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2019年 第52卷 第19期 刊出日期：2019-10-01

  

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中国农业科学. 2019, 52(19):  0. 

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

新疆早熟陆地棉品种更替过程中的株型特征及 主要经济性状的演变

陈民志,杨延龙,王宇轩,田景山,徐守振,刘宁宁,党科,张旺锋

中国农业科学. 2019, 52(19):  3279-3290.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.001

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【目的】 分析新疆早熟陆地棉品种更替产量提高过程中株型特征及主要经济性状的演变趋势,结合发展机采棉对品种特性的需求,阐述品种更替中适宜机采特性的变化,为新疆棉花新品种选育及栽培管理提供理论依据。【方法】 于2015—2016年和2018年选择新疆近40年来自育早熟陆地棉（Gossypium hirsutum L.）不同年代（1980s、1990s、2000s和2010s）大面积主栽品种（新陆早1号、新陆早7号、新陆早13号和新陆早45号）为材料,在膜下滴灌栽培条件下,对不同年代品种的第一果节长度、果枝节间长度、节枝比、株高、果枝始节、始节高度、果枝夹角、果枝数、叶枝数、倒四叶宽和茎粗共11个株型指标及主要经济性状的演变进行分析。【结果】 随品种更替,棉株第一果节长度、果枝节间长度和节枝比逐渐增加,株型由紧凑型向较松散型转变;株高、果枝始节和始节高度逐渐增加,上部果枝与主茎的夹角逐渐减小,果枝上举,具有高产株型特征;根据棉花机采对品种特性的要求,2010s品种果枝始节高度和果枝角度较符合机采棉对株型的要求;不同年代品种间果枝数、叶枝数、倒四叶宽和茎粗无明显差异。皮棉产量、总铃数和衣分均随品种更替逐渐增加,其中1980s、1990s、2000s和2010s品种皮棉产量较当年区域试验产量分别高23%—53%、16%—20%、13%—14%和-2%—6%,膜下滴灌现代高产栽培技术对产量的提高有重要作用,但2000s和2010s品种收获指数显著低于1990s品种。与1980s和1990s品种相比,2010s品种上部铃期短4—5 d,吐絮相对集中,对脱叶剂敏感,吐絮率均在95%以上,无显著差异,但生育期偏长;与审定时品种的生育期相比,1980s和1990s品种提前了3—7 d,2000s和2010s品种提前了0—3 d,这可能与膜下滴灌促早熟栽培技术应用有关。2000s和2010s品种棉纤维长度、比强度、伸长率和纺纱一致性明显改善,但马克隆值相对偏大,纤维强度的改善是以牺牲纤维细度为代价,纤维品质协调性不佳。【结论】 品种更替产量提高过程中,棉花经济性状改善,但品种株型由紧凑型向较松散型转变,生育期偏长,收获指数偏低,棉纤维马克隆值偏大;随着机采棉种植模式的应用,选育和选用纤维品质优、适宜机采的品种是保障新疆棉花产业稳步发展的关键。

北方强冬性甘蓝型冬油菜品种(系)抗寒性评价

蒲媛媛,赵玉红,武军艳,刘丽君,白静,马骊,牛早霞,金姣姣,方彦,李学才,孙万仓

中国农业科学. 2019, 52(19):  3291-3308.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.002

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【目的】 通过对12个北方强冬性甘蓝型油菜的抗寒性进行比较,并运用3种鉴定方法对其抗寒性进行明确划分,为北方甘蓝型冬油菜抗寒性改良提供科学可靠的鉴定方法及优良的抗寒种质。【方法】 以12个北方强冬性甘蓝型油菜为材料,通过观察记载冬前植株形态、统计田间越冬率、计算半致死温度（LT₅₀）、测定冬前低温下生理指标和比较分析冬油菜春播后品种（系）间生长发育的差异、春化率的差异与抗寒性的关系,来比较分析品种间抗寒性的差异,接着运用LT₅₀、隶属函数综合评价法和春化差异比较的方法对参试材料的抗寒性强弱进一步进行了明确划分。【结果】 参试材料在甘肃天水（34°60′N,海拔1 084—1 650 m）越冬率为92.1%—97.8%,北移至兰州（36°73′N、海拔1 517 m）和上川（36°03′N、海拔2 150 m）,越冬率大幅度降低,兰州越冬率为36.0%—78.6%（地膜覆盖）,上川越冬率仅为0—14.4%（地膜覆盖）,甘肃农业大学新育成的16TS 309-4、16TS 306-3、16TS 309-10、15NS 45-4、2016 8(G)和2016TSG（10）强冬性甘蓝型冬油菜品系,平均越冬率为10.2%—14.4%（上川）。上述品系越冬前植株生长习性趋于匍匐生长,心叶色和幼茎色呈黄绿色或紫色,叶片颜色深绿,地下部干物质积累大于地上部,根冠比增加,介于0.23—0.95,且差异显著（P＜0.05）。低温条件下,叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）酶活性、可溶性蛋白质（soluble protein）、可溶性糖（soluble sugar）和游离脯氨酸（proline）含量相对较高,且LT₅₀较低,在-13.4—-5.7℃。冬油菜春播后,12个参试材料的田间春化率介于4.05%—87.65%,2016TS(G)10春化率最低,为4.05%,小区平均株高为10.77 cm,未现蕾阶段的植株薹高10.50 cm,现蕾阶段的植株薹高17.10 cm,均为品种（系）间最低。相关性分析表明,春化率与平均株（薹）高、成熟期植株所占比例和LT₅₀极显著正相关,相关系数达0.90—0.96,与越冬率、综合评价(D)值、CAT、POD、SP呈极显著负相关,相关系数为-0.96—-0.63。【结论】 在中国北方,冬油菜适时春播,可通过田间春化率的差异、植株生育时期的差异及平均株（薹）高的差异来评价冬油菜抗寒性的强弱。甘肃农业大学新育成的7个甘蓝型冬油菜品系,在北纬36°03′,海拔2 150 m的地区可以越冬,抗寒性显著优于天油14和天油2288（天水市农业科学研究所选育）及新油23（新疆农业科学院选育）。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

