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当期目录

    2017年 第50卷 第18期 刊出日期:2017-09-16
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    陆地棉叶片叶绿素含量与SSR标记的关联分析及优异等位变异的挖掘
    刘其宝,李黎贝,张驰,宿俊吉,魏恒玲,王寒涛,喻树迅
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3439-3449.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.001
    摘要 ( 38 )   HTML ( 1 )   PDF (1416KB) ( 181 )   收藏
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    【目的】筛选与陆地棉叶片叶绿素含量性状相关联的分子标记,挖掘其优异等位变异及典型材料,为陆地棉分子标记辅助育种提供技术支持。【方法】在3年6个环境中,对185份陆地棉品种(系)组成的自然群体进行倒4叶叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development,SPAD)的测定,每年分3个时期(打顶后0、10和20 d)。采用PowerMarker 3.25软件计算各位点的多态性信息含量,以分析群体的遗传多样性。利用STRUCTURE 2.3.4软件计算群体结构矩阵(Q),利用TASSEL 3.0软件计算亲属关系矩阵(K),通过GLM(general linear model,Q)和MLM(mixed linear model,Q+K)2种方法,同时对SPAD与SSR标记进行关联分析。依据计算的等位位点表型效应值,挖掘优异的等位变异及典型材料。【结果】137对SSR多态性引物共扩增出355个等位变异,平均每对引物扩增到2.6个多态性位点,PIC平均值为0.67,变化范围为0.01—0.95,高度多态性引物(PIC>0.5)占85%,其中PIC最高的标记为HAU2146(PIC=0.95)和NAU2083(PIC=0.93)。当?K取得最大值时,K=2,因此,将185份陆地棉材料划分为2个亚群。通过GLM方法共检测到22个显著性位点(P<0.001),表型变异解释率为5.28%—10.85%,平均为7.24%,贡献率最高的等位变异位点是SWU0529a(R2=10.85%)和NAU998c(R2 =10.48%);通过MLM方法共检测到17个显著性位点(P<0.01),表型变异解释率为3.72%—8.58%,平均为4.72%,贡献率最高的等位变异位点是SWU0923b(R2=8.06%)和SWU0662d(R2=6.74%);2种方法共同检测到的显著性位点有12个,等位变异NAU998c在3个时期2种方法能同时被检测到。通过等位变异的表型效应分析,找到2个增效效应最大的等位变异(HAU3318b和SWU0987b),利用找到的等位变异对材料进行筛选,获得携带2个增效效应等位变异的材料53份,2个增效效应位点都未检测到的材料有46份,统计结果显示,在打顶后10和20 d 2个时期,53份材料的SPAD均值显著高于46份材料的SAPD均值。【结论】检测到12个与SPAD值相关的显著性位点,并挖掘到2个增效效应优异等位变异,获得携带优异等位变异的载体材料53份,获得携带2个优异等位变异的典型材料1份。
    不同氮磷钾处理大豆苗期主根长和侧根数的QTL定位分析
    梁慧珍,董薇,许兰杰,余永亮,杨红旗,谭政伟,许阳,陈鑫伟
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3450-3460.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.002
    摘要 ( 55 )   HTML ( 1 )   PDF (2848KB) ( 165 )   收藏
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    【目的】主根长和侧根数是重要的根系性状。通过不同氮磷钾处理,发掘大豆苗期主根长和侧根数的基因资源、了解其遗传机制,定位其主效QTL,分析QTL间的上位性和环境互作效应,对生产提供理论指导。【方法】以栽培大豆晋豆23为母本、山西农家品种灰布支黑豆(ZDD02315)为父本所衍生的447个RIL作为供试群体,取亲本及447个家系各30粒种子,用灭菌纸包裹后,2015年和2016年分别放置于CK(模拟种植不施肥)、NPK(模拟大田正常配施氮磷钾肥)和1.5NPK(模拟高肥田块)3种生长环境下进行水培试验,每组试验设置3次重复,环境温度20—28℃,幼苗长到V2期,对幼苗期相关根部性状数据进行测量。分别采用WinQTLCart 2.5和QTLNETwork 2.1 2种遗传模型检测QTL,分析QTL间的上位性和环境互作效应。【结果】基于复合区间作图(CIM)共检测到24个影响主根长和侧根数的QTL,分布于第2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、16、17共14条染色体中,单个QTL的贡献率介于8.52%—43.62%,QTL主要表现为加性效应。基于混合线性模型(MCIM)检测到影响主根长和侧根数的QTL各1个,2个QTL均表现出加性效应和环境互作效应。另有2对主根长和2对侧根数均检测出加性×加性上位性互作QTL,主根长和侧根数各有1对表现出主效QTL与非主效QTL加性×加性上位性互作,各有1对表现出非主效QTL与非主效QTL加性×加性上位性互作,2对主根长互作QTL分别解释了1.53%和1.95%的表型变异率,2对侧根数互作QTL分别解释了2.47%和1.13%的表型变异率。2个QTL能在2种分析方法中同时检测到,9个QTL能在3种环境下同时检测到。第6染色体在2015年NPK、1.5NPK和2016年1.5NPK 3个环境下均检测到主根长QTL,第5染色体在2015年NPK和1.5NPK、2016年CK 3个环境下、第17染色体在2015年CK和NPK、2016年NPK 3个环境下均检测到侧根数QTL。【结论】苗期大豆主根长和侧根数对氮磷钾的吸收影响较少,生产中尽可能减少氮磷钾使用量。不同浓度氮磷钾处理苗期主根长和侧根数参数间既有共同的控制基因,也有各自独特的控制基因,多数QTL不能在多个环境下重复检测到,控制其表达的遗传机制较为复杂。加性效应、加性与环境互作和加性×加性上位性互作效应在主根长和侧根数的形成和遗传中发挥着重要作用。主根长和侧根数各有1个QTL能在2种分析方法中同时检测到,Satt442-Satt296和Satt521-GMABABR是共位标记区间。
