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2022年 第55卷 第5期 刊出日期：2022-03-01

  

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中国农业科学. 2022, 55(5):  0. 

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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

利用高密度Bin图谱定位水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL

赵凌, 张勇, 魏晓东, 梁文化, 赵春芳, 周丽慧, 姚姝, 王才林, 张亚东

中国农业科学. 2022, 55(5):  825-836.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.001

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【目的】挖掘新的控制水稻叶绿素含量的相关位点和基因,为水稻叶绿素含量的遗传机制研究提供理论基础。【方法】利用剑叶叶色存在明显差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath杂交构建的包含186个株系的重组自交系群体为供试材料,通过对两亲本及RIL群体重测序,构建了包含12 328个Bin标记的高密度遗传图谱。RIL群体及亲本分别于2011和2020年正季在江苏省农业科学院种植。抽穗后第3天使用叶绿素仪测定剑叶SPAD值。使用IciMappingv3.4软件完备区间作图法,对控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的QTL进行鉴定。利用便携式光合仪测定RIL群体中20个SPAD极端株系的水分利用效率、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率等光合作用参数。【结果】2年共检测到19个抽穗期剑叶叶绿素含量相关QTL,分别分布在除第8、9和10染色体外的其他9个染色体上。单一QTL贡献率为3.09%—13.13%,LOD值为2.74—14.08。通过物理位置比对,发现其中10个QTL与前人定位到的叶绿素含量相关位点在相同或邻近区域。qCHL2-1和qCHL5-1 2年均被检测到,表现出较强的稳定性。qCHL2-1位于第2染色体的7.63—7.71 Mb处,2年LOD值分别为14.08和7.93,贡献率分别为13.13%和7.94%。qCHL5-1位于第5染色体的23.44—23.49 Mb处,2年LOD值分别为4.31和3.76,贡献率分别为3.57%和4.82%。结合功能注释和亲本间序列分析,分别在qCHL2-1和qCHL5-1染色体区间内找到2个与剑叶叶绿素含量相关的基因Os02g0236000和Os05g0476700。这两个基因的核苷酸序列在两亲本间均存在差异。Os02g0236000编码水稻天冬氨酸氨基转移酶（AAT1）,是水稻氮代谢途径中的重要酶,与蛋白质及氨基酸含量有关。Os05g0476700编码叶面斑点相关蛋白,推测与叶片颜色有关。根据AAT1在CDS+273 bp有无突变对RIL群体进行等位型分类。在20个SPAD极端株系中,AAT1不同等位型株系的剑叶SPAD值和水分利用效率、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率等光合作用指标均存在显著差异。【结论】共检测到19个控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL,鉴定了2个稳定存在的QTL——qCHL2-1和qCHL5-1,在这两个QTL区间筛选到2个可能调控水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的基因。其中1个AAT1（Os02g0236000）不同等位型的光合作用参数在20个极端SPAD株系中存在显著差异,推测其为最可能的候选基因,可用于后续剑叶叶绿素调控基因的功能研究。

小麦抗赤霉病育种回顾与展望

马鸿翔, 王永刚, 高玉姣, 何漪, 姜朋, 吴磊, 张旭

中国农业科学. 2022, 55(5):  837-855.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.002

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由禾谷镰刀菌复合种引起的赤霉病是全世界最重要的小麦病害之一,严重影响小麦的产量和品质,受病原菌侵染的籽粒还会产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol,DON）为主的毒素,进一步威胁人畜健康。抗赤霉病品种选育与应用是解决小麦赤霉病及毒素危害的有效途径,中国自20世纪50年代开始抗赤霉病育种研究,70年代成立全国协作组,建立的人工接种鉴定方法被广泛用于赤霉病抗性评价,筛选出的苏麦3号、望水白等抗源被国内外广泛用于抗赤霉病研究,育成的农艺性状优良且中抗赤霉病的扬麦158号和宁麦9号等品种是抗赤霉病育种的重要突破,不仅在生产上得到大面积应用,而且作为亲本分别育成了20多个小麦品种。除常规育种外,还利用染色体工程技术将外源种质赤霉病抗性导入小麦栽培品种中,基于细胞工程技术的体细胞无性系变异和加倍单倍体创制在小麦赤霉病遗传改良中拓宽了遗传变异背景,提高了育种效率。20世纪90年代赤霉病在北美洲的流行促使欧美重视小麦赤霉病研究。国际合作促进了小麦赤霉病育种的资源、技术和信息交流,赤霉病抗性类型、鉴定技术和评价指标研究、抗赤霉病种质发掘、QTL定位、关键基因克隆、标记辅助选择及抗病品种培育等方面均取得了明显进展,利用双亲连锁作图和全基因组关联分析定位了600多个赤霉病抗性相关QTL,涉及小麦所有21条染色体,定名了Fhb1—Fhb7 7个赤霉病抗性基因/QTL。针对苏麦3号和望水白等中国抗源的主效QTL（Fhb1）,克隆了其关键基因并进行了功能验证,开发了基因的功能标记,并成功应用于标记辅助选择,培育出赤霉病抗性显著改良的小麦新品种。来自长穗偃麦草的Fhb7候选基因也被克隆,并用于提高栽培小麦品种赤霉病抗性。在精细定位的基础上,开发了紧密连锁分子标记,利用标记辅助选择将不同位点抗性QTL聚合,进一步提高了小麦赤霉病抗性。展望未来,应研究建立精准的赤霉病抗性表型评价体系、加强抗赤霉病新种质和新基因发掘、克隆主效抗病QTL的关键基因并明确其分子机制,将标记辅助选择或基因组选择与常规育种相结合,不断提升小麦抗赤霉病育种效率和水平,培育赤霉病抗性显著提高、综合性状优良的小麦品种。

