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当期目录

    2015年 第48卷 第1期 刊出日期:2015-01-01
      
    作物遗传育种·种质资源
    中国两系杂交水稻光温敏核不育基因的鉴定与演化分析
    张华丽,陈晓阳,黄建中,鄂志国,龚俊义,舒庆尧
    中国农业科学. 2015, 48(1):  1-9.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.001
    摘要 ( 438 )   HTML ( 1 )   PDF (479KB) ( 1032 )   收藏
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    【目的】鉴定中国生产上应用的两系不育系所携带的光温敏核不育基因,揭示两系杂交稻光温敏核不育基因的演变过程。【方法】收集光温敏核雄性不育水稻材料共90份,包括农垦58S、安农S-1和株1S等衍生系。采用改良CTAB法从水稻叶片中提取基因组DNA,根据光敏不育基因所含突变设计1个功能性CAPS标记,用引物NK-F(5′-ATCCCACAAATCCTTTAGCA-3′)和NK-R(5′-CCGTTATAGATAGACCCGAGA-3′)扩增包含该突变位点的片段,用内切酶RsaⅠ酶切并检测,可清晰区分纯合光敏不育系(lncR m)(329 bp)、纯合野生型(lncR wt)材料(414 bp)和杂合型(lncR m/lncR wt)材料(414和329 bp)。温敏不育基因RNZ的分型则采用功能性dCAPS标记dCAPS-rnz,待测材料分别用引物对RNZ1F(5′-ACCGCGCCGCCACCGGGTCGGCCGGAG-3′)/RNZR(5′-TGAAGAGGAACTCCTGCGAGACGG-3′)和RNZ2F (5′-ACCGCGCCGCCACCGGGTCGGCCCAAG-3′)/RNZR扩增,产物分别用内切酶HinfⅠ和StyⅠ酶切,酶切产物经电泳分离检测,纯合温敏不育系(RNZ m)不能被上述2种内切酶所酶切,纯合野生型RNZ tcRNZ gc可分别被HinfⅠ和StyⅠ完全酶切,而杂合型RNZ m/RNZ tcRNZ m/RNZ gc可分别被HinfⅠ和StyⅠ不完全酶切。采用上述功能性分子标记鉴定两系不育系所携带的光敏(lncR m)和温敏核不育基因(RNZ m),并结合不育系的系谱信息和中国水稻数据库的年度推广面积数据分析lncR mRNZ m在中国两系杂交稻生产中应用的历史与现状。【结果】以农垦58S为唯一不育基因源的47个两系不育系中,12个携带lncR m,29个携带RNZ m,2个同时携带lncR mRNZ m,4个不携带这两个基因;衍生自安农S-1和株1S的18个不育系则均携带RNZ m;由农垦58S衍生系(如培矮64S)与安农S-1复交育成的不育系也全部携带RNZ m;由培矮64S与株1S复交育成的2个不育系中1个携带RNZ m,而另1个则同时携带lncR mRNZ m;另外16个与农垦58S、安农S-1及株1S无血缘关系的独立起源两系不育系中有6个携带lncR m,9个携带RNZ m等位基因,1个(衡农S-1)则既不携带lncR m也不带RNZ m。综合这些不育系携带光温敏基因的鉴定结果,结合不育系选育的系谱资料,绘制了包含92个两系不育系所携带的光温敏基因图。另外,根据这些两系不育系所配制组合的种植面积数据(分品种),发现1993—2012年中国两系杂交稻中不育基因的利用经历了从光敏到温敏的演化过程,携带RNZ m的不育系所配制组合及推广面积在生产中的应用迅速增加,2012年温敏不育系配制的杂交稻已占两系杂交稻种植面积的95%以上,形成了以携带RNZ m的不育系为主的局面。【结论】系统明晰了中国两系水稻不育系携带的光温敏不育基因及其与品种系谱之间存在的不一致性,从光敏不育系杂交后代中选育出了温敏不育水稻,且携带RNZ m的不育系已在目前两系杂交稻生产中占绝对主导地位。
    多环境下野生大豆染色体片段代换系群体农艺性状相关QTL/片段的鉴定
    向仕华,王吴彬,何庆元,杨红燕,刘成,邢光南,赵团结,盖钧镒
    中国农业科学. 2015, 48(1):  10-22.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.02
    摘要 ( 253 )   HTML ( 1 )   PDF (3045KB) ( 585 )   收藏
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    【目的】改进染色体片段代换系群体,挖掘野生大豆(Glycine soja Sieb. et Zucc.)中蕴藏的农艺性状优异等位变异,为拓宽栽培大豆(Glycine max (L.) Merr.)的遗传基础提供材料和依据。【方法】通过标记加密和剔除部分单标记型片段的方法,改进以野生大豆N24852为供体,栽培大豆NN1138-2为受体的染色体片段代换系(CSSL)群体SojaCSSLP1;对改进后的群体(SojaCSSLP2)进行3年2点田间试验,通过单标记分析、区间作图、完备复合区间作图和基于混合线性模型的复合区间作图等4种定位方法,结合与轮回亲本有显著差异的染色体片段代换系间相互比对,检测与大豆开花期、株高、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重相关的野生片段。【结果】改进后的群体(SojaCSSLP2)由150个CSSL构成,其中,有130个家系与SojaCSSLP1相同;在原遗传图谱上,新增40个SSR标记,相邻标记间平均遗传距离由16.15 cM变为12.91 cM,大于20 cM的区段由32个减少至17个,标记覆盖遗传距离总长度较原图谱(2 063.04 cM)增加103.52 cM;群体NN1138-2背景回复率变幅为79.45%—99.70%,平均为94.62%。利用SojaCSSLP2群体,分别鉴定到与开花期、株高、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重相关的4、5、5、7、14和3个工作QTL(working QTL)/片段,其中有15个工作QTL/片段能在多个环境下检测到,属共性工作QTL(joint working QTL);除片段Sct_190—Sat_293上的主茎节数位点外,野生等位变异具有的加性效应方向与双亲表型差异方向一致;单个位点分别能解释5%—64%的表型变异;同时,分别检测到3、2和2个与地点存在互作的株高、主茎节数和单株荚数QTL/片段,其中与凤阳环境的互作均具有增加表型的效应,这可能与凤阳较南京所处纬度高有关;这些位点/片段分布在26个染色体片段上,其中有7个片段与2个及以上性状相关,可能是性状相关的遗传基础;与前人结果比较,有3个开花期、3个株高、2个主茎节数、2个单株荚数、8个百粒重、2个单株粒重位点能在其他遗传背景栽培大豆中检测到,说明在这些位点上野生大豆和栽培大豆间及栽培大豆间均存在遗传差异;另外18个位点(片段)为本研究利用野生大豆的新发现。【结论】大豆开花期、株高和主茎节数的遗传基础较百粒重简单,前者均存在效应较大位点/片段,后者多由小效应位点控制,遗传基础极为复杂;野生大豆中蕴藏着新的等位变异,能拓宽栽培大豆遗传基础。
    春大豆种子田间劣变性和劣变抗性的差异蛋白质组学研究
