农艺学

李倩，王景一，毛新国，等

小麦脂质转运蛋白基因TaLTP克隆及功能分析

李倩，王景一，毛新国，等

目的：脂质转运蛋白（lipid transfer protein，LTP）是广泛存在于植物中的一类小分子蛋白，因其能在植物细胞膜间运输脂类物质而得名，在植物角质层合成和适应多种环境胁迫中起重要作用。研究小麦脂质转运蛋白基因TaLTP-s的表达模式及其功能，为利用脂质转运蛋白基因改良作物抗逆性提供依据。方法：以NCBI数据库的OsDIL（Oryza sativa drought-induced LTP）为参考序列，在小麦基因组数据库中搜索得到小麦脂质转运蛋白基因TaLTP候选序列，克隆TaLTP-s，并对其序列进行比对；利用普通小麦的二倍体供体种和四倍体小麦对该基因进行染色体定位；以RIL群体（偃展一号×内乡188）为材料设计dCAPS标记，进行基因遗传定位；利用小麦叶肉细胞原生质体进行TaLTP-s亚细胞定位；利用实时定量RT-PCR检测目标基因在小麦不同器官中的表达特性，分析在ABA、PEG、NaCl、低温等胁迫处理下目标基因的表达模式，以及转TaLTP-s拟南芥对高浓度盐胁迫的响应。结果：克隆到小麦脂质转运蛋白基因TaLTP-s的cDNA全长序列510 bp，开放阅读框为339 bp，编码112个氨基酸，在1～25位氨基酸之间有典型的TaLTP信号肽特征。利用RIL群体将TaLTP-s定位在染色体1A上，距离两侧标记WMC449和WMC93的遗传距离分别为2.1 cM和5.9 cM。TaLTP-s基因编码的蛋白序列包含8个半胱氨酸残基骨架，与单子叶植物蛋白序列高度相似。通过原生质体亚细胞定位显示TaLTP-s位于细胞膜和细胞质中。在ABA、PEG、NaCl及4℃低温胁迫诱导下，小麦TaLTP-s均上调表达，可能与抗逆性调节相关。小麦开花期，TaLTP-s在根、叶、小花、花药、雌蕊和成熟种子中均有表达，其中在小花中表达量较高，尤其是在花药中的表达量远高于在根和叶中。在高盐胁迫处理下，转基因拟南芥幼苗的细胞膜稳定性和存活率显著高于野生型。结论：从小麦抗旱品种旱选10号中克隆到脂质转运蛋白基因TaLTP的2种序列(TaLTP-l和TaLTP-s)，利用RIL群体将TaLTP-s定位于染色体1A。2种TaLTP的蛋白序列均包含8个半胱氨酸残基骨架，属于nsLTP-like家族。原生质体的亚细胞定位检测到TaLTP-s在细胞膜和细胞质中均有表达。小麦TaLTP-s基因在开花期的小花中表达量最高，其中在花药中的表达量为同期叶片的735倍。小麦TaLTP-s受ABA、低温、高盐和PEG-6000诱导上调表达。过表达TaLTP-s转基因拟南芥耐盐性显著提高，因此小麦TaLTP-s是一个与高盐等非生物胁迫耐性相关的基因。

