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當期目錄

    2017年 第50卷 第9期 刊出日期:2017-05-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    水稻矮化劍葉卷曲突變體dcfl1的鑒定與基因精細定位
    張孝波,謝佳,張曉瓊,田維江,何沛龍,劉思岑,何光華,鐘秉強,桑賢春
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1551-1558.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.001
    摘要 ( 415 )   HTML ( 3 )   PDF (2203KB) ( 590 )   收藏
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    【目的】對一個水稻矮化劍葉卷曲突變體進行鑒定與基因定位,為水稻等禾谷類作物劍葉形態發育及分子改良奠定基礎。【方法】在秈型水稻恢復系縉恢10號的甲基磺酸乙酯(EMS)突變庫中篩選到一個隱性矮化劍葉卷曲突變體,命名為dcfl1(dwarf and curled flag leaf 1)。田間小區種植,全生育期內觀察dcfl1和野生型的株型變化。苗期利用掃描電鏡觀察葉鞘內表皮細胞大小;孕穗期和抽穗期利用石蠟切片觀察劍葉基部形態;開花期測定劍葉、倒2葉和倒3葉的葉綠素含量;成熟期考查株高、有效穗數、穗實粒數、結實率和千粒重等主要農藝性狀。配制西農1A/dcfl1雜交組合,利用F1和F2群體進行遺傳分析,并利用F2隱性群體進行基因定位。【結果】生育期內,突變體dcfl1都表現出矮化性狀。dcfl1葉鞘內表皮細胞長度明顯比野生型要短,達到了極顯著水平。與野生型相比,穗長、倒1節間和倒2節間均顯著變短,倒3節間和倒4節間無顯著變化。抽穗期dcfl1劍葉的葉片和葉鞘連接處硬化,劍葉基部展開受阻,半邊葉片向內卷曲,劍葉上部和中部正常,其他葉片也正常。農藝性狀調查發現,dcfl1的有效穗數為14.24,極顯著高于野生型的11.62,穗粒數、實粒數、結實率和千粒重等則無顯著變化。此外,dcfl1的葉色略深,劍葉、倒2葉和倒3葉的葉綠素a含量均極顯著高于野生型,類胡蘿卜素含量也略有升高,但僅劍葉達到極顯著差異水平,葉綠素b的含量則無顯著變化。西農1A/dcfl1的F1群體中,株高和劍葉表型與野生型一致。F2群體中分離出正常和突變兩種表型,突變表型與dcfl1類似,植株株高變矮,劍葉基部特異卷曲,說明矮化和劍葉基部特異卷曲是一對共分離性狀。且兩種表型分離比符合3﹕1,表明dcfl1突變型受1對隱性核基因控制。利用620株F2隱性單株,最終將DCFL1精細定位在第3染色體短臂InDel標記Ind03-11和Ind03-6之間78 kb的物理范圍內,包含15個注釋基因,為DCFL1的克隆和水稻劍葉形態發育機理研究奠定了基礎。【結論】dcfl1是一個水稻矮化劍葉基部特異卷曲突變體,基因精細定位在第3染色體78 kb的物理范圍內。
    大豆GmHAT5的克隆及其轉基因百脈根的抗鹽分析
    柯丹霞,李祥永,王磊,程琳,劉永輝,李小艷,王慧芳
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1559-1570.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.002
    摘要 ( 154 )   HTML ( 1 )   PDF (3542KB) ( 598 )   收藏
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    【目的】從大豆鹽脅迫基因表達譜中篩選并克隆得到同源異型域亮氨酸拉鏈蛋白(HD-Zip)家族基因GmHAT5,將其轉化豆科模式植物百脈根并進一步探究其抗鹽調控機制。【方法】使用多種生物信息學軟件對GmHAT5的開放讀碼框(ORF)、編碼蛋白的分子量、等電點、序列結構和蛋白定位等進行預測,同時將大豆GmHAT5蛋白與其他10個物種的同源蛋白進行比對分析,并對GmHAT5在大豆不同器官及鹽脅迫下的表達特性進行分析。此外,構建GmHAT5的植物超表達載體,通過對發根農桿菌LBA1334的轉化,得到“復合體”百脈根植株,并在鹽脅迫條件下對其進行抗鹽表型分析;通過對根癌農桿菌EHA105的轉化,獲得百脈根的穩定轉化株系, 并對其進行抗鹽表型分析及相關生理指標檢測。【結果】多種生物信息學軟件分析表明,該片段包含1個1 038 bp的ORF,編碼345個氨基酸。GmHAT5的理論分子量和等電點分別為39.17 kD和4.63。GmHAT5蛋白定位于細胞核,與其他HD-Zip家族蛋白一樣,屬于典型的核蛋白。序列分析表明,GmHAT5包含一個同源異型結構域和一個亮氨酸拉鏈結構域,屬于第I類同源異型域亮氨酸拉鏈蛋白。同源蛋白比對表明其與野生大豆GsHAT5同源性最高。基因表達特性分析表明,GmHAT5在大豆植株的各個不同器官中均有表達,是一個受鹽誘導上調表達的HD-Zip類轉錄因子。發狀根轉化的結果表明,使用200 mmol·L-1 NaCl處理植株7 d后,“復合體”植株生長狀態良好,對照組植株葉片明顯萎蔫、失綠;不同NaCl濃度處理離體轉基因發狀根14 d后,對照組較試驗組發狀根明顯干枯、生長受到抑制。穩定轉化結果顯示,不同鹽濃度處理14 d后,轉GmHAT5百脈根與兩組對照植株相比生長狀態更好。相關生理指標檢測結果顯示,與兩組對照相比,轉基因百脈根植株中丙二醛含量和相對質膜透性明顯降低(P<0.05), 而葉綠素含量和根系活力則顯著升高(P<0.05)。測定不同植株陽離子含量的結果表明,轉基因百脈根株系與兩組對照相比,Na+在葉片和根中含量顯著下降,K+和Ca2+在葉片和根中含量顯著升高。【結論】從大豆中克隆得到一個編碼HD-ZipⅠ類同源異型域亮氨酸拉鏈蛋白基因GmHAT5,該基因在大豆中受鹽脅迫誘導表達量顯著升高。超量表達GmHAT5顯著增強百脈根的耐鹽能力,發狀根轉化法可以作為一種快速有效篩選抗鹽候選基因的手段。推測GmHAT5在大豆鹽脅迫應激調控中扮演重要角色。
     
    甘蔗TAD1(ScTAD1)的克隆與表達分析
    李旭娟,字秋艷,李純佳,劉洪博,林秀琴,徐超華,陸鑫,毛鈞,劉新龍
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1571-1581.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.003
    摘要 ( 206 )   HTML ( 3 )   PDF (7615KB) ( 321 )   收藏
