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    1. 玉米ZCN7在调控花期抗旱性中的作用
    李燕, 陶柯宇, 胡悦, 李永祥, 张登峰, 李春辉, 何冠华, 宋燕春, 石云素, 黎裕, 王天宇, 邹华文, 刘旭洋
    2023, 56 (16): 3051-3061.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.001
    摘要626)   HTML147)    PDF (1718KB)(691)    收藏

    【目的】我国玉米主产区多分布在干旱和半干旱的雨养农业地区,干旱造成的玉米减产严重威胁国家粮食安全。作为异花授粉作物,开花期是玉米对干旱最为敏感的时期,干旱引起的散粉吐丝花期不遇将导致严重的产量损失。因此,挖掘花期抗旱基因,并研究其功能,将为玉米抗旱种质改良和品种培育提供理论支撑和基因资源。【方法】采取生物信息学方法,对玉米基因组中24个ZCN基因(拟南芥FT的同源基因)的同源关系进行分析。利用qRT-PCR和活体GFP荧光成像试验分析ZCN7的组织表达模式。选取118份玉米多样性自交系,在北京(2021和2022年)和新疆乌鲁木齐(2022年)3个环境下开展不同水分处理的玉米开花期性状调查,采用PCR扩增和Sanger测序方法对ZCN7及上下游区域的遗传变异进行检测,利用混合线性模型开展散粉-吐丝间隔的候选基因关联分析获得显著关联的遗传位点,同时,取花期叶片组织进行ZCN7表达量检测,分析显著位点不同单倍型自交系中散粉-吐丝间隔及ZCN7表达量的差别。构建Ubi1:ZCN7的过表达转基因玉米植株,在大田环境开展不同水分处理下的开花期鉴定和产量及相关性状的鉴定,分析ZCN7的花期抗旱功能。【结果】玉米24个ZCN基因被分为15个FT类基因、6个TFL1类基因和3个MFT类基因,编码的蛋白长度为111—193个氨基酸,其中,ZCN7与ZCN8的亲缘关系最近,二者蛋白序列的相似性为83.33%。组织表达分析结果表明,ZCN7在V12期表现出表达峰值,并且ZCN7的启动子在成熟的拟南芥叶片边缘高表达。候选基因关联分析发现位于ZCN7起始密码子前1 001 bp的一个SNP位点具有最显著的关联信号,该位点AA和GG单倍型分别包含78和27个自交系,干旱条件下,A/A单倍型自交系的散粉-吐丝间隔显著小于G/G单倍型,并且A/A单倍型的玉米ZCN7表达量显著高于G/G单倍型。对ZCN7过表达转基因玉米的田间表型鉴定,表明干旱和正常水分条件下转基因玉米的散粉-吐丝间隔均小于野生型,其中,干旱条件下,OE1散粉-吐丝间隔较野生型缩小2.3 d,OE2较野生型缩小2.6 d;并且,在干旱条件下,转基因玉米的单株产量和单株籽粒数均显著高于野生型,而百粒重、粒长、粒宽等性状没有显著差异。【结论】玉米ZCN7正调控玉米的抗旱性,其过表达能够缩短干旱下的散粉-吐丝间隔,并增加籽粒产量。

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    2. 机器学习在动物基因组选择中的研究进展
    李棉燕, 王立贤, 赵福平
    2023, 56 (18): 3682-3692.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.015
    摘要542)   HTML48)    PDF (570KB)(819)    收藏

    基因组选择是指利用覆盖在全基因组范围内的分子标记信息来估计个体育种值。利用基因组信息能够避免因系谱错误带来的诸多问题,提高选择准确性并缩短育种世代间隔。根据统计模型的不同,基因组选择方法可大致分为基于BLUP(best linear unbiased prediction, BLUP)理论的方法、基于贝叶斯理论的方法和其他方法。目前应用较多的是GBLUP及其改进方法ssGBLUP。准确性是基因组选择模型最常用的评价指标,用来衡量真实值和估计值之间的相似程度。影响准确性的因素可以从模型中体现,大致分为可控因素和不可控因素。传统基因组选择方法促进了动物育种的快速发展,但这些方法目前都面临着多群体、多组学和计算等诸多挑战,不能捕获基因组高维数据间的非线性关系。作为人工智能的一个分支,机器学习是最贴近生物掌握自然语言处理能力的一种方式。机器学习从数据中提取特征并自动总结规律,利用该规律与新数据进行预测。对于基因组信息,机器学习无需进行分布假设,且所有的标记信息都能够被考虑进模型当中。相比于传统的基因组选择方法,机器学习更容易捕获基因型之间、表型与环境之间的复杂关系。因此,机器学习在动物基因组选择中具有一定的优势。根据训练期间接受的监督数量和监督类型,机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等。它们的主要区别为输入的数据是否带有标签。目前在动物基因组选择中应用的机器学习方法均为监督学习。监督学习可以处理分类和回归问题,需要向算法提供有标签的数据和所需的输出。近年来机器学习在动物基因组选择中的应用不断增多,特别是在奶牛和肉牛中发展较快。本文将机器学习算法划分为单个算法、集成算法和深度学习3类,综述其在动物基因组选择中的研究进展。单个算法中最常用的是KRR和SVR,两者都是通过核技巧来学习非线性函数,在原始空间中将数据映射到更高维的核空间。目前常用的核函数有线性核、余弦核、高斯核和多项式核等。深度学习又称为深度神经网络,由连接神经元的多个层组成。集成学习算法则是指将不同的学习器融合在一起进而得到一个较强的监督模型。近十年来,有关机器学习和深度学习的相关文献呈现了指数型的增长,在基因组选择方面的应用也在逐渐增多。尽管机器学习在某些方面存在明显的优势,但其在估计动物复杂性状基因组育种值时仍面临诸多挑战。部分模型的可解释性低,不利于数据、参数和特征的调整。数据的异质性、稀疏性和异常值也会造成机器学习的数据噪声。还有过拟合、大标记小样本和调参等问题。因此,在训练模型时需要谨慎处理每一个步骤。文章介绍了基因组选择传统方法及其面临的问题、机器学习的概念和分类,探讨了机器学习在动物基因组选择中的研究进展及目前存在的挑战,并给出了一个案例和一些应用的建议,以期为机器学习在动物基因组选择当中的应用提供一定参考。

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    3. 我国中东部主要养猪地区死亡育肥猪呼吸道病原菌的流行病学调查及猪多杀性巴氏杆菌的特性鉴定
    罗素贤, 周红, 蔺辉星, 范红结
    2024, 57 (11): 2254-2264.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.016
    摘要510)   HTML1)    PDF (1165KB)(66)    收藏

    【目的】从我国中东部主要养猪地区因呼吸道疾病死亡的育肥猪病料中分离主要病原菌,并进行鉴定和分型,为近年流行的猪呼吸道病原菌的防控治疗提供流行病学依据。此外,对分离的猪多杀性巴氏杆菌(Pm)特性进行鉴定,为Pm疫苗研制提供参考。【方法】收集2021-2023年我国中东部主要养猪地区规模化猪场因呼吸道疾病死亡的育肥猪的病猪肺脏;用血琼脂和TSA培养基分离病原菌,通过微生物学和分子生物学方法鉴定分离菌株;合成adkestgdhmdhpgipmizwf基因引物,以分离的Pm为模板进行PCR,通过测序7对管家基因对Pm进行MLST分型;通过PCR对Pm进行荚膜分型和脂多糖分型;通过PCR对Pm的毒力因子进行检测;在ICR小鼠对单一分离的A型和部分D、F型Pm进行毒力鉴定;检测JS-65、JS-51和JS-34在ICR小鼠的LD50。【结果】共分离Pm 73株,分离率为15.53%;分离猪链球菌(SS)71株、猪胸膜肺炎放线杆菌(APP)29株和副猪格拉菌(GPS)10株,分离率分别为15.11%、6.17%和2.13%。分型结果表明,Pm主要为A:L3型,占55%;SS主要为9型,占38.03%;APP主要为15型,占51.72%;GPS主要为5/12型,占60%。混合感染包括Pm+SS,Pm+APP,SS+APP和Pm+APP+GPS,混合感染占总猪群的16.67%。共分离到3种Pm荚膜型:A(67%)、D(30%)和F(3%)型;2种脂多糖型:L3型(56%)和L6型(44%);9种ST分型:ST79、ST50、ST7、ST74、ST13、ST27、ST9、ST287和ST370,所占比例分别为33%、26%、16%、10%、4%、4%、3%、3%和1%。毒力基因检测结果表明:ptfAfimAhsf-2、exbBexbDtonBfurnanHsodAsodC的阳性率大于95%;hsf-1、pfhAtadDhgbAhgbBpmHASompAompHoma87plpB阳性率在40%-90%之间;tbpAnanB阳性率在10%-30%;未检出toxA。毒力鉴定结果表明A型菌株在剂量小于102 CFU时导致小鼠全部死亡,D型菌株在103 CFU剂量时小鼠死亡率为60%-100%,F型菌株在5×103 CFU剂量时小鼠死亡率为60%。在ICR小鼠检测JS-65、JS-51和JS-34的LD50,结果表明JS-65 LD50<10 CFU,JS-51 LD50=6.3×102 CFU,JS-34 LD50=3.98×103 CFU。【结论】2021-2023年我国中东部主要养猪地区病原菌分离结果表明,Pm、SS、APP和GPS是死亡育肥猪的主要呼吸道病原菌,Pm在肺脏中的分离率最高。采用RIRDC分型鉴定到一株ST370 Pm,拓展了猪Pm的MLST分型数据。Pm优势基因型为A:L3:ST79,其在ICR小鼠中毒力最强,最小致死量小于10 CFU,为后续Pm灭活疫苗研制奠定基础。

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    4. 小麦粒重相关性状的QTL定位及分子标记的开发
    张泽源, 李玥, 赵文莎, 顾晶晶, 张傲琰, 张海龙, 宋鹏博, 吴建辉, 张传量, 宋全昊, 简俊涛, 孙道杰, 王兴荣
    2023, 56 (21): 4137-4149.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.001
    摘要508)   HTML50)    PDF (4065KB)(318)    收藏

    【目的】小麦是世界总产量第二的粮食作物,而粒重是影响小麦产量的重要因素。以和尚头(HST)和陇春23(LC23)衍生的216个家系重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,基于55K SNP基因型数据,针对小麦粒重相关性状进行QTL定位,开发和验证粒长主效QTL的共分离标记,为分子标记辅助选择育种提供参考。【方法】利用小麦55K SNP芯片对亲本和RIL群体进行基因分型,构建高密度遗传连锁图谱,并与中国春参考基因组IWGSC RefSeq v1.0进行相关性分析。基于完备区间作图法对多环境粒重相关性状进行QTL定位;通过对主效QTL进行方差分析,判断不同QTL间的加性互作效应,并分析其对粒重相关性状的影响。同时,根据粒长主效QTL的共分离SNP位点开发相应的竞争性等位基因特异性PCR标记(kompetitive allele specific PCR,KASP),并在242份国内外小麦种质构成的自然群体中进行验证。【结果】构建了和尚头/陇春23 RIL群体的高密度遗传图谱,全长4 543 cM,共包含22个连锁群,覆盖小麦21条染色体,平均遗传距离为1.7 cM。遗传图谱与物理图谱具有显著相关性,Pearson相关系数为0.77—0.99(P<0.001)。共检测到51个粒重相关QTL,其中,有4个为3个及以上环境稳定表达的主效QTL,分布在2D、5A、6B和7D染色体。根据物理区间和功能标记分析主效QTL Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D分别为光周期基因Ppd-D1和开花基因FT-D1,方差分析表明,二者具有显著的互作效应;Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D优异等位基因的聚合显著提高了小麦的千粒重和粒宽。此外,根据粒长主效位点Qgl.nwafu-5A的共分离SNP开发了相应的KASP分子标记AX-111067709,该标记在242份小麦组成的自然群体中与粒长和粒重性状显著相关,在不同环境下能增加粒长3.33%—4.59%(P<0.001)和粒重5.70%—10.35%(P<0.05)。【结论】和尚头(HST)和陇春23(LC23)的粒重相关性状由多个遗传位点控制,其中,Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D通过加性互作效应可显著提高小麦的千粒重和粒宽。Qgl.nwafu-5A与粒重和粒长具有显著相关性,其共分离分子标记AX-11106770可应用于分子标记辅助选择育种。

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    5. 副结核分枝杆菌免疫原蛋白的筛选及免疫保护效果评价
    陈凡若, 张嘉俊, 鹿萍, 崔宁, 崔莹莹, 崔子寅, 党光辉, 刘思国
    2024, 57 (6): 1204-1214.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.06.014
    摘要505)   HTML4)    PDF (3113KB)(80)    收藏

