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2019年 第52卷 第7期 刊出日期：2019-04-01

  

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中国农业科学. 2019, 52(7):  0. 

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葡萄研究专题

不同糖源对葡萄试管苗蛋白激酶相关基因表达的影响

梁国平,李文芳,陈佰鸿,左存武,马丽娟,何红红,万鹏,安泽山,毛娟

中国农业科学. 2019, 52(7):  1119-1135.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.001

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【目的】探究不同外源糖对葡萄试管苗生长发育及蛋白激酶基因转录调控的影响,应用转录组测序挖掘蛋白质磷酸化过程中的基因,为葡萄蛋白激酶相关基因功能的验证奠定一定基础。【方法】在基本培养基中分别添加2%的蔗糖、葡萄糖和果糖,以无糖为对照,分别命名为S20、G20、F20和CK,经过37 d培养后,测定不同处理的地上和地下鲜重,并采用Illumina HiSeq ^TM 2000对各处理叶片进行转录组测序,通过综合生物信息学分析（参考基因组比对、差异基因（DEGs）筛选、COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）注释、GO（Gene Ontology）注释等）筛选出蛋白激酶相关基因,通过qRT-PCR分析该蛋白激酶相关基因的表达特性。【结果】F20、G20和S20处理下的葡萄（‘红地球’）试管苗与CK相比,地上鲜重具有明显差异,且F20最高,而G20地下鲜重最高。SNP统计发现,转换是主要的变异类型,颠换次之,且发生在基因间区的SNP数量最多,其次是下游;剪接位点供体和同义终止发生的基因数量最少且相等。4个样品中共获得了2 633个差异基因,3个处理与CK相比,共有差异基因180个且被聚类为3组,第一组中127个基因仅在CK中高表达,第二组19个基因仅在G20下高表达,而第三组34个基因在3个处理下表达模式不尽相同。这些共有的差异基因在COG中注释到了26个基因并分在11个功能类别中,且主要注释在一般的功能类别中。在GO分类中,共有的基因分别被注释在分子功能、生物学过程和细胞组分的14、22和13个功能类别中。共筛选出7种蛋白激酶,分别为葡萄糖激酶（Glucokinase,GK）、丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinases,MAPKs）、钙调蛋白激酶（Calcineurin protein kinase,CBL）、蛋白磷酸酶2（Protein phosphatase 2,PP2A）、己糖激酶（Hexokinase,HXK）、组氨酸蛋白激酶（Histidine protein kinase,HPK）和酪氨酸激酶（Tyrosine kinase,TK）,其不同激酶的基因在不同处理中具有各自的表达模式,经qRT-PCR验证,选择的20个差异基因中有17个基因表达与转录组测序结果相一致。【结论】在葡萄试管苗培养中,果糖较葡萄糖和蔗糖相比对生长较好。测序得出180个差异基因对3种不同糖均作出响应,这些基因在COG数据库中主要富集在膜酯转运和代谢、次级代谢物和碳水化合物的合成、转运和分解;GO中大多注释在蛋白激酶和氧化还原酶的活性中;筛选出了7种蛋白激酶,这些差异基因在数量、功能分类和代谢通路上对糖的响应各不相同。

不同架式‘爱神玫瑰’葡萄果实成熟期间单萜积累及相关基因的表达

王慧玲,王晓玥,闫爱玲,孙磊,张国军,任建成,徐海英

中国农业科学. 2019, 52(7):  1136-1149.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.002

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【目的】探讨不同架式对葡萄果实成熟期间单萜类化合物合成的影响,进一步从基因表达水平揭示基因转录与单萜积累的关系,以期为生产中架式选择及葡萄果实香味品质的提高提供一定的理论依据。【方法】以T型和V型架式栽培的‘爱神玫瑰’葡萄果实为试材,于果实成熟初期（花后30 d）开始取样,直至果实完全成熟。连续两年常规方法测定果实样品可溶性固形物及可滴定酸含量,利用顶空固相微萃取结合气相色谱与质谱联用技术（SPEME-GC-MS）测定果实中单萜类组分和含量的变化,采用实时荧光定量PCR技术分析单萜合成途径中关键基因脱氧木酮糖磷酸合酶基因（DXS1和DXS3）、脱氧木酮糖磷酸还原异构酶基因（DXR）、异戊烯基焦磷酸还原酶基因（HDR）、里那醇合成酶基因（Liner syn）和萜品醇合成酶基因（Terp syn）的表达变化。【结果】随着果实成熟,可溶性固形物含量逐渐升高,而可滴定酸含量逐渐降低。成熟期的T型架葡萄果实可溶性固形物含量显著高于V型架,可滴定酸含量没有显著差异。2016年和2017年两种架式果实样品中分别检测到27和28种单萜类化合物。检测结果表明不同架式主要萜烯类化合物组分不尽相同,随着果实成熟,主要萜烯类成分也发生变化。成熟时,T型架果实中主要单萜类化合物有里那醇、柠檬烯、α-萜品醇、β-cis-罗勒烯和香叶醇;V型架主要有里那醇、α-萜品醇、柠檬烯、橙花醚和β-cis-罗勒烯等,其中以里那醇含量最高。2016年成熟期T型架果实单萜总量达到108.18 μg?L ^-1,是V型架最高含量的1.9倍。而2017年成熟期T型架果实单萜总量达到403.24 μg?L ^-1,是V型架最高含量的1.5倍;大多数单萜类化合物含量在成熟时表现为T型架显著高于V型架。在整个果实成熟期间,两种架式葡萄果实单萜类化合物积累表现为两种变化模式,包括里那醇、香叶醇、橙花醇及萜品醇等在内的大部分化合物遵循第一种模式,即在果实成熟时含量达到最高。但是不同架式表现又略微不同,(E,Z)-别罗勒烯、β-cis-罗勒烯、柠檬烯和α-萜品醇等化合物在T型架果实中表现为先下降,花后57 d急剧升高,成熟后期（花后76 d）又下降的趋势。而在V型架果实中这些化合物含量随着果实成熟逐渐上升,花后48 d达到积累高峰,之后又逐渐下降至最低含量。另外,果实成熟期间单萜合成途径基因（DXS1、DXS3、DXR、DHR、Liner syn 和Terp syn）表达量随着果实成熟呈上升趋势。不同架式葡萄果实成熟期间单萜总量积累规律与DXS3、HDR、Liner syn和Terp syn表达规律相似。成熟期T型架果实中各个基因表达量明显高于V型架,与单萜类化合物积累模式相一致。【结论】T型架式栽培更有利于果实单萜类物质的积累,T型架式单萜类化合物的高效积累与其代谢途径多个关键酶基因高效表达密切相关。