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    【目的】Tillering and Dwarf 1(TAD1)是植物株型發育的重要調控基因,該基因與腋芽的形成發育密切相關。獲得甘蔗TAD1(ScTAD1)并預測其結構和功能,分析其在甘蔗不同組織部位、不同發育階段腋芽中及在用生長素(IAA)和細胞分裂素(6-BA)處理后的蔗苗非伸長莖梢部的表達情況,以期為ScTAD1的功能分析及其在甘蔗產量分子輔助育種中的利用奠定理論基礎。【方法】采用電子克隆技術并結合反轉錄PCR(reverse transcription PCR,RT-PCR),cDNA末端快速擴增(rapid-amplification of cDNA ends,RACE)等技術獲得ScTAD1的cDNA全長,然后利用生物信息學方法對其序列結構、功能、同源性進行分析;再使用實時熒光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR,qPCR)技術對該基因在甘蔗品種ROC22不同組織部位(根、莖、葉、分蘗芽、葉鞘、生長點)、莖尖生長點和不同發育階段腋芽(幼嫩腋芽、半大腋芽、較大腋芽、成熟休眠腋芽)及葉片分別噴施IAA和6-BA不同時間點幼苗非伸長莖梢部的表達特征進行分析。【結果】獲得ScTAD1的cDNA全長(GenBank登錄號為KX611166),序列分析發現其包含1個1 560 bp的完整開放閱讀框,編碼519個氨基酸殘基,其編碼蛋白分子量為55.57 kD,理論等電點pI為9.16。保守結構域分析表明ScTAD1包含7個WD40重復序列的保守結構域;信號肽預測結果表明ScTAD1蛋白不存在信號肽,為非分泌蛋白;三級結構預測表明ScTAD1與二穗短柄草(XP_003558934.1)、玉米(XP_008650376.1)和水稻(AAN74839.1)相關同源蛋白三級結構高度相似,且與高粱假定蛋白(XP_002468612.1)親緣關系最近。qPCR分析結果表明ScTAD1在甘蔗根、莖、葉、分蘗芽、葉鞘、生長點等不同組織部位均有表達,其中在分蘗芽中的表達量最高,其次為葉和葉鞘,根中表達較弱;不同發育階段甘蔗腋芽中,ScTAD1在幼嫩腋芽中表達最高;葉片噴施植物激素IAA和6-BA 36 h后該基因表達開始升高,但噴施6-BA 48 h后表達又回落到未處理水平,表明這兩類激素對ScTAD1表達有調控作用。【結論】成功從ROC22中獲得ScTAD1的cDNA序列,該基因在甘蔗不同組織部位均有表達,其中分蘗芽中表達量最高;推測ScTAD1可能在甘蔗腋芽形成發育早期發揮作用,其表達水平受生長素和細胞分裂素調控。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    灌漿期遮光對糯小麥和非糯小麥淀粉組分及理化特性的影響
    劉希偉,張敏,張玉春,楊敏,宋霄君,蔡瑞國
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1582-1593.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.004
    摘要 ( 218 )   HTML ( 2 )   PDF (456KB) ( 308 )   收藏
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    【目的】揭示灌漿期遮光對糯小麥和非糯小麥籽粒淀粉理化特性影響的差異,探討籽粒淀粉組分與理化特性的內在聯系。【方法】大田條件下,選用非糯小麥品種輪選987和糯小麥品種農大糯50222,分別于灌漿前期(花后1—10 d)、灌漿中期(花后11—20 d)和灌漿后期(花后21—30 d)遮去60%的光合有效輻射處理,以大田自然光強為對照(CK),研究灌漿期遮光對糯小麥和非糯小麥籽粒淀粉組分和理化特性的影響。【結果】灌漿期遮光顯著降低小麥籽粒總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量,其中灌漿前期遮光降低幅度最大,而灌漿后期最小,且弱光對輪選987總淀粉含量的影響大于農大糯50222。灌漿期遮光輪選987直/支比值增大;而農大糯50222的直/支比值在灌漿前期和中期遮光后減小,灌漿后期遮光無變化;灌漿前期和后期遮光顯著提高輪選987 淀粉B型淀粉粒的體積、表面積和數目比例,降低A型淀粉粒的體積、表面積和數目比例,而灌漿中期遮光則呈相反趨勢。灌漿期遮光均顯著提高了農大糯50222淀粉B型淀粉粒的體積、表面積和數目比例,降低了A型淀粉粒的體積、表面積和數目比例。灌漿期遮光兩小麥淀粉的相對結晶度呈降低趨勢,遮光對其影響程度隨遮光時期的延遲而減小,且農大糯50222淀粉的相對結晶度顯著大于輪選987。灌漿前期和灌漿中期遮光降低了輪選987淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和稀懈值。灌漿各時期遮光均降低了農大糯50222淀粉的上述指標,但仍高于輪選987。相關性分析表明,直鏈淀粉含量、直支比值與最終黏度、反彈值、峰值黏度、谷值黏度及糊化時間呈顯著負相關,支鏈淀粉含量與其呈顯著正相關。B型淀粉粒的體積比例與最終黏度和反彈值呈顯著負相關。B型淀粉粒表面積比例和相對結晶度、最終黏度、反彈值、糊化時間呈顯著正相關,與糊化溫度呈顯著負相關。【結論】灌漿期遮光改變了小麥胚乳淀粉組分、粒度分布、相對結晶度及其主要糊化特征參數。小麥胚乳淀粉組分與晶體特性和糊化特性之間均存在明顯的相關性,表明遮光影響了小麥淀粉組分,間接影響了其理化特性。
    基于有效積溫的冬小麥返青后植株三維形態模擬
    李書欽,諸葉平,劉海龍,李世娟,劉升平,張紅英,高偉
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1594-1605.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.005
    摘要 ( 165 )   HTML ( 1 )   PDF (574KB) ( 315 )   收藏