    【背景】 副结核病(paratuberculosis,PTB)是由副结核分枝杆菌(Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis,MAP)主要引起反刍动物的一种慢性消耗性传染病。患病动物表现为肉芽肿性肠炎和肠道的功能失调、顽固性腹泻、渐进性消瘦、营养不良、贫血、嗜睡甚至死亡。PTB给畜牧业造成巨大的经济损失,并且严重威胁公共卫生安全。由于目前临床上对于PTB的检测和控制手段不够完善,现有的PTB疫苗保护效果不佳,并且干扰牛结核病的诊断,因此亟需研发免疫原性强、保护效果佳的疫苗以用于PTB的防控。【目的】 通过筛选MAP免疫原蛋白,并对其免疫保护效果进行评价,为PTB的防控提供数据支持。【方法】 根据MAP的p22map1272cmap3531cmap3783map3701c以及map3527这6个基因,分别构建5种重组质粒,在获得5种重组蛋白基础上,联合MONTANIDE ISA 61 VG佐剂皮下多点注射免疫小鼠,通过IFN-γ ELISPOT试验筛选出最佳免疫原;随后将最佳免疫原和已报道的66NC融合蛋白混合,经皮下多点注射免疫小鼠,在二免3周后用1×108 CFU的MAP K-10菌株腹腔感染小鼠。通过IFN-γ ELISPOT试验,抗体监测和细胞因子检测,分析感染后小鼠的体重、肝脏病理学和组织病理学变化及其荷菌数差异,综合评价候选亚单位疫苗的免疫原性和免疫保护效果。【结果】 以MAP p22map1272cmap3531cmap3783以及map3701c为基础成功构建和表达了5种融合蛋白58F、62F、69F、46F和52F,其中免疫58F后产生的IFN-γ水平最高,是更具潜力的候选免疫原,且以融合蛋白组合66NC+58F诱导持久高滴度的IgG、IgM、IgG1和IgG2a水平,诱导特异性的IFN-γ、TNF-α和IL-17A的释放;在保护效果评价中,融合蛋白组合66NC+58F抵抗MAP感染造成的体重下降,显著减轻肝脏的病理损伤,降低MAP在肝脏中的定植。【结论】 融合蛋白组合66NC+58F诱导小鼠产生Th1和Th17型免疫反应,对MAP感染有着一定免疫保护作用,是PTB重要的候选亚单位疫苗。

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    6. 秸秆还田与施氮对耕层土壤有机碳储量、组分和团聚体的影响
    郭戎博, 李国栋, 潘梦雨, 郑险峰, 王朝辉, 何刚
    2023, 56 (20): 4035-4048.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.009
    摘要462)   HTML30)    PDF (599KB)(449)    收藏

    【目的】秸秆还田配施氮肥的固碳研究结果存在争议,为此展开本研究,旨在揭示秸秆还田配施氮肥对农田土壤固碳能力的影响以及固碳机理,为秸秆还田配施氮肥固碳研究提供依据。【方法】依托11年的长期定位试验,采用裂区设计,主处理为秸秆处理方式(还田与不还田),副处理为3个施氮水平,分别为不施氮(N0)、施氮 168 kg·hm-2(N168)、336 kg·hm-2(N336,过量施氮)。【结果】施用氮肥较不施氮肥小麦增产14.4%—19.5%,秸秆还田对产量影响不显著。秸秆还田显著提高土壤碳累积投入量70.8%(P<0.05),但对土壤有机碳储量影响不显著。与不施氮相比,施用氮肥分别显著提高土壤碳累积投入量和土壤有机碳储量7.7%—8.5%(P<0.05)和4.7%—8.1%(P<0.05)。施用氮肥显著提高土壤固碳速率32.7%—56.1%(P<0.05),过量施氮(N336)显著提高土壤固碳效率51.8%(P<0.05);秸秆还田显著降低了土壤固碳效率30.9%(P<0.05)。施氮和秸秆还田均能提升土壤碳库容量,N0和N168处理已经达到碳饱和状态。秸秆还田后土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EO)含量分别提高4.6%、11.2%、4.5%。与不施氮(N0)相比,施氮(N168)和过量施氮(N336)的DOC分别提高14.1%、29.5%;MBC分别平均降低14.0%、28.0%;EO分别提高8.2%和11.5%。秸秆还田有利于土壤DOC/SOC、微生物熵的提高。施用氮肥有利于DOC/SOC的提升,但降低了微生物熵。秸秆还田与施用氮肥均对土壤EO/SOC没有影响。秸秆还田和施氮均有利于大团聚体(>0.25 mm)的提升,秸秆还田显著提升了大团聚体的有机碳含量5.2%。秸秆不还田下团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随着氮水平增加表现出先提高后降低的趋势,还田下则表现为随氮水平的增加而增加,秸秆还田分别提升团聚体MWD和GMD 8.8%和7.5%,施用氮肥相较不施氮对MWD和GMD分别提升14.1%—22.7%和16.8%—23.4%。秸秆还田和施氮均能提高有机碳在大团聚体的分布。【结论】秸秆还田配施氮肥可以通过增加碳投入量,提高活性有机碳含量,降低微生物活性,提高团聚体对有机碳的保护来提高耕层碳储量。

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    7. 新疆冬小麦品种资源主要产量性状全基因组关联分析
    马艳明, 娄鸿耀, 张胜军, 王威, 郭营, 倪中福, 刘杰
    2023, 56 (18): 3487-3499.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.001
    摘要452)   HTML44)    PDF (1989KB)(624)    收藏

    目的】高产是小麦育种的永恒主题,利用全基因组关联分析发掘控制小麦产量性状的QTL区段及优异基因,为小麦分子标记辅助选择育种提供理论依据和标记信息。【方法】以新疆本地188个冬小麦品种资源为材料,利用小麦55K SNP芯片进行全基因组扫描,通过对6个不同环境下的株高、穗长、小穗数、可育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽、籽粒长/宽比9个产量相关性状进行表型鉴定,利用6个环境下各性状数据及最佳线性无偏预测(BLUP)数据,基于混合线性模型(MLM)对表型和基因型进行全基因组关联分析。【结果】经主成分分析,将188个材料分为地方品种和育成品种2个亚群;利用6个环境下各性状数据,9个性状共检测到1 309个显著性SNP标记,其中,每个显著性SNP位点可解释7.259%—70.792%的表型变异。利用BLUP数据,9个性状共检测到66个显著性位点,同时与2个性状关联的共有SNP位点有5个,贡献率波动范围为8.498%—21.877%。将同时与2个性状或2个以上环境关联到的重复位点作为稳定的显著性关联位点,9个性状共检测到38个稳定关联位点,包括株高重复位点5个,穗长重复位点10个,小穗数重复位点10个,结实小穗数重复位点6个,穗粒数重复位点6个,千粒重重复位点1个,可解释9.10%—23.81%的表型变异。将这38个位点与已发布小麦基因组位点比对,仅找到3个与本研究关联重复位点位置相近、且有注释基因功能的基因,分别是:2A染色体上与株高关联位点AX-108794050距离相近的TraesCS2A01G448800,与转录因子bHLH71的代谢合成有关;1A染色体上与穗长关联位点AX-110689765距离相近的TraesCS2A01G448800,与蛋白质编码有关;4B染色体上与千粒重关联位点AX-110399975距离相近的TraesCS4B01G031100,与编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶SD1-8有关,参与对细胞增殖与分化的调控。【结论 】检测到38个与小麦产量性状关联的QTL位点,关联的优良等位基因具有降低株高、增加穗长、小穗数、可育小穗数、穗粒数和千粒重的作用。

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    8. 有机物料与化肥长期配施对小麦玉米轮作潮土细菌群落和酶活性的影响
    张灵菲, 马垒, 李玉东, 郑福丽, 魏建林, 谭德水, 崔秀敏, 李燕
    2023, 56 (19): 3843-3855.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.011
    摘要423)   HTML30)    PDF (1745KB)(625)    收藏

    【目的】研究有机物料与化肥长期配施对土壤细菌群落和酶活性的影响,揭示土壤养分、胞外酶活性与细菌群落之间关系,为制定潮土区小麦玉米轮作制度下长期且合理的施肥策略提供理论依据。【方法】连续10年的定位试验,设置不施肥 (NF)、单施化肥(NPK)、化肥配合秸秆还田(NPKS)、50%的化肥配施6 000 kg·hm-2猪粪(NPKP)和50%的化肥配施6 000 kg·hm-2牛粪(NPKC)等5个处理。【结果】(1)有机物料与化肥长期配施(NPKS、NPKP和NPKC)可显著提高土壤肥力和胞外酶活性,其中NPKC处理提升效果最为显著,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量和碱性磷酸酶活性较NPK处理提升幅度为13.8%—15.4%、9.7%—15.5%、7.2%—15.9%、13.6%—38.5%和2.5%—13.1%。(2)有机物料与化肥长期配施显著改变了细菌群落结构和组成。与NPK处理相比,小麦季NPKS处理显著上调物种为AggregatilineaParachlamydia,NPKP处理显著提高PseudomonasNonomuraeaFlexilinea丰度,NPKC处理仅Luteitalea丰度显著升高。玉米季NPKS处理显著上调的物种为PhycisphaeraSyntrophothermus,NPKP处理显著提高Gemmatimonas丰度;NPKC处理AquipuribacterDesulfosoma丰度显著升高。(3)功能预测结果表明,长期有机物料与化肥配施较单施化肥对土壤碳、氮循环功能有促进作用,尤其NPKC处理对硝化作用、尿素溶解、芳香族化合物的降解、木聚糖分解、纤维素降解作用均有较强的影响。(4)蒙特尔分析表明,土壤pH是潮土细菌群落结构和生态功能的主要调控因素。【结论】有机物料与化肥长期配施(尤其是化肥配施牛粪)可提高土壤肥力和胞外酶活性,增加有益菌群丰度,显著改变细菌群落结构和组成,有利于碳、氮、磷循环,从而促进潮土形成适合作物和细菌生长的环境。

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    9. 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
    2024, 57 (5): 831-845.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.001
    摘要418)   HTML37)    PDF (5434KB)(329)    收藏

    【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。

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    10. 籼型血缘渗入对北方粳稻产量和品质的影响
    徐海, 李秀坤, 芦佳浩, 姜恺, 马玥, 徐正进, 徐铨
    2023, 56 (22): 4359-4370.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.001
    摘要412)   HTML64)    PDF (4344KB)(362)    收藏

    【目的】 分析籼型血缘渗入对粳稻品种产量和品质的影响,为优化籼型血缘利用的北方粳稻育种方案提供理论基础和基因组资源。【方法】以籼粳交重组自交系(RIL)及从黑龙江省、辽宁省、山东省和江苏省收集的74份不同年代粳稻主栽品种为试材,结合基于Illumina HiSeq2500平台的全基因组高通量测序和多地表型调查,分析籼型血缘对北方粳稻产量和品质的影响,并使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对籼型血缘渗入所引入的不利基因进行基因敲除。【结果】分析RIL发现籼型血缘与穗长、粒长呈显著正相关,与碾磨品质呈负相关,其中,与整精米率达到显著水平。籼型血缘在江苏省与直链淀粉含量呈显著负相关,与粗蛋白含量呈显著正相关。籼型频率与粒形的相关性随着纬度的增加而增强,而与穗长和整精米率的相关性随着纬度的增加而减弱。通过调查粳稻主要稻区不同年代主栽品种,发现籼型血缘渗入位置和比例并不是均匀分布在12条染色体上,在第1、10、11和12染色体上,籼型血缘分布较多。江苏省和辽宁省主栽品种的籼型血缘显著高于黑龙江省和山东省,而且2000年后育成的品种籼型血缘显著高于2000年之前的品种。各粳稻区不同年代主栽品种籼型血缘渗入显著增加了每穗粒数,籼型血缘渗入区域中包含多个抗性和育性相关基因。在盐丰47的第5染色体上有一段籼型血缘渗入片段,包含籼型粒型调控基因GS5和籼型垩白调控基因Chalk5,增加了盐丰47的千粒重,但影响了其垩白性状。应用CRISPR/Cas9技术敲除盐丰47的Chalk5,纯合基因编辑植株的粒形与盐丰47相似,其垩白性状得到了显著改善。【结论】籼型血缘渗入主要通过增加每穗粒数增加粳稻产量潜力,但对碾磨品质有负面影响。通过全基因组高通量测序挖掘品种不良等位基因,结合CRISPR/Cas9基因编辑打破籼粳杂交育种中的遗传累赘是一种高效的育种辅助手段,可以针对目标性状进行快速准确的改良。

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    11. 基于表型性状的高粱育种材料遗传多样性分析及综合评价
    张一中, 张晓娟, 梁笃, 郭琦, 范昕琦, 聂萌恩, 王绘艳, 赵文博, 杜维俊, 柳青山
    2023, 56 (15): 2837-2853.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.001
    摘要385)   HTML65)    PDF (644KB)(694)    收藏

    【目的】 解析高粱育种材料的表型性状变异规律和遗传多样性,探讨育种材料的综合评价方法,筛选高粱优异种质,为高粱种质创新与新品种选育提供重要依据。【方法】 以263份不同来源的高粱种质为供试材料,2015—2016年在山西榆次对其17个表型性状进行鉴定,采用Shannon-Wiener's多样性指数计算表型性状的遗传多样性,综合运用相关分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归等方法对高粱种质进行综合评价,并根据综合评价F值及目标性状筛选出高粱优异种质。【结果】 263份高粱育种材料具有较高的遗传多样性,不同性状的多样性指数分布范围为0.497—2.075,其中,穗形的多样性指数最小,穗柄长的多样性指数最大。不同年份7个数量性状的变异系数有所变化,变幅最小的是生育期,其次是穗长;变幅最大的是单穗粒重,其次是茎粗。育种材料综合评价表明在累计贡献率高于80%时,共发现11个主成分;利用隶属函数法计算表型综合值(F值),高粱育种材料的表型性状综合值(F值)平均为0.464,恢复系L28的F值最高(0.581),保持系72B/DORADO双的F值最低(0.330)。通过逐步回归建立了12个性状(主脉色、穗型、穗形、芒性、颖壳包被度、粒形、株型、茎粗、穗长、单穗粒重、千粒重和生育期)作为自变量的回归方程,可以作为高粱育种材料表型性状的综合评价指标。基于F值进行聚类,将263份供试材料分为6个类群,其中,第Ⅳ类群的33份材料农艺性状优良,平均F值最高,可作为材料创新及杂交育种的亲本材料。【结论】 参试高粱种质表型性状遗传变异较为丰富,遗传多样性高,采用多元统计分析方法综合评价高粱种质是可行的;筛选出优异种质33份。

