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大额牛和牦牛胃型LYZ c基因多态性及其对消化功能的适应性分析

范新阳, 张自芳, 邱立华, 钱林东, 刘丽仙, 张永云, 苗永旺

范新阳, 张自芳, 邱立华, 等. 大额牛和牦牛胃型LYZ c基因多态性及其对消化功能的适应性分析[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2018, 33(5): 858-866. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201709004
引用本文: 范新阳, 张自芳, 邱立华, 等. 大额牛和牦牛胃型LYZ c基因多态性及其对消化功能的适应性分析[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2018, 33(5): 858-866. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201709004
Xinyang FAN, Zifang ZHANG, Lihua QIU, et al. Polymorphisms of Gayal and Yak Gastric LYZ c Gene and Its Adaptation to Digestive Function[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2018, 33(5): 858-866. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201709004
Citation: Xinyang FAN, Zifang ZHANG, Lihua QIU, et al. Polymorphisms of Gayal and Yak Gastric LYZ c Gene and Its Adaptation to Digestive Function[J]. JOURNAL OF YUNNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(Natural Science), 2018, 33(5): 858-866. DOI: 10.12101/j.issn.1004-390X(n).201709004

大额牛和牦牛胃型LYZ c基因多态性及其对消化功能的适应性分析

基金项目: 国家自然科学基金项目(31460582,31760659);云南省应用基础研究重点项目(2014FA032,2007C0003Z)
详细信息
    作者简介:

    #对本文贡献等同,为并列第一作者。范新阳(1991—),男,河北石家庄人,在读硕士研究生,主要从事动物分子遗传学研究。E-mail: 985402140@qq.com

    张自芳(1970—),女,云南泸西人,硕士,副教授,主要从事动物遗传学研究。E-mail: qld721213@126.com

    通信作者:

    苗永旺(1964—),男,内蒙古通辽人,博士,教授,博士生导师,主要从事动物遗传学研究。E-mail: yongwangmiao1@126.com

摘要:
目的 为了阐明大额牛和牦牛胃型LYZ c基因的多态性及其对消化功能的适应。
方法 采用PCR产物直接测序技术,对35头大额牛和33头牦牛样品胃型LYZ c基因完整编码区序列进行了变异检测,并结合已发表的牛科物种同源序列进行了其对消化功能的适应性分析。
结果 在大额牛群体内共发现6个SNP位点,分别为c.196G>A、c.267T>C、c.270C>T、c.396C>T、c.423C>T和c.438C>G。在牦牛群体内共发现10个SNP位点,其中6个与大额牛共享,非共享的SNP位点分别为c.336G>C、c.348T>G、c.351T>C和c.375A>C。SNP196和SNP348为异义替换,引起p.G66S和p.H116Q氨基酸替换,但它们对大额牛和牦牛LYZ c的功能没有影响。在大额牛LYZ c基因中,共定义6种单倍型,确定了2种LYZ c蛋白变异体(Gayal 1和Gayal 2);而在牦牛LYZ c基因中,共定义12种单倍型,确定了3种LYZ c变异体(Yak 1~Yak 3);变异体Gayal 1与Yak 3、Gayal 2与Yak 1相同,而变异体Yak 2为牦牛独有。大额牛、牦牛和普通牛胃型LYZ c变异体之间在氨基酸组成、理化特性与结构上基本一致,但大额牛和牦牛变异体LYZ c等电点比普通牛S3型LYZ c更低。
结论 大额牛和牦牛胃型LYZ c蛋白可能更适合胃中的酸性环境,具有分解胃中微生物的功能。

 

Polymorphisms of Gayal and Yak Gastric LYZ c Gene and Its Adaptation to Digestive Function