南方地区120份甜、糯玉米自交系重要目标性状和育种潜力分析

冯宣军, 潘立腾, 熊浩, 汪青军, 李静威, 张雪梅, 胡尔良, 林海建, 郑洪建, 卢艳丽

中国农业科学. 2022, 55(5):  856-873.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.003

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【目的】评价120份甜、糯玉米自交系的产量、品质和农艺性状,解析各性状间的相关性,筛选优良自交系,开展育种潜力评价。【方法】测定120份甜、糯玉米自交系的农艺性状（花期、株高、穗位高）、产量性状（鲜苞穗重、鲜穗重、鲜粒重等）及品质性状（皮渣率、糖度、粗蛋白、粗淀粉、脂肪含量等）。选择产量、糖度、皮渣率最优的前50%自交系开展完全双列杂交试验和配合力测定。利用相同的方法对杂交组合材料进行性状调查,同时通过人工品尝对气味、色泽、糯性/甜度、风味、柔嫩度、细腻度共6个方面进行打分,并获得综合得分,与对照品种进行比较,评价杂交组合的利用价值。【结果】参试甜、糯玉米自交系皮渣率、产量、糖度的变异系数分别达到20%、30%和10%,有较大的遗传变异基础。皮渣率、产量、糖度等大部分性状的广义遗传力在50%以上,说明具有较高的遗传稳定性。甜玉米群体中开花期与糖度呈显著负相关,与产量和皮渣率呈显著正相关;产量与皮渣率呈显著正相关,与糖度相关性不显著。结果表明,甜玉米育种的目标性状口感好与高产不易兼得,生产中应该适当选择早花短生育期材料。糯玉米群体中皮渣率与开花期、产量性状存在显著负相关,而糖度与开花期、产量性状无显著相关性,表明糯玉米育种的目标性状口感好与高产可同时兼得,生产中应该适当选择晚花长生育期材料。在甜玉米自交系中分别鉴定到产量性状一般配合力（general combining ability,GCA）效应值为正值、糖度GCA效应值为正值和皮渣率GCA效应值为负值的自交系各3个。在糯玉米自交系中分别鉴定到产量性状GCA效应值为正值的自交系3个,糖度GCA效应值为正值的自交系3个,皮渣率GCA效应值为负值的自交系4个。筛选获得6个综合育种潜力较大的甜、糯玉米组合,4个有应用潜力的紫黑色甜玉米组合,1个粒色有较大应用价值的自交系SICAU76。【结论】收集的甜、糯玉米自交系存在较大的遗传变异。花期性状与品质性状间有较强的内在联系。依据其相关性,甜玉米生产应适当选择早花短生育期材料,糯玉米生产应适当选择晚花长生育期材料。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

不同栽培措施对超级稻强、弱势粒品质的影响

蒋晶晶,周天阳,韦陈华,邬佳宁,张耗,刘立军,王志琴,顾骏飞,杨建昌

中国农业科学. 2022, 55(5):  874-889.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.004

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【目的】探究不同栽培措施对超级稻强、弱势粒品质及淀粉特性的影响,以期为改善稻米品质即水稻强、弱势粒品质的协同提高提供理论指导和实践依据。【方法】以超级稻甬优2640和武运粳24为供试材料,大田种植条件下,设置氮空白区（0N）、当地农民习惯（LFP）、优化栽培管理1（T1）和优化栽培管理2（T2）4个处理,每个处理设置3个重复。试验裂区设计,以处理为主区,品种为副区（小区）。2018年测定全穗籽粒外观、加工、蒸煮食味品质和RVA特征值,在此基础之上,2019年增加强、弱势粒淀粉颗粒的扫描电镜观察、结晶度和红外光谱分布测定。【结果】（1）在稻米品质上,与强势粒相比,弱势粒加工品质更优,而外观品质更劣,蛋白质含量和硬度显著提高,直链淀粉含量、胶稠度和黏度显著下降。（2）在淀粉特性上,与强势粒相比,弱势粒的淀粉颗粒较小且破损严重,结晶度、1 045/1 022 cm^-1值显著提高,峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度显著下降,消解值和糊化温度显著上升。（3）与当地农民习惯LFP相比,通过优化栽培管理T1和T2,两品种强、弱势粒加工品质与外观品质显著提高,蛋白质含量及直链淀粉含量显著下降,胶稠度显著上升,蒸煮食味品质变优;淀粉特性也都有所改善,相对结晶度降低,淀粉表层有序性下降,其中弱势粒品质及淀粉特性提升较为明显。【结论】弱势粒稻米品质显著劣于强势粒,优化栽培措施能够在提高产量的基础上通过改善弱势粒品质实现全穗籽粒品质的提升。

基于无人机多光谱和热红外影像信息融合的小麦白粉病监测

冯子恒,宋莉,张少华,井宇航,段剑钊,贺利,尹飞,冯伟

中国农业科学. 2022, 55(5):  890-906.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.005

