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2018年 51卷 4期
刊出日期:2018-02-16

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
耕作栽培·生理生化·农业信息技术
植物保护
土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
园艺
畜牧·兽医·资源昆虫
研究简报
 
全选 | 合并摘要
  作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
基因工程作物的安全评估与监管:历史回顾与改革思考 Hot!
贾士荣
2018, 51(4): 601-612 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.001
全文: PDF (467 KB)  ( 2 ) |
摘要
基因工程(genetically engineered,GE)作物育种或精准育种(precise breeding)可按人类的意愿做到基因序列、蛋白序列、功能和插入位点四精准。2016年,GE作物的全球种植面积达1.851×109 hm2,30年增加了近100倍,成为农业史上发展最快的技术,产生了巨大的经济、社会和环境效益。GE作物的安全性评估和监管,30年来已积累了海量的科学数据和丰富经验,存在的问题需要认真思考,特别是近年基因组编辑技术的飞速发展,又提出了如何安评监管的新课题。GE育种技术只是一种工具或手段,本身并无固有的特殊风险,与常规育种技术相比,并不增加新的风险。从科学角度看,过去30年中普遍存在监管失当或过度监管问题,没有真正做到以风险为基础的分类监管,欧盟“以技术过程为基础”的监管应当摒弃,即使美国“以产品为基础”的监管也存在需要改进的空间。安评监管必须以科学为基础,如何创新、改革已成为国际发展的共同趋势。本文对GE作物环境和食品安全性评估中的一些科学问题进行了分析讨论,包括评价对象,对靶生物和非靶生物的影响,转基因飘流,毒性、过敏性、营养成分及非预期效应,GE作物中的标记基因及植物病原DNA序列等。根据现有科学知识,讨论了安评监管的重点。文章最后建议按物种、基因、环境三位一体,构建“以风险为基础”的分类管理框架,列出了属于低、中、高风险类别的可能产品。按物种分,重点考察基因供体或受体物种是否有长期安全食用的历史,是否含有已知的毒性物质、过敏原或抗营养因子等。按基因来源分,可分为种内转基因(intragenesis)、近缘转基因(cisgenesis)和远缘转基因(transgenesis)。种内转基因是指同种植物内的基因修饰和转移,如大多数基因组编辑技术改良的作物,将种内的某个或某些基因沉默、敲除或插入、修饰,风险极低。近缘转基因是在有性可交配物种之间转基因,风险类别低。远缘转基因则是转入有性不可交配物种的基因,风险类别中或高。按环境分类,重点考察GE作物释放环境中是否存在有性可交配的近缘野生种或杂草,是否会引起基因渐渗,导致杂种有生存竞争选择优势,以及释放环境是否为该物种的起源中心等。以上应作为GE作物风险评估和监管的重点。
水稻早衰突变体es5的鉴定及其突变基因的精细定位 Hot!
王备芳,陈玉宇,张迎信,刘群恩,孙滨,向小娇,曹永润,程式华,曹立勇
2018, 51(4): 613-625 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.002
全文: PDF (4225 KB)  ( 2 ) |
摘要
【目的】对水稻叶片早衰突变体es5进行遗传分析及精细定位,探索水稻叶片衰老的分子机制。【方法】es5是嘉禾212经EMS诱变获得的一个叶片早衰突变体。利用es5与籼稻中恢8015杂交获得F1,F1自交获得分离群体F2。在杭州和海南观察F1和F2的表型,并分析该突变表型的遗传行为。取F2中隐性单株,利用图位克隆方法精细定位该基因。抽穗期时对突变体和野生型叶片进行SOD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量、净光合速率测定、组织化学分析、透射电镜观察以及衰老相关基因的表达量分析。成熟后调查es5和嘉禾212的几个重要农艺性状。【结果】四叶期前es5表型与嘉禾212相比无明显差异,四叶期时下部叶片叶尖开始黄化衰老,随着植株的生长发育,叶片的衰老面积逐渐变大,至拔节期,中下部叶片黄化衰老严重。与野生型相比,es5的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和净光合速率均显著下降,es5的株高、有效穗数、每穗总粒数、千粒重、结实率等农艺性状都极显著下降。伊文思蓝染色和二氨基联苯胺染色分析结果表明,es5叶片中含有更多的死亡细胞和过氧化氢积累。酶活性和衰老相关参数的测量结果显示抽穗7 d和抽穗21d,es5叶片中的SOD活性均显著高于嘉禾212中SOD活性;抽穗21 d时,es5中MDA含量显著高于嘉禾212中MDA含量;抽穗7 d和抽穗21des5叶片中可溶性蛋白含量均极显著低于嘉禾212中可溶性蛋白含量。透射电镜观察结果表明es5衰老部位细胞质溶解,叶绿体结构异常,叶绿体膜溶解,基粒模糊,基质片层疏松,类囊体发育异常,淀粉体和嗜饿颗粒增多。qRT-PCR结果显示es5中促进衰老的基因Osh36、Osh69、OsI85、RCCR1表达量极显著上调。2个衰老的标志基因Osh69和OsI85表达量分别上调12.7和36.6倍。同时叶绿素降解相关基因SGR也显著上调。遗传分析结果表明该性状是由单隐性核基因控制。采用图位克隆的方法将该基因精细定位在第5染色体上的BF-10和RM3664两标记之间,物理距离约52.7 kb,该区间包含8个开放阅读框。【结论】es5由于叶片的过早衰老造成与产量相关的几个重要农艺性状显著下降。将该基因定位在第5染色体介于标记BF-10和RM3664之间52.7 kb的物理区间内。
基于SNP芯片揭示中国玉米育种种质的遗传多样性与群体遗传结构
赵久然,李春辉,宋伟,王元东,张如养,王继东,王凤格,田红丽,王蕊
2018, 51(4): 626-634 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.003
全文: PDF (1449 KB)  ( 4 ) |
摘要
【目的】选择具有重要育种价值的玉米自交系进行遗传多样性与群体遗传结构解析,为玉米育种实践提供指导和参考。【方法】选用344份具有广泛代表性和时效性的玉米自交系,其中包括美国主要杂种优势群、由国内地方种质发展来的杂种优势群、由美国商业化杂交种选系发展来的杂种优势群以及近年来在中国玉米育种中应用的新种质。利用北京市农林科学院玉米研究中心自主研发的包含3 072个SNP位点的MaizeSNP3072芯片对供试自交系进行全基因组扫描,揭示其遗传多样性与群体遗传结构。【结果】在344份自交系中,3 072个SNP标记所检测到的基因多样性为0.028—0.646,平均为0.442;多态信息含量(PIC)为0.028—0.570,平均PIC值为0.344。群体遗传结构分析表明,K=8时,△K值最大,即本研究所采用的自交系群体可以划分为8个类群,分别为旅大红骨群、黄改群(又称塘四平头群)、Iodent群、兰卡斯特群、P群、改良瑞德群、瑞德群和X群,其中前7个群已有报道且基本被育种家所公认,第8个群为近年来以X1132X等杂交种作为基础材料选育出的优新种质,命名为X群。比较8个类群,遗传分化系数(Fst)为0.319—0.512,遗传距离为0.229—0.514。AMOVA结果表明类群间存在显著的遗传变异,占总遗传变异的38.6%,类群内的遗传变异占58.1%。PCA(主成分分析)结果显示,X群与黄改群、兰卡斯特群遗传关系较远,与Iodent群遗传关系较近。各类群平均基因多样性分析结果表明,随着类群改良年代的增加,类群平均基因多样性降低,其中X群种质平均基因多样性最高;进一步分析表明,美国种质类群(兰卡斯特群、瑞德群和Iodent群)和国内地方种质改良系(旅大红骨群和黄改群)核心材料多样性下降幅度较大,P群和改良瑞德群核心材料下降幅度较小,X群核心材料则没有下降趋势,说明X群核心材料仍然保留了较高的遗传多样性,未来还有很大的育种潜力可挖掘。【结论】近年来,以X1132X等杂交种所构建的基础材料选育而成的京724等系列优良自交系,区别于其他已知的7大类群,可以单独成群,称之为X群。该群与黄改群之间存在较远的遗传距离,从分子水平验证了“X群×黄改群”这种强杂优模式具有良好的应用潜力。
甘蓝型油菜种子和角果皮中硫苷含量的动态变化及转录组关联分析 Hot!
