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當期目錄

    2016年 第49卷 第22期 刊出日期:2016-11-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    專題導讀:品質支撐農作物產業與未來發展
    張愛民,李 欣,劉冬成,孫家柱,陽文龍
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4265-4266.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.001
    摘要 ( 331 )   HTML ( 2 )   PDF (220KB) ( 599 )   收藏
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        品質是農作物最重要的經濟性狀,品質的優劣決定了產品的應用價值和市場競爭力。克隆重要農作物品質形成的功能基因,解析品質形成的調控網絡,建立品質改良的分子育種體系,對于作物品質的遺傳改良,提高人們的生活水平,使人們在溫飽的基礎上吃好、吃的營養、吃的健康具有重要意義,是社會健康持續發展的最基本保障。
        長期以來,由于受到人口增長壓力和糧棉油等產品總量的制約,中國農作物品種改良對品質重視不夠。品質性狀遺傳改良的基礎研究滯后,致使大多數農作物品種品質不優,產品不僅沒有足夠的國際市場競爭力,而且很難滿足日益增長的人民生活需求。品質問題成為制約中國農業健康發展的關鍵因素之一。隨著中國加入世界貿易組織協定,農產品品質以及作物品質改良在一段時間內受到相應的重視。但近幾年,由于強調糧食總量要求,品質改良的要求又有所降低或被忽視,統計上的優質農作物種植面積與實際種植面積相差甚遠[1-2]。因此,在國家農業研究領域多個重大項目支持下,依據中國農產品質量和社會發展的實際需求,科技工作者深入系統地開展農作物品質改良的基礎研究,目標是克隆控制重要農作物品質性狀形成的關鍵基因并獲得自主知識產權,解析品質形成的分子生物學基礎,努力提升中國作物品質改良的理論和技術水平,增強中國農產品國際競爭力。品質性狀重要功能基因克隆以水稻、小麥、玉米、大豆和棉花五大作物為主要研究對象,采用功能基因組學方法,對作物品質性狀基因開展深入系統的基礎性研究。研究的品質性狀包括農產品的外觀商品品質、加工品質、營養品質、貯藏品質等,也包括健康品質與生物品質等,力求闡明優質性狀形成的機理,建立品質性狀分子改良的技術體系,培育農作物優質新品種,提高農產品質量,改善人們的生活水平,滿足人們日益增進的營養和健康需求。
        經過近十年不懈的努力,中國科學家在作物品質基因克隆和分子生物學研究領域取得了長足的進展,獲得了一系列原創性、高水平的研究成果。本期推出的4篇關于水稻、小麥、大豆和棉花品質研究的綜述性文章,總結回顧了中國科學家在品質研究領域的進展,同時也介紹了國際上關于農作物品質研究的發展和趨勢,將有助于讀者和同行們了解國內外品質研究現狀,為作物育種家們提供可能的基因資源與信息,推動農作物品質改良的進一步深入。
        根據作物最終用途與加工產品不同,對其品質需求也不盡相同。
        稻米品質性狀的組成較為復雜,主要包括碾磨加工品質、外觀品質、蒸煮食味品質和營養品質等四個方面[3]。《稻米品質性狀基因的克隆與功能研究進展》一文圍繞這4個方面,全面介紹了所克隆的新基因及其功能,重要性狀,如淀粉合成等,多基因參與的復雜調控網絡,明確了一批重要基因的有利等位變異,并對如何利用這些重要功能基因進行水稻品質改良進行了展望。
    小麥是世界上種植面積最廣、總產量和營養價值最高、加工食品種類最多的糧食作物。它是世界上35%左右人口的主要碳水化合物來源,也是植物蛋白質的主要提供者。小麥面粉含有其他作物所不具備的面筋,因此,適于制作面條、面包、饅頭、餅干、糕點等多種食品。隨著經濟的發展和生活水平的提高,人們對以小麥粉為原料生產的精制面食、保健食品和營養食品的需求不斷增加,并且對小麥相關產品的品質要求也越來越高。人們不僅要吃飽吃好,還要吃的營養,吃的健康。因此,在以加工品質研究為主的基礎上,營養和健康品質正在成為小麥品質改良的重要研究方向和育種目標[4]。《小麥營養和健康品質研究進展》一文從籽粒微量營養元素、膳食纖維和對人體健康有益的次生代謝產物等方面介紹了國內外在基因資源篩選、測定方法、基因克隆以及育種改良等方面取得的重要進展,為中國開展小麥營養和健康品質研究提供了參考和借鑒。
        大豆是重要的經濟作物,其種子蛋白質和油脂含量都比較高,為人類生活提供了優質的食用油和植物蛋白[5]。中國是世界大豆原產國,但近年來中國大豆產業發展不夠景氣,這與中國大豆的品質水平不高不無關系。大豆的脂肪酸含量、蛋白含量以及異黃酮含量決定了其經濟價值。針對生產上大豆品質存在的主要問題,中國科學家開展了控制和提高大豆脂肪酸含量和蛋白含量的深入研究,從基因克隆到調控網絡,從大豆本身及其外緣種中克隆了許多重要的功能基因和調控基因,初步明確了脂肪酸和蛋白合成積累過程。《大豆品質調控基因克隆和功能研究進展》總結了相關領域的研究進展,對在大豆基因組測序完成的基礎上,利用傳統的雜交育種結合分子標記、合成生物學和基因編輯等新一代植物育種技術進行大豆品質改良的前景進行展望。
        棉花是世界最重要的經濟作物之一。全球有80多個國家種植商業棉,150多個國家從事棉花進出口貿易,經濟產值每年高達5000億美元。自20世紀90年代以來,隨著紡織工業的發展,棉紡企業強調以較強、較細和纖維更整齊的棉纖維作為紡織原料。因此,棉花品質育種從以前側重外在品質轉變為側重內在品質,即在一定絨長的基礎上主要強調纖維強度和麥克隆值等。與此相適應,世界棉花市場將棉花定價依據由原來的絨長改成纖維強度等綜合品質。隨著棉花纖維發育和品質性狀研究的深入,越來越多的政府機構和企業對這一領域產生了興趣,并投入大量資金,力圖揭示棉花纖維發育的分子調控機制,發掘棉花纖維品質相關的關鍵基因,進而創造棉花優質品種,占領世界棉花市場。中國將棉花纖維品質改良列為重大研究目標,開展了棉花基因組研究、棉纖維發育和優質纖維形成相關基因克隆和功能研究。《棉花纖維品質改良相關基因研究進展》一文闡述了中國科學家在此領域取得的重要進展和原創性成果。中國科學家在世界上率先完成了棉花A、D兩個二倍體棉花、四倍體陸地棉和海島棉的基因組測序[6],克隆了一大批調控棉花纖維起始、發育、成熟的重要基因,為棉花品質育種奠定了基因資源的重要基礎。
        應當認識到,作物品種類型豐富,品質變異極為復雜。參與作物品質形成的基因眾多,多數基因特別是幾個關鍵基因又都存在多個等位變異。然而,目前對于這些基因的功能及其變異的效應研究大多數僅集中于個別基因、多數研究也都只是在少數作物品種中開展,對于這些基因及復等位基因之間的相互關系和互作效應等,都還了解很少。對這些問題的深入研究,將為作物品質的設計改良提供非常重要的線索。另外,需要將健康品質和生物品質的研究提上議事日程。國際上提倡谷物消費,重視健康品質,包括微量元素(如鐵,硒等)在種子中的含量,次生代謝產物含量(如葉酸,維生素,類黃酮等含量),注重降低和減少作物中的過敏源,如大豆中的過敏蛋白,小麥中的多種過敏蛋白等。這些方面的研究在國際上已經起步,中國應給予重視和開展部署,特別是在基因克隆方面的部署有利于國際競爭,取得優勢。
