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當期目錄

    2017年 第50卷 第14期 刊出日期:2017-07-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    不同氮處理下水稻劍葉葉寬的全基因組關聯分析
    高易宏,燕金香,涂政軍,冷語佳,陳龍,黃李超,代麗萍,張光恒,朱麗,胡江,任德勇,郭龍彪,錢前,王丹英,曾大力
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2635-2646.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.001
    摘要 ( 115 )   HTML ( 1 )   PDF (3769KB) ( 323 )   收藏
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    【目的】探索水稻劍葉葉寬調控及其對氮肥響應的遺傳機理,為氮高效水稻新品種的培育提供新的種質資源和基因標記。【方法】以134份水稻地方種質資源為關聯分析材料,通過基因組重測序發掘獲得了3 356 591個分布于全基因組的高密度SNP位點(single nucleotide polymorphism,SNP)。在大田栽培條件下,以施氮量為主區,品種為裂區的設計,設計低氮(不施氮肥,N0)、正常氮(純氮96 kg·hm-2,N1)和高氮(純氮192 kg·hm-2,N2)3種氮肥處理。于水稻成熟期分別調查水稻劍葉葉寬在低、中、高3種氮肥處理下的表現及響應,結合EMMAX軟件計算群體親緣關系矩陣和EIGENSOFT軟件分析群體結構,采用納入親緣關系矩陣及群體結構的混合線性模型開展全基因組關聯分析。【結果】水稻劍葉葉寬在N0、N1、N2 3種氮肥處理下均呈正態分布,并表現豐富的變異。劍葉葉寬受品種差異及氮水平的影響,且與施氮水平呈顯著正相關。在N0、N1、N2氮處理下共檢測到14個與劍葉葉寬顯著相關的SNP位點。其中,低氮處理下檢測到的SNP位點的最小等位基因頻率均大于0.46,表明此類SNP在關聯群體中廣泛存在;中氮和高氮水平下檢測到的SNP位點的最小等位基因頻率均較小,是一類較為稀有的SNP位點。位于第12染色體上的一個SNP(chr12:15 066 507)位點在正常氮及高氮處理下均被檢測到,在高氮處理下還檢測到的另一顯著性位點,其候選區間內包含一候選基因LOC_Os12g25660,該基因與業已報道的葉寬性狀相關基因OsBR6ox同屬于細胞色素P450家族。根據不同氮處理下劍葉葉寬的響應,鑒定出20與低氮響應有關的SNP位點,8個位點與高氮響應有關。其中與高氮響應的顯著性位點中,位于第1染色體顯著性峰候選區間包含業已克隆的與氮素利用相關的基因OsATG7。【結論】通過全基因組關聯分析共檢測到42個與劍葉葉寬及其在不同氮處理下葉寬響應相關的顯著性關聯位點。
    小麥氮素利用效率的基因型差異及相關特性分析
    徐晴,許甫超,董靜,董建輝,秦丹丹,魯夢瑩,李梅芳
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2647-2657.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.002
    摘要 ( 89 )   HTML ( 3 )   PDF (533KB) ( 336 )   收藏
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    【目的】對長江中下游麥區小麥種質進行氮素利用效率基因型差異分析,明確不同種質材料的氮素利用特性,為小麥氮素高效育種及相關分子機理研究奠定基礎,同時探討氮素利用效率與不同生育期性狀的相關關系,為建立小麥氮素高效利用的評價指標提供參考。【方法】大田條件下,設置低氮(純氮62.55 kg·hm-2)和正常氮(純氮187.5 kg·hm-2)2種氮素水平,以主要來自于長江中下游麥區不同時期的小麥種質118份為材料進行氮素利用效率基因型差異分析,通過對苗期地上部干重、分蘗數、葉綠素含量;花期地上部干重、植株氮素濃度、氮素積累量;灌漿期旗葉葉綠素含量;成熟期籽粒產量、莖稈重、籽粒氮素濃度、莖稈氮素濃度、籽粒與莖稈氮素積累量、穗數、穗粒數、千粒重、收獲指數和氮素收獲指數等22個性狀的測定與計算,研究氮素利用效率與不同性狀之間的相關關系,并根據材料的氮素利用效率差異對不同種質材料進行劃分。【結果】供試小麥材料在2種氮素水平下,各研究性狀均存在較大的差異。相關性分析顯示植株成熟期莖稈重、地上部生物學產量、收獲指數、穗數、植株花期生物學產量、成熟期籽粒氮素積累量、莖稈氮素積累量、氮素收獲指數和花期氮素積累量均與籽粒產量呈顯著正相關關系;植株氮素生理利用率除了與氮素收獲指數顯著正相關外,與莖稈重、穗數、籽粒和莖稈氮素濃度及氮素積累量均顯著負相關。根據2種氮素水平下產量,供試材料被劃分為雙高效型、雙低效型、高氮高效型和低氮高效型。雙高效型和高氮高效型材料對增施氮素反應更為敏感。低氮高效型材料灌漿期旗葉葉綠素含量顯著高于其他3種類型,說明氮素脅迫條件下,旗葉持綠性有助于提高植株氮素利用效率。【結論】供試小麥材料氮素利用效率在不同氮素水平下差異顯著。不同氮效類型小麥材料對氮素響應不同,高氮高效型對氮素反應敏感,適合于高氮種植;雙高效型和低氮高效材料具有耐貧瘠的能力,是氮素高效育種的優質材料。在2種氮素水平下,除了植株成熟期及花期地上部干重、植株氮素積累量等常規指標外,植株穗數也可作為小麥氮素高效利用的評價指標。
    基于地統計分析方法的谷子種質資源品質與農藝相關性狀的空間分區研究
    陳彥清,曹永生,陳麗娜,方溈
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2658-2669.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.003
    摘要 ( 64 )   HTML ( 9 )   PDF (6109KB) ( 182 )   收藏
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    【目的】分析中國谷子資源相關農藝及品質性狀的空間分布特點,掌握相關性狀在空間上的總體質量分布,提高對谷子資源的宏觀認知和有效保護及高效利用。【方法】本研究從地理空間的角度出發,利用空間插值、空間聚類等方法研究了谷子資源的相關性狀的空間分布規律。首先對谷子資源的目標性狀值進行插值,然后將全國網格化數據與插值數據進行分區統計,利用統計后的網格數據進行優化熱點分析形成目標性狀的空間分區數據,進而尋找目標性狀對應的高值、隨機值和低值區域。【結果】谷子資源在全國的分布上來說,粗蛋白含量平均值為(13.98±1.23)%,變幅在10.47%—17.33%,變異系數為8.80%;粗脂肪含量平均值為(4.01±0.38)%,變幅在3.08%—5.47%,變異系數為9.48%,單株粒重平均值為(10.39±4.13)g,變幅在1.65—29.30g,變異系數為39.75%;生育期平均值為(111.46±10.94)d,變幅在79.15—150.43 d,變異系數為9.81%。