中国农业科学

《中国农业科学》2018年第51卷第22期目次

中国农业科学. 2018, 51(22): 0-0. doi:

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小麦籽粒镉积累差异评价

明毅,张锡洲,余海英

中国农业科学. 2018, 51(22): 4219-4229. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.001

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【目的】筛选小麦低镉（cadmium,Cd）积累材料不仅使受Cd污染农田得到安全利用,还可为其遗传特性的探究提供材料。【方法】以139份小麦材料为研究对象,分别于2014—2015年和2015—2016年在土壤重金属Cd重度污染条件下连续开展2期大田试验,以小麦籽粒Cd含量为指标对各年份种植相同的139小麦材料进行籽粒Cd积累差异评价,以获取籽粒具有Cd低积累特性的小麦材料。通过土培试验,进一步探讨籽粒Cd低积累型小麦材料在土壤重金属Cd重度污染条件下籽粒部位对Cd的积累差异与产量特征,并结合籽粒Cd含量和籽粒产量,进行聚类分析,以获得籽粒Cd含量低且产量较高的优势小麦材料,进而对比分析其与籽粒Cd高积累型材料各器官对Cd的积累转移差异,明晰籽粒Cd低积累型材料籽粒Cd含量低的原因。【结果】在2014—2015年和2015—2016年大田试验条件下,139份小麦材料籽粒Cd含量范围、变异系数分别为0.002—0.271 mg·kg ^-1DW ^-1、63.097%和0.095—0.343 mg·kg ^-1DW ^-1、24.960%,小麦材料间籽粒Cd含量差异明显。以籽粒Cd含量为聚类分析指标,综合得到2年试验中籽粒对Cd积累类型相同的小麦材料,12N551（M033）、济麦22（M059）、蜀麦375（M075）、中梁22（M079）、30389（M092）、B7094（M094）、ML2652（M114）、G219-24（M116）、77782（M121）、南农Ozy23（M123）、省C90097（M124）、Pm99915-1（M126）、南农02y393（M127）、省CXK027-4（M129）、02Y23（M131）、良麦2号（M139）16份小麦材料籽粒具有低Cd积累的特性,且在年际间具备较好的重现性或稳定性。土培条件下,16份籽粒Cd低积累型小麦材料籽粒Cd含量和产量均差异明显,在1或4 mg·kg ^-1 Cd水平下,其籽粒Cd含量、籽粒产量变幅分别为0.286—0.910 mg·kg ^-1、3.199—7.716 g·plant ^-1和0.881—1.381 mg·kg ^-1、3.075—8.252 g·plant ^-1,籽粒Cd含量、籽粒产量变异系数分别为33.706%、24.044%和12.276%、30.351%,以其籽粒Cd含量、籽粒产量为聚类指标,获得籽粒Cd含量低且产量较高的优势材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）与良麦2号（M139）。与Cd高积累型材料抗锈3816（M060）、射1136（M073）相比,12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）良麦2号（M139）同一器官（根、茎叶或籽粒）Cd含量在4 mg·kg ^-1 Cd水平下均显著高于1 mg·kg ^-1 Cd水平。在1或4 mg·kg ^-1 Cd水平下,籽粒Cd低积累型小麦材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）与良麦2号（M139）籽粒Cd含量均显著低于籽粒Cd高积累型材料抗锈3816（M060）、射1136（M073）,其对Cd的转移能力较低,进而使籽粒Cd含量较低。【结论】综合大田试验和土培试验结果,12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）和良麦2号（M139）具有籽粒Cd含量低且产量较高的优势,且在不同年际间、不同试验方式下籽粒Cd积累稳定性较好,具备可用于中轻度Cd污染农田种植的潜力,可作为小麦籽粒Cd低积累遗传特性的研究材料。

AtNEK6在棉花旱盐胁迫响应中的功能分析

范鑫,赵雷霖,翟红红,王远,孟志刚,梁成真,张锐,郭三堆,孙国清

中国农业科学. 2018, 51(22): 4230-4240. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.002

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【目的】AtNEK6是在拟南芥中发现的一种NIMA相关激酶,在拟南芥中过表达AtNEK6能够促进植物的生长发育,提高植物的耐盐耐旱性。通过将AtNEK6转化棉花,研究其在抗逆中的分子机理,为培育耐旱耐盐碱棉花新品种提供理论基础和种质资源。【方法】采用农杆菌转化法,将来源于拟南芥的AtNEK6导入棉花,通过实时荧光定量PCR分析转基因株系中AtNEK6的表达量;通过观察转基因植株表型和扫描电镜观察细胞表皮细胞,分析转基因棉花的生长发育情况;利用甘露醇和NaCl模拟干旱处理和盐处理分析转基因棉花的耐盐耐旱能力,通过测定相关生理指标,鉴定AtNEK6对转基因棉花耐逆的贡献。【结果】利用卡那霉素筛选获得转基因幼苗,通过PCR鉴定获得10个不同的转基因株系;利用qRT-PCR分析筛选出表达量较高的L7、L17、L25株系。正常条件下,与野生型相比,转基因棉花的株高增高、叶面积增大,生长发育得到了促进,通过扫描电镜观察发现转基因棉花叶片的细胞表面积与野生型并无明显差异,细胞周期相关基因CYCB1;1和CYCA3;1及生长发育相关基因GhGRF5、GhEOD、GhAN3和GhEBP1的表达量均上调。通过耐盐耐旱性分析,正常条件下,与野生型相比,转基因株系的根长、鲜重和干重均无明显差异,仅侧根数增多;在250 mmol·L ^-1甘露醇处理条件下,转基因株系的根长、侧根数、鲜重和干重均显著高于野生型,表现出更好的生长状态;在200 mmol·L ^-1NaCl处理条件下,转基因株系的侧根数、鲜重和干重均显著高于野生型,相比于野生型生长状态更好。温室中正常生长1月龄的转基因棉花,在300 mmol·L ^-1甘露醇处理条件下,转基因植株的SOD活性比野生型提高了0.65倍、0.42倍和1.45倍,CAT活性提高了0.65倍、0.64倍和0.42倍,MDA含量降低了0.51倍、0.41倍和0.22倍;250 mmol·L ^-1NaCl处理结果与甘露醇类似,转基因棉花的耐盐生理指标均优于野生型。另外,相关胁迫响应基因GhAREB、GhDREB、GhNCED和GhLEA5在转基因棉花中的表达量均显著高于野生型棉花。【结论】AtNEK6通过参与细胞周期和生长发育的调控过程促进棉花的生长发育,同时提高棉花在逆境中的耐盐耐旱性。