Abstract:
Purpose To clarify the genetic polymorphisms of gayal and yak gastric LYZ c gene and their adaptive evolution to digestion in the acid environment of stomach.
Methods The variations in the complete coding region of gastric LYZ c gene were detected in 35 gayal and 33 yak samples by adopting the technique of PCR product direct sequencing in this study. Combined with published homologous sequences of some bovine species, the adaptive analysis of digestive function was further conducted by the methods of comparative genomics and bioinformatics.
Results A total of 6 SNP sites were found in gayal, namely c.196G>A, c.267T>C, c.270C>T, c.396C>T, c.423C>T and c.438C>G, respectively. And 10 SNP sites were found in yak. Except 6 of which were shared with gayal, others viz. c.336G>C, c.348T>G, c.351T>C and c.375A>C were only found for yak. The SNP sites found in gayal were all shared with that of yak. The SNP196 and SNP328 were non-synonymous substitution, which result in p.G66S and p.H116Q amino acid changes. These two substitutions were presumed to have no effect on the function of stomach LYZ c. Based on the variations in gayal and yak gastricLYZ c gene, 6 haplotypes were defined in gayal from which 2 protein variants were identified in gayal, namly Gayal 1 and Gayal 2. And 12 haplotypes were defined in yak from which 3 protein variants were identified in yak, namly Yak 1−Yak 3. Among them, variant Gayal 1 and Yak 3, Gayal 2 and Yak 1 were identical, and Yak 3 is unique to yak. The amino acid compositions, physiochemical properties and structures of the gayal, yak and cattle variants are basically the same. The above characteristics of gayal and yak gastric LYZ c are very similar to those of cattle, but the isoelectric points of gayal and yak gastric LYZ c are lower than that of cattle S3.
Conclusion The results of this study indicate that gayal and yak gastric LYZ c is more suitable for the acid environment of the stomach, and it has the function of breaking down the microbes in the stomach.

 

  • 玉米是全球也是中国第一大作物,在保障国家粮食安全中占有重要地位[1-3]。光是最主要的环境因子之一,光合作用是玉米光合物质生产和产量形成的重要因素。黄淮海区域光温资源丰富,但利用率低,光能利用率仅为1%~2%,远低于作物理论最大光能利用率5%~6%[4]。在温度、降水和辐射3个气象因素中,太阳辐射降低对玉米产量的不利影响大于前两者[5-6]。目前由于气候变化和环境污染等问题,中国大部分地区都出现太阳辐射减弱的问题[7];再加上玉米花粒期的阴雨天气,导致玉米减产较为严重[8]。然而光强是作物生长过程中最难调控的环境因素之一。氮是玉米生长发育及产量形成所需要的主要营养元素之一,其营养状况的好坏,影响玉米的光合速率及干物质形成[9-10]。玉米是高光效C4植物,对氮肥需求高而快,然而大量施用氮肥既增加种植成本,又会对农产品的品质安全和生态环境造成不良影响[10-12]。因此,研究弱光条件下氮肥合理施用问题,对生产实践具有重要的指导意义。然而目前研究以烟草和蔬菜较多,禾本科作物的研究相对较少[13]。如云菲等[14]研究显示:弱光条件下增施氮肥可改善烟株的光合性能,促进体内碳氮代谢平衡。李会合等[15]报道:低光照下控制氮肥施用量并增加钾肥用量,在莴苣上可获得良好的增产效果。最近,宋航等[16]的研究结果显示:适量增施氮肥可以部分弥补弱光胁迫对玉米生长发育的影响,缓解弱光胁迫对玉米氮素吸收利用的影响,提高玉米的物质生产能力,改善植株体内干物质分配,增加产量。我们先前对气孔特征的研究显示:在不同施氮水平,玉米气孔开度、气孔频度和气孔导度均随光照强度的增加而增加;但在相同光照条件下,三者皆随氮素供应的增加而降低[17]。此基础上,我们进一步探讨光氮互作条件下玉米生长发育特征及光合生理机制,旨在为通过合理施肥减轻玉米弱光胁迫、促进玉米稳产增收提供理论依据。

    本试验在河南省开封市河南大学试验田进行,开封地处N34°11′45″~35°01′20″,E113°52′15″~115°15′42″,土壤多为沙壤土,属黄河下游大冲积扇南翼。该区属暖温带大陆性季风型气候,年平均气温14.24~14.50 ℃,无霜期213~215 d,年平均降雨量为670 mm。

    采用土培盆栽试验,选用聚乙烯塑料盆(高34 cm,内径36.5 cm),每盆装土25 kg,土壤类型为黄河沉积物发育的黄潮土,土壤有机质16.5 g/kg,全氮0.8 g/g。

