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當期目錄

    2017年 第50卷 第21期 刊出日期:2017-11-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    超級雜交稻兩優培九高產的光合特性及其生理基礎
    呂川根,李霞,陳國祥
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4055-4070.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.001
    摘要 ( 116 )   HTML ( 5 )   PDF (496KB) ( 204 )   收藏
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    摘要:超級雜交稻兩優培九(培矮64S/9311)是中國超級稻計劃完成第一步目標的標志性品種,與其親本秈稻9311和之前大面積種植的當家雜交秈稻汕優63相比,具有明顯的產量超親優勢和競爭優勢,近15年來累計種植面積遙居雜交稻首位。兩優培九稻谷產量高的生物學基礎是源于優良光合特性而獲得較高的生物學產量,因此,研究其光合特性及其生理基礎,有助于了解高產雜交稻生長優勢的光合特征和利用探索性育種技術提高水稻光合性能,為雜交稻超高產育種和栽培提供理論基礎和技術途徑。多年較系統的研究發現,與9311和汕優63相比,兩優培九在正常生長和衰老過程中,光能吸收、傳遞和轉化效率及碳同化等方面均具有優勢,Pn較高,光合性能優異。表現在對強光和弱光、UV-B輻射增強的適應性或耐受能力及抗衰老能力更強;具有多種抵御偏低或過高溫度的策略,對不良溫度的適應性或耐受能力更強;水分虧缺造成的傷害較輕;光合速率隨施用氮肥量的增加而提高,低氮或高氮條件下,均具有光合能力的比較優勢;光合作用對大氣CO2濃度升高、土壤pH、鹽脅迫等環境條件的適應能力更強。兩優培九優異的光合性能與其光合機構和酶學基礎有關,表現為葉綠體類囊體膜基粒數多、片層高而長、垛疊密集;葉綠素含量高,出現衰老特征晚,生育后期葉綠體衰敗、葉綠素分解速度較慢;具有更高的Rubisco初始羧化活性、總羧化活性和活化率;C4光合途徑酶活性較高,在低光強下仍有較高的碳同化效率,CO2補償點和光呼吸活性均較低;葉片的SOD、POD等抗氧化酶含量和活性均高,內源O2.-、H2O2含量低,抗膜脂過氧化能力較強。筆者認為,高產雜交稻育種要做到“遺傳上有性狀雜種優勢,形態上有優良光合株型,功能上有優異光合性能”的遺傳、形態和功能“三優”相結合;探究兩優培九C4特性與高光合性能的聯系和研究新的更高產雜交稻的光合特性,有助于加深對高產雜交稻光合生長優勢的理解和探索針對性技術促進C4光合功能等,從而進一步提高光合生產以至于稻谷產量。
    D2型細胞質雄性不育小麥絨氈層細胞程序化死亡與活性氧代謝
    劉子涵,石曉藝,閆鵬嬌,段陽,耿興俠,葉佳麗,李莎,楊雪桐,張高明,賈雨林,張玲麗,宋喜悅
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4071-4086.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.002
    摘要 ( 100 )   HTML ( 1 )   PDF (5078KB) ( 100 )   收藏
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    【目的】D2型細胞質是細胞質雄性不育小麥(cytoplasmic male sterility,CMS)的重要胞質來源,深入研究其敗育機理對小麥雜種優勢利用具有重要價值。【方法】以3種同核異質D2型細胞質雄性不育小麥Va87B1-706A、C687B1-706A、Ju87B1-706A及其相應保持系706B為試材,通過體式顯微鏡和DAPI染色分別在四分體時期、單核早期、單核晚期、二核期和三核期觀察小麥花藥的外形和小孢子發育的形態;利用掃描電鏡和KI-I2染色分析三核期花藥外皮層、內皮層、烏氏體和花粉粒的表型及敗育特點;采用石蠟切片和DNA ladder的技術觀察不同發育時期D2型不育系和保持系小麥花藥絨氈層細胞形態變化特征以及絨氈層細胞程序化死亡(programmed cell death,PCD)的過程;測定花藥發育過程中活性氧(reactive oxygen species,ROS)的含量,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、過氧化氫酶(hydrogen peroxidase,CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)的活性以及非酶物質還原型抗壞血酸(ascorbic acid,AsA)和谷胱甘肽(glutathione,GSH)的含量變化;同時利用RT-PCR技術對部分抗氧化酶相關基因的表達模式進行分析。【結果】與保持系706B比較,3種D2型細胞質雄性不育小麥在三核期均表現出外皮層表皮褶皺、烏氏體排列稀疏散亂以及小孢子皺縮、表皮粗糙和萌發孔閉合的不育特征,敗育類型為典敗和染敗;自單核晚期開始3種不育小麥的小孢子發生紊亂;石蠟切片觀察絨氈層細胞的變化,發現不育系均比保持系延遲一個時期在二核期發生解體,并于三核期完全降解;進一步檢測細胞凋亡DNA小片段發現3種不育系花藥絨氈層的DNA損傷均起始于單核晚期,絨氈層PCD比保持系延遲一個時期啟動,并且優先細胞學表型檢測到凋亡;生理指標測定和定量分析的結果說明絨氈層細胞的延遲凋亡和小孢子的結構異常與不育系花藥內活性氧的過度積累、抗氧化酶活性的異常變化、非酶促抗氧化物質的嚴重下調以及部分抗氧化酶相關基因在兩系花藥中表達水平的嚴重差異密切相關。【結論】D2細胞質雄性不育小麥敗育的關鍵時期是單核晚期,絨氈層PCD的延遲啟動誘導了活性氧的過量積累,進一步破壞了抗氧化防御系統的平衡,進而造成絨氈層細胞形態異常,最終導致D2型細胞質雄性不育小麥的敗育。
