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當期目錄

    2017年 第50卷 第24期 刊出日期:2017-12-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    玉米灌漿期莖稈抗推力的全基因組關聯分析
    馬青美,裴玉賀,陳東濱,宋希云
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4671-4678.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.001
    摘要 ( 124 )   HTML ( 3 )   PDF (1450KB) ( 405 )   收藏
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    【目的】通過基因型與表型數據關聯分析,檢測出與玉米莖稈抗推力相關的SNP位點,發掘出控制莖稈抗推力的候選基因。【方法】以292份玉米自交系組成的自然群體為材料,2015年和2016年在菏澤、棗莊、青州、膠州等地進行莖稈抗推力的測定,并且對株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長進行測定。另一方面,對材料進行取樣并提取DNA,由美國先鋒良種有限公司利用MaizeSNP50基因芯片進行基因分型,該芯片包括55 126個單核苷酸多態性(SNP)標記,去除雜合率大于10%、缺失率大于20%和最小等位基因頻率低于0.05的標記,剩余25 331個SNP,運用farmCPU結合基因型對莖稈抗推力表型數據進行全基因組關聯分析,檢測出與莖稈抗推力顯著相關SNP位點,根據SNP所處的物理位置,對標記所在的區間進行定位,從而獲得相對應的候選基因。運用SPSS statistics 20.0數據分析軟件對株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長進行相關性分析,確定莖稈抗推力與4個性狀的相關性。【結果】共檢測出16個與莖稈抗推力顯著相關的SNP(P<0.0001),分別位于染色體框3.06、5.02、4.08、6.04、8.03和9.03。在多個環境中檢測到的SNP位點位于相同的染色體框,例如,位于染色體框8.03中的PZE_108026930、SYN19532、PZE_108048987和PZE_108050769,在2015年棗莊和2016年棗莊分別被檢測到。位于染色體框3.06的PZE_103111295和PZE_103125327,在2015年青州和2016年棗莊分別被檢測到。共獲得GRMZM2G504401、GRMZM2G062974、GRMZM2G053767、GRMZM2G348551和GRMZM2G024260 5個候選基因,分別編碼幾丁質酶A、bZIP轉錄因子超家族的蛋白、核糖體40S亞基S4類蛋白X1、可溶性淀粉合成酶2-3、腺嘌呤核苷酸水解酶超家族蛋白。此外,發現莖稈抗推力與株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長有顯著或極顯著相關性,但是在各個環境中相關關系不穩定,環境可能具有一定的影響。【結論】GRMZM2G062974參與植物在逆境下的表達調控,響應多種非生物脅迫。GRMZM2G348551參與糖代謝途徑,調控支鏈淀粉的合成,與細胞壁的形成有關。GRMZM2G504401在植物中表達受到生物或者非生物脅迫的誘導,從而發揮作用。倒伏會受到自身或多種脅迫的影響。
    新疆陸地棉種質資源的綜合評價
    劉翔宇,趙龍,巴哈爾古麗·先木西,彭華,阿不都熱衣木·玉拉音
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4679-4691.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.002
    摘要 ( 124 )   HTML ( 1 )   PDF (779KB) ( 154 )   收藏
