【目的】 探究从前苏联引进的簇毛麦No.1026（Dv#4）的EST-SSR序列特征及其在染色体的分布,分析它们在不同簇毛麦间及与小麦间的多态性,为其进一步的研究与利用提供依据。【方法】通过Illumina HiSeq测序获得No.1026植株的转录组序列,利用MISA软件分析转录组SSR序列及特征,采用Primer 3设计SSR引物,随机合成238对引物,对小麦中国春与簇毛麦Dv#4和引自英国剑桥的簇毛麦Dv#2的基因组DNA进行扩增,在琼脂糖凝胶上分离评价扩增产物的多态性,并利用一套小麦-簇毛麦异染色体系进行扩增分析。【结果】 检测了No.1026总长62.76 Mb的转录组序列,发现10 497个SSR位点,它们分布于8 735条Unigene上。在1—6个核苷酸的重复单元中,单、双、三碱基的重复占95.85%,其中三核苷酸串联重复数量最多,占SSR总数的50.33%,而CCG/CGG基序的重复占三核苷酸串联重复的41.66%;单核苷酸重复是第二大类型,出现频率为27.13%,其中A/T重复占单核苷酸重复的74.58%。二核苷酸重复类型的数量位列第三,占SSR总数的18.39%。在238对EST-SSR引物中,88对在中国春与簇毛麦（包括Dv#2和Dv#4）之间的扩增产物显示多态性;8对只在簇毛麦和单一异染色体系扩增;4对可在簇毛麦和多个异染色体系中特异扩增;但多数可在簇毛麦中清晰扩增的引物不能在任何异染色体系中扩增,推测可能与簇毛麦基因组及染色体导入小麦过程中的变异有关;47对（19.74%）在2份不同来源的簇毛麦Dv#2和Dv#4之间的扩增产物呈现多态性。利用1对EST-SSR引物和1个EST-PCR标记检测48个簇毛麦植株,证明多态性的SSR引物可有效用于检测簇毛麦的异质性。【结果】 簇毛麦No.1026（Dv#4）的转录组中存在丰富的SSR序列,其中CCG/CGG、A/T和AG/CT等三核苷酸、单核苷酸和二核苷酸是其最主要的串联重复基序。部分EST-SSR的侧翼保守序列与单一或若干外源染色体特异相关联,据此开发特异的分子标记,可用于跟踪检测小麦背景中特异的簇毛麦染色体或染色体片段。Dv#4与Dv#2间的部分EST-SSR具有多态性,提示2份不同来源簇毛麦的表达序列间存在一定程度的遗传差异,因此,簇毛麦Dv#4值得进一步的发掘研究。
【目的】 通过对大豆α-生育酚进行遗传和QTL分析,研究其遗传机制,定位其主效QTL,为高α-生育酚含量的大豆品种选育奠定遗传学基础。【方法】 以栽培大豆晋豆23为母本、山西农家品种大豆灰布支黑豆（ZDD02315）为父本杂交衍生的447个RIL作为供试群体构建遗传图谱,试验群体及亲本分别于2011年、2012年和2015年夏季在河南省农业科学院原阳试验基地种植,冬季在海南省三亚南繁基地种植。田间试验采取随机区组设计,2次重复。从6个环境中每个家系选取15.00 g籽粒饱满,大小一致的大豆种子,利用高效液相色谱法定性、定量测定样品中的α-生育酚含量。采用主基因+多基因混合遗传分离分析法和WinQTLCart 2.5复合区间作图法,对大豆α-生育酚含量进行主基因+多基因混合遗传分析和QTL定位。【结果】 基于主基因+多基因混合遗传分离分析法,α-生育酚受4对主基因控制,遗传基因分布在双亲中。4对主基因间加性效应值中3对为正值,表明这些基因来源于母本晋豆23;1对为负值,表明该对基因来源于父本灰布支黑豆;4对主基因之间相互作用的上位性效应表现为正值和负值的各有3对,说明不同基因间上位性效应对α-TOC的影响方向并不完全一致。环境因素引起的变异为0.13%—4.05%。表明α-TOC主要受4对主基因影响,受环境因素影响较小。采用WinQTLCart 2.5复合区间作图（CIM）共检测到17个影响α-生育酚的QTL,分布于第1、2、5、6、8、14、16、17共8条染色体中,单个QTL的贡献率8.35%—35.78%,QTL主要表现为加性效应。qα-D1a-1同时在2011年原阳、2012年原阳和三亚、2015年原阳4个环境下检测到,且均定位在第1染色体Satt320—Satt254标记区间19.79 cM处,解释的表型变异分别为12.55%、12.01%和11.89%、12.61%,加性效应值0.119-0.132,增加α-TOC含量的等位基因来自母本晋豆23;qα-A2-1同时在2011年原阳和三亚、2015年原阳3个环境下检测到,且均定位在第8染色体Sat_129—Satt377标记区间44.53 cM处,解释的表型变异分别为23.18%和22.56%、23.01%,加性效应值-0.195—-0.180,增加α-TOC含量的等位基因来自父本灰布支黑豆。qα-D1a-1和qα-A2-1 2个QTL能够稳定遗传。【结果】 α-生育酚最适遗传模型符合4MG-AI,即4对具有加性上位性效应的主基因遗传模型。其遗传主要受4对主基因影响,受环境因素影响较小。检测到α-生育酚的2个稳定主效QTL,Satt320—Satt254和Sat_129—Satt377是共位标记区间。
【目的】 小麦穗数是产量构成的重要因素。通过图像处理技术快速准确地统计小麦穗数,为作物长势监测和产量估测提供重要依据。【方法】 本研究以经氮肥梯度处理后不同长势的小麦为研究对象,首先,通过简单线性迭代聚类算法（simple linear iterative cluster,SLIC）对田间小麦图像进行超像素分割的预处理;提取并分析图像的部分颜色特征参数,选择适宜的颜色特征参数训练分类器;选择准确率最高的分类器对图像进行分类处理,识别麦穗。其次,对麦穗识别结果进行二值化;经腐蚀、膨胀等一系列形态学计算提取麦穗主体并进行区域统计;提取麦穗骨架,检测骨架角点数,结合角点数与区域统计结果计算小麦穗数;最后,通过线性回归分析方法验证了无氮（0）、低氮（1/2常规施氮量）、正常氮（常规施氮量）、高氮（2倍的常规施氮量）4个氮水平麦穗统计结果。【结果】 （1）利用超绿值（Eg）和归一化红绿指数（Dgr）作为分类特征可以有效地识别麦穗、土壤和叶片;（2）相较于直接基于像素进行图像处理,经超像素分割处理后麦穗识别结果更理想,识别出麦穗主体清晰,形态更为完整;（3）经比较,高氮水平下小麦长势较好,穗数统计准确率最高,为94.4%,无氮水平下小麦长势较差,穗数统计准确率最低,仅为81.9%;排除无氮情况后,长势较均匀的氮水平混合样本中麦穗计数准确率达到92.9%,相较于长势差异较大的混合样本准确率提高了8.3%。【结果】 在一般环境下,利用超像素和颜色特征的麦穗自动统计方法可以快速准确地对大田小麦进行穗数计算,长势过弱以及差异过大区域不推荐使用,研究结果为小麦大田估产提供了新的参考。
【目的】 东北地区春旱频发严重影响玉米出苗与苗期生长,明确水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育的影响及其耦合效应,可为东北春玉米水、氮调控措施的优化提供依据。【方法】 2016—2017连续2年设置水分、氮素两因素盆栽试验,土壤相对含水量设4个水平,分别为重度干旱（W0,30%）、适度干旱（W1,50%）、水分适宜（W2,70%）和水分过量（W3,90%）;施氮量设3个水平,分别为不施氮（N0,0）、低氮（N1,0.12 g N·kg -1土）和高氮（N2,0.24 g N·kg -1土）。【结果】 水分、氮素均显著影响玉米苗期的植株生长、根系发育、氮素吸收与利用,且两因素对植株干重、根系形态、吸氮量和氮肥利用率交互作用显著。土壤水分亏缺或过量均抑制了植株生长、干物质累积、根系发育和氮素吸收。W0处理的负面影响最为严重,其地上部干重、根系干重和植株吸氮量与W2处理相比分别降低55.5%、60.1%和47.4%,氮肥利用率下降6.4个百分点,根长和根表面积分别减少58.2%和59.5%。施氮显著促进玉米苗期植株生长与氮素吸收,降低根冠比,且不同水分条件下氮肥效应及对根系发育的影响存在明显差异。水分适宜条件下施氮促进根系生长,显著增加根长、根表面积和根体积,植株干重和吸氮量增幅最高。干旱胁迫条件下施氮抑制了根系发育,显著降低根长和根表面积,氮肥效应偏低。水分过量条件下施氮改善根系生长,但施氮效应仍低于W2处理。各水分条件下,N1处理的根长和根表面积均高于N2处理,而体积接近或更小,说明低氮增加了细根的比例。水分、氮素不仅显著影响根系形态,也导致根系空间分布出现明显差异。干旱胁迫促进根系下扎,增加深层土壤的根长分布,W0和W1处理0—12 cm土层根长比例相比W2处理分别下降11.0和8.3个百分点,而24—36 cm土层分别提高9.5和6.9个百分点。与干旱胁迫相反,水分过量趋向于增加根系在表层土壤的聚集。施氮显著促进表层土壤的根系分布,N1和N2处理0—12 cm土层根长比例相比N0处理分别增加16.3和13.7个百分点,而24—36 cm土层分别下降11.5和12.5个百分点。所有水-氮处理中,W1N1处理根系的空间分布最为均衡。【结论】 水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育有显著的耦合效应,适宜的水、氮措施可优化根系形态与空间分布,增加植株干重和氮素吸收利用。春玉米生产中建议降低氮肥基施用量以发挥水氮耦合效应,促进根系下扎和细根增殖,提高植株耐旱性和氮肥利用率。
【目的】 隐花色素（cryptochrome, Cry）和铁硫簇蛋白IscA（iron-sulfur cluster assembly,即MagR）是生物体内潜在的磁受体蛋白,本研究通过RNA干扰（RNAi）技术,分别敲减褐飞虱（Nilaparvata lugens）体内的磁响应关键基因NlCry1、NlCry2和NlMagR,旨在探明近零磁场（near-zero magnetic field,NZMF）环境下,以上3种基因在褐飞虱寿命调节过程中的作用,从而间接探讨这3种基因对磁场的响应情况。【方法】 采用RNAi技术,以实验室正常磁场环境下稳定饲养的短翅初羽化褐飞虱雌雄成虫为材料,通过向其体内注射双链RNA（dsRNA）分别抑制磁响应关键基因NlCry1、NlCry2和NlMagR,随后立即分别放入正常磁场（geomagnetic field,GMF）和近零磁场中,于每日相同时间观察记录试虫寿命。同时于注射后的1、2和3 d通过RNAiso Plus法提取GMF中褐飞虱雌成虫总RNA,反转录合成第一链DNA,后采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术检测该基因的表达情况,以确定基因干扰效率。【结果】 注射dsNlCry1后,褐飞虱雌雄成虫寿命在近零磁场和正常磁场间均无显著差异。注射dsNlCry2后,近零磁场中褐飞虱雌雄成虫寿命比正常磁场分别显著延长27.78%和50.04%;此外,与注射dsGFP处理相比,正常磁场下注射dsNlCry2的雌成虫寿命缩短,而近零磁场下注射dsNlCry2的雌成虫寿命延长,但二者差异均不显著;近零磁场和正常磁场下注射dsNlCry2的雄成虫寿命均缩短（25.41%和10.73%）,且正常磁场下差异显著。近零磁场中,注射dsNlMagR的雌成虫寿命较注射dsGFP的寿命显著缩短了16.48%,而雄成虫寿命在磁场间、干扰处理间的差异均不显著。【结论】 磁场变化下褐飞虱雌雄成虫体内3种磁响应关键基因对其寿命的调节功能存在差异。其中,NlCry2对磁场变化存在敏感响应,表现为敲减该基因与磁场变化的互作显著地影响雌雄成虫寿命,且表现出“性二型性”;NlMagR也可对磁场变化产生明显响应,但该响应只存在于雌成虫;此外,NlCry1对磁场变化无响应,该基因或与褐飞虱雌雄成虫寿命调节无关。