植酶Q9对大田遮阴夏玉米产量形成的影响

黄鑫慧,高佳,任佰朝,赵斌,刘鹏,张吉旺

中国农业科学. 2019, 52(19):  3309-3322.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.003

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【目的】 黄淮海地区夏玉米生长季多雨寡照频发,同时生产上种植密度的增加影响了群体光照,研究植酶Q9对大田遮阴夏玉米生长发育和产量的调控作用具有重要意义。【方法】 2013—2018年,在大田条件下选用夏玉米品种登海605为试验材料,种植密度67 500株/hm ²。试验设置3个遮阴处理,分别为开花至收获期遮阴（S1）、拔节至开花期遮阴（S2）和出苗至收获期遮阴（S3）,以自然光照为对照（CK）,大田遮光率为60%;另外,选用化控试剂植酶Q9对遮阴和正常光照处理进行外源调控,即开花至收获期遮阴-植酶Q9（Z-S1）、拔节至开花期遮阴-植酶Q9（Z-S2）、出苗至收获期遮阴-植酶Q9（Z-S3）和正常光照-植酶Q9（Z-CK）,以同时期喷施清水为对照,探讨植酶Q9对大田遮阴夏玉米产量形成的影响【结果】 遮阴延缓夏玉米的生长发育进程,雌雄间隔延长,抽雄和吐丝期较对照延迟6 d左右,叶面积指数、功能叶片SPAD值、干物质积累量显著降低,穗长、穗粗减小,秃顶变长,株高、穗位高降低,倒伏率和空秆率增加,进而产量显著降低。喷施植酶Q9后,S3和S2的生育进程较其对照提前1—2 d,雌雄间隔缩短1 d,叶面积指数、SPAD值、穗位高、株高显著增加;干物质积累及其向籽粒的分配比例增加,倒伏率和空秆率降低;S3穗部性状得到改善。喷施植酶Q9增加了夏玉米的公顷穗数、穗粒数、千粒重,进而显著提高产量,S3、S2、S1喷施植酶Q9后分别平均增产21%、9%、14%。【结论】 喷施植酶Q9可以有效缓解夏玉米弱光胁迫导致的危害。

不同颜色地膜和种植密度对春玉米田间地温、耗水及产量的影响

孙仕军,朱振闯,陈志君,杨丹,张旭东

中国农业科学. 2019, 52(19):  3323-3336.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.004

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【目的】 探求不同颜色地膜和种植密度对东北雨养区春玉米田间地温、耗水量、产量和降水利用效率的影响,进一步挖掘旱作雨养玉米水分生产潜力。【方法】 2016—2018年开展了3种覆盖处理（裸地、透明地膜覆盖和黑色地膜覆盖）和3种种植密度（60 000、75 000和90 000株/hm ²）的栽培试验,定位监测0—25 cm土壤耕层温度和0—120 cm土壤水分动态变化,结合作物产量分析农田水分利用效率。【结果】 在生育前期,透明地膜覆盖处理土壤耕层积温显著高于黑色地膜覆盖处理,黑色地膜覆盖处理土壤耕层积温显著高于裸地处理;种植密度的增加使得玉米拔节期以后的土壤耕层积温下降;从全生育期耗水量看,黑色地膜和透明地膜覆盖处理间无显著差异,但均显著低于裸地处理;无论在平水年还是枯水年,玉米耗水量均随种植密度的增加而增加;黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率显著提高,平均较透明地膜分别高4.3%和4.6%,较裸地分别高9.2%和13.3%;在相同覆盖处理下,产量和水分利用效率随着种植密度的增加而增加;在高密度处理下,地膜覆盖明显提高经济效益,黑色地膜覆盖平均比透明地膜覆盖获得的利润多807.82元/hm ²。【结论】 黑色地膜覆盖结合高密度（90 000株/hm ²）栽培模式,在保证玉米高产的基础上,水分利用效率达到最高,本研究可为东北雨养旱作玉米进一步挖掘降水生产潜力及增产增效提供参考。

植物保护

棉铃虫中肠特异性结合蛋白ABCC1对Cry1Ac毒力的影响

陈琳,魏纪珍,刘臣,牛琳琳,张彩虹,梁革梅

中国农业科学. 2019, 52(19):  3337-3345.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.005

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【目的】 研究棉铃虫（Helicoverpa armigera）中肠蛋白ABCC1（HaABCC1）与Cry1Ac的结合特性及对Cry1Ac毒力的影响,明确HaABCC1在Cry1Ac杀虫机制中的作用。【方法】 分析HaABCC1基因序列,设计引物,通过原核表达得到HaABCC1两个跨膜区片段的蛋白,与Cry1Ac进行Ligand blot试验,验证其与Cry1Ac的体外结合特性;利用RNAi技术干扰棉铃虫幼虫的HaABCC1,在3龄幼虫腹部注射siABCC1,比较HaABCC1的表达量及Cry1Ac处理后棉铃虫死亡率的变化;通过细胞转染将ABCC1导入Sf9细胞系中,确定pAc-ABCC1重组质粒转入Sf9细胞后,用细胞生物测定的方法比较Cry1Ac处理后细胞死亡率的变化;比较敏感品系（96S）和Cry1Ac抗性品系（BtR）棉铃虫的HaABCC1基因全长序列,并通过荧光定量RT-PCR检测HaABCC1在抗、感棉铃虫中的表达量。【结果】 HaABCC1跨膜区TMD1和TMD2在Escherichia coli BL21（DE3）感受态细胞中成功表达,两个HaABCC1跨膜区片段蛋白均能与活化的Cry1Ac在体外结合;棉铃虫注射siABCC1后,HaABCC1的表达量显著下降,与未注射的棉铃虫、注射DEPC水和siEGFP的棉铃虫相比,用活化的Cry1Ac蛋白处理HaABCC1被干扰的棉铃虫,其幼虫死亡率显著降低,表明棉铃虫幼虫的HaABCC1被干扰后,能显著降低Cry1Ac对棉铃虫的毒力;用活化的Cry1Ac蛋白处理成功转入HaABCC1的Sf9细胞,与对照Sf9细胞相比,细胞的死亡率明显上升,表明将HaABCC1导入Sf9后能显著提高Cry1Ac处理后的细胞死亡率;抗性品系（BtR）与敏感品系（96S）棉铃虫的HaABCC1氨基酸序列没有差别,但抗性品系BtR棉铃虫HaABCC1的表达量显著降低。【结论】 HaABCC1是Cry1Ac的特异性结合蛋白,可能是Cry1Ac的功能受体蛋白,并可能参与对Cry1Ac的抗性机制。