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    【目的】基于有效積溫,利用三維建模技術,實現小麥生長模型與形態模型的有機結合,真實表達環境因素對小麥生長發育和形態結構的影響,最終實現小麥生長過程的三維可視化,為小麥作物生長動態預測、栽培管理調控、作物株型設計等提供重要參考。【方法】以天津地區主要推廣小麥品種衡觀35、濟麥22和衡4399為材料,于2015—2016年冬小麥生長季內開展不同小麥品種和施氮水平的田間試驗,采集各品種冬小麥在不同施氮水平下的葉長和最大葉寬等形態數據,通過分析各品種冬小麥返青后形態數據和有效積溫的定量關系,用Logistic方程構建了冬小麥返青后葉片葉長、最大葉寬模擬模型,并對該模型進行檢驗;基于該模擬模型,計算各品種冬小麥返青后每個生長日的形態數據,借助OpenGL和NURBS曲面造型技術,構建冬小麥幾何形態模型,最終實現冬小麥生長模型與形態模型的結合,實現了冬小麥返青后生長過程可視化。【結果】在不同品種、不同施氮水平下,小麥葉長回歸方程R2值在0.772—0.983之間,F值在10.153—340.191之間,且Sig小于顯著水平0.05,最大葉寬回歸方程R2值在0.853—0.999之間,F值在17.371—4 359.236之間,且Sig小于顯著水平0.05,表明上述模型擬合度和顯著性均較好。經數據檢驗,葉長模型絕對誤差在0—3.88 cm之間,根均方差(RMSE)值在0.24—1.95 cm之間,最大葉寬模型絕對誤差在0—0.28 cm 之間,RMSE值在0.02—0.15 cm之間,表明所建模擬模型精度較高,該模型對不同品種冬小麥返青后的葉片生長具有較好的預測性;基于所建模擬模型計算冬小麥返青后逐日形態數據,可構造不同品種、不同施氮水平下的冬小麥植株形態,可逼真模擬冬小麥返青后植株動態生長過程。【結論】基于有效積溫構建的冬小麥返青后葉長和最大葉寬模擬模型,可較好預測冬小麥返青后葉片生長狀態,可實現小麥生長模型和形態模型的有機結合,實現不同品種冬小麥在不同施氮水平下的葉片生長可視化。
    東北三省春玉米產量差時空分布特征
    劉志娟,楊曉光,呂碩,王靜,LIN XiaoMao
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1606-1616.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.006
    摘要 ( 210 )   HTML ( 3 )   PDF (2071KB) ( 459 )   收藏
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    【目的】隨著人口增加、氣候變化和環境問題日益凸顯,糧食生產能力及糧食安全受到廣泛重視。然而,目前中國糧食產量遠遠低于作物潛在產量,如何利用有限耕地生產更多糧食已經成為中國農業目前面臨的重大問題。東北三省是中國重要的玉米生產區,其春玉米產量占全國總產量的29%,該區玉米產量提升對中國糧食安全具有重要的意義。【方法】論文以東北三省春玉米種植區為研究區域,基于1961—2010年氣候資料、農業氣象觀測站作物資料和統計資料,利用農業生產系統模擬模型(APSIM-Maize)和數理統計方法,解析氣候變化背景下研究區域春玉米潛在產量與實際產量的差及各級產量差的時空分布特征,為提升東北三省春玉米產量提供科學依據和參考。【結果】東北三省春玉米潛在產量與農戶實際產量之間產量差(總產量差)呈明顯的經向和緯向分布(P<0.01),即由南向北遞減,由西向東遞減,且地區間差異較大,變化范圍為4.8—11.9 t·hm-2。春玉米潛在產量與可獲得產量之間的產量差(產量差1)、可獲得產量與農戶潛在產量之間的產量差(產量差2)均呈現隨經度升高而降低的趨勢,這與春玉米生長季內降水量分布有關。產量差1變化范圍在0.06—3.2 t·hm-2之間,產量差2地區間差異較大,變化范圍為1.7—8.0 t·hm-2,主要是由于栽培管理措施的差異造成的。從全區50年平均來看,春玉米潛在產量與實際產量間的產量差為64%,其中由于不可轉化的技術因素、農學因素和經濟社會因素限制的產量差分別為8%、40%和16%。從時間變化趨勢來看,過去50年(1961—2010)研究區域春玉米各級產量差均呈現減小的趨勢,其中總產量差和產量差3呈顯著縮小趨勢(P<0.01),每10年分別縮小1.55 t·hm-2和1.40 t·hm-2,但產量差1和產量差2變化趨勢并不顯著。【結論】東北三省春玉米潛在產量與農戶實際產量之間的產量差呈明顯的經向和緯向分布,即由南向北遞減,由西向東遞減。農學因素是限制當地玉米產量提升的主要因素,通過改善農學因素,如提高栽培管理措施、改善土壤條件和更換高產品種可有效縮小產量差達40%。
    植物保護
    湖北省設施草莓灰霉病發生規律及流行因子分析
    高翠珠,楊紅玲,黃夏宇騏,黃俊斌,李國慶,鄭露
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1617-1623.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.007
    摘要 ( 140 )   HTML ( 2 )   PDF (382KB) ( 564 )   收藏
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    【目的】草莓灰霉病是一種世界范圍分布的真菌病害,研究旨在探索湖北省設施草莓灰霉病的發生規律,分析不同流行因子與灰霉病發生的相關性,選擇與果實發病率具有顯著相關性因子建立模型,揭示不同因子與草莓灰霉病發生的關系,為湖北省設施草莓灰霉病防治提供理論依據。【方法】于2013—2015年在湖北省農業科學院草莓種植基地選取3個代表性草莓大棚,用5點取樣法采集無癥花、葉、果實,結合特異性PCR和保濕培養法檢測組織上灰霉菌帶菌率;選取其中兩個大棚數據對草莓果實發病率與花朵發病率、葉片發病率、溫度、相對濕度、果實帶菌率、花朵帶菌率、葉片帶菌率7個流行因子進行Pearson相關性分析。選擇與果實發病率具有顯著相關性的3個因子(果實帶菌率x5、葉片發病率x2、溫度x3),以草莓果實發病率作因變量(y),因子x2x3x5為自變量,采用線性回歸法建立線性回歸方程,分別建立兩個大棚中變量x2x3x5與草莓果實發病率(y)的回歸模型,通過回歸模型計算未參加建模的另一個大棚的草莓果實發病率預測值,并將預測值與實際值進行回歸分析。【結果】2013—2015年研究結果表明,草莓花、葉、果實帶菌率變化起伏較大,花和果實帶菌率相對較高,帶菌率分別為0—53.33%和0—86.00%;不同組織草莓灰霉病的發病時間不同,果實從12月上旬開始發病,花從12月中下旬開始發病,葉片從1月上旬或2月上旬開始發病。草莓花和葉發病較輕,發生較為平穩,果實在3月之后發病逐漸加重,發病率可達80.07%。草莓葉片發病率、溫度和果實帶菌率均與果實發病率呈顯著相關(P<0.01)。草莓果實發病率與不同流行因子的回歸模型分別為y=0.55x5+5.76(R2=0.645,P<0.01)(模型一)、y=8.18x2+9.25(R2=0.498,P<0.01)(模型二)、y=2.49x3-13.62(R2=0.446,P<0.01)(模型三);并將果實發病率預測值與實際值進行回歸分析,模型一中實際果實發病率與預測發病率擬合效果最好。【結論】在湖北省設施草莓大棚中,果實帶菌率、葉片發病率、溫度對草莓果實發病影響最為顯著,在防治過程中應及時摘除發病組織,降低果實帶菌率,預防灰霉病發生。
