中国农业科学

作物泛基因组研究进展与展望

王晖, 丁保朋, 李彧贤, 任泉如, 周海, 赵均良, 胡海飞

中国农业科学. 2025, 58(11): 2045-2061. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.001

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全球人口的持续增长和气候变化给粮食供给带来了严峻挑战，粮食安全问题因此愈发突出。为了满足不断增长的人口对粮食的需求，提升作物产量并增强其对环境的适应性已成为农业领域的重要目标。在此背景下，基因组学被视为加速作物育种进程的重要手段。通过深入挖掘和利用作物优异功能基因信息，不仅能有效提高作物产量，还能增强其抗逆性和适应性，为保障全球粮食安全和实现农业可持续发展提供有力支撑。然而，传统的单一参考基因组往往无法全面反映作物在驯化和改良过程中所累积的所有基因组变异，导致研究者对功能基因及其调控网络的认识存在局限。随着高通量测序技术的不断发展，基因组学研究开始迈入泛基因组学时代。通过整合多个高质量基因组，构建涵盖物种基因序列全集的泛基因组，能精准地鉴定包括单核苷酸多态性（SNPs）及结构变异（SVs）在内的多种遗传变异，全面地捕获物种在不同品种、亚种及野生亲缘种中广泛存在的遗传多样性，为系统挖掘优异功能基因提供更完善的分析框架。通过结合多组学数据（如转录组、蛋白质组、表观组等），泛基因组研究能在更精细的水平上挖掘优异功能基因，进而为分子育种提供更具针对性和准确性的基因靶标。同时，借助CRISPR-Cas9等基因编辑技术，可进一步对重要基因位点进行定向改造，剔除影响作物生长的不利性状或强化其对环境胁迫的抗性，从而为培育兼具高产、优质和抗逆特性的新一代作物品种奠定坚实基础。本文阐述了目前泛基因组的主要构建方法及展现形式的研究进展，并系统地梳理了作物泛基因组的发展及其在育种改良中的应用，深入探讨了泛基因组在未来作物育种中面临的挑战，对如何更好地应用泛基因组进行作物遗传改良进行了讨论，为未来精准分子育种改良提供了新的思路和策略。

一个新的水稻颖花开裂基因OsSG2的图位克隆与功能验证

曾跃辉, 邹文广, 赵福铭, 肖长春, 黄建鸿, 马彬林, 杨旺兴, 韦新宇, 许旭明

中国农业科学. 2025, 58(11): 2062-2080. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.002

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【目的】水稻颖花开裂突变体sg2（split glume 2）来源于三明市农业科学研究院自主选育的恢复系GK1327高世代育种群体的自然突变，通过对其颖花开裂基因OsSG2（Oryza sativa Split Glume 2）进行遗传学分析、图位克隆和功能验证，为进一步开展OsSG2在水稻花器官发育中的功能研究奠定基础和提供重要种质资源。【方法】通过对突变体sg2颖花进行形态特征解剖观察，分析其花器官发育突变特点。通过对野生型WT（GK1327）与突变体sg2表型和农艺性状进行调查，以及花粉在I₂-KI溶液中的染色观察，分析该突变表型对主要产量性状和花粉育性的影响。利用突变体sg2分别与野生型WT和9311杂交，构建多个F₂分离群体，对OsSG2进行遗传学分析和物理定位。采用集群分离分析法（bulked segregant analysis，BSA）和二代测序（next-generation sequencing，NGS）相结合的BSA-seq技术，以及半定量PCR和实时荧光定量PCR对候选基因进行筛选和表达模式分析。结合PCR扩增和测序技术对候选基因进行克隆和序列分析。通过CRISPR-Cas9基因编辑技术和转基因互补试验对OsSG2候选基因进行功能验证。【结果】该突变体在生殖生长时期花器官发育出现明显异常，其颖花内外稃片瘪弱，表现出不同程度的扭曲变形，且开裂不抱合表型，穗部颖花发育不正常的比例达到100%。相比野生型，突变体sg2结实率和千粒重显著降低，种子萌发率显著下降，花粉育性未出现明显异常。遗传分析表明，sg2突变表型由单个细胞核隐性基因控制。通过图位克隆技术，将OsSG2精细定位在水稻第3染色体短臂端，位于2个InDel（insertion/deletion）标记InDel-12083和InDel-17610之间，物理距离为919.85 kb，该区间共注释75个开放阅读框（open read frames，ORFs）。利用BSA-seq技术，鉴定到一个潜在的OsSG2候选基因LOC_Os03g11614，该基因编码一个定位于细胞核的OsMADS1转录因子。表达和序列分析表明，相比野生型，LOC_Os03g11614在突变体sg2抽穗期幼穗中的表达水平极显著下调，且该基因编码序列（coding sequence，CDS）在突变体中发生单个核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）突变，即LOC_Os03g11614第1外显子第3个碱基由G突变为A，导致其起始密码子由ATG突变为ATA，进而影响该基因的转录表达和相应蛋白OsMADS1的结构和功能。CRISPR-Cas9基因编辑技术和功能互补试验进一步证实候选基因LOC_Os03g11614即为OsSG2。【结论】鉴定并克隆获得的水稻颖花开裂基因OsSG2为一个新的OsMADS1等位突变基因。

