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    2019年 第52卷 第17期 刊出日期:2019-09-01
      
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    中国农业科学. 2019, 52(17):  0. 
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    稻米抗性淀粉含量及其环境稳定性分析
    张春龙, Channarong PHONGSAI, 张江丽, 于洋, 苏耀华, 杨米, 高亮, 普世皇, 李娟, 金寿林, 谭学林, 文建成
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2921-2928.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.001
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    【目的】食用高抗性淀粉含量稻米虽利于提高慢性病人群的健康水平,但培育出的高抗性淀粉含量水稻品种还较少。开展水稻种质资源抗性淀粉含量及其环境稳定性的研究,为高抗性淀粉含量水稻种质资源发掘和生产应用提供参考依据。【方法】参照爱尔兰Megazyme公司提供的方法测定稻米抗性淀粉含量,用PAST软件完成种质含量分布作图。通过一年多点试验评价抗性淀粉含量的环境稳定性,利用DPS软件完成含量方差分析。依据国家标准GB/T15683-2008分析了稻米直链淀粉含量。【结果】对1 206份水稻种质稻米抗性淀粉含量分析,结果表明,绝大部分水稻种质稻米抗性淀粉含量低,含量低于2.5%的占87.6%,高于10%的仅占约0.2%。稻米抗性淀粉和直链淀粉含量存在显著正相关,但在高直链淀粉含量种质中未出现抗性淀粉含量高的品系,却在低直链淀粉含量种质中发现3份抗性淀粉含量高于10%的品系,其中1个优质软米品种Diangu2的抗性淀粉和直链淀粉含量分别为10.12%和12.3%,综合农艺性状优良,米饭食味性好。在3个不同环境种植18个不同抗性淀粉含量的品系,结果显示有13个品系的含量不受种植环境差异的影响,另5个品系的含量受环境影响,稻米的抗性淀粉含量除了受基因型影响外,还受种植环境、以及基因型与环境互作的影响。【结论】水稻种质资源稻米抗性淀粉含量普遍很低,抗性淀粉含量与直链淀粉含量虽存在显著正相关,但低直链淀粉含量种质中也可能存在高抗性淀粉的品种,所以培育稻米抗性淀粉含量高且食口性好的品种是可能的。稻米抗性淀粉含量主要受基因型控制,在不同环境中含量高的品种依然高,含量低的品种仍然低,那么高含量的品种可在其适种稻区种植生产大米,其含量不会被明显影响。

    基于隶属函数分析的甘薯薯苗耐冷性基因型差异研究
    徐舒,李玲,张思梦,曹如霞,陈玲玲,崔鹏,吕尊富,吴列洪,陆国权
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2929-2938.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.002
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    【目的】探究甘薯的耐低温机制,明确影响甘薯薯苗耐低温特性的关键因素,为甘薯薯苗耐冷资源鉴定与筛选及耐低温胁迫机制的研究提供理论依据。【方法】选取30个代表性甘薯品种的薯苗,在4℃低温胁迫处理下,测定其生理指标和抗氧化酶活性变化,同时观测甘薯薯苗在低温胁迫下生理特性的变化,利用隶属函数分析,筛选出较耐低温的甘薯品种。【结果】低温胁迫下,不同基因型甘薯薯苗生理指标均有一定差异。与低温胁迫之前相比,所有薯苗相对电导率( relative electrical conductivity,REC)和脯氨酸含量均有不同程度的增加,苏薯16的相对电导率变化最大,高达40.16%,脯氨酸含量增加最多的是辽薯15,高达3.66 μg·g -1FW;丙二醛(malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗坏血酸过氧化酶(aseorbate peroxidase,APX)呈上升趋势;30个品种薯苗,MDA含量增加变化最大的是苏渝303;所有薯苗SOD活性呈上升趋势,SOD活性增加变化最大的是渝薯17,胁迫前后变化高达27.59 U·g -1FW,但宁紫薯1号、商徐紫1号、紫罗兰薯苗处于萎蔫濒死状态,SOD活性变化呈现负值;所有薯苗POD活性呈现上升趋势,POD活性变化最高的是赣10-20,高达29.21 U·(g·min) -1,紫罗兰POD含量变化呈现负值;CAT活性上升最大的是红香蕉;APX活性变化呈上升趋势,烟薯25、红香蕉、龙紫薯6号变化最大,普薯32、商薯8号、紫罗兰变化最小;脯氨酸含量增加最多的是辽薯15,高达3.66,是商徐紫1号的5倍。