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    2019年 第52卷 第10期 刊出日期:2019-05-16
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    中国农业科学. 2019, 52(10):? 0.?
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    甘蓝型油菜半矮秆突变体dw-1的遗传分析与激素响应特性
    宋稀, 蒲定福, 田露申, 余青青, 杨玉恒, 代兵兵, 赵昌斌, 黄成云, 邓武明
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1667-1677.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.001
    摘要 ( 160 )?? HTML ( 36 )?? PDF (865KB) ( 191 )?? 收藏
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    【目的】株高是影响油菜抗倒性、丰产性和全程机械化进程的关键性状,油菜矮秆、半矮秆资源的发掘与研究,是实现株高遗传改良的关键。目前油菜优异矮源缺乏,通过对获得的甘蓝型自然矮化突变体进行表型鉴定、遗传分析及激素相关形态学、生理学分析,旨在综合评估其利用潜能,为其在油菜矮化育种中的应用提供理论指导并为后续基因定位、克隆奠定基础。【方法】将甘蓝型油菜品系141492自交6代后发现的半矮秆突变体经游离小孢子培养获得DH系群体,选取1个半矮DH系,暂命名dw-1,其平均株高约95 cm,变幅83—105 cm。对dw-1农艺性状、经济性状、抗病性等进行表型鉴定,并以dw-1与野生型高秆为亲本构建6世代遗传群体,应用主基因+多基因混合遗传模型对株高进行遗传分析。通过光暗处理(16 h光照/8 h黑暗、24 h黑暗)形态学观察、下胚轴与茎秆赤霉素敏感性测验,鉴定突变体突变类型。【结果】与野生型相比,dw-1千粒重无明显变化,菌核病病指、二次分枝数、单株角果数显着或极显着增加,主序有效长、一次分枝数、株高、分枝部位高度、重心高度、主序角果数、每角粒数、单株产量显着或极显着降低,全生育期极显着缩短。遗传分析表明,dw-1株高的遗传受1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制(D-0模型),主基因加性效应-47.5,显性度0.2;B1、B2、F2主基因遗传率分别为76.0%、84.0%、85.0%,多基因遗传率分别为4.1%、5.6%、6.7%。光照与黑暗条件下,dw-1形态建成正常且下胚轴长度均极显着低于野生型。外施低浓度赤霉素对下胚轴与茎秆伸长作用不明显,高浓度处理有显着促进作用,但均不能恢复至野生型表型。【结论】dw-1田间综合性状优良,矮生性状以1对加性-显性主基因遗传为主,主基因又以加性效应为主,常规杂交育种早代选择有效。dw-1矮化机制与油菜素内酯途径无关,为赤霉素敏感性减弱应答类型。

    芝麻硬脂酸脱饱和酶基因SiSAD的克隆及功能验证
    周瑢,刘盼,黎冬华,张艳欣,王林海,张秀荣,魏鑫
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1678-1685.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.002
    摘要 ( 91 )?? HTML ( 20 )?? PDF (2920KB) ( 91 )?? 收藏
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    【目的】对芝麻△9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD(△9 stearoyl acyl-carrier-protein desaturase)进行克隆与表达分析,并转入拟南芥,探究其在油酸合成过程中的作用,为芝麻油酸含量的遗传改良提供分子基础。【方法】提取中芝13叶片的总RNA,反转录为cDNA。根据芝麻基因组数据库中的SiSAD序列信息(序列号为SIN_1008977)设计引物,以cDNA为模板,通过RT-PCR克隆获得SiSAD编码区序列,并与参考基因组序列进行比较。利用InterPro进行保守结构域分析,获得SiSAD蛋白的保守结构域。利用BLAST对SiSAD蛋白进行同源对比,获得SiSAD的同源蛋白质。采用邻接法构建系统进化树,获得芝麻SAD蛋白与橄榄、牵牛花、蓖麻、莴苣、葡萄、柑橘、拟南芥等植物SAD蛋白的亲缘关系。通过荧光定量PCR检测SiSAD在2个芝麻品种中芝33和中丰芝一号的根、茎、叶、蕾和种子中的相对表达量,分析SiSAD的表达特异性。将SiSAD连接过表达载体,通过农杆菌介导法转化野生型拟南芥(Col-0),筛选阳性后代,对T3代转基因和野生型的拟南芥种子中硬脂酸和油酸相对含量进行测定,分析SiSAD的功能。【结果】成功获得SiSAD的编码区序列,与参考基因组序列一致,全长为1 152 bp,编码383个氨基酸,SiSAD蛋白的分子量为43 kD,等电点为6.18。发现SiSAD蛋白含有一个保守结构域,属于脂肪酸去饱和酶家族成员,与其他植物的SAD蛋白质序列的同源性较高,暗示SiSAD在不同物种中的功能可能比较保守。