中国农业科学
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  1960年创刊,半月刊
ISSN 0578-1752
CN 11-1328/S
邮发代号:2-138
国外代号:BM43
 
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玉米SLAF标记的开发及其在玉米果皮纤维素含量BSA分析中的应用
一款无人机高光谱传感器的验证及其在玉米叶面积指数反演中的应用
不同温度下两株球孢白僵菌侵染西花蓟马的生长动力学及其毒力
黄土高原旱地夏季休闲期土壤硝态氮淋溶与降水年型间的关系
猕猴桃园套种吉祥草对土壤酶活性及果实产量、品质的影响
基于RNA-Seq技术的牦牛体外受精胚胎发育转录组分析
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2018年51卷(8) 期   发布日期: 2018-04-16

 
 
  作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
玉米SLAF标记的开发及其在玉米果皮纤维素含量BSA分析中的应用 Hot!
杜龙岗,王美兴
2018, 51(8): 1421-1430 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.001
全文: PDF (1987 KB)  ( 1 ) | HTML (1 KB) 
摘要
【目的】降低果皮纤维素是甜玉米品质改良的重要目标,然而玉米果皮纤维素含量调控的研究甚少,相关调控基因尚未定位。利用纤维素含量差异的重组自交系(RILs)群体,通过特异位点扩增片段(specific-locus amplified fragment-sequencing,SLAF)测序和分离混池分析(bulked segregant analysis,BSA)定位控制玉米果皮纤维素含量的染色体区段,鉴定调控玉米果皮纤维素含量的候选基因。【方法】以果皮纤维素含量显著差异的E327和G5-1为亲本,构建重组自交系(RILs)。对RILs群体进行果皮纤维素含量的测定,并根据纤维素含量的结果选择纤维素含量高、低的样本进行混池,用于SLAF标签的鉴定和BSA分析。在BSA分析中,首先对两混池和2个亲本DNA用HaeⅢ和Hpy166Ⅱ进行酶切,回收414—464 bp的酶切片段进行Illumina建库,并进行SLAF测序,然后根据多态性SLAF标签开发SNP标记,利用SNP标记对玉米果皮纤维素含量进行关联分析,鉴定调控甜玉米果皮纤维素含量的染色体区段。分析这些区段所包含的玉米基因,并找到它们对应的拟南芥同源基因,通过查阅拟南芥相关基因功能研究的文献,进一步鉴定控制玉米果皮纤维素含量的候选基因。【结果】两亲本和2个混池SLAF建库测序得到的SLAF符合预期,基于SLAF测序数据,鉴定了73 786个多态性SLAF标签,这些SLAF标签均匀分布在玉米的10条染色体上。在这些多态性标签中得到了523 395 SNP位点信息。通过关联分析,调控果皮纤维素变异的基因被定位到玉米基因组的6个染色区段,都位于玉米的第5染色体上。在这些区段上,一共有47个玉米基因。通过进一步的研究分析,在这些关联的染色体区段最终确定了9个候选基因。【结论】定位到调控玉米果皮纤维素的含量的基因,表明此方法可以用于基因定位。
谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱分析
许冰霞,尹美强,温银元,裴帅帅,柯贞进,张彬,原向阳
2018, 51(8): 1431-1447 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.002
全文: PDF (3693 KB)  ( 11 ) | HTML (1 KB) 
摘要
【目的】谷子是一种耐旱作物,通过二代测序技术获得大量的谷子萌发期响应干旱胁迫的差异基因,进而挖掘谷子萌发期抵御干旱的关键基因及其相关的分子机制。【方法】以晋谷45为材料,谷子萌发期分别用18%PEG-6000干旱胁迫(处理组)和蒸馏水(对照组)处理种子并测定1、10和18 h种子的SOD、POD和CAT活性。SOD活性用氮蓝四唑(NBT)法测定,POD活性用愈创木酚法测定,CAT活性用比色法测定;对萌发10和18 h种子的对照组和处理组构建cDNA文库并进行差异基因表达谱分析;利用Bowtie将reads比对到参考基因组,采用RSEM对bowtie的比对结果进行表达量估计;使用DESeq进行差异表达基因分析;利用NR、Swiss-Prot、KEGG、COG和GO在线数据库对差异基因进行功能注释,挖掘调控谷子萌发的关键基因;利用qRT-PCR验证测序结果的可靠性。【结果】处理组的SOD活性整体比对照组高,而POD活性和CAT活性与之相反;随着萌发时间的变化,SOD活性在不断地增加,但CAT和POD活性逐渐减小。基因表达谱序列与所选参考基因组序列高度一致,基因表达呈现出高度不均一性。通过高通量测序最后获得35 470个基因,以RPKM≥0.01为筛选标准,对照样本中分别筛选出24 030和24 486个表达基因,PEG干旱胁迫处理10和18 h的样本分别筛选出24 019和23 877个表达基因;差异表达基因分析表明,谷子萌发10和18 h分别筛选出456和545个差异基因,其中87和267个上调表达基因,369和278个下调表达基因;GO功能显著性富集分析表明,差异基因主要涉及代谢过程,细胞进程和响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因参与到苯丙烷代谢和植物激素信号转导过程;通过qRT-PCR对5个差异基因在干旱胁迫下种子萌发时的表达分析表明,其表达趋势与表达谱分析结果基本一致。【结论】差异表达基因广泛涉及到糖、蛋白质、核酸等生物大分子代谢、次生代谢和能量代谢等过程;SnRK2和PAL可能在干旱胁迫下调节种子的萌发。
  耕作栽培·生理生化·农业信息技术
镁锌肥追施时期对优良食味粳稻产量及品质的影响
李军,肖丹丹,邓先亮,朱大伟,邢志鹏,胡雅杰,崔培媛,郭保卫,魏海燕,张洪程
2018, 51(8): 1448-1463 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.003
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摘要
【目的】旨在研究不同时期追施镁锌肥对优良食味粳稻产量和稻米品质的影响,以期为优良食味粳稻保优调优栽培提供理论依据与技术参考。【方法】大田试验条件下,以优良食味粳稻南粳9108和南粳505为材料,于基肥、蘖肥、穗肥时期分别设置镁肥单施、锌肥单施和镁锌配施处理,并设置不施镁锌肥为CK,研究优质食味粳稻产量和稻米品质对不同时期追施镁锌肥的响应特征。【结果】随追施时期的延迟,追施镁肥处理的产量呈上升趋势,追施锌肥处理的产量呈下降趋势,而镁锌配施处理的产量则呈先下降后上升的趋势。与CK相比,穗肥时期追施镁肥和镁锌配施产量显著提高,且镁锌配施处理产量最高。穗肥时期镁锌配施处理高产的主要原因是增加了单位面积穗数,提高了千粒重,每穗粒数和结实率减少,但最终颖花量仍显著提高。对稻米品质而言,蘖肥和穗肥时期追施锌肥可以改善稻米加工品质。穗肥时期追施镁肥,加工品质和外观品质得到显著改善,蛋白质含量、消减值减少,直链淀粉含量、崩解值增加,最终黏度显著下降,食味值变优;穗肥时期镁锌配施利于加工品质和营养品质改善,但外观品质、蒸煮食味品质等指标有变劣趋势,淀粉RVA谱中最高黏度、热浆黏度、崩解值显著降低,消减值、糊化温度显著提高。【结论】优良食味粳稻穗肥时期追施镁肥具有提高产量和优化稻米品质的作用,可能是保优调优栽培途径之一。
一款无人机高光谱传感器的验证及其在玉米叶面积指数反演中的应用 Hot!
