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當期目錄

    2016年 第49卷 第18期 刊出日期:2016-09-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    中國棉花高產育種研究進展
    喻樹迅,范術麗,王寒濤,魏恒玲,龐朝友
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3465-3476.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.001
    摘要 ( 491 )   HTML ( 6 )   PDF (441KB) ( 1236 )   收藏
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    棉花是中國重要的經濟作物,棉花生產穩定發展關乎中國兩千萬棉農的利益。產量是棉花種植收益的基礎,因此,在其他性狀綜合發展的前提下,高產是棉花品種培育的最重要目標。20世紀50年代以來,中國棉花單位面積產量增加了9倍之多,其中品種的引進和改良為棉花產量的提高作出了重要貢獻。但是近年來,隨著棉花種質資源遺傳多樣性日漸狹窄,中國棉花單位面積產量增加緩慢,嚴重阻礙了棉花種植產業的健康發展。本文分析了棉花單位面積產量包含的4個主要組成成分單位面積株數、單株鈴數、單鈴重和衣分在棉花產量形成中起到的作用;單株鈴數和衣分的增加在中國棉花高產育種過程中起到了重要作用,但是產量的提高是一個相互協調的過程,在加強重點性狀改良的同時,也要注重其他性狀及因素的相互配合,才能取得最好的效果。分析在中國高產育種中起重要作用的途徑方法及其研究進展:國外引種在建國初期對于中國棉花產量的提高起重要作用,替代了中國原有的產量低、品質差的亞洲棉品種,促進了中國自主育種的發展;通過傳統育種先后培育出早熟的中棉所16、豐產的魯棉1號和抗病豐產的中棉所12等品種,推動了中國棉花生產的發展;通過雜種優勢利用,中國培育了一大批起重大推動作用的雜交品種,例如中棉所29曾經占中國長江流域雜交棉種植面積的50%左右;加強對雄性不育系的研究對于雜種優勢利用的持續發展起到關鍵作用;分子標記技術的發展為棉花分子育種提供了技術支持,多個穩定產量性狀位點的定位為分子標記輔助育種奠定了基礎;轉基因技術的發展為棉花分子設計育種提供了契機,轉基因抗蟲棉中棉所41、石遠321和魯棉研28等的育成使中國棉花產量穩中有升,但是目前針對產量性狀改良的基因較少,還需加強對于產量相關基因的挖掘,加快發展轉基因高產育種。目前中國棉花單位面積產量水平處于國際前列,但中國地少人多,在不與糧爭地的前提下,為確保農產品的有效供給,還需繼續挖掘棉花產量潛力,提高棉花單位面積產量,保證棉花產業持續健康發展。因此,建議收集種植資源,注重種質資源的創新;加強胞質雄性不育研究,簡化制種技術和成本,推動簡化制種的優異雜交種的培育;利用高通量測序技術,發掘全基因范圍內的高產相關基因,用于分子標記輔助育種和全基因組選擇育種;通過聚合育種,培育高產、優質、早熟以及適合機械化種植的棉花新品種。
    小麥-長穗偃麥草7E抗赤霉病易位系培育
    張璐璐,陳士強,李海鳳,劉慧萍,戴 毅,高 勇,陳建民
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3477-3488.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.002
    摘要 ( 282 )   HTML ( 9 )   PDF (5488KB) ( 565 )   收藏
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    【目的】將二倍體長穗偃麥草7E染色體導入主栽小麥背景,培育小麥-長穗偃麥草7E染色體抗赤霉病易位系,為小麥抗赤霉病遺傳改良利用外源優良基因提供新種質。【方法】利用中國春-長穗偃麥草7E代換系DS7E(7B)與揚麥16雜交的F2種子進行60Co輻射(30 000 rad)和種植,表現型選擇收獲存活M1植株的種子,從M2連續通過表型農藝性狀選擇、單花滴注法進行赤霉病抗性鑒定和長穗偃麥草7E染色體或染色體臂特異分子標記PCR擴增篩選,最后在M4代對中選材料以長穗偃麥草基因組DNA為探針進行基因組原位雜交(genomic in situ hybridization,GISH)證實。【結果】M1選擇了赤霉病發病率不同的13個單株進行繁殖。利用前期開發的長穗偃麥草7E染色體和7EL、7ES特異標記檢測13株的后代M2單株,獲得含有長穗偃麥草7EL片段7株和7ES片段14株;對21株M2衍生的222個M3植株進行特異標記檢測,共選擇含有長穗偃麥草7EL片段13株和7ES片段3株;利用來自12株M3的后代(M4)進行GISH,共9株M3的后代具有小麥-長穗偃麥草易位染色體,體細胞染色體2n=42。2株M3的后代顯示附加2條長穗偃麥草染色體短臂,體細胞染色體2n=44。連續多年多途徑的篩選,獲得4份材料,3份材料均為長穗偃麥草7E染色體長臂易位系,命名為TW-7EL1TW-7EL2和TW-7EL3。1份為7E染色體短臂附加系,命名為W-DA7ES,最后所獲得的材料是源自M1代2個單株。連續3年赤霉病抗性鑒定結果表明長穗偃麥草7EL易位系抗性高,發病率明顯低于中國春和揚麥16,與蘇麥3號相當,而7ES附加系的赤霉病抗性明顯較低,發病率明顯高于7EL易位系。【結論】通過赤霉病抗性鑒定、染色體特異分子標記篩選和GISH證實相結合培育了小麥-長穗偃麥草7EL抗赤霉病易位系,長穗偃麥草易位片段鑒定快速和準確。二倍體長穗偃麥草7E染色體長臂中含有抗小麥赤霉病的基因。
    不同年份冷水脅迫下水稻抽穗期和產量性狀的QTL分析
    楊洛淼,孫 健,趙宏偉,王敬國,劉化龍,鄒德堂
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3489-3503.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.003
    摘要 ( 237 )   HTML ( 1 )   PDF (1977KB) ( 398 )   收藏
