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当期目录

    2017年 第50卷 第23期 刊出日期:2017-12-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    "谷子糜子育种"专题导读:十五年区试数据分析展示谷子糜子育种现状
    刁现民,程汝宏
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4469-4474.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.001
    摘要 ( 36 )   HTML ( 1 )   PDF (354KB) ( 115 )   收藏
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    谷子(Setaria italica Beauv.)和糜子(Panicum miliaceum L.)是中国起源的古老粟类作物,在旱作生态可持续农业建设和种植业结构调整中具有重要作用,也是应对未来更加干旱环境的战略储备作物。自2001年到2015年,全国农技中心组织国家谷子糜子区域试验,对这个时期培育的谷子糜子品种的产量、适应性和品质进行综合鉴定,积累这个时期谷子糜子育成品种的产量和农艺性状表现的基础数据。本期《中国农业科学》发表了6篇对过去10—15年谷子糜子育成品种产量和农艺性状表现的分析评价文章,这些文章从整体上梳理了中国华北夏谷区、西北早熟区、西北中晚熟区、东北春谷区和糜子育成品种的产量水平、育种进步的性状和存在问题等,也提出了近期及将来的育种目标。本文是对这6篇文章进行的简评,希望能引导这6篇文章的深入研读。谷子糜子育种的突破有赖于关键性亲本的发现、创制和利用,以及有益产量性状累加育种技术的突破;商品性优质、食味优质、功能性优质专用和中矮秆适合机械化轻简化栽培应成为谷子糜子育种最应关注的重点方向。
    华北夏谷区2001—2015年谷子育种变化
    张婷,师志刚,王根平,高翔,夏雪岩,杨伟红,张喜瑞,田晓建,程汝宏,刁现民
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4475-4485.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.002
    摘要 ( 22 )   HTML ( 3 )   PDF (1222KB) ( 115 )   收藏
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    【目的】对华北夏谷区近15年谷子区域试验数据进行分析,探讨谷子育种变化趋势,为谷子品种改良提供参考。【方法】利用2001—2015年华北夏谷区参试品种的主要农艺性状数据,研究其变化规律;以通过鉴定的51个育成品种为材料进行分析,并与15年间华北地区谷子生长季6—9月份气候因素进行相关分析,梳理通过鉴定的51个品种的类型。【结果】2001—2015年华北夏谷区区域试验参试品种各农艺性状在年度间变异较大,随着年份的推移,产量、生育期、株高、穗长、单穗重和穗粒重持续增加,千粒重基本不变,公顷穗数略有下降。51个通过鉴定品种的整体变化趋势与所有参试品种的变化趋势基本一致。51个通过鉴定品种间产量、生育期、株高、穗长、千粒重和公顷穗数差异极显著,单穗重、穗粒重和出谷率差异不显著。华北夏谷区谷子生育期气候趋向于暖湿的变化趋势。通过鉴定的品种产量和生育期、单穗重、穗粒重呈极显著正相关,与最低温、降水量呈极显著负相关。最低温、最高温、降水量、生育期、穗粒重、出谷率决定谷子产量85.17%的变异。对产量贡献较大且为负效应的是最低温,为正效应的是最高温。近几年谷子育种水平有所提高,品种类型较丰富多样,抗除草剂品种和优质米类型逐渐增多,反映了轻简栽培和优质是目前的主要育种方向。但是以冀谷19、豫谷1、冀谷25等3个主干品种为亲本来源的品种数为26个,占杂交选育品种的57.8%,育成品种亲本范围相对较窄的问题越来越严重。【结论】2001—2015年华北夏谷区区域试验育成品种产量有所提高,品种类型较丰富多样,育种水平取得一定的进步。然而,造成产量显著差异的原因主要取决于气候因素,而且品种培育的亲本选择狭窄可能是育种突破的关键瓶颈。在今后的育种过程中,要从亲本创制和选择着手,丰富亲本类型;提高品种穗粒重和出谷率,以适应气候变化,提高夏谷产量。
    2005—2015年西北春谷中晚熟区谷子育成品种评价
    张艾英,郭二虎,刁现民,范惠萍,李瑜辉,王丽霞,郭红亮,程丽萍,吴引生
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4486-4495.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.003
    摘要 ( 30 )   HTML ( 1 )   PDF (512KB) ( 84 )   收藏
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    【目的】对11年来西北春谷中晚熟区育成的谷子品种产量、农艺性状、抗逆性及品质性状综合分析,为西北春谷中晚熟区谷子新品种选育、推广及资源利用提供理论参考。【方法】基于2005—2015年国家谷子品种区域试验西北春谷中晚熟区数据,对参试品种及通过鉴定品种的产量、主要农艺性状进行比较与分析。并对通过鉴定的30个品种抗逆性、品质进行分析。【结果】2005—2015年参试品种及通过鉴定品种的产量有逐年增加的趋势。参试品种和通过鉴定品种的农艺性状在年度间存在一定的变异,参试品种的株高、单穗重、穗粒重、出谷率有逐年增加的趋势,生育期有缩短的趋势;通过鉴定的30个品种和对照相比,生育期、株高有降低趋势,株高变幅为105—165 cm;穗长在17—27 cm,70%的品种分布在19—23 cm;单穗重变幅为15—25 g,80%品种为18—22 g;穗粒重为12—20 g;出谷率分布在74%—84%,80%的品种在75%—80%;千粒重变异范围较大,分布在2.5—3.4 g,有9个品种的千粒重超过对照,公顷穗数分布在33万—43万。对通过鉴定品种农艺性状与产量的相关分析表明,产量与单穗重、穗粒重和公顷穗数呈显著正相关,与生育期呈负相关。鉴定品种总体抗性有提高的趋势,其中抗倒性明显优于对照,红叶病和白发病为主要病害,谷锈病、谷瘟病、纹枯病、蛀茎率也有不同程度地发生。穗松紧度多为中等偏紧类型,熟相中等偏好为主。品质上,通过鉴定品种的米色全为黄色,优质米的粗蛋白、粗脂肪含量及胶稠度偏低,赖氨酸含量相对较高。鉴定品种中包括了糯质、高蛋白、高脂肪及粮草兼用、抗除草剂、优质米等多种类型,丰富了品种类型。【结论】西北春谷晚熟区谷子品种的选育取得了一定的进步,所育品种在数量、多样性、产量、品质等方面有了一定的提高,但没有取得大的突破。在育种方法上比较单一,多采取简单杂交、系选的方法,应根据育种目标要求,开展材料创新,融合回交、复交、理化诱变等多种方法,并结合分子育种新技术,提高育种水平。在育种目标上,重点培育品质优良、矮秆抗倒、生育期略短、适合机械化收获的品种,培育多种类型的抗除草剂品种,满足谷子规模化生产的需求。