系统进化分析显示,芝麻SAD蛋白与牵牛花和橄榄的SAD蛋白处于同一分支,进化关系较近,与蓖麻、拟南芥、柑橘的SAD蛋白亲缘关系较远。荧光定量PCR结果表明,SiSAD在芝麻种子中的表达量远远高于其他组织,有显着的组织特异性。成功构建了SiSAD的过表达载体,通过农杆菌介导法转化拟南芥,结果表明SiSAD成功导入拟南芥中,而且转录水平很高。对T3代转基因拟南芥种子中硬脂酸和油酸的相对含量分析表明,与野生型拟南芥比较,3个转SiSAD拟南芥株系中硬脂酸(C18:0)含量分别降低了3.0%、4.8%和6.1%,而油酸(C18:1)含量分别升高了2.8%、4.3%和7.8%,平均升高4.97%。【结论】克隆获得芝麻SiSAD的全长cDNA序列,鉴定了SiSAD的功能,发现SiSAD在油酸合成代谢过程中正向增加油酸含量,可应用于高油酸芝麻新品种培育。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    黄淮旱地冬小麦农艺性状与生育期气象因子的时空分布特征及互作关系
    李世景, 徐萍, 张正斌, 卫云宗
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1686-1697.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.003
    摘要 ( 122 )?? HTML ( 28 )?? PDF (3271KB) ( 169 )?? 收藏
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    【目的】研究黄淮旱地冬小麦农艺性状与生育期降水的时空分布特征与互作关系,为气候变化下黄淮旱地小麦品种改良提供理论依据。【方法】利用2010—2017年国家黄淮冬小麦区域试验对照品种在不同区域试验点的农艺性状与降水资料,结合地理时空分布与数理统计方法,分析黄淮旱地冬小麦农艺性状和出苗-成熟期总降水的关系。【结果】空间分布上,黄淮旱地小麦实际单位面积产量、千粒重呈现由西部旱薄地向东部旱肥地增加的趋势。西部旱薄地的株高相对较高,中东部旱肥地的株高相对较低。中东部以北的黄淮旱地不同生育阶段的总降水普遍较低,中东部以南的黄淮旱地不同生育阶段的总降水相对较高。时间变化上,河南、山西和陕西的中西部旱地的出苗—成熟期总降水表现出显着的增加趋势。出苗—抽穗期总降水与实际单位面积产量、株高、有效穗数呈显着正相关。通径分析表明,黄淮旱肥地的株高和有效穗数决定了产量变异的53.2%,黄淮旱薄地的株高和千粒重决定了产量变异的67%。【结论】建议黄淮旱肥地冬小麦育种以适当增加株高,提高花前高效利用有限降水的能力和增加穗部发育为主。黄淮旱薄地育种以稳定株高,提高花后转运干物质的效率和收获指数为主。

    无人机多光谱反演黄河口重度盐渍土盐分的研究
    王丹阳,陈红艳,王桂峰,丛津桥,王向锋,魏学文
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1698-1709.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.004
    摘要 ( 66 )?? HTML ( 19 )?? PDF (5470KB) ( 52 )?? 收藏
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    【目的】为提高土壤盐分信息定量遥感提取精度,准确掌握土壤盐渍化程度与分布。【方法】选择垦利区黄河口镇集中连片的重度盐渍土区域为试验区,于2018年4月26日—28日采用搭载Sequoia多光谱相机的无人机进行试验区近地遥感图像采集,并进行图像拼接、辐射校正、正射校正和几何校正等预处理;然后基于相关性分析、灰色关联度分析筛选土壤盐分的敏感波段,构建并筛选光谱参量;进而分别采用多元线性回归(multivariable linear regression,MLR)、支持向量机(support vector machine,SVM)及偏最小二乘(partial least square,PLS)方法构建土壤盐分定量反演模型,并进行验证与评价;最后基于最佳模型进行试验区土壤盐分的分布反演与分析,并与反距离加权插值结果进行精度比较。【结果】相较相关性分析,通过灰色关联度分析的反演模型精度及显着性均有所提高;对比3种建模方法,SVM模型精度最高,PLS模型次之,MLR模型最低,最佳模型为基于灰色关联度分析筛选变量的支持向量机模型,其建模R 2RMSE分别为0.820、3.626,验证R 2RMSE、RPD分别为0.773、4.960、2.200;据此模型反演得到该区域土壤盐分含量为0.323—21.210 g·kg -1,平均值为6.871 g·kg -1,重度盐渍土占58.094%,与实地调查结果较为一致;反演结果与反距离加权插值结果的误差80%控制在样本盐分含量平均值的20%以内,亦较为相近。 【结论】基于无人机多光谱可实现重度盐渍土盐分信息的准确提取。

    植物保护
    转水稻条纹病毒NS3本氏烟的抗病性
    吴根土, 陈广香, 张珈源, 胡桥, 马明鸽, 窦彦霞, 李明骏, 青玲
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1710-1720.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.005