    试验采用两因素随机区组试验设计,二因素分别为氮肥用量和光照条件。氮肥用量设置为纯氮65 kg/hm2 (N1)、130 kg/hm2 (当地农田施肥标准,N2)和260 kg/hm2 (N3) 3个水平,氮肥品种选用金正大树脂包膜尿素(N,34%);光照条件设自然光(L1)和遮光(L2) 2个水平,自然光处理即全生育自然光照,遮光处理即在一层遮阳网罩住的遮阳棚中进行,经光合测定仪测得在自然光和遮光条件下的光合有效辐射均值分别为1 128.44和576.26 µmol/(m2·s)。每个处理4次重复,共24盆。6月25日播种,每盆保留2穴,每穴3粒;三叶期剔苗,每穴1株,每盆保留2株;7月12日一次性施入氮肥。

    供试玉米品种为豫玉22号。

    从5叶期定期测量玉米株高,分别于拔节期、抽雄期、抽穗期和灌浆期测定根长;于灌浆期测定不同部位叶片长、宽和叶面积以及不同器官干质量,其中叶面积测定采用LA-S叶面积测定仪,干质量测定采用千分之一天平,其余均采用直尺测量。

    分别于拔节期、抽雄期和抽穗期,采用美国LI-COR公司生产的Li-6400便携式光合测定仪测定玉米功能叶片(拔节期是最新全展叶,抽雄和抽穗期是穗位叶)光合参数。测定时间为8:30~11:40,使用红蓝光源,光量子通量密度(PFD)为1 200 µmol/(m2·s),叶室(2 cm×3 cm)内温度设定为30 ℃。

    分别于拔节期、抽雄期、抽穗期和灌浆期采集玉米功能叶片,采用95%乙醇浸提比色法测定其叶绿素含量。首先称取新鲜玉米叶片约0.1 g,然后加2 mL 95%乙醇研磨成浆,用95%乙醇定容至终体积10 mL,4 000 r/min下离心10 min,上清液分别于665和649 nm处测定吸光值。

    采用蒽酮比色法测定拔节期、抽雄期、抽穗期和灌浆期玉米功能叶片以及抽雄期、抽穗期和灌浆期茎部可溶性糖含量。首先将玉米样品105 ℃杀青,65 ℃烘干,磨碎后称取0.5 g,然后用80%乙醇提取离心,重复3次,合并上清液;定容至10 mL,吸取0.1 mL,加入3 mL蒽酮试剂90 ℃水浴15 min,620 nm处测定吸光值。

    采用Excel 2007进行数据处理,SPSS 17.0进行方差分析,LSD法进行多重比较。

    图1可知:随着生育期的推进,玉米呈现先缓慢—后快速—再缓慢的生长态势,且生育前期各处理株高差异较小,后期差异逐渐增大。8月15日,3个自然光处理的玉米株高均大于遮阴处理,且以N1处理最高,N2处理最低;3个遮阴处理不同施氮量间无显著差异。之后,自然光条件下N2处理的玉米生长最为迅速,并逐渐超过N1和N3处理;而遮阴条件下,则以N3处理生长最为迅速。图1还显示:自然光条件下,拔节期和抽穗期玉米根长随施氮量增加而逐渐降低,抽雄期,N1和N2处理间无显著差异,但均显著高于N3处理,而灌浆期则以N2处理最低;遮阴条件下,拔节期和抽雄期均以N2处理最高,抽穗期和灌浆期则以N1处理最高。该结果说明:遮阴对玉米地上部生长的抑制作用大于地下部,且高氮处理有利于地上部生长,而低氮处理有利于地下部生长。

    图  1  不同光照强度和氮素水平对玉米茎秆和根系生长动态的影响
    注:L1N1. 自然光条件下,施纯氮65 kg/hm2;L1N2. 自然光条件下,施纯氮130 kg/hm2;L1N3. 自然光条件下,施纯氮260 kg/hm2;L2N1. 遮阴条件下,施纯氮65 kg/hm2;L2N2. 遮阴条件下,施纯氮130 kg/hm2;L2N3. 遮阴条件下,施纯氮260 kg/hm2。不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05);下同。
    Figure  1.  Effects of different light intensities and nitrogen levels on the growth trend of the shoot and root of maize
    Note: L1N1. the applying nitrogen amount was 65 kg/hm2 under natural light condition; L1N2. the applying nitrogen amount was 130 kg/hm2 under natural light condition; L1N3. the applying nitrogen amount was 260 kg/hm2 under natural light condition; L2N1. the applying nitrogen amount was 65 kg/hm2 under shading condition; L1N2. the applying nitrogen amount was 130 kg/hm2 under shading condition; L1N3. the applying nitrogen amount was 260 kg/hm2 under shading condition. Different small letters indicate significant difference between treatments at P<0.05 at the same stages; the same as below.

