氮胁迫和非胁迫条件下玉米不同时期叶绿素含量的QTL分析

以优良玉米杂交种农大108的203个F2:3家系为材料,构建了包含189个SSR标记的遗传连锁图谱,利用复合区间作图法,在施氮（+N）和不施氮（-N）情况下,对玉米不同发育时期的叶绿素含量进行了QTL分析。结果表明:在-N和+N条件下,亲本许178的5个时期叶绿素（SPAD）均值分别为54.12和55.76,比黄C分别高1.80和2.40;而F2:3家系的SPAD均值分别达55.6和58.32,高于双亲的中亲值;同时,在+N情况下,叶绿素含量变异范围相对较小,说明氮胁迫对玉米叶绿素含量的变化具有一定影响。-N和+N情况下,在玉米喇叭口期、散粉期、灌浆初期、灌浆中期和灌浆后期分别检测到2、2、1、3、1个和2、2、2、7、1个叶绿素含量的非条件QTL,可分别解释对应时期叶绿素含量表型总变异的22.75%、22.93%、19.77%、49.87%、12.79%和16.95%、23.49%、19.38%、84.56%、13.38%。在-N和+N情况下,喇叭口期―散粉期、灌浆中期―灌浆后期和喇叭口期―散粉期、散粉期―灌浆初期各检测到1个条件QTL,可分别解释绿素含量表型变异的12.90%、25.51%和5.98%、26.67%。4）叶绿素含量的QTL表达存在时空性,其中qchl4和qchl5b在整个生育时期均能检测到,是玉米生长发育所必需的两个QTL。     

山羊繁殖季节性相关基因DIO2与DIO3的表达分析

研究表明,2型脱碘酶基因(typeⅡiodothyronine deiodinase gene,DIO2)和3型脱碘酶基因(type Ⅲiodothyronine deiodinase gene,DIO3)对啮齿动物(Rodentia)和绵羊(Ovis aries)的季节性繁殖活动具有重要调控作用.本研究选择常年发情济宁青山羊(Capra hircus)和季节性发情辽宁绒山羊(C.hircus)作为实验对象,应用反转录PCR和定量PCR技术分别对两个基因的组织表达谱及繁殖轴组织中两个基因的表达差异进行检测分析.研究发现,(1)DIO2基因在所研究的24个组织都有一定量表达,DIO3基因主要在小脑、海马、下丘脑、垂体、脑桥以及卵巢和肾上腺等表达,品种间两基因组织表达谱相似;(2)济宁青山羊垂体DIO2基因表达量显著高于辽宁绒山羊(P＜0.05),下丘脑、卵巢表达量也均高于辽宁绒山羊,但两品种间差异不显著(P＞0.05),子宫表达量显著低于辽宁绒山羊(P＜0.05);(3)对于下丘脑组织DIO3基因,则济宁青山羊表达量比辽宁绒山羊明显要高(P＜0.05),而对于卵巢和子宫DIO3基因表达量,则济宁青山羊明显比辽宁绒山羊低(P＜0.05),济宁青山羊垂体DIO3基因表达量低于辽宁绒山羊,但两品种间差异不显著(P＞0.05).本研究提示DIO2和DIO3基因可能与山羊季节性繁殖调控有关,研究结果可为初步揭示山羊繁殖季节性分子调控机制提供参考.     

