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当期目录

    2014年 第47卷 第9期 刊出日期:2014-05-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    小麦重要自噬相关基因ATG18的鉴定和表达分析
    孙鸿, 张微, 卫晓静, 王华忠
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1657-1669.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.001
    摘要 ( 311 )   HTML ( 2 )   PDF (986KB) ( 618 )   收藏
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    【目的】克隆小麦重要自噬相关基因ATG18,分析其编码产物的序列特征和高级结构,了解其在生物、非生物胁迫及激素处理条件下的表达模式,阐明其生物学功能。【方法】利用EST拼接和RT-PCR方法从白粉菌侵染的小麦叶片中克隆ATG18 cDNA序列,利用生物信息学方法进行基因的外显子-内含子结构分析、编码蛋白的结构域和保守氨基酸预测、高级结构分析和物种间同源蛋白的进化分析。采用实时荧光定量PCR方法研究基因表达对白粉菌侵染和外源激素处理的响应模式及对高盐、干旱、低温黑暗和缺氮培养等逆境胁迫处理的响应模式。【结果】获得了4个小麦ATG18家族成员(TaATG18a、TaATG18b、TaATG18c和TaATG18d)cDNA。4个基因高度相似,均含有1 158 bp开放阅读框(ORF),编码385个氨基酸的蛋白质。4个基因的编码蛋白在一级结构上均含有典型的WD-40结构域、磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI3P)结合基序和保守的ATG2结合位点氨基酸残基。4个基因均具有2种转录后的可变剪接方式,2种剪接产物mRNA分别编码完整的有功能蛋白和N端截短导致结构域和功能位点缺失的无功能蛋白。TaATG18a蛋白在高级结构上折叠成与其他WD-40蛋白类似的β-推进器样构象,PI3P结合基序位于推进器第五叶片的折叠4和第五、六叶片的连接部分,ATG2结合位点位于连接第二叶片和第三叶片的loop上。TaATG18s能够被白粉菌侵染诱导表达,但具体的诱导表达模式在抗、感白粉病反应之间存在明显差异。在广谱抗白粉病基因Pm21和小种专一性抗白粉病基因Pm3f介导的抗病反应中,TaATG18s均呈现接种白粉菌后0—36 h期间的2次诱导表达模式,2次诱导表达时间与白粉菌侵染进程密切相关。在中感材料扬麦158遗传背景上的感病反应中,TaATG18s尽管也呈现2次诱导表达,但第一次诱导表达持续时间短且强度低于含Pm21的近等基因系上抗病反应中的表现,相反第二次诱导表达强度高于抗病反应中的表现。高感材料Chancellor遗传背景上的TaATG18s响应白粉菌侵染的表达波动较小。外源乙烯或SA处理对TaATG18s表达的调控作用在抗、感白粉病材料上明显不同,在感病材料上表现激活作用,而在抗病材料上表现抑制作用。激素处理对TaATG18s表达的调控不仅作用于转录水平,还作用于转录后的mRNA剪接环节。高盐、干旱、低温黑暗和缺氮培养等逆境处理也能够上调TaATG18s的表达。【结论】推测鉴定的4个TaATG18s编码蛋白具有通过结合PI3P定位于自噬膜表面和通过形成ATG18-ATG2复合物参与小麦自噬过程的功能。TaATG18s及其参与的自噬过程与小麦对白粉菌侵染的免疫反应密切相关,也与小麦响应非生物逆境胁迫环境相关。抗、感材料TaATG18s对同种激素信号的不同响应模式可能是导致抗、感白粉病表型差异的原因之一。
    小麦雄性不育系绒毡层异常代谢与小孢子败育的关系
    张鹏飞, 宋瑜龙, 张改生, 赵新亮, 巴青松, 刘红占, 祝万万, 李志宽, 王军卫, 牛娜
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1670-1680.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.002
    摘要 ( 280 )   HTML ( 1 )   PDF (982KB) ( 562 )   收藏
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    【目的】研究小麦遗传型雄性不育系花药绒毡层降解及营养物质代谢,并揭示其与花粉败育的关系。【方法】以小麦S型1376不育系[(S)-1376(A)]及其保持系[(A)-1376(B)]为试材,在三核期分别用DAPI和KI-I2对花粉粒内淀粉积累进行染色观察;采用半薄切片技术对不育系(S)-1376和保持系1376绒毡层发育过程及多糖、脂类和蛋白等物质积累进行观察和比较;采用软件cellSens Entry和IPP 6.0分别计算图片中小孢子和绒毡层细胞的面积及分析各发育时期图像中的平均光密度值。【结果】与保持系1376比较,(S)-1376花粉粒被KI-I2染成浅黄色,表明三核期其花粉中无淀粉积累,花粉败育彻底;不育系(S)-1376绒毡层较保持系1376绒毡层细胞提前至四分体时期启动细胞程序化死亡(PCD)过程;不育系(S)-1376花粉核发育迟缓,大多发育至单核晚期停止分裂,仅少数可发育至二核期;(S)-1376小孢子在四分体时期和单核早期显著增大;绒毡层细胞在四分体时期也显著大于保持系1376绒毡层细胞。在(S)-1376花粉的发育过程中,除四分体时期外,其余各时期多糖含量(呈红色)均低于保持系对应的各发育时期,不育系(S)-1376绒毡层中多糖在四分体时期多于保持系,在单核早期显著降低。在花粉整个发育过程中,不育系(S)-1376花粉中被染成黑色脂类的含量明显低于保持系,不育系绒毡层中的脂类含量在各个时期也低于保持系。不育系(S)-1376小孢子母细胞四分体时期被染成蓝色的蛋白含量很高,但单核晚期显著降低;在绒毡层细胞中单核早期蛋白含量显著低于保持系,这可能暗示该时期保持系绒毡层开始启动降解。在花粉发育整个过程中保持系1376小孢子母细胞中四分体时期多糖和蛋白的含量都低于不育系(S)-1376,这可能与该时期不育系绒毡层提前降解需要大量的多糖和蛋白有关;单核晚期小孢子中的多糖、脂类和蛋白含量高于不育系,该时期是正常小孢子发育的关键时期,不育系中各种物质供应不足可能是导致花粉败育的主要原因。在二核期和三核期,不育系(S)-1376花粉营养细胞中大液泡不消失,细胞质内含物也不持续增加,淀粉粒、脂类等物质积累终止,最终导致小孢子内没有内含物的积累,呈空壳晶体状。【结论】小麦S型1376A不育系花药绒毡层提前降解所诱发的物质异常代谢,使小孢子在由单核晚期向二核期发育的过程中物质供应不足导致细胞核分裂异常,最终引起花粉败育。
    幼苗期大豆根系性状的遗传分析与QTL检测
    梁慧珍1, 余永亮1, 杨红旗1, 张海洋1, 董薇1, 崔暐文1, 巩鹏涛2, 方宣钧3
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1681-1691.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.003
    摘要 ( 293 )   HTML ( 1 )   PDF (786KB) ( 537 )   收藏