    摘要 ( 44 )?? HTML ( 5 )?? PDF (2613KB) ( 39 )?? 收藏
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    【目的】NS3编码的蛋白是水稻条纹病毒(Rice stripe virus,RSV)RNA沉默抑制子。笔者前期研究发现,转NS3本氏烟(Nicotiana benthamiana)对RSV有一定的抗性。为深入揭示NS3在寄主体内的作用机制,本文将进一步探究转NS3本氏烟对其他烟草病害的抗性。【方法】以野生型本氏烟和转NS3本氏烟为试验材料,通过农杆菌浸润法接种马铃薯X病毒(Potato virus X,PVX)侵染性克隆,观察病毒症状,抽提系统发病叶片总RNA,并利用RT-qPCR方法检测病毒的相对积累量;采用灌根接种法分别接种烟草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)、烟草黑胫病菌(Phytophthora parasitica var. nicotianae),观察植株表型并统计发病率和病情指数。【结果】PVX侵染本氏烟后,植株叶片主要表现为花叶、褪绿等症状,NS3表达植株与野生型植株具有相同的PVX症状表现。在接种PVX 10 d后,RT-qPCR检测发现与野生型植株病毒积累量相比,NS3表达抑制了PVX在本氏烟体内的积累水平,两个转NS3株系(NS3-6、NS3-9)中PVX的相对积累量分别为野生型植株的68.17%和81.01%。青枯病菌在野生型植株和转基因植株上均引起萎蔫、猝倒等典型的病害症状,且两者的症状无明显差异。在青枯病菌侵染早期,NS3表达在一定程度上利于病菌的侵染,表现出对青枯病较为敏感;而在接种14 d,野生型植株的发病率为100.00%,病情指数为78.67,而NS3-6、NS3-9株系的发病率分别为95.00%、98.33%,病情指数分别为70.00、73.00;14 d之后发病率和病情指数逐渐升高,而NS3表达株系的病情指数均低于野生型植株。黑胫病菌在野生型植株和转基因植株上均为在茎基部出现黑褐色坏死斑等典型病害症状,且NS3表达也不影响本氏烟的症状表现。在黑胫病菌的侵染初期,NS3-6株系的发病率高于野生型植株;但在整个黑胫病发生过程中,转NS3株系的病情指数均低于野生型植株,在接种12 d,野生型本氏烟的发病率为96.67%,病情指数为77.50,而NS3-6、NS3-9株系的发病率分别为90.00%、86.67%,病情指数分别为64.17、62.08。【结论】通过病原侵染过程观察表明NS3表达在一定程度上影响了烟草病害在本氏烟上的侵染和严重程度,且对不同病原菌的影响不同。

    烟蓟马趋光规律及不同波长色板田间诱捕效果
    米娜,张起恺,王海鸿,吴圣勇,雷仲仁
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1721-1732.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.006
    摘要 ( 54 )?? HTML ( 5 )?? PDF (562KB) ( 53 )?? 收藏
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    【目的】在室内、温室和露地3种条件下,通过测定烟蓟马(Thrips tabaci)对不同单色光及不同波长诱虫色板的行为反应,探究对烟蓟马具有最佳趋性的波长、光照强度,以及相关影响因子如性别、日节律、饥饿、温度、相对湿度对烟蓟马趋光行为的影响,为改进诱虫色板及诱虫灯等烟蓟马绿色防控技术和产品提供依据。【方法】首先,室内使用分辨率高、光谱测量范围广、稳定性好的单色仪测试装置测定烟蓟马对10种单色光的行为学趋性,筛选出烟蓟马趋性较强的单色光,并将初始光照强度通过中性密度滤光片衰减,探究光照强度对烟蓟马趋光行为的影响。其次,以烟蓟马趋光率为统计指标,探究性别、日节律、饥饿、温度、相对湿度对烟蓟马趋光行为的影响。根据室内试验结果,利用Dan Bruton虚拟波长及RGB值的函数关系,打印出相应波长的蓝色和黄色诱虫色板,涂胶制板。评价温室和露地条件下,烟蓟马对不同波长自制色板及不同厂家生产色板的趋性。【结果】室内试验结果显示,烟蓟马对450 nm的蓝色光趋性最强,趋光率高达75.34%,其次为562 nm的黄色光以及430 nm的蓝紫色光,趋光率分别为73.61%和64.03%。在430、450、562 nm单色光刺激下,烟蓟马雌虫的趋光性均强于雄虫。光强衰减试验结果表明,随着光照强度增加,烟蓟马趋性增强。在上午8:30—10:00时,烟蓟马对430、450、562 nm单色光最为敏感。饥饿4 h后,烟蓟马的趋光性最强,之后随着饥饿时间的延长,趋光性降低。温度为25—30℃时,烟蓟马对3种单色光趋性极显着高于对照组;15℃时,烟蓟马对单色光的刺激均不敏感。相对湿度为45%—60%时,烟蓟马对430、450、562 nm单色光的趋性均显着强于对照组,而在相对湿度为30%和90%时,烟蓟马对单色光的趋性与对照组均无显着差异。通过在温室和露地中应用不同波长色板及不同厂家生产的诱虫色板对烟蓟马的诱集效果比较,结果发现450 nm的蓝色自制诱虫色板和反射波长为440—470 nm的2#诱虫色板均对烟蓟马诱虫效果最佳,此试验结果与室内筛选的最佳波长高度吻合。【结论】性别、日节律、饥饿、温度和相对湿度对烟蓟马的趋光行为均有一定的影响。室内光谱光强和诱虫色板试验均表明烟蓟马对450 nm蓝色光以及波长在450 nm左右的蓝色诱虫色板有明显的趋性,450 nm左右的蓝色诱虫色板可用于监测和防治烟蓟马。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    包膜尿素不同配比减施对土壤无机氮含量及玉米氮素吸收的影响
