中国农业科学

中国农业科学. 2019, 52(20): 0. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.0578-1752-52-20-0

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玉米籽粒形成的分子生物学基础

赵然,蔡曼君,杜艳芳,张祖新

中国农业科学. 2019, 52(20): 3495-3506. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.001

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玉米单穗籽粒产量由穗粒数和粒重两因子组成。单个果穗上所着生的籽粒数与雌花序建成和小花分化密切相关,因此,控制花序形态建成和小花发育的基因可能直接或间接地参与穗粒数调控。玉米成熟籽粒主要由源于母本组织的种皮和经双受精产生的胚和胚乳组成,且胚和胚乳占成熟籽粒的绝大部分,直接影响粒重。文中主要从“CLAVATA（CLV）-WUSCHEL（WUS）负反馈调控途径、激素及其信号途径、花器官发育和小花性别决定”等方面总结了花序和小花发育相关基因及其与穗粒数的关系,描述了CLV-WUS途径中各基因在玉米雌花序上特异性表达的分生组织和基因间的调控关系,总结了生长素、赤霉素、细胞分裂素和独脚金内酯等植物激素的相互作用网络,以及已克隆的玉米花器官发育相关基因及其功能。从“线粒体基因转录本的加工和编辑、质体基因的转录和翻译及细胞核RNA转录与加工”3个方面总结了已克隆的影响胚和胚乳发育的相关基因,其中,大部分基因编码线粒体或质体定位的PPR蛋白。值得关注的是,近年来,研究发现了通过调节细胞核内RNA转录和加工而影响玉米籽粒发育的新途径。文章作者在基因水平上对玉米籽粒形成的分子生物学基础进行了简要总结,为进一步深入解析玉米产量形成的分子调控网络提供参考。同时,也就该研究领域今后可能的研究方向进行了讨论。

大豆类黄酮糖基转移酶基因UGT73C19的功能研究

狄少康,尹青岗,夏亚迎,庞永珍

中国农业科学. 2019, 52(20): 3507-3519. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.002

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【背景】 类黄酮是大豆中积累的一类重要的植物次生代谢产物,参与大豆的生长、发育和抗逆等诸多生理活动。由UDP-糖基转移酶（UGT）催化的糖基化修饰是类黄酮生物合成的关键步骤。【目的】 通过系统研究大豆UGT73C19编码重组酶的体外酶活特性和体内特性,完善大豆黄酮类化合物合成和积累的机制,为大豆品质的遗传改良提供基因资源和理论基础。【方法】 通过高效液相色谱（HPLC）的方法检测大豆核心种质资源叶片中类黄酮的种类和含量,通过qRT-PCR的方法检测了UGT的表达水平。以大豆Williams 82叶片cDNA为模板,克隆得到UGT73C19的编码区序列。使用MEGA5和DNAMAN软件进行多重序列比对,并构建进化树。通过原核表达系统获得UGT73C19的重组蛋白,分析UGT73C19重组蛋白对各种类黄酮苷元的糖基转移活性,并通过高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）对产物进行鉴定,确定重组蛋白的糖基化位点。利用qRT-PCR技术对UGT73C19在大豆不同组织的表达水平进行分析。构建植物过量表达载体,通过花序浸染法转化拟南芥,获得UGT73C19表达量高的纯合株系,检测转基因株系叶片和种子中类黄酮的种类和含量。【结果】 通过HPLC分析大豆核心种质资源叶片类黄酮成分,发现不同品种中类黄酮的成分和含量存在明显差异。根据类黄酮成分的不同,将大豆核心种质分为12种不同的类型。大豆核心种质资源叶片中总黄酮的含量与UGT73C19的表达水平呈正相关关系。克隆得到UGT73C19的编码区序列,全长1 482 bp,编码493个氨基酸,UGT73C19蛋白在C-端有一个保守的PSPG结构域。体外酶活分析表明,重组的UGT73C19蛋白对6种类黄酮苷元（山奈酚、槲皮素、杨梅素、芹黄素、大豆苷元和染料木素）都具有糖基转移活性,其中对槲皮素的催化效率最高;糖基化位点分别位于类黄酮的5位和7位羟基上,重组UGT73C19蛋白的糖基化底物和位点具有多样性。过量表达UGT73C19的拟南芥叶片和种子中的类黄酮总量明显升高,其中叶片中总黄酮含量提高49%—70%,种子中总黄酮的含量提高34%—37%;尤其是种子中槲皮素3-O鼠李糖的含量显著增加。【结论】 UGT73C19蛋白是催化合成大豆中多个类黄酮糖苷的关键糖基转移酶,过量表达UGT73C19可以提高转基因植物中黄酮醇糖苷和类黄酮的含量。

芝麻抗裂蒴性鉴定方法研究及核心种质抗裂蒴性评价

师立松,高媛,黎冬华,杨文娟,周瑢,张秀荣,张艳欣

中国农业科学. 2019, 52(20): 3520-3532. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.003

