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當期目錄

    2019年 第52卷 第8期 刊出日期:2019-04-16
      
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    中國農業科學. 2019, 52(8):  0. 
    摘要 ( 69 )   PDF (305KB) ( 87 )   收藏
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    作物雄性不育專題
    酮類物質合成酶OsPKS1和OsPKS2對水稻花粉外壁形成的作用
    周雨露,林泓,張大兵,王燦華,余婧
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1295-1307.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.001
    摘要 ( 265 )   HTML ( 80 )   PDF (6571KB) ( 210 )   收藏
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    【背景】植物花粉外圍包裹的花粉外壁作為植物雄性配子的天然保護屏障對植物的生殖發育起到非常重要的作用。植物花粉外壁的主要成分是孢粉素,主要由脂類物質和酚類物質構成。因此,脂類物質和酚類物質的代謝是植物花藥內外壁形成和花粉外壁形成的關鍵步驟。在其合成過程中,PKS1/PKSA/LAP6和PKS2/PKSB/LAP5在不同物種間發揮保守的生化功能。【目的】通過研究水稻OsPKS1OsPKS2在花藥內外壁和花粉外壁發育過程中的作用,為水稻花藥內外壁和花粉外壁合成機理提供新認識。【方法】水稻花藥發育基因共表達網絡AntherNet預測到一個可能參與孢粉素合成的基因OsPKS1,利用CRISPR/Cas9技術在野生型9522背景和突變體ospks2背景下敲除OsPKS1獲得ospks1單突變體和ospks1 ospks2雙突變體。在同一生長條件下比較野生型和突變體植株表型,分析突變體植株的營養生長和花器官發育情況。通過I2-KI染色分析ospks1ospks1 ospks2的花粉活力。通過半薄切片觀察野生型和突變體各個時期花藥四層細胞發育及小孢子發育,利用掃描電子顯微鏡觀察野生型和突變體花藥外壁、花藥內壁和花粉外壁表面的精細結構,利用透射電子顯微鏡觀察野生型和突變體花藥壁細胞、花粉外壁和烏氏體的精細結構。【結果】獲得4個ospks1單突變體和4個ospks1 ospks2雙突變體,其中,ospks1-3是純合的單突變體,ospks1-4 ospks2是純合的雙突變體。ospks1-3ospks1-4 ospks2均呈現雄性不育的表型。ospks1-3ospks2的花粉外壁和烏氏體結構均不正常,但兩者結構不同。ospks1-3花藥表面可形成凸起的外壁結構;絨氈層可正常降解。花粉外壁內部形成大量微小的空洞,柱狀體變短,無法有效連接覆蓋層和花粉外壁內層;烏氏體的底部結構減小,頂部結構增多,并且較野生型更為尖銳。ospks1-4 ospks2花藥外壁角質層減少;絨氈層無法正常降解。小孢子表面無花粉外壁,在11期降解;烏氏體在9期形態異常,數目變少,到11期從絨氈層脫落。【結論】PKS1/PKSA/LAP6PKS2/PKSB/LAP5的功能在多個物種間均保守,可以影響孢粉素的合成和堆積。但在水稻中兩者對于花粉外壁內部結構身碎骨和烏式體形成的功能不同:OsPKS1對柱狀層的形成以及烏氏體的底部結構形成更為重要;而OsPKS2對于覆蓋層的形成以及烏氏體的頂部結構更為重要。兩者互相補充,共同調控花粉外壁、花藥外壁的形成和絨氈層的降解。

    玉米C型細胞質雄性不育花藥不同發育時期的轉錄組分析
    薛亞東,楊露,楊慧麗,李冰,林亞楠,張懷勝,郭戰勇,湯繼華
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1308-1323.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.002
    摘要 ( 232 )   HTML ( 30 )   PDF (2081KB) ( 237 )   收藏
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    【目的】通過分析玉米C型胞質雄性不育“三系”材料花藥不同發育時期的轉錄組數據,以期闡明玉米C型胞質的不育和恢復機制,并解析不育基因與恢復基因之間相互作用的調控網絡,為玉米C型細胞質雄性不育在不育化制種中的利用提供理論依據。【方法】以中國玉米生產上的骨干自交系豫自87-1為背景的C型胞質不育系、保持系、恢復系為材料,通過對3種材料減數分裂的前期Ⅰ、中期Ⅰ及末期Ⅱ(四分體)時期的花藥進行轉錄組測序并利用hisat2、ballgown及DESeq2等工具進行生物信息學分析,尋找三系花藥不同時期、相同時期不同材料間以及發育時序中差異表達的基因,預測C型胞質不育機制與育性恢復的調控網絡;同時通過實時定量PCR對測序分析結果進行驗證;通過酶活測定驗證推測的C型胞質不育及恢復假說。【結果】所有材料的轉錄組測序共產生156.59 Gb的序列數據,比對并組裝共得到53 035個基因;在恢復系與不育系、保持系與不育系以及“三系”花藥不同時期之間共篩選出非重復差異基因5 676個,其中發育階段差異基因4 705個,同時期材料間差異基因2 693個,發育時序差異基因135個。GO分子功能分析顯示ATP和DNA結合相關的基因和鋅離子結合基因得到高度富集;細胞組分中膜基本組分、核內及質膜內的基因得到富集;以DNA為模板的轉錄、轉錄調控、氧化還原及初級代謝等生物學過程中的基因得到富集。KEGG分析表明,差異基因主要富集于氧化磷酸化、碳代謝及糖酵解等能量代謝相關的途徑中。不育系相對保持系而言,多個與氧化磷酸化相關的基因下調表達,而恢復系中不但相應基因的表達水平得到恢復,而且同時協調調節了同一能量代謝途徑中的其他基因,定量分析顯示差異基因的表達差異及趨勢與轉錄組測序結果基本一致。ATP酶活結果表明不育系相比保持系,ATP酶活顯著降低,恢復系中由于恢復基因的作用其活性得到大幅恢復。【結論】玉米C型胞質不育基因引起基因表達變化可能發生在減數分裂中期Ⅰ之后,末期Ⅱ之前;玉米C型胞質不育的形成可能是由于不育基因引起的能量虧損所致,而恢復基因則通過能量補償促使育性得以恢復。

