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當期目錄

    2017年 第50卷 第23期 刊出日期:2017-12-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    "谷子糜子育種"專題導讀:十五年區試數據分析展示谷子糜子育種現狀
    刁現民,程汝宏
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4469-4474.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.001
    摘要 ( 123 )   HTML ( 4 )   PDF (354KB) ( 152 )   收藏
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    谷子(Setaria italica Beauv.)和糜子(Panicum miliaceum L.)是中國起源的古老粟類作物,在旱作生態可持續農業建設和種植業結構調整中具有重要作用,也是應對未來更加干旱環境的戰略儲備作物。自2001年到2015年,全國農技中心組織國家谷子糜子區域試驗,對這個時期培育的谷子糜子品種的產量、適應性和品質進行綜合鑒定,積累這個時期谷子糜子育成品種的產量和農藝性狀表現的基礎數據。本期《中國農業科學》發表了6篇對過去10—15年谷子糜子育成品種產量和農藝性狀表現的分析評價文章,這些文章從整體上梳理了中國華北夏谷區、西北早熟區、西北中晚熟區、東北春谷區和糜子育成品種的產量水平、育種進步的性狀和存在問題等,也提出了近期及將來的育種目標。本文是對這6篇文章進行的簡評,希望能引導這6篇文章的深入研讀。谷子糜子育種的突破有賴于關鍵性親本的發現、創制和利用,以及有益產量性狀累加育種技術的突破;商品性優質、食味優質、功能性優質專用和中矮稈適合機械化輕簡化栽培應成為谷子糜子育種最應關注的重點方向。
    華北夏谷區2001—2015年谷子育種變化
    張婷,師志剛,王根平,高翔,夏雪巖,楊偉紅,張喜瑞,田曉建,程汝宏,刁現民
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4475-4485.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.002
    摘要 ( 75 )   HTML ( 3 )   PDF (1222KB) ( 146 )   收藏
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    【目的】對華北夏谷區近15年谷子區域試驗數據進行分析,探討谷子育種變化趨勢,為谷子品種改良提供參考。【方法】利用2001—2015年華北夏谷區參試品種的主要農藝性狀數據,研究其變化規律;以通過鑒定的51個育成品種為材料進行分析,并與15年間華北地區谷子生長季6—9月份氣候因素進行相關分析,梳理通過鑒定的51個品種的類型。【結果】2001—2015年華北夏谷區區域試驗參試品種各農藝性狀在年度間變異較大,隨著年份的推移,產量、生育期、株高、穗長、單穗重和穗粒重持續增加,千粒重基本不變,公頃穗數略有下降。51個通過鑒定品種的整體變化趨勢與所有參試品種的變化趨勢基本一致。51個通過鑒定品種間產量、生育期、株高、穗長、千粒重和公頃穗數差異極顯著,單穗重、穗粒重和出谷率差異不顯著。華北夏谷區谷子生育期氣候趨向于暖濕的變化趨勢。通過鑒定的品種產量和生育期、單穗重、穗粒重呈極顯著正相關,與最低溫、降水量呈極顯著負相關。最低溫、最高溫、降水量、生育期、穗粒重、出谷率決定谷子產量85.17%的變異。對產量貢獻較大且為負效應的是最低溫,為正效應的是最高溫。近幾年谷子育種水平有所提高,品種類型較豐富多樣,抗除草劑品種和優質米類型逐漸增多,反映了輕簡栽培和優質是目前的主要育種方向。但是以冀谷19、豫谷1、冀谷25等3個主干品種為親本來源的品種數為26個,占雜交選育品種的57.8%,育成品種親本范圍相對較窄的問題越來越嚴重。【結論】2001—2015年華北夏谷區區域試驗育成品種產量有所提高,品種類型較豐富多樣,育種水平取得一定的進步。然而,造成產量顯著差異的原因主要取決于氣候因素,而且品種培育的親本選擇狹窄可能是育種突破的關鍵瓶頸。在今后的育種過程中,要從親本創制和選擇著手,豐富親本類型;提高品種穗粒重和出谷率,以適應氣候變化,提高夏谷產量。
    2005—2015年西北春谷中晚熟區谷子育成品種評價
    張艾英,郭二虎,刁現民,范惠萍,李瑜輝,王麗霞,郭紅亮,程麗萍,吳引生
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4486-4495.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.003
    摘要 ( 107 )   HTML ( 3 )   PDF (512KB) ( 104 )   收藏
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    【目的】對11年來西北春谷中晚熟區育成的谷子品種產量、農藝性狀、抗逆性及品質性狀綜合分析,為西北春谷中晚熟區谷子新品種選育、推廣及資源利用提供理論參考。【方法】基于2005—2015年國家谷子品種區域試驗西北春谷中晚熟區數據,對參試品種及通過鑒定品種的產量、主要農藝性狀進行比較與分析。并對通過鑒定的30個品種抗逆性、品質進行分析。【結果】2005—2015年參試品種及通過鑒定品種的產量有逐年增加的趨勢。參試品種和通過鑒定品種的農藝性狀在年度間存在一定的變異,參試品種的株高、單穗重、穗粒重、出谷率有逐年增加的趨勢,生育期有縮短的趨勢;通過鑒定的30個品種和對照相比,生育期、株高有降低趨勢,株高變幅為105—165 cm;穗長在17—27 cm,70%的品種分布在19—23 cm;單穗重變幅為15—25 g,80%品種為18—22 g;穗粒重為12—20 g;出谷率分布在74%—84%,80%的品種在75%—80%;千粒重變異范圍較大,分布在2.5—3.4 g,有9個品種的千粒重超過對照,公頃穗數分布在33萬—43萬。對通過鑒定品種農藝性狀與產量的相關分析表明,產量與單穗重、穗粒重和公頃穗數呈顯著正相關,與生育期呈負相關。鑒定品種總體抗性有提高的趨勢,其中抗倒性明顯優于對照,紅葉病和白發病為主要病害,谷銹病、谷瘟病、紋枯病、蛀莖率也有不同程度地發生。穗松緊度多為中等偏緊類型,熟相中等偏好為主。品質上,通過鑒定品種的米色全為黃色,優質米的粗蛋白、粗脂肪含量及膠稠度偏低,賴氨酸含量相對較高。鑒定品種中包括了糯質、高蛋白、高脂肪及糧草兼用、抗除草劑、優質米等多種類型,豐富了品種類型。【結論】西北春谷晚熟區谷子品種的選育取得了一定的進步,所育品種在數量、多樣性、產量、品質等方面有了一定的提高,但沒有取得大的突破。在育種方法上比較單一,多采取簡單雜交、系選的方法,應根據育種目標要求,開展材料創新,融合回交、復交、理化誘變等多種方法,并結合分子育種新技術,提高育種水平。在育種目標上,重點培育品質優良、矮稈抗倒、生育期略短、適合機械化收獲的品種,培育多種類型的抗除草劑品種,滿足谷子規模化生產的需求。
