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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2017年50卷(22) 期   发布日期: 2017-11-16

 
 
  作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
磷素对小麦(Triticum aestivum L.)淀粉粒微观特性的影响及其形成机理
张润琪,付凯勇,李超,祖赛超,李春艳,李诚
2017, 50(22): 4235-4246 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.001
全文: PDF (1711 KB)  ( 2 ) | HTML (1 KB) 
摘要
【目的】磷是小麦生长发育必需的三大营养元素之一。小麦淀粉粒表面存在微孔和微通道结构,对淀粉的生物合成和理化特性有重要影响。探索磷素对淀粉粒微观特性的影响及其形成机理,可为研究不同磷素条件下小麦淀粉的生物合成及品质变化机理提供新途径。【方法】采用新疆冬小麦主栽品种新冬23号为参试材料,设置3种施磷水平,不施磷(CK:P2O5 0 kg·hm-2)、常规施磷(CP:P2O5 105 kg·hm-2)和高量施磷(HP:P2O5 210 kg·hm-2),所用肥料为重过磷酸钙,于小麦播种后160 d(大约5%的植株已返青)开沟条施,并于花后7、14、21、28和35 d取样。通过扫描电镜观察不同磷素水平成熟期淀粉粒微观结构以及淀粉粒在内源(种子萌发)和外源淀粉酶(淀粉葡萄糖苷酶)酶解条件下的形态变化,同时测定淀粉粒经淀粉葡萄糖苷酶水解后产生的还原糖浓度;通过激光共焦显微镜观察淀粉粒微通道结构的变化;通过实时荧光定量PCR研究籽粒发育过程中淀粉合成酶与降解酶基因表达量,并通过原位杂交技术对淀粉降解酶关键基因进行定位。【结果】不同磷素条件下小麦胚乳淀粉粒形态未发生明显改变,但CP处理条件下更容易观察到淀粉粒的微孔结构,且其内部显示出较多荧光;另外,籽粒发芽6 d时,CP处理条件下淀粉粒表面的孔洞最多。经外源淀粉葡萄糖苷酶处理后,HP和CP处理条件下更容易观察到被水解成两半的A型淀粉粒,同时其产生的还原糖浓度也显著提高,这说明不同磷素条件下淀粉粒表面和高部微观结构发生了变化。常规施磷条件下,小麦胚乳淀粉合成与降解相关酶基因的表达量显著高于不施磷和高量施磷。施磷条件下胚乳外缘amy4、bam1和bam5转录水平提高,且常规施磷条件下转录水平更高。【结论】常规施磷条件下胚乳边缘淀粉酶基因转录水平的提高可能影响了淀粉合成酶和降解酶之间的平衡,进而影响淀粉粒的合成和微观特性变化。
马铃薯薯条色泽和质地特性及薯条加工型品系筛选
刘娟,梁延超,余斌,李成,王玉萍,程李香,张峰
2017, 50(22): 4247-4265 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.002
全文: PDF (2034 KB)  ( 2 ) | HTML (1 KB) 
摘要
【目的】薯条是马铃薯重要的加工产品,马铃薯在收获后需要长期贮藏,贮藏过程中的环境条件变化会导致贮藏马铃薯块茎成分的改变,并影响块茎生理和生化特性的改变,最终影响薯条加工后的色泽和质地特性。根据商业化贮藏和加工的需求,在田间农艺性状符合薯条加工要求的基础上,进行不同贮藏条件下品质性状早期选择和筛选,分析薯条加工型品种的色泽和质地特性的变化特点,并从现有品种和品系中根据色泽和质地特性参数筛选适合薯条加工的品种,为提高薯条加工型品种选育效率和方法提供有效手段。【方法】对马铃薯品种和品系的块茎产量、芽眼深度、薯肉色泽、块茎长、块茎宽、块茎长宽比、抗病性和商品薯率的初步选择的基础上,筛选14个品种和品系贮藏在4℃和25℃条件下0、60和120 d后进行炸条试验,同时测定这些品种和品系的干物质含量、淀粉含量、蔗糖含量、葡萄糖含量、果糖含量、游离氨基酸含量、绿原酸含量、糖苷碱含量、柠檬酸含量、抗坏血酸含量、薯条色泽变化、炸条前后的质地变化,分析在不同贮藏条件下炸条色泽和质地变化特性,分析块茎淀粉含量与块茎和薯条硬度的相关性。【结果】选择薯条加工型品种,首先要选择田间综合农艺性状优良,块茎长宽比值>1.5的长椭圆形、块茎整齐度高的品种和品系。其次要能够满足消费者对食品的色泽和质地特性的要求。薯条色泽变化分析表明,薯条色差ΔE与薯条表观色泽变化相一致。对ΔE与块茎组分相关性分析表明,影响薯条色泽的变化主要因素是果糖、葡萄糖,其次是绿原酸。对构成ΔE三原色Lab与块茎成分含量的分析表明,抗坏血酸与薯条色泽明暗(L值)变化显著相关,而还原糖(果糖、葡萄糖)、蔗糖和绿原酸与薯条色泽红绿(a值)和黄蓝(b值)呈极显著相关,柠檬酸对a值影响大于b值。相关性分析表明鲜薯的硬度与块茎的淀粉含量显著相关,炸条后薯条的硬度也与薯条的淀粉含量显著相关。长期贮藏后鲜薯的硬度的降低原因主要是水分丧失和淀粉降价。【结论】薯型长、宽、长宽比及薯条的色泽变化、质地变化是判定薯条加工型品种的重要参数,品种Russet Burbank、Shepody和品系0719-32、0716-39是适合薯条加工的品种和品系。
谷子SiARGOS1的克隆、表达分析和功能标记开发
王智兰,杜晓芬,王军,杨慧卿,王兴春,郭二虎,王玉文,袁峰,田岗,刘鑫,王秋兰,李会霞,张林义,彭书忠
2017, 50(22): 4266-4276 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.003
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摘要
