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當期目錄

    2019年 第52卷 第3期 刊出日期:2019-02-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    水稻耐淹成苗率相關性狀全基因組的關聯分析
    孫凱, 李冬秀, 楊靖, 董驥馳, 嚴賢誠, 羅立新, 劉永柱, 肖武名, 王慧, 陳志強, 郭濤
    中國農業科學. 2019, 52(3):  385-398.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.001
    摘要 ( 331 )   HTML ( 54 )   PDF (2955KB) ( 261 )   收藏
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    背景 耐淹成苗率低是限制直播稻產量的重要因素,挖掘高種子活力、低氧萌發能力強的水稻材料是提高耐淹成苗率的關鍵,但控制耐淹成苗率的遺傳位點的挖掘仍然比較有限。目的 利用來源廣泛的自然種質,分析影響耐淹成苗率的關鍵表型性狀,挖掘相關的遺傳位點和候選基因,為直播稻耐淹成苗機理研究提供一定的理論和材料基礎。方法 以200份來源廣泛的水稻種質為材料,在有氧環境下進行發芽試驗,測量種子發芽率、發芽指數和活力指數;在低氧條件下測量芽鞘長和芽鞘直徑;進行耐淹成苗試驗,水深10 cm,20 d后測量耐淹成苗率。分析各性狀間的相關性,挖掘影響耐淹成苗率的關鍵性狀;利用簡化基因組測序對以上6個表型進行全基因組關聯分析,鑒定與性狀顯著關聯的SNP位點,并在關聯區間內篩選候選基因;對02428和YZX 2份材料進行有氧、無氧以及氧氣含量轉換條件下的轉錄組檢測,結合全基因組關聯分析結果,分析候選基因的表達模式差異。結果 種子活力、芽鞘表型和耐淹成苗率在200份材料間存在廣泛的遺傳變異,其中,芽鞘長和活力指數的變異系數最大;相關分析結果表明,芽鞘長、活力指數與耐淹成苗率呈極顯著正相關;通過全基因組關聯分析,共鑒定出8個與活力指數顯著關聯的位點,15個與芽鞘長顯著關聯的位點;結合基因組注釋,在關聯區間篩選出6個與活力指數相關的候選基因,7個與芽鞘長度相關的候選基因;進一步比較13個基因在有氧、無氧及氧氣轉換條件下的表達模式以及表達量的變化,發現Os02g0657000Os03g0592500Os08g0380100表達量變化顯著,表現出對氧氣處理的敏感性。結論 種子活力、芽鞘長與耐淹成苗率密切相關,可作為篩選高耐淹成苗水稻材料的重要性狀。全基因組關聯分析、轉錄組分析與基因表達模式比較的聯合應用可提高候選基因的篩選效率。水稻耐淹成苗過程可能受到與逆境脅迫、光合作用相關基因的調控。

    苯磺隆脅迫下油菜萌發期相關性狀的全基因組關聯分析
    周清元, 王倩, 葉桑, 崔明圣, 雷維, 郜歡歡, 趙愉風, 徐新福, 唐章林, 李加納, 崔翠
    中國農業科學. 2019, 52(3):  399-413.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.002
    摘要 ( 223 )   HTML ( 12 )   PDF (2008KB) ( 153 )   收藏
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    目的 研究苯磺隆殘留對油菜種子萌發的影響,運用全基因組關聯分析(genome-wide association analysis,GWAS)揭示苯磺隆脅迫下油菜萌發期相關性狀的遺傳因子和候選基因,探究油菜在苯磺隆逆境脅迫下的生理形態所反映的基因調控機制,為耐苯磺隆油菜品種的研究提供參考。方法 以241份甘藍型油菜品種(系)為材料、25 mg·L -1苯磺隆溶液為處理液、蒸餾水為對照進行發芽試驗。發芽7 d測定并計算相對發芽率、相對根長和相對鮮重。結合蕓薹屬60K SNP芯片分析群體基因型,通過STRUCTURE軟件和TASSEL軟件分別對該群體進行群體結構分析以及親緣關系和LD衰減分析。為有效排除假關聯的影響,采用一般線性模型(GLM)和混合線性模型(MLM)中的6種模型進行比較,確定每個性狀GWAS分析的最優模型。同時,利用TASSEL軟件在最優模型下對241份材料的3個性狀分別進行全基因組關聯分析,根據關聯SNP位點的LD區間序列預測候選基因。 結果 241份品種(系)群體可分為P1(94份材料)和P2(147份材料)2個亞群,其中約56.28%的材料之間的親緣關系值為0。全基因組關聯分析(K+PCA模型)共檢測到16個與性狀顯著關聯的SNP位點,這些位點可解釋9.42%—13.14%的表型變異率。通過分析顯著SNP位點的LD區間與甘藍型油菜對應的區間序列,篩選出25個候選基因可能與油菜耐苯磺隆有關,其中9個為細胞色素P450家族基因,5個參與谷胱甘肽合成或代謝過程,2個為多藥耐藥相關蛋白基因。同時發現與相對發芽率顯著相關的基因ATGSTU19編碼谷胱甘肽轉移酶,參與毒素分解過程,在各種脅迫反應中起重要作用。在相對根長和相對鮮重共同鑒定到的候選基因BnaC02g27690D功能未知。結論 共檢測到16個SNP位點與耐苯磺隆性狀顯著關聯,篩選出25個候選基因可能與油菜耐苯磺隆有關。

