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2018年 第51卷 第10期 刊出日期：2018-05-16

  

《中国农业科学》2018年第51卷第10期目次

中国农业科学. 2018, 51(10):  0-0.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.nykx-201851-1000

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相关文章 | 多维度评价

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

小麦TaDRO与根系形态的关联分析及在中国和全球 品种中的地理分布与演变

张维军, 李甜, 秦琳, 赵静, 赵俊杰, 柳洪, 侯健, 郝晨阳, 陈东升, 魏亦勤, 景蕊莲, 张学勇

中国农业科学. 2018, 51(10):  1815-1829.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.001

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目的 根系改良是提高小麦抗逆性和产量的关键因素之一。通过克隆不同根系类型小麦品种的根系相关基因TaDRO,分析其与小麦重要农艺性状的关系,开发标记,为品种改良提供理论依据和技术支撑。方法 以根系性状多态性较高的21份普通小麦为材料,测序分析TaDRO-5A、TaDRO-5B和TaDRO-5D的序列多态性;利用“中国春”-缺体四体材料对其进行染色体定位,并用最新版的中国春基因组序列对其进行精细物理定位,根据TaDRO-5A和TaDRO-5B序列多态性开发分子标记;以323份普通小麦构成的自然群体为材料进行TaDRO单元型与表型性状的关联分析。结果 克隆了小麦TaDRO的A、B、D基因组序列,利用最新版的中国春基因组序列分别将TaDRO-5A、TaDRO-5B和TaDRO-5D定位于小麦染色体5A、5B和5D上,分别位于426.15、381.00和327.60 Mb处;在TaDRO-5A全长序列中共检测到3个SNP,形成Hap-5A-A和Hap-5A-C 2种单元型,根据启动子区-2 271 bp的序列差异,开发出分子标记TaDRO-5A-KASP。在TaDRO-5B全长序列中共检测到17个SNP和1个InDel,形成Hap-5B-Ⅰ和Hap-5B-Ⅱ 2种单元型,根据-300 bp的InDel开发了分子标记TaDRO-5B-InDel。关联分析表明,TaDRO-5A与株高、千粒重和根系生长角度显著相关,Hap-5A-A是增大根系生长角度、降低株高、增加千粒重的浅根型单元型,而Hap-5A-C是减小根系生长角度、增加株高、降低千粒重的深根型单元型。TaDRO-5B与株高显著相关,Hap-5B-Ⅰ是增加株高和降低千粒重的深根型单元型,Hap-5B-Ⅱ是降低株高和增加千粒重的浅根型单元型。在地方品种中,Hap-5A-C和Hap-5B-Ⅰ为优势单元型,在育成品种中,Hap-5A-A和Hap-5B-Ⅱ为优势单元型;深根型单元型Hap-5A-C和Hap-5B-Ⅰ在干旱、半干旱麦区品种中的分布频率高于湿润麦区;在全球地理分布中,干旱麦区品种中Hap-5A-C为优势单元型,但Hap-5B-I优势不明显。随着育种年代推进,小麦品种中浅根型单元型Hap-5A-A和Hap-5B-Ⅱ的频率增加。结论 小麦根系相关基因TaDRO的Hap-5A-C和Hap-5B-Ⅰ是增加株高和降低千粒重的深根型单元型,Hap-5A-A和Hap-5B-Ⅱ是降低株高和增加千粒重的浅根型单元型;随着灌溉和化肥用量的增加,中国小麦品种逐步由深根、高秆类型转变为浅根、矮秆类型;利用分子标记选择矮秆、深根类型,可能提高品种水肥利用效率。

过表达谷子SiANT1对水稻耐盐性的影响

宁蕾, 王曙光, 琚鹏举, 柏星轩, 葛林豪, 齐欣, 姜奇彦, 孙现军, 陈明, 孙黛珍

中国农业科学. 2018, 51(10):  1830-1841.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.002

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目的 高盐胁迫是影响作物产量的主要因素之一,谷子（Setaria italica L.）具有耐逆性强的特点,从谷子中筛选耐盐基因对于利用基因工程的手段培育耐盐作物新品种具有重要意义。方法 分析谷子AP2/ERF类转录因子类基因SiANT1在豫谷一号幼苗期在高盐、低氮、PEG模拟干旱处理条件下的表达模式;进而利用农杆菌转化法将SiANT1转入模式作物水稻品种Kitaake;分别用0.9% 盐水和自来水浸泡过表达SiANT1水稻和野生型Kitaake的种子,观察其萌芽期的表型并统计发芽率;用含0.9% NaCl的Hogland营养液室内处理水稻幼苗10 d,65℃烘48 h之后称量干重;同时将其种植在大田,在水稻孕穗前用0.9%盐水灌溉一次,统计成熟后过表达SiANT1水稻各株系和野生型的单株籽粒重、株高、单株分蘖数,对其耐盐性进行评价;利用定量Real time-PCR方法,验证分析转基因水稻株系中SiANT1及其可能的下游基因的相对表达情况。结果 谷子SiANT1蛋白（XP004985124.1,SiANT1）属于AP2亚族,与高粱（XP021318293.1,SbANT1）和玉米（XP008658933.1,ZmAP2）亲缘关系较近;豫谷一号中SiANT1的表达受高盐胁迫（100 mmol·L^-1 NaCl）诱导;将SiANT1和LP047 1118-Bar-ubi-EDLL载体连接,利用农杆菌转化法将SiANT1转入到水稻基因组中,筛选得阳性T₀植株,繁殖两代得T₃代种子;自来水浸泡下,过表达SiANT1水稻种子萌发率和野生型相差不大,萌芽率为90%以上;0.9%盐水浸泡下,过表达SiANT1水稻种子萌发明显受到抑制,与野生型相比,过表达SiANT1水稻种子露白推迟,但最终（处理120 h）萌芽率达到80%以上;室内水稻苗期用0.9% NaCl处理后,过表达SiANT1水稻的单株干重较受体Kitaake增重14.11%—37.42%,在1%水平上呈显著差异;大田水稻成熟后过表达SiANT1株系单株籽粒重较受体Kitaake增产56.12%—76.58%,在5%水平上呈显著差异,单株分蘖数增多、株高增加,但与野生型无显著差异;半定量RT-PCR分析表明,过表达SiANT1的3个水稻株系都在RNA水平上表达SiANT1;定量Real time-PCR结果表明,过表达SiANT1的3个水稻株系间SiANT1的相对表达量有所差异,但较受体而言,都极显著增加,并且其内源耐盐相关基因OsSOS1和OsZFP182的相对表达量分别较受体提高1.1—1.7倍和1.6—2.3倍。结论 OsSOS1和OsZFP182是耐盐相关基因已被证实,SiANT1具有一定的耐盐性,过表达SiANT1水稻可能是通过增加下游基因OsSOS1和OsZFP182的表达从而提高耐盐性。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