2种架式对3个鲜食葡萄品种栽培性状及果实品质的影响

王晓玥,张国军,孙磊,赵印,闫爱玲,王慧玲,任建成,徐海英

中国农业科学. 2019, 52(7):  1150-1163.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.003

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【目的】比较研究2种不同架式对鲜食葡萄多年生大树在栽培性状、果实品质、病害发生情况等的影响,为华北冲积平原埋土区推广适宜的葡萄栽培架式提供参考。【方法】以鲜食葡萄‘瑞都脆霞’‘瑞都无核怡’和‘瑞都香玉’为试材,分别采用T型架和V型架栽培,系统分析2种架式对葡萄物候期、生长结果习性、光合作用、树体结构、果实基本理化指标,多酚化合物含量和栽培用工等方面的影响。【结果】2种架式的物候期和结果习性差异不显著。T型架葡萄副梢管理次数、摘心次数、结果枝绑缚次数和冬季修剪工时均小于V型架,二者冬季下架埋土和春季出土上架所用工时无显著差异。‘瑞都脆霞’T型架在2017年的净光合速率小于V型架,‘瑞都无核怡’T型架在2016年的净光合速率小于V型架,其他情况均表现为T型架的光合性能更强。2017年3个品种在2种架式下的新梢粗度无显著差异。新梢粗度标准差的结果表明,当葡萄树体的树势由强旺调控至中庸水平后,3个品种在T型架的新梢粗度标准差分别为2.3、2.6和2.3,低于V型架的2.7、2.75和3.0,表现出更强的新梢一致性。3个品种在叶幕高度和叶幕长度的表现有所差异,但是V型架的叶幕厚度和叶幕体积均大于T型架,其中‘瑞都脆霞’和‘瑞都香玉’达到显著水平;‘瑞都脆霞’和‘瑞都香玉’在V型架下的叶面积指数高于T型,‘瑞都无核怡’结果相反;2种架式下的叶片叶绿素含量并无显著差异。V型架的叶片霜霉病发病率和病情指数均显著高于T型,白粉病差异不显著。在产量调控至同一水平时,2种架式的穗重、单粒重、纵横径和可溶性固形物之间无显著差异,但是2016年和2017年T型架下葡萄果实的固酸比显著优于V型架。‘瑞都脆霞’和‘瑞都无核怡’在T型架下的总花色苷含量高于V型,其中‘瑞都无核怡’达到显著水平,比V型架高0.018 mg·g ^-1;3个品种在T型架下的类黄酮含量均高于V型架,其中‘瑞都香玉’达到显著水平,比V型架高0.70 mg·g ^-1;‘瑞都无核怡’在T型架下的原花色素含量显著高于V型架,另外2个品种架式间差异不显著。【结论】对位于华北冲积平原且须埋土防寒的葡萄产区,相较于V型架,T型架叶片光合利用效率更高,叶部病害发生更少,新梢生长一致性更好,果实品质更优,口感更佳,管理更省工,具有推广应用价值。

架式和新梢间距对‘巨峰’葡萄果实品质的影响

冀晓昊,刘凤之,史祥宾,王宝亮,刘培培,王海波

中国农业科学. 2019, 52(7):  1164-1172.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.004

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【目的】探明架式和新梢间距对‘巨峰’葡萄果实品质的影响,为‘巨峰’葡萄叶幕分布标准化管理提供理论依据。【方法】以6年生‘贝达’砧‘巨峰’葡萄为试材,采用Y型架和龙干型水平架两种架式,通过定梢绳控制新梢间距分别为10、15和20 cm,研究架式和新梢间距对成熟期‘巨峰’葡萄单粒重、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、花青苷和香气等果实品质的影响。【结果】单粒重、可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量仅与架式存在显著性相关,而与新梢间距不存在显著性相关,花青苷含量与架式和新梢间距均存在显著性相关;香气总含量与架式存在显著性相关,而与新梢间距不存在显著性相关,其中醛类、醇类和萜烯类香气物质含量与香气总含量规律一致,而酯类香气物质含量仅与新梢间距存在一定相关性;对6个处理的单粒重、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、花青苷、酯类、醛类、萜烯类和醇类香气含量等9个指标进行Topsis综合评价分析,结果表明水平架配合新梢间距15 cm得分最高。【结论】建议‘巨峰’葡萄在生产中采用斜干水平龙干型配合水平叶幕,定梢绳间距15 cm。

