中国农业科学

不同化学试剂和处理方式加倍小麦单倍体植株的效果

尹米琦，张双喜，范春捆，王坤杨，王静，王轲，杜丽璞，叶兴国

中国农业科学. 2018, 51(5): 811-820. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.001

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【目的】长期以来，小麦单倍体植株染色体加倍主要采用移栽前秋水仙素溶液通气浸泡分蘖节方法，该方法存在操作复杂、污染环境等问题，而且秋水仙素毒性较强、用量较大、价格较高。本研究的目的是建立小麦单倍体植株简便、安全、高效的加倍方法，寻找可以替代秋水仙素用于小麦单倍体植株加倍的化学试剂。【方法】通过小麦品系Fielder花药培养，小麦品种科农199、新春9号和小麦品系CB037、中国春（CS）与玉米自交系郑58杂交获得小麦单倍体植株，小麦品系中国春与甘肃黑麦杂交获得小麦-黑麦双单倍体植株，利用0、5、10和20 mmol·L^-1秋水仙素溶液分别采取分蘖节加注、叶片涂抹和培养基表面添加方式对不同来源小麦单倍体植株进行加倍，并采用培养基表面添加0、30、60和120 μmol·L^-1甲基胺草磷、炔苯酰草胺和氟乐灵溶液对小麦单倍体植株及小麦-黑麦双单倍体植株加倍，比较不同加倍方法和3种除草剂的加倍效果，确定各个加倍试剂的适宜浓度。【结果】不同浓度秋水仙素溶液（0、5、10和20 mmol·L^-1）加注小麦与玉米杂交单倍体植株分蘖节部位对小麦单倍体植株不具有加倍效果，不宜在小麦单倍体植株加倍中采用。10 mmol·L^-1秋水仙素溶液涂抹拔节期小麦单倍体植株叶片的加倍率为7.7%，其他3个秋水仙素溶液浓度没有加倍成功，也不适合小麦单倍体植株加倍。培养基表面添加4个浓度秋水仙素溶液处理小麦花药培养单倍体植株的加倍率分别为26.7%、42.9%、73.3%和85.7%。表明培养基表面添加秋水仙素溶液对小麦单倍体植株的加倍效果最好，适宜浓度至少为20 mmol·L^-1。培养基表面添加0、30、60和120 μmol·L^-1炔苯酰草胺溶液处理小麦与玉米杂交单倍体植株的加倍率分别为0、0—57.1%、28.6%—75.0%和0—100%，其他2种除草剂处理小麦与玉米杂交单倍体植株没有成功；培养基表面添加120 μmol·L^-1炔苯酰草胺溶液处理小麦与黑麦杂交双单倍体植株的加倍率为9.0%，添加其他3个浓度炔苯酰草胺溶液和其他3种加倍试剂均没有结实。【结论】60—120 μmol·L^-1浓度炔苯酰草胺溶液对小麦单倍体植株加倍具有较好效果，培养基表面添加适宜浓度秋水仙素和炔苯酰草胺溶液对小麦单倍体植株加倍有效，而且简单易行。

玉米株型相关性状的全基因组关联分析

刘坤，张雪海，孙高阳，闫鹏帅，郭海平，陈思远，薛亚东，郭战勇，谢惠玲，汤继华，李卫华

中国农业科学. 2018, 51(5): 821-834. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.002

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【目的】玉米株型性状与植株产量、光合效率、抗倒性等密切相关，是理想株型设计育种的基础，通过对玉米多个株型相关性状进行全基因组关联分析，构建玉米理想株型，为抗倒伏、耐密性的玉米新品种选育提供理论基础。【方法】以284份温带、亚热带和热带材料组成的关联群体为研究对象，在郑州与浚县2个环境下对玉米总叶片数（LN）、穗上叶片数（LNAN）、穗上叶片数与总叶片数比值（LNAN/LN）、株高（PH）、穗位高（EH）、穗位高与株高的比值（EH/PH）等6个玉米株型相关性状进行调查，借助覆盖玉米全基因组约56万个SNP标记，进行全基因组关联分析，以期为玉米新品种的选育提供理论依据。【结果】2个环境下，6个性状均表现为正态分布；大多数性状之间均存在高度正相关或负相关；方差分析表明这6个株型相关性状的基因型与环境以及基因型×环境的互作均达到显著水平。在选择最优关联分析模型时，发现Q模型假阳性较高，Q+K模型对假阳性的控制过于严格，而K模型的表现最好；在2个环境下，全基因组关联分析（K模型）共检测到56个显著SNP-性状关联（P≤3.99E-6），这些SNPs共涉及5个性状的17个位点，每个位点解释的表型变异从7.97%—10.56%不等。同时发现有4个位点能够在2个环境中同时被检测到，表明这4个位点受环境影响较小，在不同环境下可以稳定存在。通过对显著关联的SNP上下游各50 kb范围内候选基因进行搜索，共发现80个候选基因，其中42个具有功能注释。例如，与株高和穗位高显著相关的基因GRMZM2G161293编码一个具有乙酰葡糖转移酶活性的蛋白，该酶催化UDP-N-乙酰氨基葡萄糖生成糖过程中的N-乙酰葡糖氨基残基的转移，可能通过影响玉米籽粒可溶性糖含量进而影响产量，推测其为最可能的候选基因。【结论】K模型对假阳性的控制效果最好，基于K模型的GWAS结果，一共检测到17个株型性状相关的位点。

薏苡种质的主要营养组分特征及综合评价

李祥栋，潘虹，陆秀娟，魏心元，陆平，石明，秦礼康

中国农业科学. 2018, 51(5): 835-842. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.003

