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2018年 51卷 12期
刊出日期:2018-06-16


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
食品科学与工程
 
全选 | 合并摘要
  
《中国农业科学》2018年第51卷第12期目次
2018, 51(12): 0-0 | doi:
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摘要
  作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
转AtTGA4小麦田间耐低磷胁迫的功能分析 Hot!
凌炳琦,柏星轩,周永斌,王春霄,徐兆师,马有志,陈明,张小红
2018, 51(12): 2225-2234 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.001
全文: PDF (903 KB)  ( 4 ) |
摘要
【目的】将bZIP类转录因子基因AtTGA4转化小麦创制耐低磷转基因小麦新材料,同时分析AtTGA4提高小麦抗逆性的生理机制,为小麦耐低磷胁迫分子育种奠定基础。【方法】采用最小表达框基因枪转化法将AtTGA4和筛选标记基因Bar共转化受体小麦石4056,通过PCR检测筛选出无Bar并能稳定遗传AtTGA4的转基因小麦新株系。基于试验地土壤养分含量状况施用不同水平的磷肥,形成一定程度的正常和低磷营养胁迫,对AtTGA4转基因小麦新株系进行低磷胁迫耐受性试验。在开花期进行了光系统Ⅱ原初光能转化效率(light efficiency of the light system Ⅱ,Fv/Fm),叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development readings,SPAD值)和气冠温差(canopy temperature depression,CTD)等生理指标的测定,在成熟期进行了株高、分蘖数、穗粒数等农艺性状的调查,并在小麦收获后进行了产量及不同组分(根、茎、叶、籽粒)磷浓度和磷吸收、残留总量的测定和统计。【结果】PCR分析结果证明,AtTGA4已在石4056小麦中稳定遗传至T4代,共获得4个稳定转基因株系。根据土壤养分含量测定结果,在正常条件地块施加812.39 kg·hm-2的过磷酸钙,低磷处理地块不施磷肥。产量及农艺性状统计结果显示,AtTGA4转基因株系L1和L2在正常和低磷胁迫条件下的产量相对于受体对照小麦显著增加,正常条件下产量增幅为5.3%—8.6%,低磷胁迫下产量增幅为4.4%—7.7%。在低磷胁迫条件下,过表达AtTGA4的转基因小麦种子千粒重显著比受体显著增加。开花期田间生理指标测定结果显示,转基因株系L1和L2在低磷条件下的Fv/Fm和CTD明显优于受体,而SPAD值没有明显差异。田间调查时发现,低磷条件下受体比转基因材料提早结束灌浆,表现在穗子提早变黄。成熟末期磷含量测定结果显示,转基因株系L1和L2在低磷条件下茎杆磷浓度比受体显著提高,在其他组织中则无显著差异。2个转基因株系在低磷条件下茎、叶和籽粒吸收、残留的总磷含量都要高于受体,地上部总磷含量增幅达6.38%—17.47%。转基因材料AtTGA4表达量分析结果显示,目标基因在株系L2中的表达量较株系L1中的低,是株系L1的0.69倍。【结论】在低磷胁迫条件下AtTGA4可以显著提高转基因小麦对磷元素的吸收及运输,提高转基因小麦的产量,进而提高转基因小麦对低磷胁迫的耐性。
芝麻发芽期耐盐性鉴定方法研究及耐盐候选基因的挖掘
张玉娟,游均,刘爱丽,黎冬华,于景印,王燕燕,周瑢,宫慧慧,张秀荣
2018, 51(12): 2235-2247 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.002
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摘要
【目的】确定芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的NaCl胁迫浓度和评价指标,发掘耐盐种质和耐盐相关重要基因,为芝麻耐盐性大规模鉴定、遗传改良和耐盐机理研究提供方法借鉴和优异基因资源。【方法】以8份耐盐性差异较大的芝麻种质为材料,在不同浓度的NaCl(0、50、100、150、200和250 mmol·L-1)胁迫下发芽,测定其发芽势、成苗率、根长、芽长和鲜重等指标,通过对指标值的方差分析、主成分分析、隶属函数和相关性分析等,筛选芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的NaCl处理浓度和评价指标。以100 mmol·L-1 NaCl溶液为处理浓度,相对成苗率为鉴定指标对71份芝麻核心种质进行发芽期耐盐性鉴定和全基因组关联分析,并对获得的候选基因进行功能注释;通过NaCl胁迫下芝麻幼苗叶片转录组测序和荧光定量PCR分析候选基因的表达模式,筛选耐盐相关候选基因。【结果】对不同浓度NaCl胁迫下8份芝麻材料发芽各指标进行统计和方差分析表明,100 mmol·L-1NaCl处理下,除发芽势外,发芽指数、活力指数、成苗率、根长、芽长和苗鲜重的标准偏差值均较大,所有指标在0.05水平上均存在显著差异,100 mmol·L-1 NaCl溶液可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜胁迫浓度;相对成苗率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、相对芽长、相对根长和相对鲜重7个指标与芝麻发芽期耐盐性关系密切,贡献率较高,可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的评价指标。