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當期目錄

    2017年 第50卷 第18期 刊出日期:2017-09-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    陸地棉葉片葉綠素含量與SSR標記的關聯分析及優異等位變異的挖掘
    劉其寶,李黎貝,張馳,宿俊吉,魏恒玲,王寒濤,喻樹迅
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3439-3449.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.001
    摘要 ( 77 )   HTML ( 3 )   PDF (1416KB) ( 226 )   收藏
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    【目的】篩選與陸地棉葉片葉綠素含量性狀相關聯的分子標記,挖掘其優異等位變異及典型材料,為陸地棉分子標記輔助育種提供技術支持。【方法】在3年6個環境中,對185份陸地棉品種(系)組成的自然群體進行倒4葉葉綠素相對含量(soil and plant analyzer development,SPAD)的測定,每年分3個時期(打頂后0、10和20 d)。采用PowerMarker 3.25軟件計算各位點的多態性信息含量,以分析群體的遺傳多樣性。利用STRUCTURE 2.3.4軟件計算群體結構矩陣(Q),利用TASSEL 3.0軟件計算親屬關系矩陣(K),通過GLM(general linear model,Q)和MLM(mixed linear model,Q+K)2種方法,同時對SPAD與SSR標記進行關聯分析。依據計算的等位位點表型效應值,挖掘優異的等位變異及典型材料。【結果】137對SSR多態性引物共擴增出355個等位變異,平均每對引物擴增到2.6個多態性位點,PIC平均值為0.67,變化范圍為0.01—0.95,高度多態性引物(PIC>0.5)占85%,其中PIC最高的標記為HAU2146(PIC=0.95)和NAU2083(PIC=0.93)。當?K取得最大值時,K=2,因此,將185份陸地棉材料劃分為2個亞群。通過GLM方法共檢測到22個顯著性位點(P<0.001),表型變異解釋率為5.28%—10.85%,平均為7.24%,貢獻率最高的等位變異位點是SWU0529a(R2=10.85%)和NAU998c(R2 =10.48%);通過MLM方法共檢測到17個顯著性位點(P<0.01),表型變異解釋率為3.72%—8.58%,平均為4.72%,貢獻率最高的等位變異位點是SWU0923b(R2=8.06%)和SWU0662d(R2=6.74%);2種方法共同檢測到的顯著性位點有12個,等位變異NAU998c在3個時期2種方法能同時被檢測到。通過等位變異的表型效應分析,找到2個增效效應最大的等位變異(HAU3318b和SWU0987b),利用找到的等位變異對材料進行篩選,獲得攜帶2個增效效應等位變異的材料53份,2個增效效應位點都未檢測到的材料有46份,統計結果顯示,在打頂后10和20 d 2個時期,53份材料的SPAD均值顯著高于46份材料的SAPD均值。【結論】檢測到12個與SPAD值相關的顯著性位點,并挖掘到2個增效效應優異等位變異,獲得攜帶優異等位變異的載體材料53份,獲得攜帶2個優異等位變異的典型材料1份。
    不同氮磷鉀處理大豆苗期主根長和側根數的QTL定位分析
    梁慧珍,董薇,許蘭杰,余永亮,楊紅旗,譚政偉,許陽,陳鑫偉
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3450-3460.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.002
    摘要 ( 122 )   HTML ( 1 )   PDF (2848KB) ( 451 )   收藏
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    【目的】主根長和側根數是重要的根系性狀。通過不同氮磷鉀處理,發掘大豆苗期主根長和側根數的基因資源、了解其遺傳機制,定位其主效QTL,分析QTL間的上位性和環境互作效應,對生產提供理論指導。【方法】以栽培大豆晉豆23為母本、山西農家品種灰布支黑豆(ZDD02315)為父本所衍生的447個RIL作為供試群體,取親本及447個家系各30粒種子,用滅菌紙包裹后,2015年和2016年分別放置于CK(模擬種植不施肥)、NPK(模擬大田正常配施氮磷鉀肥)和1.5NPK(模擬高肥田塊)3種生長環境下進行水培試驗,每組試驗設置3次重復,環境溫度20—28℃,幼苗長到V2期,對幼苗期相關根部性狀數據進行測量。分別采用WinQTLCart 2.5和QTLNETwork 2.1 2種遺傳模型檢測QTL,分析QTL間的上位性和環境互作效應。【結果】基于復合區間作圖(CIM)共檢測到24個影響主根長和側根數的QTL,分布于第2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、16、17共14條染色體中,單個QTL的貢獻率介于8.52%—43.62%,QTL主要表現為加性效應。基于混合線性模型(MCIM)檢測到影響主根長和側根數的QTL各1個,2個QTL均表現出加性效應和環境互作效應。另有2對主根長和2對側根數均檢測出加性×加性上位性互作QTL,主根長和側根數各有1對表現出主效QTL與非主效QTL加性×加性上位性互作,各有1對表現出非主效QTL與非主效QTL加性×加性上位性互作,2對主根長互作QTL分別解釋了1.53%和1.95%的表型變異率,2對側根數互作QTL分別解釋了2.47%和1.13%的表型變異率。2個QTL能在2種分析方法中同時檢測到,9個QTL能在3種環境下同時檢測到。第6染色體在2015年NPK、1.5NPK和2016年1.5NPK 3個環境下均檢測到主根長QTL,第5染色體在2015年NPK和1.5NPK、2016年CK 3個環境下、第17染色體在2015年CK和NPK、2016年NPK 3個環境下均檢測到側根數QTL。【結論】苗期大豆主根長和側根數對氮磷鉀的吸收影響較少,生產中盡可能減少氮磷鉀使用量。不同濃度氮磷鉀處理苗期主根長和側根數參數間既有共同的控制基因,也有各自獨特的控制基因,多數QTL不能在多個環境下重復檢測到,控制其表達的遺傳機制較為復雜。加性效應、加性與環境互作和加性×加性上位性互作效應在主根長和側根數的形成和遺傳中發揮著重要作用。主根長和側根數各有1個QTL能在2種分析方法中同時檢測到,Satt442-Satt296和Satt521-GMABABR是共位標記區間。
