中国农业科学

中国农业科学. 2019, 52(14): 0.

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迟播早熟高产小麦新品种的培育

高德荣,王慧,刘巧,朱冬梅,张晓,吕国锋,张晓祥,江伟,李曼

中国农业科学. 2019, 52(14): 2379-2390. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.001

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【目的】研究小麦品种（系）播种-拔节和开花-成熟2个阶段发育特性,探讨在育种中聚合两端快速发育特性的可能性,为长江中下游麦区选育迟播早熟高产品种提供依据。【方法】在2012—2013和2013—2014年,通过比较共计18个小麦新品系及生产上部分推广品种的冬前及越冬期单株叶片数、茎蘖数,籽粒灌浆特性相关指标等,筛选具有两端快速发育特性的品种（系）;2014—2015年,在适期播种（11月5日）和迟播（11月19日）条件下,研究扬麦16和其他4个品种不同生育时期群体结构（茎蘖数、叶面积指数、干物质积累量）和产量及其构成的差异,分析具有两端快速发育特性品种扬麦16迟播高产的生长发育机理。【结果】2012—2013年,富F101冬前及越冬期叶片数、茎蘖数均较高,显著高于镇10216,具有前端快速发育特征,但后期灌浆速率较慢;宁09-118和镇10216最大灌浆速率、平均灌浆速率较高,灌浆持续时间长,粒重显著高于其他品种,具有后端快速发育特征,但前期生长发育较慢。2013—2014年,富F101冬前及越冬期茎蘖数均表现较高,镇10216最大灌浆速率、平均灌浆速率均最高,理论粒重最大,2个品系继续分别表现出前端和后端快速发育特性;扬麦16冬前茎蘖数高于富F101,越冬期茎蘖数与富F101无显著差异;后期最大灌浆速率大于2.0 mg/(粒·d),与镇10216差异不显著,且平均灌浆速率较高,较好地结合了两端快速发育的特性。2014—2015年,迟播条件下,扬麦16越冬期茎蘖数、叶面积指数及干物质积累量均表现最大,显著高于宁麦13;在适期播种条件下,扬麦16产量低于扬麦22,与扬麦20、扬麦23和宁麦13差异不显著,但在迟播条件下产量显著高于扬麦20、宁麦13,与扬麦22、扬麦23无显著差异,与适期播种相比减产幅度最小,减产5.2%,千粒重高而稳定,达40 g以上。【结论】品种间两端快速发育特性存在显著差异,结合两端快速发育特性的品种能够实现迟播高产,同时保证适期播种取得较高产量。扬麦16冬前生长发育快,越冬期能保持一定生长量及分蘖发生量;快速灌浆持续时间长,平均灌浆速率、峰值灌浆速率大,粒重高;迟播早熟高产,这是其大面积推广的重要原因。

玉米花期根系结构的表型变异与全基因组关联分析

张小琼,郭剑,代书桃,任元,李凤艳,刘京宝,李永祥,张登峰,石云素,宋燕春,黎裕,王天宇,邹华文,李春辉

中国农业科学. 2019, 52(14): 2391-2405. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.002

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【目的】根系作为植株吸收水分和养分的重要器官,对玉米生长及产量的形成至关重要。研究玉米根系结构的遗传机制指导玉米高产育种实践。【方法】以111份玉米优异自交系为材料,于2017年在北京、陕西永寿、山西定襄和河南原阳4个环境下对玉米地下节根层数（RLN）、地下节根总条数（TRN）、地下节根角度（RA）、地下节根面积（RS）、地下节根体积（RV）和地下节根干重（RDW）等6个玉米根系相关性状进行调查。取4个环境的平均值作为6个根系相关性状的表型数据,对6个相关性状进行统计分析和相关性分析,对不同年代、不同类群自交系的地下节根相关性状进行差异分析。基于该群体全基因组152 352个高质量SNP标记,利用FarmCPU模型进行全基因组关联分析获得显著关联SNP位点,并在LD衰减距离范围内查找候选基因,对候选基因的功能进行富集分析。【结果】表型分析表明,6个地下节根性状均呈现正态分布,且均显示出较高的遗传力;相关性分析结果表明,地下节根层数和总条数均与地下节根角度和面积呈负相关,地下节根的角度、面积、体积和干重等4个性状之间相互呈现显著正相关关系;不同年代的玉米地下根系结构存在差异,地下节根层数和总条数在年代的更替间表现出下降的趋势,地下节根角度和面积在年代更替间表现出上升的趋势,根干重和根体积在各年代间无显著差异;玉米地下根系结构在类群间也存在差异,旅大红骨类群的6个地下节根性状值均高于其余类群。全基因组关联分析共检测到26个SNP位点与地下节根层数、总条数、体积和干重性状显著关联（P<0.00001）,其中11个显著关联位点定位于前人报道的根系QTL区间内,2个显著关联SNP在地下节根层数和总条数中均被检测到。基于显著关联SNP位点共挖掘到177个候选基因,其中135个具有功能注释,Zm00001d037368可能为控制地下节根层数和总条数的一因多效候选基因。候选基因功能的富集分析结果显示,候选基因的功能主要涉及植物体内的代谢调节、应激反应、运输活性、催化活性、结合蛋白及细胞成分等。【结论】玉米自交系的根系结构在不同年代间和不同类群间存在不同程度的差异,采用全基因组关联分析策略挖掘控制玉米根系结构的相关遗传位点及候选基因,共检测到26个显著关联的SNP位点。

