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    2021年 第54卷 第3期 刊出日期:2021-02-01
      
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    中国农业科学. 2021, 54(3):  0. 
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    专题:主要杂粮作物产业与种业现状及发展方向
    中国谷子产业和种业发展现状与未来展望
    李顺国, 刘斐, 刘猛, 程汝宏, 夏恩君, 刁现民
    中国农业科学. 2021, 54(3):  459-470.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.001
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    谷子起源于中国,是旱作生态农业绿色发展的主栽作物。国家启动产业技术体系十年来,创制出一批抗除草剂、商品品质显著提升、蒸煮时间显著缩短的育种材料;基因组测序、单倍型图谱和高通量转化技术体系构建等推动了谷子产业技术原始创新能力持续提高;育成了一批中矮秆抗除草剂新品种,创新集成了一批适合不同产区的栽培技术,单户综合生产能力提高20倍以上,单产提高90.8%,总产提高85.7%,全程机械化轻简栽培实现了谷子生产方式历史性变革。谷子是完全市场化作物,近十年来总体价格呈上升趋势,产业规模不断扩大,全国地理标志产品发展迅速,正在形成一批区域公用品牌和产业优势区。随着产业发展的带动,品种权保护与转让逐步增多,一批谷子种业开始起步。在乡村振兴和健康中国战略新的时代背景下,谷子的营养、生态、文化属性给中国谷子产业和种业带来了新的机遇;同时中国谷子种业和产业也面临着种子繁殖系数高、品种权落实力度不够、科研和平台建设有待加强、缺乏突破性大品种等诸多挑战。未来中国谷子特色产业发展将助推乡村振兴并带动种业发展;季节性休耕区、压采地下水区的生态需求将促进谷子生产面积呈现恢复性增长;种业、科研、产业融合呈加快发展趋势。攻克谷子种业重大基础科学问题,构建现代生物育种技术体系,培育突破性新品种,实现科研、种业、产业的一体化发展是中国谷子种业的发展方向。中国谷子种业发展必须坚持原始创新、坚持产业需求、坚持服务主产区、坚持差异化发展、坚持市场主体地位。未来中国谷子产业和种业需攻克的重点任务:突破性新种质创新、高效育种技术平台构建、突破性新品种杂交种培育、构建种子生产技术规范和良种繁育技术体系、提升种业管理服务能力、布局优化制种基地、打造种子优势企业。

    中国高粱产业和种业发展现状与未来展望
    李顺国,刘猛,刘斐,邹剑秋,陆晓春,刁现民
    中国农业科学. 2021, 54(3):  471-482.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.002
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    高粱是全球第五大粮食作物,也是中国重要的杂粮作物。国家启动产业技术体系10年来,鉴定和创制出277份矮秆、抗病、高支链淀粉、低单宁的育种材料;利用突变体、自然群体全基因组关联分析克隆了高粱重要性状的控制基因;育成了71个矮秆耐密、适宜机械化作业的酿造专用高粱新品种,创新集成适合不同区域高粱轻简栽培技术,全国高粱种植面积增长26.8%,总产增长93.5%,单产提高52.7%,实现了高粱生产方式全面机械化的重大变革。在高端白酒转型升级的拉动下,以茅台、五粮液、汾酒等知名酒企为核心,形成了以“品牌+品种+产地+农户”高粱特色产业发展模式并取得了显著的增收效果。产业发展助推品种权保护与转让,面向产业与企业需求的联合育种与产业化开发带动高粱种业起步发展。在乡村振兴战略和健康中国战略新的时代背景下,高粱的抗旱、耐涝、耐盐碱、粮饲兼用、高光效等特性给中国高粱产业和种业发展带来了新的机遇;同时中国高粱种业和产业也面临着多用途开发不足、品种权保护力度不够、原始性创新能力有待加强、产业政策支撑不足等诸多挑战。未来中国高粱新品种选育和种业由酿造为主向多用途转变,针对企业酿造工艺需求对不同适宜地理环境开展定向育种将成为趋势,盐碱地、休耕区、镰刀弯地区高粱种植呈现恢复性增长。建立适合中国高粱产业和种业发展的现代化种业创新体系、推广体系和产业体系,构建科研院所、种子企业、推广部门和产后加工企业融合发展的种业产业链运行机制是未来中国高粱种业发展目标。中国高粱产业和种业未来的重点任务是创制抗除草剂、高淀粉、低单宁、抗蚜等目标性状的关键育种材料;开展基因编辑、标记辅助选择、全基因组选择、高效遗传转化等关键技术研究,构建现代高效育种平台;优质专用酿造、饲料、饲草、能源、帚用等多用途高粱新品种选育;登记品种DNA指纹鉴别和关键表型性状数据库构建;根据高粱产区生态特点、资源禀赋,布局优化产业基地和制种基地。

