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2021年 第54卷 第18期 刊出日期：2021-09-16

  

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中国农业科学. 2021, 54(18):  0-0. 

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

分子植物育种助推南繁种业转型升级

张兴平,钱前,张嘉楠,邓兴旺,万建民,徐云碧

中国农业科学. 2021, 54(18):  3789-3804.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001

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异地加代可以经济有效地加快育种进程。长期以来,海南省作为中国最南端省份,只在冬季用来进行育种材料的扩繁和加代,其周年可以种植农作物的自然气候和环境并未得到充分有效地利用。分子标记辅助育种与其他现代育种技术相融合,将助推南繁种业从单一的繁殖加代向资源引进和评价、育种选择、纯度检测、种质交流和产权保护等在内的全产业链模式转变,实现从海南冬繁到周年育种的转变,将海南的南繁地理和生态优势转化为南繁与育种相整合的全产业链优势,加快育种进展、提高育种效率,促进种业发展。本文讨论了海南地理生态优势与南繁种业现状,南繁种业转型升级的必要性和可能性,以及所面临的挑战和机遇。实现南繁种业的转型升级有赖于异地选择观念的转变、国家相关政策的支持、分子育种平台的支撑、生物安全防控、品种保护制度的建立和完善、资源共享和交流机制的形成。数量和群体遗传、基因型和环境互作、分子设计和大数据构成了南繁种业转型升级所需的育种理论。分子设计包括宏观水平的个体设计、群体设计和物种设计,微观水平的基因设计、代谢设计和网络设计。高通量精准表现型鉴定、环境型鉴定、信息处理和网络技术、决策支撑系统等是南繁种业转型升级所需的育种平台。作为分子育种的核心支撑,现已发展了基于靶向测序-液相芯片的基因型检测（genotyping by target sequencing and liquid chip,GBTS-LC）技术,通过GenoPlexs可以实现高达5 000对标记引物高度均一的多重PCR靶向扩增,而基于液态探针捕获的GenoBaits,可以获取高达40K个目标位点（每个位点包含多个SNP）。该技术具有平台广适性、标记灵活性、检测高效性、信息可加性、支撑便捷性、应用广普性,已成为分子育种中取代固相芯片的重要分子检测技术。要实现“海南育种,全国测试”,需要构建包括高效育种设施、快速育种、转基因和基因编辑技术、双单倍体育种技术、全基因组选择等在内的综合育种体系。为此,要倡导资源共享的开源育种模式,建设横跨动植物的共性方法、技术和平台,开展资源引进、监测和评价,构建种质资源指纹图谱,强化品种权保护、种子质量控制和纯度检测。希望借此推进有关南繁种业转型升级的公众讨论和政府决策,从而推进整个种业的科技进步和现代化。

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建水稻ospin9突变体

吴世洋,杨晓祎,张艳雯,侯典云,胥华伟

中国农业科学. 2021, 54(18):  3805-3817.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.002

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【目的】生长素输出载体蛋白（PIN-FORMED,PIN）是控制生长素极性运输的关键蛋白,水稻OsPIN9是单子叶植物特有的PIN基因,但其生物学功能仍有待研究。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对OsPIN9进行编辑,获得OsPIN9发生突变的基因编辑株系,对进一步深入研究OsPIN9功能提供依据。【方法】根据OsPIN9序列设计特异性编辑位点,构建OsPIN9编辑载体,以日本晴愈伤组织为受体,通过农杆菌介导法获得抗性植株,通过PCR鉴定转基因植株。转基因植株通过PCR和测序明确OsPIN9的突变类型,获得ospin9纯合突变体并分析突变蛋白与野生型蛋白的差异。qRT-PCR分析突变体幼苗根部OsPINs的表达,进一步明确突变体与野生型对照植株之间的表型差异。以0.05 μmol·L^-1的萘乙酸（1-naphthaleneacetic acid,NAA）处理幼苗7 d,分析NAA对植株表型的影响。【结果】在水稻OsPIN9第1外显子处设计靶点并构建表达载体,通过遗传转化成功获得18株T₀代转基因植株,测序分析发现转基因株系中有3种不同的突变方式,均为在靶位点的18位碱基处插入不同的单碱基,其中,3株插入T碱基,3株插入G碱基,1株插入C碱基,共获得基因编辑株系7株,进一步鉴定获得2种纯合突变体。序列比对分析表明,这两种类型的突变均造成移码突变和蛋白翻译提前终止,由原来的426个氨基酸缩短为172个氨基酸,跨膜螺旋结构域分析表明突变体中OsPIN9蛋白的跨膜结构完全消失。qRT-PCR分析表明,2个突变株系的OsPIN9转录水平显著降低,OsPIN1a和OsPIN5b表达上调,而OsPIN5a表达受到抑制。幼苗期的表型分析表明,突变体的株高显著低于野生型,不定根数显著少于野生型,但根长没有显著变化。NAA处理下,植株的生长受到抑制,ospin9突变体的不定根数仍少于野生型,但差异已不显著。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻生长素输出载体蛋白OsPIN9进行定向编辑,可获得无转基因成分的基因编辑植株,OsPIN9的突变影响其他OsPINs的表达,ospin9突变体的地上部和地下部的发育都受到抑制,NAA处理能部分恢复突变体不定根的发育。

小麦种质资源成株期氮效率评价及筛选

赵瑞,张旭辉,张程炀,郭泾磊,汪妤,李红霞

中国农业科学. 2021, 54(18):  3818-3833.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.003

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【目的】建立小麦成株期氮效率评价方法,挖掘和筛选氮高效种质资源,为小麦氮效率的生理机制研究和氮高效品种的选育提供理论依据和材料基础。【方法】2018—2020年,以108份不同基因型小麦品种为材料,采用大田试验,设置4个氮肥处理水平（0、180、240和360 kg·hm^-2）,调查不同氮水平下小麦株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、茎粗、可育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽和单穗产量11个农艺及产量性状,利用模糊隶属函数法、主成分分析法以及聚类分析法对小麦品种进行耐氮性评价和基因型差异分类。【结果】连续2年的数据结果显示,在低氮胁迫下,株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、茎粗、可育小穗数、穗粒数和单穗产量8个性状均受到不同程度的抑制,其中,旗叶长对氮胁迫的敏感程度最大。主成分分析提取4个主成分,贡献率分别为39.766%、16.661%、9.361%和9.275%,累积贡献率达75.064%。以耐低氮性综合评价D值进行聚类分析,将供试小麦品种划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮型小麦品种5份,温麦19、西农529、石4185、陇麦212和丰抗2,强耐低氮型小麦品种2份,中麦875和西农158。与低氮胁迫不同,高氮胁迫仅抑制茎粗、千粒重、粒长、粒宽和单穗产量5个性状,株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、可育小穗数和穗粒数6个性状值随施氮量上升而增加。4个主成分的贡献率分别为31.348%、20.387%、12.452%和9.850%,累积贡献率达74.037%。依据耐高氮性综合评价D值,将供试小麦品种划分为耐高氮型、中间型、高氮较敏感型和高氮敏感型4类。鉴定出耐高氮型小麦品种9份,包括兰考矮早8、良星99、农大179、豫农9901、兰考926和郑农46等。基于籽粒产量和氮综合评价D值,将108份小麦品种划分为4种氮效率类型,双高效型（西农158和陇麦212等）、低氮高效型（西农585和石4185等）、高氮高效型（长丰1号和中种麦10号等）和双低效型（金丰7183和泛麦5号等）。【结论】供氮水平对小麦产量相关性状指标有显著影响,基于小麦种质间氮吸收与利用效率的差异,结合3种分析方法,可以准确评价小麦种质资源成株期氮效率状况。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