    稻米品質性狀基因的克隆與功能研究進展
    張昌泉,趙冬生,李錢峰,顧銘洪,劉巧泉
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4267-4283.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.002
    摘要 ( 527 )   HTML ( 3 )   PDF (509KB) ( 912 )   收藏
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    水稻是中國重要的糧食作物之一,高產與優質一直是品種改良的主要目標。目前,中國稻米品質表現總體偏低,在一定程度上影響了其市場競爭力。稻米品質屬綜合性狀,是指稻米或稻米相關產品滿足消費者或生產加工需求的各種特性,主要涉及稻米的物理和化學特性,包括精米率、米粒形狀、透明度、蒸煮時間、米飯質地與香味、冷飯質地以及營養成分等指標。通常用碾磨品質、外觀品質、蒸煮與食味品質和營養品質4個方面來評價稻米品質。近10年來,在上述稻米品質性狀相關基因的克隆與功能研究領域已取得了長足的進展。水稻粒形不僅是重要的產量性狀也是碾磨和外觀品質的重要決定因素,目前已克隆了多個粒形相關的QTL和基因。根據粒形相關基因的表型效應可將其分為3類,即伴隨植株矮化的小粒控制基因(第一類,包括D1D2D11D61SMG1等)、粒形特異基因(第二類,如GS3GL3.1GW7GW2GW5GS5GS6TGW6GW8BG2GW6aGS2等)和小圓粒基因(第三類,即SRS),其中只有第二類基因具有較好的育種利用價值。堊白是決定稻米外觀品質的首要性狀,同時也會影響碾磨品質。目前盡管已經鑒定了大量QTL,但只有少數QTL被精細定位和克隆,如Chalk5cyPPDKG1F1OsRab5aFLOURYENDOSPERM2PDIL1-1SSG4等主要通過調控胚乳灌漿和儲藏物積累而影響稻米外觀表現。淀粉占精米胚乳干重的90%以上,其組成與結構是決定稻米外觀和蒸煮與食味品質的最重要因素。淀粉的合成是由多基因參與的復雜調控網絡,直接參與淀粉合成的淀粉合成酶類基因的功能已經比較清楚;此外,參與胚乳淀粉代謝的一些轉錄因子如Dull、OsEBP89、OsEBP5、OsRSR1和OsbZIP58等也已被陸續鑒定和克隆。蛋白質是稻米的第二大成分,目前已克隆了眾多的貯藏蛋白編碼基因,并且已鑒定克隆了多個與蛋白質轉運調控有關的基因如OsSarOsRab5aOsAPP6RISBZ1RPBFOsVPS9AOsGPA3GEF2等。賴氨酸是稻米中的第一限制必須氨基酸,通過過量表達富含賴氨酸蛋白(如RLRH1和RLRH2)或調控游離賴氨酸代謝等途徑,均可顯著提高稻米中的賴氨酸含量。稻米香味主要由2-AP決定,目前,已克隆了BADH2OsP5CS等參與2-AP合成調控的基因。在與稻米貯藏有關的脂質代謝方面,已克隆了脂肪酸氧化酶基因LOX-1LOX-2LOX-3以及脂質轉運基因OsLTP36。此外,在稻米維生素、花青素和礦物質等合成調控方面也已鑒定克隆了多個重要基因。綜上,稻米各品質性狀都是由多基因控制,并且各性狀間彼此交叉,其遺傳調控非常復雜。本文重點就近年來控制稻米粒形與堊白、蒸煮與食味品質、儲藏蛋白、脂類、維生素與礦質元素等合成與調控相關基因的克隆、等位變異和功能研究進行了綜述,并對重要品質相關基因的育種利用進行了展望,期望為水稻優質育種提供參考。
    小麥營養和健康品質研究進展
    張 勇,郝元峰,張 艷,何心堯,夏先春,何中虎
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4284-4298.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.003
    摘要 ( 523 )   HTML ( 19 )   PDF (481KB) ( 963 )   收藏
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    作物營養和健康品質改良正在成為世界主要作物的重要研究方向和育種目標。文中圍繞鐵和鋅、抗性淀粉和阿拉伯木聚糖、酚酸和植物固醇,從微量營養元素、功能性膳食纖維、膳食纖維、植物生物活性物質4個方面對小麥籽粒的營養品質研究進行評述,兼顧面筋過敏和赤霉菌毒素對人體健康的影響,概括與育種工作密切相關的分析測定方法、種質資源篩選、基因定位與育種研究進展。提出國內營養和健康品質研究的重點領域,建議加強四方面的工作,(1)優先進行與人體健康密切相關的鐵、鋅及其生物有效性影響因子植酸含量和植酸酶活性等微量營養元素、阿拉伯木聚糖和抗性淀粉等膳食纖維、酚酸和植物固醇等植物生物活性物質含量的分析,開展大規模營養元素普查工作,篩選營養價值高的育種親本和材料;(2)加強抗赤霉病相關研究,并將其結果盡快用于育種;(3)通過關聯和連鎖分析開展基因定位和克隆,發掘基因功能標記或緊密連鎖的分子標記,通過與常規育種緊密結合,推動生物技術育種實用化,加快品種選育進程,提高品質育種效率;(4)通過加強國際合作與國內協作,建立小麥品質研究協作網,推廣普及現有實用技術并研究新型營養品質快速檢測技術。
    大豆品質調控基因克隆和功能研究進展
    張玉芹,陸 翔,李擎天,陳受宜,張勁松
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4299-4309.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.004
    摘要 ( 437 )   HTML ( 2 )   PDF (411KB) ( 832 )   收藏
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    大豆(Glycine max L.)是世界上重要的經濟作物,為人類生活提供所需的食用油和植物蛋白。大豆油脂、蛋白質和異黃酮含量決定了大豆的經濟價值,大豆品質的優劣直接關系到食用者的身體健康,因此,越來越受到廣大科研工作者的關注。大豆油脂脂肪酸組成對油的營養價值、耐儲性及加工工藝等都有很大影響。油脂的組成和積累受脂肪酸合成途徑中多種酶活性的影響,這些基因的表達還受到轉錄前、轉錄和轉錄后水平的調控,有許多相關基因參與此過程。目前大豆油脂的轉錄調控研究較多。研究表明,GmDOF4和GmDOF11類轉錄因子可以激活乙酰輔酶A羧化酶和長鏈脂酰輔酶A合成酶,從而提高了種子油分含量。轉錄因子GmMYB73可以通過抑制GL2進而促進磷脂酶D的活性,增加了轉基因種子的油含量。轉錄因子GmbZIP123主要通過誘導蔗糖轉運蛋白基因(AtSUC1、AtSUC5)和細胞壁轉化酶基因(AtcwINV1、AtcwINV3和AtcwINV6)的表達,促進蔗糖從葉片到種子的運輸,為油脂合成提供更多原料和能量,從而提高種子油脂含量。