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当期目录

    2014年 第47卷 第3期 刊出日期:2014-02-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    大豆耐盐相关基因GmNcl1的序列单倍型及表达分析
    赫卫1, 刘林2, 关荣霞2, 邱丽娟2
    中国农业科学. 2014, 47(3):  411-421.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.001
    摘要 ( 389 )   HTML ( 1 )   PDF (715KB) ( 926 )   收藏
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    【目的】鉴定大豆基因GmNcl1的序列多态性,探求逆境下该基因的表达模式。【方法】通过BLASTP比对GmNCl1的氨基酸序列,寻找同源基因。测定50个大豆品种中GmNcl1的启动子和基因的DNA序列差异以及这些品种的耐盐性差异,利用MAGE软件进行单倍型聚类分析和进化树分析,寻找品种耐盐性和序列间的相关性。以耐盐品种铁丰8号和盐敏感品种85-140的幼苗根为材料,利用实时荧光定量PCR分析GmNcl1在多种处理下的表达模式,处理条件包括蛋白抑制剂阿米洛利(Na+/H+逆转运蛋白抑制剂)和钒酸钠(Ca2+-ATPase抑制剂)、pH4.0 和pH5.7、ABA处理及多浓度盐、碱、旱逆境胁迫。【结果】GmNcl1与拟南芥的Na+(K+)/H+交换蛋白CHX同源。GmNcl1序列有单核苷酸序列多态性位点16个和插入缺失位点2个,其中,包括一个位于外显子3的G/A(敏/耐)碱基改变,引起丙氨酸到苏氨酸的非同义突变。18个变异位点共组成14个单倍型,其中,耐盐品种有3种单倍型,盐敏感品种有11种单倍型。由6个位点组成的单倍型GAGATATTC(耐)/TTT----CT(敏)能高效区分耐盐和盐敏感品种。大豆幼苗根中的GmNcl1在阿米洛利处理下表达量增加,在钒酸钠处理下表达量不变。GmNcl1在碱性pH处理下表达量增加,在酸性pH处理下呈现上调和下调波动。GmNcl1受ABA诱导上调表达。在碱和旱胁迫下表达强度增大,在盐胁迫下上调表达最为明显,3种逆境胁迫强度越大,GmNcl1表达量上调幅度越大。耐盐品种铁丰8和盐敏感品种85-140的GmNcl1在盐处理下有近似的上调表达趋势,但85-140中GmNcl1的上调幅度大于铁丰8。【结论】GmNcl1与Na+(K+)/H+交换蛋白高度相似,该基因的序列多态性与耐盐相关,GmNcl1参与调节pH平衡,受ABA强烈诱导,响应盐、碱、旱胁迫。
    芝麻耐湿性QTL定位及优异耐湿基因资源挖掘
    张艳欣, 王林海, 黎冬华, 高媛, 吕海霞, 张秀荣
    中国农业科学. 2014, 47(3):  422-430.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.002
    摘要 ( 416 )   HTML ( 1 )   PDF (511KB) ( 710 )   收藏
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    【目的】芝麻是对湿害极其敏感的作物,湿害是影响中国芝麻生产发展和单产提高的主要障碍因素,然而,芝麻耐湿性分子生物学研究基础薄弱,迄今,国内外有关芝麻耐湿性基因定位的研究尚未见报道。利用重组自交系(RIL)群体进行芝麻耐湿性QTL定位,结合芝麻核心种质群体进行耐湿性相关分子标记研究,并挖掘优异耐湿基因资源。【方法】以高耐湿芝麻品种中芝13与极敏感种质宜阳白杂交后连续自交6代构建206个株系的RIL群体。利用113对多态性分子标记扫描RIL群体获得基因型数据,用MapMaker/EXP. 3.0软件构建遗传连锁图谱。2009年和2010年在武汉和鄂州2地点通过人工淹水胁迫获得RIL群体盛花期湿害后正常株率和存活株率的表型数据,用Microsoft Excel 2010软件进行表型数据方差分析,用QTLNetwork 2.0软件基于复合区间作图法进行QTL定位,利用主效QTL紧密连锁的分子标记扫描核心种质群体,并结合耐湿性表型数据分析得到相关有效分子标记。通过盛花期耐湿性表型重复鉴定筛选,结合分子标记辅助选择,获得优异耐湿基因资源。【结果】构建的遗传连锁图谱全长592.4 cM,共有70个标记位点进入15个连锁群,标记间的平均距离为8.46 cM。共检测到与盛花期耐湿性相关的6个QTL位点,定位在第7、9、13和15连锁群上,分别解释5.67%—17.19%的表型变异,加性效应值2.7190—9.7302,贡献率最大的QTL为qWH10CHL09,加性效应3.9394,其增效等位基因来源于母本中芝13,SSR标记ZM428与其紧密连锁(遗传距离为0.7 cM)。标记ZM428在186份芝麻核心种质中验证结果表明,该标记2种基因型的资源间在耐湿表型上存在显著差异(P=0.0163),因此,标记ZM428可作为芝麻耐湿性分子辅助选择的有效标记。还挖掘出8份优异耐湿基因资源,湿害后其正常株率均>70%,存活株率均>80%。【结论】检测到6个芝麻耐湿性相关QTL,其中,贡献率最大的17.19%,获得1个有效分子标记,挖掘出8份优异耐湿基因资源。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    基于机器视觉的玉米叶片透射图像特征识别研究
    唐俊1, 邓立苗2, 陈辉1, 栾涛1, 马文杰1
    中国农业科学. 2014, 47(3):  431-440.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.003
    摘要 ( 258 )   HTML ( 1 )   PDF (648KB) ( 467 )   收藏
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    【目的】建立玉米品种的叶片透射图像特征数据库,研究特征随品种的变化规律,分析各类特征的识别效果,为进一步研究玉米生长期间的机器视觉品种识别提供依据。【方法】以生产中推广的21个常规玉米品种为供试材料,分别采集拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄开花期4个生育时期的玉米叶片。在灯箱内,采集每一叶片的高画质透射图像,共计420张。基于Matlab R2009a开发了“玉米叶片特征提取与识别软件”,包括图像预处理、特征提取、神经网络识别和阈值选取4个功能模块。依据开发的特征识别平台,对玉米叶片透射图像进行图像预处理和特征提取。提取形态类、颜色类和纹理类共计48个特征,特征数据量共计20 160条。分析48个特征品种间的变异系数,研究玉米叶片透射图像特征随品种的变化规律。建立BP神经网络模型进行综合识别,分析不同时期单特征的识别效果,寻找玉米叶片透射图像中品种区分能力较强的重要特征。进一步分析不同时期3大类特征及其组合的识别效果。【结果】在玉米的4个生育时期,叶片透射图像3类特征品种间的变异系数差异比较明显,颜色类特征变异系数最大,其次是纹理类特征变异系数,形态类特征变异系数最小,并且这种差异随着玉米的生长十分稳定。