陈鹏飞,李刚,石雅娇,徐志涛,杨粉团,曹庆军
2018, 51(8): 1464-1474 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.004
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摘要
【目的】验证无人机机载高光谱传感器S185,并基于其获得的影像探讨无人机高光谱遥感反演叶面积指数的新方法。【方法】以东北玉米为研究对象,在吉林省公主岭市开展了玉米氮肥梯度试验,共设5处理,每个处理3次重复。分别在玉米的V5—V6,V11,R1—R2等生育期(Ritchie生育期)进行无人机飞行试验和地面光谱及叶面积指数测定,共获得数据45组。为验证S185影像数据,在相同尺度下提取S185影像信息与地面光谱信息,一方面从测定同一目标地物两者光谱反射率间的相关性进行分析,另一方面筛选15种常用的各类光谱指数,从整个生育期通过影像数据计算的各光谱指值与地面光谱仪计算的相应值变化趋势的一致性进行分析;将45组样品随机选择30组,基于人工神经网络算法利用S185数据建立反演叶面积指数的模型,剩下15组样品作为外部验证样品,用来验证神经网络模型的预测效果。另外,基于相同的分组数据,利用前面筛选的各光谱指数分别建立叶面积指数的反演模型,以与人工神经网络建模结果进行比较。【结果】在各个生育时期,同种目标地物S185测定数据与地面光谱仪测定数据间具有很强的相关性,相关系数在0.99以上;在玉米整个生育期,S185数据计算的各光谱指数与地面光谱仪计算的各光谱指数变化趋势相同,相关系数在0.88以上;在构建基于人工神经网络法反演叶面积指数的模型中,建模时的决定系数为0.96,均方根误差为0.42,相对均方根误差为13.15%;外部验证时的决定系数为0.95,均方根误差为0.54,相对均方根误差为16.74%,这一结果优于基于各光谱指数建立的叶面积指数反演模型。【结论】无人机搭载S185传感器可用于准确获取玉米冠层高光谱信息,且可利用人工神经网络法基于这一数据建立玉米叶面积指数的反演模型。
  植物保护
番茄叶霉病菌对咯菌腈敏感基线的建立及田间防治效果评价
禾丽菲,陈乐乐,肖斌,赵时峰,李秀环,慕卫,刘峰
2018, 51(8): 1475-1483 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.005
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摘要
目的番茄叶霉病是危害温室番茄的重要病害之一,其致病菌对常用杀菌剂已产生不同程度的抗性,亟待开发高效替代药剂。研究旨在探索番茄叶霉病菌(Fulvia fulva)对咯菌腈的敏感性,建立敏感性基线,明确咯菌腈在田间的防治效果。【方法】在山东济南、泰安、聊城、潍坊、莱芜、淄博6个蔬菜产区采集感叶霉病的番茄叶片,经分离纯化后,培养得到126株番茄叶霉菌株;采用菌丝生长速率法和孢子萌发法,测定咯菌腈对3株代表菌株菌丝生长、分生孢子萌发和芽管伸长3个生长发育阶段的抑制活性;利用菌丝生长速率法测定不同地区的126株菌株对咯菌腈的敏感性,并建立敏感性基线。通过两年的田间试验,评价咯菌腈的保护作用和治疗作用。【结果】咯菌腈对番茄叶霉病菌芽管伸长和菌丝生长均有较强的抑制活性,平均EC50值分别为0.30和0.80 μg·mL-1,而对孢子萌发抑制作用较弱,平均EC50值均>100 μg·mL-1。不同地区番茄叶霉病菌群体间对咯菌腈的敏感性均无显著差异。其中,潍坊地区叶霉菌株对咯菌腈敏感性最高,平均EC50值为0.43 μg·mL-1;淄博地区叶霉菌株敏感性相对较低,平均EC50值为0.79 μg·mL-1。泰安、济南、聊城、莱芜地区的叶霉菌株敏感性无显著差异,平均EC50值分别为0.65、0.75、0.71、0.58 μg·mL-1。咯菌腈对供试菌株菌丝生长的EC50值在0.16—1.69 μg·mL-1,平均值为0.64 μg·mL-1,敏感性频率呈单峰曲线分布,符合正态分布,可作为番茄叶霉病菌对咯菌腈的敏感性基线。2016—2017年田间试验表明,咯菌腈对番茄叶霉病均具有较好的防治效果,咯菌腈在60.75 g a.i./hm2剂量下对番茄叶霉病保护作用和治疗作用防治效果分别为72.21%—75.02%和61.94%—70.65%,均显著高于对照药剂苯醚甲环唑100 g a.i./hm2、代森锰锌700 g a.i./hm2和甲基硫菌灵540 g a.i./hm2,与氟吡菌酰胺150 g a.i./hm2防治效果差异不显著;咯菌腈有效成分为40.50 g a.i./hm2时对番茄叶霉病保护作用和治疗作用的防治效果分别高于对照药剂甲基硫菌灵540 g a.i./hm2的保护和治疗防治效果。2017年咯菌腈有效成分为20.25 g a.i./hm2时对番茄叶霉病保护作用和治疗作用的防治效果分别显著高于对照药剂代森锰锌700 g a.i./hm2和甲基硫菌灵540 g a.i./hm2的保护作用和治疗作用的防治效果。咯菌腈对番茄叶霉病的保护作用均高于治疗作用。【结论】咯菌腈对番茄叶霉病菌菌丝生长和芽管伸长具有显著的抑制作用,而对孢子萌发基本无抑制作用,山东省6个蔬菜产区番茄叶霉病菌对咯菌腈相对比较敏感。该药剂在番茄叶霉病的田间防治中具有一定的应用潜力。
不同温度下两株球孢白僵菌侵染西花蓟马的生长动力学及其毒力 Hot!
