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當期目錄

    2016年 第49卷 第6期 刊出日期:2016-03-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    水稻穎花開放前漿片轉錄組變化
    付永琦,向妙蓮,蔣海燕,何永明,曾曉春
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1017-1033.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.001
    摘要 ( 438 )   HTML ( 1 )   PDF (1114KB) ( 1022 )   收藏
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    【目的】水稻穎花開放是由其基部的一對漿片吸水膨大所啟動。測序技術的發展為從細胞整體水平研究漿片對穎花開放的分子響應,從而對掌握漿片調控穎花開放的內在分子機制提供更為快速、有效的方法。【方法】以常規秈稻品種中早25為材料,應用Illumina測序技術對水稻穎花開放前12 h和臨開放前1 h 2個時間點的漿片轉錄組進行測序,將所得高質量的序列(clean reads)與秈稻9311參考序列比對,獲得唯一比對上某一參考基因匹配的reads(unique reads),采用RPKM法計算基因表達量,并在此基礎上以FDR≤0.001和|log2Ratio|≥1為條件篩選出兩樣本間差異表達的基因,通過與Gene Ontology(GO)數據庫、KEGG pathway數據庫以及聯合蛋白質數據庫中的UniProtKB等數據庫比對注釋差異表達基因的功能和可能參與的分子調控途徑。【結果】從水稻穎花開放前12 h和臨開放前1 h 2個時間點的漿片轉錄組中分別檢測到有26 369和26 157個表達基因,2個時間點的轉錄組之間存在3 924個差異表達基因,其中2 623個基因呈現下調表達和1 301個基因呈現上調表達,有105個基因表達差異倍數高達100倍以上(即|log2Ratio|≥6.7)。GO分析結果表明被注釋分子功能的差異基因有1 624個,其中21.7%基因具有離子結合活性、10.3%具有氧化還原酶活性、5.4%具有轉運活性。富集于生物學過程的差異基因有1 313個,其中15.0%的差異基因參與定位、12.4%參與運輸、4.7%參與碳水化合物代謝、4.5%參與脂類代謝。Pathway顯著性富集分析發現有2 229個差異基因參與了123條代謝途徑,其中,富集基因數目較多的途徑主要包括次生物質生物合成(399個)、植物激素信號轉導(152個)、核苷酸代謝(146個)以及淀粉和糖代謝(64個)等路徑。花前1 h漿片中特異表達且唯一比對上基因的reads數(Uniq-reads_ num)超過30的基因的功能主要涉及細胞壁重塑、質膜的穩定性、能量代謝、基因轉錄調節以及信號轉導等生命活動。茉莉酸及其類似物對水稻穎花開放有強烈的誘導效應,差異表達基因中有16個基因參與了茉莉酸生物合成途徑以及11個基因參與了茉莉酸的信號轉導過程,且隨著穎花開放時間的臨近,多數基因表達水平顯著提高。【結論】獲得穎花開放前12 h和臨開放前1 h漿片中差異表達基因的表達變化模式及其功能信息,發現參與調控碳水化合物代謝與運輸、細胞能量代謝、細胞壁結構修飾以及茉莉酸等激素代謝與信號轉導等生理過程的基因在穎花臨開前被強烈誘導或抑制表達,提示這些基因與漿片細胞吸水膨大調控水稻穎花開放密切相關。
    橡膠草法尼基焦磷酸合酶基因的克隆與功能分析
    曹新文,王秀珍,李永梅,趙李婧,馬海霞,閆潔
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1034-1046.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.002
    摘要 ( 359 )   HTML ( 1 )   PDF (11207KB) ( 1832 )   收藏
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    【目的】法尼基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPS)是天然橡膠生物合成的甲羥戊酸途徑中的關鍵酶,獲得橡膠草FPS基因并轉化野生橡膠草,為研究FPS基因在橡膠草橡膠生物合成過程中的調控作用奠定基礎。【方法】采用同源克隆的方法獲得橡膠草FPS基因全長cDNA序列,并對該基因進行生物信息學分析。對橡膠草和其他18種不同高等植物的FPS氨基酸序列進行多序列比對及進化樹分析。提取橡膠草不同組織:根、葉柄、葉、花梗、花和種子RNA,對FPS基因進行組織特異性表達分析,并對不同生長時期的橡膠草FPS表達量進行比較,分析橡膠草生長過程中FPS的調節作用。將該基因在野生型橡膠草中過表達,對得到的轉基因和野生型植株FPS相對表達水平進行分析,比較轉基因和野生型植株橡膠含量的變化。堿煮法提取轉基因和野生型橡膠草根部的橡膠,測定橡膠含量。【結果】獲得橡膠草FPS基因全長cDNA序列,命名為TKFPS(GenBank登錄號 KJ558350.1)。序列分析表明該基因包含1個1 029 bp的完整開放閱讀框,編碼342個氨基酸,編碼的蛋白質相對分子量為39.35 kD,理論等電點(pI)為5.41,平均疏水性為-0.242。多序列比對結果表明,橡膠草FPS氨基酸序列含有高等植物FPS基因的5個保守結構域,系統發育分析結果顯示新疆野生橡膠草與蒲公英處于同一分支,其親緣關系最近。TMHMM和TargetP亞細胞定位分析得知,TKFPS 蛋白無跨膜區域,可能定位于細胞質中發揮功能。組織特異性分析結果表明TKFPS在橡膠草的根、葉柄、葉、花梗、花、種子中均有表達,其中,在葉中表達量最高,根次之,在花中表達量最低。重組子pCAMBIA2300-35S-TKFPS經農桿菌介導法轉化野生橡膠草葉盤,得到6株轉基因植株。實時熒光定量PCR檢測發現,與野生型相比,轉基因株系FPS的相對表達量水平明顯升高,6株轉基因株系TKFPS表達量平均約是野生型的2.8倍。橡膠含量測定結果表明6株轉基因株系的根中橡膠質量分數平均比野生型增加了3.92%。【結論】成功從橡膠草中克隆獲得TKFPS,并轉化野生橡膠草得到轉TKFPS的高產橡膠草株系,FPS在橡膠草產膠過程中發揮重要功能。