在玉米的4个生育时期,叶片透射图像48个特征的品种识别率差异比较明显,为9.52%—29.33%。R分量的标准差、短轴长、H分量的标准差、等面圆直径、H分量的平均值、V分量的标准差、B分量的标准差、不变矩6、椭圆度、S分量的平均值、外接凸多边形面积、B分量的平均值、平滑度、S分量的峰度、S分量的标准差的识别率较高,平均识别率在18%以上。单类特征中,颜色类特征识别率最高,平均86.76%;纹理类特征次之,平均为78.05%;形态类特征最低,平均为68.67%。颜色类特征和纹理类特征识别的稳定性较高,纹理类特征识别效果更稳定一些。组合特征中,形态+颜色特征组合识别率最高,平均识别率为92.29%;颜色+纹理类特征组合次之,平均为90.29%;形态+纹理类特征组合识别率最低,但平均识别率也达到了87.43%。在拔节期,3类特征组合的识别率无明显差异,且都在91%以上。在小喇叭口期,颜色+纹理特征组合识别率大幅上升,形态+颜色特征组合识别率小幅下降,形态+纹理特征组合识别率下降较大,但是仍然维持在82%以上。在其他3个时期,形态+纹理特征组合和颜色+纹理特征组合识别率差别不大,并且形态+颜色特征组合识别率相对较高。【结论】研究结果为玉米叶片透射图像特征的研究与应用提供了比较系统全面的数据,为生长期间玉米品种的识别提供了新的方法和量化依据,也必将在其他作物的识别方面发挥很好的借鉴作用。
    棉花优化成铃栽培理论及其新发展
    董合忠1, 毛树春2, 张旺锋3, 陈德华4
    中国农业科学. 2014, 47(3):  441-451.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.004
    摘要 ( 283 )   HTML ( 1 )   PDF (589KB) ( 670 )   收藏
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    经过60多年的研究与实践,中国不仅建立了适合国情、特色鲜明并基于精耕细作的棉花栽培技术体系,也形成了相对完整的中国棉花栽培理论体系,为奠定世界第一产棉大国的地位做出了重要贡献。优化成铃理论是中国棉花高产优质栽培理论体系的核心。论文对棉花优化成铃理论的形成过程、主要内容和发展趋势作了综合评述。棉花产量和纤维品质是通过棉株结铃形成的,受结铃时间、棉铃所处空间部位以及棉株生理年龄的显著影响,优化成铃就是根据当地生态和生产条件,在最佳结铃期、最佳结铃部位和棉株生理状态稳健时多结铃。棉花集中成铃期是一生中的高光合效能期,使群体棉叶系统的高光合效能期、成铃高峰期和光热资源高能期相同步,可以更有效地优化成铃。为优化成铃,要按照高产棉花干物质积累与分配特点,协调品种、环境和栽培措施三者的关系,在增加生物学产量的基础上,稳定或提高经济系数;在增加单位面积总铃数的基础上,稳步提高铃重。光合产物是棉花经济产量形成的物质基础,不同生育阶段的群体干物质积累量直接影响成铃,为优化成铃,结铃吐絮期要保持较高的干物质积累量和收获指数。为优化成铃,要主动而有预见性地控制棉花个体发育,培植理想株型,优化群体结构,使棉花群体多结铃、结优质铃。棉株吐絮成熟期的表现即为熟相,有正常成熟、早衰和贪青晚熟之分,库-源关系、根-冠关系失调常会引起根系合成并向上运输的细胞分裂素含量下降、脱落酸含量上升,并可能导致衰老相关基因提前或推迟表达,产生异常熟相(早衰或贪青晚熟),为优化成铃,要协调好库-源关系、根-冠关系,促进棉花正常成熟。棉花优化成铃理论的形成不仅促进了中国棉花栽培学的发展,也为中国棉花产业的健康发展提供了强有力的理论支撑。在可预期的未来优化成铃理论仍然是中国棉花高产优质栽培理论体系的核心,但随着棉花轻简化、机械化、可持续和绿色环保生产技术的发展,优化成铃理论也要随之变化和发展,以便更好地支撑中国棉花生产的发展。
    北方冬油菜抗寒性的形态与生理机制
    杨宁宁1, 3, 孙万仓2, 3, 刘自刚1, 2, 3, 史鹏辉1, 3, 方彦1, 2, 3, 武军艳2, 3, 曾秀存1, 3, 孔德晶1, 3, 鲁美宏1, 3, 王月1, 3
    中国农业科学. 2014, 47(3):  452-461.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.005
    摘要 ( 304 )   HTML ( 1 )   PDF (864KB) ( 847 )   收藏
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    【目的】低温是影响中国北方冬油菜生长的重要因素之一,冬油菜抗寒机制研究至关重要。从形态、生理、解剖等水平对冬油菜抗寒特性进行研究,探讨各相关指标与冬油菜抗寒性之间的关系,筛选可靠的抗寒鉴定指标,建立冬油菜抗寒性评价数学模型,为中国北方冬油菜抗寒种质筛选及品种抗寒性鉴定提供依据。【方法】对7个不同抗寒性代表性冬油菜品种幼苗进行低温处理,观察其生长习性和叶片解剖特征,测定叶片的生理生化指标、根颈直径及根部干重,采用主成分分析、回归分析、聚类分析和通径分析等方法,对抗寒性进行分析并建立抗寒性评价模型。【结果】研究结果表明,冬油菜低温半致死温度(LT50)与越冬率、5—0℃的POD活性变化、0—-5℃的CAT活性变化、10—5℃的游离脯氨酸变化量(X1)、5—0℃的可溶性蛋白变化量(X2)、生长习性(X5)、根颈直径及地下部干重(X6)呈显著负相关,与0—-5℃的POD变化量、栅海比(X3)、栅栏组织厚度、叶片厚度和气孔面积(X4)呈显著正相关。【结论】主成分分析得到7个品种抗寒性排序与田间越冬率一致;以回归分析筛选出6个指标建立冬油菜抗寒性评价数学模型:Y=-7.58-0.018X1-0.542X2+3.903X3-0.002X4+0.195X5-0.066X6,(R2=1.000);聚类分析将7个品种按抗寒性强弱分为5类,抗寒性强的类型中冬油菜苗期表现匍匐生长,栅海比小,气孔面积小,地下部干重大,Pro活性和SP含量随温度降低增加量大,与之前所做抗寒性排序一致,通径分析表明可溶性蛋白的含量变化是影响冬油菜抗寒性的直接因素。
    植物保护
    辽宁省稻瘟病菌无毒基因型鉴定及分析
    王世维1, 2, 郑文静2, 赵家铭2, 魏松红1, 王妍1, 赵宝海1, 刘志恒1
    中国农业科学. 2014, 47(3):  462-472.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.006
    摘要 ( 297 )   HTML ( 1 )   PDF (714KB) ( 735 )   收藏
