植物根系表型信息获取技术研究进展

人口数量增长和全球气候变化加剧了粮食安全供给压力,育种学家亟需培育高产、高效作物品种以满足日益增长的粮食消费需求.基于根性状的品种培育改良可有效提高作物水分、养分利用率,但根系表型观测的困难性极大地限制了育种进程.随着自动化控制、成像和传感器以及图像解译技术的发展,高通量根表型信息系统性收集已成为可能.本文综述了一系列适用于室内或田间的非破坏性或破坏性根系二维或三维结构测定技术;系统阐述了主流的根表型参数提取图像分析技术和软件;探讨了基于根表型平台的根性状筛选应用于新品种培育的成功案例,并对高通量根表型平台的进一步研发进行了展望.     

荒漠区滴灌施氮量对葡萄叶绿素荧光特性及碳代谢的影响

为了研究蛇龙珠葡萄各生育期施氮量对叶片光合特性和同化产物积累的影响,在滴灌条件下,设定4个尿素施用量:150(N1),300(N2),450(N3),600 kg/hm~2(N4),对照(CK)设置为0 kg/hm~2,分析各生育期(花前5 d DBF5、花后20 d DAF20和花后50 d DAF50)不同氮素营养对葡萄叶片的光合荧光参数及碳代谢相关指标的影响。结果表明:适量增施氮肥提高了叶片叶绿素含量和RuBp羧化酶活性,增强了葡萄树的光合作用,而叶片中PSⅡ有效光化学效率(Fv′/Fm′)、光化学淬灭系数(qP)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)的提高及非光化学淬灭系数(NPQ)的降低使叶片叶绿素荧光增强,且N2下的Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP在DAF20和DAF50时比同期CK分别显著升高了16.10%,17.80%;21.49%,21.13%及11.77%,19.73%;适量增施氮肥提高了蔗糖代谢相关酶的活性和可溶性糖含量,减少了淀粉含量,且在整个生育期,SPS、SS以及蔗糖在N3下有最高值,葡萄糖和果糖在N2下有最高值,而在DBF5、DAF20和DAF50时NI和AI分别在N2、N2和N1处理下有最高值。同CK相比,N2处理显著增加了可溶性糖、单宁、花青素的含量和可滴定酸含量,提高了坐果率和糖酸比,产量达14.50 t/hm~2。综上,在300～450 kg/hm~2的尿素施用范围内明显增强了叶片光合作用,促进可溶性糖的合成,从而为葡萄果实的生长发育供应足够的营养。     

基于iTRAQ技术分析家蚕微孢子虫感染家蚕精巢的蛋白质组表达变化

为了获取家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)与宿主家蚕之间互作的新线索,利用定量蛋白质组学同位素标记相对定量和绝对定量(i TRAQ)技术分析感染与未感染Nb的家蚕5龄末幼虫精巢组织的蛋白质组表达变化,在置信度≥95%的1 326个蛋白质中,共发现78个蛋白质的表达量发生了变化,其中63个蛋白质表达上调,15个蛋白质表达下调。GO注释差异表达蛋白质参与了14个生物学过程,以参与代谢过程和细胞内过程的蛋白质占比较高;参与的细胞组分有9个,以胞外结构域占比较高;参与的分子功能有4个,以催化活性及蛋白质结合的占比较高。KEGG通路分析差异表达蛋白质共参与57个信号转导通路,主要包括代谢通路,甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢通路以及溶酶体途径。利用qRT-PCR测定随机选取的8个差异表达蛋白质的编码基因mRNA转录水平变化,结果有5个基因mRNA的转录变化与i TRAQ检测蛋白质的表达变化趋势一致,而另外3个基因mRNA转录变化与蛋白质的表达变化不一致。研究结果显示差异蛋白质与能量代谢、氨基酸转运、发育调节、免疫调控等多个生物学过程有关,提示Nb与宿主家蚕之间存在复杂的相互作用关系。     