    大豆RN型細胞質雄性不育系雌性育性對異交率的影響
    張井勇,閆昊,彭寶,張春寶,李慧,王鵬年,丁孝羊,林春晶,孫寰,趙麗梅,張偉
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1324-1333.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.003
    摘要 ( 98 )   HTML ( 30 )   PDF (378KB) ( 64 )   收藏
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    【目的】研究RN型大豆細胞質雄性不育系、保持系雌性育性差異,明確RN型大豆細胞質雄性不育系是否存在雌性育性降低的現象,探討不育系雌性育性與異交率的相關性。【方法】首先在200余份RN型細胞質雄性不育系中,依據異交結實率高低,選擇有代表性的不育系及保持系6對;然后通過網室內投放蜜蜂傳粉對不育系進行異交率鑒定,確定不育系的異交率高低水平;再對6份不育系利用同一父本恢復系進行不去雄人工雜交試驗,明確不同異交結實率不育系在接受外來花粉受精結實方面是否存在差異;最后利用同一恢復系作共同父本,通過去雄、不去雄人工平行雜交方法,研究不育系及對應保持系間雜交成活率差異,對6份不育系及6份對應保持系雌性育性進行分析,同時分析不育系異交率與雌性育性的相關性。【結果】網室異交率鑒定表明,供試6份不育系異交率存在顯著差異,最高達49.46%,最低僅15.94%。6份不育系在人工授粉雜交成活率上也存在顯著差異,高異交率不育系(JLCMS101A和JLCMS82A)雜交成活率顯著高于中、低異交率不育系,中異交率不育系(JLCMS9A和JLCMS47A)雜交成活率顯著高于低異交率不育系(JLCMS89A和JLCMS31A)。人工去雄平行雜交成活率,高、中異交率不育系顯著高于低異交率不育系;高、中、低異交率保持系間雜交成活率無顯著差異;雜交成活率在高、中異交率不育系與對應保持系間無顯著差異,而低異交率不育系的雜交成活率顯著低于其對應保持系的雜交成活率。人工不去雄平行雜交成活率,高異交率不育系雜交成活率顯著高于中、低異交率不育系雜交成活率;高、中、低異交率保持系間雜交成活率無顯著差異;高、中異交率不育系的雜交成活率與對應保持系的雜交成活率無顯著差異,而低異交率不育系的雜交成活率則顯著低于其對應保持系的雜交成活率。【結論】在大豆RN型細胞質雄性不育系中,高異交率不育系雌性育性正常,低異交率不育系中存在因雌性育性差而影響正常結實的情況,雌性育性差是造成其異交結實性低的原因之一,不同異交率不育系對應保持系雌性育性均正常;不育系網室異交率與不育系去雄雜交成活率呈極顯著正相關,不育系網室異交率與不育系不去雄雜交成活率也呈極顯著正相關。去雄和不去雄平行雜交結果均可用于鑒定不育系的雌性育性。

    一種簡化的油菜雜交F1種子的生產方法
    楊光圣,辛強,董發明,洪登峰
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1334-1340.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.004
    摘要 ( 148 )   HTML ( 15 )   PDF (309KB) ( 84 )   收藏
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    安全有效的制種方法是油菜雜交種應用的關鍵。通過回交轉育獲得抗(耐)磺酰脲類除草劑的自交不親和系,將其作為雜交種父本。父本因其具有自交不親和特性,自交不結實;因其具有抗(耐)磺酰脲類除草劑特性,在用磺酰脲類除草劑進行母本化學殺雄時,不受化學殺雄劑影響。因此,可以將父本與不育系或者化學殺雄的母本材料混合播種,實現雜交種父、母本的混播混收。通過本文提出的雜交制種方法,只要選育出兼有抗(耐)磺酰脲類除草劑和自交不親和特性的父本,即可進行雜交種的快速組配。該方法將父、母本混播混收,操作簡單,節約了勞動成本,提高了雜交種制種效率。