    胡麻兩系雜交親本的配合力及雜種優勢分析
    王利民,張建平,黨照,裴新梧,黨占海
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1047-1059.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.003
    摘要 ( 305 )   HTML ( 1 )   PDF (376KB) ( 678 )   收藏
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    【目的】研究胡麻兩系雜種優勢的親本配合力遺傳基礎,為胡麻兩系雜交種親本選配提供理論依據。【方法】選用7份溫敏型雄性不育系和11份國內外主栽油用及纖用亞麻優良品種為親本材料,按照遺傳交配設計NCⅡ不完全雙列雜交設計配置77(7×11)份雜交組合,利用DPS軟件分析兩系胡麻雜交親本14個主要農藝性狀和品質性狀的遺傳效應、親本一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)效應及與雜種優勢的關系。【結果】胡麻兩系雜交組合主要農藝性狀和品質性狀存在顯著的遺傳差異,其主要表現為加性基因效應遺傳的性狀有:株高、工藝長度、分莖數、分枝數、每果粒數、千粒重和含油率、油酸、亞油酸、硬脂酸、棕櫚酸;同時受加性和非加性基因效應共同影響的性狀有:單株果數、單株產量和亞麻酸組分。主要農藝性狀與品質性狀的狹義遺傳力大小順序分別為:工藝長度>千粒重>株高>每果粒數>分枝數>單株產量>分莖數>單株果數;含油率>亞麻酸>硬脂酸>棕櫚酸>亞油酸>油酸。親本一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)在同一親本(組合)的不同性狀間和同一性狀的不同親本(組合)間存在較大差異,且親本的GCA效應與SCA效應沒有直接的關系。在供試的18份親本材料中,不育系113S、16-1-1-2、24-1-1-1、T-11和1S,恢復系隴亞10號、天亞9號、輪選3號、Macbeth和AC Watson在某些農藝和品質性狀上具有較突出的一般配合力(GCA)效應,是較優的親本材料。所組配的77份雜交組合14個主要農藝性狀和品質性狀存在廣泛的超親優勢和競爭優勢,優勢大小因性狀而異,其競爭優勢與親本一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)呈極顯著正相關,且與親本GCA的相關性多高于SCA,與恢復系的GCA相關性多高于不育系,強優勢組合的特點是雙親或親本之一具有較高的GCA效應,或具有較高的SCA效應。此外,親本GCA效應,特別是恢復系的GCA效應對雜種優勢的貢獻要明顯高于不育系。【結論】胡麻兩系雜種優勢表現與親本一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)緊密相關,其親本一般配合力(GCA),特別是親本一般配合力(GCA)高的恢復系的選配,是組配強優勢胡麻兩系雜交育種的關鍵。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    外源6-BA和不同用量氮肥配合對小麥花后葉片功能與熒光特性的調控效應
    駱永麗,楊東清,尹燕枰,崔正勇,李艷霞,陳金,鄭孟靜,王玉竹,龐黨偉,李勇,王振林
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1060-1083.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.004
    摘要 ( 419 )   HTML ( 6 )   PDF (539KB) ( 767 )   收藏
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    【目的】探討外源細胞分裂素(6-BA)和不同用量氮肥對小麥花后光合特性的調控效應,為激素與氮肥配合施用提高小麥光合生產力提供理論依據。【方法】試驗選用持綠型品種汶農6號和非持綠型品種濟麥20,設置N0(0)、N1(240 kg·hm-2)、N2(360 kg·hm-2)3個氮肥用量,同時,花后連續3 d葉面噴施25 mg·L-1 6-芐基腺嘌呤(6-BA)及300 mg·L-1洛伐他汀(Lovastatin),用量100 mL·m-2。開花后每隔7 d取旗葉,測定葉綠素含量、MDA含量、抗氧化酶活性等生理指標,用高效液相色譜法測定4種內源激素含量,利用脈沖調制式熒光儀測定不同處理下旗葉葉綠素熒光誘導的動力學參數。【結果】噴施外源6-BA顯著提高兩品種小麥旗葉花后不同時期最大光化學效率(Fv/Fm)、實際光化學效率(ΦPSII)、光合電子傳遞速率(ETR)以及光化學猝滅系數(qP),而噴施外源洛伐他汀對上述指標產生顯著降低作用。噴施外源6-BA使N0、N1、N2處理下濟麥20旗葉ΦPSII分別提高12.08%、14.21%、9.43%,汶農6號旗葉ΦPSII分別提高12.44%、14.84%、11.58%;噴施外源6-BA使N0、N1、N2處理下濟麥20旗葉ETR分別提高16.57%、25.81%、18.83%,汶農6號旗葉ETR分別提高13.88%、23.58%、22.80%。兩品種其他熒光參數指標表現出以下規律,即6-BA與N1配合對小麥旗葉Fv/Fm、ΦPSII、ETR以及qP的提高效應均高于單一噴施6-BA或6-BA與N2配合。同時,品種、氮肥、激素單一效應及激素與氮肥配合對ΦPSII、ETR、qP影響顯著,品種、激素單一效應對Fv/Fm影響顯著,而激素與不同用量氮肥配合對Fv/Fm無顯著影響。