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当期目录

    2014年 第47卷 第17期 刊出日期:2014-09-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    不同杂种优势群玉米籽粒灌浆速率分析
    张冬梅,刘洋,赵永锋,祝丽英,黄亚群,郭晋杰,陈景堂
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3323-3335.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.001
    摘要 ( 328 )   HTML ( 1 )   PDF (635KB) ( 666 )   收藏
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    【目的】研究不同杂种优势群玉米自交系籽粒灌浆速率的特性,筛选灌浆速率快的自交系,为高产玉米杂交种的选育提供借鉴。【方法】采用烘干法测定173份玉米自交系在授粉后10、20、30和40 d籽粒灌浆速率以及6个相关性状。应用SAS软件对灌浆速率在年际、自交系、取样时间、重复、年际×自交系、自交系×取样时间、年际×自交系×取样时间进行联合方差分析。应用SPSS软件对灌浆速率及其相关性状如10、20、30和40 d苞叶的含水率、苞叶数、40 d穗轴含水率、穗轴长、穗轴粗及40 d籽粒含水率进行相关分析。利用均匀覆盖玉米全基因组的210对SSR标记对试验材料进行全基因组扫描,通过Structure V2.3.4软件分析其群体结构。对不同杂种优势群平均籽粒灌浆速率进行方差分析,并筛选出各个群中籽粒灌浆速率快的自交系。【结果】表型分析结果表明,在P=0.01水平上,籽粒灌浆速率在不同年际、自交系、取样时间、自交系×取样时间、年际×自交系×取样时间上存在极显著差异,而重复、年际×自交系间差异不显著。通过对不同自交系籽粒灌浆速率与其相关性状间相关分析,发现10 d籽粒的灌浆速率与20 d的灌浆速率在0.01水平上达到了极显著的正相关(0.515),与40 d的灌浆速率和籽粒的含水率在0.01水平上达到了极显著的负相关(-0.198,-0.228);20 d的籽粒灌浆速率只与40 d籽粒含水率在0.05水平上达到了显著的负相关;在授粉后30和40 d,籽粒的灌浆速率与40 d穗轴的含水率、穗轴粗以及40 d籽粒的含水率、30和40 d苞叶含水率在0.01水平上达到了极显著正相关,30 d籽粒的灌浆速率与10 d苞叶含水率达到了显著正相关;40 d籽粒的灌浆速率与20 d苞叶的含水率达到了显著地正相关。群体结构分析表明,参试自交系分成P、旅大红骨、瑞德、兰卡斯特和塘四平头5个杂种优势群。兰卡斯特和塘四平头群在0.05水平上没有显著差异;瑞德、P群和旅大红骨群间同样不存在显著差异(P=0.05);而兰卡斯特、塘四平头群与瑞德、P群、旅大红骨群间则存在显著差异。对各群内自交系间进行多重比较,各群内自交系间灌浆速率在0.05水平上差异均不显著。试验共筛选到33个灌浆速率高于0.8 g•100 grain-1•d-1的自交系,其中瑞德群有13个,P群、旅大红骨、兰卡斯特、塘四平头群分别有9、6、3、2个自交系。【结论】不同玉米自交系籽粒灌浆速率存在较大差异,杂种优势群间的灌浆速率变化节奏不同,P群、旅大红骨、瑞德的表现快-快-慢的节奏,兰卡斯特、塘四平头的表现快-慢-慢的节奏。
    高粱胚乳细胞与母体组织发育关系的研究
    李栋梁,荆彦平,李小刚,顾蕴洁,王忠
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3336-3347.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.002
    摘要 ( 277 )   HTML ( 1 )   PDF (2169KB) ( 623 )   收藏
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    【目的】探明高粱颖果发育过程中胚乳细胞与母体组织发育关系及其胞内淀粉体的发育特性。【方法】通过挂牌和记号笔点颖相结合的方法对供试高粱品种KS-304花后发育天数进行精确标记,详细跟踪观测了颖果的生长;采取Spurr树脂包埋、番红-甲基紫复染法制作半薄切片,光镜下详细观察了高粱颖果发育各过程中胚乳各部位以及种皮果皮结构的变化差异与联系;采用扫描电镜研究发育中后期及成熟时颖果断面不同部位细胞内淀粉体的形态;应用冰冻切片,荧光显微镜观察了成熟颖果横断面的结构。【结果】颖果发育分形成期、乳熟期、蜡熟期与完熟期,内胚乳发育分为游离核期、细胞化期、分化期、发育期及成熟期;其中颖果发育形成期与胚乳发育的前3个时期相对应,乳熟期对应发育期,而蜡熟期与完熟期对应胚乳的成熟期。颖果发育早期,珠心组织存留时间较长,珠心表皮细胞约在花后15 d消失。花后7 d,表层胚乳细胞开始积累脂质体,11 d时转为糊粉层细胞,成熟时糊粉层为1层,其细胞内除常规糊粉粒圆球体外,还含有少量单粒淀粉体,粒径约3 μm。亚糊粉层细胞位于糊粉层细胞与内胚乳细胞之间,兼糊粉层与内胚乳细胞特点,贮藏大量蛋白体,细胞内淀粉体构成复杂。内胚乳发育存在区域差异,中央近胚处的细胞物质积累滞后于周缘胚乳细胞,成熟时,前者淀粉体充实较为疏松,发育为粉质胚乳,后者充实紧密,淀粉体彼此受到挤压呈多面体,最终发育为角质胚乳。高粱胚乳细胞内存在于不同于其他谷物颖果胚乳淀粉体的“发生中心”结构,主要表现为淀粉粒在管状质体内生长,随着体积的增长,后期与“发生中心”分离而形成新的淀粉体。果皮发育前期增厚,中后期呈缓慢减薄的趋势,中果皮发育后期细胞内观察到淀粉体存在特殊的二次增长,构成从前期复粒淀粉体为主转为单粒;“种皮”来源于珠心、珠被细胞依次降解后的胞壁残留堆叠而成,中间含有透明角质层。【结论】白高粱KS-304胚乳发育与玉米颖果胚乳类似,最终形成角质与粉质胚乳;颖果胚乳淀粉体发育存在独特的“发生中心”;中果皮发育后期其细胞可能行使积累同化产物“库”的作用。
    苎麻谷氨酰胺合成酶BnGS2等位基因的克隆及其转基因烟草特性
    郑建树,喻春明,陈平,王延周,谭龙涛,陈继康,朱涛涛,卢凌霄,朱娟娟,段叶辉,熊和平
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3348-3358.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.003
    摘要 ( 278 )   HTML ( 1 )   PDF (753KB) ( 664 )   收藏