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    【目的】研究幼苗期大豆根系性状的遗传规律并进行QTL定位,推进大豆品种选育进程。【方法】以栽培大豆晋豆23为母本,半野生大豆灰布支黑豆(ZDD2315)为父本及其所衍生的447个RIL作为供试群体,取亲本及447个家系各30粒种子,用灭菌纸包裹后分别于2013年5月27日、6月28日放置在清水培育,每组试验设置3次重复,环境温度20—28℃,幼苗长到V2期,分别于2013年6月8日、7月8日对幼苗期相关根部性状数据进行测量。采用主基因+多基因混合遗传分离分析法和复合区间作图法,对大豆幼苗期根系性状进行遗传分析和QTL定位。定位所用图谱全长2 047.6 cM,包括27个连锁群,232个标记位点。【结果】主根长、侧根数、根重、根体积和茎叶重各形状之间均呈现极显著正相关;下胚轴长和下胚轴重表现极显著正相关,与茎叶重表现出显著正相关。主根长受3对等效主基因控制,侧根数受2对重叠作用主基因控制,根重和根体积受4对等效主基因控制,下胚轴长受4对加性主基因控制,下胚轴重受4对加性-加性×加性上位性主基因控制,以上性状均没有检测到多基因效应。茎叶重受加性多基因控制,没有检测到主基因效应。共检测到24个与主根长、侧根数、根重、根体积、茎叶重、下胚轴长和下胚轴重相关的QTL,分别位于A1、A2、B1、B2、C2、D1b、F_1、G、H_1、H_2、I、K_2、L、M、N和O连锁群上。其中,主根长共检测到5个QTL,分布在B1、L、N、O连锁群上。解释的表型变异范围为7.05%—13.18%。侧根数共检测到4个QTL,分布在A1、D1b、I、L连锁群上。解释的表型变异范围为8.21%—16.43%。根重共检测到3个QTL,分布在F_1、G、N连锁群上。解释的表型变异范围为7.55%—10.85%。根体积,5月27日试验结果,共检测到3个QTL,分布在K_2和M连锁群上。解释的表型变异范围为8.44%-12.39%。6月28日试验结果,没有定位出主效QTL。茎叶重共检测到5个QTL,分布在A1、A2和N连锁群上。解释的表型变异范围为11.43%-38.91%。其中,qSW1-a2-1、qSW2-a2-1和qSW2-a2-1均定位在A2染色体上。下胚轴长,5月27日试验结果,共检测到1个QTL,分布在H_1连锁群上,表型贡献率为7.86%。6月28日试验结果,没有定位出主效QTL。下胚轴重共检测到3个QTL,分布在B2、C2、H_2连锁群上。解释的表型变异范围为7.70%—12.48%。【结论】幼苗期根系性状的遗传机制较复杂,茎叶重受多基因控制,其余性状主要受主基因控制。抗逆品种根系从幼苗期根系生长就表现出发根早、生长快、主根长、侧根多等特点,在实际育种过程中,需要对根系各性状间的关系进行综合考虑,确保根系整体健壮发达,协调统一。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    不同降水年型休闲期耕作蓄水与旱地小麦籽粒蛋白质形成的关系
    孙敏, 葛晓敏, 高志强, 任爱霞, 邓妍, 赵维峰, 赵红梅
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1692-1704.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.004
    摘要 ( 332 )   HTML ( 1 )   PDF (658KB) ( 560 )   收藏
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    【目的】中国旱地小麦常年降水量少且分配不均,如何蓄水保墒尤其是蓄积休闲期降水提高生育期土层水分含量,以供作物生长发育需要成为当前研究的热点。论文旨在探讨不同降水年型,休闲期耕作方式对土壤水分贮备水平、小麦籽粒产量和品质指标的影响,进而为有效利用一年一作旱地小麦休闲期降水,提高小麦籽粒产量,优化籽粒品质提供理论依据。【方法】于2009—2012年连续3年在山西闻喜县开展大田试验,以运旱20410为供试品种,设置休闲期深翻(深度25—30 cm,DT)、休闲期深松(深度30—40 cm,SS)、对照(休闲期不进行任何耕作处理,CK)3个水平,随机区组设计,研究休闲期深翻、深松对旱地冬小麦0—300 cm土层水分含量、籽粒蛋白质形成的影响。【结果】休闲期耕作较对照提高播种前0—300 cm土层蓄水量,枯水年提高63—91 mm,平水年提高41—70 mm,丰水年提高54—74 mm;休闲期耕作较对照显著提高小麦籽粒产量,枯水年提高981—1 330 kg•hm-2,平水年提高883—1 089 kg•hm-2,丰水年提高1 256—1 457 kg•hm-2。且枯水年、平水年深翻效果较好,而丰水年深松效果较好。休闲期耕作较对照显著提高平水年、丰水年小麦花后旗叶谷氨酰合成酶(GS)活性、花后5—15 d旗叶谷氨酸合成酶(GOGAT)活性,显著提高不同降水年型籽粒GS、GOGAT活性。休闲期耕作较对照提高平水年、丰水年籽粒清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量、蛋白质含量,提高枯水年、丰水年谷醇比,提高不同降水年型籽粒蛋白质产量。休闲期深翻处理枯水年籽粒蛋白质产量,平水年籽粒清蛋白、醇溶蛋白、蛋白质含量及蛋白质产量显著高于深松处理;休闲期深松处理丰水年籽粒蛋白质及其组分含量、蛋白质产量、谷醇比显著高于深翻处理。不同降水年型休闲期耕作条件下,开花期土壤水分影响了旗叶GS、GOGAT活性,尤其是旗叶GS活性,旗叶GS活性与籽粒蛋白质及其组分含量、谷醇比、蛋白质产量关系密切,开花期土壤水分与籽粒球蛋白、醇溶蛋白、蛋白质含量、籽粒蛋白质产量关系密切,尤其是谷醇比与开花期深层土壤水分的关系较密切。【结论】旱地小麦休闲期耕作有利于蓄积休闲期降水,提升旱地小麦土壤水分贮备水平,如播种前土壤蓄水量和开花期土壤蓄水量,从而提高产量、优化品质,其中枯水年、平水年以休闲期深翻效果较好,丰水年以休闲期深松效果较好。
    不同肉色甘薯块根主要营养品质特征与综合评价
    唐忠厚1, 2, 魏猛1, 陈晓光1, 史新敏1, 张爱君1, 李洪民1, 丁艳锋2
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1705-1714.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.005
    摘要 ( 244 )   HTML ( 1 )   PDF (677KB) ( 537 )   收藏
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    【目的】 甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam)是淀粉类块根作物,为中国重要的粮食、饲料和工业加工原料,营养品质分析与评价是甘薯品种选育和综合利用过程的重要环节。因此,通过分析不同肉色甘薯资源主要营养品质,建立适合、高效的中国甘薯营养品质评价方法,探讨甘薯营养品质综合评价中的主要影响因子,为甘薯育种和利用提供基础。【方法】 以中国主栽优质的30份不同肉色甘薯资源为研究对象,采用常规化学分析与近红外光谱技术,测定块根中主要营养品质指标,通过隶属函数转化与因子分析,综合评价甘薯块根营养品质特征。【结果】供试的30份不同肉色甘薯块根中营养品质指标均有一定差异,以胡萝卜素、花青素、黄酮、多酚与果糖等指标含量变异系数大,蛋白质与淀粉等碳水化合物含量差异相对较小;紫肉甘薯材料中Fe、Zn、Mg等矿物质元素、黄酮和多酚等含量多高于白肉与黄肉品系,但其淀粉率较白肉与黄肉品系偏低。相关分析表明,块根各营养品质组分既相互独立又关系复杂,多数营养品质指标间有一定相关性。品质指标转化数据经因子分析,被提取的前8个公共因子累积方差贡献率达92.36%,前8个公共因子对16个指标变量的贡献范围为0.83—0.98,甘薯营养品质指标可划为功能物质因子、碳水化合物因子与营养品质辅助因子,它们的方差贡献率和权重分别为33.34%、38.7%、20.32%和0.36、0.42、0.17,该结果表明,利用因子分析可将相同或类似本质的多个甘薯营养品质变量归入一个具有代表性的因子,减少分析变量数目。根据各因子隶属函数值、权重的确定,以计算出综合评价值的大小反映供试材料营养品质综合评价高低,结果表明,不同肉色甘薯品种(系)营养品质综合评价差异达显著水平(P<0.05),主要表现为紫肉型>黄肉型>白肉型,紫肉型甘薯品种(系)受其功能物质因子的影响,其营养品质综合评价明显高于其它类型,表明甘薯块根中黄酮类、多酚类、花青素、胡萝卜素等物质组分对其营养品质综合评价的贡献高,可作为衡量甘薯块根营养品质综合评价优劣重要指标,而干基条件下含量差异不明显的蛋白质与淀粉等甘薯块根营养基本组成因子,在综合评价中贡献较小。【结论】 不同肉色甘薯块根重要营养品质特征存在一定差异;不同肉色甘薯品种(系)营养品质综合评价差异明显,主要表现为紫肉型块根>黄肉型块根>白肉型块根,影响甘薯营养品质综合评价的关键因子依次是功能性物质因子、碳水化合物因子与营养品质辅助因子。
    植物保护