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    【目的】基于形態指標、產量指標和品質指標,綜合評價棉花種質資源在新疆季節性水分匱缺條件下的表現,為旱區棉花主栽品種的確定和品種改良奠定基礎。【方法】以126個棉花品種(系)為試驗材料,對其在季節性水分匱缺狀態下的株高、果枝數、生育期、有效鈴數、單鈴重、衣分、籽指、籽棉產量、皮棉產量、纖維長度、整齊度、比強度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數共17項數量性狀指標進行測定,運用相關分析、主成分分析、聚類分析、逐步判別分析和多元方差分析等方法對這些棉花種質資源進行綜合評價。【結果】首先,相關分析的結果表明,17項數量性狀間存在一定的相關性和信息的重疊,因為56對數量性狀的相關系數達到極顯著水平,22對數量性狀的相關系數達到顯著水平。第二,主成分分析的結果表明,前8個主成分代表了126個棉花品種的17項數量性狀86.34%的信息,其貢獻率分別為27.45%、17.18%、11.61%、8.42%、6.66%、5.33%、5.08%和4.63%。第三,聚類分析的結果表明,當類間距離為12.5時,126個棉花品種被聚為7大類,第Ⅰ類有22個品種、第Ⅱ類有17個品種、第Ⅲ類有19個品種、第Ⅳ類有28個品種、第Ⅴ類有19個品種、第Ⅵ類有13個品種、第Ⅶ類有8個品種。第四,逐步判別分析的結果表明,114個棉花品種被正確判別,判對概率為90.48%;12個棉花品種被誤判,誤判率為9.52%,這說明聚類分析的結果是準確可靠的。最后,多元方差分析結果表明,第Ⅰ類為中產中等品質品種,第Ⅱ類為低產優質類品種,第Ⅲ類為高產優質類品種,第Ⅳ類為中高產中等品質類品種,第Ⅴ類為中高產中上等品質類品種,第Ⅵ類為高產中等品質類品種,第Ⅶ類為低產劣質類品種,同時科學地評價了7個類別的棉花品種,并提出了對應的改良方案。【結論】西北旱區棉花育種一方面在產量上進展明顯,除了第Ⅵ類和第Ⅴ類外,大多數品種達不到紡高支紗的要求。適紡中支紗的主栽品種可在第Ⅲ類中選育。第Ⅱ類的紡紗指數達到了適紡高強力優質棉的要求,要著重改良產量指標。今后,西北旱區棉花育種工作要對不同類別的品種,選取適合的育種策略,以達到產量和品質均趨向最優。
    利用CottonSNP63K芯片構建棉花品種的指紋圖譜
    孫正文,匡猛,馬峙英,王省芬
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4692-4704.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.003
    摘要 ( 74 )   HTML ( 22 )   PDF (10077KB) ( 106 )   收藏
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    【目的】利用SNP位點的單拷貝特性,結合陸地棉TM-1參考基因組序列信息,篩選基因組特異的SNP。【方法】以719份遺傳背景來源廣泛的陸地棉種質資源為材料,采用Illumina公司開發的CottonSNP63K芯片,利用GenomeStudio軟件對芯片掃描所獲得原始數據進行基因型數據質量控制,獲得待測樣品SNP位點的基因型數據。根據已公布的陸地棉TM-1基因組的兩個版本——中國農業科學院棉花研究所版本Gossypium hirsutum(AD1)genome BGI v1.0與南京農業大學版本G. hirsutum(AD1)genome NBI v1.1為參考序列,對CottonSNP63K芯片(63 058個SNP)各位點的側翼序列分別進行全基因組Blast比對分析,以篩選具有單拷貝特性的特異SNP位點并用于樣品指紋圖譜的構建。【結果】利用CottonSNP63K芯片對719份材料進行SNP位點基因分型,主要表現為無檢出信號的SNP位點、無多態性的SNP位點、具有多態性的SNP位點,而具有多態性的SNP位點的分型結果又可分為單位點SNP(基因組特異SNP)、雙位點SNP和多位點SNP。通過對兩個已公布的陸地棉TM-1參考基因組序列Blast比對結果表明,中國農業科學院棉花研究所TM-1基因組版本比對獲得基因組特異SNP標記為5 474個,而南京農業大學TM-1基因組版本比對獲得基因組特異SNP標記僅為1 850個,兩者共有的特異SNP為1 594個,進一步通過分型效果、檢出率及多態性3個評價指標,篩選score值≥0.7,call frequency值≥0.95,且MAF值≥0.2的SNP位點,獲得471個分型效果理想,檢出率高且多態性較高的特異SNP位點。在471個SNP位點中,430個位于染色體上,41個位于scaffold片段上。考慮到標記間的連鎖程度,剔除連鎖標記37個,最終獲得393個核心SNP位點。利用393個核心SNP構建了719份品種資源的特征DNA指紋圖譜,除個別材料之間遺傳背景高度相似、基因型完全一致外,97%的材料均能實現準確有效的鑒別。【結論】篩選出393個基因組特異的SNP,并利用這些核心SNP構建了719份資源材料的特征DNA指紋圖譜,為SNP分子標記應用于棉花重要性狀遺傳改良提供了參考。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    關于用水稻“頂3頂4葉葉色差”作為高產群體葉色診斷統一指標的再論證
