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    2024年 第57卷 第4期 刊出日期:2024-02-16
      
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    2024年第57卷第4期中英文目录
    中国农业科学. 2024, 57(4):  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
    冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析
    李法计, 程敦公, 余晓丛, 闻伟锷, 刘金栋, 翟胜男, 刘爱峰, 郭军, 曹新有, 刘成, 宋健民, 刘建军, 李豪圣
    中国农业科学. 2024, 57(4):  627-637.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.001
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    【目的】冠层活性是反映作物生长发育的重要指标,发掘小麦冠层活性相关基因并分析其与产量性状的关系,为解析产量遗传结构和辅助育种提供理论支撑。【方法】以166份国内外小麦品种为材料,将其种植于河南安阳和安徽濉溪,结合已构建的包含326 570个来源于小麦90K和660K SNP芯片标记的高密度整合物理图谱,对苗期和花后10 d归一化植被指数(NDVI-S和NDVI-10)及花后10 d旗叶叶绿素含量(Chl-10)进行关联分析,并与前期利用相同材料得到的产量相关性状结果进行比较。【结果】NDVI-S、NDVI-10和Chl-10在基因型、环境及基因型×环境互作间变异方差均达极显著(P<0.01)差异,广义遗传力(h2 b)分别为0.81、0.81和0.91。分别检测到13、12和15个与NDVI-S、NDVI-10和Chl-10显著相关的位点,其中,有12、11和12个为新位点,5个位点与2个以上性状有关。166份小麦品种含有NDVI-S、NDVI-10和Chl-10优异等位基因数变幅分别为4-11、3-11和4-12,且随着优异等位基因数目增加其对应表型值呈递增趋势。NDVI-S与千粒重、粒长和粒宽显著正相关(P<0.01);Chl-10与产量和旗叶宽显著正相关(P<0.01),与单位面积穗数、株高和穗下节长显著负相关(P<0.01)。检测到7个同时与产量和冠层活性相关的多效性位点。【结论】NDVI-S可用于品种产量性状的选择,检测到的稳定位点和多效性位点可在开发标记后用于育种材料的检测。

    红蓝光促进陆地棉愈伤组织诱导和增殖
    李凯利, 魏云晓, 种智力, 孟志刚, 王远, 梁成真, 陈全家, 张锐
    中国农业科学. 2024, 57(4):  638-649.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.002
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    【目的】陆地棉(Gossypium hirsutum)的遗传转化技术存在转化周期长、转化效率低等问题,其中,愈伤组织增殖速度慢是导致棉花转化周期长的关键因素。探究陆地棉愈伤组织增殖的最适光照条件,为缩短棉花转化周期提供技术基础。【方法】以陆地棉受体品种WC的下胚轴为外植体诱导愈伤组织,设置红光、蓝光、红蓝光(1﹕1)和白光(CK)4种不同光照处理,研究不同光质下愈伤组织的增殖速度、形态特征,以及相关基因表达水平和相关酶活性的差异,解析光照对愈伤组织增殖的影响并获得最优光照条件。【结果】不同光质对诱导棉花外植体出愈和愈伤组织生长具有明显影响。在4种不同光照处理下,红蓝光相较其他光质具有更显著地促进外植体出愈和愈伤组织增殖的效果,表现为愈伤组织分化时间更短,7-15 d,即与其他处理存在明显表型差异,7 d愈伤组织鲜重红蓝光(0.39 g)>蓝光(0.34 g)>白光(0.24 g)>红光(0.23 g),15 d时,红蓝光(1.15 g)>蓝光(0.98 g)>白光(0.69 g)>红光(0.51 g),红蓝光照射下的愈伤组织鲜重是白光对照的1.65倍,比单一蓝光或红光照射下的愈伤组织鲜重增加16.5%或125.5%;与此相一致的是,红蓝光处理下,第二周的愈伤增殖率也最高,达14.67%,比红光处理(7.17%)增加1倍多。4种光质下,愈伤增殖及体胚再生相关基因的表达量,红蓝光处理均显示最高。此外,红蓝光处理下愈伤组织的过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,活性氧(ROS)含量低于白光对照。【结论】不同光质条件下,棉花外植体的愈伤组织增殖速度不同,红蓝光(1﹕1)促进外植体出愈和愈伤增殖表现最优,其次为蓝光,再次为白光,单独的红光不利于棉花出愈和愈伤增殖。红蓝光(1﹕1)处理诱导光受体及其互作因子、愈伤增殖等相关基因的表达,增强愈伤组织内过氧化氢酶的活性,降低活性氧含量,促进细胞分裂,进而促进愈伤增殖。

    甘蓝型油菜光叶性状的遗传分析及基因定位
    关志林, 靳丰蔚, 刘婷婷, 王毅, 谭莹莹, 杨春慧, 李蕊彤, 王博, 刘克德, 董云
    中国农业科学. 2024, 57(4):  650-662.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.003
