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當期目錄

    2017年 第50卷 第6期 刊出日期:2017-03-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    青藏高原青稞蛋白質含量空間分異規律及其與環境因子的關系
    王建林,鐘志明,馮西博,付剛,侯維海,王改花,大次卓嘎
    中國農業科學. 2017, 50(6):  969-977.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.001
    摘要 ( 228 )   HTML ( 2 )   PDF (1327KB) ( 303 )   收藏
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    【目的】揭示不同環境因子對青藏高原青稞籽粒蛋白質含量(GPC)的影響程度,完善青稞GPC空間分異與環境因子的關系,明確青藏高原不同地區青稞GPC的環境響應。【方法】利用農學和地理學相結合的研究方法,研究青藏高原青稞GPC的分布特征及其與環境因子之間的關系。【結果】在地理水平方向上,青藏高原青稞GPC總體呈現出斑塊狀交錯分布的格局和南高北低的態勢,并形成了2個青稞GPC高值區。其中一個是介于東經100.0°—102.5°、北緯35.0°—37.5°,以青海共和、貴德、門源、同德和甘肅合作為中心的青藏高原東北部高值區,這一區域青稞GPC平均值為(13.1163±0.5939)%;另一個是介于東經86.0°—92.0°、北緯28.0°—29.0°,以西藏貢嘎、拉孜、尼木、扎囊、聶拉木、堆龍德慶、桑日、康馬為中心的青藏高原中南部高值區,這一區域青稞GPC平均值為(12.8715±0.6609)%;在地理垂直方向上,隨著海拔升高,青稞GPC呈現出“倒N”型分布格局,即從海拔3 000 m以下的高值區(此海拔區間青稞GPC平均為(10.8650±1.8600%))隨著海拔的升高,青稞GPC逐漸減少,在海拔3 000—3 300 m達到低值區。在海拔3 000—3 300 m,隨著海拔的升高,青稞GPC逐漸增加,在3 600—3 900 m達到最高值區,此海拔區間青稞GPC平均為(10.8937±2.0719)%。此后,又隨著海拔的升高,青稞GPC逐漸減少。影響青稞GPC的環境因子從大到小的順序是土壤速效氮含量>抽穗-成熟期日照時數>出苗-分蘗期平均氣溫日較差>分蘗-拔節期平均氣溫日較差>拔節-抽穗期相對濕度。【結論】影響青稞GPC最大的環境因子主要是土壤因子,其次是氣候因素,地理因子無明顯影響。影響青稞GPC的土壤因子主要是土壤速效氮含量,氣候因子主要是抽穗-成熟期日照時數、出苗-分蘗期平均氣溫日較差、分蘗-拔節期平均氣溫日較差和拔節-抽穗期相對濕度。青稞GPC含量隨著分蘗-拔節期平均氣溫日較差、拔節-抽穗期相對濕度的增加而顯著增加,但隨著抽穗-成熟期日照時數、出苗-分蘗期平均氣溫日較差和土壤速效氮含量的增加而顯著降低。
    玉米穗下節間長的雜種優勢位點解析
    李慧敏,李衛華,郭海平,劉坤,張向歌,張曉祥,謝惠玲,湯繼華,丁冬
    中國農業科學. 2017, 50(6):  978-989.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.002
    摘要 ( 202 )   HTML ( 2 )   PDF (547KB) ( 345 )   收藏
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    【目的】穗下節間長決定著玉米的株高和穗位高2個重要的農藝性狀,并與產量、抗倒性等性狀密切相關。前期研究發現玉米穗下第7、8、9節間長對穗位高具有決定作用,并表現出較強的雜種優勢。文章擬解析玉米穗下節間長,尤其是穗下第7、8、9節間長雜種優勢的決定因子,為全面了解和應用雜種優勢奠定基礎。【方法】利用以lx9801為遺傳背景的昌7-2染色體單片段代換系(single segment substitution lines, SSSL)為基礎材料,分別與優良自交系鄭58和浚9058構建了兩套測交群體,通過兩年兩點試驗對玉米第7、8、9節間長進行雜種優勢位點分析。【結果】利用SSSL×鄭58測交群體和SSSL×浚9058測交群體通過兩年兩點試驗發現,2012年在浚縣的第7、8、9節間長的中親優勢值分別為57.25%和78.16%、68.30%和75.04%、59.48%和62.85%;2012年在長葛的第7、8、9節間長的中親優勢值分別為48.27%和63.02%、43.36%和54.80%、37.26%和42.62%;2013年在浚縣的第7、8、9節間長的中親優勢值分別為23.01%和37.00%、22.69%和35.65%、22.20%和34.74%;2013年在長葛的第7、8、9節間長的中親優勢值分別為21.86%和33.19%、20.99%和35.57%、27.55%和42.19%;共定位了18個和18個第7節間長雜種優勢位點,20個和23個第8節間長雜種優勢位點,17個和19個第9節間長雜種優勢位點。2個測交群體第7、8、9節間長相同的HL分別有3個、3個和1個,共有7個HL相同,分別占2個總測交群體中HL數的12.7%和11.6%。【結論】在SSSL×鄭58群體定位的第7、8、9節間長HL與SSSL×浚9058群體的定位結果相比僅有7個(6%)相同位點,說明不同群體之間的雜種優勢位點差別較大,幾乎沒有相同的雜種優勢位點,推測在不同遺傳背景下控制同一性狀的雜種優勢位點并不相同,據此推論,在單基因水平上,雜種優勢位點表現出雜交組合(遺傳背景)特異的特征。
    馬鈴薯遺傳育種研究:現狀與展望
    徐建飛,金黎平
    中國農業科學. 2017, 50(6):  990-1015.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.003
    摘要 ( 325 )   HTML ( 7 )   PDF (581KB) ( 1292 )   收藏