弱光涝渍复合胁迫对夏玉米产量及光合特性的影响

于维祯,张晓驰,胡娟,邵靖宜,刘鹏,赵斌,任佰朝

中国农业科学. 2021, 54(18):  3834-3846.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.004

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【目的】旨在探讨不同生育时期弱光涝渍复合胁迫影响夏玉米产量和光合特性的生理机制。【方法】选用DH605为试验材料,通过在大田条件下设置不同生育时期遮阴、淹水以及遮阴+淹水处理,即分别为三叶期淹水（V3-W）、拔节期淹水（V6-W）、开花期淹水（VT-W）;三叶期遮阴（V3-S）、拔节期遮阴（V6-S）、开花期遮阴（VT-S）;三叶期遮阴淹水（V3-S-W）、拔节期遮阴淹水（V6-S-W）、开花期遮阴淹水（VT-S-W）,并以自然光和常规水分处理为对照（CK）,以模拟不同生育时期的寡照、涝渍及其复合胁迫,研究不同生育时期遮阴淹水复合处理对夏玉米产量、光合特性以及干物质的积累与分配的影响。【结果】遮阴淹水后,夏玉米叶面积指数（LAI）下降,叶片叶绿素相对含量（SPAD值）显著降低,净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）显著下降,胞间二氧化碳浓度（Ci）小幅上升,其中V3-S-W、V6-S-W和VT-S-W处理的Pn较CK分别下降43.7%、41.1%和35.1%,且遮阴淹水复合处理后夏玉米净光合速率的下降幅度大于遮阴、淹水等单一胁迫。遮阴淹水复合处理引发夏玉米光合性能降低,导致夏玉米干物质积累能力及向籽粒分配比例的下降并最终导致产量降低。从2018年和2019年的产量平均值来看,V3-S-W、V6-S-W和VT-S-W处理的产量较CK分别降低32.5%、28.3%和24.7%。与单一遮阴和淹水处理相比,V3-S-W处理的产量较V3-S和V3-W处理分别降低26.3%和13.1%;V6-S-W处理的产量较V6-S和V6-W处理分别下降14.9%和6.2%;VT-S-W处理的产量较VT-S和VT-W处理分别降低2.9%和15.0%。【结论】遮阴淹水复合处理导致夏玉米群体叶面积指数显著降低,叶绿素相对含量下降,光合性能受到抑制,进而导致夏玉米光合同化物的积累与分配受阻,最终导致产量显著下降。三叶期遮阴淹水对夏玉米光合特性和产量的下降幅度的影响最大,拔节期次之,花期的影响较小。同时,遮阴淹水复合处理造成的光合特性及产量下降程度高于任一单处理。

全球气候变暖对中国种植制度可能影响ⅩⅢ. 东北三省春玉米熟型调整的降水限制及其对产量的可能影响

李娥,赵锦,叶清,高继卿,杨晓光

中国农业科学. 2021, 54(18):  3847-3859.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.005

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【目的】研究气候变化背景下东北三省春玉米品种熟型调整敏感区域内的降水条件变化及其对产量的可能影响,为当地春玉米种植品种熟型的调整提供科学参考。【方法】以1985年为时间节点,将1961—2017年分为2个时间段（1961—1985年和1986—2017年）。基于东北三省春玉米品种熟型调整敏感区域内的24个地面气象观测站点1961—2017年地面气象观测资料和16个农业气象试验站点1981—2007年玉米生育期的观测资料,分析春玉米不同生育阶段水分条件的变化特征,并运用作物生产潜力逐级订正法计算降水条件变化对生产潜力的影响。【结果】（1）1961—2017年,东北三省春玉米品种熟型调整的敏感地带内实际播种期呈提前趋势,成熟期呈推迟趋势,实际生产中品种熟型的调整导致实际生育期延长。（2）敏感区域内春玉米品种熟型的调整,使生育前期（播种—拔节）和后期（开花—成熟）需水量增加,生育中期（拔节—开花）需水量减少;同时,生育前期有效降水量呈现增加趋势,生育中期和后期有效降水量呈现减少趋势。（3）品种熟型调整后,春玉米生育中期有效降水量满足率最低。（4）品种熟型调整后,气候生产潜力在中晚熟品种调整为晚熟的区域5南部和西部的宽甸和通榆站点呈减小趋势,波动性增加,在特早熟品种调整为早熟的区域1和早熟品种调整为中熟的区域3北部气候生产潜力呈增加趋势且波动性降低。【结论】全球气候变化的背景下,东北地区敏感区域内有效降水量满足率在生育中期和后期降低,气候生产潜力在研究区域的西部和南部减小、东部增大且不稳定性高。因此,在敏感区域的东部、西部和南部仍要进一步关注品种熟型的选取,同时在春玉米生育中期和后期,及时进行灌溉补充水分,确保春玉米产量。

植物保护

基于增强回归树的海河平原小麦赤霉病预测模型构建与验证

陶晡, 齐永志, 屈赟, 曹志艳, 赵绪生, 甄文超

中国农业科学. 2021, 54(18):  3860-3870.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.006