71份芝麻核心种质材料的相对成苗率变异比较丰富,符合正态分布;通过对71份芝麻核心种质相对成苗率与SNP标记进行全基因组关联分析,检测到7个与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记(LG5:688003、LG7:9582027、LG10:5274091、LG10:10788493、LG11:11924186、LG14:2128695和LG16:3930301),SNP标记上、下游各100 kb区间内共有基因67个,其中有功能注释的基因34个;通过耐盐材料S04在盐胁迫下的转录组测序和荧光定量PCR对预测的候选基因进行表达模式分析,共有21个候选基因受到盐胁迫诱导显著差异表达。【结论】芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜NaCl胁迫浓度为100 mmol·L-1,相对成苗率等7个指标可以作为适宜的评价指标;检测到与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记7个,并鉴定出耐盐候选基因21个。
植物品种SSR指纹分析专用软件SSR Analyser的研发
王凤格,李欣,杨扬,易红梅,江彬,张宪晨,霍永学,朱丽,葛建镕,王蕊,任洁,王璐,田红丽,赵久然
2018, 51(12): 2248-2262 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.003
全文: PDF (2195 KB)  ( 1 ) |
摘要
【目的】开发适用于植物品种SSR指纹分析的软件工具,实现植物品种SSR指纹分析的自动化和标准化,解决SSR标记在实际应用中存在的数据采集效率较低、数据共享难度较大等问题。【方法】在商业化软件GeneMarker®的基础上,针对植物品种SSR指纹分析的特殊性,在SSR指纹处理、panel设计、数据库对接等方面进行算法开发或优化,形成植物品种定制化软件SSR Analyser,并在玉米等多种作物上测试其分析效果。【结果】在SSR指纹处理功能上,软件通过先用系统计算的矩阵进行弱消除,再用Pull-up峰匹配算法进行单峰消除的方案实现了对pull-up峰准确自动消除;通过优化N+1峰、连续多峰等特殊峰型读取的算法,解决了特异峰不识别、读不准、误读等问题,对2 bp重复类型SSR标记为主的植物品种指纹采集更加精准;通过完善邻峰过滤、高低峰过滤和二倍体过滤算法,解决了植物品种混合样品的有效峰采集问题。在Panel设计功能上,软件兼顾了Panel设计的灵活性、方便性和统一性,在保证数据采集标准化的前提下,更加适应复杂的试验情况:提高了标记参数设置的灵活性,根据不同参数作用范围,标记参数设置既有针对特定物种、Panel一次性固定设置的参数,也有针对每个引物位点、每块电泳板单独设定或微调的参数;实现了从已有标记中快速重新组合形成新panel的功能;保证了panel的统一调用和同步更新。通过将软件与指纹库管理系统的无缝对接,实现了样品准备到指纹采集全流程的自动化、标准化,形成的指纹库具有直观可追溯的优势。将SSR Analyser在玉米大规模建库中试用,表明该软件的指纹分析更加简单高效,比原软件分析效率提高了10倍以上;将SSR Analyser扩大到水稻、大豆、黄瓜、西瓜、大白菜等多种二倍体作物和小麦、棉花等多倍体作物中试用,表明在二倍体作物上使用效果较好;在多倍体作物上,对其中的二倍体化的标记使用效果较好,但对非二倍体化的标记仍需进一步完善过滤算法。【结论】开发的SSR Analyser软件具有数据分析程序简单高效、对特殊峰型的SSR标记指纹采集精准、适合基于混合样品的植物品种SSR指纹采集、与指纹库管理系统无缝对接的优点,大大改善了SSR标记在植物品种鉴定中的应用效果。
  耕作栽培·生理生化·农业信息技术
灌浆期低温对离体培养玉米强弱势粒发育的影响
张巽,郝建平,王璞,张萍,陈璐洁
2018, 51(12): 2263-2273 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.004
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摘要
【目的】通过对玉米灌浆过程中籽粒干物质、淀粉的积累,籽粒内源激素含量及淀粉积累相关酶活性的研究,揭示低温对灌浆过程中玉米强、弱势籽粒灌浆生理过程的影响规律,为生产上抗御低温冷害提供理论参考。【方法】选用郑单958为试验品种,采用玉米籽粒离体培养的方式,将大田人工授粉后3 d的玉米果穗按照弱势粒和强势粒进行取样,无菌环境接种到人工培养基培养,低温处理和对照分别设置培养平均温度为16℃及25℃。自授粉后每10 d取样一次,分别测定灌浆过程中玉米强、弱势粒干物质积累量、内源激素、籽粒淀粉含量及淀粉积累相关酶活性。【结果】低温胁迫下强、弱势粒灌浆后期粒重分别比对照低47.58%、50.95%,强、弱势粒灌浆高峰期的平均灌浆速率较对照分别显著降低55.39%、54.72%。低温胁迫下玉米籽粒灌浆速率前期提升和后期减小的速度明显减缓,活跃灌浆时间延长5—7 d。授粉后10 d低温处理显著降低玉米强、弱势粒生长素(IAA)、玉米素(ZR)和脱落酸(ABA)含量,显著提高玉米籽粒赤霉素(GA3)的含量。授粉后30 d低温处理显著降低了弱势粒的IAA、ZR含量,增加了强势粒的ABA含量。低温胁迫显著减弱了灌浆前期和灌浆中期的可溶性酸性转化酶(SAI)、蔗糖合酶(SS)、淀粉合酶(SSS)及ADPG焦磷酸化酶(APGase)的活性,低温下弱势粒SAI活性降幅大于强势粒,对SS、SSS及APGase活性的降低幅度表现为强势粒大于弱势粒,导致玉米籽粒淀粉含量降低。【结论】受低温胁迫影响,灌浆前期玉米籽粒的IAA、ZR、ABA含量减少,GA3含量增加,SAI活性降低,导致籽粒库容量减少,库活性不足。在灌浆中期,低温降低SS活性,造成淀粉合成底物供应不足,影响淀粉的合成,降低籽粒淀粉含量。低温处理降低玉米强、弱势粒的灌浆速率,导致籽粒干物质积累减少。低温对玉米强弱、势粒的灌浆过程都造成较大的影响,且对弱势粒的影响大于强势粒。
黄土高原半干旱区不同覆膜方式对土壤水热环境及糜子耗水特性的影响
董孔军,刘天鹏,何继红,任瑞玉,张磊,许岩,杨天育
2018, 51(12): 2274-2287 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.005