    基于高密度遺傳圖譜的玉米籽粒灌漿特性遺傳解析
    高星,李永祥,楊明濤,李琲琲,李春輝,宋燕春,張登峰,王天宇,黎裕,石云素
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4087-4099.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.003
    摘要 ( 90 )   HTML ( 2 )   PDF (2221KB) ( 169 )   收藏
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    【目的】灌漿是玉米籽粒形成的重要生理過程,直接決定了籽粒的最終產量。了解玉米籽粒灌漿特性相關性狀對粒重形成的作用,解析灌漿特性的遺傳基礎,為玉米高產育種實踐提供指導。【方法】以中國玉米骨干自交系黃早四(HZS)、旅28(Lv28)為親本構建的包含172個家系的重組自交系(recombination inbred line,RIL)群體為試驗材料。首先,利用Logistic模型與Richards模型,進行玉米籽粒灌漿過程擬合度的比較分析。其次,利用方差分析、相關性分析及回歸分析分別比較親本籽粒灌漿特性的差異,研究群體中不同灌漿特性相關性狀的關系及其對百粒重的貢獻。然后,利用GBS方法,對群體進行基因型分型,選擇親本間多態性標記,構建遺傳圖譜。最后,利用完備區間作圖法(inclusive composite interval mapping,ICIM)進行灌漿特性與生育期相關性狀的QTL分析。【結果】籽粒灌漿一般呈現慢-快-慢的變化趨勢,可分為緩增期、快增期以及減緩期3個階段。通過比較不同灌漿模型的擬合度發現,基于Richards模型的預測值與表型值間的決定系數顯著高于Logistic模型。比較親本間灌漿特性的差異發現,黃早四的平均灌漿速率為旅28的1.28倍,但旅28的灌漿持續時間為黃早四的1.07倍,親本之間在灌漿特性方面差異明顯。群體表型相關性分析發現,除緩增期灌漿持續時間(T1)外,其他灌漿特性相關性狀均與百粒重(HKW)存在顯著的正相關關系。回歸分析發現,快增期灌漿持續時間(T2)與灌漿速率(G2)可分別解釋百粒重表型變異的57.50%和30.00%。利用多態性SNP標記構建了全長為1 471 cM,標記間平均遺傳圖距為1 cM的遺傳圖譜。多個環境下共檢測到26個灌漿特性相關QTL、3個百粒重相關QTL及14個生育期相關的QTL,分布在玉米除第7染色體外的其他染色體上,LOD值介于3.27—9.05,單個QTL貢獻率為5.97%—21.16%。同時,利用聯合環境分析發現,控制不同性狀的QTL定位在染色體相同或相近的位置,形成了多個分布于玉米基因組bin 1.05、bin 2.03、bin 4.05、bin 4.06、bin 7.04、bin 9.04的QTL富集區域。其中,在位于bin 4.05(48.24 Mb—135.73 Mb)和bin 9.04(110.40 Mb—114.73 Mb)的區間之內,共定位到多個僅與灌漿速率相關的主效QTL。【結論】Richards模型能夠更好地模擬玉米籽粒的灌漿過程。在灌漿特性相關性狀中,快增期灌漿速率與灌漿持續時間對于玉米粒重的增加具有重要作用。單環境檢測發現,灌漿持續時間相關位點僅能在單環境中得以檢測,表現為環境敏感類型。聯合環境分析發現,在bin 4.05和bin 9.04區間內分別檢測到僅與灌漿速率相關的主效QTL,可作為玉米籽粒灌漿研究的重點區域。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    弱筋小麥揚麥13品質對氮肥響應的穩定性分析
    高德榮,宋歸華,張曉,張伯橋,李曼,江偉,吳素蘭
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4100-4106.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.004
    摘要 ( 66 )   HTML ( 4 )   PDF (353KB) ( 398 )   收藏
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    【目的】系統研究不同施氮量和施氮模式對揚麥13理化品質和餅干加工品質的影響,為弱筋小麥生產和育種提供理論支撐。【方法】試驗于2012—2014年在江蘇里下河地區農業科學研究所試驗基地進行,設4個氮肥處理:A1(120 kg·hm-2)、A2(180 kg·hm-2)和A3(240 kg·hm-2),氮肥運籌采用基肥:壯蘗肥:拔節肥7﹕1﹕2模式;A4(300 kg·hm-2),氮肥運籌采用基肥﹕壯蘗肥﹕拔節肥5﹕1﹕4模式。成熟后收獲曬干,測定籽粒蛋白質含量、面粉濕面筋含量、SDS沉淀值、粉質儀參數、吹泡儀參數及溶劑保持力(SRC)等理化品質指標;按AACC 10-52方法制作餅干,并測定餅干直徑、厚度和酥脆性。【結果】在不同施氮量和施氮模式下,揚麥13蛋白質含量、濕面筋含量及面團形成時間存在顯著或極顯著差異,SDS沉淀值、面團穩定時間、吸水率、吹泡儀參數(P值、L值、P/L和W值)及4種SRC值(水SRC、碳酸鈉SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC)均無顯著差異,餅干加工品質包括餅干直徑、直厚比、酥性和脆性亦無顯著差異。揚麥13蛋白質含量隨施氮量的增加而增加,且各處理間差異顯著。濕面筋含量隨施氮量的增加而增加,僅A4與A1和A2差異顯著。氮肥對揚麥13籽粒產量影響達到極顯著水平,產量隨施氮量的增加而增加,A1處理產量最低,A4處理產量最高,但A2、A3、A4處理間無顯著差異。年份間蛋白質含量、濕面筋含量、吸水率、P值及餅干直徑無顯著差異,而形成時間、穩定時間、L值、P/L、W值及部分餅干評價參數存在顯著或極顯著差異。氮肥與年份的互作對SDS沉淀值、穩定時間、吸水率、P值、L值、P/L、W值、餅干直徑和厚度等大部分品質參數無顯著影響,但對蛋白質含量、濕面筋含量、形成時間、餅干厚度及脆性具有顯著影響。【結論】施氮量和施氮模式對SDS沉淀值、SRC值、粉質儀參數、吹泡儀參數等多數理化品質指標和餅干加工品質無顯著影響。利用揚麥13可以生產品質優良穩定的原糧,說明培育品質對氮肥響應鈍感,指標較穩定的弱筋小麥品種是可能的。