    60Co-γ射線對2種狼尾草屬牧草的誘變效應
    武炳超, 童磊, 杜昭昌, 胡家菱, 張歡, 陳燚, 劉偉, 張新全, 黃琳凱
    中國農業科學. 2019, 52(3):  414-427.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.003
    摘要 ( 124 )   HTML ( 13 )   PDF (1959KB) ( 73 )   PDF(mobile) (1959KB) ( 3 )   收藏
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    目的 探究 60Co-γ射線對“熱研4號”雜交狼尾草及“華南”象草的誘變效應,創制新種質,以推動狼尾草的育種工作。 方法 在前期劑量篩選基礎之上,以2種狼尾草品種(“熱研4號”雜交狼尾草和“華南”象草)種莖為材料,利用 60Co-γ射線進行輻射,劑量為30 Gy,劑量率為1 Gy·min -1。將輻射后的種莖與未輻射的種莖栽植于大田中,常規田間管理,1個月后統計成活率。待成活的植株生長成熟后,在2個誘變系群體中分別隨機挑選30株進行形態指標的測定,共測定7個指標。隨后利用分子標記探究輻射對遺傳變異的影響。 結果 2個品種的輻射材料,分別隨機選取30株進行形態指標測定,與對照相比,發現“熱研4號”誘變系中有28株的株高,21株的莖節數及17株的葉寬有顯著或極顯著差異。“華南”誘變系中有20株的株高有顯著或極顯著差異,其他形態指標差異不大。2種牧草的突變體大都表現出株高的降低,因此,生物量也隨之減少。還發現一個輻射材料RY4-17,由于分蘗數多于對照導致生物量增加。SSR分子標記研究結果表明,在“熱研4號”誘變系中,20對引物的平均多態信息含量為0.245,共擴增出83條帶,其中多態性條帶52條,誘變系與對照之間的遺傳相似系數為0.67—0.89,平均值為0.81,差異位點數為9—27,平均為15.9個,UPGMA聚類結果顯示突變體RY4-9和RY4-23與對照遺傳距離最遠,變異程度最大。在“華南”誘變系中,20對引物的平均多態信息含量為0.394,共擴增出81條帶,其中多態性條帶65條,誘變系與對照之間的遺傳相似系數為0.54—0.86,平均值為0.77,差異位點數為10—38,平均為18.8個,UPGMA聚類結果顯示突變體HN-24與對照遺傳距離最遠,變異程度最大。結論 適宜劑量的 60Go-γ射線輻射可以使2種牧草種莖成活率顯著降低,同時可以有效誘導2種牧草在形態學和遺傳學水平上發生變異。 60Go-γ射線輻射誘變是解決狼尾草因無性繁殖為主而導致遺傳資源多樣性匱乏的有效途徑。

    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    水氮耦合及種植密度對綠洲灌區玉米光合作用和 干物質積累特征的調控效應
    魏廷邦, 柴強, 王偉民, 王軍強
    中國農業科學. 2019, 52(3):  428-444.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
    摘要 ( 211 )   HTML ( 25 )   PDF (584KB) ( 244 )   收藏
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    目的 針對土壤水分、氮肥供應不足以及玉米早衰、種植密度不合理等嚴重制約綠洲灌區玉米的生產問題,通過研究不同水氮配比及種植密度對玉米光合作用、干物質積累特征和產量的影響,以期為該區玉米高產、穩產提供技術支撐。方法 2016—2017年,于河西綠洲灌區進行大田試驗,以先玉335為參試品種,采用裂裂區設計,灌水水平(W1:4 050 m 3·hm -2,W2:3 720 m 3·hm -2)做主區,施氮水平(不施氮N0:0,低施氮N1:300 kg·hm -2,高施氮N2:450 kg·hm -2)為裂區,種植密度(低密度D1:75 000株/hm 2,中密度D2:97 500株/hm 2,高密度D3:120 000 株/hm 2)為裂裂區,測定光合速率、干物質積累量和產量等指標。 結果 施氮量、種植密度對玉米全生育期凈光合速率、干物質最大增長速率及其出現天數、干物質積累量、產量、WUE和氮肥利用率有顯著影響。水肥耦合可增強玉米密植條件下的光合作用,提高干物質最大增長速率,提前干物質最大增長速率出現的天數,增大干物質積累量和產量。在減量20%灌水和高施氮水平下,中密度處理的全生育期凈光合速率較低密度和高密度分別提高17.31%和11.43%;高密度和中密度處理的干物質最大增長速率及最大增長速率出現天數較低密度處理分別提高21.07%、7.52%和提前6.7 d、4.1 d;高密度處理的干物質積累量較中密度、低密度分別提高4.27%和10.59%,中密度處理的產量、水分利用效率和氮肥利用率較低密度、高密度處理分別提高24.2%、11.4%、29.9%和29.2%、18.4%、13.8%。在減量20%灌水條件下,中密度高施氮處理的全生育期凈光合速率、干物質積累量和產量分別較中施氮、不施氮分別提高7.34%、11.63%、14.63%和49.54%、44.53%、69.03%;高密度高施氮處理的干物質最大增長速率及最大增長速率出現天數較中施氮、不施氮分別提高19.07%、54.35%和提前3.9 d、6.8 d;同等密度高施氮處理的氮肥利用率較低施氮處理提高24.5%。綜上,減量20%灌水與高施氮耦合主要通過提高密植玉米的光合作用和干物質積累速率,延長干物質積累的持續時間,提高WUE和氮肥利用率,從而對干物質積累量和產量產生調控作用。結論 在綠洲灌區,采用水肥耦合(生育期減量20%灌水(3 720 m 3·hm -2)、施氮量450 kg·hm -2、中密度97 500株/hm 2)的最優栽培模式,可為進一步發掘密植條件下玉米高產、高效栽培提供技術指導。