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摘要
【目的】探明黄土高原旱作区不同覆膜方式中的土壤水温效应及糜子增产机制。【方法】 2015—2016年,以陇糜10号为试验材料,设置全膜双垄沟留膜免耕穴播(A1)、全膜双垄沟穴播(A2)、全膜平铺膜上覆土穴播(A3)、全膜平铺穴播(A4)、露地等行距条播(CK)5个处理,研究土壤水热效应及其对糜子耗水特性、水分利用效率及产量的影响。【结果】与露地条播(CK)相比,两年间在糜子生育期内,A1、A2、A3、A4处理5—25 cm土层平均温度变化及土壤平均温度日变化均表现出不同程度的增温效果。糜子生育期内,丰水年份(2015年)A1、A2、A3、A4处理较CK贮水量分别提高94.7、67.9、58.0、21.0 mm,而耗水量表现为CK>A1>A4>A2>A3,且各处理在不同土层、不同生育阶段耗水均衡;严重干旱年份(2016年)A1、A2处理较CK贮水量提高83.9、57.4 mm,而A3、A4较CK降低27.1、25.3 mm,耗水量表现为A3>A4>A1>A2>CK,其中,A3、A4、A1、A2较CK依次加强了对80—100 cm土层水分的利用,且播种至苗期4种覆膜方式较CK耗水量降低,均衡调控了拔节至成熟期的耗水强度;基于4种覆膜方式间土壤水热环境的不同和对糜子生育期内耗水特性的差异,A1、A2、A3、A4处理较CK水分利用效率分别提高1.3—3.9、5.2—5.5、3.4—3.5、4.1—4.2 kg·hm-2·mm-1,增产9.0%—43.3%、34.8%—58.2%、20.8%—49.4%、29.0%—52.9%,且干旱年份的增产幅度更高。【结论】4种覆膜栽培均改善了糜子生育期内的土壤水热环境,调节了其不同生育阶段的耗水强度,显著提高作物水分利用效率、产量及其相关性状,增产潜力依次为A2A4>A3>A1
国外引进甘蔗栽培品种的光合气体交换参数遗传差异与聚类分析 Hot!
李纯佳,覃伟,徐超华,刘洪博,毛钧,陆鑫
2018, 51(12): 2288-2299 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.006
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摘要
【目的】探明国外引进甘蔗栽培品种光合气体交换参数遗传变异特征,筛选优良基因型,并为甘蔗高光效育种技术优化提供参考依据。【方法】利用LI-6400便携式光合仪,于大伸长期对50份国外引进甘蔗栽培品种顶端全展叶6项光合气体交换参数进行测定,包括净光速率(A)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(E)、固有水分利用效率(WUEintr)、瞬时水分利用效率(WUEinst)。通过方差分析、广义遗传力计算、相关分析以及主成分分析明确气体交换参数变异特征,并通过聚类和判别分析筛选优异基因型。【结果】所有光合气体交换参数在参试基因型间差异均达到极显著水平,变异程度依次为gsAECi>WUEintr>WUEinst。各项参数广义遗传力较高,除WUEinst为58.8%外,其余参数均达70%以上。除WUEinstE间相关性不显著外,其他气体交换参数间相关性均达显著水平。气孔导度同其他参数具有较强的非线性相关,体现了其对气体交换的重要调控作用。主成分分析共提取两项公因子,可分别解释为“碳同化性能”和“水分利用效率”,二者在基因型间的变化彼此独立,表明兼具高碳同化性能和高水分利用效率材料的筛选是可能的。通过聚类分析最终筛选出B4362、B51-410、US67-22、BH10-12、C323-87、Co685等6个碳同化能力突出、且同时具有极佳水分利用效率的优异基因型。【结论】国外引进甘蔗栽培品种中蕴含丰富的气体交换参数变异,遗传差异是该变异产生的主要原因。鉴定筛选到6份兼具高碳同化性能和高水分利用效率的优异材料,为甘蔗高光效育种提供了可靠的种质资源和优化建议
  植物保护
撕裂蜡孔菌的新功能——防治茄子绵疫病及促生效应 Hot!
殷洁,范倩,黄建国
2018, 51(12): 2300-2310 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.007
全文: PDF (694 KB)  ( 1 ) |
摘要
【目的】生物农药和生物肥料安全性好,但种类较少,效果欠佳,亟需增加种类,提高药效和肥效。茄子是人们日常食用的大宗蔬菜,防治其病害,改善植物营养,提高产量和品质是亟待解决的生产问题。撕裂蜡孔菌(Ceriporia lacerate)分布广泛,起源复杂,功能多样,已用于医药、环保、生物能源等领域,论文进一步挖掘其农用功能。【方法】以自主分离获得的撕裂蜡孔菌新株HG2011为供试菌株,利用Bonnet液体培养基制备发酵液,谷壳、玉米粉和蛭石等制备固体菌剂,通过纯培养、拮抗、盆栽和田间试验,研究该菌株的胞外酶分泌,对辣椒疫霉(Phytophthora capsici)的拮抗效应、茄子绵疫病的防治效果,以及对茄子植株氮、磷、钾养分吸收和产量品质的影响。【结果】撕裂蜡孔菌HG2011菌株能分泌纤维素酶、β-1,3-葡聚酶、蛋白酶及磷酸酶,在发酵液中的活性分别为 46.11、63.02、199.33和27.25 U·mL-1。在拮抗试验中,HG2011菌株发酵液显著抑制辣椒疫霉生长,抑制率为36.13%—60.59%;其菌丝还能侵入疫霉菌落,造成疫霉菌丝变形、断裂和消融。接种辣椒疫霉使盆栽茄子植株的发病率超过50%,病情指数为64.50;而在施用HG2011菌株发酵液的处理中,发病率为10.50%—18.52%,病情指数为13.46—20.60,防治效果为68.06%—79.13%,预防效果优于治疗效果。田间施用固体菌剂之后,茄子植株氮、磷、钾累积量和吸收效率最高,单施化肥次之,不施肥最低。与单施化肥相比,植株氮、磷、钾积累量分别增加30.99%—47.72%、19.97%—43.40%和11.21%—41.34%,吸收效率上升31.01%—47.74%、19.80%—43.40%和11.21%—41.34%,肥料偏生产力提高5.88%—18.43%、5.91%—18.44%和5.88%—18.43%,茄子植株生物量和果实产量的增幅分别达30.00%和16.06%。此外,施用固体菌剂显著提高茄子果实氮、维生素C、可溶性蛋白和游离氨基酸含量,比单施化肥依次增加13.86%—20.79%、62.46%—65.30%、36.30%—37.67%和25.46%—33.08%。【结论】撕裂蜡孔菌HG2011菌株抑制辣椒疫霉菌丝生长,使其变形、断裂和消融,降低茄子绵疫病的发病率和病情指数,预防效果优于治疗效果;田间施用撕裂蜡孔菌HG2011固体菌剂促进茄子植株吸收养分,刺激生长,提高产量,改善品质。因此,撕裂蜡孔菌新株HG2011及新作用¾¾防病促生效应的发现扩展了其生物学功能,丰富了生防菌及促生菌的种质资源库,具有潜在的应用前景。
