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当期目录

    2014年 第47卷 第24期 刊出日期:2014-12-16
      
    作物遗传育种·种质资源
    利用基因芯片技术进行小麦遗传图谱构建及粒重QTL分析
    陈建省,陈广凤,李青芳,张晗,师翠兰,孙彩铃,邓志英,刘凯,谷植群,田纪春
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4769-4779.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.001
    摘要 ( 429 )   HTML ( 4 )   PDF (421KB) ( 974 )   收藏
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    目的小麦遗传图谱是进行小麦染色体分析和研究表型变异的遗传基础。通过利用传统分子标记和现代基因芯片技术相结合,构建高密度遗传图谱,重点开展主要产量主要构成要素——粒重的初级基因定位,确定影响粒重的主效QTL位点,为开发粒重CAPS分子标记及在分子标记辅助育种提供依据和指导,并为利用小麦粒重次级群体进行精细定位和基因挖掘奠定基础。【方法】利用90 K小麦SNP基因芯片、DArt芯片技术及传统的分子标记技术,以包含173个家系的RIL群体(F9:10重组自交系)为材料,构建高密度遗传图谱,并利用QTL network2.0进行了3年共4环境粒重QTL分析。【结果】构建了覆盖小麦21条染色体的高密度遗传图谱,该图谱共含有6 244个多态性标记,其中SNP标记6 001个、DArT标记216个、SSR标记27个,覆盖染色体总长度4 875.29 cM,标记间平均距离0.78 cM。A、B、D染色体组分别有2 390、3 386和468个标记,分别占总标记数的38.3%、54.3%和7.5%;3个染色体组标记间平均距离分别为0.80、0.75和0.80 cM。用该分子遗传图谱对4个环境下粒重进行QTL分析,检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上9个加性QTL,效应值大于10%的QTL位点有QGW4B-17QGW4B-5QGW4B-2QGW6A-344QGW6A-137;其中QGW4B-17在多个环境下检测到,其贡献率为16%—33.3%,可增加粒重效应值2.30-2.97g,该位点是稳定表达的主效QTL。9个QTL的加性效应均来自大粒母本山农01-35,单个QTL位点加性效应可增加千粒重1.09—2.97 g。【结论】构建的覆盖小麦21条染色体的分子遗传图谱共含有6 241个多态性标记,标记间平均距离为0.77 cM。利用该图谱检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上9个控制粒重的加性QTL,其中QGW4B-17是稳定表达的主效QTL位点,贡献率为16.5%—33%,可增加粒重效应值2.30—2.97 g。
    基于GGE双标图的长江流域国审棉花品种分类特征评价
    许乃银,李健
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4780-4789.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.002
    摘要 ( 270 )   HTML ( 1 )   PDF (1037KB) ( 321 )   收藏
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    【目的】采用GGE双标图方法,分析30年来长江流域棉花区域试验中通过国审的棉花品种的分类特征,从棉花品种改良的历史视角探索棉花品种类型和特征的演化趋势,为制定当前棉花品种选育目标和品种审定方法提供理论依据。【方法】依据国家棉花品种审定标准中的品种评分方法,赋予产量性状、纤维品质性状、抗病性和早熟性等指标相应的权重,构建统一的棉花品种多性状综合评价指数。采用GGE双标图的“品种-性状”功能图分析53个国审棉花品种与籽棉产量、皮棉产量、铃重、结铃数、衣分、子指、纤维长度、比强度、马克隆值、枯萎病指、黄萎病指、霜前花率、株高、果枝数和评价指数等15个性状的互作模式,并据此进行品种类型划分和特征分析。数据来源于1981—2012年长江流域国家棉花区域试验。根据对照品种的不同,将历年区域试验分为5个时期,分析各时期内审定品种类型的比例和总体评价指数的变化动态。【结果】GGE双标图的“品种-性状”功能图分析表明,棉花育种目标性状间存在着复杂的相关关系,有必要采用评价指数方法对品种进行综合评价。依据国家棉花品种审定标准中的品种评分方法构建了通用的品种评价指数公式:EI=0.400×皮棉产量+0.129×比强度+ 0.086×(纤维长度+马克隆值+黄萎病)+ 0.114×枯萎病 + 0.100×霜前花率。依据品种和性状在GGE双标图中的互作模式和品种间的空间关系,将53个国审品种划分为性状特征差异显著的4个品种类型。