田志涛,赵永国,Lenka Havlickova,He Zhesi,Andrea L Harper,Ian Bancroft,邹锡玲,张学昆,陆光远
2018, 51(4): 635-651 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.004
全文: PDF (2406 KB)  ( 6 ) |
摘要
【目的】探索甘蓝型油菜不同发育时期种子和角果皮硫苷含量的动态变化规律,通过转录组关联分析解析控制硫苷含量变异的遗传机制。【方法】在由113个油菜品种构成的自然群体中,利用高效液相色谱法检测不同发育时期油菜种子及角果皮中的硫苷含量。提取油菜幼嫩叶片mRNA并进行mRNA-Seq测序,开发了355 536个单核苷酸多态性标记(SNP)和116 098个基因表达量标记(GEM)。将开发的SNPs和GEMs分别导入到混合线性模型(MLM)和回归分析模型中进行关联分析,获得与油菜硫苷表型变异显著相关的遗传位点,进一步通过序列比对和功能预测筛选确定候选基因。【结果】授粉后15 d(15 DAP),油菜种子和角果皮的硫苷含量变异范围分别是1.69—20.45和1.47—25.23 μmol·g-125 DAP种子、25 DAP角果皮以及成熟种子的硫苷变异范围分别是2.17—147.21、0.73—130.77和8.87—111.83 μmol·g-1。后两个时期(即25 DAP和成熟期)的硫苷含量表现出较大变异,适合进行转录组关联分析。基于mRNA-Seq测序数据,经质量控制后获得256 397个高质量的SNP标记(MAF>0.01)和53 889个GEM标记(平均基因表达量>0.4)。利用SNP标记对成熟种子、25 DAP种子和25 DAP角果皮硫苷含量进行关联分析,分别检测到167、158和3个显著关联位点(-log10P>6.71)。其中,与成熟种子显著关联的SNP标记形成5个明显的关联峰,分别位于A2、A9、C2、C7和C9染色体上。同时,利用GEM标记进行的关联分析中,分别检测到127、16和24个与成熟种子、25 DAP种子、25 DAP角果皮硫苷含量显著关联的位点(-log10P>6.03),这些位点主要分布在A2、A8、A9、C2和C9染色体上并形成明显的关联峰。其中,成熟种子和25 DAP角果皮在A9、C2和C9染色体上形成共同的关联峰。通过与公共数据库的基因组序列比对和功能注释,共筛选到295个功能基因,其中25个基因涉及硫苷代谢网路途径,直接参与硫苷的调控。其余基因虽然没有直接参与硫苷代谢过程,但是它们大多属于转录因子基因、刺激响应因子基因,涉及细胞过程或是具有催化活性,因而推测在硫苷积累中同样起到重要作用。【结论】油菜角果皮中的硫苷含量较高,而且与种子硫苷含量显著正相关,是硫苷合成或转运的重要器官。共检测到328个SNP显著标记和144个GEM显著标记,筛选到25个与硫苷合成或者转运有关的功能基因以及73个功能未知的新基因。
豫芝11号种子发育过程中蛋白质及其组分的变化规律
韩亚飞,汪学德,郑永战,梅鸿献,魏安池,刘艳阳
2018, 51(4): 652-661 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.005
全文: PDF (1004 KB)  ( 2 ) |
摘要
【目的】研究芝麻种子发育过程中蛋白质及组分的变化规律,明确生长环境对种子蛋白质含量及组成的影响,为芝麻蛋白质育种及芝麻蛋白质的利用提供理论依据。【方法】选用豫芝11号芝麻品种,在周口,驻马店和南阳试验点同期播种,于盛花期一次性标记5 000朵同一天开放的花朵,在芝麻授粉第10 天开始取样,此后每5 d取样一次至芝麻成熟。测定种子生长过程中蛋白质含量及组分、蛋白质相对分子质量和氨基酸组成。【结果】芝麻种子粗蛋白质含量随着发育时间的延长逐渐增加,授粉后35 d蛋白质含量达到最大,随后处于稳定;周口试验点粗蛋白质含量显著低于南阳和驻马店试验点;球蛋白的变化规律与粗蛋白含量一致,清蛋白含量呈现出先升高后降低的趋势,成熟芝麻种子中清蛋白含量并未表现出地域差异性;授粉15 d时在凝胶谱图20、30、55 kD处出现条带,并随着种子发育延长而加深;随着芝麻种子生长发育,必需氨基酸占总氨基酸含量逐渐降低,南阳和驻马店试验点显著低于周口试验点;缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸比值系数大于1。【结论】环境显著影响蛋白质含量,球蛋白含量和生长过程中芝麻清蛋白含量;不同种类蛋白质合成时间不同,芝麻蛋白相对分子质量主要集中在20—30 kD处;随着种子生长发育期的延长,芝麻种子中必需氨基酸占总氨基酸含量逐渐降低;芝麻蛋白能够很好地补充缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸+脯氨酸。
  耕作栽培·生理生化·农业信息技术
施肥和花期渍水胁迫对油菜产量及其形成影响的模型研究
宋楚崴,曹宏鑫,张文宇,张伟欣,陈魏涛,冯春焕,葛思俊