东北地区秸秆生物炭利用潜力、产业模式及发展战略研究

张伟明,陈温福,孟军,金梁,郭伟,赵洪亮

中国农业科学. 2019, 52(14): 2406-2424. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.003

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东北地区耕地广袤、秸秆资源量巨大,作为战略性新兴产业,生物炭技术及其产业化有助于系统综合解决东北地区存在的秸秆焚烧、利用及土壤退化等突出问题,是当今研究领域热点。本文在系统分析近20年东北秸秆资源动态变化、可利用资源量及发展趋势基础上,探讨了东北地区秸秆生物炭利用的资源基础、技术途径及发展潜力,从产业化视角综合分析评述了东北秸秆生物炭产业发展的基础、条件与优势、市场及开发潜力等,认为东北地区秸秆生物炭利用的资源丰富,产业化条件成熟,发展潜力与空间巨大,对促进东北秸秆资源化高效利用、耕地质量提升及农业可持续发展具有重要意义和价值,并结合农业、经济和社会发展实际,构建了基于全产业链的东北秸秆生物炭产业模式,提出了东北生物炭产业发展建议,旨在为解决东北地区秸秆处理和农业生产现实问题,促进生物炭产业健康、稳定发展提供参考。

不同灌溉条件下冬小麦冠层含水量的光谱响应

孙乾,顾晓鹤,孙林,王淼,周龙飞,杨贵军,李卫国,束美艳

中国农业科学. 2019, 52(14): 2425-2435. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.004

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【目的】寻找快速、无损地诊断冠层含水量的方法,对冬小麦长势监测、旱情评估及变量灌溉提供技术支持。【方法】基于田间变量灌溉试验,分析生育期、灌溉量对冬小麦冠层含水量的影响,解析冠层光谱对不同灌溉处理下冠层含水量的响应规律,以冠层等效水厚度（EWTc）为表征指标,基于连续小波变换（CWT）技术,构建冬小麦冠层等效水厚度光谱诊断模型,利用独立样本验证模型精度。【结果】冬小麦冠层等效水厚度在生育后期均随着灌溉量的增多而增加,并随着生育进程的推进而减少;冬小麦冠层光谱反射率随着生育进程的推进而降低,在近红外和中红外波段冠层光谱反射率均表现为1水>0.5水>0水;与原始冠层光谱反射率相比,经连续小波变换后的小波系数与冠层等效水厚度相关性在第1、2、3、5、6、7分解尺度均有不同程度的提高,提高幅度在8.40%—26.20%;以第6尺度2 400 nm、第2尺度1 596 nm和第7尺度2 397 nm构建的冠层等效水厚度光谱诊断模型稳定性和精度较好,验证样本决定系数R ²为0.5411,RMSE为0.0127 cm。【结论】冬小麦冠层含水量随着灌溉时间与灌溉量发生规律性变化,在水分敏感波段范围内呈现明显的光谱响应特征,连续小波变换技术可以有效提高冠层光谱特征参量与冠层等效水厚度的相关性,实现冬小麦冠层含水量光谱诊断,可以为冬小麦田间变量灌溉决策提供技术支持。

中国野生毛葡萄芪合成酶基因表达与抗白粉病分析

刘梦琦,吴凤颖,王跃进

中国农业科学. 2019, 52(14): 2436-2449. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.005