来源出版物：作物学报, 2015, 41(5): 673-682

入选年份：2015

籼、粳超级稻茎秆抗倒支撑特征的差异研究

龚金龙，邢志鹏，胡雅杰，等

摘要：目的：随着超级稻品种的大面积推广应用和极端灾害天气发生频度的上升以及水稻单产的持续增长，倒伏问题日趋严重。倒伏不但降低水稻产量，而且影响稻米品质，严重制约水稻生产力的提高，而倒伏的发生，不仅与稻株茎秆抗倒伏能力及其承重有关，还受栽培因素、台风暴雨和病虫害等影响，其中栽培因素对其影响较大。本研究立足于苏中地区，在稻麦两熟籼、粳同季兼作条件下，选用当家籼、粳超级稻品种，并配套各自相应的高产栽培管理措施，以充分发挥其产量水平。在此基础上，系统深入分析籼、粳超级稻茎秆抗倒支撑特征的差异及其形成机制，以期为超级稻品种的合理利用以及如何进一步协调实现高产与抗倒提供理论依据和技术支撑。方法：以当地主栽且具有代表性的2个超级杂交籼稻组合（扬两优6号和两优培九）和2个常规粳型超级稻品种（镇稻11和武运粳24）为试验材料，在稻麦两熟制条件下对籼、粳超级稻茎秆形态特征、充实性状和力学特性以及弯曲力矩、抗折力、倒伏指数、田间表观倒伏率和实收产量等进行了系统的比较研究。结果：（1）粳型超级稻实收产量较超级杂交籼稻组合高12.30%，差异极显著；基部0～20 cm节间抗折力极显著高于籼稻、倒伏指数极显著低于籼稻，没有出现明显倒伏现象，而籼稻扬两优6号和两优培九两年平均田间表观倒伏率分别达11.97%和12.50%；（2）粳稻基部四个节间弯曲力矩均极显著小于籼稻，抗折力均极显著大于籼稻，最终粳稻基部第1至第4节间的倒伏指数均极显著低于籼稻；（3）粳稻各节间长度和株高以及基部节间外径、秆型指数、单穗质量、重心高和相对重心高度均小于籼稻，差异显著或极显著，而穗下节间长/秆长粳稻极显著大于籼稻；（4）粳稻6个伸长节间的茎秆粗度和茎壁厚度均小于籼稻，其中，基部第1至第4伸长节间的茎秆粗度达到显著或极显著水平；（5）粳稻各节间茎秆干质量均小于籼稻，两优培九各节间叶鞘干质量极显著高于其他3个品种，且粳稻基部第2节间单位节间茎秆干质量略高于籼稻，而基部第1、3、4、5、6节间粳稻单位节间茎秆干质量均低于籼稻；（6）粳稻单穴固持力和抗弯阻力均显著或极显著大于籼稻，而按压恢复度显著或极显著小于籼稻。结论：试验所选用的2个常规粳型超级稻品种固持抗倒能力较强，2个超级杂交籼稻组合抗倒恢复能力较强，且粳稻能协调实现高产与抗倒，这可能与其弯曲力矩小、抗折力大、株高矮、节间配置合理、重心低以及基部节间物质充实足等有关。因此，在当前超高产栽培水平上，抗倒育种不仅要控制高度和基部节间长度、提高上部节间长度和茎壁厚度，更要注重物质充实的质量，优化茎杆纤维束和机械组织结构、提高硅钾以及结构物质含量。