    基于GIS的云南山區玉米生態適宜性評價方法與應用
    李超, 李文峰, 趙耀, 尚敬敏
    中國農業科學. 2019, 52(3):  445-454.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.005
    摘要 ( 171 )   HTML ( 16 )   PDF (2863KB) ( 159 )   收藏
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    目的 作物適宜性評價是進行生產區劃的重要手段,本研究擬基于氣象、土壤、地形數據,構建適宜山地環境的玉米生態適宜性評價模型和方法。方法 在文獻系統分析的基礎上,遴選18個生態指標構成玉米生態適宜性評價指標體系,氣候適宜性評價模型采用作物模型法構建,考慮了玉米生育期和生態效應,其他指標采用隸屬度函數法分數值型和概念型分別構建。各因子權重采用專家打分和層次分析法確定,綜合權重和適宜性函數構建玉米氣候、土壤養分、立地條件、土地管理適宜性評價模型及綜合生態適宜性評價模型。評價的數據通過空間分析獲得。針對山區耕地的立體分布特點,運用ArcGIS工具綜合耕地利用、土壤類型、行政區劃劃分評價單元,經GIS的插值處理、統計分析,獲得各評價單元18個評價指標基礎數據,進而運用評價模型對各評價單元進行分類評價和綜合生態適宜性評價結果 該方法應用于云南省尋甸縣,全縣耕地共劃分為8 415個評價單元,其氣候、土壤養分、立地條件、土地管理4個方面適宜以上的面積分別占比58%、86%、42%、90%。生態適宜性綜合評價中,高度適宜區和適宜區的面積占比分別為35.4%、50.6%,主要分布在中-東南部低中山丘陵區,中北部金沙江河谷,西部河谷槽區也有小范圍的分布;勉強適宜區、不適宜區面積占9.4%和4.6%,主要零星分布在中部以西地區,而在西北部相對集中。結論 評價方法考慮了玉米生育期和山區耕地立體分布特點,研究區適宜性區劃呈碎片狀分布,分布情況與區域生產情況基本相符,氣候和立地條件是影響研究區玉米生態適宜性的主要因素。

    植物保護
    黃萎病不同發生程度棉田土壤中的真菌群落特征分析
    劉海洋, 王偉, 張仁福, 熱西達·阿不都熱合曼, 姚舉
    中國農業科學. 2019, 52(3):  455-465.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.006
    摘要 ( 191 )   HTML ( 8 )   PDF (2976KB) ( 111 )   收藏
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    目的 真菌是土壤微生物系統的重要組成部分,對土壤環境變化有明顯的指示作用。本研究對黃萎病不同發生程度棉田土壤中的真菌群落特征進行分析,旨在探明大麗輪枝菌(Verticillium dahliae)入侵棉田對土壤中真菌多樣性和群落結構的影響,揭示土壤中真菌群落在棉花黃萎病發生過程中的生態作用。方法 以阿克蘇、石河子不同發病程度棉田和庫爾勒人工接菌棉田為研究對象,從中采集6個土壤樣品:阿克蘇重病田土壤(AD)、阿克蘇對照田土壤(ACK)、石河子重病田土壤(SD)、石河子對照田土壤(SCK)、庫爾勒重病田土壤(KD)、庫爾勒對照田土壤(KCK)。采用Illumina Hiseq高通量測序技術,研究土壤中真菌的多樣性及群落結構,結合冗余分析(RDA)明確真菌群落結構與土壤養分的相關性。結果 在97%相似度水平下,AD和SD樣品中真菌的OTU數量、Chao1和Ace豐富度指數均分別高于其對照ACK、SCK,而Simpson指數均分別低于其對照;人工接菌的KD與其對照KCK樣品之間OTU數量、Chao1和Ace豐富度指數以及Simpson指數均無顯著差異。NMDS分析表明,AD、SD土壤樣品首先表現為明顯的空間趨向性,之后表現為時間趨向性,而庫爾勒土壤樣品則首先表現為時間趨向性,其次是空間趨向性。群落組成方面,在門水平上,土壤中Ascomycota的豐度占絕對優勢,其次為Basidiomycota和Mortierellomycota,3個門在KD與KCK樣品之間以及SD與SCK樣品之間的豐度差異較小,而在AD和ACK樣品之間豐度差異較大;在屬水平上,Sporobolomyces的豐度最高,其與Mortierella在不同區域重病田土壤中豐度均高于對照,而Wardomyces均低于對照。此外,AD樣品中PyrenochaetopsisMicrodochiumFusarium的豐度均低于ACK,而此3個屬在SD樣品中的豐度均高于SCK樣品。組間差異顯著分析表明,庫爾勒、石河子土壤中的顯著差異標記均主要富集于重病田中,而阿克蘇土壤中顯著差異標記主要富集于無病田中。相關性分析表明,土壤中有機質、全氮量與真菌的OTU數量、豐度呈顯著正相關,與Simpson指數的相關性低;pH、全磷和全鉀與Simpson指數明顯正相關,總鹽與Simpson指數明顯負相關。RDA分析表明,土壤中的真菌群落與有機質、全氮、總鹽明顯相關。結論 自然重病棉田土壤中真菌的OTU數量、豐度均高于輕病或無病田,而真菌的多樣性低。人工接種大麗輪枝菌短期內未對土壤中真菌的豐度、多樣性和群落結構造成明顯影響。土壤中真菌的多樣性、豐度和組成受有機質、全氮、含鹽量等指標影響顯著。采樣時期對土壤中真菌群落結構同樣有明顯影響。

