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當期目錄

    2017年 第50卷 第3期 刊出日期:2017-02-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    重慶麥區小麥品種(系)抗條銹性評價與基因分析
    李北,徐琪,楊宇衡,王琪琳,曾慶東,吳建輝,穆京妹,黃麗麗,康振生,韓德俊
    中國農業科學. 2017, 50(3):  413-425.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.001
    摘要 ( 328 )   HTML ( 5 )   PDF (1087KB) ( 433 )   收藏
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    【目的】重慶是中國小麥條銹病流行體系中重要冬繁區,準確評價該地區小麥品種(系)對當前小麥條銹病流行小種的抗性和了解抗條銹基因在該區的分布狀況,為小麥安全生產、品種合理布局及小麥抗條銹育種工作提供依據。【方法】從該區征集了18份當地主栽品種和89份高代品系材料,應用中國小麥條銹菌流行生理小種條中32(CYR32)、條中33(CYR33)、V26/G22-9和V26/CM42,在楊凌進行苗期分小種(CYR32、CYR33、V26/G22-9和V26/CM42)溫室抗病性鑒定、并于2015年和2016年連續兩年分別進行楊凌成株期條銹菌混合小種(CYR32、CYR33)人工接種病圃和天水自然誘發條銹菌病圃鑒定,根據苗期和田間成株期的抗病性鑒定結果對其進行抗病類型分類和評價;結合抗譜分析、參照單基因系材料的感病結果,及以Yr5Yr9Yr10 Yr15Yr17Yr18Yr26等7個已知抗條銹基因的標記分別進行的分子檢測分析,推測小麥材料可能攜帶抗病基因。【結果】在107份參鑒材料中,苗期對CYR32與CYR33均表現免疫或者近免疫的品種(系)有57份,占53.27%;對CYR32、CYR33和V26/CM42均表現免疫或者近免疫的品種(系)只有11份,占10.28%;對CYR32、CYR33和V26/G22-9均表現免疫或者近免疫的品種(系)只有9份,占8.41%。綜合評價,全生育期抗性的材料僅有8份,占7.48%;成株期抗病材料僅有9份,占8.41%;感病材料90份,占84.11%。分子檢測表明,供試材料中21份可能含有Yr9,39份可能含有Yr26,17份可能含有Yr17,3份可能含有Yr18。其他材料中未檢測到上述Yr基因(分子標記)的存在,其中沒有發現可能含Yr5Yr10Yr15的材料。8份具有全生育期抗性的材料,未檢測到上述Yr基因(分子標記)的存在,可能含有未檢測到的其他抗病基因。【結論】重慶地區小麥品種(系)對小麥條銹菌當前流行小種的抗性整體水平較低,尤其是含Yr26的材料在育種中被廣泛而單一地利用。建議利用多基因聚合育種等手段提高當地小麥品種的抗條銹性。
    陸地棉轉錄因子GhNAC7的克隆及功能分析
    鄭學偉,SHAH Syed Tariq,范術麗,魏恒玲,龐朝友,李鴻彬,喻樹迅
    中國農業科學. 2017, 50(3):  426-436.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.002
    摘要 ( 355 )   HTML ( 3 )   PDF (4529KB) ( 638 )   收藏
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    【【目的】從陸地棉中克隆GhNAC7,分析其結構和功能,研究其在棉花不同組織中以及葉片不同發育時期的表達量。并轉入擬南芥進一步探究其在棉花葉片衰老過程中的作用。【方法】利用中國農業科學院棉花研究所棉花生物學國家重點實驗室建立的棉花衰老葉片cDNA文庫中的序列,獲得1個含有NAM結構域的EST,使用Oligo 6.71設計引物,重新在陸地棉葉片cDNA中進行克隆。使用Gene Structure Display Server軟件分析GhNAC7結構,使用在線工具PlantCARE分析啟動子序列,利用在線工具GenScan進行氨基酸序列翻譯。同時,利用擬南芥基因組數據庫(TAIR)進行序列比對,選取得分較高的NAC家族基因,使用MEGA 6.06軟件和GeneDoc軟件進行進化樹分析和氨基酸比對。以XbaⅠ和SacⅠ為酶切位點構建35S::GhNAC7-GFP融合表達載體,分析其在洋蔥表皮細胞中的瞬時表達,進行亞細胞定位。利用實時熒光定量PCR技術分析GhNAC7在棉花不同組織、不同葉片發育時期以及在200 μmol·L-1 ABA調控下的表達量。通過構建pGhNAC7-GUS融合表達載體并轉擬南芥,分析其啟動子特異性。以EcoRⅠ和SalⅠ為酶切位點,利用pBI101和pBI121載體,分別構建融合表達載體并轉擬南芥進行過表達分析。【結果】從陸地棉中成功克隆GhNAC7,其全長為1 064 bp,包含3個外顯子,2個內含子。生物信息學分析結果表明,GhNAC7開放閱讀框為834 bp,可編碼277個氨基酸,其蛋白質分子量為31.35 kD,等電點為9.22。結構域分析表明其屬于NAC轉錄因子的NAM亞家族,進化樹分析顯示GhNAC7與ANAC041、ANAC083同源性最高,其中,GhNAC7與ANAC083結構域位置均為17—58 aa。其啟動子核心元件包含一系列與衰老、激素、脅迫相關的順式作用元件。亞細胞定位表明其蛋白為核蛋白。組織特異性表明GhNAC7在真葉、子葉、花、花藥和衰老真葉中均明顯表達,其中在衰老的真葉中表達量最高。啟動子特異性分析表明,其GUS活性在衰老的葉片中最強。在擬南芥中過表達該基因,轉基因植株比野生型表現出明顯的衰老癥狀。熒光定量PCR分析表明,ABA處理后6 h GhNAC7明顯上調表達,并在48 h表達量達到最高,這表明ABA可調控GhNAC7表達從而調節棉花葉片衰老。【結論】GhNAC7可以促進棉花葉片衰老并受ABA的調控。
    基于熒光檢測技術的多花黑麥草EST-SSR指紋圖譜的構建
    劉歡,張新全,馬嘯,張瑞珍,何光武,潘玲,金夢雅
    中國農業科學. 2017, 50(3):  437-450.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.003
    摘要 ( 169 )   HTML ( 2 )   PDF (1798KB) ( 289 )   收藏
