尖镰孢5-氧脯氨酸酶基因的鉴定及功能分析

【目的】5-氧脯氨酸酶(5-oxoprolinase,OXP)是γ-谷氨酰循环中6种核心酶之一。鉴定尖镰孢(Fusariumoxysporum)5-氧脯氨酸酶基因,明确其与尖镰孢致病力的关系,为解析尖镰孢致病分子机制以及棉花枯萎病防治提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法从尖镰孢基因组中鉴定FoOXP,分析其基因结构、编码蛋白的结构域、染色体定位及进化关系。通过基因敲除突变株和回补菌株分析FoOXP2突变后尖镰孢的表型,并检测突变株和野生型菌株对棉花幼苗的致病力差异。利用寄主诱导的基因沉默(host-inducedgenesilencing,HIGS)技术调查转化棉花的病级率及病情指数。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测棉花中真菌生物量和转化FoOXP2干扰片段的棉花茎中FoOXP2的表达量。【结果】在尖镰孢基因组中共鉴定出两个FoOXP(FoOXP1和FoOXP2),其编码序列长度分别为4080和3921 bp,分别编码1359和1306个氨基酸,蛋白质分子量分别为14.90和14.07kDa,理论等电点分别为5.73和5.30。FoOXP1蛋白定位于线粒体,FoOXP2蛋白定位于细胞骨架。FoOXP1位于染色体JH657921,FoOXP2位于染色体JH657938,未形成基因簇,其序列相似性为52.00%。系统发育分析发现,FoOXP1和FoOXP2分属于两个亚群。与野生型菌株相比,FoOXP2敲除突变株产孢量和孢子萌发率显著降低,穿透能力丧失,对刚果红和山梨醇的耐受力有所增强,但对细胞壁胁迫(SDS和CFW)、氧化胁迫(H_(2)O_(2))和渗透胁迫(NaCl和KCl)更敏感。同时,对棉花的致病力显著下降。HIGS结果表明,接菌14和21 d后,FoOXP2基因沉默后的棉花植株发病明显减轻,其病情指数(17.3和40.2)显著低于对照(28.2和77.1),FoOXP2表达量和真菌生物量显著低于对照。【结论】FoOXP2正向调控尖镰孢的致病力,推测其在宿主-病原体互作过程中发挥重要作用。

miRNA-424-5p靶向VEGFA对胎衣不下奶牛胎盘胶原蛋白降解的影响

【目的】通过探究miRNA-424-5p对奶牛母体胎盘组织胶原蛋白降解的影响,进而明确miRNA-424-5p对奶牛胎衣不下(retained fetal membranes,RFM)发生的调控作用及机制。【方法】检测胎衣正常排出与胎衣不下奶牛母体胎盘组织miRNA-424-5p表达水平,采用qRT-PCR和Western blot方法进行胎衣正常排出与胎衣不下奶牛的母体胎盘组织VEGFA、MMP-2、MMP-9、COL-IV的表达水平检测。应用生物信息学分析对miRNA-424-5p进行靶基因预测,并通过双荧光素酶试验验证miRNA-424-5p与VEGFA的靶向关系。在奶牛子宫内膜上皮细胞中转染miRNA-424-5p mimics和miRNA-424-5p inhibitor进行过表达和沉默miRNA-424-5p。采用免疫荧光技术观察VEGFA在奶牛子宫内膜上皮细胞的表达变化,qRT-PCR和Western blot检测VEGFA、MMP-2、MMP-9、COL-IV的mRNA与蛋白表达水平的变化。【结果】与健康组相比,RFM组母体胎盘组织中的miRNA-424-5p mRNA表达水平显著升高(P<0.01),VEGFA、MMP-2、MMP-9 mRNA与蛋白表达水平极显著降低(P<0.01),COL-IV mRNA与蛋白表达水平极显著升高(P<0.01)。miRNA-424-5p的潜在靶基因共有152个,并经双荧光素酶试验结果证实VEGFA是miRNA-424-5p的靶基因。过表达和沉默miRNA-424-5p后,免疫荧光结果显示,与对照组相比miRNA-424-5p mimics组VEGFA的表达较低,而miRNA-424-5p inhibitor组VEGFA表达较高;qRT-PCR和Western blot结果显示,过表达miRNA-424-5p,靶基因VEGFA mRNA与蛋白表达水平极显著降低,基质金属蛋白酶MMP-2、MMP-9 mRNA与蛋白表达水平极显著降低(P<0.01),胶原蛋白COL-IV mRNA与蛋白表达水平极显著升高(P<0.01),而沉默miRNA-424-5p时VEGFA、MMP-2、MMP-9 mRNA与蛋白表达显著升高(P<0.01),COL-IV mRNA与蛋白表达水平极显著降低。【结论】miRNA-424-5p可靶向VEGFA调控MMPs表达、胶原蛋白的分解从而引起细胞外胶原降解障碍,是引起胎衣不下发生的重要因素。

板栗全生长季树干液流及蒸腾耗水特征

【目的】明确板栗(Castanea mollissima Bl.)蒸腾耗水特征,为板栗园制定科学合理的水分管理措施提供理论参考。【方法】采用热扩散探针法,对‘大板红’板栗植株全生长季树干液流速率进行连续监测,并同步观测7个相关环境因子:太阳辐射(solar radiation,SR)、水汽压亏缺(vapor pressure deficit,VPD)、空气温度(air temperature,AT)、空气相对湿度(air relative humidity,ARH)、风速(wind speed,WS)、土壤温度(soil temperature,ST)和土壤湿度(soil relative humidity,SRH),解析板栗树干液流规律和耗水特征及其与环境因子间的关联性。【结果】板栗树干明显液流启动于5月3日,结束于10月26日,前后历时176 d。板栗全生长季晴天树干液流速率日变化呈单峰“几”字形曲线,其在6、7、8月每日启动到达峰值时间早于5、9、10月,而下降时间晚于5、9、10月,致6、7、8月份液流速率峰值持续时间长于5、9、10月。板栗全生长季液流速率日均值、日均耗水量和月耗水量由高到低排序均为8月>7月>6月>9月>5月>10月,其中显著性检验表明7月和8月之间无显著差异,但显著高于其他月份。夜间液流量占比由高到低排序为10月>9月>5月>6月>7月>8月,其中显著性检验表明10月、9月和5月显著高于6月、7月和8月。板栗全生长季树干液流速率与太阳辐射、水汽压亏缺、空气温度和风速均呈极显著正相关,而与空气相对湿度均呈极显著负相关。分别建立了5—10月板栗树干液流速率与7个环境因子的6个回归模型。【结论】板栗树干有明显液流始于5月初、终于10月末;7—8月是板栗的关键需水期;建立的板栗植株液流速率与环境因子的回归模型,可用于通过环境因子估测不同月份及整个生长季的植株耗水量。