    玉米大斑病菌MAPK超家族的全基因组鉴定及途径模型建立
    巩校东1, 张晓玉1, 田兰1, 王星懿1, 李坡2, 张盼1, 王玥1, 范永山3, 韩建民1, 谷守芹1, 董金皋1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1715-1724.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.006
    摘要 ( 265 )   HTML ( 1 )   PDF (837KB) ( 607 )   收藏
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    【目的】从全基因组水平鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)的MAPK超家族基因,并对其进行系统进化、基因结构、多重序列比对及保守位点分析,构建玉米大斑病菌中的MAPK级联途径模型,为深入研究该植物病原菌中MAPK级联途径的功能奠定基础。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索基因组,鉴定并获得MAPK超家族成员序列、基因组定位信息;采用MEGA 5.0软件进行系统进化分析;通过GSDS工具进行基因结构分析;利用ClustalX、MEME工具分析MAPK蛋白激酶区的保守性及保守位点。【结果】在玉米大斑病菌基因组中发现了4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。系统进化分析将MAPK分为Kss1/Fus3、Slt2、Hog1及Ime2 4类;MAPKK分为Pbs2、Ste7及Mkk1 3类;MAPKKK分为Ste11、Bck1及Ssk2 3类。基因组定位及基因结构分析表明,MAPK超家族散布在基因组中,且MAPK基因的结构最为复杂多样,MAPKK次之,MAPKKK结构最简单。多重序列比对与保守位点分析表明,玉米大斑病菌MAPK超家族的激酶结构域均高度保守,其中MAPK具有保守的“-TxY-”磷酸化位点,MAPKK含有保守的“-SD[V/I]WS-”磷酸化位点,MAPKKK含有“-G[S/T][V/P][F/M][W/Y]M[A/S]PEV-”特异性保守位点。【结论】全基因组分析表明,玉米大斑病菌中包括4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。通过系统进化、基因结构及多重序列比对和保守位点分析,在玉米大斑病菌中构建了Fus3/Kss1-homolog、Slt2-homolog、Hog1-homolog和Ime2-homolog 4条MAPK级联途径,其中Ime2 homolog为一条新发现的MAPK级联途径。该信息为深入解析植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。
    水稻草状矮化病毒侵染寄主水稻差异表达蛋白的鉴定和分析
    丁新伦, 谢荔岩, 吴祖建
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1725-1734.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.007
    摘要 ( 273 )   HTML ( 1 )   PDF (915KB) ( 488 )   收藏
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    【目的】对水稻草状矮化病毒(Rice grassy stunt virus,RGSV)侵染寄主水稻后其叶片的差异表达蛋白进行筛选、鉴定和生物信息学分析,为进一步研究RGSV和寄主水稻互作的分子机制提供线索。【方法】采用双向荧光差异凝胶电泳(Two-dimensional fluorescence difference in gel electrophoresis,2D-DIGE)和Image Master 2D platinum 7.0分析软件寻找差异表达蛋白,MALDI-TOF-MS(Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight tandem mass spectrometry)鉴定差异蛋白,利用BioTools软件搜索NCBI数据库,寻找匹配的相关蛋白质和功能查询。采用GOminer软件对差异蛋白进行GO(Gene ontology)聚类分析,KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)数据库分析差异蛋白所参与的生物通路。【结果】建立了RGSV侵染与未侵染水稻的叶片双向荧光差异凝胶电泳图谱,RGSV病株与健株相比,差异倍数大于1.5的差异蛋白质点有173个,其中表达丰度升高的点有72个,表达丰度下降的点有101个,质谱鉴定了44个差异蛋白质点,25个获得成功鉴定,分属于24种蛋白质,包括RGSV的2种蛋白20.6K非结构蛋白和P5蛋白,水稻中的蛋白推定的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶前体、推定的酪氨酸磷酸酶、HAD超家族水解酶-亚族IA蛋白变体3蛋白、水稻核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶小亚基结合2-羧基阿拉伯糖醇-1,5-二磷酸复合体、类似C1结构域蛋白以及其他一些功能未知蛋白和假定蛋白。对已鉴定蛋白的生物信息分析显示,差异蛋白涉及氮素固定、氮循环代谢过程、含氮化合物代谢过程、单一生物体代谢过程、代谢过程和生物过程等6个生物学过程,在生物功能上分属7类,包括分子功能、酸胺连接酶活性、酰胺连接酶活性、催化活性、谷氨酸氨连接酶、连接酶活性和形成C-N键的连接酶活性,在细胞组件上,差异蛋白分布于不同的细胞位置,涉及细胞组分、细胞器、细胞、膜结合细胞器、囊(泡)、细胞部分、膜结合囊(泡)、胞内、胞内部分、胞内细胞器、细胞质、胞内膜结合细胞器、细胞质部分、质体、细胞质囊(泡)和细胞质膜结合囊(泡)。KEGG通路分析显示,差异蛋白参与了代谢途径、光合生物固碳反应、碳代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢、氨基酸生物合成、丙酮酸盐代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、谷胱甘肽代谢和氮代谢途径等10个KEGG代谢通路。【结论】RGSV侵染诱导了水稻差异蛋白质表达,获得了一些与RGSV侵染水稻相关的蛋白质分子,差异蛋白涉及到多个功能类别。其中与氮有关的生物学过程和光合作用过程变化较为明显。
    小菜蛾三个普通气味受体基因的克隆及表达谱
    孔畅仪1, 王桂荣2, 刘杨2, 严善春1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1735-1742.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.008
    摘要 ( 265 )   HTML ( 1 )   PDF (704KB) ( 485 )   收藏