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    【目的】表皮蜡质是覆盖植物叶片和茎秆等部位的疏水层,在植物抵御逆境方面发挥着重要作用,同时会影响光合作用和生长发育;甘蓝型油菜作为世界上主要的油料作物之一,研究表皮蜡质突变体的遗传机制,为实现油菜高产稳产提供参考。【方法】对油菜光叶突变体M8和普通蜡质叶中双11(ZS11)和C20的叶片表征进行记载,使用便携式植物光合作用测量系统测定叶片光合速率;利用M8和ZS11、C20分别杂交获得2个F1、自交构建2个F2分离群体,用于分析油菜光叶性状的遗传规律;选取M8和ZS11杂交的F2群体中光叶和蜡质叶表型单株分别进行混池,通过集团分离分析法结合靶向测序技术进行基因克隆,结合比较基因组和转录组数据进行候选基因预测,并通过RT-PCR验证候选基因。【结果】甘蓝型油菜光叶表型叶片气孔导度更大、光合效率更高;遗传分析表明M8光叶性状受1对基因控制,光叶相对蜡质叶为隐性。图位克隆将光叶控制基因定位至A08染色体0.134-0.699 Mb物理区间内。进一步分析发现,相比于ZS11,光叶突变体M8中A08染色体0.22-0.58 Mb区间存在大片段缺失,ZS11在该区段中的BnaA08G0006900ZSBnaA08.SAGL1)可能为光叶的候选基因,该基因编码一个Kelch-F-box蛋白,在ZS11叶片中表达量高而M8中未检测到,该基因缺失可能导致了M8光叶表型。【结论】甘蓝型油菜光叶新突变体M8相比野生型蜡质叶片光合速率更高,该光叶表型受1对隐性基因控制;图位克隆鉴定到光叶性状调控基因为BnaA08.SAGL1,基因缺失产生了光叶表型。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    基于物候信息图谱的耕地种植模式遥感监测方法
    陶建斌, 王昀, 张馨月, 姜启樾, 吴文斌
    中国农业科学. 2024, 57(4):  663-678.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.004
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    【目的】种植模式是作物种植的前后茬顺序的概括,反映耕地资源的利用方式和效率。本研究通过分析不同种植模式的物候特征,构建江汉平原地区的耕地物候信息图谱和种植模式谱,并实现该地区主要种植模式的提取。【方法】在地学信息图谱理论支持下,根据农作物种植的先验知识和不同种植模式所表现的物候差异,将植被指数变化过程和耕地利用方式的空间差异进行图谱合一的表达,组成包含耕地不同利用方式的耕地物候信息图谱;以江汉平原地区的主要种植模式为例,将关键物候期植被指数的状态进行排列组合,建立植被指数状态到种植模式的信息重映射规则,并在此基础上根据农作物特有的物候知识进行物候特征挖掘,进行江汉平原地区种植模式谱的构建;进而利用朴素贝叶斯网络融合关键物候期影像和物候知识实现江汉平原种植模式的提取。采用基于知识概率编码的方法,对关键物候期的植被指数状态进行定量表达。【结果】构建了江汉平原地区的种植模式谱,发现江汉平原地区的种植模式谱由8种种植模式构成:春单季、夏单季、春夏双季、夏秋双季、双季稻、经济作物、鱼塘、苗木或撂荒。提出的种植模式谱及基于朴素贝叶斯网络的种植模式提取方法能够准确地提取出所有种植模式,并具有良好的精度和适用性。江汉平原地区在研究时段内呈现显著的夏秋双季扩张,以及春夏双季和夏单季减少的趋势。【结论】种植模式谱全面反映了江汉平原地区种植模式的总体特征,提升了耕地利用方式监测的准确度,丰富了耕地资源利用方式的内涵。本文方法得到的种植模式分布图可以作为作物制图的基础底图数据,也是种植强度制图的重要依据。

    基于气象因素的玉米单产堆栈集成学习建模与预测
    李乾川, 许世卫, 张永恩, 庄家煜, 李灯华, 刘保花, 朱之洵, 刘浩
    中国农业科学. 2024, 57(4):  679-697.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.005
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    【目的】在世界气候变化加剧和气象灾害频发的背景下,探究气象因素对玉米单产的重要性并准确预测玉米单产对于促进农业生产和田间管理具有重要意义。本文旨在量化分析玉米各生育阶段气象因素对单产的重要性并建立高精度、高可靠性的玉米气象单产堆栈集成学习估测模型来预测单产。【方法】利用HP滤波法和移动平均法确定各县域趋势单产模型并分离出各县气象单产。采用轻量级梯度提升机(LightGBM)、Bagging和Stacking 3种集成学习方法,通过对中国12个省份596个县级行政区域和气象观测站跨度34年的日度气象数据和玉米产量数据进行分析,建立3种基于不同集成学习框架(LightGBM、Bagging和Stacking)的玉米气象单产预测模型。【结果】适用HP滤波法作为趋势单产模型的县域主要集中在陕西、河南、江苏和安徽地区。相较于HP滤波法,更多县域适用于移动平均法,且多数县域R 2分布于0.8以上。基于5年滑动预测和模型精度评价指标,3种模型对玉米单产的平均绝对百分比误差(MAPE)指标均低于6%。Stacking模型MAPE值达到4.60%,预测精度高,泛化性强。结果表明玉米气象单产堆栈集成学习预测模型(Stacking)具有更高精度和更强鲁棒性,并能有效利用各基学习器特点与优势,提升预测精度,是根据气象因素预测玉米单产的最优模型。此外,基于12省玉米生育阶段27个气象因素的随机森林特征重要性评分对玉米单产的定量分析,对作物监测和田间管理有借鉴和参考意义。【结论】3种集成学习方法,尤其是堆栈集成学习模型(Stacking)预测效果能够详细反映出玉米单产的时空分布变化情况。基于气象因素的玉米单产堆栈集成学习模型可为田间管理和精准预测玉米单产提供新方法。

