農藝學

李倩，王景一，毛新國，等

小麥脂質轉運蛋白基因TaLTP克隆及功能分析

李倩，王景一，毛新國，等

目的：脂質轉運蛋白（lipid transfer protein，LTP）是廣泛存在于植物中的一類小分子蛋白，因其能在植物細胞膜間運輸脂類物質而得名，在植物角質層合成和適應多種環境脅迫中起重要作用。研究小麥脂質轉運蛋白基因TaLTP-s的表達模式及其功能，為利用脂質轉運蛋白基因改良作物抗逆性提供依據。方法：以NCBI數據庫的OsDIL（Oryza sativa drought-induced LTP）為參考序列，在小麥基因組數據庫中搜索得到小麥脂質轉運蛋白基因TaLTP候選序列，克隆TaLTP-s，并對其序列進行比對；利用普通小麥的二倍體供體種和四倍體小麥對該基因進行染色體定位；以RIL群體（偃展一號×內鄉188）為材料設計dCAPS標記，進行基因遺傳定位；利用小麥葉肉細胞原生質體進行TaLTP-s亞細胞定位；利用實時定量RT-PCR檢測目標基因在小麥不同器官中的表達特性，分析在ABA、PEG、NaCl、低溫等脅迫處理下目標基因的表達模式，以及轉TaLTP-s擬南芥對高濃度鹽脅迫的響應。結果：克隆到小麥脂質轉運蛋白基因TaLTP-s的cDNA全長序列510 bp，開放閱讀框為339 bp，編碼112個氨基酸，在1～25位氨基酸之間有典型的TaLTP信號肽特征。利用RIL群體將TaLTP-s定位在染色體1A上，距離兩側標記WMC449和WMC93的遺傳距離分別為2.1 cM和5.9 cM。TaLTP-s基因編碼的蛋白序列包含8個半胱氨酸殘基骨架，與單子葉植物蛋白序列高度相似。通過原生質體亞細胞定位顯示TaLTP-s位于細胞膜和細胞質中。在ABA、PEG、NaCl及4℃低溫脅迫誘導下，小麥TaLTP-s均上調表達，可能與抗逆性調節相關。小麥開花期，TaLTP-s在根、葉、小花、花藥、雌蕊和成熟種子中均有表達，其中在小花中表達量較高，尤其是在花藥中的表達量遠高于在根和葉中。在高鹽脅迫處理下，轉基因擬南芥幼苗的細胞膜穩定性和存活率顯著高于野生型。結論：從小麥抗旱品種旱選10號中克隆到脂質轉運蛋白基因TaLTP的2種序列(TaLTP-l和TaLTP-s)，利用RIL群體將TaLTP-s定位于染色體1A。2種TaLTP的蛋白序列均包含8個半胱氨酸殘基骨架，屬于nsLTP-like家族。原生質體的亞細胞定位檢測到TaLTP-s在細胞膜和細胞質中均有表達。小麥TaLTP-s基因在開花期的小花中表達量最高，其中在花藥中的表達量為同期葉片的735倍。小麥TaLTP-s受ABA、低溫、高鹽和PEG-6000誘導上調表達。過表達TaLTP-s轉基因擬南芥耐鹽性顯著提高，因此小麥TaLTP-s是一個與高鹽等非生物脅迫耐性相關的基因。