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    馬鈴薯是世界第三大糧食作物,馬鈴薯產業的可持續發展對保障世界和中國的糧食安全具有重要意義。優良品種是支撐馬鈴薯產業發展的基礎。馬鈴薯經常遭受病蟲害的侵襲和非生物脅迫,加工業的迅速發展和人們對食物營養的重視,迫切需要選育出更抗病、更耐逆、更高產、更優質和專用的馬鈴薯新品種。培育一個優良馬鈴薯品種,種質資源是基礎,重要性狀的遺傳學是理論指導,先進的育種技術是保障,完善的推廣和栽培模式是支撐。世界范圍內,保存了大約65 000份馬鈴薯種質資源,通過對種質資源抗病、抗逆和品質方面的系統評價,并應用多種資源利用技術,將三大類約17個野生種的種質導入到普通栽培種中,應用于育種和遺傳學研究。利用純合雙單倍體材料作為測序對象,馬鈴薯基因組序列已經被揭示,預測出了39 031個蛋白編碼基因,目前更多的種質資源正在被重測序以揭示更多的等位變異。馬鈴薯普通栽培品種是無性繁殖四倍體作物,具有四體遺傳特性,盡管如此,許多植株發育和形態、塊莖品質和抗病抗逆等重要性狀的遺傳特性基本明確,并定位和克隆了大量重要性狀相關基因。目前,馬鈴薯育種技術主要涵蓋傳統育種技術、倍性育種技術、標記輔助選擇育種技術、基因工程育種技術和新興的基因組選擇育種技術。中國馬鈴薯遺傳育種研究隊伍不斷壯大,品種選育取得了重大進展。荷蘭馬鈴薯遺傳育種水平居于世界前列,合作育種模式推動了商業化育種。不斷完善馬鈴薯綜合育種技術,創新育種模式和機制,充分利用現有種質資源培育突破性、專用型品種將是未來馬鈴薯遺傳育種發展的主要方向。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    黃土旱塬耕作方式和施肥對冬小麥產量和水分利用特性的影響
    張建軍,樊廷錄,黨翼,趙剛,王磊,李尚中,王淑英,王勇
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1016-1030.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.004
    摘要 ( 228 )   HTML ( 2 )   PDF (794KB) ( 404 )   收藏
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    【目的】探討耕作方式與施肥措施對隴東黃土旱塬黑壚土冬小麥-春玉米輪作農田冬小麥產量、水分利用效率及耗水特性的影響。【方法】以設在半濕潤偏旱區甘肅省鎮原縣連續12年的耕作與肥料長期定位試驗為平臺,采用裂區設計,以傳統耕作和免耕為主處理,CK、N、P、M、NP、NMP為副處理,栽培制度為1年春玉米-3年冬小麥輪作,研究了不同耕作方式及施肥措施條件下的冬小麥產量、水分利用效率、耗水特性及產量與耗水量的關系。【結果】在產量方面,相同耕作方式以有機無機肥配施或無機肥配施高于有機肥或無機肥單施,有機肥單施優于化肥單施,磷肥單施優于氮肥單施;耕作方式間為傳統耕作高于免耕。在水分利用特性方面,無論何種耕作方式及降雨年型,不同施肥措施在不同年份均以NMP水分利用效率最高,顯著高于CK和其他處理,平均水分利用效率大小順序為NMP>NP>M>P>CK>N,傳統耕作和免耕NMP較CK分別增加84.0%和84.1%;相同施肥措施中傳統耕作高于免耕,NMP傳統耕作較免耕增加13.6%。不同耕作方式及施肥措施冬小麥階段耗水量與降雨量密切相關,其中NMP總耗水量相對較高,傳統耕作干旱年、平水年、豐水年較CK分別增加了3.0%、4.4%、31.4%,免耕分別增加了10.2%、1.5%、25.7%,且NMP明顯降低了播種—返青階段耗水量及占總耗水量的比例,增加了返青—成熟階段耗水量。耕作方式間總耗水量變化趨勢基本為干旱年傳統耕作高于免耕,豐水年和平水年免耕高于傳統耕作,而降雨年型間總耗水量變化不一致。另外,無論何種降雨年型,不同耕作方式及施肥措施均在60 cm土層含水量呈拐點變化趨勢,但拐點處含水量變化不同,其中NMP低于CK及其他施肥處理,變化順序為豐水年>平水年>干旱年。不同施肥措施的邊際水分利用效率以NMP最高,耕作方式為傳統耕作高于免耕。【結論】無論何種耕作方式及降雨年型,不同年份NMP冬小麥產量、水分利用效率及邊際水分利用效率均最高,收獲期60 cm土層處含水量出現低值。總耗水量以NMP相對較高,且NMP有利于降低播種—返青階段耗水量及其占總耗水量的比例,增加返青—成熟階段耗水量和0—200 cm土層貯水量的消耗。耕作方式及施肥措施間冬小麥水分利用效率、邊際水分利用效率均為傳統耕作高于免耕。因此,綜合考慮冬小麥產量、水分利用效率及耗水特性,認為無論何種降雨年型,采用傳統耕作結合有機無機肥配施是本試驗條件下的最優耕作施肥組合模式。
    周年氮磷鉀配施模式對砂姜黑土麥玉輪作體系籽粒產量和養分利用效率的影響
    王永華,黃源,辛明華,苑沙沙,康國章,馮偉,謝迎新,朱云集,郭天財
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1031-1046.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.005
    摘要 ( 181 )   HTML ( 1 )   PDF (715KB) ( 372 )   收藏