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    【目的】克隆小菜蛾(Plutella xylostella)触角中3个气味受体基因,明确这3个气味受体在不同组织中的表达分布,进而推测这3个基因的功能,为进一步深入研究奠定基础。【方法】通过新一代高通量测序技术对小菜蛾成虫触角进行转录组测序,获得小菜蛾的转录组数据信息,通过对高质量序列的拼接组装、基因鉴定和功能注释,并通过Blastx基于数据库进行相似性比对分析,预测小菜蛾的气味受体候选基因;设计引物通过克隆得到3条普通气味受体基因的全长序列,并利用半定量RT-PCR研究其在雌、雄成虫9个不同组织中的表达。【结果】根据预测的基因序列,设计特异引物,克隆得到3条普通气味受体基因的全长序列,分别命名为PxylOR16、PxylOR17和PxylOR18(GenBank登录号分别为KF717601—KF717603)。PxylOR16开放阅读框全长为1 218 bp,编码406个氨基酸;PxylOR17开放阅读框全长为1 200 bp,编码400个氨基酸;PxylOR18开放阅读框全长为 1 191 bp,编码397个氨基酸。选择已报道的鳞翅目昆虫家蚕(Bombyx mori)、烟芽夜蛾(Heliothis virescens)和棉铃虫(Helicoverpa armigera)的气味受体,以及已报道的小菜蛾的6条性信息素受体与1条非典型气味受体与本实验克隆得到的3个气味受体进行序列比对和进化树分析,结果显示这3个气味受体基因与非典型气味受体和性信息素受体同源性低,而与其他的普通气味受体聚类在一起,且PxylOR16、PxylOR17和PxylOR18彼此同源性较低。半定量的结果显示,3个普通气味受体基因均在触角中表达量最大,在其他嗅觉感器,如喙、下唇须和头部中也有一定量的表达,雌、雄间无显著差异。另外,PxylOR17在雌蛾生殖器中,PxylOR18在雌蛾腹中也有一定表达。但3种气味受体基因在雌、雄蛾的胸、足和翅等组织中均不表达。【结论】鉴定和克隆了3个小菜蛾气味受体基因,明确这些气味受体基因在小菜蛾不同组织中的表达水平,通过进化树分析、序列比对和组织表达谱分析确定PxylOR16、PxylOR17和PxylOR18为3条普通气味受体,且在功能上高度分化。根据半定量RT-PCR的结果,推测这3个基因可能参与了普通气味分子的识别过程,此外PxylOR17和PxylOR18还可能参与了信息素的产生和释放过程。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    玉米-大豆带状套作对大豆根瘤性状和固氮能力的影响
    于晓波1, 2, 苏本营1, 龚万灼1, 罗玲1, 刘卫国1, 杨文钰1, 张明荣2, 吴海英2, 曾宪堂3
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1743-1753.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.009
    摘要 ( 276 )   HTML ( 1 )   PDF (638KB) ( 552 )   收藏
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    【目的】研究玉米-大豆带状套作系统中大豆生物量积累、根瘤特性、固氮酶活性和植株酰脲含量与固氮能力间的关系,明晰套作根系固氮能力的变化规律,为筛选适宜玉米-大豆带状套作的大豆品种提供理论依据。【方法】以强结瘤大豆NTS1007及其亲本BRAGG和本地耐荫大豆南豆12三个结瘤特性不同的大豆品种(系)为试验材料,在大田试验条件下,采用传统挖掘法挖根考察根瘤生长特性,并对玉豆带状套作下的大豆地上部与地下部生物量积累、根瘤固氮酶活性和植株酰脲含量进行测定和分析。【结果】与单作相比,玉豆带状套作下大豆植株生物量显著下降,地下部(33.15%)较地上部(20.84%)下降更为明显,根瘤生物量受地上部和地下部的共同调控(R2=0.613、0.916);大豆根瘤数目、单株瘤重和酰脲含量均显著下降,根瘤数目与地下部生物量呈显著正相关(R2=0.813);单位重量和单株固氮酶活性均显著下降,在达到峰值后下降速度均小于单作;单株固氮酶活性增长速率最快的时间滞后于单作。不同结瘤特性大豆对玉豆带状套作的响应不同,玉豆带状套作下NTS1007单株根瘤数目最多,但与单作相比其降幅最大(52.42%),BRAGG地下部和地上部生物量、根瘤重量下降幅度最大(37.73%、31.28%、43.25%),南豆12的根瘤数目、地上部和地下部生物量、根冠比的降幅均为最小(40.12%、10.17%、19.83%、10.41%);玉豆带状套作下NTS1007的单株固氮酶活性和单位重量酰脲含量降幅最大(64.41%、21.72%),BRAGG的单位重量固氮酶活性降幅最大(24.16%),南豆12的单位重量和单株固氮酶活性、单株酰脲含量均表现为最高,且降幅最小(10.01%、45.81%、17.88%)。【结论】玉豆带状套作显著降低了大豆地上部、地下部生物量和根冠比,减少了单株根瘤数目,降低了单位重量根瘤和单株固氮酶活性,抑制了大豆固氮能力的发挥。但生殖生长后期固氮能力下降速度低于单作,这有利于套作大豆籽粒蛋白质的积累。不同结瘤特性大豆对套作的响应不同,强结瘤大豆NTS1007的地上部干物质积累和地下根瘤形成对套作环境反应敏感,南豆12则对玉豆带状套作表现出了良好的适应性。
    1961—2010年中国主要麦区冬春气象干旱趋势及其可能影响
    房世波1, 齐月1, 韩国军1, 周广胜1, DavideCammarano2
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1754-1763.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.010
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    【目的】近年来,连续发生的冬春连旱事件已经严重威胁到冬小麦的安全生产和粮食增产,本研究以中国主要麦区为研究对象,分析1961—2010年中国北方主要麦区冬春季降水、无降水日数和极端干旱频率的变化趋势及其对当地冬小麦生产的可能影响,揭示冬春干旱在当前气候背景下的演变趋势,为科学应对冬春干旱提供依据。【方法】采用线性倾向估计与Robust F线性显著性检验分析1961—2010年中国北方各站点冬春季降水、冬春季无降雨日数的线性倾向与显著性,揭示冬季、春季和冬春季的降水和无降雨日数的年代际变化趋势;根据气象干旱等级的国家标准GB/T 20481-2006将干旱5个等级中的重旱和特旱定义为极端干旱,基于降水距平的滑动平均,计算1961—2010年各年冬春季极端干旱频次的线性倾向,分析极端干旱发生频次的年际变化趋势和干旱风险剧增区降水的时间变化,揭示干旱时间动态趋势。【结果】(1)1961—2010年,华北为中心的冬麦区冬春气象干旱呈加剧趋势,其中心区域山西、河北和山东西北部冬春两季极端干旱的频次呈现增加趋势,陕西东部和湖北西北部春极端干旱的频次也呈增加趋势;(2)1961—2010年华北冬麦区的冬季降水呈减少趋势,且无降水日数呈增加趋势,即冬季气象干旱呈加剧趋势,其他区域的冬季降水呈增加趋势,无降水日数呈减少趋势;(3)1961—2010年华北冬麦区、黄淮冬麦区中南部和西北春麦区南部的春季降水均呈减少趋势,且无降水日数呈增加趋势,其他区域春季降水呈增加趋势,无降水日数呈显著减少趋势;(4)从重点区域降水的时间动态看,近20来华北地区的冬季和春季降水呈急剧下降趋势,无降水日数呈显著增加趋势,冬春气象干旱风险呈剧增趋势;近50年来黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区的冬季降水呈增加趋势,而春季降水呈下降趋势,无降水日数呈增加趋势,长江中下游麦区20世纪70年代中期以后春季降水呈持续下降趋势。【结论】华北地区冬春季降水呈急剧下降趋势,无降水日数呈增加趋势,华北冬小麦冬、春干旱势必由于地下水位的持续下降和抗旱成本的增加而导致干旱风险加大;黄淮冬麦区南部和长江中下游冬麦区的春季降水尽管也呈下降趋势,由于该区域春季平均降水量对小麦来说以偏多为主,降水减少还不会影响到小麦生长,该区域降水的减少可能对冬小麦生长有利;气候干旱区东北和内蒙春麦区、西北春麦区西部50年来的冬春季降水呈增加趋势,有利于春小麦生产。
    灌溉对农田温室效应贡献及土壤碳储量影响研究进展
    齐玉春1, 郭树芳1, 2, 董云社1, 彭琴1, 贾军强1, 2, 曹丛丛1, 2, 孙良杰1, 2, 闫钟清1, 2, 贺云龙1, 2
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1764-1773.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.011