来源出版物：中国水稻科学, 2015, 29(3): 273-281

入选年份：2015

大豆胞囊线虫胁迫条件下大豆根部蛋白质差异表达分析

王雪，段玉玺，陈立杰，等

摘要：目的：大豆胞囊线虫（Heterodera glycinesIchinohe，SCN）是大豆生产中的一种重要病害，每年造成巨额经济损失。我国是大豆的起源地，有丰富的SCN抗性大豆资源。大豆对SCN的抗性是受多个基因控制，传统的研究手段很难揭示其抗性机制的全貌，蛋白质组学技术通量高，是研究基因功能的有力工具。本研究以抗大豆胞囊线虫3号生理小种的哈尔滨小黑豆和感病材料辽豆10号的杂交后代为材料，利用双向电泳技术，对SCN胁迫下的大豆根系进行蛋白质学分析。目的是在建立大豆幼苗根系响应大豆胞囊线虫胁迫的差异蛋白图谱的基础上，分析差异蛋白质，从分子水平上直接了解宿主大豆应答SCN胁迫所启动的基因功能，进而为揭示SCN致病和大豆的抗病复杂调控机制提供数据。方法：选用高抗大豆胞囊线虫3号生理小种的哈尔滨小黑豆为父本材料（ZDD7170），感染大豆胞囊线虫3号生理小种的辽豆10号为母本材料配制杂交组合，采用分离群体分组分析法（Bulked Segregant Analysis，BSA）对杂交组合的F4材料进行抗感群体分离。大豆胞囊线虫3号生理小种来自沈阳农业大学北方线虫研究所。大豆出苗后，在营养钵中接种大豆胞囊线虫3号生理小种的卵悬液，每株接种约2000粒卵。接种后第30 d扣盆调查胞囊数量，胞囊指数CI＞10%为感病材料，CI＜10%为抗病材料，选取10株感病材料作为感池，选取10株抗病材料作为抗池。洗净大豆根提取全细胞总蛋白（改进的TCA/丙酮法），以牛血清蛋白作为标准蛋白。蛋白质双向电泳结束并脱色后，用UMAX Powerlook 2100XL扫描仪采集图像，图像分析采用Amersham 公司的Image MasterTM 2D Platinum 二维分析软件。采用基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）分析蛋白点。结果：SCN胁迫下，抗、感池材料蛋白表达发生了变化。（1）大豆胞囊线虫侵染后不同抗性大豆材料根系双向电泳图谱比较：共分离得到400多个蛋白点，发现其中的28个蛋白点在抗感池材料中表达变化差异显著。与感病后代相比，蛋白质有9个点在抗病后代中的表达量下调3倍以上；3个点在抗病后代中的表达量上调3倍以上。发现一些分别在感病后代和抗病后代中特异表达的蛋白点。（2）抗感池差异蛋白的质谱鉴定：切取共28个差异表达的蛋白点，进行MALDI-TOF-MS分析，其中16个蛋白质点的PMF数据通过Swiss-Prot和NCBI数据库搜索，有与其匹配后呈显著相关性的蛋白质（P＜0.05）。根据功能分为5类，包括防卫反应相关蛋白、能量代谢相关蛋白、转录调控蛋白、细胞信号传导蛋白和其他蛋白。其中仅在抗病池中表达的蛋白点有3个（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶、可能的蛋白酶体亚基20S beta1.1和抗坏血酸过氧化物酶）；仅感病池中表达的蛋白点有5个（肌动蛋白和假拟蛋白等）；抗病池上调3倍以上的蛋白点有2个（氧化还原酶、钙调素结合蛋白）；下调3倍以上的蛋白点有6个（反转座子蛋白、磷脂酶C和RNA聚合酶等）。结论：本研究鉴定得到的几种蛋白与寄主的防御能力有关，上调或下调蛋白可能是与抗性有关或与代谢相关的蛋白网络中的一部分，它们在大豆抗病反应中可能起协同作用，共同控制大豆对大豆胞囊线虫的抗性，有关这些蛋白的功能验证有待于进一步研究。