    馬鈴薯品種耐弱光性評價及其指標的篩選
    李彩斌,郭華春
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3461-3472.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.003
    摘要 ( 135 )   HTML ( 6 )   PDF (868KB) ( 263 )   收藏
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    【目的】近年來,弱光脅迫逐漸成為冬作、保護地和間套作栽培馬鈴薯生產的重要限制因素。通過篩選馬鈴薯耐弱光性鑒定指標,評價不同品種的弱光耐受性,為馬鈴薯耐弱光品種選育和冬作馬鈴薯產業發展及馬鈴薯間套作栽培提供科學依據。【方法】采用大田試驗,以10個馬鈴薯品種為供試材料,齊苗后用遮陽率為70%的遮陰網進行全生育期遮陰處理,以自然光照為對照。初花期測定株高、節間長、葉面積等形態指標,葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等色素含量指標和凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率等光合生理指標,收獲后測產并計算單株塊莖重。通過計算馬鈴薯各品種耐弱光系數、耐弱光指數和各指標脅迫指數,使各指標間具有可比性。以耐弱光系數和耐弱光指數閉區間擴展值對各馬鈴薯品種耐弱光性進行評價,將各指標脅迫指數分別與耐弱光系數和耐弱光指數進行相關性分析,篩選出具有顯著相關的指標。【結果】與對照相比,遮陰處理后馬鈴薯在形態、生理和產量等方面均發生改變:株高增加,節間伸長,葉面積增大;葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量增加,葉綠素a/b值減小,類胡蘿卜素含量總體呈增加趨勢;凈光合速率、瞬時水分利用效率、氣孔導度顯著下降,蒸騰速率顯著增加,胞間CO2濃度呈增加趨勢;單株塊莖重顯著減少,減產幅度達62.14%—90.74%。根據耐弱光系數和耐弱光指數評價馬鈴薯耐弱光性結果基本一致,但耐弱光指數不僅反映了馬鈴薯產量對遮陰脅迫的敏感性,同時也反映了不同基因型差異對產量的影響,較耐弱光系數評價方法嚴格。葉面積、單株塊莖重、葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素脅迫指數6個指標與耐弱光系數或耐弱光指數呈顯著或極顯著相關,可以作為馬鈴薯耐弱光性有效鑒定指標。【結論】中薯20高度耐弱光,woff中度耐弱光,費烏瑞它和會-2低度耐弱光,其余品種均不耐弱光。以耐弱光系數和耐弱光指數為主要鑒定指標,并結合與之顯著相關的形態、生理和產量等指標對馬鈴薯耐弱光性進行綜合評價較為客觀、可靠,而且方便易行。
    苦蕎全生育期蘆丁積累與其生物合成途徑相關基因表達分析
    孫朝霞,侯思宇,令狐斌,劉榮華,王麗,楊武德,韓淵懷
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3473-3481.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.004
    摘要 ( 102 )   HTML ( 2 )   PDF (2758KB) ( 221 )   收藏
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    【目的】探究苦蕎全生育期蘆丁含量變化與其合成途徑關鍵酶基因和調控因子MYB基因表達量之間的相關性,以期進一步明確苦蕎植株體內蘆丁生物合成的分子機制。【方法】以九江苦蕎為試驗材料,整個生育期分別在萌發期、子葉期、真葉期、盛葉期、現蕾期、盛花期、灌漿期和籽粒成熟期共8個時期取材(S1—S8)。采用RT-PCR方法,克隆獲得與黃酮類代謝相關的MYB類轉錄因子基因。采用T-coffee軟件進行氨基酸同源序列比對及保守結構域分析。與擬南芥黃酮類代謝相關的MYB轉錄因子及蕎麥同源MYB轉錄因子序列比對,基于鄰近法構建系統進化樹;實時熒光定量PCR技術分析蘆丁合成途徑中5個關鍵酶FtCHSFtF3HFt4CLFtFLS-likeFtUFGT及上述克隆到的MYB轉錄因子在不同組織中的表達模式。基于高效液相色譜法(HPLC)測定全生育期取材組織的蘆丁含量。同時采用相關性分析方法分析不同組織中蘆丁含量變化與基因表達模式的相關性。轉換上述數據為矩陣,采用歐式距離法構建共表達層次聚類圖譜。【結果】克隆到2個MYB類轉錄因子,即FtMYB7FtMYB9,其核酸序列長度分別為876和912 bp,分別編碼291和303個氨基酸殘基。氨基酸序列同源性比對分析結果表明,二者均具有典型的R2R3保守結構域,為R2R3類型的MYB轉錄因子。結合Nr數據庫中17個苦蕎和3個擬南芥黃酮類代謝相關MYB轉錄因子同源氨基酸序列構建系統進化樹,結果表明這22個基因分成6大類群,其中FtMYB7屬于第II類群,FtMYB9屬于第IV類群,二者分屬于不同類群,暗示這2個MYB轉錄因子可能涉及調控植物生長發育過程中不同功能類型。熒光定量結果顯示,FtMYB7在S3(真葉期)和S5(現蕾期)基因相對表達量最高,達到501和867倍;FtMYB9在S1(萌發期)和S2(子葉期)相對表達量最高,分別為34和72倍。上述基因表達量與蘆丁含量變化模式相關性分析表明,8個生長時期中,Ft4CLFtCHSFtF3HFtUFGTFtMYB7相對表達模式與蘆丁含量變化幅度呈正相關,其相關系數分別為0.748、0.683、0.704、0.890和0.862。而FtFLS-likeFtMYB9與蘆丁含量的變化幅度呈負相關,其相關系數分別為-0.442和-0.501。【結論】FtMYB7和FtMYB9轉錄因子在整個生育時期中表達模式存在明顯差異。其中FtMYB7可能在苦蕎蘆丁積累的過程中起到正調控作用,而FtMYB9則為負調控作用。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    側向垂直斷根對不同根型夏玉米品種葉片光合性能及產量的影響
