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当期目录

    2016年 第49卷 第5期 刊出日期:2016-03-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    冀228纤维均一化全长cDNA文库的构建与鉴定分析
    迟吉娜,蔡肖,张建宏,甄军波,刘琳琳,田海燕,唐丽媛,刘存敬,崔瑞敏,张香云
    中国农业科学. 2016, 49(5):  813-824.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.001
    摘要 ( 379 )   HTML ( 1 )   PDF (1582KB) ( 440 )   收藏
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    【目的】构建优质陆地棉栽培品种冀228纤维均一化全长cDNA文库,降低纤维中存在的高峰度基因的拷贝数,提高发现纤维发育相关基因随机序列和稀有基因的效率,为公共数据库提供丰富的陆地棉EST资源。【方法】以优质陆地棉冀228开花后8—40 d纤维为材料,将纤维全长cDNA与Gateway供体载体pDONR222重组,构建了棉花纤维的非剪切型全长cDNA原始文库。利用均一化技术获得均一化全长cDNA文库,进而测序获得大量的EST序列。采用生物信息分析手段,对所测EST进行拼接、比对、COG功能注释和GO注释。【结果】构建了优质陆地棉冀228纤维均一化全长cDNA文库,该文库初级文库库容为1.06×107,初级文库的滴度为3.56×106 cfu·mL-1,平均片段长度为1.2 kb。qRT-PCR检测均一化程度结果表明,棉花2个高峰度表达基因在该文库中的表达量均下降了1 000倍。随机选取2 384个克隆进行单向测序,获得2 169条高质量的表达标签(EST),拼接成1 745个单一基因(Unigene);同源比对分析表明,70%的Unigenes与已知功能基因具有较高的同源性。基因进行COG功能分类结果显示,较多的COG功能分类集中在“翻译、核糖体结构和生物转化”、“碳水化合物运输与代谢”和“翻译后修饰、蛋白转移及蛋白伴侣”功能上。根据基因的GO注释结果,参与细胞构成、细胞器和膜构成的基因比例最高,参与细胞过程和新陈代谢等过程的基因比例较高,具有结合和催化功能的基因较多,这些基因可能在棉纤维发育中发挥比较重要的作用。【结论】构建了优质陆地棉栽培品种冀228纤维均一化全长cDNA文库,经文库质量检测、均一化程度检测和随机选取克隆的测序分析结果表明,文库的代表性和重组片段的完整性均达到了分离筛选目的基因的建库要求,整个文库有着很高的非冗余性。构建的cDNA文库具有既能获得与已知序列同源性很高的基因,又能挖掘出优质陆地棉冀228特有的基因或同源序列的作用,能够提高发现纤维发育相关基因随机序列和稀有基因的效率,将为公共数据库提供丰富的陆地棉EST资源。
    UV-B辐射对青杄花粉管生长的影响
    刘艾京,李妮,马敏,贺军民
    中国农业科学. 2016, 49(5):  825-831.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.002
    摘要 ( 245 )   HTML ( 1 )   PDF (1204KB) ( 336 )   收藏
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    【目的】研究UV-B辐射对青杄花粉管生长和细胞壁构建的影响,为阐明UV-B辐射对裸子植物花粉管生长的影响及其机制提供依据。【方法】以裸子植物青杄(Picea wilsonii)花粉为材料,首先检测在可见光背景下增补不同强度UV-B辐射后处理花粉24 h对花粉管长度和顶端宽度的影响,确定UV-B辐射处理对花粉管生长的效应及其适宜处理强度;然后对单纯可见光下以及可见光和适宜强度的UV-B辐射复合处理下生长24 h的花粉管,用荧光探针Calcofluor和水溶性苯胺蓝分别标记花粉管细胞壁中纤维素和胼胝质后在荧光显微镜下观察并比较它们在细胞壁中的分布,用单克隆抗体LM19和LM20分别标记花粉管细胞壁中酸性果胶质和酯化果胶质后在激光扫描共聚焦显微镜下观察并比较它们在细胞壁中的分布。【结果】在可见光和0、0.2、0.4、0.6和0.8 W·m-2的UV-B辐射复合处理下生长24 h的青杄花粉管,随着UV-B辐射强度的增大,花粉管长度逐渐变短,许多花粉管呈现顶端膨大,说明UV-B辐射抑制青杄花粉管的极性生长,且具有强度依赖性;UV-B辐射强度达到0.4 W·m-2时开始显著抑制青杄花粉管生长,说明0.4 W·m-2为适宜的UV-B辐射处理强度。在单纯可见光下,纤维素在花粉管细胞壁上均匀分布,胼胝质均匀分布在花粉管侧壁而顶端细胞壁中分布较少,酸性果胶质仅分布在花粉管侧壁上,而酯化果胶质仅分布在花粉管顶端细胞壁中;在可见光和0.4 W·m-2 UV-B辐射复合处理下,纤维素和胼胝质在花粉管顶端细胞壁中的分布显著大于侧壁,酸性果胶质由原来仅分布于花粉管侧壁转变为主要分布于花粉管顶端和亚顶端的细胞壁,酯化果胶质由原来仅分布在花粉管顶端细胞壁转变为分布于整个花粉管细胞壁中。【结论】UV-B辐射对裸子植物青杄花粉管极性生长具有抑制效应,该效应是由于UV-B辐射影响了花粉管细胞壁中纤维素、胼胝质、酸性果胶质和酯化果胶质等构建物的正常定向分布。
    拟南芥PMRP基因在叶绿体淀粉粒积累和抗寒性中的作用
    高梦烛,赵亚林,闫青地,张海丽,王凤茹,董金皋
    中国农业科学. 2016, 49(5):  832-839.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.003
    摘要 ( 230 )   HTML ( 1 )   PDF (2447KB) ( 414 )   收藏
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    【目的】分析推测的膜蛋白(putitave membrane realated protein,PMRP)在拟南芥叶绿体发育过程的作用,明确PMRP对拟南芥光合能力的影响及抗寒性分析,为改善作物光合性能及增强抗逆性提供理论依据。【方法】构建PMRP的RNAi和过表达载体,转化农杆菌EHA105,采用花絮侵染法转化野生型拟南芥(Columbia,Col-0),获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥;以野生型和PMRP RNAi、过表达转基因拟南芥为材料,利用细胞生物学方法,观察PMRP表达量对拟南芥叶肉细胞叶绿体的结构和淀粉粒积累的影响;利用红外CO2分析法测定拟南芥的光合速率,分析PMRP对拟南芥光合能力的影响。选取16 h光照、21℃条件下培养的21 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,用冷光源培养箱培养,先在4℃培养7 d,然后在-8℃培养1.5 h,取出放到16 h光照、21℃条件培养7 d后,分析PMRP转基因拟南芥对寒害的抗性。选取14 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系和3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,对其莲座叶细胞渗出液电导率进行测定。【结果】获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥株系;通过测定野生型和转基因株系的莲座叶光合速率,野生型Col-0的光合速率为7.3 μmol·m-2·s-1,PMRP-RNAi转基因拟南芥的光合速率分别为8.8、7.8和8.5 μmol·m-2·s-1,PMRP表达量的降低略增强了拟南芥的光合速率。