根系局部NaCl处理对葡萄植株伤害度、Na ⁺积累和碳氮分配的影响

孙红,姜亦文,于昕,相广庆,姚玉新

中国农业科学. 2019, 52(7):  1173-1182.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.005

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【目的】盐胁迫严重影响果树作物产量及品质。自然条件下,土壤中盐分浓度不均一,同一植株根系不同部位所处的盐环境不同。本文旨在测定根系局部盐处理对葡萄植株的伤害程度,并从Na ⁺积累特性和碳氮分配角度揭示非处理侧根系缓解盐伤害的机理。【方法】利用分根栽培控制根系盐环境,根系两侧NaCl浓度（mmol·L ^-1）设置为0/0、0/50、50/50、0/100、100 /100 5种处理。通过测定叶绿素、丙二醛（MDA）和叶绿素荧光参数来反应植株伤害程度;通过测定Na ⁺含量、离子流和根域介质电导率来检测Na ⁺体内运转特性;通过测定氮肥利用率和碳氮分配率分析不同盐处理下各组织碳、氮水平。【结果】处理15 d和30 d时,双侧均匀盐处理显著降低叶绿素含量,提高叶片和根系MDA水平;同浓度单侧盐处理能有效缓解叶绿素下降和MDA积累。Fv/Fm、ETR等叶绿素荧光参数测定表明了相似的结果。以上结果表明,单侧盐处理下,非处理侧根系能有效减轻盐对葡萄植株的伤害。处理15 d时,各种方式的NaCl处理均不同程度增加了根系和叶片Na ⁺含量;尤其是在单侧盐处理下,非处理侧根系Na ⁺含量显著增加;与同浓度双侧均匀盐处理相比,单侧盐处理显著降低了叶片Na ⁺水平,100 mmol·L ^-1单侧盐处理显著降低了处理侧根系Na ⁺浓度。非盐处理对照根系Na ⁺流为内运;处理24 h时,双侧盐处理的根系外排Na ⁺,100 mmol·L ^-1单侧盐处理下非处理侧根系Na ⁺流转变为外运。此外,单侧盐处理下,非处理侧根系周围栽培介质电导率较对照显著提高。以上结果表明,处理侧根系吸收的Na ⁺能从非处理侧根系排出体外,避免处理侧根系和叶片Na ⁺大量积累。根系双侧NaCl处理显著降低了氮肥利用率,且与处理浓度有关;单侧盐处理能减缓氮肥利用率的下降,并且0/100 mmol·L ^-1处理下,非处理侧根系氮肥利用率较对照显著提高。双侧盐处理尤其是100 mmol·L ^-1重度盐胁迫不利于氮向叶片和根中分配,而促进了氮向多年生蔓中分配,利于氮的储存。而单侧盐处理降低了多年生蔓中氮的储藏,同时缓解了叶片和根系中氮分配率的下降。双侧盐处理降低了叶片和根中碳分配率,单侧盐处理能缓解叶片碳分配率的下降,提高盐处理下根系碳分配率。50和100 mmol·L ^-1盐处理对一年生蔓和多年生蔓碳的分配率具有不同的影响,50 mmol·L ^-1单、双侧盐处理提高了多年生蔓的碳分配率,而100 mmol·L ^-1单、双侧处理降低了多年生蔓的碳分配率。【结论】与均匀盐处理相比,同浓度单侧盐处理对葡萄植株的伤害程度较轻。盐处理侧根系吸收的Na ⁺可运输到非处理侧根系,进而排出体外,降低叶片Na ⁺积累水平。非处理侧根系能缓解盐胁迫导致的叶片和根系碳、氮分配率的下降。

臭氧胁迫下不同光强与温度处理对‘赤霞珠’葡萄叶片PSII光化学活性的影响

耿庆伟,邢浩,翟衡,蒋恩顺,杜远鹏

中国农业科学. 2019, 52(7):  1183-1191.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.006

