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当期目录

    2014年 第47卷 第21期 刊出日期:2014-11-01
      
    高效、安全、规模化转基因技术:机会与挑战
    专题导读——高效、安全、规模化转基因技术:机会与挑战
    万建民,黎裕
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4139-4140.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.001
    摘要 ( 388 )   HTML ( 1 )   PDF (216KB) ( 946 )   收藏
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            自1996年转基因作物产业化以来,已累计推广15亿公顷,2013年种植面积达到1.752亿公顷,是1996年的100倍以上[1]。目前,全世界27个国家种植转基因作物,其中,19个发展中国家种植面积占54%,巴西达4 030万公顷;美国是最大的转基因作物种植国(7 010万公顷),约作物种植面积的90%为转基因品种。除大豆、玉米、棉花和油菜等重要农作物转基因品种大规模种植外,其他产业化的植物还包括水稻、马铃薯、苜蓿、甜菜、番木瓜、西葫芦、杨树、番茄、甜椒、蓝玫瑰、康乃馨等。据统计,全球转基因植物研究涉及至少35科200多个种,有近50个国家对60余种转基因植物进行了田间试验。同时,美国、俄罗斯等20多个国家正在开展猪、牛、羊、鸡、鱼、兔等转基因动物的研发。加拿大的环境友好型转基因猪,美国、日本和德国的异种器官移植用转基因猪,美国和澳大利亚高瘦肉率转基因猪,英国的抗瘟病转基因猪,新西兰的高酪蛋白转基因奶牛,荷兰的高乳铁蛋白转基因奶牛,美国的抗乳房炎转基因奶牛和山羊等均进入审批程序,即将实现产业化。
            转基因操作是基因克隆到转基因新品种培育过程中承上启下的重要环节。建立规模化转基因技术体系是转基因育种成功的关键。规模化转基因技术体系必须在提高转化效率的前提下,整合高效和安全转基因技术,加以集成创新,并为转基因生物新品种培育提供技术和平台支撑。
            在高效转基因技术研发方面,近年来多基因叠加载体、人工染色体、新功能元件如3′或5′非翻译区(untranslated regions,UTRs)的开发和应用不断取得进展。microRNA介导的基因调控技术[2]和RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术[3]也显示出在未来的重大应用潜力。同时,锌指核酸酶(Zinc-finger nuclease,ZFN)、转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)及CRISPR/Cas9系统等新型基因组编辑技术取得突破,可精确和高效修饰目标基因,大幅度提高转基因的定点整合效率[4]。目前,这些新型的基因组编辑技术已经在水稻、小麦、大小鼠、猪、斑马鱼、线虫、果蝇等生物上取得成功,但在实际应用上刚刚起步。此外,其他一些高效转基因技术也不断出现,表现出很高的利用价值[5]
            在安全转基因技术研发方面,重点是发展非抗生素选择标记技术、特异时空表达启动子技术,以及双载体共转化、Ac/Ds转座子系统和特异位点重组系统(Cre/lox、R/RS、FLP/FRT等系统)等筛选标记去除等关键技术[6]。近年来出现的叶绿体转化技术[7]、基于动物piggyBac转座子的标记剔除技术[8],以及一些不依赖于转基因的新型基因组编辑技术[9]也可使转基因安全性提高。
            在规模化遗传转化方面,提高转化效率、完善条件设施是关注重点。目前,农杆菌介导的植物转化是最常见的转基因技术,在多种重要农作物上均获得成功,但部分作物的转化效率还有待提高[10]。因此,拓展受体基因型和优化转化环节,并与高效和安全转基因技术加以集成创新,构建规模化转基因技术体系仍然是今后的主要任务。同时,基因枪转化和不依赖组织培养的遗传转化方法也值得进一步探索和完善。在动物上,目前主要是利用原核注射或生殖系转染的方法实现外源DNA在基因组的随机整合,需构建规模化转基因技术体系,进一步提高制备转基因动物效率。基于基因组编辑等的技术体系构建将成为未来热点[11]
            2008年启动“转基因生物新品种培育重大科技专项”重点支持水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、猪、牛、羊八大生物的转基因技术研发。项目实施以来取得了多项技术突破,在规模化转基因技术体系构建方面也取得了重要进展,为“专项”的实施提供了强有力的技术支撑和平台服务,但总体来看与发达国家相比还存在一定差距。本专辑将针对不同生物的规模化转基因技术体系构建进行系统评述,目的是总结过去,正视现在,找到存在的问题和解决途径,为中国转基因生物新品种培育作出更大贡献。

    水稻规模化转基因技术体系构建与应用
    张欣,付亚萍,周君莉,郭秀平,刘文真,吴洁芳,吴传银,万建民
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4141-4154.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.002
    摘要 ( 495 )   HTML ( 1 )   PDF (523KB) ( 785 )   收藏
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    水稻作为重要的粮食作物和遗传转化的模式植物,其遗传转化一直受到广泛重视。自世界首例转基因水稻于1988年获得成功以来,水稻遗传转化技术体系迅猛发展,尤其是1994年首次通过农杆菌介导实现对粳稻的高频转化,经过近20年的发展,水稻遗传转化技术体系已经比较完善。目前,应用于水稻中的转基因技术主要包括基因枪介导法和农杆菌介导法,一些实验室也采用花粉管通道法、电击法、PEG转化法等。其中,农杆菌介导的转基因方法以其低成本、易操作、转化效率高、单位点插入比例高、后代表达稳定等特点已经成为水稻转化的主流方法,约占水稻转基因报道总数的80%以上。虽然国内外刊物时有转基因方法改进的报道,但是由于种种原因,水稻的转化还受一些因素的限制,例如部分粳稻品种和籼稻受基因型的限制十分明显,转基因效率普遍较低,严重制约了转基因技术在水稻生产中的应用;某些转基因程序过于繁琐,耗时长,成本高,不但导致效率低,而且长时间的组织培养诱发逆转座子转座引起无性系变异干扰了功能研究和育种工作。因此,迫切需要建立高效、安全、规模化和标准化的水稻转基因技术体系。