    路篤旭,徐振和,劉梅,劉鵬,董樹亭,張吉旺,趙斌,李耕,劉少坤,李慶方
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3482-3493.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.005
    摘要 ( 100 )   HTML ( 1 )   PDF (448KB) ( 124 )   收藏
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    【目的】探明距離植株中心不同距離處根系對玉米葉片光合特性及產量形成的作用,為生產上通過篩選理想根系構型進一步提高玉米產量和資源利用效率提供理論依據。【方法】以高產夏玉米品種登海661(深根型,DH661)和鄭單958(淺根型,ZD958)為材料,于大喇叭口期(V12)的植株為中心,沿行向分別在植株兩側10 cm(T-10)、20 cm(T-20)處側向垂直斷根,斷根深度60 cm,以不斷根處理為對照(CK),共6個處理,研究在玉米植株兩側不同水平距離處側向垂直斷根對不同根型夏玉米品種葉片光合性能及產量形成的調控作用。【結果】深根型品種DH661在距離植株10 cm范圍內其根系干重(RDW)、總根長(RL)、根表面積(RSA)、根系體積(RV)分別占總體根系的83.18%,69.55%,68.74%,66.44%,淺根型品種ZD958則分別為75.19%、51.17%、53.85%、56.49%,DH661根系的分布主要集中在距離植株中心0—10 cm范圍內,相對于ZD958根系在橫向分布上更為緊縮。在距離玉米植株兩側10 cm及20 cm處垂直斷根對于DH661各根系指標的影響較ZD958要小。斷根顯著影響了兩玉米品種葉片的光合性能,抑制了花前葉片的生長,加速了花后葉片的衰老。兩年中DH661的T-20處理在抽雄期(VT)葉綠素含量下降4.29%和6.32%,凈光合速率(Pn)下降5.16%和4.66%,T-10處理降幅分別為6.37%和6.86%,6.47%和8.66%;ZD958的T-20處理降幅分別為6.52%和9.91%,6.48%和9.15%,T-10處理降幅分別為15.40%和15.01%,11.89%和15.49%。斷根同時造成地上部生物量、籽粒產量顯著下降,各指標的下降幅度均為T-10>T-20,且對深根型品種DH661的影響顯著小于淺根型品種ZD958。【結論】側向垂直斷根顯著降低了兩種不同根型夏玉米品種的穗位葉凈光合能力、植株生物量和最終產量,降幅隨著側向垂直斷根距離植株中心靠近呈顯著增加趨勢。兩品種相比,深根型夏玉米品種(登海661)對于遠距垂直斷根(T-20)的響應明顯弱于淺根型夏玉米品種(鄭單958)。深根型與淺根型夏玉米品種從根系構型、分布和垂直斷根后保留的根系功能方面相比,深根型品種根系性能更適宜縱向壓縮的栽培空間,是其較淺根型耐密種植的主要原因之一。
    海島棉苗期鹽脅迫下形態學和生理學指標變化
    趙海燕,王建設,劉林強,陳勇全,李夢飛,盧全偉,劉方,彭仁海
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3494-3505.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.006
    摘要 ( 90 )   HTML ( 5 )   PDF (1003KB) ( 249 )   收藏
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    目的】300 mmol·L-1 NaCl 脅迫下,觀察并測定海島棉耐鹽性強的品系越海9號和耐鹽性弱的品系PS-7葉片、莖細胞解剖結構和生理學指標,從形態學和生理學兩個水平研究海島棉苗期響應鹽脅迫的應答機制,為棉花耐鹽材料的篩選提供理論依據和技術方案。【方法】采用水培方法,待棉苗生長至3葉期時,開始進行300 mmol·L-1 NaCl脅迫處理。運用光學顯微技術及生理學指標測定法,在不同NaCl脅迫處理時間下,對海島棉耐鹽性強的品系越海9號和耐鹽性弱的品系PS-7進行形態學觀察及生理學指標分析。【結果】2份海島棉材料對 NaCl 脅迫的反應不同。隨著300 mmol·L-1 NaCl處理時間的延長,與對照相比,越海9號和PS-7的葉片和莖的橫切面面積均顯著變小,處理24 h時,分別變小14.10%、54.69%與45.30%、87.90%,PS-7的變化幅度大于越海9號;處理12 h時,PS-7維管束中木質部已經損害嚴重,越海9號維管束中木質部則沒有明顯變化;PS-7的柵欄組織細胞在處理24 h時由長圓柱形變為卵圓形,越海9號的柵欄組織細胞的形狀則沒有變化。生理學研究表明,越海9號葉片中的葉綠素含量、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性在整個處理過程中均高于PS-7,而其丙二醛含量卻明顯低于PS-7;在300 mmol·L-1 NaCl處理8 h時,越海9號和PS-7中的丙二醛含量、葉綠素含量、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性均達到了顯著性差異。【結論】葉片中柵欄組織和莖中木質部可能是海島棉響應鹽脅迫的最敏感部分,葉綠素、丙二醛、超氧化物歧化酶和過氧化物酶可作為鑒定耐鹽棉花材料的生理學指標。
    新疆渭干河—庫車河三角洲綠洲耕地時空變化特征分析
    麥爾耶姆·亞森,買買提·沙吾提,吐爾遜·艾山,如則麥麥提·米吉提,依克麗曼·阿布都米提,馬依拉·熱合曼