葉面噴施細胞分裂素抑制劑洛伐他汀使N0、N1、N2處理下濟麥20旗葉ETR分別降低22.71%、12.06%、11.92%,兩品種其他熒光參數指標Fv/Fm、ΦPSII、qP均表現出下降趨勢,而增施氮肥能夠緩解因細胞分裂素合成減少導致的小麥熒光參數的降低。外源噴施6-BA對兩品種小麥內源激素含量影響顯著。噴施外源6-BA顯著提高旗葉玉米素核苷(ZR)含量,生長素(IAA)含量以及N0、N1處理下21—28 d赤霉素(GA3)含量,顯著降低脫落酸(ABA)含量,而噴施外源洛伐他汀后,4種內源激素含量變化與以上結果相反。隨著施氮量增加,ZR含量、14—28 d IAA含量隨之增加,ABA含量總體呈下降趨勢,而7—14 d GA3含量在N1處理下最高。同時,品種、氮肥、激素單一效應、激素與氮肥配合對ZR含量影響顯著。另外,6-BA與N1配合對小麥葉綠素含量和抗氧化酶活性的提高效應高于單一噴施6-BA或6-BA與N2配合,激素與氮肥配合施用顯著影響葉綠素含量和抗氧化酶活性。與不施氮相比,N1與N2處理下,外源洛伐他汀對葉綠素含量和抗氧化酶系活性的降低幅度減小,即增施氮肥能夠緩解因細胞分裂素合成減少引起的兩品種小麥光合結構的衰老。花后噴施外源6-BA顯著影響千粒重和產量(P<0.01),對穗數、穗粒數無顯著影響,6-BA與氮肥配合顯著影響穗數、穗粒數、千粒重以及產量,6-BA與N1配合顯著提高產量及其構成因素。【結論】細胞分裂素與氮肥配合能夠明顯改善小麥的光合性能,6-BA與適量氮肥配合施用對小麥光合性能的提高效應顯著高于單一噴施6-BA或6-BA與過量氮肥相配合,光合性能的改善顯著提高兩品種的產量。
    旱區集雨種植方式對土壤水分、溫度的時空變化及春玉米產量的影響
    李玉玲,張鵬,張艷,賈倩民,劉東華,董昭蕓,賈志寬,韓清芳,任小龍
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1084-1096.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.005
    摘要 ( 301 )   HTML ( 1 )   PDF (1455KB) ( 504 )   收藏
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    【目的】探索不同集雨種植方式春玉米旱作田土壤水分轉運、分配、土壤溫度的時空變化特征及其對玉米產量和水分利用效率的影響,為試區玉米高產、水分高效持續利用型種植模式提供理論依據。【方法】2013—2014年在寧夏彭陽區設置傳統露地平作(CK)為對照,分析4種不同集雨覆膜種植方式下春玉米各生育期的土壤水分、土壤溫度、水分利用效率及產量變化。4種集雨覆膜種植方式分別為雙壟溝全覆膜種植(D)、半膜平鋪種植(F)、溝播壟膜雙行種植(R1)、溝播壟膜單行種植(R2)。溝播壟膜雙行處理和半膜平鋪處理覆膜寬度均為60 cm,溝播壟膜單行處理壟寬50 cm、溝寬10 cm,雙壟溝全覆膜大壟寬70 cm,壟高15 cm、小壟寬50 cm,壟高10 cm。播種密度均為75 000株/hm2。播前基施化肥102 kg N·hm-2和90 kg P2O5·hm-2,拔節期追施153 kg N·hm-2,試驗為隨機區組設計,3次重復。【結果】各覆膜處理較CK可明顯改善土壤水溫條件,在玉米苗期(0—30 d),D、F、R1、R2處理0—200 cm土層的貯水量比CK分別增加了10%、8.9%、10.9%和14.4%。在玉米生長中后期(90—120 d),受降雨量與不同覆膜種植方式下玉米耗水量不同,各覆膜處理0—200 cm土層貯水量表現出差異,2013年(前期降水為309.4 mm)各覆膜處理顯著低于CK,覆膜處理間無顯著差異,2014年(前期降水為104.9 mm)R1、R2處理貯水量均顯著高于其他覆膜處理。2年試驗中,R1處理0—40 cm土層貯水量顯著高于其他處理,平均增加了5%;D、F、R1、R2 處理0—25 cm土層土壤溫度在玉米苗期較CK分別增加了3.5、2.3、0.9和1.1 ℃;玉米全生育期總干物質積累量呈“S”型曲線,在0—60 d,積累量較小,各處理僅占整個生育期的4.3%-15.4%,各處理大小順序為:D>R2>F>R1>CK;在60—120 d(大喇叭口期至灌漿期),積累了玉米干物質的74.5%,此期D、R2的干物質積累速率達309.3和324.1 kg·hm-2·d-1;2013年(玉米全生育期降雨量為594.1 mm)D、F、R2的水分利用效率和玉米產量較CK分別提高13.4%、21.2%、13.3%和18.0%、11.2%、20.3%;2014年D、R1、R2(玉米全生育期降雨量為341.9 mm)的水分利用效率和玉米產量比CK分別顯著提高了31.1%、33.8%、35.1%和42.5%、39.9%、40.8%,D、R1、R2處理間產量無明顯差異。各覆膜處理在降水較少的年份水分利用效率和產量增加幅度較大,且R1效果明顯。【結論】溝壟集雨種植方式可明顯改善寧南半干旱地區土壤淺層水分狀況,提高土壤溫度,增加物質積累量;溝播壟膜種植在降水較少的年份集雨優勢明顯,雙壟溝全覆膜、溝播壟膜單行種植的水分利用效率和產量最佳。該項研究豐富了寧南半干旱地區旱作集水種植模式,對進一步完善和篩選適合半干旱地區玉米高產穩產的可持續發展種植模式提供了理論依據。
    植物保護
    葡萄細胞分裂素響應調節因子VvRR2互作蛋白篩選與鑒定
    余義和,李秀珍,郭大龍,楊英軍,李學強,張國海
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1097-1105.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.006
    摘要 ( 262 )   HTML ( 1 )   PDF (1644KB) ( 652 )   收藏
