,各時期尖孢鐮刀菌均表現為CK>D123>D125,在定植第20天和第40天時表現為小麥殘茬處理顯著降低了尖孢鐮刀菌數量P0.05)。芽孢桿菌數據表明,各處理在定植30 d時芽孢桿菌數量均達到最高,其他時期均較低,小麥殘茬的施入增加了根際土壤中芽孢桿菌數量,D125處理在各時期均表現為顯著高于CKP0.05),D123處理在定植后20 d和30 d表現為顯著高于對照(P<0.05),而D125處理在定植后20 d和40 d顯著高于D123處理P0.05),定植后30 d時則表現為相反的結果。【結論】小麥殘茬的施入,促進了西瓜生長,有利于土壤微生物繁殖,并增加有益微生物數量,減少枯萎病致病菌數量,對西瓜連作土壤有一定的修復作用
    蘋果連作土壤中主要酚酸類物質對平邑甜茶幼苗根系的影響
    尹承苗,胡艷麗,王功帥,張先富,周慧,沈向,陳學森,毛志泉
    中國農業科學. 2016, 49(5):  961-969.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.016
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    【目的】研究砂培條件下土壤實測濃度的酚酸及其混合物對平邑甜茶幼苗生物量以及根系相關指標的影響,為研究蘋果連作障礙的緩解措施及指導老果園的更新提供理論依據。【方法】試驗包括對照(CK)、根皮素(T1)、酚酸混合物(T2)、香草醛(T3)、根皮苷(T4)、水楊酸(T5)、苯甲酸(T6)共7個處理,測定5種酚酸及其混合物對平邑甜茶幼苗生物量、根系線粒體相關指標、根系活力、根系超氧化物岐化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)以及三羧酸循環(TCA)相關酶等指標的影響。【結果】5種酚酸及其混合物均降低了平邑甜茶幼苗的根、莖鮮重,以混合酚酸(T2)處理降低最明顯,根鮮重、莖鮮重分別為對照的27.3%、51.7%。單個酚酸處理相比,以根皮苷(T4)對平邑甜茶幼苗傷害最大,根鮮重、莖鮮重分別為對照的42.3%、60.6%。各處理對平邑甜茶幼苗的傷害大小排序為:混合酚酸>根皮苷>根皮素>香草醛>水楊酸>苯甲酸>對照。不同酚酸處理后均使平邑甜茶幼苗的根系活力下降,隨著處理時間的延長,根系活力降低越顯著;在處理后的第1、3、5天以T2處理降低最顯著,分別為對照的73.0%、71.7%和76.1%;在處理后的第10天和15天,T4處理的根系活力降低最顯著,由對照的85.5%降為54.4%。不同酚酸處理均可導致MDA含量顯著升高,隨著處理時間的延長,根系MDA含量升高越顯著,在處理后的第1、3、5天,以T2處理升高最顯著,分別為對照的7.71、1.66和1.66倍。過氧化氫(H2O2)含量則呈現先升高后降低的趨勢,在處理后的第3天,T1、T2、T3、T4、T5、T6各處理根系線粒體H2O2含量的增幅最大,分別為對照的2.50、2.36、2.58、2.59、2.40、2.58倍。不同酚酸處理對平邑甜茶幼苗根系TCA循環相關的順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶活性具有抑制作用,這與不同酚酸處理后的根系活力下降的結果相一致,但不同酚酸對延胡索酸酶的活性沒有影響。不同酚酸處理后根系線粒體膜通透性轉換孔(MPTP)開放程度增大,細胞色素Cyt c/a比值下降,其中在處理后的第1、3、5、10、15天,以T2處理的細胞色素Cyt c/a比值下降最顯著,分別為對照的76.0%、76.9%、69.1%、66.4%和64.2%,其次為T4處理;在處理后的第15天,各處理的根系線粒體Cyt c/a由低到高為:混合酚酸>根皮苷>香草醛>水楊酸>根皮素>苯甲酸>對照。【結論】酚酸混合物、根皮苷和根皮素對平邑甜茶幼苗的生長發育總體表現的抑制作用更大,表明根皮苷、根皮素是引起蘋果園連作障礙的關鍵酚酸類物質。在老果園的更新工作時,可首先考慮采用多種措施來降解根皮苷和根皮素以緩解蘋果連作障礙中酚酸帶來的危害。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    不同來源β-酪蛋白基因啟動子調控人IFNα-2b基因的表達效率
    李輝,劉慶友,石德順