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3506-3518.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.007
    摘要 ( 85 )   HTML ( 1 )   PDF (2453KB) ( 194 )   收藏
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    【目的】耕地資源的變化特征是土地利用與土地覆被變化研究的重要內容,也是關系到耕地安全與糧食安全的重大問題。新疆作為中國農業用地較多和后備耕地資源較大的省區,在中國耕地資源保護和持續利用中具有突出地位。渭庫綠洲是新疆最典型的荒漠綠洲區,是阿克蘇地區最大的灌溉區及新疆重要的產棉區之一,深入了解該綠洲耕地分布及其變化過程,對指導該綠洲農業發展,保障生態安全至關重要。【方法】本研究以遙感資料為數據源,選取動態度、區位指數和板塊密度等地理計量模型揭示渭庫綠洲近21 a來耕地的時空變化特征,分析其變化的主要原因。【結果】(1)近21a年渭庫綠洲耕地發生了顯著的時空變化。耕地面積從1994年的2 488 km2 增加到 2015年的3 931 km2,研究期間增加了1 443 km2,耕地面積的比例從17%上升到26%,年均變化量68.71 km2,年均變化率2.7%;耕地擴展中心逐漸由綠洲中上游轉移到下游,并延伸到綠洲外圍,主要表現以耕地為主的農業用地和建設用地為主的非農業用地增加,以及鹽漬地和水域大面積減少;(2)從區位指數來看,各縣的區位指數存在一定的差異,其中新和縣的耕地區位指數均排在第一位,耕地聚集程度遠高于全區平均和其他地區,沙雅縣的耕地區位指數位于第二,聚集程度也高于全區平均值,庫車縣的耕地區位指數最小。【結論】經過近21 a的耕地擴展,耕地景觀由已雜亂破碎斑塊逐漸連接成片,耕地景觀的優勢進一步增加。降水和徑流的增加為渭庫綠洲耕地擴展提供了相對有利的氣候條件,水利建設與人口增長是影響該綠洲耕地面積變化的主要原因。本研究提出的分析方法能快速、客觀反映區域耕地格局的動態變化過程和差異特征,為耕地時空變化研究提供了一種新思路。
    植物保護
    利用酵母雙雜交系統篩選與草莓鑲脈病毒P6蛋白互作的森林草莓寄主因子
    李帥,蔣西子,梁偉芳,陳思涵,張享享,左登攀,胡亞會,江彤
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3519-3528.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.008
    摘要 ( 92 )   HTML ( 3 )   PDF (2198KB) ( 269 )   收藏
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    【目的】草莓鑲脈病毒(Strawberry vein banding virus,SVBV)是侵染草莓的主要病毒,但其侵染草莓的機制尚不清楚。論文以SVBV的P6蛋白為誘餌篩選森林草莓(Fragaria vesca)cDNA文庫的寄主因子,為解析SVBV侵染草莓的分子機制提供理論依據。【方法】SVBV接種森林草莓,提取出現明顯癥狀葉片的總RNA,DnaseI處理后,用SMART法反轉錄合成ds cDNA,均一化處理cDNA并酶切純化,將<400 bp的短片段去除,其余片段連接到pGAD-T7質粒載體上,構建森林草莓初級cDNA文庫。同時將SVBV P6構建到酵母雙雜交誘餌載體pGBK-T7上,再將pGBK-P6和pGBK-T7分別轉化酵母菌株AH109,陽性酵母菌株接種SD/-Trp液體培養基,鑒定誘餌載體對酵母細胞的毒性。將轉化pGBK-P6的酵母菌分別涂布SD/-Trp、SD/-Leu-Trp和SD/-His-Trp平板,測定菌落生長情況,分析P6蛋白對酵母報告基因的自激活活性。然后用森林草莓初級cDNA文庫質粒轉化含有誘餌載體pGBK-P6的AH109酵母菌株,共轉化子依次涂布SD/-Leu-Trp、SD/-Leu-Trp-His和SD/-Trp-Leu-His-Ade/X-α-Gal平板,最終篩選藍色且長勢較好的陽性菌落,提取酵母質粒并測序,GenBank中初步比對候選基因,利用Uniprot在線網站的gene ontology(GO)通路注釋互作蛋白因子,分析互作蛋白的生物學功能。【結果】3種cDNA文庫平均庫容超過2.0×106 cfu,平均文庫重組率為97%,文庫插入片段平均擴增長度>1 kb,表明森林草莓cDNA文庫符合試驗標準。最終利用SD/-Trp-Leu-His-Ade/X-α-Gal培養基篩選得到230個酵母陽性克隆,經過序列相似性比對,除去重復序列、載體序列和移碼序列,共篩得15個與SVBV P6互作的寄主因子。GO通路注釋結果表明這些寄主因子參與了13種生物過程,包括泛素化、轉錄因子調節、防御反應、代謝過程、氧化還原和胞內氨基酸代謝等過程;這15個寄主因子的分子功能多樣,包括乙酰轉移酶活性、萜烯合酶活性、脫氫酶活性、金屬離子結合活性、蛋白激酶活性和水解酶活性等。【結論】成功構建了森林草莓酵母cDNA文庫,篩選出15個與SVBV P6互作的森林草莓寄主因子,為進一步探明SVBV與森林草莓互作的分子機理提供了理論依據。
    朱砂葉螨β-COPSro基因鑒定及其沉默致死效果
    敖已倩云,申光茂,王夢瑤,劉家路,潘宇,何林
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3529-3539.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.009
    摘要 ( 75 )   HTML ( 1 )   PDF (2400KB) ( 210 )   收藏
