中国农业科学

中国农业科学. 2020, 53(11): 0.

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山西谷子地方品种农艺性状和品质性状的综合评价

刘思辰,曹晓宁,温琪汾,王海岗,田翔,王君杰,陈凌,秦慧彬,王纶,乔治军

中国农业科学. 2020, 53(11): 2137-2148. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.001

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【目的】通过对山西谷子地方品种种质资源农艺性状和品质性状进行综合评价,分析山西谷子种质资源的多样性特点和分布规律,为种质资源的评价和新品种选育提供参考。【方法】利用变异系数、Shannon-Weaver多样性指数对212份山西谷子种质资源的15个性状进行多样性分析和性状差异分析,采用聚类分析、主成分分析、相关性分析以及逐步回归分析对山西谷子种质资源进行综合评价和鉴定指标筛选。【结果】212份山西谷子种质资源多样性指数范围为0.92—2.15,除粒色外,均大于1.00;变异系数范围为3.35%—38.66%,株高、穗长、茎长、茎粗、穗粗、节数、码数、码粒数、单穗重、穗粒重、千粒重、直/支比和粒色变异比较丰富,淀粉和蛋白质变化较小。聚类分析把山西谷子种质资源分为3个类群：第一类群北部品种,来源地包括大同和朔州;第二类群中部品种,来源地包括阳泉、太原、晋中和榆次;第三类群南部品种,来源地包括临汾和运城,与山西地理分布吻合;北部品种中单穗重、穗粒重和千粒重等性状的平均值更高,南部品种中码粒数、单穗重、千粒重、蛋白质、淀粉和直/支比表现出更高的变异性。主成分分析把15个性状归为9个主成分,累计贡献率为89.26%,表明9个主成分包含了谷子表型性状的大部分信息。山西谷子种质资源表型性状的综合得分F值均值为0.521,临汾的黄疙瘩最高（0.709）,大同的牛毛黄最低（0.315）。15个性状和综合得分F值的相关性分析表明,10个农艺性状（株高、穗长、茎长、茎粗、穗粗、节数、码数、码粒数、单穗重和穗粒重）与F值呈极显著正相关,直/支比与F值也呈极显著正相关。采用逐步回归分析法筛选出9个性状,分别为株高、穗长、茎长、码数、码粒数、单穗重、蛋白质、直/支比和粒色。【结论】山西谷子地方品种表型多样性丰富,山西谷子资源划分为南部品种、中部品种和北部品种,划分结果与地理来源吻合。直/支比可作为评价指标引入到谷子种质资源的综合评价中。筛选出9个性状可以作为谷子种质资源性状评价指标。山西谷子南部资源多样性更丰富,可作为谷子品质和特色育种的资源库。

大豆γ-生育酚的混合遗传分析与QTL定位

梁慧珍,许兰杰,董薇,余永亮,杨红旗,谭政委,李磊,刘新梅

中国农业科学. 2020, 53(11): 2149-2160. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.002

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【目的】通过对大豆γ-生育酚进行混合遗传和QTL定位分析,了解其遗传机制,定位其主效QTL,为高γ-生育酚含量大豆品种的选育奠定基础。【方法】以栽培大豆晋豆23为母本,以山西农家品种大豆灰布支黑豆为父本杂交衍生的重组自交系作为供试群体构建遗传图谱。图谱全长2 047.6 cM,平均图距8.8 cM,包括227个SSR标记,232个标记位点。重组自交系试验群体及亲本材料分别于2011年、2012年和2015年夏季在河南省农业科学院原阳试验基地种植,冬季在海南省三亚南繁试验基地种植。田间试验采取随机区组设计,2次重复。从6个环境中每个家系选取15.00 g籽粒饱满,大小一致的大豆种子,利用高效液相色谱法定性、定量测定样品中的γ-生育酚含量。采用主基因+多基因混合遗传分离分析法,对大豆γ-生育酚含量进行混合遗传分析;采用WinQTLCart 2.5复合区间作图法,对大豆γ-生育酚含量进行QTL定位分析。【结果】主基因+多基因混合遗传分析表明,γ-生育酚受2对重叠作用主基因×加性多基因控制。遗传基因分布在双亲中。三亚试验数据检测出2对主基因间上位性效应值为0.4010—0.5169和多基因的加性效应值为0.1797—0.2146,主基因遗传率为11.27%—13.05%,多基因遗传率为82.51%—86.55%,多基因效应大于主基因效应。原阳试验数据检测到2对主基因间上位性效应值为0.9646—1.8455,主基因遗传率为39.51%—58.96%,没有检测出多基因效应。采用WinQTLCart 2.5复合区间作图（CIM）共检测到9个影响γ-生育酚的QTL,分布于A1（Chr.5）、A2（Chr.8）、C1（Chr.4）、K（Chr.9）、M（Chr.7）和G（Chr.8）6条染色体中,单个QTL的贡献率为7.29%—29.55%。qγ-G-1同时在2011年原阳、2012年三亚、2015年三亚3个环境下检测到,且均定位在G（Chr.18）染色体Satt275—Satt038标记区间0.01 cM处,解释的表型变异分别为8.97%、8.12%和7.91%。qγ-A1-1同时在2011年原阳和2015年原阳2个环境下检测到,且均定位在A1（Chr.5）染色体Satt276—Satt364标记区间0.01 cM处,解释的表型变异分别为29.54%和28.23%。qγ-G-1和qγ-A1-1 2个QTL能够稳定遗传。【结论】γ-T最适遗传模型符合MX2-Duplicate-A,即2对重叠作用主基因×加性多基因模型。其遗传同时受到基因型、环境和上位性的影响。检测到γ-T的2个稳定主效QTL,Satt275—Satt038和Satt276—Satt364是共位标记区间。