干旱胁迫对蜡质含量不同小麦近等基因系光合特性的影响

杨彦会,马晓,张子山,郭军,李月楠,梁英,宋健民,赵世杰

中国农业科学. 2018, 51(22): 4241-4251. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.003

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【目的】探讨叶片蜡质含量对干旱胁迫下小麦光合特性的影响。【方法】本研究以一对小麦近等基因系多蜡质品系JM205和少蜡质品系JM204为试验材料,将二者种植在同一盆中,在人工气候室采用逐渐干旱的方式模拟田间干旱过程中的土壤水分变化。随着干旱处理时间的延长,土壤相对含水量逐渐降低,同步测定了不同土壤相对含水量下小麦旗叶的水势、光合气体交换参数及荧光参数。【结果】轻度干旱胁迫（土壤相对含水量在60%—49%）下,多蜡质品系JM205与少蜡质品系JM204旗叶的光合速率（Pn）无显著差异,随着干旱程度的加重,多蜡和少蜡质品系的光合速率都逐渐降低,但少蜡质品系JM204下降幅度更大。在中度干旱胁迫（土壤相对含水量在49%—32%）下,多蜡质品系比少蜡质品系具有较高的水势和较大的气孔开度,因此CO₂供应充足,光合速率更高;少蜡质品系的PSII实际光化学效率（ΦPSⅡ）和最大光化学效率（Fv/Fm）较多蜡质品系下降更快,说明少蜡质品系PSII电子传递受阻情况和光抑制比多蜡质品系更严重;快速叶绿素荧光动力学曲线参数分析（JIP-test）发现PSII电子传递受阻主要是因为受体侧Q_A到Q_B电子传递限制。在重度干旱胁迫（土壤相对含水量下降到32%以下）时,多蜡质与少蜡质品系的水势和光合能力都大幅下降且二者间没有明显差异。【结论】本研究表明,多蜡质品系JM205在中度干旱胁迫（土壤相对含水量49%—32%范围）下具有较高的光合优势;本研究为小麦抗旱性选育与利用提供了理论依据,并对进一步的研究提供了建议。

新疆产棉区高强棉纤维形成的纤维素累积特征及适宜温度

田景山,张煦怡,虎晓兵,随龙龙,张鹏鹏,王文敏,勾玲,张旺锋

中国农业科学. 2018, 51(22): 4252-4263. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.004

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【目的】新疆是我国主要产棉区,该区棉花生育后期气温下降快。明确生育后期温度对棉纤维发育的影响,对新疆优质棉生产提供指导。【方法】采用分期播种、整段夜间增温（棉纤维发育期）和阶段夜间增温（开花至纤维素快速累积期起始时间、纤维素快速累积期和纤维素快速累积期终止时间至吐絮）的方式,使棉纤维发育处于不同的温度环境下,研究温度对纤维素累积特征的影响及其相互关系。【结果】结果表明,棉纤维比强度受纤维素快速累积期持续时间（T）、开花至纤维素快速累积期起始时间的平均累积速率（V₁）和纤维素最大理论含量（W_m）的显著影响,其中棉纤维比强度与V₁呈显著二次曲线关系、与W_m呈极显著线性关系。棉纤维发育期≥15℃有效积温是影响纤维比强度的主要温度因子,在开花至纤维素快速累积期起始时间内二者呈显著负相关关系,在纤维素快速累积期则呈显著正相关关系。自棉花开花至纤维素快速累积期起始时间内,较多的有效积温使纤维素在这段时间的平均累积速率（V₁）直线降低,这并不利于纤维比强度的提高。在纤维素快速累积期,≥15℃有效积温的增加显著提高了V₁,纤维素快速累积期持续时间（T）随有效积温的增加而显著延长,纤维比强度亦呈增加趋势。若获取≥30 cN/tex的纤维比强度,就需要V₁维持在1.32%·d ^-1—1.76%·d ^-1,纤维素在铃龄6.7—13.3 d进入快速累积期,快速累积期持续20.2—25.6 d,纤维素累积时间经历39.0—46.9 d;在开花至纤维素快速累积期起始时间内需要≥15℃有效积温5.6℃—96.3℃,在纤维素快速累积期则需要181.5℃—262.3℃。【结论】棉纤维不同发育阶段≥15℃有效积温对V₁影响的差异性是造成纤维比强度差异的主要原因,适宜V₁有利于形成高强纤维。

种植方式和密度对高粱群体结构和产量的影响

肖继兵,刘志,孔凡信,辛宗绪,吴宏生

中国农业科学. 2018, 51(22): 4264-4276. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.005