    西北春谷早熟區谷子品種十五年變化趨勢及主要性狀分析
    張艾英,刁現民,郭二虎,范惠萍,王麗霞,李瑜輝,程麗萍,吳引生,張莉
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4496-4506.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.004
    摘要 ( 108 )   HTML ( 2 )   PDF (1652KB) ( 128 )   收藏
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    【目的】通過對過去15年西北春谷早熟區區試谷子品種的產量及農藝性狀進行綜合分析,明晰了該區15年來谷子育種進展,并提出今后的發展方向,為該區新品種選育及產業發展提供理論指導。【方法】基于2001—2015年國家區域試驗西北春谷早熟區的數據,對參試品種及通過鑒定品種的主要農藝性狀、產量性狀進行比較與分析,同時對通過鑒定的18個品種進行了抗逆性分析。【結果】2001—2015年西北春播早熟區共有85個新品系參加國家區試,12個常規品種和6個雜交種達到新品種鑒定標準通過鑒定,新育成品種比對照增產10%以上的品種有3個,其中,常規品種1個為大同32,雜交種2個分別為張雜谷1號和張雜谷15號。參試品種和通過鑒定品種的產量平均數在年度間表現了較大差異,但總體趨勢表現為產量潛力水平的提高。參試品種穗長和千粒重年度間差異不顯著,穗長基本穩定在23—27 cm,千粒重穩定在3—3.4 g,但參試品種的株高、單穗重、穗粒重年度間差異大,株高、單穗重、單穗粒重隨年份有增加的趨勢。通過鑒定的18個品種有13個生育期長于對照,5個短于對照,同時伴隨著株高的增加,單穗重和穗粒重的提升,說明新育成品種生育期的延長和單株產量性狀的提升。多元回歸分析表明,生育期、株高、單穗重、穗粒重和出谷率決定了產量81.43%的變異,產量與穗粒重和單穗重呈顯著正相關,穗粒重與株高、單穗重呈顯著正相關。對通過鑒定品種的抗逆性分析表明,這15年該區主要病害有紅葉病和白發病,不同年份間不同品種都有一定發生,通過鑒定品種的抗倒性、抗旱性呈現下降趨勢。【結論】2001—2015年春谷早熟區選育的品種產量有增加的趨勢。影響產量的主要因素為單穗重和穗粒重,其次為株高、生育期,育種中應注意提高品種的綜合性和各性狀之間的協調性。生育期延長、株高增加、抗倒性降低等因素直接影響到早熟區品種產量的突破,同時也不利于谷子機械化生產的發展。早熟區品種選育應以中矮稈、抗倒性強、結實率高、品質優、適合機械化收獲為發展方向。
    東北春谷區近年來谷子育成品種的評價
    李志江,馬金豐,李延東,李祥羽,刁現民,張婷
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4507-4516.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.005
    摘要 ( 118 )   HTML ( 3 )   PDF (977KB) ( 146 )   收藏
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    【目的】通過對11年來東北春谷區育成的谷子品種產量、農藝性狀進行相關分析,為東北春谷區谷子新品種選育、推廣、資源利用和育種方向提供理論指導。【方法】基于2005—2015年國家谷子品種區域試驗東北春谷區生育期、株高、單穗重、穗粒重、出谷率、千粒重、產量等農藝性狀數據,結合東北春谷區生態區域類型特點,研究參試品種的農藝性狀變化規律,對參試品種及通過鑒定品種的產量、主要農藝性狀用DPS軟件進行比較與分析。【結果】2005—2015年參試品種共有60個,按照全國農業技術推廣中心的谷子品種鑒定標準,11年間通過鑒定的品種18個。參加區試的品種和通過鑒定品種的農藝性狀平均值在年度間存在一定的變異,受氣候條件因素影響較大,2010年通過鑒定的品種的產量較2005年增產4.6%,2015年通過鑒定的品種產量分別較2005年和2010年的品種增產12.62%和7.66%,總體來看育成品種表現出產量逐步增加的趨勢。育成品種的產量增產幅度因品種類型不同而有一定的差異,單就產量而言,11年間九谷23、九谷14和龍谷31增產幅度超過10%,是增產幅度較大的品種。通過對18個鑒定品種農藝性狀與產量進行相關和多元逐步回歸分析表明,產量與單穗重、穗粒重呈極顯著正相關;生育期、株高、單穗重、出谷率、千粒重和公頃穗數決定了產量90.98%的變異。過去11年東北春谷區利用夏谷血緣育成的品種九谷23,表現較突出,且株高約115 cm,株高顯著低于其他品種,代表著東北春谷區育種的整體方向。【結論】東北春谷區谷子品種的選育取得了一定的進步,2005—2015年參試品種及通過鑒定品種的產量有逐年增加的趨勢。單穗重和穗粒重對產量影響最大,同時農藝性狀受品種特性、氣候、栽培條件等多種因素影響,因此,育種中應在注重單穗重和穗粒重的同時,兼顧株高、生育期、抗性等其他因素對產量的影響,特別是應該降低株高和縮短穗頸長,使新培育的品種適應機械化輕簡栽培,并繼續加大抗除草劑品種和優質品種的培育,滿足中國種植業結構調整和人們膳食結構改善對輕簡栽培和優質品種的追求。
    基于國家品種區域試驗數據的中國糜子品種產量和性狀變化
    楊璞,Rabia Begum Panhwar,李境,高金鋒,高小麗,王鵬科,馮佰利
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4517-4529.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.006
    摘要 ( 79 )   HTML ( 2 )   PDF (1242KB) ( 114 )   收藏