    中国甘薯产业和种业发展现状与未来展望
    王欣,李强,曹清河,马代夫
    中国农业科学. 2021, 54(3):  483-492.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.003
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    甘薯是世界上重要的粮食、饲料及工业原料作物,中国是世界上最大的甘薯生产国。本文总结了中国甘薯产业和种业发展的历史、现状、成效及问题,分析了国内外甘薯产业和种业的发展趋势,提出中国甘薯产业和种业未来的发展目标和任务。目前中国甘薯产业稳步发展,种植面积趋于平稳,年种植面积稳定在4×106 hm2左右;单产稳步提高,已达到世界平均水平的1.96倍;产业实现了从量到质的转型升级,鲜食市场供应比例不断提高,甘薯逐步实现餐桌化,休闲、保健和功能食品得到适度发展;鲜食消费比例逐年增加,提升了甘薯种植效益;品牌建设得到了长足发展。甘薯种业在国家甘薯产业技术体系的推动下,初步建立了甘薯分子育种平台,甘薯基因组测序基本完成,构建了高密度分子连锁图谱,开发出一批与甘薯茎线虫病抗性相关的分子标记和与甘薯淀粉含量等性状相关的主效QTL,发掘出甘薯品质、抗病、耐盐、抗旱等相关的重要功能基因;建立了甘薯主要病虫害抗性评价平台,创制出一批甘薯特异新材料;构建了优质专用甘薯品种评价平台,育成一批甘薯专用型新品种,良种自育品种覆盖率达95%以上;制定了甘薯新品种的DUS测试国家标准和行业标准,规范了种薯种苗市场;完成了脱毒种薯种苗生产关键技术研究;建立了产学研结合的种业协同创新体系,推动种薯种苗企业重组。现阶段中国甘薯产业和种业还存在许多问题,一是优异种质数量少,无法满足育种的需求;二是优质品种评价指标缺乏,专用化品种少,无法满足加工需求;三是脱毒种薯种苗的应用率低,种薯种苗繁育技术和市场不规范;四是甘薯种业尚未形成规模,政府对种薯种苗繁育企业扶持力度较弱,区域性的种薯种苗企业数量少,远不能满足生产的需要。未来5—10年,中国应注重资源收集、评价和保存平台建设;打造甘薯育种公共服务平台建设;选育和推广优质高产多抗专用品种;着力推进育繁推一体化健康种薯种苗繁育体系建设;进一步延长加工产业链,提高产业效益;在“一带一路”国家示范推广高品质淀粉、富含膳食纤维、花青素、胡萝卜素及多酚类物质等专用品种。

    中国食用豆产业和种业发展现状与未来展望
    陈红霖, 田静, 朱振东, 张耀文, 陈巧敏, 周素梅, 王丽侠, 刘玉皎, 何玉华, 尹凤祥, 魏淑红, 程须珍
    中国农业科学. 2021, 54(3):  493-503.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.004
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    食用豆在中国粮食组成、人类健康、土壤改良中占有重要地位,尤其是在贫困地区作为蛋白质的主要来源。随着食用豆基因组相继被破译,推动了食用豆分子遗传基础和分子育种研究。国家食用豆产业技术体系成立以来,育成了一批高产、优质、抗病虫、耐逆、适宜机械化收获的食用豆新品种,集成了一批适合不同产区的栽培技术,病虫害绿色防控技术的研发与应用取得了良好的防治效果,生产机械与技术研究初显成效,产后加工技术提升与产品创新研究促进产业提质增效。随着食用豆新品种新技术的示范与推广,食用豆总产和单产水平显著提高,特别是在过去十年内蚕豆、豌豆由干籽粒生产转变为鲜食菜用生产,食用豆种植面积提高了21.1%,单产提高了3.9%,总产提高了36.8%。随着食用豆产业规模不断扩大,越来越多的食用豆种被列为国家农产品地理标志产品,正在形成一批农业企业品牌。在食用豆产业的带动下,品种权保护与转让数量逐渐增多,食用豆种业开始起步发展。随着人们健康意识的提高,国内外市场需求快速上升,国家乡村振兴战略的实施和农业供给侧结构性改革的推进,大力培育壮大贫困地区特色优势产业,给食用豆生产和种业带来了新的机遇;但是中国食用豆生产和种业也面临生产成本较高、生产效率低、科研平台建设有待加强、缺乏突破性大品种、品种权保护力度不够等诸多挑战。本文在总结中国食用豆产业和种业的现状与问题的基础上,讨论了其未来的发展方向。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    小麦生长模型对拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的比较
    肖浏骏,刘蕾蕾,邱小雷,汤亮,曹卫星,朱艳,刘兵
    中国农业科学. 2021, 54(3):  504-521.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.005
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    【目的】作物生长模型是预测和评估气候变化对作物生产力影响的重要量化工具,明确典型作物生长模型对小麦拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的不足,可以为进一步改进低温胁迫对小麦生产力影响的模拟算法提供指导。【方法】本研究将来自4套国际知名小麦生长模型(美国密歇根州立大学的CERES-Wheat、美国华盛顿州立大学的CropSyst、荷兰瓦赫宁根大学的WOFOST和法国国家农业科学研究院的STICS模型)的典型低温胁迫效应算法,与本课题组研发的小麦生长模拟模型WheatGrow相耦合,利用2012—2013年南京和2013—2015如皋不同品种(扬麦16和徐麦30)、不同温度水平(最低至-6℃)和持续时间(2、4、6 d)的人工气候室低温盆栽试验资料,检验和评价了原WheatGrow模型和耦合后低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在拔节期和孕穗期低温胁迫下对小麦叶面积指数动态、茎生物量、地上部总生物量、籽粒产量等指标的预测能力。【结果】拔节—孕穗期低温胁迫明显降低了小麦叶面积指数、地上部生物量积累和籽粒产量,且随低温水平的降低和持续时间的增加降低幅度呈明显升高趋势。比较不同处理时期和品种发现,小麦生长发育及产量对孕穗期低温处理较拔节期低温处理更加敏感,扬麦16较徐麦30对低温胁迫更为敏感。耦合了4种低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在模拟叶面积指数动态上较原WheatGrow模型有所改善,但模拟误差仍然较大,其中对孕穗期低温处理的模拟误差大于拔节期处理。4种低温胁迫算法均低估了低温胁迫对茎生物量以及成熟期地上部生物量积累的不利影响。综合比较4种低温胁迫算法的预测能力可以看出,对于叶面积指数和地上部生物量的动态模拟,CropSyst模型中的低温胁迫效应算法表现最好;对于茎生物量的动态模拟,WOFOST模型中的低温胁迫效应算法表现最好,特别是孕穗期低温处理;对于籽粒产量的模拟,STICS模型中的低温胁迫效应算法表现最好,其次是CropSyst模型。【结论】耦合低温胁迫效应算法后的WheatGrow模型,在模拟叶面积指数、茎生物量、地上部生物量和籽粒产量上均好于原WheatGrow模型,且在弱低温条件下的模拟效果好于强低温条件,但是4套算法由于没有考虑低温胁迫对茎秆的直接伤害、低温胁迫对干物质分配的影响以及低温胁迫后的恢复和补偿效应,因此在模拟茎生物量积累,以及模拟不同低温持续时间下的地上部生物量积累存在明显不足。此外,4套低温效应算法引入参数较多,为模型的参数化带来一定的困难,有待今后进一步改进和完善。研究结果对改进小麦生长模型对低温胁迫响应,降低气候变化背景下作物生产力的预测预警的不确定性具有重要意义。