    凌啟鴻,王紹華,丁艷鋒,李剛華
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4705-4713.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.004
    摘要 ( 82 )   HTML ( 1 )   PDF (345KB) ( 401 )   收藏
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    【目的】進一步論證用水稻“頂3頂4葉葉色差”作為高產群體葉色診斷的統一指標。【方法】以2001—2002年的試驗結果進行再論證。選擇葉色(SPAD)差異較大的金南風、9915、越光、9325等4個粳稻材料,白稻、H97-322等2個秈稻材料;通過不同施氮量試驗,用SPAD-502型葉綠素計于有效分蘗臨界葉齡期(N-n)、倒2葉期和齊穗期測定全株各葉的SPAD值,比較單葉SPAD值、頂3頂4葉色差跟植株含氮率、產量形成的關系差異。【結果】單葉SPAD值品種間或生育期差異很大,難以用某一葉的SPAD值診斷氮素營養狀態,而在生育各期會出現頂4<頂3、頂4=頂3和頂4>頂3三種葉色差,是氮素不足、正常和過剩的生理反映;單葉的SPAD值與分蘗率、成穗率、每穗穎花數和結實率之間沒有規律性的關系,不能作為共同診斷指標,而頂3頂4葉葉色差和產量三因素的形成存在規律性的變化關系;單葉SPAD值不能作為產量診斷的指標值,而在N-n葉齡期、倒2葉齡期和齊穗期3個葉齡期頂3頂4葉色差值相等的群體,均可以獲得最高的產量。【結論】頂3葉頂4葉葉色差是稻體氮素營養水平的表觀指標;單葉SPAD測定和頂3頂4葉色差診斷配合,可以準確診斷水稻植株氮素的豐虧。
    基于SPAD值的水稻施氮葉值模型構建及應用效果
    李杰,馮躍華,牟桂婷,許桂玲,羅強鑫,羅康杰,黃世鳳,石欣,管正策,葉勇,黃佑崗
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4714-4724.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.005
    摘要 ( 110 )   HTML ( 1 )   PDF (386KB) ( 172 )   收藏
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    【目的】研究分析不同地力條件、施氮量、SPAD值衍生指標、產量之間的關系,實現簡便、快速、無損地推薦水稻施氮量,構建基于SPAD值的水稻施氮葉值模型。【方法】2015年和2016年以雜交秈稻Q優6號為試驗材料,設4種施氮水平(0、75、150、225 kg·hm-2),探討產量、SPAD值衍生指標與田塊表觀供氮量之間的關系,并對初步構建的葉值模型進行變量施氮應用效果研究。【結果】產量與抽穗期田塊表觀供氮量之間具有極顯著的曲線關系,兩年擬合度R2分別為0.5523,0.7148。在其擬合關系下2年度最高產量分別為9 264.93 kg·hm-2、11 167.97 kg·hm-2,相差1 903.14 kg·hm-2,2016年產量相比2015年增加20.54%;達到最高產量的表觀總吸氮量較為接近,分別為575.27 kg·hm-2,546.71 kg·hm-2,僅相差28.56 kg·hm-2,2016年表觀總吸氮量相比2015年減少4.96%。不同年度的拔節期和抽穗期,SPAD值衍生指標中SPADL3(頂3葉SPAD值)、SPADL4(頂4葉SPAD值)、SPADmean(頂部4張葉片的平均SPAD值)、SPADL3×L4/mean(頂3葉SPAD值×頂4葉SPAD值/頂部4張葉片的平均SPAD值)與田塊表觀供氮量之間具有顯著或極顯著的線性關系。單張葉片中,SPADL3與拔節期田塊表觀供氮量,SPADL1與抽穗期田塊表觀供氮量線性擬合的系數在年份間變化均較小,分別為0.0156,0.0154;0.0172,0.0173。