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    【目的】水稻抽穗期、結實率、千粒重和單株粒重跟產量密切相關,且受低溫影響較大。在冷水脅迫下檢測控制水稻抽穗期、結實率、千粒重和單株粒重的QTL,為水稻孕穗期耐冷遺傳機制及分子標記輔助育種提供理論依據。【方法】以粳稻優質品種東農422和耐冷品種空育131為親本構建的190個重組自交系解析表型變異,構建了覆蓋12條染色體,155個SSR標記的遺傳連鎖圖。連續3年在水稻孕穗期進行冷水灌溉處理,考察始穗期、齊穗期、結實率、千粒重和單株粒重5個性狀,利用SPSS18.0和GGEbiplot進行表型分析,利用QTLnetwork2.0,采用逐步聯合分析法定位和性狀相關的QTL,用超幾何函數評價QTL間的相關性。【結果】冷水脅迫下,親本和RIL群體抽穗期推遲,結實率明顯降低,千粒重和單株粒重相繼降低。始穗期、齊穗期和結實率互為正相關,結實率、千粒重和單株粒重也互為正相關。共有71個加性QTL被檢測到,37個跟耐冷性有關,其中單環境分析檢測到28個,貢獻率大于10%以上的QTL有11個,單處理聯合分析共檢測到10個和耐冷有關的QTL,貢獻率大于10%的QTL有6個。這17個貢獻率大于10%且和耐冷性有關的QTL對性狀具有增效作用。多環境聯合分析檢測到12個QTL,平均貢獻率僅為3.56%,其中5個QTL參與了環境互作。檢測到的20對上位性QTL中,有2個主效QTL區間參與了上位性互作,對性狀的遺傳起到重要作用。QTL相關性分析表明,控制始穗期,齊穗期和結實率的QTL具有相關性,結實率的QTL也同千粒重、單株粒重的QTL相關。經圖譜比較分析,研究發現的部分QTL與前人研究處于相同染色體片段上,其中,qIHD7-2、qFHD7-2、qFHD7-1qIHD7-1是在多環境下檢測到的穩定存在的QTL,同時,qIHD7-1、qIHD7-2、qFHD7-1、qSSR7-1qSSR7-2和耐冷性有關,這些QTL位點可為水稻抗冷分子育種提供依據。【結論】冷水脅迫下,結實率分別同抽穗期、千粒重和單株粒重存在相似的遺傳機制,而抽穗期和千粒重、單株穗重的遺傳相互獨立。相比而言,冷水脅迫下選擇結實率高的品種要比選擇其余3個性狀困難。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    專題導讀:中國油菜生產的高產高效氮素管理
    魯劍巍
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3504-3505.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.004
    摘要 ( 242 )   HTML ( 1 )   PDF (202KB) ( 428 )   收藏
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        氮素是作物生長最重要的必需營養元素之一,氮肥的合理施用能促進作物生長并提高產量,但過量施氮或不適時的偏施則會抑制作物生長并對生態環境產生威脅[1]
        油菜是中國最重要的油料作物,提供了60%左右的國產食用植物油,近年來種植面積保持在740萬公頃左右,其中長江流域的冬油菜種植面積和總產量占全國的80%左右。與其他油料作物相比,長江流域冬油菜為冬季作物,具有不與夏糧作物爭地、長期種植可以培肥地力、減少南方冬閑田面積等諸多特點,提高中國食用油自給率、保障食用油安全供給的可行之路只能是穩定和擴大冬油菜種植面積、依靠科技進步提高油料作物產量和產油量[2]
        同世界其他主要油菜種植區域相比,中國冬油菜種植的長江流域一般采用一年兩熟或三熟的種植制度,具有土地利用強度大、土壤養分帶走量大、土壤有機質含量低、土壤自身供肥能力及保肥能力差等特點,導致在同等產量水平時要求比世界其他油菜主產區施用更多的肥料和多次施肥。例如在加拿大油菜主產區,種植油菜時如果不施肥僅靠土壤的自身肥力就可生產出施肥條件下的85-90%的產量[3],在中國的東北海拉爾地區如果不施肥也可生產出施肥條件下的80%左右的產量,但在中國長江流域如果不施肥僅靠土壤的自身肥力油菜只能維持施肥條件下的40%—50%的產量,也就是說,從養分供應角度來看中國油菜主產區的油菜產量對肥料的依存率平均高達55%以上。另外,就施肥對長江流域主要作物產量的貢獻率來講,水稻平均為29.6%、小麥為48.6%、棉花為38.0%、油菜為56.2%,反映在土壤肥力基本相同時,由于作物的種類、生育時期的氣候不同導致冬作油菜更加依賴肥料的施用[4]。由于以上客觀因素的存在,無論是農民實際生產還是農業技術推廣部門的推薦指導,施肥已成為油菜生產中的重要技術措施,在油菜生產的直接成本中肥料投入占一半以上,施肥措施到位與否直接影響油菜籽產量和收入。
        近10多年來隨著國家測土配方施肥項目和其他相關科技項目的實施,初步建立和培植了一支以華中農業大學、中國農業科學院油料作物研究所、湖南農業大學及相關油菜主產省農業科學院為依托的油菜營養與施肥科研隊伍,油菜科學施肥研究及技術應用有了長足的進步,明確了中國油菜主產區耕地土壤養分缺乏因子及缺乏程度、目前高產優質油菜的營養需求特性,研制了中國主要區域油菜專用肥配方及其配套施用技術,并通過農業部相關推廣應用項目進行了大面積的示范和應用,為保障中國油菜的高產高效生產提供了技術支撐。
        然而,目前油菜施肥尤其是氮肥施用量總體偏高導致肥料投入成本高、養分利用率低,區域間和田塊間氮肥投入過高和過低的現象并存導致養分的增產增效潛力得不到有效發揮,油菜氮素營養與施肥技術研究跟不上生產發生的變化導致新推廣應用的油菜品種缺少針對性的施肥方案以及與輕簡化生產相配套的輕簡高效施肥技術,這些問題的存在既制約了油菜高產綠色高效生產的發展,也阻礙了油菜植物營養與施肥科學的進步。針對以上問題,本專題從不同油菜品種的氮素營養效率及碳積累轉運、不同氮營養條件下的氮分配及其對光合作用的影響、種植密度及栽培模式與氮素養分管理的配套等多個角度和層面對本領域的最新研究進展進行了展示,在此基礎上,通過歸納總結國內外近年來的研究與實踐進展和經驗提出了中國冬油菜氮素養分管理策略[5-6]。需要指出的是,本專題只是近年來從事油菜養分與施肥研究工作的部分研究成果,油菜的氮素營養遺傳生理[7]、油菜氮素營養快速診斷與精準施用[8]、氮與其他養分的配合、氮肥的簡化施用技術等研究均有一定程度的進步,但本專題沒有涉及。我們希望通過本專題能展示目前在油菜氮素營養管理研究上取得的進展、突出油菜生產中養分管理技術的重要作用、剖析當前生產中養分管理存在的問題,引起科研及技術推廣各層面對油菜養分尤其是氮素科學管理進一步重視,開展更多更深入的研究,為油菜減肥高效綠色生產提供更強的技術支撐。
    中國冬油菜氮素養分管理策略
    任 濤,魯劍巍
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3506-3521.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.005
    摘要 ( 290 )   HTML ( 1 )   PDF (637KB) ( 533 )   收藏
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    油菜是中國重要的油料作物,長江流域是其最主要種植區域,該區域的氣候、土壤和種植制度決定了土壤養分供應特征、油菜生長和養分需求特征。作物高產、經濟和養分高效是農業生產及其可持續發展的決定因素,油菜氮素吸收和土壤氮素供應在時間和空間上的不協調造成氮的缺乏或過量是油菜產量和收益的重要限制因子,合理的氮肥施用是保證油菜高產和氮肥高效的關鍵。論文從作物氮素需求、土壤氮素供應、氮肥施用關鍵技術及其配套措施等方面綜述了國內外油菜氮肥管理的進展。在此基礎上,結合中國冬油菜種植區域土壤和作物的特點,提出以“前促后穩”為核心,協調作物氮素需求和土壤氮素供應的冬油菜氮素養分綜合管理策略。該策略的核心內容是:通過調節氮肥施用時期、比例和配比,滿足油菜前期快速生長的氮素需求,后期則主要通過發揮土壤氮素供應,促進油菜氮素轉移再利用;綜合考慮不同輪作、秸稈還田條件下土壤氮素供應特點及后效,統籌氮肥的施用;配合合理密植、水肥管理、同其他元素肥料配施、機械深施等措施,以協同增效的方式實現油菜的高產和氮肥的高效。