刘晓晨,吴圣勇,雷仲仁,王海鸿
2018, 51(8): 1484-1492 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.006
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摘要
【目的】通过比较两株球孢白僵菌(Beauveria bassiana)在不同温度条件下侵染西花蓟马(Frankliniella occidentalis)的生长动力学及其毒力,探讨球孢白僵菌菌体增殖和杀虫毒力的关系,为提高球孢白僵菌对西花蓟马的杀虫效率提供理论支持。【方法】首先,在20、25和30℃ 3个温度条件下,连续记录第1—8天西花蓟马被两株球孢白僵菌菌株(SCWJ-2和GZGY-1-3)侵染后的死亡率,并以未被真菌感染的西花蓟马为对照,计算其累积校正死亡率,选择第3天的数据(对照死亡率为2%—5%)比较两个菌株的杀虫效率。其次,在20、25和30℃ 3个温度条件下,连续记录第1—8天内平板培养的上述两个菌株的菌落直径,选取第3天两个菌株的菌落生长直径数据进行比较分析。最后,提取20、25和30℃温度下,西花蓟马分别被两株球孢白僵菌侵染第1、2和3天的混合DNA,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术定量球孢白僵菌在每个宿主样品体内的拷贝数,选取第3天两个菌株的基因拷贝数进行比较分析。【结果】生物测定结果显示,在检测温度(20—30℃)范围内,球孢白僵菌菌株GZGY-1-3和SCWJ-2对西花蓟马成虫均具有较高致病性,无论任何温度和何种菌株,西花蓟马从处理后第2天开始有死亡个体出现,第8天时,SCWJ-2和GZGY-1-3造成的校正死亡率分别为83%—91%和79%—90%。以第3天的校正死亡率为指标(对照死亡率为2%—5%),30℃下菌株SCWJ-2毒力显著高于GZGY-1-3(P<0.05),25℃和20℃下两个菌株毒力无显著差异(P>0.05)。平板培养试验表明,在检测温度(20—30℃)范围内,两个菌株菌落直径随着时间推移而增加,第8天时,菌株SCWJ-2和GZGY-1-3的菌落直径分别为31—36、28—32 mm。选取第3天菌落生长直径数据进行比较,菌株SCWJ-2在3个温度下的菌落直径均显著大于菌株GZGY-1-3(P<0.05)。实时荧光定量结果显示,除30℃下的菌株SCWJ-2之外,两个菌株在西花蓟马体内的基因拷贝数都在第1天时下降,2 d后又逐渐上升。使用第3天西花蓟马体内的基因拷贝数进行分析,在30℃下菌株SCWJ-2真菌拷贝数显著大于GZGY-1-3(P<0.05),25℃和20℃下两个菌株基因拷贝数无显著差异(P>0.05)。【结论】真菌在被侵染虫体内的基因拷贝数受到菌株和温度的影响,这与生物测定结果相一致。与菌株GZGY-1-3相比,SCWJ-2更适合高温条件下对西花蓟马的防治。
棉铃虫磷脂酰乙醇胺结合蛋白的克隆及表达分析
赵洁,任苏伟,刘宁,艾新宇,马纪,刘小宁
2018, 51(8): 1493-1503 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.007
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摘要
【目的】克隆获得棉铃虫(Helicoverpa armigera)磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine binding protein,PEBP)的cDNA序列,分析HaPEBP在棉铃虫体内的表达规律,检测2-十三烷酮处理条件下棉铃虫体内HaPEBP的变化情况,为进一步明确棉铃虫PEBP的功能和选择该基因作为调控棉铃虫种群数量的分子靶标提供依据。【方法】利用RACE技术从棉铃虫6龄幼虫的中肠组织中扩增得到HaPEBP的cDNA序列,并对其氨基酸序列和蛋白结构进行分析。将HaPEBP的ORF序列连接至pET32a载体并转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导后检测目的蛋白的表达形式,并通过镍柱的亲和层析纯化融合蛋白。最后通过实时荧光定量PCR检测棉铃虫幼虫不同时期和6龄幼虫不同组织中HaPEBP的表达规律,以及2-十三烷酮处理棉铃虫6龄幼虫后中肠内HaPEBP的变化规律。【结果】获得的HaPEBP cDNA序列长760 bp,其中ORF为588 bp,编码195个氨基酸,蛋白质分子量和等电点分别为21.76 kD和5.93。氨基酸序列分析表明HaPEBP无信号肽、跨膜结构域和二硫键,是一个由4个α螺旋和9个β折叠片组成的胞质单体蛋白。将BL21(DE3)-pET32a-HaPEBP重组菌用1 mmol·L-1的IPTG在37℃条件下诱导4 h,约40 kD的融合蛋白His-HaPEBP能以可溶的形式存在于重组菌中。按照同样的方法诱导1 L的重组菌,将超声处理后的上清液与Ni-NTA柱结合,进行咪唑缓冲液梯度洗涤,200 mmol·L-1的咪唑洗涤两次后得到约40 kD的单一蛋白,与融合蛋白的大小一致。将此流出液超滤浓缩,获得183.3 ng·μl-1的融合蛋白,能被抗His-Tag的单克隆抗体识别发生免疫反应。HaPEBP在棉铃虫幼虫的1—6龄期和预蛹期均表达,且6龄幼虫的表达量最高。该基因在6龄幼虫的脂肪体、中肠、头部和体壁中也均有表达,且脂肪体内的表达量最高。不同浓度的2-十三烷酮处理后,棉铃虫6龄幼虫中肠内HaPEBP的表达量均有所降低;低浓度(2.5和5 mg·g-1)在6 h就能降低HaPEBP的表达量,其mRNA含量随着时间的延长逐渐增加;而高浓度(10和15 mg·g-1)在12 h才会降低HaPEBP的表达量,其mRNA含量随着时间的延长先下降后上升。【结论】克隆分析了HaPEBP,利用大肠杆菌系统表达出可溶的融合蛋白His-HaPEBP,并通过镍柱-咪唑纯化法得到了高纯度的融合蛋白,时空表达分析显示HaPEBP在棉铃虫6龄幼虫和脂肪体中表达量最高,2-十三烷酮处理6龄幼虫后中肠内HaPEBP的表达量显著降低。