2006—2022年北方白菜型冬油菜农艺性状遗传增益分析

张天宇, 刘丽君, 杨刚, 武军艳, 蒲媛媛, 马骊, 王旺田, 路晓明, 马愿强, 孙万仓

中国农业科学. 2025, 58(11): 2081-2095. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.003

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【目的】依据2006—2022年81个白菜型冬油菜品种（系）在酒泉、张掖、武威、兰州、庆阳、平凉、天水和陇西等8个代表极干旱、干旱、半干旱生态区试点的试验结果，研究这些地区白菜型冬油菜农艺性状的演变，以期为北方白菜型冬油菜育种研究与生产提供参考。【方法】参试品种（系）包括强抗寒类型和一般抗寒类型两大类型，对其主要农艺性状进行遗传增益分析、相关性分析、通径分析和主成分分析。【结果】 17年间，北方白菜型冬油菜农艺性状改良效果明显，强抗寒性品种的株高、分枝部位、分枝数、单株角果数和单株产量呈逐步上升趋势，年平均增加0.87%、1.07%、0.0837%、6.09%和0.0281%，角粒数和千粒重呈下降趋势，年平均减少0.0289%和0.012%；一般抗寒性品种的株高、分枝部位、单株角果数、角粒数和单株产量呈逐步上升趋势，年平均增加2.18%、2.19%、1.27%、0.117%和0.0776%，分枝数、千粒重则呈下降趋势，年平均减少0.109%和0.00702%。相关性分析表明，北方白菜型冬油菜的单株产量和单株角果数呈极显著正相关，单株产量与农艺性状通径分析表明，强抗寒性品种对单株产量贡献最大的是单株角果数（0.961），其次为角粒数（0.365）；一般抗寒性品种对单株产量贡献最大的是分枝部位（1.173），其次为单株角果数（0.544）。单株产量与气候因子的通径分析表明，强抗寒性品种受10 ℃积温影响较大，一般抗寒性品种受0 ℃负积温影响较大。主成分分析筛选出总体方差累计贡献率达78.617%的3个主成分，其中，单株角果数、分枝部位、千粒重等是造成这些品种间差异的主要因素。【结论】北方白菜型冬油菜农艺性状的遗传改良育种取得显著进展，单株产量在稳步提升；株型也得到了极大程度的改良；单株角果数是白菜型冬油菜增产的主要因素；强抗寒性品种对外界环境的适应能力强于一般抗寒性品种。

施氮量对不同源库类型粳稻物质积累与氮素吸收的影响

周宇, 孙童, 张艳红, 汝艳, 苏坦, 王帅, 朱金燕, 胡金龙, 熊强强, 张洪程, 周年兵

中国农业科学. 2025, 58(11): 2096-2117. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.004

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【目的】研究不同源库类型粳稻在各施氮条件下的地上部物质积累和氮素转运，以期筛选出高产氮高效的粳稻品系，探寻该粳稻品系生长的最适施氮量，实现产量提升。【方法】试验于2022—2023年开展，以源库互作型粳稻（扬产35003）、源限制型粳稻（扬产35002）和库限制型粳稻（扬产35004）为试验材料，采取裂区设计，设置180、225、270和315 kg·hm^-2 4个施氮处理，于粳稻关键生育时期测定各处理下不同类型粳稻的产量、干物质积累和氮素相关指标（氮素转运效率及贡献率、收获指数、氮素收获指数、籽粒及干物质生产效率和氮肥偏生产力），分析不同施氮处理下各类型粳稻相关指标变化，探究施氮量对物质积累及转运的影响；对比不同源库类型粳稻的指标均值和变异系数，剔除不同施氮量带来的指标差异，凸显不同类型粳稻间差异；利用相关性系数，探讨不同类型粳稻产量性状与氮利用效率的关系，并分析施氮量对不同源库类型粳稻在抽穗期、成熟期的干物质积累、氮素吸收利用及产量的影响。【结果】（1）在180—315 kg·hm^-2 范围内增施氮肥能显著提高两年间各类型粳稻产量（9.68%—29.19%）、抽穗期的干物质和氮素积累量（3.26%—28.57%和8.57%—47.91%）以及成熟期的干物质和氮素积累量（1.01%—24.84%和3.83%—57.98%），同时有利于提高成熟期叶片和茎鞘的氮素转运能力。（2）在同一施氮条件下，扬产35003两年间成熟期的干物质积累量、氮素积累量、千粒重、结实率高于扬产35002和扬产35004（分别为29.08%—44.12%、9.32%—29.12%、11.40%—15.42%、17.67%—40.70%和25.93%—44.13%、18.25%—26.17%、6.16%—8.30%、-1.50%—13.96%），最终两年间实际产量超越2种类型粳稻（较扬产35002和扬产35004高出24.26%—32.33%和21.14%—30.05%）。（3）较高的氮素转运能力并非源库互作型品系所独有的特征，在同一施氮水平条件下，扬产35004的氮素转运效率与试验中的源库互作型品系相似，但两年间吸氮量低于扬产35003（15.43%—20.74%），产量低于扬产35003（17.45%—23.11%），因此是一个低产氮高效粳稻品系。【结论】扬产35003在施氮量为225 kg·hm^-2的条件下，能够显著优化养分与温光资源的协同利用效率，促进植株氮素吸收与转运能力的提升，提高群体产量表现，是本试验下的最佳搭配组合。