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    【目的】整理分析近17年間全國糜子品種區域試驗參試品種的產量和農藝性狀變化,探討中國糜子品種改良進展和育種水平變化,為未來中國糜子的遺傳改良提供依據。【方法】利用多元回歸、相關分析和聚類分析等方法,分析1998—2014年國家糜子品種區域試驗參試品種不同年份主要性狀的變異,比較主要育種單位選育糜子品種性狀的差異。【結果】1998—2014年糜子參試品種性狀變異顯著。隨年份推進,粳性糜子品種產量和單株粒重以及糯性糜子品種產量、單株粒重和穗長持續增加。17年間粳性和糯性糜子產量分別增加了50%和21%,單株粒重分別增加了90%和7%,穗長分別增加了19%和29%,生育期長度、株高、主莖節數量和千粒重等性狀變化不明顯。來自黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、河北、山西、陜西、甘肅和寧夏等9個糜子主產省(區)的17家育種單位提供了65個糜子區域試驗品種,其中7家同時提供了粳性和糯性糜子品種,2家只提供了粳性糜子品種,8家只提供糯性糜子品種。來自內蒙古、甘肅和寧夏的3家育種單位貢獻了參試品種的55.4%。近6年來自這3家單位的品種產量表現優異,是中國糜子育種的中堅力量。多元回歸分析表明,粳性糜子的生育期長度、主莖節數量和單株粒重決定了產量82.8%的變異,糯性糜子的主莖節數量和單株粒重決定了產量78.6%的變異。相關性分析表明,粳性和糯性糜子的主穗長和單株粒重均與單株產量顯著正相關,而其他性狀間相關性在粳性和糯性糜子中均有所不同。聚類分析結果表明,粳性糜子育成品種分為2類,糯性糜子育成品種分為3類。【結論】1998—2014年,國家區試中粳性和糯性糜子參試品種產量穩步增加,表明中國糜子育種水平有了一定提高。但育種手段相對單一,育種方法多樣性程度較低。糜子區試對產量相關性狀和品質性狀的關注不夠,培育高產、優質、適口性好、蒸煮品質優良、抗性淀粉含量高、耐落粒、適合機械化的糜子品種是未來糜子育種的發展方向。強化雜交、遠緣雜交、誘變育種、雙單倍體以及多倍體育種等傳統技術的應用,充分利用基因組學和分子育種學研究方法,加強傳統育種技術與現代生物技術結合,是系統提升糜子育種技術水平的重要途徑。
    糜子育成品種農藝、產量及品質性狀綜合鑒定與評價
    楊清華,邱軍,李海,楊天育,程炳文,趙敏,劉國慶,高小麗,馮佰利
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4530-4544.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.007
    摘要 ( 91 )   HTML ( 3 )   PDF (834KB) ( 112 )   收藏
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    【目的】對近年育成糜子品種農藝性狀、產量性狀及品質性狀進行綜合評價,比較粳性和糯性糜子間的差異,分析糜子品種改良工作存在問題并提出解決方案,為中國糜子育種及產業發展提供參考。【方法】以近年育成的22個粳性糜子品種和18個糯性糜子品種為材料。田間考種獲取農藝性狀(生育期、株高、節數、粒色、花序色和穗形)和產量性狀(千粒重、穗粒重和主穗)。室內通過正丁醇提取法測定黃色素含量、索氏抽提法測定粗脂肪含量、雙波長法測定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量、凱氏定氮法測定蛋白質含量。【結果】粳性糜子品種平均產量為3 465.5 kg·hm-2,變幅為2 976.0—3 915.0 kg·hm-2;糯性糜子品種平均產量為3 163.4 kg·hm-2,變幅為2 575.5—4 002.0 kg·hm-2。農藝性狀相關性分析表明,糜子產量與生育期、千粒重、主穗長、穗粒重之間的相關系數均達到顯著水平。數據分析表明,育成品種在生育期、株高、節數、千粒重、穗粒重、主穗長、產量等方面變幅較小。粳性糜子品種黃色素含量平均為2.7 mg·kg-1,變幅為1.7—3.3 mg·kg-1;糯性糜子品種黃色素含量平均為2.4 mg·kg-1,變幅為2.1—2.9 mg·kg-1。粳性糜子品種粗脂肪含量平均為3.6%,變幅為1.7%—5.6%;糯性糜子品種粗脂肪含量平均為4.1%,變幅為2.7%—5.5%。粳糯糜子之間黃色素含量和粗脂肪含量差異性不顯著。粳性糜子品種直鏈淀粉含量平均為32.22%,變幅為11.31%—38.67%;支鏈淀粉含量平均為35.01%,變幅為21.43%—64.02%;總淀粉含量平均為67.23%,變幅為58.59%—77.87%;直鏈淀粉、支鏈淀粉含量比值平均為1.00,變幅為0.18—1.73。糯性糜子品種直鏈淀粉含量平均為3.69%,變幅為2.24%—5.55%;支鏈淀粉含量平均為57.37%,變幅為49.40%—68.01%;總淀粉含量平均為61.06%,變幅為54.18%—72.11%;直鏈淀粉、支鏈淀粉含量比值平均為0.07,變幅為0.05—0.11。其中,隴糜5號和隴糜8號直鏈淀粉含量較高,寧糜17號和榆糜2號直鏈淀粉含量適中,晉黍9號和雁黍7號直鏈淀粉含量較低。粳性糜子籽粒蛋白質含量平均為11.13%,變幅為9.64%—13.26%;糯性糜子籽粒蛋白質含量平均為13.72%,變幅為12.10%—15.72%,糯性糜子籽粒蛋白質含量顯著高于粳性糜子。【結論】近年育成的糜子品種在多種農藝及產量性狀中變幅較小,品種類型相對單一,不能滿足生產和市場對糜子品種多元化需求。針對產業發展和市場需求,挖掘、利用和創新優異糜子資源,將常規育種與分子育種新技術結合,開展多元化、多目標育種,培育性狀優良、抗性強、適應性廣、產量高、品質優良的糜子新品種是糜子品種改良的方向。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    赤霉素對根瘤菌運移、定殖及苜蓿幼苗生長的影響
    苗陽陽,師尚禮,康文娟
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4545-4557.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.008
    摘要 ( 65 )   HTML ( 1 )   PDF (408KB) ( 352 )   收藏
