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    1. 作物根系构型三维探测与重建方法研究进展
    温维亮,郭新宇,赵春江,王传宇,肖伯祥
    摘要913)   PDF (1909KB)(1286)   
    DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.04
    2. 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277)   HTML34)    PDF (2256KB)(154)    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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    3. 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311)   HTML32)    PDF (2559KB)(273)    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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    4. 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233)   HTML11)    PDF (615KB)(274)    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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    5. 绿豆象热激蛋白超家族基因的鉴定及表达分析
    张昕, 杨星宇, 张超然, 张冲, 郑海霞, 张仙红
    2023, 56 (19): 3814-3828.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.009
    摘要180)   HTML15)    PDF (6390KB)(147)    收藏

    【目的】鉴定绿豆象(Callosobruchus chinensis)热激蛋白(heat shock protein,HSP)超家族基因成员,明确高、低温胁迫后HSP基因在绿豆象中的表达变化,为深入挖掘HSP基因功能提供理论依据。【方法】从Insect Base 2.0下载不同昆虫HSP基因的CDS和蛋白序列,并以此为参考在绿豆象全长转录组测序数据库中进行本地BLASTp和tBLASTn比对搜索,同时结合HMMER和关键词两种方法再次筛选目标序列,最终完成搜索结果的汇总。利用CDD、MEGA、ProtParam等在线分析工具对绿豆象HSP超家族基因进行生物信息学分析。根据绿豆象成虫高、低温转录组测序数据筛选出7个候选CcHsp,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术比较分析其在绿豆象不同虫态(幼虫、蛹、成虫)及不同温度胁迫下的表达特性。【结果】共鉴定出31个HSP基因,其中包括3个HSP90、8个HSP70、8个HSP60和12个sHSP(small HSP)。理化性质分析显示CcHsp编码的蛋白质包含159—776个氨基酸残基(aa),分子量介于18.4—88.9 kDa,理论等电点为4.95—9.17。亚细胞定位结果显示多数CcHsp定位于细胞质中,少数基因定位于线粒体基质、内质网和细胞核。系统发育分析表明绿豆象热激蛋白不同家族成员与其他昆虫的热激蛋白进化关系较近,显示了其在进化上的保守性。qRT-PCR分析发现,不同虫态在不同温度胁迫后7个候选CcHsp差异表达。CcHsp20.102经高温胁迫后在雌、雄成虫体内的表达量分别上调1 000和500倍;CcHsp70-5经高温胁迫后在雌、雄成虫体内的表达量分别上调500和450倍;幼虫经高、低温胁迫后,CcHsp19.855CcHsp70-5表达差异显著。【结论】通过绿豆象全长转录组测序数据共鉴定出31个完整的热激蛋白超家族基因成员,分为4个亚家族,家族间蛋白结构、保守结构域和基因表达特征存在差异。CcHsp20.102和CcHsp70-5可能在成虫抵御高温胁迫中行使重要功能,而幼虫的高温耐受性可能与CcHsp19.855和CcHsp70-5的表达差异有关。

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    6. 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368)   HTML28)    PDF (1745KB)(420)    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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    7. 云南香格里拉不同海拔葡萄果皮酚类物质差异及成因分析
    张柯楠, 尹海宁, 王家逵, 曹建宏, 惠竹梅
    2023, 56 (19): 3879-3893.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.014
    摘要186)   HTML12)    PDF (2810KB)(254)    收藏

    【目的】酚类物质是酿酒葡萄的重要次级代谢产物,对葡萄和葡萄酒的品质有重要影响。结合土壤及气候因子研究不同海拔葡萄果皮酚类物质含量的差异及成因,为高海拔酿酒葡萄种植及葡萄品质差异化管理提供理论依据。【方法】本研究以云南香格里拉产区酿酒葡萄‘梅尔诺’(Merlot)为试材,连续3年(2020、2021、2022年)分析2个海拔(2 181、2 300 m)成熟期葡萄果皮总酚、总类黄酮、总单宁、总花色苷、单体花色苷及非单体花色苷酚类物质含量差异,同时监测葡萄生长发育期间不同海拔的光照、温度、湿度等气候因子,进而分析气候因子对葡萄果皮酚类物质的影响。【结果】两个海拔葡萄园土壤主要矿质养分无显著差异,光照、紫外线强度、温湿度等气候因子存在一定差异。海拔对葡萄果皮酚类物质含量具有显著影响,较高海拔有利于葡萄果皮酚类物质的积累。在2020—2022年,海拔(2 300 m)葡萄果皮总酚、总单宁、总花色苷、大部分单体花色苷以及槲皮素物质含量显著高于海拔2 181 m,其中总单宁含量提高幅度为56.27%—174.49%;而海拔2 181 m处葡萄果皮的总类黄酮含量显著高于海拔2 300 m,提高32.25%—79.48%。OPLS-DA分析显示,两个海拔葡萄果皮酚类物质的主要差异化合物为总单宁(TTC)、总类黄酮(TFo)、二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷(Mv)、二甲花翠素-3-O-(6-O-乙酰化)葡萄糖苷(Mv-Ace)、花青素-3-O-葡萄糖苷(Cy)以及甲基花青素-3-O-葡萄糖苷(Pn)。灰色关联分析显示,葡萄生长季昼夜温差对葡萄果皮总酚和总类黄酮含量影响较大;光照强度和紫外线强度对果皮总花色苷、单体花色苷和槲皮素含量影响较大;3种单体花色苷(Pt、Pn-Ace和Pn-Cou)和槲皮素含量主要受葡萄转色期(7月)光照强度的影响。【结论】不同海拔昼夜温差、光照强度和紫外线强度是引起葡萄果皮酚类物质含量显著差异的主要气候因素。高海拔下较大的昼夜温差、光照强度和紫外线强度有利于葡萄果皮总酚、槲皮素、总花色苷及其单体物质的积累。

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    8. 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219)   HTML7)    PDF (1411KB)(148)    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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    9. 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396)   HTML42)    PDF (1989KB)(467)    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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    10. 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225)   HTML20)    PDF (5463KB)(299)    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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    11. 柑橘黄化花叶病毒的实时定量PCR检测及其在寄主植株中的时空分布规律
    曹鹏, 许建建, 李楚欣, 王新亮, 王春庆, 宋晨虎, 宋震
    2023, 56 (18): 3574-3584.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.007
    摘要169)   HTML10)    PDF (1701KB)(211)    收藏

    背景】柑橘黄化花叶病毒(citrus yellow mosaic virus,CYMV)是首先发现于印度并对其柑橘产业造成严重危害的一种杆状DNA病毒。目前,CYMV已被美国、日本、新西兰、欧洲和地中海地区列入检疫性有害生物名单,具有传入我国的潜在风险。【目的】建立CYMV的实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,qPCR)检测体系;筛选CYMV敏感柑橘品种;明确CYMV在寄主植株中的时空分布规律,为该病毒的监控提供技术支持。【方法】根据NCBI中CYMV外壳蛋白(coat protein,CP)基因保守序列,利用软件Primer Premier 5设计qPCR检测引物8对,通过常规PCR筛选扩增效果好、特异性强的引物。通过对引物浓度、退火温度等反应条件优化,建立CYMV的qPCR检测体系,并进一步通过对不同柑橘病原的检测评价所建体系的特异性;以梯度稀释的1.98×109—1.98 copies/μL的质粒标准品平行进行常规PCR及qPCR检测,评价所建方法的灵敏度;随机采集田间柑橘样品,平行进行常规PCR及qPCR检测,评价所建方法的适用性。将CYMV接种到玉环柚(Citrus grandis)、强德勒柚(C. grandis)、22号枳(Poncirus trifoliata)等15个柑橘品种,进行症状观察和分子检测以筛选敏感指示植物。在接种后不同时间,分别自MV甜橙(C. sinensis)植株不同组织部位取样,以柑橘生长因子1α基因为内参基因,利用所建体系进行qPCR检测,从而明确CYMV在寄主植株中的时空分布规律。【结果】建立了CYMV的qPCR检测体系,其最佳引物为CYMV-qF7/R7,最佳引物浓度为200 nmol·L-1,最佳退火温度为63 ℃。该检测体系的特异性强,检测灵敏度是常规PCR的1 000倍。对来自不同地区的660个田间柑橘样品的检测结果表明,qPCR检测与常规PCR检测结果一致,除阳性对照外均未检测到CYMV阳性植株。不同柑橘品种接种试验结果表明,15个柑橘品种中,玉环柚和强德勒柚最早表现出强烈的黄化花叶典型侵染症状,可以作为敏感指示植物。qPCR检测结果表明,老叶中的CYMV滴度最高,老皮和根病毒滴度较高,嫩皮中的滴度较低。CYMV在植株中的相对含量,7—9月最高,此后逐月下降,并在次年1月达到最低值,从次年2月开始,CYMV的相对含量开始上升,与环境温度变化趋势一致。【结论】建立了特异性强、灵敏度高的CYMV实时荧光定量PCR检测方法,利用该方法明确了CYMV在寄主植株中的时空分布规律。此外,玉环柚和强德勒柚可作为CYMV敏感指示植物。

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    12. 长期施有机肥对设施番茄土壤稀有和丰富细菌亚群落的影响
    刘蕾, 史建硕, 张国印, 郜静, 李玭, 任燕利, 王丽英
    2023, 56 (18): 3615-3628.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.010
    摘要164)   HTML8)    PDF (1914KB)(162)    收藏

    目的】将稀有和丰富细菌亚群落从整体群落中加以区分并探索两者分别对长期施肥的响应特征,为解析农业活动对微生物多样性与土壤功能稳定性之间的关系提供新视角。【方法】基于设施番茄长期定位试验,采集4个不同处理土壤样品:不施肥(M0)、低量有机肥5.68 t·hm-2(M1)、中量有机肥8.52 t·hm-2(M2)和高量有机肥11.36 t·hm-2(M3),利用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析稀有和丰富细菌亚群落多样性、群落组成、共现网络和潜在功能差异,阐明两者对长期施肥的响应规律,并探讨驱动稀有和丰富细菌亚群落多样性和施肥响应差异的关键环境因素。【结果】稀有细菌亚群落α和β多样性均显著高于丰富细菌亚群落,且物种组成和潜在功能也与丰富细菌差异明显。功能预测结果显示丰富细菌负责设施农田主要生态系统功能,如养分和能量代谢,而稀有细菌更多体现在辅助功能上(例如辅酶代谢),为微生物群落功能冗余做出贡献。不同细菌亚群落多样性和组成对长期施肥响应差异较大,其中,与不施肥相比,长期施用有机肥和化肥使稀有细菌亚群落丰富度显著提高19.8%—53.8%、多样性显著提高5.8%—8.0%,总相对丰度显著提高1.1—1.2倍,改变稀有细菌亚群落组成和结构,并且随着有机肥施用量增加,稀有细菌丰富度显著提升,亚群落组成和结构也发生显著变化;与之相比,长期施肥并未显著改变丰富细菌亚群落多样性,仅群落组成受到影响。同时,细菌共现性网络复杂度随有机肥施用显著增加,且稀有细菌更敏感。非度量多维度分析(NMDS)和Mantel检验结果均显示,影响稀有和丰富细菌亚群落的关键环境因子不同,其中,土壤有机质、全量氮磷有效磷、速效钾、pH、大中团聚体等多种与确定性过程相关的土壤因子显著影响丰富细菌亚群落,结构方程模型(SEM)进一步显示土壤有机质和全磷直接驱动丰富细菌多样性变化;而稀有细菌亚群落受环境过滤的影响程度明显下降,且群落分散性更强,暗示两种亚群落构建机制可能存在差异。【结论】与丰富细菌和整体群落相比,稀有细菌亚群落呈现更高的多样性和独特的群落组成,提高微生物群落功能冗余;长期施肥主要通过影响稀有细菌(即提高多样性、改变群落组成、增加网络复杂度)而非丰富细菌,从而改变细菌整体群落,并且介导稀有和丰富细菌亚群落构建的环境因素也不相同。

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    13. 宽皮柑橘褐斑病抗性的全基因组关联分析
    杨胜男, 程莉, 谈月霞, 朱延松, 江东
    2023, 56 (18): 3642-3654.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.012
    摘要172)   HTML12)    PDF (2918KB)(196)    收藏