    马铃薯品种耐弱光性评价及其指标的筛选
    李彩斌,郭华春
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3461-3472.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.003
    摘要 ( 39 )   HTML ( 1 )   PDF (868KB) ( 195 )   收藏
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    【目的】近年来,弱光胁迫逐渐成为冬作、保护地和间套作栽培马铃薯生产的重要限制因素。通过筛选马铃薯耐弱光性鉴定指标,评价不同品种的弱光耐受性,为马铃薯耐弱光品种选育和冬作马铃薯产业发展及马铃薯间套作栽培提供科学依据。【方法】采用大田试验,以10个马铃薯品种为供试材料,齐苗后用遮阳率为70%的遮阴网进行全生育期遮阴处理,以自然光照为对照。初花期测定株高、节间长、叶面积等形态指标,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等色素含量指标和净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等光合生理指标,收获后测产并计算单株块茎重。通过计算马铃薯各品种耐弱光系数、耐弱光指数和各指标胁迫指数,使各指标间具有可比性。以耐弱光系数和耐弱光指数闭区间扩展值对各马铃薯品种耐弱光性进行评价,将各指标胁迫指数分别与耐弱光系数和耐弱光指数进行相关性分析,筛选出具有显著相关的指标。【结果】与对照相比,遮阴处理后马铃薯在形态、生理和产量等方面均发生改变:株高增加,节间伸长,叶面积增大;叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量增加,叶绿素a/b值减小,类胡萝卜素含量总体呈增加趋势;净光合速率、瞬时水分利用效率、气孔导度显著下降,蒸腾速率显著增加,胞间CO2浓度呈增加趋势;单株块茎重显著减少,减产幅度达62.14%—90.74%。根据耐弱光系数和耐弱光指数评价马铃薯耐弱光性结果基本一致,但耐弱光指数不仅反映了马铃薯产量对遮阴胁迫的敏感性,同时也反映了不同基因型差异对产量的影响,较耐弱光系数评价方法严格。叶面积、单株块茎重、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素胁迫指数6个指标与耐弱光系数或耐弱光指数呈显著或极显著相关,可以作为马铃薯耐弱光性有效鉴定指标。【结论】中薯20高度耐弱光,woff中度耐弱光,费乌瑞它和会-2低度耐弱光,其余品种均不耐弱光。以耐弱光系数和耐弱光指数为主要鉴定指标,并结合与之显著相关的形态、生理和产量等指标对马铃薯耐弱光性进行综合评价较为客观、可靠,而且方便易行。
    苦荞全生育期芦丁积累与其生物合成途径相关基因表达分析
    孙朝霞,侯思宇,令狐斌,刘荣华,王丽,杨武德,韩渊怀
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3473-3481.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.004
    摘要 ( 27 )   HTML ( 2 )   PDF (2758KB) ( 175 )   收藏
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    【目的】探究苦荞全生育期芦丁含量变化与其合成途径关键酶基因和调控因子MYB基因表达量之间的相关性,以期进一步明确苦荞植株体内芦丁生物合成的分子机制。【方法】以九江苦荞为试验材料,整个生育期分别在萌发期、子叶期、真叶期、盛叶期、现蕾期、盛花期、灌浆期和籽粒成熟期共8个时期取材(S1—S8)。采用RT-PCR方法,克隆获得与黄酮类代谢相关的MYB类转录因子基因。采用T-coffee软件进行氨基酸同源序列比对及保守结构域分析。与拟南芥黄酮类代谢相关的MYB转录因子及荞麦同源MYB转录因子序列比对,基于邻近法构建系统进化树;实时荧光定量PCR技术分析芦丁合成途径中5个关键酶FtCHSFtF3HFt4CLFtFLS-likeFtUFGT及上述克隆到的MYB转录因子在不同组织中的表达模式。基于高效液相色谱法(HPLC)测定全生育期取材组织的芦丁含量。同时采用相关性分析方法分析不同组织中芦丁含量变化与基因表达模式的相关性。转换上述数据为矩阵,采用欧式距离法构建共表达层次聚类图谱。【结果】克隆到2个MYB类转录因子,即FtMYB7FtMYB9,其核酸序列长度分别为876和912 bp,分别编码291和303个氨基酸残基。氨基酸序列同源性比对分析结果表明,二者均具有典型的R2R3保守结构域,为R2R3类型的MYB转录因子。结合Nr数据库中17个苦荞和3个拟南芥黄酮类代谢相关MYB转录因子同源氨基酸序列构建系统进化树,结果表明这22个基因分成6大类群,其中FtMYB7属于第II类群,FtMYB9属于第IV类群,二者分属于不同类群,暗示这2个MYB转录因子可能涉及调控植物生长发育过程中不同功能类型。荧光定量结果显示,FtMYB7在S3(真叶期)和S5(现蕾期)基因相对表达量最高,达到501和867倍;FtMYB9在S1(萌发期)和S2(子叶期)相对表达量最高,分别为34和72倍。上述基因表达量与芦丁含量变化模式相关性分析表明,8个生长时期中,Ft4CLFtCHSFtF3HFtUFGTFtMYB7相对表达模式与芦丁含量变化幅度呈正相关,其相关系数分别为0.748、0.683、0.704、0.890和0.862。而FtFLS-likeFtMYB9与芦丁含量的变化幅度呈负相关,其相关系数分别为-0.442和-0.501。【结论】FtMYB7和FtMYB9转录因子在整个生育时期中表达模式存在明显差异。其中FtMYB7可能在苦荞芦丁积累的过程中起到正调控作用,而FtMYB9则为负调控作用。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    侧向垂直断根对不同根型夏玉米品种叶片光合性能及产量的影响
