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当期目录

    2017年 第50卷 第21期 刊出日期:2017-11-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    超级杂交稻两优培九高产的光合特性及其生理基础
    吕川根,李霞,陈国祥
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4055-4070.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.001
    摘要 ( 36 )   HTML ( 4 )   PDF (496KB) ( 154 )   收藏
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    摘要:超级杂交稻两优培九(培矮64S/9311)是中国超级稻计划完成第一步目标的标志性品种,与其亲本籼稻9311和之前大面积种植的当家杂交籼稻汕优63相比,具有明显的产量超亲优势和竞争优势,近15年来累计种植面积遥居杂交稻首位。两优培九稻谷产量高的生物学基础是源于优良光合特性而获得较高的生物学产量,因此,研究其光合特性及其生理基础,有助于了解高产杂交稻生长优势的光合特征和利用探索性育种技术提高水稻光合性能,为杂交稻超高产育种和栽培提供理论基础和技术途径。多年较系统的研究发现,与9311和汕优63相比,两优培九在正常生长和衰老过程中,光能吸收、传递和转化效率及碳同化等方面均具有优势,Pn较高,光合性能优异。表现在对强光和弱光、UV-B辐射增强的适应性或耐受能力及抗衰老能力更强;具有多种抵御偏低或过高温度的策略,对不良温度的适应性或耐受能力更强;水分亏缺造成的伤害较轻;光合速率随施用氮肥量的增加而提高,低氮或高氮条件下,均具有光合能力的比较优势;光合作用对大气CO2浓度升高、土壤pH、盐胁迫等环境条件的适应能力更强。两优培九优异的光合性能与其光合机构和酶学基础有关,表现为叶绿体类囊体膜基粒数多、片层高而长、垛叠密集;叶绿素含量高,出现衰老特征晚,生育后期叶绿体衰败、叶绿素分解速度较慢;具有更高的Rubisco初始羧化活性、总羧化活性和活化率;C4光合途径酶活性较高,在低光强下仍有较高的碳同化效率,CO2补偿点和光呼吸活性均较低;叶片的SOD、POD等抗氧化酶含量和活性均高,内源O2.-、H2O2含量低,抗膜脂过氧化能力较强。笔者认为,高产杂交稻育种要做到“遗传上有性状杂种优势,形态上有优良光合株型,功能上有优异光合性能”的遗传、形态和功能“三优”相结合;探究两优培九C4特性与高光合性能的联系和研究新的更高产杂交稻的光合特性,有助于加深对高产杂交稻光合生长优势的理解和探索针对性技术促进C4光合功能等,从而进一步提高光合生产以至于稻谷产量。
    D2型细胞质雄性不育小麦绒毡层细胞程序化死亡与活性氧代谢
    刘子涵,石晓艺,闫鹏娇,段阳,耿兴侠,叶佳丽,李莎,杨雪桐,张高明,贾雨林,张玲丽,宋喜悦
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4071-4086.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.002
    摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (5078KB) ( 83 )   收藏
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    【目的】D2型细胞质是细胞质雄性不育小麦(cytoplasmic male sterility,CMS)的重要胞质来源,深入研究其败育机理对小麦杂种优势利用具有重要价值。【方法】以3种同核异质D2型细胞质雄性不育小麦Va87B1-706A、C687B1-706A、Ju87B1-706A及其相应保持系706B为试材,通过体式显微镜和DAPI染色分别在四分体时期、单核早期、单核晚期、二核期和三核期观察小麦花药的外形和小孢子发育的形态;利用扫描电镜和KI-I2染色分析三核期花药外皮层、内皮层、乌氏体和花粉粒的表型及败育特点;采用石蜡切片和DNA ladder的技术观察不同发育时期D2型不育系和保持系小麦花药绒毡层细胞形态变化特征以及绒毡层细胞程序化死亡(programmed cell death,PCD)的过程;测定花药发育过程中活性氧(reactive oxygen species,ROS)的含量,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(hydrogen peroxidase,CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)的活性以及非酶物质还原型抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)和谷胱甘肽(glutathione,GSH)的含量变化;同时利用RT-PCR技术对部分抗氧化酶相关基因的表达模式进行分析。【结果】与保持系706B比较,3种D2型细胞质雄性不育小麦在三核期均表现出外皮层表皮褶皱、乌氏体排列稀疏散乱以及小孢子皱缩、表皮粗糙和萌发孔闭合的不育特征,败育类型为典败和染败;自单核晚期开始3种不育小麦的小孢子发生紊乱;石蜡切片观察绒毡层细胞的变化,发现不育系均比保持系延迟一个时期在二核期发生解体,并于三核期完全降解;进一步检测细胞凋亡DNA小片段发现3种不育系花药绒毡层的DNA损伤均起始于单核晚期,绒毡层PCD比保持系延迟一个时期启动,并且优先细胞学表型检测到凋亡;生理指标测定和定量分析的结果说明绒毡层细胞的延迟凋亡和小孢子的结构异常与不育系花药内活性氧的过度积累、抗氧化酶活性的异常变化、非酶促抗氧化物质的严重下调以及部分抗氧化酶相关基因在两系花药中表达水平的严重差异密切相关。【结论】D2细胞质雄性不育小麦败育的关键时期是单核晚期,绒毡层PCD的延迟启动诱导了活性氧的过量积累,进一步破坏了抗氧化防御系统的平衡,进而造成绒毡层细胞形态异常,最终导致D2型细胞质雄性不育小麦的败育。
