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    2024年 第57卷 第5期 刊出日期:2024-03-01
      
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    2024年第57卷第5期中英文目录
    中国农业科学. 2024, 57(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
    山西小麦苗期耐低磷特性及遗传分析
    卫乃翠, 陶金博, 苑名杨, 张彧, 开梦想, 乔玲, 武棒棒, 郝宇琼, 郑兴卫, 王娟玲, 赵佳佳, 郑军
    中国农业科学. 2024, 57(5):  831-845.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.001
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    【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏,而小麦不同基因型间的磷效率差异很大,因此,鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料,在正常磷(0.2 mmol·L-1)、中度低磷(0.1 mmol·L-1)和低磷胁迫(0.01 mmol·L-1)3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重,最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查,运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性,在此基础上,分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征,并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同,磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化,与根部生长情况比较,地上部生长受磷浓度变化影响小;磷浓度降低会抑制地上部生长,地上部干重和鲜重显著降低,而低磷促进了根系生长,根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标,D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升,2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势,2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R 2>10%的稳定位点,其中,1A_5450745502B_4892797996A_1668996586A_273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力,筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。

    “稻-稻-油”生产模式下短生育期冬油菜品种选育与推广现状分析
    李荣德, 何平, 罗莉霞, 史梦雅, 侯乾, 马振国, 郭瑞星, 成洪涛
    中国农业科学. 2024, 57(5):  846-854.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.002
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    近年来,我国食用植物油自给率不到31%,进口依赖度高。油菜是唯一的冬季油料作物,适宜种植区域广泛,是我国重要的食用植物油来源。扩种油菜是保障国家食用油安全的重要举措。充分利用南方双季稻区冬闲田,推广“稻-稻-油”三熟制生产模式是扩种油菜的重要途径。适宜“稻-稻-油”生产模式的区域主要分布在我国湖南、江西、广西和湖北等省的双季稻区,约有187万hm2的潜力面积。根据温光资源条件,3个适宜区域即温光资源宽松区、温光资源紧平衡区和温光资源约束区均要求油菜品种生育期在180 d左右,10月中下旬播种,4月中下旬收获,才能适宜南方双季稻接茬。从2013年到2022年国家油菜品种试验情况来看,共有75个油菜新品种参加早熟组试验,平均生育期为169.3—185.3 d,平均单产1 635.90—2 228.55 kg·hm-2,其中,有22个品种增产显著。截至2023年5月底,登记生育期在190 d以内,适宜在“稻-稻-油”模式区域种植的短生育期冬油菜品种共有72个,均为甘蓝型双低油菜品种,以杂交品种为主。在品种推广应用上,经相关省份调查,阳光131、丰油730、沣油320、沣油847、赣油杂906、圣光127、湘油420、景油69、沣油112、华油杂652、赣油杂1009等11个品种在“稻-稻-油”生产区有较大的推广应用面积,在2022年的推广面积均为135 hm2以上。现有品种的生育期能够基本满足温光资源宽松区的要求,但在温光资源紧平衡区和约束区生育期仍然偏长。聚焦油菜扩种增产增效,未来还需要强化政策资金保障,组织开展短生育期冬油菜品种培育联合攻关,提高温光资源宽松区品种的产量,缩短温光资源紧平衡区和约束区品种的生育期。同时,还需加强短生育期油菜品种良种良法配套技术的研究与推广,做好早稻、晚稻和油菜品种的搭配,从完善农业社会化服务、扩展油菜种植农业保险、增加油菜种植资金补贴等方面入手,保障农民收益,提高农民“稻-稻-油”模式生产积极性。