    西北春谷早熟区谷子品种十五年变化趋势及主要性状分析
    张艾英,刁现民,郭二虎,范惠萍,王丽霞,李瑜辉,程丽萍,吴引生,张莉
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4496-4506.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.004
    摘要 ( 43 )   HTML ( 1 )   PDF (1652KB) ( 113 )   收藏
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    【目的】通过对过去15年西北春谷早熟区区试谷子品种的产量及农艺性状进行综合分析,明晰了该区15年来谷子育种进展,并提出今后的发展方向,为该区新品种选育及产业发展提供理论指导。【方法】基于2001—2015年国家区域试验西北春谷早熟区的数据,对参试品种及通过鉴定品种的主要农艺性状、产量性状进行比较与分析,同时对通过鉴定的18个品种进行了抗逆性分析。【结果】2001—2015年西北春播早熟区共有85个新品系参加国家区试,12个常规品种和6个杂交种达到新品种鉴定标准通过鉴定,新育成品种比对照增产10%以上的品种有3个,其中,常规品种1个为大同32,杂交种2个分别为张杂谷1号和张杂谷15号。参试品种和通过鉴定品种的产量平均数在年度间表现了较大差异,但总体趋势表现为产量潜力水平的提高。参试品种穗长和千粒重年度间差异不显著,穗长基本稳定在23—27 cm,千粒重稳定在3—3.4 g,但参试品种的株高、单穗重、穗粒重年度间差异大,株高、单穗重、单穗粒重随年份有增加的趋势。通过鉴定的18个品种有13个生育期长于对照,5个短于对照,同时伴随着株高的增加,单穗重和穗粒重的提升,说明新育成品种生育期的延长和单株产量性状的提升。多元回归分析表明,生育期、株高、单穗重、穗粒重和出谷率决定了产量81.43%的变异,产量与穗粒重和单穗重呈显著正相关,穗粒重与株高、单穗重呈显著正相关。对通过鉴定品种的抗逆性分析表明,这15年该区主要病害有红叶病和白发病,不同年份间不同品种都有一定发生,通过鉴定品种的抗倒性、抗旱性呈现下降趋势。【结论】2001—2015年春谷早熟区选育的品种产量有增加的趋势。影响产量的主要因素为单穗重和穗粒重,其次为株高、生育期,育种中应注意提高品种的综合性和各性状之间的协调性。生育期延长、株高增加、抗倒性降低等因素直接影响到早熟区品种产量的突破,同时也不利于谷子机械化生产的发展。早熟区品种选育应以中矮秆、抗倒性强、结实率高、品质优、适合机械化收获为发展方向。
    东北春谷区近年来谷子育成品种的评价
    李志江,马金丰,李延东,李祥羽,刁现民,张婷
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4507-4516.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.005
    摘要 ( 19 )   HTML ( 1 )   PDF (977KB) ( 93 )   收藏
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    【目的】通过对11年来东北春谷区育成的谷子品种产量、农艺性状进行相关分析,为东北春谷区谷子新品种选育、推广、资源利用和育种方向提供理论指导。【方法】基于2005—2015年国家谷子品种区域试验东北春谷区生育期、株高、单穗重、穗粒重、出谷率、千粒重、产量等农艺性状数据,结合东北春谷区生态区域类型特点,研究参试品种的农艺性状变化规律,对参试品种及通过鉴定品种的产量、主要农艺性状用DPS软件进行比较与分析。【结果】2005—2015年参试品种共有60个,按照全国农业技术推广中心的谷子品种鉴定标准,11年间通过鉴定的品种18个。参加区试的品种和通过鉴定品种的农艺性状平均值在年度间存在一定的变异,受气候条件因素影响较大,2010年通过鉴定的品种的产量较2005年增产4.6%,2015年通过鉴定的品种产量分别较2005年和2010年的品种增产12.62%和7.66%,总体来看育成品种表现出产量逐步增加的趋势。育成品种的产量增产幅度因品种类型不同而有一定的差异,单就产量而言,11年间九谷23、九谷14和龙谷31增产幅度超过10%,是增产幅度较大的品种。通过对18个鉴定品种农艺性状与产量进行相关和多元逐步回归分析表明,产量与单穗重、穗粒重呈极显著正相关;生育期、株高、单穗重、出谷率、千粒重和公顷穗数决定了产量90.98%的变异。过去11年东北春谷区利用夏谷血缘育成的品种九谷23,表现较突出,且株高约115 cm,株高显著低于其他品种,代表着东北春谷区育种的整体方向。【结论】东北春谷区谷子品种的选育取得了一定的进步,2005—2015年参试品种及通过鉴定品种的产量有逐年增加的趋势。单穗重和穗粒重对产量影响最大,同时农艺性状受品种特性、气候、栽培条件等多种因素影响,因此,育种中应在注重单穗重和穗粒重的同时,兼顾株高、生育期、抗性等其他因素对产量的影响,特别是应该降低株高和缩短穗颈长,使新培育的品种适应机械化轻简栽培,并继续加大抗除草剂品种和优质品种的培育,满足中国种植业结构调整和人们膳食结构改善对轻简栽培和优质品种的追求。
    基于国家品种区域试验数据的中国糜子品种产量和性状变化
    杨璞,Rabia Begum Panhwar,李境,高金锋,高小丽,王鹏科,冯佰利
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4517-4529.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.006
    摘要 ( 31 )   HTML ( 1 )   PDF (1242KB) ( 83 )   收藏
