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當期目錄

    2019年 第52卷 第14期 刊出日期:2019-07-16
      
    目錄
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    中國農業科學. 2019, 52(14):  0. 
    摘要 ( 24 )   PDF (336KB) ( 47 )   收藏
    相關文章 | 多維度評價
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    遲播早熟高產小麥新品種的培育
    高德榮,王慧,劉巧,朱冬梅,張曉,呂國鋒,張曉祥,江偉,李曼
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2379-2390.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.001
    摘要 ( 200 )   HTML ( 24 )   PDF (400KB) ( 211 )   收藏
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    【目的】研究小麥品種(系)播種-拔節和開花-成熟2個階段發育特性,探討在育種中聚合兩端快速發育特性的可能性,為長江中下游麥區選育遲播早熟高產品種提供依據。【方法】在2012—2013和2013—2014年,通過比較共計18個小麥新品系及生產上部分推廣品種的冬前及越冬期單株葉片數、莖蘗數,籽粒灌漿特性相關指標等,篩選具有兩端快速發育特性的品種(系);2014—2015年,在適期播種(11月5日)和遲播(11月19日)條件下,研究揚麥16和其他4個品種不同生育時期群體結構(莖蘗數、葉面積指數、干物質積累量)和產量及其構成的差異,分析具有兩端快速發育特性品種揚麥16遲播高產的生長發育機理。【結果】2012—2013年,富F101冬前及越冬期葉片數、莖蘗數均較高,顯著高于鎮10216,具有前端快速發育特征,但后期灌漿速率較慢;寧09-118和鎮10216最大灌漿速率、平均灌漿速率較高,灌漿持續時間長,粒重顯著高于其他品種,具有后端快速發育特征,但前期生長發育較慢。2013—2014年,富F101冬前及越冬期莖蘗數均表現較高,鎮10216最大灌漿速率、平均灌漿速率均最高,理論粒重最大,2個品系繼續分別表現出前端和后端快速發育特性;揚麥16冬前莖蘗數高于富F101,越冬期莖蘗數與富F101無顯著差異;后期最大灌漿速率大于2.0 mg/(粒·d),與鎮10216差異不顯著,且平均灌漿速率較高,較好地結合了兩端快速發育的特性。2014—2015年,遲播條件下,揚麥16越冬期莖蘗數、葉面積指數及干物質積累量均表現最大,顯著高于寧麥13;在適期播種條件下,揚麥16產量低于揚麥22,與揚麥20、揚麥23和寧麥13差異不顯著,但在遲播條件下產量顯著高于揚麥20、寧麥13,與揚麥22、揚麥23無顯著差異,與適期播種相比減產幅度最小,減產5.2%,千粒重高而穩定,達40 g以上。【結論】品種間兩端快速發育特性存在顯著差異,結合兩端快速發育特性的品種能夠實現遲播高產,同時保證適期播種取得較高產量。揚麥16冬前生長發育快,越冬期能保持一定生長量及分蘗發生量;快速灌漿持續時間長,平均灌漿速率、峰值灌漿速率大,粒重高;遲播早熟高產,這是其大面積推廣的重要原因。

    玉米花期根系結構的表型變異與全基因組關聯分析
    張小瓊,郭劍,代書桃,任元,李鳳艷,劉京寶,李永祥,張登峰,石云素,宋燕春,黎裕,王天宇,鄒華文,李春輝
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2391-2405.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.002
    摘要 ( 152 )   HTML ( 12 )   PDF (5010KB) ( 182 )   收藏
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    【目的】根系作為植株吸收水分和養分的重要器官,對玉米生長及產量的形成至關重要。研究玉米根系結構的遺傳機制指導玉米高產育種實踐。【方法】以111份玉米優異自交系為材料,于2017年在北京、陜西永壽、山西定襄和河南原陽4個環境下對玉米地下節根層數(RLN)、地下節根總條數(TRN)、地下節根角度(RA)、地下節根面積(RS)、地下節根體積(RV)和地下節根干重(RDW)等6個玉米根系相關性狀進行調查。取4個環境的平均值作為6個根系相關性狀的表型數據,對6個相關性狀進行統計分析和相關性分析,對不同年代、不同類群自交系的地下節根相關性狀進行差異分析。基于該群體全基因組152 352個高質量SNP標記,利用FarmCPU模型進行全基因組關聯分析獲得顯著關聯SNP位點,并在LD衰減距離范圍內查找候選基因,對候選基因的功能進行富集分析。【結果】表型分析表明,6個地下節根性狀均呈現正態分布,且均顯示出較高的遺傳力;相關性分析結果表明,地下節根層數和總條數均與地下節根角度和面積呈負相關,地下節根的角度、面積、體積和干重等4個性狀之間相互呈現顯著正相關關系;不同年代的玉米地下根系結構存在差異,地下節根層數和總條數在年代的更替間表現出下降的趨勢,地下節根角度和面積在年代更替間表現出上升的趨勢,根干重和根體積在各年代間無顯著差異;玉米地下根系結構在類群間也存在差異,旅大紅骨類群的6個地下節根性狀值均高于其余類群。全基因組關聯分析共檢測到26個SNP位點與地下節根層數、總條數、體積和干重性狀顯著關聯(P<0.00001),其中11個顯著關聯位點定位于前人報道的根系QTL區間內,2個顯著關聯SNP在地下節根層數和總條數中均被檢測到。基于顯著關聯SNP位點共挖掘到177個候選基因,其中135個具有功能注釋,Zm00001d037368可能為控制地下節根層數和總條數的一因多效候選基因。候選基因功能的富集分析結果顯示,候選基因的功能主要涉及植物體內的代謝調節、應激反應、運輸活性、催化活性、結合蛋白及細胞成分等。【結論】玉米自交系的根系結構在不同年代間和不同類群間存在不同程度的差異,采用全基因組關聯分析策略挖掘控制玉米根系結構的相關遺傳位點及候選基因,共檢測到26個顯著關聯的SNP位點。