    基于高密度遗传图谱的玉米籽粒灌浆特性遗传解析
    高星,李永祥,杨明涛,李琲琲,李春辉,宋燕春,张登峰,王天宇,黎裕,石云素
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4087-4099.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.003
    摘要 ( 33 )   HTML ( 2 )   PDF (2221KB) ( 109 )   收藏
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    【目的】灌浆是玉米籽粒形成的重要生理过程,直接决定了籽粒的最终产量。了解玉米籽粒灌浆特性相关性状对粒重形成的作用,解析灌浆特性的遗传基础,为玉米高产育种实践提供指导。【方法】以中国玉米骨干自交系黄早四(HZS)、旅28(Lv28)为亲本构建的包含172个家系的重组自交系(recombination inbred line,RIL)群体为试验材料。首先,利用Logistic模型与Richards模型,进行玉米籽粒灌浆过程拟合度的比较分析。其次,利用方差分析、相关性分析及回归分析分别比较亲本籽粒灌浆特性的差异,研究群体中不同灌浆特性相关性状的关系及其对百粒重的贡献。然后,利用GBS方法,对群体进行基因型分型,选择亲本间多态性标记,构建遗传图谱。最后,利用完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)进行灌浆特性与生育期相关性状的QTL分析。【结果】籽粒灌浆一般呈现慢-快-慢的变化趋势,可分为缓增期、快增期以及减缓期3个阶段。通过比较不同灌浆模型的拟合度发现,基于Richards模型的预测值与表型值间的决定系数显著高于Logistic模型。比较亲本间灌浆特性的差异发现,黄早四的平均灌浆速率为旅28的1.28倍,但旅28的灌浆持续时间为黄早四的1.07倍,亲本之间在灌浆特性方面差异明显。群体表型相关性分析发现,除缓增期灌浆持续时间(T1)外,其他灌浆特性相关性状均与百粒重(HKW)存在显著的正相关关系。回归分析发现,快增期灌浆持续时间(T2)与灌浆速率(G2)可分别解释百粒重表型变异的57.50%和30.00%。利用多态性SNP标记构建了全长为1 471 cM,标记间平均遗传图距为1 cM的遗传图谱。多个环境下共检测到26个灌浆特性相关QTL、3个百粒重相关QTL及14个生育期相关的QTL,分布在玉米除第7染色体外的其他染色体上,LOD值介于3.27—9.05,单个QTL贡献率为5.97%—21.16%。同时,利用联合环境分析发现,控制不同性状的QTL定位在染色体相同或相近的位置,形成了多个分布于玉米基因组bin 1.05、bin 2.03、bin 4.05、bin 4.06、bin 7.04、bin 9.04的QTL富集区域。其中,在位于bin 4.05(48.24 Mb—135.73 Mb)和bin 9.04(110.40 Mb—114.73 Mb)的区间之内,共定位到多个仅与灌浆速率相关的主效QTL。【结论】Richards模型能够更好地模拟玉米籽粒的灌浆过程。在灌浆特性相关性状中,快增期灌浆速率与灌浆持续时间对于玉米粒重的增加具有重要作用。单环境检测发现,灌浆持续时间相关位点仅能在单环境中得以检测,表现为环境敏感类型。联合环境分析发现,在bin 4.05和bin 9.04区间内分别检测到仅与灌浆速率相关的主效QTL,可作为玉米籽粒灌浆研究的重点区域。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    弱筋小麦扬麦13品质对氮肥响应的稳定性分析
    高德荣,宋归华,张晓,张伯桥,李曼,江伟,吴素兰
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4100-4106.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.004
    摘要 ( 27 )   HTML ( 3 )   PDF (353KB) ( 129 )   收藏
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    【目的】系统研究不同施氮量和施氮模式对扬麦13理化品质和饼干加工品质的影响,为弱筋小麦生产和育种提供理论支撑。【方法】试验于2012—2014年在江苏里下河地区农业科学研究所试验基地进行,设4个氮肥处理:A1(120 kg·hm-2)、A2(180 kg·hm-2)和A3(240 kg·hm-2),氮肥运筹采用基肥:壮蘖肥:拔节肥7﹕1﹕2模式;A4(300 kg·hm-2),氮肥运筹采用基肥﹕壮蘖肥﹕拔节肥5﹕1﹕4模式。成熟后收获晒干,测定籽粒蛋白质含量、面粉湿面筋含量、SDS沉淀值、粉质仪参数、吹泡仪参数及溶剂保持力(SRC)等理化品质指标;按AACC 10-52方法制作饼干,并测定饼干直径、厚度和酥脆性。【结果】在不同施氮量和施氮模式下,扬麦13蛋白质含量、湿面筋含量及面团形成时间存在显著或极显著差异,SDS沉淀值、面团稳定时间、吸水率、吹泡仪参数(P值、L值、P/L和W值)及4种SRC值(水SRC、碳酸钠SRC、乳酸SRC和蔗糖SRC)均无显著差异,饼干加工品质包括饼干直径、直厚比、酥性和脆性亦无显著差异。扬麦13蛋白质含量随施氮量的增加而增加,且各处理间差异显著。湿面筋含量随施氮量的增加而增加,仅A4与A1和A2差异显著。氮肥对扬麦13籽粒产量影响达到极显著水平,产量随施氮量的增加而增加,A1处理产量最低,A4处理产量最高,但A2、A3、A4处理间无显著差异。年份间蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、P值及饼干直径无显著差异,而形成时间、稳定时间、L值、P/L、W值及部分饼干评价参数存在显著或极显著差异。氮肥与年份的互作对SDS沉淀值、稳定时间、吸水率、P值、L值、P/L、W值、饼干直径和厚度等大部分品质参数无显著影响,但对蛋白质含量、湿面筋含量、形成时间、饼干厚度及脆性具有显著影响。【结论】施氮量和施氮模式对SDS沉淀值、SRC值、粉质仪参数、吹泡仪参数等多数理化品质指标和饼干加工品质无显著影响。利用扬麦13可以生产品质优良稳定的原粮,说明培育品质对氮肥响应钝感,指标较稳定的弱筋小麦品种是可能的。
