中国农业科学

2023年第56卷第3期中英文目录

中国农业科学. 2023, 56(3): 0. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023560300

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水稻耐热新种质R203的创制与应用

刘刚, 夏快飞, 吴艳, 张明永, 张再君, 杨金松, 邱东峰

中国农业科学. 2023, 56(3): 405-415. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.001

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【目的】全球气候变暖导致水稻抽穗开花期受到高温热害的影响日益严重。鉴定抽穗期耐高温水稻种质，创制耐热新种质，为培育实用性耐热水稻新品种，降低高温热害对水稻生产的影响，保障中国乃至世界的粮食安全奠定基础。【方法】以广恢128（七桂早/测64//明恢63）为耐热亲本，通过杂交、复交以及系谱法，选育过程中连续多代筛选抽穗开花期处于高温阶段结实率较高且变异较小的株系，在高世代，利用人工气候室进行抽穗开花期耐热鉴定（处理盆栽于开花当天移入人工气候室，高温处理时间段为每日09：00—15：00，设置恒温38℃，15：01—次日08：59设置恒温28℃，相对湿度均为75%，处理7 d），结合农艺性状分析方法创制水稻耐热新种质。【结果】创制的新种质R203具有较好的耐热性，在正常条件下和高温条件下都有较高的结实率（常温结实率为94.5%、高温结实率为81.9%、相对结实率为86.7%），其对三系不育系恢复能力强，综合抗性好，稻米品质优，具有配制实际应用价值的耐热新组合的潜力。在自然高温条件下，以R203为父本、7个三系不育系为母本配制的杂交组合结实率为83.4%—99.4%，耐热性均表现较好。其中，育成的三系杂交中籼新品种泰优203的结实率为87.9%，综合相对耐热系数为1.11，耐热性达到1级，生产试验中，其产量比对照增加5.36%，增产点占85.71%，具有很好的丰产和稳产性，稻米品质达部标二级，具有较好的推广应用价值。【结论】当前耐热基础研究不足以支撑实用型耐热新品种选育，以高温湿热易发地区的种质为材料，通过表型选择创制了耐热新种质R203，并利用杂种优势，培育出实用型耐热水稻新品种泰优203。

芸薹属植物MYBL2基因的克隆及其在A、B、C基因组中的PCR鉴别

邹婷, 刘丽莉, 向建华, 周定港, 吴金锋, 李莓, 李宝, 张大为, 严明理

中国农业科学. 2023, 56(3): 416-429. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.002

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【目的】MYBL2负调控拟南芥花青素和原花青素的生物合成。从芸薹属6个物种的不同叶色材料中克隆MYBL2基因，分析其序列和表达模式，探究其在芸薹属植物花青素生物合成途径中的功能，为油菜的品质、抗逆性、观赏性等性状改良提供参考。【方法】以芸薹属6个物种19份供试材料的总DNA为模板，同源克隆MYBL2基因，并进行多序列比对和进化树分析；对白菜、甘蓝型油菜、芥菜型油菜以及埃塞俄比亚芥的紫叶材料进行遮光处理，结合转录组和qRT-PCR分析MYBL2基因表达水平；对甘蓝、甘蓝型油菜、芥菜型油菜以及埃塞俄比亚芥紫、绿叶材料进行qRT-PCR分析MYBL2基因表达水平；根据克隆MYBL2-1和MYBL2-2序列的核苷酸变异位点设计特异性引物，开发能够区分MYBL2基因组来源的PCR标记。【结果】克隆获得MYBL2-1和MYBL2-2各9个同源基因共56个拷贝。其中，BcaMYBL2-1为首次获得，BcaMYBL2-1编码区序列全长为867 bp，包含2个内含子，分别为168和102 bp，编码198个氨基酸，分子量为22.69 kD，等电点（pI）为8.72。序列比对和进化分析表明，BcaMYBL2-1来源于B基因组。芸薹属6个物种MYBL2-1和MYBL2-2同源基因中，仅BraA07.MYBL2-1、BolC06.MYBL2-1和BcaMYBL2-1在不同叶色材料中存在序列差异。经遮光处理后，紫叶材料叶色变浅，在白菜紫宝5号中，BraA07.MYBL2-1和BraA02.MYBL2-2表达量分别为未遮光部分的0.7和0.4倍；在紫叶白花甘蓝型油菜中，BnaA07.MYBL2-1、BnaC06.MYBL2-1、BnaA02.MYBL2-2和BnaC02.MYBL2-2表达量分别为未遮光部分的0.4、0.5、0.4和0.4倍；在紫叶芥中，BjuA07.MYBL2-1、BjuB03.MYBL2-1、BjuA02.MYBL2-2和BjuB05.MYBL2-2表达量分别为未遮光部分的0.4、0.3、0.4和0.2倍；在紫秆埃芥中，BcaMYBL2-1、BcaB03.MYBL2-1和BcaC03.MYBL2-2表达量分别为未遮光部分的0.3、0.4和0.5倍，而BcaB05.MYBL2-2表达量为未遮光部分的2.4倍。对比芸薹属不同叶色材料MYBL2基因表达情况，结果表明，除了羽衣甘蓝，在紫叶材料中MYBL2基因大部分同源基因的表达量均高于绿叶。在羽衣甘蓝中，绿叶羽衣甘蓝BolC06.MYBL2-1和BolC02.MYBL2-2的表达量分别为紫叶羽衣甘蓝的2.5和3.5倍；在甘蓝型油菜中，紫叶白花BnaA07.MYBL2-1、BnaC06.MYBL2-1和BnaC02.MYBL2-2的表达量分别为绿叶白花的7.5、8.6和26.0倍，而绿叶白花BnaA02.MYBL2-2的表达量为紫叶白花的13.0倍；在芥菜型油菜中，紫叶芥BjuA07.MYBL2-1、BjuB03.MYBL2-1、BjuA02.MYBL2-2和BjuB05.MYBL2-2的表达量分别为四川黄籽的8.3、11.8、23.2和14.6倍；在埃塞俄比亚芥中，紫秆埃芥BcaMYBL2-1、BcaB03.MYBL2-1的表达量分别为W-BCDH76的7.1和27.6倍，而W-BCDH76的BcaB05.MYBL2-2和BcaC03.MYBL2-2的表达量则分别为紫秆埃芥的2.8和5.0倍。依据克隆的基因序列设计出5对引物，可以有效鉴别芸薹属植物MYBL2基因的A、B、C基因组来源。【结论】芸薹属紫叶材料MYBL2基因的表达与光照密切相关，而且参与花青素生物合成的调控机制与拟南芥MYBL2负调控花青素生物合成的机制有所不同。