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    农田碳库是全球碳库最活跃的部分,对管理措施变化的响应十分敏感。灌溉技术作为中国旱作农业的重要管理措施,其变化势必会对农田温室效应贡献及土壤碳固存能力产生重要影响,但相关试验数据及机理研究迄今仍十分缺乏。文章综述了灌溉对农田土壤呼吸及其不同组分、氧化亚氮(N2O)与甲烷(CH4)源汇通量以及农田土壤碳储量变化的定量影响,比较了上述参数变化对不同灌溉方式、灌溉量、灌溉频率、灌溉年限以及灌溉水质等的差异响应,剖析了可能的影响机制。分析表明:(1)灌溉通常将增加土壤的碳排放,但土壤呼吸与灌溉量间并非线性关系。在水分亏缺条件下,土壤呼吸与灌溉量呈现正相关,而过量灌溉则会降低土壤呼吸;灌溉影响土壤呼吸的温度敏感性(Q10),Q10与灌溉量之间呈抛物线关系,漫灌方式下土壤呼吸的温度敏感性高于滴灌;不同灌溉方式下土壤呼吸不同组分的贡献率及其对水分变化的响应存在较大差异,灌溉对根系呼吸的影响较对土壤微生物呼吸的影响更为显著,滴灌条件下根系呼吸对土壤呼吸的贡献率显著大于漫灌;灌溉水质与灌溉深度显著影响土壤温室气体释放总量,开展充分的市政污水处理能够为国家和地区换取更多的碳排放信用。(2)水分管理是减缓农田N2O与CH4排放的重要措施,水分状况对N2O与CH4的产生过程与排放途径均存在重要影响;水分管理对CH4和N2O排放的影响往往存在明显的消长关系,采用全球增温潜势(GWPs)等综合性评价指标才能更加准确与全面地反映灌溉及其不同方式所带来的农田温室效应贡献变化。(3)水分变化对土壤有机碳存在增加、降低或不显著等多种可能影响。不同气候、土壤类型下表层有机碳含量变化对灌溉的响应存在明显不同,灌溉在相对干旱地区对土壤有机碳的增加效应更为显著;不同组分有机碳对灌溉方式变化响应的敏感度以及响应方向存在差异,对于某种灌溉方式影响效应的评价须从农业节水、增加土壤有机碳储量以及提高活性有机碳利用率等多角度进行综合分析。迄今为止,灌溉对土壤主要温室气体排放及土壤有机碳储量的影响效应仍存在较大不确定性,今后应加强不同灌溉方式之间的对比研究,尤其是灌溉方式改变后土壤温室气体排放空间差异性的变化;重点关注灌溉及其方式变化对温室气体综合增温潜势以及生态系统碳源汇功能的影响;加强不同灌溉方式的长期与短期效应的比较;深化灌溉驱动农田温室效应变化的微生物学驱动机制的研究等。
    园艺
    荔枝花芽分化研究进展
    陈厚彬, 苏钻贤, 张荣, 张红娜, 丁峰, 周碧燕
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1774-1783.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.012
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    The commercial production of litchi (Litchi chinensis Sonn.), a subtropical evergreen fruit tree, has been restricted in the two narrow areas of 17o-32o latitude in the north and south hemispheres. Within the multiple cultivars-based industrial structures, unreliable flowering has taken place in almost all litchi cultivars. The flowering status of varieties, flower bud differentiation stage performance, influence factors, flower bud differentiation mechanism and flowering regulation are reviewed in this paper. It is considered that, litchi trees must have fully matured terminal shoots in autumn and be florally induced under chill conditions for a quite long period during the winter. Primordial inflorescence initiated upon the ascending temperatures and with release of water stresses during late winter or early spring, the inflorescence and flowers developed at mild conditions with warm days and cool nights. Any one unsatisfactory factor during the phase changes might cause failure of flower formation. The major factors influencing litchi floral development are state of terminal shoots, temperatures and water. Carbohydrate accumulation in shoots and the endogenous hormones affect flowering. In order to solve the instability problem in production of flowering and ensure good flowering under extreme and marginal conditions, the molecular mechanism about litchi floral differentiation and why young shoots and leaves could not be florally induced with chills, how the chill signals perceived and transduced, stimulate the floral transition of the terminal buds, when and how the flower sex is determined should be studied, and to explore nutrient, water management, growth regulators and other mechanical measures according to the phase changes of floral differentiation.
    设施栽培下不同灌溉处理对‘希姆劳特’植株生长及果实的影响
    李雅善1, 李华1, 2, 3, 王华1, 2, 3, 南立军1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1784-1792.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.013
    摘要 ( 208 )   HTML ( 1 )   PDF (542KB) ( 533 )   收藏
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    【目的】在水资源短缺问题日趋凸显及设施栽培不断发展的背景下,研究设施栽培条件下水资源的有效利用具有重要的实际意义。研究旨在通过测定、分析不同灌溉处理对鲜食葡萄植株生长及果实品质和产量的综合影响,以期筛选出最优的灌溉模式,为实际生产应用提供理论支撑。【方法】在设施栽培条件下,以鲜食葡萄品种‘希姆劳特’为试材,在葡萄生育期内,分别采用充分灌溉、部分根区干燥、生长前期及生长后期水分亏缺4种不同的灌溉处理对试验植株进行灌溉处理。在果实成熟期,通过分析不同灌溉处理对葡萄植株的副梢发生数量、叶片面积、茎粗、节间距、夏剪重量、粒径大小、穗长、穗重、粒重,果实还原糖、总酸、可溶性固形物、Vc、外观内质评分,叶片初始量子效率、光补偿点、光饱和点、暗呼吸速率、最大净光合速率、水分利用效率,叶水势和果实产量的影响,综合评定获得最优灌溉方式。【结果】与充分灌溉相比,部分根区干燥、前期水分亏缺、后期水分亏缺这3种水分亏缺方式均能降低葡萄植株的副梢发生数量、叶片面积、茎粗、节间距和夏剪重量,也能减少果粒的横径、纵径和粒重以及果穗的穗长和穗重,但提高了果实的还原糖、可溶性固形物和Vc;3种水分亏缺方式对果实的外观内质评分的影响有所差异,部分根区干燥和后期干旱均能显著提高评分,而前期干旱的评分则略低于充分灌溉;不同的水分亏缺方式都降低了葡萄叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率,但提高了胞间CO2浓度和水分利用效率;不同形式水分亏缺的条件下,葡萄叶片的初始量子效率、光补偿点和暗呼吸速率均高于充分灌溉,而最大净光合速率则低于充分灌溉;不同形式水分亏缺处理下的叶水势均低于充分灌溉;部分根区干燥和转色前水分亏缺处理均能显著地降低产量,而转色后进行水分亏缺的处理植株产量降低不显著。【结论】水分亏缺可以作为可调节植株营养与生殖生长、促进果实品质和水分利用效率提高的手段,从而提高经济效益和生态效益。葡萄果实转色后水分亏缺的调亏灌溉方式在降低植株长势的同时又能稳定产量,并提高品质和水分利用效率,较其他灌溉方式效果好。