    棉花細胞質雄性不育的研究與利用
    王學德
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1341-1354.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.005
    摘要 ( 134 )   HTML ( 15 )   PDF (469KB) ( 88 )   收藏
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    棉花具有十分明顯的雜種優勢。雜交棉通常比常規棉增產15%左右,而且在纖維品質、抗病、抗蟲、抗逆境和光合效率等性狀上也有明顯改良。在棉花雜種優勢的利用中,最重要的環節之一是雜交種子的生產(制種)。目前,雜交棉制種常有四條途徑,人工去雄授粉法制種、化學殺雄法制種、利用核雄性不育的“兩系法”制種和利用細胞質雄性不育的“三系法”制種。生產實踐表明,利用棉花雄性不育既可簡化制種又可節省成本,特別是利用棉花細胞質雄性不育系、保持系和恢復系的“三系法”制種,可較有效克服其他制種方法的一些缺點,是最有效的途徑。為此,文章在闡述棉花雜種優勢利用途徑的基礎上,重點綜述棉花細胞質雄性不育的遺傳學、細胞學和生理生化的特點;深入闡述不育細胞質對雜種F1的正/負效應,并就如何培育強恢復系的問題,以培育轉GST的強恢復系為例,探討克服不育細胞質對雜種F1負效應的可能機制;根據棉花為常異花授粉作物和花器具有蟲媒花特征的特點,詳細介紹三系雜交棉制種的親本(不育系和恢復系)選配、地點選擇和環境優化等條件,以及如何綜合優化這些條件提高制種產量的關鍵技術。利用棉花細胞質雄性不育的“三系法”制種,與其他作物比較,在雜種優勢利用中具有4個突出的優點:(1)不育系為無花粉不育類型,育性不受氣候等環境的影響,可保證雜種的純度;(2)棉花開花期長達3個月,不存在制種時花期不遇的現象,制種產量有保證;(3)棉花生態適應性廣,育成的組合可在各地種植,種子產業化效益明顯;(4)可利用種間(海島棉與陸地棉間)雜種優勢。可以預言,基于細胞質雄性不育的三系雜交棉是大有前途的,將是棉花雜種優勢利用的主要途徑。最后,就本領域的發展趨勢,特別是在利用現代生物技術培育新的不育系和恢復系方面進行了初步探討。

    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    夏玉米產量與光溫生產效率差異分析——以山東省為例
    王洪章,劉鵬,董樹亭,張吉旺,趙斌,任佰朝
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1355-1367.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.006
    摘要 ( 190 )   HTML ( 27 )   PDF (611KB) ( 228 )   收藏
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    【目的】研究夏玉米各產量層次之間的物質生產及資源利用能力,量化山東省夏玉米籽粒產量與光、溫資源利用效率的差異,明確農業生產條件和栽培措施對產量差及效率差的貢獻率,探討產量差、效率差協同縮減的可能性,為縮小夏玉米產量差距、提升資源利用效率提供理論依據。【方法】本試驗于2017—2018年在山東省泰安、淄博和煙臺3市進行,針對山東夏玉米生產調研出的問題,在同一地塊采用綜合管理模式,從合理密植、優化肥水、增產增效的角度設計了4種管理模式,模擬超高產水平(SH)、高產高效水平(HH)、農戶水平(FP)和基礎產量水平(CK)4個產量層次,定量分析不同產量層次之間的產量差及光溫資源生產效率差。結合光溫生產潛力分析和作物產量性能分析,探究產量差和效率差的影響因素及縮差增效途徑。【結果】當前山東省夏玉米光溫潛力與超高產水平、超高產水平與高產高效水平、高產高效水平與農戶生產水平、農戶生產水平與基礎產量水平之間的產量差分別為5.85、0.82、1.90、1.35 t·hm -2,光能生產效率差分別為1.74、0.15、0.28、0.45 g·MJ -1,溫度生產效率差分別為1.09、0.10、0.17、0.28 kg·hm -2·℃ -1;當前不可控因素對產量差和光、溫生產效率差的貢獻率分別為58.49%和66.09%,可控因素對產量差和光、溫生產效率差的貢獻率分別為41.51%和33.91%,地域差異因素對產量差、光能生產效率差和溫度生產效率差的貢獻率分別為1.98%、2.49%和3.24%;產量差與光溫資源生產效率差之間有顯著相關性;SH和HH處理較FP處理和CK有較高的地上部生物量、生育期平均葉面積指數(MLAI)和冠層光能截獲率。 【結論】當前山東省夏玉米農戶生產水平與光溫潛力水平之間的產量差、光能生產效率差、溫度生產效率差分別為8.56 t·hm -2、2.17 g·MJ -1、1.35 kg·hm -2·℃ -1,產量與光、溫資源利用效率仍有較大的提升空間。玉米籽粒產量差和光、溫資源利用效率差顯著相關,在現有農戶管理措施的基礎上,應用高產高效管理模式(種植密度增加1.5×10 4株·hm -2,適當增加施肥量,將一次性施肥改為于播種期、大喇叭口期、開花期和乳熟期采用水肥一體化方式分次施肥)能夠縮小產量差距1.90 t·hm -2,提高光、溫資源生產效率14.74%和14.41%,是協同縮差增效的有效技術途徑。