年份間,2016年SPADL3×L4/mean與田塊表觀供氮量線性擬合的系數和b值比2015年的拔節期依次增加了-28.70%,17.41%;抽穗期依次增加了-15.34%,56.11%。葉值模型施氮總量為表觀總吸氮量與土壤表觀供氮量之差,通過SPAD值衍生指標可以估測土壤表觀供氮量,且抽穗期時SPAD值衍生指標與田塊表觀供氮量的線性擬合度較拔節期時的高。拔節期時,SPADL4與SPADL3×L4/mean,SPADL3與SPADmean之間估測推薦的施氮總量較為接近,且SPADL4、SPADL3×L4/mean估測的施氮量高出SPADL3、SPADmean50%左右。基于葉值模型的變量施氮效果表明,變量區產量高出對照區產量820.68 kg·hm-2,變量區的氮素偏生產力、農學利用率和貢獻率均明顯高于對照區,分別高出13.74%,103.45%,104.12%。確定葉值模型的一般表達式為:Nw=Nz-[(Ys-b)/k-Ng],式中Nw表示施氮總量(kg·hm-2),Nz表示水稻品種表觀總吸氮量(kg·hm-2),Ys表示葉片SPAD值衍生指標,Ng表示追肥之前已經施入的氮量(kg·hm-2),k、b是田塊表觀供氮量(Nx)與葉片SPAD值衍生指標線性關系中的斜率和截距,而田塊表觀供氮量等于土壤表觀供氮量(Nt)與人工已施氮量(Ng)之和【結論】應用葉值模型的變量施氮減少了產量差,提高了產量以及氮素農學利用率、偏生產力和貢獻率。
    植物保護
    侵染西番蓮的夜來香花葉病毒的分子鑒定及特異性檢測
    謝麗雪,張小艷,鄭姍,張立杰,李韜
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4725-4734.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.006
    摘要 ( 133 )   HTML ( 6 )   PDF (1903KB) ( 208 )   收藏
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    【目的】鑒定福建果園西番蓮上的夜來香花葉病毒(Telosma mosaic virus,TeMV),并建立用于該病毒特異性檢測的分子快速檢測方法,為該病毒的防治提供參考依據。【方法】采用血清學檢測、電鏡觀察、通用簡并引物RT-PCR、特異性引物RT-PCR對福建西番蓮樣品進行病毒檢測,并對陽性樣品的PCR產物進行克隆、測序;根據已報道的夜來香花葉病毒基因序列和本研究的序列測定結果,設計一對用于擴增TeMV外殼蛋白(coat protein,CP)基因全長的特異性引物,通過反應條件優化,建立該病毒的特異性RT-PCR檢測方法;序列測定結果利用BLAST程序和DNAMAN軟件進行比對,同時對獲得的CP基因序列采用MrBayes軟件的貝葉斯法(Bayesian inference,BI)構建系統發育樹并進行系統發育分析。【結果】血清學檢測發現,一株表現有花葉、皺縮癥狀的西番蓮樣品與馬鈴薯Y病毒屬(Potyvirus)通用抗體反應呈陽性;電鏡觀察結果表明,該株疑似帶毒樣品中含有大小約750 nm×12 nm的彎曲線狀病毒粒子;Potyvirus通用簡并引物RT-PCR從該樣品中擴增到一條與預期大小相符的目的片段,克隆、測序獲得長度為680 bp的序列,該序列與已報道的TeMV核苷酸序列一致性最高(98.2%)。特異性引物擴增獲得的CP基因序列全長為816 bp(命名為BXGFJ-13分離物),與已報道的TeMV核苷酸序列、氨基酸序列一致性分別為86.2%—98.4%和88.2%—97.8%。系統發育分析結果表明,13個TeMV分離物共形成3個類群,相同地區或寄主來源的分離物優先相聚成簇,表現出很強的地理和寄主特異性。本研究獲得的BXGFJ-13分離物與中國廣西分離物(KJ789129)先以較高的后驗概率聚為一個分支,再與泰國2個分離物(AM409188、AM409187)聚為第2類群(Group II),表明其在系統發育關系上與中國廣西分離物的親緣關系最近。利用特異性引物TeMV-CPf/TeMV-CPr建立的RT-PCR方法,具有良好的特異性,僅能從感染TeMV的西番蓮樣品上擴增出目的片段,而從黃瓜花葉病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)、甜菜花葉病毒(Beet mosaic virus,BtMV)、大豆花葉病毒(Soybean mosaic virus,SMV)、虎眼萬年青花葉病毒(Ornithogalum mosaic virus,OrMV)、洋蔥黃矮病毒(Onion yellow dwarf virus,OYDV)、東亞西番蓮病毒(East Asian Passiflora virus,EAPV)等其他病毒樣品及陰性對照上均未擴增出目的片段。