    中國農業科學. 2016, 49(5):  970-978.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.017
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    【目的】為獲得高啟動效率的乳腺特異啟動子,對荷斯坦奶牛、娟姍牛和奶水牛的β-酪蛋白基因啟動子進行比較研究。【方法】對Genbank 中所收錄的荷斯坦奶牛、娟姍牛和水牛β-酪蛋白基因啟動子序列進行比對分析,按照保守序列分別設計啟動子區和3′端ployA序列引物,同時設計人IFNα-2b基因和EGFP-Neo 篩選序列引物并引入預先設計的酶切位點以方便載體構建。采集靜脈血液,提取基因組DNA。PCR克隆β-酪蛋白基因啟動子區和3′端ployA區,同時以實驗室保存質粒為模板克隆人IFNα-2b基因和EGFP-Neo 篩選序列。測序正確后,將各片段按設計順序依次插入pMD18-T骨架中,構建成pHSTBCNp-IFN,pJSBCNp-IFN和pSNBCNp-IFN乳腺特異表達載體。將各載體轉染Bcap-37細胞,經G418篩選出穩定整合的轉基因細胞系。用胰島素(1 mg·L-1),轉鐵蛋白因子(1 mg·L-1),氫化可的松(1 mg·L-1)和PRL(250IU·L-1)聯合對轉基因細胞系進行誘導,然后用PCR、Western blotting、QRT-PCR技術和ELISA方法分別在mRNA水平和蛋白質水平檢測IFNα-2b的表達。【結果】PCR后獲得了荷斯坦奶牛、娟姍牛和水牛β-酪蛋白基因啟動子區,長度分別為5 219、5 244和5 216 bp,其中包括了第一外顯子,第一內含子和部分第二外顯子,部分第二外顯子的51個堿基編碼17個氨基酸的信號肽序列。克隆了1 166 bp的ployA區序列。最終將構建的3個乳腺特異表達載體轉染Bcap-37細胞并經過G418篩選后,獲得了3個轉基因細胞系。經激素誘導后,PCR、Western blotting、QRT-PCR和ELISA檢測發現3個轉基因細胞系都表達了IFNα-2b基因,并且發現娟姍牛β-酪蛋白基因啟動子在調控IFNα-2b基因的表達上效率較高,在mRNA水平和蛋白質水平上顯著高于其他兩個啟動子(P<0.05)。【結論】娟姍牛β-酪蛋白基因啟動子在調控外源基因表達上具有較高的效率,是具有應用前景的乳腺特異性啟動子。所構建的表達載體為IFNα-2b轉基因動物乳腺生物反應器的制備奠定基礎。
    2-甲基丁酸對犢牛小腸酶活及葡萄糖轉運載體基因表達的影響
    張航,劉強,王聰,張延利,裴彩霞,王永新,郭剛,霍文婕,張拴林
    中國農業科學. 2016, 49(5):  979-987.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.018
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    【目的】斷奶前后犢牛胃腸發育及其吸收與代謝功能會發生明顯改變,尤其是斷奶前的飼養管理顯著影響犢牛胃腸的發育乃至以后的生產性能。2-甲基丁酸是一種短鏈支鏈揮發性脂肪酸,在瘤胃內主要來自于支鏈氨基酸的降解,可以作為反芻動物胃腸發育的調控劑。因此,通過研究2-甲基丁酸對斷奶前后犢牛小腸消化酶活性、小腸黏膜生長激素受體和鈉-葡萄糖共轉運載體mRNA表達的影響,揭示2-甲基丁酸對犢牛小腸發育的作用機理。【方法】試驗選用32頭體重(44.7±0.3) kg、發育正常的15日齡哺乳荷斯坦公犢,隨機分為4組,每組8頭,對照組飼喂基礎日糧,試驗組分別在基礎日糧基礎上添加2-甲基丁酸3、6和9 g·d-1。所有犢牛在45日齡斷奶,分別于斷奶前(30日齡)和斷奶后(90日齡)從各組抽取4頭,晨飼前稱重后進行屠宰,采集十二指腸、空腸近端1/4處、空腸遠端1/4處和回腸末端的內容物,采用比色法測定乳糖酶、淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶的活性,采集十二指腸、空腸近端1/4處、空腸遠端1/4處和回腸末端黏膜組織,采用實時熒光定量PCR技術檢測小腸黏膜組織生長激素受體(GHR)和鈉-葡萄糖共轉運載體(SGLT-1)mRNA的表達。