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    【目的】研究赤霉素對熒光標記根瘤菌運移和定殖的動態及接種對甘農5號紫花苜蓿(Medicago sativa L. Gannong No.5)幼苗生長的影響,為增強根瘤菌向苜蓿體內尤其向繁殖器官轉移并定殖的能力,促進苜蓿種植業發展提供理論依據和技術支持。【方法】分別向Ensifer meliloti LZgn5f(gn5f)和Ensifer meliloti 12531f(12531f)兩種根瘤菌液內添加0.5、1、10和100 mg·L-1赤霉素,測定第1、3、5、7和9天兩種根瘤菌OD600吸光度值,同時將添加不同赤霉素的菌液分別澆灌于幼苗根部,于接種后第15、30、45和60天檢測根瘤菌在根和地上各組織內運移和定殖及對苜蓿幼苗生長的情況。【結果】添加10 mg·L-1赤霉素稍可促進12531f生長,但效果并不明顯;而1 mg·L-1赤霉素對gn5f生長初期效果較好,但隨著時間的延長則無明顯作用。10 mg·L-1赤霉素促進12531f運移并定殖到下部莖、上部莖和上部葉內,1 mg·L-1赤霉素促進gn5f運移并定殖到下部莖和下部葉內,以無菌水為對照的各組織內未檢測到兩種熒光標記根瘤菌。單獨接種12531f和gn5f,均促進了葉綠素的形成,而添加赤霉素后接種均抑制了葉綠素的形成,但12531f添加10 mg·L-1赤霉素、gn5f添加1 mg·L-1赤霉素接種可使幼苗單株結瘤數、單株根瘤重、單株葉片數、株高、根長、地上干重和根干重則均達最高。其中12531f添加10 mg·L-1赤霉素接種后苜蓿單株結瘤數分別高出對照和單獨接菌處理75.71%和11.82%,但差異不顯著(P>0.05);單株根瘤重分別高出對照和單獨接菌處理1 136.11%和55.05%,差異顯著(P<0.05);單株葉片數分別高出對照和單獨接菌處理113.94%和78.28%,差異顯著(P<0.05);株高分別高出對照和單獨接菌處理83.33%和50.24%,差異顯著(P<0.05);根長分別高出對照和單獨接菌處理115.28%和29.17%,差異顯著(P<0.05);地上干重分別高出對照和單獨接菌處理214.27%和206.43%,差異顯著(P<0.05);根干重分別高出對照和單獨接菌處理1 156.19%和1 049.53%,差異顯著(P<0.05)。gn5f添加1 mg·L-1赤霉素接種后苜蓿單株結瘤數分別高出對照和單獨接菌處理82.86%和4.07%,但差異不顯著(P>0.05);單株根瘤重分別高出對照和單獨接菌處理697.22%和105.00%,差異顯著(P<0.05);單株葉片數分別高出對照和單獨接菌處理32.12%和19.13%,株高分別高出對照和單獨接菌處理95.24%和37.82%,根長分別高出對照和單獨接菌處理76.39%和5.83%,但各處理間均無顯著差異(P>0.05);地上干重分別高出對照和單獨接菌處理125.98%和121.80%,差異顯著(P<0.05);根干重分別高出對照和單獨接菌處理864.43%和762.21%,差異顯著(P<0.05)。【結論】分別添加10 mg·L-1和1 mg·L-1赤霉素后利于12531f和gn5f在苜蓿體內的運移和定殖并對結瘤、葉片生長、株高、根長、生物量均有促進作用,表明適宜赤霉素濃度可作為促進目標根瘤菌運移和定殖的方法,進而促進植株生長。
    山地丘陵區耕作田塊修筑工程設計參數及田塊特征 ——以重慶為例
    鐘守琴,劉涓,劉衛平,魏朝富
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4558-4574.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.009
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    【目的】在山地丘陵區,耕作田塊修筑工程的參數設計對該區域農業機械化、規模化及產業化發展起著決定性作用。但過去的研究主要集中在工程前后田塊特征及土壤特性上,缺乏對其最基本工程設計參數的研究。因此,明確山地丘陵區耕作田塊修筑工程參數設計的技術要點對該區域耕地資源的可持續發展有著非常重要的實踐指導意義。【方法】以重慶山地丘陵區2010—2015年間實施的28個耕作田塊修筑工程區為研究對象,通過開展實地調研,對山地丘陵區耕作田塊修筑工程設計參數及其對耕作田塊特征的影響進行了研究。【結果】(1)選址方法:地形坡度在25°以上的區域為禁止建設區,地形坡度在25°以下的區域為有條件建設區,其中,15°以下的區域為重點建設區。在地形坡度<6°且集中連片面積在3.33 hm2(50 mu)以上的區域(類型區A)重點布設條田與緩坡地;在扣除類型區A的基礎上,地形坡度<15°且集中連片面積在3.33 hm2(50 mu)以上的過渡區域(類型區B),條田、梯田、梯地及緩坡地均可布設;在扣除類型區A和B的基礎上,地形坡度<25°且集中連片面積在3.33 hm2(50 mu)以上的區域(類型區C)主要布設梯田與梯地。(2)工程設計參數:條田、梯田、梯地及緩坡地的田塊長度宜分別設置為50—200、50—200、30—200及50—300 m;田塊寬度宜分別設置為30—100、10—30、5—20及50—100 m;條田與梯田的田面坡度均為0°,梯地與緩坡地的田面坡度宜分別小于10°與6°;條田及緩坡地的田坎一般均可采用夯砌土坎,但如果其土壤特性不能夠滿足工程施工要求時,亦可采用條石或塊石為主材進行修筑。而梯田與梯地則可分別采用漿砌條石與干砌條石,但如果區域內條石匱乏,其運輸成本較高的情況下,以滿足工程穩定性為前提,亦可采用漿砌塊石或夯砌土坎。(3)對田塊特征的影響:耕作田塊修筑工程打破了原有田坎,將原本分散、細小及不規整的田塊進行合并與再規劃,最終組合形成面積較大的、形狀規整的、分布相對集中的耕作田塊。耕作田塊修筑工程實施后,田塊平均規模從0.23 hm2提升為0.63 hm2,提升了1.79倍;田塊形狀指數從18.02降低為10.22,降低了7.80;田塊密度從7.09個/hm2降低為3.35個/hm2,降低了3.74個/hm2;田塊面積的Moran’s I指數從0.1937提升到0.3501,提升了0.1564。【結論】依據地形坡度與最小耕作田塊修筑單元,可將山地丘陵區耕作田塊修筑工程建設為條田、梯田、梯地及緩坡地4種類型,能夠顯著地改善山地丘陵區耕地破碎化現狀,有效地促進該區域農業機械化、規模化及產業化發展,其工程設計除依據考慮地形、水文及土壤特性外,更應注重就地取材,降低建造成本。
    植物保護
    水稻葉鞘原生質體轉化體系的構建及Pik-H4和AvrPik-H4蛋白的瞬時表達
    劉維,劉浩,董雙玉,古豐瑋,陳志強,王加峰,王慧
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4575-4584.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.010
