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    2019年 第52卷 第5期 刊出日期:2019-03-01
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    中国农业科学. 2019, 52(5):? 0.?
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    水稻根系发育基因OsKSR7 的克隆与功能分析
    周佳琴,朱俊兆,杨思学,诸周洁,姚婕,郑文娟,朱世华,丁沃娜
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 777-785.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.001
    摘要 ( 208 )?? HTML ( 50 )?? PDF (3071KB) ( 189 )?? 收藏
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    【目的】 水稻根系是与地上部性状和产量密切相关的重要农艺性状。通过鉴定新的水稻根系发育相关基因,为深入解析水稻根系发育遗传机理奠定基础。【方法】 从甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变的水稻Kasalath突变体库中筛选到1个根系发育缺陷的突变体Osksr7Oryza sativa kasalath short root 7 )。通过溶液培养和田间种植,对该突变体进行苗期表型鉴定及成熟期主要农艺性状考察。将Osksr7 分别与野生型籼稻Kasalath和粳稻Nipponbare杂交,F2群体进行遗传分析和突变基因的图位克隆,对预测的候选基因进行测序验证。构建由35S启动子驱动OsKSR7 的回复载体,通过农杆菌介导转入突变体成熟胚诱导的愈伤组织进行转基因互补验证。【结果】 与野生型相比,Osksr7 幼苗期的主根、不定根、侧根和根毛的伸长都受到抑制,主根、不定根和侧根的长度分别只有野生型的33%、38.9%和35.3%,但不定根数有显着增加。农艺性状调查发现,Osksr7 的株高、穗数、茎秆粗细、结实率、千粒重和剑叶长宽等性状都受到显着影响,其中,穗数和结实率的差异极显着,分别只有野生型的56.3%和37.3%。遗传分析表明,突变体Osksr7 和籼稻Kasalath杂交的F1表型正常,F2群体中正常植株与短根突变植株的分离比符合3﹕1,表明突变体Osksr7 的突变性状受1对隐性核基因控制;利用SSR和InDel分子标记将突变基因定位在水稻第11染色体上IND1与IND2之间,物理距离约为143 kb的区间。在该区间有25个预测注释基因,候选基因测序比对发现,突变体Osksr7 中的一个编码转运蛋白的基因LOC_Os11g24560 第一个外显子上ATG后73 bp处的T突变为A,导致编码的第25位氨基酸由色氨酸突变为精氨酸。生物信息学分析表明LOC_Os11g24560 是介导蛋白质从内质网(ER)运向高尔基体(Golgi)的COPII有被小泡的SEC23亚基在水稻中的同源基因。RT-PCR表明LOC_Os11g24560 的表达水平在野生型和Osksr7 突变体中无显着差异,35S启动子驱动的LOC_Os11g24560 的回复载体能够使Osksr7 突变体的表型回复成野生型,证实Osksr7 的表型是由LOC_Os11g24560 突变引起。【结论】 Osksr7 是一个水稻短根突变体,其产量相关的几个重要农艺性状显着受抑制,突变基因为LOC_Os11g24560 ,编码COPII有被小泡的SEC23亚基,与已报道的水稻根系基因都不等位,是一个新的水稻根系发育调控基因。

    赤霉素GA4是水稻矮化特征的重要调节因子
    黄升财,王冰,谢国强,刘中来,张美娟,张树清,程宪国
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 786-800.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.002
    摘要 ( 142 )?? HTML ( 13 )?? PDF (2445KB) ( 115 )?? 收藏
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    【目的】 以水稻幼胚组培过程中获得的一株半矮化水稻突变体为研究对象,解析水稻半矮化突变体株高变矮及分蘖增多等表型异常的原因,为克服水稻过度矮化发育障碍因子及培育抗倒伏高产水稻品种提供科学理论依据。【方法】 首先统计分析半矮化水稻突变体与野生型的表型差异,利用体式显微镜和光学显微镜观察突变体花的结构及其细胞特征;通过转录组测序及qRT-PCR分析差异基因的表达特征,并通过外源喷施赤霉素GA3处理检测突变体对外源赤霉素的敏感性;最后利用高效液相色谱和质谱联仪检测突变体内赤霉素的含量与富集特征。【结果】 表型观测与统计结果表明,突变体水稻株高比野生型减少56.59%,有效分蘖数高出47.44%,差异均达到极显着水平。突变体的表皮毛消失且花发育迟缓,雄蕊变小。尽管突变体分蘖数较高但结实率明显降低,仅为野生型的12.62%,且种子长度和宽度均减小,差异极显着。通过显微镜观察茎的纵切切片,发现突变体细胞长度减少23%,差异极显着。外源喷施赤霉素后突变体的株高、有效分蘖、结实率、种子大小、表皮毛和茎秆细胞长度均有不同程度的恢复,说明植物体内赤霉素合成不足可能是引起水稻矮化的主要原因。转录组测序结果显示突变体中OsGA13ox 显着上调,qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。由于OsGA13ox控制GA12转化为GA53,而GA12和GA53分别转化为GA4和GA1,GA4的活性高于GA1,因此,突变体中GA4减少可能是导致半矮化的主要原因。赤霉素检测结果表明突变体中GA4含量减少94.9%,与预测结果一致。此外,D14作为SL(独脚金内酯)的特异性受体,参与调控植物SL信号转导,抑制枝条分枝或者分蘖。qRT-PCR结果显示,与野生型相比,突变体中D14 显着下调,而经过GA3处理的野生型和突变体中D14 均显着上调。D14 上调可能导致有效分蘖数减少,而其下调可能致使有效分蘖数增加。统计结果表明突变体中有效分蘖显着增多,而经过GA处理之后,野生型和突变体有效分蘖数均显着低于未经GA3处理前,表明D14 在水稻中的表达可能受到GA的调控从而影响水稻分蘖。【结论】 OsGA13ox 异常表达导致活性更高的GA4在水稻中的富集减少,形成水稻半矮化突变体;赤霉素可能通过影响D14 的表达间接调控水稻的分蘖。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    耕作方式与灌水次数对砂姜黑土冬小麦水分利用及 籽粒产量的影响