甘薯薯苗生理指标相关性分析可知,相对电导率和MDA含量与薯苗的耐冷性呈负相关,SOD、POD、CAT、APX活性与薯苗耐冷性呈正相关,脯氨酸含量与薯苗耐冷性呈正相关。【结论】在低温胁迫下,薯苗耐冷性由强到弱:龙薯515>赣10-20>南薯010>红香蕉>广薯87>苏薯8号>渝薯17>龙紫薯6号>烟薯25>浙薯13>遗字138>甘薯166-7>秦紫薯2号>徐薯55-2>辽薯19>辽薯15>龙薯14>徐薯22>商薯19>普薯32>宁紫薯2号>龙薯9号>商薯8号>徐紫薯8号>红东>苏薯16>台湾英沟>商徐紫1号>苏渝303>紫罗兰。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    基于机器学习的滴灌玉米光合响应特征
    刘慧芳,贺正,贾彪,刘志,李振洲,付江鹏,慕瑞瑞,康建宏
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2939-2950.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.003
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    【目的】提出一种优化模型精度的机器学习网格搜索方法,解决滴灌玉米光合响应曲线模型参数确定难、精度低等问题,为滴灌玉米光合生理机制及光合响应特征提供新思路。【方法】2017年和2018年以宁夏玉米主栽品种(TC19)为试验材料,设置6个施钾水平(0(K0)、90 kg·hm -2(K1)、180 kg·hm -2(K2)、270 kg·hm -2(K3)、360 kg·hm -2(K4)、450 kg·hm -2(K5)),使用Li-6400XT光合仪测定不同钾肥水平下玉米吐丝期光响应曲线。运用机器学习网格搜索法和非线性回归分析法对基于直角双曲线修正模型的光响应曲线进行拟合。选取决定系数(R 2)、均方根误差(RMSE)及平均绝对误差(MAE)对模型精度进行评价。【结果】在玉米吐丝期,叶片光合参数Pn、Tr和Gs随施钾量的增加呈先增大后减小的趋势。拟合评价结果表明,在K0和K1处理下机器学习方法计算效果优于传统方法,R 2均大于0.991,RMSE均小于1.487,MAE均小于1.350。在K2—K5处理下,2种方法拟合效果相当,R 2均大于0.993,RMSE均小于0.952、MAE均小于0.860。最优拟合方法(网格搜索法)对光响应特征参数计算结果表明,α、Pnmax、Rd、LSP和LCP的变化趋势与其光合参数相似。在施钾量为360 kg·hm -2(K4)时,各光响应特征参数均达到最大,在450 kg·hm -2(K5)时出现光抑制现象。【结论】基于机器学习的网格搜索法可准确地拟合宁夏滴灌玉米光响应特征,且施钾量为360 kg·hm -2时玉米光合性能达到最佳。

    基于TWDTW的时间序列GF-1 WFV农作物分类
    邱鹏勋, 汪小钦, 茶明星, 李娅丽
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2951-2961.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.004
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    【目的】焉耆盆地是新疆重要的特色农产品生产基地,农作物种植结构较为复杂。利用时间序列的遥感数据对研究区内的农作物进行分类识别,获得不同农作物的空间分布、种植面积等信息,为政府部门制定粮食政策、经济计划提供重要依据。同时探讨时间加权的动态时间弯曲(time weighted dynamic time warping,TWDTW)方法在农作物分类识别中的适用性以及高分一号(GF-1)WFV在农业领域的应用潜力。【方法】以新疆焉耆盆地为研究区域,利用2018年作物生长季的GF-1 WFV时间序列数据集计算归一化植被指数(NDVI),基于TWDTW方法开展农作物分类识别研究。分别采集不同作物的样本点,形成各作物NDVI的标准序列。利用TWDTW相似性匹配算法计算每个待分类像元与不同作物标准序列间的相似度距离,距离值越小则相似性越高,通过对比确定像元的农作物类型,得到最终的分类结果,同时根据时间序列NDVI曲线建立决策树(decision trees,DTs)分类规则,人工设置分类阈值得到分类结果,并与TWDTW方法的结果进行对比分析。【结果】2种方法的分类结果较为一致,辣椒的种植范围最广,小麦主要分布在焉耆盆地北部和西部的农二师二十一团,番茄和甜菜的种植分布较为零星。在种植面积统计中,辣椒的种植面积最大,其后依次为番茄、小麦和甜菜。利用野外样本点对决策树和TWDTW两种方法的分类结果进行精度验证,总体精度分别为89.58%和90.97%,kappa系数为0.804和0.830,TWDTW方法的分类精度相比于决策树法略有提高。【结论】相比于决策树分类方法,TWDTW方法的分类精度略有提高的同时,分类结果客观可靠,而且算法不受地域因素限制,具有较强的灵活性和适用性。基于密集时相的GF-1 WFV数据集,采用TWDTW算法对农作物进行分类,得到较好的分类结果,能够满足农业部门的管理决策需求,该方法在农业领域具有较大的应用和推广价值。