【目的】 卵黄原蛋白受体（vitellogenin receptor,VgR）是介导昆虫卵黄原蛋白胞吞作用的主要受体,通过RNA干扰（RNAi）方法研究甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）VgR的功能,为深入了解甜菜夜蛾生殖生理的分子机制及开发有效防治新方法提供依据。【方法】 以甜菜夜蛾雌成虫腹部的cDNA为模板,通过PCR克隆得到甜菜夜蛾VgR基因片段,其包含配体结合域功能区。绿色荧光蛋白基因（GFP）片段通过特异性引物从笔者实验室保存的GFP质粒上扩增。将VgR和GFP 目的片段连入pMD-19T载体后进行测序,利用DNAMAN软件分析基因序列的准确性。以测序验证正确的质粒作为DNA模板,利用带T7启动子的引物进行PCR扩增。用T7 RiboMAX TM Express RNAi System合成试剂盒合成VgR-dsRNA和GFP-dsRNA。应用10 μL微量进样器在化蛹第2、6天的甜菜夜蛾雌蛹腹部注射3 μL双链RNA（2 μg·μL -1）。利用RT-qPCR技术检测甜菜夜蛾刚羽化、羽化24 h、羽化48 h雌成虫的VgR表达量变化,同时统计对照组（空白对照、注射GFP-dsRNA）和处理组（注射VgR-dsRNA）甜菜夜蛾的羽化率及单雌产卵量。【结果】扩增得到VgR和GFP基因片段,大小分别为327和417 bp。RT-qPCR 检测结果表明,与对照组相比,注射dsRNA后甜菜夜蛾的VgR表达水平显著下降。对于刚羽化、羽化24 h、羽化48 h的雌成虫,注射VgR-dsRNA处理组的VgR表达量相比注射GFP-dsRNA的对照组分别下降了79.35%、84.22%、67.68%。通过解剖观察刚羽化、羽化24 h、羽化48 h的甜菜夜蛾卵巢,发现注射VgR-dsRNA处理组与注射GFP-dsRNA对照组相比, 卵巢发育进度显著推迟。对于羽化24 h的甜菜夜蛾,与注射GFP-dsRNA组相比,注射VgR-dsRNA处理组卵巢管长度下降了23.92％;注射GFP-dsRNA组的卵巢成熟卵粒较多,平均直径为（0.46±0.05）mm,而注射VgR-dsRNA处理组成熟卵粒数量较少且相对较小,平均直径为（0.23±0.02）mm。注射GFP-dsRNA组和VgR-dsRNA组的羽化率无显著差异。注射VgR-dsRNA处理组的单雌平均产卵量只有170粒,而对照组（空白对照和注射GFP-dsRNA）单雌平均产卵量可达到451粒和420粒,处理组与对照组的产卵量存在显著差异。【结论】 通过体外注射dsRNA的方法研究VgR的功能,能够显著降低VgR表达。VgR在甜菜夜蛾的生殖中起着不可替代的作用,直接影响甜菜夜蛾卵巢的发育与产卵量,可以作为控制甜菜夜蛾的潜在靶标。
【目的】 明确腐殖酸对低浓度（5 mg·L -1）百菌清（chlorothalonil）的缓释增效作用,为减少农药使用量、延长农药药效提供新的科学思路,为选择新的农药增效剂提供理论依据。【方法】 将腐殖酸（50 mg·L -1）添加至低浓度百菌清中,进行尖镰孢（Fusarium oxysporum）的体外平板及液体培养,通过菌丝体生长试验及血球计数板、等温微量热技术,测定相应的抑菌率（inhibition rate,IR）、孢子体数量以及生长代谢过程中的热量排放。【结果】 将对照抑菌率设定为0,腐殖酸-百菌清复配处理较百菌清处理的IR显著提高了10.29%（P<0.05）,相对增效达到25.33%。液体摇菌培养过程中,摇菌培养的第3天,百菌清处理与腐殖酸-百菌清复配处理的孢子数无显著差异;摇菌培养第7天,百菌清处理的孢子数极显著低于其他处理（P<0.01）;摇菌培养的第14天,腐殖酸-百菌清复配处理的孢子数显著低于其他处理（P<0.05）,而百菌清处理与对照之间无显著差异,表明腐殖酸延长了低浓度百菌清对尖镰孢孢子数增加的抑制效应。各处理的热功率-时间曲线图显示,腐殖酸-百菌清复配处理热量排放曲线在监测的72 h内未检测到热排放峰;而单独添加百菌清的处理在试验的后期重新出现热排放峰;单独添加腐殖酸处理的热排放曲线与对照曲线接近。对热功率-时间曲线相关参数进一步分析,结果显示百菌清处理的Pmax（最大热功率）显著低于对照和腐殖酸处理（P<0.05）,而Tmax（最大热功率时间）显著高于对照和腐殖酸处理（P<0.05）;腐殖酸-百菌清复配处理的Pmax、Q（整体发热量）、k（生长速率常数）均显著低于其他处理（P<0.05）,表明该处理病原菌的生长代谢活性显著低于其他处理,即病原菌生长代谢受到抑制的程度最大;腐殖酸处理与对照曲线各参数之间无显著差异,表明病原菌的生长代谢活性没有受到抑制,同时说明腐殖酸-百菌清复配处理中生长代谢受到的抑制作用与腐殖酸本身无关。【结论】 添加腐殖酸可以显著提高低浓度百菌清对尖镰孢菌丝体生长、孢子体数量增加以及生长代谢过程中能量排放的抑制能力。将腐殖酸作为低浓度百菌清的农药增效剂,是降低百菌清用量及延长百菌清药效的有效措施。
【目的】 探讨长期定位施磷条件下小麦产量、土壤有效磷水平及籽粒养分含量变化,为旱地小麦合理施用磷肥,提高产量、改善品质提供理论依据。【方法】 基于2004年在黄土高原开始的长期定位试验,于2014—2015、2015—2016和2016—2017连续3年取样,研究不同施磷量对小麦产量,生物量,产量构成,籽粒氮、磷、钾含量,土壤有效磷含量及磷吸收利用的影响。【结果】 与不施磷相比,长期施磷使小麦产量平均提高67%,生物量提高58%,穗数和穗粒数分别增加64%和8%,而千粒重降低7%。施磷量与小麦产量、生物量呈抛物线关系,获得最高产量6 465 kg·hm -2的施磷量为144 kg P2O5·hm -2。籽粒氮含量随施磷量增加而降低,磷和钾含量随施磷量增加而提高。土壤有效磷含量与施磷量呈显著正相关,小麦获得最高产量时播前和成熟期有效磷含量分别为16.9和20.4 mg·kg -1。磷吸收利用效率随施磷量增加而降低,施磷量提高50 kg P2O5·hm -2,需磷量增加0.4 g·kg -1,磷收获指数降低1.3%,生理效率降低45.1 kg·kg -1。【结论】 综合考虑小麦的籽粒产量和关键养分含量,研究区域旱地小麦应以95%的最高产量为实际生产目标,施磷量为94 kg P2O5·hm -2,播前土壤有效磷为12.0 mg·kg -1,成熟期为13.8 mg·kg -1。
【目的】 基质栽培是有效解决设施土壤连作障碍、质地恶化对作物生产造成不利影响的有效途径之一。目前基质栽培水肥管理缺乏量化指标,本研究旨在通过研究滴灌水肥耦合对塑料大棚春季基质栽培黄瓜产量、生长、生理、品质和偏肥料生产力的影响,探究黄瓜基质栽培优质高效生产的灌水和营养液供应标准。【方法】 以‘春优1号’黄瓜为试材,按照标准山崎黄瓜营养液配方,设置3个营养液浓度水平（F1：75%剂量、F2：100%剂量、F3：125%剂量）和3个单株灌水量（W1：75%蒸腾蒸发量（crop evapo-transpiration ETc）、W2：100% ETc、W3：125% ETc）,共9个水肥耦合处理,分析不同灌水和营养液浓度对基质袋栽培黄瓜产量、干物质量、品质、水肥利用效率（water use efficiency,WUE）和肥料偏生产力（partial factor productivity of fertilizer,PFP）的影响。运用多元回归分析和空间分析方法,确定塑料大棚春季基质袋栽培黄瓜高效生产的适宜灌水量和营养液浓度。【结果】 灌水量的增加有利于黄瓜产量和PFP的增长,收获期60 d内W3F1处理产量（7 667.3 kg/667m 2）和PFP（205.67 kg·kg -1）均最大。在相同施肥处理下,PFP随灌水量的增加呈上升趋势;F1条件下,W3处理净光合速率低于W1,但其叶面积指数较大,同化量较高,获得较高产量。仅考虑灌水条件下,W1水平下黄瓜果实品质的VC、还原糖表现最优;而W3水平下黄瓜果实的可溶性固形物和可溶性蛋白有最优值。运用多元回归和空间分析方法综合评价产量、品质和肥料偏生产力,确定适宜的灌水施肥范围为36.0—42.2 kg/667m 2和198.0—219.8 m 3/667m 2;42.2—44.6 kg/667m 2和206.3—219.8 m 3/667m 2。【结论】 灌溉和营养液浓度对黄瓜的生长、产量、品质、水分利用效率和肥料偏生产力均有显著影响,以黄瓜产量、硝酸盐含量和PFP同时达到最优值的±10%范围时确定的灌溉量和营养液浓度是塑料大棚春季基质袋栽培黄瓜的优化滴灌施肥方案。
【目的】 研究不同品种不同生长时期黑穗醋栗果实内抗坏血酸（AsA）含量及其合成代谢过程中相关酶活性的变化,以明确果实生长发育过程中AsA含量与代谢合成相关酶之间的关系,为全面揭示黑穗醋栗果实AsA积累规律提供理论依据。【方法】 以3个不同黑穗醋栗品种（‘亚德’‘布劳德’和‘黑丰’）为试材,测定果实在幼果期、膨大期、半转色期、转色期和成熟期时还原型抗坏血酸（AsA）、氧化型抗坏血酸（DHA）、还原型谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量以及AsA合成与代谢相关酶活性。【结果】 不同品种黑穗醋栗果实大小、AsA含量以及AsA相关代谢物水平存在明显的多样性。其中‘亚德’单果重最大,为1.97 g。果实生长发育过程中,总抗坏血酸（T-AsA）和AsA含量在3个品种中变化趋势一致,均在幼果期含量最高,其中‘亚德’幼果期果实中AsA含量最高,为83.17 μmol·g -1 FW,随着果实的生长迅速下降,在成熟期降至21.28 μmol·g -1 FW;3个品种果实中GSH和T-GSH含量随着果实发育呈升高趋势,但不同品种升高时期或增加幅度不同;GSSG含量在不同品种间存在较大差异,成熟果中‘黑丰’含量最低,为0.008 μmol·g -1 FW,仅为‘亚德’的10.2%。AsA-GSH循环再生代谢中,脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）活性在果实膨大期达到最高,成熟期降至最低,其中‘布劳德’果实中DHAR和MDHAR活性略高于‘亚德’和‘黑丰’;谷胱甘肽还原酶（GR）活性在幼果期最高,‘亚德’幼果期果实中GR活性最高（0.06 μmol·min -1·g -1 FW）,之后随着果实的生长发育不断下降,抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性变化与之相似;L-半乳糖途径的关键酶L-半乳糖-1,4-内酯脱氢酶（GalLDH）活性随着果实生长发育的变化趋势与AsA含量变化相一致,且‘亚德’果实中GalLDH活性在幼果期和成熟期均高于其他两个品种。通过相关性分析发现,GalLDH与T-AsA、AsA、DHA、DHAR和MDHAR呈现极显著正相关关系,相关系数可达0.91以上,即果实中GalLDH活性越高,果实中AsA含量也越高;DHAR和MDHAR与T-AsA、AsA间也存在极显著正相关关系,而APX与T-GSH、GSH间相关性较强。【结论】 黑穗醋栗幼果期果实中AsA含量最高,且品种间差异显著;GalLDH、MDHAR和DHAR可能是黑穗醋栗果实中AsA合成代谢的关键酶,黑穗醋栗果实中AsA含量积累主要取决于GalLDH活性,说明合成途径起着更关键的作用,而AsA-GSH循环再生途径相关酶对AsA合成也有一定的贡献,黑穗醋栗高AsA含量的积累是由合成途径与循环途径共同作用的结果。
