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2021年 第54卷 第24期 刊出日期：2021-12-16

  

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中国农业科学. 2021, 54(24):  0. 

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相关文章 | 多维度评价

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

水稻RIL群体高密度遗传图谱构建及粒型QTL定位

张亚东,梁文化,赫磊,赵春芳,朱镇,陈涛,赵庆勇,赵凌,姚姝,周丽慧,路凯,王才林

中国农业科学. 2021, 54(24):  5163-5176.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.001

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【目的】水稻粒型是与产量直接相关的重要农艺性状,影响稻米的外观品质和商品价值。挖掘新的水稻粒型相关基因,对揭示水稻粒型调控的遗传机理研究有重要意义,同时可为水稻粒型分子育种提供新的基因资源。【方法】以极端粒型差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath,以及杂交构建的186个家系的重组自交系群体为研究材料,利用高通量测序技术对亲本和RIL株系进行深度测序。统计186个RIL基因型数据,利用滑动窗法（SNP/InDel数目为15）,将窗口内SNP/InDel信息转换成窗口的基因型,预测染色体上的重组断点构建RIL群体的BinMap遗传图谱,结合2年的粒长、粒宽、粒厚和千粒重的表型数据,运用QTL IciMapping软件,采用复合区间作图法对RIL群体的4个性状进行QTL定位。【结果】构建了一张包含12 328个Bin标记的高密度遗传图谱,该图谱各染色体Bin标记数为763—1 367个,标记间平均物理距离为30.26 kb。粒长、粒宽、粒厚和千粒重4个性状在RIL群体中呈近正态连续分布,且2年间的变化趋势相似,符合QTL作图要求。2018年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,共检测到40个粒型QTL,其中,粒长12个,粒宽9个,粒厚8个,千粒重11个,2019年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,检测到56个籽粒相关的QTL,粒长15个,粒宽11个,粒厚13个,千粒重17个。分析定位到的96个粒型QTL位点,连续2年都能检测到的QTL位点有11个,其中7个为已克隆的粒型基因位点,4个为未知的新位点,分别分布于第1、3、4、5染色体上,分别为粒长qGL-1-2和qGL5-2、粒厚qGT-3-2、粒宽qGW-4-1。【结论】构建了一张包含12 328个Bin标记的分子遗传连锁图谱,解析大粒粳稻资源的粒型基因,获得了qGW-4-1、qGL5-2、qGT-3-2、qGL-1-2等4个新的粒型QTL,可用于后续粒型调控基因的精细定位及克隆研究。

谷子株高及穗部性状主基因+多基因混合遗传模型分析

郭淑青,宋慧,杨清华,高金锋,高小丽,冯佰利,杨璞

中国农业科学. 2021, 54(24):  5177-5193.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.002

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【目的】株高和穗部性状是影响谷子产量的关键性状。探究谷子株高及穗部性状表型变异的遗传规律,为相关性状的遗传改良与基因定位提供参考依据。【方法】以谷子优质品种豫谷18为共同父本,分别与黄软谷和红酒谷杂交,构建2个分别包含250个家系的重组自交系F₇群体（YYRIL和YRRIL）。采用主基因+多基因混合遗传模型,对YYRIL和YRRIL群体在2个环境下的株高、穗长、穗下节间长、穗码数、穗粒重等5个农艺性状的表型数据进行遗传分析。【结果】5个性状在所有环境中均表现连续变异且存在超亲分离现象,峰度和偏度绝对值小于1,近似正态分布,呈现数量性状的典型遗传特点。性状间相关性分析表明株高与穗长、穗下节间长在所有环境中均呈极显著正相关,穗码数与穗粒重呈极显著正相关。遗传模型分析显示YYRIL和YRRIL群体株高的最适遗传模型分别为PG-AI和PG-A多基因模型,多基因遗传率分别为95.15%和91.27%。2个群体穗码数的最适模型均为PG-AI,多基因遗传率为70.07%—71.58%。穗下节间长在2个群体的最适遗传模型分别为4MG-CEA和3MG-CEA,均为等加性主基因模型。穗下节间长在YYRIL群体的主基因遗传率为9.69%,4对主基因加性效应值相等,均为-0.34,具有负向效应;穗下节间长在YRRIL群体的主基因遗传率为45.78%,3对主基因加性效应值相等,均为1.17,具有正向效应。穗长在YYRIL群体的最适模型为MX2-ED-A,即2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为43.56%,多基因遗传率为50.56%。控制穗长的2对主基因加性效应值分别为-1.21、1.68,多基因加性效应较小,为-0.0017;穗长在YRRIL群体的最适模型为MX2-AE-A,即2对累加作用主基因,加性多基因混合遗传模型;穗长的主基因遗传率为46.40%,多基因遗传率为46.91%。控制穗长的第1对主基因加性效应值为1.53,具有正向效应,第1对主基因加性×第2对主基因加性上位性互作效应值是0.60,多基因加性效应值为-0.47,表现为较低的负向遗传效应。穗粒重在YYRIL群体的最适遗传模型为MX2-ED-A;符合2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为69.09%,多基因遗传率为12.08%;控制穗粒重的2对主基因加性效应值分别为0.58、5.82,以第2对主基因的加性效应为主,多基因加性效应值为-3.81。穗粒重在YRRIL群体的最适遗传模型为3MG-PEA,即3对部分等加性主基因遗传模型;穗粒重的主基因遗传率为81.10%,3对主基因加性效应值分别为-2.68、-2.68和2.66,前2对主基因的加性效应值相同,且均为负向效应。【结论】谷子株高、穗码数的最适遗传模型相似,均服从多基因遗传,遗传率较高,受环境影响较小;穗下节间长的遗传受主基因控制,主基因遗传率偏低,受环境影响较大,在栽培中应充分考虑环境因素;穗长遗传受主基因和多基因共同控制;穗粒重在2个群体均服从主基因遗传,主基因遗传率较高,可能存在主效QTL。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

