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当期目录

    2015年 第48卷 第3期 刊出日期:2015-01-31
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    不同环境下水稻株高和穗长的QTL分析
    姚晓云,李清,刘进,姜树坤,杨生龙,王嘉宇,徐正进
    中国农业科学. 2015, 48(3):  407-414.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.01
    摘要 ( 400 )   HTML ( 1 )   PDF (1965KB) ( 675 )   收藏
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    【目的】水稻株高和穗长是影响水稻产量的2个重要因素,选育长穗大粒和株高适中的品种将对水稻的增产有非常重要的意义。通过对株高和穗长进行多环境QTL分析,鉴定稳定表达的株高和穗长的主效QTL,增加对株高和穗长遗传行为的了解,为水稻株型育种提供参考。【方法】首先,以辽宁省超级粳稻品种沈农265和云南省的地方粳稻品种丽江新团黑谷杂交衍生的粳-粳交重组自交系(recombinant inbredline,RIL)群体为试验材料,采用QTL IciMapping v3.0软件基于完备复合区间作图法在多环境条件下(沈阳,2011;海南,2012年;沈阳,2013年)对株高和穗长进行QTL分析;其次,基于上面定位的结果,结合已发表的文献和水稻数据库中的相关数据,对在3种环境条件下检测到的主效QTL进行比较分析,确定其可靠性;最后,采用主效QTL-BSA法(Bulked Segregant Analysis of Major QTL)对3种环境条件下检测到的主效QTL进行分析,进一步缩小目标QTL的区间范围。【结果】在3种环境条件下,沈农265和丽江新团黑谷的株高和穗长均存在显著差异,在RIL群体中,株高和穗长存在较大幅度变异,呈现双向超亲分离,近似于正态分布,这表明株高和穗长均为多基因控制的数量性状。在3种环境下,共检测到9个与株高和穗长相关的QTL,包括5个株高QTL,分布于第6、7、9和12染色体上,LOD介于2.67—19.39,加性效应值在-17.68—2.90,单个QTL贡献率为4.25%—37.35%;4个穗长QTL,分布于第6、7和9染色体上,LOD介于3.57—23.18,加性效应值在-3.22—1.42,单个QTL贡献率为11.30%—61.62%。有5个QTL被单独检测到,仅有4个QTL能在2个或3个环境中被检测到。其中,位于第9染色体上相同区间的qPL9a和qPH9能在3种环境中被检测到,而位于第7染色体上相同区间的qPH7qPL7b分别能在2种或3种环境中被检测到,增效等位基因均来自丽江新团黑谷。同时,依据已发表的相关文献和Gramene网站对所定位的主效QTL进行整合分析,在第7染色体上的RM10—RM248区域存在一个油菜素内酯的信号转导调控因子基因OsBZR1和8个控制株高或穗长相关的QTL,在第9染色体上的RM566—RM242区域存在多个赤霉素合成或油菜素内酯合成相关基因和9个控制株高或穗长相关的QTL,进一步验证了所检测到的主效QTL的可靠性。利用主效QTL-BSA分析法将第9染色体上控制株高和穗长的QTL-qPHL9qPL9aqPH9)定位在RM1189—RM24457,物理距离522.46 kb,而将新发现的第7染色体QTL-qPHL7qPL7bqPH7)定位在RM478—RM429,物理距离为856.49 kb。【结论】3种环境中,在沈农265和丽江新团黑谷的RILs群体分别检测到5个控制株高和4个控制穗长的QTL,其中位于第9染色体上的主效QTL-qPHL9同时影响株高和穗长,在3种环境中均能被检测到,位于第7染色体上的主效QTL-qPHL7同时影响株高和穗长,该位点能在2种环境中被检测到,是一个新的多效性QTL位点。
    1970s—2000s中国高粱杂交种亲本遗传距离演变的SSR分析
    王瑞,王金胜,张福耀,程庆军,田承华,凌亮
    中国农业科学. 2015, 48(3):  415-425.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.02
    摘要 ( 235 )   HTML ( 1 )   PDF (687KB) ( 403 )   收藏
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    【目的】对中国高粱不同时期主干品种的遗传背景进行分析,全面系统了解高粱杂交种及其亲本的亲缘关系、遗传多样性及种群间遗传距离的大小,可以减少亲本选配的盲目性,有效提高杂交育种工作的预见性。应用SSR标记技术分析高粱亲本及其F1的遗传差异,探讨中国高粱品种的遗传多样性及其高粱杂种优势利用以来的优势种群演变。【方法】通过对20世纪70年代以来最具代表性的中晚熟区杂交种及其亲本进行SSR标记遗传距离分析,从分子水平上分析中国高粱杂交种优势类群,研究高粱的育种进展以及杂种优势利用的演变特点。【结果】利用109对引物对55份材料进行扩增,结果表明,47对引物有较好的多态性,共得到等位基因变异373个,平均每个等位基因检测到多态性位点7.5个,多态性位点变化范围为2—14个。供试材料标记位点的PIC变化范围为0.0351—0.8836,平均为0.6085。55个材料间的遗传距离变幅为0.0889-0.9500,平均为0.6011。聚类分析将55份高粱材料聚成4类,聚类结果与根据地理来源、遗传背景的分类结果基本一致。不同年代杂交种亲本间的平均遗传距离在1970-1980年代呈上升趋势,之后略有下降。对不同杂种优势模式亲本间的遗传距离进行分析,得出Durra种群不育系×中国高粱恢复系和倾中国高粱恢复系、Kafir-caudatum种群不育系×中国高粱恢复系和倾中国高粱恢复系遗传距离远,产量高,因此,杂种优势利用模式应以Durra高粱×中国、倾中国高粱,Kafir-caudatum高粱×中国、倾中国高粱模式为主。【结论】高粱亲本间的遗传距离与杂种优势水平有较密切的关系,高粱亲本的选配应充分考虑遗传距离。
    豇豆属食用豆类间的远缘杂交
    刘长友,范保杰,曹志敏,苏秋竹,王彦,张志肖,程须珍,田静
    中国农业科学. 2015, 48(3):  426-435.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.03
    摘要 ( 258 )   HTML ( 1 )   PDF (960KB) ( 514 )   收藏