    水磷耦合對藜麥根系生長、生物量積累及產量的影響
    龐春花,張紫薇,張永清
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4107-4117.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.005
    摘要 ( 107 )   HTML ( 1 )   PDF (475KB) ( 220 )   收藏
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    【目的】水肥是旱地農業作物高產的主要限制因素,研究水磷耦合對藜麥根系生長、生物量積累以及產量的影響,探明適合藜麥高產的水磷耦合配比,從而為旱地農業藜麥高產提供理論依據。【方法】以藜麥為研究對象,采用盆栽試驗,對藜麥整個生長期進行不同灌水(W1、W2、W3分別按照土壤含水量為田間持水量的35%—45%、55%—65%、75%—85%),不同施磷(P0、P1、P2、P3分別為0、0.1、0.2、0.4 g P2O5·kg-1)耦合處理,測定藜麥根系形態和生理指標、生物量積累以及成熟期產量。【結果】(1)在相同灌水處理下,不同根系參數(根系表面積、根系總長度、最大根長、根系直徑、根體積)均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下達到最大;在相同施磷水平下,根系最大根長與根系總長均在W2(土壤含水量為田間持水量的55%—65%)下達到最大,根系表面積在低磷水平(P0、P1)下,均表現為W2P0>W3P0,W2P1>W3P1,高磷水平(P2、P3)下,均表現為W2P2<W3P2,W2P3<W3P3,根系直徑與根系體積均隨著灌水量的增加逐漸增加;在重度干旱脅迫(W1)下,根系活力在P1(0.1 g P2O5·kg-1)水平下達到最大,其他灌水處理下,根系活力均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下達到最大。在3種灌水處理下,根系POD、SOD活性均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下達到最高,而根系MDA含量、可溶性糖與脯氨酸含量降到最低。(2)適宜的水磷耦合配比(W3P1、W3P2)有利于藜麥各營養器官生物量(莖重、葉重)的積累以及后期產量的形成,而根重、序重在W2P3組合最優。高水處理更有利于植株對莖、葉生物量的分配,低水處理有利于植株對根、序生物量的分配,在重度干旱脅迫(W1)下,高的施磷量(P2與P3)均顯著提高了植株對根重與序重的生物量分配。(3)在3種灌水處理下,施磷量均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下有利于植株頂穗的形成。分枝數、穗數、單株粒重與千粒重均表現出低磷促進,高磷抑制的單峰曲線,均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平達到峰值;各施磷水平下,單株粒重與千粒重均在正常灌水(W3)達到最大。【結論】適宜的施磷量P2(0.2 g P2O5·kg-1)可以促進藜麥根系生長,增大根系與土壤的接觸面積,提高根系活力,增強根系抗氧化能力,從而提高藜麥的抗旱能力;適宜的水磷耦合配比(W3P2)有利于藜麥各營養器官生物量的積累以及后期產量的形成。
    植物保護
    異色瓢蟲脅迫對棉鈴蟲生長發育及壓力蛋白基因表達的影響
    閆碩,熊曉菲,褚艷娜,李貞,巫鵬翔,楊清坡,崔維娜,徐金濤,徐麗霞,張青文,劉小俠
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4118-4128.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.006
    摘要 ( 70 )   HTML ( 1 )   PDF (474KB) ( 167 )   收藏
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    【目的】明確不同食源異色瓢蟲(Harmonia axyridis)脅迫對棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)生長發育和變態發育的影響,探討棉鈴蟲是否能感知并分級捕食風險、能否在生長發育和變態發育上體現出權衡效應;明確長時和短時脅迫對棉鈴蟲壓力蛋白基因表達的影響,探討異色瓢蟲脅迫能否引起棉鈴蟲分子水平上的生理反應。【方法】通過設置7種不同食源的異色瓢蟲脅迫處理(饑餓處理、蝦卵處理、棉鈴蟲幼蟲處理、棉鈴蟲卵處理、蚜蟲處理、蚜蟲對照處理、對照處理),觀察記錄棉鈴蟲在脅迫下的生長發育(幼蟲歷期、蛹歷期、雌雄蛾壽命、總壽命)和變態發育(蛹重、化蛹率、羽化失敗率、卷翅率)指標;設置長時(1齡幼蟲至3日齡成蟲)和短時(15 min至6 h)異色瓢蟲脅迫處理,利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術檢測棉鈴蟲壓力蛋白基因(即熱激蛋白基因)Hsp70Hsp90及熱激同源蛋白基因Hsc70在脅迫后的表達水平變化。