高粱千粒重全基因组关联分析和候选基因预测

千粒重是作物产量构成的三要素之一。增加粒重是提高作物产量的重要途径。为阐明高梁千粒重的遗传机理,本试验以主要来自于我国16个高粱种植省份的242份高粱品种(系)组成的关联群体为研究材料,借助覆盖全基因组的2 015 850个高质量SNPs标记,采用多位点分析软件mrMLM 4.0 R软件包中的mrMLM、FASTmrMLM、FASTmrEMMA、ISIS EM-BLASSO、pLARmEB、pKWmEB 6种模型,对2018—2020年贵州贵阳、浙江杭州、海南乐东、海南陵水3年4点7个环境的高梁千粒重进行全基因组关联分析。结果表明,7个环境的高梁千粒重均表现连续正态分布,呈现明显的数量性状遗传特性,变异范围于10~50 g之间。利用6个模型共检测到323个与千粒重显著关联的数量性状核苷酸位点(QTNs),这些位点不均匀地分布在10条染色体上。单个QTN可解释0.4%~26.6%的表型变异。不同模型检测到的位点数目不同,FASTmrMLM模型最多,然后依次是pKWmEB模型、pLARmEB模型、mrMLM模型、ISIS EM-BLASSO模型和FASTmrEMMA模型。合并共同QTNs后得到96个显著影响千粒重的QTNs,其中4个QTNs与前人报道的高粱基因位点重叠,另有4个QTNs包含与水稻中克隆的粒重相关基因qGW7/GL7、BG2、OsARF4、RSR1、TGW6等同源的基因。本研究结果为探究高粱千粒重性状分子遗传机理和高粱分子设计育种提供了科学依据。     

玉米主要株型性状与产量的全基因组关联分析

为了深入剖析玉米的株型性状和产量性状的遗传基础及其相关关系,本研究以204份玉米自交系作为关联群体,利用分布于玉米全基因组上的558 529个单核苷酸多态性标记(SNPs)对5个相关性状进行全基因组关联分析。结果表明,供试自交系各性状基本呈正态分布,且各性状间存在丰富的变异,变异系数在9.00%～50.00%之间;通过相关性分析和热图层次聚类分析株型和产量相关性状间彼此紧密关联;且由主成分分析筛选出总体方差累计贡献率达到71.667%的主成分2个;以P≤1×10^-5为显著阙值,利用Q+K模型对供试材料的5个相关性状进行全基因组关联分析,在株高、穗位高和单穗重间共检测到13个显著的SNP位点,分别分布于玉米的第3、第5、第6、第7号染色体上,而在总叶片数和穗上叶数间未检测到显著的SNP位点;在显著SNP上下游各50 kb范围共搜索到39个相关候选基因,其中有注释的基因12个,并对株高与穗位高最佳候选基因进行了预测。本研究通过对玉米株型及产量相关性状进行全基因组关联分析,为后期基因功能的验证与新功能的开发奠定了良好的基础。     

猪OPN基因与繁殖性状的关联分析

摘要：OPN（osteopontin）基因是近年来在猪的繁殖性状上发现的一个候选基因,本试验以长白猪,大白猪和北京黑猪为研究对象,研究OPN基因多态性与猪的繁殖性状之间的关联。经特异性产物的扩增,结合测序发现,OPN基因的第6内含子存在305bp的缺失突变,从而产生多态。在长白猪和大白猪中发现了AA、AB和BB 共3种基因型,在2个群体中处于中度多态,且已达到Hardy-Weinberg平衡状态。而在北京黑猪群体中没有多态,只有BB基因型。利用SAS 8.0 软件采用最小二乘法拟合线性模型,将不同基因型与总产仔数(TNB)、产活仔数(NBA)和初生重(WB)进行了关联分析,结果表明：长白猪初产母猪AA型个体的TNB、NBA显著的高于AB和BB型个体(P＜0.05),经产母猪AB型个体的TNB和NBA显著的高于AA型与BB型个体(P＜0.05),A等位基因对TNB、NBA和WB均表现为正效应。在大白猪中,不论是初产母猪还是经产母猪,其BB和AB型个体的TNB、NBA高于AA型个体,但其差异不显著(P＞0.05),B等位基因对TNB、NBA都表现为正效应。     