從區域聚集分布上來說,粗蛋白含量低值區、隨機值區和高值區的平均值分別為(12.80±0.70)%、(13.98±0.39)%和(15.24±0.42)%,變幅分別在10.47%—14.90%、12.72%—15.30%和13.61%—17.33%,變異系數分別為5.47%、2.79%和2.76%;粗脂肪含量低值區、隨機值區和高值區的平均值分別為(3.69±0.13)%、(3.99±0.16)%和(4.41±0.26)%,變幅分別為3.11%—4.39%、3.08%—4.48%和3.57%—5.47%,變異系數分別為3.52%、4.01%和5.89%;單株粒重低值區、隨機值區和高值區的平均值分別為(6.49±1.84)g、(10.51±1.49)g和(14.44±2.88)g,變幅分別為(1.65—13.38)、(5.42—16.54)和(7.63—29.30)g,變異系數分別為23.73%、14.18%和19.94%;生育期低值區、隨機值區和高值區的平均值分別為(99.58±6.64)d、(111.89±2.99)d和(121.17±6.04)d,變幅分別為(79.15—116.81)d、(99.53—124.44)d和(108.34—150.43)d,變異系數分別為6.67%、2.67%和4.98%。【結論】谷子資源粗蛋白含量高值區內部差異最小,主要集中在新疆和黑龍江省東北部,低值區內部差異最大,主要在中部和東部,高低值區間存在隨機值過度地帶,呈現兩側向中間越來越小的分布趨勢;粗脂肪含量高值區內部差異最大,主要集中在中部地區,低值區內部差異最小,主要分布在新疆和東北部分地區,呈現中間向兩側越來越小的趨勢分布,且分區相對不規整;單株粒重的隨機值區內部差異最小,高值區內部差異最大,寧夏、山西、陜西等地屬于單株粒重高值區,黑龍江、浙江、內蒙北部、安徽南部以及西南大部分地區,均屬單株粒重低值區;生育期的隨機值區內部差異最小,低值區內部差異最大,東北大部分地區、西北和西南部分地區生育期較長,河南、山東、河北等谷子夏播期的地區生育期較短。
    大豆響應高溫脅迫的生理和分子遺傳機理研究現狀與展望
    李佳佳,鄭雙雨,孫根樓,張文明,王曉波,邱麗娟
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2670-2682.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.004
    摘要 ( 120 )   HTML ( 3 )   PDF (474KB) ( 665 )   收藏
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    大豆是重要的經濟作物,是植物油脂和蛋白質的重要來源。近年來,因全球氣候變化引起的高溫脅迫頻發,危及到大豆生長的各個時期,成為制約大豆產量和品質的重要因素之一。為了揭示大豆耐高溫性的遺傳機理,建立綜合高效大豆耐高溫評價體系,促進大豆耐高溫特性的遺傳改良,現對大豆響應高溫脅迫的生理生化基礎和分子調控機制進行綜述。相較于適溫條件,高溫脅迫可使大豆植株發生葉片增厚、氣孔導度下降、細胞膜透性增加、細胞微觀組織結構受損以及滲透調節物質(脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白)含量變化和抗氧化防御系統關鍵酶活性喪失等生理異常反應,導致植株光合、蒸騰和呼吸作用及物質含量等一系列生理生化過程紊亂。高溫脅迫還造成大豆花粉形態異常,絨氈層細胞結構松散、空泡化和自溶化,花粉活力及其萌發率明顯下降,花粉敗育率增高,致使大豆結莢率和結實率顯著降低,進而影響大豆籽粒的正常發育、蛋白的積累和產量形成等,最終導致減產;高溫脅迫對大豆籽粒外觀品質性狀也能造成一定損傷,進而對其經濟價值帶來不利影響。高溫脅迫從轉錄、翻譯和代謝水平影響大豆正常的生理代謝調控。目前,已通過高通量測序等方法鑒定出多個與大豆高溫脅迫響應相關的轉錄因子、蛋白及代謝產物,但與水稻、擬南芥的研究相比仍存在較大差距;初步建立了以花粉活力和多項生理指標為基礎的大豆耐高溫鑒定方法,但在生產上尚缺乏系統高效耐高溫評價體系,耐高溫大豆育種工作進展緩慢。國內在大豆耐高溫預防措施、耐高溫綜合評鑒體系建立、優異耐高溫大豆種質資源篩選及耐高溫關鍵功能基因挖掘等方面仍然存在挑戰。為應對極端生態環境給大豆生產造成的不利影響,未來應通過建立綜合高效大豆耐高溫評價技術體系,提高大豆優異種質資源鑒定水平,重點解析大豆耐高溫的分子遺傳機理、挖掘耐高溫關鍵基因,結合常規育種和分子育種技術培育綜合性狀優異的耐高溫大豆新品種,以實現大豆品種耐高溫性與高產、優質的統一。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    不同氮效率水稻根系形態和氮素吸收利用與產量的關系
    李娜,楊志遠,代鄒,孫永健,徐徽,何艷,嚴田蓉,蔣明金,郭長春,王春雨,馬均
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2683-2695.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.005
    摘要 ( 68 )   HTML ( 1 )   PDF (402KB) ( 292 )   收藏
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    【目的】探究不同氮效率水稻根系形態和氮素吸收利用與產量關系的規律,明確水稻高產根系形態特征,提出相應的水氮優化管理措施。【方法】2013年以氮高效品種川農優498和氮低效品種川優6203為試驗材料,進行不同穗肥運籌比例的裂區試驗;2014年以相同試驗材料進行穴苗數和促花肥、保花肥配比的裂裂區試驗;2015年以氮高效品種德香4103和氮低效品種宜香3724為試驗材料,進行水分管理方式和氮肥施用模式的裂裂區試驗;分別以上述3個大田試驗獲得的產量、根系形態及氮素吸收利用相關指標為樣本,通過計算方差膨脹因子診斷變量間存在的多重共線性關系。在多重共線性嚴重的情況下,運用嶺回歸分析研究根系形態、氮素吸收利用和產量三者之間的關系。基于這些關系在年度間的重演性,確定其中普遍存在的共性規律。【結果】(1)氮高效品種拔節期、抽穗期及成熟期的氮素積累量、氮素干物質生產效率和干物重與產量嶺回歸方程的決定系數范圍分別為0.0219—0.3961、0.0452—0.1379和0.0914—0.6694,氮低效品種分別為0.0084—0.6190、0.1224—0.4341和0.0818—0.4881,產量與氮素吸收利用的關系年度間重演性較差,無明顯共性規律;以根干重、不定根數量、長度、表面積、體積、粗分枝根長度、表面積、體積以及細分枝根長度、表面積、體積11項根系形態指標為自變量,氮素積累量、氮素干物質生產效率和干物重三者分別為因變量進行嶺回歸分析,氮高效品種的回歸方程決定系數范圍分別為0.0527—0.2728、0.0653—0.3139和0.0714—0.3158,氮低效品種分別為0.0607—0.5040、0.0555—0.4411和0.0724—0.5449,氮素吸收利用與根系形態的關系規律年度間存在較大差異;2013—2015年,氮高效和氮低效品種抽穗期根系形態與產量嶺回歸方程的決定系數均超過0.8,P<0.001,表明抽穗期根系形態對產量具有顯著影響是共性規律。(2)在以抽穗期根系形態指標為自變量,產量為因變量的嶺回歸方程中,氮高效品種的粗分枝根長度標準回歸系數最高,對產量影響最大;對氮低效品種而言,細分枝根表面積的增加對產量提高最有利。(3)常規施氮量(150 kg·hm-2)下,優化施肥模式為穗肥占比40%,且保花肥的比例達到或超過50%,其結合交替灌溉,有利于優化根系形態;SPAD指導施肥模式下,施氮量較優化施肥減少(由150 kg·hm-2降為120 kg·hm-2),采用常規灌溉比交替灌溉更有利于根系形態優化。【結論】水稻抽穗期根系形態與產量關系極為密切,合理的水氮管理措施能夠優化根系形態提高產量。常規灌溉結合SPAD指導施肥或交替灌溉結合優化施肥均有利于氮高效品種抽穗期粗分枝根長度的增長和氮低效品種細分枝根表面積的增大,最終提高產量。