轉錄因子GmNFYA通過激活WRI及油脂合成相關基因,從而提高了種子油含量。大豆籽粒富含蛋白質,占籽粒干物質的40%左右(31%—55%)。大豆蛋白含有8種人體必需的氨基酸,是一種品質優良的植物性蛋白質,在膳食中可以代替部分動物性蛋白質。植物中油分和蛋白質往往是負相關的,GmDOF4和GmDOF11類轉錄因子可以提高植物油份含量,但其直接結合CRA1啟動子,從而下調儲藏蛋白的表達。大豆異黃酮是大豆生長過程中形成次生代謝產物,具有多種生物活性,在動植物體內有著廣泛的生理作用。近年來大豆異黃酮已成為大豆最引人注目功能成分之一,也是食品與營養學研究熱點之一。類黃酮類物質可能通過調節結節的產生從而調控植物的根瘤發育、生長繁殖和固氮作用。大豆異黃酮對乳腺癌、前列腺癌、心血管疾病和骨質疏松癥的治療也表現出其他一些有益的效應。目前研究表明,GmMYB176可以調控CHS8的表達,而干擾GmMYB176的表達降低了大豆根毛中異黃酮的水平,這表明GmMYB176對于異黃酮的生物合成是必需的。本文綜述了大豆種子油分、蛋白以及異黃酮含量相關基因的研究進展,并對大豆種子油分、蛋白及異黃酮在轉錄水平和/或其他方面所受到的調控進行闡述。
    棉花纖維品質改良相關基因研究進展
    楊 君,馬峙英,王省芬
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4310-4322.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.005
    摘要 ( 271 )   HTML ( 18 )   PDF (837KB) ( 798 )   收藏
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    棉纖維是優良的、使用最為廣泛的天然纖維。隨著人們生活水平的提高,對天然純棉織物的需求不斷增加,同時對品質的要求也愈來愈高。因此,提高棉纖維產量和品質成為當前棉花遺傳育種的重要目標,對棉纖維發育相關基因的克隆與功能研究是實現這一目標的重要基礎。棉纖維發育由4個明顯但又重疊的時期組成,包括纖維細胞的起始、伸長(初生壁合成)、次生壁合成和脫水成熟。起始是影響纖維細胞數量的重要時期,而纖維長度和強度的決定發生在次生壁合成期和脫水成熟期。棉纖維發育是一個復雜而有序的過程,由大量的基因參與調控。目前,已經有一些在棉纖維發育過程中發揮重要作用的基因被報道,包括各種轉錄因子、參與激素代謝基因、編碼細胞壁蛋白和細胞骨架蛋白基因、活性氧代謝相關基因、以及參與糖和脂類代謝的基因等。文中對已報道的這些與棉花纖維發育相關基因的克隆和功能分析進行了系統總結,以期為棉花纖維發育及品質改良研究提供參考。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    作物根系鎘滯留作用及其生理生化機制
    王學華,戴 力
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4323-4341.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.006
    摘要 ( 294 )   HTML ( 2 )   PDF (2604KB) ( 864 )   收藏
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    一定程度的鎘脅迫嚴重影響了作物的生長發育和農產品的產量及品質。文中全面綜述了重金屬鎘脅迫對作物和人類的危害,以及鎘在作物體內的吸收、轉運和積累特征及其相關的主要調控基因和功能。簡要概述了作物抗鎘耐鎘機制,重點討論了其中的根系鎘滯留作用的生理和生化機制。重金屬鎘主要通過根部吸收進入植株,在根中,Cd2+首先進入由細胞間隙、細胞壁微孔以及細胞壁到質膜之間的空隙等構成的“自由空間”,然后通過主動或被動吸收跨膜進入胞質,再經共質體或質外體途徑運輸到木質部導管中。水稻等作物主要通過下列途徑來適應鎘脅迫:細胞壁的滯留作用、原生質體的螯合作用、液泡的區室化作用、逆境蛋白和脯氨酸的積累、抗氧化酶系統活性的提高、根系的滯留作用。根系鎘滯留作用作為一種重要的抗耐鎘毒害的方式,在調控作物對鎘的吸收、轉運和分配積累,阻礙鎘進入植株地上部和原生質體,減少鎘對作物自身生長發育及農產品產量和品質的影響等方面起著非常重要的作用。主要包括根莖間低轉運量導致的鎘滯留、根系細胞壁滯留和液泡滯留。(1)根莖間低轉運量導致的鎘滯留。該種滯留作用主要受到根系木質部的鎘裝載能力和鎘長距離運輸載體——植物螯合肽(PCs)含量的影響;它們主要受到質膜上跨膜離子轉運蛋白HMA2和HMA4以及細胞中的PCs合成酶及其相應基因(如HMA2HMA4PCs1等)的調控。這些蛋白和基因對木質部的鎘滯留起到負調控作用。(2)細胞壁滯留作用。根系細胞壁滯留發生在質外體部分(包括細胞壁和胞間層),主要與質外體的組成成分和結構相關,其中起關鍵作用的是果膠多糖,半纖維素也起到一定作用。根據果膠和半纖維素滯留鎘的作用方式的不同,細胞壁滯留作用可分為物理滯留和化學滯留。物理滯留主要與細胞壁的孔隙度和厚度有關,此二者均受到細胞壁果膠含量和果膠甲酯酶PME活性的影響。而化學滯留則是由半纖維素和低酯化果膠上的帶負電荷基團,如-COO-等,與Cd2+發生靜電結合作用所致。它們會受到PME14XCD1等基因的調控。(3)液泡滯留作用。液泡滯留作用與細胞質和液泡中的PCs以及液泡膜上的轉運蛋白密切相關,其對鎘的滯留能力大小受到液泡分隔容量大小(VSC)的限制。在液泡的鎘滯留中,不同分子量大小的PCs起到了重要作用,它們參與了胞質中鎘的螯合、胞質與液泡間鎘的轉移及最終液泡中鎘的沉積。而液泡膜上的轉運蛋白則負責將胞質溶液中的低分子量PC-Cd復合物通過主動運輸轉移到液泡內,使鎘被隔離在活躍生理區之外。作物根系中,這三種重金屬滯留機制先后聯合作用,降低了鎘向原生質體和地上部的轉移,從而減輕了鎘對地上部的毒害,降低了籽實等收獲器官中的鎘含量。然而,由于木質部中PC-Cd占總鎘比例以及細胞壁電荷總量和液泡VSC大小的有限性,從而使得根系鎘滯留作用的強度和效果都存在著一定的限度。
    玉米種子成熟度對其活力及F1產量的影響
    劉國梁,趙亞麗,王秀玲,李鴻萍,李潮海
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4342-4351.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.007
    摘要 ( 272 )   HTML ( 3 )   PDF (3199KB) ( 393 )   收藏