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    【目的】探討周年不同氮磷鉀配施對砂姜黑土麥玉輪作體系產量及養分利用效率的影響,明確適宜豫東南砂姜黑土麥玉一體化種植的氮磷鉀配施模式。【方法】于2012—2014年連續兩年在河南省周口市商水縣典型砂姜黑土區設置氮磷鉀不同配施大田定位試驗,研究磷鉀肥總用量不變、2種氮用量投入水平下麥玉兩季磷鉀配施模式對冬小麥-夏玉米輪作種植體系氮、磷、鉀養分吸收利用及產量的調控效應。其中,氮肥設全年用量360.00 kg·hm-2540.00 kg·hm-2兩個梯度,磷鉀肥總量不變,設計4種配施方式,即麥季全磷玉米全鉀(磷肥和鉀肥分別全部施用于小麥季和玉米季)、麥季全磷玉米重鉀(磷肥全部施用于小麥季,鉀肥按麥玉兩季42﹕58的比例分配)、麥季重磷玉米全鉀(磷肥按麥玉兩季64﹕36的比例分配,鉀肥全部施用于玉米季)、麥季重磷玉米重鉀(磷肥按麥玉兩季64﹕36的比例分配,鉀肥按麥玉兩季42﹕58的比例分配)。【結果】高氮水平下麥玉兩季磷鉀肥分施能促進作物產量三要素的協調發展,顯著提高冬小麥的穗數和夏玉米的穗長與行粒數,且兩年度單季作物和全年籽粒產量均以麥季重磷且玉米季重鉀P8處理最高,周年產量分別達21 274.2 kg·hm-220 219.1 kg·hm-2。砂姜黑土區冬小麥和夏玉米地上部養分含量大小均表現為氮>鉀>磷。與低氮水平相比,高氮水平有利于提高植株地上部總氮、磷、鉀的含量,然而氮素的偏生產力(NPFP)、吸收效率(NUPE)、利用效率(NUE)有所降低。磷鉀肥分施不僅能促進冬小麥和夏玉米對氮素的吸收,還可有效防止元素的流失,提高作物對磷素和氮素的吸收和利用,顯著提高磷鉀兩類元素的偏生產力(PFP)、吸收效率(UPE)。而磷鉀全施在麥玉某一季作物上,由于磷肥易固定、鉀肥易流失的原因,造成肥料后效減小,下茬作物因養分供給不平衡而影響作物對氮磷鉀的吸收利用,致使產量降低。低氮水平下麥季重磷、玉米季重鉀P4處理的氮磷鉀養分利用較其他處理表現較優;高氮水平下麥季重磷、玉米季重鉀P8處理的單季和周年氮素偏生產力及吸收效率均顯著高于其他處理。【結論】綜合考慮養分利用效率和籽粒產量,在本試驗條件下,麥季重磷、玉米季重鉀配施模式有利于養分效率和產量的同步提高,可作為豫東南砂姜黑土及相似生態類型區冬小麥-夏玉米輪作種植高產高效施肥的優選模式。
    植物保護
    褐飛虱海藻糖酶基因在表皮幾丁質代謝中的調控作用
    張露,朱世城,鄭好,沈祺達,王世貴,唐斌
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1047-1056.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.006
    摘要 ( 178 )   HTML ( 1 )   PDF (735KB) ( 328 )   收藏
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    【目的】昆蟲海藻糖酶能夠調控幾丁質代謝并控制蛻皮過程。本研究通過TRE表達被抑制后,檢測褐飛虱(Nilaparvata lugens)蛻皮狀況、幾丁質含量及幾丁質合成酶(chitin synthase,CHS)和幾丁質酶(chitinase,Cht)基因表達情況,探究不同的海藻糖酶(trehalase,TRE)在褐飛虱表皮中對幾丁質代謝的調控作用。【方法】采用RNAi技術,以實驗室飼養種群褐飛虱為材料,通過向其體內注射雙鏈RNA(dsRNA)分別抑制單個海藻糖酶基因或同時抑制多個海藻糖酶基因,注射48 h后通過Trizol法提取褐飛虱總RNA,反轉錄試劑盒合成第一鏈DNA后采用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術檢測該基因的表達情況,確定RNAi效果。氫氧化鉀法測定48 h褐飛虱整體幾丁質含量變化并對蛻皮困難蟲體進行拍照;最后采用qRT-PCR檢測褐飛虱CHS和Cht在mRNA水平上的相對表達量變化,分析TRE在調控幾丁質代謝中的作用。【結果】與注射dsGFP相比較,其余各注射組褐飛虱整體幾丁質含量顯著下降,其中dsTRE1混合注射組與Validamycin注射組呈極顯著下降,同時褐飛虱出現蛻皮困難等現象。qRT-PCR檢測結果顯示單個TRE的dsRNA注射后該基因的表達被抑制,但是部分TRE的表達有互補性上升。其中TRE1-2和TRE2在各注射組處理下表達均下降,dsTRE1s對TRE2的表達也有抑制效果,整體上dsTRE1混合注射組和海藻糖酶抑制劑Validamycin抑制效果明顯;dsTRE注射組抑制CHS表達效果不明顯,Validamycin能夠顯著降低CHS1和CHS1a在表皮中的表達,且2種dsTRE1注射后CHS1表達在上升,dsTRE1-2注射后表皮中的CHS1a的表達上升;Cht1和Cht8在dsTRE各注射組及Validamycin處理中表達下降或顯著下降,dsTRE1-1注射后Cht2和Cht5表達顯著上升;dsTRE1-2注射后Cht1、Cht6和Cht8表達下降,Cht2和Cht4表達顯著上升;dsTRE2處理組中Cht1、Cht8和Cht10表達下降而Cht9表達顯著上升;dsTRE1s注射后,Cht1和Cht5表達顯著下降,而Cht9表達顯著上升;Validamycin注射組中10個幾丁質酶基因表達都顯著或者極顯著下降。【結論】TRE能夠通過調控褐飛虱幾丁質代謝途徑來控制幾丁質的合成,結果可為開展和篩選有效的海藻糖酶抑制劑控制褐飛虱等害蟲提供理論依據。
    飛蝗幾丁質脫乙酰基酶的真核表達、親和純化及酶活性
    趙盼,張學堯,劉曉健,趙小明,于榮榮,董瑋,馬恩波,張建珍,張敏
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1057-1066.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.007
    摘要 ( 139 )   HTML ( 1 )   PDF (1608KB) ( 282 )   收藏