    粉垄对甘蔗根系结构发育及呼吸代谢相关酶活性的影响
    李浩,韦本辉,黄金玲,李志刚,王令强,梁晓莹,李素丽
    中国农业科学. 2021, 54(3):  522-532.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.006
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    【目的】探讨甘蔗粉垄技术增产增糖的根系细胞生理学机制,为粉垄技术推广提供理论依据。【方法】以桂糖42号为供试材料进行粉垄耕作处理(耕作深度40 cm),以常规耕作为对照(耕作深度 25 cm,CK),分别测定土壤速效养分,甘蔗农艺性状及产量和糖分、根系形态、根毛区组织细胞结构、根系活力、苹果酸脱氢酶、细胞色素氧化酶等呼吸代谢相关酶活性。【结果】(1)与常规耕作相比,新植蔗土壤的碱解氮和速效磷分别增加了8.7%和17.9%;宿根蔗土壤增加了10.4%和25.6%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(2)粉垄新植蔗出苗率和分蘖率比常规耕作分别提高了25.0%和17.4%,宿根蔗分别提高了30.6%和11.7%。砍收时,粉垄新植蔗株高、茎径、单茎重、有效茎、产量分别提高了13.2%、17.6%、29.0%、5.3%、12.9%,粉垄宿根蔗分别增加了7.6%、22.2%、70.3%、18.7%和12.9%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(3)粉垄甘蔗根长、根直径、根体积、根尖数、根表面、根鲜重、根干重比常规耕作分别增加20.9%—42.3%、12.3%—71.0%、33.3%—71.0%、6.4%—61.6%,21.8%—64.1%、26.8%—64.4%和32.6%—95.3%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(4)与常规耕作相比,粉垄甘蔗根毛区和根毛细胞更长,根毛排列更疏松有序,根尖细胞壁增厚,细胞质、粗糙型内质网和高尔基体更丰富,线粒体数目更多且嵴清晰,细胞核结构更紧致;粉垄新植蔗根毛长度、根毛密度、单位面积根毛总长度和细胞中线粒体数目分别增加了53.3%、73.0%、111.1%和37.5%;粉垄宿根蔗以上指标也分别增加了38.9%、95.9%、82.6%和53.8%,且不同耕作方式间同一指标差异显著;(5)与常规耕作相比,粉垄甘蔗根系活力在整个生育期均显著增强,在苗期、伸长期和成熟期分别增加了1.29倍、1.39倍和1.25;(6)与常规耕作相比,粉垄苹果酸脱氢酶(MDH)、细胞色素氧化酶(CytcA510)和多酚氧化酶(PPO)活性在苗期和伸长期均显著增加,在苗期,新植蔗粉垄甘蔗苹果酸脱氢酶、细胞色素氧化酶和多酚氧化酶活性分别提高了22.9%、28.1%和38.9%,宿根蔗以上各指标分别提高23.0%、20.3%、27.7%,差异显著;在伸长期,新植粉垄甘蔗分别显著提高21.2%、41.8%和33.7%,宿根蔗各指标分别提高27.4%、26.8%和53.3%;成熟期,除了细胞色素氧化酶差异不显著外,粉垄新植蔗和宿根蔗的苹果酸脱氢酶、多酚氧化酶活性均显著提高。【结论】粉垄可提高速效氮和速效磷含量,改善甘蔗根系的营养,提高根系活力和呼吸代谢相关酶活性,有利于根系组织细胞结构和根系形态的发育,从而进一步促进根系对水肥的吸收。

