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    2016年 第49卷 第18期 刊出日期:2016-09-16
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    中国棉花高产育种研究进展
    喻树迅,范术丽,王寒涛,魏恒玲,庞朝友
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3465-3476.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.001
    摘要 ( 427 )   HTML ( 1 )   PDF (441KB) ( 718 )   收藏
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    棉花是中国重要的经济作物,棉花生产稳定发展关乎中国两千万棉农的利益。产量是棉花种植收益的基础,因此,在其他性状综合发展的前提下,高产是棉花品种培育的最重要目标。20世纪50年代以来,中国棉花单位面积产量增加了9倍之多,其中品种的引进和改良为棉花产量的提高作出了重要贡献。但是近年来,随着棉花种质资源遗传多样性日渐狭窄,中国棉花单位面积产量增加缓慢,严重阻碍了棉花种植产业的健康发展。本文分析了棉花单位面积产量包含的4个主要组成成分单位面积株数、单株铃数、单铃重和衣分在棉花产量形成中起到的作用;单株铃数和衣分的增加在中国棉花高产育种过程中起到了重要作用,但是产量的提高是一个相互协调的过程,在加强重点性状改良的同时,也要注重其他性状及因素的相互配合,才能取得最好的效果。分析在中国高产育种中起重要作用的途径方法及其研究进展:国外引种在建国初期对于中国棉花产量的提高起重要作用,替代了中国原有的产量低、品质差的亚洲棉品种,促进了中国自主育种的发展;通过传统育种先后培育出早熟的中棉所16、丰产的鲁棉1号和抗病丰产的中棉所12等品种,推动了中国棉花生产的发展;通过杂种优势利用,中国培育了一大批起重大推动作用的杂交品种,例如中棉所29曾经占中国长江流域杂交棉种植面积的50%左右;加强对雄性不育系的研究对于杂种优势利用的持续发展起到关键作用;分子标记技术的发展为棉花分子育种提供了技术支持,多个稳定产量性状位点的定位为分子标记辅助育种奠定了基础;转基因技术的发展为棉花分子设计育种提供了契机,转基因抗虫棉中棉所41、石远321和鲁棉研28等的育成使中国棉花产量稳中有升,但是目前针对产量性状改良的基因较少,还需加强对于产量相关基因的挖掘,加快发展转基因高产育种。目前中国棉花单位面积产量水平处于国际前列,但中国地少人多,在不与粮争地的前提下,为确保农产品的有效供给,还需继续挖掘棉花产量潜力,提高棉花单位面积产量,保证棉花产业持续健康发展。因此,建议收集种植资源,注重种质资源的创新;加强胞质雄性不育研究,简化制种技术和成本,推动简化制种的优异杂交种的培育;利用高通量测序技术,发掘全基因范围内的高产相关基因,用于分子标记辅助育种和全基因组选择育种;通过聚合育种,培育高产、优质、早熟以及适合机械化种植的棉花新品种。
    小麦-长穗偃麦草7E抗赤霉病易位系培育
    张璐璐,陈士强,李海凤,刘慧萍,戴 毅,高 勇,陈建民
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3477-3488.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.002
    摘要 ( 225 )   HTML ( 1 )   PDF (5488KB) ( 502 )   收藏
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    【目的】将二倍体长穗偃麦草7E染色体导入主栽小麦背景,培育小麦-长穗偃麦草7E染色体抗赤霉病易位系,为小麦抗赤霉病遗传改良利用外源优良基因提供新种质。【方法】利用中国春-长穗偃麦草7E代换系DS7E(7B)与扬麦16杂交的F2种子进行60Co辐射(30 000 rad)和种植,表现型选择收获存活M1植株的种子,从M2连续通过表型农艺性状选择、单花滴注法进行赤霉病抗性鉴定和长穗偃麦草7E染色体或染色体臂特异分子标记PCR扩增筛选,最后在M4代对中选材料以长穗偃麦草基因组DNA为探针进行基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)证实。【结果】M1选择了赤霉病发病率不同的13个单株进行繁殖。利用前期开发的长穗偃麦草7E染色体和7EL、7ES特异标记检测13株的后代M2单株,获得含有长穗偃麦草7EL片段7株和7ES片段14株;对21株M2衍生的222个M3植株进行特异标记检测,共选择含有长穗偃麦草7EL片段13株和7ES片段3株;利用来自12株M3的后代(M4)进行GISH,共9株M3的后代具有小麦-长穗偃麦草易位染色体,体细胞染色体2n=42。2株M3的后代显示附加2条长穗偃麦草染色体短臂,体细胞染色体2n=44。连续多年多途径的筛选,获得4份材料,3份材料均为长穗偃麦草7E染色体长臂易位系,命名为TW-7EL1TW-7EL2和TW-7EL3。1份为7E染色体短臂附加系,命名为W-DA7ES,最后所获得的材料是源自M1代2个单株。连续3年赤霉病抗性鉴定结果表明长穗偃麦草7EL易位系抗性高,发病率明显低于中国春和扬麦16,与苏麦3号相当,而7ES附加系的赤霉病抗性明显较低,发病率明显高于7EL易位系。【结论】通过赤霉病抗性鉴定、染色体特异分子标记筛选和GISH证实相结合培育了小麦-长穗偃麦草7EL抗赤霉病易位系,长穗偃麦草易位片段鉴定快速和准确。二倍体长穗偃麦草7E染色体长臂中含有抗小麦赤霉病的基因。
    不同年份冷水胁迫下水稻抽穗期和产量性状的QTL分析
    杨洛淼,孙 健,赵宏伟,王敬国,刘化龙,邹德堂
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3489-3503.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.003
    摘要 ( 214 )   HTML ( 1 )   PDF (1977KB) ( 379 )   收藏