全球气候变暖对中国种植制度的可能影响XV.适应未来气候变化的我国油料作物种植布局调整

郭世博, 张镇涛, 郭尔静, 赵锦, 刘志娟, 赵闯, 杨晓光

中国农业科学. 2025, 58(11): 2118-2144. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.005

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【目的】油料作物是我国食用植物油和饲料蛋白的重要来源，以大豆、油菜和花生三大油料作物为研究对象，利用随机森林模型方法，基于作物气候适宜性和高产稳产性，提出三大油料作物适应未来气候变化的种植布局调整方案和途径，为提高气候变化背景下我国油料总产量、保障粮油安全提供理论依据。【方法】基于1981—2019年全国地级市三大油料作物统计产量、生长季内气候因子和农业技术进步因子，构建随机森林模型，预测2021—2060年SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下油料作物产量；基于各地级市作物的气候适宜性和高产稳产性划分综合适宜区，结合气候变化影响，提出适应未来气候变化的油料作物种植布局调整框架，并以2019年的种植面积为基准进行种植布局调整；最后，量化种植布局调整带来的总产提升程度以及环境效益和经济效益的变化。【结果】（1）1981—2019年，大豆、油菜和花生分布在气候适宜且高产稳产性高的区域内种植面积占比分别为11.6%、38.3%和46.0%；未来气候变化下，该区域大豆种植面积占比下降、油菜占比增加、花生占比无明显变化。（2）未来气候变化背景下作物种植布局调整后，大豆、油菜和花生面积分别增加1.8×10⁶—2.6×10⁶、3.2×10⁶—3.9×10⁶和0.8×10⁶—1.8×10⁶ hm²。（3）种植布局调整后，大豆、油菜和花生总产分别提高了140%、150%和150%，油料自给率提高7.9—13.0%，气候变化对总产负面影响降低1.0×10⁶—1.8×10⁶ t。总氮肥用量下降1.1×10⁶—1.5×10⁶ t；温室气体排放量下降9.7×10⁶—12.7×10⁶ t CO₂-eq；整体经济效益增加0.3×10³—0.4×10³亿元。【结论】基于作物气候适宜性和高产稳产性的种植布局调整,可在扩大油料作物种植面积的同时提高作物总产、减缓气候变化对油料作物总产的负面影响、提高经济效益并减少总氮肥用量和温室气体排放。

钙调节活性氧和内生细菌增强水稻对纹枯病抗性

赵守帅, 都梦翔, 郭思宇, 张烁, 赵宏伟, 赵长江

中国农业科学. 2025, 58(11): 2145-2161. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.006