    AMF與隔根對紫色土上玉米||大豆種間氮競爭的影響
    趙乾旭,史靜,夏運生,張乃明,寧東衛,岳獻榮,楊海宏
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2696-2705.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.006
    摘要 ( 74 )   HTML ( 1 )   PDF (577KB) ( 148 )   收藏
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    【目的】旨在探究紫色土上接種叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungus,AMF)和不同間作模式對玉米(Zea mays L.)和大豆(Glycine max L.)作物種間相對競爭能力及氮(N)營養競爭比率的影響,為AMF調控菌根作物間的養分資源利用和競爭作用提供科學依據。【方法】論文通過溫室內盆栽試驗,設置3種不同間作模式(不分隔、尼龍網分隔、塑料布分隔)和不同AMF處理(不接種(NM)、接種Glomus etunicatum (G.e)),分析比較了玉米和大豆植株生長和氮營養狀況,量化AMF和間作模式對玉米和大豆的種間競爭能力和氮營養競爭比率的影響。【結果】相同間作條件下,玉米始終具有較強的競爭優勢,大豆處于競爭劣勢,其中G.e不分隔處理下,玉米相對大豆的種間競爭能力和氮營養競爭比率最大。無論接種與否,玉米植物氮含量、氮吸收量和根系生物量在3種間作模式下均表現為不分隔模式>尼龍網分隔模式>塑料布分隔模式,大豆恰恰表現出相反的趨勢。與NM處理相比,接種AMF顯著提高玉米相對大豆的種間競爭能力和氮營養競爭比率,其中,不分隔模式下,玉米地上部和根系生物量分別增加20.48%和23.50%,玉米地上部和根系氮吸收量分別提高64.20%和37.60%。對于根際土壤堿解氮而言,G.e-不分隔處理顯著提高了玉米和大豆植物對土壤有效氮的吸收,而顯著降低了其根際土壤堿解氮含量,減少了土壤堿解氮殘留。【結論】不同間作模式下的玉米和大豆競爭能力有所不同,但玉米對氮的競爭能力始終大于大豆,且外源AMF也顯著提高了玉米相對大豆的種間競爭能力和氮營養競爭比率。表明AMF在調控間作植物間的資源利用和維持農田作物多樣性方面具有重要的生態學意義。
    氮鉀配施對甘薯光合產物積累及分配的影響
    汪順義,劉慶,史衍璽,李歡
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2706-2716.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.007
    摘要 ( 134 )   HTML ( 1 )   PDF (426KB) ( 247 )   收藏
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    【目的】探討氮鉀配施對甘薯光合產物轉移分配的影響及其生理機制。【方法】開展兩年田間試驗,設CK(不施肥)、單獨施氮(75 kg N·hm-2)、單獨施鉀(150 kg K2O·hm-2)和氮鉀配施(75 kg N·hm-2+ 150 kg K2O·hm-2)4個處理,在生長前期(40 d)和薯塊膨大期(100 d)分別進行13C葉片標記。測定了功能葉13C積累量和分配率、蔗糖合成酶(SS)和磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性、葉綠素熒光和光合特性、干物質積累和產量等指標,并進行逐步回歸分析、通徑分析和RDA分析。【結果】與單獨施氮和單獨施鉀相比,氮鉀配施處理2014和2015年分別增產7.9%—10.1%和9.3%—10.7%。雙因素分析表明,氮鉀配施對甘薯產量的增加呈顯著的正交互效應,其中,2014年交互效應值為0.95 t·hm-2,2015年交互效應值為1.35 t·hm-2。在生長前期和薯塊膨大期,與氮、鉀處理相比,氮鉀配施處理顯著提高了甘薯功能葉光合及葉綠素熒光特性,從而促進了兩關鍵生長期光合產物的積累。其中CO2同化速率對應的量子產額(ΦCO2)提高27.1%—39.7%,凈光合速率(Pn)提高9.1%—20.2%,甘薯地上部和地下部13C總積累量提高26.3%—42.2%。氮鉀配施條件下光合產物分配在兩生長期內存在差異。生長前期,氮鉀配施處理通過提高葉片SS和SPS酶活性,顯著提高了地上部13C分配率(達60.7%)(P<0.05),促進光合產物在源器官分配;薯塊膨大期,氮鉀配施處理顯著提高塊根中SS和SPS酶活性,光合產物在庫-源器官膨壓差的作用下由地上部向地下部轉運,顯著提高13C向塊根分配(13C分配率為71.6%,P<0.05)。逐步回歸分析表明,SS和SPS酶活性、光合特性和葉綠素熒光特性是調控甘薯光合產物分配的關鍵指標(R1=0.954,R2=0.912);通徑分析表明,生長前期氮鉀配施對甘薯13C分配的影響直接作用系數較大的是PnFv/Fm和SS;薯塊膨大期氮鉀配施對甘薯13C分配的影響直接作用系數較大的是PnΦPSⅡ和SPS。【結論】生長前期,氮鉀配施處理通過提高PnFv/Fm和SS促進光合產物在地上部積累,實現“建源”,而薯塊膨大期主要提高Pn、ΦPSⅡ和SPS促進光合產物由地上部向地下部轉運,兼顧“促流”和“擴庫”,氮鉀協同最終提高了甘薯產量。
    植物保護
    棉花內生蠟狀芽孢桿菌YUPP-10對棉花黃萎病的防治作用及機制
    周京龍,馮自力,馮鴻杰,李云卿,袁媛,李志芳,魏鋒,師勇強,趙麗紅,孫正祥,朱荷琴,周燚
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2717-2727.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.008
    摘要 ( 105 )   HTML ( 1 )   PDF (1770KB) ( 488 )   收藏
