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    2016年 第49卷 第17期 刊出日期:2016-09-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    专题导读:基础研究提升传统作物谷子和黍稷的科研创新水平
    刁现民
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3261-3263.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.001
    摘要 ( 225 )   HTML ( 1 )   PDF (247KB) ( 391 )   收藏
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        谷子(Setaria italica Beauv.)和黍稷(Panicum miliaceum L.)是中国起源的古老农作物,栽培历史超过8 000年,粟(谷子)、黍(黍稷、糜子)、稻(水稻Oryza sativa L.)、麦(小麦Triticum aestivum L.)、菽(大豆Glycine max (Linn.) Merr.)被称为中国传统农耕文明的“五谷”[1-2],而谷子和黍稷在“五谷”中位列重要位置,可见这两种作物对中华文明发展的重要性。考古学证据的积累证明,黍稷的驯化早于谷子,在8 000以前的新石器时代黍稷就已经在黄河流域广泛栽培;而谷子的驯化略晚于黍稷,在距今6 000—   7 000年前被广泛栽培。已有证据表明,这两个作物均起源于中国北方的黄河流域,在水稻尚未传到北方,小麦尚未引入中国的农耕文化形成早期,对中华文明的形成起到了决定性作用,因此,谷子和黍稷被誉为中华民族的哺育作物[3-4],数千年来它们一直是中国北方旱作生态农业的主栽作物。随着小麦的引入特别是玉米(Zea mays L.)和甘薯(Dioscorea esculenta (Lour.) Burkill)引入中国后,谷子和黍稷的栽培面积逐渐减小,但仍然在旱作农业中占有重要地位,是干旱半干旱地区的主要作物。谷子黍稷均抗旱性突出,早在1927年,美国学者Shantz等[5]研究证明谷子和黍稷是禾谷类作物中水分利用效率最高的环境友好作物。随着世界范围的水资源减少和生态环境日益恶化,以及对水肥高消耗主栽作物所存在的环境恶化问题认识的加深,大家重新认识到谷子和黍稷在环境友好型可持续农业中的重要性,特别是谷子和其近缘野生种青狗尾草(Setaria viridis),因其小的二倍体基因组和易于实验室操作的株型,正在迅速发展成为世界广泛关注的抗旱耐逆研究和C4光合作用研究的模式作物[6-7]
        由于谷子和黍稷只是北方旱作区的区域经济重要作物,研究投入和团队力量有限,这两个作物的基础研究同主要农作物水稻、玉米、小麦相差很远,在国家级刊物上发表的正规论文一年也没有几篇,基础研究极为薄弱。在国家产业技术体系、国家科技支撑计划和国家自然科学基金的资助下,谷子和黍稷的基础研究有了显著提升。谷子野生祖先青狗尾草、农家品种和育成品种的群体结构得到了解析[8-11],促进了谷子和黍稷资源研究和育种水平的提升。《中国农业科学》本期以谷子黍稷专题形式发表谷子和黍稷基础研究的5篇文章,报道了从品种资源多样性、抗旱耐逆、营养高效和主要病害抗性资源鉴定等方面的工作进展,说明中国谷子和黍稷的基础研究近年来已有较大的起色。
        中国有着丰富的黍稷资源,虽然已构建了黍稷的核心种质[12],并且也开展了一些资源的多样性研究和分类,但主要是依据农艺表型性状[13],覆盖较广范围资源基于基因组变异的遗传多样性分析尚未见报道。本期专题发表的连帅等作者利用SSR标记对黍稷资源多样性的研究,分析了来自国内外的192份黍稷地方品种和野生种质,资源的地理来源广泛;所用SSR标记覆盖整个基因组,较全面地解析了黍稷基因组变异的本底,基本清楚了10个地理群黍稷资源的遗传关系。该工作对于黍稷资源管理、育种和遗传研究杂交组合配置,以及黍稷的起源分析有重要参考价值。黑穗病是黍稷的最主要病害,本期发表的周瑜等作者的工作,不仅为读者提供了黍稷黑穗病抗性鉴定的新结果,更给出了抗病品种和感病品种在接种病菌后的苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase,PAL)等活性变化,得出了拔节期和灌浆期PAL活性、抽穗期和灌浆期抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性、抽穗期谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)活性、灌浆期的还原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)等在抗病品种和感病品种间存在显著差异,可作为鉴定黍稷对黑穗病抗性的生理生化指标的结果,这对黍稷抗病育种和资源鉴定有重要参考意义,是对黍稷资源抗黑穗病鉴定[14]研究的发展和深入。
        谷子是公认的抗旱耐逆营养高效作物,传统的谷子抗旱耐逆研究主要是资源的抗旱耐盐鉴定[15-16],虽然近年来发表了几篇抗旱相关QTL发掘和表达分析的文章[17-18],但从单基因水平分析的研究还很少。本期谷子糜子专题发表了秦玉海等在谷子耐逆相关基因SibZIP42转录因子的功能分析研究结果,证明 SibZIP42转基因拟南芥株系相对于野生型在种子萌发时期耐盐性显著提高,在种子萌发后期SibZIP42转基因株系相比于野生型对ABA处理的敏感性增强,说明SibZIP42可能是通过ABA信号途径正向调控植物的耐盐性。《中国农业科学》本期发表的陈二影等利用79个夏谷品种对苗期氮素利用效率分析,发现不同谷子品种苗期氮效率差异显著,且西北春谷类型品种间氮素吸收效率差异最大,华北夏谷类型品种间氮素利用效率差异最大,为深入研究谷子的氮素营养机理和克隆氮素营养高效相关基因提供了基础,也是在谷子营养高效资源鉴定方面的首篇文章。谷瘟病是谷子的主要病害,而且近年来有愈发严重的趋势[19],本期谷子黍稷专题发表的李志江等作者在谷瘟病方面的工作不仅鉴定出了多个高抗谷瘟病的抗源品种,而且构建了谷瘟病菌生理小种鉴别的谷子标准品种体系,对今后的谷瘟病小种鉴定和谷子不同产区小种类型分析和抗病育种与栽培有指导意义。
        作为中国最早驯化的作物,谷子和黍稷是中国传统农耕文化的重要载体作物。谷子和黍稷的抗旱耐逆性强,合成干物质需水少[5],被称为应对未来日益干旱环境的战略储备作物和环境友好作物[20]。近年来,谷子和野生祖先青狗尾草正在迅速发展成为禾谷类耐逆和C4光合作用研究新的模式作物[6],这些都增加了谷子和黍稷的世界关注度。中国是谷子和黍稷的遗传多样性中心,拥有最丰富的遗传资源[2],也是世界上谷子和黍稷栽培面积最大的国家,中国的谷子和黍稷基础研究理应走在国际前列,为国家粮食安全和农作物及膳食多样性发展作出贡献。谷子方面中国的基础研究进展已获得国际高度关注,并于2014年在北京召开了首届国际谷子遗传学会议[6]。《中国农业科学》本期谷子黍稷专题发表的5篇文章,必将进一步促进谷子和黍稷的基础研究工作,提升中国在相关领域的国际竞争力。
    利用SSR分子标记研究国内外黍稷地方品种和野生资源的遗传多样性
    连帅,陆平,乔治军,张琦,张茜,刘敏轩,王瑞云