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【目的】薏苡品质评价是其加工和综合利用的重要环节，建立合理的薏苡品质评价方法，发掘和筛选薏苡优异资源，为薏苡的品质改良提供基础材料。【方法】以86份不同产地的薏苡地方种质为试验材料，测定薏苡籽粒中的淀粉、脂肪、蛋白质和氨基酸主要营养组分指标，采用相关性分析、隶属函数转化和主成分分析，综合评价薏苡的主要营养品质特征。【结果】86份薏苡种质的淀粉、脂肪、蛋白质、必需氨基酸含量均存在一定的差异，14种营养组分的变异系数在5.01%—116.90%；8种必需氨基酸平均含量为0.33%—2.47%，亮氨酸含量最高，赖氨酸为第一限制性氨基酸。糯性种质35份，占所有种质的40.70%；34份种质的脂肪含量≥8%，8份种质的蛋白质含量≥20%，昌黎薏米、昌黎黑川谷的总氨基酸含量高。相关性分析发现，总淀粉含量与直链淀粉含量显著正相关，与支链淀粉显著负相关；支链淀粉与脂肪含量显著正相关，脂肪含量与蛋白质含量、总氨基酸和丝氨酸含量之间呈显著正相关，必需氨基酸之间多存在显著相关关系。主成分分析将14个营养品质指标简化为4个主成分因子，蛋白质、总氨基酸和5种氨基酸组分为第一主成分决定因子，蛋氨酸、赖氨酸、丝氨酸组分为决定第二主成分的决定因子，直链淀粉、支链淀粉和脂肪组分为第三主成分决定因子，总淀粉组分为第四主要决定因子。4个主成分贡献率分别为48.333%、16.571%、16.011%和6.146%，累积贡献率为87.061%，并根据各因子隶属函数值、权重的确定，以计算出综合评价值的大小反映供试材料营养品质综合评价排名。主成分分析将关系复杂的营养成分指标简化为少数彼此独立综合因子，能够比较客观地对薏苡品质进行评价。【结论】薏苡营养组分变异类型丰富，必需氨基酸组分齐全，并存在糯性、高蛋白和高脂肪的种质变异类型，筛选出综合品质评价得分较高的10份种质：昌黎薏米、昌黎黑川谷、义县农家种、台湾花壳、贵州薏苡、安国五谷、辽宁本地薏苡、承德薏苡、盘县五谷和花甲六谷。

基于Meta-analysis的中国北方地区免耕玉米产量效应研究

银敏华，李援农，陈朋朋，徐路全，申胜龙，王星垚

中国农业科学. 2018, 51(5): 843-854. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.004

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【目的】定量分析免耕对中国北方地区玉米产量的时空效应和影响机制，为该地区免耕的科学应用和推广提供依据。【方法】以中国北方为研究区域，以传统耕作为对照，通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据（截止2017年4月共获得68篇文献和82组试验数据，将数据按照区域（东北、华北和西北）、年降水量（＜500 mm和≥500 mm）、年均气温（＜10℃和≥10℃）、耕作模式（平作和垄作）、种植制度（连作和轮作）、是否秸秆还田、试验年份（2000年之前、2000—2009年和2010年之后）和免耕持续年限（1—2 a、3—5 a、6—9 a和≥10 a）进行分组），利用Meta-analysis方法系统探究免耕对玉米产量的时空效应与影响因素。具体分析过程包括异质性检验、综合效应量计算、发表偏倚检验、敏感性分析、累积Meta-analysis和亚组分析（影响因素分析）。【结果】与传统耕作相比，免耕总体上可显著提高玉米产量，平均增产率为3.1%（置信区间0.7%—5.5%，数据不存在发表偏倚和极端值）。2000年之前，免耕的累积增产效应不稳定（平均-0.7%—6.6%）；2000年之后，免耕与传统耕作的累积产量差异逐渐由不显著变为显著。在东北地区，免耕表现出显著的增产效应（平均5.3%，置信区间1.5%—9.2%）；而在华北和西北地区，免耕的增产效应不显著，分别为-2.6%—6.4%和-1.0%—6.4%。在年降水量＜500 mm、年均气温＜10℃的地区和轮作、秸秆还田条件下，免耕的增产率显著提高，平均分别为5.4%（置信区间1.7%—9.1%）、3.8%（置信区间0.8%—6.7%）、4.4%（置信区间1.3%—7.5%）和3.3%（置信区间0.8%—5.8%）。平作和垄作下，免耕的增产效应均不显著。2010年之后，免耕的增产效应显著提高（平均6.1%），且变幅较小（2.5%—9.7%）。随着免耕持续年限的延长，玉米增产率呈先增加后降低的趋势，当持续3—5 a时，免耕的增产效应显著且达到峰值（平均3.8%，置信区间1.6%—6.0%）。【结论】在年降水量较少或年均气温较低的区域，轮作或秸秆还田条件下，有利于发挥免耕的增产效应；东北地区较华北和西北地区更适宜免耕；3—5 a为较合理的免耕持续年限。

基于随机森林算法的冬小麦叶面积指数遥感反演研究

张春兰，杨贵军，李贺丽，汤伏全，刘畅，张丽妍

中国农业科学. 2018, 51(5): 855-867. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.005

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【目的】通过利用随机森林算法（random forest，RF）反演冬小麦叶面积指数（leaf area index， LAI），及时、准确地监测冬小麦长势状况，为作物田间管理和产量估测等提供科学依据。【方法】本研究依据冬小麦拔节期、挑旗期、开花期及灌浆期地面观测数据，将相关系数分析（correlation coefficient，r）和袋外数据（out-of-bag data，OOB）重要性分析与随机森林算法（random forest，RF）相结合，在优选光谱指数和确定最佳自变量个数的基础上，构建了两种冬小麦LAI反演模型|r|-RF和OOB-RF，并利用独立数据集对两种模型进行验证；然后，将所建LAI反演模型用于无人机高光谱影像，进一步检验所建模型对无人机低空遥感平台的适用性和可靠性。【结果】|r|-RF和OOB-RF反演模型分别采用相关性前5强、重要性前2强的光谱指数作为输入因子时精度最优，验证决定系数（R²）分别为0.805、0.899，均方根误差（RMSE）分别为0.431、0.307，表明这两个模型均能对作物LAI进行精确反演，其中OOB-RF模型的反演效果更好。利用无人机高光谱影像数据结合OOB-RF估算模型反演得到冬小麦LAI与地面实测值的拟合方程的决定系数R²为0.761，RMSE为0.320，数值范围（1.02—6.41）与地面实测（1.29—6.81）亦比较吻合。【结论】本文基于地面数据构建的OOB-RF模型不仅具有较高的反演精度，而且适用性强，可用于无人机高光谱遥感平台提取高精度的冬小麦LAI信息。