【結果】在捕食性天敵異色瓢蟲的脅迫下,棉鈴蟲幼蟲歷期、蛹期、雌雄蛾壽命、總壽命均顯著性縮短,蛹重和化蛹率顯著性下降,成蟲卷翅率顯著性升高,而羽化失敗率無顯著性變化。在不同食源的天敵脅迫下,棉鈴蟲幼蟲歷期在異色瓢蟲取食蚜蟲時最短,蛹歷期在瓢蟲取食棉鈴蟲卵時最短,總壽命在瓢蟲取食蝦卵時最短,而雌雄蛾壽命在不同食源天敵脅迫下未表現出顯著性差異;棉鈴蟲成蟲卷翅率在瓢蟲取食棉鈴蟲卵時最高,而蛹重、化蛹率、羽化失敗率在不同食源天敵脅迫下未表現出顯著性差異。壓力蛋白基因Hsp70Hsp90在短時脅迫下(Hsp70:30 min至3 h;Hsp90:15 min、1.5 h、2 h、6 h)表達水平顯著性上調,熱激同源蛋白基因Hsc70在長時脅迫下(5齡幼蟲、預蛹、雄蛹、雌蛾階段)表達水平顯著性上調。 【結論】在面對捕食性天敵異色瓢蟲長時脅迫作用下,棉鈴蟲各生長發育階段均出現縮短的現象,即棉鈴蟲為躲避被捕食風險表現出了發育加速的現象,而快速的生長發育在一定程度上干擾了變態發育,導致蛹重和化蛹率下降,成蟲卷翅率提高,符合權衡效應。棉鈴蟲對不同食源的天敵脅迫具有不同程度的敏感性,即棉鈴蟲對潛在的捕食風險可能存在一定的分級能力,但這種分級能力沒有得到規律性體現。異色瓢蟲脅迫能夠引起棉鈴蟲分子層面的生理反應,導致壓力蛋白基因的表達上調,其中壓力蛋白基因Hsp70Hsp90受到短時脅迫的反應較為明顯,而熱激同源蛋白基因Hsc70受到慢性脅迫刺激的反應更為顯著。
    禾本科雜草作為防治稻縱卷葉螟的功能性植物的可行性
    鄭許松,田俊策,楊亞軍,朱平陽,李寬,徐紅星,呂仲賢
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4129-4137.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.007
    摘要 ( 94 )   HTML ( 1 )   PDF (413KB) ( 359 )   收藏
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    【目的】通過提高植物的多樣性來引誘害蟲、保護天敵是一種可持續控制害蟲的有效途徑。稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocis medinalis)除水稻外,還可取食多種禾本科雜草,論文旨在利用稻縱卷葉螟對稻田周圍不同雜草的喜好性,開發新型的稻縱卷葉螟防控策略。【方法】選取稻田生態系統常見的7種禾本科雜草(稗草Echinochloa crusgalli、秕谷草Leersia sayanuka依據。、馬唐Digitaria sanguinalis、牛筋草Eleusine indica、千金子Leptochloa chinensis、雙穗雀稗Paspalum distichum和游草Leersia hexandra),于盆缽內人工栽培種植。將盆栽水稻和雜草植株置于紗籠中,接入初羽化的稻縱卷葉螟成蟲,分別研究稻縱卷葉螟成蟲在雜草與水稻之間的棲息選擇性、產卵選擇性,以及稻縱卷葉螟在各種雜草上的生物學特性。同時進行田間試驗研究稻田田埂種植各種雜草條帶(寬1 m)對稻縱卷葉螟成蟲棲息、產卵分布的影響,通過趕蛾法調查雜草條帶中及距離雜草條帶1、5和10 m稻田中的稻縱卷葉螟蛾量,調查不同雜草條帶中稻縱卷葉螟的產卵密度及卵被寄生率。【結果】稻縱卷葉螟成蟲喜好趨向棲息于秕谷草和馬唐,不喜好趨向雙穗雀稗,在游草、牛筋草、稗草、千金子和水稻間,稻縱卷葉螟的棲息選擇則沒有偏向性。稻縱卷葉螟成蟲在稗草、牛筋草、千金子、雙穗雀稗、游草和水稻之間,偏向在水稻上產卵;秕谷草和水稻之間,偏向在秕谷草上產卵;馬唐和水稻之間則沒有明顯的偏向性。稻縱卷葉螟在7種雜草上都能完成世代,但發育歷期存在顯著差異,在秕谷草上發育歷期最短,雙穗雀稗次之,游草、千金子、牛筋草、馬唐、稗草和水稻上的發育歷期間則沒有顯著性差異。不同寄主上的稻縱卷葉螟蛹重也存在差異,其中在馬唐上的雌蛹、馬唐和千金子上的雄蛹蛹重顯著輕于在其他寄主植物上的蛹重。在不同寄主植物上稻縱卷葉螟的羽化率差異較大,秕谷草、游草、牛筋草、稗草和水稻上的羽化率為42.17%—51.31%,在千金子和雙穗雀稗上最低,僅為11.76%和13.29%。雌性比以水稻和稗草上最高,顯著高于其他寄主植物。大田試驗表明,除了牛筋草和稗草外,其他雜草均能吸引稻縱卷葉螟棲息且在單位面積內的蟲量顯著高于稻田中的稻縱卷葉螟的數量。各種雜草上稻縱卷葉螟卵量差異顯著,以秕谷草、游草、稗草和千金子上著卵量最多,每分蘗草上的著卵量達2.92—3.92粒,雙穗雀稗和馬唐分別為2.16和1.72粒,牛筋草最少。不同禾本科雜草上稻縱卷葉螟卵的被寄生率差異顯著,介于21.90%—55.61%。其中,秕谷草和游草上的卵寄生蜂數量分別為1.47和1.42頭/分蘗,為各種禾本科雜草上最高。【結論】秕谷草最具有成為防治稻縱卷葉螟的功能性植物的潛力,研究結果可為開發稻縱卷葉螟綠色防控新技術提供理論
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    基于地理探測器的農田土壤重金屬影響因子分析
    李雨,韓平,任東,羅娜,王紀華
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4138-4148.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.008
    摘要 ( 117 )   HTML ( 3 )   PDF (1119KB) ( 430 )   收藏