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    12. PPR蛋白响应植物非生物胁迫的研究进展
    李程, 路凯, 王才林, 张亚东
    2023, 56 (24): 4801-4813.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.001
    摘要385)   HTML66)    PDF (499KB)(432)    收藏

    非生物胁迫是造成全球粮食减产的主要因素之一。研究植物逆境相关蛋白的功能及应答机制,对于提高作物抗逆性具有重要意义。三角状五肽重复(PPR)蛋白属于高等植物中最大的核编码蛋白家族,因其包含高度特异性的PPR基序而得名。依据基序类型及其排列,PPR蛋白可分为P和PLS两类,PLS类蛋白又可以根据其羧基末端的结构域进一步分为PLS、E、E+、DYW等亚类。PPR蛋白广泛分布于陆生植物中,主要定位于叶绿体和线粒体,亦有少数定位于细胞核中。作为序列特异性RNA结合蛋白,PPR蛋白参与植物RNA加工的多个方面,包括RNA编辑、RNA剪接、RNA稳定和RNA翻译。PPR蛋白在植物的整个生命进程中发挥多种重要作用,但对其在植物抗逆性中的作用机制还不清楚。本文在总结已有报道的非生物胁迫相关PPR蛋白定位和功能的基础上,重点综述了PPR蛋白参与调控植物非生物胁迫的作用机制(包括转录后调控和逆行信号),并对其进行讨论。转录后调控与PPR蛋白参与RNA转录后的修饰作用有关,其一般被认为通过结合RNA并调节细胞器RNA代谢来调控逆境相关基因的表达,从而影响植物抗逆性。逆行信号方面,PPR蛋白的损伤导致线粒体或叶绿体功能受损,然后产生各类逆行信号(如ROS),进而调控相关基因表达,抵御逆境。然而,由于质体中的逆行信号会受到许多环境因素的影响,这些因素部分还未明确,导致PPR蛋白在逆行信号中的作用机制仍有很多问题有待阐明。此外,PPR蛋白存在一因多效性,部分蛋白在作用于抗逆性的同时,还会对植物的生长和生殖产生重要影响。最后,本文阐述了利用PPR蛋白作为RNA编辑工具的研究现状,探讨了目前PPR蛋白响应植物非生物胁迫方面尚待解决的问题及研究前景,提出了未来研究仍需关注的重点和难点,为深入研究PPR蛋白的功能和作物非生物胁迫抗性育种提供参考。

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    13. 吉林省玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的构建及应用
    张茗起, 王蕊, 张春宵, 孙擘, 任洁, 李淑芳, 王璐, 朱少喜, 张江斌, 施昕晨, 王海杰, 张云龙, 田红丽, 赵怡锟, 匡猛, 王元东, 易红梅, 李晓辉, 王凤格
    2024, 57 (2): 236-249.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.002
    摘要373)   HTML38)    PDF (9255KB)(294)    收藏

    【目的】 农作物种质资源具有重要的战略地位。吉林省玉米种质资源库主要存储具有北方春玉米区特色的种质资源。鉴于在传统农作物种质资源管理过程中难以获取真实身份信息的现状,利用分子标记技术构建种质资源分子身份证可以有效鉴定种质资源真实身份,强化种质资源的分类管理。通过深度发掘吉林省玉米种质资源库的优异资源,推动共享利用。【方法】 以吉林省玉米种质资源库中的2 918份玉米种质资源为研究对象,采用玉米品种鉴定检测标准中推荐的40对SSR标记,以及61 214个SNP标记来构建其分子身份证。根据获得的分子身份证信息将种质资源划分为核心、同近源、异质和群体等类进行管理,并进一步针对核心种质进行遗传多样性分析。【结果】 为2 918份种质资源构建了SSR分子身份证,为除异质性种质外的2 502份种质资源构建了SNP分子身份证。分别制定了玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的建设规范。其中,SSR分子身份证由40个SSR位点指纹转化为三位数字和一位字母的编码组合构成,并以二维码形式存储;SNP分子身份证由61 214个SNP位点指纹转化为可视化的条形码。根据样品纯合度和指纹特异性等特征,将样品划分为1 561份核心类、705份同近源类、416份异质类及236份群体类种质资源。遗传多样性分析表明,以旅大红骨群、黄改群为代表的国内种质资源是该库的主要种质资源,占全部核心种质资源的64.38%。【结论】 提出了玉米种质资源分子身份证构建流程,为吉林省玉米种质资源库2 918份种质资源构建了全部的SSR分子身份证和2 502份SNP分子身份证;建立了核心、同近源、异质、群体四类种质资源筛选方案,实现了种质资源的分类管理。

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    14. 利用CRISPR/Cas9技术编辑MODD增强水稻休眠性
    郭乃辉, 张文忠, 圣忠华, 胡培松
    2024, 57 (2): 227-235.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.001
    摘要370)   HTML46)    PDF (2256KB)(255)    收藏

    【目的】 休眠是水稻重要的农艺性状。适当的休眠可以抑制水稻的穗发芽现象,是确保产量和品质的关键因素。然而,水稻休眠调控的基因及其调控网络仍需进一步研究。已知基因MODD编码未知功能的蛋白,负向调控水稻脱落酸信号和抗旱性,但其调控水稻休眠的功能未知。研究MODD在调控水稻休眠中的功能,有助于完善水稻休眠调控网络,同时为抗穗发芽遗传育种提供新的理论基础和种质资源。【方法】 根据RGAP数据库公布的基因序列,构建MODD的CRISPR-Cas9敲除载体,通过农杆菌介导的遗传转化方法转化中花11(ZH11)愈伤组织,从而获得水稻转基因植株;利用PCR扩增、测序技术及qRT-PCR技术筛选并鉴定MODD敲除纯合系;根据2个突变系(KO-1和KO-2)的CDS得到突变系的氨基酸序列,然后,用DNAMAN对比ZH11和2个突变系(KO-1和KO-2)的蛋白序列;利用Linux系统筛选出MODD在水稻中的同源基因;取开花后35 d的种子,调查ZH11和敲除系的发芽率;利用酵母单杂和LUC试验验证MODD的上游基因。【结果】 查找到水稻中有6个MODD的同源基因,分别为LOC_Os07g41160LOC_Os03g30570LOC_Os03g53630LOC_Os04g35430LOC_Os03g17050LOC_Os06g01170;成功构建了敲除载体,并转入ZH11中,获得2个纯合突变系(KO-1和KO-2);qRT-PCR结果表明,2个突变系(KO-1和KO-2)的MODD表达量显著降低;蛋白序列分析表明,KO-1和KO-2的移码突变造成了蛋白翻译的提前终止;发芽率结果显示,2个突变系(KO-1和KO-2)的发芽率在吸水第3天比ZH11分别显著降低了15%和15%;之后差异逐渐扩大,在第6天差异达到最大,比ZH11分别显著降低35%和35%;2个突变系(KO-1和KO-2)的穗发芽现象显著低于ZH11;酵母单杂试验结果表明,在酵母中,ABI5可以结合MODD的启动子区域,并且进一步把结合范围缩小至300 bp以内;LUC结果显示,加入ABI5的荧光值是单独加NONE空载荧光值的2.6倍,说明ABI5可以激活MODD的表达。【结论】 敲除MODD可以增加种子的休眠,MODD可能通过ABA信号途径调控种子休眠。

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    15. 棉花纤维优势表达基因GhSLD1启动子的克隆和功能分析
    刘芳, 徐梦贝, 王巧玲, 孟倩, 李桂名, 张宏菊, 田惠丹, 徐凡, 罗明
    2023, 56 (19): 3712-3722.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.002
    摘要355)   HTML35)    PDF (2559KB)(366)    收藏

    【目的】棉花纤维是棉花的主要经济产品,是由胚珠外珠被表皮细胞经极性伸长和次生壁加厚而成的单细胞。棉花纤维细胞是最长的植物细胞之一,是研究植物细胞生长发育的理想材料。鉴定纤维细胞特异或优势表达启动子可为纤维发育的基础研究提供控制目标基因表达的调控序列,为改良纤维性状的分子育种提供依据。【方法】克隆纤维细胞优势表达基因GhSLD1的启动子,通过启动子序列分析网站PlantCARE分析克隆序列中包含的重要顺式调控元件。根据部分重要顺式调控元件的分布,对克隆启动子片段进行5′-端删除,共获得4个启动子片段,并构建了相应的植物表达载体。利用构建的植物表达载体进行烟草和棉花的遗传转化,通过转基因烟草和棉花的分子鉴定明确转基因植株。并检测转基因植株不同组织器官、纤维细胞不同发育时期的GUS活性。【结果】克隆获得最长启动子片段为2 900 bp,除了包含多个启动子必备转录调控元件外,还包含多个脱落酸响应元件、厌氧诱导元件、茉莉酸甲酯响应元件、油菜素内酯响应元件、种子特异调控元件、胁迫响应元件和MYB转录因子结合位点。通过5′-端删除获得长度分别为2 900(GhSLD-P1)、2 178(GhSLD1-P2)、1 657(GhSLD1-P3)和1 232 bp(GhSLD-P4)4个启动子片段,经分子鉴定,获得4个片段的转基因烟草,在转基因烟草中,GhSLD-P1GhSLD1-P2GhSLD1-P3不表达,而GhSLD-P4广泛表达,表达强度与CaMV 35S启动子相似。GhSLD1-P3GhSLD-P4差异序列中包含4个脱落酸响应元件、2个油菜素内酯响应元件和3个MYB结合位点,这些顺式调控元件可能与GhSLD1-P1GhSLD1-P2GhSLD1-P3在转基因烟草中不表达有一定关系。经分子鉴定,获得GhSLD1-P2转基因棉花。GhSLD1-P2在转基因棉花纤维中优势表达,在转基因花粉中有较低的表达,在其他组织器官中几乎不表达。在纤维细胞的生长发育过程中,GhSLD1-P2在纤维细胞早期生长阶段(5 DPA)表达较低,在纤维细胞伸长期(10—15 DPA)表达水平相对较高,在纤维细胞次生壁合成期(20—30 DPA)表达水平有所降低。【结论】GhSLD1-P4启动子是一个广泛表达启动子,GhSLD1-P2启动子是一个纤维细胞优势表达启动子,在纤维细胞伸长期表达量相对较高。可应用于棉花纤维发育相关基因的功能研究和改良纤维性状的分子育种。

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    16. 水稻Pi9位点6个稻瘟病抗性基因特异分子标记的开发及应用
    杨好, 黄衍焱, 易春霖, 石军, 谭楮湉, 任文芮, 王文明
    2023, 56 (21): 4219-4233.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.007
    摘要327)   HTML27)    PDF (4029KB)(249)    收藏

    【目的】水稻Pi9位点由多个串联的同源NLR基因组成,从中已克隆了超过10个优良的稻瘟病抗性基因。论文旨在鉴别水稻亲本Pi9位点抗性基因的组成,促进该位点基因快速、精准地应用于水稻抗性育种。【方法】对比Pi9位点已克隆抗性基因的序列,从中发掘各基因特异的核苷酸位点;然后将各目标基因分别与数据库(Rice Resource Center)中的155个水稻基因组进行比对分析,进一步从中筛选出特异最强的核苷酸位点,用于Pi2Piz-tPi9Pi9-type5PigmRPid4 6个抗性基因特异分子标记的开发;以24个抗稻瘟病单基因系、阳性对照和110个四川盆地水稻亲本为鉴定对象,通过优化PCR扩增条件、测序或基因组数据分析检验分子标记鉴定结果的准确性。由于该位点基因的同源性较高、基因间常常拥有一些相同的特异位点,导致许多抗性基因很难用一对分子标记进行精准鉴定,因此采用多对分子标记共同鉴定的方式;另外许多特异位点为单碱基差异,因此需要对差异位点旁的碱基进行特异突变,使引物的3′端具有两个碱基的错配,以提高PCR扩增的特异性。【结果】最终为6个Pi9位点的抗性基因开发了有效的分子标记,发现32.09%的参试水稻材料含有Pi9位点抗性基因。Pi9Pid4PigmRPiz-tPi2Pi9-type5分别存在于1、7、8、14、23和33个水稻材料中,其中Pi9仅存在于单基因系中。这些抗性基因通常两个或多个组合在一起,同时存在于一个水稻材料中。其中Pi9-type5往往与Pi2Piz-t成对出现,仅在成恢993、HR2168和绵恢365 3个亲本中单独存在。雨恢38含有的Pi9位点抗性基因最多,分别有Pi2Pi9-type5PigmRPid4。川谷B、川农4B、内香6B和双1B中均同时含有Piz-tPigmRPid4 3个抗性基因。千乡654B中含有Piz-tPid4两个抗性基因。【结论】为Pi9位点的6个同源稻瘟病抗性基因开发了特异的分子标记,明确了四川盆地110个水稻亲本Pi9位点的抗性基因组成,揭示了Pi9位点抗性基因丰富的组合形式,为水稻育种的抗原选择提供了明确参考。