    水磷耦合对藜麦根系生长、生物量积累及产量的影响
    庞春花,张紫薇,张永清
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4107-4117.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.005
    摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (475KB) ( 151 )   收藏
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    【目的】水肥是旱地农业作物高产的主要限制因素,研究水磷耦合对藜麦根系生长、生物量积累以及产量的影响,探明适合藜麦高产的水磷耦合配比,从而为旱地农业藜麦高产提供理论依据。【方法】以藜麦为研究对象,采用盆栽试验,对藜麦整个生长期进行不同灌水(W1、W2、W3分别按照土壤含水量为田间持水量的35%—45%、55%—65%、75%—85%),不同施磷(P0、P1、P2、P3分别为0、0.1、0.2、0.4 g P2O5·kg-1)耦合处理,测定藜麦根系形态和生理指标、生物量积累以及成熟期产量。【结果】(1)在相同灌水处理下,不同根系参数(根系表面积、根系总长度、最大根长、根系直径、根体积)均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下达到最大;在相同施磷水平下,根系最大根长与根系总长均在W2(土壤含水量为田间持水量的55%—65%)下达到最大,根系表面积在低磷水平(P0、P1)下,均表现为W2P0>W3P0,W2P1>W3P1,高磷水平(P2、P3)下,均表现为W2P2<W3P2,W2P3<W3P3,根系直径与根系体积均随着灌水量的增加逐渐增加;在重度干旱胁迫(W1)下,根系活力在P1(0.1 g P2O5·kg-1)水平下达到最大,其他灌水处理下,根系活力均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下达到最大。在3种灌水处理下,根系POD、SOD活性均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下达到最高,而根系MDA含量、可溶性糖与脯氨酸含量降到最低。(2)适宜的水磷耦合配比(W3P1、W3P2)有利于藜麦各营养器官生物量(茎重、叶重)的积累以及后期产量的形成,而根重、序重在W2P3组合最优。高水处理更有利于植株对茎、叶生物量的分配,低水处理有利于植株对根、序生物量的分配,在重度干旱胁迫(W1)下,高的施磷量(P2与P3)均显著提高了植株对根重与序重的生物量分配。(3)在3种灌水处理下,施磷量均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平下有利于植株顶穗的形成。分枝数、穗数、单株粒重与千粒重均表现出低磷促进,高磷抑制的单峰曲线,均在P2(0.2 g P2O5·kg-1)水平达到峰值;各施磷水平下,单株粒重与千粒重均在正常灌水(W3)达到最大。【结论】适宜的施磷量P2(0.2 g P2O5·kg-1)可以促进藜麦根系生长,增大根系与土壤的接触面积,提高根系活力,增强根系抗氧化能力,从而提高藜麦的抗旱能力;适宜的水磷耦合配比(W3P2)有利于藜麦各营养器官生物量的积累以及后期产量的形成。
    植物保护
    异色瓢虫胁迫对棉铃虫生长发育及压力蛋白基因表达的影响
    闫硕,熊晓菲,褚艳娜,李贞,巫鹏翔,杨清坡,崔维娜,徐金涛,徐丽霞,张青文,刘小侠
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4118-4128.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.006
    摘要 ( 26 )   HTML ( 1 )   PDF (474KB) ( 150 )   收藏
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    【目的】明确不同食源异色瓢虫(Harmonia axyridis)胁迫对棉铃虫(Helicoverpa armigera)生长发育和变态发育的影响,探讨棉铃虫是否能感知并分级捕食风险、能否在生长发育和变态发育上体现出权衡效应;明确长时和短时胁迫对棉铃虫压力蛋白基因表达的影响,探讨异色瓢虫胁迫能否引起棉铃虫分子水平上的生理反应。【方法】通过设置7种不同食源的异色瓢虫胁迫处理(饥饿处理、虾卵处理、棉铃虫幼虫处理、棉铃虫卵处理、蚜虫处理、蚜虫对照处理、对照处理),观察记录棉铃虫在胁迫下的生长发育(幼虫历期、蛹历期、雌雄蛾寿命、总寿命)和变态发育(蛹重、化蛹率、羽化失败率、卷翅率)指标;设置长时(1龄幼虫至3日龄成虫)和短时(15 min至6 h)异色瓢虫胁迫处理,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测棉铃虫压力蛋白基因(即热激蛋白基因)Hsp70Hsp90及热激同源蛋白基因Hsc70在胁迫后的表达水平变化。