矮牡丹与芍药属其他5个种叶绿体基因组特征的比较

【目的】中国特有的野生牡丹一直被国内外视为珍贵的种质资源。野生矮牡丹被认为是现代栽培牡丹品种重要的祖先种之一,开展矮牡丹在内的芍药属植物叶绿体基因组(cp DNA)特征分析对阐明牡丹系统进化、培育和改良栽培品种具有重要的理论与实践价值。【方法】在矮牡丹叶绿体高通量测序的基础上,从NCBI数据库下载凤丹牡丹、大花黄牡丹、滇牡丹、川赤芍和草芍药的cp DNA数据,利用Geneious 8. 0、EMBOSS 6. 4. 0等软件,对芍药属6个种的cp DNA进行对比分析。【结果】矮牡丹cp DNA序列共152 628 bp,共有112个基因,使用25 988个密码子,编码蛋白78个;有19个基因(包括4个rRNA、7个tRNA、8个蛋白编码基因)在IR(反向重复)区重复。共搜索到143个SSR位点,单核苷酸重复基序位点最多,为116个(占81. 12%),没有六核苷酸重复基序。尽管芍药属叶绿体基因组比较保守,但不同种间IR和LSC(大单拷贝区)的边界位置仍有一定变化,凤丹牡丹LSC/IR的rpl2基因有718 bp延伸至LSC区域,而其他种的rpl2基因均完整地位于IR区。【结论】从基因组大小和基因内容来看,芍药属cp DNA高度保守;草芍药与滇牡丹cp DNA最大,为152 698 bp;凤丹牡丹cp DNA最小,为152 153bp。矮牡丹cp DNA蛋白编码基因密码子偏好使用A/T碱基,SSRs位点的碱基组成也偏好使用A/T碱基,143个SSRs位点中,A/T组成的位点有134个;矮牡丹cp DNA SSRs分布具有不均匀性,14个SSR位点位于IR区段,103个位于LSC区段,26个位于SSC区段。IR边界分析显示,芍药属LSC/IRb的边界变化是IR区扩张与收缩的主要原因。研究结果为芍药属植物的系统进化与栽培起源等研究提供支持,对芍药属植物分子标记开发及优良品种选育具有参考价值。     

不同施氮水平对烤烟叶片光合与荧光特性的影响

采用大田试验,以云烟87为试验材料,研究了不同施氮水平对烤烟叶片生长期间的光合与荧光特性的影响,探索出适合实际生产的氮素水平,为农业生产提供理论依据。结果表明,随着氮素水平的不断提高,烤烟叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度都是逐渐升高的趋势,在施氮水平为60.0 kg/hm2时达到最大,继续提高氮素水平会对烤烟的正常生长起到一定的抑制作用;在烤烟植株正常生长的氮素水平内,胞间CO2浓度随着氮素的升高呈现降低趋势。在一定范围内,随着氮素水平的升高,暗适应后的最小荧光强度(F0)、烤烟叶片的最大荧光(Fm)和PSⅡ的最大光化学量子产率(Fv/Fm)都呈现先上升后下降的趋势,而非光化学猝灭系数(NPQ)表现为先降后升的趋势,都在施氮水平为60.0 kg/hm2时达到最大值和最小值。因此,氮素水平为60.0 kg/hm2时是烤烟正常生长的最佳供氮水平。     

内含NDV核酸的耐核糖核酸酶病毒样颗粒作为荧光定量RT-PCR内标的制备与鉴定

为制备检测新城疫病毒的实时荧光RT-PCR病毒样颗粒内标,扩增MS2噬菌体的成熟酶蛋白和衣壳蛋白序列,将其定向插入pET32a载体的相应位置,双酶切和PCR鉴定,构建pET32a-MS2重组质粒;根据新城疫病毒实时荧光RT-PCR检测的目标片段,采用化学合成和klenow酶连接技术制备内标片段,将内标片段插入pET32a-MS2重组质粒,构建pET32a-MS2-IC重组质粒,转化大肠杆菌BL21,IPTG诱导表达,经RNase和DNase消化后,采用荧光RT-PCR检测耐核糖核酸酶病毒样颗粒内标的含量。结果表明,制备了高表达量耐核糖核酸酶病毒样颗粒内标,可用于新城疫病毒实时荧光RT-PCR检测方法的建立。     

