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当期目录

    2019年 第52卷 第1期 刊出日期:2019-01-01
      
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    基于簇毛麦No.1026转录组的SSR序列分析及其PCR标记开发
    陈竟男,马晓兰,王振,李仕金,谢皓,叶兴国,林志珊
    中国农业科学. 2019, 52(1):  1-10.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.001
    摘要 ( 138 )   HTML ( 27 )   PDF (1709KB) ( 91 )   收藏
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    【目的】 探究从前苏联引进的簇毛麦No.1026(Dv#4)的EST-SSR序列特征及其在染色体的分布,分析它们在不同簇毛麦间及与小麦间的多态性,为其进一步的研究与利用提供依据。【方法】通过Illumina HiSeq测序获得No.1026植株的转录组序列,利用MISA软件分析转录组SSR序列及特征,采用Primer 3设计SSR引物,随机合成238对引物,对小麦中国春与簇毛麦Dv#4和引自英国剑桥的簇毛麦Dv#2的基因组DNA进行扩增,在琼脂糖凝胶上分离评价扩增产物的多态性,并利用一套小麦-簇毛麦异染色体系进行扩增分析。【结果】 检测了No.1026总长62.76 Mb的转录组序列,发现10 497个SSR位点,它们分布于8 735条Unigene上。在1—6个核苷酸的重复单元中,单、双、三碱基的重复占95.85%,其中三核苷酸串联重复数量最多,占SSR总数的50.33%,而CCG/CGG基序的重复占三核苷酸串联重复的41.66%;单核苷酸重复是第二大类型,出现频率为27.13%,其中A/T重复占单核苷酸重复的74.58%。二核苷酸重复类型的数量位列第三,占SSR总数的18.39%。在238对EST-SSR引物中,88对在中国春与簇毛麦(包括Dv#2和Dv#4)之间的扩增产物显示多态性;8对只在簇毛麦和单一异染色体系扩增;4对可在簇毛麦和多个异染色体系中特异扩增;但多数可在簇毛麦中清晰扩增的引物不能在任何异染色体系中扩增,推测可能与簇毛麦基因组及染色体导入小麦过程中的变异有关;47对(19.74%)在2份不同来源的簇毛麦Dv#2和Dv#4之间的扩增产物呈现多态性。利用1对EST-SSR引物和1个EST-PCR标记检测48个簇毛麦植株,证明多态性的SSR引物可有效用于检测簇毛麦的异质性。【结果】 簇毛麦No.1026(Dv#4)的转录组中存在丰富的SSR序列,其中CCG/CGG、A/T和AG/CT等三核苷酸、单核苷酸和二核苷酸是其最主要的串联重复基序。部分EST-SSR的侧翼保守序列与单一或若干外源染色体特异相关联,据此开发特异的分子标记,可用于跟踪检测小麦背景中特异的簇毛麦染色体或染色体片段。Dv#4与Dv#2间的部分EST-SSR具有多态性,提示2份不同来源簇毛麦的表达序列间存在一定程度的遗传差异,因此,簇毛麦Dv#4值得进一步的发掘研究。

    大豆α-生育酚的遗传与QTL分析
    梁慧珍,余永亮,许兰杰,杨红旗,董薇,谭政伟,李磊,裴新涌,刘新梅
    中国农业科学. 2019, 52(1):  11-20.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.002
    摘要 ( 47 )   HTML ( 3 )   PDF (1974KB) ( 47 )   收藏
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    【目的】 通过对大豆α-生育酚进行遗传和QTL分析,研究其遗传机制,定位其主效QTL,为高α-生育酚含量的大豆品种选育奠定遗传学基础。【方法】 以栽培大豆晋豆23为母本、山西农家品种大豆灰布支黑豆(ZDD02315)为父本杂交衍生的447个RIL作为供试群体构建遗传图谱,试验群体及亲本分别于2011年、2012年和2015年夏季在河南省农业科学院原阳试验基地种植,冬季在海南省三亚南繁基地种植。田间试验采取随机区组设计,2次重复。从6个环境中每个家系选取15.00 g籽粒饱满,大小一致的大豆种子,利用高效液相色谱法定性、定量测定样品中的α-生育酚含量。采用主基因+多基因混合遗传分离分析法和WinQTLCart 2.5复合区间作图法,对大豆α-生育酚含量进行主基因+多基因混合遗传分析和QTL定位。【结果】 基于主基因+多基因混合遗传分离分析法,α-生育酚受4对主基因控制,遗传基因分布在双亲中。4对主基因间加性效应值中3对为正值,表明这些基因来源于母本晋豆23;1对为负值,表明该对基因来源于父本灰布支黑豆;4对主基因之间相互作用的上位性效应表现为正值和负值的各有3对,说明不同基因间上位性效应对α-TOC的影响方向并不完全一致。环境因素引起的变异为0.13%—4.05%。表明α-TOC主要受4对主基因影响,受环境因素影响较小。采用WinQTLCart 2.5复合区间作图(CIM)共检测到17个影响α-生育酚的QTL,分布于第1、2、5、6、8、14、16、17共8条染色体中,单个QTL的贡献率8.35%—35.78%,QTL主要表现为加性效应。qα-D1a-1同时在2011年原阳、2012年原阳和三亚、2015年原阳4个环境下检测到,且均定位在第1染色体Satt320—Satt254标记区间19.79 cM处,解释的表型变异分别为12.55%、12.01%和11.89%、12.61%,加性效应值0.119-0.132,增加α-TOC含量的等位基因来自母本晋豆23;qα-A2-1同时在2011年原阳和三亚、2015年原阳3个环境下检测到,且均定位在第8染色体Sat_129—Satt377标记区间44.53 cM处,解释的表型变异分别为23.18%和22.56%、23.01%,加性效应值-0.195—-0.180,增加α-TOC含量的等位基因来自父本灰布支黑豆。qα-D1a-1和qα-A2-1 2个QTL能够稳定遗传。【结果】 α-生育酚最适遗传模型符合4MG-AI,即4对具有加性上位性效应的主基因遗传模型。其遗传主要受4对主基因影响,受环境因素影响较小。检测到α-生育酚的2个稳定主效QTL,Satt320—Satt254和Sat_129—Satt377是共位标记区间。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    基于超像素分割的田间小麦穗数统计方法