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【目的】白粉病严重危害小麦生长及制约产量形成,确立实时监测小麦白粉病的多源数据融合方法,为精确防控及保证国家粮食安全提供技术支撑。【方法】在小麦开花和灌浆期,使用同时搭载多光谱仪和热成像仪的六旋翼无人机作为遥感数据获取平台,通过ENVI软件从小麦白粉病遥感影像中提取植被指数、纹理特征以及冠层温度信息,进而利用多元线性回归（MLR）、后向传播神经网络（BP）、随机森林（RF）、极限学习机（ELM）算法将植被指数（VIs）、纹理特征（TFs）和温度特征（T）进行结合,以构建小麦白粉病病情指数的监测模型。【结果】无论是单数据源建模,还是多数据源建模,随机森林（RF）的精度均高于其他模型;3种数据源中植被指数的RF模型（VIs-RF,R²=0.667,RMSE =5.712,RPD=1.572）更适宜白粉病监测,其次是温度特征（T-RF,R²=0.559,RMSE =6.563,RPD=1.430）,而纹理特征（TFs-RF,R²=0.495,RMSE =7.014,RPD=1.348）效果最差;多数据源协同建模间比较,RF协同植被指数和纹理特征的模型R²为0.701（VIs&TFs-RF,R²=0.701,RMSE =5.308,RPD=1.724）,仅比VIs-RF模型R²提升5.101%,RMSE降低7.073%,RPD提高9.672%,而RF协同植被指数和温度特征模型（VIs&T-RF）以及协同3种数据源模型（VIs&TFs&T-RF）的精度分别为R²=0.750,RMSE=4.704,RPD=1.912和R²=0.820,RMSE =4.677,RPD=1.996,较VIs-RF模型R²分别提升12.453%和23.181%,RMSE分别降低17.640%和18.113%,RPD分别提高21.667%和26.981%。同时对不同模型进行10折交叉验证,进一步证实了RF模型在多数据源融合建模中性能稳定,估算效果最好。【结论】采用多数据源协同建模能够提升小麦白粉病遥感监测精度,研究结果为实现大面积高精度遥感监测作物病害状况提供了思路与方法。

植物保护

2020年我国北方地区草地螟种群的时空动态与虫源分析

陈智勇, 张智, 刘杰, 康爱国, 赵素梅, 尹祥杰, 李占清, 谢爱婷, 张云慧

中国农业科学. 2022, 55(5):  907-919.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.006

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【目的】研究2020年草地螟（Loxostege sticticalis）在我国北方地区季节性时空动态,并对各主要发生区的虫源性质进行分析,探讨草地螟在我国华北、东北地区,境内、境外的虫源衔接关系,为提高草地螟预测预报水平提供技术支持。【方法】利用北京、天津、河北、内蒙古、辽宁、山西相关植保站探照灯诱虫器或虫情测报灯的虫情数据,分析草地螟在我国北方地区种群数量的时空动态变化。通过GrADS软件对FNL全球分析资料进行处理,获得高峰期内主要蛾峰日的风场数据并绘制风场图。采用基于WRF模式编写的三维质点轨迹分析程序对草地螟迁飞路线进行模拟,利用R 3.8的ggplot2 3.3.0程序包对轨迹模拟结果进行绘图。【结果】2020年越冬代草地螟成虫主要发生在山西、河北北部,内蒙古中西部和兴安盟地区;1代草地螟成虫大量突增主要集中在内蒙古化德县和与之接壤的河北康保县。风场分析显示,在草地螟典型的迁飞期内,华北及东北地区均受到锋面和气旋过程的影响;东北气旋前部的偏南或西南低空急流为华北越冬区的草地螟远距离迁入东北提供了有利条件,其后部的西北气流则会阻碍草地螟向东北的迁飞。虫源分析显示,华北地区越冬代成虫大部分滞留当地危害,部分借助适宜的西南气流向东北地区及中蒙、中俄三国交界迁飞;内蒙古兴安盟地区5月下旬虫源主要来自草地螟华北越冬区,6月上旬部分来自华北越冬区,部分来自中蒙、中俄三国交界处,6月下旬主要来自华北越冬区迁出虫源。1代草地螟成虫主要来自内蒙古中西部及中蒙边界1代幼虫发生区,受锋面天气影响在内蒙古化德县和河北康保县聚集降落,并进一步向东北方向迁飞扩散。【结论】2020年是草地螟2018年种群回升以来又一重发年份;气旋天气形成的强劲气流是华北地区和境外虫源顺利进入东北地区的主要运载气流,风切变、气旋中心等气流的辐合使大面积迁飞的成虫聚集降落,造成局部虫量突增;我国华北和东北地区草地螟越冬代和1代成虫均与境外虫源存在频繁的交流,因此,开展草地螟区域性联合监测对草地螟的异地测报具有重要的指导意义。

茚虫威降解菌海藻酸钠微球制剂研制及应用效果

汪育泰,许智帆,刘婕,钟国华

中国农业科学. 2022, 55(5):  920-931.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.007