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【目的】种植方式结合种植密度是提高旱作区作物光能利用率、增加作物产量的有效途径之一,在旱作农业生产中具有重要意义。通过研究不同种植密度和种植方式对高粱冠层结构的影响,为进一步挖掘辽西半干旱区高粱产量潜力提供理论依据。【方法】2016—2017年以酿造型高粱品种辽杂19号为试验材料,采用二因素裂区试验设计,主区为种植方式,设60 cm等行距种植（P1）和80 cm+40 cm宽窄行种植（P2）,裂区为种植密度,分别为75 000株/hm ²（D1）、105 000株/hm ²（D2）、135 000株/hm ²（D3）、165 000株/hm ²（D4）,3次重复。通过测定分析高粱群体植株形态指标、光合生理指标、地上部生物量,探究不同处理组合对高粱群体光合特性和产量形成的影响。【结果】2年间同一种植方式下,高粱籽粒产量由大到小依次为D3>D2>D4>D1。2年平均产量,P2D2处理较P1D2处理增产5.02%,P2D3处理较P1D3处理增产6.96%,P2D1处理较P1D1处理减产0.27%,2017年P2D4处理较P1D4处理减产2.55%,所有处理组合中以P2D3处理产量最高,2年平均产量为10 267.14 kg·hm ^-2。随种植密度的增加,株高、群体叶面积指数和叶向值呈增大趋势,茎粗、茎粗系数、单株叶面积、茎叶夹角、透光率、叶绿素相对含量（SPAD值）、净光合速率呈减小趋势。在D2和D3处理下,P2处理较P1处理在茎粗系数、群体叶面积指数、透光率、SPAD值、净光合速率等方面表现出一定的优势。2年平均茎粗系数,P2D2处理较P1D2处理增加2.80%,P2D3处理较P1D3处理增加9.29%。。2年平均群体叶面积指数和平均净光合速率,P2D2处理较P1D2处理分别增加3.17%和16.33%,P2D3处理较P1D3处理分别增加7.27%和17.57%。开花期和乳熟期,2年平均冠层底部透光率,P2D2处理较P1D2处理分别增加22.55%和15.81%,P2D3处理较P1D3处理分别增加37.45%和102.09%,冠层中部透光率P2D2处理较P1D2处理分别增加38.72%和8.16%,P2D3处理较P1D3处理分别增加56.59%和93.60%。开花期和乳熟期,2年平均SPAD值,P2D2处理较P1D2处理分别增加6.46%和5.41%,P2D3处理较P1D3处理分别增加8.75%和5.46%。在D2和D3处理下,2年间P2处理上层叶片相对挺直,叶面积较小,可以改善中下层叶片受光条件,下层叶片相对平展,叶面积较大,可以减少漏光损失,提高光能利用率。【结论】适当提高种植密度是提升高粱产量的关键。适宜种植密度下,宽窄行种植较等行距种植可有效改善冠层透光率,增加群体叶面积指数,扩大光合面积,提高叶片尤其是中下层叶片光合性能,是实现作物群体结构和植株个体功能协同增益和产量提高的重要途径。

四川省草莓灰霉病菌对咯菌腈的抗性测定及其机制

贡常委,秦旖曼,屈劲松,王学贵

中国农业科学. 2018, 51(22): 4277-4287. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.006

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【目的】灰霉病是草莓生产过程中的一种重要病害,严重影响了其产量和品质。论文旨在明确四川省草莓灰霉病菌对咯菌腈的抗性频率以及抗性机制,为草莓灰霉病的药剂防治提供理论依据。【方法】2016—2017年从四川成都、德阳、眉山、乐山及雅安等地采集草莓灰霉病样本,并分离纯化得到188株草莓灰霉病菌菌株。采用区分计量法测定188株灰霉病菌对咯菌腈的敏感性水平,采用菌丝生长速率抑制法测定咯菌腈对代表性菌株的毒力和渗透压敏感性,采用甘油铜比色法测定经咯菌腈处理的抗性菌株和敏感菌株甘油含量,采用分段测序对抗性菌株和敏感菌株Ⅲ型组氨酸激酶基因BOS1（BC1G_00374）扩增测序,采用Swissmodle和I-TASSER预测和评价突变对BOS1的结构影响。【结果】188株灰霉病菌菌株中有8株表现为高抗,9株为中抗,43株为低抗,其余表现为敏感;咯菌腈对代表性菌株的EC₅₀介于0.03—0.62 μg·mL ^-1,代表性菌株的抗性倍数范围为2.2—45.9。NaCl浓度在1.25—10 g·L ^-1可刺激敏感菌株生长,浓度在1.25—20 g·L ^-1范围可刺激抗性菌株生长,但>40 g·L ^-1时则抑制菌丝生长,尤其对抗性菌株,抗性越高抑制作用越强;在正常条件下各代表性菌株甘油含量介于0.0025—0.0148 μg·mL ^-1,且菌株的甘油含量与咯菌腈抗性没有明显的关联性,但在使用咯菌腈处理(0.1 μg·mL ^-1)抗性菌株和敏感菌株后,甘油含量均上升,且抗性菌株甘油含量上升幅度明显低于敏感菌株。低抗菌株YAHY-13、CDCZ-2以及中抗菌株CDCZ-42在TAR和HAMP区域均发生突变,中抗菌株CDCZ-20和高抗菌株MYFC-10、CDCZ-43在TAR和REC区域均有突变,但CDCZ-20菌株在TAR区域位点是I365N,而两株高抗菌株在TAR区域位点是I365S。不同突变位置对BOS1区域结构有不同程度的影响,其中F127S、I365N、I365S、V1136I、A1259T均处于BOS1区域结构的无规则卷曲,但TAR区域I365N和I365S使区域结构无规则卷曲发生整体偏移。【结论】四川省已有部分地区草莓灰霉病菌对咯菌腈产生了抗性;相比敏感菌株,田间抗性菌株对渗透压的耐受能力增加,但当浓度超过耐受范围后对渗透胁迫高度敏感,药剂胁迫下田间抗性菌株甘油含量增加量显著小于敏感菌株;组氨酸激酶BOS1突变的位置和方式与灰霉病菌菌株对咯菌腈的抗性水平存在必然联系。

彩色稻对稻纵卷叶螟的发生危害程度及其卵寄生蜂寄生行为的影响

郑许松,田俊策,侯建军,吕仲贤

中国农业科学. 2018, 51(22): 4288-4296. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.007