    专题:马铃薯块茎蛾绿色防控
    马铃薯块茎蛾绿色防控技术
    高玉林
    中国农业科学. 2021, 54(3):  533-535.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.007
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    马铃薯块茎蛾对不同品种马铃薯块茎的适应性分析
    张梦迪,闫俊杰,高玉林
    中国农业科学. 2021, 54(3):  536-546.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.008
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    【目的】马铃薯块茎蛾(Phthorimaea operculella)是马铃薯上的重要害虫,严重影响马铃薯的产量和品质。明确马铃薯块茎蛾对不同品种块茎的适应性,为马铃薯抗性品种筛选以及制定有效的害虫综合治理策略提供依据。【方法】以目前生产上商业化推广的4个马铃薯品种(夏波蒂、龙薯4号、龙薯12号、克新17号)块茎为试验材料,采用年龄-阶段特定两性生命表,测定不同品种块茎上马铃薯块茎蛾的发育历期和种群参数,以评价马铃薯块茎蛾在不同品种上的适应性。【结果】取食不同品种块茎的马铃薯块茎蛾幼虫期、蛹期和雌成虫寿命存在显著差异。其中取食克新17号的马铃薯块茎蛾幼虫期(15.18 d)和蛹期(8.10 d)相较于取食其他3个品种(夏波蒂、龙薯4号、龙薯12号)长,而雌成虫寿命(8.46 d)较短。另外,取食同种品种块茎的马铃薯块茎蛾雄成虫寿命普遍高于雌成虫。取食不同品种块茎的马铃薯块茎蛾单雌产卵量存在显著差异,取食夏波蒂(235.06粒)和龙薯4号(254.48粒)的马铃薯块茎蛾单雌产卵量显著多于取食克新17号(165.71粒)。取食不同品种块茎的马铃薯块茎蛾内禀增长率(r)、周限增长率(λ)、净增殖率(R0)和平均世代时间(T)等种群参数存在极显著差异。其中取食克新17号的马铃薯块茎蛾的rλR0值(r=0.108,λ=1.125,R0=26.513)均显著低于其余3个品种,T值(30.28)显著高于其余3个品种。在幼虫选择性取食试验中,1龄马铃薯块茎蛾幼虫尤为偏好龙薯4号和夏波蒂,对克新17号选择性最低, 并随着龄期的增长,选择性逐渐降低。【结论】马铃薯块茎蛾对不同品种薯块的适应性不同,在夏波蒂和龙薯4号上适应性较好,龙薯12号次之,克新17号种群建立水平最低。在马铃薯块茎蛾危害严重区域,可以考虑选择种植马铃薯块茎蛾适应性较低的品种,作为田间抑制马铃薯块茎蛾种群的一个重要策略。

    不同性别和交配状态的马铃薯块茎蛾对马铃薯挥发物的触角电位反应
    李祥,张小娇,肖春,董文霞
    中国农业科学. 2021, 54(3):  547-555.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.009
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    【目的】探明不同性别和交配状态的马铃薯块茎蛾(Phthorimaea operculella)对寄主植物(马铃薯)挥发物的电生理反应的差异,为利用化学生态手段防治马铃薯块茎蛾提供参考。【方法】利用触角电位技术(electroantennogram,EAG),测定未交配雌蛾、交配雌蛾、未交配雄蛾3种不同生理状态的马铃薯块茎蛾对马铃薯块茎和植株释放的16种挥发性化合物(包括6种脂肪族化合物:1-辛烯-3-醇、丁醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛;4种芳香族化合物:苯乙醇、苯乙醛、苯乙酮、水杨酸甲酯;6种萜类化合物:α-蒎烯、对-聚伞花素、反-β-罗勒烯、桉叶油醇、反-β-法尼烯、茉莉酸甲酯)的电生理反应及对其中6种化合物(1-辛烯-3-醇、庚醛、壬醛、苯乙酮、水杨酸甲酯、反-β-罗勒烯)的剂量反应。【结果】马铃薯块茎蛾对这16种化合物均能产生触角电位反应,其中未交配雌蛾和雄蛾对脂肪族醇类化合物的EAG反应值较高,交配雌蛾对脂肪族醛类化合物的EAG反应值较高,3种不同生理状态的马铃薯块茎蛾对萜类化合物的EAG反应值均较低。当刺激剂量为1 000 μg时,不同性别和交配状态的马铃薯块茎蛾对同种化合物的反应差异较大,未交配雌蛾对辛醛、水杨酸甲酯、反-β-罗勒烯的反应强于交配雌蛾和未交配雄蛾,交配雌蛾对庚醛、壬醛、α-蒎烯的反应强于未交配雌蛾和雄蛾,未交配雄蛾对1-辛烯-3醇、苯乙醇、苯乙醛的反应强于雌蛾。在测试剂量范围内(1、10、100、1 000 μg),3种生理状态的马铃薯块茎蛾对6种化合物的EAG反应值随刺激剂量的增加呈现增大的趋势,均未达到饱和阈值,交配雌蛾对同一化合物不同剂量的反应差异更为明显。【结论】马铃薯块茎蛾未交配雌蛾和雄蛾对脂肪族醇类化合物较敏感,交配雌蛾对脂肪族醛类化合物较敏感,雌、雄蛾对萜类化合物均不敏感;对于单个化合物的电生理反应,交配雌蛾对庚醛、壬醛、α-蒎烯更为敏感;对同一化合物不同剂量的电生理反应,交配雌蛾同样更为敏感。