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    【目的】整理分析近17年间全国糜子品种区域试验参试品种的产量和农艺性状变化,探讨中国糜子品种改良进展和育种水平变化,为未来中国糜子的遗传改良提供依据。【方法】利用多元回归、相关分析和聚类分析等方法,分析1998—2014年国家糜子品种区域试验参试品种不同年份主要性状的变异,比较主要育种单位选育糜子品种性状的差异。【结果】1998—2014年糜子参试品种性状变异显著。随年份推进,粳性糜子品种产量和单株粒重以及糯性糜子品种产量、单株粒重和穗长持续增加。17年间粳性和糯性糜子产量分别增加了50%和21%,单株粒重分别增加了90%和7%,穗长分别增加了19%和29%,生育期长度、株高、主茎节数量和千粒重等性状变化不明显。来自黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃和宁夏等9个糜子主产省(区)的17家育种单位提供了65个糜子区域试验品种,其中7家同时提供了粳性和糯性糜子品种,2家只提供了粳性糜子品种,8家只提供糯性糜子品种。来自内蒙古、甘肃和宁夏的3家育种单位贡献了参试品种的55.4%。近6年来自这3家单位的品种产量表现优异,是中国糜子育种的中坚力量。多元回归分析表明,粳性糜子的生育期长度、主茎节数量和单株粒重决定了产量82.8%的变异,糯性糜子的主茎节数量和单株粒重决定了产量78.6%的变异。相关性分析表明,粳性和糯性糜子的主穗长和单株粒重均与单株产量显著正相关,而其他性状间相关性在粳性和糯性糜子中均有所不同。聚类分析结果表明,粳性糜子育成品种分为2类,糯性糜子育成品种分为3类。【结论】1998—2014年,国家区试中粳性和糯性糜子参试品种产量稳步增加,表明中国糜子育种水平有了一定提高。但育种手段相对单一,育种方法多样性程度较低。糜子区试对产量相关性状和品质性状的关注不够,培育高产、优质、适口性好、蒸煮品质优良、抗性淀粉含量高、耐落粒、适合机械化的糜子品种是未来糜子育种的发展方向。强化杂交、远缘杂交、诱变育种、双单倍体以及多倍体育种等传统技术的应用,充分利用基因组学和分子育种学研究方法,加强传统育种技术与现代生物技术结合,是系统提升糜子育种技术水平的重要途径。
    糜子育成品种农艺、产量及品质性状综合鉴定与评价
    杨清华,邱军,李海,杨天育,程炳文,赵敏,刘国庆,高小丽,冯佰利
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4530-4544.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.007
    摘要 ( 41 )   HTML ( 1 )   PDF (834KB) ( 95 )   收藏
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    【目的】对近年育成糜子品种农艺性状、产量性状及品质性状进行综合评价,比较粳性和糯性糜子间的差异,分析糜子品种改良工作存在问题并提出解决方案,为中国糜子育种及产业发展提供参考。【方法】以近年育成的22个粳性糜子品种和18个糯性糜子品种为材料。田间考种获取农艺性状(生育期、株高、节数、粒色、花序色和穗形)和产量性状(千粒重、穗粒重和主穗)。室内通过正丁醇提取法测定黄色素含量、索氏抽提法测定粗脂肪含量、双波长法测定直链淀粉和支链淀粉含量、凯氏定氮法测定蛋白质含量。【结果】粳性糜子品种平均产量为3 465.5 kg·hm-2,变幅为2 976.0—3 915.0 kg·hm-2;糯性糜子品种平均产量为3 163.4 kg·hm-2,变幅为2 575.5—4 002.0 kg·hm-2。农艺性状相关性分析表明,糜子产量与生育期、千粒重、主穗长、穗粒重之间的相关系数均达到显著水平。数据分析表明,育成品种在生育期、株高、节数、千粒重、穗粒重、主穗长、产量等方面变幅较小。粳性糜子品种黄色素含量平均为2.7 mg·kg-1,变幅为1.7—3.3 mg·kg-1;糯性糜子品种黄色素含量平均为2.4 mg·kg-1,变幅为2.1—2.9 mg·kg-1。粳性糜子品种粗脂肪含量平均为3.6%,变幅为1.7%—5.6%;糯性糜子品种粗脂肪含量平均为4.1%,变幅为2.7%—5.5%。粳糯糜子之间黄色素含量和粗脂肪含量差异性不显著。粳性糜子品种直链淀粉含量平均为32.22%,变幅为11.31%—38.67%;支链淀粉含量平均为35.01%,变幅为21.43%—64.02%;总淀粉含量平均为67.23%,变幅为58.59%—77.87%;直链淀粉、支链淀粉含量比值平均为1.00,变幅为0.18—1.73。糯性糜子品种直链淀粉含量平均为3.69%,变幅为2.24%—5.55%;支链淀粉含量平均为57.37%,变幅为49.40%—68.01%;总淀粉含量平均为61.06%,变幅为54.18%—72.11%;直链淀粉、支链淀粉含量比值平均为0.07,变幅为0.05—0.11。其中,陇糜5号和陇糜8号直链淀粉含量较高,宁糜17号和榆糜2号直链淀粉含量适中,晋黍9号和雁黍7号直链淀粉含量较低。粳性糜子籽粒蛋白质含量平均为11.13%,变幅为9.64%—13.26%;糯性糜子籽粒蛋白质含量平均为13.72%,变幅为12.10%—15.72%,糯性糜子籽粒蛋白质含量显著高于粳性糜子。【结论】近年育成的糜子品种在多种农艺及产量性状中变幅较小,品种类型相对单一,不能满足生产和市场对糜子品种多元化需求。针对产业发展和市场需求,挖掘、利用和创新优异糜子资源,将常规育种与分子育种新技术结合,开展多元化、多目标育种,培育性状优良、抗性强、适应性广、产量高、品质优良的糜子新品种是糜子品种改良的方向。
    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    赤霉素对根瘤菌运移、定殖及苜蓿幼苗生长的影响
    苗阳阳,师尚礼,康文娟
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4545-4557.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.008
    摘要 ( 25 )   HTML ( 1 )   PDF (408KB) ( 88 )   收藏
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    【目的】研究赤霉素对荧光标记根瘤菌运移和定殖的动态及接种对甘农5号紫花苜蓿(Medicago sativa L. Gannong No.5)幼苗生长的影响,为增强根瘤菌向苜蓿体内尤其向繁殖器官转移并定殖的能力,促进苜蓿种植业发展提供理论依据和技术支持。【方法】分别向Ensifer meliloti LZgn5f(gn5f)和Ensifer meliloti 12531f(12531f)两种根瘤菌液内添加0.5、1、10和100 mg·L-1赤霉素,测定第1、3、5、7和9天两种根瘤菌OD600吸光度值,同时将添加不同赤霉素的菌液分别浇灌于幼苗根部,于接种后第15、30、45和60天检测根瘤菌在根和地上各组织内运移和定殖及对苜蓿幼苗生长的情况。【结果】添加10 mg·L-1赤霉素稍可促进12531f生长,但效果并不明显;而1 mg·L-1赤霉素对gn5f生长初期效果较好,但随着时间的延长则无明显作用。