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    【目的】探索水稻葉鞘原生質體最佳游離時間以及轉化時間,提高瞬時表達效率,在蛋白水平對目的基因進行檢測且大批量表達。探索該系統表達抗稻瘟病蛋白Pik1-H4、Pik2-H4及無毒蛋白AvrPik-H4的可行性,對目的基因的功能進行分析。【方法】以高抗稻瘟病品種H4及對照品種中二軟占作為試驗材料,利用1/2 MS培養基種植水稻幼苗25℃恒溫培養7—10 d。利用纖維素酶及離析酶對水稻葉鞘進行酶解,血球計數板分別統計游離1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12 h的細胞數目獲得最佳的酶解時間。將目標基因Pik1-H4、Pik2-H4AvrPik-H4分別與GFP融合,構建瞬時表達載體,利用PEG介導轉入水稻葉鞘原生質體。設置轉化10、12、14、16、18、20、22和24 h,分別提取細胞總RNA,UBQ管家基因為對照,設計GFP特異性擴增引物,利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)檢測GFP的相對表達量,探索最佳的轉化時間。通過激光共聚焦掃描顯微鏡對目標基因進行亞細胞定位觀察,推測基因功能。提取細胞總蛋白,以Anti-GFP為一抗用Western blot對目標蛋白表達進行驗證。【結果】相對室溫土壤栽培,營養豐富且均衡的1/2 MS培養基恒溫種植的水稻幼苗質量更優質,活力更高。游離時間的長短對游離效率影響較大,游離的最佳時間為4—6 h,在3—4 h細胞游離數目增長速度最快,4—6 h細胞數量趨于平穩,6 h以后細胞總量呈現下降趨勢,特別是7 h以后,顯微下細胞碎片增多,細胞死亡速度加快。檢測GFP的相對表達量,獲得最佳轉化時間為14—16 h,16 h達到最高值,之后逐漸下降。隨著時間的推移,熒光顯微鏡下觀察到GFP蛋白發出的熒光逐漸淬滅。亞細胞定位觀察發現AvrPik-H4蛋白主要被定位于水稻細胞膜上,初步推測是一種膜蛋白,通過某種形式運輸到宿主細胞作為激發子觸發一系列反應。Pik-H4是高效廣譜抗稻瘟病基因,分為Pik1-H4Pik2-H4兩個部分,Pik1-H4主要定位在內質網,Pik2-H4主要定位在質體,從定位結果初步推定Pik1-H4可能主要參與AvrPik-H4蛋白的識別反應,Pik2-H4主要起到調控下游抗病的作用。Western blot結果顯示目標蛋白表達成功,分子大小正確。Pik1-H4和AvrPik-H4的表達量高于Pik2-H4,說明分子量的大小不是影響轉化效率的關鍵因素。【結論】水稻葉鞘原生質體瞬時表達系統具有高效快速的特點,通過對游離及轉化時間的探索為水稻瞬時表達體系的廣泛實踐應用提供參考。目標基因的成功表達為Pik-H4與無毒蛋白互作機制的研究提供了有價值的理論依據。
    兩種方法測定綠盲蝽氣味結合蛋白AlucOBP21 配體結合特性的結果比較
    劉航瑋,張強,耿亭,董昆,安興奎,王琪,張永軍,郭予元
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4585-4592.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.011
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    【目的】比較熒光競爭結合試驗(fluorescence competitive binding assay)和微量熱涌動(microscale thermophoresis,MST)技術在研究綠盲蝽(Apolygus lucorum)氣味結合蛋白(odorant binding proteins,OBPs) AlucOBP21配體結合特性上的差異,探索一種新的測定昆蟲OBPs結合功能的方法。【方法】提取綠盲蝽雌、雄成蟲觸角總RNA并進行反轉錄,獲得綠盲蝽成蟲觸角cDNA。采用特異性克隆引物,以綠盲蝽成蟲觸角cDNA為模板進行PCR擴增,構建pET32a/AlucOBP21重組質粒。將重組質粒轉化至BL21(DE3)感受態細胞進行原核表達,獲得含表達標簽的重組AlucOBP21蛋白。通過高親和Ni-NTA純化介質對重組粗蛋白進行純化,采用重組腸激酶切掉His-tag標簽,最終獲得無表達標簽的重組AlucOBP21蛋白。利用熒光競爭結合試驗,以1-N-phenylnaphthylamine(1-NPN)為熒光探針研究重組AlucOBP21蛋白與候選配體的結合特性,其中1-NPN和氣味標樣均溶解在質譜純級的甲醇中。同時,利用MST技術解析重組AlucOBP21蛋白與候選配體的結合特性,候選配體標樣溶解在二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)溶液中。候選配體化合物包括8種潛在的盲蝽性信息素及性信息素類似物、12種植物綠葉揮發物和綠盲蝽驅避劑主要組分二甲基二硫醚等。【結果】重組AlucOBP21蛋白在上清液和包涵體均能夠表達,最終選擇上清組分進行目標蛋白純化,利用重組腸激酶在22℃切除His-tag標簽得到無標簽的重組AlucOBP21蛋白。熒光競爭結合試驗結果顯示,重組AlucOBP21與熒光探針1-NPN的解離常數為(6.88±0.31)μmol·L-1AlucOBP21能夠與β-紫羅蘭酮和β-石竹烯結合,解離常數分別為(13.74±1.93)和(13.24±2.12)μmol·L-1,而其他候選配體均不能與重組AlucOBP21有效結合。MST測試結果顯示,AlucOBP21可以與β-石竹烯、β-紫羅蘭酮、β-蒎烯和檸檬烯有效結合,解離常數分別為(0.20±0.02)、(0.05±0.01)、(0.70±0.04)和(0.40±0.06)μmol·L-1。其余候選配體化合物與AlucOBP21的熱涌動不能隨配體濃度變化而表現有規律的變化,故這些氣味化合物不能與AlucOBP21發生結合作用。【結論】MST檢測與熒光競爭結合試驗相比,MST所得配體結合譜更廣,不會遺漏一些結合力較弱的氣味配體。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    黃壤性水稻土有機碳及其組分對長期施肥的響應及其演變
    王小利,郭振,段建軍,周志剛,劉彥伶,張雅蓉
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4593-4601.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.012