    路笃旭,徐振和,刘梅,刘鹏,董树亭,张吉旺,赵斌,李耕,刘少坤,李庆方
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3482-3493.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.005
    摘要 ( 21 )   HTML ( 1 )   PDF (448KB) ( 103 )   收藏
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    【目的】探明距离植株中心不同距离处根系对玉米叶片光合特性及产量形成的作用,为生产上通过筛选理想根系构型进一步提高玉米产量和资源利用效率提供理论依据。【方法】以高产夏玉米品种登海661(深根型,DH661)和郑单958(浅根型,ZD958)为材料,于大喇叭口期(V12)的植株为中心,沿行向分别在植株两侧10 cm(T-10)、20 cm(T-20)处侧向垂直断根,断根深度60 cm,以不断根处理为对照(CK),共6个处理,研究在玉米植株两侧不同水平距离处侧向垂直断根对不同根型夏玉米品种叶片光合性能及产量形成的调控作用。【结果】深根型品种DH661在距离植株10 cm范围内其根系干重(RDW)、总根长(RL)、根表面积(RSA)、根系体积(RV)分别占总体根系的83.18%,69.55%,68.74%,66.44%,浅根型品种ZD958则分别为75.19%、51.17%、53.85%、56.49%,DH661根系的分布主要集中在距离植株中心0—10 cm范围内,相对于ZD958根系在横向分布上更为紧缩。在距离玉米植株两侧10 cm及20 cm处垂直断根对于DH661各根系指标的影响较ZD958要小。断根显著影响了两玉米品种叶片的光合性能,抑制了花前叶片的生长,加速了花后叶片的衰老。两年中DH661的T-20处理在抽雄期(VT)叶绿素含量下降4.29%和6.32%,净光合速率(Pn)下降5.16%和4.66%,T-10处理降幅分别为6.37%和6.86%,6.47%和8.66%;ZD958的T-20处理降幅分别为6.52%和9.91%,6.48%和9.15%,T-10处理降幅分别为15.40%和15.01%,11.89%和15.49%。断根同时造成地上部生物量、籽粒产量显著下降,各指标的下降幅度均为T-10>T-20,且对深根型品种DH661的影响显著小于浅根型品种ZD958。【结论】侧向垂直断根显著降低了两种不同根型夏玉米品种的穗位叶净光合能力、植株生物量和最终产量,降幅随着侧向垂直断根距离植株中心靠近呈显著增加趋势。两品种相比,深根型夏玉米品种(登海661)对于远距垂直断根(T-20)的响应明显弱于浅根型夏玉米品种(郑单958)。深根型与浅根型夏玉米品种从根系构型、分布和垂直断根后保留的根系功能方面相比,深根型品种根系性能更适宜纵向压缩的栽培空间,是其较浅根型耐密种植的主要原因之一。
    海岛棉苗期盐胁迫下形态学和生理学指标变化
    赵海燕,王建设,刘林强,陈勇全,李梦飞,卢全伟,刘方,彭仁海
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3494-3505.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.006
    摘要 ( 35 )   HTML ( 4 )   PDF (1003KB) ( 203 )   收藏
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    目的】300 mmol·L-1 NaCl 胁迫下,观察并测定海岛棉耐盐性强的品系越海9号和耐盐性弱的品系PS-7叶片、茎细胞解剖结构和生理学指标,从形态学和生理学两个水平研究海岛棉苗期响应盐胁迫的应答机制,为棉花耐盐材料的筛选提供理论依据和技术方案。【方法】采用水培方法,待棉苗生长至3叶期时,开始进行300 mmol·L-1 NaCl胁迫处理。运用光学显微技术及生理学指标测定法,在不同NaCl胁迫处理时间下,对海岛棉耐盐性强的品系越海9号和耐盐性弱的品系PS-7进行形态学观察及生理学指标分析。【结果】2份海岛棉材料对 NaCl 胁迫的反应不同。随着300 mmol·L-1 NaCl处理时间的延长,与对照相比,越海9号和PS-7的叶片和茎的横切面面积均显著变小,处理24 h时,分别变小14.10%、54.69%与45.30%、87.90%,PS-7的变化幅度大于越海9号;处理12 h时,PS-7维管束中木质部已经损害严重,越海9号维管束中木质部则没有明显变化;PS-7的栅栏组织细胞在处理24 h时由长圆柱形变为卵圆形,越海9号的栅栏组织细胞的形状则没有变化。生理学研究表明,越海9号叶片中的叶绿素含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性在整个处理过程中均高于PS-7,而其丙二醛含量却明显低于PS-7;在300 mmol·L-1 NaCl处理8 h时,越海9号和PS-7中的丙二醛含量、叶绿素含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性均达到了显著性差异。【结论】叶片中栅栏组织和茎中木质部可能是海岛棉响应盐胁迫的最敏感部分,叶绿素、丙二醛、超氧化物歧化酶和过氧化物酶可作为鉴定耐盐棉花材料的生理学指标。
    新疆渭干河—库车河三角洲绿洲耕地时空变化特征分析
    麦尔耶姆·亚森,买买提·沙吾提,吐尔逊·艾山,如则麦麦提·米吉提,依克丽曼·阿布都米提,马依拉·热合曼
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3506-3518.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.007
