荻草谷网蚜ABCG1基因的克隆及表达模式分析

荻草谷网蚜Sitobion miscanthi是严重威胁我国小麦生产安全的迁飞性害虫。蜕皮激素是参与蚜虫翅型分化调控的内激素,在有翅成蚜体内保持高滴度,且诱导后代产生更高比例的无翅蚜,其进出靶细胞需要经过细胞膜上特定蛋白的转运。ATP结合盒转运蛋白家族G亚家族(ATP-binding cassette transporter G, ABCG)中的ABCG1是通过跨膜转运昆虫类固醇、对蜕皮激素信号进行负调控的功能蛋白之一,在蚜虫中尚未见报道。本文克隆了荻草谷网蚜ABCG1(SmisABCG1)基因,并进行了序列比对、系统进化分析以及不同组织部位和发育时期表达模式分析。结果显示,SmisABCG1基因的开放阅读框全长为1 851 bp,编码616个氨基酸,含7个跨膜结构域,符合ABCG蛋白家族典型结构特性,基因登录ID:OP626323。昆虫间ABCG1较保守,该蛋白系统进化关系与各自物种间亲缘关系的远近保持一致。其中,SmisABCG1与来自豌豆蚜、禾谷缢管蚜、棉蚜、花生蚜和雪松长足大蚜等的ABCG1氨基酸序列高度一致(>87%),以上蚜虫聚为一支。与SmisABCG1亲缘关系最近的是豌豆蚜的ABCG1,其次是半翅目的褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱,与膜翅目的新疆菜叶蜂、阿里山潜蝇茧蜂以及鞘翅目的赤拟谷盗、蜂箱小甲虫亲缘关系较远。该基因在伪胚胎和成蚜阶段高表达。包含伪胚胎的有翅、无翅成蚜整蚜SmisABCG1的转录水平无显著差异,但其在来自有翅成蚜的伪胚胎中的转录水平高于无翅成蚜伪胚胎,证实无翅成蚜自身的转录水平较高,而有翅成蚜较低。进一步分析显示这一差异主要是无翅蚜胸部显著高表达所导致。基于该蛋白对蜕皮激素负调控,与有翅成蚜转录水平低,但蜕皮激素水平更高相符合。

火烧对洞庭湖湿地荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)群落土壤性质的影响

火烧作为调控因子,对植物群落结构和生态系统功能具有重要影响,但在湖泊湿地中研究较少.通过野外调查取样与实验室分析,探讨火烧对洞庭湖湿地主要群落类型——荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)土壤化学性质的影响.结果表明:火烧后,苔草群落土壤硝态氮含量显著减少64.6%,有机质含量增加26.3%;而荻群落土壤与之相反,硝态氮含量增加186.9%,有机质含量减少22.9%.火烧后,苔草群落的全氮、铵态氮、全碳和全磷含量均显著增加,分别增加了75.4%、36.3%、102.7%和76.9%,而荻群落土壤与对照组间无显著差异.总体上,火烧对荻群落土壤养分影响不大,可作为芦苇场的一种管理方式,但火烧促进苔草群落土壤养分释放,有助于苔草群落提前萌芽和生长,并引起牲畜牧食增加.

荻草谷网蚜两个内参基因的克隆及表达谱分析

利用染料法荧光定量PCR技术开展功能基因的表达量检测时,表达稳定内参基因的选择和引物的高特异性是确保检测结果准确可靠的前提。本文针对昆虫通用的内参基因NADH(nicotinamideadenine dinucleotide dehydrogenase)和DIMT(dimethyladenosine transferase)在荻草谷网蚜中进行了基因克隆、序列分析、不同龄期的时间表达谱分析和基因表达稳定性评估。两个基因的GenBank登录号分别为OL770461和OL770462。NADH和DIMT基因克隆序列与基于高通量测序技术预测结果高度一致,但仍有不同。以β-actin为内参分析两个表达谱,结果显示各自表达稳定、龄期间无显著差异;稳定值由高到低为β-actin,NADH,DIMT,稳定值彼此接近、远小于阈值1.5。以上研究结果说明,通常作为内参基因的持家基因虽然保守,在物种间仍可能存在较大变异,直接引用其他物种的内参引物不可行;不但如此,一代测序技术虽然通量低但准确度极高,与之相比,二代高通量测序则错误率较高,因此引物设计使用的基因应首做克隆测序验证;最后,NADH和DIMT在荻草谷网蚜各发育阶段表达稳定,适用于蚜虫基因、特别是不同发育阶段的基因表达差异分析。