    贮藏·保鲜·加工
    Pen a1抗原表位187—202关键氨基酸的筛选和鉴定
    牟慧1, 高美须1, 潘家荣2, 支玉香3, 赵杰1, 刘超超1, 李树锦1, 赵鑫1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1793-1801.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.014
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    【目的】Pen a1是虾中主要的过敏原蛋白,其抗原表位与致敏作用有关。对Pen a1的一个抗原表位187—202中氨基酸的出现频率及保守性进行分析后合成突变肽,并检测该突变肽与表位抗体的结合能力,筛选关键氨基酸,为研究虾致敏机理及脱敏方法提供理论依据。【方法】利用MEGA5软件对Pen a1蛋白5个表位及其氨基酸的组成与出现频率进行分析,选出这些表位中出现频率大的氨基酸;对过敏原数据库中所有致敏食物原肌球蛋白的氨基酸序列的保守性进行分析,筛选出保守性高的氨基酸。两种方法筛选出的共有氨基酸为潜在的关键氨基酸。用丙氨酸分别替代这些潜在的氨基酸形成突变肽。利用固相合成法分别合成原表位肽及突变肽。并将原表位肽作为免疫原免疫新西兰大白兔,获得表位多克隆抗体。利用间接ELISA方法及竞争性Dot-blot方法检测突变的表位肽与表位抗体IgE结合能力,筛选出结合能力明显下降的突变肽,其中替换的氨基酸即为该表位的关键氨基酸。【结果】谷氨酸(E)、亮氨酸(L)、精氨酸(R)、谷氨酰胺(Q)、缬氨酸(V)、丝氨酸(S)、天冬氨酸(D)在表位中出现频率较大,并高于在Pen a1整体蛋白中出现的概率,为活性氨基酸。将序列在187—202的表位中氨基酸组成及出现频率进行统计,推测E、V、L可能为该表位的关键氨基酸。将SDAP数据库中致敏食物原肌球蛋白序列与Pen a1氨基酸序列用DNAMAN软件进行多序列比对,K、L、E、V、G在所有比对的序列中都存在,表明这5个氨基酸为保守氨基酸。选择共有的E、V、L为可能的关键氨基酸,用丙氨酸替代表位中E、V、L分别合成1、2和3号突变肽。用竞争性Dot-blot检测突变肽结合抗体能力,以提取纯化的虾致敏蛋白为包被原,用突变肽抑制虾蛋白结合抗体,发现原表位肽抑制作用明显,1号突变肽的抑制作用与原表位肽相似,2、3号肽的抑制作用明显低于原表位肽。谷氨酸突变的1号突变肽对表位活性并没有较大影响,说明谷氨酸不是该表位的关键氨基酸;而2、3号突变肽与抗体的结合能力明显降低,即亮氨酸和缬氨酸是该表位的关键氨基酸。同时,利用间接ELISA方法,将原表位肽和突变肽与兔血清反应,比较OD450值。结果显示,1号突变肽致敏性降低,OD450值约为对照的1/2.1,2号突变肽OD450值降低为对照的1/2.6,3号突变肽OD450值降低为对照的1/3.2。说明突变表位与表位抗体结合能力均有不同程度的降低。结合竞争Dot-blot试验结果,亮氨酸和缬氨酸为该抗原表位的关键氨基酸。【结论】建立了一种关键氨基酸的筛选和鉴定的方法。亮氨酸和缬氨酸被丙氨酸取代后,其与表位对应抗体的结合能力发生明显下降,是Pen a1中表位187—202的关键氨基酸。这种筛选关键氨基酸的方法可以用于其它抗原表位的关键氨基酸的确定及氨基酸对表位致敏性的影响,深入研究过敏原脱敏机理;同时也可用于基因工程或氨基酸修饰中降低过敏原致敏性。
    基于磁珠和双抗夹心免疫分析的Bt Cry1Ac毒素单链抗体筛选与鉴定
    张留圈1, 2, 张霄1, 刘媛1, 徐重新1, 张存政1, 谢雅晶1, 寇莉萍2, 刘贤金1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1802-1810.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.015
    摘要 ( 239 )   HTML ( 1 )   PDF (608KB) ( 455 )   收藏
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    【目的】通过设计并优化生物素-亲和素标记磁珠筛选策略,建立针对Cry1Ac毒素的新型双抗夹心ELISA检测方法,为研究灵敏、快速的Bt毒素的检测方法建立一种新的检测模式。【方法】采用磁珠液相正负筛选方法,经过4轮筛选后,对每轮筛选后抗Cry1Ac毒素特异性结合噬菌体抗体的富集效果进行鉴定,通过单克隆ELISA方法从第4轮筛选得到的次级库中获得特异性结合Cry1Ac的阳性克隆,并对其进行PCR鉴定和DNA测序,确定有完整插入的scFv片段后进行后期相关试验。将相对结合活性最好的阳性克隆scFv-A12替换宿主菌HB2151中进行可溶性诱导表达并纯化。利用纯化后的scFv-A12作为“捕获抗体”,Anti-Cry1Ac兔多克隆抗体作为“检测抗体”,建立针对Cry1Ac的双抗夹心ELISA检测方法。【结果】以生物素化的Cry1Ac蛋白为包被原,利用噬菌体抗体库对其进行了4轮液相筛选。结果显示,相对产出率随着筛选轮数的增加而提高,第4轮较第1轮提高了42倍;单克隆噬菌体ELISA鉴定抗Cry1Ac噬菌体抗体,以试验孔OD450/阴性孔 OD450大于2.1为阳性标准,从第4轮筛选后的培养皿中随机挑选了300个菌落,经单克隆ELISA鉴定出6个阳性克隆,分别命名为hsCry1Ac-C5、hsCry1Ac-D8、hsCry1Ac-C12、hsCry1Ac-A12、hsCry1Ac-F9和hsCry1Ac-F4。其中,hsCry1Ac-A12具有相对较高的亲和力。对上述6个阳性克隆进行菌液PCR检测发现,在935 bp处均有明显的目的条带,通过对其进行测序和氨基酸序列比对,最终得到4株不同氨基酸序列的阳性克隆。hsCry1Ac-A12在成功替换宿主菌HB2151后,经1 mmol•L-1 IPTG诱导表达,于30℃条件下培养过夜。其表达产物经His Trap HP镍亲和柱纯化后SDS-PAGE检测,hsCry1Ac-A12蛋白分子量约为30 kD。通过方阵滴定对抗体浓度进行优化后,利用单链抗体为“捕获抗体”,多抗为“检测抗体”,建立了Cry1Ac双抗夹心ELISA检测方法。在1.25—2.43 μg•mL-1线性检测范围内,线性回归方程为Y=0.2522X+1.2832(R2=0.9564),检测限为1.08 ng•mL-1。【结论】利用磁珠液相筛选方法,建立了针对Cry1Ac毒素的双抗夹心ELISA检测方法,为快速、准确检测转基因食品中Cry1Ac提供了一种新的检测模式。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    湖羊BMP7基因遗传多态、表达及与羔皮毛囊性状的关联
    殷金凤1, 倪蓉1, 王庆增1, 孙伟1, 丁家桐1, 张有法2, 陈玲2, 吴文忠2, 周洪3
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1811-1818.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.016