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    17. 基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势关键指标无损监测
    王伟康, 张嘉懿, 汪慧, 曹强, 田永超, 朱艳, 曹卫星, 刘小军
    2023, 56 (21): 4175-4191.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.004
    摘要316)   HTML25)    PDF (2299KB)(542)    收藏

    【背景】近年来随着遥感技术的快速发展,实时无损监测作物生长状况已成为当前研究热点,遥感获取的农情信息将为实现大面积作物精确管理提供指导。在众多遥感监测平台里,无人机因其操作简单、使用成本低等特点而受到广泛关注,无人机搭载多光谱相机可以快速获取作物的长势信息。【目的】尝试将固定翼无人机多光谱影像纹理信息与光谱信息结合,探究“图谱”信息对水稻长势指标的监测效果。【方法】通过开展两年涉及不同播期、品种、播栽方式、施氮水平的水稻田间试验,在水稻关键生育期使用固定翼无人机搭载Sequoia多光谱相机获取水稻冠层遥感影像,同步进行地上部破坏性取样以获取水稻叶面积指数(LAI)、地上部生物量(AGB)和植株氮含量(PNC)等农学指标,采用简单线性回归、偏最小二乘回归和人工神经网络回归算法,构建基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势指标监测模型,比较分析光谱纹理信息在不同模型中的监测效果。【结果】利用简单线性回归方法探究了植被指数(VI)、单波段纹理特征与水稻LAI、AGB和PNC间的定量关系,结果表明植被指数与LAI和AGB之间有较强的相关性,表现最好的植被指数为CIRE和NDRE,R 2分别为0.80和0.76,但对于PNC的监测,植被指数并未达到理想的效果,表现最好的RESAVI和NDRE与PNC的决定系数仅为0.13。通过简单线性回归进一步发现单波段的纹理特征在对水稻生长指标的监测中表现并不理想;为进一步分析影像纹理对上述3个指标的监测效果,参照植被指数的构建方法构建了归一化纹理指数(NDTI)、比值纹理指数(RTI)和差值纹理指数(DTI),通过相关性分析发现新构建的纹理指数(TI)相较于单波段纹理特征对水稻生长指标的监测精度有所提升,但效果并未好于植被指数。为实现光谱与纹理间的结合,采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法,以VI、VI+TI为不同的输入参数组合进行水稻LAI、AGB和PNC的监测模型构建,结果表明采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法与简单线性回归相比模型的监测精度均得到了大幅提升,以VI+TI为输入变量,采用人工神经网络构建的模型在模型验证中取得了最佳效果,LAI模型的验证R 2由0.75提升至0.86,AGB和PNC的模型验证R 2也分别由0.72和0.26提升至0.92和0.86,同时模型的RMSE均显著降低。【结论】利用固定翼无人机采集水稻冠层多光谱影像,通过人工神经网络算法融合光谱和纹理信息能够有效提升水稻LAI、AGB和PNC的监测精度,该研究结果将为快速大面积作物长势监测提供理论依据。

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    18. 小麦抗条锈病和白粉病的遗传及育种
    李顺达, 兰彩霞
    2024, 57 (1): 1-3.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.001
    摘要309)   HTML63)    PDF (251KB)(234)    收藏
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    19. 农业温室气体排放统计核算体系的规范化建设
    张卫建, 尚子吟, 张俊, 严圣吉, 邓艾兴, 张鑫, 郑成岩, 宋振伟
    2023, 56 (22): 4467-4477.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.009
    摘要305)   HTML13)    PDF (463KB)(505)    收藏

    农业是人类的衣食之源,也是人为温室气体(Greenhouse Gas,GHG)排放(尤其是甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O))及其减排的重要部门。开展科学规范的GHG统计核算,不仅是农业碳排放清单编制、碳减排交易核验、碳减排补贴以及低碳农产品认证等工作的基础,也是农业减排固碳政策制定和技术选用及行动方案落实的决策依据。为此,在系统梳理国内外农业GHG统计核算相关规范和方法及标准的基础上,本文针对现有统计制度体系不健全、计量方法不完善和核算结果不确定等问题,就农业GHG统计核算体系建设提出以下建议。首先,健全和完善统计核算制度体系,明确责任主体。在我国现有的农业统计和面源污染监测报告等体系基础上,加强统计监测(Monitoring,M)、报告(Reporting,R)和核验(Verifying,V)的MRV体系建设,优化调整现有政策与机构安排,明晰农业GHG统计核算和减排固碳行动的责任主体。其次,补充和完善统计核算标准和方法。结合国际最新的标准和方法以及我国农业生产实际与发展规划,对我国农业领域相关标准和方法进行补充与完善。比如补充生物炭施用、生态农场、高标准农田建设和秸秆综合利用等农业综合固碳和光伏农场能源替代,以及石灰和尿素施用、反刍动物饲养和农区淡水养殖等GHG排放的统计核算标准与方法;修订间接排放的统计核算标准与方法,并针对农业减排固碳开发新的CCER(Chinese Certified Emission Reduction)方法学。第三,加强数据库更新与升级。通过科技创新和数据积累,并结合田间监测和模型估测等,对现有基础数据、活动数据和排放因子数据等进行更新升级。另外,还需开发统计核算标准与方法配套的应用软件,开展科普宣传和技术培训与应用示范。本文可以为农业温室气体排放清单编制指南的修订提供参考,为农业碳减排交易的核验和低碳农产品认证的碳足迹评价体系构建等提供支撑。

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    20. 小麦穗长QTL鉴定及其遗传分析
    姚琦馥, 周界光, 王健, 陈黄鑫, 杨瑶瑶, 刘倩, 闫磊, 王瑛, 周景忠, 崔凤娟, 蒋云, 马建
    2023, 56 (24): 4814-4825.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.002
    摘要295)   HTML43)    PDF (2683KB)(192)    收藏

    【目的】穗长在决定小麦穗的构造和产量潜力方面具有重要作用。挖掘具有育种利用价值的小麦穗长数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),并解析其遗传效应,为分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以自然突变体msf和川农16构建的198份F6代重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体(MC群体)作为研究材料,于2020—2021和2021—2022年生长季,在四川温江区、崇州市和雅安市(2021WJ、2022WJ、2021CZ、2022CZ和2021YA)进行试验,对5个环境下的穗长进行表型鉴定。利用基于16K SNP芯片构建的高质量遗传连锁图谱对穗长性状位点进行定位。另外,根据穗长主效QTL侧翼标记的基因型分析主效位点对产量相关性状的遗传效应,从而评估其对产量提升的潜力。【结果】共鉴定到14个控制穗长发育的QTL,主要分布在1A(1个)、1B(1个)、2B(1个)、3D(3个)、4A(1个)、4D(2个)、5A(1个)、5B(1个)、7A(1个)、7B(1个)和7D(1个)染色体。其中,QSl.sau.1A在4个环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值中被检测到,可解释6.46%—20.12%的表型变异率,定位于1A染色体侧翼标记1A_12082541A_10060497间,被视为主效QTL。QSl.sau.1A的正效应位点来源于亲本msf。在多环境QTL分析结果中也检测到QSl.sau.1A,表明其受环境影响较小,为主效且稳定表达的QTL。QSl.sau.1A的效应在2个具有不同遗传背景的验证群体中得到进一步验证。除旗叶长无显著变化以外,携带QSl.sau.1A正效应位点株系的每穗籽粒数(12.68%)、每穗粒重(14.99%)、千粒重(5.79%)、旗叶宽(2.94%)和小穗数(1.48%)显著增加,花期(0.61%)显著提前,而株高(-6.47%)和有效分蘖数(-36.11%)显著减少。【结论】在1A染色体定位到1个主效且稳定的穗长位点。QSl.sau.1A正效应位点显著提高穗粒数、穗粒重、千粒重和小穗数,具有一定的育种价值。

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    21. 施氮量和种植密度对两冬小麦品种抗倒性能和籽粒产量的影响
    牟海萌, 孙丽芳, 王壮壮, 王宇, 宋一凡, 张荣, 段剑钊, 谢迎新, 康国章, 王永华, 郭天财
    2023, 56 (15): 2863-2879.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.003
    摘要292)   HTML18)    PDF (1133KB)(370)    收藏

    【目的】 探讨基因型与施氮量和种植密度三因子对小麦植株抗倒性能和籽粒产量的互作调控效应,明确与品种生物学特性相匹配的氮密优化组合模式,为冬小麦稳产丰产及抗逆应变栽培提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2020—2022年连续2年在河南省焦作市设置品种、施氮量和种植密度三因子互作的大田裂裂区试验,以品种为主区,选择抗倒性存在差异的2个小麦品种鑫华麦818和新麦26;以施氮量为副区,设置不施氮(N0)、180 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)、300 kg·hm-2(N3)、360 kg·hm-2(N4)5个水平;以种植密度为副副区,设置225万株/hm2(D1)、375万株/hm2(D2)、525万株/hm2(D3)3个水平。重点研究分析品种、施氮量、种植密度三因子组合对小麦茎秆解剖结构、田间倒伏率和籽粒产量的影响。【结果】 施氮量和种植密度对两小麦品种维管束结构均具有显著调控作用,且大维管束的数目、面积以及大小维管束的数目比、面积比与茎壁厚度和茎秆抗折力呈显著正相关,而小维管束面积则与茎壁厚度呈显著负相关。两品种相比,鑫华麦818较新麦26的大维管束数目多且面积大,小维管束数目相当而面积较小。这可能是鑫华麦818抗倒性能优于新麦26的解剖学基础。同一种植密度下,两小麦品种大维管束数目和面积均表现为随施氮量的增加呈先增后减的变化趋势,以N3处理的大维管束数目最多、面积最大,N3处理下鑫华麦818和新麦26的大维管束数目和面积较最小值处理的平均增幅分别为14.61%、15.80%和16.18%、20.10%,小维管束的数目和面积呈相似变化。同一施氮水平下,两品种大维管束均以低密度D1处理数目最多、面积最大,与最小值高密度D3相比,D1处理下,鑫华麦818和新麦26的大维管束数目和面积平均增幅分别为6.14%、5.20%和8.95%、11.42%。【结论】 施氮量240 kg·hm-2搭配种植密度225万株/hm2的氮密调控组合D1N2处理有利于改善维管束结构特征,协调大小维管束发育,增加大维管束的数目和面积,增大2种维管束的数目比和面积比,增加基部节间茎壁厚度,提高植株茎秆抗倒性能,能够实现冬小麦抗倒性能及产量的同步提升,可作为豫北高产灌区冬小麦高产高效栽培的适宜氮密组合模式。

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    22. 基于Bt毒素的杀虫蛋白理性设计与创新应用策略
    徐重新, 金嘉凤, 孙晓明, 沈成, 张霄, 陈澄宇, 刘贤金, 刘媛
    2024, 57 (1): 96-125.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.008
    摘要281)   HTML22)    PDF (802KB)(375)    收藏

    Bt毒素是源于苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的具有特殊杀虫功能的大分子蛋白,其制剂和转基因作物已广泛用于害虫防治,产生了巨大的经济和社会生态效益。围绕Bt毒素挖掘和提升其应用价值是持续研究的热点,特别是随着Bt毒素结构功能和作用机制日趋明晰,为其功能修饰和创新应用创造了条件,相关研究蓬勃发展,成效显著。大量研究表明,采用定点突变、结构域替换或融合以及抗独特型抗体模拟等策略,是理性设计活性更高、稳定性更强、杀虫谱更广、非靶标生物安全性更高甚至是可用于害虫抗药性治理的有别于母体Bt毒素的突变体、结构杂合体乃至功能效应物抗体等新型杀虫蛋白的有效手段;此外,采用催化毒素活化、驱动毒素靶向受体结合、促进毒素表达以及同源或异源杀虫材料复配或共表达的协同促效等创新增效策略,也是助推Bt毒素应用价值的重要手段。本文总结了Bt毒素结构功能和作用机制,梳理了基于Bt毒素功能修饰的突变体、结构杂合体以及功能效应物抗体等新型杀虫蛋白理性设计和基于Bt毒素功能增效的创新应用策略等相关研究进展,并结合作者团队在模拟Bt毒素杀虫功能效应物抗体靶向设计研发方面的最新成果,探讨了基于Bt毒素的杀虫蛋白理性设计与创新应用策略未来发展动向及潜在可行捷径,为相关研究提供较为全面的最新有价值的文献资料和启发思路。

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    23. 玉米腐霉茎腐病生防木霉菌株的筛选、鉴定及防治效果分析
    郭宁, 孙华, 马红霞, 刘树森, 张海剑, 石洁, 郑晓娟, 董跃广
    2023, 56 (22): 4453-4466.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.008
    摘要280)   HTML23)    PDF (5215KB)(331)    收藏