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【目的】应用彩色稻进行田间彩绘是创意农业的重要组成部分,但这可能影响水稻病虫害的发生和危害。本研究旨在探明彩色稻对水稻主要食叶害虫稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）及其卵寄生蜂的影响,为创意农业稻田稻纵卷叶螟的防治提供理论依据。【方法】比较稻纵卷叶螟在紫色稻、黄色稻和常规稻（对照）上的生物学特性,包括幼虫及蛹的历期、幼虫及蛹的存活率、蛹重和性比等;比较稻纵卷叶螟成虫在彩色稻和常规稻之间的产卵选择性;比较稻纵卷叶螟的重要卵寄生蜂螟黄赤眼蜂（Trichogramma chilonis）和稻螟赤眼蜂（T. japonicum）对彩色稻和常规稻上稻纵卷叶螟卵的寄生选择性,并在大田条件下调查彩色稻稻田和用紫色稻写字的创意稻田中稻纵卷叶螟的发生情况。【结果】室内试验结果表明,稻纵卷叶螟趋向于在彩色稻上产卵,在彩色稻上的产卵百分比达60%以上,显著高于常规稻,同时稻纵卷叶螟在彩色稻上的生态适应性高于常规稻,用紫色稻和黄色稻叶片饲养的稻纵卷叶螟幼虫存活率和蛹存活率均显著高于常规稻。彩色稻对稻纵卷叶螟的发育历期、蛹重和性比无显著影响。不同赤眼蜂对不同水稻品种上稻纵卷叶螟卵的寄生选择性有差异,螟黄赤眼蜂偏向寄生紫色稻上的卵,对黄色稻的选择性最低,但寄生率无显著差异;而稻螟赤眼蜂偏向寄生绿色常规稻上的稻纵卷叶螟卵,对紫色稻上稻纵卷叶螟卵的选择性最低。3种水稻同时存在的情况下,稻螟赤眼蜂对常规稻上稻纵卷叶螟卵的寄生率是紫色稻上的4.3倍,是黄色稻上的2.1倍。在大田情况下,紫色稻和黄色稻稻田中稻纵卷叶螟卷叶率和幼虫密度显著高于常规稻田,紫色稻的稻纵卷叶螟卷叶率最高,为15.3%,是常规稻的10.9倍,黄色稻的3倍;紫色稻和黄色稻的稻纵卷叶螟残虫率分别为4.5%和3.3%,也显著高于常规稻（1.1%）。以紫色稻进行田间彩绘时,紫色稻上的稻纵卷叶螟卷叶率均在6%以上,显著高于常规稻田（4%以下）。【结论】彩色稻相对于常规水稻更易于吸引稻纵卷叶螟危害,且稻纵卷叶螟在彩色稻上的生态适应性高于常规稻,而稻螟赤眼蜂对紫色稻上稻纵卷叶螟卵的选择性最低,不利于紫色稻上稻纵卷叶螟的生物防控。在利用彩色稻进行创意农业稻田彩绘时应充分考虑其负面的生态影响,并制定针对性防治策略。

我国1:5万土壤图数据库的质量控制

徐爱国,张认连,田有国,冀宏杰,张怀志,龙怀玉

中国农业科学. 2018, 51(22): 4297-4305. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.008

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【背景】具有时空维度的土壤大数据可为农业、环境、国土等部门了解、研究和管理土壤与环境提供数据支撑。历史上完成的纸质土壤调查图件和资料则是构建土壤时空数据库的重要基础。由于不同地区、不同时期土壤图成图标准差异较大,构建高质量土壤时空大数据,对异源、异质的非标准化土壤图资料的整理必须进行质量控制。【目的】本研究的目的是解析我国各地异源土壤普查原始图件状况,弄清其数字化整合建库中的质量控制关键问题,探索相应的技术指标与规范,为构建大比例尺土壤图数据库提供质量保障。【方法】通过分析我国土壤普查图件资料状况,结合我国数字地形图质量控制方法,制定了精度指标,对土壤图数据库实现地理精度质量控制;对比分县土壤图中的土壤名称和现有国家标准土壤分类,实现全库土壤类型名称的修编、编码;通过拓扑检查完成土壤图空间数据库结构统一,以统一境界实现境界标准化。【结果】利用异源大比例尺土壤图构建大区域土壤图数据库的质量控制主要包括数字化地理精度控制、土壤要素提取标准化、全图整合赋码三大部分。其中数字化地理精度控制包括纸图扫描精度、定位坐标系、不同地形图幅的几何校正精度、几何校正控制点的选取和点数规定。土壤要素提取标准化主要包括土壤要素与非土壤要素采集与核准、空间要素分类码、图层与图幅的标准化。全图整合赋码包括土壤类型名称的修编、编码和行政边界标准化,针对原始分县土壤图土壤名称的不规范命名,特别是土类的不规范命名,遵照国家标准中的土类名称,借鉴分县土壤志剖面记载、省级和国家级分类汇总文献和著作,将300余个不规范土类命名修编为60个国家标准命名;采用层次编码方法,按照土纲、土类至土种的五级编码实现全库每个土壤类型的唯一编码;采用国家标准境界实现行政边界的无缝连接,并在此基础上实现了土壤图空间库存储单元由分县转换为1:5万标准分幅。【结论】利用异源大比例尺非标准土壤图资料构建大区域的土壤图数据库,其质量控制的关键为数字化地理精度控制、土壤要素标准化、全图整合赋码。针对这三个问题构建的质量控制方法和相应指标,符合我国土壤普查图件数字化建库实际情况,为建设覆盖我国全域的土壤图数据库提供了质量保障。采用这一方法,建立了1:5万土壤图数据库共计13 240个,1:5万标准分幅,涉及1 688个县市和国营农场。本文还讨论了本研究成果的现状并展望其拓展方向,期望通过结合土壤理化性状信息,为进行土壤长效性质数据挖掘研究提供数据基础。