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    【目的】克隆谷氨酰胺合成酶BnGS2等位基因,分别构建其超量表达载体,并探讨其在转基因烟草中对氮代谢的影响。【方法】依据苎麻转录组unigenes和RT-PCR技术克隆苎麻BnGS2等位基因,利用内切酶TaqⅠ对目的等位基因在中苎1号自交F1和亲本中进行酶切鉴定,并利用生物信息学对基因序列和结构特征进行分析;通过同源重组技术分别构建BnGS2等位基因的超量表达载体,并在农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404的介导下,通过叶盘法将超量表达载体转入烟草中,通过Kan筛选、转化植株基因组DNA PCR验证获得转基因T0植株;利用qRT-PCR分析BnGS2等位基因在转基因T1植株中的相对表达水平,并测定植株叶片中的GS活性、株高、鲜重、可溶蛋白及总氮含量。【结果】首次从苎麻中克隆了一对GS2等位基因,命名为BnGS2-1和BnGS2-2,等位基因序列全长1 340 bp,含有一个1 293 bp的ORF区,编码430个氨基酸残基多肽;等位基因核苷酸序列在11个位点上存在差异,导致编码的多肽在195、382位点上的氨基酸残基存在替换现象(BnGS2-1为脯氨酸和天冬酰胺,BnGS2-2为苏氨酸和丝氨酸);NCBI BLASTP分析表明苎麻BnGS2与Pisum sativum、Vigna radiata、Glycine max、Phaseolus vulgaris、Medicago truncatula具有很近的亲缘关系;构建了能分别超量表达BnGS2-1和BnGS2-2的载体,并获得能分别超量表达BnGS2-1和BnGS2-2转基因烟草植株;与野生型烟草植株相比,超量表达BnGS2等位基因(BnGS2-1和BnGS2-2)都能显著性提高转基因植株叶片GS活性、鲜重和可溶性蛋白的含量,株高和总氮含量也有增加,但没有达到显著性水平。另外,超量表达不同BnGS2等位基因(BnGS2-1和BnGS2-2)的转基因烟草植株,在株高、鲜重、叶片可溶性蛋白及总氮含量上并没有显著性差异。【结论】在烟草中分别超量表达来源苎麻的BnGS2等位基因(BnGS2-1或BnGS2-2)均能显著提高转基因植株的生物产量和氮利用效率,并且所克隆的2个等位基因BnGS2-1和BnGS2-2在功能上并无显著差异。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响
    赵亚丽,薛志伟,郭海斌,穆心愿,李潮海
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3359-3371.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.004
    摘要 ( 251 )   HTML ( 1 )   PDF (717KB) ( 967 )   收藏
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    【目的】黄淮海地区是中国粮食主产区之一,但农业生产中旱涝频繁发生,同时还存在土壤紧实、耕层变浅和土壤蓄水保墒能力低等问题,严重影响了该区的粮食生产。耕作方式和秸秆还田作为农业生产中两项重要的技术措施,对改善土壤结构、提高土壤蓄水能力和水分利用效率有显著作用。本文旨在探索耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响,为优化黄淮海地区的土壤耕作方式提供依据。【方法】采用土壤耕作方式与秸秆还田相结合的方法,设置常规耕作+秸秆还田、常规耕作+无秸秆还田、深耕+秸秆还田、深耕+无秸秆还田、深松+秸秆还田、深松+无秸秆还田6个处理,研究耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米一年两熟农田耗水量、耗水模系数、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率的影响,分析不同耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响。【结果】耕作方式、秸秆还田对土壤容重、农田耗水量、土壤贮水消耗量、株间蒸发量、籽粒产量和水分利用效率均存在显著或极显著影响。与常规耕作相比,深耕和深松主要降低了20—40 cm土层的土壤容重,增加了冬小麦、夏玉米和周年总农田耗水量,提高了0—100 cm土层的土壤贮水消耗量,同时降低了休闲期无效农田耗水量。此外,深耕和深松还降低了夏玉米的株间蒸发量,但深耕显著增加了冬小麦的株间蒸发量,深松则相反。秸秆还田也可以降低土壤容重,提高土壤贮水消耗量,增加冬小麦农田耗水量,降低夏玉米和休闲期农田耗水量,增加冬小麦的株间蒸发量,降低夏玉米的株间蒸发量。与常规耕作相比,深耕和深松处理的周年作物产量分别提高了10.7%和9.8%,周年水分利用效率分别提高了8.8%和6.3%。秸秆还田处理的周年作物产量和水分利用效率分别比秸秆不还田处理提高了6.3%和7.6%。耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米的耗水特性、籽粒产量和水分利用效率存在显著交互作用。与常规耕作+无秸秆还田处理相比,深耕+秸秆还田和深松+秸秆还田处理的周年农田耗水量分别提高3.3%和2.4%,冬小麦-夏玉米的农田耗水量分别提高了4.2%和3.3%,休闲期的农田耗水量分别降低了7.0%和9.9%,周年作物产量分别提高了18.0%和19.3%,水分利用效率分别提高了15.9%和15.1%。【结论】在几种耕作模式中,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田的周年作物产量和水分利用效率最高,且二者无显著性差异,表明深耕或深松结合秸秆还田有利于作物产量和水分利用效率的提高。因此,在本试验条件下,在秸秆还田的基础上深松或深耕是黄淮海地区适宜的耕作方式。
    营养液漂浮育苗棉苗根系适应水生环境的机理研究
    张昊,陈金湘,刘海荷,周仲华,王峰
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3372-3381.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.005
    摘要 ( 180 )   HTML ( 1 )   PDF (911KB) ( 546 )   收藏