【结果】在捕食性天敌异色瓢虫的胁迫下,棉铃虫幼虫历期、蛹期、雌雄蛾寿命、总寿命均显著性缩短,蛹重和化蛹率显著性下降,成虫卷翅率显著性升高,而羽化失败率无显著性变化。在不同食源的天敌胁迫下,棉铃虫幼虫历期在异色瓢虫取食蚜虫时最短,蛹历期在瓢虫取食棉铃虫卵时最短,总寿命在瓢虫取食虾卵时最短,而雌雄蛾寿命在不同食源天敌胁迫下未表现出显著性差异;棉铃虫成虫卷翅率在瓢虫取食棉铃虫卵时最高,而蛹重、化蛹率、羽化失败率在不同食源天敌胁迫下未表现出显著性差异。压力蛋白基因Hsp70Hsp90在短时胁迫下(Hsp70:30 min至3 h;Hsp90:15 min、1.5 h、2 h、6 h)表达水平显著性上调,热激同源蛋白基因Hsc70在长时胁迫下(5龄幼虫、预蛹、雄蛹、雌蛾阶段)表达水平显著性上调。 【结论】在面对捕食性天敌异色瓢虫长时胁迫作用下,棉铃虫各生长发育阶段均出现缩短的现象,即棉铃虫为躲避被捕食风险表现出了发育加速的现象,而快速的生长发育在一定程度上干扰了变态发育,导致蛹重和化蛹率下降,成虫卷翅率提高,符合权衡效应。棉铃虫对不同食源的天敌胁迫具有不同程度的敏感性,即棉铃虫对潜在的捕食风险可能存在一定的分级能力,但这种分级能力没有得到规律性体现。异色瓢虫胁迫能够引起棉铃虫分子层面的生理反应,导致压力蛋白基因的表达上调,其中压力蛋白基因Hsp70Hsp90受到短时胁迫的反应较为明显,而热激同源蛋白基因Hsc70受到慢性胁迫刺激的反应更为显著。
    禾本科杂草作为防治稻纵卷叶螟的功能性植物的可行性
    郑许松,田俊策,杨亚军,朱平阳,李宽,徐红星,吕仲贤
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4129-4137.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.007
    摘要 ( 36 )   HTML ( 1 )   PDF (413KB) ( 94 )   收藏
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    【目的】通过提高植物的多样性来引诱害虫、保护天敌是一种可持续控制害虫的有效途径。稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)除水稻外,还可取食多种禾本科杂草,论文旨在利用稻纵卷叶螟对稻田周围不同杂草的喜好性,开发新型的稻纵卷叶螟防控策略。【方法】选取稻田生态系统常见的7种禾本科杂草(稗草Echinochloa crusgalli、秕谷草Leersia sayanuka依据。、马唐Digitaria sanguinalis、牛筋草Eleusine indica、千金子Leptochloa chinensis、双穗雀稗Paspalum distichum和游草Leersia hexandra),于盆钵内人工栽培种植。将盆栽水稻和杂草植株置于纱笼中,接入初羽化的稻纵卷叶螟成虫,分别研究稻纵卷叶螟成虫在杂草与水稻之间的栖息选择性、产卵选择性,以及稻纵卷叶螟在各种杂草上的生物学特性。同时进行田间试验研究稻田田埂种植各种杂草条带(宽1 m)对稻纵卷叶螟成虫栖息、产卵分布的影响,通过赶蛾法调查杂草条带中及距离杂草条带1、5和10 m稻田中的稻纵卷叶螟蛾量,调查不同杂草条带中稻纵卷叶螟的产卵密度及卵被寄生率。【结果】稻纵卷叶螟成虫喜好趋向栖息于秕谷草和马唐,不喜好趋向双穗雀稗,在游草、牛筋草、稗草、千金子和水稻间,稻纵卷叶螟的栖息选择则没有偏向性。稻纵卷叶螟成虫在稗草、牛筋草、千金子、双穗雀稗、游草和水稻之间,偏向在水稻上产卵;秕谷草和水稻之间,偏向在秕谷草上产卵;马唐和水稻之间则没有明显的偏向性。稻纵卷叶螟在7种杂草上都能完成世代,但发育历期存在显著差异,在秕谷草上发育历期最短,双穗雀稗次之,游草、千金子、牛筋草、马唐、稗草和水稻上的发育历期间则没有显著性差异。不同寄主上的稻纵卷叶螟蛹重也存在差异,其中在马唐上的雌蛹、马唐和千金子上的雄蛹蛹重显著轻于在其他寄主植物上的蛹重。在不同寄主植物上稻纵卷叶螟的羽化率差异较大,秕谷草、游草、牛筋草、稗草和水稻上的羽化率为42.17%—51.31%,在千金子和双穗雀稗上最低,仅为11.76%和13.29%。雌性比以水稻和稗草上最高,显著高于其他寄主植物。大田试验表明,除了牛筋草和稗草外,其他杂草均能吸引稻纵卷叶螟栖息且在单位面积内的虫量显著高于稻田中的稻纵卷叶螟的数量。各种杂草上稻纵卷叶螟卵量差异显著,以秕谷草、游草、稗草和千金子上着卵量最多,每分蘖草上的着卵量达2.92—3.92粒,双穗雀稗和马唐分别为2.16和1.72粒,牛筋草最少。不同禾本科杂草上稻纵卷叶螟卵的被寄生率差异显著,介于21.90%—55.61%。其中,秕谷草和游草上的卵寄生蜂数量分别为1.47和1.42头/分蘖,为各种禾本科杂草上最高。【结论】秕谷草最具有成为防治稻纵卷叶螟的功能性植物的潜力,研究结果可为开发稻纵卷叶螟绿色防控新技术提供理论
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    基于地理探测器的农田土壤重金属影响因子分析
    李雨,韩平,任东,罗娜,王纪华
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4138-4148.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.008
    摘要 ( 41 )   HTML ( 2 )   PDF (1119KB) ( 104 )   收藏