    40%噻蟲嗪·吡唑醚菌酯懸浮種衣劑成膜及生物學特性
    齊麟,王昱翔,王寧,段一鳴,張盈,王婭,肖璐璐,李曉剛
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1624-1634.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.008
    摘要 ( 152 )   HTML ( 1 )   PDF (1468KB) ( 481 )   收藏
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    【目的】種子包衣已成為防治農作物病蟲害的重要手段,可以有效地防治苗期病蟲害和提高農藥藥效,減少用藥次數,減少勞動力等。本研究基于構建的成膜助劑制備40%噻蟲嗪·吡唑醚菌酯懸浮種衣劑,并系統評價水稻包衣后的生物學特性,旨在拓寬懸浮種衣劑在水稻病蟲害精準防治上的應用。【方法】采用乳液聚合法制備雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酸丁酯二元共聚成膜劑,然后通過濕式超微粉碎加工工藝制備40%噻蟲嗪·吡唑醚菌酯懸浮種衣劑并優選其配方。對成膜助劑耐水性及成膜穩定性進行表征,檢測制備的種衣劑的質量指標。同時,在不同濃度下對種子進行包衣,確定其最佳藥種比,采用盆栽試驗對種衣劑處理的水稻幼苗的根長、株高、白根數、葉數、根系活力、葉綠素、游離脯氨酸、抗氧化酶等生物學性質進行評價。【結果】雙丙酮丙烯酰胺-丙烯酸丁酯二元共聚成膜劑具有良好的成膜穩定性,通過光學顯微鏡觀察種衣劑的吸水性、耐水性變化,發現該膜在水中溶解緩慢,直至35 d,破損面積和孔隙率變化仍沒有明顯增大。40%噻蟲嗪·吡唑醚菌酯懸浮種衣劑的最佳配方為噻蟲嗪25%,吡唑醚菌酯15%、快T0.5%、FS3000 8%、硅酸鎂鋁0.3%、黃原膠0.12%、皂土0.5%、乙二醇5%以及海舒液體紅2R 5%。種衣劑懸浮率為97.90%,成膜時間為12 min,成膜性良好,包衣均度88.23%,分散性良好,黏度0.53 Pa·s,脫落率3.25%,有良好冷貯穩定性和熱貯穩定性,各項指標均符合懸浮種衣劑質量標準要求。采用藥種比1﹕50(2.88 g a.i/kg)處理,發芽率較對照組提高了31.98%,較陽性對照邁舒平(藥種比1﹕75)提高了6.57%;株高較對照組提高了6.48%,較陽性對照邁舒平(藥種比1﹕75)提高了9.42%;根系活力較對照組增加了38.07%,較陽性對照邁舒平(藥種比1﹕75)增加了24.20%;葉綠素含量較對照組增加了143.02%,較陽性對照邁舒平(藥種比1﹕75)增加了78.63%;游離脯氨酸含量較對照組增加了28.70%,較陽性對照邁舒平(藥種比1﹕75)增加了23.79%;超氧化物歧化酶(SOD)活性較對照組增加了30.69%,較陽性對照邁舒平(藥種比1﹕75)增加了15.66%;對過氧化物酶(POD)活性和過氧化氫酶(CAT)活性作用不明顯,總體來說對抗氧化酶活性影響不顯著。【結論】40%噻蟲嗪·吡唑醚菌酯懸浮種衣劑成膜性好、持效期長、發芽率高,對水稻種子安全,無不良影響,為種子苗期生長提供有力保障。
     
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    吉林省不同生態區玉米施磷的增產效應差異
    王寅,郭聃,高強,李翠蘭,焉莉,馮國忠,劉振剛,房杰
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1635-1645.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.009
    摘要 ( 115 )   HTML ( 3 )   PDF (4252KB) ( 338 )   收藏
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    【目的】明確吉林省玉米施用磷肥的增產效應在生態區及縣域尺度上的差異,為優化區域磷肥的施用與配置,實現糧食進一步增產和提高磷肥效率提供依據。【方法】選取2005—2013年吉林省玉米“3414”田間試驗中不施磷和推薦施磷處理數據,通過分析區域與縣域尺度的作物產量反應、磷肥的農學利用率和肥料貢獻率等指標,評估不同生態區玉米施用磷肥的增產效應及其差異。另外,通過建立不施磷處理玉米產量與施磷處理產量、磷肥貢獻率的關系,分析不同生態區土壤基礎供磷能力的差異對玉米施磷增產效應的影響。【結果】施用磷肥對保障吉林省玉米高產具有重要作用,東部濕潤山區、中部半濕潤平原區和西部半干旱平原區玉米施磷后分別增產1.4 t·hm-2(18.4%)、1.2 t·hm-2(14.5%)和1.7 t·hm-2(24.7%)。當前推薦施磷條件下,東、中、西部生態區玉米施用磷肥的平均農學利用率分別為23.2、17.5和24.1 kg·kg-1,而平均肥料貢獻率分別為14.6%、11.9%和18.3%。統計分析結果顯示,西部地區玉米施磷的增產效果和肥料貢獻率高于東、中部地區,而農學利用率東部地區低于中、西部地區。回歸分析結果顯示,各生態區玉米施磷產量與基礎產量之間存在正相關關系,均符合顯著的線性模型,東部地區為y=0.855x+2605(R2=0.697**),中部地區為y=0.846x+2658(R2=0.739**),西部地區為y= 0.761x+ 3545(R2=0.623**)。各生態區玉米的磷肥貢獻率與基礎產量之間均存在負相關關系,均符合顯著的對數模型,東部地區為y=-21.8 ln(x) + 211.7(R2=0.248**),中部地區為y=-18.8 ln(x) + 183.3(R2=0.230**),西部地區為y=-26.7 ln(x) + 257.4(R2=0.342**)。隨著土壤基礎供磷能力的提升,西部地區玉米施磷產量的增幅和肥料貢獻率的降幅較東、中部地區更為明顯。【結論】不同生態區的自然環境特點和土壤地力條件顯著影響了玉米的磷肥增產效應,生產中應根據區域磷素供應能力和施磷反應特征合理配置和施用磷肥。相比東、中部地區,吉林省西部地區農田的基礎磷素供應能力偏低,因而其玉米施磷的增產效應較高,該地區需重視磷肥的科學管理和調控,同時結合其他栽培管理措施以協同提高產量水平和肥料效率。
    河西邊緣綠洲荒漠沙地開墾后土壤性狀演變及土壤碳積累研究
    蘇永中,張珂,劉婷娜,范桂萍,王婷