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    【目的】棉花营养液漂浮育苗是一种新型的育苗技术,但棉花根系对水生环境的适应机理尚不清楚。作者从根系的结构、蛋白质组学以及关键基因表达等方面研究棉花根系的适应机理。【方法】以基质育苗为对照,用透射电镜和光学显微镜观察营养液漂浮育苗不同苗期棉苗主根尖的超微与显微结构,以蛋白质双向电泳技术分析营养液漂浮育苗3叶1心期棉苗水生根的蛋白质差异,并用实时荧光定量PCR技术进行营养液漂浮育苗不同苗期棉苗水生根以及3叶1心期棉苗不同部位关键基因即乙醇脱氢酶基因与烯醇酶基因的表达验证。【结果】营养液漂浮育苗棉苗主根中各个时期均出现了通气组织。漂浮育苗的皮层薄壁细胞体积较小。漂浮育苗棉苗主根的韧皮部生长基本正常,而木质部生长出现弱化,其导管直径明显比对照小,导管占中柱的比例也比对照小。1叶1心期,漂浮育苗棉苗主根尖细胞中出现酚类物质。2叶1心期,漂浮育苗的主根尖皮层细胞之间存在明显的细胞间隙。3叶1心期,漂浮育苗的主根尖中出现淀粉粒。4叶1心期,漂浮育苗棉苗的主根尖中出现含晶细胞,同时,细胞中出现明显的质壁分离现象。分析漂浮育苗条件下3叶1心期棉苗的水生根与对照根系蛋白质双向电泳的结果,总计28个差异蛋白被鉴定出来,28个差异蛋白包括20个非冗余蛋白。对这些蛋白进行功能分类,主要涉及新陈代谢、细胞结构、细胞防卫、能量代谢、蛋白质合成、细胞生长等,涉及的主要代谢途径为:糖酵解、乙醇发酵、三羧酸循环等途径。营养液漂浮育苗棉苗水生根中的乙醇脱氢酶2a基因从2叶1心期至5叶1心期与对照相比均有显著差异。水生根中1叶1心期至4叶1心期相对表达量呈上升趋势,4叶1心期至5叶1心期呈急剧下降趋势,在3叶1心期漂浮育苗棉苗水生根中的乙醇脱氢酶2a基因相对表达量与漂浮棉苗茎、叶相比有显著差异。营养液漂浮育苗棉苗水生根中的烯醇酶基因从1叶1心期至4叶1心期的相对表达量比对照均有显著差异,其相对表达量从1叶1心期至5叶1心期呈逐渐下降的趋势,在3叶1心期漂浮育苗棉苗水生根中的烯醇酶基因相对表达量与漂浮棉苗茎、叶相比有显著差异。【结论】在营养液漂浮育苗环境下,棉苗水生根通过根系结构及基因表达的变化来适应水生环境,是棉花对水生环境适应机理。
    植物保护
    蛋白激酶A催化亚基VdPKAC1对菌丝型大丽轮枝菌V07DF2培养性状及致病力的调控
    邓晟, 张昕,林玲
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3382-3391.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.006
    摘要 ( 229 )   HTML ( 1 )   PDF (913KB) ( 448 )   收藏
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    【目的】通过同源重组敲除技术,解析菌丝型大丽轮枝菌中蛋白激酶A催化亚基基因VdPKAC1在调控微菌核发育、产孢及其致病力方面的作用。【方法】利用Invitrogen公司的Gateway®技术构建VdPKAC1的同源重组敲除质粒。该质粒的潮霉素抗性基因盒两端分别为靶标基因5′和3′端各1 kb的DNA序列。通过农杆菌AGL-1的介导,将该质粒的T-DNA区域整合到来源于棉花的菌丝型大丽轮枝菌V07DF2菌株中。从6个随机选择的含有潮霉素抗性基因片段的转化子中,通过靶标基因的PCR检测,获得了5个VdPKAC1基因敲除突变体。经过Southern杂交检测,选择了3个敲除突变体材料(2B5、C5和HH2)进行突变表型的观察和分析。在液体PDB培养7 d后观察敲除突变体与野生型菌株的黑色素产生情况;在固体PDA培养28 d后,观察敲除突变体与野生菌株的菌丝生长和休眠结构形成情况。此外,利用棉花根提取物对液体Cazpek-Dox培养7 d的各菌株分别进行诱导处理,在处理24、72 h后分别统计分生孢子数量,以此对敲除突变体和野生菌株的分生孢子产生能力进行评估。最后,将孢子浓度为1×107个/mL的突变体和野生菌株的分生孢子液灌根接种2叶期的棉花,测定其致病力。【结果】Southern杂交结果表明,在上述5个敲除突变体中,只有2B5和C5两个菌株为T-DNA单拷贝插入,而其他菌株均存在T-DNA异位整合的情况。在PDA培养条件下,3个敲除突变体(2B5、C5和HH2)与野生型相比具有黑色素合成增加,气生菌丝更加发达的特点。其中,敲除突变体2B5和C5在平板培养条件下还形成了野生型菌株没有的、与典型微菌核形态不同的深褐色“链状休眠菌丝体结构”。在棉花根提取物的诱导处理下,3个敲除突变体产生的分生孢子数量少于野生型菌株。另外,致病力分析结果表明,敲除突变体材料仍然具有一定的致病力,但却显著弱于野生菌株V07DF2。【结论】在大丽轮枝菌中,通过蛋白激酶A介导的环腺苷酸信号途径控制多种重要性状,而VdPKAC1是这一途径中的重要成员。以前的报道证实,VdPKAC1负调控微菌核的数量,而本研究利用菌丝型菌株V07DF2在PDA培养基上不产生微菌核的这一特性,通过同源重组原理敲除该负调控基因,成功获得可以在PDA上产生休眠结构的菌丝型大丽轮枝菌菌株的突变体。这些突变体材料将为大丽轮枝菌微菌核发育信号途径及其调控基因的发掘提供平台和基础。
    植物病原真菌对几类重要单位点杀菌剂的抗药性分子机制
    詹家绥1;2;吴娥娇1;2;刘西莉3;陈凤平1;2
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3392-3404.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.007
    摘要 ( 199 )   HTML ( 2 )   PDF (772KB) ( 1508 )   收藏
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    单位点杀菌剂是植物病害管理的重要组成部分,随着单位点杀菌剂的大量、广泛使用,抗性问题也随之产生。目前为止,有植物病原菌对各大类单位点杀菌剂均具抗性的报道。本文作者主要阐述了生产中常用的5类单位点杀菌剂,包括苯并咪唑类杀菌剂(MBCs)、二甲酰亚胺类杀菌剂(DCFs)、14α-脱甲基酶抑制剂(DMIs)、QoIs和琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHIs)的作用机理及抗性分子机制的研究进展,并进一步论述了抗药性产生的机理及抗性治理原则。MBCs作用于β-微管蛋白,抗性主要与靶标蛋白基因的点突变有关,突变造成的氨基酸变化多集中于第50、167、198、200和240等5个位置,主要突变位点为第198位,同一菌株通常只发生一个氨基酸变异,不同位点的点突变甚至同一位点的不同氨基酸替代均会引起抗性水平的差异;DCFs的作用靶标尚不清楚,病原真菌对其抗性可能与双元组氨酸激酶OS基因的点突变有关;DMIs通过抑制14α-脱甲基酶最终影响麦角甾醇的合成,抗性主要与Cyp51的点突变或过量表达或运输体的过量表达相关,Cyp51点突变是抗DMI的主要机制,同一突变对不同的三唑类杀菌剂敏感性表现不尽相同,不同位置的点突变在同一病原菌中对不同三唑类杀菌剂的敏感性影响也不同。点突变数量在不同的真菌中表现不同,有单个发生,也有多个同时发生,且对抗药性具有积累效应;QoIs作用于电子传递链的复合物III,抗性主要与Cytb的点突变有关,与抗性相关的点突变主要发生在Cytb的120—155和255—280两个编码区,其中G143A和F129L为最主要的点突变;SDHIs作用于电子传递链的复合物II,抗性主要与SdhB、SdhC或SdhD的点突变有关,大部分病原真菌对SDHIs的抗性与SdhB点突变有关,SdhB点突变发生位置比较单一,在多种病原菌中突变均发生在相同的组氨酸上即H272, 而SdhC和SdhD突变位点比较多。
    基于微流控芯片电泳的番茄黄化曲叶病毒快速检测
    余明芬1;2;曾洪梅2;钟润涛3;赵小明3;邱德文1;2