    【目的】 筛选对玉米腐霉茎腐病病原菌具有抑制作用的木霉(Trichoderma spp.)菌株,明确其分类地位以及对腐霉茎腐病的防治效果和抑菌机理,为腐霉茎腐病生防制剂的研发提供菌种资源。【方法】采用菌丝生长速率法测试候选木霉菌株对肿囊腐霉(Pythium inflatum)、强雄腐霉(P. arrhenomanes)和芒孢腐霉(P. aristosporum)的抑制作用,筛选拮抗菌株;通过形态学和分子生物学特性确定Tr21菌株的分类地位;采用常规抑菌方法观察Tr21对腐霉菌丝形态的影响;采用溴化丙啶(PI)染液检测法及对不同处理时间菌丝上清液中蛋白和核酸吸光值的检测,分析Tr21发酵液对腐霉菌细胞膜通透性的影响;通过不同浓度Tr21发酵滤液浸种试验,检测Tr21发酵滤液对玉米种子发芽性状的影响;通过温室盆栽试验和田间人工接种试验,明确Tr21对腐霉茎腐病的防治效果。【结果】从实验室保存的109株木霉菌中,筛选到7株木霉菌对肿囊腐霉、强雄腐霉和芒孢腐霉具有拮抗活性,抑制率均>60%,其中Tr21菌株对3种腐霉菌的抑制率达到100%,其5×、10×和20×稀释液对3种腐霉菌的抑制率均达到100%。50×稀释液对3种腐霉菌的最低抑制率也达到55.56%。经形态学和分子生物学鉴定,Tr21为非洲哈茨木霉(T. afroharzianum)。显微镜观察显示Tr21发酵滤液能够造成腐霉菌菌丝变粗、菌丝分枝增多、节点缩短、断裂、内含物溢出等畸形现象。PI荧光染色试验显示Tr21发酵滤液导致3种腐霉菌的细胞膜受损,PI染液更易穿透受损的细胞膜进入到菌丝体内,使菌丝染成红色。核酸、蛋白泄露试验发现发酵滤液处理过的菌丝吸光值变化较大,处理5 h后,肿囊腐霉、芒孢腐霉和强雄腐霉菌丝的OD260均增加了0.08,OD280分别增加了0.10、0.11和0.10,表明腐霉菌菌丝细胞膜受损或其完整性被破坏,导致菌丝内含物外溢。不同浓度Tr21发酵滤液对玉米种子的发芽性状无影响,且当Tr21发酵滤液浓度为20×稀释液时对玉米种子的萌发和生长促进效果最好。盆栽试验结果表明,Tr21发酵滤液浓度为5×稀释液时,对3种腐霉茎腐病的室内防治效果最佳,分别为60.67%、63.15%和59.66%。用Tr21的5×稀释液进行种子处理,当药种质量比例为1﹕100时,对腐霉茎腐病的防治效果最高,达82.25%。【结论】获得一株有效防治玉米腐霉茎腐病的木霉菌株Tr21,经鉴定该菌为非洲哈茨木霉,该菌株发酵滤液可导致腐霉菌菌丝畸形、断裂、细胞膜受损、内含物溢出等,是一株具有开发前景的生防微生物。

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    24. 基于APSIM模型模拟分析气候变化对不同熟性北方冬小麦生长和产量的影响
    史鑫蕊, 韩百书, 王紫芊, 张媛铃, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 高志强, 郝兴宇
    2023, 56 (19): 3772-3787.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.006
    摘要279)   HTML12)    PDF (615KB)(453)    收藏

    【目的】开展气候变化对冬小麦生长发育和产量影响研究,为未来气候变化下小麦可持续生产提供依据。【方法】利用2017—2020年度控制气室中不同温度和[CO2]处理下的良星99(晚熟品种)和中科2011(早熟品种)冬小麦生长发育、土壤及气象数据,对APSIM(agricultural production systems simulator)模型进行校验,然后,以1986—2005年为基准年份,利用校验好的APSIM模型对未来不同气候条件下(RCP 4.5和RCP 8.5)的冬小麦产量、产量构成和生育期进行模拟,分析气候变化和极端高温对不同熟性冬小麦品种生产潜力的影响。【结果】APSIM模型能较好地模拟不同温度和[CO2]处理下2个品种冬小麦的生育期、产量和生物量,模拟值与实测值的R2均高于0.614,nRMSE均低于10.6%,叶面积指数(LAI)的模拟效果相对较差。从长期模拟结果来看,不同气候条件下,2个品种小麦的播种-拔节天数均较基准年份缩短,且早熟品种小麦播种-拔节缩短的天数小于晚熟品种,2个品种拔节-成熟天数均无明显变化。相较基准年份,未来RCP条件下,2个品种小麦的实际产量和潜在产量均增加,且2100s时段RCP 8.5条件下的产量和潜在产量最高,早熟品种的产量和潜在产量相较晚熟品种增产更明显。与基准年份相比,未来RCP条件下,生育前期2个品种小麦的LAI均升高,但早熟品种LAI变化更明显,生育后期晚熟品种的LAI明显降低,而早熟品种的LAI无明显差异;未来RCP条件下,2个品种的地上部生物量均增加,早熟品种生物量增长更明显。不同RCP条件下,极端高温对2个品种冬小麦产量和千粒重均有一定的负面影响,且开花期极端高温对千粒重的影响最大。与正常年份相比,极端高温年份晚熟品种2100s时段RCP 8.5条件下的千粒重和产量明显降低,籽粒数也略有降低。与正常年份相比,未来RCP条件下,极端高温均明显降低了早熟品种的千粒重,但籽粒数略有升高,因此,极端高温年份早熟品种产量降低不明显。【结论】冬小麦早熟品种更能适应未来气候变化,而选育适宜的小麦品种是应对未来气候变化的有效措施之一。

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    25. 棉花苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价
    米热扎提江·喀由木, 西尔艾力·吾麦尔江, 李晓曈, 王香茹, 贵会平, 张恒恒, 张西岭, 董强, 宋美珍
    2023, 56 (21): 4150-4162.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.002
    摘要279)   HTML29)    PDF (2662KB)(291)    收藏

    【目的】建立棉花品种(系)耐低磷能力评价体系,筛选耐低磷型棉花种质和评价不同磷效率类型,为研究棉花耐低磷生理机制和挖掘耐低磷基因奠定基础。【方法】以来自国内外不同棉区的140份棉花品种(系)为材料,采用水培试验方法,在低磷(10 μmol·L-1 KH2PO4)和正常磷(500 μmol·L-1 KH2PO4)处理下,测定各棉花品种生物量、根系相关指标和磷效率相关指标等21个性状表征值,计算各指标耐低磷胁迫指数。利用综合隶属函数法,进行主成分分析、回归分析和聚类分析,对各棉花品种进行耐低磷能力的划分,综合评价各棉花品种耐低磷能力和磷效率类型。【结果】与正常磷处理相比,低磷处理下,供试棉花品种的总磷积累量、总磷含量、地上部干重和总干物重等指标的均值降幅较大,而根平均直径、比根面积、根尖数和磷素利用效率等指标的均值会有所上升;低磷处理下,各指标变异系数范围为6.04%—47.79%,比根尖密度、根尖数、比根长和根平均直径等根系指标变异系数较正常磷处理均提高,变异系数分别为47.49%、42.13%、40.19%和19.16%;对21个指标的耐低磷胁迫指数进行主成分分析,6个主成分的累计方差贡献率达77.21%,利用隶属函数法计算综合耐低磷综合评价值(D);采用多元回归分析方法,建立D值回归方程,确定6个耐低磷性鉴定指标并进行系统聚类,将不同棉花品种(系)划分为耐低磷型、中间型、低磷敏感型3类。【结论】筛选出棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种,陕2812、FJA、孝2168和东兰那亭大花等品种的耐低磷能力较差,为低磷敏感型;确定总干物重、磷素利用效率、地下部鲜重、总根长、根系表面积和总磷积累量作为棉花耐低磷能力评价的指标。

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    26. 未来气候变化对中国马铃薯种植气候适宜性的影响
    张志良, 和志豪, 茹晓雅, 蒋腾聪, 何英彬, 冯浩, 于强, 何建强
    2023, 56 (18): 3530-3542.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.004
    摘要277)   HTML26)    PDF (5463KB)(455)    收藏

    目的】马铃薯作为中国第四大主粮作物,其适宜性评价对保障国家粮食安全具有重要意义。本研究基于气候数据,构建集成物种分布模型预测中国未来时期马铃薯气候适宜区,为优化中国马铃薯种植提供重要科学参考。【方法】利用6种全球气候模式(global climate models,GCMs)未来气候数据驱动5种物种分布模型(species distribution models,SDMs),集成模拟预测未来4种温室气体排放情景(ssp126、ssp245、ssp370、ssp585)下,中国历史上(1970—2000年)和4个未来时期(2021—2040、2041—2060、2061—2080、2081—2100年)的马铃薯气候适宜区时空分布特征。【结果】(1)最湿月份的降水量、最暖月份的最高温度,以及最冷季度的平均温度是影响中国马铃薯气候适宜度的主要气象因子,对模拟结果的贡献率分别为54.7%、21.4%和18.1%。(2)4种温室气体排放情景下对于各适宜等级区域的预测结果变化基本一致,都呈现适宜区、低适宜区面积变大而高适宜区面积变小的趋势,仅在海南、西藏、新疆等地局部存在种植气候不适宜区。马铃薯适宜种植区(适宜区和高适宜区)的面积在各种情况下均超过50%。(3)在未来各时期马铃薯种植低适宜区和适宜区面积将大幅增加,而高适宜区面积则呈下降趋势,各适宜等级区域面积总体依旧保持:适宜区>低适宜区>高适宜区。(4)随着温室气体排放等级的提高,中国马铃薯高适宜区将大幅减小。从空间分布上看,中国马铃薯种植高适宜区主要以东北地区、甘肃地区、新疆西部,以及西南部分区域为主;从时间顺序上看,陕西北部、长江中下游区域、内蒙古中西部等区域受未来气候变化影响较大,马铃薯气候适宜度减小趋势明显。【结论】利用构建的集成物种分布模型预测了未来时期中国马铃薯气候适宜区时空分布特征。根据模型模拟结果,建议东北、甘肃、西南等地区可以作为未来马铃薯的主要种植区域,新疆等地区可以作为主要发展区域,其他地区应按照当地情况优先发展其他粮食和经济作物。

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    27. 小麦穗长主效QTL—qSl-2D的遗传和育种选择效应解析
    董继梓, 陈林渠, 郭浩儒, 张梦宇, 刘志霄, 韩磊, 田赵飒爽, 徐宁浩, 郭庆杰, 黄振洁, 杨傲宇, 赵春华, 吴永振, 孙晗, 秦冉, 崔法
    2023, 56 (20): 3917-3930.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.001
    摘要276)   HTML34)    PDF (1330KB)(176)    收藏

    【目的】通过对小麦穗长稳定主效QTL进行遗传及育种选择效应分析,明确其对产量性状的遗传效应,评价其未来育种应用潜力,为后续基因挖掘和小麦分子育种提供依据。【方法】利用科农9204×京411构建的重组自交系(recombinant inbred lines derived from the cross of Kenong 9204 and Jing 411,KJ-RIL)群体定位到一个多环境稳定表达的穗长主效QTL,命名为qSl-2D;利用双亲靶区间序列差异InDel位点开发出2个与该QTL紧密连锁的分子标记;结合分子标记及55K芯片基因型数据,分别进行基于KJ-RIL、MY-F2、NILs及自然作图群体的产量相关性状遗传效应分析;基于自然作图群体基因分型,分析qSl-2D单倍型在各麦区及不同年代的育种选择效应。【结果】QTL定位结果表明,qSl-2D可在7/10组环境数据中被检测到,可解释4.02%—10.10%的表型变异。其中,5/10组环境数据的LOD峰值均位于608.75 Mb处。遗传效应分析结果表明,qSl-2D增效等位基因型在4个群体遗传背景下均能显著增加穗长。此外,其在大部分群体背景下对穗粒数、株高有正向效应,而对千粒重、穗粒重和单株产量有负向效应。对KJ-RIL群体株高进一步分析发现,qSl-2D增效等位基因型对株高效应未达到显著水平的原因在于其对除穗下节间长以外的各节间长都有降秆效应;qSl-2D单倍型分析结果表明,长穗单倍型Hap-AA-GG在不同麦区中选择利用率差异较大,在北部冬麦区中选择利用率最高,占比24%;而短穗单倍型Hap-CC-CC在大部分麦区中占比30%以上。此外,随着年代的递进,qSl-2D长穗单倍型选择利用率逐渐降低,而短穗单倍型一直保持较高的选择利用率。【结论】定位到一个稳定主效的穗长QTL——qSl-2D,其增效等位基因型可在不同遗传背景下显著增加穗长,同时对其他产量相关性状有一定的遗传效应。靶区段开发的紧密连锁分子标记可用于小麦穗长及相关产量性状的遗传改良。

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    28. 大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究
    熊楚雯, 郭智滨, 周强华, 程艳波, 马启彬, 蔡占东, 年海
    2024, 57 (3): 442-453.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.002
    摘要275)   HTML23)    PDF (2288KB)(162)    收藏