    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    東北地區秸稈生物炭利用潛力、產業模式及發展戰略研究
    張偉明,陳溫福,孟軍,金梁,郭偉,趙洪亮
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2406-2424.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.003
    摘要 ( 96 )   HTML ( 15 )   PDF (898KB) ( 97 )   收藏
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    東北地區耕地廣袤、秸稈資源量巨大,作為戰略性新興產業,生物炭技術及其產業化有助于系統綜合解決東北地區存在的秸稈焚燒、利用及土壤退化等突出問題,是當今研究領域熱點。本文在系統分析近20年東北秸稈資源動態變化、可利用資源量及發展趨勢基礎上,探討了東北地區秸稈生物炭利用的資源基礎、技術途徑及發展潛力,從產業化視角綜合分析評述了東北秸稈生物炭產業發展的基礎、條件與優勢、市場及開發潛力等,認為東北地區秸稈生物炭利用的資源豐富,產業化條件成熟,發展潛力與空間巨大,對促進東北秸稈資源化高效利用、耕地質量提升及農業可持續發展具有重要意義和價值,并結合農業、經濟和社會發展實際,構建了基于全產業鏈的東北秸稈生物炭產業模式,提出了東北生物炭產業發展建議,旨在為解決東北地區秸稈處理和農業生產現實問題,促進生物炭產業健康、穩定發展提供參考。

    不同灌溉條件下冬小麥冠層含水量的光譜響應
    孫乾,顧曉鶴,孫林,王淼,周龍飛,楊貴軍,李衛國,束美艷
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2425-2435.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.004
    摘要 ( 142 )   HTML ( 15 )   PDF (1406KB) ( 187 )   收藏
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    【目的】尋找快速、無損地診斷冠層含水量的方法,對冬小麥長勢監測、旱情評估及變量灌溉提供技術支持。【方法】基于田間變量灌溉試驗,分析生育期、灌溉量對冬小麥冠層含水量的影響,解析冠層光譜對不同灌溉處理下冠層含水量的響應規律,以冠層等效水厚度(EWTc)為表征指標,基于連續小波變換(CWT)技術,構建冬小麥冠層等效水厚度光譜診斷模型,利用獨立樣本驗證模型精度。【結果】冬小麥冠層等效水厚度在生育后期均隨著灌溉量的增多而增加,并隨著生育進程的推進而減少;冬小麥冠層光譜反射率隨著生育進程的推進而降低,在近紅外和中紅外波段冠層光譜反射率均表現為1水>0.5水>0水;與原始冠層光譜反射率相比,經連續小波變換后的小波系數與冠層等效水厚度相關性在第1、2、3、5、6、7分解尺度均有不同程度的提高,提高幅度在8.40%—26.20%;以第6尺度2 400 nm、第2尺度1 596 nm和第7尺度2 397 nm構建的冠層等效水厚度光譜診斷模型穩定性和精度較好,驗證樣本決定系數R 2為0.5411,RMSE為0.0127 cm。【結論】冬小麥冠層含水量隨著灌溉時間與灌溉量發生規律性變化,在水分敏感波段范圍內呈現明顯的光譜響應特征,連續小波變換技術可以有效提高冠層光譜特征參量與冠層等效水厚度的相關性,實現冬小麥冠層含水量光譜診斷,可以為冬小麥田間變量灌溉決策提供技術支持。