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3264-3275.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.002
    摘要 ( 388 )   HTML ( 3 )   PDF (3084KB) ( 588 )   收藏
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    【目的】从分子水平研究国内外黍稷种质资源的遗传多样性差异,为黍稷种质资源的研究、保护和利用提供依据。【方法】用不同地理来源且性状差异显著的6份黍稷种质资源对来自高通量测序技术开发的黍稷基因组SSR引物进行筛选,从而获得条带清晰,稳定性好的63对SSR黍稷基因组引物,利用这63对SSR多态性引物对来自国内外的192份黍稷地方品种和野生种质进行遗传多样性分析。统计各试材在同一引物中的条带情况,并以此来分析试材的遗传多样性与所在群体间的亲缘关系。【结果】63对SSR引物共检测出161个等位变异位点,平均每个SSR位点2.56个;平均Shannon-Weaver指数(I)为0.6275,平均基因多样度(Nei)为0.3874,平均PIC值为0.4855。10个不同地理来源群体间表现出显著的遗传多样性差异,各群体的有效等位变异变化范围较窄,最小的是南方群体,为1.2407±0.4315;最大的是内蒙古高原群体,为1.8846±0.4892。国内群体Shannon-Weaver指数为内蒙古高原>东北地区>黄土高原>西北地区>南方地区,而国外Shannon-Weaver指数排序依次为前苏联>欧洲>蒙古>印度>美国。从Nei’s基因杂合度分析,观察杂合度(Ho)最小的是印度群体,为0.2372±0.2962,最大的是内蒙古高原群体,为0.3966±0.3250。期望杂合度(He)最小的是美国群体,为0.3114±0.2203;最大的是内蒙古高原群体,为0.4622±0.1862。从国外种、国内栽培种和国内野生种3个大群体来看,野生种质资源有效等位基因数(1.9285±0.5101)、Shannon-Weaver指数(0.6948±0.2852)、Nei基因多样性指数(0.4373±0.1773)远大于国外种和国内栽培种。而对国内外两大群体而言,国内资源的有效等位基因数(1.8145±0.4519)、Shannon-Weaver指数(0.6657±0.2413)和Nei基因多样性指数(0.412±0.1574)均大于国外资源(1.6862±0.4527、0.5897±0.2469、0.3652±0.1655)。UPGMA聚类分析结果显示,10个地理群聚为三大类,内蒙古高原地区、黄土高原地区、东北地区、西北地区、蒙古地区聚为一类,前苏联、美国、印度、欧洲地区聚为一类,南方地区单独聚为一类。其中,来自东北黑龙江齐齐哈尔的泰来小野糜(34号)在截距0.37处被独立分为一支,来自甘肃的野黍子(19号)在截距0.34处被分为独立个体,表明这两个材料与其他材料遗传差异较大。但从整体遗传多样性上来看192份材料国内外群体遗传分化不明显,群体间的亲缘关系较近,且不同群体间材料存在着互相渗透。【结论】内蒙地区、东北地区、黄土高原地区种质资源遗传多样性最丰富,是遗传关系最为复杂的地区,进一步印证了中国是黍稷起源的中心。
    谷子转录因子基因SibZIP42在拟南芥中对高盐和ABA的响应
    秦玉海,张小红,冯 露,李微微,徐兆师,李连城,周永斌,马有志,刁现民,贾冠清,陈 明,闵东红
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3276-3286.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.003
    摘要 ( 246 )   HTML ( 2 )   PDF (3752KB) ( 429 )   收藏
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    【目的】分析谷子抗逆相关转录因子基因SibZIP42的特性和生物学功能,探讨SibZIP42提高植物耐盐性的调控途径,为作物抗逆分子育种提供新的候选基因。【方法】利用生物信息学方法分析谷子SibZIP42的特性:使用ClustalX 2.0和MEGA 5.05软件对谷子SibZIP42蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建系统进化树;从数据库Phytozome获取谷子SibZIP42上游2 000 bp作为启动子序列,在PLACE数据库对SibZIP42启动子顺式作用元件进行分析;使用NetPhos 2.0 Server数据库预测SibZIP42蛋白磷酸化位点;利用实时荧光定量PCR检测SibZIP42在不同胁迫条件下的表达模式;将SibZIP42与绿色荧光蛋白GFP融合表达,检测SibZIP42蛋白的亚细胞定位情况;构建植物表达载体pBI121-SibZIP42,转化拟南芥并检测转SibZIP42拟南芥的耐盐性及对ABA处理的敏感性。分析转SibZIP42拟南芥中ABA及脱水响应相关基因表达变化,分析SibZIP42调控植物耐盐性的作用机制。【结果】谷子SibZIP42全长546 bp,编码由181个氨基酸组成的亲水性蛋白,分子量约为20.3 kD,基因编码区包含1个外显子;系统进化树分析表明该基因位于bZIP基因家族的S亚组;SibZIP42与拟南芥AtbZIP42序列同源性最高;启动子元件分析表明,SibZIP42包含ABRE、MYB、MYC等多种逆境胁迫应答相关元件;磷酸化位点分析结果显示SibZIP42含有14个丝氨酸、4个酪氨酸和1个苏氨酸磷酸化位点;实时荧光定量PCR结果显示,SibZIP42对多种非生物胁迫均有不同程度的响应,在高盐、干旱(PEG)和ABA处理条件下表达量明显上升,SibZIP42在根部的表达量显著高于在茎及叶子中的表达;亚细胞定位结果表明,SibZIP42蛋白定位于细胞核中;基因功能分析结果显示,在正常MS培养基上,野生型拟南芥WT和SibZIP42转基因拟南芥的萌发率基本一致,在NaCl浓度为90、120和150 mmol·L-1的MS培养基上,转基因拟南芥萌发率显著高于WT,在90 mmol·L-1 NaCl处理条件下,转基因拟南芥的绿化率显著高于WT;在ABA浓度为0.5、1和2 μmol·L-1的MS培养基上,转基因拟南芥的绿化率显著低于WT;下游基因检测结果表明,HIS1-3、RD29B和RAB18等ABA胁迫响应相关基因以及脱水响应相关基因AtPIP2A在转基因植株中表达量显著高于在WT中的表达,表明SibZIP42可能通过ABA信号途径提高植物对高盐胁迫的耐性。【结论】与WT相比,SibZIP42转基因拟南芥株系在种子萌发时期耐盐性显著提高。同时,在种子萌发后期SibZIP42转基因株系相比于WT对ABA处理的敏感性增强,SibZIP42可能通过ABA信号途径正向调控植物的耐盐性。
    谷子苗期氮高效品种筛选及相关特性分析
    陈二影,杨延兵,秦岭,张华文,刘宾,王海莲,陈桂玲,于淑婷,管延安
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3287-3297.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.004