    宋利茹,王爽,牛娟,马洪雨,舒英杰,杨艳,顾卫红,麻浩
    中国农业科学. 2015, 48(1):  23-32.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.03
    摘要 ( 255 )   HTML ( 1 )   PDF (2420KB) ( 566 )   收藏
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    【目的】南方春大豆种子在生理成熟(R6或R7期)过程中易受高温高湿胁迫影响常会发生种子田间劣变,已经严重制约了中国南方春大豆生产和应用的发展。应用比较蛋白质组学技术,在蛋白表达水平上揭示高温高湿下南方春大豆种子田间劣变性和劣变抗性的机制,为遗传育种改良和新品种选育奠定种质基础。【方法】利用抗种子田间劣变种质湘豆3号和不抗种质宁镇1号为材料,在种子发育到生理成熟期时模拟田间高温高湿胁迫处理,运用双向电泳(2-DE)和MALDI-TOF/TOF鉴定技术研究春大豆种子蛋白质表达谱的变化。【结果】高温高湿胁迫处理和对照条件下(1、5、10、16和24 h),湘豆3号和宁镇1号大豆种子可溶性蛋白的每张2-DE重复胶上都可以检测到700多个可重复蛋白点,50个蛋白质点在处理与对照之间表达量上存在显著差异。其中有33个差异蛋白点经质谱分析成功鉴定;功能分类表明,这些成功鉴定的差异蛋白分别涉及细胞修复及防御(9%)、氧化还原平衡(12%)、蛋白合成(3%)、能量代谢(15%)、转运过程(15%)以及贮藏蛋白(31%)等代谢途径和细胞过程。此外,还有5个差异蛋白为未知功能蛋白。【结论】高温高湿胁迫下,抗性种质湘豆3号较不抗种质宁镇1号具有较强的抗氧化和细胞修复及防御能力,可能是其具有较强的抗种子田间劣变性的关键原因。
    耕作栽培·生理生化
    临界胁迫贮藏条件下不同基因型玉米种子活力及生理变化
    成广雷,张海娇,赵久然,刘春阁,王元东,王晓光,王荣焕,陈传永,徐田军
    中国农业科学. 2015, 48(1):  33-42.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.04
    摘要 ( 355 )   HTML ( 1 )   PDF (478KB) ( 756 )   收藏
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    【目的】了解不同基因型玉米种子在临界胁迫贮藏条件下的生活力及生理变化规律,对不同基因型玉米种子的耐贮性做出客观评价,为玉米种子耐贮性生理生化机制提供理论依据。【方法】选用目前主栽玉米杂交种郑单958、农大108、先玉335、正大619、京科968种子为试验材料,分别测定供试材料的初始含水量、活力水平及相关生理指标。将供试材料的种子含水量回湿至14%,在种子含水量14%和贮藏温度35℃(14% & 35的临界胁迫贮藏条件下,贮藏一年时间,每月测定种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、电导率、MDA浓度、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及脱氢酶活性。采用砂培法进行发芽试验,用DDS-ⅡA型电导率仪测定种子电导率,利用硫代巴比妥酸(TBA)溶液法测定丙二醛含量,可溶性蛋白含量的测定利用考马斯亮蓝G-250法,可溶性糖含量的测定利用蒽酮比色法,脱氢酶活性的测定采用氮蓝四唑(TTC)染色法。比较不同基因型玉米种子在临界胁迫贮藏条件下的活力及生理指标变化。【结果】在同一贮藏条件下,基因型是影响种子活力及生理特性的决定性因素。参试玉米种子的初始含水量均处于较低水平,为7.39%—8.71%。在初始状态下,各基因型玉米种子的发芽势及发芽率均在90%以上,具有较强的萌发能力。贮藏一年后,京科968发芽率、发芽势为50%—60%,发芽指数为25%,种子活力指数为0.3;农大108、先玉335、正大619发芽率、发芽势为15%—25%,发芽指数8%—25%,活力指数0—0.08;郑单958发芽率、发芽势、发芽指数活力指数在贮藏1年后均下降为0。临界胁迫贮藏条件下不同基因型玉米种子随着贮藏时间的延长,发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、脱氢酶活性均出现不同程度的下降,种子可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的变化与种子活力的变化关系密切。发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数的变化趋势及规律基本一致,但变幅差异较大,不同基因型玉米种子因发芽速率不同发芽指数差异较大,而种子活力指数的降低总是先于种子发芽率的下降,可以真实体现种子的老化及劣变程度。不同基因型玉米种子随着贮藏时间的延长,膜透性变差,种子电导率及丙二醛含量均出现了不同程度的升高,其变化趋势及种子生活力变化呈负相关关系(R2=0.752),各基因型间细胞膜系统功能存在差异。在本试验中,不同基因型玉米种子活力与丙二醛含量无显著相关性(R2=-0.171—-0.094),与可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及脱氢酶活性呈显著正相关(R2=0.284—0.517),但各基因型间玉米种子生理变化机制复杂,差距较大。【结论】不同基因型玉米种子对临界胁迫贮藏条件表现均较敏感,但基因型间存在较大差异,在临界胁迫贮藏条件下,郑单958的活力下降最快,京科968活力及各项生理指标变化相对稳定,表现出较强的耐贮性
    带状套作大豆群体冠层光能截获与利用特征
    崔亮,苏本营,杨峰,杨文钰
    中国农业科学. 2015, 48(1):  43-54.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.05
    摘要 ( 243 )   HTML ( 1 )   PDF (1383KB) ( 685 )   收藏
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    【目的】研究不同行距的玉豆间距带状套作组合对大豆冠层结构特征与光能利用的影响,为制定适宜的群体配置提供理论依据。【方法】以四川省主推玉米和大豆品种“川单418”和“贡选1号”为试材,设计(A)玉豆间距40 cm(大豆窄行行距70 cm)、(B)玉豆间距50 cm(大豆窄行行距50 cm)、(C)玉豆间距60 cm(大豆窄行行距30 cm)3种玉豆带状套作组合,并以单作玉米(SM)和单作大豆(SSB)作为对照,对带状套作大豆冠层结构、光能截获量、干物质重等指标进行测定分析。【结果】(1)不同带状套作大豆群体冠层上方的PAR存在显著差异,且均显著低于SSB(P<0.05)。玉豆共生期间,处理A大豆群体冠层上方的PAR与处理B和C相比,分别低44.1%和60.4%。这说明由于处理A缩短了玉豆间距,加剧了玉米对大豆的遮荫程度,从而降低了大豆群体可利用的有限光照资源。(2)不同带状套作大豆群体的LAI、叶倾角和株高均呈现显著差异(P<0.05),在大豆V5、V7和R1期,处理B比处理C和处理A的LAI分别提高了16.4%、13.1%、12%和30.3%、32.2%、29.3%。叶倾角比处理C和处理A分别提高了15%、16%、14%和34%、31%、26%。