    目的】挖掘宽皮柑橘褐斑病抗性基因及抗病资源中的相关基因型,为柑橘品种抗褐斑病改良提供依据。【方法】在夏秋两季对136份宽皮柑橘离体叶片进行褐斑病病菌接种试验,将两次试验结果取交集,得到121份宽皮柑橘的褐斑病感抗结果。用121份宽皮柑橘表型对前人开发的CAPS进行验证,再对这121份宽皮柑橘的表型结果与利用简化基因组获得的SNP基因型结果进行主成分分析、GWAS分析和Fst分析,获得宽皮柑橘褐斑病抗性相关SNP位点。对通过GWAS获得的SNP进行基因型分析,在所有候选SNP的上下游25 kb范围内选取候选基因,根据phytozome注释对候选基因进行筛选。在感病资源‘秤砣红橘’和抗病资源‘新克里曼丁’接种褐斑病病菌24、48和72 h后,利用实时荧光定量PCR对筛选出的基因进行表达量分析。【结果】发现在121份宽皮柑橘中,温州蜜柑和克里曼丁类等67份资源表现抗褐斑病,大部分红橘和椪柑等54份资源感褐斑病。本研究发现前人开发的CAPS准确率为76.86%,其相关性为中等程度相关。以-log10(P)>4.5为标准,GWAS筛选出6个强关联SNP;以Fst>0.38为标准,Fst筛选出8个SNP。GWAS筛选出的6个SNP的基因型与宽皮柑橘抗褐斑病表现为强相关,其中位于3号染色体上24 838 146 bp位置处Ciclev10021676的SNP1基因型对宽皮柑橘抗褐斑病区分能力最强。从14个SNP中筛选出Ciclev10018604Ciclev10023485Ciclev10023486Ciclev10024586Ciclev10019874等5个基因。这5个基因在‘秤砣红橘’接种病原菌后表达量上调,且都在48 h后表达量达到最高,上调倍数高达90倍。【结论】通过GWAS挖掘出3号染色体上24 838 146 bp位置的SNP与宽皮柑橘褐斑病抗病性相关性最显著,相关系数为0.641。并且该位置的基因型能比较有效地将抗性资源和感病资源进行区分。挖掘到Ciclev10019874Ciclev10018604Ciclev10023485Ciclev10024586Ciclev10023486等5个调控宽皮柑橘抗褐斑病的候选基因。

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    14. 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438)   HTML39)    PDF (570KB)(516)    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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    15. 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557)   HTML141)    PDF (1718KB)(520)    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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    16. 绿洲灌区密植减量施氮玉米的水分利用特征
    焦智辉, 陈桂平, 范虹, 张金丹, 殷文, 李含婷, 王琦明, 胡发龙, 柴强
    2023, 56 (16): 3088-3099.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.004
    摘要187)   HTML34)    PDF (589KB)(216)    收藏

    【目的】针对干旱灌区水资源有限、玉米生产氮肥投入过高、水分利用效率(WUE)低等问题,探讨密植补偿减量施氮对玉米水分利用效率负效应的可行性,为建立玉米节氮、水分高效利用技术提供理论依据。【方法】于2019—2022年在甘肃武威设置裂区试验,主区设减量施氮(N1,270 kg·hm-2)和传统施氮(N2,360 kg·hm-2)两个水平,裂区设传统密度(M1,78 000株/hm2)、中密度(M2,103 500株/hm2)和高密度(M3,129 000株/hm2)3个水平,N2M1为对照,重点研究施氮、种植密度及两者互作对玉米耗水特性、水分利用效率的影响。【结果】试验年度内,减量施氮较传统施氮处理耗水量降低4.7%,高、中密度较传统密度处理耗水量分别增大8.4%、4.2%,减量施氮与中密度组合(N1M2)与对照相比耗水量无显著差异。玉米籽粒产量随施氮量的减少而降低,中密度较高密度、传统密度显著提高了籽粒产量,减量施氮与中密度组合较对照提高了籽粒产量。减量施氮较传统施氮处理籽粒产量降低了4.6%,中密度较高密度、传统密度处理籽粒产量分别提高5.6%、8.2%,N1M2较N2M1籽粒产量提高4.3%。减量施氮降低了灌溉水分利用效率(IWUE),但能够保持与传统施氮相同的WUE;中密度有利于提高玉米IWUE和WUE,补偿减量施氮导致的水分利用效率下降。4年内,减量施氮使玉米IWUE降低4.5%,但WUE未显著下降;中密度较传统密度、高密度处理的IWUE分别提高8.6%、6.4%,WUE分别提高4.5%、10.1%;中密度对减量施氮IWUE和WUE的补偿效应分别为4.3%和5.2%。【结论】在干旱灌区,玉米全生育期施氮270 kg·hm-2、密度103 500株/hm2较现有水氮管理水平提高了产量和水分利用效率,是适用于该区域的玉米节氮、水分高效利用生产技术。

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    17. 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198)   HTML30)    PDF (4898KB)(288)    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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    18. 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212)   HTML22)    PDF (1219KB)(368)    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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    19. 利用SLAF-seq简化基因组数据挖掘甜橙果实品质性状基因
    李仁静, 申晚霞, 赵婉彤, 程莉, 李沛, 江东
    2023, 56 (16): 3168-3182.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.010
    摘要173)   HTML14)    PDF (2593KB)(107)    收藏

    【目的】通过对240份不同甜橙资源群体利用SLAF-seq测序数据进行Fst与XP-CLR选择性清除分析,挖掘调控甜橙中优良性状的相关基因,为甜橙的分子育种工作提供重要参考。【方法】对国家柑橘种质资源圃(重庆)中保存的具有广泛遗传多样性和不同地理来源的240份甜橙种质资源进行SLAF-seq测序,获得全基因组范围内的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)基因型数据和单果重、果脐有无、可滴定酸含量等性状的表型数据,分析不同亚群之间Fst与XP-CLR数值。【结果】采用SLAF-seq技术对240份甜橙进行测序,共获得497.82 Mb短读数据,用BWA软件将测序数据比对到甜橙参考基因组上,取GATK和samtools两种方法得到的SNP标记交集,共得到1 467 968个SNP。利用Fst与XP-CLR分析筛选出了与甜橙果脐有无、单果重以及可滴定酸相关的候选基因。对受选择SNP位点附近区域进行基因注释,结果表明基因orange1.1g044639m和orange1.1g023641m参与编码生长素外排载体,可能与脐的形成相关;orange1.1g023641m在单果重性状中的Fst得分最高,其参与编码E3泛素连接酶,可能影响果实大小和重量,orange1.1g046891m可能通过调节碳水化合物的形成来影响果实重量;orange1.1g011684m编码丙酮酸脱氢酶二氢硫辛酰胺转乙酰基酶,其CDS序列发生碱基突变,可能影响了柠檬酸在不同品种间的含量;orange1.1g034502编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,基因注释功能与磷酸化/去磷酸化相关。【结论】本研究利用Fst方法对甜橙的SLAF-seq数据进行筛选。最终在甜橙资源的有无果脐、单果重和可滴定酸等性状上筛选出了6个相关的基因,可作为后期验证的候选基因,为甜橙品种的定向改良提供了依据。

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    20. 椰子汁煮制对文昌鸡食用品质的影响
    吴予灿, 张紫涵, 赵桂苹, 魏立民, 黄峰, 张春晖
    2023, 56 (16): 3199-3212.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.012
    摘要174)   HTML13)    PDF (584KB)(128)    收藏

    【目的】明确椰子汁煮制文昌鸡的品质特征,为文昌鸡和椰子汁成分互作机理的研究和标准化生产提供有效依据。【方法】以文昌鸡和海南椰青为主要原料,利用电子鼻、气相色谱-质谱联用技术,结合气味活性值和主成分分析,对椰子汁煮制文昌鸡和水煮文昌鸡鸡胸肉和鸡腿肉的气味物质进行分析对比,利用电子舌、游离氨基酸和核苷酸检测技术对鸡胸肉和鸡腿肉的滋味物质进行分析,并且测定鸡肉和椰子汁的理化指标,以及椰子汁煮制鸡肉和水煮鸡肉的蒸煮损失、质构指标,明确经过椰子汁煮制后文昌鸡品质特征的变化。【结果】鸡腿肉中蛋白含量为21.0 g/100g,脂肪含量为3.08 g/100 g,鸡胸肉中蛋白含量为23.6 g/100 g,脂肪含量为1.29 g/100 g;椰子汁中的还原糖含量为4.75 g/100 g;椰子汁煮制的鸡肉和水煮鸡肉相比,蒸煮损失较高,两者质构指标相关性不显著(P>0.05);经过椰子汁煮制后鸡肉中新产生了2-庚醛、(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,5-二甲基苯甲醛、2-十一烯醛5种醛类物质,电子鼻基本上可以将水煮鸡腿肉和椰子汁煮制鸡腿肉的挥发性物质区分开;经过椰子汁煮制后鸡腿肉和鸡汤的甜味氨基酸含量上升,但水煮鸡腿肉、鸡胸肉以及肉汤中的鲜味氨基酸均比椰子汁煮制后鸡肉的含量高;椰子汁煮制的鸡肉中鲜味核苷酸5'-AMP、5'-IMP和5'-GMP含量均高于水煮鸡肉。【结论】在文昌鸡不同部位中,鸡腿肉脂肪含量较高而鸡胸肉蛋白含量较高;椰子汁煮制可以提高文昌鸡肌肉核苷酸及鸡腿肉中游离氨基酸含量,对滋味有显著提升作用;椰子汁煮制增加了文昌鸡鸡腿肉中的醛类化合物种类,鸡腿肉比鸡胸肉有更好的风味形成效果。

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    21. 基于单克隆抗体的非洲马瘟病毒间接ELISA抗体检测方法的建立与应用
    郭奎, 张泽楠, 王垚鑫, 李帅杰, 初晓雨, 郭巍, 胡哲, 王晓钧
    2023, 56 (16): 3237-3246.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.015
    摘要172)   HTML18)    PDF (563KB)(98)    收藏

    【目的】为有效应对非洲马瘟(African horse fever, AHS)传入我国的风险,研究建立一种基于单克隆抗体(Monoclonal antibody, Mab)的非洲马瘟病毒(African horse fever virus, AHSV)特异性的间接ELISA(indirect ELISA, iELISA)抗体检测方法,利用该方法对我国马匹进行非洲马瘟抗体监测。为有效诊断非洲马瘟提供血清学检测手段。【方法】首先利用AHSV VP7抗原免疫小鼠制备针对VP7抗原的单克隆抗体;其次通过对包被抗体浓度、蛋白浓度、血清稀释度、酶标二抗稀释度等反应条件的优化建立AHSV iELISA抗体检测方法。利用1 000份血清确定该方法的临界值,并评估该方法的敏感性和特异性。由3位试验操作者分别对AHSV 敏控阳性血清进行加速试验测定效价,评估该方法的稳定性。通过利用建立的方法对已知的10份AHSV阳性血清和400份阴性血清进行检测并与国外商品化试剂盒检测结果进行比较;最后用该方法对我国2021年18个省份或地区的947份临床样本进行检测来评估我国马匹中AHSV感染风险。【结果】获得了5株针对AHSV VP7抗原的单克隆抗体。通过对5株单克隆抗体筛选确定3G9单克隆抗体捕获抗原性能最佳。利用3G9抗体作为包被抗体,通过对不同反应条件优化建立了AHSV iELISA抗体检测方法。确定该方法的临界值为0.25;经比对试验证实本研究建立的AHSV iELISA方法的敏感性与商品化试剂盒相当。3位操作者分别对敏控血清进行检测,组内变异系数范围分别为3.19%—7.02%、0%—3.11%、0.27%—5.76%,组间变异系数为1.17%—5.03%。37 ℃加速试验表明AHSV阳性血清7 d内效价稳定,因此证明该方法具有良好的稳定性。该方法与商品化试剂盒进行比较两者总体符合率为100%。通过对我国18个省或地区的947份马血清进行检测,结果表明AHSV抗体阳性率为0%。【结论】成功筛选到了针对AHSV VP7的单克隆抗体,建立了一种基于单克隆抗体的AHSV iELISA抗体检测方法,该方法具有特异性强、敏感性高、稳定性好,可以实现临床样本中AHSV抗体的检测,因此可以作为AHS血清学监测的一种有效工具。

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    22. 基于毒性表型和基因型的主要冬繁区小麦条锈菌群体遗传分析
    高新培, 赵鋆, 刘博凡, 郭一, 康振生, 詹刚明
    2023, 56 (14): 2629-2642.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.001
    摘要295)   HTML37)    PDF (1592KB)(292)    收藏