集雨种植模式下种植密度与行距配置对小麦茎秆糖积累及倒伏性能的影响

【目的】分析沟垄集雨种植模式下不同种植密度和行距配置对小麦茎秆碳水化合物积累和抗倒伏性能的影响,明确适应于小麦沟垄集雨种植合理的密度及行距,为进一步稳定和提升小麦产量提供理论依据。【方法】以北方旱区主栽小麦品种西农979为试验材料,于2019—2021年在集雨种植模式下设置两个密度(低密度:180万株/hm^(2);高密度:225万株/hm^(2))和两种行距处理(等行距:20 cm;非等行距:12.5 cm﹕35 cm﹕12.5 cm),分析不同密度和行距对小麦植株中下部叶片的净光合速率、茎秆非结构性碳水化合物和结构性碳水化合物含量、茎秆折断弯矩和倒伏指数以及籽粒产量的影响。【结果】集雨种植模式下提高种植密度,小麦植株中下部叶片(倒三叶、倒四叶、倒五叶)的净光合速率(Pn)、茎秆基部第二节间非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖)和结构性碳水化合物(半纤维素、纤维素)含量、茎秆折断弯矩均明显降低,茎秆倒伏指数显著增高;而高密度种植条件下非等行距处理可改变植株各指标,其中,相较于高种植密度+等行距处理,植株倒三叶、倒四叶、倒五叶Pn明显提高,增幅分别为7.7%—16.5%、5.3%—37.7%、11.9%—24.9%,茎秆葡萄糖、果糖、蔗糖含量分别提高了9.8%—15.0%、8.8%—27.4%、8.2%—41.1%,半纤维素、纤维素含量分别增加4.5%—19.8%、5.9%—31.2%,茎秆折断弯矩提高4.8%—17.3%,茎秆倒伏指数降低10.9%—25.9%,小麦产量亦显著提高了13.5%—15.2%。相关分析表明,小麦茎秆基部节间葡萄糖、果糖、蔗糖含量与半纤维素、纤维素含量呈极显著正相关;小麦茎秆非结构性碳水化合物、结构性碳水化合物与小麦植株中下部叶片Pn及茎秆折断弯矩呈显著正相关,而与倒伏指数呈极显著负相关。【结论】集雨种植模式下,通过非等行距种植调节群体空间分布,可有效提升小麦植株中下部叶片光合速率,促进茎秆糖类物质合成积累,增强小麦茎秆抗倒伏性能,进而降低小麦倒伏发生率,提高籽粒产量。

国内外153份小麦种质条锈病抗性鉴定与评价

【目的】条锈病是威胁小麦安全生产的重要真菌病害,了解国内外育种材料抗性水平和抗病基因的分布,发掘新的抗性资源,为提高抗病基因利用效率提供依据。【方法】利用中国当前条锈菌优势生理小种CYR33和CYR34对153份国内外小麦育种材料进行苗期抗性鉴定,于2018—2019、2019—2020和2020—2021年,在湖北鄂州,利用这两个小种对供试材料进行成株期抗性鉴定;结合已知抗性基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP等功能标记或紧密连锁分子标记进行基因型检测。【结果】苗期结果显示,10份材料对CYR33表现免疫(反应型IT为0),包括7份国内材料(即山农28、漯麦163、石麦13、中意6号、郯麦98-2、中麦175和泰山21)和3份国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)材料(CIM-53、CIM-60和CIM-71);仅2份国内材料在苗期对CYR34小种表现免疫(郯麦98-1和山农102)。此外,成株期条锈病田间鉴定显示,64份材料在田间3年均表现出稳定抗性(最终严重度≤5%),包括7份国内材料和57份CIMMYT材料。利用抗病基因功能标记或紧密连锁分子标记检测显示,153份材料中携带Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP抗性基因的材料分别有31、23、73、2、4、50和2份,未检测到含有Yr5和Yr15的材料。综合苗期和成株期表型,仅CIM-53对2个生理小种在苗期和成株期均表现为免疫(IT=0,严重度为0),分子标记检测显示,该材料可能含有已知抗病基因Yr17和Yr29。【结论】国内外153份小麦种质对当前条锈菌流行生理小种的抗性主要以成株抗性为主,其中国内小麦品种主要携带Yr9、Yr10和Yr26抗性基因,而CIMMYT小麦品系则携带Yr17、Yr18和Yr29为主,表明通过聚合1—2个非免疫苗期抗性基因和2—3个成株抗性基因,在成株期多个环境条件下均表现出近免疫抗性水平,是CIMMYT小麦品系保持持久抗性的主要原因。亟待广泛挖掘抗源,发掘新的抗病基因,充分利用现代生物技术手段快速培育具有持久抗性且农艺性状优良的小麦新品种,进一步提高中国麦区条锈病整体抗性水平。

玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育

【目的】玉米籽粒大小和粒重是影响其产量的重要因素。EIN3/EIL基因家族是乙烯信号转导途径中的关键转录因子,解析EIN3/EIL家族基因ZmEIL9在玉米籽粒发育中的生物学功能。【方法】利用生物信息学和RT-qPCR分析ZmEIL9在玉米籽粒发育中的表达特征,对ZmEIL9及其同源基因进行多序列比对,利用邻接法构建其系统进化树,分析ZmEIL9编码蛋白序列特征,对目的蛋白进行亚细胞定位。筛选ZmEIL9的玉米Mu转座子插入突变体和CRISPR/Cas9编辑突变体,鉴定突变体和对照的农艺性状表型,分析籽粒灌浆速率,测量淀粉粒、蛋白含量等籽粒储藏物质。【结果】根据玉米中EIN3/EIL家族成员,系统进化树分析显示,ZmEIL9编码蛋白与ZmEIL1、SbEIL1亲缘关系较近。玉米自交系B73籽粒转录组数据库中,ZmEIL9在籽粒发育早期和晚期表达量较高,但在自交系N04籽粒发育中期和晚期表达量较高。在自交系丹232和N04中ZmEIL9编码644个氨基酸,自交系B73中编码642个氨基酸;亚细胞定位表明,ZmEIL9编码蛋白定位于细胞核中。获得不同Mu转座子插入位点的ZmEIL9突变体,以及发生氨基酸移码突变的CRISPR/Cas9编辑突变体,表型分析表明,ZmEIL9的Mu转座子突变体和编辑突变体的株高、籽粒粒长和百粒重均比对照显著降低。对不同发育时期玉米籽粒干重进行分析,显示Zmeil9突变体的籽粒灌浆速率小于野生型。扫描电镜观察显示,Zmeil9突变体比野生型成熟籽粒中的淀粉粒明显变小,并表现不规则形态;进一步分析表明,Zmeil9编辑突变体籽粒中总淀粉含量和醇溶蛋白浓度均显著低于野生型。【结论】ZmEIL9在玉米籽粒发育过程中起重要调控作用。

基于芯片和填充测序数据的肉鸡屠宰性状基因组选择准确性评估

【背景】畜禽育种工作的核心是基因组估计育种值的准确性。不同水平的遗传标记密度对估计育种值的影响较大,随着基因分型技术的发展和高通量测序价格的下降,基于重测序数据的基因组选择研究不断涌现。理论上,标记密度更高可获得更高准确性的估计育种值。因为影响目标性状的数量性状基因座(quantitative trait loci,QTL)至少与覆盖全基因组范围的高密度标记中的一个标记处于连锁不平衡状态。所以,较高密度的标记水平,理论上标记与QTL之间的紧密连锁更好,从而保证了较高的预测准确性。但也有研究表明,填充测序数据与芯片数据相比,基因组预测的准确性提升并不明显。【目的】利用GBLUP方法,通过比较填充测序数据和芯片数据在肉鸡屠宰性状的基因组选择准确性,为肉鸡基因组选择育种的基因分型策略提供理论依据。【方法】依据芯片数据和填充测序(whole-genome sequence,WGS)数据,利用GBLUP方法,针对白羽肉鸡胸肌重、屠体重和腿肌重性状进行基因组预测,对其在基因组预测的准确性进行比较。首先,使用“京芯一号”鸡55 K SNP芯片对3362只鸡进行基因分型,并从第7世代的第9批次中随机选取230只鸡进行全基因组重测序,然后利用Beagle 5.1软件将55 K SNP芯片数据填充至重测序数据水平。为避免染色体大小对填充准确性的影响,将选择鸡较大的3号染色体和较小的14号染色体来进行计算等位基因准确率(allele correct rate,CR)和基因型相关系数(correlation,Cor),并以此判断填充准确性。利用填充测序数据对3个屠宰性状的基因组育种值进行预测,并采用5-折交叉验证的方法评价预测结果的准确性、秩相关和无偏性。【结果】两条染色体的平均等位基因准确率为0.924,平均基因型相关系数为0.885,填充准确率较高,可以用于后期基因组预测研究。SNP芯片数据基因组育种值的预测准确性在0.2194—0.2629之间,填充测序数据基因组育种值的预测准确性在0.2110—0.2695之间。与55 K SNP芯片的结果相比,填充测序数据的基因组育种值预测的准确性差异不显著。【结论】与SNP芯片的结果相比,利用填充后的基因组数据对白羽肉鸡的3个屠宰性状(胸肌重、屠体重和腿肌)的基因组育种值预测准确性提升并不显著,该结论为畜禽遗传育种工作中的数据类型选择提供参考。