机械粒收推动玉米生产方式转型

李少昆, 王克如, 谢瑞芝, 明博

中国农业科学. 2018, 51(10):  1842-1844.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.003

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摘要：

玉米生长后期倒伏研究进展

薛军, 王克如, 谢瑞芝, 勾玲, 张旺锋, 明博, 侯鹏, 李少昆

中国农业科学. 2018, 51(10):  1845-1854.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.004

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倒伏是玉米生产中普遍存在的问题。传统生产中玉米一般在生理成熟期收获,前人关于倒伏研究也多集中在生育前期茎秆发育过程或者是生理成熟前的某一阶段,而对生理成熟后倒伏研究较少。玉米机械粒收一般在生理成熟后2—4周进行,倒伏将会增加机械粒收过程中的产量损失,降低籽粒品质,使收获难度加大,收获效率以及玉米种植效益明显降低,成为制约玉米种植密度进一步提高和机械粒收技术发展的重要因素。对此,本文从玉米生育后期植株的衰老生理及其影响因素角度进行综述,提出增强玉米后期抗倒伏能力的措施与建议。分析表明,玉米生育后期植株自然衰老将导致叶片、茎秆和根系活力下降,使茎秆含水量、可溶性糖、半纤维素及总结构性碳水化合物含量均降低,细胞壁变薄、细胞间缝隙变大;同时,茎秆和根系PAL、POD和PPO酶活性下降,抗病能力减弱;茎腐病病原菌产生的细胞壁降解酶分解细胞壁中的纤维素,降解寄主细胞,孢子迅速萌发形成菌丝并进入表皮细胞、皮层和维管束组织,加速茎秆组织失水干缩过程,植株空心变软甚至腐烂,茎秆质量下降。而基于密植高产机械粒收技术需求的增密种植、田间站秆籽粒脱水会加速并延长玉米衰老进程,使茎秆质量和抗病能力进一步下降,导致生理成熟后的倒伏风险加大。为有效控制倒伏、加速我国玉米密植高产机械粒收技术的推广,建议：（1）增强玉米生育后期茎秆衰老和倒伏的理论研究;（2）加强玉米抗倒种质创制,选育早熟、耐密植、籽粒脱水快、抗逆性强、适宜机械粒收的品种;（3）通过构建优质土壤耕层,集成宜机收品种、合理密植、肥水科学运筹、化学调控和病虫害综合防控等关键技术,创制高质量健康群体,提高生育后期茎秆的抗倒伏能力;（4）根据各地气候、生态条件,因地制宜制定降低玉米生育后期倒伏风险的应对措施。

玉米品种穗部性状差异及其对籽粒脱水的影响

李璐璐, 明博, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 李少昆

中国农业科学. 2018, 51(10):  1855-1867.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.005

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目的 玉米籽粒脱水速率快、收获期含水率低是适宜机械粒收品种的基本要求。穗部性状是玉米遗传基础的直观表现,与籽粒脱水有较紧密的联系,探寻二者之间的关系、明确影响籽粒脱水速率的关键指标,对于适宜机械粒收品种的选育和筛选具有重要意义。方法 本研究以黄淮海夏玉米区当前主推的22个品种为研究对象,按苞叶、籽粒、穗轴和穗柄等部位将穗部性状分为41个指标参数,于2015—2016年进行连续观测,并与衡量籽粒脱水快慢的5个参数（生理成熟前籽粒脱水速率、生理成熟后籽粒脱水速率、籽粒总脱水速率、生理成熟期籽粒含水率和收获期籽粒含水率）进行相关分析。结果 41个穗部指标在品种间均存在极显著差异,其中部分指标与籽粒脱水特征密切相关。苞叶长度与生理成熟后籽粒脱水速率显著负相关,与收获期籽粒含水率显著正相关;“苞叶长度/果穗长度”与生理成熟后籽粒脱水速率显著负相关;果穗夹角与籽粒总脱水速率显著正相关;穗轴生理成熟期含水率与籽粒生理成熟期、收获期含水率均呈极显著正相关关系;穗粒数与生理成熟前籽粒脱水速率、总脱水速率分别达到极显著、显著水平的负相关关系;“果穗长度/行粒数”与籽粒生理成熟前、后和总脱水速率分别呈显著或极显著正相关关系,与收获期籽粒含水率呈显著负相关关系;生理成熟期百粒干重与籽粒含水率呈显著负相关关系;而穗部其他性状与籽粒脱水速率、生理成熟期和收获期籽粒含水率均无显著相关性。结论 黄淮海区域现有玉米品种穗部性状差异较大,苞叶短、穗轴生理成熟期含水率低、果穗夹角大、穗粒数少、籽粒小等穗部特征有利于籽粒脱水,可为适宜机械粒收品种的筛选和选育提供参考。

玉米穗轴机械强度及其对机械粒收籽粒破碎率的影响

薛军, 李璐璐, 张万旭, 王群, 谢瑞芝, 王克如, 明博, 侯鹏, 李少昆

中国农业科学. 2018, 51(10):  1868-1877.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.006