    【目的】明确中国主要冬繁区小麦条锈菌群体毒性结构和遗传多样性,为冬繁区及黄淮海麦区小麦条锈病的防控及小麦抗性基因的合理布局提供参考依据。【方法】从四川盆地、湖北和河南南部等主要冬繁区采集并分离得到148个小麦条锈菌菌株,利用中国鉴别寄主和单基因系鉴别寄主进行毒性表型鉴定;并利用17对KASP-SNP引物对菌株进行标记,完成基因型分析。【结果】基于中国鉴别寄主共鉴定出14个已知小种和63个未知致病类型,其中CYR34(16.2%)、G22-14(12.2%)、CYR32(6.8%)、CYR33(5.4%)为优势小种(致病类型);基于单基因系鉴别寄主鉴定得到113个小种(致病类型),其中race1(7.4%)、race2(3.4%)、race3(3.4%)为优势小种(致病类型)。贵农22类群是中国冬繁区小麦条锈菌群体的最大流行类群,供试条锈菌均不侵染携带Yr5Yr15的单基因系品种。单基因系毒性鉴定及分子标记均显示CYR34和G22-14的毒性表型及基因型呈现多样化,表明这两个优势小种内部存在高度分化。基于两套鉴别寄主的毒性数据聚类显示,四川盆地与湖北南部条锈菌群体相似,而湖北西北部与河南南部条锈菌群体相似;基于KASP-SNP分子数据的遗传聚类显示,四川盆地、湖北南部条锈菌群体与湖北西北部、河南南部条锈菌群体基因型存在分化;Structure分析显示四川盆地、湖北南部群体主要有2种遗传背景,湖北西北部、河南南部群体主要有一种遗传背景;群体遗传分化分析显示四川盆地条锈菌群体与河南南部条锈菌群体二者Fst值最大,为0.118,遗传差异最大且遗传分化明显;湖北西北部群体与河南南部群体遗传分化程度最小,Fst值为0.010;基因流分析得到湖北西北部群体与河南南部群体之间的Nm值为25.236,Nm>4,二者存在较大的基因流,湖北西北部和河南南部群体与四川盆地群体之间的Nm值分别为2.923和1.864,均存在较小的基因流;遗传多样性分析结果表明,四川盆地、湖北南部地区条锈菌群体遗传多样性水平均较高,湖北西北部、河南南部条锈菌群体遗传多样性水平较低。上述结论均支持四川盆地、湖北南部群体同湖北西北部、河南南部群体存在遗传分化。【结论】单基因系鉴别寄主能够精准地进行中国小麦条锈菌小种鉴定;中国主要冬繁区的小麦条锈菌群体存在不同来源。

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    23. 水氮减量条件下地膜玉米免耕轮作小麦的水分利用特征
    曹永刚, 徐龙龙, 柴强, 胡发龙, 殷文, 樊志龙, 王琦明, 赵财
    2023, 56 (14): 2660-2672.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.003
    摘要196)   HTML24)    PDF (622KB)(166)    收藏

    【目的】针对河西绿洲灌区资源型缺水严重,作物生产中地膜和水氮投入量大且利用率低等问题,探讨水氮减量条件下免耕一膜两年用对后茬作物水分利用特征的影响,为构建试区水氮减量和水分高效利用技术提供实践依据。【方法】2019—2021年,开展三因素裂区试验,设传统翻耕(CT)和免耕一膜两年用(NT)2种耕作方式,减量20%灌水量(I1,1 920 m3·hm-2)和传统灌水量(I2,2 400 m3·hm-2)2个灌水水平,减量40%施氮(N1,135 kg·hm-2)、减量20%施氮(N2,180 kg·hm-2)和传统施氮(N3,225 kg·hm-2)3个施氮水平,研究不同处理的耗水量、棵间蒸发量和水分利用效率。【结果】一膜两年用可优化小麦播前土壤水分环境、减少小麦生育期内无效耗水。与CT相比,NT有利于提高小麦播前土壤含水量和贮水量,分别提高了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%;可降低小麦全生育期总耗水量(ET)、总棵间蒸发量(E)和蒸散比(E/ET),降低幅度分别为3.5%—4.2%、19.0%—20.2%和16.8%—19.3%。随着灌水和施氮量减少,耗水量、棵间蒸发量、E/ET 3个指标随之降低,与I2相比,I1的3个指标分别降低了6.1%—6.4%、10.8%—11.1%和5.5%—6.0%;与N3相比,N2、N1的3个指标分别降低了2.2%—3.9%、4.2%—10.9%和1.7%—7.2%;耕作方式、灌水交互作用下,NTI1较CTI1耗水量、E/ET分别降低了0.6%—6.6%和17.4%—17.6%;免耕一膜两年用集成水氮减量进一步优化耗水结构,与CTI2N3相比,NTI1N2的3个指标分别降低了11.0%—12.9%、28.3%—47.6%和22.5%—26.4%。与CT相比,NT显著提高小麦籽粒产量和水分利用效率,分别提高了4.8%—6.3%和9.0%—9.5%。在NT和CT条件下,I1N2与I2N3、I2N2小麦籽粒产量和水分利用效率(WUE)差异不显著;比较不同处理下的小麦籽粒产量和水分利用效率,以NTI1N2最高,与对照CTI2N3相比,籽粒产量和WUE分别提高了5.1%—6.6%和5.7%—6.2%。【结论】在河西灌区,免耕一膜两年用玉米轮作小麦,在全生育期灌水1 920 m3·hm-2、施氮180 kg·hm-2,是适用于该区的水氮节约小麦高产和水分高效利用的生产技术。

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    24. 过表达拟南芥NPR1增强黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性
    冯向君, 王宏宇, 于静, 池春玉, 丁国华
    2023, 56 (14): 2701-2712.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.006
    摘要153)   HTML19)    PDF (2293KB)(422)    收藏

    【背景】黄瓜易感多种病害,特别是枯萎病和白粉病,化学药物防治虽然有效但因残留高和不易降解而被限制使用,培育广谱、持久抗病的黄瓜品种是解决这一难题的根本策略。病程相关基因非表达子1(nonexpressor of pathogenesis- related genes 1,NPR1)是系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的关键调控因子,参与调控多种防御相关基因的表达,影响植物的抗病能力。【目的】在黄瓜中过表达AtNPR1,探究转基因黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性,为培育抗病能力更强、更持久的黄瓜品种提供试验依据。【方法】通过克隆拟南芥AtNPR1,构建AtNPR1过表达载体,利用农杆菌介导法转化黄瓜,获得过表达AtNPR1的转基因黄瓜植株,利用实时荧光定量PCR方法测定转基因植株中相关防御基因的表达量。选择T0代转基因植株进行枯萎病的抗性鉴定,T1代转基因植株进行白粉病的抗性鉴定,测定转基因植株接种枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum)和白粉病菌(Golovinomyces cichoracearum)后,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等抗氧化酶活性变化及丙二醛(malondialdehyde,MDA)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量的变化。【结果】成功获得8株T0代转基因植株,OE#4和OE#5为AtNPR1高表达植株,OE#3为AtNPR1低表达植株;通过对转基因植株中相关防御基因的表达量分析发现,过表达AtNPR1的转基因植株中多个相关防御基因表现更强、更快的表达,并且防御基因的表达量与AtNPR1在转基因植株中的表达量呈正相关。其中,PR1PR4WRKY70的表达量上调极为显著。转基因植株的抗病性鉴定结果表明,在枯萎病和白粉病的胁迫下,转基因植株表现出更显著的抗性,发病缓慢、症状轻微,病斑面积显著低于野生型(WT)植株。转基因T0代植株OE#4和OE#5在接种枯萎病菌3 d后未出现明显病斑,接种7 d后出现灰褐色病斑,但未呈现萎蔫等状态;WT植株在接种3 d时出现灰褐色病斑并且轻微萎蔫,7 d时叶片出现严重萎蔫。接种白粉病菌7 d后,T1代植株OE#2和OE#7和WT植株均出现病斑,但OE#2和OE#7植株病斑面积显著低于WT植株;接种15 d后WT植株出现叶片黄化失绿,而转基因植株OE#2和OE#7病情较轻。与WT植株相比,接种病原菌后,转基因植株中MDA含量较低,SOD、POD、CAT活性保持较高水平,ROS含量累积较少。【结论】黄瓜中过表达AtNPR1可以提高黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性。

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    25. 我国小麦和玉米相对产量差时空变异及其对氮肥的响应
    申哲, 韩天富, 曲潇林, 马常宝, 王慧颖, 柳开楼, 黄晶, 都江雪, 张璐, 刘立生, 李继文, 张会民
    2023, 56 (14): 2724-2737.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.008
    摘要185)   HTML19)    PDF (757KB)(200)    收藏

    【目的】探究近15—20 年我国小麦和玉米相对产量差的时空变异特征、影响因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应,为氮肥的合理施用及实现小麦和玉米的高产稳产提供理论依据。【方法】基于农业农村部耕地土壤质量监测数据,用施肥区与无肥区作物产量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量(RY),利用高产农户统计法获取最高相对产量(HRY)、平均相对产量(ARY)和相对产量差(GRY),根据无肥区产量划分低、中、高基础地力水平,量化不同基础地力水平下小麦、玉米相对产量差与氮肥用量的关系,并结合随机森林模型探讨施肥和土壤因素对相对产量差影响的重要程度。【结果】全国小麦的HRY为3.83—6.75 t·hm-2,ARY为2.10—3.42 t·hm-2,GRY为1.73—3.33 t·hm-2,相对产量差占最高相对产量的44.64%—49.06%。小麦HRY、ARY和GRY均是华北区>长江中下游区>西北区>西南区。玉米的HRY为6.53—8.20 t·hm-2,ARY为3.37—4.12 t·hm-2,GRY为3.16—4.08 t·hm-2,相对产量差占最高相对产量的44.78%—50.52%。玉米HRY、ARY和GRY均是东北区>华北区>西南区>西北区。除华北区外,各个区域HRY和GRY均随监测时间的延长呈上升趋势。除西北区外,在低、中地力土壤上GRY随着氮肥施用量的增加而降低,而在高地力土壤上,下降不显著。华北区小麦和玉米、长江中下游区小麦和东北区玉米在低、中地力土壤均出现了氮肥施用平衡点。整体而言,在低、中地力土壤上,氮肥施用量和土壤有机质含量是影响小麦和玉米GRY相对重要的因子;高地力土壤上,钾肥用量对长江中下游和华北区的GRY影响较大,有机质含量对西北和西南区的GRY影响显著。【结论】土壤地力水平越高,施用氮肥降低相对产量差的效应越低,高地力土壤应适当减施氮肥。为保证作物增产的同时避免氮肥的浪费和环境风险,建议氮肥施用量不宜超过其平衡点,即华北平原低、中地力土壤上小麦氮肥推荐施用量分别为260.6和159.2 kg·hm-2,玉米分别为262.6和246.0 kg·hm-2;长江中下游区低、中地力土壤上小麦分别为199.5和187.5 kg·hm-2;东北区低、中地力水平土壤上玉米分别为259.5和228.0 kg·hm-2。西南区低、中地力和西北区低地力土壤,应适当增加氮肥投入。此外,长江中下游和华北区高地力土壤上还应注重施用钾肥,西北、西南区应当将提升土壤有机质作为增产的主要措施。

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    26. 激光共聚焦显微法测定面团面筋网络结构的影响因素
    姜继凯, 张影全, 郭波莉, 杨静洁, 黄璐瑶, 李明, 钟耕
    2023, 56 (14): 2787-2797.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.013
    摘要133)   HTML14)    PDF (13385KB)(102)    收藏