野生型Col-0的绿叶率为48%,过表达PMRP转基因拟南芥的3个株系绿叶率分别为48.6%、47.8%和49.2%,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥的绿叶率分别为65.9%、67.4%和68.3%,表明PMRP表达量的降低增强了植物的耐寒性。在-8℃下处理30 min,野生型Col-0拟南芥莲座叶的渗出液电导率为70.67 μS·cm-1,PMRP-RNAi拟南芥莲座叶渗出液电导率分别为48.57、45.40和52.10 μS·cm-1。表明PMRP表达量的降低明显降低了逆境对细胞膜的损伤。通过对PMRP-RNAi转基因拟南芥和野生型拟南芥完全展开的莲座叶,进行超微结构分析,发现野生型拟南芥莲座叶细胞中,叶绿体为椭圆形,而PMRP-RNAi转基因拟南芥莲座叶细胞叶绿体变为近似圆形;在光照情况下,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒的积累与野生型相似,均有明显的淀粉粒积累,但在黑暗环境中,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒积累明显增多。【结论】PMRP表达量降低造成叶绿体形状由梭型变为圆球型,淀粉粒明显增多,增强了拟南芥的抗寒性。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    氮钾配施下施磷对冬小麦群体发育特性、冠层光截获及产量的影响
    岳俊芹,张德奇,李向东,王汉芳,邵运辉,方保停,吕风荣,马富举,秦峰,杨程
    中国农业科学. 2016, 49(5):  840-851.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.004
    摘要 ( 309 )   HTML ( 1 )   PDF (475KB) ( 513 )   收藏
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    【目的】明确一定氮钾配施条件下不同施磷水平对冬小麦群体发育特性、冠层截获光合有效辐射(IPAR)及产量的影响,同时分析IPAR与LAI之间的相关性,为在一定氮钾配施下筛选出适宜的磷肥用量提供理论依据。【方法】以郑麦7698为试验材料,设低氮低钾N1K1(N 225 kg·hm-2K2O 150 kg·hm-2)、低氮高钾N1K2(N 225 kg·hm-2K2O 225 kg·hm-2)、高氮低钾N2K1(N 300 kg·hm-2K2O 150 kg·hm-2)、高氮高钾N2K2(N 300 kg·hm-2K2O 225 kg·hm-24个氮钾配施比例,每个氮钾配施设置5个施磷水平:P0(不施磷)、P1(P2O5 150 kg·hm-2)、P2(P2O5 225 kg·hm-2)、P3(P2O5 300 kg·hm-2)、P4(P2O5 375 kg·hm-2),共20个处理。对小麦群体动态、叶面积指数(LAI)、开花后干物质积累、冠层截获光合有效辐射(IPAR)、产量等指标进行测定分析。【结果】(1)在4种氮钾配施下,施P2O0—225 kg·hm-2时,随施磷量的增加,总茎蘖数、开花后干物质积累及LAI均增加,施P2O5超过225 kg·hm-2时,各指标均有所下降,以施P2O5 225 kg·hm-2水平群体指标最佳。(2)氮钾配施固定条件下,不同施磷水平小麦冠层截获光合有效辐射值(IPAR)的大小顺序均为P2>P1>P3>P4>P0,且P2水平IPAR值最高,增幅最大。不同氮钾配施下以N1K1条件IPAR增幅最多。(3)4种氮钾配施条件下IPAR与LAI均呈指数正相关关系,N1K1、N1K2、N2K1、N2K2条件下不同施磷水平小麦IPAR与LAI的拟合系数分别为0.8492, 0.8363, 0.7321, 0.8081。产量与LAI在二阶多项式函数关系上拟合度较好,拟合系数为0.7145。(4)从3个年度各处理产量来看,适当增施磷肥有利于提高小麦的籽粒产量,但磷肥增加到一定程度小麦产量又呈下降趋势,不同氮钾配施下N1K1处理产量水平最高,氮钾配施固定条件下,不同施磷水平的产量及增产率均为P2(P2O5 225 kg·hm-2)时最高。【结论】本研究条件下,N1K1P2(N 225 kg·hm-2K2O 150 kg·hm-2P2O225 kg·hm-2)处理可以优化小麦群体结构,提高LAI,增加开花后干物质积累,提高IPAR和籽粒产量。
     
    半干旱区减氮增钾、有机肥替代对全膜覆盖垄沟种植马铃薯水肥利用和生物量积累的调控
    张绪成,于显枫,王红丽,侯慧芝,方彦杰,马一凡
    中国农业科学. 2016, 49(5):  852-864.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.005
    摘要 ( 241 )   HTML ( 1 )   PDF (675KB) ( 393 )   收藏
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    目的】减氮增钾和有机肥替代是提高中国作物生产中资源利用效率、改善农田生态环境、提升农产品质量和降低作物生产病害风险的有效途径。研究明确半干旱区全膜覆盖垄沟种植马铃薯减氮追施、有机肥替代和增施钾肥对马铃薯干物质积累和水分利用的影响,为该区域实施水肥高效管理提供依据。【方法】在4年大田定位试验基础上,通过测定全膜覆盖垄沟种植条件下传统施肥(PM)、减氮25%并花期追施和增施钾肥(PMN)和减氮50%与有机肥替代并花期追施(PMO)的土壤贮水量、马铃薯的生物量和产量等指标,计算不同施肥模式的耗水量、生长速率、水分利用效率和肥料偏生产力,以明确不同养分管理模式对马铃薯耗水过程的调控及其对干物质积累和水肥利用效率的影响。【结果】2011—2014年PMN花前耗水量较PM分别降低了17.4、28.7、26.8和34.2 mm,花后耗水量增加了31.1、34.7、36.7和49.2 mm;PMO没有显著降低马铃薯花前耗水,而花后耗水量分别增加了17.8、24.3、11.2和10.3 mm。与PM相比,PMN在盛花期后显著提高马铃薯地上地下生物量和生长速率,使马铃薯产量在2012 —2014年平均增加2 595.1 kg·hm-2,并使水分利用效率(WUE)在2013—2014年分别增加了14.4%和6.3%,达到显著差异;PMO显著提高马铃薯各生育期的地上地下生物量和生长速率,4年平均马铃薯块茎产量增加了2 945 kg·hm-2,而且WUE在2012—2014年显著高于PM。PMN和PMO较PM均能显著提高马铃薯肥料偏生产力、化肥偏生产力、氮素偏生产力和化肥氮素偏生产力,表明PMN和PMO能协同提高作物的养分和水分利用效率,实现以肥调水和以水促肥的目标。2011年为严重干旱年份,虽然PMN和PMO能调节马铃薯花前花后耗水,提高地上地下生物量和生长速率,显著提高养分偏生产力,但产量和水分利用效率无显著提高。【结论】PMN和PMO均能显著调节马铃薯花前花后耗水量,增加生物量和提高生长速率,使得马铃薯块茎产量、水分利用效率和养分利用效率增加。与PMN相比,PMO对马铃薯产量、WUE和养分偏生产力的增加幅度更大,是资源更加高效和作物增产的养分管理模式。
    植物保护
    稻曲病菌侵染水稻颖花的酵母双杂交cDNA文库构建与应用
    王宇秋,李国邦,杨娟,黎良,赵志学,樊晶,王文明
    中国农业科学. 2016, 49(5):  865-873.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.006
    摘要 ( 456 )   HTML ( 1 )   PDF (3258KB) ( 832 )   收藏