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    【目的】水稻抽穗期、结实率、千粒重和单株粒重跟产量密切相关,且受低温影响较大。在冷水胁迫下检测控制水稻抽穗期、结实率、千粒重和单株粒重的QTL,为水稻孕穗期耐冷遗传机制及分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以粳稻优质品种东农422和耐冷品种空育131为亲本构建的190个重组自交系解析表型变异,构建了覆盖12条染色体,155个SSR标记的遗传连锁图。连续3年在水稻孕穗期进行冷水灌溉处理,考察始穗期、齐穗期、结实率、千粒重和单株粒重5个性状,利用SPSS18.0和GGEbiplot进行表型分析,利用QTLnetwork2.0,采用逐步联合分析法定位和性状相关的QTL,用超几何函数评价QTL间的相关性。【结果】冷水胁迫下,亲本和RIL群体抽穗期推迟,结实率明显降低,千粒重和单株粒重相继降低。始穗期、齐穗期和结实率互为正相关,结实率、千粒重和单株粒重也互为正相关。共有71个加性QTL被检测到,37个跟耐冷性有关,其中单环境分析检测到28个,贡献率大于10%以上的QTL有11个,单处理联合分析共检测到10个和耐冷有关的QTL,贡献率大于10%的QTL有6个。这17个贡献率大于10%且和耐冷性有关的QTL对性状具有增效作用。多环境联合分析检测到12个QTL,平均贡献率仅为3.56%,其中5个QTL参与了环境互作。检测到的20对上位性QTL中,有2个主效QTL区间参与了上位性互作,对性状的遗传起到重要作用。QTL相关性分析表明,控制始穗期,齐穗期和结实率的QTL具有相关性,结实率的QTL也同千粒重、单株粒重的QTL相关。经图谱比较分析,研究发现的部分QTL与前人研究处于相同染色体片段上,其中,qIHD7-2、qFHD7-2、qFHD7-1qIHD7-1是在多环境下检测到的稳定存在的QTL,同时,qIHD7-1、qIHD7-2、qFHD7-1、qSSR7-1qSSR7-2和耐冷性有关,这些QTL位点可为水稻抗冷分子育种提供依据。【结论】冷水胁迫下,结实率分别同抽穗期、千粒重和单株粒重存在相似的遗传机制,而抽穗期和千粒重、单株穗重的遗传相互独立。相比而言,冷水胁迫下选择结实率高的品种要比选择其余3个性状困难。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    专题导读:中国油菜生产的高产高效氮素管理
    鲁剑巍
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3504-3505.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.004
    摘要 ( 204 )   HTML ( 1 )   PDF (202KB) ( 373 )   收藏
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        氮素是作物生长最重要的必需营养元素之一,氮肥的合理施用能促进作物生长并提高产量,但过量施氮或不适时的偏施则会抑制作物生长并对生态环境产生威胁[1]
        油菜是中国最重要的油料作物,提供了60%左右的国产食用植物油,近年来种植面积保持在740万公顷左右,其中长江流域的冬油菜种植面积和总产量占全国的80%左右。与其他油料作物相比,长江流域冬油菜为冬季作物,具有不与夏粮作物争地、长期种植可以培肥地力、减少南方冬闲田面积等诸多特点,提高中国食用油自给率、保障食用油安全供给的可行之路只能是稳定和扩大冬油菜种植面积、依靠科技进步提高油料作物产量和产油量[2]
        同世界其他主要油菜种植区域相比,中国冬油菜种植的长江流域一般采用一年两熟或三熟的种植制度,具有土地利用强度大、土壤养分带走量大、土壤有机质含量低、土壤自身供肥能力及保肥能力差等特点,导致在同等产量水平时要求比世界其他油菜主产区施用更多的肥料和多次施肥。例如在加拿大油菜主产区,种植油菜时如果不施肥仅靠土壤的自身肥力就可生产出施肥条件下的85-90%的产量[3],在中国的东北海拉尔地区如果不施肥也可生产出施肥条件下的80%左右的产量,但在中国长江流域如果不施肥仅靠土壤的自身肥力油菜只能维持施肥条件下的40%—50%的产量,也就是说,从养分供应角度来看中国油菜主产区的油菜产量对肥料的依存率平均高达55%以上。另外,就施肥对长江流域主要作物产量的贡献率来讲,水稻平均为29.6%、小麦为48.6%、棉花为38.0%、油菜为56.2%,反映在土壤肥力基本相同时,由于作物的种类、生育时期的气候不同导致冬作油菜更加依赖肥料的施用[4]。由于以上客观因素的存在,无论是农民实际生产还是农业技术推广部门的推荐指导,施肥已成为油菜生产中的重要技术措施,在油菜生产的直接成本中肥料投入占一半以上,施肥措施到位与否直接影响油菜籽产量和收入。
        近10多年来随着国家测土配方施肥项目和其他相关科技项目的实施,初步建立和培植了一支以华中农业大学、中国农业科学院油料作物研究所、湖南农业大学及相关油菜主产省农业科学院为依托的油菜营养与施肥科研队伍,油菜科学施肥研究及技术应用有了长足的进步,明确了中国油菜主产区耕地土壤养分缺乏因子及缺乏程度、目前高产优质油菜的营养需求特性,研制了中国主要区域油菜专用肥配方及其配套施用技术,并通过农业部相关推广应用项目进行了大面积的示范和应用,为保障中国油菜的高产高效生产提供了技术支撑。
        然而,目前油菜施肥尤其是氮肥施用量总体偏高导致肥料投入成本高、养分利用率低,区域间和田块间氮肥投入过高和过低的现象并存导致养分的增产增效潜力得不到有效发挥,油菜氮素营养与施肥技术研究跟不上生产发生的变化导致新推广应用的油菜品种缺少针对性的施肥方案以及与轻简化生产相配套的轻简高效施肥技术,这些问题的存在既制约了油菜高产绿色高效生产的发展,也阻碍了油菜植物营养与施肥科学的进步。针对以上问题,本专题从不同油菜品种的氮素营养效率及碳积累转运、不同氮营养条件下的氮分配及其对光合作用的影响、种植密度及栽培模式与氮素养分管理的配套等多个角度和层面对本领域的最新研究进展进行了展示,在此基础上,通过归纳总结国内外近年来的研究与实践进展和经验提出了中国冬油菜氮素养分管理策略[5-6]。需要指出的是,本专题只是近年来从事油菜养分与施肥研究工作的部分研究成果,油菜的氮素营养遗传生理[7]、油菜氮素营养快速诊断与精准施用[8]、氮与其他养分的配合、氮肥的简化施用技术等研究均有一定程度的进步,但本专题没有涉及。我们希望通过本专题能展示目前在油菜氮素营养管理研究上取得的进展、突出油菜生产中养分管理技术的重要作用、剖析当前生产中养分管理存在的问题,引起科研及技术推广各层面对油菜养分尤其是氮素科学管理进一步重视,开展更多更深入的研究,为油菜减肥高效绿色生产提供更强的技术支撑。
    中国冬油菜氮素养分管理策略
    任 涛,鲁剑巍
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3506-3521.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.005
    摘要 ( 249 )   HTML ( 1 )   PDF (637KB) ( 508 )   收藏
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    油菜是中国重要的油料作物,长江流域是其最主要种植区域,该区域的气候、土壤和种植制度决定了土壤养分供应特征、油菜生长和养分需求特征。作物高产、经济和养分高效是农业生产及其可持续发展的决定因素,油菜氮素吸收和土壤氮素供应在时间和空间上的不协调造成氮的缺乏或过量是油菜产量和收益的重要限制因子,合理的氮肥施用是保证油菜高产和氮肥高效的关键。论文从作物氮素需求、土壤氮素供应、氮肥施用关键技术及其配套措施等方面综述了国内外油菜氮肥管理的进展。在此基础上,结合中国冬油菜种植区域土壤和作物的特点,提出以“前促后稳”为核心,协调作物氮素需求和土壤氮素供应的冬油菜氮素养分综合管理策略。该策略的核心内容是:通过调节氮肥施用时期、比例和配比,满足油菜前期快速生长的氮素需求,后期则主要通过发挥土壤氮素供应,促进油菜氮素转移再利用;综合考虑不同轮作、秸秆还田条件下土壤氮素供应特点及后效,统筹氮肥的施用;配合合理密植、水肥管理、同其他元素肥料配施、机械深施等措施,以协同增效的方式实现油菜的高产和氮肥的高效。