    植物保护
    我国部分常用玉米种质资源对镰孢菌病害的抗性评价
    渠清,李丽娜,刘俊,王绍新,曹志艳,董金皋
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2962-2971.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.005
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    【目的】玉米穗腐病、茎腐病和鞘腐病是我国玉米产区普遍发生的三大镰孢菌(Fusarium spp.)病害,近年来有严重混和发生的趋势,三大病害主要致病菌分别为拟轮枝镰孢(F. verticillioides)、禾谷镰孢(F. graminearum)和层出镰孢(F. proliferatum)。种植抗病品种是控制该类病害最经济有效的方法,本研究旨在筛选出单抗或兼抗穗腐病、茎腐病和鞘腐病的玉米种质,为玉米品种的科学选育和合理布局提供参考。【方法】选取我国玉米种质B73、B37、郑58、昌7-2、齐319等16个常用育种自交系,将玉米穗腐病主要病原菌拟轮枝镰孢、茎腐病主要病原菌禾谷镰孢及鞘腐病主要病原菌层出镰孢分别接种于玉米果穗、茎秆及叶鞘,具体方法为待整株长到吐丝期用连动注射器将拟轮枝镰孢孢子悬浮液沿花丝通道注射到健康玉米果穗;将健康玉米地上第一节的茎部用针扎孔后向其中注射禾谷镰孢孢子悬浮液;将层出镰孢孢子悬浮液沿健康玉米植株叶基部接种到地上2—5节间的叶鞘内。以上各种接种方式均使用无菌水作为对照。在2016年和2018年度进行人工田间接种试验,通过评价穗腐病、鞘腐病的病情指数以及茎腐病发病面积,评估所选自交系对以上镰孢菌引起的穗腐病、茎腐病和鞘腐病的抗性级别。【结果】供试自交系中吉853、OH43和X178对穗腐病表现为中抗,B73、B37、PH6WC、掖478、郑58、9058、昌7-2、浚928、Mo17、A619、PH4CV、齐319和13-1077共13份材料为感病或高感;齐319、PH4CV、Mo17、9058、B37、B73、昌7-2和13-1077共8份材料对茎腐病表现为中抗或高抗,郑58、掖478、PH6WC、浚928、吉853、A619和OH43共7份材料表现为感病或高感;B73、B37、郑58、掖478、PH6WC、9058、昌7-2、吉853、浚928、Mo17、A619、PH4CV、OH43、齐319和13-1077共15份材料对鞘腐病表现为中抗或抗病。从16个自交系所在种群来看,瑞德群对穗腐病表现为感病,兰卡斯特群和唐四平头群对鞘腐病表现为抗病,其他群对3种镰孢菌病害抗性水平的离散程度较大,无明显规律。【结论】供试自交系吉853和OH43对鞘腐病和穗腐病表现为中抗或抗性,齐319、PH4CV、Mo17、9058、B37、B73、昌7-2和13-1077共8份材料对鞘腐病和茎腐病表现为中抗、抗性或高抗,但尚未筛选到对3种病害均有较好抗性的材料,有待于进一步筛选其他种质资源。

    吡咯伯克霍尔德菌WY6-5产二甲基二硫对储藏期花生黄曲霉及毒素的抑制作用
    宫安东,董飞燕,吴楠楠,孔宪巍,赵倩,闫建丽,Cheelo DIMUNA
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2972-2982.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.006