    植物保護
    中國野生毛葡萄芪合成酶基因表達與抗白粉病分析
    劉夢琦,吳鳳穎,王躍進
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2436-2449.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.005
    摘要 ( 92 )   HTML ( 6 )   PDF (5684KB) ( 74 )   收藏
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    【目的】葡萄是世界性重要果樹,歐洲葡萄品種因其優質高產被廣泛栽培,但其突出缺點是抗病性弱,尤其易受白粉病危害。葡萄中芪合成酶(stilbene synthase,STS)的代謝產物白藜蘆醇是植物體內具有抗病功能的植保素,果實中的白藜蘆醇對人具有保健作用。中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’抗病性強且白藜蘆醇含量高。論文旨在研究中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’芪合成酶基因(STS)及其功能,應用于抗病育種來提高歐洲葡萄抗病性及果實中芪類物質含量。【方法】同源克隆中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’芪合成酶基因VqSTS26VqSTS32,構建pCAMBIA35S::VqSTSs::GFP過表達載體;以器官發生途徑誘導的無核白分生愈傷組織作為受體材料,采用農桿菌介導法進行遺傳轉化,獲得轉基因葡萄植株;分別從轉錄水平和代謝產物水平比較轉基因與野生型無核白在自然生長條件與人工接種葡萄白粉病菌(Uncinula necator)誘導下STS表達及芪類物質產生與積累的差異;通過顯微觀察白粉病菌在轉基因與野生型無核白葉片上的生長發育進程,統計孢子萌發、菌絲生長與分生孢子梗形成數目,對轉基因植株進行抗病性分析。【結果】通過PCR檢測和Western blot鑒定,獲得了穩定轉化VqSTS26植株8株和穩定轉化VqSTS32植株5株。在自然生長條件下實時熒光定量PCR分析表明VqSTS26VqSTS32轉基因無核白STS的表達量顯著提高,芪合成酶上游基因PAL與下游基因RSGT的表達量上調,而與芪合成酶存在底物競爭關系的CHS表達下調;液相色譜分析表明芪類物質主要以糖苷的反式云杉新苷形式存在,VqSTS26VqSTS32轉基因無核白芪類物質的含量極顯著高于野生型無核白。STS的表達及其產物合成受白粉病菌誘導,隨白粉病菌誘導,STS表達量在1—2 dpi時顯著升高,至7 dpi時表達量達最高;誘導表達產生的芪類物質由原來的反式云杉新苷新增加了反式白藜蘆醇和葡萄素,且含量增加;轉基因植株在STS表達量、芪類物質的積累方面均極顯著高于野生型無核白。顯微觀察白粉病菌在葡萄葉片上的生長發育狀態,對比野生型無核白,轉基因植株白粉病菌生長受到抑制,菌絲發育更遲,7 dpi時轉基因葡萄葉片上的分生孢子梗數量低于野生型無核白。【結論】過表達中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’VqSTS26VqSTS32可以提高無核白中STS的表達量,促進芪類物質的形成與積累,抑制轉基因無核白葉片上白粉病菌的生長。因此,中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’與其攜帶的STS及其產物,是定向改良歐洲葡萄品種白粉病抗性與芪類物質含量的重要種質資源與基因資源。