2018, 51(4): 662-674 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.006
全文: PDF (503 KB)  ( 2 ) |
摘要
【目的】渍害是长江流域油菜生产中的主要农业气象灾害之一,本研究旨在定量分析不同氮肥水平油菜花期渍水胁迫对产量及产量构成的影响,为油菜生产中渍水胁迫的灾害评估与预测预警等提供科学依据。【方法】试验于2014—2016年在江苏省农业科学院院部试验农场进行,以宁油18和宁杂19为试验材料,在盆栽和池栽试验条件下模拟花期渍水,比较分析不同施肥条件下不同渍水时间对油菜产量形成的影响。其中,盆栽设置4个渍水持续时间(0、3、6、9 d)、2个施肥处理(包括无施肥(N0)和施肥组(N1)两个水平,N1施肥条件为:N 0.018 kg·m-2、P2O5 0.012 kg·m-2、K2O 0.018 kg·m-2和硼砂0.0015 kg·m-2);池栽设置3个渍水持续时间(0、3、6 d)、2个施肥处理(同盆栽)。【结果】(1)在盆栽条件下,无施肥处理花期渍水3 d后,上述两品种单株产量和单株角果数显著减少,千粒重和角果粒数则大部分在渍水6 d甚至9 d才显著减少;施肥处理的上述两品种单株产量和单株角果数对渍水的响应存在明显差异,宁油18花期渍水3 d后单株产量显著下降,而宁杂19花期渍水6 d单株产量才开始显著下降。在池栽条件下,无施肥处理花期渍水6 d后宁油18单株产量显著减少,而宁杂19花期渍水3 d的后单株产量显著减少;施肥处理花期渍水6 d后上述两品种单株产量均显著减少。油菜籽粒产量、籽粒产量结构、收获指数均随花期渍水时间的增加而减少,其中单株角果数对花期渍水处理最敏感;(2)混合线性模型分析表明,花期渍水时间每增加1 d,收获指数下降0.008,单株角果数下降14.71,每角果粒数降低0.29,千粒重下降0.04 g,单株产量减少1.52 g/plant;从渍水时间与施肥的交互关系看,渍水3 d时,渍水与施肥的交互作用能显著提高产量3.17 g/plant,显著提高单株角果数39.16,能够缓解产量损失;当渍水6 d时,渍水与施肥交互作用有减少产量2.29 g/plant趋势,对产量结构也无显著影响;当渍水9 d时,渍水与施肥交互作用显著降低产量4.78 g/plant,加重产量损失。【结论】花期渍水胁迫明显减少油菜产量和产量结构,其中宁油18比宁杂19更敏感,盆栽比池栽更敏感,单株角果数比角粒数和千粒重更敏感。模型量化表明,短时间渍水胁迫下,施肥能够缓解渍水胁迫对产量、收获指数和角果数的负效应,随着渍水时间延长,施肥缓解渍水胁迫负效应的能力减弱,当渍水达到9 d时,无施肥和施肥处理下渍水对产量、收获指数和角果数的影响较一致;花期渍水时间每增加1 d,收获指数下降、单株角果数、每角果粒数、千粒重与单株产量均明显减少,在施肥条件下渍水3 d时,渍水对油菜的伤害程度较小,但渍水6 d和9 d时,施肥对渍水影响的缓解效果降低。在正常水分管理下,施肥能够显著提高产量及产量结构,但是随着渍水时间增加,施肥缓解渍水对产量的影响不断下降。
基于遥感识别误差校正面积的农作物种植面积抽样高效分层指标研究——以冬小麦为例
杨珺雯,张锦水,潘耀忠,孙佩军,朱爽
2018, 51(4): 675-687 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.007
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摘要
【目的】在遥感与空间抽样相结合进行农作物面积调查中,由于传统的基于面积规模的分层指标设计中缺失对遥感识别结果分类误差的表达,一定程度上影响抽样效率,因此提出基于遥感分类误差校正面积的分层标志——误差校正面积,以期改进农作物种植面积抽样调查效率。【方法】选取北京市通州、大兴区为研究区域,以冬小麦为例,选择16 m分辨率GF-1号影像(获取时间2015年4月4日)为遥感数据源,进行抽样方案的设计。设计与计算高效分层指标,先从像元尺度判断像元相应的错入、错出方向并计算其对应的误差面积,再在抽样单元尺度上统计所有像元的误差面积,将其用于面积规模的校正,校正后结果即为所提出的分层抽样指标——误差校正面积(Scorrect);构建边长为90—300 m的规则正方形格网为抽样框,并完成设置分层层数、确定分层界限方法、样本量分配方式、总体估计方式等空间抽样方案设计。基于设计的抽样方案进行试验,进行研究区冬小麦的区域总量面积反推。以误差校正面积指标和传统分层指标——面积规模为分层指标,进行多次种植面积抽样推断后进行指标有效性分析和精度评价,通过对相关性、典型区域分类错误像元误差分布、总体方差、平均相对误差 、CV值等方面的对比分析,验证所提出指标的可行性与优势。【结果】(1)通过结合原始影像、目标真值分布、遥感分类结果图、分类错误像元误差分布图的对比分析,从像元尺度验证了该指标能校正分类错误像元,从而改善分类结果;在试验抽样框下,误差校正面积的相关系数相较于面积规模略有提高,且数值大于0.7,可保证其与真值较高且稳定的相关性。验证了该指标作为分层指标的有效性。