基于PCA-Entropy TOPSIS的甘薯品种块根质构品质评价

李玲,徐舒,曹如霞,陈玲玲,崔鹏,吕尊富,陆国权

中国农业科学. 2020, 53(11): 2161-2170. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.003

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【目的】质构品质是甘薯块根品质评价的重要指标,直接影响其鲜食和产后加工。质构品质评价是甘薯综合利用过程和品质育种的重要环节。完善甘薯块根质构品质评价体系,为其利用和育种提供参考。【方法】应用物性分析仪质地多面分析法对45个甘薯品种块根的硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性进行测定,分析各质构参数间的相关性,采用主成分分析确定各个参数权重,并结合TOPSIS法对45个甘薯品种块根的质构品质进行综合评价。【结果】45个甘薯品种的质构参数均有一定差异,咀嚼性和黏附性变异系数较大,分别为35.23%和49.15%。咀嚼性变化范围为60.30—284.66 N,平均为149.29 N,浙薯13的咀嚼性最大,为284.66 N,166-7和龙薯14的咀嚼性较小,分别为60.30和77.28 N;黏附性变化范围为-10.4—-0.80 J,平均为-4.71 J,龙薯31的黏附性最大,为-1.34 J,冀紫薯2号和普薯32的黏附性较小,分别为-9.34和-10.40 J。内聚性和弹性的变异系数较小,分别为14.27%和15.75%。内聚性变化范围为0.15—0.28,平均为0.21,商薯19的内聚性最大,为0.28,红皮白心的内聚性最小,为0.15;弹性变化范围为5.01—8.93 mm,平均为6.59 mm,西农431的弹性最大,为8.93 mm,166-7的弹性最小,为5.01 mm。胶黏性变异系数为23.84%,变化范围为11.97—32.78 N,平均为22.20 N,普薯32的胶黏性最大,为32.78 N,166-7的胶黏性最小,为11.97 N;硬度变异系数为19.47%,变化范围为59.79—143.41 N,平均为105 N,绵粉1号、商徐紫1号和苏薯29的块根硬度大于140.00 N,166-7的块根硬度最小,为59.79 N。相关性分析表明,块根硬度与胶黏性、咀嚼性均呈极显著正相关,胶黏性与咀嚼性呈极显著正相关,内聚性与弹性、胶黏性、咀嚼性均呈极显著正相关,弹性与胶黏性、咀嚼性均呈极显著正相关。6个质构参数经主成分分析,被提取的3个主成分累计方差贡献率达94.674%,硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性的权重分别为0.121、0.161、0.102、0.232、0.162和0.223。【结论】明确了淀粉型甘薯质构品质优良的品种为龙薯31、商薯19和冀薯982;鲜食型甘薯质构品质优良的品种为苏薯16、紫罗兰和徐薯32。

宽幅播种旱作冬小麦幅间距与基因型对产量和水分利用效率的影响

赵刚,樊廷录,李兴茂,张建军,党翼,李尚中,王磊,王淑英,程万莉,倪胜利

中国农业科学. 2020, 53(11): 2171-2181. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.004

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【目的】明确旱作小麦宽幅条播方式与品种的交互作用,进一步提升产量和水分利用效率。【方法】在黄土高原旱作区,选取2个不同基因型品种,采用5个不同播种幅间距,二因素交互处理,在冬小麦不同生育期测定土壤水分、干物质积累量、透光率和产量,经过连续3年连续数据积累,分析不同幅间距的宽幅播种方式和不同株型品种互作对产量和水分利用的影响。【结果】冬小麦灌浆期品种间旗叶和底部位透光率均差异不显著,长6359秸秆+颖壳干物质运转量、运转率和贡献率均高于高秆品种陇鉴117;播种方式方面,幅间距缩小至18 cm时,旗叶部位透光率和干物质运转均高于普通条播;品种间全生育期耗水量差异不大,缩小幅间距至18 cm的宽幅播种,耗水量降低10.8 mm,水分利用效率提高8.91%;不同基因型冬小麦产量差异不显著,长6359和陇鉴117分别通过扩大库容和提高单位面积穗数达到增产目的,品种和幅间距二因素互作对产量影响差异不显著,宽幅播种调节幅间距均能适应不同基因型冬小麦品种,幅间距缩小至18 cm时产量增加139.2 kg·hm ^-2。【结论】旱作冬小麦采用宽幅播种,幅间距为18 cm时,配套不同基因型冬小麦,产量和水分利用效率均可提高,耗水量无显著增加,为区域冬小麦宽幅播种技术配套新品种提供理论依据。

基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米涝渍灾害评估方法

刘聪,武永峰,刘平辉,梁立江

中国农业科学. 2020, 53(11): 2182-2194. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.005