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    【目的】验证吡咯伯克霍尔德菌(Burkholderia pyrrocinia)WY6-5的抑菌作用,评价其对储藏期花生黄曲霉(Aspergillus flavus)及毒素的防治效果,分析抑菌作用机制,鉴定活性物质,并检测其最低抑菌浓度,为储藏期真菌病害及毒素的防控提供新材料。【方法】采用非接触培养皿对扣培养法,检测菌株WY6-5对黄曲霉的抑制效果,添加活性炭,验证挥发性物质的抑菌作用;密闭储藏环境,检测WY6-5产二甲基二硫对花生黄曲霉及毒素的抑制效果;收集处理后的花生籽粒,锇酸固定,并进行扫描电镜观察,检测黄曲霉细胞显微结构变化,通过透射电镜观察,检测黄曲霉细胞内部结构的显微差异;购买活性物质标准品,梯度稀释,与黄曲霉菌丝和孢子对扣培养,分析最低抑菌浓度。【结果】吡咯伯克霍尔德菌WY6-5分离自茶园根际土壤,可产生挥发性物质二甲基二硫,并高效抑制黄曲霉的生长,抑菌率达95%以上;同时,在高水活度(aw)条件下,WY6-5还可抑制储藏期花生黄曲霉和毒素污染;两种水活度下,对照组中发病率高达100%,黄曲霉毒素总含量分别为399.32 μg?kg -1(aw 0.859)和3 143.19 μg?kg -1(aw 0.923);WY6-5添加组,花生黄曲霉发病率降为2%(aw 0.859)与21%(aw 0.923),毒素含量降为4.86 μg?kg -1(aw 0.859)和121.37 μg?kg -1(aw 0.923),与对照组相比,对毒素的抑制率达98.78%和96.14%。扫描电镜观察显示,WY6-5产生的挥发性气体能抑制黄曲霉孢子的萌发,透射电镜显示,黄曲霉细胞结构未呈现明显损伤。挥发性物质二甲基二硫抑菌作用明显,对黄曲霉菌丝生长的最低抑菌浓度为100 μL?L -1(物质体积/培养体积),对孢子萌发的最低抑菌浓度为50 μL?L -1(物质体积/培养体积)。【结论】吡咯伯克霍尔德菌WY6-5可产生高效抑菌挥发物二甲基二硫,在低浓度下即可完全抑制黄曲霉菌丝生长和孢子萌发,并能抑制储藏期花生黄曲霉的侵染和黄曲霉毒素的产生,为储藏期真菌病害及毒素的防控提供了新型生物材料。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    施用有机肥对我国作物氮肥利用率影响的整合分析
    任科宇,段英华,徐明岗,张旭博
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2983-2996.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.007
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    【目的】化肥配施有机肥是提高作物氮肥利用率(NUE)的重要措施之一。但由于作物的氮肥利用率受到施氮量、土壤性质和气候条件等因素的影响,且多数研究只在某一特定区域或条件下进行,对于全国不同区域施用有机肥对氮肥利用率影响的研究缺乏系统分析和比较。因此,探明化肥配施有机肥对氮肥利用率的影响,量化不同土壤和气候条件下氮肥利用率对有机肥施用的响应,可指导区域性的有机肥施用,为化肥减施增效提供重要的理论依据。【方法】本研究收集了公开发表的文献110篇,建立了412组包含化肥配施有机肥(NPKM)和单施化肥(NPK)处理的氮肥利用率的数据库。采用整合分析(Meta-analysis)和随机森林(Random Forest)方法分析了全国不同区域的氮肥利用率在NPK和NPKM处理下的差异,定量化了施氮量、土壤性质和气候条件等因素对有机肥正效应的贡献率。【结果】全国来说,相比NPK,NPKM处理下氮肥利用率提高了3.6个百分点。除东北地区外,在其他地区NPKM均显著提高了氮肥利用率,提高幅度依次为西北>华北>南方>华东。土壤性状中影响有机肥“增效”作用的主要因素是有机质、pH、速效钾和全氮含量,其中土壤有机质含量越低,配施有机肥后氮肥利用率的提高幅度越大;在碱性土壤上配施有机肥对氮肥利用率的提高幅度分别是中性土壤和酸性土壤的1.3和1.8倍。另外,不同气候类型下配施有机肥对氮肥利用率的提高幅度存在差异,表现为温带大陆性气候区>温带季风性气候区>亚热带季风性气候区。【结论】施用有机肥可显著提高作物的氮肥利用率,且在有机质含量较低、降雨量较少的西北地区配施有机肥后氮肥利用率的提高幅度最大。

    作物水肥耦合类型量化方法在华北冬小麦水氮配置中的应用
    张经廷,吕丽华,张丽华,董志强,姚艳荣,姚海坡,申海平,贾秀领
    中国农业科学. 2019, 52(17):  2997-3007.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.008