Ⅰ型为“高产-铃多-品质较优”类型,Ⅱ型为“高产-大铃-高马值”类型,Ⅲ型为“优质-中产-小铃”类型,而Ⅳ型为“弱势品种”类型。各品种类型依据评价指数的排序为Ⅰ型品种>Ⅱ型品种>Ⅲ型品种>Ⅳ型品种。品种类型的变化动态研究表明,Ⅳ型品种只出现在泗棉3号时期之前;Ⅲ型品种出现在泗棉3号和湘杂棉2号时期;Ⅰ型品种比例从泗棉3号时期逐年上升,到鄂杂棉10号时期比例回落;Ⅱ型品种开始于湘杂棉2号时期,其后呈上升趋势。【结论】利用GGE双标图和品种评价指数将53个国审棉花品种合理地划分为4个品种类型,各品种类型特征差异显著,充分展示了30年来长江流域棉花品种改良的成效和发展趋势。长江流域的棉花育种和品种审定中应更注重对马克隆值的改良和评价,以促进棉花丰产性和纤维品质的协调发展。
    耕作栽培·生理生态
    中国南方双季稻春季冷害动态监测
    程勇翔,王秀珍,郭建平,赵艳霞,黄敬峰
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4790-4804.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.003
    摘要 ( 241 )   HTML ( 1 )   PDF (8652KB) ( 326 )   收藏
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    【目的】利用星地多源数据,在南方双季稻种植区空间信息提取、双季稻发育期动态图组制作及研究区逐日平均温度反演的基础上,结合冷害监测指标,实现多要素相协同的南方双季稻春季冷害动态监测,为农业部门及时准确地应对双季稻冷害,减少冷害损失提供技术支持。【方法】利用南方双季稻区190个气象站点1951—2011年逐日气温数据,计算各站点≥10℃的多年平均积温。根据各站点多年平均积温与其地理因子的相关关系,建立多年平均积温推算模型。通过所获模型得到研究区积温空间分布图。按照南方双季稻安全生产积温阈值≥5 300·d的指标,扣除研究区内积温小于该值的区域,制作南方双季稻积温区划图。利用 MODIS MCD12Q1 分类产品获取了 2001—2010 年 10 年的谷类作物分布图。将以上两步结果叠加求交集,提取南方双季稻种植区空间信息;利用南方双季稻区167个农业试验观测站点1981—2011年的水稻发育期资料,计算各个站点双季早稻主要发育期出现的多年平均日期。依据发育期多年平均日期与地理因子的相关性,获取各主要发育期回归拟合分布图。在拟合结果残差订正的基础上,将南方双季稻春季冷害重点监测时段前后两幅发育期静态图,通过EVNI+IDL编程,制作双季早稻发育期动态图;利用AMSR_E_L2A 89 GHz升轨和降轨垂直极化亮温、地理因子与气象站日平均气温建立多元混合回归拟合模型,通过所获模型反演研究区2010年2—5月逐日平均气温。【结果】对研究所建多年平均积温推算模型,利用未参与建模的90个气象站观测数据进行验证,观测值与模型模拟结果之间的均方根误差(RMSE)为289℃,这一估测精度能够满足研究所需。双季稻积温区划与MODIS土地利用分类结果叠加求交集,提取的双季稻种植区面积占研究区总面积的29.26%。通过该步骤一方面提升了双季稻冷害监测结果的使用价值。另一方面,可使双季稻冷害实时监测在还没有获取当年准确种植位置信息前就能有效开展起来;对研究所获南方双季稻春季冷害重点监测时段(早稻播种期至返青期)两幅发育期静态图,采用未参与建模的 59 个农业试验站观测数据进行验证,观测值与模型模拟结果之间的均方根误差(RMSE)分别为5.68和4.24 d,模型精度符合要求,试验结果可以于后续分析;研究将遥感数据与地面数据相结合通过混合建模反演逐日气温,该方法充分利用了微波遥感受天气影响小的特点,克服了南方常年多云的天气条件,使模拟的日平均气温的RMSE为1.69℃。微波数据的加入使日平均气温估计精度提高了0.35℃。研究对2010年南方双季稻春季冷害的动态监测结果与农业统计部门报道的当年南方双季早稻冷害在发生时间和空间上相吻合。【结论】本研究建立的冷害监测方法具有普适性,能够实现对南方双季稻大范围冷害的同步跟踪监测,对其他作物大范围冷害监测同样也适用。
    东北地区玉米主要气象灾害风险评价与区划
    高晓容,王春乙,张继权,温煦
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4805-4820.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.004
    摘要 ( 238 )   HTML ( 2 )   PDF (5944KB) ( 568 )   收藏