水稻蛋白酶抑制剂基因OsLTPL164和OsLTPL151的组成型及诱导型表达模式
何雨娟,鞠迪,王悦,杨雪清,王小奇
2018, 51(12): 2311-2321 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.008
全文: PDF (451 KB)  ( 1 ) |
摘要
【目的】蛋白酶抑制剂(protease inhibitor, PI)是一类广泛存在于植物中的蛋白质,具有抵御植食性昆虫取食危害的功能。然而,水稻(Oryza sativa)PI基因在二化螟(Chilo suppressalis)取食过程中的表达模式尚不清楚。本研究旨在分析水稻蛋白酶抑制剂基因OsLTPL164OsLTPL151在二化螟取食及机械损伤下的表达模式,为明确OsLTPL164OsLTPL151在水稻防御二化螟中的作用及今后利用这两个基因构建转基因水稻株系打下基础。【方法】以东北地区常规种植的3个水稻品系辽盐2号(1654)、辽星17号(1665)和长白17号(1688)为研究对象,在二化螟危害关键时期(分蘖期)通过机械损伤和接虫处理,在处理后不同时间(0、3、6、12、24、48、72 h)分别对根、茎、叶3个组织进行取样,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测3个水稻品系中OsLTPL164OsLTPL151的表达模式。【结果】OsLTPL164在3个品系中的组织表达模式一致,在叶片和茎中的表达量均高于根部;OsLTPL151在3个品系中的组织表达模式不一致,在1654品系中茎和叶片中的表达量显著高于根部,但在1688和1665品系中根部的表达量显著高于茎和叶片;此外,这两个基因在3个品系间的相同组织中都有不同的表达模式,OsLTPL164在根、茎、叶中均呈现在1665品系中表达量最高、在1688品系中表达量次之、在1654品系中表达量最低的表达模式,但OsLTPL151在不同组织中的表达模式与OsLTPL164不同:在根中,OsLTPL151在1665品系中的表达量明显高于1688和1654品系;在茎中,OsLTPL151在1654和1665品系中的表达量明显高于1688品系;在叶中,OsLTPL151在1654品系中的表达量明显高于1665和1688品系。二化螟取食诱导OsLTPL164OsLTPL151在3个品系的叶片中表达上调幅度高于茎和根,且在1665品系中上调的幅度较1688和1654品系中大。在二化螟取食和机械损伤处理不同时间后,两个基因均呈现表达水平先上升后下降再上升的趋势;OsLTPL164OsLTPL151在机械损伤6 h后才被显著诱导表达,而二化螟取食3 h后便可诱导OsLTPL164OsLTPL151上调表达。【结论】OsLTPL164OsLTPL151在3个水稻品系中二化螟取食以及机械损伤均能诱导其表达,推测这两个基因可能与水稻抗二化螟有关,但这两个基因在不同水稻品系中其他具体的功能可能有所不同。
  土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
山东省小麦施肥特征与评价
李健敏,赵庚星,李涛,肖杨,周雪,岳玉德
2018, 51(12): 2322-2335 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.009
全文: PDF (376 KB)  ( 1 ) |
摘要
【目的】进入21 世纪,人口、资源、环境的矛盾日益突出,中国农业生态环境面临多个方面的严峻挑战,施肥对环境的影响受到越来越多的关注。山东省是中国北方典型的高投入高产出集约农业区,对该省施肥状况的研究分析,对全国农作物施肥管理具有参考借鉴作用。论文针对山东省主要粮食作物——冬小麦的施肥状况进行系统分析,旨在理清其施肥特征与问题,为冬小麦的施肥决策与管理提供科学依据。【方法】以山东省测土配方施肥项目数据和统计资料为数据源,采用调查分析与统计分析相结合的方法,摸清小麦施肥现状及特征,并通过MATLAB建模分析建立最佳施肥模型,明确小麦施肥参数。【结果】2015年山东省冬小麦化肥消耗系数Fec较2010年减少了5.71 %。冬小麦氮、磷、钾肥的平均施用量高于全国平均水平,施用比例存在磷肥比重较大,钾肥比重不足的状况。冬小麦基肥与追肥中多元素肥料占比增加,单质肥料占比总体减少。全省施肥总量、氮肥、磷肥的施用量呈自西向东递减的趋势,皆为鲁西和鲁北平原区最高,鲁东丘陵区最低。钾肥的施用量则与之相反。潮土地区小麦施氮、磷量最高,其次为砂姜黑土、褐土和棕壤,盐碱土区较低,钾素的投入则以棕壤最高,其次为砂姜黑土和褐土,盐碱土和潮土区钾素投入量较少。氮磷钾肥施用量与土壤全氮、有效磷和速效钾含量之间存在一定的不匹配状况,可适当增加东部丘陵区氮素用量,减少高产区肥料投入,增加低产区施肥水平。山东省以产量为目标的冬小麦氮磷钾肥最佳施用量分别为182.02、82.58和83.22 kg·hm-2,与此相比,目前氮肥、磷肥分别超25.60 kg·hm-2和37.77 kg·hm-2,钾肥亏3.84 kg·hm-2。【结论】山东省冬小麦施肥状况正在向良性发展,但仍存在施肥量偏高,施肥方式及比例不够合理问题。
长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响 Hot!