    施肥對高寒荒漠草原區混播人工草地產量和水分利用的影響
    張學梅,馬千虎,張子龍,王自奎,楊惠敏,沈禹穎
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1368-1379.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.007
    摘要 ( 143 )   HTML ( 10 )   PDF (524KB) ( 127 )   收藏
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    【目的】研究燕麥/箭筈豌豆混播及燕麥單播草地產量和水分利用對施肥的響應,以探明混播及施肥影響人工草地水分利用的效應及機理,并提出青藏高原荒漠草原區水分高效利用的栽培草地播種和施肥模式。【方法】大田試驗于2017年和2018年在青海省烏蘭縣金泰牧場開展,試驗設置2個種植方式,分別為燕麥/箭筈豌豆混播和燕麥單播,設置2個施肥水平,分別為高肥(120 kg N·hm -2, 103 kg P2O5·hm -2)和低肥(60 kg N·hm -2, 51.5 kg P2O5·hm -2),共4個試驗處理,完全隨機區組設計。所有處理在春季播種前進行灌溉,生育期無灌溉。試驗測定指標包括主要生育時期人工草地地上生物量、植株氮含量、土壤體積含水量等,計算指標包括牧草生育期內耗水量、干物質水分利用效率和粗蛋白水分利用效率。 【結果】通過混播和施肥均可大幅提高草地產量,2017年和2018年高肥處理干物質產量比低肥處理分別提高34.7%和9.7%,粗蛋白產量分別提高41.3%和20.4%,混播處理干物質產量比單播處理分別提高14.4%和9.2%,粗蛋白產量分別提高74.7%和62.9%。混播高肥處理產量為所有處理中最高,2017年收獲期干物質和粗蛋白產量分別為10 251.7和827.2 kg·hm -2,2018年分別為7 589.3和570.2 kg·hm -2。通過增施化肥增加了草地的水分消耗,同時大幅度提高了草地水分利用效率。2017和2018年兩個生長季中高肥處理牧草耗水量分別比低肥處理增加6.2%和4.3%,干物質水分利用效率提高了21.0%和4.9%,粗蛋白水分利用效率提高了30.1%和17.4%。通過混播也增加了草地的耗水量,對草地的干物質水分利用效率影響不顯著,但大幅提高了蛋白質水分利用效率。2017和2018年混播草地耗水量分別比單播處增加17.9%和9.2%,干物質水分利用效率比單播處理提高-5.9%和0.5%,粗蛋白水分利用效率比單播處理提高46.7%和51.3%。 【結論】通過混播和合理施肥能夠減少土壤水分無效蒸發、促進土壤貯水有效利用,提高栽培草地產量、品質及水分利用效率,推薦在高寒荒漠草原區有春季灌溉條件的草地使用。研究可為我國高寒干旱、半干旱區栽培草地建設和優良飼草生產提供一定的借鑒。

    植物保護
    擬輪枝鐮孢ATMT突變體庫的構建及分析
    孫華,馬紅霞,丁夢軍,李坡,石潔,劉樹森
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1380-1388.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.008
    摘要 ( 112 )   HTML ( 4 )   PDF (1488KB) ( 53 )   收藏
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    【目的】通過建立適用于擬輪枝鐮孢(Fusarium verticillioides)的農桿菌介導遺傳轉化體系,構建綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)標記的擬輪枝鐮孢ATMT(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation)突變體庫,并對突變體庫進行篩選分析,為研究擬輪枝鐮孢在玉米果穗上的侵染途徑和致病的分子機制打下基礎。【方法】篩選頭孢噻肟鈉(cefotaxime sodium,Cefo)和氨芐青霉素鈉(ampicillin sodium,Amp)對根癌農桿菌AGL-1的抑菌濃度和擬輪枝鐮孢對潮霉素B(hygromycin B)的敏感濃度;以含有綠色熒光蛋白基因(GFP)、潮霉素抗性基因(HPH)的穿梭質粒為載體,通過ATMT構建GFP標記的擬輪枝鐮孢突變體庫;利用潮霉素抗性篩選、GFP的特異性引物進行PCR檢測和熒光顯微鏡觀察,檢測分析T-DNA插入情況及轉化子穩定性;從突變體庫中隨機挑選9個轉化子菌株并進行分析,對其產孢量、分生孢子萌發率、致病力等進行測定。【結果】通過農桿菌抑菌試驗發現當Cefo/Amp的濃度為150/150 μg·mL -1時,AGL-1生長受到抑制;當潮霉素B的濃度為150 μg·mL -1時,擬輪枝鐮孢完全喪失生長能力。利用優化后的ATMT轉化獲得了2 465株GFP標記的擬輪枝鐮孢轉化子;轉化子在不含潮霉素B的PDA培養基上連續轉接5代再轉到含潮霉素B的培養基上仍能正常生長,說明HPH成功插入野生型基因組且穩定遺傳;利用GFP特異性引物對轉化子進行PCR檢測,測序結果顯示與NCBI中GFP(登錄號:LC420351.1)的同源性為99.26%,表明GFP已成功整合到野生型基因組中;轉化子菌絲和孢子在熒光顯微鏡下觀察均呈現綠色,而野生型菌株未觀察到任何熒光,表明GFP轉移到擬輪枝鐮孢野生型菌株基因組中,且能夠成功表達。對部分轉化子分析發現,與野生型相比轉化子54的產孢量明顯增多,約為野生型的1.9倍;轉化子24的分生孢子萌發率在相同時間內明顯下降;轉化子13的致病力增強,病害級別達到9級,轉化子33和16致病力減弱為3級,轉化子4致病力最弱為1級,部分轉化子生物學性狀未發生明顯變化。 【結論】構建了農桿菌介導GFP標記的擬輪枝鐮孢突變體庫,篩選分析獲得了產孢量、孢子萌發率、致病力發生變化的突變體,為進一步研究擬輪枝鐮孢侵染玉米果穗的途徑和致病的分子機制打下了基礎。