【目的】从谷子中分离受激素诱导表达、参与器官大小控制的拟南芥ARGOS(Auxin-regulated gene involved in organ size)基因家族的同源基因,进行生物信息学分析,明确其在不同组织器官及其受植物激素诱导的表达模式,分析基因编码区及其启动子序列差异,开发功能标记,为谷子产量性状相关基因的改良提供依据。【方法】通过对已有ARGOS蛋白保守结构域进行BLAST,明确谷子ARGOS家族成员数目并进行蛋白序列分析,采用同源克隆方法获得谷子ARGOS家族成员之一——SiARGOS1编码区及其启动子序列,用生物信息学方法分析SiARGOS1启动子的顺式作用元件,通过实时荧光定量PCR分析该基因在谷子各器官中以及不同植物激素条件下的诱导表达模式,利用基因编码区及启动子序列的SNP和插入缺失序列开发分子标记,同时利用85份谷子品种的穗重(panicle weight,PW)、穗粒重(grain weight,GW)和千粒重(thousand-grain weight,TGW)等产量性状数据进行基因型间的差异显著性分析,挖掘用于检测该基因与谷子产量性状相关优异等位变异的功能标记。【结果】获得6个谷子ARGOS家族成员,均具有典型的保守OSR(organ size related)结构域,包含2个跨膜螺旋结构和1个高度保守富含亮氨酸区域,克隆了与拟南芥AtARGOS同源的家族成员之一——SiARGOS1编码区及其启动子序列,该基因位于谷子第8染色体上,开放阅读框为342 bp,无内含子,编码113个氨基酸,启动子区域为2 109 bp,含有与生长素、乙烯、茉莉酸和赤霉素等多种植物激素调控有关的元件。表达分析发现,SiARGOS1在谷子根、茎、叶和穗等器官中均有表达,在根中表达量最高,其次为茎和叶,穗中表达量最低。SiARGOS1对生长素吲哚乙酸(indole-3-acetanic acid,IAA)不敏感,但受乙烯利(ethephon,ETH)上调表达。不同基因型谷子SiARGOS1序列分析发现,SiARGOS1编码区151 bp(起始密码子83 bp)处存在1个SNP(C/G),导致该基因第28个氨基酸发生突变(Ala/Gly),据此设计一个CAPS- AccⅡ标记;另外,启动子区存在19个SNP和2个InDel,根据-1 652—-1 651处(TA)2/3和-1 165—-1 163处(TCA)1/2的序列差异分别设计SSR引物AP-1和AP-2。同时,用这些标记对85份谷子品种进行检测,CPAS-AccⅡ和AP-1检测到不同基因型的穗重、穗粒重和千粒重的差异均不显著,而AP-2检测的2种基因型间除千粒重差异不显著外,穗重和穗粒重在2015和2016两年间差异均达到显著水平。【结论】在谷子中发现6个ARGOS家族成员,均具有保守OSR结构域,其中,谷子SiARGOS1开放阅读框为342 bp,无内含子,与拟南芥AtARGOS同源,该基因对生长素不敏感,但受乙烯利上调表达。在该基因启动子区开发的SSR标记AP-2可作为功能标记,用于谷子穗重和穗粒重等产量性状相关优异等位变异的鉴定和筛选。
  耕作栽培·生理生化·农业信息技术
节水抗旱稻旱优113号的根系生长对土壤水分亏缺的响应
补红英,宋维周,曹凑贵,李萍
2017, 50(22): 4277-4289 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.004
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摘要
【目的】揭示土壤水分亏缺条件下节水抗旱稻根系的形态和生理指标的变化规律,阐明其节水抗旱的特异性生理基础。【方法】2015和2016年利用盆栽试验,以节水抗旱稻旱优113号(HY113)和高产水稻扬两优6号(YLY6)为试验材料,通过设置淹灌(对照)和干旱(土壤水势-38 kPa左右)处理,研究干旱对节水抗旱稻与高产水稻根系形态结构和生理指标的影响及其与地上部生物量积累的关系。【结果】与淹灌相比,干旱处理显著降低了两个水稻品种的地上、地下干物质积累量,同时显著降低了节水抗旱稻HY113的根冠比(由0.18降为0.12),高产水稻YLY6的根冠比无显著变化。干旱处理下,两个品种的水稻根系活力均显著增加,但HY113的增加幅度显著高于YLY6,乳熟期HY113在2015和2016两年的平均增幅为38.7%,而YLY6为22.8%,其中2015年乳熟期HY113的根系活力从86 µg·g-1·h-1增加至174 µg·g-1·h-1。干旱处理下,HY113和YLY6的根系吸收面积均显著减小,但HY113的减小幅度显著低于YLY6。与高产水稻YLY6相比,节水抗旱稻HY113的根数、根体积和根干重均较少,总干物质积累量较少,但其根系活力和根系有效吸收面积较大。【结论】节水抗旱稻HY113具有根量少,但根系吸收效率高的特点,其在缺水条件下能维持较高的根系活力和根系吸收面积;在遭遇水分亏缺时HY113可通过减小根冠比,使得更多的干物质留在地上部分以保证籽粒产量。
黄河流域棉花轻简化栽培技术评述
董建军,代建龙,李霞,李维江,董合忠
2017, 50(22): 4290-4298 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.005
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摘要
黄河流域棉区是中国三大主要产棉区之一,改进栽培技术,对促进该区棉花生产可持续发展具有重大的战略意义。首先,文中分析了当前黄河流域棉区棉花栽培管理技术存在的主要问题,包括棉田种植制度和种植模式多样化对棉花轻简化和机械化生产的阻碍;棉花生产规模小,组织化程度低,难以获得规模效益;棉花管理复杂繁琐,机械化程度低、用工多,但随着城市化进程加快,农村劳动力数量减少、质量降低,难以支撑劳动密集型的传统精耕细作栽培,棉花生产投入大、效益低的问题成为黄河流域棉花生产可持续发展的主要障碍。作者认为实行轻简化栽培是提高黄河流域棉花竞争力水平、促进棉花生产可持续发展的重要途径。其次,回顾了棉花轻简化栽培技术形成和发展历程,对现行的棉花轻简化栽培的关键技术进行了总结性评述,重点论述了实现棉花生产轻便简捷、节本增效的主要技术措施,包括精准播种、轻简育苗、简化整枝、集中成铃、轻简施肥和节水灌溉等。最后,提出了进一步完善和发展轻简化植棉技术,促进棉花轻简节本、提质增效的设想。为实现更高层次的轻简化栽培,应进一步突出播种和采收2个环节,减少并进一步简化管理环节;要优化种植制度和种植模式,为推行机械化生产创造条件;要提升精准播种技术水平,确保一播全苗;继续研制新型肥料及其施用技术,进一步简化施肥和提高肥料利用率;加快选育适宜轻简化栽培、机械化收获的棉花品种,因地制宜地发展棉花采收机械化。在继续创新轻简化栽培关键技术的同时,还要加强良种良法配套、农机农艺融合。可以预见,在不远的将来,黄河流域棉花轻简化丰产栽培技术体系将得到进一步提升和完善,为棉花生产振兴和可持续发展发挥重要作用。