10 mg·L-1赤霉素促进12531f运移并定殖到下部茎、上部茎和上部叶内,1 mg·L-1赤霉素促进gn5f运移并定殖到下部茎和下部叶内,以无菌水为对照的各组织内未检测到两种荧光标记根瘤菌。单独接种12531f和gn5f,均促进了叶绿素的形成,而添加赤霉素后接种均抑制了叶绿素的形成,但12531f添加10 mg·L-1赤霉素、gn5f添加1 mg·L-1赤霉素接种可使幼苗单株结瘤数、单株根瘤重、单株叶片数、株高、根长、地上干重和根干重则均达最高。其中12531f添加10 mg·L-1赤霉素接种后苜蓿单株结瘤数分别高出对照和单独接菌处理75.71%和11.82%,但差异不显著(P>0.05);单株根瘤重分别高出对照和单独接菌处理1 136.11%和55.05%,差异显著(P<0.05);单株叶片数分别高出对照和单独接菌处理113.94%和78.28%,差异显著(P<0.05);株高分别高出对照和单独接菌处理83.33%和50.24%,差异显著(P<0.05);根长分别高出对照和单独接菌处理115.28%和29.17%,差异显著(P<0.05);地上干重分别高出对照和单独接菌处理214.27%和206.43%,差异显著(P<0.05);根干重分别高出对照和单独接菌处理1 156.19%和1 049.53%,差异显著(P<0.05)。gn5f添加1 mg·L-1赤霉素接种后苜蓿单株结瘤数分别高出对照和单独接菌处理82.86%和4.07%,但差异不显著(P>0.05);单株根瘤重分别高出对照和单独接菌处理697.22%和105.00%,差异显著(P<0.05);单株叶片数分别高出对照和单独接菌处理32.12%和19.13%,株高分别高出对照和单独接菌处理95.24%和37.82%,根长分别高出对照和单独接菌处理76.39%和5.83%,但各处理间均无显著差异(P>0.05);地上干重分别高出对照和单独接菌处理125.98%和121.80%,差异显著(P<0.05);根干重分别高出对照和单独接菌处理864.43%和762.21%,差异显著(P<0.05)。【结论】分别添加10 mg·L-1和1 mg·L-1赤霉素后利于12531f和gn5f在苜蓿体内的运移和定殖并对结瘤、叶片生长、株高、根长、生物量均有促进作用,表明适宜赤霉素浓度可作为促进目标根瘤菌运移和定殖的方法,进而促进植株生长。
    山地丘陵区耕作田块修筑工程设计参数及田块特征 ——以重庆为例
    钟守琴,刘涓,刘卫平,魏朝富
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4558-4574.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.009
    摘要 ( 28 )   HTML ( 1 )   PDF (3285KB) ( 84 )   收藏
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    【目的】在山地丘陵区,耕作田块修筑工程的参数设计对该区域农业机械化、规模化及产业化发展起着决定性作用。但过去的研究主要集中在工程前后田块特征及土壤特性上,缺乏对其最基本工程设计参数的研究。因此,明确山地丘陵区耕作田块修筑工程参数设计的技术要点对该区域耕地资源的可持续发展有着非常重要的实践指导意义。【方法】以重庆山地丘陵区2010—2015年间实施的28个耕作田块修筑工程区为研究对象,通过开展实地调研,对山地丘陵区耕作田块修筑工程设计参数及其对耕作田块特征的影响进行了研究。【结果】(1)选址方法:地形坡度在25°以上的区域为禁止建设区,地形坡度在25°以下的区域为有条件建设区,其中,15°以下的区域为重点建设区。在地形坡度<6°且集中连片面积在3.33 hm2(50 mu)以上的区域(类型区A)重点布设条田与缓坡地;在扣除类型区A的基础上,地形坡度<15°且集中连片面积在3.33 hm2(50 mu)以上的过渡区域(类型区B),条田、梯田、梯地及缓坡地均可布设;在扣除类型区A和B的基础上,地形坡度<25°且集中连片面积在3.33 hm2(50 mu)以上的区域(类型区C)主要布设梯田与梯地。(2)工程设计参数:条田、梯田、梯地及缓坡地的田块长度宜分别设置为50—200、50—200、30—200及50—300 m;田块宽度宜分别设置为30—100、10—30、5—20及50—100 m;条田与梯田的田面坡度均为0°,梯地与缓坡地的田面坡度宜分别小于10°与6°;条田及缓坡地的田坎一般均可采用夯砌土坎,但如果其土壤特性不能够满足工程施工要求时,亦可采用条石或块石为主材进行修筑。而梯田与梯地则可分别采用浆砌条石与干砌条石,但如果区域内条石匮乏,其运输成本较高的情况下,以满足工程稳定性为前提,亦可采用浆砌块石或夯砌土坎。(3)对田块特征的影响:耕作田块修筑工程打破了原有田坎,将原本分散、细小及不规整的田块进行合并与再规划,最终组合形成面积较大的、形状规整的、分布相对集中的耕作田块。耕作田块修筑工程实施后,田块平均规模从0.23 hm2提升为0.63 hm2,提升了1.79倍;田块形状指数从18.02降低为10.22,降低了7.80;田块密度从7.09个/hm2降低为3.35个/hm2,降低了3.74个/hm2;田块面积的Moran’s I指数从0.1937提升到0.3501,提升了0.1564。【结论】依据地形坡度与最小耕作田块修筑单元,可将山地丘陵区耕作田块修筑工程建设为条田、梯田、梯地及缓坡地4种类型,能够显著地改善山地丘陵区耕地破碎化现状,有效地促进该区域农业机械化、规模化及产业化发展,其工程设计除依据考虑地形、水文及土壤特性外,更应注重就地取材,降低建造成本。
    植物保护
    水稻叶鞘原生质体转化体系的构建及Pik-H4和AvrPik-H4蛋白的瞬时表达
    刘维,刘浩,董双玉,古丰玮,陈志强,王加峰,王慧
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4575-4584.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.010
    摘要 ( 23 )   HTML ( 1 )   PDF (2336KB) ( 131 )   收藏