株高比处理C和处理A分别减低了7%、8.8%、7.9%和13.5%、16.7%、14.8%。说明适宜的玉豆间距可以提高套作大豆的LAI,调整更加合理的叶倾角和株高,优化植株形态特征,实现光能在大豆群体内的均匀分布,有利于提高大豆的光能利用效率。(3)不同带状套作大豆光能截获量呈现显著差异(P<0.05)。在大豆V5、V7和R1期间,处理A与处理B相比光能截获量分别降低了43%、22%和33%,处理C与处理B相比则分别降低了21%、10%和17%,LAI与光能截获量存在显著的正相关关系(0.977**), 说明在玉豆间距为50 cm时增加了大豆群体的LAI,从而提高了光能截获量。(4)不同带状套作大豆光能利用率呈现显著差异(P<0.05)。在大豆V5、V7和R1期,处理B与处理C相比光能利用率分别提高了8.6%、7.0%和5.8%,处理B与处理A相比则分别提高了40%、23%和13%。(5)不同带状套作大豆群体的干物质重均显著低于SSB,且处理间呈显著性差异(P<0.05)。在大豆V5、V7和R1期,处理A与处理B相比分别降低了59%、36%和41%,处理C与处理B相比则分别降低了27%、16%和22%,DMW与光能截获量存在显著的正相关关系(0.989**),说明在玉豆间距为50 cm时增加了大豆群体的光能截获量,从而提高了大豆群体干物质的积累。(6)不同带状套作大豆群体产量及总产量存在显著性差异(P<0.05)。其中处理B的大豆产量分别比处理C和处理A提高了10%和27%,总产量比处理C和处理A提高了1%和3%。说明随着玉豆间距的缩短,大豆弱光胁迫程度的增加,大豆产量呈下降趋势。【结论】本试验条件下,以玉豆间距为50 cm的玉豆带状套作种植模式可以优化大豆群体冠层结构、提高光能利用率和产量。
    植物保护
    SYBR Green I 实时荧光定量PCR检测小麦纹枯病菌体系的建立和应用
    孙炳剑,陈清清,袁虹霞,施艳,李洪连
    中国农业科学. 2015, 48(1):  55-62.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.06
    摘要 ( 297 )   HTML ( 1 )   PDF (1216KB) ( 918 )   收藏
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    【目的】纹枯病是小麦生产上重要的土传病害之一,早期准确定量检测病原是病害预测预报及实现有效防控的基础。传统组织分离鉴定方法费时、程序复杂,而且无法做到准确定量。为实现小麦纹枯病早期快速准确定量检测,研究旨在建立小麦纹枯病菌(Rhizoctonia cerealis)的SYBR Green I实时荧光定量PCR(real-time PCR)检测方法。【方法】根据小麦纹枯病菌的β-tubilin序列,设计1对特异性引物,建立并优化SYBR Green I real-time PCR反应体系,利用小麦纹枯病菌、立枯丝核菌(R. solani)、双核丝核菌AG-A和AG-F菌株、小麦全蚀病菌(Gaeumannomyces graminis var. tritici小麦根腐病菌(Bipolaris sorokiniana)、小麦茎基腐病菌假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)和禾谷镰孢(F. graminearum)等8种小麦根部或土壤病原物的菌丝DNA进行普通PCR和real-time PCR特异性检测,并对灵敏度、可重复性进行评价。利用该体系分别检测接种后5、10、60 d不同接种浓度的盆栽小麦病株。【结果】研究设计的引物特异性强,普通PCR检测结果仅小麦纹枯病菌DNA有扩增条带。Real-time检测结果表明该对引物对小麦纹枯病菌只有唯一的产物吸收峰,对其余供试菌株均未检测到荧光信号。普通PCR检测的灵敏度为6.5×103 copies/μL, real-time PCR的灵敏度可达到6.5×102 copies/μL。以携带目的基因片段的重组质粒为标准品,构建的real-time PCR标准曲线循环阈值与模板浓度呈良好的线性关系,熔解曲线的吸收峰单一,相关系数为0.997,扩增效率为0.91。对人工接种的盆栽小麦病株进行real-time PCR检测,结果表明与病情指数和接种量分别呈显著正相关。【结论】研究建立的基于real-time PCR技术的小麦纹枯病菌快速检测方法速度快、灵敏度高、特异性强、重复性好。可以用于小麦纹枯病菌检测、指导病害预测和防治。
    柑橘黄龙病菌侵染对甜橙叶片糖代谢的影响
    吴越,苏华楠,黄爱军,周彦,李中安,刘金香,周常勇
    中国农业科学. 2015, 48(1):  63-72.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.07
    摘要 ( 231 )   HTML ( 1 )   PDF (433KB) ( 609 )   收藏
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    【目的】研究甜橙(Citrus sinensis)在柑橘黄龙病菌(Candidatus Liberibacter asiaticus)侵染下不同时期糖代谢的变化,以探讨其与柑橘叶片中淀粉积累间的关系,为进一步阐明柑橘黄龙病的发病机理提供理论依据。【方法】以甜橙为供试材料,采用腹接接种病原的方法,试验组植株用感染黄龙病菌的芽条进行嫁接,对照组植株用健康芽条进行接种,每个植株均嫁接3个芽条。在检测到感病的植株中选取生长状况良好且接近的3株作为后续试验材料,每月采集1次成熟叶片,至10月份结束。采集的叶片立即抽提DNA和RNA,并进行可溶性糖及淀粉含量的测定,其余叶片用液氮速冻后保存于-80用于测定糖代谢过程中关键酶活性的变化,同时利用实时荧光定量PCR技术比较二者关键酶基因表达量的差异。【结果】随着病原菌胁迫时间的延长,可溶性糖和淀粉含量总体呈升高趋势,均在6月达到峰值,分别为对照的1.59和3.73倍,在感病后期开始有所下降;通过对二者的比值分析发现,感病植株的比值随时间的延长不断下降。在黄龙病菌侵染的不同阶段,各种酶的作用程度有所不同。感病植株的蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性在感病初期迅速上升至顶峰,高达58.44 μg·g-1·min-1,至后期已略微低于对照;酸性转化酶(AI)总体显示出较高活性,各个时期均有显著性差异(P<0.05),感病中期活性最高为对照的2.91倍;中性转化酶(NI)活性在感病和对照中均维持较低水平,且变化趋势基本一致;可溶性淀粉合成酶(SSs)与束缚性淀粉合成酶(GBSS)协调作用,共同参与淀粉合成的调控;淀粉酶活性在感病不同时期均有所下降,在感病中期低至0.38 U·g-1。定量PCR分析表明,蔗糖磷酸合成酶基因SPS1表达量显著升高,与其酶活性具有显著相关性(P<0.05)。蔗糖分解相关基因中,蔗糖合成酶基因SuSy在感病不同时期的表达差异不大,变化幅度小;细胞壁酸性转化酶基因CSCWI在不同时期均上调表达,最高上调约7.4倍,且表达量一直维持在较高水平;与CSCWI相比,液泡酸性转化酶基因CUAI1的表达水平较低。淀粉合成相关酶ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因最高上调3倍左右;淀粉分解相关基因BAM3、MEX1和DPE2在不同时期有所下调,达到显著性差异水平(P<0.05)。【结论】柑橘黄龙病感染甜橙后,对植株叶片中光合产物的形成与运转产生影响,扰乱宿主糖代谢平衡,与宿主淀粉积累及后期症状的产生有密切关系。