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3405-3413.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.008
    摘要 ( 190 )   HTML ( 1 )   PDF (656KB) ( 524 )   收藏
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    【目的】探索微流控芯片电泳方法在PCR产物检测方面的效果,并建立针对番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)的微流控芯片电泳检测方法,弥补琼脂糖凝胶电泳方法在试剂消耗、所用时间、安全性方面的缺陷。【方法】通过对TYLCV的基因组进行分析后,在该基因组中相对稳定的位置设计引物,同时兼顾引用已被研究者研究过的引物,对这些选择的引物进行特异性、稳定性、灵敏度等方面的验证,筛选出用于后续试验的引物。选择DNA标准物φX174/BsuR I(Hae Ⅲ) marker,分别进行琼脂糖凝胶电泳和微流控芯片电泳,对二者在耗材、耗时和灵敏度方面进行比较,确定微流控芯片电泳在核酸检测方面的应用价值。利用筛选出的其中1对引物对番茄叶片的实际样品进行PCR扩增,随后通过微流控芯片电泳对其进行检测,以此探讨微流控芯片电泳在病毒检测方面的检测效果。【结果】共筛选出14对TYLCV备用引物,其中2对引自文献,12对为本文设计,每对引物均可满足微流控芯片检测要求。选择其中1对引物TYLCV-T作为随后的研究对象。利用琼脂糖凝胶电泳和微流控芯片电泳对DNA标准物检测,结果表明微流控芯片电泳在耗时方面不足琼脂糖凝胶电泳的1/10,约为13 min,试剂消耗为琼脂糖凝胶电泳的1/8,检测灵敏度方面至少比琼脂糖凝胶电泳高103倍,根据DNA标准物原液浓度计算可知,微流控芯片电泳至少可准确检测到浓度为5×10-6 μg?μL-1的核酸样品。利用微流控芯片电泳对TYLCV-T扩增的TYLCV PCR产物进行检测,将检测峰值图与DNA标准物的峰值图时间比较,就可判断出产物峰的大小范围。【结论】筛选出的关于TYLCV的备用引物可作为进一步研究微流控芯片技术在该病毒检测方面的基础;通过将琼脂糖凝胶电泳和微流控芯片电泳进行比较,确立了后者在核酸检测方面的应用价值;通过微流控芯片电泳对TYLCV PCR产物的检测,建立了基于微流控芯片电泳的TYLCV快速检测方法,为TYLCV的快速检测提供新的技术支持。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    中国水稻产量和氮素吸收量对高效氮肥响应的整合分析
    苑俊丽,梁新强,李亮,叶玉适,傅朝栋,宋清川
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3414-3423.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.009
    摘要 ( 245 )   HTML ( 1 )   PDF (532KB) ( 712 )   收藏
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    【目的】运用整合分析方法(meta-analysis),首次在大尺度范围定量研究高效氮肥施用对中国水稻产量和氮素吸收量的影响,以评估高效氮肥施用的经济效益并为高效氮肥在中国推广使用提供科学依据。【方法】通过搜集整理国内外48篇文献的大田试验数据资料,建立水稻产量和氮素吸收量数据库,进而应用整合分析方法,比较分析高效氮肥施用对中国水稻产量和氮素吸收量的整体影响及高效氮肥的有利施用条件。【结果】与施用常规化肥相比,高效氮肥施用使中国水稻产量和氮素吸收量分别增加了7.5%(95%置信区间:6.7%—8.4%)和10.5%(95%置信区间:9.5%—11.4%)。分析其影响因素,发现在碱性土壤(pH≥7.5)施用高效氮肥使水稻产量和氮素吸收量分别提高了约10.5%和18.8%,其效果好于在酸性(pH≤6.5)和中性(pH 6.5—7.5)土壤上施用;包膜缓/控释氮肥较稳定性氮肥有效,尤其在氮素吸收量方面,硝化抑制剂与常规氮肥相比没有影响,而包膜缓/控释氮肥则使氮素吸收量提高17.9%;高效氮肥仅作为基肥一次性施入土壤使水稻产量和氮素吸收量较分次施入土壤分别提高了4.2%和7.5%,同时可以考虑将高效氮肥与常规肥料混合施用,既节省费用,又可以取得同样的增产效果;当施氮总量为120—180 kg•hm-2时,高效氮肥的增效作用最为明显,分别使水稻产量和氮素吸收量提高6.5%和12.1%;就地域分布而言,在中国北方施用高效氮肥可以取得更好的效果,使水稻产量和氮素吸收量较南方施用高效氮肥分别提高了3.4%和3.0%。【结论】在中国稻田中(尤其是碱性土壤)施用高效氮肥,尤其是包膜缓/控释氮肥(作为基肥一次性施入土壤),且控制施氮总量在120—180 kg•hm-2时,对提高水稻产量和氮素吸收量效果较好。在中国稻田中,硝化抑制剂,尤其是3,4-二甲基吡唑磷酸盐对提高水稻氮素吸收量效果不佳;高效氮肥在中国稻田中的施用受水稻种植方式(直播或移栽)以及高效氮肥施肥方式(仅施高效氮肥或者与常规肥料混合施用)的影响较小;在中国北方施用高效氮肥效果可能更佳。
    长期施肥对植烟土壤养分及微生物群落结构的影响
    陈丹梅1;段玉琪2;杨宇虹2;晋艳2;黄建国1;袁玲1
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3424-3433.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.010
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    【目的】了解施肥与土壤培肥和作物真菌病害的关系,为烤烟科学施肥、保持农业生产的长期可持续发展积累资料。【方法】利用云南省烟草农业科学研究院的长期肥料定位试验,设置长期不施肥(CK)、纯施化肥(CF)和有机无机肥配施(MCF)等处理,采用常规分析方法测定磷脂脂肪酸(PLFAs)和454高通量测序技术,分别就施肥对植烟土壤有机质、养分和微生物群落结构的影响进行分析。【结果】经16年长期施肥后,MCF使土壤有机质提高19.63%,有效磷增加;CF降低土壤有机质20.56%,碱解氮和有效钾减少。施肥显著增加微生物标记性磷脂脂肪酸(PLFAs)的种类和总量,尤以MCF最为显著,说明施肥尤其是MCF显著提高了土壤中微生物种群和数量。但是,在CF处理的土壤中,异养性微生物??真菌的PLFAs占微生物总量的比例是MCF的2.52倍,真菌种群数(OTUs)比MCF提高25.91%,真菌群落的多样性、均匀度和优势度指数也显著高于CK和MCF,说明施用化肥改变了土壤生态环境,有益于真菌生长繁殖,使真菌种群增加,密度增大,优势种群突出,导致土壤真菌化。土壤真菌群落由子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门和尚待鉴定的真菌等构成,子囊菌门占绝大多数。前20种优势菌株的丰富度高达33.01%—49.28%,其中CK和MCF有15种相同,CK和CF仅6种一致。【结论】长期持续施用化肥可提高作物真菌病害的发生几率,降低土壤有机质;土壤特性是影响真菌种群的重要因素之一,MCF对土壤优势真菌的影响较小,而CF显著改变了土壤真菌的种群结构。