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    【目的】明確朱砂葉螨(Tetranychus cinnabarinusβ-COPSro兩條基因分子生物學信息,并基于優化的RNAi體系評價它們的致死效應,為篩選適用于RNAi防控的靶基因打下基礎。【方法】首先克隆目的基因的全長,并通過序列的同源比對、保守區域及蛋白結構預測以及系統進化樹的構建明確其分子生物學信息;其次通過減少dsRNA降解因素、并適時補充dsRNA等方法改進朱砂葉螨的RNAi體系,從而延長干擾時間。利用定量PCR技術檢測特定時間點的沉默效率,評價優化RNAi體系后的沉默效果;最后在沉默目的基因β-COPSro后,檢測朱砂葉螨在各特定時間點的死亡率,評價目的基因在RNAi下的致死效果,并觀察相應的致死表型。【結果】β-COP開放閱讀框長度為2 688 bp,編碼895 aa,屬于“WD40 superfamily”及“Coatomer_ WDAD superfamily”,包含了“WD 40”和“Coatomar_WDAD”的保守區域。Sro的開放閱讀框長度為1 119 bp,編碼372 aa,具有典型的短鏈脫氫酶所特有的兩個特征,即與NADP+biding 結合位點基序“TGxxxGx”和“YxxxK”及其上游的天冬氨酸(Asn)、絲氨酸(Ser)活性位點。優化后的RNAi體系可在96 h內能穩定保持50%左右的沉默效率,使用該方法干擾朱砂葉螨β-COPSro兩條致死基因48 h后試驗組與對照組的死亡率均有顯著性差異,用β-COPdsRNA片段干擾雌成螨108 h后,死亡率達57.4%;用Sro的dsRNA片段干擾若螨96 h后,死亡率達28.8%。死亡個體均具有明顯的表型,β-COP試驗組死亡表型為4對足蜷縮在體側;Sro試驗組則在靜伏期死亡或在蛻皮過程中無法蛻皮而死亡。【結論】優化的朱砂葉螨RNAi技術有穩定持續的沉默效果。β-COPSro與RNAi技術相結合,驗證了這兩條目的基因的沉默可對朱砂葉螨產生一定的致死效應,表明此類基因與技術加成的模式極具開發和利用的潛力,為今后基因功能驗證和篩選以及開發以RNAi技術為基礎的朱砂葉螨防控方法提供了依據。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    長期化肥和有機肥施用對雙季稻根茬生物量及養分積累特征的影響
    柳開樓,張會民,韓天富,周利軍,李大明,胡志華,黃慶海,葉會財,徐小林,胡惠文
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3540-3547.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.010
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    【目的】作物根茬還田不僅促進作物吸收的養分歸還農田系統,而且可以培肥土壤。然而,在雙季稻區,有關不同施肥措施下根茬生物量的變化及養分積累特征則仍不明確。【方法】基于1981年開始的進賢雙季稻長期定位試驗,于2012年分別采集早晚稻成熟期不施肥(CK)、氮磷鉀肥(NPK)、2倍的氮磷鉀肥(2NPK)和氮磷鉀肥與有機肥配施(NPKOM)處理的水稻秸稈、籽粒、根茬和土壤樣品,分析不同施肥處理下根茬生物量及氮磷鉀養分積累量的變化趨勢,探討影響根茬生物量及養分積累量的關鍵肥力因子。【結果】根茬生物量和養分積累量及占總植株的比例均呈現出早稻季明顯高于晚稻季,且有機無機肥配施處理可以顯著提升水稻的根茬生物量及氮磷鉀養分積累量。與NPK處理相比,NPKOM處理的早稻根茬生物量及氮磷鉀積累量分別增加了20.58%、17.34%、270.66%和37.89%,晚稻季根茬生物量及氮磷鉀積累量的增幅為23.85%、17.88%、262.55%和37.96%。但是,在早稻季,NPKOM處理的根茬生物量及氮鉀養分積累量占總植株的比例則分別比NPK處理降低了22.18%、33.90%和26.70%,晚稻季NPKOM處理的降幅分別為4.91%、39.41%和27.06%,而根茬磷素的比例則呈增加趨勢。進一步通過多元回歸分析發現,在所有肥力指標中,土壤全磷和有效磷是影響水稻根茬生物量及氮磷鉀養分積累量的關鍵肥力因子(P<0.05)。【結論】長期有機無機肥配施可以顯著增加根茬生物量及氮磷鉀養分積累量,但卻顯著降低了根茬氮鉀養分占總植株的比例。且當其他條件相同的情況下,施肥措施主要通過土壤磷含量調控早晚稻的根茬生物量及養分積累量。
    黃土塬區冬小麥產量及水分利用效率對播前底墑變化與生育期差別供水的響應
    李超,劉文兆,林文,韓曉陽,周玲,王亞萍
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3549-3560.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.011
    摘要 ( 115 )   HTML ( 1 )   PDF (547KB) ( 444 )   收藏
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    【目的】通過黃土塬區播前底墑變化和生育期差別供水(降水+補充灌溉)對冬小麥產量、耗水量以及水分利用效率影響的田間試驗,揭示該區域農田有限水資源高效利用的調控機制,明確現有措施下冬小麥旱作生產潛力可實現水平。【方法】劃設田間試驗小區,在夏閑期通過覆蓋保水與生物耗水措施形成底墑差異的基礎上,設計如下試驗:(1)由不同底墑+生育期降水形成4個冬小麥全生育期無補灌處理,以分析冬小麥產量及水分利用效率對播前底墑變化的響應。其2 m土層底墑變化范圍為350—550 mm。(2)相同底墑下不同生育期灌一水處理:在平均底墑約為500 mm下分別在拔節期、孕穗期和灌漿期補充灌溉40 mm,探討冬小麥不同生育期對等量灌溉的響應差別。(3)高底墑542.3 mm與571.6 mm下分別進行灌2水與4水處理,形成冬小麥全生育期比較充分的供水條件,研究冬小麥在低水分脅迫下產量提升的可能程度及其水分利用效率特征。【結果】(1)黃土塬區降水季節分布特征下,播前底墑對冬小麥產量具有決定性作用,產量隨底墑線性增加。在做好夏閑期蓄水保墑的基礎上,旱作冬小麥產量可達到充分供水情況下能夠取得產量的88%—90%水平。(2)與2 m土層底墑為500 mm且生育期無補充灌溉的處理比較,供水增加同為40 mm時,表現為底墑增加處理的產量提高了11.8%,次之是在拔節期與孕穗期分別補灌的處理,但三者間產量無顯著差異;播前底墑較高并在拔節期及孕穗期補充灌溉的處理冬小麥產量達到試驗年份較高水平,且作物水分利用效率(WUE)也得到提高。(3)冬小麥產量與耗水量表現為Logistic曲線關系,隨著耗水量的增大,產量提升速率表現為先快后慢,邊際水分利用效率(MWUE)則持續降低,而WUE表現為上升、達到峰值和下降三個階段,且WUE到達其最高值的耗水量小于產量到達其最高值的耗水量。【結論】黃土塬區氣候條件下,播前底墑差別與生育期差別供水對冬小麥產量均有影響,由底墑或不同生育時期分別增加等量供水在總供水水平相同時其增產效應基本一致;采用Logistic曲線模型可以較好地模擬冬小麥產量與耗水量之間的關系,揭示產量、耗水量及WUE間的內在聯系。