    王永华,刘焕,辛明华,黄源,王壮壮,王金凤,段剑钊,冯伟,康国章,郭天财
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 801-812.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.003
    摘要 ( 135 )?? HTML ( 17 )?? PDF (420KB) ( 148 )?? 收藏
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    【目的】 探讨耕作方式与灌水次数对砂姜黑土冬小麦水分利用和籽粒产量的影响,明确适宜砂姜黑土区冬小麦产量和水分利用效率同步提高的耕作与灌水处理组合模式。【方法】 于2015—2017年连续2个冬小麦生长季,在豫东南砂姜土区设置旋耕(RT)、深松(SS)2种耕作方式为主处理和拔节期+开花期灌2次水(W2)、拔节期灌1次水(W1)、全生育期不灌水(W0)3种灌水为副处理的二因素裂区试验,深入研究耕作方式与灌水次数的主效应及其互作效应对砂姜黑土冬小麦水分利用和籽粒产量的影响。【结果】 耕作与灌水对砂姜黑土麦田耗水特性、水分利用效率及籽粒产量均具有明显的调控效应。SS较RT处理可显着增加土壤贮水消耗,有利于提高自然降水和灌溉水的利用效率,与RT相比,两年度SS处理的土壤平均贮水消耗量、降水、灌水利用效率分别提高13.69%、7.03%、6.51%;增加灌溉虽可明显增加冬小麦田间耗水量,但过多灌溉致使水分利用效率降低,两年度W2较W1、W0的水分利用效率平均值分别下降18.85%、16.69%。SS处理的籽粒产量显着高于RT处理,且以深松+拔节期灌1水处理组合SSW1的产量最高。相同耕作方式下,随灌水次数的增加,千粒重呈降低趋势,成穗数呈增加趋势;两年度穗粒数变化总体随灌水次数的增加呈先升后降的变化规律。耕作方式主要通过调控千粒重影响产量,灌水次数则主要通过调控穗粒数和千粒重而影响产量,但灌水过多会抑制穗粒数和千粒重的提高。【结论】 综合考虑耕作方式与灌水次数对冬小麦水分利用和籽粒产量的调控效应,深松+拔节期灌1水处理组合SSW1可作为适宜豫东南砂姜黑土区冬小麦产量和水分利用效率同步提高的耕作与灌水处理组合模式。

    底肥分层条施对冬小麦旗叶衰老和光合特性、籽粒产量和肥料利用率的影响
    闫恒辉,温樱,王东
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 813-821.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.004
    摘要 ( 118 )?? HTML ( 7 )?? PDF (461KB) ( 136 )?? 收藏
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    【目的】 针对黄淮海地区冬小麦生产中肥料撒施或埋深过浅导致肥料利用率低的问题,探索水浇地麦田底肥施用方式对冬小麦籽粒产量和肥料利用率的影响,以期为该地区冬小麦高产和肥料的高效利用提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2016—2018年冬小麦生长季,在水浇地大田条件下,设置5 种肥料施用方式:全生育期不施肥(T1);底肥单层条施于地表下8、16 和24 cm土层深处 (T2、T3 和 T4);底肥按1﹕2﹕3 分为3份,分别条施于地表下8、16 和24 cm 土层深处(T5)。研究不同施肥方式对冬小麦旗叶衰老和光合特性、籽粒产量和肥料利用率的影响。【结果】 随着底肥条施深度的增加,冬小麦花后旗叶超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白含量、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ΦPSⅡ)均提高,气孔导度(G s)增大,净光合速率(P n)提高,丙二醛(MDA)含量降低。底肥分层条施处理(T5)与底肥24 cm单层条施处理(T4)相比,开花后旗叶衰老、荧光和光合特性差异不明显,但籽粒产量和肥料农学效率显着提高,增幅分别为5.4%—6.5%和26.8%—72.9%,这与其在较高成穗数条件下仍保持较高的穗粒数和千粒重有关。【结论】 水浇地麦田,底肥按1﹕2﹕3的比例分层条施可以在获得较高成穗数的基础上,延缓冬小麦旗叶衰老、改善旗叶光合能力,增加穗粒数、千粒重和籽粒产量,促进肥料高效利用。

    植物保护
    黄淮海地区夏玉米弯孢叶斑病菌遗传多样性分析
    常佳迎,刘树森,马红霞,石洁,郭宁,张海剑
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 822-836.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.005
    摘要 ( 87 )?? HTML ( 23 )?? PDF (1676KB) ( 67 )?? 收藏