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    【目的】研究中國河西制種基地玉米種子成熟度與種子活力、F1產量之間的關系,為確定適宜收獲期、避免種子遭受早霜凍、確保種子質量安全提供指導。【方法】采用大田試驗和室內分析相結合的方法,選用偏馬齒型豫單603雜交種子和偏硬粒型豫單606雜交種為材料,從授粉后40 d開始采收果穗,每隔5 d測定一次籽粒乳線發育、籽粒含水量、百粒重、種子發芽率和浸出液電導率,并檢測F1田間表現及籽粒產量,研究玉米種子成熟度對種子活力和F1產量的影響。【結果】豫單603和豫單606 2個雜交種乳線出現時間和發育程度存在較大差別,整體表現為豫單603乳線出現晚、消失早,而豫單606乳線出現早、消失晚。授粉后40 d,豫單606乳線位置達0.16,而豫單603尚未出現,二者在授粉后65 d時乳線位置接近0.50,此時,豫單603和豫單606籽粒含水量分別為31.66%和35.09%;授粉后40 d,豫單603的籽粒含水量高于豫單606;授粉后45 d及以后二者的籽粒含水量呈相反趨勢;生理成熟時,豫單603(授粉后75 d)的籽粒含水量26.71%,豫單606(授粉后80 d)的籽粒含水量為27.00%。隨著種子成熟度的提高,雜交種子F1的發芽率不斷提高,生理成熟時達到最大。授粉后40 d,2個品種的雜交種子F1已具有一定發芽能力。授粉后75 d,豫單603達到生理成熟時,標準發芽率96.67%;豫單606授粉后80 d生理成熟,發芽率98%。種子簡化活力指數隨成熟度增加而提高,2個雜交種在授粉后65 d達到最大,分別為5.89和8.70,之后略有下降。與標準發芽率一致,2個雜交種人工加速老化發芽率也隨成熟度提高而上升。授粉后40 d,種子成熟度低,老化發芽率分別為58.33%和54.67%;生理成熟時,豫單603老化發芽率90.00%,豫單606為92.33%。田間出苗率、整齊度、干物質積累量和F1產量均隨種子成熟度提高而上升,至生理成熟時達到最大,但豫單603和豫單606生理成熟期收獲的雜交種子F1的產量與授粉后65 d收獲的雜交種子F1的產量均無顯著性差異,表明2個品種在授粉后65 d時收獲的雜交種子F1均可獲得較高的幼苗素質和籽粒產量。【結論】在河西張掖玉米制種區,雌穗授粉后65 d,籽粒乳線在1/2位置左右,籽粒含水量30%—35%,可作為玉米種子適宜收獲期,比目前生產上(乳線基本消失)提前15 d左右,不僅有利于爭時晾曬防凍害,同時可獲得高活力種子。
    近15年黃土高原植被物候時空變化特征分析
    李 強,張 翀,任志遠
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4352-4365.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.008
    摘要 ( 243 )   HTML ( 3 )   PDF (12067KB) ( 316 )   收藏
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    【目的】黃土高原處于從濕潤向干旱過渡、從森林向草原過渡、從農業向牧業過渡的地區,是中國氣候變化與農業發展的敏感地帶,針對此區域的地表植被覆蓋物候特征研究,對于該地區農業生產、環境保護和生態建設具有重要的指示意義。通過分析不同時間序列、不同海拔高度與水熱條件下植被物候趨勢的差異,以期為黃土高原當前的農業生態環境建設與可持續發展提供有用的理論支撐與決策依據。【方法】基于1998—2012年SPOT VEGETATION旬值NDVI數據,并結合諧波分析法、線性趨勢等方法對黃土高原各年植被物候特征值進行了確定,并分析了物候的變化趨勢。【結果】(1)1998—2012年,生長季始期平均每年提前0.9 d。生長季末期平均每年推遲約0.8 d。在生長季始期提前和末期推遲的作用下,生長季長度平均每年延長1.7 d。(2)黃土高原水熱組合直接影響植被物候的空間差異性,植被生長的限制性氣溫為9,限制性降水分別為475 mm與540 mm,限制性海拔為1 750 m。(3)植被生長季長度趨勢與海拔和氣溫的空間偏相關系數分別為0.0591和0.0139,與降水的空間偏相關系數為-0.0174,三要素與生長季始期趨勢的相關程度較與生長季末期趨勢強。【結論】黃土高原植被物候特征趨勢明顯且穩定的區域主要分布在陜北高原與晉中北山地區。西北部干旱區荒漠草原區,物候變化主要受氣溫控制。半干旱地區農業與草原區,物候變化主要受到降水量控制。汾渭盆地農業區,物候變化受水熱共同作用。水熱的差異對秦巴山地闊葉林區植被物候的影響不明顯。海拔對黃土高原植被物候變化趨勢上的影響不明顯。生長季長度趨勢在生長季始期和生長季末期的共同作用下隨海拔和氣溫的增加的延長趨勢增強,隨降水增加的縮短趨勢增強。同種植被物候趨勢隨海拔、降水、氣溫的變化特征具有一致性,生長季始期的變化特征對于植被生長季長度變化影響較生長季末期強。
    植物保護
    藍莓休克病毒IC-RT-nested PCR檢測技術
    謝麗雪,鄭 姍,張立杰,張小艷,李 韜
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4366-4374.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.009
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    【目的】藍莓休克病毒(Blueberry shock virus,BlShV)是藍莓上主要病毒之一,侵染藍莓后能夠對其產量造成嚴重影響。研究旨在建立用于BlShV快速檢測的IC-RT-nested PCR技術,為該病毒的檢測鑒定提供可靠的技術手段。【方法】根據GenBank已報道的BlShV基因序列,設計一對外側引物(BlShV-F/BlShV-R)和一對內側引物(BlShV-1/BlShV-2),以感染BlShV的藍莓病葉為材料,利用免疫IC-RT-PCR(免疫捕獲RT-PCR)和nested PCR(巢式PCR)建立BlShV的IC-RT-nested PCR檢測技術;分別以BlShV、藍莓焦枯病毒(Blueberry scorch virus,BlScV)、藍莓帶化病毒(Blueberry shoestring virus,BSSV)、藍莓葉斑駁病毒(Blueberry leaf mottle virus,BLMoV)、煙草環斑病毒(Tobacco ringspot virus,TRSV)、番茄環斑病毒(Tomato ringspot virus,ToRSV)和健康藍莓葉片為對象,測定該檢測技術的特異性;將BlShV第1輪、第2輪PCR產物分別回收純化后連接到pMD18-T載體,連接產物轉化大腸桿菌DH5α后篩選陽性克隆,進行測序和序列比對驗證該檢測技術的準確性;將感染BlShV的藍莓病葉提取液用健康藍莓葉片提取液進行10倍梯度稀釋,測定該檢測技術的靈敏度,并與DAS-ELISA方法相比較;利用建立的IC-RT-nested PCR對收集的中國福建、吉林、遼寧地區藍莓葉片樣品(53份)和進境美國藍莓葉片(15份)進行實際檢測,并對上述樣品采用普通RT-PCR方法進行驗證。