近零磁场下灰飞虱转录表达分析稳定性内参基因筛选

刘凡奇,万贵钧,曾路影,李春绪,潘卫东,陈法军

中国农业科学. 2019, 52(19):  3346-3356.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.006

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【背景】 地磁场（geomagnetic field,GMF）并不是稳定不变的,其随时间和空间时刻变化。目前,随着对动物磁生物学研究的日益深入,基于实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术开展的磁响应基因转录表达谱研究有力促进了磁响应通路的鉴定和磁感受机制的揭示。【目的】 筛选近零磁场（near-zero magnetic field,NZMF）下短翅型灰飞虱（Laodelphax striatellus）稳定表达的内参基因,使对目的基因的定量分析更加准确。【方法】 迁飞性昆虫灰飞虱采自江苏省农业科学院试验田并在室内使用TN1三叶期稻苗进行扩繁（温度：（25.0±1.0）℃,相对湿度：70%—90%,光周期：14L﹕10D）。采用亥姆霍兹线圈室内模拟近零磁场（NZMF;＜500 nT）和地磁场（GMF;~50 000 nT）,人工模拟磁场强度有效处理空间为直径30 cm的球形空间,试验过程中严格控制除磁场强度外的环境因子（温度：（25.0±1.0）℃,相对湿度：75%,光周期：14L﹕10D）并利用磁通门计每日对人工模拟磁场进行校准和监测,灰飞虱连同TN1三叶期稻苗均置于试管中进行暴露处理,每隔两日与对照磁场中稻苗对调以避免稻苗潜在磁响应对灰飞虱的影响。利用Trizol法分别提取初羽化灰飞虱雌、雄成虫总RNA,检测各生物学重复RNA质量并调至含量一致,反转录为cDNA,利用qRT-PCR技术并结合常用内参筛选分析软件geNorm、NormFinder、BestKeeper以及在线综合分析系统RefFinder对在NZMF和GMF两种磁场强度下灰飞虱体内的内参基因稳定性进行评估筛选,其中,待评估的11个常用内参基因包括Actin1、Tubulin（α1TUB和α2TUB）、Elongation factor 1 alpha（EF-1α）、Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase（GAPDH）、Ubiquitin（UBI）、Ribosomal protein S11（RPS11）、Ribosomal protein S15e（RPS15）、Ribosomal protein L8（RPL8）、Ribosomal protein L9（RPL9）和ADP ribosylation factor2（ARF2）。【结果】 不同磁场环境（NZMF vs. GMF）下,灰飞虱短翅雌成虫EF-1α和RPL9表达稳定性在geNorm和NormFinder两种评估方法中都居于前两位,与BestKeeper软件的结果略有差异,进而利用在线工具RefFinder对以上3种方法的评估结果进行稳定性综合排序,结果表明EF-1α稳定性最好,RPL9稳定性次之;灰飞虱短翅雄成虫中,基于geNorm、NormFinder和BestKeeper 3种评估方法,α2TUB和RPL9表达稳定性中均居于前两位,而Actin1表达稳定性虽在NormFinder和BestKeeper中处于前两位,但其在geNorm中稳定性较低,最后,通过在线工具RefFinder综合分析表明,α2TUB稳定性最好,RPL9稳定性次之。【结论】 明确了不同磁场强度（NZMF vs. GMF）下适用于灰飞虱短翅雌、雄成虫中稳定表达的内参基因,其中,若使用双内参系统,雌成虫中可使用EF-1α和RPL9搭配,雄成虫中可使用α2TUB和RPL9搭配,为稳定表达的内参基因系统。此外,RPL9在灰飞虱短翅型雌、雄成虫中均可作为稳定的单一内参基因使用。研究结果确保了对灰飞虱响应磁场强度变化研究中关键目的基因转录表达的准确定量,并为今后开展磁场强度变化下的转录表达谱分析提供了有力保障。

白背飞虱海藻糖合成酶基因调控几丁质合成的功能

张道伟,余亚娅,潘碧莹,康奎,曾伯平,陈静,唐斌

中国农业科学. 2019, 52(19):  3357-3366.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.007