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    【目的】东北地区是中国重要的粮食生产基地,冷害、干旱、涝害是造成该地区玉米产量不稳定的主要气象灾害,本文旨在准确、定量评估东北玉米不同发育阶段和生育期主要气象灾害风险,为区域农业生产规划、气象灾害的预防和减轻提供科学依据。【方法】基于自然灾害风险理论和农业气象灾害风险形成机理,利用构建的东北玉米发育阶段主要气象灾害风险评价指标体系、发育阶段及生育期主要气象灾害风险评价模型,对播种—七叶、七叶—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟4个发育阶段冷害、干旱、涝害的危险性,承灾体的暴露性和脆弱性,人类防灾减灾能力4要素分别进行评价,对发育阶段及生育期主要气象灾害风险进行评估,利用系统聚类方法对评价结果进行区划。【结果】发育阶段冷害危险性大致由西向东递增,基本呈带状分布,生育早期,冷害危险性中高值区主要分布在长白山地和黑龙江东南部;生育后期,冷害危险性中高值区主要位于长白山地、黑龙江研究区东南及北部地区。4个发育阶段干旱危险性均大致由东向西或由东南向西北递增,呈带状分布。发育阶段涝害危险性具有明显的区域差异,辽宁东南部为涝害易发区,播种—七叶,整个研究区涝害危险性较低,发生涝害的可能性较小;后3个发育阶段,涝害危险性高值区主要分布在辽宁东南部。播种—七叶,主要气象灾害风险呈东北—西南走向的带状分布,中低值区分布在东北地区中部,中高值区主要分布在东北地区西部和东部。七叶—抽雄,主要气象灾害风险基本由东北向西南方向递增,中低值区主要分布在黑龙江、吉林中部和东北部,中高值区主要分布在东北地区西部、吉林东南部、辽宁东部和南部,抽雄—乳熟、乳熟—成熟及生育期,主要气象灾害风险基本由东向西递增,中高值区主要位于黑龙江研究区西部、吉林西部及辽宁大部分地区。播种—七叶,主要气象灾害高风险区分布在青冈、东宁、白城、乾安、长白,大部分地区为中等风险;七叶—抽雄,高风险区分布在辽宁东南部的宽甸、岫岩、庄河;前两个发育阶段,高风险区零星分布或者区域面积较小。抽雄—乳熟、乳熟—成熟及生育期,高风险区域面积增大,呈片状分布在黑龙江研究区西部、吉林西部及辽宁东部的宽甸、岫岩。【结论】东北玉米不同发育阶段和生育期冷害、干旱、涝害主要气象灾害风险呈不同的分布形式。前两个发育阶段高风险区域较小;后两个阶段及生育期,高风险区域面积增大,呈片状分布在黑龙江研究区西部、吉林西部及辽宁东部的宽甸、岫岩。
    植物保护
    利用酵母双杂交筛选与苹果褪绿叶斑病毒CP互作的寄主因子
    何乙坤,钟敏,胡同乐,王树桐,段豪,丁丽,王亚南,曹克强
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4821-4829.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.005
    摘要 ( 207 )   HTML ( 1 )   PDF (1487KB) ( 646 )   收藏
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    【目的】利用酵母双杂交系统筛选与苹果褪绿叶斑病毒(Apple chlorotic leaf spot virus, ACLSV)外壳蛋白(coat protein, CP)互作的寄主因子,利用生物信息学方法分析其在病毒与寄主互作过程中可能发挥的作用。【方法】首先构建ACLSV CP的酵母双杂交诱饵载体pGBKT7-CP,转化至酵母菌株Y2H gold中,测定转化菌在SD/-Trp、SD/-Trp/-His和SD/-Trp/-Ade-X-α-Gal平板上的生长情况,从而判断其在酵母双杂交过程中对报告基因的自激活活性。将pGBKT7-CP及pGBKT7分别转化至酵母菌株Y2H gold,培养不同时间后,用紫外分光光度计测定OD600值,分析pGBKT7-CP对酵母菌生长的影响;然后通过顺序转化的方法自前期已构建好的苏俄苹果(Malus sylvestris cv. R12740-7A)cDNA文库中钓取与ACLSV CP互作的因子,最终在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp/X-α-Gal平板上筛选生长良好的蓝色阳性菌落,测定序列,并在GenBank中对其进行BLAST分析,根据基因注释推断其在病毒与寄主互作过程中可能发挥的作用。【结果】成功构建了酵母双杂交诱饵载体pGBKT7-CP,转化至酵母菌株Y2H gold后,转化菌只能在SD/-Trp平板上正常生长,不能在SD/-Trp/-His和SD/-Trp/-Ade-X-α-Gal平板上生长,表明重组质粒自身不能激活报告基因His及Ade的表达,没有自激活活性。酵母双杂诱饵载体pGBKT7-CP与对照空质粒转化菌生长情况相似,证明诱饵载体对酵母菌没有毒性;筛选到了69个互作寄主基因,包括转录因子活性、碳固定活性、细胞内铁离子平衡、防御反应、水解酶活性、氧化酶活性、氧化还原酶活性、光系统II组件、绑定蛋白等10类蛋白,经生物信息学分析,其中8个寄主基因(Malus3-1、Malus4-2、Malus4q1、Malus31-3、Malus49q2、Malus15-1、Malus6-2、Malus91-4)可能在病毒与寄主互作过程中起重要作用。【结论】分析筛选到的重要寄主蛋白功能,推测ACLSV CP与BZIP类、MYB类转录因子、病程相关蛋白(PR-5、PR-8、PR-10)互作,可能调控了寄主对病毒的抗性作用;与光系统II(PSII)的稳定性/装配因子蛋白、铁结合蛋白互作,影响植物光系统的稳定性及叶绿素的形成,从而降低光合作用。这将为揭示ACLSV导致寄主产生褪绿叶斑及树体衰退的原因提供理论依据。