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    【目的】 针对黄淮海地区发生的玉米弯孢叶斑病,通过分子生物学技术,明确其致病菌新月弯孢(Curvularia lunata )在不同地区和年份间的遗传差异及亲缘关系,为研究该病害的发生和流行提供数据资料。【方法】 对2013、2016和2017年采集自黄淮海地区5省(河南、河北、山东、安徽、江苏)的病样进行分离,并采用形态学和分子生物学(ITS和EF-1α 序列分析)对分离到的菌株进行鉴定,共获得175个新月弯孢菌株。从哥伦比亚大学开发的通用引物中筛选出13条多态性高、重复性好的引物,利用筛选出的引物对175个新月弯孢菌株进行ISSR-PCR扩增,利用Popgen32软件计算多态性比率、Shannon’s信息指数、群体间的遗传距离和遗传相似性,使用NTsys2.10e软件进行UPGMA聚类分析和基于遗传相似系数的主坐标分析,构建聚类分析图和散点图。【结果】 利用筛选出的引物对175个菌株进行PCR扩增,共获得105条多态性条带,多态性比率为100%。在群体平均水平上,基因多样性水平(H)为0.3867,Shannon’s的信息指数(I)为0.5682,表明玉米弯孢叶斑病菌具有丰富的遗传多样性;不同地理种群间的遗传多样性存在一定差异,河南和安徽种群遗传多样性最高,江苏种群较低;年度间相同地理来源的菌群亲缘关系较远,相同年份不同地理来源菌群亲缘关系较近。聚类分析显示所有菌株相似系数为0.51—0.93,在相似系数为0.59水平上,175个菌株被划分为2群5个亚群,亚群间表现出年度间的差异,不同地理种群病菌间存在基因交流,遗传相关性较高;主坐标分析结果与聚类分析结果一致,同一年份的菌株明显聚集在一起。【结论】 引起黄淮海地区玉米弯孢叶斑病的病原菌群体存在较高的遗传变异,地域相邻的病菌遗传关系较近;同一地区的菌株在年度间表现出一定遗传距离,而同一年份不同地理来源的菌株遗传距离较近。引起该地区玉米弯孢叶斑病的新月弯孢菌株不是以本地菌源为主,其主要菌源可能来自南方水稻和草坪草或东南亚玉米生产区,但也存在少量存活于地表病残体上的菌株可作翌年的初侵染源。

    青枯菌铜抗性基因copA 的功能
    王晓宁,梁欢,王帅,方文生,许景升,冯洁,徐进,曹坳程
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 837-848.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.006
    摘要 ( 68 )?? HTML ( 7 )?? PDF (1138KB) ( 54 )?? 收藏
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    【目的】 植物细菌性青枯病(bacterial wilt of plants)是由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum )引起的一种世界性重大土传病害。作为防治青枯病等细菌性病害的重要杀菌剂,铜制剂的广泛使用造成多种植物病原细菌群体中出现了铜抗性菌株。青枯菌Po82菌株大质粒上携带了丁香假单胞菌中的铜抗性编码基因copA 的同源物,论文旨在探明青枯菌Po82菌株copA 在铜抗性、致病性等方面的生物学功能。【方法】 以青枯菌Po82菌株为研究对象,利用MEGA6.0软件包,基于邻接法构建copA 的系统发育树,探究铜抗性基因copA 在青枯菌和其他植物病原细菌中的系统进化关系。通过反向遗传学的研究手段,采用基因同源重组双交换和电击转化法,构建copA 基因缺失菌株及相应互补菌株。通过最小抑制浓度(minimal inhibition concentration,MIC)测定、RT-qPCR、Biolog代谢芯片以及致病力等基础生物学测定研究手段,解析copA 与青枯菌铜胁迫应答、代谢活性、致病性和运动性等表型生物学特征之间的关系。【结果】 同源性比对分析结果显示,copA 广泛存在于青枯菌群体中,青枯菌copA 在亲缘关系上与耐金属贪铜菌最为紧密, 与稻黄单胞菌、丁香假单胞菌和大肠杆菌的亲缘关系较远。RT-qPCR结果显示copA 的表达受到铜离子的诱导,copA 的表达量随着CuSO4浓度的增加而增加。CuSO4浓度为1.0 mmol·L -1时,基因表达量最高。铜MIC测定结果显示copA 基因缺失菌株对铜离子的敏感性增加,copA 基因缺失菌株的MIC值为0.8 mmol·L -1,较野生型菌株的1.2 mmol·L -1下降了33.3%,互补菌株恢复了铜抗性能力,表明copA 在青枯菌的铜胁迫应答过程中发挥着重要作用。与野生型菌株相比,copA 基因缺失菌株在普通NA培养基及含0.6 mmol·L -1 CuSO4的NA培养基中的对数生长期的生长速率降低,表明copA 与青枯菌的生长速率相关。copA 基因缺失菌株于发病前期病情指数较野生型菌株下降,接种第10天,copA 基因缺失菌株的病情指数较Po82野生型菌株下降了11.7%。copA 的缺失导致青枯菌对α -D-葡萄糖和D-海藻糖等碳源,L-丙氨酸和葡萄糖醛酰胺等氮源的代谢利用速率降低,使青枯病发病病程延长。与野生型菌株Po82相比,copA 基因缺失菌株中III型分泌系统的转录激活因子编码基因hrpGhrpB ,III型效应子RipX编码基因ripX 的表达量显着下调。 【结论】 铜抗性基因copA 在青枯菌铜胁迫应答、致病性等方面发挥一定的作用,研究结果可为进一步解析青枯菌的铜抗性分子机制以及铜抗性菌株的防治提供理论依据。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    江苏省水稻减肥增产的潜力与机制分析
    郭俊杰,柴以潇,李玲,高丽敏,谢凯柳,凌宁,郭世伟
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 849-859.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.007
    摘要 ( 132 )?? HTML ( 7 )?? PDF (1804KB) ( 123 )?? 收藏