    氮肥和密度對毯狀苗移栽油菜碳氮積累、運轉和利用效率的影響
    左青松,劉 浩,蒯 婕,馮倩南,馮云艷,張含笑,劉靖怡,楊 光,周廣生,冷鎖虎
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3522-3531.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.006
    摘要 ( 250 )   HTML ( 1 )   PDF (410KB) ( 414 )   收藏
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    【目的】研究油菜育秧盤毯狀苗移栽,大田不同氮肥和密度耦合對油菜碳氮積累、運轉和利用效率的影響,探討植株碳氮代謝與油菜產量形成的關系。【方法】以寧雜1818油菜品種為試驗材料,通過毯狀苗的培育和移栽試驗,比較不同年份、氮肥以及密度條件下碳氮積累、運轉以及利用效率差異。【結果】油菜毯狀苗適宜條件下移栽也可以獲得3 750 kg·hm-2高產。不施氮肥以及225 kg·hm-2氮肥處理條件下隨著密度增加產量顯著增加,在300 kg·hm-2氮肥處理和125 000穴/hm2移栽密度條件下1穴1株、1穴2株和1穴3株間產量無顯著差異。油菜植株中碳素積累能力顯著高于氮素積累能力,初花期前植株C/N比較低,為16.30,初花期后C/N比較高,為114.37。碳素籽粒生產效率、氮素籽粒生產效率隨著氮肥用量增加呈下降趨勢,其中氮素籽粒生產效率隨施氮量增加下降幅度更大。初花期至成熟期葉片氮素運轉率最高,不同處理變化范圍為73.90%—78.56%,其次是莖枝氮素運轉率,變化范圍為38.96%—67.08%,根中氮素運轉率最低,變化范圍為24.45%—37.06%。不同處理葉片中氮素運轉率差異較小,莖枝和根中氮素運轉率隨著氮肥用量增加逐漸降低。初花期至成熟期葉片碳素運轉率為正值,不同處理變幅為23.16%—29.08%,隨著密度增加葉片碳素運轉率總體上呈增加趨勢,不同氮肥處理間差異相對較小。初花期至成熟期根和莖枝仍然以積累碳素為主,兩者碳素運轉率表現為負值。【結論】油菜毯狀苗機械移栽,可有效提高茬口較遲地區的油菜生產能力。油菜在初花期之前氮代謝能力強,初花期以后碳代謝能力強,前期氮素供應有利于植株營養體的建成,從而使得后期積累更多的碳素,促進后期的產量形成。
    適宜氮水平下冬油菜苗期不同葉位葉片光合氮分配特征
    劉 濤,魯劍巍,任 濤,汪 威,王 振,王少華
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3532-3541.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.007
    摘要 ( 305 )   HTML ( 1 )   PDF (1664KB) ( 522 )   收藏
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    【目的】探討適宜氮水平下冬油菜苗期不同葉位葉片的光合速率及其內部光合氮素利用特征,并分析氮素營養影響光合氮利用效率的限制因子,為合理施用氮肥提供理論依據。【方法】采用田間試驗,設置4個施氮水平(0、45、180和360 kg·hm-2,分別用N0、N45、N180和N360表示),測定苗期干物質積累及成熟期產量。選取N0(對照)和N180(適宜氮水平)處理,將植株綠葉從上而下平均分為上部、中部和下部,測定不同葉位葉片最大凈光合速率(Pn max)、氮含量(NA)、葉綠素含量(Cc)以及可溶性蛋白氮含量(NS相關生理、光合參數,并計算葉片氮素在光合組織系統(羧化系統、生物力能學組分和捕光系統)的分配比例,分析葉片氮素利用特征。【結果】施氮對冬油菜增產效果顯著,N45、N180和N360較N0處理增產幅度分別達170.0%、505.6%和604.1%,其中,N180與N360處理產量差異不顯著;苗期干物質積累與產量表現一致。與N0處理相比,N180處理冬油菜不同葉位葉片NA、Cc和Pn max均顯著升高,上部和中部葉片光合氮利用效率(PNUE)有所下降。光合組織系統氮分配結果表明,N180處理上部、中部葉片,氮素在光合組織系統中羧化系統(PC)、生物力能學組分(PB)及捕光系統(PL)的分配比例均低于N0處理,但各組分氮含量較N0處理平均增加幅度分別達到20.6%、11.8%和28.8%。施氮與否對相同葉位葉片可溶性蛋白氮(NS)與非可溶性蛋白氮(Nnon-S)的比例影響不大,但顯著影響光合組織系統在NS和Nnon-S中的分配,其中N0處理各部葉片的羧化系統氮含量(NC)占NS的比例平均為83.4%,N180處理比例為60.3%。基于邊界線分析法定量各光合組織系統分配對PNUE的影響結果表明,PC和PB對PNUE的影響大小分別為26.8%和42.6%,顯著高于PL的影響。氮素營養對PNUE的影響以PC和PB限制為主,平均所占比例達77.8%。上部葉PNUE主要受PC限制,所占比例達83.3%;而下部葉片PNUE主要受PB和PL限制。【結論】施氮對冬油菜增產效果顯著,施氮量為180 kg·hm-2時較為適宜。缺氮條件下,植株將有限的氮盡可能地向光合器官中分配,且下部葉片光合氮素較早發生降解,而適宜氮水平下能維持光合蛋白在各自蛋白類型內的分配比例。氮素營養限制光合氮素利用效率提高的主要因子是羧化系統和生物力能學組分氮分配;隨著葉位的降低光合氮素利用效率的主要限制因子由羧化系統氮分配逐漸轉變為捕光系統及生物力能學組分氮分配。
    不同氮效率油菜品種碳素累積轉運差異及其對油分形成的影響
    張曉龍,張振華,宋海星,余佳玲,官春云
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3542-3550.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.008
    摘要 ( 241 )   HTML ( 1 )   PDF (387KB) ( 275 )   收藏