    表1 显示:3个自然光处理的不同部位玉米叶片叶长、叶宽、叶面积和叶鞘长均基本高于遮阴处理,其中穗位叶各项指标均以N2处理最低,N1和N3处理间无显著差异;3个遮阴处理叶长以N1处理最低,叶宽以N3处理最低,N2处理的叶面积显著高于N1和N3处理,但其叶鞘长最低。自然光条件下,上部叶的叶长、叶宽和叶面积也均以N2处理最低,叶鞘长则以N1处理最高;3个遮阴处理的叶长和叶面积以N3处理最低,N2处理的叶宽最高,但叶鞘长最低。自然光条件下,下部叶的叶长、叶宽和叶面积以N2处理最低;遮阴条件下,以N2处理最高;两种光照条件下叶鞘长不同施氮量间均无显著差异。该结果说明:遮阴严重影响玉米不同部位叶片生长,中氮处理的玉米叶片在自然光条件下最小,遮阴条件下则最大。

    表  1  不同光照强度和氮素水平对灌浆期玉米叶片生长的影响
    Table  1.  Effects of different light intensities and nitrogen levels on the growth of maize leaves at filling stage
    处理treatment穗位叶ear leaves上部叶upper leaves下部叶lower leaves
    叶长/cm leaf length叶宽/cm leaf width叶面积/cm2 leaf area叶鞘长/cm leaf sheath length叶长/cm leaf length叶宽/cm leaf width叶面积/cm2 leaf area叶鞘长/cm leaf sheath length叶长/cm leaf length叶宽/cm leaf width叶面积/cm2 leaf area叶鞘长/cm leaf sheath length
    L1N181.75 a8.10 a662.18 a13.90 a73.88 a8.55 a631.63 a14.08 a87.23 a7.93 a691.26 a14.50 a
    L1N271.54 b7.64 b546.57 b13.08 b67.48 b7.68 b518.25 b13.70 b82.56 b7.56 b624.15 b14.48 a
    L1N384.32 a8.10 a682.99 a13.74 a75.30 a8.20 a617.46 a13.80 b89.88 a7.82 a702.86 a14.54 a
    L2N166.78 c7.12 c475.47 d12.86 b58.42 c7.18 c419.46 c13.58 b73.52 c6.92 d508.76 d12.80 b
    L2N272.25 b7.10 c512.98 c12.07 d60.35 c7.48 b451.12 c12.12 d79.63 b7.08 c563.35 c12.70 b
    L2N370.05 b6.98 d488.60 d12.45 c54.95 d7.20 c395.64 d12.93 c 77.95 bc6.88 d 535.91 cd12.60 b
    注:L1N1. 自然光条件下,施纯氮 65 kg/hm2;L1N2. 自然光条件下,施纯氮 130 kg/hm2;L1N3. 自然光条件下,施纯氮 260 kg/hm2;L2N1. 遮阴条件下,施纯氮 65 kg/hm2;L2N2. 遮阴条件下,施纯氮 130 kg/hm2;L2N3. 遮阴条件下,施纯氮260 kg/hm2。同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05);下同。
    Note: L1N1. the applying nitrogen amount was 65 kg/hm2 under natural light condition; L1N2. the applying nitrogen amount was 130 kg/hm2 under natural light condition; L1N3. the applying nitrogen amount was 260 kg/hm2 under natural light condition; L2N1. the applying nitrogen amount was 65 kg/hm2 under shading condition; L1N2. the applying nitrogen amount was 130 kg/hm2 under shading condition; L1N3. the applying nitrogen amount was 260 kg/hm2 under shading condition. Data within the same column followed by no same letters indicate significant difference between treatments at P<0.05; the same as below.
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    图2显示:自然光条件下,拔节期和灌浆期玉米功能叶片叶绿素a含量以N3处理最低,抽雄期和抽穗期不同施氮量间无显著差异;遮阴条件下,拔节期以N3处理最低,灌浆期以N3处理最高,抽雄期以N2处理最低。自然光条件下,拔节期叶绿素b含量随施氮量增加而逐渐降低,抽穗期和灌浆期则随施氮量增加而逐渐增加;遮阴条件下,抽雄期以N2处理最低,抽穗期以N1处理最低,灌浆期以N3处理最低。自然光条件下,拔节期和抽雄期总叶绿素含量以N3处理最低,抽穗期以N3处理最高;遮阴条件下,拔节期和灌浆期以N3处理最低,抽雄期以N2处理最低,抽穗期以N1处理最低。该结果说明:遮阴对生育前期玉米叶绿素含量影响较大,高氮处理自然光条件下生育前期含量较低,生育后期含量较高;遮阴条件下,抽穗之前也表现出相似规律。