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【目的】以海藻酸钠为载体制备降解菌斯氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）ACCC 02521菌株微球制剂,确定该制剂降解农田土壤茚虫威的应用条件。【方法】通过微滴包埋成球法,将湿菌体重悬后加入海藻酸钠溶液,混匀后逐滴滴至CaCl₂溶液造粒,低温固定后,以0.9% NaCl溶液洗涤,测定降解菌微球的传质性能和机械强度,确定海藻酸钠最佳浓度。通过单因素优化获得最佳制剂配方,在3.0%海藻酸钠溶液中分别滴入1.0%—5.0% CaCl₂溶液、40—200 g·L^-1菌量或20—100 g·L^-1制剂,根据茚虫威降解率,分别确定降解菌微球制剂CaCl₂浓度、包埋菌量和用量。通过扫描电镜观察固菌前后微球形态、降解菌细胞形态和菌群分布情况。在不同类型土壤悬液、温度、pH或不同时间条件下投入定量降解菌微球制剂,通过计算释放菌量（CFU/mL）或茚虫威降解率,评价环境因素对制剂释放能力、降解效果和稳定性的影响。喷雾施用后2 d撒施降解菌微球制剂,采集表层土壤检测茚虫威残留量,确定田间施用剂量,明确制剂田间应用条件。茚虫威残留浓度变化均以HPLC法检测追踪。【结果】制剂由3.0%海藻酸钠、2.0% CaCl₂及80 g·L^-1降解菌组成,粒径约3.0 mm,降解菌微球粒径大小均匀,机械强度适中,传质性能、降解活性和贮藏稳定性良好。扫描电镜观测表明,降解菌在海藻酸钠微球中分布均匀,菌体形态正常。在10—30℃、pH为6.0—8.0的土壤中,降解菌稳定释放,对茚虫威降解率达到85%以上,释放性能不受土壤类型影响,稳定性良好,受环境条件影响小。田间喷施150 g·L^-1茚虫威乳油（EC）有效成分20 mg·L^-1后2 d撒施降解菌微球制剂90—900 kg·hm^-2时,茚虫威残留半衰期(T_1/2)缩短至2.49—3.32 d（空白对照区T_1/2为7.53 d）;有效成分5、20、50 mg·L^-1喷施后2 d,均匀撒施降解菌微球制剂量450 kg·hm^-2,土壤茚虫威残留T_1/2由6.03—7.45 d缩短至2.34—3.59 d。【结论】以海藻酸钠为载体制备降解菌斯氏假单胞菌微球制剂性能稳定,可显著降解农田土壤茚虫威残留,缩短残留半衰期,为土壤农药残留污染生物修复提供了技术和产品支撑,具有进一步优化和应用的潜力。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

氮磷配施下夏玉米临界氮浓度稀释曲线的构建与氮营养诊断

刘苗,刘朋召,师祖姣,王小利,王瑞,李军

中国农业科学. 2022, 55(5):  932-947.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.008

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【目的】探究不同水平氮磷配施对夏玉米地上部生物量和氮素浓度的影响,构建临界氮浓度稀释曲线模型,并基于氮营养指数模型诊断和评价玉米在不同氮磷互作条件下的氮素营养状况,可为夏玉米氮磷肥合理施用提供理论依据。【方法】以玉米品种郑单958和豫玉22为试验材料,在陕西关中平原设置田间定位氮磷配施试验,设氮肥（N）用量0、75、150、225、300 kg·hm^-2（分别用N0、N1、N2、N3和N4表示）;磷肥（P₂O₅）用量0、60、120、180 kg·hm^-2（分别用P0、P1、P2和P3表示）,于2019—2020年在夏玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期进行取样,分析不同水平氮磷配施对玉米地上部生物量累积、氮浓度动态变化和产量的影响,构建并验证临界氮浓度稀释曲线模型。【结果】氮磷配施能显著提高夏玉米地上部生物量、植株氮浓度及籽粒产量,在同一施磷水平下,随施氮水平的提高,夏玉米各生育时期地上部生物量和籽粒产量呈增加趋势,植株氮浓度随生育进程推进和地上部生物量积累的增加而降低,氮浓度和地上部生物量之间符合幂指数关系。同时,施磷能促进植株氮素吸收和地上部生物量积累,在相同施氮条件下,施磷各处理总体表现为P2>P3≈P1>P0,说明施磷可以提高植株氮容纳能力,减缓氮浓度下降速率。根据地上部生物量（DM）与其氮浓度变化关系构建不同施磷水平下夏玉米临界氮浓度（N_c）变化曲线（P0,N_c=27.98DM^-0.249;P1,N_c= 29.77DM^-0.182;P2,N_c=30.81DM^-0.138;P3,N_c=30.06DM^-0.187）,模型拟合的植株氮浓度和实际氮浓度线性相关,稀释曲线模型的n-RMSE值分别为10.23%、6.67%、6.95%和7.19%,有很好的稳定性。基于临界氮浓度稀释曲线计算氮营养指数（NNI）,同一施磷水平下玉米各生育时期NNI随氮肥用量的增加而增大,NNI与相对地上部生物量（RDW）和相对产量（RY）均呈极显著相关。【结论】基于临界氮浓度稀释曲线模型的氮营养指数对夏玉米适宜氮磷配施量的诊断结果为N2—N3、P1—P2处理为最佳条件,结合施氮量与产量的拟合方程,推荐关中平原夏玉米施氮量为187.5—205.7 kg·hm^-2、施磷量为60—120 kg·hm^-2。

等氮量条件下有机肥替代化肥对玉米农田温室气体排放的影响

李晓立,何堂庆,张晨曦,田明慧,吴梅,李潮海,杨青华,张学林

中国农业科学. 2022, 55(5):  948-961.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.009