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    【目的】不同保護機制的有機碳由于穩定性的差異,表現出不同的肥力效應和生物有效性。研究貴州省主要水稻土類型黃壤性水稻土有機碳組分對長期施肥的響應及其演變,為區域稻田土壤固碳潛力評估和地力提升技術篩選提供科學依據。【方法】依托貴州省黃壤性水稻土長期施肥定位試驗(始于1995年),采集2006—2014年間5個偶數年份不施肥(CK)、單施化肥(NPK)、單施有機肥(M)、低量有機肥無機肥配施(0.5MNPK)和常量有機肥無機肥配施(MNPK)5個處理的土樣,采用Stewart物理-化學聯合分組法和碳氮分析儀,測定土壤總有機碳及未保護(即游離活性)、物理保護、化學保護和生物化學保護4個有機碳組分的含量,并采用線性回歸法分析其演變特征。【結果】與不施肥(CK)及單施化肥(NPK)處理相比,施用有機肥(M、0.5MNPK和MNPK)顯著增加了土壤游離活性、物理保護、化學保護有機碳含量(P< 0.05 ),總有機碳提升15%—39%,其中以常量有機無機配施(MNPK)的提升幅度最高。擬合分析發現,2006—2014年間,4個施肥處理的土壤有機碳及其組分含量隨時間均呈增加趨勢,除生物化學保護有機碳外,其余組分有機碳有機肥處理的線性增加趨勢比單施化肥(NPK)處理更為明顯,不施肥處理隨時間無明顯變化。施用有機肥(M、0.5MNPK和MNPK)處理的土壤游離活性、物理保護、化學保護有機碳含量的年均增加速率和增幅均高于不施肥(CK)及單施化肥(NPK)處理,總有機碳的年均增加速率分別為不施肥(CK)及單施化肥(NPK)處理的3.5—3.7倍和1.5—1.6倍。游離活性有機碳占總有機碳的比例(58%—63%)是其他組分的3—14倍。【結論】未保護游離活性有機碳是土壤總有機碳的最大部分,且對施肥響應最敏感。常量有機無機肥配施是提升土壤有機碳儲量的最有效模式。
    稻草覆蓋和香根草籬對紅壤坡耕地土壤酶活性和微生物群落結構的影響
    成艷紅,黃欠如,武琳,黃尚書,鐘義軍,孫永明,張昆,章新亮
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4602-4612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.013
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    【目的】明確不同生物水土保護措施下土壤有機碳與土壤微生物種類及功能間的關系。【方法】依托始于2009水土保護年的紅壤坡地不同生物水土保護措施的水土保護效果野外試驗,利用磷脂脂肪酸方法(PLFA),研究花生等高種植(CK)、香根草籬+花生(H)、稻草覆蓋+花生(M)和稻草覆蓋+香根草籬+花生(HM)對土壤微生物量和組成以及參與碳循環土壤酶活性、土壤有機碳、活性有機碳的影響。【結果】與CK相比,H、M和HM 3種水土保護措施土壤總有機碳(TOC)、可溶性有機碳(DOC)、土壤微生物量碳(MBC)和微生物熵含量均有增加,香根草籬是增加土壤MBC和微生物熵的主要影響因素。參與碳循環的蔗糖酶(INV)、纖維素酶(CEL)、β-葡糖苷酶(β-Glu)以及微生物量碳酶強度均受到香根草籬的顯著影響。PLFA分析表明,與CK相比,H、M和HM顯著增加了土壤PLFAs 總量(TB)、細菌(B)和放線菌(ACT)的數量,降低了革蘭氏陰性菌(GN)/革蘭氏陽性菌(GP)比例,尤以HM處理減少幅度最大。主成分分析表明,H和M處理土壤微生物群落結構相近,與CK差別較大。冗余分析(RDA)表明,土壤TOC、MBC與參與碳循環CEL、INV、β-Glu酶的活性均是影響土壤微生物數量和結構的主要因子。【結論】稻草覆蓋和香根草籬對紅壤坡耕地土壤參與碳循環的酶活性、微生物數量和群落結構有不同影響。
    園藝
    基于SNP標記桃抗蚜性狀的基因定位
    張南南,魯振華,崔國朝,潘磊,曾文芳,牛良,王志強
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4613-4621.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.014
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    【目的】挖掘與桃抗蚜性狀緊密連鎖的SNP位點及候選基因,為桃抗性分子標記輔助選擇育種奠定基礎,并為進一步揭示桃抗蚜性狀的遺傳基礎和分子機制提供依據。【方法】以來源于‘粉壽星’的抗蚜桃‘01-77-3’為母本,栽培品種‘中油桃13號’為父本,雜交獲得F1代分離群體進行基因定位。以‘96-5-1’(抗蚜)為母本,‘10-7’(感蚜)為父本雜交獲得F1分離群體作為驗證定位位點準確性的材料。參考桃基因組序列(Prunus persica Genome v2.0.a1)開發基于Sanger測序的SNP標記,在親本(‘01-77-3’‘中油桃13號’)及各4個子代中PCR擴增后進行Sanger測序,獲得候選SNP后,擴大群體驗證,實現對抗性基因的初步定位。對親本(‘01-77-3’‘中油桃13號’‘96-5-1’‘10-7’)進行覆蓋度約為70×的全基因組深度測序,并基于重測序數據,在初定位區間內開發基于Sanger測序與HRM分析的SNP標記,篩選多態性標記,對‘01-77-3’ב中油桃13號’雜交后代141株實生苗進行基因分型,以獲得與桃抗蚜型基因緊密連鎖的分子標記。通過雙親(‘96-5-1’‘10-7’)表型與基因型一致,在精細定位區間內開發與桃抗蚜性狀緊密連鎖的InDel位點,以驗證InDel標記與抗蚜表型是否連鎖。最后,參考桃基因組分析定位區間的候選基因。【結果】通過人工接種觀察蚜蟲對桃F1后代單株新梢危害表明,抗蚜與感蚜比例接近1﹕1(P值為0.556;χ2為0.348),符合孟德爾遺傳規律。基于Sanger測序結果,初步將抗蚜基因定位在桃基因組Pp01_38011783與Pp01_47231340之間,物理距離約為9.22 Mb。親本全基因組深度測序分別產生Clean data 17.109 Gb,平均覆蓋度為75.19×,在Pp01初定位區間內開發基于HRM與Sanger測序的SNP標記共29對,篩選后得到11對緊密連鎖的標記。基因分型結果表明,與桃抗蚜基因緊密連鎖的標記位于桃基因組Pp01的45.66 Mb和46.12 Mb處,Pp01_45.66處等位基因為T和C,Pp01_46.12處等位基因為G和C,遺傳距離分別為1.4 cM、2.1 cM;與抗蚜基因完全連鎖的標記SNP_Pp01_45712702,位于桃基因組Pp01_45.71處,等位基因為G和T。基于親本(‘96-5-1’‘10-7’)重測序數據,在精細定位區間內開發緊密連鎖的InDel標記KYYZ_Pp01_45799758,位于Pp01_45.79處。對驗證群體92個單株進行PCR擴增,經聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測表明,僅1個單株基因型與表型不符,分子鑒定準確率為98.91%。【結論】利用親本深度測序與SNP標記技術相結合的方法,精細定位了控制桃抗蚜性狀的基因,將抗蚜基因縮小到物理區間460 Kb內,共包含56個轉錄本,包括52個候選基因。
    不同基質培養料理化性狀及其對雙孢蘑菇農藝性狀與產量的影響
    張昊琳,陳青君,張國慶,秦勇,高曉靜,秦改娟,武芯蕊