玉米新型氧甲基转移酶基因的全基因组鉴定、进化与表达研究

利用生物信息学分析方法挖掘玉米(Zea mays)不同组织间差异表达的基因,揭示玉米生长发育过程的分子机理,本研究从NCBI数据库中下载获得玉米自交系Mo17和B73根和芽的转录组数据,发现了5个在根中高表达的氧甲基转移酶(O-methyltransferase,OMT)基因,在B73全基因组中鉴定到另外的23个拷贝.对玉米的28个氧甲基转移酶基因的结构、保守模体以及进化分析表明,其不同于咖啡酸氧甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase,COMT)基因和咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(caffeoyl coenzyme A 3-O-methyltransferase,CCoAOMT)基因,是一类新型的氧甲基转移酶基因家族.这类基因家族含有5个进化分支,其中有两个进化分支分别包含苯并噁嗪类基因7(benzoxazinless 7,Bx7)和Bx10,参与苯并噁嗪类物质的生物合成,表明该类基因在玉米的抗病虫反应中发挥着重要作用.染色体结构与进化分析表明,这类新型氧甲基转移酶基因家族的扩增大多是通过串联重复和片段复制来实现的.对这些基因在玉米的巢式关联定位(nested association mapping,NAM)群体亲本中的表达模式分析表明,其表达模式十分复杂.该研究结果为进一步了解COMT基因的生物学功能及其利用提供了理论依据和参考,并对研究该基因家族的催化机制及其表达调控模式具有重要的指导意义.     

7个牛品种对氧磷酶1基因(PON1)的EcoRV和Alu Ⅰ酶切多态性及其与部分性状的关联分析

应用RFLP技术对7个牛品种进行了对氧磷酶1(paraoxonase 1,PON1)基因的EcoRV和Alu Ⅰ酶切多态性检测;SAS 9.1的GLM过程中的Duncan's检验对不同基因型与部分性状之间进行了关联分析.结果表明,EcoR Ⅴ位点与体重、日增重、眼肌面积和嫩度之间存在显著相关,AG基因型个体与其它基因型相比在日增重和嫩度上存在显著差异(P<0.05),而AA基因型个体相对于其它基因型具有较大的眼肌面积(P<0.05);Alu Ⅰ位点则与体重、净肉重和嫩度之间具有显著的生物学意义(P<0.05),AA型个体相对来说均优于其它基因型个体(P<0.05).品种间的比较表明,除实验牛始重相对趋于一致外,国外肉牛专门化品种在其它方面均优于国内品种.研究结果提示两个位点可尝试作为牛肉多汁性(嫩度)的标记.     

寿光鸡褪黑素受体基因(MTNR1A)5'控区多态性与产蛋性状的关联分析

褪黑素(melatonin)是由松果体和视网膜分泌的一种内分泌激素,具有广泛的生物学功能.为研究褪黑素受体基因(MTNR1A)对寿光鸡产蛋性状的影响,本研究采用直接测序法检测MTNR1A基因5’调控区的单核苷酸多态性(SNPs),并分析对寿光鸡(Gallus gallus)产蛋性状的影响.结果表明,在MTNR1A基因5’调控区存在8个SNPs位点,其中-34、-151和-617位点多态信息含量(PIC)值分别为0.13、0.12和0.05,呈低度多态,-100、-110、-126、-329和-538位点PIC值分别为0.37、0.37、0.37、0.37和0.36,呈中度多态.-100、-110、-126和-329位点对寿光鸡开产日龄和前期20～25周龄的产蛋数均有显著影响(P＜0.01或0.05),-538位点仅对开产日龄有显著影响(P＜0.05).单倍型分析显示-100、-110和-126位点紧密连锁,构建了TTT、TTC和GCT 3种单倍型和6种双倍型.与单倍型GCT相比,单倍型TTC可使开产日龄提早2.6 d,早期产蛋数增加1.4枚.综上所述,寿光鸡MTNR1A基因5’调控区SNPs位点丰富,单倍型TTC可使开产日龄提前和早期产蛋数增加,是具有潜在应用价值的分子遗传标记,可为寿光鸡早熟性状的选育提供技术支持.     