文章综述了国内外水稻转化技术的发展历程,重点回顾了近5年中国水稻规模化转基因技术研究进展,包括围绕不同水稻基因型高效转化体系优化及建立,对影响农杆菌转化效率及植株分化频率等诸多因素如水稻基因型、外植体类型、农杆菌菌株和质粒载体、培养基组分、共培养时间、侵染方式等方面的研究和探索。整合国内外已有研究结果进行技术集成创新,分别以粳稻和籼稻成熟胚、幼胚为外植体,采用农杆菌转化方法,通过优化受体材料和愈伤状态、农杆菌侵染浓度和分化温湿度、工艺流程标准化等多种组分,突破了成熟胚分化难的技术瓶颈,整合了无选择标记等安全转基因技术,实现了粳稻和部分籼稻转化技术的标准化和工厂化,初步建立了安全、高效、规模化水稻转基因技术体系。但与国际先进水平相比,尤其与一些跨国生物技术公司相比,在转化规模和转化效率方面仍然存在较大差距。认为安全、高效、规模化是转基因水稻新品种培育和产业化的重大技术瓶颈。建立水稻主栽品种快速、高效、稳定的转化系统,开发安全型转化技术,开展多基因、大片段基因转化,实现转基因的定点整合和时空控制表达等是水稻转基因技术的发展趋势,针对水稻规模化转基因技术体系存在的问题,提出了相应的对策,对于促进转基因水稻新品种培育和功能基因组学研究具有一定参考价值。
    小麦规模化转基因技术体系构建及其应用
    叶兴国,徐惠君,杜丽璞,何光源,王轲,林志珊
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4155-4171.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.003
    摘要 ( 384 )   HTML ( 1 )   PDF (1087KB) ( 856 )   收藏
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    在主要农作物中,小麦属于遗传转化比较困难的作物,转化效率较低,重复性较差,转化规模较小,优良转基因材料较少,基因工程育种进程明显落后于大豆、玉米、棉花、水稻等作物。目前,应用于小麦中的转基因技术主要包括基因枪介导法和农杆菌介导法,有些实验室也采用花粉管通道、离子束注入、激光微束穿刺、PEG、花粉介导和农杆菌浸花等方法。在外植体利用方面,多数研究主要利用小麦幼胚及其愈伤组织作为起始转化材料,以成熟胚、幼穗、花药愈伤组织为材料转化成功的报道还比较少,需要进一步探索。在转化效率方面,基因枪报道为0.1%—16.7%,农杆菌报道为0.7%—44.8%,变化幅度较大。在目标基因转化方面,除了nptⅡbarhptGUSGOXpmiALS等筛选基因和报告基因外,转化的功能基因主要涉及小麦品质、抗病性、耐旱性、抗蚜虫和抗除草剂等性状改良。农杆菌介导和基因枪介导转化小麦幼胚的转化效率除与受体基因型有关外,还与受体材料的生理状态有关,供体植株生长期间的温度条件、光照条件、营养条件和水分条件对转化效率有至关重要的影响,开花到幼胚取样期间适宜的昼夜温度有利于转化后胚性愈伤组织诱导和候选转基因植株的获得。从整体水平看,中国小麦转基因技术研究虽然取得了较大进展,如建立了小麦成熟胚高频率再生体系并应用于小麦转化,改进了小麦幼胚再生体系和转化体系,将一批抗病、耐旱和品质改良相关基因转入小麦,初步建立了小麦规模化转基因技术体系,但与国际先进水平相比,尤其与一些跨国生物技术公司相比,在转化规模和转化效率方面仍然存在较大差距。认为转化效率较低、基因型依赖性强、人工气候条件不够先进、转化队伍不稳定是限制中国小麦规模化转基因技术发展的瓶颈;建立主栽品种转化体系、提高转化效率、开展多基因转化、开发安全型转化技术、避免载体骨架序列插入、减少基因沉默、实现定点整合等是小麦转基因技术研究的发展趋势;通过对组织培养技术、植株再生和转化相关基因的研究,以及优良受体基因型筛选、培养基改良和各个转化影响因素的优化、集成等,克服农杆菌转化小麦的瓶颈,提高小麦转化效率,扩大转化规模。文章重点综述了基因枪和农杆菌转化技术在小麦中的应用和发展,回顾了近5年中国小麦规模化转基因技术研究进展,对于促进转基因小麦新品种培育和小麦功能基因组学研究具有一定参考价值。
    玉米规模化转基因技术体系构建及其应用
    刘允军,贾志伟,刘艳,张登峰,黎裕
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4172-4182.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.004
    摘要 ( 254 )   HTML ( 1 )   PDF (418KB) ( 709 )   收藏
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    玉米是世界种植范围最广、产量最高的粮食作物,为保证世界粮食安全做出了重要贡献。但是病虫害、杂草、干旱、盐碱等生物或非生物胁迫严重影响了玉米生产。培育具有抗虫、抗除草剂、抗病等性状的转基因玉米品种并应用到实际生产中,能够减少玉米产量损失,减少农药化肥使用量。玉米规模化转基因技术体系研究发展迅速,获得的抗虫、抗除草剂转基因玉米已在国外商业化种植18年,带来巨大的经济、社会和生态效益。全球转基因作物种植面积从1996年的170万公顷增加到2013年的1.75亿公顷。转基因玉米新品种培育需要较成熟的玉米规模化转基因技术体系。目前,商业化种植的转基因玉米都是从大量转基因玉米中选择的,具有外源基因单拷贝插入、遗传稳定、无载体骨架插入、目的基因表达合适、对玉米自身性状无影响等特点。国外大公司及部分公立研究机构建立了相对成熟的玉米转基因技术体系。中国玉米转基因技术体系研究起步较晚,目前初步建立了玉米规模化转基因技术体系,有必要进一步提高玉米遗传转化效率及规模化程度。玉米规模化转基因技术体系采用的主要方法是基因枪法和农杆菌介导法。文章详细介绍了2种方法的原理、发展过程及其应用。农杆菌介导法是目前最主流的植物遗传转化方法,具有成本低、外源基因拷贝数低、外源基因能稳定遗传表达等特点,更适用于规模化转基因技术体系。中国在玉米转基因技术体系研究及应用方面有很好的进展,在转基因受体材料选择、农杆菌侵染方法优化等方面对农杆菌介导的玉米遗传转化方法进行了系统优化,以国际上常用的玉米杂交种HiII及中国玉米优良自交系综31等为转化受体,建立了基于幼胚的玉米规模化转基因技术体系,并很好地应用于转基因玉米新品种的创制,获得大量具有生产应用价值的抗虫、抗除草剂转基因玉米。文章展望了玉米转基因技术体系的发展趋势,认为商业自交系作为外植体的筛选、转化事件单拷贝率的提高、无载体骨架序列转基因的提升、多基因转化技术、基因打靶技术、基因编辑技术及安全转化技术等方面是玉米转基因技术发展的趋势。中国应紧跟玉米转基因技术发展趋势,大力发展多基因转化技术、基因打靶技术及安全转化技术,使转基因玉米技术体系更好地服务于基因功能研究、转基因玉米产品研发等。中国通过玉米规模化转基因技术体系获得的转基因玉米将来进入产业化应用,将带来巨大的经济效益、社会效益和环境效益,并将推动玉米转基因技术体系的进一步发展。文章为玉米转基因技术体系优化和转基因玉米新材料获得等方面的研究提供一定的参考。