盐分不均匀分布对紫花苜蓿生长和离子特征的影响
孙娟娟,于林清,赵金梅,刘洪林,张英俊
2017, 50(22): 4299-4306 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.006
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摘要
【目的】土壤盐分浓度在空间上呈不均匀分布,研究不均匀盐胁迫对紫花苜蓿生长、水分吸收、光合作用以及根叶部位K+和Na+的影响,探讨紫花苜蓿适应根部不均匀盐胁迫的生理机制,为紫花苜蓿耐盐品种培育及改良盐碱地紫花苜蓿种植技术提供理论依据。【方法】通过水培法,将紫花苜蓿幼苗的根均匀分成两部分置于分根装置中,给予两侧根部相同或不同浓度的NaCl处理,设置对照(0/0)、低盐胁迫根部分别为0 NaCl(0/400)和100 mmol·L-1NaCl(100/300)的不均匀盐胁迫处理和均匀的200 mmol·L-1NaCl胁迫处理(200/200),处理7 d后取样分析。【结果】不均匀盐胁迫与均匀盐胁迫均抑制了紫花苜蓿生长,导致水分吸收减少、叶片Na+浓度增加和叶片K+浓度减少。然而,0/400处理紫花苜蓿地上部分鲜重、水分吸收分别比200/200处理提高了24.3%和44.2%,其叶片Na+浓度比200/200处理降低了53.6%、叶片K+浓度与200/200处理无显著差异。0/400处理0侧根部水分吸收比对照提高12.3%、Na+浓度是对照的10.5倍、K+浓度与对照无显著差异。100/300处理紫花苜蓿地上部分鲜重、整株水分吸收、叶片K+浓度均与200/200处理无显著差异。100/300处理叶片Na+浓度比200/200处理提高了31.0%。100/300处理100侧根部水分吸收比对照降低了33.9%、Na+浓度是对照的39.5倍、K+浓度比对照降低了31.3%。0/400、100/300与200/200的蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度无显著差异且均显著低于对照,而0/400的净光合速率与200/200无显著差异,均显著高于对照,100/300的净光合速率与对照无显著差异。【结论】紫花苜蓿根部平均盐分浓度为200 mmol·L-1NaCl时,一侧根部NaCl浓度等于或高于其半致死浓度,另一侧根部NaCl浓度为0 时,不均匀盐胁迫缓解了根部高浓度盐胁迫对紫花苜蓿生长的抑制,当低盐胁迫根部NaCl浓度为100 mmol·L-1时,不均匀盐胁迫不能够缓解根部高浓度盐胁迫对紫花苜蓿生长的抑制。
  植物保护
溴氰虫酰胺对双委夜蛾生长发育、繁殖和营养利用的影响
丁金凤,徐春梅,张正群,赵云贺,刘峰,慕卫
2017, 50(22): 4307-4315 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.007
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摘要
【目的】研究低剂量的溴氰虫酰胺对双委夜蛾(Athetis dissimilis)生长发育、繁殖和营养利用的影响,明确溴氰虫酰胺对双委夜蛾的控制作用。【方法】采用人工饲料混毒法测定溴氰虫酰胺对双委夜蛾4龄幼虫的毒力;利用LC5、LC25和LC50剂量的溴氰虫酰胺处理双委夜蛾4龄幼虫,观察其对亲代幼虫和蛹的发育历期、成虫寿命、产卵量、化蛹率和羽化率等生长发育指标的影响;测定溴氰虫酰胺处理72 h后对幼虫的近似消化率(AD)、相对取食量(RCR)、相对生长量(RGR)、摄入食物转化效率(ECI)、消化食物转化效率(ECD)等营养利用指数的影响;分析溴氰虫酰胺处理24、48和72 h后幼虫体内糖类、蛋白质和脂质含量的变化。【结果】溴氰虫酰胺对双委夜蛾4龄幼虫具有较高毒力,LC5、LC25和LC50分别为0.13、0.34和0.66 µg·g-1混毒饲料;与对照组相比,LC5、LC25和LC50剂量下双委夜蛾4—6龄幼虫的发育历期分别延长了1.63、1.75和5.48 d,同时蛹的发育历期延长,雌雄成虫的寿命缩短,并显著降低了双委夜蛾幼虫的化蛹率和蛹的羽化率,LC5、LC25和LC50处理组雌蛹重分别为130.2、127.8和127.5 mg,显著低于对照组的蛹重(146.7 mg),但是对雄蛹重无显著影响。溴氰虫酰胺处理后,LC5、LC25和LC50组的单雌产卵量分别为558.8、506.9和462.8粒,显著低于对照组(755.1粒)。同时,溴氰虫酰胺处理组缩短了成虫的产卵历期,但是对成虫产卵前期的影响不明显。此外,与对照组相比,LC5、LC25和LC50剂量的溴氰虫酰胺显著降低了双委夜蛾4龄幼虫的RGR、RCR、ECI和ECD,降低了幼虫将食物转化为生物量的能力;溴氰虫酰胺处理双委夜蛾4龄幼虫24 h后显著降低了其体内碳水化合物的含量,而且这种不利影响持续到48 h和72 h,同时,溴氰虫酰胺处理也显著降低了4龄幼虫体内脂质和蛋白质的含量,阻碍了双委夜蛾幼虫正常的生长发育和繁殖。【结论】较低致死剂量的溴氰虫酰胺可以抑制双委夜蛾种群的生长发育和繁殖,有利于长期有效控制双委夜蛾的发生。
甜菜夜蛾卵黄原蛋白多克隆抗体制备及其在不同发育时期蛋白表达