    基于水稻根伸长的不同土壤中镉(Cd)毒性阈值(ECx)及预测模型
    宋文恩,陈世宝
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3434-3443.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.011
    摘要 ( 227 )   HTML ( 1 )   PDF (565KB) ( 502 )   收藏
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    【目的】虽然土壤中镉(Cd)污染对水稻的生态风险受关注已久,然而大量研究集中在基于稻米中Cd限量标准的健康风险研究,而针对土壤中Cd污染的生态风险阈值研究较少。研究通过ISO11269-1根伸长毒性测试方法,测定不同性质土壤中Cd对水稻的毒性阈值(ECx,x=10,50)及其预测模型,以期为基于生态毒理效应的中国土壤Cd污染基准值的修订提供参考。【方法】采用中国8种不同性质农田土壤和3种不同Cd敏感性差异的水稻品种(T优167,T167;陆两优28,L28;湘早45,X45)为试材,每种土壤添加7个Cd浓度,通过ISO11269-1根伸长测试方法,测量水稻根的相对伸长量,并结合Log-Logistic分布函数模型测定不同土壤中水稻Cd毒性的剂量-效应关系、毒性阈值(ECx, x=10, 50)及其预测模型。【结果】随着土壤Cd浓度的增加,不同土壤中水稻的相对根长(%)逐渐减小,基于根伸长的Cd对水稻毒性的10%抑制浓度的毒性阈值(EC10)和半抑制浓度(EC50)值在不同土壤和不同Cd敏感性水稻品种间有较大差异。总体而言,在3种不同Cd敏感性(T167>L28>X45)水稻品种中,同一土壤中Cd的水稻毒性ECx(x=10,50)随着水稻对Cd胁迫的敏感性增强而降低;就单一品种水稻而言,不同土壤的Cd水稻毒性阈值ECx间有显著差异。其中,以Cd敏感性水稻品种T167测试的不同土壤EC10变化为1.40—5.25 mg•kg-1,最大相差275.0%,EC50变化为17.83—46.93 mg•kg-1,最大相差163.2%;以Cd非敏感性水稻品种X45测试的不同土壤EC10变化为1.72—8.22 mg•kg-1,最大相差377.9%,EC50变化为26.96—68.16 mg•kg-1,最大相差152.8%。通过水稻Cd毒性阈值ECx与土壤性质间的多元回归分析表明,土壤pH、有机碳(OC)、阳离子交换量(CEC)与水稻Cd毒性阈值间呈正相关关系,基于土壤主要性质的水稻Cd毒性预测模型表明,EC50实测值均在预测值2倍误差(±S.D)范围内。【结论】基于ISO11269-1根伸长毒性测试结果表明,不同土壤中Cd的水稻毒性阈值间有显著差异,土壤pH、OC及CEC与水稻Cd的毒性阈值间呈显著正相关关系(P<0.05),基于上述土壤性质的预测模型可以很好预测不同土壤中Cd对水稻的毒性;不同Cd敏感性品种对测定土壤中水稻Cd毒性阈值有明显差异,因此,在制订土壤中Cd的生态基准时应充分考虑不同物种的敏感性差异特征。
    园艺
    果梅PmKNAT2基因全长cDNA克隆及表达分析
    孙海龙,宋娟,高志红,倪照君,章镇
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3444-3452.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.012
    摘要 ( 241 )   HTML ( 1 )   PDF (1052KB) ( 585 )   收藏
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    【目的】从‘大嵌蒂’果梅中克隆PmKNAT2,并对其结构特征及表达模式进行分析,为研究果梅雌蕊败育的分子机理和分子育种奠定基础。【方法】在NCBI中查找与果梅相似性很高的桃KNOPE2(KNAT2的同源基因)序列(EF093491),根据桃的KNOPE2序列设计特异引物;采用改良CTAB法提取‘大嵌蒂’果梅花芽总RNA;通过RT-PCR和RACE技术获得基因cDNA序列全长;使用DNAMAN软件进行序列拼接;利用NCBI数据库中的BLASTn和BLASTp程序进行相似性分析;通过生物信息学方法分析结构特征;用DNAMAN软件分析基因的ORF和氨基酸序列;MEGA4.0软件进行系统进化树的构建;利用Bioxm2.6推测分析蛋白分子量和等电点;根据NCBI中Conserved Domains程序进行蛋白质保守域结构预测;用ExPaSy提供的在线SOPMA程序进行蛋白质二级结构预测;构建PJIT166-PmKNAT2-GFP的融合亚细胞定位表达载体,采用基因枪法转化洋葱表皮细胞,经暗培养后在激光共聚焦显微镜下观察;利用实时荧光定量RT-PCR研究其表达模式,分析其在‘大嵌蒂’花芽发育不同时期、不同器官中的表达特性。【结果】在‘大嵌蒂’果梅中获得一个KNAT2的同源基因,命名为PmKNAT2,其cDNA全长为1 402 bp,5'UTR 47 bp,3'UTR 293 bp,编码区全长为1 062 bp,编码353个氨基酸,预测蛋白质分子量为40.41 kD,理论等电点为4.85。蛋白结构分析表明该基因编码的氨基酸具有2个结构域,MEINOX结构域(KNOXⅠ和KNOXⅡ 2个亚结构域)和HD(homomeodomain)结构域,属于KNOX蛋白;相似性分析发现该基因与GenBank中其它来源的KNOX蛋白序列的相似性为50%—100%;系统进化树分析显示果梅PmKNAT2与桃KNOX聚为一类,表明与其亲缘关系最近。二级结构预测结果表明PmKNAT2所编码蛋白由47.14%的α-螺旋(Alpha helix)、3.43%的β-转角(Beta turn)、3.14的β-折叠(Extended strand )和46.29%的随机卷曲(Random coil)组成。亚细胞定位结果显示该基因编码的蛋白定位于细胞核和细胞膜中。实时荧光定量RT-PCR分析表明,在‘大嵌蒂’果梅不同时期花芽中PmKNAT2的表达量存在一定差异,PmKNAT2在11月份的表达量最高,9月、10月和11月的表达量差异不明显,但与12月和1月花芽中的表达量差异明显;生长素在1月份含量最高,9、10、11月份差异不明显,其含量变化趋势与PmKNAT2表达趋势相反。对该基因表达量最高的11月份的花芽进行实时荧光定量分析发现:PmKNAT2在各种花芽中均有表达,在不完全花(雌蕊褐色、雌蕊畸形和无雌蕊)中的表达量高于完全花(雌蕊正常)。进一步分析PmKNAT2在完全花与不完全花的不同花器官中的表达量,结果表明PmKNAT2在完全花与不完全花的各部位的表达量趋势相似均为:萼片>雄蕊>花瓣,在完全花雌蕊中的表达量最低。【结论】推测PmKNAT2在雌蕊发育阶段的异常表达可能与‘大嵌蒂’果梅雌蕊败育有关。