柑橘黄化花叶病毒的实时定量PCR检测及其在寄主植株中的时空分布规律

【背景】柑橘黄化花叶病毒(citrus yellow mosaic virus,CYMV)是首先发现于印度并对其柑橘产业造成严重危害的一种杆状DNA病毒。目前,CYMV已被美国、日本、新西兰、欧洲和地中海地区列入检疫性有害生物名单,具有传入我国的潜在风险。【目的】建立CYMV的实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,qPCR)检测体系;筛选CYMV敏感柑橘品种;明确CYMV在寄主植株中的时空分布规律,为该病毒的监控提供技术支持。【方法】根据NCBI中CYMV外壳蛋白(coat protein,CP)基因保守序列,利用软件Primer Premier 5设计qPCR检测引物8对,通过常规PCR筛选扩增效果好、特异性强的引物。通过对引物浓度、退火温度等反应条件优化,建立CYMV的qPCR检测体系,并进一步通过对不同柑橘病原的检测评价所建体系的特异性;以梯度稀释的1.98×109—1.98 copies/μL的质粒标准品平行进行常规PCR及qPCR检测,评价所建方法的灵敏度;随机采集田间柑橘样品,平行进行常规PCR及qPCR检测,评价所建方法的适用性。将CYMV接种到玉环柚(Citrus grandis)、强德勒柚(C.grandis)、22号枳(Poncirus trifoliata)等15个柑橘品种,进行症状观察和分子检测以筛选敏感指示植物。在接种后不同时间,分别自MV甜橙(C.sinensis)植株不同组织部位取样,以柑橘生长因子1α基因为内参基因,利用所建体系进行qPCR检测,从而明确CYMV在寄主植株中的时空分布规律。【结果】建立了CYMV的qPCR检测体系,其最佳引物为CYMV-qF7/R7,最佳引物浓度为200 nmol·L^(-1),最佳退火温度为63℃。该检测体系的特异性强,检测灵敏度是常规PCR的1000倍。对来自不同地区的660个田间柑橘样品的检测结果表明,qPCR检测与常规PCR检测结果一致,除阳性对照外均未检测到CYMV阳性植株。不同柑橘品种接种试验结果表明,15个柑橘品种中,玉环柚和强德勒柚最早表现出强烈的黄化花叶典型侵染症状,可以作为敏感指示植物。qPCR检测结果表明,老叶中的CYMV滴度最高,老皮和根病毒滴度较高,嫩皮中的滴度较低。CYMV在植株中的相对含量,7—9月最高,此后逐月下降,并在次年1月达到最低值,从次年2月开始,CYMV的相对含量开始上升,与环境温度变化趋势一致。【结论】建立了特异性强、灵敏度高的CYMV实时荧光定量PCR检测方法,利用该方法明确了CYMV在寄主植株中的时空分布规律。此外,玉环柚和强德勒柚可作为CYMV敏感指示植物。

CircCEP85L对牛肌肉干细胞增殖、成肌分化的调控

【目的】目前,越来越多的研究证明环状RNA(circRNA)在牛肌肉发育过程中扮演着重要的角色,但其分子调控机理尚未完善。通过挖掘与牛肌肉发育相关的circRNA的作用机制,为进一步阐明其调控牛肌肉发育的分子机制奠定基础。【方法】以前期分析的增殖期(GM)与成肌分化期(DM)黄牛肌肉干细胞(MuSCs)的RNA-seq测序结果为基础,筛选出显著差异表达的circRNA,circCEP85L。采集新鲜黄牛胎牛的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、肌肉、肠和胃的组织样本,分离培养黄牛肌肉干细胞并诱导成肌分化,收集黄牛体外培养的GM与DM细胞,分别提取RNA并反转录为cDNA。通过实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,qRT-PCR)检测circCEP85L在不同组织及不同细胞状态的表达规律。同时,设计特异性引物扩增circCEP85L全长,构建过表达载体p-circCEP85L,质粒转染MuSCs后收集过表达circCEP85L细胞样本。以过表达质粒pCD5-ciR细胞样本为对照,采用qRT-PCR、流式细胞术、Western Blot及免疫荧光等技术检测过表达circCEP85L对黄牛MuSCs增殖、凋亡及成肌分化的影响。【结果】PCR电泳结果证明circCEP85L环化位点真实存在。CircCEP85L在多种组织中表达,并在DM期的表达量显著高于GM期(P<0.001);为了进一步探究对circCEP85L黄牛MuSCs的影响。将过表达载体p-circCEP85L与对照载体pCD5-ciR转染体外培养的黄牛MuSCs,继续培养24 h之后,EdU结果表明过表达circCEP85L能显著降低EdU阳性细胞比例(P<0.001);流式周期检测结果表明,过表达circCEP85L增加了G0/G1期细胞比例,显著减少S期细胞比例(P<0.001);流式凋亡结果表明,过表达circCEP85L显著抑制MuSCs的凋亡率(P<0.05)。QRT-PCR及Western blot检测黄牛MuSCs增殖及凋亡相关基因的表达情况,结果表明过表达circCEP85L后显著降低了黄牛MuSCs增殖及凋亡相关基因的mRNA表达水平(P<0.001),凋亡蛋白BAX的表达量也显著降低(P<0.01)。此外,为了检测过表达circCEP85L对黄牛MuSCs成肌分化的影响,在转染24h后更换分化培养基诱导细胞分化,Western blot及免疫荧光结果显示过表达circCEP85L后显著促进分化标志基因MyH6的表达水平(P<0.001),细胞融合形成肌管的数量和大小均显著高于对照组。【结论】研究表明,circCEP85L通过抑制黄牛MuSCs增殖和凋亡、促进细胞成肌分化,从而影响黄牛骨骼肌的生长发育过程,为circRNA调控黄牛骨骼肌的生长发育机制研究奠定基础。

抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体特异性定量PCR检测方法的建立及其标准化

【目的】抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5已获得中国进口加工原料安全证书,建立一种特异、准确、灵敏的抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体特异性实时荧光定量PCR(qPCR)检测方法,为抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5在中国的安全监管提供精准测量技术。【方法】首先利用Beacon designer 8.0软件对抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体5′端旁侧序列设计18对引物探针,结合1对罗萨里奥农业生物技术学院公司提供的引物探针,随后采用qPCR技术对引物探针进行特异性筛选,遴选出1对候选引物探针;设置实时荧光定量PCR的引物/探针浓度梯度,优化qPCR方法的反应体系;设置不同类型的特异性测试样品测试方法的特异性;以纯合抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5基因组DNA作为标准样品,梯度稀释成标准溶液模板,绘制标准曲线,考察qPCR方法的线性动态范围,配置拷贝数比值为5%、1%和0.1%的测试样品,评价定量方法的准确性;配置拷贝数比值为0.05%和0.025%的样品,测试方法的检出限;拷贝数比值为0.1%的样品经16次定量测试,确定方法的定量限;最终确定抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体特异性实时荧光定量PCR检测方法的关键技术参数。8家有资质单位对该定量PCR方法的特异性、检出限、定量限、准确性等进行验证,采用柯克伦法和格拉布斯法评估qPCR方法的重复性和再现性,利用线性最小二乘法对准确性样品测试结果的测量不确定度进行预评定。【结果】通过特异性筛查确定RBORD-F1/RBORD-R1/RBORD-P1引物探针为候选组合,建立了抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体特异性qPCR方法,扩增片段为138 bp,优化的反应体系引物终浓度为0.4μmol·L-1、探针终浓度为0.2μmol·L-1;IND-ØØ41Ø-5和Lectin标准曲线的线性动力学范围为33—83190 copies的基因组DNA,该方法可准确定量5%、1%和0.1%含量的IND-ØØ41Ø-5测试样品,偏差和相对标准偏差(RSD)均小于25%;确定检出限为0.05%、定量限为0.1%。8家实验室间联合验证该方法稳定性好、特异性强,检出限为0.05%,定量限为0.1%,且具备良好的实验室间重复性和再现性,经测量不确定度预评定后,获得5份抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5测试样品的测量结果分别为(0.10±0.02)%、(0.53±0.09)%、(1.05±0.18)%、(2.05±0.34)%和(5.18±0.87)%,结果准确可靠。【结论】成功建立了抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体特异性实时荧光定量PCR检测方法,能够实现抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体成分的精准定量检测。