    摘要 ( 22 )   HTML ( 1 )   PDF (2453KB) ( 146 )   收藏
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    【目的】耕地资源的变化特征是土地利用与土地覆被变化研究的重要内容,也是关系到耕地安全与粮食安全的重大问题。新疆作为中国农业用地较多和后备耕地资源较大的省区,在中国耕地资源保护和持续利用中具有突出地位。渭库绿洲是新疆最典型的荒漠绿洲区,是阿克苏地区最大的灌溉区及新疆重要的产棉区之一,深入了解该绿洲耕地分布及其变化过程,对指导该绿洲农业发展,保障生态安全至关重要。【方法】本研究以遥感资料为数据源,选取动态度、区位指数和板块密度等地理计量模型揭示渭库绿洲近21 a来耕地的时空变化特征,分析其变化的主要原因。【结果】(1)近21a年渭库绿洲耕地发生了显著的时空变化。耕地面积从1994年的2 488 km2 增加到 2015年的3 931 km2,研究期间增加了1 443 km2,耕地面积的比例从17%上升到26%,年均变化量68.71 km2,年均变化率2.7%;耕地扩展中心逐渐由绿洲中上游转移到下游,并延伸到绿洲外围,主要表现以耕地为主的农业用地和建设用地为主的非农业用地增加,以及盐渍地和水域大面积减少;(2)从区位指数来看,各县的区位指数存在一定的差异,其中新和县的耕地区位指数均排在第一位,耕地聚集程度远高于全区平均和其他地区,沙雅县的耕地区位指数位于第二,聚集程度也高于全区平均值,库车县的耕地区位指数最小。【结论】经过近21 a的耕地扩展,耕地景观由已杂乱破碎斑块逐渐连接成片,耕地景观的优势进一步增加。降水和径流的增加为渭库绿洲耕地扩展提供了相对有利的气候条件,水利建设与人口增长是影响该绿洲耕地面积变化的主要原因。本研究提出的分析方法能快速、客观反映区域耕地格局的动态变化过程和差异特征,为耕地时空变化研究提供了一种新思路。
    植物保护
    利用酵母双杂交系统筛选与草莓镶脉病毒P6蛋白互作的森林草莓寄主因子
    李帅,蒋西子,梁伟芳,陈思涵,张享享,左登攀,胡亚会,江彤
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3519-3528.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.008
    摘要 ( 22 )   HTML ( 1 )   PDF (2198KB) ( 176 )   收藏
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    【目的】草莓镶脉病毒(Strawberry vein banding virus,SVBV)是侵染草莓的主要病毒,但其侵染草莓的机制尚不清楚。论文以SVBV的P6蛋白为诱饵筛选森林草莓(Fragaria vesca)cDNA文库的寄主因子,为解析SVBV侵染草莓的分子机制提供理论依据。【方法】SVBV接种森林草莓,提取出现明显症状叶片的总RNA,DnaseI处理后,用SMART法反转录合成ds cDNA,均一化处理cDNA并酶切纯化,将<400 bp的短片段去除,其余片段连接到pGAD-T7质粒载体上,构建森林草莓初级cDNA文库。同时将SVBV P6构建到酵母双杂交诱饵载体pGBK-T7上,再将pGBK-P6和pGBK-T7分别转化酵母菌株AH109,阳性酵母菌株接种SD/-Trp液体培养基,鉴定诱饵载体对酵母细胞的毒性。将转化pGBK-P6的酵母菌分别涂布SD/-Trp、SD/-Leu-Trp和SD/-His-Trp平板,测定菌落生长情况,分析P6蛋白对酵母报告基因的自激活活性。然后用森林草莓初级cDNA文库质粒转化含有诱饵载体pGBK-P6的AH109酵母菌株,共转化子依次涂布SD/-Leu-Trp、SD/-Leu-Trp-His和SD/-Trp-Leu-His-Ade/X-α-Gal平板,最终筛选蓝色且长势较好的阳性菌落,提取酵母质粒并测序,GenBank中初步比对候选基因,利用Uniprot在线网站的gene ontology(GO)通路注释互作蛋白因子,分析互作蛋白的生物学功能。【结果】3种cDNA文库平均库容超过2.0×106 cfu,平均文库重组率为97%,文库插入片段平均扩增长度>1 kb,表明森林草莓cDNA文库符合试验标准。最终利用SD/-Trp-Leu-His-Ade/X-α-Gal培养基筛选得到230个酵母阳性克隆,经过序列相似性比对,除去重复序列、载体序列和移码序列,共筛得15个与SVBV P6互作的寄主因子。GO通路注释结果表明这些寄主因子参与了13种生物过程,包括泛素化、转录因子调节、防御反应、代谢过程、氧化还原和胞内氨基酸代谢等过程;这15个寄主因子的分子功能多样,包括乙酰转移酶活性、萜烯合酶活性、脱氢酶活性、金属离子结合活性、蛋白激酶活性和水解酶活性等。【结论】成功构建了森林草莓酵母cDNA文库,筛选出15个与SVBV P6互作的森林草莓寄主因子,为进一步探明SVBV与森林草莓互作的分子机理提供了理论依据。
    朱砂叶螨β-COPSro基因鉴定及其沉默致死效果
    敖已倩云,申光茂,王梦瑶,刘家路,潘宇,何林
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3529-3539.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.009
    摘要 ( 30 )   HTML ( 1 )   PDF (2400KB) ( 204 )   收藏