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【背景】自1995年至今,小麦赤霉病（Fusarium head blight,FHB）逐渐在海河平原蔓延,由零星出现演变成连片发生,在流行年份呈现出暴发快、面积大、损失重的特点,小麦赤霉病已由次要病害上升为主要病害之一。准确的预测预报是有效控制小麦赤霉病发生与发展的关键和难点。【目的】根据海河平原小麦赤霉病发生情况的监测分析,构建适宜的小麦赤霉病预测模型,为科学防控赤霉病提供技术支撑。【方法】基于2001—2016年海河平原21个小麦主产县（市）的赤霉病病穗率数据,以及小麦关键生育期内的气象数据,采用逐步回归分析,筛选影响小麦赤霉病发生的关键气象因子,构建基于多元线性回归模型和增强回归树模型的小麦赤霉病发生预测模型。【结果】明确了增强回归树模型的学习效率（lr）为0.005、树的复杂度（tc）为6时,模型的预测偏差最低,残差标准误为0.006311;筛选出8个对海河平原小麦赤霉病发生影响显著的关键气象因子,即MRH₁₅、Rain_-35、MRH_-55、SD₁₅、LT_-65、MWS_-55、MT_-25、DRain₁₅,并构建了含有8个预测变量的多元线性回归模型（R²=0.8158,矫正R²=0.8018,P<2.2×10^-16）。同时,应用增强回归树模型评估了上述8个关键气象因子的重要性,分别为69.62%、14.08%、4.89%、4.34%、3.35%、2.02%、1.20%、0.50%;根据重要的预测变量进一步简化预测模型,构建了含有4个预测变量的多元线性回归模型（y=-19.45376+0.11689MRH₁₅+0.17346Rain_-35+0.04185SD₁₅+0.26592MRH_-55,R²=0.7575,矫正R²=0.7468,P<2.2×10^-16）;当预测变量由8个调减至4个时,利用2008、2010、2012年安新、定州、馆陶等地历史数据验证模型预测病穗率的准确度,多元线性回归模型预测准确度由88.43%降至85.90%,增强回归树模型预测准确度由87.72%升至91.23%;利用2001—2016年正定、栾城的历史数据验证模型预测病穗率的准确度,两个模型预测准确度无显著变化,多元线性回归模型预测准确度由87.53%变为87.42%,增强回归树模型预测准确度由89.20%变为89.21%。整体而言,多元线性回归模型预测准确度呈下降趋势,而增强回归树模型预测准确度呈上升趋势。【结论】研究构建了含有4个预测变量的增强回归树模型,其预测准确度达89.21%,病穗率预测值与实际观测值的波动趋势基本一致,表明增强回归树模型在海河平原小麦赤霉病预测预报中具有很好的应用前景。

转CiNPR4基因柑橘抗溃疡病的机制解析

张婧芸,刘语诺,王兆昊,彭爱红,陈善春,何永睿

中国农业科学. 2021, 54(18):  3871-3880.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.007

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【目的】病程相关基因非表达子1（non-expressor of pathogenesis-related gene 1,NPR1）是水杨酸（salicylic acid,SA）介导的系统获得性抗性信号转导途径中一个重要的转录因子,在调节植物的抗病方面发挥着关键性的作用。研究耐黄龙病的‘Jackson’葡萄柚（Citrus paradisi）中的NPR1-like基因CiNPR4对柑橘溃疡病的抗性,解析过表达CiNPR4的转基因晚锦橙（C. sinensis）抗柑橘溃疡病的机理。【方法】选取黄龙病抗性增强的CiNPR4转基因柑橘,采取完全成熟的叶片利用针刺法进行柑橘溃疡病的离体抗性评价分析;在此基础上,对溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株利用针刺法离体接种溃疡病菌（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）,统计接种Xcc后0、1、3、5、7和9 d的细菌数量;利用注射法对溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株叶片接种Xcc,接种后0、3和5 d收集接种部位的叶片,测定叶片中SA和茉莉酸（jasmonic acid,JA）含量;同时,收集接种Xcc后0、3和5 d接种部位的叶片,利用实时荧光定量 PCR分析SA和JA分别介导的防御反应相关基因CsPR1和CsPDF1.2在Xcc诱导下表达水平的变化;根据CiNPR4蛋白与TGA转录因子相互作用网络预测CiNPR4互作蛋白为Ciclev10005080m和Ciclev10001081m,以甜橙为参考基因组,将这两个基因在https://www.citrusgenomedb.org/网站上进行blastx分析,预测CiNPR4在甜橙基因组中互作的候选蛋白,克隆CiNPR4和候选蛋白基因的cDNA,利用同源重组法分别构建诱饵载体和猎物载体,并将诱饵质粒和猎物质粒共转入酵母菌株Y2HGold中,进行点对点酵母双杂交分析。【结果】CiNPR4的超量表达减轻了转基因柑橘叶片上溃疡病的症状,柑橘溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株叶片上Xcc的生长比较缓慢,在接种Xcc后9 d,转基因植株Xcc数量显著低于野生型（wild type,WT）晚锦橙;Xcc诱导0 d,溃疡病抗性增强的CiNPR4转基因植株含有与WT植株无差异的SA含量,随着Xcc诱导时间的延长,CiNPR4转基因植株中SA的含量显著增加;而Xcc处理0 d时,WT植株含有显著高于CiNPR4转基因植株的JA含量,随后,JA含量在CiNPR4转基因植株中逐步上升,Xcc处理5 d时,达到显著高于WT植株的水平;而WT植株在整个处理期间SA和JA的含量基本保持不变;溃疡病抗性增强的转基因植株受Xcc诱导3 d时CsPR1的表达水平迅速上升,达到与WT植株差异显著的水平,而CsPDF1.2的表达水平在Xcc诱导5 d时上升;WT植株受Xcc诱导后CsPR1的表达水平没有发生显著变化,而CsPDF1.2的表达水平在Xcc诱导5 d时上升,且显著高于CiNPR4转基因植株中CsPDF1.2的表达水平;酵母双杂交分析证实,CiNPR4与甜橙基因组中的CsTGA2转录因子互作。【结论】CiNPR4与CsTGA2转录因子互作,通过促进SA而抑制JA介导的防御反应,调控转基因柑橘对溃疡病的抗性。

甜菜夜蛾双重氧化酶基因SeDuox的克隆、表达及功能分析

付超然, 李亚子, 吴涵, 赵丹, 郭巍, 郭晓昌

中国农业科学. 2021, 54(18):  3881-3891.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.008