秸秆覆盖与施磷对丘陵旱地小麦产量和磷素吸收利用效应的影响

向晓玲,陈松鹤,杨洪坤,杨永恒,樊高琼

中国农业科学. 2021, 54(24):  5194-5205.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.003

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【目的】冬干春旱、土壤有机质和速效磷缺乏是四川丘陵旱地冬小麦生产的主要限制因素,通过研究休闲期秸秆覆盖还田和施磷对旱地冬小麦产量和磷素吸收利用的影响,以期为四川丘陵旱地小麦高产稳产及磷素高效利用提供技术方案。【方法】试验于2018—2020年在四川仁寿进行,采用裂区设计,以秸秆覆盖（SM）和不覆盖（NSM）为主区;3个磷水平0（P0）、75 kg·hm^-2（P75）和120（P120）kg·hm^-2为副区。分析秸秆覆盖和施磷下小麦干物质积累与转运、产量性状及磷素吸收利用的差异。【结果】秸秆覆盖的增产效应高于施磷效应。2018—2019和2019—2020年度秸秆覆盖处理较不覆盖处理小麦有效穗分别增加17.7%和8.48%,穗粒数增加15.6%和11.2%,产量提高18.6%和13.5%;两年度施磷75 kg·hm^-2较不施磷处理小麦有效穗分别增加18.2%和8.79%,穗粒数增加21.1%和6.09%,产量提高30.2%和16.1%;施磷120 kg·hm^-2比不施磷处理有效穗分别增加21.2%和9.53%,穗粒数增加20.2%和4.03%,产量提高31.8%和17.9%。秸秆覆盖显著提高了小麦开花期和成熟期的干物质、磷素积累量,且均随施磷量的增加而增加;同时秸秆覆盖与施磷均可显著提高小麦花前干物质和磷素转运、花后干物质和磷素积累能力。秸秆覆盖显著提高花前干物质转运量对籽粒的贡献率,但降低了花前磷素转运量对籽粒的贡献率,而施磷显著提高了花前干物质转运量对籽粒的贡献率和花前磷素转运量对籽粒的贡献率。秋闲季秸秆覆盖还田促进了磷的吸收利用,磷肥吸收效率2年分别提高27.3%和23.7%,磷肥偏生产力提高17.8%和14.7%。【结论】秸秆覆盖更有利于促进花前干物质和磷素转运,同时促进花后磷素积累和提高磷肥吸收利用效率,通过增加有效穗和穗粒数实现增产。在本试验条件下,秸秆覆盖+75 kg·hm^-2磷肥是适用于四川丘陵旱地小麦高产高效的耕作栽培措施和磷肥管理方案。

耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响

黄明,吴金芝,李友军,付国占,赵凯男,张振旺,杨中帅,侯园泉

中国农业科学. 2021, 54(24):  5206-5219.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.004