【目的】 鉴定重庆綦江皱皮木瓜果实有机酸特征性成分,解析果实不同发育期有机酸变化规律,为皱皮木瓜果实发育期有机酸代谢研究提供基础数据。【方法】 以重庆綦江皱皮木瓜(‘大罗’木瓜)为研究对象,采用溶剂提取、甲酯化衍生与气相色谱-质谱联用仪检测,进行不同发育期果实有机酸组成及含量测定,药典委2012版中药色谱指纹图谱相似度分析软件进行共有特征性成分峰匹配,SigmaPlot 10.0进行果实发育过程总有机酸、强酸味和弱酸味成分变化规律分析,Simca-P 11.5与SPSS 20.0结合进行果实发育期共有特征性成分PCA分析与HCA聚类。【结果】 经甲醇提取、甲酯化衍生、氯仿萃取和GC-MS检测,从綦江皱皮木瓜8个发育期果实中共分离出共有特征性成分41种,包括低碳羧酸10种、长链脂肪酸21种、芳香族有机酸5种、一元酚酸类3种和氨基酸2种,TIC图基线平稳,成分峰分布均匀且分离度高,分离效果好。綦江木瓜从盛花后90 d至果实完熟（160 d）总有机酸含量呈先下降再上升再下降的倒“之”字型,总有机酸与强酸味（r=0.970）、弱酸味成分（r=0.998）极显著正相关;而强酸味成分与低碳羧酸极显著正相关（r=0.999）,与一元酚酸显著正相关（r=0.747）;弱酸味成分与长链脂肪酸极显著正相关（r=0.999）。綦江木瓜完熟期检出的强酸味有机酸以苹果酸、乙酰丙酸、柠檬酸为主,累计相对含量占检出总强酸味成分的90%以上;苹果酸在发育期经历了含量下降、略有上升然后再下降的变化过程,呈从盛花后90—120 d逐渐下降,到130 d略有上升,然后再下降的倒“之”字型;柠檬酸与苹果酸变化规律相似,但乙酰丙酸与苹果酸截然相反,总体呈现上升趋势,到盛花后130 d增至最高点,之后略有下降（150 d降至最低）,进入完熟期再次升高。相关性分析表明,果实强酸味有机酸总量与苹果酸、柠檬酸呈极显著正相关,但与乙酰丙酸、异柠檬酸和水杨酸弱负相关。弱酸味成分变化规律分析表明,在果实发育期,油酸、亚油酸、棕榈酸和10-羟基-十六烷酸等多数弱酸味成分均经历了迅速下降、缓慢上升再下降的变化过程,而十九烷酸却呈缓慢上升,然后下降再上升的相反过程;相关性分析表明,以油酸、亚油酸等多数弱酸味有机酸与总弱酸味有机酸极显著正相关,与十九烷酸和硬脂酸弱负相关。Simca-P主成分分析表明PC1和PC2分别解释了总变量40.00%和23.20%,样品主成分得分图显示,S1和S2聚为一类,α-酮戊二酸、苹果酸、奎尼酸、莽草酸、棕榈酸、亚油酸对样品此类有机酸组成起决定性作用;S3、S4、S5聚在一起,油酸、10-羟基-十六烷酸对这3个发育期样品起决定性作用;S6和S7聚在一起,丙二酸、乙酰丙酸、异柠檬酸、水杨酸是其主要贡献性成分;S8单独存在,琥珀酸、十九烷酸、二十四烷酸是其主要贡献性成分;该结果与基于SPSS平方欧氏距离的离差平方和聚类分析结果基本一致。【结论】 綦江皱皮木瓜属苹果酸型水果,果实发育过程中有机酸的积累模式由盛花后90 d的苹果酸-柠檬酸积累型向完熟期（160 d）乙酰丙酸-苹果酸-柠檬酸积累型转变,酸积累模式的转变在重庆皱皮木瓜果实酸度与风味品质决定中具有重要作用。
【目的】 建立苹果原料制干适宜性评价模型,实现基于苹果原料指标预测干制品品质的目标,为苹果制干专用化原料的筛选提供方法依据,为明确苹果干制品品质形成的基础物质提供数据支持。【方法】 以来自7个不同主产区的21个主栽品种,共34份苹果鲜果样本为研究对象,运用多种数据处理方法建立苹果脆片品质综合评价模型与苹果原料制干适宜性评价模型。（1）利用压差闪蒸干燥方法制备34份苹果鲜果的脆片样本,测定苹果脆片17项品质指标,采用因子分析进行降维并筛选得到苹果脆片品质评价核心指标,运用层次分析法得到脆片核心指标权重值,构建脆片品质综合评价模型并计算得到脆片综合评价得分。（2）测定34份苹果鲜果样本22项品质指标,与脆片核心指标进行相关性分析并筛选出与脆片品质相关的果实特征指标。选用29个样本以果实特征指标为输入,对应脆片综合评价得分为输出,利用误差反向传播（Error Back Propagation, BP）神经网络算法构建学习模型;其余5个样本为验证样本,评价学习模型的预测准确性。变换3组学习样本构建3个学习模型,对比3个模型的预测准确性,验证建模方法的合理性与稳定性。【结果】 苹果脆片L*值、脆度、膨化度、可滴定酸含量、可溶性糖含量和粗蛋白含量被确定为不同样本脆片品质综合评价的核心指标,构建的苹果脆片品质综合评价模型为Y综合得分=L*值×0.3724+脆度×0.2665+膨化度×0.1583+可滴定酸含量×0.0890+可溶性糖含量×0.0569+粗蛋白含量×0.0569。34个苹果鲜果样本制得的脆片综合得分范围为0.2069—0.7933,存在较大差异,得分排名前3的苹果样本为‘辽宁华红’‘辽宁华金’和‘山东烟富6号’,排名最后的苹果样本为‘陕西秦冠’。基于脆片核心指标与苹果果实品质指标相关性分析结果,筛选出苹果果实的果形指数、果肉a*值、pH、可滴定酸含量、Vc含量、果核比例、粗蛋白含量、果肉b*值、密度、可溶性固形物含量、粗纤维含量、总糖含量12项指标作为果实制干适宜性评价的特征指标。以果实特征指标值为输入层,对应苹果脆片综合评分为输出层,建立BP神经网络学习模型,可实现苹果原料制干适宜性的定量预测。该方法建立的学习模型有较高的预测准确性与稳定性,变换学习样本得到的3个学习模型的预测值与实际值相对误差均不超过10%,实际值与模型预测值线性拟合后决定系数R 2均大于0.95。【结论】 苹果制干适宜性可由果实的果形指数、果肉a*值、pH、可滴定酸含量、Vc含量、果核比例、粗蛋白含量、果肉b*值、密度、可溶性固形物含量、粗纤维含量、总糖含量12项指标进行评价,建立的适宜性评价模型可实现基于苹果原料指标定量预测其制干适宜性。
【目的】 探讨长链非编码RNA LncRNA-133a对牛骨骼肌卫星细胞增殖分化过程的影响。【方法】 利用测序样品3、6、9月龄胎牛及24月龄成年和牛骨骼肌肌肉组织,qRT-PCR法检测LncRNA-133a的组织时序表达谱。构建牛骨骼肌卫星细胞的体外成肌诱导分化模型,模拟牛骨骼肌的生长发育过程,qRT-PCR法检测LncRNA-133a和肌细胞分化标记因子MyoG、MHC的细胞时序表达谱。利用过表达LncRNA-133载体（pCDNA3.1-EGFP-LncRNA-133a） 或LncRNA-133a抑制物（si-LncRNA 133a） 转染牛骨骼肌卫星细胞,qRT-PCR法检测转染效率以及各转染处理组LncRNA-133a、MyoD、MyoG及MHC基因mRNA的表达水平,Western blotting检测MHC 基因的蛋白表达水平;同时,通过EdU细胞增殖检测、免疫荧光蛋白染色技术检测牛骨骼肌卫星细胞增殖阶段的细胞增殖量和分化阶段的肌管融合程度。【结果】 组织表达谱分析发现LncRNA-133a在3月龄胎牛肌肉组织中表达量最高,6月龄胎牛肌肉组织中次之,9月龄胎牛及成年牛肌肉组织中表达量最低,时序表达呈下降趋势;利用成功构建的牛骨骼肌卫星细胞体外诱导分化模型,进行LncRNA-133a、MyoG、MHC的细胞时序表达谱分析,结果发现在牛骨骼肌卫星细胞分化过程中（D0-D3）,肌分化标记因子MyoG、MHC的表达水平逐渐升高,LncRNA-133a的表达在分化阶段呈上升趋势,且分化48 h时（D2）表达量最高;成功构建的过表达LncRNA-133a或抑制LncRNA-133a的牛骨骼肌卫星细胞模型,在增殖期（D0）：与对照组相比,过表达LncRNA-133a处理组EdU增殖染色检测得到EdU阳性细胞数显著增加（P<0.01）,而LncRNA-133a抑制处理组EdU阳性细胞数显著减少（P<0.01）;在分化48 h时（D2）：与对照组相比,LncRNA-133a过表达处理组肌细胞分化标记因子MyoD、MyoG及MHC的mRNA表达水平显著升高（P<0.05）,Western blotting检测MHC蛋白表达量显著增加（P<0.01）,且MHC蛋白的免疫荧光蛋白染色检测观察到融合肌管的体积占比更大;而LncRNA-133a抑制处理组MyoD、MyoG及MHC的mRNA表达水平均降低,其中MyoG显著降低（P<0.05）, MHC蛋白表达量显著减少（P<0.01）,同时MHC蛋白融合肌管的体积占比也降低。【结论】 研究证实LncRNA-133a具有促进牛骨骼肌卫星细胞增殖及分化的作用,为进一步挖掘LncRNA-133a调节牛骨骼肌卫星细胞增殖分化调控网络机制奠定了基础。
【目的】 以燕山绒山羊育成公羊为试验动物,旨在通过饲养试验和消化代谢试验探究日粮不同能氮比对燕山绒山羊育成公羊生长性能及营养物质表观消化率的影响,从而得出燕山绒山羊育成公羊合适的能量、蛋白水平及能氮比例。【方法】 选择体况良好、体重为（24.96±2.95）kg的6月龄燕山绒山羊育成公羊81只,采用两因子三水平设计,按3×3（能量×蛋白）完全随机设计分为9组（n=9）,采用3个可消化粗蛋白（DCP）水平（8.5%、9.5%和10.5%）和3个代谢能（ME）水平（9、10和11 MJ/kg·DM）,设计9种日粮并做成全混合颗粒饲料,每组绒山羊对应一种日粮。预试期10 d,正试期50 d,在试验中期,绒山羊平均体重达到30 kg时,每组选择4只放入消化代谢笼进行为期10 d的消化代谢试验（预试期7 d,正式期3 d）,采用全收粪尿法进行消化代谢试验,连续3 d收集绒山羊剩料、粪和尿。【结果】 （1）随着日粮ME水平的提高,日增重（ADG）差异不显著（P>0.05）,干物质采食量（DMI）和料重比（F/G）显著降低（P<0.05）;随着日粮DCP水平的提高,ADG和DMI呈先升高后下降趋势,中DCP水平组显著高于其他两水平组（P<0.05）,F/G差异不显著（P<0.05）;日粮ME×DCP水平对DMI交互作用显著。Ⅴ组ADG最高为（222 g·d -1）,显著高于Ⅰ组、Ⅳ组和Ⅵ组的ADG（P<0.05）且高于其他5组的ADG,但是差异不显著（P>0.05）。（2）随着日粮ME水平的提高,粪能显著降低,消化能、总能消化率显著升高（P<0.05）;日粮DCP水平和ME×DCP交互作用对能量消化代谢影响不显著（P>0.05）。（3）随着日粮ME水平的提高,摄入氮、粪氮显著降低（P<0.05）,可消化氮有降低趋势,高ME水平组氮消化率显著高于其他两水平组（P<0.05）;随着日粮DCP水平的提高,摄入氮、尿氮、可消化氮和氮消化率显著升高（P<0.05）,日粮ME×DCP水平对氮消化率交互作用显著（P<0.05）。（4）提高日粮ME水平会显著提高干物质（DM）、有机物（OM）、粗脂肪（EE）和钙（Ca）的消化率（P<0.05）;低DCP水平组Ca的消化率显著低于其他两水平组（P<0.05）。【结论】 燕山绒山羊育成公羊日粮ME和DCP分别为10 MJ·kg -1DM和9.5%时最适宜,ADG最高（222 g·d -1）,F/G较低。