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    【目的】鉴定稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的无毒基因型,了解无毒基因在不同地区流行菌株中的分布情况,为品种布局提供参考。【方法】根据已经克隆且与稻瘟病菌致病性相关的6个无毒基因序列设计引物,选取辽宁省稻瘟病常发区的26株稻瘟病菌单孢菌株,提取各菌株DNA样本作为模板,进行PCR扩增。通过琼脂糖凝胶电泳及PCR产物测序,对6个无毒基因PCR产物进行碱基和氨基酸序列的分析比较。对琼脂糖凝胶电泳未出条带的,设计不同引物进行验证性试验。【结果】在PCR产物电泳检测中,Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii没有产物条带,对这3个无毒基因设计验证引物,其PCR产物电泳检测仍没有条带出现,其结果证明辽宁省各水稻主产区流行稻瘟病菌中多不携带Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii;对于其他3个无毒基因 AvrPiz-t、Avr-pik和Avr-pita则有特异性扩增产物,说明这3个无毒基因在各稻区稻瘟病菌中以不同突变类型及不同频率出现。其中,与Pi2、Pi9和Piz-t对应的AvrPiz-t,分别在22个菌株的中被检测到,且有21个菌株的序列与其序列一致,说明该基因遗传相对稳定,也间接证明携带Pi2、Pi9和Piz-t 的水稻品种在辽宁地区的广谱抗性;与基因组序列不同的16号菌株,在DNA序列192 bp处发生一个单碱基C的缺失,从而导致移码突变,且碱基突变导致氨基酸序列至72位氨基酸时提前终止,而使该基因编码的蛋白质失去无毒基因的功能。与Pik、Pik-p、Pik-m和pik-s对应的Avr-pik,电泳检测结果表明各菌株均有特异性条带出现,经测序验证等位基因序列分为4种类型(B、D、F、G),其中12个菌株携带可为Pik或其等位基因Pik-m和pik-p所识别的D类型;9个菌株携带B类型,该等位基因曾被报道,但是否具有无毒基因的功能仍未验证;另有2个菌株携带F类型等位基因,该基因为首次发现,并分别出现在丹东和盘锦地区。其特点在于与D类型基因间存在143(A/G)的碱基差异,氨基酸序列翻译结果显示其为错义突变,即48(G/D);而其余3个菌株携带G类型等位基因,该基因亦属首次发现,且仅出现在抚顺新宾地区,碱基序列与D类型存在168(G/A)的差异,导致翻译提前终止,基因功能丧失。对于Avr-pita,26个菌株特异性扩增产物一致,但测序检测到5种等位基因类型,且均与Avr-pita有差异,碱基序列的变化多导致错义突变。这5种等位基因的氨基酸序列之间差异由3个氨基酸位点的差异所致,分别为83(D/N)、192(Y/C)和207(K/R),3处突变均在基因结构域范围内,几种等位基因均已见报道。【结论】辽宁稻区流行稻瘟病菌中Avr-pik、AvrPiz-t和Avr-pita分布较为广泛,选育及推广携带相应抗病基因的水稻品种可减轻稻瘟病的危害。
    铜胁迫对亚洲玉米螟生长发育与生殖的影响
    王玉宏, 李保同, 汤丽梅
    中国农业科学. 2014, 47(3):  473-481.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.007
    摘要 ( 316 )   HTML ( 1 )   PDF (552KB) ( 606 )   收藏
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    【目的】研究铜(Cu2+)胁迫条件下亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis Guenée)亲代及其子代的生长发育与生殖,为亚洲玉米螟的种群动态预测与防治提供依据。【方法】以亚洲玉米螟幼虫为材料,在标准人工饲料中添加不同浓度(25、50、100、200和500 mg•kg-1)的重金属Cu2+,在实验室条件下连续饲养亚洲玉米螟幼虫3代,系统观察重金属Cu2+胁迫对亚洲玉米螟亲代及其子代生长发育与生殖的影响。【结果】亚洲玉米螟的幼虫存活率、化蛹率和成虫羽化率与Cu2+胁迫浓度呈显著负相关,引起亲代、子一代和子二代幼虫存活率和成虫羽化率显著下降的最低Cu2+胁迫浓度分别为100、50、50 mg•kg-1,引起各代化蛹率显著下降的最低Cu2+胁迫浓度分别为200、50、50 mg•kg-1,其中Cu2+浓度200 mg•kg-1及其以上浓度处理的子一代和子二代幼虫死亡率高达20%以上,Cu2+浓度500 mg•kg-1处理的各代幼虫化蛹率均低于80%,Cu2+浓度200 mg•kg-1处理的子二代成虫羽化率低于50%。亚洲玉米螟的幼虫体重和蛹重与Cu2+胁迫浓度呈极显著负相关,引起各代幼虫体重显著下降的最低Cu2+胁迫浓度均为50 mg•kg-1,引起亲代、子一代和子二代蛹重显著下降的最低Cu2+胁迫浓度分别为500、50、50 mg•kg-1,其中Cu2+浓度50 mg•kg-1及其以上浓度处理的各代3龄、5龄幼虫的体重显著低于空白对照;Cu2+浓度500 mg•kg-1处理的亲代蛹重显著低于对照,其他Cu2+浓度处理的蛹重与对照无显著差异;Cu2+浓度50 mg•kg-1及其以上浓度处理的子一代和子二代蛹重显著低于对照,Cu2+浓度25 mg•kg-1处理的蛹重与对照无显著差异。亚洲玉米螟各代幼虫历期和蛹历期与Cu2+胁迫浓度呈显著正相关,其中Cu2+浓度50 mg•kg-1及其以上浓度处理的各代幼虫历期显著高于对照,Cu2+浓度200 mg•kg-1及其以上浓度处理的亲代蛹历期、Cu2+浓度100 mg•kg-1及其以上浓度处理的子一代蛹历期和Cu2+浓度50 mg•kg-1及其以上浓度处理的子二代蛹历期均显著高于对照。亚洲玉米螟各代成虫单雌日产卵量和生殖力与Cu2+胁迫浓度呈极显著负相关,其中Cu2+浓度50 mg•kg-1及其以上浓度处理的各代成虫单雌日产卵量均显著低于对照,Cu2+胁迫所有处理的各代成虫生殖力均显著低于对照。Cu2+胁迫对亚洲玉米螟连续3代卵质量无显著影响,但卵孵化率与Cu2+胁迫浓度呈极显著负相关,其中取食Cu2+浓度100 mg•kg-1处理的子二代卵孵化率仅有66.88%。【结论】重金属Cu2+连续胁迫对亚洲玉米螟亲代及其子代的生长发育和生殖具有显著的抑制作用,其抑制效应与Cu2+胁迫的浓度呈正相关。
    寄生蜂低温贮藏研究进展
    赵静, 王甦, 郭晓军, 高希武, 张帆
    中国农业科学. 2014, 47(3):  482-494.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.008
    摘要 ( 391 )   HTML ( 2 )   PDF (553KB) ( 793 )   收藏
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    应作者要求撤稿。2017.10.1

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    淮北砂姜黑土酶活性对长期不同施肥模式的响应
    陈欢1, 李玮1, 张存岭2, 乔玉强1, 杜世州1, 赵竹1, 曹承富1
    中国农业科学. 2014, 47(3):  495-502.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.009
    摘要 ( 279 )   HTML ( 1 )   PDF (590KB) ( 564 )   收藏