    棉花规模化转基因技术体系构建及其应用
    刘传亮,田瑞平,孔德培,李凤莲,商海红,陈秀军
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4183-4197.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.005
    摘要 ( 266 )   HTML ( 1 )   PDF (1592KB) ( 406 )   收藏
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    文中综述了国内外转基因技术在棉花中的应用概况,主要介绍了近年来中国棉花规模化转基因技术体系的建立及应用研究进展,并对棉花转基因技术中存在的主要问题和未来发展趋势做了相关陈述。对棉花科研工作者了解棉花转基因研究进展并有效利用转基因技术开展工作具有重要意义。转基因技术在克服棉铃虫危害上取得了巨大成功,并将逐步在棉花抗病、抗逆等方面取得重要进展。世界上,棉花转基因初期主要建立了以珂字棉为受体的转基因体系,随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、海岛棉、陆地棉等其他棉种组织培养体系的建立,农杆菌介导法、基因枪轰击法、花粉管通道法及其他转基因方法的应用,使得棉花转基因技术研究取得长足的进步。中国棉花规模化转基因技术体系主要是依托中国农业科学院棉花研究所及其他科研单位建立起来的,通过高效转化载体的筛选、主要棉花品种(系)的转基因技术体系的建立、组织培养条件的优化等措施,重点对农杆菌介导法转化棉花技术进行了改良,同时优化了基因枪轰击法及花粉管通道法转化技术,形成了三位一体的棉花规模化转基因技术体系。该体系建立了以中棉所24等材料为转基因受体的农杆菌介导体系,并利用叶柄组织培养筛选获得了组织培养分化率达100%的新材料W12等,使转化率提高到原有效率的2.88倍,同时建立了基因枪胚性愈伤组织轰击转化体系,并提高了花粉管通道的转化效率。该体系为棉花育种提供了大量材料,中国农业科学院棉花研究所已培育多个棉花抗虫新品种,并为国内41家科研单位转化基因200多个,验证了多个功能基因作用获得大量育种价值新材料。笔者认为基因型依赖性仍然是限制棉花规模化转基因技术发展的瓶颈,扩大棉花转基因受体材料基因型范围、提高转化效率、扩大转化规模是棉花转基因技术体系的长久主题。同时,为提高效率和降低安全性的公众焦虑,探索和发现新的更为安全和有效的转化体系,如多基因共转化、质体遗传转化、定点转化或基因叠加、开发安全型转化技术等研究引起人们的普遍关注,是未来棉花转基因技术的发展趋势。大量新基因处于材料阶段,同时安全性评价要求提高也需要转基因材料深入的研究。随着棉花基因组序列的公布,棉花自身基因的克隆将会成为棉花基础研究和应用研究的新方向,对于促进转基因棉花新品种培育和功能基因转化研究具有重要参考价值。
    大豆规模化转基因技术体系的构建及其应用
    侯文胜,林抗雪,陈普,贾志伟,周扬,于洋,刘雁华
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4198-4210.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.006
    摘要 ( 260 )   HTML ( 1 )   PDF (443KB) ( 622 )   收藏
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    大豆是最早进行转基因品种大面积商业化种植的作物,也是目前转基因品种种植面积最大的作物,在食品、营养、工业和医药领域发挥着重要作用。1996—2012年的17年间,全球共累计种植转基因大豆76 310万公顷,给种植户带来了约370亿美元的收益。2013年,共有11个国家种植了8 450万公顷转基因大豆,约占全球转基因作物种植面积的48%,大豆种植面积的79%。尽管抗除草剂转基因大豆已在全球市场占据了主导地位,但长期以来大豆的转基因技术体系一直未能实现重大突破,高效、稳定的转基因技术体系仍是开展转基因品种选育和基因功能研究的瓶颈因素。根癌农杆菌介导的子叶节转化系统和基因枪介导的体细胞胚转化系统是目前最为常用的大豆转基因技术体系。自1988年采用这两种方法几乎同时获得了首批可育转基因大豆植株以来,大量的研究工作者对其开展了改良和优化研究,实现了转化效率的提升和再生方式向胚性悬浮细胞等的拓展,在大豆农艺性状改良和基因功能研究中发挥了作用。文章综述了大豆转基因技术的主要研究进展和问题,比较了大豆不定芽器官发生再生途径、体细胞胚再生途径和原生质体再生途径的特点;归纳了根癌农杆菌和基因枪介导的大豆转基因体系构建研究的典型案例,总结了其在大豆基因型选用、外植体选材、再生方式、筛选策略等技术参数和转化效率。分析认为:尽管通过多年努力,目前,可用于大豆转化的基因型、外植体类型等均有了很大拓展,转化效率也得到了显著提高,在多个报道中获得了超过10%的转化效率,甚至出现了转化效率高达30%以上的研究报道。但这些转化效率数据多数是在样本量较小的试验中获得的,而且在同一研究报道中,不同转化操作重复间的转化效率差异往往很大;在单因素对比试验中获得的高转化效率,往往在多因素整合试验中并没有得到很好的重演。这说明试验中尚有很多难以控制的未知因素对转化效率产生着影响,不同转化操作技术人员的技术熟练程度、操作习惯等人为因素,不同实验室设施设备条件的差别等环境因素,也都会对转化效率产生很大影响,这就造成了同一转化流程在不同实验室间的重演性不佳、不同操作人员间的转化效率差别较大、同一实验室的转化效率稳定性较差等问题,在很大程度上限制了大豆规模化转基因技术体系的形成。文章还概述了中国大豆转基因技术体系构建和转基因材料创制研究工作的发展历程,总结了近年来中国在农艺性状改良转基因大豆材料创制工作中取得的主要进展,并对基因组编辑技术、定点整合技术等新兴转基因技术在大豆中的应用前景进行了展望。
    规模化转基因技术体系构建及其应用
    牟玉莲,阮进学,吴添文,程英,魏景亮,樊俊华,李奎
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4211-4223.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.007
    摘要 ( 203 )   HTML ( 2 )   PDF (474KB) ( 474 )   收藏