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【目的】明确旱地小麦增产提质和环境友好协同的耕作与氮肥组合模式。【方法】2016—2017年（欠水年）和2017—2018年（丰水年）,在豫西典型旱地小麦种植区设置夏闲季深松（ST,麦收后2周左右并隔年进行）和翻耕（PT,传统的7月底8月初等雨连年进行）2种耕作方式为主处理和小麦播种前施氮0（N0）、120 kg·hm^-2（N120）、180 kg·hm^-2（N180）和240 kg·hm^-2（N240）4个氮肥用量为副处理的二因素裂区田间定位试验,研究其对旱地小麦产量、籽粒蛋白质含量及其产量、植株氮素吸收利用和收获期0—200 cm土层硝态氮残留的影响。【结果】降水年型、耕作方式和氮肥用量及后二者互作对旱地小麦拔节后氮素积累量、籽粒产量、蛋白质产量、氮效率和土壤硝态氮残留量均有显著影响。深松与翻耕相比,显著提高了拔节后植株氮素积累量、花前氮素转运量及N240下的氮收获指数,不同氮肥处理的平均氮肥吸收效率、氮肥农学效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力分别显著提高8.6%—15.3%、23.9%—86.5%、8.1%—26.1%和9.1%—20.3%,最终在不降低籽粒蛋白质含量的同时,使产量在欠水年和丰水年分别提高11.9%和12.4%,蛋白质产量提高12.4%和13.5%,收获期0—200 cm土层硝态氮残留量降低11.9%和25.4%。相同耕作方式下,随着氮肥用量的增加,植株氮素积累量、花前氮素转运量、花后氮素对籽粒的贡献率、籽粒蛋白质含量和收获期土壤硝态氮残留量显著增加,花前氮素对籽粒的贡献率、氮素籽粒生产效率、氮肥吸收效率和氮肥偏生产力逐渐降低,氮肥农学效率、氮肥利用率、籽粒产量和蛋白质产量的变化因降水年型和耕作方式而异。从互作效应看,两年中STN240处理的植株氮素积累量最高,其产量和蛋白质产量（除欠水年与ST180处理外）、蛋白质含量（除丰水年与PTN240处理外）均显著高于其他处理,氮肥利用率及其丰水年的氮肥农学效率不低于或显著高于翻耕下的所有施氮处理,收获期的土壤硝态氮残留量较PT240处理降低16.4%。从整体效应看,翻耕配施氮肥180 kg·hm^-2可获得最高的籽粒产量以及较优的蛋白质产量、氮肥农学效率和氮肥利用率;深松配施氮肥240 kg·hm^-2可通过深松提高氮效率并降低土壤硝态氮残留,通过增加氮肥用量提高蛋白质含量,最终使产量和蛋白质产量较其他处理分别提高2.6%—45.0%和7.3%—81.4%。【结论】深松有利于提高旱地小麦产量、蛋白质产量和氮效率,降低土壤硝态氮残留,但其适宜的氮肥用量高于翻耕。翻耕配施氮肥180 kg·hm^-2是兼顾高产高效,深松配施氮肥240 kg·hm^-2是兼顾高产优质高效和低硝态氮残留的耕作与氮肥组合。

植物保护

苹果转录因子MdWRKY40b抗白粉病的机理

沙仁和,兰黎明,王三红,罗昌国

中国农业科学. 2021, 54(24):  5220-5229.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.005

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【目的】探究苹果白粉病相关基因MdWRKY40b调控苹果抗白粉病的机理,为苹果白粉病的抗性育种提供理论依据。【方法】以苹果品种‘嘎拉’叶片为材料提取总RNA,并以cDNA为模板克隆MdWRKY40b 552 bp特异性片段,采用Gateway技术将该基因片段的正反向序列构建入RNAi表达载体pB7GWIWG2(Ⅱ)中,然后利用农杆菌介导法对苹果叶片进行转化获得转基因植株,苹果叶片选用组培苗茎尖处幼嫩叶片;利用RT-qPCR技术对转基因植株中MdWRKY40b、超氧化物歧化酶基因（SOD）、过氧化氢酶基因（CAT）、过氧化物酶基因（POD）以及β-1,3-葡聚糖酶基因（β-1,3-glucanase）的表达量进行分析;进一步以1年生植株为材料,通过白粉病菌（Podosphaera leucotricha）接种试验,分析转基因植株对白粉病的抗病性;然后以接种白粉病菌后0、5、10、15、20 d的转基因植株及其对照植株叶片为材料,进行氯化硝基四氮唑蓝液（NBT）和二氨基联苯胺法（DAB）染色来分析病菌侵染期间植物材料中超氧阴离子和过氧化氢的积累量,进一步对病菌侵染期间植株中SOD、POD、CAT和β-1,3-葡聚糖酶等酶活性进行测定。【结果】经过PCR检测,确定获得3个MdWRKY40b基因沉默株系,分别为RNAi-1、RNAi-2和RNAi-3;RT-qPCR结果显示3个转基因株系MdWRKY40b基因沉默效率分别为95.2%、92.2%、79.8%,转基因植株中SOD、CAT、β-1,3-glucanase的表达量相较野生型显著上调;人工接种白粉病菌后发现,与野生型植株相比,转基因植株叶片中的粉状病斑显著减少,超氧阴离子和过氧化氢的积累量显著降低,SOD、CAT、POD等调节植物超氧阴离子代谢的抗氧化酶以及抗病相关的β-1,3-葡聚糖酶的活性显著增强。【结论】MdWRKY40b的沉默使得苹果植株对白粉病的抗病性增强,推测转基因植株中SOD、CAT、β-1,3-glucanase的上调表达提高了苹果植株对白粉病的基础抗性,导致植物对超氧阴离子的清除能力增加,维持了植物体在响应病菌侵染过程中的低浓度超氧阴离子含量,从而减少高浓度超氧阴离子对植物的损伤。