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    【目的】研究土壤重金属与影响因子以及不同土壤重金属之间相关关系,为土壤重金属空间预测模型提供更加全面的辅助变量。【方法】利用地理探测器模型,结合空间插值技术对2014年湖南省湘潭县5个乡镇农田中5种土壤重金属Pb、Cd、As、Cr和Hg的空间分布变化与6种影响因子以及5种土壤重金属之间的相关性和交互作用进行研究。【结果】研究结果表明,GDP、平均温度和相对湿度对5种土壤重金属解释力较大(PD,H值均在0.5以上),土壤pH、土壤类型与高程对土壤重金属的解释力较小(PD,H值均在0.3以下),其中土壤类型对于5种土壤重金属的解释力最低(PD,H值均在0.1以下)。5种土壤重金属中,Cr对Cd的解释力最强(PD,H值达到0.95),As对Cd的解释力最小(PD,H值仅为0.20)。平均温度、相对湿度、GDP对土壤重金属的影响显著高于其他影响因子,而其他影响因子之间的解释力差异并不显著。各影响因子之间和5种重金属元素之间均具有相互增强或非线性增强作用。【结论】土壤重金属的空间分布是由多种影响因子共同作用的结果。通过地理探测器模型发现,GDP、平均温度和相对湿度等影响因子对研究区域内的土壤重金属的空间分布具有较强的解释力,这些影响因子可作为研究区土壤重金属空间预测模型的辅助变量。地理探测器模型可以对多种影响因子进行更加全面的分析,为土壤重金属空间预测模型的建立提供有效的依据。
    典型设施蔬菜基地重金属的累积特征及风险评估
    徐笠,陆安祥,田晓琴,何洪巨,殷敬伟
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4149-4158.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.009
    摘要 ( 40 )   HTML ( 2 )   PDF (645KB) ( 108 )   收藏
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    【目的】以北京市设施蔬菜基地为例,研究重金属的累积特征及其健康风险,明确不同重金属在土壤-蔬菜系统中的迁移特征,为蔬菜质量安全和设施蔬菜结构优化提供参考依据。【方法】采集北京市9个典型设施蔬菜基地的148个土壤和96个蔬菜样品,分析土壤和蔬菜样品中As、Cd、Cr、Hg和Pb 5种重金属的统计特征及在土壤-蔬菜系统中迁移系数,并结合美国环保署(US EPA)推荐采用的健康风险评价模型,评价由于蔬菜摄入导致的成人和儿童的健康风险。【结果】设施蔬菜基地土壤中As、Cd、Cr、Hg和Pb的平均含量分别为9.43、0.18、64.4、0.11和21.6 mg·kg-1。设施蔬菜基地蔬菜中As、Cd、Cr、Hg和Pb的平均含量分别为0.0478、0.0391、0.2785、0.0014和0.0454 mg·kg-1。总体上,蔬菜设施基地5种重金属在土壤-蔬菜中迁移能力顺序为:Cd>Hg>Cr>As>Pb。5种重金属造成的目标危害系数大小依次为:Cd>PbHg>As>Cr。所有蔬菜样品中单一重金属的目标危害系数均小于1,表明单一重金属没有明显的负面影响。【结论】本研究所选设施蔬菜基地的土壤重金属(As、Cd、Cr和Hg)存在积累趋势,须重视健康风险
    基于分散固相萃取-超高效液相色谱串联质谱法同时测定蔬菜中多种除草剂残留的方法
    平华,李杨,李冰茹,何昭颖,刘继培,马智宏
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4159-4169.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.010
    摘要 ( 26 )   HTML ( 2 )   PDF (728KB) ( 129 )   收藏
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    【目的】研究吸附填料不同添加量对除草剂回收率的影响,以建立蔬菜中24种除草剂残留的分散固相萃取-超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)检测方法。【方法】蔬菜样品加入乙腈振荡提取,将净化填料N-丙基乙二胺(PSA)(不同添加量0.05 g、0.10 g、0.20 g)加入提取液中净化。采用UPLC-MS/MS测定,对液相色谱柱、流动相条件和质谱条件(锥孔电压、碰撞能量)进行优化,电喷雾电离,多反应监测模式检测。【结果】以0.1%的甲酸水-乙腈为流动相进行梯度洗脱,各化合物峰形尖锐,灵敏度高,UPLC-MS/MS上机10 min内完成了24种除草剂的检测。添加0.10 g和0.20 g PSA时,三氟羧草醚、2,4-滴、唑嘧磺草胺、噻吩磺隆、苯磺隆、氯嘧磺隆6种除草剂回收率明显降低;其余除草剂随着PSA添加量的增加回收率没有明显的变化,在75.5%—114.7%之间;吸附填料PSA添加量为0.05 g时,24种除草剂回收率为65.6%—114.7%。24种除草剂在1.0—250 µg·L-1质量浓度范围内线性关系良好,相关系数为0.9946—0.9998。蔬菜中24种除草剂的方法检出限在1.2—160.8 µg·kg-1,定量限在4.0—536.0 µg·kg-1,可以满足定量分析的要求。在空白蔬菜样品中添加50、100、200 µg·kg-1      3个质量分数的24种除草剂的混合标准溶液,24种除草剂的回收率在66.5%—116%,相对标准偏差在2.3%—9.7%。采用建立的测定方法,对38份蔬菜样本进行检测发现,所有蔬菜样品中仅检出阿特拉津残留,检出率为57.9%,检出范围为未检出—0.84 µg·kg-1,其余23种除草剂均未检出。【结论】该方法简便、快速、节省溶剂、灵敏度高,可用于大批量蔬菜中除草剂残留快速检测。

    园艺
    LED绿光补光模式对生菜生长及品质的影响
    陈晓丽,杨其长,张馨,马太光,郭文忠,薛绪掌
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4170-4177.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.011