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    【目的】體外真核表達飛蝗(Locusta migratoria)幾丁質脫乙酰基酶1和2(chitin deacetylase 1 and 2,LmCDA1和LmCDA2)并測定其酶活性,為進一步明確飛蝗LmCDA1和LmCDA2在幾丁質降解途徑中的生理功能及研發新型綠色環保殺蟲劑提供依據。【方法】使用BLASTP和SMART軟件在線預測LmCDA1、LmCDA2a和LmCDA2b的結構域;PCR克隆獲得目的基因LmCDA1、LmCDA2a和LmCDA2b的全長序列,并分別構建pFastBac-LmCDAs重組質粒,轉化獲得Bacmid重組質粒后,轉染至昆蟲Sf9細胞進行目的蛋白的體外表達。采用Western blot技術對目的蛋白表達情況進行檢測,并通過Ni-NTA親和層析柱和陰離子(Q-Sepharose)交換層析柱對蛋白產物進行純化。12% SDS-PAGE檢測蛋白純度后,采用分光光度法以對硝基乙酰苯胺為底物檢測目的蛋白的酶活性,T檢驗法對LmCDA2a和LmCDA2b酶活力進行差異顯著性分析。【結果】BLASTP和SMART軟件預測結果顯示LmCDA1、LmCDA2a和LmCDA2b均含有4個結構域:N-端信號肽(signal peptide)、幾丁質結合域(chitin binding peritrophin-A,ChBD)、A型低密度脂蛋白受體結構域(low-density lipoprotein receptor class A,LDLa)和脫乙酰基酶催化結構域(catalytic domain,CDA)。3個基因的幾丁質結合域中均包含6個保守的半胱氨酸。LmCDA2a和LmCDA2b兩個剪切子除在其第3個半胱氨酸和第4個半胱氨酸之間(67—84 aa)的氨基酸數目和組成及在第4和第6個半胱氨酸(84—106 aa)之間的序列存在差異外,其余部分完全一致。Western blot結果顯示LmCDA1、LmCDA2a和LmCDA2b的蛋白分子量約為61 kD左右,與預測的蛋白分子量大小一致,表明Bacmid重組質粒在昆蟲Sf9細胞中成功表達。采用12% SDS-PAGE膠電泳對各蛋白純化組分進行檢測,結果顯示Ni-NTA親和層析柱可將大部分雜蛋白洗脫,而Q-Sepharose交換層析柱可對蛋白進行更徹底地純化。酶活檢測結果顯示LmCDA1、LmCDA2a和LmCDA2b的酶活力分別為0.268、0.354、0.228 U·μL-1,并且LmCDA2a和LmCDA2b的酶活力存在顯著差異。【結論】體外真核表達LmCDA1、LmCDA2a和LmCDA2b蛋白并進行酶活測定后發現三者均具有幾丁質脫乙酰基酶活力,且LmCDA2a和LmCDA2b的酶活力具有顯著性差異,推測前期研究中沉默LmCDA2a和LmCDA2b后分別出現不同飛蝗表型的原因可能是由于它們酶活力存在顯著性差異。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    不同氣候與施肥條件下農田土壤微生物生物量特征與容量分析
    王傳杰,肖婧,蔡岸冬,張文菊,徐明崗
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1067-1075.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.008
    摘要 ( 228 )   HTML ( 1 )   PDF (558KB) ( 697 )   收藏
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    【目的】土壤微生物生物量是土壤生物肥力的重要指標,是土壤養分重要的周轉庫。探討不同氣候和施肥條件下土壤微生物生物量(生物量碳、氮)的特征及容量,對于深刻認識土壤微生物生物量的影響因素及提高土壤生物肥力具有重要意義。【方法】本研究從中國知網、萬方和web of Science 3個文獻數據庫,以“土壤微生物生物量”、“中國農田”和“長期施肥”為關鍵詞,共收集目標文獻42篇,包括458組含土壤有機碳(SOC)與土壤微生物生物量碳(SMBC)和414組含土壤全氮(TN)與土壤微生物生物量氮(SMBN)的數據集,涵蓋了4種氣候下的2類施肥條件(施有機肥:單施或配施,+OM;不施有機肥:無肥和化肥,-OM)。土壤微生物熵(SMBC/SOC)和SMBN/TN的中值差異性均采用Kruskal-Wallis H 單向顯著性檢驗(P<0.05),容量分析采用界限分析方法。【結果】統計分析結果表明,不同施肥處理下,SMBC與SOC和SMBN與TN之間均存在顯著線性正相關關系(P<0.01),長期施用有機肥條件下,土壤微生物生物量碳、氮對土壤有機碳和全氮增加的響應系數分別為24.77和30.27,顯著高于化肥或不施肥條件(分別為19.88和19.86)(P<0.05)。界限分析結果顯示,不同施肥措施下SMBC對SOC增加響應的最大值為33.45—36.00,SMBN對TN的最大響應系數為45.45—49.79,當前條件下SMBC和SMBN還有37.99%和49.66%的提升空間。不同氣候條件下SMBC/SOC和SMBN/TN均存在顯著差異(P<0.05),其中,中溫帶半干旱半濕潤區SMBC/SOC的中值最高為2.73%,其次為亞熱帶濕潤區(2.45%)和暖溫帶濕潤區(2.31%),中溫帶濕潤區最低為1.48%;SMBN/TN的中值大小順序為:暖溫帶濕潤區(4.72%)>中溫帶半干旱半濕潤區(3.50%)>亞熱帶濕潤區(2.99%)>中溫帶濕潤區(1.80%)。不同施肥條件下SMBC/SOC和SMBN/TN的變化范圍分別為0.35%—6.50%和0.50%—9.72%,但其中值并無顯著差異(P>0.05)。對于同一氣候條件不同施肥措施而言,僅在中溫帶濕潤區,施有機肥處理對微生物量碳(氮)占總有機碳(氮)的比例有顯著影響(P<0.05)。【結論】氣候對土壤微生物生物量碳、氮所占比例具有顯著影響,不同施肥模式雖然不能顯著改變微生物生物量碳、氮的比例,但有機肥的施用對微生物生物量碳、氮的提升效果顯著高于化肥或不施肥,該結果對于土壤生物肥力的調控有重要指導意義。
    減量施氮對玉米/大豆套作系統中作物氮素吸收及土壤氨氧化與反硝化細菌多樣性的影響
    周麗,付智丹,杜青,陳平,楊文鈺,雍太文
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1076-1087.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.009
    摘要 ( 201 )   HTML ( 4 )   PDF (641KB) ( 712 )   收藏