花后弱光胁迫对成都平原籼稻米饭食味品质的影响

朱莜芸, 曾玉玲, 李博, 袁玉洁, 周星, 李秋萍, 何辰延, 陈勇, 王丽, 程红, 周伟, 陶有凤, 雷小龙, 任万军, 邓飞

中国农业科学. 2023, 56(3): 430-440. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.003

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【目的】明确花后弱光胁迫对成都平原籼稻米饭食味品质的影响，为弱光稻区耐荫水稻品种的选用提供理论和实践依据。【方法】以不同直链淀粉含量籼稻品种为试验材料，于2019至2020年在四川温江开展田间控光试验，通过对稻米组分、RVA谱特征值，以及米饭质构特性和食味品质的测定，研究了弱光胁迫对水稻米饭食味品质的影响。【结果】（1）弱光胁迫显著降低稻米直链、支链和总淀粉含量，但显著提高蛋白质和脂肪含量。（2）弱光胁迫下，稻米峰值黏度和崩解值显著降低，糊化温度和消减值则显著增加。（3）弱光胁迫显著增加米饭硬度，降低黏度和弹性，使米饭外观和口感下降，综合评分显著降低。（4）主成分分析表明，稻米组分、RVA谱特征值和米饭质构特性可以解释81.2%的米饭食味品质变化。米饭综合评分与直链和总淀粉含量、峰值黏度、崩解值、弹性以及黏度呈显著正相关，与蛋白质和脂肪含量呈显著负相关。【结论】弱光胁迫下，蛋白质和脂肪含量对米饭食味品质的影响大于直链淀粉和总淀粉含量。弱光胁迫导致稻米淀粉、蛋白质和脂肪等组分发生显著变化，进而导致峰值黏度和崩解值下降，糊化温度和消减值升高，米饭变硬，黏度和弹性降低，最终使食味品质变差。

西北地区制种玉米产量及氮素吸收对供氮水平的响应

刘丹, 安雨丽, 陶笑笑, 王孝忠, 吕典秋, 郭彦军, 陈新平, 张务帅

中国农业科学. 2023, 56(3): 441-452. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.004

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【目的】针对我国制种玉米氮素吸收与累积规律不明确的问题，研究制种玉米生物量累积、产量形成和氮素吸收对供氮水平的响应，旨在为制种玉米高产高效绿色生产提供理论依据。【方法】以大面积制种的品种组合为试验材料，于2019—2020年开展田间定位试验。采用完全随机区组设计，共设置4个供氮水平，分别为只施底肥对照（CK）、168 kg N·hm^-2、240 kg N·hm^-2和320 kg N·hm^-2，研究不同供氮水平对制种玉米父母本生物量、杂交种产量和氮素吸收累积的影响。【结果】制种玉米父母本生物量累积随供氮水平的提高而提高，产量随供氮水平的提高先增加后保持稳定，N240处理同时实现了较高的产量、氮肥利用率和籽粒氮浓度，两年结果较为一致。N168处理在试验第2年达到较高产量，但氮浓度低于N240处理。母本秸秆及父本整株氮浓度均为高氮处理高于低氮处理；灌浆期母本实现最大生物量的临界氮浓度为15.08 g·kg^-1，收获期母本生物量与氮浓度呈线性相关。各追施氮肥处理的花后生物量两年间均大于花前，且随供氮水平的提高而提高，花后氮吸收比例随供氮水平的变化规律与生物量一致。N320处理与N240处理的产量水平、生物量累积和氮吸收均无显著差异。综合考虑产量与制种玉米品质时，N240可作为该区域制种玉米生产的推荐施氮量。【结论】优化施氮通过调控制种玉米父母本花前花后氮吸收比例实现增产增效。本研究揭示了优化施氮量稳定花前氮吸收，保障花后氮供应是制种玉米高产高效的关键，为制种玉米绿色生产提供了理论依据。