茉莉酸甲酯调控荻草谷网蚜与小麦互作关系的研究

为探究荻草谷网蚜取食之后小麦体内迅速累积的茉莉酸(JAs)调控荻草谷网蚜与小麦互作关系的生化基础,研究通过喷施茉莉酸甲酯(MeJA)之后,分析了不同时间点小麦以及取食该小麦的荻草谷网蚜的抗氧化防御酶活性的变化。结果表明:在外源MeJA处理6 h和12 h后,小麦体内的过氧化物歧化酶(SOD)的活性显著降低,同时荻草谷网蚜的过氧化物歧化酶(SOD)活性在6 h与12 h时显著上升;而小麦过氧化物酶(POD)活性仅在处理之后24 h时显著下降,荻草谷网蚜的过氧化物酶(POD)活性始终无显著变化;小麦过氧化氢酶(CAT)活性与对照相比无显著差异,荻草谷网蚜过氧化氢酶(CAT)活性在处理之后24 h时显著升高;小麦与荻草谷网蚜组织中的丙二醛(MDA)含量均未出现明显变化。说明茉莉酸(JAs)主要通过降低宿主的抗氧化防御酶的活性对荻草谷网蚜的取食行为产生不利影响。

荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1的基因克隆及基于HIGS技术的功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi是我国农业生产中的重大害虫之一,其唾液中存在许多功能各异的效应蛋白,在取食过程中参与蚜虫-植物互作。本研究旨在探索荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1在该蚜虫取食和繁殖过程中的功能,探索其作为沉默靶标用于防治荻草谷网蚜的可行性。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组数据,克隆荻草谷网蚜SmHMp1的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;以RT-qPCR技术测定荻草谷网蚜不同发育阶段(1-4龄若虫以及无翅成蚜)、无翅成蚜不同组织(唾液腺、头、胸、腹、胚胎以及整虫)、不同翅型成蚜(有翅成蚜和无翅成蚜)以及取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的无翅成蚜中SmHMp1基因表达量;以农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的烟草瞬时表达确定SmHMp1蛋白的亚细胞定位;构建大麦条纹花叶病毒(barley stripe mosaic virus,BSMV)重组病毒载体,利用寄主诱导的基因沉默技术(host-induced gene silencing,HIGS)沉默荻草谷网蚜SmHMp1基因后,通过解剖、生命表和刺探电位(electrical penetration graph,EPG)技术分析SmHMp1基因沉默对荻草谷网蚜生长发育、繁殖和取食的影响。【结果】克隆获得荻草谷网蚜SmHMp1(GenBank登录号:OP021692)cDNA全长序列,其开放阅读框长426 bp,编码141个氨基酸残基;预测其蛋白质分子质量为16.2 kD,理论等电点8.74,N端具有长度为19个氨基酸残基的信号肽。系统发育分析显示,SmHMp1与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum未注释蛋白LOC100165393 precursor(GenBank登录号:NP_001155659.1)亲缘关系最近。RT-qPCR结果表明,荻草谷网蚜SmHMp1在各发育阶段均有表达,在1龄若虫期表达量最高,随发育时间总体呈先下降后升高趋势;SmHMp1在无翅成蚜唾液腺中表达量显著高于在其他组织中的;不同翅型成蚜中,SmHMp1表达量无显著性差异;取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的荻草谷网蚜无翅成蚜中SmHMp1表达量无显著性差异。亚细胞定位结果显示,SmHMp1蛋白定位于烟草细胞膜与细胞核。在接种BSMV-SmHMp1重组病毒小麦上取食的荻草谷网蚜无翅成蚜中SmHMp1表达量极显著下降至对照组(接种BSMV-GFP)的43.64%;沉默SmHMp1荻草谷网蚜无翅成蚜8日产蚜量和胚胎数显著下降,分别为对照组的54.17%和46.25%;韧皮部取食时间显著缩短至对照组的64.95%。【结论】唾液蛋白SmHMp1在荻草谷网蚜取食和繁殖过程中可能发挥重要作用,具有作为HIGS靶标防治荻草谷网蚜的应用潜力。本研究有利于深入理解分子水平上的蚜虫-寄主互作和发展针对荻草谷网蚜的绿色防控手段。