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    【目的】構建基于EST-SSR熒光標記的多花黑麥草(Lolium multiflorum Lam.)DNA指紋鑒定體系,為多花黑麥草品種鑒定提供高通量技術手段,為不同品種的合理應用提供參考依據,有效保護農民利益和育種權益。【方法】利用表型性狀差異大的3個品種(特高Tetragold、長江2號ChangjiangNo.2和阿伯德Aubade),通過聚丙烯酰胺凝膠電泳從200對EST-SSR引物中篩選出擴增條帶清晰、多態性好、擴增穩定的30對引物。在篩選出的每對引物5′端添加熒光標記FAM后,采用毛細管法通過DNA分析儀檢測200個單株不同等位變異的擴增片段,從30對EST-SSR引物中篩選出25對擴增穩定的熒光引物,建立基于高通量熒光SSR標記的多花黑麥草品種鑒定體系。【結果】通過25對EST-SSR引物構建的DNA指紋圖譜來進行10個多花黑麥草材料的品種鑒定。25對EST-SSR引物共檢測到127個等位基因,等位變異擴增片段長度范圍為51—249 bp,每對引物可檢測到有效等位基因數為2—11個,特異等位基因最多可檢測到11個(N101),平均每對引物4.00個;多態性位點的比率范圍為33.33%—100.00%。平均PIC值為0.702,Shannon指數最大為3.322(N101),平均為1.929,基因多樣性指數變幅為0.159—0.500,平均0.318,可鑒別的材料數為0—10個;其中14對特征引物在10個品種(系)上可檢測出25個特異等位基因。綜合來看,引物N101在200對引物中鑒別效率最高,可直接將10個多花黑麥草品種(系)區分開,在長江2號、贛選1號和川農2號上同時檢測出特異等位基因。但由于多花黑麥草在品種間與品種內變異均較高,因此為鑒定更多材料,從25對引物中選擇了6對擴增和檢測效果較好的引物(N54、N101、N146、N151、N154、N156),6對引物可檢測到的穩定等位基因數均不小于19個,在達伯瑞和邦德上最多可檢測到22個等位基因。通過6對高效引物構建了10個多花黑麥草品種(系)的DNA指紋圖譜,包括標準模式圖、圖譜代碼和圖譜QR編碼。首次利用EST-SSR熒光標記毛細管電泳檢測,為10個多花黑麥草材料分別構建了唯一的指紋代碼和QR編碼。【結論】利用6對高效引物構建了多花黑麥草SSR高通量鑒定體系,其中熒光引物N101多態性最高,可直接鑒別10個多花黑麥草品種(系)。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    南方稻麥輪作系統下小麥根系的三維分形特征
    陳信信,丁啟朔,李毅念,薛金林,何瑞銀
    中國農業科學. 2017, 50(3):  451-460.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.004
    摘要 ( 228 )   HTML ( 1 )   PDF (853KB) ( 445 )   收藏
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    【目的】根構型直接影響作物的水肥吸收,而定量根構型的相關指標多局限于二維分析,缺乏有效的3D分析指標。論文探討計算分析根構型3D特征的指標與操作方法,用于定量稻麥輪作制不同耕作方式對小麥根構型的影響。【方法】使用自制的根構型數字化儀,測取田間小麥根系的真實空間拓撲數據,獲得根系構型的空間坐標。然后運用Matlab編程實現小麥根構型拓撲數據的虛擬重構,令虛擬根系再現實體根系的空間拓撲。結合分形理論與軟件的計算分析功能對虛擬根構型進行分形維計算,分別獲取3D分形維數、3D分形豐度、2D分形維數、2D平面分形豐度和單株總根長5個特征指標,以此表達小麥根構型在不同年度、不同耕作方式處理下的時空動態。同時建立不同年度及耕作處理下單株總根長動態與根構型3D分形維數、3D分形豐度、2D分形維數、2D平面分形豐度間的相關關系。【結果】研究發現隨著作物生長期的變化,不同年份及不同耕作處理下的小麥根構型指標都表現出穩定增長的趨勢。不同之處在于2010—2011年度的小麥根構型指標平穩增長,而2011—2012年度的根系生長速率變化較為劇烈。對比兩個年度間的小麥根構型指標發現,免耕和旋耕兩種耕作方式對小麥根構型的影響效果相反,在2010—2011年度,旋耕處理方式下的根系指標優于免耕處理方式,而在2011—2012年度,免耕處理方式下的根構型指標表現更優。對于作物生長前期(0—98 d)而言,年度變化引起的根構型指標差異顯著大于耕作處理引起的差異,在作物生長后期(98—112 d),年度變化和耕作處理方式對小麥根構型指標的影響較為相近。對比小麥根構型的3D分形維指標和平面分形維指標發現,3D分形維明顯區別于平面分形維,這表明根系的三維分形是根構型的必要分析指標。在不同的年度與耕作措施下,單株小麥的總根長與3D分形維數、3D分形豐度、2D分形維數、2D分形豐度都滿足指數模型,且顯著相關,說明年度因素和耕作措施僅是影響模型的常量參數項。【結論】由計算機軟硬件結合分形理論構建的田間小麥根構型的可視化和定量化分析手段是實現小麥根構型精確分析的保證,該分析過程真實再現了田間小麥根構型的時空動態。3D分形指標可以準確定量作物根構型真實的時空動態,在進行根系生長策略的選擇及根土關系優化時需要考慮到田間作物根系的實際生長條件和耕作制度。
    免耕及深松耕對黃土高原地區春玉米和冬小麥產量及水分利用效率影響的整合分析
    魏歡歡,王仕穩,楊文稼,孫海妮,殷俐娜,鄧西平
    中國農業科學. 2017, 50(3):  461-473.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.005
    摘要 ( 283 )   HTML ( 3 )   PDF (1538KB) ( 708 )   收藏
