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当期目录

    2017年 第50卷 第12期 刊出日期:2017-06-16
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    水稻顺式还原酮加双氧酶基因的表达分析及功能研究
    熊炜,杨波,刘薇茵,王荃,孔晓聪,靳亚军,梁闪闪,栾维江,张泗举
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2199-2208.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.001
    摘要 ( 41 )   HTML ( 3 )   PDF (2919KB) ( 132 )   收藏
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    【目的】农作物对逆境胁迫的耐受能力与产量息息相关,是作物育种要考虑的重要因素。文中对水稻顺式还原酮加双氧酶基因OsARD1进行研究,分析其表达模式,明确其在水稻应对非生物胁迫中的功能,为水稻耐旱品种的分子设计及育种提供参考依据。【方法】提取不同组织器官的总RNA,利用RT-PCR方法分析OsARD1表达的组织特异性。利用不同的非生物胁迫处理14 d大小的野生型(中花11)植株,在不同时间点提取总RNA,利用RT-PCR方法分析OsARD1表达的受诱导情况。通过农杆菌遗传转化法转化水稻愈伤组织,经过一系列分子检测后获得稳定遗传的T1代OsARD1的过量表达转基因植株,以转入空载体的野生型植株作为对照。将在营养液中正常培养的12 d大小的野生型和过表达幼苗移出营养液进行缺水处理并进行恢复试验。将催芽后的野生型和过表达转基因植株种子种在含有5% PEG6000的agar培养基中进行渗透胁迫处理,以不含PEG6000的agar培养基作为对照,观察二者的表型。【结果】组织特异性表达分析表明OsARD1主要在根及成熟的组织中表达,尤其在衰老的组织中有较高表达。非生物胁迫处理表明OsARD1的表达明显受机械损伤、高盐和渗透胁迫的诱导。获得6个独立株系的可稳定遗传的OsARD1过量表达转基因植株。对过量表达转基因植株及空载体野生型对照进行干旱胁迫处理,缺水处理5 h后,野生型植株叶片卷曲皱缩成针状表现出严重的缺水症状,但此时过表达转基因植株叶片仍处于舒展状态;缺水处理8 h后开始复水培养3 d,野生型植株的存活率仅为10%,而过表达植株存活率为80%,远远高于野生型,说明过量表达OsARD1提高了水稻对缺水的耐受能力。用PEG渗透胁迫模拟干旱胁迫处理6 d后发现,不含PEG6000对照组中野生型和过表达植株的幼苗生长情况没有明显的差别;在PEG处理组中,野生型幼苗根的生长受到严重抑制,而过表达植株幼苗根的生长受到抑制较小,根长明显长于野生型对照植株,说明过量表达OsARD1增强了水稻耐受干旱胁迫的能力。【结论】OsARD1主要在水稻根及成熟的组织中表达,并且受机械损伤、高盐和渗透胁迫的诱导。过量表达OsARD1提高了水稻抗旱性能。
    2个玉米光敏色素C基因的转录丰度对多种光质处理的响应
    牛骧,郭林,杨宗举,孙蕾,李红丹,游光霞,徐宏,孟凡华,佘跃辉,杨建平
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2209-2219.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.002
    摘要 ( 26 )   HTML ( 1 )   PDF (1850KB) ( 148 )   收藏
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    【目的】通过NCBI数据库获得2个玉米PHYC及相关数据,并进行相关生物信息学分析。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析2个玉米PHYC在玉米各器官的转录丰度,以及其转录丰度对多种光质处理、黑暗到各种光质转换和光周期处理(长日照和短日照)的响应,为研究玉米PHYC在玉米幼苗去黄化与开花期的调控机制奠定基础。【方法】采用玉米B73自交系为研究材料,通过RT-PCR分别对ZmPHYC1和ZmPHYC2的全长ORF序列进行克隆;借助相关软件对其进行生物信息学分析,利用qRT-PCR分析这两个基因在玉米各器官中的转录丰度,及其转录丰度对各种光照处理的响应。【结果】ZmPHYC1和ZmPHYC2的全长ORF均为3 408 bp,编码1 135个氨基酸基序,分子量分别为126.14和126.07 kD。生物信息学分析表明,玉米phyC蛋白可以分为6个功能区段:节奏周期蛋白—Ah核转运接受蛋白—专一蛋白区段(Per-Arnt-Sim,PAS)、cGMP受激磷酸二酯酶区段(GAF)、色素区段(PHY)和PAS相关区段(PRD,包含2个PAS区段)、组氨酸激酶A区段和组氨酸激酶ATP酶区段,但是ZmphyC2在PRD区段仅有一个PAS区段。氨基酸水平的系统发育树分析表明,ZmphyC1和ZmphyC2与禾本科物种phyC有很高的一致性,且与甘蔗和高粱phyC的亲缘关系较近。qRT-PCR分析表明,ZmPHYC1和ZmPHYC2的表达在根和叶中的转录丰度均较高,同时对持续蓝光和白光响应强烈;在黑暗到各种光质转换处理中,这两个PHYC的表达模式相似。在黑暗转到远红光、红光、蓝光和白光的0.5 h,ZmPHYC1和ZmPHYC2的转录表达均急剧上升,随后迅速下降到自身起始黑暗时的水平以下,并上下波动。这两个基因对长日照和短日照的光周期处理也能积极响应,在长日照条件下,2个ZmPHYC出现了极其相似的表达模式,均在光照和黑暗阶段各出现1个峰值;在短日照条件下,这两个基因的表达模式差异较大,ZmPHYC1的峰值出现在进入黑暗后6 h,而ZmPHYC2的峰值出现在进入光照阶段2 h。【结论】玉米phyC蛋白可以分成6个功能区段,但是ZmphyC2在PRD区段仅具有一个PAS相关区段。2个玉米PHYC转录丰度具有组织特异性。在各种光质处理中,ZmPHYC1和ZmPHYC2的表达模式相近,可能二者存在功能冗余,在转录水平上前者的丰度高于后者,推测ZmPHYC1在玉米中起更重要的作用,并且可能二者在功能上存在分工。ZmPHYC1和ZmPHYC2对各种光质和光周期处理均有较强的响应,推测二者在调控玉米光形态建成和开花中具有重要作用。
    陆地棉开花相关基因GhFLP5的表达及功能分析
    王聪聪,张晓红,王小艳,张盼,范术丽,庞朝友,马启峰,魏恒玲,王寒涛,宿俊吉,喻树迅
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2220-2231.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.003
    摘要 ( 44 )   HTML ( 1 )   PDF (4071KB) ( 171 )   收藏