    氮肥和密度对毯状苗移栽油菜碳氮积累、运转和利用效率的影响
    左青松,刘 浩,蒯 婕,冯倩南,冯云艳,张含笑,刘靖怡,杨 光,周广生,冷锁虎
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3522-3531.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.006
    摘要 ( 216 )   HTML ( 1 )   PDF (410KB) ( 408 )   收藏
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    【目的】研究油菜育秧盘毯状苗移栽,大田不同氮肥和密度耦合对油菜碳氮积累、运转和利用效率的影响,探讨植株碳氮代谢与油菜产量形成的关系。【方法】以宁杂1818油菜品种为试验材料,通过毯状苗的培育和移栽试验,比较不同年份、氮肥以及密度条件下碳氮积累、运转以及利用效率差异。【结果】油菜毯状苗适宜条件下移栽也可以获得3 750 kg·hm-2高产。不施氮肥以及225 kg·hm-2氮肥处理条件下随着密度增加产量显著增加,在300 kg·hm-2氮肥处理和125 000穴/hm2移栽密度条件下1穴1株、1穴2株和1穴3株间产量无显著差异。油菜植株中碳素积累能力显著高于氮素积累能力,初花期前植株C/N比较低,为16.30,初花期后C/N比较高,为114.37。碳素籽粒生产效率、氮素籽粒生产效率随着氮肥用量增加呈下降趋势,其中氮素籽粒生产效率随施氮量增加下降幅度更大。初花期至成熟期叶片氮素运转率最高,不同处理变化范围为73.90%—78.56%,其次是茎枝氮素运转率,变化范围为38.96%—67.08%,根中氮素运转率最低,变化范围为24.45%—37.06%。不同处理叶片中氮素运转率差异较小,茎枝和根中氮素运转率随着氮肥用量增加逐渐降低。初花期至成熟期叶片碳素运转率为正值,不同处理变幅为23.16%—29.08%,随着密度增加叶片碳素运转率总体上呈增加趋势,不同氮肥处理间差异相对较小。初花期至成熟期根和茎枝仍然以积累碳素为主,两者碳素运转率表现为负值。【结论】油菜毯状苗机械移栽,可有效提高茬口较迟地区的油菜生产能力。油菜在初花期之前氮代谢能力强,初花期以后碳代谢能力强,前期氮素供应有利于植株营养体的建成,从而使得后期积累更多的碳素,促进后期的产量形成。
    适宜氮水平下冬油菜苗期不同叶位叶片光合氮分配特征
    刘 涛,鲁剑巍,任 涛,汪 威,王 振,王少华
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3532-3541.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.007
    摘要 ( 265 )   HTML ( 1 )   PDF (1664KB) ( 495 )   收藏
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    【目的】探讨适宜氮水平下冬油菜苗期不同叶位叶片的光合速率及其内部光合氮素利用特征,并分析氮素营养影响光合氮利用效率的限制因子,为合理施用氮肥提供理论依据。【方法】采用田间试验,设置4个施氮水平(0、45、180和360 kg·hm-2,分别用N0、N45、N180和N360表示),测定苗期干物质积累及成熟期产量。选取N0(对照)和N180(适宜氮水平)处理,将植株绿叶从上而下平均分为上部、中部和下部,测定不同叶位叶片最大净光合速率(Pn max)、氮含量(NA)、叶绿素含量(Cc)以及可溶性蛋白氮含量(NS相关生理、光合参数,并计算叶片氮素在光合组织系统(羧化系统、生物力能学组分和捕光系统)的分配比例,分析叶片氮素利用特征。【结果】施氮对冬油菜增产效果显著,N45、N180和N360较N0处理增产幅度分别达170.0%、505.6%和604.1%,其中,N180与N360处理产量差异不显著;苗期干物质积累与产量表现一致。与N0处理相比,N180处理冬油菜不同叶位叶片NA、Cc和Pn max均显著升高,上部和中部叶片光合氮利用效率(PNUE)有所下降。光合组织系统氮分配结果表明,N180处理上部、中部叶片,氮素在光合组织系统中羧化系统(PC)、生物力能学组分(PB)及捕光系统(PL)的分配比例均低于N0处理,但各组分氮含量较N0处理平均增加幅度分别达到20.6%、11.8%和28.8%。施氮与否对相同叶位叶片可溶性蛋白氮(NS)与非可溶性蛋白氮(Nnon-S)的比例影响不大,但显著影响光合组织系统在NS和Nnon-S中的分配,其中N0处理各部叶片的羧化系统氮含量(NC)占NS的比例平均为83.4%,N180处理比例为60.3%。基于边界线分析法定量各光合组织系统分配对PNUE的影响结果表明,PC和PB对PNUE的影响大小分别为26.8%和42.6%,显著高于PL的影响。氮素营养对PNUE的影响以PC和PB限制为主,平均所占比例达77.8%。上部叶PNUE主要受PC限制,所占比例达83.3%;而下部叶片PNUE主要受PB和PL限制。【结论】施氮对冬油菜增产效果显著,施氮量为180 kg·hm-2时较为适宜。缺氮条件下,植株将有限的氮尽可能地向光合器官中分配,且下部叶片光合氮素较早发生降解,而适宜氮水平下能维持光合蛋白在各自蛋白类型内的分配比例。氮素营养限制光合氮素利用效率提高的主要因子是羧化系统和生物力能学组分氮分配;随着叶位的降低光合氮素利用效率的主要限制因子由羧化系统氮分配逐渐转变为捕光系统及生物力能学组分氮分配。
    不同氮效率油菜品种碳素累积转运差异及其对油分形成的影响
    张晓龙,张振华,宋海星,余佳玲,官春云
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3542-3550.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.008
    摘要 ( 177 )   HTML ( 1 )   PDF (387KB) ( 257 )   收藏
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    【目的】研究不同氮效率油菜品种碳素累积转运差异,为揭示氮高效品种协调籽粒碳氮代谢矛盾、促进油分形成的机理提供理论依据。【方法】采用土培试验,以不同氮效率油菜品种为供试材料,在正常供氮和氮胁迫条件下,研究不同生育期(抽薹期、开花期、角果发育期和收获期)碳素累积与器官分布的差异,并用13C标记技术测定营养器官碳素向生殖器官的再分配比例与再分配量,分析碳素累积转运对籽粒产量形成与油分累积的影响。【结果】氮高效品种的籽粒油分含量略高于氮低效品种,但2种供氮水平下品种间差异均未达到显著水平,而油分产量氮高效品种显著高于氮低效品种;与氮胁迫处理相比,正常供氮处理的油分含量略有降低,但油分产量显著增加。植株碳素累积量各生育期都表现为氮高效品种略高于氮低效品种,但品种间差异也均未达到显著水平;同一品种不同供氮水平处理之间的碳素累积量差异较大,正常供氮处理显著高于氮胁迫处理。不同氮效率油菜品种器官碳素分配比例存在差异,氮高效品种抽薹期和开花期叶片和根的碳素分配比例以及角果发育期和收获期角果与籽粒的碳素分配比例均大于氮低效品种,而全生育期茎中碳分配比例以及角果发育期和收获期根中的碳素分配比例却小于氮低效品种。