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    【目的】探究不同光照强度以及补光模式的绿光对植物工厂中水培生菜生长及营养品质的影响,为绿光的供光策略提供参考。【方法】以8:00—20:00照射的强度为160 μmol·m-2·s-1LED白光(W)为基础光,在保证生菜正常生长的前提下,补充3种不同强度(30、60、90 μmol·m-2·s-1)的绿光(G),并通过调节绿光的供光时间点使之与基础白光形成重叠(O)和不重叠(N)两种供光模式,分别为W、WG30O、WG60O、WG90O、WG30N、WG90。N共6个处理,各处理间绿光补光时长均为6 h。【结果】除处理WG90N外,其他补充绿光的处理较对照W均显著提高了生菜地上部鲜重,且30 μmol·m-2·s-1的低强度绿光更有利于生菜的生长及生物量积累;补充绿光的处理均不同程度的提高了生菜可溶性糖、粗蛋白以及Vc含量,同时降低了硝酸盐含量,其中,生菜可溶性糖、粗蛋白以及Vc含量随着绿光补光强度的升高而增加;绿光在作用于生菜生物量积累过程中依赖于背景白光,而在作用于可溶性糖积累和Vc合成过程中与背景白光的关系不显著。【结论】绿光对生菜的作用效果与绿光补光强度及其相对于基础光的供光模式有关,且对于不同的目的指标,绿光补光效果有所差异,在实际生产中可根据生产目的建立不同的绿光补光策略。
    红肉苹果分裂素响应基因MdMYB308的克隆与表达分析
    王意程,王楠,许海峰,张宗营,姜生辉,张静,曲常志,陈学森
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4178-4185.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.012
    摘要 ( 27 )   HTML ( 1 )   PDF (727KB) ( 128 )   收藏
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    【目的】细胞分裂素是调控植物花青苷合成的重要激素,从新疆红肉苹果杂种一代优系‘紫红3号’中克隆得到分裂素响应基因MdMYB308,研究其在细胞分裂素调控苹果花青苷合成中的作用,为进一步完善红肉苹果育种的理论与技术体系提供参考。【方法】以红肉苹果‘紫红3号’(新疆红肉苹果与‘富士’杂交1代)的红色幼嫩叶片为外植体诱导的红色愈伤组织为试材,设计引物利用PCR克隆MdMYB308,对其进行生物信息学分析;并用不同浓度细胞分裂素处理,采用荧光定量PCR分析MdMYB308及花青苷合成相关基因的表达;通过酵母双杂交试验、荧光双分子互补试验验证MdMYB308与MdbHLH3的互作关系。【结果】在‘紫红3号’中克隆获得MdMYB308全长,其包含768 bp完整的开放阅读框,编码255个氨基酸,预测其编码蛋白质分子量为28.37 kD,等电点为8.94;系统进化树分析表明,MdMYB308AtMYB4FaMYB1AtMYBL2在同一个进化枝上,氨基酸序列比对发现,MdMYB308蛋白存在EAR抑制序列;提高6-BA浓度有利于苹果愈伤组织花青苷的累积,与无细胞分裂素处理相比,1 mg·L-1 6-BA处理愈伤花青苷合成结构基因MdCHSMdDFRMdUFGT与转录基因MdMYB10MdbHLH3的表达量升高,而MdMYB308表达被抑制;酵母双杂交与荧光双分子互补试验表明,MdMYB308与MdbHLH3能相互作用。【结论】细胞分裂素(6-BA)可能通过抑制MdMYB308的表达影响MdMYB308与MdbHLH3的结合从而促进花青苷的累积。

     

    食品科学与工程
    基于复合纳米材料和酶切信号放大电化学适体传感器检测沙门氏菌
    徐连应,王毕妮,张富新
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4186-4195.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.013
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    【目的】沙门氏菌是食品中致病菌检测的一项重要指标。本研究拟构建一种实用性更强的用于沙门氏菌检测的新型电化学适配体传感器,以克服各种沙门氏菌传统检测方法的缺陷。【方法】通过混合还原氧化石墨烯(rGO)溶液与甲苯胺蓝(Tb)溶液制得Tb-rGO复合物,再将此复合物分散于纳米金(AuNPs)溶胶中得到AuNPs-Tb-rGO复合物。最后将AuNPs-Tb-rGO复合物与带有氨基的DNA链(S1)孵育得DNA-复合纳米材料(S1-AuNPs-Tb-rGO)。通过金硫键将沙门氏菌适配体互补链(S2)修饰在金电极表面,以己硫醇为封闭剂消除非特异性吸附后,滴涂沙门氏菌适配体(Apt)于电极表面,使Apt与S2杂交结合。将修饰好的电极浸入含有沙门氏菌与核酸外切酶I(Exo I)的混合液中,基于Exo I信号放大效应,利用适配体对沙门氏菌的特异性结合作用,循环带离适配体,再通过S1-AuNPs-Tb-rGO中的S1与S2杂交将S1-AuNPs-Tb-rGO负载到电极表面,监测电极表面的电化学信号,并对在菌液中的孵育时间、Exo I浓度和S1-AuNPs-Tb-rGO浓度进行优化,构建沙门氏菌电化学适配体传感器。使用该传感器,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、单增李斯特菌和阪崎肠杆菌进行检测,以确定沙门氏菌电化学适配体的特异性;对6×102—6×106 cfu/mL的沙门氏菌进行检测,以确定沙门氏菌电化学适配体传感器的敏感性;对羊奶样品进行检测,以确定沙门氏菌电化学适配体传感器的实用性。【结果】所建立的沙门氏菌电化学适配体传感器在菌液中的最佳孵育时间为1 h,Exo I的最适浓度为0.6 U?µL-1S1-AuNPs-Tb-rGO的最适浓度为200 nmol?L-1。在进行沙门氏菌的检测时,沙门氏菌与Apt特异结合,S1-AuNPs-Tb-rGO复合纳米材料被结合到电极表面使其线性伏安曲线氧化峰升高。特异性试验结果表明,所建立的方法仅对沙门氏菌的检测有电信号响应,而对非目标菌无响应。敏感性试验结果表明,所构建的沙门氏菌电化学适配体传感器,具有很高的敏感性,对沙门氏菌检测的敏感性达200 cfu/mL。使用建立的沙门氏菌电化学适配体传感器对羊奶中的沙门氏菌含量进行测定,加标回收率在91.6%—106.3%,结果令人满意。【结论】所建立的沙门氏菌电化学适配体传感器具有操作简便、检测范围宽、检出限低和成本低廉等优点,有望应用于食品工业中沙门氏菌的现场快速定量检测。