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    猪是重要的经济动物,优良猪种的培育对农业的发展具有重要的作用。同时,作为一种常用的试验动物,猪在解剖学、生理学、遗传学等方面与人类高度相似,其在生命科学研究领域中也具有独特的应用价值。转基因技术可以运用基因工程等实验技术手段,对动物基因组进行有目的的遗传修饰,使修饰改造的基因稳定遗传给后代,从而获得满足人类特定需求的动物个体。因此,猪规模化转基因技术体系的建立对转基因育种、基因功能研究和人类疾病模型研究等方面具有重要的意义。本文回顾了国内外猪转基因技术体系的研究进展,总结了目标基因的选择原则,介绍了原核显微注射、体细胞核移植、锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases, ZFN)、转录激活子样效应子核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases, TALEN)和规律成簇间隔短回文重复序列/ Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR/Cas9)系统、精子载体和逆转录病毒等各种目标基因导入手段,并分析其优缺点和适用范围,列举了表达调控策略中常用的基因调控元件和相关调控系统。近年来,随着转基因重大专项工作的推进,中国猪规模化转基因技术研究取得长足的发展:发掘出大批功能基因;搭建了ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9介导的高效基因修饰技术平台及其切割效率检测平台;对供体细胞的分离、培养和筛选流程进行优化;完善体细胞核移植和原核显微注射体系平台,并与新型的基因组编辑技术有机结合,实现目的基因定点、高效、安全的整合;通过将再克隆、胚胎移植、人工受精及常规育种等多种技术的集成创新,建立转基因猪扩繁技术体系,可在较短时间内扩大转基因猪数量;并且实现了这些技术体系的资源共享,为众多单位提供了技术服务支撑,培训技术人员,使转基因技术得到普遍的应用。但是中国猪规模化转基因技术体系仍然存在着一系列的问题:决定转基因猪相关性状并具有自主知识产权的主效基因少;标记基因存在潜在的危害;外源基因随机整合率低、稳定性差;基因打靶等技术环节还不成熟;仔猪成活率低等仍然是猪规模化转基因技术发展面临的瓶颈。因此,要实现猪规模化转基因体系构建的技术性突破,必须结合相关组学工具,深入挖掘并获得具有自主知识产权的重要功能基因和调控元件;构建高效、安全的转多基因载体,实现外源基因的协同、高效表达;完善转基因猪制备过程中的相关技术环节。总之,在猪规模化转基因技术体系的支撑下,中国的转基因猪培育研究必将进入一个新的高速发展时期。
    牛规模化转基因技术体系构建轨迹和展望
    孟庆勇,刘春城,王萌,张阔,戴蕴平,郭英,费菁,李宁
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4224-4233.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.008
    摘要 ( 195 )   HTML ( 1 )   PDF (2054KB) ( 566 )   收藏
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    随着生命科学研究的不断发展和产业应用需求的扩大,转基因技术从探索生命科学基本规律的重要技术手段之一,正在向生命产业应用的相关领域扩展,其中包括大的家养动物转基因技术产业化应用的探索。论文综述了转基因技术在牛育种上的应用与发展,结合转基因牛在国际上的发展历史,着重介绍了中国在牛的转基因技术体系构建方面的历程和成果。通过引进、整合和创新,将现代动物生物技术融合在一起,建立了安全、高效及规模化的牛规模化转基因技术体系,进而实现了在牛的生产和繁育实践中更为广泛的应用。通过转基因技术对牛进行选育是为了增强抗病能力、改善乳品质、提高乳肉的产量、质量以及作为高效的生物活体反应器生产功能蛋白。目前,中国牛的规模化转基因技术体系基本构建完成,更多深入的工作将集中在目的基因表达量调控和导入的基因安全性控制等方面。所以未来的牛转基因育种工作以 “安全、高效、规模化”为主导,围绕组织特异启动子,优化密码子,调整基因修饰,定点插入基因以及去除筛选标记等工作展开。奶牛的抗病高产是其畜牧产业发展的重要方向,同时作为大型哺乳动物,是动物机体生产活性功能蛋白的重要反应器之一。因此,完善和发展牛转基因动物技术,建立完善的牛规模化转基因技术体系是未来的重要发展方向。
    绵羊转基因技术体系构建及研究进展
    刘明军,张雪梅,李文蓉,黄俊成,汪立芹
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4234-4245.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.009
    摘要 ( 180 )   HTML ( 1 )   PDF (502KB) ( 735 )   收藏
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    转基因技术能够突破种间隔离、实现多基因聚合、按照人类需要改造生物基因组,因而具有广阔的应用发展前景。自从1982年首例转基因动物诞生以来,已先后报道了10余种转基因动物。转基因方法也由早期单一的原核显微注射发展到核移植转基因、病毒载体转基因和基因组编辑技术。转基因目标已由建立动物转基因方法,发展到改良动物生产性能或产品品质、作为生物反应器生产高附加值药用蛋白和培育转基因新品种。文章综述了国内外绵羊转基因技术的研究现状、存在问题和发展趋势,回顾了通过转基因技术培育绵羊新品种或建立动物模型的研究进展,分析了不同转基因方法的技术特点,提出了转基因技术面临的技术障碍和瓶颈问题,尤其对近两年发展起来的基因组编辑技术的特点、发展趋势和应用前景进行了深入探讨。同时,结合中国绵羊转基因技术体系构建工作,分析了构建绵羊转基因技术体系的必要性,总结了中国绵羊转基因技术体系构建的研究现状、技术水平、取得的创新与突破,以及今后的重点发展方向。同时对将来绵羊转基因生物新品种培育潜在的经济、生态和社会效益进行了分析和展望。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    农田尺度下冬小麦晚霜冻害空间差异及原因分析
    武永峰,胡新,钟秀丽,吕国华,任德超,宋吉青
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4246-4256.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.010