不同改良剂对黄棕壤和红壤上白菜生长及土壤肥力影响的差异

吕波,王宇函,夏浩,姚子涵,姜存仓

中国农业科学. 2018, 51(22): 4306-4315. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.009

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【目的】分析对比黄棕壤和红壤上施用不同改良剂对白菜生长状况及土壤肥力影响的差异,为改良剂的合理利用提供依据。【方法】以生物炭（C）、腐殖酸钾（HA-K）和生石灰（CaO）为试验材料,不施改良剂为对照,分别以黄棕壤和红壤为供试土壤,通过土培盆栽试验,研究不同改良剂对白菜的生物量、养分含量、可溶性蛋白和丙二醛含量的影响,以及对不同土壤pH、养分含量、交换性铝含量和酶活性的差异。【结果】（1）与对照相比,黄棕壤和红壤上施用生物炭和生石灰均能促进白菜生长,增强其抗性,主要是提高了白菜产量、叶片氮磷钾养分含量及积累量、可溶性蛋白含量,显著降低丙二醛含量。但黄棕壤和红壤上施用腐殖酸钾对白菜生长影响不同,黄棕壤上施用腐殖酸钾使得白菜产量显著增加,达到25.93 g/株,然而红壤上施用腐殖酸钾对白菜的生长无明显改善,产量仅为0.18 g/株。（2）3种改良剂对黄棕壤和红壤的肥力效应不同,与对照相比,生物炭增加土壤pH、有效磷、速效钾、有机质含量以及脲酶与酸性磷酸酶活性,显著降低碱解氮和交换性铝含量,对土壤蔗糖酶活性无显著影响,土壤肥力得以增强,其中黄棕壤的pH 增加1.39个单位,交换性铝含量减少了89.3%,有机质含量提高了168.4%;红壤的pH增加0.82个单位,交换性铝含量降低了93.9%,有机质含量提高了775.6%。对于施用腐殖酸钾和生石灰,二者均显著提高土壤pH及蔗糖酶活性,减少交换性铝含量,但腐殖酸钾对有效磷、速效钾、有机质含量以及脲酶与酸性磷酸酶活性无显著影响,显著降低碱解氮含量,交换铝含量依然很高;而施用生石灰降低土壤碱解氮、速效钾、有机质含量,对有效磷含量、脲酶与酸性磷酸酶活性无显著影响。【结论】不同改良剂对两种类型土壤上白菜生长与土壤肥力的影响有较大差异,生物炭和生石灰能改善两种土壤肥力和提高白菜的产量,而腐殖酸钾在黄棕壤中的施用效果好于红壤。

基于模型集成的中国耕地非农化影响因素及其时空特征研究

崔许锋,马云梦,张光宏

中国农业科学. 2018, 51(22): 4316-4327. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.010

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【目的】揭示耕地非农化影响因素作用的时空特征,为耕地资源保护和利用政策制定提供决策支撑。【方法】研究采用2006—2015年耕地非农化的面板数据,通过构建“一般回归模型-面板模型-地理加权回归模型-时空加权回归模型”模型集成（简称OPGT）,对耕地非农化影响因素进行计量分析。【结果】一般回归模型、地理加权回归模型（GWR）和时空加权回归模型（GTWR）估计结果显示,城镇人口增长、固定资产投资、经济发展水平、耕地资源禀赋和产业结构变量均通过显著性检验;耕地非农化莫兰指数（Moran’s I）为0.740,并且通过1%水平上显著性检验,表明耕地非农化具有显著的空间正相关性;采用一般回归模型、GWR、GTWR模型估计,方程拟合优度分别为0.689、0.785、0.858,加入时空权重信息的GWR和GTWR模型方程解释能力有显著提升;GWR和GTWR模型方程结果显示,耕地非农化影响因素弹性系数存在时空非平稳特征;空间分析显示,城镇人口增长和耕地资源禀赋对耕地非农化影响在经向上呈现出由西向东递减的状态,在纬向上呈现出倒“U”型状态,固定资产投资与经济发展水平对耕地非农化的影响程度在经向上呈现出由西向东递增的特征,在纬向上呈现出“U”型特征,产业结构对耕地非农化的影响程度在经向上由西向东递增,在纬向上由北向南递减;时序分析显示,城镇人口增长、固定资产与经济发展水平投资系数呈现减小的趋势,耕地资源禀赋系数有所增大,产业结构系数在部分省域有所降低。【结论】（1）OPGT是一个有机整体,各部分相互检验、互为补充,可以更加细致的刻画因素的时空作用;（2）耕地非农化因素总体作用强度方面,弹性系数最大的是产业结构,其次为经济发展水平、固定资产投资和耕地资源禀赋,最小为城镇人口增长;（3）空间特征方面,城镇人口增长和耕地资源禀赋总体呈现出由西向东递减的趋势,而固定资产投资、经济发展水平和产业结构呈现出由西向东递增的趋势;（4）时序演变特征方面,城镇人口增长、固定资产与经济发展水平投资对耕地非农化的影响作用呈现下降趋势,耕地资源禀赋与耕地非农化关联性趋于增强,产业结构的影响虽在部分省域有所降低,但其整体影响程度仍然相对较高。

甘蓝BoSPx的克隆与表达分析

王玉奎,白晓璟,廉小平,张贺翠,罗绍兰,蒲敏,左同鸿,刘倩莹,朱利泉

中国农业科学. 2018, 51(22): 4328-4338. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.011