    马铃薯块茎蛾性信息素化学合成研究现状
    陈洋,赵红怡,闫俊杰,黄剑,高玉林
    中国农业科学. 2021, 54(3):  556-572.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.010
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    马铃薯与小麦、水稻和玉米同列为我国四大主粮之一,为确保国家粮食安全战略、合理调整农业种植业结构以及实施脱贫攻坚战略发挥着关键作用。随着马铃薯种植面积的不断扩大,生产和储存中发生的病虫害日益严峻。马铃薯块茎蛾(Phthorimaea operculella)为马铃薯主要害虫,是起源于美洲并快速传播至世界各地的一种茄科作物害虫,其防控策略主要包括农业防治、化学防治以及生物防治。随着人们环保意识的逐渐增强,使用具有可持续性生态绿色的马铃薯块茎蛾性信息素防治方法,逐渐引发起了农业科学家、生物学家、化学家的广泛关注,为减少化学农药的过度使用和依赖提供了可能。马铃薯块茎蛾性信息素主要包含两种化学结构,4E,7Z-十三碳二烯-1-醇醋酸酯(PTM1)和4E,7Z,10Z-十三碳三烯-1-醇醋酸酯(PTM2)。这两种性信息素的发现和结构确认过程非常曲折,其化学合成方法起始于20世纪70年代,发展于80和90年代,进入21世纪后仅有零星报道,这一过程见证了近代有机合成化学的快速发展。这两种性信息素的化学合成难点在于如何准确而高效率地构筑E式和Z式双键,PTM1的合成策略关键步骤主要包括炔烃还原或重排反应、共轭开环、有机硅诱导贝克曼反应、交叉偶联反应等。迄今仅有两例报道PTM2的合成,由于结构中增加了10位Z式双键,基于PTM1的合成方法,PTM2的两条合成路线采用了相同的偶联方法引入二炔基砌块,然后分别采用Raney-Ni或Lindlar-Pd催化氢化制得7Z,10Z两个连续双键。这些合成策略的实施为PTM1和PTM2的来源作出了重要贡献,然而多数合成路线较为冗长,双键E/Z构型选择性不高,操作比较繁琐。开发马铃薯块茎蛾性信息素简洁高效的合成方法,可为马铃薯块茎蛾田间绿色综合防治技术的广泛应用提供必要的物质来源,将在昆虫性信息素诱捕技术作为有害生物绿色防控重要手段中发挥积极推动作用。

    化学与物理刺激对马铃薯块茎蛾产卵行为的影响
    熊焰,韩瑞,胡纯华,王静,肖春
    中国农业科学. 2021, 54(3):  573-582.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.011
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    【目的】通过行为观察揭示物理与化学因素联合作用对马铃薯块茎蛾(Phthorimaea operculella)产卵行为的影响,为马铃薯块茎蛾行为调控技术的发展提供依据。【方法】将新鲜马铃薯块茎分别用药液(庚醛、桉叶油醇)浸泡后晾干、用纱布或浸透块茎汁液的纱布包裹块茎,之后在温度(27±2)℃,相对湿度50%—70%,光周期L:D=14:10环境条件下,于暗期(光照强度1.0—1.5 lx)观察马铃薯块茎蛾已交配雌虫在马铃薯块茎上产卵行为表现(包括滞留时间、降落次数、试探产卵次数和落卵量)。【结果】当用低浓度庚醛溶液(0.5 mg·L-1)处理块茎后,可显著延长雌蛾在块茎上的滞留时间,导致总落卵量(块茎上落卵量+块茎外落卵量)增加,但是不会引起试探产卵次数和降落次数的明显变化。当用庚醛溶液(30 mg·L-1)处理块茎后,能够引起滞留时间、降落次数和试探产卵次数的显著降低,并导致总落卵量显著增加。当用低浓度桉叶油醇(6 mg·L-1)处理块茎后,可导致块茎上落卵量显著增加,但滞留时间、降落次数及试探产卵次数均无显著差异。当用高浓度桉叶油醇溶液(30 mg·L-1)处理块茎后,可显著降低雌蛾在块茎上的滞留时间、降落次数和试探产卵次数,同时引起块茎外的落卵量显著增加,但不会引起总落卵量的明显变化。当用纱布包裹块茎后,会显著降低雌蛾的降落次数、试探产卵次数,但不会显著改变滞留时间,块茎上的落卵量以及总落卵量均显著增加。当用浸有块茎汁液的纱布包裹新鲜块茎后,亦获得类似结果。当用含有庚醛(0.5 mg·L-1)的纱布处理块茎后,与空白对照相比,可显著增加雌蛾在块茎上的滞留时间和块茎上的落卵量,同时显著减少雌蛾的试探产卵次数、降落次数;与单一使用庚醛(0.5 mg·L-1)相比,可显著减少雌蛾的试探产卵次数、降落次数,同时显著增加雌蛾在块茎上的落卵量和总卵量;与单一使用纱布处理相比,在各项指标上均无显著性差异。【结论】庚醛能够刺激已交配雌蛾在更加密集的时间产卵;在浓度为30 mg·L-1时,庚醛对已交配雌蛾具有驱赶作用;在浓度为0.5 mg·L-1时,庚醛对已交配雌蛾具有吸引作用。桉叶油醇溶液浓度为30 mg·L-1时,对马铃薯块茎蛾产卵仅有驱赶作用。纱布包裹、纱布浸透块茎汁液、6 mg·L-1桉叶油醇溶液仅有刺激已交配雌蛾在更加密集的时间产卵的作用。化学刺激(0.5 mg·L-1庚醛)结合物理刺激(纱布)是纱布刺激产卵作用和0.5 mg·L-1庚醛吸引作用的叠加作用。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    大田群体冬小麦氮收获指数变异特征研究
    高志源,许吉利,刘硕,田汇,王朝辉
    中国农业科学. 2021, 54(3):  583-595.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.012
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    【目的】研究不同小麦品种氮收获指数(NHI)与产量、收获指数、籽粒氮含量、不同器官氮吸收之间的关系,同时探究小麦品种育成年代、株高以及不同芒型对NHI的影响,为高产、高效小麦品种的选育提供理论依据。【方法】于2018—2019年在河南洛阳和南阳及陕西杨凌3个地点进行大田试验,以不同育成年代、不同株高及不同芒型的224个小麦品种为材料,采用增广随机区组试验设计,设置14个区组,每个区组种植5个对照品种,每个小麦品种种植6行,行长3 m。成熟期采集小麦样品,测定籽粒产量及秸秆、颖壳和籽粒的含氮量,并计算小麦的氮收获指数。【结果】224个小麦品种的NHI变化范围在0.43—0.93之间,杨凌小麦NHI变异系数大于其他两个试验点。在3个试验点,小麦NHI与产量和收获指数之间均存在显著线性关系(P<0.05),随着NHI的提高,小麦产量和收获指数也明显提高;NHI与秸秆及颖壳氮吸收量之间存在显著负相关关系(P<0.05),而与籽粒氮含量、地上部总吸氮量之间无显著相关性(P>0.05)。1970年以前或1970—1990年间育成的小麦品种其NHI显著低于1990年以后育成的品种(P<0.05),而1990—2010年间育成的品种其NHI与2010年以后育成的小麦品种的NHI无显著差异(P>0.05);中、矮秆小麦品种的NHI显著高于高秆品种,但中秆与矮秆之间无显著差异;有芒小麦与无芒小麦的NHI之间无显著差异(P>0.05)。【结论】小麦NHI存在明显的品种间变异,提高小麦NHI有利于提高小麦产量和收获指数,秸秆和颖壳的氮吸收量可显著影响小麦NHI。总体上看,传统育种手段在1990年以后并未进一步提高小麦NHI。从提高NHI的角度,育种过程中小麦株高保持在100 cm以下即可。麦芒的有无对小麦NHI无显著影响。