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【目的】昆虫双重氧化酶（dual oxidase,Duox）介导产生活性氧（reactive oxygen species,ROS）是调节昆虫肠道微生物动态平衡的重要免疫机制。本研究通过分析甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）双重氧化酶基因（SeDuox）的序列特征与表达模式,RNAi技术探究SeDuox基因沉默对甜菜夜蛾肠道细菌载量的影响,分析SeDuox对苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）的免疫响应,从而明确SeDuox在昆虫肠道免疫调控中的作用,为甜菜夜蛾的综合防控提供新的思路和作用靶标。【方法】利用反转录PCR（RT-PCR）技术克隆SeDuox,序列特征进行生物信息学分析,采用ClustalX和MEGA_X软件构建系统发育树;克隆SeDuox膜外91—1 767 bp编码基因SeDuox-OM,利用Bac to Bac表达系统构建Bacmid-SeDuox-OM,脂质体转染法转染昆虫细胞Sf9,表达SeDuox-OM膜外蛋白;采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）方法分析甜菜夜蛾不同组织（围食膜、血淋巴、脂肪体、马氏管、中肠和表皮）和不同发育时期（卵、1—5龄幼虫、雌蛹、雄蛹）SeDuox的表达水平;利用RNAi技术进行功能分析,向4龄幼虫注射SeDuox的dsRNA,以注射绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）的dsRNA作为对照,注射48 h和72 h后检测基因沉默效果及肠道细菌载量的变化;向甜菜夜蛾幼虫饲喂Bt,RT-qPCR方法分析SeDuox及相关免疫基因的诱导表达情况。【结果】SeDuox序列全长为4 497 bp,编码1 498个氨基酸,预测蛋白质的相对分子量为171.62 kD。SMART分析结构域发现SeDuox含有过氧化物酶结构域（peroxidase）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸结构域（NAD）、N-端钙离子结合域（EFH）、铁还原酶结构域（Ferric）和黄素腺嘌呤二核苷酸结构域（FAD）,与斜纹夜蛾（Spodoptera litura）、草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）等昆虫的Duox结构域类似。TMHMM分析显示有7个跨膜区,跨膜片段SeDuox-OM 在昆虫细胞中成功表达约80 kD的重组蛋白;RT-qPCR分析结果显示SeDuox在甜菜夜蛾4龄幼虫不同组织中均有表达,其中围食膜和中肠表达量较高;在不同发育时期均有表达,但在卵期表达量最高。与注射dsGFP相比,注射 dsSeDuox 的甜菜夜蛾幼虫在48 h和72 h时,SeDuox表达量分别下调了62.08%和74.94%,肠道微生物载量显著升高。甜菜夜蛾幼虫取食Bt GS36 48 h时,SeDuox表达量显著增加,随着侵染时间的延长,其表达量呈现出先升高后降低再趋于稳定的特点。【结论】甜菜夜蛾SeDuox具有保守的结构域,在中肠和围食膜中高表达,SeDuox在宿主肠道免疫调控中起重要作用,可能与抗菌肽基因协同作用抵御Bt的侵染。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

国家粮食安全与农业双碳目标的双赢策略

张卫建,严圣吉,张俊,江瑜,邓艾兴

中国农业科学. 2021, 54(18):  3892-3902.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.009

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粮食安全是国家安全的基石,碳达峰与碳中和已成为我国长期战略。我国是粮食消费大国,95%以上的粮食及重要农产品供应仍然靠国内农业生产。农业既是主要的碳排放源,更是重要的碳固定汇,固碳减排潜力巨大。因此,现代农业不仅可以保障国家粮食及主要农产品的有效供给,而且可以且应该助力国家双碳目标。为此,作者在总结分析国内外相关文献及自己多年研究成果基础上,系统探讨了粮食安全与双碳目标之间的相互联系及双赢策略。结果表明,粮食安全和双碳目标之间,在增产与固碳、增产与减排、固碳与减排以及相关主管部门的政策等层面存在冲突和协同关系,但协同强于冲突;农业双碳目标与绿色高质量发展在方向上高度一致,目标上相辅相成。科研实践和技术示范推广案例也证明,国家粮食安全与农业双碳目标可以通过技术创新和政策创设等途径实现双赢。依据我国农业发展新趋势,作者认为种植业碳排放已基本达峰,在粮食安全背景下农业碳达峰的峰值及达峰进程将取决于畜牧业发展及人民生活水平提升要求;农业碳中和目标能否实现将主要视甲烷（CH₄）等非二氧化碳（CO₂）温室气体减排力度,以及农业综合固碳潜力的发挥。农业碳达峰指日可待,但在目标设定上不能影响国家粮食安全和人民生活改善;农业碳中和任重道远,必须固碳与减排兼顾,并以农业CH₄等非CO₂温室气体减排为优先。总之,粮食安全下实现农业双碳目标是一项系统工程,任务艰巨,需要农业固碳减排科技创新、农业碳监测与评价方法创建、以及农业部门间的协调机制和新政策创设等综合支撑。本文的建议可为国家及地方制定农业碳达峰与碳中和目标及行动方案提供重要参考,为农业固碳减排科技创新和政策创设提供新思路。

北方麦区小麦产量与蛋白质含量变化对土壤硝态氮的响应

马悦,田怡,苑爱静,王浩琳,李永华,黄婷苗,黄宁,李超,党海燕,邱炜红,何刚,王朝辉,石美

中国农业科学. 2021, 54(18):  3903-3918.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.010

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【目的】分析我国北方麦区不同土壤硝态氮残留梯度下减施氮肥后小麦籽粒产量、蛋白质含量变化,为保证合理减施氮肥,有效降低麦田土壤硝态氮残留提供理论依据。【方法】于2018—2019年在我国北方麦区43个地点进行田间试验,研究不同硝态氮残留情况下氮肥减施对小麦产量、蛋白质含量、产量构成及氮素吸收利用的影响。【结果】与农户施肥相比,监控施肥的氮肥用量减少55 kg·hm^-2（26%）,产量为5 885 kg·hm^-2,比农户施肥增产3.1%,籽粒蛋白质含量为132.4 g·kg^-1,与农户施肥相比无显著差异。当1 m土层硝态氮残留量<55 kg·hm^-2时,小麦产量最低,为4 252 kg·hm^-2,硝态氮残留在55—100 kg·hm^-2时,产量达到最高,为7 186 kg·hm^-2,硝态氮残留量过高并不能持续提高小麦产量;当土壤硝态氮残留量<100 kg·hm^-2时,不施氮肥小麦产量会显著降低,但采用监控施肥技术合理减施氮肥,无论土壤硝态氮残留多少,均不会减产。土壤硝态氮残留>300 kg·hm^-2时,小麦籽粒的蛋白质含量达到最高,平均为146.93 g·kg^-1;当土壤硝态氮残留量<200 kg·hm^-2时,不施氮肥会显著降低籽粒蛋白质含量,但通过监控土壤硝态氮合理减施氮肥,无论硝态氮残留高低,均不会降低籽粒蛋白质含量;硝态氮残留介于55—100 kg·hm^-2时,农户与监控施肥处理的小麦籽粒蛋白质含量分别为124.5和123.1 g·kg^-1。采用监控施肥技术,小麦氮肥吸收效率（地上部吸氮量/施氮量）与氮肥偏生产力分别为1.36 和45.7 kg·kg^-1,较农户施肥显著提高61.5%和57.1%。【结论】综合考虑维持北方麦区小麦较高的产量和蛋白质含量,收获期1 m土层硝态氮残留量应介于55—100 kg·hm^-2。基于小麦目标产量、籽粒蛋白质含量和土壤硝态氮监控,确定合理的氮肥用量,对实现小麦氮肥减施、绿色生产有重要意义。