    甘蔗抗褐锈病Bru1区域的鉴定及候选抗病基因的功能分析
    吴期滨, 谢婉婕, 钟惠, 冯春燕, 潘浩然, 齐浥颖, 张积森, 王恒波
    中国农业科学. 2024, 57(5):  855-867.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.003
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    【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow & P. Sydow)引起的最具破坏性的真菌病害之一,能造成蔗糖分降低10%—36%,严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域,克隆其关键候选基因,并进行功能研究,为选育抗褐锈病甘蔗新品种提供重要的候选基因资源。【方法】利用PacBio SequelⅡ测序平台获得甘蔗栽培品种ROC22的contig水平基因组信息,鉴定到抗褐锈病Bru1区域,对其进行基因注释和克隆,分析其组织特异性和抗、感褐锈病甘蔗品种中的表达模式及其在烟草叶片的亚细胞定位和瞬时表达。【结果】基于Bru1位点区域紧密连锁的标记R12H16和9O20-F4,从该区域中注释到33个基因,结合典型抗病基因结构域,共筛选获得5个候选抗病基因,分别为Brrg99Brrg103Brrg108Brrg115Brrg116。以甘蔗栽培品种ROC22的cDNA为模板,克隆获得Brrg116的全长序列729 bp,编码242个氨基酸残基。将该基因序列分别比对甘蔗热带种和割手密种及二倍体近缘种高粱的基因组数据库,发现其与热带种和割手密种的同源基因序列相似性很高,达到98%以上,而与高粱的相似性为93.77%。系统进化树揭示该基因起源甘蔗割手密种。实时荧光定量PCR检测表明,Brrg116在甘蔗栽培品种的多个组织中组成型表达,尤其是在+1叶中的表达量最高,是蔗芽的9.8倍;在褐锈病菌侵染抗、感甘蔗栽培品种的6和72 h时,呈现显著差异表达。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白定位于细胞膜上。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片中瞬时过表达Brrg116,其后接种茄病镰刀菌蓝色变种,二氨基联苯胺法(3,3′-diaminobenzidine,DAB)染色逐渐加深,超敏反应相关基因、水杨酸信号和乙烯信号途径中的相关基因持续上调表达。【结论】Brrg116在甘蔗不同组织中组成型表达,且在受褐锈病菌侵染的抗病甘蔗栽培品种中呈现快速的诱导表达此外,过表达Brrg116引发水杨酸和乙烯等激素信号通路产生防御响应,推测该基因可能在提高植物的抗病性方面发挥重要调控作用。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    氮肥减量后移改善植株光合特性提高麦-玉周年产量及经济效益
    赵凯男, 丁豪, 刘阿康, 姜宗昊, 陈广周, 冯波, 王宗帅, 李华伟, 司纪升, 张宾, 毕香君, 李勇, 李升东, 王法宏
    中国农业科学. 2024, 57(5):  868-884.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.004
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    【目的】针对黄淮海平原传统施氮技术下,小麦-玉米两熟体系作物生育后期土壤氮肥供应不足导致籽粒减产等问题,探讨氮肥减量后移对植株光合特性、干物质积累及周年籽粒产量和经济效益的影响,为进一步优化施氮制度提供理论依据。【方法】2020—2023年,于山东济阳典型麦-玉两熟种植区,设置周年施氮400 kg·hm-2传统农户处理(CK,小麦季200 kg·hm-2:65%基肥+35%返青肥,玉米季200 kg·hm-2:100%基肥)、周年减氮10%(SN,小麦季180 kg·hm-2:50%基肥+50%返青肥,玉米季180 kg·hm-2:100%基肥)、周年减氮20%(NH,小麦季180 kg·hm-2:22.2%基肥+33.3%返青肥+44.5%抽穗肥,玉米季140 kg·hm-2:28.6%基肥+71.4%大喇叭口肥)和周年减氮30%(NL,小麦季140 kg·hm-2:43%返青肥+57%抽穗肥,玉米季140 kg·hm-2:100%大喇叭口肥)4种施氮制度,研究不同施氮制度下麦-玉两熟体系的光合特性、籽粒产量和经济效益。