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【背景】 海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase,TPS）在海藻糖合成中起着重要作用,其能够介导海藻糖代谢调控几丁质合成及昆虫发育。【目的】 本研究通过抑制白背飞虱（Sogatella furcifera）TPS的表达,检测RNAi沉默SfTPS效果,观察白背飞虱蜕皮状况,测定几丁质含量及几丁质合成酶（chitin synthase,CHS）基因的定量表达,探究SfTPS在白背飞虱几丁质合成中的潜在调控作用。【方法】 利用注射法RNAi技术,以实验室饲养多年的白背飞虱种群为试验材料,体外合成两个SfTPS（SfTPS1和SfTPS2）与GFP的双链RNA（dsRNA）后,分别注射到白背飞虱体内抑制TPS。首先,在dsRNA注射后48 h采用Trizol法提取白背飞虱的总RNA,反转录并合成第一链DNA后,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测TPS表达沉默情况,以确定RNAi的效果;其次,测定dsRNA注射后48 h和72 h白背飞虱整体几丁质含量并对翅发育畸形虫体进行拍照;最后,采用qRT-PCR技术检测白背飞虱SfCHS在mRNA水平上的相对表达量变化,分析SfTPS1和SfTPS2在几丁质合成调控中的作用。【结果】 与注射dsGFP相比较,dsSfTPS1和dsSfTPS2的RNA注射后,能够促进SfCHS表达量上升,几丁质含量增加,白背飞虱成虫翅出现畸形。qRT-PCR结果显示,单个SfTPS dsRNA注射后本基因的表达能够被极显著抑制,与注射dsGFP相比,不足对照组表达量的30%,且单个SfTPS的dsRNA注射后,另外一个SfTPS表达同样显著下降;dsSfTPS1和dsSfTPS2注射后,白背飞虱成虫翅均为长翅,出现一定比例的翅卷曲等畸形情况,其后48 h和72 h产生一定的死亡率;几丁质含量检测发现,SfTPS1和SfTPS2的dsRNA注射后72 h,几丁质含量显著上升。与注射dsGFP对照组相比较,SfCHS1与SfCHS1a表达量在dsSfTPS1注射后72 h极显著上升,在dsSfTPS2注射后48 h和72 h时极显著上升,且dsSfTPS1和dsSfTPS2注射后SfCHS1b的表达极显著增加。【结论】 SfTPS能够通过调控白背飞虱几丁质合成酶基因的表达来控制几丁质的合成,研究结果有助于评价SfTPS在白背飞虱等昆虫中的调控作用并作为潜在控害靶标,为进一步开展和筛选有效的海藻糖合成酶抑制剂控制白背飞虱等害虫提供理论依据。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

不同有机物料对灌漠土重金属累积特征及作物效应的影响

宋姿蓉,俄胜哲,袁金华,贾武霞,曾希柏,苏世鸣,白玲玉

中国农业科学. 2019, 52(19):  3367-3379.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.008

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【目的】 探讨长期施用有机物料对灌漠土中重金属含量、形态赋存特征及作物重金属含量的影响,为有机物料农业安全利用及土壤有机培肥中重金属累积控制提供理论依据和技术支持。【方法】 利用田间长期定位试验,研究鸡粪、牛粪、猪粪、菌渣、污泥和沼渣对灌漠土几种典型重金属元素含量、赋存形态及小麦植株中重金属含量的影响。【结果】 长期（7年）施用鸡粪、猪粪、污泥的处理显著增加了灌漠土中Cu、Zn含量,增加量为猪粪＞鸡粪＞污泥,其中Cu含量分别增加了62.20%、20.10%和10.26%,Zn含量分别增加了79.98%、39.24%和18.31%,并与施用年限呈显著正相关关系。3种有机物料施用下Cu平均每年累积速率为4.16、1.25和0.97 mg·kg ^-1·a ^-1,Zn平均每年累积速率为11.04、4.86和2.59 mg·kg ^-1·a ^-1。但施用上述3种有机物料对Cd、Cr、Pb和Ni含量没有显著影响。施用牛粪、菌渣和沼渣对灌漠土中重金属含量亦无显著影响。施用鸡粪、猪粪、污泥还显著影响了土壤中Cu、Zn赋存形态,增加了土壤中Cu、Zn各有效赋存形态的含量和占总量的比例,显著提高了灌漠土中Cu、Zn有效态的含量,显著增加了小麦根和秸秆中Cu、Zn的含量,其中猪粪影响最大。【结论】 猪粪、鸡粪、污泥长期施用可导致灌漠土中Cu、Zn快速累积并提高Cu、Zn的生物有效性,其中猪粪的作用尤为明显。在施用有机物料培肥土壤时,要特别关注其中Cu、Zn的含量,以确保土壤健康和可持续利用。

河套灌区不同秋浇年限对土壤细菌群落的影响

张晓丽,张宏媛,卢闯,逄焕成,靳存旺,高喜,程挨平,李玉义

中国农业科学. 2019, 52(19):  3380-3392.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.009

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【目的】 针对内蒙古河套灌区农民自愿放弃秋浇造成干地面积逐渐增多的现象,通过调查研究不同秋浇年限对盐碱土壤细菌群落组成差异的影响,为灌区盐碱地改良与秋浇制度改革提供科学依据。【方法】 选取盐荒地（CK）、一直秋浇（AUI1）、隔2—3年秋浇（AUI2）、3—4年不秋浇（AUI3）以及6—7年不秋浇（AUI4）5种类型的典型地块,采用高通量测序（Illumina HiSeq）技术,分析不同秋浇年限处理下土壤细菌群落的变化特征,并对土壤化学性质与细菌群落进行了冗余分析以及与群落组成的相关性分析。【结果】 AUI1和AUI2处理对降低0—30 cm土层盐分含量最显著,分别比CK、AUI3、AUI4降低了128.82%和29.04%、108.76%和17.72%、108.44%和17.55%,在30—40 cm土层AUI1处理的盐分含量显著低于其他处理;各个土层的pH值均以AUI2处理最低,其0—40 cm土层pH平均值较CK、AUI1、AUI3、AUI4处理分别显著降低了0.28、0.32、0.16、0.88个单位（P＜0.05）。另外,AUI2处理0—40 cm土层微生物量碳平均含量分别较CK、AUI1、AUI3、AUI4提高了252.89%、148.59%、58.10%和60.10%,可溶性有机碳平均含量分别提高了48.41%、29.42%、6.01%和14.27%（P＜0.05）。AUI1与AUI2处理间的丰富度指数（ACE和Chao1）显著高于CK、AUI3和AUI4处理（P＜0.05）。变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为不同秋浇年限处理的3大优势菌门,占所有菌门的53.93%,而AUI2、AUI3处理分别有利于增加拟杆菌门、酸杆菌门的丰度（P＜0.05）。相关性分析结果表明,变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）与土壤微生物量碳和可溶性有机碳均具有很强的负相关性,其中与微生物量碳的相关系数分别为（r=-0.559**和-0.522*）,与可溶性有机碳的相关系数分别为（r=-0.795**和-0.820**）;而放线菌门（Actinobacteria）、奇古菌门（Thaumarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）均与土壤盐分呈显著负相关,与土壤微生物量碳和可溶性有机碳呈显著正相关。因子分析显示,土壤盐分、pH、微生物量和可溶性有机碳总共解释了97%的群落变化,成为土壤细菌群落组成变化的主控因子,贡献率依次为：土壤盐分＞pH＞微生物量碳＞可溶性有机碳。【结论】 隔2—3年秋浇（AUI2）处理不仅可以有效降低耕层土壤盐分并能使0—40 cm土层微生物量碳和可溶性有机碳含量显著增加,而且还可提高土壤优势菌群中拟杆菌门的相对丰度。综上所述,隔2—3年秋浇（AUI2）是河套地区兼顾盐碱土壤改良与节水的优化措施。