    冯小杰,战秀梅,王雪鑫,陈坤,彭靖,韩晓日
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1733-1745.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.007
    摘要 ( 126 )?? HTML ( 12 )?? PDF (482KB) ( 96 )?? 收藏
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    【目的】研究包膜尿素与普通尿素不同配施比例对氮素释放及玉米氮素吸收的影响,旨在筛选有利于东北春玉米高产及氮素高效利用的包膜肥料与普通尿素比例,为控释氮肥在东北地区春玉米生产上的推广应用提供科学依据。【方法】2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地以当地主栽品种东单6531和铁研358开展田间试验。供试肥料:树脂包膜尿素和普通尿素。两个试验区均设置了不施氮处理(CK0)、普通尿素常规施氮量(CK)和减氮对照处理(CK1)、树脂包膜尿素较CK减氮处理(T0);沈阳试验区还设置了3个树脂包膜尿素与普通尿素不同配比及减氮处理(T1、T2、T3),海城试验区设置了两个处理(T1、T2)。T1、T2、T3处理包膜尿素和普通尿素的配施比例分别为8:2、6:4、4:6;沈阳试验区常规氮肥用量为244 kg·hm -2,减氮处理施氮量为220 kg·hm -2;海城试验区常规氮肥用量为217 kg·hm -2,减氮处理施氮量为195 kg·hm -2。玉米生长季内各生育时期分别采集土壤和植株样品,测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量,每个小区单独采收记录产量。 【结果】包膜尿素与普通尿素配施能显着提高玉米产量(P<0.05),且随着配施比例的增加,产量呈先增加后降低趋势,其中T2处理的玉米产量最高(10 250 kg·hm -2),CK1产量最低(9 307 kg·hm -2)。在等氮素条件下,玉米产量表现为T2>T3>T1>T0>CK1,籽粒产量较CK1处理增产幅度为3.89%—25.76%。在减氮10%条件下,T2处理产量与CK处理相比差异不显着。包膜尿素与普通尿素配施能显着提高玉米生育前期土壤中无机氮含量,树脂包膜尿素可以为玉米中后期生长提供氮源,且在等氮条件下,随着包膜肥料与普通尿素配比增加,氮素表观利用率和氮肥农学效益均呈先升高后降低趋势,其中均以T2处理最高,CK1处理最低,两地结果一致。 【结论】包膜尿素与普通尿素配施处理的春玉米产量、氮肥利用率和氮肥农学效益均优于普通尿素处理,其中以T2处理包膜尿素与普通尿素配比为6:4,效果最好;根据两种肥料不同时期的释放特点,通过拟合曲线,在辽中南地区,当62%包膜尿素搭配38%普通尿素条件下,产量、氮素表观利用率和经济效益最高且最合理,可以充分发挥普通尿素和包膜肥料优势,可有效增加春玉米中后期土壤无机氮供应能力,获得显着的增产效果,提高经济效益。

    氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响
    张学林, 周亚男, 李晓立, 侯小畔, 安婷婷, 王群
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1746-1760.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.008
    摘要 ( 84 )?? HTML ( 6 )?? PDF (500KB) ( 104 )?? 收藏
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    【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量(0,CK;180 kg N·hm -2,N180和360 kg N·hm -2,N360)作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型(砂姜黑土和潮土)对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度(地表和20 cm)对小麦和玉米秸秆分解的影响。 【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显着影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势(小麦秸秆在潮土上呈增加趋势)。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显着高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下(180 d),小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg -1、氮为4 g·kg -1、磷为3.6 g·kg -1;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg -1、氮11 g·kg -1、磷3.3 g·kg -1。