  土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
地膜覆盖、氮肥与密度及其互作对黄土旱塬春玉米氮素吸收、转运及生产效率的影响
李婷,李世清,占爱,刘建亮
2018, 51(8): 1504-1571 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.008
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摘要
目的以紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究地膜覆盖、施氮量、种植密度及其互作对春玉米氮素吸收转运及利用效率的影响,以期为黄土高原半干旱区春玉米高产高效栽培提供理论依据。【方法】2013—2014年春玉米生长季,设置覆盖方式(覆膜和不覆膜)、施氮量(2013年为0、170、200和230 kgN·hm-22014年为0、170、225和280 kgN·hm-2)和种植密度(5.0×104、6.5×104和8.0×104 /hm23个因子,分析不同处理的氮素累积与转运、产量及氮肥生产效率。【结果】地膜覆盖显著增加了玉米吐丝前氮素累积量,促进了吐丝后氮素累积和吐丝前累积氮素的再转移,从而显著提高了籽粒氮素累积量和籽粒产量。覆盖方式与氮肥或密度互作显著影响春玉米氮素吸收、累积和转移。地膜覆盖条件下更多的氮肥(200—230 kgN·hm-2)或更高的密度(6.5×104—8.0×104/hm2)投入能有效促进吐丝前储存更多的氮素向籽粒转运,提高吐丝后期氮同化量及其对籽粒的贡献率,从而提高了籽粒氮素累积量;而不覆盖条件下当施氮量超过170 kg N·hm-2或密度超过5.0×104/hm2时,吐丝后氮同化量及其对籽粒的贡献显著减少,从而导致吐丝前氮素储备的增加未能有效增加籽粒氮素累积。氮肥与密度互作显著影响氮素累积、吸收和转移。氮肥偏生产力(PFPN)和氮素收获指数(NHI)与吐丝前氮素累积量、氮素转移量、吐丝后氮素累积量及籽粒产量呈正相关,达到了显著水平。从春玉米氮素累积、转移及与产量和氮肥偏生产力关系看,全膜双垄沟播种植技术的合理施氮量为200—230 kgN·hm-2、密度为8.0×104/hm2,其产量可达13.7—14.6 t·hm-2PFPN可达64.8—68.7 kg·kg-1。【结论】地膜覆盖与适宜的施氮量和种植密度相结合的综合管理实践,有利于促进灌浆期营养器官储存氮向籽粒转移和吐丝后氮同化的协同增加,从而实现高产和高氮肥生产力。
磷肥施用深度对夏玉米产量及根系分布的影响
杨云马,孙彦铭,贾良良,贾树龙,孟春香
2018, 51(8): 1518-1526 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.009
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摘要
【目的】探明华北平原区磷肥施用深度对夏玉米产量及根系分布的影响。【方法】采用大田试验和土柱试验方法。大田试验设不施肥(CK)、常规垄侧施磷(T-side)、8 cm土层施磷(T-8)、16 cm土层施磷(T-16)、24 cm土层施磷(T-24)以及3层(8、16、24 cm土层)均匀施磷(T-all)处理,研究其对夏玉米产量、养分吸收量的影响。土柱试验,研究8 cm施磷(P 8)、16 cm施磷(P 16)、24 cm施磷(P 24)以及3层均匀施磷(P-all)对夏玉米根系分布的影响。【结果】大田试验结果表明,磷肥不同施用深度显著影响夏玉米产量,玉米籽粒产量依次为T-24处理>T-all处理>T-16处理> T-side处理>T-8处理>CK,T-24处理玉米产量较T-side处理提高了10%,差异显著。玉米地上部磷素累积量在八叶期、吐丝期、收获期分别以T-side处理、T-8处理、T-all处理最高。随着磷肥施用深度的增加,玉米收获期氮素吸收量呈现显著增加趋势。土柱试验结果表明,玉米根系长度以P 24处理最高,与CK、P-all和P 8处理相比分别提高了68%、18%、17%,差异均达显著水平。玉米根系在磷肥施用点处集中生长,磷肥深施有利于玉米根系向土壤深层生长。【结论】磷肥深施能够诱导根系向深层生长,显著提高夏玉米产量。本试验条件下以磷肥集中施在24 cm土层最好。
夏玉米施用不同缓释化处理氮肥的效果及氮肥去向
周丽平,杨俐苹,白由路,卢艳丽,王磊
2018, 51(8): 1527-1536 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.010
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摘要