    飞蝗表皮蛋白Obstructor家族基因的分子特性及基于RNAi的功能分析
    王燕,李大琪,刘晓健,李涛,马恩波,范仁俊,张建珍
    中国农业科学. 2015, 48(1):  73-82.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.08
    摘要 ( 175 )   HTML ( 1 )   PDF (582KB) ( 510 )   收藏
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     【目的】获得飞蝗(Locusta migratoria)表皮蛋白ObstructorObst家族基因的cDNA序列,并研究其序列特征和mRNA表达特性,探讨其生物学功能,为害虫防治提供新的分子靶标。【方法】采用生物信息学方法搜索飞蝗转录组数据库获得Obst家族基因cDNA片段,并进行BLAST分析得到Obst家族基因的cDNA序列;采用RACE技术扩增该家族基因的3′cDNA序列,拼接后获得全长;SignalP在线软件分析蛋白的信号肽,SMART网站预测其功能域,并使用Mega 5.10软件中Neighbor-Joining方法,与黑腹果蝇(Drosophila melanogasterObst家族基因和赤拟谷盗(Tribolium castaneumCPAP3家族基因(Obst家族基因的同源基因)氨基酸序列进行聚类分析;采用real-time quantitative PCR(qPCR)方法检测LmObst家族基因在5龄若虫不同组织部位和不同龄期体壁的表达情况,绘制表达图谱;采用RNA干扰(RNAi)技术探讨LmObsts对飞蝗发育的影响。【结果】在飞蝗转录组数据库中搜索得到8个Obst家族基因的cDNA片段,通过NCBI进行BLAST分析显示与赤拟谷盗CPAP3、黑腹果蝇Obst高度同源,属于LmObst家族基因片段,其中5个是全长序列,3个序列缺失3′端;采用RACE技术获得3′末端cDNA序列;将得到的8个LmObst家族基因全长序列进行功能域分析,发现具有Obst家族表皮蛋白的特点,即有1个信号肽与3个几丁质结合域ChtBD2;并与黑腹果蝇、赤拟谷盗同源基因进行进化树的构建,根据进化树分析结果,分别命名为LmObst-A1LmObst-A2LmObst-BLmObst-CLmObst-D1LmObst-D2LmObst-E1LmObst-E2。qPCR结果显示LmObst-E1LmObst-E2在前肠和后肠高特异性表达,LmObst-D1在体壁和前肠高表达,其他LmObsts在体壁或外胚层内陷形成的前肠和后肠高表达,在胃盲囊、中肠、马氏管和脂肪体中低表达;LmObst家族基因在5龄若虫不同天数体壁的表达趋势比较接近,在5龄前期高表达,中期降到最低,蜕皮前又上升到高水平。采用RNAi技术研究基因的生物学功能,5龄若虫第5天分别注射dsLmObst,对照组注射等量dsGFP,48 h后检测沉默效率,发现目的基因表达量显著降低;进一步观察发现,注射dsLmObst-E1的5龄若虫80%无蜕皮迹象,在5龄若虫状态下死亡,剩余20% 若虫蜕皮延迟1—2 d,并且蜕至成虫后,16 h内全部死亡;其余注射双链的试虫普遍发生蜕皮延迟1—3 d的现象,但未发现其他可见的异常表型。【结论】获得8个飞蝗LmObst家族基因,所有Obst家族蛋白功能域保守,均有1个信号肽与3个几丁质结合域ChtBD2LmObsts主要参与飞蝗体壁和前、后肠等外胚层发育来源组织器官的形成。LmObst-E1是飞蝗发育所必需的,该基因沉默可导致飞蝗死亡,其他7个LmObsts的沉默导致飞蝗发育延迟1-3 d,但无致死效应。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    华北平原作物生产碳足迹分析
    王占彪,王猛,陈阜
    中国农业科学. 2015, 48(1):  83-92.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.09
    摘要 ( 327 )   HTML ( 1 )   PDF (2533KB) ( 839 )   收藏
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    【目的】分析华北平原作物生产碳足迹的动态、分布以及构成,为发展低碳农业提供理论支撑与科学依据。【方法】基于中国华北平原河北、北京、天津、山东、河南5个代表省(市)的47个市的耕地面积、农作物播种面积、产量、产值及作物生产投入等统计数据,利用农业领域碳足迹理论及生命周期评价法,估算作物生产的单位播种面积碳足迹(CFs)、单位耕地面积碳足迹(CFc)、单位产量碳足迹(CFy)及单位产值碳足迹(CFv)。以2002年为节点,把1993—2012年分为两个时间段,分析作物生产碳足迹的变化趋势以及华北平原47个市的作物生产碳足迹的分布、构成情况。根据1993—2012年不同市的平均单产,取5个单产最高与5个单产最低的市,分析华北平原高产市与低产市的碳足迹、单位面积投入以及作物构成。【结果】华北平原作物CFsCFc在过去20年里呈增加趋势,CFs平均值从时段Ⅰ的4.08 tCO2eq·hm-2升高到时段Ⅱ的4.72 tCO2eq·hm-2,平均变化率为0.66 tCO2eq·hm-2·10a-1CFc平均值从时段Ⅰ的6.81 tCO2eq·hm-2升高到时段Ⅱ的8.12 tCO2eq·hm-2,平均变化率为1.16 tCO2eq·hm-2·10a-1。华北平原作物CFyCFv在过去20年里呈降低趋势,CFy平均值从时段Ⅰ的0.54 tCO2eq·t-1下降到时段Ⅱ的0.42 tCO2eq·t-1,平均变化率为-0.12 tCO2eq·t-1·10a-1CFv平均值从时段Ⅰ的3.91 tCO2eq·¥10-4下降到时段Ⅱ的2.51 tCO2eq·¥10-4,平均变化率为-1.60 tCO2eq·¥10-4·10a-1。华北平原不同区域作物生产碳足迹差异较大,沿海地区(唐山、天津、秦皇岛、东营、烟台等)CFsCFc较大,CFyCFv较小,河南南部地区(驻马店、信阳、平顶山、洛阳)CFsCFc较小,CFyCFv较大。高产市CFsCFc显著高于低产市,CFyCFv显著低于低产市(P<0.05);高产市单位面积投入显著高于低产市,且蔬菜种植面积比例高于低产市(P<0.05)。在华北平原作物生产的碳足迹构成中,灌溉用电(30.25%)、氮肥投入(23.07%)以及农田N2O直接排放(19.83%)所占比例较大,其他投入所占比例较小。【结论】在过去20年里,华北平原作物单位播种面积碳足迹、单位耕地面积碳足迹呈增加趋势,而单位产量碳足迹、单位产值碳足迹呈降低趋势。在华北不同区域中,沿海各市前两者较大,后两者较小,而河南南部各市前两者较小,后两者较大。碳足迹构成中,灌溉用电与氮肥投入所占比例较高,高产市单位面积投入及蔬菜种植比例较大。
    畜禽产品碳足迹研究进展与分析
    黄文强,董红敏,朱志平,刘翀,陶秀萍,王悦
    中国农业科学. 2015, 48(1):  93-111.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.10