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【目的】 芝麻蒴果成熟易开裂,造成产量损失,是影响芝麻机械化收获的重要因素。建立一种简便易行、准确可靠、重复性好的芝麻抗裂蒴性鉴定方法,有利于发掘抗裂蒴种质和选育抗裂蒴品种,推动芝麻机械化生产进程。【方法】 芝麻进入成熟期2周以后,取主茎中部蒴果进行抗裂蒴性鉴定。利用5份具有不同抗裂蒴性的代表性材料,通过比较蒴果样品烘干前后裂口宽与开裂角度C1的差异,确定样品处理方式;通过比较主茎各节位蒴果的裂口宽和开裂角度C1变异情况,选择最佳取样部位。以308份核心种质为材料,测量计算蒴果长、蒴果宽、蒴果厚、裂口宽、裂口深、果皮重、裂口深/蒴果长、果皮重/蒴果长、开裂角度C1和C2等10项指标,通过相关性分析、主成分分析、隶属函数、线性回归等统计学分析,筛选抗裂蒴性评价的最佳指标;根据不同抗裂蒴性核心种质的裂口宽变异分布情况,确定抗裂蒴性等级划分标准。【结果】 蒴果样品经过烘干处理,有助于消除误差,可提高鉴定准确性;植株主茎中部5节位蒴果的裂口宽和开裂角度C1在同一材料不同单株间无显著差异,为最佳取样部位;建立308份核心种质的抗裂蒴性综合评价值与单项指标的最优回归方程,即D=﹣0.12+0.33X₂+3.21X₁₀,表明裂口宽和果皮重/蒴果长对抗裂蒴性有显著影响,且裂口宽与蒴果开裂角度C1呈极显著正相关（相关系数0.8049）,因此,裂口宽可以作为芝麻抗裂蒴性鉴定评价的指标;确定的芝麻抗裂蒴性等级划分标准为：高抗（裂口宽≤0.7 cm）,抗（0.7 cm＜裂口宽≤0.9 cm）,中间型（0.9 cm＜裂口宽≤1.1 cm）,裂（1.1 cm＜裂口宽≤1.5 cm）,易裂（裂口宽＞1.5 cm）。【结论】 当芝麻进入成熟期2周后,选取主茎中部5节位的中位蒴果,烘干处理后测量蒴果的裂口宽,能够精准评价芝麻的抗裂蒴性。该方法简便易行,不受环境影响,可控性强,重复性好,结果可靠,能较为准确地反映芝麻的抗裂蒴性,可用于芝麻种质抗裂蒴性高通量鉴定。利用该方法对308份核心种质进行抗裂蒴性评价,并从中筛选出11份高抗裂蒴种质。

东北春玉米高产与养分高效综合管理

王永军,吕艳杰,刘慧涛,边少锋,王立春

中国农业科学. 2019, 52(20): 3533-3535. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.004

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减源对不同密度春玉米开花后干物质及氮、磷、钾积累转运的影响

曹玉军,吴杨,刘志铭,崔红,吕艳杰,姚凡云,魏雯雯,王永军

中国农业科学. 2019, 52(20): 3536-3545. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.005

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【目的】 探讨叶源调减（“减源”）对不同密度群体的产量,干物质及氮、磷、钾元素积累转运的影响,以期为东北春玉米密植高产及养分利用效率的进一步提高提供理论依据。【方法】 以生产上大面积种植的玉米品种先玉335为试验材料,采用裂区试验设计,主区为不同密度,分别为常规生产种植（60 000株/hm ²）和高密度种植（90 000株/hm ²）;副区为不同减源强度处理,于开花吐丝期将植株的每1片绿叶横剪1/2、1/3、1/4（用T1、T2、T3表示）,不剪叶为对照（CK）,测定吐丝期（减源后）至成熟期植株干物质及氮、磷、钾积累与转运情况。【结果】 在常规生产种植密度下,不同减源处理的穗粒数、百粒重、产量均较CK显著降低（P＜0.05）,其中T1、T2、T3处理分别较CK平均减产32.1%、20.3%和11.9%;而高密度处理,T3处理显著提高了穗粒数,产量显著增加,较CK增产7.7%。与CK相比,不同减源处理均提高了营养器官干物质及氮、磷、钾养分转运率,减源程度越大,干物质与养分转运率越高,其中在常规生产种植条件下,T1处理营养器官的氮、磷、钾转运率2年平均分别较CK提高25.4%、19.1%、10.7%,T2处理的分别提高14.3%、9.8%、5.2%,T3处理的分别提高19.0%、10.7%、8.4%;在高密度种植条件下,T1处理营养器官的氮、磷、钾转运率2年平均分别较CK提高17.1%、12.8%、5.8%,T2处理的分别提高12.6%、8.0%、3.6%,T3处理的分别提高14.9%、11.3%、3.9%。常规生产种植条件下不同减源处理降低了籽粒中氮、磷、钾的积累量,而高密度种植条件下适当减源,籽粒中氮、磷、钾的积累量有所提高,其中T3处理2年平均比CK提高11.8%、6.9%、6.1%,而T1、T2处理籽粒氮、磷、钾积累量2年均值分别比CK降低20.4%、23.4%、20.0%和10.3%、15.6%、16.0%。【结论】 高密度玉米群体存在叶片冗余,适当减少叶源量（剪叶1/4）,促进了营养器官干物质和氮、磷、钾营养元素向籽粒的合理转运,提高了成熟期籽粒氮、磷、钾营养元素的积累量,显著提高产量。因此,在玉米生产中合理增加密度,在高密度群体下适当调减叶源量,是春玉米进一步高产和养分高效的有效途径。

综合农学管理模式对春玉米产量和养分累积特征的影响

袁静超,刘剑钊,梁尧,展文洁,张洪喜,曾子豪,蔡红光,任军

中国农业科学. 2019, 52(20): 3546-3558. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.006

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【目的】 研究综合农学管理模式下春玉米产量及开花前后植株养分累积与转运特征,旨在为春玉米高产高效生产提供理论和技术支持。【方法】 试验于2009—2011年在吉林省公主岭市铁北区进行,以先玉335为供试材料,在大田条件下设置5种不同农学管理模式,即无肥区（CK）、农户习惯模式（FP）、综合农学管理模式1（Opt-1）、综合农学管理模式2（Opt-2）、综合农学管理模式3（Opt-3）,通过3年定位试验,系统监测不同生育时期植株氮、磷、钾养分吸收与累积特征,重点对开花前后春玉米干物质及氮磷钾养分累积与转运特征进行比较研究。【结果】 合理增密、平衡施肥和深松作业是春玉米获得高产的关键措施。5种模式间以Opt-3最优,与农户习惯模式（FP）相比,Opt-3产量和干物质累积量增幅分别为13.9%和22.4%,其增产贡献主要来自于收获穗数（较农户模式增加34.3%）。在与FP处理化肥投入量基本一致的情况下,Opt-3处理下植株氮、磷、钾累积量分别增加9.5%、28.1%和23.9%,氮、磷、钾素转运效率分别增加47.7%、21.7%和45.0%,氮肥偏生产力增加14.0%,磷肥偏生产力增加4.4%。与Opt-1模式相比,Opt-3处理主要通过增加密度实现了产量的进一步提升（较Opt-1种植密度增加10 000株/hm ²,增产56—346 kg·hm ^-2）;与Opt-2模式相比,Opt-3主要通过肥料的进一步优化实现了效率的提升（较Opt-2氮肥农学利用率提高29.5%）。通过肥料成本核算,Opt-3处理较FP处理增加收益2 218元/hm ²,较Opt-1处理增加收益290元/hm ²,较Opt-2处理节约成本367元/hm ²。【结论】 合理增密至70 000株/hm ²、优化化肥用量（N 225 kg·hm ^-2-P₂O₅ 90 kg·hm ^-2-K₂O 90 kg·hm ^-2）和施用时期、增施有机肥（15 000 kg·hm ^-2）、补充中微肥（150 kg·hm ^-2）,并结合土壤深松是较为优化的综合农学管理模式,可以实现东北中部春玉米产量和效率的协同提升。