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【目的】明确大田等氮量条件下,有机肥替代化肥对玉米农田土壤温室气体（N₂O和CO₂）排放及其增温潜势的影响,为稳定作物产量、减少化肥投入、减少氮肥流失、提高氮肥利用效率提供理论依据。【方法】2018和2019年大田采用静态箱-气相色谱法,以不施肥（CK）为对照,比较等氮量条件下常规单施化肥（NPK）、有机肥替代30%（化学肥料180 kg N·hm^-2+有机肥90 kg N·hm^-2,NPKM30）、有机肥替代50%（化学肥料135 kg N·hm^-2+有机肥135 kg N·hm^-2,NPKM50）对夏玉米生育期土壤N₂O和CO₂排放的影响,并估算玉米季农田温室气体排放量、全球增温潜势（global warming potential,GWP）和农业碳足迹（carbon footprint）。【结果】等氮量条件下NPK、NPKM30和NPKM50处理间的玉米籽粒产量没有显著差异。玉米整个生育期土壤N₂O排放通量呈动态变化,且3个施肥处理的N₂O排放通量均高于对照。与NPK相比,NPKM30处理两年N₂O累积排放量均值增加5.22%,而NPKM50处理降低7.92%。玉米生育期N₂O累积排放量占土壤全氮的12.91?—18.74?。3个施肥处理间CO₂排放通量的季节变化趋势基本一致,变幅为74.53—367.04 mg·m^-2·h^-1。施肥显著增加CO₂累积排放量,与NPK相比,NPKM30和NPKM50处理两年CO₂累积排放量均值分别增加0.91%和5.79%;GWP分别增加2.07%和2.10%。与NPK处理相比,NPKM30处理的温室气体排放强度（GHGI）和单位产量碳足迹降低2.46%和1.43%,而NPKM50处理增加3.37%和1.43%。【结论】部分有机肥替代化肥能够增加玉米田土壤温室气体排放量和全球增温潜势,但能够保持玉米产量稳定,同时有效降低温室气体排放强度和单位产量碳足迹,综合考虑玉米产量和生态效益,有机肥替代30%（NPKM30）是实现玉米稳产减肥减排较为理想的有机肥替代化肥比例。

西北地区玉米生产投入及生态环境风险评价

乔远,杨欢,雒金麟,汪思娴,梁蓝月,陈新平,张务帅

中国农业科学. 2022, 55(5):  962-976.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.010

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【目的】明确西北地区玉米生产的投入与生态环境风险。【方法】基于生命周期评价（LCA）方法对西北地区六省或自治区（新疆、陕西、山西、宁夏、内蒙古、甘肃）15年间（2004—2018年）玉米生产的投入（肥料、农药、柴油、地膜、种子及人工）与生态环境风险（温室气体排放、土壤酸化、水体富营养化及人体毒性）进行评价,定量化该地区单位面积（hm²）玉米生产投入与生态环境风险及其时空变化。【结果】西北地区玉米生产投入与生态环境风险较高,15年间平均肥料投入为233.1 kg N·hm^-2,106.3 kg P₂O₅·hm^-2和23.3 kg K₂O·hm^-2,农药、柴油、地膜、种子、人工投入量分别为6.5 kg·hm^-2、93.2 L·hm^-2、13.7 kg·hm^-2、38.8 kg·hm^-2和120.1 h·hm^-2。玉米平均产量为7.9 t·hm^-2,温室气体排放量为4 188 kg CO₂ eq·hm^-2,土壤酸化潜值为155.3 kg SO₂-eq·hm^-2,水体富营养化潜值为52.6 kg PO₄-eq·hm^-2,人体毒性为2.9 kg 1,4-DCB-eq·hm^-2。相较于2004年,2018年西北地区玉米生产种植面积和玉米单产分别增加了79%和26.9%;投入整体呈现上升趋势,其中氮肥、磷肥和钾肥的单位面积投入量分别增加9.2%、52.7%和203.7%,农药、柴油、地膜的单位面积用量分别增加了303%、143%和108%,而种子和人工的单位面积投入量则分别降低了38.6%和50.8%。西北地区玉米生产的生态环境风险则整体呈现先上升后下降的趋势,其中单位面积温室气体排放量、土壤酸化潜值、水体富营养化潜值以及人体毒性分别增加了13.6%、15.8%、2.6%和302.5%。西北地区玉米生产15年间单位面积氮肥投入量及温室气体排放量最高的年份均为2016年,最低均为2007年。西北地区不同省份玉米生产单位面积的投入与生态环境风险存在较大差异。其中,甘肃的氮肥、地膜和人工单位面积投入量最高,3种投入的最低省区分别为山西、陕西和内蒙古;新疆的磷肥和柴油投入量最高,最低均为陕西;山西的钾肥投入量最高,最低为新疆;农药和种子的投入量最高分别为宁夏和新疆,最低均为山西,玉米的种植面积与单产最高的省区分别为内蒙古和新疆,最低的分别为宁夏和陕西。同时温室气体排放量与土壤酸化潜值均为甘肃最高,水体富营养化潜值为陕西最高,人体毒性为宁夏最高,均为山西最低;西北地区玉米生产投入量与生态环境风险综合值最高的省区为宁夏,山西为西北地区玉米生产综合生态环境风险最低的省份。【结论】西北地区玉米生产呈现高投入、高产出、高风险的特点,其投入与生态环境风险在不同时间和空间尺度上均存在较大差异。2004—2018年,西北地区玉米的种植面积、单产、投入整体呈增加趋势,生态环境风险整体呈现先上升后下降的趋势。未来玉米生产布局可考虑向高产和低环境风险的省份倾斜,在实现高产的同时降低生态环境风险。