酸性土壤上花生高效根瘤菌的分离及应用

刘鹏,田颖哲,钟永嘉,廖红

中国农业科学. 2019, 52(19):  3393-3403.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.010

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【背景】 花生（Arachis hypogaea L.）是世界上重要的油料和经济作物。在我国南方产区,大部分花生种植地土壤为酸性。酸性土壤不仅pH值低、瘦瘠,而且还有低磷、铝毒等诸多障碍因素,严重限制了花生的生物固氮及产量。【目的】 本文旨在分离及应用适应酸性土壤的高效固氮根瘤菌,提高花生固氮效率及产量,改良酸性土壤。【方法】 利用平板划线结合镜检的方法,从田间采集的新鲜花生根瘤中分离纯化单菌落;通过PCR技术检测分离物中是否含有结瘤基因nodA和固氮基因nifH,进行根瘤菌的初步分子鉴定;再通过16S rRNA基因序列比对,对根瘤菌进行进一步分子鉴定。候选根瘤菌通过水培回接,检测其与花生的共生结瘤及固氮能力;再通过田间试验评价筛选出来的候选根瘤菌在酸性土壤上的应用效果。【结果】 本研究首先从不同酸性土壤种植区域的花生根瘤中分离、纯化得到256个分离物;其中10株含有nodA和nifH,初步确定为根瘤菌。经16S rRNA基因全长序列测定,发现8株为慢生型根瘤菌（Bradyrhizobium）,2株为根瘤菌属根瘤菌（Rhizobium）。水培回接试验发现,这10株根瘤菌均能够与花生共生、形成有效根瘤,证实是花生根瘤菌。在此基础上,选取4株固氮效率较高的根瘤菌,在酸性土壤上应用。结果表明,4株根瘤菌均能与花生在酸性土壤上形成根瘤,而未接种的花生根部不能形成根瘤。并且接种根瘤菌后显著改善了花生氮营养,提高了花生的生物量和产量。与不接种的对照相比,接种根瘤菌后,花生生物量、产量和氮含量分别提高了27.1%—38.0%、24.7%—104.2%和73.9%—151.3%。【结论】 本研究分离鉴定的花生根瘤菌能够高效固氮和适应酸性土壤,具有重要的应用前景。

园艺

柑橘CitPG34的克隆、定位与表达分析

葛廷,黄雪,谢让金

中国农业科学. 2019, 52(19):  3404-3416.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.011

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【目的】 多聚半乳糖醛酸酶是一类参与细胞壁降解的水解酶,在植物生长发育和器官脱落过程中发挥着重要作用。本研究克隆柑橘CitPG34及其启动子（CitPG34-P）并进行表达分析,为深入研究柑橘PG在幼果脱落过程的生物功能奠定基础。【方法】 以‘塔罗科’血橙（Citrus sinensis L. Osbeck）为材料,克隆CitPG34及其启动子,利用ProtParam、Cello、CLUSTALX、MEGA5.2、PlantCARE等软件对其蛋白特性及启动子顺式作用元件进行分析预测;利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析CitPG34在不同组织以及柑橘幼果脱落过程中的表达水平。采用同源重组的方法构建pCAMBIA1302-CitPG34-GFP融合蛋白表达载体和CitPG34启动子表达载体（CitPG34-P::gus）,分别用于亚细胞定位和启动子活性分析。【结果】 从‘塔罗科’血橙幼果离层中克隆获得CitPG34,其ORF为1 194 bp,编码397个氨基酸,预测蛋白分子量为41.47 kD,理论等电点为5.19,其不稳定系数为30.23,表明CitPG34属于稳定蛋白;通过在线软件TMHMM分析发现：CitPG34为跨膜蛋白,具有一个跨膜结构,位于第7—29位氨基酸之间。在CitPG34二级结构中,α-螺旋结构约占15.37%,扩展链约占29.72%,无规则卷曲约占54.91%,与其三级结构预测基本一致。NJ树分析显示CitPG34与西洋梨PcPG3（BAF42034）亲缘关系最近,表明CitPG34可能与果实脱落和软化相关。qRT-PCR分析表明,CitPG34在花中表达量最高,在根、叶、离层A、离层C中表达量较低,在幼果中几乎不表达。1-氨基环丙烷羧酸（ACC）处理果梗后能显著提高离层A中CitPG34的表达水平,相反IAA抑制其转录。此外,在柑橘幼果正常脱落过程中,CitPG34表达明显升高。亚细胞定位发现,CitPG34主要位于细胞壁。克隆获取CitPG34起始密码子（ATG）前2 075 bp启动子序列（CitPG34-P）,PlantCare预测发现,在CitPG34-P序列上存在多种顺式调控元件,如核心启动元件TATA-box、增强子元件CAAT-box以及脱落酸响应元件ABRE等。将CitPG34-P::gus转入烟草,通过GUS组织化学染色发现,该启动子受乙烯诱导,主要在叶脉和毛状体中表达。【结论】 CitPG34的ORF长度为1 194 bp,可编码397个氨基酸,其蛋白主要位于细胞壁;该基因具有明显的组织特异性,在花中表达最高;CitPG34表达量与柑橘幼果脱落显著相关。上述结果表明,CitPG34在柑橘幼果脱落和花发育过程中可能发挥着重要的生物功能。