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    【目的】從葡萄中克隆細胞分裂素響應調節因子VvRR2,獲得VvRR2的互作蛋白,為闡明VvRR2在歐洲葡萄抗病反應中的作用機制提供依據。【方法】對葡萄接種白粉病菌,提取總RNA后反轉錄,利用實時熒光定量PCR檢測VvRR2轉錄本對白粉病菌的響應;構建瞬時表達載體pBI221-VvRR2-GFP,轉化擬南芥原生質體進行亞細胞定位分析;構建酵母表達載體pGBKT7-VvRR2,轉化酵母菌株AH109,檢測VvRR2的轉錄激活活性;構建酵母表達cDNA文庫,以VvRR2為誘餌,通過Mating法篩選互作蛋白,對獲得候選序列進行Blast分析;將候選蛋白VvTGA的全長序列克隆至pGADT7載體形成重組載體pGADT7-VvTGA,與重組誘餌載體pGBKT7-VvRR2共轉化酵母,進行雙雜交驗證VvRR2與VvTGA的相互作用;將VvTGA的全長序列克隆至pSPYNE(R)173載體,形成重組載體pSPYNE-VvTGA,將VvRR2的全長序列克隆至pSPYCE(M)載體,形成重組載體pSPYCE-VvRR2,然后將兩個重組載體共轉化擬南芥原生質體,利用雙分子熒光互補技術驗證VvRR2與VvTGA的相互作用。【結果】葡萄接種白粉病菌后,細胞分裂素響應調節因子VvRR2呈現受白粉病菌誘導表達模式。VvRR2定位在擬南芥原生質體的細胞核,轉錄激活試驗結果表明VvRR2在酵母體內具有轉錄激活活性。在含有60 mmol·L-1的3-AT培養基上可以抑制VvRR2誘餌載體的自激活活性,VvRR2誘餌載體對宿主酵母菌沒有毒性。以VvRR2為誘餌,初步篩選到287個單克隆,在高嚴謹條件下進一步篩選獲得23個有效序列,Blast分析顯示這些基因參與蛋白質合成與降解、細胞分裂素信號傳導、光反應和生物鐘節律、生長發育和逆境響應。酵母回復雙雜交試驗結果顯示含有空載體(pGADT7或pGBKT7)酵母在四缺培養基(含3-AT)上不能生長,含有兩種重組質粒的酵母在四缺培養基(含3-AT)上能夠生長,并在含有X-α-Gal的四缺培養基上能夠顯色。雙分子熒光互補試驗結果顯示共轉化pSPYCE-VvRR2與pSPYNE(R)173、pSPYNE-VvTGA與pSPYCE(M)的原生質體沒有黃色熒光,而共轉化pSPYCE-VvRR2與pSPYNE-VvTGA的原生質體顯示黃色熒光。VvTGA的表達類似于VvRR2,呈現受白粉病菌誘導表達模式。【結論】葡萄細胞分裂素響應調節因子VvRR2是一個受白粉病菌誘導表達的轉錄因子,能夠與VvTGA相互作用,并且VvTGA受白粉病菌誘導表達。
    西花薊馬氣味結合蛋白的cDNA克隆、序列分析及時空表達
    張治科,吳圣勇,雷仲仁
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1106-1116.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.007
    摘要 ( 211 )   HTML ( 1 )   PDF (2858KB) ( 497 )   收藏
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    【目的】鑒定西花薊馬(Frankliniella occidentalis)氣味結合蛋白(odorant binding protein,OBP)并對其序列特征及分布情況進行研究,為闡明該蟲嗅覺識別的機制、利用干擾昆蟲嗅覺識別來進行害蟲防治提供依據。【方法】利用RT-PCR和RACE技術克隆西花薊馬氣味結合蛋白基因,用DNAMAN軟件進行序列分析,用BLAST進行同源性比較,并用MEGA6.0的鄰接法(neighbor-joining)構建系統進化樹,應用服務器Chou & Fasman預測蛋白的二級結構,通過實時熒光定量PCR檢測該基因在西花薊馬不同發育期以及成蟲不同組織中的分布情況。【結果】克隆了一個西花薊馬氣味結合蛋白基因,命名為FoccOBP1(GenBank登錄號:KM527948);該基因cDNA序列全長660 bp,其中開放閱讀框450 bp,編碼149個氨基酸,3′端非編碼區長172 bp,具有真核生物polyA加尾結構,5′末端非編碼區長38 bp,預測成熟蛋白分子量為16.39 kD,等電點為7.46,N端有22個氨基酸組成的信號肽序列,具有氣味結合蛋白典型的6個保守半胱氨酸位點特征,其排列方式為C1-X26-C2-X3-C3-X40-C4-X9-C5-X8-C6,符合典型OBP 6個保守的半胱氨酸位點結構模型。氨基酸序列中有3個親脂性區域,第74—83位的氨基酸殘基形成的親脂性口袋尤為明顯,可能是脂溶性氣味分子的結合位點;FoccOBP1氨基酸序列與3個半翅目和10個同翅目昆蟲OBP聚在同一分支,其中與綠盲蝽(Apolygus lucorum)的AlucOBP8(GenBank登錄號為AFJ54049.1)、苜蓿盲蝽(Adelphocoris lineolatus)的AlinOBP5(GenBank登錄號為ACZ58031.1)、牧草盲蝽(Lygus lineolaris)的LlinOBP2(GenBank登錄號為AHF71029.1)同源相似性最高,其次是棉蚜(Aphis gossypii)的AgosOBP7(GenBank登錄號為AGE97637.1)、大豆蚜(Aphis glycines)的AglyOBP7(GenBank登錄號為AHJ80893.1)、禾谷縊管蚜(Rhopalosiphum padi)的RpadOBP7(GenBank登錄號為AHL30243.1)等昆蟲的OBP,表明FoccOBP1與這些基因的親緣關系也較近;經FoccOBP1蛋白的二級結構預測,FoccOBP1以α-螺旋為主,其次是β-折疊,轉角含量較少;經不同發育階段檢測發現,FoccOBP1在西花薊馬若蟲期和初羽化成蟲期的表達量較高,且隨成蟲羽化后天數的延長表達量逐漸降低,在雌雄成蟲間的表達量也有差異;在初羽化成蟲的不同組織檢測發現,FoccOBP1幾乎在初羽化成蟲觸角中特異性表達;構建了重組表達質粒pET-30a/FoccOBP1。【結論】明確了FoccOBP1的核苷酸、氨基酸序列特征,分析了該蛋白的二級結構特征,根據FoccOBP1在西花薊馬中的時空表達情況,推測該基因可能在西花薊馬嗅覺識別、定位寄主植物、信息素合成或性行為方面扮演重要角色;成功構建了重組表達質粒pET-30a/FoccOBP1,為下一步該蛋白表達純化及其功能的深入研究打下基礎。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    中國耕地資源與糧食增產潛力分析