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    【目的】揭示玉米/大豆套作系統下作物根際土壤細菌數量及群落多樣性變化特征與土壤總氮含量、作物氮素吸收之間的關系,為禾/豆間(套)作減肥增效生產提供理論和技術支撐。【方法】大田試驗于2013—2015年進行,采用兩因素裂區設計,主因素為種植模式,設玉米單作(MM)、大豆單作(SS)和玉米/大豆套作(IMS);副因素為玉米、大豆施氮總量,設不施氮(NN:0)、減量施氮(RN:180 kg·hm-2)和常量施氮(CN:240 kg·hm-2)。在玉米V12期、VT期和R6期,大豆V5期、R2期、R5期和R8期,利用稀釋平板法和凱氏定氮法測定各作物根際土壤細菌數量、非根際土壤和植株總氮含量;結合克隆文庫和熒光定量PCR技術研究各處理氨氧化細菌(amoA基因)、反硝化細菌(nirS基因)多樣性及其基因豐度。【結果】與相應的單作相比,套作玉米(IM)的作物根際土壤細菌數量提高2.6%,套作大豆提高12.9%;套作玉米土壤總氮含量和植株吸氮量分別提高13.39%和2.10%,大豆的分別降低5.81%和3.24%;套作玉米、大豆的amoA基因豐度比單作增加了38.5%、64.8%,nirS基因豐度比單作提高57.77%、126.39%。各施氮水平間,RN的玉米根際土壤細菌數量比NN和CN的分別提高9.6%和9.8%,大豆的分別提高11.7%和11.0%;施氮提高了玉米、大豆植株吸氮量和土壤總氮含量,單作玉米隨施氮量的增加而增加,套作玉米及單、套作大豆的均在RN下最高;減量施氮提高了玉米、大豆amoA基因多樣性指數和單作玉米nirS基因多樣性指數,降低了套作玉米和單套作大豆nirS基因多樣性指數。【結論】減量施氮有利于增加玉米/大豆套作系統中作物根際土壤細菌數量,調節氨氧化細菌和反硝化細菌群落結構及多樣性,改善土壤氮素轉化過程,促進玉米、大豆對氮素的吸收,實現節肥增效。
    園藝
    遮光性套袋對桃果實轉錄組的影響
    何平,李林光,王海波,常源升,李慧峰
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1088-1097.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.010
    摘要 ( 181 )   HTML ( 1 )   PDF (2492KB) ( 693 )   收藏
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    【目的】探明遮光性套袋在桃果實上的轉錄組差異,豐富桃轉錄組數據信息。【方法】選取遮光性套袋與對照的桃果實樣品,利用Illumina HiSeqTM 2500進行高通量測序,構建桃果實轉錄組文庫,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16.62 Gb clean data測序數據,且堿基百分比(Q30)大于91%,遮光性套袋和對照2個桃果實樣品分別獲得65 300 730個reads和66 603 686個reads,分別有85.73%和84.60%的reads與桃參考基因組匹配。以無袋處理為參考,對轉錄組數據進行比較,遮光性套袋處理共獲得1 963個差異表達基因,其中,下調基因708個,上調基因1 255個;在Nr數據庫中對差異基因進一步進行注釋,注釋到1 957個基因,其中,下調基因有705個,上調基因有1 252個;COG功能注釋分析發現這些差異表達基因共獲得853個功能注釋,涉及23個功能類別;在GO功能注釋分析中,注釋到1 609個基因,可以分為53個功能分類,這些分類主要涉及到分子結合、催化活性、細胞過程、生物調節等諸多生理生化過程;KEGG分析發現共有421個基因被注釋到94個代謝通路中,其中,光合作用相關通路、類黃酮生物合成、核糖體生物合成等通路顯著富集。光合作用通路和類黃酮生物合成通路在果實著色中發揮了重要作用,而核糖體生物合成代謝通路在果實成熟著色中的作用尚不明確。同時也進行了兩組樣品的果實品質檢測,結果表明,遮光性套袋對桃果實的可溶性固形物及可溶性總糖產生顯著性影響,可溶性固形物及可溶性總糖顯著降低,而對于果實總酸的影響不大,在果實大小上幾乎沒有影響。【結論】在遮光性套袋處理狀態下,獲得一定數量的桃果實差異表達基因,光合作用通路和類黃酮生物合成通路基因在果實著色中發揮重要作用,遮光性套袋對桃果實的可溶性固形物及可溶性總糖產生顯著性影響。
    基于EST-SSR標記的貴州野生刺梨居群遺傳多樣性分析
    張懷山,鄢秀芹,魯敏,王道平,安華明
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1098-1108.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.011
    摘要 ( 138 )   HTML ( 2 )   PDF (1072KB) ( 307 )   收藏
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    【目的】通過分析評價貴州野生刺梨(Rosa roxburghii Tratt)資源居群遺傳多樣性和遺傳結構,為刺梨資源的保護和發掘利用提供科學依據。【方法】從刺梨EST-SSR引物中篩選擴增效果好、多態性較高的10對引物,對收集的12個野生刺梨自然居群(共255份資源)的遺傳多樣性及遺傳結構應用POPGENE 1.31軟件進行分析,并根據Nei’s標準遺傳距離,利用NTSYS-pc2.10e軟件對各居群進行聚類分析,同時進行Nei’s遺傳距離與地理距離的Mantel相關性檢驗。【結果】居群內Shannon信息指數(I)為0.62—0.88,基因多樣性指數(Nei’s)為0.40—0.52,且除福泉(FQ)和晴隆(QL)居群外,其余10個居群的多態位點百分率均為100%。此外,卡方檢驗顯示12個居群在大多數位點上等位基因顯著偏離Hardy-Weinberg平衡(P<0.05),且居群內近交系數(Fit)、總近交系數(Fis)均為負值,居群間分化系數Fst平均值0.0403,居群間基因流Nem平均值為5.9484、遺傳一致度GI為0.9068—0.9926、最大Nei’s遺傳距離為0.0978。各自然居群間Nei’s遺傳距離與地理距離存在顯著相關性(r=0.2498,P=0.9512)。【結論】10對EST-SSR引物具有高度的多態性,可作為有效的遺傳標記用于刺梨居群遺傳多樣性和遺傳結構評價。貴州省野生刺梨自然居群內的遺傳多樣性較高,存在雜合度過剩的現象,且絕大多數的遺傳變異發生在居群內;居群間具有基因交流頻繁、遺傳一致度高、Nei’s遺傳距離小等特點。