【目的】研究不同缓释化处理氮肥对夏玉米的产量、氮肥去向及氮素平衡的影响,为提高夏玉米一次性施肥的氮肥利用率并降低氮肥的环境影响提供理论依据。【方法】试验于2014—2015年以郑单958为供试品种,在华北地区中低产田连续两年进行大田试验,共设置6个处理,分别为:不施氮(CK)、尿素(CU)、树脂包膜尿素(CRF)、控失尿素(LCU)、凝胶尿素(CLP)和脲甲醛(UF)。在玉米成熟期采集植物和土壤样品,用于测定植物含氮量和土壤无机氮含量,并计算作物吸氮量、氮肥利用率、土壤无机氮积累量、氮肥损失量等。【结果】(1)氮肥缓释化处理能够明显提高夏玉米的产量,促进氮素吸收。与尿素相比,脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素和控失尿素可分别提高夏玉米产量18.9%、16.8%、13.7%和13.6%,同时氮肥农学利用效率分别提高6.5、4.8、4.0和3.7 kg·kg-1。(2)不同氮肥处理的作物吸收肥料氮以及肥料氮在0—100 cm土层残留量之间存在显著性差异。脲甲醛、凝胶尿素、树脂包膜尿素、控失尿素和尿素的氮肥表观回收率分别为54.9%、42.4%、38.3%、38.3%和22.0%,肥料氮在0—100 cm土层残留量分别占施氮量的28.3%、43.8%、39.2%、46.2%和46.6%。此外,与尿素相比,氮肥缓释化处理能够显著降低肥料氮的损失,凝胶尿素、控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素分别降低了47.6%、43.1%、40.8%和26.7%。(3)综合分析不同氮肥处理的农田氮素平衡,脲甲醛处理的夏玉米吸氮量最高,为245.0 kg·hm-2,其次是凝胶尿素,为222.5 kg·hm-2。脲甲醛的0—100 cm土层残留量在缓释化氮肥中最低,为153.4 kg·hm-2,树脂包膜尿素、凝胶尿素和控失尿素分别为173.1、181.5和185.7 kg·hm-2。凝胶尿素处理的氮表观损失量最低,为35.6 kg·hm-2,控失尿素、脲甲醛和树脂包膜尿素的氮表观损失量分别为38.8、41.2和51.3 kg·hm-2。【结论】在华北地区中低产田土壤上,氮肥缓释化处理能够显著促进夏玉米对氮素的吸收、减少氮素损失。脲甲醛和凝胶尿素的效果相对较好。
黄土高原旱地夏季休闲期土壤硝态氮淋溶与降水年型间的关系 Hot!
夏梦洁,马乐乐,师倩云,陈竹君,周建斌
2018, 51(8): 1537-1546 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.011
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摘要
【目的】冬小麦-夏休闲是旱地重要的轮作模式之一,随着氮肥用量的增加,一季小麦收获后土壤中残留的硝态氮含量不断增加,夏季休闲期间集中降水的特点是否会导致硝态氮淋溶损失,这一问题值得关注。【方法】连续3年(2013—2015年)采集黄土高原南部长武和杨凌两地夏季休闲前后0—200 cm土壤剖面样品,测定土壤硝态氮含量,研究不同降水年和不同施氮量下黄土高原旱地夏季休闲期间土壤剖面硝态氮累积及淋溶特性。【结果】小麦收获后,长武0—200 cm土壤剖面硝态氮累积量在97—328 kg·hm-2,平均193 kg·hm-2;杨凌施氮量为120 kg N·hm-2及240 kg N·hm-2时,土壤剖面硝态氮累积量分别为156 kg·hm-2及366 kg·hm-2,增加施氮量土壤剖面累积硝态氮量显著增加。不同降水年夏季休闲前后硝态氮在土壤剖面的淋溶与降水量密切相关,长武降水量高的丰水年2013年(296 mm)休闲前位于40—60 cm深度的硝态氮累积峰在休闲后到达80 cm以下,淋溶作用明显。而降水量少的欠水年2014年(157 mm)休闲后土壤剖面未发生硝态氮的淋溶。降水量一般的平水年2015年(200 mm)休闲后在0—100 cm土壤剖面会发生硝态氮向下淋溶,但是迁移深度不大。在降水量高的2013年夏季休闲后100—200 cm土壤剖面增加的硝态氮累积量是0—100 cm的2.5倍,而2014年夏季休闲后土壤剖面增加的硝态氮累积量主要出现在0—100 cm土壤剖面。杨凌2013年试验期间降水量低(仅220 mm,属欠水年),休闲后两个施氮处理的土壤剖面硝态氮累积峰甚至出现轻微上移;同为欠水年,2015年降水量有所增加(288 mm),休闲后0—100 cm土壤剖面中发生硝态氮下移达到20—40 cm。而降水量更高的2014年(346 mm,平水年),休闲后土壤剖面中硝态氮累积峰较休闲前下移了60—80 cm。相比休闲前,降水量低的2013年夏季休闲后土壤剖面增加的硝态氮累积量主要出现在0—100 cm土壤剖面,淋溶作用弱。而降水量高的2014年施氮处理100—200 cm土层硝态氮的累积增加量显著高于0—100 cm土层,其中施氮240 kg N·hm-2 处理0—100 cm土壤剖面硝态氮累积量显著下降,有大量硝态氮被淋溶到100—200 cm土层。【结论】黄土高原旱地小麦收获后0—200 cm土壤剖面硝态氮累积量高。夏季休闲期间降水量是影响黄土高原旱地土壤剖面硝态氮淋溶的关键因素,降水量高的年份土壤剖面硝态氮淋溶作用明显。夏季休闲期间长武遇上丰水年土壤中硝态氮淋溶风险大,而杨凌遇上平水年就会出现硝态氮淋溶风险。
  园艺
黄腐酸对番茄幼苗适应低磷胁迫的生理调控作用
张丽丽,刘德兴,史庆华,巩彪
2018, 51(8): 1547-1555 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.012
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摘要