    整合微生物組菌劑的提出、研發與應用
    劉波,陳倩倩,王階平,阮傳清,陳燕萍,夏江平,車建美,陳崢,潘志針,文笑,朱育菁,張海峰,鄭雪芳
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2450-2467.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.006
    摘要 ( 105 )   HTML ( 9 )   PDF (2603KB) ( 92 )   收藏
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    【目的】利用微生物發酵床作為發酵槽,豬糞氮素連續流加中溫好氧發酵,將通過宏基因檢測鑒定到的微生物組稱為整合微生物組,生產高含菌量整合微生物組菌劑,作為植物病害生防菌劑。【方法】生產工藝:原料配制→發酵床發酵→豬糞氮素連續流加→好氧發酵控制→產品加工→產品包裝等。生產技術:利用養豬使用1年以上的微生物發酵床,添加一層10 cm厚的30%豆餅粉+70%杏鮑菇菌糠墊料,每平方米1頭豬作為豬糞氮素連續流加營養來源,每天翻耕1次,連續好氧發酵20 d后,取出上層20 cm的墊料,進入晾曬、粉碎、分篩、包裝,加工成整合微生物組菌劑。【結果】整合微生物組菌劑產品技術指標:含水量29.74%,pH 7.56,有機質含量44.46%,全氮含量2.23%,腐殖酸含量11.20%,粗纖維含量14.06%,含菌量145×10 8cfu/g。宏基因組測定結果表明,菌劑樣品序列(reads)條數平均值為99 701.75,每克菌劑含有細菌39門、96綱、189目、383科、786屬、1 281種;其中,芽孢桿菌46種,9種為中國新記錄種,即:①嗜氣芽孢桿菌(Bacillus aerophilus)、②蚯蚓芽孢桿菌(Bacillus eiseniae)、③絲狀芽孢桿菌(Bacillus filamentosus)、④柯赫芽孢桿菌(Bacillus kochii)、⑤根際芽孢桿菌(Bacillus rhizosphaerae)、⑥長型賴氨酸芽孢桿菌(Lysinibacillus macroides)、⑦淤泥大洋芽孢桿菌(Oceanobacillus caeni)、⑧拾蛤鳥氨酸芽孢桿菌(Ornithinibacillus scapharcae)、⑨海洋枝芽孢桿菌(Virgibacillus oceani);未發現豬細菌病原。可培養法分離的芽孢桿菌活菌數2.062×10 8cfu/g,宏基因組測定結果中,芽孢桿菌的總豐度為1.42%,以此推算菌劑有效細菌總含量145×10 8cfu/g。整合微生物組菌劑浸出液處理組的綠豆發芽率為96.67%,與清水對照組無顯著差異(P>0.05),但胚根長比對照增加了58.08%。用5%—10%的菌劑配制成育苗基質,番茄出苗率提高了3.0%,株高增加了25.1%,對番茄青枯病的校正防治效果可達79.41%。整合微生物組菌劑的產品質量標準參考農業農村部生物有機肥標準(NY884-2012),初步確定為:有機質≥40%,含水量≤30%,pH 5.5—7.5,糞大腸菌群數≤100個/g,蛔蟲卵死亡率>95%,有效期>6個月;重金屬含量滿足標準要求:砷<15 mg·kg -1,鎘≤15 mg·kg -1,鉛≤15 mg·kg -1,鉻≤15 mg·kg -1,汞≤15 mg·kg -1;有效活菌數調整為:總細菌數≥30×10 8cfu/g,其中芽孢桿菌≥2×10 8cfu/g。 【結論】提出了整合微生物組菌劑的概念和產品技術標準。研發的整合微生物菌劑可促進種子根部生長,并對番茄青枯病有良好的防治效果。

    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    典型紅壤不同形態氮素遷移對長期施肥制度的響應
    申鳳敏,姜桂英,張玉軍,劉芳,劉世亮,柳開樓
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2468-2483.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.007
    摘要 ( 91 )   HTML ( 6 )   PDF (559KB) ( 92 )   收藏
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    【目的】基于長期定位試驗,探討典型紅壤水稻土不同施肥制度下不同形態土壤氮素遷移特征,為紅壤水稻土氮肥合理施用提供理論依據。【方法】選取始于1981年的進賢紅壤長期定位試驗站4個典型施肥處理,分別為不施肥對照(CK)、施氮磷鉀肥(NPK)、氮磷鉀配施秸稈(NPKS)、氮磷鉀配施有機肥(NPKSM),測定并分析0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm和40—60 cm土層土壤全氮(TN)、堿解氮(AN)、硝態氮(NO3 --N)、銨態氮(NH4 +-N)、可溶性有機氮(DON)和微生物生物量氮(SMBN)變化特征。 【結果】不同處理不同形態氮素基本均隨土層加深呈下降趨勢,但不同形態氮素在不同層次下降特征不同。其中有效態氮,如AN、NO3 --N、NH4 +-N、DON和SMBN主要集中分布在0—20 cm土層,且20—60 cm土層含量較0—20 cm明顯降低;而TN在表層0—40 cm土層變化不明顯。與CK相比,施肥處理可不同程度地提高0—60 cm各土層各形態氮素含量。其中NPKSM處理顯著提高各形態氮素含量,其次為NPKS和NPK處理。相同處理下,TN在0—40 cm土層變化不明顯;但在0—60 cm土層TN含量均表現為NPKSM>NPKS>NPK>CK。各處理AN含量隨土層深度增加降低幅度顯著,其中,20—40 cm土層AN含量相比10—20 cm土層分別降低了42%(CK)、50%(NPK)、44%(NPKS)、44%(NPKSM)。各處理不同土層NO3 --N和NH4 +-N含量均以NPKSM處理顯著高于其他處理;其中40—60 cm土層中NO3 --N和NH4 +-N與0—10 cm土層相比,NH4 +-N含量下降幅度更大,分別為51%(CK)、48%(NPK)、54%(NPKS)、36%(NPKSM),且NO3 --N和NH4 +-N均以NPKS處理下降幅度最大,NPKSM處理最小。各處理DON含量在0—20 cm土層差異顯著,且均以化肥與有機肥配施處理顯著高于其他處理;CK和NPK處理40—60 cm土層的DON含量較20—40 cm略有增加,但NPKS和NPKSM處理則顯著降低。各處理SMBN在10—20 cm土層差異最大,表現為NPKSM>NPKS>NPK>CK。相同處理下各形態氮素占TN的比例隨土層深度的增加而下降,其中在0—20 cm土層各比例變化較明顯;整體上NPKS與NPKSM處理的SMBN占TN比例較高,為2%—4%。耕層土壤(0—20 cm)的TN、AN、NO3 --N、DON和SMBN兩兩之間均存在顯著的正相關關系(P≤0.05),其中TN、DON、AN與SMBN之間存在極顯著正相關關系(P≤0.01)。施肥處理(NPK、NPKS、NPKSM)較不施肥處理(CK)可顯著提高早、晚稻稻谷、稻草產量和總生物量及其相應的氮吸收量,其中以NPKSM處理最高;但NPKSM處理的無機氮殘留量及氮表觀損失也顯著高于其他處理。 【結論】不同施肥處理對各形態氮素的影響主要集中在土壤耕層(0—20 cm),且各形態氮素含量整體上隨土層深度的增加而降低,化肥與有機肥配施可以更好改善紅壤區各土層氮素的供應情況;同時化肥與有機肥配施能顯著提高作物產量及其氮吸收量,但也增加了其無機氮殘留量及氮表觀損失量。