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    【目的】研究不同氮效率油菜品種碳素累積轉運差異,為揭示氮高效品種協調籽粒碳氮代謝矛盾、促進油分形成的機理提供理論依據。【方法】采用土培試驗,以不同氮效率油菜品種為供試材料,在正常供氮和氮脅迫條件下,研究不同生育期(抽薹期、開花期、角果發育期和收獲期)碳素累積與器官分布的差異,并用13C標記技術測定營養器官碳素向生殖器官的再分配比例與再分配量,分析碳素累積轉運對籽粒產量形成與油分累積的影響。【結果】氮高效品種的籽粒油分含量略高于氮低效品種,但2種供氮水平下品種間差異均未達到顯著水平,而油分產量氮高效品種顯著高于氮低效品種;與氮脅迫處理相比,正常供氮處理的油分含量略有降低,但油分產量顯著增加。植株碳素累積量各生育期都表現為氮高效品種略高于氮低效品種,但品種間差異也均未達到顯著水平;同一品種不同供氮水平處理之間的碳素累積量差異較大,正常供氮處理顯著高于氮脅迫處理。不同氮效率油菜品種器官碳素分配比例存在差異,氮高效品種抽薹期和開花期葉片和根的碳素分配比例以及角果發育期和收獲期角果與籽粒的碳素分配比例均大于氮低效品種,而全生育期莖中碳分配比例以及角果發育期和收獲期根中的碳素分配比例卻小于氮低效品種。與氮脅迫處理相比,正常供氮處理的抽薹期和開花期葉中碳素分配增多、根中碳素分配減少,收獲期籽粒的碳素分配也是正常供氮處理高于氮脅迫處理。隨著生殖生長進程,營養器官碳素向生殖器官的再分配比例和量逐漸增加,品種間差異也逐漸加大。開花期向花的再分配比例和量,氮脅迫條件下氮高效品種低于氮低效品種,正常供氮條件下則相反,但2種氮水平下的品種間差異均不顯著;角果發育期向角果的再分配比例和量以及收獲期向籽粒的再分配比例和量,2個氮水平均表現為氮高效品種高于氮低效品種,但只有正常供氮條件下差異顯著;收獲期向角果皮的再分配比例和量,氮脅迫條件下氮高效品種低于氮低效品種,正常供氮條件下則相反,但只有氮脅迫條件下差異顯著。油菜收獲時50%以上抽薹期累積碳素已離開營養器官,抽薹期累積的碳素減少比例與向生殖器官轉運再分配的碳素比例具有相同的處理間變化趨勢,但由于碳水化合物的呼吸消耗,碳素減少比例遠大于碳素轉運再分配比例。【結論】不同氮效率油菜品種各生育期碳素累積量并沒有明顯差異,但是氮高效品種生長后期有更多的營養器官碳素向生殖器官尤其是向籽粒轉運,這是氮高效品種籽粒形成過程中爭取更多碳源,緩解碳氮代謝矛盾,促進油分形成的重要機理之一。
    不同栽培模式及施氮方式對油菜產量和氮肥利用率的影響
    劉 波,魯劍巍,李小坤,叢日環,吳禮樹,葉 川,鄭 偉,徐維明,姚忠清,任 濤
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3551-3560.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.009
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    【目的】在油菜種植主產區,研究不同栽培模式及施氮方式對油菜產量和氮肥利用率的影響,為油菜高產高效生產科學施肥提供理論依據【方法】于2010—2011年度在湖北省和江西省開展移栽油菜和直播油菜氮肥施用田間試驗,比較氮肥表施(表面撒施)、翻施(撒施后旋耕)和集中施用(移栽油菜穴施和直播油菜條施覆土)3種不同施氮方式對兩種栽培模式(移栽和直播)油菜產量、干物質動態、氮素吸收和氮肥利用率的影響。【結果】相同條件下,移栽油菜產量水平顯著高于直播油菜,兩者的產量差達到299.1—544.2 kg·hm-2從干物質動態結果可以看出,各個生育期移栽油菜地上部和地下部生物量顯著高于直播油菜,此外,移栽油菜可以獲得較高的氮素累積,相比直播油菜提高33.1%—54.8%,移栽油菜氮肥農學利用率和氮肥表觀利用率顯著高于直播油菜,其中氮肥農學利用率從6.5 kg·kg-1增加到7.8 kg·kg-1,平均增幅為20.2%,氮肥表觀利用率從27.6%提高到37.5%,平均增幅為37.5%。氮肥施用具有顯著的增產效果,直播油菜施氮效果大于移栽油菜。在相同氮肥用量條件下,不同施氮方式對油菜產量、干物質動態、氮素吸收和氮肥利用率產生明顯影響,總體表現為氮肥集中施用>翻施>表施的趨勢。與表施處理相比,不同試驗點移栽和直播油菜氮肥集中施用處理平均增產分別為18.2%和23.8%,氮素吸收量平均增幅分別為19.0%和37.0%。對于氮肥農學利用率而言,移栽油菜氮肥集中施用處理相比表施處理從6.9 kg·kg-1增加到8.8 kg·kg-1,平均增幅為27.7%,直播油菜從5.7 kg·kg-1增加到7.5 kg·kg-1,平均增幅為31.7%。而對于氮肥表觀利用率而言,移栽油菜氮肥集中施用處理相比表施處理從33.3%提高到42.3%,平均增幅為27.2%;直播油菜從22.0%提高到27.4%,平均增幅為50.7%。相比于表施處理,移栽油菜氮肥集中施用花后地下部干物質增幅占整個生育期干物質增幅的61.8%,地上部為50.5%;直播油菜分別為78.5%和66.7%。【結論】直播油菜對氮肥施用方式的響應比移栽油菜更敏感,氮肥集中施用促進了植株花后地下部和地上部干物質同步累積。結合油菜栽培模式,實際生產中應該采取條施或穴施的氮肥集中施用技術。
    植物保護
    寡糖·鏈蛋白對小麥抗黃花葉病毒的免疫誘抗作用
    徐潤東,盛世英,楊秀芬,劉 勇
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3561-3568.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.010
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    【目的】激發子可以誘導寄主植物的系統獲得抗病性,具有有效性、持久性和廣譜性的特點。研究旨在明確新型激發子寡糖·鏈蛋白(oligosaccharins·plant activator protein)對小麥黃花葉病毒(Wheat yellow mosaic virus,WYMV)的免疫誘抗作用,為該激發子的研究和大面積推廣應用提供技術支撐。【方法】選用小麥黃花葉病感病品種‘矮抗58’,在室內將消毒的小麥種子播種于自感病田帶回的病土中,在(27±2)℃下培養。5葉期葉面噴施稀釋1 000倍的6%寡糖·鏈蛋白。噴施7 d后,將麥苗置于(12±1)℃培養箱中接種培養。30 d后取出麥苗,分別測量小麥株高和葉片的葉綠素含量,計算病情指數和防治效果。在田間,同品種小麥種植于小麥黃花葉病常發地塊,小麥返青后每周噴施1次6%寡糖·鏈蛋白,連續噴施3次。每周測量小麥株高和葉綠素含量,計算病情指數和防治效果。并于調查期間,每小區取20片植株最上部第一片完全展開的葉片,通過qPCR檢測小麥植株內WYMV-CP基因拷貝數。在小麥收獲時測定千粒重和穗粒數,測算產量。【結果】低溫培養30 d后,經寡糖·鏈蛋白噴施處理的小麥較對照組的株高沒有顯著差異,但葉綠素含量則明顯高于對照組(P<0.05);同時處理組的病情指數較對照組明顯降低,防治效果達到63.32%。田間經寡糖·鏈蛋白處理后,小麥株高和葉綠素含量較對照沒有顯著差異。小麥返青期,噴施1周后病情指數與對照沒有顯著變化;而2周后病情指數顯著降低,防治效果可達46.67%。小麥收獲時調查發現,經寡糖·鏈蛋白處理后小麥穗粒數顯著高于對照組(P0.05),小麥產量明顯升高(P<0.05)。病株內WYMY-CP基因拷貝數在噴施1周后抑制率達到69.30%,2周后達到85.50%,3周后最高達到99.20%。【結論】寡糖·鏈蛋白可誘導小麥植株對小麥黃花葉病毒的抗性,顯著降低小麥植株內WYMV-CP基因拷貝數;在田間可以減輕小麥黃花葉病的危害,減少產量損失。
    飛蝗Argonaute1的分子特性及生物學功能
    王艷麗,楊美玲,宋天琪,馬恩波,張建珍
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3569-3577.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.011
    摘要 ( 157 )   HTML ( 1 )   PDF (2358KB) ( 260 )   收藏