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    【目的】明確免耕、深松耕在黃土高原不同區域春玉米、冬小麥種植中的適用性和增產效果。【方法】通過文獻檢索共獲得45篇大田試驗文獻和209組試驗數據,采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析免耕、深松耕在黃土高原不同區域、不同年降雨量和不同年均溫度下對春玉米、冬小麥產量和水分利用效率的影響特征。【結果】與常規耕作相比,在黃土高原北部和中部采用免耕能有效提高春玉米產量和水分利用效率10%以上;在年降雨量≤500 mm地區免耕春玉米的產量和水分利用效率增加最顯著,分別增加13.4%和13.6%(P<0.05);在年均溫度≤10℃地區免耕春玉米的產量和水分利用效率顯著增加,分別增加7.6%和9.3%(P<0.05)。在黃土高原東南部和西北部采用深松耕都能顯著提高冬小麥產量和水分利用效率;在年降雨量500—600 mm地區,采用深松耕的冬小麥產量和水分利用效率增加最顯著,分別增加14.5%和12.2%(P<0.05);在不同年均溫度地區,深松耕冬小麥的產量和水分利用效率均顯著增加。在不同區域、不同年降雨量和不同年均溫度下,采用深松耕的冬小麥產量和水分利用效率增加率均高于免耕。【結論】免耕、深松耕在黃土高原不同區域的適應性不同,在黃土高原中部和北部采用免耕更有利于提高春玉米產量和水分利用效率;在年降雨量≤500 mm地區和年均溫度≤10℃地區采用免耕更有利于春玉米產量和水分利用效率的增加;在黃土高原東南部和西北部采用深松耕均有利于提高冬小麥產量和水分利用效率,且效果優于免耕。
    不同光譜植被指數反演冬小麥葉氮含量的敏感性研究
    張瀟元,張立福,張霞,王樹東,田靜國,翟涌光
    中國農業科學. 2017, 50(3):  474-485.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.006
    摘要 ( 254 )   HTML ( 4 )   PDF (590KB) ( 730 )   收藏
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    【目的】氮素是作物生長發育過程中最重要的營養元素之一,研究葉氮含量反演的有效光譜指標設置,為應用高光譜植被指數反演作物葉氮含量,以及作物的實時監測與精確診斷提供重要依據。【方法】以冬小麥為例,選取涵蓋冬小麥全生育期不同覆蓋程度225組冠層光譜與葉氮含量數據,通過遙感方法建立模型,模擬了不同光譜指標,即中心波長、信噪比和波段寬度對定量模型的影響,通過模型精度評價指標決定系數(coefficient of determination,R2)、根均方差(root mean square error,RMSE)、平均絕對誤差(mean absolute error,MAE)、平均相對誤差(mean relative error,MRE)和顯著性檢驗水平(P<0.01)確定最優模型及最佳指標,分析光譜指標對葉氮含量定量模型反演的敏感性和有效性。【結果】反演冬小麥葉氮含量的最佳植被指數為MTCI_B,與實測葉氮含量的相關性最好(R2=0.7674,RMSE=0.5511%,MAE=0.4625%,MRE=11.11個百分點,且P<0.01),對應的最佳指標為中心波長420 nm、508 nm和405 nm,波段寬度1 nm,信噪比大于70 DB;高覆蓋狀況反演的最優指數為RVIinf_rR2=0.6739,RMSE=0.2964%,MAE =0.2851%,MRE=6.44個百分點,且P<0.01),最優中心波長為826 nm和760 nm;低覆蓋狀況反演的最優指數為MTCI(R2=0.8252,RMSE=0.4032%,MAE=0.4408%,MRE=12.22個百分點,且P<0.01),最優中心波長為750 nm、693 nm和680 nm;應用最適于高低覆蓋的植被指數RVIinf_r和MTCI構建的聯合反演模型(R2=0.9286,RMSE=0.3416%,MAE=0.2988%,MRE  =7.16個百分點,且P<0.01),明顯優于最佳單一指數MTCI_B;模擬Hyperion和HJ1A-HSI傳感器數據,聯合反演模型精度(R2為0.92—0.93,RMSE在0.37%—0.39%,MAE為0.285%左右,MRE約為7.00個百分點)明顯優于單一植被指數反演精度(R2為0.79—0.81,RMSE為0.63%—0.66%,MAE為0.455%左右,MRE約為10.90個百分點)。【結論】利用高光譜植被指數可有效實現作物葉氮含量反演,作物葉氮含量定量反演對不同光譜指標—中心波長、信噪比和波段寬度,具有較強敏感性。應用多指數聯合反演模型,可顯著提高反演精度,并且聯合反演模型在不同高光譜傳感器下有一定普適性。
    植物保護
    誘集植物香根草對二化螟幼蟲致死的作用機制
    魯艷輝,高廣春,鄭許松,呂仲賢
    中國農業科學. 2017, 50(3):  486-495.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.007
    摘要 ( 153 )   HTML ( 1 )   PDF (493KB) ( 372 )   收藏
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    【目的】香根草(Vetiveria zizanioides)能夠有效誘集水稻害蟲二化螟(Chilo suppressalis)雌成蟲在其上產卵,但孵化出的幼蟲在香根草上不能完成生活史。本研究旨在明確香根草對二化螟幼蟲致死的作用機制,為開發以香根草為基礎的水稻螟蟲可持續控制新技術提供理論依據。【方法】通過有機溶劑萃取和硅膠柱層析方法提取香根草有毒活性物質,并利用飼料混毒法測定各提取組分對二化螟3齡幼蟲的生物活性,同時利用生物化學方法測定水稻和香根草中營養物質含量以及二化螟3齡幼蟲取食水稻和香根草后體內相關解毒酶和消化酶的活性變化。【結果】香根草石油醚萃取物處理二化螟3齡幼蟲9、12、15 d后,死亡率分別為38.89%、57.41%、85.19%,顯著高于乙酸乙酯萃取物、正丁醇萃取物等其他提取組分處理二化螟幼蟲后的死亡率。進一步從香根草石油醚萃取物中分離獲得組分1(Fr1)和組分5(Fr5),對二化螟3齡幼蟲的具有較高毒性,以0.05 g·mL-1濃度混入人工飼料飼喂3 d后死亡率分別為85.00%和67.67%,說明香根草中含有對二化螟幼蟲具有致死作用的有毒活性物質。香根草中總蛋白、纖維素、總糖、氨基酸等營養物質含量分別為9.45 μg、1.61%、1.45%、4.00%,均顯著低于水稻中相應營養物質含量,其中水稻中蛋氨酸含量是香根草中的7.0倍。而香根草中單寧含量則顯著高于水稻中的含量,是水稻中的1.31倍。此外,二化螟取食水稻和香根草3 d后,取食香根草的3齡幼蟲體內蛋白酶、淀粉酶、海藻糖酶和蔗糖酶等消化酶的活性顯著低于取食水稻幼蟲體內相應消化酶的活性;6 d后,取食香根草的3齡幼蟲體內細胞色素P450酶活性顯著低于取食水稻的幼蟲;9 d后,取食香根草的3齡幼蟲體內羧酸酯酶CarE的活性顯著低于取食水稻的幼蟲。與取食水稻的3齡幼蟲相比,取食香根草的幼蟲體內谷胱甘肽硫轉移酶GSTs的活性也有所降低,但是兩者在統計學上沒有顯著差異。【結論】香根草作為二化螟的致死型誘集植物,對二化螟幼蟲的致死作用主要表現在兩方面:一是香根草中含有對二化螟幼蟲具有致死作用的有毒活性物質,這些物質通過抑制幼蟲體內解毒酶CarE和P450酶的活性,使幼蟲逐漸喪失解毒代謝能力,最終死亡;二是香根草相對水稻營養物質匱乏,二化螟幼蟲取食香根草后營養不均衡,從而影響體內消化酶活性,造成消化功能紊亂,影響其正常生理活動,最終死亡。