    長江中下游稻區不同水旱輪作模式和氮肥水平 對稻田CH4排放的影響
    劉少文,殷敏,褚光,徐春梅,王丹英,章秀福,陳松
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2484-2499.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.008
    摘要 ( 91 )   HTML ( 5 )   PDF (554KB) ( 146 )   收藏
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    【目的】明確長江中下游稻區不同水旱輪作模式與氮肥水平對稻田CH4排放的影響。【方法】以2003年至今的4種水(水稻)旱輪作長期定位試驗為基礎(分別為水稻-休閑(RF),水稻-紫云英(RC-G),水稻-小麥(RW)和水稻-稻草覆蓋種植馬鈴薯(RP)),并設置3個氮肥水平,分別為N0(0)、N1(142.5 kg N·hm -2)和N2(202.5 kg N·hm -2)。于2016—2017利用靜態箱-氣象色譜法,在田間采集并測定水稻生長季CH4排放。 【結果】(1)輪作模式與氮肥互作對稻田CH4排放的影響主要集中在移栽后7—30 d內,其CH4累積排放量約為整個生育期的51.9%—72.3%。(2)輪作模式與氮肥水平對稻田CH4排放存在顯著的互作效應;N0水平下,冬季作物栽培(包括RP、RW和RC-G)顯著提高稻季CH4累積排放量,與RF相比分別增加74.1%—145.1%、68.5%—109.9%和56.4%—108.6%。(3)增施氮肥(N1和N2)后,CH4排放對輪作模式的響應出現分化。其中,RF、RP和RW模式下稻季CH4排放量隨氮肥施用量的增加而逐漸增加;N2水平下,RP、RW和RF的CH4累積排放量分別為51.2—55.8、45.3-51.5和25.0—30.5 g·m -2,分別比N0水平提高23.0%—38.4%、26.7%—33.7%和35.3%—43.5%;而與N1相比,則提高9.9%—19.7%、20.8%—23.1%和17.4%—18.8%。而RC-G模式下則表現為增施氮肥一定程度上降低了稻季CH4排放;與N0相比,N1和N2下稻季CH4累積排放量分別降低20.7%—42.4%和10.6%—16.6%。(4)進一步解析與土壤CH4排放相關微生物菌群產甲烷菌(mcrA)和甲烷氧化菌(pmoA)豐度變化,發現N0水平下秸稈及綠肥全量還田能夠顯著增加產甲烷菌和甲烷氧化菌豐度;相關微生物對氮肥的響應機制因輪作模式而有所差異,增施氮肥促進產甲烷菌的增殖,卻抑制了甲烷氧化菌的生長,但其變化幅度因輪作處理而有所不同。隨著氮肥增施,RP、RW和RF的mcrA豐度增加191.4%、160.6%和143.3%,而RC-G則僅有62.6%。(5)另外,隨著氮肥施用量的增加,RF、RP和RW模式下mcrA/pmoA比值增加,其增加比例分別為71.4%—141.1%、197.1%—258.2%和84.6%—165.5%,而RC-G則相反,下降26.8%—42.3%。其變化規律與CH4排放基本一致。 【結論】稻田系統中秸稈還田C/N的相對含量可能是干擾氮肥水平對稻田CH4排放作用的關鍵,當系統中碳冗余時,相關微生物活性受到土壤中有效氮制約,投入無機氮可以減輕氮的限制作用從而顯著提高CH4排放;而碳不足時,繼續投入無機氮,相關微生物繁殖由于受到土壤中有限碳源的限制其活性也會受到抑制,CH4排放相對減少。