干旱胁迫对不同抗旱性苜蓿品种根系生长及生理特性影响

张翠梅，师尚礼，吴芳

中国农业科学. 2018, 51(5): 868-882. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.006

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【目的】研究干旱胁迫对不同抗旱性苜蓿品种根系生长特征及生理特性的影响，明确不同抗旱性苜蓿品种响应干旱胁迫的生长及生理差异，为进一步阐明紫花苜蓿抗旱的分子机理、提高紫花苜蓿耐旱性和水分利用效率提供理论依据。【方法】采用营养液沙培法，选用强抗旱的陇中苜蓿（Medicago sativa L. cv. Longzhong）、中抗旱的陇东苜蓿（Medicago sativa L. cv. Longdong）和弱抗旱的甘农3号紫花苜蓿（Medicago sativa L. cv. Gannong No.3）为试验材料，在幼苗期对其进行6种不同水势（0、-0.4、-0.8、-1.2、-1.6和-2.0 MPa）的PEG-6000人工模拟干旱胁迫，研究干旱胁迫对供试苜蓿根系生长特征（根系总长度、根系总表面积、根系平均直径、根体积、根尖数和根系干重）、根系活力、游离脯氨酸（Pro）含量、可溶性蛋白（SP）含量、可溶性糖（SS）含量，丙二醛（MDA）含量、质膜相对透性、活性氧（H₂O₂、OH·和O₂^•-）含量，抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性、还原型抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH）含量的影响。并用逐步回归分析建立最优回归方程，进而筛选出不同胁迫程度下对不同抗旱性苜蓿品种抗旱性影响较为显著的指标。【结果】干旱胁迫会显著影响苜蓿的根系生长特征及生理特性。随着干旱胁迫的加剧，供试苜蓿的根系总长度、Pro含量、MDA含量、质膜相对透性、活性氧（H₂O₂、OH·和O₂^•-）含量及CAT活性不断增加；根系干重、根系活力、SS含量和GSH含量先增加后下降。此外，随胁迫程度增加，陇中苜蓿的根系平均直径、根体积、根尖数、POD活性及SOD活性均呈先增加后下降的变化趋势，AsA含量不断增加；陇东苜蓿和甘农3号的根系平均直径、根体积、根尖数、POD活性及根系总表面积则呈不断下降的趋势，而AsA含量呈先增加后下降的变化趋势。整体而言，陇中苜蓿的根系总长度、根系总表面积、根系干重显著高于陇东苜蓿和甘农3号，H₂O₂含量和O₂^•-含量显著低于甘农3号；陇中苜蓿和陇东苜蓿的SP含量、SS含量和MDA含量显著低于甘农3号。-1.2 MPa至-2.0 MPa胁迫时，陇中苜蓿的H₂O₂和OH·含量显著低于陇东苜蓿。-2.0 MPa胁迫时，陇中苜蓿的POD活性、AsA和GSH含量均显著高于甘农3号。逐步回归分析表明，根系活力、根体积、根系总长度、MDA和AsA是对陇中苜蓿抗旱性影响较为显著的指标；根尖数、根系平均直径、根系总表面积、根系干重、O₂^•-、GSH和CAT是对陇东苜蓿抗旱性影响较为显著的指标；根系活力、根尖数、Pro、SS、MDA、质膜相对透性和GSH是对甘农3号紫花苜蓿抗旱性影响较为显著的指标。【结论】不同抗旱性苜蓿品种在形态特征和生理特性上对干旱胁迫存在相同和不同的生长及生理响应策略。轻度和中度胁迫（0 MPa至-1.2 MPa）下，抗旱苜蓿品种主要通过增加根系总长度、根体积和根尖数及降低膜脂过氧化程度来适应干旱，弱抗旱苜蓿品种则通过改变细胞膜稳定性、根系活力及渗透调节能力来适应干旱；重度胁迫（-1.2 MPa至-2.0 MPa）下，不同抗旱性苜蓿品种均可通过改变根系生长特征和启动抗氧化系统来抵御干旱，其中强抗旱苜蓿品种主要通过增加根长和AsA含量来适应干旱，而中等抗旱和弱抗旱苜蓿品种主要通过增加根尖数和GSH含量来适应干旱。

甲基营养型芽孢杆菌BH21对葡萄灰霉病菌的拮抗作用

魏新燕，黄媛媛，黄亚丽，杜克久

中国农业科学. 2018, 51(5): 883-892. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.007