园艺

鲜食葡萄果实单萜合成关键基因的eQTL分析

王慧玲, 闫爱玲, 孙磊, 张国军, 王晓玥, 任建成, 徐海英

中国农业科学. 2022, 55(5):  977-990.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.011

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【目的】通过对鲜食葡萄果实单萜合成关键基因进行eQTL定位及候选基因挖掘,深入了解单萜合成调控机制,为优良玫瑰香味葡萄新品种培育及种质改良奠定基础。【方法】以‘摩尔多瓦’ב瑞都香玉’F₁代群体及亲本为供试材料,分别在转色期和成熟期采集葡萄果实样品;利用实时荧光定量qPCR技术对7个单萜合成途径基因（VvDXS1、VvDXS3、VvDXR、VvHDR、VvLiner、VvTerp和VvGermD）的表达量进行检测获得表达性状表型数据;基于区间作图法,采用MapQTL6.0软件,对单萜基因表达性状进行eQTL定位分析;将eQTL连锁标记定位到基因组区域,通过Ensembl Plants和NCBI数据库进行基因注释;利用葡萄全基因组芯片技术检测不同发育时期亲本果实样品中候选基因的表达谱。【结果】7个单萜合成基因表达量在F₁代群体中呈现连续分布数量遗传特征;各个单萜基因表达之间具有显著的相关性;在转色期,7个表达性状一共定位到13个eQTL,主要位于1号、6号、14号、16号、17号、10号和12号等染色体上,表型解释率介于12.2%—23.5%。其中位于14号染色体的eQTL（qDXS1-v14、qHDR-v14-1和qTerp-v14）覆盖相同的遗传区间57.582—76.979 cM,qLiner-v10、qTerp-v10和qGermD-v10共定位到10号染色体相同的遗传区间;在成熟期,共检测到16个eQTL,主要位于1号、6号、12号、8号、13号和19号等染色体。qDXS1-m6-2、qDXR-m6-2、qLiner-m6和qGermD-m6共定位到6号染色体139.212—143.161 cM遗传区间;针对成熟期与转色期各个基因的表达量比值变化进行定位分析,共检测到18个eQTL,分别位于1号、3号、7号、10号、12号、15号和19号等染色体。定位于12号染色体的qDXS1-r12-1、qDXR-r12-1、qHDR-r12、qLiner-r12和qGermD-r12覆盖相同的遗传区间6.330—6.967 cM。对多个基因表达性状共定位的eQTL区域进行基因注释,共筛选到90个转录因子基因,表达谱及相关性分析最终确定11候选基因。其中4个候选基因（VIT_06s0009g01380、VIT_14s0006g02290、VIT_12s0028g01170和VIT_15s0046g00290）与激素信号通路调控相关,一个候选基因（VIT_12s0028g01110）编码光敏色素作用因子与光响应相关,还有一些编码Myb类、WRKY类转录因子或者未知功能蛋白基因。【结论】在两个不同的生长发育期共检测到37个与单萜合成基因表达性状连锁的eQTL,主要定位于6号、10号、12号和14号染色体。基于基因注释和表达谱分析结果,确定了包含VIT_06s0009g01380和VIT_14s0006g02290在内的11个可能的候选基因,这些候选基因与多个单萜基因表达高度相关。

中国板栗36个叶片表型性状的多样性

郭燕, 张树航, 李颖, 张馨方, 王广鹏

中国农业科学. 2022, 55(5):  991-1009.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.012

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【目的】揭示中国板栗（Castanea mollissima Bl.）叶片表型性状的变异规律及多样性特征,为中国板栗资源的保护、开发和科学利用提供依据。【方法】对中国10个省份（群体）240份资源的36个叶片表型性状（31个数量性状和5个质量性状）进行检测,运用方差分析、多重比较、相关分析和聚类分析等方法,探讨板栗叶片表型多样性水平及其与原产地的地理、环境因子关系。【结果】巢式方差分析表明,31个数量性状在群体内存在极显著差异（P<0.01）,同时叶片长、叶片宽、叶片长/宽、锯齿高度等15个数量性状及3个质量性状（叶片形状、叶基形状和叶缘锯齿特征）在群体间存在显著或极显著差异（P<0.05或P<0.01）,说明板栗叶片表型在群体内和群体间均存在丰富变异。群体间叶片表型分化系数V_ST为7.95%,远小于群体内的92.05%,说明叶片表型变异主要来源于群体内部。板栗叶片表型的平均变异系数（CV）和平均多样性指数（H′）分别为18.05%和1.27,5个质量性状中以叶片形状的CV和H′最高（35.67%,0.86）,叶缘特征最低（5.60%,0.07）;31个数量性状的CV在8.68%（叶片长/宽）—32.73%（锯齿深度）,H′在1.54（叶背茸毛密度）—2.09（叶片结构疏松度）。叶片外观形态、生理指标和解剖性状的平均H′分别为2.03、2.04和2.04,CV由高到低分别为15.27%（外观形态）>15.18%（生理指标）>12.17%（解剖结构）。10个群体表型性状CV均值在17.11%（陕西）—19.66%（山东）,H′均值在0.99（安徽）—1.80（河北）。板栗叶片大多表型性状与地理气候因子之间存在显著或极显著相关,其中年均气温等温度指标和年降水量与叶基形状、锯齿高度等性状呈负相关（经度和纬度与之呈正相关）,与叶片长/宽呈正相关（经度和纬度与之呈负相关）。【结论】板栗叶片表型在群体间和群体内均存在丰富变异,但变异主要来源于群体内（个体基因型间的变异）,因而以叶片表型性状作为研究对象,进行抗逆性、高光合效率等特异品种选育或相关研究时,研究重点应该放到广泛的个体基因型调查上,变异较为丰富均匀的群体可作为重点参考。板栗叶片大多外观形态和生理指标性状呈现以温度和降雨量因子为主导的梯度规律性。