典型农业小流域面源污染源解析与控制策略——以丹江口水源涵养区为例

龚世飞,丁武汉,居学海,肖能武,叶青松,黄进,李虎

中国农业科学. 2021, 54(18):  3919-3931.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.011

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【目的】对丹江口库区典型小流域农业面源污染现状进行调查分析,解析该地区农业面源污染负荷和污染源,以期为制定针对性防控策略及促进农业绿色发展提供参考依据。【方法】通过问卷调查形式对谭家湾流域进行实地走访调研,对两个村域内的种植、养殖和人居生活等污染源进行分类调查,应用输出系数法和等标污染负荷法对污染负荷进行估算。【结果】谭家湾流域农业面源污染实际产生量由2015年的162.32 t降低至2020年的27.79 t,等标污染负荷总量由62.44 m³下降至21.14 m³,主导污染源由土地利用转变为畜禽养殖。流域内总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）的年负荷总量分别为5.56、0.86和21.37 t。各类污染源的贡献率表现为：畜禽养殖>土地利用>农村生活,其中生猪养殖的TN、TP和COD负荷量分别占流域负荷总量的50.91%、64.20%和46.66%,是该地区最重要的污染源。TN是流域内最主要的农业面源物,其污染等标负荷占负荷总量的52.6%,其次为TP,污染负荷率为40.7%,COD的等标污染负荷率最小为6.7%。环境污染风险评价结果显示,流域内畜禽粪便耕地负荷警报值为0.489,分级级数为Ⅱ,对环境构成污染的威胁为“稍有”,流域养殖总量在现有基础上还有10 815头猪当量的扩增空间。【结论】2015年以来,流域农业面源污染强度显著降低,保持合理的禽养殖规模,同时做好污染物消减措施,对促进丹江口库区典型流域农业面源污染持续减排具有重要意义。

园艺

基于SLAF-seq技术鉴定苹果砧木耐涝候选基因

宋春晖,陈晓菲,王枚阁,郑先波,宋尚伟,焦健,王苗苗,马锋旺,白团辉

中国农业科学. 2021, 54(18):  3932-3944.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.012

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【背景】苹果（Malus×domestica Borkh）是我国主要栽培果树树种之一,但部分苹果产区由于夏、秋季的大量集中降雨和排水不良等造成果园涝害频繁发生,导致苹果树叶片黄化、脱落,果实品质和产量下降。【目的】鉴定苹果耐涝相关基因,为苹果耐涝分子标记辅助育种和优质高产栽培提供依据。【方法】以耐涝苹果砧木G41和不耐涝苹果砧木新疆野苹果（M. sieverii (Ledeb) Roem.）及其构建的包含495个F₁杂交后代为材料,从F₁杂交群体中挑选出耐涝和不耐涝株系各50株,构建两个极端性状DNA混池,采用简化基因组测序（SLAF-seq）技术,开发SLAF标签和SNP标记,结合苹果基因组信息和遗传关联性分析,对苹果耐涝基因进行定位及候选基因预测,并对候选基因在耐涝差异的株系中进行淹水胁迫下的表达分析。【结果】以‘金冠’苹果为参考基因组,共开发119 072个SLAF标签,其中多态性SLAF有11 133个。通过序列分析和检测SNP位点,共获得6 237 071个SNP,其中高质量SNP有170 617个。通过ED和SNP-index方法关联分析,获得一个与耐涝性状紧密关联的候选区域,位于苹果第10号染色体1.94—3.25 Mb,关联区域大小为1.31 Mb,关联区域内包含120个基因。对该区域内基因进行功能注释,发现一个与呼吸代谢相关的基因—乙醇脱氢酶基因ADH1（MD10G1014500）,在淹水处理后1、2、4和6 d,该基因在耐涝植株中的表达量显著高于不耐涝植株。【结论】将苹果耐涝基因定位于第10号染色体1.94—3.25 Mb处,筛选到可能与苹果耐涝相关的候选基因MD10G1014500,可用于苹果耐涝基因的克隆和功能解析。

西瓜果肉柠檬黄色的遗传分析和基因定位

刁卫楠,袁平丽,龚成胜,赵胜杰,朱红菊,路绪强,何楠,杨东东,刘文革

中国农业科学. 2021, 54(18):  3945-3958.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.013

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【目的】对西瓜白色和柠檬黄色果肉的色素成分、色素含量、遗传规律进行研究,通过BSA-seq进行基因定位,并预测与柠檬黄色果肉相关的候选基因,为深入研究西瓜柠檬黄色果肉的遗传与分子机制奠定理论基础。【方法】本研究选用‘冰糖脆’（Ⅰ P₁,白色果肉）和‘喜华’（Ⅰ P₂,柠檬黄色果肉）,‘萨省奶油瓜’（Ⅱ P₁,白色果肉）和‘新金兰选’（Ⅱ P₂,柠檬黄色果肉）4份纯合自交系材料为亲本分别配置杂交组合,构建了两个六世代群体。利用高效液相色谱法（HPLC）对4个亲本材料4个不同发育时期的类胡萝卜素组分和含量进行测定。利用集群分离分析法（bulked segreant analysis,BSA）实现对两个BSA-seq群体（BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ）的初定位,然后根据西瓜参考基因组‘97103’V2注释信息挖掘候选基因,并通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对候选基因进行验证。【结果】在西瓜果实发育过程中,紫黄质和叶黄素在双亲中差异性积累,其中紫黄质具有更高的含量,且在柠檬黄色果肉中的含量显著高于白色果肉。成熟期西瓜白色果肉中紫黄质含量为（10.96±4）μg·g^-1DW,柠檬黄果肉中紫黄质含量为（22.84±2）μg·g^-1 DW;成熟期西瓜白色果肉中叶黄素含量为（2.23 ±1）μg·g ^-1 DW,柠檬黄果肉中叶黄素含量为（3.97±1）μg·g^-1 DW。在构建的两组六世代分离群体中,Ⅰ F₁、Ⅱ F₁、Ⅰ BC₁P₁、Ⅱ BC₁P₁群体西瓜果肉颜色均为非柠檬黄色,F₂群体中西瓜果肉非柠檬黄色与柠檬黄色的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例,Ⅰ BC₁P₂、Ⅱ BC₁P₂回交群体果肉非柠檬黄色和柠檬黄色分离比符合1∶1,表明西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。通过对BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ数据进行SNP和InDel关联分析,将控制西瓜果肉柠檬黄色的主效位点定位在6号染色体24.00—24.61 Mb的区域内,该区域内共有70个基因。结合西瓜参考基因组注释信息及qRT-PCR表达量分析,最终得到5个与西瓜果肉柠檬黄色有关的基因,其中Cla97C06G121680、Cla97C06G121700和Cla97C06G121890均与叶绿体的形成和叶绿体结构大小有关,这3个基因通过干预有色体的形成影响西瓜果肉颜色;Cla97C06G121910是一种响应乙烯合成的AP2转录因子,与果实成熟密切相关,通过影响果实成熟造成果肉中类胡萝卜素的积累;Cla97C06G122090具有跨膜转运作用,在类胡萝卜素的跨膜运输中起作用。【结论】西瓜白色和柠檬黄色果肉中主要色素为紫黄质和叶黄素,且柠檬黄色果肉中的色素积累量显著高于白色果肉。西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。BSA-seq分析将调控西瓜果肉柠檬黄色形成的一个主效位点定位于6号染色体24.00—24.61 Mb区间内,推测Cla97C06G121680、Cla97C06G121700、Cla97C06G121890、Cla97C06G122090、Cla97C06G121910是与西瓜果肉柠檬黄色形成相关的候选基因。