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    【目的】MicroRNAs(miRNAs)是一類長度約22 nt的非編碼RNA,通過轉錄后調控的方式在多種生命活動中發揮重要功能。Argonaute1(AGO1)蛋白作為miRNA沉默復合物(miRNA silencing complex RISC)的重要組成部分,在miRNA調控通路中起著關鍵作用。論文旨在研究AGO1的生物學功能及其對飛蝗(Locusta moratoria)生長發育的影響,為探索昆蟲miRNA的生物合成和農業害蟲的有效控制提供理論依據。【方法】采用生物信息學方法在飛蝗轉錄組數據庫中獲得LmAGO1 cDNA序列;使用在線蛋白翻譯軟件(ExPASy)對LmAGO1進行蛋白翻譯,利用SMART分析LmAGO1蛋白的功能結構域;選取家蠶(Bombyx mori)、果蠅(Drosophila melanogaster)和赤擬谷盜(Tribolium castaneum)等模式昆蟲的同源序列與LmAGO1氨基酸序列進行聚類分析,采用Phyml軟件構建昆蟲AGO蛋白的系統發育樹;為了進一步研究LmAGO1在飛蝗生長發育過程中的作用,使用T7 RiboMAXTM Express RNAi System體外合成LmAGO1的dsRNA,在飛蝗4齡第2天和5齡第2天若蟲期連續兩次注射dsRNA進行干擾,同時注射dsGFP作為對照。分別收集注射dsRNA后48 h和72 h的整蟲樣品提取RNA,反轉錄為cDNA。通過實時熒光定量PCR(RT-qPCR)檢測LmAGO1在不同時間點的干擾效率并觀察蟲體的發育表型。同時,為了檢測LmAGO1沉默是否會影響miRNA的生物合成,采用RT-qPCR對飛蝗體內5個高豐度miRNA表達進行定量分析。【結果】LmAGO1蛋白含845個氨基酸,具有典型的AGO蛋白家族保守結構域,即位于213—348位點的PAZ結構域和502—804位點的PIWI結構域。聚類分析表明,LmAGO1蛋白與其他昆蟲的AGO1蛋白聚為一類。通過AGO1氨基酸序列同源比對結果顯示LmAGO1與模式昆蟲果蠅、家蠶AGO1的氨基酸序列一致度高達82.2%和86.9%。RNAi結果表明,蟲體注射dsLmAGO1 48 h和72 h后,與對照組相比,LmAGO1表達量均顯著降低,干擾效率分別為88.1%和93.0%;進一步觀察試蟲生長發育的表型特征,與對照組相比,飛蝗4齡期注射dsLmAGO148 h后其生長發育并沒有出現明顯異常,待蛻皮發育至下一齡期(即5齡期)時,出現大量死亡,死亡率為89.3%;熒光定量PCR結果顯示注射dsLmAGO1后,飛蝗體內miRNA-252和miRNA-8的表達顯著下降,干擾72 h后miRNA-7、let 7、miRNA-252、miRNA-8的表達均顯著下降。【結論】飛蝗AGO1除參與RSIC的形成以外,還可能參與miRNA的剪切加工過程進而調控飛蝗的正常發育。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    基于不同施肥模式添加生物炭后菜地土壤CO2釋放特征及不同形態碳含量變化
    魏雪勤,孫 楠,張旭博,張崇玉,王道龍,申華平
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3578-3587.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.012
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    【目的】研究4種常規施肥模式下,添加生物炭后菜地土壤(褐潮土)CO2釋放量、可溶性有機碳(DOC)和微生物生物量碳(SMBC)含量的變化,闡明添加生物炭對土壤CO2釋放及不同形態碳的影響。【方法】采用內恒溫好氧培養-氣象色譜測定方法,在不施肥(CK)、施有機肥(M)、施化肥(F)、有機無機混施(M+F)4種模式下投入2%和4%(質量比:生物炭/土壤干重)生物炭,定期采集氣樣和土樣,分析土壤CO2的釋放量及DOC、SMBC含量的動態變化,并分析DOC、SMBC含量變化與CO2釋放量變化之間的相關關系。【結果】在F和M+F基礎上,添加生物炭處理的土壤CO2釋放速率在培養前期(28 d)顯著高于未添加生物炭處理,而在1060 d,二者CO2釋放速率無顯著差異;在CK和M基礎上,添加與未添加生物炭處理在整個培養期間CO2釋放速率沒有顯著差異。在CK基礎上,添加2%和4%生物炭后CO2累積釋放量分別為2 839和3 272 mg·kg-1,與CK(3 134 mg·kg-1)相比均無顯著差異;而在F和M+F基礎上,添加2%和4%生物炭后CO2累積釋放量均顯著提高,分別提高20.6%和19.8%、29.9%和40.7%。相關分析表明,未添加生物炭處理DOC、SMBC含量與CO2釋放量之間無相關關系,而添加生物炭處理DOC、SMBC含量與CO2釋放量極顯著相關。【結論】將生物炭單獨投入未施肥土壤中,土壤CO2排放量未出現明顯增加或降低;在有機肥基礎上添加生物炭,土壤CO2排放量隨著生物炭投入量的增加而增加;在化肥、有機無機配施基礎上添加生物炭后,土壤CO2排放增加比例最高。
    日光溫室栽培番茄鎂缺乏與土壤陽離子平衡的關系
    閆 波,周 婷,王輝民,陳竹君,曹京陽,劉淑敏,周建斌
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3588-3596.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.013
    摘要 ( 198 )   HTML ( 1 )   PDF (3204KB) ( 417 )   收藏
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    【目的】北方石灰性土壤鈣、鎂含量豐富,鎂素供應充足,缺鎂主要發生在南方高度風化的酸性土壤,但近年來北方日光溫室栽培番茄等作物缺鎂現象頻發。因此,解析導致石灰性土壤日光溫室栽培番茄缺鎂的主要因素,可為日光溫室番茄鎂素缺乏的矯正和合理施肥提供科學依據。【方法】在陜西省楊凌示范區大寨鎮日光溫室栽培基地,于秋冬茬栽培番茄普遍發生缺鎂的盛果期(11月份),選擇番茄定植時間和品種一致,葉片形態呈現不同程度缺鎂癥(不缺鎂:外觀未觀察到番茄缺鎂失綠癥狀;中度缺鎂:上部1/2葉片未表現缺鎂失綠癥狀;嚴重缺鎂:上、下葉片均表現缺鎂失綠癥狀)的日光溫室,分別采集溫室0—20 cm耕層土樣和番茄第2穗與第3穗果間的葉片(下部葉片)以及上部完全展開的新生葉片(上部葉片)樣品;測定土壤pH、電導率、有機質、NO3--N、NH4+-N、有效磷、速效鉀以及交換性鉀、鈣、鎂離子含量,番茄葉片鉀、鈣、鎂含量,計算土壤交換性鉀、鈣、鎂離子飽和度和K/Mg、Ca/Mg、Ca/K離子比例,并調查番茄產量;分析番茄缺鎂程度不同的日光溫室土壤基本性質差異,交換性鉀、鈣、鎂離子含量及平衡狀況與番茄葉片養分含量和產量的關系。【結果】番茄缺鎂程度不同的溫室土壤性質存在差異,番茄缺鎂嚴重的土壤電導率、NO3--N、速效鉀顯著增加。