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【目的】自交不亲和性（self-incompatibility,SI）是显花植物在长期进化过程中形成的限制自交衰退、促进杂交优势的一种复杂而完善的重要遗传机制。通过对SI与钙共响应新基因BoSPx的克隆、时空特异性表达分析和筛选与其互作的蛋白,并对BoSPx在自花授粉后刺激柱头的响应机制进行研究,以期为甘蓝SI的深入研究提供依据。【方法】采用转录组测序、自花和异花授粉后差异筛选以及PCR克隆获得BoSPx。利用DNAMAN软件和Smart软件进行氨基酸序列比对和保守结构域分析,通过Expasy在线软件预测BoSPx蛋白分子量、等电点、二级结构和跨膜结构域;采用MEGA6.0软件中的邻接法构建BoSPx蛋白的系统发育树,并推测BoSPx蛋白在甘蓝自花授粉后的功能。利用RT-PCR技术进行组织特异性表达分析,通过qRT-PCR检测自花和异花授粉后BoSPx的相对表达量。构建GFP表达载体,共聚焦显微镜观察BoSPx的亚细胞定位;酵母双杂交技术寻找其相互作用的蛋白。【结果】克隆获得一个新基因——BoSPx,其含有1个外显子,无内含子,是单外显子结构。BoSPx的开放阅读框为396 bp,编码具有131个氨基酸残基的蛋白质。理论等电点pI为4.54,是一种亲水性蛋白,没有信号肽和跨膜域,含有3个保守的EF-hand模体（第48—60、64—80和81—96位）。BoSPx起始密码子上游启动子序列500 bp左右含有生长素响应应答元件。BoSPx在开花前1—2 d的柱头、萼片、叶片、花药、花瓣中均有表达,在柱头中表达量最高,并且在自花和异花授粉的柱头中表达量都是先升高后降低,在自花授粉15 min时表达量达到最高,而后急剧下降,下降的低值与开花前1—2 d的柱头峰值相当。亚细胞定位分析表明BoSPx蛋白定位于细胞核和细胞质中。酵母双杂交结果表明BoSPx与SRK、ARC1之间无相互作用,但与生长素家族蛋白BoSAUR71和BoPID均能互作。【结论】BoSPx受自花授粉显著诱导表达,可能是受生长素调节的钙结合蛋白,对SI和钙产生共响应;该蛋白具有多组织表达和核质同在的特性,表明BoSPx可能参与SRK-ARC1-ExO70A1途径以外的未知信号通路。

苹果赤霉素氧化酶基因MdGA2ox8的克隆及功能分析

李飞鸿,侯应军,李雪涵,余心怡,渠慎春

中国农业科学. 2018, 51(22): 4339-4351. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.012

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【目的】从‘苏帅’苹果（Malus domestica）中分离克隆赤霉素氧化酶基因MdGA2ox8的开放阅读框（ORF）,分析其序列特征及在苹果中的组织表达特异性,通过在烟草中过表达MdGA2ox8研究其对烟草生长发育的影响,为该基因功能分析及应用提供理论参考。【方法】采用RT-PCR方法从苹果中克隆出MdGA2ox8的ORF区。利用NCBI、DNAMAN和Pfam在线软件进行氨基酸序列比对和保守结构域分析;利用Expasy在线软件对MdGA2ox8氨基酸组成、分子量、等电点进行分析;利用SignalP和TMHMM Server V.2.0分别在线分析蛋白质的信号肽和预测蛋白质的跨膜结构域;利用MEGA 7.0软件构建系统进化树。采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）方法检测MdGA2ox8在苹果不同组织中的表达量。构建MdGA2ox8过表达载体,采用农杆菌介导的遗传转化技术将MdGA2ox8导入烟草中,获得具有潮霉素抗性的转基因烟草植株,通过GUS染色、基因组PCR和RT-PCR鉴定转基因阳性植株;将野生型和转基因烟草移栽后,在第一朵花开放时测定转基因烟草的株高、节间长度和叶片长宽比以及烟草叶片叶绿素含量,激素GA₁和GA₄含量,并通过RT-qPCR方法分析烟草中相关基因的表达水平。【结果】成功克隆并获得了长为1 122 bp的MdGA2ox8 ORF区,编码373个氨基酸残基,蛋白相对分子质量为42.8 kD,理论等电点为5.44,不稳定系数为49.73,具有GA2ox的保守结构域DIOX_N和20G-Fell_Oxy,但无明显疏水区,无跨膜区,无信号肽,为非分泌蛋白。序列系统进化分析结果显示MdGA2ox8与白梨GA2ox8亲缘关系最近。RT-qPCR结果表明,MdGA2ox8在苹果各组织中差异表达,在花中的表达量最高,其次为老叶>幼叶>韧皮部,在木质部和幼果中几乎不表达。将MdGA2ox8转入模式植物烟草中,获得了5个转基因阳性株系。与野生型相比,过表达MdGA2ox8烟草植株GA₄含量降低,GA₁含量有所升高,其中野生型和转基因烟草GA₁平均含量分别为1.26和1.75 ng·g ^-1,GA₄平均含量分别为5.43和1.07 ng·g ^-1。与野生型相比,转基因烟草植株GA₁和GA₄总含量降低,使植株节间缩短、矮化以及花期推迟,其中野生型和转基因烟草植株平均高度分别为38.50和7.36 cm,节间长度分别为9.5和3.3 cm;转基因烟草叶片颜色深绿,叶片长宽比降低。烟草内源赤霉素合成途径相关基因NtGA3ox1和NtGA3ox2的表达水平受MdGA2ox8的正反馈调节。【结论】获得苹果赤霉素氧化酶基因MdGA2ox8的开放阅读框,MdGA2ox8具有组织表达差异性。MdGA2ox8过表达烟草植株中GA₁和GA₄总含量降低,导致植株节间长度缩短、植株矮化。

牛肉及其中式加工品中猪肉成分的定性、定量检测方法研究

朱扬,刘永峰,魏燕超,申倩,王一凡

中国农业科学. 2018, 51(22): 4352-4363. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.013