    畜牧·兽医·资源昆虫
    日粮添加亮氨酸和苯丙氨酸对荷斯坦公犊生长性能及血清代谢物的影响
    杨昕涧,曹阳春,郑辰,刘凯,郭龙,蔡传江,刘宝龙,姚军虎
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4196-4204.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.014
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    【目的】研究日粮添加亮氨酸和苯丙氨酸对犊牛生长性能和血清代谢物的影响,为亮氨酸和苯丙氨酸在奶牛高效生产中的应用提供理论参考。【方法】试验选取20头1日龄体重为(38±3)kg的荷斯坦公犊,随机分为4组,分别为对照组、亮氨酸组(1.435 g·L-1)、苯丙氨酸组(0.725 g·L-1)、混合氨基酸组(1.435 g·L-1亮氨酸和0.725 g·L-1苯丙氨酸),每组5头牛,各组以丙氨酸调节为等氮日粮。犊牛单独饲喂,试验共8周,预试期1周,正试期7周。试验犊牛单圈饲养,试验日粮由原奶和开食料组成。犊牛出生后,1 h内饲喂4.0 L初乳。此后1周为过渡期,日喂原奶2次,每次3.0 L。过渡期内以氨基酸添加量的20%为梯度逐天增加,至出生第6 天达到添加量的100%。2—8周为正试期,日饲喂添加氨基酸的原奶2次。第2—3周每次3.5 L,4—8周每次4.0 L。第3周开始定量供给开食料,自由饮水。在犊牛1、3、5、7、8周龄测定体重、体高、体斜长和胸围,计算体躯指数和体长指数;采集10 mL血液用于获得血清,并检测其氨基酸组成、葡萄糖、尿素氮、胰岛素和胆囊收缩素。采用IBM SPSS Statistics V22.0 统计软件GLM过程进行统计分析,采用LSD法进行多重比较。【结果】混合氨基酸组平均日增重显著低于其余3组(P<0.05)。相对于对照组,各处理组显著提高最终体斜长(P<0.05)。亮氨酸和苯丙氨酸具有降低最终体高的趋势(P<0.10),而苯丙氨酸显著降低最终胸围(P<0.05)。与对照组相比,亮氨酸组和混合氨基酸组显著提高犊牛8周龄体躯指数(P<0.05)。但各组犊牛初始体重、体斜长、体高、胸围、体躯指数、体长指数和最终体重及体躯指数无显著差异(P>0.05)。添加亮氨酸显著提高血清组氨酸、亮氨酸、苏氨酸、甘氨酸和总必需氨基酸的浓度(P<0.05),趋于增加天冬氨酸和总氨酸浓度(P<0.10),但显著降低丙氨酸和甘氨酸浓度(P<0.05)。苯丙氨酸显著提高血清苯丙氨酸、谷氨酸和甘氨酸浓度(P<0.05),对照组因添加丙氨酸调节为等氮日粮,其血清丙氨酸浓度显著高于亮氨酸组与混合氨基酸组(P<0.05)。苯丙氨酸和亮氨酸对血清各种氨基酸浓度无交互效应(P>0.05)。亮氨酸显著提高血清葡萄糖浓度(P<0.05),苯丙氨酸降低血清葡萄糖浓度(P<0.05),且与亮氨酸存在负交互效应(P<0.05)。此外,苯丙氨酸显著提高血清尿素氮含量(P<0.05),但亮氨酸和苯丙氨酸添加对血清中胰岛素及胆囊收缩素浓度无显著影响(P>0.05)。【结论】日粮中添加亮氨酸可提高犊牛血清部分必需氨基酸、葡萄糖浓度、8周龄体躯指数和平均日增重。从以上指标可见,亮氨酸添加效果优于苯丙氨酸,但二者在影响血清葡萄糖浓度方面存在负交互效应。
    鸡原代肝细胞培养及叶酸对脂质代谢相关基因表达的影响
    刘艳利,党燕娜,段玉兰,杨小军
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4205-4211.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.015
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    【目的】腹脂沉积是目前家禽养殖过程中的一个普遍现象。与哺乳动物不同,家禽的脂质代谢主要发生在肝脏,前人很多研究发现叶酸和IGF2均参与调控动物的脂质代谢,因此,试验旨在建立鸡原代肝细胞培养条件,并研究叶酸对鸡原代肝细胞脂质代谢相关基因表达的影响,为体外探究叶酸调控家禽脂质代谢机制提供依据。【方法】采用胶原酶消化配合鸡淋巴细胞分离液纯化法分离得到鸡原代肝细胞,用高碘酸希夫氏染色方法进行肝细胞鉴定;同时分离得到的肝细胞用正常培养基培养36 h后,更换含不同叶酸浓度的培养基(0,1,5,10,15,和20 mg·L-1),每个叶酸浓度6个重复,处理12 h后收集上清液,并收集细胞提取总RNA,用RT-qPCR法检测基因相对表达量,MTT法检测细胞增殖,商业试剂盒方法检测上清液中LDH含量。并分析基因表达之间的相关性以及叶酸剂量与基因表达之间的回归关系。【结果】采用胶原酶消化配合鸡淋巴细胞分离液纯化法可以获得分离效果好且纯度高的鸡肝细胞;不同剂量的叶酸没有影响肝细胞培养液中的LDH活性(P>0.05),也没有对肝细胞的增殖产生影响(P>0.05);与1 mg·L-1剂量的叶酸对照组相比,10、15和20 mg·L-1的叶酸显著降低了肝细胞IGF2以及与脂质合成代谢有关的ACC和FAS基因的表达(P<0.05),但叶酸并没有对鸡肝细胞中与脂质分解代谢有关的CPT1和PPARα基因的表达产生影响(P>0.05);并且鸡肝细胞中ACC和FAS基因的表达与IGF2存在一定的正相关(P<0.05);除此之外,鸡肝细胞IGF2,FAS和ACC的表达与叶酸剂量也存在着线性和二次曲线的回归关系(P<0.05)。【结论】叶酸的添加可降低鸡原代肝细胞中与脂肪酸合成相关基因的表达,并且FAS和ACC基因的表达可能与IGF2具有正相关关系;本试验中叶酸的最适剂量为15 mg·L-1