    亚洲小车蝗卵过冷却能力与小分子糖醇及氨基酸的关系
    李娜,周晓榕,庞保平
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4830-4839.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.006
    摘要 ( 145 )   HTML ( 1 )   PDF (478KB) ( 370 )   收藏
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    【目的】亚洲小车蝗(Oedaleus asiaticus)是中国北方草原区和农牧交错区发生危害最严重的蝗虫之一,一年一代,以卵在土壤中越冬。通过测定亚洲小车蝗卵不同发育阶段及低温驯化后卵的过冷却点及体内小分子糖醇和氨基酸含量,以揭示亚洲小车蝗卵抗寒性的生理生化机理。【方法】从四子王旗葛根塔拉草原采回亚洲小车蝗成虫,置于产卵笼内用玉米叶饲养,每日收集卵囊。将卵囊放入盛有土壤的塑料杯中后,置于25℃恒温条件下进行培养,以获得不同发育阶段的卵。同时,将当天产下的卵囊置于0℃低温培养箱中进行低温驯化,以获得不同驯化时间的卵。采用热电偶法测定卵的过冷却点,分别采用高效液相色谱法和氨基酸自动分析仪测定小分子糖醇和氨基酸含量。【结果】在25℃的恒温条件下,从卵产出至产后120 d,亚洲小车蝗卵的过冷却点逐渐降低,氨基酸总量变化不显著,而小分子糖醇含量变化显著。在蝗卵内共检测到17种氨基酸,其中谷氨酸含量最高(7.20—8.35 mg·100 mg-1),其次为天冬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、酪氨酸、缬氨酸和丙氨酸,胱氨酸和蛋氨酸含量最低(0.51—0.88 mg·100 mg-1)。过冷却点与脯氨酸、丙氨酸及甘氨酸含量呈负相关关系,而与天冬氨酸、胱氨酸及亮氨酸含量呈正相关关系。在亚洲小车蝗卵内均检测到6种小分子糖醇,其含量在不同发育阶段均差异显著。其中,甘油含量最高(56.14—160.00 μg·g-1),其次为海藻糖(13.60—51.13 μg·g-1)和山梨醇(3.14—72.30 μg·g-1,再次为肌醇(3.19—22.15 μg·g-1)和葡萄糖(3.59—25.40 μg·g-1),果糖含量最低(1.28—11.33 μg·g-1)。随着卵的发育,卵体内海藻糖、甘油、肌醇和山梨醇的含量上升,葡萄糖含量下降,而果糖含量在产卵后90 d内处于升高趋势,120 d时急剧下降。除果糖外,过冷却点与甘油、海藻糖、肌醇及山梨醇含量达到了显著的负相关关系,而与葡萄糖含量呈显著的正相关关系。0℃低温驯化卵30 d后,其过冷却点与对照相比差异不显著。60 d后,其过冷却点显著降低了1.28℃,甘油含量增加了43.01%,而葡萄糖含量降低了73.54%。驯化90 d后,其过冷却点显著降低了2.15℃,甘油和肌醇含量比对照分别增加了49.39%和36.18%, 而葡萄糖含量降低了87.98%。低温驯化对海藻糖、山梨醇和果糖含量影响不显著。【结论】随着亚洲小车蝗卵的发育,其体内甘油、海藻糖、肌醇和山梨醇等4种小分子糖醇及甘氨酸、脯氨酸和丙氨酸等3种氨基酸含量显著上升,而过冷却能力逐渐增强。0℃低温驯化引起蝗卵内甘油和肌醇含量显著上升,过冷却能力提高。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    模拟条件下不同耕作措施和雨强对地表糙度的影响
    梁心蓝,赵龙山,吴佳,吴发启
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4840-4849.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.007
    摘要 ( 197 )   HTML ( 1 )   PDF (1517KB) ( 387 )   收藏
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    【目的】研究不同耕作措施和降雨强度下地表高程和糙度的空间分布特征以及降雨前后二者的变化,以探讨不同耕作措施和降雨强度对坡耕地地表糙度的影响。【方法】人工降雨条件下,模拟人工锄耕、人工掏挖、等高耕作3种耕作措施和对照组直型坡,测量、计算并分析了各坡面高程信息和地表糙度的空间分布特征以及降雨前后二者的变化。【结果】降雨前坡面的高程空间分布在不同耕作措施之间具有显著性差异。直型坡高程的统计方差最小,高程分布最集中;与直型坡相比,等高耕作坡面高程的统计方差最大,高程分布最离散;其次是人工掏挖和人工锄耕坡面。雨前地表糙度大小为等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直型坡。