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    【目的】 明确当前江苏省水稻种植区域的施肥现状与问题,定量研究化学氮肥减量对水稻产量形成和氮素吸收利用的影响,以评估氮肥减量优化在水稻生产中的适用性。【方法】 以江苏省为研究对象,通过对1 502家农户进行调查,分析水稻施氮量(化肥氮)、产量与氮效率(氮肥偏生产力)现状。同时结合文献检索获得的 49篇大田试验文献共 195 组试验数据,采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析氮肥减量对水稻产量形成和氮素吸收利用的影响特征。【结果】 农户调研数据表明,江苏省农户水稻生产的平均产量、氮肥用量和氮肥偏生产力分别为8 273 kg·hm -2、358.10 kg·hm -2和 25.12 kg·kg -1。文献数据整合分析表明,在江苏地区,与传统/常规施氮相比,氮肥减量显着降低植株氮素吸收量(-5.8%—-14.0%),在一定程度上抑制了穗数的产生(-2.09%—-5.46%),同时通过增加穗粒数(3.96%—6.79%)、结实率(2.00%—3.88%)以及千粒重(0.89%—2.10%)来提高水稻产量(2.8%—5.7%)和氮肥偏生产力(52.4%—77.0%)。氮肥减量优化下,籼稻的产量与氮效率的提升效果优于粳稻。减量方式以氮肥减量后进行合理养分运筹同时增施有机肥(秸秆)对水稻增产增效的效果最显着。 减量比例以≤25%最佳。高基础地力条件下更有利于在保证水稻产量的前提下实现氮肥减量。综合分析得出,江苏省水稻的氮肥减量可以通过调控运筹与增施有机肥实现,其推荐减量空间为31%,其中基、蘖肥是其主要的减量方向。 【结论】 江苏省水稻化学氮肥减量可行,基肥与分蘖肥为主要的减量方向。将氮肥减量控制在31%以内,同时进行优化管理,能够合理调控水稻各产量构成因素,实现水稻增产增效。

    海南岛农牧生产体系磷元素流动时空变化特征
    丁尚,郭浩浩,宋晨阳,刁晓平,赵洪伟
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 860-873.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.008
    摘要 ( 58 )?? HTML ( 7 )?? PDF (1253KB) ( 46 )?? 收藏
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    【目的】 通过对1987—2016年海南岛农牧生产体系磷元素流动时空特征及环境效应进行定量分析,研究其流动过程和规律,探讨农牧生产体系磷素的优化管理途径,为海南岛农牧业可持续发展提供科学依据。【方法】 研究基于食物链养分流动模型(NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use,NUFER),通过统计数据、文献检索、实地调研,并结合Origin等软件,定量计算海南岛农牧生产体系的磷素输入、输出、利用率及其环境效应,并通过情景分析探索海南岛农牧生产体系磷素的可持续利用途径。【结果】 30年间海南岛农田生产子系统磷素总投入量从21.34 Gg增至81.19 Gg,总输出量由6.20 Gg增至18.20 Gg,化肥作为该系统磷素主要来源,输入量由19.01 Gg增至79.23 Gg,作物产品作为农田磷素主要输出项,30年间由5.25 Gg增至15.48 Gg。动物生产子系统磷素总输入量由11.40 Gg增至15.31 Gg,总输出量由9.63 Gg增至11.90 Gg,其中外源饲料磷素输入量由1987年的10.97 Gg增至2016年的14.77 Gg,动物产品输出量30年间增长了4.95 Gg。秸秆还田量和作物饲用量分别增加了0.37和0.26 kg·hm -2,粪尿还田量则减少了0.80 kg·hm -2。空间分布上,澄迈、定安等地30年来磷素输入和输出量较高,五指山、琼中等地较低。就磷素损失情况来看,1987—2016年,海南岛单位耕地面积土壤磷盈余量由35.00 kg·hm -2增至147.40 kg·hm -2,2016年土壤磷素盈余量较大的是琼海、澄迈、保亭和临高,分别为372.79、279.82、194.14和181.09 kg·hm -2。磷的其他损失途径为土壤侵蚀、径流和淋洗,损失量在1.21—5.85 kg·hm -2。畜禽粪便单位耕地面积承载量维持在3.83—5.77 kg·hm -2。30年来,磷素利用率增长缓慢,其中农田生产子系统磷素利用率由13.01%增至13.86%,动物生产子系统磷素利用率由4.78%增至7.62%,农牧结合体系磷素利用率由10.78%增至13.09%。情景分析结果显示,保证农牧生产体系各子系统间的协调稳定发展以及通过科学的养分管理方式提高资源的循环利用率对促进海南岛农牧业发展意义重大。 【结论】 受农牧生产体系规模、区域发展以及管理方式等因素影响,海南岛农牧生产体系环境损失情况严重,磷素利用率较低,体系出现了较严重的分离。因此,在海南岛未来的农牧生产中,应优化技术手段和管理措施,如控制磷素的过量输入,减少粪尿的直接排放,提高秸秆和粪尿循环利用率。同时也应促进农田生产子系统与动物生产子系统间的协调关系,走农牧结合的可持续发展道路。

    高硼土壤增施硫肥对油菜硼吸收与分配的影响
    李鸣凤,刘新伟,王海彤,赵竹青
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 874-881.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.009
    摘要 ( 47 )?? HTML ( 4 )?? PDF (2273KB) ( 54 )?? 收藏