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【目的】研究东北地区春玉米涝渍灾害评估方法,为气候变化背景下东北地区春玉米合理生产和管理提供科学依据。【方法】以权重湿润指数为基础,采用作物需水量代替参考作物蒸散量,构建改进权重湿润指数;运用1986—2015年东北地区春玉米生育期内涝渍灾害事件与改进权重湿润指数耦合方法、基于K-S检验的正态分布显著性检验方法和t-分布区间估计方法等,确定基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度分级阈值;从农田土壤相对湿度与改进权重湿润指数相关性和拟合关系检验,改进权重湿润指数、权重湿润指数评估结果与历史灾情结果一致性检验,以及典型年份涝渍灾变过程动态评估准确性检验3个方面,对改进权重湿润指数评估春玉米涝渍灾害的精度进行验证;分析东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度空间格局,揭示其规律特征。【结果】（1）改进权重湿润指数与不同深度的土壤相对湿度均达到极显著相关（P<0.001）,除玉米快速发育期外,其他生育期内二者相关系数最大值均出现在20 cm深度土壤相对湿度;将不同生育阶段改进权重湿润指数与20 cm深度土壤相对湿度间进行Slogistic曲线拟合,决定系数（R ²）最大值出现在生育中期（0.46）,其后依次是生育后期（0.34）、快速发育期（0.31）和初始生长期（0.21）,均方根误差（RMSE）最小值出现在生育后期（0.49）,其后依次是生育中期（0.51）、初始生长期（0.52）和快速发育期（0.56）,不同生育阶段拟合曲线中90%的20 cm土壤相对湿度所对应的改进权重湿润指数值最小值出现在初始生长期（0.77）,其后依次是快速发育期（1.12）、生育中期（1.21）和生育后期（1.25）。（2）与随机预留的春玉米涝渍灾害事件测试样本中灾情判定结果相比,权重湿润指数评估结果的完全准确率为26.7%,部分准确率为66.7%;改进权重湿润指数评估结果的完全准确率为66.7%,部分准确率为93.3%。（3）以嫩江、白城和沈阳3个代表站点1998年春玉米生育期内涝渍灾害为例,对比降水、权重湿润指数和改进权重湿润指数随时间变化的过程曲线,发现改进权重湿润指数所反映的当年涝渍发生时间和强度等级与灾情资料更为相符,而其大小还可直观表征涝渍强度动态变化。（4）春玉米不同生育阶段各强度等级的涝渍频率差别较大,黑龙江中部、吉林东南部、辽宁东南部为中度及以上涝渍频率的高发区,生育中期是中度及以上涝渍频率高发期。【结论】基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度分级阈值划分方法结果可靠,可表征农田涝渍实际发生状况;相对于权重湿润指数而言,改进权重湿润指数不仅对春玉米涝渍灾害评估准确率更高,而且更适于对涝渍灾变过程的跟踪和动态评估,对于揭示气候变化背景下东北地区春玉米涝渍灾变机制和时空演变规律具有重要意义。

公主岭霉素诱导对育苗期水稻耐冷性的影响

安俊霞,赵宇,张正坤,史海鹏,纪东铭,曹洪翼,杜茜,李启云

中国农业科学. 2020, 53(11): 2195-2206. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.006

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【目的】探讨在低温条件下公主岭霉素对水稻幼苗生长及耐冷相关基因表达、抗逆防御酶活性的影响,明确施用公主岭霉素后育苗期水稻耐冷性的变化。【方法】以‘吉粳88’为试验材料,经公主岭霉素水浸提液浸种引发后播种,调查不同温度下稻种萌发和幼苗生长状况并计算稻种发芽临界温度。将农抗“769”固体发酵物干燥粉碎后添加到水稻育苗基质中,以‘吉粳88’为试验材料,在立针期模拟倒春寒生境对水稻幼苗施加冷胁迫处理,在处理后逐渐缓慢升温并于1—8 d内连续采样,升温至28℃后每隔7 d采样一次;以‘吉宏6号’为试验材料,大棚育苗待水稻幼苗长至一叶一心期采样;采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术,分析模拟生境及大棚育苗环境中幼苗叶片耐冷相关基因OsNAC6、OsSADMC、OsETR4、OsZFP151的表达状况,并检测移栽前大棚秧苗叶片中防御酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）活性的变化。【结果】公主岭霉素能够提高稻种发芽率和发芽指数,缩短发芽时间,其对幼苗生长的促进作用随温度的降低而逐渐明显,G-500X表现最好,使稻种萌发的临界温度降低了4.09%,并以该浓度为基础进行后续的试验研究。光照培养箱低温模拟倒春寒气候条件,低温胁迫下公主岭霉素可调控OsNAC6、OsSADMC、OsETR4表达量的提升,并通过加快响应速度,实现快速反应以应对低温胁迫,对照处理主要通过调控OsZFP151的响应速度和表达量提升应对低温胁迫,但公主岭霉素处理下的水稻幼苗该基因表达量亦得到提升。水稻幼苗在立针期受到低温胁迫后,公主岭霉素处理的幼苗在低温胁迫后OsNAC6、OsSADMC、OsETR4表达量峰值出现时间较对照早1—2 d,且分别比对照提高38.57%、74.66%、130.61%;OsZFP151最高表达量的时间较对照迟2 d,但最高表达量比对照提高了34.91%。大棚育苗,固体发酵物干粉在育苗基质中的最适添加量为8 g·m ^-2,添加后一叶一心期的水稻幼苗叶片中OsNAC6、OsSADMC、OsETR4、OsZFP151的表达量均高于对照,其中OsNAC6、OsSADMC、OsETR4表达量显著提升,OsNAC6在添加量为8 g·m ^-2时表达量最高,为261.20;当固体发酵物干粉添加量为5 g·m ^-2时,OsSADMC表达量最高,比对照提高了126.30%;当固体发酵物干粉添加量为8 g·m ^-2时,OsETR4表达量最高,比对照提高了359.81%。移栽前处于四叶一心期的幼苗,育苗基质中添加公主岭霉素诱导幼苗叶片中SOD、POD、PPO、PAL酶活性均高于对照,其中起主要作用的酶为SOD、PPO,活性分别比对照提高57.18%、28.53%。【结论】公主岭霉素在水稻育苗期施用可降低稻种的发芽临界温度,促进幼苗生长,显著提升幼苗的秧苗素质;公主岭霉素通过提升耐冷相关基因的表达量、加快低温胁迫的响应速度及提高幼苗体内防御酶的活性,促进水稻幼苗耐冷性的增强。