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【目的】甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）BH21是一株对葡萄灰霉病菌（Botrytis cinerea）有较好拮抗作用的海洋源细菌，鉴定该菌株脂肽类抗菌物质合成基因，检测脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌的拮抗作用，为应用该菌株防治葡萄灰霉病提供科学依据。【方法】通过特异引物的基因组PCR法检测甲基营养型芽孢杆菌BH21菌株合成脂肽的能力；盐酸沉淀和甲醇抽提法从无菌发酵液中提取脂肽粗提物；排油圈法检测脂肽粗提物的表面活性；采用菌丝生长速率法检测脂肽粗提物对灰霉病菌菌丝生长的抑制作用并计算有效中浓度EC₅₀；利用高效液相色谱技术（HPLC）对脂肽粗提物洗脱分离，并采用菌丝生长速率法检测各组分对葡萄灰霉病菌的抑制能力；采用反相高效液相色谱（RP-HPLC）分析主要抑菌成分的脂肽类型。采用离体叶片接种法检测脂肽粗提物对葡萄灰霉病的防治效果。【结果】选取11对特异引物对菌株BH21基因组扩增，其中7对引物扩增出预期核酸片段；扩增产物经测序、BLAST比对分析，结果显示扩增产物与相关菌株脂肽基因相似度为96%—99%，扩增产物翻译的蛋白与相关菌株的脂肽合成蛋白相似度为96%—100%，表明甲基营养型芽孢杆菌BH21基因组中含有ituA、bamD、ituC、ituD、fenD、srfAB、yndJ，该菌株具有合成surfactin、iturin及fengycin等多种脂肽类抗菌物质的能力。盐酸沉淀和甲醇抽提从LB无菌发酵液中获得脂肽粗提物，得率为428 mg·L^-1。排油圈检测结果显示，脂肽粗提物使橄榄油膜形成排油圈，表明脂肽粗提物具有表面活性。脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌菌丝生长具有显著的抑制作用，脂肽粗提物浓度为440 μg·mL^-1时，对葡萄灰霉病菌菌丝生长的相对抑制率为82.8%。根据毒力方程计算，抑制葡萄灰霉病菌菌丝生长的脂肽粗提物EC₅₀为144.39 μg·mL^-1。HPLC分离纯化脂肽粗提物获得6个组分，只有组分BH21-2和BH21-3抑制葡萄灰霉病菌的生长，RP-HPLC色谱图分析表明组分BH21-2和BH21-3属于fengycin家族脂肽。葡萄灰霉病离体叶片试验结果表明，脂肽粗提物浓度为400 μg·mL^-1时，对葡萄叶片灰霉病防病效果为100%；脂肽粗提物浓度为220 μg·mL^-1时，对葡萄叶片病斑扩展相对抑制率为94.4%。【结论】甲基营养型芽孢杆菌菌株BH21具有合成surfactin、iturin及fengycin等多种脂肽类抗菌物质的基因，该菌株脂肽粗提物对葡萄灰霉病菌具有较强的拮抗作用，在葡萄灰霉病生物防治中具有应用潜力。

美洲斑潜蝇气味结合蛋白OBP13的鉴定与功能

陈东凯，张林雅，邢振龙，雷仲仁

中国农业科学. 2018, 51(5): 893-904. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.008

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【目的】克隆与鉴定美洲斑潜蝇（Liriomyza sativae）气味结合蛋白（odorant binding protein，OBP）基因，并对其序列特征、表达情况、系统发育及蛋白功能进行研究，为深入研究美洲斑潜蝇嗅觉机制提供依据。【方法】通过PCR技术克隆美洲斑潜蝇OBP13编码区全长，用DNAMAN对其进行序列分析，用BLAST进行同源性比较，并使用MEGA6.0构建进化树，进行系统发育分析。通过实时定量PCR对OBP13在美洲斑潜蝇不同组织中的表达情况进行分析。构建原核表达载体，进行原核表达及蛋白纯化，获取重组蛋白。设定荧光分光光度计的激发波长为337 nm，以1-NPN为荧光探针，研究OBP13与25种不同气味配基的结合特性。使用间接免疫荧光染色技术及制备的OBP13的特异性多克隆抗体，对其在组织中的分布情况进行定位。将美洲斑潜蝇触角进行包埋、切片、免疫染色，并在激光共聚焦显微镜下进行观察,了解OBP13在触角感器中的亚细胞分布。【结果】获得了一个美洲斑潜蝇气味结合蛋白基因，命名为LsatOBP13（GenBank登录号：KT250751）。LsatOBP13开放阅读框全长462 bp，编码153个氨基酸，预测成熟蛋白分子量为17.80 kD，等电点为5.75，N-末端的前17个氨基酸为信号肽序列。具有4个保守的半胱氨酸位点，为Minus-C OBP。系统发育分析显示，其与地中海实蝇CcapOBP99a-like位于同一小分支上，亲缘关系较近。检测LsatOBP13在不同组织的表达水平，发现LsatOBP13在触角中的表达量远远高于其他组织。成功构建了重组表达载体并获得了高纯度的重组蛋白。对25种气味配基的结合能力检测，发现LsatOBP13与反式-2-己烯醛、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、α-紫罗兰酮、苯并噻唑、β-紫罗兰酮具有较强的结合能力，解离常数分别为12.592、10.995、11.165、11.224、10.336、9.218 μmol·L^-1，其中与β-紫罗兰酮亲和能力最强。通过免疫荧光定位，发现其在触角中主要定位在毛形感器和锥形感器上，在触角嗅觉窝及触角芒连接处也有分布。【结论】美洲斑潜蝇OBP13为非典型的气味结合蛋白Minus-C OBP。表达情况、气味结合特性、免疫定位结果表明，OBP13主要存在于美洲斑潜蝇触角中，参与触角对绿叶植物中大量存在的气味物质的识别过程，推测其在美洲斑潜蝇嗅觉识别、寄主植物定位中发挥功能。

朱砂叶螨TcGSTM7的体外表达及其功能

申光茂，李恒，梁金辉，何林?