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【目的】自然界中臭氧与强光和高温逆境因素往往同时存在,探讨光强和温度及臭氧的交叉胁迫对葡萄叶片光系统功能的伤害机制,为生产上通过调控光照、温度缓解臭氧对葡萄的危害提供理论依据。【方法】以盆栽‘赤霞珠’葡萄为试验材料,利用叶绿素荧光动力学技术,研究（120±20）nL?L ^-1的臭氧浓度下,不同光强（800、1 600 μmol?m ^-2?s ^-1）与温度（26℃、40℃）处理对光系统II光化学活性的影响。 【结果】臭氧胁迫下40℃的高温和1 600 μmol?m ^-2?s ^-1的强光均可以显著降低叶片最大光化学效率（F_v/F_m）、线性电子传递速率（ETR）、单位面积有活性反应中心的数量（RC/CS_m）以及光化学淬灭系数（q_P）,同时降低了光系统I激发能分配系数（α）,增大了光系统II激发能分配系数（β）,导致两个光系统之间的激发能分配严重偏离平衡,造成了光系统II的伤害,1 600 μmol?m ^-2?s ^-1的强光影响大于40℃的高温影响,强光、高温与臭氧复合胁迫对葡萄叶片影响最为严重。其中臭氧、适光、高温（T2）和臭氧、强光、适温（T3）处理后的叶片PSⅡ最大光化学量子产量F_v/F_m值分别比臭氧、适光、适温处理（T1）降低了10.3%和38.8%,臭氧、强光、高温（T4）处理后F_v/F_m降幅最大,达到54.8%。T2、T3和T4处理后叶片PSII的潜在活性F_v/F_o分别比T1降低了30.4%、69.6%和80.3%。与T1相比,T2、T3和T4处理后的叶片单位面积内有活性反应中心的数量RC/CSm值分别降低了26.8%、68.4%和70.2%,T2、T3和T4处理后的叶片Ψo值分别比T1降低了11.2%、21.6%、40.8%。T2、T3及T4处理葡萄叶片实际光化学效率F_v'/F_m'值分别比T1降低了7.9%、22.1%和42.3%;同时,各处理显著降低了植物叶片线性电子传递速率ETR,T4处理降幅最大,比T1降低了62.5%,T2和T3处理分别降低了17.6%和37.5%。T2、T3 和T4的叶片光化学淬灭q_P值分别比T1降低了10.7%和19.8%和39.5%。T2、T3和T4处理后葡萄叶片吸收的光能用于光化学反应的比例均有所下降,分别比T1处理降低18.8%和38.8%和62.0%。与T1相比,T2、T3和T4处理吸收的光能用于热耗散的比例均增加,增幅分别为15.9%、36.2%和60.5%,同时,过剩光能分别增加12.5%、19.1%和25.2%。不同处理显著降低了叶片PSI激发能分配系数（α）,与T1相比,T2、T3和T4分别下降了6.6%和12.8%和25.1%;同时,不同处理后叶片PSII激发能分配系数（β）均显著上升,T2、T3、T4分别比T1升高了4.5%、8.7%、17.1%。光系统间激发能分配不平衡偏离系数（β/α-1）变化趋势与PSII激发能分配系数一致,T2、T3处理的β/α-1分别比T1升高37.7%和78.3%,T4升高幅度最大,达到187.8%。【结论】温度、光照逆境增加了PSII活性对臭氧胁迫的敏感性,以强光胁迫的作用效果更显著,而高温、强光胁迫下臭氧对PSII活性抑制程度最大。

1-MCP与Na₂S₂O₅复合保鲜剂对‘红提’葡萄采后生理及贮藏品质的影响

陈浩,张润光,付露莹,张有林

中国农业科学. 2019, 52(7):  1192-1204.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.007

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【目的】‘红提’葡萄贮藏过程中易出现失水、落粒、腐烂、干梗等问题,生产中较难贮藏。研究1-MCP与Na₂S₂O₅对采后生理及贮藏品质的影响,为延长‘红提’葡萄贮藏保鲜期提供理论依据和技术参考。【方法】以陕西合阳‘红提’葡萄为试材,用0.04 mm的带孔聚乙烯（PE）薄膜袋封口,在温度（-1±0.5）℃、相对湿度90%—95%条件下贮藏,用无保鲜剂处理的‘红提’葡萄为对照。以呼吸强度、失重率、可滴定酸含量、果实硬度、丙二醛含量、可溶性固形物含量、果实细胞膜相对渗透性、原果胶、可溶性果胶、还原糖含量及超氧化物歧化酶（SOD）、多酚氧化酶（PPO）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性为测定指标,研究‘红提’葡萄的呼吸类型以及1-MCP、Na₂S₂O₅、1-MCP与Na₂S₂O₅复合3种保鲜剂处理对‘红提’葡萄采后生理及贮藏过程中相关理化指标的影响,计算贮藏期商品果率,贮藏180 d时对‘红提’葡萄的色、香、味、形等感官性状进行综合评价。【结果】‘红提’葡萄穗轴为呼吸跃变型,果穗、果粒为呼吸非跃变型。3种保鲜剂处理对‘红提’葡萄的品质均有不同程度的影响,1-MCP与Na₂S₂O₅复合处理能抑制PPO、POD、SOD、PG活性,增强CAT活性,从而延缓丙二醛、可溶性果胶含量、果实细胞膜相对透性和失重率上升,减缓果实硬度、原果胶以及呼吸强度的降低,有效防止‘红提’葡萄腐烂变质,保持较高含量的可溶性固形物、可滴定酸、还原糖。贮藏180 d感官鉴评,1-MCP与Na₂S₂O₅复合处理品质良好,各项指标均高于其他处理,营养成分损失较少,商品果率90.4%,感官鉴评90.2分。【结论】用3 mg·kg ^-1 FW的1-MCP与4 g·kg ^-1 FW的Na₂S₂O₅复合处理采后‘红提’葡萄,可有效减缓果实软化、原果胶和呼吸强度的变化速率,保持较高含量可溶性固形物、可滴定酸及还原糖,果实综合品质良好。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

冀西北寒旱区农田作物轮作产量效应评价

杜玉琼,张立峰,姚兆磊,张继宗,刘玉华

中国农业科学. 2019, 52(7):  1205-1214.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.008