我国农业碳排放的时空演化、脱钩效应及绩效评估

【目的】科学分析我国农业碳排放的时序特征、空间格局、演变模式、脱钩关系和绩效评估等问题,为助力我国实现“双碳”目标、加强建设农业强国提供依据。【方法】构建我国农业碳排放和农业碳排放绩效评估的指标体系,基于2007—2020年我国省域农业碳排放的系统测度指数,采用核密度估计和标准化椭圆可视化分析农业碳排放的区域分布特征和时空演化趋势,选用Tapio模型考察农业碳排放与经济增长之间的脱钩关系,构建非期望产出的超效率SBM模型报告我国和七大经济区的农业碳排放绩效及分解效率。【结果】2007—2020年,我国农业碳排放整体呈现先上升后下降的“倒U型”曲线,区位差异明显,等级分布稳定。东部地区减排效果最优,中部地区出现“两极化”分布,西部地区减排压力较大。空间格局整体以东北-西南方向为主导,并向东北和西北方向趋向分散化。我国农业碳排放和农业经济发展之间已保持在弱脱钩水平并向强脱钩水平突破,可划分为平稳期(2007—2016年)和突破期(2017—2020年)两个阶段。农业碳排放绩效呈现出“迅速上升-缓慢下降-平稳改善”趋势,其中大西北经济区和北部沿海经济区分别居于首位和末位,农业生产技术变化(TC)相较于技术效率变化(EC)贡献更为突出。【结论】以2017年为拐点,我国农业碳排放整体呈现下降趋势,农业经济发展整体上逐渐摆脱对农业碳排放的依赖。各区块与各省份农业基础各异、减排目标不同,需因地制宜合理规划农业比较优势产业的规模和内部结构,合理选择区域内产业的资源禀赋生产特征,同时重视技术迭代与更新在农业经济发展与节能减排之中的推动作用,兼顾地区生态效益与经济效益。

体外法优化玉米——杂粕型饲粮的非淀粉多糖酶谱及其对育肥猪肠道微生物的影响

【目的】利用体外模拟法优化玉米—杂粕型饲粮的非淀粉多糖(NSP)酶谱,并分析优化的非淀粉多糖酶谱对饲粮养分消化率和育肥猪肠道微生物组成和结构的影响,为饲粮高效利用和精准饲养提供数据支撑和理论参考。【方法】试验一在育肥猪玉米—杂粕型饲粮中分别添加不同水平的木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、α-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶和果胶酶6种NSP酶,采用胃—小肠体外模拟法测定体外回肠干物质消化率(IVIDMD);取IVIDMD达到最大值时各NSP酶的添加水平为该NSP酶0编码水平,按照六元二次回归正交旋转组合设计,进行体外消化试验,建立IVIDMD与NSP酶添加量的六元二次回归方程,筛选出玉米—杂粕型饲粮最优NSP酶谱(OEC);利用胃—小肠—大肠体外模拟消化法分析测定添加OEC前后饲粮的体外干物质消化率(IVDMD)、体外能量消化率(IVGED)和体外消化能(IVDE),以验证OEC的效果。试验二按照单因素完全随机设计,选用16头健康、体重相近去势公猪(117.8±1.66 kg),随机分为2个处理组,每个处理8头猪,对照组饲喂玉米—杂粕型基础饲粮,加酶组在基础饲粮中添加OEC;在试验开展第18天采用直肠擦拭法采集猪新鲜粪便,利用16S rRNA基因高通量测序对粪便微生物菌群的多样性及相对丰度进行分析,并进行功能预测。【结果】(1)在本试验条件下,玉米—杂粕型饲粮OEC为:纤维素酶1003 U·kg^(-1)、木聚糖酶18076 U·kg^(-1)、β-葡聚糖酶1377 U·kg^(-1)、β-甘露聚糖酶14765 U·kg^(-1)、α-半乳糖苷酶337 U·kg^(-1)和果胶酶138 U·kg^(-1);(2)在玉米—杂粕型饲粮中添加OEC使IVDMD由73.44%显著提高到76.26%(P<0.01),IVGED由74.03%显著提高到76.45%(P=0.01),IVDE由14.97 MJ·kg^(-1)显著提高到15.58 MJ·kg^(-1)(P<0.01);(3)在门水平上,共筛选出了12个相对丰度大于0.1%的菌门,其中Bacteroidota(拟杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)和Spirochaetota(螺旋体门)为优势菌门,三者之和在组内占比达96%以上;(4)在属水平上,饲粮中添加OEC显著增加norank_f_F082,norank_f_Bacteroidales_RF16_group,Bacteroides(拟杆菌属)和Roseburia(氏菌属)的相对丰度(P<0.05),Eubacterium_ruminantium_group(P=0.083)有增加的趋势,而Oscillibacter(颤杆菌克)的相对丰度显著降低(P<0.05),Clostridium_sensu_stricto_1和norank_f__norank_o__WCHB1-41(P=0.083)有降低的趋势(P=0.052)。【结论】饲粮中添加体外法优化的NSP酶谱,显著提高了育肥猪玉米—杂粕型饲粮干物质和能量的体外消化率以及体外消化能,增加了纤维分解菌和产丁酸菌等有益菌在育肥猪肠道微生物中的占比,在一定程度上减少了有害菌的数量,优化了肠道微生态。