    植物保护
    福建省茶树病毒种类鉴定及多重PCR检测技术的建立
    陈细红, 蔡伟, 虞赟, 李敏, 王念武, 杜振国, 沈建国, 高芳銮
    中国农业科学. 2024, 57(4):  698-710.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.006
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    【目的】明确福建省茶树主要病毒种类和分布情况,并建立同时快速检测多种病毒的多重PCR检测技术。【方法】2019-2023年,从福建省福州、南平、宁德、泉州、漳州、厦门、三明、莆田和龙岩9个地市区采集具有褪绿、皱缩和坏死等疑似病毒感染症状的茶树样品1 869份,采用高通量测序技术结合PCR和RT-PCR检测的方法对茶树病毒病的病原进行鉴定,并将PCR扩增获得的特异性目的片段进行克隆和测序,对获得的序列进行系统发育分析;同时,根据GenBank上已报道的病毒序列设计特异性引物,通过退火温度、引物浓度、循环数等反应条件和反应程序的优化,建立同时检测福建茶树主要病毒的多重PCR检测技术,并测定该技术的特异性、灵敏度及实际应用效果。【结果】从所采集的茶树病样上检出3种病毒,按检出率从高到低依次为油茶双生病毒(oil tea associated geminivirus,OTaGV)(48.90%)、茶树坏死环斑病毒(tea plant necrotic ring blotch virus,TPNRBV)(26.75%)和茶树潜隐病毒1(camellia cryptic virus 1,CCV1)(17.98%);在检出病毒的1 258份样品中,有807份为OTaGV、TPNRBV或CCV1单独侵染,检出率分别为37.20%、21.38%和5.56%;其余451份样品为2种或3种病毒复合侵染,复合侵染检出率达35.85%,OTaGV+CCV1、TPNRBV+CCV1、TPNRBV+OTaGV、OTaGV+CCV1+TPNRBV 4种类型复合侵染检出率分别为17.49%、0.40%、14.71%、3.26%。在地理分布上,OTaGV在福州、南平、宁德、泉州、漳州、厦门、三明、莆田和龙岩9个地区均有分布,其中漳州OTaGV检出率最高,为96.77%;CCV1在福州、南平、宁德、泉州、漳州、三明、莆田和龙岩8个地区均有分布,其中三明CCV1检出率最高,为66.00%;TPNRBV在福州、南平、宁德、泉州和漳州5个地区均有分布,其中泉州TPNRBV检出率最高,为79.13%;在福建省9个地区中,厦门地区仅检出OTaGV,三明、莆田和龙岩地区检出OTaGV和CCV1,其他5个地区同时检出OTaGV、TPNRBV和CCV1;福州、南平、宁德、泉州、漳州、三明、莆田7个地区检测到病毒复合侵染,其中漳州地区病毒复合侵染检出率最高(85.00%)、宁德地区病毒复合侵染检出率最低(23.03%)。利用测定的CCV1和TPNRBV部分基因序列构建系统发育树,结果表明本研究获得的CCV1分离物(FW)与已报道的福建分离物FJ-SH104(GenBank登录号:ON807095)亲缘关系最近、TPNRBV分离物(FU)与福建分离物QZHA92(GenBank登录号:OQ948454)亲缘关系最近。经优化建立的多重PCR检测技术特异性强,仅OTaGV、TPNRBV和CCV1能扩增出特异性目的片段,而其他病毒及健康茶树样品上均未扩增出特异性目的片段;多重PCR灵敏度最低可以检测到稀释至10-4倍的OTaGV、TPNRBV和10-3倍的CCV1;利用该多重PCR检测技术对茶园中采集的60份病样进行检测,检测结果与单一PCR检测结果完全相符。【结论】OTaGV、TPNRBV和CCV1是当前福建茶树上主要病毒种类,其中OTaGV为福建地区首次报道,该病毒可侵染茶树也为首次发现;在检出的3种病毒中,以OTaGV发生分布范围最广,其次为CCV1、TPNRBV;福建地区茶树病毒目前仍以单独侵染为主,但同时存在较多的复合侵染,复合侵染类型包括TPNRBV+CCV1、TPNRBV+OTaGV、CCV1+OTaGV和OTaGV+CCV1+TPNRBV;建立的多重PCR检测技术特异性强、灵敏度高,可用于茶园茶树上OTaGV、CCV1和TPNRBV 3种病毒的快速检测。研究结果可为福建茶树病毒病的综合防控提供理论依据和技术支持。

    飞蝗载脂蛋白对卵巢发育和脂质沉积的影响
    赵艺妍, 郭红芳, 刘卫敏, 赵小明, 张建珍
    中国农业科学. 2024, 57(4):  711-720.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.007