    杜颖,蔡义承,谭昌伟,李振海,杨贵军,冯海宽,韩东
    中国农业科学. 2019, 52(1):  21-33.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.003
    摘要 ( 49 )   HTML ( 7 )   PDF (5816KB) ( 53 )   收藏
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    【目的】 小麦穗数是产量构成的重要因素。通过图像处理技术快速准确地统计小麦穗数,为作物长势监测和产量估测提供重要依据。【方法】 本研究以经氮肥梯度处理后不同长势的小麦为研究对象,首先,通过简单线性迭代聚类算法(simple linear iterative cluster,SLIC)对田间小麦图像进行超像素分割的预处理;提取并分析图像的部分颜色特征参数,选择适宜的颜色特征参数训练分类器;选择准确率最高的分类器对图像进行分类处理,识别麦穗。其次,对麦穗识别结果进行二值化;经腐蚀、膨胀等一系列形态学计算提取麦穗主体并进行区域统计;提取麦穗骨架,检测骨架角点数,结合角点数与区域统计结果计算小麦穗数;最后,通过线性回归分析方法验证了无氮(0)、低氮(1/2常规施氮量)、正常氮(常规施氮量)、高氮(2倍的常规施氮量)4个氮水平麦穗统计结果。【结果】 (1)利用超绿值(Eg)和归一化红绿指数(Dgr)作为分类特征可以有效地识别麦穗、土壤和叶片;(2)相较于直接基于像素进行图像处理,经超像素分割处理后麦穗识别结果更理想,识别出麦穗主体清晰,形态更为完整;(3)经比较,高氮水平下小麦长势较好,穗数统计准确率最高,为94.4%,无氮水平下小麦长势较差,穗数统计准确率最低,仅为81.9%;排除无氮情况后,长势较均匀的氮水平混合样本中麦穗计数准确率达到92.9%,相较于长势差异较大的混合样本准确率提高了8.3%。【结果】 在一般环境下,利用超像素和颜色特征的麦穗自动统计方法可以快速准确地对大田小麦进行穗数计算,长势过弱以及差异过大区域不推荐使用,研究结果为小麦大田估产提供了新的参考。

    水分和氮素对玉米苗期生长、根系形态及分布的影响
    张馨月,王寅,陈健,陈安吉,王莉颖,郭晓颖,牛雅郦,张星宇,陈利东,高强
    中国农业科学. 2019, 52(1):  34-44.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.004
    摘要 ( 142 )   HTML ( 25 )   PDF (1151KB) ( 198 )   收藏
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    【目的】 东北地区春旱频发严重影响玉米出苗与苗期生长,明确水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育的影响及其耦合效应,可为东北春玉米水、氮调控措施的优化提供依据。【方法】 2016—2017连续2年设置水分、氮素两因素盆栽试验,土壤相对含水量设4个水平,分别为重度干旱(W0,30%)、适度干旱(W1,50%)、水分适宜(W2,70%)和水分过量(W3,90%);施氮量设3个水平,分别为不施氮(N0,0)、低氮(N1,0.12 g N·kg -1土)和高氮(N2,0.24 g N·kg -1土)。【结果】 水分、氮素均显著影响玉米苗期的植株生长、根系发育、氮素吸收与利用,且两因素对植株干重、根系形态、吸氮量和氮肥利用率交互作用显著。土壤水分亏缺或过量均抑制了植株生长、干物质累积、根系发育和氮素吸收。W0处理的负面影响最为严重,其地上部干重、根系干重和植株吸氮量与W2处理相比分别降低55.5%、60.1%和47.4%,氮肥利用率下降6.4个百分点,根长和根表面积分别减少58.2%和59.5%。施氮显著促进玉米苗期植株生长与氮素吸收,降低根冠比,且不同水分条件下氮肥效应及对根系发育的影响存在明显差异。水分适宜条件下施氮促进根系生长,显著增加根长、根表面积和根体积,植株干重和吸氮量增幅最高。干旱胁迫条件下施氮抑制了根系发育,显著降低根长和根表面积,氮肥效应偏低。水分过量条件下施氮改善根系生长,但施氮效应仍低于W2处理。各水分条件下,N1处理的根长和根表面积均高于N2处理,而体积接近或更小,说明低氮增加了细根的比例。水分、氮素不仅显著影响根系形态,也导致根系空间分布出现明显差异。干旱胁迫促进根系下扎,增加深层土壤的根长分布,W0和W1处理0—12 cm土层根长比例相比W2处理分别下降11.0和8.3个百分点,而24—36 cm土层分别提高9.5和6.9个百分点。与干旱胁迫相反,水分过量趋向于增加根系在表层土壤的聚集。施氮显著促进表层土壤的根系分布,N1和N2处理0—12 cm土层根长比例相比N0处理分别增加16.3和13.7个百分点,而24—36 cm土层分别下降11.5和12.5个百分点。所有水-氮处理中,W1N1处理根系的空间分布最为均衡。【结论】 水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育有显著的耦合效应,适宜的水、氮措施可优化根系形态与空间分布,增加植株干重和氮素吸收利用。春玉米生产中建议降低氮肥基施用量以发挥水氮耦合效应,促进根系下扎和细根增殖,提高植株耐旱性和氮肥利用率。

    植物保护
    近零磁场下干扰磁响应关键基因对褐飞虱寿命的影响
    贺静澜,张明,刘瑞莹,万贵钧,潘卫东,陈法军
    中国农业科学. 2019, 52(1):  45-55.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.005
    摘要 ( 19 )   HTML ( 7 )   PDF (477KB) ( 17 )   收藏