基于热红外图像的小麦品种抗旱性鉴定与评价

【目的】分析不同基因型小麦冠层的温度参数相关信息,探寻快速高效筛选冬小麦抗旱品种的指标和方法,给冬小麦抗旱品种筛选提供参考依据。【方法】本研究以小麦为研究对象,获取干旱胁迫下10个抗旱性存在差异的小麦品种冠层热红外图像,采用温度频率直方图等分析方法提取冠层温度特征参数,明确温度特征参数与抗旱指数之间定量关系,分析冠层温度特征参数对筛选冬小麦抗旱品种的有效性。【结果】基于产量抗旱指数(DRI)的分级标准将测定小麦品种分为4种抗旱类别,其抗旱性越强,最大光化学效率(F_(v)/F_(m)),植株含水量(PWC),气孔导度(Gs),蒸腾速率(Tr)和籽粒产量越稳定。基于热红外图像提取冠层温度特征参数,小麦抗旱性越强,冠层温度的差异性越小,冠层温度的离散程度也较小。产量抗旱指数(DRI)与拔节期、孕穗期和开花期的作物冠层温度与环境温度的偏差(CTD)均呈现极显著的正相关关系,相关系数r为0.79—0.84,而与冠层温度标准差(CTSD)、变异系数(CTCV)、水分胁迫指数(CWSI)和冠层相对温差(CRTD)呈显著负相关(r=-0.56—-0.78)。基于单一生育时期冠层温度特征参数建立了产量抗旱指数(DRI)回归模型,估算精度为r2=0.73—0.87,其中以拔节期预测模型精度最高。而基于3个生育时期的相关冠层温度参数CTD、CTCV、CTSD CWSI组合构建产量抗旱指数(DRI)预测模型,较基于单一生育时期预测精度显著提升(r2=0.95)。【结论】利用热红外图像可进行小麦品种抗旱性的早期鉴定与快速评价,这对促进作物高效节水生产具有重要意义。

昼夜节律与肉羊养分消化代谢和瘤胃发酵参数的关联

【目的】生物钟系统普遍存在于生命体的各级水平,与动物本身的消化生理及生长性能存在着密切的内在关联。试验探讨了昼夜节律与湖羊瘤胃发酵参数和养分消化代谢的关联,以期为提高育肥羊生长性能和营养物质的利用率提供依据。【方法】选用体重为(21.57±0.77)kg健康湖羊45只,随机分为3个处理组,每组15只,各处理组采用相同的精料补充料和粗料。3个处理分别设置为:白天处理组(DH),即早上饲喂日总精料的70%+日总粗料的30%;晚上处理组(DL),即早上饲喂日总精料的30%+日总粗料的70%;对照组(CON),即早上和晚上各饲喂日总精料的50%+日总粗料的50%。饲喂两个月后,进行消化代谢试验。采用全收粪、尿法用于测定养分表观消化率和代谢率。饲养试验结束后,分别于晨饲前两小时和晚饲前2h,通过口腔采集瘤胃液样本用于相关指标测定。【结果】①试验羊只的日增重DH组为215.00g,进食量低于DL组和CON组,饲料转化比最优,为5.35,分别优于其他2组11.19%和16.04%。②与CON相比,DH组羊只干物质(DM)、有机物(OM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)消化率均高于CON和DL组,具体:DH与DL组相比,DM消化率提高了21.42%,CP提高了22.29%,NDF提高了9.85%,ADF提高了28.69%。③氮的生物学价值DH组比CON明显提高(P>0.05)各组间可消化氮的摄入量之间无显著差异,DL组试验羊的总氮排出显著高于DH组(P<0.05)。DH组羊沉积氮、氮利用率和氮的生物学价值显著高于DL组(P<0.05)和CON组(P>0.05)。④不同处理对各组试验羊瘤胃微生物蛋白(MCP)、乙酸、和总挥发性脂肪酸(TVFA)等指标差异不显著(P>0.05),DH组羊只瘤胃pH、乙丙比、丁酸显著低于DL组(P<0.05)。随着昼夜交替变化,瘤胃pH、NH_(3)-N、乙酸、丙酸、总挥发性脂肪酸和乙丙比发生显著变化(P<0.05),相关参数值白天高于夜间。【结论】在相同日粮营养素含量条件下,改变早、晚精粗料比的分配,可提高羊只生长性能和养分的消化利用率;白昼与夜间对瘤胃发酵有影响,白天饲喂高精料日粮对瘤胃TVFA、NH_(3)-N和MCP含量具有促进作用。总之,早上适量提高精料比例,更符合动物机体的消化和吸收的节奏,对饲料的利用效果更佳。