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    【目的】克隆陆地棉开花促进因子家族的一个基因Flowering Promoting Factor1-like Protein 5(GhFLP5),并对其时空表达模式进行研究,解析其在开花调控过程中的作用,为创制早熟陆地棉材料奠定基础。【方法】根据NCBI数据库中的序列,用Oligo7软件设计引物,以中棉所50(CCRI50)的cDNA为模板,克隆获得GhFLP5。在ExPASy网站上预测其蛋白的理化性质,同时在NCBI中检索其他物种中的FPF蛋白,使用ClustalX2进行多重序列比对,并用MEGA6构建系统进化树;取陆地棉早熟品种CCRI50和中晚熟品种鲁棉研28(Lu28)不同生长时期、不同组织的样品,对GhFLP5的时间和空间表达模式进行分析;从基因组数据库中调取GhFLP5起始密码子上游1 500 bp的片段,用PlantCARE在线工具预测其顺式作用元件,选取相关激素对二叶期棉花幼苗进行叶面喷施处理,研究GhFLP5的应答反应;构建植物表达载体pBI121-GhFLP5,转化拟南芥,观察转基因株系的表型,并用qRT-PCR对其内源基因表达的变化进行测定。【结果】GhFLP5开放阅读框长300 bp,编码的蛋白质分子量为11.4 kD,共包含3个比较保守的区域,与大豆、苜蓿和毛果杨的开花促进因子亲缘关系较近。空间表达模式分析表明,GhFLP5在叶片中优势表达,且在早熟品种CCRI50中的表达量显著高于晚熟品种Lu28;时间表达模式分析表明,在CCRI50中其表达量高峰出现在三叶期,而在Lu28中四叶期表达量最高。GhFLP5的启动子上主要存在两大类顺式作用元件,一类是光响应元件和生物钟元件,一类是胁迫响应元件。根据顺式作用元件的分布和功能选取水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)喷施处理棉花幼苗,结果表明,GhFLP5能响应外源SA和ABA而上调,也会被外施JA抑制。组成型表达GhFLP5的拟南芥株系抽薹时间提前约9 d,开花时间提前约7 d,莲座叶数目减少,差异达到极显著水平。荧光定量的结果表明转基因拟南芥中促进开花的基因LEAFY(AtLFY)、SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS(AtSOC1)、FLOWERING LOCUS T(AtFT)、APETALA1(AtAP1)和FRUITFULL(AtFUL)表达量显著升高,抑制开花的基因Flowering Locus C(AtFLC)表达量显著降低。在转基因拟南芥中生长素应答基因SMALL AUXIN UPREGULATED 20(AtSAUR20)和SMALL AUXIN UPREGULATED 22(AtSAUR22)显著上调,具有生物活性的赤霉素(GA)合成的相关基因GIBBERELLIN 20-OXIDASE 1(GA20OX1)的表达量提高2倍。【结论】转基因拟南芥早花表型明显,GhFLP5可能在调控中发挥了双重作用,通过IAA和GA途径促进拟南芥的开花转型。
    玉米营养生理与施肥
    “玉米营养生理与施肥”专题导读:高产玉米氮素高效利用
    刘鹏,董树亭,李少昆,张吉旺
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2232-2237.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.004
    摘要 ( 37 )   HTML ( 1 )   PDF (292KB) ( 233 )   收藏
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    玉米是中国第一大作物,在保障国家粮食安全中占有重要地位。近年来,围绕玉米高产,国内学者在栽培理论、技术与应用方面取得一系列重要突破,创造了一批玉米高产纪录:仅2006—2010年就有159个地块的玉米籽粒产量达到或超过15 000 kg·hm-2。通过推广示范,全国玉米平均单产从2006年的5 326.32 kg·hm-2提高到2016年的5 972.70 kg·hm-2,增加了12.14%。但是,农户的主要增产途径是肥料尤其是氮肥投入,而连续过量施氮使华北地区土壤矿质氮高量积累、氮肥利用率显著降低。持续高量的化肥投入还造成生态环境安全隐患,地表水或地下水体硝酸盐含量超标,影响农田的可持续利用。在此情况下,兼顾作物高产与资源高效持续利用显得十分必要。作者从高产玉米田的氮素吸收利用规律、高产玉米氮素高效吸收的根系特性、高产玉米碳氮代谢协调、高产玉米氮肥优化施用等方面综述了国内最新研究进展,以期为破解粮食需求不断增加、农田面积日益减少、作物集约化生产环境代价日益加剧的严峻局面提供思路。同时,作者对本期“玉米营养生理与施肥”专栏收录的6篇文章进行了简单介绍。
    陕西灌区高产春玉米物质生产与氮素积累特性
    张仁和,王博新,杨永红,杨晓军,马向峰,张兴华,郝引川,薛吉全
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2238-2246.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.005
    摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (464KB) ( 179 )   收藏
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    【目的】探明陕西灌区高产春玉米栽培下干物质积累和氮素吸收的动态特征,为陕西春玉米高产栽培技术提供理论依据。【方法】以高产玉米品种陕单609为材料,设置普通大田栽培、高产栽培和超高产栽培3个栽培处理,于2013—2015年在陕西灌溉春玉米试验站进行试验,研究分析玉米产量等级群体的干物质积累、氮素吸收、叶面积指数与SPAD值、产量构成特性。【结果】普通大田栽培、高产栽培和超高产栽培下玉米籽粒平均产量分别为11.1、13.1和16.1 t·hm-2,与普通大田栽培(对照)比,高产栽培和超高产栽培下籽粒产量增加18.0%和45.1%;穗粒数和千粒重低于对照,而单位面积穗数极显著高于对照,单位面积较多穗数,是玉米高产潜力的关键。高产栽培和超高产栽培下群体收获指数也显著高于普通大田栽培。高产和超高产栽培群体干物质和氮素积累量较对照增加18.5%、41.8%和20.5%、24.5%。春玉米吐丝后,高产和超高产栽培群体干物质量对籽粒产量贡献率较对照提高10.0%和20.1%;氮素积累量对籽粒氮贡献率较对照提高30.2%和61.6%。相关分析显示,干物质量和氮素积累量与籽粒产量呈极显著正相关(r=0.998;r=0.927)。春玉米花后,高产栽培和超高产栽培下叶面积指数和SPAD值显著高于普通大田。【结论】与普通大田栽培和高产栽培相比,超高产栽培显著提高了春玉米吐丝后生物量积累和氮素积累量,及其对籽粒的贡献率。维持叶片较强的光合生产能力,是其实现春玉米高产的生理基础。在陕西灌区春玉米生产中,在筛选耐密品种的基础上增加种植密度、强化氮肥分次追施,保证高产玉米吐丝后期对氮素的需求,实现春玉米高产。
    密植与氮肥用量对不同耐密型夏玉米品种产量及氮素利用效率的影响