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    【目的】明确豇豆属下不同食用豆种间的杂交亲和性,为开展豇豆属食用豆远缘杂交育种提供参考。【方法】以绿豆、小豆、黑吉豆、饭豆、豇豆5种主要的豇豆属食用豆栽培豆种和Vigna minimaVigna nakashimaeVigna riukiuensis 3种小豆、饭豆的近缘野生种为亲本,进行豇豆属下食用豆种间的远缘杂交,并对“绿豆×小豆”、“饭豆×小豆”、“小豆×饭豆”的杂种幼胚进行幼胚拯救。通过调查杂交成荚率和杂种F1的农艺性状表现,分析豇豆属下不同食用豆杂交组合间的杂交亲和性。【结果】各食用豆种间亲缘关系的远近及母本的选择影响远缘杂交结果。除包含豇豆种的杂交组合外,其他食用豆种间正反交杂交组合均能够结荚,杂交荚和杂交籽粒的发育程度在各组合间存在差异。“绿豆×黑吉豆”、“小豆×Vigna minima”、“小豆×Vigna nakashimae”、“小豆×Vigna riukiuensis”4个杂交组合不存在受精前的遗传障碍,杂交成荚率较高,幼胚发育阶段存在不同程度的发育障碍,但均可以获得能够正常出苗的杂交籽粒,F1 植株结实率降低。绿豆和饭豆间正反交均能够结荚,但绿豆作母本时的成荚率显著高于饭豆作母本时的成荚率,且能够收获成熟的杂交荚和杂交籽粒。F1植株高度不育,即使与绿豆或饭豆回交也均不能获得有活力的后代种子。“绿豆×小豆”、“饭豆×小豆”2个杂交组合不存在受精前的杂交障碍,然而在受精后幼胚生长阶段却存在发育障碍。通过幼胚拯救可以获得两者的后代植株,前者F1高度不育,后者F1可育,但结实率降低。其他杂交组合间存在杂交荚发育一段时间后干枯或掉落、杂交籽粒胚败育等现象,未能获得后代植株。【结论】绿豆作母本与黑吉豆、小豆、饭豆杂交更利于杂交荚和杂交籽粒的发育;黑吉豆与小豆、饭豆杂交时存在胚败育现象;饭豆作母本与小豆杂交经幼胚拯救可以获得可育的F1植株;小豆与近缘野生种的杂交亲和性优于饭豆;豇豆与其他食用豆类间杂交均未成功
    农业信息技术
    作物根系构型三维探测与重建方法研究进展
    温维亮,郭新宇,赵春江,王传宇,肖伯祥
    中国农业科学. 2015, 48(3):  436-448.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.04
    摘要 ( 462 )   HTML ( 1 )   PDF (1909KB) ( 776 )   收藏
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    根系是作物获取水分和养分的重要器官,由于土壤的观测阻碍,根系三维形态的认知与表达成为作物根系深入研究的瓶颈。三维数字化、可视化是研究和认知作物形态结构的重要方法,研究具有表征根系长相长势及土壤中水分、养分等物质对作物根系构型的影响具有重要意义。本文从三维角度,综述了近年来作物根系构型探测手段、三维重构与可视化方面的研究进展。首先从破坏性探测与原位探测两方面介绍了近年来根系构型三维探测的方法。破坏性探测主要包括直接挖掘法、土块保护挖掘清洗法和平板扫描图像分析法,破坏性探测方法在获取全局或局部根系拓扑结构与平面几何构型参数方面具有较大优势;原位探测方法主要包括土壤中安置观察装置法、地面穿透雷达法、特殊培养环境法、CCD相机法、三维数字化方法及穿透射线成像法等,作物根系的原位探测保持了根系构型的空间分布信息,但大部分方法仅能针对作物生长初期或可控生长环境下的作物根系开展数据获取。由于作物根系探测数据大多以局部二维图像形式存在,文章综述了基于二维图像的作物根系平面几何构型解析的相关内容,包括基于二维图像的根系识别与参数提取的算法与相关软件。分析表明,目前作物根系数据获取仍存在:(1)数据获取费时费力;(2)方法局限性大;(3)数据完整性低;(4)各种方法所获取数据融合应用度低等问题。在根系探测的基础上,从三维建模与生长建模两方面介绍了作物根系三维建模与可视化方面的相关工作。其中,根系三维建模包括了基于模拟算法的几何建模和基于原位探测的三维重建两部分,基于模拟算法的几何建模是在人们对作物根系认识的基础上,结合计算机模拟算法,构建与实际根系具有形态相似性的根系三维几何模型;与之相比,基于原位探测的三维重建更能真实地反映作物根系的实际形态,其主要包括XCT、三维数字化等方法。最后,文章展望了数据缺失条件下的作物根系三维重建研究,认为在目前技术手段前提下,已可实现根系拓扑结构三维解析,但根系的空间分布重建难度较大,尤其是在大田环境下作物根系原位测量的前提下;此外,目前作物根系三维数据主要存在着数据缺失、各种数据各为己用等问题,认为有必要将小子样理论与数据融合相关方法引入到作物根系三维重建研究,实现缺失数据条件下有效利用多种数据获取手段的作物根系三维重建。
    基于语音识别的农产品价格信息采集方法
    许金普,诸叶平
    中国农业科学. 2015, 48(3):  449-459.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.05
    摘要 ( 193 )   HTML ( 1 )   PDF (453KB) ( 441 )   收藏
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    【目的】将语音识别技术应用到农产品价格信息采集中,面向非特定人和限定词汇量的汉语普通话连续语音识别,提出一种适合于农产品价格采集环境的语音识别鲁棒性方法;以隐马尔科夫模型为基础,训练出适合该环境下的声学模型,以缓解因测试环境和训练环境不匹配而导致的识别率降低,进一步提高识别率。【方法】在数据采集和处理阶段,首先根据要识别的限定词汇按照一定的语法规则构建转换文法,利用该文法生成的脚本指导训练集和测试集录音;然后选择不同的农产品价格采集环境和不同的说话人进行语音采集,并进行准确的人工切分,最后构建出语音语料库;在模型训练阶段,选择自左向右无跳转结构的连续混合密度隐马尔科夫模型,对训练集中的数据提取39维的MFCC特征向量,用于模型训练。首先以单音素为建模单元,并分别训练基于隐马尔科夫模型的男声模型、女声模型及男女混合声学模型;然后,考虑到单音素稳定性差和易受协同发音现象影响等因素,以上下文相关的三音素为识别单元建模,重新训练上述模型;针对三音子建模单元带来的模型数量大量增加,进而造成的训练样本不足问题,采用决策树状态聚类方法来改善该问题;决策树的构建过程中,利用语音学知识,根据声母发音方式、发音部位的不同以及韵母构成、韵头的不同,划分出若干声韵母集合实现了二值问题集的设计;在此基础上,用增加混和高斯分量的方法来进一步使得模型描述更加精确;最后,为了解决信道的乘性噪声问题,在采用上述策略的同时利用CMN和CVN方法来缓解测试环境与训练环境不匹配问题,最终训练得到了相应的男声模型和女声模型。在测试阶段,对采用上述各方法后得到的不同模型,分别采用相同的测试集进行试验,得出不同方法下的句子识别率、词识别率以及精准度。【结果】三音子声学模型的识别性能明显优于单音素声学模型,女声模型和男声模型的性能均优于男女混合声学模型决策树聚类方法对识别率的提高不明显但可以明显减少三音子模型的数量,混合高斯分量的增加对识别率具有一定提高但同时带来计算量的增加,CMN和CVN方法可以明显提高系统的识别性能。通过对不同地点和不同说话人进行测试,最终识别率男性为95.04%,女性为97.62%。【结论】语音识别技术应用到农产品价格信息采集过程中是可行的。本文提出了一种农产品价格采集环境下提高语音识别率的方法,试验证明通过该方法训练出的模型具有较好的识别性能,本研究方法为日后应用系统的开发奠定了基础。
    基于现代信息技术的蔬菜安全预警与追溯平台建设
    刁海亭,聂宜民
    中国农业科学. 2015, 48(3):  460-468.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.06
    摘要 ( 239 )   HTML ( 3 )   PDF (1326KB) ( 534 )   收藏