盖霞普,刘宏斌,翟丽梅,杨波,任天志,王洪媛,武淑霞,雷秋良
2018, 51(12): 2336-2347 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.010
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摘要
【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即:对照(CK);氮磷钾(NPK);氮磷钾+有机肥(NPKM);氮磷钾+过量有机肥(NPKM+);氮磷钾+秸秆还田(NPKS)。【结果】(1)在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%—50%和30%—32%;增加0—20 cm表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量分别为62%—121%、107%—187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力(PFPN)分别达22%—32%、27%—41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFPN为216%、降低玉米季PFPN为40%。(2)长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0—20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮(NO3-N)、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20—200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。(3)与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100—200 cm深层土壤中NO3--N含量,NO3--N平均含量为17.8—26.1 mg·kg-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0—100 cm土层NO3--N含量,NO3--N平均含量为3.6—13.4 mg·kg-1,表明增施有机肥会促进土壤NO3--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO3--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素, NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。
不同材料包膜氮肥氮素挥发特征及对油菜产量的影响
蒋一飞,张砚铭,杨明,虞娜,张玉玲,邹洪涛,张玉龙
2018, 51(12): 2348-2356 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.011
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摘要
【目的】施用包膜缓/控释肥料是减少氮素损失,提高氮肥利用率的重要途径之一。新型有机-无机复合包膜氮肥具有缓释性能好、环境友好等优点。研究不同有机-无机复合包膜氮肥的气态氮损失特征,可为新型包膜缓/控释肥料的研发与应用提供科学依据。【方法】本研究以改性聚乙烯醇分别与无机材料硅藻土、沸石粉、生物质炭、磷矿粉、硫磺进行混合作为包膜材料制备包膜尿素(分别记作Ag、Af、Ac、Ap、As肥料),采用室内培养方法,以普通尿素为对照(CK),通过测定60 d内土壤的氨挥发速率和氮氧化物排放速率,揭示不同膜材料包膜氮肥施入土壤后的氨挥发和氮氧化物排放特征。并设计盆栽试验,研究施用不同包膜氮肥对油菜生长和产量影响。【结果】施肥后土壤氨挥发从培养的第1天开始出现,且不同包膜氮肥的氨挥发速率均在培养的第3—10天达到最大值,CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的最大氨挥发速率分别为1.132、0.373、0.508、0.696、0.347和 0.304 mg·L-1·d-1,各包膜肥料氨挥发峰值的出现时间迟于普通尿素,说明包膜肥料的包裹层可以有效地阻碍外界水分同其内部的尿素核心相接触,使尿素溶解时间延长,减缓尿素溶出速率。氨挥发速率呈现先快后趋于平稳的趋势。CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氨挥发总量分别为104.0、88.2、93.4、95.6、81.9和79.4 mg,Ag、Af、Ac、Ap和As肥料氨挥发总量较普通尿素CK分别降低了15%、10%、8%、21%和23%。包膜肥料的氮氧化物排放特征与氨挥发相似,氮氧化物排放速率峰值与氨挥发相比明显后移。排放高峰期出现在第6—23天,CK、Ag、Af、Ac、Ap和As肥料的氮氧化物排放速率峰值分别为 0.092、0.033、0.039、0.051、0.027和0.022 mg·L-1·d-1,其氮氧化物排放总量分别为15.8、11.1、12.4、13.2、10.3和8.5 mg,包膜肥处理氮氧化物排放总量均低于普通尿素处理。各处理氨挥发占氮素气态损失总量的80%—90%。施用包膜肥料的油菜产量与普通尿素(CK)相比均有提高,提高量分别为 47%(Ag)、37%(Af)、31%(Ac)、52 %(Ap)、63%(As)。【结论】氨挥发是肥料氮素气态损失的主要形式,发生在施肥后的前两周。硅藻土、沸石粉、生物质炭、磷矿粉和硫磺与改性聚乙烯醇制备的包膜肥料对氨气和氮氧化物的排放具有抑制作用,能够提高油菜产量。
  园艺
青花菜P450CYP79F1全长克隆、表达及其与不同器官中莱菔硫烷含量的相关性分析 Hot!