    李广浩,刘娟,董树亭,刘鹏,张吉旺,赵斌,石德杨
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2247-2258.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.006
    摘要 ( 30 )   HTML ( 1 )   PDF (399KB) ( 266 )   收藏
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    【目的】探究密度与氮肥用量对不同耐密型夏玉米品种籽粒产量及氮素利用效率的影响。【方法】以稀植大穗型品种鲁单981(LD981)和紧凑耐密型品种郑单958(ZD958)为供试材料,设置52 500和82 500 株/hm2两个种植密度,同时设置0、90、180、270和360 kg·hm-2 5个施氮水平,研究密度与氮肥用量对不同耐密型夏玉米品种单株及群体干物质积累特性、氮素转运效率、氮素利用效率、产量及其构成因素的影响。【结果】增加种植密度,相同施氮水平处理的千粒重和穗粒数显著降低,单位面积穗数、空秆率、倒伏率显著提高,不耐密品种空秆率、倒伏率增加更显著。其中,ZD958与LD981各施氮处理的平均千粒重、穗粒数分别降低6.24%、6.77%和7.52%、18.09%,LD981空秆率、倒伏率高达17.0%、27.6%,显著高于ZD958。高密度条件下,籽粒产量随施氮量增加而增加,施氮270和360 kg·hm-2处理的产量差异不显著;低密度条件下,随施氮量增加,籽粒产量先上升后下降,施氮量270 kg·hm-2处理产量达到最大值。增加种植密度,夏玉米单株干物质积累量呈降低趋势,群体干物质积累量呈增加的趋势。随施氮量增加,单株和群体干物质积累量均显著增加,花后干物质贡献率呈上升趋势。相同氮素水平下,高密度处理显著提高夏玉米总氮素积累量、氮素转运量及其对籽粒的贡献率。增加种植密度,ZD958和LD981各施氮处理的平均总氮素积累量、氮肥农学利用率、氮肥利用率分别增加15.94%、39.01%、26.22%和1.96%、5.79%、14.92%。相同种植密度水平下,总氮素积累量和花后氮素同化量随施氮量增加呈上升趋势,而氮肥农学效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力呈下降趋势。增加种植密度,营养器官氮素转运量和氮素转运对籽粒的贡献率显著增加。高密度种植条件下,氮素转运效率及贡献率随施氮量增加而增加,而低密度种植条件下,随施氮量增加而降低。【结论】本试验条件下,增密施氮显著提高不同耐密型夏玉米干物质积累量,但密度对籽粒产量的影响,品种间差异显著。增密后,LD981 籽粒产量增加不显著,ZD958 籽粒产量显著提高。高密度条件下,增加施氮量,不同耐密型玉米籽粒产量均显著增加,而 LD981 空秆率、倒伏率显著提高,是限制 LD981 籽粒产量提高的主要原因。增密显著提高不同耐密型玉米氮素利用率,提高营养器官氮素转运量;增加种植密度,ZD958 花后氮素同化量增加,LD981 则降低。施氮降低了植株氮素利用效率,但可以提高高密度条件下植株氮素吸收量,提高花后氮素同化量。增密与施氮相结合,有利于耐密型玉米产量与氮肥利用率协同提高。综合考虑产量和氮效率两方面,ZD958适宜种植密度为82 500株/hm2,施氮量为270 kg·hm-2LD981适宜种植密度为52 500株/hm2,施氮量为180 kg·hm-2
    品种和氮素供应对玉米根系特征及氮素吸收利用的影响
    程乙,王洪章,刘鹏,董树亭,赵久然,王荣焕,张吉旺,赵斌,李耕,刘月娥
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2259-2269.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.007
    摘要 ( 34 )   HTML ( 1 )   PDF (470KB) ( 240 )   收藏
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    【目的】>研究玉米根系特性与氮素吸收利用及其与地上部生物量和产量形成的关系,探明根系形态特征与氮素吸收能力对玉米高产性能的影响,为玉米高产高效生产提供理论依据。【方法】试验于2014—2015年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心(36°18′N,117°12′E)和作物生物学国家重点实验室进行,以京科968(JK968)、郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为试验材料,采用土柱栽培,设置两个氮素水平,施氮量分别为1.5 g/plant(LN)和4.5 g/plant(HN),在抽雄期(VT)和完熟期(R6)进行根系及植株取样,测定根系相关指标(根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积),干物质及氮素积累与分配规律,探究品种和氮素供应对玉米根系特征及氮素吸收利用的影响。【结果】两个氮素水平下JK968单株籽粒产量、生物量、根系各指标和植株氮素积累量、氮转运率、氮素收获指数、氮素利用效率均显著高于XY335和ZD958(P<0.05)。JK968单株生物量、籽粒产量、植株氮素积累量较XY335和ZD958在低氮水平下分别增加15.2%、17.7%、9.0%和31.6%、44.1%、31.4%,在高氮水平下分别增加5.4%、12.9%、8.9%和13.5%、26.8%、23.5%;高氮水平下JK968、XY335、ZD958的单株生物量、单株籽粒产量和植株氮素积累量较低氮水平下分别增加15.7%、10.2%、33.9%,26.5%、14.8%、34.0%和34.3%、25.1%、42.5%。抽雄期JK968根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积较XY335和ZD958在低氮水平下分别增加41.8%、9.0%、47.1%、24.0%和63.2%、41.6%、60.4%、105.1%,在高氮水平下分别增加24.3%、6.0%、35.2%、19.7%和40.3%、30.0%、49.3%、78.7%;高氮水平下JK968、XY335、ZD958的根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积较低氮水平下分别增加48.3%、37.3%、36.4%、12.7%,69.1%、41.3%、48.4%、16.7%和72.5%、49.7%、46.5%、29.3%。相关分析表明,吸氮量与根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积呈显著线性正相关,但品种的响应程度不同。在抽雄前,JK968植株吸氮量对根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积增长的响应度要高于XY335和ZD958;而抽雄后的响应度则低于XY335和ZD958。【结论】JK968整个生育期的根系各项指标均显著高于XY335和ZD958,且氮素吸收能力强,生物量大,低氮条件下优势更加明显。JK968较发达的根系,保证了植株对氮素的吸收,具有较高的氮素转运效率、贡献率和氮素利用效率,有利于进行物质生产,因而获得更高的籽粒产量。