    氟啶蟲胺腈亞致死濃度對桃蚜生長和繁殖的影響
    王澤華,范佳敏,陳金翠,宮亞軍,魏書軍
    中國農業科學. 2017, 50(3):  496-503.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.008
    摘要 ( 186 )   HTML ( 1 )   PDF (397KB) ( 346 )   收藏
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    【目的】氟啶蟲胺腈屬第4代新煙堿類藥劑,研究旨在探討氟啶蟲胺腈亞致死濃度對F0(當代)及F1(第1代)桃蚜(Myzus persicae)生長發育和繁殖的影響,為氟啶蟲胺腈的合理使用提供理論依據。【方法】氟啶蟲胺腈對桃蚜的亞致死劑量采用波特噴霧塔法確定,將瓊脂鋪于玻璃培養皿底部,再將新鮮油菜葉片背面向上鋪在瓊脂上。挑取15頭成蚜至油菜葉片上,置于波特噴霧塔下噴霧,藥劑設置7個濃度,處理48 h后檢查桃蚜死亡情況,采用POLO-Plus10.0軟件計算LC10和LC25。采用建立生命表的方法評估氟啶蟲胺腈亞致死劑量對桃蚜生長發育和繁殖的影響。評估藥劑對F0代桃蚜的影響時,分別以LC10和LC25噴施成蚜,48 h后將成蚜移至未著藥葉片,單頭飼養直至死亡。評估藥劑對F1代桃蚜的影響時,以LC10和LC25處理成蚜,48 h后將成蚜移至未著藥葉片待其產蚜,24 h后隨機選取初產若蚜單頭飼養直至死亡,記錄蚜蟲存活及繁殖情況。采用SPSS 16.0軟件分析若蚜發育歷期、成蚜壽命、單雌產蚜量及生命表參數差異顯著性。【結果】根據室內生物測定結果,氟啶蟲胺腈對桃蚜成蚜48 h的LC10和LC25分別為0.012和0.041 mg·L-1。亞致死濃度的氟啶蟲胺腈顯著降低了F0和F1代桃蚜成蚜壽命、單雌產蚜量和產蚜歷期,并表現為隨藥劑濃度增加,成蚜壽命、產蚜歷期縮短,單雌產蚜量降低。LC10和LC25濃度處理F0代桃蚜后,成蚜壽命分別為20.89和15.47 d,均顯著低于對照的25.41 d;單雌產蚜量分別為56.51和27.33頭,顯著低于對照的71.02頭;產蚜歷期分別為20.74和14.37 d,顯著低于對照的25.27 d;F1代成蚜壽命分別為14.80和9.76 d,產蚜歷期分別為12.03和8.59 d,單雌產蚜量分別為46.20和28.23頭。與對照相比,LC10濃度的氟啶蟲胺腈處理顯著延長了F1代1齡若蚜的發育歷期(1.73和2.21 d),LC25濃度的氟啶蟲胺腈處理顯著延長了2齡若蚜的發育歷期(1.43和1.58 d),其余齡期及整個若蚜期發育歷期與對照相比均無顯著差異。生命表參數分析表明,氟啶蟲胺腈LC10和LC25濃度處理后桃蚜凈增殖率R0與對照相比顯著降低,R0分別為47.15、24.55和64.47。【結論】亞致死劑量的氟啶蟲胺腈能夠顯著抑制F0及F1代桃蚜的壽命和繁殖力。
    茶尺蠖信息素結合蛋白PBP2的基因克隆、原核表達及其結合功能
    馮一璐,傅曉斌,吳帆,崔宏春,李紅亮
    中國農業科學. 2017, 50(3):  504-512.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.009
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    【目的】茶尺蠖(Ectropis obliqua)是中國茶區主要的鱗翅目害蟲,其幼蟲暴食性常給茶園帶來巨大損失。鱗翅目昆蟲雌雄個體間普遍存在著性信息素通訊環節,而茶尺蠖性信息素識別途徑一直鮮有報道。論文旨在通過對茶尺蠖性信息素識別過程中的結合蛋白基因進行鑒定和功能研究,為茶尺蠖性信息素化學通訊和嗅覺信息識別傳遞機制提供理論依據。【方法】利用RT-PCR技術對從雄蟲觸角轉錄組數據中首次鑒定和發現的一個茶尺蠖信息素結合蛋白基因(pheromone-binding protein, PBP)2 (EoblPBP2)進行全長cDNA序列克隆(GenBank登錄號為KX421383)后,將該基因與pET32a載體連接構建表達載體。隨后向導入pET32a/EoblPBP2表達質粒的大腸桿菌BL21(DE3)中對其表達載體加入終濃度1 mmol·L-1的IPTG進行蛋白的誘導表達,進一步利用鎳NTA瓊脂糖凝膠柱和含有咪唑的上清緩沖液分離目的蛋白,以PBS緩沖液作為透析液純化得到高濃度重組蛋白。最后通過熒光競爭法,利用N-苯基-1-萘胺(N-phenyl-1-naphthylamine,1-NPN)作為熒光報告子以放大熒光信號,隨后向重組蛋白與1-NPN混合體系中分別加入(Z, Z, Z)-3, 6, 9-十八碳三烯以及10種測試氣味后經過分子熒光光度計掃描得到相對熒光值,計算各配基的解離常數KD,研究重組蛋白與茶尺蠖性信息素和茶樹揮發物的生理功能。【結果】EoblPBP2全長為492 bp,編碼了163個氨基酸,蛋白相對分子質量為15.9 kD,等電點為4.983,具有保守的6個半胱氨酸,根據分子進化樹分析其應歸屬于昆蟲PBPs家族。結合功能結果顯示,10種測試氣味均能將1-NPN與茶尺蠖EoblPBP2重組蛋白的混合體系于420 nm處的相對熒光值降至50%以下。其中β-紫羅蘭酮、鄰苯二甲酸二丁酯、苯乙醛、癸醛和反-2-癸烯醛等5種茶樹揮發物質與EoblPBP2重組蛋白的結合能力較強,解離常數KD分別為7.923、14.830、30.368、28.068和27.597 μmol·L-1。而性信息素成分之一的(Z, Z, Z)-3, 6, 9-十八碳三烯與EoblPBP2的解離常數KD僅為172.591 μmol·L-1,僅小于苯甲醇的解離常數KD 230.880 μmol·L-1,而遠遠大于上述5種氣味物質。表明EoblPBP2重組蛋白具有茶尺蠖性信息素成分((Z, Z, Z)-3, 6, 9-十八碳三烯)和植物揮發物質廣譜結合能力,而其與性信息素的親和力弱于大部分測試植物揮發物。【結論】EoblPBP2能與包括性信息素成分在內的多種植物揮發物結合,可能是一種具備特殊復合功能的信息素結合蛋白,可用之進一步研究茶尺蠖的性信息素識別和傳遞途徑。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    低鉀脅迫對甘薯塊根淀粉理化特性的影響及其基因型差異