【目的】 微小RNA（microRNA,miRNA）是一类重要的基因表达调控因子,可影响宿主与病原间的互作过程。蜜蜂球囊菌（Ascosphaera apis）是一种特异性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。本研究旨在对意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica,简称意蜂）幼虫肠道在球囊菌胁迫前期的差异表达miRNA（differentially expressed miRNA,DEmiRNA）及其靶基因进行深入分析,在miRNA组学水平探究意蜂幼虫在球囊菌侵染前期的胁迫应答,并通过构建显著DEmiRNA的调控网络筛选出与宿主应答相关的关键miRNA。【方法】 利用small RNA-seq（sRNA-seq）技术对正常及球囊菌侵染的意蜂4日龄幼虫肠道（AmCK和AmT）进行高通量测序,首先对原始数据进行质控和评估,随后将过滤后的数据与西方蜜蜂（Apis mellifera）参考基因组进行比对;将比对上的序列标签（tags）注释到miRBase数据库,得出已知miRNA的表达量;通过TPM（tags per million）算法对各样本中miRNA的表达量进行归一化处理,以|log2 fold change|≥1且P≤0.05作为标准筛选得到显著DEmiRNA;利用TargetFinder 软件预测显著DEmiRNA的靶基因,并对其进行GO和KEGG代谢通路（pathway）富集分析。利用Cytoscape软件对miRNA-mRNA调控网络进行可视化。最后,利用茎环反转录PCR（Stem-loop RT-PCR）和荧光定量PCR（qPCR）验证测序数据的可靠性。【结果】 AmCK和AmT样品的测序分别得到13 553 302和10 777 534条原始读段（raw reads）,经严格过滤后得到的有效读段（clean reads）数分别为13 186 921和10 480 913条。各样品的生物学重复间的Pearson相关性系数分别在0.9822和0.9508以上。共有10个显著DEmiRNA,包括4个上调miRNA和6个下调miRNA。显著DEmiRNA在AmT的整体表达水平低于AmCK。10个显著DEmiRNA可靶向结合3 788个靶基因,其中上调miRNA的1 240个靶基因可注释到GO数据库中的39个GO条目,主要富集在结合、细胞进程、代谢进程和应激反应等;下调miRNA的749个靶基因可注释到34个GO条目,主要富集在细胞进程、结合、代谢进程和应激反应等。KEGG数据库注释结果显示,上调miRNA和下调miRNA的靶基因分别注释到95和66条代谢通路,富集基因数最多的分别是Wnt信号通路、Hippo信号通路、光传导以及内吞作用、磷脂酰肌醇信号系统、嘌呤代谢。对于上调和下调miRNA,分别有31和52个靶基因注释到内吞作用,15和7个靶基因注释到泛素介导的蛋白水解,11和5个靶基因注释到Jak-STAT信号通路,1和3个靶基因注释到MAPK信号通路。显著DEmiRNA与靶mRNA之间形成复杂的调控网络,7个显著DEmiRNA靶向结合96个与Wnt信号通路相关的mRNA,8个显著DEmiRNA靶向结合55个与内吞作用相关的mRNA。Stem-loop RT-PCR和qPCR结果验证了测序数据的可靠性。【结论】 对意蜂幼虫肠道在球囊菌侵染前期的DEmiRNA及其靶基因进行预测和分析,并构建和分析了DEmiRNA-mRNA调控网络,研究结果提供了宿主miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示了DEmiRNA通过调控细胞生命活动、新陈代谢以及部分细胞和体液免疫等生物学过程参与宿主的胁迫应答。miR-4331-y、miR-4968-y、miR-8440-y、novel-m0023-5p和novel-m0025-3p共同参与了宿主的Wnt信号通路和内吞作用的调控,可作为白垩病治疗的潜在分子靶标。
【目的】 分析家蚕（Bombyx mori）整合素β2的序列和结构特征及其在家蚕感染病原菌后血细胞中的表达变化,检测其重组蛋白对不同病原相关模式分子识别和病原菌的凝聚作用,为进一步探究家蚕整合素β2的蛋白功能打下基础。【方法】 利用生物信息学对整合素β2的序列和结构特征进行分析,利用实时荧光定量PCR检测家蚕分别注射大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）后整合素β2在血细胞中的表达变化。通过PCR技术扩增获得整合素β2完整的胞外域片段,构建至pET22b原核表达载体后转化至E.coli Rosetta(DE3)表达菌株。经IPTG诱导获得重组蛋白,利用Ni-NTA亲和层析得到纯化的体外重组蛋白,利用SDS-PAGE和Western blot对纯化获得的体外重组蛋白的纯度和质量进行检测。利用ELISA检测重组蛋白与两种不同病原相关分子模式LPS和PGN的结合情况,运用Western blot检测重组蛋白与不同病原微生物的结合情况,通过凝集试验检测重组蛋白对金黄色葡萄球菌的凝集能力,最后在个体水平探索重组蛋白在体内细菌清理中的作用。【结果】 家蚕整合素β2具有典型的β整合素亚基保守结构特征,即由一个较长的胞外域、一个单次跨膜结构域和一个较短的胞内域构成。家蚕整合素β2具有金属离子结合位点MIDAS、EGF结构域、半胱氨酸重复基序和NPxY等整合素典型的结构特征。实时荧光定量PCR检测结果表明家蚕在受到细菌感染后,整合素β2的表达发生显著变化。通过原核表达和蛋白纯化获得纯度较高的重组蛋白,SDS-PAGE和Western blot检测结果表明纯化的重组蛋白纯度较高,可以用于后续试验。ELISA试验表明重组蛋白对LPS和PGN等病原相关分子模式具有较强的结合能力。细菌结合试验结果显示重组蛋白能够结合多种细菌,但与革兰氏阳性菌的结合能力要高于革兰氏阴性菌。细菌凝聚试验结果显示重组蛋白在Ca 2+的存在下对金黄色葡萄球菌具有较强的凝聚作用。细菌清除试验证实重组蛋白可以有效促进机体对外源入侵细菌的清理作用。【结果】 整合素β2具有典型的整合素β亚基的结构特征,可能具有识别病原相关分子模式,如LPS和PGN等的能力,通过与细菌的直接结合而实现对入侵病原微生物的凝聚作用,从而增强有机体的免疫能力,推测在家蚕免疫反应中发挥重要作用。
【目的】株高是影响油菜抗倒性、丰产性和全程机械化进程的关键性状,油菜矮秆、半矮秆资源的发掘与研究,是实现株高遗传改良的关键。目前油菜优异矮源缺乏,通过对获得的甘蓝型自然矮化突变体进行表型鉴定、遗传分析及激素相关形态学、生理学分析,旨在综合评估其利用潜能,为其在油菜矮化育种中的应用提供理论指导并为后续基因定位、克隆奠定基础。【方法】将甘蓝型油菜品系141492自交6代后发现的半矮秆突变体经游离小孢子培养获得DH系群体,选取1个半矮DH系,暂命名dw-1,其平均株高约95 cm,变幅83—105 cm。对dw-1农艺性状、经济性状、抗病性等进行表型鉴定,并以dw-1与野生型高秆为亲本构建6世代遗传群体,应用主基因+多基因混合遗传模型对株高进行遗传分析。通过光暗处理（16 h光照/8 h黑暗、24 h黑暗）形态学观察、下胚轴与茎秆赤霉素敏感性测验,鉴定突变体突变类型。【结果】与野生型相比,dw-1千粒重无明显变化,菌核病病指、二次分枝数、单株角果数显著或极显著增加,主序有效长、一次分枝数、株高、分枝部位高度、重心高度、主序角果数、每角粒数、单株产量显著或极显著降低,全生育期极显著缩短。遗传分析表明,dw-1株高的遗传受1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制（D-0模型）,主基因加性效应-47.5,显性度0.2;B1、B2、F2主基因遗传率分别为76.0%、84.0%、85.0%,多基因遗传率分别为4.1%、5.6%、6.7%。光照与黑暗条件下,dw-1形态建成正常且下胚轴长度均极显著低于野生型。外施低浓度赤霉素对下胚轴与茎秆伸长作用不明显,高浓度处理有显著促进作用,但均不能恢复至野生型表型。【结论】dw-1田间综合性状优良,矮生性状以1对加性-显性主基因遗传为主,主基因又以加性效应为主,常规杂交育种早代选择有效。dw-1矮化机制与油菜素内酯途径无关,为赤霉素敏感性减弱应答类型。
【目的】对芝麻△9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD（△9 stearoyl acyl-carrier-protein desaturase）进行克隆与表达分析,并转入拟南芥,探究其在油酸合成过程中的作用,为芝麻油酸含量的遗传改良提供分子基础。【方法】提取中芝13叶片的总RNA,反转录为cDNA。根据芝麻基因组数据库中的SiSAD序列信息（序列号为SIN_1008977）设计引物,以cDNA为模板,通过RT-PCR克隆获得SiSAD编码区序列,并与参考基因组序列进行比较。利用InterPro进行保守结构域分析,获得SiSAD蛋白的保守结构域。利用BLAST对SiSAD蛋白进行同源对比,获得SiSAD的同源蛋白质。采用邻接法构建系统进化树,获得芝麻SAD蛋白与橄榄、牵牛花、蓖麻、莴苣、葡萄、柑橘、拟南芥等植物SAD蛋白的亲缘关系。通过荧光定量PCR检测SiSAD在2个芝麻品种中芝33和中丰芝一号的根、茎、叶、蕾和种子中的相对表达量,分析SiSAD的表达特异性。将SiSAD连接过表达载体,通过农杆菌介导法转化野生型拟南芥（Col-0）,筛选阳性后代,对T3代转基因和野生型的拟南芥种子中硬脂酸和油酸相对含量进行测定,分析SiSAD的功能。【结果】成功获得SiSAD的编码区序列,与参考基因组序列一致,全长为1 152 bp,编码383个氨基酸,SiSAD蛋白的分子量为43 kD,等电点为6.18。发现SiSAD蛋白含有一个保守结构域,属于脂肪酸去饱和酶家族成员,与其他植物的SAD蛋白质序列的同源性较高,暗示SiSAD在不同物种中的功能可能比较保守。系统进化分析显示,芝麻SAD蛋白与牵牛花和橄榄的SAD蛋白处于同一分支,进化关系较近,与蓖麻、拟南芥、柑橘的SAD蛋白亲缘关系较远。荧光定量PCR结果表明,SiSAD在芝麻种子中的表达量远远高于其他组织,有显著的组织特异性。成功构建了SiSAD的过表达载体,通过农杆菌介导法转化拟南芥,结果表明SiSAD成功导入拟南芥中,而且转录水平很高。对T3代转基因拟南芥种子中硬脂酸和油酸的相对含量分析表明,与野生型拟南芥比较,3个转SiSAD拟南芥株系中硬脂酸（C18:0）含量分别降低了3.0%、4.8%和6.1%,而油酸（C18:1）含量分别升高了2.8%、4.3%和7.8%,平均升高4.97%。【结论】克隆获得芝麻SiSAD的全长cDNA序列,鉴定了SiSAD的功能,发现SiSAD在油酸合成代谢过程中正向增加油酸含量,可应用于高油酸芝麻新品种培育。
【目的】研究黄淮旱地冬小麦农艺性状与生育期降水的时空分布特征与互作关系,为气候变化下黄淮旱地小麦品种改良提供理论依据。【方法】利用2010—2017年国家黄淮冬小麦区域试验对照品种在不同区域试验点的农艺性状与降水资料,结合地理时空分布与数理统计方法,分析黄淮旱地冬小麦农艺性状和出苗-成熟期总降水的关系。【结果】空间分布上,黄淮旱地小麦实际单位面积产量、千粒重呈现由西部旱薄地向东部旱肥地增加的趋势。西部旱薄地的株高相对较高,中东部旱肥地的株高相对较低。中东部以北的黄淮旱地不同生育阶段的总降水普遍较低,中东部以南的黄淮旱地不同生育阶段的总降水相对较高。时间变化上,河南、山西和陕西的中西部旱地的出苗—成熟期总降水表现出显著的增加趋势。出苗—抽穗期总降水与实际单位面积产量、株高、有效穗数呈显著正相关。通径分析表明,黄淮旱肥地的株高和有效穗数决定了产量变异的53.2%,黄淮旱薄地的株高和千粒重决定了产量变异的67%。【结论】建议黄淮旱肥地冬小麦育种以适当增加株高,提高花前高效利用有限降水的能力和增加穗部发育为主。黄淮旱薄地育种以稳定株高,提高花后转运干物质的效率和收获指数为主。