    摘要 ( 269 )   HTML ( 1 )   PDF (778KB) ( 366 )   收藏
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    【目的】评价不同基因型谷子苗期氮素吸收利用差异性,筛选谷子氮高效利用基因型材料,为谷子氮高效利用品种选育和机理研究提供理论依据。【方法】采用沙培盆栽试验,以具有代表性生态类型的79个谷子品种为材料,分析其在低氮(0.2 mmol·L-1)和高氮(6 mmol·L-1)处理下茎叶干物重、含氮量、氮素吸收量、氮素吸收与利用效率的差异及相关性,并划分不同生态类型品种的氮效率类型。【结果】供试谷子品种在2个氮素水平条件下的茎叶干物重(CVN0.2 35.39%和CVN6 50.83%)、氮素含量(CVN0.2 11.52%和CVN6 11.22%)、氮素吸收量(CVN0.2 32.82%和CVN6 48.46%)、氮素吸收效率(CVN0.2 32.82%和CVN6 48.45%)、氮素利用效率(CVN0.2 11.53%和CVN6 11.27%)和氮效率(CVN0.2 35.35%和CVN6 50.61%)均存在较大差异。不同生态类型谷子品种的氮素吸收和利用效率差异显著,西北春谷类型氮素吸收效率的变化(CVN0.2 39.99%和CVN6 54.38%)显著高于华北夏谷类型(CVN0.229.31%和CVN6 45.68%)和东北春谷类型(CVN0.2 29.49%和CVN6 40.30%),而氮素利用效率以华北夏谷类型品种间差异最大(CVN0.212.03%和CVN6 12.70%)。茎叶干物重与氮素吸收和氮素利用效率呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为R2N0.2=0.1827**R2N6=0.1027**R2N0.2=0.8985**R2N6=0.9442**;氮效率与氮素吸收量极显著正相关,与氮含量极显著负相关,相关系数分别为R2N0.2=0.8985**R2N6=0.9442**R2N0.2=0.1962**R2N6=0.0998**;氮素利用效率与氮含量极显著负相关,相关系数分别为R2N0.2=0.9924**R=2N60.9910**。氮素吸收效率与氮素含量和氮素利用效率间无显著相关性。以两氮素水平条件下茎叶干物重和氮效率的平均值为标准,将3种生态类型的谷子品种划分为4种氮效率类型,双高效型、双低效型、高氮高效型和低氮高效型。其中,东北春谷双高效型和高氮高效型品种所占比重最高(P东北52.9%>P西北36.0%>P华北 29.7%和P东北23.5%>P华北 18.9%> P西北4.0%),双低效型比重最低(P东北17.6%<P华北 32.4%<P西北36.0%),而低氮高效型在西北春谷类型中所占比重最高(P西北24.0%>P华北18.9%>P东北5.9%)。【结论】不同谷子品种苗期氮效率差异显著,且西北春谷类型品种间氮素吸收效率差异最大,华北夏谷类型品种间氮素利用效率差异最大;氮素吸收效率和利用效率之间无显著相关性,应作为2个独立的氮效率指标进行评价和改良。
    糜子叶片防御酶系及抗氧化物质对黑穗病菌胁迫的响应
    周瑜,刘佳佳,张盼盼,屈洋,张骥如飞,朱明旗,冯佰利
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3298-3307.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.005
    摘要 ( 168 )   HTML ( 1 )   PDF (406KB) ( 366 )   收藏
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    【目的】黑穗病是威胁糜子产量的重要病害,防治黑穗病最有效的方法是种植抗病品种。本研究测定黑穗病菌胁迫对糜子叶片防御酶系活性及抗氧化物质含量的影响,筛选鉴定糜子黑穗病抗性的生理生化指标,为选育抗黑穗病的糜子品种提供理论支撑。【方法】以不同糜子资源为材料,田间种植条件下采用种子饱和接种法接种黑穗病菌,2012—2013年进行糜子黑穗病抗性鉴定,筛选不同抗性的糜子品种。2014年研究不同抗性糜子苗期(SS)、拔节期(ES)、抽穗期(HS)、灌浆期(FS)叶片防御酶系及抗氧化物质对黑穗病菌胁迫的响应,防御酶系测定苯丙氨酸解氨酶(PAL)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性,抗氧化物质测定抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量。【结果】经连续两年糜子黑穗病抗性鉴定,黑虼蚤(R1)、驴驼川(R2)和小麦糜子(R3)平均发病率分别为0、0和0.73%,为抗病品种;黄硬黍(S1)、宁04-262(S2)和Ym0965(S3)平均发病率分别为19.71%、19.86%和32.28%,为感病品种。接种糜子黑穗病菌后,感病品种糜子叶片PAL活性变化幅度大于抗病品种,表现在拔节期PAL活性为3 610.8 U·g-1 FW,显著高于抗病品种的2 520.7 U·g-1 FW,而灌浆期为2 425.0 U·g-1 FW,显著低于抗病品种的2946.0 U·g-1 FW。抗、感品种糜子叶片APX活性均呈先降低后升高的变化趋势,拔节期显著最低;感病品种糜子叶片APX活性在抽穗期和灌浆期(分别为461.1 U·g-1 FW和516.7 U·g-1FW)显著高于抗病品种(分别为361.5 U·g-1FW和428.2 U·g-1FW)。2类品种叶片GR活性变化呈先升高后降低趋势,抽穗期GR活性显著高于其他3个时期;且抽穗期感病品种叶片GR活性显著高于抗病品种,其中感病和抗病品种糜子叶片平均GR活性分别为271.9和167.4 U·g-1FW。糜子受黑穗病菌胁迫后,6个品种叶片AsA含量在147.7—344.8 μg·g-1FW范围内波动,无明显规律,且抗、感品种间无显著差异。抗病品种糜子叶片GSH含量从苗期到抽穗期显著降低后到灌浆期又显著升高,而感病品种糜子叶片GSH含量从苗期到抽穗期显著降低后到灌浆期并无显著变化,并且灌浆期抗病品种叶片GSH含量为984.7 μg·g-1FW,显著高于感病品种的676.0 μg·g-1FW。【结论】不同糜子品种对黑穗病的抗性不同,黑穗病菌胁迫可引起糜子叶片防御酶活性及抗氧化物质含量变化,拔节期和灌浆期PAL活性、抽穗期和灌浆期APX活性、抽穗期GR活性、灌浆期GSH含量在抗病品种和感病品种间存在显著差异,可作为鉴定糜子对黑穗病抗性的生理生化指标。
    谷瘟病菌生理小种鉴别及谷子标准品种体系的构建
    李志江,贾冠清,李祥羽,李易初,马金丰,智 慧,汤 沙,张 硕,柴 杨,李艳东,刁现民
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3308-3318.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.006
    摘要 ( 173 )   HTML ( 1 )   PDF (841KB) ( 353 )   收藏