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4622-4631.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.015
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    目的】為雙孢蘑菇培養料配方的優化、利用與創新提供理論依據和技術支持。【方法】本研究以4組不同配方(全麥草、麥草混合稻草、麥草混合玉米秸稈和麥草混合菇渣)培養料為試材,采用二次發酵技術進行隧道式發酵,在溫度、濕度、通風等可控的菇房進行雙孢蘑菇栽培,并按照工廠化栽培工藝進行菇房管理,栽培菌種為SylvenA15。在堆肥和蘑菇栽培的不同時期對培養料進行取樣,測定其含水量、pH、電導率、含碳量、灰分含量、含氮量、C/N比等7項理化指標并利用多元回歸分析探索各指標與產量間的相關性,同時參照UPOV測定并分析各潮雙孢蘑菇子實體的菌蓋直徑、菌蓋厚度、單菇重量、硬度等農藝性狀。【結果】從發酵期至出菇期,4個配方培養料的含水量、pH均呈下降趨勢,二次發酵結束時4個配方的培養料含水量都達到70%,全麥草配方培養料在二次發酵結束時pH為9.02,顯著高于其他配方。在二次發酵結束后電導率均為上升趨勢,麥草混合菇渣配方培養料的電導率值在建堆期顯著高于其他配方,而一次發酵結束時其電導率顯著低于其他配方。灰分含量呈現上升趨勢,在二次發酵結束時,全麥草配方的灰分含量顯著低于其他3個配方。含碳量的變化呈下降趨勢,二次發酵結束時,全麥草配方的含碳量明顯高于其他3個配方,而且出菇期下降趨勢最為明顯。二次發酵結束后,培養料的含氮量是提高一潮菇產量的重要指標,達到1.97%—2.25%。進入出菇期后,隨著菌絲體對培養料營養的消耗與利用,各配方的含氮量逐漸降低,麥草混合菇渣配方的含氮量顯著高于其他配方。出菇期全麥草配方培養料的含水量最高,雙孢蘑菇的農藝性狀最為穩定,總產量也最高。全麥草配方、麥草混合稻草配方、麥草混合玉米秸配方二潮菇的產量最高,分別為3 061.41、2 534.47和2 534.47 kg,分別占其總產量的43.81%、39.89%、49.71%;麥草混合菇渣配方一潮菇的產量最高,達到3 064.19 kg,占其總產量的47.39%。多元回歸分析得到3個回歸模型,分別為Y1=-5926.766+3770.091X6Y2=6285.502+4920.672X1-1061.418X2-245.782X3949.998X5+26081.326X6Y3=3073.013+7030.476X1-114.728X5-910.576X6。結果表明,培養料的含水量與一、二、三潮菇的產量形成呈正相關,含氮量與一潮菇和二潮菇的產量形成呈正相關,含碳量與二潮菇的產量形成呈正相關,但含碳量和含氮量與三潮菇的產量形成呈負相關。【結論】出菇期培養料的含水量是提高蘑菇產量及改善農藝性狀的重要指標,提高含碳量和含氮量有利于一、二潮菇產量的形成
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    FAM213B基因啟動子在豬子宮內膜細胞的轉錄調控
    張愛玲,孫顯月,盧孝璋,吳琦,李加琪,張豪
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4632-4643.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.016
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    【目的】分析豬FAM213B基因啟動子轉錄活性區域,并檢測轉錄因子NFκB對啟動子活性及豬FAM213B基因表達影響,為深入了解FAM213B基因的轉錄調控機制影響前列腺素合成、母豬妊娠等繁殖活動奠定基礎。【方法】采集卵泡期子宮,分離子宮內膜上皮組織,經膠原酶方法獲得豬原代子宮內膜細胞,用于豬FAM213B基因啟動子活性檢測。參照筆者所在課題組前期研究獲得的豬FAM213B基因mRNA全序列(GenBank登錄號:KX444503)以及5¢調控區序列(GenBank登錄號:100134955),通過PCR擴增豬FAM213B基因較長啟動子序列,并進行測序鑒定;在此基礎上,PCR擴增帶有Mlu I和Xho I限制性酶切位點的FAM213B基因啟動子7個5'端缺失片段,并通過雙熒光素酶報告基因載體系統構建豬FAM213B基因啟動子7個不同的5'端缺失載體。將7個載體經無內毒素處理后與pRL-TK質粒用陽離子脂質體法一起轉染豬子宮內膜細胞,用雙熒光素酶報告基因系統進行Luciferase活性檢測,比較各啟動子片段轉錄活性。生物信息學分析FAM213B基因啟動子潛在轉錄因子結合位點,通過ChIP試驗驗證FAM213B基因啟動子與潛在轉錄因子NFκB的相互作用。構建NFκB1和RelA的超表達載體,化學合成NFκB1和RelA的干擾siRNA片段,分別轉染豬子宮內膜細胞,通過雙熒光素酶報告基因系統進行Luciferase活性檢測和熒光定量PCR分別檢測超表達和干擾表達NFκB1和RelA對豬FAM213B基因啟動子活性和mRNA表達影響。【結果】PCR和測序獲得豬FAM213B基因啟動子長度為 2 261 bp(-2178/+83)。生物信息學預測結果表明豬FAM213B基因啟動子區存在潛在的CREB、CCAAT增強子結合蛋白、E-box因子的結合位點,炎性因子NFκB潛在結合位點分別位于-1143/-1132和-664/-655區間。啟動子報告基因活性檢測結果表明:重組載體P2(-1352/+30)熒光活性最高,極顯著高于P1(-1 760/+30)(P<0.01),在-1 760/-1 352區域存在負調控元件;而P2顯著高于P3(-919/+30)(P<0.05),表明在-1 352/- 919區域存在正調控元件;P3(-919/+30)活性極顯著高于P4(-604/+80)(P<0.01),表明在-919/-604區域存在正調控元件;P4、P5、P6和P7活性差異不顯著,-1352/-919區域為核心啟動子區,-1352/-604對于維持該啟動子較高轉錄活性起著重要的作用。ChIP結果表明啟動子區-1143/-1132存在NFκB1結合位點,-664/-655存在RelA結合位點。超表達載體pcDNA3.1-NFκB1與P2(-1352/+30)啟動子片段重組載體共轉染豬子宮內膜細胞后,P2啟動子活性極顯著高于對照組(P<0.01),pcDNA3.1-NFκB1載體單獨轉染豬子宮內膜細胞后FAM213B基因mRNA表達量顯著高于對照組(P<0.05);超表達載體pcDNA3.1-RelA與P3(-919/+30)啟動子片段重組體共轉染豬子宮內膜細胞,P3啟動子活性極顯著低于對照組(P<0.05),pcDNA3.1-RelA載體單獨轉染豬子宮內膜細胞后,FAM213B基因的mRNA表達量顯著低于對照組。轉染NFκB1和RelA的siRNA片段干擾片段,FAM213B基因啟動子活性和mRNA表達量則表現與超表達相反的結果。【結論】獲得了豬FAM213B基因啟動子核心啟動子序列為-1352/-919區域,NFκB是FAM213B基因啟動子的轉錄因子,NFκB成員NFκB1和RelA在豬子宮內膜細胞中對FAM213B基因的表達起調控作用。