【目的】为提高土壤盐分信息定量遥感提取精度,准确掌握土壤盐渍化程度与分布。【方法】选择垦利区黄河口镇集中连片的重度盐渍土区域为试验区,于2018年4月26日—28日采用搭载Sequoia多光谱相机的无人机进行试验区近地遥感图像采集,并进行图像拼接、辐射校正、正射校正和几何校正等预处理;然后基于相关性分析、灰色关联度分析筛选土壤盐分的敏感波段,构建并筛选光谱参量;进而分别采用多元线性回归（multivariable linear regression,MLR）、支持向量机（support vector machine,SVM）及偏最小二乘（partial least square,PLS）方法构建土壤盐分定量反演模型,并进行验证与评价;最后基于最佳模型进行试验区土壤盐分的分布反演与分析,并与反距离加权插值结果进行精度比较。【结果】相较相关性分析,通过灰色关联度分析的反演模型精度及显著性均有所提高;对比3种建模方法,SVM模型精度最高,PLS模型次之,MLR模型最低,最佳模型为基于灰色关联度分析筛选变量的支持向量机模型,其建模R 2、RMSE分别为0.820、3.626,验证R 2、RMSE、RPD分别为0.773、4.960、2.200;据此模型反演得到该区域土壤盐分含量为0.323—21.210 g·kg -1,平均值为6.871 g·kg -1,重度盐渍土占58.094%,与实地调查结果较为一致;反演结果与反距离加权插值结果的误差80%控制在样本盐分含量平均值的20%以内,亦较为相近。 【结论】基于无人机多光谱可实现重度盐渍土盐分信息的准确提取。
【目的】NS3编码的蛋白是水稻条纹病毒（Rice stripe virus,RSV）RNA沉默抑制子。笔者前期研究发现,转NS3本氏烟（Nicotiana benthamiana）对RSV有一定的抗性。为深入揭示NS3在寄主体内的作用机制,本文将进一步探究转NS3本氏烟对其他烟草病害的抗性。【方法】以野生型本氏烟和转NS3本氏烟为试验材料,通过农杆菌浸润法接种马铃薯X病毒（Potato virus X,PVX）侵染性克隆,观察病毒症状,抽提系统发病叶片总RNA,并利用RT-qPCR方法检测病毒的相对积累量;采用灌根接种法分别接种烟草青枯病菌（Ralstonia solanacearum）、烟草黑胫病菌（Phytophthora parasitica var. nicotianae）,观察植株表型并统计发病率和病情指数。【结果】PVX侵染本氏烟后,植株叶片主要表现为花叶、褪绿等症状,NS3表达植株与野生型植株具有相同的PVX症状表现。在接种PVX 10 d后,RT-qPCR检测发现与野生型植株病毒积累量相比,NS3表达抑制了PVX在本氏烟体内的积累水平,两个转NS3株系（NS3-6、NS3-9）中PVX的相对积累量分别为野生型植株的68.17%和81.01%。青枯病菌在野生型植株和转基因植株上均引起萎蔫、猝倒等典型的病害症状,且两者的症状无明显差异。在青枯病菌侵染早期,NS3表达在一定程度上利于病菌的侵染,表现出对青枯病较为敏感;而在接种14 d,野生型植株的发病率为100.00%,病情指数为78.67,而NS3-6、NS3-9株系的发病率分别为95.00％、98.33％,病情指数分别为70.00、73.00;14 d之后发病率和病情指数逐渐升高,而NS3表达株系的病情指数均低于野生型植株。黑胫病菌在野生型植株和转基因植株上均为在茎基部出现黑褐色坏死斑等典型病害症状,且NS3表达也不影响本氏烟的症状表现。在黑胫病菌的侵染初期,NS3-6株系的发病率高于野生型植株;但在整个黑胫病发生过程中,转NS3株系的病情指数均低于野生型植株,在接种12 d,野生型本氏烟的发病率为96.67％,病情指数为77.50,而NS3-6、NS3-9株系的发病率分别为90.00％、86.67％,病情指数分别为64.17、62.08。【结论】通过病原侵染过程观察表明NS3表达在一定程度上影响了烟草病害在本氏烟上的侵染和严重程度,且对不同病原菌的影响不同。
【目的】在室内、温室和露地3种条件下,通过测定烟蓟马（Thrips tabaci）对不同单色光及不同波长诱虫色板的行为反应,探究对烟蓟马具有最佳趋性的波长、光照强度,以及相关影响因子如性别、日节律、饥饿、温度、相对湿度对烟蓟马趋光行为的影响,为改进诱虫色板及诱虫灯等烟蓟马绿色防控技术和产品提供依据。【方法】首先,室内使用分辨率高、光谱测量范围广、稳定性好的单色仪测试装置测定烟蓟马对10种单色光的行为学趋性,筛选出烟蓟马趋性较强的单色光,并将初始光照强度通过中性密度滤光片衰减,探究光照强度对烟蓟马趋光行为的影响。其次,以烟蓟马趋光率为统计指标,探究性别、日节律、饥饿、温度、相对湿度对烟蓟马趋光行为的影响。根据室内试验结果,利用Dan Bruton虚拟波长及RGB值的函数关系,打印出相应波长的蓝色和黄色诱虫色板,涂胶制板。评价温室和露地条件下,烟蓟马对不同波长自制色板及不同厂家生产色板的趋性。【结果】室内试验结果显示,烟蓟马对450 nm的蓝色光趋性最强,趋光率高达75.34%,其次为562 nm的黄色光以及430 nm的蓝紫色光,趋光率分别为73.61%和64.03%。在430、450、562 nm单色光刺激下,烟蓟马雌虫的趋光性均强于雄虫。光强衰减试验结果表明,随着光照强度增加,烟蓟马趋性增强。在上午8:30—10:00时,烟蓟马对430、450、562 nm单色光最为敏感。饥饿4 h后,烟蓟马的趋光性最强,之后随着饥饿时间的延长,趋光性降低。温度为25—30℃时,烟蓟马对3种单色光趋性极显著高于对照组;15℃时,烟蓟马对单色光的刺激均不敏感。相对湿度为45%—60%时,烟蓟马对430、450、562 nm单色光的趋性均显著强于对照组,而在相对湿度为30%和90%时,烟蓟马对单色光的趋性与对照组均无显著差异。通过在温室和露地中应用不同波长色板及不同厂家生产的诱虫色板对烟蓟马的诱集效果比较,结果发现450 nm的蓝色自制诱虫色板和反射波长为440—470 nm的2#诱虫色板均对烟蓟马诱虫效果最佳,此试验结果与室内筛选的最佳波长高度吻合。【结论】性别、日节律、饥饿、温度和相对湿度对烟蓟马的趋光行为均有一定的影响。室内光谱光强和诱虫色板试验均表明烟蓟马对450 nm蓝色光以及波长在450 nm左右的蓝色诱虫色板有明显的趋性,450 nm左右的蓝色诱虫色板可用于监测和防治烟蓟马。
【目的】研究包膜尿素与普通尿素不同配施比例对氮素释放及玉米氮素吸收的影响,旨在筛选有利于东北春玉米高产及氮素高效利用的包膜肥料与普通尿素比例,为控释氮肥在东北地区春玉米生产上的推广应用提供科学依据。【方法】2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地以当地主栽品种东单6531和铁研358开展田间试验。供试肥料：树脂包膜尿素和普通尿素。两个试验区均设置了不施氮处理（CK0）、普通尿素常规施氮量（CK）和减氮对照处理（CK1）、树脂包膜尿素较CK减氮处理（T0）;沈阳试验区还设置了3个树脂包膜尿素与普通尿素不同配比及减氮处理（T1、T2、T3）,海城试验区设置了两个处理（T1、T2）。T1、T2、T3处理包膜尿素和普通尿素的配施比例分别为8:2、6:4、4:6;沈阳试验区常规氮肥用量为244 kg·hm -2,减氮处理施氮量为220 kg·hm -2;海城试验区常规氮肥用量为217 kg·hm -2,减氮处理施氮量为195 kg·hm -2。玉米生长季内各生育时期分别采集土壤和植株样品,测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量,每个小区单独采收记录产量。 【结果】包膜尿素与普通尿素配施能显著提高玉米产量（P<0.05）,且随着配施比例的增加,产量呈先增加后降低趋势,其中T2处理的玉米产量最高（10 250 kg·hm -2）,CK1产量最低（9 307 kg·hm -2）。在等氮素条件下,玉米产量表现为T2>T3>T1>T0>CK1,籽粒产量较CK1处理增产幅度为3.89%—25.76%。在减氮10%条件下,T2处理产量与CK处理相比差异不显著。包膜尿素与普通尿素配施能显著提高玉米生育前期土壤中无机氮含量,树脂包膜尿素可以为玉米中后期生长提供氮源,且在等氮条件下,随着包膜肥料与普通尿素配比增加,氮素表观利用率和氮肥农学效益均呈先升高后降低趋势,其中均以T2处理最高,CK1处理最低,两地结果一致。 【结论】包膜尿素与普通尿素配施处理的春玉米产量、氮肥利用率和氮肥农学效益均优于普通尿素处理,其中以T2处理包膜尿素与普通尿素配比为6:4,效果最好;根据两种肥料不同时期的释放特点,通过拟合曲线,在辽中南地区,当62%包膜尿素搭配38%普通尿素条件下,产量、氮素表观利用率和经济效益最高且最合理,可以充分发挥普通尿素和包膜肥料优势,可有效增加春玉米中后期土壤无机氮供应能力,获得显著的增产效果,提高经济效益。
【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量（0,CK;180 kg N·hm -2,N180和360 kg N·hm -2,N360）作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型（砂姜黑土和潮土）对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度（地表和20 cm）对小麦和玉米秸秆分解的影响。 【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显著影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势（小麦秸秆在潮土上呈增加趋势）。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显著高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下（180 d）,小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg -1、氮为4 g·kg -1、磷为3.6 g·kg -1;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg -1、氮11 g·kg -1、磷3.3 g·kg -1。大田条件下,秸秆还田深度显著影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显著高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg -1、氮2 g·kg -1、磷3.5 g·kg -1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg -1、氮4 g·kg -1、磷3.8 g·kg -1。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg -1、氮5 g·kg -1、磷2 g·kg -1;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg -1、氮6 g·kg -1、磷2.5 g·kg -1。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显著正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显著负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显著负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显著负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显著负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显著正相关。 【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显著影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显著促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。