(2)在试验抽样框下,使用误差校正面积作为分层指标进行多次外推面积得到的总体方差在1.70×1013—2.41×1013,面积规模的总体方差为2.05×1013—3.11×1013,误差校正面积在推断稳定性方面高于面积规模;采用误差校正面积作为分层指标得到的 为4.21%—5.00%,面积规模的 为4.87%—5.98%,误差校正面积指标能稳定提高近1%的精度;选择误差校正面积指标作为分层指标进行抽样估算结果的CV值在试验抽样框下始终低于面积规模的推断结果,能稳定减少近0.8%。因此误差校正面积指标在与目标真值相关性、抽样精度、推断稳定性等方面均优于传统面积规模分层指标。【结论】误差校正面积指标可在一定程度上提高种植面积抽样调查精度,保证推断的稳定性,验证了遥感识别误差校正面积指标作为分层标志的有效性,能够提高抽样效率,其相较面积规模指标更具有优势。
甘蓝型油菜茎秆纤维组分含量和木质素单体G/S 近红外模型构建
陈雪萍,刘世尧,尹能文,荆凌云,魏丽娟,林呐,肖阳,徐新福,李加纳,刘列钊
2018, 51(4): 688-696 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.008
全文: PDF (921 KB)  ( 2 ) |
摘要
【目的】探索近红外光谱分析技术在甘蓝型油菜茎秆纤维组分含量及木质素单体G/S测定中应用的可能性。【方法】采集近红外光谱,根据马氏距离GH(Global H)筛选出103份纤维组分含量材料和75份木质素单体G/S材料作为定标样品,采用Van Soest法和GC-MS法对茎秆纤维组分含量和木质素单体比例进行测定,统计结果表明定标样品化学测定值变异范围较大,3次重复差异较小,可用于近红外模型构建。运用不同光谱预处理方法和化学计量学方法建立校正模型,对比各模型性能参数,筛选出最优定标模型并用检验集对模型进行验证。【结果】采用修正偏最小二乘法(MPLS)建立模型最佳。中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin,ADL)与木质素单体G/S的交叉验证相关系数(1-VR)分别为0.864、0.861、0.872和0.920,定标相关系数(RSQ)分别为0.892、0.891、0.907和0.953。用检验集对模型进行验证,NDF、ADF、ADL及木质素单体G/S模型的外部检验相关系数(RSQ)分别为0.837、0.818、0.870和0.935,其预测标准差(SEP)为0.680、0.636、0.348和0.054。【结论】试验所建模型质量较好,能快速测量茎秆纤维组分含量和木质素单体G/S,可为油菜抗病抗倒伏育种研究提供技术支持。
  植物保护
海藻糖代谢及其调控昆虫几丁质合成研究进展
唐斌,张露,熊旭萍,汪慧娟,王世贵
2018, 51(4): 697-707 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.009
全文: PDF (435 KB)  ( 2 ) |
摘要
海藻糖为一种非还原性糖,广泛存在于细菌、藻类、真菌、植物和无脊椎动物中。海藻糖被称为昆虫“血糖”,源于该糖为昆虫血淋巴中的主要糖类物质,在昆虫生长、发育、蜕皮等正常生理活动中有着重要的作用。昆虫的海藻糖先由海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase,TPS)生成海藻糖-6-磷酸,然后通过海藻糖磷酸脂酶(trehalose-6-phosphate phosphatase,TPP)最终合成海藻糖,在能量需求时通过海藻糖酶(trehalase,TRE)降解为葡萄糖,用于能量供给。几丁质为昆虫表皮、中肠围食膜和气管系统的主要组成成分,昆虫在发育过程中需要蜕掉旧表皮,形成新的表皮,该过程一直是害虫控制的重要靶标途径。海藻糖酶为昆虫几丁质合成途径的第一个酶,在几丁质合成通路中有着重要的功能。那么海藻糖代谢又是如何调控几丁质合成途径来控制昆虫的蜕皮及几丁质代谢的呢?随着国内外海藻糖代谢相关基因功能研究的深入开展,研究结果表明昆虫海藻糖供给在几丁质合成中具有重要的作用,海藻糖酶分为可溶性和膜结合型两类,可溶性TRE和TPS在不同昆虫种类中具有多个同源基因,表明昆虫海藻糖代谢进化途径多样化。其次,海藻糖代谢直接调控几丁质合成途径,不论是海藻糖合成酶还是海藻糖酶基因的低表达,均能控制海藻糖使其供给不平衡,从而导致几丁质合成途径受阻,特别是几丁质合成酶基因表达降低而造成几丁质含量下降,该调控作用可进一步引起昆虫蜕皮困难、翅发育畸形等,甚至大量死亡。再次,海藻糖酶抑制剂能够抑制可溶性和膜结合型两类海藻糖酶活性、引起几丁质合成通路相关基因及几丁质酶基因表达的显著下降,导致几丁质含量显著降低,产生高比例的昆虫个体死亡。这些结果充分表明,一旦昆虫海藻糖代谢的供给平衡被打破,会直接影响到昆虫的几丁质合成乃至昆虫的蜕皮与发育过程。本文综述前人在海藻糖代谢调控几丁质合成方面的最新研究成果,为将来开发和利用海藻糖酶抑制剂及海藻糖合成酶抑制剂等绿色农药防治害虫提供理论依据。
紫茎泽兰对小麦的化感作用及腐熟肥效 Hot!