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    【目的】借助现代信息技术,实现蔬菜从生产到销售整个环节质量安全的预警与追溯。【方法】以蔬菜为研究对象,以国家蔬菜生产基地——寿光市为示范区,围绕寿光市蔬菜质量安全监管和溯源管理的信息化需求,采用WebGIS、物联网、条码识别、数据库等多种现代信息技术,研究蔬菜物流数据的采集和存储形式,并探索蔬菜质量安全预警与追溯平台的建设。【结果】结合物联网数据采集技术,采用SQLServer2008作为前台建立了一套属性数据库,包括产地蔬菜数据、蔬菜加工环节数据、蔬菜运输环节数据、蔬菜销售环节数据等。利用GIS功能制作了一套蔬菜质量安全相关空间数据,包括山东省道路图、寿光市采样点图、寿光市土壤养分图等。在此基础上,建立了一套切实有效的蔬菜质量安全预警与追溯平台。平台设计结合各种信息技术及寿光市蔬菜安全生产业务的需要,同时充分考虑数据的保密性和用户的需求,将平台划分为四大模块:数据查询、蔬菜质量安全预警、蔬菜质量安全追溯、辅助工具。实现的功能主要包括:蔬菜信息录入编辑,蔬菜产品信息及运送信息查询、地理坐标查询,实时预警,蔬菜质量安全追溯,蔬菜空间立体信息展示,蔬菜物流运输路径优化,蔬菜产地土壤养分统计,蔬菜产地土壤养分插值,网络视频监控等。其中实时预警功能利用物联网实时获取数据的特点,将采集的坐标、温度、湿度、时间等信息传送到平台服务器,该平台对蔬菜的温度、湿度、保质期等进行实时监测、预警,确保蔬菜的质量安全;蔬菜质量安全追溯功能根据蔬菜条形码和记载的物流坐标,在地图上对物流配送路径进行追溯;路径分析功能可以根据蔬菜运输的出发地和目的地进行路径的最优设计;蔬菜空间立体信息展示功能可以实现从土壤到地面再到大气的整个垂直面的立体化展示,是空间、时间不同节点信息数据的立体化集成。【结论】本研究充分利用GIS技术更形象地展示了蔬菜从开始种植到最后销售所有环节的信息,对蔬菜质量安全管理的提升有很大的帮助,一定程度上对政府相关部门监管蔬菜安全起到了很好的辅助决策功能。
    植物保护
    千金子对水稻生长的影响及其经济阈值
    吴尚,张纪利,李保同,汤丽梅
    中国农业科学. 2015, 48(3):  469-478.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.07
    摘要 ( 207 )   HTML ( 1 )   PDF (399KB) ( 451 )   收藏
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    【目的】千金子是直播稻田的恶性杂草,严重危害水稻生长发育,降低水稻产量。研究直播稻田千金子对水稻生长的影响及其经济阈值,为制定稻田千金子的防治指标和措施提供科学依据。【方法】在大田条件下,采用添加系列试验法研究不同密度千金子(0、1、3、6、9、12、15、18和21株/m2)对直播中稻和双季早、晚稻生长和产量的影响,采用模型拟合法研究不同密度千金子与水稻产量构成因子及其损失率间的函数关系,依据经济危害允许水平(EIL)公式推导不同类型稻田千金子的防治经济阈值。【结果】直播水稻在千金子的竞争干扰下,植株的株高、分蘖数、有效穗数、每穗实粒数、千粒重及产量均随千金子密度的增加而逐渐降低。与无千金子对照比较,在千金子密度为21株/m2时,早稻、中稻和晚稻株高分别下降11.73%、4.80%和7.82%,分蘖力分别下降22.08%、29.67%和19.22%,有效穗数分别下降12.00%、25.57%和21.43%,每穗实粒数分别下降13.28%、15.07%和14.82%,千粒重分别下降12.11%、11.99%和7.03%,从而导致产量分别降低39.22%、44.36%和37.80%。采用二次曲线函数y=ax2+bx+c可较好地拟合千金子密度与早稻(y=-0.0037x2-0.1389x+57.2631P<0.001)、中稻(y=-0.0007x2-0.0816x+77.0617P<0.001)和晚稻(y=-0.0006x2-0.2032x+78.0150P<0.001)株高的关系,与早稻(y=0.0229x2-3.5944x+331.5809,P<0.001)、中稻(y=-0.0529x2-5.3734x+464.9348,P<0.001)和晚稻(y=0.0302x2-3.7612x +399.7899P<0.001)分蘖力的关系,以及与早稻(y=-0.0259x2-1.3288x+282.2607,P<0.001)、中稻(y=0.0208x2-4.9362x +366.0443,P<0.001)和晚稻(y =0.0412x2-3.6170x+326.3593,P<0.001)有效穗数的关系;而采用对数函数y=alnx+b可较好地拟合千金子密度与早稻(y=-2.8309lnx+87.8309,P<0.001)每穗实粒数的关系,二次曲线函y=ax2+bx+c可较好地拟合中稻(y=0.0434x2-1.6046x+94.9940,P<0.001)和晚稻(y=0.0084x2-0.8042x+93.7427,P<0.001)每穗实粒数的关系。同时,采用二次曲线函数y=ax2+bx+c还可较好地拟合千金子密度与早稻(y=0.0051x2-0.2633x+27.1196,P<0.001)、中稻(y=-0.0003x2-0.1312x+25.7605,P<0.001)和晚稻(y=-0.0022x2-0.0335x+26.0215,P<0.001)千粒重的关系,以及与早稻(y=2.1426x2-144.7765x+6674.9628,P<0.001)、中稻(y=5.3452x2-298.2884x+8933.8063,P<0.001)和晚稻(y=1.4743x2-156.4516x+7906.4028,P<0.001)产量的关系;而早稻、中稻和晚稻产量损失与千金子密度之间的关系分别以幂函数y= 8.6313x0.4757P<0.001)、y=2.5916x0.9722P<0.001)和y=4.6306x0.6864P<0.001)拟合的效果最佳。在早稻、中稻和晚稻产量水平分别为7 500、9 750和8 625 kg·hm-2时, 人工防除千金子的经济危害允许水平分别为12.73%、8.80%和10.07%,经济阈值分别为2.26、3.52和3.56株/m2;使用氰氟草酯嗪草酮进行化学除草时,早稻、中稻和晚稻的经济危害允许水平分别为2.26%—2.72%、1.56%—1.88%和1.77%—2.12%,经济阈值分别为0.06—0.09、0.59—0.72和0.25—0.32株/m2。【结论】千金子对水稻的抑制效应与其密度呈正相关,早稻、中稻和晚稻间存在差异;通过对经济阈值分析,化学药剂防治千金子的经济阈值表现为早稻<晚稻<中稻。
    苹果褐斑病在山东半岛中部的周年流行动态
    董向丽,高月娥,李保华,雍道敬,王彩霞,李桂舫,李宝笃
    中国农业科学. 2015, 48(3):  479-487.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.08
    摘要 ( 254 )   HTML ( 1 )   PDF (443KB) ( 474 )   收藏
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    【目的】褐斑病是中国苹果叶部的重要病害,主要导致苹果树早期大量落叶。研究旨在明确褐斑病的周年发生动态,确定病害的关键防治时期,为病害的流行预测和防控提供参考。【方法】2009和2010年3—7月份,每隔15 d自山东莱阳和青岛两地的苹果园内定期采集落地病叶,随机挑取病叶正面的子实体,镜检已形成拟分生孢子和子囊孢子的子实体,依据拟分生孢子盘和子囊盘在子实体中所占百分率,分析越冬病菌的发育动态。2008—2010年6—10月份,在山东莱阳和青岛的果园内,每隔15 d定树定枝系统调查同一批枝条上所有叶片的发病率和落叶率,将系统调查数据拟合逻辑斯蒂模型,获得能描述褐斑病发病动态的模型参数。2010和2012年9—11月份,每隔10 d从苹果树上随机摘取具有典型症状的苹果褐斑病叶,切取分生孢子盘,镜检分生孢子盘上小型孢子和分生孢子各占的比率,根据小型孢子在分生孢子盘上所占的相对比率的变化,分析褐斑病菌的发育动态。【结果】苹果褐斑病菌在越冬病叶上能产生拟分生孢子和子囊孢子两种类型的孢子。