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    【目的】针对安徽淮北砂姜黑土“旱、涝、僵、瘦”等不良属性,通过探讨长期定位施肥对砂姜黑土酶活性的影响,揭示土壤酶对施肥模式的响应机制,为有效改善土壤生物化学环境、提高土壤质量、进而保证作物高产稳产提供理论支撑。【方法】以安徽省濉溪县杨柳试验基点长期定位培肥试验(1981至今)为基础,研究5种不同施肥模式下(不施肥、单施化肥、单施有机肥、有机肥与化肥配施(等氮)、有机肥与化肥配施(高氮))小麦-玉米轮作系统中耕层土壤(0—20 cm)脲酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、过氧化氢酶以及蔗糖酶活性的变化趋势,并进行相关性分析和成对比较,分别阐明土壤酶间的相互关系及各酶活性的季节性变化规律。【结果】与长期不施肥相比,长期单施有机肥可显著提高砂姜黑土脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,小麦收获期和玉米收获期分别提高了130.5%和129.5%、11.4%和14.9%、31.4%和12.0%,但对酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性无明显促进作用;长期单施化肥可有效增强土壤酸性磷酸酶与中性磷酸酶活性,同时明显抑制其他3种土壤酶的活性;在同等施氮水平下,有机肥与化肥配施可使5种土壤酶活性均保持较高水平,弥补了单施化肥或单施有机肥因施肥模式单一导致某种土壤酶活性较差的不足;高氮水平下,有机肥与化肥配施可显著提高酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性,但对其他酶作用规律不明显。砂姜黑土不同土壤酶之间普遍存在显著相关关系:脲酶与过氧化氢酶、蔗糖酶之间以及过氧化氢酶与蔗糖酶之间存在显著正相关关系,而磷酸酶与其他3种酶之间存在此消彼长的关系。此外,砂姜黑土脲酶、酸性和中性磷酸酶、过氧化氢酶以及蔗糖酶酶活受季节的影响也因施肥不同而不同。【结论】同等施氮水平下,有机肥与化肥配施与单施化肥或单施有机肥相比,能使砂姜黑土脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶及蔗糖酶均保持较高的活性,有利于改善土壤生物化学环境,进而提高土壤可持续生产力;土壤酶之间相关关系各有不同,呈显著正相关关系的有脲酶与过氧化氢酶、脲酶与蔗糖酶及过氧化氢酶与蔗糖酶,而磷酸酶与其他3种酶之间均呈显著负相关关系;砂姜黑土酶活性受季节影响的程度因酶种类与施肥方式不同而有所不同。
    钾矿物晶体结构对黑曲霉生长代谢及钾与硅的溶出影响
    孙德四1, 尹健美1, 陈晔1, 2, 曹飞1, 2
    中国农业科学. 2014, 47(3):  503-513.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.010
    摘要 ( 290 )   HTML ( 1 )   PDF (856KB) ( 459 )   收藏
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    【目的】黑曲霉对钾矿物的分化分解及其中钾(硅)的溶出作用与其产酸及产胞外代谢产物(主要指多糖与蛋白质)的能力密切相关,但研究矿物晶体结构在此过程中的地位与作用的较少。试验采用一株黑曲霉分别与正长石与白云母进行浸出培养以了解不同钾矿物对黑曲霉生长代谢能力的影响,及黑曲霉对含钾硅酸盐矿物的转化作用与其矿物晶体结构的相关性。【方法】在分别含铝土矿、正长石与白云母矿粉的平板固体与液体Czapek’s培养基中培养黑曲霉,并以不含矿粉的纯培养作为对照,观察其在不同矿物环境中的生长特征;采用摇瓶浸出考察黑曲霉对钾矿物的分化分解及其中钾(硅)的溶出效果,通过测定浸出液中的pH值、多糖、蛋白质及K2O与SiO2的浓度,及浸出前后矿物表面的SEM和XRD观察,对比分析正长石与白云母对黑曲霉生长代谢的促进作用及黑曲霉对它们的转化作用的差异。【结果】不同晶体结构的钾矿物对黑曲霉的生长代谢刺激与促进作用不同,与不含矿粉及含钾极少的铝土矿粉培养基相比,黑曲霉在含钾矿粉培养基中的繁殖生长速度明显要快,在固体平板培养基中表现出对钾矿粉的趋化性,在液体培养基中形成的菌体-矿物聚集体更显著,且与正长石相比,黑曲霉在固体平板上的生长过程中对白云母的趋化性要明显,在液体培养环境中形成的菌体-矿物聚集体更显著。黑曲霉在缺钾培养基与分别含正长石与白云母的培养基中培养10 d,可分别代谢产生1.45、1.97、2.45 g•L-1的有机酸,5.11、9.96、12.25 g•L-1的多糖与 6.25、13.78、16.97 g•L-1的蛋白质。浸矿30 d,黑曲霉浸出白云母中K2O与SiO2的量要比浸出正长石的分别高79.10与57.78 mg•L-1。黑曲霉作用前后的白云母与正长石矿粉的SEM与XRD的分析结果表明,白云母较正长石的浸蚀程度更明显,矿物表面沉积了更多的非晶态或晶形不好的细小颗粒,在含少量正长石的白云母矿物或含少量白云母的正长石矿物浸渣的XRD图谱中,反映白云母的主特征峰强度明显下降,且有部分特征峰消失,而反映正长石的特征峰强度略有增强。【结论】钾矿物晶体结构是影响黑曲霉生长所形成的菌体-矿物聚集体、代谢产物、酸碱微环境的差异及钾矿物风化分解与钾(硅)溶出程度不同的重要原因;在缺有效钾环境中,钾矿物对黑曲霉生长代谢具有促进作用,与正长石相比,白云母可以刺激与促进黑曲霉代谢产更多的有机酸、多糖与蛋白质;多种矿物同时存在的情况下,黑曲霉对不同晶体结构的钾矿物的分解有一定的选择性,对具层状结构的白云母较具架状结构的正长石的风化破坏作用要快。
    江西省双季稻田多作复合种植系统的能值分析
    孙卫民1, 黄国勤1, 程建峰2, 刘彬彬1
    中国农业科学. 2014, 47(3):  514-527.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.011
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    【目的】粮食问题一直都是国际社会关注的热点问题,探寻高效的种植模式,提高土地利用率和粮食产量是目前最为迫切的研究内容。从国内外相关领域的研究成果来看,实行多熟种植模式是充分利用自然资源和提高产量的重要途径,世界各国的农业都在朝着多熟种植的方向发展。1987年,美国著名生态学家H.T. Odum提出能值分析理论来探讨陆地复杂生态系统的功能原理和模拟技术,并将其扩展到人类所参与的生态、环境乃至社会经济系统。20世纪80年代以来,应用能量投入产出来衡量不同熟制或不同复种方式优劣已为国内外农业工作者重视并广泛应用,有助于调整生态环境与经济发展的关系,对自然资源的科学评估与合理利用具有重要的实践价值。论文将阐明双季稻田冬季复种模式系统中的资源利用和投入与产出效益,为南方双季稻田冬季复种模式的耕作制度改革、农田系统的可持续发展提供理论基础,为全面推进区域现代农业发展和农业现代化建设提供科技支撑,为国家和地区粮食增产、农民增收与农村繁荣提供参考依据。【方法】以大田定位试验的原始数据和相关统计年鉴资料为基础,采用能值分析理论和方法,对江西省余江县双季稻田7种复种模式系统中的经济产量折能、光合生产力、光能利用率、投入产出、运行效率和环境负荷等进行综合分析。