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    【目的】 探索高硼环境下施用硫肥对油菜硼吸收和分配的影响,为合理施用硫肥缓解油菜硼毒害提供理论基础。【方法】 以油菜华油杂9号为试验材料,在高硼灰潮土上(全硼含量13.44 mg·kg -1,有效硼5.03 mg·kg -1)进行盆栽试验。研究了6个硫水平(0、20、50、100、200、500 mg·kg -1)对油菜果荚、叶、茎、根部的硼含量及硼的分配、细胞壁的提取率、细胞壁硼含量和比例的影响。 【结果】 随着施硫量增加,油菜各部位的生物量呈先增加后降低的趋势,其中施硫50 mg·kg -1时,油菜鲜重生物量最高,可达364.5 g/株。施用不同量硫肥后,油菜硼含量及分配均为果荚>叶>茎>根,表明果荚为硼的主要累积器官。增施硫肥,油菜果荚的硼含量呈下降趋势,施硫量由0增至100 mg·kg -1,油菜果荚硼含量和分配显着降低,降幅分别为14.8%和15.0%。油菜果荚细胞壁提取率增加43.0%,其细胞壁硼含量和比例无显着变化,继续增施硫肥至200 mg·kg -1,油菜果荚硼含量、硼分配比和细胞壁硼均下降至显着水平,且细胞壁硼分配比显着上升。与果荚不同,增施硫肥后油菜叶、茎和根的硼含量则呈缓慢上升的趋势。施硫量由0增至100 mg·kg -1,油菜叶、茎和根硼含量分别增加15.0%、32.9%和34.9%,其分配比例分别增加13.4%、29.6%和18.6%,同时油菜叶片、茎和根部细胞壁硼含量显着增加12.3%、22.9%和14.9%,表明增施硫肥增加了油菜叶、茎和根的硼含量。 【结论】 硫肥可通过增加油菜生物量,限制硼从根、茎、叶到果荚的转运,以及增加油菜果荚细胞壁硼含量来缓解高硼对油菜果荚的毒害,最佳施硫量为50—100 mg·kg -1

    园艺
    SERK2 的克隆及其在不同状态愈伤组织中的表达分析
    谭彬,陈谭星,韩亚萍,张亚如,郑先波,程钧,王伟,冯建灿
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 882-892.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.010
    摘要 ( 88 )?? HTML ( 10 )?? PDF (7277KB) ( 90 )?? 收藏
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    【目的】 分离克隆桃(Prunus persica L.)体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶(somatic embryogenesis receptor-like kinases,SERKs)基因SERK2 ,检测其在不同状态桃愈伤组织中的表达差异,分析SERK2 与胚性愈伤组织发生的关系,为揭示组织培养困难树种桃胚性愈伤组织产生的分子机理奠定基础。【方法】 采用同源克隆法获得PpSERK2 的cDNA全长序列,运用TMPred、DNAMAN和MEGA 5.0等生物信息学软件对序列进行分析;以‘秋蜜红’花药为外植体,接种至添加2.0 mg·L -1 6-BA和1.0 mg·L -1 2,4-D的NN69培养基诱导愈伤组织;将获得的不同状态愈伤组织制作石蜡切片并进行组织细胞学观察;通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对PpSERK2 在4种不同状态愈伤组织中的表达进行分析。 【结果】 克隆获得‘秋蜜红’PpSERK2 的cDNA全长序列1 881 bp,编码626个氨基酸,其蛋白质理论分子量为68.99 kD,理论等电点为5.38,具有完整的SERK蛋白的保守结构域,与牡丹(Paeonia suffruticosa )等物种的同源性为67.88%—92.71%,且与秘鲁番茄(Solanum peruvianu )和温州蜜柑(Citrus unshiu )的相似性最高。在与其他物种的SERK蛋白构建的系统进化树中,PpSERK2与SpSERK1、CitSERK1和PsSERK2等聚在一起,与同源性比对结果一致。以‘秋蜜红’花药为外植体诱导获得4种不同状态的愈伤组织,组织细胞学观察发现黄色疏松状(球形胚出现)、绿色紧实状(心形胚出现)和浅黄色透明状(尚未完全形成的鱼雷形胚结构出现)的3种状态的愈伤组织细胞小、排列紧密;而黄白色水渍状愈伤组织细胞体积大、排列不规则,细胞质稀且染色浅。根据形态学和组织学的鉴定结果,可知黄色疏松状、绿色紧实状和浅黄色透明状的3种状态的愈伤组织均为胚性愈伤组织,而黄白色水渍状愈伤组织为非胚性愈伤组织。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果表明,PpSERK2 在‘秋蜜红’3种状态的胚性愈伤组织中的表达量显着高于非胚性愈伤组织,且在3种胚性愈伤组织中的表达量有差异,其中在黄色疏松状愈伤组织中表达量最高,绿色紧实状次之,浅黄色透明状中最低。【结论】 克隆获得PpSERK2 的cDNA全长序列,其在3种状态的胚性愈伤组织中的表达量明显高于非胚性愈伤组织,且在黄色疏松状胚性愈伤组织中的表达量最高,PpSERK2 在桃体细胞胚发育的早期发挥作用。

    三峡重庆库区施氮水平对塔罗科血橙树体养分、产量品质及土壤理化性质的影响
    杨江波,张绩,李俊杰,郑永强,吕强,谢让金,马岩岩,邓烈,何绍兰,易时来
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 893-908.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.011