    【目的】面团样品切片、混合染色剂浓度以及染色时间是激光共聚焦显微镜测定面团面筋网络结构的关键影响因素。本研究旨在分析这些因素对面团面筋网络结构测定结果的影响规律,进而优化出最佳的切片厚度和染色条件,为面团面筋网络结构及面制品品质高质量研究提供技术支撑。【方法】选取面筋筋力不同的两个小麦品种郑麦366(Z366)和小偃22(X22)为试验材料,磨粉制作成面团,并分别冷冻0 d和1 d;用冷冻切片机将面团分别切成10、14和20 μm厚度的薄片,并配制不同浓度罗丹明B(RDB)和异硫氰酸荧光素(FITC)混合染液,分别染色1、10和20 min,分析这些因素对激光共聚焦显微法(CLSM)测定面团面筋网络结构的影响。【结果】切片厚度为10 μm时,郑麦366(Z366)和小偃22(X22)面团的面筋网络结构均最清晰,且在此切片厚度下,两个品种冷冻0 d和冷冻1 d的面团面筋网络结构之间的差异均最显著(P<0.01)。染色条件研究结果表明,低浓度染色剂(0.001%+0.01%)染色时间越长,面筋蛋白网络结构呈现越清晰;高浓度染色剂(0.025%+0.25%)在染色1 min时,面筋网络结构呈现最佳,染色10 min时,面筋网络结构最差。【结论】面团切片厚度10 μm,不同筋力和不同冷冻处理的面团网络结构差异最大,即面筋网络结构区分效果最明显;在此切片厚度条件下,当不考虑时间成本时,运用低浓度混合染色剂染色20 min面筋网络结构呈现效果最佳;当需要节省时间并观察淀粉颗粒细微结构时,使用高浓度染色剂染色1 min效果最好。

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    27. 欧亚类禽H1N1猪流感病毒抗原性变异关键氨基酸的鉴定与分析
    张乃心, 许程志, 杨玉莹, 张亚萍, 万云飞, 乔传玲, 陈化兰
    2023, 56 (14): 2828-2836.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.016
    摘要115)   HTML5)    PDF (1301KB)(192)    收藏

    【背景】流感病毒的抗原性主要是由病毒的表面糖蛋白HA决定的,前期利用欧亚类禽型H1N1猪流感病毒(EA H1N1 SIV)HA蛋白单克隆抗体(mAb)筛选抗原逃逸株发现,HA蛋白190、230和269位(H3编码)氨基酸的改变能够导致病毒发生抗原逃逸,并发现在新近分离的EA H1N1 SIV HA蛋白广泛存在这3个氨基酸的变异。【目的】进一步探索哪些氨基酸对病毒的抗原性具有关键作用,为流感的防控提供科学依据。【方法】选取一株病毒A/swine/Liaoning/SY72/2018(H1N1) SY72为模式病毒,建立该病毒的反向遗传系统(RGS),又以SY72为骨架,拯救含有HA基因190、230和269单点突变重组病毒;利用rSY72病毒制备灭活疫苗,分别免疫SPF鸡和非免疫猪制备其相应的血清,通过中和试验和血凝抑制(HI)试验分析病毒的抗原性,确定影响病毒抗原性的关键氨基酸位点;继而评估HA蛋白不同位点氨基酸的改变对病毒复制特性及受体结合特性等的影响。【结果】分析SY72病毒的HA氨基酸序列发现,该病毒HA蛋白分别含有190D、230M和269R。利用反向遗传技术,分别拯救了病毒rSY72及单点突变病毒rSY72HA/D190N、rSY72HA/M230I和rSY72HA/R269M;中和试验结果表明,与rSY72相比较,3株突变病毒均能够与两株mAbs发生一定反应;HI试验结果显示,与rSY72相比较,突变病毒rSY72HA/D190N与rSY72免疫鸡血清和猪血清的反应减弱,HI抗体效价分别出现了4倍和8倍的差异,而病毒rSY72HA/M230I和rSY72HA/R269M与两种血清的反应差异不明显,表明HA蛋白190位氨基酸改变对病毒的抗原性影响最为明显;病毒蚀斑测定及复制动力学研究结果发现D190N 的氨基酸替换导致病毒rSY72HA/D190N在MDCK细胞上形成的蚀斑减小,而R269M的氨基酸替换导致病毒rSY72HA/R269M在MDCK细胞上的复制能力下降;3个位点的氨基酸替换均未影响病毒的受体结合特性。【结论】HA蛋白190位氨基酸对EA H1N1 SIV抗原性具有决定作用,269位氨基酸突变使得病毒在MDCK细胞上的复制能力降低。这提示在后续开展的病原学监测中要密切关注这些氨基酸的变异情况,提高对动物流感的预警预报。

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    28. 中国高粱地方品种和育成品种穗部表型性状精准鉴定及综合评价
    徐晓,任根增,赵欣蕊,常金华,崔江慧
    2022, 55 (11): 2092-2108.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.11.002
    摘要486)   HTML64)    PDF (4958KB)(233)    收藏

    【目的】 通过对高粱种质资源穗部表型多样性与遗传变异规律的研究,筛选高粱优异种质,丰富高粱穗部相关性状的遗传信息,为现有种质资源的保护、高效利用及新品种的选育等提供参考。【方法】 以320份来源于中国各地的高粱种质为供试材料,对其在2个不同生态环境下的12个穗部性状(粒长、粒宽、千粒重、籽粒硬度、籽粒容重、角质率、穗粒重、穗长、穗柄长、穗柄直径、一级枝梗长和一级枝梗数)进行精准鉴定。运用相关性分析、主成分分析、聚类分析等方法对高粱种质资源进行综合评价,并根据综合评价F值及目标性状筛选出不同突出特点的优异高粱种质。【结果】 各数量性状分布频次呈中间高两边低的分布趋势,籽粒硬度、穗粒重和籽粒容重、角质率2年间的频次分布和曲线走势分别在保定和晋中试验点较为相似,多数性状只在一个年份或单个试验点呈正态分布;除穗长和一级枝梗数外,其余性状的均值在同年两点间存在差异;12个穗部性状的平均多样性指数(H')分布范围为1.72—2.11,其中,籽粒硬度的多样性指数均值最高,一级枝梗长的多样性指数均值最低;籽粒硬度、角质率、穗粒重、一级枝梗长和一级枝梗数的变异系数均高于30.00%;所提取的4个主成分累计贡献率为65.39%;聚类分析将320份种质划分为3个类群,第Ⅰ类可作为筛选工艺(帚)用高粱的种质类,第Ⅱ类适用于粒用(酿造)高粱优异种质的选育,第Ⅲ类为穗部性状表现较差的种质;依据综合得分F值及目标性状筛选出具有不同突出特点的29份优异种质。【结论】 参试高粱种质资源穗部性状表型变异丰富,多样性程度较高;角质率和一级枝梗长的变异系数较高;粒长、粒宽、籽粒硬度、籽粒容重和穗粒重受环境条件影响较大,一级枝梗长相对稳定;筛选出优异种质29份。

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    29. 节水灌溉对水稻产量和品质影响的荟萃分析
    孟轶,翁文安,陈乐,胡群,邢志鹏,魏海燕,高辉,黄山,廖萍,张洪程
    2022, 55 (11): 2121-2134.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.11.004
    摘要408)   HTML58)    PDF (1454KB)(247)    收藏

    【目的】 与持续淹水灌溉相比,节水灌溉能够提高水分利用率。但是,节水灌溉对水稻产量和品质的影响尚不清楚。本研究采用Meta分析以探明节水灌溉对水稻产量和品质影响的综合效应。【方法】 在本研究中,以持续淹水灌溉为对照,节水灌溉为处理,筛选出了34篇文献,建立了包含263对观测值的数据库。利用Meta分析方法,针对不同试验类型、节水灌溉类型、种植制度、水稻类型、节水灌溉时期、土壤全氮、土壤质地、氮肥施用量及施用次数,探究了节水灌溉对水稻产量和品质的影响。【结果】 从总效应来看,与持续淹水灌溉相比,节水灌溉对水稻产量和品质均无显著影响。从不同的节水灌溉类型来看,与持续淹水灌溉相比,轻度节水灌溉显著提高了稻米糙米率(+0.9%)、精米率(+1.5%)和整精米率(+2.3%),对水稻产量、垩白粒率、垩白度、长宽比、直链淀粉、胶稠度和蛋白质含量无显著影响;但是,重度节水灌溉显著降低了水稻产量(-22.1%)、糙米率(-2.7%)、精米率(-2.7%)和整精米率(-3.6%),同时显著增加了稻米垩白粒率(+28.0%)和垩白度(+46.7%),对稻米长宽比、直链淀粉、胶稠度和蛋白质含量影响不显著。此外,从不同的种植制度来看,与持续淹水灌溉相比,在我国双季晚稻区进行节水灌溉显著降低了稻米蛋白质含量(-9.8%);而在双季早稻区、中稻区和单季稻区进行节水灌溉对稻米蛋白质含量影响不显著。【结论】 与持续淹水灌溉相比,轻度节水灌溉显著提高了稻米加工品质,对水稻产量、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质影响不显著;重度节水灌溉显著降低了水稻产量、加工品质和外观品质,对蒸煮食味品质和营养品质影响不显著。本研究结果为评估节水灌溉对水稻产量和品质的影响提供了数据支撑。

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    30. 基于推荐用量的我国果蔬小型害虫登记用药现状分析
    毛连纲,郭明程,袁善奎,张兰,蒋红云,刘新刚
    2022, 55 (11): 2161-2173.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.11.007
    摘要227)   HTML33)    PDF (1795KB)(79)    收藏

    【目的】 通过分析我国果蔬小型害虫登记用药现状,为果蔬小型害虫所用杀虫剂的登记管理和合理减施提供数据参考。【方法】 于2020年6月30日自中国农药信息网查询我国果蔬上登记的用于防治烟粉虱、白粉虱、蓟马、叶螨、蚜虫、介壳虫、斑潜蝇、黄条跳甲、木虱和锈壁虱10种主要小型害虫的杀虫剂,对登记的杀虫剂单剂及混剂的条目数量进行整体分析,并对所有单剂有效成分及其不同剂型的登记条目数进行分析,从中筛选出高用量单剂有效成分,分别从剂型和防治对象上进行用量分析,再将用量最高的6种有效成分、5种作物和5种防治对象进行组合,对已登记的组合进行用量分析。【结果】 登记防治蚜虫和叶螨的杀虫剂数量远多于其他类小型害虫;有效成分用量最大值、均值和范围排序前5位的小型害虫依次为叶螨、介壳虫、蚜虫、白粉虱和锈壁虱,并从中筛选出15种高用量单剂有效成分,其中石硫合剂、呋虫胺、三唑锡、吡虫啉、敌敌畏和松脂酸钠6种杀虫剂单剂有效成分存在用量差异大和离群高值点多的问题突出;登记杀虫剂单剂有效成分用量较高的剂型有结晶(粉)、水剂、可溶粉剂、水乳剂、烟剂和颗粒剂,用量较高的作物为苹果树、柑橘树、黄瓜(保护地)、黄瓜和十字花科蔬菜;三唑锡-柑橘树-叶螨和石硫合剂-苹果树-叶螨两种组合用量差异大并离群高值点多,究其原因可能与剂型和厂家有关。【结论】 为减少杀虫剂用量,减缓小型害虫抗药性发展,建议在最低有效剂量研究基础上,减少登记推荐用量异常高的农药产品,推荐有效成分用量较低的高效低风险杀虫剂品种。

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    31. 生物质炭可溶性有机物化学组成及生物活性意义
    卞荣军,刘晓雨,郑聚锋,程琨,张旭辉,李恋卿,潘根兴
    2022, 55 (11): 2174-2186.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.11.008
    摘要796)   HTML83)    PDF (1094KB)(198)    收藏

    生物质热解炭化过程中,有机可挥发组分从固相逸出,冷凝后重新吸附于生物质炭,成为其中的可溶性有机物。生物质炭可溶性有机物化学组成复杂,主要含小分子有机物与芳香类化合物且含有丰富的官能团,具有较高的化学反应活性和生物活性,可显著地改变土壤中养分元素和污染物的形态与有效性,影响土壤微生物组成与丰度,调控作物的生长与健康。依生物质原料和热解条件的差异,生物质炭可溶性有机物的化学结构与生物活性功能也不尽相同。生物质炭可溶性有机物的生物活性意义主要表现为对生物的刺激作用,但部分生物质炭可溶性有机物可能具有一定的潜在毒性风险。通过提取生物质炭可溶性有机物可生产具有生物刺激作用的商品液体有机肥,从而实现生物质炭的分值利用。未来需要进一步加强生物质炭可溶性组分的生物活性或毒性物质的鉴定及其形成机制的研究,这对于生物质炭产品的优化是十分必要的,也是应用生物质炭尽量避免环境风险的要求。

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    32. 溶质和硬质型桃果实成熟过程果肉多肽组学分析
    李昂,苗玉乐,孟君仁,牛良,潘磊,鲁振华,崔国朝,王志强,曾文芳
    2022, 55 (11): 2202-2213.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.11.010
    摘要271)   HTML42)    PDF (1380KB)(103)    收藏