【结果】冬季复种模式下的作物经济产量折能为217.5×106-229.7×106 kJ•hm-2,均大于冬季休闲模式(T1)的213.5×106 kJ•hm-2,其中T4、T6和T7显著高于其他处理,以T6的增幅最大(8.5%)。T6处理在2008—2010年间均表现出最高的能量增幅,具有很好的优势和稳定性。冬季复种模式的光合生产力(11.99—14.03 g•m-2•d-1)和光能利用率(1.46%—1.70%)极显著高于T1(10.55 g•m-2•d-1和1.28%),平均增幅为14.4%—34.8%,以T3为最高(34.8%)。光合生产力和光能利用率的变化趋势高度一致。冬季复种轮作模式下的经济产量折能为220.9×106—229.7×106 kJ•hm-2,均高于冬季复种连作(T2)的217.5×106 kJ•hm-2,以T6的增幅最大(6.1%)。除T3有所增加外,冬季复种轮作模式的光合生产力(11.99—13.10 g•m-2•d-1)都低于T2(13.67 g•m-2•d-1),平均降幅为4.2%—12.4%,以T4下降最多。T3(1.70%)和T6(1.67%)的光能利用率显著高于其他处理(1.46%—1.58%),且其他处理均低于T1,以T4和T5降幅最大。能值分析显示,不同处理的能值投入产出存在明显差异;表土净损失能最少为T1(2.98×1016sej),最多是T5(3.83×1016sej);工业辅助能最少投入为T1 (1.62×1017sej),最多是T4(2.98×1017sej,近T1的2倍);有机能投入最少为T1(6.55×1015sej),最多是T7(1.19×1016sej,近T1的2倍);T1的产出能最低(1.39×1016sej),T6的产出能最高(5.42×1016sej,近T1的4倍)。除T3(2.81)略低外,冬季复种模式的能值投入率(3.12—4.57)均大于T1(2.84),T4和T5增幅分别达61.1%和50.4%;但冬季复种模式下的能值产出率只有T4(0.13)高于T1(0.08),其他处理(0.06—0.07)均低于T1。冬季复种模式的环境资源能值占总投入能值的比例为0.17—0.26,一定程度上说明稻田冬季复种模式更有利于保护农田环境资源。冬季复种模式的不可更新环境资源能值/总投入的能值的比值在本研究中为0.10—0.15,意味着稻田农产品的产出很大程度上依赖于不可更新环境资源的消耗,将增大稻田水土流失的风险。所有处理的工业辅助能值/总投入能值的比值均超过了0.8,但处理间差异不明显,即工业投入所占比重较大,不利于稻田系统的可持续发展。【结论】双季稻田冬季作物的种植有利于提高稻田的光合生产力和光能利用率。除双季稻田冬季种植混播绿肥轮作模式外的稻田冬季种植经济作物的轮作模式的光合生产力和光能利用率均低于双季稻田冬季复种连作模式。双季稻田冬季种植蚕豆和豌豆的种植模式比稻田冬季休闲模式具有优势,但双季稻田冬季种植油菜是一个高投入高产出的种植模式,利于可持续发展。因此,在试验区双季稻田冬季种植油菜为最佳复种模式。
    园艺
    基于西双版纳黄瓜的遗传图谱构建 及其重要农艺性状QTL定位分析
    马政, 薄凯亮, 李蕾, 钱春桃, 陈劲枫
    中国农业科学. 2014, 47(3):  528-536.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.012
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    【目的】以西双版纳黄瓜与北京截头黄瓜为亲本构建的F9重组自交系群体为作图材料进行遗传图谱的构建,并对叶绿素含量、果实大小、侧枝多少及其第一分枝节位等重要农艺性状进行QTL定位分析,为黄瓜品种的选育及高产、稳产育种提供有益参考和帮助。【方法】以北京截头黄瓜与西双版纳黄瓜为亲本杂交得到F1,之后按单粒传方式得到含有124个F9重组自交系(RILs)群体。以该F9重组自交系(RILs)群体为作图群体,以995对SSR标记为筛选引物,采用joinmap4.0软件进行遗传图谱的构建。并利用构建的遗传图谱,采用WinQTLcart2.5软件复合区间作图法,结合统计的叶片叶绿素含量,商品瓜的瓜长、瓜粗,种瓜的瓜长、瓜粗、瓜把,以及侧枝数、第一分枝节位等相关的共12个黄瓜重要农艺性状的QTL位点进行检测。【结果】构建了含有7个连锁群,137个SSR标记的遗传图谱,图谱总长591.2 cM,平均图距为4.3 cM;共检测到与12个黄瓜农艺性状相关的QTL位点29个,分布在第1、2、3、4、6、7染色体上。其中,叶绿素性状相关的QTL有6个,商品瓜性状相关的QTL有7个,种瓜性状相关的QTL有9个,侧枝性状相关的QTL有7个,单个QTL位点的可解释的表型变异范围为5.30%—19.24%。Ldr4.2的贡献率最小,为5.30%,Lbn1.2的贡献率最大,为19.24%。【结论】构建了西双版纳黄瓜RIL群体遗传图谱,并对叶片叶绿素含量、果实及侧枝等相关的12个农艺性状进行了QTL定位分析,共获得29个相关QTL。
    持续弱光胁迫对马铃薯苗期生长和光合特性的影响
    秦玉芝1, 邢铮1, 邹剑锋2, 何长征1, 李炎林1, 熊兴耀1, 3
    中国农业科学. 2014, 47(3):  537-545.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.013
    摘要 ( 287 )   HTML ( 1 )   PDF (1003KB) ( 778 )   收藏
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    【目的】探讨持续弱光对马铃薯幼苗光合生理特性的影响,进行不同基因型对弱光适应性差异的植物学与细胞学性状的系统研究,为马铃薯耐弱光遗传资源的筛选和利用提供依据。【方法】以马铃薯原始栽培种Yan (Solanum tuberosum subsp. andigena var. yanacochense)和普通栽培品种Favorita(Solanum tuberosum)为供试材料,选用50 g马铃薯块茎播种,进行基质盆栽,萌芽后用人工气候箱进行50 μmol•m-2•s-1 的持续弱光处理(对照光强为350 μmol•m-2•s-1)。1个月后分析测定各处理的生长状况;采用LI-COR 6400 便携式光合作用仪测定功能叶片的净光合速率、光合曲线参数、CO2 曲线参数、叶绿素含量;功能叶片主脉两侧切取大小1—2 mm 见方小块,处理后用JEM-1200EX 型电镜扫描观察叶片气孔并照相,分析统计单位面积气孔数量、测量气孔长度与宽;功能叶片经前处理后用LKB-5 型超薄切片机切片,醋酸铀-柠檬酸铅双重染色,JGE-1200EX 型透射电镜观察叶绿体超微结构、测量并照相。【结果】苗期持续弱光处理使马铃薯Favorita 植株明显徒长,叶片变小变薄,但枝叶分化不受影响;原始栽培种Yan 则枝叶分化困难,处理过程中生长缓慢,处理后加强环境光照强度亦无法恢复其生长速度与长势;持续弱光处理使两种基因型马铃薯叶片光作用的表观量子效率(AQE)、光合作用饱和点(LSP)、叶片最大净光合速率(Pnmax)、CO2 饱和点(CSP)、叶绿素含量降低;表观羧化率(EC)、CO2 补偿点(CCP)上升;Favorita 的光补偿点(LCP)、表观羧化率(EC)下降;Yan 的光补偿点(LCP)上升,表观羧化率(EC),CO2 饱和点(CSP)与对照差异不显著。