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目的 明确玉米穗轴机械强度变化规律及其对机械粒收籽粒破碎率的影响,为提高玉米收获质量提供理论依据。方法 本研究通过设置品种大区鉴选试验,对各品种进行分期收获,历次收获均以相同粒收机械与农机操作人员实施,同步调查玉米穗轴形态、含水率、干物质积累、力学特征以及籽粒含水率、机收破碎率等指标,研究玉米生育后期穗轴机械强度的变化特征及其影响因素,分析穗轴机械强度与籽粒破碎率之间的关系。结果 结果显示,随着收获期推迟,玉米籽粒和穗轴含水率逐渐降低,而穗轴8 cm和全长抗折断力及籽粒破碎率均呈现先降低后升高的趋势。籽粒含水率低于20.1%时,机械粒收籽粒破碎率随穗轴抗折断力提高呈极显著的指数增加趋势;当籽粒含水率高于20.1%时,破碎率与穗轴全长抗折断力呈极显著的指数模型关系,与8 cm抗折断力的回归分析未达到显著水平。穗轴抗折断力与穗轴含水率呈显著负相关,与穿刺强度、干重、单位长度干重、单位体积干重呈显著正相关;通径分析表明穗轴单位长度干重对抗折断力的贡献最大。结论 玉米穗轴机械强度是影响机械粒收籽粒破碎的重要因素之一,生育后期穗轴干物质积累和含水率是影响穗轴机械强度的重要因素。

夏玉米籽粒脱水特性及与灌浆特性的关系

李璐璐, 明博, 高尚, 谢瑞芝, 侯鹏, 王克如, 李少昆

中国农业科学. 2018, 51(10):  1878-1889.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.007

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目的 当前,玉米收获期籽粒含水率普遍偏高,限制了中国机械粒收技术的推广应用。玉米籽粒授粉后,灌浆与脱水过程相伴,但二者之间的关系并不明确,本研究通过对不同玉米品种籽粒脱水和灌浆过程的系统观测,明确其籽粒脱水和灌浆特征,探讨二者间的关系,为适宜机械粒收品种的选育和推广提供支持。方法 试验于2015—2016年在河南新乡进行,累计选用22个供试玉米品种,统一授粉。2015年自授粉后26 d开始至11月14日止、2016年自授粉后11 d开始至10月17日止,连续测定籽粒含水率（MC）、含水量（M）、干重（DW）与鲜重（FW）的动态变化,建立这些指标与授粉后积温（T）之间的回归方程,以此明确籽粒脱水和灌浆特征,并结合籽粒脱水、灌浆参数的相关分析结果,探讨这两个过程的关系。结果 玉米籽粒含水率、含水量、干重及鲜重的动态变化与授粉后积温均有极显著的非线性关系。22个参试玉米品种籽粒含水率与授粉后积温的关系符合Logistic Power模型。授粉后,参试品种含水率降至28%需要积温1 126—1 646℃·d,平均1 357℃·d;含水率降至25%需要积温1 218—1 810℃·d,平均1 480℃·d。综合分析籽粒干物质和含水量的变化动态,籽粒含水率变化可分为两个阶段。第一个阶段从籽粒建成至线性灌浆期结束为止,干物质的快速积累是含水率快速下降的主导因素;第二阶段自线性灌浆期结束至籽粒收获,含水率下降的主导因素转化为籽粒水分的持续散失。相关分析显示,玉米灌浆期天数、积温与生理成熟期籽粒含水率在2015年达到极显著负相关,2016年相关性不显著;不同品种生理成熟前、后及总脱水速率与灌浆速率之间相关性不显著。结论 籽粒含水率与授粉后积温建立的Logistic Power回归模型具有良好的预测稳定性。籽粒含水率的变化由籽粒灌浆和籽粒脱水两个关键因素分阶段主导,评价适宜机械粒收的品种,不仅要注意籽粒灌浆特性和熟期,还要关注籽粒脱水特性的选择。

基于品种熟期和籽粒脱水特性的机收粒玉米 适宜播期与收获期分析

张万旭, 明博, 王克如, 刘朝巍, 侯鹏, 陈江鲁, 张国强, 杨京京, 车淑玲, 谢瑞芝, 李少昆

中国农业科学. 2018, 51(10):  1890-1898.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.008

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目的 规模化生产条件下,需要兼顾产量和效率的协同提高。通过合理配置不同熟期品种及播期,能够延长播种和收获的机械作业时间,提高机械利用效率和玉米生产效率。方法 本研究于2015—2017年,选用KWS9384、新玉77和M751 3种不同熟期的主栽玉米品种,观测籽粒含水率变化动态,建立基于授粉后积温（≥0℃）的籽粒含水率预测模型,结合当地气象数据,分析不同品种的播种与收获时期。结果 结果表明,不同熟期品种的产量和适播期不同。早熟品种KWS9384适宜播期和收获期更长,但产量较晚熟品种低;晚熟品种新玉77和M751产量高,但满足生理成熟及脱水至适宜机械粒收含水率的时间更长。通过早熟品种和晚熟品种的搭配,可以有效延长玉米播种及机械粒收的作业时间;早播晚熟品种、晚播早熟品种的配置方案,能够较好地协调产量和籽粒脱水的关系。结论 通过分析不同品种适宜播种期及其相应的适宜收获期,提出了高产高效协同生产目标下的品种和播期配置原则,实现特定生态和生产条件下机具利用效率和效益的最大化,为相关技术需求的研究和应用提供思路。

植物保护

温度和多胺对柑橘溃疡病发生的影响及作用机制

杨枫, 陈传武, 范七君, 石春梅, 谢宗周, 郭大勇, 刘继红

中国农业科学. 2018, 51(10):  1899-1907.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.009