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【目的】葡萄是世界性重要果树,欧洲葡萄品种因其优质高产被广泛栽培,但其突出缺点是抗病性弱,尤其易受白粉病危害。葡萄中芪合成酶（stilbene synthase,STS）的代谢产物白藜芦醇是植物体内具有抗病功能的植保素,果实中的白藜芦醇对人具有保健作用。中国野生毛葡萄‘丹凤-2’抗病性强且白藜芦醇含量高。论文旨在研究中国野生毛葡萄‘丹凤-2’芪合成酶基因（STS）及其功能,应用于抗病育种来提高欧洲葡萄抗病性及果实中芪类物质含量。【方法】同源克隆中国野生毛葡萄‘丹凤-2’芪合成酶基因VqSTS26和VqSTS32,构建pCAMBIA35S::VqSTSs::GFP过表达载体;以器官发生途径诱导的无核白分生愈伤组织作为受体材料,采用农杆菌介导法进行遗传转化,获得转基因葡萄植株;分别从转录水平和代谢产物水平比较转基因与野生型无核白在自然生长条件与人工接种葡萄白粉病菌（Uncinula necator）诱导下STS表达及芪类物质产生与积累的差异;通过显微观察白粉病菌在转基因与野生型无核白叶片上的生长发育进程,统计孢子萌发、菌丝生长与分生孢子梗形成数目,对转基因植株进行抗病性分析。【结果】通过PCR检测和Western blot鉴定,获得了稳定转化VqSTS26植株8株和稳定转化VqSTS32植株5株。在自然生长条件下实时荧光定量PCR分析表明VqSTS26、VqSTS32转基因无核白STS的表达量显著提高,芪合成酶上游基因PAL与下游基因RSGT的表达量上调,而与芪合成酶存在底物竞争关系的CHS表达下调;液相色谱分析表明芪类物质主要以糖苷的反式云杉新苷形式存在,VqSTS26、VqSTS32转基因无核白芪类物质的含量极显著高于野生型无核白。STS的表达及其产物合成受白粉病菌诱导,随白粉病菌诱导,STS表达量在1—2 dpi时显著升高,至7 dpi时表达量达最高;诱导表达产生的芪类物质由原来的反式云杉新苷新增加了反式白藜芦醇和葡萄素,且含量增加;转基因植株在STS表达量、芪类物质的积累方面均极显著高于野生型无核白。显微观察白粉病菌在葡萄叶片上的生长发育状态,对比野生型无核白,转基因植株白粉病菌生长受到抑制,菌丝发育更迟,7 dpi时转基因葡萄叶片上的分生孢子梗数量低于野生型无核白。【结论】过表达中国野生毛葡萄‘丹凤-2’VqSTS26和VqSTS32可以提高无核白中STS的表达量,促进芪类物质的形成与积累,抑制转基因无核白叶片上白粉病菌的生长。因此,中国野生毛葡萄‘丹凤-2’与其携带的STS及其产物,是定向改良欧洲葡萄品种白粉病抗性与芪类物质含量的重要种质资源与基因资源。

整合微生物组菌剂的提出、研发与应用

刘波,陈倩倩,王阶平,阮传清,陈燕萍,夏江平,车建美,陈峥,潘志针,文笑,朱育菁,张海峰,郑雪芳

中国农业科学. 2019, 52(14): 2450-2467. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.006