    膜下滴灌不同灌水控制下限對設施土壤團聚體分布特征的影響
    馬建輝,葉旭紅,韓冰,李文,虞娜,范慶鋒,張玉玲,鄒洪濤,張玉龍
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3561-3571.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.012
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    【目的】灌溉是設施土壤水分的主要來源,也是影響土壤結構穩定性的重要因子。探究不同灌水控制下限對設施土壤團聚體分布特征和穩定性的影響,為設施農業合理水分調控、促進設施土壤結構改善提供理論依據。【方法】選用6年膜下滴灌試驗地為對象,供試作物為番茄 (Lycopersicon esculentum Mill.),種植模式為溝壟覆膜。設置了3個灌水控制下限,其土壤水吸力值分別為20、30及40 kPa(分別記為D20、D30、D40),灌水控制上限均為6 kPa。各小區以埋設深度30 cm的張力計指示土壤水分變化,確定灌水時間和灌水量。通過干篩法和濕篩法測定了土壤團聚體的組成,>0.25 mm團聚體含量(R0.25)、平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、分形維數(D)、以及土壤結構破壞率(RDS)和不穩定團粒指數(ElT)。【結果】在0—30 cm土層,D40處理的土壤電導率(EC)、陽離子交換量(CEC)和容重都顯著低于D20和D30處理(D40<D30<D20);D20處理的pH顯著低于D30和D40處理(D40>D30>D20)(P<0.05)。通過干篩法和濕篩法對團聚體數量和大小的測定發現,在0—30 cm土層,土壤機械穩定性團聚體主要集中在>2和1—0.25 mm粒級(23.01%—39.98%),而水穩性團聚體主要集中在1—0.25 和0.25—0.053 mm粒級(31.08—47.27%)。在0—20 cm土層,D30處理的R0.25、平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)均高于D20和D40處理;但在20—30 cm土層,D20處理的水穩性團聚體的含量高于D30和D40處理。不同灌水控制下限下的土壤結構破壞率(RDS)和不穩定團粒指數(ElT)隨土壤深度增加而增加,且RDSElT的變化規律相似。在0—20 cm土層,D30處理的土壤結構破壞率(RDS)和不穩定團粒指數(ElT)顯著低于D20和D40處理(P<0.05)。但在20—30 cm 土層,D20處理的土壤結構破壞率(RDS)比D30和D40處理分別低了12.2%和16.8%。干篩下在10—20 cm 土層內,D20、D30、D40處理的分形維數最小,分別是2.13、2.08、2.19;濕篩下在10—20 cm 土層內,D40、D30、D40處理的分形維數最小,分別是2.31、1.99、2.12。結果表現出,與D20和D40處理相比,D30處理顯著降低了團聚體中的分形維數(D)。【結論】在保證設施番茄產量和節約用水的條件下,將土壤水吸力30 kPa作為膜下滴灌灌水控制下限,有利于土壤結構的形成和穩定。
    園藝
    基于SNP標記的桃矮化基因精細定位
    魯振華,牛良,張南南,姚家龍,崔國朝,曾文芳,潘磊,王志強
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3572-3580.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.013
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    【目的】矮化型桃樹體矮小、節間短,是盆栽觀賞和砧木育種的重要遺傳資源。明確矮化性狀形成的遺傳機制并對桃矮化基因進行精細定位,是建立目標性狀分子輔助選種體系和遺傳改良的前提,可為有目標的選育矮化觀賞桃和砧木品種奠定基礎。【方法】以‘05-2-144’(‘97矮’ב鴛鴦垂枝’桃)套袋自交獲得的395個后代單株構建的分離群體為材料。參考桃基因組信息并基于Sanger技術開發的SNP標記對親本和后代單株進行分析,在擴大群體單株中進行連鎖關系分析,確定連鎖的SNP標記,初步定位目標基因。在定位區域內基于二代測序技術開發更多的基因型和表型一致的SNP標記,對后代單株進行基因分型,完成目標性狀的精細定位。然后在精細定位區域內開發SNP標記,即雜交群體雙親均為Aa雜合基因型,對‘10-7’ב96-5-1’雜交后代89個單株進行分子鑒定,以驗證基因定位結果的準確性。【結果】通過對桃單株‘05-2-144’自交后代實生苗表型鑒定表明,普通型和矮化型單株數分別為300株和95株,性狀分離比例接近3﹕1(P值為0.67;χ2為0.19),符合孟德爾遺傳規律,桃矮化性狀受隱性單基因控制。用于分子鑒定的單株來源于‘10-7’(普通型)ב96-5-1’(普通型)雜交組合,共獲得89個后代單株,其中普通型66株;矮化型23株(P值為0.854;χ2為0.034)。基于Sanger測序技術開發了SNP標記,在桃基因組數據庫Pp06上25 230 425 bp和27 191 090 bp處獲得了連鎖的SNP標記,且目標基因位于這兩個標記的右側,初步獲得了連鎖的SNP分子標記。在此基礎上,對親本進行66.89X深度測序,繼續開發符合Aa雜合基因型的SNP標記位點。根據參考基因組和物理距離區間共設計了15對SNP引物,其中12對引物與重測序結果中SNP的類型一致,3對引物與重測序結果中SNP的類型不一致,連鎖標記的基因分型成功率為80.0%。通過基于SNP基因分型分析,最終完成了目標性狀的精細定位,位點位于Pp06的28 712 165 bp(引物為JXSNP-5)和28 899 661 bp(引物為JXHRM-SNP-3)之間,遺傳距離分別為0.38 cM和0.13 cM,物理距離約為277 kb,精細定位區域內有54個已知轉錄本。在定位區域內桃基因組Pp06的28 108 436 bp處和29 247 763 bp處開發SNP標記用于雜交后代表型的鑒定,結果表明所有后代單株基因型和表型鑒定結果完全一致,鑒定準確率為100%。【結論】本研究精細定位了桃矮化基因,物理距離約為277 kb,為基因克隆、親本早期篩選以選育矮化觀賞桃和砧木品種等奠定了基礎。