施磷对苜蓿叶片生理参数及抗氧化能力的影响

赵建涛, 杨开鑫, 王旭哲, 马春晖, 张前兵

中国农业科学. 2023, 56(3): 453-465. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.005

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【目的】探究连续3年施用磷肥后对紫花苜蓿叶片养分吸收量、光合色素含量、气孔开度及抗氧化系统的影响，为紫花苜蓿高效生产提供科学施肥方法。【方法】2019—2021年，以‘WL366HQ’紫花苜蓿为试验材料，在石河子大学牧草试验站连续开展为期3年的田间试验。试验设置磷肥添加量分别为0（对照，CK）、50 kg·hm^-2（低磷，LP）、100 kg·hm^-2（中磷，MP）和150 kg·hm^-2 （高磷，HP），共4个磷肥处理。于苜蓿初花期进行取样，测定干草产量、叶片氮磷含量、色素含量、气孔开度、抗氧化酶活性以及氧化物质等指标。【结果】连续施加磷肥3年后，叶片的氮磷含量、光合色素含量及气孔开度显著增加（P<0.05），其中叶片氮磷含量在中磷处理下最高，分别为54.74和2.99 g·kg^-1；叶绿素a和叶绿素b的含量均在中磷处理下最高，类胡萝卜素含量在低磷或中磷处理下最高，且均在CK最低；气孔开度在中磷处理下达到最大，且显著高于CK（P<0.05）。因此，磷肥对苜蓿叶片的形态和生理特性有不同的影响，且中磷处理显著影响苜蓿叶片的光合生理特性（P<0.05）。合理添加磷肥可以提高苜蓿叶片抗氧化酶的活性并降低氧化物质的含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性均在中磷处理达到最高，分别为162.55、406.40和147.13 U·g^-1，且显著高于CK（P<0.05）；丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）和脯氨酸（Pro）含量均在中磷处理下最低，分别为2.38和1.04 μmol·g^-1以及56.85 μg·g^-1。根据Pearson相关性分析可知，苜蓿叶片全氮和全磷含量与叶绿素含量、类胡萝卜素含量、气孔开度、SOD和POD活性显著正相关（P<0.05），与MDA和H₂O₂含量呈显著负相关（P<0.05）。综合评价表明，施磷处理的主成分得分排序为：中磷>高磷>低磷>对照。【结论】合理施加磷肥增加苜蓿叶片的营养特性及光合生理特性，从而避免其他环境因子带来的胁迫作用，增强苜蓿的适应能力，使苜蓿更好地适应外界环境变化。综合考虑紫花苜蓿的叶片形态、光合生理特性及抗氧化酶和氧化物质等因素，本试验施磷量为100 kg·hm^-2较为适宜。

黑龙江省和海南省稻瘟病菌中AVR-Pita家族的分布及变异分析

刘瑞, 赵羽涵, 顾欣怡, 王艳霞, 靳学慧, 吴伟怀, 张亚玲

中国农业科学. 2023, 56(3): 466-480. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.006

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【目的】通过检测黑龙江省和海南省不同稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）菌株群体中AVR-Pita家族的分布情况和变异特征，了解其变异类型的致病表型，为区域内抗病种质的筛选与选育提供参考。【方法】通过参考NCBI中公布的AVR-Pita家族序列分别对启动子区和CDS区设计特异性引物共6对，对2020年采自黑龙江省和海南省不同地区的397个稻瘟病菌单孢菌株提取DNA，进行PCR扩增。通过电泳检测结果，分别选取囊括不同地区的代表菌株对扩增片段进行测序。测序结果与NCBI中相应的碱基与氨基酸序列进行比较分析，并利用水稻抗性单基因系，对不同变异类型的稻瘟病菌菌株进行无毒功能验证。【结果】在PCR电泳检测结果中，黑龙江省稻瘟病菌菌株携带所有待测基因，分布广泛且检出频率较高；而海南省稻瘟病菌菌株中仅携带AVR-Pita1和AVR-Pita2，并以低频率集中存在。无毒基因组成分析结果显示，黑龙江稻区的稻瘟病菌菌株复杂多样，携带的基因型种类较海南菌株丰富。PCR产物测序检测结果显示，AVR-Pita家族以点突变、插入和缺失为主要变异类型划分为19种,且不同稻瘟病菌群体来源的菌株，其变异类型具有特异性。AVR-Pita1检测出10种变异类型，其中AVR-Pita1-（1—5）为黑龙江省稻瘟病菌菌株独有的变异类型，AVR-Pita1-（6—10）为海南省稻瘟病菌菌株独有。对这10种变异类型经功能验证后发现，无毒功能均已丧失。AVR-Pita2检测出8种变异类型，其中AVR-Pita2-（1—4）为黑龙江省稻瘟病菌菌株独有，AVR-Pita2-（5—8）为海南省稻瘟病菌菌株独有。经功能验证后发现，无毒功能均已丧失。AVR-Pita3在黑龙江省仅检测出1种变异类型AVR-Pita3-1。【结论】黑龙江和海南稻瘟病菌群体中AVR-Pita家族均为突变后的等位基因型存在，经致病性鉴定后，检测出的所有突变类型均不能被相对应抗性基因Pi-ta和Pi-ta²所识别，表现为感病。因此，抗性基因Pi-ta和Pi-ta²在黑龙江省和海南省对稻瘟病的抗病育种与利用过程中可聚合其他抗性基因应用来保证品种抗病性。同时，不同地理来源的稻瘟病菌菌株群体中AVR-Pita家族的分布和变异类型具有特异性。