赵静,孙洋,谭永安,肖留斌,姜义平,柏立新
2017, 50(22): 4316-4324 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.008
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摘要
【目的】制备甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)卵黄原蛋白(vitellogenin,Vg)多克隆抗体,并检测甜菜夜蛾不同发育时期血淋巴中的Vg蛋白表达量变化,为进一步研究Vg转运与利用机制以及生物学功能打下基础。【方法】以羽化24 h的甜菜夜蛾雌成虫cDNA为模板,通过PCR扩增得到甜菜夜蛾Vg基因片段,其包含vitellogenin-N结构功能区。将Vg目的片段连入pMD-19T载体后进行测序,利用DNAMAN软件分析该基因序列的准确性及编码蛋白的特性。将测序正确的Vg基因片段通过Nde I和Xba I限制性内切酶连接到原核表达载体pCzn1。将重组表达载体pCzn1-Vg转入大肠杆菌ArcticExpress,离心收集诱导表达的菌液,超声波破碎菌体沉淀,取上清液与沉淀进行SDS-PAGE检测,分析Vg重组蛋白的可溶性。在不同温度、不同浓度IPTG条件下诱导表达Vg重组蛋白,筛选最优表达条件。经Ni-NTA琼脂糖凝胶亲和层析柱纯化得到了Vg重组蛋白,将该蛋白免疫新西兰白兔,制备兔抗Vg血清抗体。采用间接ELISA方法检测血清抗体的效价,并通过Western blot法检测甜菜夜蛾雌虫不同发育阶段血淋巴中Vg蛋白的表达差异。【结果】扩增所得Vg基因片段为2 091 bp,编码697个氨基酸, 预测蛋白分子量为80.88 kD。通过大肠杆菌表达出的Vg重组蛋白相对分子量为80 kD,其大小与预期的Vg重组蛋白带大小相符合。其主要以包涵体形式表达,而在上清中表达量不明显。不同温度、不同浓度IPTG条件下诱导表达Vg重组蛋白的结果显示温度为25℃,IPTG浓度为0.6 mmol·L-1时,Vg重组蛋白表达量最高。继续提高温度和IPTG浓度,对提高Vg重组蛋白的表达量无明显作用,且杂蛋白增多。新西兰白兔经4次免疫后,间接ELISA法检测表明,制备的兔抗Vg抗体具有较好的灵敏度,效价达到 1﹕512 000。Western blot检测Vg蛋白在甜菜夜蛾不同发育阶段血淋巴中的表达,其杂交出的单一条带在180 kD左右。Vg蛋白在甜菜夜蛾雌蛹末期开始微弱表达。雌成虫羽化后血淋巴中Vg蛋白表达量先升高后降低,呈动态变化,到羽化48 h表达量最高,随后降低。【结论】纯化获得了Vg 重组蛋白,并明确了最优表达条件(温度为25℃,IPTG浓度为0.6 mmol·L-1);制备了高效价的甜菜夜蛾Vg多克隆抗体,明确了甜菜夜蛾Vg蛋白的表达规律。
  土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
土壤有机质高光谱特征与波长变量优选方法
朱亚星,于雷,洪永胜,章涛,朱强,李思缔,郭力,刘家胜
2017, 50(22): 4325-4337 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.009
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摘要
目的】探究土壤有机质的高光谱特征及响应规律,优选土壤有机质的敏感波长,降低土壤有机质高光谱估测模型复杂度,提高模型稳健性,为利用高光谱技术对农田土壤肥力的定量监测提供理论支撑。【方法】采集江汉平原潮土土样130个,将其中40个样本作为训练集,测量其去有机质前、后的土壤有机质含量及光谱数据,计算差值及变化率,分析土壤有机质含量变化对光谱特征的影响,结合无信息变量消除(uninformative variables elimination,UVE)、竞争适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)变量优选方法确定土壤有机质敏感波长;采用45个建模集样本,基于偏最小二乘回归(partial Least Squares Regression,PLSR)和反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)建立土壤有机质含量的估算模型;利用45个验证集样本检验敏感波长对同类土壤的适用性。【结果】通过有机质去除试验,供试土壤的平均光谱反射率在全波段均有所增加,在可见光波段变化率高于近红外波段;比较UVE、CARS、UVE-CARS、CARS-UVE这4种变量优选方法,得到最佳变量优选方法为UVE-CARS,该方法从2001个波长变量中优选得到84个变量作为土壤有机质的敏感波长,分布于561—721、1 920—2 280 nm波段覆盖范围;基于敏感波长的PLSR、BPNN模型性能均优于全波段模型,其中,基于敏感波长的BPNN模型的估测能力高于PLSR,模型验证集R2、RMSE、RPD、MAE、MRE值分别为0.74、1.33 g·kg-12.02、1.04 g·kg-16.2%,可实现土壤有机质含量的有效估测。【结论】通过训练集获得的土壤有机质敏感波长,能够实现对该试验区同种土壤类型样本土壤有机质含量的有效估测;利用去有机质试验结合变量优选方法确定的敏感波长建模,不仅将输入波长压缩至全波段波长数目的4.2 %,而且提升了模型估测精度,降低了变量维度和模型复杂度,为快速准确评估农田土壤有机质含量提供了新途径。
黄土高原旱地冬小麦籽粒锌含量差异与主要土壤理化性状的关系
佘旭,王朝辉,马小龙,曹寒冰,何红霞,王森
2017, 50(22): 4338-4349 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.010
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摘要