    園藝
    葡萄SAP家族的鑒定與表達分析
    丁蘭,顧寶,李培楹,舒欣,張劍俠
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2500-2514.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.009
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    【目的】通過生物信息學分析明確SAP(Stress Associated Protein)家族在葡萄基因組中的數量、結構,利用qRT-PCR技術分析SAP家族的生物節律和在激素、非生物脅迫處理下的表達模式,為進一步探究SAP家族在葡萄中的作用奠定基礎。【方法】在前期從山葡萄‘雙優’(Vitis amurensis cv. Shuangyou)和歐洲葡萄‘紅地球’(Vitis vinifera cv. Red Globe)0℃寒脅迫下轉錄組數據庫中篩選出表達量明顯上調的基因SAP15基礎上,利用NCBI和葡萄基因組數據庫中的BLAST功能,根據SAP家族的保守結構域,鑒定葡萄基因組中的SAP。利用生物信息學軟件DNAMAN5.0、MEME、GSDS2.0、ExPASy和MEGA6等對VvSAPs序列、基因結構、蛋白質結構、理化性質、染色體定位和進化樹等進行分析。采用qRT-PCR方法檢測VvSAP家族的生物節律和在激素、逆境處理下的表達特征。【結果】從葡萄(Vitis vinifera)全基因組中鑒定得到15個SAP家族成員,均含有AN1保守結構域,大多含有A20保守結構域。按照其保守結構域和在染色體上的位置,依次命名為VvSAP1VvSAP15,可分為Class Ⅰ、Class Ⅱ和Class Ⅲ三類。理化性質分析表明,VvSAP家族編碼氨基酸數目介于109—293,理論等電點分布在7.99—9.68。染色體定位分析發現,該基因家族的15個基因分布于葡萄的9條染色體上,其中第8條染色體上分布最多,有3個VvSAP。亞細胞定位分析表明,VvSAP家族主要在細胞核、葉綠體和細胞骨架中進行表達。VvSAP家族的二級結構主要以無規則卷曲和α-螺旋為主。基因結構分析表明,VvSAP1VvSAP12的DNA序列中均無內含子,VvSAP13VvSAP15的DNA序列中有1個內含子,基因結構高度保守。qRT-PCR分析結果表明,在VvSAP家族成員中,VvSAP1VvSAP9在無處理和各處理下(激素和非生物脅迫)均表達極低或不表達,初步鑒定為假基因。除VvSAP10在400 mmol·L -1 NaCl處理下呈下調表達,其余基因均在50 μmol·L -1 ABA、100 μmol·L -1SA和400 mmol·L -1NaCl處理下呈上調表達,其中,VvSAP10VvSAP14顯著響應50 μmol·L -1 ABA脅迫,處理24 h后相對表達量分別上調為0 h的37.19、36.63、21.69、58.34和267.35倍;VvSAP8VvSAP11在NaCl處理4 h后相對表達量最高,分別為0 h的13.16和12.42倍;在4℃低溫脅迫下,相對表達量上調最高的是VvSAP15,處理后8 h相對表達量為0 h的35.90倍。 【結論】從葡萄基因組中共鑒定出15個SAP家族成員,初步鑒定得出VvSAP1VvSAP9為假基因,15個基因分別分布于9條染色體上,并且結構進化高度保守。所有成員均相響應逆境,且均有晝夜節律變化,但該基因家族成員在不同逆境脅迫下的響應程度和在不同時間點的表達模式存在一定的差異。

    多頭切花菊品種莖、枝特性評價體系構建與品種評價
    馬婉茹,房偉民,王海濱,張飛,陳素梅,陳發棣,管志勇
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2515-2524.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.010
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    【目的】莖、枝特性是切花菊的重要商品性狀,建立多頭切花菊莖、枝特性評價體系,為篩選優良莖、枝特性的品種提供理論指導。【方法】通過對多頭切花菊300個品種的9個與莖、枝特性相關的性狀進行連續兩個年度的觀察記錄,借助專家調查法、層次分析法以及K-Means聚類分析法建立評價體系,并進行品種評價。【結果】應用層次分析法確定了9個性狀的權重值,其中花朵橫向聚攏程度和花朵豎向聚攏程度的權重值最大,均為0.219,其次是花枝角度、莖充實程度,權重值分別為0.123、0.121;綜合9個評價指標,通過K-Means聚類分析法將300個品種劃分為4個等級,62個品種為優秀、114個品種為良好、80個品種為一般、44個品種為較差,分別占比為20.7%、38%、26.7%、14.6%。【結論】運用專家調查法、層次分析法和K-Means聚類分析法構建出的評價體系可以有效的對多頭切花菊品種莖、枝特性進行評價分級,篩選出的優良品種可以在生產中推廣應用。