甘薯羽状斑驳病毒O株系和RC株系中国分离物全基因组序列分析及其遗传特征

秦艳红,王永江,王爽,乔奇,田雨婷,张德胜,张振臣

中国农业科学. 2020, 53(11): 2207-2218. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.007

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【目的】对甘薯羽状斑驳病毒（Sweet potato feathery mottle virus,SPFMV）O株系中国分离物（SPFMV-O-Ch1）和RC株系中国分离物（SPFMV-RC-Ch1）的基因组全序列进行克隆,明确SPFMV-O-Ch1和SPFMV-RC-Ch1的基因组结构特征及其遗传变异情况,为研究甘薯羽状斑驳病毒的致病机制打下基础。【方法】根据GenBank中登录的SPFMV基因组全序列设计2对简并引物和3对特异性引物,利用RT-PCR方法,从感染SPFMV的甘薯叶片中扩增SPFMV O株系和RC株系中国分离物的基因组全长序列,将目的片段分别克隆到pMD19-T载体上,经序列测定、分析和拼接,获得SPFMV-O-Ch1和SPFMV-RC-Ch1的全序列,利用DNAMAN和MEGA7对SPFMV基因组全序列及不同编码区序列进行遗传变异和系统进化树分析,利用RDP软件分析SPFMV基因组重组情况。【结果】经序列测定和拼接,结果表明SPFMV-O-Ch1和SPFMV-RC-Ch1基因组分别包含10 922和10 851 nt,均包含一个开放阅读框,分别由10 557和10 482 nt组成,编码一个多聚蛋白,分别由3 518和3 493个氨基酸残基组成。两个分离物均在P1蛋白内编码一个P1N-PISPO蛋白,在P3蛋白内编码一个P3N-PIPO蛋白。基因组全序列核苷酸一致性分析表明,SPFMV-O-Ch1与SPFMV-RC-Ch1的一致性为87.3%,与GenBank登录的其他分离物基因组全序列一致性为86.0%—95.8%,与Ruk73分离物的一致性最高,为95.8%,与11-1分离物的一致性最低,为86.0%。SPFMV-RC-Ch1与GenBank登录的其他分离物基因组全序列一致性为85.9%—98.7%,与IS90分离物的一致性最高,为98.7%,与Aus1-2B分离物的一致性最低,为85.9%。基于多聚蛋白基因核苷酸序列的遗传进化树分析表明,SPFMV-O-Ch1与Ordinary、10-O和17-O等O株系的分离物形成一个分支,SPFMV-RC-Ch1与S、IS90和CW137等RC株系的分离物形成一个分支。重组分析结果表明,O-Ch1分离物中发现3个重组事件,分别发生在7 731—9 710、135—10 012和4 825—6 948 nt,RC-Ch1没有发现重组事件。【结论】我国的SPFMV-O-Ch1和SPFMV-RC-Ch1分离物的基因组结构与其他分离物相同,O-Ch1与O株系分离物一致性较高,RC-Ch1与RC株系分离物一致性较高,O-Ch1分离物检测到3个重组事件,RC-Ch1未发现重组事件。

飞蝗核受体基因LmE75的分子特性和功能分析

刘晓健,郭俊,张学尧,马恩波,张建珍

中国农业科学. 2020, 53(11): 2219-2231. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.008