    【目的】 比较溶质型和硬质型桃在果实成熟过程中肽段和前体蛋白的差异,为挖掘决定或调控成熟过程的关键多肽提供理论依据。【方法】 通过多肽组学的方法,对溶质型(‘CN13’)和硬质型(‘CN16’)桃内源性多肽特征以及前体蛋白功能进行分析,对比两种肉质桃果实在成熟衰老过程中前体蛋白和多肽的相对含量,并对差异肽段前体蛋白进行富集分析。【结果】 本研究分别提取了‘CN13’和‘CN16’两个时期(S3和S4III)的内源性肽样品进行质谱检测,共鉴定到473个前体蛋白,包含特异性肽段序列2 580条。对肽段的分子量、等电点以及剪切位点进行归纳整理,并对内源性肽段所对应的高丰度前体蛋白进行COG功能注释和pathway富集分析,结果显示前体蛋白主要参与一般功能预测、翻译后修饰、蛋白质转换、能量产生和转换以及碳水化合物运输与代谢等过程。差异肽段前体蛋白的富集分析表明,‘CN13’在成熟过程中差异肽段前体蛋白与氧化还原、活性氧代谢和电子传递链等生物学过程相关,主要参与糖酵解/糖异生、磷酸戊糖途径和RNA转运等途径;而‘CN16’差异肽段前体蛋白是与金属离子反应、无机物反应和镉离子反应等生物学过程相关,主要参与多种环境下微生物新陈代谢、剪接体和RNA转运等途径;同处在S4III时期的‘CN16’和‘CN13’差异肽段前体蛋白与基因表达、翻译和细胞大分子生物学过程相关,主要参与RNA降解、RNA转运和剪接体等途径。【结论】 ‘CN13’和‘CN16’果实在成熟过程中多肽差异显著,差异肽段前体蛋白主要涉及淀粉/蔗糖代谢、糖酵解和核糖体合成等途径,暗示这些代谢途径与桃果实成熟衰老关系密切,为进一步挖掘调控桃果实成熟衰老过程的关键多肽提供了理论参考。

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    33. 绵羊ADIPOQ多态性与生长性状的关联分析
    梁鹏,张天闻,孟科,邵顺成,邹诗凡,荣轩,强浩,冯登侦
    2022, 55 (11): 2239-2256.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.11.013
    摘要243)   HTML38)    PDF (2205KB)(71)    收藏

    【目的】 探讨ADIPOQ遗传变异对绵羊生长性状的影响,找到与宁夏优质肉羊培育中生长性状相关的分子遗传标记,为宁夏优质肉羊的分子辅助育种的研究提供依据。【方法】 首先利用液相捕获测序技术获得ADIPOQ在杜泊羊、滩羊和小尾寒羊中的变异位点,同时采集383只3个品种的不同杂交后代群体耳组织,采用飞行质谱技术对确定的SNPs位点进行基因分型检测,并使用Haploview软件对多态性位点进行连锁不平衡分析和构建单倍型,与绵羊初生和3月龄的生长性状进行关联分析。【结果】 共筛选到7个SNPs位点,且7个位点在杂交后代群体中均表现出多态性,SNP1—SNP7位点的优势基因型分别为CC、GG、GG、CT、AG、GG和AA,优势等位基因分别为C、G、G、C、G、G和A。X 2检验发现,所有位点均处于Hardy-Weinberg平衡状态(除SNP7位点在所有个体中偏离了平衡)。SNP1(F2代除外)、SNP4、SNP5和SNP6位点在各杂交后代及所有个体中均处于中度多态(0.25≤PIC<0.50),SNP2和SNP3在F2代及SNP7在H1代群体中均处于中度多态(0.25≤PIC<0.50),而在其他群体中处于低度多态(PIC<0.25)。连锁不平衡分析发现,SNP2-SNP3和SNP5-SNP6形成了两处强连锁,均构建出3种单倍型,组合后分别形成4和6种基因型,其中优势基因型分别为H1H1和H4H6。将SNP2-SNP3和SNP5-SNP6形成的单倍型再组合后产生13种基因型,其优势基因型为H1H1H4H6。单个位点关联分析表明:SNP1位点在F1代群体中,GG基因型的初生胸围显著高于CG基因型(P<0.05),在H2代群体中,CC基因型的初生体斜长显著高于CG基因型(P<0.05)。SNP2位点在H1代群体中,CC基因型的初生体高显著低于CG和GG基因型(P<0.05)。SNP3位点在F1代群体中,AG基因型的3月龄体重显著高于GG基因型(P<0.05),在H1代群体中,AA基因型的初生体高显著低于AG和GG基因型(P<0.05)。SNP4位点在F1代群体中,CC基因型的3月龄体重显著高于CT和TT基因型(P<0.05),在F2代群体中,CT基因型的初生体重和初生胸围显著高于TT基因型(P<0.05),在H1代群体中,TT基因型的初生体重显著低于CC和CT基因型(P<0.05),在H2代群体中,TT基因型的初生体高和初生体斜长显著高于CT基因型(P<0.05)。SNP5位点在F2代群体中,AA基因型的初生体高和初生体斜长显著高于GG基因型(P<0.05)。SNP6位点的不同基因型在F2代、H1代和H2代的初生体重、体高、体斜长、3月龄体高和胸围上均有不同程度的显著差异(P<0.05)。SNP7位点在H2代群体中,AA基因型的初生体斜长显著高于GA基因型(P<0.05)。联合所有群体进行分析时发现,SNP2位点CG基因型的初生体重和体斜长显著高于GG基因型(P<0.05),SNP4位点TT基因型的初生体重显著低于CC和CT基因型(P<0.05),SNP6位点AA基因型的初生体重显著高于GG和GA基因型(P<0.05)、初生胸围显著高于GG基因型(P<0.05),其他5个位点的基因型在生长性状上均无显著差异(P>0.05)。单倍型组合关联分析发现:H2H3基因型的初生体重和初生体斜长显著高于其他基因型(P<0.05);而SNP5-SNP6单倍型组合中,H5H5基因型的初生体重显著高于H5H6和H6H6(P<0.05)、初生体高显著高于H5H6(P<0.05)、初生胸围显著高于H6H6(P<0.05),H4H4基因型的3月龄体重显著高于H5H5基因型(P<0.05)、3月龄体高和体斜长显著高于H4H6基因型(P<0.05)、3月龄胸围显著高于H4H5、H5H6和H5H5基因型(P<0.05)。SNP2-SNP3和SNP5-SNP6形成的单倍型再组合后,H2H3H4H4基因型的初生体重、体高、体斜长和胸围最高,与其他基因型有不同程度的差异,H1H1H4H6的3月龄体斜长显著低于H1H2H4H4和H2H2H4H4基因型(P<0.05)。【结论】 ADIPOQ的遗传变异对绵羊的生长性状具有不同程度的影响,研究中的7个SNPs位点可以作为宁夏优质肉羊选育中生长性状的潜在分子标记。

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    34. 种子耐脱水性的生理及分子机制研究进展
    宋松泉,刘军,唐翠芳,程红焱,王伟青,张琪,张文虎,高家东
    2022, 55 (6): 1047-1063.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.001
    摘要890)   HTML115)    PDF (971KB)(431)    收藏

    耐脱水性是指生物体或组织在丧失所有或几乎所有细胞水分的状态下而不产生不可逆损伤的存活能力。种子的耐脱水性是植物在长期进化过程中保证物种生存和繁衍的适应性机制,在植物种子(质)资源保存中起关键作用。种子的耐脱水性是一个复杂的性状,其分子机理至今尚不清楚。为此,本文综述了种子耐脱水性的生理及分子机制的研究进展。研究发现,正常性种子的耐脱水性是在发育过程中逐渐形成的,在生理成熟期达到峰值;顽拗性种子在整个发育过程中对脱水敏感,不具有成熟脱水的发育阶段。成熟的正常性种子在吸胀初期保持对重新脱水的耐性,随着萌发进程,种子的耐脱水性逐渐下降,最后完全丧失;在萌发初期,种子的耐脱水性可以重建,不同组织具有不同的耐脱水性。种子和胚的耐脱水性程度与其线粒体的呼吸活性下降呈负相关性,顽拗性种子的呼吸活性高于正常性种子。脱水过程中,耐脱水性胚(轴)的H2O2含量、超氧阴离子自由基(·O2-)的产生速率和硫代巴比妥酸活性产物的含量显著低于脱水敏感性胚(轴),而活性氧清除(包括酶促和非酶促)系统的活性明显高于脱水敏感性胚(轴)。种子成熟过程中,胚胎发育晚期丰富(LEA)蛋白、小分子量热休克蛋白和非还原性棉子糖家族寡聚糖的积累与耐脱水性的形成密切相关。B3转录因子的AFL亚家族(包括ABI3(ABA INSENSITIVE 3)、FUS3(FUSCA3)和LEC2(LEAFY COTYLEDON 2))通过正向调控贮藏物和保护性蛋白的积累增加种子(胚)的耐脱水性。在整个种子发育过程中,DNA甲基化水平显著增加,随后在种子萌发过程中逐渐降低;与发育早期阶段的胚和幼苗相比,成熟胚具有较高水平的基因组甲基化。在种子中,平行的ABA和DOG1(DELAY OF GERMINATION 1)信号转导途径激活棉子糖家族寡聚糖的合成、LEA基因和HSP基因的表达,从而调控耐脱水性的起始和向休眠转变。最后,本文提出了该领域需要进一步研究的科学问题,包括利用种子及其组织的不同耐脱水性重建其模式研究系统;种子的萌发能力、耐脱水性和休眠特性都是在发育过程中起始和完成的,它们之间的相互关系仍不清楚;种子中同时存在核心ABA信号途径和DOG1信号途径,这两条途径在ABI3或者ABI3下游汇合,在种子脱水过程中哪条途径优先响应?又是如何协调?本文将为全面理解种子耐脱水性的生理及其分子机制、提高农作物的胁迫抗性与产量、改善资源库的贮藏条件和长期保存植物种子(质)资源提供参考。

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    35. 基于PLS的不同水氮条件下带状套作玉米产量预测
    谭先明,张佳伟,王仲林,谌俊旭,杨峰,杨文钰
    2022, 55 (6): 1127-1138.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.006
    摘要370)   HTML1)    PDF (2429KB)(170)    收藏

    【目的】利用高光谱数据构建一种“高光谱参数-光合色素-产量”模型间接估测套作玉米产量,为带状套作玉米产量无损预测提供技术手段。【方法】以不同年份、地点、品种、处理(氮肥、水分)的田间试验为基础,综合分析带状套作玉米各生育时期及全生育期光合色素参数与冠层高光谱参数和玉米产量的关系,明确玉米产量预测的最佳生育时期及光合色素参数,基于线性函数、二次函数和偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归法构建产量估测模型。【结果】光合色素-产量预测模型中,冠层类胡萝卜素密度的PLS产量估测模型效果最佳(R2=0.882,RMSE=0.669 t·hm-2)。光谱参数-光合色素分析中,抽雄期叶绿素含量与波段自由组合指数rRVI(534,546)相关性最好(r=0.927)。其余光合色素参数与对应光谱指数相关性均在0.797以上。在高光谱参数-光合色素-产量估测模型中,由叶绿素含量、类胡萝卜素含量、冠层叶绿素密度、冠层类胡萝卜素密度为连接点,并以光谱指数rNDVI(534,546),rRVI(531,555),rNDVI(532,546),rNDVI(531,555)为自变量构建的PLS产量预测模型效果较好(R2=0.509,RMSE=1.352 t·hm-2)。【结论】利用色素参数作为光谱数据和产量连接的桥梁,通过PLS回归法建立的预测模型,能够在带状套作玉米中,对玉米产量实现较好估测,为带状套作玉米的田间管理和生长监测提供理论和技术参考。

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    36. 广泛靶向代谢组学解析桃蚜危害对桃树次生代谢产物的影响
    闫乐乐,卜璐璐,牛良,曾文芳,鲁振华,崔国朝,苗玉乐,潘磊,王志强
    2022, 55 (6): 1149-1158.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.008
    摘要368)   HTML36)    PDF (2043KB)(195)    收藏