    摘要 ( 274 )   HTML ( 1 )   PDF (684KB) ( 373 )   收藏
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    【目的】揭示农田尺度下冬小麦晚霜冻害与产量关系及其空间分布规律,探讨其空间差异性原因,为冻害风险早期预判及影响因子调控提供先验知识和依据。【方法】选择矮抗58冬小麦品种作为研究对象,以2013年4月发生的3次自然霜冻为契机,构建死穗率、残穗率、残穗指数和减产率等晚霜冻害评价指标。基于商丘市一农户麦田内100个采样点(以5 m间隔定点)的小麦产量、冻害考察以及土壤肥力测定数据,运用多元线性逐步回归、地统计学、系统聚类、方差分析以及多重比较等方法对穗数、实际产量和晚霜冻害评价指标进行空间统计分析,探讨其与小麦发育进程、返青期土壤肥力因子的关系。【结果】逐步回归分析表明,死穗率是影响穗数的关键因子,呈负效应。影响实际产量的因子是残穗指数、死穗率和残穗率,3个因子均呈负效应,值越大,实际产量越低,其中残穗指数的影响最大(直接通径系数为-0.453)。影响减产率的因子为死穗率、残穗率和残穗指数,3个因子均为正效应,值越大,减产率越高,其中死穗率的影响最大(直接通径系数为0.626)。晚霜冻害具有显著的正空间自相关特性,冻害程度相近的样点在局域空间上呈集聚分布状态;在所有冻害评价指标中,减产率的空间集聚性最强(Moran’s I=0.5538)。冻害分区结果表明,随着冻害程度加深,穗数和实际产量显著降低(P<0.05);死穗率增幅最大(达271.3%),其次是残穗率和残穗指数(分别为36.4%和31.8%),它们共同成为导致减产率大幅攀升(增幅达132.1%)的因素;冻害程度最重的区域几乎连片分布,空间集聚性明显。小麦发育进程和返青期土壤养分的空间差异明显,与晚霜冻害具有一定空间关联性。土壤全氮、水解氮、速效磷、速效钾和有机质等与冻害指标之间达显著负相关(P<0.05),随着前期土壤养分含量降低,冻害程度呈加重趋势。前期持续干旱使得土壤含水量迅速下降,进一步加重了晚霜冻害的影响程度。【结论】在农田尺度下,晚霜冻害影响冬小麦穗数和实际产量的空间差异性明显,其空间分布与小麦发育进程和返青期土壤养分等因子有一定的关联性,这为在精细空间上进行冻害风险早期预判与因子调控提供了可能。
    东北地区玉米主要气象灾害风险评价模型研究
    高晓容,王春乙,张继权,温煦
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4257-4268.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.011
    摘要 ( 207 )   HTML ( 1 )   PDF (469KB) ( 520 )   收藏
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    【目的】农业生产过程中经常面临着一种以上气象灾害的威胁。目前,农业气象灾害风险评估普遍是以单一灾种对承灾体的影响为研究对象,无法反映真实气象条件下农业生产面临的综合风险;作物在不同发育时期或发育阶段遭受气象灾害对最终产量的影响有所不同。本文以东北地区玉米为例,研究基于作物不同发育阶段多种气象灾害风险评价方法与技术体系。【方法】将东北玉米生育期划分为播种—七叶、七叶—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟4个发育阶段,把冷害、干旱、涝害作为3种主要气象灾害,利用玉米发育期、气象、土壤、作物面积和产量等多元资料,根据自然灾害风险理论和农业气象灾害风险形成机制,以一定区域自然灾害风险由自然灾害危险性、承灾体的暴露性和脆弱性及人类防灾减灾能力4个因素综合作用的“自然灾害风险四要素说”为理论依据,在全面分析东北玉米发育阶段冷害、干旱、涝害的孕灾环境和致灾因子的危险性、承灾体的暴露性和脆弱性、人类防灾减灾能力四要素的基础上,从风险四要素的内涵出发选取风险评价指标。采用孕灾环境多指标法,从气象、作物、自然地理等方面选取指标全面反映发育阶段主要气象灾害的危险性;从承灾体暴露性、脆弱性的内涵出发选取评估指标;鉴于防灾减灾能力比较滞后的研究现状,选用产量变异系数综合反映防灾减灾能力,形成了比较完备的发育阶段主要气象灾害风险评价指标体系。由于农业气象灾害成因的多要素性、复杂性,影响要素之间的模糊性和不确定性,利用层次分析法确定发育阶段主要气象灾害风险四要素及危险性指标的权重。利用自然灾害风险指数法构建发育阶段主要气象灾害风险评估模型。利用加权综合评分法构建发育阶段主要气象灾害危险性评价模型,发育阶段3种主要气象灾害频率之比作为权重系数反映不同发育阶段主要气象灾害的相对严重程度。【结果】在发育阶段主要气象灾害风险评价的基础上,利用加权综合评分法构建作物生育期主要气象灾害风险评估模型,根据作物减产率与4个发育阶段主要气象灾害风险指数的相关性调试确定各发育阶段风险指数的权重系数,建立比较完备的基于发育阶段的主要气象灾害风险评价指标体系,构建发育阶段主要气象灾害风险评价模型、发育阶段主要气象灾害危险性评价模型及生育期主要气象灾害风险评价模型,进而初步建立了东北玉米基于发育阶段的多种农业气象灾害风险评价技术体系。【结论】对东北典型全域灾害年份及代表站点主要气象灾害典型年份关键发育阶段主要危险性指标与减产率的分析表明,发育阶段主要气象灾害危险性指标的选取是合理的。
    植物保护
    三叶草斑潜蝇幼期密度效应及其与美洲斑潜蝇的种间竞争
    益浩,王凯歌,张林雅,雷仲仁,罗宏伟,廉振民,周国启
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4269-4279.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.012
    摘要 ( 154 )   HTML ( 1 )   PDF (418KB) ( 366 )   收藏