【结果】氮肥后移优化了氮肥减量条件下作物光合特性,其中,叶面积指数3年均值,小麦拔节和开花期NL较CK、SN和NH处理分别显著提高19.0%—40.1%和21.6%—36.7%,夏玉米吐丝期NL较CK和SN处理显著提高6.8%—7.3%;叶片SPAD值3年均值,冬小麦拔节和开花期NL较CK、SN处理分别显著提高7.7%—10.0%和7.4%—12.9%,灌浆中期NL较CK、SN和NH处理显著提高5.2%—16.2%;夏玉米大喇叭口期NL和NH较CK、SN处理3年均值分别显著提高9.0%—9.4%和6.7%—7.1%,吐丝和灌浆中期NL较CK、SN和NH分别显著提高5.1%—9.4%和4.1%—9.2%;净光合速率3年均值,小麦拔节、开花和灌浆中期NL较CK、SN处理分别提高8.9%—13.3%、14.0%—18.1%和20.1%—24.4%;夏玉米大喇叭口、吐丝和灌浆中期NL较CK、SN处理分别提高4.2%—5.7%、8.7%—13.4%和7.7%—12.8%。NL处理通过增加氮肥后移量,改善了各生育阶段地上部干物质积累强度,稳定或提高了各生育时期地上部干物质积累量,冬小麦拔节、开花和成熟期地上部干物质积累量的3年均值较CK分别显著提高26.7%、27.4%和18.1%,夏玉米吐丝期显著提高14.4%。氮肥后移通过改善氮肥减量条件下光合特性,促进了各生育时期地上部干物质积累,最终实现冬小麦、夏玉米及周年籽粒产量的3年均值,NL较CK处理分别显著提高20.5%、18.1%和19.1%,经济效益分别显著提高32.4%、23.8%和27.9%。【结论】黄淮海平原麦-玉两熟体系,周年减氮30%制度下通过增加氮肥后移量,改善了作物光合特性(叶面积指数、叶片SPAD值和净光合速率),优化了各生育阶段地上部干物质积累强度和干物质积累量,从而促进冬小麦、夏玉米及周年总产和经济效益的提高。

    氮肥对垄沟集雨种植谷子氮素利用效率及产量的影响
    周浩露, 申朝阳, 罗新宇, 黄英惠, 王可心, 王云浩, 高小丽
    中国农业科学. 2024, 57(5):  885-899.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.005
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    【目的】探究垄沟集雨种植模式下谷子的生长、产量对氮肥的响应,以期为黄土高原半干旱区谷子高产高效生产提供理论依据。【方法】于2022—2023年选用陕豫谷3号谷子品种进行大田试验,采用裂区设计,主因素为种植模式(垄沟集雨种植模式,R;传统平作种植模式,T),副因素为施氮量(0 kg·hm-2,N0;60 kg·hm-2,N1;135 kg·hm-2,N2;210 kg·hm-2,N3),在不同种植模式下测定谷子旗叶净光合速率、叶绿素相对含量、各生育时期地上部群体干物质积累量、氮素积累量,以及成熟期农艺性状和产量,并计算氮素利用率。【结果】同一施氮量下,与传统平作种植模式相比,垄沟集雨种植模式下谷子旗叶的净光合速率、叶绿素相对含量在降雨较多的2022年仅灌浆期有所提高,在降雨较少的2023年抽穗期、开花期、灌浆期则均有提高,两年间垄沟集雨种植模式均增强了谷子生育中后期的光合能力,延缓叶片衰老;谷子地上部群体干物质积累量、氮素积累量在2022年的拔节期、灌浆期、成熟期有所提高,在2023年各生育时期均有增加,且N1、N2、N3间均无显著性差异,地上部干物质积累量、氮素积累量分别提高了0.6%—39.5%、0.9%—51.1%;籽粒氮素积累量、花后氮素积累量、花后氮素对籽粒贡献率在两年间均有显著增加,满足了谷子全生育期的养分需求,改善了传统平作种植模式下谷子生育后期氮肥供应不足问题;氮肥偏生产力在两年间均有增加,分别提高了3.7%—14.3%、2.8%—27.6%,氮肥农学利用效率在2022年于210 kg·hm-2施氮量下略有降低,氮肥农学利用效率、氮肥利用效率在2023年施氮量超过135 kg·hm-2时均有所降低,三者均随施氮量的增加而降低;谷子穗粗、单穗重在两年间均有提高,穗长则有所下降;产量在两年间均有显著性提高,分别增加了3.7%—14.3%、2.8%—27.6%,在降雨较少的2023年增产效果更为显著,且当施氮量超过60 kg·hm-2时,产量无显著性增加。【结论】在黄土高原半干旱区,垄沟集雨种植模式配施60—135 kg·hm-2氮肥更有利于谷子氮素利用和产量形成。

    植物保护
    玉米大斑病菌细胞周期蛋白依赖性激酶结构亚基StCks1鉴定及其基因功能分析
    张博文, 赵丽雯, 徐璐, 李盼, 曾凡力, 孟亚南, 董金皋
    中国农业科学. 2024, 57(5):  900-908.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.006