与氮胁迫处理相比,正常供氮处理的抽薹期和开花期叶中碳素分配增多、根中碳素分配减少,收获期籽粒的碳素分配也是正常供氮处理高于氮胁迫处理。随着生殖生长进程,营养器官碳素向生殖器官的再分配比例和量逐渐增加,品种间差异也逐渐加大。开花期向花的再分配比例和量,氮胁迫条件下氮高效品种低于氮低效品种,正常供氮条件下则相反,但2种氮水平下的品种间差异均不显著;角果发育期向角果的再分配比例和量以及收获期向籽粒的再分配比例和量,2个氮水平均表现为氮高效品种高于氮低效品种,但只有正常供氮条件下差异显著;收获期向角果皮的再分配比例和量,氮胁迫条件下氮高效品种低于氮低效品种,正常供氮条件下则相反,但只有氮胁迫条件下差异显著。油菜收获时50%以上抽薹期累积碳素已离开营养器官,抽薹期累积的碳素减少比例与向生殖器官转运再分配的碳素比例具有相同的处理间变化趋势,但由于碳水化合物的呼吸消耗,碳素减少比例远大于碳素转运再分配比例。【结论】不同氮效率油菜品种各生育期碳素累积量并没有明显差异,但是氮高效品种生长后期有更多的营养器官碳素向生殖器官尤其是向籽粒转运,这是氮高效品种籽粒形成过程中争取更多碳源,缓解碳氮代谢矛盾,促进油分形成的重要机理之一。
    不同栽培模式及施氮方式对油菜产量和氮肥利用率的影响
    刘 波,鲁剑巍,李小坤,丛日环,吴礼树,叶 川,郑 伟,徐维明,姚忠清,任 涛
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3551-3560.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.009
    摘要 ( 219 )   HTML ( 1 )   PDF (2279KB) ( 492 )   收藏
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    【目的】在油菜种植主产区,研究不同栽培模式及施氮方式对油菜产量和氮肥利用率的影响,为油菜高产高效生产科学施肥提供理论依据【方法】于2010—2011年度在湖北省和江西省开展移栽油菜和直播油菜氮肥施用田间试验,比较氮肥表施(表面撒施)、翻施(撒施后旋耕)和集中施用(移栽油菜穴施和直播油菜条施覆土)3种不同施氮方式对两种栽培模式(移栽和直播)油菜产量、干物质动态、氮素吸收和氮肥利用率的影响。【结果】相同条件下,移栽油菜产量水平显著高于直播油菜,两者的产量差达到299.1—544.2 kg·hm-2从干物质动态结果可以看出,各个生育期移栽油菜地上部和地下部生物量显著高于直播油菜,此外,移栽油菜可以获得较高的氮素累积,相比直播油菜提高33.1%—54.8%,移栽油菜氮肥农学利用率和氮肥表观利用率显著高于直播油菜,其中氮肥农学利用率从6.5 kg·kg-1增加到7.8 kg·kg-1,平均增幅为20.2%,氮肥表观利用率从27.6%提高到37.5%,平均增幅为37.5%。氮肥施用具有显著的增产效果,直播油菜施氮效果大于移栽油菜。在相同氮肥用量条件下,不同施氮方式对油菜产量、干物质动态、氮素吸收和氮肥利用率产生明显影响,总体表现为氮肥集中施用>翻施>表施的趋势。与表施处理相比,不同试验点移栽和直播油菜氮肥集中施用处理平均增产分别为18.2%和23.8%,氮素吸收量平均增幅分别为19.0%和37.0%。对于氮肥农学利用率而言,移栽油菜氮肥集中施用处理相比表施处理从6.9 kg·kg-1增加到8.8 kg·kg-1,平均增幅为27.7%,直播油菜从5.7 kg·kg-1增加到7.5 kg·kg-1,平均增幅为31.7%。而对于氮肥表观利用率而言,移栽油菜氮肥集中施用处理相比表施处理从33.3%提高到42.3%,平均增幅为27.2%;直播油菜从22.0%提高到27.4%,平均增幅为50.7%。相比于表施处理,移栽油菜氮肥集中施用花后地下部干物质增幅占整个生育期干物质增幅的61.8%,地上部为50.5%;直播油菜分别为78.5%和66.7%。【结论】直播油菜对氮肥施用方式的响应比移栽油菜更敏感,氮肥集中施用促进了植株花后地下部和地上部干物质同步累积。结合油菜栽培模式,实际生产中应该采取条施或穴施的氮肥集中施用技术。
    植物保护
    寡糖·链蛋白对小麦抗黄花叶病毒的免疫诱抗作用
    徐润东,盛世英,杨秀芬,刘 勇
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3561-3568.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.010
    摘要 ( 174 )   HTML ( 1 )   PDF (424KB) ( 348 )   收藏
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    【目的】激发子可以诱导寄主植物的系统获得抗病性,具有有效性、持久性和广谱性的特点。研究旨在明确新型激发子寡糖·链蛋白(oligosaccharins·plant activator protein)对小麦黄花叶病毒(Wheat yellow mosaic virus,WYMV)的免疫诱抗作用,为该激发子的研究和大面积推广应用提供技术支撑。【方法】选用小麦黄花叶病感病品种‘矮抗58’,在室内将消毒的小麦种子播种于自感病田带回的病土中,在(27±2)℃下培养。5叶期叶面喷施稀释1 000倍的6%寡糖·链蛋白。喷施7 d后,将麦苗置于(12±1)℃培养箱中接种培养。30 d后取出麦苗,分别测量小麦株高和叶片的叶绿素含量,计算病情指数和防治效果。在田间,同品种小麦种植于小麦黄花叶病常发地块,小麦返青后每周喷施1次6%寡糖·链蛋白,连续喷施3次。每周测量小麦株高和叶绿素含量,计算病情指数和防治效果。并于调查期间,每小区取20片植株最上部第一片完全展开的叶片,通过qPCR检测小麦植株内WYMV-CP基因拷贝数。在小麦收获时测定千粒重和穗粒数,测算产量。【结果】低温培养30 d后,经寡糖·链蛋白喷施处理的小麦较对照组的株高没有显著差异,但叶绿素含量则明显高于对照组(P<0.05);同时处理组的病情指数较对照组明显降低,防治效果达到63.32%。田间经寡糖·链蛋白处理后,小麦株高和叶绿素含量较对照没有显著差异。小麦返青期,喷施1周后病情指数与对照没有显著变化;而2周后病情指数显著降低,防治效果可达46.67%。小麦收获时调查发现,经寡糖·链蛋白处理后小麦穗粒数显著高于对照组(P0.05),小麦产量明显升高(P<0.05)。病株内WYMY-CP基因拷贝数在喷施1周后抑制率达到69.30%,2周后达到85.50%,3周后最高达到99.20%。【结论】寡糖·链蛋白可诱导小麦植株对小麦黄花叶病毒的抗性,显著降低小麦植株内WYMV-CP基因拷贝数;在田间可以减轻小麦黄花叶病的危害,减少产量损失。
    飞蝗Argonaute1的分子特性及生物学功能
    王艳丽,杨美玲,宋天琪,马恩波,张建珍
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3569-3577.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.011
    摘要 ( 127 )   HTML ( 1 )   PDF (2358KB) ( 222 )   收藏