荻草根系统扩展能力和固土作用的研究

荻草(Miscanthus sacchariflorus)根系统有一般禾本科植物的须根系,具发达的根茎及不定根系显著扩大其固定土壤的体积。根茎及一级不定根为次级细根缠绕、固定土壤提供了巨大横向骨架,不定根系在土壤中的分布深度明显深于其它须根系禾本科植物。每株一年生荻草的根系统固定土壤的体积达到1m3以上,根茎及不定根系的对固土体积的贡献最大,相对于通常具不定根系的植物,根茎的扩展和庞大的不定根系增强它们固土的机械力。荻草根系统固定土壤的几何形状可以理解为圆柱体,以地上茎基部向下的高度约60cm中心轴,即根茎一级不定根在根茎上下方向的伸展高度;半径为较长根茎的平均长度,约70cm,每株荻草固定土壤的表面积约为2m2,该圆柱体体积约为1m3。在实际生产中,农田中在离植株1m左右范围应锄去根茎,作为固土植物其行距可以为1m。荻草在我国自然分布广,生态适应性强,具发达根茎及其不定根系,是优良固土护坡植物。

基于Curvelet变换的荻草细胞图像分割

利用快速离散Curvelet变换,对Curvelet域中各层子带采用结合灰度共生矩阵的方法来提取特征向量,选用支持向量机方法对荻草细胞图像进行纹理分割,进而获取荻草细胞中的纤维素向量数据。分割实验结果表明:采用"角二阶矩"、"对比度"、"相关性"和"熵"这四维统计量计算图像变换域中子带系数共生矩阵是有效的,据此对荻草细胞图像进行纹理分割是可行的;与基于灰度共生矩阵的荻草图像分割方法的分割结果相比,新方法缩短了运行时间,分割准确率也得到了提高。

不同生境中荻草根状茎扩展速率及地上茎生长的研究

[目的]研究不同生境中获草根状茎的生长特性。[方法]对2种不同生境（山地、平原）中获草根状茎的扩展速率及动态进行研究，同时对获草地上茎的生长动态、高度和密度进行比较。[结果]山地和平原生境中获草根状茎的平均扩展速率分别为82．3、125．6cm／a，扩展较快的时段均为水热条件较好的5～8月份；2种生境中获草地上茎的密度均在8月份达到最大（平均为54．2、76．5株／m2），高度均在11月份达到最大（平均为127．2、168．5cm）。[结论]平原生境中荻草根状茎的扩展速率和地上茎的生长速率均快于山地生境中。

半固体人工饲料饲养日本通草蛉幼虫对荻草谷网蚜捕食作用

为评价一种半固体人工饲料饲养的日本通草蛉幼虫的捕食潜力,在室内研究了1~3龄幼虫对荻草谷网蚜的捕食作用和种内干扰作用。结果表明,1~3龄幼虫的捕食量随着猎物密度的增加而上升,当猎物密度增加到一定水平,捕食量趋向稳定,捕食功能反应曲线均符合Holling Ⅱ型方程。不同龄期幼虫对荻草谷网蚜理论最大日捕食量分别为42、179、204头。2龄幼虫的干扰效应用Hassell&Varley的模式(E=QP^(-m))进行模拟,模拟模型为E=0.5074P^(-0.6627),结果说明随着2龄幼虫密度的增大,其捕食作用率随之减小。