    猕猴桃果实发育过程中淀粉积累差异及其糖代谢特性
    张慧琴1;2;谢鸣2;张琛2;杨鲁琼2;章镇1;肖金平2;周利秋2
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3453-3464.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.013
    摘要 ( 214 )   HTML ( 1 )   PDF (591KB) ( 757 )   收藏
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    【目的】探讨高、低淀粉积累型猕猴桃果实发育过程中淀粉积累差异、糖代谢特性及与相关酶活性的关系,为提高猕猴桃果实糖含量和风味等关键品质提供理论依据。【方法】以高淀粉积累型品种‘红阳’和低淀粉积累型品种‘华特’为试材,测定果实发育过程中的相对生长速率、碳水化合物(淀粉、葡萄糖、果糖和蔗糖)含量、干物质含量以及碳水化合物代谢相关酶活性的变化。【结果】果实碳水化合物含量与果实生长速率呈负相关,其含量随淀粉积累而不断增加;淀粉含量与果糖、葡萄糖、蔗糖等可溶性糖含量及干物质含量均呈正相关,当达峰值时,其在‘华特’和‘红阳’果实碳水化合物含量中所占比例分别为87.1%和84.1%。‘红阳’果实淀粉积累增速快、峰值高、时间长,其淀粉积累平均速率为0.685 mg•g-1FW•d-1,淀粉积累峰值为70.78 mg•g-1FW,分别是‘华特’的1.34倍和1.69倍,且其淀粉积累时间比‘华特’长21 d。‘华特’果实淀粉在采前已急剧下降,至采收时几乎都转化为可溶性糖;而‘红阳’果实淀粉含量仍直线增长,并在采前维持在一个较高水平。‘华特’果实的中性转化酶(NI)和酸性转化酶(AI)活性始终显著高于‘红阳’,而后者的蔗糖磷酸合成酶(SPS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)活性一直明显强于前者。‘红阳’和‘华特’的果实淀粉含量与AGPase和SPS活性的相关性最强,而与NI和AI活性呈较强负相关。NI活性与AI活性呈显著正相关,而与AGPase、SPS、蔗糖合成酶(SS)、果糖激酶(FK)、葡萄糖激酶(GK)、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)等酶活性均呈负相关;‘红阳’果实中的AGPase活性与SPS、SS、FK、GK、UGPase等酶活性均呈显著正相关。【结论】猕猴桃果实碳水化合物积累以淀粉为主,AGPase是影响淀粉积累的关键酶,NI、AI和SPS活性的差异可能是造成果实淀粉积累高低、干物质多少、可溶性糖组分及含量不同的重要原因。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    液体饲料pH值对荷斯坦公犊血气指标的调控
    屠焰1;邱国梁2;周怿3;云强1;齐东1;王家杰4;刁其玉1
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3465-3474.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.014
    摘要 ( 216 )   HTML ( 1 )   PDF (643KB) ( 541 )   收藏
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    【目的】哺乳期犊牛胃肠道功能尚未健全,对日粮的消化能力不足,易导致腹泻等营养性疾病的发生,降低成活率。实施早期断奶的哺乳期犊牛日粮以液体的代乳品为主,其酸度对犊牛健康有着比成年牛更加重要的影响,但目前犊牛血气指标变化的规律、正常值范围等数据仍不成体系,无法判别日粮酸度是否适宜。本研究以48头新生荷斯坦公犊牛研究液体饲料pH值对哺乳期犊牛血气指标的影响,探索犊牛血气指标的变化规律。【方法】采用2×4因子设计,2种代乳品,其植物蛋白占总蛋白比例分别为50%和80%,代乳品乳液pH值分别调整为6.2、5.5、5.0、4.5,共计8个处理组。将48头新生荷斯坦公犊随机分配到上述8个组中,分别饲喂上述代乳品乳液。试验期63 d,其中预试期21d,正试期42 d。每两周测定犊牛体重,每日记录代乳品和颗粒料的采食量;在21、49 d抽取全血检测血液pH值、二氧化碳分压(pCO2)、氧气分压(pO2)、氧饱和度(SO2)、[HCO3-]浓度(HCO3-)、实际剩余碱量(ABE)、总二氧化碳量(TCO2)、标准碳酸氢盐浓度(SBC)和标准剩余碱(SBE)。采用SAS软件GLM或MIXED模型对生长性能或血气指标进行统计分析,以REG模型建立血气指标与代乳品乳液pH值之间的相关关系式,以正态分布检验血气指标的变化。【结果】降低代乳品乳液pH值可提高犊牛平均日增重(P<0.05);代乳品乳液pH值对犊牛血液pO2、SO2、HCO3-、ABE、TCO2、SBC和SBE皆有极显著的影响(P<0.01),对血液pH值、pCO2也具有影响趋势;随着代乳品乳液pH值的降低,犊牛血液pH值、pCO2、pO2、SO2、HCO3-、TCO2呈现出二次曲线变化规律(P<0.05),R2分别达到0.9201、0.8481、0.8600、0.9445、0.8631、0.8141,ABE、SBC和SBE则呈现出直线型改变(P<0.05),R2分别为0.9060、0.8126、0.8298。血液pH值和pCO2随日龄变化有显著改变(P<0.05);除HCO3-、ABE、SBE外,其他血气指标符合正态分布规律(P>0.05)。代乳品中植物蛋白占总蛋白的比例由50%提高到80%时,犊牛平均日增重和干物质采食量降低,但血气指标并未受到影响(P>0.05)。 【结论】随代乳品乳液pH值的降低,21—63 d犊牛血液HCO3-、ABE、TCO2、SBC、SBE显著降低,可作为评价日粮酸度效果的敏感指标。
    HSPA2在牦牛不同组织器官中的表达差异
    温泽星,余四九,翟羽佳,杨琨,刘鹏刚,何俊峰,崔燕
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3475-3482.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.015
    摘要 ( 213 )   HTML ( 1 )   PDF (878KB) ( 536 )   收藏