    【目的】阐明桃蚜(Myzus persicae)危害条件下桃树抗蚜和感蚜品种的代谢响应机制,并确定桃树响应桃蚜危害过程中起关键作用的次生代谢产物。【方法】采用抗蚜和感蚜桃树幼嫩新梢进行桃蚜危害处理,取接种3 d的桃树新梢进行次生代谢产物提取,并利用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)对抗蚜品种(品系)‘96-5-1’(9651)和枣油桃(ZYT),感蚜品种中油13号(CN13)和中农金辉(ZNJH)进行广泛靶向代谢组分析,以|log2 fold change|≥1,P-value≤0.01作为筛选差异代谢物(differentially altered metabolite,DAM)的阈值。采用OPLS-DA模型的VIP值表示抗蚜和感蚜品种之间的差异。【结果】对桃蚜危害3 d后的处理取样,处理后的样品进行广泛靶向代谢组学分析,全部样品中共鉴定出528种代谢物。通过主成分分析(PCA)、层次聚类分析(HCA)和维恩图分析,发现感蚜品种中油13号被桃蚜危害后的差异代谢物总数为7种,有2种含量下降,5种含量上升;中农金辉被桃蚜危害后的差异代谢物总数为7种,有3种含量下降,4种含量上升。抗蚜品种‘96-5-1’被桃蚜危害后的差异代谢物总数为33种,有1种含量下降,32种含量上升;枣油桃被桃蚜危害后的差异代谢物总数为55种,有12种含量下降,43种含量上升。大多数差异代谢物来自两个抗蚜品种,并且抗蚜品种中差异代谢物的变化幅度比感蚜品种更大。经过分析获得的15种次生代谢产物(6种氨基酸及其衍生物、5种酚酸、3种核苷酸及其衍生物、1种有机酸)可能与寿星桃来源的桃蚜抗性相关。【结论】抗蚜品种在桃蚜危害后显著上调的次生代谢产物可能参与桃树对桃蚜的抗性反应过程,这些次生代谢产物(氨基酸及其衍生物、酚酸类物质、核苷酸及其衍生物和有机酸)的调控是桃树抵抗桃蚜危害的重要机制。

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    37. 长期施用有机肥情景下华北平原旱地土壤固碳及N2O排放的空间格局
    王树会,陶雯,梁硕,张旭博,孙楠,徐明岗
    2022, 55 (6): 1159-1171.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.009
    摘要510)   HTML47)    PDF (3496KB)(263)    收藏

    【目的】研究施用有机肥对农田土壤固碳及温室气体排放的综合影响,为减缓全球气候变暖提供理论指导。【方法】基于长期定位试验点观测数据,利用验证后的机理过程模型——SPACSYS,结合区域数据库及ArcGIS,模拟2010—2050年华北平原旱地3种施肥情景(等氮量)即单施化肥情景(NPK)、50%化肥配施50%有机肥情景(NPKM(5:5))和30%化肥配施70%有机肥情景(NPKM(3:7))下,土壤年均固碳速率(SOCSR)、土壤N2O年均排放量和年均净全球增温潜势(NGWP)的空间格局。【结果】华北平原旱地SOCSR表现为东部较高、西部较低,较高的地区主要包括江苏省和山东省。相关分析结果表明,SOCSR与初始土壤有机碳含量呈显著负相关,逐步线性回归分析进一步表明,初始土壤有机碳含量、年均温和土壤pH是影响SOCSR的3个重要因子,共解释其变异的24%。土壤N2O年均排放量表现为中部较高、北部和南部较低,较高的地区主要包括山东省部分地区和江苏省。相关分析结果表明,土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳含量呈显著正相关。总体来看,与NPK情景相比,NPKM(5:5)和NPKM(3:7)两种情景均增加华北平原旱地SOCSR、降低土壤N2O年均排放量,其中SOCSR(233和236 kg C·hm-2·a-1)分别增加了79%和82%,土壤N2O年均排放量(15.8和14.4 kg N·hm-2·a-1)分别降低了21%和28%,NGWP(6.6和5.9 t CO2-eq·hm-2·a-1)分别降低了26%和34%。【结论】长期来看,相比传统的单施化肥模式,化肥配施有机肥有利于华北平原旱地土壤固碳、土壤N2O减排和减缓温室效应。

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    38. 枣R2R3-MYB亚家族基因鉴定及其在果实发育中的表达分析
    李世佳,吕紫敬,赵锦
    2022, 55 (6): 1199-1212.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.012
    摘要583)   HTML55)    PDF (6642KB)(293)    收藏

    【目的】MYB作为植物中最大的基因家族之一,在植物生长、果实发育等方面具有重要作用。本研究拟鉴定枣R2R3-MYB亚家族成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为深入探究该类基因在枣生长发育尤其是果实发育中的功能提供参考。【方法】以拟南芥R2R3-MYB亚家族成员为探针,利用BLAST和HMMER方法,在枣全基因组数据库中筛选R2R3-MYB亚家族成员;利用植物转录因子、UniProt、Gcorn plant等数据库,采用MEGA-x、ExPASy、TBtools、PheatMap等软件进行生物信息学分析;利用转录组和实时荧光定量PCR技术分析该类基因的表达,对重点基因进行互作蛋白的预测及验证。【结果】在枣全基因组范围内,鉴定出118个R2R3-MYB亚家族成员,均具有典型的MYB超家族结构域,分为18个亚组,依次命名为ZjMYB1ZjMYB118。理化性质分析表明,该家族基因编码的氨基酸数目介于200—400;95个成员定位到12条染色体上,其中4号染色体上分布最多;谱系分析表明该类基因进化过程中发生了直系和旁系同源事件。通过转录组和实时荧光定量PCR分析,发现一些R2R3-MYB基因参与枣果实的发育过程,并进一步筛选出了可能与果实膨大和色泽发育相关的候选基因ZjMYB59ZjMYB104。并利用蛋白互作预测和酵母双杂试验证明ZjMYB104和ZjMPK3存在互作。【结论】鉴定出118个枣R2R3-MYB亚家族成员,结构高度保守,分布在12条染色体上,在进化中发生了直系和旁系同源事件,并筛选出了与果实发育密切相关的候选基因,为进一步的功能分析提供了线索和参考。

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    39. 谷物及制品中修饰型真菌毒素的风险与防控
    杨虹,曹文明,陈何妍,卫学青,束莉丹,李彤
    2022, 55 (6): 1213-1226.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.013
    摘要335)   HTML31)    PDF (562KB)(102)    收藏

    修饰型真菌毒素是重要的食品安全危害因子。通过综述修饰型真菌毒素的形成机制、种类、污染水平、毒理研究、代谢规律、分析检测、脱毒方法等方面的进展,识别已知风险、潜在风险以及分析风险防控措施。已知风险包括:谷物及制品中修饰型真菌毒素的阳性检出率高,浓度跨度大,其存在会增加人群真菌毒素膳食暴露的风险。毒理学研究表明,有的修饰型真菌毒素在体内代谢转化为原型而产生与原型同等毒性,有的本身则具有毒性。潜在风险包括:代谢转化而成的多种修饰型真菌毒素共存时会引起毒性机制和毒性作用不明。在农作物代谢或食品加工中也可产生结构、性质、毒性均未知的修饰型真菌毒素。受分析技术和质量控制手段的制约,难以获得其准确可靠的定性定量结果,使毒理学数据十分匮乏,导致毒理学性质引起争议。风险防控措施包括:从源头抓起,培育抗病品种,规范标准体系和检测体系,严把农产品收购、储藏、生产及产品加工关。另外,在生产加工环节中,要加强产后脱毒技术的研究。

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    40. 伏马毒素B1对猪体外成熟卵母细胞凋亡与自噬的影响
    李文慧,贺依静,姜瑶,赵红宇,彭磊,李佳,芮荣,剧世强
    2022, 55 (6): 1241-1252.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.06.015
    摘要278)   HTML31)    PDF (4024KB)(104)    收藏

    【目的】探究伏马毒素B1(fumonisin B1,FB1)对猪卵母细胞体外成熟的影响及其潜在的作用机制, 为临床有效防治FB1所致的生殖毒性损伤提供理论参考。【方法】采集猪卵丘-卵母细胞复合体(cumulus oocyte complexes, COCs)进行随机分组,在体外成熟培养过程中分别用不同浓度FB1(0、10、20和30 μg·mL-1)处理44 h后,统计卵母细胞第一极体(first polar body, PB1)排出和激活后胚胎发育情况;通过免疫荧光染色结合共聚焦显微镜技术进一步检测FB1对卵母细胞减数分裂进程和细胞骨架结构的影响;为进一步探究FB1对猪卵母细胞毒性损伤的作用机制,分别采用JC-1、Annexin V-FITC和LC3A/B荧光染色检测各组卵母细胞内线粒体功能、早期凋亡和自噬水平,并在此基础上,进一步通过Western blotting分析了凋亡/自噬相关蛋白的表达情况。【结果】FB1处理对卵母细胞成熟具有明显的抑制作用,PB1排出率呈浓度依赖性下降,当FB1浓度达到20 μg·mL-1以上时,PB1排出率显著降低(P<0.01),并使卵母细胞孤雌激活后胚胎的卵裂率及囊胚率均显著降低(P<0.01),对卵母细胞的发育潜力有一定的损伤作用。细胞周期分析结果表明,FB1处理还会导致减数分裂周期进程紊乱,使阻滞在生发泡破裂期(germinal vesicle breakdown,GVBD)的卵母细胞比例显著升高(P<0.01)成功发育至第二次减数分裂中期(metaphase II,MII)细胞比例明显下降(P<0.01),同时,卵母细胞中纺锤体异常的比例显著升高(P<0.01)、胞膜上的微丝分布显著减少(P<0.05)。进一步的研究结果表明,与对照组相比,FB1处理组卵母细胞线粒体膜电位明显降低(P<0.05),线粒体功能受损,同时,FB1处理组卵母细胞早期凋亡率显著增加(P<0.01),细胞自噬水平也显著升高(P<0.01)。Western blotting分析结果显示,FB1处理组卵母细胞中促凋亡蛋白BAX和自噬蛋白LC3A/B II的表达均显著上调(P<0.05),抑凋亡蛋白BCL2的表达显著下调(P<0.05),提示早期凋亡和自噬的发生。【结论】FB1对猪卵母细胞体外成熟及其激活后胚胎发育具有明显的毒性损伤作用,致使减数分裂周期阻滞,纺锤体结构紊乱、微丝分布减少和线粒体损伤,其毒性作用机制与诱导卵母细胞凋亡和自噬有关。

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    41. 夏季横向交互送风系统对肉牛生理和生产性能的影响
    房昊源, 杨亮, 王洪壮, 曹锦承, 任万平, 魏胜娟, 颜培实
    2022, 55 (5): 1025-1036.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.014
    摘要257)   HTML45)    PDF (853KB)(128)    收藏

    【目的】探讨南方夏季高温高湿气候条件下,横向交互送风系统对肉牛舍温热环境、肉牛生理生化指标及生产性能的影响,以期评价此肉牛防暑环境调控系统的技术经济效果。【方法】试验采用单因子完全随机设计,选择健康、体重相近((290.05±7.60)kg)的8月龄西门塔尔公牛30头,随机区组饲养于2栋相邻且构造相同的钟楼式棚舍中,试验组所在牛舍加装横向交互送风系统,对照组所在牛舍采用自然通风。试验期为2019年6月30日至7月16日,共17 d,其中预试期为前3 d,正式期为后14 d。正式试验期内前7 d,于每日的5:00、10:00、14:00、18:00、22:00测定舍内风速、干球温度和湿球温度,计算温湿指数和体感温度,并同时测定肉牛的直肠温度和呼吸频率。在全部正式试验期间,每天记录每圈栏的投料量,并于次日上午6点对剩料进行清理和称重,计算采食量。于正式试验期内第1和14天的上午7:00—8:00,对所有试验牛进行空腹称重,记录始末体重,用于计算平均日增重和料重比等生产性能指标并进行经济效益评估;同时采集血液及粪便样本,用于测定血清中的无机离子、生化指标、激素水平及粪便中的皮质醇水平。【结果】(1)试验组的横向交互式送风系统处理可显著提高舍内风速(P < 0.01),从而极显著的降低试验组肉牛的体感温度、肉牛在10:00、14:00、18:00、22:00的直肠温度以及肉牛在10:00、14:00、18:00的呼吸频率(P < 0.01);与对照组肉牛相比,试验组肉牛直肠温度和呼吸频率随环境温度升高的增幅分别减少45%和42%;试验组与对照组的舍内干球温度、相对湿度及温湿指数差异不显著(P > 0.05)。(2)试验结束时,试验组肉牛血清中钙离子含量显著低于对照组(P < 0.05),钾离子、钠离子、镁离子及氯离子含量均差异不显著(P > 0.05);血清生化指标结果显示,试验组肉牛血清中的热应激蛋白70、总蛋白、甘油三酯、葡萄糖含量均显著高于对照组(P < 0.05),血清白蛋白、球蛋白及总胆固醇含量差异不显著(P > 0.05);激素水平测定结果显示,试验组肉牛的粪便及血清中皮质醇水平均显著低于对照组(P < 0.05),三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素在试验组和对照组间差异均不显著(P > 0.05)。(3)生产性能测定显示,试验组与对照组肉牛的初始体重及结束体重均差异不显著(P > 0.05),但试验组肉牛的平均日增重(P < 0.01)及平均干物质采食量(P < 0.05)显著高于对照组,料重比显著低于对照组(P < 0.05),利润可提高10.68%。【结论】横向交互送风可以显著增加舍内空气流速,降低体感温度,改善西门塔尔牛代谢,提高生产性能,增加高温高湿环境下肉牛生产的经济效益。