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【目的】促进水温土等资源匮乏的冀西北寒旱区作物生产对水分、养分的合理与均衡利用,保护农田生态环境。【方法】采用交叉式种植方法,在草甸栗钙土和砂质栗土农田,分别设计了包括5个主栽作物的全部组合的轮作与连作田区试验,年际间进行重复,研究区域主栽作物轮作倒茬的产量效果。【结果】在草甸栗钙土农田,与连作相比,不同前茬马铃薯、甜菜、莜麦的产量分别提高了58%—94%、28%—53%和16%—70%;蚕豆与连作相比,除甜菜茬减产外,其他茬口较连作增产4%—43%;马铃薯、蚕豆茬玉米较连作分别增产12%、5%,甜菜、莜麦茬玉米产量仅为连作的81%、93%。在砂质栗钙土农田,不同前茬马铃薯、甜菜的产量分别较连作提高了5%—36%、13%—36%;甜菜茬谷子表现减产,其他茬口的谷子较连作提高了5%—30%;谷子茬莜麦减产,其他茬口莜麦较连作提高了9%—15%;马铃薯、莜麦茬亚麻较连作增产5%、8%,谷子、甜菜茬亚麻产量为连作的94%、99%。【结论】草甸栗钙土田马铃薯→莜麦、马铃薯→甜菜呈现互利轮作,玉米茬马铃薯、莜麦茬甜菜、蚕豆茬甜菜、玉米茬甜菜和蚕豆茬马铃薯表现偏利轮作;砂质栗钙土田莜麦茬马铃薯、马铃薯茬甜菜2种方式表现偏利轮作,可资生产应用。

芝麻不同抗旱基因型对花期干旱胁迫的生理响应机理

孙建,颜小文,乐美旺,饶月亮,颜廷献,叶艳英,周红英

中国农业科学. 2019, 52(7):  1215-1226.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.009

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【目的】研究干旱胁迫对不同抗旱性芝麻品种叶片和根系生理生化特性的影响,分析不同基因型芝麻对花期干旱胁迫的生理响应差异,为芝麻抗旱性研究和改良提供理论参考。【方法】采用盆栽法,以抗旱品种金黄麻和干旱敏感品种竹山白为试验材料,在花期进行轻度（T1）、中度（T2）和重度（T3）干旱胁迫处理,以正常浇水为对照（CK）,分别测定植株叶片和根系的丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、游离氨基酸（AA）、还原型谷胱甘肽（GSH）、还原型抗坏血酸（AsA）等含量,超氧化歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性,分析干旱胁迫下2个基因型间生理响应机理的差异。【结果】干旱胁迫后,芝麻叶片中MDA、H₂O₂、Pro、SS、SP、GSH含量和SOD、POD、PAL酶活性以及根系中MDA、SS、SP、AA、GSH、AsA含量和CAT、PAL活性随着胁迫程度的不断加剧呈不断上升趋势,叶片中的AA、AsA含量和CAT活性以及根系中H₂O₂、Pro含量和SOD、POD活性随着胁迫程度的加剧呈先升后降趋势。相关分析结果显示,叶片中各项指标测定值与根系中指标值均呈正相关,品种抗旱性与膜脂过氧化伤害物质（MDA和H₂O₂）含量呈负相关,与部分渗透调节物质、防御系统物质含量和保护酶活性呈正相关。【结论】在花期干旱胁迫下,对2个不同基因型芝麻测定的12个生理生化指标均出现不同程度上升,响应差异较大,叶片大于根系。抗旱品种较干旱敏感品种表现为细胞膜脂过氧化伤害较轻,渗透调节物质积累量较多,保护酶（SOD和CAT）活性较强,抗氧化物质（GSH和AsA）含量较高。芝麻抗旱性生理机理表现为多方面的综合防御。

植物保护

土霉素处理对柑橘黄龙病的防治效果及PP2基因表达的影响

姚廷山,周彦,DIANNACHOR,王年,周常勇

中国农业科学. 2019, 52(7):  1227-1236.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.010

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【目的】评价土霉素(oxytetracycline,OTC)药剂对不同发病程度柑橘黄龙病（Huanglongbing,HLB）的防治效果,并检测OTC处理后韧皮部关键基因——韧皮部蛋白2（PP2）的表达量变化,为HLB的有效防控提供科学依据,也为OTC作用机理研究提供参考。【方法】应用可有效抑制、杀死病原菌的OTC,树干定量注射0.1 g/树于不同发病程度HLB（初感染、轻度发病和重度发病3组）的4年生Valencia夏橙,注射后7、30、60、90 d定期采集Valencia叶片样品监测HLB致病菌Cadidatus Liberibacter asiaticus(Las)含量、淀粉含量及PP2基因表达量变化。树干注射OTC后90 d采集不同处理Valencia的嫩叶、成熟叶片及茎,进行淀粉染色光学显微观察（LM）,直观反映植株累积淀粉的变化。树干注射OTC后80 d调查柑橘嫩叶抽发的情况,综合一系列指标评价OTC对HLB的防治效果。【结果】注射OTC 0.1 g/树对初感染HLB的4年生Valencia植株治疗作用最明显,7 d后检测即为阴性,并可保持90 d,其成熟叶片的淀粉含量明显减少,但茎内仍有淀粉粒富集;轻度发病夏橙注射90 d后叶片内的Las含量从（1.68×10 ⁶±858884）cells/g叶片减至（7.21×10 ⁴±30981）cells/g叶片,下降幅度极为明显,其成熟叶片内的淀粉含量在90 d内一直呈下降趋势;重度发病植株注射后叶片内的Las含量从（4.10×10 ⁸±3.04×10 ⁸）cells/g叶片减至（2.80×10 ⁷±2.70×10 ⁷）cells/g叶片,但从数量而言仍然有较多分布,除了新长出的秋梢,其成熟叶及茎内的淀粉粒含量仍旧很大,说明0.1 g/株OTC不足以治愈4年生重度发病Valencia夏橙。对PP2基因表达分析结果显示,注射OTC后30 d,Valencia夏橙体内的PP2基因表达量大幅度下降,随后90 d内表达量稳定,与注射后30 d的表达量较为一致。 【结论】OTC可以用于HLB的防控,对初感染（Las含量为<9.00×10 ⁵cells/g叶片）及轻度发病（Las含量为9.00×10 ⁵—9.00×10 ⁷ cells/g叶片）的柑橘植株治疗作用较好,不适用于重度发病植株（Las含量为>9.00×10 ⁷ cells/g叶片）的治疗。注射OTC后,PP2基因表达量下降明显,说明OTC可有效减少韧皮部病菌等的胁迫压力。