    【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆(Glycine max)是重要的粮食和油料作物,也为喜磷作物,缺磷则影响其产量与品质。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控,是否参与大豆低磷胁迫响应尚未深入研究。以耐低磷野生大豆BW69为材料,克隆获得耐低磷基因GsNAC1并对其表达特性及功能进行分析,为深入解析GsNAC1调控大豆低磷胁迫及其机制奠定基础。【方法】从野生大豆BW69克隆GsNAC1的全长序列,并通过生物信息学分析探究其编码氨基酸序列的特征。随后,利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)对其组织表达模式进行分析,并通过激光共聚焦显微镜观察其编码蛋白的亚细胞定位。此外,通过大豆遗传转化试验,获得转基因株系并进行表型分析。最后,通过转录组联合分析来鉴定转基因植株中与低磷胁迫相关的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。【结果】成功克隆获得GsNAC1,编码区全长876 bp,通过构建系统发育树发现GsNAC1与AtATAF1的序列相似性为62.46%,与Williams 82参考基因组的GmNAC1序列没有差异;进一步的亚细胞定位结果显示,GsNAC1定位于细胞核;基于qRT-PCR技术,发现GsNAC1在大豆的根、茎、叶、顶端、花和豆荚均有表达,在根部的相对表达量最高,且受到低pH和低磷诱导表达显著上调。通过水培法和土培法进行表型试验,在低磷处理下,与野生型(WT)相比,转基因株系鲜重根冠比、总根长、根表面积、根体积和磷含量均显著高于WT。结合转录组测序数据进行分析,发现GsNAC1可能通过促进GmALMT6GmALMT27GmPAP27GmWRKY21等基因表达增强其对低磷胁迫的耐受性。【结论】GsNAC1受低pH和低磷诱导表达上调,过量表达GsNAC1可以显著增强大豆对低磷胁迫的耐受性,在低磷胁迫反应中起促进作用。GsNAC1可能通过调控下游基因表达增强大豆对酸性低磷胁迫的耐受性。

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    29. 不同抗旱性春小麦根系生长对干旱胁迫的响应及滴灌复水补偿效应
    王荣荣, 陈天鹏, 尹豪杰, 蒋桂英
    2023, 56 (24): 4826-4841.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.003
    摘要274)   HTML48)    PDF (1109KB)(222)    收藏

    【目的】研究不同干旱敏感型春小麦根系生长对阶段干旱胁迫的形态及生理响应差异,阐明新疆滴灌条件下春小麦的抗旱节水生理机制,为新疆麦区进一步节水高产提供科学依据。【方法】2021—2022年采用土柱栽培法,以强抗旱性品种新春6号和弱抗旱性品种新春22号为材料,分蘖和拔节期分别设置轻度(T1和T3,60%—65% FC,FC为田间持水量)、中度(T2和T4,45%—50% FC)干旱胁迫处理后滴灌复水,以常规滴灌为对照(CK,75%—80% FC),研究生育前期干旱胁迫下根系形态特征(根长密度(RLD)、根体积密度(RVD))、抗氧化系统(丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD))、渗透物质(脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS))及根系活力的时空变化特征,分析滴灌春小麦根系生长对干旱-复水的补偿效应。【结果】随干旱胁迫程度增加,根长密度和根体积密度呈先增后降的变化趋势,轻度干旱(T1和T3)条件下,显著增加了20—60 cm土层的根长密度和根体积密度。各土层根系丙二醛含量随着胁迫程度的加剧呈上升趋势,而SOD、POD、脯氨酸及可溶性糖均随干旱程度加剧呈先升后降趋势,并随土层加深逐渐增大。T1处理复水后,根系形态特征、抗氧化酶活性、渗透物质、根系活力均达到最大值,进而提高产量,较其余处理增加2.77%—19.58%。逐步回归分析表明,根体积密度和可溶性糖是决定产量的重要因素,根长密度、SOD和可溶性糖是对新春6号抗旱性影响较为显著的指标,根长密度、丙二醛含量以及POD是对新春22号抗旱性影响较为显著的指标。【结论】春小麦在分蘖和拔节期维持60%—65%田间持水量,滴灌复水后会增加根系在20—60 cm土层的分配比例,提高根系清除活性氧及渗透调节能力,延缓根系衰老,改善根系生理特性,进而提高产量。

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    30. “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
    2024, 57 (5): 846-854.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.002
    摘要273)   HTML21)    PDF (449KB)(174)    收藏

    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。

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    31. 温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响
    张亚林, 蒋艳, 赵丽红, 冯自力, 冯鸿杰, 魏锋, 周京龙, 朱荷琴, 马峙英
    2023, 56 (23): 4671-4683.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.009
    摘要272)   HTML16)    PDF (2708KB)(300)    收藏

    【目的】解析不同温度对棉花黄萎病发生的影响以及调控寄主防御反应的机理,揭示温度对病原菌和寄主的双重作用,为该病害的绿色防控和温度调控研究提供理论依据。【方法】以棉花抗病品种中植棉2号(ZZM2)、感病品种冀棉11(JM11)为试验材料,采用室内实验与病圃实验相结合,设置恒定温度(22、25、28和32 ℃)、自然变温两个处理,检测温度对大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)生长、侵染定殖、棉花黄萎病发生的影响;通过调查活性氧(ROS)爆发、过氧化氢(H2O2)含量、胼胝质积累、防御相关基因表达水平等植物防御相关指标,解析温度调控棉花寄主防御反应的机制。【结果】在培养基上,25 ℃是大丽轮枝菌菌丝生长最适温度,22—28 ℃范围内适宜产孢;与培养基相比,不同棉花品种的叶片提取液对大丽轮枝菌生长均有促进作用,感病品种JM11促进作用更强;当温度为25—28 ℃时,ZZM2和JM11植株黄萎病发生均较重,低温22 ℃、高温32 ℃均不利于黄萎病发生。同时,在25 ℃处理下,棉花中大丽轮枝菌侵染定殖能力强,感病品种JM11比抗病品种ZZM2更易受到大丽轮枝菌的侵染,与棉花黄萎病病情指数的结果基本一致;进一步,温度显著影响了棉花寄主防御反应:与22—28 ℃相比,无论是否接种大丽轮枝菌,ZZM2和JM11在32 ℃处理下产生的ROS爆发更强烈;在25 ℃处理下,ZZM2和JM11叶片中H2O2含量最低;在32 ℃处理下,ZZM2和JM11叶片胼胝质积累量较高,分别为817、575个/mm2,是未接菌对照的2.04、1.80倍;棉花叶片中PALPODPPO防御相关基因在25—28 ℃处理下表达量降低,低于22、32 ℃处理。【结论】温度对大丽轮枝菌生长、寄主防御反应具有双重作用,进而影响棉花黄萎病发生。其中无论恒定温度、自然变温,25—28 ℃均有利于大丽轮枝菌在棉花中侵染定殖,显著降低寄主防御反应,导致棉花黄萎病严重发生。

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    32. 猪ECR1-Like免疫黏附功能对PAMs捕获GFP-E. coli的影响
    张峥, 凌小雅, 范阔海, 孙娜, 孙盼盼, 孙耀贵, 李宏全, 尹伟
    2023, 56 (19): 3905-3916.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.016
    摘要271)   HTML8)    PDF (1411KB)(201)    收藏

    【目的】探讨猪红细胞类Ⅰ型补体受体(erythrocyte complement receptor type 1-like, ECR1-like)免疫黏附功能是否能够促进猪肺泡巨噬细胞(porcine alveolar macrophages, PAMs)捕获致敏基因工程菌(GFP-Escherichia coli, GFP-E. coli),以期阐释猪红细胞免疫的分子机理及红细胞免疫在机体先天免疫中的作用。【方法】利用流式细胞术、菌落平板计数及RT-PCR技术检测PAMs捕获的GFP-E. coli的水平,分析猪ECR1-like免疫黏附对PAMs捕获GFP-E. coli的影响;运用流式细胞术、细胞免疫荧光化学技术检测猪ECR1-like免疫黏附的致敏GFP-E. coli被PAMs移除后,猪红细胞免疫黏附功能的变化及猪ECR1-like数量的变化。【结果】流式细胞术检测发现猪红细胞黏附组较空白对照组中的PAMs平均荧光强度显著提高(P<0.001),且PAMs阳性细胞率也显著提高(P<0.05);菌落涂板计数发现红细胞黏附组较空白对照组PAMs捕获GFP-E. coli情况显著增强(P<0.05);RT-PCR检测发现,红细胞黏附组PAMs中GFP-E. coli的相对数量显著高于空白对照组(P<0.01);进一步阻断猪红细胞表面的CR1-like,流式细胞术检测发现PAMs平均荧光强度降低至256 301.56±9 208.85(P<0.001),PAMs阳性细胞率降低至(88.32±0.92)%(P>0.05),菌落平板计数发现PAMs捕获GFP-E. coli情况减弱为(136 666±8 818)CFU/mL(P<0.05),RT-PCR检测发现PAMs中GFP-E. coli的相对数量显著减少(P<0.01);利用细胞流动循环互作技术发现:猪红细胞免疫黏附致敏GFP-E. coli的平均荧光强度由循环前2 892.18±47.76降至2 407.43±141.78(P<0.05),阳性细胞率由循环前(20.58±0.36)%降至(17.39±0.23)%(P<0.001),黏附水平显著低于循环前,与此同时,间接免疫荧光试验结果显示:试验组循环后猪ECR1-like平均荧光强度由循环前344.33±37.92降低至291.56±11.99(P<0.05),阳性细胞率由(30.20±1.24)%减少至(28.27±0.64)%(P<0.05)。【结论】猪ECR1-like通过免疫黏附功能促进了PAMs对致敏GFP-E. coli的捕获。PAMs移除猪红细胞表面黏附的致敏GFP-E. coli后,猪红细胞的活性CR1-like减少,免疫黏附功能下降。

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    33. 中国小麦抗条锈病基因育种利用现状与策略
    刘志勇, 张怀志, 白斌, 李俊, 黄林, 徐智斌, 陈永兴, 刘旭, 曹廷杰, 李淼淼, 陆平, 吴秋红, 董玲丽, 韩玉林, 殷贵鸿, 胡卫国, 王西成, 赵虹, 闫素红, 杨兆生, 畅志坚, 王涛, 杨武云, 刘登才, 李洪杰, 杜久元
    2024, 57 (1): 34-51.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.004
    摘要267)   HTML25)    PDF (6853KB)(378)    收藏

    小麦条锈病是中国重要的流行性真菌病害,严重威胁国家粮食安全。通过持续应用抗病品种和植保措施,小麦条锈病在中国得到了较好的控制。然而,随着全球气候变化、栽培制度的变革、育种方法技术的改进、产量水平的提高及条锈菌群体结构和毒性频率的不断变异,有必要对新时期小麦抗条锈病基因育种利用现状进行科学评估,以期为广谱持久多抗小麦品种的培育提供依据。本文通过对近年来中国西南、西北和黄淮主产区小麦品种(系)的条锈病抗性进行系统的抗病鉴定、遗传分析和抗条锈病基因分子标记的定位和检测,总结了中国小麦育种中主要抗条锈病基因的利用情况,对中国小麦抗条锈病基因发掘与种质创新、小麦育种中利用的主要抗条锈病基因、新时期抗条锈病基因利用的策略、小麦育种中抗条锈病基因选择和鉴定等进行了论述,并对新时期小麦抗条锈病育种发展方向进行了展望。

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    34. 麦后复种绿肥及配施不同水平氮肥对小麦产量、品质及氮素利用的影响
    张文霞, 李盼, 殷文, 陈桂平, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚
    2023, 56 (17): 3317-3330.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007
    摘要266)   HTML24)    PDF (587KB)(467)    收藏
    【目的】 针对甘肃省河西地区春小麦种植氮肥投入量大、肥源单一、氮素利用率低及小麦品质差的问题,探究适宜的绿肥与减量配施氮肥的栽培技术对春小麦籽粒产量、品质及氮素吸收利用的影响,以期为河西灌区春小麦高产、优质和绿色生产方式提供理论依据。【方法】 试验于2019—2021年在甘肃武威河西绿洲灌区进行,试验采用裂区设计方法,主区设单作小麦(W)和麦后复种豆科绿肥(W-G)两种种植模式;副区为5种施氮水平:农户传统施氮100% N肥(180 kg·hm-2,N4)、传统施氮的85% N肥(N3)、传统施氮的70% N肥(N2)、传统施氮的55% N肥(N1)及不施氮肥(N0)。【结果】 麦后复种绿肥结合施氮85%(W-G-N3)可显著提高小麦籽粒和生物产量,W-G-N3较单作小麦模式下施氮85%(W-N3)和传统施氮(W-N4)籽粒产量分别提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%,W-G-N3较W-N3与W-N4生物产量分别提高11.3%(2020)与5.2%—11.6%(2020—2021),籽粒产量提高幅度大于生物产量,因而,W-G-N3处理具有较高的收获指数,较W-N3和W-N4收获指数分别提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同时,W-G-N3可通过增加籽粒蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量改善营养品质,其中W-G-N3较W-N3蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量分别提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%;W-G-N3较W-N4蛋白质含量提高8.9%—12.4%,但W-G-N3与W-N4处理沉降值和湿面筋含量差异不显著。此外,W-G-N3较W-N3和W-N4有利于促进小麦吸收氮素及转化为籽粒产量,其中植株吸氮量分别提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%,氮肥利用率分别提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%,氮肥偏生产力分别提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%;W-G-N3处理也可补偿减氮造成的氮肥农学效率的降低,较W-G-N4氮肥农学效率提高74.2%—80.0%。相关分析表明,麦后复种绿肥配合适量减氮通过促进氮素吸收利用而增加籽粒产量,同时又可显著改善籽粒营养品质。【结论】 麦后复种绿肥结合传统施氮量的85%(153 kg·hm-2)模式是河西绿洲灌区增加春小麦产量、改善籽粒品质和提高氮肥利用效率的适宜种植模式和施氮水平。
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    35. 我国冬油菜北移的现状、问题与对策
    刘自刚, 魏家萍, 崔俊美, 武泽峰, 方彦, 董小云, 郑国强
    2023, 56 (15): 2854-2862.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.002
    摘要266)   HTML29)    PDF (480KB)(419)    收藏