中国农业科学. 2018, 51(5): 905-913. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.009

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【目的】朱砂叶螨（Tetranychus cinnabarinus）是一种重要的农业害螨，长期化学防治导致其对多种药剂产生了抗性，因此明确该螨对化学药剂的解毒代谢机制对开展有效的抗性治理具有重要意义。谷胱甘肽S-转移酶（GST）是节肢动物主要的解毒代谢酶之一，笔者前期研究中筛选出了朱砂叶螨体内高表达的一条GST基因TcGSTM7，该基因的表达在药剂处理下具有明显的可诱导性。因此，本研究以TcGSTM7为研究对象，进一步利用异源表达技术分析TcGSTM7重组蛋白和甲氰菊酯、丁氟螨酯的互作效应，以及利用RNAi沉默该基因的表达后，检测朱砂叶螨对这两种药剂的敏感性变化，为明确TcGSTM7在药剂代谢中的功能打下基础。【方法】利用NCBI数据库对TcGSTM7编码蛋白的序列特征进行注释，并在SWISS MODEL构建的蛋白三维结构中对相关结构域、结合位点以及活性中心等进行展示。利用异源表达系统在大肠杆菌（Escherichia coli）中表达TcGSTM7重组蛋白，对重组蛋白进行分离纯化后使用特异性底物检测其GST催化活性，并通过检测杀螨剂对该蛋白活性的抑制效果分析其与甲氰菊酯和丁氟螨酯的互作效应。在此基础上，为明确TcGSTM7基因表达水平对朱砂叶螨药剂敏感性的影响，参照该基因的序列设计并合成特异dsRNA，利用叶碟饲喂法将其导入朱砂叶螨体内，经qPCR检测TcGSTM7表达水平显著下调后，进行生物测定分析基因沉默后朱砂叶螨对不同剂量甲氰菊酯和丁氟螨酯药剂敏感性的变化。【结果】TcGSTM7的氨基酸序列分析结果表明，其N端具有一个Mu家族GST特有的“thioredoxin-like”结构域，以及一个GSH的结合位点(G-site)，在C端则具有催化底物结合域(H-site)。该蛋白具有9个α螺旋和4个β折叠结构，呈经典的“βαβαββα”排列方式。在三维结构预测的基础上，通过原核表达技术获得了TcGSTM7重组蛋白，该重组蛋白分子量为26 kD，与预测结果一致，并且具有GST蛋白的催化活性。TcGSTM7重组蛋白酶活性为673.26 nmol·min^-1·mg^-1，其动力学常数K_m为0.71 mmol·L^-1，V_max为109.54 nmol·min^-1·mg^-1。药剂抑制试验结果表明甲氰菊酯和丁氟螨酯均可抑制TcGSTM7重组蛋白的酶活性，IC₅₀分别为0.038和0.2 mmol·L^-1。进一步利用叶碟饲喂法让朱砂叶螨取食dsRNA，对TcGSTM7的表达进行了干扰，qPCR检测表明取食48 h后，dsRNA对TcGSTM7的干扰效率达到52.88%。药剂敏感性测定结果显示，沉默TcGSTM7的表达后，朱砂叶螨对LC₃₀和LC₅₀的甲氰菊酯敏感性分别上升了9.0%和12.3%，对LC₃₀和LC₅₀的丁氟螨酯敏感性分别上升了12.9%和11.0%，且均达到显著水平（P＜0.05）。【结论】TcGSTM7的表达可以影响朱砂叶螨对甲氰菊酯和丁氟螨酯的敏感性，且其重组蛋白和这两种药剂存在互作效应，表明TcGSTM7可能在朱砂叶螨对甲氰菊酯和丁氟螨酯的代谢过程中具有重要作用。

黑土细菌及真菌群落对长期施肥响应的差异及其驱动因素

王慧颖，徐明岗，周宝库，马想，段英华

中国农业科学. 2018, 51(5): 914-925. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.010

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【目的】研究长期施肥对黑土细菌和真菌群落结构影响差异，探索黑土肥力对长期施用化肥和有机肥响应差异的生物学机制，为黑土的肥力培育和合理施肥提供科学理论依据。【方法】基于35年的长期定位施肥试验，采用定量PCR方法和Miseq高通量测序技术，分析长期不施肥（CK）、氮肥（N）、有机肥（M）和有机无机配施肥（MN）处理下，黑土细菌及真菌的数量、群落结构和多样性的差异。同时结合土壤理化性状，探究不同施肥条件下细菌和真菌群落变化的环境驱动因子。【结果】N处理对土壤细菌的数量没有显著影响，但使其群落多样性降低了13.2%—48.5%。N处理使真菌的数量增加了24倍，多样性降低了4.6%—80.3%。与N处理相比，MN处理使细菌数量和多样性分别增加了2倍和7.7%—46.6%，而真菌的数量虽降低了14.2%，但其多样性提高了62%—237%。单施氮肥增加了土壤细菌酸杆菌门（Acidobacteria）中的Acidobacteria_Gp1、Gp3及变形菌门（Proteobacteria）中的α-Proteobacteria的相对丰度，并使土壤真菌中伞菌纲（Agaricomycetes）的相对丰度增加了41倍。与N处理相比，MN处理下细菌的各主要类群丰度未发生显著变化，但M处理下土壤细菌中的α-Proteobacteria、Acidobacteria_Gp1和Gp3丰度分别显著降低了26、97和81个百分点，Acidobacteria_Gp4、Gp6和Plancomycetes的丰度分别显著增加了11倍、9倍和2倍。细菌群落结构在MN与N处理之间无显著差异，明显区别于CK和M处理，pH为主要驱动因素，其阈值为6.07；真菌群落结构在CK、M和MN处理下相似，显著区别于N处理，两组处理之间差异由速效钾含量（125.5 mg·kg^-1）驱动。另外，有机质含量对于细菌和真菌群落均是重要的驱动因素，但调控细菌群落结构的阈值为28.4 g·kg^-1，而驱动真菌群落结构的阈值为30.8 g·kg^-1。【结论】黑土细菌对有机肥的响应较强，而真菌对化肥更为敏感。长期施用化肥会刺激土壤中嗜酸细菌和真菌的生长，而有机无机肥配施可提高土壤微生物群落多样性，刺激有益菌的生长。土壤pH和有效钾含量分别是调控细菌和真菌群落结构的重要影响因素，在黑土肥力培育中应引起充分的重视。