【目的】探究水肥耦合对番茄植株养分吸收和光合参数的影响及其相互关系,为西北温室番茄科学水肥管理提供理论依据。【方法】通过日光温室番茄试验,基于水分蒸发量设置3个灌水量：1.00E（W1）、0.75E（W2）、0.50E（W3）和3个施肥水平（N-P2O5-K2O）：高肥320-160-320 kg?hm -2（F1）、中肥240-120-240 kg?hm -2（F2）和低肥160-80-160 kg?hm -2（F3）,以当地常规灌水施肥为对照（CK）。 【结果】结果表明,不同水肥处理对番茄叶面积指数（LAI）和叶绿素含量影响显著（P<0.05）,均随灌水施肥量的增加而增加。LAI在成熟采摘期达最大,而叶绿素含量随植株生长先增加后降低,果实膨大期达到最大。叶片N、P、K含量呈N>K>P,分别在22.83—47.20、4.45—7.08和22.00—34.92 g?kg -1间变化,提高灌水量与施肥量利于提高叶片养分含量、植株养分累积及养分向果实的转移,W1F1处理下叶片N、P、K含量及植株N、K和果实养分累积量均达到最大（除51 d叶片N和89 d叶片P含量外）。灌水和施肥对植株净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）影响显著（P<0.05）,适当增加灌水量与施肥量,能够提高植株Pn、Gs、Tr。整个生育期W1F1处理下Pn最大,而Tr在CK下最大（90 d除外）。在成熟采摘期水胁迫显著降低了Pn,而在W1水平继续灌水对提高Pn、Gs、Tr不明显。番茄各生育期叶片N、P、K含量与叶绿素含量和Pn均呈显著正相关关系,植株和果实养分累积量与净光合速率和产量均呈显著正相关关系。 【结论】综合考虑叶面积指数、叶绿素含量、光合参数、植株养分吸收累积及最终产量,W1F1处理（灌水量1.0E,施肥量N-P2O5-K2O 320-160-320 kg?hm -2）为最优灌水施肥组合。
【目的】茶树咖啡碱合成酶1（TCS1）是山茶属（Camellia）茶组植物咖啡碱合成的关键酶,TCS1具有丰富的等位变异。从我国丰富的茶树种质资源中发掘TCS1稀有等位变异并研究其功能,深入解析茶树咖啡碱合成机制,为低咖啡碱育种提供新的基因资源。【方法】利用特异引物TCS1P InDel F/R对673份茶树资源中的TCS1等位变异进行鉴定;使用引物TCS1cDNAF/R,从含有新稀有等位变异的茶树资源中克隆基因的cDNA全长序列;利用生物信息学、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）和原核表达等方法研究新发现稀有等位基因的功能。【结果】在部分大理茶（C. taliensis）资源中鉴定到一个新的TCS1稀有等位变异,命名为TCS1g。从大理茶资源‘龙陵17’（LL17,含有的TCS1等位变异为TCS1a和TCS1g）中克隆了TCS1g。TCS1g的编码区序列全长为1 098 bp,编码365个氨基酸,编码蛋白的分子量和理论等电点分别为40.9 kD和5.1。序列比对结果表明,TCS1g与TCS1a、TCS1b、TCS1c、TCS1d、TCS1e、TCS1f的相似度在94.1%—99.2%;与具有可可碱合成酶活性（TS）的TCS1b和TCS1c编码蛋白序列相似度均大于96.7%,而与同时具有TS和咖啡碱合成酶（CS）活性的TCS1a、TCS1d、TCS1e、TCS1f相似度都小于95.4%,且TCS1g第221位氨基酸残基与TCS1b、TCS1c同为组氨酸（His）,而TCS1a、TCS1d、TCS1e、TCS1f为精氨酸（Arg）。第221位氨基酸残基位于TCS1g蛋白活性中心,该位点的突变（His突变为Arg）,可以导致TCS1g的等电点（5.05变为5.06）和亲水性（-0.119变为-0.123）发生改变。此外,5′上游调控区域的比对结果显示TCS1g、TCS1b、TCS1c起始密码子（ATG）比TCS1a、TCS1d、TCS1e、TCS1f延后了15 bp。原核表达发现TCS1g具有TS活性,活性为44.3 pkat/mg,但未检测到CS活性。qRT-PCR的结果表明LL17中等位变异TCS1g有表达。LL17的咖啡碱和可可碱的含量分别为40.3 mg·g -1和5.4 mg·g -1。 【结论】鉴定并克隆了一个新的TCS1稀有等位变异TCS1g,其在LL17中具有一定的表达水平,且其表达蛋白具有TS活性,而未检测到CS活性;推测决定TCS1g仅具有TS活性的关键位点是第221位氨基酸残基。
【目的】确定软枣猕猴桃果实成熟度的划分标准,进而确定不同销售需求的最佳采收期,并对在冷库贮藏的七成熟、八成熟和九成熟的果实特性进行研究,为不同成熟度的软枣猕猴桃贮藏特性研究提供理论依据。【方法】测定软枣猕猴桃不同采收期果实的硬度、可溶性固形物、可滴定酸、淀粉、单宁、种子转色指数,采用相关性分析法和层次分析法对数据进行处理分析,确定各分级指标权重,建立软枣猕猴桃综合值评分模型;并以此为标准,对果实成熟度进行分级,测定不同采收期的软枣猕猴桃冷藏期间的理化指标。【结果】盛花期后76 d和78 d果实的6个指标综合评分≤0.3209,划分为七成熟,盛花期后80 d和82 d果实的6个指标综合评分为0.3209—0.4562,划分为八成熟,盛花期后84、86、88、90和92 d果实的6个指标综合评分为0.4562—0.6440,划分为九成熟,盛花期后94和96 d果实的6个指标综合评分≥0.6440,划分为十成熟。在贮藏过程中,八成熟果实在后期腐烂指数显著低于七成熟的果实,硬度显著高于七成熟的果实,八成熟和九成熟果实的单宁含量在贮藏14 d后一直处于较低状态,八成熟果实的VC含量在贮藏70 d时最高,七成熟果实可溶性固形物含量显著低于其他成熟度的果实,八成熟和九成熟果实的可滴定酸含量增减程度差异不大。七成熟果实不能在采后的贮藏过程中完成后熟,达不到预期的口感与风味;九成熟果实在贮藏后期风味良好,但贮藏期最短;八成熟果实贮藏后各项生化指标可达到最佳状态。【结论】软枣猕猴桃果实的6个指标综合评分分别为≥0.6440、0.4562—0.6440、0.3209—0.4562、≤0.3209时,可将果实成熟度确定为十成熟、九成熟、八成熟和七成熟;七成熟果实口感与风味不好,八成熟果实适合长期贮藏、错季节上市及远距离运输后销售,九成熟果实适合采后本地销售鲜食及加工。
【目的】通过探索生长期肉用绵羊的甲烷（CH4）排放规律,旨在建立相关的CH4预测模型。【方法】采用单因素试验设计,以饲粮NFC/NDF（非纤维性碳水化合物/中性洗涤纤维）为0.78自由采食组的平均日增重作为饲粮NFC/NDF为1.03组和2.17组的限饲标准,在此基础下测定肉用绵羊的生长性能、营养物质消化率和甲烷产量,并分析肉用绵羊不同体重阶段的甲烷产量与饲粮干物质基础下的营养物质含量、营养物质摄入量、可消化营养物质摄入量及营养物质消化率间的回归关系。【结果】预测肉用绵羊生长早期（25—35 kg）CH4产量的最佳一元和多元回归模型分别为：CH4（L·d -1）= -26.58×NFC/NDF + 92.7（R 2 = 0.772,P <0.001）;CH4 (L·d -1)=2.71×NDFD-2.45×DMD-0.97 CPD+124.46（R 2=0.846,P=0.001）。预测肉用绵羊生长后期（48-55 kg）CH4产量的最佳一元和多元回归模型分别为：CH4 (L/d)=-57.00×GE (MJ·kg -1)+1076.0（R 2=0.581,P=0.002）;CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=-0.013×NDF intake (g/d)-0.13×CP intake (g/d)+0.02×DM intake (g/d)+0.84（R 2=0.652,P=0.019）。而肉用绵羊生长期整体CH4产量的最佳一元和多元预测模型分别为：CH4(L/d)=-26.94×NFC/NDF+90.71（R 2=0.655,P <0.001）;CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=0.005×Digestible NDF intake (g·d -1)+0.011×Digestible DM intake (g·d -1) - 0.097×Digestible CP intake (g·d -1)-4.78 （R 2=0.722,P <0.001）。 【结论】建立了肉用绵羊独立生长阶段（25—35 kg、48—55 kg）和整体生长阶段（25—55 kg）的CH4预测模型。研究表明,处于不同体重阶段的肉用绵羊的最佳甲烷预测因子不尽相同,且甲烷产量受饲粮NFC/NDF影响较大。这可为今后评估我国饲养模式下的甲烷产量提供理论依据,也可为肉用绵羊饲粮的合理配制提供技术参考。
【目的】检测绵羊ADIPOQ基因多态性及连锁现状,评估该基因突变对绵羊生长及胴体性状的影响,以期丰富绵羊相关重要经济性状的分子遗传研究基础。【方法】以8个不同品种的商品绵羊为研究对象,利用PCR-SSCP方法检测ADIPOQ基因Exon-1区和Exon-2区变异,利用GLMs模型进行评估该基因突变对绵羊生长及胴体性状的影响。【结果】绵羊ADIPOQ基因Exon-1区和Exon-2区共检测到13个突变位点,其中Exon-2区发现的c.46T/C突变导致编码氨基酸p.Tyr16His转变。Exon-1区等位基因A1和B1为优势等位基因,Exon-2区等位基因A2和D2为优势等位基因,且两个区域的等位基因均存在种群差异,大多数品种在两个区域中的变异为中度多态（0.25<PIC<0.5）,只有美利奴羊在Exon-2区为高度多态（PIC>0.5）,特克塞尔、派伦代和丘陵陶塞特羊在Exon-2区为低度多态（PIC<0.25）;两段区域间存在的突变位点为高度连锁,且趋向于共同遗传（D’=0.952,r 2=0.365）。关联分析结果表明,ADIPOQ基因Exon-1区变异对绵羊生长性状存在性别差异,携带等位基因A1的公羔具有较低的断尾重、断奶重和断奶前生长速度（P<0.05）,而携带等位基因A1的母羔却与生长性状无显著关联;携带等位基因B1的公羔与生长性状无显著关联,但携带等位基因B1的母羔却具有较高的断尾重（P<0.05）;同时发现基因型为B1B1的公羔个体具有更高的断尾重和断奶重（P<0.05）;胴体性状关联分析结果表明,携带等位基因A1的群体具有较低的热胴体重、腰部瘦肉量、后腿瘦肉量和总瘦肉量（P<0.05）,携带等位基因B1的群体则具有较高的后腿瘦肉量、后腿瘦肉比例和较低的肩部瘦肉比例（P<0.05）;基因型为B1B1的个体均有较高的热胴体重、腰部瘦肉量、后腿瘦肉量和总瘦肉量（P<0.05）。 【结论】绵羊ADIPOQ基因的两段区域具有丰富的多态性,Exon-2区域中的c.46T/C为非同义突变。Exon-1区变异影响绵羊的生长性状和胴体性状,淘汰携带等位基因A1的个体和选留存在等位基因B1的个体、或留存B1B1基因型的个体和淘汰A1A1的个体,均可有效改善绵羊后代群体的部分生长性状和胴体性状。