    陳印軍,易小燕,方琳娜,楊瑞珍
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1117-1131.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.008
    摘要 ( 358 )   HTML ( 9 )   PDF (536KB) ( 689 )   收藏
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    【目的】分析未來中國耕地數量和糧食增產潛力,為國家糧食安全決策提供參考。【方法】以1980/1996—2013年耕地面積和糧食生產系列數據為樣本,應用時間序列預測方法,基于中國第二次全國土地調查結果,預測2020年全國耕地面積、耕地復種指數、糧食作物與非糧食作物面積比、糧食作物種植結構,并從“高產示范區單產水平”、“品種區試單產水平”、趨勢單產等多視角分析未來全國糧食增產潛力。【結果】到2020年,全國耕地面積為1.32×108 hm2,糧食作物與非糧食作物面積占比為66﹕34,糧食作物播種面積為1.12×108 hm2;從“高產示范區單產水平”看全國糧食總產有68.9%的增產潛力,從“品種區試單產水平”看全國糧食總產有35.5%的增產潛力,從趨勢單產看2020年全國糧食總產潛力為6.34×108—6.53×108 t,與2013年相比增產5.3%—8.5%。【結論】未來中國耕地面積和糧食作物播種面積呈小幅減少之勢,但在糧食作物單產不斷提高的拉動下,未來中國糧食總生產能力繼續呈上升之勢。
    長期施肥下紅壤性水稻土有效磷的演變特征及對磷平衡的響應
    黃晶,張楊珠,徐明崗,高菊生
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1132-1141.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.009
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    【目的】分析長期不同施肥下土壤有效磷含量、全磷含量、土壤磷素盈虧和磷素活化效率(PAC)的動態變化,探討不同施肥下水稻土磷素演變特征及與磷平衡的響應關系。【方法】基于1982年開始的紅壤性水稻土長期不同施肥定位試驗,試驗包括不施肥(CK)、有機肥(牛糞,M)、氮磷鉀肥(NPK)、氮磷鉀肥+有機肥(NPKM)、氮磷肥+有機肥(NPM)、氮鉀肥+有機肥(NKM)和磷鉀肥+有機肥(PKM)共7個處理。【結果】經過30年不同施肥,土壤有效磷含量均呈上升趨勢。M、NKM、NPK、NPM、NPKM和PKM處理土壤有效磷含量變化速率分別為0.18、0.20、0.83、1.35、1.46和1.62 mg·kg-1·a-1。M、NPK、PKM、NPM和NPKM處理土壤全磷增加速率分別約為4.3、15.4、16.0、18.3和22.9 mg·kg-1·a-1。所有施肥處理,土壤中磷素均有盈余,磷素盈余量與土壤有效磷增加量呈顯著正相關關系(P<0.05),土壤中每盈余100 kg P·hm-2,M、NKM、NPM、NPKM、PKM和NPK6個處理的土壤有效磷含量分別增加0.4、0.7、1.9、2.1、2.2和3.2 mg·kg-1。在土壤中磷素盈余量接近的情況下,單施化肥(NPK)的PAC顯著高于單施有機肥(M)處理(P<0.05)。【結論】化學磷肥和有機肥配施相比單施化肥或有機肥能夠顯著提高紅壤性水稻土土壤有效磷、全磷含量和磷素活化效率。
    施用生物炭對 土微生物量碳、氮及酶活性的影響
    尚杰,耿增超,王月玲,陳心想,趙軍
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1142-1151.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.010
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    【目的】研究不同用量生物炭對土微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)及酶活性的影響,為生物炭提升土壤質量提供科學依據。【方法】采用大田試驗,將果樹樹干、枝條生物炭(450℃、限氧條件下裂解)以不同用量(0、20、40、60、80 t·hm-2分別記作B0、B20、B40、B60、B80)施入土,與耕層(0—20 cm)混勻。經過2年的夏玉米和冬小麥輪作后,分3層測定0—30 cm土層的土壤生物活性及理化性質,采用主成分分析研究施用生物炭后土酶活性及微生物量碳、氮的變化特征。【結果】(1)在0—20 cm土層,SMBC和SMBN均是在生物炭用量為40或60 t·hm-2時達到最大,而在20—30 cm土層,SMBC和SMBN均在生物炭用量為80 t·hm-2時達到最大,且在整個測試土層,施炭處理均比對照(B0)含量高。(2)隨生物炭施用量的增加,6種土壤酶活性總體上表現為先增加后降低的趨勢。施用生物炭顯著增加了土壤酶指數(SEI),在0—10 cm土層,施炭處理較B0顯著增加1.6—2.7倍;在10—20 cm和20—30 cm土層,施炭處理較B0分別顯著增加26.6%—39.5%和18.7%—21.7%,但用量達到80 t·hm-2時,SEI則又顯著下降。(3)通過主成分分析可以將本研究的8個指標歸納為土壤活性因子和土壤強度因子,其綜合得分在不同土層總體上表現為0—10 cm土層>10—20 cm土層>20—30 cm土層;在0—10 cm和10—20 cm土層,不同處理綜合得分為B60>B40>B20>B80>B0,在20—30 cm土層,綜合得分為B60>B80>B40>B20>B0。【結論】生物炭的施用增加了土土壤微生物量,提高了土壤酶活性,改善了土壤生物環境。總體而言,60 t·hm-2的生物炭施用量綜合表現最優。