燃煤烟气脱硫石膏农用的环境安全风险

王小彬，闫湘，李秀英，蔡典雄，雷梅

中国农业科学. 2018, 51(5): 926-939. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.011

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中国从20世纪90年代后期开始利用燃煤烟气脱硫石膏改良碱化土壤。燃煤烟气脱硫石膏是来自于电厂的脱硫废渣，是对含硫燃料（主要是煤）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产物。随着中国燃煤电厂除尘、脱硫和脱硝等烟气污染控制系统的安装，在解决燃煤燃烧过程中SO2等废气减排的同时，也会产生越来越多的脱硫石膏等脱硫副产物。燃煤烟气脱硫石膏资源化利用为燃煤电厂解决越来越多的脱硫残渣处置问题而受到关注。由于燃煤烟气脱硫石膏性质和天然石膏相似，因此有研究利用燃煤烟气脱硫石膏代替天然石膏进行盐碱地改良。然而，当企业采用燃煤烟气净化技术和协同脱汞工艺，煤中有害污染物在脱硫过程中富集到烟气脱硫副产物——脱硫石膏及飞灰中，导致燃煤烟气脱硫石膏中主要有汞（Hg）、氟（F）、氯（Cl）和硒（Se）等多种污染元素的富集；脱硫飞灰中主要有砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、铅（Pb）和锌（Zn）等多种污染元素的富集。研究数据显示，我国部分烟气脱硫石膏中Hg、Cd、As、Se、F和Cl等含量存在不同程度超出国家土壤环境质量标准和地下水质量标准。为保障土壤健康、食品安全和环境安全，建议应严格控制脱硫剂来源、脱硫工艺、脱硫石膏使用量，并对农田土壤环境风险进行长期监测，防止土壤中污染元素累积；未经无害化处理、有害物质超标的、存在环境安全风险的不得直接施用于农田土壤，杜绝其进入食物链而危害人类健康。

不同种植行距和灌水量对中国西北地区日光温室短季节栽培番茄品质的交互影响

吴宣毅，曹红霞，王虎兵，郝舒雪

中国农业科学. 2018, 51(5): 940-951. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.012

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【目的】研究中国西北地区日光温室膜下滴灌番茄不同种植行距与灌水量对番茄各品质指标的影响，提出番茄综合品质最优时的种植行距与灌水量组合，为本地区日光温室番茄的栽培管理和灌溉提供科学依据和技术指导。【方法】试验在陕西省杨凌农业高新技术产业示范区绿百合果蔬专业合作社的日光温室内进行，供试番茄品种为‘HL2109’。通过日光温室试验，在大小行沟垄覆膜种植形式的基础上设置3种种植行距分别为L1（60 cm）、L2（45 cm）和L3（30 cm）；以两次灌水间隔期间Φ20 cm标准蒸发皿的累积蒸发量E为基数，设置0.6E、0.8E、1.0E、1.2E四个灌水量，每当蒸发皿的累积蒸发量达到（20±3）mm时即进行灌水处理；试验采用完全随机区组设计,共12个处理，每个处理3次重复。分别运用改进模糊灰色关联度法和CRITIC法对番茄综合品质进行评价分析，综合两种评价结果，运用多元回归分析寻求综合品质最优时的种植行距与灌水量的组合。【结果】种植行距与灌水量均对番茄品质产生影响，且在可溶性固形物、维生素C和番茄红素上呈现极显著的交互作用，而番茄果实的外观品质指标并不存在灌水量和种植行距间的交互作用。过高的灌水量会降低番茄果实的外观品质，且过高或过低的灌水量均会降低可溶性固形物、VC和番茄红素的含量。改进模糊灰色关联度法和CRITIC法对番茄综合品质评价的结果具有较好的一致性，综合品质最优处理均为L2-0.8E，最差处理均为L1-1.2E；番茄综合品质随灌水量和种植行距的增大呈凸型抛物线变化趋势。番茄各单一品质指标的权重比例虽然在两茬试验中略有变化，但番茄红素、VC、糖酸比3个指标的权重始终为前3名。【结论】当操作行行距为80 cm，株距为35 cm时，种植行距取37-47 cm，灌水量0.8E-1.0E为中国西北地区温室番茄综合品质最优的种植行距和灌水量组合。

根施褪黑素对NaCl胁迫下葡萄内源褪黑素及叶绿素荧光特性的影响

卞凤娥，肖秋红，郝桂梅，孙永江，陆文利，杜远鹏，翟衡

中国农业科学. 2018, 51(5): 952-963. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.013

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【目的】研究NaCl胁迫下内源褪黑素（melatonin,MT）及其关键代谢物的响应以及施加外源MT对NaCl胁迫下葡萄叶片的光抑制缓解作用，为MT的应用提供参考。【方法】以一年生盆栽‘威代尔’葡萄（Vitis vinifera cv. Vidal Blanc）为试材，进行100 nmol·L^-1NaCl和100 nmol·L^-1NaCl+MT处理，测定不同处理植株、不同器官内源MT、MT合成前体物质5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）和MT的主要代谢产物2-羟基褪黑素（2-Hydroxymelatonin,2-OHMel）的含量，分析根施MT对NaCl胁迫下叶片叶绿素荧光特性及内源MT代谢的影响。【结果】受NaCl胁迫后，植株不同器官的内源MT、5-HT及2-OHMel与清水对照相比有明显的时空变化，胁迫7 d时以根系的MT含量最高，其次是嫩梢，成叶中的最低；随着胁迫时间的延长，根系中的MT含量大幅度下降，而嫩梢中的5-HT含量增加。根施外源MT后与单纯的NaCl胁迫相比，显著提高了前期成叶中的5-HT含量以及后期新根中的MT含量，嫩梢和成叶中2-OHMel的含量。NaCl胁迫后快速叶绿素荧光曲线（OJIP）形状发生明显改变，最大荧光（F_m）及叶片最大光化学效率（F_v/F_m）显著下降了31.6%和11.6%，非光化学淬灭（NPQ）显著升高，光系统I（PSI）和光系统II（PSII）的线性电子传递速率ETR（I）和ETR（II）均显著下降；而根施MT后，叶片F_m和F_v/F_m的分别升高了12.9%和7.3%，OJIP曲线中K点和J点分别下降了23.6%和11.3%，增加了叶片对光能的利用效率，线性电子传递速率明显提高。【结论】NaCl胁迫严重抑制葡萄叶片光系统活性，但促进了植株中褪黑素的合成；根施MT缓解了光系统活性的抑制程度，促进MT在植株各器官中的代谢和分配，缓解NaCl胁迫对葡萄叶片光合作用的伤害程度。