大田条件下,秸秆还田深度显着影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显着高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg -1、氮2 g·kg -1、磷3.5 g·kg -1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg -1、氮4 g·kg -1、磷3.8 g·kg -1。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg -1、氮5 g·kg -1、磷2 g·kg -1;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg -1、氮6 g·kg -1、磷2.5 g·kg -1。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显着正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显着负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显着负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显着负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显着负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显着正相关。 【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显着影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显着促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。

    园艺
    温室番茄植株养分和光合对水肥耦合的响应及其与产量关系
    王虎兵, 曹红霞, 郝舒雪, 潘小燕
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1761-1771.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.009
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    【目的】探究水肥耦合对番茄植株养分吸收和光合参数的影响及其相互关系,为西北温室番茄科学水肥管理提供理论依据。【方法】通过日光温室番茄试验,基于水分蒸发量设置3个灌水量:1.00E(W1)、0.75E(W2)、0.50E(W3)和3个施肥水平(N-P2O5-K2O):高肥320-160-320 kg?hm -2(F1)、中肥240-120-240 kg?hm -2(F2)和低肥160-80-160 kg?hm -2(F3),以当地常规灌水施肥为对照(CK)。 【结果】结果表明,不同水肥处理对番茄叶面积指数(LAI)和叶绿素含量影响显着(P<0.05),均随灌水施肥量的增加而增加。LAI在成熟采摘期达最大,而叶绿素含量随植株生长先增加后降低,果实膨大期达到最大。叶片N、P、K含量呈N>K>P,分别在22.83—47.20、4.45—7.08和22.00—34.92 g?kg -1间变化,提高灌水量与施肥量利于提高叶片养分含量、植株养分累积及养分向果实的转移,W1F1处理下叶片N、P、K含量及植株N、K和果实养分累积量均达到最大(除51 d叶片N和89 d叶片P含量外)。灌水和施肥对植株净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)影响显着(P<0.05),适当增加灌水量与施肥量,能够提高植株Pn、Gs、Tr。整个生育期W1F1处理下Pn最大,而Tr在CK下最大(90 d除外)。在成熟采摘期水胁迫显着降低了Pn,而在W1水平继续灌水对提高Pn、Gs、Tr不明显。番茄各生育期叶片N、P、K含量与叶绿素含量和Pn均呈显着正相关关系,植株和果实养分累积量与净光合速率和产量均呈显着正相关关系。 【结论】综合考虑叶面积指数、叶绿素含量、光合参数、植株养分吸收累积及最终产量,W1F1处理(灌水量1.0E,施肥量N-P2O5-K2O 320-160-320 kg?hm -2)为最优灌水施肥组合。

    茶树咖啡碱合成酶基因稀有等位变异TCS1g的筛选、克隆及功能
    刘玉飞,金基强,姚明哲,陈亮
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1772-1783.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.010