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1646-1654.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.010
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    【目的】土壤養分變化及碳積累過程是評價綠洲農田生態系統結構、功能和生產力演化的重要指標。本研究的目的是通過了解西北干旱區自然荒漠開墾為灌溉農田后該指標的變化,揭示干旱區新墾農田土壤發育及演變規律,為新墾沙地農田持續利用提供指導。【方法】選擇河西走廊中段臨澤邊緣綠洲0—46年開墾時間序列的沙地農田,取樣分析0—60 cm土壤剖面的物理、化學性狀變化及碳積累特征,通過比較2008年與2014年的耕層土壤(0—20 cm)測定結果,分析近幾年土壤性狀的變化。【結果】耕層土壤砂粒含量隨開墾利用年限的增加而逐漸降低,開墾16年后的農田變化顯著,且最近10年土壤粒級組成變化不明顯;在沙地開墾后的最初20年,耕層土壤有機碳(SOC)及全氮含量呈線性增加,20年后增加趨勢減緩。開墾46年后,SOC、全氮、堿解氮、速效磷含量分別增加了9.0倍、6.3倍、6.3倍和13.5倍,耕層土壤無機碳(SIC)含量增加了77.1%;速效鉀隨開墾年限的增加呈先降低而后增加的趨勢。20—40 cm和40—60 cm土層SOC及氮、磷、鉀養分含量隨開墾年限的延長而逐漸增加,但變化幅度小于耕層土壤。2008—2014年的6年間,不同開墾年限的同一地塊耕層土壤粒級組成未發生變化,但SOC及氮、磷、鉀養分有明顯的積累。沙地開墾46年后0—60 cm土層SOC、SIC和全碳的年平均固存量分別為0.75、0.79和1.47 kg·hm-2·a-1;SOC的積累主要發生在0—20 cm耕作層,而SIC的積累在40—60 cm土層。荒漠沙地轉變為灌溉農田后有巨大的碳固存潛力;土壤黏粉粒增加對SOC及養分的積累和保持起重要作用。【結論】沙地開墾為灌溉農田后,隨利用年限的增加,土壤肥力顯著改善,但開墾46年后土壤肥力仍處于較低水平。對新墾沙地農田,要實現土地可持續利用和生產力持續提高,須采取提升土壤肥力水平的農田管理措施。
    園藝
    基于高通量測序組裝‘赤霞珠’葉綠體基因組及其特征分析
    謝海坤,焦健,樊秀彩,張穎,姜建福,孫海生,劉崇懷
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1655-1665.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.011
    摘要 ( 158 )   HTML ( 1 )   PDF (1479KB) ( 1007 )   收藏
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    【目的】以歐亞種葡萄‘赤霞珠’(Cabernet Sauvignon)為試材,建立適于葡萄屬(Vitis)植物完整葉綠體基因組組裝及其特征分析的方法,為研究葡萄屬植物的進化和系統發育提供方法指導。【方法】采用Illumina HiSeq PE150雙末端測序策略對其全基因組DNA建庫測序,建庫類型為350 bp DNA小片段文庫,測序深度為10倍。以已發表的擬南芥(Arabidopsis thaliana)和歐亞種葡萄‘黑比諾’(Pinot Noir)的葉綠體基因組序列為參考,通過BLASTN比對提取葡萄葉綠體基因組序列,并用SOAPdenovo軟件進行組裝,得到‘赤霞珠’完整的葉綠體基因組并對其進行特征分析。【結果】基于高通量Illumina測序,共獲得5.2 G的全基因組原始數據,其中,葡萄葉綠體基因組序列為0.42 G,約占全基因組序列的8%。用抽提出來的葡萄葉綠體基因組序列成功組裝出‘赤霞珠’完整葉綠體基因組。特征分析表明,葉綠體基因組序列全長160 676 bp,包括大單拷貝區(large single copy,LSC)、小單拷貝區(small single copy,SSC)和2個反向重復序列(inverted repeat,IRA和IRB),長度分別為89 134、19 072和26 235 bp,具有典型被子植物葉綠體基因組環狀四分體結構;共注釋得到154個基因,包括99個蛋白編碼基因、47個tRNA基因和8個rRNA基因;其葉綠體基因組的GC含量為37.43%;共檢測到37個串聯重復序列(tandem repeat sequence)和53個散在重復序列(dispersed repeats),其中,絕大部分串聯重復序列的長度為11—42 bp,占葉綠體基因組序列的0.83%,而散在重復序列占葉綠體基因組序列的5.33%;此外,還檢測到50個簡單重復序列(simple sequence repeats,SSR)位點,大部分的SSRs均由A或T組成,同時SSRs在‘赤霞珠’葉綠體基因組上的分布是不均勻的,LSC區段含有39個SSRs,而SSC區段和IR區段分別僅有7個和4個SSRs;與蛋白編碼基因對應的密碼子偏好使用A/T堿基,并且編碼亮氨酸(L)的密碼子使用頻率最高,而編碼半胱氨酸(C)的密碼子使用頻率最低;系統發育分析表明‘赤霞珠’與‘黑比諾’、夏葡萄(Vitis aestivalis)、圓葉葡萄(Vitis rotundifolia)親緣關系最近。【結論】基于全基因組高通量測序的方法,成功組裝出‘赤霞珠’完整的葉綠體基因組,與傳統獲得葉綠體基因組的方法相比,此方法不需要分離葉綠體和提取cpDNA,縮短了試驗時間、降低了勞動強度,并且極大地提高了試驗的可行性。‘赤霞珠’葉綠體基因組的基因結構、基因順序、GC含量和密碼子偏好性均與典型的被子植物葉綠體基因組類似。
    利用GBS技術研究240份寬皮柑橘的系統演化
    王小柯,江東,孫珍珠
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1666-1673.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.012