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    【目的】谷瘟病是谷子生产中的重要病害,确定谷瘟病菌不同生理小种对谷子抗病资源鉴定、抗病品种培育和生产上不同抗病品种的合理配置有重要意义。构建谷瘟病小种鉴别的谷子品种体系,为鉴别不同谷瘟病生理小种奠定基础。【方法】用采集自不同谷子产区的10份谷瘟病菌对苗期谷子核心种质资源的60份代表品种进行接种鉴定,分别对不同菌株进行致病性和谷子品种抗、感敏感性判定,按照谷子谷瘟病0—9级法划分标准进行划分,将不同的抗性结果分别记录为高抗、抗病、中抗、感病和高感5个抗病水平,其中,高抗、抗病和中抗记作0,感病和高感记作1,将抗感性结果转化为0/1数据,用NTSYS软件构建进化树,根据品种的抗感性分类,选择最少的品种数量构建谷瘟病小种鉴定的标准品种体系。【结果】根据谷子资源对接种病菌的抗感反应差异,用NTSYS软件开展谷瘟病菌致病性聚类分析,以相似系数0.70为界,将10个谷瘟病菌株分为3类,将供试品种对10个谷瘟病菌株的抗感反应数据同样用NTSYS软件进行聚类分析,以相似系数0.65为界,将谷子品种资源划分为5类,并筛选出单皮粘、金屏谷子、锦谷5号、大毛毛谷、龙爪谷、假金苗和牛头谷等7个品种作为谷瘟病小种鉴别品种体系。同时筛选出黄棒头、齐头黄、单皮粘、白谷、维子那谷和郑谷4号等6个抗广谱菌株的品种,可以作为谷子抗病育种的抗性基因来源。【结论】建立了一套谷瘟病生理小种鉴别的品种体系,并为谷子抗谷瘟病育种筛选出多份广谱抗性基础材料。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    臭氧胁迫对不同敏感型水稻生长和产量形成的影响
    邵在胜,沈士博,贾一磊,穆海蓉,王云霞,杨连新,王余龙
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3319-3331.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.007
    摘要 ( 168 )   HTML ( 1 )   PDF (503KB) ( 398 )   收藏
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    【目的】针对不断升高的近地层臭氧浓度,研究臭氧胁迫对不同敏感类型水稻生长动态和产量形成的影响,为抗臭氧品种的选育提供参考依据。【方法】2013年,利用自然光气体熏蒸平台,以23个水稻品种或株系为供试材料,设置对照(10 nL·L-1)和臭氧浓度增高(100 nL·L-1)处理,采用组内最小平方和的动态聚类方法,根据供试材料地上部最终生物量对臭氧胁迫的响应从小到大依次分为A类(低度敏感型)、B类(中度敏感型)和C类(高度敏感型)3个类别,分析不同敏感类型水稻株高和分蘖动态、籽粒产量以及产量构成因子对臭氧胁迫的响应及其与成熟期生物量响应的关系。【结果】与对照相比,臭氧胁迫使A、B和C类水稻地上部生物量平均分别下降19%、39%和52%,B和C类达极显著水平。除首期外,臭氧胁迫使其他测定期株高下降,降幅随时间推移逐渐增加,但不同类型水稻的降幅相近。与此不同,臭氧胁迫对分蘖发生的影响因不同水稻类型而异:全生育期平均,臭氧胁迫对A类水稻分蘖数没有影响,但使B类和C类水稻分别下降17%和23%,均达极显著水平。臭氧胁迫使水稻籽粒产量及产量构成因子均显著或极显著下降,其中单位面积穗数(A类水稻没有响应,B和C两类水稻分别下降16%和26%)、每穗颖花数(A、B和C类水稻分别下降16%、19%和27%)和单位面积颖花数(A、B和C类水稻分别下降11%、31%和46%)的降幅在不同类型水稻间差异明显,但在饱粒重、饱粒率和最终产量方面,3类水稻的降幅差异较小。臭氧胁迫导致的产量损失主要与饱粒率和总库容量大幅下降有关,其次亦与穗数和饱粒重的下降有关。臭氧胁迫下,水稻成熟期地上部生物量的响应与生育中后期分蘖数和最终穗数、每穗颖花数以及单位面积颖花数的响应均呈极显著正相关,但与各期株高、饱粒率、饱粒重和最终产量的相关性均不密切。【结论】100 nL·L-1臭氧浓度矮化水稻植株,使分蘖发生和颖花形成,特别是灌浆结实明显受抑,进而使最终产量大幅下降,其中生育中后期分蘖数和最终成穗数、每穗颖花数以及总颖花量的变化与水稻敏感类型关系密切,可作为抗臭氧品种选育的参考依据。
    陆地棉萌发至幼苗期抗冷性的鉴定
    王俊娟,王德龙,阴祖军,王帅,樊伟丽,陆许可,穆敏,郭丽雪,叶武威,喻树迅
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3332-3346.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.008
    摘要 ( 194 )   HTML ( 2 )   PDF (1415KB) ( 283 )   收藏
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    【目的】低温胁迫是影响棉花正常生长的重要因子之一,通过对棉花种质进行合理的抗冷性鉴定,可以为棉花的抗冷机制研究提供重要的先决条件,进而为棉花抗冷品种的选育提供一定的理论参考。【方法】利用4个抗冷性不同的陆地棉品种(系),设置0、4、10和15℃不同温度处理7 d,然后在正常条件(28℃,光照/黑暗,14 h/10 h)恢复生长7 d,筛选适合棉花萌发期进行抗冷性鉴定的低温条件;然后对4个品种(系)进行0℃低温处理1、2、3、4、5、6和7 d,恢复正常生长7 d,筛选萌发期抗冷性鉴定0℃低温处理的天数。对于芽期的抗冷性鉴定,选用抗冷性差异显著的2个陆地棉材料进行4℃低温处理0、1、2、3、4、5、6和7 d,筛选适用于芽期抗冷鉴定的低温处理的天数。将47个陆地棉材料(子叶期)进行4℃处理24 h,恢复正常生长7 d后调查冷害指数,鉴定棉花子叶期的抗冷性。采用南京建成生物工程研究所研制的试剂盒测定芽期和子叶期低温胁迫后的生化指标。【结果】通过对棉花不同时期,包括萌发期、芽期和子叶期进行不同低温胁迫条件的筛选,最终初步建立了适合棉花不同时期的抗冷性鉴定标准。0℃处理4 d,恢复正常生长7 d的相对子叶平展率可以作为萌发期的抗冷鉴定指标;4℃处理5 d,恢复正常生长的7 d的子叶平展率可以作为芽期的抗冷鉴定指标;4℃处理24 h,恢复正常生长的7 d的抗冷指数可以作为子叶期的抗冷鉴定指标。抗冷材料豫2067芽的SOD酶活和POD酶活均在低温处理前期呈上调趋势,之后下降至趋于平稳,而冷敏感材料衡棉3号芽的两种酶在低温处理前期迅速下降,然后上调后趋于平稳;2个材料芽的CAT酶活性在低温处理早期均先上升后下降,在冷处理后期抗冷材料豫2067的CAT酶活一直高于冷敏感材料衡棉3号;2个材料的可溶性蛋白含量在冷处理早期比较接近,在冷处理后期抗冷材料豫2067的可溶性蛋白含量一直高于冷敏感材料衡棉3号。4℃低温处理子叶期棉苗24 h后,抗冷材料豫2067子叶的SOD酶活力、POD酶活力、CAT酶活力均下降,而冷敏感材料衡棉3号的3种酶活力均上升,抗冷材料子叶中可溶性蛋白上升,冷敏感材料中的可溶性蛋白下降。【结论】棉花不同的生育时期应有相应的抗冷性鉴定标准,不同材料和不同生育时期的耐冷性鉴定标准具有差异性。推测棉花芽期抗冷性与酶活力有关。子叶期抗冷性与3种抗氧化酶活性差异不显著,可能与叶片中可溶性蛋白含量有关。
    植物保护
    基于RNA-Seq的稻瘟病菌Δznf1突变体的表达谱分析
    岳晓凤,阙亚伟,王政逸
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3347-3358.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.009