【結果】斷奶后犢牛小腸各段乳糖酶活性顯著低于斷奶前,而斷奶后犢牛小腸各段淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活性卻顯著高于斷奶前。日糧添加2-甲基丁酸69 g·d-1后,較3 g·d-1和對照組顯著提高斷奶前犢牛空腸近端、空場遠端和回腸乳糖酶活性(P0.05),較3 g·d-1和對照組顯著提高斷奶后犢牛十二指腸和回腸乳糖酶活性,較3 g·d-1的2-甲基丁酸和對照組顯著提高了斷奶前后犢牛小腸各段脂肪酶、胰蛋白酶活性(P0.05)。斷奶后犢牛小腸各段黏膜GHR和SGLT-1mRNA的表達均顯著低于斷奶前。日糧添加2-甲基丁酸6和9 g·d-1后,較3 g·d-1的2-甲基丁酸和對照組顯著提高了斷奶前后犢牛小腸各段黏膜GHR mRNA的表達(P0.05),較對照組顯著提高了斷奶前后犢牛十二指腸黏膜SGLT-1 mRNA的表達(P0.05),較3 g·d-1和對照組顯著提高了斷奶前后犢牛空腸近端、空腸遠端和回腸黏膜SGLT-1 mRNA的表達。【結論】結果提示,斷奶前后犢牛日糧添加2-甲基丁酸能夠增加小腸消化酶活性及小腸黏膜生長激素受體和鈉-葡萄糖共轉運載體mRNA的表達,綜合以上指標分析,建議斷奶前后犢牛日糧中2-甲基丁酸的最適添加量為6 g·d-1
     
    飼養水平對肉用綿羊空懷期和哺乳期能量代謝平衡的影響
    樓燦,鄧凱東,姜成鋼,馬濤,紀守坤,陳丹丹,張乃鋒,屠焰,刁其玉
    中國農業科學. 2016, 49(5):  988-997.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.019
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    【目的】繁殖母羊不同生理時期的營養對其生產水平有極大的影響,配種期營養決定了受胎率,妊娠期營養決定了羔羊出生重、成活率和成長潛能,哺乳期營養決定了羔羊的生長率,而斷奶后的營養補償了妊娠期和哺乳前期所消耗的營養儲備并為下一繁殖周期做準備。而能量代謝研究則是家畜營養研究的基礎,肉羊上的研究也主要集中在幼畜和生長期,對哺乳期的研究甚少,嚴重制約了中國肉羊產業的健康發展。本試驗用日糧飼喂量梯度方法,研究不同飼養水平下,杜泊×小尾寒羊雜交母羊空懷期和哺乳期能量的消化代謝和氣體代謝特點。【方法】飼養試驗需要控制非試驗因素一致或凸顯出單一因素,是營養需要量研究中最常用的方法,結合消化代謝和氣體代謝試驗可系統研究母羊不同生理期的能量代謝平衡。選取15只健康的杜寒雜交母羊做同期發情處理,分娩后根據隨機區組設計按體重分為3個處理組(自由采食,80%自由采食和60%自由采食),每個處理5只母羊;另安排同品種同齡未配種母羊為空懷母羊組。在哺乳期20、50和80 d分別進行消化代謝和氣體代謝試驗。【結果】隨著飼養水平的降低,碳(Carbon, C)和能量表觀消化率顯著升高(P<0.05)。乳碳隨著哺乳期的延長顯著降低(P<0.05);糞碳和尿碳占食入碳的比例隨著飼養水平的下降顯著降低(P<0.05),且在哺乳期顯著高于空懷期(P<0.05)。消化能代謝率隨著飼養水平的下降顯著上升(P<0.05),在空懷期和哺乳20、50、80 d時分別為78.55%-82.93%、79.53%-85.89%、79.40%-83.49%、80.99%-85.33%;呼吸熵隨飼養水平的下降顯著下降(P<0.01),而不同時期間基本一致,變化范圍在0.83-0.96之間。甲烷產生量及其與DMI(kg)、代謝體重(W0.75)的比值隨著飼養水平的下降顯著降低(P<0.05)。 【結論】飼養水平顯著影響飼糧C和能量表觀消化率(P<0.05)。母羊O2消耗量、CO2和CH4生成量及呼吸熵(RQ)與采食量顯著相關(P<0.05)。哺乳顯著的提高了母羊對C和能量的消化利用(P<0.05)。
    山麻鴨開產期和產蛋高峰期卵巢組織轉錄組分析
    朱志明,陳紅萍,林如龍,繆中緯,辛清武,李麗,張丹青,鄭嫩珠
    中國農業科學. 2016, 49(5):  998-1007.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.020