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    【目的】GBSgenotyping-by-sequencing)是一種高效而經濟的SNP(單核苷酸多態性)發掘和基因分型技術。采GBS技術對240份寬皮柑橘進行基因分型,以闡明一些野生寬皮柑橘和地方品種的遺傳背景,為其起源和演化研究提供更可靠的證據。【方法】選用國家柑橘種質重慶資源圃保存的具有廣泛遺傳多樣性和地理起源的240份寬皮柑橘作為材料,利用EcoR I限制性內切酶消化基因組DNA后構建GBS文庫;然后進行Illumina HiSeq PE150二代測序獲得短讀序列,通過BWA軟件將序列映射到克里曼丁參考基因組上,再利用SAMTOOLS軟件鑒定SNP位點。依據SNP的基因分型結果,采用鄰近法構建系統演化樹,并進行主成分分析。【結果】利用GBS簡化基因組測序技術對240份寬皮柑橘進行測序,共獲得96.3 Gb的測序數據,平均每個樣本測序數據為401.26 Mb,經過測序深度為4X、Miss0.2、次要等位基因頻率(MAF)>0.01的篩選條件過濾,最后共獲得了114 200個高質量的SNP位點。主成分分析結果顯示240份寬皮柑橘被分為4大類,其中溫州蜜柑亞群、野生寬皮柑橘亞群可明顯區分于其他寬皮柑橘。利用系統演化樹可將240份寬皮柑橘劃分到11個類群中。系統演化樹和主成分分析都揭示了不同地理來源和特定形態的寬皮柑橘在遺傳水平上存在明顯的差異,比如來源于日本的溫州蜜柑、歐美的克里曼丁橘及其雜種后代,以及中國南方的野生寬皮柑橘由于地理分布不同而形成了較為獨特的類型,彼此間能夠相互區分開。進化樹結果表明中國南、北不同地域的寬皮柑橘可能存在不同的演化路徑,南嶺山脈及南方地區的野生寬皮柑橘、酸橘和目前南方地區栽培的砂糖橘存在較近的起源演化聯系,而北方寬皮柑橘的演化卻與寬皮柑橘中的古老地方品種存在緊密聯系。人工雜交育種、長期的人工選擇和馴化形成了不同類型的寬皮柑橘,同時也導致寬皮柑橘遺傳多樣性的增加。另外,一些寬皮柑橘資源中的可疑親本也通過GBS技術得以準確鑒定。本研究表明沃柑與金諾橘有較近的親緣關系。【結論】GBS技術用于柑橘種質資源的基因分型高效可靠,建立的系統演化樹可以對240份寬皮柑橘進行準確劃分,與用植物形態學劃分的結果高度吻合。另外,GBS技術用于資源材料的準確鑒定和親緣關系的研究,可為柑橘植物新品種權的保護提供可靠的技術支撐。
    高溫脅迫對葡萄高溫相關基因和蛋白表達的影響
    查倩,奚曉軍,蔣愛麗,田益華
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1674-1683.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.013
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    【目的】適宜的溫度是葡萄生長發育的必要條件,南方地區葡萄在成熟期常常經歷連續高溫環境,葉片容易失水干枯,果實會發生明顯的日灼,嚴重地影響了其經濟效益。選擇不同樹齡葡萄樹進行高溫脅迫的相關研究,以解釋高溫對葡萄的傷害,為生產中高溫逆境的抵御措施提供理論依據。【方法】選擇南方地區常見的鮮食葡萄品種‘巨峰’‘巨玫瑰’‘醉金香’‘夏黑’‘申玉’‘申豐’‘申華’和‘滬培1號’為試驗材料,其中葡萄幼苗選擇長勢基本一致的1年生扦插苗移至人工氣候培養箱,在可控條件下培養7 d后于每天10: 00—16: 00(模擬夏季高溫發生時段)進行不同溫度處理(25℃、35℃、45℃),觀察處理后0、3、6和150 h高溫應答反應;葡萄成年樹選擇6年生樹為試驗材料,在2015年夏季觀測到2個處理點分別為:“37℃”處理(2015年7月23日13: 00 h最高氣溫為37℃)和“42℃”處理(2015年7月31日13: 00 h最高氣溫為42℃),觀察以上處理的8個不同葡萄品種在高溫脅迫下葉片表型變化,對抗逆基因(HSFA2、GLOS1、HSP70、HSP17.9)和HSP21蛋白的表達量進行分析。【結果】 ‘申玉’‘夏黑’和‘申華’在高溫發生初期,頂部新梢和老葉有失水,并在150 h時有所恢復;‘巨峰’和‘巨玫瑰’葉片在高溫發生3 h時輕微失水,6 h時大面積失水,‘申豐’‘滬培1號’‘醉金香’葉片在高溫發生3 h時大面積失水,6 h時整株干枯。同時對葡萄幼苗和成年樹的抗逆基因的表達進行檢測發現:不同溫度處理(35℃/45℃/“42℃”)下不同葡萄品種的抗逆基因均被誘導表達,但是表達豐度有所不同,表現為溫度水平越高,基因的上調倍數越大。另外,‘申玉’‘申華’‘醉金香’‘巨峰’和‘巨玫瑰’的GLOS1、HSFA2和‘申玉’‘申華’‘夏黑’和‘巨峰’HSP70表達在長期高溫處理后恢復至原初水平;并觀察到HSP17.9在高溫發生后上調表達,但并未因為時間的延長而減弱表達倍數。高溫處理(45℃/“42℃”)會誘導葡萄幼苗和成年樹的HSP21蛋白水平,但是在一些品種(‘醉金香’和‘申豐’)中HSP21蛋白表達量有所減少。【結論】不同葡萄品種對高溫的耐性有差異,其中‘申玉’‘申華’和‘夏黑’抗性最強,而‘申豐’‘滬培1號’和‘醉金香’屬于抗性較弱的葡萄品種。樹齡和高溫發生方式是影響葡萄幼苗和成年樹的抗逆基因和蛋白表達差異的主要因素。
    硝態氮影響菊花根系形態結構變化的分子基礎
    郭蕓琿,于媛媛,溫立柱,孫翠慧,孫憲芝,王文莉,孫霞,鄭成淑
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1684-1693.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.014
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    【目的】通過觀察硝態氮處理下菊花根系外觀形態和解剖結構、根系和葉片中硝態氮含量、內源激素水平以及根系硝態氮轉運蛋白基因和側根發育特異基因表達量的變化,揭示硝態氮對菊花根系發育的影響及其分子基礎,為氮素高效利用的菊花分子育種提供依據。【方法】利用菊花扦插生根苗的水培試驗,用10 mmol·L-1 KNO3處理(對照為不含N元素的Hogland營養液)后,分別在第0、1、3、7、14、21和28天觀察菊花根系外觀形態和解剖結構,測定根系和葉片硝態氮(NO3-)、吲哚-3-乙酸(IAA)和細胞分裂素(CTK)含量,克隆菊花根系硝態氮轉運蛋白基因CmNRT1.1、CmNRT2.1、CmNAR2.1和側根發育特異轉錄因子基因CmANR1的cDNA保守序列片段,并用實時熒光定量PCR技術檢測它們在根系中的相對表達量。【結果】與對照相比,處理的根系總根長、平均直徑、總表面積、總體積和根尖數至處理第3天均沒有顯著差異,但第7天時均顯著增加,且隨著處理時間的延長,增加的幅度增大。顯微觀察第28天時的根橫切面表明,與對照相比,1級根、2級根和3級根的維管束直徑和維管束占根橫切面的比值均出現了不同程度的增加。處理的根系和葉片的NO3-含量分別在處理第7天和第14天時達到高峰(峰值分別為0.45和0.35 mg·g-1 FW),之后雖有所回落,但與對照相比始終處于較高水平(對照的根系和葉片硝態氮含量分別保持在0.17—0.27 mg·g-1 FW和0.16—0.22 mg·g-1 FW)。處理的根系、葉片的IAA和CTK含量與對照相比均顯著增加,根系IAA和CTK含量高峰在第7天出現,葉片的在第14天出現,而對照的IAA和CTK含量無明顯變化。處理的根系硝態氮信號感應和低親和型轉運蛋白基因CmNRT1.1的相對表達量高峰出現在第1天(對照也為第1天);高親和型硝態氮轉運蛋白基因CmNRT2.1和二者的互作蛋白基因CmNAR2.1的相對表達量高峰均出現在第3天(對照在第3天稍微增加后保持相對穩定);菊花側根發育基因CmANR1的相對表達量在第7天達到高峰(對照為第14天)。硝態氮處理后這4個基因的相對表達量與對照相比始終處于較高水平,表達趨勢也相似,都是先升高后降低再保持相對穩定,表明它們均受硝態氮信號誘導。【結論】菊花根系能通過硝態氮轉運蛋白基因和側根發育基因的表達來響應生長介質中的硝態氮信號,進而調控根系構型的改變,來提高菊花根系對硝態氮的吸收和利用。