    摘要 ( 247 )   HTML ( 1 )   PDF (2651KB) ( 591 )   收藏
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    【目的】稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的水稻稻瘟病是威胁全球水稻生产的重要病害之一,而该菌附着胞介导的侵染又是病害循环的重要环节。在前期的研究中发现一个编码C2H2锌指结构的转录因子基因ZNF1,参与稻瘟病菌附着胞形成、穿透和致病过程,论文旨在从转录水平上了解受Znf1调控的基因及其调控机理,为深入研究稻瘟病菌致病分子机理提供基础数据。【方法】利用RNA-Seq技术对稻瘟病菌野生型菌株Guy11和突变体Δznf1的营养菌丝体进行表达谱测序,采用FPKM法计算基因表达量,以FDR≤0.001且log2 ratio (Δznf1/Guy11)≥1为筛选标准,获得Δznf1中差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs);通过与Gene Ontology(GO)数据库和KEGG Pathway数据库比对,获得差异基因可能的生物学功能和参与的分子调控途径。为了更详细地研究受Znf1调控的基因,在同样的条件下,利用RNA-Seq技术对稻瘟病菌丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)编码基因PMK1的缺失突变体进行表达谱分析,通过对Δznf1和Δpmk1中的差异表达基因进行比较,筛选受Znf1和Pmk1共同调控的基因,并与前人的研究数据比较,分析获得在稻瘟病菌附着胞发育阶段上调表达但在Δznf1和Δpmk1中同时下调表达的基因。【结果】与野生型Guy11相比,Δznf1中共有709个差异表达基因,其中上调表达的有299个,下调表达的有410个;GO功能富集分析显示差异表达基因归类到生物学过程、细胞组分和分子功能上的基因数目分别有118、299和308个;KEGG Pathway富集分析显示,这些差异表达基因主要参与代谢途径、次生代谢物质生物合成、甘油磷脂代谢等。一些已知的稻瘟病菌致病相关基因,如LPP3、HOX7、PBS2、MPG1等,在Δznf1中表达水平下调。与Δpmk1中差异表达基因比较发现,Δznf1中约56%的差异表达基因同时也受Pmk1调控。其中,编码isotrichodermin C-15 羟化酶的3个基因MGG_03825、MGG_02329和MGG_08498,在Δznf1和Δpmk1中的表达水平均显著下调。此外,在附着胞阶段上调表达的48个基因,在Δznf1和Δpmk1中同时下调表达,表明这些与附着胞形成可能相关的基因直接或间接受Znf1和Pmk1调控。采用qRT-PCR方法随机检测10个基因的表达情况,结果与RNA-Seq数据基本一致,说明本试验RNA-Seq数据的可靠性。【结论】RNA-Seq分析获得了受Znf1调控的基因信息和可能的生物学功能。一些与稻瘟病菌致病相关的基因受Znf1调控。此外,与Pmk1类似,一些在附着胞阶段上调表达的基因也同时受Znf1调控。结果可为进一步研究Znf1下游基因调控网络提供信息。
    西瓜抗枯萎病相关基因ClMYB转录因子的克隆及表达分析
    韩金桓,王丽霞,高洪波,吕桂云
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3359-3369.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.010
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    【目的】克隆西瓜抗枯萎病相关基因ClMYB转录因子,进行生物信息学及表达模式分析,为进一步解析ClMYB在西瓜抗枯萎病机制中的作用提供理论依据。【方法】根据西瓜与枯萎病菌不亲和互作的抑制差减文库和Microarray数据分析,获得与西瓜抗枯萎病相关的基因ClMYB,采用RT-PCR技术分离克隆ClMYB cDNA全长序列;应用生物信息学方法分析该基因的保守结构域及序列特征;使用MEGA5.0对ClMYB蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建同源物种间系统进化树;采用GFP标记的方法进行亚细胞定位,分析编码蛋白表达位置;将该基因片段通过Nde I和Xba I双酶切连接至原核表达载体pCzn1,重组质粒转化至大肠杆菌Arctic Express,经终浓度为0.5 mmol·L-1 IPTG诱导4 h,用SDS-PAGE分析融合蛋白的表达;利用实时荧光定量PCR方法检测目的基因在西瓜与枯萎病菌互作中及在茉莉酸(jasmonate,JA)诱导下的表达情况。【结果】利用RT-PCR方法从西瓜野生材料PI296341-FR根系组织中克隆该基因片段(GenBank:KT751229),序列比对及生物信息学分析表明,其基因编码的氨基酸序列具有MYB转录因子R2R3型的典型特征,其N端具有R2、R3两个MYB结构域,C端高度变异。多序列比对及进化树分析表明,该基因编码的蛋白与甜瓜MYB(GenBank:XM_008440304)和黄瓜MYB(GenBank:XM_011652633)同源性最高,其编码的氨基酸一致性达到86%,这与它们同属葫芦科植物有关;亚细胞定位显示ClMYB定位于细胞核,为典型的转录因子;成功构建了该基因的原核表达载体pCzn1-ClMYB,转化至大肠杆菌得到36 kD左右蛋白;ClMYB受枯萎病菌诱导,在高抗枯萎病菌材料PI296341-FR中,相对感病品种表达量高峰出现的早,且表达量高。50 μmol·L-1的MeJA处理可以显著提高感病材料Black diamond对枯萎病的抗病水平,同时诱导ClMYB表达,与抗病材料PI296341-FR相比表达趋势一致,但表达量更高。【结论】ClMYB为典型的R2R3-MYB转录因子,亚细胞定位于细胞核中;基因的原核表达得到36 kD的融合蛋白,在西瓜中的表达受枯萎病菌和茉莉酸诱导,推测ClMYB可能参与JA介导的西瓜抗枯萎病防卫反应的信号通路,在西瓜抗病中起一定的作用。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    不同组分脲甲醛缓释肥的夏玉米肥料效应研究
    倪露,白由路,杨俐苹,卢艳丽,王磊,周丽平
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3370-3379.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.011
    摘要 ( 200 )   HTML ( 1 )   PDF (414KB) ( 391 )   收藏