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    【目的】研究土壤重金屬與影響因子以及不同土壤重金屬之間相關關系,為土壤重金屬空間預測模型提供更加全面的輔助變量。【方法】利用地理探測器模型,結合空間插值技術對2014年湖南省湘潭縣5個鄉鎮農田中5種土壤重金屬Pb、Cd、As、Cr和Hg的空間分布變化與6種影響因子以及5種土壤重金屬之間的相關性和交互作用進行研究。【結果】研究結果表明,GDP、平均溫度和相對濕度對5種土壤重金屬解釋力較大(PD,H值均在0.5以上),土壤pH、土壤類型與高程對土壤重金屬的解釋力較小(PD,H值均在0.3以下),其中土壤類型對于5種土壤重金屬的解釋力最低(PD,H值均在0.1以下)。5種土壤重金屬中,Cr對Cd的解釋力最強(PD,H值達到0.95),As對Cd的解釋力最小(PD,H值僅為0.20)。平均溫度、相對濕度、GDP對土壤重金屬的影響顯著高于其他影響因子,而其他影響因子之間的解釋力差異并不顯著。各影響因子之間和5種重金屬元素之間均具有相互增強或非線性增強作用。【結論】土壤重金屬的空間分布是由多種影響因子共同作用的結果。通過地理探測器模型發現,GDP、平均溫度和相對濕度等影響因子對研究區域內的土壤重金屬的空間分布具有較強的解釋力,這些影響因子可作為研究區土壤重金屬空間預測模型的輔助變量。地理探測器模型可以對多種影響因子進行更加全面的分析,為土壤重金屬空間預測模型的建立提供有效的依據。
    典型設施蔬菜基地重金屬的累積特征及風險評估
    徐笠,陸安祥,田曉琴,何洪巨,殷敬偉
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4149-4158.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.009
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    【目的】以北京市設施蔬菜基地為例,研究重金屬的累積特征及其健康風險,明確不同重金屬在土壤-蔬菜系統中的遷移特征,為蔬菜質量安全和設施蔬菜結構優化提供參考依據。【方法】采集北京市9個典型設施蔬菜基地的148個土壤和96個蔬菜樣品,分析土壤和蔬菜樣品中As、Cd、Cr、Hg和Pb 5種重金屬的統計特征及在土壤-蔬菜系統中遷移系數,并結合美國環保署(US EPA)推薦采用的健康風險評價模型,評價由于蔬菜攝入導致的成人和兒童的健康風險。【結果】設施蔬菜基地土壤中As、Cd、Cr、Hg和Pb的平均含量分別為9.43、0.18、64.4、0.11和21.6 mg·kg-1。設施蔬菜基地蔬菜中As、Cd、Cr、Hg和Pb的平均含量分別為0.0478、0.0391、0.2785、0.0014和0.0454 mg·kg-1。總體上,蔬菜設施基地5種重金屬在土壤-蔬菜中遷移能力順序為:Cd>Hg>Cr>As>Pb。5種重金屬造成的目標危害系數大小依次為:Cd>PbHg>As>Cr。所有蔬菜樣品中單一重金屬的目標危害系數均小于1,表明單一重金屬沒有明顯的負面影響。【結論】本研究所選設施蔬菜基地的土壤重金屬(As、Cd、Cr和Hg)存在積累趨勢,須重視健康風險
    基于分散固相萃取-超高效液相色譜串聯質譜法同時測定蔬菜中多種除草劑殘留的方法
    平華,李楊,李冰茹,何昭穎,劉繼培,馬智宏
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4159-4169.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.010
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    【目的】研究吸附填料不同添加量對除草劑回收率的影響,以建立蔬菜中24種除草劑殘留的分散固相萃取-超高效液相色譜串聯質譜(UPLC-MS/MS)檢測方法。【方法】蔬菜樣品加入乙腈振蕩提取,將凈化填料N-丙基乙二胺(PSA)(不同添加量0.05 g、0.10 g、0.20 g)加入提取液中凈化。采用UPLC-MS/MS測定,對液相色譜柱、流動相條件和質譜條件(錐孔電壓、碰撞能量)進行優化,電噴霧電離,多反應監測模式檢測。【結果】以0.1%的甲酸水-乙腈為流動相進行梯度洗脫,各化合物峰形尖銳,靈敏度高,UPLC-MS/MS上機10 min內完成了24種除草劑的檢測。添加0.10 g和0.20 g PSA時,三氟羧草醚、2,4-滴、唑嘧磺草胺、噻吩磺隆、苯磺隆、氯嘧磺隆6種除草劑回收率明顯降低;其余除草劑隨著PSA添加量的增加回收率沒有明顯的變化,在75.5%—114.7%之間;吸附填料PSA添加量為0.05 g時,24種除草劑回收率為65.6%—114.7%。24種除草劑在1.0—250 µg·L-1質量濃度范圍內線性關系良好,相關系數為0.9946—0.9998。蔬菜中24種除草劑的方法檢出限在1.2—160.8 µg·kg-1,定量限在4.0—536.0 µg·kg-1,可以滿足定量分析的要求。在空白蔬菜樣品中添加50、100、200 µg·kg-1      3個質量分數的24種除草劑的混合標準溶液,24種除草劑的回收率在66.5%—116%,相對標準偏差在2.3%—9.7%。采用建立的測定方法,對38份蔬菜樣本進行檢測發現,所有蔬菜樣品中僅檢出阿特拉津殘留,檢出率為57.9%,檢出范圍為未檢出—0.84 µg·kg-1,其余23種除草劑均未檢出。【結論】該方法簡便、快速、節省溶劑、靈敏度高,可用于大批量蔬菜中除草劑殘留快速檢測。

    園藝
    LED綠光補光模式對生菜生長及品質的影響
    陳曉麗,楊其長,張馨,馬太光,郭文忠,薛緒掌
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4170-4177.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.011