來源出版物：作物學報, 2015, 41(5): 673-682

入選年份：2015

秈、粳超級稻莖稈抗倒支撐特征的差異研究

龔金龍，邢志鵬，胡雅杰，等

摘要：目的：隨著超級稻品種的大面積推廣應用和極端災害天氣發生頻度的上升以及水稻單產的持續增長，倒伏問題日趨嚴重。倒伏不但降低水稻產量，而且影響稻米品質，嚴重制約水稻生產力的提高，而倒伏的發生，不僅與稻株莖稈抗倒伏能力及其承重有關，還受栽培因素、臺風暴雨和病蟲害等影響，其中栽培因素對其影響較大。本研究立足于蘇中地區，在稻麥兩熟秈、粳同季兼作條件下，選用當家秈、粳超級稻品種，并配套各自相應的高產栽培管理措施，以充分發揮其產量水平。在此基礎上，系統深入分析秈、粳超級稻莖稈抗倒支撐特征的差異及其形成機制，以期為超級稻品種的合理利用以及如何進一步協調實現高產與抗倒提供理論依據和技術支撐。方法：以當地主栽且具有代表性的2個超級雜交秈稻組合（揚兩優6號和兩優培九）和2個常規粳型超級稻品種（鎮稻11和武運粳24）為試驗材料，在稻麥兩熟制條件下對秈、粳超級稻莖稈形態特征、充實性狀和力學特性以及彎曲力矩、抗折力、倒伏指數、田間表觀倒伏率和實收產量等進行了系統的比較研究。結果：（1）粳型超級稻實收產量較超級雜交秈稻組合高12.30%，差異極顯著；基部0～20 cm節間抗折力極顯著高于秈稻、倒伏指數極顯著低于秈稻，沒有出現明顯倒伏現象，而秈稻揚兩優6號和兩優培九兩年平均田間表觀倒伏率分別達11.97%和12.50%；（2）粳稻基部四個節間彎曲力矩均極顯著小于秈稻，抗折力均極顯著大于秈稻，最終粳稻基部第1至第4節間的倒伏指數均極顯著低于秈稻；（3）粳稻各節間長度和株高以及基部節間外徑、稈型指數、單穗質量、重心高和相對重心高度均小于秈稻，差異顯著或極顯著，而穗下節間長/稈長粳稻極顯著大于秈稻；（4）粳稻6個伸長節間的莖稈粗度和莖壁厚度均小于秈稻，其中，基部第1至第4伸長節間的莖稈粗度達到顯著或極顯著水平；（5）粳稻各節間莖稈干質量均小于秈稻，兩優培九各節間葉鞘干質量極顯著高于其他3個品種，且粳稻基部第2節間單位節間莖稈干質量略高于秈稻，而基部第1、3、4、5、6節間粳稻單位節間莖稈干質量均低于秈稻；（6）粳稻單穴固持力和抗彎阻力均顯著或極顯著大于秈稻，而按壓恢復度顯著或極顯著小于秈稻。結論：試驗所選用的2個常規粳型超級稻品種固持抗倒能力較強，2個超級雜交秈稻組合抗倒恢復能力較強，且粳稻能協調實現高產與抗倒，這可能與其彎曲力矩小、抗折力大、株高矮、節間配置合理、重心低以及基部節間物質充實足等有關。因此，在當前超高產栽培水平上，抗倒育種不僅要控制高度和基部節間長度、提高上部節間長度和莖壁厚度，更要注重物質充實的質量，優化莖桿纖維束和機械組織結構、提高硅鉀以及結構物質含量。