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    【目的】近年来稻曲病日益严重,但目前对稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)与水稻相互作用机制仍不清楚。论文旨在利用水稻感病颖花材料构建酵母双杂交文库并筛选稻曲病菌效应因子互作蛋白,为解析稻曲病菌侵染水稻机制提供理论基础。【方法】以感病水稻Chuannong H2S为试验材料,在水稻破口前5—7 d左右,从水稻穗中上部接种PSB摇培7 d的稻曲病菌荧光标记菌株P4,接种13 d后取颖花进行激光共聚焦观察,收集感病颖花。提取感病颖花总RNA,使用含有Oligo(dT)的接头引物反转录cDNA第一链,并PCR扩增ds cDNA,通过琼脂糖凝胶电泳切胶回收ds cDNA片段,与载体pGADT7-Rec进行同源重组,转化酵母菌株Y187构建酵母双杂交cDNA文库。然后用稻曲病菌效应因子Uv_1261基因构建诱饵载体,将诱饵载体转化入Y2HGold酵母菌株,通过酵母双杂交自激活验证后以该诱饵载体筛选酵母双杂交文库,最终在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp/X-α-Gal平板上筛选出生长状况良好的蓝色单菌落,经测序得到候选互作蛋白的序列,通过NCBI在线网站进行Blast分析和Uniprot在线网站进行gene ontology(GO)注释。【结果】经检测,文库滴度为5.7×108cfu/mL,平均插入片段大小为750 bp,表明稻曲病菌侵染水稻颖花cDNA文库质量较高。用Uv_1261构建诱饵载体,转化Y2HGold后,转化菌可在SD/-Trp、SD/-Trp/X-α-Gal平板上生长,不能在SD/-Trp/X-α-Gal/AbA平板上生长,表明Uv_1261无自激活现象。以该诱饵载体筛选文库,对筛选到的候选互作蛋白进行测序验证并Blast分析获得了56个来自稻曲病菌或水稻的候选互作蛋白,其中有28个候选互作蛋白来自稻曲病菌,有16个来自水稻,以及12个未知蛋白。经GO注释显示,来自稻曲病菌中的候选互作蛋白参与了17个生物过程,包括翻译、代谢过程、氧化还原及胞内氨基酸合成等;分子功能包括金属离子结合活性、水解酶活性及ATP结合活性等;细胞组分包括核糖体、细胞质及线粒体等。来自水稻中的候选互作蛋白参与了11个生物过程,包括蛋白质去磷酸化、糖代谢及翻译等;分子功能包括金属离子结合活性、核苷酸结合活性及转移酶活性等;细胞组分包括核糖体、膜及细胞核等。【结论】该cDNA文库质量较好,能成功地用于稻曲病菌效应蛋白的互作蛋白筛选,可为研究稻曲病菌与水稻相互作用的分子机制提供重要资源。
    新鲜和腐熟紫茎泽兰对三种茄科蔬菜生理和辣椒产量品质的影响
    焦玉洁,桑宇杰,杨磊,王亚麒,吴叶宽,杜如万,袁玲
    中国农业科学. 2016, 49(5):  874-884.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.007
    摘要 ( 233 )   HTML ( 1 )   PDF (445KB) ( 294 )   收藏
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    【目的】紫茎泽兰(Ageratina adenophora)广泛分布于中国西南地区,是一种入侵恶性毒草,生命力强,根、茎和种子皆可再生繁殖,不能直接还田。论文通过研究新鲜和腐熟紫茎泽兰对辣椒、番茄和茄子3种茄科蔬菜生理和辣椒产量品质的影响,为无害化处理与资源化利用提供技术支持。【方法】利用对紫茎泽兰毒性不敏感的铜绿假单胞菌(Pseudomonas putita sp.)和高温纤维菌(Clostridium thermocellum sp.)混合菌剂,野外就地腐熟紫茎泽兰,培养试验以辣椒、番茄和茄子3种茄科蔬菜为材料,研究新鲜和腐熟紫茎泽兰浸提液对蔬菜种子发芽、幼苗生长、种子蛋白质、游离氨基酸、淀粉、可溶性糖、全磷和可溶性磷含量,以及幼苗硝酸还原酶活性、叶绿素和根系活力等的影响;田间试验以辣椒为对象,设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、化肥配施紫茎泽兰有机肥(50%化肥+50%紫茎泽兰有机肥,CF+OF)、单施紫茎泽兰有机肥(OF)4种施肥处理,研究紫茎泽兰有机肥对辣椒产量和品质的影响。【结果】在培养试验中,用新鲜紫茎泽兰浸提液(extract of fresh A. adenophora, EFA)浸种,随浓度提高,抑制蔬菜种子发芽和幼苗生长的作用增强;但在腐熟紫茎泽兰浸提液(extract of decomposed A. adenophora, EDA)的浸种处理中,蔬菜种子的发芽率和苗高分别比无菌水浸种提高2.48%—17.78%和51.28%—105.02%。随EFA浸种浓度的提高,显著提高了蔬菜种子中的蛋白质和淀粉含量,全磷含量无显著变化,游离氨基酸、可溶性糖和可溶性磷含量则相反;但用EDA浸种则不同程度地提高了蔬菜种子中游离氨基酸、可溶性糖和可溶性磷的含量。用100 mg·L-1 EFA浸种,蔬菜幼苗的硝酸还原酶活性、叶绿素含量和根系活力依次分别比无菌水浸种降低了66.67%—73.17%、17.79%—80.57%和41.52%—61.15%;而相同浓度的EDA则显著提高了辣椒硝酸还原酶、叶绿素和根系活力,最大增幅依次为88.89%、73.61%和95.82%。因此,EFA抑制种子胚乳中的蛋白质、淀粉和肌醇磷酸盐水解,导致发芽率降低;EFA还降低了幼苗叶绿素含量、根系活力和硝酸还原酶活性,不益于光合作用、养分吸收、氮素同化和幼苗生长。相反,EDA促进了胚乳中的大分子物质水解,提高种子中可溶内含物含量,并使幼苗叶绿素含量、根系活力和硝酸还原酶活性提高。在田间试验中,辣椒产量为化肥配施紫茎泽兰有机肥>单施紫茎泽兰有机肥»单施化肥>不施肥,无机有机配施比单施化肥增产14.42%,无机有机配施辣椒品质也最佳,表现为果实中的游离氨基酸和维生素C最高,硝酸盐含量显著低于单施化肥。【结论】微生物腐熟可消除紫茎泽兰抑制种子发芽和幼苗生长的生理作用,化肥配施紫茎泽兰有机肥显著提高辣椒产量,改善果实品质,为当地的蔬菜种植提供有机肥源,实现紫茎泽兰的无害化处理与资源化利用。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    东北三省典型春玉米土壤剖面氮库变化及平衡特征
    王娜,范美蓉,刘双全,赵士诚,赵英,仇少君,何萍,周卫
    中国农业科学. 2016, 49(5):  885-895.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.008
    摘要 ( 289 )   HTML ( 1 )   PDF (448KB) ( 257 )   收藏