靈敏度測定結果顯示,該方法能從稀釋102倍的RNA上擴增出目的片段。【結論】根據國際病毒分類委員會(ICTV)關于Potyvirus病毒不同成員的分類標準,同時結合血清學檢測、電鏡觀察結果,證實福建果園表現花葉、皺縮癥狀的西番蓮上攜帶有TeMV;建立的特異性RT-PCR方法能夠用于TeMV的快速檢測。
    吡蟲啉懸浮種衣劑對玉米田節肢動物群落及主要非靶標害蟲的影響
    李冠楠,苗昌見,李為爭,王高平,劉曉嵐,郭線茹,閆鳳鳴
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4735-4746.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.007
    摘要 ( 71 )   HTML ( 2 )   PDF (780KB) ( 319 )   收藏
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    【目的】明確吡蟲啉種衣劑對玉米田節肢動物群落及主要非靶標害蟲的影響,為種衣劑的科學使用及玉米害蟲防控提供理論依據。【方法】分別于2015年和2016年6—9月,在河南農業大學許昌校區試驗田,設置600 g·L-1吡蟲啉懸浮種衣劑推薦最高使用劑量及其2倍和4倍劑量進行種子包衣,以清水為對照,每個處理重復4次,隨機區組排列。每小區采用5點取樣方法,每點連續標記10株玉米,分別在玉米苗期、喇叭口期、孕穗期、灌漿初期和灌漿中期調查樣點內玉米植株上全部節肢動物的種類及其數量,分析不同處理區節肢動物的群落特征。在玉米灌漿期,調查樣點內玉米穗部害蟲種類及數量;玉米成熟時每小區收獲兩行,每行連續收取50株,調查雌穗上和莖稈中的鱗翅目幼蟲種類和數量,分析吡蟲啉種衣劑對主要非靶標害蟲的影響。【結果】種衣劑處理不影響玉米田節肢動物群落物種種類,處理區與對照區的物種豐富度隨時間的變化趨勢基本相似,同一時間內不同處理區物種豐富度的差異與有些物種的密度低而在調查樣點內的分布不均勻有關。吡蟲啉種衣劑處理不會造成玉米田節肢動物群落多樣性和均勻度下降,在靶標害蟲玉米蚜發生量大時還能通過抑制玉米蚜的數量而使多樣性和均勻度增加。種衣劑處理對玉米田節肢動物優勢種的影響不僅年份間有差異而且不同玉米生育期間也有差異,在靶標害蟲玉米蚜種群數量較高的2015年,玉米生長前期種衣劑處理區的植食性昆蟲和捕食性天敵優勢種與空白對照區基本一致,灌漿期黏蟲和草間小黑蛛分別成為種衣劑2倍和4倍劑量處理區的植食性昆蟲和捕食性天敵的優勢種;在玉米蚜種群數量較小的2016年,孕穗期以后亞洲玉米螟和棉鈴蟲為各處理區植食性昆蟲優勢種,龜紋瓢蟲和異色瓢蟲成為捕食性天敵優勢種。玉米不同生育期各處理區優勢種的優勢度指標與其優勢集中度指標變化趨勢相似。種衣劑處理對穗部鱗翅目幼蟲的影響程度較復雜,如玉米灌漿初期和灌漿中期種衣劑處理區亞洲玉米螟幼蟲種群數量均高于或顯著高于對照區;灌漿初期種衣劑處理區桃蛀螟幼蟲種群數量均顯著高于對照,灌漿中期則低于或顯著低于對照;灌漿中期種衣劑處理區黏蟲幼蟲種群密度均高于對照;種衣劑處理區棉鈴蟲幼蟲密度與對照區雖有不同,但差異不顯著。綜合兩年的調查結果,玉米灌漿期種衣劑處理區亞洲玉米螟、桃蛀螟和黏蟲幼蟲種群密度有增加的現象,但其種群密度與600 g·L-1吡蟲啉懸浮種衣劑處理劑量沒有明顯的相關性。【結論】建議吡蟲啉種衣劑處理玉米田應注意防控鱗翅目穗部害蟲。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    土壤含水量對硝化和反硝化過程N2O排放及同位素特征值的影響
    鄭欠,丁軍軍,李玉中,林偉,徐春英,李巧珍,毛麗麗
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4747-4758.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.008
    摘要 ( 102 )   HTML ( 3 )   PDF (486KB) ( 344 )   收藏