拟分生孢子于3月初至6月底形成,高峰期出现在5月中旬。自苹果树萌芽期开始,拟分生孢子就可以随雨水溅散传播,侵染树体下部叶片。拟分生孢子侵染的叶片,大部分于6月底之前脱落,对褐斑病后期流行作用不大。子囊孢子于5月中旬至6月底成熟,可以随气流传播侵染树体上部叶片,是导致苹果褐斑病后期流行的主要初侵染菌源。子囊孢子侵染的叶片自7月上中旬开始发病,初侵染形成的病叶率低于2%。7月份,初侵染病斑大量产孢,并进行再侵染,病原菌不断积累,7月底病叶率可增长至5%左右。8月份,初侵染病斑和再侵染病斑大量发病,并产孢侵染,导致病叶率迅速增加。8月下旬褐斑病发病达高峰期,12 d后形成落叶高峰。6—9月份苹果褐斑病的累积病叶率和累积落叶率随时间的变化动态可用逻辑斯蒂模型描述。进入9月份,褐斑病菌开始产生小型孢子(性孢子),小型孢子在分生孢子盘上所占比率呈直线增长。10月份褐斑病菌逐渐停止产生分生孢子,进入越冬预备期。【结论】苹果褐斑病在山东半岛中部的周年流行动态可划分为4个阶段:自苹果萌芽至6月底为褐斑病菌的初侵染期。其中5月下旬到6月底是子囊孢子的初侵染期,也是全年防治褐斑病的第1个关键时期。7月份为褐斑病的指数增长期,也是全年防治褐斑病的第2个关键时期。8—9月份是褐斑病的逻辑斯蒂增长期,也是褐斑病的盛发期。10月份褐斑病菌进入越冬预备期。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    长期施肥对洞庭湖双季稻区水稻土有机碳、氮积累及其活性的影响
    李文军,彭保发,杨奇勇
    中国农业科学. 2015, 48(3):  488-500.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.09
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    【目的】土壤有机质及其活性是评价土壤肥力的重要指标,研究洞庭湖区典型双季稻轮作水稻土总有机碳、全氮积累及其活性对长期不同施肥的响应特征,为稻田施肥管理和土壤培肥提供科学依据。【方法】依托国家稻田土壤肥力与施肥效应长期试验平台,以不施肥处理(CK)为对照,研究农户习惯施氮磷钾化肥(CF)、施氮钾化肥(NK)、均衡施氮磷钾化肥(NPK)、低量有机肥与氮磷钾化肥配施(LOM,有机肥氮比例为30%)、高量有机肥与氮磷钾化肥配施(HOM,有机肥氮比例为60%)影响下0—20和20—40 cm土层土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)含量及储量积累效应、有机碳氮活性组分含量及其比例的变化特征。【结果】26年不施肥0—20 cm土层土壤TOC含量基本稳定,仅较原始土壤增加0.64 g·kg-1,持续植稻可能是其保持稳定的重要原因。两土层土壤TOC、TN含量在长期不同施肥后均有显著增加(P<0.05),但其储量仅仅在均衡施氮磷钾化肥特别是与有机肥配施后显著提升(P<0.05)。0—40 cm土层土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)含量变幅分别为64.54—708.76、22.92—92.25、39.06—63.24、10.76—31.87 mg·kg-1,均随土层加深而下降。施肥后0—20 cm土层土壤MBC、MBN、DOC、DON含量提高34.1%-81.8%、56.1%—134.4%、23.5%—42.0%、20.3%—83.2%,20—40 cm土层则分别提高-3.8%—38.1%、32.5%—78.2%、8.2%—37.5%、9.3%—56.8%,施肥对相同土层土壤MBC、MBN、DOC、DON含量的增加效应均表现出氮磷钾化肥配施有机肥明显优于化肥单施的处理效应,但不同化肥处理间0—20 cm土层土壤微生物量碳氮、溶解性有机碳氮含量差异不显著(P>0.05)。随土层加深,土壤MBC/TOC、MBN/TN、DON/TN数值显著降低,而DOC/TOC值则有所增加。长期不同施肥有利于提升土壤总有机碳、全氮中活性组分比例,且以氮磷钾化肥配施有机肥处理效果最佳,其两土层土壤总有机碳、全氮中各活性碳氮组分的分配比例均较CK处理显著提高(P<0.05),且该效应随有机肥用量增加而增强。土壤MBC、MBN、DOC、DON两两之间及与土壤总有机碳、全氮、容重、pH具有显著或极显著相关性,与碳氮比、粘粒含量的相关关系不显著,但总体以土壤微生物量碳氮所获相关系数高于溶解性有机碳氮。施肥明显提高早、晚稻产量,两土层MBC、MBN、DOC、DON均与周年水稻产量呈现正相关性,但相关系数总体上随土层加深而明显降低(P<0.05)。【结论】在洞庭湖双季稻区,长期不同施肥后,相同类型土壤活性有机质组分中活性氮组分含量增加较活性碳组分更明显,氮磷钾化肥配施有机肥能显著提高0—40 cm土层土壤有机碳、氮活性,更有利于土壤总有机碳氮积累及生产力提升,土壤微生物量碳氮可更敏感地预测长期施肥影响下土壤质量的变化。
    不同农作管理措施对东北地区农田土壤有机碳未来变化的模拟研究
    李悦,郭李萍,谢立勇,黄树青,徐玉秀,赵迅
    中国农业科学. 2015, 48(3):  501-513.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.10
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    【目的】研究与探索不同农作管理措施对东北农业土壤有机碳的影响,为东北地区高产高效低碳农业及可持续发展提供科学依据。【方法】不同农作管理措施能够影响土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的未来变化,该研究基于东北地区4个长期定位试验站点(黑龙江省哈尔滨站点、吉林省公主岭站点、吉林省德惠站点、辽宁省沈阳站点)的试验数据,用站点的实测作物产量和SOC双标准对DAYCENT模型进行校验。DAYCENT模型调整的相关参数包括作物参数、耕作方式参数、施肥参数、收获参数和有机肥参数等,在对所选试验站点的长期定位试验结果校验后,利用已校验的各项参数,对模型模拟情况进行验证,发现模型模拟值与实测值吻合良好,表明DAYCENT模型适用于这4个地区的作物产量和SOC模拟,可以较好地模拟SOC的动态变化。进而研究在未来气候变化情景下(representative concentration pathway 4.5,RCP 4.5),用校验了的DAYCENT模型对这4个站点在4种不同管理情景(施用化肥、增施有机肥、秸秆还田、免耕)下的SOC变化情况进行模拟。【结果】模拟结果显示,对于哈尔滨站点,采用有机肥和氮磷钾化肥配施处理(MNPK)在短时间内使SOC升高较快,而从长远来看,配施低量有机肥与单施用化肥对SOC增加的斜率基本一致,但由于化肥和有机肥配施(MNPK)处理的初始SOC含量高,其SOC未来含量的绝对值也比较高;对于德惠站点,虽然短时间内,免耕处理SOC低于常耕处理,但长期看来,免耕更有利于增加SOC,其SOC涨幅逐渐高于常耕处理,40年间相对增加了11.88%;公主岭站点有机肥氮磷钾化肥配施和氮磷钾化肥结合秸秆还田措施较单施化肥可显著提高农田SOC;沈阳站点的未来有机碳模拟发现,在单施化肥情况下,未来的42年内SOC呈略微下降趋势,相对降低2.83%,从长远看来,单施化肥并不能使该地区SOC增加,因此,可以考虑采用有机肥和氮磷钾化肥配施等措施来提高该地区的农田SOC。【结论】DAYCENT模型可以有效地模拟作物产量和土壤有机碳的动态变化,模型适应性较强,同时DAYCENT模型可用于模拟站点未来SOC的动态变化。在东北地区农田土壤管理方面,可通过合理的有机肥化肥配施、推广免耕和秸秆还田技术来固定土壤碳,最终达到提高土壤有机碳库和促进农业可持续发展的目标。