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    【目的】 隐花色素(cryptochrome, Cry)和铁硫簇蛋白IscA(iron-sulfur cluster assembly,即MagR)是生物体内潜在的磁受体蛋白,本研究通过RNA干扰(RNAi)技术,分别敲减褐飞虱(Nilaparvata lugens)体内的磁响应关键基因NlCry1NlCry2NlMagR,旨在探明近零磁场(near-zero magnetic field,NZMF)环境下,以上3种基因在褐飞虱寿命调节过程中的作用,从而间接探讨这3种基因对磁场的响应情况。【方法】 采用RNAi技术,以实验室正常磁场环境下稳定饲养的短翅初羽化褐飞虱雌雄成虫为材料,通过向其体内注射双链RNA(dsRNA)分别抑制磁响应关键基因NlCry1NlCry2NlMagR,随后立即分别放入正常磁场(geomagnetic field,GMF)和近零磁场中,于每日相同时间观察记录试虫寿命。同时于注射后的1、2和3 d通过RNAiso Plus法提取GMF中褐飞虱雌成虫总RNA,反转录合成第一链DNA,后采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测该基因的表达情况,以确定基因干扰效率。【结果】 注射dsNlCry1后,褐飞虱雌雄成虫寿命在近零磁场和正常磁场间均无显著差异。注射dsNlCry2后,近零磁场中褐飞虱雌雄成虫寿命比正常磁场分别显著延长27.78%和50.04%;此外,与注射dsGFP处理相比,正常磁场下注射dsNlCry2的雌成虫寿命缩短,而近零磁场下注射dsNlCry2的雌成虫寿命延长,但二者差异均不显著;近零磁场和正常磁场下注射dsNlCry2的雄成虫寿命均缩短(25.41%和10.73%),且正常磁场下差异显著。近零磁场中,注射dsNlMagR的雌成虫寿命较注射dsGFP的寿命显著缩短了16.48%,而雄成虫寿命在磁场间、干扰处理间的差异均不显著。【结论】 磁场变化下褐飞虱雌雄成虫体内3种磁响应关键基因对其寿命的调节功能存在差异。其中,NlCry2对磁场变化存在敏感响应,表现为敲减该基因与磁场变化的互作显著地影响雌雄成虫寿命,且表现出“性二型性”;NlMagR也可对磁场变化产生明显响应,但该响应只存在于雌成虫;此外,NlCry1对磁场变化无响应,该基因或与褐飞虱雌雄成虫寿命调节无关。

    甜菜夜蛾卵黄原蛋白受体基因的RNA干扰
    赵静,陶蓉,郝德君,肖留斌,谭永安
    中国农业科学. 2019, 52(1):  56-64.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.006
    摘要 ( 21 )   HTML ( 4 )   PDF (1580KB) ( 23 )   收藏
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    【目的】 卵黄原蛋白受体(vitellogenin receptor,VgR)是介导昆虫卵黄原蛋白胞吞作用的主要受体,通过RNA干扰(RNAi)方法研究甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)VgR的功能,为深入了解甜菜夜蛾生殖生理的分子机制及开发有效防治新方法提供依据。【方法】 以甜菜夜蛾雌成虫腹部的cDNA为模板,通过PCR克隆得到甜菜夜蛾VgR基因片段,其包含配体结合域功能区。绿色荧光蛋白基因(GFP)片段通过特异性引物从笔者实验室保存的GFP质粒上扩增。将VgR和GFP 目的片段连入pMD-19T载体后进行测序,利用DNAMAN软件分析基因序列的准确性。以测序验证正确的质粒作为DNA模板,利用带T7启动子的引物进行PCR扩增。用T7 RiboMAX TM Express RNAi System合成试剂盒合成VgR-dsRNA和GFP-dsRNA。应用10 μL微量进样器在化蛹第2、6天的甜菜夜蛾雌蛹腹部注射3 μL双链RNA(2 μg·μL -1)。利用RT-qPCR技术检测甜菜夜蛾刚羽化、羽化24 h、羽化48 h雌成虫的VgR表达量变化,同时统计对照组(空白对照、注射GFP-dsRNA)和处理组(注射VgR-dsRNA)甜菜夜蛾的羽化率及单雌产卵量。【结果】扩增得到VgR和GFP基因片段,大小分别为327和417 bp。RT-qPCR 检测结果表明,与对照组相比,注射dsRNA后甜菜夜蛾的VgR表达水平显著下降。对于刚羽化、羽化24 h、羽化48 h的雌成虫,注射VgR-dsRNA处理组的VgR表达量相比注射GFP-dsRNA的对照组分别下降了79.35%、84.22%、67.68%。通过解剖观察刚羽化、羽化24 h、羽化48 h的甜菜夜蛾卵巢,发现注射VgR-dsRNA处理组与注射GFP-dsRNA对照组相比, 卵巢发育进度显著推迟。对于羽化24 h的甜菜夜蛾,与注射GFP-dsRNA组相比,注射VgR-dsRNA处理组卵巢管长度下降了23.92%;注射GFP-dsRNA组的卵巢成熟卵粒较多,平均直径为(0.46±0.05)mm,而注射VgR-dsRNA处理组成熟卵粒数量较少且相对较小,平均直径为(0.23±0.02)mm。注射GFP-dsRNA组和VgR-dsRNA组的羽化率无显著差异。注射VgR-dsRNA处理组的单雌平均产卵量只有170粒,而对照组(空白对照和注射GFP-dsRNA)单雌平均产卵量可达到451粒和420粒,处理组与对照组的产卵量存在显著差异。【结论】 通过体外注射dsRNA的方法研究VgR的功能,能够显著降低VgR表达。VgR在甜菜夜蛾的生殖中起着不可替代的作用,直接影响甜菜夜蛾卵巢的发育与产卵量,可以作为控制甜菜夜蛾的潜在靶标。

    腐殖酸对低浓度百菌清的缓释增效作用
    魏世平,吴萌,李桂龙,江春玉,刘明,陈瑞蕊,李忠佩
    中国农业科学. 2019, 52(1):  65-72.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.007
    摘要 ( 28 )   HTML ( 6 )   PDF (534KB) ( 48 )   收藏