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    【目的】棉花黃萎病(Verticillium wilt)是世界性難以防治的病害,篩選有效的生防微生物資源成為解決棉花黃萎病的重要途徑之一,本研究旨在分離一株高效拮抗細菌,并明確其防治機理,為生物防治棉花黃萎病提供技術支持。【方法】用葡甘聚糖作為碳源篩選一株能夠降解β-1,4糖苷鍵的棉花內生細菌YUPP-10,通過平板對峙培養、平板對扣培養和懸滴法等測定YUPP-10對大麗輪枝菌(Verticillium dahliae)菌絲生長和孢子萌發的抑制效果;用YUPP-10無菌濾液培養大麗輪枝菌微菌核,檢測其對微菌核萌發的影響;利用基質接種法進行盆栽試驗探究其對棉花黃萎病的防治效果;通過胚根、葉片接種病原菌,木質化和活性氧爆發研究YUPP-10誘導抗病能力;采用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)方法檢測防御相關基因的表達。【結果】成功獲取一株蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)YUPP-10,其整體代謝產物在7 d時對大麗輪枝菌的抑菌帶寬為0.73 cm,揮發性代謝產物在10 d時對大麗輪枝菌菌落的抑制率為77.03%;YUPP-10無菌培養液對大麗輪枝菌孢子和菌核萌發的抑制率分別為17.22%—71.25%和10.69%—26.62%,且抑制率與無菌濾液的濃度呈正相關。在用YUPP-10玉米蛭石培養物拌土處理的盆栽試驗中,其對棉花黃萎病的最高防效達到80.60%。誘導抗性試驗發現YUPP-10誘導了胚根和葉片抗大麗輪枝菌的侵染,誘導了細胞木質化和活性氧的爆發。qRT-PCR檢測結果顯示YUPP-10成功激活了苯丙氨酸解氨酶(PAL)、過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、幾丁質酶(CHI)和病程相關基因(PR10)的表達,對大麗輪枝菌在棉花體內的擴散和生長起到了抑制作用。【結論】YUPP-10通過直接抑制病原菌的生長,同時誘導植物防御反應來抵抗病原菌的侵染和擴展,其具有良好的應用前景。
    山東省辣椒主要病毒種類的分子檢測與鑒定
    王少立,譚瑋萍,楊園園,代惠潔,孫曉輝,喬寧,竺曉平
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2728-2738.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.009
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    【目的】鑒定山東省辣椒上的主要病毒種類,明確該地區辣椒上的主要病毒病原。【方法】2014—2015年,在山東省臨沂、日照、青島、煙臺、濰坊、淄博、濟寧、菏澤、聊城、德州共10個市(區)采集253份疑似感病的辣椒植株葉片,提取葉片總RNA和總DNA,利用雙生病毒的通用引物(PA/PB)、馬鈴薯卷葉病毒屬通用引物(POL-F/POL-R)及已報道侵染辣椒的主要病毒的檢測引物對樣品進行PCR、RT-PCR分子檢測與鑒定,將擴增得到的目的條帶經凝膠回收試劑盒回收純化后連接到pMD18-T載體上,再送至公司進行克隆測序。分別將所得的PMMoV、PeVYV和BWYV序列在NCBI上利用BLAST進行檢索,利用DNAStar軟件中的Megalign將所得序列與GenBank中已登錄的世界各地有代表性的序列進行同源性比對,利用軟件MEGA 5.05的Clustal W法進行多序列比對分析以及鄰接法(neighbor-joining,NJ)構建系統進化樹,系統進化樹中各分支置信度(Bootstrap)進行1 000次重復分析。【結果】 PMMoV、CMV總檢出率分別為61.66%、60.08%;TMGMV、BBWV-2、BWYV、TMV發生也比較普遍,檢出率為41.90%、34.78%、33.20%和24.90%;PCV-2、ToMV、TYLCV、PVY、MABYV、PeVYV、PCV-1、ChiVMV、AMV發生侵染現象較少,檢出率分別為11.86%、9.88%、9.09%、6.72%、5.53%、3.56%、3.16%、0.79%和0.40%;未檢測到CaCV、PSV、ChiRSV、TSWV和ToMMV。通過對病毒復合侵染現象進行分析發現,病毒復合侵染率高達89.92%,其中3種病毒復合侵染現象最多,所占比例達28.63%,4種病毒復合侵染率為25.00%,2種病毒復合侵染率為21.77%,5種病毒復合侵染率為13.31%,一個辣椒樣品最多可同時感染6種病毒,侵染率為1.21%;對山東省10個地區的辣椒病毒檢測,結果表明在辣椒上檢出病毒種類最多的為臨沂、濟寧,檢測到12種病毒,其次是煙臺、聊城,檢測到11種病毒,濰坊、菏澤檢測到9種病毒,青島、德州檢測到8種病毒,日照檢測到7種病毒,淄博檢測到6種病毒,日照地區辣椒病毒復合侵染率最高,為100%,菏澤地區復合侵染率最低,為69.23%。分別根據PMMoV的部分CP基因序列、PeVYV部分RdRp、CP、MP基因序列以及BWYV部分CP、MP基因序列構建系統發育樹,結果表明本研究PMMoV山東分離物SD60與中國貴州分離物的親緣關系最近,PeVYV山東分離物SDRZ31-1與意大利IT83分離物的親緣關系最近,BWYV山東分離物SD與韓國分離物LS的親緣關系最近。【結論】在山東省采集的253份辣椒樣品可被15種病毒侵染,PMMoV、CMV為主要病毒種類;在山東新檢測到的病毒有MABYV、PeVYV、BWYV、PCV-1和PCV-2;明確了山東省主要辣椒產區病毒病發生情況以及病毒種類的主次關系。
    界面聚合制備乙草胺微膠囊及其雜草控制效果和環境殘留
    藍月,胡月,王琰,郭艷珍,趙恒科,何林,錢坤
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2739-2747.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.010
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    【目的】通過界面聚合法制備乙草胺微膠囊(MC),研究乙草胺微膠囊與控制效果和環境殘留藥量之間的相互關系。【方法】以苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯為油溶性單體、與乙草胺混合得到油相,雙丙酮丙烯酰胺為水溶性單體,聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯為乳化劑,在水包油乳液中通過界面聚合方法制備得到乙草胺微膠囊。通過場發射掃描電鏡、動態光散射、紅外光譜等手段對乙草胺微膠囊形態結構、粒徑分布、表面化學基團等性能和結構進行表征。同時,通過對乙草胺微膠囊釋放動力學性能、乙草胺釋放后在土壤中的殘留動態以及對雜草的防效等的研究,探討其釋放機制、環境行為和防治效果之間的關系。【結果】乙草胺微膠囊呈球狀,平均粒徑為1.552 μm,負載效率為60%,配方中乙草胺的含量為20%。在室內攪拌速度為100 r/min,溫度20—45℃下保持pH為7.0時,第5天乙草胺的累積釋放率約為50%—70%,在第10天為60%—90%,第30天為80%—100%。在保持溫度恒定(25℃),攪拌速度為100 r/min的條件下,在5.0—9.0的pH范圍內,乙草胺的累積釋放率在第5天為60%—70%,在第10天從<70%增至接近80%,在第30天為約80%,在第40天接近100%。乙草胺微膠囊的釋放速度隨著溫度和pH的增加而加快。禾本科雜草和總雜草防治效果在第20天分別為80.2%—95.4%和67.8%—82.1%,第40天為82.2%—92.4%和70.2%—80.9%,第60天為87.0%—97.2%和62.6%—91.3%。 在第60天的鮮重防效分別為90.1%—98.0%和70.3%—88.7%。對于常規乙草胺乳油(EC)制劑來說,對禾本科雜草和總雜草防治效力第20天分別為80.4%—90.2%和54.8%—76.1%,第40天為83.0%—91.2%和61.4%—79.8%,第60天分別為81.1%—88.3%和71.2%—84.0%,在第60天的鮮重防效分別為80.3%—83.4%和65.9%—74.0%。在大田試驗中,土壤中乙草胺的殘留量隨時間延長逐漸降低,乙草胺微膠囊的活性成分含量高于乙草胺乳油,這確保乙草胺微膠囊延長了防治時間,增強了防治效果。【結論】微膠囊載藥系統可延伸到其他親脂性農藥制備中。與乳油相比,農藥微膠囊可以有效提高對雜草的控制效力,減少除草劑的噴用量,減輕因為大量施藥對環境造成的壓力。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    長期秸稈還田對白漿土物理性質及水稻產量的影響
