代谢基因工程提高作物产量的分子靶标

应用基因工程技术对植物细胞内的代谢途径进行遗传修饰,已成功地使细胞代谢发生改变或合成新的化合物。光合作用,淀粉合成,氮素同化和水分利用等是形成作物产量的基础代谢。对这些代谢途径中的关键步骤和靶分子进行基因修饰以提高作物产量的研究已取得长足的进展,并正在发展成为提高作物产量的新途径。本文着重论述应用代谢基因工程提高作物产量的技术策略,研究现状,存在的问题,所面临的挑战和应用前景。     

小菜蛾成虫下唇须感器的超微结构及其神经元中枢投射

【目的】明确小菜蛾Plutella xylostella成虫下唇须感器的形态结构及感器神经元的投射。【方法】利用光学显微镜观察和扫描电子显微镜观察下唇须结构和感器类型,利用神经回填技术和激光共聚焦显微镜观察下唇须感器神经元在脑部的投射。【结果】小菜蛾成虫下唇须共3节,其上存在Böhm氏鬃毛、钟形感器、鳞形感器、锥形感器、微毛形感器5种不同类型的感器和一个陷窝器结构。Böhm氏鬃毛短小尖细,钟形感器形如顶部凹陷的圆帽,两种感器均分布于下唇须第1节,且大小上均无雌雄二型差异;鳞形感器形同柳叶,锥形感器粗而直,均散生于下唇须的第2和3节,两种感器在大小上均存在雌雄二型差异,其中雌性的鳞形感器显著大于雄性的,根据其雌雄二型差异现象推测雌蛾的鳞形感器可能与感受寄主植物挥发物有关;下唇须第3节中上部具有一个圆形陷窝器结构,雄虫的陷窝器内径为5.68±0.33μm,雌虫的为6.03±0.23μm,雌雄间无显著性差异;凹坑内长有表面光滑的微毛形感器。小菜蛾下唇须感器神经元主要投射于脑部咽下神经节、每个触角叶的下唇须陷窝器神经纤维球和腹神经索3条通路。【结论】阐明了小菜蛾下唇须感器的类型、分布和形态特征及其感器神经元在脑部的投射形态,为深入了解小菜蛾下唇须感器的生理和功能奠定了基础。     

寄主植物物理性状及营养物质对地红蝽寄主选择性的影响

【目的】地红蝽Pyrrhocoris tibialis是一种重要的农业植食性害虫,寄主范围广泛。本研究测定地红蝽对不同植物的取食偏好及分析寄主植物物理性状和营养物质在地红蝽成虫寄主选择行为中的作用,以期从寄主理化性状的角度来探讨地红蝽寄主选择行为机制,为指导作物抗虫育种提供依据。【方法】通过自由选择方法研究地红蝽成虫对5种寄主植物(谷子Setaria italica、高粱Sorghum bicolor、绿豆Vigna radiata、大豆Glycine max和玉米Zea mays)叶片的取食选择性;使用Y型嗅觉仪进一步检测地红蝽对5种植物叶片气味的趋性反应;测定分析5种植物叶片物理性状及主要营养物质含量与地红蝽取食选择性的相关性。【结果】地红蝽成虫对5种寄主植物叶片的取食选择率存在显著性差异,依次为谷子＞高粱＞绿豆＝大豆＞玉米,与对这5种寄主植物叶片气味的趋性反应百分率结果一致。相关性分析表明,地红蝽成虫的取食选择性与叶片长宽比、含水量和背面茸毛密度呈显著正相关,相关系数分别为0.881, 0.884和0.906,而与地红蝽成虫取食前后寄主植物叶片可溶性糖含量变化和总蛋白质含量变化呈显著负相关,相关系数分别为-0.915和-0.951。通径分析表明,寄主植物叶片背面茸毛密度和总蛋白质含量变化是地红蝽寄主选择性的重要决定因素。【结论】地红蝽成虫对不同寄主植物存在取食选择和趋向性差异,地红蝽成虫取食选择与寄主植物叶片长宽比、背面茸毛密度、含水量以及可溶性糖和总蛋白质含量变化有关。     