    20世纪50年代以来,随着甘蓝型冬油菜的引入与推广应用,长江流域各主产区很快完成甘蓝型冬油菜替代白菜型油菜的变革;80年代后期,随着抗寒育种的不断突破,甘蓝型冬油菜种植区不断向北延伸,我国黄淮河流域、渭河流域、渭北旱塬等主产区,也相继完成甘蓝型冬油菜北移替代。我国冬油菜成功北移的实质是甘蓝型冬油菜的北移,即甘蓝型冬油菜抗寒品种替代原产区白菜型冬油菜的过程,甘蓝型冬油菜的替代变革与北移,极大促进和起始了我国冬油菜产业跨越式发展。白菜型冬油菜北移面临截然不同的问题,自1955年开始尝试北移以来,北移被同时期甘蓝型春油菜引种替代变革终止;在之后的尝试北移中,单纯强调了品种抗寒性,而忽视了北移区降水进一步减少、更需耐旱品种的实际情况,冬油菜北移技术分析与研发存在主导方向性偏差,导致技术输出不符合产业实际需求的问题,以至于北移实践开展数十年以来,至今未能在传统产区以外形成稳定冬油菜种植区,近年来,原种植区面积也持续萎缩,半个多世纪的白菜型冬油菜北移成效甚微。在现实生产中以水分限制为主、旱寒叠加逆境是白菜型冬油菜北移面临的难题,比较效益低是产业发展陷入困境的主导因素。近年育成的强抗寒甘蓝型冬油菜可在北方寒旱区稳定越冬,替代原白菜型品种,可大幅提升冬油菜产量、品质、种植效益等,是强冬性区冬油菜突破产业困境的希望。本文回顾了我国冬油菜替代变革与北移历史,对冬油菜北移现状、成就、存在的问题进行了梳理,分析了白菜型冬油菜产业发展与北移困境产生的原因,提出以推动甘蓝型冬油菜替代变革来应对我国强冬性区冬油菜产业发展挑战的建议。

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    36. 小麦穗发芽抗性机制及抗性育种研究
    董慧雪, 陈倩, 郭晓江, 王际睿
    2024, 57 (7): 1237-1254.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.003
    摘要260)   HTML32)    PDF (692KB)(386)    收藏

    穗发芽是禾本科作物籽粒在收获前于高湿环境下的穗上发芽现象,严重影响小麦的产量与品质。种子休眠水平是影响小麦穗发芽抗性的主要因素,而往往驯化作物的籽粒休眠水平低,导致栽培小麦普遍比其野生祖先种更易发生穗发芽。小麦穗发芽主要受外源环境(温度、湿度等)和内源植物激素(GAs、ABA、IAA、MeJA、ET、BR)的调控。已鉴定出一批抗穗发芽材料,并克隆了一系列调控穗发芽抗性的关键基因,如PM19MFTMKK3Myb10-3DVp1等。通过分子标记辅助选择、人工合成小麦和CRISPR/Cas9基因编辑技术,已成功创制了抗穗发芽小麦新材料。本文综述了小麦穗发芽抗性的遗传机制及抗性育种研究的最新进展,未来仍需继续挖掘关键穗发芽抗性基因,以生物育种的方法培育抗穗发芽小麦新品种。

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    37. 冬油菜主产区近40年土壤基本理化性质变化特征
    霍润霞, 张哲, 李雯萍, 张洋洋, 廖世鹏, 任涛, 李小坤, 陆志峰, 丛日环, 鲁剑巍
    2023, 56 (23): 4696-4705.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.011
    摘要258)   HTML23)    PDF (722KB)(267)    收藏

    【目的】探究近40年长江流域冬油菜主产区土壤基本理化性质的变化,明确冬油菜种植区耕地土壤综合肥力变化特征,以期为长江流域中低产田保育和土壤肥力改良提供科学依据。【方法】通过收集整理近40年国内外公开发表的文献及硕士、博士论文数据,分析长江流域冬油菜种植区土壤基础性质的时序变化特征,评估土壤综合肥力变化及其与土壤基础理化性质的相关性。【结果】1981—1990年长江流域冬油菜主产区耕层土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH均值分别为18.54 g·kg-1、1.16 g·kg-1、8.60 mg·kg-1、42.90 mg·kg-1和6.26,2016—2020年这些指标的均值分别为25.60 g·kg-1、1.41 g·kg-1、18.66 mg·kg-1、108.98 mg·kg-1和6.31,40年来长江流域冬油菜区土壤基础理化性质得到很大程度的改善。其中土壤有机质、全氮年均增幅分别为1.2%和0.7%,土壤有效磷、速效钾含量年均增幅达3.0%和4.0%,土壤pH则在近40年内保持稳定(不同时段平均值范围6.21—6.45)。基于改进的内梅罗指数法评估表明,IFI(土壤综合肥力指数)值逐年上升,其中2001—2020年IFI均值较1981—2000年显著提高14.8%—30.4%。土壤有机质、pH、全氮、有效磷、速效钾与IFI呈极显著正相关性,通径分析表明土壤速效钾是影响冬油菜区IFI最大的指标,其次是土壤全氮和有效磷。【结论】近40年来长江流域冬油菜主产区的土壤基础理化性质和综合肥力显著提高。发展油菜种植有利于提高长江流域农田土壤生产力,是长江流域中低产田地力提升的有效途径。

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    38. 近30年来我国小麦和玉米秸秆资源时空变化特征及还田减肥潜力
    刘淑军, 李冬初, 黄晶, 曲潇林, 马常宝, 王慧颖, 于子坤, 张璐, 韩天富, 柳开楼, 申哲, 张会民
    2023, 56 (16): 3140-3155.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.008
    摘要255)   HTML24)    PDF (1219KB)(525)    收藏

    【目的】我国拥有丰富的小麦和玉米秸秆资源,明晰我国小麦、玉米秸秆产量和养分资源量及还田减肥潜力的时空变化特征,可为推进秸秆资源利用和化肥减施提供决策依据。【方法】以农业农村部1988-2019年在全国小麦玉米区的土壤长期监测数据为基础,分析我国各地区不同年份的小麦玉米秸秆和养分资源量及还田减肥潜力。【结果】2010s全国小麦和玉米秸秆年均量分别达到1.62×108和4.23×108 t,比1990s增加0.16×108和2.04×108 t;秸秆NPK总养分资源年均量分别达到278.19×104和901.08×104 t,比1990s增加27.97×104和434.82×104 t,均以华北增量最高。30年来全国小麦秸秆及养分资源呈先降后增的趋势,玉米呈增长趋势。第一阶段(1990s—2000s)和第二阶段(2000s—2010s)小麦秸秆资源年变化速率分别为-42.47×104和205.10×104 t·a-1,N、P和K的养分资源年变化速率分别为-0.26×104、-0.03×104、-0.44×104 t·a-1和1.27×104、0.14×104、2.11×104 t·a-1;第一阶段和第二阶段玉米秸秆资源年变化速率分别为397.82×104和1643.60×104 t·a-1,N、P和K的养分资源年变化速率分别为3.46×104、0.56×104、4.46×104 t·a-1和14.30×104、2.30×104、18.41×104 t·a-1。80%以上的小麦秸秆及其养分资源分布在华北和长江中下游,以华北最高(0.93×108 t,NPK 160.31×104 t),西南最低(0.09×108 t,NPK 16.05×104 t);70%左右的玉米秸秆及其养分资源分布在东北和华北,以东北最高(1.39×108 t,NPK 296.96×104 t),长江中下游最低(0.21×108 t,NPK 44.40×104 t)。全国小麦秸秆还田的N、P和K养分单位面积年均当季释放量分别为21.1、3.0和62.3 kg·hm-2,以华北最高,西南最低;玉米秸秆还田的N、P和K养分单位面积年均当季释放量分别为48.6、10.6和97.7 kg·hm-2,以西北最高,西南最低。近30年来,全国单位面积小麦和玉米秸秆还田的养分年均当季释放量持续稳定增加,小麦秸秆还田的N、P、K养分相当于化肥年均施用量的比例分别为9.13%—10.82%、4.26%—6.43%、88.02%—111.86%,玉米秸秆分别为22.99%—24.37%、16.04%—28.67%、150.29%—181.42%。【结论】我国小麦和玉米秸秆还田可满足作物生长的钾素需求,可减少约10%—20%氮肥、5%—20%磷肥的施用,充分利用秸秆资源,是实现化肥减施增效的重要保障。

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    39. 基于无人机多光谱的棉花多生育期叶面积指数反演
    石浩磊, 曹红霞, 张伟杰, 朱珊, 何子建, 张泽
    2024, 57 (1): 80-95.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.007
    摘要254)   HTML18)    PDF (2398KB)(234)    收藏

    【目的】叶面积指数(leaf area index,LAI)是表征作物长势、光合、蒸腾的重要指标。论文旨在研究不同生育期、多生育期无人机多光谱数据棉花LAI估测模型,明确不同生育期间棉花LAI估测模型变化规律,为实时掌握棉花长势并因地制宜进行田间科学管理提供依据。【方法】利用大疆精灵4多光谱无人机获取棉花现蕾期、初花期、结铃期、吐絮期多光谱图像和RGB图像。选用归一化差植被指数(NDVI)、绿度归一化差植被指数(GNDVI)、归一化差红边指数(NDRE)、叶片叶绿素指数(LCI)、优化的土壤调节植被指数(OSAVI)5种多光谱指数和修正红绿植被指数(MGRVI)、红绿植被指数(GRVI)、绿叶指数(GLA)、超红指数(EXR)、大气阻抗植被指数(VARI)5种颜色指数分别建立棉花各生育期及棉花生长多生育期数据集合,结合打孔法获取地面LAI实测数据,使用机器学习算法中偏最小二乘(PLSR)、岭回归(RR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、神经网络(BP)构建棉花LAI预测模型。【结果】覆膜棉花LAI随着生育期的变化呈现先增长后下降的趋势,现蕾期、初花期、结铃期内侧棉花叶面积指数均值均显著大于外侧(P<0.05);选择的指数在各时期彼此间均呈显著相关(P<0.05),总体而言,多光谱指数与颜色指数间的相关性随着生育期的进行而呈现下降趋势,选择的指数在各时期均与棉花LAI相关性显著(P<0.05),多光谱指数相关系数介于0.35—0.85,颜色指数相关系数介于0.49—0.71,相关系数绝对值较大的指数多为多光谱指数,颜色指数与棉花LAI的相关系数绝对值较小;估测模型性能结果显示棉花各生育期模型中多光谱指数优于颜色指数,且各指数模型预测性能随着生育期的变化呈现一定规律性,NDVI是预测棉花LAI的最优指数。从模型结果上看,RF模型和BP模型在各生育期下获得了较高的估计精度。初花期LAI反演模型精度最高,最优模型验证集R2为0.809,MAE为0.288,NRMSE为0.120。多生育期最优模型验证集R2为0.386,MAE为0.700,NRMSE为0.198。【结论】棉花内外侧LAI在现蕾期、初花期、结铃期存在显著差异。在各生育期中,RF和BP模型是预测棉花LAI较优模型。NDVI在各指数中表现最好,是预测棉花LAI的最优指数。多生育期模型效果较单生育期明显下降,最优指数为GNDVI,最优模型为BP。本研究中预测棉花LAI的最优窗口期是初花期。研究结果可为无人机遥感监测棉花LAI提供理论依据和技术支持。

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    40. miR-535靶向GAB2基因通过激活PI3K/AKT信号通路促进山羊颗粒细胞增殖
    王鹏, 刘子嶷, 刘玉芳, 储明星
    2023, 56 (23): 4757-4771.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.016
    摘要253)   HTML18)    PDF (3940KB)(276)    收藏

    【背景】MicroRNA(miRNA)是长度为18—25 nt的短RNA分子,在哺乳动物卵巢颗粒细胞调控卵泡发育过程中起着重要作用。团队前期对云上黑山羊高、低产羔数个体卵巢转录组测序结果显示,miR-535能够影响山羊产羔数,但具体调控机制尚不清楚。【目的】通过研究miR-535靶向GAB2(GRB2 associated binding protein 2)及其相关信号通路PI3K/AKT对山羊颗粒细胞增殖的影响,进一步探讨其分子生物学调控机制。【方法】在本研究中,选择具有两胎以上产羔记录的高、低产云上黑山羊各3只,同期发情处理后采集卵泡期卵巢组织,收集原代颗粒细胞。使用荧光定量PCR(reverse transcription-quantitative PCR,RT-qPCR)检测miR-535和GAB2在云上黑山羊高、低产卵巢组织中的表达量。构建GAB2的过表达/干扰载体,使用RT-qPCR、Western blot、免疫荧光、CCK8、EdU和细胞凋亡检测候选基因 GAB2对山羊卵巢颗粒细胞增殖的影响。使用miRDB和miRanda软件预测miR-535和GAB2的靶向关系,构建GAB2的野生型和突变型载体,利用双荧光素酶活性检验检测miR-535和GAB2的靶向关系。构建过表达/干扰miR-535载体,探究其颗粒细胞增殖及下游基因功能的影响。【结果】RT-qPCR结果显示,GAB2在高产云上黑山羊卵巢组织中的表达量显著低于低产个体,miR-535的表达则相反(P<0.05);随后,RT-qPCR和Western blot结果表明,在颗粒细胞中过表达GAB2后,CCND2、CDK4和BCL2的表达量显著升高(P<0.05),BAX的表达量显著降低(P<0.05),抑制其表达则与之相反;EdU和CCK8检测显示,GAB2过表达后显著促进颗粒细胞增殖(P<0.05),抑制其表达后则相反;双荧光素酶报告试验表明,miR-535抑制了GAB2基因3’UTR区域的双荧光素酶活性。RT-qPCR和Western blot结果显示,在颗粒细胞中过表达miR-535后,GAB2、CCND2、CDK4和BCL2的表达量显著降低(P<0.05),BAX的表达量显著升高(P<0.05),抑制其表达后则与之相反;EdU和CCK8检测显示,miR-535过表达后抑制颗粒细胞增殖,抑制其表达后则相反;细胞凋亡试验表明,miR-535过表达后促进颗粒细胞增殖,抑制其表达后则相反。在颗粒细胞中抑制miR-535后,发现PI3K/AKT信号通路标志因子AKT1的表达水平显著升高(P<0.05)。【结论】miR-535通过抑制GAB2的表达,抑制了山羊颗粒细胞的增殖,为进一步探究miR-535调控山羊颗粒细胞的生物学功能提供了理论依据。