【結果】建立的IC-RT-nested PCR方法成功從感染BlShV病葉提取液第1輪PCR擴增出約746 bp大小的目的片段,第2輪PCR擴增出約486 bp大小的目的片段,未從健康藍莓葉片提取液和空白對照擴增出目的片段;特異性測定結果表明,IC-RT-nested PCR具有良好的特異性,僅從感染BlShV藍莓病葉提取液第1輪、第2輪PCR分別擴增到目的片段,而從BlScV、BSSV、BLMoV、TRSV、ToRSV和健康藍莓葉片提取液第1輪、第2輪均未擴增到相應的目的片段;序列分析結果顯示,感染BlShV藍莓病葉提取液第1輪、第2輪PCR產物的序列同預期大小完全一致,分別為746、486 bp,將獲得的兩輪PCR產物序列與GenBank數據庫中的BlShV基因序列進行比對,結果顯示第1輪、第2輪PCR產物的序列與已報道的BlShV核苷酸序列一致性均達99%,證實兩輪PCR產物均為BlShV特異性產物,進一步驗證了擴增結果的準確性;靈敏度測定結果表明,IC-RT-nested PCR的第1輪PCR能夠檢測到稀釋102倍的BlShV病葉提取液,靈敏度與DAS-ELISA相當,經過第2輪PCR,靈敏度提高100倍,能夠檢測到稀釋104倍的BlShV病葉提取液;藍莓樣品IC-RT-nested PCR測定結果顯示,2份來自于美國的藍莓葉片樣品擴增出大小約486 bp的目的片段,BlShV檢出率為13.3%,而中國福建、吉林、遼寧地區藍莓葉片樣品上均未擴增出相應的目的片段,未檢測到BlShV,該檢測結果與普通RT-PCR驗證結果完全相符,表明建立的IC-RT-nested PCR能夠用于藍莓樣品的實際檢測。【結論】建立的IC-RT-nested PCR具有快速、特異、準確和靈敏的優點,適合于田間和進出境口岸藍莓樣品上BlShV的檢測鑒定。
    飛蝗海藻糖酶基因的分子特性及功能
    劉曉健,孫亞文,崔 淼,馬恩波,張建珍
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4375-4386.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.010
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    【目的】海藻糖酶(trehalase)可專一性地將一分子海藻糖水解成為兩分子葡萄糖,在昆蟲能量代謝和幾丁質合成過程中發揮重要作用,因此,海藻糖酶已成為害蟲控制的潛在靶標。本研究以重要農業害蟲飛蝗(Locusta migratoria)為材料,探討海藻糖酶基因的分子特性及生理功能,為飛蝗的有效治理提供理論依據。【方法】通過搜索飛蝗轉錄組和基因組數據庫,獲得4個海藻糖酶基因cDNA全長序列,運用blast、TMHMM和SignalP等相關軟件分析其序列特征;利用ClustalW進行海藻糖酶全長氨基酸序列比對,MEGA7構建海藻糖酶的系統進化樹;運用reverse transcription-quantitative PCR(RT-qPCR)技術研究4個海藻糖酶基因在5齡若蟲不同組織及發育日齡的表達特性;體外合成4個基因的dsRNA后,分別注射5齡第2天若蟲,同時注射dsGFP作為對照,收集注射dsRNA 48 h后的整蟲提取RNA,反轉錄成cDNA后,采用RT-qPCR技術檢測海藻糖酶基因以及幾丁質合成關鍵基因UDP-N-乙酰葡糖胺焦磷酸化酶基因LmUAP1和幾丁質合成酶1基因LmCHS1的表達量,并觀察記錄表型。【結果】飛蝗4個海藻糖酶均含有海藻糖酶的2個功能保守區以及1個甘氨酸富集區,其中1個海藻糖酶具有跨膜結構域,將其命名為LmTreM(GenBank登錄號:KX371563),1個海藻糖酶具有類跨膜結構,將其命名為LmTreM-like(GenBank登錄號:KX371565),其余2個均為可溶性海藻糖酶,分別命名為LmTreS1和LmTreS2(GenBank登錄號:KX371564和FJ795020);系統發育分析結果顯示,LmTreM和LmTreM-like與膜結合型海藻糖酶聚為一支,而LmTreS1和LmTreS2與可溶性海藻糖酶聚為一支;對4個基因在5齡若蟲不同組織部位和發育日齡表達量的分析表明LmTreMLmTreS1LmTreS2具有組織特異表達特性,而LmTreM-like在所有組織部位中均表達,且4個海藻糖酶基因呈現出不同的發育變化趨勢;RNAi結果表明,分別注射飛蝗4個海藻糖酶基因dsRNA至5齡若蟲后,與對照組相比,各基因表達量均顯著降低,且不存在基因間的交叉干擾,幾丁質合成關鍵基因LmUAP1LmCHS1的表達也無顯著變化,注射各海藻糖酶基因dsRNA的5齡若蟲均可成功蛻皮至成蟲。【結論】飛蝗存在1個膜結合型、1個類膜結合型和2個可溶性海藻糖酶基因,這4個基因具有不同的組織和發育表達特性,任一基因的表達沉默均不影響5齡飛蝗正常蛻皮至成蟲。
    灰飛虱鞘氨醇激酶時空表達分析及其對殺蟲劑脅迫的響應
    焦文娟,李飛強,張敏菁,史肖肖,朱木菲,毛存貴,祝增榮
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4387-4397.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.011
    摘要 ( 329 )   HTML ( 1 )   PDF (2289KB) ( 216 )   收藏
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    【目的】明確灰飛虱(Laodelphax striatellus Fallén)鞘氨醇激酶(sphingosine kinase,SK)的分子特征,研究SK在攜帶水稻條紋病毒(Rice stripe virus,RSV)與健康灰飛虱兩個種群的時空表達及其對殺蟲劑脅迫的響應。【方法】利用PCR技術克隆灰飛虱SK(LsSK)基因序列;使用熒光定量PCR(qRT-PCR)技術分析LsSK在帶毒種群與健康種群灰飛虱1—5齡若蟲及成蟲期的表達差異,并檢測該基因在雌雄蟲頭、唾液腺、中腸、馬氏管、卵巢和精巢等組織中相對表達量;采用手動微量點滴儀將3種殺蟲劑(吡蟲啉、噻嗪酮和溴氰菊酯)點滴于灰飛虱4齡若蟲中胸背板,確定3種殺蟲劑的半致死濃度(LC50);根據半致死濃度的3種殺蟲劑處理試蟲后檢測LsSK的表達動態;采用注射雙鏈RNA(dsRNA)的方法沉默帶毒種群和健康種群4齡若蟲體內LsSK后,用半致死濃度的3種殺蟲劑處理試蟲并分析死亡率。【結果】克隆得到一段長度為1 282 bp的LsSK基因片段(GenBank登錄號:KT989975)。氨基酸系統進化樹顯示LsSK與其他半翅目昆蟲SK聚在同一支。LsSK氨基酸序列包含SK酶的4個保守區域C1—C4,其中SK激酶的活性位點——DAG活性區域位于C1—C3區域。qRT-PCR結果顯示LsSK在帶毒種群4齡若蟲中表達量最高,3齡次之;健康種群5齡若蟲表達量最高,1、4齡次之。且LsSK在帶毒種群3、4齡表達量顯著高于健康種群同時期若蟲(P<0.05);帶毒成蟲LsSK表達量顯著高于健康成蟲(P<0.05)。LsSK在帶毒雄成蟲各個組織中的表達量均顯著高于同種群雌成蟲和健康雌雄成蟲的各相應組織,且在唾液腺和馬氏管的表達量最高,頭部次之。用半致死濃度的3種殺蟲劑(吡蟲啉LC50為6.5 ng·μL-1,噻嗪酮為500 ng·μL-1,溴氰菊酯為37.5 ng·μL-1)處理帶毒和健康種群的4齡若蟲后,試蟲LsSK含量變化與響應速度均不同。噻嗪酮處理后LsSK水平升高且響應最為迅速,溴氰菊酯處理后LsSK表達水平無變化(P>0.05)。用3種殺蟲劑處理帶毒和健康試蟲,其死亡率分析結果表明,兩種群注射dsSK組3種殺蟲劑處理后死亡率均顯著高于兩種群注射dsGFP組和不注射組。【結論】克隆了LsSK基因片段且其在帶毒灰飛虱4齡若蟲中表達量最高。沉默LsSK后,帶毒和健康種群灰飛虱在殺蟲劑處理后的死亡率均顯著上升,表明SK基因有利于灰飛虱抵抗殺蟲劑脅迫。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    稻麥輪作下紫色土有機碳活性及其對長期不同施肥的響應