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    【目的】探究不同光照強度以及補光模式的綠光對植物工廠中水培生菜生長及營養品質的影響,為綠光的供光策略提供參考。【方法】以8:00—20:00照射的強度為160 μmol·m-2·s-1LED白光(W)為基礎光,在保證生菜正常生長的前提下,補充3種不同強度(30、60、90 μmol·m-2·s-1)的綠光(G),并通過調節綠光的供光時間點使之與基礎白光形成重疊(O)和不重疊(N)兩種供光模式,分別為W、WG30O、WG60O、WG90O、WG30N、WG90。N共6個處理,各處理間綠光補光時長均為6 h。【結果】除處理WG90N外,其他補充綠光的處理較對照W均顯著提高了生菜地上部鮮重,且30 μmol·m-2·s-1的低強度綠光更有利于生菜的生長及生物量積累;補充綠光的處理均不同程度的提高了生菜可溶性糖、粗蛋白以及Vc含量,同時降低了硝酸鹽含量,其中,生菜可溶性糖、粗蛋白以及Vc含量隨著綠光補光強度的升高而增加;綠光在作用于生菜生物量積累過程中依賴于背景白光,而在作用于可溶性糖積累和Vc合成過程中與背景白光的關系不顯著。【結論】綠光對生菜的作用效果與綠光補光強度及其相對于基礎光的供光模式有關,且對于不同的目的指標,綠光補光效果有所差異,在實際生產中可根據生產目的建立不同的綠光補光策略。
    紅肉蘋果分裂素響應基因MdMYB308的克隆與表達分析
    王意程,王楠,許海峰,張宗營,姜生輝,張靜,曲常志,陳學森
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4178-4185.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.012
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    【目的】細胞分裂素是調控植物花青苷合成的重要激素,從新疆紅肉蘋果雜種一代優系‘紫紅3號’中克隆得到分裂素響應基因MdMYB308,研究其在細胞分裂素調控蘋果花青苷合成中的作用,為進一步完善紅肉蘋果育種的理論與技術體系提供參考。【方法】以紅肉蘋果‘紫紅3號’(新疆紅肉蘋果與‘富士’雜交1代)的紅色幼嫩葉片為外植體誘導的紅色愈傷組織為試材,設計引物利用PCR克隆MdMYB308,對其進行生物信息學分析;并用不同濃度細胞分裂素處理,采用熒光定量PCR分析MdMYB308及花青苷合成相關基因的表達;通過酵母雙雜交試驗、熒光雙分子互補試驗驗證MdMYB308與MdbHLH3的互作關系。【結果】在‘紫紅3號’中克隆獲得MdMYB308全長,其包含768 bp完整的開放閱讀框,編碼255個氨基酸,預測其編碼蛋白質分子量為28.37 kD,等電點為8.94;系統進化樹分析表明,MdMYB308AtMYB4FaMYB1AtMYBL2在同一個進化枝上,氨基酸序列比對發現,MdMYB308蛋白存在EAR抑制序列;提高6-BA濃度有利于蘋果愈傷組織花青苷的累積,與無細胞分裂素處理相比,1 mg·L-1 6-BA處理愈傷花青苷合成結構基因MdCHSMdDFRMdUFGT與轉錄基因MdMYB10MdbHLH3的表達量升高,而MdMYB308表達被抑制;酵母雙雜交與熒光雙分子互補試驗表明,MdMYB308與MdbHLH3能相互作用。【結論】細胞分裂素(6-BA)可能通過抑制MdMYB308的表達影響MdMYB308與MdbHLH3的結合從而促進花青苷的累積。

     

    食品科學與工程
    基于復合納米材料和酶切信號放大電化學適體傳感器檢測沙門氏菌
    徐連應,王畢妮,張富新
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4186-4195.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.013
    摘要 ( 100 )   HTML ( 2 )   PDF (670KB) ( 148 )   收藏
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    【目的】沙門氏菌是食品中致病菌檢測的一項重要指標。本研究擬構建一種實用性更強的用于沙門氏菌檢測的新型電化學適配體傳感器,以克服各種沙門氏菌傳統檢測方法的缺陷。【方法】通過混合還原氧化石墨烯(rGO)溶液與甲苯胺藍(Tb)溶液制得Tb-rGO復合物,再將此復合物分散于納米金(AuNPs)溶膠中得到AuNPs-Tb-rGO復合物。最后將AuNPs-Tb-rGO復合物與帶有氨基的DNA鏈(S1)孵育得DNA-復合納米材料(S1-AuNPs-Tb-rGO)。通過金硫鍵將沙門氏菌適配體互補鏈(S2)修飾在金電極表面,以己硫醇為封閉劑消除非特異性吸附后,滴涂沙門氏菌適配體(Apt)于電極表面,使Apt與S2雜交結合。將修飾好的電極浸入含有沙門氏菌與核酸外切酶I(Exo I)的混合液中,基于Exo I信號放大效應,利用適配體對沙門氏菌的特異性結合作用,循環帶離適配體,再通過S1-AuNPs-Tb-rGO中的S1與S2雜交將S1-AuNPs-Tb-rGO負載到電極表面,監測電極表面的電化學信號,并對在菌液中的孵育時間、Exo I濃度和S1-AuNPs-Tb-rGO濃度進行優化,構建沙門氏菌電化學適配體傳感器。使用該傳感器,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、單增李斯特菌和阪崎腸桿菌進行檢測,以確定沙門氏菌電化學適配體的特異性;對6×102—6×106 cfu/mL的沙門氏菌進行檢測,以確定沙門氏菌電化學適配體傳感器的敏感性;對羊奶樣品進行檢測,以確定沙門氏菌電化學適配體傳感器的實用性。【結果】所建立的沙門氏菌電化學適配體傳感器在菌液中的最佳孵育時間為1 h,Exo I的最適濃度為0.6 U?µL-1S1-AuNPs-Tb-rGO的最適濃度為200 nmol?L-1。在進行沙門氏菌的檢測時,沙門氏菌與Apt特異結合,S1-AuNPs-Tb-rGO復合納米材料被結合到電極表面使其線性伏安曲線氧化峰升高。特異性試驗結果表明,所建立的方法僅對沙門氏菌的檢測有電信號響應,而對非目標菌無響應。敏感性試驗結果表明,所構建的沙門氏菌電化學適配體傳感器,具有很高的敏感性,對沙門氏菌檢測的敏感性達200 cfu/mL。使用建立的沙門氏菌電化學適配體傳感器對羊奶中的沙門氏菌含量進行測定,加標回收率在91.6%—106.3%,結果令人滿意。【結論】所建立的沙門氏菌電化學適配體傳感器具有操作簡便、檢測范圍寬、檢出限低和成本低廉等優點,有望應用于食品工業中沙門氏菌的現場快速定量檢測。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    日糧添加亮氨酸和苯丙氨酸對荷斯坦公犢生長性能及血清代謝物的影響