降雨能显著改变地表糙度值的大小,并呈现同一耕作措施随雨强增大地表糙度值改变越多的规律。降雨后等高耕作、人工掏挖和人工锄耕这三种措施的地表糙度均呈减小趋势,同一雨强下,等高耕作糙度减小最多,人工掏挖次之,人工锄耕糙度减小最少。直型坡的地表糙度在雨后却有所增加,在60、90和120 mm·h-1雨强下,直型坡雨后糙度分别增加了10.9%、22.5%和36.5%。雨后各措施地表糙度值均改变,但仍为等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直型坡。【结论】耕作措施是形成坡耕地地表糙度的主要原因,不同的耕作方式造成地表起伏状态的差异,使不同耕作措施下的地表糙度具有空间异质性。降雨作用会减小各耕作坡面的地表糙度,增加对照组的地表糙度,且随降雨强度增大,地表糙度变化越剧烈。耕作措施造成的地表初始糙度越大,降雨对糙度的减小作用越显著。但人工锄耕、人工掏挖和等高耕作3种耕作措施对地表糙度的影响大于降雨对地表糙度的影响。
    鄂东南崩岗洪积扇土壤物理性质空间分异特征
    邓羽松,丁树文,蔡崇法,吕国安,夏栋,朱芸
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4850-4857.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.008
    摘要 ( 136 )   HTML ( 1 )   PDF (359KB) ( 363 )   收藏
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    【目的】研究崩岗洪积扇农田土壤颗粒组成、容重、土壤孔隙度、土壤持水情况、有机质并分析它们之间的相互关系,同时探索崩岗洪积扇农田土壤物理性质空间分异规律,不仅有利于农业用地规划,也为崩岗洪积扇农田土壤改良提供理论依据,对山区农林业生产具有重要的意义。【方法】运用野外调查结合室内分析的方法,以通城县杨垄小流域崩岗洪积扇农田为研究对象,选定水田和旱地两种洪积扇土地利用方式,分别采集洪积扇农田扇顶、扇中、扇缘以及对照4个区域测定其土壤物理性质,运用Pearson相关系数分析法对各指标之间的内在联系进行探究,研究崩岗对洪积扇农田的影响规律。【结果】崩岗侵蚀导致洪积扇农田土壤严重沙化,土壤结构性恶化。洪积扇农田土壤粗颗粒物质(砾石和砂粒)平均比对照区多75.89%,土壤细颗粒物质(粉粒和黏粒)平均比对照区减少39.13%。土壤有机质含量减少,洪积扇土壤有机质含量平均比对照区减少58.70%;容重增大,相对对照区平均增加0.25 g·cm-3;土壤孔隙度均小于对照区,饱和持水性和毛管孔隙度显著低于对照区。同时,沿着洪积扇扇缘到扇顶,土壤砾石和砂粒含量呈现逐渐增加,而粉粒和黏粒含量逐渐减少,容重随之增大,土壤孔隙度减少,持水性能也逐渐减弱,有机质逐渐减少的趋势。相关性分析得出,土壤容重与有机质含量呈极显著的负相关(R=-0.907**),土壤容重与土壤孔隙性和土壤持水特性呈极显著的负相关,总孔隙度、毛管孔隙度与土壤持水特性均呈极显著的正相关,非毛管孔隙度与各物理性质之间没有明显的相关性。土壤各粒级大小与土壤容重、土壤持水性指标、总孔隙度和毛管孔隙度之间呈显著或极显著相关性。【结论】崩岗侵蚀发生后,洪积扇农田以土壤颗粒组成、有机质、土壤容重、孔隙度以及持水性能为代表的土壤物理性质退化严重。此外,崩岗洪积扇农田土壤物理性质存在空间分异规律,离扇顶越近,土壤物理结构性越差。洪积扇农田土壤指标间存在息息相关的联系,尤其是土壤颗粒组成和其他物理性指标之间的关系,突出了改良洪积扇土壤从土壤颗粒方面入手是可行的,如采取客土法和深耕法可有效改良被侵蚀的土壤结构。研究结果为明确洪积扇农田土壤物理性质提供了依据,为改良崩岗洪积扇土壤结构性奠定了基础,对农业生产和提高农业经济效益有重要意义。
    几种保护措施对红壤坡地水文过程及干旱的影响
    林丽蓉,陈家宙,王峰,邓盛华
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4858-4867.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.009
    摘要 ( 215 )   HTML ( 1 )   PDF (434KB) ( 366 )   收藏
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    【目的】中国亚热带红壤坡地的农业生产受水蚀与季节性干旱双重影响,水蚀与季节性干旱之间的水文联系仍然不明确。本研究探索农田常用保护措施如何影响红壤坡地的雨旱季水文过程和土壤-作物水分胁迫,为更有针对性地选择农田管理措施提供依据。【方法】 2008—2010年在湖北咸宁第四纪红色粘土母质发育的红壤8°坡地上开展大田试验,设置无保护措施或对照(CK)、牧草带(GS)、地表施用聚丙烯酰胺(PAM)、地表覆盖稻草(SM)4种处理,第一年和后两年分别以花生(白沙1018)和玉米(登海3632)为供试作物,研究不同处理的地表产流和产沙、土壤储水、土壤-作物干旱、作物产量。