    園藝
    不同配比的硝態氮和銨態氮對枇杷實生苗氮素吸收動力學及生長的影響
    馬檢,樊衛國
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1152-1162.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.011
    摘要 ( 220 )   HTML ( 1 )   PDF (797KB) ( 403 )   收藏
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    【目的】探究硝態氮和銨態氮及其配比條件對枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)實生苗的氮素吸收動力學參數和生長發育的影響,確定枇杷可吸收利用的氮素形態,為枇杷的氮肥管理提供科學依據。【方法】以枇杷實生苗為材料,采用離子耗竭法,測定枇杷實生苗根系對不同硝態氮和銨態氮的吸收動力學參數;以pH為7.35的石灰性黃壤為栽培介質,設置5個不同硝銨比的施氮處理,研究不同硝態氮和銨態氮配比對枇杷實生苗生長及根系形態特征的影響。【結果】在不同的NH4+及NO3-離子濃度及其不同配比的營養液中,枇杷實生苗根系吸收銨態氮、硝態氮及總氮的規律均符合Michaelis-Menten酶動力學方程。無論NH4+和NO3-離子濃度如何變化,枇杷實生苗根系對NH4+吸收的內在潛力及親和力和其在根中的流速均比NO3-的大。在單純供給硝態氮的條件下,枇杷對NO3-的吸收并沒有得到促進。在供給不同硝銨配比的處理中,隨銨態氮比例的增加,枇杷實生苗根系中總氮的最大吸收速率(Imax)和根系中流速(α)明顯增大,而米氏常數值(Km)明顯減小;隨硝態氮比例的增加,根系中總氮的Imax和離子流動速率(α)明顯降低,Km值明顯增大。增加銨態氮的比例能夠促進枇杷實生苗根系對氮素的吸收,而增大硝態氮的比例對枇杷根系吸收氮素營養有不利影響,銨態氮是枇杷優先選擇吸收的氮素形態。在土培條件下,施不同配比的硝態氮肥和銨態氮肥,枇杷實生苗的植株高度、基徑、干重生物量、根冠比、根系形態指標和總葉面積的差異顯著。增大銨態氮的施肥比例能夠顯著增大植株高度、基徑、干重生物量、根冠比、總葉面積,根的總長度、總表面積、總體積、平均直徑,總根尖數及根系分形維數。100%的銨態氮處理的上述指標最大,100%的硝態氮處理的上述指標最小。【結論】銨態氮能夠明顯促進枇杷實生苗的生長發育,增強枇杷實生苗對氮素的吸收利用,而硝態氮則抑制枇杷實生苗的生長。在混合供應銨態氮和硝態氮的條件下,增加銨態氮比例能夠促進枇杷實生苗的生長發育。
    貯藏·保鮮·加工
    干燥方式對銀耳加工與貯藏過程中品質的影響
    李亞歡,田平平,王杰,杜冰,姚松君,孫恬,馬務迢,劉偉賢
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1163-1172.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.012
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    【目的】研究不同干燥方式對銀耳加工與貯藏過程中品質變化的影響,為高品質銀耳的生產提供理論依據。【方法】以收縮率,復水比,色澤,蛋白質、還原糖、總糖和多糖含量,多糖對超氧陰離子和羥自由基的清除能力,水分含量,微生物含量,過氧化氫、SO2、米酵菌酸和亞硝酸鹽含量為評價指標,研究熱風干燥、真空干燥和真空冷凍干燥3種干燥方式對銀耳在加工與貯藏過程中質構品質和相關理化指標的影響。【結果】不同干燥方式對銀耳品質影響的結果表明,熱風干燥的銀耳收縮率和褐變程度最高,復水比增幅低;冷凍干燥的銀耳褐變程度低,具有最大的復水比增幅和最小的收縮率。干燥方式對銀耳營養成分影響方面,冷凍干燥的銀耳中水溶性蛋白、總糖和多糖含量最高;真空干燥的銀耳中水溶性蛋白和多糖含量最低,但其還原糖含量最高;熱風干燥的銀耳中還原糖含量最低;從冷凍干燥的銀耳中提取的多糖具有最高的超氧陰離子和羥自由基清除率,從真空干燥的銀耳中提取的多糖具有最低的超氧陰離子和羥自由基清除率。采用3種方式干制的銀耳貯藏期間營養成分理化指標變化結果表明,隨著貯藏時間的增加,各樣品中水分和還原糖含量均呈上升趨勢,蛋白質、總糖、多糖含量呈下降趨勢。貯藏90 d后,熱風干燥的銀耳水分含量和還原糖的增幅最大,多糖含量降幅最小;冷凍干燥的銀耳蛋白質和多糖含量降幅最大,還原糖含量增幅最小;真空干燥的銀耳水分和蛋白質含量變化幅度最小。在貯藏期間微生物與代謝產物方面,3種方式干制的銀耳中細菌和真菌個數,過氧化氫、SO2和米酵菌酸含量均呈上升趨勢。貯藏90 d后,冷凍干燥的銀耳中微生物數量和米酵菌酸含量增幅最大;熱風干燥的銀耳中過氧化氫含量增幅最大;真空干燥的銀耳中微生物數量和過氧化氫含量增幅最小;3種方式干制的銀耳之間SO2含量增幅無顯著差異。【結論】綜合分析,冷凍干燥的銀耳質構品質和營養成分最佳,其次是真空干燥,熱風干燥的銀耳品質最差。但冷凍干燥的銀耳在貯藏過程中易受微生物的影響,營養物質下降幅度最大。
    復合保鮮劑涂膜對石榴果實采后生理、貯藏品質及貯期病害的影響
    張潤光,田呈瑞,張有林
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1173-1186.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.013
    摘要 ( 241 )   HTML ( 1 )   PDF (2414KB) ( 466 )   收藏