    楊昕澗,曹陽春,鄭辰,劉凱,郭龍,蔡傳江,劉寶龍,姚軍虎
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4196-4204.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.014
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    【目的】研究日糧添加亮氨酸和苯丙氨酸對犢牛生長性能和血清代謝物的影響,為亮氨酸和苯丙氨酸在奶牛高效生產中的應用提供理論參考。【方法】試驗選取20頭1日齡體重為(38±3)kg的荷斯坦公犢,隨機分為4組,分別為對照組、亮氨酸組(1.435 g·L-1)、苯丙氨酸組(0.725 g·L-1)、混合氨基酸組(1.435 g·L-1亮氨酸和0.725 g·L-1苯丙氨酸),每組5頭牛,各組以丙氨酸調節為等氮日糧。犢牛單獨飼喂,試驗共8周,預試期1周,正試期7周。試驗犢牛單圈飼養,試驗日糧由原奶和開食料組成。犢牛出生后,1 h內飼喂4.0 L初乳。此后1周為過渡期,日喂原奶2次,每次3.0 L。過渡期內以氨基酸添加量的20%為梯度逐天增加,至出生第6 天達到添加量的100%。2—8周為正試期,日飼喂添加氨基酸的原奶2次。第2—3周每次3.5 L,4—8周每次4.0 L。第3周開始定量供給開食料,自由飲水。在犢牛1、3、5、7、8周齡測定體重、體高、體斜長和胸圍,計算體軀指數和體長指數;采集10 mL血液用于獲得血清,并檢測其氨基酸組成、葡萄糖、尿素氮、胰島素和膽囊收縮素。采用IBM SPSS Statistics V22.0 統計軟件GLM過程進行統計分析,采用LSD法進行多重比較。【結果】混合氨基酸組平均日增重顯著低于其余3組(P<0.05)。相對于對照組,各處理組顯著提高最終體斜長(P<0.05)。亮氨酸和苯丙氨酸具有降低最終體高的趨勢(P<0.10),而苯丙氨酸顯著降低最終胸圍(P<0.05)。與對照組相比,亮氨酸組和混合氨基酸組顯著提高犢牛8周齡體軀指數(P<0.05)。但各組犢牛初始體重、體斜長、體高、胸圍、體軀指數、體長指數和最終體重及體軀指數無顯著差異(P>0.05)。添加亮氨酸顯著提高血清組氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、甘氨酸和總必需氨基酸的濃度(P<0.05),趨于增加天冬氨酸和總氨酸濃度(P<0.10),但顯著降低丙氨酸和甘氨酸濃度(P<0.05)。苯丙氨酸顯著提高血清苯丙氨酸、谷氨酸和甘氨酸濃度(P<0.05),對照組因添加丙氨酸調節為等氮日糧,其血清丙氨酸濃度顯著高于亮氨酸組與混合氨基酸組(P<0.05)。苯丙氨酸和亮氨酸對血清各種氨基酸濃度無交互效應(P>0.05)。亮氨酸顯著提高血清葡萄糖濃度(P<0.05),苯丙氨酸降低血清葡萄糖濃度(P<0.05),且與亮氨酸存在負交互效應(P<0.05)。此外,苯丙氨酸顯著提高血清尿素氮含量(P<0.05),但亮氨酸和苯丙氨酸添加對血清中胰島素及膽囊收縮素濃度無顯著影響(P>0.05)。【結論】日糧中添加亮氨酸可提高犢牛血清部分必需氨基酸、葡萄糖濃度、8周齡體軀指數和平均日增重。從以上指標可見,亮氨酸添加效果優于苯丙氨酸,但二者在影響血清葡萄糖濃度方面存在負交互效應。
    雞原代肝細胞培養及葉酸對脂質代謝相關基因表達的影響
    劉艷利,黨燕娜,段玉蘭,楊小軍
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4205-4211.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.015
    摘要 ( 83 )   HTML ( 6 )   PDF (494KB) ( 548 )   收藏
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    【目的】腹脂沉積是目前家禽養殖過程中的一個普遍現象。與哺乳動物不同,家禽的脂質代謝主要發生在肝臟,前人很多研究發現葉酸和IGF2均參與調控動物的脂質代謝,因此,試驗旨在建立雞原代肝細胞培養條件,并研究葉酸對雞原代肝細胞脂質代謝相關基因表達的影響,為體外探究葉酸調控家禽脂質代謝機制提供依據。【方法】采用膠原酶消化配合雞淋巴細胞分離液純化法分離得到雞原代肝細胞,用高碘酸希夫氏染色方法進行肝細胞鑒定;同時分離得到的肝細胞用正常培養基培養36 h后,更換含不同葉酸濃度的培養基(0,1,5,10,15,和20 mg·L-1),每個葉酸濃度6個重復,處理12 h后收集上清液,并收集細胞提取總RNA,用RT-qPCR法檢測基因相對表達量,MTT法檢測細胞增殖,商業試劑盒方法檢測上清液中LDH含量。并分析基因表達之間的相關性以及葉酸劑量與基因表達之間的回歸關系。【結果】采用膠原酶消化配合雞淋巴細胞分離液純化法可以獲得分離效果好且純度高的雞肝細胞;不同劑量的葉酸沒有影響肝細胞培養液中的LDH活性(P>0.05),也沒有對肝細胞的增殖產生影響(P>0.05);與1 mg·L-1劑量的葉酸對照組相比,10、15和20 mg·L-1的葉酸顯著降低了肝細胞IGF2以及與脂質合成代謝有關的ACC和FAS基因的表達(P<0.05),但葉酸并沒有對雞肝細胞中與脂質分解代謝有關的CPT1和PPARα基因的表達產生影響(P>0.05);并且雞肝細胞中ACC和FAS基因的表達與IGF2存在一定的正相關(P<0.05);除此之外,雞肝細胞IGF2,FAS和ACC的表達與葉酸劑量也存在著線性和二次曲線的回歸關系(P<0.05)。【結論】葉酸的添加可降低雞原代肝細胞中與脂肪酸合成相關基因的表達,并且FAS和ACC基因的表達可能與IGF2具有正相關關系;本試驗中葉酸的最適劑量為15 mg·L-1