    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    福清山羊與努比亞黑山羊背最長肌比較轉錄組分析
    劉遠,李文楊,吳賢鋒,黃勤樓,高承芳,陳鑫珠,張曉佩
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2525-2537.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.011
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    【目的】研究福清山羊與努比亞黑山羊背最長肌組織轉錄組差異表達水平,為地方山羊品種肉質、生長性狀的遺傳機制和遺傳改良提供理論基礎。【方法】分別測定周歲內羯羊育肥的福清山羊與努比亞黑山羊日增重(ADG)以及2個品種周歲背最長肌樣品的肌內脂肪含量(inter-muscular fat, IMF);同時利用轉錄組測序方法對2個品種周歲背最長肌組織進行高通量測序,篩選品種間的差異表達基因(differentially expressed genes, DEGs),并對DEGs功能進行注釋和測序結果的熒光定量PCR(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)驗證。【結果】在羯羊育肥條件下,福清山羊周歲內ADG為65.6g·d -1,極顯著低于努比亞黑山羊的127.4g·d -1(Sig.=0.000);而福清山羊周歲背最長肌IMF含量為3.69%,極顯著高于努比亞黑山羊的1.83%(Sig.=0.003)。2個品種6個樣品的背最長肌轉錄組測序共得到44.76Gb Clean Data,各樣品的Clean reads與參考基因組(山羊)的比對效率在84.65%-86.17%之間。DESeq分析發現了努比亞黑山羊和福清山羊背最長肌的DEGs 608個,其中上調基因61個,下調基因547個。608個DEGs中的518個基因能夠被GO(gene ontology)數據庫注釋,148個DEGs能夠被COG(Cluster of Orthologous Groups of proteins)數據庫注釋,418個DEGs能夠被KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)數據庫注釋。KEGG通路分析表明DEGs共富集到222條信號通路中,44條通路顯著富集。經過文獻檢索和對篩選通路相關基因功能的分析,初步判斷可能與羊肉質和生長性狀相關的通路包括肌動蛋白細胞骨架調節(Regulation of actin cytoskeleton)、Jak-STAT信號轉導通路{Janus kinase/signal transducer and activator of transcription(Jak-STAT)signaling pathway}、MAPK信號轉導信號通路{mitogen-activated protein kinase (MAPK)signaling pathway}和Ⅰ型糖尿病通路(Type Ⅰdiabetes mellitus);IGF1(Insulin-like growth factor 1,類胰島素一號增長因子)、ACSL5(Long-chain fatty acyl-CoA synthetases 5,長鏈酯酰輔酶A合成酶5)、PCK2(phosphoenolpyruvate carboxykinase 2,磷酸烯醇丙酮酸羧激酶2)、PPARGC1A(Hepatic peroxisome proliferator-activated receptor gamma,coactivator 1 alpha,過氧化物酶體增殖激活受體γ共激活因子1α)、JAK2(Janus Kinase 2,Janus激酶2基因)、STAT4(signal transducer and activator of transcription 4,信號轉導子和轉錄激活子4)、IRF8(interferon regulatory factor 8,干擾素調節因子8 )、MAP4K1(mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase 1,有絲分裂原激活蛋白激激激激酶1)等DEGs可作為控制福清山羊肉質、生長性能的候選基因。進一步與參考基因組序列比對分析,共發掘707個新基因(轉錄本),其中15個基因(轉錄本)為2個品種的DEGs。經qRT-PCR驗證,所選基因(轉錄本)表達變化模式與轉錄組測序結果一致,表明測序結果可靠。 【結論】在轉錄組水平上篩選出了福清山羊和努比亞黑山羊周歲羯羊背最長肌組織的608個DEGs,發掘了707個新基因(轉錄本),初步認為肌動蛋白細胞骨架調節等4個信號通路在山羊肉質形成和生長發育過程中發揮了重要作用,為進一步探索山羊骨骼肌生長發育和IMF沉積的相關機理提供參考依據。