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【目的】利用微生物发酵床作为发酵槽,猪粪氮素连续流加中温好氧发酵,将通过宏基因检测鉴定到的微生物组称为整合微生物组,生产高含菌量整合微生物组菌剂,作为植物病害生防菌剂。【方法】生产工艺:原料配制→发酵床发酵→猪粪氮素连续流加→好氧发酵控制→产品加工→产品包装等。生产技术:利用养猪使用1年以上的微生物发酵床,添加一层10 cm厚的30%豆饼粉+70%杏鲍菇菌糠垫料,每平方米1头猪作为猪粪氮素连续流加营养来源,每天翻耕1次,连续好氧发酵20 d后,取出上层20 cm的垫料,进入晾晒、粉碎、分筛、包装,加工成整合微生物组菌剂。【结果】整合微生物组菌剂产品技术指标:含水量29.74%,pH 7.56,有机质含量44.46%,全氮含量2.23%,腐殖酸含量11.20%,粗纤维含量14.06%,含菌量145×10 ⁸cfu/g。宏基因组测定结果表明,菌剂样品序列（reads）条数平均值为99 701.75,每克菌剂含有细菌39门、96纲、189目、383科、786属、1 281种;其中,芽孢杆菌46种,9种为中国新记录种,即:①嗜气芽孢杆菌（Bacillus aerophilus）、②蚯蚓芽孢杆菌（Bacillus eiseniae）、③丝状芽孢杆菌（Bacillus filamentosus）、④柯赫芽孢杆菌（Bacillus kochii）、⑤根际芽孢杆菌（Bacillus rhizosphaerae）、⑥长型赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus macroides）、⑦淤泥大洋芽孢杆菌（Oceanobacillus caeni）、⑧拾蛤鸟氨酸芽孢杆菌（Ornithinibacillus scapharcae）、⑨海洋枝芽孢杆菌（Virgibacillus oceani）;未发现猪细菌病原。可培养法分离的芽孢杆菌活菌数2.062×10 ⁸cfu/g,宏基因组测定结果中,芽孢杆菌的总丰度为1.42%,以此推算菌剂有效细菌总含量145×10 ⁸cfu/g。整合微生物组菌剂浸出液处理组的绿豆发芽率为96.67%,与清水对照组无显著差异（P>0.05）,但胚根长比对照增加了58.08%。用5%—10%的菌剂配制成育苗基质,番茄出苗率提高了3.0%,株高增加了25.1%,对番茄青枯病的校正防治效果可达79.41%。整合微生物组菌剂的产品质量标准参考农业农村部生物有机肥标准（NY884-2012）,初步确定为:有机质≥40%,含水量≤30%,pH 5.5—7.5,粪大肠菌群数≤100个/g,蛔虫卵死亡率>95%,有效期>6个月;重金属含量满足标准要求:砷<15 mg·kg ^-1,镉≤15 mg·kg ^-1,铅≤15 mg·kg ^-1,铬≤15 mg·kg ^-1,汞≤15 mg·kg ^-1;有效活菌数调整为:总细菌数≥30×10 ⁸cfu/g,其中芽孢杆菌≥2×10 ⁸cfu/g。【结论】提出了整合微生物组菌剂的概念和产品技术标准。研发的整合微生物菌剂可促进种子根部生长,并对番茄青枯病有良好的防治效果。

典型红壤不同形态氮素迁移对长期施肥制度的响应

申凤敏,姜桂英,张玉军,刘芳,刘世亮,柳开楼

中国农业科学. 2019, 52(14): 2468-2483. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.007

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【目的】基于长期定位试验,探讨典型红壤水稻土不同施肥制度下不同形态土壤氮素迁移特征,为红壤水稻土氮肥合理施用提供理论依据。【方法】选取始于1981年的进贤红壤长期定位试验站4个典型施肥处理,分别为不施肥对照（CK）、施氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾配施秸秆（NPKS）、氮磷钾配施有机肥（NPKSM）,测定并分析0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm和40—60 cm土层土壤全氮（TN）、碱解氮（AN）、硝态氮（NO₃ ^--N）、铵态氮（NH₄ ⁺-N）、可溶性有机氮（DON）和微生物生物量氮（SMBN）变化特征。【结果】不同处理不同形态氮素基本均随土层加深呈下降趋势,但不同形态氮素在不同层次下降特征不同。其中有效态氮,如AN、NO₃ ^--N、NH₄ ⁺-N、DON和SMBN主要集中分布在0—20 cm土层,且20—60 cm土层含量较0—20 cm明显降低;而TN在表层0—40 cm土层变化不明显。与CK相比,施肥处理可不同程度地提高0—60 cm各土层各形态氮素含量。其中NPKSM处理显著提高各形态氮素含量,其次为NPKS和NPK处理。相同处理下,TN在0—40 cm土层变化不明显;但在0—60 cm土层TN含量均表现为NPKSM>NPKS>NPK>CK。各处理AN含量随土层深度增加降低幅度显著,其中,20—40 cm土层AN含量相比10—20 cm土层分别降低了42%（CK）、50%（NPK）、44%（NPKS）、44%（NPKSM）。各处理不同土层NO₃ ^--N和NH₄ ⁺-N含量均以NPKSM处理显著高于其他处理;其中40—60 cm土层中NO₃ ^--N和NH₄ ⁺-N与0—10 cm土层相比,NH₄ ⁺-N含量下降幅度更大,分别为51%（CK）、48%（NPK）、54%（NPKS）、36%（NPKSM）,且NO₃ ^--N和NH₄ ⁺-N均以NPKS处理下降幅度最大,NPKSM处理最小。各处理DON含量在0—20 cm土层差异显著,且均以化肥与有机肥配施处理显著高于其他处理;CK和NPK处理40—60 cm土层的DON含量较20—40 cm略有增加,但NPKS和NPKSM处理则显著降低。各处理SMBN在10—20 cm土层差异最大,表现为NPKSM>NPKS>NPK>CK。相同处理下各形态氮素占TN的比例随土层深度的增加而下降,其中在0—20 cm土层各比例变化较明显;整体上NPKS与NPKSM处理的SMBN占TN比例较高,为2%—4%。耕层土壤（0—20 cm）的TN、AN、NO₃ ^--N、DON和SMBN两两之间均存在显著的正相关关系（P≤0.05）,其中TN、DON、AN与SMBN之间存在极显著正相关关系（P≤0.01）。施肥处理（NPK、NPKS、NPKSM）较不施肥处理（CK）可显著提高早、晚稻稻谷、稻草产量和总生物量及其相应的氮吸收量,其中以NPKSM处理最高;但NPKSM处理的无机氮残留量及氮表观损失也显著高于其他处理。【结论】不同施肥处理对各形态氮素的影响主要集中在土壤耕层（0—20 cm）,且各形态氮素含量整体上随土层深度的增加而降低,化肥与有机肥配施可以更好改善红壤区各土层氮素的供应情况;同时化肥与有机肥配施能显著提高作物产量及其氮吸收量,但也增加了其无机氮残留量及氮表观损失量。