利用荧光观测明确载球孢白僵菌松毛虫赤眼蜂对亚洲玉米螟的防控增效作用

载球孢白僵菌松毛虫赤眼蜂能够显著提高对亚洲玉米螟的防控效果，为了明确其对亚洲玉米螟卵期及幼虫期可持续防控的作用机理，采用松毛虫赤眼蜂吸附绿色荧光蛋白（GFP）标记的球孢白僵菌分生孢子，进行赤眼蜂载菌情况，以及亚洲玉米螟卵和幼虫的寄生、侵染过程观察。结果表明，赤眼蜂羽化后能够吸附柞蚕卵表面粘附的白僵菌分生孢子，并将其携带至亚洲玉米螟卵块表面，并吸附于未被赤眼蜂寄生的亚洲玉米螟卵孵化的幼虫体表，实现侵染并致死，幼虫带菌率达60.00%，网室内杀虫生物测定僵虫率达27.00%。本研究表明，载菌赤眼蜂在提高杀虫效率的同时实现害虫可持续防控，该方法为其他载菌天敌的应用提供了依据。     

黄瓜幼苗光合荧光特性及根系抗氧化系统对外源肉桂酸的响应

以津研4号黄瓜为试验材料,采用外源肉桂酸(CA)模拟自毒胁迫,研究水培方式下黄瓜幼苗生长发育、光合荧光特性和抗氧化系统对CA胁迫的响应。结果表明,外源CA处理可对黄瓜幼苗生长发育产生明显的抑制作用。当CA浓度为0.25 mmol/L时,处理4 d后黄瓜幼苗的株高和叶面积受到显著抑制,甚至造成部分死亡。黄瓜幼苗根系总根长、根表面积、根体积在CA浓度为0.25 mmol/L时分别比对照降低了19.9%、31.7%、34.7%,随着CA浓度的增加,抑制作用逐渐增强。与对照相比,CA处理下的黄瓜幼苗净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、初始荧光(F_o)、最大荧光(F_m)、最大光化学效率(F_v/F_m)、有效光化学量子产量(Φ_(PSⅡ))、调节性能量耗散的量子产额Y_(NPQ)和光化学淬灭系数(q_P)均呈降低趋势,而胞间CO_2浓度(C_i)、非光化学淬灭系数(q_N)和非调节性能量耗散的量子产额Y_(NO)则呈升高趋势。此外,随着CA浓度的升高,根系过氧化物酶(POD)活性不断升高,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性呈先升高后降低的趋势。说明CA处理会造成黄瓜幼苗光系统Ⅱ(PSⅡ)的损伤,使光合性能下降,同时促进活性氧(ROS)的积累和丙二醛(MDA)含量的增加,从而影响黄瓜幼苗正常的生长发育。     

应用SYBR Green I的Real-time PCR方法定量检测空肠弯曲杆菌

空肠弯曲杆菌(Campylobacterjejuni)被认为是人类主要食源性病原菌之一。由于空肠弯曲杆菌特殊的生长条件和容易进入不可培养但存活的状态(Viablebutnonculturable,VNC),所以传统的生化鉴定结果不一定可靠,并且是一项费时而繁琐的工作。核酸检测方法的出现为空肠弯曲杆菌的检测带来了方便。本文基于LightCycler为平台,利用SYBRGreenI染料能特异与双链DNA结合而发荧光的特性,建立一种Real-timePCR方法来定量检测空肠弯曲杆菌。用该方法检测时,发现所有空肠弯曲杆菌(11株)都呈阳性,所有其它弯曲菌(3株)和其它菌株(5株)都是阴性。整个检测过程60min内可以完成,检测限度为5CFU,标准曲线的相关系数为1。结果表明基于SYBRGreenI的定量PCR方法既为空肠弯曲杆菌提供了一种特异、敏感、快速和简洁的定量检测方法,又为研究空肠弯曲杆菌致病机理提供了一种重要方法。     

多重PCR检测猪瘟病毒、猪细小病毒、猪伪狂犬病病毒

根据猪瘟病毒(CSFV)、猪细小病毒(PPV)和猪伪狂犬病病毒(PRV)3种病原体的基因保守序列，分别设计了与CSFV的E2基因、PPV的VP2基因和PRV的gⅡ基因序列互补的3对引物。用这3对引物对人为混合的样品中的PPV和PRV的DNA模板及CSFV反转录后的cDNA模板进行多重PCR扩增和多重PCR反应奈件的优化，结果同时得到3务与试验设计相符的288bp(CSFV)、575bp(PPV)700bp(PRV)特异性条带；敏感性检测结果表明，该多重PCR可以检测到14．5ng／L的CSFV、27．1pg／L的PPV、31．4ng／L的PRV的核酸模板。