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    【背景】脂质是生物体重要营养素之一,对于昆虫滞育、飞行、胚胎发育和能量调节至关重要。载脂蛋白(apolipophorin,apoLp)是昆虫脂蛋白颗粒的蛋白质部分,主要负责组织之间脂质转运。【目的】以世界性农业害虫飞蝗(Locusta migratoria)为研究对象,通过RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术对其载脂蛋白生物学功能进行分析,探究载脂蛋白在飞蝗卵巢脂质运输中的作用,为害虫防治提供新的分子靶标。【方法】利用RNAi技术,分别对羽化后第1天(1 PAE,post adult eclosion)的成虫2个载脂蛋白基因(LmapoLp-II/ILmapoLp-III)进行dsRNA注射,以dsGFP为对照,每头注射15 μg dsRNA;分别解剖羽化后第4、6、8天的卵巢进行观察;取羽化后第8天的卵巢,以EF1α作为内参基因,采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测沉默效率;利用脂质组学技术测定并分析对照和沉默LmapoLp-II/I后飞蝗卵巢脂代谢物差异,采用OPLS-DA模型的差异倍数(FC)、P值和VIP值相结合的方法筛选差异脂质;制备冰冻切片,利用Bodipy染色技术对沉默LmapoLp-II/I后飞蝗卵巢中性脂质的含量和分布进行观察;利用甘油三酯(triglyceride,TG)测定试剂盒,对沉默LmapoLp-II/I后飞蝗卵巢总甘油三酯含量进行测定。【结果】与对照组相比,分别注射dsLmapoLp-II/I和dsLmapoLp-III后,卵巢中靶基因的表达量均可被显著抑制,沉默效率分别为80.84%和92.89%;注射dsLmapoLp-II/I的飞蝗卵巢发育迟缓,而注射dsLmapoLp-III的飞蝗卵巢与对照组相同,均能够正常发育逐渐变大,颜色由白色逐渐变黄。沉默LmapoLp-II/I后,脂质组学分析共检测到1 166种上调代谢物和1 384种下调代谢物,其中20种甘油三酯显著下调;此外,总甘油三酯测定及Bodipy染色结果显示,卵巢总甘油三酯含量和中性脂质含量均较对照组显著降低。【结论】飞蝗LmapoLp-II/I是影响卵巢发育的主要载脂蛋白基因,其参与卵巢脂质的积累和运输。研究结果可为基于脂质运输基因为靶标的害虫防治提供理论依据。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    山东省作物秸秆和畜禽粪尿有机肥资源现状及替代化肥潜力分析
    马荣辉, 杨武杰, 于蕾, 杨泽龙, 王健, 郭跃升
    中国农业科学. 2024, 57(4):  721-739.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.008
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    【目的】计算作物秸秆、畜禽粪尿资源数量及养分总量,分析其替代化肥潜力,为统筹与合理利用全省有机肥资源提供数据支撑。【方法】对不同作物(小麦、玉米、水稻/稻谷、大豆、马铃薯、花生和棉花)和畜禽(牛、猪、羊、家禽和兔),利用草谷比和排泄系数法,估算山东省2016-2020年作物秸秆和畜禽粪尿资源总量及养分总量,分析变化趋势,计算不同区域和种类有机肥替代化肥潜力。【结果】(1)2020年全省作物秸秆资源总量为7 616.8×104 t,养分总量为163.2×104 t, N、P2O5、K2O养分量分别为63.6×104、9.2×104和90.5×104 t。秸秆养分资源理论替代化肥潜力为42.9%,实际替代化肥潜力为20.9%;秸秆中N、P2O5、K2O资源理论替代化肥潜力分别为35.3%、9.0%和92.2%,实际替代化肥潜力分别为12.5%、4.2%和53.7%;2016-2020年作物秸秆资源总量增加了16.8%。(2)2020年全省畜禽粪尿资源总量为9 131.2×104 t,养分总量为82.7×104 t,N、P2O5、K2O养分量分别为35.2×104、11.7×104和35.7×104 t。畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力为21.7%,实际替代化肥潜力为19.5%;畜禽粪尿中N、P2O5、K2O资源理论替代化肥潜力分别为19.6%、11.4%和36.4%,实际替代化肥潜力分别为17.7%、10.3%和32.9%;2016-2020年畜禽粪尿资源总量减少了25.4%。(3)不同区域作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力大小为鲁西和鲁北>鲁南>鲁中南>鲁中>鲁东地区。鲁西和鲁北、鲁南地区最高,分别为77.0%和75.6%;鲁东地区最低,为46.5%。其中德州潜力最大,为95.3%,其次是东营、滨州,分别为92.6%和91.2%;烟台和威海最小,分别为35.5%和40.6%。(4)不同作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力分别为玉米秸秆(16.7%)>小麦秸秆(16.2%)>马铃薯秸秆(4.9%)>花生秸秆(3.6%)>水稻秸秆(0.7%)>棉花秸秆(0.4%)、大豆秸秆(0.4%),牛粪尿(8.7%)>猪粪尿(6.5%)>羊粪尿(3.2%)、家禽粪(3.2%)>兔粪(0.1%)。【结论】2020年全省作物秸秆和畜禽粪尿资源总量为16 748.0×104 t,养分总量为245.9×104 t。作物秸秆和畜禽粪尿养分资源理论替代化肥潜力为64.6%,实际替代化肥潜力为40.4%。作物秸秆和畜禽粪尿中氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)资源理论替代化肥潜力分别为54.8%、20.4%和128.6%,实际替代化肥潜力分别为30.2%、14.5%和86.6%。鲁西、鲁北以及鲁南地区作物秸秆和畜禽粪尿有机肥资源非常丰富,鲁中、鲁东地区相对较少;玉米和小麦等作物秸秆有机肥资源较多,牛和猪等畜禽粪尿有机肥资源较多,高效合理利用作物秸秆和畜禽粪尿等有机肥资源,是实现化肥减施增效的重要保障。