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【背景】由立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起的水稻纹枯病在世界各稻区常年普遍发生，因抗性品种严重缺乏，给水稻绿色生态种植带来巨大挑战。【目的】揭示外源钙调物处理对水稻抗病的调节作用及其调控机制。【方法】四叶一心期籼稻和粳稻幼苗喷施5 mmol·L^-1钙调物150 mL，共喷施两次，每24 h喷施一次，在首次喷施48 h后采用牙签嵌入法在水稻第2、3叶片叶鞘接种立枯丝核菌，取同一部位叶片进行活性氧相关指标、光合色素含量测定及内生细菌分析。【结果】加钙（CaCl₂和Ca(NO₃)₂）处理增强供试水稻的抗病性，减钙（螯合剂EGTA）处理削弱水稻的抗病性。对各处理水稻植株钙含量分析发现，与空白对照相比，加钙处理提升植株钙含量，减钙处理降低植株钙含量；病原菌接种导致体内钙含量较相应对照处理均降低。加钙处理使水稻幼苗活性氧（和H₂O₂）含量增加，减钙处理引起的活性氧含量变化比加钙处理明显。加钙处理后，水稻活性氧含量变化与病斑面积变化趋势一致，二者正相关；SOD、POD、CAT、APX、GPX活性和GSH含量保持相对较高的水平，其中CAT活性增幅尤为明显。减钙处理多数情况下相关酶活性显著降低。加钙处理可重构水稻体内活性氧稳态，包括活性氧产生、抗氧化系统和膜损伤指标。与接种对照相比，加钙处理水稻病斑面积与H₂O₂含量正相关性增强，CAT负相关性增强、ASA负相关性增强、APX负相关性减弱、GSH由负相关转为正相关，MDA正相关性减弱、电导率由负相关转为正相关。加钙处理使接菌水稻叶片内生细菌群落微生物丰富度降低、内生细菌群落多样性有限增加。尽管加钙处理对水稻内生细菌共现网络影响有限，但立枯丝核菌接种对水稻内生细菌网络产生显著影响，且加钙处理内生菌网络鲁棒性在接菌前后均显著高于空白组和减钙组，接菌后网络易损性显著低于空白组和减钙组。【结论】加钙处理可以显著降低供试水稻相对病斑面积，提高水稻SOD、POD、CAT活性和GSH含量，减少体内活性氧积累，减少膜损伤，维持活性氧稳态提高水稻抗病性；同时，钙处理降低水稻内生细菌群落丰富度、增加其多样性，提高有益菌属占比，重构稳定性增强的内生细菌抗病群落。

链霉菌TOR3209及其挥发性有机化合物提高烟草抗木贼镰孢的能力

赵琳琳, 贺羽茜, 彭杰丽, 王旭, 马佳, 张秀敏, 胡栋

中国农业科学. 2025, 58(11): 2162-2175. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.007

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【目的】探究链霉菌TOR3209及其挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）对烟草抗病能力的影响，阐明该菌株及其VOCs提高烟草抗病能力的直接和间接作用，为TOR3209及其VOCs的生防应用提供理论依据。【方法】选择链霉菌TOR3209和木贼镰孢（Fusarium equiseti）作为研究材料，采用平板对峙法和生长速率法评价TOR3209及其VOCs抑制木贼镰孢的能力；通过对烟草接种不同浓度的TOR3209菌悬液（1.0×10¹、1.0×10³、1.0×10⁵、1.0×10⁷ CFU/mL）以及与TOR3209产生的VOCs共培养，测试该菌株及其VOCs对烟草抗木贼镰孢能力的影响；对烟草进行转录组测序，分析差异基因表达情况；利用固相微萃取（SPME）方法对TOR3209产生的VOCs进行鉴定，选择特异性强的化合物（十七烷）基于烟草做抗木贼镰孢验证，以添加不同质量浓度（1 mol·kg^-1、1 mmol·kg^-1、1 μmol·kg^-1、0.001 μmol·kg^-1）的十七烷为处理组，验证其对烟草的影响。【结果】链霉菌TOR3209菌株及其VOCs均能对木贼镰孢产生拮抗作用，抑制率分别为56.9%、60.0%；与对照相比，不同浓度TOR3209菌悬液处理的烟草病害严重程度均显著降低（P<0.01），其中浓度为1.0×10¹ CFU/mL的处理抗病效果最好；保留菌株处理组与移除菌株处理组均可以提高烟草的抗病能力，防治效果分别为85.7%、72.5%；在TOR3209的VOCs发挥作用过程中以诱导烟草的系统抗性为主要途径；烟草转录组分析发现TOR3209的VOCs诱导烟草多个基因表达上调，其中多个基因均与植物抗病能力的提高相关；在TOR3209产生的VOCs中鉴定出多种化合物，其中十七烷在与烟草共培养后可以提高烟草抗木贼镰孢侵染的能力，1 mmol·kg^-1处理组的效果显著。【结论】链霉菌TOR3209及其VOCs主要通过诱导烟草的系统抗性来提高其抗病能力，且TOR3209的VOCs可以调控烟草的基因表达。

间作大豆对木薯生长及连作土壤特性的影响

陈会鲜, 何文, 阮丽霞, 黄小娟, 兰秀, 蔡兆琴, 李恒锐, 黄珍玲, 韦婉羚, 梁振华, 李天元, 曹升, 李喜弟, 韦均参

中国农业科学. 2025, 58(11): 2176-2189. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.008