    不同栽培模式对夏玉米根系性能及产量和氮素利用的影响
    任昊,程乙,刘鹏,董树亭,赵杰,张吉旺,赵斌
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2270-2281.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.008
    摘要 ( 28 )   HTML ( 1 )   PDF (459KB) ( 211 )   收藏
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    【目的】研究不同栽培模式对夏玉米根系性能、籽粒产量形成以及氮素吸收利用的影响,探明不同栽培模式下玉米根系形态特征与产量形成、氮素吸收能力的关系,为促进玉米根系生长发育、增强根系吸收性能、优化施肥量,促进玉米高产高效生产提供理论依据。【方法】在定位试验条件下,选用郑单958为试验材料,在两种地力条件下,以不施氮肥处理为对照(CK),设置超高产玉米栽培模式(SH)、高产高效栽培管理模式(HH)、农民习惯栽培管理(FP)3种栽培模式,比较分析不同栽培模式夏玉米根系特性对产量形成和氮素吸收利用的调控效应。【结果】不同栽培模式间夏玉米产量存在显著差异,与HH、FP和CK模式相比较,高地力和低地力田块SH模式的两年平均产量分别提高3.54%、17.50%、30.12%和3.16%、18.45%、27.72%,统计分析表明地力和栽培模式均对夏玉米产量有极显著影响,两种因素综合影响因年份变化有所差异。两种地力条件下,夏玉米各时期群体生物量均表现为SH>HH>FP>CK。在抽雄期(VT)和完熟期(R6),SH处理的植株氮素积累总量显著高于其他处理,氮肥利用效率和氮肥农学利用效率均高于FP模式,HH模式的氮肥农学利用效率、氮肥利用效率和氮收获指数均最高,氮肥偏生产力低于FP模式,但仍高于SH模式。在不同地力基础上夏玉米不同栽培模式的根系指标变化趋势基本一致,在大喇叭口期(V12)、抽雄期(VT)、乳熟期(R3)的根系干重密度、根长密度和根表面积密度均为SH>HH>FP>CK,从V12到VT期,SH和HH模式的根长密度、根干重密度和根表面积密度增幅均显著高于FP模式,从VT到R3期,降幅均显著低于FP模式,SH和HH模式VT期根系活跃吸收面积比例显著高于FP模式。不同栽培模式各时期根长密度、根表面积密度和根干重密度与产量和氮肥利用效率均呈显著正相关。【结论】高产高效栽培模式可以有效地促进根系发育、延缓根系衰老、提高氮肥利用效率,有助于实现夏玉米高产高效的目标。
    氮肥运筹对不同夏玉米品种碳氮代谢协调性的影响
    苌建峰,董朋飞,王秀玲,刘卫玲,李潮海
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2282-2293.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.009
    摘要 ( 25 )   HTML ( 1 )   PDF (468KB) ( 225 )   收藏
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    【目的】在不同的氮肥水平下研究不同夏玉米品种碳、氮代谢差异,分析其协调性,提出高产、稳产的生理学指标,探索根据代谢型进行差异化管理的新途径。【方法】2009—2011年在河南温县和郑州,利用大田和盆栽两种种植方式,60 000株/hm2密度,设计0、120、240、360 kg·hm-2 4个氮肥水平,比较郑单958(ZD958)、农大108(ND108)、浚单20(XD20)、豫单2002(YD2002)等4个夏玉米品种的产量、叶片持绿性、氮吸收和转运、不同器官C/N、叶片PEP羧化酶和RUBP羧化酶活性等指标的差异,分析4个品种在不同氮肥水平下的碳、氮代谢协调性。【结果】(1)盆栽试验中,不同氮肥水平间产量比较,XD20差异最大,ZD958差异最小;随着氮肥水平提高,产量呈增加趋势。但大田试验中,除XD20之外,其余品种在N240和N360条件下差异不显著。(2)对灌浆期氮的吸收和转运比较,低氮条件下,ZD958营养器官氮优先向叶片转移,能保持较好的持绿性;ND108对氮的吸收和运转量都较大,持绿性好,但有效利用较低;XD20在低氮条件下氮的吸收量较低,缺乏优先供应叶片的机制,易早衰;YD2002在4个氮肥水平下均表现为灌浆期营养器官氮向籽粒转移量过大,根系吸收量小,易早衰。(3)在灌浆期,正常施肥条件下,ZD958和XD20叶片碳氮比介于YD2002和ND108之间;在成熟期,ZD958和XD20的籽粒碳氮比较高。(4)在灌浆中期,ZD958的PEPCase/RUBPCase最高,且与其余3个品种差异显著;YD2002始终处于较低水平;XD20和ND108随氮肥水平增加提高显著。【结论】玉米品种良好的碳氮代谢协调性表现在碳水化合物和氮素的转运过程中,碳氮代谢协调性较好的品种能很好地协调光合产物和氮素在籽粒灌浆和维持营养器官功能需求之间的矛盾,具有较高的PEPCase/RUBPCase,从而保证高产、稳产。
    施氮时期对黄淮海平原夏玉米茎秆发育及倒伏的影响
    边大红,刘梦星,牛海峰,魏钟博,杜雄,崔彦宏
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2294-2304.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.010
    摘要 ( 31 )   HTML ( 1 )   PDF (1652KB) ( 200 )   收藏
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    【目的】针对黄淮海平原区夏玉米倒伏严重的问题,探讨不同施氮时期对夏玉米茎秆发育及倒伏情况的影响,以期为黄淮海平原区高产夏玉米氮素管理、提高夏玉米植株抗茎倒伏能力提供理论依据。【方法】以不同植株形态的玉米品种先玉335(XY,高秆低穗位型)、浚单20(XD,中秆高穗位型)和京单28(JD,中秆低穗位型)为试验材料,每个品种设种肥(N1)、苗肥(N2)、拔节肥(N3)、大喇叭口肥(N4)和抽雄肥(N5)5个施氮时期处理,以不施氮肥(N0)为对照,研究施氮时期对夏玉米茎秆形态学、解剖学和机械力学特征以及田间倒伏率的影响。【结果】施氮时期对夏玉米茎秆形态学、解剖学及机械力学特征均有显著影响(P<0.05)。N1N2、N3处理能明显促进夏玉米茎秆发育,植株重心、穗高系数、基部第3节间长与粗、硬皮组织厚度、表皮层厚度及大小维管束数目、节间抗折力、硬皮穿刺强度和植株抗拉力均显著大于N0处理;其中,N1、N2处理夏玉米基部第3节间长粗比值显著小于N0处理,N3处理则表现出略大于N0趋势;田间倒伏率表现为N1N2显著低于N0和其他施氮处理,N3略大于N0处理;N4处理下,夏玉米植株穗高系数、基部第3节间长与N0无明显差异,节间粗、各项解剖学及力学指标显著高于N0,节间长粗比值表现为略低于N0处理,田间倒伏率较N0显著降低;N5处理对夏玉米茎秆发育无明显影响,节间各项形态学、解剖学和力学特征与N0差异不显著,田间倒伏率随着夏玉米植株重心和穗高系数的显著降低而明显低于N0处理。