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    2019年 第52卷 第16期 刊出日期:2019-08-16
      
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    中国农业科学. 2019, 52(16):  0. 
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    基于全基因组重测序的大豆分子标记开发及籽粒蛋白质含量QTL定位
    王嘉, 曾召琼, 梁建秋, 于晓波, 吴海英, 张明荣
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2743-2757.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.001
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    【目的】基于全基因组重测序结果,开发与高蛋白、耐荫、抗倒伏等性状紧密相关的分子标记,同时利用开发的分子标记构建遗传连锁图谱,并对籽粒蛋白质含量进行QTL定位,为后续高蛋白、耐荫、抗倒育种研究提供参考和分子标记资源。【方法】以大面积栽培品种南豆12和地方品种十月黄为亲本,构建F2分离群体。对亲本材料进行覆盖度约为40×的全基因组重测序,用BWA、GATK及Breakdancer等软件比对,检测亲本材料在全基因组范围内的突变类型,挖掘相关变异基因。结合种子不同发育时期和荫蔽处理获得的转录组数据,结合qRT-PCR对发生突变的储藏蛋白、环境适应相关基因进行表达规律分析。同时,基于重测序数据,挖掘亲本间存在于基因编码区的SNP位点,对其进行酶切位点分析,将SNP标记转化为CAPS或dCAPS标记。此外,搜索亲本间存在的插入/缺失变异位点,在插入/缺失位点两侧高度保守的区域设计引物开发InDel标记。对开发的CAPS标记和InDel标记进行多态性筛选,选取具有多态性的CAPS分子标记和InDel标记,对F2材料进行基因分型。根据分型结果,利用JoinMap 4.0软件进行遗传连锁图谱的构建。依据构建的遗传图谱,结合近红外分析获得F2材料的籽粒蛋白质含量数据,使用Windows QTL Cartographer V2.5软件对大豆籽粒蛋白质含量进行QTL分析。【结果】测序结果显示,南豆12大量储藏蛋白、环境适应相关的重要基因或同源基因发生突变。转录组数据分析结果显示部分变异基因呈现不同的表达模式且差异显著,qRT-PCR分析进一步验证了该结果。此外,经检测开发的540个CAPS分子标记中有332个具有酶切多态性,300对InDel引物中有201对引物能扩增出多态性。基于533个多态性分子标记构建了一张包含20个连锁群的遗传连锁图谱,覆盖长度2 973.87 cM,标记间平均遗传距离5.58 cM。利用此图谱对大豆籽粒蛋白质含量进行QTL定位,共检测到QTL位点6个,可解释4.68%—18.25%的表型变异。【结论】基于亲本间的变异位点,共开发了533个多态性分子标记(包含8个基因特异性分子标记),检测到6个大豆籽粒蛋白质含量QTL位点,其中,主效QTL位点1个(qSPC-6)。

    青藏高原青稞育成品种的亲缘系数分析
    李健, 丰先红, 蔡一林
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2758-2767.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.002
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    【目的】分析青藏高原青稞育成品种的遗传多样性,评估其遗传基础,探索拓宽其遗传基础的对策,推动青稞新品种选育工作。【方法】以1950s后,影响力高、推广面积大的105个藏区青稞育成品种和3个引进品种为研究对象,采用亲缘系数分析法分析参试品种的遗传基础,进而以亲缘系数为基础,采用兰氏距离、类平均法对参试品种进行聚类分析;采用累积直系亲缘系数,筛选藏区主要骨干亲本。【结果】18.01%的品种组合间存在亲缘关系,各组合亲缘系数的变异范围为0.000—0.750,组合平均亲缘系数为0.053,显著高于中国大麦主栽品种以及北美大麦品种。根据参试品种的育成时间,以十年为期,将参试品种划分为7个时期,1970s和1980s 2个时期,参试育成品种的组合平均亲缘系数较高,分别达到0.115和0.107;1990s和最近十年,参试育成品种的组合平均亲缘系数较低,分别为0.040和0.032。西藏自治区、青海省、四川省、甘肃省的参试育成品种数分别为48、27、17和12个;甘肃省的参试育成品种组合平均亲缘系数最高,达到0.220,西藏自治区、青海省、四川省的参试育成品种组合平均亲缘系数较为接近,分别为0.094、0.122和0.138。聚类分析的结果显示,参试品种聚为7类,Ⅱ、Ⅲ类群共包含25个参试品种,各类群的组合平均亲缘系数较低;其他5个类群共包含83个参试品种,各类群的组合平均亲缘系数较高。40个参试品种的累积直系亲缘系数大于0,其中9个育成品种是藏区青稞的重要骨干亲本,其衍生了67个参试品种。9个骨干亲本及其67个衍生种占参试育成品种总量的72.38%。1960s,骨干亲本及其衍生种的数量占该时期参试品种总量的41.76%,之后的4个时期,骨干亲本及其衍生种的数量占各时期参试育成品种总量的比例分别达到80.00%、80.77%、76.47%和72.22%;最近十年,该指标虽有所下降,但仍然高达68.75%。对于西藏自治区、青海省、四川省和甘肃省,骨干亲本及其衍生品种数占各地区参试育成品种总量的比例分别达到79.17%、62.96%、70.59%和75.00%。参试育成品种所使用的亲本合计118个,其中本地亲本97个,占比82.20%,外引亲本15个,占比12.71%;剩余6个亲本的来源信息缺失。【结论】藏区青稞的9个骨干亲本及其67个衍生品种构成了育成品种的主体,外引大麦种质利用率低,从而导致青藏高原青稞育成品种的遗传多样性较低,遗传基础相对狭窄、脆弱。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    光谱对水稻灌浆期剑叶光合及叶绿素荧光特性的影响