    趙亞南,柴冠群,張珍珍,謝 軍,李丹萍,張躍強,石孝均
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4398-4407.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.012
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    【目的】研究稻麥輪作系統中紫色土總有機碳、活性有機碳和活性有機碳不同組分的變化特征及其對長期不同施肥措施的響應,揭示稻麥輪作系統長期不同施肥管理下有機碳質量和內在組成的變化。【方法】采集22年長期定位試驗不施肥(CK)、單施化學氮肥(N)、化肥氮磷鉀配施(NPK)、化肥氮磷鉀+秸稈還田(NPKS)、高量化肥氮磷鉀+等量秸稈還田(1.5NPKS)和化肥氮磷鉀+廄肥(NPKM)處理0—20、20—40、40—60 cm土層的土壤,測定了總有機碳、活性有機碳及其不同活性組分的含量,計算土壤碳庫管理指數和不同活性組分的分配比例,分析了活性有機碳及其各組分與總有機碳的關系。【結果】長期不同施肥顯著影響了各土層總有機碳和活性有機碳含量,與不施肥相比,所有施肥處理均維持或提高了土壤總有機碳、活性有機碳含量和碳庫管理指數,其中化肥氮磷鉀+秸稈還田(NPKS)處理0—20、20—40和40—60 cm土層總有機碳含量分別提高32.5%、25.7%和5.3%,活性有機碳含量提高37.0%、44.7%和9.3%,碳庫管理指數提高38%、49%和9%,其提升幅度高于其他施肥處理。長期不同施肥顯著提高了各土層高、中、低活性有機碳含量,有機無機肥配施處理(NPKS、1.5NPKS、NPKM)提升效果高于單施化肥處理(NPK、N);但施肥對各活性組分占活性有機碳比例的影響較小,并沒有改變各活性組分的分布格局。土壤活性有機碳及其高、中、低活性組分的含量與土壤深度有關,0—20 cm耕層土壤活性有機碳及高、中、低活性組分的含量均高于20—40和40—60 cm土層。不同土層高、中、低組分占活性有機碳的比例也存在較大差異,0—20 cm土層高、中、低活性組分占活性有機碳的比例平均為23.6%、35.6%和40.7%;下層土壤各活性組分的含量均下降,其中20—40 cm土層低活性組分下降程度較大,導致其占活性有機碳的比例下降至24.7%,而高活性和中活性組分的比例增加至30.5%和44.8%。土壤活性有機碳及其各組分與總有機碳含量呈顯著線性正相關,表明土壤活性有機碳可以較好地反映總有機碳變化。【結論】稻麥輪作條件下,長期不同施肥可維持或提高土壤總有機碳、活性有機碳及其不同組分的含量,提高土壤碳庫管理指數,氮磷鉀肥配合秸稈還田總體提升效果較好,是促進土壤總有機碳和活性有機碳累積、改善土壤有機碳質量的推薦施肥措施。
    東北黑土微生物群落對長期施肥及作物的響應
    丁建莉,姜 昕,關大偉,馬鳴超,趙百鎖,周寶庫,曹鳳明,李 力,李 俊
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4408-4418.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.013
    摘要 ( 330 )   HTML ( 5 )   PDF (1170KB) ( 494 )   收藏
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    【目的】為表征長達35年輪作與施肥條件下東北黑土微生物群落特征,解析長期施肥及作物對土壤微生物豐度和群落結構的影響,探討東北黑土微生物群落變化與施肥及不同作物間的相互關系,為進一步改良耕作制度與施肥方式提供依據。【方法】依托黑龍江省農業科學院長期定位試驗站,選取玉米和大豆兩種作物季的4個不同施肥處理:不施肥處理(CK)、有機肥處理(M)、無機肥處理(NPK)和有機肥配施無機肥處理(MNPK)的耕層土壤為研究對象,處理前加字母m表示玉米季樣品,加字母s表示大豆季樣品。借助Illumina Miseq高通量測序平臺和Real-time PCR技術,以16S rRNA基因為分子標靶,研究作物與施肥方式對黑土中微生物群落結構和豐度的影響,分析群落變化與土壤化學性質的相關性。【結果】玉米季土壤16S rRNA基因拷貝數6.32×1088.83×108/ng DNA)比大豆季的低(0.96×109—2.30×109/ng DNA);玉米季土壤微生物多樣性(ACE指數為3 674.58—4 034.84)也低于大豆季(ACE指數為4 167.47—4 887.36);玉米季的細菌豐度以Acidobacteria(24.47%—27.90%)最高,而大豆季豐度最高的是Proteobacteria(27.78%—34.40%),Bacteroidetes和Actinobacteria豐度在兩季作物中差異明顯。同一作物季的有機肥無機肥配施處理的16SrRNA基因拷貝數高于無機肥處理,且有機肥配施無機肥處理的微生物α多樣性指數也比無機肥處理的高(sMNPK的Chao1指數比sNPK高出11.89%);不同施肥處理之間群落組成存在差異,Alphaproteobacteria在sMNPK和sNPK處理的相對豐度分別比sCK增加3.31%、5.24%;GammaproteobacteriasMNPK和sNPK處理均比sCK處理增加1.72%和1.2%,二者相對豐度變化大。相關性分析顯示,16SrRNA基因拷貝數與土壤硝態氮和速效鉀正相關;微生物菌落多樣性指數與土壤全氮、硝態氮、銨態氮、有效磷和速效鉀等化學性質密切相關。【結論】東北黑土不同作物季和不同施肥均會影響土壤微生物豐度、α多樣性和群落結構。有機肥無機肥配施能夠有效改變微生物群落結構,提高微生物的豐度和多樣性,并提高土壤pH,減緩土壤酸化
    園藝
    五個SH系矮化中間砧對‘富士’蘋果樹體生長、產量和品質的影響
    李民吉,張 強,李興亮,周貝貝,孫 健,張軍科,魏欽平
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4419-4428.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.014