从产量及产量构成因素来看,各施氮处理夏玉米穗粒数、粒重及产量均显著大于N0处理(P<0.05),其中,N3、N4处理穗粒数和粒重均处于较高水平,增产幅度最大;N1N2处理穗粒数最多,但粒重较低,增产幅度低于N3、N4处理;N5处理虽然粒重最高,但穗粒数较其他施氮处理显著降低,最终增产幅度不大。【结论】合理的施氮时期可显著促进夏玉米茎秆基部节间发育,显著降低节间长粗比值,增强植株抗茎倒伏能力;种肥、苗肥作用最显著,但因粒重较低进而降低了增产幅度;拔节期施氮节间长增长迅速进而导致了节间长粗比值增加,植株抗茎倒伏能力降低,玉米栽培管理中应尽量避免;大喇叭口期施氮可明显促进茎粗增加,进而降低节间长粗比和田间倒伏率,同时穗粒数和粒重较高,增产幅度最大。因此,结合前人研究结果表明,采用播种或苗期少量施氮,大喇叭口期重施氮肥的分次施氮措施有利于促进夏玉米茎秆和雌穗发育,提高夏玉米产量及植株抗茎倒伏能力。关于最佳氮肥配比有待进一步系统研究。
    植物保护
    植物病原细菌分类最新进展
    冯洁
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2305-2314.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.011
    摘要 ( 24 )   HTML ( 1 )   PDF (408KB) ( 534 )   收藏
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    随着人们对植物病原细菌研究的不断深入,细菌分类一直处于一个变化的过程。除了传统的属被拆分成若干个属以外,新属也不断增加,植物病原细菌属的数量已增至近40个。革兰氏阴性细菌中,传统的欧文氏菌属(Erwinia)又分出了4个属:果胶杆菌属(Pectobacterium)、迪基氏菌属(Dickeya)、泛菌属(Pantoea)和布伦纳氏属(Brenneria),导致作物软腐病的胡萝卜果胶杆菌(Pectobacterium carotovorum)和黑腐果胶杆菌(P. atrosepticum)最初分别归在胡萝卜欧文氏菌胡萝卜亚种(Erwinia carotovora subsp. carotovora)和黑腐亚种(subsp. atroseptica);从假单胞菌属(Pseudomonas)中分出了雷尔氏菌属(Ralstonia)、伯克氏菌属(Burkholderia)和噬酸菌属(Acidovorax)。新种的命名更是层出不穷,迪基氏菌属中已陆续增至8个种,导致玉米细菌性茎腐病和水稻细菌性基腐病的病菌现名为玉米迪基氏菌(Dickeya zeae)。有些亚种或致病变种上升为种,导致西瓜细菌性果斑病的病原菌由燕麦噬酸菌西瓜亚种(Acidovorax avenae subsp. citrulli)变为西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli)。很多病原菌的学名经历了数次变更,棉花角斑病的病原原名为野油菜黄单胞菌锦葵致病变种(Xanthomonas campestris pv. malvacearum)和柑橘黄单胞菌锦葵致病变种(X. citri pv. malvacearum,现为地毯草黄单胞菌锦葵致病变种(X. axonopodis pv. malvacearum)。革兰氏阳性细菌家族的成员也在不断壮大。国内学者在学名使用上存在落伍和不规范现象。论文对近年来植物病原细菌分类体系的变化进行了梳理,并呈现了新老拉丁文学名的变化过程。关注植物病原细菌分类学的变化,有助于我们的研究工作与国际接轨。
    转基因玉米对田间节肢动物群落多样性的影响
    任振涛,沈文静,刘标,薛堃
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2315-2325.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.012
    摘要 ( 15 )   HTML ( 1 )   PDF (539KB) ( 245 )   收藏
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    【目的】明确转基因抗草甘膦(EPSPS)、抗虫(Bt Cry1Ab)玉米DBN9936对大田节肢动物群落多样性的影响,为转基因作物的生物安全提供基本数据。【方法】于2015年玉米生长季,在吉林四平伊通满族自治县实验基地,对比转基因玉米田与对照田节肢动物群落多样性与结构。在田间隔离条件下,采用直接观察法、陷阱法和纵剖茎秆等方法对田间玉米植株、地表和茎秆内的节肢动物数量和种类进行统计,分析比较节肢动物的功能群和多样性指数、优势集中性指数、均匀性指数等,并对节肢动物群落的相似度进行比较。【结果】玉米材料上的节肢动物群落由13目、44科组成。主要害虫是玉米蚜、双斑萤叶甲和亚洲玉米螟;捕食性天敌主要为草蛉、瓢虫和蜘蛛等。转基因玉米DBN9936整个生育期植株上的亚洲玉米螟、棉铃虫等鳞翅目靶标昆虫数量显著低于受体玉米DBN318和常规玉米先玉335;双斑萤叶甲的数量与受体玉米DBN318基本一致,但明显高于常规种先玉335,这体现出品种间的性状差异,而非转基因引起的次生害虫数量增大;其他各组处理田间非靶标节肢动物数量未发现显著差异。转基因玉米DBN9936喷施2倍草甘膦除草剂后2周和4周,对其田间节肢动物种类及数量进行调查,发现与DBN318、先玉335和未喷施除草剂的DBN9936相比,各个功能群内种类和数量上没有显著差异。收获期调查钻蛀性害虫的数量和危害情况,发现转基因玉米DBN9936的蛀孔数、活虫数、隧道长度和穗尖被害数等指标显著低于DBN318和先玉335,表现出对亚洲玉米螟和棉铃虫明显的抗性。转基因玉米DBN9936与非转基因玉米DBN318(对照)和常规玉米先玉335相比,田间节肢动物物种数、多样性指数、均匀性指数和优势集中性指数等指标随时间变化的趋势基本一致,无显著差异。无论是否喷施除草剂,转基因玉米DBN9936与受体相比,节肢动物群落相似性指数呈现出逐渐上升并最终维持在高水平的变化趋势,即在生长季各个玉米品种的田间节肢动物群落会由最初的有一定差异逐步趋于一致。【结论】在本研究中,不同地块的节肢动物群落多样性的变化趋势基本相同,在7月中下旬至8月中旬出现明显的波动,结合气象条件记录和大田观察,可以认为是干旱和双斑萤叶甲暴发而导致群落多样性水平下降,主要体现在优势集中度上升和均匀度下降两个方面。这表明转基因玉米DBN9936田间节肢动物群落结构与受体品系DBN318和常规种先玉335基本相似,与对照相比该转基因玉米对非靶标节肢动物群落影响无显著差异。
    园艺
    园艺作物褪黑素的研究进展
    巩彪,史庆华
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2326-2337.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.013