    李江鹏,刘海俊,黄志午,刘晓英,尤杰,徐志刚
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2768-2775.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.003
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    【目的】探讨光谱对水稻剑叶光合及叶绿素荧光特性的影响。【方法】以华粳5号为材料,采用660 nm(R660)和630 nm(R630)的红光及460 nm(B460)和440 nm(B440)的蓝光分别与专用植物灯(W)组成不同光谱,设R660+W、R630+W、B460+W及B440+W 4种光谱处理,于水稻灌浆期测定剑叶光合特性及叶绿素荧光特性。【结果】蓝光能提高水稻剑叶的最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)和光化学猝灭系数(qP);灌浆后期,B460+W处理水稻剑叶的净光合速率显著高于红光处理,R660+W处理的单位面积穗数最多,B460+W处理的千粒重和结实率高于其他处理。光响应曲线拟合表明,B460+W处理能提高水稻剑叶的最大净光合速率(Pnmax)、光响应曲线初始斜率(α)、暗呼吸量子效率、补偿点量子效率、捕光色素分子的本征光能吸收截面(σik)和捕光色素分子数(No)。【结论】B460+W处理能改善水稻剑叶光系统Ⅱ的性能,使其在灌浆后期维持一个较高的水平,进而促进干物质积累,最终提高千粒重和结实率,即在白光背景中添加460 nm蓝光是人工环境水稻栽培灌浆期的适宜光谱。

    改进区域增长算法的植株多视图几何重建
    肖顺夫, 刘升平, 李世娟, 杜鸣竹, 吕纯阳, 刘大众, 杨菲菲, 刘航
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2776-2786.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.004
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    【目的】通过研究3种不同复杂程度植株冠层的三维重建,为更加精准获取植株冠层表型参数提供新方法。【方法】本文首先用单反相机获取3种不同复杂程度植株冠层图片序列,通过三维重建得到各植株稠密点云;随后还原植株点云原始尺度,过滤稠密点云中的噪声,再使用改进区域增长算法分割植株点云冠层;之后借助激光扫描仪,利用手动测量和激光扫描方法分别从二维和三维两个方面对多视图几何重建的叶片进行精度评价,二维精度评价为叶片长宽的实际测量值分别与激光扫描仪获取的叶片的长宽值和多视图几何重建叶片的长宽值进行统计分析,三维精度评价使用传统的网格对比方法豪斯多夫距离与更加精准的工业级网格3D精度对比检测软件Geomagic Qualify。【结果】多视图几何重建的植株叶片表型信息与手动测量值间的判定系数(R 2)均高于0.96,激光扫描方法获取的植株叶片表型信息与手动测量值间的判定系数(R 2)均高0.99;多视图几何重建的叶片与激光扫描得到的叶片在0—±1mm偏差范围内的比例大部分达到97%以上;以激光扫描的叶片网格为参考,多视图几何重建的叶片网格的豪斯多夫距离90%以上分布在0—2 mm。本研究的多视图几何重建方法与改进区域增长算法相结合能对不同复杂程度的植株取得比较理想的重建结果。 【结论】本文提出的多视图几何方法与改进区域增长算法相结合的重建方法可以弥补区域增长算法的不足,对表面不平滑的植株冠层具有更好的分割效果,适合不同复杂程度植株三维重建,为育种研究获取植株表型提供一定的参考。

    植物保护
    甘肃省白菜死棵病病原菌鉴定及其融合群检测技术
    王朵,谢学文,柴阿丽,石延霞,李宝聚
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2787-2799.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.005
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    【目的】明确引起甘肃省白菜死棵病的病原菌种类,并建立该病原菌的分子生物学检测方法,为白菜死棵病的预防及有效防治提供参考依据。【方法】对采自甘肃省的白菜死棵病菌分离、纯化培养,观察菌落形态,初步明确其病原菌为立枯丝核菌(Rhizoctonia solani),为准确鉴定,从分离菌株中选取部分菌株利用通用引物rDNA-ITS和TEF-1α(translation elongation factor,1-alpha)进行PCR扩增、测序,采用MEGA 7.0中最大似然法(maximum likelihood,ML)构建系统发育树,同时用特异性引物对F-RS/R-RS进行融合群鉴定;采用叶面喷雾和茎基部灌根法对20个白菜品种进行致病力测定。