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    【目的】研究了东北三省典型春玉米种植区在0—90 cm土壤剖面土壤氮素的变化及平衡特征,试图了解东北三省典型春玉米种植区传统农民习惯施肥措施下土壤氮素的固持潜力。【方法】于2012年春玉米全生育期定点跟踪了黑龙江、吉林和辽宁省各17户,总计51户农民习惯处理,测定了0—30、30—60、60—90 cm土层中全氮(TN)、矿质氮(NO3-N、NH4-N)、颗粒有机氮(PON)、微生物生物量氮(SMBN)和可溶性有机氮(DON)以及春玉米产量,并计算了春玉米播种前和收获后的氮素平衡。【结果】黑龙江、吉林、辽宁典型春玉米种植区0—90 cm整个土壤剖面TN储量分别为357.9、286.9、218.1 kg·hm-2,且各省土壤TN储量平均值均达显著性水平(P<0.05)。黑龙江、吉林、辽宁0—30 cm表层土壤TN含量平均值分别为1.4、1.0、0.7 g·kg-1,且各省TN含量均达显著性水平(P<0.05);在30—60 cm、60—90 cm土层TN含量平均值分别为0.9、0.6、0.4 g·kg-1和0.6、0.4、0.3 g·kg-1,黑龙江各土层土壤剖面TN含量平均值显著高于辽宁(P<0.05)。0—30 cm土层中,随着纬度的降低,黑龙江、吉林、辽宁三省PON、PON/TN、SMBN/TN呈增加趋势,而SMBN含量则呈降低趋势,PON、PON/TN和SMBN含量平均值三省间均达显著水平(P<0.05),黑龙江与辽宁SMBN/TN平均值达显著水平(P<0.05);在30—60 cm土层,黑龙江、吉林和辽宁PON/TN随着纬度的降低而升高,且三省间PON/TN平均值达显著水平(P<0.05),黑龙江PON显著低于吉林、辽宁两省(P<0.05),黑龙江DON显著高于吉林和辽宁,吉林DON/TN平均值显著低于辽宁(P<0.05);在60—90 cm土层,吉林SMBN、SMBN/TN的平均值显著高于黑龙江、辽宁(P<0.05),黑龙江DON/TN平均值显著低于吉林、辽宁(P<0.05)。各省土壤全氮及各活性氮库随着土层深度的增加总体呈下降趋势。0—30 cm土层,辽宁NO3-N含量平均值显著低于黑龙江、吉林(P<0.05);在30—60 cm、60—90 cm土层吉林NO3-N含量平均值显著高于黑龙江、辽宁(P<0.05)。吉林施肥量最高,因此吉林氮素平衡显著高于黑龙江、辽宁(P<0.05),且吉林表现为氮素盈余,黑龙江和辽宁基本上处于氮素平衡状态。2012年黑龙江、吉林、辽宁玉米产量平均值分别为11.9、11.3和10.8 t·hm-2,黑龙江玉米产量显著高于吉林、辽宁(P<0.05)。【结论】东北三省间土壤活性氮库消长规律与土壤全氮并不完全一致,东北三省产量维持在11 t·hm-2左右,吉林省典型春玉米种植区氮素危害环境的风险较大。
    基于空间分析法研究温室番茄优质高产的水氮模式
    杨慧,曹红霞,李红峥,郭莉杰,杜娅丹
    中国农业科学. 2016, 49(5):  896-905.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.009
    摘要 ( 235 )   HTML ( 1 )   PDF (523KB) ( 312 )   收藏
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     【目的】本文通过设置不同灌水施氮水平处理,研究温室盆栽条件下,不同水氮供应组合对番茄产量品质和水氮利用效率的影响,分别提出单一指标最大和兼顾产量品质最优时的灌水施氮组合。【方法】试验于2013年在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室的灌溉试验站日光温室内进行,供试番茄品种为金鹏M6088,在盆栽条件下设置3个灌水上限:低水 W1(70% θf)、中水 W2(80% θf)和高水 W3(90% θf),θf为田间持水率;3个施氮量:低氮 N1(N 0.24 g·kg-1土)、中氮 N2(N 0.36 g·kg-1土)和高氮 N3(N 0.48 g·kg-1土),试验采用完全随机区组设计,共9个处理,每个处理重复15次。运用多元回归分析和空间分析相结合的方法,寻求单一指标最大时的灌水施氮组合,以及综合评价产量品质的水肥调控效应,提出兼顾产量品质最优时的灌水施氮范围。【结果】番茄产量、灌溉水生产率、氮肥偏生产力和品质受灌水量和施氮量的影响显著。番茄单株产量随着灌水量和施氮量的增加而先增加后降低(低氮和低水除外),低氮下增加灌水量可弥补缺氮造成的减产,低水下增施氮肥可缓解干旱对产量的抑制作用。产量与水氮供应量之间呈较好的二元二次关系,当灌水量和施氮量分别为62.3 L/株 和0.3864 g·kg-1土时,番茄单株产量有最大值(1 599.4 g/株),但灌水量和施氮量超过其峰值时,产量反而会减少。减小灌水量和增大施氮量时,灌溉水生产率增加;增大灌水量和降低施氮量时,氮肥偏生产力增加。番茄各品质指标受灌水量和施氮量的影响极显著。可溶性固形物和有机酸随着施氮量的增加而增加,维生素C、番茄红素、可溶性糖和糖酸比则先增大后降低。随着灌水量的增加,可溶性固形物和维生素C(中氮除外)呈降低趋势,番茄红素、可溶性糖和糖酸比呈先增加后降低的趋势(低氮除外)。采用熵权法计算得出番茄单一品质指标对不同水氮处理的敏感度排序为:番茄红素>可溶性糖>糖酸比>有机酸>维生素C>可溶性固形物。【结论】通过多元回归分析和空间分析得出,番茄产量和品质同时达到大于等于95%最大值的灌水上限为田间持水率的80%,施氮区间约为0.34—0.44 g·kg-1土。
     
    稻田优化施肥效果与氮、磷环境效益评价
    张智,李小坤,丛日环,任涛,黄铁平,鲁艳红
    中国农业科学. 2016, 49(5):  906-915.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.010
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    【目的】针对稻田氮磷钾肥施用不合理引起环境问题较为严重的现象,从粮食高产高效和环境效益的角度分析稻田化肥的合理施用与管理策略。【方法】选用测土配方施肥项目2005—2010年在湖南省间布置的735个早、中、晚稻肥料田间试验,选取不施肥(CK)、农民习惯施肥(FP)和优化施肥(OPT)3个处理,对比分析了早、中、晚稻OPT较FP处理的增产效果与氮、磷、钾肥偏生产力的优势;通过筛选OPT处理产量或/和氮肥偏生产力前25%的试验点,建立高产、高效和高产高效3种方案,结合氮肥用量与氮素损失(N2O的排放、N的径流与淋失、NH3挥发)之间的经验模型,评估稻田节氮减排潜力;通过计算早、中、晚稻磷素表观平衡,分析稻田磷素残留状况;并引入湖南省早、中、晚稻种植面积,估算区域稻田氮、磷的环境效益。【结果】多年多点田间试验研究表明,与CK处理相比,FP和OPT处理分别可增产41.9%和52.0%(早、中、晚稻的平均值);与FP处理相比,OPT处理早、中、晚稻可增产7.0%—8.3%,氮、磷肥偏生产力分别提高16.8%—19.6%和5.5%—37.3%,而OPT处理钾肥用量的提高对钾肥偏生产力的负效应较小(早、中、晚稻平均降幅为6.4%)。节氮减排评估结果表明,高产组产量高而氮肥用量相对较高,高效组氮肥偏生产力高而产量相对较低,用高产高效组表征产量和氮肥偏生产力的潜力更可靠;高产高效组早、中、晚稻每年可节省氮肥用量共81 kg·hm-2(其中晚稻最多,为32 kg N·hm-2),减少氮素损失15.5 kg N·hm-2,温室气体N2O减排约20%。湖南省稻田节氮总潜力为12.5×104 t,减少氮素损失2.35×104 t,主要对象为早稻和晚稻。优化施肥可提水稻的磷素总吸收量,早、中、晚稻从FP处理的59—66 kg P2O5·hm-2增加到OPT处理的63—71 kg P2O5·hm-2。磷肥用量与水稻磷素吸收量之间的关系显示,两者并不能达到显著的正向相关关系,说明当磷肥投入总量满足作物需求后,多余的磷素对当季作物磷素吸收无效,从而残留在土壤中;早、中、晚稻分别有46%、44%和15%的样本出现磷残留现象,通过筛选并分析磷残留样本得出,早、中、晚稻OPT处理磷残留比例明显低于FP处理,且磷残留量分别可降低到1.36—5.30 kg P2O5·hm-2,较FP处理下降了33.7%—48.5%;从全省范围来看,磷残留总量可减少18.14×103、3.59×103和5.30×103 t;另一方面,农民习惯施肥中,仍有不施磷肥的现象,这对土壤养分的耗竭影响较大,应重视平衡施肥。【结论】稻田优化施肥是产量和环境安全的重要保障,氮肥减量施用可提高氮肥利用率,减少氮素损失和温室气体的排放,控制磷肥总量可有效地避免土壤磷素残留带来的污染风险。