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【目的】核受体（nuclear receptor,NR）是一类配体依赖型的转录因子,在昆虫生长发育过程中发挥重要作用,本文以重要农业害虫飞蝗（Locusta migratoria）为研究对象,分析核受体基因LmE75的分子特性以及功能,为害虫防治提供新分子靶标。【方法】基于飞蝗转录组数据库获得3条LmE75的cDNA序列,运用Blast和ExPASy网站中相关软件分析各个基因的开放阅读框、预测氨基酸序列、理化特性及保守结构域;使用MEGA 6.0 软件中邻接法（neighbor-joining,NJ）与其他昆虫同源序列进行聚类分析。利用Primer 3.0软件设计3个LmE75亚型的特异性表达引物,运用 reverse transcription-quantitative PCR（RT-qPCR）技术分析3个LmE75亚型在5龄若虫不同组织及4—5龄不同发育日龄的表达特性。体内注射蜕皮激素（20-hydroxyecdysone,20E）诱导和干扰20E受体基因LmEcR的表达后,RT-qPCR检测LmE75的表达,明确LmE75是否受20E调控。利用RNAi（RNA interference）技术,将体外合成的LmE75亚型共同区域的dsRNA注射至5龄飞蝗若虫体内,48 h后提取体壁RNA,反转录为cDNA,运用RT-qPCR技术检测LmE75亚型的沉默效率并观察表型;之后进一步利用H&E（hematoxylin and eosin）染色方法观察LmE75对飞蝗表皮结构的影响。【结果】基于飞蝗转录组数据库获得3条LmE75的cDNA序列,根据其结构特征命名为LmE75A、LmE75B和LmE75C,GenBank登录号分别为MN584732、 MN584733和MN584734。3个LmE75亚型均具有典型的核受体结构域,其中DBD（DNA binding domain）和LBD（ligand binding domain）在各昆虫中高度保守;E75聚类分析结果显示不同目的昆虫类群E75亚型优先聚为一支;RT-qPCR结果显示3个LmE75亚型具有不同的组织和发育表达特性。LmE75A在体壁和肌肉中高表达;LmE75B在体壁中高表达,其次是前肠;LmE75C特异性在体壁高表达;LmE75A在4龄和5龄期均呈现先升高后降低的表达趋势;LmE75B在N4D3和N5D5表达量最高,蜕皮前后表达量均较低;LmE75C在4龄和5龄期均呈现逐渐升高的表达趋势,在蜕皮前表达量最高。20E诱导3 h和6 h后,处理组LmE75的表达量较对照组分别上调了4.2倍和4.5倍。利用RNAi技术干扰LmEcR 48 h后LmE75的表达量较对照组下调59%,表明LmE75受20E调控。在5龄第1天注射dsLmE75后的飞蝗具有明显的发育延迟现象,若虫无法蜕皮至成虫并最终100%死亡。体壁H＆E染色结果显示,注射dsLmE75组飞蝗没有发生皮层溶离现象。【结论】飞蝗中有3个LmE75亚型,三者具有不同的组织和发育表达特性;RNAi试验表明,LmE75在飞蝗蜕皮过程中发挥重要作用。

长期施肥下华北潮土生产力演变及影响因素分析

王乐,陈延华,张淑香,马常宝,孙楠,李春花

中国农业科学. 2020, 53(11): 2232-2240. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.009

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【目的】华北潮土区是我国小麦和玉米的主产区。明确潮土生产力的变化规律,探明影响潮土生产力的主要因素,为潮土的作物增产和可持续发展提供理论依据。【方法】以国家级潮土长期定位监测点位为平台,利用时间趋势分析和中值分析方法分别总结其生产力和土壤肥力因素在不同监测时期变化趋势;并运用逐步回归和通径分析方法分析作物产量的影响因素。【结果】近31年来常规施肥下华北潮土生产力监测结果显示,整个监测期间小麦产量呈上升的趋势,小麦产量均值为6 443 kg·hm ^-2。1988—1993 年小麦平均产量为2 814 kg·hm ^-2,2014—2018 年小麦平均产量为 6 902 kg·hm ^-2,较监测初期（1988—1993）提高 145%,年均增长132 kg·hm ^-2。常规施肥区玉米产量随时间显著升高,1988—1993 年玉米平均产量为2 667 kg·hm ^-2,2014—2018 年玉米平均产量为8 267 kg·hm ^-2,较监测初期（1988—1993年）提高 210%,年均增长 180 kg·hm ^-2。玉米产量及增产效果明显高于小麦。华北潮土区土壤地力对小麦和玉米产量的平均贡献率分别为 48% 和 51% 。施肥量与作物增产量呈显著正相关的关系。随着施肥年限的增加,作物产量的可持续性也在增加。逐步回归和通径分析的结果表明,土壤有效磷为影响整体作物产量的主要因子。对小麦产量具有直接作用的因素顺序依次为有机质、施氮量、施钾量,玉米产量直接作用的因素是全氮、有效磷、施氮量、施磷量。【结论】从整个监测时期来看,潮土生产力在监测后期得到了明显的改善,土壤生产力主要受氮肥、有机质、有效磷等因素影响较大。因此潮土区生产力的提高需要地力的提升和肥料的科学施用。

基于温室番茄产量和果实品质对加气灌溉处理的综合评价

朱艳,蔡焕杰,宋利兵,商子惠,陈慧

中国农业科学. 2020, 53(11): 2241-2252. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.010

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【目的】研究不同灌水水平和滴头埋深条件下加气灌溉对温室番茄产量、灌溉水分利用效率（IWUE）和果实品质的影响,进而对不同试验处理进行综合评价。【方法】试验以常规地下滴灌（S）为对照,设置在W1、W2和W3（对应作物-皿系数k_cp分别为0.6、0.8和1.0）3个灌水水平与D1和D2（分别对应15 cm和25 cm）2种滴头埋深下进行加气灌溉（O）,共12个处理。基于各处理下果实产量和品质指标的差异,通过主成分分析法探索较优的试验处理。【结果】加气灌溉下单株产量、单果重、IWUE、果实中番茄红素、Vc、可溶性糖含量和糖酸比较对照分别显著增加了21.2%、23.9%、21.0%、28.1%、36.0%、22.8%和28.0%（P<0.05）。主成分分析中,第1主成分主要受番茄红素、Vc、灌溉水分利用效率和糖酸比的正影响,且处理W2D1O和W2D2O的得分分列第1和2名。因此处理W2D1O和W2D2O在兼顾节水和番茄果实营养品质方面较优。第2主成分主要受单株产量的正影响和有机酸的负影响,各处理有机酸含量未形成显著性差异且处理W3D1O的单株产量最高,因此得分最高。处理W3D1O的综合得分在12个处理中位列第1位。【结论】灌水水平k_cp为1.0,滴头埋深15 cm的加气灌溉处理可兼顾节水和温室番茄高产、优质的要求,为加气灌溉的实际应用提供理论依据。