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    【目的】通過室內培養試驗,研究不同含水量對北京順義潮褐土N2O排放及同位素特征值(δ15Nbulk,δ18O和nitrogen isotopomer site preference of N2O,簡稱SP)的影響,以期獲得不同水分條件下土壤N2O產生途徑及變化規律,為農田土壤N2O減排提供理論依據。【方法】結合穩定同位素技術與乙炔抑制法,以北京順義潮褐土為試材,設置3個含水量梯度:67%、80%和95% WFPS(土壤體積含水量與總孔隙度的百分比或實際重量含水量與飽和含水量的百分比,簡稱WFPS),在此基礎上設置無C2H2,0.1%(V/V)C2H2和10%(V/V)C2H2處理。將土壤裝入培養瓶中培養2 h,之后收集培養瓶中的氣體測定N2O濃度及同位素特征值,并采集土樣測定其NH+ 4-N和NO- 3-N的含量。利用同位素二源混合模型計算硝化和反硝化作用對土壤N2O排放的貢獻率,對N2O產生途徑進行量化分析。【結果】根據室內土壤培養測定結果,高(95% WFPS)、中(80% WFPS)和低(67% WFPS)含水量土壤N2O加權平均排放通量分別為1.17、0.27和0.08 mgN·kg-1·d-1,高含水量土壤N2O排放量均顯著高于中、低含水量處理,中含水量處理顯著高于低含水量;整個培養周期,高、中和低含水量土壤N2O+N2累積排放量分別為培養初期總的無機氮含量的18.05%、5.27%和1.24%(N2O+N2累積排放量分別為19.61、5.72和1.35 mgN·kg-1;各處理NH+ 4-N+NO- 3-N初始含量均為108.62 mgN·kg-1);與低含水量處理相比,高、中含水量土壤的N2O+N2累積排放量分別增加了13.53倍和3.24倍,高含水量土壤N2O+N2累積排放量比中含水量高2.43倍,表現為隨著含水量的增加,土壤無機氮(NH+ 4-N+NO- 3-N)以氣態氮(N2O+N2)形式的損失量逐漸增加。3個含水量處理N2O的δ15Nbulk加權平均值變化范圍為-42.93‰—-4.07‰,且較高含水量處理顯著低于較低含水量處理;10%(V/V)C2H2抑制土壤中N2O還原成N2的過程,各含水量土壤中,10%(V/V)C2H2處理組其N2O的δ18O值顯著低于0.1%(V/V)C2H2處理組,且N2O/(N2O+N2)比率隨土壤含水量增加而降低;各處理土壤中同時存在多個N2O產生過程,對于培養第一周,土壤產生的N2O的SP值于培養前4 d呈逐漸增加的趨勢,之后又逐漸降低,低含水量土壤在第1—2 天產生的N2O的SP值為6.74‰—12.04‰,反硝化作用對土壤N2O排放的貢獻率為56.36%—66.15%,此培養階段表現為土壤主要通過反硝化作用產生N2O,之后,硝化作用貢獻率(55.78%—100%)增強;中含水量土壤N2O的SP加權平均值為10.26‰,該土壤中反硝化作用(40.90%—74.04%)占據主導地位;加10%(V/V)C2H2的高含水量處理,在整個培養第一周均具有較高的SP值,變化范圍為7.61‰—21.11‰;與0.1% (V/V)C2H2處理組相比,10%(V/V)C2H2處理的高、中和低含水量土壤排放N2O的SP加權平均值分別降低了0.10倍、0.33倍和0.06倍。【結論】土壤含水量增加促進N2O排放,高含水量處理中N2O排放量最高。67%WFPS處理中,N2O排放前期以反硝化作用為主,后期以硝化作用為主;80%WFPS處理中,N2O主要由反硝化過程產生;95% WFPS處理中,N2O排放以硝化作用為主。
    保護性耕作對旱作農田干濕交替過程中土壤呼吸速率的影響
    丁新宇,王自奎,楊軒,杜珊珊,沈禹穎
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4759-4768.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.009