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    42. 利用高密度Bin图谱定位水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL
    赵凌, 张勇, 魏晓东, 梁文化, 赵春芳, 周丽慧, 姚姝, 王才林, 张亚东
    2022, 55 (5): 825-836.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.001
    摘要538)   HTML251)    PDF (600KB)(279)    收藏

    【目的】挖掘新的控制水稻叶绿素含量的相关位点和基因,为水稻叶绿素含量的遗传机制研究提供理论基础。【方法】利用剑叶叶色存在明显差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath杂交构建的包含186个株系的重组自交系群体为供试材料,通过对两亲本及RIL群体重测序,构建了包含12 328个Bin标记的高密度遗传图谱。RIL群体及亲本分别于2011和2020年正季在江苏省农业科学院种植。抽穗后第3天使用叶绿素仪测定剑叶SPAD值。使用IciMappingv3.4软件完备区间作图法,对控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的QTL进行鉴定。利用便携式光合仪测定RIL群体中20个SPAD极端株系的水分利用效率、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率等光合作用参数。【结果】2年共检测到19个抽穗期剑叶叶绿素含量相关QTL,分别分布在除第8、9和10染色体外的其他9个染色体上。单一QTL贡献率为3.09%—13.13%,LOD值为2.74—14.08。通过物理位置比对,发现其中10个QTL与前人定位到的叶绿素含量相关位点在相同或邻近区域。qCHL2-1qCHL5-1 2年均被检测到,表现出较强的稳定性。qCHL2-1位于第2染色体的7.63—7.71 Mb处,2年LOD值分别为14.08和7.93,贡献率分别为13.13%和7.94%。qCHL5-1位于第5染色体的23.44—23.49 Mb处,2年LOD值分别为4.31和3.76,贡献率分别为3.57%和4.82%。结合功能注释和亲本间序列分析,分别在qCHL2-1qCHL5-1染色体区间内找到2个与剑叶叶绿素含量相关的基因Os02g0236000Os05g0476700。这两个基因的核苷酸序列在两亲本间均存在差异。Os02g0236000编码水稻天冬氨酸氨基转移酶(AAT1),是水稻氮代谢途径中的重要酶,与蛋白质及氨基酸含量有关。Os05g0476700编码叶面斑点相关蛋白,推测与叶片颜色有关。根据AAT1在CDS+273 bp有无突变对RIL群体进行等位型分类。在20个SPAD极端株系中,AAT1不同等位型株系的剑叶SPAD值和水分利用效率、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率等光合作用指标均存在显著差异。【结论】共检测到19个控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL,鉴定了2个稳定存在的QTL——qCHL2-1qCHL5-1,在这两个QTL区间筛选到2个可能调控水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的基因。其中1个AAT1Os02g0236000)不同等位型的光合作用参数在20个极端SPAD株系中存在显著差异,推测其为最可能的候选基因,可用于后续剑叶叶绿素调控基因的功能研究。

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    43. 不同栽培措施对超级稻强、弱势粒品质的影响
    蒋晶晶,周天阳,韦陈华,邬佳宁,张耗,刘立军,王志琴,顾骏飞,杨建昌
    2022, 55 (5): 874-889.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.004
    摘要489)   HTML83)    PDF (11332KB)(340)    收藏

    【目的】探究不同栽培措施对超级稻强、弱势粒品质及淀粉特性的影响,以期为改善稻米品质即水稻强、弱势粒品质的协同提高提供理论指导和实践依据。【方法】以超级稻甬优2640和武运粳24为供试材料,大田种植条件下,设置氮空白区(0N)、当地农民习惯(LFP)、优化栽培管理1(T1)和优化栽培管理2(T2)4个处理,每个处理设置3个重复。试验裂区设计,以处理为主区,品种为副区(小区)。2018年测定全穗籽粒外观、加工、蒸煮食味品质和RVA特征值,在此基础之上,2019年增加强、弱势粒淀粉颗粒的扫描电镜观察、结晶度和红外光谱分布测定。【结果】(1)在稻米品质上,与强势粒相比,弱势粒加工品质更优,而外观品质更劣,蛋白质含量和硬度显著提高,直链淀粉含量、胶稠度和黏度显著下降。(2)在淀粉特性上,与强势粒相比,弱势粒的淀粉颗粒较小且破损严重,结晶度、1 045/1 022 cm-1值显著提高,峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度显著下降,消解值和糊化温度显著上升。(3)与当地农民习惯LFP相比,通过优化栽培管理T1和T2,两品种强、弱势粒加工品质与外观品质显著提高,蛋白质含量及直链淀粉含量显著下降,胶稠度显著上升,蒸煮食味品质变优;淀粉特性也都有所改善,相对结晶度降低,淀粉表层有序性下降,其中弱势粒品质及淀粉特性提升较为明显。【结论】弱势粒稻米品质显著劣于强势粒,优化栽培措施能够在提高产量的基础上通过改善弱势粒品质实现全穗籽粒品质的提升。

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    44. 2020年我国北方地区草地螟种群的时空动态与虫源分析
    陈智勇, 张智, 刘杰, 康爱国, 赵素梅, 尹祥杰, 李占清, 谢爱婷, 张云慧
    2022, 55 (5): 907-919.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.006
    摘要292)   HTML32)    PDF (5024KB)(124)    收藏

    【目的】研究2020年草地螟(Loxostege sticticalis)在我国北方地区季节性时空动态,并对各主要发生区的虫源性质进行分析,探讨草地螟在我国华北、东北地区,境内、境外的虫源衔接关系,为提高草地螟预测预报水平提供技术支持。【方法】利用北京、天津、河北、内蒙古、辽宁、山西相关植保站探照灯诱虫器或虫情测报灯的虫情数据,分析草地螟在我国北方地区种群数量的时空动态变化。通过GrADS软件对FNL全球分析资料进行处理,获得高峰期内主要蛾峰日的风场数据并绘制风场图。采用基于WRF模式编写的三维质点轨迹分析程序对草地螟迁飞路线进行模拟,利用R 3.8的ggplot2 3.3.0程序包对轨迹模拟结果进行绘图。【结果】2020年越冬代草地螟成虫主要发生在山西、河北北部,内蒙古中西部和兴安盟地区;1代草地螟成虫大量突增主要集中在内蒙古化德县和与之接壤的河北康保县。风场分析显示,在草地螟典型的迁飞期内,华北及东北地区均受到锋面和气旋过程的影响;东北气旋前部的偏南或西南低空急流为华北越冬区的草地螟远距离迁入东北提供了有利条件,其后部的西北气流则会阻碍草地螟向东北的迁飞。虫源分析显示,华北地区越冬代成虫大部分滞留当地危害,部分借助适宜的西南气流向东北地区及中蒙、中俄三国交界迁飞;内蒙古兴安盟地区5月下旬虫源主要来自草地螟华北越冬区,6月上旬部分来自华北越冬区,部分来自中蒙、中俄三国交界处,6月下旬主要来自华北越冬区迁出虫源。1代草地螟成虫主要来自内蒙古中西部及中蒙边界1代幼虫发生区,受锋面天气影响在内蒙古化德县和河北康保县聚集降落,并进一步向东北方向迁飞扩散。【结论】2020年是草地螟2018年种群回升以来又一重发年份;气旋天气形成的强劲气流是华北地区和境外虫源顺利进入东北地区的主要运载气流,风切变、气旋中心等气流的辐合使大面积迁飞的成虫聚集降落,造成局部虫量突增;我国华北和东北地区草地螟越冬代和1代成虫均与境外虫源存在频繁的交流,因此,开展草地螟区域性联合监测对草地螟的异地测报具有重要的指导意义。

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    45. 西北地区玉米生产投入及生态环境风险评价
    乔远,杨欢,雒金麟,汪思娴,梁蓝月,陈新平,张务帅
    2022, 55 (5): 962-976.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.010
    摘要409)   HTML46)    PDF (628KB)(166)    收藏

    【目的】明确西北地区玉米生产的投入与生态环境风险。【方法】基于生命周期评价(LCA)方法对西北地区六省或自治区(新疆、陕西、山西、宁夏、内蒙古、甘肃)15年间(2004—2018年)玉米生产的投入(肥料、农药、柴油、地膜、种子及人工)与生态环境风险(温室气体排放、土壤酸化、水体富营养化及人体毒性)进行评价,定量化该地区单位面积(hm2)玉米生产投入与生态环境风险及其时空变化。【结果】西北地区玉米生产投入与生态环境风险较高,15年间平均肥料投入为233.1 kg N·hm-2,106.3 kg P2O5·hm-2和23.3 kg K2O·hm-2,农药、柴油、地膜、种子、人工投入量分别为6.5 kg·hm-2、93.2 L·hm-2、13.7 kg·hm-2、38.8 kg·hm-2和120.1 h·hm-2。玉米平均产量为7.9 t·hm-2,温室气体排放量为4 188 kg CO2 eq·hm-2,土壤酸化潜值为155.3 kg SO2-eq·hm-2,水体富营养化潜值为52.6 kg PO4-eq·hm-2,人体毒性为2.9 kg 1,4-DCB-eq·hm-2。相较于2004年,2018年西北地区玉米生产种植面积和玉米单产分别增加了79%和26.9%;投入整体呈现上升趋势,其中氮肥、磷肥和钾肥的单位面积投入量分别增加9.2%、52.7%和203.7%,农药、柴油、地膜的单位面积用量分别增加了303%、143%和108%,而种子和人工的单位面积投入量则分别降低了38.6%和50.8%。西北地区玉米生产的生态环境风险则整体呈现先上升后下降的趋势,其中单位面积温室气体排放量、土壤酸化潜值、水体富营养化潜值以及人体毒性分别增加了13.6%、15.8%、2.6%和302.5%。西北地区玉米生产15年间单位面积氮肥投入量及温室气体排放量最高的年份均为2016年,最低均为2007年。西北地区不同省份玉米生产单位面积的投入与生态环境风险存在较大差异。其中,甘肃的氮肥、地膜和人工单位面积投入量最高,3种投入的最低省区分别为山西、陕西和内蒙古;新疆的磷肥和柴油投入量最高,最低均为陕西;山西的钾肥投入量最高,最低为新疆;农药和种子的投入量最高分别为宁夏和新疆,最低均为山西,玉米的种植面积与单产最高的省区分别为内蒙古和新疆,最低的分别为宁夏和陕西。同时温室气体排放量与土壤酸化潜值均为甘肃最高,水体富营养化潜值为陕西最高,人体毒性为宁夏最高,均为山西最低;西北地区玉米生产投入量与生态环境风险综合值最高的省区为宁夏,山西为西北地区玉米生产综合生态环境风险最低的省份。【结论】西北地区玉米生产呈现高投入、高产出、高风险的特点,其投入与生态环境风险在不同时间和空间尺度上均存在较大差异。2004—2018年,西北地区玉米的种植面积、单产、投入整体呈增加趋势,生态环境风险整体呈现先上升后下降的趋势。未来玉米生产布局可考虑向高产和低环境风险的省份倾斜,在实现高产的同时降低生态环境风险。

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    46. 中国板栗36个叶片表型性状的多样性
    郭燕, 张树航, 李颖, 张馨方, 王广鹏
    2022, 55 (5): 991-1009.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.05.012
    摘要440)   HTML64)    PDF (6611KB)(343)    收藏