【目的】为了探索秦川牛（Bos taurus）SMAD1基因在成肌细胞分化过程中的分子作用机制,通过研究沉默、过表达该基因后对牛原代成肌细胞分化及成肌相关基因表达量的影响,以期为BMP信号通路在牛肌肉组织生长发育过程中的作用机制提供理论依据。【方法】根据Genbank牛SMAD1（NM_001077107.2）已知序列设计并合成靶向沉默SMAD1基因的干扰序列siSMAD1和阴性对照siRNA-NC。以秦川牛原代成肌细胞cDNA为模板,利用PCR技术克隆获得SMAD1基因CDS序列,构建腺病毒过表达穿梭载体pDC316-mCMV-EGFP-bSMAD1。将腺病毒基因组质粒和腺病毒载体穿梭质粒共转染到HEK 293细胞中,通过Cre-loxp重组酶获得重组腺病毒。获得的携带目的基因的腺病毒标记为AD-bSMAD1,重组质粒pDC316-EGFP标记为AD-NC,用做对照组病毒,利用LaSRT法测定腺病毒的滴度。将获得的干扰序列siSMAD1和过表达腺病毒AD-bSMAD1分别侵染秦川牛原代成肌细胞,采用实时荧光定量PCR检测SMAD1基因和成肌标志基因MyoD、Myf5、MyoG的mRNA水平,并观察对细胞分化融合情况的影响。【结果】成功获得了1条能有效沉默SMAD1基因siRNA,将其转染秦川牛原代成肌细胞后进行人工诱导分化,相比对照组,SMAD1基因分别下调了75.4%（诱导1d,P<0.01）、66.7%（诱导3d,P<0.01）、60.0%（诱导6d,P<0.01）、54.7%（诱导9d,P<0.01）。此外,还成功构建了秦川牛SMAD1基因的腺病毒过表达穿梭载体,获得了滴度为1×10 10pfu/mL的过表达重组腺病毒AD-bSMAD1。与对照组相比,高滴度过表达病毒AD-bSMAD1侵染秦川牛原代成肌细胞0、1、3、6、9d后,与对照组相比,SMAD1基因的表达水平分别上调了2.10倍（诱导1d）、3.19倍（诱导3d）、105.3倍（诱导3d）,P<0.01）和144倍（诱导9d,P<0.01）;结合肌管形成过程的变化和实时荧光定量结果证明,SMAD1基因促进原代成肌细胞分化和肌管形成,并显著上调成肌标志基因MyoD、Myf5、MyoG的表达。 【结论】获得了能有效沉默秦川牛原代成肌细胞SMAD1表达的特异性的干扰序列siSMAD1,以及可成功实现过表达SMAD1基因的腺病毒介导的体外表达载体,可正向调控成肌细胞的分化和肌管形成过程。
【目的】微孢子虫是一种细胞内专性寄生的真核生物,几乎能感染所有生物,包括人类。极管作为微孢子虫特有的侵染器官,主要由极管蛋白组成。极管蛋白在微孢子虫侵染宿主与稳定孢子结构中发挥重要作用。本研究通过克隆、表达家蚕微孢子虫（Nosema bombycis）极管蛋白2（NbPTP2）,分析其在成熟孢子极管上的定位特征,为深入研究极管蛋白的功能打下基础。【方法】克隆家蚕微孢子虫NbPTP2。利用Expasy、SignalP 4.1、TMHMM Server V.2.0和NetPhos 3.1 Server等在线软件对NbPTP2的序列特征进行分析,包括氨基酸组成、蛋白质理论分子量、等电点、信号肽、跨膜结构域和磷酸化位点。此外,利用MEGA 7.0软件构建不同种属微孢子虫极管蛋白2的系统进化树。通过克隆NbPTP2,将其与原核表达载体pET32a(+)连接,构建pET32a(+)-NbPTP2重组表达质粒。将测序正确的重组质粒转化到大肠杆菌Rosetta中,IPTG诱导异源表达,经镍柱亲和层析纯化融合蛋白后免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体。利用免疫印迹检测NbPTP2在成熟孢子中的表达情况,并通过间接免疫荧光试验（IFA）分析NbPTP2在家蚕微孢子虫成熟孢子中的定位特征。【结果】成功克隆并获得长为834 bp的NbPTP2基因序列,该蛋白编码278个氨基酸残基,理论分子质量为30.9 kD,等电点为9.39,无跨膜结构域,N端存在信号肽,具有潜在的磷酸化修饰位点。系统进化树分析结果显示,家蚕微孢子虫NbPTP2与西方蜜蜂微孢子虫NaPTP2、东方蜜蜂微孢子虫NcPTP2的亲缘关系最近。Western blot结果表明,NbPTP2编码的蛋白质在成熟孢子的孢子总蛋白中有表达,分子量大小约为39 kD。IFA定位特征分析结果显示,NbPTP2能定位于家蚕微孢子虫的整条极管上,证实其为一种极管蛋白。【结论】明确了NbPTP2与其他微孢子虫极管蛋白2的亲缘关系,NbPTP2在成熟家蚕微孢子虫中有表达,且能定位于微孢子虫发芽后的整条极管上。研究结果可为极管的结构解析与极管蛋白功能的研究提供依据。
目的 叶绿素含量与作物产量呈正相关。通过提高叶绿素含量来提高作物产量是作物育种的方向之一。因此,利用全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）解析玉米叶绿素含量的遗传基础,可为玉米高光效理想株型设计育种提供理论指导。方法 以538份玉米自交系构成的关联群体为研究对象,在5个环境下,通过对其授粉后5 d的棒三叶（穗位叶、穗上叶、穗下叶）叶绿素含量进行测定,并借助覆盖玉米全基因组的558 629个单核苷酸多态性标记（SNPs）,利用3种模型（Q、K和Q+K）对叶绿素含量进行全基因组关联分析,随后选择最优模型的GWAS结果并结合eQTL（expression quantitative trait loci）分析对叶绿素含量的自然变异进行解析。结果 5个环境下,棒三叶叶绿素含量均遵从正态分布且叶绿素含量间呈正相关;方差分析表明棒三叶叶绿素含量的环境效应、基因型效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平;此外,穗上叶、穗位叶和穗下叶叶绿素含量的遗传力分别为0.66、0.66和0.67。比较3种模型发现K模型对假阳性（I型错误）控制最好,在此模型下共检测到29个与棒三叶叶绿素含量显著关联的SNP（P≤3.99×10-6）,涉及到18个位点,共有76个候选基因落在这18个位点内,其中85.5%（65/76）的候选基因具有eQTL,11.8%（9/76）的候选基因与对应表型显著相关（P＜0.05）,说明这9个基因可能是通过表达量变化来调控表型变异。在这76个基因中,60个候选基因有功能注释,功能涉及到能量代谢、物质输送代谢途径和生物合成调节等过程。此外还发现2个可以在不同环境或不同叶片共定位的位点,其中,共定位位点内的基因GRMZM2G074759编码一种与AAE3高度相似的酰基活化酶,该基因通过提高α-酮戊二酸（ALA）和草酰乙酸含量进而影响氨基酸生物合成,提高籽粒赖氨酸含量,改善玉米品质。此外,ALA的合成会促使叶绿素含量升高,进而提高作物产量,推测该基因为最可能的候选基因。结论 K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型,共检测到18个玉米叶绿素含量显著关联位点,发现多个参与叶绿素合成途径相关基因。
目的 黄萎病（Verticillium wilt）是棉花生产上的重要病害,严重影响棉花的产量和品质。棉花基因组测序工作的完成为抗病基因挖掘提供了重要的信息资源。通过对一个尚未有功能注释的陆地棉基因CRVW（cotton resistance to Verticillium wilt）进行克隆与抗病功能验证,为棉花基因组信息完善、抗病机制解析和分子育种等方面奠定基础。方法 根据参考基因组序列设计引物,同源克隆陆地棉（Gossypium hirsutum）农大601（ND601）中CRVW的开放读码框（open reading frame,ORF）。利用在线工具ProtParam预测蛋白氨基酸组成、分子量、理论等电点、不稳定指数和总平均亲水性等性质;应用PSIPRED v3.3预测蛋白二级结构;在线工具ProtComp v. 9.0进行亚细胞定位预测;PlantCARE在线软件分析顺式作用元件。构建CRVW与绿色荧光蛋白基因融合表达载体,通过基因枪介导法转化洋葱表皮细胞,观察CRVW的表达位置。利用qRT-PCR检测CRVW在棉花不同组织、黄萎病菌胁迫条件下不同抗、感品种间,以及水杨酸（salicylic acid,SA）诱导处理条件下的表达模式。构建CRVW沉默载体,应用病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）技术进一步验证该基因在棉花中的抗病功能。检测CRVW沉默后一些与植物抗病调控相关标志基因的表达变化,分析其介导的抗病通路。结果 从陆地棉品种ND601中克隆到CRVW的ORF,其全长780 bp,编码259个氨基酸残基,分子量约为30.2 kD,理论等电点9.59;蛋白二级结构含69.50%不规则卷曲、17.76% α-螺旋、11.20%延伸链和1.54% β-卷曲。综合生物信息学预测和荧光观察结果,显示CRVW主要存在于植物细胞膜和细胞质。CRVW在棉花根、茎和叶中都有表达,但在根中的表达量最高。CRVW的ORF上游序列（CRVW-P）中包括响应乙烯（ethylene）、SA、生长素（auxin）和脱落酸（abscisic acid）等4种激素信号的顺式作用元件。另外,CRVW-P还包括一些与伤害、防御、胁迫、病菌、干旱和低温等相关的顺式作用元件。SA喷洒处理后,CRVW显著上调表达。黄萎病菌胁迫后,CRVW在抗病品种ND601和感病品种中棉所8号（CCRI8）中均显著上调表达,但在感病品种中上调表达的发生时间明显滞后。黄萎病菌处理20 d后,CRVW沉默组棉苗表现出比对照（CK）组更明显的黄化、萎蔫和落叶等黄萎病病症。进一步统计分析显示,CRVW沉默组病指显著高于CK组,表明CRVW沉默显著降低了棉苗对黄萎病菌的抗性。沉默CRVW后,棉苗中SA含量显著降低;ICS1（isochorismate synthase 1）、EDS1（enhanced disease susceptibility 1）、PAD4（phytoalexin deficient 4）、NPR1（nonexpresser of PR gene 1）和PR1（pathogenesis-related protein 1）等与SA积累和信号调控相关的标志基因均发生显著下调表达。结论 CRVW定位于细胞质和细胞膜,主要在棉花根部表达,可能通过SA信号通道参与棉花抗黄萎病反应过程。