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    【目的】探索热休克蛋白70-2(heat shock 70kD protein-2, HSPA2)在牦牛不同组织器官中的表达差异。【方法】选取 3 头 1 岁龄的健康青海高原雄性牦牛为研究对象,在正常生理条件下,于 2013 年 9 月中旬采集不同组织器官(心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、脑和睾丸)样本。(1)从牦牛不同组织器官中提取 RNA,将 RNA 反转录成第一链 cDNA,参照牦牛 HSPA2 和β-actin 基因序列(登录号为 KC790105.1和 DQ838049.1)设计特异性引物,首先采用 RT-PCR 来验证实时荧光定量 PCR(RT-qPCR)是否能应用于牦牛不同组织器官中 HSPA2表达差异的测定;然后采用 RT-qPCR 测定牦牛不同组织器官中 HSPA2相对表达量的差异。(2)将牦牛不同组织器官样本 4%多聚甲醛固定,制成石蜡切片,免疫组织化学法测定 HSPA2 在不同组织器官中的分布。采用 Image-Pro Plus 6.0 软件进行免疫组化图像分析,测定 HSPA2 阳性反应物的积分光密度,进行吸光度分析;通过 SPSS 19.0 统计软件,用单因素方差分析进行差异显著性测定。【结果】(1) RT-PCR 结果表明 RT-qPCR 法可用于牦牛不同组织器官中 HSPA2表达差异的测定。实时荧光定量 PCR 结果表明,HSPA2在睾丸中的相对表达量,分别是在脑、肾脏、心脏、脾脏、肺脏和肝脏中的 83.33、97.09、111.11、133.33、222.22和 285.71倍。(2)免疫组织化学结果显示,牦牛睾丸、肾脏、脑、心脏、肺脏、肝脏和脾脏中均有 HSPA2 的阳性表达。其中,在牦牛肾脏皮质肾小管、髓质肾小管,大脑皮质海马CA1区、小脑皮质,心肌细胞,肺泡上皮细胞,肝细胞,脾脏边缘区和红髓中有 HSPA2 阳性反应,着色深浅不等,大部分阳性反应位于细胞质,细胞核阳性反应极少;而在睾丸曲精小管中生精细胞细胞质和细胞核中均有 HSPA2 阳性反应,着色深浅不等;阴性对照组未观察到阳性反应。根据积分光密度值比较得出,HSPA2 蛋白的阳性表达量在睾丸中最高,脑、肾脏、心脏、肺脏和肝脏次之,脾脏最少。【结论】通过基因水平和蛋白水平两个层面的研究,发现 HSPA2 在牦牛各组织器官中存在表达差异;睾丸中 HSPA2 基因和蛋白表达量均高于脑、肾脏、心脏、脾脏、肺脏和肝脏,提示 HSPA2 可能与睾丸的生殖功能密切相关。
    沙门氏菌和聚肌胞处理条件下鸡免疫相关候选基因mRNA表达特性
    孙艳,李建超,李鹏,郑麦青,刘冉冉,李庆贺,文杰,赵桂苹
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3483-3491.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.016
    摘要 ( 172 )   HTML ( 1 )   PDF (568KB) ( 383 )   收藏
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    【目的】利用高密度SNP芯片完成了对北京油鸡血清免疫球蛋白Y含量等9个免疫性状的关联分析,筛选得到了与性状显著关联位点和候选基因。基于该研究结果,以集中分布在16号染色体的候选基因CD1b、 BMA1(B locus M alpha chain 1)、TRIM27(tripartite motif-containing 27)和ZNF692(zinc finger protein 692)作为研究对象,以北京油鸡为实验材料,在聚肌胞(Polyinosinic acid-polycytidylic acid, Poly I:C)和细菌的处理下进一步对候选基因表达特性进行分析和鉴定。【方法】随机选取80只12日龄北京油鸡分为3组:空白对照组、聚肌胞处理组和肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis, SE)处理组,分别饲养在独立的隔离器内。两处理组分别胸肌注射聚肌胞注射液和SE菌液,对照组注射生理盐水,于处理后12 h、24 h、3 d和6 d(days post infection, DPI)检测血清炎症因子的变化水平和候选基因表达规律。【结果】经过聚肌胞和SE处理后,体重在24 h之后显著低于空白组(P<0.05),体温24 h以内显著升高;血清IFN-α、IL-4和IL-6水平先升高后降低,在第24小时或第3天达到峰值,TNF-α水平持续升高,3 d后极显著高于空白组(P<0.01)。两种处理条件下CD1b的mRNA表达没有组织特异性,其他3个基因在胸腺和法氏囊中高表达。在胸腺组织中,CD1b在两处理间12和24 h的表达量存在显著差异(P<0.01),在聚肌胞处理组整个感染阶段没有显著性变化,在SE组是先升高后降低的趋势,感染后24 h时表达量最高(P<0.01);BMA1在12 h和3 d时两处理组间差异显著,聚肌胞处理组在12 h时表达量低于SE处理组,而在3 d时显著高于SE处理组(P<0.01);TRIM27在聚肌胞感染6 d时表达量显著高于空白组(P<0.05),ZNF692的表达量在3组间没有差异。在法氏囊中,CD1b表达量在两个处理组中存在差异,在SE组12 h时表达量高;BMA1和TRIM27的表达量在两组间没有差异,TRIM27在3 d时表达量最高(P<0.01),ZNF692在SE组感染24 h时相对表达量高于聚肌胞处理组,在两组中都在3 d时表达最高。【结论】CD1b、BMA1、TRIM27和ZNF692参与了聚肌胞和肠炎沙门氏菌引起的免疫反应过程,是与免疫相关的功能基因;CD1b主要在肠炎沙门氏菌感染的前期发挥作用;BMA1和ZNF692分别参与胸腺和法氏囊的免疫反应。
    研究简报
    基于PCR技术的谷子分子标记遗传图谱构建
    王智兰,王军,袁峰,杜晓芬,杨慧卿,郭二虎
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3492-3500.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.017
    摘要 ( 194 )   HTML ( 1 )   PDF (550KB) ( 716 )   收藏
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    【目的】构建一张基于PCR技术的谷子分子标记遗传图谱。【方法】以谷子高146A和K103杂交自交F2分离群体为作图群体,以分布于谷子9条染色体上的81个SSR标记为主要参考标记,采用来自谷子、水稻、珍珠粟和高羊茅的SSR、STS、SNP、SV和ACGM标记共1 733个,在亲本间筛选多态性标记,并进一步在F2群体间进行验证,利用MAPMAKER VERSION 3.0软件进行连锁分析,采用MapDraw V2软件绘制遗传连锁图谱。【结果】构建了一张包含192个不同类型分子标记的谷子遗传图谱,新定位标记33个,其中32个来自谷子,另1个来自珍珠粟。遗传图谱包含9个连锁群,覆盖基因组全长2 082.5 cM,连锁群长度介于119.5—475.2 cM,平均长度231.39 cM,标记间平均距离10.85 cM,每个连锁群上的标记数介于10—37个。部分连锁群上标记存在偏分离现象,在定位的192个标记中,共有36个标记发生偏分离,占图谱总标记的18.75%,其中,在LG2、LG6和LG7上分别聚集分布了10、15和7个偏分离标记,出现了偏分离热点区域,而在LG1、LG4、LG5和LG8上仅有零星分布,LG3和LG9上则没有偏分离标记。对来自不同作物的分子标记在谷子上的可转移性分析发现,来自谷子的1 235个PCR标记中有205个标记在双亲及其F2群体间有多态性,多态率为16.60%,而来自珍珠粟、高羊茅和水稻的498个PCR标记,在该群体上仅发现1个多态性标记。【结论】利用不同物种中的分子标记构建了一张覆盖基因组长度为2 082.5 cM的谷子遗传连锁图谱,其分子标记主要来自于谷子。