    不同茶類中揮發性萜類化合物的對映異構體
    邵晨陽,呂海鵬,朱蔭,張悅,林智
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1109-1125.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.012
    摘要 ( 129 )   HTML ( 1 )   PDF (1295KB) ( 837 )   收藏
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    【目的】揮發性萜類化合物是茶葉香氣的重要成分,大多數具有手性結構,存在香氣特性完全不同的對映異構體。查明不同茶類中揮發性萜類化合物的立體構型分布特征,為深入研究茶葉香氣的形成機理及提高茶葉的香氣品質提供科學的理論依據。【方法】采用頂空固相微萃取法結合手性氣相色譜-質譜聯用技術,以Supelco β-DEX110為手性氣相色譜柱,以萜類化合物的不同手性異構體標準品為定性和定量分析的依據,建立茶葉中揮發性萜類化合物的對映異構體分析方法,并對代表性綠茶、紅茶、烏龍茶、白茶及黑茶樣品中萜類化合物的對映異構體組成及含量進行分析。【結果】建立了9種萜類化合物的對映異構體的檢測方法,發現所有茶樣中均能檢測到芳樟醇、芳樟醇氧化物B的對映異構體:大部分茶樣中芳樟醇的主導構型為S型,但英德紅茶、云南滇紅和印尼白茶中以罕見的R-(-)-芳樟醇為主;芳樟醇氧化物B在綠茶、紅茶、白茶及黑茶中的構型完全一致,而部分烏龍茶(嶺頭單樅、文山包種)中該物質的主導構型與之相反。芳樟醇氧化物A在綠茶及黑茶中主導構型一致,而在祁門紅茶、印度大吉嶺紅茶、水仙烏崠單樅及鐵觀音中構型相反;芳樟醇氧化物C和D在所有茶樣中的構型均保持一致,且大部分僅檢測到單一構型。其他重要萜類化合物在茶樣中分布情況各異:α-蒎烯僅在正山小種紅茶中以高比例的S-(-)-α-蒎烯被檢測出;α-松油醇的主導構型及對映異構體過量值在不同種類的茶葉中各不相同;4-萜品醇在所有可測得的茶樣中均以R構型為主導,且除六堡茶(黑茶)外,其他茶樣中均未檢測到S-(+)-4-萜品醇;α-紫羅蘭酮在除了綠茶以外的茶樣中均能被檢測到,且均以單一的R構型存在。定量分析結果表明,芳樟醇在大部分茶樣中都具有最高的含量,平均含量白茶>紅茶>烏龍茶>綠茶>黑茶;芳樟醇氧化物B的含量在茶葉中往往僅次于芳樟醇,呈現紅茶>白茶>烏龍茶>黑茶>綠茶的規律性;而其他萜類化合物在茶樣中的含量普遍低于100 ng·g-1,且在不同茶類中含量分布迥異。【結論】明確了不同種類茶葉中9種重要揮發性萜類化合物對映異構體的變化情況,有助于從更深層次上了解茶葉香氣品質的化學實質,為今后茶葉香氣品質調控、茶葉品種、產地判別以及質量認證等提供了新思路。
    貯藏·保鮮·加工
    八種中式烹飪工藝對牛肉中多環芳烴、反式脂肪酸和亞硝酸鹽的影響
    張蘭,高天麗,劉永峰,趙晶,廖晶,庫婷
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1126-1138.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.013
    摘要 ( 154 )   HTML ( 1 )   PDF (615KB) ( 270 )   收藏
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    目的從蒸、煮、燉、烤、炸、煎、干制及腌制八種傳統中式烹飪工藝中篩選獲得有害物質較少的牛肉處理工藝,為消費者選擇有害物質含量較低的烹飪工藝提供理論參考。方法通過調控烤、炸、煎3種高溫處理的溫度和時間,對比分析多環芳烴(PAHs)、反式油酸(C18:1 trans-9)及亞硝酸鹽3類有害物質的組分及含量,選出較優的烤、炸、煎烹飪條件;在此基礎上,綜合分析烤、炸、煎與蒸、煮、燉、干制及腌制8種烹飪工藝對牛肉中有害物質的影響,進而選擇較優的中式烹飪工藝。試驗分別采用高效液相色譜外標法、氣相色譜-質譜外標法及分光光度法測定牛肉中PAHs、C18:1 trans-9及亞硝酸鹽的含量。結果對照組中共檢測出芘、苯并[a]蒽、苣和苯并[k]熒蒽4種,烤制以160—180℃處理為較優,有5種PAHs且含量低,炸制以3—4 min處理含量較低,煎制以2—3 min處理含量較低;8種中式烹飪中,炸、煎的肉樣中PAHs種類最多,炸、腌制的肉樣中苯并[a]蒽含量較高,蒸制及煎制的肉樣中苣含量較高,烤、炸、煎的肉樣中苯并[b]熒蒽含量較高,炸、煎的肉樣中苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘和二苯并[a, h]蒽含量較高。烤制溫度對C18:1 trans-9含量影響不顯著(P>0.05),炸制3 min和煎制2min的肉樣中C18:1 trans-9含量均最低(P<0.05);8種中式烹飪中,炸、煎的肉樣中C18:1 trans-9含量較高(P<0.05)。烤制160℃和180℃的肉樣中亞硝酸鹽含量均較低,炸制3 min和煎制2 min的亞硝酸鹽含量最低(P<0.05);8種烹飪工藝中,炸、煎及腌制的肉樣中亞硝酸鹽含量較高(P<0.05)。結論對烤、炸、煎3種高溫處理,肉樣在160℃下烤制40 min,在226—228℃下炸制3 min、煎制2 min時3類有害物質含量較低;綜合分析8種工藝,蒸制、煮制、燉制及干制的肉樣中3類有害物質種類較少且含量較低。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    內皮素3對不同毛色綿羊黑色素細胞的影響