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    【目的】Cks1(cyclin-dependent kinase subunit 1)是细胞周期蛋白依赖性激酶复合体CDK(cyclin-dependent kinase)的结构亚基,是细胞周期调控过程中的关键基因。论文旨在鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcicaStCks1,分析玉米大斑病菌附着胞发育过程中StCks1表达量差异及其互作蛋白,为进一步研究StCks1在附着胞发育中的作用打下基础。【方法】通过对玉米大斑病菌野生型菌株01-23全基因组数据分析,获取StCks1蛋白序列;利用软件MEGA 5.0和在线数据库Pfam、SMART对酿酒酵母、裂殖酵母和拟南芥等物种Cks1蛋白进行系统发育树构建和保守结构域分析;收集玉米大斑病菌附着胞发育不同时期样品进行转录组测序以及表达量分析。利用原核诱导表达系统,构建原核表达载体pGEX-6p-3-StCks1,并转化大肠杆菌表达菌株BL21,对重组蛋白GST-StCks1诱导表达纯化;通过GST pull-down、Western blot技术和酵母双杂交试验,鉴定StCks1的互作蛋白。【结果】玉米大斑病菌全基因组中鉴定到唯一StCks1蛋白编码基因,该蛋白由130个氨基酸组成;其三级结构主要由4股β折叠和3个α螺旋构成,含有HxPEPH(His-any- Pro-Glu-Pro-His)保守位点和Cks保守结构域;通过转录组测序和表达量分析发现,StCks1在附着胞发育不同时期表达量显著上调;重组蛋白GST-StCks1在1 mmol·L-1 IPTG,30 ℃诱导2 h可获得大量可溶性蛋白;通过GST pull-down技术获取大量互作蛋白并进行质谱鉴定,通过Western blot和酵母双杂交试验,验证StCks1与细胞周期蛋白依赖性激酶CDK1存在互作。【结论】玉米大斑病菌中含有唯一的StCks1,通过与细胞周期蛋白依赖性激酶CDK1互作调控附着胞的发育。

    山大齿猛蚁和日本弓背蚁对小地老虎的捕食行为
    高冬梅, 皇甫佳一, 郭萧
    中国农业科学. 2024, 57(5):  909-918.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.007
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    【目的】小地老虎(Agrotis ipsilon)是粮食和经济作物的重要地下害虫之一。论文旨在明确山大齿猛蚁(Odontomachus monticola)和日本弓背蚁(Camponotus japonicus)对小地老虎的捕食特性,丰富小地老虎生物防治技术手段,降低小地老虎防治成本与化学农药用量。【方法】在猎物被土壤覆盖和裸露两种自然条件下,观察并统计山大齿猛蚁和日本弓背蚁在1、6、12、24和48 h内对不同虫态小地老虎的捕食选择性、捕食方式以及捕食致死率;在室内,利用两种蚂蚁的试验种群开展捕食行为序列特征研究。通过统计分析,明确两种蚂蚁捕食行为差异及控害特点。【结果】日本弓背蚁对小地老虎卵的致死率较低,48 h累计致死率仅为12.67%;山大齿猛蚁不取食小地老虎卵。两种蚂蚁对小地老虎幼虫和蛹的控制效果超过49%,最高达98.67%,且控制效果随小地老虎龄期增长而降低。山大齿猛蚁和日本弓背蚁捕食行为序列存在一定差异:两种蚂蚁对小地老虎低龄幼虫均以直接搬运为主;对体型较大的小地老虎高龄幼虫,日本弓背蚁具有试探、攻击、召唤同伴、猎物切割、群体搬运等行为,呈现出明显的群体性行为;而山大齿猛蚁对大型猎物的捕食行为较为单一,未观察到召唤同伴、群体搬运等行为,群体捕食行为不明显。两种蚂蚁对小地老虎捕食行为的差异也体现在捕食方式和对小地老虎的致死率方面:日本弓背蚁对小地老虎低龄幼虫多直接搬运回巢,捕食效率极高,对小地老虎高龄幼虫多以集体捕猎;山大齿猛蚁捕猎小地老虎高龄幼虫时丢弃比例较高,但因叮咬蜇刺,逃脱捕猎的小地老虎幼虫死亡率较高。此外,土壤覆盖极大地影响蚂蚁对小地老虎幼虫的发现,山大齿猛蚁和日本弓背蚁仅能发现地表猎物,不具备探测地下猎物的能力。【结论】日本弓背蚁和山大齿猛蚁对小地老虎幼虫和蛹均有较好的控制作用,小地老虎虫龄越低控制效果越好,两种蚂蚁对小地老虎高龄幼虫捕食行为存在一定差异,但不影响对小地老虎的控制效果。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    局部供氮对干旱胁迫下玉米苗期生长发育和水氮利用的影响
    王语, 张渝鹏, 朱冠亚, 廖航烯, 侯文峰, 高强, 王寅
    中国农业科学. 2024, 57(5):  919-934.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.008
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    【目的】春旱频繁和过度施氮不利于春玉米苗期生长发育,并对后期生长和产量造成负面影响。研究干旱胁迫下局部供氮对玉米苗期生长、根系形态和水氮利用的影响,以期为促进玉米苗期根系发育、实现水氮高效利用和高产稳产提供技术依据。【方法】2021和2022年设置玉米水、氮两因素分根盆栽试验,设计5种供氮方式:不施氮(两侧均不施氮,N0/N0)、均匀低氮(两侧均低氮,LN/LN)、局部低氮(A侧低氮而B侧不施氮,LN/N0)、均匀高氮(两侧均高氮,HN/HN)和局部高氮(A侧高氮而B侧不施氮,HN/N0),供氮一侧LN和HN的施氮量分别为每kg干土中施氮0.12和0.24 g;水分管理于三叶期开始并持续3周,设计3个土壤水分状况:重度干旱(35%田间持水量,W0)、适度干旱(55%田间持水量,W1)和正常水分(75%田间持水量,W2)。