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    【目的】探索水稻叶鞘原生质体最佳游离时间以及转化时间,提高瞬时表达效率,在蛋白水平对目的基因进行检测且大批量表达。探索该系统表达抗稻瘟病蛋白Pik1-H4、Pik2-H4及无毒蛋白AvrPik-H4的可行性,对目的基因的功能进行分析。【方法】以高抗稻瘟病品种H4及对照品种中二软占作为试验材料,利用1/2 MS培养基种植水稻幼苗25℃恒温培养7—10 d。利用纤维素酶及离析酶对水稻叶鞘进行酶解,血球计数板分别统计游离1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12 h的细胞数目获得最佳的酶解时间。将目标基因Pik1-H4、Pik2-H4AvrPik-H4分别与GFP融合,构建瞬时表达载体,利用PEG介导转入水稻叶鞘原生质体。设置转化10、12、14、16、18、20、22和24 h,分别提取细胞总RNA,UBQ管家基因为对照,设计GFP特异性扩增引物,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测GFP的相对表达量,探索最佳的转化时间。通过激光共聚焦扫描显微镜对目标基因进行亚细胞定位观察,推测基因功能。提取细胞总蛋白,以Anti-GFP为一抗用Western blot对目标蛋白表达进行验证。【结果】相对室温土壤栽培,营养丰富且均衡的1/2 MS培养基恒温种植的水稻幼苗质量更优质,活力更高。游离时间的长短对游离效率影响较大,游离的最佳时间为4—6 h,在3—4 h细胞游离数目增长速度最快,4—6 h细胞数量趋于平稳,6 h以后细胞总量呈现下降趋势,特别是7 h以后,显微下细胞碎片增多,细胞死亡速度加快。检测GFP的相对表达量,获得最佳转化时间为14—16 h,16 h达到最高值,之后逐渐下降。随着时间的推移,荧光显微镜下观察到GFP蛋白发出的荧光逐渐淬灭。亚细胞定位观察发现AvrPik-H4蛋白主要被定位于水稻细胞膜上,初步推测是一种膜蛋白,通过某种形式运输到宿主细胞作为激发子触发一系列反应。Pik-H4是高效广谱抗稻瘟病基因,分为Pik1-H4Pik2-H4两个部分,Pik1-H4主要定位在内质网,Pik2-H4主要定位在质体,从定位结果初步推定Pik1-H4可能主要参与AvrPik-H4蛋白的识别反应,Pik2-H4主要起到调控下游抗病的作用。Western blot结果显示目标蛋白表达成功,分子大小正确。Pik1-H4和AvrPik-H4的表达量高于Pik2-H4,说明分子量的大小不是影响转化效率的关键因素。【结论】水稻叶鞘原生质体瞬时表达系统具有高效快速的特点,通过对游离及转化时间的探索为水稻瞬时表达体系的广泛实践应用提供参考。目标基因的成功表达为Pik-H4与无毒蛋白互作机制的研究提供了有价值的理论依据。
    两种方法测定绿盲蝽气味结合蛋白AlucOBP21 配体结合特性的结果比较
    刘航玮,张强,耿亭,董昆,安兴奎,王琪,张永军,郭予元
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4585-4592.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.011
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    【目的】比较荧光竞争结合试验(fluorescence competitive binding assay)和微量热涌动(microscale thermophoresis,MST)技术在研究绿盲蝽(Apolygus lucorum)气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs) AlucOBP21配体结合特性上的差异,探索一种新的测定昆虫OBPs结合功能的方法。【方法】提取绿盲蝽雌、雄成虫触角总RNA并进行反转录,获得绿盲蝽成虫触角cDNA。采用特异性克隆引物,以绿盲蝽成虫触角cDNA为模板进行PCR扩增,构建pET32a/AlucOBP21重组质粒。将重组质粒转化至BL21(DE3)感受态细胞进行原核表达,获得含表达标签的重组AlucOBP21蛋白。通过高亲和Ni-NTA纯化介质对重组粗蛋白进行纯化,采用重组肠激酶切掉His-tag标签,最终获得无表达标签的重组AlucOBP21蛋白。利用荧光竞争结合试验,以1-N-phenylnaphthylamine(1-NPN)为荧光探针研究重组AlucOBP21蛋白与候选配体的结合特性,其中1-NPN和气味标样均溶解在质谱纯级的甲醇中。同时,利用MST技术解析重组AlucOBP21蛋白与候选配体的结合特性,候选配体标样溶解在二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)溶液中。候选配体化合物包括8种潜在的盲蝽性信息素及性信息素类似物、12种植物绿叶挥发物和绿盲蝽驱避剂主要组分二甲基二硫醚等。【结果】重组AlucOBP21蛋白在上清液和包涵体均能够表达,最终选择上清组分进行目标蛋白纯化,利用重组肠激酶在22℃切除His-tag标签得到无标签的重组AlucOBP21蛋白。荧光竞争结合试验结果显示,重组AlucOBP21与荧光探针1-NPN的解离常数为(6.88±0.31)μmol·L-1AlucOBP21能够与β-紫罗兰酮和β-石竹烯结合,解离常数分别为(13.74±1.93)和(13.24±2.12)μmol·L-1,而其他候选配体均不能与重组AlucOBP21有效结合。MST测试结果显示,AlucOBP21可以与β-石竹烯、β-紫罗兰酮、β-蒎烯和柠檬烯有效结合,解离常数分别为(0.20±0.02)、(0.05±0.01)、(0.70±0.04)和(0.40±0.06)μmol·L-1。其余候选配体化合物与AlucOBP21的热涌动不能随配体浓度变化而表现有规律的变化,故这些气味化合物不能与AlucOBP21发生结合作用。【结论】MST检测与荧光竞争结合试验相比,MST所得配体结合谱更广,不会遗漏一些结合力较弱的气味配体。
    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    黄壤性水稻土有机碳及其组分对长期施肥的响应及其演变
    王小利,郭振,段建军,周志刚,刘彦伶,张雅蓉
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4593-4601.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.012