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    【目的】 明确腐殖酸对低浓度(5 mg·L -1)百菌清(chlorothalonil)的缓释增效作用,为减少农药使用量、延长农药药效提供新的科学思路,为选择新的农药增效剂提供理论依据。【方法】 将腐殖酸(50 mg·L -1)添加至低浓度百菌清中,进行尖镰孢(Fusarium oxysporum)的体外平板及液体培养,通过菌丝体生长试验及血球计数板、等温微量热技术,测定相应的抑菌率(inhibition rate,IR)、孢子体数量以及生长代谢过程中的热量排放。【结果】 将对照抑菌率设定为0,腐殖酸-百菌清复配处理较百菌清处理的IR显著提高了10.29%(P<0.05),相对增效达到25.33%。液体摇菌培养过程中,摇菌培养的第3天,百菌清处理与腐殖酸-百菌清复配处理的孢子数无显著差异;摇菌培养第7天,百菌清处理的孢子数极显著低于其他处理(P<0.01);摇菌培养的第14天,腐殖酸-百菌清复配处理的孢子数显著低于其他处理(P<0.05),而百菌清处理与对照之间无显著差异,表明腐殖酸延长了低浓度百菌清对尖镰孢孢子数增加的抑制效应。各处理的热功率-时间曲线图显示,腐殖酸-百菌清复配处理热量排放曲线在监测的72 h内未检测到热排放峰;而单独添加百菌清的处理在试验的后期重新出现热排放峰;单独添加腐殖酸处理的热排放曲线与对照曲线接近。对热功率-时间曲线相关参数进一步分析,结果显示百菌清处理的Pmax(最大热功率)显著低于对照和腐殖酸处理(P<0.05),而Tmax(最大热功率时间)显著高于对照和腐殖酸处理(P<0.05);腐殖酸-百菌清复配处理的Pmax、Q(整体发热量)、k(生长速率常数)均显著低于其他处理(P<0.05),表明该处理病原菌的生长代谢活性显著低于其他处理,即病原菌生长代谢受到抑制的程度最大;腐殖酸处理与对照曲线各参数之间无显著差异,表明病原菌的生长代谢活性没有受到抑制,同时说明腐殖酸-百菌清复配处理中生长代谢受到的抑制作用与腐殖酸本身无关。【结论】 添加腐殖酸可以显著提高低浓度百菌清对尖镰孢菌丝体生长、孢子体数量增加以及生长代谢过程中能量排放的抑制能力。将腐殖酸作为低浓度百菌清的农药增效剂,是降低百菌清用量及延长百菌清药效的有效措施。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    基于产量和养分含量的旱地小麦施磷量和土壤有效磷优化
    马清霞,王朝辉,惠晓丽,张翔,张悦悦,侯赛宾,黄宁,罗来超,张世君,党海燕
    中国农业科学. 2019, 52(1):  73-85.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.008
    摘要 ( 43 )   HTML ( 5 )   PDF (674KB) ( 52 )   收藏
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    【目的】 探讨长期定位施磷条件下小麦产量、土壤有效磷水平及籽粒养分含量变化,为旱地小麦合理施用磷肥,提高产量、改善品质提供理论依据。【方法】 基于2004年在黄土高原开始的长期定位试验,于2014—2015、2015—2016和2016—2017连续3年取样,研究不同施磷量对小麦产量,生物量,产量构成,籽粒氮、磷、钾含量,土壤有效磷含量及磷吸收利用的影响。【结果】 与不施磷相比,长期施磷使小麦产量平均提高67%,生物量提高58%,穗数和穗粒数分别增加64%和8%,而千粒重降低7%。施磷量与小麦产量、生物量呈抛物线关系,获得最高产量6 465 kg·hm -2的施磷量为144 kg P2O5·hm -2。籽粒氮含量随施磷量增加而降低,磷和钾含量随施磷量增加而提高。土壤有效磷含量与施磷量呈显著正相关,小麦获得最高产量时播前和成熟期有效磷含量分别为16.9和20.4 mg·kg -1。磷吸收利用效率随施磷量增加而降低,施磷量提高50 kg P2O5·hm -2,需磷量增加0.4 g·kg -1,磷收获指数降低1.3%,生理效率降低45.1 kg·kg -1。【结论】 综合考虑小麦的籽粒产量和关键养分含量,研究区域旱地小麦应以95%的最高产量为实际生产目标,施磷量为94 kg P2O5·hm -2,播前土壤有效磷为12.0 mg·kg -1,成熟期为13.8 mg·kg -1

    不同肥水耦合对黄瓜产量品质及肥料偏生产力的影响
    蒋静静,屈锋,苏春杰,杨剑锋,余剑,胡晓辉
    中国农业科学. 2019, 52(1):  86-97.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.009
    摘要 ( 34 )   HTML ( 6 )   PDF (1106KB) ( 65 )   收藏
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    【目的】 基质栽培是有效解决设施土壤连作障碍、质地恶化对作物生产造成不利影响的有效途径之一。目前基质栽培水肥管理缺乏量化指标,本研究旨在通过研究滴灌水肥耦合对塑料大棚春季基质栽培黄瓜产量、生长、生理、品质和偏肥料生产力的影响,探究黄瓜基质栽培优质高效生产的灌水和营养液供应标准。【方法】 以‘春优1号’黄瓜为试材,按照标准山崎黄瓜营养液配方,设置3个营养液浓度水平(F1:75%剂量、F2:100%剂量、F3:125%剂量)和3个单株灌水量(W1:75%蒸腾蒸发量(crop evapo-transpiration ETc)、W2:100% ETc、W3:125% ETc),共9个水肥耦合处理,分析不同灌水和营养液浓度对基质袋栽培黄瓜产量、干物质量、品质、水肥利用效率(water use efficiency,WUE)和肥料偏生产力(partial factor productivity of fertilizer,PFP)的影响。运用多元回归分析和空间分析方法,确定塑料大棚春季基质袋栽培黄瓜高效生产的适宜灌水量和营养液浓度。【结果】 灌水量的增加有利于黄瓜产量和PFP的增长,收获期60 d内W3F1处理产量(7 667.3 kg/667m 2)和PFP(205.67 kg·kg -1)均最大。在相同施肥处理下,PFP随灌水量的增加呈上升趋势;F1条件下,W3处理净光合速率低于W1,但其叶面积指数较大,同化量较高,获得较高产量。仅考虑灌水条件下,W1水平下黄瓜果实品质的VC、还原糖表现最优;而W3水平下黄瓜果实的可溶性固形物和可溶性蛋白有最优值。运用多元回归和空间分析方法综合评价产量、品质和肥料偏生产力,确定适宜的灌水施肥范围为36.0—42.2 kg/667m 2和198.0—219.8 m 3/667m 2;42.2—44.6 kg/667m 2和206.3—219.8 m 3/667m 2。【结论】 灌溉和营养液浓度对黄瓜的生长、产量、品质、水分利用效率和肥料偏生产力均有显著影响,以黄瓜产量、硝酸盐含量和PFP同时达到最优值的±10%范围时确定的灌溉量和营养液浓度是塑料大棚春季基质袋栽培黄瓜的优化滴灌施肥方案。