來源出版物：中國水稻科學, 2015, 29(3): 273-281

入選年份：2015

大豆胞囊線蟲脅迫條件下大豆根部蛋白質差異表達分析

王雪，段玉璽，陳立杰，等

摘要：目的：大豆胞囊線蟲（Heterodera glycinesIchinohe，SCN）是大豆生產中的一種重要病害，每年造成巨額經濟損失。我國是大豆的起源地，有豐富的SCN抗性大豆資源。大豆對SCN的抗性是受多個基因控制，傳統的研究手段很難揭示其抗性機制的全貌，蛋白質組學技術通量高，是研究基因功能的有力工具。本研究以抗大豆胞囊線蟲3號生理小種的哈爾濱小黑豆和感病材料遼豆10號的雜交后代為材料，利用雙向電泳技術，對SCN脅迫下的大豆根系進行蛋白質學分析。目的是在建立大豆幼苗根系響應大豆胞囊線蟲脅迫的差異蛋白圖譜的基礎上，分析差異蛋白質，從分子水平上直接了解宿主大豆應答SCN脅迫所啟動的基因功能，進而為揭示SCN致病和大豆的抗病復雜調控機制提供數據。方法：選用高抗大豆胞囊線蟲3號生理小種的哈爾濱小黑豆為父本材料（ZDD7170），感染大豆胞囊線蟲3號生理小種的遼豆10號為母本材料配制雜交組合，采用分離群體分組分析法（Bulked Segregant Analysis，BSA）對雜交組合的F4材料進行抗感群體分離。大豆胞囊線蟲3號生理小種來自沈陽農業大學北方線蟲研究所。大豆出苗后，在營養缽中接種大豆胞囊線蟲3號生理小種的卵懸液，每株接種約2000粒卵。接種后第30 d扣盆調查胞囊數量，胞囊指數CI＞10%為感病材料，CI＜10%為抗病材料，選取10株感病材料作為感池，選取10株抗病材料作為抗池。洗凈大豆根提取全細胞總蛋白（改進的TCA/丙酮法），以牛血清蛋白作為標準蛋白。蛋白質雙向電泳結束并脫色后，用UMAX Powerlook 2100XL掃描儀采集圖像，圖像分析采用Amersham 公司的Image MasterTM 2D Platinum 二維分析軟件。采用基質輔助激光解吸/電離飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）分析蛋白點。結果：SCN脅迫下，抗、感池材料蛋白表達發生了變化。（1）大豆胞囊線蟲侵染后不同抗性大豆材料根系雙向電泳圖譜比較：共分離得到400多個蛋白點，發現其中的28個蛋白點在抗感池材料中表達變化差異顯著。與感病后代相比，蛋白質有9個點在抗病后代中的表達量下調3倍以上；3個點在抗病后代中的表達量上調3倍以上。發現一些分別在感病后代和抗病后代中特異表達的蛋白點。（2）抗感池差異蛋白的質譜鑒定：切取共28個差異表達的蛋白點，進行MALDI-TOF-MS分析，其中16個蛋白質點的PMF數據通過Swiss-Prot和NCBI數據庫搜索，有與其匹配后呈顯著相關性的蛋白質（P＜0.05）。根據功能分為5類，包括防衛反應相關蛋白、能量代謝相關蛋白、轉錄調控蛋白、細胞信號傳導蛋白和其他蛋白。其中僅在抗病池中表達的蛋白點有3個（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶、可能的蛋白酶體亞基20S beta1.1和抗壞血酸過氧化物酶）；僅感病池中表達的蛋白點有5個（肌動蛋白和假擬蛋白等）；抗病池上調3倍以上的蛋白點有2個（氧化還原酶、鈣調素結合蛋白）；下調3倍以上的蛋白點有6個（反轉座子蛋白、磷脂酶C和RNA聚合酶等）。結論：本研究鑒定得到的幾種蛋白與寄主的防御能力有關，上調或下調蛋白可能是與抗性有關或與代謝相關的蛋白網絡中的一部分，它們在大豆抗病反應中可能起協同作用，共同控制大豆對大豆胞囊線蟲的抗性，有關這些蛋白的功能驗證有待于進一步研究。