李占省,刘玉梅,方智远,杨丽梅,庄木,张扬勇,吕红豪
2018, 51(12): 2357-2367 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.012
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摘要
【目的】克隆青花菜细胞色素家族P450CYP79F1,分析其序列特征,阐明其在不同发育时期器官中的表达情况及其与莱菔硫烷含量的关系,为进一步揭示莱菔硫烷合成机理提供科学依据,为青花菜品种改良和新品种选育奠定基础。【方法】通过5′和3ˊ端RACE克隆技术获得青花菜CYP79F1全长序列,利用DNAMAN 6.0进行基因拼接、氨基酸序列分析和蛋白二级结构预测,结合在线分析程序和软件进行基因和编码蛋白生物信息学分析;利用荧光定量PCR技术研究CYP79F1在不同发育器官中的表达情况;结合HPLC方法测定各相应时期器官中莱菔硫烷含量,包括青花菜发育时期的根、茎、叶,成熟花球,抽薹期花蕾(顶端蕾、成熟蕾、开花前1 d的蕾和花)和种子;对CYP79F1表达量与和莱菔硫烷含量进行相关性分析。【结果】获得了CYP79F1全长序列,GenBank登录号为MG012890,该基因全长2 014 bp,包含一个1 620 bp的开放读码框(ORF),编码540个氨基酸;编码的蛋白与甘蓝、白菜、芥蓝和油菜等同源蛋白的相似性均在95%以上;生物信息学分析表明该基因编码的酶蛋白有2个信号肽和2个跨膜结构域,为亲水性稳定蛋白,Wolf Psort预测其亚细胞定位于细胞质中;CYP79F1在根和茎中的表达量较高,叶中表达量最低,在花器官发育时期,自顶端蕾到花发育过程中呈现逐渐降低的表达趋势,种子中该基因表达量与花处于同一水平。Pearson相关性分析显示,青花菜发育时期的根、茎、叶、成熟花球、抽薹期花蕾和种子中莱菔硫烷含量与CYP79F1表达量无显著相关关系,但抽薹期花蕾自顶端花蕾到花中莱菔硫烷生成量与CYP79F1表达量呈显著正相关关系(R=0.96,P<0.05)CYP79F1在调控莱菔硫烷的生成方面起重要作用,尤其是在生殖器官花蕾的发育过程中,能够显著上调莱菔硫烷的生成量。【结论】CYP79F1在青花菜不同发育器官中对莱菔硫烷的生成发挥着重要调控作用,可能与青花菜不同器官中莱菔硫烷含量多样性密切相关。
葡萄果实MYBA1UFGTDFR的作用机制
 
牛铁泉,董燕梅,刘海霞,张小军,高燕,张鹏飞,梁长梅,温鹏飞
2018, 51(12): 2368-2377 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.013
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摘要
【目的】MYBA1转录因子在花色苷生物合成中扮演着重要角色,通过对葡萄果实发育过程中VvMYBA1VvUFGTVvDFR的表达和花色苷的积累模式以及VvMYBA1VvUFGTVvDFR作用机制的分析,阐明花色苷合成调控机制。【方法】利用实时荧光PCR检测VvMYBA1VvUFGTVvDFR在葡萄果实发育过程中的表达模式;采用分光光度计测定葡萄中花色苷积累量的变化规律;用SAS8.0软件分析VvMYBA1VvUFGTVvDFR不同时期表达量及花色苷积累量之间的相关性;通过酵母杂交系统检测VvMYBA1转录激活活性及其与VvUFGTVvDFR间的作用。【结果】实时荧光定量PCR结果显示,VvMYBA1VvUFGTVvDFR在葡萄果实发育过程中呈现先上升后下降的趋势,在转色期(花后60—80 d)达到最大值。葡萄果实发育过程中花色苷积累量表现为先上升后趋于稳定,转色期(花后80 d)达到最大值。相关性分析结果表明,VvMYBA1表达量与VvUFGTVvDFR表达量呈显著正相关,花色苷积累量与VvMYBA1VvUFGTVvDFR表达量呈显著正相关。酵母杂交系统检测表明,VvMYBA1具有转录激活功能,能够特异结合VvUFGTVvDFR启动子,与VvUFGTVvDFR编码的蛋白不具有相互作用。【结论】花色苷含量与VvMYBA1VvUFGTVvDFR表达量呈显著正相关,VvMYBA1具有转录激活功能且能特异性结合VvUFGTVvDFR的启动子,表明VvMYBA1通过激活VvUFGTVvDFR的启动子来调节其表达,从而调控花色苷的合成积累。
重庆三峡库区鲍威尔脐橙花期叶片矿质营养诊断 Hot!
郑永强,王娅,杨琼,贾学梅,何绍兰,邓烈,谢让金,易时来,吕强,马岩岩
2018, 51(12): 2378-2390 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.014
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摘要
【目的】通过对重庆三峡库区江津和奉节鲍威尔脐橙果园叶片矿质元素测定并进行叶片营养状况诊断,为鲍威尔脐橙高产优质施肥方案的制定提供依据。【方法】以重庆三峡库区江津和奉节40个代表性12年生枳橙砧鲍威尔脐橙小区植株为试材,通过测定盛花期叶片中氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)元素的含量和小区产量,运用叶片营养组分分析法(CND)、诊断施肥综合法(DRIS)和标准含量适宜偏差百分数法(DOP)3种方法对两个地区低产组叶片营养状况进行诊断。