长江中下游稻区不同水旱轮作模式和氮肥水平对稻田CH₄排放的影响

刘少文,殷敏,褚光,徐春梅,王丹英,章秀福,陈松

中国农业科学. 2019, 52(14): 2484-2499. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.008

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【目的】明确长江中下游稻区不同水旱轮作模式与氮肥水平对稻田CH₄排放的影响。【方法】以2003年至今的4种水（水稻）旱轮作长期定位试验为基础（分别为水稻-休闲（RF）,水稻-紫云英（RC-G）,水稻-小麦（RW）和水稻-稻草覆盖种植马铃薯（RP））,并设置3个氮肥水平,分别为N₀（0）、N₁（142.5 kg N·hm ^-2）和N₂（202.5 kg N·hm ^-2）。于2016—2017利用静态箱-气象色谱法,在田间采集并测定水稻生长季CH₄排放。【结果】（1）轮作模式与氮肥互作对稻田CH₄排放的影响主要集中在移栽后7—30 d内,其CH₄累积排放量约为整个生育期的51.9%—72.3%。（2）轮作模式与氮肥水平对稻田CH₄排放存在显著的互作效应;N₀水平下,冬季作物栽培（包括RP、RW和RC-G）显著提高稻季CH₄累积排放量,与RF相比分别增加74.1%—145.1%、68.5%—109.9%和56.4%—108.6%。（3）增施氮肥（N₁和N₂）后,CH₄排放对轮作模式的响应出现分化。其中,RF、RP和RW模式下稻季CH₄排放量随氮肥施用量的增加而逐渐增加;N₂水平下,RP、RW和RF的CH₄累积排放量分别为51.2—55.8、45.3-51.5和25.0—30.5 g·m ^-2,分别比N₀水平提高23.0%—38.4%、26.7%—33.7%和35.3%—43.5%;而与N₁相比,则提高9.9%—19.7%、20.8%—23.1%和17.4%—18.8%。而RC-G模式下则表现为增施氮肥一定程度上降低了稻季CH₄排放;与N₀相比,N₁和N₂下稻季CH₄累积排放量分别降低20.7%—42.4%和10.6%—16.6%。（4）进一步解析与土壤CH₄排放相关微生物菌群产甲烷菌（mcrA）和甲烷氧化菌（pmoA）丰度变化,发现N₀水平下秸秆及绿肥全量还田能够显著增加产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度;相关微生物对氮肥的响应机制因轮作模式而有所差异,增施氮肥促进产甲烷菌的增殖,却抑制了甲烷氧化菌的生长,但其变化幅度因轮作处理而有所不同。随着氮肥增施,RP、RW和RF的mcrA丰度增加191.4%、160.6%和143.3%,而RC-G则仅有62.6%。（5）另外,随着氮肥施用量的增加,RF、RP和RW模式下mcrA/pmoA比值增加,其增加比例分别为71.4%—141.1%、197.1%—258.2%和84.6%—165.5%,而RC-G则相反,下降26.8%—42.3%。其变化规律与CH₄排放基本一致。【结论】稻田系统中秸秆还田C/N的相对含量可能是干扰氮肥水平对稻田CH₄排放作用的关键,当系统中碳冗余时,相关微生物活性受到土壤中有效氮制约,投入无机氮可以减轻氮的限制作用从而显著提高CH₄排放;而碳不足时,继续投入无机氮,相关微生物繁殖由于受到土壤中有限碳源的限制其活性也会受到抑制,CH₄排放相对减少。