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目的 溃疡病是严重危害柑橘的一种细菌性病害,通常在高温下容易发生。论文旨在阐明高温下柑橘易发生溃疡病的机制,揭示其代谢变化,为利用药剂防治溃疡病提供重要的理论指导。方法 以感病的甜橙（Citrus sinensis）为研究对象,在21℃和30℃下预培养3 d,然后均接种同样浓度（10⁸ cfu/mL）的柑橘溃疡病菌（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）10 μL,比较两组植株的发病率,采用半定量RT-PCR分析两种温度下4个抗病基因AOS、CHI、GPX和PR4A的表达量,利用HPLC测定预培养3 d后叶片内源多胺（腐胺、亚精胺和精胺）的含量。在此基础上,利用外源亚精胺（0.4 mmol·L^-1）处理甜橙植株（以清水处理为对照）,比较亚精胺和清水处理的植株接种溃疡病菌后的发病率和病情指数,分析亚精胺处理对内源多胺含量和抗病基因AOS、CHI、GPX和PR4A表达的影响。结果 溃疡病菌接种后观察发现,21℃培养植株溃疡病的发病率在前期低于30℃培养的植株,至第10天时,两个处理组植株的发病率接近;同时HPLC测定发现,21℃培养植株叶片3种自由态多胺（腐胺、亚精胺和精胺）含量高于30℃培养植株;RT-PCR分析表明,CHI、GPX和PR4A 这3个抗病基因的表达量在21℃培养植株中高于30℃培养植株,而AOS表达水平在两组材料中差异不明显。外源亚精胺处理显著增加了内源腐胺和亚精胺的含量,降低了所处理植株接种溃疡病菌后的发病率和病情指数,接种后14 d发病率比对照降低45%,病情指数比对照降低4.8,而由表型可见对照发病程度重于亚精胺处理材料。此外,亚精胺处理能够增强AOS、CHI、GPX和PR4A 4个抗病基因的表达量。结论 高温下甜橙更易发生溃疡病的可能机制是高温抑制抗病基因的表达和多胺合成。外源多胺处理能够降低甜橙发生溃疡病,可能机制是多胺处理后增强了抗病基因的表达,诱发植株的抗病反应最终表现出抗病。因此,高温是影响溃疡病发生的一个关键环境因子,多胺有助于提高对柑橘溃疡病的抗性。

短小芽孢杆菌AR03挥发性有机物的抑菌活性及其组分分析

王静, 曹建敏, 陈德鑫, 邱军, 王晓强, 冯超, 王文静

中国农业科学. 2018, 51(10):  1908-1919.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.010

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目的 对分离自烟草根际土壤中的一株短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）AR03菌株产生的挥发性有机物进行抑菌活性测定和组分分析。方法 采用培养皿对扣熏蒸法和凹玻片孢子萌发法测定挥发性有机物对烟草黑胫病菌（Phytophthora parasitica var. nicotianae）和赤星病菌（Alternaria alternata）菌落、菌丝生长以及孢子萌发的影响,采用离体叶片接种法测定挥发性有机物对烟草黑胫病和赤星病的防治效果;采用顶空加热法收集抑菌挥发性有机物,对其进行气相色谱-质谱（GC-MS)检测,并结合保留指数（retention index,RI）和内标（internal standard,IS）1-十五烯对其组分进行定性和定量分析。结果 短小芽孢杆菌AR03菌株分泌的挥发性有机物对供试的两种病原真菌均具有一定的抑制作用,表现为经处理后的烟草黑胫病菌菌丝生长稀疏缓慢变粗、分支增多且扭曲、断裂;赤星病菌菌丝生长畸形,其上不产生分生孢子梗,内含物大部分聚集成团导致菌丝干瘪、缢缩。对峙培养2、4、6和8 d时,挥发物对黑胫病菌和赤星病菌菌丝生长的抑制率分别为56.21%和59.23%、64.75%和59.86%、66.13%和61.10%、67.04%和70.00%;对黑胫病菌游动孢子和赤星病菌分生孢子的抑制作用表现为延迟萌发且萌发后的芽管生长缓慢;黑胫病菌产生孢子囊数明显减少,赤星病菌分生孢子各分隔处的细胞畸形肿胀成泡状。离体叶片抗病测定结果显示,挥发性有机物抑制黑胫病菌和赤星病菌病斑在叶片的扩展,对峙熏蒸40 h时,对照叶片黑胫病的发病率为92.50%,圆形坏死病斑直径是25.10 mm,经挥发物处理后叶片发病率为70.83%,病斑直径为9.45 mm,对黑胫病斑扩散的抑制率为62.35%;对峙熏蒸80 h时,对照叶片赤星病的发病率为88.33%,病斑扩散为近圆形的褐色坏死斑,平均直径为8.32 mm,经挥发物处理后赤星病的发病率为60.80%,病斑扩展较慢,平均直径为2.85 mm,挥发物对赤星病斑扩散的抑制率为65.75%。SPME GC-MS分析表明,AR03菌株胞外分泌7种组分挥发性物质,均为C₁₅H₂₄结构的倍半萜烯类化合物,分别是二氢姜黄烯、(E)-β-金合欢烯、γ-姜黄烯、α-姜烯、π-红没药烯、β-倍半萜水芹烯和γ-E-红没药烯;AR03培养1 d后,其中β-倍半萜水芹烯相对含量最高,为80.64%,其次为(E)-β-金合欢烯和α-姜烯,相对含量分别为7.20%和6.67%;随着AR03培养时间的延长,各组分种类相同,但相对含量差异较大,除二氢姜黄烯含量保持基本不变外,其他组分含量呈递减趋势,培养至第6天时,各组分含量下降超过50%。结论 短小芽孢杆菌AR03菌株能够产生具有较强抑菌活性的挥发性有机物,有潜力作为开发抗真菌代谢物和新药物的重要微生物资源。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

生物炭及炭基肥对土壤微生物群落结构的影响

陈坤, 徐晓楠, 彭靖, 冯小杰, 李亚朋, 战秀梅, 韩晓日

中国农业科学. 2018, 51(10):  1920-1930.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.011