‘南通小方柿’赤霉素不敏感基因DkGAI2的克隆与功能分析

蒋梦婷,朱宁,龚洪泳,侯应军,余心怡,渠慎春

中国农业科学. 2019, 52(19):  3417-3429.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.012

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【目的】 对DkGAI2的亚细胞定位及表达特性进行分析,并将DkGAI2转化烟草,分析转基因烟草的生理和形态指标,为GAI的深入研究提供理论基础。【方法】 以‘南通小方柿’高通量转录组测序结果中标注的GAI2为原始序列（未发表）,利用RT-PCR,3′ RACE和5′ RACE技术从‘南通小方柿’中克隆得到DkGAI2的序列全长。利用生物信息学分析其序列特征,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析DkGAI2在‘大方柿’及‘南通小方柿’5个不同物候期的表达特性以及DkGAI2在‘南通小方柿’不同组织中的表达特性,构建瞬时表达载体pCAMBIA-GFP-1302-DkGAI2,并瞬时侵染烟草分析DkGAI2的亚细胞定位,通过构建DkGAI2植物双元表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草,经过GUS染色、RT-PCR对转基因烟草株系进行鉴定;并将野生型和转基因烟草移栽,于第一朵花开放时测定转基因植株的株高、节间长度、叶片长宽比以及GA₁和GA₄含量。【结果】 从‘南通小方柿’中克隆得到了1 827 bp的DkGAI2,DkGAI2核苷酸序列与猕猴桃（KF588651.1）、光皮烨（MF149049.1）、砂梨（KX078214.1）、苹果（FJ535245.1）、葡萄（MG738718.1）的相似度达72%-80%,DkGAI2具有DELLA蛋白家族特有的DELLA结构域,属于DELLA蛋白基因家族。DkGAI2编码608个氨基酸,相对分子质量为66.5 kD,理论等电点为5.54,不稳定系数为50.41,无明显疏水区,无跨膜区,无信号肽。序列系统进化分析结果显示,DkGAI2与葡萄亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示,DkGAI2在‘南通小方柿’5个不同物候期的表达量都高于‘大方柿’;DkGAI2在‘南通小方柿’不同组织中表现出组织表达特异性,其中,在老叶中表达量最高,其次为茎尖和幼叶,而在幼果中几乎不表达。pCAMBIA-GFP-1302-DkGAI2融合蛋白的绿色荧光信号位于细胞核中,表明DkGAI2编码蛋白位于细胞核。经过GUS染色和RT-PCR检测,共获得5个转DkGAI2烟草株系,转基因烟草叶片GA₁含量增加,GA₄含量降低,GA₁和GA₄总含量降低,且转基因烟草植株出现植株矮化、节间缩短、叶片长宽比降低及花期延迟的表型。【结论】 DkGAI2具有组织表达特异性,定位于细胞核,DkGAI2在‘南通小方柿’5个不同物候期的表达量均高于‘大方柿’。推测DkGAI2可能通过降低GA₄的含量进而引起植株矮化。

食品科学与工程

苦杏仁资源加工与综合利用研究进展

张清安,姚建莉

中国农业科学. 2019, 52(19):  3430-3447.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.013

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苦杏仁是一种优良的药食两用资源,具有丰富的营养和较高的经济利用价值。苦杏仁及其加工品的市场需求量日益增大,而我国杏仁产量的80%左右仍以原料形式售卖,未充分发挥苦杏仁加工增值率大的优势。主要原因在于苦杏仁加工行业集中度低,规模化的产品加工企业较少、技术落后,对苦杏仁资源的综合加工利用程度低,导致产品附加值低、功能性成分的损失大和环境污染严重。因此,如何有效地利用现代食品加工技术对苦杏仁进行综合加工利用,减少资源浪费、提高其附加值是苦杏仁加工行业面临的瓶颈。本文在梳理大量文献的基础上,首先介绍了苦杏仁去皮、脱苦及干制加工研究现状及存在问题;随后又对苦杏仁油、精油、蛋白和苦杏仁苷等有效成分的提取分离研究现状进行了系统综述,并着重比较了各方法的优缺点和苦杏仁相关产品的开发利用情况,提出了合理建议,为高效综合利用苦杏仁资源,提高其加工附加值和促进苦杏仁产业良性发展提供借鉴。最后,对制约苦杏仁加工行业发展的主要原因进行了分析并提出了解决思路和展望：一是建议后期应采用现代食品绿色去皮技术替代传统沸水烫漂去皮法,加强去皮废水中的活性成分的回收利用和皮的高值化开发利用研究;二是采用超声波等新技术实现苦杏仁的快速高效脱苦,减少苦杏仁中营养成分的损失和脱苦废水排放;三是创新技术努力实现主要成分同时综合提取利用,即在提取苦杏仁油的同时抑制苦杏仁苷酶的活性并防止蛋白过度变性和苦杏仁苷的降解,使苦杏仁中各主要成分互不影响,从而得到最大化综合利用,并将此技术早日推广应用到实际生产中。总之,对于苦杏仁的开发利用应注重其加工副产物的回收及高值化利用和产品的创新研究,同时提高杏仁产业的融合度,进而提升其加工产品的市场价值和经济效益,最终促进杏仁行业良性发展。