    园艺
    黑穗醋栗果实生长发育过程中抗坏血酸含量 及相关酶活性的变化
    孙小娟,刘庆帅,员盎然,张妍,霍俊伟,秦栋,姜婷
    中国农业科学. 2019, 52(1):  98-110.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.010
    摘要 ( 20 )   HTML ( 3 )   PDF (510KB) ( 31 )   收藏
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    【目的】 研究不同品种不同生长时期黑穗醋栗果实内抗坏血酸(AsA)含量及其合成代谢过程中相关酶活性的变化,以明确果实生长发育过程中AsA含量与代谢合成相关酶之间的关系,为全面揭示黑穗醋栗果实AsA积累规律提供理论依据。【方法】 以3个不同黑穗醋栗品种(‘亚德’‘布劳德’和‘黑丰’)为试材,测定果实在幼果期、膨大期、半转色期、转色期和成熟期时还原型抗坏血酸(AsA)、氧化型抗坏血酸(DHA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量以及AsA合成与代谢相关酶活性。【结果】 不同品种黑穗醋栗果实大小、AsA含量以及AsA相关代谢物水平存在明显的多样性。其中‘亚德’单果重最大,为1.97 g。果实生长发育过程中,总抗坏血酸(T-AsA)和AsA含量在3个品种中变化趋势一致,均在幼果期含量最高,其中‘亚德’幼果期果实中AsA含量最高,为83.17 μmol·g -1 FW,随着果实的生长迅速下降,在成熟期降至21.28 μmol·g -1 FW;3个品种果实中GSH和T-GSH含量随着果实发育呈升高趋势,但不同品种升高时期或增加幅度不同;GSSG含量在不同品种间存在较大差异,成熟果中‘黑丰’含量最低,为0.008 μmol·g -1 FW,仅为‘亚德’的10.2%。AsA-GSH循环再生代谢中,脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性在果实膨大期达到最高,成熟期降至最低,其中‘布劳德’果实中DHAR和MDHAR活性略高于‘亚德’和‘黑丰’;谷胱甘肽还原酶(GR)活性在幼果期最高,‘亚德’幼果期果实中GR活性最高(0.06 μmol·min -1·g -1 FW),之后随着果实的生长发育不断下降,抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性变化与之相似;L-半乳糖途径的关键酶L-半乳糖-1,4-内酯脱氢酶(GalLDH)活性随着果实生长发育的变化趋势与AsA含量变化相一致,且‘亚德’果实中GalLDH活性在幼果期和成熟期均高于其他两个品种。通过相关性分析发现,GalLDH与T-AsA、AsA、DHA、DHAR和MDHAR呈现极显著正相关关系,相关系数可达0.91以上,即果实中GalLDH活性越高,果实中AsA含量也越高;DHAR和MDHAR与T-AsA、AsA间也存在极显著正相关关系,而APX与T-GSH、GSH间相关性较强。【结论】 黑穗醋栗幼果期果实中AsA含量最高,且品种间差异显著;GalLDH、MDHAR和DHAR可能是黑穗醋栗果实中AsA合成代谢的关键酶,黑穗醋栗果实中AsA含量积累主要取决于GalLDH活性,说明合成途径起着更关键的作用,而AsA-GSH循环再生途径相关酶对AsA合成也有一定的贡献,黑穗醋栗高AsA含量的积累是由合成途径与循环途径共同作用的结果。

    綦江皱皮木瓜果实有机酸特征性成分鉴定与 不同发育期变化规律
    刘世尧,冉慧,毛运芝,陈欣瑜
    中国农业科学. 2019, 52(1):  111-128.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.011
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    【目的】 鉴定重庆綦江皱皮木瓜果实有机酸特征性成分,解析果实不同发育期有机酸变化规律,为皱皮木瓜果实发育期有机酸代谢研究提供基础数据。【方法】 以重庆綦江皱皮木瓜(‘大罗’木瓜)为研究对象,采用溶剂提取、甲酯化衍生与气相色谱-质谱联用仪检测,进行不同发育期果实有机酸组成及含量测定,药典委2012版中药色谱指纹图谱相似度分析软件进行共有特征性成分峰匹配,SigmaPlot 10.0进行果实发育过程总有机酸、强酸味和弱酸味成分变化规律分析,Simca-P 11.5与SPSS 20.0结合进行果实发育期共有特征性成分PCA分析与HCA聚类。【结果】 经甲醇提取、甲酯化衍生、氯仿萃取和GC-MS检测,从綦江皱皮木瓜8个发育期果实中共分离出共有特征性成分41种,包括低碳羧酸10种、长链脂肪酸21种、芳香族有机酸5种、一元酚酸类3种和氨基酸2种,TIC图基线平稳,成分峰分布均匀且分离度高,分离效果好。綦江木瓜从盛花后90 d至果实完熟(160 d)总有机酸含量呈先下降再上升再下降的倒“之”字型,总有机酸与强酸味(r=0.970)、弱酸味成分(r=0.998)极显著正相关;而强酸味成分与低碳羧酸极显著正相关(r=0.999),与一元酚酸显著正相关(r=0.747);弱酸味成分与长链脂肪酸极显著正相关(r=0.999)。