    褐飛虱一個新的海藻糖合成酶基因的特性、 發育表達及RNAi效果分析
    唐斌,沈祺達,曾伯平,肖仲久,邱玲玉,潘碧瑩,李昆,張道偉
    中國農業科學. 2019, 52(3):  466-477.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.007
    摘要 ( 124 )   HTML ( 14 )   PDF (7281KB) ( 53 )   收藏
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    背景 昆蟲海藻糖合成酶基因是昆蟲海藻糖合成的主要基因,大多數昆蟲中只擁有一個海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)基因,部分昆蟲存在一個海藻糖-6-磷酸酯酶(trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)基因。前期研究發現褐飛虱(Nilaparvata lugens)中擁有兩個TPS,對其功能研究發現TPS不僅能夠調控海藻糖代謝,還可介導海藻糖酶調控幾丁質合成與降解途徑,控制昆蟲的蛻皮過程。目的 通過對褐飛虱轉錄組測序分析獲得了一個新的TPS,檢測該基因在褐飛虱不同發育階段的表達情況,探究該基因的功能與前期發現的兩個TPS的區別。方法 對獲得的新TPS基因序列采用克隆技術獲得全長cDNA序列,經驗證正確后,對其蛋白的一級、二級、三級結構及與其他昆蟲的TPS進行比對分析,最后采用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術測定3個不同TPS在褐飛虱不同發育階段的表達,并采用RNA干擾(RNAi)技術抑制TPS3的表達。結果 在前期研究的基礎上,克隆出一個新的TPS,并命名為TPS3TPS3開放閱讀框長度為2 352 bp,編碼783個氨基酸,預測蛋白分子量為88.9 kD,等電點為5.47,具有親水性結構。生物信息學分析表明,褐飛虱3個TPS蛋白具有較高的同源性,都具有TPS和TPP兩個保守結構域及其他特征序列,并且α-螺旋、β-折疊和無規則卷曲所占的比例較為接近。褐飛虱不同發育階段3條TPS的相對表達量不同,TPS1的相對表達量從4齡0 h開始逐漸上升,至成蟲階段達到最高,TPS2的相對表達量從4齡末期開始明顯上升且在整個5齡階段都有較高的表達,TPS3的相對表達量在5齡末期和成蟲初期較高。單獨干擾褐飛虱TPS3 48 h后被干擾基因的相對表達量下降,dsTPS3能有效抑制TPS3的表達。結論 在褐飛虱中發現一個新的TPSTPS3),其與褐飛虱中已經報道的TPS1和TPS2具有較高的同源性。不同發育階段表達結果表明,3個TPS在發育過程中行使的功能不同。RNAi能夠有效抑制TPS3的表達并導致褐飛虱蛻皮障礙和翅發育畸形。

    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    基于遙感與作物模型的土壤速效養分時空變異分析
    方慧婷,蒙繼華,程志強
    中國農業科學. 2019, 52(3):  478-490.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.008
    摘要 ( 142 )   HTML ( 8 )   PDF (4313KB) ( 83 )   收藏
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    目的 研究在均衡施肥模式下,雙山農場2012—2016年間土壤速效養分的時空變異特征,分析施肥管理、輪作模式等人為因素和氣象、地形等自然因素對速效養分變化的影響,該研究成果可為土壤速效養分管理和作物變量施肥提供參考依據。方法 以雙山基地農場為例,通過時間序列HJ-1 CCD遙感數據和作物模型WOFOST反演得到土壤速效養分。基于以上土壤速效養分數據在不同時間尺度(年際間和生長季內)和不同空間尺度(農場尺度和田塊尺度)上的速效養分時空變異分析。利用土壤速效養分分級圖來定性分析養分在5年內的空間變異特征;選取相應的統計參量對土壤速效養分的平均含量和變異性進行定量分析;利用線性回歸來分析速效養分的變化量與初始含量的關系;以及養分變化曲線圖分析速效養分的時間變化特征。結果 在均衡的農田施肥管理模式下,2012—2016年農場的土壤速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效鉀(AK)含量平均值變化不大,速效養分高值和低值都在向中間值靠攏,分別集中于280—360 mg·kg -1、38—42 mg·kg -1和160—200 mg·kg -1,該部分面積比例分別增加18.5%、23.1%和23.8%,養分含量整體呈現均一化特征。AN、AP和AK的變異系數分別從2012年的0.314、0.112和0.257變為2016年的0.131、0.034和0.098,速效養分分布的空間差異性在減弱。AN,AP變化量均與初始值呈現極顯著的負相關,R 2分別為0.839和0.882,AK的R 2為0.569,其相關性較弱與土壤中的速效鉀本身不穩定有關。通過相鄰地塊的養分變化分析可知,田塊尺度上的土壤速效養分也表現出明顯的均一化特征,輪作模式是影響田塊間養分變化差異的主要因素,對于輪作模式完全相反的#1和#2田塊,人工施肥決定了田塊內養分變化的總體趨勢,對于豆科作物,固氮作用對土壤速效氮的含量變化作用明顯。溫度升高在一定程度上會促進作物對養分的吸收,但這種影響不足以改變養分變化的總體趨勢。土壤的淋洗對養分的空間變異起到決定性作用,特別是強度較大的降水。降水對養分空間變異的影響在地形差異較大的區域,表現得更加明顯。 結論 農田的施肥管理和作物輪作模式是土壤速效養分變化的主導因素;其次是氣候因素,雨水對土地的淋洗會導致土壤速效養分的流失和下降,該作用在地形差異較大的地區更加明顯;速效養分的變化量與養分初始含量關系顯著;溫度的升高會促進土壤速效養分的降低,其影響力小于降水。以上變化規律均可納入后期速效養分的預測研究中,對這些影響因子賦予不同的權值,進行預測模型的構建。以期對作物年際間和生長季內的速效養分的變化進行實時動態監測。