山东省冬小麦田杂草群落调查及其变化原因分析

高兴祥,张悦丽,安传信,李美,李健,房锋,张双应

中国农业科学. 2021, 54(24):  5230-5239.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.006

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【目的】过去10年,山东省冬小麦田杂草种类、数量和发生区域均发生了明显变化,明确山东省冬小麦田杂草群落演替规律,分析其演替原因,为制定小麦田杂草精准防控策略提供理论依据。【方法】在山东省冬小麦种植区域调查300个调查地,每个调查地选择3块区域,每块区域采用倒置“W”型9点取样法,从2009—2019年10年间分3次调查山东省冬小麦田杂草群落分布,明确山东省冬小麦田7大区域杂草群落组成,分析杂草群落变化规律。【结果】山东省冬小麦田杂草群落结构及其变化有如下特点：（1）播娘蒿、荠菜一直是山东省冬小麦田的优势杂草,3次调查中播娘蒿优势度始终排在第1位,相对优势度分别为20.68%、22.49%、22.24%,荠菜也始终排在前3位,相对优势度分别为15.49%、15.77%和14.51%。（2）优势杂草种类越来越多,2009—2010年度调查时,相对优势度≥10.00%的只有播娘蒿、荠菜两种,后两次调查时,则分别为3种（增加了雀麦）和5种（增加了雀麦、节节麦和猪殃殃）。（3）禾本科杂草分布区域和危害程度逐年加大。2009—2010年度恶性禾本科杂草雀麦和节节麦主要分布在西北平原区、北部滨海区、中部山区;2013—2014年度扩散蔓延至南部山区、胶潍河谷平原区;2018—2019年度时已遍及全省。且危害程度逐渐加大,3次调查中雀麦相对优势度分别为7.66%、16.39%、17.94%;节节麦分别为3.08%、7.61%、11.38%;多花黑麦草、大穗看麦娘和野燕麦虽然总优势度不高,但也在逐渐增大。（4）婆婆纳、猪殃殃等阔叶杂草分布越来越广。3次调查中猪殃殃优势度分别为8.29%、8.94%、10.00%,逐年上升,分布区域也逐渐扩大,在山东省各个区域均大面积分布,尤其在西南平洼区、南部山区和中部山区分布最多,在西北平原区分布面积也很广;婆婆纳优势度分别为1.08%、1.18%、2.05%,主要分布在西南平洼区和南部山区,在其他区域也已有分布。（5）山东省7大小麦种植区域杂草群落变化最大的是胶东丘陵区,物种多样性呈现不断上升趋势,2009—2010年度时,反映物种多样性的香农指数仅高于北部滨海区,列第6位;2013—2014年度,超过西北平原区和胶潍河谷平原区,列第4位;2018—2019年度,仅次于南部山区,列第2位。【结论】耕作制度的变化、恶性杂草的传播入侵以及单一除草剂大面积连续应用明显推动了山东省冬小麦田杂草群落的变化。因此,在山东省冬小麦田杂草防控中,应推广化学除草剂与农艺措施相结合、根据田间草相精准选择除草剂以及不同机理除草剂轮换使用等杂草综合防控策略。

土壤肥料·节水灌溉·农业经济与管理

促进堆肥二次发酵真菌在堆肥中的应用效果

魏启航,冯瑶,马倩倩,李艳丽,刘元望,李兆君,任艳芳

中国农业科学. 2021, 54(24):  5240-5250.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.007

