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當期目錄

    2017年 第50卷 第13期 刊出日期:2017-07-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    小麥鋅指轉錄因子TaDi19A對低溫的響應及其互作蛋白的篩選
    茹京娜,于太飛,陳雋,陳明,周永斌,馬有志,徐兆師,閔東紅
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2411-2422.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.001
    摘要 ( 119 )   HTML ( 7 )   PDF (3193KB) ( 270 )   收藏
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    【目的】鋅指類轉錄因子在植物逆境信號轉導和非生物脅迫響應中發揮重要的作用。通過對小麥鋅指轉錄因子基因TaDi19A的耐冷性能進行鑒定,利用酵母雙雜交技術篩選并獲得與TaDi19A互作的候選蛋白,以解析TaDi19A介導的抗逆調控機制。【方法】通過對低溫處理的小麥轉錄組測序結果進行分析,獲得一個鋅指類轉錄因子TaDi19A。利用生物信息學的方法分析TaDi19A的分子特性,用SMART在線工具進行蛋白結構分析;用GSDS和PHYRE2在線工具分別對TaDi19A結構和蛋白三級結構進行分析;用NetPhos 2.0 Server數據庫預測TaDi19A蛋白磷酸化位點。以低溫處理的小麥cDNA作為模板,通過SYBR Green染料法進行實時熒光定量PCR,檢測TaDi19A在低溫處理不同時間段的表達模式。構建植物表達載體pBI121-TaDi19A,通過花序侵染法轉化擬南芥,用T3代擬南芥進行耐冷性鑒定,分析低溫處理對轉基因擬南芥的根長、鮮重和存活率的影響。檢測轉TaDi19A擬南芥中抗逆相關基因表達變化,分析TaDi19A調控植物耐冷性的作用機制。構建誘餌載體pGBKT7-TaDi19A,驗證自激活活性;利用酵母雙雜交技術,將誘餌載體pGBKT7-TaDi19A和小麥cDNA文庫共轉化酵母AH109感受態細胞,通過SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade和X-α-gal顯藍反應篩選得到陽性克隆,測序和BLAST分析獲得候選蛋白。【結果】小麥TaDi19A編碼區全長747 bp,編碼248個氨基酸,分子量為28.03 kD,等電點為4.74,基因含4個外顯子,3個內含子。TaDi19A蛋白靠近N-端包含鋅指結合結構域,C端為Di19結構域,預測的TaDi19A蛋白三級結構包含2個α螺旋結構。磷酸化位點分析結果顯示TaDi19A蛋白含有12個絲氨酸、9個蘇氨酸和3個酪氨酸磷酸化位點。實時熒光定量PCR結果顯示,TaDi19A受低溫脅迫誘導表達。正常生長條件下,轉基因和野生型擬南芥沒有明顯差異,低溫處理下,轉基因擬南芥的根長明顯大于野生型擬南芥,并且耐冷性強于野生型擬南芥。下游基因檢測結果表明,低溫處理后,CBL1、CBL2和KIN1等冷脅迫響應相關基因在野生型和轉基因植株中表達量都升高,在轉基因植株中的表達量顯著高于野生型,表明TaDi19A可能通過調節下游冷脅迫響應相關基因的表達提高轉基因植物的耐冷性。通過對酵母雙雜交系統篩選到的候選互作蛋白進行初步分析表明,這些候選互作蛋白主要參與植物體的信號轉導和非生物脅迫響應過程,表明TaDi19A在植物的逆境信號轉導及非生物脅迫響應過程中發揮著重要作用。【結論】小麥TaDi19A受低溫誘導表達,過表達能夠提高轉基因擬南芥的耐冷性;而TaDi19A功能的發揮可能需要其他蛋白的參與。
    大麥近等基因系苗期根系形態及葉片滲透調節物質對PEG脅迫的響應
    杜歡,馬彤彤,郭帥,張穎,白志英,李存東
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2423-2432.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.002
    摘要 ( 75 )   HTML ( 1 )   PDF (433KB) ( 440 )   收藏
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    【目的】研究大麥半矮稈基因uzu與抗旱性的關系,為大麥抗旱優質育種提供理論依據。【方法】以兩套大麥株高近等基因系(3T、3D和15T、15D)為試驗材料,采用營養液水培方式,以不同濃度的PEG6000模擬干旱脅迫,研究不同脅迫程度:對照(0)、輕度(5%)、中度(15%)和重度脅迫(25%)對大麥株高近等基因系幼苗株高、根冠比、根系形態及葉片滲透調節物質的影響。在幼苗長至四葉一心時取樣,直尺測定株高;采用烘干稱重法獲得根系生物量和地上部生物量,二者比值乘以100%得到根冠比;利用根系掃描儀對樣根進行掃描測量,并用WinRHIZO軟件進行單株總根長、根表面積和根體積的分析;可溶性糖含量用硫酸-蒽酮比色法測定;可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250染色法測定;脯氨酸含量用酸性茚三酮顯色法測定。【結果】隨著PEG6000濃度的增加,大麥幼苗生長受到明顯抑制,株高逐漸降低,而根冠比則呈相反的變化趨勢。就根系形態而言,隨脅迫程度的增加,兩套近等基因系表現出不同的變化趨勢,在輕度和中度脅迫下3D和15T的變化幅度分別小于3T和15D,在重度脅迫下則表現相反。可溶性糖含量隨脅迫濃度的增加呈先升高后降低再升高的變化趨勢,而可溶性蛋白含量變化趨勢與可溶性糖含量相反;在輕度和中度脅迫下3D和15D的變化幅度分別小于3T和15T,在重度脅迫下也表現相反。但脯氨酸含量隨脅迫濃度升高呈現上升趨勢,且在不同脅迫濃度下均表現為3D和15D變化幅度較小。相關分析表明:不同脅迫處理下,除可溶性蛋白含量外,株高與其他性狀均存在顯著相關關系;根冠比與根系形態以及根系形態之間也存在顯著相關關系。同時,具有較高可溶性糖含量的品系其脯氨酸含量也較高,而可溶性蛋白含量則較低。此外,根系形態與葉片滲透調節物質之間亦存在一定的相關性,即總根長和根表面積均與可溶性糖含量和脯氨酸含量呈現顯著負相關關系。【結論】在根系形態及葉片滲透調節方面,大麥株高近等基因系對苗期不同干旱脅迫的響應存在差異并相互影響。在輕度和中度脅迫程度下,近等基因系3T和3D中半矮稈基因的存在有利于抵御干旱脅迫。
    基于表型和SSR分子標記構建芝麻核心種質
    劉艷陽,梅鴻獻,杜振偉,武軻,鄭永戰,崔向華,鄭磊
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2433-2441.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.003
    摘要 ( 99 )   HTML ( 1 )   PDF (693KB) ( 290 )   收藏