    王秋菊,常本超,張勁松,韓東來,隋玉剛,陳海龍,楊興玉,王雪冬,焦峰,常本超,新家憲,劉峰
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2748-2757.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.011
    摘要 ( 87 )   HTML ( 2 )   PDF (690KB) ( 177 )   收藏
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    【目的】明確長期秸稈還田對白漿土土壤物理性質及水稻產量的影響。【方法】開展秸稈還田長期定位試驗。試驗設置4個處理,分別為對照(CK),單施秸稈(S),秸稈+化肥(SNPK),單施化肥(NPK)。在2005年后連年處理,并于試驗處理前和2010年、2015年試驗處理期間調查土壤容重、硬度、孔隙、三相組成以及水稻產量。【結果】白漿土長期秸稈還田有利于水稻產量提高,10年產量平均,秸稈還田配施肥料處理水稻產量比對照和秸稈單獨還田處理增產275.70%和133.23%,比單施化肥處理增產14.17%。秸稈還田處理水稻產量在還田第5—10年平均產量比第1—5年有增加趨勢;長期秸稈還田可以改善土壤物理性質,降低土壤容重、硬度,還田10年后,秸稈還田配施化肥處理土壤容重低于化肥單施、秸稈單施及對照處理,SNPK處理0—20、20—30 cm土層土壤容重與對照相比分別降低6.34%和10.00%,與還田5年后同類處理相比仍呈下降趨勢;秸稈還田配施化肥處理土壤硬度10年后在10、20、30 cm土層與處理前相比分別降低為26.87%、5.68%和4.62%,在20—30 cm土層與對照相比差異顯著,還田10年與5年后相比有下降趨勢,其他處理變化不明顯;還田5年后,秸稈還田配施化肥處理在0—20、20—30、30—40 cm土層土壤固相比例與對照相比分別下降8.82%、8.36%和3.65%,還田10年后分別下降10.87%、10.61%和4.67%,10年后要比5年后下降幅度大,秸稈還田配施化肥比秸稈單施和化肥單施處理下降幅度大;長期秸稈還田可以增加土壤有效孔隙的數量,在處理間和年限間差異極顯著,還田10年后,在0—20、20—30、30—40 cm土層秸稈還田配施化肥土壤有效孔隙比對照增加28.86%、63.85%和23.40%,在20—30 cm和30—40 cm土層比化肥單施增加12.55%和62.96%,在0—20、20—30、30—40cm土層比秸稈單施增加19.68%、56.52%和24.46%;與還田5年后相比,土壤有效孔隙度均呈現增加的趨勢。【結論】長期秸稈還田可以改善白漿土不良物理性狀,降低白漿層的容重、硬度,增加土壤總孔隙度和有效孔隙的比例,提高水稻產量。秸稈還田年限越長改善土壤不良物理性質效果越明顯。單獨進行秸稈還田改善土壤效果不明顯,秸稈還田配施肥料處理效果明顯;在不同處理上,秸稈還田配施化肥處理既有改土效果,又可提高水稻產量,而單施化肥和單獨秸稈還田均達不到此類效果。
    基于產量的渭北旱地小麥施肥評價及減肥潛力分析
    曹寒冰,王朝輝,趙護兵,馬小龍,佘旭,張璐,蒲岳建,楊珍珍,呂輝,師淵超,杜明葉
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2758-2768.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.012
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    目的】明確小農戶經營模式下小麥施肥現狀,為實現旱地小麥穩產增產和養分高效利用提供依據。【方法】通過連續5年對渭北旱地1 261個農戶的養分管理調研,以維持旱地小麥可持續生產為出發點,基于小麥產量確定的養分需求量,評價農戶施肥量,分析農戶施肥的問題及減肥潛力。【結果】調研農戶小麥籽粒產量介于750—9 000 kg·hm-2,平均4 243 kg·hm-2,屬于低產(<2 640 kg·hm-2),偏低(2 640—3 780 kg·hm-2),中產(3 780—4 920 kg·hm-2),偏高(4 920—6 060 kg·hm-2),高產(>6 060 kg·hm-2)等級的農戶依次占22.0%,22.2%,19.3%,22.8%,13.6%。農戶氮肥用量介于33—454 kg N·hm-2,平均188 kg N·hm-2;磷肥介于0—435 kg P2O5·hm-2,平均125 kg P2O5·hm-2;鉀肥介于0—201 kg K2O·hm-2,平均19 kg K2O·hm-2,農戶的施氮、磷和鉀量均與小麥產量無顯著相關關系。從低產到高產,施氮過量(偏高+很高)的農戶比例逐漸降低,由97.8%降低到18.0%;而施氮不足(偏低+很低)的農戶逐漸增多,由0.7%增加到45.9%。與氮肥類似,隨著產量水平提高,施磷過量的農戶比例也逐漸降低,但降低幅度小,由99.3%僅降低到70.9%,即過量施磷普遍存在。與氮、磷不同,在各產量水平下至少有60%的農戶施鉀不足。因此,在低產、產量偏低水平,重點是施氮量偏高或很高的農戶需減肥,減幅在24—144 kg N·hm-228%—73%氮肥;在中產、偏高和高產水平,既有減肥,也有增肥,減肥的重點是施氮量偏高或很高的農戶,減幅在50—181 kg N·hm-226%—51%氮肥,增肥的重點是施氮量偏低或很低的農戶,增幅在38—134 kg Nhm-241%—345%氮肥。針對農戶普遍施磷過量的問題,在不同產量水平,施磷量偏高的農戶應減少7—31 kg P2O5·hm-223%—33%的磷肥投入;施磷很高的農戶應減少85—118 kg P2O5·hm-261%—85%的磷肥投入。由于鉀肥用量普遍不足,施鉀很低或不施的農戶首先應改變不施鉀肥的習慣,根據不同產量水平施用鉀肥13—50 kg K2O·hm-2;施鉀偏低的農戶,應增加7—18 kg K2O·hm-235%—78%的鉀肥。【結論】相比于傳統的施肥評價中用統一的施肥量標準去評價不同產量水平的農戶施肥,本文提出了基于產量的農戶施肥評價和減肥潛力分析方法,適于目前中國小農戶農田經營模式,可以客觀、準確認識目前農戶隨意和過量施肥的問題,為進行有效調控施肥提供依據。