【目的】中国黄土高原旱地小麦籽粒锌含量普遍偏低,但存在较大的变异现象。揭示小麦籽粒锌含量变异的原因,从而调控作物锌营养,提高小麦籽粒锌含量。【方法】在2014—2015和2015—2016年,对地处黄土高原的山西、陕西、甘肃旱地冬小麦主产区的379个农户麦田土壤(0—100 cm土层)和小麦植株进行取样分析,研究旱地冬小麦籽粒锌含量差异及其与主要土壤理化性状的关系。【结果】该区域小麦籽粒锌含量介于12.2—50.7 mg·kg-1。相关分析表明,0—100 cm各土层水分含量和有效铁、多数土层的pH和有效磷、表土层的有效锰和有效铜均与小麦籽粒锌含量呈显著负相关;表层土壤(0—20 cm)硝态氮、速效钾、有效锌与籽粒锌含量呈极显著正相关;各土层土壤有机质和全氮含量、多数土层的铵态氮含量均与籽粒锌含量无显著相关关系。当籽粒锌含量达到高锌组水平(平均39.2 mg·kg-1)时,收获期0—100 cm土层水分含量为8.2%,比低锌组低23%;0—20 cm土层pH为8.3,比低锌组低1.4%;硝态氮、速效钾和有效锌含量分别为23、150和0.54 mg·kg-1,比低锌组高246%、27%和35%;有效磷、有效铁、有效锰、有效铜含量分别为12.1、3.2、10.6和1.0 mg·kg-1,比低锌组低21%、37%、6%和33%。【结论】黄土高原旱地田块间小麦籽粒锌含量存在较大的变异。土壤水分、pH、硝态氮、有效磷、速效钾和有效态铁锰铜锌含量是引起籽粒锌含量差异的原因,其中以水分和有效铁影响最大。优化农田水分和养分管理措施,提高土壤水分、氮、钾、锌供应能力,在不影响作物产量的情况下适当调控土壤磷、铁、锰、铜供应能力,有利于提高黄土高原地区小麦籽粒锌含量。
霍氏肠杆菌B4表面活性剂纯化鉴定及其应用
王权,王佳音,朱瀚,左金玉,刘东阳,沈其荣
2017, 50(22): 4350-4361 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.011
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摘要
【目的】优化霍氏肠杆菌B4产表面活性剂的液体发酵条件,结合有机试剂萃取、高效液相色谱技术分离纯化所产表面活性剂,并利用质谱分析技术鉴定其结构,进一步研究其促进黄瓜吸收叶面肥的效果,为新型肥料的研制提供理论依据。【方法】利用正交试验优化霍氏肠杆菌B4产表面活性剂的发酵条件,主要包括碳源、氮源、初始pH、发酵温度、接种量、转数和发酵时间,不同处理的评价指标为发酵液的表面张力值,具有最低表面张力的处理为最佳的发酵条件;利用有机试剂萃取后旋转蒸发获得表面活性剂的粗提物;利用高效液相色谱技术,在柱温50℃、进样量为20 μL、流速0.5 mL·min-1、检测波长为210 nm条件下分离纯化表面活性剂,并结合傅里叶红外光谱技术分析其所含的不同官能团;在流速10 μL·min-1、毛细管电压3.88 kV、锥孔电压为53 V、离子源温度100℃、脱溶温度150℃条件下,利用质心模式进行全扫描,根据已有的质谱数据鉴定所产表面活性剂的结构;通过水培和盆栽试验,验证该表面活性剂提高黄瓜吸收叶面肥的效率。【结果】正交试验结果表明,在添加4%(v/v)甘油、3 g·L-1硝酸钠、初始pH 6.0、6%接种量、35℃、200 r/min、发酵96 h的条件下,发酵液的表面张力下降到44.10 mN·m-1,为最优的发酵优化条件。在该优化条件下,生物表面活性剂的粗产物产量高达12.14 g·L-1,粗产物可使纯水的表面张力值最低降到34.14 mN·m-1。液相分离结果表明,经有机试剂萃取粗提的生物表面活性剂在1.62—2.33 min处有典型的特征峰,说明该组分为生物表面活性剂粗提物中的主要成分。傅里叶红外光谱分析结果表明,纯化的生物表面活性剂中含有-CH2、-CO和C-O等官能团,判断其为含碳链的生物表面活性剂。液质联用分析结果表明,m/z 701.54处为[M+Na]+,m/z 723.74处为[M-H+2Na]+,将该生物表面活性剂鉴定为鼠李糖脂,其结构式为Rha-Rha-C10-C12。黄瓜水培结果表明,与只喷清水(CK)和只喷氨基酸(AA)的处理相比,添加生物表面活性剂的氨基酸叶面肥处理(AAB)的株高分别增加了79.59%和32.90%,鲜重分别增加了43.03%和23.98%。盆栽试验结果表明,与CK和AA处理相比,AAB处理的植株叶绿素含量分别提高了11.72%和10.69 %。【结论】利用正交试验获得了霍氏肠杆菌B4产生物表面活性剂最佳液体发酵条件,在该条件下生物表面活性剂产量达到2.07 g·L-1,并将其主要成分鉴定为鼠李糖脂(Rha-Rha-C10-C12),该物质可显著提高黄瓜对叶面肥的吸收效率,具有很好的应用前景。
  园艺
宽皮柑橘种质资源表型多样性分析及综合评价
孙珍珠,李秋月,王小柯,赵婉彤,薛杨,冯锦英,刘小丰,刘梦雨,江东
2017, 50(22): 4362-4372 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.012
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摘要