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    【目的】便于管理、研究和利用芝麻種質資源,為芝麻育種提供優異基因資源。【方法】利用新收集和種質庫保存的5 020份芝麻種質資源為基礎,首先基于標準化的表型數據按地理來源分組后采用組內比例法聚類抽樣構建初級核心種質,然后基于SSR分子標記應用位點優先取樣策略逐步聚類,使用t檢驗檢測每次聚類形成的核心種質與初級核心種質的Nei’s基因多樣度(He)和Shannon-Wiener指數(I),直到核心種質的遺傳多樣性與初級核心種質開始有顯著差異時,終止多次聚類取樣,選擇上一個與初級核心資源沒有顯著差異的核心種質作為最佳核心種質。利用Nei’s 多樣性指數、Shannon-Wiener多樣性指數、多態條帶百分率(PB,%)、多態條帶保留率(PBR,%)、變異系數符合率(VR)、極差符合率(CR)、方差差異百分率(VD,%)、均值差異百分率(MD,%)等參數進行核心種質代表性檢驗和評價。【結果】構建了含有816份資源的初級核心種質和含有501份資源的核心種質,分別占全部種質資源的16.25%和9.98%;核心種質包括國內資源442份,國外資源59份;Nei's基因多樣度(0.2789)和Shannon-Wiener指數(0.4243)在P<0.05概率條件下與初級核心資源(He=0.2791,I=0.4302)無顯著性差異,多態條帶百分率(PB,%)、多態條帶保留率(PBR,%)、變異系數符合率(VR)、極差符合率(CR)分別為91.25%、95.23%、99.14%、86.85%。方差差異百分率(VD,%)和均值差異百分率(MD,%)均為0。t測驗結果表明,核心種質的遺傳多樣性指數與原始種質差異不顯著。位點優先取樣策略構建的核心種質比對照隨機取樣策略丟失的多態性位點數少,且同一遺傳距離下位點優先取樣策略構建的核心種質具有更高的遺傳多樣性,更能構建一個具有代表性的核心種質,Shannon-Wiener多樣性指數比Nei’s多樣性指數檢測效率高。【結論】基于地理來源分組,組內按表型數據聚類按比例法抽樣構建芝麻初級核心種質,再結合SSR分子標記數據,采用SM相似系數進行UPGMA逐步聚類是構建芝麻核心種質較適宜的方法,所構建的核心種質較好地代表了基礎種質的遺傳多樣性。
    亞麻快速生長期細胞壁形成相關基因的表達分析
    江海霞,郭棟良,李玉環,閆文亮,楊亮杰,謝麗瓊
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2442-2450.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.004
    摘要 ( 90 )   HTML ( 4 )   PDF (3434KB) ( 469 )   收藏
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    【目的】亞麻在快速生長期其韌皮纖維細胞發育在SP(the snap point)點上下端分別經歷細胞伸長和次生細胞壁加厚2個不重疊時期。研究亞麻快速生長期不同組織、不同時期、不同器官中與細胞壁形成相關的β-半乳糖苷酶(LuBGALs)、纖維素合酶(LuCESAs)等家族基因的表達譜,探討快速生長期亞麻韌皮纖維細胞細胞壁的發育模式,為改善亞麻纖維產量提供理論依據。【方法】以生長45 d的亞麻根、莖韌皮纖維、葉為材料,用透射電鏡觀察并測量莖韌皮纖維細胞細胞壁結構和厚度,采用實時熒光定量(qRT-PCR)方法,研究亞麻快速生長期LuBGALs和LuCESAs等細胞壁形成相關的基因在亞麻韌皮纖維不同階段的表達特點。【結果】在SP點上部TOP端纖維細胞細胞壁薄,約110 nm;緊鄰SP點莖中部的MID區(約500 nm)和莖下部的BOT區(約650 nm),細胞壁厚度明顯增厚,細胞壁質地均一,沒有明顯的分層現象,說明SP點中部和下部韌皮纖維細胞細胞壁已經開始加厚但還未進入次生壁加厚階段,與TOP明顯不同。亞麻LuBGAL1在TOP區的表達顯著低于MID區和BOT區,表明其主要參與纖維細胞細胞壁加厚過程。而LuBGAL3、LuBGAL6、LuBGAL9在TOP區表達最高,MID區次之,表明此類基因主要參與亞麻韌皮細胞伸長和細胞壁重建過程。LuBGAL5在幼嫩的TOP區表達量高,在亞麻莖較為成熟的MID區較低,說明LuBGAL5在細胞壁形成過程中起作用。其他BGALs基因的表達量均較低。在亞麻莖幼嫩的TOP區纖維細胞中,亞麻纖維素合酶基因LuCESA1、LuCESA3、LuCESA7、LuCESA8、LuCESA9和LuCESA10都檢測出較高的表達量,且明顯高于其在MID區和BOT區的表達。其中LuCESA3和LuCESA10在MID區的表達顯著低于BOT區,其他幾個CESAs基因在MID和BOT的表達并無明顯差異。結合這些基因在亞麻快速生長期不同器官中的表達模式,結果說明,亞麻中6個CESA(LuCESA1、LuCESA3、LuCESA7、LuCESA8、LuCESA9和LuCESA10)主要促進亞麻韌皮纖維細胞的伸長。LuSuSy在幼莖韌皮纖維細胞中表達量高,表明亞麻莖伸長和加粗需要大量能量。LuXTH4在亞麻細胞壁發育過程中發揮作用。【結論】快速生長期亞麻莖韌皮纖維細胞細胞壁沒有次生加厚過程;LuBGAL3、LuBGAL5、LuBGAL6、LuBGAL9、LuCESA1、LuCESA3、LuCESA9和LuCESA10在亞麻細胞壁細胞伸長過程中起作用;LuBGAL1主要促進亞麻細胞壁加厚過程;LuSuSy和LuXTH4在亞麻細胞壁發育中發揮作用。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    深松蓄水增量播種對旱地小麥植株氮素吸收利用、產量及蛋白質含量的影響
    薛玲珠,孫敏,高志強,王培如,任愛霞,雷妙妙,楊珍平
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2451-2462.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.005
    摘要 ( 104 )   HTML ( 1 )   PDF (437KB) ( 207 )   收藏