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    【目的】探究不同组分的脲甲醛缓释肥在夏玉米上的肥料效应,为制备夏玉米一次性施用的专用肥料提供理论依据,从而简化施肥步骤,节省施肥成本,提高肥料效益,减少养分损失,保护生态环境。【方法】试验以夏玉米品种郑单958为供试材料,连续2年在大田条件下,设置3种组分脲甲醛缓释肥处理(UF1、UF2、UF3)、常规施肥处理(CF)和不施肥处理(CK),研究不同组分脲甲醛对夏玉米产量、氮肥利用率、地上部氮素积累量、土壤无机态氮含量的影响。【结果】不同组分的脲甲醛肥效不同,UF1、UF2、UF3脲甲醛缓释肥均能够提高夏玉米产量及氮肥利用率,尤其以UF2效果最佳,与常规施肥处理相比,UF2处理2年平均增产7.63%,氮肥利用率提高16.43个百分点;UF1效果次之,平均增产6.53%,氮肥利用率提高12.30个百分点;UF3平均增产4.98%,氮肥利用率提高0.82个百分点。不同组分脲甲醛缓释肥其氮素释放速率也不同,与常规施肥相比,脲甲醛缓释肥处理在玉米苗期0—20 cm土层无机氮含量均较高,其中以UF2处理最高,达80.09 mg·kg-1;UF1次之,含量为66.47 mg·kg-1,UF3处理最低,为51.18 mg·kg-1。大喇叭口期常规施肥处理追施60%尿素,土壤的无机态氮含量有一定地提高,灌浆期含量为27.46 mg·kg-1。20—40 cm土层中,UF1、UF2在大喇叭口期到灌浆期土壤无机态氮含量较稳定,灌浆期后含量下降,其中UF1处理收获期含量低至13.40 mg·kg-1,比CF处理低1.05 mg·kg-1。UF2处理收获期土壤无机态氮含量为14.13 mg·kg-1,较CF处理降低0.32 mg·kg-1。而UF3收获期土壤无机态氮含量略高于其他处理,较CF高出1.51 mg·kg-1。因此,一次性施用的脲甲醛缓释肥处理均可满足玉米整个生育期的养分需求。【结论】在不同组分脲甲醛缓释肥中,UF2处理获得了相对较高的产量和氮肥利用率,可作为华北平原北部中低产土壤的玉米专用缓释肥。
    加气灌溉对番茄地土壤CO2排放的调控效应
    陈 慧,侯会静,蔡焕杰,朱 艳,王 超
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3380-3390.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.012
    摘要 ( 172 )   HTML ( 1 )   PDF (750KB) ( 398 )   收藏
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    【目的】CO2是大气中最重要的温室气体,对全球变暖起到重要作用。加气灌溉通过改善土壤通气状态,提高作物产量、品质及水分利用效率等已被大量研究证实,然而加气灌溉引起的土壤环境效应研究较少,且通过静态箱法系统地研究加气灌溉对设施菜地土壤CO2排放影响的研究尚未见报道。因此,分析加气灌溉对土壤CO2排放的影响,对评估加气灌溉技术的农田生态效应具有重要作用。【方法】供试番茄品种为‘飞越’,通过温室小区试验利用文丘里计作为加气设备,通过地下滴灌系统实现水气结合的加气灌溉方式。采用静态箱-气相色谱法对温室番茄地土壤CO2排放进行原位观测,研究加气灌溉对土壤CO2排放的调控效应。试验按灌水量(充分灌溉、亏缺灌溉)和加气(加气、不加气)的双因素设计,设置4个处理,分别为:加气亏缺灌溉(AI1)、不加气亏缺灌溉(CK1)、加气充分灌溉(AI2)和不加气充分灌溉(CK2),每个处理3个重复。研究加气和充分灌溉较不加气和亏缺灌溉对温室番茄地土壤CO2排放、土壤水分、土壤温度和土壤有机碳的影响。【结果】番茄整个生育期,不同加气灌溉模式下土壤CO2排放通量随移植后天数增加呈波动性变化,总体呈现先增加后减小的趋势,峰值均出现在番茄开花坐果期。加气和充分灌溉处理较对应的不加气和亏缺灌溉处理增加了番茄整个生育期土壤CO2平均排放通量和排放量,但差异不显著(P>0.05)。AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤CO2平均排放通量分别为229.31、193.66、259.10和224.76 mg·m-2·h-1,且以AI2处理土壤CO2排放量最大(6 383.43 kg·hm-2),分别是AI1、CK1和CK2处理的1.12、1.32和1.13倍。此外,不同加气灌溉模式下土壤充水孔隙率(WFPS)在番茄整个生育期内大致呈下降的趋势;土壤温度(T)大致呈上升的趋势,且同一时刻处理间土壤温度差异较小;而土壤有机碳(SOC)含量呈波动性变化且番茄整个生育期SOC含量变化幅度较小。加气灌溉较对应的不加气灌溉降低了T和WFPS,增加了SOC含量,但差异均不显著(P>0.05);充分灌溉较对应的亏缺灌溉增加了WFPS和SOC,但不显著,对T的影响不一。此外,经相关性分析可知,土壤CO2排放通量与土壤充水孔隙率呈负相关,与土壤温度和有机碳呈正相关,但相关性均不显著(P>0.05)。【结论】通过温室小区试验得出,加气灌溉增加了土壤CO2排放,但不显著(P >0.05)。研究结果为评估加气灌溉技术的农田生态效应和设施菜地温室气体减排提供了一定的参考和科学依据。
    园艺
    库尔勒香梨果实发育成熟的糖代谢和呼吸代谢响应特征
    潘 俨,孟新涛,车凤斌,薛素琳,张 婷,赵世荣,廖 康
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3391-3412.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.013
    摘要 ( 177 )   HTML ( 1 )   PDF (3008KB) ( 327 )   收藏
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    【目的】通过对库尔勒香梨果实发育及成熟过程果实糖代谢和呼吸代谢响应特征的研究,以探讨代谢互作对果实糖分动态积累的作用。【方法】花后60—150 d,每隔10 d取香梨样果,测定果肉、果心和果皮的质量,纵横径,淀粉及4种可溶性糖组分含量,不同途径呼吸速率,12种糖代谢酶与9种呼吸代谢酶活性的变化。通过回归分析、分阶聚类和主成分分析,确定果实发育及成熟不同阶段的质量与糖分的关系,呼吸主路径、代谢酶聚类关系对糖分构成的影响,以此讨论和构建香梨果实糖代谢和呼吸代谢的关联路径及不同部位的代谢特征。【结果】果心以糖酵解为呼吸主路径,果肉的糖酵解与三羧酸循环交替构成呼吸主路径,果皮呼吸主路径由糖酵解和三羧酸循环共同构成。果心和果肉的糖代谢与呼吸代谢可从花后90 d分为两种不同的响应模式,果皮的代谢响应在花后120 d变化明显。成熟期果心的淀粉、蔗糖、山梨醇代谢酶与糖酵解、磷酸戊糖途径、细胞色素途径代谢酶关联聚类;果肉的淀粉、蔗糖代谢酶与糖酵解、三羧酸循环、交替途径、细胞色素途径代谢酶关联;果皮的蔗糖、山梨醇代谢酶与糖酵解、三羧酸循环、交替途径、细胞色素途径代谢酶存在较高的聚类相关。聚类关联酶活性升高或达到峰值,与果心和果肉的果糖、葡萄糖积累,果皮山梨醇转化和果糖、葡萄糖含量升高显著关联。【结论】库尔勒香梨果实以果糖和葡萄糖为主成分的糖分积累构成典型的内在品质,存在果实成熟时糖分构成与甜度的部位异质,是发育与成熟不同阶段糖代谢与呼吸代谢不同动态响应累积的结果。磷酸己糖异构酶与细胞色素氧化酶是香梨果实3个部位同时在成熟阶段交联呼吸代谢与糖代谢的关键酶。
    炭化苹果枝对苹果根区土壤细菌和真菌多样性的影响
    曹 辉,李燕歌,周春然,宁留芳,杨洪强
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3413-3424.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.014