葡萄SAP家族的鉴定与表达分析

丁兰,顾宝,李培楹,舒欣,张剑侠

中国农业科学. 2019, 52(14): 2500-2514. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.009

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【目的】通过生物信息学分析明确SAP（Stress Associated Protein）家族在葡萄基因组中的数量、结构,利用qRT-PCR技术分析SAP家族的生物节律和在激素、非生物胁迫处理下的表达模式,为进一步探究SAP家族在葡萄中的作用奠定基础。【方法】在前期从山葡萄‘双优’（Vitis amurensis cv. Shuangyou）和欧洲葡萄‘红地球’（Vitis vinifera cv. Red Globe）0℃寒胁迫下转录组数据库中筛选出表达量明显上调的基因SAP15基础上,利用NCBI和葡萄基因组数据库中的BLAST功能,根据SAP家族的保守结构域,鉴定葡萄基因组中的SAP。利用生物信息学软件DNAMAN5.0、MEME、GSDS2.0、ExPASy和MEGA6等对VvSAPs序列、基因结构、蛋白质结构、理化性质、染色体定位和进化树等进行分析。采用qRT-PCR方法检测VvSAP家族的生物节律和在激素、逆境处理下的表达特征。【结果】从葡萄（Vitis vinifera）全基因组中鉴定得到15个SAP家族成员,均含有AN1保守结构域,大多含有A20保守结构域。按照其保守结构域和在染色体上的位置,依次命名为VvSAP1—VvSAP15,可分为Class Ⅰ、Class Ⅱ和Class Ⅲ三类。理化性质分析表明,VvSAP家族编码氨基酸数目介于109—293,理论等电点分布在7.99—9.68。染色体定位分析发现,该基因家族的15个基因分布于葡萄的9条染色体上,其中第8条染色体上分布最多,有3个VvSAP。亚细胞定位分析表明,VvSAP家族主要在细胞核、叶绿体和细胞骨架中进行表达。VvSAP家族的二级结构主要以无规则卷曲和α-螺旋为主。基因结构分析表明,VvSAP1—VvSAP12的DNA序列中均无内含子,VvSAP13—VvSAP15的DNA序列中有1个内含子,基因结构高度保守。qRT-PCR分析结果表明,在VvSAP家族成员中,VvSAP1和VvSAP9在无处理和各处理下（激素和非生物胁迫）均表达极低或不表达,初步鉴定为假基因。除VvSAP10在400 mmol·L ^-1 NaCl处理下呈下调表达,其余基因均在50 μmol·L ^-1 ABA、100 μmol·L ^-1SA和400 mmol·L ^-1NaCl处理下呈上调表达,其中,VvSAP10—VvSAP14显著响应50 μmol·L ^-1 ABA胁迫,处理24 h后相对表达量分别上调为0 h的37.19、36.63、21.69、58.34和267.35倍;VvSAP8和VvSAP11在NaCl处理4 h后相对表达量最高,分别为0 h的13.16和12.42倍;在4℃低温胁迫下,相对表达量上调最高的是VvSAP15,处理后8 h相对表达量为0 h的35.90倍。【结论】从葡萄基因组中共鉴定出15个SAP家族成员,初步鉴定得出VvSAP1和VvSAP9为假基因,15个基因分别分布于9条染色体上,并且结构进化高度保守。所有成员均相响应逆境,且均有昼夜节律变化,但该基因家族成员在不同逆境胁迫下的响应程度和在不同时间点的表达模式存在一定的差异。

多头切花菊品种茎、枝特性评价体系构建与品种评价

马婉茹,房伟民,王海滨,张飞,陈素梅,陈发棣,管志勇

中国农业科学. 2019, 52(14): 2515-2524. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.010

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【目的】茎、枝特性是切花菊的重要商品性状,建立多头切花菊茎、枝特性评价体系,为筛选优良茎、枝特性的品种提供理论指导。【方法】通过对多头切花菊300个品种的9个与茎、枝特性相关的性状进行连续两个年度的观察记录,借助专家调查法、层次分析法以及K-Means聚类分析法建立评价体系,并进行品种评价。【结果】应用层次分析法确定了9个性状的权重值,其中花朵横向聚拢程度和花朵竖向聚拢程度的权重值最大,均为0.219,其次是花枝角度、茎充实程度,权重值分别为0.123、0.121;综合9个评价指标,通过K-Means聚类分析法将300个品种划分为4个等级,62个品种为优秀、114个品种为良好、80个品种为一般、44个品种为较差,分别占比为20.7%、38%、26.7%、14.6%。【结论】运用专家调查法、层次分析法和K-Means聚类分析法构建出的评价体系可以有效的对多头切花菊品种茎、枝特性进行评价分级,筛选出的优良品种可以在生产中推广应用。