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    【目的】研究三叶草斑潜蝇(Liriomyza trifolii)卵密度和幼虫密度对其生长发育的影响,探索其种内竞争的密度效应;明确三叶草斑潜蝇与美洲斑潜蝇(L. sativae)在不同1龄幼虫密度下,各自幼虫对食物资源的竞争能力,探索两种斑潜蝇之间的种间竞争取代机制。【方法】在实验室饲养条件下,用针刺死三叶草斑潜蝇多余的卵和幼虫,使其形成不同的卵密度梯度和1龄幼虫密度梯度,再继续培养。根据相关文献判定昆虫各种致死因子是否存在密度依存性的方法,令N1为该因子作用前的虫口数,N2为该因子作用后的虫口数。以lgN1为因变量,lgN2为自变量,求回归系数,再以lgN1为自变量,lgN2为因变量,求回归系数。如果这两条直线在b=1的等分线一侧,则认为作用于N1→N2之间的因子为密度依存因子,如果这两条直线在b=1的等分线两侧,则不认为是密度有关因子。选取美洲斑潜蝇和三叶草斑潜蝇各1、2和3对成虫,在固定叶片面积上产卵24 h后,形成不同的卵和幼虫密度,统计后代中两种斑潜蝇的生长状况,分析卵密度和1龄幼虫密度对种间竞争取代的影响。【结果】三叶草斑潜蝇卵期不存在密度效应,卵密度对卵的存活、生长发育以及发育速率均没有显著影响,实验室饲养条件下三叶草斑潜蝇卵存活率均在91%以上;幼虫期存在明显的密度制约效应,幼虫密度对幼虫的存活率、平均蛹重、化蛹率、羽化率、成虫寿命和单雌产卵量均有显著的影响。在寄主植物矮生菜豆上,三叶草斑潜蝇1龄幼虫密度超过0.87头/cm2时,幼虫死亡率上升,平均蛹重减少,化蛹率和羽化率降低,成虫寿命缩短且繁殖力下降。1龄幼虫密度对三叶草斑潜蝇幼虫和蛹的发育速率没有影响,对羽化成虫的雌性比也没有影响;卵密度对两种斑潜蝇各自的竞争力没有影响,不同卵密度下两种斑潜蝇总的孵化率均在94.25%以上。两种斑潜蝇的幼虫密度越高种间竞争越激烈,在幼虫密度较低时,两种斑潜蝇子代数量相当,幼虫密度较高时,三叶草斑潜蝇子代数量明显的高于美洲斑潜蝇的子代数量。【结论】三叶草斑潜蝇卵密度对其种群消长没有显著影响,1龄幼虫密度过高时种内竞争激烈,对其试验种群的增长有很大的抑制作用。与美洲斑潜蝇相比,三叶草斑潜蝇幼虫的种间竞争能力更大,主要原因是三叶草斑潜蝇的幼虫比美洲斑潜蝇的幼虫拥有更强的抗拥挤能力、适应环境恶化的能力以及对食物资源的占有能力。
    稻叶表面特性及雾滴在倾角稻叶上的沉积行为
    徐广春,顾中言,徐德进,许小龙
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4280-4290.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.013
    摘要 ( 270 )   HTML ( 1 )   PDF (1642KB) ( 466 )   收藏
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    【目的】研究水稻叶片的表面特性和有机硅助剂Silwet-408溶液的单个雾滴在30°、45°和60° 3个倾角水稻叶片正、反面的行为,以期为农药雾滴对靶叶面滞留控制机制提供依据。【方法】利用扫描电镜观察水稻叶片的表面特性,并通过Zisman图法测定稻叶的临界表面张力。同时测定0、3.91、7.81、15.63、31.25、62.50、125.00和250.00 mg·L-1 8个浓度的Silwet-408溶液的表面张力后,利用表面张力法测定出Silwet-408的临界胶束浓度,并借助于接触角测量仪测定8个溶液的单个雾滴在3个倾角水稻叶片上的接触角。【结果】电镜观察发现水稻叶片正、反面存在3种类型的绒毛,同时表面布满了乳头状的突起,其密度分别为(12.4±0.7)×103和(7.6±0.8)×103个/mm2且差异显著;气孔长度和气孔密度间均无显著差异。Silwet-408的临界胶束浓度为78.5 mg·L-1,与之相对应的溶液的表面张力为20.77 mN·m-1。水稻叶片正、反面的临界表面张力估值分别为29.90和31.22 mN·m-1。在所测定的溶液中,浓度为0、3.91、7.81 mg·L-1溶液的表面张力大于稻叶的临界表面张力且Silwet-408浓度小于临界胶束浓度,这3个浓度溶液的雾滴将直接从不同倾角水稻叶片上滚落。浓度为15.63、31.25、62.50 mg·L-1溶液的表面张力小于稻叶的临界表面张力且Silwet-408浓度小于临界胶束浓度,15.63和31.25 mg·L-1溶液的雾滴在倾角较低时(30°)能黏附叶片上,较高时(60°)滚落;62.50 mg·L-1溶液的雾滴能黏附在稻叶上,不同倾角间的接触角变化率和润湿滞后存在差异;125.00和250.00 mg·L-1溶液的表面张力小于稻叶的临界表面张力且Silwet-408浓度大于临界胶束浓度,这2个溶液的雾滴均能黏附在不同倾角的水稻叶片上,40 s后的接触角变化率和润湿滞后无显著差异。不同倾角稻叶上雾滴的前进角(θa)和后退角(θr)的分析结果表明θa总是大于θr,在40 s的测定时间内,随时间延迟θa和θr总是逐渐减少。【结论】稻叶的强疏水性主要归因于其表面布满了包被着蜡质的乳头状突起,同时这还可能与其叶表面的毛长和气孔密度密切相关。水稻叶面为低能叶面。只有Silwet-408溶液的表面张力小于稻叶的临界表面张力且溶液中的Silwet-408浓度达到临界胶束浓度才能使雾滴很好的黏附在不同倾角的稻叶上并润湿展布;过低浓度的溶液的雾滴由于较大的表面张力易从不同倾角的稻叶上滚落。Silwet-408溶液的雾滴在不同倾角叶片上的θa大于θr形成的润湿滞后说明了稻叶表面的粗糙,而这种粗糙与稻叶表面存在的高密度乳突密切相关。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    不同利用方式下土壤矿物结合态有机碳特征与容量分析
    蔡岸冬,徐香茹,张旭博,徐明岗,张文菊
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4291-4299.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.014
    摘要 ( 252 )   HTML ( 1 )   PDF (530KB) ( 570 )   收藏
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    【目的】土壤矿物结合态有机碳是土壤有机碳固持的重要机制之一。探讨不同利用方式下土壤有机碳及矿物结合态有机碳(<53 µm)的含量、分配比例及其差异性特征,对于深刻认识土壤碳的固持状态、固碳潜力及其可持续管理均具有重要意义。【方法】通过从中国知网、万方、Science Direct和Springer link等4个文献数据库,设定检索条件“2000—2014年”、“中国土壤有机碳”和“<53 µm团聚体分组”3个关键词,筛选出已发表的111篇目标文献,收集901组土壤有机碳和矿物结合态有机碳含量与比例的相关数据集。其中,土地利用方式分为4类:农田(n=580)、草地(n=98)、林地(n=193)和其他(果园、茶园等,n=31)。农田包括黑土、水稻土、棕壤、潮土、红壤和灰漠土等六大土壤类型。不同利用方式及土壤类型中有机碳含量与分配比例的差异性均采用Kruskal-Wallis H单向显著性检验。【结果】不同利用方式下土壤总有机碳和矿物结合态有机碳含量的中值均存在显著差异(P<0.05)。