    北疆膜下滴灌玉米年際需水量及耗水規律
    翟超,周和平,趙健
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2769-2780.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.013
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    【目的】探索新疆天山北部準噶爾盆地南緣區膜下滴灌玉米年際需水量、氣象因素、水分生產率、作物系數以及生長、生理動態等變化特征,為調整區域作物種植結構,高效節水提供理論依據。【方法】在新疆灌溉中心試驗站,通過2013—2015年3年的旱棚灌溉試驗,分析4種不同灌水定額300、375、450、525 m3·hm-2(分別用T1、T2、T3、T4表示)玉米年際內和年際間耗水規律、作物系數及生長、生理指標變化,采用相關分析方法,探明各氣象因素與玉米需水量的相關關系,確定影響玉米需水量變化的主要氣象因素。【結果】年際內各處理玉米總耗水量、生育階段耗水量隨灌水量增加而增大,2013年各處理總耗水量為202.69、243.22、317.70、366.99 mm;2014年各處理總耗水量為293.81、372.18、466.69、537.13 mm;2015年各處理總耗水量為326.84、401.31、490.76、569.33 mm。年際間,2015年度各處理總耗水量比2014年多5.66%、4.90%、7.26%、10.11%,比2013年多35.54%、35.26%、39.39%、37.98%;2014年度各處理總耗水量比2013年多31.68%、31.92%、34.65%、31.01%。2015年平均溫度比前兩年高2.6%—3.3%,有效降雨高30.4%—31.2%,相對濕度高11.5%—12.5%。平均溫度對玉米播種至灌漿生長期需水量影響突出,線性回歸方程的決定系數均達到0.98。玉米產量隨灌水量的增加呈先增后減趨勢,經優化分析玉米生育期灌水量為3 570—6 370 m3·hm-2,產量可達13 061—14 929 kg·hm-2。水分生產率隨灌水量增加而降低,變幅5.92—1.75 kg·m-3之間。隨著灌水定額增加而增大,作物系數在0.51—1.18之間變化,3年內作物系數在灌漿—成熟階段最大,其值為1.01,播種—出苗作物系數最小,其值為0.33。【結論】年際內玉米各處理總耗水量差異顯著,各生育階段耗水量在拔節—抽雄、抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。年際間各處理總耗水量變化差異顯著,各處理生育階段耗水量在抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。氣象因素中平均溫度、有效降雨、相對濕度呈逐年增長趨勢,太陽輻射、風速、平均溫度與需水量成正相關,相對濕度與需水量成負相關。在出苗—拔節階段,主要氣象影響因素是太陽輻射和風速;在拔節—抽雄階段,主要氣象影響因素是相對濕度和平均溫度;在抽雄—灌漿階段,主要氣象影響因素是平均溫度。平均溫度對玉米生育階段需水量影響最大。玉米產量與全生育期灌水量成二次拋物線關系。玉米作物系數全生育期呈現單峰值變化,峰值出現在抽雄—灌漿期。生育期內玉米株高隨灌水量增大而增加,全生育期呈單峰變化,峰值在抽雄期。葉面積指數峰值出現在灌漿期,葉綠素峰值出現在抽雄期。
    園藝
    茄萼花色苷合成相關基因DFR和MYB克隆及表達分析
    王海竹,曲紅云,周婷婷,徐啟江
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2781-2792.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.014
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    【目的】花色苷是一類通過類黃酮途徑合成的水溶性次生代謝產物,既能使植物的不同器官呈現紅、紫、藍等顏色,還有利于人體健康。紫茄富含花色苷,但是有關茄萼花色苷生物合成的分子機制還不是很清楚。本研究旨在通過克隆茄萼花色苷合成相關基因DFR和MYB,測定其在不同發育時期不同顏色茄萼中的表達量,探究DFR和MYB在茄萼花色苷合成中的作用。【方法】選用綠萼和紫萼長茄(Solanum melongena L.)果萼為試材,測定不同pH條件下茄萼花色苷含量;通過RACE方法分離克隆DFR和MYB cDNA全長序列,分析DFR和MYB的保守結構域及序列特征;分別對DFR和MYB及其同源蛋白序列進行系統進化分析,構建系統進化樹來進一步分析鑒定基因;使用ExPASy網站提供的在線分析軟件SOPMA預測蛋白質二級結構;利用實時熒光定量PCR方法檢測目的基因在不同發育階段果萼中的表達情況。【結果】從綠萼和紫萼長茄果萼中克隆了DFR和MYB片段,分別命名為ouSmDFR、dongSmDFR和ouSmMYB、dongSmMYB,GenBank登錄號分別為:KX224250、KX224251和KX224253、KX224254。ouSmDFR和dongSmDFR全長分別為1 285 bp和1 249 bp,開放閱讀框為858 bp和864 bp,分別編碼285個和287個氨基酸;ouSmMYB和dongSmMYB全長分別為969 bp和959 bp,開放閱讀框均為462 bp,編碼153個氨基酸。蛋白質二級結構分析表明α-螺旋和無規則卷曲均為兩個DFR蛋白和兩個MYB蛋白的主要二級結構元件。序列比對表明DFR蛋白具有NADPH結構域(NADPH binding domain)和底物特異性結合結構域(Substrate specific binding domain),屬于NADB-Rossmann超基因家族;MYB蛋白屬于R2R3-MYB轉錄因子,具有R2、R3兩個MYB結構域和bHLH結合域。ouSmDFR和dongSmDFR與StDFR和SlDFR具有相對較高的同源性;ouSmMYB和dongSmMYB與EsMYB同源性較高。花色苷含量測定顯示,紫萼果茄萼花色苷含量較高且隨著果實的發育成熟而逐漸增加;而綠萼茄萼幾乎檢測不到花色苷。熒光實時定量PCR分析表明,DFR和MYB在紫萼長茄果萼中表達量均遠高于綠萼長茄;從初蕾期到盛花期,紫萼長茄果萼中DFR和MYB表達量逐漸升高,而綠萼長茄則幾乎沒有變化,與兩個品種茄萼顏色變化相一致。【結論】ouSmDFR和dongSmDFR屬于NADB-Rossmann超基因家族,ouSmMYB和dongSmMYB為典型R2R3-MYB轉錄因子,DFR和MYB在紫萼長茄果萼中表達明顯高于綠萼長茄。推測DFR和MYB在茄萼呈色中發揮作用,并且參與花色苷生物合成。
    ‘嘎啦’蘋果花藥培養種質創新
    溫鑫,鄧舒,張春芬,侯麗媛,石江鵬,聶園軍,肖蓉,秦永軍,曹秋芬
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2793-2806.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.015