【目的】磷是植物生长发育的关键元素之一,缺磷会严重影响作物的产量和质量。黄腐酸作为一种天然有机物,在促进植物生长的同时还能提高植物的抗逆能力。开展黄腐酸对番茄幼苗适应低磷胁迫生理调控作用研究,明确黄腐酸对番茄适应低磷胁迫的生理调控机制,对黄腐酸缓解番茄“遗传学缺磷”的概念和机理做出合理解释。【方法】采用Hogland营养液水培方式,以番茄‘金棚1号’为供试品种,待番茄幼苗长到三叶一心时移到水培盆中缓苗7 d,外源添加不同浓度(0、0.04、0.08、0.12、0.16和0.20 g·L-1)黄腐酸,研究其对低磷胁迫(10 μmol·L-1)下番茄幼苗生长、根系发育、光合作用性能、磷素吸收和分配、有机酸积累和分泌等生理过程的影响。【结果】低磷胁迫下,随着黄腐酸施用量的增加,番茄幼苗的各项生理指标基本呈现先增后降趋势。当黄腐酸的施用浓度为0.08 g·L-1时,显著提高根冠比;增加叶绿素含量,提高叶片光合作用性能;提高番茄不同组织中磷素积累、分配和转运;提高磷转运相关基因(PT1和PHO1)的表达,其中PT1能促进番茄幼苗根系向环境中吸收磷酸盐缓解低磷胁迫;PHO1能促进磷酸盐由根系向茎叶分配从而有效缓解地上部缺磷。黄腐酸能提高根系有机酸(草酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和酒石酸)积累,降低根系中无氧呼吸产物乳酸和乙酸含量,促进质子泵基因(HA1)的表达,促进根系泌酸,这种生理代谢变化有利于将环境中难溶性的磷转变为可溶性的磷,并促进植物根系对磷素吸收;增强生长发育相关转录因子(GRAS1)表达,降低叶片花青素积累。【结论】通过低磷胁迫下添加一定浓度的黄腐酸可明显改善番茄幼苗地上部生长及根系发育,可在一定程度上缓解植物的缺磷症状。
猕猴桃园套种吉祥草对土壤酶活性及果实产量、品质的影响 Hot!
张承,王秋萍,周开拓,吴小毛,龙友华,李姣红,尹显慧
2018, 51(8): 1556-1567 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.013
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摘要
【目的】研究套种吉祥草和清耕对猕猴桃根际土壤微生物数量、酶活性和果实产量品质的影响及其相关性,为丰富猕猴桃生态学理论,猕猴桃优质生产及猕猴桃园套种吉祥草栽培模式的应用提供科学依据。【方法】在猕猴桃行间套种吉祥草,以清耕为对照,测定不同生长期猕猴桃根际土壤细菌、放线菌、真菌数量,脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性和含水量及果实的产量品质,并分析其相互关系。【结果套种吉祥草可显著提高不同时期猕猴桃根际土壤微生物量和土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性,促进猕猴桃产量的增加和品质的改善,并随套种年限的延长趋于增加。连续4年套种吉祥草猕猴桃根际土壤细菌、放线菌和真菌数量比对照分别提高27.85%—54.34%、28.57%—96.05%和16.39%—148.38%,土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性和含水量分别为对照的0.20—0.61倍、0.30—0.87倍、0.41—0.65倍、0.23—0.32倍和0.05—0.16倍;果实单果体积和亩产量分别提高3.26%和4.88%;果实达食用时,维生素C、可溶性固形物、可溶性总糖、干物质和可滴定酸分别提高15.24%、5.46%、12.11%、5.63%和4.12%。相关性分析表明,套种吉祥草的猕猴桃树根际土壤微生物数量与脲酶和磷酸酶活性达极显著或显著正相关,与过氧化氢酶活性呈负相关;根际土壤微生物数量和土壤酶活性与猕猴桃果实单果重和品质间具有明显的相关性。【结论】套种吉祥草对提高猕猴桃根际土壤微生物数量和酶活性,增加果实产量和改善品质具有明显作用。
  食品科学与工程
麦角硫因抑制双孢蘑菇褐变及其与能量代谢关系
蔺凯丽,黄琦,黄琦辉,靳祯亮,姜天甲,郑小林
2018, 51(8): 1568-1576 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.014
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摘要
【目的】控制和降低运输与贮藏过程中的褐变是目前双孢蘑菇保鲜的重点。研究麦角硫因处理对双孢蘑菇采后褐变的抑制效果,进一步分析褐变与能量代谢关系,为控制褐变和延长其保质期提供科学依据和生产指导。【方法】对具有代表性的双孢蘑菇品种AS2796喷涂浓度为0.12 mmol·L-1的麦角硫因溶液,对照组采用超纯水处理,于4℃低温下贮藏17 d,贮藏时定期测定其褐变度、菌盖白度、丙二醛含量(MDA)和能量相关物质(ATP、ADP、AMP含量)、能荷及琥珀酸脱氢酶(SDH)、细胞色素氧化酶(CCO)、H+-ATPase、Ca2+-ATPase等线粒体呼吸代谢相关酶活性。【结果】随着贮藏时间的延长,双孢蘑菇的褐变度和MDA含量逐渐增加,菌盖白度不断下降。与对照组相比,麦角硫因处理延缓了MDA含量和褐变度的上升及菌盖白度的下降,保护了细胞膜的完整性,降低了膜脂过氧化程度,有效抑制了双孢蘑菇菌盖表面及内部组织的褐变。贮藏过程中,双孢蘑菇的ATP含量呈现出先上升后下降的趋势,且始终维持在较高水平,最低点(贮藏第17天)也高于0.6 mg·g-1。整个贮藏期间,双孢蘑菇的ADP和AMP含量逐渐上升,处理组的ATP和AMP含量显著高于对照组(P<0.05),而ADP含量始终低于对照组。能荷值不断下降,但处理组双孢蘑菇的能荷值始终略高于对照组。表明麦角硫因处理延缓了双孢蘑菇采后ATP含量的下降,提高了ATP的利用效率,在一定程度上维持了较高的能荷水平。麦角硫因处理的双孢蘑菇SDH、H+-ATPase和Ca2+-ATPase酶活性显著高于对照组(P<0.05),且CCO酶活性在贮藏前期(第5天)和贮藏末期(第17天)相较于对照组也有所提升,从而维持了更好的线粒体功能,保证了ATP的高效合成。【结论】麦角硫因处理明显抑制了双孢蘑菇采后褐变,且其对褐变的抑制作用与能量代谢密切相关。
  畜牧·兽医·资源昆虫
基于RNA-Seq技术的牦牛体外受精胚胎发育转录组分析 Hot!