    唐忠厚,張愛君,陳曉光,靳容,劉明,李洪民,丁艷鋒
    中國農業科學. 2017, 50(3):  513-525.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.010
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    【目的】甘薯[Ipomoea batatas(L.) Lam]屬塊根類淀粉作物,同時也是較典型“喜鉀”作物,而甘薯種植區土壤缺鉀十分普遍。同時,甘薯塊根淀粉用途與其理化特性密切相關,因此,必須加強研究鉀缺乏對甘薯塊根淀粉理化特性的影響。【方法】選用3個不同鉀效率型甘薯徐薯32(耐低鉀與鉀高效型)、徐薯18(中間型)與寧紫薯1號(不耐低鉀與鉀低效型)為材料,利用1980年設置的長期肥料定位試驗田低鉀(LK,氮磷處理)與正常鉀水平(CK,氮磷鉀處理)兩處理,分析甘薯塊根淀粉粒徑大小與分布、熱焓特性、糊化特性、吸濕性及膨脹力等特征指標差異。【結果】與正常鉀相比,低鉀脅迫改變甘薯塊根中直鏈淀粉、支鏈淀粉、總磷、總脂肪和氮等主要組分,不同鉀效率型甘薯間變化存在差異。甘薯淀粉粒徑存在≤2.50 μm、2.50—5.00 μm和5.00—30.00 μm等明顯的3峰分布,低鉀脅迫下淀粉粒徑及其分布均發生變化,淀粉平均粒徑降低,其中在體積分布中,徐薯32平均粒徑減幅最小,寧紫薯1號降幅達顯著水平(P<0.05),表面積與數目分布中差異不顯著,而不同粒徑的百分比、平均粒徑與峰值(數目分布中無峰值)均有不同的變化,且這些變化在不同品種間也存在差異。淀粉糊化過程中的起始溫度(T0)、峰值溫度(Tp)和熱焓值(ΔH)普遍低于正常鉀供應處理的相應指標,尤其寧紫薯1號在3個熱特征值上的差異均達顯著水平,其差異幅度大于徐薯32,3個甘薯品種最高粘度值、崩解值均明顯下降,徐薯18與寧紫薯1號的最低粘度值、最終粘度值受低鉀影響顯著上升,而徐薯32的表現則相反。塊根淀粉吸濕性均不同程度降低,徐薯18與寧紫薯1號降低達顯著水平(P<0.05),徐薯32淀粉吸濕性變化較小,但其吸濕性值最高。淀粉膨脹力不同程度上升,寧紫薯1號增幅達顯著水平(P<0.05),徐薯32淀粉顆粒膨脹力較高,受低鉀脅迫影響效應小。相關分析表明,甘薯淀粉主要理化指標間密切相關,低鉀脅迫改變甘薯塊根淀粉組分及顆粒粒徑大小,是導致不同程度影響甘薯塊根淀粉的糊化特性、熱特性等理化特性的主要因素。【結論】鉀是影響甘薯塊根淀粉理化特性的重要元素,低鉀脅迫對甘薯塊根淀粉組分及其品質理化特性產生較明顯影響,不同鉀效率型甘薯塊根淀粉特性對低鉀脅迫響應不同。
    渠井用水比例對土壤脫鹽與地下水化學特征的影響
    李平,Magzum Nurolla,梁志杰,黃仲冬,齊學斌
    中國農業科學. 2017, 50(3):  526-536.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.011
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    【目的】通過研究華北典型井渠結合灌區不同用水模式對區域土壤鹽分分布、根層土壤脫鹽、地下水化學特征的影響,探討華北井渠結合灌區適宜的渠井用水比例。【方法】2013—2015年在人民勝利渠灌區選擇西三干渠控制范圍為典型區域,監測控制范圍內降水量、地表水灌溉量、地下水灌溉量、0—100 cm土層土壤含鹽量、地下水礦化度,分析不同用水模式對根層土壤鹽分洗脫、地下水化學特征的影響。【結果】2013—2015年一支渠、二支渠、三支渠渠井用水比例分別介于0.72—1.03、2.50—2.63、0.65—1.26之間;2013—2015年冬小麥苗期,不同用水模式下0—100 cm土層土壤鹽分垂向分布均表現為上高、中低、下高,尤其是0—20 cm土層土壤鹽分表聚明顯;2013—2015年冬小麥苗期一支渠控制范圍內0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的60.38%、25.99%、41.16%,二支渠控制范圍內0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的59.61%、0.94%、8.81%,三支渠控制范圍內0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的84.40%、41.87%、52.49%,表明渠井用水比例與支渠控制范圍內表層土壤含鹽量大于0.32 mS·cm-1的面積呈負相關;對比2013年同期,2014年典型區內0—20 cm土壤脫鹽率介于15.61%—25.85%,2015年典型區內0—20 cm土壤脫鹽率介于13.33%—23.15%;不同渠井用水比例典型區域地下水水化學特征均表現為:地下水中陽離子由枯水期鈣鈉型轉化為平水期的鈉鈣型,平水期地下水水文化學相具有強烈的堿化趨勢,特別是平水期二支渠地下水溶解性總固體增幅分別為一支渠、三支渠1.23、3.48倍,表明較大渠井用水比例地表水灌溉驅動了根層土壤脫鹽,增加了地下水中可溶性鹽分濃度;對比2014年平水期,2015年同期一支渠、二支渠和三支渠控制范圍地下水鈉吸附比分別降低了23.58%、36.82%和55.47%,且區域地下水鈉吸附比均低于18分級值。【結論】綜合2013—2015年0—100 cm土層土壤脫鹽率、地下水化學特征變化,在華北典型井渠結合灌區采用較大的渠井用水比例可以促進耕層土壤的脫鹽、抑制土壤鹽分表聚,同時短期內改善地下水環境。
    園藝
    蘋果異三聚體G蛋白α亞基基因MdGPA1的克隆及功能鑒定
    李睿,安建平,由春香,王小非,郝玉金
    中國農業科學. 2017, 50(3):  537-544.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.012