    园艺
    专题导读:作物连作障碍的克服——难解的问题
    李天来,杨丽娟
    中国农业科学. 2016, 49(5):  916-918.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.011
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        作物连作是近代商品化生产不得已而为之的生产方式,它会劣化土壤而导致作物生长发育障碍。在土地复种指数高、作物连作严重条件下,作物连作障碍已成为农业可持续发展的重大问题之一[1-3]
        作物连作障碍是指同一作物或近缘作物连作以后,即使在正常栽培管理的情况下,也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象。其主要是由土壤劣变导致的,具体可归纳为5个方面:①土壤养分失衡;②土壤有害生物积聚;③土壤理化性状恶化;④来自植物的对土壤有害物质的积累;⑤土壤微生物区系劣变[4]等。
        可发生连作障碍的作物种类较多,玉米、小麦、水稻、大豆、棉花、甘蔗、烟草以及中草药、蔬菜、瓜果、花卉等均会发生连作病害。目前,中国危害程度高的连作地块面积大于10%,其中规模化种植区发生面积一般超过20%;连作障碍导致当季作物损失巨大,占20%—80%,严重的几乎绝产,每年造成的经济损失可达数百亿元;同时还降低了农产品的安全性。因此,克服作物连作障碍是农业可持续发展的当务之急。虽然,目前尚未找到根治方法,但研究表明,可以通过以下措施使作物连作障碍得以缓解[5-9]1)选用抗病品种或砧木。目前国内外已育成一批可供选用的不同作物抗病品种;同时也选育出一些抗病嫁接砧木,通过嫁接技术来克服作物土传病害,应用效果显著。2)改善栽培制度。主要采用轮作,如粮-菜轮作、不同科间的粮-粮轮作和菜-菜轮作等,也包括作物同对抗植物(即具有通过释放抗菌物质来抑制病原菌功能的植物)和净化植物(即能够吸附土壤中过剩盐分的植物)等的轮作。3)生物防治。其目的主要是调节土壤中的微生物,如通过增施蚓粪等生物有机肥或接种有益微生物等,增加土壤中有益微生物数量,以竞争营养和空间等途径抑制其他有害菌的繁殖[10]4)土壤消毒。即采用物理、化学等方法实施土壤消毒处理,可快速、高效杀灭土壤中的真菌、细菌、线虫、杂草等。5)调节土壤pH。对于酸化土壤,采用增施消石灰或石灰氮等方法调节土壤酸度,从而可调节土壤营养有效性和土壤微生物区系,防止土壤劣变。(6)增施有机肥或有机物料。目的是为了保持较好的土壤团粒结构,维持均衡的土壤营养的有效性和微生物区系,以保持土壤健康。
        不同作物连作障碍的主导原因不同,因此,不同作物连作障碍研究的侧重点也不同。目前作物连作障碍研究尽管较多,但对连作障碍机理的研究仍是重点之一。研究的技术手段和研究方法也在不断进步,从传统的土壤理化性质测定、稀释平板法测定微生物数量[11]、应用同位素技术[12]检测根系分泌物等,到微生物区系的定性PCR-DGGE[13-14]技术、高效液相色谱[15]和核磁共振波谱法[16]对根系分泌物的测定、定量PCR法[17]对特定微生物定量分析、高通量测序技术[18]进行微生物分类及多样性分析等,使研究从定性向定量发展。
        目前,土壤理化性状和土壤微生物环境的相互作用,根系分泌物与植物营养自调,根系分泌物与土壤微生物的关系,特别是利用高通量测序等技术研究连作土壤微生物群落结构,仍然是研究的热点。而根系分泌物与环境污染的关系,根系分泌物在土壤中的去向,以及根系分泌物的种类与病原菌增殖的关系等问题将是今后研究的新热点。根际自生细菌的应用已经成为一个新的研究方向,目前,正在采用转基因技术,改造根际自生细菌,以改变土壤微生物结构,消除连作造成的微生物结构的破坏,以便有效防治土传病虫害[19]
        随着现代科学技术的发展和农业栽培管理体系的不断完善,作物连作障碍必将得到进一步缓解,作物生产定能达到经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一,但许多作物彻底根治连作障碍仍是难题。另外应该指出的是,目前通常所说的作物连作障碍,不仅单纯是连作障碍,而且也包含不科学施肥导致土壤劣变引起的作物障碍,也就是说,即便轮作,随着种植年限的延长,也会不同程度地引发作物生育障碍。目前,尚未分清作物连作障碍和施肥不良障碍各自所占份额,尚需进一步解决,只有这样,才能更好地针对原因采取防控措施。本专题将从不同作物连作对土壤微生物的影响及差异蛋白表达分析等方面探索连作障碍产生机理,并提出相应的防治措施,旨在为连作障碍的研究提供一些参考。
    分蘖洋葱-番茄套作系统中番茄叶片差异蛋白表达分析
    刘淑芹,周新刚,吴凤芝,刘守伟
    中国农业科学. 2016, 49(5):  919-932.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.012
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    【目的】明确套作对番茄叶片差异蛋白表达的影响,从蛋白质水平进一步揭示套作分蘖洋葱减轻番茄连作障碍的机理,探明套作控病增产的原因,推动番茄高效优质栽培模式的建立和推广。【方法】以番茄为主栽作物,分蘖洋葱为套作作物,番茄叶片为试材,将4个不同化感潜力的分蘖洋葱品种(化感潜力强的‘绥化’和‘五常红七社’,化感潜力弱的‘宁安市红城村’和‘七台河’)与番茄套作,运用蛋白质双向电泳和MALDI-TOF-MS质谱鉴定技术,鉴定套作不同化感潜力分蘖洋葱对番茄叶片蛋白质表达谱的变化,分析差异蛋白的种类和功能。【结果】套作后不同处理番茄叶片共鉴定出39个差异表达蛋白,分为7类,包括光合作用相关蛋白、代谢相关蛋白、能量代谢相关蛋白、植物抗性相关蛋白、蛋白质合成相关蛋白、核酸合成相关蛋白和未知功能蛋白,差异较大的是与光合(11个)、代谢(11个)、植物抗性(8个)相关的蛋白。套作处理后,热激蛋白、硫氧还蛋白、多酚氧化酶、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶、S-腺苷硫氨酸脱氢酶、ATP结合蛋白在番茄叶片中的表达量均有不同程度上调,化感潜力强的品种表达量显著高于弱的品种。【结论】套作分蘖洋葱对番茄叶片的蛋白表达存在差异,且化感潜力强的品种差异蛋白表达量高于化感潜力弱的品种,表明套作化感潜力强的品种有利于促进番茄的生长,增强其抗逆性,从而减轻连作障碍。
    大蒜秸秆对番茄根结线虫病及根际微生态的影响
    巩彪,张丽丽,隋申利,王秀峰,魏珉,史庆华,杨凤娟,李岩
    中国农业科学. 2016, 49(5):  933-941.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.013