崂山奶山羊骨桥蛋白基因(OPN)部分片段多态性及其与生产性状的关联分析

骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是一种分泌型糖基化磷蛋白,在介导骨组织细胞与骨基质的连接过程中发挥重要作用.为了加快奶山羊的遗传进展,为奶山羊生产性状的标记辅助选择提供理论依据,本研究利用DNA混合池技术和高分辨率熔解曲线分析技术,检测了崂山奶山羊(Capra hircus)泌乳母羊的OPN基因多态性,并采用最小二乘方法分析其与泌乳和生长性状之间的关联效应.在所有174只样本中共检测到2个SNPs,即位于第5内含子I355位点的C/T(以C/r表示)和第7外显子E341位点的C/T(以M/N表示),其多态信息含量(PIC)分别为0.2773和0.3267,其等位基因和基因型频率在育种场(F)和育种户(P)群体中的分布不均衡,I355位点的P群体偏离Hardy-Weinberg平衡状态(P＜0.05),其他均处于平衡状态(P＞0.05).在与泌乳性状的关联分析中,P群体除电导性状以外的所有性状表型值均极显著(P＜0.01)高于F群体;I355位点上,CC基因型个体的脂肪含量显著(P＜0.05)高于CT和TT基因型个体,灰分和冰点性状显著(P＜0.05)高于CT基因型个体;E341位点上,等位基因N为非脂肪物、乳糖率、乳密度、乳蛋白率、冰点以及灰分6个性状的有利等位基因,所有性状差异均不显著(P＞0.05).在与生长性状的关联分析中,F群体的体重和体长均极显著(P＜0.01)高于P群体;P群体的尻宽和尻长极显著(P＜0.01)高于F群体;I355位点上,TT基因型个体的体重极显著(P＜0.01)大于CC基因型个体;E341位点上,等位基因M为体高和胸围的有利等位基因,MM和MN基因型个体的体重和尻宽极显著(P＜0.01)高于NN基因型个体,MM基因型个体的体长极显著(P＜0.01)高于NN基因型个体,MM基因型个体的体高、胸围显著(P＜0.05)高于NN基因型个体.本研究发现OPN基因突变位点I355与乳中脂肪和碳水化合物的含量相关,突变位点E341与奶山羊的生长发育性状有显著的关联效应,可以作为奶山羊部分生产性状的分子遗传标记.     

鸽子GR基因cDNA克隆与表达分析

糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor, GR)是保守的核受体超家族中的一员,属于核转录因子,GR对维持机体稳态起着重要作用,同时在动物繁殖代谢过程中扮演着重要的角色.本研究旨在克隆鸽子(Columba livia domestica) GR基因的cDNA全长并分析其组织表达谱.参照鸡(Gallus gallus domesticus)的GR基因序列设计引物,利用RT-PCR和RACE技术,克隆得到了鸽子的GR基因的cDNA序列.测序结果表明,鸽子GR基因包含有2313bp的全长CDS序列,102bp的5'UTR序列,以及18 bp的3'UTR序列,共编码770个氨基酸(GenBank登录号:NM001037826.1).通过序列同源性分析发现,鸽子GR氨基酸序列与鸡的同源性为94％,与短吻鳄(Alligator mississippienses)的同源性为85％,与人(Homo sapiens)的同源性为75％.通过与鸡、鳄鱼和人的氨基酸序列比对分析发现,鸽子的GR氨基酸序列中有一个非常保守的DNA结合区(DNA binding domain,DBD)和一个保守性较高的激素识别区(hormone recognition domain, LBD),此外还包括一个GR特异区域.利用qRT-PCR技术发现在鸽子不同组织中均有表达,表达量由高到低依次为睾丸、胰、肺、卵巢、腹部脂肪、肝、心、骨骼肌、肾、脾、输卵管、胃、下丘脑、大脑、肠和嗉囊.睾丸中表达量显著高于其他组织(P＜0.05),其次为胰腺和肺(P＜0.05),在嗉囊中的表达量显著低于其他各组(P＜0.05).本研究获得鸽子GR基因cDNA全长、组织表达规律,为进一步研究鸽子GR基因的功能提供了基础资料.     

不同气候和土壤条件下玉米叶片叶绿素相对含量对土壤氮素供应和玉米产量的预测

叶绿素仪可以用于估测作物和土壤氮素供应状况,本研究通过野外土壤置换试验评估叶绿素仪在不同区域的适用性。在黑龙江海伦（中温带）、河南封丘（暖温带）和江西鹰潭（中亚热带）设置3种主要农田土壤（黑土、潮土、红壤）的异地置换对比试验,研究了不同气候和土壤条件下玉米叶绿素相对含量对土壤氮素供应的响应及其对玉米产量的预测性。研究结果表明:不同气候和土壤条件下,玉米生长旺盛期功能叶的叶绿素相对含量（叶绿素仪SPAD值）和土壤表层（0—20 cm）硝态氮、无机氮含量相关性显著,说明叶绿素仪测定值可以在玉米生长旺盛期反应土壤氮素供应情况;玉米生长旺盛期功能叶叶绿素相对含量和土壤表层硝态氮含量均与玉米子粒产量呈显著相关,说明叶绿素仪可以在玉米生长旺盛期估测玉米子粒产量,且不受地域、土壤类型的影响。     