目的 为旱区不同降水年型冬小麦蓄墒增产耕作方式的选择提供科学依据。方法 于2007—2018年在陕西黄土旱塬实施免耕与深松轮耕长期定位试验,设置免耕/免耕/深松（NNS）、免耕/深松（NS）和连续免耕（N）3种耕作处理,分析不同降水年型轮耕模式下冬小麦休闲期和生育期蓄墒效果及ET、WUE、产量和经济效益。结果 降水年型对冬小麦休闲期及生育期土壤蓄墒、ET、WUE、产量和经济效益影响显著。丰水年型较干旱和平水年型分别提高冬小麦休闲期（23.9%和31.9%）和生育期（6.5%和16.6%）0—200 cm土层土壤蓄墒量,并在冬小麦水分急剧消耗的拔节期至灌浆期,分别增加耗水量1倍和3倍以上,且较干旱和平水年型WUE分别提高21.1%和16.3%,增产70.0%和25.8%,增效2倍和1/2倍以上。干旱、丰水和平水年型分别以免耕/深松（NS）（106.1 mm）、连续免耕（N）（192.0 mm）和连续免耕（N）（91.5 mm）处理休闲期0—200 cm土壤蓄墒量最高;生育期0—100 cm土壤蓄墒效果受降雨和冬小麦生长发育影响波动较大,但120—200 cm深层土壤蓄水量基本呈“先增后减”的稳定变化趋势,并以免耕和深松轮耕措施蓄墒效果较好;免耕/免耕/深松（NNS）处理在干旱和丰水年型WUE及增产增效优势显著,在平水年型,连续免耕（N）处理产量和经济效益最高,分别为4 297 kg·hm -2和4 773元/hm 2。受深松作业及其频次影响,免耕/免耕/深松（NNS）和免耕/深松（NS）轮耕处理分别增加生产成本172和227元/hm 2,但生产投入的高低并非是影响经济效益的关键因素。较免耕/深松（NS）处理,免耕/免耕/深松（NNS）能以较少的深松频次节省生产成本,以较高的籽粒产量实现经济效益的最大化,具有减耗节水、提高冬小麦WUE和节本增效的优势,并在多数试验年份下保持节水减耗、经济高效的生产正效应,更具生产普适性。结论 从可持续农业生产及绿色低耗高效的发展目标综合分析,推荐免耕/免耕/深松（NNS）轮耕措施为黄土旱区冬小麦蓄墒增产增收的最适耕作方式。
目的 谷子营养丰富、生育期短、抗旱耐瘠,谷子种植对优化干旱半干旱地区农业种植结构和促进农民增收具有重要作用。分析我国谷子生产时空变化特征与区域优势,以期为优化谷子布局和促进谷子生产发展提供建议与理论依据。方法 基于1985—2015年谷子各省、县域生产统计数据,采用产量贡献率、重心迁移、比较优势指数等指标,分析了我国谷子生产时空变化规律。结果 30年间全国谷子播种面积由3.318×10 6hm 2减少至7.88×10 5hm 2后回升至8.39×10 5hm 2,单产由1 801.2 kg·hm -2提高至2 342.9 kg·hm -2,总产量变化中面积贡献率为80.3%,单产贡献率为18.4%,且单产贡献率逐渐增加。全国谷子生产重心年际间变化较小,优势产区稳定在东北地区中西部、黄淮海平原中北部和北部中低高原区东南部,具体集中在内蒙东部、东北三省与内蒙接壤的县域、河北大部、河南西北部、山东中部、山西大部、陕西北部、甘肃东部及宁夏中部。30年间黄淮海平原区、东北地区与西北部分县域单产增加但播种面积大量减少,使该区域表现为单产优势与面积劣势,2000年后北部中低高原区的吉林通榆、内蒙敖汉旗与山西部分县域的播种面积回升。播种面积较大而单产劣势的县域集中在黄土高原地区的陕西和山西中北部部分县域。结论 30年来全国谷子播种面积先减后增,生产集中程度不断增大,优势产区趋于稳定,单产逐步提升。黄淮海地区被夏玉米替代的夏谷较难恢复,东北地区中西部、北方农牧交错区及太行山沿线区谷子生产具有恢复潜力。谷子育种、栽培技术与生产加工机械的进步,对谷子生产提质增效与实现产业化发展至关重要。
目的 明确广西玉米穗腐病致病镰孢的种群构成及毒素化学型,为玉米穗腐病的综合防治、品种的合理布局和抗病育种提供重要指导和理论依据。方法 从广西玉米主产区采集玉米穗腐病样本,经组织分离和单孢纯化共获得138个镰孢菌分离物,分别来自21个县（区）。利用形态学和分子生物学相结合的方法进行镰孢菌种的鉴定,构建TEF-1α系统发育树,利用产毒基因特异性引物进行毒素化学型检测。结果 在138个镰孢菌分离物中,鉴定出10种镰孢菌,包括拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）、层出镰孢（F. proliferatum）、九州镰孢（F. kyushuense）、南方镰孢（F. meridionale）、甘蔗镰孢（F. sacchari）、藤仓镰孢（F. fujikuroi）、亚洲镰孢（F. asiaticum）、轮纹镰孢（F. concentricum）、变红镰孢（F. incarnatum）和禾谷镰孢（F. graminearum）,分离频率依次为50.72%、12.32%、10.87%、8.70%、6.52%、3.62%、3.62%、1.45%、1.45%和0.72%。禾谷镰孢复合种（F. graminearum species complex,FGSC）由南方镰孢、亚洲镰孢和禾谷镰孢3个独立种组成。拟轮枝镰孢为优势致病菌,禾谷镰孢复合种、层出镰孢和九州镰孢为次优势致病菌,而甘蔗镰孢和轮纹镰孢则是国内首次报道为玉米穗腐病致病菌。拟轮枝镰孢、层出镰孢、甘蔗镰孢和藤仓镰孢检测到伏马毒素关键合成基因FUM1的菌株数分别为67、13、5、3,具有潜在的产伏马毒素能力,轮纹镰孢则未检测到FUM1。供试禾谷镰孢复合种、九州镰孢和变红镰孢菌株的毒素化学型有4种：NIV、15-ADON、NIV+15-ADON和DON+15-ADON。8个九州镰孢菌株、2个亚洲镰孢菌株、2个南方镰孢菌株和1个变红镰孢菌株携带NIV毒素化学型;2个南方镰孢菌株携带15-ADON毒素化学型;8个南方镰孢菌株、2个九州镰孢菌株、1个亚洲镰孢菌株和1个变红镰孢菌株携带NIV+15-ADON毒素化学型;只有1个禾谷镰孢菌株携带DON+15-ADON毒素化学型。未检测到3-ADON毒素化学型菌株。结论 拟轮枝镰孢为广西玉米穗腐病优势致病菌,禾谷镰孢复合种、层出镰孢和九州镰孢为次优势致病菌。拟轮枝镰孢、层出镰孢、甘蔗镰孢、藤仓镰孢均检测到FUM1,广西禾谷镰孢复合种的主要毒素化学型为NIV和15-ADON,变红镰孢和部分九州镰孢的主要毒素化学型为NIV。广西玉米穗腐病镰孢菌种群构成与我国温带玉米相关研究结果存在差异,原因可能为镰孢菌种群适应广西热带和亚热带高温、高湿的玉米生长环境并因此导致毒素化学型的不同。
目的 明确水稻内生菌贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）菌株E69对多种植物病原真菌的拮抗作用,尤其是对稻瘟病的生物防治效果,减少化学农药的使用。方法 贝莱斯芽孢杆菌菌株E69和枯草芽孢杆菌（B. subtilis,稻瘟病生物防治最常用微生物）菌株E66分离于水稻叶片内生细菌,采用对峙培养法测试菌株E69和E66及其发酵液、无菌上清液对稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的拮抗作用,并测试两株内生芽孢杆菌对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）、镰孢菌（Fusarium spp.）、番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）、草莓炭疽病菌（Colletotrichum gloeospoioides）、烟草黑胫病菌（Phytophthora parasitica var. nicotianae）、链格孢菌（Alternaria alternate）、西瓜枯萎病菌（F. oxysporum）等11种植物病原菌的拮抗作用,温室条件下检测对水稻叶瘟的预防效果,田间试验检测对水稻叶瘟和穗颈瘟的预防效果,常规抑菌测试法研究对稻瘟病菌分生孢子萌发和附着胞形成的抑制作用。采用激光共聚焦显微镜观察绿色荧光蛋白标记后的工程菌株E69在水稻茎部的定殖情况。结果 菌株E69和E66对稻瘟病菌菌丝生长具有显著拮抗作用,温室条件下两个菌株对稻瘟病的预防效果分别为83.24%和76.57%,对叶瘟的田间预防效果分别为85.97%和79.76%,对穗颈瘟的田间预防效果分别为69.67%和68.82%,E69对叶瘟的预防效果显著高于75%的三环唑可湿性粉剂,对穗颈瘟的预防效果与三环唑无显著差异。菌株E69和E66对立枯丝核菌、镰孢菌、番茄灰霉病菌、草莓炭疽病菌、烟草黑胫病菌、叶枯病菌、西瓜枯萎病菌等11种植物病原菌有显著拮抗作用,E69的拮抗作用明显高于E66。菌株E69和E66能够强烈抑制稻瘟病菌分生孢子萌发和附着胞的形成,E69发酵液的抑菌效果分别为95.28%和94.16%,无菌上清液的抑菌效果分别为85.36%和84.31%;E66发酵液对分生孢子萌发和附着胞形成的抑菌效果分别为89.15%和87.38%,无菌上清液的抑菌效果分别为79.65%和72.45%。绿色荧光蛋白GFP78标记后的工程菌株E69在水稻茎部具有较好的定殖能力,可以稳定定殖在水稻茎部表皮、薄壁组织和维管束。结论 贝莱斯芽孢杆菌菌株E69是一种潜在的、预防效果明显的生防菌株,具有预防稻瘟病兼防纹枯病等多种真菌病害的应用潜力。
目的 定量分析近30年施肥对中国水稻产量的综合效应和影响机制,为水稻种植区域肥料的科学施用提供依据。方法 以全国水稻土长期监测点为平台,将相应的监测数据按照种植区域、试验时间、种植制度、作物类型、施肥类型、土壤质地、土壤pH、土壤有机质含量、土壤全氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效钾含量、土壤缓效钾含量进行分组,以不施肥处理作为对照,利用Meta-analysis方法探究施肥对水稻产量的综合效应及其影响因素。结果 近10年（2008—2017）以来,无论施肥与否,水稻产量均显著高于1988—1997和1998—2007年对应的水稻产量。与不施肥相比,施肥显著提高水稻产量,其提高幅度平均为80.8%。在西南地区施肥对水稻产量的提高幅度最高（98.5%）,显著高于华北地区（70.3%）。不同试验时间下,施肥比不施肥处理在1988—1997年对水稻产量提高的幅度（99.1%）高于1998—2007年（84.2%）和 2008-2017年（78.1%）。不同种植制度下,施肥较不施肥处理能显著提高一年三熟水稻产量（92.0%）,且提高幅度均高于一年一熟（76.2%）和一年两熟（81.9%）。与不施肥相比,双季稻施肥对水稻产量的提高幅度（85.9%）高于单季稻区（75.9%）和水稻-其他作物（79.5%）。与不施肥相比,有机肥与无机肥配合施用对水稻产量提高幅度（88.3%）高于化肥单施处理（76.6%）。施肥较不施肥处理能显著提高黏质土壤水稻产量（92.0%）,提高幅度显著高于砂质土壤（58.0%）和壤质土壤（77.5%）。随着土壤有机质和有效磷含量的增加,施肥较不施肥处理水稻产量提高的幅度呈降低趋势。在较高的土壤pH（＞7.5）、较低土壤全氮（＜1.5 g·kg -1）和缓效钾（＜150 mg·kg -1）情况下,施肥较不施肥处理水稻产量提高的幅度较高。随机森林分析结果表明：施肥对水稻产量提高幅度主要受水稻种植区域、土壤全氮和种植制度的影响。此外,肥料的农学效率与施肥对水稻产量增产幅度呈极显著正相关。结论 虽然当前施肥对水稻产量增加的趋势在降低,但是适量的肥料投入（尤其是西南地区）是提高和维持水稻高产的重要措施,尤其是有机肥与无机肥配合施用增产效果更加显著。同时,在种植制度的基础上,各水稻种植区域应结合土壤质地、土壤氮素和钾素等方面作为肥料投入的主要依据。