    摘要 ( 304 )   HTML ( 1 )   PDF (2250KB) ( 655 )   收藏
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    畜禽养殖业是重要的温室气体排放源科学评估畜禽产品的碳足迹,对减排技术的选择和低碳农业的发展具有重要意义。笔者在总结国内外畜禽产品碳足迹评估方法的基础上,汇总了中国及欧美等发达国家评估鸡蛋、猪肉、牛肉和牛奶等畜禽产品碳足迹的研究结果,并对现有研究结果进行综合分析。从畜禽产品产生的碳足迹分析,选择的功能单位不同对畜禽产品的碳足迹有明显影响,每生产1 kg牛肉的碳足迹最大,达到(20.51±8.39)kg CO2-eq;其次为每生产1 kg猪肉和1 kg鸡蛋,分别为(4.24±1.07) kg CO2-eq和(2.24±0.83)kg CO2-eq;每生产1 kg牛奶的碳足迹最小,为(1.19±0.40) kg CO2-eq;畜禽产品每提供1 kg蛋白质的碳足迹从大到小依次为牛肉、牛奶、猪肉和鸡蛋,分别为(103.05±42.14)、(39.72±13.20)、(32.09±8.14)和(19.37±7.15)kg CO2-eq;畜禽产品每提供1 kg脂肪的碳足迹从大到小依次为牛肉、牛奶、鸡蛋和猪肉,分别为(488.25±199.65)、(37.23±12.37)、(29.28±10.80)和(11.45±2.91) kg CO2-eq;畜禽产品每提供1 000 kcal能量的碳足迹从大到小依次为牛肉、牛奶、鸡蛋和猪肉,分别为(16.41±6.71)、(2.21±0.73)、(1.56±0.57)和(1.07±0.27) kg CO2-eq。从畜禽产品的生产环节对系统排放量的贡献率分析,饲料作物种植和生产加工环节是鸡蛋和猪肉生产时温室气体排放最高的环节,该环节分别占鸡蛋和猪肉生产系统排放量的(74.0±16.5)%和(61.3±7.6)%;肠道发酵甲烷排放对牛肉和牛奶生产过程中碳足迹贡献比例最大,分别占牛肉和牛奶生产系统排放量的(53.7±8.2)%和(52.7±6.1)%。从畜禽产品生产产生的温室气体对系统排放量的贡献率分析,CO2是鸡蛋生产碳足迹中贡献率最高的温室气体,其排放量占整个系统的(55.42±2.7)%,N2O是猪肉生产碳足迹中贡献率最高的温室气体,占整个系统其排放量的(56.8±10.4)%,CH4是牛肉和牛奶生产碳足迹中贡献率最高的温室气体,分别占牛肉和牛奶碳足迹的(50.2±8.3)%和(58.6±8.3)%。目前国外尤其是欧美等发达国家关于畜禽产品碳足迹研究相对较多,但采用的评估方法和计算模型不同,需要建立统一的畜禽产品碳足迹评估方法。中国在畜禽产品碳足迹评估领域仍处于起步阶段,建议在国内外现有研究的基础上,建立符合中国生产实际的评价方法,系统评估中国畜禽产品的碳足迹,同时针对不同畜禽产品碳足迹贡献率高的环节开展减排技术研究,为科学评估中国畜禽产品的碳足迹,筛选减排技术,降低碳排放强度提供支持。
    园艺
    黄瓜单性结实性状的QTL定位
    武喆,李蕾,张婷,张停林,李季,娄群峰,陈劲枫
    中国农业科学. 2015, 48(1):  112-119.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.11
    摘要 ( 346 )   HTML ( 1 )   PDF (379KB) ( 719 )   收藏
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    【目的】黄瓜是世界十大蔬菜之一,单性结实是与黄瓜产量和品质密切相关的重要性状。对黄瓜单性结实进行研究,探明全雌性单性结实性状的遗传规律,并进行QTL定位,为进一步了解其分子机理和标记辅助育种奠定基础,也为黄瓜单性结实性状改良提供理论依据。【方法】试验采用对单株主、侧蔓各夹8朵雌花,待所有单株夹花结束后8—10 d一次性调查单性结实座瓜的方法,通过计算单性结实百分率(单性结实瓜数/所夹雌花数×100%)来评价单性结实能力。利用全雌单性结实材料EC1和雌雄同株非单性结实材料8419、14519分别构建的F2群体进行遗传分析。以EC1×8419杂交得到的部分F2为作图群体,利用9930和gy14黄瓜全基因组测序开发的1 335对SSR标记和双亲重测序开发的143对Indel标记引物进行多态引物筛选,采用JionMap4.0软件进行遗传图谱构建,以该配组F2﹕3家系群体为研究对象,利用WinQTLcart2.5软件进行单性结实QTL检测。运用生物信息学的分析方法对初定位主效QTL区间进行候选基因分析。【结果】试材EC1的单性结实遗传符合数量性状的特征,但与不同材料配组的后代群体分离偏向不同亲本。构建了一张含有7条染色体、116个SSR标记和9个Indel标记的连锁图谱,图谱总长度为802.9 cM,标记间平均距离6.3 cM。共检测到7个与单性结实相关的QTL,分别为Parth1、Parth2-1、Parth2-2、Parth3-1、Parth3-2、Parth5、Parth7,分布在1、2、3、5、7染色体上。其中仅Parth2-1在春、秋两季中均被检测到,LOD值分别为9.0和6.2,贡献率为17.4%和10.2%,位于标记SSR00684-SSR22083之间,认为是控制单性结实的主效QTL位点。该区段的遗传距离为17.1 cM,物理距离2.9 Mb,包含307个基因,推测参与植物激素信号转导的基因Csa2M035330.1Csa2M070880.1是与单性结实相关性较大的候选基因。其他位点都为微效位点。【结论】单性结实的遗传符合数量性状特征,位于2号染色体上的Parth2-1是控制黄瓜单性结实性状的主效QTL位点。推测植物激素代谢通路中的基因是可能的候选基因。研究结果为单性结实主效基因的精细定位和克隆及分子标记辅助育种奠定了基础。
    外源亚精胺对高温胁迫下生姜叶片内源激素及叶绿体超微结构的影响
    李秀,巩彪,徐坤
    中国农业科学. 2015, 48(1):  120-129.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.12
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    【目的】生姜具喜温怕热的特性,生产中极易遭受高温伤害。本文旨在通过研究高温胁迫条件下外源亚精胺(Spd)与内源激素的关系,以及对叶绿体的保护作用,探讨外源Spd缓解生姜高温胁迫的生理机制。【方法】以砂培莱芜大姜为试材,置光周期12 h/12 h、昼夜温度28℃/18和38℃/28的光照培养箱内,分别采用0.5 mmol·L-1Spd处理生姜根系,在处理后0、5、10、15和20 d时测定功能叶片的相对含水量、叶绿素含量、MDA含量、电解质渗透率、叶绿素荧光参数、活性氧(ROS)和内源激素代谢等相关指标,并于处理后第20 天观察叶绿体及类囊体超微结构。【结果】高温胁迫导致生姜叶片叶绿体和类囊体严重受损,叶绿素含量降低;随着高温胁迫时间的延长,叶片Fv/FmФPSIIFv/FmqPP持续降低,NPQβ/α-1和D显著升高;主要表现为PSII反应中心的光化学活性降低,致使光能过剩,诱发 和H2O2大量积累,导致叶片MDA含量和电解质渗透率升高。高温胁迫下SOD活性、ABA含量和脯氨酸含量先升后降;APX活性、CTK含量和KT含量持续下降。外源添加Spd可恢复叶片相对含水量和叶绿素含量,降低MDA含量和电解质渗透率,维持叶绿体和类囊体结构的完整性,促使叶绿素荧光参数趋于正常水平,提高高温胁迫下抗氧化酶活性及内源激素水平,进而降低ROS水平,缓解高温对生姜幼苗产生的伤害。【结论】38℃/28的高温胁迫导致生姜叶片受损,叶绿体和PSII功能紊乱,活性氧和内源激素水平异常;外源添加0.5 mmol·L-1Spd可降低高温胁迫下生姜叶片损伤程度,维护叶绿体的正常生理功能,维持内源激素的正常代谢,进而提高生姜植株的耐热性。