水分管理结束后测定植株生长性状、干重、根长、氮素吸收量、耗水量、水氮利用效率等指标。【结果】干旱胁迫显著抑制玉米苗期的植株生长、干物质累积和氮素吸收,但提高根冠比。相比W2,W0导致总根长平均降低48.0%,而W1对根长影响较小。干旱胁迫降低玉米的氮素回收利用率,W0和W1较W2平均分别下降10.1和4.6个百分点,W0还导致水分利用效率平均降低19.4%,而W1则使水分利用效率平均提高11.9%。供氮方式也显著影响玉米苗期的植株生长、干物质累积与氮素吸收利用,而且水氮两因素呈现出显著的交互作用。基于2022年结果,LN/LN地上部干重最高,W0、W1和W2条件下相比N0/N0分别提高8.3%、12.6%和23.6%。根系干重以LN/N0最高,3个水分条件下较N0/N0分别提高9.5%、17.0%和31.2%,且W1和W2条件下显著提高根冠比。HN/HN对玉米苗期生长的负面影响最严重,地上部干重在W0、W1和W2条件下较N0/N0分别下降30.1%、14.6%和7.0%,根系干重降幅更高(41.0%、44.2%和34.9%),因此显著降低根冠比。HN/N0对地上部干重影响较小,但显著降低根干重和根冠比。相比N0/N0,HN/HN和HN/N0均导致根长显著降低,而LN/N0通过促进未供氮一侧的根系增殖而显著增加总根长。施氮显著提高氮素吸收量,各水分条件下均以LN/LN较高,而LN/N0较低,氮素回收利用率则以LN/LN较高,而HN/HN较低。随干旱胁迫程度的减轻,各处理间氮素吸收量和氮素回收利用率的差异明显增大。植株耗水量和水分利用效率均以LN/LN和LN/N0较高,其次为HN/N0,而HN/HN最低。与不施氮相比,均匀或局部低氮对玉米苗期发育呈现促进作用,而均匀或局部高氮则呈抑制作用,而且干旱胁迫程度增加导致均匀或局部高氮供应的负面效应加剧。总体上,局部供氮方式较均匀供氮方式对根系生长的影响更大,诱导了根系的形态可塑性反应。相关分析发现,不同水分和供氮条件下,玉米苗期地上部干重、水分利用效率、氮素回收利用率与总根长均呈显著的正相关关系。对于局部供氮方式,未供氮一侧根长与地上部干重、水分利用效率和氮素回收利用率的相关性更高。【结论】与均匀供氮相比,局部供氮方式可促进玉米苗期根系在未施氮一侧的大量增殖而增加干重并提高总根长。推荐采用局部低氮供应方式施用基肥以促进苗期根系发育,提高水分利用效率和植株耐旱性。

    施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响
    高尚洁, 刘杏认, 李迎春, 柳晓婉
    中国农业科学. 2024, 57(5):  935-949.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.009
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    【目的】农业生态系统增温潜势是影响全球气候变化的重要部分。本研究通过田间试验明确施用生物炭和秸秆还田对农田增温潜势的影响,以期为减缓气候变化和农业废弃物资源化利用提供理论依据。【方法】在山东省桓台县农业生态系统试验站的冬小麦-夏玉米轮作农田中开展了3年田间定位试验,试验共设置4个处理:① 对照(CK);② 施用生物炭9.0 t·hm-2·a-1(C);③ 全量秸秆还田(S);④秸秆还田配施9.0 t·hm-2·a-1生物炭(CS)。4个处理均施等量的氮磷钾化肥,其中氮肥为尿素,用量为200 kg·hm-2·a-1,磷肥为过磷酸钙,用量为55 kg·hm-2·a-1,钾肥为硫酸钾,用量为40 kg·hm-2·a-1。采用静态暗箱-气相色谱法测定各处理温室气体(CO2、N2O和CH4)的排放通量并计算净全球增温潜势(NGWP)和温室气体排放强度(GHGI),分析连续施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响。【结果】(1)综合3年的温室气体排放情况,与CK处理相比,S和CS处理的年平均生态呼吸排放量(Re)分别增加了47.8%和67.9%(P<0.05);C处理的年平均N2O累积排放量降低了20.3%(P<0.05),而S和CS处理的N2O年平均累积排放量分别增加了23.6%和41.4%(P<0.05)。(2)与CK处理相比,C、S和CS处理的土壤有机碳年平均变化量(ΔSOC)均有显著增加,其中CS处理增幅最大,增加了150.6%(P<0.05)。与第1年相比,C、S和CS处理第3年的ΔSOC均有显著增加(P<0.05),分别增加了21.7%、20.8%和17.8%。各处理的NGWP和GHGI均存在显著差异,与CK相比,C、S和CS处理的年平均NGWP分别降低了163.5%、171.7%和273.0%(P<0.05),与第1年相比,C、S和CS处理第3年的NGWP均有显著降低(P<0.05),分别降低了73.4%、58.8%和54.7%。与CK相比,C、S和CS处理的年平均GHGI分别降低了236.2%、253.3%和388.9%(P<0.05),C、S和CS处理第3年的GHGI较第1年分别降低了126.3%、98.2%和108.6%(P<0.05)。就产量而言,C、S和CS处理的作物产量保持相对稳定,有轻微增长,但与CK相比无显著差异。【结论】与单施化肥相比,在施化肥的基础上添加生物炭、秸秆还田、秸秆还田配施生物炭的措施均能够在不影响作物产量的前提下抑制增温潜势,其中秸秆还田配施生物炭能够最大程度地降低农田增温潜势,因此秸秆还田配施生物炭是增加农田固碳、缓解气候变化的一项有效措施。