茶-山苍子间作对茶园土壤微生物群落结构的影响

郝海平,白红彤,夏菲,郝渊鹏,李慧,崔洪霞,谢晓明,石雷

中国农业科学. 2021, 54(18):  3959-3969.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.014

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【目的】解析山苍子间作条件下茶园土壤微生物群落结构的变化规律及其影响因素,为茶-山苍子间作的土壤生态效应评估提供数据支撑。【方法】综合运用GC-MS、ICP-MS,以及16S、ITS高通量测序技术分别对土壤浸提液成分、土壤矿质营养元素含量、土壤细菌和真菌种群结构进行测定分析。【结果】间作处理显著改变了土壤微生物种群结构,土壤中参与氮（N）、磷（P）和锰（Mn）等过程的功能性细菌丰度显著增加,植物致病细菌和真菌丰度显著降低,根系分布层具有溶解磷（P）功能的伯克氏菌属伯克氏菌丰度是对照的86倍,镰刀菌属镰刀霉丰度比对照降低了73.13%。间作影响了P、铁（Fe）、Mn等土壤矿质营养元素的含量,尤其是P,根系分布层土壤P含量比对照增加76.42%。间作区域土壤分别含有12.80%的樟脑、6.72%的Alpha-松油醇和12.65%的香茅醇等杀菌或抑菌物质。冗余分析表明,间作区域土壤中的樟脑、桉叶油醇、Alpha-松油醇、乙酸冰片酯和香茅醇等次生代谢物与P元素是影响土壤微生物群落结构的主要环境因子。【结论】茶-山苍子间作显著改变了土壤微生物群落结构和丰度,樟脑、Alpha-松油醇和香茅醇等次生代谢产物和P元素是导致土壤微生物群落变化的主要环境因子,茶园及其他农田系统间作植物的选择应重视次生代谢产物的输入,尤其是其中的杀菌或抑菌性成分。

食品科学与工程

超声波辅助在羊肉多次冻融中保持理化特性及减少蛋白损失的作用

古明辉,杨泽莎,马萍,葛鑫禹,刘永峰

中国农业科学. 2021, 54(18):  3970-3983.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.015

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【目的】探索不同功率超声辅助解冻在减少羊肉多次冻融过程中品质损失的有利作用,为实际生产提供理论参考。【方法】以陕北白绒山羊的背最长肌作为试验材料,以常用冷藏解冻（LT）和静水解冻（WT）为对照,在180 W（UT180）、320 W（UT320）和400 W（UT400）超声辅助下,分析冻融羊肉理化特性（pH、汁液流失、物性、色泽、脂肪氧化）的变化,同时结合羊肉微观结构和氨基酸变化分析冻融过程中由肌纤维破坏造成的蛋白损失。【结果】超声组比对照组增加羊肉汁液流失并降低pH,但UT180组处理能减缓羊肉汁液流失（P<0.05）。关于色泽,超声组的羊肉L*值低于对照组,尤其是UT320组的L*值最低（P<0.05）,而其在3—7次冻融时a*值最高,同时UT320组的b*值增加速率最低,在冻融期间其b*值均显著低于对照组（P<0.05）;LT组和UT180组的h°值最高（P<0.05）,UT320组的h°值最低（P<0.05）;此外,超声辅助解冻能显著影响冻融羊肉色泽,UT320组的ΔE值最高（P<0.05）,其次是UT180和UT400组。物性显示,超声组降低羊肉硬度和弹性,尤其是UT400组在冻融期间硬度及弹性最低（P<0.05）;相比对照组,UT320和UT180组超声处理有利于羊肉回复性的稳定,且这两组之间无显著差异（P>0.05）。脂肪氧化显示,UT320和UT180组在冻融7次时羊肉TBARS值均低于对照组,且在冻融期间UT320和UT180组的PUFA含量高于LT对照组（P<0.05）。羊肉理化特性指标主成分分析显示,相同冻融次数的UT320组主成分均分布在最上方,而LT组分布在最下方。此外,相比对照组,UT320组超声处理有利于维持羊肉肌纤维结构的完整性,同时对羊肉样品氨基酸指标进行聚类分析,初始样品和冻融3次的超声辅助解冻处理组为第1类,氨基酸营养品质最高,且其中初始样品与UT320组更接近;相比羊肉冻融3次,冻融7次的UT320和UT180组羊肉必需氨基酸组成和比例基本保持稳定。【结论】羊肉在320 W功率的超声辅助解冻处理具有优异的理化品质保持能力,其能减缓肉品脂肪氧化、提高嫩度,并维持肉色泽和回复性的稳定,同时320 W超声波解冻有利于维持羊肉肌纤维结构的完整性,可以减少羊肉蛋白损失以保持羊肉氨基酸品质。

外源茉莉酸甲酯诱导茶树鲜叶及其采后乌龙茶加工关键工序中七种脂溶性色素变化

施江,王佳童,彭群华,吕海鹏,BALDERMANN Susanne,林智

中国农业科学. 2021, 54(18):  3984-3997.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.016