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    【目的】研究BMP7基因对湖羊不同花纹形成的影响及其与毛囊性状的发育可能存在的调控机制。【方法】利用PCR-SSCP方法在205个样本中检测BMP7基因外显子1、2、3的单核苷酸多态性;通过组织学方法和显微观察法对湖羊皮肤毛囊进行组织学观察,对不同花纹皮肤组织中初级毛囊直径、次级毛囊直径、初级毛囊数、次级毛囊数进行统计分析;利用荧光定量PCR技术检测BMP7基因在大花、中花、小花间的相对表达量,用SPSS17.0软件进行差异显著性分析,探讨BMP7基因对湖羊不同花纹形成及其毛囊性状可能存在的调控机制。【结果】PCR-SSCP方法检测BMP7基因外显子1、2、3的单核苷酸多态性,结果均未发现多态性;在组织切片分析中,湖羊大花初级、次级毛囊直径均大于中花、小花,小花初级、次级毛囊直径均介于大花、中花之间;大花次级毛囊数多于中花、小花,而小花次级毛囊数介于大花、中花之间。通过差异显著性分析可知,湖羊大花与中花、小花初级毛囊直径呈极显著差异(P<0.01),小花与中花初级毛囊直径差异不显著(P>0.05);中花次级毛囊直径与大花、小花次级毛囊直径呈极显著差异(P<0.01),但小花次级毛囊直径与大花次级毛囊直径差异不显著(P>0.05);初级毛囊数大花、中花、小花间差异均不显著(P>0.05),但相同视野中大花初级毛囊数多于中花、小花;中花次级毛囊数与大花、小花次级毛囊数呈极显著差异(P<0.01),但大花、小花次级毛囊数差异不显著(P>0.05);qRT-PCR结果显示,在同一时期BMP7基因在大花、中花中的表达量高于小花,且在大花、小花毛囊组织中表达量差异显著(P<0.05);BMP7基因相对表达量与小花初级毛囊直径呈显著正相关(P<0.05),与小花次级毛囊数呈极显著正相关(P<0.01),与中花初级毛囊直径和中花次级毛囊数呈显著负相关(P<0.05),这与组织学与显微镜观察的结果相符。【结论】未发现BMP7基因存在单核苷酸多态性,但BMP7基因表达量与毛囊部分指标存在相关性且与组织学观察结果相一致,可初步推测BMP7基因可能参与毛囊发育,调控被毛生长。
    研究简报
    水稻显性窄叶突变体Dnal1的鉴定与基因定位
    桑贤春, 林婷婷, 何沛龙, 王晓雯, 廖红香, 张孝波, 马玲, 何光华
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1819-1827.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.017
    摘要 ( 252 )   HTML ( 1 )   PDF (786KB) ( 447 )   收藏
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    【目的】对一个新的水稻显性窄叶突变体进行鉴定,为水稻叶片形态建成的分子机理和株型育种研究奠定基础。【方法】甲基磺酸乙酯(EMS)诱变水稻籼型恢复系缙恢10号,获得一个窄叶突变体Dnal1,连续7代种植,表型均稳定遗传。开花期,调查Dnal1和野生型剑叶、倒2叶和倒3叶的叶宽及卷曲度,对剑叶最宽处进行石蜡切片分析;灌浆期,测量剑叶的光合色素含量,并利用Li-6400便携式光合测定仪测量光合速率、气孔导度和蒸腾速率。配制西农1A/Dnal1和Dnal1/中花11杂交组合,利用F1和F2群体进行遗传分析,并利用Dnal1/中花11的F2隐性群体进行基因定位。田间小区种植,设置2个种植密度,株行距分别为16.7 cm×26.72 cm和13.36 cm×20.04 cm,3次重复,成熟期考查株高、有效穗数、穗实粒数、结实率、千粒重、籽粒长和籽粒宽等主要农艺性状,并估算理论产量。【结果】Dnal1的叶片宽度全生育期内均极显著变窄,剑叶、倒2叶和倒3叶的叶宽分别为0.96、0.89和0.88 cm,与野生型的19.6、19.41和18.42 cm相比,降低了一半左右。Dnal1大维管束数量与缙恢10号相比无显著变化,小维管束数量则下降了44.13%,达极显著差异水平。缙恢10号相邻大维管束之间一般有6个小维管束,Dnal1则只有3个。Dnal1的叶片微卷,剑叶、倒2叶和倒3叶的卷曲度分别为11.2、12.1和11.8,野生型的叶片卷曲度为零。此外,Dnal1的叶片颜色略深于野生型,叶绿素a的含量略有升高,但未达到显著差异水平。光合生理测定表明,与野生型相比,Dnal1的水分利用率略有升高,光合速率和蒸腾速率略有下降,气孔导度则显著降低。除叶片性状变化外,Dnal1还表现籽粒变窄和茎秆变细,株高和籽粒长无明显变化。Dnal1的籽粒宽度为2.33 mm,与缙恢10号的2.78 mm相比,极显著下降,导致Dnal1的千粒重仅为野生型的73.18%,极显著下降。低密度种植条件下,Dnal1的理论产量显著低于野生型;高密度种植条件下,Dnal1的理论产量则显著高于野生型,较高的结实率和单株有效穗是Dnal1产量提高的主要原因。西农1A/Dnal1与Dnal1/中花11杂交组合的F1群体,剑叶的叶片宽度分别为0.99 cm和0.94 cm,与Dnal1的0.96 cm相比,无显著差异;F2群体中出现窄叶植株和宽叶植株两种类型,窄叶和宽叶单株出现的频率呈双峰分布,且窄叶和宽叶的分离比符合3﹕1,表明Dnal1的窄叶性状受1个显性主效基因调控。利用分子标记最终将DNAL1定位在第2染色体上,位于SSR标记RM13646和RM1307之间,物理距离为391 kb。【结论】Dnal1是一个EMS诱变获得的显性窄叶水稻突变体,基因定位在第2染色体391 kb的物理范围内,在高密度种植条件下具有增产潜力。
    稻蟹共生系统水稻栽培模式对水稻和河蟹的影响
    徐敏1, 2, 马旭洲1, 王武1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1828-1835.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.018
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    【目的】稻蟹共生生态系统是一种新型稻田种养模式,对推动水稻种植变革和加快现代农业发展具有重要意义。目前关于稻蟹生态种养模式的研究主要集中于河蟹放养密度、水稻生长情况及产量、水体生态环境和浮游生物等研究,而关于水稻栽插密度方面的研究尚未见报道。本试验旨在研究不同水稻栽培模式对水稻茎蘖情况、植株生物产量、茎秆构成、产量构成及综合经济效益的影响,探索通过优化水稻栽插密度以达到水稻性状指标的最佳及产量效益的最大化,进一步完善稻蟹共作模式的技术和理论体系研究。【方法】试验共设置养蟹田单穴单株水稻(T1)、单穴双株水稻(T2)、单穴四株水稻(T3)和不养蟹田单穴双株水稻(CK)4个处理,每个处理3个重复,每处理单元格面积为50 m2,其中养蟹田每试验小格放养规格为12 000 只/kg的幼蟹(Ⅲ期仔蟹)900 只,生长周期共137 d。于水稻的4 个生长时期(返青期、拔节期、孕穗期和成熟期),每试验小区随机选取3 个采样点,每点连续选择10穴水稻,分别测定记录水稻茎蘖情况、生物产量、植株性状指标及水稻产量。【结果】与不养蟹稻田相比,相同水稻栽培密度下养蟹稻田可以增加约0.17个有效蘖/穴,提高水稻植株生物产量3.3%,对水稻茎秆构成影响不显著,但对水稻的结实率和穗粒数影响较显著,同时可以增加约11.5%的水稻产量;养蟹稻田内各试验处理间水稻分蘖数受每穴栽插株数影响显著,单穴四株有效穗数最高且显著单穴双株和单穴单株,水稻生物产量以单穴四株最高,水稻茎秆性状则随水稻栽插密度增加呈现逐渐弱化趋势;单穴单株水稻的穗粒数、结实率、千粒重较其他处理则分别提高6—26个、1.2%—3.6%、1.5%—3.3%,其他性状指标则要低于平均水平。【结论】基于水稻生长性状指标及经济效益分析,养蟹田单穴单株水稻植株性状要优于其他处理,水稻产量则以养蟹田单穴四株水稻产量最高;基于幼蟹产量及效益考虑,单穴单株幼蟹产量要明显高于其他两个处理,单穴单株水稻性状优势明显且综合经济效益达到最高。
    贵州省烟青虫遗传多样性
    师沛琼1, 杨茂发1, 吕召云1, 李尚伟1, 廖启荣1, 商胜华2, 徐进1, 吴怡蓓1
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1836-1846.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.019