根据立枯丝核菌rDNA-ITS基因保守区域序列,运用Primer 5.0设计1对特异性检测引物,建立实时荧光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR,real-time PCR)检测该病原菌的方法。利用立枯丝核菌融合群(anastomosis groups,AGs)AG3—AG11、双核丝核菌AG-A(binulceate Rhizoctonia AG-A)、水稻纹枯病菌(R. solani AG-1-IA)、镰孢菌(Fusarium spp.)、腐霉菌(Pythium spp.)等常见病原菌的菌丝DNA进行常规PCR和real-time PCR检测,对特异性、灵敏度和可重复性进行评价。利用该体系对人工接种不同天数和田间采集的白菜病株及其根际土壤进行检测。【结果】共分离得到86株立枯丝核菌,经常规PCR特异性检测,结果表明大多数菌株属于立枯丝核菌融合群AG-2-1(68/86),少数为AG-1-IB(18/86);选取50个代表菌株进行ITS和TEF-1α基因测序和系统发育分析,AG-2-1和AG-1-IB分别与相应融合群参考序列聚在一支,且亲缘关系置信度为100%;致病力测定结果表明,两个融合群代表菌株对20个白菜品种的茎基部均可致病,AG-2-1对金娃娃、小皇宝叶部无致病力,且AG-1-IB的致病力稍强于AG-2-1。设计的引物特异性强,常规PCR检测结果表明仅白菜死棵病菌有扩增条带。Real-time PCR检测结果表明引物F-RS/R-RS特异性强,对白菜上立枯丝核菌有唯一的产物吸收峰,对其余对照菌株均未检测到荧光信号。常规PCR检测的灵敏度为8.41×10 5copies/μL,real-time PCR的灵敏度可达到8.41×10 3copies/μL,提高了2个数量级。以携带目的基因片段的重组质粒为标准品,构建的real-time PCR标准曲线循环阈值与模板浓度呈良好的线性关系,熔解曲线的吸收峰单一,相关系数为0.9983,扩增效率为91%。该方法能成功检测出田间采集的白菜病株及根际土壤中的立枯丝核菌,对人工接种后不同发病天数的盆栽白菜进行real-time PCR检测,结果表明接种后第5天植株及土壤带菌量最大。 【结论】通过对白菜死棵病菌进行分子生物学鉴定和致病力测定,明确了甘肃省白菜死棵病是由立枯丝核菌 AG-2-1和AG-1-IB两个融合群侵染所致。建立的real-time PCR测定立枯丝核菌的方法特异性强、灵敏度高,可实现植株和土壤的带菌检测及监测,可为病害早期预警及管理提供技术支持。

    中国马铃薯病虫害发生情况与农药使用现状
    徐进, 朱杰华, 杨艳丽, 汤浩, 吕和平, 樊明寿, 石瑛, 董道峰, 王贵江, 王万兴, 熊兴耀, 高玉林
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2800-2808.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.006
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    作为继水稻、玉米和小麦之后的第四大主粮作物,马铃薯在保障我国粮食安全、精准扶贫、种植业结构调整以及农业产业转型升级中发挥着至关重要的作用。我国马铃薯的种植面积和总产量均位居世界首位,但单产水平因病虫害等瓶颈因素的制约低于世界平均水平。在国家重点研发项目的资助下,项目组在马铃薯六大优势产区开展了有害生物疫情监测和农药使用现状普查工作。明确了我国马铃薯生产上的主要病虫害共计27种,提出以晚疫病、早疫病、黑痣病、枯萎病、黑胫病、疮痂病、金针虫、蛴螬、二十八星瓢虫、马铃薯块茎蛾、蚜虫、蓟马等“六病六虫”为重点防控对象,根据各区域情况兼顾青枯病、环腐病、黄萎病、粉痂病等病虫害的防控。探明了我国马铃薯单位面积农药施用次数和施用量分别为17次和40.03 kg·hm -2,高于全国平均水平的4.16次和3.49 kg·hm -2。马铃薯现有农药登记产品防治对象的覆盖范围严重不足,青枯病、疮痂病、粉痂病等重要病虫害面临无登记农药可用的窘境。在农药减施策略方面,提出践行有害生物综合治理方针。建立马铃薯病虫害监测预警和早期精确诊断技术体系,为制定科学防控策略,适时精准施药奠定基础。选育推广抗病、虫品种,优化品种布局。适时播种、合理间套作,从时空两个维度阻隔规避马铃薯有害生物的侵染。种薯源头管控,完善种薯认证监管体系。扩大合格脱毒种薯的应用面积,大力推广种薯处理技术。研发推广化学农药高效施用技术与绿色防控替代技术是实现马铃薯化学农药减施的核心驱动。

    基于种特异性COI标记的西花蓟马温室品系和羽扇豆品系一步双重快速鉴定技术
    张蓉,王玉生,杨丽梅,万方浩,张桂芬
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2809-2823.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.007