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    【目的】研究土壤添加大蒜秸秆对番茄根结线虫病及根际微生态的影响,旨在探明大蒜秸秆对植物、根结线虫病和根际微环境的综合效应,为合理开发大蒜秸秆资源提供理论依据和技术支撑。【方法】试验设置土壤添加0(CK)、1%(T1)、2%(T2)、4%(T3)和8%(T4)共5个大蒜秸秆添加浓度(w/w)。于日光温室中采用装有5 kg田园土的花盆(直径20 cm,深20 cm)进行番茄幼苗培养,缓苗后于番茄幼苗周围打洞接种南方根结线虫二龄幼虫(5 000 J2/株)。每30盆作为一个处理,培养温度控制在白天/夜晚为28—32℃/15—23℃。于处理10、30和50 d后取番茄根系样品,并采用抖动法收集根际土壤样品,测定番茄植株的生物量;统计根结线虫数、雌虫数、雌虫比例、卵块数、卵粒指数、繁殖系数、根结指数等病情指数和相对防治效果;分析根际土壤中的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶等主要土壤酶活性;测定根际土壤中的细菌、真菌和放线菌的数量,以及植食性线虫、食细菌线虫、食真菌线虫和杂食捕食性线虫等不同营养类群的土壤线虫数。【结果】随着大蒜秸秆施用量的增加,番茄植株的生物量呈现先增加后降低的趋势。其中,T1处理略高于CK,而T2处理略低于CK。相对防治效果随着大蒜秸秆施用量的增加呈现递增趋势,分别达到13.6%、50.0%、72.7%和81.8%;土壤添加大蒜秸秆显著降低了根结线虫二龄幼虫向雌虫分化的比例,并降低其卵块数、卵粒指数和繁殖系数。土壤添加大蒜秸秆降低了根际土壤尿酶和磷酸酶活性,但提高了纤维素酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性。另外,土壤添加大蒜秸秆可显著增加根际土壤中细菌、真菌和放线菌的数量。其中,细菌数随着大蒜秸秆施用量的增加呈现先增后减的趋势,其峰值出现在T2处理;而真菌和放线菌则随着大蒜秸秆施用浓度的增加呈现递增趋势。土壤引入大蒜秸秆后,植食性线虫数量随着施用浓度的增加呈现递减趋势;同一浓度下,植食性线虫数随着施用时间的延长呈现递增趋势。而食细菌、食真菌和杂食捕食性线虫数量则随着大蒜秸秆施用量的增加呈现先增后减的趋势;相比之下,食真菌线虫数增幅相对较小。【结论】综合考虑大蒜秸秆对番茄旺盛生长期的植株生长、根结线虫病防控和根际微生态的影响,以T2处理(2%)的大蒜秸秆添加量较为适宜。
     
    Biolog-ECO解析黄瓜连作营养基质中微生物群落结构多样性特征
    邹春娇,齐明芳,马建,武春成,李天来
    中国农业科学. 2016, 49(5):  942-951.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.014
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    【目的】营养基质栽培作为一种有效缓解土壤连作障碍的栽培方式而被广泛应用,但随着栽培年限增加,也会表现出连作障碍现象。目前针对营养基质连作障碍产生机理的研究相对较少,生产上主要采用更换营养基质的方式维持生产力,造成大量的资源浪费本研究从微生物群落功能多样性方面探索营养基质连作障碍产生机理,为找到合理修复营养基质的方法奠定基础。【方法】以日光温室黄瓜槽式连作栽培的营养基质(稻草+土壤+膨化鸡粪)为试材,采用Biolog-ECO方法计算Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、McIntosh指数及丰富度指数,进而揭示微生物群落结构多样性,采用主成分分析法探索不同连作茬次营养基质中微生物群落结构变化的特征与规律。【结果】黄瓜平均单株产量随着连作茬次的增加在连作第5茬达到最高值,连作11茬显著低于第1茬水平。营养基质pH随着黄瓜连作茬次的增加逐渐降低,连作13茬时显著低于其他茬次。有机碳、速效氮、磷、钾含量均在连作第5茬的营养基质中含量达到最高值;连作第11茬时,速效氮及速效钾含量显著低于第1茬;有机碳和速效磷含量则在连作第13茬显著低于第1茬。微生物群落碳代谢主成分分析结果显示连作7茬以后营养基质中微生物碳源利用情况与之前各茬次间差异显著。微生物群落多样性指数结果表明,香农指数、McIntosh指数及丰富度指数均在连作第5茬达到最大值,香农指数和丰富度指数在第11茬开始显著低于第1茬,McIntosh指数在第13茬显著低于1茬。同时,随着连作茬次的增加,营养基质中微生物对单一碳源L-精氨酸、D-半乳糖内酯、吐温40、吐温80、丙酮酸甲脂、甲基D葡萄糖苷、N-乙酰基-D-葡萄胺的代谢活性明显降低;而对L-天冬酰胺酸、2-羟基苯甲酸、4-羟基苯甲酸、腐胺、D-甘露醇的代谢活性明显提高。【结论】采用营养基质栽培黄瓜,连作第5茬黄瓜产量显著高于其他茬次,微生物碳代谢能力、微生物多样性各项指标及对单一碳源的高利用碳源数均在各茬次中最高;在连作第11茬后微生物碳代谢能力显著下降,微生物多样性水平显著降低,微生物对羧酸类碳源利用率明显提高,说明偏好羧酸类碳源微生物种群得到富集,微生物群落结构发生单一化现象。
    小麦残茬对连作西瓜生长及根际土壤微生物的影响
    韩 哲,徐丽红,刘 聪,孔令锟,吴凤芝,潘 凯
    中国农业科学. 2016, 49(5):  952-960.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.015
    摘要 ( 159 )   HTML ( 1 )   PDF (440KB) ( 406 )   收藏
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     【目的】土壤微生物群落结构构成是土壤生态环境质量的重要组成部分,探讨两种小麦残茬对连作西瓜生长及根际土壤微生物的影响,阐释西瓜枯萎病与根际土壤微生物间的关系,为西瓜连作障碍和枯萎病的生态防治提供依据。【方法】D123和D125两种小麦残茬粉碎后施入瓜类连作土壤中并继续栽培西瓜,采用常规方法测定西瓜蔓长、鲜重及产量,稀释平板法测定根际土壤中细菌、真菌和尖孢镰刀菌数量,通过Real-time PCR测定西瓜根际土壤中功能微生物芽孢杆菌和西瓜专化型尖孢镰刀菌数量。【结果】D123和D125两种小麦残茬的施入,促进了西瓜蔓长的伸长,并在后期显著促进了植株地上鲜重、根鲜重和全株鲜重的增加P0.05),且D125处理略高于D123处理;残茬处理虽然增加了西瓜单株产量,但与对照(CK)差异不显著。对根际土壤微生物数量统计表明,定植第20天时,D125处理细菌数量显著高于D123处理与CKP0.05),D123与CK间差异不显著;定植第30天时,D125处理细菌数量显著高于CKP0.05),D123与CK、D125间差异均不显著。对真菌数量的研究表明,各时期均表现为D125>D123>CK,并在定植30 d时相互间差异显著(P0.05)。对根际尖孢镰刀菌数量的研究表明,各时期均表现为D125>D123>CK,在定植30 d时,D125处理显著高于D123处理和CK(P0.05),但D123处理和CK间差异不显著。土壤中细菌/真菌的比值随着取样时期的延长,呈下降趋势,细菌繁殖速度低于真菌繁殖速度;定植20 d时,D125处理的根际土壤中细菌/真菌的值显著高于D123处理和CKP0.05),D123处理与CK间差异不显著。随着西瓜植株的生长,土壤中西瓜专化型尖孢镰刀菌的数量呈增长趋势,各时期尖孢镰刀菌均表现为CK>D123>D125,在定植第20天和第40天时表现为小麦残茬处理显著降低了尖孢镰刀菌数量P0.05)。芽孢杆菌数据表明,各处理在定植30 d时芽孢杆菌数量均达到最高,其他时期均较低,小麦残茬的施入增加了根际土壤中芽孢杆菌数量,D125处理在各时期均表现为显著高于CKP0.05),D123处理在定植后20 d和30 d表现为显著高于对照(P<0.05),而D125处理在定植后20 d和40 d显著高于D123处理P0.05),定植后30 d时则表现为相反的结果。【结论】小麦残茬的施入,促进了西瓜生长,有利于土壤微生物繁殖,并增加有益微生物数量,减少枯萎病致病菌数量,对西瓜连作土壤有一定的修复作用
    苹果连作土壤中主要酚酸类物质对平邑甜茶幼苗根系的影响
    尹承苗,胡艳丽,王功帅,张先富,周慧,沈向,陈学森,毛志泉
    中国农业科学. 2016, 49(5):  961-969.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.016
    摘要 ( 227 )   HTML ( 1 )   PDF (440KB) ( 395 )   收藏