中国不同地区‘富士’苹果品质评价

匡立学,聂继云,李银萍,程杨,沈友明

中国农业科学. 2020, 53(11): 2253-2263. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.011

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【目的】确定‘富士’苹果核心品质指标,建立‘富士’苹果品质综合评价模型。【方法】从河北、河南、辽宁、宁夏、山东、山西、陕西、新疆等8个苹果主产省（区）68个市（县）的代表性果园采集176份‘富士’苹果样品进行品质测定,共测定单果重、带皮硬度、去皮硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、维生素C含量、山梨醇含量、葡萄糖含量、果糖含量、蔗糖含量、甜度、固酸比、糖酸比、甜酸比等15项指标。通过主成分分析和聚类分析法确定‘富士’苹果核心品质指标,运用层次分析法确定指标权重,采用灰色关联度法建立‘富士’苹果品质综合评价模型。【结果】不同产区间‘富士’苹果品质指标存在差异性,新疆‘富士’苹果硬度、维生素C含量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、山梨醇含量、果糖含量、蔗糖含量、甜度值等8项品质指标均高于其他省（区）‘富士’苹果。维生素C含量、山梨醇含量、蔗糖含量和甜酸比的变异系数均大于30%,可溶性糖含量的变异系数最小（仅为9.8%）。‘富士’苹果某些品质指标间存在极显著的相关性,可滴定酸含量与固酸比、糖酸比之间相关系数分别为-0.844、-0.854,果糖和甜度值之间相关系数达0.963,固酸比与糖酸比之间相关系数为0.941。通过主成分分析和聚类分析,确定单果重（X₁）、去皮硬度（X₂）、可滴定酸含量（X₃）、固酸比（X₄）和果糖含量（X₅）为‘富士’苹果核心品质指标。通过灰色关联度法建立了‘富士’苹果品质综合评价模型Y=0.2601X₁+0.1378X₂+0.0819X₃+0.2601X₄+0.2601X₅。【结论】单果重、去皮硬度、可滴定酸含量、固酸比和果糖含量为‘富士’苹果核心品质指标,以其建立的评价模型可用于‘富士’苹果品质的综合评价。

4种矮化砧木对再植苹果幼树生长、产量和品质的影响

李民吉,张强,李兴亮,周贝贝,杨雨璋,张军科,周佳,魏钦平

中国农业科学. 2020, 53(11): 2264-2271. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.012

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【目的】连续4年调查研究再植条件下4种矮化自根砧（G935、G41、G11和M9-T337）对‘宫藤’富士苹果幼树树体生长、早果性和产量及品质的影响,评价并筛选适宜北京地区再植使用的苹果矮化自根砧木,为我国老龄低效苹果园再植更新提供技术支撑。【方法】2016年春,刨除6年生苹果树（宫藤富士/SH6/圆叶海棠）,未进行土壤改良,在原行内重茬直接栽植4种矮化自根砧（G935、G11、G41和M9-T337）,品种为宫藤富士苹果苗（2年根1年干）,株行距为1 m×3.8 m,细纺锤整形修剪,再植后（2016年）连续4年调查4种矮化自根砧嫁接‘宫藤富士’苹果树体生长、早果性和产量及品质的差异。【结果】G935和G41自根砧富士树体高度明显高于G11和M9-T337;主枝数量由高到低为：G935>G41>G11>M9-T337;G41和M9-T337大脚现象明显高于G935和G11;G935和G41单株间树体高度、干径和主枝数量差异明显小于G11和M9-T337,园相整齐。再植第4年,G935和G41自根砧树体叶片叶绿素含量和净光合速率显著高于G11和M9-T337,G935和G41叶片百叶鲜重显著高于G11和M9-T337,G935和G41叶片百叶干重显著高于M9-T337。再植4年内,G935和G41矮化自根砧富士生长正常,枝类组成符合正茬矮砧苹果的变化规律;第2年开始,G11和M9-T337树体长枝比例低于30%;第3年和第4年G11和M9-T337树体短枝比例高于80%,长枝比例低于10%,树势衰弱明显。再植第3年,G11幼树成花株率最高,G935和G41次之,M9-T337无成花。再植第4年,G935和G41自根砧富士平均单株产量显著高于M9-T337,G935平均单果重量和果形指数显著高于其他自根砧,各自根砧树体果实可溶性固形物含量、可滴定酸含量和固酸比均无显著差异。【结论】再植条件下,以G935和G41为砧木的幼树树体生长显著优于G11和M9-T337,枝类组成合理,树势中庸但不衰弱,单株间差异小,园相整齐,适宜北京地区重茬栽植使用。

刺葡萄酒酒精发酵过程中氨基酸组成与果香酯类物质生成的关联分析

朱子健,陈思雨,粟俊,陶永胜

中国农业科学. 2020, 53(11): 2272-2284. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.013