范倩,黄建国
2018, 51(4): 708-717 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.010
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摘要
【目的】紫茎泽兰(Ageratina adenophora)从中缅边境侵入中国后,在西南地区大规模侵入农田、森林、草场,造成了巨大的经济损失和生态灾难。论文旨在了解紫茎泽兰的化感作用,评价其腐熟肥效,为有效防除和资源化利用提供科学依据。【方法】利用恶臭假单胞菌(Pseudomonas putita)和热解纤维梭菌(Clostridium thermocellum)制备混合菌剂,野外就地腐熟紫茎泽兰生产有机肥,通过培养试验、盆栽试验和田间试验,研究新鲜和腐熟紫茎泽兰浸提液以及腐熟有机肥对小麦种子发芽特性,植物生长,氮、磷、钾养分吸收,土壤微生物和籽粒产量品质的影响。【结果】在培养试验中,较高浓度的新鲜紫茎泽兰浸提液显著抑制小麦种子发芽率,降低幼苗生长速率;而相同浓度的腐熟紫茎泽兰浸提液则相反,发芽率、发芽指数、活力指数和苗高分别增加4.73%、13.06%、6.58%和29.87%,并使叶绿素含量、叶片硝酸还原酶活性及根系活力显著提高,有益于光合作用,氮素同化和养分吸收。在种子发芽过程中,新鲜紫茎泽兰浸提液抑制种子胚乳中的蛋白质、淀粉和六磷酸肌醇等大分子物质水解;腐熟紫茎泽兰浸提液则促进它们分别水解为游离氨基酸、可溶性糖和无机磷,对构建新植物体,供给植物营养,促进幼苗生长有重要作用。在盆栽试验中,用新鲜紫茎泽兰浸提液灌根,小麦植株氮、磷、钾吸收量比对照显著降低,氮、磷、钾吸收量比对照分别降低74.78%、58.55%和70.77%,生物量减少47.77%—58.70%;用较高浓度的腐熟紫茎泽兰浸提液灌根则促进吸收养分,植株生物量提高27.53%。在田间试验中,与对照(不施肥)相比,施用化肥对小麦根际土壤微生物碳氮量、脱氢酶活性及Shannon-Wiener多样性指数无显著影响;但与施用等养分量的化肥相比,化肥配施紫茎泽兰有机肥则显著提高了小麦根际微生物碳氮量、脱氢酶活性及Shannon-Wiener多样性指数,籽粒增产8.87%,蛋白质含量显著增加。【结论】紫茎泽兰内含对小麦有毒的化感物质,抑制种子胚乳大分子内含物水解,降低种子发芽率,妨碍植物生长,减少氮、磷、钾等养分吸收;微生物腐熟能消除紫茎泽兰的化感毒性,刺激种子发芽,促进养分吸收,加速生长,提高根际土壤微生物数量、活性和种群多样性,增加小麦产量,改善品质。在紫茎泽兰人工防除过程中,利用微生物菌剂野外就地腐熟紫茎泽兰生产有机肥兼具无害化处理与资源化利用,值得推广应用。
  土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
尿素硝铵溶液对黑土区春玉米产量和氮素吸收利用的影响
王寅,徐卓,李博凝,高强,冯国忠,李翠兰,焉莉,王少杰
2018, 51(4): 718-727 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.011
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摘要
【目的】尿素硝铵溶液(urea ammonium nitrate solution,UAN)是集硝态氮、铵态氮和酰胺态氮于一身的液体氮肥品种,兼有3种氮源优势。本研究目的在于明确黑土区春玉米施用UAN的肥效和氮素利用效率,为进一步科学应用及推广提供依据。【方法】2015和2016年在吉林省黑土区设置大田试验,施肥处理包括:不施氮(N0)、尿素一次性基施200 kg N·hm-2(U200)、UAN一次性基施200 kg N·hm-2(UAN200)、尿素基施80 kg N·hm-2+追施120 kg N·hm-2(U80-120)、UAN基施80 kg N·hm-2+追施120 kg N·hm-2(UAN80-120)、尿素基施64 kg N·hm-2+追施96 kg N·hm-2(U64-96)、UAN基施64 kg N·hm-2+追施96 kg N·hm-2(UAN64-96),追肥时期为拔节—大喇叭口期,施肥深度均为12 cm。测定指标包括籽粒产量、产量性状、植株吸氮量、土壤无机氮含量,并计算土壤-作物系统的氮素平衡、氮素的表观利用、残留和损失状况。【结果】2015和2016年施氮处理的玉米产量、植株吸氮量相比不施氮处理显著提高,均以UAN200处理最高(10.3、11.9 t·hm-2和187.4、288.2 kg·hm-2),而U64-96处理最低(9.14、10.2 t·hm-2和159.1、243.8 kg·hm-2)。相同施氮量、施用方式条件下,UAN处理的玉米产量均等于或高于尿素处理。2015年UAN在200 kg N·hm-2一次性、分次施用和160 kg N·hm-2分次施用条件下相比尿素分别增加6.1%、2.0%和5.3%,2016年分别增加0.1%、7.8%和7.4%,其中UAN80-120处理显著增产。UAN增产的主要原因是减少果穗秃尖长度而增加单穗粒数。UAN处理的植株氮素吸收量在相同施氮量、施用方式条件下均高于尿素处理,而收获后土壤无机氮残留量和氮素表观盈余量相对较低,因而获得较高的氮素利用率。与UAN200处理相比,UAN64-96处理在减氮40 kg N·hm-2条件下两年玉米产量分别达到9.6和11.0 t·hm-2,其中2015年干旱条件下与UAN200处理无显著差异。而且,UAN64-96处理的土壤氮素表观残留率最低,2015和2016年分别为2.4%和4.4%,而氮素表观利用率最高,分别达到42.6%和52.0%。【结论】相同用量和施用方式下,黑土区玉米施用UAN可获得与尿素相同甚至更高的产量和氮素吸收量,同时土壤氮素残留和盈余较少,氮素利用率明显较高,环境效应较好。从施氮量、产量和氮素利用及损失等方面综合考虑,黑土区春玉米推荐施用160 kg N·hm-2的UAN,以基肥40%和拔节-大喇叭口期追肥60%分次施用。
三元肥效模型异方差诊断及其可行广义最小二乘回归建模研究
孔庆波,章明清,李娟,许文江,章赞德,姚建族
2018, 51(4): 728-737 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.012
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摘要
【目的】探讨肥效模型建模新方法,旨在进一步提高肥效模型建模科学性和田间试验成功率。【方法】根据171个早稻“3414”设计的氮磷钾田间肥效试验结果,应用现代回归分析理论,研究三元肥效模型异方差的产生原因和统计检验方法,应用可行广义最小二乘法(FGLS)建模策略消除肥效模型异方差的危害。【结果】根据肥效模型的专业特点,田间试验设计及其管理水平、土壤肥力水平及其空间异质性、模型设定优劣等因素是肥效模型产生异方差的主要原因。怀特(White)检验、帕克(Park)检验和冠因克-巴塞特(KB)检验表明,三元肥效模型异方差达到统计显著水平的比例为25.15%。针对严重异方差的田间试验资料,FGLS回归建模能将部分试验点的试验结果,由普通最小二乘法(OLS)回归建模未达统计显著水平转化为达到统计显著水平,或者将非典型式转化为典型肥效模型;典型式出现几率由OLS回归建模的27.68%提高到34.99%。对典型三元肥效模型,FGLS回归模型的推荐施肥量与OLS回归模型的推荐施肥量大致相当。研究表明,与OLS回归建模相比,FGLS回归建模大幅度降低回归模型的误差均方,同时也明显减小模型各个参数的方差,从而改善了肥效模型的拟合精度和模型预测能力。【结论】FGLS是消除或缓解三元二次多项式肥效模型异方差的有效方法,可明显提高田间试验资料的建模成功率。
暴雨条件下紫色土区玉米季坡耕地氮素流失特征