【目的】分析宽皮柑橘的表型多样性和遗传变异规律,探讨柑橘种质资源的综合评价方法。【方法】本研究利用变异系数、Shannon-Weaver多样性指数及方差分析对239份宽皮柑橘的18种表型性状进行多样性分析和性状差异分析,用SPSS进行聚类分析,通过主成分、相关性以及回归分析对宽皮柑橘种质资源进行综合评价和评价指标筛选。【结果】对239份宽皮柑橘表型多样性分析,变异系数结果表明种子数、固酸比、可滴定酸含量及单果重的性状变异比较丰富,果形指数、囊瓣数及可溶性固形物含量的遗传特性相对稳定。遗传多样性指数结果表明,单果重、横径、纵径、囊瓣数、叶柄长、叶长、叶宽、还原糖含量及转化糖含量在每一级分布比较均匀,果皮光滑度、种子数及固酸比分级较少,且在每个表现型上的分布不均匀。对5个不同地理来源的宽皮柑橘资源进行方差分析,结果显示来源于美国的宽皮柑橘品种可溶性固形物和转化糖的含量平均值高于其他地理来源;来源于日本的宽皮柑橘单果重、横径和纵径大于其他地理来源,种子数显著少于其他地理来源;来源于长江流域的宽皮柑橘品种的果型、可溶性固形物、转化糖及还原糖含量大于珠江流域,但固酸比显著低于珠江流域。对野生品种、地方品种、选育品种3种不同类型的宽皮柑橘性状作方差分析,选育品种呈现果型大、果皮光滑、种子少、酸度低、糖度高等特点。系统进化树和主成分分析图均表明不同地理来源、不同类型的宽皮柑橘在遗传水平上存在明显差异,中国小果资源可作为一个独立类群,青皮蜜橘是一份独特的柑橘资源。主成分分析发现,前9个主成分的累计贡献率达81.94%,表明这9个主成分包含了宽皮柑橘表型性状的大部分信息。表型性状的综合评价分析表明,239份宽皮柑橘综合评价F值均值为0.480,来源于日本的爱媛21号的F值最高(0.664),来源于日本的扁橘F值最低(0.211)。18个表型性状与综合值F的相关性分析结果表明,除了果皮光滑度外的17个表型性状数据均与F值呈极显著相关。采用逐步回归分析方法,筛选出9个表型性状:纵径、果形指数、果皮光滑度、囊瓣数、叶柄长、叶宽、可溶性固形物含量、可滴定酸含量以及还原糖含量。【结论】宽皮柑橘种质资源具有较高的表型多样性,不同地理来源、不同类型的宽皮柑橘性状存在差异,筛选出的9个表型性状可作为宽皮柑橘的综合评价指标。
硒对甜樱桃叶片褪黑素和谷胱甘肽氧化还原循环的影响
孙协平,罗友进,周广文
2017, 50(22): 4373-4381 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.013
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摘要
【目的】研究不同价态和浓度硒对甜樱桃叶片褪黑素含量以及谷胱甘肽(GSH)氧化还原循环的影响,为探究外源硒、内源褪黑素和GSH氧化还原循环间的关系提供参考。【方法】2015年在四川广元进行田间试验,以两年生甜樱桃‘红蜜’和‘布鲁克斯’为试验材料,试验包括清水处理(CK)、单施Se6+(来源于Na2SeO4)、单施Se4+(来源于Na2SeO3)、Se6++褪黑素和Se4++褪黑素5个处理,30 d后采取叶片,测量叶片硒含量和褪黑素的含量。2016年以重庆綦江两年生甜樱桃‘布鲁克斯’叶片为试验材料进行离体试验,将甜樱桃离体叶片放置在2 mg·L-1 Se6+处理0、1、2、3和4 d,以清水处理为对照,每天上午10:00采取叶片;将离体叶片分别置于0、0.5、1.0、2.0、4.0 mg·L-1 Se6+溶液24 h后采取叶片,离体试验分别测量叶片硒和褪黑素的含量以及GSH氧化还原循环的物质和酶活性。【结果】田间试验中,2.0 mg·L-1 Se4+和Se6+处理显著降低了‘红蜜’和‘布鲁克斯’甜樱桃叶片褪黑素含量,且两种甜樱桃叶片褪黑素含量在Se6++褪黑素和Se4++褪黑素处理下分别比单施Se6+和单施Se4+处理高。离体试验中,硒处理第1天‘布鲁克斯’离体叶片褪黑素含量高于对照,之后低于对照且随着时间延长而逐渐降低。硒处理第1天迅速降低了GSH氧化还原循环的物质和酶活性,即GSH、氧化性谷胱甘肽(GSSG)、GSH+GSSG和GSH/GSSG比值低于对照,谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性也低于对照,之后随着时间的延长,GSH氧化循环效率升高并超过对照。在不同浓度Se6+处理24 h下,Se6+处理增加了叶片褪黑素的含量,且随着浓度的增加而增加,GSH氧化循环效率则呈下降的趋势。【结论】外源硒处理提高了甜樱桃叶片硒含量,且六价硒的效果显著高于四价硒。外源硒处理影响甜樱桃褪黑素的含量和GSH氧化还原循环。
  食品科学与工程
磷酸化水平对肌红蛋白稳定性的影响
李蒙,李铮,李欣,杜曼婷,宋璇,张德权
2017, 50(22): 4382-4388 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.014
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摘要
【目的】肌红蛋白是影响肉色最主要的色素物质,主要存在于肌浆中,其绝对含量和3种肌红蛋白(氧合肌红蛋白、脱氧肌红蛋白、高铁肌红蛋白)间的相对含量决定了肉色。已有研究表明蛋白质的磷酸化可能会通过对糖酵解代谢途径以及肌红蛋白的调控进而负向调控肉色的稳定性,本研究旨在探究磷酸化对肌红蛋白稳定性的影响,进而为通过调控磷酸化水平提高肉色稳定性提供理论依据。【方法】用连二亚硫酸钠还原骨骼肌肌红蛋白纯品,再经超滤除去连二亚硫酸钠。随后采用碱性磷酸酶(AP)体外孵育催化肌红蛋白的去磷酸化反应,采用SDS-PAGE凝胶电泳和Pro-Q与Ruby染色的方法测定肌红蛋白磷酸化水平的变化,测定孵育体系pH的变化,紫外分光光度计测定孵育过程中3种肌红蛋白相对含量的变化,圆二色谱测定孵育过程中肌红蛋白的二级结构变化。【结果】磷酸化水平的测定结果表明,碱性磷酸酶处理组(去磷酸化处理)中肌红蛋白的磷酸化水平在孵育6 h时显著低于对照组(P<0.05),表明碱性磷酸酶可以在体外孵育过程中催化肌红蛋白发生去磷酸化反应,降低肌红蛋白的磷酸化水平。3种肌红蛋白相对含量的测定结果表明,从孵育2 h起,碱性磷酸酶处理组中氧合肌红蛋白的相对含量显著高于对照组,高铁肌红蛋白的相对含量显著低于对照组。即与对照组相比,碱性磷酸酶处理组中肌红蛋白的自动氧化速率低,氧化还原稳定性高(P<0.05)。pH的测定结果表明,碱性磷酸酶处理组和对照组孵育体系的pH差异不显著(P>0.05),即添加碱性磷酸酶进行孵育没有改变孵育体系的pH。二级结构的测定结果表明,肌红蛋白的二级结构以α-螺旋为主。从孵育0 min到6 h,碱性磷酸酶处理组中肌红蛋白的α-螺旋和β-折叠的含量基本不变,而对照中肌红蛋白的α-螺旋含量增加,β-折叠的含量减少,表明碱性磷酸酶处理组中肌红蛋白二级结构的稳定性高于对照组。【结论】肌红蛋白发生磷酸化修饰后,可能会通过改变肌红蛋白的二级结构,降低肌红蛋白二级结构的稳定性,增加肌红蛋白的自动氧化速率,进而加速高铁肌红蛋白的积累,不利于肉色稳定性,这可能是蛋白质磷酸化负向调控肉色稳定性的原因之一