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    【目的】茶树咖啡碱合成酶1(TCS1)是山茶属(Camellia)茶组植物咖啡碱合成的关键酶,TCS1具有丰富的等位变异。从我国丰富的茶树种质资源中发掘TCS1稀有等位变异并研究其功能,深入解析茶树咖啡碱合成机制,为低咖啡碱育种提供新的基因资源。【方法】利用特异引物TCS1P InDel F/R对673份茶树资源中的TCS1等位变异进行鉴定;使用引物TCS1cDNAF/R,从含有新稀有等位变异的茶树资源中克隆基因的cDNA全长序列;利用生物信息学、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)和原核表达等方法研究新发现稀有等位基因的功能。【结果】在部分大理茶(C. taliensis)资源中鉴定到一个新的TCS1稀有等位变异,命名为TCS1g。从大理茶资源‘龙陵17’(LL17,含有的TCS1等位变异为TCS1aTCS1g)中克隆了TCS1g。TCS1g的编码区序列全长为1 098 bp,编码365个氨基酸,编码蛋白的分子量和理论等电点分别为40.9 kD和5.1。序列比对结果表明,TCS1gTCS1aTCS1bTCS1cTCS1d、TCS1eTCS1f的相似度在94.1%—99.2%;与具有可可碱合成酶活性(TS)的TCS1bTCS1c编码蛋白序列相似度均大于96.7%,而与同时具有TS和咖啡碱合成酶(CS)活性的TCS1a、TCS1d、TCS1e、TCS1f相似度都小于95.4%,且TCS1g第221位氨基酸残基与TCS1b、TCS1c同为组氨酸(His),而TCS1a、TCS1d、TCS1e、TCS1f为精氨酸(Arg)。第221位氨基酸残基位于TCS1g蛋白活性中心,该位点的突变(His突变为Arg),可以导致TCS1g的等电点(5.05变为5.06)和亲水性(-0.119变为-0.123)发生改变。此外,5′上游调控区域的比对结果显示TCS1gTCS1bTCS1c起始密码子(ATG)比TCS1aTCS1dTCS1e、TCS1f延后了15 bp。原核表达发现TCS1g具有TS活性,活性为44.3 pkat/mg,但未检测到CS活性。qRT-PCR的结果表明LL17中等位变异TCS1g有表达。LL17的咖啡碱和可可碱的含量分别为40.3 mg·g -1和5.4 mg·g -1。 【结论】鉴定并克隆了一个新的TCS1稀有等位变异TCS1g,其在LL17中具有一定的表达水平,且其表达蛋白具有TS活性,而未检测到CS活性;推测决定TCS1g仅具有TS活性的关键位点是第221位氨基酸残基。

    食品科学与工程
    不同成熟度软枣猕猴桃果实的划分标准及贮藏特性
    高雪,章印,辛广,张博,穆晶晶,李漪蒙,刘长江,孙晓荣,李斌
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1784-1796.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.011
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    【目的】确定软枣猕猴桃果实成熟度的划分标准,进而确定不同销售需求的最佳采收期,并对在冷库贮藏的七成熟、八成熟和九成熟的果实特性进行研究,为不同成熟度的软枣猕猴桃贮藏特性研究提供理论依据。【方法】测定软枣猕猴桃不同采收期果实的硬度、可溶性固形物、可滴定酸、淀粉、单宁、种子转色指数,采用相关性分析法和层次分析法对数据进行处理分析,确定各分级指标权重,建立软枣猕猴桃综合值评分模型;并以此为标准,对果实成熟度进行分级,测定不同采收期的软枣猕猴桃冷藏期间的理化指标。【结果】盛花期后76 d和78 d果实的6个指标综合评分≤0.3209,划分为七成熟,盛花期后80 d和82 d果实的6个指标综合评分为0.3209—0.4562,划分为八成熟,盛花期后84、86、88、90和92 d果实的6个指标综合评分为0.4562—0.6440,划分为九成熟,盛花期后94和96 d果实的6个指标综合评分≥0.6440,划分为十成熟。在贮藏过程中,八成熟果实在后期腐烂指数显着低于七成熟的果实,硬度显着高于七成熟的果实,八成熟和九成熟果实的单宁含量在贮藏14 d后一直处于较低状态,八成熟果实的VC含量在贮藏70 d时最高,七成熟果实可溶性固形物含量显着低于其他成熟度的果实,八成熟和九成熟果实的可滴定酸含量增减程度差异不大。七成熟果实不能在采后的贮藏过程中完成后熟,达不到预期的口感与风味;九成熟果实在贮藏后期风味良好,但贮藏期最短;八成熟果实贮藏后各项生化指标可达到最佳状态。【结论】软枣猕猴桃果实的6个指标综合评分分别为≥0.6440、0.4562—0.6440、0.3209—0.4562、≤0.3209时,可将果实成熟度确定为十成熟、九成熟、八成熟和七成熟;七成熟果实口感与风味不好,八成熟果实适合长期贮藏、错季节上市及远距离运输后销售,九成熟果实适合采后本地销售鲜食及加工。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    肉用绵羊生长期甲烷排放特点与预测模型的建立
    周艳, 董利锋, 邓凯东, 许贵善, 刁其玉
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1797-1806.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.012