东北半干旱区滴灌施肥条件下高产玉米干物质与养分的积累分配特性

侯云鹏,孔丽丽,蔡红光,刘慧涛,高玉山,王永军,王立春

中国农业科学. 2019, 52(20): 3559-3572. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.007

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【目的】 研究东北半干旱区滴灌施肥条件下,不同栽培模式的玉米群体干物质和养分积累动态变化与转运分配特征,为区域春玉米滴灌施肥高产栽培技术提供理论依据。【方法】 2014—2016年,在吉林省西部半干旱区乾安县进行定位试验,以农华101为材料,在滴灌施肥条件下,分别设置农民栽培（FP)、高产栽培（HY）和超高产栽培（SHY）3种栽培模式。研究了滴灌施肥条件下,不同栽培模式对群体干物质和养分积累动态、转运与分配特征以及产量构成特性的影响。【结果】 与FP模式相比,HY和SHY模式玉米产量显著增加,平均增幅分别为16.0%和37.4%;穗粒数和百粒重低于FP模式,但单位面积穗数显著高于FP模式。HY和SHY模式较FP模式显著提高了玉米开花期至成熟期的群体干物质和氮、磷、钾积累量,并提高了开花后干物质和氮、磷、钾积累量占总生育期积累量的比例（花后干物质和氮、磷、钾积累量占总生育期积累量比例分别提高 8.0%、23.3%、10.0%、33.9%和13.8%、42.6%、21.6%、44.6%）。Logistic方程解析表明,HY和SHY模式群体干物质最大增长速率和平均增长速率均高于FP模式（干物质最大增长速率和平均增长速率分别提高6.9%、4.2% 和23.8%、10.9%）;且最大速率出现时间晚于FP模式。与FP模式相比,HY和SHY模式显著降低了玉米开花前养分转运率和转运养分对籽粒的贡献率,显著提高了开花后积累养分对籽粒的贡献率。相关分析结果表明,玉米开花前后干物质和氮、磷、钾素积累量与籽粒产量均呈显著或极显著正相关(r=0.7513—0.9840),其中开花后群体干物质和氮、磷、钾积累量与产量的相关性高于开花前。【结论】 与农户栽培模式相比,高产和超高产栽培模式在提高群体干物质最大增长速率和平均增长速率的同时,推迟了群体干物质最大增长速率出现时间,进而使玉米开花期至成熟期有较高的干物质与养分积累,同时显著提高了玉米开花后积累养分对籽粒贡献率。因此,在东北半干旱区滴灌施肥条件下,通过增加种植密度,利用氮磷钾肥料总量控制、分期调控等管理措施,保证玉米整个生育期对氮、磷、钾养分的需求,是实现玉米产量进一步提高的重要途径。

覆膜滴灌条件下基于玉米产量和土壤磷素平衡的磷肥适用量研究

侯云鹏,王立春,李前,尹彩侠,秦裕波,王蒙,王永军,孔丽丽

中国农业科学. 2019, 52(20): 3573-3584. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.008

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【目的】 针对东北半干旱区覆膜滴灌玉米生产中大量施磷导致的效率低与环境风险增大问题,通过3年定位试验,系统研究了覆膜滴灌条件下不同磷肥用量对玉米产量、磷肥利用效率和土壤供磷能力的影响,为该区域玉米磷肥合理施用提供科学依据。【方法】 于2015—2017年在吉林省半干旱玉米主产区（乾安县）布置定位田间试验。共设6个磷肥用量处理,分别为0（P₀）、40 kg·hm ^-2（P₄₀）、70 kg·hm ^-2（P₇₀）、100 kg·hm ^-2（P₁₀₀）、130 kg·hm ^-2（P₁₃₀）和160 kg·hm ^-2（P₁₆₀）,测定指标包括玉米产量及其构成、成熟期植株磷含量和土壤有效磷含量,并计算作物吸磷量、磷肥利用效率和土壤-作物系统的磷素表观平衡状况。【结果】 施磷可显著提高玉米产量,增幅依次为6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年）,3年平均增幅为9.2%—23.9%,增产的主要原因是施磷增加了穗粒数、百粒重和收获指数。玉米产量随磷肥用量的增加呈先升后降趋势,其中以P₁₀₀处理玉米产量最高。磷素表观回收率和磷素偏生产力均随磷肥用量的增加而下降,磷素农学利用率随磷肥用量的增加先升后降。与不施磷肥相比,随磷肥用量和施磷年限的增加,0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趋势,其中P₁₀₀处理土壤有效磷含量与试验起始时土壤有效磷含量相近。连续种植3季玉米后,P₀、P₄₀和P₇₀处理土壤磷素表观平衡值均表现为亏缺,亏缺量随磷肥用量的增加而下降;P₁₀₀、P₁₃₀和P₁₆₀处理的土壤磷素表现为盈余,并随磷肥用量的增加而增加。将盈余率（x）与磷肥用量（y₁）、土壤有效磷含量（y₂）、磷肥利用效率（y₃）分别进行拟合,当x=0时,磷肥用量为92.4 kg·hm ^-2,玉米产量为12 497 kg·hm ^-2,0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量分别为34.6 和28.4 mg·kg ^-1,磷素表观回收率为24.1%,磷素农学利用率为21.9 kg·kg ^-1,磷素偏生产力为146.1 kg·kg ^-1;其结果与最高产量处理（P₁₀₀）相对应的玉米产量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率结果相近;以理论盈余率为0时施磷量的95%为置信区间,得出最佳施磷范围在88—97 kg·hm ^-2。【结论】 本研究中磷肥用量88—97 kg·hm ^-2范围内不仅能获得玉米高产,还能维持土壤磷素平衡,可作为东北半干旱区覆膜滴灌条件下玉米高产与环境友好的磷肥管理参考依据。