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    【目的】不同保护机制的有机碳由于稳定性的差异,表现出不同的肥力效应和生物有效性。研究贵州省主要水稻土类型黄壤性水稻土有机碳组分对长期施肥的响应及其演变,为区域稻田土壤固碳潜力评估和地力提升技术筛选提供科学依据。【方法】依托贵州省黄壤性水稻土长期施肥定位试验(始于1995年),采集2006—2014年间5个偶数年份不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、低量有机肥无机肥配施(0.5MNPK)和常量有机肥无机肥配施(MNPK)5个处理的土样,采用Stewart物理-化学联合分组法和碳氮分析仪,测定土壤总有机碳及未保护(即游离活性)、物理保护、化学保护和生物化学保护4个有机碳组分的含量,并采用线性回归法分析其演变特征。【结果】与不施肥(CK)及单施化肥(NPK)处理相比,施用有机肥(M、0.5MNPK和MNPK)显著增加了土壤游离活性、物理保护、化学保护有机碳含量(P< 0.05 ),总有机碳提升15%—39%,其中以常量有机无机配施(MNPK)的提升幅度最高。拟合分析发现,2006—2014年间,4个施肥处理的土壤有机碳及其组分含量随时间均呈增加趋势,除生物化学保护有机碳外,其余组分有机碳有机肥处理的线性增加趋势比单施化肥(NPK)处理更为明显,不施肥处理随时间无明显变化。施用有机肥(M、0.5MNPK和MNPK)处理的土壤游离活性、物理保护、化学保护有机碳含量的年均增加速率和增幅均高于不施肥(CK)及单施化肥(NPK)处理,总有机碳的年均增加速率分别为不施肥(CK)及单施化肥(NPK)处理的3.5—3.7倍和1.5—1.6倍。游离活性有机碳占总有机碳的比例(58%—63%)是其他组分的3—14倍。【结论】未保护游离活性有机碳是土壤总有机碳的最大部分,且对施肥响应最敏感。常量有机无机肥配施是提升土壤有机碳储量的最有效模式。
    稻草覆盖和香根草篱对红壤坡耕地土壤酶活性和微生物群落结构的影响
    成艳红,黄欠如,武琳,黄尚书,钟义军,孙永明,张昆,章新亮
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4602-4612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.013
    摘要 ( 15 )   HTML ( 1 )   PDF (740KB) ( 112 )   收藏
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    【目的】明确不同生物水土保护措施下土壤有机碳与土壤微生物种类及功能间的关系。【方法】依托始于2009水土保护年的红壤坡地不同生物水土保护措施的水土保护效果野外试验,利用磷脂脂肪酸方法(PLFA),研究花生等高种植(CK)、香根草篱+花生(H)、稻草覆盖+花生(M)和稻草覆盖+香根草篱+花生(HM)对土壤微生物量和组成以及参与碳循环土壤酶活性、土壤有机碳、活性有机碳的影响。【结果】与CK相比,H、M和HM 3种水土保护措施土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物量碳(MBC)和微生物熵含量均有增加,香根草篱是增加土壤MBC和微生物熵的主要影响因素。参与碳循环的蔗糖酶(INV)、纤维素酶(CEL)、β-葡糖苷酶(β-Glu)以及微生物量碳酶强度均受到香根草篱的显著影响。PLFA分析表明,与CK相比,H、M和HM显著增加了土壤PLFAs 总量(TB)、细菌(B)和放线菌(ACT)的数量,降低了革兰氏阴性菌(GN)/革兰氏阳性菌(GP)比例,尤以HM处理减少幅度最大。主成分分析表明,H和M处理土壤微生物群落结构相近,与CK差别较大。冗余分析(RDA)表明,土壤TOC、MBC与参与碳循环CEL、INV、β-Glu酶的活性均是影响土壤微生物数量和结构的主要因子。【结论】稻草覆盖和香根草篱对红壤坡耕地土壤参与碳循环的酶活性、微生物数量和群落结构有不同影响。
    园艺
    基于SNP标记桃抗蚜性状的基因定位
    张南南,鲁振华,崔国朝,潘磊,曾文芳,牛良,王志强
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4613-4621.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.014
    摘要 ( 35 )   HTML ( 1 )   PDF (1441KB) ( 100 )   收藏
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    【目的】挖掘与桃抗蚜性状紧密连锁的SNP位点及候选基因,为桃抗性分子标记辅助选择育种奠定基础,并为进一步揭示桃抗蚜性状的遗传基础和分子机制提供依据。【方法】以来源于‘粉寿星’的抗蚜桃‘01-77-3’为母本,栽培品种‘中油桃13号’为父本,杂交获得F1代分离群体进行基因定位。以‘96-5-1’(抗蚜)为母本,‘10-7’(感蚜)为父本杂交获得F1分离群体作为验证定位位点准确性的材料。参考桃基因组序列(Prunus persica Genome v2.0.a1)开发基于Sanger测序的SNP标记,在亲本(‘01-77-3’‘中油桃13号’)及各4个子代中PCR扩增后进行Sanger测序,获得候选SNP后,扩大群体验证,实现对抗性基因的初步定位。对亲本(‘01-77-3’‘中油桃13号’‘96-5-1’‘10-7’)进行覆盖度约为70×的全基因组深度测序,并基于重测序数据,在初定位区间内开发基于Sanger测序与HRM分析的SNP标记,筛选多态性标记,对‘01-77-3’ב中油桃13号’杂交后代141株实生苗进行基因分型,以获得与桃抗蚜型基因紧密连锁的分子标记。通过双亲(‘96-5-1’‘10-7’)表型与基因型一致,在精细定位区间内开发与桃抗蚜性状紧密连锁的InDel位点,以验证InDel标记与抗蚜表型是否连锁。最后,参考桃基因组分析定位区间的候选基因。【结果】通过人工接种观察蚜虫对桃F1后代单株新梢危害表明,抗蚜与感蚜比例接近1﹕1(P值为0.556;χ2为0.348),符合孟德尔遗传规律。基于Sanger测序结果,初步将抗蚜基因定位在桃基因组Pp01_38011783与Pp01_47231340之间,物理距离约为9.22 Mb。亲本全基因组深度测序分别产生Clean data 17.109 Gb,平均覆盖度为75.19×,在Pp01初定位区间内开发基于HRM与Sanger测序的SNP标记共29对,筛选后得到11对紧密连锁的标记。基因分型结果表明,与桃抗蚜基因紧密连锁的标记位于桃基因组Pp01的45.66 Mb和46.12 Mb处,Pp01_45.66处等位基因为T和C,Pp01_46.12处等位基因为G和C,遗传距离分别为1.4 cM、2.1 cM;与抗蚜基因完全连锁的标记SNP_Pp01_45712702,位于桃基因组Pp01_45.71处,等位基因为G和T。基于亲本(‘96-5-1’‘10-7’)重测序数据,在精细定位区间内开发紧密连锁的InDel标记KYYZ_Pp01_45799758,位于Pp01_45.79处。对验证群体92个单株进行PCR扩增,经聚丙烯酰胺凝胶电泳检测表明,仅1个单株基因型与表型不符,分子鉴定准确率为98.91%。【结论】利用亲本深度测序与SNP标记技术相结合的方法,精细定位了控制桃抗蚜性状的基因,将抗蚜基因缩小到物理区间460 Kb内,共包含56个转录本,包括52个候选基因。