冯小杰,郑子成,李廷轩,范丽
2018, 51(4): 738-749 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.013
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摘要
【目的】研究暴雨条件下,川中丘陵紫色土区坡耕地玉米全生育期土壤侵蚀及氮素流失规律,为研究区氮素流失预测和有效防控提供科学依据。【方法】采用人工模拟降雨与径流小区相结合的方法,在玉米苗期(5月1日),拔节期(5月26日),抽雄期(6月27日)和成熟期(8月4日)进行模拟降雨,结合川中丘陵紫色土区夏季暴雨多的特点,开展降雨强度为1.5 mm·min-1,坡度为15°条件下地表径流、壤中流和侵蚀泥沙中氮素流失特征的研究。【结果】(1)玉米各生育时期地表径流产流率和产沙率总体表现为随降雨时间延长而呈增加的变化趋势,地表径流产流率和产沙率均表现苗期最高,抽雄期最低;壤中流产流率则表现为抽雄期最高,成熟期最低。(2)玉米各生育时期地表径流中总氮流失率随降雨时间延长而呈增加,在降雨36 min后基本趋于稳定,总氮和可溶性总氮流失率均在玉米苗期最大,平均值分别为5.24和4.74 mg·m-2·min-1;玉米全生育期地表径流中硝态氮流失率则在降雨30 min后基本稳定,铵态氮流失率呈现波动性,硝态氮和铵态氮流失率均在玉米拔节期最大,平均值分别为3.90和0.14 mg·m-2·min-1。在玉米全生育期地表径流中总氮,可溶性总氮和硝态氮流失量与地表径流量呈现极显著线性关系。(3)壤中流中总氮流失率在玉米各生育时期随降雨时间延长缓慢增加,壤中流中可溶性总氮和硝态氮流失率在玉米苗期、拔节期和成熟期变化趋势与总氮一致,而铵态氮流失率在玉米全生育期呈现波动性;总氮,可溶性总氮,硝态氮和铵态氮流失率均在玉米拔节期最大,平均值分别为25.04、20.34、16.20和0.22 mg·m-2·min-1。在玉米全生育期壤中流中总氮,可溶性总氮和硝态氮流失量与壤中流量呈现显著线性关系,且均在玉米拔节期表现为斜率最大。(4)玉米各生育时期侵蚀泥沙中氮素流失率均随降雨时间延长而增加,但在玉米苗期表现为增幅最大,平均值为0.92 mg·m-2·min-1。在玉米全生育期,侵蚀泥沙中氮素流失量与侵蚀泥沙量呈现极显著线性关系。(5)地表径流中不同形态氮素流失量均在玉米苗期和拔节期最大,壤中流中总氮流失量则在玉米拔节期和抽雄期最大,侵蚀泥沙中氮素流失量在玉米苗期最大。壤中流为研究区坡耕地氮素流失的主要途径,占氮素流失总量的64.07%—83.39%。可溶性总氮为径流中氮素流失主要形态,以硝态氮为主要形态。【结论】1.5 mm·min-1降雨强度下,地表径流和壤中流中总氮流失量分别在玉米苗期和拔节期最高,可溶性总氮和硝态氮流失量均在拔节期最高,存在水体富营养化潜在风险,控制苗期地表径流量和拔节期壤中流量可减少该区域氮素流失量。
  园艺
5个矮化中间砧对‘沂水红’富士苹果生长、结果和叶片矿质元素积累的影响
何平,李林光,王海波,常源升
2018, 51(4): 750-757 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.014
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摘要
【目的】探讨5个不同矮化中间砧对‘沂水红’富士树体生长发育的影响,为推广中国培育的具有自主知识产权的苹果矮化砧木提供依据。【方法】以5年生的矮化中间砧苹果幼树(‘沂水红’富士/M26、SH6、青砧2号、辽砧2号、M9T337/平邑甜茶)为试材,连续3年对不同砧穗组合树体生长、果实产量、品质及生长期叶片矿质元素进行测定分析。【结果】从嫁接复合体主干生长一致性看,辽砧2号与基砧和接穗的亲合性最好;在新梢生长动态上,不同砧穗组合虽相似,但SH6树体新梢年生长量始终处于较高水平;在枝类组成上,M9T337树体短枝比例最高(65.2%),长枝比例最小(11.1%);在单株平均产量上,M26较高;各组合果实的单果重、果形指数、果实硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量差异不大。生长期,辽砧2号、青砧2号和SH6上的叶片氮、磷、钾、钙和镁含量处于较高水平,辽砧2号叶片铁含量在整个生长期保持较高水平;生长后期,M9T337钙含量略高。【结论】SH6、青砧2号和辽砧2号作为中间砧嫁接‘沂水红’富士具有亲合性好,树体小,枝类组成合理,产量稳定,果实品质优良等特点。
桑树谷氨酸脱氢酶基因MaGDHs的克隆及表达分析
植爽,任艳红,唐星,徐凤翔,王传宏,赵爱春,王茜龄
2018, 51(4): 758-769 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.015
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摘要
【目的】克隆桑树的谷氨酸脱氢酶基因GDH,了解其结构、组织特异性表达以及调控特点,并获得桑树谷氨酸脱氢酶蛋白,为进一步研究谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GDH)在桑树氮代谢过程中的功能奠定基础,也为多年生木本植物的GDH研究提供参考。【方法】根据川桑基因组数据库搜索GDH同源序列设计引物,以杂交桑品种桂桑优62号(M. atropurpurea Roxb.)cDNA为模板,通过RT-PCR克隆获得MaGDHs。利用NCBI上BLAST和CDD进行氨基酸序列比对和保守结构域分析;利用Expasy在线软件对MaGDH氨基酸组成、分子量、等电点进行分析;采用MEGA 5.0软件构建系统进化树;通过qRT-PCR检测试管苗在不同浓度的蔗糖、铵盐、激素(6-BA)状态下MaGDHs的表达量,用StepOne Software V2.1软件根据2-△△Ct法进行基因相对表达量分析。以pET-28a(+)、pET-32a(+)、pCold-TF为载体构建MaGDH的融合蛋白重组质粒并转入到大肠杆菌中进行表达。【结果】成功获得2个MaGDHs,序列全长均为1 236 bp,编码411个氨基酸,含一个开放阅读框,分别命名为MaGDH1MaGDH2。MaGDH1蛋白质的分子量为44.1 kD,理论等电点为5.84,MaGDH2蛋白质的分子量为44.2 kD,理论等电点为6.68。MaGDHs氨基酸序列含有9个外显子,8个内含子,具有线粒体转移肽、Glu/a-KG结合域和NAD(P)结合域,与川桑同源性均为99%,与双子叶植物同源性为90%左右,与单子叶植物的同源性为85%左右。重组蛋白MaGDHs以包涵体的形式在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,经过纯化和复性后获得了具有活性的酶蛋白,酶活性以pET-28a(+)-MaGDH1重组蛋白最高,为10.07 nmol·min-1·mL-1MaGDHs的表达具有组织特异性,在桑花中表达量最高,其次是嫩叶,在果实中几乎不表达。MaGDHs的表达受到蔗糖、NH4+和6-BA的调控。随着蔗糖浓度的增加,MaGDHs表达量增加;过量的NH4+促进MaGDH1的表达,而没有NH4+的情况下,MaGDHs也有表达;细胞分裂素对MaGDHs的表达是先抑制后促进,MaGDH1在24 h后表达增强,MaGDH2在48 h后表达增强。【结论】从桂桑优62号中获得了两个MaGDHs,分别编码β和α亚基。不同载体的重组蛋白酶活性存在差异。MaGDHs的表达具有组织特异性,在桑树生长旺盛的组织中表达量较高。过量NH4+促进MaGDH1表达;MaGDH1响应激素促进表达比MaGDH2早。
  畜牧·兽医·资源昆虫
CD163双等位基因编辑猪的制备及传代 Hot!