草莓属植物种质资源对炭疽病抗性的离体评价

韩永超,曾祥国,向发云,过聪,张庆华,陈丰滢,关伟

中国农业科学. 2019, 52(20): 3585-3594. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.009

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【目的】 对草莓属植物12个草莓野生种24份材料、1个栽培种41个品种、种间杂交种6个品种共71份种质资源的炭疽病抗性进行评价,为草莓属植物种质资源的利用提供依据。【方法】 以从草莓上分离得到的果生炭疽菌（Colletotrichum fructicola）为接种病原,采用离体接种法将炭疽菌孢子悬浮液（1×10 ⁶个分生孢子/mL）均匀接种在草莓叶片的叶面、叶柄上。置于28℃条件下保湿培养4 d,然后分别对每个叶片的发病情况进行调查,统计叶面病斑数量、叶面最大病斑直径、叶柄最大病斑长度。运用IBM SPSS 15.0软件对不同供试材料的叶面病斑数量、叶面病斑直径、叶柄病斑长度进行相关性分析。根据叶柄病斑长度对每个叶片的病害严重程度进行分级,计算每份材料的病情指数,以接种炭疽菌后叶柄的病情指数为依据对供试材料的炭疽病抗性进行评价。以草莓种类为固定因素,供试材料为随机因素,采用SAS中的一般线性模型程序计算凤梨草莓（41份）、东北草莓（3份）、绿色草莓（4份）、黄毛草莓（3份）、种间杂交种（6份）的病情指数差异（P＜0.05）。【结果】 供试材料中没有对炭疽病完全免疫的材料,所有材料在接种果生炭疽菌4 d后均有不同程度的发病。对不同材料间的对比发现,感染炭疽病后草莓叶柄病斑长度与叶面病斑数量、叶片病斑直径均呈极显著正相关。以接种炭疽菌后的叶柄病斑长度为依据可以对供试材料的炭疽病抗性进行区分,供试材料中高抗17份、抗病20份、中抗21份、中感3份、感病6份、高感4份,炭疽病抗性水平为中抗及以上的材料占全部供试材料的81.7%。凤梨草莓中的‘3公主’‘森加森加拉’‘达赛莱克特’‘全明星’‘香野’‘威斯塔尔’和‘京藏香’,种间杂交种中的‘桃薰’对炭疽病的抗性水平为高抗。在草莓野生种中全部东北草莓、绿色草莓、东方草莓供试材料对炭疽病的抗性水平为高抗,东北草莓和绿色草莓的病情指数显著低于凤梨草莓。【结论】 对草莓属种质资源71份材料的炭疽病抗性进行了评价,从栽培草莓中筛选出‘3公主’‘森加森加拉’‘达赛莱克特’‘全明星’‘香野’‘威斯塔尔’‘京藏香’7个高抗品种。东北草莓和绿色草莓中存在高抗炭疽病的资源,其对炭疽病的整体抗性水平显著高于凤梨草莓,在种间杂交育种过程中可以作为炭疽病抗原来源。

30%噻虫胺·吡唑醚菌酯·苯醚甲环唑悬浮种衣剂的研制及其在花生田应用的效果

曹海潮,刘庆顺,白海秀,韩君,杨士玲,薛明,刘峰

中国农业科学. 2019, 52(20): 3595-3604. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.010

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【目的】 评价30%噻虫胺·吡唑醚菌酯·苯醚甲环唑悬浮种衣剂对花生生长的安全性及防治花生土传病害和地下害虫的应用潜力。【方法】 制备30%噻虫胺·吡唑醚菌酯·苯醚甲环唑悬浮种衣剂并测定其pH、黏度、悬浮率及冷热贮稳定性与冷热贮前后的药剂粒度分布变化。在室内,以200、400、800 g a.i./100 kg种子3个剂量进行温室盆栽安全性试验,统计各处理组的出苗时间及播种后14 d花生幼苗的株高、根长、茎叶鲜重、根鲜重与植株干重等生长指标,评价药剂对花生出苗及幼苗生长的安全性。在田间,设置100、200、400 g a.i./100 kg种子3个剂量进行花生种子包衣,以25%噻虫嗪·咯菌腈·精甲霜灵悬浮种衣剂（迈舒平）为对照药剂,进行两年三地的田间药效试验。【结果】 30%噻虫胺·吡唑醚菌酯·苯醚甲环唑悬浮种衣剂达到GB/T17768—1999悬浮种衣剂产品标准。温室盆栽试验中,该药剂以200、400、800 g a.i./100 kg种子对花生出苗及幼苗生长安全。2016年以100、200、400 g a.i./100 kg种子3个剂量进行田间试验,药剂对花生冠腐病的防治效果分别为95.16%、97.98%、98.79%,对花生根腐病的防治效果分别为90.97%、92.26%、92.90%,对花生蚜（Aphis medicaginis）的防治效果分别为79.74%、92.48%、94.13%,且防治效果表现为随药剂剂量的增加而提高。相对于空白对照处理,药剂可以提高花生出苗率10.25%—13.21%,增加花生产量683.75—1 234.12 kg·hm ^-2。由此确定200 g a.i./100 kg种子为田间推荐剂量。2017年使用该剂量,对山东新泰和泰安两地花生冠腐病防治效果分别为81.12%与95.83%,对花生根腐病的防治效果分别为71.74%与92.93%,对地老虎(新泰)与花生茎腐病（泰安）的防治效果分别为93.33%与87.29%。与空白对照相比,在新泰试验中,出苗率提高了4.23%,产量提高了1 146.45 kg·hm ^-2;在泰安试验中,出苗率提高了10.75%,产量提高了1 715.70 kg·hm ^-2。【结论】 研发的30%噻虫胺·吡唑醚菌酯·苯醚甲环唑悬浮种衣剂对花生冠腐病、根腐病、茎腐病及花生蚜、地老虎均有一定的兼治效果,对花生出苗和生长安全并增加花生产量,具有较好的推广前景。