杉木紫色酸性磷酸酶基因ClPAP18b的克隆及表达分析

  【目的】  以速生丰产型杉木无性系洋023、洋036、洋6421和拟南芥为材料,研究杉木中紫色酸性磷酸酶 (PAPs) 的功能作用,以筛选具有磷素高效利用特性的杉木无性系。  【方法】  采用PCR技术克隆PAP18b基因,分析其序列特征和同源性,并对杉木无性系洋023、洋036、洋6421进行正常供磷 (1.0 mmol/L KH₂PO₄) 和低磷胁迫 (0.1 mmol/L KH₂PO₄,0.9 mmol/L KCl) 砂培盆栽处理0、10、15、30和60天,测定酸性磷酸酶活性及全磷含量,定量分析根和叶中ClPAP18b基因表达量、磷含量及酸性磷酸酶活性的关系,并将ClPAP18b基因过表达至拟南芥,进行该基因的功能验证。  【结果】  成功克隆获得杉木PAP18b基因CDS序列 (1 212 bp),命名为ClPAP18b,该基因编码404个氨基酸,亚细胞定位于胞间区,这表明ClPAP18b基因可能发挥调控酸性磷酸酶分泌至胞外的功能。酸性磷酸酶活性测定结果表明,30天磷处理后,正常供磷和低磷处理下,杉木洋036和洋6421无性系根中的酸性磷酸酶活性均高于叶,而根中酸性磷酸酶活性低磷处理下高于正常供磷处理;洋023的根和叶中酸性磷酸酶活性在低磷胁迫诱导下多高于正常供磷条件下根和叶中酸性磷酸酶活性。磷含量分析结果表明,杉木洋023、洋036和洋6421无性系的地上部磷含量高于地下部,不同水平供磷处理后,不同杉木无性系或同一杉木不同组织磷含量存在差异。RT-qPCR 结果显示,低磷胁迫诱导杉木ClPAP18b基因表达。低磷条件下,ClPAP18b过表达拟南芥植株长势优于对照组,且过表达植株中的酸性磷酸酶活性叶高于对照组,但花青素积累量低于对照组。此外,相比于正常供磷处理植株,过表达ClPAP18b拟南芥中PHT1; 2、PHT1; 8和AtPAP26等与磷胁迫相关的基因表达量显著高于对照组,而AtPAP12和AtPAP17基因表达量明显降低。  【结论】  低磷胁迫诱导杉木ClPAP18b基因表达和酸性磷酸酶活性增强,但不同杉木无性系对磷缺乏的适应性存在明显差异,过表达ClPAP18b基因可促进拟南芥植株耐低磷胁迫,ClPAP18b基因可能在杉木低磷胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良杉木耐低磷的重要候选基因。     

Relationship between color (instrumental and visual) and chlorophyll contents in soybean seeds during ripening

The correlation between chlorophyll content and quantitative color parameters was investigated in order to find an indirect method for predicting green pigment in ripening soybean seeds. Five Brazilian soybean varieties harvested at different maturity stages (R(6) to R(8) according to the scale of Fehr & Caviness) and dried under two conditions (in oven at 40 degrees C with circulating air and at ambient temperature around 25 degrees C) were analyzed in two consecutive years. The slow-dried seeds at 25 degrees C lost chlorophyll faster, whereas drying at 40 degrees C did not result in yellowing of seeds. High and significant linear correlations between a value and total chlorophyll were obtained over the whole maturation period and on both conditions of drying. From an industrial point of view it appears that a value, obtained by the CIE-L*a*b* method, seems to be a good tool to be applied for quality control and classifying soybean seeds for different purposes.     