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    【目的】研究一种作物水肥耦合类型量化方法及基于这种方法的华北冬小麦水氮优化配置,丰富作物水肥耦合分析方法,为促进冬小麦水肥协同高效生产提供理论基础和实践依据。【方法】根据作物相对产量的真实值与理论值的差异显著性来判定某一具体水肥组合的耦合类型。2006—2016连续10年在黄淮北部进行了冬小麦季不同水氮处理的大田定位试验。裂区设计,灌水量为主区,设春灌1水(拔节期75 mm,W1)和2水(拔节期和开花期各75 mm,W2)两个处理;施氮量为副区,设5个水平,分别为0 (N0)、60(N60)、120(N120)、180(N180)、240 kg·hm -2(N240),共10对水氮组合。研究冬小麦不同水氮组合的耦合类型及其年际转换特征,确选适宜的水氮配置。【结果】某一水肥组合相对产量真实值经统计检验显著高于其理论值,此水肥组合的水肥耦合类型即为“协同”(水肥互相促进);真实值显著小于理论值,水肥耦合类型即为“拮抗”(水肥互相限制);真实值与理论值没有显著差异,水肥耦合类型即为“加和”(水肥互不影响)。冬小麦W2与不同施氮水平(Nx)组成的水氮组合的耦合类型及其年际变化特征受施氮水平的影响显著。W2N60水氮耦合类型10年平均为“拮抗”,定位第1—2年灌水限制施氮的增产作用,施氮限制了灌水的增产作用,水氮“拮抗”;定位第3 -25年耦合类型转变成“增水促氮,增氮促水”的“协同”;定位第6—10年又转为“拮抗”。W2N120的耦合类型在定位第1—4年为“加和”,第5年起就转为“协同”,10年平均为“协同”。施氮超过120 kg·hm -2的两水氮组合W2N180与W2N240的耦合类型各年度均为水氮互不影响的“加和”。【结论】基于作物相对产量真实值与理论值差异的显著性来定量判定某一特定水肥组合的耦合类型具有较强的可行性。黄淮北部冬小麦生产中, W2N120组合水氮协同增产效果显著,耦合类型长期为“协同”,因此,在一定年限内可作为该区冬小麦季适宜的水氮配置,年均产量水平维持在8.5 t·hm -2左右。

    园艺
    炎热气候条件下抗蒸腾剂对酿酒葡萄光合特性与葡萄酒品质的影响
    李婉平,刘敏,王皆行,姚衡,成正龙,窦俊霞,周晓明,房玉林,孙翔宇
    中国农业科学. 2019, 52(17):  3008-3019.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.009
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    【目的】针对气候炎热葡萄产区夏季高温导致的高温胁迫、果实成熟过快、糖高酸低,进而影响葡萄酒品质等现状,探讨炎热气候条件下喷施抗蒸腾剂(Anti-transpirant)对酿酒葡萄光合特性、生理指标、果实与葡萄酒相关品质的综合影响,旨在为改善炎热气候产区酿酒葡萄与葡萄酒综合品质提供理论依据。【方法】试验于2017年在新疆和硕县开展,以酿酒葡萄‘赤霞珠’(Vitis vinifera L. cv. Cabernet Sauvignon,CS)和‘雷司令’(Vitis Vinifera L.cv. Riesling)为材料,于2017年7月26日、8月9日两次喷施抗蒸腾剂后,对叶片采样并测定光合指标、气孔特性、生理指标,在果实成熟过程中监测成熟度变化;并利用超高效液相色谱法(ultra performance liquid chromatography,UPLC)对成熟期果实中葡萄糖与果糖含量进行测定;采收后(‘雷司令’:8月16日;‘赤霞珠’:9月8日)采用小容器酿造法酿造赤霞珠干红与‘雷司令’干白葡萄酒,终止发酵后测定葡萄酒的基本理化指标。【结果】抗蒸腾剂显著降低了酿酒葡萄的净光合速率与气孔导度,但胞间CO2浓度、蒸腾速率在两个品种中表现不一致;利用扫描电镜观察发现,抗蒸腾剂处理显著减小了‘赤霞珠’和‘雷司令’的未成熟叶片气孔宽度(41.02%、46.94%)、开张程度(59.59%、67.43%)及分布密度(13.84%、4.97%),从而在炎热气候条件下降低水分散失;抗蒸腾剂处理显著降低了叶片中丙二醛、游离脯氨酸含量,并降低了‘雷司令’的可溶性蛋白含量,对叶绿素含量无显著影响,有利于植株减轻高温胁迫;抗蒸腾剂处理后,能够显著延缓果实还原糖含量积累和有机酸的降解,成熟期‘赤霞珠’与‘雷司令’果实中总还原糖含量分别降低6.6 g·L -1、11.7 g·L -1,总酸含量分别增加0.57 g·L -1、0.76 g·L -1,葡萄糖和果糖含量均显著降低,‘赤霞珠’和‘雷司令’葡萄酒的酒精度分别降低了0.71%、0.39%。【结论】抗蒸腾剂具有调节光合特性、减少水分蒸发、提高抗高温能力、降糖增酸、降低酒精度的作用,具有易操作、低成本、综合效果好等优势。

    修剪对山地苹果蒸腾的影响及模拟
    叶苗泰,霍高鹏,杨博,赵西宁,高晓东
    中国农业科学. 2019, 52(17):  3020-3033.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.010