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    【目的】明確旱地麥田休閑期深松的蓄水效果,探索旱地小麥構建合理群體的最適播量,有利于尋求產量與品質同步提升的最佳耕作及播種技術途徑。【方法】于2012—2014年在山西聞喜縣開展大田試驗,以休閑期深松與否為主區,以67.5、90、112.5 kg·hm-2共3個播量為副區,測定休閑期土壤水分、冬前群體分蘗數、植株各器官干物質量及含氮率、產量及其構成因素,研究休閑期深松蓄水調節播量對植株氮素吸收和利用、產量及籽粒蛋白質含量的影響。【結果】休閑期深松較對照休閑期土壤蓄水效率提高60%以上。深松較對照冬前群體分蘗數、越冬期植株干物質量和氮素積累量、開花前葉片和穎殼+穗軸積累氮素的運轉量、開花后氮素積累量均顯著增加。深松條件下增加播量,冬前群體分蘗數及越冬期植株干物質積累量顯著增加,開花前各器官積累氮素的運轉量增加,開花前葉片、穎殼+穗軸積累氮素的運轉對籽粒的貢獻率提高,但播量90 kg·hm-2與112.5 kg·hm-2兩處理間差異不顯著。深松較對照穗數、穗粒數顯著提高,兩年度分別增產26%—66%、17%—34%;而籽粒蛋白質含量降低,但播量90 kg·hm-2時降低不顯著。深松條件下增加播量,穗數、千粒重、產量提高,但播量90 kg·hm-2與112.5 kg·hm-2兩處理間差異不顯著;籽粒蛋白質含量及其產量均以播量90 kg·hm-2較高。深松較對照水分利用效率顯著提高,兩年度分別提高13%—22%、9%—16%;氮素吸收效率、氮肥生產效率顯著提高,播量67.5 kg·hm-2和90 kg·hm-2時的氮素利用效率顯著提高。深松后水分利用效率以播量90 kg·hm-2較高,且與其他兩處理間差異顯著,深松條件下增加播量,氮素吸收效率顯著提高,氮肥生產效率提高,但播量90 kg·hm-2與112.5 kg·hm-2兩處理間的氮肥生產效率差異不顯著。此外,休閑期深松配套不同播量處理,產量和籽粒蛋白質產量均與開花前各器官積累氮素的運轉量顯著或極顯著相關,且降水多的年份,與開花前穎殼+穗軸積累氮素的運轉量相關性較高。降水較多的年份較降水較少的年份開花后氮素的積累量與產量相關性較高。【結論】旱地小麥休閑期深松蓄水配套播量90 kg·hm-2有利于形成冬前壯苗;有利于開花期各器官氮素積累,促進開花前葉片和穎殼+穗軸中積累的氮素向籽粒轉移;有利于形成有效穗數,構建合理群體,提高產量、水分利用效率、氮素吸收效率和氮肥生產效率,實現旱地小麥產量與籽粒蛋白質含量同步提升。

    種植密度對旱地不同株型春玉米品種光合特性與產量的影響
    徐宗貴,孫磊,王浩,王淑蘭,王小利,李軍
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2463-2475.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.006
    摘要 ( 111 )   HTML ( 1 )   PDF (438KB) ( 326 )   收藏
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    【目的】研究種植密度對渭北旱塬不同株型春玉米品種光合特性與產量差異的影響,旨在揭示旱地不同株型玉米品種對種植密度的響應規律,確定與降水資源相適應的適宜種植密度。【方法】于2015—2016年以豫玉22、鄭單958和先玉335為供試品種,設置D1(5.25萬株/hm2)、D2(6.75萬株/hm2)、D3(8.25萬株/hm2)和D4(9.75萬株/hm2)4個種植密度處理,研究玉米各生育時期光合特性、葉面積指數(LAI)、干物質量和產量相關性狀的變化規律。【結果】(1)隨著種植密度增加,光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)均降低,而LAI增加,密度每增加1萬株/hm2,Pn降低1.32 μmol CO2·m-2·s-1,Tr降低0.297 mmol·m-2·s-1,LAI增加0.181。(2)有效穗數隨種植密度增加而顯著增加,但穗粒數和千粒重顯著降低(P<0.05),密度每增加1萬株/hm2,穗粒數平均減少45粒,千粒重平均減小12 g。3個品種籽粒產量均以D2密度最高,2015年豫玉22、鄭單958、先玉335產量分別為10.52、9.59、9.14 t·hm-2,2016年分別為11.37、9.73、9.77 t·hm-2。密度從5.25萬株/hm2增加到6.75萬株/hm2,兩年內平均籽粒產量分別提高了21.9%、19.5%和7.5%;密度從6.75萬株/hm2增加加到9.75萬株/hm2,籽粒產量分別降低了19.8%、15.4%和7.7%。(3)春玉米基部莖粗、穗長隨種植密度增加而逐漸減小。密度每增加1萬株/hm2,穗長平均降低0.86 cm,基部莖粗平均減小0.09 cm,豫玉22和鄭單958倒伏率隨之增高,但先玉335各密度下均未出現倒伏。(4)收獲指數在兩年間差異較大,平均表現為2015年高于2016年,品種間表現為先玉335>鄭單958>豫玉22。水分利用效率和光能利用率均隨著種植密度增加而先增大后降低。【結論】渭北旱塬旱地豫玉22、鄭單958和先玉335最適種植密度分別為7.25、7.40、7.32萬株/hm2,其中豫玉22穩產性和豐產性較高,不同類型玉米品種最適種植密度范圍為7.26—7.40萬株/hm2,稀植型品種宜采用較低密度,密植型品種宜采用較高密度。
    氣候變化對黃淮海地區夏玉米-冬小麥種植模式和產量的影響
    孫新素,龍致煒,宋廣鵬,陳長青
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2476-2487.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.007
    摘要 ( 110 )   HTML ( 6 )   PDF (1585KB) ( 417 )   收藏
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    【目的】全球氣候正以變暖為主要特征發生顯著變化,探究氣候變化對黃淮海地區夏玉米-冬小麥種植制度的影響,為制定合理的應對措施提供理論依據。【方法】通過氣象站點觀測值的加權平均和一元線性回歸分析黃淮海各省市地區1992—2013年來的氣候變化特征。利用農業氣象站點多年長期觀察的夏玉米-冬小麥物候數據,通過加權求平均,分析氣候變暖背景下夏玉米-冬小麥的生育期和茬口推移情況。采用一元線性回歸分析1992—2013年來黃淮海地區夏玉米-冬小麥周年產量變化。同時利用非線性回歸分析法和面板數據敏感性分析法分析氣候變化對黃淮海地區夏玉米-冬小麥周年產量的影響。【結果】1992—2013年來,黃淮海地區溫度整體呈現波動上升趨勢,降水總量變化趨勢不明顯,但區域差異顯著。在氣候變化的背景下,黃淮海地區夏玉米-冬小麥種植模式發生明顯改變:冬小麥播種時間推遲,生育期存在縮短趨勢,不同地區縮短2—5 d不等;夏玉米播種時間南部推遲而北部提前,收獲時間總體呈現推遲趨勢,整個黃淮海地區生育時長未發生明顯變化。茬口時間因夏玉米-冬小麥生育期的推移呈現不同程度延長,造成了氣候和土地資源的浪費。1992—2013年間黃淮海地區夏玉米-冬小麥單產呈顯著上升趨勢,多數省份達到顯著水平。非線性敏感性分析表明,最低溫度、最高溫度和平均溫度對夏玉米-冬小麥產量的影響基本表現為同時增產或同時減產的一致性。冬小麥產量受最低溫度的影響最為顯著,東南部的江蘇省和山東省減產明顯,而北部河北省和西部河南省表現為增產。溫度升高除對河南省夏玉米有增產作用外,其他省份夏玉米產量均出現不同程度的降低,這可能與溫度升高的幅度不同和降水的區域性差異有關。降水量對夏玉米-冬小麥產量影響存在地區差異。總體上氣候變暖對周年單產影響表現為北部增產,而南部減產,因而選擇適宜早播且生育期長的夏玉米品種對保障周年產量具有重要意義。【結論】氣候變暖背景下,黃淮海地區冬小麥播種時間推遲,生育期縮短,夏玉米生育期北部延長而南部縮短,生育期的推移導致茬口時間延長,造成了氣候資源和土地資源的浪費。1992—2013年間夏玉米-冬小麥周年產量顯著提高。溫度升高和降水增加對產量的影響存在區域差異,整個區域平均來看升溫使夏玉米減產,冬小麥增產;降水增加有利于黃淮海北部地區夏玉米的產量形成,對南部地區夏玉米產量則存在不利影響,而對黃淮海大部分地區冬小麥的產量形成不利。