其中,林地土壤总有机碳含量的中值为18.2 g·kg-1,显著高于草地(12.0 g·kg-1)和农田(10.3 g·kg-1);且林地矿物结合态有机碳含量(12.0 g·kg-1 soil)也显著高于农田和草地(8.0—7.6 g·kg-1 soil)。3种利用方式下土壤矿物结合态有机碳与总有机碳之间均呈现极显著的正相关关系(P<0.001),农田土壤矿物结合态有机碳所占比例的中值为74.8%,显著高于林地(70.3%)和草地(67.8%)。农田中不同土壤类型的矿物结合态有机碳占总有机碳的比例也存在显著差异。其中,黑土中矿物结合态有机碳的比例最高,中值为87.4%,其次是水稻土(76.7%)和红壤(74.0%),而灰漠土最低(62.5%)。相关分析表明,土壤有机碳水平相对较高的黑土、水稻土和棕壤,矿物结合态有机碳分配比例随着土壤有机碳含量的增加而显著降低(P<0.05)。农田、草地和林地中土壤矿物结合态有机碳含量与土壤细颗粒(<53 µm)含量均呈极显著的正相关关系,与Six等(2002)的估算结果相比,其饱和程度分别为68.4%、58.7%和91.5%。【结论】农田和草地中,土壤矿物结合态有机碳还未达到饱和,仍有一定的提升空间,土壤细颗粒(<53 µm)仍具有一定的固碳潜力。
    氮素水平对萝卜干物质累积特征及源库活性的影响
    王雪,张阔,孙志梅,苗泽兰,刘欢,马文奇
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4300-4308.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.015
    摘要 ( 214 )   HTML ( 1 )   PDF (390KB) ( 466 )   收藏
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    目的了解不同氮素供应水平对萝卜干物质累积特征及源库活性的影响,为萝卜生产的最佳氮肥管理提供理论依据。方法采用田间小区试验方法,以冀西北高寒半干旱区的萝卜主产区张家口市尚义县为研究区域,以当地主栽萝卜品种春雷为供试材料,设置0(N0)、84(N1)、126(N2)、168(N3)、252(N4)、和336(N5)kg·hm-2 共6个施氮水平,分析不同施氮水平下萝卜干物质累积特征和源库活性的差异。【结果】在当地土壤肥力条件下,与未施氮处理相比,氮肥的施用可显著提高萝卜产量达35.69%—64.59%;苗期、莲座期、膨大期和成熟期总干物质累积量分别增加29.15%—94.85%、10.73%—101.31%、22.86%—33.57%和30.33%—66.47%,不同施氮水平之间的萝卜产量及干物质累积量总体表现出随施氮量的增加先增加后降低的趋势。对适宜施氮量有利于萝卜产量和干物质累积的主要原因进行分析,发现适宜的氮素供应水平下总干物质和肉质根干物质的快速累积持续期延长,最大累积速率提高,肉质根最大干物质累积速率和总干物质快速累积出现的时间提前;同时萝卜生育前期的库活性以及叶片的干物质累积速率提高,而且整个生育期的源活性、整株及肉质根的干物质累积速率也保持了明显优势。【结论】适宜的氮素供应可以有效地协调萝卜干物质的累积特征参数与源库活性的关系,从而影响萝卜干物质的累积,并最终影响肉质根的产量。
    园艺
    白菜硫代葡萄糖甙合成中MAM 的进化分析
    刘锦,张冀芳,梁建丽,程锋,武剑,王晓武
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4309-4317.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.016
    摘要 ( 165 )   HTML ( 1 )   PDF (3022KB) ( 416 )   收藏
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    【目的】探索硫代葡萄糖甙合成中关键基因-甲基硫代烷烃基苹果酸合成酶(methylthioalkylmalate,MAM)基因在白菜基因组中的进化情况,为研究白菜MAM的功能提供理论指导。【方法】根据白菜数据库BARD信息分析拟南芥、盐芥和白菜MAM的共线性关系,利用MEME在线软件预测MAM序列的高度保守基序(motif),通过R软件分析93份白菜材料MAM的表达模式,并利用MEGA5.05软件构建MAM的系统进化树。【结果】白菜的3个亚基因组均保留着MAM的同源基因。其中与拟南芥具有共线性的5个同源基因可能源自基因组古三倍化复制,其它两个同源基因可能是由转座扩增产生的;基序分析结果表明,与拟南芥的MAM相比,白菜的MAM同源基因存在基序的缺失,并且大多发生在序列的两端;在93份白菜材料中,白菜MAM同源基因之间的表达量有很大差异,Bra021947Bra018524只在少数材料中存在极低的表达,并且Bra029356的表达量低于可检测水平;进化树分析发现,除Bra018524外,其他的白菜MAM同源基因与拟南芥的MAM聚集在不同的分支上。【结论】白菜的MAM可能在拟南芥和白菜物种分化之后独立起源并进化出不同的功能。
    苹果光响应转录因子MdHY5表达及蛋白互作分析
    李慧峰,王小非,冉昆,何平,王海波,李林光
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4318-4327.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.017
    摘要 ( 229 )   HTML ( 1 )   PDF (2859KB) ( 590 )   收藏
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    【目的】克隆苹果光响应过程中关键的bZIP(basic-leucine zipper)转录因子MdHY5,并进行表达分析及蛋白互作检测,为阐述苹果中MdHY5在光信号过程中的功能及作用机制奠定基础。【方法】对苹果中具有bZIP保守结构的基因设计半定量引物进行表达分析,筛选具有光响应的bZIP转录因子。对光响应的bZIP家族基因进行BLAST比对,根据同源比对分析将目的蛋白命名为MdHY5,同时对cDNA序列设计引物进行克隆;利用MEGA5软件将MdHY5蛋白与拟南芥基因组中所有的bZIP转录因子家族成员进行聚类分析,同时对蛋白进行保守结构域分析;取苹果各组织材料进行MdHY5时空表达分析;通过对MdHY5启动子序列进行预测分析,并结合拟南芥同源基因芯片数据,进一步利用RT-PCR与半定量PCR检测MdHY5对不同光质的表达响应。将MdHY5连接到原核表达载体PGEX-4T-1上,利用IPTG对转化的大肠杆菌BL21融合蛋白进行诱导表达、蛋白杂交检测,并进行蛋白纯化;利用pull down试验验证MdHY5与MdCOP1蛋白的互作。