【结果】根据CND拐点法确定高产园划分临界值为330 t·hm-2,其中仅有奉节地区6个小区满足此条件,占总样本15.0%,同时依据高产组叶片N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn等各营养元素含量范围确定上述元素适宜值分别为N(2.0±0.1)%、P(0.12±0.01)%、K(2.1±0.5)%、Ca(3.1±0.4)g·kg-1 DW、Mg (0.31±0.03)g·kg-1 DW、Fe(36.6±13.1)mg·kg-1 DW、Mn (51.4±21.6)mg·kg-1 DW、Cu(2.2±0.7)mg·kg-1 DW和Zn(12.3±1.5)mg·kg-1 DW;建立不同营养元素CND法叶标准参比值为VN*=3.62±0.07,VP*=0.78±0.08,VK*=1.36±0.21,VCa*=1.74±0.14,VMg*=-0.55±0.10,VFe*=-2.74±0.36,VMn*=-2.40±0.39,VCu*=-5.55±0.32,VZn*=-3.78±0.10;依据DRIS法对江津地区筛选出N/K、N/Fe、N/Cu、P/K、P/Fe、P/Cu、K/Fe、K/Cu、Ca/N、Ca/P、Ca/K、Ca/Fe、Ca/Mn、Ca/Cu、Mg/N、Mg/P、Mg/K、Mg/Fe、Mg/Cu、Mn/N、Mn/P、Mn/K、Mn/Mg、Mn/Fe、Mn/Cu、Mn/Zn、Zn/Ca、Zn/Mg、Zn/Fe、Zn/Cu等30个,奉节地区筛选出Ca/K、Mg/K、Mg/Zn、Mn/N、Mn/P、Mn/K、Mn/Ca、Mn/Mg、Mn/Fe、Mn/Cu、Cu/P、Cu/K、Cu/Mg、Cu/Fe等14个叶片营养浓度比值参数;根据叶片矿质元素含量适宜值采用CND、DRIS、DOP 3种方法对奉节低产小区和江津地区橘园盛花期叶片营养诊断。其中,CND法需肥顺序:江津为Ca>Mg>N>P>Mn,奉节为N>Ca>P>Zn>Fe>Mn;DRIS法需肥顺序:江津为Ca>Mg>>Mn>N>P,奉节为Zn>>Fe>Ca>Mn>N>Mg;DOP法需肥顺序,江津为Ca>Mn>Mg,奉节为Mn>>Zn>Fe>Ca>Mg>N。【结论】3种方法诊断结果表明,果园营养不平衡指数江津地区CND、DRIS、DOP分别为166.5、4 291.0、117.5,奉节低产小区分别为37.2、570.0、14.1,奉节果园营养平衡状况均优于江津,两产区均具有很大的增产潜力。
  食品科学与工程
牦牛肉中稳定同位素指纹特征及影响因素
郭波莉,魏益民,魏帅,孙倩倩,张磊,师振强
2018, 51(12): 2391-2397 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.015
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摘要
【目的】分析牦牛肉中稳定碳、氮、氢同位素组成,以及它们受地域、牧草和饮水的影响,为其产地溯源及真伪鉴别提供技术支撑。【方法】从青海省海北、海南、玉树3个不同地域采集牦牛肉、牧草及水样品,利用GPS定位采样地的经度、纬度及海拔高度,利用元素-稳定同位素比率质谱仪(EA-IRMS)分析样品中稳定碳、氮、氢同位素比率。【结果】牦牛脱脂肌肉、粗脂肪中的δ13C平均值分别为(-23.99±0.25)‰和(-28.77±0.50)‰;脱脂肌肉中的δ15N和δ2H平均值分别为(4.04±0.91)‰和(-107.99±11.08)‰。牦牛肉中δ13C、δ15N值主要受其食用的牧草影响,地域对牦牛肉中的δ13C值也有一定的影响,即牦牛肉中δ13C值有随海拔的增加而增加的趋势。青海省海北、海南、玉树3个地区牧草和水中的δ2H值均有极显著差异,牧草中δ2H值由高到低的顺序依次为海南>海北>玉树,水中δ2H值由高到低的顺序依次为海北>海南>玉树。牦牛肌肉中δ2H值由高到低的顺序依次为海南>海北>玉树,与牧草中δ2H值的地域变化顺序一致。说明牦牛肉中的δ2H值与牧草、饮水密切相关,均有随海拔升高而降低的趋势,且牧草对牦牛组织中氢同位素组成的影响可能大于水的影响,但这还需要进一步研究证实。【结论】牦牛肉中稳定同位素指纹与高海拔地区的牧草、饮水、地形密切相关,具有独特的指纹特征。
  畜牧·兽医·资源昆虫
分子编写育种——动物育种的发展方向 Hot!
刘志国,王冰源,牟玉莲,魏泓,陈俊海,李奎
2018, 51(12): 2398-2409 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.016
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摘要
随着基因组学、基因组编辑技术的迅速发展以及显微注射技术、体细胞克隆技术的广泛应用,一套新型的育种策略和方法已经逐渐形成。这一套新型育种策略和方法可以称为分子编写育种(breeding by molecular writing, BMW)。该方法可以高效创制新的遗传标记并对其进行快速验证,也可以对基因组进行精确到分子水平的编写并定向培养新品种,不仅能打破生殖隔离,跨物种的引入新的性状,更可以对物种内个体间基因组进行精确到单个碱基的插入、删除和替换。如外源基因的精确整合,内源基因的精确删除、替换,SNP位点的复制、删除或替换等。该技术的优点是:可以在极大的降低非预期效应的同时,快速高效的将多种有益性状聚合到同一品种内。分子编写可进行以下四方面工作:(1)新型育种标记的创制及验证;(2)跨物种分子编写;(3)基因组中碱基序列的删除;(4)物种内分子编写。该育种技术可以不通过有性杂交,只引入一个或几个目标基因或SNP,快速获得目标性状突出的遗传稳定新种质,然后结合常规育种方法育成新品种。该方法将实现真正的个体和群体水平的基因(或分子)杂交育种,获得分子杂种优势,能够高效的解决长久以来困扰育种工作的诸多难题,大大提高育种效率,尤其在畜禽育种中具有重要应用前景,将会是未来育种的发展方向。文章详细论述了分子编写育种技术的基本概念、研究手段、研究内容、研究现状并展望了该技术的应用前景,为动物育种、畜禽繁殖等领域的研究及从业人员提供了参考。
内蒙古绒山羊不同毛被类型产绒量和体重的遗传参数估计
李学武,刘燕,王瑞军,王志英,娜清,李宏伟,王振宇,徐冰冰,苏蕊,张燕军,刘志红,李金泉
2018, 51(12): 2410-2417 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.017
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摘要