导读：温室蔬菜水肥增效机制与管理研究

武雪萍, 李银坤

中国农业科学. 2019, 52(20): 3605-3610. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.011

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滴灌水肥一体化配施有机肥对土壤N₂O排放与酶活性的影响

奚雅静,汪俊玉,李银坤,武雪萍,李晓秀,王碧胜,李生平,宋霄君,刘彩彩

中国农业科学. 2019, 52(20): 3611-3624. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.012

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【目的】 通过在有机肥基础上增施不同量无机氮,研究滴灌水肥一体化条件下温室番茄土壤N₂O排放和脲酶（UR）、硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（Ni R）以及羟胺还原酶（Hy R）活性的动态变化,分析各处理土壤N₂O排放特征及土壤UR、NR、Ni R和Hy R活性对土壤N₂O排放的影响,揭示在滴灌水肥一体化下N₂O排放过程机制。【方法】 试验共设CK（不施氮）、N1（200 kg·hm ^-2有机氮）、N2（200 kg·hm ^-2有机氮+ 250 kg·hm ^-2无机氮）、N3（200 kg·hm ^-2有机氮+ 475 kg·hm ^-2无机氮）4个处理。采用静态箱-气相色谱法,对番茄生育期内土壤N₂O排放、土壤酶活性、土壤温湿度等进行监测。【结果】 滴灌水肥一体化,各施氮处理均在施肥+灌溉后第1天出现N₂O排放高峰,随着时间推移不断下降,不同处理番茄整个生育期N₂O排放通量在0.98—1 544.79 μg·m ^-2·h ^-1。土壤N₂O排放总量差异显著,依次为N3（（7.13±0.11）kg·hm ^-2）>N2（（4.87±0.21）kg·hm ^-2）>N1（（2.54±0.17）kg·hm ^-2）>CK（（1.56±0.23）kg·hm ^-2）,与N3相比,处理N1、N2土壤N₂O排放总量分别降低了64.38%、31.70%。番茄生育期内N₂O季节排放特征明显,秋季高,冬季低。土壤氮素转化相关酶活性大致随施氮量的升高而增高。土壤N₂O排放通量与5 cm土壤温度、0—10 cm土层硝态氮含量、土壤NR活性及土壤Hy R活性均呈极显著正相关（P＜0.01）。【结论】 滴灌水肥一体化下,土壤微生物处于好气环境,土壤N₂O主要来自于硝化过程,减少了由反硝化过程所产生的N₂O排放。综合考虑番茄产量、品质、N₂O排放等因素,推荐北方温室秋冬茬番茄施用200 kg·hm ^-2有机氮+250 kg·hm ^-2无机氮,75 kg·hm ^-2 P₂O₅,450 kg·hm ^-2 K₂O较为适宜。

有机肥部分替代化肥对温室番茄土壤N₂O排放的影响

奚雅静,刘东阳,汪俊玉,武雪萍,李晓秀,李银坤,王碧胜,张孟妮,宋霄君,黄绍文

中国农业科学. 2019, 52(20): 3625-3636. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.013

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【目的】 在等氮量有机部分替代化肥条件下研究温室番茄土壤N₂O排放特征,探讨影响温室土壤N₂O排放的环境因素,为估算温室菜地系统N₂O的排放清单及其减排潜力提供数据支撑和理论依据。【方法】 以温室秋冬茬番茄为研究对象,设置不施肥（CK）、单施有机肥（MN）、单施化肥（CN）、有机肥部分替代化肥（CMN）4个处理,采用静态箱-气相色谱法,对番茄生育期内土壤N₂O排放及土壤温度、含水量进行监测。【结果】 在相同施氮量情况下,处理CMN（有机部分替代无机）的N₂O排放总量为4.05 kg·hm ^-2,相比处理CN（单施化肥）和MN（单施有机肥）,土壤N₂O排放总量降低了45.1%和33.2%;土壤N₂O排放系数分别降低了50.0%和37.5%;排放强度降低了50.0%、42.1%。各处理土壤N₂O排放通量峰值均出现在施肥灌水后第1天,排放主要集中在施肥灌溉后5 d内。温室番茄土壤N₂O排放通量与0-5 cm地温呈显著或极显著线性相关关系;与土壤充水孔隙率（WFPS）呈显著或极显著的对数函数关系,且不同施肥处理下土壤N₂O排放峰值出现在土壤充水孔隙率60%—80%范围内。【结论】 温室番茄土壤N₂O排放的消长关系表现在温湿度变化和氮肥投入类型等方面,合理的减排措施应综合考虑以上因素。有机部分替代化肥施肥模式是提高温室番茄产量,减少N₂O排放排放强度、排放系数和排放总量,提高肥料利用率,实现化肥零增长的重要手段。

温室滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素的影响

刘志平,武雪萍,李若楠,郑凤君,张孟妮,李生平,宋霄君

中国农业科学. 2019, 52(20): 3637-3647. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.014