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    【目的】MicroRNAs(miRNAs)是一类长度约22 nt的非编码RNA,通过转录后调控的方式在多种生命活动中发挥重要功能。Argonaute1(AGO1)蛋白作为miRNA沉默复合物(miRNA silencing complex RISC)的重要组成部分,在miRNA调控通路中起着关键作用。论文旨在研究AGO1的生物学功能及其对飞蝗(Locusta moratoria)生长发育的影响,为探索昆虫miRNA的生物合成和农业害虫的有效控制提供理论依据。【方法】采用生物信息学方法在飞蝗转录组数据库中获得LmAGO1 cDNA序列;使用在线蛋白翻译软件(ExPASy)对LmAGO1进行蛋白翻译,利用SMART分析LmAGO1蛋白的功能结构域;选取家蚕(Bombyx mori)、果蝇(Drosophila melanogaster)和赤拟谷盗(Tribolium castaneum)等模式昆虫的同源序列与LmAGO1氨基酸序列进行聚类分析,采用Phyml软件构建昆虫AGO蛋白的系统发育树;为了进一步研究LmAGO1在飞蝗生长发育过程中的作用,使用T7 RiboMAXTM Express RNAi System体外合成LmAGO1的dsRNA,在飞蝗4龄第2天和5龄第2天若虫期连续两次注射dsRNA进行干扰,同时注射dsGFP作为对照。分别收集注射dsRNA后48 h和72 h的整虫样品提取RNA,反转录为cDNA。通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测LmAGO1在不同时间点的干扰效率并观察虫体的发育表型。同时,为了检测LmAGO1沉默是否会影响miRNA的生物合成,采用RT-qPCR对飞蝗体内5个高丰度miRNA表达进行定量分析。【结果】LmAGO1蛋白含845个氨基酸,具有典型的AGO蛋白家族保守结构域,即位于213—348位点的PAZ结构域和502—804位点的PIWI结构域。聚类分析表明,LmAGO1蛋白与其他昆虫的AGO1蛋白聚为一类。通过AGO1氨基酸序列同源比对结果显示LmAGO1与模式昆虫果蝇、家蚕AGO1的氨基酸序列一致度高达82.2%和86.9%。RNAi结果表明,虫体注射dsLmAGO1 48 h和72 h后,与对照组相比,LmAGO1表达量均显著降低,干扰效率分别为88.1%和93.0%;进一步观察试虫生长发育的表型特征,与对照组相比,飞蝗4龄期注射dsLmAGO148 h后其生长发育并没有出现明显异常,待蜕皮发育至下一龄期(即5龄期)时,出现大量死亡,死亡率为89.3%;荧光定量PCR结果显示注射dsLmAGO1后,飞蝗体内miRNA-252和miRNA-8的表达显著下降,干扰72 h后miRNA-7、let 7、miRNA-252、miRNA-8的表达均显著下降。【结论】飞蝗AGO1除参与RSIC的形成以外,还可能参与miRNA的剪切加工过程进而调控飞蝗的正常发育。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    基于不同施肥模式添加生物炭后菜地土壤CO2释放特征及不同形态碳含量变化
    魏雪勤,孙 楠,张旭博,张崇玉,王道龙,申华平
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3578-3587.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.012
    摘要 ( 198 )   HTML ( 1 )   PDF (486KB) ( 323 )   收藏
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    【目的】研究4种常规施肥模式下,添加生物炭后菜地土壤(褐潮土)CO2释放量、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(SMBC)含量的变化,阐明添加生物炭对土壤CO2释放及不同形态碳的影响。【方法】采用内恒温好氧培养-气象色谱测定方法,在不施肥(CK)、施有机肥(M)、施化肥(F)、有机无机混施(M+F)4种模式下投入2%和4%(质量比:生物炭/土壤干重)生物炭,定期采集气样和土样,分析土壤CO2的释放量及DOC、SMBC含量的动态变化,并分析DOC、SMBC含量变化与CO2释放量变化之间的相关关系。【结果】在F和M+F基础上,添加生物炭处理的土壤CO2释放速率在培养前期(28 d)显著高于未添加生物炭处理,而在1060 d,二者CO2释放速率无显著差异;在CK和M基础上,添加与未添加生物炭处理在整个培养期间CO2释放速率没有显著差异。在CK基础上,添加2%和4%生物炭后CO2累积释放量分别为2 839和3 272 mg·kg-1,与CK(3 134 mg·kg-1)相比均无显著差异;而在F和M+F基础上,添加2%和4%生物炭后CO2累积释放量均显著提高,分别提高20.6%和19.8%、29.9%和40.7%。相关分析表明,未添加生物炭处理DOC、SMBC含量与CO2释放量之间无相关关系,而添加生物炭处理DOC、SMBC含量与CO2释放量极显著相关。【结论】将生物炭单独投入未施肥土壤中,土壤CO2排放量未出现明显增加或降低;在有机肥基础上添加生物炭,土壤CO2排放量随着生物炭投入量的增加而增加;在化肥、有机无机配施基础上添加生物炭后,土壤CO2排放增加比例最高。
    日光温室栽培番茄镁缺乏与土壤阳离子平衡的关系
    闫 波,周 婷,王辉民,陈竹君,曹京阳,刘淑敏,周建斌
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3588-3596.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.013
    摘要 ( 140 )   HTML ( 1 )   PDF (3204KB) ( 394 )   收藏
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    【目的】北方石灰性土壤钙、镁含量丰富,镁素供应充足,缺镁主要发生在南方高度风化的酸性土壤,但近年来北方日光温室栽培番茄等作物缺镁现象频发。因此,解析导致石灰性土壤日光温室栽培番茄缺镁的主要因素,可为日光温室番茄镁素缺乏的矫正和合理施肥提供科学依据。【方法】在陕西省杨凌示范区大寨镇日光温室栽培基地,于秋冬茬栽培番茄普遍发生缺镁的盛果期(11月份),选择番茄定植时间和品种一致,叶片形态呈现不同程度缺镁症(不缺镁:外观未观察到番茄缺镁失绿症状;中度缺镁:上部1/2叶片未表现缺镁失绿症状;严重缺镁:上、下叶片均表现缺镁失绿症状)的日光温室,分别采集温室0—20 cm耕层土样和番茄第2穗与第3穗果间的叶片(下部叶片)以及上部完全展开的新生叶片(上部叶片)样品;测定土壤pH、电导率、有机质、NO3--N、NH4+-N、有效磷、速效钾以及交换性钾、钙、镁离子含量,番茄叶片钾、钙、镁含量,计算土壤交换性钾、钙、镁离子饱和度和K/Mg、Ca/Mg、Ca/K离子比例,并调查番茄产量;分析番茄缺镁程度不同的日光温室土壤基本性质差异,交换性钾、钙、镁离子含量及平衡状况与番茄叶片养分含量和产量的关系。【结果】番茄缺镁程度不同的温室土壤性质存在差异,番茄缺镁严重的土壤电导率、NO3--N、速效钾显著增加。