綦江木瓜完熟期检出的强酸味有机酸以苹果酸、乙酰丙酸、柠檬酸为主,累计相对含量占检出总强酸味成分的90%以上;苹果酸在发育期经历了含量下降、略有上升然后再下降的变化过程,呈从盛花后90—120 d逐渐下降,到130 d略有上升,然后再下降的倒“之”字型;柠檬酸与苹果酸变化规律相似,但乙酰丙酸与苹果酸截然相反,总体呈现上升趋势,到盛花后130 d增至最高点,之后略有下降(150 d降至最低),进入完熟期再次升高。相关性分析表明,果实强酸味有机酸总量与苹果酸、柠檬酸呈极显著正相关,但与乙酰丙酸、异柠檬酸和水杨酸弱负相关。弱酸味成分变化规律分析表明,在果实发育期,油酸、亚油酸、棕榈酸和10-羟基-十六烷酸等多数弱酸味成分均经历了迅速下降、缓慢上升再下降的变化过程,而十九烷酸却呈缓慢上升,然后下降再上升的相反过程;相关性分析表明,以油酸、亚油酸等多数弱酸味有机酸与总弱酸味有机酸极显著正相关,与十九烷酸和硬脂酸弱负相关。Simca-P主成分分析表明PC1和PC2分别解释了总变量40.00%和23.20%,样品主成分得分图显示,S1和S2聚为一类,α-酮戊二酸、苹果酸、奎尼酸、莽草酸、棕榈酸、亚油酸对样品此类有机酸组成起决定性作用;S3、S4、S5聚在一起,油酸、10-羟基-十六烷酸对这3个发育期样品起决定性作用;S6和S7聚在一起,丙二酸、乙酰丙酸、异柠檬酸、水杨酸是其主要贡献性成分;S8单独存在,琥珀酸、十九烷酸、二十四烷酸是其主要贡献性成分;该结果与基于SPSS平方欧氏距离的离差平方和聚类分析结果基本一致。【结论】 綦江皱皮木瓜属苹果酸型水果,果实发育过程中有机酸的积累模式由盛花后90 d的苹果酸-柠檬酸积累型向完熟期(160 d)乙酰丙酸-苹果酸-柠檬酸积累型转变,酸积累模式的转变在重庆皱皮木瓜果实酸度与风味品质决定中具有重要作用。

    食品科学与工程
    基于BP人工神经网络算法的苹果制干适宜性评价
    张彪,刘璇,毕金峰,吴昕烨,金鑫,李旋,李潇
    中国农业科学. 2019, 52(1):  129-142.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.012
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    【目的】 建立苹果原料制干适宜性评价模型,实现基于苹果原料指标预测干制品品质的目标,为苹果制干专用化原料的筛选提供方法依据,为明确苹果干制品品质形成的基础物质提供数据支持。【方法】 以来自7个不同主产区的21个主栽品种,共34份苹果鲜果样本为研究对象,运用多种数据处理方法建立苹果脆片品质综合评价模型与苹果原料制干适宜性评价模型。(1)利用压差闪蒸干燥方法制备34份苹果鲜果的脆片样本,测定苹果脆片17项品质指标,采用因子分析进行降维并筛选得到苹果脆片品质评价核心指标,运用层次分析法得到脆片核心指标权重值,构建脆片品质综合评价模型并计算得到脆片综合评价得分。(2)测定34份苹果鲜果样本22项品质指标,与脆片核心指标进行相关性分析并筛选出与脆片品质相关的果实特征指标。选用29个样本以果实特征指标为输入,对应脆片综合评价得分为输出,利用误差反向传播(Error Back Propagation, BP)神经网络算法构建学习模型;其余5个样本为验证样本,评价学习模型的预测准确性。变换3组学习样本构建3个学习模型,对比3个模型的预测准确性,验证建模方法的合理性与稳定性。【结果】 苹果脆片L*值、脆度、膨化度、可滴定酸含量、可溶性糖含量和粗蛋白含量被确定为不同样本脆片品质综合评价的核心指标,构建的苹果脆片品质综合评价模型为Y综合得分=L*值×0.3724+脆度×0.2665+膨化度×0.1583+可滴定酸含量×0.0890+可溶性糖含量×0.0569+粗蛋白含量×0.0569。34个苹果鲜果样本制得的脆片综合得分范围为0.2069—0.7933,存在较大差异,得分排名前3的苹果样本为‘辽宁华红’‘辽宁华金’和‘山东烟富6号’,排名最后的苹果样本为‘陕西秦冠’。基于脆片核心指标与苹果果实品质指标相关性分析结果,筛选出苹果果实的果形指数、果肉a*值、pH、可滴定酸含量、Vc含量、果核比例、粗蛋白含量、果肉b*值、密度、可溶性固形物含量、粗纤维含量、总糖含量12项指标作为果实制干适宜性评价的特征指标。以果实特征指标值为输入层,对应苹果脆片综合评分为输出层,建立BP神经网络学习模型,可实现苹果原料制干适宜性的定量预测。该方法建立的学习模型有较高的预测准确性与稳定性,变换学习样本得到的3个学习模型的预测值与实际值相对误差均不超过10%,实际值与模型预测值线性拟合后决定系数R 2均大于0.95。【结论】 苹果制干适宜性可由果实的果形指数、果肉a*值、pH、可滴定酸含量、Vc含量、果核比例、粗蛋白含量、果肉b*值、密度、可溶性固形物含量、粗纤维含量、总糖含量12项指标进行评价,建立的适宜性评价模型可实现基于苹果原料指标定量预测其制干适宜性。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    牛LncRNA-133a对骨骼肌卫星细胞增殖分化的影响
    李燕,陈明明,张俊星,张林林,李新,郭宏,丁向彬,刘新峰
    中国农业科学. 2019, 52(1):  143-153.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.013