福清山羊与努比亚黑山羊背最长肌比较转录组分析

刘远,李文杨,吴贤锋,黄勤楼,高承芳,陈鑫珠,张晓佩

中国农业科学. 2019, 52(14): 2525-2537. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.011

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【目的】研究福清山羊与努比亚黑山羊背最长肌组织转录组差异表达水平,为地方山羊品种肉质、生长性状的遗传机制和遗传改良提供理论基础。【方法】分别测定周岁内羯羊育肥的福清山羊与努比亚黑山羊日增重（ADG）以及2个品种周岁背最长肌样品的肌内脂肪含量（inter-muscular fat, IMF）;同时利用转录组测序方法对2个品种周岁背最长肌组织进行高通量测序,筛选品种间的差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）,并对DEGs功能进行注释和测序结果的荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）验证。【结果】在羯羊育肥条件下,福清山羊周岁内ADG为65.6g·d ^-1,极显著低于努比亚黑山羊的127.4g·d ^-1（Sig.=0.000）;而福清山羊周岁背最长肌IMF含量为3.69%,极显著高于努比亚黑山羊的1.83%（Sig.=0.003）。2个品种6个样品的背最长肌转录组测序共得到44.76Gb Clean Data,各样品的Clean reads与参考基因组（山羊）的比对效率在84.65%-86.17%之间。DESeq分析发现了努比亚黑山羊和福清山羊背最长肌的DEGs 608个,其中上调基因61个,下调基因547个。608个DEGs中的518个基因能够被GO（gene ontology）数据库注释,148个DEGs能够被COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）数据库注释,418个DEGs能够被KEGG（kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库注释。KEGG通路分析表明DEGs共富集到222条信号通路中,44条通路显著富集。经过文献检索和对筛选通路相关基因功能的分析,初步判断可能与羊肉质和生长性状相关的通路包括肌动蛋白细胞骨架调节（Regulation of actin cytoskeleton）、Jak-STAT信号转导通路{Janus kinase/signal transducer and activator of transcription（Jak-STAT）signaling pathway}、MAPK信号转导信号通路{mitogen-activated protein kinase (MAPK)signaling pathway}和Ⅰ型糖尿病通路（Type Ⅰdiabetes mellitus）;IGF1(Insulin-like growth factor 1,类胰岛素一号增长因子)、ACSL5（Long-chain fatty acyl-CoA synthetases 5,长链酯酰辅酶A合成酶5）、PCK2（phosphoenolpyruvate carboxykinase 2,磷酸烯醇丙酮酸羧激酶2）、PPARGC1A（Hepatic peroxisome proliferator-activated receptor gamma,coactivator 1 alpha,过氧化物酶体增殖激活受体γ共激活因子1α）、JAK2（Janus Kinase 2,Janus激酶2基因）、STAT4(signal transducer and activator of transcription 4,信号转导子和转录激活子4)、IRF8（interferon regulatory factor 8,干扰素调节因子8 ）、MAP4K1（mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase 1,有丝分裂原激活蛋白激激激激酶1）等DEGs可作为控制福清山羊肉质、生长性能的候选基因。进一步与参考基因组序列比对分析,共发掘707个新基因（转录本）,其中15个基因（转录本）为2个品种的DEGs。经qRT-PCR验证,所选基因（转录本）表达变化模式与转录组测序结果一致,表明测序结果可靠。【结论】在转录组水平上筛选出了福清山羊和努比亚黑山羊周岁羯羊背最长肌组织的608个DEGs,发掘了707个新基因（转录本）,初步认为肌动蛋白细胞骨架调节等4个信号通路在山羊肉质形成和生长发育过程中发挥了重要作用,为进一步探索山羊骨骼肌生长发育和IMF沉积的相关机理提供参考依据。

牦牛Linc24063的克隆鉴定及其与miRNAs 表达水平的相关性分析

王会,柴志欣,朱江江,钟金城,张成福,信金伟

中国农业科学. 2019, 52(14): 2538-2547. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.012