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    【背景】西花蓟马(Frankliniella occidentalis)是世界性农业和园艺作物害虫,也是我国重要的对外对内检疫对象。西花蓟马具有两个品系,即温室品系(greenhouse race,GR)和羽扇豆品系(lupin race,LR),二者在寄主范围、抗药性、生存环境等方面均具有明显差异,但外部形态相似,无法准确鉴别。【目的】以西花蓟马温室品系和羽扇豆品系为靶标,以田间常见的其他14种蓟马为参照,采用基于线粒体DNA细胞色素C氧化酶亚基I(mitochondrial DNA cytochrome c oxidase subunit I,mtDNA COI)基因的种特异性(species-specific COI,SS-COI)PCR法,研究一步双重品系快速检测技术。【方法】采用mtDNA COI基因通用引物获得西花蓟马温室品系和羽扇豆品系以及其他常见蓟马的COI序列,根据测序结果以及数据库已公开数据,设计筛选获得可同时扩增两个品系的特异性组合引物(TF6/GR32/LR12),其中TF6为品系通用上游引物,GR32为温室品系特异性下游引物,LR12为羽扇豆品系特异性下游引物,其扩增片段大小分别为温室品系362 bp、羽扇豆品系541 bp;对组合引物比例和退火温度进行优化;同时,对组合引物的种/品系特异性和灵敏性/检测阈值进行检验。【结果】当组合引物TF6/GR32/LR12比例为1.0/0.2/0.8、退火温度为44℃时,扩增效果最好。种/品系特异性检测结果证实,该检测技术仅对西花蓟马温室品系和羽扇豆品系具有扩增能力,对田间常见的其他14种蓟马包括花蓟马(Frankliniella intonsa)、禾花蓟马(Frankliniella tenuicornis)、黄胸蓟马(Thrips hawaiiensis)、大蓟马(Thrips major)、棕榈蓟马(Thrips palmi)、烟蓟马(Thrips tabaci)、普通大蓟马(Megalurothrips usitatus)、豆喙蓟马(Mycterothrips glycines)、草木樨近绢蓟马(Sussericothrips melilotus)、蔗腹齿蓟马(Fulmekiola serrata)、稻简管蓟马(Haplothrips aculeatus)、榕端宽管蓟马(Mesothrips jordani)、榕母管蓟马(Gynaikothrips ficorum)和横纹蓟马(Aeolothrips fasciatus)等不具有扩增能力。灵敏性检测结果显示,该组合引物不仅对单一品系或混合品系的成虫具有良好的扩增效果,对单粒卵、1龄和2龄幼虫以及预蛹和蛹均具有同样的扩增效能;对温室品系的最低检测阈值为35.90 pg·μL -1,相当于1/10 240头雌成虫,对羽扇豆品系的最低检测阈值为146.95 pg·μL -1,相当于1/2 560头雌成虫;同时,对来自不同地域的同一品系不同单倍型的成虫亦具有良好的扩增效能。【结论】建立的技术体系完全可以用于西花蓟马品系的快速鉴定及检疫监管,对有效阻截其进一步传播扩散及靶向防控措施制定意义重大。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    典型黑土春玉米化学肥料养分利用效率变化研究
    仇少君, 李宁, 何萍, 魏丹, 金梁, 赵士诚, 徐新朋, 周卫
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2824-2834.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.008
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    【目的】减少化学肥料投入和提高肥料养分利用效率是我国当前重要的农业举措。鉴于化学肥料不合理施用引起的黑土肥力下降和酸化,开展黑土化学肥料减少投入和肥料养分利用效率变化研究,有利于实现黑土化学肥料的科学施用。【方法】于2013—2016年在典型黑土区开展连续4年肥料投入试验,设置了不施肥(CK)、缺氮(PK)、缺磷(NK)、缺钾(NP)、氮磷钾配施处理(NPK)。测定了作物产量、养分吸收、土壤无机氮、速效磷、速效钾。【结果】黑龙江春玉米年产量10 t·hm -2左右,除2013年外,2014—2016年各年份NPK处理春玉米产量、地上部氮磷钾养分吸收显著(P<0.05)高于CK或PK处理产量。除2016年磷素农学效率外,NPK处理肥料氮磷钾养分回收率、农学效率和偏生产力逐年升高。2013—2016年期间,肥料平均氮磷钾回收率分别为45.8%、6.1%和3.5%,农学效率分别为23.2、7.2和5.0 kg·kg -1,偏生产力分别为58.3、133.2和97.7 kg·kg -1。土壤矿质氮测试显示春玉米收获后到次年播种前冻融交替促进土壤有机氮素矿化。4年养分平衡计算的平均值显示NPK处理氮磷施用量基本与春玉米养分吸收量一致,土壤氮磷总体处于平衡状态,作物地上部钾素奢侈吸收导致土壤钾素处于亏缺状态。 【结论】典型黑土区连续4年试验显示,在产量保持稳定的条件下,磷、钾肥能大幅减少,提高磷钾肥利用效率,而不施化学氮肥仅能维持第一年产量,随后的年份里氮肥利用效率提高和产量降低同时发生。

    华中区域直播冬油菜临界氮浓度稀释曲线的建立与应用
    刘秋霞, 任涛, 张亚伟, 廖世鹏, 李小坤, 丛日环, 鲁剑巍
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2835-2844.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.009