长期弱光胁迫使马铃薯叶片气孔密度,叶绿体数量下降。Favorita 的叶绿体基粒数、基粒片层数含量升高,Yan 的叶绿体基粒片层数不增反降。【结论】不同基因型枝叶分化对光的敏感性不同,差异明显。环境光照不足,敏感基因型的发育与生长都受到严重阻碍,伤害无法通过后期增强光照恢复。持续弱光胁迫使马铃薯叶片光合速率显著下降,对强光的利用能力减弱。适应强的材料(Favorita)可利用最小光强下调,即对弱光的利用能力增强,同时暗呼吸速率降低;而适应弱的材料(Yan)可利用最小光强则上调,可利用光强范围变窄,暗呼吸速率仍然维持较高水平,致使有机物合成和积累困难。持续弱光胁迫改变了马铃薯叶肉细胞排列方式,使叶片气孔密度下降,气孔器变小,气孔器长宽比有增加的趋势,细胞叶绿体数量减少,叶绿素成分比例改变。适应性较强的基因型通过增加叶绿体基粒数、基粒片层数和叶绿素b的含量来提高胁迫下对有效光源的捕捉能力;敏感基因型叶绿体基粒的形成受到影响,基粒片层数,气孔密度显著减少,有效光源捕捉能力和CO2 亲和力显著下降。
    紫杉二烯合酶基因在灵芝中的表达
    辛燕花1, 肖招燕1, 尤琳烽1, 郭丽琼1, 2, 林俊芳1, 2
    中国农业科学. 2014, 47(3):  546-552.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.014
    摘要 ( 272 )   HTML ( 1 )   PDF (666KB) ( 461 )   收藏
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    【目的】论文旨在研究紫杉二烯合酶基因(ts)在灵芝中的表达情况,为利用灵芝作为生物反应器表达紫杉醇及其中间产物提供科学理论依据。【方法】制备灵芝菌株的原生质体:把培养好的灵芝菌丝用0.6 mol•L-1的甘露醇溶液洗涤两次后,加入1%溶壁酶溶液,30℃水浴酶解3 h,离心去上清液得到纯的灵芝原生质体,用0.6 mol•L-1的甘露醇溶液把原生质体的浓度调整到108个/mL备用;外源基因(ts)的转化:在含有灵芝原生质体的缓冲液各加入含有ts基因和潮霉素抗性基因hph的真核表达载体pgGIgpd-TS和pBgGI-hph 1.0 μg,冰浴30 min;加入0.5 mL PEG buffer,在室温下放置20 min;将离心收集的原生质体涂布在不含有潮霉素的再生平板上,25℃培养5—7 d后,待长出白色菌落后,往平板表层覆盖一层含有潮霉素的PDA半固体培养基,于25℃培养;转化子的鉴定:以灵芝的菌丝基因组DNA和RNA为模板,进行PCR和RT-PCR扩增,鉴定ts基因在灵芝中的表达情况;目标产物的检测:对提取的产物采用不分流进样的方式进行气相质谱联用(GC-MS)检测,进样温度250℃,初始温度100℃,保留1 min,每分钟升高8℃,加热到300℃,保留2 min。【结果】经潮霉素初步筛选后,在含有潮霉素抗性的平板上长出白色的菌落,灵芝原种作为阴性对照的平板上没有长出菌落,说明潮霉素基因被成功转入了灵芝并得到了初步的表达;PCR鉴定结果表明20个拟转化子中有4个转化子同时整合了ts基因和hph基因,两个基因的共转化率为20%;RT-PCR鉴定结果表明,4个灵芝转化子实现了外源ts基因的转录;提取转ts基因灵芝的菌丝产物;经过GC-MS测定分析表明,与原种相比,含有ts基因的灵芝工程菌株有一个明显的差异峰,对该峰进行离子碎片分析表明,该物质为紫衫二烯,说明在含有ts基因的灵芝菌丝体中含有目标产物紫衫二烯。【结论】灵芝作为大型真菌,首次被证实可以通过代谢工程生产合成紫杉醇过程中的中间产物紫杉二烯,为以后紫杉醇的生产提供一个潜在的可能,对今后开展灵芝的分子生物学研究具有重要意义。
    贮藏·保鲜·加工
    甘薯采后生理、主要病害及贮藏技术研究
    张有林, 张润光, 王鑫腾
    中国农业科学. 2014, 47(3):  553-563.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.015
    摘要 ( 260 )   HTML ( 2 )   PDF (905KB) ( 575 )   收藏
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    目的】中国种植甘薯约670万hm2,年产量1亿t,因贮藏不当,霉烂变质15%左右。论文研究甘薯采后呼吸类型、贮藏温度和贮藏期主要病害,探讨不同贮藏方法对主要病害和采后生理的影响,为甘薯贮藏保鲜提供理论依据和技术参数。【方法】以陕西省主栽品种秦薯5号为试材,采用气流法测定呼吸强度,分别在(10±0.5)、(11±0.5)、(12±0.5)、(13±0.5)℃温度下贮藏,通过比较腐烂指数确定贮藏温度。对病原菌进行科赫氏验证、ITS序列分析和形态学鉴定,根据病原菌孢子繁殖情况确定噻苯咪唑(TBZ)熏蒸用量,以目前采用的甘薯杀菌剂甲基托布津粉剂作对照。贮期用DNS比色法测定多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性,用试剂盒法测定淀粉酶和超氧化物歧化酶(SOD)活性,抗坏血酸含量测定用2,6-二氯酚靛酚滴定法,淀粉含量测定用酸水解法,还原糖含量测定用DNS比色法,原果胶含量测定用咔唑比色法。研究经过TBZ熏蒸、贮前低温(3、4、5℃)处理、塑料袋包装,秦薯5号贮期SOD、淀粉酶、PG的活性,分析淀粉、还原糖、抗坏血酸、原果胶的含量变化,计算贮藏后期腐烂指数和商品率。试验数据采用Excel 2010统计软件整理分析,多重比较采用Duncan新复极差测验。【结果】甘薯为呼吸跃变型,最适贮藏温度为11℃,贮藏期间主要病害黑斑病病原菌为暗梗孢科砖隔孢亚科(Dietyosporoideae of Dematiaceae)交链孢霉属(Alternaria Nees ex Wallr.)甘薯交链孢霉菌(A.bataticola Ikata),TBZ抑制病原菌孢子繁殖作用明显。甘薯采后经室温愈伤,贮前低温处理,TBZ熏蒸,塑料袋包装,11℃下贮藏,能够显著抑制淀粉酶、PG酶活性,保持SOD酶较高活性,从而降低了淀粉转化成糖的速率,使抗坏血酸含量维持较高水平,延缓了甘薯采后生理衰老进程,保持了甘薯原有良好品质。【结论】甘薯采收以后在自然条件下放置5 d,使其愈伤,然后转入冷库在4℃下低温处理2 d,再将冷库缓慢升温,每天升温1℃,直至11℃下长期贮藏。在冷库升温期间用含量为4.5%的TBZ熏蒸剂按6 g•m-3用量处理3 h,塑料袋包装,贮藏210 d,腐烂指数0.185,商品率93%。甘薯贮前经愈伤、低温处理,TBZ熏蒸结合塑料袋包装,在适宜的温度下贮藏,保鲜效果理想,食用安全卫生。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    苏太猪宰后72 h pH和肉色性状的全基因组关联分析
    周李生, 杨杰, 刘先先, 张志燕, 杨斌, 麻骏武
    中国农业科学. 2014, 47(3):  564-573.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.016