    图  2  不同光照强度和氮素水平对玉米叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量的影响
    Figure  2.  Effects of different light intensities and nitrogen levels on the contents of chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll of maize leaves

    表2显示:3个自然光处理的玉米净光合速率在不同生育期均高于遮阴处理,其中N3处理在拔节期和抽雄期最高,在抽穗期最低;遮阴条件下,不同生育期均以N1处理最高,N2和N3处理间无显著差异。自然光条件下,N3处理的气孔导度在拔节期和抽雄期最高,在抽穗期最低;遮阴条件下,拔节期和抽穗期以N1处理最高,抽穗期以N2处理最低。自然光条件下,拔节期和抽雄期的胞间CO2浓度以N2处理最高,抽穗期以N3处理最低;遮阴条件下,拔节期以N1处理最高,抽雄期以N2处理最高,抽穗期以N3处理最高。自然光条件下,拔节期和抽雄期的蒸腾速率均以N3处理最高,抽穗期以N2处理最高;遮阴条件下,拔节期以N2处理最低,抽雄期和抽穗期以N1处理最高。该结果说明:遮阴显著降低不同生育期玉米光合速率,从而影响光合作用的进行;自然光条件下,高氮处理生育前期光合速率较高;遮阴条件下,则以低氮处理光合速率较高。

    表  2  不同光照强度和氮素水平对玉米光合特性的影响
    Table  2.  Effects of different light intensities and nitrogen levels on the photosynthetic characteristic of maize leaves
    生育期
    growth period
    处理
    treatment
    净光合速率/(µmol·m−2·s−1)
    net photosynthetic rate
    气孔导度/(mol·m−2·s−1)
    stomatal conductance
    胞间CO2浓度/(µmol·mol−1)
    intercellular CO2 concentration
    蒸腾速率/(mmol·m−2·s−1)
    transpiration rate
    拔节期
    jointing stage
    L1N123.27 b0.197 b99.95 cd2.773 b
    L1N222.07 b0.203 b112.69 b2.945 b
    L1N326.17 a0.229 a95.17 d3.839 a
    L2N121.13 b0.196 b127.14 a2.212 c
    L2N214.69 c0.127 d104.58 c1.984 d
    L2N316.03 c0.143 c109.39 bc2.345 c
    抽雄期
    anthesis stage
    L1N121.63 b0.157 b83.71 c2.771 c
    L1N220.73 b0.165 b97.00 b3.006 b
    L1N327.14 a0.220 a89.29 c3.883 a
    L2N119.37 b0.145 b65.17 d3.682 a
    L2N211.23 c0.091 c118.80 a1.764 d
    L2N312.45 c0.081 c96.64 b1.604 d
    抽穗期
    heading stage
    L1N118.00 a0.146 a101.55 b3.174 b
    L1N216.63 a0.135 a103.06 b3.591 a
    L1N313.62 b0.103 b90.52 c2.762 bc
    L2N113.66 b0.112 b107.96 b2.980 b
    L2N29.02 c0.067 c92.19 c1.751 d
    L2N310.43 c0.096 b130.72 a2.519 c
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    可溶性糖不仅是植物体内重要的光合产物,也具有渗透调节及保护膜结构的功能[18]图3显示:自然光条件下,拔节期和抽雄期的叶中可溶性糖含量,不同施氮量间无显著差异,但拔节期整体高于遮阴处理,抽穗期和灌浆期则均以N2处理最高;遮阴条件下,不同生育期均以N3处理最低,N1处理最高。自然光条件下,不同生育期茎中可溶性糖含量均以N1处理最高,N2和N3处理间无显著差异;遮阴条件下,抽雄期和灌浆期均以N2处理最高;抽穗期以N3处理最高,N1处理最低。该结果说明:遮阴显著降低生育前期玉米叶中可溶性糖含量,且随施氮量增加降幅逐渐增大;自然光条件下,低氮处理的茎中可溶性糖含量较高;遮阴条件下,则以中高氮处理较高。