番茄缺镁和不缺镁的土壤交换性镁含量均高于缺镁临界值(0.5 cmol·kg-1);随番茄缺镁程度加剧,钾离子饱和度增加,钙、镁离子饱和度降低,Ca/Mg和K/Mg离子比例升高,Ca/K离子比例下降;与不缺镁相比,番茄中度缺镁的土壤交换性钾离子饱和度、K/Mg离子比例均增加了22%,严重缺镁的则分别显著增加了56%和88%;番茄严重缺镁的土壤Ca/Mg比例较未缺镁的升高了17%;番茄中度缺镁和严重缺镁的土壤Ca/K比未缺镁的分别降低了19%和37%。番茄中度缺镁的土壤Ca/Mg略高于适宜值上限(7.0),K/Mg则高于适宜上限(0.6)47%,番茄严重缺镁的土壤Ca/Mg和K/Mg分别高于适宜值上限28%和125%。番茄上、下部叶片镁含量和番茄产量分别与土壤速效钾含量、交换性钾含量、钾离子饱和度、K/Mg均呈极显著或显著负相关,与土壤有机质和Ca/K呈极显著或显著正相关,而与土壤交换性镁含量、镁离子饱和度及Ca/Mg比例间未达显著相关性;随番茄缺镁程度加剧,产量显著降低,中度和严重缺镁的番茄产量分别降低了38%和60%。【结论】番茄缺镁程度不同的温室土壤交换性镁含量均在丰富水平,而镁离子饱和度偏低;番茄表现缺镁的土壤Ca/Mg和K/Mg均呈养分比例失调状态,特别是K/Mg严重失调。土壤中钾离子过高造成阳离子比例失调是诱导番茄缺镁症的主要因素,温室高集约栽培下过量施肥影响阳离子养分平衡是值得关注的问题。
    园艺
    重茬土对相同砧木不同苹果品种生理指标及叶片抗氧化酶活性的影响
    倪蔚茹,王安然,贺锡燕,徐 金,吴树敬,陈学森,毛志泉,沈 向
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3597-3607.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.014
    摘要 ( 161 )   HTML ( 1 )   PDF (489KB) ( 302 )   收藏
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    【目的】研究重茬土对相同砧木不同苹果品种幼苗的生长及抗氧化酶活性的影响,为缓解苹果重茬障碍的品种选择提供依据。【方法】以苹果常用砧木‘平邑甜茶’(M. hupehensis)为基砧,嫁接5种不同苹果品种(‘烟富3号’‘红将军’‘富士2001’‘宫崎短枝富士’(以下简称‘宫崎’)‘首富1号’),使用重茬土进行盆栽试验,以重茬土蒸汽消毒后种植的相同幼苗为各重茬土的对照,测定苹果幼苗生长量、叶绿素含量、叶片抗氧化酶活性、叶片净光合速率(Pn)的动态变化及叶片荧光参数。【结果】重茬土对同一砧木不同苹果品种幼苗株高、径粗、叶绿素含量、净光合速率、荧光参数及叶片抗氧化酶活性均有不同程度的抑制作用。与消毒土(对照)种植的植株相比,‘富士2001’‘宫崎’幼苗的生长量差异不显著,其他品种的生长量差异显著;重茬土植株超氧化物歧化酶(SOD)活性从7—9月均低于对照,‘富士2001’比对照分别降低了40.24%、20.96%、18.16%,与对照差距逐渐变小,‘烟富3号’‘红将军’‘宫崎’和‘首富1号’与对照相比差距较大。各品种叶片中过氧化物酶(POD)活性随着时间的推移表现为先升高后降低的趋势,8月和9月,‘富士2001’和‘宫崎’POD活性与对照差异不显著,分别比对照平均降低了3.02%和5.76%,‘烟富3号’‘红将军’和‘首富1号’从7—9月的POD活性均显著低于对照。在8月,重茬土的‘宫崎’过氧化氢酶(CAT)活性比对照高27.21%,差异显著;其他均显著低于对照。‘烟富3号’和‘红将军’的Pn从6—9月均显著低于对照,‘首富1号’5个月均显著低于对照,其他差异不显著。‘富士2001’和‘宫崎’的荧光参数与对照差异不显著;‘烟富3号’‘红将军’和‘首富1号’的非光化学淬灭系数(NPQ)显著高于对照。【结论】重茬土对相同砧木不同苹果品种幼苗生理指标及叶片抗氧化酶活性的影响不同,‘富士2001’‘宫崎’均能在一定程度上抵抗重茬障碍的影响,‘烟富3号’‘红将军’和‘首富1号’在保护自身方面表现较弱,受重茬障碍的影响大于‘富士2001’和‘宫崎’。在苹果老果园更新中,‘富士2001’和‘宫崎’可以作为首选苹果品种。
    基于冠层高光谱信息的苹果树花量估测
    刘 颖,王克健,谢让金,吕 强,何绍兰,易时来,郑永强,邓 烈
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3608-3617.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.015
    摘要 ( 172 )   HTML ( 1 )   PDF (1505KB) ( 376 )   收藏
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    目的】研究基于盛花期冠层高光谱数据的苹果花量估测技术,为植株花果管理和生产力预测技术的建立奠定基础。【方法】以5年生M9无性系砧木‘米奇嘎啦’苹果(Malus pumilaMitch Gala’)、树形为高纺锤形的植株为试材,在盛花期采集植株冠层可见-近红外高光谱图像,人工统计供试植株花量,比对分析基于原始光谱反射率(original reflectance spectra,OS)与Savitzky-Golay平滑法savitzky-golay smoothing,SG)、正态变量标准化(standardization of normal variables,SNV)、标准化(Normalize)、一阶求导(first derivation,lst Der)、二阶求导(second derivation,2nd Der)共5种预处理的高光谱数据的偏最小二乘法(partial least squares method,PLS模型,以及基于载荷系数法(x-loading weight,x-LW)提取的特征波长的PLS模型、人工神经网络(the back-propagation neural network,BPNN、最小二乘支持向量机(the least squares support vector machines,LS-SVM)等模型对单株单位面积花量实时估测精度的影响。【结果】苹果树单株花量与单株单位面积花量具有较高的相关系数,表明采用冠层单位面积花量替代单株总花量进行树体花量估测可行。单株单位面积花量与植株冠层光谱反射率在紫外-可见光波长(308700 nm)呈极显著正相关,在近红外波长(7501 000 nm)相关性不显著。基于全波长,以Normalize预处理光谱建立的PLS模型对单株单位面积花量的预测效果最好,校正集决定系数(Rc2)和预测集决定系数(Rp2)分别为0.7940.804,校正集均方根误差(RMSEC)和预测集均方根误差(RMSEP)分别为0.0840.062,预测相对误差(RE%)为3.940。基于特征波长的BPNN模型稳定性差,而LS-SVM模型的建模效果较好,Rc2Rp2分别为0.826和0.804,RMSECRMSEP分别为0.077、0.064,RE%为12.160。【结论】基于Normalize预处理的PLS模型对高纺锤形苹果树冠层单位面积花量的预测效果最优,同时,本研究利用高光谱成像仪获取的数据,经过分析处理对提取特征信息进行简化,可为多光谱遥感数据的应用提供依据
    贮藏·保鲜·加工
    大豆分离蛋白-玉米淀粉-谷朊粉共混体系热转变特性
    苏笑芳,李淑静,张 波,张金闯,张 玮