    摘要 ( 135 )   HTML ( 1 )   PDF (631KB) ( 525 )   收藏
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    褪黑素是一种在生物体中广泛存在的吲哚胺类化合物,在动物中具有调节昼夜节律、提高免疫力和抗衰老的作用,是一种对人类健康有益的保健佳品。现已发现褪黑素在高等植物中广泛存在,其生物合成途径以L-色氨酸为底物,途径色胺、5-羟色胺、N-乙酰-5-羟色胺,最终生成褪黑素。目前,植物中鉴定到的褪黑素合成关键酶有:L-色氨酸脱羧酶(TrpDC)、色氨酸羟化酶(T5H)、5-羟色胺-N-乙酰转移酶(SNAcT)、N-乙酰-5-羟色胺甲基转移酶(AcSNMT)和羟基吲哚-O-甲基转移酶(HIOMT)。虽然目前有关褪黑素在园艺作物中的功能研究还不是很多,但已有研究表明,褪黑素在园艺作物中具有促进生长,增加产量,促进种子萌发,调节光周期,调控根系发育,延迟叶片衰老,影响果实成熟和贮藏等生理功能。而褪黑素的抗氧化特性又赋予它较强的活性氧(ROS)清除能力,且褪黑素能提高光照、温度、水分、盐碱、重金属和氧化胁迫下的抗氧化酶活性。此外,褪黑素还参与了包括生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH)、水杨酸(SA)、多胺(PAs)和一氧化氮(NO)等物质介导的信号转导途径,组成了控制园艺作物生长、发育和抗性获得的复杂信号网络。文中从“褪黑素在植物中的生物合成,园艺作物中的褪黑素含量及影响因素,褪黑素在园艺作物生长、发育中的作用,褪黑素在园艺作物胁迫应答中的作用,褪黑素调控植物生长发育和抗逆性的信号转导网络”5个方面对褪黑素在园艺生产中的作用进行综述。重点阐述已经发现的褪黑素在园艺作物上的功能作用,对其潜在生理功能进行了预测,并从提升园艺作物褪黑素含量方面展望了今后需重点开展的研究。
    不同果色枸杞鲜果品质性状分析及综合评价
    赵建华,述小英,李浩霞,郑慧文,尹跃,安巍,王亚军
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2338-2348.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.014
    摘要 ( 36 )   HTML ( 2 )   PDF (711KB) ( 184 )   收藏
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    【目的】探讨不同果色枸杞鲜果品质性状指标间的相互关系,构建枸杞鲜果品质性状的综合评价体系,为合理评价与挖掘利用鲜食枸杞种质资源提供理论参考。【方法】以32份枸杞鲜果为材料,测定枸杞鲜果产量性状、风味性状和功能活性等24项品质指标,利用相关分析和主成分分析,筛选枸杞鲜果品质评价指标;运用层次分析确立评价指标的权重,采用数据标准化处理,建立不同果色枸杞鲜果品质综合评价体系。【结果】不同果色枸杞鲜果品质性状变异丰富,变异系数为14.3%—113.4%,其中苹果酸变异系数最大,蔗糖、黄酮次之,横径、总糖较小;通过相关分析和因子分析,从24项指标中筛选出纵径、横径、果糖、葡萄糖、草酸、酒石酸、黄酮、多糖等8项指标作为枸杞鲜果品质评价代表性指标;综合考虑8项指标对枸杞鲜果品质的影响程度,构建层次结构模型,优化出8项指标的权重系数分别为17.74%、17.74%、10.75%、10.75%、5.38%、5.38%、10.75%、21.51%;根据数据标准化处理公式,计算出供试材料的综合评价值,不同果色枸杞鲜果综合品质存在较大差异,主要表现为红色果>紫色果>黄色果>暗红色果>黑色果。【结论】不同果色枸杞鲜果品质可用果实纵径、横径、果糖、葡萄糖、草酸、酒石酸、黄酮和多糖等8项指标进行综合评价,红色鲜果综合品质表现较优,黑色鲜果综合品质表现较差。影响枸杞鲜果品质评价的关键因子依次为产量因子、功效因子和风味因子。
    食品科学与工程
    超声波对肌原纤维蛋白热诱导凝胶化学作用力与保水性的影响
    王静宇,杨玉玲,康大成,汤晓智,张兴,马云,倪文溪
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2349-2358.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.015
    摘要 ( 24 )   HTML ( 1 )   PDF (1749KB) ( 215 )   收藏
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    【目的】研究超声波对肌原纤维蛋白凝胶化学作用力与保水性的影响,并探讨化学作用力与保水性之间的内在联系。【方法】取活AA鸡屠宰,提取肌原纤维蛋白(myofibrillar proteins,MP),用不同超声时间处理MP并制成热诱导凝胶,运用凝胶中总巯基含量的变化来反应二硫键的形成;凝胶的表面疏水性S0和Zeta电位值来表征疏水作用力和静电斥力;用拉曼光谱的I850/I830比值大小反映凝胶氢键的变化;凝胶保水性用高速离心机测定。【结果】超声波处理0—6 min时,MP凝胶的总巯基含量随时间的增加而减少,活性巯基含量显著增加;处理6—15 min时,MP凝胶的总巯基以及活性巯基均随时间延长而显著减少,而对MP原料进行同样处理时,处理时间在0—6 min内,MP总巯基和活性巯基变化趋势与MP凝胶相同;超过9 min后,活性巯基和总巯基没有显著变化,且二者含量逐渐接近。表明短时间超声波处理促进了MP分子内部巯基转变成二硫键,长时间超声波处理和加热成胶的共同作用促进了活性巯基转变成二硫键。MP凝胶的表面疏水性先随超声时间延长从1 194.1显著上升到1 489.5(6 min),随后逐渐降至1 230.8,表明超声波产生的空穴效应能够使MP分子内部疏水基团暴露到分子表面,但超过6 min后,增加的蛋白表面疏水性又被包裹在凝胶网络中。MP凝胶的Zeta电位绝对值随超声时间的增加从6.03显著增加到7.68(P<0.05),超过6 min后显著减少,表明超声波处理使MP分子逐渐展开,蛋白质分子间静电作用增强,但过度展开后对其形成凝胶的静电作用力不利。适度的超声时间(0—6 min)使MP凝胶的归一化强度I850/I830比值从0.9805增加至1.023(P<0.05),表明MP与水分子形成的“蛋白-水分子”氢键增多,6 min过后比值减少,蛋白与水分子之间的氢键减弱;超声波处理0—6 min后的MP凝胶保水性从47.5899%快速升至72.9855%(6 min)(P<0.05),之后随时间延长,凝胶的保水性减少至44.356%。相关性分析结果表明,保水性与总巯基的相关性不大(P>0.05),与活性巯基显著相关(P<0.05),与表面疏水性、电位绝对值和氢键都极显著相关(P<0.01)。【结论】超声波显著影响肌原纤维蛋白凝胶化学作用力与保水性;疏水作用力、静电斥力和氢键是决定保水性的主要作用力,而二硫键次之;超声波处理时间为6 min时为最优条件,在此条件下,凝胶的疏水作用力、氢键和静电斥力均达到最大,致使凝胶网络结构均匀致密,能最大限度的保留水分。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    中国荷斯坦牛CXCR1基因编码区SNP多态与临床乳房炎和生产寿命的关联分析