    植物保護
    柑橘響應潰瘍病菌轉錄因子CsBZIP40的克隆及功能分析
    賈瑞瑞,周鵬飛,白曉晶,陳善春,許蘭珍,彭愛紅,雷天剛,姚利曉,陳敏,何永睿,李強
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2488-2497.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.008
    摘要 ( 82 )   HTML ( 1 )   PDF (2235KB) ( 562 )   收藏
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    【目的】分析柑橘BZIP轉錄因子家族并克隆柑橘潰瘍病菌相關的轉錄因子CsBZIP40,對其進行亞細胞定位并研究外源激素及機械損傷對該基因的誘導表達,確定其誘導表達模式,分析其與潰瘍病菌侵染的關系。【方法】基于全基因組公共數據庫,對柑橘BZIP轉錄因子進行綜合專業注釋以獲得柑橘中BZIP家族的所有成員信息,并根據染色體定位對其進行命名;利用MEME分析其結構域;利用MEGA 6.0分析柑橘BZIP與擬南芥BZIP的系統發育關系,并根據系統發育關系對該基因家族進行分類,確定本研究關注的CsBZIP40所屬的類型;結合染色體定位和系統發育樹確定該家族的基因復制情況;利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)方法驗證感染潰瘍病菌前后由柑橘轉錄組篩選出的CsBZIP40表達模式;分析CsBZIP40、啟動子元件(plantCARE)和核定位信號(cNLSmapper),構建GFP融合載體,用洋蔥表皮進行亞細胞定位分析,來對預測的核定位信息進行驗證;利用qRT-PCR技術分析水楊酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯利(ET)以及機械損傷(wounding)對該基因的誘導表達模式,揭示該轉錄因子與激素代謝途徑的關系。【結果】從柑橘(甜橙)全基因組數據庫中共注釋到47個BZIP,這些BZIP基因位于9號染色體之外的所有染色體上,其中3號染色體基因密度最大為4.5×10-7個/Mb,2號染色體上的BZIP基因密度最小,僅占所有BZIP基因的2%;柑橘BZIP基因家族含有較少的基因復制事件,所以相對其他已測序物種其BZIP家族較小;CsBZIP40基因全長5 756 bp,開放閱讀框1 530 bp,編碼509個氨基酸;經BZIP家族染色體定位、結構域和系統發育分析結果顯示CsBZIP40基因序列特異性較好,且CsBZIP40與擬南芥中AT1g08320屬于同源基因,屬于柑橘10個亞家族中參與病菌防御的D亞類;上游啟動子元件含多個與植物逆境或激素應答相關的順式作用元件,例如Box-W1、HSE、ERE等;此基因含有核定位信號,亞細胞定位表明此蛋白定位于細胞核,具備轉錄因子發揮作用的前提;外源水楊酸并不會使四季橘和紐荷爾臍橙中CsBZIP40的表達水平顯著上調,紐荷爾臍橙在茉莉酸甲酯誘導后有明顯的差異表達,但乙烯利可以使CsBZIP40四季橘和紐荷爾臍橙中均有較明顯的差異表達;柑橘潰瘍病菌侵染可誘導抗病品種四季橘中此基因上調表達,而在感病品種紐荷爾臍橙中,該基因對柑橘潰瘍病菌侵染沒有響應。【結論】CsBZIP40是響應潰瘍病菌侵染的一個轉錄因子,該基因可作為柑橘抗潰瘍病菌分子育種的一個候選基因來進行進一步功能性驗證,具有潛在的分子育種價值
    飛蝗幾丁質脫乙酰基酶基因的分子特性和生物學功能
    于榮榮,丁國偉,劉衛敏,張敏,趙小明,韓鵬飛,馬恩波,張建珍
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2498-2507.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.009
    摘要 ( 75 )   HTML ( 1 )   PDF (3389KB) ( 219 )   收藏
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    【目的】幾丁質脫乙酰基酶(chitin deacetylase,CDA)是昆蟲幾丁質代謝系統的重要酶系,研究飛蝗(Locusta migratoria)幾丁質脫乙酰基酶基因的分子特性和生物學功能,為新型農藥靶標篩選提供科學依據。【方法】基于飛蝗轉錄組數據庫,獲得幾丁質脫乙酰基酶基因的cDNA序列,將其與飛蝗基因組進行比對,繪制基因結構圖。將其與赤擬谷盜CDAs序列進行比對,并采用BlastP和SMART軟件進行功能域預測。將已鑒定的飛蝗CDAs分別與赤擬谷盜、果蠅、岡比亞按蚊、家蠶、中華稻蝗和云杉卷葉蛾的同源序列進行聚類分析,采用MEGA 5.02軟件中的neighbor-joining(NJ)法構建系統發育樹。采用reverse transcription quantitative PCR(RT-qPCR)方法檢測分析CDA在飛蝗5齡若蟲不同組織部位和不同發育日齡表皮中的表達特性,進一步采用RNA干擾(RNAi)技術研究其對飛蝗蛻皮發育的影響。采用化學檢測法測定其幾丁質含量。利用透射電鏡(TEM)觀察其對表皮幾丁質排列的影響。【結果】在飛蝗轉錄組數據庫中搜索獲得3條幾丁質脫乙酰基酶基因全長cDNA序列,生物信息學分析發現其均具有信號肽,開放閱讀框包含幾丁質結合區(ChBD)和幾丁質脫乙酰基催化域(CDA)2個功能域。與赤擬谷盜CDAs序列比對結果表明飛蝗2條CDAs部分序列存在差異,且與赤擬谷盜TcCDA5的2個剪切子差異序列位置一致,顯示2條序列為2個剪切子。聚類分析結果表明,3條序列分別與6種昆蟲CDA4和CDA5以較高的置信度聚為一支。分別將其命名為LmCDA4、LmCDA5aLmCDA5b。不同組織部位表達結果表明LmCDA4LmCDA5在飛蝗前腸、后腸和表皮中高表達,LmCDA5在脂肪體中也有較高的表達;CDAs在5齡不同天數表皮表達結果顯示LmCDA4LmCDA5在5齡第1和第2 天的表皮中表達量較高,之后逐步下降。注射dsLmCDA4或dsLmCDA5 24 h后,與對照組相比,基因表達量顯著降低,沉默效率達到98.1%和95.6%,但均無可見表型,都可正常蛻皮至成蟲。幾丁質含量和透射電鏡分析顯示,上述基因RNAi后不影響表皮幾丁質含量及排列。【結論】飛蝗幾丁質脫乙酰基酶4和5基因主要在飛蝗表皮和前/后腸表達,生物學功能研究表明這2個基因不參與飛蝗蛻皮發育過程,靶基因沉默對飛蝗生長發育及表皮結構無影響。
    油菜素內酯對闊世瑪脅迫下谷子葉片光合熒光特性及糖代謝的影響
    楊慧杰,原向陽,郭平毅,董淑琦,張麗光,溫銀元,宋喜娥,王宏富
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2508-2518.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.010