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    【目的】明确朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinusβ-COPSro两条基因分子生物学信息,并基于优化的RNAi体系评价它们的致死效应,为筛选适用于RNAi防控的靶基因打下基础。【方法】首先克隆目的基因的全长,并通过序列的同源比对、保守区域及蛋白结构预测以及系统进化树的构建明确其分子生物学信息;其次通过减少dsRNA降解因素、并适时补充dsRNA等方法改进朱砂叶螨的RNAi体系,从而延长干扰时间。利用定量PCR技术检测特定时间点的沉默效率,评价优化RNAi体系后的沉默效果;最后在沉默目的基因β-COPSro后,检测朱砂叶螨在各特定时间点的死亡率,评价目的基因在RNAi下的致死效果,并观察相应的致死表型。【结果】β-COP开放阅读框长度为2 688 bp,编码895 aa,属于“WD40 superfamily”及“Coatomer_ WDAD superfamily”,包含了“WD 40”和“Coatomar_WDAD”的保守区域。Sro的开放阅读框长度为1 119 bp,编码372 aa,具有典型的短链脱氢酶所特有的两个特征,即与NADP+biding 结合位点基序“TGxxxGx”和“YxxxK”及其上游的天冬氨酸(Asn)、丝氨酸(Ser)活性位点。优化后的RNAi体系可在96 h内能稳定保持50%左右的沉默效率,使用该方法干扰朱砂叶螨β-COPSro两条致死基因48 h后试验组与对照组的死亡率均有显著性差异,用β-COPdsRNA片段干扰雌成螨108 h后,死亡率达57.4%;用Sro的dsRNA片段干扰若螨96 h后,死亡率达28.8%。死亡个体均具有明显的表型,β-COP试验组死亡表型为4对足蜷缩在体侧;Sro试验组则在静伏期死亡或在蜕皮过程中无法蜕皮而死亡。【结论】优化的朱砂叶螨RNAi技术有稳定持续的沉默效果。β-COPSro与RNAi技术相结合,验证了这两条目的基因的沉默可对朱砂叶螨产生一定的致死效应,表明此类基因与技术加成的模式极具开发和利用的潜力,为今后基因功能验证和筛选以及开发以RNAi技术为基础的朱砂叶螨防控方法提供了依据。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    长期化肥和有机肥施用对双季稻根茬生物量及养分积累特征的影响
    柳开楼,张会民,韩天富,周利军,李大明,胡志华,黄庆海,叶会财,徐小林,胡惠文
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3540-3547.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.010
    摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (394KB) ( 156 )   收藏
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    【目的】作物根茬还田不仅促进作物吸收的养分归还农田系统,而且可以培肥土壤。然而,在双季稻区,有关不同施肥措施下根茬生物量的变化及养分积累特征则仍不明确。【方法】基于1981年开始的进贤双季稻长期定位试验,于2012年分别采集早晚稻成熟期不施肥(CK)、氮磷钾肥(NPK)、2倍的氮磷钾肥(2NPK)和氮磷钾肥与有机肥配施(NPKOM)处理的水稻秸秆、籽粒、根茬和土壤样品,分析不同施肥处理下根茬生物量及氮磷钾养分积累量的变化趋势,探讨影响根茬生物量及养分积累量的关键肥力因子。【结果】根茬生物量和养分积累量及占总植株的比例均呈现出早稻季明显高于晚稻季,且有机无机肥配施处理可以显著提升水稻的根茬生物量及氮磷钾养分积累量。与NPK处理相比,NPKOM处理的早稻根茬生物量及氮磷钾积累量分别增加了20.58%、17.34%、270.66%和37.89%,晚稻季根茬生物量及氮磷钾积累量的增幅为23.85%、17.88%、262.55%和37.96%。但是,在早稻季,NPKOM处理的根茬生物量及氮钾养分积累量占总植株的比例则分别比NPK处理降低了22.18%、33.90%和26.70%,晚稻季NPKOM处理的降幅分别为4.91%、39.41%和27.06%,而根茬磷素的比例则呈增加趋势。进一步通过多元回归分析发现,在所有肥力指标中,土壤全磷和有效磷是影响水稻根茬生物量及氮磷钾养分积累量的关键肥力因子(P<0.05)。【结论】长期有机无机肥配施可以显著增加根茬生物量及氮磷钾养分积累量,但却显著降低了根茬氮钾养分占总植株的比例。且当其他条件相同的情况下,施肥措施主要通过土壤磷含量调控早晚稻的根茬生物量及养分积累量。
    黄土塬区冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化与生育期差别供水的响应
    李超,刘文兆,林文,韩晓阳,周玲,王亚萍
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3549-3560.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.011
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    【目的】通过黄土塬区播前底墒变化和生育期差别供水(降水+补充灌溉)对冬小麦产量、耗水量以及水分利用效率影响的田间试验,揭示该区域农田有限水资源高效利用的调控机制,明确现有措施下冬小麦旱作生产潜力可实现水平。【方法】划设田间试验小区,在夏闲期通过覆盖保水与生物耗水措施形成底墒差异的基础上,设计如下试验:(1)由不同底墒+生育期降水形成4个冬小麦全生育期无补灌处理,以分析冬小麦产量及水分利用效率对播前底墒变化的响应。其2 m土层底墒变化范围为350—550 mm。(2)相同底墒下不同生育期灌一水处理:在平均底墒约为500 mm下分别在拔节期、孕穗期和灌浆期补充灌溉40 mm,探讨冬小麦不同生育期对等量灌溉的响应差别。(3)高底墒542.3 mm与571.6 mm下分别进行灌2水与4水处理,形成冬小麦全生育期比较充分的供水条件,研究冬小麦在低水分胁迫下产量提升的可能程度及其水分利用效率特征。【结果】(1)黄土塬区降水季节分布特征下,播前底墒对冬小麦产量具有决定性作用,产量随底墒线性增加。在做好夏闲期蓄水保墒的基础上,旱作冬小麦产量可达到充分供水情况下能够取得产量的88%—90%水平。(2)与2 m土层底墒为500 mm且生育期无补充灌溉的处理比较,供水增加同为40 mm时,表现为底墒增加处理的产量提高了11.8%,次之是在拔节期与孕穗期分别补灌的处理,但三者间产量无显著差异;播前底墒较高并在拔节期及孕穗期补充灌溉的处理冬小麦产量达到试验年份较高水平,且作物水分利用效率(WUE)也得到提高。(3)冬小麦产量与耗水量表现为Logistic曲线关系,随着耗水量的增大,产量提升速率表现为先快后慢,边际水分利用效率(MWUE)则持续降低,而WUE表现为上升、达到峰值和下降三个阶段,且WUE到达其最高值的耗水量小于产量到达其最高值的耗水量。【结论】黄土塬区气候条件下,播前底墒差别与生育期差别供水对冬小麦产量均有影响,由底墒或不同生育时期分别增加等量供水在总供水水平相同时其增产效应基本一致;采用Logistic曲线模型可以较好地模拟冬小麦产量与耗水量之间的关系,揭示产量、耗水量及WUE间的内在联系。