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    【目的】探讨贵州省烟青虫(Helicoverpa assulta)不同地理种群间是否存在遗传分化及分化程度,揭示遗传分化产生的规律及机理,为指导虫情监测及制定合理的综合防治方案提供科学依据。【方法】以贵州省30个烟青虫地理种群为试验材料,从43对近缘种SSR引物中筛选出6对引物用于PCR扩增,PCR产物用8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,常规银染法染色。用PopGene Version1.32对各种群进行遗传多样性分析。根据Nei’s遗传距离,利用MEGA5.0软件进行UPGMA聚类分析。采用Mantel检测法比较遗传一致度与海拔差距、遗传距离与地理距离的相关性。【结果】30个烟青虫地理种群在6个微卫星位点中观测等位基因数为3—8,平均为5,有效等位基因数为1.4498—2.2219,平均为1.8594。Shannon信息指数为0.5310—1.0609,平均为0.8423。观测杂合度为0.0260—0.2672,平均为0.1239;期望杂合度为0.3123—0.5520,平均为0.4539;期望杂合度均高于观测杂合度,说明各种群以纯合子为主。烟青虫地理种群在6个微卫星位点上,FIS为0.0798—0.7906,平均为0.2801,FIT为0.4842-0.9731,平均为0.7809,FIS、FIT均为正数,说明贵州省各烟区烟青虫种群存在近交现象。FST为0.3879—0.9256,基因流Nm﹤1,说明在这6个位点上各种群间极度分化,基因交流水平低。遗传距离(D)为0.0068—2.5193,遗传一致度(I)为0.1051—0.9933,松桃与印江种群之间的遗传距离最小,遗传一致度最大,道真种群与赫章种群之间的遗传距离最大,遗传一致度最小。UPGMA聚类分析表明,贵州省30个烟青虫地理种群大致分为3部分,聚类结果在自然地理分布方面没有呈现出明显的规律性,仅部分种群体现了地理距离和遗传分化的关系。Mantel检测表明,遗传距离与地理距离无显著相关性,遗传一致度与海拔差距无显著相关性。【结论】贵州省烟青虫种群具有较丰富的遗传多样性。各种群间极度分化,遗传变异主要来自种群间。地理隔离没有对种群遗传分化造成显著影响。
    不同浓度有机物料发酵流体对连作苹果幼树叶片光合荧光参数和根系抗氧化酶活性的影响
    尹承苗, 张先富, 胡艳丽, 沈向, 陈学森, 吴树敬, 毛志泉
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1847-1857.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.020
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    【目的】以富士/八棱海棠二年生幼树为试材,研究盆栽条件下连作土壤中施入不同浓度的有机物料发酵流体对苹果幼树叶片光合荧光参数和根系抗氧化酶活性的影响。【方法】试验包括重茬土(CK),重茬土中加入1%、3%、5%、7%和9%的有机物料发酵流体6个处理,测定连作条件下苹果幼树株高、地径;根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性;叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci);叶片荧光参数PSⅡ反应中心实际光化学效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ反应中心光能捕获效率(Fv'/ Fm')、非光化学猝灭系数(NPQ)、电子传递效率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)的变化。【结果】有机物料发酵流体对连作苹果幼树株高、根系抗氧化酶和叶片的光合荧光参数的影响均表现为“低浓度促进,高浓度抑制”效应,低、中浓度(1%、3%、5%)的有机物料发酵流体浇灌的苹果幼树株高均高于同期对照,且以3%增长最显著,在春、夏和秋三个季节分别为同期对照的1.24倍、1.12倍和1.23倍;CAT活性从春到秋有逐渐升高的趋势,春秋季除3%处理外,其他各处理的根系CAT活性均低于对照,且差异显著。夏季不同处理根系 CAT 活性变化较大,除5%处理外,1%、3%、7%和9%各处理的CAT 活性均显著高于对照,分别是对照的 1.54、1.84、1.65和1.62倍。施入不同浓度的有机物料发酵流体同样改变了连作苹果幼树根系POD活性,除7%和9%处理外,其他各处理的根系POD活性随季节变化呈现先升高后降低的趋势。SOD活性从春到秋呈现降低的趋势,春季1%、3%和5%处理的SOD活性显著高于对照,分别为对照的1.28、1.34和1.24倍,而7%和9%处理显著低于对照,为对照的91.5%和93.9%。从春季到秋季,1%、3%和5%处理的苹果幼树叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素(a+b)含量呈现逐渐升高的趋势,在春、夏、秋季3%处理的各色素含量均为最高,在春季3%的各色素含量分别为同期对照的1.17、1.34、1.09和1.22倍;在夏季3%处理的各色素含量分别为同期对照的1.18、1.29、1.11和1.21倍;在秋季3%的各色素含量分别为同期对照的1.52、2.23、1.42和1.65倍;3%处理的连作苹果幼树叶片Pn、Tr、Gs分别比对照增加了13.8%、27.3%和17.3%。【结论】不同浓度的机物料发酵流体对连作苹果幼树的株高、叶片光合特性和根系相关抗氧化酶活性的影响不同,1%、3%、5%浓度有机物料发酵流体均可减轻苹果连作障碍,浓度高于5%的有机物料发酵流体则抑制了苹果幼树的生长。综合研究结果,推荐使用3%浓度的有机物料发酵流体,可较有效地减轻苹果连作障碍。
    中国荷斯坦牛SCD1外显子5基因多态性及其对乳中脂肪酸组成的影响
    王小龙, 常玲玲, 陈莹, 陈仁金, 李云龙, 毛永江, 冀德君, 杨章平
    中国农业科学. 2014, 47(9):  1858-1864.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.09.021
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    【目的】探讨中国南方地区荷斯坦牛SCD1基因外显子5遗传多态性及其对乳中不饱和脂肪酸含量及其不饱和指数的影响。【方法】以扬州大学实验农牧场323头中国荷斯坦牛为试验材料,采用PCR-SSCP法对SCD1基因外显子5的3个位点遗传多态性进行分析,同时挑选140头体况相近(BCS=3.0±0.5)、无临床乳房炎、胎次在2—3胎、处于泌乳中后期(产奶100—300 d)的中国荷斯坦牛,取全天混合奶样(早﹕中﹕晚=4﹕3﹕3)100 mL用于测定脂肪酸含量,进而分析多态性对乳中脂肪酸成分的影响。【结果】SCD1-702位点无多态,SCD1-762和SCD1-878分别发现T/C和C/T两个突变。SCD1-762位点A为优势等位基因,基因频率为0.7897。SCD1-878位点C为优势基因,频率为0.7835。χ2检验表明该群体的中国荷斯坦奶牛在SCD1基因的这两个位点都处于Hardy-Weinberg平衡状态(P>0.05)。SCD1-762与SCD1-878处于极显著连锁不平衡,连锁不平衡系数r2为0.879,达到极显著水平(P<0.01)。SCD1-762和SCD1-878两位点共组成4种单倍型:AC、BC、AT、BT。SCD1-762、SCD1-878及其单倍型对MUFA比例及总不饱和指数的影响均达到显著水平(P<0.05),即SCD1 878位点TT型乳中MUFA比例及总不饱和脂肪酸指数显著低于CC和CT型,而SFA比例显著高于CC和CT型(P<0.05);SCD1 762位点BB型乳中MUFA比例及总不饱和脂肪酸指数显著低于AA和AB型(P<0.05)。单位型AC型MUFA比例及总不饱和指数显高于BT型,而SFA比例显著低于BT型(P<0.05)。【结论】SCD1 878和762位点突变对乳中乳脂肪酸组成及饱和指数有显著的遗传效应,可作为影响中国荷斯坦奶牛乳脂肪酸组成的重要候选基因。