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目的 微生物在土壤养分循环中起到转换者的作用。论文以传统有机肥（玉米秸秆和猪厩肥）为对照,探究施用生物炭和炭基肥等新型有机物料培肥改土对土壤微生物群落结构的影响,以期为不同有机物料合理施用提供理论参考。方法 依托沈阳农业大学棕壤改土定位试验平台（始于2009年）,利用磷脂脂肪酸（PLFA）技术研究长期不同有机无机配施条件下土壤理化性质和微生物群落结构特征及二者的相关关系。试验处理包括：秸秆配施化肥还田（CS）、猪厩肥配施化肥（PMC）、炭基肥（BF）以及生物炭配施化肥（BIO）。结果 PMC和BF处理的pH显著高于BIO处理;PMC处理的全氮含量显著高于BF和CS处理,BIO与PMC处理没有显著差异;PMC处理的有机质含量显著高于BF和BIO处理;PMC处理的土壤含水量最高;不同处理间土壤全钾含量没有显著差异。PMC处理的土壤微生物总PLFAs含量最高,其他处理间没有差异;PMC处理的细菌PLFAs含量最高,BF处理的细菌PLFAs含量显著低于BIO和CS处理;PMC处理的真菌、革兰氏阳性和阴性细菌PLFAs含量显著高于BIO处理,BF与PMC处理差异不显著;PMC处理的放线菌含量显著高于CS处理,BF和BIO处理居于中间无显著差异。BF处理的Shannon-Winner多样性指数和真菌/细菌比值显著高于BIO处理,BF和PMC处理的革兰氏阳性/阴性细菌比值显著低于BIO处理。冗余分析（RDA）结果显示,土壤pH、全氮和有机质对土壤微生物各PLFA有极显著影响（P<0.01）,含水量和全钾有显著影响（P<0.05）。结论 生物炭和炭基肥长期施用明显改善了土壤理化性质;相较猪厩肥,施用生物炭不利于真菌和革兰氏阴性细菌的积累,而且施用生物炭和炭基肥对土壤微生物群落的影响不同,施用生物炭有利于细菌群落的繁殖,施用炭基肥有利于土壤真菌/细菌比和土壤微生物群落结构多样性的提高;土壤pH、全氮、有机质、含水量和全钾依次是影响土壤微生物群落的重要因子。

长期不同施肥对甘蔗产量稳定性、肥料贡献率 及养分流失的影响

区惠平, 周柳强, 黄金生, 曾艳, 朱晓晖, 谢如林, 谭宏伟, 黄碧燕

中国农业科学. 2018, 51(10):  1931-1939.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.012

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目的 分析长期不同施肥对甘蔗产量稳定性、肥料贡献率及氮磷养分地表径流流失的影响,明确其对甘蔗产量、肥料利用及环境效应,为南方赤红壤蔗区合理施肥,维持甘蔗高产、稳产及降低环境污染,改善农田生态系统质量提供依据。方法 以长期肥料径流定位监测试验为基础,选取不施肥（CK）、推荐施肥（OPT）、过量施氮（OPT+N）、过量施磷（OPT+P）4个处理,分析甘蔗蔗茎8年产量变化、肥料贡献率及氮磷地表径流流失量。结果 在种植的前4年,CK处理甘蔗蔗茎产量急剧下降,之后保持在50 t·hm^-2并趋于平衡。施肥处理不同年份间波动性较大,但在相同年份内波动较小。与CK相比,施肥显著提高甘蔗蔗茎产量和稳定性,8年平均,蔗茎产量施肥处理增幅均高达70%以上。施肥处理下,蔗茎产量OPT与OPT+P处理差异不显著,但显著高于OPT+N处理。蔗茎产量稳定性三者间均差异不显著。蔗地地力贡献率在试验前4年急剧下降,肥料贡献率急剧上升。之后,两者均基本稳定在50%左右。肥料贡献率及肥料农学利用率OPT处理均显著高于或相当于OPT+N和OPT+P处理。施肥显著提高氮磷养分地表径流流失量。过量施入氮磷肥显著增加相应氮磷流失量,但对氮（磷）肥径流流失率无显著影响。结论 长期过量施入氮磷化肥不仅没有增产、稳产优势,还造成养分流失。推荐施肥是南方赤红壤蔗区兼顾甘蔗高产稳产、高肥料贡献率及低养分流失的较好施肥模式。

水稻籽粒中镉的来源

喻华, 上官宇先, 涂仕华, 秦鱼生, 陈琨, 陈道全, 刘前聪

中国农业科学. 2018, 51(10):  1940-1947.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.013

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目的 深入探讨水稻籽粒中镉（Cd）的来源及其与生长环境中Cd供应强度的关系,为稻米Cd污染防控选用恰当的农艺措施和实施时间提供科学依据。方法 在水稻齐穗期,从Cd污染稻田选取长势一致的水稻植株,分别移入含不同Cd浓度（0、0.2、0.5 mg·L^-1）的营养液盆钵中培养,成熟期分别收获各器官测定生物产量和Cd含量;在大田自然条件下生长的水稻分别在齐穗期、灌浆期、腊熟期和成熟期采集长势均匀一致的植株样本测定生物产量和Cd含量。结果 在营养液中不含Cd（Cd 0处理）的条件下,籽粒中累积的Cd主要来自于根系和茎秆在齐穗前累积的Cd。在齐穗后的生长环境中存在较低有效镉的情况下（即Cd污染稻田自然生长的植株）,籽粒中的Cd则同时来自水稻齐穗前各器官累积的Cd和根系从土壤吸收与直接运输的Cd;水稻叶片和谷壳是水稻齐穗后向籽粒净转移Cd的器官,茎秆和根系既是籽粒Cd的源,也是Cd的净累积器官。而在生长介质有效镉含量丰富的情况下（即Cd培养试验处理中的Cd 0.2和Cd 0.5处理）,籽粒中的Cd则主要来自生长介质,少部分来自水稻各器官的转移。结论 籽粒中的Cd来自齐穗前各器官储存Cd的转移和土壤/介质中Cd的吸收和直接运输,土壤/介质中的可利用Cd含量越高,籽粒含Cd量也越高;只有当土壤/介质中不存在可利用Cd时,水稻各器官中储存的Cd才是籽粒中Cd的唯一来源;水稻各器官中,茎秆和根系是体内Cd的主要储存和输出场所。结合水稻生长早期降Cd措施的基础上,在水稻抽穗-成熟期采取恰当的农艺措施降低土壤中Cd的有效性以及根系吸收和向籽粒的直接运输量,就能有效降低稻米中的Cd含量。

园艺

苹果OFP基因家族的全基因组鉴定与非生物逆境表达分析

许瑞瑞, 李睿, 王小非, 郝玉金

中国农业科学. 2018, 51(10):  1948-1959.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.014