    膜下滴灌不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征的影响
    马建辉,叶旭红,韩冰,李文,虞娜,范庆锋,张玉玲,邹洪涛,张玉龙
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3561-3571.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.012
    摘要 ( 75 )   HTML ( 1 )   PDF (415KB) ( 105 )   收藏
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    【目的】灌溉是设施土壤水分的主要来源,也是影响土壤结构稳定性的重要因子。探究不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征和稳定性的影响,为设施农业合理水分调控、促进设施土壤结构改善提供理论依据。【方法】选用6年膜下滴灌试验地为对象,供试作物为番茄 (Lycopersicon esculentum Mill.),种植模式为沟垄覆膜。设置了3个灌水控制下限,其土壤水吸力值分别为20、30及40 kPa(分别记为D20、D30、D40),灌水控制上限均为6 kPa。各小区以埋设深度30 cm的张力计指示土壤水分变化,确定灌水时间和灌水量。通过干筛法和湿筛法测定了土壤团聚体的组成,>0.25 mm团聚体含量(R0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)、以及土壤结构破坏率(RDS)和不稳定团粒指数(ElT)。【结果】在0—30 cm土层,D40处理的土壤电导率(EC)、阳离子交换量(CEC)和容重都显著低于D20和D30处理(D40<D30<D20);D20处理的pH显著低于D30和D40处理(D40>D30>D20)(P<0.05)。通过干筛法和湿筛法对团聚体数量和大小的测定发现,在0—30 cm土层,土壤机械稳定性团聚体主要集中在>2和1—0.25 mm粒级(23.01%—39.98%),而水稳性团聚体主要集中在1—0.25 和0.25—0.053 mm粒级(31.08—47.27%)。在0—20 cm土层,D30处理的R0.25、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均高于D20和D40处理;但在20—30 cm土层,D20处理的水稳性团聚体的含量高于D30和D40处理。不同灌水控制下限下的土壤结构破坏率(RDS)和不稳定团粒指数(ElT)随土壤深度增加而增加,且RDSElT的变化规律相似。在0—20 cm土层,D30处理的土壤结构破坏率(RDS)和不稳定团粒指数(ElT)显著低于D20和D40处理(P<0.05)。但在20—30 cm 土层,D20处理的土壤结构破坏率(RDS)比D30和D40处理分别低了12.2%和16.8%。干筛下在10—20 cm 土层内,D20、D30、D40处理的分形维数最小,分别是2.13、2.08、2.19;湿筛下在10—20 cm 土层内,D40、D30、D40处理的分形维数最小,分别是2.31、1.99、2.12。结果表现出,与D20和D40处理相比,D30处理显著降低了团聚体中的分形维数(D)。【结论】在保证设施番茄产量和节约用水的条件下,将土壤水吸力30 kPa作为膜下滴灌灌水控制下限,有利于土壤结构的形成和稳定。
    园艺
    基于SNP标记的桃矮化基因精细定位
    鲁振华,牛良,张南南,姚家龙,崔国朝,曾文芳,潘磊,王志强
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3572-3580.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.013
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    【目的】矮化型桃树体矮小、节间短,是盆栽观赏和砧木育种的重要遗传资源。明确矮化性状形成的遗传机制并对桃矮化基因进行精细定位,是建立目标性状分子辅助选种体系和遗传改良的前提,可为有目标的选育矮化观赏桃和砧木品种奠定基础。【方法】以‘05-2-144’(‘97矮’ב鸳鸯垂枝’桃)套袋自交获得的395个后代单株构建的分离群体为材料。参考桃基因组信息并基于Sanger技术开发的SNP标记对亲本和后代单株进行分析,在扩大群体单株中进行连锁关系分析,确定连锁的SNP标记,初步定位目标基因。在定位区域内基于二代测序技术开发更多的基因型和表型一致的SNP标记,对后代单株进行基因分型,完成目标性状的精细定位。然后在精细定位区域内开发SNP标记,即杂交群体双亲均为Aa杂合基因型,对‘10-7’ב96-5-1’杂交后代89个单株进行分子鉴定,以验证基因定位结果的准确性。【结果】通过对桃单株‘05-2-144’自交后代实生苗表型鉴定表明,普通型和矮化型单株数分别为300株和95株,性状分离比例接近3﹕1(P值为0.67;χ2为0.19),符合孟德尔遗传规律,桃矮化性状受隐性单基因控制。用于分子鉴定的单株来源于‘10-7’(普通型)ב96-5-1’(普通型)杂交组合,共获得89个后代单株,其中普通型66株;矮化型23株(P值为0.854;χ2为0.034)。基于Sanger测序技术开发了SNP标记,在桃基因组数据库Pp06上25 230 425 bp和27 191 090 bp处获得了连锁的SNP标记,且目标基因位于这两个标记的右侧,初步获得了连锁的SNP分子标记。在此基础上,对亲本进行66.89X深度测序,继续开发符合Aa杂合基因型的SNP标记位点。