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    【目的】 通过在三峡重庆库区典型代表性柑橘园研究不同施氮水平对晚熟柑橘塔罗科血橙树体养分吸收、果实产量品质及土壤理化性质的影响,为三峡重庆库区晚熟柑橘优质丰产提供理论依据。【方法】 以7年生枳橙砧塔罗科血橙为试材,研究在0(N0)、1(N1)、1.5(N2)、2(N3)、2.5(N4)和3 kg/株(N5)6个施氮水平处理下树体枝梢干物质积累量、枝叶与果实养分吸收、果实产量和品质以及土壤理化性质的差异。【结果】 本试验结果表明,不同施氮水平处理后,血橙各时期叶片和枝条干物质量变化趋势相似,均表现为随着施氮量的增加显着增加,但春梢叶片干物质量在N3—N5处理差异不显着。不同时期的枝叶干物质量均表现为春梢大于秋梢,叶片干物质量要远大于枝条。春梢的氮、磷、钾养分吸收量在N0处理下均为最低,随着氮肥施入,吸收量显着增加,其中叶片的氮吸收量在N2处理达到峰值,磷、钾吸收量在N3处理达到峰值,随后有所下降,但差异不显着,枝条的养分吸收量一直在增加,N3—N5处理差异不显着。秋梢叶片和枝条的氮吸收量随着施氮量增加显着增加,在N5处理达到最大值,磷和钾吸收量在N0处理时略高于低氮处理(N1、N2),而高氮(N3—N5)处理显着增加。果实氮和钾含量随施氮量增加呈先增后降趋势,在N2处理达到最大值,各处理的果实磷含量差异不显着。果肉中氮和钾含量远高于果皮,而果皮中的磷含量高于果肉。不同施氮处理的果实养分带走量差异显着,随着施氮量的增加,果实氮、磷、钾养分带走量以N2处理最高,显着高于其他各处理;果实养分带走量顺序为钾>氮>磷。随着氮肥投入增加,土壤有机质含量显着下降,碱解氮和有效磷含量显着增加,速效钾含量在N3处理达到最大值后开始降低。土壤硝态氮淋溶作用随着施氮量增加而增大,0—20 cm土层内以N2处理硝态氮含量最高,显着高于N5处理;铵态氮含量比较稳定,与施氮量呈正相关;20—40 cm土层内各处理间的硝态氮、铵态氮含量差异均不显着;40—60 cm土层内高氮处理下硝态氮含量显着增加,而铵态氮含量变化不明显。果皮厚度与施氮量呈正相关,果实纵径、横径、单果重和产量均随着施氮量增加先增加后降低,N3处理纵、横径显着高于其他处理,而N2处理的单果重和产量最高。可溶性固形物含量随施氮量增加呈先增后降趋势,各处理间差异不显着;随施氮量的增加,可滴定酸含量增加,固酸比下降;维生素C和花色苷含量变化趋势相似,在N2处理达到最大值,随后显着降低。果实着色在N3处理下相对较好。相关性分析表明,叶片氮含量与果实可滴定酸含量和果皮厚度呈正相关,与固酸比呈负相关,土壤碱解氮含量与可滴定酸含量和果皮厚度呈极显着正相关,与固酸比呈极显着负相关。【结论】 综合考虑,在三峡重庆库区柑橘园中,纯氮推荐用量为0.63—0.86 kg/plant,可保证果园较高的产量和果实品质水平,有利于血橙树体的养分吸收利用,同时果园土壤环境污染风险相对较小。

    食品科学与工程
    南粳系列水稻品种的食味品质与稻米理化特性
    赵春芳,岳红亮,黄双杰,周丽慧,赵凌,张亚东,陈涛,朱镇,赵庆勇,姚姝,梁文化,路凯,王才林
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 909-920.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.012
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    【目的】 明确3个优良食味南粳品种的主要蒸煮食味品质性状的特点及与亲本间的差异,为水稻优质育种提供理论依据。【方法】 本研究以南粳系列优良食味粳稻品种南粳46、南粳9108、南粳5055及其父本关东194、母本武粳13和武香粳14为试验材料,比较分析稻米理化特性、支链淀粉分支结构、RVA谱黏滞性、热力学特性、米饭食味特性等25个食味品质相关性状的差异,分析稻米理化性状与米饭食味特征值间的关系、化学成分和支链淀粉分支结构与理化特性间的关系。【结果】 3个南粳品种在大多数性状上具有一致性,与常规粳稻亲本武粳13和武香粳14相比,3个南粳品种均具有更小的直链淀粉含量、峰值时间、热浆黏度、最终黏度、回复值、消减值、回生焓、回生率和米饭硬度值,更大的胶稠度、崩解值、米饭黏度值和综合食味值。在支链淀粉分支结构上,3个南粳品种的A链(DP6-12)比例更大,而B1链(DP13-24)更小。3个南粳品种大多数性状均与关东194相似,说明南粳系列品种的食味品质特性遗传自关东194。3个南粳品种中亦存在差异性状,南粳46的蛋白质含量和热力学参数更低,南粳9108的脂肪含量更高,而南粳5055的成糊温度更高。相关性分析表明,除蛋白质含量、糊化温度、峰值时间外,米饭综合食味值与稻米大多数理化性状存在显着或极显着的相关性,而稻米理化特性主要受直链淀粉含量的影响。【结论】 3个南粳品种食味品质的优异特性是具有更低的糊化和回生特性,更高的胶稠度和米饭黏性,更短的糊化时间和更大的崩解性能。较低的直链淀粉含量是其优良食味品质形成的主要原因,而蛋白质含量和支链淀粉分支链比例主要对糊化和回生特性起作用。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    新疆地区西门塔尔牛核心群选择
    魏趁,赵俊金,黄锡霞,杨红杰,张梦华,葛建军,马光辉,张晓雪,王丹,尤震晨,胥磊,姜徽,赵番番,巨星,李云霞
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 921-929.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.013