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    【目的】單倍體花藥離體培養是農作物包括果樹育種中種質資源創新的最有效方法之一,蘋果是染色體高度雜合且自交不親和樹種之一。在當前蘋果主栽品種中,‘嘎啦’具有早熟、豐產、穩產、多抗的優良性狀,是蘋果育種的重要種質資源之一。花藥單倍體育種也是蘋果新品種培育的重要手段。本研究通過‘嘎啦’蘋果花藥培養誘導胚狀體并獲得純合再生植株,為創制新的純合體種質資源,加速蘋果新品種培育進程提供材料。【方法】采集‘嘎啦’蘋果單核靠邊期到雙核早期的花藥(未開放的花蕾), 低溫處理后進行離體培養,經胚狀體誘導,分化培養形成再生苗,再經生根培養獲得花藥再生植株。之后利用FACS流式細胞儀對再生植株進行倍性分析。取再生植株葉片分離DNA,選用80個來源于蘋果HIDRAS數據庫的SSR標記對所有植株進行PCR擴增,經過凝膠電泳和熒光毛細管電泳鑒定再生植株純合基因型。移栽成活后,對每個再生株系進行形態學特征觀察及統計分析。【結果】過去3年中,共接種的74 200個‘嘎啦’花藥,從未被污染的5萬多個花藥中成功誘導形成386個胚狀體(胚狀體誘導率0.7%),經分化培養獲得64株再生苗(植株再生率16.6%),最終經生根培養、移栽獲得30個成活再生株系。其中包括28個二倍體株系,1個單倍體株系和1個四倍體株系。SSR標記用于純合性鑒定,PAGE結果表明再生株系均為花粉(小孢子)單倍體細胞來源。為了鑒定這些再生植株基因型,從80個SSR中篩選出17個SSR標記(其余SSR標記不具有多態性或帶型雜亂)對所獲得的30個再生株系進行基因型鑒定。17個SSR標記所對應的PCR擴增物能有效區分鑒定不同再生植株基因型。繼代培養60 d后的形態學觀察顯示不同再生株系的株高、葉長、葉寬等特征差異明顯。不同二倍體純合植株的植物學特征也存在差異:Gala 5植株相對較高,葉基變寬,葉尖漸尖;Gala 7葉片變小、變厚,葉柄變短且基部寬大,葉色深且有很強的光澤度;Gala 18葉片較小,葉數較多。純合二倍體再生植株長勢弱于‘嘎啦’雜合供體,但強于單倍體和純合四倍體。【結論】采用優化花藥培養技術,成功獲得了一批蘋果純合體再生植株種質并建立了SSR標記鑒定體系。這些新的種質很大程度豐富了蘋果育種親本種質資源,為挖掘‘嘎啦’蘋果優良性狀基因提供了重要材料,為后期的田間性狀篩選,雜交育種奠定了基礎。
    不同蘋果品種果實礦質元素含量的因子分析和聚類分析
    匡立學,聶繼云,李志霞,關棣鍇,毋永龍,閆震,程楊
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2807-2815.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.016
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    【目的】研究不同蘋果品種果實礦質元素含量特征,為蘋果營養功能評價、蘋果消費以及蘋果育種親本選擇等提供科學依據。【方法】以125個品種的蘋果果實為試材,測定K、P、Mg、Ca、Zn、Cu和Mn 7種礦質元素指標,應用因子分析和聚類分析對礦質元素含量進行分析。【結果】7種礦質元素的平均含量由高到低依次為:K(1 112.72 mg·kg-1)>P(119.59 mg·kg-1)>Mg(65.69 mg·kg-1)>Ca(56.96 mg·kg-1)>Zn(0.69 mg·kg-1)>Cu(0.66 mg·kg-1)>Mn(0.63 mg·kg-1),變異系數范圍為19.4%(Mg)—43.9%(Cu)。K、P、Mg、Ca之間存在顯著差異(P<0.05),Zn、Cu、Mn之間差異不顯著。K-S檢驗表明7種礦質元素含量均服從正態分布。因子分析結果表明,蘋果的特征礦質元素為Cu、K、Mg、P和Mn,提取的4個公因子累積方差貢獻率為86.30%,因子1(F1)主要綜合了Cu、K、Mg、P 4種礦質元素的信息,得分排名前3位的蘋果品種依次為‘秋錦’‘五月’‘國慶’;F2代表Mn元素,排名前3位的蘋果品種依次為‘斯塔克矮生’‘春香’和‘黃魁’;F3代表Zn元素信息,排名前3位的蘋果品種依次為‘燕山紅’‘Szampion’和‘4-23’;F4代表Ca的信息,排名前3位的蘋果品種依次為‘新倭錦’‘伏錦’和‘太平洋玫瑰’。綜合得分排名前5名的蘋果品種由高到低依次為‘秋錦’‘五月’‘新國光’‘北斗’‘長紅’。聚類分析將125個蘋果品種分為5類,第1類包含9個蘋果品種,這些蘋果品種Ca很高;第2類包含28個蘋果品種,Cu含量較高;第3類包含23個蘋果品種,這些蘋果品種Zn含量較高;第4類包含44個品種,這些蘋果品種Ca、Cu、K、Mg、P、Zn含量均很低;第5類包含21個樣品,這些蘋果品種K、Mg、Mn、P含量均較高,Zn含量較低。【結論】蘋果中K、Mg、Cu、P兩兩之間分別呈極顯著正相關,相關系數均在0.5以上。Cu、K、Mg、P和Mn是蘋果的特征礦質元素。不同品種蘋果間7種礦質元素的組成存在差異,可分為5類,即高鈣品種、高銅品種、高鋅品種、高鉀鎂錳磷品種和低礦質元素品種。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    山羊早期胎兒組織TET1與Wnt通路基因的表達變化及其相關性
    譚強,羅南劍,張艷麗,安炳星,陳秋羊,趙永聚
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2816-2825.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.017
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    【目的】通過檢測TET1和Wnt信號通路相關基因以及DKK家族基因在山羊胎兒發育早期的表達變化,分析TET1與Wnt通路基因的相關性,為TET1調控山羊胎兒發育研究提供理論依據。【方法】選取12只健康大足黑山羊母羊,自然發情后與同一只種公羊自然交配。采用剖腹產手術的方法,分別獲得妊娠20、25、30、60和90d的胎兒,對胎兒的生長指標(體重、體長)進行統計,并采集了60和90d胎兒的組織器官樣品(心、肝、肺、腎、腦、皮膚),通過Real-time PCR(RT-PCR)檢測各樣品中TET1基因,DKK家族基因(DKK1、DKK2、DKK3)和Wnt家族基因(Wnt2、Wnt2b、Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt7b、Wnt16)的相對表達量。利用SPSS軟件分析山羊胎兒發育早期不同階段TET1與WNT信號通路相關基因相關性以及基因表達顯著性(P<0.05)。【結果】山羊妊娠早期胎兒生長在60d后有顯著變化。熒光定量檢測結果表明,TET1基因表達隨妊娠天數的增加呈上升趨勢。Wnt家族基因在山羊胎兒發育中都檢測到表達(Wnt2,-2b,-4,-5a,-5b,-7b,-16)。其中,Wnt2和Wnt7b表達量隨胎兒發育逐漸增高;Wnt2b、Wnt5a、Wnt5b、Wnt7b在妊娠30 d時有顯著高表達(P<0.05);Wnt4在胎兒發育20 d時表達顯著(P<0.05);Wnt16基因在妊娠25 d有顯著高表達(P<0.05)。DKK家族基因表達檢測結果顯示,DKK1在胎兒發育早期階段都有表達,DKK2/3在妊娠初期表達量較低,后期表達增高。通過組織中基因表達檢測顯示,TET1在90d胎兒肝、肺、腎和腦中的表達水平相比于60d胎兒組織升高,肝中表達量顯著(P<0.05)。