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    【目的】異三聚體G蛋白(Heterotrimeric G protein)作為植物生物體內重要的信號轉導分子,在感受外界環境刺激、參與植物抗逆反應和跨膜信號轉導等方面發揮著重要作用。克隆異三聚體G蛋白α亞基基因MdGPA1,并在煙草中過量表達MdGPA1,對其進行生物學功能鑒定和生理指標分析,為多年生木本植物響應環境因子信號轉導過程中的分子機理研究提供參考。【方法】本研究以‘嘎拉’蘋果(Malus × domestica ‘Royal Gala’)為研究試材,利用同源序列比對和PCR技術,克隆獲得MdGPA1。使用MEGA5.0構建GPA1物種間系統進化樹;利用qRT-PCR方法檢測該基因在蘋果受非生物脅迫誘導表達及組織特異性表達情況。構建MdGPA1植物過表達載體,通過農桿菌介導法轉化煙草葉片,比較干旱脅迫條件下野生型和轉基因株系的表型與生理指標,驗證MdGPA1在植物干旱脅迫條件下的生物學功能。【結果】克隆得到蘋果異三聚體G蛋白α亞基基因MdGPA1(基因序列號:MDP0000881842),該基因長為1 173 bp,編碼390個氨基酸。進化樹分析表明MdGPA1與白梨PbGPA1親緣關系最近,同源性最高。基因表達分析顯示MdGPA1主要在葉片中表達,在根系中的表達量次之,在莖和果實中的表達量較低。定量分析表明,該基因參與干旱、低溫和鹽等非生物逆境脅迫響應,在150 mmol·L-1NaCl、150 mmol·L-1甘露醇、10% PEG和4℃脅迫條件下表達量明顯下調,在5% H2O2脅迫處理下表達量明顯上調。在煙草中過量表達MdGPA1,發現MdGPA1轉基因煙草表現出對干旱敏感的表型特征,其葉片鮮重、葉綠素含量以及脯氨酸含量明顯低于野生型煙草。在地下部,MdGPA1轉基因煙草同樣表現出對干旱敏感的表型特征;其根系形態相比于野生型較小,干重也明顯低于野生型。【結論】MdGPA1參與了植物感受外界環境刺激的過程,對干旱、低溫和鹽等非生物逆境脅迫都存在著不同程度的響應。在煙草中異源表達MdGPA1后,提高了煙草對干旱的敏感性,轉基因煙草表現出不耐干旱的表型,受干旱脅迫比野生型煙草更為嚴重,說明MdGPA1在響應植物抗旱脅迫中起著負調控作用。
    ‘早酥’和‘南果梨’16個部位多酚物質組成及含量分析
    張小雙,鄭迎春,曹玉芬,田路明,董星光,張瑩,齊丹,霍宏亮
    中國農業科學. 2017, 50(3):  545-555.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.013
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    【目的】通過對脆肉型梨品種‘早酥’和軟肉型梨品種‘南果梨’16個部位多酚物質種類和含量的分析,揭示梨品種不同器官或組織內多酚物質組成及含量,以期找到提取多酚物質的最佳部位,為梨多酚物質的利用提供依據。【方法】以‘早酥’梨和‘南果梨’為試材,采用超高效液相色譜法測定其16個部位多酚物質的組成和含量。以熊果苷、沒食子酸、原兒茶酸、新綠原酸、原花青素B1、DL-兒茶素、綠原酸、隱綠原酸、咖啡酸、原花青素B2、丁香酸、表兒茶素、原花青素C1、洋蘚素、P-香豆酸、槲皮素-阿拉伯-葡糖苷、反式阿魏酸、蘆丁、槲皮素-3-半乳糖苷、槲皮素-3-葡糖苷、木犀草-7-O-葡糖苷、異綠原酸B、莰菲醇-3-O-蕓香糖苷、槲皮素-阿拉伯糖苷、異綠原酸A、水仙苷、異鼠李素-3-O-半乳糖苷、異鼠李素-3-O-葡糖苷、根皮苷、白藜蘆醇、肉桂酸、二水槲皮素、根皮素、芹菜素和山奈黃酮醇35種多酚化合物標準品,對‘早酥’梨和‘南果梨’16個部位進行多酚的定量和定性分析。【結果】‘早酥’梨共檢測到23種多酚物質,包括簡單酚類2種,苯甲烯類1種,咖啡酰奎寧酸類5種,黃烷醇類5種,黃酮醇類9種和二氫查耳酮類1種;‘南果梨’共檢測到21種多酚物質,包括簡單酚類2種,酚酸類1種,苯甲烯類1種,咖啡酰奎寧酸類4種,黃烷醇類4種和黃酮醇類9種。‘早酥’梨16個部位以幼嫩葉片多酚含量最高,為93.82 mg·g-1,果肉多酚含量最低,為0.63 mg·g-1;熊果苷和綠原酸為各部位所共有,除果肉外,其他部位含量最高的多酚均是熊果苷,為0.08—64.86 mg·g-1;所檢測到的6大類多酚中,每類含量最高的依次為熊果苷、丁香酸、綠原酸、表兒茶素、木犀草-7-O-葡糖苷和根皮苷,分別為403.5、0.04、79.83、16.16、9.07和0.13 mg·g-1;成熟葉柄所測酚種類最多為14種,木質部所測酚種類最少為3種。‘南果梨’16個部位以幼嫩葉片多酚含量最高,為104.04 mg·g-1,種子含量最低,為2.66 mg·g-1;熊果苷和綠原酸為各部位共有,除果肉和果心外,其他部位含量最高的多酚均為熊果苷,為0.87—51.75 mg·g-1;所檢測到的6大類多酚中,每類含量最高的依次為熊果苷、原兒茶酸、表兒茶素、丁香酸、綠原酸、表兒茶素和木犀草-7-O-葡糖苷,分別為357.29、0.01、0.08、122.15、12.89和4.87 mg·g-1;成熟葉柄和果皮所測酚種類最多,為13種;果心所測酚種類最少,為3種。‘早酥’梨和‘南果梨’多酚含量最高的部位均為幼嫩葉片,果皮所測酚比果肉所測酚的組成及含量更豐富,花柄所測酚含量高于花,韌皮部所測酚種類和含量均高于木質部。【結論】‘早酥’梨和‘南果梨’所測酚中熊果苷和綠原酸為16個部位共有,且熊果苷是總含量最高的多酚;除根皮苷和原兒茶酸外,其他所測酚種類相同,幼嫩葉片多酚物質組成及含量均較豐富,可作為多酚提取資源進行開發利用。
    貯藏·保鮮·加工
    小麥制粉產品穩定碳、氮同位素組成特征
    劉宏艷,郭波莉,魏帥,姜濤,張森燊,魏益民
    中國農業科學. 2017, 50(3):  556-563.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.014
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    【目的】小麥制粉產品穩定同位素指紋相對于全粒粉是否存在分餾效應,這些產品能否用于小麥的產地溯源,以及利用穩定同位素是否能實現對小麥制粉產品來源地的鑒別還不清楚。系統分析全麥粉及各制粉產品中碳、氮同位素在地域間、基因型間的差異,揭示小麥制粉產品碳、氮同位素的組成特征及相關性,為小麥及其制品產地溯源提供理論與技術支撐。【方法】2014年將3個不同基因型小麥品種(邯6172、衡5229和周麥16),種植于河北石家莊趙縣、陜西楊凌區和河南省新鄉輝縣。每個地域3個小區,每小區面積10 m2,試驗田按照當地小麥品種區域試驗管理。2015年收獲期于3個地域共采集27份小麥樣品,小麥籽粒粉碎制得全麥粉;同時將小麥籽粒加工制粉,得到面粉、次粉和麩皮。利用元素分析-同位素比率質譜儀(EA-IRMS)測定全麥粉及制粉產品(麩皮、次粉和面粉)中的穩定碳、氮同位素。結合單因素方差分析及Duncan多重比較分析解析碳、氮同位素在不同地域、不同基因型以及不同制粉產品間的差異,結合皮爾遜相關分析及線性回歸分析,解析不同種類樣品碳、氮同位素的相關性。【結果】不同地域來源全麥粉及制粉產品中碳、氮同位素均有顯著差異(P<0.05),碳同位素在地域間變化趨勢為楊凌>輝縣>趙縣,氮同位素在地域間變化趨勢為輝縣>趙縣>楊凌;全麥粉、麩皮和面粉中碳同位素及各類產品中氮同位素在基因型間均無顯著差異,次粉中碳同位素在邯6172和衡5229之間有顯著差異;碳同位素在全麥粉和不同制粉產品間存在顯著差異(P<0.05),面粉對13C略顯富集,次粉和麩皮相對貧化13C,而氮同位素在四類產品間無顯著差異;全麥粉和各制粉產品碳、氮同位素相互之間均呈極顯著相關關系(P<0.01)。【結論】碳同位素在小麥不同制粉產品間有顯著差異,氮同位素在小麥不同制粉產品間無顯著差異,不同制粉產品與小麥全麥粉中碳、氮同位素呈極顯著相關關系;全麥粉及制粉產品中碳、氮同位素具有顯著的地域特征,可用于小麥及其制粉產品的產地溯源。