    覆草对苹果叶片显微结构及光系统功能的影响
    吕三三,杜国栋,刘志琨,吕德国,李爽
    中国农业科学. 2015, 48(1):  130-139.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.13
    摘要 ( 290 )   HTML ( 1 )   PDF (2757KB) ( 472 )   收藏
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    【目的】探究渤海湾北部冷凉苹果产区,果园覆草管理措施对苹果叶片光合机构及生理功能的影响机制,为果园有机覆盖措施提供理论依据。【方法】以2年生‘寒富’苹果/GM256/山定子为试材,当地自然生长的马唐草(Digitaria sanguinalis(L.)Scop.)为覆盖材料,设覆草处理(1 kg草/盆,C1N0),施用氮肥处理(3.4 g尿素/盆,C0N1),覆草+氮肥处理(1 kg草+3.4 g尿素/盆,C1N1)和对照(CK)4个处理,通过盆栽试验模拟果园覆草的土壤管理措施,研究覆盖草残体及配施氮肥各处理对苹果叶片的显微结构、光合色素含量、叶片气体交换参数及光合机构整体功能的影响。【结果】与对照相比,盆栽条件下覆草配施氮肥各处理对苹果叶片显微结构产生影响,其中单独覆草处理及施氮肥处理均可以增加栅栏组织的厚度和栅栏组织/海绵组织的比值,但两处理叶片的海绵组织厚度、叶片厚度与对照差异不显著;覆草+氮肥处理的苹果叶片栅栏组织厚度、海绵组织厚度和叶片厚度分别较对照增加8.45%、12.91%和19.34%,明显提高了叶片栅栏组织/海绵组织的比值。覆草处理可改变叶片的叶绿素含量、叶绿素组分比例和光合气体交换参数,其中叶绿素a含量、总叶绿素含量、叶绿素a/b和叶片净光合速率(Pn)分别提高22.67%、12.71%、23.42%和22.83%;施氮肥处理与覆草+氮肥处理的叶片光合色素含量和光合生理参数高于覆草处理及对照水平,后者的叶绿素a含量、叶绿素b含量和总叶绿素含量分别是对照的1.42、1.04和1.37倍,叶片的净光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)也分别较对照增加41.71%和21.99%。各处理叶片的叶绿素荧光诱导动力曲线和820 nm光吸收曲线出现较为明显变化,经JIP-test荧光数据分析表明,最大光化学效率(Fv/Fm)、捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游其他电子受体的概率(ψo)和PSⅡ反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额(φEo表现为C1N1>C0N1>C1N0>CK,叶片光合性能指数(PIABS)、光系统Ⅰ(PSⅠ)最大氧化还原能力(ΔI/Io)也均高于对照水平。各处理均提高了苹果植株的生长发育水平,单独覆草处理的叶片长度与对照无显著差异,而施氮肥处理的叶片长度较对照增加10.63%,覆草处理及施氮肥处理均可明显增加叶片的宽度和叶片面积,苹果植株的干周也分别较对照增加8.82%和12.35%,覆草+氮肥处理的苹果植株叶片长度、叶片宽度、叶面积和干周则分别是对照的1.14、1.19、1.44和1.21倍。【结论】盆栽试验条件下,模拟果园覆草和施用氮肥复合处理可显著提高叶片光合效能,有效促进苹果树生长
    畜牧·兽医
    两个贵州山羊品种GHSR和GHRL基因遗传变异及其与生长性状的关联性
    宋桃伟,蔡惠芬,罗卫星,刘若余,张依裕,孙岩岩,刘彬
    中国农业科学. 2015, 48(1):  140-153.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.14
    摘要 ( 277 )   HTML ( 1 )   PDF (3896KB) ( 419 )   收藏
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    【目的】探讨GHSR和GHRL基因作为山羊体重体尺性状候选基因的可能性,寻找与山羊生长性状相关的分子遗传标记。【方法】以贵州白山羊和贵州黑山羊为研究素材,采用DNA混合池结合PCR产物直接测序及PCR-SSCP技术检测GHSR和GHRL基因的单核苷酸多态性,利用SPSS (18.0)软件GLM统计模型分析基因SNPs不同基因型及合并基因型与贵州山羊生长性状的关联性,同时采用在线软件对GHSR基因进行生物信息学分析。【结果】在GHSR基因外显子2和3′UTR分别检测到G200A同义突变和T628C位点,而在5′UTR区和外显子1则未发现多态性。设计一对特异性引物对G200A位点进行PCR-SSCP分析,表现为3种基因型,依次命名为GG、GA和AA。GG基因型为优势基因型,在贵州白山羊和贵州黑山羊母羊群体中等位基因G为优势等位基因,其等位基因频率分别为0.6731和0.5243。而在贵州黑山羊公羊群体中A则为优势等位基因,其频率为0.5122。多态信息含量均表现为中度多态(0.25<PIC<0.50)。在GHRL基因内含子2处发现1个G141A突变,外显子2和外显子4处分别检测到2个同义突变(T78C和C14T),设计一对特异性引物对C14T位点进行SSCP分析,显示为2种基因型CT和CC。在所有试验群体中,CC基因型为优势基因型,其频率分别为0.7692、0.9417和0.9390,等位基因C为优势等位基因,其频率依次为0.8846、0.9709和0.9695,多态信息含量均显示为低度多态(PIC<0.25)。χ2检验显示所有试验群体G200A和C14T位点基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡(P>0.05)。关联分析表明,GHSR基因G200A位点与山羊体重、体高、体斜长和管围显著相关 (P<0.05),纯合子GG基因型优势较为明显,贵州白山羊GG基因型个体的体高显著高于GA基因型个体和管围显著高于AA基因型个体(P<0.05)。C14T位点贵州黑山羊 (公羊) CC基因型个体的体重、体高和胸围显著高于CT基因型 (P<0.05)。组合基因型对体高和胸围指标的影响显著(P<0.05),表现为CCGG合并基因型个体的体高显著高于CCAA合并基因型个体 (P<0.05)。生物信息学分析揭露,GHSR基因5’UTR处未检测到核心启动子区和CpG岛,仅发现1个CAAT-box和部分潜在的转录因子结合位点,G200A导致mRNA二级结构发生明显变化。GHSR蛋白二级结构以α-螺旋为主 (48.90%),三级结构及跨膜螺旋结构预测表明该蛋白是膜蛋白。【结论】研究初步推测GHSR基因和GHRL基因多态性及合并基因型对山羊生长性状具有较显著的影响,G200A和C14T位点可作为山羊生长性状的有效遗传标记用于指导山羊的分子育种。