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    【目的】 多年来新疆地区西门塔尔牛的遗传改良取得一定的成效,但遗传评估工作开展较少。为加快西门塔尔牛的遗传进展,本研究通过对西门塔尔牛主要经济性状进行遗传评定、遗传趋势的分析、组建核心群并对比总性能指数(total performance index,TPI)选择和单性状选择的差异,旨在为今后制定和优化适合新疆地区西门塔尔牛的育种方案提供理论依据。【方法】 本研究以新疆呼图壁种牛场1974—2014年出生的 2 495头西门塔尔牛母牛生产性能记录、DHI测定记录、成母牛体重及外貌鉴定记录为研究对象,运用DMU软件采用AI-REML结合EM算法配合多性状动物模型对305 d产奶量(305MY)、乳脂率(MFP)、乳蛋白率(MPP)、乳糖率(MLP)、总固体(TS)、体细胞数(SCS)、成母牛体重(MCW)和外貌评分(TC)性状进行方差组分和育种值估计,并对305 d产奶量、乳脂率、乳蛋白率、体细胞数和成母牛体重性状进行遗传趋势分析,最终通过总性能指数公式对该牧场种公牛进行遗传评价及筛选核心母牛群。【结果】 西门塔尔牛305MY、MFP、MPP、MLP、TS、SCS、MCW和TC的遗传力分别为0.39、0.15、0.12、0.12、0.32、0.09、0.60、0.19,305MY、TS和MCW属于高遗传力(h 2>0.3),MFP、MPP、MLP和TC属于中等遗传力(0.12<0.3),SCS属于低遗传力(h 2<0.1)。对西门塔尔牛各性状遗传趋势进行分析,1974—2007年间305MY性状遗传趋势变化不明显,2008—2012年呈明显的上升趋势;1974—2006年间MFP和MPP这两个性状遗传趋势略呈下降的趋势,2007—2013年呈明显的上升趋势;1974—2000年间SCS性状的遗传趋势呈上升趋势,2001—2012年间遗传趋势总体呈下升趋势;1974—2007年间MCW性状的遗传趋势上下波动较大,2008—2011年间呈明显的上升趋势。根据中国西门塔尔牛总性能指数公式对种公牛、大群母牛群和在群母牛群进行育种值排队,其中排在第一位的公牛TPI值为552.45,排在前10位的公牛平均TPI值为 383.41,从在群母牛中筛选出100头核心母牛群平均TPI值为214.91,100头核心群母牛305MY、MFP、MCW和TC表型值均值分别为7 095.10 kg、4.13%、696.53 kg和76.73,与在群母牛群平均表型值相比要高。通过对比不同分组305MY性状选择、MPP性状选择和TPI选择各性状育种值的差异,得出TPI选择要优于单性状选择。 【结论】 近年来西门塔尔牛305MY、MPF、MPP和MCW育种值明显增加,SCS呈下降趋势,进一步证明对西门塔尔牛选育及遗传改良取得了一定的成果。通过比较TPI选择和单性状选择的差异,证明了在生产实践中综合选择指数更实用,牧场可加大TPI值高的种公牛的使用程度,并以100头核心母牛群为基础,扩群,通过选择优秀的公牛进行繁育、扩群,从而达到提高全群西门塔尔牛生产指标的目的。

    欧亚类禽型H1N1猪流感病毒HA蛋白的表达及免疫原性评估
    贾云慧,许程志,隋金钰,吴运谱,许榜丰,陈艳,杨焕良,乔传玲,陈化兰
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 930-938.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.014
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    【目的】 表达欧亚类禽型(eurasian avian-like,EA)H1N1猪流感病毒(SIV)的血凝素(HA)蛋白,并对其免疫原性进行测定。【方法】 利用RT-PCR技术扩增病毒A/swine/Zhejiang/245/2013(H1N1)(ZJ245)的HA基因,将其克隆至真核表达载体pCAGGS中,获得重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245),将其转染293T细胞,采用间接免疫荧光(IFA)检测和Western blot检测HA蛋白在体外的表达;将重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245)经肌肉注射途径、以100 μg/只剂量免疫16只6周龄BALB/c小鼠(I组和II组),间隔3周后进行加强免疫(二免);同等数量的小鼠以相同方式注射100 μL无菌PBS作为非免疫对照组(III组和IV组)。首免和二免每周采血,分别采用血凝抑制(HI)试验和病毒中和(VN)试验两种方法测定不同类型的血清抗体效价;二免2周后,其中两组小鼠(I组和III组)用50 μL(10 6.0EID50)的ZJ245病毒经滴鼻感染途径进行攻毒,另外两组(II组和IV组)用A/swine/Heilongjiang/44/2009(H1N1)(HLJ44)病毒进行攻毒。攻毒后14 d内每天观察小鼠的临床症状、统计发病与死亡情况,且每天称量小鼠体重,在体重下降比率超过25%时判定为小鼠死亡。攻毒后第3 天,每组随机剖杀3只小鼠,分别采集脑、鼻甲、肺、脾和肾等脏器,匀浆处理后通过接种10日龄的非免疫鸡胚测定脏器的病毒含量。通过小鼠体重变化以及脏器滴定的病毒含量评估重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245)的免疫保护效果。 【结果】 经酶切鉴定和测序验证表明ZJ245的HA基因的已正确克隆至真核表达质粒pCAGGS中获得重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245),经体外转染293T细胞后,IFA和Western blot证实了病毒的HA蛋白能够正确表达,并具有良好的生物学活性;小鼠的免疫与攻毒试验结果表明,重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245)首免后一周可检测到针对同源病毒ZJ245的低水平HI和VN抗体,加强免疫后抗体水平明显升高,HI抗体达到76.88、VN抗体达到152.5;同时针对异源病毒HLJ44也产生了较低水平的HI和VN抗体。10 6.0EID50的同源病毒ZJ245攻毒时,与非免疫组小鼠相对比,重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245)的免疫完全阻止了因病毒攻击而导致的小鼠体重下降以及肺脏和鼻甲内病毒的复制;10 6.0EID50的异源病毒HLJ44攻毒时,相比非免疫组小鼠,质粒免疫组小鼠体重的下降比率、以及肺脏和鼻甲内的病毒滴度均显着降低(P<0.0001、P <0.001、P <0.05)。 【结论】 重组质粒pCAGGS-HA(ZJ245)能够有效表达病毒HA蛋白,免疫后可使小鼠获得完全抵抗ZJ245感染及部分抵御HLJ44感染的免疫保护力,表明重组质粒 pCAGGS-HA(ZJ245)具有良好的免疫原性。