    研究簡報
    普通小麥籽粒過氧化物酶活性全基因組關聯分析
    時佳,翟勝男,劉金棟,魏景欣,白璐,高文偉,聞偉鍔,何中虎,夏先春,耿洪偉
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4212-4227.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.016
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    【目的】小麥籽粒過氧化物酶(peroxidase,POD)活性對面制品加工品質有重要影響,發掘控制籽粒POD活性重要位點,并篩選其候選基因,為小麥品質的改良奠定基礎。【方法】151份黃淮冬麥區和82份北部冬麥區品種(系)為材料,分別利用來自于小麥90 K SNP芯片的18 18918 417高質量SNP標記,對POD活性進行全基因組關聯分析(genome-wide association study,GWAS)【結果】供試材料中POD活性表現出廣泛的表型變異和多樣性,黃淮麥區材料的POD活性變異系數為15.4%—21.8%,遺傳力為0.79,北部麥區材料的POD活性變異系數為15.0%—19.9%,遺傳力為0.82。相關性分析表明,不同環境之間材料的POD活性表現出顯著的相關性,黃淮麥區相關系數為0.46—0.89(P<0.0001),北部麥區相關系數為0.50—0.87(P<0.0001)。多態性信息含量PIC值為0.09—0.38,最小等位基因頻率MAF值為0.05—0.5。群體結構分析表明,黃淮麥區與北部麥區2個自然群體結構簡單,均可分為3個亞群。GWAS分析結果表明,在黃淮冬麥區材料中共檢測到20個與POD活性顯著關聯的位點(P<0.001),分布在1A2A、2B2D、3A、3B、3D、4A、4B、5A、5B、6A、6D和7A染色體上,單個位點可解釋7.8%—13.3%的表型變異。在北部冬麥區材料中共檢測到20個與POD活性顯著關聯(P<0.001)的位點,分布在1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、4B、6A、6B、7A、7B和7D染色體上,單個位點可解釋14.4%—23.2%的表型變異。加性回歸分析表明,隨著優異等位基因數量的增多,小麥籽粒POD活性越高。在發現的所有POD活性相關位點中,2個位點在黃淮麥區和北部麥區材料中均能檢測到且穩定遺傳,可將其轉換為STARPsemi-thermal asymmetric reverse PCR)CAPS標記,以應用于分子標記輔助育種。獲得3個與POD活性有關的候選基因,分別編碼磷酸甘露糖變位酶(PMM-D1)、辣根過氧化物酶(PER40)和烷基氫過氧化物還原酶(F775_31640)。【結論】黃淮麥區與北部冬麥區2個自然群體遺傳多樣性豐富,群體結構簡單,適用于全基因組關聯分析。在2個自然群體中分別發現20個POD活性位點,并在顯著相關的位點區域內篩選到3個候選基因。含有越多優異等位變異的材料其POD活性越高
    油菜素內酯對玉米葉片捕光、CO2固定及有機物運輸的影響
    藏金萍,趙艾佳,趙亞林,閆青地,馮佳佳,張海麗,王鳳茹,董金皋
    中國農業科學. 2017, 50(21):  4228-4234.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.017
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    目的】明確油菜素內酯(BR)對玉米光合特性的影響及作用機制,為油菜素內酯在玉米田的高效利用提供理論依據和技術參考。【方法】于玉米8葉期噴施100 nmol·L-1 BR,對其葉片進行葉綠體結構、淀粉粒積累、葉綠素含量、PEPC活性、光合速率、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性的檢測與分析。【結果】油菜素內酯處理8葉期玉米15 d后,與對照相比,玉米葉片的凈光合速率提高了32.6%,同時,葉綠體中淀粉粒的積累明顯變多變大,葉綠素含量高出對照28.57%,以上結果說明BR處理可提高玉米葉片的捕光能力;PEPC是C4植物中催化PEP固定CO2的酶,本研究結果表明BR處理可提高玉米葉片中PEPC的活性,與對照相比,其活性提高了14.52%,這說明BR處理可提高玉米葉片固定CO2的能力;光合產物運輸是決定產量的重要因素,通過對玉米葉片疏導組織細胞的超微觀察,發現BR處理后韌皮部輸導組織的細胞內含物增加;蔗糖是光合產物的主要運輸形式,蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成的關鍵酶,其活性可反映同化物向籽粒運輸能力和強度,本研究發現BR處理后SS和SPS的活性分別提高了28.26%和30.20%,上述結果說明BR處理可提高玉米光合產物的輸出能力。【結論】油菜素內酯通過提高光合色素含量來提高玉米葉片的光能利用率;通過提高PEP羧化酶活性提高玉米葉片固定CO2的能力;通過提高蔗糖合成酶和蔗糖磷酸酶活性,促進玉米葉片光作用產生的有機物的運輸和分配。
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