    摘要 ( 183 )   HTML ( 1 )   PDF (2584KB) ( 394 )   收藏
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    【目的】根区土壤微生物是影响根系环境的重要因素,炭化苹果枝是废弃果树枝条低氧高温热解产物,研究施用炭化苹果枝对苹果根区土壤细菌和真菌的群落结构及其多样性的影响,为炭化苹果枝的合理应用以及改善果园土壤生物学性状提供理论依据。【方法】在春季,将长势一致的2年生‘富士’苹果幼树(砧木为平邑甜茶)移栽到含有不同质量比(0—4%)炭化苹果枝的盆栽土壤中,于移栽120 d后采集土样,提取基因组DNA,通过PCR扩增建立文库,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序技术并结合相关生物信息学分析土壤细菌16S rRNA基因V3+V4区域和真菌ITS1区域的丰富度和多样性指数以及群落结构。【结果】从15个苹果根区土壤样本中获得16 656个细菌分类操作单元(OTU)和435个真菌OTU,其中,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)是优势细菌,其相对丰度共占70.68%—72.80%;担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和接合菌门(Zygomycota)是优势真菌,其相对丰度共占68.00%—75.14%。群落物种丰富度指数(Chao指数和Ace指数)分析显示,1%炭化苹果枝增加了细菌的群落丰富度,其Chao指数提高了15.42%,Ace指数提高3.89%;0.5%炭化苹果枝增加了真菌的群落丰富度,其Chao指数提高了2.80%,Ace指数提高了3.61%。群落多样性指数(Shannon指数和Simpson指数)分析表明,0.5%—4%炭化苹果枝降低了土壤细菌的多样性,增加了土壤真菌的多样性;其中,细菌群落多样性Shannon指数在炭化苹果枝用量为1%时最低,真菌Shannon指数在炭化苹果枝用量为0.5%时最高。1%、2%和4%的炭化苹果枝均不同程度地降低了根区土壤变形菌门、酸杆菌门和担子菌门的相对丰度,提高了拟杆菌门和接合菌门的相对丰度;真菌担子菌门中的锈革孔菌科(Hymenochaetaceae)的相对丰度最大(数值在31.99%—46.74%),施用1%、2%和4%的炭化苹果枝可使其降低。0.5%—4%的炭化苹果枝能增加不同处理所独有的细菌OTU数目,改变细菌类群组成,其中独有的细菌OTU数目是共有OTU数目的1—3倍,但对真菌类群组成没有明显影响。【结论】施用0.5%—4%(w/w)炭化苹果枝明显改变苹果根区土壤细菌和真菌的丰富度和多样性,增加各用量下所特有的细菌物种,其中1%的炭化苹果枝明显提高根区土壤细菌的丰富度。
    贮藏·保鲜·加工
    不同嫩度羊肉中钙蛋白酶的差异
    杜曼婷,李 欣,李 铮,高 星,张彩霞,张德权
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3425-3432.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.015
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    【目的】钙蛋白酶是宰后肌肉嫩化过程的主要贡献者,通过蛋白水解能力发挥其功能作用。钙蛋白酶,尤其是μ-钙蛋白酶(μ-calpain)的活性与宰后肌肉的嫩度密切相关。探究不同嫩度的羊肉中钙蛋白酶的差异,确定羊宰后肌肉中μ-钙蛋白酶的主要作用时间及其与嫩度的关系,为调控钙蛋白酶酶活进而调控嫩度提供理论基础。【方法】选取乌珠穆沁大尾羊背最长肌为样品,通过测定肌原纤维小片化指数将样品进行高、低嫩度分组,分别测定嫩度差异样品在宰后成熟过程中pH、μ-钙蛋白酶大亚基存在状态,以及未自溶μ-/m-钙蛋白酶的含量随宰后时间的变化情况。【结果】高、低嫩度组宰后pH的变化规律一致,宰后各时间点两组样品pH均差异不显著。μ-钙蛋白酶80 kDa大亚基在宰后逐渐降解,宰后30 min,高嫩度组μ-钙蛋白酶80 kDa大亚基含量显著高于低嫩度组;但高嫩度组μ-钙蛋白酶80 kDa大亚基在宰后48 h已基本完全降解,低嫩度组在宰后5 d才基本完全降解。未自溶μ-钙蛋白酶的含量逐渐下降,宰后30 min和2 h,高嫩度组未自溶μ-钙蛋白酶的含量显著高于低嫩度组,宰后12 h、5 d和7 d,低嫩度组未自溶μ-钙蛋白酶的含量显著高于高嫩度组。宰后6 h,高嫩度组μ-钙蛋白酶出现明显的自溶和降解现象。【结论】与低嫩度组相比,高嫩度组宰后μ-钙蛋白酶的初始含量较高,但高嫩度组μ-钙蛋白酶自溶、失活的速率快,自溶及激活程度显著大于低嫩度组。表明宰后μ-钙蛋白酶的自溶及激活状态直接影响肌肉的嫩度。宰后24 h,尤其是12 h内,μ-钙蛋白酶的变化状态对羊肉嫩度的影响最大。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    Pax6 PAI亚结构域在黑色素细胞中对MITF、TYR、TYRP1和TYRP2的影响
    聂瑞强,杨玉静,谢建山,范瑞文,许冬梅,于秀菊,段志成,董常生
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3433-3442.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.016
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    【目的】高度保守的PAX转录因子家族在黑色素细胞的分化和黑色素的生成中起重要的作用,其家族共有的PD 结构域是其与下游基因结合的主要位点,而PD结构域氨基端的PAI亚结构域在其与下游基因的结合过程中发挥重要的作用。研究表明Pax6在视网膜上皮黑色素细胞的分化中发挥至关重要的作用,本试验借助研究Pax6 PAI亚结构域的功能来对PAX转录因子家族共有的PD结构域和PAI亚结构域进行研究。【方法】首先通过Psipred对Pax6 PD 结构域的结构进行分析,使用NCBI对Pax6 PD结构域与下游基因的结合位点进行分析,使用Jaspar对MITF、TYR、TYRP1和TYRP2启动子中Pax6 PD结构域可能的作用位点进行预测。使用普通PCR克隆Pax6 PAI亚结构域,将其连入T载体,酶切后连入慢病毒载体,并送公司测序确认。将构建好的PAI亚结构域过表达载体通过细胞转染导入到培养的小鼠黑色素细胞中,使其过量表达。收集细胞,分别通过观察绿色荧光蛋白检测转染效率,使用RT-PCR 和Western blot 来检测MITF 、TYR 、TYRP1和TYRP2在mRNA 和蛋白水平的变化,同时检测黑色素细胞中黑色素生成量的变化。【结果】通过NCBI分析可知,Pax6 PD结构域与下游基因的作用位点主要集中在氨基端的PAI 亚结构域。通过Jaspar预测分析,得知,MITF启动子-695处存在Pax6 PD 结构域的结合位点,TYR启动子-873和-1133处存在Pax6 PD 结构域的结合位点,TYRP1启动子-629处存在Pax6 PD 结构域的结合位点,TYRP2启动子-655处存在Pax6 PD 结构域的结合位点。在黑色素细胞中过表达Pax6 PAI亚结构域后,与空载组相比,试验组MITF mRNA升高2.05倍(P<0.01),蛋白质升高1.7倍(P<0.01);TYR mRNA升高2.09倍,蛋白质升高2倍(P<0.05);TYRP1 mRNA升高2.93倍(P<0.05),蛋白质升高1.9倍(P<0.01);TYRP2 mRNA升高3.62倍(P<0.01),蛋白质升高1.37倍。同时试验组的黑色素含量是空载组黑色素含量的1.33倍(P<0.001)。【结论】在小鼠黑色素细胞中,过表达Pax6 PAI亚结构域可以促进MITF、 TYR、TYRP1和TYRP2的表达,进而使黑色素细胞黑色素的生成量增加。