根据参考基因组和物理距离区间共设计了15对SNP引物,其中12对引物与重测序结果中SNP的类型一致,3对引物与重测序结果中SNP的类型不一致,连锁标记的基因分型成功率为80.0%。通过基于SNP基因分型分析,最终完成了目标性状的精细定位,位点位于Pp06的28 712 165 bp(引物为JXSNP-5)和28 899 661 bp(引物为JXHRM-SNP-3)之间,遗传距离分别为0.38 cM和0.13 cM,物理距离约为277 kb,精细定位区域内有54个已知转录本。在定位区域内桃基因组Pp06的28 108 436 bp处和29 247 763 bp处开发SNP标记用于杂交后代表型的鉴定,结果表明所有后代单株基因型和表型鉴定结果完全一致,鉴定准确率为100%。【结论】本研究精细定位了桃矮化基因,物理距离约为277 kb,为基因克隆、亲本早期筛选以选育矮化观赏桃和砧木品种等奠定了基础。
    海水灌溉对‘赤霞珠’葡萄果实品质的影响
    黄丽鹏,张秀圆,王杨,付艳东,翟衡,邵小杰
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3581-3590.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.014
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    【目的】研究海水灌溉对葡萄果实品质的影响,探讨海水在葡萄园灌溉上的合理应用途径。【方法】以蓬莱国宾、中粮长城两个基地的‘赤霞珠’葡萄为试材,于2013—2016年在果实发育期连续4年进行10%海水灌溉。2016年进行不同海水组合处理(10%磁化海水、10%海水加菌肥、1年10%海水和2年10%海水)的比较试验,在果实成熟期测定葡萄可溶性固形物、可滴定酸、糖组分、总酚、单宁、花色苷、维生素C和香气成分等品质指标。【结果】国宾基地连续3年、4年进行10%海水灌溉,均显著增加‘赤霞珠’果实可溶性固形物含量,降低可滴定酸含量,但对果皮色差无显著性影响。中粮基地10%磁化海水、10%海水+菌肥、1年10%海水和2年10%海水4种海水灌溉处理均显著降低了果实可滴定酸,提高了糖酸比,只有10%海水+菌肥显著提高了果实百粒重和可溶性固形物含量。不同海水处理提高了果实葡萄糖、果糖含量,1年和2年海水处理的果糖含量比对照(清水)显著提高了35.3%和42.7%,葡萄糖提高了66.7%和70.7%。海水处理还提高了果实总酚、花色苷、维生素C的含量,降低了单宁含量,其中,4种海水处理显著提高了维生素C含量,分别增加46.8%、60.8%、57.2%和79.7%,磁化海水、添加菌肥显著降低单宁含量。赤霞珠葡萄果实共检测到38种香气成分,主要包括醇类、醛类、酯类、酮类等物质,海水灌溉和对照共有香气成分为24种,海水处理增加了香气种类,提高香气物质总量,4种处理比对照分别增加了75%、92.2%、25.9%和38.8%;香气总量以添加菌肥处理的增加幅度最大,其次为磁化海水。主要香气成分(E)-2-己烯-1醇、2-己烯醛、(E)-2-己烯醛、壬醛等物质中,均以磁化海水和添加菌肥处理的增加幅度最大;含量最高的2-己烯醛在4个处理中比对照分别提高了46.9%、95.6%、0.5%、19.3%。【结论】10%海水长期灌溉提高了果实品质,海水+菌肥则大幅提高了果实可溶性固形物含量和(E)-2-己烯-1醇、2-己烯醛等香气成分的积累。
    食品科学与工程
    果品及其制品展青霉素污染的发生、防控与检测
    聂继云
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3591-3607.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.015
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    展青霉素是由青霉属、曲霉属、丝衣霉属等真菌产生的一种聚酮类次生代谢产物,广泛存在于果品及其制品中,苹果及其制品是主要污染源,也是人类膳食中展青霉素最主要的来源。展青霉素有各种急性、慢性和细胞水平的危害。国际组织和不少国家均制定了果品及其制品中展青霉素限量。扩展青霉是最主要的产展青霉素真菌,能污染许多种果品及其制品。扩展青霉地域分布甚广,许多国家均分离到了其菌株。作为植物病原菌,扩展青霉往往通过果实上的伤口如受伤部位、害虫为害部位、病菌感染部位,以及果柄、开放的萼筒、皮孔等部位入侵。过熟和长期贮藏的水果更易感染扩展青霉。扩展青霉是一种好寒性霉菌,在0℃生长旺盛。展青霉素生物合成通路约由10步构成,棒曲霉和扩展青霉中展青霉素生物合成基因簇包含相同的15个基因,但两者基因序列差异很大。展青霉素的细胞毒性和遗传毒性归因于其与细胞中亲核物质的高反应活性,主要通过共价键与细胞的亲核物质,特别是与蛋白质和谷胱甘肽的巯基结合,从而发挥毒性、破坏染色体和致突变。在其反应通路中,1个展青霉素分子最多可与3个谷胱甘肽分子反应。采前措施、采后处理和贮藏条件对控制展青霉素污染及其产毒真菌至关重要。使用化学杀菌剂是重要的防控策略,但过度使用杀菌剂会导致抗性菌株出现。使用“低风险杀菌剂”则能降低产生抗药性的风险。生物防治是化学防治的替代方法或补充,可减少甚至避免使用杀菌剂。清洗、分选、整理等加工工艺有助于消减水果制品中的展青霉素污染。液液萃取和固相萃取是果品及其制品中展青霉素的经典提取方法,但液液萃取成本高、耗时、不适于固体样品。近年来,又研究建立了分散液液微萃取、盐析旋涡辅助液液微萃取、基质固相分散萃取、QuEChERS等提取方法。展青霉素通常用配紫外检测器或二极管阵列检测器的液相色谱仪进行定量,采用液相色谱串联质谱、气相色谱串联质谱等仪器进行定性。另外,PCR具有快速、专一的特点,可用于对潜在的产展青霉素真菌进行早期检测。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    半番鸭与番鸭精巢组织差异表达转录组测序分析
    李丽,缪中纬,辛清武,朱志明, 章琳俐,庄晓东,郑嫩珠
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3608-3619.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.016