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    【目的】探究不同修剪强度对旱作山地苹果蒸腾的调控效应,为山地苹果园田间水分管理与可持续发展提供科学依据。【方法】以黄土丘陵区山地苹果为对象,设置不同修剪强度(对照CK:无修剪;强度I:轻度修剪,去除10%的侧枝长度;强度II:中度修剪,去除25%的侧枝长度;强度III:重度修剪,去除40%的侧枝长度),采用观测(TDP插针式茎流计)和数值模拟(MAESPA模型)结合的手段研究修剪对苹果树蒸腾耗水规律的影响。【结果】修剪显著降低了苹果树叶面积指数,强度III修剪处理的枝量、叶面积指数,冠幅直径平均较对照处理减少 28.2%、30.5%、9.5%。修剪显著改变了苹果树蒸腾耗水特征,随着修剪强度的增加,日液流峰值下降,液流强度变弱;逐月蒸腾耗水量从果实膨大期到着色成熟期逐渐降低,表现为7月最高,9月最低,修剪强度II、强度III处理各月蒸腾耗水显著低于对照;各处理在整个研究期间的蒸腾耗水量较对照分别降低了11.1%、24.1%、37.9%,修剪强度II、强度III蒸腾耗水量与对照存在显著差异。MAESPA模型能够较好模拟不同修剪强度下果树蒸腾耗水规律,不同修剪强度7—9月份蒸腾耗水量模拟的归一化均方差为0.163—0.293,纳什系数为0.616—0.83,一致性系数为0.907—0.960。模型在光合有效辐射和饱和水汽压差较低时,对蒸腾的模拟效果较差。【结论】随着修剪强度的增加,苹果蒸腾耗水量基本呈等比例下降趋势,在没有严重水分亏缺时,山地果园可采取去除10%侧枝的修剪强度;当发生严重水分亏缺时,去除25%侧枝的修剪强度能以较小的产量损失显著降低蒸腾耗水量,缓解水分供需矛盾,促进果园的绿色健康发展。

    食品科学与工程
    超声耦合不同酸度柠檬酸脱苦溶液对苦杏仁品质特性的影响
    史芳芳, 张清安
    中国农业科学. 2019, 52(17):  3034-3048.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.011
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    【目的】探究超声耦合不同pH柠檬酸溶液脱苦对苦杏仁颜色等品质特性的影响;利用相关性分析明确各指标间的关系,以简化脱苦酸溶液对苦杏仁品质的评价指标;运用多元数据处理对不同酸度脱苦溶液进行分类,为科学合理选择脱苦溶液从而减少苦杏仁营养及感官品质损失提供理论依据。【方法】以苦杏仁为研究对象,首先利用高效液相色谱仪、分光光度计、质构仪等仪器对苦杏仁的质构、β-葡萄糖苷酶活性、苦杏仁苷和水分含量等进行测定,并评定脱苦后杏仁的感官特性。同时,测定脱苦溶液中总酚、蛋白质、还原糖、可溶性固形物的含量,并采用单因素方差分析、相关性分析对测定结果进行显著性和相关性分析。利用主成分分析(PCA)、聚类分析(CA)等多元数据处理方法,对6种不同酸度脱苦液中相关数据进行综合分析。【结果】与未脱苦杏仁相比,6种不同酸度脱苦溶液处理后,脱苦杏仁的颜色、硬度、脆性、咀嚼性、回复性、胶着性及感官评价结果均存在显著差异,且脱苦杏仁中水分含量增多,β-葡萄糖苷酶活性变化显著。当脱苦柠檬酸溶液pH为5时,苦杏仁脱苦所需时间最短,仅需90 min,且苦杏仁中各营养物质损失较少、口感也较好。通过相关性分析可知,各指标间具有一定的相关性。PCA、CA的分析结果一致,即二者均可将6种脱苦溶液分为3大类,且同一大类中各脱苦溶液之间的相关理化指标差异不显著。【结论】综合分析,pH为5的柠檬酸溶液可以作为超声快速脱除苦杏仁苦味的较优脱苦溶液,这样既可以加速苦杏仁脱苦,又能减少苦杏仁中营养物质的流失,最大程度保持苦杏仁固有的口感特性,可为苦杏仁的产业化快速脱苦提供有力支撑。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    虾青素对牛子宫内膜细胞炎症损伤的保护作用
    张辰, 谭秀文, 魏晨, 张相伦, 靳青, 刘桂芬, 刘晓牧, 万发春
    中国农业科学. 2019, 52(17):  3049-3058.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.012
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    【目的】利用虾青素较强的抗氧化特性,通过探讨黏膜屏障重塑对脂多糖(LPS)诱导的牛子宫内膜细胞炎症的影响,为牛子宫内膜细胞炎的预防和治疗提供理论基础。【方法】培养液中添加1 μg·mL -1 LPS,培养子宫内膜细胞6 h,检测培养液中炎症因子TNF-α和IL-6含量,建立细胞的体外炎症模型。在此基础上去掉培养液,重新加入含1×10 -6 mol·L -1 虾青素的新鲜培养液,继续培养细胞24 h。对照组为不添加LPS或AST,LPS组为仅添加LPS,AST组为添加LPS和AST。采用ELISA法检测培养液中TNF-α和IL-6炎症因子分泌量以及细胞SOD和CAT酶活性,利用流式细胞仪检测细胞内活性氧簇(ROS)水平,利用免疫荧光染色检测细胞紧密连接蛋白Claudin、CDH1、TJP1的分布情况,利用荧光定量RT-PCR法和Western Blot法分别检测Claudin、CDH1、TJP1基因的mRNA表达水平和蛋白表达水平。