    飛蝗LmGSTS2的酶學特性及其對馬拉硫磷、 p,p’-DDT的代謝分析
    馬雯,劉嬌,張學堯,申國華,秦雪梅,張建琴
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1389-1399.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.009
    摘要 ( 66 )   HTML ( 8 )   PDF (1008KB) ( 38 )   收藏
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    【目的】將飛蝗(Locusta migratoria)谷胱甘肽硫轉移酶sigma2(glutathione-S-transferases sigma2,LmGSTS2)在大腸桿菌中原核表達后進行純化,研究LmGSTS2的酶學特性,并分析其對馬拉硫磷和p,p’-DDT的代謝作用。結合飛蝗體內LmGSTs2的RNA干擾及殺蟲劑生物學測定,評估LmGSTS2對殺蟲劑的代謝解毒能力,為飛蝗抗性治理及合理施藥提供理論依據。【方法】將LmGSTS2在BL21(DE3)中表達,通過Ni-NTA親和層析對LmGSTS2進行純化,以CDNB為底物檢測LmGSTS2在不同溫度和pH條件下的酶活性變化。在最適條件下(pH=7,27℃),用純化的LmGSTS2蛋白與馬拉硫磷和p,p’-DDT進行孵育,通過超高效液相色譜(UPLC)評估LmGSTS2對馬拉硫磷和p,p’-DDT的代謝解毒能力。進一步將3 μg dsLmGSTs2注入2齡飛蝗若蟲體內,24 h后檢測目的基因LmGSTs2的沉默效率,并結合殺蟲劑生測試驗分析飛蝗對殺蟲劑敏感度的變化。【結果】將LmGSTS2在大腸桿菌中誘導表達,經SDS-PAGE檢測后,發現與兩個對照組pET28a/BL21(DE3)和未誘導的pET28a/BL21(DE3)-LmGSTS2相比,誘導后的pET28a/BL21(DE3)-LmGSTS2總蛋白在25 kD左右出現與目標蛋白大小相符的單一條帶,表明LmGSTS2成功表達。對純化后LmGSTS2蛋白的酶學特性研究結果表明,其最適反應pH范圍為6—8,在pH=7時酶活性達到頂峰;最適反應溫度范圍為25—30℃,27℃時活性最高。在最適條件下,LmGSTS2分別與馬拉硫磷和p,p’-DDT進行孵育。UPLC結果顯示,與3個對照組相比(GSH+insecticide、active LmGSTS2+insecticide及inactive LmGSTS2+GSH+ insecticide),LmGSTS2組馬拉硫磷色譜峰面積分別降低83.6%、84.0%和84.6%,差異顯著(P<0.05),而p,p’-DDT色譜峰面積與對照組相比無顯著變化(P>0.05),說明LmGSTS2可對馬拉硫磷進行代謝,對p,p’-DDT無代謝作用。進一步通過RNA干擾結合殺蟲劑生測在飛蝗體內檢測LmGSTS2蛋白對馬拉硫磷的代謝解毒作用。將靶標基因的雙鏈RNA注入2齡飛蝗若蟲體內,24 h后可使飛蝗體內LmGSTs2表達量抑制96%。飛蝗對馬拉硫磷的敏感度檢測發現,與對照組相比,LmGSTs2基因沉默后飛蝗對馬拉硫磷的敏感度增加,死亡率由29.9%上升至45.2%,表明LmGSTS2參與了馬拉硫磷在體內的代謝解毒過程。【結論】將LmGSTS2在體外進行表達純化,并以CDNB為底物檢測到該酶最適反應條件為pH=7,27℃左右;對馬拉硫磷的體內和體外檢測結果顯示,LmGSTS2參與馬拉硫磷在飛蝗體內的代謝解毒過程;對p,p’-DDT的體外研究結果顯示該酶不參與p,p’-DDT的代謝。

    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    湖南祁陽縣土壤酸化主要驅動因素貢獻解析
    周海燕,徐明崗,蔡澤江,文石林,吳紅慧
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1400-1412.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.010
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    【目的】以湖南省祁陽縣為例,定量化分析整個縣域不同土地利用方式下土壤的致酸因素,為我國的紅壤酸化防治提供理論依據。【方法】通過搜集大量公開發表的文獻、統計年鑒等,獲取施肥量、主要農作物產量和林木生物量,以及地上部不同部位的養分含量等數據,基于經典的H +產生量的計算方法,解析氮循環過程、鹽基離子吸收和酸沉降等三個關鍵過程的相對貢獻大小。 【結果】對于整個祁陽縣域,氮循環(N)過程致酸貢獻率為66.5%(65.3%—68.8%),鹽基(BC)吸收為33.0%(30.1%—34.4%),酸沉降則僅為0.5%(0.3%—1.7%)。無論是農田還是林地,氮循環過程都是產生H +的主要來源,是土壤酸化的主要驅動因素。3種土地利用方式中,單位面積旱地農田的H +凈產量(產酸量)最高,達到19.0 kmol·hm -2·a -1,其次為水田(16.5 kmol·hm -2·a -1),林地的產酸量(3.2 kmol·hm -2·a -1)最低,旱地農田產酸量約為林地產酸量的6倍。6種主要農作物體系產酸量存在很大差異,從10.1 kmol·hm -2·a -1 到 30.0 kmol·hm -2·a -1不等,產酸量從大到小依次為:大豆>油菜>花生>水稻>玉米>甘薯,油料作物(油菜、花生、大豆)產酸量普遍大于糧食作物(水稻、玉米、甘薯)的產酸量;6種不同農作物的氮循環過程和鹽基吸收的致酸貢獻差異較大,氮循環過程致酸貢獻率范圍為45.3%— 78.3%,鹽基吸過程為21.4%—54.2%。7種主要林地體系產酸量也存在很大差異,從2.0 kmol·hm -2·a -1到27.8 kmol·hm -2·a -1不等,柑橘>板栗>油茶林>馬尾松>杉木>竹>濕地松,經濟林(柑橘、板栗、油茶林)產酸量普遍大于用材林(馬尾松、杉木、竹、濕地松)的產酸量;7種林木體系的氮循環過程和鹽基吸收的致酸貢獻率差異較大,氮循環過程致酸貢獻率范圍為46.1%—80.8%,鹽基吸過程為19.0%—53.3%。采用“長期定位試驗+土壤緩沖曲線”相結合的方法驗證了本研究采用的H +產生量的計算方法,土壤pH的模擬值和實測值呈極顯著正相關,均方根誤差(RMSE)為0.15,兩者之間吻合度較高。 【結論】氮循環過程是祁陽縣域土壤酸化的主控因素。土壤酸化過程總產酸量差異和致酸因素貢獻的大小主要取決于土地利用方式、農作物種類和林地類型。