來源出版物：中國油料作物學報, 2015, 37(1): 96-101

入選年份：2015

不同年代中秈水稻品種的產量與氮肥利用效率

劇成欣，陶進，錢希旸，等

摘要：目的：自20世紀40年代以來，我國秈稻品種經歷了多次更替，每次更替均使產量有較大幅度的提高。但水稻品種改良過程中不同年代中秈品種對氮肥的響應有哪些特點？為了闡明這一問題，本試驗以不同年代在生產上廣泛應用的12個代表性中秈水稻品種（含雜交稻組合）為材料，研究水稻主要生育期氮素吸收、光合特性和根系性狀以及葉片氮代謝主要酶類活性的變化特征，以期為提高水稻氮肥利用效率提供理論依據。方法：依據品種的應用年代將其分為20世紀40—50年代、20世紀60—70年代、20世紀80—90年代和2000年以后（超級稻）4個類型，試驗采用裂區設計，氮肥處理為主區，品種為裂區。設置3個氮肥處理，即0N（全生育期不施氮肥）、MN（全生育期施純氮210 kg·hm－2）和HN（全生育期施純氮300 kg·hm－2）。小區面積為16 m2，隨機區組排列，重復3次；分別于分蘗中期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期從各小區取代表性植株5穴，由分蘗節處分為地上部和地下部2個部分。地上部用于測定干物質重，用凱氏定氮法測定含氮量，地下部取部分根系測定根系活力。使用美國LI-COR 6400便攜式光合測定儀于幼穗分化期測定植株最上一片完全展開葉、于抽穗期和灌漿中期測定劍葉的光合速率，光量子通量密度（PFD）為1400 μmol·m－2·s－1，葉室CO2濃度為380 μmol·mol－1，溫度28～30℃。于幼穗分化期和抽穗期，取每處理10張葉片（幼穗分化期取最上一片完全展開葉，抽穗期取劍葉），分別測定葉片中硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合酶（GS）和谷氨酸合酶（GOGAT）的活性，以牛血清白蛋白（BSA）為標準測定酶粗液中蛋白質含量。每小區實收150穴脫粒計產，按平均穗數每小區取12穴測定水稻產量構成因素。氮肥農學利用率（kg Grain kg－1N）＝（施氮區籽粒產量－氮空白區籽粒產量）/施氮量；氮肥吸收利用率（%）＝（施氮區植株吸氮量－氮空白區植株吸氮量）/施氮量×100；氮肥生理利用率（kg Grain kg－1N）＝（施氮區籽粒產量－氮空白區籽粒產量）／（施氮區植株吸氮量－氮空白區植株吸氮量）；氮肥偏生產力（kg Grain kg－1N）＝籽粒產量/施氮量；Microsoft Excel軟件整理數據，SAS統計分析，Sigma Plot 10.0繪圖。結果：（1）不同年代中秈水稻品種的產量均隨品種改良不斷提高。產量的增加主要在于每穗粒數的增多，進而增加了總穎花量，表明在一定穗數基礎上，主攻大穗，擴大庫容，是現代中秈水稻品種獲得高產和超高產的主要技術途徑。在3個施氮量中，20世紀40—90年代的品種以MN處理的產量最高，2000年以后的超級稻品種則以HN處理的產量最高。表明超級稻品種的耐肥性較強。（2）不同年代中秈水稻品種的生物產量隨品種改良和施氮量的增加逐步提高。20世紀40—70年代品種，生物產量和收獲指數同步提高，從20世紀80—90年代品種到2000年以后的超級稻品種，產量的增加主要在于生物產量的提高。各品種的收獲指數隨施氮量的增加表現出下降的趨勢。（3）隨品種改良，水稻的氮素吸收利用能力增強。在MN和HN處理下，現代超級稻品種的氮肥農學利用效率較20世紀40—50年代品種相比分別提高了64.41%和179.04%。20世紀40—90年代的品種的氮肥利用效率隨施氮量的增加有所降低。超級稻品種的農學利用效率和氮素表觀吸收利用率在HN處理下較高。但其HN處理的氮素生理利用率顯著低于MN處理。（4）現代超級稻品種主要生育期葉片光合速率、根系氧化力和氮代謝酶活性均顯著高于早期品種，且MN處理顯著高于0N處理。上述生理性狀在HN處理下，超級稻品種較MN處理仍有所提高，其余品種則呈下降趨勢。超級稻品種抽穗后根系氧化力和劍葉光合速率下降幅度較大，影響其結實率，進而限制了超級稻高產潛力的進一步發揮。結論：隨品種改良，不同年代中秈水稻品種的產量和氮肥利用效率均有較大提高。超級稻品種耐肥性較強，總的光合生產量和氮素積累量高、抽穗前根系和光合性狀好以及氮代謝相關酶活性強是其庫容量大、產量和氮肥利用效率較高的重要生理原因。但超級稻的結實率較低，這可能與其抽穗后根系氧化力和劍葉光合速率下降幅度較大有密切關系。通過改進氮肥管理等措施提高超級稻灌漿中后期的根系氧化力和劍葉光合速率，有望提高超級稻的結實率，進而發揮其高產潛力。

來源出版物：作物學報, 2015, 41(3): 422-431

入選年份：2015