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    【目的】通过探索生长期肉用绵羊的甲烷(CH4)排放规律,旨在建立相关的CH4预测模型。【方法】采用单因素试验设计,以饲粮NFC/NDF(非纤维性碳水化合物/中性洗涤纤维)为0.78自由采食组的平均日增重作为饲粮NFC/NDF为1.03组和2.17组的限饲标准,在此基础下测定肉用绵羊的生长性能、营养物质消化率和甲烷产量,并分析肉用绵羊不同体重阶段的甲烷产量与饲粮干物质基础下的营养物质含量、营养物质摄入量、可消化营养物质摄入量及营养物质消化率间的回归关系。【结果】预测肉用绵羊生长早期(25—35 kg)CH4产量的最佳一元和多元回归模型分别为:CH4(L·d -1)= -26.58×NFC/NDF + 92.7(R 2 = 0.772,P <0.001);CH4 (L·d -1)=2.71×NDFD-2.45×DMD-0.97 CPD+124.46(R 2=0.846,P=0.001)。预测肉用绵羊生长后期(48-55 kg)CH4产量的最佳一元和多元回归模型分别为:CH4 (L/d)=-57.00×GE (MJ·kg -1)+1076.0(R 2=0.581,P=0.002);CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=-0.013×NDF intake (g/d)-0.13×CP intake (g/d)+0.02×DM intake (g/d)+0.84(R 2=0.652,P=0.019)。而肉用绵羊生长期整体CH4产量的最佳一元和多元预测模型分别为:CH4(L/d)=-26.94×NFC/NDF+90.71(R 2=0.655,P <0.001);CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=0.005×Digestible NDF intake (g·d -1)+0.011×Digestible DM intake (g·d -1) - 0.097×Digestible CP intake (g·d -1)-4.78 (R 2=0.722,P <0.001)。 【结论】建立了肉用绵羊独立生长阶段(25—35 kg、48—55 kg)和整体生长阶段(25—55 kg)的CH4预测模型。研究表明,处于不同体重阶段的肉用绵羊的最佳甲烷预测因子不尽相同,且甲烷产量受饲粮NFC/NDF影响较大。这可为今后评估我国饲养模式下的甲烷产量提供理论依据,也可为肉用绵羊饲粮的合理配制提供技术参考。

    绵羊脂联素基因(ADIPOQ)多态性及其与生长及胴体性状关联性分析
    安清明,周辉通,吴震洋,罗玉柱,JonG.Hickford
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1807-1817.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.013
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    【目的】检测绵羊ADIPOQ基因多态性及连锁现状,评估该基因突变对绵羊生长及胴体性状的影响,以期丰富绵羊相关重要经济性状的分子遗传研究基础。【方法】以8个不同品种的商品绵羊为研究对象,利用PCR-SSCP方法检测ADIPOQ基因Exon-1区和Exon-2区变异,利用GLMs模型进行评估该基因突变对绵羊生长及胴体性状的影响。【结果】绵羊ADIPOQ基因Exon-1区和Exon-2区共检测到13个突变位点,其中Exon-2区发现的c.46T/C突变导致编码氨基酸p.Tyr16His转变。Exon-1区等位基因A1B1为优势等位基因,Exon-2区等位基因A2D2为优势等位基因,且两个区域的等位基因均存在种群差异,大多数品种在两个区域中的变异为中度多态(0.25<PIC<0.5),只有美利奴羊在Exon-2区为高度多态(PIC>0.5),特克塞尔、派伦代和丘陵陶塞特羊在Exon-2区为低度多态(PIC<0.25);两段区域间存在的突变位点为高度连锁,且趋向于共同遗传(D’=0.952,r 2=0.365)。关联分析结果表明,ADIPOQ基因Exon-1区变异对绵羊生长性状存在性别差异,携带等位基因A1的公羔具有较低的断尾重、断奶重和断奶前生长速度(P<0.05),而携带等位基因A1的母羔却与生长性状无显着关联;携带等位基因B1的公羔与生长性状无显着关联,但携带等位基因B1的母羔却具有较高的断尾重(P<0.05);同时发现基因型为B1B1的公羔个体具有更高的断尾重和断奶重(P<0.05);胴体性状关联分析结果表明,携带等位基因A1的群体具有较低的热胴体重、腰部瘦肉量、后腿瘦肉量和总瘦肉量(P<0.05),携带等位基因B1的群体则具有较高的后腿瘦肉量、后腿瘦肉比例和较低的肩部瘦肉比例(P<0.05);基因型为B1B1的个体均有较高的热胴体重、腰部瘦肉量、后腿瘦肉量和总瘦肉量(P<0.05)。 【结论】绵羊ADIPOQ基因的两段区域具有丰富的多态性,Exon-2区域中的c.46T/C为非同义突变。Exon-1区变异影响绵羊的生长性状和胴体性状,淘汰携带等位基因A1的个体和选留存在等位基因B1的个体、或留存B1B1基因型的个体和淘汰A1A1的个体,均可有效改善绵羊后代群体的部分生长性状和胴体性状。

    SMAD1基因的沉默和过表达及对秦川牛原代成肌细胞生肌的影响
    宁越,米雪,陈星伊,邵建航,昝林森