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    【目的】探明山麻鴨開產期和產蛋高峰期卵巢組織的轉錄組差異,豐富蛋鴨轉錄組數據信息。【方法】選取6份山麻鴨卵巢組織樣品(開產期和產蛋高峰期各3份),利用Illumina HiSeqTM 2000進行高通量測序,構建山麻鴨開產期和產蛋高峰期卵巢組織轉錄組文庫,并用測序評估、基因功能注釋等生物信息學方法進行分析。【結果】經過測序獲得質量不低于20的堿基比例(Q20)均高于93%;開產期獲得了43 489 798條reads,4 380 847 061 bp數據量;高峰期獲得了42 782 676條reads,4 307 499 083 bp數據量;分別有70.92%和72.70%的reads能比對到鴨參考基因組序列上。對開產期與產蛋高峰期轉錄組進行比較,發現開產期有26 808個表達基因,產蛋高峰期有27 013個表達基因,與開產期為參考,在高峰期卵巢組織中共獲得1 929個差異表達基因,其中上調基因989個,下調基因940個;進一步將這些差異基因在Nr數據庫進行注釋,發現獲得注釋的基因有1 423個,其中上調基因695個,下調基因728個;COG功能注釋分析發現這些差異表達基因共獲得663個功能注釋,涉及25個功能分類;GO 功能注釋分析表明,有1 122個基因獲得GO 功能注釋,可以分為61個功能分類,這些分類主要涉及到分子綁定、催化活性、細胞過程、生物調節等諸多生理生化過程,其中涉及到發育繁殖生物學過程的相關注釋基因有406個;KEGG分析發現共有425個基因注釋到160個代謝通路中,其中GnRH信號通路、GPI-anchor生物合成、TGF-β信號通路、核糖體生物合成等通路顯著富集。GnRH信號通路和TGF-β信號通路在卵巢的生理生殖活動發揮了重要作用,而GPI-anchor生物合成和核糖體生物合成,這兩類代謝通路在卵巢生理生殖活動的作用尚不明確。【結論】利用高通量測序技術對山麻鴨開產期和產蛋高峰期卵巢組織的轉錄組進行測序和分析,揭示了山麻鴨不同生理狀態下卵巢組織差異表達基因的數量,獲得了差異表達基因的功能、分類和代謝通路。為豐富蛋鴨卵巢組織轉錄組信息,為開展蛋鴨產蛋性狀相關基因的研究及分子調控機制研究奠定基礎。
    研究簡報
    農田土壤鈣素含量及空間分布規律研究——以武功縣大莊鄉為例
    史紅平,王益權,石宗琳,梁化學,王加旭
    中國農業科學. 2016, 49(5):  1008-1016.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.021
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    【目的】分析關中地區土壤發育與演化的歷史,企圖揭示在現代農業生產條件下土地高強度利用、施肥與耕作制度的變更等對土壤健康的影響。【方法】選定自然條件及土地利用類型一致的聚居村莊,在水平距離僅600 m的范圍內,按照輻射線狀采集農田土樣,并參照了該地區1982年土壤普查數據采集信息,采用“橫向參照標準方法”和“縱向(時間)標準方法”,研究農田土壤鈣素的演化趨勢。【結果】在水平尺度上距村莊0—400 m范圍內表層0—40 cm土壤碳酸鈣、交換性鈣含量的水平變化均不夠明顯,在400—600 m處卻明顯增大,在0—600 m的范圍內土壤水溶性鈣含量隨距村莊距離的增加而逐漸降低。在垂直尺度上不同水平距離處0—20 cm土壤碳酸鈣含量均低于20—40 cm,而交換性鈣和水溶性鈣含量高于20—40 cm。在距村莊50 m處的剖面0—40 cm土層碳酸鈣含量既低于距村莊500 m處,也低于1982年地區內土壤剖面同層的含量,而40 cm以下土壤碳酸鈣含量明顯增加。50 m處0—100 cm土壤鈣素總貯量明顯高于500 m處。表層0—40 cm土層交換性鈣在村莊附近土壤中遞減、水溶性鈣含量遞增。【結論】在無自然因素差異的有限水平空間范圍內,高強度集約化土地利用以及密集型技術措施施行,明顯驅動和加速了農田土壤鈣素的淋失與淀積,導致土壤鈣素的空間變異性及農田土壤表層鈣素的隱型退化,這警示人們高度關注現代農業技術措施對土壤健康的作用和影響。
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