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目的 从苹果全基因组中鉴定OFP（OVATE family protein）家族蛋白成员,对其进行基因结构特征、组织表达及非生物逆境等系统分析,为研究苹果OFP的潜在功能提供理论基础。方法 利用生物信息学手段,在苹果基因组数据库中筛选鉴定OFP基因家族成员;利用MEGA5.0软件进行系统进化树分析;通过MapDraw和GSDS等生物信息学工具分析基因结构及染色体定位;根据已有的苹果芯片数据库结果进行OFP基因表达谱分析;利用实时荧光定量PCR技术检测13个MdOFP的组织表达和诱导表达情况。结果 苹果OFP基因家族包含28个成员,根据系统进化关系将其分为4组,分别包含13、6、4和5个成员;苹果中13条染色体上均有OFP基因分布,其中第12条染色体最多,有6个MdOFP成员,该基因家族的分布具有广泛性;芯片表达谱分析结果表明该类基因家族在花、果实和叶中的表达量较高,qRT-PCR验证结果较一致;经NaCl和PEG处理后,苹果根部与地上部呈现出不同程度的响应差异,NaCl处理明显诱导两组织中MdOFP04和MdOFP20的表达,MdOFP01、MdOFP12和MdOFP18的表达在根部与地上部组织则相反;温度胁迫明显影响MdOFPs的表达量,其中MdOFP04和MdOFP17经高温和低温胁迫处理后均明显上调。结论 苹果OFP基因家族共有28个成员,分布于13条染色体上,该家族成员呈现出不同的组织表达模式和胁迫响应模式。

苹果纯合基因型新种质的性状鉴定与培养

石江鹏, 张春芬, 邓舒, 侯丽媛, 肖蓉, 李芙蓉, 董艳辉, 聂园军, 王亦学, 曹秋芬

中国农业科学. 2018, 51(10):  1960-1971.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.015

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目的 苹果花药培养获得的纯合基因型株系来自不同的花粉粒,因此不同株系的植物学特征、生物学特性,以及诱导培养、生根的条件等都存在差异。本研究对不同个株系试管苗的倍性、表型特征、生根培养条件进行观察分析,选出苹果纯合基因型株系适宜的生根条件及综合性状较好的株系,加强苹果种质资源创新。方法 采用花药培养获得的‘嘎啦’‘富士’‘红星’纯合基因型株系,利用流式细胞仪分析每个株系倍性,探索组培苗的生根培养条件,观察每个株系的根系、叶片形态特征。结果 经苹果花药培养获得32个纯合基因型株系,其中单倍体1株、三倍体1株、四倍体3株、二倍体27株,‘红星’苹果纯合基因型株系的倍性分化率最大,为28.57%。IBA浓度影响再生株系的生根率、根长及根数,苹果纯合基因型株系的最适宜生根浓度为IBA 2—3 mg·L^-1。各个株系的叶数、根长、根数、株高、叶形指数（叶长度/叶宽度）、叶柄有一定差异。‘红星’纯合基因型DH0-1、DH0-3、DH0-4、DH0-7株系,‘富士’纯合基因型DH1-3株系,‘嘎啦’纯合基因型DH2-2、DH2-4、DH2-12、DH2-20株系综合性状较好（植株高、根系长、叶数和根数多）。‘红星’纯合基因型株系的移栽成活率最高,为28.57%。结论 苹果纯合基因型株系的主要倍性为二倍体。与二倍体株系相比,单倍体株系叶基窄、叶柄细、叶色和叶缘锯齿较浅,而多倍体株系表现为叶基更阔、叶柄较粗、叶色和叶缘锯齿变深。

不同砧木对‘87-1’葡萄光合特性及荧光特性的影响

韩晓, 王海波, 王孝娣, 冀晓昊, 史祥宾, 王宝亮, 郑晓翠, 王志强, 刘凤之

中国农业科学. 2018, 51(10):  1972-1981.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.016

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目的 评价贝达、1103P、3309C、140Ru、5C、SO4、华葡1号、抗砧1等8种不同砧木对‘87-1’葡萄光合特性和叶绿素荧光特性的影响,为筛选适宜设施栽培的砧木提供理论基础。方法 通过Li-6400光合仪测定光响应曲线（设定CO₂浓度为400 μmol·mol^-1,温度为25℃,气体流速为500 mmol·s^-1。设定光合有效辐射按照由强到弱的顺序分别为2 000、1 800、1 500、1 200、800、400、200、100、50、20、0 μmol·m^-2·s^-1）、CO₂响应曲线（设定光合有效辐射为1 200 μmol·m^-2·s^-1,温度和气体流速分别设为25℃和500 mmol·s^-1。CO₂浓度按照400、200、100、50、20、400、400、800、1 200、1 500、1 800、2 000 μmol·mol^-1的顺序进行测定）、温度响应曲线（设定光合有效辐射为1 200 μmol·m^-2·s^-1,CO₂浓度控制为400 μmol·mol^-1,气体流速为500 mmol·s^-1。温度按照由小到大的顺序设定为25、27、30、32、35和37℃）,通过3条曲线分别求光补偿点、表观量子效率、暗呼吸效率、羧化效率、CO₂补偿点、不同温度下净光合速率等参数,通过FMS-2型便携脉冲调制式荧光仪测定叶绿素荧光F₀、Fm、Fv、Fv/F₀、Fv/Fm等参数,比较不同砧木对‘87-1’各光合参数的影响,并通过Topsis综合评价法进行排名。结果 ‘87-1’/3309C、‘87-1’/1103P组合表观量子效率高,光补偿点低,暗呼吸速率较低,Topsis综合排名位于前2名,两者耐弱光能力较强。‘87-1’/3309C、‘87-1’/华葡1号羧化效率较高,CO₂补偿点低,Topsis综合排名位于前2名,两者耐低浓度CO₂能力较强。‘87-1’/SO4、‘87-1’/华葡1号不同温度下净光合变化值较小,高温下净光合速率较大,Topsis综合排名位于前2名,说明两者耐高温能力较强。通过方差分析发现‘87-1’/140Ru和‘87-1’/SO4组合F₀最高,‘87-1’/1103P组合Fv最高,‘87-1’/1103P和‘87-1’/3309C的Fv/F₀值最高,8个砧穗组合的Fm和Fv/Fm无显著性差异。结论 3309C、1103P两种砧木可以有效提高‘87-1’耐弱光能力及原初光能转化效率,3309C、华葡1号两种砧木可以提高‘87-1’的耐低浓度CO₂能力,SO4、华葡1号2种砧木可以提高‘87-1’的耐高温能力。