【结果】当降雨量相近时,降雨强度越大产流、产沙量一般也越大;总体上,产流、产沙量均为CK>PAM>GS>SM,4种处理的水蚀程度依次降低;与CK比较,3种保护措施平均减少产流量36.6%,减少产沙量52.7%,减少产沙量的作用更明显。0—45 cm土壤储水量动态变化在雨旱季的特征明显不同。总体上,土壤储水量在雨季呈升高趋势,在旱季呈下降趋势;处理间差异随降雨持续而减小,随无雨期延长而增大。雨旱季土壤储水量最高的和波动变化最小的均为SM处理,其次是PAM处理,GS和CK处理的土壤储水量最接近。旱季持续干旱阶段,0—15 cm土壤干旱程度D值随土壤干旱的持续逐渐增大;两年D值均为CK>GS>PAM>SM,4种处理的土壤干旱程度依次减小。受气候、作物生长期及保护措施的共同影响,作物胁迫积温SDD值的增加过程及处理间差异的变化都表现出明显的阶段性,整个旱季的SDD值均为CK>GS>SM和PAM,4种处理的作物水分胁迫依次减小。作物产量是SM和PAM>GS和CK。与CK比较,GS、PAM、SM 3种处理分别使2008年的花生增产19.3%、33.0%、27.3%;对于2009年的玉米产量,GS处理减产0.5%,PAM、SM处理分别增产17.1%和36.3%。不同保护措施对干旱的影响不同,GS因自身耗水而不能明显缓解土壤-作物干旱;PAM主要通过减少蒸散发来减轻土壤-作物干旱;SM明显增加土壤雨季储水和减少旱季土壤水分耗失,因此有效缓解土壤-作物干旱。【结论】GS、PAM、SM 3种农田保护措施在红壤坡地上都能够阻控水蚀和缓解季节性干旱,但作用途径、特点、程度不同,雨季减少产流量和增加土壤储水量的作用有限,增加雨季土壤储水的作用小于其减轻旱季土壤-作物水分胁迫的作用。
    园艺
    苹果抗性相关的谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1的生物信息学和表达分析
    安秀红,徐锴,厉恩茂,李壮,李敏,刘志,程存刚
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4868-4877.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.010
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    【目的】克隆苹果(Malus domestica Borkh.)中抗苹果轮纹病相关的编码谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1,研究其在不同组织器官及不同逆境处理条件下的表达特性,为解析该基因的抗逆功能奠定基础。【方法】基于抗轮纹病相关的EST序列,通过在NCBI进行比对,得到一个谷胱甘肽转移酶(GST)基因相关的EST片段;然后在苹果基因组数据库中进行比对,获得该GST的编码框序列(coding sequence,CDS),同时,设计RACE引物,克隆该基因的UTR序列;利用MEGA5.0软件对该GST蛋白与拟南芥GST家族蛋白成员进行系统进化树分析,使用DNAMAN软件对该蛋白的分子量、等电点等进行预测,并对其氨基酸序列进行分析;采用荧光定量PCR检测该基因在不同组织中的表达以及该基因在盐、模拟干旱和苹果斑点落叶病原菌处理条件下的表达特性;克隆该基因的启动子,利用PlantCARE软件在线分析该基因启动子上的顺式作用元件。【结果】进化树分析显示该GST与拟南芥中GST家族的U亚家族成员亲缘关系最近,故被命名为MdGSTU1MdGSTU1的CDS为666 bp,编码221个氨基酸残基,其蛋白分子量为25.41 kDa,等电点为5.28;RACE结果显示该基因3'UTR区域为135 bp;蛋白序列及结构分析显示,其与拟南芥GST家族蛋白相同,该蛋白也包含保守的谷胱甘肽-S-转移酶的N端及C端结构域;PCR结果显示,MdGSTU1在根、茎、叶、花、果各组织中均有表达,但根中的表达水平最高,同时,该基因能够被150 mmol·L-1 NaCl和20%的PEG诱导表达,均在1 h时表达量达到最高值;另外,苹果斑点落叶病原菌也能诱导MdGSTU1的表达,表达量在病菌处理8 h时达到最大;启动子分析显示MdGSTU1启动子区域含有多个抗性相关的作用元件,其中包括ABA响应元件、厌氧响应元件、GA响应元件、SA响应元件、JA响应元件以及防御和逆境响应元件;此外,该启动子上还包含多个MYB转录因子结合位点。【结论】MdGSTU1属于植物tau亚家族(GSTU)成员,生物及非生物逆境胁迫均可诱导该基因的表达。
    南高丛越橘品种‘Sapphire’和北高丛品种‘Berkeley’ 正反交后代果实糖酸组分含量的遗传倾向
    刘有春,魏永祥,王兴东,刘成,蒋明三,张舵,袁兴福,陶承光
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4878-4885.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.011