玉米叶片叶绿素含量的发育遗传动态及环境互作效应分析

采用包括基因型×环境互作效应的加性-显性遗传模型及非条件和条件的分析方法,研究了不同环境条件下玉米吐丝后不同发育时期叶片叶绿素含量性状的发育动态及其遗传发育规律.结果表明:玉米叶片叶绿素含量在不同发育时期均受到环境变化的影响.控制玉米叶片叶绿素含量的各遗传效应在不同环境条件下存在表达水平上的差异.吐丝至成熟前4个时期性状的表现是以遗传主效应(加性效应VA和显性效应VD)为主,遗传效应表达在不同环境中较为稳定,玉米籽粒成熟期该性状的表现是以环境互作效应为主,此时的遗传效应表达在不同环境中变化较大.玉米腊熟期至成熟期即玉米吐丝后40～50d是控制玉米吐丝后叶片叶绿素含量表现的微效多基因被激活表达最为活跃的时期.一些遗传效应存在发育时期间断表达的现象.     

水稻多逆境响应基因OsMsr8的克隆与表达

非生物胁迫是引起全世界作物减产的主要因素, 利用分子生物学技术提高作物耐逆性已成为作物改良的新途径。本课题组采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻亲本“培矮64S”全基因组表达模式, 发现了众多逆境相关基因。OsMsr8基因受低温、干旱等多逆境因子诱导, 在孕穗期干旱胁迫下表达水平显著上调。qRT-PCR分析试验数据与芯片结果基本吻合。利用生物信息学方法对所获得序列进行开放阅读框、序列同源性分析, 预测了编码蛋白质产物的理化性质。该基因ORF全长为834 bp, 编码277个氨基酸残基, 不含内含子, 无典型的基因保守结构域。在不同物种中有高相似性的蛋白, 功能未知。对启动子区域进行分析, 发现含有多种与逆境诱导相关的调控元件, 推测该基因与植物耐逆性有一定关系。     

中慢生型天山根瘤菌CCBAU060A自体诱导物合酶基因的筛选及其在大肠杆菌中的表达

细菌在高细胞密度下可以产生化学信号分子调控细菌相关基因的表达,这种信号分子被称为自体诱导物(Autoinducer,AI)。采用检测菌株JZA1在中慢生型天山根瘤菌CCBAU060A(Mesorhizobium tianshanenseCCBAU060A)培养上清液中检测到了高活性的自体诱导物;利用转座子随机突变的方法获得了AI缺失突变株,并克隆得到了相关的自体诱导物合酶基因;将自体诱导物合酶基因在大肠杆菌中进行表达,对大肠杆菌重组菌株进行自体诱导物检测发现,该合酶基因在大肠杆菌中能够合成四种自体诱导物分子。     

不同水分环境下玉米叶形相关性状与SSR标记的关联分析

玉米的叶形结构与其抗旱性紧密相关,挖掘不同水分环境下调控玉米叶形相关性状的显著关联分子标记位点,可为揭示玉米叶形结构的分子遗传机理、克隆相关调控基因并进行抗旱理想株型育种提供参考。本研究在不同水分环境下分析187份玉米自交系叶长、叶宽、叶夹角、叶向值、叶面积、叶形系数及叶片卷曲度等7个叶形相关性状的变化,采用SSR标记对这些材料进行全基因组扫描并分析其遗传多样性,采用一般线性模型(GLM)寻找不同水分环境下与玉米7个叶形相关性状关联的分子标记。结果表明:1)干旱环境下187份玉米自交系的叶长、叶宽、叶夹角、叶面积均显著降低,而叶向值、叶形系数及叶片卷曲度均明显升高,且干旱环境下这7个叶形相关性状的变异比率为30.53%～198.31%。2)145对SSR标记共检测出652个等位变异,变异范围在2～13个;多态性信息量(PIC)变异范围为0.201～0.966,平均0.478。采用UPGMA聚类及群体遗传结构分析均将供试材料分为旅大红骨(LRC)、唐四平头(TSPT)、兰卡斯特(Lan)、P及瑞德(Reid)等5大类群。3)采用GLM模型,在不同水分环境下共检测到15个SSR标记与玉米的7个叶形相关性状在P0.01水平下关联,各标记对表型的解释率为2.25%～27.30%,72.97%的标记可在干旱环境下被检测到;其中umc1124、umc2363、umc2214、umc1742、phi331888、umc1378、bnlg1863、umc2134和umc1345标记同时与不同水分环境下的多个叶形相关性状连锁,表现出明显的"一因多效"现象。这些研究结果将为玉米叶形结构的遗传改良及抗旱理想株型分子标记辅助选择育种提供参考。     