食品科学与工程

胶红酵母产类胡萝卜素固态发酵工艺

孙佳静, 李貌, 孙志洪, 唐志如, 张相鑫, 陈进超

中国农业科学. 2018, 51(10):  1982-1994.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.017

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目的 优化胶红酵母固态发酵底物与发酵条件,提高类胡萝卜素产量,改善发酵产物营养价值,降低生产成本。方法 选用胶红酵母TZR₂₀₁₄作为发酵菌种,采用Design-Expert软件的Mixture-Design设计固态发酵底物的配比,各底物原料的范围如下：麸皮50%—80%、豆粕6%—20%、玉米粉3%—15%、米糠2%—14%、玉米浆2%—10%、硫酸铵0.4%—2.5%、磷酸二氢钾0.05%—0.5%和硫酸镁0.03%—0.3%,通过固态发酵工艺生产类胡萝卜素,并根据类胡萝卜素的产量来确定最优的发酵底物。确定最适发酵底物配比后,利用L₁₆(4⁵)正交设计对发酵条件进行优化设计,各参数的范围如下：接种量5.0%—12.5%、发酵时间60.0—96.0 h、发酵温度26—32℃、pH 4.0—7.0、含水量60.0%—75.0%,根据试验结果确定胶红酵母产类胡萝卜素的最优发酵条件。研究优化的胶红酵母固态发酵工艺对发酵产物粗纤维、粗蛋白质、水分、粗脂肪、粗灰分、钙、磷和氨基酸等营养物质的影响。结果 胶红酵母发酵产物中类胡萝卜素含量与固态发酵底物中麦麸的添加量呈显著负相关（r=-0.336,P=0.045）,与发酵底物中玉米浆的添加量呈显著正相关（r=0.344,P=0.040）,与发酵底物中米糠添加量为正相关（r=0.329,P=0.050）。发酵产物中胶红酵母活菌数与底物中豆粕含量呈显著正相关（r=0.510,P=0.001）。接种量、发酵温度、pH、底物含水量对胶红酵母活菌数均有极显著的影响（P<0.01）,但其中发酵温度对胶红酵母菌体数影响最大,其次是底物含水量,之后依次是接种量和pH。发酵时间、发酵温度和pH均显著影响发酵产物中类胡萝卜素含量（P<0.05）,其中发酵温度对发酵产物中类胡萝卜素含量影响最大,pH次之,发酵时间影响最小。经过发酵工艺的优化,发酵产物中类胡萝卜素产量提高到4 535 μg·kg^-1,发酵产物中的活菌数为3.79×10⁹ CFU/g;发酵后粗纤维、粗蛋白质、粗灰分、苏氨酸、谷氨酸、脯氨酸含量均显著高于发酵前（P<0.05）,而组氨酸、水分、粗脂肪含量显著低于发酵前（P<0.05）。结论 胶红酵母固态发酵产类胡萝卜素底物的最佳配比为麦麸52.5%、豆粕20.0%、玉米粉3.00%、米糠14.0%、玉米浆10.0%、硫酸铵0.40%、磷酸二氢钾0.05%和硫酸镁0.04%;最佳发酵条件为菌液接种量5.0%、发酵时间72.0 h、发酵温度28.0℃、pH 6.0、底物含水量60.0%。经过优化胶红酵母发酵工艺,类胡萝卜素产量得到显著提高,并且发酵产物营养价值得到明显改善。

畜牧·兽医

E2蛋白介导猪瘟病毒的细胞吸附与内化

尹彩霞, 于少雄, 宋琨, 李素, 杨玉莹, 仇华吉

中国农业科学. 2018, 51(10):  1995-2003.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.018

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目的 已有研究显示,猪瘟病毒（CSFV）通过网格蛋白介导的内吞作用侵入宿主细胞,然而参与侵入过程的病毒蛋白尚待阐明。研究旨在明确E2蛋白在CSFV侵入过程中的作用。方法 通过瞬时转染包装携带E2基因的慢病毒,将慢病毒转导悬浮293细胞构建稳定表达重组E2蛋白的悬浮293细胞系,利用亲和层析的方法纯化重组E2蛋白,同时优化表达时间以增加蛋白产量。利用SDS-PAGE和Western blotting分别鉴定了重组E2蛋白的表达水平及其反应原性。通过感染试验、吸附试验以及内化试验分别探究了E2蛋白对CSFV感染、吸附以及内化的影响。将重组E2蛋白免疫BALB/c小鼠制备多克隆抗体,通过阻断ELISA检测血清中多克隆抗体的阻断率。利用制备的多克隆抗体与CSFV感作后进行吸附和内化试验,进一步探究了E2蛋白在介导CSFV吸附和内化中的作用。结果 通过倒置荧光显微镜观察转导慢病毒后的细胞系,与对照细胞相比可见明显的绿色荧光,表明慢病毒成功转导悬浮293细胞。SDS-PAGE结果显示,在还原和非还原条件下均出现与预期大小相符的蛋白条带,经Western blotting验证,上清中表达的重组E2蛋白能够被抗E2蛋白单克隆抗体WH303所识别,表明构建的悬浮293细胞系能够表达重组E2蛋白。通过优化表达条件,悬浮293细胞培养第8天时上清中重组E2蛋白浓度最高可达5.84 μg·mL^-1。可溶性蛋白阻断试验结果显示,重组E2蛋白具有阻断CSFV感染的活性。利用重组E2蛋白在病毒入侵过程中处理细胞对CSFV的感染同样具有显著抑制作用;阻断ELISA和中和试验结果显示,针对E2蛋白的多克隆抗体能够阻断CSFV感染,且具有良好的中和活性;吸附试验和内化试验证明,重组E2蛋白处理细胞能够显著抑制CSFV的内化,而利用多克隆抗体与CSFV感作后能够显著抑制其吸附。结论 E2蛋白参与CSFV吸附和内化。