    纳米锌水平对公羊精液品质、抗氧化酶活性及附睾Cu-ZnSOD表达的影响
    张春香,秦小伟,郭丽娜,张国林,张建新,任有蛇
    中国农业科学. 2015, 48(1):  154-164.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.15
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    【目的】微量元素锌是动物正常繁殖所必需的元素,研究旨在了解日粮纳米锌对公羊精液品质、抗氧化酶和附睾Cu-ZnSOD蛋白表达的影响,分析公羊精液品质参数与精浆抗氧化酶活性的相关性。【方法】将16只9月龄健康状况良好体重相近的晋中绵羊公羊,随机分成4组,分别喂给基础日粮(对照组),基础日粮+50 mg·kg-1、100 mg·kg-1和150 mg·kg-1 DM纳米锌。试验期90 d。在试验78 d和79 d连续两天采集精液,每次采集精液取出100 µL评价精液品质参数,剩余精液离心分离精浆,测定精浆Cu-ZnSOD、GPxs活性及总抗氧化能力;试验结束时,用手术去势法采集附睾头、附睾体和附睾尾组织,采用免疫组化技术对附睾头、附睾体和附睾尾中Cu-ZnSOD进行定位,并用Image Pro Plus 7.0软件分析的平均光密度值进行Cu-ZnSOD蛋白定量。【结果】日粮纳米锌对公羊射精量影响差异不显著(P>0.05)。与对照组相比,添加50 mg·kg-1或100 mg·kg-1纳米锌组公羊的精子密度、精子活力和精子质膜完整性显著增加P<0.05),精子畸形率显著降低P<0.05);添加150 mg·kg-1组精子质膜的完整度显著增加(P<0.05),其精子活力和精子密度与对照组的差异不显著(P>0.05)。日粮添加50 mg·kg-1或100 mg·kg-1纳米锌组公羊精浆Cu-ZnSOD活性、GPxs活性和总抗氧化能力显著高于对照组P<0.05),精浆MDA含量显著低于对照组(P<0.05);添加150 mg·kg-1组公羊精浆总抗氧化能力显著高于对照组(P<0.05),其精浆Cu-ZnSOD活性、GPxs活性和MDA含量与对照组差异不显著(P>0.05)。免疫组化定位结果显示Cu-ZnSOD在附睾头和附睾体假复层上皮、结缔组织和附睾尾的单层柱状上皮中均检测到阳性信号,试验处理组公羊附睾中Cu-ZnSOD表达量由高到低顺序是:附睾体>附睾头>附睾尾;然而对照组的顺序为:附睾头>附睾体>附睾尾。50 mg·kg-1或100 mg·kg-1纳米锌组公羊附睾头和附睾体阳性信号的平均光密度显著高于对照组和150 mg·kg-1纳米锌P<0.05)。精浆Cu-ZnSOD活性与精子密度、精子活力和精子质膜完整性呈正相关,与精子畸形率呈负相关。【结论】日粮添加50 mg·kg-1或100 mg·kg-1纳米锌可改善精液品质,提高精浆抗氧化能力,增加附睾中Cu-ZnSOD蛋白表达量。精浆Cu-ZnSOD活性可以作为检测精液品质优劣的指标在羊生产中应用。微量元素锌对精液品质影响调控的分子机理还需进一步深入研究。
    miR-663通过靶向TGF-β1调控羊驼黑色素细胞的黑色素生成
    贾小云,金雷皓,苗潋涓,丁娜,范瑞文,董常生
    中国农业科学. 2015, 48(1):  165-173.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.16
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    【目的】预测和验证羊驼TGF-β1是miR-663的靶基因之一,并对miR-663介导的TGF-β1在黑色素生成过程中的作用进行研究。【方法】利用Targetscan、RNAhybrid和RNA22在线预测miR-663的靶基因,并对靶基因3′UTR区可能的miR-663的作用位点进行分析。利用DNAMAN 软件分析比对羊驼、人和牛等哺乳动物TGF-β1-3′UTR 区的相似性。利用SacⅠ和XbaⅠ将羊驼TGF-β1 基因的3′UTR区插入pmirGLO构建双荧光报告载体pmirGLO-TGF-β1-3′UTR并与miR-663 mimic共转染293T细胞,通过测定荧光素酶活性来验证miR-663的直接靶基因是TGF-β1。在羊驼黑色素细胞中通过转染miR-663 mimic来过表达miR-663,并利用qRT-PCR和Western blotting检测miR-663过表达后细胞中TGF-β1、Smad3、Smad4、Smad7和β-catenin分别在mRNA和蛋白水平的变化及黑色素含量的变化。【结果】软件预测显示miR-663有68个保守的靶基因,包含74个保守的靶位点和44个非保守靶位点。TGF-β1是miR-663的靶基因之一,且已被证明与毛囊发育和黑色素生成相关。不同物种的TGF-β1基因的3′UTR区相似性较高且均存在多个保守的miR-663靶位点。克隆了羊驼TGF-β1 基因3′UTR区发现存在3个保守的miR-663靶位点。成功构建包含3个miR-663作用位点的pmirGLO-TGF-β1-3′UTR双荧光报告载体并与miR-663 mimic共转染293T细胞。双荧光素酶报告基因检测结果显示:与对照组相比,试验组pmirGLO-TGF-β1-3′UTR + miR-663 mimic荧光素酶活性下调31.01%,表明TGF-β1是miR-663直接的靶基因。在羊驼黑色素细胞中转染miR-663 mimic后:miR-663表达量上调334倍,TGF-β1、β-catenin、Smad4基因的表达量分别下调89%、41%、34%;TGF-β1蛋白表达量下降了21%,β-catenin蛋白表达量无明显差异;黑色素细胞中的黑色素含量下降 42%。【结论】TGF-β1是miR-663的直接靶基因。miR-663通过调控TGF-β1的表达而影响TGF-β/Smad和Wnt信号通路,进而影响羊驼黑色素细胞中的黑色素生成。
    研究简报
    水稻镉安全亲本材料对镉的吸收分配特性
    张路,张锡洲,李廷轩,戢林,郑陶
    中国农业科学. 2015, 48(1):  174-184.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.17
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    【目的】筛选获得水稻镉(Cd)安全亲本材料,研究水稻Cd安全亲本材料对Cd的吸收分配特性,为稻米安全生产提供优良的种质资源。【方法】以56份水稻亲本材料为研究对象,在Cd污染农田土壤上进行大田试验,以糙米Cd含量为筛选指标,通过聚类分析筛选出水稻Cd安全亲本材料,并分析其在不同生育时期对Cd的吸收及分配特性。【结果】(1)当大田土壤Cd含量为13.89 mg·kg-1时,56份水稻亲本材料地上部Cd含量和积累量在分蘖期CV=44.05%和CV=50.21%)、孕穗期CV=23.57%和CV=28.62%)和成熟期CV=44.98%和CV=44.69%)材料间均存在极显著差异。糙米Cd含量的变幅为0.151.77 mg·kg-1,最大值与最小值相差达11.80倍,其中Cd含量最低为0.15 mg·kg-1,低于食品安全国家标准0.2 mg·kg-1。(2)以糙米Cd含量为筛选指标将供试材料划分为安全材料、普通材料和高积累材料3类,其中安全材料的糙米Cd含量平均为0.20 mg·kg-1,显著低于普通材料(0.65 mg·kg-1)和高积累材料1.57 mg·kg-1),且谷壳中的Cd含量以及籽粒分配系数也以安全材料为最低。