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    【目的】探明油菜素內酯(brassinolide,BR)對闊世瑪脅迫下谷子葉片的光合熒光特性及糖代謝的影響,為谷子田磺酰脲類除草劑闊世瑪的安全應用及利用植物生長調節劑油菜素內酯緩解除草劑藥害提供理論基礎和技術途徑。【方法】采用完全隨機設計,重復3次,以雜交高產谷張雜5號和普通優質谷晉谷21號為材料,進行盆栽試驗,待幼苗長至3—5葉期時,噴施7.5 mg·L-1闊世瑪,藥后1 d,分別葉面噴施清水(對照)、0.05、0.1、0.2和0.4 mg·L-1的油菜素內酯,7 d后對所有處理的谷子幼苗株高、葉面積、鮮重等農藝性狀、葉片光合色素含量、氣體交換參數、葉綠素熒光參數、糖含量及蔗糖代謝關鍵酶活性進行測定與分析。【結果】在7.5 mg·L-1闊世瑪脅迫下,谷子的株高、葉面積、鮮重、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素(a+b)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、最大光化學產量(Fv/Fm)、表觀光合電子傳遞速率(ETR)、非調節性能量耗散量子產量(Y(NO))、中性轉化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性顯著降低;而胞間CO2濃度(Ci)、調節性能量耗散量子產量(Y(NPQ))、還原性糖、蔗糖和淀粉含量顯著升高。藥后1 d噴施適宜濃度的BR能部分緩解闊世瑪對谷子的藥害,顯著提高谷子的株高、葉面積、鮮重、光合色素含量、Pn、Tr、Gs、Fv/Fm、ETR、Y(NO)、NI、SS及SPS活性,并顯著降低Ci、Y(NPQ)、還原性糖、蔗糖和淀粉含量;其中,0.05—0.1 mg·L-1 BR對緩解張雜5號闊世瑪藥害的效果較好,0.1—0.2 mg·L-1 BR對緩解晉谷21號闊世瑪藥害的效果較好。≥0.4 mg·L-1 BR不能緩解闊世瑪藥害。【結論】7.5 mg·L-1的闊世瑪對谷子產生顯著藥害的原因之一是降低了其光合色素含量,抑制了PSⅡ光化學活性,影響了糖代謝的正常運轉。0.1 mg·L-1的油菜素內酯通過提高光合色素含量、增加氣孔導度、提高PSⅡ光化學活性、促進碳水化合物的卸出、維持蔗糖代謝平衡等來緩解闊世瑪對谷子光合作用的抑制。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    酸性土壤施用石灰提高作物產量的整合分析
    曾廷廷,蔡澤江,王小利,梁文君,周世偉,徐明崗
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2519-2527.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.011
    摘要 ( 116 )   HTML ( 1 )   PDF (559KB) ( 314 )   收藏
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    【目的】施用石灰是改良土壤酸度獲得作物增產的傳統而有效的方法之一,整合分析石灰增加作物產量的效應和原因,對科學合理施用石灰維持作物高產提供指導。【方法】收集已公開發表有關石灰改良酸性土壤的文獻數據,建立土壤pH和作物產量/生物量數據庫。分析土壤初始pH(3.1—6.6)、作物類型(糧食作物、經濟作物)、石灰施入量(<750、750—1 500、1 500—3 000、3 000—6 000、>6 000 kg·hm-2)和石灰類型(生石灰、熟石灰、石灰石粉)下,作物的增產率。【結果】與不施石灰相比,酸性土壤上施用石灰可提高作物產量,增產幅度為2%—255%,糧食類作物和經濟類作物增產率分別為42%和47%,其中糧食類作物增產率大小排序:玉米(149%)>高粱(142%)>麥類(55%)>豆類(32%)>水稻(4%)>薯類(2%),經濟類作物增產率排序:蔬菜(255%)>牧草(89%)>油菜(26%)>水果(23%)>煙草(7%)。施用石灰作物增產率隨土壤初始pH的升高呈先升高后降低趨勢:當pH為4.3時,增產效果最好,達99%;pH 5.8以上出現減產。在常見土壤酸性范圍(pH 4.5—5.5),石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2最佳,增產率達55%—173%。熟石灰的增產效果(100%)要優于生石灰(32%)和石灰石粉(64%)。施用石灰提高土壤pH和交換性鈣含量、降低交換性鋁含量,是作物增產的主要原因,且當交換性鈣為6.2 cmol·kg-1時增產率最大,也證實改良土壤酸度時需要中等石灰用量。【結論】酸性土壤添加石灰對蔬菜和玉米的增產效果最好,并優先選用熟石灰。石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2為宜,在pH大于5.8時不宜施用,即酸性土壤改良目標值為pH 5.8。
    地表覆蓋對玉米籽粒氮素積累和干物質轉移“源-庫”過程的影響
    朱琳,李世清
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2528-2537.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.012
    摘要 ( 84 )   HTML ( 4 )   PDF (472KB) ( 204 )   收藏
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    【目的】探尋不同覆蓋措施下玉米籽粒氮素積累和物質轉移的“源-庫”過程。【方法】以中國西北黃土高原典型旱作農業區春玉米生產體系為對象,通過2年田間試驗,對覆蓋地膜、覆蓋砂礫和不覆蓋3個處理的光能捕獲和土壤溫度進行定位觀測,分析干物質累積轉移和氮素的積累,揭示地表覆蓋對“源-庫”過程的影響。【結果】覆膜處理的有效積溫顯著高于不覆蓋處理,與覆砂處理差異不顯著。覆膜處理輻射生產效率顯著高于覆砂處理。覆膜處理的積溫生產效率顯著高于其他處理,其輻射生產效率在2010年與其他處理差異不顯著,但在2011年顯著高于不覆蓋處理,低于覆砂處理。莖+葉鞘的干物質轉移量最大,地表覆蓋對轉移干物質貢獻率及干物質轉移率影響不顯著。覆膜條件下,玉米單穗粒重及單穗粒數在收獲時均高于其他處理。在吐絲后前30 d,覆膜處理籽粒平均含氮量明顯高于覆砂和不覆蓋處理;灌漿30 d至成熟,處理間籽粒含氮量差異較小,覆膜處理略高于覆砂和不覆蓋。由于籽粒干重差異,覆膜處理籽粒氮累積量顯著高于覆砂處理和不覆蓋處理。覆蓋處理有效提高了果穗上部籽粒氮素累積,其次為中部和下部籽粒;覆膜處理果穗各部分籽粒氮累積量明顯高于覆砂和不覆蓋處理;干物質轉移量和轉移干物質貢獻率均與單穗粒重和有效積溫呈正相關,達到了顯著水平,而與單穗粒數、光合有效輻射捕獲量、積溫生產效率及輻射生產效率雖呈正相關,但未達到顯著水平。覆膜通過影響單穗籽粒數及穗粒干重而增加籽粒干物質累積能力,進而促進籽粒氮素累積,增加產量。【結論】覆膜促使源能力和庫容量的協同增加是玉米增產的根本原因。
    園藝
    花椰菜溫敏雄性不育系GS-19花藥敗育的細胞學及轉錄組分析