    牦牛Linc24063的克隆鑒定及其與miRNAs 表達水平的相關性分析
    王會,柴志欣,朱江江,鐘金城,張成福,信金偉
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2538-2547.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.012
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    【目的】通過對牦牛長鏈非編碼RNA Linc24063進行克隆鑒定,分析其在乳腺組織中與miRNAs表達量的相關性,為Linc24063通過調控miRNA發揮功能的調控機制研究提供試驗依據。【方法】選取4.5歲處于第一泌乳期的健康母牦牛12頭,清晨空腹屠宰后,迅速采集大腦、乳腺、腎臟、心臟、肝臟和卵巢組織,提取組織總RNA,利用5′ RACE和3′ RACE方法克隆牦牛Linc24063序列;利用生物信息學對其序列保守性、染色體定位及編碼潛能進行分析,然后利用原核表達試驗對其編碼能力進行驗證;利用RT-qPCR檢測其在大腦、乳腺、腎臟、心臟、肝臟和卵巢的表達水平。利用普通牛和綿羊的miRNA數據庫,結合miRanda和mireap軟件預測與Linc24063具有相互作用的物種間保守miRNAs,與前人研究表明在牛不同泌乳時期乳腺組織中具有差異表達的miRNA取交集,然后對其靶基因進行GO富集和KEGG信號通路分析;最后使用皮爾遜相關系數在乳腺組織中進行Linc24063與miRNAs表達量的相關性分析。【結果】Linc24063 5′RACE和3′RACE片段大小分別為476 bp和356 bp,測序分析表明Linc24063大小為758 bp,位于牦牛21號染色體的Dlk1-Dio3印記域,與普通牛的序列保守性最高。生物信息學預測其編碼潛能較低,原核表達試驗進一步驗證Linc24063不能有效的翻譯蛋白,表明Linc24063是一個真正的長鏈非編碼lncRNA。組織表達譜分析表明,Linc24063在牦牛乳腺組織中表達量最高,在肝臟和卵巢中表達量較低。生物信息學分析后共篩選到與Linc24063具有相互作用的物種間保守miRNAs 21個,其中有研究報道在乳腺中有差異表達的13個;13個miRNAs靶基因富集到TGF-β、PI3K-Akt、胰島素等信號通路中,表明Linc24063可能通過這些信號通路參與牦牛乳脂和乳蛋白的生物合成過程。在乳腺組織中,Linc24063表達水平與miR-200a(P=0.001)、miR-141(P=0.02)顯著負相關,與miR-27a(P=0.023)顯著正相關,與miR-24(P=0.601)不具備相關性。【結論】Linc24063位于Dlk1-Dio3印記域內,在乳腺組織中具有較高表達量,且可能通過與miR-200a、miR-141和miR-27a相互作用從而參與牦牛乳脂和乳蛋白的生物合成過程。為深入探討牦牛Linc24063在乳脂和乳蛋白合成中的生物學功能提供了基礎數據。

    研究簡報
    ‘海沃德’獼猴桃應力松弛特性與品質關系
    盧丹,趙武奇,曾祥媛,吳妮,高貴田,張清安,張寶善,雷玉山
    中國農業科學. 2019, 52(14):  2548-2558.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.013
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    【目的】提取‘海沃德’獼猴桃的品質特征,建立其應力松弛特性參數與其品質特征的關系,探索一種利用力學特性快速預測獼猴桃品質特征的方法。【方法】測定不同貯藏時期獼猴桃的應力松弛特性、營養成分、色差和質構等指標;運用因子分析篩選出評價獼猴桃品質的特征指標;確定應力松弛的最佳模型,擬合得出模型中的參數;對應力松弛模型參數和獼猴桃品質指標進行相關性分析,利用嶺回歸法建立應力松弛參數預測獼猴桃品質特征的數學模型,并進行驗證。【結果】獼猴桃品質特征指標為VC、可溶性固形物、ΔE、硬度、黏聚性、彈性;七元件麥克斯韋模型可以較好地描述獼猴桃的應力松弛特性,擬合的決定系數達到0.999;VC、可溶性固形物和ΔE與彈性參數和黏性系數有很強的正相關性(P<0.05),其中VC、ΔE與E0的相關系數分別為0.901和0.813,質構指標硬度、彈性和黏聚性與彈性參數和黏性系數正相關性很高(P<0.05),其中硬度與η1相關系數為0.807,彈性與E0的相關系數為0.951;建立的獼猴桃VC、可溶性固形物、ΔE、硬度、黏聚性和彈性的預測模型對建模集的決定系數分別為0.906、0.717、0.883、0.709、0.708和0.851,且均具有統計學意義(P<0.05);模型對驗證集的預測值和實測值的決定系數分別為0.882、0.880、0.869、0.691、0.733和0.814,t檢驗值均小于2.145,表明預測值與實測值之間沒有顯著性差異。【結論】‘海沃德’獼猴桃的應力松馳特性參數與獼猴桃品質特征具有很強的相關性,運用嶺回歸法建立的應力松弛參數與各指標的回歸模型可以準確地預測獼猴桃的品質特征,為獼猴桃貯藏期間的品質快速測定提供了理論依據。

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