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    【目的】明确华中区域直播冬油菜的氮素稀释曲线模型及其适用性,探讨以氮素营养指数评价油菜氮素营养状况的可行性。【方法】通过2015—2016和2016—2017两个年度设置的不同氮肥用量(2015—2016年度氮肥用量为0、60、120、180和240 kg N·hm -2,2016—2017年度氮肥用量为0、60、120、180、240、300和360 kg N·hm -2)的田间试验,研究不同氮肥用量下从苗期到花期油菜各生育时期地上部生物量和植株氮素含量变化,建立直播冬油菜地上部临界氮素浓度稀释曲线模型。并利用该模型和植株氮素含量计算氮素营养指数,明确氮肥用量对油菜植株各个时期氮素营养指数的影响,探究油菜产量和氮素营养指数的关系,确定各时期适宜的氮素营养指数。 【结果】氮肥施用显著增加油菜地上部生物量和氮素含量,不同氮肥处理间差异显著。直播冬油菜地上部临界氮素浓度和地上部生物量符合幂指数的关系(Ncnc=3.49DM -0.26)。该模型可以将独立的两个试验的氮限制和非氮限制组数据区分开,模型拟合的氮素浓度和植株实际氮素浓度线性相关,RMSE和n-RMSE分别为0.37和13%,模型具有较好的稳定性。在试验氮肥用量范围内,各点不同时期氮素营养指数随氮肥用量的增加而增加,且氮素营养指数对氮肥用量的响应与产量相似。氮肥施用显著增加油菜产量,尽管不同试验点直播冬油菜产量对氮肥用量的响应存在差异,但各点相对产量和不同时期的氮素营养指数均呈一元二次曲线关系,各生育时期氮素营养指数可以准确地反映油菜氮素营养状况。直播冬油菜相对产量为1时,越冬期、薹期和花期的氮素营养指数分别为1.35、1.26和1.03。 【结论】油菜氮素稀释曲线模型Ncnc=3.49DM -0.26和氮营养指数能够评价华中区域直播冬油菜氮素营养状况,用于植株氮素诊断。

    黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响
    王文鑫,王文龙,郭明明,王天超,康宏亮,杨波,赵满,陈卓鑫
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2845-2857.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.010
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    【目的】沟头是黄土高塬沟壑区发育最活跃的地貌部位,关系着整个塬坡沟系统的水土流失。探明黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响,为区域生态环境修复和水土保持效益评价提供科学依据。【方法】以仍进行耕作利用的农地沟头为对照,研究撂荒后自然恢复植被沟头不同土层(0—10、10—25、25—40 cm)土壤团聚体特征及土壤可蚀性随植被恢复年限(3—30 a)的变化。通过干筛法和湿筛法测定土壤团聚体组成,计算>0.25 mm水稳性团聚体含量(WR0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、团聚体破坏率(PAD)、团聚体分形维数(D)等团聚体特征值,测定土壤机械组成及有机质含量,计算土壤可蚀性因子(K)。【结果】(1)与农地沟头相比,恢复3—30 a植被沟头土壤WR0.25MWDGMD分别增加11.49%—84.43%、0.18—2.05倍、7.53%—108.62%,三者随植被恢复年限的增加呈线性递增关系(P<0.01),且均随土层深度增加而减小;(2)植被沟头土壤PADD随植被恢复年限增加以线性方式递减(P<0.01),较农地沟头分别减小3.81%—32.14%、0.55%—6.63%,二者随土层深度增加而增大;(3)随着植被恢复年限增加沟头土壤可蚀性因子K以线性关系递减(P<0.01),较农地沟头减小5.43%—14.44%,K随着土层深度增加而增大。【结论】植被恢复条件下有机质含量的提升对团聚体形成和稳定性起着重要的作用。沟头土壤可蚀性的减小与水稳性团聚体含量的增加、团聚体稳定性的提高密切相关,自然恢复条件下植被恢复22—30 a沟头土壤团聚体稳定性和抗蚀性能得到明显提升。

    园艺
    葡萄miR159s靶基因的鉴定及其应答GA在果实不同组织的调控作用
    张文颖, 韩旭, 朱旭东, 解振强, 纠松涛, 黄雨晴, 贾海锋, 房经贵, 王晨
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2858-2870.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.011
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    【目的】鉴定葡萄miR159家族成员及其靶基因,明确葡萄miR159家族成员及其靶基因应答外源赤霉素(GA)在无核葡萄果实不同组织发育过程中的作用。【方法】以‘白罗莎里奥’葡萄(Rosario Bianco)为试材,利用miR-RACE和PCR技术克隆鉴定VvmiR159a/b/c的成熟体及前体序列;通过PsRNATarget软件预测VvmiR159s的靶基因,利用生物信息学软件对其进行系统进化及保守结构域分析;通过启动子作用元件分析预测VvmiR159s及其靶基因的潜在功能;采用RLM-RACE和PPM-RACE验证VvmiR159s对靶基因的裂解作用;利用qRT-PCR鉴定其应答外源GA在葡萄果实不同组织发育过程中的时空表达模式。【结果】从‘白罗莎里奥’葡萄果实中克隆获得VvmiR159a/b/c的成熟体序列、前体序列并折叠发夹结构。鉴定到VvmiR159s的四条靶基因(VvGAMYBVvMYB48VvAIX15VvGRAS-l),其中VvmiR159s与VvGAMYB匹配程度最高,与VvAIX15匹配程度最低。靶基因系统进化及保守结构域分析显示,4条靶基因与其他物种同源基因具有较高同源性。VvmiR159s前体基因及其靶基因启动子的激素响应元件均以赤霉素和水杨酸响应元件为主,表明其可能主要通过应答这两种激素参与调控葡萄的生长发育过程。VvmiR159s在不同组织中的表达具有时空特异性,其中VvmiR159c在果皮和果肉中的表达趋势不同,在果皮中VvmiR159a/b/c与VvAIX15的表达水平呈负相关;而在果肉中,VvmiR159a/b与VvGAMYBVvAIX15的表达模式相反。此外,在葡萄果皮、果肉中GA处理可显著下调VvmiR159a/c的表达,但却在幼果果肉中上调VvmiR159b的表达。表明葡萄miR159家族成员在果实不同组织中通过不同模式应答GA信号参与果实发育的调控。【结论】葡萄miR159家族含有VvmiR159a/b/c 3个成员;3个成员均可切割VvGAMYBVvMYB48VvAIX15VvGRAS-l 4个靶基因;VvmiR159a/b/c及其4个靶基因可能以不同的GA应答模式参与调控葡萄果皮与果肉的发育。