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    【目的】研究半番鸭与番鸭精巢组织转录组差异表达基因,为进一步阐明半番鸭不育的遗传机制奠定理论基础。【方法】利用转录组测序方法对半番鸭和番鸭的精巢组织进行研究,筛选其差异表达基因,并对其功能进行注释和荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, QRT-PCR)验证。【结果】测序共获得43.84Gb Clean Data,组装后共获得193 535条Unigene。DESeq分析发现3 597个基因在两个鸭品种间差异表达,其中上调基因1 194个和下调基因2 403个,包括与生殖功能相关的基因,如成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor, FGF)、蛋白激酶A(protein kinaseA, PKA)、丝裂原活化蛋白激酶7(mitogen-activated protein kinase 7-like, partial, BMK)、生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2, GRB2)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)和肿瘤坏死因子受体超家族成员6(tumor necrosis factor receptor superfamily member 6, FAS)等。GO (gene Ontology)分析发现382个差异基因获得功能注释,其中97个基因涉及发育繁殖生物学过程。KEGG (kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路分析表明差异表达基因共富集到50 条信号通路中,其中17个通路显著富集,包括丝裂原活化蛋白激酶信号转导通路 (mitogen-activated protein kinase signaling pathway, MAPK)、甘油酯代谢(glycerolipid metabolism)以及钙信号途径 (calcium signaling pathway)信号通路等,与生殖功能密切相关的有促性腺激素释放激素信号通路(gonadotropin releasing hormone (GnRH) signaling pathway)和MAPK信号转导通路。经QRT-PCR验证,差异基因表达变化模式与转录组测序结果一致,测序结果可靠。【结论】在转录组水平上筛选出半番鸭和番鸭精巢组织差异表达基因,揭示了GnRH和MAPK信号通路在鸭的生殖活动中发挥了重要作用,为进一步探索半番鸭生殖系统的分化机理提供可靠的参考依据。
    复方天然植物制剂对奶牛回乳效果及调控激素的影响
    沈留红,肖劲邦,巫晓峰,姜思汛,江涛,邓俊良,左之才,余树民,曹随忠
    中国农业科学. 2017, 50(18):  3620-3630.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.017
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    【目的】探究复方天然植物制剂对奶牛回乳效果及回乳期奶牛血清胰岛素(INS)、氢化可的松(HC)、生长激素(GH)和胰岛素生长因子1(IGF-1)含量的影响。【方法】试验于2016年1—6月进行,选择四川省某规模化奶牛场半封闭统一舍饲,体重(582±41)kg、第2—4胎中国荷斯坦奶牛150头。从中选取体况良好,健康,乳房、乳汁均正常,即将进入回乳期,产奶量为(15.42±0.71)kg的妊娠后期即将干乳的健康奶牛80头。随机分为A、B、C、D组,每组20头,均采用逐渐干奶法回乳,回乳开始当天记为第0天,A组为对照组,不饲喂复方天然植物制剂。B、C、D组均从回乳开始第1天,每日上午8:00分别饲喂复方天然植物制剂400、500、600g,回乳完成后停止饲喂复方天然植物制剂。复方天然植物制剂由麦芽,朴硝,升麻,柴胡,香附,薏仁,蚕蜕,白术,黄芩,知母,苏梗,芡实,五味子,蒲公英,甘草等按一定比例组成。分别采集奶牛回乳期第0、1、3、5、7、9和11天尾静脉血,置于未加抗凝剂的离心管中,室温下静置1h,置离心机352×g离心10min,转移上层血清于EP管中,-20℃冻存。采用双抗体夹心酶联免疫吸附技术(ELISA)法检测血清INS、HC、GH和IGF-1含量,并记录回乳期奶牛单日产奶量。【结果】A、B、C、D 4组奶牛回乳时间分别为11、7、5、5天。各组回乳期奶牛血清IGF-1和HC含量均呈下降趋势,且对照组下降趋势较各复方天然植物制剂组慢,复方天然植物制剂组血清IGF-1、HC和GH含量在回乳期后回升,对照组血清INS含量上升趋势较各复方天然植物制剂组慢,第0至1天,各组奶牛血清HC、IGF-1和GH含量差异均不显著(P>0.05);第3—7天,A组奶牛血清HC、GH和IGF-1含量极显著高于B、C、D组(P<0.01),而血清INS含量极显著低于B、C、D组(P<0.01);第9天,A、D组奶牛血清HC含量均显著高于C组(P<0.05),A、B组奶牛血清GH和IGF-1含量均极显著低于C、D组(P<0.01),A组奶牛血清INS含量极显著低于B、C、D组(P<0.01);第11天,A组奶牛血清HC、GH和IGF-1含量极显著低于B、C、D组(P<0.01),A组奶牛血清INS显著低于D组(P<0.05),但极显著低于B、C组(P<0.01); C、D组奶牛血清IGF-1、GH、HC和INS含量在整个回乳期均差异性不显著(P>0.05)。在奶牛回乳期,产奶量、HC、GH和IGF-1两两间均呈极显著正相关(P<0.01),INS与产奶量、HC、GH和IGF-1均呈极显著负相关(P<0.01)。【结论】复方天然植物制剂能显著促进回乳期奶牛回乳,饲喂500g/日复方天然植物制剂,奶牛回乳时间为5d,回乳效果即可达到最佳。回乳期奶牛血清INS、HC、IGF-1含量和产奶量变化两两间均呈极显著相关,IGF-1、GH和HC对奶牛回乳起负向调控功能,而INS对奶牛回乳起正调控作用。