    拟南芥液泡分拣蛋白AtVPS25调控植物生长素响应的功能分析
    郭萌萌1;2;3;陈明2;刘荣榜2;马有志2;李连成2;徐兆师2;张小红1;3
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3501-3512.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.018
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    【目的】鉴定生长素胁迫条件下纯合突变体vps25的表型,获得拟南芥液泡分选蛋白AtVPS25的互作蛋白,并分析AtVPS25和其互作蛋白在生长素响应过程中的功能及其分子机制。【方法】根据“三引物法”鉴定突变体;通过观察拟南芥vps25突变体在外加生长素的培养基上的表型,鉴定AtVPS25的功能;以AtVPS25为诱饵蛋白,采用泛素分离系统筛选在拟南芥中与其互作的蛋白;利用酵母互作试验和双分子荧光互补试验(BiFC)验证AtVPS25与AtAIR12(for Auxin-Induced in Root cultures)的互作关系;鉴定AtVPS25和AtAIR12蛋白在植物细胞中的定位情况;采用Real-time PCR方法,分析在生长素处理条件下,部分生长素运输相关基因在拟南芥vps25突变体中的表达变化。【结果】Real-time PCR结果显示,10 μmol•L-1 IAA处理条件下,在野生型拟南芥(WT)中,AtVPS25的表达量随着胁迫时间的增长而增高,并在12 h达到最高,约为0 h的40倍,证明AtVPS25受生长素处理的诱导表达。利用泛素分离系统筛库获得AtVPS25的互作蛋白AtAIR12、AtVPS25与AtAIR12全长蛋白序列的酵母双杂交试验证明AtVPS25与AtAIR12互作。亚细胞定位试验证明AtVPS25定位在细胞膜和细胞质中,AtAIR12定位在细胞膜及叶绿体膜上。BiFC(双分子荧光互补)试验结果显示,AtVPS25蛋白与AtAIR12蛋白互作,并且互作位点在细胞膜和细胞质中。突变体鉴定获得纯合突变体vps25。vps25在0.1 mg•L-1 IAA条件下生长,表现为主根伸长受到抑制,并且相对同一条件下的WT的主根长度差异极显著(P<0.01),而同时侧根数无明显差异,这与已报道的air12-1突变体在生长素处理条件下的表型相似。10 μmol•L-1 IAA处理时,在WT背景条件下,AtAIR12的表达量对IAA响应明显,并且随着胁迫时间的增长而增高,在12 h时达到最高,约为0 h的80倍,证明10 μmol•L-1 IAA处理条件下,WT中AtAIR12表达量的变化趋势与AtVPS25完全相同。同时在vps25突变体背景条件下,AtAIR12的表达相对于WT受到抑制,在0-24 h表达量无明显变化。此外,在vps25突变体背景条件下,生长素输出载体基因AtPIN2相对于WT中表达量降低,生长素输入载体基因AtLAX2相对于WT中表达量提高。【结论】拟南芥液泡分拣蛋白基因AtVPS25受IAA诱导表达,参与调控植物主根的发育,AtVPS25可以与生长素响应蛋白AtAIR12在细胞质和细胞膜上互作,AtVPS25调控部分生长素相关基因的表达,AtVPS25通过调控这些下游基因的表达影响生长素在根部的响应。AtVPS25与AtAIR12的调控机制需要进一步深入研究。
    黄瓜倍性材料创制及染色体组成的FISH鉴定
    管苇,张云霞,杨树琼,陈劲枫,娄群峰
    中国农业科学. 2014, 47(17):  3513-3522.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.17.019
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    【目的】黄瓜(Cucumis sativus L.)遗传基础狭窄,种质资源多样性较为有限,遗传育种研究相对落后。本试验旨在创制整倍体和非整倍体黄瓜种质材料,建立其准确的染色体组成鉴定方法,为进一步选育黄瓜各种染色体系、目标性状的染色体定位及遗传育种研究奠定基础。【方法】以华北生态型黄瓜‘长春密刺’的高代自交系为材料,0.4%秋水仙素溶液处理萌动种子,诱导染色体数目加倍。为获得同源三倍体材料,以诱导获得的同源四倍体为母本,二倍体为父本进行杂交,授粉35—45 d后采收成熟果实进行胚拯救。采用染色体计数,结合形态学、叶片气孔电镜观察,对诱导株及杂交后代的倍性进行鉴定。利用染色体特异的探针进行荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH),通过观察特异探针在染色体上杂交信号的数目、强弱及位置,结合黄瓜的染色体形态参数,对诱导株的染色体组成进行鉴定。【结果】对经秋水仙素处理的‘长春密刺’材料进行有丝分裂中期染色体计数观察,结果显示诱导获得8株四倍体(2n=28),3株非整倍体(2n=16,19,27)材料。将四倍体与二倍体杂交获得了三倍体材料(2n=21)。经荧光原位杂交分析,根据黄瓜着丝粒探针Type III和核糖体45S rDNA两类信号在染色体上的信号特征可以看出,与二倍体相比,三倍体与四倍体上杂交信号为倍性变化关系,进一步验证创制出的整倍性材料为三倍体与四倍体。不同倍性‘长春密刺’植株的形态学特征存在一定差异,四倍体植株的形态指标与二倍体差异显著;三倍体植株与二倍体在形态学上差异不显著;非整倍体植株与二倍体在形态学上差异也不显著,但其长势较二倍体弱,且花期推迟,雌雄花花期不遇,坐果率明显低于二倍体。经叶片气孔电镜观察,‘长春密刺’二倍体、三倍体与四倍体植株叶片气孔的大小与密度均存在差异,随着倍性提高,气孔的长度和宽度增加,而气孔密度则下降,说明形态学筛选和叶片气孔电镜观察可以作为鉴定黄瓜倍性的辅助方法。以上述两类黄瓜重复序列(Type III和45S rDNA)和染色体特异的单拷贝基因Csa006700为探针,对染色体数目为16的一株非整倍体诱导株进行染色体组成鉴定。重复序列的荧光原位杂交结果显示,额外的两条染色体为1号或2号染色体。进一步利用黄瓜2号染色体端部的基因Csa006700探针检测,发现该基因只在其中一对染色体上有信号,由此明确该材料为附加两条1号染色体的四体材料(2n=14+2)。研究表明秋水仙素不仅可直接诱导出同源多倍体,同时可诱导各种非整倍体植株。【结论】利用秋水仙素处理黄瓜萌动种子,诱导染色体倍性的变化,结合染色体特异探针的荧光原位杂交鉴定,可快速创制并筛选出各种染色体组成的特异新种质。