    食品科學與工程
    基于差異蛋白質組學解析紫色桿菌素抑制結腸癌細胞HT29的作用機制
    劉鷺,蘆晶,王瑩,逄曉陽,許嫚,張書文,呂加平
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1694-1704.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.015
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    【目的】對紫色桿菌素作用后的結腸癌細胞HT29進行差異蛋白質組學分析,探究其影響的代謝通路,揭示其抑制癌細胞生長的作用機制,為新型抗癌藥物的開發提供一定的參考。【方法】以不同劑量的紫色桿菌素處理HT29 24、48、72 h,通過MTT試驗以及透射電鏡分析其對結腸癌細胞的有效抑制劑量及抑制情況。在此基礎上,對提取的3個處理組的蛋白進行同位素標記,利用反相液相色譜(RP-LC)聯用串聯質譜(AB SCIEX Triple TOF 5600)獲得樣品中的多肽及其相對豐度信息,通過數據庫(NCBI. Human. protein database)搜索比對,鑒定差異表達蛋白。利用GO分析、KEGG信號通路分析,解析紫色桿菌素抑癌作用代謝途徑。【結果】紫色桿菌素對HT29的抑制作用呈一定的時間、劑量依賴性。當紫色桿菌素對HT29的抑制率達50%時,僅為陽性藥物5-Fu劑量的1/6,具有更明顯的抑制效果。電鏡下觀察顯示,隨著紫色桿菌素劑量增大,細胞內部線粒體出現空泡結構,質膜出泡;當濃度達30 mg·L-1時,細胞膜消失,染色質邊集。通過差異蛋白質組學分析,共鑒定出4 258個蛋白,表達差異在2倍以上的蛋白共為757個。其中高劑量組處理差異蛋白數為492個,低劑量組處理的差異蛋白數為112個,陽性對照組差異蛋白數為336個。KEGG分析顯示這些差異蛋白共參與50條信號通路。其中有10條信號通路具有顯著性(P<0.05),主要參與核糖體循環途徑、三羧酸循環途徑和RNA降解途徑等。【結論】紫色桿菌素主要通過影響HT29細胞生命活動中的蛋白轉錄和翻譯水平進而發揮抑制作用。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    川西北高原2009-2016年牦牛源大腸桿菌耐藥性變遷和整合子攜帶分析
    陳朝喜,賀冬梅,湯承
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1705-1713.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.016
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    【目的】針對大腸桿菌耐藥性呈現逐年增加的趨勢和牦牛疾病防控中抗菌藥物使用存在的問題,本研究對2009-2016年度采自川西北高原地區散養牦牛(包括健康和患病)的糞便、屠宰場宰殺牦牛的胃腸道內容物和病死牦牛的臟器1 908株大腸桿菌進行27種抗菌藥物敏感性試驗和整合酶基因檢測,以了解川西北高原地區牦牛源大腸桿菌耐藥性變遷規律和整合子攜帶情況,為牦牛安全用藥提供參考。【方法】按照美國臨床和實驗室標準協會(NCCLS)推薦的微量肉湯稀釋法對分離菌株進行最小抑菌濃度(MIC)測定,利用WHONet 5.6軟件包對試驗數據進行統計處理分析;采用常規PCR方法擴增Ⅰ類和Ⅱ類整合酶基因以檢測分離菌株Ⅰ類和Ⅱ類整合子攜帶情況。【結果】2009-2016各年度分離的大腸桿菌對27個藥物的耐藥水平表現出逐年增高的趨勢。除了2014-2016年度分離菌株對土霉素的耐藥水平和2015-2016年度分離菌株對磺胺類藥物的耐藥水平超過60.00%外,其他年度分離菌株對其余23個試驗藥物的耐藥水平較低,其中對乙酰甲喹和利福平的耐藥率均在30.00%以下,對乙酰甲喹的敏感性高于利福平。不同年份的菌株整合子攜帶率也不同,788株攜帶至少一種類型整合子,占41.30%(788/1908),同時攜帶Ⅰ類整合子和Ⅱ類整合子的菌株共有140株,占7.34%(140/1908)。其中,攜帶Ⅰ類整合子的菌株共有582株,攜帶Ⅱ類整合子的菌株共有346株,分別占30.50%(582/1908)和18.13%(346/1908)。【結論】川西北高原地區牦牛源大腸桿菌的耐藥性變遷和整合子攜帶情況分析結果,能夠為大腸桿菌的流行病學研究及其防治藥物的篩選提供理論依據和試驗資料,保證抗菌藥物在川西北地區的正確合理應用。
    非致病性大腸桿菌鞭毛蛋白對O型口蹄疫病毒的佐劑效果
    孫小涵,張碧成,張強,何孔旺,張雪寒
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1714-1722.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.017
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    【目的】口蹄疫(foot and mouth disease, FMD)的傳染性強,傳播廣,給世界經濟和社會發展帶來巨大危害,目前疫苗接種仍是主要而有效的防控手段。以增強口蹄疫疫苗免疫效力為目的,基于國內外對鞭毛蛋白佐劑的深入了解與研究,對非致病性大腸桿菌鞭毛進行修飾,研究鞭毛蛋白(flagellin, F)以及有無LTMT佐劑不同重組鞭毛蛋白對口蹄疫病毒(foot and mouth disease virse, FMDV)的佐劑作用。【方法】通過體外表達獲得pCold-F0、pCold-F0-LTMT、pCold-F0NC、pCold-F0NC-LTMT 4種不同重組鞭毛蛋白,用間接ELISA方法檢測pCold-F0-LTMT和pCold-F0NC-LTMT蛋白的生物學活性,按照5 μg/只小鼠蛋白量與FMDV滅活抗原混合制備疫苗,同時設置添加或者不添加ISA 206佐劑組,皮下接種Balb/c小鼠,共免疫2次,每次間隔2周。