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【目的】探索木薯大豆间作模式对木薯生长及其连作土壤的影响，分析木薯大豆间作模式缓解木薯连作障碍的潜能，为缓解木薯连作障碍提供理论参考。【方法】在木薯连作土壤上，对比木薯连年单作和木薯大豆间作两种种植模式下木薯根际土壤理化性质、微生物物种多样性及其群落结构的差异，探索木薯大豆间作模式对木薯连作土壤的影响，对比两种种植模式下木薯株高、茎粗、产量、光合特性的差异，并分析土壤理化性质、微生物物种多样性及群落结构与木薯株高、茎粗、产量、光合特性之间的相关性，探索木薯大豆间作模式对木薯生长的影响。【结果】（1）在3年试验中，相较于木薯连年单作，木薯大豆间作的土壤pH、孔隙度、有机质含量、碱解氮含量、细菌数量、真菌数量以及木薯的株高、产量、光合速率、蒸腾速率等均逐年提高，土壤容重逐年下降，且在试验进行到第2年或第3年时，这些指标的差异达到显著水平；（2）木薯大豆间作对木薯连作土壤的细菌和真菌物种多样性影响不大，但对土壤优势真菌群落组成及相对丰度的影响较大，其中对木霉属（Trichoderma）真菌丰度的影响最为显著；（3）土壤pH与木薯叶片蒸腾速率呈显著正相关，土壤有机质含量与木薯叶片光合速率、蒸腾速率、株高呈显著正相关，土壤孔隙度、碱解氮含量均与木薯叶片光合速率、蒸腾速率呈显著正相关关系，木霉属真菌的相对丰度与木薯茎粗、株高、产量及叶片光合速率、蒸腾速率均呈显著正相关关系。【结论】木薯大豆间作模式可提高土壤的pH、孔隙度、有机质含量及碱解氮含量，调节土壤微生物群落结构，提高木霉属真菌的丰度，缓解木薯连作土壤酸化、板结、养分下降等问题，从而促进木薯生长，对木薯连作障碍具有缓解作用。

农田土壤固碳与温室气体排放计量研究进展

孙建飞, 程琨

中国农业科学. 2025, 58(11): 2190-2205. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.009

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农田作为陆地生态系统中重要的温室气体源和汇，其科学管理为减缓气候变化提供了重要潜力。开发农田土壤固碳和温室气体排放计量方法对于准确量化农业对碳中和战略的贡献至关重要，也是温室气体清单编制、固碳减排效应评估、自愿减排交易、涉碳相关认证的必然要求。本文系统梳理了农田土壤固碳与温室气体排放计量方法，对比了不同计量方法在数据需求、获取成本、估算精度等方面的差异及面临的挑战，重点探讨了这些方法在不同应用场景下的适用性及其优化路径。农田土壤固碳和温室气体排放计量方法主要包括两期差减法（仅针对土壤固碳）、数据集成法（仅针对土壤固碳）、参数法/排放因子法、经验模型和过程模型。两期差减法和数据集成法是采用实测数据直接估算土壤有机碳变化量的重要方法，但其估算精度直接受到两期数据的匹配程度以及数据量的影响。参数法/排放因子法能够以最少的数据需求估算土壤固碳和温室气体排放，其估算精度依赖于参数/排放因子的本土化及细化程度。由于方法的限制，参数法/排放因子法更适合在区域尺度下进行低分辨率的估算，而无法准确捕捉高分辨率下的空间变异。经验模型和过程模型综合考虑了气象、土壤和管理因素对土壤固碳和温室气体排放的影响，适用于高分辨率的空间模拟和田块尺度的计量。经验模型的性能依赖于建模数据库的数据数量、质量及变量筛选的准确性。相比之下，过程模型在参数本土优化的前提下能够捕捉复杂条件下土壤有机碳和温室气体的时空动态变化。鉴于不同方法面临的挑战，本文强调了在特定应用场景下平衡数据需求、成本及估算精度的重要性，并指出模型模拟法将成为未来农田碳计量的主要方法。如何针对不同应用场景，权衡数据需求、获取成本及估算精度以选取和研发适宜的计量方法是当前面临的重要挑战。为进一步提升计量准确性与适用性，未来研究应聚焦于构建完善的田间监测网络、推动标准化数据库建设及共享、深化排放因子的本土化与精细化，并探索机器学习在多算法集成和过程模型参数调优中的创新应用。

新旧动能转换背景下广东省耕地低碳利用效率时空演变与差异化提升路径

朱庆莹, 何耿毅, 孙萍

中国农业科学. 2025, 58(11): 2206-2224. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.010