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    【目的】探討SH不同系號中間砧對宮藤富士蘋果幼樹生長、早果性、果實產量和品質的影響,為蘋果矮化砧木的評價、篩選和合理選擇提供理論依據和應用建議。【方法】以2009年春季定植的3年根1年干的矮化中間蘋果成品苗(宮藤富士/SH1、SH3、SH6、SH9和SH40/平邑甜茶)為試材,株行距為1.5 m×5.0 m,細紡錘整形修剪,栽植第2年開始,連續6年調查分析SH不同系號中間砧對宮藤富士蘋果樹體生長、果實產量和品質的影響。【結果】SH不同系號中間砧對宮藤富士蘋果樹體生長、果實產量和品質的影響存在較大差異。SH6樹體最小,樹體干周粗度顯著小于其他系號,SH3和SH40的干周粗度顯著大于其他系號;SH6樹體新梢年生長量在栽植7年內均最低,SH3樹體新梢年生長量先高后低;各系號總枝量無明顯差異,但枝類組成差異較大,SH6樹體樹勢中庸,樹體短枝比例最高(63.81%),長枝比例最小(7.80%)。栽植第4年各系號樹體開始有產量,SH3、SH6、SH9和SH40四個系號樹體3年累計單株產量超過75 kg,4個系號間無顯著差異,但均顯著高于SH1系號樹體;SH6產量連續穩定性最好,SH9產量穩定性最差;SH6樹體果實產量在樹冠不同部位的分布最均勻,表現突出;各系號果實大果率(單果重>200 g的果實占總產量的比例)由高到低依次為:SH40>SH6>SH3>SH9>SH1。各系號樹體果實的平均單果重、果形指數和果實硬度均無顯著差異;SH6樹體果實的果形指數的變異系數最小,果實果形一致性最好;SH6果實可溶性固形物含量和固酸比顯著優于其他4種中間砧。【結論】SH6作為中間砧嫁接宮藤富士與其他系號相比,具有樹體小、新梢平均長度小、短枝比例高、枝類組成合理、產量穩定、果實品質優等特點。
    貯藏·保鮮·加工
    冰溫貯藏對羊肉中蛋白質磷酸化水平的影響
    張 艷,李 欣,李 錚,李 蒙,劉永峰,張德權
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4429-4440.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.015
    摘要 ( 193 )   HTML ( 1 )   PDF (2001KB) ( 253 )   收藏
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    【目的】通過測定冰溫貯藏及冷藏過程中肌肉肌漿蛋白與肌原纖維蛋白的磷酸化水平,分析冰溫貯藏對蛋白質磷酸化水平的影響,為肉類冰溫貯藏品質調控提供理論依據。【方法】選取大尾寒羊與小尾寒羊雜交公羊的背最長肌于冷藏和冰溫條件下成熟,分別在0.5 h、12 h、24 h、3 d、5 d、9 d取樣測定蛋白激酶活性、肌漿蛋白與肌原纖維蛋白的磷酸化水平。采用蛋白激酶活性測定試劑盒、運用酶聯免疫的方法檢測各處理組蛋白激酶的活性隨貯藏時間的變化;通過SDS-PAGE電泳、熒光染色的方法得到全蛋白染色與磷酸化染色的肌漿蛋白與肌原纖維蛋白條帶,運用Quantity One軟件分析各處理組各處理時間的肌漿蛋白及肌原纖維蛋白的磷酸化水平。【結果】貯藏初期(0.5—12 h),冰溫組蛋白激酶活性顯著升高(P<0.05),冷藏組蛋白激酶活性則顯著降低(P<0.05),貯藏12 h—9 d過程中,冰溫組蛋白激酶活性均顯著高于冷藏組(P<0.05)。兩處理組蛋白激酶活性均隨貯藏時間的延長而逐漸降低,且冰溫組蛋白激酶活性均顯著高于冷藏組(P<0.05)。對肌漿蛋白染色效果圖中分布于15—250 kDa的17個蛋白條帶逐一進行分析,結果表明貯藏溫度極顯著影響肌漿蛋白各蛋白條帶的磷酸化水平(P<0.001)。冷藏組肌漿蛋白整體磷酸化水平先升高后降低,貯藏第3天達到最大值,冰溫組肌漿蛋白整體磷酸化水平先降低后升高,最小值出現在貯藏第24天,貯藏第12天至3天時,冷藏組肌漿蛋白整體磷酸化水平高于冰溫組(P<0.05),貯藏第9天時,冰溫組肌漿蛋白整體磷酸化水平高于冷藏組(P<0.05)。對肌原纖維蛋白染色效果圖中分布于15—250 kDa的20個蛋白條帶逐一進行分析,結果表明不同貯藏溫度對所有肌原纖維蛋白條帶的磷酸化水平均產生極顯著影響作用(P<0.001)。兩處理組肌原纖維蛋白整體磷酸化水平均隨貯藏時間的延長呈現先升高后降低的趨勢,冷藏組與冰溫組最大值分別出現在24 h和12 h,貯藏初期(0.5­—12 h),兩處理組間肌原纖維蛋白整體磷酸化水平無顯著差異(P<0.05),貯藏24 h至貯藏期結束,冷藏組肌原纖維蛋白整體磷酸化水平始終高于冰溫組(P<0.05)。【結論】冰溫貯藏通過影響蛋白激酶的活性來調控蛋白質的磷酸化水平,進而通過影響糖酵解途徑、肌肉收縮及骨架蛋白降解來間接調控肉品質。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    飼養方式對豬宰前生理行為、胴體性質及肉品質的影響
    朱洪龍,楊 杰,徐小波,潘孝青,秦 楓,李 健,徐業飛,周曉云,顧洪如
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4441-4450.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.016
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    【目的】在兩種飼養方式下,對豬運輸前后唾液皮質醇水平、待宰欄行為和宰時血液福利指標作對比分析,以期說明發酵床飼養可降低豬對宰前應激的生理反應,最后對胴體性質和肉品質進行評估。【方法】按照密度一致原則(0.85 m2/頭),將144頭日齡相近(70.47±1.60 d)體重為(27.08±1.06)kg 的杜長大三元仔豬(公母各半)隨機分為兩組,即水泥地面飼養組(concrete floor house,CFH)和發酵床飼養組(deep-litter house,DLH),每組6次重復,CFH和DLH中每個重復分別為10和14頭,自由采食和飲水。飼養期間記錄豬日采食量,分別于試驗第64和106天進行個體稱重,按重復計算平均日增重和料肉比;試驗結束時,每組選擇10頭體重約為105 kg豬進行屠宰(公母各半)。于運輸前即飼喂欄(-60 min)和運輸后待宰欄內0和120 min采集豬唾液,用于皮質醇測定;待宰欄內采集行為錄像,用于豬行為學分析;宰時采集血液用于葡萄糖、乳酸、皮質醇含量及肌酸激酶活性測定;最后對豬胴體性質(熱胴體重、屠宰率、胴體滴水損失、背膘厚、肉厚、瘦肉率)和背最長肌肉品質(pH、肉色、肌內脂肪、滴水損失、剪切力)進行評價。【結果】 ① 飼養期間,CFH和DLH豬末重、日均采食量、日增重及料肉比均無顯著差異(P>0.10)。