    陶興林,侯棟,朱惠霞,劉明霞,張金文,胡立敏
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2538-2552.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.013
    摘要 ( 57 )   HTML ( 1 )   PDF (3522KB) ( 284 )   收藏
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    【目的】對花椰菜溫敏雄性不育系的花器形態、花藥敗育時期和敗育分子機理進行研究,明確其不育特性發生的細胞學和分子機理,為進一步研究其雄性不育奠定理論基礎。【方法】以花椰菜溫敏雄性不育系GS-19為試驗材料,不同溫度(1520)處理,用形態學、細胞學方法及高通量測序技術(Illumina HiSeq 2500),研究其形態特征、花藥敗育的細胞學及分子機理。【結果】花椰菜溫敏雄性不育系GS-19的育性轉換受溫度控制,高溫20不育,低溫(15)育性恢復。GS-19不育株與可育株花器差異顯著,不育株花器顯著小于可育株。花藥細胞學觀察發現GS-19的花藥發育過程有花粉母細胞的分化,形成正常花粉囊,不產生花粉粒或者產生微量的無生活力的花粉粒,花藥發育受阻于花粉母細胞到四分體時期,形成了花粉粒外壁發育異常的擬四分體孢子,逐漸降解,剩下花粉空殼,屬于花粉母細胞敗育類型GS-19不育株和可育株花蕾轉錄組分析共獲得67 930Unigene,其中Nt數據庫比對到相似序列數最多(52 191個),Nr數據庫比對到相似序列次之(46 447個),KOG數據庫比對相似序列最少(13 198個);GO注釋到25 336UnigeneKOG注釋到13 198UnigeneKEGG注釋到14 778Unigene。基因差異表達分析發現GS-19不育株花蕾和可育株花蕾中有2 170個基因差異表達,1 078個基因上調表達和1 092個基因下調表達。【結論】花椰菜溫敏雄性不育系GS-19為高溫不育類型,不育株花器顯著小于可育株,花絲顯著縮短,花藥萎縮、干癟,花藥發育受阻于花粉母細胞到四分體時期,屬于花粉母細胞敗育類型。轉錄組測序獲得了67 930個Unigene,差異表達基因2 170
    紅肉桃兩類花色素苷積累模式與相關基因表達差異
    丁體玉,曹珂,方偉超,朱更瑞,陳昌文,王新衛,王力榮
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2553-2563.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.014
    摘要 ( 64 )   HTML ( 1 )   PDF (1495KB) ( 506 )   收藏
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    【目的】分析中國主要紅肉桃種質呈色類型及分子機理,為紅肉桃種質優異基因發掘和分子標記輔助選擇育種奠定理論基礎。【方法】選擇8份紅肉桃種質和1份白肉桃種質為試材,分別在花后一個月開始采集樣品,以后每隔10 d左右采集一次,至果實成熟期為止;用2%甲酸甲醇提取不同種質果肉的花色素苷,分別測定其在510 nm和700 nm的吸光值;利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)方法,測定與花色素苷合成相關的13個關鍵結構基因和調節基因的表達水平。【結果】根據果實發育中后期花色素苷含量的變化趨勢可將8份紅肉桃種質分為2類,一類種質的花色素苷合成高峰出現在果實成熟期(成熟期積累型),如‘鄭引82-9’‘大紅袍’‘黑布袋’‘紅桃’和‘天津水蜜’;另一類種質的花色素苷合成高峰出現在果實發育中期,在成熟期花色素苷含量有所下降(發育中期積累型),如‘哈露紅’‘大果黑桃’和‘烏黑雞肉桃’。在與花色素苷合成相關的結構基因中,PpCHSPpUFGT的表達量與成熟期積累型種質的花色素苷含量的變化趨勢一致;而發育中期積累型種質,果肉中花色素苷的大量積累與所有結構基因的表達趨勢一致。在4個調控基因中,只有PpMYB10.1的表達水平較高,且表達模式同紅肉桃種質兩類花色素苷積累模式相似。【結論】根據桃果肉著色規律和花色素苷積累模式,8份紅肉桃可以分為成熟期積累型和發育中期積累型種質。PpCHSPpUFGT是成熟期積累型種質的關鍵結構基因,而PpMYB10.1在供試的所有紅肉桃種質花色素苷合成中起關鍵作用。
    食品科學與工程
    甜杏仁分離蛋白的組成及部分理化特性
    張清安,張馨允,馮郁藺,史芳芳
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2564-2575.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.015
    摘要 ( 97 )   HTML ( 3 )   PDF (2787KB) ( 284 )   收藏
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    【目的】明確甜杏仁分離蛋白的相關理化性質,研究蛋白質性質變化與產品加工特性間的關系,開發高質量的甜杏仁產品。【方法】通過堿溶酸沉法制得甜杏仁粗蛋白,經Osborne分級法制備分離蛋白—清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,利用全自動氨基酸分析儀、環境電子掃描顯微鏡(ESEM)、圓二色光譜(CD)、差示掃描量熱法(DSC)、熱重法(TGA)及流變儀等,研究甜杏仁分離蛋白的氨基酸組成、表面形態特征、二級結構、熱性質及流變性,并擬合出溫度與分離蛋白黏度間的線性方程,計算其活化能Ea及頻率因子K0。【結果】甜杏仁4種分離蛋白的氨基酸組成豐富,含有17種人體所需的氨基酸,包括8種必需氨基酸(含組氨酸),谷氨酸含量最多;清蛋白、球蛋白及醇溶蛋白表觀結構較為緊密,呈聚集態,而谷蛋白則表現為松散、多孔的片狀;分離蛋白二級結構分子構象中,α-螺旋及無規則卷曲占主要部分。由DSC結果可知清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的熱變性溫度分別為62.84、72.98、78.33和45.70℃,熱穩定性關系為:醇溶蛋白>球蛋白>清蛋白>谷蛋白,結合DSC與ESEM可知聚集程度為:清蛋白>醇溶蛋白>球蛋白>谷蛋白。4種甜杏仁分離蛋白的溶液均屬于非牛頓流體,其黏度與溫度符合阿累尼烏斯(Arrhenius)指數方程,能夠很好地對實際情況進行擬合,可運用于指導實際生產。【結論】甜杏仁分離蛋白可作為一種優質植物蛋白來源,本研究結果對甜杏仁蛋白質產品的開發具有參考意義,有利于在產品開發及生產加工過程中對含蛋白產品的功能及品質進行控制,提高其附加值進而促進甜杏仁產業發展。
    不同包裝方式對大米儲藏品質及揮發性成分的影響
    王立峰,王紅玲,姚軼俊,張怡一,陳靜宜,汪海峰,石嘉懌,鞠興榮
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2576-2591.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.016