    不同覆膜栽培方式对旱地土壤水热效应及西瓜产量的影响
    马忠明,白玉龙,薛亮,杜少平
    中国农业科学. 2015, 48(3):  514-522.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.11
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    【目的】西瓜是黄土高原旱地的主要经济作物之一,近年来种植面积逐年扩大。但该区域降水总量不足且时空分布不均,西瓜生产中常遭受前期干旱和后期涝害而导致减产。本研究针对黄土高原旱作区水资源缺乏的现状,采用垄沟种植,改变栽培方式和覆膜方式,探索适宜西瓜生长的集雨高产栽培模式,实现有效汇集天然降水,以改善土壤水热效应,提高西瓜产量。【方法】2011—2013在甘肃省庆阳市宁县太昌乡开展试验,研究不同覆膜栽培方式对旱地土壤水分、土壤温度和西瓜产量的影响。试验设全覆膜垄上播种(RM)、全覆膜垄上沟播(GM)、全覆膜沟播(TG)、半覆膜垄上沟播(GH)和半覆膜垄上播种(RH)5个处理,采用随机区组排列,以RH为对照,3次重复。起垄后垄宽100 cm,沟宽30 cm。垄上沟播处理中,集水沟宽20 cm,深10 cm。采用Stow Away Tidbit Temp Logger测定5、10和15 cm土层土壤温度,烘干法测定0—100 cm土层土壤含水量。种植密度为7 692株/hm2【结果】土壤含水量的变化受集雨作用和西瓜生长影响。在幼苗期,TG、GM和GH处理0—10 cm土壤含水量分别较RH提高41.41%、37.82和32.69%。伸蔓期TG、RM和GH处理0—40 cm土层土壤含水量分别较RH提高13.91%、10.61%和6.75%,结果期GM和GH处理0—40 cm土壤含水量分别较RH提高8.50%和5.49%。成熟期GM、GH、TG和RM处理0—40 cm土壤含水量分别较RH提高10.51%、10.33%、4.98%和3.66%,土壤储水量由高到低依次为GH>GM>TG>RM>RH。不同处理的温度日变化呈“S”型负正弦曲线,随土壤深度的增加,曲线的振幅减小,相位后移,周期增长。日均温度从大到小依次为RM>RH>GM>TG>GH。土层每加深5 cm,各处理温度日变化曲线相位依次推移1 h。垄上温度均高于垄沟,垄上土壤温度以处理RM最高。不同栽培方式的保温效果从大到小依次为GM>TG>GH>RH>RM。GM处理连续两年产量最高,平均较RH提高10.34%,GH处理3年平均产量较RH提高7.66%,增产幅度依次为GM>GH>RM>TG。GM和GH能够有效富集降雨,增产作用显著。【结论】3年的试验验证了不同覆膜栽培的集雨效果、土壤增温效果和西瓜增产效果,全膜和半膜覆盖垄上沟播模式能够起到集雨增温保墒的作用,可提高西瓜产量。其推广应用可有效提高该区降水资源的高效利用,实现西瓜稳产高产,可作为黄土高原旱地西瓜生产的高效栽培新模式。
    园艺
    分子标记辅助甜瓜抗蔓枯病基因的聚合及品种改良
    毕研飞,徐兵划,钱春桃,郭静,张永兵,伊鸿平,陈劲枫
    中国农业科学. 2015, 48(3):  523-533.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.12
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    【目的】蔓枯病(gummy stem blight)是一种真菌性土传病害,是危害甜瓜生产的严重病害之一,其存在生理小种的分化,品种即使仅携带单个抗病基因,仍会导致甜瓜抗性逐步降低甚至丢失。建立甜瓜抗蔓枯病聚合育种的分子标记辅助选择体系,选育抗性高且不再分离的聚合抗源自交系和品质优良且高抗甜瓜蔓枯病的改良白皮脆品种(品系),为甜瓜优质、抗病和高产育种提供一种简单、快捷的选择方法和重要的中间材料。【方法】利用5份甜瓜单一抗源材料PI140471、PI157082、PI511890、PI482398和PI420145两两杂交获得8份聚合抗源(082-471、082-890、082-398、145-471、145-082、145-890、145-398和890-398)。利用3个不同浓度的蔓枯病病菌孢子液(5×105个/mL、5×107个/mL、5×109个/mL)对8份聚合抗源的F1植株幼苗进行接种鉴定。结合春、秋两季的接种鉴定结果,筛选得到2份聚合后抗性显著提高的基因组合145-471和145-398。一方面,以145-471和145-398为材料,利用苗期梯度接种鉴定、分子标记辅助选择以及农艺性状观察,对其自交后代进行逐代筛选至F7。另一方面,选用组合PI420145和PI140471以及PI420145和PI482398作为蔓枯病抗性基因的供体亲本,综合性状优良的感病甜瓜品种‘白皮脆’为抗性基因受体亲本。先分别单向回交5代,在单个基因回交转移时,利用分子标记检测结合农艺性状观察对回交后代进行筛选。当回交后代的遗传背景得到一定程度恢复后,再将2个方向的回交后代进行杂交,后自交3代稳定。【结果】聚合抗源对不同浓度的蔓枯病菌均表现为抗,而单一抗源对不同浓度蔓枯病菌表现出选择性抗性且抗性水平低于聚合抗源。SSR标记CMCT505和CMTA170a在PI140471和PI482398上可分别扩增出189 bp和121 bp的特异性片段,SCAR标记SGSB1800可以在PI420145上扩增出1 800 bp的特异性片段,而145-471(145-398)的聚合单株可以同时扩增出189 bp和1 800 bp(121 bp和1 800 bp)两条特异片段。聚合抗源145-471(或145-398)的自交F7世代以及改良白皮脆BC5F4世代群体的分子标记鉴定结果显示,各单株已经成功聚合了Gsb-1Gsb-6(或Gsb-4Gsb-6)两个抗病基因,抗性不再有分离且农艺性状稳定一致。初步建立了甜瓜抗蔓枯病聚合育种的分子标记辅助选择体系,获得了两份表现高抗且抗性不再分离的聚合抗源自交系F7和2个以优质品种‘白皮脆’为受体亲本的改良白皮脆BC5F4品种(系)。改良白皮脆BC5F4世代表现为高抗甜瓜蔓枯病,且在单果质量、果形指数、果实脆度、果肉质地、果肉厚度和可溶性固形物含量等农艺性状方面与白皮脆并无显著差异。【结论】创建的3个分子标记CMCT505、CMTA170a和SGSB1800对抗病基因Gsb-1Gsb-4Gsb-6的选择具有较高的准确性。初步建立了甜瓜抗蔓枯病聚合育种的分子标记辅助选择体系,为甜瓜优质、抗病和高产育种提供了一种简单、快捷的选择方法,将大大提高育种的效率。改良‘白皮脆’作为抗病育种的新材料,为甜瓜抗病品种的选育和抗病基因进一步聚合提供了材料。
    不同磷水平下4种柑橘砧木的生长状况、根系形态和生理特性
    樊卫国,罗燕
    中国农业科学. 2015, 48(3):  534-545.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.13
    摘要 ( 249 )   HTML ( 1 )   PDF (5163KB) ( 432 )   收藏