油菜与杂草生物量和养分竞争对氮磷钾肥用量的响应

盛倩男, 余小红, 周雄, 田贵生, 吴海亚, 耿国涛, 闫金垚, 李静, 任涛, 鲁剑巍

中国农业科学. 2023, 56(3): 481-489. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.007

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【目的】杂草是限制油菜丰产的重要因素之一，养分的合理管理对杂草防控起到关键作用。本研究在大田条件下，探究氮、磷、钾肥施用量对油菜与杂草生物量及养分竞争的影响，为生态控草和农业可持续发展提供依据。【方法】在湖北省武穴市开展田间试验，采用单因素试验设计，设置氮（0、90、180和270 kg N·hm^-2，分别用N0、N1、N2和N3表示）、磷（0、45、90和135 kg P₂O₅·hm^-2，分别用P0、P1、P2和P3表示）、钾（0、60、120和180 kg K₂O·hm^-2，分别用K0、K1、K2和K3表示）各4个不同用量梯度田间试验。在油菜成熟期，测定油菜籽产量、油菜和杂草的生物量及相应的养分含量，计算养分积累量，分析油菜与杂草的养分竞争关系及其对肥料用量的响应。【结果】施肥显著提高油菜籽产量、地上部总生物量和相应的养分积累量，在氮、磷、钾3种养分中，油菜生长和养分吸收对缺磷最敏感。N0、P0和K0处理的油菜籽产量分别为560、227和1 490 kg·hm^-2，分别只占相应最高产量（N3、P3和K3处理）的18.2%、7.5%和50.1%，油菜地上部总生物量随着养分的投入变化趋势与籽粒产量一致。N0、P0和K0处理的油菜相应养分积累量依次为19.96、0.88和 26.21 kg·hm^-2，分别占相应最高养分积累量的12.24%、3.72%、22.26%。杂草生物量和相应的养分积累量随着3种养分施用量的增加不断下降（磷肥用量试验P2处理最高除外），N0、P0和K0处理的杂草生物量分别为1 365、3 060和1 535 kg·hm^-2，分别是相应最低杂草生物量（N3、P2和K3处理）的7.59倍、5.19倍和3.61倍；N0、P0和K0处理杂草的相应养分积累量依次为17.60、1.91和9.38 kg·hm^-2，分别是相应最低杂草养分积累量（N3、P2和K3处理）的3.78倍、1.54倍和1.52倍。与磷和钾相比，杂草与油菜对氮的养分竞争力更强，在各氮肥处理时杂草的氮含量均高于油菜。施肥提高了油菜与杂草的生物量和相应养分积累量的比值，除不施磷处理外，其他所有处理的油菜与杂草的生物量和相应养分积累量的比值均大于1，且这个比值随施肥量的增加而不断提高（磷肥用量试验P2处理最高除外），说明充足的养分供应可以显著提高油菜的生长势及养分吸收能力，发挥了抑制杂草的作用。【结论】冬油菜田间杂草的危害程度受养分供应状况的控制，施肥有效弥补了油菜生长前期除草剂不能完全控制整个生育期杂草的不足，氮、磷、钾肥充足施用能显著降低杂草生物量和相应的养分积累量，油菜与杂草竞争能力对3种养分的响应程度为磷>氮>钾。

糖蜜发酵工业废液农用的环境安全风险

王小彬, 闫湘, 李秀英, 涂成, 孙兆凯

中国农业科学. 2023, 56(3): 490-507. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.008