    水氮調控對葡萄園土壤溫室氣體排放及其增溫潛勢的影響
    劉巧,吉艷芝,郭艷杰,張麗娟,張杰,韓建
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1413-1424.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.011
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    【目的】探究不同水氮調控下鮮食葡萄園土壤N2O、CO2和CH4 3種溫室氣體的排放特征及其增溫潛勢,以期了解水氮調控對溫室氣體排放的貢獻,旨在篩選出更為合理的水氮調控管理模式,從而為減緩葡萄園溫室氣體排放,促進葡萄產業可持續生產提供科學依據和技術參考。【方法】于2017年4—12月,選擇在河北省葡萄主產區—昌黎,以鮮食葡萄‘紅地球’為供試葡萄品種,通過田間小區設置傳統水氮、移動水肥、優化水氮和優化水氮+DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸鹽,一種新型的硝化抑制劑) 4個處理,采用密閉靜態箱-氣相色譜法對鮮食葡萄園土壤3種溫室氣體(N2O、CO2和CH4)排放量進行監測,比較其綜合增溫潛勢差異,并測定葡萄產量。【結果】N2O排放通量施肥后呈現單峰趨勢,在施肥灌水后的1—2 d出現峰值。氮肥能顯著提高土壤N2O排放通量,與傳統水氮相比,減氮控水處理能降低73.03%—88.19%的N2O平均排放通量,達到顯著性差異(P<0.05)。等氮條件下配施DMPP能平均降低50.08%的N2O排放通量;各處理CO2排放通量變化趨勢一致,在施肥后2—3 d達到排放高峰,在生長期內表現為季節變化規律。減氮控水處理能減少60.56%—62.13%的CO2排放,達到減排效果;CH4排放通量則無明顯變化趨勢,施肥后CH4排放通量時正時負,其中傳統水氮CH4排放通量波動性較大,范圍在-0.132—0.238 μg·m -2·h -1,減氮控水處理之間變化趨勢平緩,無顯著性差異(P>0.05)。在整個試驗期間,各處理土壤N2O排放總量從高到低依次是傳統水氮、優化水氮、移動水肥和優化水氮+DMPP,分別為3.90、2.83、2.76和2.65 kg·hm -2,排放系數介于0.58%—0.67%。與傳統水氮處理相比,減氮控水處理(移動水肥、優化水氮和優化水氮+DMPP)可使N2O總排放累積量降低27.56%—32.09%;各處理土壤CO2和CH4的累積排放量,分別為傳統水氮(3 816.05 kg·hm -2、0.060 g·hm -2),移動水肥(3 387.33 kg·hm -2、-0.075 g·hm -2),優化水氮(3 410.95 kg·hm -2、-0.036 g·hm -2)和優化水氮+DMPP(3 412.06 kg·hm -2、-0.030 g·hm -2)。減氮控水處理可分別使CO2排放累積量降低10.59%—11.23%,CH4總排放累積量降低150.23%—224.38%。結合葡萄產量,減氮控水處理葡萄產量較傳統水氮處理增加8.81%—19.35%,其中以優化+DMPP處理增幅最大,且比優化水氮和移動水肥處理也高出9.69%和2.25%。 【結論】與傳統水氮相比,優化水氮+DMPP處理土壤N2O、CO2和CH4累積排放量分別降低了32.09%、10.59%和150.23%,總GWP 降低了12.82%,實現了葡萄園溫室氣體減排,同時可使葡萄產量增加19.35%,達到了經濟與環境雙贏,綜合評價為本研究中最佳水氮調控措施。