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3618-3627.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.016
    摘要 ( 169 )   HTML ( 1 )   PDF (801KB) ( 200 )   收藏
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    【目的】蛋白质和淀粉的热转变特性对食品加工有重要的理论指导价值,系统研究蛋白质-淀粉共混体系的热转变特性,优化热加工参数,控制食品质量和节能。【方法】以大豆分离蛋白、玉米淀粉和小麦谷朊粉为研究对象,采用差式扫描量热技术,在20—130℃,水分含量为30%—70%,升温速率为10℃·min-1条件下,测定大豆分离蛋白-玉米淀粉、大豆分离蛋白-谷朊粉、谷朊粉-玉米淀粉和大豆分离蛋白-玉米淀粉-谷朊粉混合体系在0—100%比例范围时的热转变特性。【结果】随着水分含量从30%增加至70%,大豆分离蛋白11 S亚基的热转变起始温度和峰值温度分别从105.17℃降至94.80℃,113.75℃降至99.49℃;峰宽从20.72℃降低至10.59℃,焓变从2.79 J·g-1增加至6.18 J·g-1;玉米淀粉的热转变焓值从3.62 J·g-1增至14.14 J·g-1。谷朊粉则无热转变现象。增加水分含量促进了蛋白质和淀粉分子链的运动性是大豆蛋白热转变温度降低,焓值升高,玉米淀粉热转变焓值升高的主要原因。当物料含水率为50%,相对于单一体系,大豆分离蛋白-玉米淀粉混合体系中大豆蛋白11S亚基的热转变焓值显著降低,平均降低1.41 J·g-1;混合体系中玉米淀粉的热转变起始温度和峰值温度显著升高,分别平均升高14℃和13℃。大豆分离蛋白-谷朊粉混合体系仅显示大豆分离蛋白的热转变,11S亚基热转变的焓值呈降低的趋势,与未添加谷朊粉相比,平均降低了2.40 J·g-1。谷朊粉-玉米淀粉混合体系仅显示玉米淀粉的热转变,与未添加谷朊粉相比,玉米淀粉热转变的峰值温度和峰宽显著升高,平均增加12℃。大豆分离蛋白-玉米淀粉-谷朊粉混合体系中,当玉米淀粉和谷朊粉等比例增加时,大豆蛋白11S亚基与未添加玉米淀粉和谷朊粉相比,其热转变起始温度、峰值温度、焓值和峰宽均显著降低,分别平均降低4℃、5℃、1.64 J·g-13℃。当固定大豆分离蛋白含量为40%,和添加40%谷朊粉相比,添加40%玉米淀粉的11S亚基热转变起始温度和峰值温度均显著降低了3℃。蛋白质与淀粉竞争水分可能是导致混合体系中淀粉热转变温度升高的主要原因,而玉米淀粉和谷朊粉分子的空间位阻是导致大豆蛋白11S亚基热转变焓值下降的主要原因。【结论】添加玉米淀粉或谷朊粉能降低大豆蛋白热转变焓,添加大豆分离蛋白或谷朊粉能增加玉米淀粉热转变温度。
    高氧气调包装对宰后猪肉蛋白质氧化、钙蛋白酶活性及蛋白质降解的影响
    陈 琳,周光宏,徐幸莲,张万刚
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3628-3638.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.017
    摘要 ( 146 )   HTML ( 1 )   PDF (3084KB) ( 392 )   收藏
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    【目的】研究高氧气调包装(HiOx,80% O2/20% CO2)对宰后猪肉蛋白质氧化、钙蛋白酶活性及蛋白质降解的影响,探讨高氧气调包装影响猪肉品质的内在机制。【方法】选取12条冷却(4℃)24 h后的杜洛克×长白×约克夏三元杂交猪背最长肌,分别进行高氧气调包装和真空包装(VP),4℃冷库贮藏,分别在1、4、6 d测定羰基含量及分布、巯基含量、肌节变化、钙蛋白酶活性、肌联蛋白及肌钙蛋白-T降解变化。【结果】高氧气调包装组羰基含量高于真空包装组且贮藏第4和6天差异显著(P<0.05)。贮藏第1和4天,高氧气调包装组肌细胞外围出现羰基氧化荧光信号,荧光以靠近细胞膜处密度更高,并且逐渐向细胞内部扩散;贮藏第6天,高氧气调包装组细胞膜呈高亮荧光圈,胞内荧光增强,而真空包装组荧光信号较弱。贮藏第6天,高氧气调包装组巯基含量显著低于真空包装组(P<0.05)。真空包装组宰后肌节M线弱化、A带模糊、肌原纤维Z线断裂;高氧气调包装组肌节结构相对完整。高氧气调包装组在贮藏第1天钙蛋白酶活性显著低于真空包装组(P<0.05);高氧气调包装抑制了肌联蛋白和肌钙蛋白-T的降解,且在贮藏第4和6天差异显著(P<0.05)。【结论】高氧气调包装能够显著提高宰后猪肉蛋白质氧化程度,抑制钙蛋白酶活性发挥及其底物蛋白质的降解。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    苏淮猪VRTN基因克隆、组织表达特征与多态性分析
    吴一尘,杜 星,李平华,吴 艳,王钧顺,刘红林,李齐发
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3639-3648.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.018
    摘要 ( 190 )   HTML ( 1 )   PDF (6223KB) ( 370 )   收藏
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    【目的】获得苏淮猪VRTN基因编码区序列,了解其序列特征和组织表达特征,分析苏淮猪VRTN基因ins291位点的多态性。【方法】以苏淮猪卵巢组织cDNA为模板,采用克隆测序技术分离获得苏淮猪VRTN基因编码区序列。利用BioEdit 7.0软件分析其序列特征和蛋白理化性质。利用Clustal W软件进行核苷酸和蛋白质序列比对分析。利用UCSC基因组浏览器与NCBI基因组数据库进行猪VRTN基因的染色体定位和基因组结构分析。利用SMART软件预测蛋白质功能域,CPHmodels软件预测蛋白质三级结构。随机选取3头成年苏淮猪母猪,屠宰后立即采集心、肝、脾、肺、肾、下丘脑、肌肉和卵巢等组织,提取组织总RNA,采用RT-PCR技术分析苏淮猪VRTN基因的组织表达谱。采集106头成年苏淮猪繁殖母猪耳组织样,提取基因组DNA,采用 PCR-凝胶电泳分析苏淮猪VRTN基因ins291位点的多态性。【结果】苏淮猪VRTN基因编码区序列全长为2 097bp,与其它哺乳动物如人、小鼠、牛和羊的一致性分别为84.98%、74.53%、85.84%和86.45%,而与鸡的一致性只有54.42%。基因组结构分析发现猪VRTN基因由2个外显子和1个内含子构成,定位在猪7号染色体上。苏淮猪VRTN基因编码蛋白含有698个氨基酸残基,与人、小鼠、牛和羊等的一致性分别为85.55%、70.07%、86.20%和86.06%,但与鸡的一致性只有51.17%,可见哺乳动物VRTN基因在进化过程中比较保守。氨基酸组分分析显示苏淮猪VRTN蛋白氨基酸序列存在全部20种氨基酸,其中Leu(亮氨酸)含量最高,达到10.44%,而Asp天冬氨酸含量最低,只有1.43%。蛋白结构分析发现苏淮猪VRTN蛋白含有 HTH结构域等典型结构域,由6个α螺旋、5个β折叠以及若干无规则卷曲组成。RT-PCR分析表明VRTN基因在苏淮猪心、肝、脾、肺、肾、下丘脑、卵巢和肌肉组织等组织中均有表达,说明VRTN基因是一个广泛表达的基因。在苏淮猪群体中检测到VRTN基因ins291位点的3种基因型,其中仅有93bp条带的为野生纯合型(wt/wt),仅有384bp条带的为突变纯合型(Q/Q),含有384和93bp条带的为杂合型(wt/Q)。在苏淮猪群体中wt/wt型为优势基因型,基因型频率为0.717;wt为优势等位基因,基因频率是0.816;高脊椎数等位基因Q的频率为0.184。遗传多态性分析发现苏淮猪VRTN基因ins291位点的多态信息含量为0.331,为中度多态位点,杂合度为0.40,变异程度相对较低。【结论】 获得了苏淮猪VRTN基因序列,其表达无组织特异性;苏淮猪群体中存在高脊椎数等位基因Q。