    黃淮海平原地區深松和灌水次數對冬小麥- 夏玉米節水增產的影響
    強小嫚,張凱,米兆榮,劉戰東,王萬寧,孫景生
    中國農業科學. 2019, 52(3):  491-502.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.009
    摘要 ( 140 )   HTML ( 19 )   PDF (434KB) ( 206 )   收藏
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    目的 研究黃淮海平原地區冬小麥-夏玉米不同深松時機交互不同灌水次數對作物產量及水分生產效率的影響,為優化黃淮海地區土壤耕作方式提供理論依據。方法 采用土壤耕作方式與灌水次數相結合的方法,設置秋深松+冬小麥2水(QS-2)、秋深松+冬小麥3水(QS-3)、夏深松+冬小麥2水(XS-2)、夏深松+冬小麥3水(XS-3)、對照(CK)共5個處理,研究深松與灌水次數對冬小麥-夏玉米一年兩熟農田土壤物理性質、植株生長發育、產量、總產出值及水分生產效率等的影響。結果 深松和灌水次數對土壤容重、土壤緊實度、土壤儲水量、總產出值、水分生產效率均有不同程度顯著影響。與對照相比,QS-2、XS-2、XS-3處理均顯著降低深松后第1年土壤耕層(0—40 cm)及深松后第2年0—20 cm土層的土壤容重;深松各處理均顯著降低第1年土壤緊實度,對第2年土壤緊實度影響效果不明顯;秋深松后第2年QS-2處理的冬小麥整個生育期平均土壤儲水量較CK顯著增加18.14%,QS-3處理次之,夏深松后第2年XS-2、XS-3處理分別較CK顯著提高24.7%、25.6%;秋深松能顯著提高當季冬小麥生長發育,QS-2、QS-3處理地上生物量分別較CK增加了19.29%、27.06%,第2年QS-2和QS-3處理地上生物量較CK均有所提高,差異不顯著,秋深松對第2年冬小麥生長發育影響效果減弱,夏深松第2年XS-2和XS-3處理的葉面積和地上生物量均較對照顯著提高,夏深松能顯著促進后茬冬小麥生長發育;QS-2處理對2年冬小麥-夏玉米總產出值和水分生產效率均顯著提高,第1年總產出值和水分生產效率分別較CK提高27.21%、23.51%,第2年分別提高19.54%、18.84%,夏深松顯著提高第2年冬小麥-夏玉米總產出值及水分生產效率,XS-2處理分別提高18.50%、17.65%,XS-3處理分別提高19.57%、15.35%。結論 黃淮海平原冬小麥-夏玉米連作采用冬小麥播前秋深松耕作方式,冬小麥全生育期灌水2次,有利于降低農田土壤容重、降低土壤緊實度、提高土壤儲水效果、顯著提高深松周期內冬小麥-夏玉米總產出值及水分生產效率。建議在黃淮海平原地區平水年和豐水年(夏玉米季降雨充沛),冬小麥-夏玉米種植區采用秋深松+冬小麥灌2水耕作模式,實現高產與高效。

    園藝
    越橘VcNAC072克隆及其促進花青素積累的功能分析
    宋楊,劉紅弟,王海波,張紅軍,劉鳳之
    中國農業科學. 2019, 52(3):  503-511.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.010
    摘要 ( 155 )   HTML ( 10 )   PDF (2328KB) ( 95 )   收藏
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    目的 分離越橘VcNAC072(NAM,ATAF1/2,CUC2)轉錄因子,分析其表達模式并探討其在調控花青素合成過程中的功能,為進一步研究越橘花青素積累的調控機理提供理論基礎。方法 以‘公爵’越橘(Vaccinium corymbosum ‘Duke’)為試材,克隆VcNAC072。通過農桿菌介導法獲得轉基因擬南芥,比較轉基因和野生型擬南芥花青素積累的差異。利用酵母單雜交和瞬時表達試驗,分析VcNAC072對MYB轉錄因子AtPAP1的轉錄調控。結果 克隆獲得越橘VcNAC072,該基因CDS為1 032 bp,編碼含有343個氨基酸的蛋白質,含有1個保守的NAC結構域。表達分析顯示,該基因在不同發育階段的果實中均可表達,但表達差異明顯,在粉色和藍色果實中表達量較高,在綠色果實中表達量最低。隨著VcNAC072表達的升高,果實中花青素含量呈遞增的趨勢。分析AtPAP1啟動子序列,發現其序列中包含NAC轉錄因子的結合位點。酵母單雜交和煙草瞬時表達試驗結果表明,VcNAC072可與AtPAP1的啟動子相互作用,并激活其表達。在野生型擬南芥中異位表達VcNAC072,其種子中花青素積累量顯著高于野生型。結論 推測VcNAC072在越橘果實中正向調節花青素的積累。

    二氧化氯處理促進厚皮甜瓜果實的采后愈傷
    鄭曉淵, 王調蘭, 張靜榮, 姜紅, 王斌, 畢陽
    中國農業科學. 2019, 52(3):  512-520.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.011
    摘要 ( 126 )   HTML ( 7 )   PDF (1407KB) ( 72 )   收藏
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    目的 研究二氧化氯(ClO2)處理對厚皮甜瓜果實采后愈傷的影響,為厚皮甜瓜的采后愈傷提供方法和理論依據。方法 以‘瑪瑙’厚皮甜瓜為試材,人工模擬損傷后,用25 mg·L -1的ClO2浸泡損傷果實10 min,于常溫黑暗條件下進行愈傷。測定愈傷期間損傷果實的失重率以及損傷接種粉紅單端孢果實的病情指數,通過甲苯胺藍和間苯三酚—鹽酸染色法觀察聚酚軟木脂、聚酯軟木脂和木質素在傷口部位的積累,并用IS Capture圖像軟件對聚酚軟木脂、聚酯軟木脂和木質素積累量進行分析。測定傷口表面的色度值,分析傷口處組織愈傷期間苯丙烷代謝活性以及過氧化物酶和多酚氧化酶的活性變化。 結果 ClO2處理顯著降低了損傷果實的失重率和損傷接種果實的病情指數,愈傷第7天時,處理比對照低10.3%。果實在損傷后不同時間段接種粉紅單端孢,經1周培養觀察,處理果實的病情指數顯著低于對照,第7天時處理果實的病情指數比對照低56.9%。處理顯著促進了果實傷口處聚酚軟木脂、聚酯軟木脂和木質素的積累,處理果實的積累量在愈傷的中后期顯著高于對照,三者比對照分別高25.3%、77.7%和35.5%。愈傷期間,處理果實傷口處的L*值顯著低于對照,b*值顯著高于對照,在愈傷第5天時,處理果實的L*值比對照低6.1%,第3天時的b*值比對照高17.8%。處理明顯提高了果實傷口處的苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶和多酚氧化酶活性,在愈傷第7天時,處理果實傷口處的苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶和多酚氧化酶活性分別高于對照34.3%、80.5%和15.7%。此外,處理果實傷口處的總酚、類黃酮和木質素含量也顯著高于對照,第7天時,分別高于對照14.7%、16.8%和15.6%。結論 ClO2處理可有效促進厚皮甜瓜果實的采后愈傷,ClO2對愈傷的促進作用與激活傷口處的苯丙烷代謝,提高POD和PPO活性,促進軟木脂和木質素的積累密切相關。