食品科学与工程

淀粉粒径对大麦淀粉物化特性的影响

肖璐婷,李秀红,刘栗君,叶发银,赵国华

中国农业科学. 2022, 55(5):  1010-1024.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.013

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【目的】大麦籽粒是一类重要的谷物原料,在啤酒酿造、禽畜喂饲、药食保健等领域的用途十分广泛。研究表明,籽粒中的淀粉颗粒大小及淀粉组成结构决定其用途。通过研究不同品种大麦不同粒径淀粉颗粒的组成结构及物化性质,为大麦淀粉加工利用提供参考。【方法】以西引2号（Xiyin-2）、京辛1号（Jingxin-1）、苏啤6号（Supi-6）3种不同用途的大麦品种籽粒为原料,采用沉降分离法得到大、中、小3个粒径的淀粉颗粒,研究颗粒显微形态、淀粉晶体结构、直链淀粉含量、支链淀粉侧链分布以及淀粉颗粒热特性、水合性质、糊化特性和消化特性与粒径的关系。【结果】大颗粒大麦淀粉多呈盘状,中颗粒淀粉呈扁圆形或椭球形,小颗粒淀粉呈球形或多角形。在偏振光显微镜下,所有大麦淀粉颗粒具有典型的偏光十字,且偏振光亮斑随粒径增加而增强。大麦淀粉的大颗粒占比最高（87.62%—89.48%）,其次为中颗粒（8.97%—9.42%）和小颗粒（1.55%—3.29%）。大麦淀粉的表观直链淀粉含量为19.12—30.63 g/100 g,粒径对其含量的影响缺乏规律性。所有样品均为A型结晶,相对结晶度随着粒径增大而增加。大麦支链淀粉的侧链分布呈现双峰模式,主峰在DP 12处,次峰在DP 38处,大麦支链淀粉以B₁链含量最高（34.34%—44.76%）,其次是A链（25.12%—34.52%）,大麦支链淀粉的平均链长为DP 22.86—25.00。热特性分析结果表明,小颗粒大麦淀粉的糊化温度区间（∆T）最大,糊化焓（∆H）则随着粒径增加而增大。大麦淀粉的膨胀力表现出品种差异,京辛1号大麦淀粉所有粒径颗粒均具有较高的膨胀力。糊化特性分析结果表明,大颗粒淀粉的峰值黏度、崩解值、终值黏度比中颗粒和小颗粒淀粉更高。消化特性分析结果表明,大麦淀粉颗粒快消化淀粉（RDS）含量随着粒径减小而增加,而粒径对其慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量的影响缺乏规律。【结论】粒径对大麦淀粉的直链淀粉含量、支链淀粉精细结构、相对结晶度等结构特征有较大影响,从而影响大麦淀粉的热特性、糊化特性及消化特性等性能。

畜牧·兽医·资源昆虫

夏季横向交互送风系统对肉牛生理和生产性能的影响

房昊源, 杨亮, 王洪壮, 曹锦承, 任万平, 魏胜娟, 颜培实

中国农业科学. 2022, 55(5):  1025-1036.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.014

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【目的】探讨南方夏季高温高湿气候条件下,横向交互送风系统对肉牛舍温热环境、肉牛生理生化指标及生产性能的影响,以期评价此肉牛防暑环境调控系统的技术经济效果。【方法】试验采用单因子完全随机设计,选择健康、体重相近（（290.05±7.60）kg）的8月龄西门塔尔公牛30头,随机区组饲养于2栋相邻且构造相同的钟楼式棚舍中,试验组所在牛舍加装横向交互送风系统,对照组所在牛舍采用自然通风。试验期为2019年6月30日至7月16日,共17 d,其中预试期为前3 d,正式期为后14 d。正式试验期内前7 d,于每日的5:00、10:00、14:00、18:00、22:00测定舍内风速、干球温度和湿球温度,计算温湿指数和体感温度,并同时测定肉牛的直肠温度和呼吸频率。在全部正式试验期间,每天记录每圈栏的投料量,并于次日上午6点对剩料进行清理和称重,计算采食量。于正式试验期内第1和14天的上午7：00—8：00,对所有试验牛进行空腹称重,记录始末体重,用于计算平均日增重和料重比等生产性能指标并进行经济效益评估;同时采集血液及粪便样本,用于测定血清中的无机离子、生化指标、激素水平及粪便中的皮质醇水平。【结果】（1）试验组的横向交互式送风系统处理可显著提高舍内风速（P < 0.01）,从而极显著的降低试验组肉牛的体感温度、肉牛在10：00、14：00、18：00、22：00的直肠温度以及肉牛在10：00、14：00、18：00的呼吸频率（P < 0.01）;与对照组肉牛相比,试验组肉牛直肠温度和呼吸频率随环境温度升高的增幅分别减少45%和42%;试验组与对照组的舍内干球温度、相对湿度及温湿指数差异不显著（P > 0.05）。（2）试验结束时,试验组肉牛血清中钙离子含量显著低于对照组（P < 0.05）,钾离子、钠离子、镁离子及氯离子含量均差异不显著（P > 0.05）;血清生化指标结果显示,试验组肉牛血清中的热应激蛋白70、总蛋白、甘油三酯、葡萄糖含量均显著高于对照组（P < 0.05）,血清白蛋白、球蛋白及总胆固醇含量差异不显著（P > 0.05）;激素水平测定结果显示,试验组肉牛的粪便及血清中皮质醇水平均显著低于对照组（P < 0.05）,三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素在试验组和对照组间差异均不显著（P > 0.05）。（3）生产性能测定显示,试验组与对照组肉牛的初始体重及结束体重均差异不显著（P > 0.05）,但试验组肉牛的平均日增重（P < 0.01）及平均干物质采食量（P < 0.05）显著高于对照组,料重比显著低于对照组（P < 0.05）,利润可提高10.68%。【结论】横向交互送风可以显著增加舍内空气流速,降低体感温度,改善西门塔尔牛代谢,提高生产性能,增加高温高湿环境下肉牛生产的经济效益。