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    【目的】探索不同磷水平对柑橘砧木生长和根系形态及其相关生理特性的影响,为发掘磷高效柑橘砧木提供科学依据。【方法】以贵州喀斯特山地分布的野生宜昌橙(Citrus ichangensis Swingle)、酸橙(C. aurantium L.)、白?檬(C. limonia Osbeck)和栽培种枳(Poncirus trifoliata Raf.)为材料,采用砂培方法研究不同磷水平(5、25和45 mg·L-1)下4种柑橘砧木的生长及生物量大小、根系形态特性、叶片和根系的酸性磷酸酶(Apase)及硝酸还原酶(NR)活性、根系分泌性酸性磷酸酶(SAPase)活性和根系的磷吸收动力学参数。【结果】5 mg·L-1磷水平下,宜昌橙生长发育受到的抑制较小,其次为白?檬和酸橙,对枳的抑制最强。当营养液中磷浓度达到25 mg·L-1时,宜昌橙和白?檬的株高、基径及鲜重和干重生物量、根系总长、总表面积、总体积和根尖数达到最大,5 mg·L-1的处理次之,45 mg·L-1的处理最小。随营养液中磷浓度的提高,酸橙和枳的上述指标和根冠比随之增大,宜昌橙和白?檬的根冠比则随之变小。在低磷条件下,宜昌橙的侧根粗度、二级侧根数量及密度和根冠比最大,叶片NR活性强弱顺序为宜昌橙>白?檬>酸橙>枳,根系的NR活性强弱顺序为酸橙>白?檬>宜昌橙>枳。不同砧木叶片和根系NR活性随供磷水平降低而明显减弱。在低磷胁迫下,砧木叶片及根系的APase活性和根系的SAPase活性响应强弱顺序为宜昌橙>白?檬>酸橙>枳。在低磷条件下,宜昌橙的Imax大于白?檬、酸橙和枳,而KmCmin比白?檬、酸橙和枳的小。【结论】宜昌橙忍耐低磷胁迫的能力强,在低磷条件下根系形态和生理的适应性机制响应比其他3种柑橘砧木更加明显,表现出较强的磷吸收动力学特性。
    库源比改变对油橄榄产量及源叶光合作用的调节
    朱振家,姜成英,史艳虎,吴文俊,陈年来
    中国农业科学. 2015, 48(3):  546-554.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.14
    摘要 ( 188 )   HTML ( 1 )   PDF (787KB) ( 593 )   收藏
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    【目的】研究油橄榄库源关系改变后源叶气体交换、叶绿素荧光特性和光合产物积累的长期响应特征及各项参数间的相互关系,以深化对果树库源关系改变中源叶光合作用调控机制的认识。【方法】以‘鄂植8号’油橄榄(Olea europaea L.)为试材,在初花期通过减源(摘叶)和缩库(疏花)措施处理,研究库源比改变对其产量和源叶气体交换、叶绿素荧光特性及光合产物积累的长期影响。【结果】摘叶处理显著降低了油橄榄果实重量及坐果率;疏花处理明显提高了果实重量,但对坐果率的影响不大。库源比降低后,短期内(处理后7 d)叶片中可溶性糖、淀粉和非结构性糖含量(NSC)显著增加;源叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(E)显著下降,胞间CO2浓度(Ci)显著升高,光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)明显下降,PSⅡ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)显著下降,非光化学猝灭系数(NPQ)显著升高。处理后30 d,3个处理间叶片中可溶性糖、淀粉含量差异消失,源叶气体交换参数Pn、Gs、E及叶绿素荧光参数ΦPSⅡ、NPQ的差异依然存在;处理后65 d,摘叶处理与对照之间大部分气体交换和叶绿素荧光参数的差异消失,但疏花处理与对照间Pn、Gs、E、Ci、ΦPSⅡ等参数的差异依然存在;处理后125 d,摘叶处理叶片中可溶性糖、淀粉和非结构性糖含量及大部分气体交换和叶绿素荧光参数均显著低于对照,而疏花处理ΦPSⅡ依然显著低于对照,Ci依然显著高于对照。库源比改变125 d后,Gs与Pn之间存在极显著正相关关系,E、Fm和ΦPSII与Pn之间存在显著正相关关系,而Ci、NSC与Pn之间无显著相关关系。【结论】库源比降低后源叶Pn的下降不能只归结于光合产物的直接反馈抑制,PSⅡ实际光化学量子效率下降可能是长期响应过程中Pn下降的主要原因。减源处理能在短期内提高油橄榄叶片光合能力,但会加速叶片的衰老。
    贮藏·保鲜·加工
    紫肉甘薯部分营养成分与食味的关联分析
    沈升法,吴列洪,李兵
    中国农业科学. 2015, 48(3):  555-564.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.15
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    【目的】明确紫肉甘薯的食用品质指标,为食用紫肉甘薯选育提供依据。【方法】测定276份紫肉甘薯品系的花青素含量、干物质含量、熟薯可溶性糖和还原糖含量、食味指标,分析研究紫肉甘薯营养成分与蒸熟后的食味关系。【结果】花青素含量变异系数大,高花青素育种并不困难;‘绫紫’与高糖非紫肉亲本杂交是改良‘绫紫’紫肉F1代食味的最好方法。降低花青素含量群体水平有利于提高食用紫肉甘薯育种效率,花青素含量在90 mg·100g-1FW以下仍有较好的高花青素食用甘薯育种效率;干物质含量在27.5%—38%有较好的食用紫肉甘薯育种效率,而最佳育种效率的干物质含量在32%—36.5%;提高熟薯可溶性糖含量群体水平可以有效提高食用紫肉甘薯育种效率。花青素给紫肉甘薯的甜度、香味带来极显著的不利影响,它对食味的不利影响达到熟薯可溶性糖对食味增量贡献的51.30%。干物质含量虽然与紫肉甘薯的质地、香味、粗纤维有极显著正相关,但与黏度呈极显著负相关,与甜度呈接近显著的负相关,因此,干物质含量对紫肉甘薯食味总评的影响很有限。熟薯可溶性糖对紫薯甘薯食味极其重要,它与甜度、黏度、质地存在极显著的正相关,其中的非还原糖与还原糖相比,在甜度、香味、质地上有较多的贡献,熟薯非还原糖对紫肉甘薯食味增量贡献是还原糖的2.3倍。甜度在紫肉甘薯食味评价中占据极其重要的地位,对食味增量的贡献率达到55.38%。【结论】花青素含量和熟薯可溶性糖含量是紫肉甘薯的重要食用品质指标。在食用紫肉甘薯育种上应兼顾营养与食用品质,控制花青素含量在90 mg·100g-1FW以下;在亲本选择上,紫肉亲本与高糖非紫肉亲本杂交是食用紫肉甘薯常规杂交育种的最好方法。
    畜牧·兽医
    新疆天然草地毒草灾害、地理分布与防控对策
    严杜建,周启武,路浩,吴晨晨,赵宝玉,曹丹丹,马烽,刘晓学
    中国农业科学. 2015, 48(3):  565-582.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.16
    摘要 ( 317 )   HTML ( 1 )   PDF (1064KB) ( 360 )   收藏
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    新疆天然草地是少数民族地区畜牧业发展的物质基础,也是维持新疆自然生态坏境的重要组成部分。但长期以来,由于草地干旱、严重超载放牧、盲目开垦、人口增长等自然和人为因素的影响,以及草地基础设施建设投入不足和管理滞后,草地逆向演替,使得优良牧草逐年减少,毒草趁机大量繁衍滋生,造成草地大面积沙化和毒草化,致使大量家畜每年因误食毒草而中毒,甚至死亡。特别是近几十年来,草地毒草的迅速蔓延,造成草地植被群落和生物多样性减少,植被单一化,可食牧草急剧减少、草产量下降,草地退化和毒草化程度加剧。严重制约了草地畜牧业经济的持续发展,部分牧区天然草地毒草化已导致毒害草灾害多发、频发,甚至爆发,已经从基本的生态学问题上升为一个社会问题。新疆是中国主要牧区之一,天然草地总面积5 725.88万hm2,可利用草地面积4 800.68万hm2,位居全国第三。目前85.0%可利用天然草地出现不同程度的退化,37.50%草地严重退化,毒草发生面积接近700万hm2,约占全国天然草地毒草危害面积的20.42%,年平均牲畜毒草中毒死亡数超过3 000余头(只)。