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【目的】 针对温室土壤磷素积累的问题,定位研究滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素积累的影响。【方法】 以中国华北平原日光温室为研究对象,采用滴灌方式灌溉,设置不施肥（CK）、单施磷肥（P₁）、单施鸡粪（OM）、鸡粪和减量磷肥配合施用（OM+P₁）、鸡粪和习惯量磷肥配合施用（OM+P₂）共5个处理,研究不同施肥方式对黄瓜土壤无机磷各形态的转化积累、不同生育时期在土壤垂直剖面的运移分布及其有效性的影响。【结果】 鸡粪和磷肥配施显著增加了土壤中的全磷、有效磷（Olsen-P）及无机磷的积累和残留。在0—20 cm土层中,全磷含量随着黄瓜生育时期的推进呈下降趋势,苗期最高,产瓜末期最低。不同施肥处理下,土壤全磷含量明显不同,各生育时期顺序均为OM+P₂处理>OM+P₁处理>P₁处理>OM处理>CK处理;土壤剖面各层次有效磷含量差异很大,苗期0—20 cm土层有效磷含量范围为44.43—86.08 mg·kg ^-1,20—40 cm土层含量范围为6.51—10.05 mg·kg ^-1,40 cm以下土层黄瓜各个生育时期有效磷含量差异很小。在温室滴灌条件下水分对磷的运移影响较小,土壤有效磷主要集中在0—20 cm土层,各生育时期0—20 cm土层有效磷占土壤剖面0—100 cm土层有效磷的68.76%—87.78%。与CK相比,其他施肥处理均提高了有效磷占全磷的比重,提高范围为1.23%—2.47%。0—20 cm土层中不同形态无机磷的含量为Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P,其中,Ca-P所占比例最大,为79.55%—83.35%。随着磷肥用量增加,磷的积累量也增加,Ca₈-P、Ca₂-P、Al-P、Fe-P和Ca₁₀-P含量均比不施磷的处理显著提高,以Ca₈-P增加最多,其次是Ca₂-P、Al-P和Fe-P;磷肥施入土壤后很快会经由Ca₂-P转化为Ca₈-P,而以缓效态累积在土壤中,各形态无机磷中以Ca₈-P积累最多,Al-P和Fe-P也有一定量的积累。【结论】 传统过量施肥造成磷素以Ca₈-P、Al-P和Fe-P等形态残留于土壤中,造成了土壤磷素的积累和磷肥的浪费。在30 000 kg·hm ^-2鸡粪的基础上增施磷肥并无显著增产效应,却显著增加了土壤磷素的残留积累量。如果只施鸡粪,用量不宜超过30 000 kg·hm ^-2;如果配施无机磷肥,则鸡粪减量,且无机磷肥在300 kg·hm ^-2的基础上减量,具体施肥量及配施比例有待进一步研究探讨。

日光温室冬春茬黄瓜滴灌的肥水优化管理

李若楠,黄绍文,史建硕,王丽英,唐继伟,张怀志,袁硕,翟凤芝,任燕利,郭丽

中国农业科学. 2019, 52(20): 3648-3660. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.015

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【目的】 明确滴灌黄瓜不同生育阶段适宜的土壤含水量指标和土壤氮素供应值,优化关键生育时期肥水施用,为保障设施黄瓜绿色生产与高产提供科学依据。【方法】 供试作物为日光温室冬春茬黄瓜。在相同基肥用量下,滴灌追肥设计低量（W1）、中量（W2）、高量（W3）3个灌水量和低量（F1）、中量（F2）、高量（F3）3个施肥量,共9个肥水组合处理。分生育阶段分析产量、品质、养分吸收量与肥水用量、主根区（0—40 cm）土壤含水量及养分供应水平的响应关系。【结果】 （1）与W1处理相比,W2、W3处理商品瓜总产量显著增加,增幅11.1%—12.8%,其中W3处理第1、2次肥水管理期间商品瓜产量显著降低,降幅10.4%—17.7%,W2、W3处理第6—8、10—12和14—16次肥水管理期间商品瓜产量分别增加10.8%—26.2%、21.2%—40.3%和33.5%—46.4%;W2、W3处理氮、磷、钾总吸收量显著增加,增幅分别为17.9%—20.2%、28.3%—36.3%、25.9%—33.7%,其中进入产瓜盛期后,阶段养分吸收量增加显著;W2、W3处理产瓜期间主根区平均体积含水量增加4.2—6.4个百分点,保持在相对含水量79%—87%;果实含水量增加0.2—0.3个百分点,但果实可溶性固形物、硝酸盐、可溶性糖、Vc含量分别下降7.4%—10.1%、0.9%—5.4%、5.9%—6.2%、5.5%—12.8%;产瓜期间主根区硝态氮含量降低9.1%—68.0%;灌水利用效率下降31.1%—49.3%。（2）与F1处理相比,F2、F3处理商品瓜总产量增加4.0%—7.9%;氮、磷、钾总吸收量显著增加,增幅分别为9.7%—13.1%、7.9%—11.8%、12.6%—17.3%;F2、F3处理产瓜期间主根区硝态氮含量增加38.0%—162.0%,分别保持在24.6—47.9、27.3—72.2 mg·kg ^-1;但果实硝酸盐含量增加5.5%—14.6%,肥料利用效率下降32.1%—47.8%。（3）从全生育期角度综合肥水效应,W2F2处理能保持较高产量、肥水利用效率和较优品质,同时降低土壤氮素残留,为冬春茬黄瓜兼顾绿色生产与高产的滴灌肥水用量。【结论】 高产（170—180 t·hm ^-2）温室滴灌冬春茬黄瓜3月下旬至4月下旬（产瓜初期）、4月下旬至5月中旬（产瓜盛期前期）、5月中旬至6月中旬（产瓜盛期）、6月中旬至7月上旬（产瓜末期）主根区土壤适宜相对含水量分别为63%、78%、82%、85%,下限控制在61%、73%、78%、81%;在3月下旬至4月上旬,主根区相对含水量上限控制在67%—71%。产瓜期间主根区适宜硝态氮含量维持在25—40 mg·kg ^-1。

脱水胡萝卜不同水分活度下的品质变化与细菌菌群演替规律

杨文建,浦浩亮,王柳清,胡秋辉,裴斐

中国农业科学. 2019, 52(20): 3661-3671. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.016

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【目的】 探究脱水胡萝卜在不同水分活度下的品质变化与细菌菌群演替规律,为控制脱水胡萝卜贮藏过程中的食用品质劣变,延长其货架期提供理论依据。【方法】 挑选大小均一的新制备脱水胡萝卜丁,置于水分活度(water activity,a_w)分别为0.43、0.67、0.78和0.84的密闭干燥器中贮藏50 d,观测脱水胡萝卜贮藏过程中硬度、微观结构、β-胡萝卜素含量、风味等品质变化情况,分析脱水胡萝卜在不同贮藏条件下的细菌菌群丰度变化和演替规律。【结果】 乳酸菌（Lactic acid bacteria）是存在于脱水胡萝卜中的主要外源细菌菌群。经50 d的贮藏后,在低a_w贮藏条件下（a_w=0.43）,脱水胡萝卜中的芽孢杆菌属（Bacillus spp.）相对含量高于其他组,高a_w环境能够促进片球菌属（Pediococcus spp.）、葡萄球菌属（Staphylococcus spp.）和乳酸杆菌属（Lactobacillus spp.）的生长,同时加剧脱水胡萝卜中典型营养物质β-胡萝卜素的损失,并使脱水胡萝卜的硬度降低,微观结构粘连褶皱。同时,电子鼻分析显示高a_w引起脱水胡萝卜中烯烃类和酮类等特征风味物质下降,而乳酸菌生长代谢相关的胺类物质上升。【结论】 高a_w环境能够加速脱水胡萝卜中片球菌属、葡萄球菌属和乳酸杆菌属的生长,造成脱水胡萝卜硬度下降、β-胡萝卜素损失、特征风味的劣变以及微观结构的粘连。