    研究简报
    普通小麦籽粒过氧化物酶活性全基因组关联分析
    时佳,翟胜男,刘金栋,魏景欣,白璐,高文伟,闻伟锷,何中虎,夏先春,耿洪伟
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4212-4227.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.016
    摘要 ( 21 )   HTML ( 1 )   PDF (1617KB) ( 166 )   收藏
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    【目的】小麦籽粒过氧化物酶(peroxidase,POD)活性对面制品加工品质有重要影响,发掘控制籽粒POD活性重要位点,并筛选其候选基因,为小麦品质的改良奠定基础。【方法】151份黄淮冬麦区和82份北部冬麦区品种(系)为材料,分别利用来自于小麦90 K SNP芯片的18 18918 417高质量SNP标记,对POD活性进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)【结果】供试材料中POD活性表现出广泛的表型变异和多样性,黄淮麦区材料的POD活性变异系数为15.4%—21.8%,遗传力为0.79,北部麦区材料的POD活性变异系数为15.0%—19.9%,遗传力为0.82。相关性分析表明,不同环境之间材料的POD活性表现出显著的相关性,黄淮麦区相关系数为0.46—0.89(P<0.0001),北部麦区相关系数为0.50—0.87(P<0.0001)。多态性信息含量PIC值为0.09—0.38,最小等位基因频率MAF值为0.05—0.5。群体结构分析表明,黄淮麦区与北部麦区2个自然群体结构简单,均可分为3个亚群。GWAS分析结果表明,在黄淮冬麦区材料中共检测到20个与POD活性显著关联的位点(P<0.001),分布在1A2A、2B2D、3A、3B、3D、4A、4B、5A、5B、6A、6D和7A染色体上,单个位点可解释7.8%—13.3%的表型变异。在北部冬麦区材料中共检测到20个与POD活性显著关联(P<0.001)的位点,分布在1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、4B、6A、6B、7A、7B和7D染色体上,单个位点可解释14.4%—23.2%的表型变异。加性回归分析表明,随着优异等位基因数量的增多,小麦籽粒POD活性越高。在发现的所有POD活性相关位点中,2个位点在黄淮麦区和北部麦区材料中均能检测到且稳定遗传,可将其转换为STARPsemi-thermal asymmetric reverse PCR)CAPS标记,以应用于分子标记辅助育种。获得3个与POD活性有关的候选基因,分别编码磷酸甘露糖变位酶(PMM-D1)、辣根过氧化物酶(PER40)和烷基氢过氧化物还原酶(F775_31640)。【结论】黄淮麦区与北部冬麦区2个自然群体遗传多样性丰富,群体结构简单,适用于全基因组关联分析。在2个自然群体中分别发现20个POD活性位点,并在显著相关的位点区域内筛选到3个候选基因。含有越多优异等位变异的材料其POD活性越高
    油菜素内酯对玉米叶片捕光、CO2固定及有机物运输的影响
    藏金萍,赵艾佳,赵亚林,闫青地,冯佳佳,张海丽,王凤茹,董金皋
    中国农业科学. 2017, 50(21):  4228-4234.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.21.017
    摘要 ( 19 )   HTML ( 1 )   PDF (1735KB) ( 112 )   收藏
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    目的】明确油菜素内酯(BR)对玉米光合特性的影响及作用机制,为油菜素内酯在玉米田的高效利用提供理论依据和技术参考。【方法】于玉米8叶期喷施100 nmol·L-1 BR,对其叶片进行叶绿体结构、淀粉粒积累、叶绿素含量、PEPC活性、光合速率、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性的检测与分析。【结果】油菜素内酯处理8叶期玉米15 d后,与对照相比,玉米叶片的净光合速率提高了32.6%,同时,叶绿体中淀粉粒的积累明显变多变大,叶绿素含量高出对照28.57%,以上结果说明BR处理可提高玉米叶片的捕光能力;PEPC是C4植物中催化PEP固定CO2的酶,本研究结果表明BR处理可提高玉米叶片中PEPC的活性,与对照相比,其活性提高了14.52%,这说明BR处理可提高玉米叶片固定CO2的能力;光合产物运输是决定产量的重要因素,通过对玉米叶片疏导组织细胞的超微观察,发现BR处理后韧皮部输导组织的细胞内含物增加;蔗糖是光合产物的主要运输形式,蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成的关键酶,其活性可反映同化物向籽粒运输能力和强度,本研究发现BR处理后SS和SPS的活性分别提高了28.26%和30.20%,上述结果说明BR处理可提高玉米光合产物的输出能力。【结论】油菜素内酯通过提高光合色素含量来提高玉米叶片的光能利用率;通过提高PEP羧化酶活性提高玉米叶片固定CO2的能力;通过提高蔗糖合成酶和蔗糖磷酸酶活性,促进玉米叶片光作用产生的有机物的运输和分配。