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【目的】系统开展外源茉莉酸甲酯诱导以及“做青”阶段机械损伤双重胁迫下茶叶中脂溶性色素的动态变化研究,阐明外源茉莉酸甲酯诱导后茶树鲜叶制得乌龙茶中类胡萝卜素含量提高的机理,为合理利用外源诱导提升鲜叶品质和加工制得的乌龙茶品质提供科学依据。【方法】0.25%外源茉莉酸甲酯喷施3—4年生盆栽‘金萱’茶树叶面,至均匀挂滴,对不同诱导时间（0、12、24、48和168 h）的鲜叶及利用该鲜叶制作得到的乌龙茶样品进行基于UPLC-QToFMS的靶标代谢组学分析,解析叶黄素、β-胡萝卜素、新叶黄素、玉米黄质、α-胡萝卜素和叶绿素a/b的含量变化;同时对乌龙茶制作的关键工序“做青”以及杀青后揉捻阶段样品中这些脂溶性色素的动态变化进行监测分析。同时,开展不同诱导时间采摘的鲜叶加工得到成品乌龙茶的香气感官评价。【结果】靶标代谢组学分析结果表明,叶黄素是‘金萱’鲜叶中含量最高的类胡萝卜素,其含量达到（405.06±17.71）µg·g^-1,在成品乌龙茶中含量显著下降,仅为（277.36±32.72）µg·g^-1。外源茉莉酸甲酯诱导后,脂溶性色素含量变化显著,诱导48 h内,茶树鲜叶中叶绿素a含量较对照鲜叶中（0 h）增加,随后显著下降;叶绿素b在诱导后的鲜叶中始终处于减少的趋势。叶黄素在12 h样品中含量显著下降,在24 h的样品中其含量均较对照升高;β-胡萝卜素在诱导后的鲜叶中含量始终低于对照,其中12 h的样品中含量仅为116.36 µg·g^-1,减少34.55%。利用茉莉酸甲酯诱导后的鲜叶（12、24和48 h）制作得到的成品茶样品中叶绿素a含量较对照均显著下降;叶黄素含量显著升高,其中48 h的样品中含量最高,达到377.82 µg·g ^-1。“做青”过程中（W1—W3）,对7种脂溶性色素含量变化进行相应的热图分析,与对照相比,叶绿素a含量均显著下降,而叶绿素b含量则在12 h样品中显著升高。5种类胡萝卜素的含量动态变化则更加复杂,含量最高的叶黄素在12 h样品中含量显著下降,随后在24和48 h的样品中含量略有升高;β-胡萝卜素的含量始终低于对照。此外,玉米黄质和α-胡萝卜素在诱导12 h以后的样品中始终维持非常高的含量。揉捻阶段的样品,7种脂溶性色素也呈现出显著变化,除了β-胡萝卜素含量较对照样品减少,叶黄素、新叶黄素、玉米黄质以及α-胡萝卜素的含量在诱导12 h后的样品中均比对照高。茉莉酸甲酯诱导的样品中,叶绿素a的含量降低,叶绿素b的含量在诱导12 h后增加。此外,茶叶感官审评结果表明,外源茉莉酸甲酯诱导后茶树鲜叶加工得到的乌龙茶香气品质显著提升,具有持久浓郁的花香,然而其叶底明亮度和柔软性较未处理的对照样品有所下降。【结论】外源茉莉酸甲酯诱导茶树鲜叶,24 h内可以显著提高鲜叶及成品茶中的类胡萝卜素含量,诱导12 h后鲜叶加工得到的成品茶香气品质显著提高,具有浓郁的花香。外源诱导与“做青”机械损伤双重胁迫激发茶鲜叶中脂溶性色素的差异积累。

畜牧·兽医·资源昆虫

猪卵泡闭锁过程中circINHBB的鉴定及其对颗粒细胞凋亡的影响

马梦楠,王慧明,王苗苗,姚望,张金璧,潘增祥

中国农业科学. 2021, 54(18):  3998-4007.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.017

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【背景】卵泡的发育状况和成熟排卵数量是哺乳动物的繁殖力和生产性能的重要决定因素。卵泡闭锁是卵泡停止发育并发生退化的过程,可能发生在卵泡发育的各个阶段,而闭锁的发生与卵泡颗粒细胞的增殖和凋亡情况密切相关,而颗粒细胞的凋亡过程十分复杂并且受到各种细胞因子的调控作用。环状RNA（circRNA）是近年来在生物体内发现的一种环状结构非编码RNAs（ncRNAs）。研究证明circRNA普遍存在于各个组织且参与到各种生理过程的调节中,但其在家畜繁殖学领域,尤其是猪卵巢和卵泡中的表达变化、位置分布和生物学功能研究较少。抑制素（INH）是一种性腺糖蛋白激素,主要由雌性动物卵巢卵泡的颗粒细胞产生,是控制哺乳动物排卵的重要因子。前期实验发现,猪卵泡中INHβ亚基INHBB编码基因的mRNA的前体可能形成一个circRNA,即circINHBB。【目的】在猪中等有腔卵泡组织中验证circINHBB的序列结构及其在颗粒细胞中的分布情况;分析其在健康、闭锁卵泡中的表达差异;在体外培养的猪卵泡颗粒细胞中探索了circINHBB对细胞凋亡的调控作用,并对circINHBB可能介导的功能性miRNA做出预测,为家畜繁殖领域的circRNAs研究扩宽思路,为提高家畜繁殖力研究提供参考。【方法】采集中等大小猪卵泡,进行RNA提取及反转录获得猪卵泡的cDNA,利用反向引物进行PCR扩增,PCR扩增产物经Sanger测序证明circINHBB的序列和环状结构;设计circINHBB的特异性荧光探针,运用FISH实验验证circINHBB在猪卵泡颗粒细胞核、质中的分布情况;然后,通过外观、激素和颗粒细胞密度指标选取健康和闭锁两组,用qRT-PCR检测circINHBB在猪健康和闭锁卵泡中的表达差异;最后,设计circINHBB的特异性siRNA（si-circINHBB）,在体外培养的猪卵泡颗粒细胞中,转染si-circINHBB及其对照,利用流式细胞术检测circINHBB对猪卵泡颗粒细胞凋亡的调控作用,预测circRNA可能参与的miRNA调节。【结果】PCR及Sanger测序验证了circINHBB在猪卵泡中的特异性存在,且证实了circINHBB是由INHBB编码基因的mRNA的前体经反向可变剪切形成的环状结构RNA;FISH实验进一步验证了circINHBB在猪卵泡颗粒细胞的细胞质中分布;qRT-PCR结果证实,与猪健康卵泡相比,circINHBB的表达量在猪闭锁卵泡中显著降低;流式细胞术检测结果表明当敲减circINHBB后,猪卵泡颗粒细胞的凋亡水平显著上升,说明circINHBB对猪卵泡颗粒细胞的凋亡有显著的抑制作用;生物信息学分析表明,circINHBB可能与10个已知miRNA相互作用,通过TGF-β、Notch等信号通路参与调控颗粒细胞凋亡及卵泡闭锁过程。【结论】在猪卵泡中验证了circINHBB的环状结构及胞质中的特异性表达分布,证实了其在闭锁卵泡中表达量低于健康卵泡,通过体外实验证实了circINHBB是细胞凋亡的抑制因子,可能通过吸附相关miRNA参与调节卵泡的发育和闭锁过程。