字向东,罗斌,夏威,郑玉才,熊显荣,李键,钟金城,朱江江,张正帆
2018, 51(8): 1577-1589 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.015
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摘要
【目的】探明不同发育阶段牦牛体外受精(IVF)胚胎的转录组差异,了解差异表达基因(DEG)在功能、分类和代谢通路的差异,为揭示牦牛早期胚胎发育调控机制,促进牦牛胚胎体外生产技术的发展提供理论基础。【方法】以IVF技术生产的牦牛2-细胞、4-细胞、8-细胞、桑椹胚和囊胚5个发育阶段的胚胎为样本分别提取总RNA,采用Smart-Seq2扩增技术构建5个测序文库,应用HiSeqTM 2500高通量测序技术进行转录组测序,获得的有效序列进行功能注释及相关生物信息学分析。【结果】牦牛IVF后的卵裂率和囊胚率分别为69.3%和26.2%。2-细胞、4-细胞、8-细胞、桑椹胚和囊胚5个发育阶段的牦牛胚胎Clean reads为47 355 57050 855 888条,其中有85.65%90.02%reads能比对到牦牛参考基因组序列上;8-细胞的胚胎比对上的转录本最多(14 893),而囊胚比对上的转录本最少(9 827)。牦牛胚胎转录本主要有5种可变剪接类型,转录起始区域可变剪接(TSS)和转录结束区域可变剪接(TTS)所占比例最大牦牛2-细胞、4-细胞、8-细胞、桑椹胚和囊胚基因组分别有116 601、234 131、196 420、70 841和94 840个位点存在单核苷酸多态性(SNP)。在4-细胞、8-细胞、桑椹胚、囊胚期开始表达的基因分别有1 221、1 116、142和564个;随着胚胎发育的进行,BMP15KITGDF9STAT3ZP3ZP4等母源基因的表达量逐渐减少,而SARSIL18、ACO2、TXN2、ATP5BPCGF4UBE3AMAPK13SNURFJUP等胚胎基因的表达量则逐渐增加。|log2ratio| ≥1且Q-value < 0.05为筛选标准,在2-细胞和4-细胞胚胎、4-细胞和8-细胞胚胎、8-细胞胚胎和桑椹胚以及桑椹胚和囊胚比对中分别筛选到6 922、7 601、8 071和10 555个DEGs。GO分析表明,4个发育阶段的DEGs归类注释都涉及生物过程(BP)、细胞组分(CC)和分子功能(MF)3大类62个二级条目。通过KEGG pathway数据库分析,2-细胞和4-细胞期胚胎的DEGs参与到308条通路中,显著富集剪接体、RNA转运和泛素介导的蛋白水解等11条通路;4-细胞和8-细胞胚胎的DEGs参与到310条通路,显著富集嗅觉转导、神经活性配体-受体互作和核苷酸切除修复等9条通路;8-细胞期胚胎桑椹胚的DEGs参与到316条通路,显著富集嗅觉转导、泛素介导的蛋白水解和神经活性配体-受体互作等10条通路;桑椹胚和囊胚的DEGs参与到315条通路,显著富集剪接体和RNA转运2条通路。【结论】利用高通量测序技术对牦牛IVF胚胎不同发育阶段的转录组进行测序和分析,揭示了牦牛胚胎发育不同阶段差异表达基因的数量,获得了差异表达基因的功能、分类和代谢通路。为丰富牦牛胚胎转录组信息,揭示牦牛胚胎发育分子调控机制及完善其胚胎体外培养技术研究奠定基础。
山羊胎儿肌肉干细胞的分离培养与成肌诱导分化
睢梦华,郑琪,吴昊,丁建平,刘勇,李文雍,储明星,张子军,凌英会
2018, 51(8): 1590-1597 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.016
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摘要
【目的】通过体外建立安淮山羊胎儿肌肉干细胞分离培养及成肌诱导分化的方法,为进一步研究调控山羊肌肉干细胞增殖与分化的分子机制提供实验材料。【方法】本试验选取山羊胎儿背最长肌肌肉组织,用眼科剪剪成肉糜后,用0.1%的Ⅰ型胶原酶消化40 min,然后利用0.25%的胰酶消化15 min。分离得到的细胞用生长培养基(20%FBS+80%DMEM/F12+青链霉素)培养于37℃、5% CO2培养箱内。培养2h后采用差速贴壁技术对细胞进行纯化,又2h后,重复纯化一次。待细胞生长至70%左右密度时可进行传代培养。每次传代培养均采用差速贴壁30min的方法进一步纯化肌肉干细胞,共纯化至第6代。利用免疫荧光技术检测第6代细胞中肌肉干细胞标记基因Pax7、MyoD1的蛋白表达情况,从而对分离得到的细胞进行鉴定。当肌肉干细胞生长至70%左右密度时,将生长培养基更换为分化培养基(2%FBS+98%DMEM/F12+青链霉素),诱导细胞向成肌方向分化并观察细胞的形态学变化。细胞诱导分化1d后,采用免疫荧光技术检测肌肉干细胞的分化标记基因Myog的蛋白表达情况。另外,分别提取诱导0、1、3、5、7d后的细胞的总RNA,通过反转录试剂盒反转成cDNA后,利用qPCR测定MyoD1和Myog的相对表达量。【结果】 分离得到的细胞呈贴壁生长,其形态趋于稳定后主要呈长梭形或纺锤形。免疫荧光技术检测的第6代细胞中Pax7和MyoD1蛋白均为阳性表达。采用分化培养基诱导细胞分化后,在显微镜下可观察到随着诱导天数的增加,细胞开始分化、相互融合成肌管且具有一定的方向性。免疫荧光检测结果表明Myog蛋白呈明显的阳性表达。另外,qPCR结果显示,标志基因MyoD1和Myog均有表达,且MyoD1的相对表达量在分化的第1天相比于0天显著升高并维持到第3天,第5、7天开始显著下降但仍显著高于增殖期。Myog在分化不同天数的细胞中的相对表达量具有类似的趋向。【结论】分离得到了纯度较高的安淮山羊胎儿肌肉干细胞,且诱导后展现出较好的成肌潜力。研究结果可为进一步开展肌肉干细胞成肌分化的分子机制研究提供材料来源。