添加剂对农副产物和小麦秸秆混合青贮发酵品质的影响

宗成, 吴金鑫, 朱九刚, 董志浩, 李君风, 邵涛, 刘秦华

中国农业科学. 2022, 55(5):  1037-1046.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.015

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【目的】随着食品业与加工业的不断发展,产生了诸如西瓜皮,蚕豆荚以及啤酒糟等大量的农副产物,造成环境的污染。为提高农副产物和小麦秸秆的饲料化程度,减小环境压力,通过探究添加剂对农副产物（西瓜皮、蚕豆荚和啤酒糟）与小麦秸秆混合青贮发酵品质的影响,为提高农副产品利用率和青贮品质研究提供借鉴。【方法】以混合农副产物（西瓜皮﹕蚕豆荚﹕啤酒糟=1﹕3﹕4）和小麦秸秆为原材料,按鲜重比100%﹕0（MW）、25%﹕75%(X25)、50%﹕50%（X50）和75%﹕25%（X75）进行混合青贮,并对各混合青贮进行添加剂处理：添加1×10⁶ cfu•g^-1布氏乳杆菌（B）,0.2% FW纤维素酶（C）和1×10⁶ cfu•g^-1鼠李糖乳杆菌（R）,以无添加剂（CON）为对照,将不同处理的200g新鲜材料装入容积为250 mL的聚乙烯塑料瓶中。在室温下青贮60 d后,开窖分析发酵品质和营养成分。不同处理的青贮饲料与原料通过两层纱布和定性滤纸过滤,浸提液用于pH测定;将原材料和青贮饲料烘干至恒重后测定干物质含量（DM）;蛋白质（CP）采用凯氏定氮法进行测定;采用范氏纤维测定法测定中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）;采用蒽酮-硫酸比色法测定水溶性碳水化合物含量（WSC）;培养基培养微生物后计数;利用高效液相色谱仪分析有机酸;氨态氮含量（NH₃-N）采用苯酚-次氯酸钠比色法测定。【结果】与MW相比,X25中NH₃-N含量显著降低（P < 0.05）;X50中pH和NH₃-N含量显著下降（P<0.05）;X75中pH和NH₃-N含量显著降低,乳酸与乙酸比（LA/AA）显著升高（P < 0.05）;此外,相比于MW,X25、X50和X75显著降低丁酸含量（P<0.05）。在MW中,与对照组相比,添加C显著降低pH和NH₃-N含量（P < 0.05）,显著增加乳酸（LA）含量和LA/AA（P<0.05）。在X25中,与对照组相比,添加C显著降低pH（P<0.05),提高LA含量（P<0.05）;添加R显著降低NH₃-N含量（P<0.05）。在X50中,与对照组相比,添加C显著降低pH和NH₃-N含量（P < 0.05),添加B显著降低NH₃-N含量（P<0.05)。在X75中,与对照组相比,添加C能够显著降低pH和NH₃-N含量（P<0.05）。DM、NDF和ADF含量随小麦秸秆混合比例的增加而显著增加（P<0.05）;相比之下,CP随小麦秸秆混合比例的增加而显著降低（P<0.05）。与MW相比,X25、X50和X75显著提高了 WSC含量（P<0.05）。在X25中,与对照组相比,添加C显著降低了NDF和ADF含量（P<0.05）;在X50中,相比于对照组,添加B和C显著降低NDF含量（P<0.05）;在X75中,相比于对照组,添加B、C和R显著降低NDF和ADF含量（P<0.05）。【结论】混合农副产物（西瓜皮﹕蚕豆荚﹕啤酒糟=1﹕3﹕4）单独青贮发酵品质较差,农副产物和小麦秸秆混合青贮能够改善发酵品质,小麦秸秆和农副产物（西瓜皮﹕蚕豆荚﹕啤酒糟=1﹕3﹕4）比例为50%﹕50%和75%﹕25%时为最佳混合比例;从营养品质来看,小麦秸秆和农副产物（西瓜皮﹕蚕豆荚﹕啤酒糟=1﹕3﹕4）比例为25%﹕75%和50%﹕50%时为最佳混合比例;综合考虑发酵品质和营养价值,小麦秸秆和农副产物（西瓜皮﹕蚕豆荚﹕啤酒糟=1﹕3﹕4）最适宜的混合比为50%﹕50%,添加C能够进一步提高发酵品质,改善营养成分。