荻草茎秆的硅含量及其对刨花板防水性能的影响

采用能谱分析法和化学法分别测定了荻草茎秆不同部位的硅含量;使用脲醛树脂胶黏剂制造荻草/杨木复合刨花板,随着荻草占原料质量比的增加,板材的内结合强度、弹性模量、静曲强度等力学性能降低,但其值均满足国家刨花板标准的相关要求;刨花板的吸水厚度膨胀率随原料中硅元素的增多而降低,表明荻草中的硅元素能起到防水剂的作用。

荻草的基本性质及制备人造板可行性研究

以荻草为研究对象,对其基本构造、纤维形态、主要化学成分等进行了初步研究,研究结果表明无论从生物构造、物理特性还是化学特性来说,荻草可以作为生产人造板的原料,这为荻草寻找合理的应用途径,提高其利用价值具有重要意义。

荻草茎秆动态润湿性能及表面自由能

荻草Miscanthus sacchariflorus是一种高大直立的多年生高生物量草类。通过对荻草茎秆动态润湿模型、表面自由能的研究,探索荻草茎秆被胶黏剂胶合及作为人造板原材料的可能性。运用接触角测试仪,分别测定脲醛树脂(UF),三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)和酚醛树脂(PF)在荻草茎秆内、外表面的接触角,拟合出动态润湿模型。利用扩散渗透系数K,比较3种胶黏剂对荻草茎秆的润湿能力。运用表面张力仪测试荻草茎秆内、外表面自由能。结果表明:3种胶黏剂在荻草内、外表面的润湿模型,能很好地模拟接触角随时间变化的关系;3种胶黏剂在荻草茎秆表面的润湿性能为:三聚氰胺改性脲醛树脂<脲醛树脂<酚醛树脂;荻草茎秆的平均自由能约为47.49 mJ·m-2,与木材相近,高于麦秸。

PMDI与MAPE复合改性荻草/HDPE复合材料的性能研究

以荻草纤维(SV)、高密度聚乙烯(HDPE)制备复合材料,同时用多苯基甲烷多异氰酸酯(PMDI)与马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)作为改性剂。研究了复合改性对荻草木塑复合材料力学性能、热性能的影响。结果表明,FTIR证明了PMDI的官能团与羟基发生了反应。当SV与PMDI质量比为6:1,SV质量分数为50%,MAPE质量分数为8%时,荻草木塑复合材料的力学性能达到最佳。荻草纤维经过PMDI处理后,促进了纤维的成核剂的作用,但是添加MAPE后,复合材料的结晶度降低。

异色瓢虫显明变种对荻草谷网蚜和禾谷缢管蚜捕食选择性研究

在实验室条件下,在特定空间内,测定异色瓢虫显明变种对两种蚜虫荻草谷网蚜和禾谷缢管蚜不同密度值下的捕食量。结果表明,荻草谷网蚜和禾谷缢管蚜种群数量同步增加时,EG-S值和EI值变化是从1到∞,EI值是在0到+1范围内依次增加,表明异色瓢虫显明变种喜好捕食荻草谷网蚜明显高于禾谷缢管蚜;荻草谷网蚜数量不变,禾谷缢管蚜数量增加时,EG-S值和EI值是从+1到0,EI值从-1到0范围内依次减少,表明异色瓢虫显明变种明显喜好捕食禾谷缢管蚜;禾谷缢管蚜数量不变,荻草谷网蚜数量增加时,EG-S值和EI值变化从+1到∞,EI值在0到+1范围内依次增加,表明异色瓢虫显明变种明显喜好捕食荻草谷网蚜。捕食量结果同选择指数。

有翅型荻草谷网蚜的田间扩散飞行行为

研制了NJZ06粘性黄纸诱捕器,用于对有翅型荻草谷网蚜Macrosiphum(Sitobion) miscanthi(Takahashi)在田间的扩散行为的试验研究;黄色诱板上诱集的蚜虫以微小昆虫自动计数系统计数;试验在北京郊区麦田中进行。结果显示,距地面120cm的高度诱蚜量最多,平均诱蚜数达到573.0头/板,与其他高度诱蚜量差异显著;面朝南的诱板诱蚜量居各朝向之首,平均诱蚜数272.5头/板。生态因子对有翅蚜的扩散飞行有一定的影响,但不是决定性的。