褐飞虱GSK-3调控糖原与海藻糖代谢的潜在功能

丁艳娟,刘永康,罗雨嘉,邓颖梅,徐红星,唐斌,徐彩娣

中国农业科学. 2019, 52(7):  1237-1246.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.011

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【目的】昆虫胰岛素信号途径能够介导糖原合成酶激酶3（glycogen synthase kinase 3,简称GSK-3或GSK3）调控体内糖原及海藻糖等糖代谢过程,从而控制昆虫的各项生命活动。论文旨在探究糖原合成酶激酶在褐飞虱（Nilaparvata lugens）体内对糖原与海藻糖代谢的调控作用。【方法】首先,基于GSK-3的cDNA编码序列,利用ExPASy工具翻译GSK-3氨基酸序列,预测蛋白分子量大小及等电点（pI）;然后利用SignaIP4.1Server对其信号肽进行分析。其次,以笔者实验室饲养的褐飞虱为研究对象,从4龄开始,每12 h取材,取至成虫48 h。利用Trizol法提取褐飞虱总RNA,根据反转录试剂盒合成第一链DNA,以18S作为内参基因,通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测褐飞虱GSK-3在不同龄期mRNA水平上的相对表达量。然后利用RNAi技术,向褐飞虱体内显微注射双链RNA(dsRNA)抑制GSK-3,以注射dsGFP的褐飞虱作为对照组。注射后48 h利用qRT-PCR技术检测GSK-3的表达情况,确定抑制效果。另外,取注射后48 h虫体,分别测定褐飞虱体内海藻糖、葡萄糖、糖原含量及海藻糖酶（trehalase,TRE）活性变化。最后采用qRT-PCR检测胰岛素信号通路胰岛素受体基因(insulin receptor,InR)、类胰岛素多肽基因(insulin-like peptides,Ilps)及海藻糖代谢途径TRE、海藻糖合成酶基因(trehalose-6-phophate synthase,TPS)、糖原磷酸化酶基因(glycogen phosphorylase,GP)、糖原合成酶基因(glycogen synthase,GS)中相关基因的表达,分析GSK-3在胰岛素信号通路及海藻糖代谢途径中的调控作用。【结果】褐飞虱GSK-3开放阅读框为1 914 bp,编码637个氨基酸;预测蛋白分子量为69.25 kD,等电点为9.15,为偏碱性蛋白,无信号肽结构,序列高度保守。发育表达模式结果显示GSK-3在不同发育阶段表达不一致,5龄若虫蜕皮前后低表达。GSK-3的dsRNA注射后48 h,与对照组dsGFP相比,GSK-3表达极显著下降,表明RNA干扰效果明显。糖原含量和两类海藻糖酶活性显著下降,而海藻糖含量显著上升,推测糖原和葡萄糖转化为海藻糖,作为其生理活动的能量来源。qRT-PCR检测发现,当GSK-3表达抑制后48 h,TRE1-2的表达量显著下降,而TRE1-1和TRE2的表达量极显著下降。另外,2个TPS基因、GS以及GP的表达量均极显著下降;胰岛素信号通路的2个InR基因和4个Ilps基因的表达同样被抑制,间接表明InR能够调控GSK-3的表达。【结论】褐飞虱GSK-3低表达后能够通过调控胰岛素信号通路及海藻糖代谢途径相关基因表达来调控糖原及海藻糖代谢。相关研究结果有助于更加全面地探索褐飞虱等昆虫糖原合成酶激酶调控海藻糖及糖类物质平衡的潜在分子机理。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

干旱内陆灌区不同秸秆还田方式下春小麦田土壤水分利用特征

殷文,柴强,胡发龙,樊志龙,范虹,于爱忠,赵财

中国农业科学. 2019, 52(7):  1247-1259.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.012