    河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度空间格局及影响因素分析
    朱瑞明, 赵荣钦, 焦士兴, 李小建, 肖连刚, 谢志祥, 杨青林, 王帅, 张慧芳
    中国农业科学. 2024, 57(5):  950-964.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.010
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    【目的】探索不同乡镇和灌溉模式的农业碳排放空间格局及其影响机制,揭示农业水资源和能源消耗的组合特征差异,为农业灌溉模式优化、水资源与能源节约以及低碳可持续发展提供参考依据。【方法】利用遥感影像、气象数据、统计资料和问卷调研等多源数据,对河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度及其空间分布格局进行分析,对比不同灌溉模式(雨养为主的灌溉模式,PI模式;地表水灌溉为主的灌溉模式,SWI模式;引水灌溉工程为主的灌溉模式,WDI模式;地下水灌溉为主的灌溉模式,GI模式)下的碳排放强度差异,并通过地理探测器探究其影响机制。【结果】(1)2018年河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度均值为15.05 kg·t-1,并呈现出由西向东波动下降和从北向南减少的空间分布格局。碳排放强度高(>20.64 kg·t-1)的乡镇主要集中在西部高海拔地区,碳排放强度低(<13.76 kg·t-1)的乡镇主要分布在东南部地区。(2)4种灌溉模式中,冬小麦单位产量灌溉碳排放强度最高的是PI模式(22.22 kg·t-1),最低的是SWI模式(11.05 kg·t-1)。(3)平均海拔与有效降水量对碳排放强度空间分异的解释力分别达到49%和39%,是影响冬小麦灌溉碳排放强度的关键因素。同一驱动因素在不同灌溉模式下的影响具有差异性,能源消耗对WDI模式下的冬小麦灌溉碳排放强度空间分异格局的影响力最强,土地投入强度在GI模式下的驱动作用最为显著。此外,不同驱动因素交互作用后具有双因子增强效应和非线性增强效应。【结论】河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度存在空间异质性和灌溉模式差异,PI模式的冬小麦灌溉碳排放强度最高,WDI模式的碳排放量最高。平均海拔与降水是主导河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度空间分异格局形成的主要原因,人为因素则是不同灌溉模式下灌溉碳排放强度空间分异的主导力量。

    园艺
    库尔勒香梨的光能截获率及冠层结构优化
    兖攀, 王振东, 邓永辉, 陈奇凌, 郑强卿
    中国农业科学. 2024, 57(5):  965-979.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.011
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    【目的】调查库尔勒香梨5种树形的冠层结构,分析不同树形冠层内的光照分布差异,建立光截获量日变化模型,计算光能截获率,明确库尔勒香梨冠层结构的调控方法和目标参数,为高光效树形培育提供参考依据。【方法】以不同树形的库尔勒香梨为试材,测定冠层结构参数和不同部位的光合有效辐射(photosynthetic effective radiation,PAR),基于象限思维构建三维空间,绘制光分布图,建立光能截获评价指标体系,计算光截获量和光能截获率,通过相关性分析和主成分分析,明确影响光能截获的主要冠层结构和调控方法。【结果】(1)大圆柱形的地径、平均枝粗较大,存在枝干比失调的主枝。圆柱形冠层上下的分枝数和枝粗更加均匀。窄圆柱形的分枝数、枝总长、平均枝长显著低于圆柱形。矮圆柱形的树高显著降低,其余参数与窄圆柱形相似。细长纺锤形的地径、平均枝长、平均枝粗、平均枝角、平均枝间距显著低于圆柱形,但短枝占比显著增加。(2)离主干距离和高度是影响冠层光截获量(light interception,LI)的主要因素,离主干100 cm处的平均光截获量(average light interception,ALI)显著提高,达到572 μmol·m-2·s-1,约为内膛的2倍,220 cm以下的光照条件均较差。南、北、东南、西南侧为高光区,西、东、东北、西北侧为低光区,ALI日变化可以大致分为5个时段。(3)树形变窄、变矮,可显著增加内膛ALI,显著增加各层或部分层次的ALI,显著增加所有或部分方位的ALI,显著增加部分时段的ALI。