新疆天然草地常见有毒植物有81种分属24科54属,对草地畜牧业造成严重危害的主要有白喉乌头、准噶尔乌头、醉马芨芨草、小花棘豆、变异黄芪、无叶假木贼、马先蒿、橐吾和毒芹,约占毒草危害总面积的80%以上。因此,全面了解新疆天然草地毒草灾害状况、毒草种类与地理分布,对有效防控和化解毒草危害,提高草地生产力和牧草品质,促进牧区畜牧业的可持续发展和农牧民增收,繁荣边疆少数民族经济,维护生态环境平衡具有重要意义。本文在对已报道文献资料分析、归纳的基础上,结合课题组对新疆天然草地毒草实际调查情况,分别就近年来新疆天然草地毒草对区域草地生态及畜牧业生产造成的灾害状况、毒草种类与地理分布、毒草防控对策及合理利用进行综述。在此基础上,结合课题组多年来致力于中国西部毒草防控研究现状,分析了新疆天然草地目前存在毒草种类繁多、灾害严重、防治困难等问题及原因,提出应从生态角度出发,转变传统防除观念,科学认识毒草,立足“变害为利,变废为宝”,生态保护与开发利用并重的思路,学习借鉴美国等发达国家在有毒植物预防控制技术方面的成功经验,以生态控制为主多种手段相结合的综合防控技术预防毒草灾害发生,以期为人们充分认识毒草在天然草地中的生态作用以及有效防控毒草灾害提供基础资料。
    聚肌胞浓度和免疫刺激时间对猪外周血单核细胞基因表达的影响
    王继英,王彦平,王怀中,王海飞,刘剑锋,郭建凤
    中国农业科学. 2015, 48(3):  583-593.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.17
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    【目的】聚肌胞(Poly I:C)是聚肌苷酸和聚胞苷酸的共聚物,能够模拟病毒感染后所形成的dsRNA,刺激机体产生抗病毒免疫反应和炎症反应。利用Poly I:C作为免疫刺激剂对猪外周血单核细胞(Peripheral blood mononuclear cells,PBMC)的免疫刺激试验中Poly I:C的最佳作用浓度和体外免疫刺激培养时间的研究还未见报道。本研究探讨不同的Poly I:C免疫剂量和免疫刺激时间对猪PBMC各细胞因子和受体基因表达的影响,确定Poly I:C进行免疫试验的最佳作用浓度和体外免疫刺激培养时间,为利用Poly I:C进行RNA病毒感染的免疫应答调控机理研究提供试验依据。【方法】以长白仔猪为研究对象,利用分离的PBMC和1﹕5稀释的EDTA-抗凝血,设置Poly I:C浓度梯度(0、10、20和40 μg·mL-1)和不同的体外免疫刺激培养时间(4、8、12和24 h),通过荧光定量PCR方法测定Poly I:C免疫刺激下机体激活或者诱导表达的主要细胞因子(IL6IL8TNFαIL10IRF3IFNαIFNγ)和模式识别受体(TLR3TLR4)的相对表达量,分析利用Poly I:C对猪全血和PBMC进行免疫刺激试验的最佳作用浓度和时间。【结果】猪PBMC中细胞因子和受体基因的表达量受Poly I:C浓度和免疫刺激时间的影响。各基因具有特征性的表达量变化曲线,达到最高表达变化倍数的浓度和体外培养时间各不相同。对于两个干扰素基因IFNαIFNγ,最高表达量出现在Poly I:C免疫刺激培养4 h,而后随着培养时间的延长表达量逐渐降低,而其他5个细胞因子(IL6IL8TNFαIL10IRF3)和2个模式识别受体(TLR3TLR4)基因随着Poly I:C浓度的增加和免疫刺激时间的延长变化倍数逐渐增加,在Poly I:C浓度为20-40 μg·mL-1,免疫刺激时间为12-24 h达到最高表达量。但是,对于最高表达量出现在浓度20 μg·mL-1和培养时间12 h的基因,其在浓度为40 μg·mL-1和培养时间24 h表达变化量只有小幅下降。另外本研究还对比检测了1﹕5稀释血在Poly I:C免疫刺激下主要细胞因子和受体的表达变化,结果表明全血中各细胞因子和受体的整体表达变化倍数比PBMC低很多,特别是对于IL6IL8这两个PBMC中表达变化很大的基因,全血中表达变化量不仅很小,而且变化趋势相反。相对于PBMC,稀释全血完整地保存了机体的原始状态,但是利用全血进行免疫试验的主要缺点是抗凝剂保留在全血中。研究中EDTAK2抗凝剂能与血液中的钙离子结合成为螯合物,从而阻止血液凝固,但是钙离子是细胞的重要信号分子,钙离子与EDTA的结合对后续的细胞功能可能产生一定的影响。另外,全血中的某些化合物与血浆蛋白的等成分可能参与免疫细胞对Poly I:C免疫刺激的调节,减少了对Poly I:C免疫刺激的应答。【结论】(1)综合分析所检测的细胞因子和受体的变化趋势,利用Poly I:C进行猪PBMC免疫刺激试验的最佳浓度和体外培养时间分别为20 μg·mL-1和24 h。(2)1﹕5稀释的EDTA-抗凝血对Poly I:C免疫反应反应小,与PBMC对Poly I:C免疫应答有不同的应答反应趋势。
    对动物饲料中禁用抗菌促生长剂的反思
    郝海红,程古月,戴梦红,王旭,王玉莲,黄玲利,刘振利,袁宗辉
    中国农业科学. 2015, 48(3):  594-603.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.18
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    欧盟国家对饲用抗菌促生长剂禁令的颁布引起了国际社会的广泛争议。文章综合动物源细菌耐药性监测数据和风险评估结果,对饲料中禁用抗菌促生长剂进行了反思,结果发现:(1)某些饲用抗菌促生长剂(如大环内酯类促生长剂泰乐菌素和链阳性菌素类促生长剂维吉尼亚霉素等)对人类健康的耐药性风险似乎被人为夸大,系统的风险评估结论认为,养殖动物中泰乐菌素等大环内酯类促生长剂的使用对人类弯曲杆菌耐药性的风险是可以忽略的,维吉尼亚霉素促生长剂的应用也几乎不会对人类肠球菌耐药性造成很大的风险;(2)“病原菌耐药性从农场到餐桌转移”的命题似乎缺乏科学证据,目前虽然有证据显示动物体耐药菌会直接传播给那些与动物密切接触的人群,但动物体耐药菌通过食物链环节传播给人的证据尚不充分;(3)禁用抗菌促生长剂并没有改变耐药模式,特别是禁用糖肽类阿伏帕星、氟喹诺酮类恩诺沙星和四环素类金霉素等促生长剂后,动物体和人体耐药菌数量仍然有增无减、持续上升,其原因可能归咎于万古霉素耐药屎肠球菌较强的传播特性和氟喹诺酮类耐药弯曲杆菌较强的适应性,而四环素类治疗用药的增加也必然增加肠道细菌的耐药性;(4)禁用抗菌促生长剂对动物养殖业带了一定的损失,比如,使产气荚膜梭菌引起的坏死性肠炎的发病率升高,使养殖动物治疗性抗生素的使用量增加,使养殖原料和场地相应增加等;(5)禁用抗菌促生长剂对动物源性食品安全和人类公共健康造成了一定的影响,比如,影响动物体肠道菌群发酵从而增加了有害气体的排放,提高了食品加工过程中的细菌污染几率从而增加了人体食源性病原菌的发病率。总而言之,决策的制定需要权衡利弊、因地因时制宜,综合考虑禁用抗菌促生长剂对耐药性风险的控制作用以及对动物养殖业和人类公共健康的影响。结合中国动物养殖业发展现状及全球动物性产品需要程度,需要开展深入的科学研究,寻找耐药性控制新措施;开展系统的风险评估,有的放矢地制定风险控制策略;加强政府监管力度,避免药物滥用,促进合理用药以延缓耐药性产生。
    研究简报
    盐、碱胁迫条件下粳稻Na+、K+浓度的QTL分析
    邢军,常汇琳,王敬国,刘化龙,孙健,郑洪亮,赵宏伟,邹德堂
    中国农业科学. 2015, 48(3):  604-612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.19