    食品科學與工程
    干酪乳桿菌CRISPR基因座分析
    楊蘭,楊洋,李偉勛,ObaroakpoJOY,逄曉陽,呂加平
    中國農業科學. 2019, 52(3):  521-529.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.012
    摘要 ( 82 )   HTML ( 2 )   PDF (1235KB) ( 32 )   收藏
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    目的 目前基于釀膿鏈球菌(Streptococcus pyogenes)spCas9為核心的CRISPR/Cas9基因編輯系統在乳酸菌上的應用受到很多限制,亟待開發適合于乳酸菌的基因編輯系統。對6株干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)的CRISPR系統進行深入分析,并預測激活干酪乳桿菌自身Cas9蛋白所識別的PAM序列,為開發適用于乳酸菌的CRISPR/lcCas9基因編輯系統奠定基礎。方法 以已完成全基因組測序的6株干酪乳桿菌為研究對象,利用生物信息學方法對其CRISPR系統進行深入分析,重點對不同菌株的CRISPR系統結構進行解析,并且對Cas蛋白以及spacer的同源性進行分析,最后對CRISPR區重復序列的二級結構以及Cas9蛋白識別的PAM序列進行預測。結果 6株干酪乳桿菌CRISPR系統具有相似的結構,均具有特征性的Cas9蛋白,并且Cas基因序列保守。預測到tracrRNA位于Cas9和Cas1之間,重復序列可以形成莖部長達7個堿基的二級結構。根據CRISPR的間隔區序列,6株干酪乳桿菌可被分為3個基因型,將間隔區逐一進行blast比對,結果表明6個間隔區比對上14個來源不同的原間隔序列,這些間隔序列均來源于不同質粒。干酪乳桿菌lcCas9蛋白識別PAM序列的1、3位堿基偏好T/C、A/C,2、4位堿基對G、A的偏好性比較大。結論 6株干酪乳桿菌CRISPR系統均為type-ⅡA型,Cas序列和重復序列高度保守。DR序列可以形成穩定的二級結構,TGMA為干酪乳桿菌Cas9蛋白高效識別的PAM序列。

    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    大載體轉染豬胎兒成纖維細胞的電轉條件優化
    鐘翠麗,李國玲,王豪強,莫健新,全絨,張獻偉,李紫聰,吳珍芳,顧婷,蔡更元
    中國農業科學. 2019, 52(3):  530-538.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.013
    摘要 ( 89 )   HTML ( 5 )   PDF (721KB) ( 31 )   收藏
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    背景 隨著生物技術發展,研究的生理機制和生物功能日益復雜,提高大載體的轉染效率對多基因共表達系統、基因編輯技術、轉基因育種等具有重要的意義。在轉基因育種中,使用的轉基因載體相對較大,而且轉基因動物的制備效率也與供體細胞豬胎兒成纖維(porcine Fetal Fibroblasts,PFFs)細胞的轉染效率有關。目的 研究主要從轉染參數、質粒用量和拓撲結構三方面,比較3種電轉儀ECM ?830/NEPA 21/Nucleofector TM2b的大載體轉染效率,以探索大載體轉染PFFs的最佳條件。方法 使用3種不同電轉儀將長達26 kb的攜帶增強型綠熒光蛋白基因的pPXAT-EGFP質粒轉染1×10 6個PFFs,48 h后使用流式細胞儀測定熒光細胞比例,從電轉參數、質粒用量和拓撲結構三方面分別比較瞬時轉染效率。結果 首先比較電轉儀不同參數的轉染效率,結果顯示當電轉參數為脈沖電壓300 V,脈沖長度1 ms,脈沖間隔50 ms,脈沖次數3次,NEPA 21轉染PFFs的效率最高,為13.24%±1.63%,而Nucleofector TM 2b的最佳電轉參數為U-023,其轉染效率高達46.36%±3.95%。然后在最佳電轉參數下分別比較6、8、10和12 μg的26 kb超螺旋質粒的轉染效率,ECM ?830和Nucleofector TM 2b轉染PFFs的最佳質粒用量為12 μg,其轉染效率分別為8.44%±0.90%(電轉參數:脈沖電壓300 V,脈沖長度1 ms,脈沖次數3 次)和14.63%±3.21%(電轉參數:U-023),而NEPA 21使用10 μg質粒轉染PFFs時效率達到最高(6.09%±0.72%)。最后比較不同質粒拓撲結構的轉染效率,結果顯示線性化質粒的轉染效率較低,僅為超螺旋質粒轉染效率的34.96%—48.39%。結論 因此Nucleofector TM 2b轉染PFFs的最佳條件為:U-023程序、12 μg超螺旋質粒;NEPA 21為:脈沖電壓200 V,脈沖長度3 ms,脈沖間隔50 ms,脈沖次數3次、10 μg超螺旋質粒;ECM ?830則在脈沖電壓300 V,脈沖長度1 ms,脈沖次數3 次條件下轉染12 μg超螺旋質粒可獲得最佳轉染效率。綜合比較上述3種電轉儀,26 kb大載體轉染PFFs的最佳電轉儀是Nucleofector TM 2b。