    图  3  不同光照强度和氮素水平对玉米叶和茎中可溶性糖含量的影响
    Figure  3.  Effects of different light intensities and nitrogen levels on the soluble sugar content in leaves and stems of maize

    表3显示:自然光条件下,3个氮水平处理的玉米根和叶片干质量均无显著差异,但根干质量均高于遮阴处理,N2和N3处理的叶片干质量也显著高于遮阴处理;遮阴条件下,根干质量以N3处理最高,叶片干质量以N1处理最高。自然光条件下,N2处理的茎和叶鞘干质量显著高于N1和N3处理;遮阴条件下,则以N1处理最高。自然光处理的花秆、花和雄蕊干质量整体均高于遮阴处理,其中N2处理自然光条件下最高,遮阴条件下最低。自然光条件下,N2和N3处理的穗干质量显著高于N1处理;遮阴条件下,则以N1处理最高。自然光条件下,总生物量以N2处理最高,且显著高于遮阴时处理;遮阴条件下,则以N1处理最高,并高于自然光时处理。该结果说明:遮阴条件下低氮处理有助于玉米干物质累积,尤其是穗部;中高氮处理则表现为抑制玉米干物质累积。

    表  3  不同光照强度和氮素水平对玉米干物质累积及分布的影响
    Table  3.  Effects of different light intensities and nitrogen levels on the accumulation and distribution of dry matter of maize
    g/plant
    处理
    treatment

    root

    shoot
    叶片
    leaf
    叶鞘
    leaf sheath
    花秆
    flowering stems

    flowering
    雄蕊
    stamens

    maize ear
    总生物量
    total biomass
    L1N17.80 a21.02 b15.43 a9.53 b0.41 b1.28 b1.69 b31.15 c88.31 c
    L1N27.35 a26.06 a16.57 a10.95 a0.56 a1.68 a2.24 a36.93 b102.34 a
    L1N37.74 a20.90 b16.34 a9.46 b0.36 bc1.23 b1.59 b37.02 b94.64 b
    L2N16.13 c19.50 b16.14 a9.91 ab0.33 c1.14 b1.46 b41.01 a95.62 b
    L2N24.97 d13.71 c11.07 b7.34 d0.25 d0.58 c0.82 c12.78 e51.52 d
    L2N36.88 b15.90 c10.57 b8.07 c0.33 c1.03 b1.37 b19.13 d63.28 d
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    光照是影响玉米光合作用及干物质生产的重要因子。本研究显示:遮阴对玉米地上部生长的抑制作用大于地下部,不同部位叶片大小均小于自然光处理,生育前期功能叶片叶绿素含量和叶中可溶性糖含量均有所降低,全生育期净光合速率也显著下降,说明遮阴抑制玉米光合作用的进行,进而影响玉米生长发育及干物质积累。前人研究显示[18-21]:弱光胁迫下玉米光合效率明显降低,茎叶等营养器官的生物量严重降低,且总生物量主要分布在营养器官中,影响光合产物向籽粒的转运,降低产量,本研究结果与其基本一致。杜成凤等[22]报道:玉米苗期遮阴后叶片单面面积叶绿体数目减少,基粒数、基粒厚度和片层数增加,这可能是导致光合色素降低和光合速率下降的原因。此外,玉米花粒期遮阴处理影响花后籽粒发育,使粒重降低,导致其干物质总量和产量均显著下降[23]。本试验中,中高氮水平条件下,遮阴处理玉米穗部干质量和总干质量均显著低于自然光处理,可能是上述原因所致。