    散栏饲养和去势对荷斯坦公牛育肥性能的影响
    杜柳柳,李秋凤,李 妍,曹玉凤,于春起,李晓蒙,王晓玲
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3443-3452.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.017
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    【目的】研究散栏饲养和去势对荷斯坦奶公牛生长性能和血液生化指标影响,为公牛的科学育肥提供依据。【方法】选用26头健康、膘情正常、体重相近的荷斯坦奶公牛,对其进行去势处理,术后20d进行试验。再随机选取不去势的奶公牛26头,将去势与不去势的奶公牛随机各分为2组,各组试验初始体重基本相同(270 kg左右)。试验共4组,每组13个重复,每个重复1头牛。I 组为公牛散栏饲养;II 组为公牛拴系饲养;III 组为阉牛散栏饲养;IV 组为阉牛拴系饲养。试验期206 d。【结果】(1)散栏饲养组日增重较拴系饲养组提高了13.59%(P<0.01),公牛组日增重较阉牛组提高了13.59%(P<0.01)。是否散栏饲养(FOT)和是否去势(NOC)的交互作用对平均日增重(ADG)有显著影响(P<0.05),I组ADG较II组、III组和IV组分别提高了5.26%(P>0.05)、5.26%(P>0.05)和31.87%(P<0.01);(2)散栏饲养组日粮中性洗涤纤维(NDF)和钙(Ca)表观消化率均极显著高于拴系饲养组(P<0.01),粗脂肪(EE)和磷(P)表观消化率均显著高于拴饲养系组(P<0.05)。公牛组日粮Ca表观消化率极显著高于阉牛组(P<0.01);(3)散栏饲养组血清总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、谷草转氨酶(AST)、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)和甲状腺原氨酸(T3)均极显著高于拴系组(P<0.01),谷丙转氨酶(ALT)、溶菌酶(LYS)和一氧化氮(NO)均显著高于拴系组(P<0.05),尿素氮(BUN)极显著低于拴系组(P<0.01)。公牛组血清TP、AST、GH、T3、T和IgG均极显著高于阉牛组(P<0.01),TG、TC和瘦素(LP)均极显著低于阉牛组(P<0.01),BUN显著低于阉牛组(P<0.05)。FOT×NOC交互作用对TP、TG、TC和T3影响极显著(P<0.01),其中I 组TP、T3最高,III 组TG、TC最高。【结论】不去势散栏饲养模式可以提高奶公牛的育肥性能和免疫功能,去势散栏饲养模式可以提高奶公牛体内脂肪沉积量。因此,如果生产普通牛肉,建议270—500 kg阶段奶公牛育肥应选用不去势散栏饲养模式进行育肥;如果生产高档牛肉可选用去势散栏饲养模式进行育肥。
    家蚕感染二分浓核病毒(镇江株)的数字基因表达谱分析
    高 坤,尚梦珂,钱荷英,覃光星,郭锡杰
    中国农业科学. 2016, 49(17):  3453-3464.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.17.018
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    【目的】筛选家蚕与二分浓核病毒(Bombyx mori bidensovirus Zhenjiang strain,BmBDV-ZJ)感染相关的差异表达基因,鉴定家蚕与病毒感染有关的调控基因,为进一步阐明家蚕抗BmBDV-ZJ的分子机制提供理论依据。【方法】采用Illumina高通量测序技术,构建家蚕品种JS口服感染BmBDV-ZJ的数字基因表达谱,为排除个体间差异,以10头蚕作为一个样本用于DGE检测。样本中基因的差异表达检测通过严格的运算法则进行,对差异检验的P值(P value)作多重假设检验校正,通过控制FDR(false discovery rate)来决定P值的域值。本研究中,差异表达基因定义为FDR≤0.001且差异倍数在2倍及以上(|log2ratio|≥1)的基因。采用基因本体论(GO)分类体系确定所有差异表达基因可能的功能。用GO计算P值和bonferoni校正。选用校正P值≤0.05作为基因组显著富集的阈值。WEGO软件用来视化、比较和绘制GO注释结果。利用KEGG数据库进行通路富集分析,进一步确定显著富集代谢途径或信号传导途径,Q值≤0.05的通路指定为DGEs中的显著富集通路。通过qRT-PCR方法对部分差异表达基因进行验证。【结果】感染组和对照组分别得到4 850 663和4 875 307个原始标签,去除低质量标签后,分别得到4 757 934和4 788 406个清洁标签,对应的标签种类数量分别为62 436和63 680种。两个文库间的清洁标签和清洁标签种类的数量在不同拷贝区间分布类似,感染组和对照组样本的测序量分别为3.5 M和3.7 M,测序深度符合试验的要求,两样本的DGE数据是可信的。将这两个DGE数据库的所有清洁标签与家蚕参考基因库进行比对,在对照组与感染组中,分别有36.39%和45.30%的清洁标签可以比对到基因。另有50.02%和43.34%的清洁标签可以比对到家蚕参考基因组,剩余的未知标签分别占清洁标签总数的13.59%和12.35%。共发现了447个差异表达基因,其中306个上调表达,141个下调表达。分别有218、147和179个差异表达基因涉及GO 3个本体中的分子功能、细胞组分和生物过程。利用KEGG公共数据库进行Pathway显著性富集分析,注释到的基因总数为8 473个。447个差异表达基因经鉴定后,其中的330个基因被归类到151个KEGG路径中。差异表达基因显著富集的Pathway(Q值≤0.05)有19个,其中最显著富集的是细胞质中DNA识别通路。挑选了24个差异表达基因进行qRT-PCR验证,其中20个基因的差异表达趋势与DGE的结果一致。其中在DNA识别通路中共检测到9个差异表达基因,BGIBMGA009408-TA、BGIBMGA004913-TA、BGIBMGA011753-TA均为编码RNA聚合酶III的基因,表达量均上调,是对照组的4.3、2.3、3.4倍。【结论】构建了3龄家蚕JS感染BmBDV-ZJ后28 h感染组及对照组幼虫的数字基因表达谱,Pathway显著性富集分析和qRT-PCR验证显示,家蚕感染BmBDV-ZJ后可能通过启动胞质内DNA识别通路来感应入侵病毒的异源DNA成分并迅速启动天然免疫抵御BmBDV-ZJ病毒感染,为研究BmBDV-ZJ侵染家蚕和家蚕抵御BmBDV感染的分子机制打下了基础。