杨柳田头菇YAAS711菌株F₁子代胞外酶活性分析

周会明,赵永昌,柴红梅,张焱珍

中国农业科学. 2019, 52(20): 3672-3684. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.017

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【目的】 探究杨柳田头菇YAAS711菌株的单孢菌株及其自交个体的胞外酶活性变化规律,为其遗传育种提供理论依据。【方法】 以杨柳田头菇YAAS711的18个单核体与22个自交双核体为试验材料,分别采用3, 5-二硝基水杨酸（DNS）法、福林法、愈创木酚法等测定羧甲基纤维素酶、滤纸纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、漆酶、多酚氧化酶、过氧化物酶9种胞外酶活性,并对这9种胞外酶与子代生长速度、极性和交配因子进行相关性分析。【结果】 单核体和双核体绝大多数都具有较高的淀粉酶、滤纸纤维素酶、半纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、羧甲基纤维素酶及蛋白酶活性,过氧化物酶、多酚氧化酶及漆酶活性却较低。9种胞外酶平均活力与单核体和双核体的菌丝生长速度均存在一定程度的相关性,除部分类型Ⅱ单核体外,菌丝生长速度较快的单核体具有较高的胞外酶活性;反之,胞外酶活性较低。相比单核体菌丝生长速度“快-快”的组合,单核体菌丝生长速度“快-慢”的组合除半纤维素酶、蛋白酶和多酚氧化酶外,其他胞外酶活性都较高。具有类型Ⅱ单核体参与形成的双合体胞外酶活性却各不相同且无规律。多酚氧化酶对单核体菌丝生长速度的间接影响大于漆酶,但漆酶对单核体菌丝生长速度的综合作用最大;胞外酶之间的协同作用对双核体菌丝生长速度影响较小,其中漆酶对其菌丝生长速度直接作用最大。多重比较结果显示,在显著水平为0.05上,极性对胞外酶平均活力的影响大于交配因子。【结论】 单核体菌丝生长速度与本极性异常和杨柳田头菇YAAS711子代个体胞外酶活性差异存在显著相关性,除部分类型Ⅱ单核体和双核体外,类型Ⅰ菌株胞外酶活性具有相同的规律。单核体菌丝生长速度、极性、胞外酶三者之间具有一定的相关性,但交配因子与胞外酶没有直接相关性。

肉鸡酵母水解物代谢能及氨基酸可利用率评定

张巍,戴晋军,杨雪海,魏金涛,陈明新,胡骏鹏,黄少文

中国农业科学. 2019, 52(20): 3685-3694. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.018

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【目的】 评定肉鸡对酵母水解物的表观代谢能、氮校正表观代谢能、回肠表观氨基酸消化率、标准回肠氨基酸消化率、全肠道表观氨基酸消化率,拟为酵母水解物在肉鸡饲粮中的广泛应用提供基础参数。【方法】 选择18 d、体重无差异的科宝白羽肉仔鸡160只,随机分成对照组和试验组,每组8个重复,每个重复10只试验鸡,公母各半。对照组饲喂以玉米淀粉、葡萄糖、纤维、大豆油配制的无氮日粮,试验组饲喂以酵母水解物为唯一粗蛋白质来源的半纯合日粮,对照组和试验组均添加0.5%的二氧化钛作为外源指示剂。试验期间自由采食,全收粪法收集试验鸡22—24 d粪便,并统计该期间肉鸡采食量,通过检测日粮以及粪便中总能、含氮量来计算酵母水解物表观代谢能值和氮校正表观代谢能值。粪便收集完后自由采食,26日龄麻醉剖解收集回肠后半段食靡,分别检测日粮、回肠食糜中氨基酸及二氧化钛含量,计算酵母水解物回肠表观氨基酸消化率、标准回肠氨基酸消化率、全肠道表观氨基酸消化率。【结果】 （1）酵母水解物总能值为18.19 MJ·kg ^-1,表观代谢能值为11.22 MJ·kg ^-1,氮校正表观代谢能为10.17 MJ·kg ^-1,其有效能值与普通豆粕相当。（2）酵母水解物粗蛋白质含量为41.7%,总氨基为36.97%,必需氨基酸与非必需氨基酸之比为44﹕56,与普通豆粕接近;酵母水解物肉鸡限制性氨基酸依次为Met、Met+Cys、Arg、Leu、Ile、Phe+Tyr、Val、His、Lys、Thr、Trp,与豆粕差异较大。（3）酵母水解物回肠表观氨基酸消化率、标准回肠氨基酸消化率、全肠道表观氨基酸消化率均大于70%,肉鸡可利用限制性氨基酸依次为Met、Met+Cys、Arg、Leu、Ile、Thr、Phe+Tyr、His、lys、Val、Trp,蛋氨酸、精氨酸为第一、第二限制性可利用氨基酸,亮氨酸、异亮氨酸为第三、第四限制性可利用氨基酸,苏氨酸可利用较差,为第五限制性可利用氨酸,酵母水解物限制性氨基酸与豆粕差异较大。【结论】 酵母水解物是一种蛋白饲料原料,其蛋白质含量、有效能值与豆粕相当,但其氨基酸组成及氨基酸可利用率与豆粕存在较大差异。因此,酵母水解物在肉鸡日粮中应用,需要考虑补充不同氨基酸或者搭配不同蛋白质饲料来平衡氨基酸的需要。