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    【目的】研究砂培条件下土壤实测浓度的酚酸及其混合物对平邑甜茶幼苗生物量以及根系相关指标的影响,为研究苹果连作障碍的缓解措施及指导老果园的更新提供理论依据。【方法】试验包括对照(CK)、根皮素(T1)、酚酸混合物(T2)、香草醛(T3)、根皮苷(T4)、水杨酸(T5)、苯甲酸(T6)共7个处理,测定5种酚酸及其混合物对平邑甜茶幼苗生物量、根系线粒体相关指标、根系活力、根系超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)以及三羧酸循环(TCA)相关酶等指标的影响。【结果】5种酚酸及其混合物均降低了平邑甜茶幼苗的根、茎鲜重,以混合酚酸(T2)处理降低最明显,根鲜重、茎鲜重分别为对照的27.3%、51.7%。单个酚酸处理相比,以根皮苷(T4)对平邑甜茶幼苗伤害最大,根鲜重、茎鲜重分别为对照的42.3%、60.6%。各处理对平邑甜茶幼苗的伤害大小排序为:混合酚酸>根皮苷>根皮素>香草醛>水杨酸>苯甲酸>对照。不同酚酸处理后均使平邑甜茶幼苗的根系活力下降,随着处理时间的延长,根系活力降低越显著;在处理后的第1、3、5天以T2处理降低最显著,分别为对照的73.0%、71.7%和76.1%;在处理后的第10天和15天,T4处理的根系活力降低最显著,由对照的85.5%降为54.4%。不同酚酸处理均可导致MDA含量显著升高,随着处理时间的延长,根系MDA含量升高越显著,在处理后的第1、3、5天,以T2处理升高最显著,分别为对照的7.71、1.66和1.66倍。过氧化氢(H2O2)含量则呈现先升高后降低的趋势,在处理后的第3天,T1、T2、T3、T4、T5、T6各处理根系线粒体H2O2含量的增幅最大,分别为对照的2.50、2.36、2.58、2.59、2.40、2.58倍。不同酚酸处理对平邑甜茶幼苗根系TCA循环相关的顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶活性具有抑制作用,这与不同酚酸处理后的根系活力下降的结果相一致,但不同酚酸对延胡索酸酶的活性没有影响。不同酚酸处理后根系线粒体膜通透性转换孔(MPTP)开放程度增大,细胞色素Cyt c/a比值下降,其中在处理后的第1、3、5、10、15天,以T2处理的细胞色素Cyt c/a比值下降最显著,分别为对照的76.0%、76.9%、69.1%、66.4%和64.2%,其次为T4处理;在处理后的第15天,各处理的根系线粒体Cyt c/a由低到高为:混合酚酸>根皮苷>香草醛>水杨酸>根皮素>苯甲酸>对照。【结论】酚酸混合物、根皮苷和根皮素对平邑甜茶幼苗的生长发育总体表现的抑制作用更大,表明根皮苷、根皮素是引起苹果园连作障碍的关键酚酸类物质。在老果园的更新工作时,可首先考虑采用多种措施来降解根皮苷和根皮素以缓解苹果连作障碍中酚酸带来的危害。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    不同来源β-酪蛋白基因启动子调控人IFNα-2b基因的表达效率
    李辉,刘庆友,石德顺
    中国农业科学. 2016, 49(5):  970-978.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.017
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    【目的】为获得高启动效率的乳腺特异启动子,对荷斯坦奶牛、娟姗牛和奶水牛的β-酪蛋白基因启动子进行比较研究。【方法】对Genbank 中所收录的荷斯坦奶牛、娟姗牛和水牛β-酪蛋白基因启动子序列进行比对分析,按照保守序列分别设计启动子区和3′端ployA序列引物,同时设计人IFNα-2b基因和EGFP-Neo 筛选序列引物并引入预先设计的酶切位点以方便载体构建。采集静脉血液,提取基因组DNA。PCR克隆β-酪蛋白基因启动子区和3′端ployA区,同时以实验室保存质粒为模板克隆人IFNα-2b基因和EGFP-Neo 筛选序列。测序正确后,将各片段按设计顺序依次插入pMD18-T骨架中,构建成pHSTBCNp-IFN,pJSBCNp-IFN和pSNBCNp-IFN乳腺特异表达载体。将各载体转染Bcap-37细胞,经G418筛选出稳定整合的转基因细胞系。用胰岛素(1 mg·L-1),转铁蛋白因子(1 mg·L-1),氢化可的松(1 mg·L-1)和PRL(250IU·L-1)联合对转基因细胞系进行诱导,然后用PCR、Western blotting、QRT-PCR技术和ELISA方法分别在mRNA水平和蛋白质水平检测IFNα-2b的表达。【结果】PCR后获得了荷斯坦奶牛、娟姗牛和水牛β-酪蛋白基因启动子区,长度分别为5 219、5 244和5 216 bp,其中包括了第一外显子,第一内含子和部分第二外显子,部分第二外显子的51个碱基编码17个氨基酸的信号肽序列。克隆了1 166 bp的ployA区序列。最终将构建的3个乳腺特异表达载体转染Bcap-37细胞并经过G418筛选后,获得了3个转基因细胞系。经激素诱导后,PCR、Western blotting、QRT-PCR和ELISA检测发现3个转基因细胞系都表达了IFNα-2b基因,并且发现娟姗牛β-酪蛋白基因启动子在调控IFNα-2b基因的表达上效率较高,在mRNA水平和蛋白质水平上显著高于其他两个启动子(P<0.05)。【结论】娟姗牛β-酪蛋白基因启动子在调控外源基因表达上具有较高的效率,是具有应用前景的乳腺特异性启动子。所构建的表达载体为IFNα-2b转基因动物乳腺生物反应器的制备奠定基础。
    2-甲基丁酸对犊牛小肠酶活及葡萄糖转运载体基因表达的影响
    张航,刘强,王聪,张延利,裴彩霞,王永新,郭刚,霍文婕,张拴林
    中国农业科学. 2016, 49(5):  979-987.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.018
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    【目的】断奶前后犊牛胃肠发育及其吸收与代谢功能会发生明显改变,尤其是断奶前的饲养管理显著影响犊牛胃肠的发育乃至以后的生产性能。2-甲基丁酸是一种短链支链挥发性脂肪酸,在瘤胃内主要来自于支链氨基酸的降解,可以作为反刍动物胃肠发育的调控剂。因此,通过研究2-甲基丁酸对断奶前后犊牛小肠消化酶活性、小肠黏膜生长激素受体和钠-葡萄糖共转运载体mRNA表达的影响,揭示2-甲基丁酸对犊牛小肠发育的作用机理。【方法】试验选用32头体重(44.7±0.3) kg、发育正常的15日龄哺乳荷斯坦公犊,随机分为4组,每组8头,对照组饲喂基础日粮,试验组分别在基础日粮基础上添加2-甲基丁酸3、6和9 g·d-1。所有犊牛在45日龄断奶,分别于断奶前(30日龄)和断奶后(90日龄)从各组抽取4头,晨饲前称重后进行屠宰,采集十二指肠、空肠近端1/4处、空肠远端1/4处和回肠末端的内容物,采用比色法测定乳糖酶、淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶的活性,采集十二指肠、空肠近端1/4处、空肠远端1/4处和回肠末端黏膜组织,采用实时荧光定量PCR技术检测小肠黏膜组织生长激素受体(GHR)和钠-葡萄糖共转运载体(SGLT-1)mRNA的表达。【结果】断奶后犊牛小肠各段乳糖酶活性显著低于断奶前,而断奶后犊牛小肠各段淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活性却显著高于断奶前。日粮添加2-甲基丁酸69 g·d-1后,较3 g·d-1和对照组显著提高断奶前犊牛空肠近端、空场远端和回肠乳糖酶活性(P0.05),较3 g·d-1和对照组显著提高断奶后犊牛十二指肠和回肠乳糖酶活性,较3 g·d-1的2-甲基丁酸和对照组显著提高了断奶前后犊牛小肠各段脂肪酶、胰蛋白酶活性(P0.05)。断奶后犊牛小肠各段黏膜GHR和SGLT-1mRNA的表达均显著低于断奶前。日粮添加2-甲基丁酸6和9 g·d-1后,较3 g·d-1的2-甲基丁酸和对照组显著提高了断奶前后犊牛小肠各段黏膜GHR mRNA的表达(P0.05),较对照组显著提高了断奶前后犊牛十二指肠黏膜SGLT-1 mRNA的表达(P0.05),较3 g·d-1和对照组显著提高了断奶前后犊牛空肠近端、空肠远端和回肠黏膜SGLT-1 mRNA的表达。【结论】结果提示,断奶前后犊牛日粮添加2-甲基丁酸能够增加小肠消化酶活性及小肠黏膜生长激素受体和钠-葡萄糖共转运载体mRNA的表达,综合以上指标分析,建议断奶前后犊牛日粮中2-甲基丁酸的最适添加量为6 g·d-1
     