    河西灌区减氮条件下小麦复种绿肥的水分利用及经济效益
    麻碧娇, 陈桂平, 苟志文, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚
    中国农业科学. 2024, 57(4):  740-754.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.009
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    【目的】针对河西绿洲灌区作物生产中氮肥施用过量、水资源利用效率与经济效益较低等问题,探讨麦后复种绿肥及适量减施化学氮肥对小麦农田耗水特性及经济效益的影响。【方法】2019-2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置麦后复种绿肥(W-G)和单作小麦(W)两种种植模式;副区为5个施氮水平,分别为不施氮肥(N0)、常规施氮(180 kg·hm-2,N4)、减施45%氮肥(N1)、减施30%氮肥(N2)和减施15%氮肥(N3)。测定不同处理下小麦绿肥体系产量、水资源利用效率及经济效益。【结果】麦后复种绿肥以及适量减施化学氮肥显著提高小麦籽粒产量和系统生物热能产,2019和2020年,W-G较W处理籽粒产量分别提高10.8%和12.4%,系统生物热能产分别提高37.8%和40.3%;麦后复种绿肥结合减氮15%(W-G-N3)较单作小麦结合减氮15%(W-N3)和单作小麦传统施氮(W-N4)处理小麦分别增产6.9%-16.7%和7.9%-13.6%,生物热能产提高52.0%-62.2%和27.1%-58.9%。W-G较W小麦生育阶段耗水量降低6.3%-16.0%,W-G-N3较W-N3和W-N4小麦季耗水量分别降低13.4%-20.5%和20.8%-29.0%,W-G由于绿肥生长季消耗水分,总耗水量显著高于W。W-G较W小麦水分利用效率分别提高7.9%和19.2%;2019年度 W-G-N3较W-N3和W-N4小麦水分利用效率分别提高23.5%和5.1%,差异显著。W-G-N3可有效提高系统单位耗水生物热能产,较W-N3和W-N4分别提高2.7%-14.5%和9.3%-17.5%。W-G较W增加了成本投入,总产值也随之提高;2019年度W-G-N3较W-N3和W-N4纯收益分别提高9.8%和9.5%,2020年度W-G-N3较W-N3和W-N4纯收益则分别降低了15.6%和15.7%;2019和2020年W-G较W产投比分别降低20.7%和23.1%,W-G-N3较W-N3和W-N4产投比降低比例均为14.8%-23.1%,W-G因较多的资源投入降低了系统单方水效益。【结论】在河西绿洲灌区,麦后复种绿肥结合适量减施化学氮肥能够提高作物产量和经济效益,水资源利用效率也随之提高,其中麦后复种绿肥结合减量15%施氮处理的综合效果最好,可作为提高水资源利用及农民收益的理想种植模式及施氮水平。

    园艺
    番茄嫁接和施氮对氮肥去向和氮平衡的影响
    孙昭安, 张译文, 江丽华, 李昭君, 郭鑫, 曹慧, 孟凡乔
    中国农业科学. 2024, 57(4):  755-764.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.010
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    【目的】定量番茄植株地上部带走的土壤氮量以及土壤残留的肥料氮量,评估嫁接和施氮对氮肥去向、土壤氮平衡以及土壤净残留肥料氮的影响。【方法】通过15N尿素示踪结合盆栽试验,试验番茄品种‘齐达利’和‘017’,包括嫁接和不嫁接以及施氮和不施氮处理。借助15N标记技术区分植株和土壤中源于肥料氮和土壤氮的贡献,进而追踪肥料氮去向;计算土壤氮吸收的加氮交互效应(即施氮与不施氮植株对土壤氮吸收的差值),最终评估土壤氮的平衡。【结果】番茄植株干重和氮吸收量对施氮的响应取决于接穗品种和嫁接处理。肥料氮对整个植株氮吸收贡献率为35.9%-38.8%,对地上部氮吸收的贡献(35.9%-39.9%)高于根系(31.6%-36.2%)。土壤氮吸收的加氮交互效应在大多数情况下呈现正值,嫁接对加氮交互效应无显著影响。各处理肥料氮分配到植株地上部、土壤和损失的平均比值为4.0﹕2.6﹕3.4,作物-土壤系统对氮肥的总回收率(地上部吸收+土壤残留)为70%。在施氮量250 kg·hm-2水平,各处理的土壤残留肥料氮无法弥补植株地上部带走的土壤本身氮,从长期来看,这可能导致土壤本身氮肥力的消耗。【结论】如果选择增加氮肥投入来弥补土壤本身氮的消耗,可能导致氮肥损失的风险。本研究中,与番茄‘齐达利’自根苗、‘017’自根苗和嫁接苗相比,‘齐达利’接穗与南瓜砧木组合增加了根际土壤对肥料氮的固持,降低了肥料氮的损失。因此,合适砧穗组合可能是保持番茄土壤氮肥力的有效园艺措施。

    西番莲花芽分化过程观察及花生长模型的拟合