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【目的】研究刺葡萄发酵过程中氨基酸的化学组成与果香酯类物质生成的关联,为刺葡萄酒增香酿造提供理论指导。【方法】试验以刺葡萄品种‘湘珍珠’为研究对象,以‘赤霞珠’葡萄为对照,添加酿酒酵母启动酒精发酵,每隔24 h取样,分别采用HPLC和GC-MS方法测定氨基酸和酯类物质的组成及含量,并通过Pearson相关性分析建立二者之间的数学关联。【结果】刺葡萄中除脯氨酸之外的氨基酸总体含量为‘赤霞珠’葡萄的3倍,天冬氨酸、缬氨酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸、精氨酸含量分别达到‘赤霞珠’葡萄中对应氨基酸含量的2.4倍、2.2倍、4.2倍、7.7倍和3倍,但丙氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸含量仅为‘赤霞珠’葡萄中对应氨基酸含量的10%、35%和20%。刺葡萄发酵产生的乙酸酯、短链脂肪酸乙酯、中链脂肪酸乙酯含量仅为‘赤霞珠’葡萄发酵所得上述酯类物质的55%、11%和69%。Pearson相关性分析显示,刺葡萄发酵过程中丙氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸与乙酸酯、脂肪酸乙酯的相关性系数在0.552—0.837,较‘赤霞珠’葡萄发酵体系中相应的相关性系数显著偏低,这可能与刺葡萄酒果香酯类物质含量偏低有关。【结论】刺葡萄中含量偏低的丙氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸可能限制了刺葡萄酒发酵体系中果香酯类物质的积累。

IGF-1调控RBM3表达抑制低温应激诱导牦牛卵丘细胞凋亡

潘阳阳,王萌,芮弦,王立斌,何翃闳,王靖雷,马睿,徐庚全,崔燕,樊江峰,余四九

中国农业科学. 2020, 53(11): 2285-2296. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.014

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【目的】探索动物机体遭受低温应激及细胞冷冻过程中胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor, IGF-1)与RNA结合基序蛋白3(RNA-binding motif protein 3, RBM3)之间的作用关系,及IGF-1参与哺乳动物细胞抑制低温损伤的机制。【方法】体外培养牦牛卵丘细胞,采用实时荧光定量 PCR(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)、蛋白免疫印迹(Western blot, WB )和免疫荧光技术检测不同浓度（0、50、100、200 ng·mL ^-1）IGF-1和低温应激（30℃、25℃）对RBM3表达影响。卵丘细胞经最佳浓度IGF-1(100 ng·mL ^-1)和对照组(0 IGF-1)作用30 h后,低温（30℃、25℃）应激8 h,比较RBM3表达水平。评估在低温应激组、100 ng·mL ^-1 IGF-1处理组和100 ng·mL ^-1 IGF-1+RBM3抑制剂处理组,卵丘细胞25℃应激8 h后凋亡水平差异,并从基因和蛋白水平检测3组卵丘细胞中凋亡相关基因Bax和Bcl-2的表达水平。【结果】 (1) IGF-1作用卵丘细胞后RBM3基因和蛋白的表达水平显著上升 (P<0.05),其在100 ng·mL ^-1 IGF-1处理组最高,免疫荧光检测显示100和200 ng·mL ^-1 IGF-1处理组卵丘细胞胞核和细胞质均可检测到RBM3,而0和50 ng·mL ^-1处理组,RBM3仅定位在细胞质。(2) 卵丘细胞经受低温应激时,RBM3的表达水平显著增加,但其在30℃和25℃应激处理组差异不显著;100 ng·mL ^-1 IGF-1作用卵丘细胞30 h后,其再次接受25℃、8 h低温应激,卵丘细胞中RBM3的表达水平显著高于低温应激前未经IGF-1处理卵丘细胞中RBM3的表达水平,且该处理组卵丘细胞胞质和胞核均可检测到RBM3。(3) 25℃应激后,100 ng·mL ^-1 IGF-1处理组卵丘细胞的凋亡率为(15.94±2.03)%,显著低于其在未经IGF-1处理组和100 ng·mL ^-1 IGF-1+RBM3抑制剂处理组中卵丘细胞的凋亡率,两者分别为(25.86±1.09)%和(20.14±2.65)%,在100 ng·mL ^-1 IGF-1处理组Bcl-2的表达水平显著高于其余两个处理组(P<0.05),而Bax的表达水平显著低于其余两个处理组 (P<0.05)。【结论】RBM3参与牦牛卵丘细胞低温应激调控,IGF-1可调控其在低温应激中的表达水平,从而降低低温诱导的卵丘细胞凋亡。本研究为揭示IGF-1和RBM3参与动物机体或细胞免受低温损伤的分子机制提供了关键信息,为体细胞和生殖细胞冷冻技术的提高提供了理论依据。

应用随机回归模型估计蛋鸡体重遗传参数

郭军,曲亮,窦套存,王星果,沈曼曼,胡玉萍,王克华

中国农业科学. 2020, 53(11): 2297-2304. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.015