    不同基质培养料理化性状及其对双孢蘑菇农艺性状与产量的影响
    张昊琳,陈青君,张国庆,秦勇,高晓静,秦改娟,武芯蕊
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4622-4631.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.015
    摘要 ( 22 )   HTML ( 1 )   PDF (405KB) ( 92 )   收藏
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    目的】为双孢蘑菇培养料配方的优化、利用与创新提供理论依据和技术支持。【方法】本研究以4组不同配方(全麦草、麦草混合稻草、麦草混合玉米秸秆和麦草混合菇渣)培养料为试材,采用二次发酵技术进行隧道式发酵,在温度、湿度、通风等可控的菇房进行双孢蘑菇栽培,并按照工厂化栽培工艺进行菇房管理,栽培菌种为SylvenA15。在堆肥和蘑菇栽培的不同时期对培养料进行取样,测定其含水量、pH、电导率、含碳量、灰分含量、含氮量、C/N比等7项理化指标并利用多元回归分析探索各指标与产量间的相关性,同时参照UPOV测定并分析各潮双孢蘑菇子实体的菌盖直径、菌盖厚度、单菇重量、硬度等农艺性状。【结果】从发酵期至出菇期,4个配方培养料的含水量、pH均呈下降趋势,二次发酵结束时4个配方的培养料含水量都达到70%,全麦草配方培养料在二次发酵结束时pH为9.02,显著高于其他配方。在二次发酵结束后电导率均为上升趋势,麦草混合菇渣配方培养料的电导率值在建堆期显著高于其他配方,而一次发酵结束时其电导率显著低于其他配方。灰分含量呈现上升趋势,在二次发酵结束时,全麦草配方的灰分含量显著低于其他3个配方。含碳量的变化呈下降趋势,二次发酵结束时,全麦草配方的含碳量明显高于其他3个配方,而且出菇期下降趋势最为明显。二次发酵结束后,培养料的含氮量是提高一潮菇产量的重要指标,达到1.97%—2.25%。进入出菇期后,随着菌丝体对培养料营养的消耗与利用,各配方的含氮量逐渐降低,麦草混合菇渣配方的含氮量显著高于其他配方。出菇期全麦草配方培养料的含水量最高,双孢蘑菇的农艺性状最为稳定,总产量也最高。全麦草配方、麦草混合稻草配方、麦草混合玉米秸配方二潮菇的产量最高,分别为3 061.41、2 534.47和2 534.47 kg,分别占其总产量的43.81%、39.89%、49.71%;麦草混合菇渣配方一潮菇的产量最高,达到3 064.19 kg,占其总产量的47.39%。多元回归分析得到3个回归模型,分别为Y1=-5926.766+3770.091X6Y2=6285.502+4920.672X1-1061.418X2-245.782X3949.998X5+26081.326X6Y3=3073.013+7030.476X1-114.728X5-910.576X6。结果表明,培养料的含水量与一、二、三潮菇的产量形成呈正相关,含氮量与一潮菇和二潮菇的产量形成呈正相关,含碳量与二潮菇的产量形成呈正相关,但含碳量和含氮量与三潮菇的产量形成呈负相关。【结论】出菇期培养料的含水量是提高蘑菇产量及改善农艺性状的重要指标,提高含碳量和含氮量有利于一、二潮菇产量的形成
    畜牧·兽医·资源昆虫
    FAM213B基因启动子在猪子宫内膜细胞的转录调控
    张爱玲,孙显月,卢孝璋,吴琦,李加琪,张豪
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4632-4643.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.016
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    【目的】分析猪FAM213B基因启动子转录活性区域,并检测转录因子NFκB对启动子活性及猪FAM213B基因表达影响,为深入了解FAM213B基因的转录调控机制影响前列腺素合成、母猪妊娠等繁殖活动奠定基础。【方法】采集卵泡期子宫,分离子宫内膜上皮组织,经胶原酶方法获得猪原代子宫内膜细胞,用于猪FAM213B基因启动子活性检测。参照笔者所在课题组前期研究获得的猪FAM213B基因mRNA全序列(GenBank登录号:KX444503)以及5¢调控区序列(GenBank登录号:100134955),通过PCR扩增猪FAM213B基因较长启动子序列,并进行测序鉴定;在此基础上,PCR扩增带有Mlu I和Xho I限制性酶切位点的FAM213B基因启动子7个5'端缺失片段,并通过双荧光素酶报告基因载体系统构建猪FAM213B基因启动子7个不同的5'端缺失载体。将7个载体经无内毒素处理后与pRL-TK质粒用阳离子脂质体法一起转染猪子宫内膜细胞,用双荧光素酶报告基因系统进行Luciferase活性检测,比较各启动子片段转录活性。生物信息学分析FAM213B基因启动子潜在转录因子结合位点,通过ChIP试验验证FAM213B基因启动子与潜在转录因子NFκB的相互作用。构建NFκB1和RelA的超表达载体,化学合成NFκB1和RelA的干扰siRNA片段,分别转染猪子宫内膜细胞,通过双荧光素酶报告基因系统进行Luciferase活性检测和荧光定量PCR分别检测超表达和干扰表达NFκB1和RelA对猪FAM213B基因启动子活性和mRNA表达影响。【结果】PCR和测序获得猪FAM213B基因启动子长度为 2 261 bp(-2178/+83)。生物信息学预测结果表明猪FAM213B基因启动子区存在潜在的CREB、CCAAT增强子结合蛋白、E-box因子的结合位点,炎性因子NFκB潜在结合位点分别位于-1143/-1132和-664/-655区间。启动子报告基因活性检测结果表明:重组载体P2(-1352/+30)荧光活性最高,极显著高于P1(-1 760/+30)(P<0.01),在-1 760/-1 352区域存在负调控元件;而P2显著高于P3(-919/+30)(P<0.05),表明在-1 352/- 919区域存在正调控元件;P3(-919/+30)活性极显著高于P4(-604/+80)(P<0.01),表明在-919/-604区域存在正调控元件;P4、P5、P6和P7活性差异不显著,-1352/-919区域为核心启动子区,-1352/-604对于维持该启动子较高转录活性起着重要的作用。ChIP结果表明启动子区-1143/-1132存在NFκB1结合位点,-664/-655存在RelA结合位点。超表达载体pcDNA3.1-NFκB1与P2(-1352/+30)启动子片段重组载体共转染猪子宫内膜细胞后,P2启动子活性极显著高于对照组(P<0.01),pcDNA3.1-NFκB1载体单独转染猪子宫内膜细胞后FAM213B基因mRNA表达量显著高于对照组(P<0.05);超表达载体pcDNA3.1-RelA与P3(-919/+30)启动子片段重组体共转染猪子宫内膜细胞,P3启动子活性极显著低于对照组(P<0.05),pcDNA3.1-RelA载体单独转染猪子宫内膜细胞后,FAM213B基因的mRNA表达量显著低于对照组。转染NFκB1和RelA的siRNA片段干扰片段,FAM213B基因启动子活性和mRNA表达量则表现与超表达相反的结果。【结论】获得了猪FAM213B基因启动子核心启动子序列为-1352/-919区域,NFκB是FAM213B基因启动子的转录因子,NFκB成员NFκB1和RelA在猪子宫内膜细胞中对FAM213B基因的表达起调控作用。