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【目的】科学揭示新旧动能转换背景下耕地低碳利用效率时空演变特征，深入辨析耕地低碳利用效率提升的差异化组态路径，以期为耕地高效可持续利用、农业新质生产力培育乃至农业高质量发展提供决策依据。【方法】在界定新旧动能转换背景下耕地低碳利用效率内涵及构建其组态路径理论框架基础上，基于广东省2010—2021年间21个地级市的面板数据，采用非期望产出的Super-SBM模型评估新旧动能转换背景下的耕地低碳利用效率并刻画时空演化特征，运用模糊集定性分析法（fsQCA）探讨耕地低碳利用效率提升的差异化组态路径。【结果】（1）从时序特征看，2010—2021年广东省耕地低碳利用效率呈现在波动中缓慢上升的特征，均值为0.947；珠三角和粤北地区的演变特征与省级层面类似，粤东波动较小，粤西则呈现在波动中下降的态势，只有珠三角效率均值大于1；从空间分布看，广东省耕地低碳利用效率空间分异特征显著，呈高、低效率区多核心成片分布，尤以珠三角高效率及粤北低效率现象突出。（2）广东省耕地低碳利用效率提升路径可归纳为社会经济或政府支持单因素、技术赋能-政府支持或社会经济-政府支持双因素、资源禀赋-社会经济-政府支持多因素主导三类组态路径。（3）社会经济发展水平和政府支持程度是影响耕地低碳利用效率的最具普遍性因素，而耕地资源禀赋条件和农业技术投入水平的影响相对较弱。这些因素在特定的条件下能发生等效替代，耕地资源禀赋能够被其他三类因素单独或形成的组合所取代，构成提升耕地低碳利用效率“殊途同归”的路径。【结论】耕地低碳利用是一个受“资源-经济-技术-政策”复杂系统因素交互影响的组态问题，实际中应注重其提升路径设计的整体谋划和因地施策。当前耕地数量受到严重威胁，持续在社会经济发展、财政支农力度以及农业生产技术水平等方面发力应成为促进耕地低碳高效利用长期坚持的方向。

加气滴灌下施氮对番茄水力特性和光合能力的影响

李晓雁, 杜娅丹, 胡笑涛, 卢怡宁, 谷晓博

中国农业科学. 2025, 58(11): 2225-2238. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.011

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【目的】探究加气滴灌下水氮耦合对番茄产量和水分利用效率（WUE）的影响，为西北地区番茄种植提供科学的水氮管理依据。【方法】于2023年和2024年进行两茬温室试验，通过微纳米气泡发生装置在加气滴灌下设置W1（50% ET_C）、W2（75% ET_C）和W3（100% ET_C）3个灌水水平（ET_C为实际作物蒸发蒸腾量），N1（0）、N2（150 kg·hm^-2）和N3（250 kg·hm^-2）3个施氮水平，以传统滴灌下W3（100% ET_C）N3（250 kg·hm^-2）作为对照处理（CK），研究其对番茄土壤含水量、水力特性、光合特性和产量的影响。【结果】加气滴灌促进了番茄对土壤水分的吸收利用，改善了植株水力特性和叶片光合特性，使产量和水分利用效率分别提高1.21%—1.84%和1.84%—2.25%。加气滴灌下，优化水氮管理可进一步促进番茄生长和产量提高。土壤含水量随灌水量的增加而增加但随施氮量的增加而降低，在W3N1处理达到最大值，较其他处理提高0.31%—19.37%；番茄茎水势、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和叶绿素相对含量（SPAD）均随灌水量和施氮量的增加而增加，分别在W3N3和W2N3处理达到最大值，较其他处理提高0.95%—104.86%；木质部导水率损失值（PLC）随灌水量和施氮量的增加而降低，在W3N3处理降至最小值，较其他处理降低11.27%—69.24%。亏缺灌溉下施氮缓解了番茄植株的水分胁迫，且亏缺灌溉W2下土壤含水量、茎水势、PLC、Pn、Gs和SPAD的改善效果较W1显著提高17.37%—21.16%。春夏茬和秋冬茬番茄产量均在W2N3处理达到最大值，两茬番茄WUE分别在W2N3和W1N3处理达到最大，秋冬茬W1N3处理WUE较W2N3提高1.02%，但产量大幅降低15.25%。通过路径分析发现，加气滴灌下土壤含水量对产量的直接效应系数为0.439，而土壤含水量通过茎水势、PLC、Pn和Gs对产量的间接效应系数分别为0.952、0.852、0.582和0.494。【结论】加气滴灌下施氮可改善不同灌水条件下番茄的水力特性，增强叶片光合能力，进而提高番茄产量。综合考虑产量和水分利用效率，西北地区番茄的适宜灌水量和施氮量分别为75% ET_C和250 kg·hm^-2。