番茄缺鎂和不缺鎂的土壤交換性鎂含量均高于缺鎂臨界值(0.5 cmol·kg-1);隨番茄缺鎂程度加劇,鉀離子飽和度增加,鈣、鎂離子飽和度降低,Ca/Mg和K/Mg離子比例升高,Ca/K離子比例下降;與不缺鎂相比,番茄中度缺鎂的土壤交換性鉀離子飽和度、K/Mg離子比例均增加了22%,嚴重缺鎂的則分別顯著增加了56%和88%;番茄嚴重缺鎂的土壤Ca/Mg比例較未缺鎂的升高了17%;番茄中度缺鎂和嚴重缺鎂的土壤Ca/K比未缺鎂的分別降低了19%和37%。番茄中度缺鎂的土壤Ca/Mg略高于適宜值上限(7.0),K/Mg則高于適宜上限(0.6)47%,番茄嚴重缺鎂的土壤Ca/Mg和K/Mg分別高于適宜值上限28%和125%。番茄上、下部葉片鎂含量和番茄產量分別與土壤速效鉀含量、交換性鉀含量、鉀離子飽和度、K/Mg均呈極顯著或顯著負相關,與土壤有機質和Ca/K呈極顯著或顯著正相關,而與土壤交換性鎂含量、鎂離子飽和度及Ca/Mg比例間未達顯著相關性;隨番茄缺鎂程度加劇,產量顯著降低,中度和嚴重缺鎂的番茄產量分別降低了38%和60%。【結論】番茄缺鎂程度不同的溫室土壤交換性鎂含量均在豐富水平,而鎂離子飽和度偏低;番茄表現缺鎂的土壤Ca/Mg和K/Mg均呈養分比例失調狀態,特別是K/Mg嚴重失調。土壤中鉀離子過高造成陽離子比例失調是誘導番茄缺鎂癥的主要因素,溫室高集約栽培下過量施肥影響陽離子養分平衡是值得關注的問題。
    園藝
    重茬土對相同砧木不同蘋果品種生理指標及葉片抗氧化酶活性的影響
    倪蔚茹,王安然,賀錫燕,徐 金,吳樹敬,陳學森,毛志泉,沈 向
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3597-3607.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.014
    摘要 ( 196 )   HTML ( 1 )   PDF (489KB) ( 313 )   收藏
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    【目的】研究重茬土對相同砧木不同蘋果品種幼苗的生長及抗氧化酶活性的影響,為緩解蘋果重茬障礙的品種選擇提供依據。【方法】以蘋果常用砧木‘平邑甜茶’(M. hupehensis)為基砧,嫁接5種不同蘋果品種(‘煙富3號’‘紅將軍’‘富士2001’‘宮崎短枝富士’(以下簡稱‘宮崎’)‘首富1號’),使用重茬土進行盆栽試驗,以重茬土蒸汽消毒后種植的相同幼苗為各重茬土的對照,測定蘋果幼苗生長量、葉綠素含量、葉片抗氧化酶活性、葉片凈光合速率(Pn)的動態變化及葉片熒光參數。【結果】重茬土對同一砧木不同蘋果品種幼苗株高、徑粗、葉綠素含量、凈光合速率、熒光參數及葉片抗氧化酶活性均有不同程度的抑制作用。與消毒土(對照)種植的植株相比,‘富士2001’‘宮崎’幼苗的生長量差異不顯著,其他品種的生長量差異顯著;重茬土植株超氧化物歧化酶(SOD)活性從7—9月均低于對照,‘富士2001’比對照分別降低了40.24%、20.96%、18.16%,與對照差距逐漸變小,‘煙富3號’‘紅將軍’‘宮崎’和‘首富1號’與對照相比差距較大。各品種葉片中過氧化物酶(POD)活性隨著時間的推移表現為先升高后降低的趨勢,8月和9月,‘富士2001’和‘宮崎’POD活性與對照差異不顯著,分別比對照平均降低了3.02%和5.76%,‘煙富3號’‘紅將軍’和‘首富1號’從7—9月的POD活性均顯著低于對照。在8月,重茬土的‘宮崎’過氧化氫酶(CAT)活性比對照高27.21%,差異顯著;其他均顯著低于對照。‘煙富3號’和‘紅將軍’的Pn從6—9月均顯著低于對照,‘首富1號’5個月均顯著低于對照,其他差異不顯著。‘富士2001’和‘宮崎’的熒光參數與對照差異不顯著;‘煙富3號’‘紅將軍’和‘首富1號’的非光化學淬滅系數(NPQ)顯著高于對照。【結論】重茬土對相同砧木不同蘋果品種幼苗生理指標及葉片抗氧化酶活性的影響不同,‘富士2001’‘宮崎’均能在一定程度上抵抗重茬障礙的影響,‘煙富3號’‘紅將軍’和‘首富1號’在保護自身方面表現較弱,受重茬障礙的影響大于‘富士2001’和‘宮崎’。在蘋果老果園更新中,‘富士2001’和‘宮崎’可以作為首選蘋果品種。
    基于冠層高光譜信息的蘋果樹花量估測
    劉 穎,王克健,謝讓金,呂 強,何紹蘭,易時來,鄭永強,鄧 烈
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3608-3617.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.015
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    目的】研究基于盛花期冠層高光譜數據的蘋果花量估測技術,為植株花果管理和生產力預測技術的建立奠定基礎。【方法】以5年生M9無性系砧木‘米奇嘎啦’蘋果(Malus pumilaMitch Gala’)、樹形為高紡錘形的植株為試材,在盛花期采集植株冠層可見-近紅外高光譜圖像,人工統計供試植株花量,比對分析基于原始光譜反射率(original reflectance spectra,OS)與Savitzky-Golay平滑法savitzky-golay smoothing,SG)、正態變量標準化(standardization of normal variables,SNV)、標準化(Normalize)、一階求導(first derivation,lst Der)、二階求導(second derivation,2nd Der)共5種預處理的高光譜數據的偏最小二乘法(partial least squares method,PLS模型,以及基于載荷系數法(x-loading weight,x-LW)提取的特征波長的PLS模型、人工神經網絡(the back-propagation neural network,BPNN、最小二乘支持向量機(the least squares support vector machines,LS-SVM)等模型對單株單位面積花量實時估測精度的影響。【結果】蘋果樹單株花量與單株單位面積花量具有較高的相關系數,表明采用冠層單位面積花量替代單株總花量進行樹體花量估測可行。單株單位面積花量與植株冠層光譜反射率在紫外-可見光波長(308700 nm)呈極顯著正相關,在近紅外波長(7501 000 nm)相關性不顯著。基于全波長,以Normalize預處理光譜建立的PLS模型對單株單位面積花量的預測效果最好,校正集決定系數(Rc2)和預測集決定系數(Rp2)分別為0.7940.804,校正集均方根誤差(RMSEC)和預測集均方根誤差(RMSEP)分別為0.0840.062,預測相對誤差(RE%)為3.940。基于特征波長的BPNN模型穩定性差,而LS-SVM模型的建模效果較好,Rc2Rp2分別為0.826和0.804,RMSECRMSEP分別為0.077、0.064,RE%為12.160。【結論】基于Normalize預處理的PLS模型對高紡錘形蘋果樹冠層單位面積花量的預測效果最優,同時,本研究利用高光譜成像儀獲取的數據,經過分析處理對提取特征信息進行簡化,可為多光譜遙感數據的應用提供依據
    貯藏·保鮮·加工
    大豆分離蛋白-玉米淀粉-谷朊粉共混體系熱轉變特性
    蘇笑芳,李淑靜,張 波,張金闖,張 瑋