    不同发育阶段斯氏副柔线虫比较转录组学分析
    王文龙,冯陈晨,红梅,岳建伟,呼和巴特尔,刘春霞
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4644-4655.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.017
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    【目的】探明不同发育阶段骆驼斯氏副柔线虫的转录组差异,了解不同发育阶段虫体在功能分类和代谢通路等方面的生物学特征,挖掘生长发育相关功能基因,丰富寄生性线虫转录组学信息。【方法】采用Illumina HiSeq2000TM高通量测序技术对斯氏副柔线虫虫卵、第三期幼虫和雌虫进行转录组测序,构建3个样本的cDNA文库,评估建库质量;利用Trinity软件对所得序列进行De novo组装及组装效率评估;之后对获得的有效序列进行功能注释及相关生物信息学分析。【结果】测序及组装后虫卵、第三期幼虫和雌虫分别获得47 717、76 342和54 624个Unigenes,在虫卵和第三期幼虫比对中共有33 579个差异表达基因,其中表达上调的基因有20 477个,表达下调的基因有13 102个;在雌虫和第三期幼虫比对中共有32 199个差异表达基因,其中表达上调的基因有9 293个,表达下调的基因有22 906个。将成对比较的差异表达基因分别进行GO功能分类,其中虫卵和第三期幼虫比对中有6 617、3 891和8 755个Unigenes,雌虫和第三期幼虫比对中有7 043、3 686和10 177个Unigenes分别注释到生物过程、细胞组成和分子功能三大类中;通过KEGG pathway数据库分析,虫卵和第三期幼虫比对中有6 521个差异表达基因参与到251条通路中,显著富集MAPK信号通路、Wnt信号通路和氧化磷酸化等通路,雌虫和第三期幼虫比对中有6 528个参与到251条通路中,显著富集新陈代谢通路、DNA复制和细胞周期等通路。差异表达基因功能聚类分析中,雌虫和虫卵在调控生长速率和生殖发育等方面高表达;第三期幼虫在防御机制和糖类代谢等方面高表达;且3个发育阶段均在胚胎发育,胚后发育中富集高表达,其中在胚胎发育和胚后发育中分别有242和202个相关功能基因在3个发育阶段都表达,这些基因可能在胚胎(后)发育过程中起核心作用。此外,获得了9种异时性基因(如:LIN-28、LIN-14和RHEB-1等)、48个核激素受体(NHRs),包括NHR-49,NHR-48,NHR-40,NHR-1等以及36个锌金属蛋白酶(NAS),包括NAS-36、NAS-33和NAS-14等,并对其在斯氏副柔线虫虫卵、第三期幼虫和雌虫中的富集程度进行分析,发现这些基因在维持线虫正常生长发育过程中发挥关键作用,【结论】利用RNA-seq技术对3个发育阶段的斯氏副柔线虫进行测序和生物信息学分析,研究了不同发育阶段虫体的差异表达基因在GO功能分类、KEGG代谢通路和基因功能聚类等方面的生物学特性,筛选出多种异时性基因和发育相关重要基因,为后续开展斯氏副柔线虫功能基因组学研究,虫体与宿主互作、致病机制、免疫逃避等研究提供了理论依据。
    蜂王浆高产蜜蜂与意大利蜜蜂工蜂上颚腺磷酸化蛋白质组分析
    李爽,李建科
    中国农业科学. 2017, 50(23):  4656-4670.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.23.018
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    【目的】工蜂上颚腺的主要生物学功能是分泌脂肪酸为蜂群提供营养,并参与报警外激素的合成。蜂王浆高产蜜蜂(浆蜂,Apis mellifera liguatica)和意大利蜜蜂(意蜂,Apis mellifera liguatica)是中国主要蜂种,但磷酸化蛋白质组调控其上颚腺的发育和功能的机理尚未开展研究。通过比较二者工蜂上颚腺磷酸化蛋白质组的差异,揭示磷酸化蛋白质组调控上颚腺发育及脂肪酸代谢机理。【方法】解剖浆蜂、意蜂工蜂出房蜂、哺育蜂(10日龄左右)、采集蜂头部,取其上颚腺,进行蛋白质提取、液内酶切,采用固相金属离子亲和层析色谱法(IMAC)进行磷酸化肽段富集,采用Zip-tip C18柱对肽段除盐通过LC-MS/MS(液相色谱与二级质谱串联)对样品进行分析,首先根据MaxQuant和Persues软件对数据质量进行评估、主成分分析、表达谱聚类定量分析。然后利用PEAKS软件对质谱数据进行蛋白质定量和定性分析,根据定性和定量分析结果,对浆蜂和意蜂上颚腺磷酸化蛋白质组进行生物学进程和KEGG代谢通路富集的生物信息学分析比较。最后利用Scaffold PTM软件确定磷酸化位点、预测磷酸化肽段的基序类型。【结果】浆蜂3个时期分别鉴定到2 225、1 922、2 159个磷酸化蛋白,意蜂分别鉴定到1 740、1 592、1 682个磷酸化蛋白,浆蜂的磷酸化蛋白数目显著高于意蜂,说明浆蜂上颚腺的磷酸化调控网络较意蜂复杂。尽管它们上颚腺的磷酸化过程存在很大差异,但幼蜂、哺育和采集3个时期的磷酸化蛋白表达谱均相似,说明浆蜂和意蜂3个时期表达的磷酸化蛋白质执行类似的生物学功能来保障腺体的发育和分泌活动。对每个时期磷酸化蛋白质组比较,发现浆蜂和意蜂上颚腺3个发育时期的磷酸化蛋白质组均存在显著差异,其中哺育蜂时期二者的差异最大,浆蜂有87个磷酸化蛋白高表达,主要参与能量和脂肪酸代谢,说明其上颚腺的脂肪酸合成力加强(包括10-HDA),满足蜂王浆产量提高的同时10-HDA含量增加,为其种群繁衍提供必要营养,而意蜂上调表达41个蛋白,主要参与能量代谢。浆蜂、意蜂各时期均识别到酸性、碱性和脯氨酸介导的3种类型motif;哺育蜂时期浆蜂特异识别到的motif对应激酶家族与细胞增殖相关,可能支持其上颚腺形态发育,与浆蜂分泌能力增强相关。【结论】浆蜂和意蜂在3个时期均通过加强不同的磷酸化蛋白质组来支撑上颚腺的发育及功能,其中最显著的差异在哺育蜂时期,浆蜂哺育蜂显著提高了脂肪酸合成力,保障其蜂王浆的基本功能。这在蛋白质修饰的水平上深入了解浆蜂蜂王浆高产的产浆生物学机理。