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    【目的】 探讨长链非编码RNA LncRNA-133a对牛骨骼肌卫星细胞增殖分化过程的影响。【方法】 利用测序样品3、6、9月龄胎牛及24月龄成年和牛骨骼肌肌肉组织,qRT-PCR法检测LncRNA-133a的组织时序表达谱。构建牛骨骼肌卫星细胞的体外成肌诱导分化模型,模拟牛骨骼肌的生长发育过程,qRT-PCR法检测LncRNA-133a和肌细胞分化标记因子MyoG、MHC的细胞时序表达谱。利用过表达LncRNA-133载体(pCDNA3.1-EGFP-LncRNA-133a) 或LncRNA-133a抑制物(si-LncRNA 133a) 转染牛骨骼肌卫星细胞,qRT-PCR法检测转染效率以及各转染处理组LncRNA-133a、MyoD、MyoG及MHC基因mRNA的表达水平,Western blotting检测MHC 基因的蛋白表达水平;同时,通过EdU细胞增殖检测、免疫荧光蛋白染色技术检测牛骨骼肌卫星细胞增殖阶段的细胞增殖量和分化阶段的肌管融合程度。【结果】 组织表达谱分析发现LncRNA-133a在3月龄胎牛肌肉组织中表达量最高,6月龄胎牛肌肉组织中次之,9月龄胎牛及成年牛肌肉组织中表达量最低,时序表达呈下降趋势;利用成功构建的牛骨骼肌卫星细胞体外诱导分化模型,进行LncRNA-133a、MyoG、MHC的细胞时序表达谱分析,结果发现在牛骨骼肌卫星细胞分化过程中(D0-D3),肌分化标记因子MyoG、MHC的表达水平逐渐升高,LncRNA-133a的表达在分化阶段呈上升趋势,且分化48 h时(D2)表达量最高;成功构建的过表达LncRNA-133a或抑制LncRNA-133a的牛骨骼肌卫星细胞模型,在增殖期(D0):与对照组相比,过表达LncRNA-133a处理组EdU增殖染色检测得到EdU阳性细胞数显著增加(P<0.01),而LncRNA-133a抑制处理组EdU阳性细胞数显著减少(P<0.01);在分化48 h时(D2):与对照组相比,LncRNA-133a过表达处理组肌细胞分化标记因子MyoD、MyoG及MHC的mRNA表达水平显著升高(P<0.05),Western blotting检测MHC蛋白表达量显著增加(P<0.01),且MHC蛋白的免疫荧光蛋白染色检测观察到融合肌管的体积占比更大;而LncRNA-133a抑制处理组MyoD、MyoG及MHC的mRNA表达水平均降低,其中MyoG显著降低(P<0.05), MHC蛋白表达量显著减少(P<0.01),同时MHC蛋白融合肌管的体积占比也降低。【结论】 研究证实LncRNA-133a具有促进牛骨骼肌卫星细胞增殖及分化的作用,为进一步挖掘LncRNA-133a调节牛骨骼肌卫星细胞增殖分化调控网络机制奠定了基础。

    日粮能氮比对燕山绒山羊生长性能及 营养物质表观消化率的影响
    张继伟,高昆,张英杰,刘月琴,段春辉
    中国农业科学. 2019, 52(1):  154-165.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.014
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    【目的】 以燕山绒山羊育成公羊为试验动物,旨在通过饲养试验和消化代谢试验探究日粮不同能氮比对燕山绒山羊育成公羊生长性能及营养物质表观消化率的影响,从而得出燕山绒山羊育成公羊合适的能量、蛋白水平及能氮比例。【方法】 选择体况良好、体重为(24.96±2.95)kg的6月龄燕山绒山羊育成公羊81只,采用两因子三水平设计,按3×3(能量×蛋白)完全随机设计分为9组(n=9),采用3个可消化粗蛋白(DCP)水平(8.5%、9.5%和10.5%)和3个代谢能(ME)水平(9、10和11 MJ/kg·DM),设计9种日粮并做成全混合颗粒饲料,每组绒山羊对应一种日粮。预试期10 d,正试期50 d,在试验中期,绒山羊平均体重达到30 kg时,每组选择4只放入消化代谢笼进行为期10 d的消化代谢试验(预试期7 d,正式期3 d),采用全收粪尿法进行消化代谢试验,连续3 d收集绒山羊剩料、粪和尿。【结果】 (1)随着日粮ME水平的提高,日增重(ADG)差异不显著(P>0.05),干物质采食量(DMI)和料重比(F/G)显著降低(P<0.05);随着日粮DCP水平的提高,ADG和DMI呈先升高后下降趋势,中DCP水平组显著高于其他两水平组(P<0.05),F/G差异不显著(P<0.05);日粮ME×DCP水平对DMI交互作用显著。Ⅴ组ADG最高为(222 g·d -1),显著高于Ⅰ组、Ⅳ组和Ⅵ组的ADG(P<0.05)且高于其他5组的ADG,但是差异不显著(P>0.05)。(2)随着日粮ME水平的提高,粪能显著降低,消化能、总能消化率显著升高(P<0.05);日粮DCP水平和ME×DCP交互作用对能量消化代谢影响不显著(P>0.05)。(3)随着日粮ME水平的提高,摄入氮、粪氮显著降低(P<0.05),可消化氮有降低趋势,高ME水平组氮消化率显著高于其他两水平组(P<0.05);随着日粮DCP水平的提高,摄入氮、尿氮、可消化氮和氮消化率显著升高(P<0.05),日粮ME×DCP水平对氮消化率交互作用显著(P<0.05)。(4)提高日粮ME水平会显著提高干物质(DM)、有机物(OM)、粗脂肪(EE)和钙(Ca)的消化率(P<0.05);低DCP水平组Ca的消化率显著低于其他两水平组(P<0.05)。【结论】 燕山绒山羊育成公羊日粮ME和DCP分别为10 MJ·kg -1DM和9.5%时最适宜,ADG最高(222 g·d -1),F/G较低。

    意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌侵染前期的 差异表达microRNA及其调控网络
    郭睿,杜宇,童新宇,熊翠玲,郑燕珍,徐国钧,王海朋,耿四海,周丁丁,郭意龙,吴素珍,陈大福
    中国农业科学. 2019, 52(1):  166-180.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.015
    摘要 ( 18 )   HTML ( 2 )   PDF (5899KB) ( 19 )   收藏