魏迎辉,刘志国,徐奎,Evanna Huyhn,Paul Dyce,李继良,周伟良,董树仁,冯保亮,牟玉莲,Julang Li,李奎
2018, 51(4): 770-777 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.016
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摘要
【目的】猪繁殖与呼吸综合征(porcine reproductive and respiratory syndrome, PRRS),俗称“蓝耳病”,是由猪繁殖与呼吸综合征病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV)引起的一种高致死性传染病,对世界养猪业造成了巨大的经济损失。由于PRRSV遗传变异性较大,因此国内外并未有理想疫苗能够对此病进行有效防制。Cluster of differentiation 163CD163是PRRSV感染猪肺泡巨噬细胞(porcine alveolar macrophage, PAM)的受体之一,研究旨在利用CRISPR/Cas9技术结合体细胞核移植技术制备CD163基因编辑的大白猪。【方法】针对猪CD163基因的第7外显子设计构建CRISPR/Cas9基因编辑载体;转染大白猪胎儿成纤维细胞,获得基因编辑阳性细胞克隆;以基因编辑细胞为核供体、体外成熟的猪卵母细胞为核受体构建克隆胚胎;胚胎移植到受体母猪生产CD163基因编辑猪,并进行后续的扩繁试验【结果】设计的gRNA能够高效的识别靶位点。对获得的127个细胞单克隆进行PCR和测序显示,共有21个克隆发生突变,其中14个克隆为单等位基因突变或双等位基因杂合突变,7个克隆为双等位基因纯合突变。通过体细胞核移植技术,成功获得了CD163双等位基因编辑的纯合大白猪;并获得首批F1代CD163基因编辑仔猪,目前健康状态良好。随后将有更多的F1代CD163基因编辑猪陆续出生。【结论】制备的无抗性筛选标记的CD163双等位基因编辑猪,能够安全并快速地为培育抗PRRSV新品种猪提供育种材料
玉米赤霉烯酮对断奶小母猪子宫形态学及热应激蛋白70分布和表达的影响
周敏,周雪梅,杨立杰,黄丽波,冯蕾,邵明慧,杨晨,杨维仁,杨在宾,姜淑贞
2018, 51(4): 778-788 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.017
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摘要
【目的】研究不同水平玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEA)对断奶小母猪子宫形态学和子宫内热应激蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)的阳性分布规律及mRNA相对表达量的影响。【方法】选择25—28日龄健康三元杂交(杜×长×大)断奶小母猪40头,产床上适应环境10 d后转入单体笼(0.48 m2)。根据日龄(35—38)和平均体重(14.01 ± 0.86 kg),将40头试验小母猪分为4个处理,每个处理10个重复,每个重复1头猪。对照组(Control)饲喂基础饲粮,处理1(ZEA0.5)、处理2(ZEA1.0)和处理3(ZEA1.5)分别在基础饲粮基础上添加0.5、1.0和1.5 mg·kg-1的ZEA(ZEA的测定值分别为0、0.52±0.07、1.04±0.03和1.51 ± 0.13 mg·kg-1,小母猪单笼饲养,自由采食和饮水,预饲期10 d,正式期35 d。试验结束前一天对小母猪禁食12 h,全部放血屠宰,打开腹腔后无菌条件下迅速切取一份子宫组织置于2 mL无RNA酶的冻存管中液氮速冻,而后转至-80℃冻存,检测HSP70的mRNA相对表达量,另切取子宫组织块迅速固定于Bouin’s液,待做组织切片检测子宫形态学的结构和HSP70的阳性分布规律。【结果】随着饲粮中ZEA水平的升高,子宫肌层和内膜明显增厚,子宫腺数量明显增多,子宫腺密度明显增大;子宫肌层和内膜厚度随着饲粮中ZEA水平的升高呈一次(P<0.001)和二次(P<0.001)线性升高,1.5 mg·kg-1 处理的子宫肌层和内膜厚度显著高于1.0 mg·kg-1处理(P<0.05),1.0 mg·kg-1处理显著高于0.5 mg·kg-1处理(P<0.05),0.5 mg·kg-1处理又显著高于对照组(P<0.05)。免疫组化结果显示,HSP70免疫阳性物质主要分布于子宫肌层平滑肌细胞、子宫腺上皮细胞、腔上皮细胞和血管内皮细胞的胞质内,偶见胞核着色。对照组免疫阳性较弱呈浅黄色,随着饲粮中ZEA水平的升高,HSP70免疫阳性反应明显增强,颜色加深,呈黄色和棕黄色块状分布。断奶小母猪子宫中肌层、腺上皮、腔上皮及所测部分总HSP70免疫阳性物质的累积光密度(integrated optical density,IOD)随着饲粮中ZEA水平的升高均呈一次(P<0.001)和二次(P<0.05)线性升高;总体上,1.5 mg·kg-1 处理的子宫HSP70免疫阳性物质的IOD显著高于0.5 mg·kg-1处理(P<0.05),0.5和1.0 mg·kg-1处理又显著高于对照组(P<0.05)。mRNA相对表达量结果显示,随着饲粮中ZEA水平的升高,断奶小母猪子宫内HSP70的mRNA相对表达量呈一次、二次线性升高(P<0.001),尽管1.0 mg·kg-1和1.5 mg·kg-1处理差异不显著(P>0.05),但1.5 mg·kg-1 处理显著高于0.5 mg·kg-1处理(P<0.05),0.5 mg·kg-1处理又显著高于对照组(P<0.05)。【结论】饲粮中0.5 mg·kg-1 ZEA足以使子宫肌层和内膜明显增厚,子宫腺数量明显增多,使得子宫形态发生改变;本试验条件下,随ZEA浓度升高,HSP70免疫阳性反应增强,诱导子宫内HSP70的高水平表达,抵抗毒素应激对子宫细胞的损伤。
家蚕抗BmNPV细胞因子的筛选和分析 Hot!