    免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应
    郑凤君, 王雪, 李生平, 刘晓彤, 刘志平, 卢晋晶, 武雪萍, 席吉龙, 张建诚, 李永山
    中国农业科学. 2021, 54(3):  596-607.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.013
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    【目的】基于山西运城8年(2008—2015)长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田(CT-SP)和免耕秸秆覆盖还田(NT-SM)两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳(SOC)及活性有机碳(可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC)含量;测定土壤水分(土壤体积含水量,θv;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE)和作物产量等关键指标。【结果】(1)与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量(R0.25)和几何平均直径(GMD),分别提升13.9%、8.8%和9.6%。(2)与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。(3)与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。(4)通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。(5)土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。

    不同覆盖时期和覆盖方式对旱地冬小麦经济和环境效应的影响
    毛安然,赵护兵,杨慧敏,王涛,陈秀文,梁文娟
    中国农业科学. 2021, 54(3):  608-618.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.014
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    【目的】明确不同覆盖时期(夏闲期和周年覆盖)以及不同覆盖方式(垄沟覆盖、全膜覆盖和秸秆覆盖)对旱地冬小麦产量、经济效益和温室气体排放的影响,为选择适合当地小麦生产的高产、高效和环境友好型覆盖措施提供科学依据。【方法】于2017—2019年2个小麦生长季在黄土高原典型旱作区陕西省永寿县开展大田试验,试验设6个处理,采用裂区设计。不同覆盖时期为主区,设置夏闲期覆盖和周年覆盖(生育期覆盖+夏闲期覆盖)2个处理,不同覆盖方式为副区,分别为垄膜沟秸秆全地面覆盖、全膜覆盖以及秸秆全地面覆盖3个处理。研究分析小麦产量、土壤蓄水量、生育期耗水量、水分利用效率、经济利润以及温室气体排放强度。【结果】与夏闲期覆盖相比,周年覆盖2季平均增产9.5%,周年秸秆覆盖平均产量较周年垄覆沟播处理高出622 kg·hm-2,而与全膜穴播处理没有显著差异;周年覆盖生育期耗水量和水分利用效率较夏闲期覆盖分别提高5.6%和4.0%;周年覆盖可显著提高冬小麦经济效益,较夏闲期覆盖年平均净利润提高17.8%,周年覆盖中秸秆覆盖平均净利润>全膜穴播>垄覆沟播;同时,周年覆盖2季平均温室气体排放强度较夏闲期覆盖降低11.0%,差异达显著水平。其中,以周年秸秆覆盖的温室气体排放强度最低。【结论】与夏闲期覆盖相比,周年覆盖措施能够提高水分利用效率和生育期耗水量从而提高冬小麦产量和经济效益,同时减少温室气体排放强度。其中,周年秸秆覆盖措施具有较好的经济效益和最低的温室气体排放强度,适宜在黄土旱塬区冬小麦生产中推广应用。