丛枝菌根真菌(AMF)对玉米/蚕豆和玉米/稗草互作体系植物生长的反馈调节

【目的】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,简称AMF)对农田生态系统中作物的生长起着重要作用。不同宿主植物和作物种植方式对土壤中菌根真菌具有一定的选择性,从而影响菌根真菌对后茬植物生长的反馈效应。间作体系是农业生产中增产增效的一种重要的种植模式,明确AMF在间作体系中对植物生长的反馈作用,对理解间作体系地上-地下相互作用具有重要的意义。【方法】本试验采用三种常见的AMF(Funneliformis mosseae、Rhizophagus intraradices和Claroideoglomus claroideum)混合接种剂,在单作(玉米,蚕豆,稗草)和间作(玉米/蚕豆和玉米/稗草)条件下,通过两个阶段(AMF驯化及反馈)的反馈试验,模拟研究了三种植物在单作和间作中的反馈强度及AMF的调节作用。【结果】在驯化阶段,玉米/稗草间作体系中,与单作相比,间作玉米地上部生物量减少了64.0%,间作稗草地上部生物量增加了47.8%。玉米/蚕豆间作体系中,与单作相比,两者作物地上部生物量增量分别达21.7%和38.3%。反馈阶段中,单作时,与灭菌处理相比接种AMF后玉米、稗草和蚕豆的地上部生物量分别增加602.3%、 80.6%和21.1%; 间作时,与灭菌处理相比接种AMF后玉米地上部生物量平均增加613.1%,稗草增加80.7%, 蚕豆增加21.4%。单作玉米存在负到零反馈作用,与灭菌处理相比,接种AMF后玉米负反馈作用减弱至零反馈作用。从单作到间作,玉米的反馈作用由负变为零到正反馈作用。【结论】玉米和稗草之间是竞争关系,玉米处于竞争弱势稗草处于竞争优势。玉米对AMF的响应最为强烈,其次是稗草,最后是蚕豆。接种AMF或与其它植物间作后均减弱玉米的负反馈作用,表明丛枝菌根真菌可通过减弱单作玉米的负反馈实现间作增产。     

Distribution characteristics and diversities of cbb and coxL genes in paddy soil profiles from southern China

The Calvin-Benson-Bassham cycle and Wood-Ljungdahl pathway are two well-known ones in the six carbon sequestration pathways, but the current knowledge of their occurrence in different layers of agricultural soil profiles is poor. In this study, the diversities of three genes encoding ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RubisCO), i.e., genes encoding the green-like (cbbLG) and red-like (cbbLR) forms of RubisCO I and encoding RubisCO II (cbbM), and the gene encoding carbon monoxide dehydrogenase large subunit (coxL) from five paddy soils in southern China were investigated by real-time quantitative polymerase chain reaction, restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis, and clone library. The abundances of the four genes ranged from 10⁷ to 10⁹ copies g^-1 soil, and the cbbLR gene outnumbered the other three genes in all soil samples, suggesting important roles they play in carbon dioxide (CO₂) fixation. In addition, it was found that the copy numbers of cbbLR and cbbLG decreased with increasing soil depth, while the copy numbers of cbbM and coxL decreased in the shallow depths but increased with increasing soil depth. The results of RFLP showed a larger Shannon index (H) in the deeper soil layers among the four gene clone libraries, indicating that the community diversity in these soil layers was greater. The cbbLG gene had relatively low diversity (at genus level), and most of the sequences were classified as Sideroxydans and Thiobacillus. In contrast, the highly diverse groups were found in the other three gene clone libraries (cbbLR, cbbM, and coxL), most of which were distantly related to known sequences, even forming separate clusters. In summary, this study provides a new insight into CO₂ fixers along agricultural soil profiles by comparing four bacterial genes.