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糖蜜是甘蔗或甜菜制糖工业的一种副产物。糖蜜发酵工业主要指制糖工业的下游工业中以糖蜜为发酵原料的酒精和酵母等发酵工业。在糖蜜发酵酒精和酵母过程中可产生大量废液（即糖蜜发酵工业废液）。出于对这类糖蜜发酵工业废液的资源化利用考虑，很多产糖国（如巴西、印度和中国等）都有将这类废液以直接土地处置方式用于农作物灌溉施肥或土壤改良。由于糖蜜发酵工业废液属于处理难度大的高浓度有机废水，还属于多种重金属污染废水，随着一些产糖国对糖蜜发酵工业废液的长期农田处置，所引发出土壤-作物-水系生态环境问题也日益暴露。目前，我国部分企业以这类废液为原料生产有机水溶肥料，其产品在水溶肥市场上占一定比重（约占32%），但对这类废液长期农用的环境安全风险研究及其监测数据尚不充足。本文收集了1980年以来国内外公开发表的关于糖蜜发酵工业废液水质污染特征及其农用的环境影响等相关科研文献，通过对相关研究数据调研和综述分析，评估糖蜜发酵工业废液农用的环境安全风险：（1）糖蜜发酵工业废液水质严重超标，且具有生态毒性特征。这类废液含高负荷有机污染物、强酸性、高盐度，并含多种重金属等污染物，除As、Hg、Cd、Pb和Cr等5种重金属外，还含有Mn、Cu、Zn、Ni和Se等，且污染物浓度大多超出《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）。（2）糖蜜发酵工业废液农用存在农田污染风险。从该类废液农灌的土壤样品中检出Cu、Cd、Cr、Zn、Ni、Mn、Pb和Cl等污染物，其浓度是对照土壤的10—641倍。（3）糖蜜发酵工业废液农用存在农产品安全风险。用该类废液灌溉的作物，如小麦和芥菜籽粒中也检出Cu、Cd、Cr、Zn、Ni、Mn和Pb等污染物，其浓度是对照作物的3—12倍，均已超出FAO/WHO规定的允许限值，且大多超出我国《食品中污染物限量》（GB 2762—2017）标准。鉴于糖蜜发酵工业废液农用存在的环境安全风险，长期使用可能对人类健康产生危害。因此，有必要对以该类废液为原料的有机水溶肥料产品加强质量检测及风险管控，进而为糖蜜发酵工业废液农用提供安全保障。

黄瓜果实维生素C合成关键基因克隆与分析

王壮壮, 董邵云, 周琪, 苗晗, 刘小萍, 徐奎鹏, 顾兴芳, 张圣平

中国农业科学. 2023, 56(3): 508-518. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.009

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【目的】鉴定调控黄瓜果实中L-半乳糖途径维生素C（Vc）合成相关基因的位置、数量及表达特征，同时对关键基因进行克隆分析，旨在为黄瓜果实中Vc合成调控研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥中L-半乳糖途径合成Vc相关基因，利用蛋白编码的氨基酸序列在黄瓜9930_V2参考基因组数据库中进行BLAST比对，确定黄瓜中的同源基因，借助TBtools软件绘制基因在染色体上的位置。通过qRT-PCR分析上述基因在果实Vc含量差异显著的两份黄瓜材料中的表达量。利用PCR扩增对限速酶GDP-L-半乳糖磷酸化酶（GGP）及GDP-甘露糖-3′ 5′-差向酶（GME）同源基因进行克隆，测序分析这些基因在高Vc含量与低Vc含量黄瓜果实中的序列差异。构建系统进化树，分析黄瓜果实GME、GGP与其他物种中同源基因的亲缘关系。【结果】在黄瓜基因组中比对到21个参与L-半乳糖途径合成Vc相关酶PMI、PMM、GMPase、GME、GGP、GPP、GalDH、GalLDH的同源基因，7条染色体均有分布，在5号染色体和1号染色体上分布最多。通过对21个基因在两份果实Vc含量高低差异显著的两份材料CG45（高Vc含量）和R48（低Vc含量）的表达量分析，发现调控PMI、PMM、GMPase、GME、GalLDH这5个酶的基因在CG45和R48中有极显著的表达差异。对Vc合成限速酶GGP和GME相关基因在CG45和R48两份材料中进行克隆发现，CsGME2在R48中基因全长为3 537 bp，在CG45中基因全长为3 541 bp，该基因在两份材料存在多个SNP位点差异和Indel差异，有一个突变位点位于CDS区，且导致了氨基酸序列的改变。通过对调控Vc合成限速酶GME、GGP蛋白性质分析，发现限速酶GME、GGP在不同物种的蛋白性质差异不大，均为亲水性蛋白，功能相对保守。进化树分析发现不同物种亲缘关系较近的聚类在一起，进化过程高度保守。【结论】鉴定出21个分布于7条染色体上的黄瓜果实Vc合成的L-半乳糖途径相关基因，推测关键酶PMI、PMM、GMPase、GME、GalLDH、GGP可能影响黄瓜果实中Vc含量变化，调控Vc合成限速步骤关键酶GME、GGP功能相对保守，Vc合成限速步骤关键酶GME基因CsGME2在高Vc和低Vc两份材料中的一个SNP位点变异导致氨基酸序列的变化。

减磷条件下含褪黑素的尿素缓释功能肥对番茄生长、产量、品质和磷素利用效率的影响

刘明慧, 田虹雨, 刘之广, 巩彪

中国农业科学. 2023, 56(3): 519-528. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.010