    田青兰, 周俊妞, 吴艳艳, 刘洁云, 黄伟华, 张英俊, 谢文连, 韦广谭, 牟海飞
    中国农业科学. 2024, 57(4):  765-778.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.011
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    【目的】明确我国南方生态区主栽西番莲品种的花芽分化过程,建立西番莲花芽形态分化的花生长模型,为西番莲促花保花提供参考。【方法】以紫果类主栽品种‘台农1号’(TN)和黄果类广西主推新品种‘壮蜜05’(同‘壮乡蜜宝’,MB)为试验材料,通过扫描电镜和石蜡切片解剖观察两品种花芽分化过程,观察茎顶端分生组织以下各节位分化进程,并测量各节位花芽的第一苞片长、叶片长、卷须长;通过将茎顶端分生组织以下第7节记为初始标记节位,此时花芽为第一苞片分化期,跟踪调查标记后0-16 d花芽分化进程及标记后至开花的第一苞片长、花蕾长等5个花形态指标的动态变化,构建花生长模型。【结果】供试的两个西番莲品种花芽分化的主要过程包括第一苞片形成期、额外苞片形成期、萼片形成期、花瓣形成期、雄蕊形成期、雌蕊形成期和副花冠形成期等,其中第一苞片形成到雌蕊形成历时10-12 d,TN较MB进程快1-2 d,雌蕊形成是西番莲花芽发育成功的重要标志,此时花芽第一苞片长度为3-4 mm,第一苞片形成到开花历时36-44 d,TN较MB进程快3-4 d。茎顶端分生组织以下第4-5节位可见卷须分化,第6节位花原基分化,着生于卷须旁侧,第7节位可见第一苞片分化,第9节位出现腋生营养分生组织,单独位于卷须和花芽内侧,第10-11节位可见腋芽形成,第14-15节位雌蕊原基分化。利用Origin软件对MB和TN的第一苞片长度、第一苞片宽度、花梗长、花蕾长、花梗和花蕾总长共5个花形态指标和标记后天数进行Logistic模型的非线性回归拟合,决定系数R 2为0.9524-0.9988,标准化均方根误差(nRMSE)为8.54%-19.62%,模型方程的拟合效果较好。根据模型参数和实际观察,苞片的长度在标记后即第一苞片形成期后11-12 d进入快速增长期,标记后24-26 d进入缓慢增长期后趋于稳定;之后花梗和萼片迅速生长,萼片长度超过苞片,花蕾和花梗总长在标记后24-25 d进入快速增长期,标记后41-42 d进入缓慢增长期到最大值后开花。【结论】西番莲的花芽与卷须紧靠,而与营养芽分开独立;西番莲花芽分化和形态分化可分为3个阶段,第一苞片形成期到雌蕊形成期,历时10-12 d;苞片生长期,历时12-14 d;花梗和花蕾生长期,历时15-17 d。在西番莲实际生产中,可通过花生长模型预测开花时间,通过苞片长度等形态指标判断花芽分化进程,为促花保花方案提供参考依据。

    食品科学与工程
    添加杏鲍菇粉对挤压米品质特性的影响
    姜雯, 梁文馨, 裴斐, 苏安祥, 马高兴, 方东路, 胡秋辉, 马宁
    中国农业科学. 2024, 57(4):  779-796.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.012
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    【目的】采用双螺杆挤压工艺,以杏鲍菇粉和米粉为原料生产杏鲍菇挤压米产品,并分析产品的预测血糖指数,为开发营养全面、血糖生成指数低的食用菌挤压米产品提供技术支持。【方法】测定20%、40%、60%杏鲍菇粉添加量的挤压米蛋白质、粗纤维、氨基酸、脂肪等基本成分的含量;通过RVA快速粘度分析仪、旋转流变仪对不同杏鲍菇粉添加量的混合粉糊化特性、流变特性进行分析;通过扫描电镜、色度计、质构分析仪并结合体外消化和感官评价对不同添加量的杏鲍菇挤压米的内部结构、颜色、质构特性、淀粉水解率、预测血糖指数(pGI)、感官评分进行分析。【结果】与空白挤压米相比,杏鲍菇粉的添加使杏鲍菇挤压米的蛋白质、粗纤维、氨基酸含量显著增加,20%、40%、60%杏鲍菇粉添加使蛋白质含量分别增加了71.84%、70.19%、96.70%,粗纤维含量分别增加了14.22%、28.88%、49.81%,总氨基酸含量分别增加了40.98%、58.96%、66.03%。随着杏鲍菇粉添加量的增加,混合粉体系的糊化特性和流变特性均呈降低趋势,峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值逐渐减小,储能模量(G′)和损耗模量(G″)逐渐降低,典型弱凝胶,弹性占比大,其中20%的杏鲍菇粉添加量最接近米粉的粉质参数。通过扫描电镜发现,与空白挤压米相比,杏鲍菇挤压米横截面孔隙随着杏鲍菇粉添加量的增加而增多,结构紧密程度降低,其中20%的杏鲍菇挤压米结构紧密,裂痕少。杏鲍菇挤压米L*、b*值显著减小,a*先增加后减小;蒸煮过后的吸水率、蒸煮损失率随着杏鲍菇粉添加量的增加而增加,膨胀率影响不显著,20%杏鲍菇挤压米的蒸煮特性在添加组中最好。挤压米饭的硬度、弹性、胶着度、咀嚼性随杏鲍菇粉添加量的增加而增加,粘聚性、回复性先减小后增加;淀粉的消化率、快速消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、预测血糖指数(pGI)也随着杏鲍菇粉添加量的增加而增加,但均低于普通大米和空白挤压米;而抗性淀粉(RS)的含量均大于其他两组,且随杏鲍菇粉添加量的增加而增加,20%杏鲍菇挤压米预测血糖指数(pGI)值最低(60.18),相较于普通大米降低了20.60,而且其抗性淀粉(RS)含量最高;感官评价结果显示,杏鲍菇挤压米饭外观结构、适口性、滋味、冷饭质地及综合评分随着杏鲍菇粉添加量的增加而降低,气味评分则是先减小后增加,从得分来看,20%的杏鲍菇挤压米是66.75分,最容易被消费者所接受。【结论】20%的杏鲍菇挤压米营养丰富,质构指标适中,预测血糖指数(pGI)60.18,为中血糖生成指数(GI)食品,口感味道良好。添加杏鲍菇粉使挤压米的营养价值显著提高,具有较好的食用品质。