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    【目的】利用全基因组关联分析(GWAS)方法搜寻与苏太猪肉质性状相关的候选基因及分子标记。【方法】屠宰测定了150头苏太猪的背最长肌和半膜肌72 h pH值(包括72 h pH、45 min至72 h pH下降值)及72 h肉色性状(包括红度a,黄度b,亮度L和主观评分)。利用Illumina猪60 K SNP芯片,对这些个体进行基因型判定,用PLINK v1.07对获得的基因型数据进行质量控制,剔除检出率<99.7%、次等位基因频率(minor allele frequency, MAF)<0.05、偏离哈代温伯格(Hardy-Weinberg Equilibrium,HWE)P≤10-5的SNP标记和检出率<90%的个体,最终有150个个体和43 760个SNP用于GWAS研究。利用R语言环境下的GenABEL软件包中的广义线性混合模型,对每个SNP与性状作关联分析,采用Bonferroni方法确定关联显性阈值。群体层化效应的检测通过QQ-plot的结果展示,它通过比较无效假设关联显著性的分布与实际关联性分布的差异来展示可能的群体结构或者显著关联位点。【结果】1.背最长肌72 h pH和半膜肌72 h pH、背最长肌45 min至72 h pH下降值和半膜肌45 min至72 h pH下降值、背最长肌和半膜肌的72 h肌肉黄度、背最长肌和半膜肌的肉色主观评分与肌肉亮度L性状间均为高度相关,且均达到显著水平(P<0.05)。2. 群体层化分析没有发现明显的整体系统偏差,也不存在明显群体层化效应。3.关联分析结果表明共有39个SNPs达到染色体显著水平,分布于基因组上的20个区域(≤10 Mb);其中,与pH显著关联的SNPs有17个,除了标记ASGA0082337没有定位在猪基因组序列上,其余16个SNPs分别位于3、4、10、14、X号染色体上;与肉色显著关联的SNPs有22个,它们分别位于1、3、7、10、12、14、15号染色体上;但在背最长肌的红度、亮度和肉色主观评分及半膜肌的亮度和肉色主观评分性状中未检测到显著SNPs。 背最长肌和半膜肌的45 min至72 h pH下降值最强关联的SNP位点都为14号染色体上的M1GA0020074和MARC0028756,利用Haploview version 4.2软件开展单倍型分析,结果表明,它们位于一个跨度为433 kb的单倍型框内。【结论】在10、14、15号染色体上存在影响多个肉质指标的一因多效的基因位点,显著位点附近的BNIP3、PRKG1和ADRB3等可能是影响这些性状的候选基因。
    Cdc42蛋白在牛卵母细胞中的表达分布及对其成熟的影响
    刘扬1, 银凤霞银凤霞2, 白春玲白春玲2, 魏著英魏著英2, 昝林森昝林森1, 李光鹏李光鹏2
    中国农业科学. 2014, 47(3):  574-585.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.017
    摘要 ( 249 )   HTML ( 1 )   PDF (824KB) ( 361 )   收藏
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    【目的】探明Cdc42蛋白在牛卵母细胞成熟过程中的表达及分布规律,并且研究抑制Cdc42活性对于牛卵母细胞成熟的影响。【方法】首先通过收集体外成熟不同时间(0—24 h)的牛卵母细胞,用Western blotting的方法检测Cdc42蛋白在牛卵母细胞中的表达量变化情况,通过免疫细胞化学的方法检测Cdc42蛋白在牛卵母细胞中的分布及定位情况。根据GenBank公布的牛Cdc42基因(GenBank登录号:NM_001046332.1)的mRNA序列设计引物,并在正向和反向引物的末端分别加上KpnⅠ和EcoRⅠ酶切位点,用PCR的方法扩增牛Cdc42基因的CDS区,将PCR产物和pMD19T载体连接得到野生型的克隆载体pMD19T-Cdc42WT。用定点突变引物以pMD19T-Cdc42WT为模板进行PCR反应,得到Cdc42的显性负性突变体Cdc42T17N的克隆载体pMD19T-Cdc42T17N。将pMD19T-Cdc42WT和pMD19T-Cdc42T17N分别酶切后,将Cdc42WT(775 bp)和Cdc42T17N(775 bp)片段分别连接到pcDNA3.1(+)的多克隆位点区域,得到相应的原核表达载体pcDNA3.1(+)-Cdc42WT和pcDNA3.1(+)-Cdc42T17N。用体外转录的方法分别得到Cdc42WT和Cdc42T17N的cRNA,用显微注射的方法将相应的cRNA分别注入到牛GV期卵母细胞质内,检测其成熟率的变化。【结果】①Cdc42蛋白分别在牛卵母细胞中成熟培养0、4、8、12、16、20以及24 h时表达量没有明显差异,但是其分布规律随着减数分裂的进行发生着动态的变化:Cdc42蛋白在卵母细胞皮质区域集中分布的模式在生发泡(germinal vesicle,GV)期卵母细胞中很少出现,而在第一次减数分裂中期(metaphase Ⅰ,MⅠ)卵母细胞中出现得最多也最为明显;Cdc42蛋白在染色体附近的皮质富集的现象开始出现于前中期(pro-metaphase Ⅰ,pMⅠ),并且出现频率从pMⅠ期到第2次减数分裂中期(metaphase Ⅱ,MⅡ)逐渐增多;Cdc42蛋白和纺锤体重叠定位的现象在第1次减数分裂后期(anaphase Ⅰ,AⅠ)到末期(telophaseⅠ,TⅠ)的卵母细胞中占有有很高比例,而到MⅡ期时这种现象又很少出现。②从牛卵母细胞的总cDNA中扩增Cdc42基因得到785 bp的片段,构建的牛Cdc42的野生型及其显性负性突变体的克隆载体pMD19T-Cdc42WT和pMD19T-Cdc42T17N经酶切鉴定和以及测序比对后,符合预期结果,即成功克隆了牛野生型Cdc42基因并得到其显性负性突变体Cdc42T17N;③构建的相应的原核表达载体pcDNA3.1(+)-Cdc42WT和pcDNA3.1(+)-Cdc42T17N经酶切鉴定和测序比对,符合预期结果,经过体外转录均得到一个3079 bases和987 bases的RNA片段,符合预期结果,即成功构建了相应的原核表达载体并获得相应的cRNA;④与正常成熟培养组和注射Cdc42WTcRNA的牛卵母细胞相比,注射Cdc42T17NcRNA的成熟率显著降低(P<0.05)。【结论】卵母细胞在卵泡发育过程中就已经积累了足够的Cdc42蛋白,而在减数分裂过程中Cdc42可以在卵母细胞的皮质以及纺锤体的位置发挥作用,而且正常的Cdc42活性是牛卵母细胞完成成熟过程并排出第一极体所必需的。
    填饲期内肥肝鹅A-FABP与MSTN基因 同步表达规律与相关性
    王宝维, 刘腾, 葛文华, 张名爱, 李桢, 岳斌, 程凡升
    中国农业科学. 2014, 47(3):  586-593.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.018