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【目的】褪黑素对植物具有多种有益功效，但其化学性质活泼，限制了其在农业生产中的应用。本研究通过包膜技术制备出含褪黑素的尿素缓释功能肥（以下简称功能肥），研究其对番茄生长、产量、品质和磷素利用效率的影响，为褪黑素高效施用和番茄节肥生产提供理论依据。【方法】首先以水泡法研究功能肥中褪黑素的释放速率，然后以穴盘育苗方式研究功能肥对番茄幼苗生长的影响。采用盆栽方式，设置4个处理，分别是施磷（记作+P）和不施磷（记作-P）两个磷处理水平，再分别添加尿素缓释肥（对照，仍记作-P和+P）或功能肥（记作-P+M和+P+M），研究功能肥对植株生长和干物质分配、根系生长、磷素吸收和分配、磷肥利用率、肥料产量贡献率、根系磷酸酶活性、果实产量和品质的影响。【结果】利用褪黑素制备功能肥时存在一定的损耗，包膜后褪黑素的实际含量为包膜时褪黑素总用量的35%。水泡至60 d时，功能肥中褪黑素残余量为6.61%。番茄穴盘育苗中施用功能肥能显著促进幼苗生长，壮苗指数较对照提升70.2%。盆栽试验表明，-P处理下番茄根、茎、叶、果的生物量分别较+P处理下降低了19.64%、18.51%、28.99%和28.73%，根和茎的干物质分配比例增加了10.03%和11.63%，叶和果的干物质分配比例分别减少了2.74%和2.39%。应用功能肥能显著提升两种磷处理条件下所有组织的生物量积累，增加+P条件下根的干物质分配比例达12.14%，降低-P条件下茎和叶的干物质分配比例达6.00%和5.90%，增加9.06%的果干物质分配比例。-P处理降低根系的总长、总表面积和总体积，增加根尖数量，施用功能肥能提高两种磷水平下根系的总长、总表面积、总体积和根尖数量。-P处理显著降低了番茄植株根、茎、叶、果的磷含量，增加根、茎和叶的磷分配比例，减少果的磷分配比例。应用功能肥能显著提升两种P处理条件下所有组织的磷含量，+P条件下根的磷分配比例，-P条件下茎和叶的磷分配比例，增加果的磷分配比例。应用功能肥能显著提高磷酸酶的活性、全株磷吸收量、肥料利用率与肥料产量贡献率。-P处理使番茄产量降低了17.57%，但-P处理下应用功能肥能使产量提高21.32%，而对+P处理下的产量影响不显著。此外，应用功能肥能全面提高-P或部分提高+P条件下番茄果实的品质。【结论】将褪黑素包膜于缓释肥能显著降低褪黑素的用量，提高番茄幼苗及植株全生育期的生长质量，增加磷肥利用效率，提高产量和果实品质。

非酿酒酵母属酵母的葡萄酒发酵应用研究进展

王春晓, 俞俊竹, 周文亚, 许引虎

中国农业科学. 2023, 56(3): 529-548. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.011

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葡萄皮上天然存在着非酿酒酵母属酵母（non-Saccharomyces），主要在葡萄酒浸渍和发酵初期发挥作用，近年来非酿酒酵母属酵母在葡萄酒发酵中的应用受到越来越多的关注。相对于酿酒酵母，非酿酒酵母属酵母在酒精发酵中具有较弱的发酵力，可将还原糖转化为乙醇及其他代谢副产物，是生产复杂风味和低酒度葡萄酒的潜在优良酵母。不同非酿酒酵母属酵母菌种在葡萄酒发酵应用中具有不同的代谢特征，选择具有一定特征的优良非酿酒酵母属酵母应用于发酵中，可以提高葡萄酒的特色化品质。本研究在总结商业化非酿酒酵母属酵母的种类、酿造特点和应用方式的基础上，重点综述了不同非酿酒酵母属酵母对葡萄酒颜色、香气、口感和安全健康4个方面的积极作用、代谢机理和研究热点：具有高产酸、多糖、胞外丙酮酸及低吸附性等特性的非酿酒酵母属酵母可通过不同代谢机理促进葡萄酒颜色的稳定；不同非酿酒酵母属酵母通过低产乙醇、乙醛、降低挥发性酚类，高产乙酸乙酯、乙酸酯类化合物、乙酯类化合物、高级醇、与萜烯或硫醇释放相关的酶类等途径促进葡萄酒果味香气的提升，增加香气复杂性；非酿酒酵母属酵母通过高产甘油、多糖和乳酸，降解苹果酸等方式调节葡萄酒的口感特征；非酿酒酵母属酵母作为生物防治剂可以降低葡萄酒酿造中二氧化硫的用量，通过代谢降解作用减少有毒化合物，提升葡萄酒的安全质量。本文进一步解析了非酿酒酵母属酵母的基因组和微卫星位点分析研究现状，探讨了目前非酿酒酵母属酵母葡萄酒发酵应用研究的主要接种策略，提出了未来研究仍需关注的热点方向，为非酿酒酵母属酵母在葡萄酒酒精发酵中的应用研究提供理论参考。

N-乙酰半胱氨酸对双酚A诱导的猪肾细胞凋亡和炎症反应的抑制作用

陶文静, 张子婷, 刘媛, 宋丹, 李向臣

中国农业科学. 2023, 56(3): 549-558. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.012