    饲养水平对肉用绵羊空怀期和哺乳期能量代谢平衡的影响
    楼灿,邓凯东,姜成钢,马涛,纪守坤,陈丹丹,张乃锋,屠焰,刁其玉
    中国农业科学. 2016, 49(5):  988-997.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.019
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    【目的】繁殖母羊不同生理时期的营养对其生产水平有极大的影响,配种期营养决定了受胎率,妊娠期营养决定了羔羊出生重、成活率和成长潜能,哺乳期营养决定了羔羊的生长率,而断奶后的营养补偿了妊娠期和哺乳前期所消耗的营养储备并为下一繁殖周期做准备。而能量代谢研究则是家畜营养研究的基础,肉羊上的研究也主要集中在幼畜和生长期,对哺乳期的研究甚少,严重制约了中国肉羊产业的健康发展。本试验用日粮饲喂量梯度方法,研究不同饲养水平下,杜泊×小尾寒羊杂交母羊空怀期和哺乳期能量的消化代谢和气体代谢特点。【方法】饲养试验需要控制非试验因素一致或凸显出单一因素,是营养需要量研究中最常用的方法,结合消化代谢和气体代谢试验可系统研究母羊不同生理期的能量代谢平衡。选取15只健康的杜寒杂交母羊做同期发情处理,分娩后根据随机区组设计按体重分为3个处理组(自由采食,80%自由采食和60%自由采食),每个处理5只母羊;另安排同品种同龄未配种母羊为空怀母羊组。在哺乳期20、50和80 d分别进行消化代谢和气体代谢试验。【结果】随着饲养水平的降低,碳(Carbon, C)和能量表观消化率显著升高(P<0.05)。乳碳随着哺乳期的延长显著降低(P<0.05);粪碳和尿碳占食入碳的比例随着饲养水平的下降显著降低(P<0.05),且在哺乳期显著高于空怀期(P<0.05)。消化能代谢率随着饲养水平的下降显著上升(P<0.05),在空怀期和哺乳20、50、80 d时分别为78.55%-82.93%、79.53%-85.89%、79.40%-83.49%、80.99%-85.33%;呼吸熵随饲养水平的下降显著下降(P<0.01),而不同时期间基本一致,变化范围在0.83-0.96之间。甲烷产生量及其与DMI(kg)、代谢体重(W0.75)的比值随着饲养水平的下降显著降低(P<0.05)。 【结论】饲养水平显著影响饲粮C和能量表观消化率(P<0.05)。母羊O2消耗量、CO2和CH4生成量及呼吸熵(RQ)与采食量显著相关(P<0.05)。哺乳显著的提高了母羊对C和能量的消化利用(P<0.05)。
    山麻鸭开产期和产蛋高峰期卵巢组织转录组分析
    朱志明,陈红萍,林如龙,缪中纬,辛清武,李丽,张丹青,郑嫩珠
    中国农业科学. 2016, 49(5):  998-1007.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.020
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    【目的】探明山麻鸭开产期和产蛋高峰期卵巢组织的转录组差异,丰富蛋鸭转录组数据信息。【方法】选取6份山麻鸭卵巢组织样品(开产期和产蛋高峰期各3份),利用Illumina HiSeqTM 2000进行高通量测序,构建山麻鸭开产期和产蛋高峰期卵巢组织转录组文库,并用测序评估、基因功能注释等生物信息学方法进行分析。【结果】经过测序获得质量不低于20的碱基比例(Q20)均高于93%;开产期获得了43 489 798条reads,4 380 847 061 bp数据量;高峰期获得了42 782 676条reads,4 307 499 083 bp数据量;分别有70.92%和72.70%的reads能比对到鸭参考基因组序列上。对开产期与产蛋高峰期转录组进行比较,发现开产期有26 808个表达基因,产蛋高峰期有27 013个表达基因,与开产期为参考,在高峰期卵巢组织中共获得1 929个差异表达基因,其中上调基因989个,下调基因940个;进一步将这些差异基因在Nr数据库进行注释,发现获得注释的基因有1 423个,其中上调基因695个,下调基因728个;COG功能注释分析发现这些差异表达基因共获得663个功能注释,涉及25个功能分类;GO 功能注释分析表明,有1 122个基因获得GO 功能注释,可以分为61个功能分类,这些分类主要涉及到分子绑定、催化活性、细胞过程、生物调节等诸多生理生化过程,其中涉及到发育繁殖生物学过程的相关注释基因有406个;KEGG分析发现共有425个基因注释到160个代谢通路中,其中GnRH信号通路、GPI-anchor生物合成、TGF-β信号通路、核糖体生物合成等通路显著富集。GnRH信号通路和TGF-β信号通路在卵巢的生理生殖活动发挥了重要作用,而GPI-anchor生物合成和核糖体生物合成,这两类代谢通路在卵巢生理生殖活动的作用尚不明确。【结论】利用高通量测序技术对山麻鸭开产期和产蛋高峰期卵巢组织的转录组进行测序和分析,揭示了山麻鸭不同生理状态下卵巢组织差异表达基因的数量,获得了差异表达基因的功能、分类和代谢通路。为丰富蛋鸭卵巢组织转录组信息,为开展蛋鸭产蛋性状相关基因的研究及分子调控机制研究奠定基础。
    研究简报
    农田土壤钙素含量及空间分布规律研究——以武功县大庄乡为例
    史红平,王益权,石宗琳,梁化学,王加旭
    中国农业科学. 2016, 49(5):  1008-1016.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.05.021
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    【目的】分析关中地区土壤发育与演化的历史,企图揭示在现代农业生产条件下土地高强度利用、施肥与耕作制度的变更等对土壤健康的影响。【方法】选定自然条件及土地利用类型一致的聚居村庄,在水平距离仅600 m的范围内,按照辐射线状采集农田土样,并参照了该地区1982年土壤普查数据采集信息,采用“横向参照标准方法”和“纵向(时间)标准方法”,研究农田土壤钙素的演化趋势。【结果】在水平尺度上距村庄0—400 m范围内表层0—40 cm土壤碳酸钙、交换性钙含量的水平变化均不够明显,在400—600 m处却明显增大,在0—600 m的范围内土壤水溶性钙含量随距村庄距离的增加而逐渐降低。在垂直尺度上不同水平距离处0—20 cm土壤碳酸钙含量均低于20—40 cm,而交换性钙和水溶性钙含量高于20—40 cm。在距村庄50 m处的剖面0—40 cm土层碳酸钙含量既低于距村庄500 m处,也低于1982年地区内土壤剖面同层的含量,而40 cm以下土壤碳酸钙含量明显增加。50 m处0—100 cm土壤钙素总贮量明显高于500 m处。表层0—40 cm土层交换性钙在村庄附近土壤中递减、水溶性钙含量递增。【结论】在无自然因素差异的有限水平空间范围内,高强度集约化土地利用以及密集型技术措施施行,明显驱动和加速了农田土壤钙素的淋失与淀积,导致土壤钙素的空间变异性及农田土壤表层钙素的隐型退化,这警示人们高度关注现代农业技术措施对土壤健康的作用和影响。