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    【目的】石榴采后易出現果皮褐變、籽粒劣變、軟化腐爛等問題,導致貯期短,貯后質量差,商品價值降低。優選石榴復合保鮮劑的最佳配方,研究保鮮劑對石榴采后生理、貯藏品質及貯期病害的影響,為石榴貯藏保鮮提供理論依據和技術參考。【方法】以‘凈皮甜’石榴為試材,采用正交試驗優化復合保鮮劑組分比例,通過生理變化和感官鑒評確定最佳配方。用復合保鮮劑涂膜處理石榴,于溫度(1.0±0.5)℃、相對濕度90%—95%條件下貯藏,以未經保鮮劑處理的石榴作對照。貯期測定各處理果實呼吸速率、相對電導率、果實硬度,果皮多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性和籽粒可溶性固形物含量、總糖含量、可滴定酸含量,計算貯藏不同時期各處理褐變指數、腐爛指數、失重率和商品果率,貯藏160 d時對石榴果實的口感、色澤、氣味等感官性狀進行綜合評定。對引起石榴貯期病害的病原菌進行科赫氏驗證、形態學分析和ITS序列鑒定,測定復合保鮮劑對石榴貯期病原菌的抑制率、半致死濃度(EC50)和最小抑菌濃度(MIC)。【結果】復合保鮮劑由殼寡糖、那他霉素、葡萄糖酸-δ-內酯、檸檬酸、抗壞血酸、六偏磷酸鈉和酪蛋白酸鈉7種組分配制而成。各項指標測定結果表明,復合保鮮劑涂膜處理能夠降低石榴果實呼吸速率,減緩果皮褐變指數和相對電導率升高,抑制果皮PPO、POD活性,保持果皮CAT、SOD較高活性,有效地維持籽粒的可溶性固形物含量、可滴定酸含量、總糖含量和果實硬度,降低果實腐爛指數和失重率,提高商品果率,保持良好的感官品質。引起石榴貯期主要病害的病原菌為葡萄核盤菌屬的富氏葡萄核盤菌(Botryotinia fuckeliana)和青霉屬的小刺青霉(Penicillium spinulosum);復合保鮮劑抑制病原菌生長作用明顯。貯藏期可達160 d,褐變指數0.21,腐爛指數0.16,商品果率90.2%,貯后果皮色澤鮮艷,籽粒晶瑩飽滿,感官品質優良,保鮮效果好。【結論】復合保鮮劑的最佳配方為:殼寡糖0.2 g、那他霉素0.02 g、葡萄糖酸-δ-內酯0.08 g、檸檬酸3 g、抗壞血酸2 g、六偏磷酸鈉0.1 g、酪蛋白酸鈉0.6 g,各組分混合后加蒸餾水配制成濃度為160 mg·L-1的保鮮劑。石榴果實采后在溫度(5.0±0.5)℃下預冷3 d,然后放入上述保鮮劑中浸漬10—20 s,取出自然晾干,單果套塑料袋包裝,置于溫度(1.0±0.5)℃、相對濕度90%—95%條件下貯藏。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    雞糞中氨氮降解菌的分離鑒定及除氨適宜條件研究
    劉志云,劉國華,蔡輝益,張姝,常文環,謝慶,司彥培
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1187-1195.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.014
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    【目的】氨氣是畜禽養殖業中最常見、危害最大的有害氣體之一。為了獲得用于治理畜禽糞便氨氣污染的微生物,從發酵3 d的雞糞中分離篩選高效氨氮降解菌,研究其對雞糞的除氨效果。【方法】以硫酸銨為唯一氮源,對雞糞中具有氨氮降解能力的微生物進行連續10代的富集培養,將獲得的富集培養液按10-1梯度稀釋后進行分離純化。分離得到的單菌落接種至富集培養基中,培養24h后,測定培養基中剩余的氨氮含量,比較各菌株之間的氨氮降解率,篩選出具有高效氨氮降解能力的菌株。通過形態觀察、分子生物學以及生物化學的方法進行菌株鑒定。研究不同溫度(20℃、25℃、30℃、35℃、40℃)和pH(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)對菌株生長的影響,探索不同碳源(淀粉、甘露醇、檸檬酸鈉、葡萄糖、乙酸鈉、碳酸氫鈉)、C/N(5、10、20、40)以及初始氨氮濃度(100、300、600、1 200mg·L-1)對菌株氨氮降解性能的影響。最后將得到的目標菌株制成菌懸液,按10%的接種量接種到雞糞中,同時以等量無菌生理鹽水作為對照組,分別培養24 h、48 h、72 h和96 h,測定雞糞的氨氣散發量以及不同形態氮素的變化情況,評價目標菌株對雞糞的除氨效果。【結果】通過富集培養,從雞糞中共分離出15株能夠降解氨氮的菌株,進一步篩選得到1株氨氮高效降解菌LSA,經鑒定為克柔假絲酵母Candida krusei),與Candida krusei isolate EM12(JF274497.1)的相似性達到99%,GenBank中的登錄號為KT025851。該菌株的對數生長期為6-12h,可在pH 3-7,20-40℃條件下生長,能夠分別利用葡萄糖、乙酸鈉、淀粉、檸檬酸鈉、甘露醇作為碳源,不能利用無機碳,當培養基的C/N為20時氨氮去除效果最佳。隨著培養基中初始氨氮濃度的升高,菌株LSA對氨氮的降解率呈現下降趨勢;與之相反,氨氮降解速率則隨著初始濃度的升高呈現升高趨勢。當氨氮初始濃度為327.20mg·L-1時,60h內菌株LSA對氨氮的去除率達到71.88%,菌體含量為OD600 2.45;當氨氮初始濃度為1 105.26mg·L-1時,96h內菌株LSA對氨氮的去除率達到57.44%,菌體含量達到OD600 2.96。將其接種到雞糞中可以顯著降低雞糞中氨氮的含量,最高可降低22.30%;減少糞中氨氣的揮發量,最高可降低15.92%;增加糞便總氮含量;降低糞便氨氮占總氮的比重。【結論】克柔假絲酵母(Candida kruseiLSA菌株具有高效氨氮降解能力和較強的環境適應性,可有效減少雞糞中的氨氮含量,降低氨氣的揮發量。
    關嶺牛MyoD基因家族對MyoD1啟動子活性的影響
    張雯,許厚強,陳偉,陳祥,趙佳福,桓聰聰,夏丹,周迪
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1196-1206.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.015