    園藝
    武夷茶區茶園土壤養分狀況及其對茶葉品質成分的影響
    周志,劉揚,張黎明,許銳能,孫麗莉,廖紅
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1425-1434.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.012
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    【目的】分析烏龍茶主產區武夷茶園中土壤養分狀況及其對茶葉品質成分的影響,為改良茶園養分管理和提升茶葉品質提供理論依據。【方法】本研究在2008年福建省土壤普查數據的基礎上,于2015年在武夷3大茶區,(桐木區、巖茶區和洲茶區)隨機選取68個茶園,包括桐木區12個、巖茶區32個和洲茶區24個,分別采取茶園0—20 cm的土壤和一芽三葉的茶青樣品。檢測土壤pH,有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量等土壤養分指標,同時利用高效液相色譜系統(HPLC)定量測定茶青中的茶氨酸、咖啡堿、蘆丁、ECG、EGCG和總兒茶素等6種次級代謝物含量做品質成分分析。【結果】通過對比2008年和2015年的土壤養分指標,發現近年來,武夷茶區土壤酸化嚴重,部分茶園土壤有效磷含量增加顯著。三大茶區中,巖茶區茶園土壤養分狀況變化最為明顯,其土壤pH、有機質和堿解氮分別下降了0.65、45.29%和49.39%;土壤有效磷含量卻大幅度上升,從5.21 mg?kg -1上升到平均值為245.70 mg?kg -1,上升幅度超過40倍。說明該區域茶園存在過度施肥的現象。土壤養分狀況顯著影響茶葉品質成分,并且不同土壤養分指標對不同品質成分的影響有所不同。通過邊際效應分析,發現各次級代謝物的最高含量都有其對應的土壤養分范圍。在此基礎上,擬合了武夷茶區高品質茶園適宜的土壤養分范圍:pH 4.5—5.0;有機質20—40g·kg -1;堿解氮60—100 mg·kg -1;有效磷10—100 mg·kg -1;速效鉀100—150 mg·kg -1。 【結論】綜合本研究結果,建議武夷巖茶區和洲茶區在養分管理方面,總體采取有機肥取代部分化肥,適量補氮和鉀,嚴格控制磷肥施用等措施。

    食品科學與工程
    聚乙烯膜包裝金針菇冷藏期間的風味變化規律
    馬寧,王超璠,方東路,丁夢婷,姚嘉蕾,楊文建,胡秋輝
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1435-1448.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.013
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    【目的】模擬實際生產中金針菇采后貯藏過程,研究金針菇冷藏期間風味的變化規律,為金針菇的貯藏保鮮提供理論依據。【方法】以聚乙烯膜包裝的金針菇為試驗材料,在溫度4℃、相對濕度90%條件下貯藏15 d,每隔3 d取樣進行分析。金針菇的揮發性風味物質采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術(SPME-GC/MS)和電子鼻技術(E-NOSE)進行檢測;非揮發性風味物質采用高效液相(HPLC)、全自動氨基酸分析儀和電子舌(E-TONGUE)進行檢測。【結果】通過對金針菇風味成分變化動態監測可知,冷藏期間金針菇的主要揮發性成分是醛類和醇類,在貯藏6 d內醛類和醇類的含量均下降,在貯藏末期(15 d)呈上升的趨勢。金針菇冷藏過程中甘露醇和果糖含量在貯藏初期(3 d)分別上升了8.6%、9.9%,在貯藏中期(9 d)、末期(15 d)呈下降的趨勢。檸檬酸含量在貯藏過程中下降了67.9%。琥珀酸含量在貯藏初期(3 d)有所下降,貯藏中期(9 d)含量上升了17.94%,貯藏末期(15 d)含量下降了17.61%。5′-AMP、5′-IMP含量的變化趨勢一致,在貯藏中期(9 d)含量有所上升,貯藏末期(15 d)含量均下降。鮮味氨基酸的含量在貯藏初期(3 d)呈下降的趨勢,貯藏中期(9 d)變化不明顯,貯藏末期(15 d)呈上升的趨勢。【結論】隨著貯藏時間的延長,根據風味成分的變化規律可以有效區分不同貯藏期的金針菇樣品,實現對金針菇樣品品質的快速檢測,為金針菇品質的控制和風味的保持提供科學依據。