  研究简报
枇杷叶片发育基因EjGRF5与启动子克隆及其在不同倍性枇杷中的表达
刘超,王玲利,吴頔,党江波,尚维,郭启高,梁国鲁
2018, 51(8): 1598-1606 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.017
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摘要
【目的】克隆并解析枇杷(Eriobotrya japonica (Thunb.) Lindl.)中参与调控叶片生长发育的EjGRF5及其启动子序列的结构特征,研究其在不同倍性枇杷中的表达特性,为进一步研究该基因调控不同倍性枇杷叶片生长势差异的机理奠定基础。【方法】从转录组测序数据中挖掘枇杷EjGRF5的参考序列,以此序列设计引物,并以‘龙泉1号’四倍体枇杷基因组DNA为模板扩增EjGRF5全长,参照EjGRF5参考序列获得其CDS序列。利用Bioedit7.2及SignalP4.1EjGRF5的CDS序列及其蛋白的理化性质进行分析;采用Mega7.0软件构建EjGRF5和其他物种GRF5的系统进化树;采用LocTree3及SoftBerry ProtComp9.0在线软件对EjGRF5蛋白进行亚细胞定位预测;采用染色体步移的方法克隆EjGRF5的启动子序列,并利用PlantCARE在线软件对克隆得到的EjGRF5启动子序列进行生物信息学分析;采用RT-PCR技术对EjGRF5在三倍体枇杷及其亲本(4x、2x)中的表达差异进行初步分析。【结果】将测序结果与转录组测序的参考序列进行比对发现,EjGRF5全长为1 386 bp,含有3个外显子,2个内含子,内含子全长399 bp,CDS全长987 bp。进化树分析表明,枇杷EjGRF5与蔷薇科的其他植物高度同源,且与白梨的亲缘关系最近。亚细胞定位预测结果显示,枇杷EjGRF5蛋白定位于细胞核中。启动子分析显示,EjGRF5启动子区域含有多个顺势作用元件,包括脱落酸、乙烯、高温、厌氧诱导、赤霉素和光响应元件,并且光响应元件多达11个。qRT-PCR结果显示,除F1代A-6和B-3外,其余三倍体子代EjGRF5表达量相对于中间亲本值(MPV)都发生了不同程度的上调,其中A-3的表达量是其MPV的20倍,A-5表达量是其MPV的18倍左右。【结论】获得了与枇杷叶片生长发育相关的EjGRF5、CDS序列及其启动子序列,EjGRF5在三倍体枇杷叶片中的表达呈现出上调趋势。
猪CBR1基因不同拷贝形式克隆及其多态性分析
齐传翔,徐奎,牟玉莲,杨述林,李奎,吴添文
2018, 51(8): 1607-1616 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.018
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摘要
【目的】获得猪CBR1基因不同拷贝形式编码区序列,了解其序列特征,分析猪CBR1基因不同拷贝形式的多态性及其与繁殖性能间的相关性。【方法】以五指山猪睾丸组织的cDNA为模板,采用克隆测序技术获得猪CBR1基因不同拷贝形式编码区序列。利用DNASTAR对CBR1不同拷贝形式编码的氨基酸序列进行分析。利用DNAMAN软件分析猪CBR1基因不同拷贝形式间的同源性,及其与多个哺乳动物间的同源性。利用ExPaSy提供的Protparam 在线软件分析猪CBR1基因不同拷贝的蛋白质理化特性。采集136头大白和47头长白繁殖母猪耳组织样,提取基因组DNA,采用PCR-测序检测猪CBR1基因不同拷贝形式的多态位点,分析其与繁殖性能的相关性。【结果】猪CBR1基因的3个不同拷贝形式均编码3个外显子,其编码区序列全长分别为870,870和846bp,其12—18位氨基酸残基均为保守的GlyXXXGlyXGly序列,符合CBRs家族的结构特性。同源性比对结果显示,CBR1基因不同拷贝形式的CDS序列同源性达87%以上,不同哺乳动物间的CBR1基因的CDS序列同源性达82%以上,可见哺乳动物CBR1基因在进化过程中比较保守。CBR1的3种不同拷贝形式编码蛋白质的理化特性较为相近,均不稳定,且为亲水性蛋白,说明其3个不同拷贝形式可能在体内发挥着类似的功能。多态性分析结果显示,拷贝V1中发现5个SNP位点,拷贝V2中发现4个SNP位点,拷贝V3中发现2个SNP位点。大白猪中,拷贝V1的启动子上游153 bp处的A/T突变和外显子3的379 bp处的C/T突变,拷贝V2上游10 bp处的AC插入突变、外显子1—63 bp处C/T突变和内含子1—76 bp处G/T突变与产活仔数显著相关。长白猪中的SNP位点则与繁殖性能不相关。【结论】获得了猪CBR1基因不同拷贝形式的编码区序列,发现了5个与大白猪经产仔数显著相关的SNP位点,CBR1基因可能作为有价值的候选基因应用于大白猪的繁殖性能选育。
Scientia Agricultura Sinica
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