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1818-1829.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.014
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    【目的】为了探索秦川牛(Bos taurus)SMAD1基因在成肌细胞分化过程中的分子作用机制,通过研究沉默、过表达该基因后对牛原代成肌细胞分化及成肌相关基因表达量的影响,以期为BMP信号通路在牛肌肉组织生长发育过程中的作用机制提供理论依据。【方法】根据Genbank牛SMAD1(NM_001077107.2)已知序列设计并合成靶向沉默SMAD1基因的干扰序列siSMAD1和阴性对照siRNA-NC。以秦川牛原代成肌细胞cDNA为模板,利用PCR技术克隆获得SMAD1基因CDS序列,构建腺病毒过表达穿梭载体pDC316-mCMV-EGFP-bSMAD1。将腺病毒基因组质粒和腺病毒载体穿梭质粒共转染到HEK 293细胞中,通过Cre-loxp重组酶获得重组腺病毒。获得的携带目的基因的腺病毒标记为AD-bSMAD1,重组质粒pDC316-EGFP标记为AD-NC,用做对照组病毒,利用LaSRT法测定腺病毒的滴度。将获得的干扰序列siSMAD1和过表达腺病毒AD-bSMAD1分别侵染秦川牛原代成肌细胞,采用实时荧光定量PCR检测SMAD1基因和成肌标志基因MyoDMyf5MyoG的mRNA水平,并观察对细胞分化融合情况的影响。【结果】成功获得了1条能有效沉默SMAD1基因siRNA,将其转染秦川牛原代成肌细胞后进行人工诱导分化,相比对照组,SMAD1基因分别下调了75.4%(诱导1d,P<0.01)、66.7%(诱导3d,P<0.01)、60.0%(诱导6d,P<0.01)、54.7%(诱导9d,P<0.01)。此外,还成功构建了秦川牛SMAD1基因的腺病毒过表达穿梭载体,获得了滴度为1×10 10pfu/mL的过表达重组腺病毒AD-bSMAD1。与对照组相比,高滴度过表达病毒AD-bSMAD1侵染秦川牛原代成肌细胞0、1、3、6、9d后,与对照组相比,SMAD1基因的表达水平分别上调了2.10倍(诱导1d)、3.19倍(诱导3d)、105.3倍(诱导3d),P<0.01)和144倍(诱导9d,P<0.01);结合肌管形成过程的变化和实时荧光定量结果证明,SMAD1基因促进原代成肌细胞分化和肌管形成,并显着上调成肌标志基因MyoDMyf5MyoG的表达。 【结论】获得了能有效沉默秦川牛原代成肌细胞SMAD1表达的特异性的干扰序列siSMAD1,以及可成功实现过表达SMAD1基因的腺病毒介导的体外表达载体,可正向调控成肌细胞的分化和肌管形成过程。

    家蚕微孢子虫极管蛋白2(NbPTP2)的表达、纯化和定位特征
    易敏,吕青,刘柯柯,王礼君,吴玉娇,周泽扬,龙梦娴
    中国农业科学. 2019, 52(10):? 1830-1838.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.015
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    【目的】微孢子虫是一种细胞内专性寄生的真核生物,几乎能感染所有生物,包括人类。极管作为微孢子虫特有的侵染器官,主要由极管蛋白组成。极管蛋白在微孢子虫侵染宿主与稳定孢子结构中发挥重要作用。本研究通过克隆、表达家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)极管蛋白2(NbPTP2),分析其在成熟孢子极管上的定位特征,为深入研究极管蛋白的功能打下基础。【方法】克隆家蚕微孢子虫NbPTP2。利用Expasy、SignalP 4.1、TMHMM Server V.2.0和NetPhos 3.1 Server等在线软件对NbPTP2的序列特征进行分析,包括氨基酸组成、蛋白质理论分子量、等电点、信号肽、跨膜结构域和磷酸化位点。此外,利用MEGA 7.0软件构建不同种属微孢子虫极管蛋白2的系统进化树。通过克隆NbPTP2,将其与原核表达载体pET32a(+)连接,构建pET32a(+)-NbPTP2重组表达质粒。将测序正确的重组质粒转化到大肠杆菌Rosetta中,IPTG诱导异源表达,经镍柱亲和层析纯化融合蛋白后免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体。利用免疫印迹检测NbPTP2在成熟孢子中的表达情况,并通过间接免疫荧光试验(IFA)分析NbPTP2在家蚕微孢子虫成熟孢子中的定位特征。【结果】成功克隆并获得长为834 bp的NbPTP2基因序列,该蛋白编码278个氨基酸残基,理论分子质量为30.9 kD,等电点为9.39,无跨膜结构域,N端存在信号肽,具有潜在的磷酸化修饰位点。系统进化树分析结果显示,家蚕微孢子虫NbPTP2与西方蜜蜂微孢子虫NaPTP2、东方蜜蜂微孢子虫NcPTP2的亲缘关系最近。Western blot结果表明,NbPTP2编码的蛋白质在成熟孢子的孢子总蛋白中有表达,分子量大小约为39 kD。IFA定位特征分析结果显示,NbPTP2能定位于家蚕微孢子虫的整条极管上,证实其为一种极管蛋白。【结论】明确了NbPTP2与其他微孢子虫极管蛋白2的亲缘关系,NbPTP2在成熟家蚕微孢子虫中有表达,且能定位于微孢子虫发芽后的整条极管上。研究结果可为极管的结构解析与极管蛋白功能的研究提供依据。