    氮对玉米植株的光合物质生产、物质分配以及碳氮代谢具有重要影响,且与光照存在显著的交互作用[24-26]。本研究显示:遮阴条件下,低氮处理的不同部位叶片大小、净光合速率及根长均高于高氮处理,从而导致叶中可溶性糖含量及总干质量也均较高,说明遮阴条件下低氮处理有利于玉米干质量累积,尤其是穗部;中高氮水平下玉米干质量积累量有所下降。关义新等[24]报道:弱光下植株在较低供氮水平下具有较高的物质生产能力和氮素同化能力,而强光下植株的最大光合物质生产能力和氮素同化能力则出现在较高的氮素水平。EVANS[25]报道:弱光条件下,供氮过多会使叶片C/N值过低、氮代谢旺盛以及光合产物的输出率降低,造成光合产物对光合器官的反馈抑制,从而不利于干物质的积累;我们的研究结果与其相符。关义新等[26]的研究还显示:在较高的供氮水平下,高光强下叶片的PSII效率较高,非光化学猝灭较低,吸收的光能较多的进入光化学过程;而低光强下则有较多的光能通过天线色素以热能形式散失,较多的光能即无法进入光化学过程也不能进入热耗散,而有可能以叶绿素单线激发态的形式存在,或通过产生活性氧等极为不利的方式散失。李海波等[27]研究发现:高肥处理叶片的各部位气孔频度均低于低肥处理,我们前期结果也表现出类似规律[17],这可能是本试验中遮阴条件下低氮处理玉米干物质累积较高的原因。也有报道指出:增施氮肥可提高弱光胁迫下小麦叶片对光能的捕获能力,提高光能转化效率和PSII反应中心开放部分的比例,降低非辐射能量的热耗散,有利于小麦将捕获的光能更有效地用于光合作用,进而提高净光合速率[28],这与本试验结果不一致,可能与氮肥施用范围不同有关。本研究结果表明:自然光条件下,玉米植株的适宜氮素水平较高,而弱光条件下玉米植株的适宜供氮水平较低,因此在生产过程中,应注意光与肥的关系,尽量协调使之达到平衡。

  • 图  2   牛科物种胃型LYZ c变异体氨基酸差异

    Figure  2.   Amino acid sequence differences among the variants of gastric LYZ c in Bovidae

    图  1   牛科物种胃型LYZ c基因单倍型序列核酸差异

    Figure  1.   Nucleotide differences of haplotypes detected in gastric LYZ c among Bovidae species

    图  3   大额牛和牦牛胃型LYZ c变异体氨基酸序列及其对应的核苷酸序列

    注:阴影表示信号肽序列;下划线表示保守结构域。

    Figure  3.   Amino acid sequences of gastric LYZ c variants of gayal and yak and their corresponding nucleotide sequences

    Note:Signal peptide sequence is shaded. The region underlined indicates the putative conserved domain.

    图  4   LYZ c氨基酸序列比对

    Figure  4.   Alignment of LYZ c amino acid sequences

    表  1   胃型LYZ c基因分段扩增引物信息

    Table  1   Primer information for segmented amplification of gastric LYZ c gene

    引物名称primer ID 引物序列(5′→3′) primer sequence 产物长度/bp products length 退火温度/℃ annealing temperature
    LYZ c_exon1F
    LYZ c_exon1R
    CAGTCTGGACATTTGACTTCTCA
    TTGCTCATTATTCATCCTCTGTT
    238 58.6
    LYZ c_exon2F
    LYZ c_exon2R
    GAACTGATTGGGCTATGAAGTGT
    AGTATAACCAGATCGGGGCTGAG
    284 59.9
    LYZ c_exon3F
    LYZ c_exon3R
    GAAAATAAAGCCTGCTGAACCTA
    TCAAACTCTTATACCGTACACCT
    258 56.5
    LYZ c_exon4F
    LYZ c_exon4R
    GATGAACTATTTTGTTCTCCCAA
    CTTTCATTCAACTATCACTTCCT
    234 55.2
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    表  2   大额牛和牦牛胃型LYZ c基因的群体变异信息