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    【目的】分析越橘亲本对其杂交后代果实糖酸性状遗传的影响,为科学选配亲本提供依据。【方法】以高糖高酸的南高丛越橘品种‘Sapphire’和中糖低酸的北高丛品种‘Berkeley’为亲本配置正反交组合,应用高效液相色谱(HPLC)技术对亲本及其杂交后代果实中糖和酸的组分及含量进行检测和分析。【结果】越橘果实中的果糖和葡萄糖是主要的可溶性糖组分,柠檬酸和酒石酸是主要的有机酸组分,各糖酸组分及总糖和总酸含量在正反交组合中均表现出广泛的分离,其中糖组分及总糖的变异系数大于15%,酸组分及总酸的变异系数大于30%,酸的变异幅度大于糖的变异幅度,说明酸含量的选择潜力大;杂交后代糖和酸含量的平均值均低于亲中值,呈衰退变异,正反交后代果糖、葡萄糖及总糖含量平均值倾向低糖亲本,而柠檬酸、酒石酸及总酸含量平均值倾向父本;糖含量在杂交后代中呈正态分布,表现为多基因控制的数量性状遗传,酸含量在杂种后代中呈偏向低酸的偏态分布,可能有主效基因存在。杂交后代糖酸性状的广义遗传力(H2)存在明显差异,果糖、葡萄糖、总糖、柠檬酸和总酸的H2较高,为0.66—0.86,其中以果糖最高,正反交组合分别为0.84和0.86,表明这些性状的变异主要来自遗传效应,遗传潜能大,而酒石酸的H2最低,正反交组合分别为0.22和0.30,表明酒石酸的遗传效应小,易受环境影响。【结论】越橘杂交后代果实糖酸组分及总糖总酸含量广泛分离,后代平均值均低于亲中值。糖呈正态分布,属多基因控制的数量性状,遗传潜能大,含量趋近于低糖亲本,具有一定的母性遗传倾向;而酸呈偏态分布,含量趋向于父本,明显受父本影响。
    壶瓶枣果实发育过程中果柄导管形态变化与裂果关系
    丁改秀,王保明,王小原,仓国营,陈晓斌1,牛兴艳,纪薇,张鹏飞,温鹏飞
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4886-4894.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.012
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    【目的】阐明壶瓶枣果实发育过程中果柄导管形态及运输效率的变化,明确果实通过维管束系统吸水与其裂果的关系,完善枣裂果机理。【方法】以壶瓶枣(Ziziphus jujube Mill. cv. Huping)为试材,于白熟期8月19日)开始对选定枣树进行定量灌溉处理,每7 d测定、灌溉一次,使处理组土壤含水量维持在田间最大持水量的(80±5)%,对照组的土壤含水量控制在田间最大持水量的(20±5)%。于果实发育后期分别调查降雨前9月18日)、降雨后9月22日)枣果的裂果率;分别在幼果期7月28日)、白熟期8月15日)、半红期9月5日)和全红期9月17日)进行采样,跟踪枣果实发育进程。品红示踪试验中采用二次枝浸泡和枣吊浸泡两种形式,观察不同时期二次枝、枣吊和果柄维管束系统运输效率的变化;取健康枣果的果柄进行石蜡切片,经FAA液固定、常规方法包埋、制作切片、番红-固绿复染,观察枣果果柄导管形态随果实发育的变化规律。【结果】裂果率调查结果显示,枣果发育后期灌溉和对照两种处理的裂果率分别为2.60%和2.58%,二者间差异不显著,表明充足灌溉并未引起裂果;降雨后,灌溉组和对照组处理的裂果率与降雨前相比均显著升高,分别达到42.90%和40.80%,且两组间差异并不显著,表明降雨会明显导致裂果率上升。品红示踪试验结果表明,在整个果实发育期,品红溶液均能通过二次枝顺畅运送至枣吊,但能否运送至枣果与果实发育期密切相关。幼果期,品红溶液在5 min之内便可顺利输送至枣果,且输送数量和范围随着时间延长而逐渐增大;随着果实发育,品红运输至枣果的难度逐渐增大,白熟期时处理40 min后仅有少许品红输送至枣果;至半红期和全红期,品红溶液几乎不能输送至枣果,这表明果柄可能是品红不能顺利运输至枣果的主要障碍。石蜡切片结果表明,幼果期正常导管所占比例为97.22%,白熟期时正常导管的比例下降至34.95%,且开始出现断裂、退化和畸形,半红期和全红期正常导管的比例仅剩13%左右,导管断裂、退化和畸形进一步加剧,并且开始出现导管堵塞现象,且全红期导管堵塞的数量和程度均高于半红期。【结论】壶瓶枣果实发育后期,果柄导管出现断裂、畸形、退化、堵塞等现象,其运输能力受损或丧失,导致根系吸收的水分难以通过“根系-枝干-二次枝-枣吊-果柄-果实”维管束系统大量进入果实,从而不会引发大量裂果。
    畜牧·兽医
    FABP4转基因牛的分子生物学鉴定
    赵敬贤,李娟,严兴荣,倪和民,陈燕,张路培,高会江,许尚忠,李俊雅,高雪
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4895-4903.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.013