    园艺
    CmWRKY15-1通过水杨酸信号通路调控菊花白色锈病抗性
    毕蒙蒙,刘迪,高歌,祝朋芳,毛洪玉
    中国农业科学. 2021, 54(3):  619-628.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.015
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    【目的】菊花白色锈病是菊花重要病害之一,严重影响其观赏品质。分析CmWRKY15-1在菊花抗白色锈病中的功能及防卫机制,为利用分子育种解决菊花产业中白色锈病病害问题提供借鉴。【方法】以菊花白色锈病抗病品种‘黄莺’为试验材料,构建CmWRKY15-1过表达载体与干扰载体,通过农杆菌介导法转化菊花,分别获得超表达与沉默植株株系,通过表型观察、病情指数统计及转基因植株内源SA含量变化、SA合成关键基因及病程相关基因的表达分析,探究CmWRKY15-1在水杨酸信号途径响应菊花白色锈病的功能。【结果】经遗传转化后获得超表达植株OE-9株系与沉默植株RNAi-4株系,接种后的表型鉴定和病情指数调查中RNAi-4株系病情指数为53.67,抗性反应表现为感病,而野生型植株接菌前后表型无变化,表明CmWRKY15-1的沉默降低了‘黄莺’对白色锈病的抗性。同时OE-9株系中内源水杨酸含量在接种前后与WT相比呈上升趋势,而RNAi-4株系中水杨酸含量降低,即CmWRKY15-1的过表达与沉默分别显著上调和下调内源SA含量,对SA的积累有正向调节作用。OE-9系、RNAi-4系和WT在接菌处理前后的SA合成基因表达情况分析结果表明,在接种处理后,OE-9株系中ICS1的表达呈先增加后降低的趋势,其最高表达量为对照的3.8倍。而在RNAi-4株系中,ICS1在接种后出现降低,且一直保持较低水平。PAL在OE-9株系中的表达相较于对照增加,其最高表达量为对照的2.3倍,而在RNAi-4株系中,该基因的表达总体呈下降趋势,这与SA含量测定的变化结果基本一致,也进一步验证CmWRKY15-1通过SA介导的信号途径响应菊花白色锈病。此外,响应SA信号的病程相关基因表达分析结果显示,随着白色锈病病原菌处理时间的延长,OE-9株系中这些基因的表达除PR5外,均在40 h时出现峰值,PR5相对延后,在48 h时出现峰值。RNAi-4株系中除PR5外,其他基因的表达量显著低于WT、OE-9中的表达量。CmWRKY15-1的过表达提高了水杨酸信号途径中PR的转录水平,与此相反,CmWRKY15-1的沉默使这些基因表达下调。【结论】CmWRKY15-1对菊花抗白色锈病具有正调控作用,且通过水杨酸介导的信号途径调控抗病。

    砧穗互作对菊花嫁接苗耐盐性的影响
    孟蕊,刘晔,赵爽,房伟民,蒋甲福,陈素梅,陈发棣,管志勇
    中国农业科学. 2021, 54(3):  629-642.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.016
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    【目的】揭示黄蒿嫁接菊花对菊花耐盐性的影响,明确砧穗互作影响菊花耐盐性的机理。【方法】测定120 mmol·L-1NaCl胁迫下的‘钟山嫣红’的扦插苗(自根苗)、扦插苗的自根嫁接苗(自接苗)、黄蒿砧木嫁接菊花(异根嫁接苗)的生理指标和叶片、茎段的Na+、K+离子含量。【结果】NaCl胁迫下,异根嫁接苗叶片受害率低于‘钟山嫣红’的自根苗和自接苗。异根嫁接苗的叶片相对电导率、丙二醛含量、脯氨酸含量均低于自接苗和自根苗,叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)含量高于自接苗和自根苗。异根嫁接苗中部与下部叶的Na+含量、Na+/K+比值均最低,其次是自接苗,最高是自根苗。自根嫁接与异根嫁接苗上部叶的Na+含量差异不显著;异根嫁接苗接口以上茎段的Na+含量显著低于自接苗和自根苗,而自接苗和自根苗上部茎段的Na+无显著差异,接口以下的黄蒿茎段Na+浓度和Na+/K+是同为砧木的菊花茎段中的两倍。【结论】菊花自接苗运输到中部、下部叶片的离子显著少于自根苗,以黄蒿作为砧木嫁接菊花后,砧木对Na+较高的富集能力降低了Na+在嫁接接口上部的积累,同时,菊花异根嫁接苗表现出更强的光合性能和抗氧化酶活性。因此,以黄蒿作砧木的‘钟山嫣红’异根嫁接苗耐盐性提高,是砧穗愈合导致向上运输到叶片的离子减少和黄蒿砧木滞留更多Na+的共同作用。

    食品科学与工程
    低温长时蒸煮对猪肉品质的影响
    王静帆,黄峰,沈青山,温彦涛,郭志刚,景晓亮,张春晖
    中国农业科学. 2021, 54(3):  643-652.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.017
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    【目的】明确不同低温长时蒸煮条件对猪肉持水性、嫩度等食用品质的影响,从水分分布、肌纤维结构及胶原蛋白溶解方面揭示其潜在机理,为应用低温长时蒸煮加工猪肉提供理论基础。【方法】以猪背最长肌为试验材料,经不同低温(55℃和60℃)长时(4、8和24 h)加热处理后,检测蒸煮损失、体积收缩率、低场核磁共振波谱、氢质子成像、色差和剪切力,分析猪肉持水性、色泽和嫩度等品质特征;通过组织切片观察猪肉肌原纤维和结缔组织的变化,分析蛋白质表面疏水性和胶原蛋白含量及热溶解性变化。【结果】随着加热时间的延长与温度的升高,低温长时蒸煮处理对猪肉食用品质的影响逐渐增大,破坏肌纤维结构,增强蛋白质热变性程度,具体表现为:蒸煮损失显著增大(P<0.05),体积收缩变大,不易流动水T2弛豫时间左移(P<0.05),且含量显著减少(P<0.05)。b*值明显增大(P<0.05),肌原纤维收缩,肌内结缔组织逐渐溶解,肌纤维结构被破坏;蛋白质表面疏水性增大(P<0.05);胶原蛋白含量减少(P<0.05),溶解度增大。【结论】相对加热时间而言,加热温度对肉品食用品质和蛋白变性程度影响更为显著,延长加热时间可在一定程度上降低这种影响。加热温度不同,肉品的纵向收缩率变化更为显著,可能与不同温度下胶原蛋白尤其是不溶性胶原蛋白变性程度不同有关。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    Pt-Pd合金纳米颗粒标记口蹄疫A型病毒抗体检测的免疫层析方法
    孙燕燕,李昕,林密,李峰松,包艳芳,陈夏辉,杨光,曾巧英,蒋韬
    中国农业科学. 2021, 54(3):  653-661.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.018
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    【目的】为建立一种新型、高灵敏度,可直观与定量分析的快速检测方法,本研究创新使用具有氧化还原酶活性的合金纳米材料,将其作为标记物制备免疫层析试纸。待反应结束,使用TMB显色剂对免疫反应进行级联放大,可以显著提高检测的灵敏度,不仅可直观判断,也可精确定量分析,这为免疫层析技术标志物筛选与敏感性提高开拓了新的思路与方法。【方法】采用超声水浴法,通过抗坏血酸(AA)还原K2Ptcl4和Na2Pdcl4成功出制备Pt-Pd合金纳米颗粒,将其用于标记口蹄疫A型纯化抗原FMDV-146S,作为捕获抗原纳米标记物,再将纯化的A型表达抗原及其抗体(FMDV-146S-Ab)包被在硝酸纤维素膜(NC)上,分别作为检测线(T线)和质控线(C线),经条件优化,建立口蹄疫A型病毒抗体Pt-Pd合金纳米颗粒试纸条检测方法。对该免疫层析检测技术进行方法学考核,检测结果定量分析并建立标准曲线,同时与LPB-ELISA进行结果比对。【结果】该试纸条可在10 min内完成定性和定量检测,定量检测灵敏度为1:28/test,线性范围 1:26/test—1:29/test;检测A型FMDV阳性血清,敏感性为98%,检测FMDV阴性血清、O型和Asia 1型的FMDV阳性血清以及其他动物常见病毒病阳性血清,特异性为94.8%;该试纸条重复检测效果良好;与OIE推荐LPB-ELISA法比较,相关性好,相关系数为0.9112。【结论】本研究开拓采用Pt-Pd合金纳米颗粒为标记物建立免疫层析方法,并首次应用于口蹄疫病毒抗体检测,结果证实其具备较高灵敏度,相比胶体金灵敏度可提高24倍,同时具备可操作性与重现性。该研究是快速免疫层析技术的新尝试,为合金类纳米材料应用提供新的思路,未来具有实践应用前景。