    王梦琦,倪炜,张慧敏,杨章平,王西朴,蒋彦森,毛永江
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2359-2370.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.016
    摘要 ( 30 )   HTML ( 1 )   PDF (5087KB) ( 266 )   收藏
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    目的】探讨中国荷斯坦牛CXCR1基因编码区SNP突变与临床乳房炎和生产寿命的相关性。【方法】根据CXCR1基因编码区序列,利用PCR-直接测序法对低SCS和高SCS样本各20个样本进行SNP筛查,最后对所选择的4个SNP位点利用飞行质谱法对866头中国荷斯坦牛进行检测,同时收集所检测牛只临床乳房炎和生产寿命等信息,利用多因素方差分析法、Logistic回归、Cox生存回归等方法分析以上SNP位点突变与临床乳房炎发生次数和生产寿命的相关性。【结果】CXCR1基因编码区共发现13个SNP位点(291 C>T、333 C>G、337 A>G、365 C>T、570 A>G、642 A>G、735 C>G、816 A>C、819 A>G、980 A>G、995 A>G、1008 C>T和1068 A>G),分为4个连锁群,随后从每个连锁群中各选择1个SNP位点(642 A>G, 816 A>C, 980 A>G和1068 AG),利用飞行质谱法对大样本中国荷斯坦牛进行检测。4个SNP位点共有9种单倍型,其中单倍型GAGG频率最高(0.3141),而单倍型ACAA频率最低(0.0017)。CXCR1-642与2胎牛患临床乳房炎次数有显著相关(P<0.05),AG基因型个体2胎奶牛患临床乳房炎次数显著高于AA基因型(P<0.05),CXCR1-816 AA 基因型个体3胎奶牛患临床乳房炎次数显著低于AC和CC基因型(P<0.05),其它SNP位点与各胎次临床乳房炎发生次数均无显著相关(P>0.05)。CXCR1-816与奶牛离群月龄有极显著相关(P<0.01),与奶牛生产月龄和离群胎次有显著相关(P<0.05),CXCR1-816 AA基因型个体生产月龄、离群月龄和离群胎次均显著高于CC基因型个体(P<0.05),而其它SNP位点对生产月龄、离群月龄和离群胎次均无显著相关(P>0.05)。Cox生存分析表明:只有CXCR1-816位点与奶牛生存时间有显著相关(P<0.05),CXCR1-816 CC基因型个体在各时间段的生存概率均低于AA和AC基因型个体。【结论】CXCR1-816 A>C突变与中国荷斯坦牛患临床乳房炎次数和生产寿命有显著相关,在进一步验证其功能后,可用于中国荷斯坦牛生产寿命的分子标记辅助选择。
    鹅豁眼性状H基因座候选基因FREM1的验证分析
    于金成,于宁,赵辉,李喆
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2371-2379.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.017
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    【目的】鹅豁眼性状呈隐性伴性遗传,其遗传基础有待揭示。基因FRAS-related extracellular matrix 1(FREM1)编码区的一些隐性突变导致了人类及模型小鼠上眼睑部分或完全缺失。本试验以鹅豁眼性状资源群为主要材料,通过对鹅基因FREM1的克隆、表达及基因多态性分析,验证FREM1是影响鹅上眼睑性状候选基因的假设,为深入研究眼睑性状的分子遗传机制奠定基础。【方法】采集鹅豁眼性状F2资源群中成年纯种豁眼鹅母鹅(3只)、四川白鹅(6只,雌雄各半)、♂豁眼×♀四川白鹅F1代公鹅(3只)的眼睑和肾组织,提取其总RNA,以鹅FREM1(XM_013193557)全长转录序列为参考设计引物,利用反转录RT-PCR克隆鹅FREM1基因,对其进行生物信息学分析,进而,采用实时荧光定量PCR法研究鹅眼睑和肾组FREM1基因的表达特性。采集成年纯种豁眼鹅公鹅、四川白鹅公鹅和♂豁眼×♀四川白鹅正反交F1代公鹅各30只的血液,提取全血DNA,以鹅FREM1(Anser cygnoides domesticus breed Zhedong scaffold203_32,NCBI)序列设计引物,利用直接测序法检测FREM1基因变异位点在不同鹅群体中的分布情况。【结果】①经测序和拼接,获得鹅FREM1基因cDNA序列7 305bp,该序列包含一个完整的CDS(Coding Sequences)区,编码2 184个氨基酸。与四川白鹅和浙东白鹅相比,在豁眼鹅FREM1基因CDS序列上发现第4 515bp:T>C是错义突变,导致第1 505aa:Val>Ala变化,位于FREM1蛋白的CSPG重复结构域中第10个CSPG上。利用在线工具SIFT预测该氨基酸替换对蛋白功能的影响较小。通过I-Mutant ΔΔG和MUPro程序分析,p.1505V>A位点氨基酸替换大幅度降低了FREM1蛋白的稳定性。②FREM1基因在四川白鹅公、母鹅的眼睑和肾脏2个组织中均有表达,但肾脏表达水平远远高于眼睑,更为重要的是,公鹅FREM1基因的组织表达水平正好接近母鹅的2倍。ZHW(正常眼睑)和ZhW(上眼睑部分缺失)基因型鹅FREM1基因相对表达量无差异(P>0.05),虽然ZHZh(正常眼睑)基因型鹅的FREM1基因相对表达量是ZHW和ZhW基因型鹅的2倍多,但这可能是性别不同导致的差异。③豁眼鹅群体中基因型HH、Hh和hh的频率分别是0、0和1.0,等位基因H和h的频率分别是0和1.0,杂合度为0;四川白鹅群体中基因型HH、Hh和hh的频率分别是1.0、0和0,等位基因H和h的频率分别是1.0和0,杂合度为0;F1代群体中基因型HH、Hh和hh的频率分别是0、1.0和0,等位基因H和h的频率分别是0.5和0.5,杂合度为1.0。【结论】基因FREM1是决定鹅上眼睑性状的H基因座,该基因编码区1个纯合型错义突变导致了FREM1蛋白第10个CSPG结构域的变化,从而影响了FREM1蛋白的稳定性,基因FREM1的c.4514T>C突变可作为鹅豁眼性状重要的分子标记。
    中华蜜蜂和意大利蜜蜂耐寒性能差异比较
    秦明,王红芳,刘振国,王颖,王帅,郗学鹏,刘春蕾,张卫星,胥保华
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2380-2388.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.018