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【背景】双酚A（BPA）广泛应用于塑料材料工业制造，其从塑料制品中渗出，暴露在食物、水、土壤和空气等多种环境介质中，导致动物长期接触，并经过胎盘和母乳传递给后代，干扰动物生长和发育，对动物生长性能和生产效率产生不利影响。N-乙酰半胱氨酸（NAC）作为公认的强效抗氧化剂，能够调节氧化应激、细胞凋亡、炎症等多种病理生理过程。然而，NAC对BPA诱导的猪肾细胞损伤的调节作用尚不清楚。【目的】探究抗氧化剂NAC在BPA诱导的PK15细胞凋亡和炎症反应中的潜在作用，为NAC在对抗BPA诱导的猪肾细胞损伤中的应用研究提供科学依据。【方法】选取PK15细胞为试验材料，采用相应的抗氧化检测试剂盒分别测定细胞内过氧化氢酶（CAT）、总超氧化物歧化酶（T-SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性变化；设置不同浓度NAC（0、2、5和10 mmol·L^-1）预处理，并与BPA共处理PK15细胞，CCK-8检测细胞活力以筛选最佳的NAC作用浓度；实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测凋亡相关基因（BAX、BCL-2和Caspase3）表达和炎症相关基因（IL-8、IL-6、IL-1β和TNF-α）mRNA相对表达量，蛋白免疫印迹检测凋亡相关蛋白（BAX、BCL-2、cleaved-Caspase3）水平；免疫荧光染色检测凋亡细胞数量和核因子κB（NF-κB）核易位。【结果】与对照组相比，BPA处理显著降低了细胞内CAT、T-SOD和GSH-Px活性（P<0.05）。CCK-8结果显示，与对照组相比，BPA显著降低PK15细胞活力，而不同浓度的NAC均能显著促进PK15细胞活力（P<0.05），且与BPA单独处理相比，5和10 mmol·L^-1 NAC预处理均能显著促进PK15细胞活力（P<0.05）；qRT-PCR和蛋白免疫印迹结果显示，BPA处理显著增加了BAX、Caspase3 mRNA相对表达量以及蛋白表达水平，减少了BCL-2 mRNA相对表达量和蛋白表达（P<0.05），而NAC预处理能够减少BPA诱导增加的BAX、Caspase3基因和蛋白表达，增加BCL-2基因和蛋白表达；Hoechst 33258荧光染色显示，BPA处理的细胞呈现强蓝色荧光染色且有明显的核皱缩，而NAC预处理后呈现较弱的蓝色荧光；BPA处理显著增加炎症相关因子（IL-8和IL-6）mRNA相对表达量（P<0.05），而NAC预处理抑制BPA诱导增加的炎症相关因子（IL-8、IL-6和IL-1β）mRNA相对表达量，免疫荧光检测NF-κB核易位显示，对照组的NF-κB主要分布在细胞质中，而BPA处理后的NF-κB主要分布在细胞核，NAC预处理明显减少核NF-κB的表达。【结论】NAC显著提高BPA诱导降低的PK15细胞活力，抑制BPA诱导的PK15细胞凋亡和炎症反应。

平凉红牛生长性能、胴体及肉质性状分析

王秀娟, 高翰, 李海鹏, 高雪, 孙宝忠, 程强, 徐磊, 张亚朋, 雷元华, 魏萌, 李三禄, 胡俊伟, 张长庆, 高会江, 李俊雅, 张路培, 陈燕

中国农业科学. 2023, 56(3): 559-571. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.013

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【目的】通过研究平凉红牛的生长性能、胴体性状和肉质性状，深入挖掘平凉红牛的肉用特征和遗传特性，为平凉红牛新品种选育提供参考。【方法】试验选取24头平凉红牛阉牛，经强度育肥180 d后屠宰，年龄在24—36月龄，对其体尺、屠宰性能、胴体指数进行测定，并选取其中3头的外脊和大黄瓜条进行肉质测定分析。【结果】经育肥后的成年平凉红牛体重、体高、十字部高、胸围、管围相较于2019年测定的22—28月龄的平凉红牛分别增长6.96%、4.61%、4.43%、4.28%、7.90%，体斜长减少3.52%；胴体重为（417.01±56.94）kg、净肉重为（372.48±54.60）kg、屠宰率为61.56%±1.86%、净肉率为54.92%±2.60%，相较于2010年测定的24月龄平凉红牛数据分别增长12.61%、19.16%、-1.91%、3.82%，肉骨比为8.65±2.00，相较于2012年测定的22—27月龄数据增长27.96%；此外高档肉块重（里脊、外脊、眼肉、上脑）为（51.59±7.92）kg，优质肉块重（臀肉、霖肉、米龙、大黄瓜条、小黄瓜条、辣椒条、肩肉）为（62.62±5.56）kg，分别占净肉重的13.91%±1.45%和17.07%±2.24%，平凉红牛的生长性能和产肉性能良好。在肉品质方面，外脊和大黄瓜条的剪切力分别为2.72 kg和4.43 kg，比市场购买的A3级雪花牛肉分别低19.58%和64.82%，但差异不显著（P>0.05）；外脊和大黄瓜条的粗蛋白含量均达到了20%以上，且平凉红牛外脊的粗蛋白含量显著高于雪花牛肉（P<0.05）。外脊和大黄瓜条的EAA/NEAA比值分别为71%和68%，较高于FAO/WHO的标准值（60%）；EAA/TAA比值分别为42%和41%，略高于FAO/WHO的标准值（40%）。相较于市场购买的A3级雪花牛肉，平凉红牛外脊和大黄瓜条的必需氨基酸和呈味氨基酸含量高；对外脊和大黄瓜条肉块进行氨基酸评分分析，平凉红牛外脊和大黄瓜条的赖氨酸均高于FAO/WHO氨基酸评分标准模式；此外，大黄瓜条中硒含量极显著较高（P<0.01），铁、锌、PUFA含量、n-6/n-3和PUFA/SFA比值均显著较低（P<0.05）；外脊中EPA含量显著较高（P<0.05）。【结论】经过改良和选育，平凉红牛的体格增大、胸围增长，体躯紧凑，肉用性能提高；平凉红牛肉质具有细嫩鲜美、风味浓厚、营养价值高的特点，极具开发利用价值。