Wnt家族基因Wnt2在組織器官中有相對活躍的表達,妊娠90d胎兒肺中表達量極顯著(P<0.01);Wnt16基因在胎兒皮膚組織中表達顯著(P<0.05),且維持在一個較高的水平;Wnt5a和Wnt7b在腎中表達顯著(P<0.05),其他Wnt基因在組織中都有表達。相關性分析顯示,胎兒生長指標(體重、體長)變化與TET1的表達呈極顯著正相關(P<0.01);TET1在胎兒發育早期的表達與Wnt2、Wnt7b、Wnt16呈現正相關,與Wnt2b、Wnt4、Wnt5a、Wnt5b呈負相關,其中與Wnt5b呈顯著負相關(P<0.05),與Wnt7b呈極顯著正相關(P<0.01)。Wnt通路基因之間也有相互關系,Wnt2與Wnt4呈極顯著負相關(P<0.01)。Wnt2與Wnt7b,Wnt2b與Wnt5a、Wnt5b,Wnt5a與Wnt5b呈極顯著正相關(P<0.01)。Wnt4與Wnt5a呈顯著正相關(P<0.05)。【結論】獲得了TET1與Wnt基因在山羊胎兒發育早期的表達模式,并進行了相關性分析,填補了這些基因在山羊方面的研究空白;TET1與Wnt基因對山羊胎兒早期的發育和組織的形成是一個動態的調控變化過程;TET1基因表達與部分Wnt基因呈現顯著正相關,部分呈現顯著負相關;Wnt通路基因之間表達量呈現一定的相關性。這些數據為TET1與Wnt分子調控山羊早期胎兒發育的機制深入研究提供了參考。
    基于表達譜芯片挖掘雞骨骼肌不同類型肌纖維的差異表達基因
    束婧婷,姬改革,單艷菊,章明,肖芹,屠云潔,盛中偉,張笛,鄒劍敏
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2826-2836.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.018
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    【目的】肌纖維類型的差異是直接影響肌肉生長發育和肉品質的重要因素,紅肌纖維比例高的肌肉肉品質要顯著優于白肌纖維比例高的肌肉,然而,目前對于雞骨骼肌纖維類型形成及轉換的分子調控機制尚不明確。本究以中國優良的地方品種清遠麻雞為研究對象,首次對其骨骼肌中不同類型肌肉的轉錄組差異進行了研究,以期挖掘在雞肌纖維生成和類型轉換中發揮調控作用的關鍵因子。【方法】采用Agilent雞全基因組表達譜芯片對清遠麻雞骨骼肌表型差異較大的比目魚肌和趾長伸肌中與肌纖維類型組成和轉換相關的候選基因進行系統篩查,采用熒光定量PCR對芯片篩選出的差異表達基因進行驗證,采用慢病毒質粒包裝系統構建特異靶向雞PPARGC1A基因的RNA干擾慢病毒載體進行基因功能研究。【結果】芯片結果共發現差異倍數在2倍及以上的基因1 224個(P<0.05, FC≥2),以趾長伸肌作為參照,比目魚肌中上調基因為654個,下調基因為570個,盡管芯片和熒光定量PCR兩種方法得出的差異倍數并不完全一致,但所選基因的表達趨勢是一致的,表明芯片結果是可靠的。對差異表達基因進行GO(GO ontology)功能分類,共發現了74個顯著性GO,主要分為生物學過程、分子功能和細胞組分等3大類。基于KEGG Pathway分析發現,一些已知的與肌纖維類型轉換、肌肉發育以及脂質代謝相關的信號通路在兩種類型的肌肉中被顯著富集。綜合差異基因的GO、KEGG Pathway和共表達網絡分析,推測PRKAG3, ATP2A2以及PPARGC1A可能是與肌纖維類型性狀緊密關聯的關鍵基因。進一步對PPARGC1A基因進行功能研究發現,PPARGC1A基因的敲低,引起了PPP3CA,MEF2C以及SM等慢肌纖維標志基因以及與肌纖維發育與轉換相關基因表達水平的顯著降低,而快肌纖維標志基因FWM的表達水平則顯著上升。【結論】揭示了雞紅肌和白肌兩種不同類型肌肉間的轉錄組差異,證明了PPARGC1A基因能夠與鈣離子信號通路相關基因協同從而在雞肌纖維類型組成和轉換中發揮著重要作用,從而為中國地方雞肉品質性狀的遺傳改良提供一定的理論依據。
    家蠶堿性磷酸酶原核表達純化、結構與活性分析
    何華偉,王葉菁,侯麗,李瑜,位曙光,趙朋,蔣文超,趙萍
    中國農業科學. 2017, 50(14):  2837-2850.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.019
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    【目的】堿性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)是生物體內磷酸代謝的關鍵調控酶。不同物種ALP的性質與其生理功能密切相關。研究家蠶(Bombyx mori)ALP(BmALP)的性質和結構,為揭示ALP在昆蟲體內的生理功能和調控機制提供依據。【方法】取5齡3 d家蠶中腸組織,利用Trizol法提取總RNA,然后以其為模板反轉錄合成cDNA。以家蠶中腸cDNA為模板,利用Primer Premier 6.0軟件分別設計上下游引物,通過PCR克隆BmALP。將BmALP與不同的表達載體分別進行雙酶切,然后連接并轉化表達菌株,利用大腸桿菌表達重組蛋白。比較不同表達載體在上清中的表達情況,選擇可溶性重組蛋白表達最好的載體,利用Origami B (DE3)細胞大量表達重組蛋白,借助Ni-NTA親和層析純化重組的His-Trx-BmALP蛋白,然后加入Prescission蛋白酶在4℃酶切20 h,再次利用Ni-NTA親和層析去除融合標簽His-Trx。利用凝膠過濾層析分析BmALP分子量及其在溶液中的狀態,利用圓二色光譜研究BmALP的二級結構及其隨溫度的變化。通過酶活分析研究BmALP的最適pH、最適溫度、Km、結構穩定性及金屬離子對其酶學活性的影響。【結果】從家蠶中腸組織提取了總RNA,反轉錄合成了cDNA,并以該cDNA為模板成功克隆了BmALP。分別構建了BmALP的pSKB2、ppSUMO和pET32M.3C 3種表達載體。表達分析發現,pET32M.3C載體有助于重組的融合蛋白His-Trx-BmALP以可溶性蛋白的形式在細胞裂解后的上清液中表達,然后利用pET32M.3C載體大量表達重組蛋白,并通過Ni-NTA親和層析純化獲得了可溶性的His-Trx-BmALP。加入Prescission蛋白酶酶切,再次通過Ni-NTA親和層析去除了融合標簽His-Trx。凝膠過濾分析顯示BmALP在溶液中形成穩定的二聚體結構。圓二色光譜研究表明BmALP包含有α-螺旋結構,其含量隨溫度的升高逐漸減少。酶活分析揭示BmALP的最適pH和最適溫度分別為 11.0和45℃。測定BmALP的Km值為1.40 mmol·L-1。在10℃處理2 h后,BmALP的殘余活性最高;35℃處理2 h后,其活性完全喪失。Mg2+和Zn2+促進了BmALP催化反應的進行,其最適濃度分別為40和5 mmol·L-1。在20 mmol·L-1濃度范圍內,Cu2+激活了BmALP活性,其中10 mmol·L-1時激活效果最好,濃度超過20 mmol·L-1時,Cu2+則抑制了BmALP活性。【結論】克隆了家蠶堿性磷酸酶基因BmALP,表達純化了BmALP蛋白并分析了其結構和性質,為深入研究其結構和功能打下了基礎。
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