来源出版物：中国油料作物学报, 2015, 37(1): 96-101

入选年份：2015

不同年代中籼水稻品种的产量与氮肥利用效率

剧成欣，陶进，钱希旸，等

摘要：目的：自20世纪40年代以来，我国籼稻品种经历了多次更替，每次更替均使产量有较大幅度的提高。但水稻品种改良过程中不同年代中籼品种对氮肥的响应有哪些特点？为了阐明这一问题，本试验以不同年代在生产上广泛应用的12个代表性中籼水稻品种（含杂交稻组合）为材料，研究水稻主要生育期氮素吸收、光合特性和根系性状以及叶片氮代谢主要酶类活性的变化特征，以期为提高水稻氮肥利用效率提供理论依据。方法：依据品种的应用年代将其分为20世纪40—50年代、20世纪60—70年代、20世纪80—90年代和2000年以后（超级稻）4个类型，试验采用裂区设计，氮肥处理为主区，品种为裂区。设置3个氮肥处理，即0N（全生育期不施氮肥）、MN（全生育期施纯氮210 kg·hm－2）和HN（全生育期施纯氮300 kg·hm－2）。小区面积为16 m2，随机区组排列，重复3次；分别于分蘖中期、幼穗分化期、抽穗期和成熟期从各小区取代表性植株5穴，由分蘖节处分为地上部和地下部2个部分。地上部用于测定干物质重，用凯氏定氮法测定含氮量，地下部取部分根系测定根系活力。使用美国LI-COR 6400便携式光合测定仪于幼穗分化期测定植株最上一片完全展开叶、于抽穗期和灌浆中期测定剑叶的光合速率，光量子通量密度（PFD）为1400 μmol·m－2·s－1，叶室CO2浓度为380 μmol·mol－1，温度28～30℃。于幼穗分化期和抽穗期，取每处理10张叶片（幼穗分化期取最上一片完全展开叶，抽穗期取剑叶），分别测定叶片中硝酸还原酶（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）为标准测定酶粗液中蛋白质含量。每小区实收150穴脱粒计产，按平均穗数每小区取12穴测定水稻产量构成因素。氮肥农学利用率（kg Grain kg－1N）＝（施氮区籽粒产量－氮空白区籽粒产量）/施氮量；氮肥吸收利用率（%）＝（施氮区植株吸氮量－氮空白区植株吸氮量）/施氮量×100；氮肥生理利用率（kg Grain kg－1N）＝（施氮区籽粒产量－氮空白区籽粒产量）／（施氮区植株吸氮量－氮空白区植株吸氮量）；氮肥偏生产力（kg Grain kg－1N）＝籽粒产量/施氮量；Microsoft Excel软件整理数据，SAS统计分析，Sigma Plot 10.0绘图。结果：（1）不同年代中籼水稻品种的产量均随品种改良不断提高。产量的增加主要在于每穗粒数的增多，进而增加了总颖花量，表明在一定穗数基础上，主攻大穗，扩大库容，是现代中籼水稻品种获得高产和超高产的主要技术途径。在3个施氮量中，20世纪40—90年代的品种以MN处理的产量最高，2000年以后的超级稻品种则以HN处理的产量最高。表明超级稻品种的耐肥性较强。（2）不同年代中籼水稻品种的生物产量随品种改良和施氮量的增加逐步提高。20世纪40—70年代品种，生物产量和收获指数同步提高，从20世纪80—90年代品种到2000年以后的超级稻品种，产量的增加主要在于生物产量的提高。各品种的收获指数随施氮量的增加表现出下降的趋势。（3）随品种改良，水稻的氮素吸收利用能力增强。在MN和HN处理下，现代超级稻品种的氮肥农学利用效率较20世纪40—50年代品种相比分别提高了64.41%和179.04%。20世纪40—90年代的品种的氮肥利用效率随施氮量的增加有所降低。超级稻品种的农学利用效率和氮素表观吸收利用率在HN处理下较高。但其HN处理的氮素生理利用率显著低于MN处理。（4）现代超级稻品种主要生育期叶片光合速率、根系氧化力和氮代谢酶活性均显著高于早期品种，且MN处理显著高于0N处理。上述生理性状在HN处理下，超级稻品种较MN处理仍有所提高，其余品种则呈下降趋势。超级稻品种抽穗后根系氧化力和剑叶光合速率下降幅度较大，影响其结实率，进而限制了超级稻高产潜力的进一步发挥。结论：随品种改良，不同年代中籼水稻品种的产量和氮肥利用效率均有较大提高。超级稻品种耐肥性较强，总的光合生产量和氮素积累量高、抽穗前根系和光合性状好以及氮代谢相关酶活性强是其库容量大、产量和氮肥利用效率较高的重要生理原因。但超级稻的结实率较低，这可能与其抽穗后根系氧化力和剑叶光合速率下降幅度较大有密切关系。通过改进氮肥管理等措施提高超级稻灌浆中后期的根系氧化力和剑叶光合速率，有望提高超级稻的结实率，进而发挥其高产潜力。

来源出版物：作物学报, 2015, 41(3): 422-431

入选年份：2015