基于小波神经网络的麦蚜发生程度预测模型

【目的】建立基于小波神经网络病虫害预测预报模型,对提前采取防病防虫措施、减少农作物病虫害损失、提高农作物产量与质量具有重要意义。【方法】本研究以山西省运城市芮城县1980-2014年麦蚜发生程度和气象因子数据为基础,采用主成分分析法从40个基础气象因子中整合形成9个新的自变量输入模型,采用试凑法筛选隐含层节点数,用1980-2009年的数据进行网络训练,对2010-2014年麦蚜发生程度进行回测,建立了以Morlet小波函数为传递函数的小波神经网络模型,并与以Sigmoid函数为传递函数的BP神经网络模型进行了比较。【结果】小波和BP神经网络两种模型对训练样本的平均拟合精度均有10年以上超过80%,两者MAPE 值分别为 89.83% 和83.07%,MSE 值分别为0.0578和0.6192。【结论】两个模型都能较好地描述麦蚜发生程度;从预测精度和模型的稳定性来看,小波神经网络好于BP神经网络。     

番茄内生菌St24的鉴定及其对灰霉病的生防作用

从番茄植株根茎部分离到1株有抑菌活性的植物内生放线菌菌株St24,对其分类地位以及对灰霉病菌的防治效果进行研究.结果表明: 菌株St24为酒红链霉菌.St24发酵液经石油醚萃取得到的粗提物对多种病原菌有抑制作用,其中对灰霉病菌的抑制作用最强,抑制菌丝生长的EC₅₀为11.78 mg·L^-1.粗提物处理灰霉菌后,菌丝量减少,菌丝体皱缩、断裂、原生质外渗,菌体细胞表面有许多瘤状畸形.处理后的灰霉病菌培养液在260 nm处比对照多出现一吸收峰,说明粗提物对病原菌的细胞膜透性有影响.经盆栽试验, St24发酵液对番茄灰霉病有保护和治疗的作用,100 mg·L^-1粗提物叶面喷雾的保护作用效果最好,24 h后防效达到94.3%,120 h后为85.4%.     

云南中新世杉科化石木研究

利用光学显微镜和扫描电镜首次对云南省楚雄州晚中新世石灰坝组石鼓村层的钙化木材进行了解剖学研究.鉴定出两种类型的木材:柳杉型落羽杉型木(Taxodioxylon cryptomeripsoides Schonfeld)和杉木型落羽杉型木(Taxodioxylon cunninghamioides Watari).二者分别与现代柳杉属和杉木属具有最接近的亲缘关系.根据这两种杉科化石木现存最近亲缘种的生态环境,并综合其他资料,推测该地区在晚中新世为温暖湿润的亚热带气候环境.     

烟粉虱对不同寄主植物定向行为研究(英文)

采用Y形嗅觉仪测定法和干燥器测定法研究了烟粉虱对一品红、地瓜、菜心、番茄和包菜 5种植物的定向行为 ,结果表明 :(1) 5种植物对烟粉虱均有引诱作用 ;(2 )不同种植物对烟粉虱有不同的引诱作用 ,其引诱力的顺序为 :一品红 >菜心 >地瓜 >包菜 >蕃茄 ,方差分析表明 :烟粉虱对 5种植物的定向行为差异极显著 ,LSD法测定进一步表明 :一品红与其余 4种植物差异极显著 ;菜心与包菜和番茄的差异达到显著水平 ,而与地瓜无显著差异 ;地瓜与包菜、番茄之间以及包菜与番茄之间均无差异显著性。     

榆木蠹蛾生物学特性观察

结合田间观察和室内试验,对榆木蠹蛾HolcocerusvicariusWalker的生物学特性进行了较为系统的研究。结果表明,榆木蠹蛾在宁夏3年发生1代,幼虫主要危害枝干和根颈部,幼虫在蛀道内越冬,5月下旬老熟幼虫在被害树周围5—10cm深的沙土内分散化蛹,蛹期（21±5）d。6月初成虫开始出现,有2个羽化高峰,分别为6月中旬和7月下旬,成虫羽化当晚即可交尾,交尾当天或第2天产卵,每雌蛾产卵最多达720粒,卵期（17±5）d,孵化率为72％～88％。未交尾雌雄成虫寿命为5—6d,交尾后雌雄成虫寿命缩短为3—5d。初孵幼虫于6月中旬始见,10月下旬幼虫开始越冬。幼虫孵化后,先危害韧皮部,常10多条聚集在一起,稍大一点即蛀入木质部。本研究为制定切实可行的榆木蠹蛾有效防治提供理论依据。     