    畜牧·兽医
    lncRNA-MSTRG.7889.1竞争性结合bta-miR-146a靶向Smad4调控牦牛颗粒细胞的凋亡
    孟朝轶, 王运路, 姚一龙, 席广银, 牛家强, 索朗斯珠, 郭敏, 徐业芬
    中国农业科学. 2024, 57(4):  797-809.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.013
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    【背景】卵泡颗粒细胞(Granulosa cells,GCs)凋亡是导致卵泡闭锁的重要原因,竞争性内源RNA(competing endogenous RNAs,ceRNA)机制已被证明参与调控GCs的凋亡过程。前期牦牛卵巢转录组测序发现lncRNA-MSTRG.7889.1与bta-miR-146a具有结合位点,而bta-miR-146a和Smad4存在靶向关系。【目的】通过探究影响牦牛卵泡GCs凋亡的ceRNA分子调控机制,为揭示牦牛生殖调控的奥秘奠定基础。【方法】采集和分离成年母牦牛的健康和闭锁卵泡,利用RT-qPCR法检测lncRNA-MSTRG.7889.1、bta-miR-146a和Smad4在卵泡中的表达。制作牦牛健康和闭锁卵泡组织切片,TUNEL检测健康卵泡和闭锁卵泡中GCs的凋亡情况;荧光原位杂交分析lncRNA-MSTRG.7889.1、bta-miR-146a和Smad4在卵泡中的定位。体外分离和培养牦牛GCs,分别转染Smad4过表达载体和bta-miR-146a mimics,流式细胞术检测GCs细胞凋亡率,Western blot检测促凋亡蛋白CASPASE3和BAX,抑凋亡蛋白BCL-2的表达;GCs共转染Smad4过表达载体和bta-miR-146a mimics后,探究bta-miR-146a是否靶向Smad4影响牦牛GCs的凋亡。将lncRNA-MSTRG.7889.1过表达慢病毒载体感染GCs,流式细胞术和Western blot检测lncRNA-MSTRG.7889.1对GCs凋亡的影响;lncRNA-MSTRG.7889.1载体和bta-miR-146a mimics共转染GCs,进一步分析lncRNA-MSTRG.7889.1是否竞争性结合bta-miR-146a靶向Smad4影响牦牛GCs的凋亡。【结果】lncRNA-MSTRG.7889.1和Smad4 mRNA在牦牛健康卵泡中的表达极显著高于闭锁卵泡(P<0.01),而bta-miR-146a的表达则相反(P<0.01)。TUNEL检测结果显示,在闭锁卵泡中GCs的荧光强度极显著高于健康卵泡(P<0.01),说明闭锁卵泡中GCs凋亡显著高于健康卵泡。荧光原位杂交结果显示Smad4、bta-miR-146a和lncRNA-MSTRG.7889.1在牦牛卵泡中共表达,其在健康和闭锁卵泡中的表达与RT-qPCR结果基本一致,提示可能存在ceRNA机制参与牦牛健康卵泡发育和卵泡闭锁过程。在牦牛GCs过表达Smad4使细胞凋亡率显著降低(P<0.01),CASPASE3和BAX蛋白的表达显著降低(P<0.01),BCL-2蛋白的表达显著升高(P<0.01);过表达bta-miR-146a使GCs凋亡率显著升高(P<0.01),CASPASE3和BAX蛋白的表达显著升高(P<0.01),BCL-2蛋白的表达显著降低(P<0.01);bta-miR-146a靶向抑制Smad4的表达(P<0.01);Smad4和bta-miR-146a共转染GCs,结果显示bta-miR-146a靶向抑制Smad4降低前者对GCs凋亡的促进作用(P<0.01)。过表达lncRNA-MSTRG.7889.1使牦牛GCs凋亡率显著降低(P<0.01),CASPASE3和BAX蛋白的表达显著降低(P<0.01),BCL-2蛋白的表达显著升高(P<0.01);lncRNA-MSTRG.7889.1显著抑制bta-miR-146a的表达(P<0.01)。将lncRNA-MSTRG.7889.1和bta-miR-146a共转染GCs,结果表明lncRNA-MSTRG.7889.1靶向bta-miR-146a降低后者对GCs凋亡的促进作用(P<0.01);而且RT-qPCR法和Western blot检测结果表明lncRNA-MSTRG7889.1竞争性结合bta-miR-146a促进Smad4 mRNA和蛋白水平的表达(P<0.01)。【结论】lncRNA-MSTRG.7889.1竞争性结合bta-miR-146a促进Smad4的表达抑制牦牛GCs的凋亡。

    口蹄疫病毒O型全自动磁微粒CLIA抗体定量检测方法的建立
    包艳芳, 蒋韬, 何莉, 吕律, 李涛善, 李昕, 孙燕燕, 杨光, 魏婷, 潘晓乐, 林密
    中国农业科学. 2024, 57(4):  810-819.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.014