    李亞楠,趙兵令,王海東,陳天直,劉穎,常露程,董常生
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1139-1146.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.014
    摘要 ( 145 )   HTML ( 2 )   PDF (1554KB) ( 203 )   收藏
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    【目的】探索內皮素3(EDN3)對來源于不同毛色體外培養的黑色素細胞產生黑色素作用機制及差異的影響。【方法】體外培養不同毛色皮膚來源的黑色素細胞,通過MTT法檢測不同細胞在EDN3影響下的增殖率,分別提取兩種細胞的總RNA和總蛋白,總RNA經反轉錄合成cDNA,采用實時熒光定量PCR方法檢測EDN3對兩種細胞內EDNRB、NRas及TYR在mRNA水平相對表達量的影響,總蛋白通過Western blot方法檢測EDN3對兩種細胞內EDNRB、NRas及TYR在蛋白水平的表達量是否發生變化,結果均使用SPSS19.0軟件進行差異顯著性分析。【結果】MTT法測得EDN3對黑白兩種來源的黑色素細胞的增殖均產生促進作用,實時熒光定量PCR結果顯示添加EDN3的白色來源細胞內EDNRB mRNA的相對表達量是正常細胞組的1.7992倍,NRas是正常細胞組的1.8536倍差異極顯著(P<0.01),但TYR mRNA的相對表達量未發生明顯變化;添加EDN3的黑色來源細胞內EDNRB mRNA的相對表達量是正常細胞組的2.2512倍,NRas是正常細胞組的1.3859倍,TYR是正常細胞組的15.5710倍差異極顯著(P<0.01);Western blot結果顯示添加EDN3的白色來源細胞內EDNRB 蛋白表達量是正常細胞組的3.0827倍差異極顯著(P<0.01),NRas是正常細胞組的1.2936倍差異顯著(P<0.05),TYR蛋白表達量未發生明顯變化;添加EDN3的黑色來源細胞內EDNRB 蛋白表達量是正常細胞組的3.9800倍差異極顯著(P<0.01),NRas是正常細胞組的1.3658倍差異顯著(P<0.05),TYR是正常細胞組的1.8498倍差異顯著(P<0.05)。【結論】EDN3促進白色來源的黑色素細胞增殖但對色素合成的限速酶TYR未產生促進作用;EDN3促進黑色來源的黑色素細胞增殖并可能促進黑色素生成。
    LPS對鵝等級卵泡基質層TLR家族基因表達的影響
    應詩家,戴子淳,郭佳佳,施振旦
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1147-1156.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.015
    摘要 ( 111 )   HTML ( 2 )   PDF (2941KB) ( 259 )   收藏
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    【目的】研究鵝卵泡基質層TLR家族基因表達譜及其對LPS不同處理時間后的反應性。【方法】在大群散養條件下,實時觀察鵝產蛋過程,分別在產蛋后8和2 h以及產前4、16和28 h注射LPS,并在產蛋后8h屠宰,即LPS作用0、6、12、24和36 h,每個時間點各5只鵝。屠宰時,取卵巢,觀察卵泡外觀形態,并分離F1 - F5級卵泡基質層。試驗鵝自由飲水、自由采食、自然光照。LPS處理0、24和36 h的單個F1-F5級卵泡基質層或卵泡用于基因表達分析,而其他LPS處理的每只鵝等級卵泡基質層RNA等質量混合后用于基因表達分析。采用普通PCR方法檢測10種鳥類TLR家族基因的在鵝等級卵泡基質層的表達譜,其中以脾臟組織為陽性對照,以不加cDNA模板為陰性對照。根據RT-PCR的表達譜結果,采用Real-time PCR檢測不同等級卵泡基質層TLRs表達水平以及不同LPS處理時間對基質層TLRs表達水平的影響。對不同等級卵泡和不同LPS處理時間對基質層TLRs表達的數據,采用單因子方差分析,Duncan法多重比較;對變性卵泡與對照組基質層TLRs表達水平的數據,采用T檢驗分析。【結果】(1)已公開的10種鳥類TLR家族基因,如TLRs 1A、1B、2A、2B、3、4、5、7、15和21基因均在等級卵泡基質層組織中表達。(2)隨等級卵泡生長,TLRs 2A和15表達水平逐漸升高;F1級卵泡基質層TLR2A表達水平顯著高于F3、F4和F5級卵泡,TLR15表達水平顯著高于F5級卵泡;其他TLR家族基因,如TLRs 1A、1B、2B、3、4、5、7和21在不同等級卵泡基質層中的表達水平差異不顯著。(3)在LPS處理0、6和12 h時,等級卵泡外觀形態無明顯變化,但在LPS處理24 h時,3只鵝的等級卵泡呈深黃色膠凍狀變性;在LPS處理36 h時,全部試驗鵝等級卵泡呈深黃色膠凍狀變性。(4)與對照組(LPS處理0 h)相比,TLRs 2A、4和5表達水平在LPS處理12和24 h時顯著升高,TLR2B表達水平在LPS處理24 h時顯著升高,TLRs 7和15表達水平在LPS處理6 - 24 h期間均顯著升高,而TLRs 1A、1B、3和21表達水平在LPS處理6 - 24 h期間差異不顯著。(5)與等級卵泡基質層相比,在LPS處理24和36 h的變性卵泡中,TLRs 1A、2A、2B、4、5、7和15表達水平顯著升高,TLR3表達水平顯著降低,而在LPS處理36 h的變性卵泡中,TLRs 1B和21表達水平顯著升高。【結論】已發現的10種鳥類TLR家族基因均在種鵝等級卵泡基質層表達,且隨LPS作用時間延長,等級卵泡形態結構發生變化,但TLRs表達水平逐漸升高。
    中華蜜蜂幼蟲腸道參考轉錄組的de novo組裝及SSR分子標記鑒定
    徐細建,郭睿,駱群,熊翠玲,梁勤,張串聯,鄭燕珍,張曌楠,黃枳腱,張璐,李汶東,陳大福