(4)细长纺锤形的单日累积光截获量(cumulative light interception,CLI)为22.2 mol·m-2,群体CLI为3 712 mol/667 m2,光能截获率(light interception rate,LIR)为35.6%,显著高于其他树形,其低光区占比(proportion of low light area,PLL)为50.9%,显著低于其他树形。(5)与光能截获率显著正相关的冠层结构参数有5个,显著负相关的冠层结构参数有15个。【结论】短枝占比是影响库尔勒香梨光能截获率的最主要参数,枝长是影响低光区占比的最主要参数。控制树高和冠幅可以提高光能截获率和光照分布的均匀度。细长纺锤形的冠层光分布更加均匀,光能截获率最高,可保持较多的分枝数和较大的短枝占比,降低平均枝长,改善冠层光照水平。

    莲中介导矿质元素胁迫耐受性基因的筛选与功能验证
    胡衡亮, 顾天宇, 陈思颖, 王垚, 彭佳师
    中国农业科学. 2024, 57(5):  980-988.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.012
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    【目的】莲是一种传统的药食同源作物,但其蕴藏的丰富基因资源仍缺乏功能鉴定。分离鉴定莲中参与微量矿质营养元素及重金属元素积累或耐受过程的功能基因,丰富莲中介导营养高效以及逆境耐受的基因资源,并为莲的遗传改良提供理论依据。【方法】以湘莲代表品种‘寸三莲’为试验材料。首先构建莲的酵母表达cDNA文库,并将文库转化酿酒酵母后分别在含有过量镉(Cd)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)胁迫的平板上筛选,分离阳性酵母克隆中介导相关胁迫耐受性的目的基因。结合生物信息学分析和酵母互补试验对筛选出的耐受基因进行功能验证。【结果】构建了库容量超过106个单克隆、重组率100%、平均插入片段大于1 000 bp的酵母文库。通过筛选得到介导Cd耐受的基因13个、Mn耐受基因4个、Zn耐受基因4个、Cu耐受基因3个、Fe耐受基因7个、Al耐受基因1个,其中3个基因能够同时介导Fe和Mn的耐受性。这些基因在莲除6号染色外的其他染色体上都有分布。【结论】本研究构建了高质量的莲酵母表达cDNA文库,并筛选得到29个介导微量矿质营养元素或重金属元素胁迫抗性的基因,为莲的营养高效以及避免重金属污染的遗传改良积累了基因资源。

    食品科学与工程
    新型相变蓄冷剂对香菇采后品质的影响
    黄皓, 吴庆红, 张宇, 汪冶, 刘青娥, 方艺达, 罗自生
    中国农业科学. 2024, 57(5):  989-999.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.013
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    【背景】食用菌风味独特,富含蛋白质、维生素以及多种生物活性成分,如多糖、甾醇等。我国是食用菌种植和消费大国,其中香菇是我国种植最多的食用菌。但现有的蓄冷剂相变温度低,容易在香菇贮藏中引起冻害。【目的】本研究基于香菇的冰点,研制适用于香菇冷链保鲜的新型相变蓄冷剂,维持香菇的采后品质。【方法】以相变潜热和相变温度为指标,通过差示扫描量热法(DSC)筛选主要蓄冷成分,并采用硫酸钾、纳米二氧化钛和高吸水性树脂进行复配,优化蓄冷剂配方。根据失重率、色泽、硬度等品质指标,研究蓄冷剂对香菇采后品质的影响。测定谷氨酸代谢和能量代谢的相关酶活性,探究蓄冷剂保持香菇鲜度的相关机制。【结果】DSC筛选的主要蓄冷成分为麦芽糖醇水溶液。复配后获得蓄冷剂的最优配方:麦芽糖醇1.85%,硫酸钾2.35%,纳米二氧化钛0.02%,高吸水性树脂0.80%。基于此配方所制备蓄冷剂的相变潜热为405.26 J·g-1,相变温度为-1.8 ℃。与对照组相比,蓄冷剂提供的低温条件下,香菇的失重率降低51.92%,硬度和亮度分别提高66.67%和41.94%,延长了香菇的货架期;同时,低温条件调控谷氨酸代谢和能量代谢的相关酶活性,香菇的谷氨酸和能荷水平分别提高36.64%和54.76%,保证了香菇的鲜度。【结论】新型相变蓄冷剂处理通过创造低温条件,有效地抑制了贮藏过程中香菇的水分流失,维持了香菇的整体品质。新型相变蓄冷剂延缓香菇衰老作用可能与激活能量代谢相关酶和高水平的能荷有关。此外,充足的能量供应减少了谷氨酸作为碳骨架的消耗,促进了谷氨酸的积累,从而维持了香菇的鲜味特性,这种新型相变蓄冷剂适用于香菇的冷链保鲜。

    畜牧·兽医
    miR-34a通过激活lncRNA NORHA转录诱导猪卵巢颗粒细胞早期凋亡
    王思琪, 周春雪, 李玉琦, 杜星, 潘增祥, 李齐发
    中国农业科学. 2024, 57(5):  1000-1009.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.014