    MyoG和MEF2a基因多态性聚合效应对鸭屠宰性状的影响
    赵忠海,李 辉,易恒洁,杨胜林,彭邦星,卜小雁
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3649-3661.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.019
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    【目的】探讨MyoG和MEF2a基因聚合效应对鸭屠宰性状的影响,为进一步确定与鸭屠宰性状相关的分子遗传标记提供研究基础,为鸭屠宰性状的多基因聚合育种提供依据。【方法】试验以240只三穗鸭为研究素材,扩增MyoG和MEF2a基因并进行PCR产物直接测序以检测两基因所有外显子的单核苷酸突变(SNPs)位点。运用SPSS 18.0软件中的GLM统计模型对MyoG和MEF2a基因的SNPs所对应的不同基因型与三穗鸭屠宰性状进行关联分析,根据单基因关联分析结果,将对屠宰性状存在显著影响的MyoG和MEF2a基因的多态位点利用软件PHASE 2.0构建聚合基因型,再进行聚合基因型与屠宰性状的关联分析。【结果】在试验群体中一共发现8个SNPs,其中在MyoG基因中有6个SNPs被找到,MEF2a基因中找到2个SNPs位点,在所有突变位点中,其中MyoG基因的g.2977G>C位点发生的G/C突变使密码子由GAG变为GAC,所编码的氨基酸由谷氨酸变成天冬氨酸;而MEF2a基因中的两个多态位点,g.47915G>A位点发生的G/A突变使密码子由GAA变为AAA,编码的氨基酸由谷氨酸变成赖氨酸,g.47918G>A位点的G/A突变引起的密码子由GAT变成AAT,所编码的氨基酸由天冬氨酸变成天冬酰胺。剩下的5个突变位点均属于同义突变,并未引起编码氨基酸的改变。此外,进行?2适合性检验,除了MyoG基因的g.1131C>T位点和MEF2a基因的g.47915G>A、g.47918G>A位点未处于Hardy-Weinberg平衡状态(P<0.05)外,其他的突变位点均处于平衡状态。单基因关联分析结果表明,MyoG基因g.1131C>T和g.2204G>A突变分别对胸肌率、体重和全净膛重有着显著影响,其所对应的纯合子基因型CC、GG型为优势基因型。MEF2a基因g.47915G>A/g.47918G>A位点影响全净膛率,GA基因型个体属于优势基因型个体。通过挑选出与屠宰性状(胸肌率、体重、全净膛重和全净膛率)有关联的MyoG基因g.1131C>T/g.2204G>A位点与MEF2a基因g.47915G>A/g.47918G>A进行聚合效应分析,结果显示,聚合后的8种聚合基因型个体的全净膛率,在各基因型间无显著差异(P>0.05),TTGAGA基因型的平均值最高,其次为CCGGGA基因型;其他3个指标各基因型间差异达到了显著,其中体重和全净膛重存在正相关,都是CCGAGA基因型的平均值最高,CTGGGA基因型的平均值次之;CCGGGG基因型的胸肌率平均值最高,其次是CCGGGA基因型。结果显示,单个基因的平均值最高的基因型分别为CC、GG和GA,在两基因聚合后在4个指标中CCGGGA基因型都不是最优的组合,说明两个基因间存在互作效应。【结论】两个基因间存在互作效应,所以用单个基因分子标记进行选育可能会顾此失彼,不能收到良好的效果,但是本研究的聚合优势基因型个体偏少,有待于进一步扩大样本进行验证分析,进行更多基因的聚合效应分析。
    免移虫育王和两种酯类幼虫信息素对中华蜜蜂蜂王质量的影响
    邹垂彬,周林斌,胡景华,席芳贵,袁 芳,颜伟玉
    中国农业科学. 2016, 49(18):  3662-3670.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.18.020
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    【目的】比较中华蜜蜂(Apis cerana cerana)免移虫育王和人工移虫育王培育的蜂王质量,明确幼虫信息素中的甲基棕榈酸酯(methyl palmitate,MP)和甲基亚油酸酯(methyl linoleate,ML)在育王过程中能否提高蜂王质量。【方法】以中华蜜蜂为试验材料,选择蜂群群势、蜂王年龄、子脾面积等基本一致的健康蜂群3群作为哺育群,群势均为5框,采用郎氏标准蜂箱饲养。另选择一群健康、蜂王产卵性能好的蜂群作为母群。免移虫育王和人工育王的比较过程中,每个哺育群中每种育王方式至少育王3次。幼虫信息素试验过程中,每个哺育群每种信息素至少采用人工育王法育王3次。试验期间,对蜂群进行奖励饲喂,提高工蜂哺育积极性。利用自主研制的塑料免移虫育王生产器进行免移虫育王,人工移虫育王则采用自制的蜡质王台。测定育王过程中的幼虫接受率和蜂王出房率,待蜂王出房后测定蜂王初生重、胸重、胸宽,将蜂王的单侧卵巢制成石蜡切片进行卵巢管计数,并采用荧光定量PCR测定蜂王腹部的卵黄原蛋白基因(VitellogeninVg)和转铁蛋白基因(TransferrinTrf)表达量,从而比较蜂王的质量。为了研究中蜂幼虫信息素中MP和ML在人工育王中使用能否提高蜂王的质量,采用人工移虫育王,在幼虫60—63 h的王台内分别注射1 µL MP和ML(浓度梯度为0、0.1%、1.0%、10.0%),同样测定蜂王初生重、胸重、胸宽和卵巢管数以及其腹部VgTrf表达量等指标。【结果】免移虫育王的幼虫接受率为40.87%,蜂王出房率38.52%;人工移虫育王的幼虫接受率为74.38%,蜂王出房率69.13%。显然工蜂对于人工移虫育王中的蜡质王台更易于接受。免移虫育王培育的蜂王在初生重、胸重、胸宽、单侧卵巢管数和Trf表达量等与人工移虫育王的比较均差异不显著(P>0.05),平均值也较接近,但蜂王腹部Vg表达量显著高于人工移虫育王(P<0.05)。在人工移虫育王蜂王幼虫60—63 h时加入MP(或ML),不同浓度的MP对蜂王的各项指标均无显著影响(P>0.05);0.1% ML对蜂王质量也无显著影响(P>0.05);1.0% ML显著降低蜂王初生重、胸重及其腹部Vg的表达(P<0.05),对卵巢管数量无显著影响(P>0.05);10.0% ML显著降低蜂王的各项指标(P<0.05)。MP和ML对蜂王Trf表达量均无显著影响(P>0.05)。【结论】免移虫育王与人工移虫育王相比,王台接受率显著偏低(P<0.05),蜂王腹部的Vg表达量增加,但在蜂王初生重、胸部指标、单侧卵巢管数量及Trf表达量方面均无显著差异(P>0.05)。MP和ML在人工移虫育王过程中的应用并不能达到提高蜂王质量的作用。