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1157-1166.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.016
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    【目的】利用RNA seq技術對中華蜜蜂(Apis cerana cerana,簡稱中蜂)幼蟲腸道參考轉錄組進行de novo組裝,并進行功能及代謝通路注釋,進而利用該轉錄組數據進行中蜂幼蟲的SSR分子標記鑒定。【方法】實驗室條件下飼養中蜂幼蟲,將純化的蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,簡稱球囊菌)孢子飼喂3日齡幼蟲,剖取4、5和6日齡幼蟲腸道,液氮速凍。將健康幼蟲腸道與感染球囊菌的幼蟲腸道同時進行Illumina測序。通過對raw reads的過濾得到clean reads,利用Trinity軟件組裝得到unigenes。通過BLASTx(E-value<10−5)比對NCBI Nr、Swiss-Prot、KOG和KEGG數據庫,對unigenes進行功能和代謝通路注釋。利用MISA軟件對所有unigenes進行SSR搜索,并利用Primer Premier 5軟件設計特異性SSR引物,通過常規PCR對來源于北京、遼寧興城和四川成都的中蜂幼蟲腸道樣本進行SSR位點鑒定。【結果】中蜂幼蟲腸道的RNA seq共得到35 670 000條reads,de novo組裝得到43 557個unigenes,平均長度為898 nt。共有18 225個unigenes可被注釋到上述公共蛋白數據庫,單獨注釋到NCBI Nr、Swiss-Prot、KOG和KEGG數據庫的unigenes數分別為3 899、443、37和10個。KOG注釋結果顯示,11 442條unigenes分布于25個基因家族,其中注釋到RNA加工和修飾家族的基因數最多,達1 249個。9 679個unigenes的GO分類結果顯示,在生物學進程分類中,注釋到細胞進程的基因最多,達4 201個,在分子功能和細胞組分類中,注釋到結合與細胞的基因數最多,分別為4 935和2 900個。4 517個unigenes可注釋到KEGG數據庫中的216個代謝通路,注釋到核糖體的基因數最多,達385個。利用MISA軟件,可在7 763個unigenes搜索到13 448個SSR位點,隨機選取20對SSR引物對國內3個不同來源的中蜂幼蟲腸道樣本的SSR位點進行擴增,有6對引物可鑒定出SSR分子標記。【結論】成功組裝并注釋了中蜂幼蟲腸道參考轉錄組,可為中蜂及其幼蟲的分子生物學及組學研究提供重要的參考信息,也可用于補充、豐富和檢驗東方蜜蜂的參考基因組,基于此轉錄組數據開發出6個中蜂的SSR分子標記,可應用于中蜂的基因圖譜構建、基因多樣性分析、基因定位等研究,也說明利用轉錄組數據開發非模式生物SSRs的方法可行。
    研究簡報
    干旱脅迫下割手密根系轉錄組差異表達分析
    劉洪博,劉新龍,蘇火生,陸鑫,徐超華,毛鈞,林秀琴,李純佳,李旭娟,字秋艷
    中國農業科學. 2017, 50(6):  1167-1178.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.017
    摘要 ( 217 )   HTML ( 5 )   PDF (2693KB) ( 533 )   收藏
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    【目的】探明云南割手密82-114受干旱脅迫的內在分子機制,挖掘與抗旱密切相關的功能基因,提高割手密抗旱基因的研究與利用。【方法】以干旱脅迫24、48和72 h的云南割手密82-114的根系進行Illumina HiSeqTM 4000高通量轉錄組測序分析,將組裝得到的Unigene分別與Swiss-Prot、Nr、KOG、Pfam和KEGG數據庫進行比對,利用RPKM來衡量各樣本間的基因表達豐度,以FDR≤0.05和|log2 fold change|≥1來評估樣本間的差異表達基因,通過Gene Ontology(GO)數據庫、KEGG pathway數據庫對不同干旱脅迫樣本差異表達基因的功能和參與的調控路徑進行分析。【結果】未脅迫處理的CK與脅迫24、48和72 h后的樣本轉錄組分別檢測到134 724、130 368、133 564和131 321個表達基因,與CK相比,各脅迫樣本顯著上調(或下調)的差異表達基因分別有3 061(1 302)、2 304(2 841)和3 236(2 525)個;以FDR值= 0為篩選條件,3個樣本的極顯著差異表達基因主要參與轉錄激活、水分運輸、DNA結合、ATP結合及細胞膜、跨膜運輸和防御反應等有關代謝活動。GO富集分析表明:3個脅迫處理的樣本在生物學途徑中富集最多的類別并不完全相同,其中,脅迫24 h與48 h的樣本富集最多的類別是與DNA依賴型轉錄和轉錄調節子相關的基因,脅迫72 h樣本富集最多的類別是與翻譯相關的基因;而在細胞組件和分子功能中,3個脅迫樣本富集最多的基因類別均是與內在的膜、核和ATP結合相關的基因。KEGG富集分析表明:脅迫24 h的樣本有2 248個差異表達基因參與了107條代謝途徑,脅迫48 h的樣本有2 114個差異表達基因參與了130條代謝途徑,脅迫72 h的樣本有2 392個差異表達基因參與了144條代謝途徑;經KEGG顯著性富集分析,篩選到鞘糖脂生物合成途徑、MAP激酶信號途徑和ABC轉運蛋白等與非生物脅迫或逆境相關。【結論】獲得3個干旱脅迫樣本與CK樣本間差異表達基因的變化及其功能信息,發現參與云南割手密82-114干旱脅迫響應相關的細胞外信號調節激酶、磷脂酶D、β-氨基己糖苷酶和ATP結合盒B亞族(MDR/TAP)-1等,獲得在整個干旱脅迫時期穩定上調表達基因70個,穩定下調表達基因11個,通過同源基因序列的比對分析,闡明這些基因在各自的代謝通路中被強烈誘導或抑制表達,顯示與干旱脅迫存在密切關系。
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