    无刺蜂蜂胶乙醇提取物的体外抗氧化及抗炎活性
    王蓓,常化松,苏松坤,孙丽萍,王凯
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 939-948.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.015
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    【目的】 无刺蜂(stingless bees)是热带和亚热带地区重要的授粉昆虫之一,以尾部无蛰针为典型特征,其蜂胶采集量较意大利蜜蜂( Apis mellifera ligustica )更多,然而其蜂胶活性研究却相对匮乏。本文以来源于马来西亚无刺蜂 ( Heterotrigona itama )采集蜂胶的乙醇提取物(ethanol extract of H. itama propolis, EEHI)为研究对象,旨在探究其体外抗氧化和抗炎活性。【方法】 采用福林酚法和硝酸铝法测定EEHI中总酚酸和总黄酮含量,并采用DPPH和ABTS 自由基清除能力评价EEHI的体外抗氧化能力;在此基础上,采用细菌脂多糖(LPS)诱导小鼠巨噬细胞RAW 264.7炎症模型,通过CCK-8法检测EEHI对细胞相对存活率的影响,在保证EEHI对细胞无细胞毒性作用基础上,分别采用Griess法和实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术评估EEHI对LPS诱导的RAW 264.7细胞中炎症介质一氧化氮(NO)释放量的影响以及其对炎症因子( IL-1βIL-10INOS )和抗氧化基因( HO-1 )信使RNA表达的影响;进一步利用免疫印迹和免疫荧光方法,以NF-κB炎症信号通路为切入点,研究EEHI对LPS诱导巨噬细胞中p-IκΒ α 和IκΒ α 蛋白表达以及NF-κB-p65蛋白移位的影响,从而探究EEHI潜在的抗炎机理。 【结果】 EEHI中总酚酸和总黄酮含量分别为54.70 mg GAE·g-1和116.20 mg QE·g-1;DPPH和ABTS自由基清除能力IC50值分别为275.60和 284.00 μg·mL-1。EEHI对RAW 264.7细胞的安全浓度为0—40 μg·mL-1。在LPS诱导的Raw 264.7细胞炎症模型中,相对于LPS刺激组,0—40 μg·mL-1的EEHI以浓度依赖方式显着地抑制了LPS诱导的RAW 264.7细胞中NO的释放量,且降低了细胞中炎症因子 IL-1βIL-10INOS 的基因表达量,并增强了抗氧化基因 HO-1 的表达。进一步研究发现,0—40 μg·mL-1的EEHI以浓度依赖方式显着抑制了LPS诱导的RAW 264.7细胞IκΒ α 蛋白的磷酸化,且40 μg·mL-1的EEHI显着降低了NF-κB-p65蛋白的核移位现象,因此推测EEHI可能是通过抑制LPS诱导的NF-κB信号通路的激活进而发挥了体外抗炎活性。 【结论】 无刺蜂蜂胶乙醇提取物中含有大量多酚类化合物,具有较好的抗炎和抗氧化效果,极具开发利用价值。

    研究简报
    鹅伴性羽色性状的遗传分析
    于金成,李喆,于宁,刘况,赵辉
    中国农业科学. 2019, 52(5):? 949-954.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.05.016
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    【目的】 豁眼鹅是我国着名的白鹅品种,其1日龄雏鹅往往呈现黄色或淡黄色。然而,笔者在进行豁眼鹅纯系继代选育过程中,发现自由交配群体的后代中有20%雏鹅个体绒羽呈现浅褐色,且公母比例差别明显(公母比例接近1﹕3),推测豁眼鹅群体白羽性状存在伴性遗传可能。以雏鹅期浅褐色公鹅和黄色母鹅为亲本,利用杂交试验,检验雏鹅绒羽表型的情况是否符合孟德尔遗传规律,从而揭示鹅羽色性状的遗传方式。为此开展鹅的羽色性状遗传规律及机制研究,以期对鹅新品种或品系的培育以及鹅羽色自别雌雄配套系生产提供指导。【方法】 选用40只豁眼鹅公鹅和200只豁眼鹅母鹅为亲本,组建随机交配群产生豁眼鹅纯系G1代,观察G1代中1日龄雏鹅中黄色绒羽和浅褐色绒羽表型的表现和分离比例;4只浅褐色豁眼鹅公鹅和20只黄色豁眼鹅母鹅为亲本,杂交产生F1代,观察其1日龄雏鹅中黄色绒羽和浅褐色绒羽表型的表现和分离比例。【结果】 ①在豁眼鹅随机交配G1代中,浅褐色绒羽表型个体的比例为19.5%。其中,公母雏之间浅褐色个体占比差别比较大,公雏中浅褐色的比例在10%左右,而母雏有30%左右的个体呈现浅褐色。根据Hardy-Weinberg定律,绒羽颜色性状等位基因频率计算如下,母雏中浅褐色个体的比例就是豁眼鹅群体中绒羽浅褐色等位基因的频率,本试验中29.8%的母雏个体是呈现浅褐色,所以该等位基因的频率约为0.3。同时,公雏中浅褐色个体比例的开方也能计算出豁眼鹅群体中浅褐色等位基因的频率,本例中,10%的公雏是浅褐色,所以该等位基因的频率约为0.3左右,同母雏计算所得基因频率比较接近。相应的,绒羽黄色等位基因频率则为0.7左右。②杂交F1中,黄羽81只,占50%;浅褐色79只,占50%。且黄羽全为公雏,浅褐色羽全是母雏。结果表明,浅褐色性状呈伴性遗传;已研究证实,银色羽(S*S)和不完全白化(S*AL)是位于Z染色体上的一对等位基因控制,不完全白化基因AL对银色羽基因S为隐性。因此,根据杂交试验结果,可以初步判断浅褐色和黄色是由一个基因座的复等位基因所决定的结果,且浅褐色对于黄色性状呈隐性遗传。【结论】 本试验通过羽色性状选配杂交和随机交配试验,分析了豁眼鹅1日龄雏鹅绒羽颜色表型的分离情况,结果表明:(1)浅褐色绒羽性状相对黄色绒羽性状为隐性遗传;(2)豁眼鹅雏鹅绒羽浅褐色/黄色性状呈伴性遗传;(3)豁眼鹅雏鹅绒羽颜色性状主要为Z染色体银色羽基因座控制,控制该基因座的等位基因存在变异位点与相应表型关联。