荻草谷网蚜唾液蛋白基因Sm13498的克隆及功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi为我国小麦Triticum aestivum主产区麦蚜优势种;Sm13498蛋白是在荻草谷网蚜唾液腺中特异表达的唾液蛋白。本研究旨在探析荻草谷网蚜功能未知的Sm13498在调节植物防御反应中的潜在作用。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组测序数据,PCR克隆Sm13498的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;采用RT-qPCR测定Sm13498在取食小麦叶片不同时间的荻草谷网蚜无翅成蚜中的表达动态;通过酵母分泌系统验证Sm13498蛋白信号肽的分泌功能;利用根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导在本氏烟Nicotiana benthamiana中瞬时表达技术鉴定Sm13498蛋白功能及亚细胞定位。【结果】克隆获得了荻草谷网蚜Sm13498 cDNA全长序列(GenBank登录号:MW346655),开放阅读框(ORF)全长783 bp,编码260个氨基酸,预测蛋白分子量28.01 kD,第1-22位氨基酸为N端信号肽。系统进化树显示,Sm13498与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum的功能未知蛋白LOC100159087 precursor(GenBank登录号:NP_001313548.1)亲缘关系最近(氨基酸序列一致性为71.7%)。RT-qPCR结果表明,Sm13498在荻草谷网蚜无翅成蚜取食小麦叶片12 h时表达水平达到最高。含有Sm13498信号肽片段的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae YTK12可在YPRAA培养基正常生长,并可将无色2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原为不可溶的暗红色的氯化三苯基四氮唑(TTF),证实其信号肽具有分泌活性。经根癌农杆菌介导在本氏烟瞬时表达Sm13498蛋白可抑制Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein,BAX)及病原菌激发子INF1诱导的程序性细胞死亡。亚细胞定位结果表明,Sm13498-GFP融合蛋白定位于本氏烟叶片细胞膜。【结论】结果说明荻草谷网蚜唾液蛋白Sm13498可抑制植物防御反应。本研究为发掘荻草谷网蚜唾液中效应子,深入解析麦蚜对小麦品种强适应性奠定了基础。

河南新乡小麦区荻草谷网蚜的冬季耐寒性研究

为给荻草谷网蚜Sitobion miscanthi的准确预测预报提供理论依据,本研究利用过冷却点(Supercooling point,SCP)、低温暴露死亡率和冷识别温度(80%死亡率时的温度)等昆虫耐寒性指标评价低温条件下不同发育阶段该虫的耐寒能力。结果表明,荻草谷网蚜各发育阶段的SCP变化范围为-27.10~-12.23℃,SCP为1龄若蚜>2龄若蚜>有翅孤雌成蚜>无翅孤雌成蚜>4龄若蚜>3龄若蚜,其中1龄和2龄若蚜的SCP均显著高于3龄和4龄的SCP(P<0.01),3龄和4龄若蚜的SCP无显著性差异(P>0.05),无翅孤雌成蚜与其它发育阶段蚜虫的SCP均无显著性差异(P>0.05);两种虫态的低温存活率和冷识别温度分析表明,在-10~-8℃不同低温下,荻草谷网蚜1龄若蚜低温存活率均显著高于初羽化有翅成蚜的低温存活率(P<0.05),1龄若蚜和初羽化有翅成蚜的冷识别温度分别为-8.5℃和-7.9℃;两种虫态在0℃经过4 h冷驯化后,1龄若蚜和初羽化有翅成蚜在2 h的存活率提升最高,分别为62%和64%,均显著高于无冷驯化的对照组(P<0.05)。本研究结果充分说明了荻草谷网蚜具有极强的耐低温适应能力,结合河南新乡近5年冬季极端低温数据,本文推测该虫能在冬季极端低温高于其冷识别温度的年份在当地越冬。