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法分析 欧李果实挥发性成分

李晓颍,王海静,徐宁伟,曹翠玲,刘建珍,武春成,张立彬

中国农业科学. 2019, 52(19):  3448-3459.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.014

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【目的】 优化前处理影响因素,分析欧李果实挥发性成分,明确挥发性成分特点并对果实特征性香气成分进行评价。【方法】 以欧李果实为试材,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法（HS-SPME-GC-MS）测定其挥发物成分,通过优化前处理影响因素,确定最佳试验条件。利用解卷积系统（AMDIS）与NIST11质谱数据库以及保留指数（RI）对其挥发性成分进行鉴定,内标法确定挥发物含量,并计算香气强度值（OAVs）,评价欧李果实香气品质与特征。【结果】 在欧李果实中累计鉴定出63种挥发物,含量范围为0.01—3.25 μg·kg ^-1。挥发物以酯类、烷类为主,并有少数醇类、芳香类、醛类、萜类、酸类、酮类,其中苯甲酸乙酯含量最高。通过参考相关挥发物香气阈值并计算部分挥发物OAVs可知,己酸乙酯、乙酸苯乙酯、β-芳樟醇、乙酸己酯、壬醛等物质对欧李果实香气成分构成具有重要作用,而烷烃不具有特征性香气。欧李果实香气主要为青香、花香、果香、脂蜡香和其他少数香型（木香型、芳香油香型等）,并以青香、花香、果香型物质为主,三者总含量达到挥发物总量的80%。【结论】 优化确立的试验条件为：果肉去核切碎处理,取样量5 g,萃取温度50℃,萃取时间与平衡时间均为30 min。SPME前处理条件对果实挥发性成分检测到的种类与含量有较大影响,通过优化试验条件可以获得最佳检测结果。欧李果实挥发物组成复杂,除烃类物质香气品质较弱外,多数具有特征香气,且香气强度属中高级,酯类物质是欧李果实的重要挥发物组成,清香型、花香型和果香型是欧李果实香气成分的主要特点。

畜牧·兽医·资源昆虫

断奶日龄和日粮营养水平对陕北白绒山羊小肠 形态发育和消化酶活性的影响

曲星梅,薛复来,黄晓瑜,张宇,邢晓楠,张恩平

中国农业科学. 2019, 52(19):  3460-3470.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.015

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【目的】 研究断奶日龄和饲喂不同营养水平的日粮对6月龄陕北白绒羔羊小肠形态发育和小肠道主要消化酶活性的影响。间接阐明陕北白绒山羊最佳断奶日龄和饲养标准,为两年三胎体系中羔羊早期断奶和日粮配制提供一定的技术参数和理论依据。【方法】 选取54日龄左右健康、体重相近（（10.73±1.03）kg）的陕北白绒山羊羔羊54只,随机分为6组,每组3个重复,每个重复3只羊。试验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组羔羊分别于90、75、60日龄断奶,断奶后饲喂标准日粮;试验Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组羔羊均于60日龄断奶,断奶后分别饲喂消化能和粗蛋白水平为标准日粮85%、115%、130%的试验日粮。试验羊饲喂至6月龄,试验期间测定羔羊体重和采食量。试验结束后,从每个重复中随机挑选1只羊进行屠宰（屠宰前未禁食）,分别采集十二指肠中上部、空肠中段、回肠末端组织样品2 cm ²,制成石蜡切片观察小肠形态;采集小肠各段食糜用于测定其胰蛋白酶、糜蛋白酶、脂肪酶、麦芽糖酶、蔗糖酶和α-淀粉酶的活性。【结果】（1）断奶日龄影响4—6月龄羔羊生长,Ⅲ组羔羊平均日增重显著高于Ⅰ组（P＜0.05）。（2）断奶日龄影响6月龄羔羊小肠的组织形态,十二指肠的肌层厚度和空肠绒毛表面积Ⅲ组显著高于Ⅰ和Ⅱ组（P＜0.05）;十二指肠绒毛宽度、回肠绒毛宽度Ⅱ、Ⅲ组显著高于Ⅰ组（P＜0.05）。（3）断奶日龄影响小肠内消化酶的活性,十二指肠和回肠中脂肪酶活、空肠和回肠中的糜蛋白酶活性Ⅲ组显著高于Ⅰ和Ⅱ组（P＜0.05）。（4）日粮营养水平影响小肠组织形态,十二指肠的绒毛高度、绒毛宽度、肌层厚度、绒毛表面积和空肠的绒毛高度、肌层厚度以及回肠的绒毛高度、V/C等指标Ⅴ和Ⅵ组显著高于Ⅲ组和Ⅳ组（P＜0.01）。（5）日粮营养水平影响小肠内消化酶的活性,十二指肠中糜蛋白酶活、胰蛋白酶活性V组和VI组显著高于Ⅲ组和Ⅳ组（P＜0.05）。空肠中糜蛋白酶活和回肠中胰蛋白酶活V组显著高于其他3组（P＜0.05）。【结论】本试验条件下,就陕北白绒山羊生长性能、小肠形态发育以及主要消化酶活性等指标而言,60日龄断奶最佳;4—6月龄断奶羔羊日粮消化能和蛋白水平按现行饲养标准的1.15倍设置为宜。

苏博美利奴羊毛囊发育相关lncRNA与mRNA共表达网络的构建

陈华峰,田可川,黄锡霞,阿布来提·苏来曼,何军敏,田月珍,徐新明,付雪峰,赵冰茹,朱桦,哈尼克孜·吐拉甫

中国农业科学. 2019, 52(19):  3471-3484.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.016