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    【目的】研究与脂肪沉积有关基因在不同填饲阶段鹅组织中的表达规律及其相关性,对实施肝用型鹅新品种(系)标记辅助选择具有重要意义。重点探讨脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(adipocyte fatty acid-binding protein,A-FABP)基因与肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)基因在不同填饲日龄鹅组织中的表达规律及两基因的表达相关性。【方法】选取200只体重相近的12周龄健康青农灰鹅进行填饲。分别采集不同填饲时间里鹅肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、胸肌、腿肌和腹脂样品,提取总RNA后,利用实时荧光定量PCR技术测定A-FABP与MSTN基因的表达量,并研究不同组织中这两个基因的表达相关性。对填饲期内肝脏重量进行研究,结合乙醚浸提法和气相色谱法测定肝脏中脂肪和总不饱和脂肪酸、总饱和脂肪酸的含量,并研究其与A-FABP与MSTN基因表达量的关系。【结果】①A-FABP基因在肝用型鹅的肝脏、腹脂、腿肌、胸肌、脾脏、肺脏和肾脏中均有表达。肝脏、腹脂、腿肌和胸肌中A-FABP基因表达量变化呈现先升高后下降的趋势,分别在填饲24、12、18和24 d达到最大值(15.90±0.04、12.72±0.12、8.88±0.06、6.33±0.13)。MSTN基因在肝用型鹅的腿肌、胸肌、肾脏、肺脏、腹脂、肝脏和脾脏中均进行了表达,MSTN基因在腿肌和胸肌中的表达呈现先升高后下降的趋势,而在肝脏、腹脂、肺脏、肾脏中MSTN基因表达量变化不显著(P<0.01)。②鹅肝脏组织中A-FABP基因表达量与肝重、肝内脂肪、总不饱和脂肪酸及总饱和脂肪酸含量呈正相关,相关系数分别为0.576、0.510、0.463、0.501,差异均极显著(P<0.01);MSTN基因表达量与肝重、肝内脂肪、不饱和脂肪酸及总饱和脂肪酸含量相关性不显著(P>0.05)。【结论】A-FABP与MSTN基因在肝用型鹅组织中的表达多呈负相关,且各自在不同填饲阶段、不同组织中的表达规律具有一定差异性,肝脏中A-FABP基因对肥肝性状的调控起一定作用。
    家蚕蜕皮激素合成相关的细胞色素P450基因的鉴定分析
    程道军, 李志清, 孟勐, 彭健, 钱文良, 康丽霞, 夏庆友
    中国农业科学. 2014, 47(3):  594-604.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.019
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    【目的】昆虫变态发育的启动主要受前胸腺合成分泌的蜕皮激素所调控,而蜕皮激素的合成是由细胞色素P450基因催化完成。家蚕(Bombyx mori)是一种产丝昆虫,蚕业生产中如果能阻断或延迟家蚕蛹变态发育进程,将有利于改进蚕茧处理工艺,提高蚕丝品质。论文旨在鉴定参与家蚕蜕皮激素合成的细胞色素P450基因,从而为人为遗传调节家蚕变态发育提供靶基因。【方法】基于序列同源性比对,筛选家蚕及其他昆虫中参与蜕皮激素合成的P450基因。利用ClustalW软件,分析昆虫蜕皮激素合成相关P450基因的遗传发生关系。通过全基因组表达芯片数据分析及RT-PCR验证,调查家蚕蜕皮激素合成相关P450基因的时空表达特征。利用RNAi技术分析Cyp314a1表达下调对家蚕变态发育的影响。【结果】家蚕基因组中有4个参与家蚕蜕皮激素合成的P450基因,即Cyp306a1、Cyp302a1、Cyp315a1和Cyp314a1。比较分析显示,这4个蜕皮激素合成相关的P450基因在家蚕及其他昆虫中都是单拷贝,而且每个基因的同源体在遗传发生树上能很好地聚成一类,表明昆虫蜕皮激素合成相关的P450基因及其负责的蜕皮激素合成通路非常保守。时空表达谱分析显示,在家蚕幼虫5龄第3天,Cyp302a1、Cyp315a1和Cyp314a1主要在家蚕幼虫卵巢、精巢和头部等组织器官中高表达;在幼虫-蛹-成虫变态发育进程中,Cyp302a1、Cyp315a1和Cyp314a1主要在蛹变态发育后期表达,其中Cyp314a1分别在上簇、化蛹及羽化前高表达,这与蜕皮激素滴度高峰出现的时期基本一致。Cyp314a1的RNAi导致家蚕不能正常化蛹及雌蛾卵巢发育异常,且降低了蜕皮激素信号通路关键基因HR3及Ftz-f1的表达。【结论】家蚕蜕皮激素合成相关的P450基因在进化上非常保守,其表达水平降低能引起家蚕蛹变态发育受阻,暗示蜕皮激素合成相关P450基因可以用作家蚕变态发育控制的靶标基因之一。
    研究简报
    砧木与嫁接番茄产量品质关系的综合评价
    高方胜1, 2, 王磊2, 3, 徐坤2
    中国农业科学. 2014, 47(3):  605-612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.03.020
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    【目的】嫁接栽培作为克服设施番茄连作障碍的有效技术措施,前人围绕嫁接番茄的抗逆性、抗病性及产量表现进行了较多的研究,但关于嫁接与品质关系的研究尚不系统,因此,论文旨在综合评价番茄嫁接对产量品质的影响,进一步明确嫁接栽培的生物学效应,为该技术的科学应用提供理论依据。【方法】以‘金棚1号’自根嫁接苗为对照,选用10个番茄砧木分别嫁接‘金棚1号’接穗,研究不同砧木嫁接苗幼苗质量、成株生长势、产量和品质的变异特征,并采用隶属函数法,对幼苗质量及果实品质进行无量纲计算,以隶属函数值为依据,综合评价嫁接对番茄幼苗质量及果实品质的影响。【结果】不同砧木番茄嫁接苗幼苗生长量差异较大,其中叶面积及根系干物质量的变异系数分别达18.24%和15.21%;采用隶属函数法综合评价的幼苗质量以砧木‘MIKADO’、‘影武者’嫁接苗幼苗质量较高;供试砧木嫁接苗成苗率均高于90%。嫁接苗成株的生长势和产量也因砧木不同而表现出显著差异,虽然嫁接苗平均增产率达34.87%,但产量的变异系数达17.16%,除‘ベスパ’外,其他砧木嫁接苗产量均显著高于对照,其中‘MIKADO’和‘マグネット’嫁接苗增产率分别高达66.82%和57.56%。嫁接苗番茄果实硬度均较对照显著提高,且果形指数也发生显著变化,除‘ベスパ’、‘アンカ-T’和‘サポ-ト’外,其他砧木嫁接苗单果鲜质量均显著高于对照。嫁接还显著影响了番茄果实的营养品质,其中对维生素C的影响较大,而对可溶性固形物影响较小,其变异系数分别为69.16%和8.87%,但不同砧木嫁接对果实各营养指标的作用方向不尽一致;供试砧木嫁接苗番茄果实干物质、可溶性固形物、可溶性蛋白和可滴定酸含量均较对照显著提高,但果实Vc、番茄红素、可溶性糖含量及糖酸比则与对照互有高低;通过隶属函数法对构成番茄果实品质的相关指标进行计算,嫁接苗番茄果实营养品质隶属函数值均较对照显著增加,表明不同砧木嫁接均显著改善了番茄果实的营养品质。【结论】番茄嫁接苗幼苗质量、成株生长势、果实产量及品质因砧木不同而显著不同,在10个供试砧木中,除‘ベスパ’外,其他砧木番茄嫁接苗幼苗质量及产量均显著高于对照,其中以‘MIKADO’和‘マグネット’增产率较高;尽管不同砧木番茄嫁接苗果实品质相关指标互有高低,但嫁接番茄果实综合品质均优于对照,尤以‘アンカ-T’、‘ベスパ’和‘砧木001’嫁接苗果实品质较佳。