目的】内蒙古绒山羊是经过长期自然选择和人工选育而成的优秀地方品种。主要产于内蒙古西部地区,分布于二郎山阿尔巴斯阿拉善左旗3个地区。产绒量和抓绒后体重均是绒山羊重要经济性状,并且属于数量性状,数量性状受微效多基因控制,本研究通过数量遗传学方法对内蒙古绒山羊产绒量和抓绒后体重进行遗传参数评估,旨在研究内蒙古绒山羊不同毛被类型对产绒量和体重的遗传参数的影响,为绒山羊育种提供理论依据。【方法】内蒙古白绒山羊种羊场1990—2014年间54 044只绒山产绒量、体重和毛长的重复数据为研究材料。按照不同羊毛长度将绒山羊分为3个类型:短毛型(≤13 cm,SSL)、 中间型(13 cm<羊毛长度≤22 cm,ISL)和长毛型(>22 cm,LSL)。利用Excel对不同毛被类型内产绒量和抓绒后体重进行表型分析,然后将处理好的数据利用SAS9.2的REG程序计算不同毛被类型内毛长对产绒量和体重的回归系数,确定不同毛被类型对产绒量和人体重的影响。最后采用WOMBAT软件的AIREML算法对不同毛被类型内产绒量和抓绒后体重进行方差组分分析和遗传参数估计。【结果】对不同类型产绒量和体重进行基本统计分析,发现长毛型毛长均值比中间型和短毛型分别增加了6.20 cm和13.40 cm。长毛型产绒量较中间型和短毛型高105.03 g和59.85 g。长毛型体重较中间型和短毛型分别高8.78 kg和10.06 kg。长毛型的产绒量(721.15 g)最高,体重最大(41.98 kg)。毛长和产绒量的变异系数随着毛长的增加在减小,但是体重的变异系数随着毛长的增加而增加。产绒量和体重的变异系数均在27%以上,说明产绒量和体重均具有较高的提升潜力。经过回归分析发现不同毛被类型内产绒量和体重对毛长的线性回归均存在极显著差异。短毛型、中间型和长毛型毛长对产绒量的回归系数分别为-4.63、1.92和21.07。短毛型、中间型和长毛型毛长对体重的回归系数分别为0.04、0.32和1.94。即长毛型的毛长对产绒量和体重的回归系数最高,说明长毛型个体对产绒量和体重的影响较大。遗传参数估计结果表明短毛型、中间型和长毛型产绒量的遗传力分别是0.14、0.22和0.33,短毛型和中间型的遗传力为低遗传力,长毛型为中等遗传力。短毛型、中间型和长毛型体重的遗传力分别是0.10,0.11和0.12,属于低遗传力。长毛型产绒量和体重遗传力最高。从遗传相关来看,产绒量与体重(-0.20—0.26)、产绒量与毛长(-0.11—0.37)和体重与毛长(0.21—0.43)的遗传相关随着毛长的增加而增加。【结论】长毛型个体产绒量和体重的表型值最高,并且长毛型个体的体重和产绒量的遗传力最高,长毛型产绒量和体重的遗传相关也最大,因此,选择长毛型个体留种可以加快绒山羊产绒量和体重的遗传进展,实现羊毛对产绒量和体重的间接选择。
  研究简报
飞蝗几丁质酶5-1抗体制备及表达特性分析
张婷婷,柳伟伟,高璐,李任建,付穗业,刘晓健,李大琪,刘卫敏,董卿,张建珍
2018, 51(12): 2418-2428 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.12.018
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摘要
【目的】通过制备飞蝗(Locusta migratoria)几丁质酶5-1(LmCht5-1)的多克隆抗体,建立飞蝗体内LmCht5-1蛋白水平检测方法,分析LmCht5-1在4龄飞蝗的表达特性及组织定位。【方法】采用MEGA 软件对LmCht5-1和LmCht5-2氨基酸序列进行比对,利用Expression网站对LmCht5-1氨基酸序列进行抗原表位预测分析,获得LmCht5-1抗原结构区域;以飞蝗cDNA为模板,通过PCR扩增LmCht5-1的抗原片段;同时通过酶切连接构建含有鸡血清白蛋白OVA的载体pET32a-OVA;然后通过酶切连接将LmCht5-1插入到pET32a-OVA载体构建pET32a-OVA-LmCht5-1;将pET32a-OVA-LmCht5-1转入表达菌株BL21(DE3)中,IPTG诱导表达重组蛋白OVA-LmCht5-1;利用Ni-NTA纯化后免疫新西兰白兔,制备多克隆抗体。通过ELISA方法检测抗体效价;利用Western blot检测抗体特异性。提取4龄飞蝗不同日龄表皮,采用Western blot分析LmCht5-1蛋白表达模式。对4龄飞蝗注射dsLmCht5-1,检测蛋白水平LmCht5-1表达量,并通过免疫组化方法对LmCht5-1进行定位及功能分析。【结果】通过LmCht5-1和LmCht5-2序列比对和抗原表位预测分析,获得LmCht5-1的471—533AA可作为抗原区域;通过酶切连接分别获得pET32a-OVA和pET32a-OVA-LmCht5-1。经诱导表达和纯化后获得重组蛋白OVA-LmCht5-1,分子量为71.34 kD;免疫后制备多克隆抗体OVA-LmCht5-1,ELISA检测效价为1﹕102 400。多克隆抗体OVA-LmCht5-1用于Western blot检测时可特异性识别LmCht5-1,与LmCht5-2蛋白无交叉反应。利用Western blot方法检测4龄若虫各日龄表皮中LmCht5-1蛋白的表达,发现LmCht5-1蛋白随发育日龄其表达量逐渐增加,在蜕皮当天达到峰值,蜕皮后快速降至最低点。对飞蝗若虫N4D2注射dsLmCht5-1,检测到在N4D5时,LmCht5-1的转录水平和蛋白水平均被显著抑制,抑制率分别为70.0%和73.6%。选取注射dsLmCht5-1和dsGFP的4龄飞蝗表皮,进行免疫组化实验显示LmCht5-1定位于表皮细胞和旧表皮中,其功能失活引起旧表皮中几丁质不降解。【结论】获得飞蝗LmCht5-1多克隆抗体可特异性识别LmCht5-1,可用于Western blot和免疫组化检测。明确LmCht5-1在飞蝗4龄若虫蜕皮当天表达最高,定位于表皮细胞和旧表皮中。dsLmCht5-1可减少表皮细胞和旧表皮中LmCht5-1的表达,阻碍旧表皮中几丁质的降解。
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