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【目的】建立牛肉及中式加工品中猪肉成分的定性、定量检测方法,保障牛肉产品的纯正性。【方法】提取猪肉及不同加工猪肉制品中的猪基因组DNA,通过DNA质量检测,PCR扩增,灵敏度试验,分析加工方式对猪DNA质量、灵敏度和检测限的影响;制备生牛肉和经干、蒸、煮、炖、煎、炸、烤制处理的牛肉制品中掺入不同比例（10%、5%、1%、0.1%）猪肉的二元混合肉,进行普通PCR和荧光定量PCR定性定量检测,探索DNA在掺假鉴别中的应用。【结果】不同加工方式下猪DNA质量检测结果显示,不同加工方式显著影响DNA纯度（P<0.05）,生猪肉及7种猪肉制品中DNA纯度（A_260nm/A_280nm）范围为1.893—1.977,高于理论值1.8;DNA含量范围为110—277 μg·g ^-1,经加工处理的猪肉制品的DNA含量显著高于生猪肉处理组（P<0.05）;琼脂糖电泳结果发现,放置6个月后生猪肉和7种肉制品的DNA严重降解,但生猪肉依然能获得一些不清晰的长片段DNA,而7种肉制品的猪DNA全部降解为小片段DNA,说明长时间放置和热处理明显影响了猪DNA的完整性;猪肉制品中DNA的降解虽然严重,经普通PCR扩增线粒体基因,所有样品的PCR产物均呈现为清晰且单一的条带,可见从加工肉制品中提取的DNA可以开展灵敏度试验和掺假检测试验;灵敏度试验结果显示普通PCR是高度敏感的,经10倍梯度稀释,8个试验组样品中提取的猪DNA最低检测限均为0.005 ng;荧光定量PCR扩增猪DNA所得Ct值形成的标准曲线也具有良好的线性关系,其标准曲线斜率处在-3.1—-3.7,决定系数R ²值均大于0.99,PCR扩增效率处在89%—100%,且定量PCR最低能够检测出0.005 ng的猪DNA。掺假样品定性定量PCR检测结果显示,除炸制混合肉（为1%）外,混合生肉及其他6种混合肉制品的定性检测试验最低检测限均为0.1%,说明普通PCR可检测微量的猪肉成分;混合肉的定量试验中根据不同掺假比例所建立的8个试验组标准曲线的决定系数R ²>0.99,斜率为-3.1—-3.6,各曲线均具有良好的线性关系,可以实现牛肉中猪肉成分的定量检测;对比生肉与肉制品的定量结果,混合生肉与混合肉制品的标准曲线的截距之间存在约0.01—0.6个循环数的差异【结论】不同加工处理能够显著影响肉中DNA的含量、纯度和完整性,但不影响肉制品中DNA的检测限和灵敏度,普通PCR和定量PCR均可以检测到极微含量的掺假肉成分。可见,基于PCR技术的检测方法灵敏度高、速度快、特异性强,定量检测标准曲线有较高的线性相关性和扩增效率,可为肉类行业质量控制和检验计划以及验证标签声明提供可靠的依据,可应用于一些商业样品,以保证肉制品的纯正性。

日循环变化偏热环境对肉鸡血清脑肠肽和盲肠菌群多样性的影响

常双双,李萌,厉秀梅,石玉祥,张敏红,冯京海

中国农业科学. 2018, 51(22): 4364-4372. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.014

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【目的】应激可改变畜禽脑肠轴功能,同时改变肠道菌群结构,其中热应激是影响畜禽健康最为主要的环境影响因素之一。研究日循环变化偏热环境对肉鸡血清脑肠肽和盲肠菌群多样性的影响,为肉鸡健康养殖提供理论依据。【方法】选取22d健康、体重相近爱拔益加（AA）肉鸡120只,随机分成2个处理组,每组6个重复,每个重复10只鸡（公母各5只）。将2个处理组的肉鸡转入环境控制舱,在环境温度为21℃,相对湿度为60%的条件下适应7d。29d时开始正式试验,试验组环境温度采用24h循环变温（26℃—29℃—32℃—29℃—26℃）,相对湿度为60%;对照组环境温度为21℃,相对湿度为60%,试验条件维持至试验结束,共计14d。分别于试验第7和14天,每组随机选取6只肉鸡（公母各半,每个重复1只肉鸡）,肉鸡采用静脉采血,采用ELISA测定血清中5-HT、VIP、SP的含量。同时用无菌收集盲肠内容物,将同一处理组的6个样品迅速混匀,装置无菌离心管中,液氮速冻,-80℃保存备用。采用16S rDNA的PCR-DGGE分子技术,结合共性和特异性条带割胶回收DNA进行克隆和测序,分析日循环变化偏热环境对肉鸡血清脑肠肽和盲肠菌群多样性的影响。【结果】（1）试验第7天时,日循环变化偏热环境组肉鸡血清5-HT含量显著高于对照组（P<0.05）;而对照组和日循环变化偏热环境组肉鸡VIP和SP并无显著差异。试验第14天时,日循环变化偏热环境组肉鸡血清VIP含量显著低于对照组（P<0.05）,对照组和日循环变化偏热环境组肉鸡血清5-HT和SP并无显著差异。（2）试验第7天,日循环变化偏热环境组肉鸡盲肠细菌条带数低于对照组,第14天日循环变化偏热环境组与对照组细菌条带数相同,但日循环变化偏热环境组肉鸡盲肠菌群多样性下降。（3）对照组和日循环变化偏热环境组肉鸡盲肠共性菌群为Clostridium josui、Bacteroides vulgatus、Parabacteroides johnsonii、Bacteroides dorei和Ruminococcus flavefaciens;而日循环变化偏热环境组利于Parabacteroides johnsonii和Bacteroides dorei的生长,抑制Intestinimonas butyriciproducen和Subdoligranulum variabile的定植。【结论】（1）日循环变化偏热环境组与对照组相比,试验第7天肉鸡血清5-HT的含量增加;试验第14天肉鸡血清VIP的含量下降;SP无显著差异。（2）日循环变化偏热环境影响肉鸡盲肠菌群结构和多样性。