切花小菊绿心性状杂种优势与混合遗传分析

赵倩茹，钟兴华，张飞，房伟民，陈发棣，滕年军

中国农业科学. 2018, 51(5): 964-976. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.014

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【目的】绿心性状是单瓣切花小菊重要的观赏性状，研究切花小菊绿心性状杂种优势和遗传基础以利于指导绿心切花小菊的选育工作。【方法】分别以‘南农丰收’（黄心小菊）×‘南农红霞’（绿心小菊）的81个杂交后代和‘南农红云’（绿心小菊）×‘南农小清新’（绿心小菊）的70个杂交后代作为遗传群体，选取花心颜色等级得分值（简称花心颜色值，下同）、绿心相对面积和绿心持续期等3个指标对F₁代绿心性状杂种优势进行分析，同时运用单个世代主基因+多基因混合遗传模型对绿心性状进行遗传分析。【结果】2个组合F₁代群体各指标变异系数范围为24.88%—90.76%，组合I（黄心×绿心）各指标变异程度普遍大于组合II（绿心×绿心），组合II各指标平均值普遍优于组合I。组合I花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期的中亲优势分别为-0.14、-3.42和0.11，除绿心持续期杂种优势为正值，其他指标杂种优势均为负值；组合II花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期的中亲优势分别为-0.11、-10.61和-1.02，绿心持续期的超亲优势为-0.52。2个组合F₁群体均存在正向和负向超亲个体。组合I和组合II的F₁代花心颜色中绿色占比分别为3.70%和2.86%，父本颜色和比母本颜色低一等级的颜色在后代中占比接近且较大，均大于等于20.00%。2个组合绿心颜色得分、绿心相对面积和绿心持续期均由2对主基因控制，除花心颜色值为负向效应外，其他指标表现为正向增效效应。花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期的主基因遗传力分别为98.64%—98.83%、95.04%—96.54%和66.73%—92.52%。2个组合花心颜色值、绿心相对面积与绿心持续期两两之间均呈显著正相关。【结论】F₁代超亲分离现象普遍存在，可选取其中有利个体进行选育，绿色花心颜色遗传能力弱，选择花心颜色为绿色的品种做父本，有利于提高后代出现绿色花心的可能性。花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期均具有高遗传力，适于早期世代选择，各指标之间的正相关性有利于集中优势选育绿心小菊。

加热温度及时间对牛肉胶原蛋白特性及嫩度的影响

刘晶晶，雷元华，李海鹏，谢鹏，万红兵，黄彩燕，孙宝忠，张松山

中国农业科学. 2018, 51(5): 977-990. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.015

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【目的】通过研究不同加热温度和加热时间来探究胶原蛋白特性对嫩度的影响，为中国高熟度牛肉嫩度特性研究提供参考。【方法】将牛半腱肌肉在60、70、80、90和100℃水浴温度下分别加热30、60、90、120和150 min，通过测定剪切力、蒸煮损失、水分含量、质构特性、结缔组织机械强度、胶原蛋白含量及热溶解性、胶原蛋白共价交联以及扫描电镜等指标探究嫩度的变化规律，通过相关性分析得出影响嫩度的关键因素。【结果】随着加热温度的升高和加热时间的延长，牛半腱肌肉剪切力降低，蒸煮损失增大，水分含量降低；总胶原蛋白和不溶性胶原蛋白随着加热温度的升高其相对含量明显增加，随着加热时间的延长其相对含量变化不显著，可溶性胶原蛋白含量及热溶解性增加、羟赖氨酸吡啶啉（HP）相对含量上升、赖氨酸吡啶啉（LP）相对含量下降，黏着性增大，胶黏性、咀嚼性、凝聚性和回弹性减小。随着加热时间的延长，牛肉剪切力与蒸煮损失呈显著负相关（P＜0.05）；与水分含量、硬度、凝聚性、胶黏性、咀嚼性以及回弹性呈极显著正相关（P＜0.01）；与总胶原蛋白、可溶性胶原蛋白、不溶性胶原蛋白含量、胶原蛋白热溶解性以及羟赖氨酸吡啶啉含量呈极显著负相关（P＜0.01）。总胶原蛋白、不溶性胶原蛋白的含量与蒸煮损失呈极显著正相关（P＜0.01）；羟赖氨酸吡啶啉与肌肉的黏着性和总胶原蛋白含量呈极显著正相关（P＜0.01），与弹性、可溶性胶原蛋白以及不溶性胶原蛋白含量呈显著正相关（P＜0.05），与胶黏性和咀嚼性呈显著负相关（P＜0.05），赖氨酸吡啶林与弹性呈显著负相关（P＜0.05），与凝聚性呈显著正相关（P＜0.05），与回弹性呈极显著正相关（P＜0.01）。与加热温度相比，加热时间对牛肉嫩度的影响更为显著。牛肉嫩度与胶原蛋白含量及热溶解性、HP、蒸煮损失、水分含量、硬度、凝聚性、胶黏性、回弹性和咀嚼性有关；胶原蛋白含量及热溶解性与蒸煮损失和水分含量有关。肌肉的黏着性、弹性、回弹性、凝聚性、胶黏性和咀嚼性等均与共价交联有关，胶原蛋白热溶解性与共价交联无关。【结论】高熟度牛肉的食用品质很大程度上取决于加热时长与胶原蛋白特性，胶原蛋白特性对嫩度的影响随着加热时间的延长而增加。胶原蛋白含量与热溶解性以及共价交联量通过影响肉的质构特性来改善嫩度。随着加热时间的延长，胶原蛋白和共价交联相对含量增加，结缔组织强度增加从而削弱了肌纤维对嫩度的影响，使嫩度得到改善。