玉米赤霉烯酮吸附剂对后备母猪子宫中LC3、PCNA分布和表达的影响

黄丽波,王金全,高文博,陈红菊,侯衍猛,袁学军,王春阳

中国农业科学. 2021, 54(18):  4008-4017.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.018

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【目的】已有研究证实玉米赤霉烯酮（ZEA）在动物体内可通过雌激素受体激活雌激素敏感基因,产生生殖毒性,影响子宫内膜细胞的生长、卵母细胞的成熟及卵泡颗粒细胞的增殖。探讨玉米赤霉烯酮吸附剂（沸石+蒙脱石等复合制剂）对后备母猪子宫的LC3与PCNA的分布和蛋白表达量的影响, 从组织化学角度探讨该ZEA新型吸附剂的脱毒效果。【方法】选择体重30±2.11kg左右的（杜×长×大）健康三元杂交后备母猪48头,随机分为 6 组,每组8头,对照组饲喂基础饲粮、玉米赤霉烯酮组（ZEA）饲喂含有1.008 mg·kg^-1玉米赤霉烯酮的饲粮、0.1%新型吸附剂组（ZEA0.1）饲喂含有1.0 g·kg^-1吸附剂的ZEA组日粮、0.25%新型吸附剂组（ZEA0.25）饲喂含有2.5 g·kg^-1吸附剂的ZEA组日粮、0.5%吸附剂组（ZEA0.5）饲喂含有5.0 g·kg^-1吸附剂的ZEA组日粮、蒙脱石组（ZEA-M）饲喂含有2.5 g·kg^-1蒙脱石的ZEA组日粮。预试期 7 d,正试期21 d,试验结束进行屠宰取样。【结果】ZEA引起子宫器官指数增加,添加0.25%与0.5%新型吸附剂降低子宫器官指数效果明显。免疫组化结果显示子宫中 LC3 和PCNA阳性细胞主要分布在子宫腺上皮细胞内,腔上皮细胞的LC3免疫阳性反应弱于腺上皮细胞。LC3阳性反应在对照组的子宫腺上皮细胞和腔上皮细胞胞质内呈强阳性表达;ZEA组明显弱于对照组,新型吸附剂组的LC3的免疫阳性反应及阳性细胞数量明显较ZEA组增加,且有剂量依赖趋势,但ZEA-M组效果不明显,略多于ZEA组。各组的子宫腔上皮和腺上皮中PCNA的观察结果与LC3变化趋势相反。WB和qRT-PCR结果也显示添加0.25%与0.5%新型吸附剂可促进LC3的表达,增强了自噬,降低了PCNA表达。这些结果提示ZEA抑制了LC3的表达,抑制细胞自噬,破坏子宫内膜细胞和腺上皮细胞的稳态。但新型吸附剂使LC3蛋白表达上调,PCNA表达降低,可以促进细胞自噬,并抵抗由ZEA引起的子宫内膜细胞异常增殖（PCNA表达增加）,通过双向调节对细胞起到很好的保护作用。该结果为新型吸附剂的应用提供了理论依据。【结论】本试验条件下,ZEA可引起后备母猪子宫发生增殖反应,新型吸附剂一定限度内能够对抗ZEA对子宫正常生理机能的副作用。以添加0.25%与0.5%剂量的新型吸附剂较为合适。

研究简报

不同品种南瓜内生细菌多样性及PICRUSt基因功能预测分析

黄子粤,刘文君,覃仁柳,庞师婵,肖健,杨尚东

中国农业科学. 2021, 54(18):  4018-4032.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.019

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【目的】比较5个不同品种南瓜内生细菌多样性特征并开展基因功能预测分析,为挖掘和利用南瓜内生细菌功能菌株及开拓南瓜辅助育种新方向提供理论依据与参考。【方法】采集5个不同品种南瓜茎部,基于MiSeq高通量测序技术比较分析南瓜茎内生细菌多样性与丰富度,内生细菌门、属分类水平的群落结构组成,以及不同品种南瓜茎内生细菌优势菌群占比。【结果】不同品种南瓜茎部内生细菌多样性与丰富度指数均无显著差异。5个品种南瓜茎内生细菌群落结构由18个门,30个纲,101个目,199个科,362个属,567个种和863个OTU组成,但不同品种南瓜茎中的内生细菌分类阶层总数存在差异。门分类水平,变形菌门（Proteobacteria）细菌是不同品种南瓜茎部的主要优势细菌门类,不同南瓜品种内生细菌群落结构组成相似,但丰度占比不同;属分类水平,假单胞菌属（Pseudomonas）、分枝杆菌属（Mycobacterium）、剑菌属（Ensifer）、德沃斯氏菌属（Devosia）细菌是不同品种南瓜茎部的主要优势细菌属,优势内生细菌属组成及其丰度随南瓜品种的不同呈现明显差异。杂交品种与父母本品种的门、属分类水平优势内生菌组成及占比均基本相同。PICRUSt分析显示,不同品种南瓜茎部内生细菌主要涉及6个生物代谢通路及46个子功能。不同品种南瓜茎部内生细菌基因二级功能层预测基因种类基本无差异,但基因拷贝数却随着品种不同而异。环境条件是影响南瓜植株内生细菌多样性和丰富度的重要因素;不同品质南瓜植株具有相异的内生细菌群落结构,品质优良南瓜品种具有富集内生细菌的趋势;假单胞菌属（Pseudomonas）、分枝杆菌属（Mycobacterium）、剑菌属（Ensifer）、德沃斯氏菌属（Devosia）等13个菌属是5个不同品种南瓜茎部的共有优势内生细菌属;而糖霉菌属（Glycomyces）、Candidatus_Rubidus属和Actinokineospora属细菌是品质最优品种——‘桂丰7号’香芋南瓜茎部特有的优势内生细菌属;同时,‘桂丰7号’香芋南瓜茎部内生细菌基因功能中,涉及碳水化合物代谢、氨基酸代谢、辅助因子和维生素代谢等37个二级功能层预测基因拷贝数在5个南瓜品种中数量最多。【结论】特有的优势内生细菌属和更为丰富的二级功能预测基因拷贝数均是‘桂丰7号’香芋南瓜品质优于其余4个品种南瓜的重要原因,糖霉菌属（Glycomyces）、Candidatus_Rubidus属和Actinokineospora属细菌有望作为提高南瓜品质的备选功能内生细菌属。