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【目的】通过对牦牛长链非编码RNA Linc24063进行克隆鉴定,分析其在乳腺组织中与miRNAs表达量的相关性,为Linc24063通过调控miRNA发挥功能的调控机制研究提供试验依据。【方法】选取4.5岁处于第一泌乳期的健康母牦牛12头,清晨空腹屠宰后,迅速采集大脑、乳腺、肾脏、心脏、肝脏和卵巢组织,提取组织总RNA,利用5′ RACE和3′ RACE方法克隆牦牛Linc24063序列;利用生物信息学对其序列保守性、染色体定位及编码潜能进行分析,然后利用原核表达试验对其编码能力进行验证;利用RT-qPCR检测其在大脑、乳腺、肾脏、心脏、肝脏和卵巢的表达水平。利用普通牛和绵羊的miRNA数据库,结合miRanda和mireap软件预测与Linc24063具有相互作用的物种间保守miRNAs,与前人研究表明在牛不同泌乳时期乳腺组织中具有差异表达的miRNA取交集,然后对其靶基因进行GO富集和KEGG信号通路分析;最后使用皮尔逊相关系数在乳腺组织中进行Linc24063与miRNAs表达量的相关性分析。【结果】Linc24063 5′RACE和3′RACE片段大小分别为476 bp和356 bp,测序分析表明Linc24063大小为758 bp,位于牦牛21号染色体的Dlk1-Dio3印记域,与普通牛的序列保守性最高。生物信息学预测其编码潜能较低,原核表达试验进一步验证Linc24063不能有效的翻译蛋白,表明Linc24063是一个真正的长链非编码lncRNA。组织表达谱分析表明,Linc24063在牦牛乳腺组织中表达量最高,在肝脏和卵巢中表达量较低。生物信息学分析后共筛选到与Linc24063具有相互作用的物种间保守miRNAs 21个,其中有研究报道在乳腺中有差异表达的13个;13个miRNAs靶基因富集到TGF-β、PI3K-Akt、胰岛素等信号通路中,表明Linc24063可能通过这些信号通路参与牦牛乳脂和乳蛋白的生物合成过程。在乳腺组织中,Linc24063表达水平与miR-200a（P=0.001）、miR-141（P=0.02）显著负相关,与miR-27a（P=0.023）显著正相关,与miR-24（P=0.601）不具备相关性。【结论】Linc24063位于Dlk1-Dio3印记域内,在乳腺组织中具有较高表达量,且可能通过与miR-200a、miR-141和miR-27a相互作用从而参与牦牛乳脂和乳蛋白的生物合成过程。为深入探讨牦牛Linc24063在乳脂和乳蛋白合成中的生物学功能提供了基础数据。

‘海沃德’猕猴桃应力松弛特性与品质关系

卢丹,赵武奇,曾祥媛,吴妮,高贵田,张清安,张宝善,雷玉山

中国农业科学. 2019, 52(14): 2548-2558. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.013

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【目的】提取‘海沃德’猕猴桃的品质特征,建立其应力松弛特性参数与其品质特征的关系,探索一种利用力学特性快速预测猕猴桃品质特征的方法。【方法】测定不同贮藏时期猕猴桃的应力松弛特性、营养成分、色差和质构等指标;运用因子分析筛选出评价猕猴桃品质的特征指标;确定应力松弛的最佳模型,拟合得出模型中的参数;对应力松弛模型参数和猕猴桃品质指标进行相关性分析,利用岭回归法建立应力松弛参数预测猕猴桃品质特征的数学模型,并进行验证。【结果】猕猴桃品质特征指标为V_C、可溶性固形物、ΔE、硬度、黏聚性、弹性;七元件麦克斯韦模型可以较好地描述猕猴桃的应力松弛特性,拟合的决定系数达到0.999;V_C、可溶性固形物和ΔE与弹性参数和黏性系数有很强的正相关性（P<0.05）,其中V_C、ΔE与E₀的相关系数分别为0.901和0.813,质构指标硬度、弹性和黏聚性与弹性参数和黏性系数正相关性很高（P<0.05）,其中硬度与η₁相关系数为0.807,弹性与E₀的相关系数为0.951;建立的猕猴桃V_C、可溶性固形物、ΔE、硬度、黏聚性和弹性的预测模型对建模集的决定系数分别为0.906、0.717、0.883、0.709、0.708和0.851,且均具有统计学意义（P<0.05）;模型对验证集的预测值和实测值的决定系数分别为0.882、0.880、0.869、0.691、0.733和0.814,t检验值均小于2.145,表明预测值与实测值之间没有显著性差异。【结论】‘海沃德’猕猴桃的应力松驰特性参数与猕猴桃品质特征具有很强的相关性,运用岭回归法建立的应力松弛参数与各指标的回归模型可以准确地预测猕猴桃的品质特征,为猕猴桃贮藏期间的品质快速测定提供了理论依据。

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