2020年我国北方地区草地螟种群的时空动态与虫源分析

【目的】研究2020年草地螟(Loxostege sticticalis)在我国北方地区季节性时空动态,并对各主要发生区的虫源性质进行分析,探讨草地螟在我国华北、东北地区,境内、境外的虫源衔接关系,为提高草地螟预测预报水平提供技术支持。【方法】利用北京、天津、河北、内蒙古、辽宁、山西相关植保站探照灯诱虫器或虫情测报灯的虫情数据,分析草地螟在我国北方地区种群数量的时空动态变化。通过GrADS软件对FNL全球分析资料进行处理,获得高峰期内主要蛾峰日的风场数据并绘制风场图。采用基于WRF模式编写的三维质点轨迹分析程序对草地螟迁飞路线进行模拟,利用R 3.8的ggplot23.3.0程序包对轨迹模拟结果进行绘图。【结果】2020年越冬代草地螟成虫主要发生在山西、河北北部,内蒙古中西部和兴安盟地区;1代草地螟成虫大量突增主要集中在内蒙古化德县和与之接壤的河北康保县。风场分析显示,在草地螟典型的迁飞期内,华北及东北地区均受到锋面和气旋过程的影响;东北气旋前部的偏南或西南低空急流为华北越冬区的草地螟远距离迁入东北提供了有利条件,其后部的西北气流则会阻碍草地螟向东北的迁飞。虫源分析显示,华北地区越冬代成虫大部分滞留当地危害,部分借助适宜的西南气流向东北地区及中蒙、中俄三国交界迁飞;内蒙古兴安盟地区5月下旬虫源主要来自草地螟华北越冬区,6月上旬部分来自华北越冬区,部分来自中蒙、中俄三国交界处,6月下旬主要来自华北越冬区迁出虫源。1代草地螟成虫主要来自内蒙古中西部及中蒙边界1代幼虫发生区,受锋面天气影响在内蒙古化德县和河北康保县聚集降落,并进一步向东北方向迁飞扩散。【结论】2020年是草地螟2018年种群回升以来又一重发年份;气旋天气形成的强劲气流是华北地区和境外虫源顺利进入东北地区的主要运载气流,风切变、气旋中心等气流的辐合使大面积迁飞的成虫聚集降落,造成局部虫量突增;我国华北和东北地区草地螟越冬代和1代成虫均与境外虫源存在频繁的交流,因此,开展草地螟区域性联合监测对草地螟的异地测报具有重要的指导意义。

单季麦秸还田促进小麦-玉米周年碳效率和经济效益协同提高

【目的】优化小麦-玉米周年秸秆还田方式,实现系统碳效率及经济效益协同提高,促进小麦-玉米周年可持续生产。【方法】基于8年小麦-玉米周年秸秆还田长期定位试验,分析小麦、玉米秸秆双季还田(D)与小麦秸秆单季还田(S)对作物秸秆产量和碳投入量的影响,明确不同碳投入量对小麦-玉米周年产量及其稳定性和可持续性的影响;系统分析碳效率与经济效益对小麦-玉米周年不同碳投入量的响应特征。【结果】(1)D和S处理的年均秸秆还田量分别为13.54和5.43 t·hm^(-2);D处理投入土壤中的根系和根茬生物量分别为3.04和2.14 t·hm^(-2),较S处理均无显著差异(P>0.05);S处理的根系、根茬和根系分泌物碳投入量分别为1.34、0.97和1.35 t·hm^(-2),较D处理没有显著差异(P>0.05)。(2)S处理的资源和农田管理碳投入量为1.73 t C·hm^(-2),较D处理减少51.29 kg C·hm^(-2);S处理的农田碳总投入量为9.00 t C·hm^(-2),较D处理的12.30 t C·hm^(-2)显著减少了26.82%(P<0.05);S处理的年均秸秆碳投入量为2.31 t C·hm^(-2),较D处理减少了60.85%,秸秆投入量的差异是造成农田碳投入差异显著的主要因素。(3)S处理的年际平均玉米产量为7.29 t·hm^(-2),较D处理减少了5.48%,D处理的小麦和周年产量为7.76和15.05 t·hm^(-2),分别较S处理减少5.67%和0.26%;S处理的作物周年产量稳定性和可持续性指数分别为0.19和0.63,较D处理没有显著性差异(P>0.05)。(4)S和D处理的周年籽粒碳产出量分别为6.27和6.25 t C·hm^(-2),植株碳产出量分别为15.96和15.74 t C·hm^(-2),均没有显著差异(P>0.05)。S处理的碳生产效率和碳生态效率分别为0.69 kg·kg;和1.77 kg·kg^(-1),较D处理分别显著增加60.47%和39.37%(P<0.05)。(5)小麦季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.89万元/hm^(-2)和0.72万元/hm^(-2),与D处理相比均没有显著差异(P>0.05);玉米季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.91万元/hm^(-2)和0.81万元/hm^(-2),较D处理分别增加了0.38万元/hm^(-2)和0.39万元/hm^(-2);小麦-玉米周年,S处理的年际平均产值和年际平均净收益为3.80万元/hm^(-2)和1.56万元/hm^(-2),较D处理分别显著增加14.81%和51.54%(P<0.05)。【结论】小麦秸秆单季还田在不显著影响小麦-玉米周年籽粒产量以及产量稳定性和可持续性的前提下,减少了玉米秸秆的碳投入量,促进了碳效率和经济效益的协同提高。