荻草制备刨花板工艺及性能的研究

[目的]以荻草为原材料研究制备刨花板的工艺及性能优化。[方法]以荻草为研究对象,制备荻草刨花板,研究板材密度、施胶量、制备工艺对荻草刨花板弹性模量、静曲强度、内结合强度和吸水厚度膨胀率的影响。[结果]密度、施胶量和制备工艺都对荻草刨花板性能指标具有显著的影响;在施胶量为14%,板密度高于0.75 g/cm3,热压温度180℃,板坯含水率24%,防水剂添加量1.0%时,无论是整株荻草刨花板,还是茎秆荻草刨花板,其弹性模量、静曲强度、内结合强度和吸水厚度膨胀率都超过了国家标准GB/T 4897.3-2003的要求。[结论]通过研究荻草制备刨花板工艺优化了荻草刨花板的性能。

基于线粒体和初级共生菌基因序列的荻草谷网蚜6个地理种群的遗传多样性研究

荻草谷网蚜Sitobion miscanthi(Takahashi)(在中国长时间学名误用为麦长管蚜Sitobion avenae Fabricius)是我国小麦的主要害虫,为小麦蚜虫优势种。该蚜虫因繁殖速度快、发育历期短、适应能力强且能随着气流远距离迁飞等特性,对小麦安全生产构成严重威胁。目前关于蚜虫种群遗传结构的研究主要基于线粒体基因开展。然而,初级共生菌布赫纳氏菌Buchnera aphidicola几乎存在于所有蚜虫中,其在研究蚜虫种群遗传结构多样性方面的潜在作用报道很少。本研究基于前期收集的荻草谷网蚜6个不同地理种群(苏州、武汉、昆明、廊坊、泰安、银川),对其线粒体COⅠ基因与初级共生菌B.aphidicola的两个单拷贝基因gnd与trpA进行PCR扩增、测序和群体遗传结构分析。根据对3个遗传标记基因聚类分析,荻草谷网蚜6个不同地理种群分为3组,分别为银川种群、苏州种群和其他种群(COⅠ:F_(CT)=0.3642,P<0.05;gnd:F_(CT)=0.4033,P<0.05;trpA:F_(CT)=0.2229,P<0.05),3组间存在显著的遗传差异。银川种群和泰安种群间有相同的稀有单倍型H8(trpA),苏州种群和武汉种群也有相同的稀有单倍型H2与H23(COⅠ),3组之间仍存在基因交流。因此我们推测在4、5月份东南季风盛行的情况下,银川种群迁入了外来虫源。蚜虫线粒体基因和初级共生菌基因的遗传结构分析结果基本一致,表明共生菌基因在研究蚜虫种群遗传结构和多样性具有潜在应用意义。综上所述,基于线粒体和共生菌基因序列的荻草谷网蚜不同地理种群的遗传结构解析可为蚜虫的迁飞提供分子证据。

成株期小麦对荻草谷网蚜的田间抗蚜性和耐蚜性评价

为拓展和获取对荻草谷网蚜Sitobion miscanthi表现稳定的小麦抗源,以我国146个小麦品种(系)为材料,利用2020年麦田蚜虫发生严重的机会,采用有蚜株蚜害级别计算抗蚜指数,采用耐蚜值(调查株蚜害级别/千粒重损失率)计算耐蚜指数,以此评估小麦的抗蚜性水平和耐蚜性水平;2022年利用人工辅助接蚜的方法对2020年表现稳定的部分小麦品种(系)的评估结果进行验证。结果显示,在自然感蚜条件下2个试验点6次调查中仅山农116、泉麦31和濮麦116表现稳定的抗蚜性,在人工接蚜时仅郑麦132表现稳定的抗蚜性;中育1220、泰禾麦2号和瑞华1408在自然感蚜时蚜量较低,千粒重损失率低于5.00%,人工接蚜亦表现良好的耐蚜性,表明其兼具耐蚜性和一定的抗蚜性;泰麦601、瑞华592、轮选166和中农麦4007在自然感蚜的高蚜量情况下和人工辅助接蚜时均能保持较低的千粒重损失率(小于15.00%),表明成株期小麦的抗蚜性减弱是一种普遍现象,耐蚜性是比抗蚜性更稳定的遗传特征。