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    【目的】研究中华蜜蜂(Apis cerana cerana简称中)和意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica简称意)体内抗寒系统的组成,为探究中蜂和意蜂耐寒性能的差异提供理论依据。【方法】试验选取室外相同环境条件越冬的中蜂和意蜂各5群,于2015年12月20日每群随机选取蜜蜂立即测定两者的过冷却点、冰点,比较其耐寒性能差异。然后分别测定蜂体游离水、结合水、脂肪、糖原和蛋白质含量以及海藻糖酶的活性。利用高效液相色谱测定血淋巴中山梨醇、海藻糖、甘露醇的含量。在海藻糖的生物合成通路中确定4个重要调控基因,选择β-actionβ-肌动蛋白分别作为中蜂和意蜂的内参基因,采用实时荧光定量PCR检测中蜂和意蜂海藻糖4个相关调控基因在越冬期时mRNA相对表达量的差异【结果】越冬期中蜂和意蜂过冷却点差异显著,中蜂的过冷却点显著低于意蜂(P能。<0.05),但二者冰点没有显著性差异(P>0.05);越冬期中蜂和意蜂蜂体含水量存在显著差异,中蜂体内游离水含量显著低于意蜂(P<0.05),而结合水含量显著高于意蜂(P<0.05);越冬中期蜂体脂肪含量在两蜂种间差异不显著(P>0.05);中蜂和意蜂蜂体和血淋巴蛋白质含量差异不显著(P>0.05);意蜂在越冬期时体内糖原含量明显低于中蜂,并且差异显著(P<0.05);中蜂血淋巴中甘露醇、山梨醇含量接近于意蜂的两倍,海藻糖含量也相对高于意蜂,差异显著(P<0.05);中蜂蜂体和血淋巴的海藻糖酶活性均显著低于意蜂(P>0.05);以中蜂为对照组,实时荧光定量PCR检测意蜂的海藻糖酶基因(Tre-2)和尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因(UGP)表达量明显高于中蜂(P<0.05);而基因Tre-1表达情况相反;海藻糖合成酶基因(TPS)表达量在中蜂和意蜂体内无显著差异(P>0.05)。【结论】与意蜂相比,中蜂能够通过降低体内游离水含量,提高糖原和小分子糖含量,调节海藻糖酶活性和相关基因表达等方式降低体内过冷却点,提高自身耐寒性。
    研究简报
    大豆锌指转录因子GmDi19-5对高温的响应及互作蛋白的筛选
    赵娟莹,刘佳明,冯志娟,陈明,周永斌,陈隽,徐兆师,郭长虹
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2389-2398.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.019
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    【目的】高温胁迫已经成为威胁作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,转录因子在植物非生物胁迫响应中起着重要作用。通过对大豆锌指转录因子基因GmDi19-5在高温胁迫下的响应和功能鉴定,以及利用酵母双杂交技术从大豆cDNA文库筛选与其互作的候选蛋白,研究GmDi19-5对高温胁迫的响应机制。【方法】以大豆cDNA为模板,利用实时荧光定量PCR检测GmDi19-5在高温处理不同时间段的表达模式;通过PlantCARE和PLACE数据库预测GmDi19-5启动子元件,并GmDi19-5启动子转基因拟南芥在高温处理下进行的组织化学染色,分析GmDi19-5启动子在高温胁迫下的活性;构建pGBKT7-GmDi19-5诱饵载体,验证自激活活性;利用酵母双杂交技术,以pGBKT7-GmDi19-5为诱饵筛选大豆cDNA文库,筛选与其互作的候选蛋白;进一步用酵母双杂交系统验证GmDi19-5与候选蛋白的互作;利用实时荧光定量PCR检测候选蛋白基因在对高温处理的响应情况;构建融合表达载体,用GFP-GmDi19-5融合表达载体转化拟南芥原生质体,检测GmDi19-5蛋白的亚细胞定位情况。【结果】实时荧光定量PCR结果显示,GmDi19-5在高温胁迫下上调表达;启动子元件分析表明,GmDi19-5包含多种与胁迫应答相关的顺式作用元件,包括热响应元件HSE;组织化学染色分析发现,经高温处理后,过表达拟南芥幼苗的地上部分和地下部分均有报告基因的表达;亚细胞定位结果表明,GmDi19-5蛋白定位于拟南芥原生质体的细胞核中;通过酵母双杂交技术筛选到了与GmDi19-5互作的候选蛋白,试验进一步验证了GmDi19-5GmDnaJ在酵母细胞中互作;另外,实时荧光定量PCR结果显示,互作蛋白基因GmDnaJ受高温胁迫诱导表达。【结论】GmDi19-5受高温诱导表达,GmDi19-5可能与GmDnaJ互作,表明GmDi19-5功能的发挥可能需要GmDnaJ的参与。
    平欧杂种榛实时荧光定量PCR内参基因的筛选与体系建立
    杨丹,李清,王贵禧,马庆华,朱利泉
    中国农业科学. 2017, 50(12):  2399-2410.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.020
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    【目的】构建中国榛属植物主要栽培种平欧杂种榛实时荧光定量PCR内参基因的筛选体系,并筛选稳定的内参基因,为榛属植物的基因表达分析提供内参基因,进而为其植物资源利用和创新育种研究提供理论基础。【方法】利用课题组前期对平欧杂种榛不同亲和性授粉、授粉后不同时间的雌蕊转录组测序数据,结合相关文献搜索,共选取12个候选内参基因;以平欧杂种榛主栽品种‘达维’的盛花期雌蕊、未伸长期雄花序、幼嫩叶片、花粉、一年生枝形成层、嫩茎、根尖、根蘖等8个不同组织器官为研究材料;通过反转录PCR初筛,实时荧光定量PCR检测表达量,并利用geNorm、NormFinder、BestKeeper、Delta Ct程序和RefFinder在线网站评价内参基因的稳定性。【结果】反转录PCR初筛表明,12个候选内参基因引物的特异性良好,ChaSTP5ChaTF在不同组织器官材料中表达存在明显差异,其余候选内参基因在8个组织中均有表达。实时荧光定量PCR的表达谱分析表明,Ch18S rRNA的表达量最高,ChaSTP5表达量最低,其余10个候选内参基因均为中等表达量;ChaSTP5ChaTF的稳定性最差,其余10个候选内参基因的稳定性处于中等水平。geNorm、NormFinder、BestKeeper和Delta Ct的结果表明,ChaActin均排名第一,为最稳定的内参基因,Ch18S rRNA的排名均在前五,而其他候选内参基因在不同程序分析结果中的排名存在差异。稳定性综合分析表明,ChaActinCh18S rRNA的稳定性良好,即在8个不同组织器官中表达量均一且在4个稳定性分析程序中均排名靠前,适合作为内参基因geNorm程序的变异系数分析则表明,选取6个内参基因便可对RT-qPCR的数据进行精准的标准化处理;相关性分析表明,4个程序均在0.01水平上呈现显著的相关性,NormFinder和Delta Ct程序的相关性最高,Delta Ct与BestKeeper的相关性最低【结论】建立了平欧杂种榛实时荧光定量PCR内参基因的筛选体系:以反转录PCR初筛引物,荧光定量PCR分析引物特性及基因表达,4个程序单独评价引物稳定性,RefFinder综合分析选出最适稳定内参基因,并选出榛属植物8个不同组织器官中最为稳定的2个内参基因ChaActinCh18S rRNA