Ca2+离子在维持细胞壁以及细胞膜的完整性中具有重要作用,是植物生长和发育中必不可少的矿质营养元素之一。解析Ca2+离子在糖代谢和脂代谢中的作用能够为理解棉花纤维快速伸长阶段细胞膜和细胞壁的动态变化提供有意义的参考。本研究利用胚珠培养系统发现缺Ca2+会促进纤维和胚珠细胞的膨大,但同时也会诱导组织的褐化。RNA-seq差异表达基因分析发现缺Ca2+使细胞处于一个较高的氧化态,并且激活与糖代谢和脂代谢相关的基因的表达。尤其以糖酵解途径变化最为显著,其代谢途径中的9个酶相关的基因上调表达,缺Ca2+处理细胞中的葡萄糖含量显著下降,改变了糖酵解途径的流动。低K+能够恢复缺Ca2+诱导糖酵解途径相关基因的表达以及葡萄糖的含量。采用电喷雾电离串联质谱技术检测了不同Ca2+、K+离子处理条件下细胞中脂质组成分的动态变化。缺Ca2+处理细胞中自由脂肪酸(FA)、二酰甘油(DAG)和糖脂含量降低,三酰甘油(DAG)磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰胆碱(PC)含量增加。低K+与缺Ca2+的互作信号能够恢复FA、磷脂、糖脂含量至正常水平,有效缓解缺Ca2+效应。本研究通过在转录和代谢水平的比较分析,揭示了Ca2+和K+信号互作在维持纤维快速伸长过程中糖酵解和脂代谢中发挥着重要作用。
施肥是提升土壤肥力促进作物增产的有效措施,长期不同施肥对土壤培肥的效果差别很大,依托中国农科院红壤实验站双季稻田连续38年不同施肥定位试验,研究了7种不同施肥处理CK(不施肥);NPK(化学氮、磷、钾肥料);M(腐熟牛粪);NPKM(化学氮、磷、钾和牛粪);NPM(化学氮、磷和牛粪);NKM(化学氮、钾和牛粪);PKM(化学磷、钾和牛粪)对水稻产量、稻田土壤肥力与养分表观平衡的影响。结果表明,各处理水稻年均产量由高到低为NPKM、NPM、NKM、PKM、M、NPK、CK,范围在6214-11562 kg hm2。长期有机无机配施处理(NPKM、NPM、NKM、PKM)较NPK的增产率分别为:22.58%、15.35%、10.53%、4.41%。长期有机无机配施处理(NPKM、NPM、NKM、PKM)的土壤有机碳、全氮、有效氮、速效钾含量均显著高于CK和NPK,其中有机肥配施氮磷肥处理的NPKM、NPM、PKM土壤全磷和有效磷含量显著高于CK、NPK;NPKM处理的水稻年均产量(11562 kg hm2)、有机碳(20.88 g kg-1)、土壤全氮(2.30 g kg-1)、全磷(0.95 g kg-1)、全钾(22.5 g kg-1)、有效磷含量(38.94 mg kg-1)均为各处理中最高,NKM处理土壤碱解氮含量(152.4mg kg-1)和速效钾含量(151.00 mg kg-1)为各处理最高。氮、磷施用量的增加导致土壤中氮、磷养分出现盈余,但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量;各处理土壤中钾素均表现为亏缺。相关性分析表明土壤SOC、TN、AN、TP、AP含量均与水稻产量显著相关(P<0.05),相关系数分别为0.428、0.496、0.518、0.501和0.438。本研究表明,相比单施化肥,长期有机肥配施化肥通过提升土壤肥力,促进土壤养分平衡,显著增加水稻产量,其中有机肥配施氮磷钾肥(NPKM)对于土壤肥力和水稻产量的提升效果最好。
非洲猪瘟(ASF)的持续流行严重威胁全球养猪业的健康发展。该病目前缺乏可应用于临床的疫苗和药物,因此,早期的精准检测对于ASF的有效防控至关重要。p30蛋白在病毒感染早期表达,免疫原性较好且诱导产生抗体水平较高,这些特性使其成为较为理想的非洲猪瘟病毒(ASFV)检测靶点之一。本研究以原核表达的p30蛋白为免疫原,制备了两株可稳定分泌针对ASFV p30蛋白的单克隆抗体(mAb)细胞株,分别命名为4F2和7F3。利用Western blotting和间接免疫荧光实验鉴定两株单克隆抗体均能识别病毒感染。亚型鉴定结果显示,4F2和7F3的重链分别为IgG1和IgG2b,轻链均为κ链。