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【目的】针对水资源短缺严重制约干旱绿洲灌区作物生产,传统翻耕产量不稳定及水分利用效率低下等问题,研究不同秸秆还田方式下春小麦农田土壤水分利用特征,旨在优化耕作措施,提高干旱内陆灌区农田的水分利用率。【方法】2014—2016年,在河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究不同秸秆还田方式（少耕,25—30 cm秸秆高留茬立茬还田（NTSS）;少耕,25—30 cm秸秆高留茬覆盖还田（NTS）;翻耕,25—30 cm 秸秆高留茬还田（TS）;传统翻耕,无秸秆还田（CT））对春小麦田水分利用的时间动态、耗水结构以及利用效率的影响,以期为优化试区春小麦高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】少耕秸秆还田可降低春小麦田耗水量,与CT相比,NTSS、NTS分别降低3.1%—7.8%与3.7%—7.7%;NTSS、NTS通过减少春小麦生育前期（灌浆期之前）的耗水,增大生育后期（灌浆初期至成熟期）的耗水量,有效协调春小麦前后生育时期需水矛盾,相比NTSS,NTS处理的调控效应更突出。少耕秸秆还田具有抑制土壤蒸发,减小棵间蒸发占总耗水量（E/ET）的比重,提高水分利用有效性的作用,NTSS、NTS较CT棵间蒸发量分别降低9.3%—17.4%、10.8%—23.3%,较TS分别降低4.0%—5.8%与5.6%—11.4%,以NTS降低棵间蒸发量幅度较大,因而NTS较CT处理E/ET降低6.9%—21.3%。秸秆还田具有增产优势,与CT相比,NTSS、NTS、TS分别增产16.6%—24.9%、18.6%—27.3%、10.2%—18.7%,3个秸秆还田处理中,NTSS、NTS较TS分别增产5.2%—5.9%、7.2%—9.5%。因而,秸秆还田处理具体较高的水分利用效率,NTSS、NTS、TS较CT处理水分利用效率分别提高21.1%—28.3%、26.6%—30.6%、13.1%—20.3%,以NTSS、NTS提高比较大,比TS分别提高6.7%—11.9%、8.6%—13.7%。【结论】在水资源短缺的河西绿洲灌区,集成应用少耕与25—30 cm秸秆立茬及覆盖还田技术是实现春小麦高产、稳产、灌溉水高效利用的理想耕作措施。

短期生物炭添加对不同类型土壤细菌和氨氧化微生物的影响

张梦阳,夏浩,吕波,丛铭,宋文群,姜存仓

中国农业科学. 2019, 52(7):  1260-1271.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.013

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【目的】氨氧化作用是硝化作用的第一步,也是硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的关键环节。本试验旨在研究在我国不同类型土壤中添加花生壳生物炭对细菌和氨氧化作用的影响,为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】试验以黄棕壤、潮土、黑土为供试土壤,通过短期培养试验,利用16SrRNA测序研究生物炭对不同类型土壤氨氧化微生物、细菌群落结构以及相关酶基因表达量的影响。每种土壤设置4个处理：CK（不施用化肥和生物炭）,F（单施化肥）,C（单施2%花生壳生物炭）,FC（施用化肥+2%花生壳生物炭）。【结果】施用生物炭后（C、FC）酸性土壤pH显著提高了0.5—1.0个单位,但碱性土壤pH显著降低了0.5—0.6个单位;单施生物炭（C）造成黄棕壤的微生物丰富度和多样性显著提高,潮土在单施生物炭（C）时仅显著提高了土壤的微生物多样性指数,在黑土中施用生物炭和化肥都未显著改变土壤微生物的丰富度和多样性;在3种土壤中氨氧化细菌的丰度皆高于氨氧化古菌,测得的氨氧化细菌的OTU丰度约为氨氧化古菌的8.1倍;生物炭和化肥并未显著改变奇古菌门中的OTU丰度,却对β和γ变形菌中的OTU丰度产生了显著性影响;3种土壤的氨氧化细菌都以β变形菌为主,约占60%;另外,生物炭的施用（C、FC）在PC1（40.4%）上显著改变了黄棕壤的微生物群落结构,在PC1（42.3%）和PC2（21.3%）上都显著改变了潮土的微生物群落结构;施用生物炭后（C、FC）,短期内潮土中氨合成相关酶基因表达量显著降低14.7%—39.9%,氨氧化古菌丰度在单一施炭（C）和化肥与生物炭同施（FC）时分别降低了70.5%和48.7%。【结论】施用生物炭后,短期内显著改变了黄棕壤和潮土的微生物群落结构,并明显抑制了潮土的氨氧化作用。

畜牧·兽医·资源昆虫

Krüppel-Like Factor 3（KLF3）基因对牛脂肪沉积的作用

郭红芳,宁越,成功,昝林森

中国农业科学. 2019, 52(7):  1272-1281.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.014