    ‘裙膜’覆盖对黄河三角洲盐碱地土温及春季葡萄生长的影响
    王辉,赵烁,杨兴旺,金梦玲,杜远鹏,管雪强,翟衡
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2871-2879.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.012
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    【目的】研究盐碱地葡萄发芽滞后的土壤原因及调控技术,提高葡萄在盐碱地土壤上春季生长发育的质量。【方法】以广北二分场盐碱地栽培的三年生欧美杂交种鲜食‘夏黑’葡萄为试材,行距3.0 m,株距1.5 m,篱架,单干单臂树形,干高80 cm。于2018年3月葡萄出土上架,灌溉催芽水后搭建‘裙膜’,即在干高50 cm处沿立柱上拉一道丝,以其为顶点将宽幅为80 cm的白色塑料薄膜从两侧交叠用绑丝固定,两侧以约45 o夹角分别向行间地面拉开,并用土压边,形成密封的小三角即‘裙膜’,每个处理铺设两行。以平栽不覆盖‘裙膜’为对照,研究‘裙膜’对地温及葡萄生长的影响。 【结果】‘裙膜’有效提高地温的同时改善了地上部的生长,促进了盐碱地葡萄的生长发育进程。其中,根际10 cm土层平均地温约比平栽对照显著提高5℃,升温早且持续时间长,缩小了地温与气温的差距;葡萄发芽物候期比对照提前10—15 d,外在表现为葡萄发芽早且发芽整齐;显著提高了葡萄的新梢生长质量,新梢生长量(长度)、第三节位节间长度及粗度分别比平栽对照显著提高34.9%、23.8%、20%,叶面积、叶片重则分别显著提高39.9%、56.6%,叶片厚度有所增加但与对照没有显著性差异。‘裙膜’覆盖显著提高了葡萄的叶片功能,叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、最大光化学效率(Fv/Fm)分别比对照显著提高27.6%、30%、6.8%,光化学淬灭系数(qP)比对照显著提高21.9%,表明在提高地温环境中,PSII反应中心开放程度大,用于光化学途径的能量增加,光合作用得到提高。为探讨盐碱地土壤升温滞后的原因,在泰安同一气候条件下利用盆栽试验发现,盐碱土的土温对气温的响应明显滞后于棕壤土,延迟3 h左右。两种土壤的含盐量及由其导致的土壤电导率、土壤容重及土壤孔隙度差异最大。田间测定结果表明,盐碱土比棕壤土的通气性差,滨海盐土0—20 cm土层的土壤容重高达1.45 g?cm -3,属于很紧实状态,比棕壤土的容重高11.7%,土壤孔隙度降低13.5%,土壤氧化还原电位(Eh)及土壤氧气扩散速率(ODR)也分别显著比棕壤土低49.9%和13.8%。 【结论】‘裙膜’覆盖显著提高盐碱地地温,缩小了气温和地温的差异,有效改善了葡萄发芽进程,提早了葡萄发芽物候期,改善了新梢生长质量,促进了春季葡萄生长发育。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    鸡线粒体ND1基因变异/异质性及其与性状的关联分析
    徐媛媛,侯玲灵,姬杰菲,王焕杰,李思露,陈文,康相涛,黄艳群
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2880-2890.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.013
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    【目的】探究鸡线粒体ND1基因的异质性,并在此基础上进行线粒体异质性在不同品种间和固始鸡资源群中的分布研究及其对重要经济性状的效应分析。【方法】选用固始鸡、卢氏鸡、来航鸡、白洛克鸡、白羽丝毛乌骨鸡、藏鸡、肉鸡以及河南斗鸡8种各具特色鸡种的血样DNA,利用PCR-RFLP技术进行mt.A4589G变异/异质性在自然群体的分布研究。此外,利用实验室先前构建的固始鸡资源群的血样DNA,通过PCR-RFLP技术进行mt.A4589G变异/异质性在固始鸡资源群的分布研究及其与固始鸡资源群F2代性状的关联分析,包括腹脂、腿肌率、盲肠长度等屠体性状指标,胫长、胸深、体斜长等生长性状指标,肌纤维直径、肌肉pH、剪切力等肉质性状指标以及葡萄糖、淀粉酶、甘油三酯等血液生化指标,进而掌握鸡线粒体ND1基因异质性及其潜在效应。【结果】(1)在8个鸡品种中,从线粒体ND1基因全长检测到一个同义突变mt.A4589G,其分布具有明显的品种特性:外来品种如肉鸡、白洛克和白来航鸡的优势等位基因为A,而国内地方品种如丝羽乌骨鸡、河南斗鸡、卢氏鸡、固始鸡和藏鸡均为G;(2)通过PCR-RFLP检测到mt.A4589G在不同品种以及固始鸡资源群中皆存在异质性。在8个不同品种中,仅从固始鸡、河南斗鸡和肉鸡中检测到5个AG异质性个体,异质性发生的频率为0.063,表明mt.A4589G异质性的分布具有一定的品种特性。