    海水灌溉對‘赤霞珠’葡萄果實品質的影響
    黃麗鵬,張秀圓,王楊,付艷東,翟衡,邵小杰
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3581-3590.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.014
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    【目的】研究海水灌溉對葡萄果實品質的影響,探討海水在葡萄園灌溉上的合理應用途徑。【方法】以蓬萊國賓、中糧長城兩個基地的‘赤霞珠’葡萄為試材,于2013—2016年在果實發育期連續4年進行10%海水灌溉。2016年進行不同海水組合處理(10%磁化海水、10%海水加菌肥、1年10%海水和2年10%海水)的比較試驗,在果實成熟期測定葡萄可溶性固形物、可滴定酸、糖組分、總酚、單寧、花色苷、維生素C和香氣成分等品質指標。【結果】國賓基地連續3年、4年進行10%海水灌溉,均顯著增加‘赤霞珠’果實可溶性固形物含量,降低可滴定酸含量,但對果皮色差無顯著性影響。中糧基地10%磁化海水、10%海水+菌肥、1年10%海水和2年10%海水4種海水灌溉處理均顯著降低了果實可滴定酸,提高了糖酸比,只有10%海水+菌肥顯著提高了果實百粒重和可溶性固形物含量。不同海水處理提高了果實葡萄糖、果糖含量,1年和2年海水處理的果糖含量比對照(清水)顯著提高了35.3%和42.7%,葡萄糖提高了66.7%和70.7%。海水處理還提高了果實總酚、花色苷、維生素C的含量,降低了單寧含量,其中,4種海水處理顯著提高了維生素C含量,分別增加46.8%、60.8%、57.2%和79.7%,磁化海水、添加菌肥顯著降低單寧含量。赤霞珠葡萄果實共檢測到38種香氣成分,主要包括醇類、醛類、酯類、酮類等物質,海水灌溉和對照共有香氣成分為24種,海水處理增加了香氣種類,提高香氣物質總量,4種處理比對照分別增加了75%、92.2%、25.9%和38.8%;香氣總量以添加菌肥處理的增加幅度最大,其次為磁化海水。主要香氣成分(E)-2-己烯-1醇、2-己烯醛、(E)-2-己烯醛、壬醛等物質中,均以磁化海水和添加菌肥處理的增加幅度最大;含量最高的2-己烯醛在4個處理中比對照分別提高了46.9%、95.6%、0.5%、19.3%。【結論】10%海水長期灌溉提高了果實品質,海水+菌肥則大幅提高了果實可溶性固形物含量和(E)-2-己烯-1醇、2-己烯醛等香氣成分的積累。
    食品科學與工程
    果品及其制品展青霉素污染的發生、防控與檢測
    聶繼云
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3591-3607.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.015
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    展青霉素是由青霉屬、曲霉屬、絲衣霉屬等真菌產生的一種聚酮類次生代謝產物,廣泛存在于果品及其制品中,蘋果及其制品是主要污染源,也是人類膳食中展青霉素最主要的來源。展青霉素有各種急性、慢性和細胞水平的危害。國際組織和不少國家均制定了果品及其制品中展青霉素限量。擴展青霉是最主要的產展青霉素真菌,能污染許多種果品及其制品。擴展青霉地域分布甚廣,許多國家均分離到了其菌株。作為植物病原菌,擴展青霉往往通過果實上的傷口如受傷部位、害蟲為害部位、病菌感染部位,以及果柄、開放的萼筒、皮孔等部位入侵。過熟和長期貯藏的水果更易感染擴展青霉。擴展青霉是一種好寒性霉菌,在0℃生長旺盛。展青霉素生物合成通路約由10步構成,棒曲霉和擴展青霉中展青霉素生物合成基因簇包含相同的15個基因,但兩者基因序列差異很大。展青霉素的細胞毒性和遺傳毒性歸因于其與細胞中親核物質的高反應活性,主要通過共價鍵與細胞的親核物質,特別是與蛋白質和谷胱甘肽的巰基結合,從而發揮毒性、破壞染色體和致突變。在其反應通路中,1個展青霉素分子最多可與3個谷胱甘肽分子反應。采前措施、采后處理和貯藏條件對控制展青霉素污染及其產毒真菌至關重要。使用化學殺菌劑是重要的防控策略,但過度使用殺菌劑會導致抗性菌株出現。使用“低風險殺菌劑”則能降低產生抗藥性的風險。生物防治是化學防治的替代方法或補充,可減少甚至避免使用殺菌劑。清洗、分選、整理等加工工藝有助于消減水果制品中的展青霉素污染。液液萃取和固相萃取是果品及其制品中展青霉素的經典提取方法,但液液萃取成本高、耗時、不適于固體樣品。近年來,又研究建立了分散液液微萃取、鹽析旋渦輔助液液微萃取、基質固相分散萃取、QuEChERS等提取方法。展青霉素通常用配紫外檢測器或二極管陣列檢測器的液相色譜儀進行定量,采用液相色譜串聯質譜、氣相色譜串聯質譜等儀器進行定性。另外,PCR具有快速、專一的特點,可用于對潛在的產展青霉素真菌進行早期檢測。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    半番鴨與番鴨精巢組織差異表達轉錄組測序分析
    李麗,繆中緯,辛清武,朱志明, 章琳俐,莊曉東,鄭嫩珠
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3608-3619.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.016