    肉羊精料可代謝蛋白質預測模型的建立
    富麗霞,馬濤,刁其玉,成述儒,宋雅喆,孫卓琳
    中國農業科學. 2019, 52(3):  539-549.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.014
    摘要 ( 109 )   HTML ( 39 )   PDF (407KB) ( 57 )   收藏
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    目的 在通過概略養分或可消化養分建立肉用綿羊常用精飼料可代謝蛋白質(metabolic protein, MP)的預測模型,為動物日糧的科學配置提供依據。方法 試驗選用14月齡,平均體重為(49.27±3.12)kg的安裝有永久性瘤胃瘺管的杜寒雜交1代肉用羯羊6只,采用尼龍袋法和改進三步體外法測定10種精飼料的瘤胃有效降解率、瘤胃非降解蛋白質(undegraded dietary protein, UDP)及UDP小腸消化率;另外選用10只體況健康、平均體重(47.43±4.41)kg的杜寒雜交成年公羊分11期進行消化代謝試驗,設11個處理組,其中1個基礎飼糧組和10個試驗飼糧組,試驗組飼糧分別由高粱、玉米、大麥、小麥、燕麥、菜籽粕、花生粕、棉籽粕、豆粕及玉米酒糟(distillers dried grains with solubles, DDGS)等替換基礎飼糧中羊 草、玉米和豆粕,每個處理10個重復,每個重復1只羊,每期飼喂20 d,其中預試期15 d,正試期5 d。試驗羊提前打好耳號,使用伊維菌素進行驅蟲,單欄飼養。由于各組飼糧營養成分存在差異造成采食量不同,在預飼期觀察并確定最低組的采食量作為限喂量,每天飼喂兩次,分別于8:00、16:30飼喂,每次飼喂600 g,自由飲水。采用全收糞尿法測定養分表觀消化率和尿嘌呤衍生物法(purine derivative,PD)測定微生物合成蛋白質(microbial synthetic protein, MCP),通過養分含量或可消化養分建立MP的預測模型。試驗數據采用SAS 9.1中的NLIN程序計算a、b、c值和直線回歸與多元回歸程序分析建立MP估測模型,單因素方差分析(one-way ANOVA, LSD)進行顯著性檢驗結果 飼料的粗蛋白質(CP)瘤胃降解率和UDP小腸消化率均因飼料種類不同而異,高蛋白飼料的CP瘤胃降解率和UDP小腸消化率較高,10種精飼料的CP瘤胃有效降解率的范圍在43.71%—60.87%之間,UDP小腸消化率的范圍在80.10%—92.86%之間,其中燕麥飼料的瘤胃有效降解率顯著高于其他9種飼料 (P<0.001),而其UDP小腸消化率顯著低于其他9種飼料 (P<0.001);飼糧組成不同,各營養物質的表觀消化率不同;瘤胃可降解蛋白質與瘤胃非降解蛋白質比例的變化,不會對全消化道養分的表觀消化率產生顯著影響;本研究中10種飼料的MP與DP的比例范圍在50.96%—62.33%之間,基于飼糧CP(%)含量預測可消化蛋白質(DP,%)的模型是DP=0.895×CP-2.663(R 2=0.994,n=10,P<0.001);基于養分含量(%)和可消化養分(%)建立的MP(g·kg -1 DM)預測模型分別是:MP=5.323×CP-14.374 (R 2=0.994,n=10,P<0.001)和MP=5.899×DP+2.077 (R 2=0.984,n=10,P<0.001)。 結論 飼糧中的粗蛋白質含量與可消化蛋白質存在強相關性;飼糧中概略養分含量和可消化養分與MP存在相關性,可以通過飼糧概略養分含量或可消化養分比較準確地估測精飼料的MP值。

    升溫環境下肉雞體溫和呼吸頻率對熱中性區上限溫度估測
    楊語嫣,王雪潔,張敏紅,馮京海
    中國農業科學. 2019, 52(3):  550-557.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.015
    摘要 ( 168 )   HTML ( 9 )   PDF (499KB) ( 57 )   收藏
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    目的 通過非線性分段回歸模型,分析隨環境溫度逐漸升高,肉雞體表、體核溫度和呼吸頻率開始升高時的環境溫度,即拐點溫度(IPT),估測肉雞熱中性區、熱舒適區的上限溫度。方法 試驗選擇21日齡AA肉雞10只,飼養于人工環境控制艙內。艙內溫度由18℃開始,每0.5 h升高1℃,至33℃維持0.5 h后,逐漸降至20℃,循環3 d。利用微型溫度記錄儀連續監測肉雞體表和體核溫度(每10min記錄1次)。結果 經非線性分段回歸分析,3次(天)估測出的肉雞體表溫度的拐點溫度(IPTST)分別為21.18、21.09、21.13℃,平均21.13℃。肉雞IPTST個體之間的變異較大,3次測定的變異系數分別為6.31、6.15、5.64;而同一只肉雞3次估測的IPTST差別較小,10只雞的變異系數平均為0.52,表明這種估測IPTST的方法重復性較好。肉雞體核溫度的拐點溫度(IPTCT)3次測定的結果分別為27.80、27.98、27.67℃,平均27.82℃。個體之間IPTCT的變異系數為2.82、2.75、2.78,而同只肉雞3次估測的IPTCT變異較小,平均變異系數為0.90,表明這種估測IPTCT的方法重復性較好。肉雞呼吸頻率的拐點溫度(IPTRR)3次測定的結果分別為28.42、29.52、29.25℃,平均29.06℃。由于肉雞在高溫環境下喘息并非持續發生,本試驗呼吸頻率的測定時間過短(每個溫度下每只雞測定了1 min),造成部分肉雞測定的呼吸頻率過低,導致估測的IPTRR偏高。結論 根據熱中性區的定義,3—4周齡肉雞熱舒適區上限溫度即為IPTST(21.13℃),而熱中性區上限溫度應低于IPTCT(27.82℃)。