菜心减数分裂相关基因BrASY2参与植株耐热性的功能分析

庞强强, 孙晓东, 陈贻诵, 周曼, 王亚强, 施国宾

中国农业科学. 2025, 58(11): 2239-2252. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.012

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【目的】菜心属于不耐热、喜冷凉的蔬菜，高温是夏秋菜心生产中面临的主要问题之一。实验室前期在菜心高温胁迫转录组数据库中挖掘到一个可能与高温胁迫响应相关的基因片段，将其命名为减数分裂相关基因BrASY2。通过进一步研究其理化性质、蛋白结构、系统进化及表达特性，并探究其在耐热性调控中的功能，以期为耐热菜心分子育种提供参考。【方法】采用全基因合成的方法获得BrASY2全长，利用ExPASy ProtParam、ProtScale、SignalP-5.0、SOPMA、Swiss-Model和PlantCARE对其理化性质、信号肽、蛋白结构、顺式作用元件进行分析，使用MEGA 6.0构建系统发育树，采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术分析其在高温胁迫下的表达特性。分别构建酵母异源超表达载体pYES2-NTB-BrASY2和基因沉默表达载体pK7GWIWG2（I）-BrASY2，获得转基因酵母和沉默表达菜心植株，并进行耐热性功能分析。采用花药压片法对BrASY2沉默表达植株细胞减数分裂染色体行为进行细胞学观察。【结果】 BrASY2长度为852 bp，编码283个氨基酸，蛋白相对分子量为69.16 kDa，理论等电点为5.09。基因结构分析表明，其含有丰富的α-螺旋和无规则卷曲。信号肽预测发现，BrASY2为无信号肽的亲水性蛋白。顺式作用元件分析显示，BrASY2含有9个高温胁迫响应元件CAAT-box。系统进化分析表明，BrASY2与白菜、甘蓝型油菜同源性最高，亲缘关系更近。转录组数据分析表明，在高温胁迫前（0 h），BrASY2在热敏自交系CX7-3和耐热自交系CX1-7中的转录表达水平均较低；在高温胁迫6 h后，BrASY2在CX1-7中的转录表达水平均迅速上升，而在CX7-3中的表达量变化不明显。qRT-PCR结果显示，随着高温胁迫处理时间的延长，耐热自交系CX1-7叶片中BrASY2的表达量呈上调趋势，在处理后24 h时表达量最高，而在热敏自交系CX7-3中始终处于低水平表达状态，表达量无明显变化。经酵母异源超表达分析，超表达酵母菌pYES2-NTB-BrASY2更耐高温，能够帮助酵母菌度过高温逆境。BrASY2沉默表达分析表明，高温胁迫后，与对照植株相比，沉默表达植株的BrHsfA2、BrHsp90和BrMn-SOD的表达均受到抑制，植株叶片颜色变浅，叶绿素含量降低，相对电导率和H₂O₂含量升高，SOD活性下降。减数分裂细胞学观察显示，与对照植株相比，BrASY2沉默植株减数分裂各时期的染色体行为均表现正常，减数分裂后期的均衡分裂细胞和四分体占比，均未表现出明显差异。【结论】成功获得菜心BrASY2，BrASY2在菜心响应高温胁迫中发挥正向调控作用。

稳定表达猪源CD163蛋白PK15细胞系的构建及评价

赵清扬, 张晓晓, 郭春和

中国农业科学. 2025, 58(11): 2253-2264. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.013