分別于免疫前和免疫后 14、21、28、35和45 d采血并采集小鼠糞便,45 d后取小腸后段,采用阻斷ELISA方法檢測血清IgG抗體滴度,用間接ELISA方法檢測小鼠糞便和腸洗液中特異的分泌性IgA(secretory IgA, SIgA)抗體滴度,以評估免疫效力。【結果】SDS-PAGE 和Western blot分析表明,4種不同重組鞭毛蛋白成功表達。并用GM l-ELISA方法驗證了pCold-F0-LTMT和pCold-F0NC-LTMT的生物學活性,融合蛋白F0-LTMT和F0NC-LTMT保留了與GM l結合能力。動物試驗結果表明,疫苗經皮下注射接種后,單獨口蹄疫抗原組沒有產生明顯的抗體水平,而鞭毛蛋白佐劑組比單獨的口蹄疫抗原組,IgG滴度高,并且產生sIgA抗體滴度更早、更高。此外,LTMT與鞭毛蛋白協同作用能刺激小鼠機體產生更高的IgG和sIgA。在試驗中,當鞭毛蛋白與ISA 206佐劑聯合使用時,血清中IgG滴度大幅增高,且抗體持續期延長。口蹄疫抗原與ISA 206佐劑和F0NC-LTMT混合使用效果最佳,顯示對FMDV的最好保護。【結論】數據表明,黏膜佐劑F0-LTMT發揮雙重佐劑活性,皮下注射可顯著提高FMDV全身特異性IgG和局部sIgA水平,顯示其具有良好的應用前景。
    家蠶表皮蛋白BmCPAP3-G的表達特征及其與幾丁質的結合特性
    張薇薇,董照明,張艷,張曉璐,張守亞,趙萍
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1723-1733.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.018
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    【目的】探討家蠶(Bombyx mori)表皮蛋白BmCPAP3-G的表達特征及與幾丁質的結合方式,為家蠶表皮蛋白的功能研究提供依據。【方法】應用生物信息學方法分析家蠶CPAP家族表皮蛋白及BmCPAP3-G的結構域的序列特征;利用原核表達的方法表達BmCPAP3-G的融合蛋白,通過鎳柱親和層析技術純化可溶性蛋白,利用5800 MALDI-TOF/TOF質譜鑒定正確后進行多克隆抗體制備,并利用幾丁質親和層析技術驗證BmCPAP3-G與幾丁質的結合;利用半定量RT-PCR和Western blot方法對BmCPAP3-G的組織和時期表達情況進行檢測;利用幾丁質親和層析技術探討體外BmCPAP3-G的結構域與幾丁質結合能力強弱的關系。【結果】BmCPAP3-G蛋白具有18個氨基酸組成的信號肽,分子量為27 kD,等電點為4.82,位于第15號染色體上,由3個相同的ChtBD2結構域組成,并且其結構域中的半胱氨酸和芳香族氨基酸的同源性較高;對BmCPAP3-G進行了克隆和原核表達,并利用鎳柱親和層析技術純化到了較純的可溶性蛋白,經5800 MALDI-TOF/TOF鑒定正確后制備了其多克隆抗體,通過幾丁質親和層析技術驗證了BmCPAP3-G能夠與幾丁質進行結合;利用半定量RT-PCR和Western blot的方法對BmCPAP3-G的組織和時期表達情況進行檢測,發現轉錄水平和蛋白水平的結果一致,BmCPAP3-G在頭和表皮中的表達量較高,在中腸、生殖腺和絲腺中的表達量較低,從表皮和絲腺的時期表達情況分析BmCPAP3-G在4齡眠期的表達量最高,隨著5齡期的進行表達量呈逐漸下降的趨勢;為了探討BmCPAP3-G結構域與幾丁質結合的關系,對該蛋白的結構域進行原核表達及鎳柱親和層析純化,成功純化了有活性的結構域3、結構域1-2、結構域2-3,將這3個結構域進行幾丁質親和層析驗證其與幾丁質的結合能力,發現它們均能夠與幾丁質進行結合,但是結合能力有差異,結構域3相比于結構域1-2和結構域2-3的結合能力要弱,即兩個結構域比單個結構域與幾丁質的結合能力強。【結論】BmCPAP3-G為典型的CPAP家族的表皮蛋白,可能參與幾丁質層在眠期的降解再形成過程。BmCPAP3-G單個ChtBD2結構域就能夠與幾丁質結合,但多個結構域的同時存在加強了其與幾丁質的結合能力。
    研究簡報
    郁閉柑橘園整形改造對植株冠層生理特性、產量和果實品質的影響
    胡德玉,劉雪峰,何紹蘭,謝讓金,錢春,呂強,易時來,鄭永強,鄧烈
    中國農業科學. 2017, 50(9):  1734-1746.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.09.019
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    【目的】研究郁閉柑橘園整形改造對植株冠層特性、光合特性及營養代謝、產量和果實品質的影響,為柑橘園樹體管理和郁閉柑橘園合理改造及航空植保農藝配套等提供依據。【方法】以15年生枳橙砧奧林達夏橙為試驗材料,對郁閉植株進行開心形、籬壁形和主干形等樹形改造處理(對照植株即CK,不作任何處理),研究樹體冠層特性、葉片營養、葉綠素快速熒光、果實品質及單株產量等的變化。【結果】6—9月,各處理植株的葉面積指數、葉傾角均呈不斷增大趨勢,以開心形的增幅最明顯,而散射輻射透過系數、直接輻射透過系數及光合有效輻射則相反;各處理植株冠層特性存在明顯差異,冠層透光性為開心形>主干形>籬壁形>CK。各處理植株葉片光合熒光參數Fo、Fm和φDo均顯著降低,但不同時段CK處理的Fo和Fm為最大,且顯著大于開心形。植株冠層單位葉片有活性反應中心的數量(RC/CSo)、最大光化學效率(φPo)、用于電子傳遞的量子產額(φEo)、用于還原PSI受體側末端電子受體的量子產額(φRo)、捕獲的能量傳遞到電子鏈末端的量子產額(ψRo)、通過電子鏈傳遞的能量傳遞在電子鏈末端的量子產率(δRo)和光合機構性能(PIabs、PI total)等也呈下降趨勢,以CK降幅最大,且顯著大于開心形;實施整形改造處理的植株冠層葉片光系統活性、光能利用率及光合機構性能等均明顯提高。各處理植株葉片N、P、K和Zn含量幾乎均呈下降趨勢,而Ca、S、Fe、Mn和Cu均趨于逐漸積累,但所有整形改造處理植株葉片的N、Ca、S和Fe含量均高于CK。開心形、籬壁形、主干形和CK的平均單株產量分別為101.1、69.1、89.11和64.65 kg,果實可溶性固形物含量分別為10.66%、10.62%、10.31%和9.94%。【結論】本試驗實施的整形改造處理可明顯改善郁閉植株冠層光照條件,提高葉片光合能力,促進葉片中氮素等營養的提升,單株產量明顯提高,果實品質得以改善,以開心形處理效果更為顯著。
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