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【目的】通过研究牛KLF3基因对牛脂肪分化和脂肪酸代谢关键基因表达量的作用,进而探讨KLF3 基因对脂质沉积的影响。【方法】合成干扰siRNA,筛选得到KLF3基因干扰效率最高SiRNA,分离培养秦川牛肉用新品系新生牛前脂肪细胞生长至70%-90%汇合度时转染筛选得到的KLF3基因SiRNA和阴性对照SiRNA（NC）,并进行诱导分化培养至第0天和第4 天时,利用荧光定量PCR方法研究分化标志基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator activated receptor γ, PPARγ）、CCAAT增强子结合蛋白（CCAAT/enhancer-binding proteins α, C/EBPα）,脂肪酸代谢关键基因脂肪酸合成酶（fatty acid synthase,FAS）、乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase α, ACCα）和脂肪酸结合蛋白4（fatty acid binding protein 4, FABP4）基因在牛脂肪细胞分化不同时期干扰KLF3基因处理组和对照组之间表达量的变化,同时在干扰KLF3基因处理并进行诱导脂肪细胞分化的第 4天采用油红O染色法观察干扰KLF3基因处理组和对照组之间脂滴差异及采用酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)方法测定甘油三酯含量进一步确定KLF3基因对牛脂肪细胞分化和脂肪酸代谢的作用。【结果】KLF3-Si2 具有最高的干扰效率达到73%。转染KLF3-Si2后PPARγ的表达量在牛脂肪细胞诱导分化的第0天 和第4 天与对照组相比分别下调了58% 和37%,达到了差异极显著（P<0.01）,C/EBPα 的表达量也分别下调了64% 和41%,达到了差异极显著（P<0.01）。脂质代谢的关键基因FABP4的表达量与对照组相比在牛脂肪细胞诱导分化的第0天和第4 天分别下调了89% 和60%,而ACCα的表达量干扰KLF3处理组与对照组相比在脂肪细胞诱导分化第0天和第4天分别下调了50% 和37%, 而FAS的表达量则分别下调了73% 和19%,都分别达到了差异极显著（P<0.01）。在牛脂肪细胞诱导分化第4天油红O染色和甘油三酯含量测定也发现干扰KLF3基因处理组与对照组相比脂滴减少,甘油三酯含量显著下降（P<0.05）。【结论】干扰牛KLF3基因可以抑制牛脂肪细胞分化和脂肪酸代谢关键基因表达量下调,进而影响脂肪的沉积。

F17大肠杆菌在湖羊羔羊个体脾脏中LncRNA表达谱变化

黄赛男,金澄艳,鲍建军,王悦,陈炜昊,吴天弋,王利宏,吕晓阳,高雯,王步忠,朱国强,戴国俊,孙伟

中国农业科学. 2019, 52(7):  1282-1294.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.015

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【目的】通过筛选对大肠杆菌（E.coli）F17菌毛非腹泻型与腹泻型的绵羊脾脏中差异表达的lncRNA,来探究lncRNA对绵羊抗腹泻的作用。【方法】本研究通过对湖羊羔羊口服E.coli F17菌株获得非腹泻和腹泻型个体,利用羔羊肠道细菌计数、病理组织切片验证攻毒成功性;构建非腹泻组和腹泻组羔羊脾脏的cDNA文库,使用Illumina HiSeq 2500平台进行配对测序;通过Gene Ontology（GO）和KEGG Pathway富集分析对差异表达转录本功能描述和细胞通路分析,利用FPKM法估计lncRNA和mRNA转录物的表达水平,并用高通量测序技术RNA-seq筛选出非腹泻和腹泻个体脾脏中的差异表达lncRNA;然后利用荧光定量PCR技术检测了非腹泻组和腹泻组羔羊脾脏组织中DE lncRNA和DE mRNA的表达水平,来验证筛选的DE lncRNA在非腹泻组过程中发挥作用。【结果】羔羊口服E.coli F17菌株后,出现非腹泻和腹泻两种表型,腹泻组羔羊肠道中的细菌数量显著高于非腹泻组（P<0.05）,同时腹泻组羔羊空肠黏膜组织出现不同程度的损伤,色泽暗沉,小肠绒毛部分脱落。笔者利用RNA-seq在非腹泻和腹泻羔羊脾脏中筛选出34个差异表达的（DE）lncRNA,703个的DE mRNA,随机选择一共12个DE lncRNA和DE mRNA,用q-PCR验证它们在非腹泻型和腹泻型羔羊体内的相对表达水平,发现与RNA-seq结果一致。通过Gene Ontology（GO）和KEGG Pathway富集分析,将DE lncRNA与GO 数据库进行比对的结果表明一共有34条lncRNA被注释和分类到302个功能亚类中,绵羊蛋白质结合（GO：0005515）,细胞核（GO：0005634）,poly（A）RNA结合（GO：0044822）,细胞质（GO：0005737）,组织重塑（GO：0048771）,内肽酶活性的调节（GO：0052548））,6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-双磷酸酶复合物（GO：0043540）,磷脂酰肌醇磷酸化（GO：0046854）,果糖-2,6-二磷酸2-磷酸酶活性（GO：0004331）,钙依赖性磷脂酶C活性（GO：0050429）等10 个功能亚类的lncRNA较多,而其余的功能亚类的lncRNA分布较少。将DE lncRNA与KEGG 通路数据库进行比对的结果表明,一共有34条lncRNA被注释和归类到149个KEGG 通路中,绵羊甲状腺激素信号通路（路径：ko04919）,Spliceosome（路径：ko03040）,白细胞跨内皮迁移（路径：ko04670）,神经营养因子信号通路（路径：ko04722）,溶酶体（路径：ko04142）,MAPK信号通路 - 途径（路径： ko04011）,鞘脂信号通路（路径：ko04071）,吞噬体（路径：ko04145）,氧化磷酸化（路径：ko00190）等9 个KEGG 通路的lncRNA较多,而其余的KEGG 通路的lncRNA分布较少。 通过lncRNA-mRNA相互作用网络分析,发现6个共表达基因：MYO1G、TIMM29、CARM1、ADGRB1、SEPT4、DESI2。【结论】探究了对于腹泻产生非腹泻和腹泻型羔羊脾脏中lncRNA的表达谱,发现了非腹泻和腹泻羔羊脾脏中差异表达的lncRNA,有助于找出羔羊如何抵抗腹泻的发生机制,为羔羊抵抗腹泻提供科学的依据。