② 運輸前后,DLH豬唾液皮質醇水平均高于CFH豬(P<0.05);與運輸前相比(-60 min),運輸后0和120 minDLH豬唾液皮質醇升幅均顯著低于CFH豬(0 min:+ 2.85±0.66 vs. + 5.08±1.33,P<0.01;120 min:+ 1.03±0.63  vs. + 2.66±1.54,P=0.04)。③ 待宰欄休息時,在0-30 min和30-60 min時段,豬休息、站立、探究、走動、爭斗和飲水等行為方面,CFH和DLH組之間無顯著差異(P>0.10);然而,在60-90min時段時,DLH豬在探究、走動、爭斗等行為方面顯著低于CFH豬(P<0.05)。④ 與CFH相比,DLH顯著降低了宰時豬血液中乳酸含量和肌酸激酶活性(P<0.01),對皮質醇含量有增加趨勢(P=0.07),但對葡萄糖含量無顯著影響(P>0.10)。⑤ CFH和DLH豬屠宰率、胴體滴水損失、平均背膘厚及肉厚均無顯著差異(P>0.10);關于肉品質,與CFH比,DLH對豬背最長肌肌內脂肪含量和滴水損失分別有提高和降低趨勢(P=0.10),但對pH、L*(亮度)、a*(紅度)、b*(黃度)等指標無顯著影響(P>0.10)。【結論】DLH能夠降低待宰欄內豬的爭斗行為和宰前生理應激反應,提高豬對宰前應激的應對能力,但對其生長性能、胴體性質和肉品質無顯著影響。
    人源肺細胞cDNA文庫構建及與流感病毒NP互作宿主蛋白的篩選
    羅維玉,朱鵬陽,張 杰,胡永浩,孔暉暉,梁立濱,周 圓,李呈軍,姜 麗,陳化蘭
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4451-4459.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.017
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    【目的】構建肺組織細胞Calu-3及A549的高質量酵母cDNA文庫并篩選與流感病毒NP蛋白相互作用的宿主因子,為深入研究流感病毒NP蛋白功能、病毒復制及致病機制奠定基礎。【方法】提取等量Calu-3及A549細胞的總RNA,混合后反轉錄生成cDNA,利用長距離PCR(LD-PCR)擴增合成dscDNA,用CHROMA SPINTM+TE-400 純化柱純化dsDNA,按照Clontech公司的Make Your Own“Mate &Plate”Library System操作程序,將帶有同源臂的dscDNA與線性化pGADT7-Rec共同轉化Y187酵母感受態細胞,涂布SD/-Leu平板后于30℃培養4d左右,收集所有菌落,混勻分裝即為Calu-3和A549 細胞cDNA的酵母文庫,并對文庫庫容、滴度及多樣性進行分析。利用EcoRⅠ和BamHⅠ雙酶切將A/Auhui/2/2005(H5N1)NP定向插入pGBKT7載體,構建高致病性流感病毒NP的誘餌質粒pGBKT7-NP,經驗證該質粒無自激活活性,并進一步采用構建完成的Calu-3/A549 細胞酵母文庫進行雜交篩選,篩選得到的正確閱讀的獵物質粒與誘餌質粒共轉Y2H Gold酵母菌,分別以BD-P53/AD-T7作為陽性對照和BD-Lam/AD-T7作為陰性對照,挑取最終在SD/-Trp/-Leu/-Ade/-His/X-α -gal/AroA(SD/-4/X/A) 固體培養板上生長良好且變藍的菌落,即為候選與目標蛋白互作陽性的蛋白,提取酵母質粒,進行測序分析、序列比對和Gene Ontology分析。【結果】提取兩種細胞RNA 28S與18S條帶清晰,5S條帶暗淡,表明所提RNA質量較高,基本無降解;對提取的RNA反轉錄純化獲得dscDNA,dscDNA條帶呈彌散狀,片段大小分布于500—2 000bp之間,說明不同豐度及大小的RNA均成功反轉錄;構建的dscDNA文庫庫容為1.5×107,滴度為2.2×108cfu/mL,重組率為88%,PCR鑒定文庫插入片段,條帶大小不一、多樣性好;利用誘餌質粒與文庫進行雙雜交篩選,回交驗證后得到11個與NP蛋白互作的宿主因子。經Gene Ontology分析顯示,11個宿主因子參與的生物過程包括:細胞凋亡、胚胎發育、可變剪接、轉錄調節及細胞增殖等;涉及的分子功能包括:GTP結合活性、金屬離子結合活性、DNA結合活性及轉錄因子活性。【結論】成功構建同時含有Calu-3和A549兩種人源肺細胞cDNA的酵母文庫,文庫覆蓋cDNA更全面,為后期篩選與流感病毒其它蛋白互作的宿主蛋白奠定基礎,篩選得到與NP蛋白存在相互作用的宿主因子為進一步深入研究NP功能提供了可靠的前期數據。
    研究簡報
    不同顏色果袋對葡萄花青苷合成的調控
    冀曉昊,王海波,張克坤,王孝娣,史祥賓,王寶亮,鄭曉翠,王志強,劉鳳之
    中國農業科學. 2016, 49(22):  4460-4468.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.018
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    【目的】探明不同顏色果袋引起的光質差異對葡萄花青苷合成的影響,為葡萄專用果袋的研發提供理論依據。【方法】以5年生‘貝達’砧‘巨峰’葡萄為試材,于坐果后30 d分別套紅色、綠色、藍色和白色紙質果袋,以不套袋為對照,每8 d采樣一次,直至果實成熟。利用光纖光譜儀分析不同紙袋的透射光譜,高效液相法測定果實發育過程中果皮花青苷含量變化,同時利用熒光定量PCR技術分析花青苷合成途徑結構基因VvCHS、VvLDOX、VvUFGT和調控基因VvmybA1以及光信號轉錄因子VvHY5的表達差異。【結果】紅色紙袋、綠色紙袋和藍色紙袋分別在紅光、綠光和藍光波段具有選擇透過性,白色紙袋對光質的透過性沒有選擇性。不同顏色果袋對葡萄花青苷合成具有顯著性影響,紅色紙袋、綠色紙袋和藍色紙袋處理明顯推遲了葡萄的轉色期,并延緩了花青苷的積累,但到果實完熟期,花青苷含量表現為藍色紙袋>白色紙袋>對照>綠色紙袋>紅色紙袋。基因表達分析表明,VvMYBA1、VvCHS、VvLDOX和VvUFGT表達量均表現為先升高后下降,與花青苷積累規律相一致;不同顏色果袋均延緩了花青苷合成調控基因VvMYBA1和結構基因VvCHS、VvLDOX、VvUFGT表達量在果實發育早期的升高和后期的下降,在表達高峰到來前,總體表現為對照和套白色紙袋表達量較高,其次是套藍色紙袋,套綠色紙袋和套紅色紙袋表達量較低;表達高峰之后總體表現為套藍色紙袋和套白色紙袋表達量較高,其次是套綠色紙袋和套紅色紙袋,對照表達量最低。VvHY5在果實成熟過程中在花青苷快速積累期和果實成熟后期有兩次表達高峰,與花青苷的積累規律和合成調控基因VvMYBA1的表達規律基本一致,不同顏色果袋對VvHY5的誘導效應不同,藍色紙袋誘導能力最強,紅色紙袋效果最差。【結論】藍色紙袋有利于葡萄花青苷合成,紅色紙袋效果較差。不同顏色果袋對果實花青苷積累的調控可能是通過影響光信號轉錄因子VvHY5的表達,進而調控花青苷合成調控基因VvMYBA1和結構基因VvCHS、VvLDOX、VvUFGT等的表達,影響葡萄果皮花青苷的合成。
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