而在固始鸡资源群中,mt.A4589G存在较不同品种间更为广泛的异质性,在F0、F1和F2代的异质性发生频率分别为0.81、0.41和0.70,表明mt.A4589G异质性具有普遍性;(3)mt.A4589G异质性与固始鸡资源群F2代性状的关联分析表明,mt.A4589G异质性对腹脂、皮脂厚度、8周胫长、腿肌纤维直径、葡萄糖和乳酸脱氢酶等的影响都达到差异显著水平(P<0.05);(4)mt.A4589G不同的异质性等级与固始鸡资源群F2代性状的关联分析表明,mt.A4589G异质性等级除与腹脂、腹脂率和腿肌率等屠体性状显著相关(P<0.05)外,还与生长性状(8周胫长等)、血清生化指标(葡萄糖等)均产生显著的关联(P<0.05)。【结论】mt.A4589G是一个异质性变异,其异质性的分布具有明显的品种特性,在自然群体的异质性发生频率较低,而mt.A4589G在固始鸡资源群中存在广泛的异质性。通过mt.A4589G异质性及其不同异质性等级与固始鸡资源群F2代性状的关联分析发现,mt.A4589G变异/异质性与鸡的腹脂、血液中葡萄糖水平等性状均产生了显著的关联(P<0.05)。

    硒对S. aureus诱导的奶牛乳腺上皮细胞Nod2/MAPK/mTORs信号通路关键蛋白表达的影响
    毕崇亮,刘俊俊,王亨,王娟,韩照清,关立增
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2891-2898.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.014
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    【目的】硒(Se)能否通过Nod2/MAPK/mTOR途径调控金黄色葡萄球菌诱导的奶牛乳腺上皮细胞炎性损伤,有待于进一步研究。因此本研究将探究硒对金黄色葡萄球菌(S. aureus)感染的奶牛乳腺上皮细胞(bMECs)Nod2/MAPK/mTORs信号通路中关键蛋白表达的影响,从而为阐明硒的免疫调控机制提供理论依据。【方法】首先将bMECs以10 6细胞/孔接种于6孔板中,当细胞超过80%的汇合度时,用含2、4和8 μmol·L -1浓度硒的培养基替换原来的培养基,继续孵育12 h,然后用PBS洗涤每孔3次,将S. aureus按MOI=1:1的比例加入6孔板中,继续培养0.5 h,然后收集bMECs细胞进行相关蛋白的检测。本试验共分3大组,即对照(Con)组(bMECs)、模型(Mod)组(bMECs+S. aureus)和试验组。其中试验组又分3个亚剂量组,即Low组(bMECs+2 μmol·L -1 Se+S. aureus)、Mid组(bMECs+4 μmol·L -1 Se+S. aureus)和Hig组(bMECs+8 μmol·L -1 Se+S. aureus),每组设3个重复。利用BCA蛋白测定试剂盒对收集的bMECs细胞进行总蛋白提取。应用Western blotting技术检测bMECs中Nod2和RIP2蛋白表达水平及JNK,AKT和mTOR蛋白磷酸化水平。将蛋白样品加到10%的SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳中,上样量为20 μg/孔,之后将蛋白转移到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上。将PVDF膜用5 mL 5%脱脂乳阻断2 h,脱脂乳脱脂后用TBST清洗后,分别用5 mL的 Nod2、RIP2、JNK、AKT、mTOR和β-actin的一抗孵育过夜,回收一抗。之后在PVDF膜中分别加入5 mL上述蛋白的二抗,室温孵育2 h,回收二抗。PVDF用TBST洗涤5次,最后在暗室条件下进行化学显影。 【结果】S. aureus能显著提高bMECs中Nod2和RIP2蛋白表达水平及JNK,AKT和mTOR蛋白磷酸化水平(P<0.01)。S. aureus感染0.5 h后,Nod2蛋白水平显著升高(P<0.01)。在培养基里添加2 μmol·L -1 的硒可极显著抑制Nod2蛋白的表达(P<0.01),在培养基里添加8 μmol·L -1 的硒可显著抑制Nod2的表达(P<0.05); S . aureus感染0.5 h后,RIP2蛋白水平显著升高(P<0.05),而在培养基里添加8 μmol·L -1 硒可显著抑制RIP2蛋白的表达(P<0.05);S. aureus感染0.5 h后,与对照组相比,模型组JNK蛋白磷酸化水平显著升高(P<0.01)。在培养基里添加4 μmol·L -1 的硒能显著抑制JNK蛋白的磷酸化水平(P<0.05),在培养基里添加8 μmol·L -1 的硒能显著抑制JNK蛋白的磷酸化水平(P<0.01); S. aureus感染0.5 h后,与对照组相比,模型组AKT蛋白磷酸化水平显著升高(P<0.01)。在培养基里添加4 μmol·L -1 硒可极显著抑制JNK蛋白的磷酸化水平(P<0.01),在培养基里添加8 μmol·L -1 硒可显著抑制AKT蛋白的磷酸化水平(P<0.05);S. aureus感染0.5 h后,模型组mTOR蛋白磷酸化水平显著升高(P<0.01)。在培养基里分别添加4 μmol·L -1 和8 μmol·L -1 硒均能显著抑制mTOR蛋白磷酸化水平(P<0.05)。 【结论】硒可通过抑制bMECs Nod2/MAPK/mTORs信号通路中关键因子蛋白的表达而减轻S. aureus诱导的bMECs炎症反应。

    泰地罗新注射液体外抑菌试验及对感染副猪嗜血杆菌仔猪的保护作用
    李国基, 闫超群, 麻雨桥, 谢顺, 顾欣, 曹莹, 黄士新, 黄显会