随后,通过原核表达一系列截短p30蛋白鉴定4F2和7F3识别的抗原表位。经5轮截短和Western blotting实验鉴定,最终确定4F2和7F3识别的最短抗原表位分别为118SFETL122和76EHQAQEEWNMILHV89。在此基础上,进一步分析两个抗原表位在不同毒株p30蛋白序列中的保守性。序列比对结果表明,GenBank数据库中所有p30蛋白序列均包含118SFETL122 ,而另一抗原表位76EHQAQEEWNMILHV89则在非洲以外地区分离的毒株中保守。本研究制备的两株单克隆抗体及鉴定的抗原表位可为检测方法的开发提供材料和基础,同时也可为病毒致病机理和免疫机制等基础研究提供工具。
研究播期和生态点对半冬小麦产量的影响对小麦产量提高具有重要意义。本研究旨在探讨稻-麦轮作条件下播期和生态点对小麦产量以及相关气候资源的影响。试验以两个半冬性小麦品种为材料,分别在东海县和建湖县开展,共设置6个播期。第一播期(S1)基本苗300×104 ha-1,每推迟一个播期(S2-S6)基本苗分别增加10%。结果表明,播种期的推迟,导致整个生育期天数缩短、有效积温和累计太阳辐射降低。S2~S6产量较S1分别降低了0.22~0.31t ha-1、0.5~0.78t ha-1、0.86~0.98t ha-1、1.14~1.38t ha-1和1.36~1.59t ha-1。同一播期,随着生态点北移,生育天数增加,日均温和有效积温降低,累积辐射增加。结果表明,相同播期,东海县的产量比建湖县低0.01 ~ 0.39 t hm - 2。有效积温、累积辐射与产量呈显著正相关。日均温与产量呈显著负相关。籽粒产量下降的主要原因由于日均温的升高和有效积温的降低导致穗粒数和千粒重下降引起的。
谷类/豆类间作已在世界范围内被广泛采用,以提高可持续农业系统中的作物生产力。在不同的间作组合中,谷子/花生间作可以适应大部分缺水地区。然而,关于谷子/花生间作与单作在不同施氮水平下的产量性状和氮素利用效率差异的研究较少。本研究旨在确定谷子/花生间作的产量优势、经济效益以及适宜的氮肥用量。采用三种种植模式(单作谷子、单作花生和谷子/花生间作)和四种施氮量(0、75、150和225 kg ha-1)进行了为期两年的大田试验。结果表明,间作系统的土地当量比(LER)和净效应(NE)在施氮量为150 kg ha-1时达到两年来的最高值(LER两年平均为1.04,NE分别为0.347 Mg ha-1)。谷子是间作系统中的优势作物(谷子与花生的种间相对竞争能力(Amp)>0,竞争比率(CRmp)>1),单作在施氮量为225 kg ha-1,间作为150 kg ha-1时谷子产量最高。不同种植模式的氮利用效率(NUE)两年均在施氮量为150 kg ha-1时达到最高。间作结合施氮150 kg ha-1时净收益最高,两年平均为2791 $ ha-1,效益成本比为1.56。因此,从经济和农业可持续发展的角度来看,150 kg N ha-1施氮量的谷子/花生间作似乎是替代谷子或花生单作的一个有推广价值的选择。
水稻是中国主要粮食作物之一,世界性三大稻田恶性杂草之一的杂草稻对中国水稻生产的危害时有报道。然而,由于缺乏系统的调查研究,中国杂草稻的总体发生情况和形态类型的分布模式仍不清晰。为了揭示中国杂草稻的发生与危害情况,自2009年至2016年采用七级目测法对中国六个稻作区的999个稻田样点进行了田间调查。结果表明在387个样点中有杂草稻发生,杂草稻整体发生率约为39%。杂草稻综合草害指数在50%以上的样点主要从江苏、黑龙江、宁夏和广东辐射到华东、东北、西北和华南稻作区。通过2017年和2019年的同质园试验对调查过程中采集的287个杂草稻种群的45个形态特征进行了多元分析。结果表明,中国杂草稻存在丰富的形态学变异度和多样性,其形态学特征与原生境的经度、纬度、海拔、气温日较差、气温年较差、生育期的最低温、最高温、降雨量等地理气候因子具有显著的相关性。