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    【目的】 微小RNA(microRNA,miRNA)是一类重要的基因表达调控因子,可影响宿主与病原间的互作过程。蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)是一种特异性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。本研究旨在对意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)幼虫肠道在球囊菌胁迫前期的差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其靶基因进行深入分析,在miRNA组学水平探究意蜂幼虫在球囊菌侵染前期的胁迫应答,并通过构建显著DEmiRNA的调控网络筛选出与宿主应答相关的关键miRNA。【方法】 利用small RNA-seq(sRNA-seq)技术对正常及球囊菌侵染的意蜂4日龄幼虫肠道(AmCK和AmT)进行高通量测序,首先对原始数据进行质控和评估,随后将过滤后的数据与西方蜜蜂(Apis mellifera)参考基因组进行比对;将比对上的序列标签(tags)注释到miRBase数据库,得出已知miRNA的表达量;通过TPM(tags per million)算法对各样本中miRNA的表达量进行归一化处理,以|log2 fold change|≥1且P≤0.05作为标准筛选得到显著DEmiRNA;利用TargetFinder 软件预测显著DEmiRNA的靶基因,并对其进行GO和KEGG代谢通路(pathway)富集分析。利用Cytoscape软件对miRNA-mRNA调控网络进行可视化。最后,利用茎环反转录PCR(Stem-loop RT-PCR)和荧光定量PCR(qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】 AmCK和AmT样品的测序分别得到13 553 302和10 777 534条原始读段(raw reads),经严格过滤后得到的有效读段(clean reads)数分别为13 186 921和10 480 913条。各样品的生物学重复间的Pearson相关性系数分别在0.9822和0.9508以上。共有10个显著DEmiRNA,包括4个上调miRNA和6个下调miRNA。显著DEmiRNA在AmT的整体表达水平低于AmCK。10个显著DEmiRNA可靶向结合3 788个靶基因,其中上调miRNA的1 240个靶基因可注释到GO数据库中的39个GO条目,主要富集在结合、细胞进程、代谢进程和应激反应等;下调miRNA的749个靶基因可注释到34个GO条目,主要富集在细胞进程、结合、代谢进程和应激反应等。KEGG数据库注释结果显示,上调miRNA和下调miRNA的靶基因分别注释到95和66条代谢通路,富集基因数最多的分别是Wnt信号通路、Hippo信号通路、光传导以及内吞作用、磷脂酰肌醇信号系统、嘌呤代谢。对于上调和下调miRNA,分别有31和52个靶基因注释到内吞作用,15和7个靶基因注释到泛素介导的蛋白水解,11和5个靶基因注释到Jak-STAT信号通路,1和3个靶基因注释到MAPK信号通路。显著DEmiRNA与靶mRNA之间形成复杂的调控网络,7个显著DEmiRNA靶向结合96个与Wnt信号通路相关的mRNA,8个显著DEmiRNA靶向结合55个与内吞作用相关的mRNA。Stem-loop RT-PCR和qPCR结果验证了测序数据的可靠性。【结论】 对意蜂幼虫肠道在球囊菌侵染前期的DEmiRNA及其靶基因进行预测和分析,并构建和分析了DEmiRNA-mRNA调控网络,研究结果提供了宿主miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示了DEmiRNA通过调控细胞生命活动、新陈代谢以及部分细胞和体液免疫等生物学过程参与宿主的胁迫应答。miR-4331-y、miR-4968-y、miR-8440-y、novel-m0023-5p和novel-m0025-3p共同参与了宿主的Wnt信号通路和内吞作用的调控,可作为白垩病治疗的潜在分子靶标。

    家蚕整合素β2的表达、纯化及其免疫功能
    张奎,李重阳,苏晶晶,谈娟,徐曼,崔红娟
    中国农业科学. 2019, 52(1):  181-190.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.016
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    【目的】 分析家蚕(Bombyx mori)整合素β2的序列和结构特征及其在家蚕感染病原菌后血细胞中的表达变化,检测其重组蛋白对不同病原相关模式分子识别和病原菌的凝聚作用,为进一步探究家蚕整合素β2的蛋白功能打下基础。【方法】 利用生物信息学对整合素β2的序列和结构特征进行分析,利用实时荧光定量PCR检测家蚕分别注射大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)后整合素β2在血细胞中的表达变化。通过PCR技术扩增获得整合素β2完整的胞外域片段,构建至pET22b原核表达载体后转化至E.coli Rosetta(DE3)表达菌株。经IPTG诱导获得重组蛋白,利用Ni-NTA亲和层析得到纯化的体外重组蛋白,利用SDS-PAGE和Western blot对纯化获得的体外重组蛋白的纯度和质量进行检测。利用ELISA检测重组蛋白与两种不同病原相关分子模式LPS和PGN的结合情况,运用Western blot检测重组蛋白与不同病原微生物的结合情况,通过凝集试验检测重组蛋白对金黄色葡萄球菌的凝集能力,最后在个体水平探索重组蛋白在体内细菌清理中的作用。【结果】 家蚕整合素β2具有典型的β整合素亚基保守结构特征,即由一个较长的胞外域、一个单次跨膜结构域和一个较短的胞内域构成。家蚕整合素β2具有金属离子结合位点MIDAS、EGF结构域、半胱氨酸重复基序和NPxY等整合素典型的结构特征。实时荧光定量PCR检测结果表明家蚕在受到细菌感染后,整合素β2的表达发生显著变化。通过原核表达和蛋白纯化获得纯度较高的重组蛋白,SDS-PAGE和Western blot检测结果表明纯化的重组蛋白纯度较高,可以用于后续试验。ELISA试验表明重组蛋白对LPS和PGN等病原相关分子模式具有较强的结合能力。细菌结合试验结果显示重组蛋白能够结合多种细菌,但与革兰氏阳性菌的结合能力要高于革兰氏阴性菌。细菌凝聚试验结果显示重组蛋白在Ca 2+的存在下对金黄色葡萄球菌具有较强的凝聚作用。细菌清除试验证实重组蛋白可以有效促进机体对外源入侵细菌的清理作用。【结果】 整合素β2具有典型的整合素β亚基的结构特征,可能具有识别病原相关分子模式,如LPS和PGN等的能力,通过与细菌的直接结合而实现对入侵病原微生物的凝聚作用,从而增强有机体的免疫能力,推测在家蚕免疫反应中发挥重要作用。