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    【目的】探索miR-34a诱导GCs凋亡的RNA激活机制,为揭示猪卵泡闭锁的分子机理、筛选调控母猪繁殖的小核酸调节物提供依据。【方法】利用生物信息学方法分析猪miR-34a特征及其与潜在靶基因lncRNA NORHA启动子的结合情况。利用核质分离技术分析猪GCs中miR-34a的亚细胞定位。qPCR检测miR-34a对猪GCs中NORHA、凋亡标志基因BCL-2和BAX表达的影响。利用荧光素酶活性分析验证miR-34a对NORHA启动子转录活性的靶向调控关系。利用染色质免疫沉淀(ChIP)检测miR-34a对猪GCs中NORHA启动子miRNA反应元件(MRE)处AGO2和组蛋白修饰因子富集情况。利用western blot和流式细胞术分析miR-34a通过NORHA对下游因子FOXO1的表达和细胞凋亡的调控作用。【结果】猪miR-34a为基因间miRNA,其序列在哺乳动物中具有高度保守性。亚细胞定位分析显示,miR-34a在猪GCs中细胞核与细胞质均有分布。生物信息学分析显示miR-34a的MRE位于NORHA启动子-194 nt至-173 nt处,且两者结合自由能为-23.9 kcal·mol-1。qPCR结果表明miR-34a显著上调猪GCs中NORHA的表达。荧光素酶活性分析显示,miR-34a极显著上调NORHA启动子报告载体活性,而对MRE突变型启动子活性没有显著影响。ChIP试验显示,miR-34a可增加NORHA启动子MRE处RNA诱导转录激活(RITA)复合物核心成员AGO2和转录激活型组蛋白H3K4me3的富集,而减少转录抑制型组蛋白H3K9me3的富集。共转试验显示,敲减NORHA可显著或极显著逆转由miR-34a过表达引起的FOXO1蛋白水平和早期凋亡率的上调,以及BCL-2/BAX比值的下调。【结论】细胞核miR-34a是猪GCs中的内源性小激活RNA(saRNA),通过靶向激活促凋亡lncRNA NORHA的转录,诱导猪GCs早期凋亡(细胞膜完整),可能参与猪卵泡闭锁的启动。

    基于网络药理学和分子对接探究芹菜素缓解奶牛热应激及低氧应激的潜力与机制
    刘卓琳, 刘红云
    中国农业科学. 2024, 57(5):  1010-1022.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.015
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    【目的】利用网络药理学和分子对接方法,系统预测芹菜素缓解奶牛热应激及低氧应激的作用机制。为芹菜素的应用提供参考。【方法】首先从TCMSP(中药系统药理学数据库)和GeneCards(基因数据库)分别检索“Apigenin”“heat stress”“hypoxia”,获得芹菜素、热应激和低氧应激相关靶点,韦恩交集取得芹菜素缓解双重应激(热应激+低氧)的靶点集。利用STRING数据库构建双重靶点蛋白-蛋白互作(PPI)网络,使用Cytoscape 3.9.1软件的CytoNCA插件分别对网络节点中心性进行计算,筛选得到核心靶点。利用David数据库的分析工具“Functional Annotation”对度值排名前30的芹菜素缓解双重应激靶点进行基因本体(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。同时,对以上靶点进行分子复合物检测分析(MCODE)得到核心基因簇,并进一步对核心基因簇进行GO和KEGG分析。根据KEGG通路富集结果与核心靶点信息构建芹菜素-双重应激靶点-信号通路网络。最后,使用Autodock vina程序将芹菜素与核心靶点逐一进行分子对接,利用Pymol软件和PLIP网站分析其相互作用模式并将结果可视化。【结果】TCMSP数据库检索得到芹菜素靶点68个,GeneCards数据库中获得低氧相关基因6 661个,热应激相关基因9 046个,获得三者的交集靶点56个,即芹菜素缓解双重应激的可能靶点。靶点PPI网络的节点数为56,边数为436,平均节点度值为15.6,平均局部聚类系数为0.728,PPI富集P值<1.0×10-16。核心靶点分别为AKT1(RAC-α 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)、TP53(细胞肿瘤抗原p53)、TNF(肿瘤坏死因子)、CASP3(细胞凋亡蛋白酶3)、INS(胰岛素)、BCL2L1(BCL-2样蛋白1)、VEGFA(血管内皮生长因子A)、HIF1A(缺氧诱导因子 1-α)、PTGS2(前列腺素 G/H 合酶 2)和SREPINE1(纤溶酶原激活物抑制剂 1),分子对接结果显示芹菜素与上述核心靶点均可稳定结合。GO功能富集分析(P<0.01)共获得54种生物进程(biological processes,BP)、6种分子功能(molecular functions,MF)和11种细胞组分(cellular components,CC),KEGG共富集到98条信号通路,MCODE分析得到两个主要基因簇。【结论】芹菜素主要通过PI3K-AKT、p53、HIF-1、NF-kappa B等途径调节细胞增殖、凋亡、氧气感知及炎症反应,进一步缓解热应激与低氧应激。研究利用网络药理学和分子对接方法挖掘了芹菜素缓解多重应激的潜力,为芹菜素及富含芹菜素的植物在奶牛生产上的应用提供了理论参考。