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    【目的】水稻栽培区土壤的盐、碱化日趋严重,植物体内Na+、K+浓度及Na+/K+是植物耐盐、碱性重要指标。在盐、碱胁迫条件下检测水稻苗期地上部和根部的Na+、K+浓度及Na+/K+的QTL位点,为水稻的耐盐、碱性遗传机制及分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以优质高产水稻品种东农425与耐盐、碱水稻品种长白10为亲本构建重组自交系(RIL)为作图群体,利用102对SSR标记构建遗传连锁图谱,该图谱覆盖水稻基因组约1 915.05 cM,标记间平均距离为18.77 cM;在140 mmol·L-1 NaCl盐胁迫和0.15%Na2CO3碱胁迫处理条件下,对水稻苗期地上部和根部的Na+、K+浓度及Na+/K+等性状进行测定,利用SPSS v19.0对各性状进行相关分析,并采用QTL IciMapping v3.3的完备区间作图法(ICIM)进行QTL定位。【结果】盐、碱胁迫条件下,亲本及RIL群体地上部Na+、K+浓度均高于地下部Na+、K+浓度,各性状在RIL群体中基本符合正态分布,表现出典型的数量性状遗传特征,符合QTL定位要求。相关分析结果表明,盐、碱胁迫条件下,地上部Na+与K+及根部Na+与K+均呈极显著正相关,2种胁迫条件下的各性状相关性不显著。盐、碱胁迫条件下共检测到15个与Na+、K+浓度和Na+/K+相关的QTL,2种条件下所检测到的QTL位于不同染色体区域。在盐胁迫下共检测到5个QTL,包括1个与地上部K+浓度相关QTL,位于第8染色体的RM1308—RM281区间内,贡献率为6.83%;3个与根部Na+浓度相关QTL,位于第3和第8染色体上,其中qSRNC3-1贡献率最大,为16.41%;1个与根部K+浓度相关QTL,贡献率为3.52%;未检测到与地上部Na+浓度、Na+/K+及根部Na+/K+相关的QTL。在碱胁迫下共检测到10个QTL,包括1个与地上部Na+浓度相关的QTL,位于第2染色体的RM1347—RM48区间内,贡献率为14.41%;1个与地上部K+浓度相关QTL,位于第2染色体的RM1255—RM213区间内;3个与地上部Na+/K+相关QTL,分别位于第2、7、10染色体上,其中qASNK2贡献率最大,为7.57%;1个与根部Na+浓度相关QTL,位于第3染色体的RM293—RM232区间内,贡献率为13.71%;2个与根部K+含量相关QTL,分别位于第1染色体的RM5—RM9和第2染色体的RM12865—RM12941区间内;2个与根部Na+/K+相关QTL,分别位于在第3和第4染色体上,其中qARNK3贡献率较大,为10.48%。通过比较图谱发现,本研究中的大部分QTL与以往不同群体中影响耐盐、碱相关性状的QTL定位在同一或相邻的染色体区域,另外在碱胁迫下所检测到的qASKC2qARKC2在前人研究中未见报道,可能存在新的耐碱性位点。【结论】在盐、碱胁迫条件下,Na+、K+的吸收和运输均是平行而独立的过程,且根部对Na+和K+的吸收与向地上部运输存在不同的遗传机制;盐、碱胁迫条件下,水稻Na+、K+浓度的遗传是相互独立的。
    草莓轻型黄边病毒RT-LAMP检测方法的建立
    陈柳,尚巧霞,陈笑瑜,邢冬梅,冉策,魏艳敏,赵晓燕,刘正坪
    中国农业科学. 2015, 48(3):  613-520.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.20
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    【目的】草莓轻型黄边病毒(Strawberry mild yellow edge virus,SMYEV)是侵染草莓的重要病毒,严重影响草莓果实的产量和品质。研究旨在建立利用反转录等温扩增技术(reverse transcription loop-mediated isothermal amplification,RT-LAMP)检测SMYEV的方法。【方法】根据SMYEV外壳蛋白基因3′端保守序列设计4个特异性引物SMYEV-FIP(5′-CAGATCAGCGACAATTTGGACTCCTGAGGAACTTGCTGCT-3′)、SMYEV-BIP(5′-GCTTTGTC GGGGATCCTGGGAAGGCTAAGTCGAAGAGACC-3′)、SMYEV-F3(5′-TCAAGTTGGTGACCCTTTCC-3′)和SMYEV-B3(5′-CGAGGAAC CAATGTCGTAGC-3′)。对RT-LAMP 检测体系中的条件进行优化,设置反应温度为60、61、62、63、64、65℃,反应时间为 30、45、60、75 min,分别设置引物SMYEV-FIP/BIP浓度为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8 µmol?L-1,引物SMYEV-F3/B3浓度0.1、0.15、0.2、0.25、0.3 µmol?L-1,设置Mg2+浓度为2、4、6、8、10 mmol?L-1,dNTPs浓度为0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mmol?L-1,betaine浓度为0、0.4、0.8、1.0、1.2、1.4 mol?L-1,DTT浓度为2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.0 µmol?L-1等,并对以上不同反应条件进行检测,确定优化后的RT-LAMP检测体系。选用其他常见的草莓病毒以及健康草莓植株叶片中的RNA作为模板,对RT-LAMP体系的特异性进行测定;将SMYEV的RNA进行10倍梯度逐级稀释,分别获得RNA原液、10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6和10-7不同稀释液作为模板,比较RT-LAMP 和RT-PCR的检测灵敏度。RT-LAMP反应产物可以进行电泳和紫外成像检测,阳性样品出现瀑布状条带,阴性样品无条带,或者在反应产物中加入SYBR green I核酸染料,直接观察检测,阳性样品为绿色,阴性样品为橙色。【结果】建立了一种特异性检测SMYEV的RT-LAMP方法,经过各反应条件优化后的检测体系为1.0 µmol?L-1 SMYEV-FIP/BIP、0.1 µmol?L-1 SMYEV-F3/B3、4 mmol?L-1 Mg2+、1.6 mmol?L-1 dNTPs、0.4 mol?L-1 betaine、2.0 µmol?L-1 DTT,60℃反应45 min。选用SMYEV、草莓镶脉病毒(Strawberry vein banding virus,SVBV)、草莓斑驳病毒(Strawberry mottle virus,SMoV)和草莓皱缩病毒(Strawberry crinkle virus,SCV)的RNA以及健康草莓植株叶片中的RNA作为模板进行RT-LAMP的特异性检测,结果显示仅有SMYEV的RNA能够扩增出瀑布型条带,建立的RT-LAMP检测体系有很好的特异性。将SMYEV的RNA原液、10-1、10-2、10-3稀释液作为模板进行RT-PCR反应后,检测结果为阳性,随着模板稀释倍数的增加,电泳检测不能观察到RT-PCR的扩增产物。而进行SMYEV的RT-LAMP检测时,RNA原液、10-1、10-2、10-3、10-4和10-5稀释液作为模板时,均可以观察到阳性结果。RT-LAMP检测SMYEV比RT-PCR方法检测的灵敏度高100倍,并且比RT-PCR节省时间,检测结果容易判定。【结论】RT-LAMP方法能快速、简便、特异的检测SMYEV,供科研部门和基层生产单位使用,在种苗繁育、田间调查和海关检疫的过程中进行快速检测。