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    【目的】对前期获得的3头转基因牛进行分子生物学评价,包括转基因阳性鉴定、基因及蛋白表达水平的检测,旨在进一步为转基因牛的安全评价提供一些科学依据。【方法】根据GenBank上公布的牛FABP4基因(GenBank登录号:NM_174314)mRNA序列,利用兼并密码子对现有FABP4基因进行突变,并构建了pEGFP-C1-FABP4真核表达载体、通过细胞转染、体细胞核移植、胚胎移植技术获得3头转基因牛;分别采集了1号转基因牛不同组织样,2、3号转基因牛与野生型个体8、10、12、14月龄的血液样本,利用RT-PCR技术对所获转基因个体的阳性与否进行了鉴定;同时利用荧光定量PCR技术检测了1号转基因牛不同组织中外源性FABP4基因的表达情况,并分析了2、3号转基因牛在8—14月龄之间,外源性FABP4基因、内源性FABP4基因的变化趋势,并通过叠加转基因牛外源与内源性FABP4基因的表达量,分析了转基因牛和非转基因牛FABP4基因的整体表达水平差异;通过Western blotting技术分析了3头转基因牛外源性FABP4基因的蛋白表达水平。【结果】对所获得的3头转基因牛RT-PCR检测发现,3头转基因个体各样本均在205 bp处产生条带,而妊娠母牛及阴性对照在205 bp处均未有条带出现,初步表明3头转基因牛均为转基因阳性。实时定量PCR检测表明,1号转基因牛的外源性FABP4基因在多数组织均有较高表达,其中脂肪组织表达量最高、肾脏和背最长肌次之,肺部的相对表达量极低。3号转基因牛外源性FABP4基因的表达水平高于2号转基因牛,且2、3号转基因牛外源性FABP4基因的表达水平随月龄变化均呈现先上升后下降趋势;在内源性FABP4基因表达水平检测中发现,外源性FABP4基因的转入抑制了转基因牛体内内源性FABP4基因的表达,且随月龄变化转基因牛体内内源性FABP4基因表达水平均呈现上升趋势;野生型牛内源性FABP4基因的表达水平随着月龄变化逐步下降,而转基因牛体内内源性FABP4基因的表达量均低于野生型牛;通过对2、3号转基因牛外源与内源性FABP4基因相对表达量的叠加分析发现,转基因牛FABP4基因整体表达量较野生型大幅升高。蛋白表达检测结果与mRNA检测结果基本一致,外源性FABP4基因在1号转基因牛除肺部外的各个组织均检测到外源FABP4基因的蛋白表达,其中背最长肌表达量最高;3号转基因牛蛋白表达水平高于2号转基因牛。【结论】获得的3头牛均为FABP4阳性转基因牛,且外源性FABP4基因在体内能够正常表达,转基因牛FABP4表达量较野生型大幅升高,同时外源性FABP4基因的转入抑制了内源性FABP4基因的表达。
    青蒿素对山羊瘤胃发酵和微生物氮素微循环的影响
    王洪荣,秦韬,王超
    中国农业科学. 2014, 47(24):  4904-4914.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.24.014
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    【目的】青蒿素是天然青蒿属植物的提取物,它很早就在中国传统中药中被用作抗疟疾、抗肿瘤和驱虫等药物。为探讨青蒿素对反刍动物瘤胃发酵、瘤胃内环境及其瘤胃微生物蛋白质循环的影响,确定青蒿素的对瘤胃发酵调控的效果和适宜添加量,为青蒿素作为一种新的瘤胃调控剂在反刍动物生产中应用提供依据。【方法】采用4只带有瘤胃瘘管的徐淮白山羊为试验动物,饲喂以玉米、豆粕和羊草为主组成的基础日粮,在基础日粮中分别添加占日粮干物质0,0.2%,0.4%和0.6%的青蒿素,进行4×4拉丁方设计试验,研究对山羊瘤胃发酵参数、瘤胃微生物种群变化;采用DTAF荧光染料标记细菌(FLB)的一种新方法测定瘤胃原虫吞噬细菌速率和吞噬量的影响。【结果】山羊瘤胃液中pH值平均值的范围在6.85—7.16,在瘤胃的正常范围内;青蒿素能够降低NH3-N浓度,其中0.4%和0.6%两个处理组的瘤胃液中NH3-N浓度与对照组差异显著。青蒿素能够提高乙酸、丙酸及、总挥发性脂肪酸(TVFA)的摩尔浓度及丙酸的摩尔浓度百分比,能降低乙酸/丙酸比,各添加组的乙酸/丙酸比显著或极显著低于对照组(P<0.05);随着青蒿素添加量的增加,细菌蛋白产量增加,其中,以0.6%添加组最高,与对照组差异极显著(P<0.01);0.4%和0.6%添加组的原虫蛋白产量极显著低于对照组(P<0.01);青蒿素对瘤胃液肽浓度的均值没有显著影响。同时,添加青蒿素后,瘤胃中细菌总数增加而原虫总数减少,使瘤胃原虫种属结构变化。添加青蒿素能显著影响原虫对细菌的吞噬速率,对照组和添加0.2%,0.4%和0.6%青蒿素处理组的吞噬速率分别为:320.11cells/(cell h)、313.94cells/(cell h)、305.00cells/(cell h)、278.14cells/(cell h)。【结论】添加青蒿素能显著影响瘤胃发酵类型,具有降低瘤胃中氨态氮浓度的趋势;同时可显著降低瘤胃中原虫密度,增加了细菌密度,改变瘤胃中原虫的种属构成比例;使瘤胃内毛虫比例显著降低,使双毛虫和等毛虫比例显著提高。添加0.6%青蒿素能显著降低山羊瘤胃内菌体蛋白的微循环,使山羊瘤胃原虫吞噬速率和微生物氮循环量减少而提高饲料蛋白质的潜在利用效率。