    摘要 ( 77 )   HTML ( 2 )   PDF (1566KB) ( 246 )   收藏
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    【目的】通過測定不同包裝方式大米儲藏過程中食用品質(質構品質、糊化特性)以及揮發性成分,判斷大米品質的變化,為小包裝(規格為10 cm×18 cm)大米保鮮技術提供數據支持和理論依據。【方法】以‘粳稻99號’為材料,將大米采用編織袋包裝、自然密閉缺氧包裝及抽真空包裝3種方式,分別置于15℃、25℃和30℃(60%濕度)的環境下儲藏180 d。每月對其食用品質和揮發性成分進行分析。【結果】隨著儲藏時間的延長,蒸煮米飯彈性、回復性逐漸下降,硬度、黏著性呈現先上升后下降的趨勢,且各項指標變化幅度較大。3種包裝方式下大米消減值隨儲藏時間延長逐漸增大,崩解值呈現先增大后減小的趨勢,大米熱糊穩定性變差,容易老化。新鮮大米中揮發性成分共鑒定出41種,主要包括烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、有機酸類以及雜環類化合物等。醛類含量可以用來評價大米的食味和鮮度,儲藏180 d后,編織袋包裝的大米含量最高,占揮發性成分20%以上,自然密閉缺氧包裝次之,抽真空包裝醛類物質最少。2-戊基呋喃是亞油酸氧化產物,新鮮大米中2-戊基呋喃含量僅為0.30%,隨著儲藏時間延長,編織袋包裝的大米2-戊基呋喃含量急劇上升。醛類及2-戊基呋喃含量受包裝方式影響較大,3種包裝方式對大米儲藏保鮮效果的排序為:抽真空>自然密閉缺氧>編織袋,然而當儲藏溫度過高時,即使采用抽真空包裝,大米儲藏品質也發生了劣變。3種包裝方式下2-戊基-呋喃每個時期均被檢測出,編織袋、自然密閉缺氧、抽真空3種包裝方式己醛含量分別為1.82%、1.55%、1.16%,壬醛含量分別為4.7%、3.94%、2.77%,2-戊基-呋喃含量分別為2.27%、1.85%、1.43%,由此可以推斷編織袋包裝的大米產生較明顯的油脂氧化的異味,陳化最為嚴重,自然密閉缺氧次之,抽真空能有效延緩大米品質陳化的速率。【結論】大米儲藏過程中的硬度、彈性、黏著性、回復性以及糊化特性均不及新鮮大米。抽真空包裝有益于大米儲藏,可有效延緩大米劣變。醛類含量可以用來評價大米的食味和鮮度,儲藏180 d后,3種包裝方式中醛類含量皆有增長,以編織袋包裝的醛類含量增長最為明顯。大米揮發性成分中的醛類物質中,己醛、壬醛和2-戊基-呋喃可以較好地反映大米的儲藏品質。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    新疆褐牛基因外顯子多態性及其與SCS和泌乳性狀關聯性分析
    劉麗元,周靖航,張夢華,李金霞,方季青,譚世新,王愛芳,黃錫霞,王雅春
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2592-2603.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.017
    摘要 ( 77 )   HTML ( 1 )   PDF (455KB) ( 174 )   收藏
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    【目的】探索ERAP2,Cwc27,PPFIBP2,THADA,ZNF804B和AMHR2 基因多態性與新疆褐牛體細胞評分及泌乳性狀的相關性,旨在尋找與新疆褐牛體細胞評分及泌乳性狀相關的分子標記。【方法】以新疆烏魯木齊種牛場、新疆天山畜牧生物工程股份有限公司共169頭新疆褐牛母牛為試驗對象,以2008—2015年間的生產性能測定記錄(包括乳脂率、乳蛋白率、總固體含量、乳糖率和體細胞計數等)和305 d產奶量為試驗數據,基于課題組前期15頭中國荷斯坦牛DNA混池重測序的結果篩選外顯子區域10個SNPs,采用基質輔助激光電離飛行時間質譜法(sequenom massArray genotype)分型技術驗證10個SNP位點的遺傳多態性,運用SAS8.1軟件GLM過程對這10個SNP突變與新疆褐牛體細胞評分(SCS)、305 d產奶量、乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固體的關聯程度進行統計分析。【結果】10個SNP位點均具有多態性,χ2檢驗表明群體中9個SNP位點符合Hardy-Weinberg平衡狀態。關聯分析結果表明ERAP2基因兩個位點(T98741711C和G98736141A)均與新疆褐牛305 d產奶量達到極顯著關聯(P<0.001),其中TT型和GG型個體的產奶量最高;PPFIBP2(C45667492G)位點與新疆褐牛乳糖率達到顯著關聯(P<0.005),其中GG型個體的乳糖率最高;Cwc27(T14533269A)位點與新疆褐牛乳脂率和總固體含量達到顯著關聯(P<0.005),與SCS達到極顯著關聯(P<0.001),其中TT型個體的乳脂率和總固體含量均最高,AA型個體的SCS極顯著高于AT和TT型;AMHR2(C26758055G)位點與新疆褐牛乳蛋白率和總固體含量達到極顯著關聯(P<0.001),其中GG型個體顯著高于CC和GC型個體。連鎖不平衡分析與單倍型構建的結果發現10個SNPs構建了兩個單倍型模塊,其中SNP1和SNP2位點之間處于連鎖不平衡狀態(r2>0.3),SNP4和SNP10位點之間處于強連鎖不平衡狀態(r2>0.6),隨后分析了單倍型與SCS和泌乳性狀之間的相關性,發現單倍型與新疆褐牛SCS和泌乳性狀無顯著關聯(P>0.001)。【結論】 初步發現了ERAP2,Cwc27,PPFIBP2和AMHR2與新疆褐牛SCS和泌乳性能相關,結果可為新疆褐牛產奶性狀的分子標記輔助選育提供參考和依據。
    牦牛CCND2基因的克隆及其在不同發情時期卵巢中的表達
    石仙,熊顯榮,蘭道亮,陳偉明,胡嘉嘉,蔡雯祎,李鍵
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2604-2613.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.018