龙岩山麻鸭蛋品质性状的全基因组关联研究

孙艳发, 吴琼, 林如龙, 陈红萍, 甘秋云, 沈玥, 王亚茹, 薛鹏飞, 陈飞帆, 刘健涛, 周陈鑫, 兰诗诗, 潘浩哲, 邓凡, 岳稳, 江宵兵, 李焰

中国农业科学. 2023, 56(3): 572-586. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.014

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【目的】通过全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）技术筛选和鉴定鸭蛋品质性状的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）位点及候选基因，为龙岩山麻鸭蛋品质性状分子育种提供参考。【方法】试验测定产蛋后期235只龙岩山麻鸭母鸭蛋品质性状，包括蛋重（egg weight，EW）、蛋形指数（egg shaped index，ESI）、蛋壳厚（eggshell thickness，EST）、蛋壳强度（eggshell strength，ESS）、蛋壳颜色L*、a*、b*值（eggshell colour L*, a*, b*，ESCL、ESCA和ESCB）、蛋白高度（albumin height，AH）、哈氏单位（Haugh unit，HU）、蛋黄颜色（egg yolk colour，EYC）、蛋黄重（egg yolk weight，EYW）和蛋黄比例（egg yolk percentage relative to egg weight，EYP）。使用ASReml-R 4.1软件多性状动物模型对蛋品质性状进行遗传参数估计。使用简化基因组测序技术对鸭血液基因组DNA进行SNP分型，分型后进行蛋品质性状与这些SNPs间的GWAS研究。【结果】龙岩山麻鸭蛋品质性状中，EW、ESI、EST、ESL、ESA和AU具有中高等的遗传力，遗传力在0.21—0.70之间。EW与AU存在较强的正遗传相关（r_g= 0.91±0.37）。ESI与EYC存在较强的遗传负相关（r_g= -0.98±1.03）。EST与ESS具有表型正相关（r_p= 0.41±0.06），与ESA具有遗传和表型负相关（r_g= -0.86±0.25和r_p= -0.15±0.07），与ESB具有遗传和表型正相关（r_g= 0.96±0.37和r_p= 0.18±0.07）。ESA与ESB具有遗传和表型负相关（r_g= -0.64±0.28和r_p= -0.31±0.06）。GWAS研究结果表明，7个SNPs位点与ESI、EST和EYC达到5%基因组水平显著关联（P<4.74×10^-6），涉及6个候选基因。与ESI关联的SNP（chr20:11135563:G:C）位点位于20号染色体含有75A富含亮氨酸重复序列（leucine rich repeat containing 75A）基因内。与EST关联的2个SNPs（chr13:5766560:A:G和chrZ:968819:C:T）位点分别位于13号LOC106014427下游6.86 kb处和Z染色体转录因子4（transcription factor 4）基因内。与EYC关联的4个SNPs位点，其中1个（chr2:38155965:G:A）位于2号染色体钾电压门控通道亚家族H成员8（potassium voltage-gated channel subfamily H member 8）基因内；3个SNPs位于9号染色体上的位点，2个（chr9:22623156:G:A和chr9:22623155:T:C）位于胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate 1）内、1个（chr9:22490158:A:T）位于LOC106018641内。同时发现81个SNPs位点与蛋品质性状达到基因组水平潜在关联（P<9.48×10^-5）。13个与EYC关联的SNPs位点集中在9号染色体0.84 Mb（22.16—23.00 Mb）区域内。【结论】估计了龙岩山麻鸭蛋品质性状的遗传参数，通过蛋品质性状GWAS研究鉴定了影响ESI、EST和EYC性状的7个显著的SNPs位点、6个候选基因和1个候选基因区域，这些结果为龙岩山麻鸭蛋品质性状分子育种提供参考信息。

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