高效液相体积排阻色谱法测定口蹄疫灭活疫苗146S 抗原含量及疫苗质量评估

朱元源,徐嫄,邹兴启,杨延丽,刘丽丽,万建青,李翠,徐璐,张乾义,夏应菊,王兆,郎洪武,王琴,张松平,赵启祖

中国农业科学. 2019, 52(20): 3695-3704. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.019

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【背景】 口蹄疫疫苗质量评价方法对疫苗生产企业和监管部门进行质量控制尤为重要,146S抗原含量是评价口蹄疫疫苗质量的关键指标。蔗糖密度梯度离心法（sucrose density gradient centrifugation,SDGC）是公认经典的测定口蹄疫146S抗原含量的方法,但存在检测耗时长、过程复杂、重复性差等缺点,影响了疫苗的质量监测。口蹄疫灭活疫苗146S抗原含量高效液相体积排阻色谱法（size-exclusion high-performance liquid chromatography, SE-HPLC）是一种简便、快速、自动化程度高、高效的测定方法。【目的】 在初步建立的采用SE-HPLC测定口蹄疫灭活疫苗146S抗原含量方法的基础上,针对不同类型、不同浓缩纯化生产工艺制备的口蹄疫灭活疫苗,进一步确认SE-HPLC法在检测过程中的普适性势在必行。【方法】 利用口蹄疫146S抗原标准品建立SE-HPLC法标准曲线,求得回归方程,用于检测样品的146S含量。采用SE-HPLC法和SDGC法分别检测146S抗原标准品1倍、2倍、4倍、8倍、16倍稀释的5个样品和市场上随机选取的22批疫苗, 计算146S抗原含量,对比分析两种方法的相关性。用SE-HPLC法,3次重复检测不同企业生产的134批口蹄疫灭活疫苗146S抗原含量,通过色谱图特异性、检测值相对标准偏差（relative standard deviation ,RSD）分析SE-HPLC法的重复性,评价该方法的适用性,分析市场流通疫苗的总体质量情况。【结果】 SE-HPLC法建立的标准曲线,峰面积与146S抗原含量的线性关系良好（R ²=0.9981,n=8）。口蹄疫146S抗原标准品5个稀释样品和22批口蹄疫疫苗的146S抗原含量检测结果表明,口蹄疫146S抗原含量检测SDGC法和SE-HPLC法高度正相关（R_S ²=0.9994,n_S=5;R_v ²= 0.9602,n_v=22）。134批口蹄疫灭活疫苗中,146S抗原含量相对标准偏差RSD＜5%的疫苗批次分别占疫苗总批次（134批）、单价苗总批次（18批）、双组分及双价苗总批次（76批）、三价苗总批次（40批）的81.34%、72.22%、85.53%、80.00%;146S抗原含量相对标准偏差RSD≤10%的疫苗批次占疫苗总批次（134批）的97.76%。口蹄疫146S抗原含量SE-HPLC法检测重复性良好,其中疫苗146S抗原含量2—4μg·mL ^-1时,检测重复性最好。所有批次疫苗均检测到目的峰,目的峰的平均起峰、最高峰、落峰时间分别为SE-HPLC法进样后的11.58、12.90、14.93min,平均持续3.36min。134批口蹄疫灭活疫苗146S抗原含量为1.11—80.36μg·mL ^-1,其中单价苗、双价苗、双组分苗、三价苗146S抗原含量均值分别为2.07、2.40、2.85、13.14 μg·mL ^-1。【结论】 口蹄疫灭活疫苗146S 抗原含量SE-HPLC法适用性好、重复性高、高效、快速、简便,能够用于检测不同类型的口蹄疫灭活疫苗,从而进行疫苗的质量监测和评估。市场流通的口蹄疫灭活疫苗146S含量较高,疫苗质量较好。

沙葱萤叶甲气味结合蛋白GdauOBP20的基因克隆、原核表达及其结合特性

李玲,谭瑶,周晓榕,庞保平

中国农业科学. 2019, 52(20): 3705-3712. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.020

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【目的】 沙葱萤叶甲（Galeruca daurica）是近年来在内蒙古草原上暴发成灾的新害虫,本文旨在克隆沙葱萤叶甲气味结合蛋白基因GdauOBP20的cDNA全长序列,明确其重组蛋白与寄主植物挥发物的结合特性,为揭示沙葱萤叶甲嗅觉的分子机理打下基础。【方法】 基于沙葱萤叶甲转录组数据,利用RACE技术对沙葱萤叶甲气味结合蛋白基因GdauOBP20进行cDNA全长克隆;利用生物信息学软件预测分析其编码蛋白的理化特性和结构特征;通过原核表达系统表达目的蛋白,并使用Ni-NTA Agarose亲和层析柱进行重组蛋白纯化。最后采用荧光竞争结合的方法,以N-苯基-1-萘胺（N-phenyl-1-naphthylamine,1-NPN）为荧光探针,检测GdauOBP20重组蛋白与13种主要寄主挥发物的结合情况。【结果】 GdauOBP20的cDNA全长序列为567 bp（GenBank登录号MK250532）,其中5′末端非编码区长24 bp,3′末端非编码区长123 bp,具有ployA尾结构;开放阅读框（ORF）全长为420 bp,编码139个氨基酸。氨基酸序列中含有4个保守的半胱氨酸位点,属于Minus-C OBP亚家族。预测蛋白三级结构中含有6个α螺旋和两对由半胱氨酸形成的二硫键。成功构建了重组表达载体并获得了高纯度的重组蛋白。重组蛋白GdauOBP20与荧光探针1-NPN的结合常数为12.8 μmol·L ^-1,结合能力较好,可作为本试验的荧光报告子。在所测的13种主要寄主植物挥发物中,除与二烯丙基三硫醚无结合能力外,GdauOBP20重组蛋白与其他12种寄主植物挥发物均有不同程度的结合能力,其中与对二甲苯和环庚三烯的结合能力最强,解离常数分别为22.91和26.55 μmol·L ^-1,而与月桂烯结合能力最弱,解离常数为116.29 μmol·L ^-1。【结论】 沙葱萤叶甲GdauOBP20能与寄主植物的多种主要挥发性物质结合,推测其可能在沙葱萤叶甲对寄主植物的定位过程中发挥重要的作用。

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