    pH對肌原纖維蛋白及其熱誘導凝膠非共價鍵作用力與結構的影響
    張興,楊玉玲,馬云,王靜宇
    中國農業科學. 2017, 50(3):  564-573.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.015
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    【目的】研究pH對雞肉肌原纖維蛋白熱誘導凝膠非共價鍵作用力和結構的影響,揭示凝膠非共價鍵作用力與結構之間的關系。【方法】活AA雞宰殺,提取雞胸肉肌原纖維蛋白,配制不同pH(5.0、5.5、6.0、6.5、7.0)的肌原纖維蛋白溶液并制成熱誘導凝膠,運用Zeta電位儀測定肌原纖維蛋白凝膠分子表面的電位值來表征靜電相互作用;利用拉曼光譜儀測定肌原纖維蛋白凝膠I760/I1003反映疏水相互作用變化,I850/I830反映凝膠氫鍵變化,并通過分析酰胺帶I最大峰的波數計算蛋白和凝膠的二級結構含量;用粒度儀測定肌原纖維蛋白粒徑大小和分布情況;用掃描電鏡觀察凝膠微觀結構。【結果】pH由7.0降至5.0,肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的Zeta電位值從-17.87顯著變化到-0.263(P<0.05),表明肌原纖維蛋白凝膠分子表面所帶負電荷急劇減少,靜電斥力顯著減弱;歸一化強度I760/I1003比值由0.86逐漸增大到0.927,表明肌原纖維蛋白中色氨酸包埋程度增加,凝膠分子間的疏水相互作用增強;歸一化強度I850/I830比值從1.039減小至0.987,表明肌原纖維蛋白酪氨酸殘基苯環上-OH與水分子生成的氫鍵逐漸減少、與蛋白質上其他基團生成的氫鍵逐漸增加,即蛋白分子間的氫鍵作用增強,蛋白與水的作用減弱。pH由7.0降至6.5,肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的α-螺旋含量從59.96%降低到55.24%(P<0.05),β-折疊含量從15.83%顯著增加到19.44%(P<0.05),β-轉角和無規則卷曲含量都顯著增加(P<0.05);pH 在6.5—6.0時,各種結構含量變化都不顯著(P>0.05);pH 在6.0—5.0時,肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的α-螺旋含量從51.61%降低到16.76%(P<0.05),β-折疊含量從22.23%顯著增加到48.93%(P<0.05),β-轉角和無規則卷曲含量都顯著增加(P<0.05)。隨著pH降低,肌原纖維蛋白α-螺旋的含量逐漸降低,而β-折疊、β-轉角和無規則卷曲含量都顯著增加(P<0.05)。pH 在7.0—5.0時,肌原纖維蛋白粒徑大小逐漸增大,D10從13.4 μm上升到48.4 μm,D50從38 μm上升到253 μm,D90從236 μm上升到805 μm。pH 7.0時形成的凝膠微觀結構有序,孔徑最大;隨著pH減小,凝膠微觀結構有序程度降低,孔徑變小;pH 5.0時形成的凝膠微觀結構無序、孔徑最小。pH與凝膠靜電相互作用、疏水相互作用極顯著負相關(P<0.01),與氫鍵、α-螺旋含量顯著正相關(P<0.05),與β-折疊含量顯著負相關(P<0.05),這表明pH顯著影響靜電斥力、疏水相互作用、分子間氫鍵和二級結構含量。靜電相互作用、疏水相互作用、氫鍵與蛋白凝膠二級結構都顯著相關(P<0.05),表明非共價鍵作用力顯著影響二級結構。【結論】肌原纖維蛋白凝膠非共價鍵作用力、二級結構和微觀結構與pH密切相關;pH從7.0降到5.0,靜電斥力減小、疏水相互作用增大、分子間氫鍵增大,是α-螺旋含量減小、β-折疊含量增多以及凝膠微觀結構變得無序、孔徑減小的原因。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    胞壁酰二肽對體外奶牛乳腺上皮細胞生長及胞內NOD2 mRNA表達的影響
    徐丹丹,王建發,張旭,劉東宇,許小楠,王樂,陳嘉,單旭菲,王曉雅,武瑞,楊彬
    中國農業科學. 2017, 50(3):  574-581.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.016
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    【目的】奶牛乳房炎是奶牛養殖業中最為常見,同時也是帶來經濟損失最為嚴重的疾病之一,其主要病因是細菌感染。奶牛乳腺的固有免疫是抵抗病原菌入侵的第一道防線。NOD2是機體固有免疫模式識別受體核苷酸結合寡聚域(nucleotide-binding oligomerization domain, NOD)蛋白家族中的重要一員,通過識別其特異性配體胞壁酰二肽(muramyl dipeptide, MDP)——一種廣泛存在于革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌細胞壁中的成分,而參與抵抗多種病原菌入侵。奶牛乳腺上皮細胞(bovine mammary epithelial cells, BMEC)除泌乳以外,還是奶牛乳腺的免疫屏障。本試驗欲探究MDP對BMEC體外生長狀態及胞內NOD2表達量的影響。【方法】選取健康泌乳中期荷斯坦奶牛乳腺腺泡為組織原材料,采用膠原酶Ⅰ消化法結合梯度濃度胰蛋白酶純化法分離BMEC;使用上皮細胞特異性表達的角蛋白-18(cytokeratin-18,CK-18)及成纖維細胞特異性表達的波形蛋白(Vimentin)抗體,通過免疫熒光技術對純化后獲得的細胞進行鑒定;將BMEC設為6個處理組,分別添加濃度為0(空白對照組)、1、5、10、15及20 μg·mL-1的MDP,24 h后顯微鏡下觀察細胞狀態,同時提取細胞RNA并反轉錄為cDNA,采用實時熒光定量PCR方法檢測BMEC中NOD2的表達量。