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    【目的】探討免耕及秸稈覆蓋等保護性耕作措施對旱作農田干濕交替過程中土壤呼吸速率的影響。【方法】基于設在隴東黃土高原的長期草田輪作定位試驗,試驗開始于2001年,包括傳統耕作(T,翻耕并移除秸稈)、耕作覆蓋(TS,翻耕之后覆蓋秸稈)、免耕移除秸稈(NT,不翻耕但除去秸稈)和免耕(NTS,不翻耕且保留秸稈)4個處理。2014年7—8月干濕交替階段季采用LI-8150多通道土壤碳通量測量系統對農田土壤呼吸速率、土壤溫度和含水量進行連續原位測定。【結果】T、TS、NT和NTS處理干旱階段的平均土壤呼吸速率分別為2.16、3.56、2.26和2.45 µmol·m-2·s-1,濕潤階段分別為2.09、5.31、2.80和3.56 µmol·m-2·s-1。降雨初期秸稈覆蓋處理(TS和NTS)土壤呼吸速率動態變化與無秸稈覆蓋處理(NT和T)具有顯著差異。干濕交替過程中,干旱階段土壤呼吸速率與土壤溫度(19.1—28.2℃)呈負相關、與土壤含水量呈正相關關系;濕潤階段則相反,且土壤含水量對土壤呼吸速率的解釋程度降低。土壤呼吸速率在濕潤階段日動態波動較大,其溫度敏感性(Q10)在T、TS、NT和NTS處理下分別為1.37、1.24、1.31和1.25;干旱階段土壤呼吸速率日動態平緩,Q10值低于1.0。【結論】長期保護性耕作提高了農田的土壤呼吸速率,且秸稈覆蓋處理比免耕措施提高土壤呼吸速率的效應更加顯著。秸稈覆蓋能夠有效平抑土壤水分和溫度的變化,提高土壤呼吸速率,降低土壤呼吸的溫度敏感性。論文明確了干濕條件下旱作農田土壤呼吸動態及其影響因素,對準確量化旱作農田碳通量具有積極意義。
    園藝
    肥料袋控緩釋對桃樹根系生長、氮素吸收利用及產量品質的影響
    張亞飛,羅靜靜,彭福田,郜懷峰,王國棟,孫希武
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4769-4778.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.010
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    【目的】研究肥料袋控緩釋和普通溝施對桃園土壤養分動態變化、桃根系生長與分布、氮素吸收利用及果實產量品質的影響,為桃園科學施肥提供參考依據。【方法】以晚熟桃‘瑞蟠21’為試材,從2012年定植開始連續5年采用肥料袋控緩釋(BCRF)、等量一次溝施(FSA I)和高量兩次溝施(HFSA Ⅱ)的方法施肥,每年4、7、10月測定土壤養分含量;第3年結果后統計果實產量并測定品質指標;第5年采用15N同位素示蹤法研究不同施肥方式下桃樹的氮素利用率,同時考察根系的生長與分布。【結果】連續5年肥料袋控緩釋土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀養分含量比較穩定,而肥料溝施處理施肥前期土壤養分含量較高,隨后呈下降趨勢。連續5年肥料袋控緩釋使桃樹根系水平方向分布在距樹體100 cm范圍內,細根比例較高,占根系總長度的83.95%;而溝施處理根幅較大,等量一次溝施處理達140 cm,高量兩次溝施處理可達160 cm,且細根比例較小,分別占根系總長度的75.16%和70.63%;袋控緩釋處理根系生物量變化幅度小。連續5年肥料袋控緩釋處理后,第5年植株的氮素利用率分別為等量一次溝施處理和高量兩次溝施處理的1.39倍和1.81倍。綜合連續3年產量統計結果,肥料袋控緩釋處理的產量比等量一次溝施處理提高22.32%,與高量兩次溝施處理無明顯差異;果實品質較高量兩次溝施處理顯著提高。【結論】連續5年采用肥料袋控緩釋,桃園土壤養分含量保持穩定,可促進細根的發生,使根系分布集中,形成“密集型根系”,延長了根系壽命,并提高樹體對氮素的吸收利用及果實產量和品質。
    萬壽菊番茄紅素β-環化酶基因及其啟動子克隆和功能分析
    張春玲,王尼慧,王寧樂,包滿珠,何燕紅
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4779-4789.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.011
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    【目的】克隆萬壽菊番茄紅素β-環化酶基因和其啟動子,進行生物學信息分析,并預測啟動子功能,為萬壽菊類胡蘿卜素的代謝機制和葉黃素含量的調控提供參考依據。【方法】通過RT-PCR技術從萬壽菊總RNA中克隆得到TeLCYb的cDNA序列;應用生物學方法分析其DNA序列及其編碼蛋白質序列特征,使用DNAMAN和在線軟件BoxShade對其氨基酸序列同源性比對分析,并利用MEGA6.0構建進化樹,分析其親緣關系;根據其cDNA序列利用FPNI-PCR法克隆其啟動子序列,利用PlantCare在線數據庫分析萬壽菊TeLCYb啟動子調控元件,構建啟動子缺失表達載體pTeLCYb(-1969)∷GUS和pTeLCYb(-1140)∷GUS,利用農桿菌介導法侵染煙草,以GUS為報告基因研究不同調控元件的活性。