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    【目的】研究半番鴨與番鴨精巢組織轉錄組差異表達基因,為進一步闡明半番鴨不育的遺傳機制奠定理論基礎。【方法】利用轉錄組測序方法對半番鴨和番鴨的精巢組織進行研究,篩選其差異表達基因,并對其功能進行注釋和熒光定量PCR(quantitative real-time PCR, QRT-PCR)驗證。【結果】測序共獲得43.84Gb Clean Data,組裝后共獲得193 535條Unigene。DESeq分析發現3 597個基因在兩個鴨品種間差異表達,其中上調基因1 194個和下調基因2 403個,包括與生殖功能相關的基因,如成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor, FGF)、蛋白激酶A(protein kinaseA, PKA)、絲裂原活化蛋白激酶7(mitogen-activated protein kinase 7-like, partial, BMK)、生長因子受體結合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2, GRB2)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)和腫瘤壞死因子受體超家族成員6(tumor necrosis factor receptor superfamily member 6, FAS)等。GO (gene Ontology)分析發現382個差異基因獲得功能注釋,其中97個基因涉及發育繁殖生物學過程。KEGG (kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路分析表明差異表達基因共富集到50 條信號通路中,其中17個通路顯著富集,包括絲裂原活化蛋白激酶信號轉導通路 (mitogen-activated protein kinase signaling pathway, MAPK)、甘油酯代謝(glycerolipid metabolism)以及鈣信號途徑 (calcium signaling pathway)信號通路等,與生殖功能密切相關的有促性腺激素釋放激素信號通路(gonadotropin releasing hormone (GnRH) signaling pathway)和MAPK信號轉導通路。經QRT-PCR驗證,差異基因表達變化模式與轉錄組測序結果一致,測序結果可靠。【結論】在轉錄組水平上篩選出半番鴨和番鴨精巢組織差異表達基因,揭示了GnRH和MAPK信號通路在鴨的生殖活動中發揮了重要作用,為進一步探索半番鴨生殖系統的分化機理提供可靠的參考依據。
    復方天然植物制劑對奶牛回乳效果及調控激素的影響
    沈留紅,肖勁邦,巫曉峰,姜思汛,江濤,鄧俊良,左之才,余樹民,曹隨忠
    中國農業科學. 2017, 50(18):  3620-3630.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.017
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    【目的】探究復方天然植物制劑對奶牛回乳效果及回乳期奶牛血清胰島素(INS)、氫化可的松(HC)、生長激素(GH)和胰島素生長因子1(IGF-1)含量的影響。【方法】試驗于2016年1—6月進行,選擇四川省某規模化奶牛場半封閉統一舍飼,體重(582±41)kg、第2—4胎中國荷斯坦奶牛150頭。從中選取體況良好,健康,乳房、乳汁均正常,即將進入回乳期,產奶量為(15.42±0.71)kg的妊娠后期即將干乳的健康奶牛80頭。隨機分為A、B、C、D組,每組20頭,均采用逐漸干奶法回乳,回乳開始當天記為第0天,A組為對照組,不飼喂復方天然植物制劑。B、C、D組均從回乳開始第1天,每日上午8:00分別飼喂復方天然植物制劑400、500、600g,回乳完成后停止飼喂復方天然植物制劑。復方天然植物制劑由麥芽,樸硝,升麻,柴胡,香附,薏仁,蠶蛻,白術,黃芩,知母,蘇梗,芡實,五味子,蒲公英,甘草等按一定比例組成。分別采集奶牛回乳期第0、1、3、5、7、9和11天尾靜脈血,置于未加抗凝劑的離心管中,室溫下靜置1h,置離心機352×g離心10min,轉移上層血清于EP管中,-20℃凍存。采用雙抗體夾心酶聯免疫吸附技術(ELISA)法檢測血清INS、HC、GH和IGF-1含量,并記錄回乳期奶牛單日產奶量。【結果】A、B、C、D 4組奶牛回乳時間分別為11、7、5、5天。各組回乳期奶牛血清IGF-1和HC含量均呈下降趨勢,且對照組下降趨勢較各復方天然植物制劑組慢,復方天然植物制劑組血清IGF-1、HC和GH含量在回乳期后回升,對照組血清INS含量上升趨勢較各復方天然植物制劑組慢,第0至1天,各組奶牛血清HC、IGF-1和GH含量差異均不顯著(P>0.05);第3—7天,A組奶牛血清HC、GH和IGF-1含量極顯著高于B、C、D組(P<0.01),而血清INS含量極顯著低于B、C、D組(P<0.01);第9天,A、D組奶牛血清HC含量均顯著高于C組(P<0.05),A、B組奶牛血清GH和IGF-1含量均極顯著低于C、D組(P<0.01),A組奶牛血清INS含量極顯著低于B、C、D組(P<0.01);第11天,A組奶牛血清HC、GH和IGF-1含量極顯著低于B、C、D組(P<0.01),A組奶牛血清INS顯著低于D組(P<0.05),但極顯著低于B、C組(P<0.01); C、D組奶牛血清IGF-1、GH、HC和INS含量在整個回乳期均差異性不顯著(P>0.05)。在奶牛回乳期,產奶量、HC、GH和IGF-1兩兩間均呈極顯著正相關(P<0.01),INS與產奶量、HC、GH和IGF-1均呈極顯著負相關(P<0.01)。【結論】復方天然植物制劑能顯著促進回乳期奶牛回乳,飼喂500g/日復方天然植物制劑,奶牛回乳時間為5d,回乳效果即可達到最佳。回乳期奶牛血清INS、HC、IGF-1含量和產奶量變化兩兩間均呈極顯著相關,IGF-1、GH和HC對奶牛回乳起負向調控功能,而INS對奶牛回乳起正調控作用。
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