全株玉米青贮饲喂小尾寒羊和不同组合 杂交羊生产性能的比较

张洁, 张晨, 张崇玉, 曲绪仙, 战汪涛, 杨景晁, 王英楠, 张桂国

中国农业科学. 2018, 51(10):  2004-2012.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.019

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目的 在国家大力推进“粮改饲”的背景下,研究以全株玉米青贮为基础的全混合日粮（total mixed ration, TMR）饲喂小尾寒羊和不同组合杂交羊,对其生长性能、屠宰性能和经济效益的影响,为推进全株玉米青贮应用和肉羊健康养殖提供理论支持。方法 以尼龙袋法对全株玉米青贮前后的营养成分和瘤胃降解性进行评价;饲养试验中选择4个不同品种的3月龄断奶健康公羔羊各30只,体重相近（27.6 ± 1.7）kg,以品种差异分为4个处理,分别是小尾寒羊（SH）,“杜泊×小尾寒羊”杂交F₁（DH）,“蒙古羊×小尾寒羊”杂交F₁（MH）和“杜泊×洼地绵羊”杂交F₁（DW）,每处理3个重复,每重复10只羊,饲喂以全株玉米青贮为基础的TMR,精粗比25:75。预试期10 d,正试期80 d,进行生长性能和屠宰性能的测定。结果 与青贮前相比,青贮后粗蛋白质含量无显著差异（P>0.05）,DM含量、有机物（OM）含量和瘤胃降解参数的快速降解部分（a 值）显著提高（P<0.01）,NDF含量、ADF含量和有效降解率显著降低（P<0.001）。生产性能方面,不同组合杂交羊比小尾寒羊DMI有增加的趋势（0.05<P<0.1）;杜寒和杜洼杂交羊ADG、FCR、胴体重、净肉重、屠宰率、净肉率和胴体净肉率显著高于小尾寒羊（P<0.05）。经济效益方面,各处理的饲料成本无显著差异（P>0.05）,杜寒和杜洼杂交羊净肉增重、产肉效益和生产利润显著高于小尾寒羊和蒙寒杂交羊（P<0.01）。结论 全株玉米青贮适宜作为肉羊育肥TMR主要饲料来源,不同品种的肉羊均表现出良好的生产性能。其中,杜寒和杜洼杂交羊的生产性能和经济效益均优于小尾寒羊和蒙寒杂交羊,而小尾寒羊和蒙寒杂交羊生产性能无显著差异。由此,杜寒和杜洼杂交羊更适合作为黄淮海农区肉羊育肥品种。

研究简报

番茄褪绿病毒实时荧光定量PCR检测技术的建立

丁天波, 刘晓蓓, 李洁, 魏可可, 褚栋

中国农业科学. 2018, 51(10):  2013-2022.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.020

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目的 建立一种实时荧光定量PCR（real-time fluorescent quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR）检测番茄褪绿病毒（Tomato chlorosis virus,ToCV）的方法,用于测定田间植株样品及其传毒媒介烟粉虱（Bemesia tabaci）中ToCV的含量。方法 首先根据ToCV次要外壳蛋白（minor coat protein,CPm）基因的保守区域序列,运用Primer 3.0在线软件设计ToCV特异性检测引物ToCVqF和ToCVqR,并通过Primer-BLAST进行比对保证检测引物的特异性;其次分别以感染ToCV、番茄黄化曲叶病毒（Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV）、番茄斑萎病毒（Tomato spotted wilt virus, TSWV）的番茄样品为模板,应用该对引物进行ToCV基因片段的克隆鉴定;将阳性克隆样品放入含有氨苄青霉素的LB液体培养基中扩大培养,并提取质粒,获得ToCV质粒标准品,将ToCV质粒标准品按10倍浓度梯度稀释,建立标准曲线;同样以按10倍浓度梯度稀释的ToCV质粒标准品为模板,同时运用RT-qPCR和反转录PCR（reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR）,比较这两种方法检测ToCV的灵敏度;最后应用该方法对田间采集的8份疑似ToCV感染的番茄样品以及获毒24 h后的单头烟粉虱进行病毒检测,结合扩增曲线、熔解曲线和Ct值对待测样品中的带毒情况和带毒量进行测定。结果 在感染ToCV的番茄样品和阳性对照中,引物ToCVqF和ToCVqR均能够特异扩增出ToCV CPm基因片段,目的片段大小为230 bp,而在感染TYLCV、TSWV的番茄样品、健康番茄样品和空白对照中,该对引物则无法扩增出特异性目的条带,说明该对引物特异性较强;构建ToCV的RT-qPCR标准曲线结果表明,随着ToCV质粒标准品模板浓度逐渐降低,Ct值出现递增趋势,并且在质粒标准品浓度2.7×10³—2.7×10⁹ copies/μL范围内,ToCV标准曲线Ct值同质粒标准品浓度之间呈现良好的线性关系,扩增效率为100%,决定系数R²=0.9911,直线方程为y= -3.32×lgx+40.06（y代表循环阈值即Ct值,x代表质粒初始浓度）,该曲线将用于ToCV含量的测定。RT-qPCR灵敏度检测结果表明,该方法能够检测出的ToCV质粒标准品最低浓度为2.7×10³ copies/μL,而常规RT-PCR仅能够检测出2.7×10⁵ copies/μL的病毒样品,通过RT-qPCR法检测ToCV比常规RT-PCR法灵敏100倍。该方法能成功检测出田间植物样品携带ToCV情况,8份疑似ToCV感染的番茄样品中有6份携带ToCV,同常规RT-PCR检测结果一致,结合标准曲线计算出感染ToCV的番茄样品带毒量分别为2.48×10⁵、2.21×10⁵、7.97×10⁴、3.74×10⁷、3.37×10⁷、2.78×10⁶ copies/μL;烟粉虱获毒24 h后,携毒率为100%,单头烟粉虱最高带毒量为2.55×10⁴ copies/μL,最低为6.46×10² copies/μL。结论 建立的RT-qPCR检测ToCV的方法特异性强、灵敏度高,可以实现植物样品和媒介昆虫携带ToCV情况和病毒含量的检测,可为ToCV的准确、有效监测和预警提供技术支持。