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【目的】通过分析勒让德多项式阶数对最大似然值、残差的影响,优化随机回归模型,评估蛋鸡资源群体体重遗传潜能和选择时机,为蛋鸡资源群体育种方案提供参数。【方法】收集东乡绿壳蛋鸡与白莱航鸡F₂资源群体体重数据26 532条。系谱数据包含5 871只鸡,其中4 174只鸡有5条记录,802只鸡有4条记录,128只鸡没有记录。数据清洗包括去除离群值数据、去除翅号重复个体、去除性别不明个体、去除少于4条记录个体。经整理,剩余25 483条体重数据,其中绿壳蛋鸡2 223条,白莱航鸡696条,F₁代6 002条,F₂代16 562条。应用SPSS软件中一般线性模型分析非加性遗传因素对体重的影响,确定将批次、性别列入动物模型固定效应。应用随机回归模型分析蛋鸡早期体重方差组分、遗传参数、随机回归系数矩阵特征向量。随机回归动物模型中包括一般固定效应、固定回归项及随机回归项三类效应。研究中,以批次-性别作为固定效应,以周龄体重作为固定回归项,将加性遗传效应和永久环境效应作为随机回归项。经AIC、BIC筛选,随机回归模型中加性遗传效应宜嵌入5阶勒让德多项式、永久环境效应宜嵌入5阶勒让德多项式、固定回归项宜嵌入2阶勒让德多项式。残差做异质化处理,分为5个水平,即每次观测设定一个残差初始值,观测间隔期残差以线性回归计算。【结果】蛋鸡资源群体1—9周龄体重遗传力为0.46—0.63,重复力为0.88—0.92,遗传相关系数为0.32—0.99,永久环境相关系数为0.34—0.99。遗传相关系数随着周龄间隔增大而减小,相邻周龄遗传相关系数较高。遗传方差、永久环境方差以及残差随年龄增加而增加。加性遗传效应随机回归系数矩阵前三个特征值依次为1 976.91、161.95、42.22,前三个特征值合计解释99%遗传变异。【结论】随机回归模型可用于蛋鸡早期体重遗传评估及选育。对加性遗传系数矩阵第二特征方程系数进行选择可以改变个体生长曲线,选择时机宜在3—6周龄。蛋鸡资源群体早期体重遗传力略高于其它群体同类研究结果。

基于PTN系统分析不同种植地转基因水稻种子可培养内生真菌菌群的多样性

赵艳,王天圻,朱军莉

中国农业科学. 2020, 53(11): 2305-2320. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.016

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【目的】比较不同种植地、不同品种来源的转基因（genetically modified,GM）水稻近等基因系种子内生真菌的丰富度和多样性,探讨变异发生的影响因素,为研究GM水稻种子内生真菌种群结构的非预期变异提供科学基础。【方法】收集转2mG2-epsps抗草甘膦水稻株系（transgenic line,T）,及相应的对照样本亲本品种（parent variety,P）和非转基因组培再生株系（non-transgenic regeneration line from tissue culture,NR）,建立亲本对照-转基因株系-非转基因对照（parent control-transgenic plant line-non-transgenic control,PTN）近等基因系。粳稻品种日本晴亲本（P1）及其相应的T16和NR25组成P1近等基因系（P1 near-isogenic line,P1L）,粳稻品种PJ574亲本（P2）及其相应的T23和NR18组成P2近等基因系（P2 near-isogenic line,P2L）。在海南省（Hainan province,H）和浙江省富阳市（Fuyang,Zhejiang province,F）两地种植并收获水稻种子,采用组织培养法分离内生真菌,通过形态学和分子生物学相结合的方法对菌株分类鉴定。以分离率（isolation rate,IR）、分离频率（isolation frequency,IF）、丰富度指数Margalef（D）、多样性指数Shannon-Wiener（H'）和均匀度指数Evenness（E）反映真菌的结构和分布,以Sorenson相似性系数（Cs）和Fisher精确检验（Fisher's exact test）结果描述水稻样本之间的内生真菌菌群组成差异。【结果】从海南省和浙江省富阳市两地的P1L和P2L近等基因系水稻种子样本中共分离121株内生真菌,鉴定为15个属,其中,Curvularia、Dendryphiella、Epicoccum、Fusarium为优势菌属,Fusarium为两地共有的优势菌属。F地水稻种子内生真菌总IR（4.61%）是H地样本（0.83%）的5.05倍。F地样本内生真菌类群的丰富度指数（2.29）,Shannon-Wiener（H'）多样性指数（1.63）和均匀度指数（0.66）均显著高于H地样本。H地种植的P1L和P2L种子内生真菌菌属组成的相似性系数（Cs）为0.615,F地种植时二者的Cs=0.737,均为中等相似,Fisher精确检验分析表明二者无显著性差异（P>0.05）。除HT16外的GM株系与相应亲本种子内生真菌类群的相似性系数为0.500—0.667,均为中等相似。但与相应亲本相比,GM水稻株系种子内生真菌的IF和菌属数存在显著性非预期变异,其中IF变异方向和幅度因种植地不同而波动。而且FT16增加2个菌属Phaeosphaeria和Nigrospora,HT23增加了1个菌属Letendraea helminthicola,FT23增加了Curvularia和Cladosporium 2个菌属,这些GM株系种子内生真菌菌属增多的变异来源于转基因插入突变,需要关注其安全性。而GM株系种子内生真菌种类减少的变异来源于组织培养无性系变异,较为安全。水稻种子真菌IF变异幅度及排序：P1和P2品种两地之间差异（30.58%）>P1和P2品种之间差异（27.28%）>NR株系变异（23.14%）>GM株系变异（22.32%）。种子内生真菌总属数变异幅度及排序：P1和P2品种两种植地之间差异（9）>P1和P2品种之间差异（8）=NR株系变异（8）=GM株系变异（8）。【结论】水稻种子内生真菌丰富多样,可培养内生真菌绝大多数为子囊菌。不同种植地域水稻种子内生真菌菌群组成存在差异,镰刀菌（Fusarium）为海南省和浙江省富阳市两地水稻种子的共有优势内生菌属。转基因技术和组织培养技术均显著影响水稻种子内生真菌类群的结构,但其非预期变异效应低于种植地域影响和品种差异,其中GM水稻种子内生真菌菌属种类增多的变异主要来源于转基因插入突变效应,需安全性评估。

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