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3618-3627.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.016
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    【目的】蛋白質和淀粉的熱轉變特性對食品加工有重要的理論指導價值,系統研究蛋白質-淀粉共混體系的熱轉變特性,優化熱加工參數,控制食品質量和節能。【方法】以大豆分離蛋白、玉米淀粉和小麥谷朊粉為研究對象,采用差式掃描量熱技術,在20—130℃,水分含量為30%—70%,升溫速率為10℃·min-1條件下,測定大豆分離蛋白-玉米淀粉、大豆分離蛋白-谷朊粉、谷朊粉-玉米淀粉和大豆分離蛋白-玉米淀粉-谷朊粉混合體系在0—100%比例范圍時的熱轉變特性。【結果】隨著水分含量從30%增加至70%,大豆分離蛋白11 S亞基的熱轉變起始溫度和峰值溫度分別從105.17℃降至94.80℃,113.75℃降至99.49℃;峰寬從20.72℃降低至10.59℃,焓變從2.79 J·g-1增加至6.18 J·g-1;玉米淀粉的熱轉變焓值從3.62 J·g-1增至14.14 J·g-1。谷朊粉則無熱轉變現象。增加水分含量促進了蛋白質和淀粉分子鏈的運動性是大豆蛋白熱轉變溫度降低,焓值升高,玉米淀粉熱轉變焓值升高的主要原因。當物料含水率為50%,相對于單一體系,大豆分離蛋白-玉米淀粉混合體系中大豆蛋白11S亞基的熱轉變焓值顯著降低,平均降低1.41 J·g-1;混合體系中玉米淀粉的熱轉變起始溫度和峰值溫度顯著升高,分別平均升高14℃和13℃。大豆分離蛋白-谷朊粉混合體系僅顯示大豆分離蛋白的熱轉變,11S亞基熱轉變的焓值呈降低的趨勢,與未添加谷朊粉相比,平均降低了2.40 J·g-1。谷朊粉-玉米淀粉混合體系僅顯示玉米淀粉的熱轉變,與未添加谷朊粉相比,玉米淀粉熱轉變的峰值溫度和峰寬顯著升高,平均增加12℃。大豆分離蛋白-玉米淀粉-谷朊粉混合體系中,當玉米淀粉和谷朊粉等比例增加時,大豆蛋白11S亞基與未添加玉米淀粉和谷朊粉相比,其熱轉變起始溫度、峰值溫度、焓值和峰寬均顯著降低,分別平均降低4℃、5℃、1.64 J·g-13℃。當固定大豆分離蛋白含量為40%,和添加40%谷朊粉相比,添加40%玉米淀粉的11S亞基熱轉變起始溫度和峰值溫度均顯著降低了3℃。蛋白質與淀粉競爭水分可能是導致混合體系中淀粉熱轉變溫度升高的主要原因,而玉米淀粉和谷朊粉分子的空間位阻是導致大豆蛋白11S亞基熱轉變焓值下降的主要原因。【結論】添加玉米淀粉或谷朊粉能降低大豆蛋白熱轉變焓,添加大豆分離蛋白或谷朊粉能增加玉米淀粉熱轉變溫度。
    高氧氣調包裝對宰后豬肉蛋白質氧化、鈣蛋白酶活性及蛋白質降解的影響
    陳 琳,周光宏,徐幸蓮,張萬剛
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3628-3638.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.017
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    【目的】研究高氧氣調包裝(HiOx,80% O2/20% CO2)對宰后豬肉蛋白質氧化、鈣蛋白酶活性及蛋白質降解的影響,探討高氧氣調包裝影響豬肉品質的內在機制。【方法】選取12條冷卻(4℃)24 h后的杜洛克×長白×約克夏三元雜交豬背最長肌,分別進行高氧氣調包裝和真空包裝(VP),4℃冷庫貯藏,分別在1、4、6 d測定羰基含量及分布、巰基含量、肌節變化、鈣蛋白酶活性、肌聯蛋白及肌鈣蛋白-T降解變化。【結果】高氧氣調包裝組羰基含量高于真空包裝組且貯藏第4和6天差異顯著(P<0.05)。貯藏第1和4天,高氧氣調包裝組肌細胞外圍出現羰基氧化熒光信號,熒光以靠近細胞膜處密度更高,并且逐漸向細胞內部擴散;貯藏第6天,高氧氣調包裝組細胞膜呈高亮熒光圈,胞內熒光增強,而真空包裝組熒光信號較弱。貯藏第6天,高氧氣調包裝組巰基含量顯著低于真空包裝組(P<0.05)。真空包裝組宰后肌節M線弱化、A帶模糊、肌原纖維Z線斷裂;高氧氣調包裝組肌節結構相對完整。高氧氣調包裝組在貯藏第1天鈣蛋白酶活性顯著低于真空包裝組(P<0.05);高氧氣調包裝抑制了肌聯蛋白和肌鈣蛋白-T的降解,且在貯藏第4和6天差異顯著(P<0.05)。【結論】高氧氣調包裝能夠顯著提高宰后豬肉蛋白質氧化程度,抑制鈣蛋白酶活性發揮及其底物蛋白質的降解。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    蘇淮豬VRTN基因克隆、組織表達特征與多態性分析
    吳一塵,杜 星,李平華,吳 艷,王鈞順,劉紅林,李齊發
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3639-3648.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.018
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    【目的】獲得蘇淮豬VRTN基因編碼區序列,了解其序列特征和組織表達特征,分析蘇淮豬VRTN基因ins291位點的多態性。【方法】以蘇淮豬卵巢組織cDNA為模板,采用克隆測序技術分離獲得蘇淮豬VRTN基因編碼區序列。利用BioEdit 7.0軟件分析其序列特征和蛋白理化性質。利用Clustal W軟件進行核苷酸和蛋白質序列比對分析。利用UCSC基因組瀏覽器與NCBI基因組數據庫進行豬VRTN基因的染色體定位和基因組結構分析。利用SMART軟件預測蛋白質功能域,CPHmodels軟件預測蛋白質三級結構。隨機選取3頭成年蘇淮豬母豬,屠宰后立即采集心、肝、脾、肺、腎、下丘腦、肌肉和卵巢等組織,提取組織總RNA,采用RT-PCR技術分析蘇淮豬VRTN基因的組織表達譜。采集106頭成年蘇淮豬繁殖母豬耳組織樣,提取基因組DNA,采用 PCR-凝膠電泳分析蘇淮豬VRTN基因ins291位點的多態性。【結果】蘇淮豬VRTN基因編碼區序列全長為2 097bp,與其它哺乳動物如人、小鼠、牛和羊的一致性分別為84.98%、74.53%、85.84%和86.45%,而與雞的一致性只有54.42%。基因組結構分析發現豬VRTN基因由2個外顯子和1個內含子構成,定位在豬7號染色體上。蘇淮豬VRTN基因編碼蛋白含有698個氨基酸殘基,與人、小鼠、牛和羊等的一致性分別為85.55%、70.07%、86.20%和86.06%,但與雞的一致性只有51.17%,可見哺乳動物VRTN基因在進化過程中比較保守。氨基酸組分分析顯示蘇淮豬VRTN蛋白氨基酸序列存在全部20種氨基酸,其中Leu(亮氨酸)含量最高,達到10.44%,而Asp天冬氨酸含量最低,只有1.43%。蛋白結構分析發現蘇淮豬VRTN蛋白含有 HTH結構域等典型結構域,由6個α螺旋、5個β折疊以及若干無規則卷曲組成。RT-PCR分析表明VRTN基因在蘇淮豬心、肝、脾、肺、腎、下丘腦、卵巢和肌肉組織等組織中均有表達,說明VRTN基因是一個廣泛表達的基因。在蘇淮豬群體中檢測到VRTN基因ins291位點的3種基因型,其中僅有93bp條帶的為野生純合型(wt/wt),僅有384bp條帶的為突變純合型(Q/Q),含有384和93bp條帶的為雜合型(wt/Q)。在蘇淮豬群體中wt/wt型為優勢基因型,基因型頻率為0.717;wt為優勢等位基因,基因頻率是0.816;高脊椎數等位基因Q的頻率為0.184。遺傳多態性分析發現蘇淮豬VRTN基因ins291位點的多態信息含量為0.331,為中度多態位點,雜合度為0.40,變異程度相對較低。【結論】 獲得了蘇淮豬VRTN基因序列,其表達無組織特異性;蘇淮豬群體中存在高脊椎數等位基因Q。