基于SSR标记的四倍体鸭茅遗传图谱加密

唐露，金梦雅，黄琳凯，张旭，赵欣欣，张新全

中国农业科学. 2018, 51(5): 991-998. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.016

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【目的】利用转录组测序开发的EST-SSR标记和鸭茅基因组调研测序开发的基因组SSR（genomic-SSR）标记，对已构建的四倍体鸭茅遗传图谱加密，为定位控制鸭茅重要农艺性状的QTL位点奠定基础。【方法】基于拟测交策略，以“楷模”（高杆、多分蘖、宽叶、早熟）和“01436”（矮秆、少分蘖、细叶、晚熟）作为亲本材料进行杂交，得到一个含有214株鸭茅材料的作图群体，利用亲本和随机选取的5个单株对574对EST-SSR标记和150对Genomic-SSR进行引物筛选，PCR产物经8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测后，将扩增条带清晰、在亲本之间存在差异且子代间存在分离的多态性引物用于亲本及群体扩增。将扩增结果按标记类型统计分析，对于亲本间存在差异的条带，按条带有无（有带计1，无带记0）对DNA扩增产物按进行统计，经卡方检验，将分离比例符合1﹕1（亲本基因型为Aaaa×aaaa或aaaa×Aaaa）和3﹕1（亲本基因型为Aaaa×Aaaa）的标记，用于遗传连锁图谱构建。符合作图要求的标记采用HighMap软件进行遗传图谱构建。【结果】最终筛选出符合要求的EST-SSR引物31对和Genomic-SSR引物17对，引物多态性分别为5.4%和11.3%，总的多态性为6.6%。对鸭茅214个作图群体单株及亲本DNA进行扩增，共得到169个多态性位点，其中EST-SSR101个，Genomic-SSR68个位点。169个标记位点经卡方检验分析表明，有89个标记符合孟德尔分离规律，标记可用率为52.7%，其中呈Aaaa×aaaa或aaaa×Aaaa分离类型的标记有79个，呈Aaaa×Aaaa的有10个，其余80个为偏分离标记。将SSR标记整合以前的标记信息，重新构建了一张包含2 551个标记，覆盖7个连锁群，总长度为758.4 cM的鸭茅高密度遗传图谱。加密后的图谱包含SNP标记4 187个，SSR标记84个，各连锁群标记数在166—709个，每个连锁群的平均标记数为364个，LG1包含最多标记数有709个，LG7标记数最少166个，各连锁群长度在60.28—147.09 cM，标记平均密度为0.19—0.76 cM，总的平均图距由原来的0.37 cM缩至0.3 cM，且由于标记密度的改变，各连锁群上标记分布的位置也发生较大变动。【结论】增加了部分SSR标记后，新构建了一张包含2 551个标记，覆盖7个连锁群总长度为758.4 cM的四倍体鸭茅遗传图谱，总长度增加42.63 cM，平均图距由0.37 cM缩至为0.3 cM。

基于GIS的小麦籽粒品质空间分布特征和影响因子分析

孙丽娟，胡学旭，陆伟，王步军

中国农业科学. 2018, 51(5): 999-1011. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.017

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【目的】分析小麦籽粒品质不同年份空间分布特征和变化规律，以及影响籽粒品质的因子。【方法】选用种植时间长、范围广的济麦22，利用地理信息系统（GIS）选择最优模型，绘制其2010—2015年6省历年籽粒品质空间分布图，筛选籽粒形成期的温、光、水和经纬度关键因子。【结果】不同年份、麦区间小麦籽粒品质存在差异，变异系数为蛋白质含量＞硬度＞容重。籽粒硬度6年总趋势呈东北低西南高分布，并逐年下降，不同年份、纬度间呈多态分布，华北北部强筋麦区（Ⅰ）和黄淮北部强筋中筋麦区（Ⅱ）多数年份高于黄淮南部中筋麦区（Ⅲ），硬度与灌浆期总降水、成熟期总降水、成熟期光照数和纬度呈显著负相关，其中灌浆期总降水和纬度是主要因子。容重总体也呈东北低西南高分布，并逐年小幅上升，其中2013年明显低于其他年份，黄淮北部强筋中筋麦区（Ⅱ）西部和中部多数年份好于其他区域，其与成熟期平均温度、≥10℃积温、日较差和灌浆期日较差呈显著正相关，而成熟期日较差是主要因子。蛋白质含量总趋势呈东北高西南低分布，并逐年下降，6年间多呈带状分布，北方整体高于南方，纬度是主要影响因子。【结论】灌浆期总降水、成熟期气温日较差和纬度是影响籽粒品质不同年份空间分布变化的主要因子。灌浆期总降水逐年下降及纬度间变化不规律导致籽粒硬度下降并呈多态分布；受成熟期气温日较差影响容重逐年小幅上升并区域间变化；受纬度影响蛋白质含量年份间分布规律一致。黄淮北部强筋中筋麦区（Ⅱ）中冀、鲁、豫交界处灌浆期总降水较低、成熟期日较差大，有利于籽粒品质提高。

一种新的动物传染病——马麝病毒性出血症

包世俊，邢小勇，丁小琴，高翔，安凯，伏小平，薛慧文

中国农业科学. 2018, 51(5): 1012-1012. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.018

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