    BLV-miRNA跨界调控人类靶基因预测及生物信息学分析
    王雍,李思妍,何思锐,张迪,连帅,王建发,武瑞
    中国农业科学. 2021, 54(3):  662-674.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.019
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    【目的】评估牛白血病病毒(BLV)来源的miRNAs跨界调控人源基因的风险。对BLV-miRNA可能带来的食品安全问题及对人体健康可能造成何种影响进行前瞻性研究,为未来实际生产中地方流行性白血病防控措施执行的必要性研究奠定基础,对BLV与人类疾病间关联性的研究提供理论指导。【方法】首先使用mirbase网站对BLV miRNA的成熟序列进行查询,通过miRanda软件对BLV编码的10种miRNA(BLV-miR-B1-3P,5P、BLV-miR-B2-3P,5P、BLV-miR-B3-3P,5P、BLV-miR-B4-3P,5P、BLV-miR-B5-3P,5P)进行靶基因预测,并选取每个BLV-miRNA评分前10的候选靶基因(去除重复基因后共88个)进行功能分析,对受到多个BLV miRNA共同调控的候选靶基因使用RNAhybrid软件进行二次预测验证,并对其功能进行分析。【结果】 BLV编码的10种miRNA经预测后分别获得1 630—16 383个靶基因不等。对评分前十的共计88个候选靶基因进行功能分析后发现,其中18个基因无相关功能报道;36个候选靶基因与肿瘤性疾病的发生发展存在相关性。2个候选靶基因可以对细胞周期起调控作用;16个候选靶基因参与细胞信号转导的调控;14个候选靶基因在细胞结构/骨架蛋白的形成中发挥作用;细胞的增殖与凋亡的功能表现成拮抗关系,往往促进增殖的基因同时也可以抑制细胞凋亡,共有13个基因对细胞的增殖和凋亡起调节作用,有趣的是,这13的候选靶基因对细胞增殖凋亡功能的调节是双向性的,但不能明确BLV miRNA对细胞的调节到底是更趋向于增殖还是凋亡,因此仍需要后续研究深入探讨;2个候选靶基因对细胞分化起调节作用;16个候选靶基因对细胞的迁移/侵袭功能起调节作用,再次提示BLV miRNA与肿瘤性疾病可能存在更重要的关联性。7个候选靶基因可能在乳腺细胞的分化、迁移、侵袭过程中发挥重要作用,提示BLV与人乳腺癌相关性的研究中,可以从BLV miRNA的角度深入探讨;BLV-B4-3P的2个候选靶基因Ⅰ型胶原α1链基因(COL1A1)、断裂点簇集区(BCR)对人急性淋巴细胞白血病(ALL)具有调节作用。此外,可以被多个BLV miRNA共同靶向的候选靶基因均属于黏蛋白家族(MUC5B、MUC12和 MUC16),且均可以在结肠中表达,对结肠黏膜的形成产生影响。【结论】外源性BLV miRNA可能跨界调控细胞周期、信号转导、结构/骨架、增殖、凋亡、分化、迁移/侵袭相关等细胞功能相关基因,破坏细胞结构;BLV miRNA与人乳腺癌的相关性可能表现在人乳腺癌细胞的分化、迁移、和侵袭过程中;而BLV-miR-B4-3p本身与白血病相关miR 29a共享同一种子区域,可能对人急性淋巴细胞白血病的发生发展造成影响;外源性BLV miRNA具有靶向抑制黏蛋白基因(MUC5B、MUC12、MUC16)表达,通过破坏肠黏膜形成这一途径,跨界调控人源基因的风险。