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    【背景】口蹄疫(foot and mouth disease, FMD)是由口蹄疫病毒引起的一种急性、热性、烈性传染病,疫苗接种是预防临床口蹄疫的有效措施。免疫抗体水平监测则是评估疫苗免疫效果、制定免疫程序的重要依据,是免疫工作和疫情防控必不可少的关键环节,因此建立高效、快速、全自动的抗体检测方法具有重要意义。【目的】基于磁微粒(micromagnetic particles,MPs)化学发光免疫分析技术(CLIA),建立一种新型 、全自动、可定量的口蹄疫病毒O型抗体检测方法,为口蹄疫免疫监测和疫情防控提供技术支撑。【方法】使用纳米材料磁微粒为固相载体和分离载体包被捕获抗体,用碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)标记检测抗体,经过条件优化建立了一种新型磁微粒CLIA检测方法(magnetic particle chemiluminescence immunoassay, MP-CLIA)。本方法首先加入磁微粒-兔抗偶联物 (magnetic particle-polyclonal antibodies, MPs-pAbs)、待测样本、口蹄疫病毒O型抗原,37 ℃孵育;再加入适量酶标抗体(ALP-pAbs),37 ℃孵育;最后加入化学发光底物AMPPD,检测相对发光强度(relative light unit,RLU)。研究通过检测标准品拟合标准曲线,并应用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC)确定检测方法的判定标准;利用质控样本进行方法学评价,同时检测田间样本,并和液相阻断ELISA(LPB-ELISA)比对,验证临床检测效果。【结果】优化后最佳反应条件为磁微粒浓度0.25 mg·mL-1、口蹄疫病毒O型抗原1﹕1 000稀释、酶标抗体1﹕2 000稀释、加样量20 µL。整个检测过程均在全自动化学发光免疫分析仪中完成,反应时间20 min,在抗体含量0-1 280 U(效价0-1﹕2 048)范围内标准曲线R 2>0.99,可进行定量检测。该方法敏感性为94.66%;特异性为97.10%,检测口蹄疫A型、Asia I型血清型特异性为97.14%,与塞内卡病毒(SVV)、猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)、牛流行热病毒(BEFV)、猪圆环病毒2型(PCV2)、羊痘病毒(QRFV)、小反刍兽疫病毒(PPRV)抗体阳性血清无交叉反应;重复检测变异系数 CV值<10%;田间样本检测结果与LPB-ELISA符合率为94.69%,定量结果相关系数R 2为0.8473, P<0.0001,相关性显著。【结论】建立的MP-CLIA方法耗时短、操作简便,配套国产全自动化学发光仪,可进行全自动化检测,是一种新型、高效的口蹄疫病毒O型抗体定量检测方法,本方法对应的试剂盒已经完成中试生产和临床检测试验,在全国不同区域试用效果较好,具有较高的临床应用价值。

    研究简报
    长江下游地区味优高产协同粳稻的品种特性
    朱天赐, 马天封, 柯健, 朱铁忠, 何海兵, 尤翠翠, 吴晨阳, 王冠军, 武立权
    中国农业科学. 2024, 57(4):  820-830.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.015
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    【目的】探明长江下游地区味优高产协同粳稻品种共性农艺与生理特征,为实现区域稻米产量和品质协同提升提供理论依据和技术支撑。【方法】于2018年和2022年,分别采用14个和13个常规粳稻品种开展品种筛选试验,系统比较不同品种的产量及构成、食味品质及质构特性,以及生物量、茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)、群体光合势(LAD)等农艺与生理指标的差异。【结果】品种间的食味值和产量具有较大变幅,为此,按食味值和产量进行聚类,将不同水稻品种分为味中低产(ML)、味中高产(MH)和味优高产(GH)3种类型。GH类型品种2年的平均食味值和产量分别为68.5和10.2 t·hm-2,较MH和ML综合提高食味值6.8%、产量14.6%。从产量和品质性状的表现来看,与MH和ML相比,GH类型品种表现最高的结实率和口感得分。从生物量积累的过程来看,GH类型品种增加了灌浆初期的干物质积累比例,表现最高的抽穗-抽穗后15 d的干物质积累。进一步分析此阶段干物质积累成因发现,GH类型品种在稳定增加LAD的同时,显著增加了茎鞘中NSC的转运率。相关性分析表明,水稻结实率与口感得分、抽穗-抽穗后15 d的干物质积累和LAD及NSC转运率均呈极显著正相关关系。【结论】在保持较高的抽穗-抽穗后15 d LAD(100.4 m2·m-2·d)的同时,进一步提高灌浆期茎鞘NSC的转运率(79.9%)促进灌浆启动,增加抽穗-抽穗后15 d干物质积累(3.6 t·hm-2),提高水稻结实率(95.4%)和口感(9.6),是该区域味优高产协同水稻品种的共性特征。此外,研发以提高灌浆期NSC转运量和抽穗期植株茎鞘NSC积累为目标的水肥管理技术,有望进一步发挥上述味优高产协同品种的产量和食味品质潜力。