【結果】(1)膠原酶Ⅰ消化法結合梯度濃度胰蛋白酶純化法分離得到的細胞CK-18免疫熒光結果為陽性,而Vimentin反應為陰性;細胞生長狀態良好。(2)空白對照組、1、5及10 μg·mL-1 MDP刺激組的BMEC生長狀態良好,無任何肉眼可見變化;15 μg·mL-1 MDP刺激組可見少量的BMEC脫落;而20 μg·mL-1 MDP刺激組可見大量BMEC脫落,漂浮,且即使仍貼壁的細胞,其形態也發生了變化。(3)與空白對照組相比,各刺激組細胞NOD2 mRNA的表達量與MDP的刺激濃度呈正相關,即刺激時間為24 h時,隨著MDP濃度的增加,BMEC中NOD2受體mRNA的表達量逐漸增加(P < 0.05)。【結論】成功獲得了純度較好的BMEC,該細胞生長狀態良好,可以用于后續試驗;雖然BMEC中NOD2受體mRNA的表達量與MDP的刺激濃度呈正相關,但在保持BMEC生長狀態正常的前提下,MDP體外刺激濃度應控制在10 μg·mL-1以下。這些結果提示我們:當病原菌入侵乳腺時,BMEC可以通過NOD2受體途徑參與免疫防御反應,但這種防御能力受細菌數量或毒力強度的影響。即在一定的細菌數量或毒力范圍內,隨著細菌數量的增加或毒力的增強,奶牛乳腺的免疫防御反應也增強,進而清除外來病原菌;而當細菌數量或毒力強度超過一定范圍時,乳腺組織受到嚴重損傷,免疫防御屏障也隨之崩潰,奶牛乳腺局部甚至全身將呈現出明顯的臨床癥狀。
    研究簡報
    大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP4啟動子結構與活性分析
    孔佑賓,李喜煥,張彩英
    中國農業科學. 2017, 50(3):  582-590.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.017
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    【目的】克隆GmPAP4啟動子(PAP4-pro),并分析其表達特性,為進一步研究其作用機制奠定基礎。【方法】依據GmPAP4 cDNA序列(GenBank No. HQ162477),通過比對大豆參考基因組,設計特異引物,克隆GmPAP4啟動子序列,通過PLACE與PlantCARE在線生物信息學數據庫預測該啟動子相關調控元件。構建GmPAP4啟動子驅動GUS表達載體(PAP4-pro-GUS)并轉化根癌農桿菌GV3101;通過Floral dip法將PAP4-pro-GUS轉化擬南芥,利用卡那霉素(Kan)抗性篩選和特異引物的PCR鑒定,最終獲得T3轉基因擬南芥。通過對T3轉基因擬南芥不同組織GUS染色,分析啟動子的組織表達特性,將T3轉基因擬南芥通過適磷和植酸磷處理,20 d后,取其根部進行GUS活性和表達分析,研究啟動子對不同磷環境的響應。【結果】克隆了GmPAP4上游啟動子序列,通過PLACE與PlantCARE在線生物信息學數據庫預測顯示,GmPAP4啟動子除含有啟動子核心的調控元件外,還含有(1)組織特異調控元件:as1(根系特異表達調控元件)和Skn-1_motif(胚乳特異表達調控元件);(2)應答元件:TC-rich repeats(逆境脅迫反應調控元件)和Box-W3(真菌應答相關調控元件);(3)結合位點:MBS(MYB轉錄因子的結合位點)等。不同組織GUS染色結果顯示,轉基因擬南芥整個根系GUS染色較深,莖、葉中僅微管組織有較明顯GUS染色,花瓣微管組織中也能觀察到微弱GUS染色。定量PCR結果顯示,植酸磷處理條件下轉基因擬南芥根系GUS表達比適磷處理提高了1.3倍(P<0.05);同時GUS活性測定顯示,與適磷處理相比,植酸磷處理條件下轉基因擬南芥根系GUS活性提高了1.9倍(P<0.05)。【結論】獲得大豆GmPAP4啟動子,通過不同組織GUS染色和不同磷環境GUS表達分析顯示該啟動子主要在根部且受低磷信號誘導表達,為誘導型啟動子。
    球孢白僵菌對蔥蠅成蟲血淋巴蛋白質及游離氨基酸的影響
    張慧,吳圣勇,王曉青,雷仲仁
    中國農業科學. 2017, 50(3):  591-598.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.03.018
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    【目的】球孢白僵菌(Beauveria bassiana)是一種重要的昆蟲病原真菌,在毀滅性害蟲蔥蠅(Delia antiqua)的防治上具有重大潛力。論文旨在明確球孢白僵菌侵染蔥蠅成蟲后,血淋巴中蛋白質和游離氨基酸的變化及其致病的關系,揭示球孢白僵菌對蔥蠅的生理調控機制。【方法】基于球孢白僵菌對蔥蠅成蟲的室內生物測定的研究基礎,使用菌株GZGY-1-3,采用點滴法,用濃度為1×108個孢子/mL的孢子懸浮液處理蔥蠅初羽化成蟲,采用BCA法及高效液相色譜——串聯質譜法(HPLC-MS/MS)測定球孢白僵菌侵染不同時間(12、24、36、48、60和72 h)后,侵染組與對照組蔥蠅成蟲血淋巴中蛋白質總量及20種游離氨基酸含量;分析不同處理時間蛋白質和游離氨基酸總量和重要氨基酸的含量變化。【結果】球孢白僵菌侵染12—36 h,侵染組與對照組血淋巴蛋白濃度變化趨勢相近,均呈先下降后小幅度上升趨勢。但侵染組血淋巴中蛋白含量高于對照組,侵染24 h后,侵染組血淋巴內蛋白質是對照組的1.20倍;侵染48 h后,侵染組中蛋白含量下降到最低,僅為對照組的0.83倍。侵染60—72 h,血淋巴蛋白含量升高。蔥蠅成蟲血淋巴中共檢測出20種游離氨基酸。侵染12—36 h,蔥蠅成蟲血淋巴中游離氨基酸總量下降;侵染36 h,游離氨基酸總量下降到最低,僅為對照組的0.63倍;侵染48—60 h,游離氨基酸總量持續上升;侵染60 h后,游離氨基酸總量上升到最高,為對照組的2.01倍;感染72 h,游離氨基酸總量下降。侵染后,血淋巴內游離氨基酸種類沒有變化,各種游離氨基酸的含量波動差異較大。球孢白僵菌對血淋巴重要氨基酸的含量變化有顯著影響。【結論】球孢白僵菌的侵染引起蔥蠅成蟲血淋巴中蛋白質和游離氨基酸的一系列變化,嚴重阻礙了蔥蠅成蟲的正常生理活動,在蔥蠅生物防治中具有應用潛力。
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