基于45个形态学性状的聚类分析将287个中国杂草稻种群分为三组:第一组为多分蘖强生长势型杂草稻,籼型,主要分布于江苏;第二组为大叶片型杂草稻,以籼型为主,生长势强,粒型优势弱于第三类杂草稻但强于第一组杂草稻,主要分布在我国的华东、华南、西南地区以及华中南部地区;第三组为大籽粒弱生长势型杂草稻,以粳型为主,主要分布在我国东北、华北、西北等北方地区。三组杂草稻多数无芒且具有黄色颖壳和红色果皮,多个叶型、株型等相关的营养性状以及产量、籽粒形态、穗型相关的生殖性状均存在着显著差异。综上,部分中国稻田已被杂草稻严重侵染,中国杂草稻具有地理、气候和栽培稻类型依赖的形态生物型分化。这暗示了我们需要重视杂草稻对水稻生产的危害,需采取综合防治策略来防控杂草稻。
猪的呼吸道是多种病原微生物的定殖场所,包括常见的四种猪源支原体,分别是猪肺炎支原体(Mhp),猪鼻支原体(Mhr),猪絮状支原体(MF)和猪滑液支原体(MHS)。猪源支原体主要寄居于猪气管黏膜表面,最具代表性的Mhp是引起猪气喘病的主要病原,并易与其他猪呼吸道病原混合或继发感染,引发猪呼吸道疾病综合征,使得感染猪产生慢性持续性呼吸系统疾病,给养猪业带来巨大的经济损失。沿着猪呼吸道上皮细胞的纤毛的黏附是猪源支原体成功感染的前提。猪原代气管上皮细胞(PTEC)是研究包括猪源支原体的各种猪呼吸道病原发病机制的合适模型,但原代PTEC细胞短暂的寿命极大地限制了其应用前景。因此,构建永生化的猪气管上皮细胞,对包括Mhp在内的所有猪源支原体等猪呼吸道病原,具有较高的应用价值。
我们首先提供了详细的分离和培养原代PTEC的方法步骤。随后通过用含有人端粒酶逆转录酶(hTERT)的重组构建的质粒pEGFP-hTERT转染原代PTECs,通过两轮G418的抗性筛选,建立永生化的猪气管上皮细胞系(hTERT-PTECs),并可传代至60代以上。通过比较原代与永生化细胞的上皮细胞表面标志物角蛋白18的表达,细胞周期,细胞生长曲线,端粒酶活性,染色体核型分析,端粒酶基因的蛋白质印记检测,软琼脂和裸鼠成瘤试验,增殖能力等相关基因的定量PCR检测,不仅证实了永生化细胞具备了原代细胞的形态及功能特性,与原代PTECs相比,hTERT-PTEC也具有更长的寿命,更高的端粒酶活性和增殖活性。裸鼠体内未表现出恶性表型,表明该细胞系不具有致瘤性。将不同的猪源支原体菌株感染hTERT-PTECs,通过颜色变化单位CCU50黏附率的定量计算,hTERT-PTECs对所有猪源支原体易感,且原代和永生化细胞之间的黏附能力无显著差异。而对于代表性的Mhp,DNA拷贝定量实时PCR测定,间接免疫荧光测定和蛋白质印迹分析表明hTERT-PTECs能够粘附不同毒力的Mhp菌株。总之,与原代PTECs类似,hTERT-PTECs可以广泛用作猪源支原体的粘附细胞模型,并可用于多种猪呼吸道病原体的感染研究。
地下水资源紧缺是华北平原冬小麦生产面临的一个严峻的挑战,急需先进的节水技术在冬小麦生产上的应用。为了探讨微喷灌技术在冬小麦生产上的节水潜力,我们设置了五个处理,传统畦灌TF1(拔节期和开花期分别灌溉75 mm灌水量);微喷灌MSI1(拔节期、开花期和灌浆中期分别微喷30 mm灌水量); 微喷灌MSI2(起身期、拔节期、开花期和灌浆中期分别微喷30 mm灌水量);微喷灌MSI3(起身期、拔节期、孕穗期、开花期和灌浆中期分别微喷30 mm灌水量);微喷灌MSI4(返青期、起身期、拔节期、孕穗期、开花期和灌浆中期分别微喷30 mm灌水量),于2012-2015三个生长季通过大田试验进行了研究。研究结果表明,与TFI相比,MSI1和MSI2的水分利用效率分别增加了22.5和16.2%,同时分别降低耗水量17.6和10.8%。在不考虑降雨年型的情况下,与常规畦灌TFI相比,MSI1或MSI能够在降低20-40%灌溉水的前提下保证冬小麦稳产或显著增产。与TFI相比,MSI3的产量和水分利用效率也分别提高了4.6%和11.7%。微喷灌可以实现少量多次的灌溉,降低了土壤的紧实度并有利于小麦根系的下扎,进而有利于关键生育期光合同化物的生产。总之,与TF1相比,MSI1和MSI2能够在降低灌溉用水20-40%的前提下实现稳产或增产,这将为华北平原冬小麦节水高效生产提供一定的技术支撑。