【结果】利用1 μg·mL -1 LPS培养子宫内膜细胞6 h,检测发现培养液中炎症因子IL-6和TNF-α分泌水平显著高于对照组(P小于0.05),说明LPS诱导子宫内膜细胞产生炎症反应。与对照组相比,细胞内ROS水平显著增加(P小于0.05),SOD和CAT酶活性都显著降低(P小于0.05),说明LPS诱导的子宫内膜细胞炎症造成了氧化损伤。加入1×10 -6 mol·L -1 虾青素培养细胞24 h后,发现培养液中IL-6和TNF-α因子的分泌水平显著低于LPS组(P小于0.05),同时ROS阳性细胞比率显著下降(P小于0.05),SOD和CAT酶活性都显著升高(P小于0.05)。LPS组与对照组相比,细胞膜处Claudin、CDH1、TJP1蛋白的荧光信号减弱,这3种紧密连接蛋白的mRNA和蛋白表达水平也都显著降低(P小于0.05)。加入1×10 -6 mol·L -1虾青素培养24 h后,与LPS组相比,在细胞边缘和细胞核内可以检测到荧光信号很强的Claudin、CDH1、TJP1蛋白,而且这3种紧密连接蛋白的mRNA和蛋白表达水平也都显著升高(P小于0.05)。【结论】虾青素通过降低子宫内膜细胞因炎症反应产生的氧化损伤,减轻炎症导致的子宫内膜细胞紧密连接结构损伤,对子宫内膜的物理免疫屏障起保护作用,为牛子宫内膜炎的预防和治疗提供理论借鉴意义。

    捻转血矛线虫Hc-FAR-4蛋白的表达特性及其与配体结合能力分析
    韦海典, 陈学秋, 黄艳, 时恒枝, 周静茹, 吴飞, 杜爱芳, 杨怡
    中国农业科学. 2019, 52(17):  3059-3068.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.013
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    【目的】捻转血矛线虫(Haemonchus contortus)寄生在牛羊等反刍动物的皱胃中,引起的捻转血矛线虫病在我国呈全国性流行。文章通过研究脂肪酸与视黄醇结合相关蛋白Hc-FAR-4的表达特性及配体结合能力,以了解其在捻转血矛线虫生长、发育、繁殖过程中的作用。【方法】Hc-far-4进行克隆、并且构建原核表达载体pET-30a-Hc-far-4,pET-30a-Hc-far-4重组质粒经过PCR与双酶切鉴定准确无误之后转化到E. coli BL21感受态细胞中,用0.1 mmol·L -1IPTG(isopropyl-β-d-thiogalactoside)进行重组蛋白的诱导表达。收集重组蛋白rHc-FAR-4,利用荧光分析法,研究rHc-FAR-4蛋白与DAUDA、视黄醇、油酸的结合能力。配体结合试验是依据荧光物质retinol与脂肪酸类似物DAUDA在极性和非极性溶液中,在某一波长的激发光激发下,所发出的荧光光谱随之变化的特性,判断rHc-FAR-4蛋白是否具有与DAUDA、retinol结合的能力。再在体系中加入非荧光长链脂肪酸油酸,根据荧光光谱的变化情况判定油酸能否分别与DAUDA、retinol竞争目的蛋白的脂肪酸结合位点,间接说明目的蛋白能否与非荧光脂肪酸油酸结合。同时制备鼠源多克隆抗体,利用ELISA技术检验免疫后小鼠的抗体效价,抗体效价合适即可收集小鼠血清。收集的血清用于免疫组织荧光(IHF)试验,探究Hc-FAR-4的表达部位,从而推测其功能。该试验过程为:对捻转血矛线虫进行石蜡包埋,石蜡切片,抗原修复,3%的BSA 于4℃封闭过夜,自制鼠源多克隆抗体作为一抗孵育1 h; Alexa Fluor? 488 nm羊抗鼠IgG作为二抗避光孵育1 h,DAPI染色30 min,激光共聚焦显微镜检查染色情况。利用荧光定量PCR技术分析Hc-far-4在捻转血矛线虫各个主要阶段的表达特性。【结果】成功克隆目的基因Hc-far-4,测序结果与Sanger数据库中捻转血矛线虫far-4基因序列(>HCISE00908800.t1)相似度为 99.9%;重组质粒 pET-30a-Hc-far-4E. coli BL21中成功表达,在诱导8 h后达到峰值。经过ELISA检测,结果显示制备的鼠源多克隆抗体效价达到1﹕1 024 000—1﹕2 048 000,可用于后续试验。Western Blot鉴定结果显示rHc-FAR-4重组蛋白带有His标签,并且条带大小为25 kD,结果符合预期。制备的鼠源多克隆抗体经过Western Blot鉴定,能够与天然Hc-FAR-4 蛋白结合,说明该抗体可用于IHF试验。配体结合试验结果表明 rHc-FAR-4蛋白具有结合脂肪酸与视黄醇的能力。荧光定量PCR分析表明,Hc-far-4在四期幼虫中的转录水平最高;IHF试验表明,Hc-FAR-4主要表达在捻转血矛线虫的肠壁、性腺中。综上推测Hc-FAR-4蛋白主要在寄生生活阶段参与了转运脂肪酸与视黄醇,为捻转血矛线虫的生长发育与生殖提供营养物质。【结论】捻转血矛线虫 FAR-4 蛋白能够结合脂肪酸类似物DAUDA和视黄醇,但是与油酸的结合能力较弱,主要表达在肠壁,在性腺、角皮中也有少量表达,其基因在进行营寄生生活阶段时表达量达到峰值。