  畜牧·兽医·资源昆虫
MiR-433-3p靶向调节绵羊BCKDHB表达
闫晓茹,师涛,潘洋洋,景炅婕,程俐芬,曹宁贤,乔利英,刘文忠
2017, 50(22): 4389-4397 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.015
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摘要
【目的】通过理论预测与试验验证,旨在揭示miR-433-3p对BCKDHB的调节机制。【方法】利用TargetScan、miRanda和DIANA-microT 3个在线软件,以BCKDHB 的mRNA和蛋白的相对表达量,发现过表达组BCKDHB mRNA3′-UTR mRNA的表达量的序列预测与BCKDHB有靶标关系的相关miRNAs。为了验证理论上的预测结果,用设计好的BCKDHB 3′-UTR的特异性引物进行PCR扩增,得到目的片段并进行割胶回收和纯化,并将Pmir-GLO与目的片段同时使用Xho I>和Xba I两个限制性内切酶进行双酶切,再用T4连接酶连接双酶切之后的目的片段和Pmir-GLO,成功构建BCKDHB 3′-UTR的双荧光素酶报告载体。从公司购买miR-433-3p的过表达载体mimics和阴性对照载体NC,设置miR-433-3p过表达、阴性对照、空白对照3个组,分别将2组载体和双荧光素酶报告载体利用lipofectamineTM3000转染试剂共转染至miR-433-3p过表达、阴性对照组的HEK-293T细胞中,空白对照组中的HEK-293T细胞正常培养,之后分别检测3组细胞中的荧光活性,得到萤火虫荧光素酶活性和海肾荧光素酶活性,以海肾荧光素酶活性为内参计算萤火虫荧光素酶的相对活性。便于了解miR-433-3p和BCKDHB在绵羊前体脂肪细胞中的调控机制,对采取的绵羊尾部前体脂肪细胞进行离体培养。用过表达miR-433-3p的方法探索miR-433-3p在绵羊前体脂肪细胞中对BCKDHB的调控,提取过表达miR-433-3p前后细胞的总RNA和总蛋白,利用RT-qPCR检测过表达miR-433-3p前后的miR-433-3p和BCKDHB、以及利用Western blotting技术检测BCKDHB在过表达前后的蛋白水平。为了解绵羊前体脂肪细胞分化过程中BCKDHB和miR-433-3p表达量的变化,用RT-qPCR检测前体脂肪细胞分化过程中BCKDHB和miR-433-3p的时序表达。为增加结果的可信度,还对分化过程中不同时段的细胞进行了照片采集和油红O染色。【结果】miR-433-3p在BCKDHB 3′-UTR的第8—28个碱基处存在理论上的结合位点。通过比较过表达组,阴性对照组,对照组的相对荧光活性发现过表达miR-433-3p后,BCKDHB重组双荧光载体的相对荧光活性降低(P<0.01),说明miR-433-3p可以与BCKDHB 3′-UTR特异性结合,验证了预测结果的准确性。在绵羊前体脂肪细胞中过表达miR-433-3p后,通过比较过表达组和阴性对照组BCKDHB和蛋白的相对表达量低于阴性对照组(P<0.05),说明miR-433-3p在绵羊前体脂肪细胞中对BCKDHB有负调控作用。在诱导绵羊前体脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞的过程中,从采集到的图片和油红O染色的结果发现此过程中脂滴聚积得越来越多,油红O染色验证了脂滴的聚集。另外,在分化过程中检测到miR-433-3p和BCKDHB mRNA的表达量呈现负相关关系。【结论】这些结果充分说明miR-433-3p通过与BCKDHB 3′-UTR的结合负调节该基因及其编码蛋白的表达,为进一步研究BCKDHB调节绵羊脂肪代谢的分子机理提供了科学依据。
家蚕CDK11与RNPS1和9G8相互作用的鉴定
张倩,刘太行,董小龙,吴云飞,杨基贵,周亮,潘彩霞,潘敏慧
2017, 50(22): 4398-4407 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.016
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摘要
【目的】鉴定家蚕(Bombyx mori)CDK11与RNPS1和9G8的相互作用,为解析其是否参与前体RNA的剪接打下基础。【方法】利用家蚕基因组数据库SilkDB找到本研究克隆的家蚕基因序列,采用Primer 5.0进行引物设计,通过PCR技术克隆获得家蚕的两个重要剪接因子RNPS1和9G8,并构建具有不同抗原标签的过表达载体,采用NCBI检索并获得其他物种的相关序列,利用在线预测软件SMART进行结构域预测,采用ClustalX 1.83和GENEDOC 3.2预测同源序列,利用软件MEGA 6.0构建系统进化树,通过免疫荧光验证家蚕CDK11两种剪切体CDK11A和CDK11B分别与RNPS1和9G8的共定位情况,进一步通过免疫共沉淀验证CDK11A、CDK11B分别与RNPS1和9G8的相互作用。【结果】RNPS1的开放阅读框长为882 bp,编码293个氨基酸;9G8的开放阅读框长为531 bp,编码176个氨基酸;RNPS1和9G8都属于SR蛋白家族,具有该蛋白家族成员的一个富含丝氨酸/精氨酸(S/R)重复序列的RS结构域。同源序列比对表明,RNPS1和9G8都具有典型的RRM结构域,此外9G8还含有一个锌指结构域。系统进化分析显示,RNPS1聚类于无脊椎动物一支,与同为鳞翅目昆虫的斑点木蝶、黑脉金斑蝶等亲缘关系较近;9G8也聚类于无脊椎动物一支,与同为鳞翅目昆虫的黑脉金斑蝶、金凤蝶等关系较近。荧光共定位证明,RNPS1分别与CDK11A和CDK11B共定位于细胞核中,且具有点状共聚集现象;同时发现,RNPS1还具有胞质定位,点状聚集于核外周。而9G8分别与CDK11A、CDK11B在细胞核中也具有共定位现象。进一步通过免疫共沉淀发现,在所有的总蛋白和细胞裂解离心后的上清液样品中,均能检测到对应目的条带的表达,表明共转染的细胞均能正常表达目的蛋白,并且蛋白溶于上清。同时,在所有的共沉淀条带中,均能检测到对应目的条带,以上结果表明CDK11A、CDK11B均与RNPS1和9G8具有相互作用。【结论】家蚕RNPS1和9G8具有典型的RRM结构域,属于SR家族。CDK11A和CDK11B能够与RNPS1和9G8相互作用。