    Table  2   The variation information of gayal and yak gastric LYZ c gene

    群体
    population
    变异位点
    SNPs
    基因频率gene frequency 期望杂合度
    He
    卡方检验P
    P value of Chi-square test
    W m
    大额牛gayal c.196G>A 0.935 0.065 0.109 0.758
    c.267T>C 0.565 0.435 0.474 0.001
    c.270C>T 0.919 0.081 0.135 0.017
    c.396T>C 0.557 0.443 0.501 0.000
    c.423C>T 0.557 0.443 0.501 0.000
    c.438C>G 0.557 0.443 0.501 0.000
    牦牛yak c.196G>A 0.717 0.283 0.388 0.000
    c.267T>C 0.900 0.100 0.168 0.603
    c.270C>T 0.683 0.317 0.478 0.000
    c.336G>C 0.983 0.017 0.030 1.000
    c.348T>G 0.983 0.017 0.030 1.000
    c.351T>C 0.983 0.017 0.030 1.000
    c.375A>C 0.567 0.433 0.507 0.000
    c.396T>C 0.500 0.500 0.508 0.000
    c.423C>T 0.500 0.500 0.508 0.000
    c.438C>G 0.500 0.500 0.508 0.000
    注:W为野生型等位基因;m为突变型等位基因;P值为Hardy-Weinberg平衡检验概率。
    Note: W means wild-type allele; m means mutant-type allele; P value is the probability of Hardy-Weinberg equilibrium.
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    表  3   由本研究数据确定的大额牛和牦牛LYZ c基因各单倍型信息

    Table  3   Haplotypes information of gayal and yak LYZ c based on the data in this study

    单倍型
    haplotype
    物种
    species
    频率
    frequency
    频率期望值
    expected value
    of frequency
    标准误
    standard
    error
    Gayal_hap1 大额牛
    gayal
    0.085 714 0.090 326 0.013 439
    Gayal_hap2 0.471 429 0.466 813 0.013 438
    Gayal_hap3 0.014 286 0.011 572 0.005 611
    Gayal_hap4 0.342 857 0.335 748 0.012 175
    Gayal_hap5 0.028 571 0.035 681 0.012 175
    Gayal_hap6 0.057 143 0.051 928 0.010 217
    Yak_hap1 牦牛
    yak
    0.060 606 0.060 606 0.000 000
    Yak_hap2 0.060 606 0.060 606 0.000 000
    Yak_hap3 0.106 061 0.114 435 0.011 464
    Yak_hap4 0.136 364 0.127 989 0.011 464
    Yak_hap5 0.181 818 0.169 516 0.013 534
    Yak_hap6 0.142 857 0.168 185 0.013 340
    Yak_hap7 0.015 152 0.011 110 0.009 981
    Yak_hap8 0.015 152 0.002 416 0.005 547
    Yak_hap9 0.015 152 0.008 309 0.007 540
    Yak_hap10 0.136 364 0.110 709 0.041 710
    Yak_hap11 0.015 151 0.040 806 0.041 710
    Yak_hap12 0.090 909 0.073 629 0.033 456
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    表  4   牛科物种LYZ c蛋白理化特性差异

    Table  4   The physicochemical properties differences in Bovidae LYZ c protein

    类型type 物种species 氨基酸数量
    number of AA
    等电点(pI) 分子量/ku (Mw) 负电荷残基 (Asp+Glu) 正电荷残基 (Arg+Lys) 不稳定系数 (II) 平均疏水性 (GRAVY)
    胃型
    gastric
    Gayal 1 147 6.87 16.29 15 15 26.05 −0.108
    Gayal 2 147 6.87 16.32 15 15 28.67 −0.111
    Yak 1 147 6.87 16.32 15 15 28.67 −0.111
    Yak 2 147 6.80 16.31 15 15 27.29 −0.113
    Yak 3 147 6.87 16.29 15 15 26.05 −0.108
    Cattle S1 147 6.80 16.28 15 15 24.67 −0.110
    Cattle S2 147 6.87 16.30 15 15 28.67 −0.113
    Cattle S3 147 7.55 16.32 14 15 28.67 −0.111
    非胃型
    non-gastric
    牛奶milk 148 9.92 16.78 10 26 22.82 −0.322
    肾kidney 148 8.14 16.48 11 13 35.24 −0.108
    气管trachea 147 9.41 15.88 8 19 15.31 −0.071
    小肠intestinal 147 9.65 16.39 9 23 18.76 −0.228
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出版历程
  • 通信作者:  苗永旺 yongwangmiao1@126.com
  • 收稿日期:  2017-08-31
  • 修回日期:  2017-10-10
  • 网络首发日期:  2018-08-31

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