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2899-2911.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.015
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    【目的】开展了泰地罗新注射液的体外抗菌活性及对仔猪感染副猪嗜血杆菌的保护作用研究。【方法】体外抑菌活性中,采用试管二倍稀释法,以泰拉霉素为对照,测定泰地罗新对副猪嗜血杆菌、胸膜肺炎放线杆菌、多杀性巴氏杆菌、支气管败血性波氏杆菌的最小抑菌浓度(MIC);在对仔猪感染副猪嗜血杆菌的保护作用中,选择菌量为1×10 10 CFU·mL -1的副猪嗜血杆菌细菌悬液0.5 mL·kg -1bw作为攻毒剂量,进行腹腔注射,复制病理模型。将泰地罗新以2、4、8 mg·kg -1bw 3个剂量,泰拉霉2.5 mg·kg -1bw单次肌肉注射,治疗人工感染副猪嗜血杆菌的仔猪;在病死猪病料病原菌分离与鉴定中,挑取分离纯化后的副猪嗜血杆菌菌落进行基因组DNA提取,针对副猪嗜血杆菌16sRNA序列设计1对特异性引物,PCR扩增后检验目的DNA片段碱基序列长度。 【结果】体外抑菌结果显示,泰地罗新注射液对副猪嗜血杆菌、支气管败血性波氏杆菌、胸膜肺炎放线杆菌及多杀性巴氏杆菌的MIC分别为0.06—8.00、0.06—8.00、0.25—1.00、2.00—32.00 μg·mL -1,MIC50分别为0.5、2.0、4.0、0.5 μg·mL -1,MIC90为2、8、16、1 μg·mL -1,结果表明,泰地罗新注射液对副猪嗜血杆菌、支气管败血性波氏杆菌抑菌效果较强,对胸膜肺炎放线杆菌、多杀性巴氏杆菌抑菌效果较弱;DNA目标片段PCR扩增结果显示,PCR扩增目标片段长度均与文献报道中预测条带一致,特异性片段长度为820bp左右,结果表明,病死猪只均死于副猪嗜血杆菌感染;体内治疗试验结果显示,泰地罗新注射液低、中、高剂量组增重分别为(2.5±0.2)、(2.9±0.2)、(2.9±0.3)kg,死亡率分别为40%、0、0,有效率分别为40%、100%、100%,治愈率分别为40%、100%、100%;泰拉霉素注射液组增重为(3.0±0.2)kg,死亡率为10%,有效率为90%,治愈率为80%;感染不给药组增重为(2.1±0.1)kg,死亡率为70%。结果表明,泰地罗新注射液高、中剂量组与泰拉霉素对照药物组无显著性差异(P>0.05),均能迅速的减轻临床症状,具有显著的治疗效果。泰地罗新低剂量组治疗效果与感染不给药组相当,无显著性差异(P>0.05)。 【结论】泰地罗新注射液按4 mg·kg -1bw临床推荐给药剂量,可有效治疗由副猪嗜血杆菌感染引起的猪呼吸道疾病。

    天然蜂粮对高脂血症大鼠血脂、抗氧化及免疫功能的影响
    李震,刘志勇,江武军,何旭江,颜伟玉,张丽珍,曾志将
    中国农业科学. 2019, 52(16):  2912-2920.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.016
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    【目的】蜂粮是工蜂将采集的花粉团贮存在巢房中,然后将花粉团咬碎、吐蜜湿润,经过2—3周发酵酿制而成。蜂粮是蜂群中大幼虫和幼龄蜜蜂发育必需的全价营养。虽然传统观点认为天然蜂粮营养价值高于蜂花粉,但是没有科学依据。为了科学评价蜂粮营养功效,以蜂花粉为对照,系统研究天然蜂粮对大鼠血脂、抗氧化和免疫功能的影响。【方法】采用江西农业大学蜜蜂研究所设计生产的天然蜂粮生产器,利用西方蜜蜂(Apis mellifera)在白莲花期生产天然蜂粮和蜂花粉。以大鼠为实验动物,参照人每日推荐食用蜂花粉剂量,天然蜂粮和蜂花粉均分别设置低剂量组(80 mg·kg -1)、中剂量组(400 mg·kg -1)和高剂量组(800 mg·kg -1),同时设置空白对照组和高脂模型对照组。按标准方法造大鼠高脂血症模型,再连续灌胃60 d天然蜂粮或蜂花粉后,测定血脂水平甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL-C),取血检测抗氧化指标超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)、丙二醛(MDA)和总抗氧化能力(T-AOC)以及免疫因子白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)。 【结果】与高脂模型组相比,蜂粮低剂量组能显著降低高脂血症大鼠血液中TG、TC、LDL含量,蜂粮中剂量组能显著提高HDL-C含量,蜂花粉低剂量组能显著降低高脂血症大鼠血液中TG与TC含量,说明蜂粮和蜂花粉均有良好的降低高脂血症的功效;与高脂模型组相比,低剂量组蜂粮、中剂量组蜂粮、高剂量组蜂粮以及低剂量组蜂花粉、中剂量组蜂花粉均能显著升高TNF-α含量,说明蜂粮和蜂花粉均具有增强免疫的效果;与高脂模型组相比,蜂花粉高剂量组大鼠血液中SOD含量显著增加,3个蜂粮剂量组以及蜂花粉低剂量组和中剂量组SOD含量均差异不显著,说明蜂花粉高剂量组具有增强抗氧化能力的功效;与高脂模型组相比,6个试验组的GSH-Px、T-AOC以及MDA含量均差异不显著。与蜂花粉低剂量组和蜂花粉中剂量组相比,蜂粮中剂量组能显著提升HDL-C含量;与3个蜂花粉剂量组相比,蜂粮中剂量组能显著提高TNF-α含量。【结论】综合TG、TC、LDL、HDL-C以及TNF-α等指标,天然蜂粮的降血脂和增强免疫的功效要优于蜂花粉,天然蜂粮值得进一步开发利用。