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    【目的】生肌決定因子(myogenic determination gene,MyoD)家族是肌肉生成過程中參與分子調控作用的一個重要家族。該家族包括MyoD1,Myf5,MyoG和Myf6,只表達在成熟的骨骼肌細胞和其前期細胞中;在其他的非肌細胞中, MyoD基因家族會被抑制。該家族中,MyoD1負責早期胚胎成肌祖細胞的激活并參與胚后骨骼肌的生長、發育和修復等方面的調節,以維持個體骨骼肌的相對穩定,是啟動和維持骨骼肌細胞分化和生長的重要因素,具有尤為重要的作用,已成為研究熱點。目前MyoD1在多態性和關聯性分析等方面的研究較多,表達調控方面主要是研究小鼠、雞和豬肌細胞生成機理;在牛上對它的研究主要在轉錄后和翻譯水平的表達情況,但對MyoD1在轉錄調控方面的作用機制還不明確。文章研究關嶺牛MyoD基因家族對MyoD1啟動子活性的影響,為探討牛MyoD1的表達調控機制奠定基礎。【方法】通過設計特異性引物克隆關嶺牛 MyoD基因家族CDS區和MyoD1啟動子片段P1和P2;同時利用雙酶切的方法分別將CDS區和克隆的啟動子序列連入pcDNA3.1(+)和pGL3-Basic基本骨架,構建真核表達載體pcDNA3.1(+)-Myf5、pcDNA3.1(+)-Myf6、pcDNA3.1(+)-MyoD、pcDNA3.1(+)-MyoG和含螢火蟲熒光素酶報告基因的報告載體pGL3-P1、pGL3-P2。重組質粒經酶切和測序鑒定后,利用共轉染的方法將真核表達載體和報告載體轉染小鼠C2C12細胞,30 h后裂解細胞并檢測細胞裂解液的雙熒光素酶活性。最后根據熒光素酶的相對活性來分析 MyoD基因家族對MyoD1啟動子活性的影響。【結果】克隆得到的關嶺牛 MyoD基因家族CDS區和MyoD1啟動子序列測序正確,載體pcDNA3.1(+)-Myf5、pcDNA3.1(+)-Myf6、pcDNA3.1(+)-MyoD、pcDNA3.1(+)-MyoG、pGL3-P1和pGL3-P2經酶切和測序鑒定,證實載體構建成功;與相應劑量的對照組相比,轉染pcDNA3.1(+)-Myf5、 pcDNA3.1(+)-Myf6、pcDNA3.1(+)-MyoD后,pGL3-P1的相對熒光素酶活性明顯增強,其中,在轉染量為200 ng時增強作用最強,差異顯著(P<0.05);轉染pcDNA3.1(+)-MyoG后,雖然對pGL3-P1的相對熒光素酶活性有增強作用,但差異不顯著(P>0.05);而轉染pcDNA3.1(+)-Myf5、 pcDNA3.1(+)-Myf6、pcDNA3.1(+)-MyoD、pcDNA3.1(+)-MyoG后,pGL3-P2的相對熒光素酶活性變化不明顯 (P>0.05)。【結論】在小鼠C2C12細胞中外源過表達轉錄因子MyoD、Myf5、Myf6均能顯著提高關嶺牛MyoD1啟動子全長P1的轉錄活性(P<0.05);而外源過表達轉錄因子 MyoD基因家族不能顯著提高關嶺牛MyoD1啟動子核心區P2的轉錄活性。說明關嶺牛MyoD、Myf5和Myf6轉錄因子與關嶺牛MyoD1啟動子的作用位點不在其核心啟動子區P2上。
    家蠶絲氨酸蛋白酶BmSP141的表達特征及對饑餓的響應
    劉華偉,李游山,唐新,張曉璐,趙萍
    中國農業科學. 2016, 49(6):  1207-1218.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.06.016
    摘要 ( 249 )   HTML ( 1 )   PDF (4765KB) ( 339 )   收藏
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    【目的】分析家蠶(Bombyx mori)絲氨酸蛋白酶基因BmSP141序列信息,明確其時空表達模式,結合饑餓與重新喂食處理對其表達的影響,探究該基因在家蠶中的功能。【方法】對家蠶絲氨酸蛋白酶基因BmSP141進行T-A克隆,得到其編碼區核苷酸序列;應用生物信息學在線網站對該基因編碼區推導的氨基酸序列、分子量、結構域等信息進行分析;利用ClustalX1.8和MEGA5.02軟件對BmSP141與其他物種的絲氨酸蛋白酶進行多序列比對和系統發生樹分析;構建原核表達載體p28-BmSP141,并轉化到Rosetta(DE3)菌株中誘導表達,利用鎳柱親和層析純化重組蛋白。利用半定量RT-PCR和實時熒光定量PCR方法對其組織和時期表達特征進行分析;采用蛋白質免疫印跡(Western blot)技術,分別分析BmSP141蛋白在家蠶5齡第3天各組織的表達情況和5齡幼蟲中腸的表達變化;通過免疫熒光定位分析BmSP141蛋白在4齡幼蟲中腸的分布情況;利用實時熒光定量PCR和Western blot方法對饑餓處理和再喂食后BmSP141的表達情況進行分析。【結果】BmSP141編碼含有292個氨基酸的蛋白,其中第1—17位氨基酸為信號肽,其成熟體蛋白預測分子量為25.9 kD,等電點為7.8。同源序列比對表明,BmSP141與煙芽夜蛾絲氨酸蛋白酶和蓓帶夜蛾絲氨酸蛋白酶序列同源性較高,分別達到62%和63%。這些同源序列具有保守的催化三聯體,與活性相關的基序也很保守,但與胰凝乳蛋白酶保守的底物特異性位點相比,BmSP141的底物特異性位點發生改變。在16和37℃條件下誘導后,重組蛋白均以包涵體形式表達,經鎳柱親和層析純化后得到了較純的重組蛋白,并用該蛋白制備了效價較高的多克隆抗體。組織和時期表達特征分析表明,該基因主要在家蠶幼蟲的中腸組織特異性表達, 且在幼蟲起蠶到食桑期表達逐漸增加,但眠期表達下降,蛹期和成蟲期表達水平較低。Western blot分析也表明,BmSP141蛋白僅在家蠶中腸組織表達,且從5齡起蠶到上蔟表達量先增加后降低。免疫熒光定位結果表明,BmSP141定位于中腸上皮細胞的細胞質中,進一步證實BmSP141在中腸特異表達。在轉錄和翻譯水平,BmSP141饑餓處理后表達量顯著下調,而重新喂食后其表達量上調,表明BmSP141的表達受到消化道食物的誘導。【結論】家蠶絲氨酸蛋白酶BmSP141在中腸組織表達,在幼蟲期食桑期高表達,蛹期和成蟲期表達水平較低,受消化道食物的誘導而上調表達,推測該基因可能參與家蠶中腸的消化過程。
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