【结果】通过光响应分析,在苹果中筛选到一个bZip转录因子家族成员,聚类分析显示MdHY5基因与拟南芥AtHY5同源性最高,该基因位于苹果基因组12号染色体上,基因编号为MDP0000586302,与拟南芥AtHY5结构相似,MdHY5也含有4个外显子,3个内含子。该基因cDNA序列长度为1 112 bp,其中5′非编码区长度为214 bp,3′非编码区长度为403 bp,开放阅读框长度为495 bp,编码一个含有164个氨基酸残基的蛋白。蛋白保守域分析显示,MdHY5蛋白C端含有一个典型的亮氨酸拉链结构(bZIP domain),其中在bZIP结构域的N端含有一个核定位信号区域(NLS domain)。时空表达分析显示MdHY5在各组织中均表达,其中叶片中表达水平最高,花和种子中表达水平较低。利用PLACE对启动子进行了顺式作用元件分析发现,MdHY5启动子上含有G-box、GT-1-box、I-box等多个光响应的作用元件,而定量表达分析显示MdHY5能够被白光、蓝光、紫外光诱导,而红光对MdHY5表达没有明显影响。将构建好的融合蛋白表达载体转化BL21并进行蛋白诱导,菌体经超声波破碎后显示,融合蛋白主要在上清中存在。将诱导的MdHY5-GST蛋白分别与MdCOP1-HIS及pET-HIS蛋白孵育进行pull down试验,结果显示,MdHY5在体外能够与MdCOP1蛋白互作。【结论】MdHY5为光诱导的bZIP转录因子,是拟南芥光形态建成关键转录因子AtHY5的同源基因,与AtHY5具有类似的基因与蛋白结构,在叶中表达量最高,同时对多种光质具有表达响应,能够与MdCOP1互作。
    贮藏·保鲜·加工
    高压处理对鲜切果蔬品质与微生物影响的研究进展
    张学杰,叶志华
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4328-4340.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.018
    摘要 ( 232 )   HTML ( 1 )   PDF (441KB) ( 531 )   收藏
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    综述了高压处理对鲜切果蔬质量与安全影响的研究进展,涉及鲜切果蔬的感官品质与营养品质、抗氧化能力、与品质变化有关的酶、微生物及细胞结构等内容,并对鲜切果蔬高压处理的发展方向进行了展望。高压处理是一种采用50—1 000 MPa压力处理食品的非热加工技术。适宜的高压处理能够改善鲜切果蔬的口感,但过高的压力(>200 MPa)会对感官品质产生不良影响;高压下鲜切果蔬营养品质的变化与原料及处理条件有关,低压处理可以提高鲜切果蔬的抗氧化能力,压力过高则导致抗氧化能力下降;与鲜切果蔬品质有关的大多数酶在相对低的压力下受到的影响不大,甚至还有被激活的现象,但随着压力升高,如达到400 MPa以上,一些酶活性明显下降,而有些酶甚至需要600 MPa以上的压力才能失活;高压下微生物失活的程度取决于微生物类型、压力大小、处理温度与时间等,高压处理后鲜切果蔬上的微生物均有不同程度的失活,但如果采用的高压条件不能完全杀灭鲜切果蔬上的微生物,则会面临很大风险,即使在4℃下贮存,也不能阻止微生物增长。总的来看,相对低的压力处理(<300 MPa)不能完全灭活鲜切果蔬上的微生物,尽管这还取决于果蔬种类及初始微生物的种类与数量,但高压在鲜切果蔬产品安全控制上面临挑战,因为过高的压力会导致鲜切果蔬产品的品质不被接受,因而寻找联合而非单一高压处理技术可能是一种解决方案。超过100 MPa的压力会对果蔬细胞结构产生影响,高压下鲜切果蔬产品的品质及微生物数量变化与高压下细胞结构的改变有关。因此,选择适宜的耐高压的原料品种,采用更有效的联合高压技术及危害分析与关键点控制管理,是实现高压技术在鲜切果蔬加工生产应用的前提,也是保障鲜切果蔬高压产品品质与安全的有效措施。未来鲜切果蔬高压研究将面向数字化模拟高压对果蔬细胞结构的影响、高压下鲜切果蔬风味的控制、联合高压技术开发及适宜高压加工的鲜切果蔬原料品种的选择等。
    研究简报
    鸭梨PAL克隆及其在果实发育和机械伤害过程中的表达
    闫洪波,程玉豆,何近刚,葛文雅,杨坤,关军锋
    中国农业科学. 2014, 47(21):  4341-4348.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.21.019
    摘要 ( 207 )   HTML ( 1 )   PDF (671KB) ( 413 )   收藏
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    目的】克隆鸭梨苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)序列,并分析其在果实发育阶段和机械伤害时的表达模式,为研究鸭梨褐变机制提供理论依据。【方法】采用同源克隆方法,获得鸭梨PAL全长序列;利用在线生物信息学软件对其进行分析;采用MEGA 5.1软件构建PAL蛋白系统进化树;利用实时荧光定量PCR技术分析PAL在鸭梨果实发育阶段及受机械伤害过程中的表达。【结果】在鸭梨中获得了2个含完整CDS区的PAL,分别命名为PbPAL1PbPAL2PbPAL1 cDNA序列全长为2 232 bp,含2 160 bp完整开放阅读框、60 bp的5′非翻译区及12 bp的3′非翻译区,GenBank登录号为GU906268.1;PbPAL2 cDNA序列全长为2 387 bp,含2 163 bp完整开放阅读框、14 bp的5′非翻译区及210 bp的3′非翻译区,GenBank登录号为GU906269.1。系统进化分析表明PbPAL1和PbPAL2位于分子进化树的不同分支,PbPAL1与西洋梨(Pyrus communis)的PAL同源性较高,而PbPAL2与桃(Prunus persica)的PAL同源性较高。定量PCR分析表明,随着鸭梨果实发育成熟,果皮、果肉和果心的PbPAL1PbPAL2表达量各异,但均呈下降趋势;且果实发育早期果心中的PbPAL1PbPAL2表达量显著高于果皮和果肉。损伤处理可迅速诱导鸭梨的果肉褐变,果皮褐变出现较晚;同时,损伤刺激果皮和果肉组织中PbPAL1PbPAL2表达上调。果皮中PbPAL1表达量在损伤处理后6 h达到高峰,而PbPAL2在损伤处理后48 h才显著上升;果肉中PbPAL1在损伤处理后1 h表达量开始显著上升,而PbPAL2在损伤处理后12 h才显著上升。【结论】鸭梨PbPAL1PbPAL2属于2个不同的PAL类型,其表达随果实发育呈下降趋势,机械损伤过程中,两基因表达显著上调,表明其参与了损伤引起的组织褐变过程。