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    41. 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
    2024, 57 (4): 698-710.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.006
    摘要253)   HTML13)    PDF (2383KB)(242)    收藏

    【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。

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    42. 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
    2024, 57 (5): 935-949.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.009
    摘要252)   HTML16)    PDF (3395KB)(212)    收藏

    【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。

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    43. 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
    2024, 57 (4): 740-754.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.04.009
    摘要250)   HTML13)    PDF (614KB)(144)    收藏

    【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。

    图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    44. 棉花纤维发育
    李付广
    2023, 56 (23): 4561-4564.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.001
    摘要247)   HTML53)    PDF (258KB)(276)    收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    45. 多样化种植对土壤团聚体组成及其有机碳和全氮含量的影响
    孙涛, 冯晓敏, 高新昊, 邓艾兴, 郑成岩, 宋振伟, 张卫建
    2023, 56 (15): 2929-2940.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.008
    摘要246)   HTML18)    PDF (482KB)(567)    收藏

    【目的】 阐明东北黑土区禾本科与豆科作物多样化种植模式下土壤团聚体组成及其碳氮分布特征,为促进黑土地用养结合型种植制度优化提供理论依据与技术指导。【方法】 田间试验于2016—2020年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站进行,设置玉米大豆间作(M/S)、玉米大豆轮作(M-S)、玉米花生间作(M/P)和玉米花生轮作(M-P)等多样化种植模式,以玉米连作(CM)常规种植模式为对照。2020年作物收获后采集0—20和20—40 cm土层土壤样品,分析多样化种植模式对土壤团聚体及其有机碳、全氮含量的影响。【结果】 多样化种植有利于增加0—20和20—40 cm土层水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量,降低黏粉粒(<0.053 mm)含量,4种多样化种植模式的土壤团聚体平均重量直径和平均几何直径均显著高于CM处理(P<0.05)。M/S和M-S处理0—20 cm土层>0.25 mm土壤团聚体比例分别比CM处理高17.6%和13.4%,M/S、M-S和M-P处理20—40 cm土层 >0.25 mm土壤团聚体比例则分别比CM处理高10.4%、8.3%和10.5%。多样化种植增加了土壤大团聚体中有机碳和全氮含量,0—20 cm土层,M/S、M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体有机碳含量分别比CM处理高20.7%、24.3%、18.8%和17.8%;0—20 cm土层,M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体全氮含量分别比CM处理高13.0%、16.8%和14.8%。M-S和M/P处理0—20 cm土层>2 mm土壤团聚体有机碳和全氮对土壤总有机碳和全氮贡献率高于CM处理,而M/S和M-S处理<0.053 mm土壤团聚体有机碳和全氮对总有机碳和全氮的贡献率则低于CM处理。【结论】 东北黑土区多样化种植提高了土壤大团聚体含量,降低了黏粉粒含量,增加了土壤团聚体稳定性及有机碳和全氮含量,有利于促进农田土壤碳氮固持。

    图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    46. 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
    2024, 57 (5): 868-884.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.004
    摘要241)   HTML14)    PDF (695KB)(156)    收藏

    【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。

    图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    47. 授粉期高温胁迫下雄穗大小对玉米干物质积累及产量的影响
    穆心愿, 吕姗姗, 卢良涛, 刘天学, 李树岩, 薛昌颖, 王宏伟, 赵霞, 夏来坤, 唐保军
    2023, 56 (15): 2880-2894.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.004
    摘要240)   HTML19)    PDF (2160KB)(310)    收藏

    【目的】 高温是制约夏玉米高产稳产的重要气象因子之一,通过设置授粉期高温胁迫和雄穗变小处理,探明高温胁迫下雄穗大小对玉米产量形成的影响,为玉米抗逆栽培及耐高温育种提供参考。【方法】 以2个玉米品种浚单20(XD20)和农华101(NH101)为试材,于2020—2021年玉米抽雄至散粉结束的10 d内采用人工模拟增温试验,同时,设置抽雄期雄穗变小处理(剪除60%雄穗分枝数),探究授粉期高温胁迫下雄穗大小对玉米干物质积累分配和产量形成的影响。【结果】 2年结果表明,授粉期高温胁迫对玉米雄穗长度、分枝数、小穗数和雌雄开花动态影响较小,但导致玉米干物质积累能力及向穗部分配比例下降,影响雌穗生长发育,造成穗轴长度和穗轴粗显著降低,穗粒数显著减少,花后物质积累量及向籽粒分配比例下降,进而产量显著降低。高温胁迫后,NH101穗长的下降幅度小于XD20,但行粒数、穗粒数及花后物质积累向籽粒分配比例的下降幅度高于XD20,导致NH101产量降幅超过XD20,XD20和NH101产量降幅分别为12.32%和25.00%,可见XD20比NH101更耐高温。雄穗变小处理使XD20和NH101的雄穗分枝数和小穗数分别显著降低58.57%、42.91%和57.30%、41.34%,但对雌雄开花动态无显著影响。2个温度条件下,雄穗变小处理均能促进雌穗生长,增加穗粒数,促进花后物质向籽粒积累,进而提高产量,其中,高温条件下的XD20增产幅度最大。在常温条件下,与正常雄穗处理相比,雄穗变小处理下,XD20和NH101的产量分别平均增加2.76%和4.37%,而在高温条件下,分别增加12.47%和5.75%。【结论】 授粉期高温胁迫对雄穗生长发育影响较小,但导致雌穗生长发育受到不可逆损伤,穗粒数减少,制约了花后光合同化物向籽粒分配,产量显著下降。高温条件下,适当减少雄穗分枝数可促进雌穗生长发育,增加穗粒数,促进花后物质向籽粒积累,提高产量,且大雄穗型品种浚单20增产幅度高于小雄穗型品种农华101。

    图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    48. 马铃薯StCYP83基因家族鉴定及其抗晚疫病的功能分析
    孔乐辉, 宗德乾, 史青尧, 殷盼盼, 巫文玉, 田鹏, 单卫星, 强晓玉
    2023, 56 (16): 3124-3139.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.007
    摘要240)   HTML31)    PDF (4898KB)(600)    收藏

    【目的】通过鉴定马铃薯StCYP83基因家族成员,分析其响应致病疫霉(Phytophthora infestans)侵染的表达模式,挖掘具有抗晚疫病功能的StCYP83并解析其免疫机制,为马铃薯抗晚疫病分子育种提供新型抗性基因资源。【方法】利用双向BLAST法鉴定StCYP83基因家族成员,通过ExPASy Prot Param、Cell-Ploc 2.0、ESPript等软件分析StCYP83蛋白序列基本信息、亚细胞定位情况、保守基序;利用qRT-PCR技术分析StCYP83响应致病疫霉侵染的表达模式;利用农杆菌介导的本氏烟瞬时表达体系和马铃薯过表达(OE)稳定转化植株分析候选基因影响寄主植物抗致病疫霉的免疫功能及作用机理。【结果】在马铃薯基因组中共鉴定到10个StCYP83家族基因,分别命名为StCYP83B1—StCYP83B10,编码蛋白长度介于387—503 aa,分子量介于44—57 kDa,亚细胞定位预测结果显示StCYP83蛋白均定位于内质网膜。qRT-PCR结果表明,StCYP83家族成员在不同程度上均可响应致病疫霉侵染而诱导表达,暗示StCYP83家族基因可能在马铃薯与致病疫霉互作中发挥作用。基于此,从中选取明显响应致病疫霉侵染而诱导上调表达、且与拟南芥AtCYP83B1同源性最高的StCYP83B1用于后续的免疫功能解析。本氏烟瞬时过表达的接菌测试结果表明,StCYP83B1具有抗致病疫霉的生物学功能;同时,过表达StCYP83B1可显著促进PTI标记基因(NbWRKY7NbWRKY8)、SA信号通路标记基因(NbPR1NbPR2)和JA信号通路标记基因(NbPR3NbLOX)的上调表达,并提高flg22诱发的活性氧迸发。此外,StCYP83B1编码蛋白保守基序中的半胱氨酸位点为其抗性功能所必需。StCYP83B1过表达(StCYP83B1-OE)株系对致病疫霉的抗性有所增强,且呈现出增强的PTI免疫反应,包括flg22诱发的活性氧水平升高以及PTI标记基因(StWRKY7StWRKY8StACRE31)的显著诱导上调表达。此外,马铃薯SA信号通路相关基因(StPR1StPR2StPR5StPAL2)和JA信号通路相关基因(StLOXStAOSStOPR3)也被诱导上调表达。【结论】共鉴定到10个StCYP83家族成员,StCYP83家族成员在不同程度上均可响应致病疫霉的侵染而诱导表达。StCYP83B1通过激活PTI、SA和JA信号通路调控植物对致病疫霉的抗性;而StCYP83B1血红素结合域中的半胱氨酸位点为其抗性功能所必需。

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    49. 专题导读:棉花基因功能研究与育种
    郝苗苗, 肖光辉
    2023, 56 (19): 3709-3711.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.001
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    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    50. 土壤施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉积累的影响
    王宇, 宋一凡, 张荣, 牟海萌, 孙丽芳, 付凯霞, 武紫君, 黄青青, 徐应明, 李鸽子, 王永华, 郭天财
    2024, 57 (1): 126-141.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.009
    摘要239)   HTML15)    PDF (562KB)(146)    收藏

    【目的】研究土壤施用钝化剂与复合微生物肥对豫北轻度镉污染弱碱性农田土壤中镉活性的钝化效果,及其对冬小麦品种不同器官间镉积累转运和产量的影响特征,旨在筛选出高效修复镉污染土壤、降低冬小麦籽粒镉含量的修复材料及低镉积累小麦品种,为豫北镉轻度污染弱碱性农田的小麦安全高效生产提供技术支撑。【方法】于2020—2022年连续两个冬小麦生长季,在豫北镉污染弱碱性农田设置不同土壤修复材料(CK:不进行土壤修复处理,CMF:复合微生物肥单施处理,GP:土壤钝化剂单施处理,CMF+GP:复合微生物肥和土壤钝化剂等量配施处理)和6个冬小麦品种(鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698)的两因素裂区田间大区对比试验,研究土壤有效态镉、冬小麦地上部各器官镉含量、富集系数(BCF)、转运系数(TF)及其相关性、冬小麦产量及其构成因素的变化。【结果】(1)在连续两年冬小麦生长季,与CK相比,钝化剂和复合微生物肥的单施和等量配施均可降低土壤有效态镉含量,CMF+GP处理的效果最好,可使6个供试品种的根系表层土壤有效态镉含量显著降低17.6%—22.4%。土壤有效态镉含量降低与冬小麦地上部各器官镉含量的变化具有相关性,且不同品种的同一器官间也存在一定差异。(2)土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施可使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023降低TF茎鞘—叶、TF茎鞘—籽粒,增大TF茎鞘—(穗轴+颖壳)、TF叶—(穗轴+颖壳),使BCF茎鞘、BCF降低、使小麦体内镉含量向穗轴+颖壳转移,以减小BCF籽粒,与之不同的是,未能有效降低鑫麦296的TF茎鞘—叶、BCF茎鞘,增大了郑麦136、郑麦7698的BCF茎鞘。(3)土壤施用钝化剂和复合微生物肥可综合调控冬小麦穗数、穗粒数、千粒重,提高冬小麦产量,但土壤修复处理与品种的方差分析结果表明两者的交互作用主要是通过调控穗数实现增产。CMF+GP处理中郑麦136连续两个冬小麦生长季的产量均为当季所有处理最高值,分别为7 317.17和10 485.32 kg·hm-2。【结论】施用复合微生物肥和土壤钝化剂可降低豫北弱碱性轻度镉污染麦田冬小麦根际土壤有效态镉含量,调控冬小麦各器官对土壤镉的富集系数及各器官转运系数。复合微生物肥和土壤钝化剂等量配施处理优于单施处理,可最大程度降低冬小麦籽粒镉含量,并显著提高参试冬小麦品种产量,且与本试验筛选出的低镉积累高产品种郑麦136搭配种植模式,可实现豫北弱碱性镉污染农田冬小麦的高产栽培与安全生产。

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