    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    蘇淮豬抗腹瀉MUC13基因rs319699771位點多態性 及其與經濟性狀的關聯
    劉晨曦,王彬彬,蒲廣,張倩,曹旸,王歡,高琛,牛培培,李平華,黃瑞華
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1449-1457.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.014
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    【背景】MUC13基因是調控致使仔豬斷奶前腹瀉的產腸毒素大腸桿菌F4ac感染的主效基因,該基因上rs319699771位點(G/A突變)能準確鑒別易感和抗性個體,其中GG型是抗腹瀉基因型,蘇淮豬抗腹瀉性能分子選育是通過選留GG型個體來實現。但在選留抗腹瀉GG型個體時是否會對蘇淮豬其它重要經濟性狀如生長、胴體、肉質產生不利影響尚未明晰。【目的】旨在分析該位點是否與其它性狀關聯,以確定基于MUC13基因rs319699771位點抗腹瀉性能的分子選育是否會對蘇淮豬其它經濟性狀產生不利影響。【方法】以313頭體重為87.61±0.54 kg的蘇淮育肥豬為試驗動物,屠宰測定其胴體和肉質性狀,以261頭日齡為161.1±0.5 d蘇淮后備豬為試驗動物,測定其生長、體尺性狀,同時采集相應蘇淮育肥豬和后備豬群耳組織樣提取組織DNA,經過多重PCR反應進行MUC13基因rs319699771位點多態性檢測,采用SAS軟件中一般線性模型分析MUC13基因rs319699771位點多態性基因型和蘇淮豬肉質、胴體和生長性狀的關聯性。【結果】MUC13基因rs319699771位點多態性檢測結果顯示,蘇淮豬育肥群公、母豬群體MUC13基因rs319699771位點的抗腹瀉G等位基因頻率分別為0.695和0.634,抗腹瀉優勢GG型頻率在蘇淮豬育肥群公、母群體中分別為0.467和0.373;該位點抗腹瀉G等位基因頻率在蘇淮后備群公、母豬群體分別為0.690和0.705,抗腹瀉優勢GG型頻率在后備群公、母豬群體中分別為0.508和0.480,說明蘇淮豬抗腹瀉等位基因頻率較高,通過分子選育提升蘇淮豬抗腹瀉GG型頻率的可行性強。MUC13基因rs319699771位點多態性與蘇淮豬經濟性狀關聯分析結果顯示:育肥豬群體該位點多態性與胴體、肉質性狀均無顯著關聯(P>0.05),可見在蘇淮豬育肥豬群體內加大對抗腹瀉MUC13基因rs319699771位點的選育不會影響到蘇淮育肥豬的胴體和肉質性狀;蘇淮后備豬群體該位點多態性與腿臀圍指標存在極顯著關聯(P<0.01),該位點GG型個體腿臀圍平均比比AG型個體腿臀圍長1.46 cm,比AA型個體腿臀圍長3 cm;與日增重和結測體重的關聯性分析有關聯趨勢(P<0.10),GG型個體相較于AA、AG型個體有提升趨勢,對于這三個性狀來說,有利基因型都是GG型,說明選留該位點GG型進行蘇淮后備豬抗腹瀉選育的同時還可以提升蘇淮后備豬生長相關性狀。【結論】據此,蘇淮豬群體MUC13基因rs319699771位點抗腹瀉等位基因頻率較高,進行抗腹瀉選育的可行性強,同時對于蘇淮豬群體,不僅可通過選留提升MUC13基因rs319699771位點GG型頻率來提高抗腹瀉能力,還能同時實現對蘇淮豬群腿臀圍、日增重的選育提升。

    畜禽場空氣污染物檢測技術綜述
    汪開英,吳捷剛,趙曉洋
    中國農業科學. 2019, 52(8):  1458-1474.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.015
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    隨著畜禽養殖集約化程度的提高,高密度、集約化的畜禽養殖引起的畜禽養殖場空氣污染問題日益突出,畜牧業已成為我國空氣污染的重要來源之一。畜禽場排放的氨氣(NH3)、硫化物(H2S)、顆粒物(particulate matters,PM)和揮發性有機物(volatile organic compounds,VOCs)等空氣污染物不僅對畜禽場人畜健康造威脅,還會擴散到周圍環境中形成大氣污染。科學適用的空氣污染物檢測方法和技術是研究和控制畜禽場空氣污染的前提。文章對國內外畜禽場的NH3、H2S、溫室氣體、PM以及惡臭等主要空氣污染物的檢測方法與技術進行了介紹與分析。以NH3、H2S為代表的畜禽場有害氣體檢測方法主要有化學分析法、半導體氣體傳感器檢測法、光譜法、質譜法與氣相色譜法,其中,濕化學法靈敏度高,成本低,可以準確獲取氣體濃度,但檢測費時費力,且無法實時在線檢測;氣體檢測管法成本較低,操作簡單,但誤差相對較大;電化學傳感器法靈敏度較高,成本適中,可以連續檢測氣體濃度,但存在裝置易老化、使用壽命較短等缺陷;光譜法、質譜法以及氣相色譜法可快速準確檢測氣體,但檢測儀器昂貴,使用成本較高,不適合生產性畜禽場的常規檢測。文章主要介紹與分析了反芻動物腸道發酵、畜禽舍、糞污貯存與處理過程中溫室氣體CH4、CO2、N2O的檢測方法和技術。畜牧業溫室氣體排放隨時間、季節和采樣點等不同而不斷變化,實現畜牧業溫室氣體的精確監測較為困難,目前仍未有國際通用的檢測方法與測量標準,畜牧業溫室氣體檢測方法與技術及其標準研究亟待開展。文章從物理特征、化學特征及生物特征三個方面對畜禽場排放的顆粒物檢測方法與技術進行了綜述。畜禽場PM成分復雜,其吸附的NH3、惡臭化合物、微生物的影響有待評估,因此亟待完善PM的物理、化學和生物成分的檢測方法與技術,以獲取畜禽場PM的全面特征信息。文章對畜禽場的主要惡臭物質成分和惡臭感官的檢測方法與技術進行了綜述。相比氣相色譜-質譜聯用法,采用專業嗅辨人員對惡臭濃度進行嗅辨分析的方法成本更高,且主觀性較強。但氣相色譜-質譜聯用技術無法僅憑借氣體樣品確定所有氣態有機化合物,同時難以確定引起惡臭的化合物種類。因此結合氣相色譜與動態嗅覺儀可更全面的分析惡臭樣品指標。文章還對國內外畜禽場空氣污染物(包含有害氣體、溫室氣體、顆粒物以及惡臭物質)的主要檢測方法與技術進行綜述,以期為我國畜禽養殖業的空氣污染物檢測技術的研發與應用提供參考。

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