  研究简报
5种气候生态型割手密F1和F2杂种的耐旱性评价
田春艳,桃联安,俞华先,董立华,经艳芬,边芯,郎荣斌,周清明,安汝东,孙有芳,杨李和
2017, 50(22): 4408-4420 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.017
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摘要
【目的】干旱是甘蔗生产中重要的逆境因子,严重影响甘蔗产量和品质。甘蔗野生资源割手密具有抗逆性强、宿根性强、适应性广等特点,研究其后代耐旱性,筛选耐旱种质,为培育新型抗旱亲本、实现甘蔗新品种突破提供理论依据。【方法】选取5种生态类型割手密与云瑞系列创新亲本、国外种以及国内种的杂交F1、F2代材料共36份,采用温室人工控水胁迫的方法,于甘蔗拔节初期设置正常供水(作对照)、轻度胁迫和重度胁迫3个处理。分别测定3个处理条件下甘蔗叶片质膜透性(plasma membrane permeability,PMP)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、叶绿素(chlorophyll,CHL)、可溶性蛋白(soluble protein,Pr)、脯氨酸(proline,Pro)含量和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)酶活性7个生理生化指标,利用模糊隶属函数法、聚类分析和灰色关联度分析,综合评价割手密后代在不同程度水分胁迫下的耐旱性表现。【结果】水分胁迫下甘蔗叶片的PMP、MDA含量、Pro含量、SOD和POD酶活性升高,CHL含量和Pr含量降低,变化幅度因甘蔗基因型及水分胁迫程度差异而不同;隶属函数分析结果表明,不同程度水分胁迫下,割手密后代的耐旱能力不同,F1代耐旱性较强,综合抗旱能力超过双亲的个体比例为82%,远高于F2代;聚类分析表明,所有材料在轻度水分胁迫下可分为4大类群,其中,Ⅰ和Ⅱ类耐旱性最好,Ⅳ类次之,Ⅲ类耐旱性最差且全为F2代材料,F1代均分布于耐旱性较好的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类群。重度胁迫下可分为3大类群,Ⅰ、Ⅲ类耐旱性较强,Ⅱ类耐旱性最差,F1代(除云割F108-473外)均分布在耐旱性较强的Ⅰ、Ⅲ类群;灰色关联度分析表明,不同程度水分胁迫下,各指标与耐旱性间的关联度不同。轻度胁迫下,关联度依次为POD>SOD>PMP>MDA>Pr>CHL>Pro;重度胁迫下关联度依次为SOD>Pr>CHL>POD>PMP>MDA>Pro。【结论】36份割手密F1和F2杂种材料中,云割F108-536、云割F211-179、云割F211-8、云割F108-474、云割F108-398、云割F108-254、云割F211-261、云割F211-151、云割F108-538、云割F108-391、云割F211-188、云割F211-37云割F107-150、云割F211-258和云割F211-90耐旱性较强,为强耐旱种质,可在甘蔗抗旱亲本培育及抗旱育种中加以重点利用;割手密耐旱特性在不同世代中的遗传表现不同,F1代耐旱性强于F2代;割手密后代耐旱性强弱与其父本割手密的气候生态类型、地理位置及海拔无明显相关性;PMP、MDA含量、CHL含量、SOD和POD酶活性5个生理生化指标与甘蔗耐旱性关联度较高,是耐旱性评价的优良指标。
柱型苹果生长特性及Co基因定位研究进展
梁美霞,乔绪强,郭笑彤,张洪霞
2017, 50(22): 4421-4430 | doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.22.018
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摘要
柱型苹果是一类特殊的矮生类型突变体,其树体矮小、主干粗壮直立、节间短、短枝多,无需修剪、管理方便,是现代苹果产业实现矮化密植栽培获得高产的优良资源。自柱型苹果产生以来,其独特树形的生长特性一直是国内外研究者关注的焦点。当前国内外取得的研究成果主要包括:(1)柱型苹果的生长发育与其内源激素含量密切相关。柱型苹果腋芽中自由态IAA/总IAA的比值明显高于普通型。柱型苹果多发短枝的原因是顶芽和侧芽中玉米素类物质含量较高。柱型苹果树体生长矮小原因可能是赤霉素含量低。(2)苹果的柱形性状是由显性基因Co控制的质量性状,Co位点与枝干、分枝、叶片和果实品质等多种性状连锁成簇。Co精细定位于苹果第10号染色体18.52—19.09 Mb。(3)目前报道的Co有5个候选基因,其中最有希望的候选基因91071转入苹果和烟草中均表现节间变短,但Co是否介入减少侧枝和增加短枝的形成需要进一步验证。由于Co与植物激素代谢和信号传导均密切相关,通过RNAi及转基因等技术验证Co的详细功能,不但可以揭示柱型苹果独特树形生长特性的分子机理,还可以为选育优良品质的柱型苹果提供理论基础。
Scientia Agricultura Sinica
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