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    目的研究牦牛細胞周期蛋白D2(Cyclin D2, CCND2)基因序列特征及其在牦牛不同發情時期卵巢中的表達。【方法】以牦牛為研究對象,提取卵巢的總RNA進行反轉錄為第一鏈cDNA,根據GenBank中黃牛CCND2的mRNA序列(GenBank登錄號:NM_001076372.1),使用Primer 5.0 軟件設計引物。應用PCR方法對CCND2基因擴增克隆,并測序獲得CCND2基因完整的CDS區序列及部分5′端和3′端UTR區。使用Protparam、SOPMA、SWISS-MODEL及SMART分別對牦牛CCND2蛋白的理化性質、二級結構、三級結構及結構域進行預測分析,并進行同源性分析和系統進化樹構建,利用半定量PCR方法對CCND2基因在牦牛各組織中的表達進行檢測;同時采用實時熒光定量PCR技術分析CCND2基因在牦牛不同發情時期(卵泡期、紅體期、黃體期)卵巢中的相對表達量。【結果】克隆獲得牦牛CCND2基因序列為909 bp,其中包含可編碼289個氨基酸殘基的長為870 bp的CDS區。與黃牛相比,牦牛CCND2的CDS區存在5個堿基突變,導致其中一個氨基酸改變。牦牛CCND2基因CDs序列與野牦牛、黃牛、印度水牛、綿羊、野豬、馬、家犬、貓、人類的進行比對同源性分別是99.54%、99.31%、99.31%、98.16%、94.81%、90.46%、90.80%、91.49%、88.62%,物種之間同源性較高,與進化樹分析顯示的親緣關系遠近一致,表明CCND2基因編碼區在進化中較為保守。對CCND2蛋白預測分析知牦牛CCND2基因編碼蛋白的分子式為C1445H2315N377O440S18,相對分子質量約為32.59kD,理論等電點為4.75,總平均親水性為-0.107,不穩定指數為44.56,屬親水不穩定的酸性蛋白,該蛋白無跨膜區和信號肽;二級結構主要包含α-螺旋和無規卷曲,且與三級結構分析結果一致。蛋白含位于第26—152位氨基酸處的Cyclin_N和位于第154—257位氨基酸處的Cyclin_C兩個結構域。CCND2 基因在牦牛各組織中均有表達,其中在胃、卵巢和腦中表達相對較高;qRT-PCR結果顯示在牦牛不同發情時期卵巢中CCND2 mRNA均有表達,且卵泡期卵巢中的表達水平最高(P0.01),在紅體期和黃體期卵巢中表達水平無差異(P0.05)。【結論】成功獲得了牦牛CCND2基因的CDS區全長序列和組織表達譜,對其進行生物信息分析及蛋白功能結構分析為該基因在牦牛繁殖調控中的進一步研究提供理論依據;在牦牛不同發情時期卵巢中CCND2 mRNA表達水平存在差異,可能與卵泡發育過程中顆粒細胞增殖分化、卵泡發生波及卵巢內分泌有關,為進一步研究牦牛卵巢發育機制及改善牦牛繁殖效率提供了基礎資料。
    中華蜜蜂幼蟲腸道響應球囊菌早期脅迫的轉錄組學
    陳大福,郭睿,熊翠玲,梁勤,鄭燕珍,徐細建,張曌楠,黃枳腱,張璐,王鴻權,解彥玲,童新宇
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2614-2623.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.019
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    【目的】白堊病是困擾養蜂生產的頑疾。目前,尚無利用二代測序技術研究中華蜜蜂(Apis cerana cerana,簡稱中蜂)幼蟲白堊病的報道。本研究利用RNA-seq技術對健康(AcCK)及球囊菌(Ascosphaera apis)脅迫的中蜂4日齡幼蟲腸道(AcT)進行深度測序,在轉錄組水平研究中蜂幼蟲在球囊菌脅迫早期的脅迫應答。【方法】通過Illumina HiSeq 2500平臺對AcCK和AcT進行雙端(PE125)測序,首先對測序數據進行質控和評估,利用edgeR軟件進行差異表達基因(DEG)分析,進而對DEGs進行GO富集分析及KEGG代謝通路富集分析,最后,利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)驗證測序數據的可靠性。【結果】 AcCK和AcT的轉錄組測序共得到188 457 338條原始讀段(raw reads), 經過濾得到182 088 448條有效讀段(clean reads),兩端Q20與Q30均在97.96%和94.97%以上,說明測序數據質量良好;主成分分析(PCA)結果顯示第一與第二主成分可分別解釋基因表達總體差異的75.8%和10.7%;DEG分析結果顯示上調基因與下調基因的數量分別為344和239個;GO富集分析結果顯示DEGs共富集在36個GO分類(term)上,其中基因富集數最多的細胞(106 unigenes)、細胞組件(106 unigenes)和代謝進程(104 unigenes);KEGG代謝通路富集分析結果顯示上調與下調基因分別富集在72個和45個代謝通路上,其中上調基因富集數最多的是核糖體(72 unigenes)、碳代謝(16 unigenes)和糖酵解(14 unigenes),而下調基因富集數最多的是碳代謝(9 unigenes)、二羧酸代謝(8 unigenes)和氨基酸生物合成(7 unigenes),進一步分析表明中蜂幼蟲腸道的部分細胞免疫對球囊菌的脅迫產生應答,而體液免疫不產生應答,宿主的代謝相關基因受到球囊菌的顯著抑制。【結論】揭示了中蜂幼蟲在球囊菌入侵早期的脅迫應答,為深入解析中蜂幼蟲的脅迫應答機制提供了重要信息,也為在分子水平研究關鍵應答基因打下了基礎。
    研究簡報
    干旱區棉花秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性及根系生物量的影響
    張國娟,濮曉珍,張鵬鵬,張旺鋒
    中國農業科學. 2017, 50(13):  2624-2634.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.020
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    本研究探討干旱區棉田土壤氮素轉化過程及對棉花根系生物量的影響,明確棉田土壤氮素有效性對農業管理措施的響應,為棉田制定高產高效管理措施,實現棉花高產優質低成本及環境友好生產服務。【方法】在定位試驗條件下,采用裂區設計,以秸稈不還田(S0)與秸稈還田(S1)為主區,4種施肥處理(不施肥(F0)、施氮磷鉀化肥(F1)、施有機肥(F2)、施氮磷鉀化肥+有機肥(F3))為副區,分析了秸稈還田和施肥對土壤氮素有效性的影響,探討了棉田土壤氮素轉化過程,包括凈礦化速率、凈硝化速率、總硝化速率和反硝化速率的變化,明確了土壤有效氮含量和棉花根系生物量對秸稈還田和施肥措施的響應。【結果】(1)秸稈還田和施肥顯著增加了土壤凈礦化速率、總硝化速率和反硝化速率,棉花不同生育時期不同施肥處理間各指標的變化不同,但秸稈還田下施肥處理間差異不顯著,在盛花期均有最大速率;(2)秸稈還田和施肥顯著增加了土壤銨態氮、硝態氮和無機氮含量,但秸稈還田下施肥處理間差異不顯著,棉花盛花期和盛鈴期土壤無機氮含量顯著高于收獲期;(3)秸稈還田顯著降低了棉花根冠比,對根系生物量、細根/粗根比影響不顯著,施肥顯著增加了根冠比、根系生物量及細根生物量,施肥處理之間差異不顯著。綜上所述,秸稈還田能增加土壤凈礦化速率、凈硝化速率、總硝化速率、反硝化速率、硝態氮、銨態氮和可吸出無機氮含量以及根系生物量。有機肥無機肥配施有最大的土壤凈礦化速率、凈硝化速率、總硝化速率、反硝化速率、硝態氮和可吸出無機氮含量。有機肥無機肥配施也有最大的根系生物量和粗根細根比。【結論】秸稈還田和施肥有利于促進土壤氮素轉化過程,增加土壤有效氮含量,對根系生長及生物量產生影響。在干旱區實施秸稈還田,結合有機無機肥配施技術有利于加速土壤養分轉化,提高肥料利用效率,增加有效養分含量,促進作物根系生長和地上部碳同化能力
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