王菲,李显扬,化晓婷,夏庆友
2018, 51(4): 789-799 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.018
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摘要
【目的】探讨家蚕NF-kB类转录因子BmRelish在抗核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus, BmNPV)感染的免疫应答中的作用,筛选和分析抗病毒细胞因子,完善对家蚕抗病毒免疫机制的认识。【方法】通过Western blot检测当BmNPV感染家蚕BmE细胞后BmRelish全长形式(BmRelish-FL)是否转变成其活性形式(BmRelishact);利用荧光定量PCR检测过表达BmRelishact的细胞在感染BmNPV后胞内病毒DNA的相对水平,观测在被荧光标记的BmNPV(BmNPV-EGFP)感染后呈现EGFP荧光的细胞数,并与作为对照的未表达BmRelishact的细胞相比较,以确定BmRelish是否参与抗病毒免疫;将新鲜细胞通过Transwell细胞共培养体系经过表达BmRelishact的细胞上清培养液孵育后,定量检测在感染BmNPV后胞内病毒DNA的相对水平,以探讨过表达BmRelishact的细胞是否产生并分泌抗病毒细胞因子;通过超滤等方法对过表达BmRelishact的细胞上清培养液予以初步分离,将滤过液和截留液分别孵育新鲜细胞,定量检测感染BmNPV后胞内病毒DNA的相对水平,从而确定抗病毒细胞因子的分子量范围;用高温处理滤过液和截留液后再孵育新鲜细胞,定量检测感染BmNPV后胞内病毒DNA的相对水平以确定抗病毒细胞因子的属性;利用LC-MS/MS对滤过液中的多肽做进一步鉴定和分析。【结果】BmE细胞被BmNPV感染后,部分BmRelish-FL转变成其活性形式BmRelishact;过表达BmRelishact的细胞被BmNPV感染后,胞内病毒DNA的相对水平显著低于对照细胞,且呈现EGFP荧光的细胞数也较对照少;新鲜细胞经过表达BmRelishact的细胞上清培养液孵育后,胞内病毒DNA的相对水平显著低于用对照细胞上清培养液孵育的细胞;用100和3 kD超滤管超滤过表达BmRelishact的细胞上清培养液后,滤过液仍然具有显著降低所孵育细胞的胞内病毒DNA的相对水平,而截留液无此活性;经高温处理后,该细胞上清培养液不再具有降低所孵育细胞的胞内病毒DNA相对水平的作用;在滤过液中通过质谱鉴定到67个肽段,长度为9—45个氨基酸,富集到32个蛋白质,分子量均>3 kD,其中9个蛋白质含有信号肽。【结论】BmNPV感染导致BmRelish的激活;活化的BmRelish促进细胞产生抗病毒细胞因子并分泌到上清培养液中;该细胞因子具有增强细胞抗病毒能力的活性,为分子量<3 kD的多肽。
  研究简报
16个苹果品种非浓缩还原汁的理化特征分析
苟小菊,田由,郭玉蓉,杨曦,侯燕杰
2018, 51(4): 800-810 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.04.019
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摘要
【目的】通过研究16种苹果非浓缩还原汁(not from concentrate,NFC)果汁的8项理化指标,利用相关性分析明确指标间的关系,以简化NFC果汁品质的评价指标。此外,利用多元数据处理对不同品种苹果NFC果汁进行归类,以找到NFC果汁生产中制汁和智能复配的替代品种,为NFC果汁产业发展提供理论参考。【方法】以16个苹果品种为试材,经榨汁、灭酶、巴杀、热灌装等单元操作制备NFC果汁。通过测定16种果汁的可溶性固形物含量、pH、可滴定酸含量、固酸比、表观黏度、浊度、总酚含量及色泽品质(L*a*b*、C*、h°)指标,采用单因素方差分析与相关性分析对测定结果进行显著性和相关性分析。此外,利用主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、聚类分析(CA)多元数据处理方法,对16种果汁的理化指标数据矩阵进行分析,获得16个苹果品种的综合品质分类。【结果】16种苹果汁的各项理化指标均存在显著差异,其中,‘新世界’的可溶性固形物含量和浊度最高,分别为15.7 °Brix和3 720 NTU;‘澳洲青苹’的pH最低,为2.74;‘红玉’的可滴定酸含量最高,为9.6 g·L-1(苹果酸当量);‘秦艳’的固酸比最高,为39.24;‘元帅’‘恩派’‘桔苹’都表现出最高的表观黏度,均为3.75 mPa·s;‘富士’的总酚含量最高,为775.94 mg·L-1(没食子酸当量)。果汁pH与固酸比(R2=0.844)、浊度与L*值(R2=0.967)均呈极显著正相关关系(P<0.01),pH与可滴定酸含量(R2=-0.896)、固酸比与可滴定酸含量(R2=-0.918)均呈极显著负相关关系(P<0.01)。PCA、LDA和CA的分类结果完全一致,16个品种的NFC苹果汁可分为3大类,同一大类中各品种之间不同理化指标差异较小,品质、色泽十分接近,可作为NFC果汁生产和智能复配的可替代品种。【结论】可溶性固形物含量、可滴定酸含量、色值、表观黏度、总酚含量5项理化指标,可全面反映NFC果汁的品质。在果汁品质分类中,‘玉华早富’和‘乔纳金’归为一类,‘新世界’和‘秦冠’归为一类,‘新红星’‘富士’‘桔苹’‘自由’‘秦艳’‘澳洲青苹’、‘秋香’‘粉红女士’‘元帅’‘恩派’‘凉香’‘红玉’归为一类,同一类别中NFC果汁品质接近,可作为制汁和智能复配的替代品种。
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