    MyoG和MEF2a基因多態性聚合效應對鴨屠宰性狀的影響
    趙忠海,李 輝,易恒潔,楊勝林,彭邦星,卜小雁
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3649-3661.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.019
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    【目的】探討MyoG和MEF2a基因聚合效應對鴨屠宰性狀的影響,為進一步確定與鴨屠宰性狀相關的分子遺傳標記提供研究基礎,為鴨屠宰性狀的多基因聚合育種提供依據。【方法】試驗以240只三穗鴨為研究素材,擴增MyoG和MEF2a基因并進行PCR產物直接測序以檢測兩基因所有外顯子的單核苷酸突變(SNPs)位點。運用SPSS 18.0軟件中的GLM統計模型對MyoG和MEF2a基因的SNPs所對應的不同基因型與三穗鴨屠宰性狀進行關聯分析,根據單基因關聯分析結果,將對屠宰性狀存在顯著影響的MyoG和MEF2a基因的多態位點利用軟件PHASE 2.0構建聚合基因型,再進行聚合基因型與屠宰性狀的關聯分析。【結果】在試驗群體中一共發現8個SNPs,其中在MyoG基因中有6個SNPs被找到,MEF2a基因中找到2個SNPs位點,在所有突變位點中,其中MyoG基因的g.2977G>C位點發生的G/C突變使密碼子由GAG變為GAC,所編碼的氨基酸由谷氨酸變成天冬氨酸;而MEF2a基因中的兩個多態位點,g.47915G>A位點發生的G/A突變使密碼子由GAA變為AAA,編碼的氨基酸由谷氨酸變成賴氨酸,g.47918G>A位點的G/A突變引起的密碼子由GAT變成AAT,所編碼的氨基酸由天冬氨酸變成天冬酰胺。剩下的5個突變位點均屬于同義突變,并未引起編碼氨基酸的改變。此外,進行?2適合性檢驗,除了MyoG基因的g.1131C>T位點和MEF2a基因的g.47915G>A、g.47918G>A位點未處于Hardy-Weinberg平衡狀態(P<0.05)外,其他的突變位點均處于平衡狀態。單基因關聯分析結果表明,MyoG基因g.1131C>T和g.2204G>A突變分別對胸肌率、體重和全凈膛重有著顯著影響,其所對應的純合子基因型CC、GG型為優勢基因型。MEF2a基因g.47915G>A/g.47918G>A位點影響全凈膛率,GA基因型個體屬于優勢基因型個體。通過挑選出與屠宰性狀(胸肌率、體重、全凈膛重和全凈膛率)有關聯的MyoG基因g.1131C>T/g.2204G>A位點與MEF2a基因g.47915G>A/g.47918G>A進行聚合效應分析,結果顯示,聚合后的8種聚合基因型個體的全凈膛率,在各基因型間無顯著差異(P>0.05),TTGAGA基因型的平均值最高,其次為CCGGGA基因型;其他3個指標各基因型間差異達到了顯著,其中體重和全凈膛重存在正相關,都是CCGAGA基因型的平均值最高,CTGGGA基因型的平均值次之;CCGGGG基因型的胸肌率平均值最高,其次是CCGGGA基因型。結果顯示,單個基因的平均值最高的基因型分別為CC、GG和GA,在兩基因聚合后在4個指標中CCGGGA基因型都不是最優的組合,說明兩個基因間存在互作效應。【結論】兩個基因間存在互作效應,所以用單個基因分子標記進行選育可能會顧此失彼,不能收到良好的效果,但是本研究的聚合優勢基因型個體偏少,有待于進一步擴大樣本進行驗證分析,進行更多基因的聚合效應分析。
    免移蟲育王和兩種酯類幼蟲信息素對中華蜜蜂蜂王質量的影響
    鄒垂彬,周林斌,胡景華,席芳貴,袁 芳,顏偉玉
    中國農業科學. 2016, 49(18):  3662-3670.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.020
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    【目的】比較中華蜜蜂(Apis cerana cerana)免移蟲育王和人工移蟲育王培育的蜂王質量,明確幼蟲信息素中的甲基棕櫚酸酯(methyl palmitate,MP)和甲基亞油酸酯(methyl linoleate,ML)在育王過程中能否提高蜂王質量。【方法】以中華蜜蜂為試驗材料,選擇蜂群群勢、蜂王年齡、子脾面積等基本一致的健康蜂群3群作為哺育群,群勢均為5框,采用郎氏標準蜂箱飼養。另選擇一群健康、蜂王產卵性能好的蜂群作為母群。免移蟲育王和人工育王的比較過程中,每個哺育群中每種育王方式至少育王3次。幼蟲信息素試驗過程中,每個哺育群每種信息素至少采用人工育王法育王3次。試驗期間,對蜂群進行獎勵飼喂,提高工蜂哺育積極性。利用自主研制的塑料免移蟲育王生產器進行免移蟲育王,人工移蟲育王則采用自制的蠟質王臺。測定育王過程中的幼蟲接受率和蜂王出房率,待蜂王出房后測定蜂王初生重、胸重、胸寬,將蜂王的單側卵巢制成石蠟切片進行卵巢管計數,并采用熒光定量PCR測定蜂王腹部的卵黃原蛋白基因(VitellogeninVg)和轉鐵蛋白基因(TransferrinTrf)表達量,從而比較蜂王的質量。為了研究中蜂幼蟲信息素中MP和ML在人工育王中使用能否提高蜂王的質量,采用人工移蟲育王,在幼蟲60—63 h的王臺內分別注射1 µL MP和ML(濃度梯度為0、0.1%、1.0%、10.0%),同樣測定蜂王初生重、胸重、胸寬和卵巢管數以及其腹部VgTrf表達量等指標。【結果】免移蟲育王的幼蟲接受率為40.87%,蜂王出房率38.52%;人工移蟲育王的幼蟲接受率為74.38%,蜂王出房率69.13%。顯然工蜂對于人工移蟲育王中的蠟質王臺更易于接受。免移蟲育王培育的蜂王在初生重、胸重、胸寬、單側卵巢管數和Trf表達量等與人工移蟲育王的比較均差異不顯著(P>0.05),平均值也較接近,但蜂王腹部Vg表達量顯著高于人工移蟲育王(P<0.05)。在人工移蟲育王蜂王幼蟲60—63 h時加入MP(或ML),不同濃度的MP對蜂王的各項指標均無顯著影響(P>0.05);0.1% ML對蜂王質量也無顯著影響(P>0.05);1.0% ML顯著降低蜂王初生重、胸重及其腹部Vg的表達(P<0.05),對卵巢管數量無顯著影響(P>0.05);10.0% ML顯著降低蜂王的各項指標(P<0.05)。MP和ML對蜂王Trf表達量均無顯著影響(P>0.05)。【結論】免移蟲育王與人工移蟲育王相比,王臺接受率顯著偏低(P<0.05),蜂王腹部的Vg表達量增加,但在蜂王初生重、胸部指標、單側卵巢管數量及Trf表達量方面均無顯著差異(P>0.05)。MP和ML在人工移蟲育王過程中的應用并不能達到提高蜂王質量的作用。
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