鸭胚胎发育中后期胸肌发育阻滞的RNA-seq分析

刘宏祥,徐文娟,朱春红,陶志云,宋卫涛,章双杰,李慧芳

中国农业科学. 2018, 51(22): 4373-4386. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.015

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【目的】选择两个中国地方品种高邮鸭和金定鸭,对鸭胚胎发育中后期胸肌进行转录组分析研究,旨在探明胸肌发育阻滞的分子变化机制,为鸭骨骼肌调控机理研究打下基础。【方法】在21胚龄和27胚龄两个时间点,分别解剖高邮鸭、金定鸭各3只,采集胸大肌,提取总RNA构建文库,利用Illumina的HiseqTM2000进行高通量测序,并利用生物信息学方法进行差异表达基因挖掘、基因功能注释等分析,探讨21胚龄和27胚龄两个时间点之间胸肌发育阻滞的分子机制。【结果】高邮鸭、金定鸭21胚龄和27胚龄胸大肌组织RNA-seq质量Q20均在94%以上,Q30均在89%以上,测序得到的结果可靠,可用于后续分析。RNA水平相关性检查和基因mRNA表达量聚类图结果都表明,21胚龄（27胚龄）高邮鸭和金定鸭之间表达模式的相关性高于高邮鸭（金定鸭）21胚龄和27胚龄之间的表达模式。不同品种内时间点之间的差异基因数量（高邮鸭6 128个,金定鸭6 452个）远多于同一时间点不同品种间的差异基因数量（21胚龄522个,27胚龄299个）。qRT-PCR验证试验结果与RNA-seq分析结果相关性较强。通过GO和KEGG富集分析发现,高邮鸭、金定鸭胸肌在21胚龄到27胚龄阶段,能量代谢相关基因（主要为辅酶Q相关基因、ATP酶合成相关基因和细胞色素C相关基因）均显著上调,DNA复制和细胞周期相关基因（主要为微型染色体维持蛋白（MCM）相关基因、复制因子C（RFC）相关基因）均显著下调。相关基因表达的变化可能与此阶段成肌细胞增殖速度减慢,逐渐退出细胞周期开始准备下一阶段融合成多核肌管并形成肌纤维有关。对肌肉生长发育相关的关键基因分析发现,促进肌肉生长的IGF1和诱导成肌细胞末端分化的MyoG显著下调,促进肌纤维分化融合的MUSTN1基因、诱导肌祖细胞向成肌细胞转化的MyoD1基因显著上调。【结论】鸭胚胎中后期胸肌发育过程中大量基因差异表达。其中能量代谢相关基因的上调和DNA复制、细胞周期相关基因的下调,以及肌肉发育相关基因MUSTN1显著上调,IGF1、MyoG等显著下调,可能与鸭胚胎中后期胸肌发育阻滞现象密切相关。

蜜蜂免移虫技术研究与应用

张波,吴小波,廖春华,何旭江,颜伟玉,曾志将

中国农业科学. 2018, 51(22): 4387-4394. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.016

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【目的】在养蜂生产中,养蜂者进行蜂王浆生产和人工培育蜂王时,都需要人工移虫。人工移虫对养蜂者视力和熟练程度有较高要求,特别是随着我国劳动力成本的上升和养蜂者老龄化,人工移虫是养蜂生产亟需解决的一个技术瓶颈。在国家蜂产业技术体系连续十年资助下,笔者团队一直在从事蜜蜂免移虫技术研究工作,旨在解决人工移虫问题,为蜜蜂科学饲养提供技术支撑。【方法】根据蜜蜂生物学特性和仿生学原理,设计一种食品级塑料空心工蜂巢础,在空心巢房位置设计有与其对接的托虫器（或单个托虫器）。当空心巢础造好巢脾后,让蜂王在巢脾上产卵,取出托虫器（或单个托虫器）并安装在底座带孔的王台上,即可进行蜂王浆生产（或育王）。利用改进设计后的第10代免移虫蜂王产卵器,以意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica）为试验材料,检验第10代蜜蜂免移虫技术在蜂王浆生产和人工培育蜂王中的可行性。首先利用有分蜂热蜂群紧缩巢脾,让工蜂造好10—12张人工塑料空心巢础脾,再进行免移虫产浆和免移虫育王试验。免移虫产浆试验主要测定单王群、双王群、多王群（4只蜂王）的产卵率,以及产浆时王台接受率;免移虫育王试验采用单王群产卵6 h,同时以人工移虫育王为对照,比较免移虫以卵育王和人工移虫育王两种方法培育的蜂王初生重和卵巢管数差异。【结果】工蜂能在人工塑料空心工蜂巢础上造好完整的巢脾,同时蜂王可在造好的巢脾上产卵。单王群产卵、双王群产卵、多王群（4只蜂王）产卵的产卵率分别为91.24％、92.45％和91.29％,产浆时王台接受率分别为91.12％、92.63％和90.19％,三者均不存在显著性差异（P>0.05）;免移虫以卵育王和人工移虫育王两种方法培育的蜂王初生重分别为（256.31±3.75）mg和（243.43±2.05）mg,单侧卵巢管数分别为（163.87±9.40）条和（154.77±6.74）条,两者均存在显著性差异（P<0.05）。【结论】本研究改进设计的第10代免移虫蜂王产卵器,可以进行免移虫蜂王浆生产和免移虫以卵育王,值得在养蜂生产中推广应用。

中国启动IAS1000计划

钱万强,万方浩

中国农业科学. 2018, 51(22): 4395-4396. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.017

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