    【目的】揭示中国板栗(Castanea mollissima Bl.)叶片表型性状的变异规律及多样性特征,为中国板栗资源的保护、开发和科学利用提供依据。【方法】对中国10个省份(群体)240份资源的36个叶片表型性状(31个数量性状和5个质量性状)进行检测,运用方差分析、多重比较、相关分析和聚类分析等方法,探讨板栗叶片表型多样性水平及其与原产地的地理、环境因子关系。【结果】巢式方差分析表明,31个数量性状在群体内存在极显著差异(P<0.01),同时叶片长、叶片宽、叶片长/宽、锯齿高度等15个数量性状及3个质量性状(叶片形状、叶基形状和叶缘锯齿特征)在群体间存在显著或极显著差异(P<0.05或P<0.01),说明板栗叶片表型在群体内和群体间均存在丰富变异。群体间叶片表型分化系数VST为7.95%,远小于群体内的92.05%,说明叶片表型变异主要来源于群体内部。板栗叶片表型的平均变异系数(CV)和平均多样性指数(H′)分别为18.05%和1.27,5个质量性状中以叶片形状的CV和H′最高(35.67%,0.86),叶缘特征最低(5.60%,0.07);31个数量性状的CV在8.68%(叶片长/宽)—32.73%(锯齿深度),H′在1.54(叶背茸毛密度)—2.09(叶片结构疏松度)。叶片外观形态、生理指标和解剖性状的平均H′分别为2.03、2.04和2.04,CV由高到低分别为15.27%(外观形态)>15.18%(生理指标)>12.17%(解剖结构)。10个群体表型性状CV均值在17.11%(陕西)—19.66%(山东),H′均值在0.99(安徽)—1.80(河北)。板栗叶片大多表型性状与地理气候因子之间存在显著或极显著相关,其中年均气温等温度指标和年降水量与叶基形状、锯齿高度等性状呈负相关(经度和纬度与之呈正相关),与叶片长/宽呈正相关(经度和纬度与之呈负相关)。【结论】板栗叶片表型在群体间和群体内均存在丰富变异,但变异主要来源于群体内(个体基因型间的变异),因而以叶片表型性状作为研究对象,进行抗逆性、高光合效率等特异品种选育或相关研究时,研究重点应该放到广泛的个体基因型调查上,变异较为丰富均匀的群体可作为重点参考。板栗叶片大多外观形态和生理指标性状呈现以温度和降雨量因子为主导的梯度规律性。

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    47. 中国谷子种业创新现状与未来展望
    贾冠清, 刁现民
    2022, 55 (4): 653-665.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.003
    摘要633)   HTML79)    PDF (579KB)(374)    收藏

    种业是农业发展的“芯片”,原始创新是农业可持续发展的根本动力。2021年中央一号文件明确提出推进中国农作物种业快速发展的要求,对中国农作物种业原始创新研究提出了明确期望。谷子是中国起源的传统粮饲兼用作物及特色杂粮作物,生产及消费规模均位居世界首位。作为粟类作物,谷子在中国农业生产及农耕文明的起始与发展过程中发挥了重要的推动和支撑作用,已有研究证实谷子在中国拥有悠久的栽培历史,并且形成了分布广泛且多样性丰富的各类种质资源。近年来,谷子在杂交品种选育及杂种优势利用、抗除草剂品种和适于机械化栽培品种推广、基因组学及功能基因研究等领域取得进展,在原始创新的推动下初步形成了以杂交品种和抗除草剂品种为经营主体的谷子种业体系,推动了谷子种业从无到有的突破。中国在谷子优异种质鉴定与创制方法研究、谷子高效育种技术途径研发、谷子关键性状的协调表达与调控规律解析、谷子良种繁育过程基本生物学属性研究以及谷子新品种真实性鉴定方法探索等方面原始创新的进步为谷子种业发展提供了支撑,形成了一套初具规模的种业原始创新技术。目前,谷子种业持续良性发展仍然面临包括优异突破性种质匮乏、育种技术水平相对滞后、品质与产量协调性不够、良种扩繁标准缺乏以及种业市场监管手段有待加强等诸多挑战。为了推进谷子种业持续快速、高效、深入的发展,未来中国谷子种业原始创新研究的主要方向包括:基于表型组学与基因组修饰技术、单倍体育种与全基因组选择技术和关键性状优异单倍型鉴定与整合技术的谷子规模化高效育种技术体系构建;基于种子发育生理调控、分子指纹及杂种优势高效利用技术的谷子种子高效生产储藏与监管技术体系构建;以及基于谷子种业产学研推一体化设计与高效整合的人才培养与创新体系构建等方面。

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    48. 不同种植区玉米生理成熟后田间站秆脱水的积温需求
    黄兆福, 李璐璐, 侯梁宇, 高尚, 明博, 谢瑞芝, 侯鹏, 王克如, 薛军, 李少昆
    2022, 55 (4): 680-691.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.005
    摘要373)   HTML49)    PDF (568KB)(229)    收藏

    【目的】机械粒收背景下,明确不同种植区玉米生理成熟后田间站秆籽粒脱水至适宜收获期的积温需求,以期为各种植区选育适宜粒收品种,合理安排农事作业和提高机械利用效率提供理论指导。【方法】 2014—2018年,在西北灌溉春玉米、北方春玉米和黄淮海夏玉米产区的典型试验点,选用141个不同熟期的主栽玉米品种,系统观测了籽粒含水率的动态变化,结合气象数据,分析不同产区玉米生理成熟后田间站秆籽粒脱水至含水率25%、20%的积温需求。【结果】不同产区玉米生理成熟期籽含水率不同,黄淮海夏玉米区参试品种的生理成熟期含水率均值为28.5%,西北灌溉春玉米区和北方春玉米区分别为29.9%、29.6%。相关分析表明,不同品种的生育期与生理成熟期籽粒含水率之间无显著相关性。以生理成熟至25%、20%含水率积温和生理成熟期含水率为指标,运用双向平均法将参试品种划分为积温需求少含水率高(I)、积温需求多含水率高(II)、积温需求少含水率低(III)、积温需求多含水率低(IV)4种类型。对于西北地区、华北地区和东北地区一年一熟的春播来说,可以选择III、IV类型品种,但是IV类型品种需要预留足够的积温来进行田间站秆脱水。对于黄淮海地区一年两熟的夏玉米,III类型品种能够较好协调小麦和玉米的生产调配,充分利用可供籽粒脱水的积温的余量。【结论】由于区域间玉米脱水期间热量条件的不同,玉米籽粒生理成熟至25%、20%含水率的天数均表现为西北灌溉春玉米区长于北方春玉米区、黄淮海夏玉米区。通过选择适合不同区域的积温类型品种、科学制定收获时间,可以有效降低收获时籽粒含水率和提高收获质量。

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    49. 番茄颈腐根腐病抗性鉴定技术的建立及抗性种质资源筛选
    王梦蕊, 刘淑梅, 侯丽霞, 王施慧, 吕宏君, 苏晓梅
    2022, 55 (4): 707-718.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.007
    摘要463)   HTML41)    PDF (1565KB)(274)    收藏

    【目的】探索番茄颈腐根腐病(Fusarium crown and root rot,FCRR)苗期抗性鉴定技术,并对番茄种质资源及品种进行抗性鉴定分析,挖掘和丰富可利用的抗性资源,为培育抗颈腐根腐病番茄品种打下基础。【方法】以尖镰孢番茄颈腐根腐病专化型病原菌(Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici,Forl)和感病栽培番茄Heinz 1706为材料,研究接种菌液浓度、接种寄主苗龄、接种后管理温度和不同接种方法对番茄颈腐根腐病人工接种鉴定效果的影响。随后通过苗期人工接种鉴定方法结合文献中已报道的与抗性基因连锁的分子标记,对100份番茄种质材料进行颈腐根腐病抗性鉴定分析。【结果】在一定范围内,番茄颈腐根腐病发病率及病情指数随着接种菌液浓度的升高而增大,接种菌液浓度为107个孢子/mL时,发病率及病情指数分别为100%和89.2,可以反映寄主真实的抗性水平;接种寄主苗龄为2—5叶期均能使植株发病,不同苗龄间病情指数无显著差异;接种后不同的管理温度对番茄颈腐根腐病的病情指数影响显著不同,其中较低的管理温度(20℃)有利于番茄颈腐根腐病的发生;使用浸根法和灌根法进行鉴定,番茄颈腐根腐病发病率和病情指数较高且效果稳定,显著优于茎注射法。对100份番茄种质材料进行分析,接种鉴定结果显示有38份材料表现抗病,这些材料可用于番茄抗颈腐根腐病育种或生产。在已报道的与Frl连锁的分子标记中,SCARFrl的准确率最低,仅为51%,C2-25的准确率为59%,而PNU-D4的准确率为83%,该标记可用于番茄抗颈腐根腐病辅助选择。【结论】建立的苗期抗性鉴定技术能客观反映供试材料的实际抗性水平,可用于番茄抗颈腐根腐病材料的鉴定筛选。

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    50. 秸秆分解对两种类型土壤无机氮和氧化亚氮排放的影响
    张学林, 吴梅, 何堂庆, 张晨曦, 田明慧, 李晓立, 侯小畔, 郝晓峰, 杨青华, 李潮海
    2022, 55 (4): 729-742.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.009
    摘要417)   HTML46)    PDF (1636KB)(170)    收藏

    【目的】明确作物秸秆分解对土壤无机氮和氧化亚氮(N2O)排放的影响,为不同土壤类型采用合理的氮肥用量,促进秸秆分解、增加土壤可利用养分、减少N2O等温室气体排放提供理论依据。【方法】室内采用尼龙网袋法,设置秸秆类型(小麦和玉米)、土壤类型(潮土和砂姜黑土)和氮肥用量(N0:0,N1:180 kg N·hm-2,N2:360 kg N·hm-2)三因素培养试验,并设置无秸秆无氮肥为对照(CK),测定了土壤无机氮含量、N2O和CO2排放通量以及土壤酶活性等参数。【结果】与CK相比,添加作物秸秆的N0处理土壤无机氮含量显著降低,每添加1 g小麦或玉米秸秆平均减少0.8 mg或0.4 mg土壤无机氮。与潮土相比,不同氮肥用量条件下砂姜黑土添加小麦秸秆后土壤无机氮含量降低16%,而添加玉米秸秆后增加41%。与添加小麦秸秆相比,潮土和砂姜黑土添加玉米秸秆后无机氮含量分别增加111%和252%。两种土壤添加小麦或玉米秸秆均促进N2O和CO2排放。与CK相比,添加小麦秸秆和玉米秸秆的N0处理土壤N2O排放累积量分别增加70%和47%;CO2排放累积量增加346%和154%;全球变暖潜力增加53%和71%。与潮土相比,砂姜黑土添加小麦秸秆和玉米秸秆后N2O排放通量降低38%和61%,N2O排放累积量降低12%和51%,CO2排放累积量降低28%和16%。与潮土相比,砂姜黑土添加小麦秸秆的全球变暖潜力增加13%,而添加玉米秸秆却降低44%。与添加小麦秸秆相比,潮土和砂姜黑土添加玉米秸秆后N2O排放累积量分别增加88%和6%;CO2排放累积量降低21%和6%。不同氮肥用量和土壤类型条件下添加玉米秸秆的全球变暖潜力比小麦秸秆高91%。与N0和N2处理相比,砂姜黑土添加小麦秸秆或玉米秸秆的同时配施适量氮肥(N1)降低N2O排放量以及全球变暖潜力。与CK相比,两种土壤类型添加小麦或玉米秸秆后土壤蔗糖酶活性增加,而过氧化氢酶和氧气含量降低。与添加小麦秸秆相比,两种土壤添加玉米秸秆后脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性降低。与潮土相比,砂姜黑土添加作物秸秆后脲酶、过氧化氢酶活性降低,氧气含量增加;而过氧化氢酶活性和氧气含量均与N2O排放通量呈显著负相关。【结论】小麦和玉米秸秆分解均降低土壤无机氮含量、促进温室气体排放。玉米秸秆分解过程中土壤无机氮含量和N2O排放量均高于小麦秸秆;潮土添加小麦或玉米秸秆的N2O排放量高于砂姜黑土;砂姜黑土添加小麦或玉米秸秆并配施适量氮肥不会增加土壤N2O排放和全球变暖潜力。生产上秸秆还田应综合考虑秸秆类型、土壤类型和氮肥用量。

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