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【目的】 随着高通量测序技术的发展和完善,海量的转录组测序数据随之涌现,基因网络的方法也越来越多被用于研究中;细毛羊毛囊发育受多个基因及lncRNA共同调控,单独研究某一分子并不足以发现其调控机制,本研究旨在构建毛囊发育相关lncRNA和mRNA的共表达网络,挖掘细毛羊毛囊发育的潜在候选基因。【方法】 以苏博美利奴羊胎龄65 d（D65）、85 d（D85）、105 d（D105）、135 d（D135）的胎儿以及出生后7 d（A7）、30 d（A30）的羔羊肩胛部皮肤组织,每个时期有3个生物学重复,共18个样本,进行转录组测序以获得6个不同发育时期的lncRNA与mRNA表达谱数据,筛选出相邻时期的差异表达lncRNA与mRNA,运用加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）方法构建共表达模块,使用DAVID在线工具进行GO（gene ontology）和 KEGG pathway富集分析以找到与毛囊发育相关的模块,最后从目标模块筛选高连通度的lncRNA与mRNA使用Cytoscape软件进行网络可视化。【结果】 从表达谱数据中筛选得到9 070个差异表达的lncRNA与mRNA,运用WGCNA方法得到11个模块,使用DAVID富集分析发现honeydew1、paleturquoise、skyblue2模块中的基因富集在皮肤发育、毛囊发育、毛囊形态发生、Wnt信号通路负调控、细胞粘附等生物过程,以及Wnt信号通路、TGF-β信号通路、Hedgehog信号通路、紧密连接、MAPK信号通路、ECM-受体相互作用等毛囊发育相关的信号通路,并筛选这3个模块中连通度高的lncRNA和mRNA构建了子网络,得到包括TGFB2、CTSB、SFN、SPINT1、FAM83G、GSDMA、MPZL3、VIM、CRABP1在内的毛囊发育相关基因,预测出ENSOART00000029117、TCONS_00489976、TCONS_00376759等24个lncRNA的可能靶基因。【结论】 首次运用WGCNA方法构建了苏博美利奴羊毛囊发育相关lncRNA与mRNA的共表达网络,鉴别出3个毛囊发育相关的共表达模块,发现多个与毛囊发育相关的潜在候选基因,并预测出24个lncRNA可能的靶基因。

猪链球菌4型转录调控因子GalR的生物学特性

孙珂,祝昊丹,何孔旺,王丹丹,周俊明,俞正玉,吕立新,倪艳秀

中国农业科学. 2019, 52(19):  3485-3494.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.017

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【目的】 研究分析猪链球菌4型（Streptococcus suis serotype 4,SS4）强毒株SH1510 转录调控因子GalR基因的缺失对细菌生物学特性的影响,为进一步研究GalR对半乳糖代谢途径的调控及其致病机理提供理论依据。【方法】 利用同源重组双交换的方法构建了SS4强毒株SH1510 转录调控因子GalR基因缺失株SH1510ΔGalR,通过GalR基因内部扩增引物I1/I2进行缺失株初步筛选,进一步通过PCR和Western blotting鉴定缺失株SH1510ΔGalR。对亲本株SH1510和缺失株SH1510ΔGalR进行革兰氏染色以比较形态差异;配置基础培养基,分别加入葡萄糖、蔗糖、D-半乳糖后培养细菌,绘制细菌生长曲线,比较细菌对不同糖的利用率;将亲本株和缺失株的菌液浓度分别调整为2.5×10 ⁹、5×10 ⁸、1×10 ⁸、2×10 ⁷ CFU/mL,对BALB/c小鼠进行腹腔注射以观察小鼠致死率并使用Reed-Muench法计算菌株LD₅₀。将浓度为2×10 ⁷CFU/mL的亲本株和缺失株1﹕1等体积混合后腹腔注射BALB/c小鼠,24 h后取脑、脾、血在氯霉素抗性和无抗性THB平板上进行细菌计数,比较细菌在小鼠体内的定植能力;并以健康猪的全血模仿体内环境,将亲本株和缺失株分别加入含有SS4抗血清的健康猪全血中,37℃孵育2 h进行平板计数,比较细菌在全血中的存活能力。【结果】 使用内部检测引物I1/I2做PCR,缺失株SH1510ΔGalR检测为阴性,进一步使用引物C1/C2、O1/C2、O2/C1、O1/O2鉴定缺失株SH1510ΔGalR,分别扩增出1 056、2 121、2 094、3 147 bp的片段,结果和预期相符。Western blotting 鉴定结果表明亲本株SH1510可与粗制GalR多抗兔血清发生特异性结合,在37 kD处出现单一条带,但缺失株SH1510ΔGalR没有条带出现。PCR和Western blotting鉴定结果均表明缺失株SH1510ΔGalR已构建成功。亲本株和缺失株经革兰氏染色,光学显微镜下观察可见亲本株和缺失株均呈链状排列,长度相似,形态无显著差异。在葡萄糖和蔗糖作为唯一糖原的生长条件下,亲本株和缺失株的生长情况相仿,而当糖原为D-半乳糖时,缺失株的生长速率和OD₆₀₀值明显低于亲本株。另外,从最高OD₆₀₀值可以看出,猪链球菌SH1510对糖的利用率为葡萄糖>蔗糖>D-半乳糖。 小鼠致病性试验中,亲本株和缺失株的LD₅₀分别为1×10 ⁸CFU和1.62×10 ⁸CFU,缺失株对小鼠的致病性下降了1.62倍。体内竞争感染试验结果显示,缺失株在小鼠的脑、脾、血液中的细菌分离数均远低于亲本株,差异极显著（P＜0.01）。全血存活试验表示,亲本株的存活率为35.2%,缺失株的存活率为27.3%,缺失株SH1510ΔGalR比亲本株SH1510在全血中的存活率显著下降（P＜0.05）。【结论】 GalR 基因可促进猪链球菌4型对半乳糖的利用,同时对SH1510的毒力有直接或间接的调控作用。