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【背景】CD163 是一种重要的跨膜蛋白，在宿主免疫调节、炎症反应及多种病原感染过程中发挥关键作用。研究表明，CD163 作为宿主受体，不仅影响细胞信号通路，还调控宿主对外来病原体的易感性。由于 CD163 参与的受体-病原相互作用机制尚未完全阐明，建立稳定表达 CD163 的细胞模型对于相关研究具有重要意义。猪繁殖与呼吸综合征病毒（porcine reproductive and respiratory syndrome virus，PRRSV）是研究 CD163 介导的病毒侵入机制的重要模型之一。然而，PRRSV 的主要靶细胞——猪肺泡巨噬细胞（porcine alveolar macrophages, PAMs）在体外无法长期增殖，限制了其在病原学研究中的应用。因此，通常采用猴源细胞系 MARC-145 进行 PRRSV 体外培养，但其非猪源特性可能影响实验结果的生物学相关性。【目的】通过构建一株稳定表达猪 CD163 蛋白的猪源细胞系，并验证其对 PRRSV 感染的敏感性。【方法】研究于2022年6月至2023年11月在岭南现代农业科学与技术广东省实验室开展，克隆了猪CD163基因，并采用两种策略尝试在猪肾细胞系（PK15）中表达该基因。首先，尝试使用重组质粒瞬时转染，但由于 PK15 细胞瞬时转染效率较低，未能获得稳定表达的细胞系。为优化表达策略，进一步采用慢病毒载体介导基因转导，并筛选稳定细胞系。本研究利用 293T 细胞进行慢病毒包装，并将所得病毒转导至 PK15 细胞，随后使用嘌呤霉素筛选阳性克隆，以确保外源基因的稳定整合和长期表达。通过 RT-qPCR 和 Western blot 检测 CD163 的 mRNA 和蛋白表达水平，并进一步进行传代试验评估 CD163 表达的稳定性，以确保细胞系的长期应用价值。【结果】成功构建了带有CD163基因的重组慢病毒载体，并通过慢病毒转染技术获得了稳定表达CD163的PK15细胞系，命名为PK15-CD163。RT-qPCR和Western blot结果表明，PK15-CD163细胞系中CD163 mRNA和蛋白表达量显著高于正常PK15细胞，且在多代传代后仍能保持稳定表达。然而，PRRSV 感染试验结果表明，无论是 RT-qPCR 还是 Western blot 均未检测到 PRRSV N 蛋白的表达，提示 PRRSV 在该细胞系中的复制可能受到某些限制。【结论】成功构建了 PK15-CD163 细胞系，为进一步研究 CD163在宿主细胞生物学中的作用提供了重要的实验工具。尽管 PRRSV 在 PK15-CD163 细胞中的感染未取得明显效果，但该细胞系仍可用于探索 CD163 介导的免疫调控、细胞受体功能及其他病原感染机制研究，并为抗病毒药物筛选提供潜在的平台。

β-巯基乙醇对雷帕霉素诱导的水牛颗粒细胞自噬、凋亡和类固醇激素分泌的影响

徐媛媛, 黄丽清, 陆杏蓉, 冯超, 尚江华

中国农业科学. 2025, 58(11): 2265-2274. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.014

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【目的】哺乳动物的卵泡发育包含一系列复杂的过程，而卵泡发育过程受多种因素的调节，其中颗粒细胞在这一过程中起着重要作用。颗粒细胞的增殖和分化会直接影响卵泡的发育。自噬是颗粒细胞发育过程中至关重要的生物过程，β-巯基乙醇（2-mercaptoethanol，2-ME）常被用作一种抗氧化剂来优化家畜卵母细胞体外成熟培养体系，但目前尚缺乏其对水牛卵泡颗粒细胞生长发育的系统研究。本研究的目的是探究2-ME对雷帕霉素（Rapamycin）诱导的水牛卵泡颗粒细胞自噬、凋亡和类固醇激素分泌的影响。【方法】收集水牛卵巢组织，分离培养卵泡颗粒细胞，CCK8法检测细胞活力，筛选2-ME和Rapamycin的最佳处理浓度；选择最佳作用浓度处理卵泡颗粒细胞，采用实时荧光定量PCR检测2-ME对Rapamycin诱导的水牛颗粒细胞自噬、凋亡和类固醇激素分泌相关基因表达的影响；通过ELISA法分析2-ME对颗粒细胞类固醇激素分泌的影响；并采用Western blotting方法检测不同处理下颗粒细胞自噬和凋亡相关蛋白表达水平。【结果】 2-ME的最佳处理浓度为50 µmol·L^-1，Rapamycin的最佳的处理浓度为25 µmol·L^-1；自噬过度激活能够极显著上调自噬相关基因ATG5、LC3和Beclin1的表达（P<0.01），而同时加入2-ME和Rapamycin后3种基因的表达均下调；自噬过度激活能够极显著上调Bax和Caspase3的表达（P<0.01），显著上调Bcl2的表达（P<0.05），而同时加入2-ME和Rapamycin后，Bax和Caspase3的表达有所回复；自噬过度激活能够降低CYP19A1和CYP11A1的表达，而同时加入2-ME和Rapamycin后CYP19A1和CYP11A1的表达量升高，但差异不显著；自噬过度激活能够显著降低颗粒细胞E2和P4的分泌水平（P<0.05），而激活自噬后添加2-ME能够增加E2和P4的分泌水平；自噬能够上调LC3和Beclin1、Caspase3蛋白的表达水平，而同时加入2-ME和Rapamycin后3种蛋白的表达水平均有不同程度的降低。【结论】自噬能够促进水牛卵泡颗粒细胞的凋亡，抑制颗粒细胞分泌E2和P4的能力；而2-ME能够缓解颗粒细胞自噬引起的细胞凋亡，恢复由自噬降低的颗粒细胞分泌E2和P4的能力。综上所述，2-ME在维持水牛卵泡颗粒细胞自噬稳态方面发挥重要作用。

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