中华蜜蜂气味结合蛋白AcerOBP14的表达及配体结合特性分析

【目的】气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)在昆虫寄主定位、产卵地选择等行为中发挥着重要作用,明确中华蜜蜂Apis cerana cerana AcerOBP14与配体的结合特性有助于阐明中华蜜蜂嗅觉识别的分子机制。【方法】通过qRT-PCR测定OBP14在20日龄中华蜜蜂成年工蜂、20日龄中华蜜蜂成年雄蜂、中华蜜蜂采粉蜂和意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica采粉蜂触角中的表达量。构建原核表达载体pET28a/AcerOBP14,表达并分离纯化重组蛋白AcerOBP14。利用荧光竞争结合实验检测AcerOBP14与37 种气味配体化合物的结合特性。【结果】qRT-PCR分析发现, OBP14在中华蜜蜂采粉蜂触角中的表达量极显著高于20日龄中华蜜蜂成年工蜂和雄蜂以及意大利蜜蜂采粉蜂中的。荧光竞争结合实验表明,AcerOBP14与蜂王信息素、告警信息素、那氏信息素及多种植物挥发物都具有结合能力,其中与β 罗勒烯的结合能力最强,解离常数 Ki=0.297 μmol/L。【结论】AcerOBP14的配体结合谱较宽,暗示其可能参与了中华蜜蜂的多种生理行为反应,且在中华蜜蜂的采粉行为中发挥着重要作用。     

MYOZ2通过负调控TCAP的表达促进C3H10T1/2细胞成脂分化

本研究旨在明确钙调磷酸酶肌小节结合蛋白2（myozenin2,MYOZ2）的组织表达特性,阐明其对C3H10T1/2细胞成脂分化的影响及可能的作用机制。采集180日龄马身猪、60日龄ICR小鼠、35日龄罗斯肉鸡和12月龄小尾寒羊背最长肌、皮下脂肪和肝组织,检测MYOZ2基因mRNA表达。结果显示,MYOZ2基因在所检测的物种中表现出相似的组织表达规律,在背最长肌表达量最高,皮下脂肪与肝组织低水平表达。在C3H10T1/2细胞中沉默MYOZ2基因后,qRT-PCR结果显示,与对照组相比,成脂关键基因PPARγ、FABP4表达极显著下调（P<0.01）;Western 印迹结果表明,PPARγ蛋白含量显著降低（P<0.05）;油红O染色发现,沉默MYOZ2基因后脂滴数明显减少,甘油三酯含量显著降低（P<0.05）。利用qRT-PCR技术检测沉默MYOZ2基因后,脂肪代谢相关基因SCD、FASN、SREBP1、NR1H3、DGAT1、PNPLA2、HSL、CES1、CPT1等的表达,结果显示,SCD、FASN、SREBP1、PNPLA2、HSL极显著下调（P<0.01）,NR1H3显著下调（P<0.05）,DGAT1表达下调但差异不显著,CES1、CPT1显著上调（P<0.05）。利用STRING数据库构建MYOZ2相关蛋白质互作网络图,发现MYOZ2可能通过肌联蛋白帽（Titin-cap,TCAP）与PPARγ相互作用进而影响成脂分化。沉默TCAP基因,qRT-PCR结果显示,与对照组相比,成脂关键基因PPARγ、FABP4表达极显著上调（P<0.01）;Western 印迹结果表明,与对照组相比,PPARγ蛋白含量显著升高（P<0.05）;油红O染色发现,沉默TCAP基因后脂滴数明显增多,甘油三酯含量显著升高（P<0.05）。利用qRT-PCR技术检测沉默MYOZ2后TCAP基因的表达结果显示,沉默MYOZ2后TCAP的表达极显著升高（P<0.01）。综上所述,MYOZ2基因在背最长肌中表达量最高,在皮下脂肪和肝组织中也有少量表达。此外,MYOZ2可能通过MYOZ2-TCAP-PPARγ途径影响成脂关键基因PPARγ和FABP4的表达,进而调控脂肪酸代谢相关基因SCD、FASN、SREBP1、NR1H3、DGAT1、PNPLA2、HSL、CES1、CPT1,在成脂分化过程中发挥重要作用。