(3)3类材料地上部Cd含量均随着生育时期的推进显著降低,且安全材料地上部Cd含量在分蘖期、孕穗期和成熟期均显著低于普通材料和高积累材料,特别是成熟期普通材料和高积累材料较安全材料高1.35和3.39倍。(4)安全材料地上部Cd积累量在3个生育时期均显著低于普通材料和高积累材料。其中安全材料在成熟期地上部的平均Cd积累量与普通材料相差2.23倍,与高积累材料相差3.86倍,成熟期材料间差异在3个生育时期为最大。且其地上部的Cd阶段性积累量在分蘖期孕穗期积累能力最强,孕穗期―成熟期最弱。但普通材料和高积累材料则在3个生育时期阶段性积累量差异不显著。(5)安全材料糙米中Cd含量较低,与其向籽粒中较低的Cd分配转移能力有关。安全材料糙米中Cd的分配量仅占地上部Cd积累总量的8.11%,而普通材料和高积累材料糙米Cd积累量占地上部Cd积累总量的11.60%和17.59%。【结论】通过筛选获得的安全材料D62B、IRBN95-90和GRlu 17/ai TTP//lu 17_2在大田试验中其糙米Cd含量均低于食品安全国家标准(0.20 mg·kg-1),这3份材料可作为Cd安全亲本材料,为中轻度Cd污染农田水稻生产提供Cd安全种质资源
    甘蔗NADP异柠檬酸脱氢酶基因(SoNADP-IDH)的克隆与表达分析
    谢晓娜,杨丽涛,王盛,张小秋,李杨瑞
    中国农业科学. 2015, 48(1):  185-196.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.18
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    【目的】甘蔗是C4作物,是中国最重要的糖料作物和最有希望的能源作物。克隆甘蔗NADP异柠檬酸脱氢酶(SoNADP-IDH)基因,为甘蔗的抗病乃至抗逆育种提供候选基因。【方法】采用双向电泳技术找到差异蛋白点,用质谱技术对相应蛋白点进行鉴定,用RT-PCR技术从甘蔗中克隆SoNADP-IDH,用在线软件对获得的氨基酸序列进行分析,并用qRT-PCR技术研究SoNADP-IDH在不同组织和不同逆境胁迫条件下的表达特性。【结果】质谱成功鉴定出差异蛋白点并克隆获得该基因,命名为SoNADP-IDH,GenBank登录号为KF808326。该cDNA全长1 497 bp,含有1个1 239 bp的完整开放阅读框(ORF),编码412个氨基酸。生物信息学分析表明,该蛋白为亲水蛋白,不含信号肽,为稳定蛋白,有跨膜区域,为可溶性蛋白,二级结构分析显示,含有α-螺旋、延伸链、β-转角、无规则卷曲,并且α-螺旋和无规则卷曲占据了该蛋白质二级结构的大部分构成。在线软件分析表明该基因含有19个磷酸化位点、4个N-糖基化位点、4个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、4个N-肉豆蔻酰化作用位点、6个蛋白激酶C磷酸化位点和1个酪氨酸激酶磷酸化位点。多重序列和系统进化树分析表明,SoNADP-IDH所编码的氨基酸序列与其他植物的异柠檬酸脱氢酶(IDH)蛋白有很高的同源性,与玉米的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,SoNADP-IDH在甘蔗的根、茎、叶中均有表达,在甘蔗体内为组成型表达,在生物胁迫(RSD病菌)和4种非生物胁迫下低温(4℃)、干旱(PEG)、高盐(NaCl)和激素(ABA)均可影响SoNADP-IDH在甘蔗体内的表达,且表达模式不同。在PEG模拟的干旱胁迫下,SoNADP-IDH的表达表现出先上调后下调的表达模式,6 h表达量升到最高,之后又开始持续下降,在处理48 h时表达量降到最低;在4处理的低温胁迫下,3 h时,SoNADP-IDH的表达量降到最低,之后随着处理时间的延长,SoNADP-IDH的表达量增加,24 h升到最高点,48 h时,又有稍微下降;在ABA作用下,SoNADP-IDH表现出“抑-扬-抑-扬”的表达模式,在处理3 h时SoNADP-IDH表达量有所降低,6 h时升到最高,在处理24 h时降到最低,48 h又有所上升;NaCl模拟的高盐胁迫下SoNADP-IDH表现出“扬-抑-扬”的表达模式,SoNADP-IDH的表达量在处理6 h时升到最高,之后开始急剧下降,24 h时降到最低,之后开始有所上升,48 h时基本与对照持平。【结论】从甘蔗中获得了NADP异柠檬酸脱氢酶(SoNADP-IDH)基因,RSD病菌的侵染及上述4种非生物逆境胁迫均影响到SoNADP-IDH在甘蔗体内的表达水平,该基因可能参与了甘蔗抵抗氧化胁迫的过程。
    ‘南通小方柿’GA2ox基因的克隆、亚细胞定位及表达分析
    屠煦童,张仕杰,陈小云,李宁宁,辛璐,薛晓晖,章镇,渠慎春
    中国农业科学. 2015, 48(1):  197-206.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.01.19
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    【目的】从地方矮化品种‘南通小方柿’(Diospyros kaki Linn. cv. Nantongxiaofangshi)中分离赤霉素合成关键酶基因GA2ox,并进行亚细胞定位及表达分析,为进一步探索其矮生性状形成机理及选育新型矮生品种奠定基础。【方法】以‘南通小方柿’幼嫩叶片为材料,通过改良的CTAB法提取总RNA,利用简并引物克隆GA2ox家族中2个基因的片段,采用3'和5'RACE方法得到基因的全长cDNA 序列,分别命名为DkGA2ox1DkGA2ox2。通过生物信息学方法分析结构特征,利用GFP进行亚细胞定位,实时荧光定量RT-PCR技术研究其在发芽期、展叶期、枯顶期、开花期、生理落果期、果实着色期、果实成熟期中的表达特性。【结果】生物信息学分析DkGA2ox1DkGA2ox2全长cDNA 序列分别为1 318 bp和1 267 bp,分别含有198 bp和61 bp的5′非翻译区及97 bp和172 bp的3'非翻译区。编码332个和334个氨基酸,与毛白杨(JX102472.1)、夹竹桃(AY594292.1)、烟草(AB125232.1)、矮牵牛(GU059939.1)、苹果(FJ571521.1)、梨(JF441168.1)、葡萄(JQ608472.1)的相似度达73%—77%。含有保守20G-Fe(Ⅱ)-Oxy蛋白结构域,高度保守的2-酮戊二酸结合位点(DkGA2ox1:Arg-272、Ser-274;DkGA2ox2:Arg-271、Ser-273)和Fe2+结合位点(DkGA2ox1:His-205、Asp-207、His-262;DkGA2ox2:His-204、Asp-206、His-261),有赤霉素2-氧化酶蛋白家族共同的结构特点。DkGA2ox1DkGA2ox2编码蛋白分子量分别为36 596.1 Da和37 544.2 Da,均为稳定蛋白,无信号肽,无跨膜结构域,无明显疏水区,属于C19-GAoxs。瞬时表达载体的构建及洋葱表皮细胞转化后,洋葱表皮细胞的瞬时表达结果显示,DkGA2ox1编码蛋白定位于细胞核和细胞质中。DkGA2ox1DkGA2ox2在开花期表达最丰富,并在7个典型物候期中均高于乔化品种‘大方柿’。【结论】南通小方柿中赤霉素2-氧化酶基因的表达与其矮生性状有关。