    家蠶IAP互作蛋白的篩選、鑒定及其對BmNPV增殖的影響
    陳鵬,包希艷,康濤濤,董戰旗,朱艷,潘敏慧,魯成
    中國農業科學. 2019, 52(3):  558-567.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.016
    摘要 ( 123 )   HTML ( 1 )   PDF (2913KB) ( 54 )   收藏
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    目的 細胞凋亡作為昆蟲免疫應答的重要組成部分,在病毒與宿主相互作用的過程中扮演著重要角色,以細胞凋亡相關基因為研究對象對闡明其在病毒感染過程中的作用具有重要的參考價值。本研究旨在篩選家蠶凋亡抑制蛋白(Bombyx mori inhibitor of apoptosis protein,BmIAP)的相互作用蛋白,并驗證其在家蠶核型多角體病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus, BmNPV)侵染過程中與Bmiap的相互調控關系及在BmNPV增殖過程中的作用,為探明宿主與BmNPV相互作用的分子機制提供理論依據。方法 利用免疫共沉淀技術篩選在BmNPV侵染家蠶細胞過程中與BmIAP相互作用的蛋白,對獲得的特異性差異條帶進行LC-MS/MS蛋白質譜分析,根據蛋白分子量大小并利用生物信息學方法對獲得的蛋白進行鑒定,確定候選基因;通過分子克隆技術對候選基因進行克隆,利用SMART在線工具及BioEdit分別對候選基因的結構域進行預測及多序列比對分析;通過免疫熒光試驗驗證BmIAP和候選蛋白的細胞共定位情況,并進一步利用免疫共沉淀驗證它們的相互作用;分別通過真核表達和基于CRISPR/Cas9的基因編輯系統對候選基因進行過表達和敲除,利用qRT-PCR技術檢測相應基因的表達情況,以確定BmiapBmpp5在BmNPV侵染過程中的調控關系;同樣,在過表達和敲除Bmpp5后檢測桿狀病毒Vp39的表達量,以確定Bmpp5對BmNPV增殖的影響。結果 通過免疫共沉淀獲得7個可能與BmIAP相互作用的宿主蛋白和1個BmNPV蛋白,進一步分析確定1個與凋亡相關的候選基因Bmpp5;Bmpp5的開放閱讀框為1 473 bp,編碼490個氨基酸,預測的蛋白分子量約為56 kD,含3個TRP結構域和1個PP2Ac結構域,在昆蟲間具有較高的保守性;免疫熒光檢測證明BmIAP和BmPP5共定位于細胞質中,免疫共沉淀結果表明兩者可以相互作用;在BmNPV侵染過程中,過表達Bmiap后,Bmpp5的表達量顯著上調,而敲除Bmiap后,Bmpp5的表達量顯著下調,表明Bmiap能夠促進Bmpp5的表達;同時,過表達Bmpp5后,Bmiap顯著上調表達,而敲除Bmpp5后,Bmiap顯著下調表達,表明Bmpp5同樣能夠促進Bmiap的表達;過表達Bmpp5能夠促進BmNPV的增殖,敲除Bmpp5能夠抑制BmNPV的增殖,表明Bmpp5的表達利于BmNPV的增殖。結論 鑒定了1個能夠與BmIAP相互作用的蛋白BmPP5,且該蛋白在昆蟲中高度保守;在BmNPV侵染過程中,BmiapBmpp5能夠相互促進,且Bmpp5能夠促進BmNPV的復制增殖。

    研究簡報
    不同來源中國李(Prunus salicina L.)的多樣性與近緣種關系
    魏瀟,章秋平,劉寧,張玉萍,徐銘,劉碩,張玉君,馬小雪,劉威生
    中國農業科學. 2019, 52(3):  568-578.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.017
    摘要 ( 127 )   HTML ( 2 )   PDF (1030KB) ( 66 )   收藏
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    目的 中國李資源豐富、分布廣泛。更好地明晰不同來源中國李栽培品種的多樣性、遺傳結構差異以及與同域近緣種的關系,將有利于明確中國李馴化擴散歷程以及近緣種在栽培馴化過程中的作用,促進中國李地方品種資源的深入挖掘和新品種的選育。方法 利用均勻分布于基因組的22對SSR分子標記,采用熒光毛細管電泳檢測技術對48份種質進行基因分型,其中包括38份不同來源的中國李種質、10份變異類型或近緣種。通過GenAlEx 6.41軟件評估22對SSR引物的多態性,對參試種質按不同來源分析遺傳多樣性;利用NTSYS-pc 2.1軟件構建48份材料的樹狀聚類分析圖;并根據貝葉斯模型的Structure 2.2軟件分析不同居群間的遺傳結構差異。結果 基于48份供試材料的數據,22對SSR引物等位變異范圍為3—21個,平均每個位點檢測到13.54個;總共檢測到298個等位變異,其中有51.8%的等位變異屬于稀有等位變異。在不同居群間進行比較,根據平均有效等位變異(Ne)、平均Shannon’s多樣性指數(I)、觀察雜合度(Ho)和期望雜合度(He)可以看出,南方品種群的多樣性最高,其次為東北品種群;而杏李的多樣性最低,且明顯低于華北品種群。通過分子方差分析,認為中國李的多樣性有69%的遺傳變異來源于居群內,僅有31%的遺傳變異來源于居群間。基于遺傳分化系數和Nei’s遺傳距離的數據比較,認為不同居群間存在顯著的遺傳分化,同時不同地理來源種質間存在適當的基因交流。樹狀聚類分析暗示國外育成品種與我國南方品種群具有較近的親緣關系;而華北品種群與杏李關系密切;東北品種群與烏蘇里李關系緊密。群體結構分析可以將栽培中國李種質資源劃分為南方小果脆肉品種群、南方大果品種群(包括國外育成品種)、華北品種群和東北品種群。結論 我國南方地區中國李的多樣性最為豐富,按東北品種群、國外品種群、華北品種群順序依次降低。東北品種群為了提高適應性融入了烏蘇里李基因;杏李是從華北品種群中高度馴化后的特化類型,且該類型通過無性繁殖保存了其高度雜合性狀態。我國南方江浙地區的大果型種質對國外育成品種起著重要作用。

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