甘薯苗期耐低氮基因型筛选及不同氮效率类型综合评价

【目的】建立甘薯品种(系)耐低氮能力评价体系,筛选耐低氮基因型甘薯材料和评价不同氮效率类型,为研究耐低氮甘薯生理机制和挖掘氮高效基因奠定基础。【方法】采用水培试验,以来自国内外不同薯区的126份甘薯品种(系)为材料,低氮胁迫(0 mmol·L^(-1)纯氮)和正常施氮(14 mmol·L^(-1)纯氮)处理下,收集126个品种(系)地上干重、地上干物质增加量、地下干物质增加量、总干物质增加率、根冠比、蔓长、根长、叶数、叶绿素相对含量(CCI)、氮积累量和氮素生理利用效率11个性状表征值,计算各指标耐低氮胁迫指数。利用综合隶属函数法,进行主成分分析、回归分析和聚类分析,综合评价各甘薯品种耐低氮能力和氮效率类型。【结果】1)低氮水平条件下,不同供试甘薯品种(系)的地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、根长、蔓长、叶数、CCI、氮素积累量的均值低于正常氮处理,根冠比和氮素生理利用效率的均值高于正常氮处理;2)不同品种(系)的地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、根冠比、根长、蔓长、叶数、氮素积累量和氮素生理利用效率的变异系数高于正常氮处理,且其增幅排序为地上干物质增加量>总干物质增加率>地下干物质增加量>叶数>地上干重>氮素生理利用效率>氮积累量>根长>根冠比>蔓长;3)对11个指标的耐低氮胁迫指数进行主成分分析,3个主成分的累计方差贡献率达到72.67%,计算综合评价值Y;4)地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、叶数、蔓长、根长、根冠比、氮积累量、氮素生理利用效率的耐低氮胁迫指数与Y值的相关性达到极显著水平(P<0.01),其中,地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、氮积累量和地上干重5项耐低氮胁迫指数的相关性较高,相关系数分别为0.85、0.86、0.81、0.79和0.73;5)建立Y值回归方程,选定耐低氮能力评价的8个指标,并进行系统聚类,划分甘薯基因型为耐低氮型、中间型、不耐低氮型3类;并对3种耐低氮甘薯类型的农艺性状和氮效率性状进行方差分析。【结论】地上干重、地上部干物质增加量,地下部干物质增加量、根长、蔓长、叶数、氮素积累量和氮素生理利用效率作为甘薯耐低氮能力评价的指标;13104-2/紫薯1号、宜宾红心薯、浙紫薯2号、渝紫3号、渝紫6号、漯紫1号和渝紫香10号7个为耐低氮型甘薯品种;耐低氮型品种的各性状表现好于中间型和不耐低氮型,其中,地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、蔓长和氮积累量差异显著。

沙葱及其提取物对小尾寒羊生产性能、胴体特征、肉品质和血清生化指标的影响

【目的】研究沙葱及其提取物对小尾寒羊生产性能、胴体特征,肉品质及血清生化指标的影响,为舍饲肉羊饲料添加剂的开发提供试验依据。【方法】选取3月龄、体重相近的小尾寒羊公羊60只,随机分为4组,每组3个重复,对照组(CK)饲喂基础日粮,试验组分别在基础日粮中添加沙葱粉(AMR),沙葱水提物(AWE)和沙葱醇提物(AFE),添加剂量分别为10、3.4和2.8 g/(只⋅d)。试验持续75 d,其中预饲期15 d,正饲期60 d。正饲期内测定小尾寒羊生产性能,正饲期结束空腹颈静脉采血测定血清生化指标,随后每个重复随机选2只羊进行屠宰,立即测定胴体特征(胴体热重、屠宰率、肾周脂肪重、皮下脂肪厚度及硬度),取胴体左侧背最长肌测定肉品质,取肾周脂肪、尾部脂肪、背部皮下脂肪和大网膜脂肪测定脂肪肉色。【结果】与对照组相比,①沙葱醇提物组的平均日采食量显著降低(P=0.001),饲料转化率显著升高(P=0.039),平均日增重无显著性变化(P>0.05);②日粮添加沙葱粉及水提物能够显著降低羊肉的剪切力(P=0.029);③沙葱粉组、水提物组和醇提物组肾周脂肪的黄度值(b^(*))无显著性差异(P>0.050),醇提物组肾周脂肪(P=0.096)和大网膜脂肪(P=0.087)的b^(*)值与沙葱粉组相比有升高的趋势,而红度值(a^(*))(P=0.044)和饱和度(C^(*))(P=0.021)显著高于沙葱粉组;④添加沙葱及其提取物能够显著升高血清总蛋白(P=0.006)的含量,沙葱及其醇提物能够显著提高血清白蛋白(P=0.006)的含量,沙葱醇提物能够显著降低血清尿素氮(P=0.024)的含量。【结论】沙葱及其提取物对舍饲小尾寒羊胴体特征和脂肪肉色无显著影响;日粮中添加沙葱醇提物能够显著提高小尾寒羊饲料转化率,沙葱粉及水提物能够显著降低羊肉的剪切力,提高羊肉嫩度;同时沙葱及其醇提物能够显著提高血清中总蛋白和白蛋白的含量,促进肉羊对蛋白质的吸收。

基于无人机多光谱影像的小麦封垄前种植行识别方法改进

【目的】为实现小麦精准管理,准确识别其种植行位置具有重要意义。本研究分别针对传统Hough变换法和绿色像元累积法存在的缺陷进行改进,并对改进前、后不同方法在小麦种植行识别上的精度进行对比分析,为小麦种植行精准提取提供技术支撑。【方法】本研究开展了小麦水、氮耦合试验,在小麦拔节前期,基于四旋翼无人机携带RedEdge M传感器获取小麦不同生长条件下多光谱影像。基于上述数据,首先采用超绿超红差分指数和Otsu方法对影像分割、分类,获取植被/土壤二值图;其次,采用3×1线型模板进行形态学开运算,降低边界不规则度并去除噪音;然后,结合无人机影像中小麦种植行排布特点,分别针对传统Hough变换法的峰值检测过程和绿色像素累积法的角度检测过程进行优化,提出改进的小麦种植行识别方法;最后,分别将两种方法改进前、后的识别结果与目视解译种植行位置结果进行对比,基于检出率和作物行识别精度(crop row detection accuracy,CRDA)评价4种方法的优劣。【结果】采用超绿超红差分指数与Otsu方法可以很好对植被/土壤进行分类,分类结果的总体精度达到93.75%,Kappa系数为0.87;形态学运算可以很好地去除图像噪声,减少后期种植行识别误差;改进后Hough变换法通过利用先验知识对峰值检测范围进行约束,有效提升了种植行检测精度,种植行平均检出率从30%提升至67%,CRDA平均值从0.22提升至0.44;改进后绿色像元累积法通过考察整幅影像的绿色像元累积特征,有效提升角度检测精度,种植行平均检出率从14%提升至93%,CRDA平均值从0.12提升至0.69;4种方法的识别精度从高到低依次为改进后绿色像元累积法、改进后Hough变换法、改进前Hough变换法、改进前绿色像元累积法。【结论】本研究较好地改进了传统种植行识别方法,为种植密度大、行间距小的小麦种植行识别提供了技术支撑。