【結果】從萬壽菊中成功克隆TeLCYb,生物信息學分析發現,其全長共1 865 bp,開放閱讀框為1 527 bp,編碼508個氨基酸,氨基酸序列同源比對結果表明其與西洋蒲公英和菊花的同源性最高,且具有LCYb蛋白質特有的保守功能位點和特征多肽序列,在進化上與菊科單獨聚為一枝。在已知基因序列的基礎上獲得長度為1 806 bp的TeLCYb啟動子序列,生物學信息分析表明:該啟動子除包含核心啟動子元件TATA-box、CAAT-box外,還含有多種光應答元件和激素響應元件,其中光響應元件有13個,激素響應元件有5個,此外還具有MYBHv1 結合位點元件、耐熱響應元件、生理調控作用元件等順式調控元件。GUS化學組織染色結果顯示不同長度啟動子均能夠驅動GUS在莖、葉、花藥及柱頭中表達,但不同組織GUS染色藍色斑點深度不同,其中花器官中花藥和柱頭中GUS酶活性最強;相對于啟動子pTeLCYb(-1969),pTeLCYb(-1140)啟動子還能夠驅動GUS在根、葉和花萼中特異性表達,且各組織中GUS酶活性明顯強于啟動子pTeLCYb(-1969)的GUS化學組織染色結果。【結論】不同長度TeLCYb啟動子均能驅動下游GUS的表達,但啟動子的作用部位和作用強度存在差異,推測在ATG上游1 140 bp和164 bp區間的光響應元件可能具有增強子的功能,而全長啟動子特有的激素響應元件和熱響應元件可能具有抑制或降低啟動子功能的作用。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    基于單鏈置換的環介導間接PCR鑒別PEDV、TGEV 方法的建立及應用?
    鄭鳴,李華瑋,劉瑩瑩,王永芬,邊傳周,郭宏偉
    中國農業科學. 2017, 50(24):  4790-4798.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.24.012
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    【目的】豬病毒性腹瀉主要是由豬流行性腹瀉病毒(PEDV)和豬傳染性胃腸炎病毒(TGEV) 所引起的一種急性腸道傳染病,臨床上以嘔吐、腹瀉、脫水、高發病率和死亡率為主要特征。PEDV與 TGEV同屬α冠狀病毒,可以感染各年齡段豬只,尤其對仔豬的危害最為嚴重,可導致大量仔豬死亡,給養殖業造成嚴重經濟損失。由于PEDV和TGEV感染在臨床癥狀、病理變化和流行病學上極為相似,臨床上很難區分,因此,建立一種高效、特異的臨床鑒別診斷方法對于預防病毒性腹瀉的爆發流行具有重要意義。本試驗旨在建立豬流行性腹瀉病毒(PEDV)和豬傳染性胃腸炎病毒(TGEV)環介導間接PCR檢測方法,用于豬病毒性腹瀉的病原學鑒別診斷。【方法】根據GenBank數據庫中PEDV和TGEV基因組序列信息,在對兩種病毒基因序列同源性比較的基礎上,分別選取PEDV和TGEV核蛋白(N)基因序列的一段高度保守區,設計兩條序列相鄰的特異性探針,標記于不同大小的TOC1基因片段兩端,作為特異性標記的報告基因。此報告基因與待測靶標基因經雜交、環化后,采用1對引物反向PCR擴增報告基因,建立PEDV/TGEV鑒別診斷方法,擴增片段大小分別為404、252bp。【結果】該方法特異性好,可單獨或同時檢測PEDV和TGEV,與豬圓環病毒2型(PCV2)、豬A型輪狀病毒(RAV)、豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)、豬瘟病毒(CSFV)、豬偽狂犬病毒(PRV)和豬細小病毒(PPV)等常見豬源性病毒無交叉擴增;檢測靈敏度高,對PEDV和TGEV的最低極限濃度分別為1.6和8 pg·μL-1的核酸樣品,兩種病原的同時檢測不影響檢測靈敏度;采用環介導間接PCR、常規RT-PCR和SybrGreen實時PCR對157份臨床樣本進行比較檢測,3種方法的PEDV檢出率分別為33.76%、21.66%和36.31%,TGEV檢出率分別為26.75%、13.38%和28.03%;kappa檢驗結果,環介導間接PCR、SybrGreen實時PCR兩種方法對PEDV和TGEV檢測結果的符合度均為96.18%(κ≥0.90)【結論】環介導間接PCR可以用于鑒別診斷PEDV/TGEV,是一種快速、準確、靈敏、特異的病原學診斷工具。
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