    意大利蜜蜂响应东方蜜蜂微孢子虫胁迫的免疫应答
    付中民,陈华枝,刘思亚,祝智威,范小雪,范元婵,万洁琦,张璐,熊翠玲,徐国钧,陈大福,郭睿
    中国农业科学. 2019, 52(17):  3069-3082.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.014
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    【目的】通过对意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)工蜂中肠响应东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)胁迫的差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)及免疫通路进行深入细致的分析,揭示宿主的细胞和体液免疫应答,为关键免疫应答基因的筛选及功能研究打下基础。【方法】基于前期获得的正常及东方蜜蜂微孢子虫胁迫的意蜂7日龄和10日龄工蜂中肠(Am7CK、Am7T、Am10CK、Am10T)转录组数据,按照FDR≤1,P≤0.05和|log2 fold change|≥1的标准筛选出各组的DEG,利用相关生物信息学软件对DEG进行Pearson相关性分析、Venn分析、GO分类和KEGG代谢通路富集分析,进而对免疫通路富集基因进行统计和分析,利用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,RT-qPCR)验证转录组数据的可靠性。【结果】 差异分析结果显示,Am7CK vs Am7T比较组包含472个上调基因和385个下调基因;Am10CK vs Am10T比较组包含611个上调基因和360个下调基因。Venn分析结果显示,两个比较组特有的DEG分别为739和853个,共有的DEG为118个。GO分类结果显示,Am7CK vs Am7T比较组中上调和下调基因分别涉及23和29个功能条目,其中富集上调基因数最多的前5位分别为结合、催化活性、代谢进程、细胞进程和单组织进程;富集下调基因数最多的前5位分别为代谢进程、单组织进程、催化活性、细胞进程和结合。Am10CK vs Am10T比较组中上调和下调基因分别涉及36和26个功能条目,其中富集上调基因数最多的前5位分别为单组织进程、结合、细胞进程、催化活性和代谢活性;富集下调基因数最多的前5位分别为结合、细胞进程、催化活性、代谢进程和单组织进程。KEGG代谢通路富集分析结果显示,Am7CK vs Am7T比较组中上调和下调基因分别富集在38和33条代谢通路,富集上调基因数最多的前5条分别为胆汁分泌、内质网蛋白加工、泛素介导的蛋白水解、PI3K-Akt信号通路和神经营养因子信号通路;富集下调基因数最多的前5条分别为胞质DNA传感通路、嘌呤代谢、嘧啶代谢、RNA聚合酶和核糖体;涉及泛素介导的蛋白水解等3条细胞免疫通路,以及PI3K-Akt信号通路等7条体液免疫通路。Am10CK vs Am10T比较组中上调和下调基因分别富集在54和43条代谢通路,富集上调基因数最多的前5条分别为Hippo信号通路、药物代谢-细胞色素P450、P450对外源物质的代谢、泛素介导的蛋白水解和鞘脂类代谢;富集下调基因数最多的前5条分别为mRNA监测、鞘脂类信号通路、果糖和甘露糖代谢、半乳糖代谢和鞘脂类代谢;涉及泛素介导的蛋白水解等7条细胞免疫通路,以及NF-κB信号通路等2条体液免疫通路。RT-qPCR验证结果显示6个随机挑选的DEG的表达量变化趋势与测序结果一致,证实了本研究中测序数据的可靠性。进一步分析发现意蜂7日龄和10日龄工蜂中肠的NF-κB信号通路均被东方蜜蜂微孢子虫激活,随即启动了3种抗菌肽apidaecin、defensin-1和hymenoptaecin的合成,体现了它们在宿主抵御东方蜜蜂微孢子虫入侵中的重要性。【结论】在转录组水平解析了意蜂工蜂中肠对东方蜜蜂微孢子虫的免疫应答,揭示宿主在胁迫前期同时作出细胞和体液免疫应答,前者可能在抵御病原入侵方面发挥主要作用;宿主的细胞免疫在胁迫后期持续增强,但体液免疫较大程度地减弱;泛素介导的蛋白水解通路及富集DEG,NF-κB信号通路及富集DEG,以及抗菌肽编码基因apidaecindefensin-1hymenoptaecin可能在意蜂工蜂对东方蜜蜂微孢子虫的免疫应答中起到关键作用。