    不同發育階段斯氏副柔線蟲比較轉錄組學分析
    王文龍,馮陳晨,紅梅,岳建偉,呼和巴特爾,劉春霞
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4644-4655.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.017
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    【目的】探明不同發育階段駱駝斯氏副柔線蟲的轉錄組差異,了解不同發育階段蟲體在功能分類和代謝通路等方面的生物學特征,挖掘生長發育相關功能基因,豐富寄生性線蟲轉錄組學信息。【方法】采用Illumina HiSeq2000TM高通量測序技術對斯氏副柔線蟲蟲卵、第三期幼蟲和雌蟲進行轉錄組測序,構建3個樣本的cDNA文庫,評估建庫質量;利用Trinity軟件對所得序列進行De novo組裝及組裝效率評估;之后對獲得的有效序列進行功能注釋及相關生物信息學分析。【結果】測序及組裝后蟲卵、第三期幼蟲和雌蟲分別獲得47 717、76 342和54 624個Unigenes,在蟲卵和第三期幼蟲比對中共有33 579個差異表達基因,其中表達上調的基因有20 477個,表達下調的基因有13 102個;在雌蟲和第三期幼蟲比對中共有32 199個差異表達基因,其中表達上調的基因有9 293個,表達下調的基因有22 906個。將成對比較的差異表達基因分別進行GO功能分類,其中蟲卵和第三期幼蟲比對中有6 617、3 891和8 755個Unigenes,雌蟲和第三期幼蟲比對中有7 043、3 686和10 177個Unigenes分別注釋到生物過程、細胞組成和分子功能三大類中;通過KEGG pathway數據庫分析,蟲卵和第三期幼蟲比對中有6 521個差異表達基因參與到251條通路中,顯著富集MAPK信號通路、Wnt信號通路和氧化磷酸化等通路,雌蟲和第三期幼蟲比對中有6 528個參與到251條通路中,顯著富集新陳代謝通路、DNA復制和細胞周期等通路。差異表達基因功能聚類分析中,雌蟲和蟲卵在調控生長速率和生殖發育等方面高表達;第三期幼蟲在防御機制和糖類代謝等方面高表達;且3個發育階段均在胚胎發育,胚后發育中富集高表達,其中在胚胎發育和胚后發育中分別有242和202個相關功能基因在3個發育階段都表達,這些基因可能在胚胎(后)發育過程中起核心作用。此外,獲得了9種異時性基因(如:LIN-28、LIN-14和RHEB-1等)、48個核激素受體(NHRs),包括NHR-49,NHR-48,NHR-40,NHR-1等以及36個鋅金屬蛋白酶(NAS),包括NAS-36、NAS-33和NAS-14等,并對其在斯氏副柔線蟲蟲卵、第三期幼蟲和雌蟲中的富集程度進行分析,發現這些基因在維持線蟲正常生長發育過程中發揮關鍵作用,【結論】利用RNA-seq技術對3個發育階段的斯氏副柔線蟲進行測序和生物信息學分析,研究了不同發育階段蟲體的差異表達基因在GO功能分類、KEGG代謝通路和基因功能聚類等方面的生物學特性,篩選出多種異時性基因和發育相關重要基因,為后續開展斯氏副柔線蟲功能基因組學研究,蟲體與宿主互作、致病機制、免疫逃避等研究提供了理論依據。
    蜂王漿高產蜜蜂與意大利蜜蜂工蜂上顎腺磷酸化蛋白質組分析
    李爽,李建科
    中國農業科學. 2017, 50(23):  4656-4670.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.018
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    【目的】工蜂上顎腺的主要生物學功能是分泌脂肪酸為蜂群提供營養,并參與報警外激素的合成。蜂王漿高產蜜蜂(漿蜂,Apis mellifera liguatica)和意大利蜜蜂(意蜂,Apis mellifera liguatica)是中國主要蜂種,但磷酸化蛋白質組調控其上顎腺的發育和功能的機理尚未開展研究。通過比較二者工蜂上顎腺磷酸化蛋白質組的差異,揭示磷酸化蛋白質組調控上顎腺發育及脂肪酸代謝機理。【方法】解剖漿蜂、意蜂工蜂出房蜂、哺育蜂(10日齡左右)、采集蜂頭部,取其上顎腺,進行蛋白質提取、液內酶切,采用固相金屬離子親和層析色譜法(IMAC)進行磷酸化肽段富集,采用Zip-tip C18柱對肽段除鹽通過LC-MS/MS(液相色譜與二級質譜串聯)對樣品進行分析,首先根據MaxQuant和Persues軟件對數據質量進行評估、主成分分析、表達譜聚類定量分析。然后利用PEAKS軟件對質譜數據進行蛋白質定量和定性分析,根據定性和定量分析結果,對漿蜂和意蜂上顎腺磷酸化蛋白質組進行生物學進程和KEGG代謝通路富集的生物信息學分析比較。最后利用Scaffold PTM軟件確定磷酸化位點、預測磷酸化肽段的基序類型。【結果】漿蜂3個時期分別鑒定到2 225、1 922、2 159個磷酸化蛋白,意蜂分別鑒定到1 740、1 592、1 682個磷酸化蛋白,漿蜂的磷酸化蛋白數目顯著高于意蜂,說明漿蜂上顎腺的磷酸化調控網絡較意蜂復雜。盡管它們上顎腺的磷酸化過程存在很大差異,但幼蜂、哺育和采集3個時期的磷酸化蛋白表達譜均相似,說明漿蜂和意蜂3個時期表達的磷酸化蛋白質執行類似的生物學功能來保障腺體的發育和分泌活動。對每個時期磷酸化蛋白質組比較,發現漿蜂和意蜂上顎腺3個發育時期的磷酸化蛋白質組均存在顯著差異,其中哺育蜂時期二者的差異最大,漿蜂有87個磷酸化蛋白高表達,主要參與能量和脂肪酸代謝,說明其上顎腺的脂肪酸合成力加強(包括10-HDA),滿足蜂王漿產量提高的同時10-HDA含量增加,為其種群繁衍提供必要營養,而意蜂上調表達41個蛋白,主要參與能量代謝。漿蜂、意蜂各時期均識別到酸性、堿性和脯氨酸介導的3種類型motif;哺育蜂時期漿蜂特異識別到的motif對應激酶家族與細胞增殖相關,可能支持其上顎腺形態發育,與漿蜂分泌能力增強相關。【結論】漿蜂和意蜂在3個時期均通過加強不同的磷酸化蛋白質組來支撐上顎腺的發育及功能,其中最顯著的差異在哺育蜂時期,漿蜂哺育蜂顯著提高了脂肪酸合成力,保障其蜂王漿的基本功能。這在蛋白質修飾的水平上深入了解漿蜂蜂王漿高產的產漿生物學機理。
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