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【目的】二次发酵是实现鸡粪等养殖废弃物功能价值提高的关键阶段,本研究旨在将前期筛选得到的真菌应用于鸡粪堆肥的二次发酵阶段,探讨其促进二次发酵的效果并对其进行鉴定,为今后鸡粪的高值化与资源化利用提供理论依据和支撑。【方法】以鸡粪一次发酵产物为原料,添加实验室前期筛选的2株真菌（分别为FCM1和FCM3）进行二次发酵试验。共设置3个处理,分别为对照CK：原料中加入1%（体积L∶干物质量kg）无菌液体培养基;F1：原料中加入1% FCM1菌液;F3：原料中加入1% FCM3菌液。在二次发酵的不同时期,分析测定堆体温度、pH、电导率（EC）、铵态氮、硝态氮、种子发芽指数以及腐殖酸等指标。【结果】与对照相比,添加真菌主要促进了二次发酵阶段快速升温和腐殖化过程快速进行。与未接菌处理相比,真菌FCM3使堆料提前8 d进入升温期,真菌FCM1效果不佳,且在一定程度上延后了鸡粪堆肥的二次发酵。F3处理高温阶段（>50℃）持续了13 d,堆料的GI比对照处理提前25 d达到80%,且腐殖化程度较高（PHA=74.58%,PHA：胡敏酸/总腐殖酸）。相关分析表明,GI与pH、PHA显著正相关,与EC显著负相关。经形态和ITS rDNA测序等方法鉴定,FCM3为链格孢菌。【结论】真菌FCM3能够在一定程度上促进鸡粪堆肥二次发酵的进行,提高堆料的腐殖化程度。

中国农业科技水平的时空演变、区域关联及其经济协同发展效应——以省域公立农业科研机构为例

岳慧丽,张昭,张蕙杰,刘升平,张杰

中国农业科学. 2021, 54(24):  5251-5265.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.008

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【目的】长期来看,农业科技与农业经济应保持一种动态互促的良性协同发展趋势,才更有利于加快现代农业的发展。深入考察省域公立农业科研机构科技水平的时空演化和空间分布特征,及其与区域经济的协同发展情况,有助于正确认识各省之间农业科技与农业经济的协同发展机制并剖析导致农业科技与农业经济协同发展程度弱的潜在原因,探索进一步提高省域农业科研机构科技水平,解决农业科技与农业经济“两张皮”问题的路径。【方法】基于农业科研人员规模、专利授权量、论文发表数量3项指标,利用GIS空间分析、可视化技术和探索性空间数据分析方法研究2008—2018年我国省域农业科研机构科技产出的时空演化趋势及空间分布特征,并揭示省域农业科技与农业经济的协同发展情况。【结果】10年间我国省域公立农业科研机构的科技产出从中东部沿海省份向周围逐渐降低,多数省份农业科研机构专利授权量增长趋势显著,论文发表数量和科研人员数量整体增长趋势不明显;从空间分布特征来看,省域农业科研机构的科技产出虽然呈现出局部空间自相关特征,但整体未形成规模化的空间集聚效应;省域农业科技与农业经济协同发展程度方面,山东、江苏、广东、福建等东部沿海地区协同发展程度较好,中部地区协同发展程度一般,整个西北、西南及东北大部分省区农业科技与农业经济协同发展程度较弱。据此,从提高农业科研机构科技创新水平,加强区域农业科技与经济的协同发展方面提出了有关政策建议。【结论】省域农业科研机构的科技水平从中东部沿海向周围省份逐渐降低,具有空间异质性,未形成规模化的空间集聚效应;省域农业科研机构的科技水平与省域农业经济水平的协同发展程度整体偏低;需要加快构筑农业科技与农业经济协同发展的空间集聚格局,为解决农业科技与经济发展“两张皮”问题提供支撑。

园艺

番茄转录因子SlNAC29在调控植株衰老中的作用及机理

王萍,郑晨飞,王娇,胡璋健,邵淑君,师恺

中国农业科学. 2021, 54(24):  5266-5276.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.009

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【背景】番茄（Solanum lycopersicum）作为连续发芽分化和坐果的重要园艺作物,早衰是限制其生长期长短、产量和品质的重要因素。NAC（NAM、ATAF1/2和CUC2）转录因子家族参与调控拟南芥、水稻等多种植物衰老进程,但在番茄中的研究尚不深入。目前已知,SlNAP2（NAC-like, activated by apetala3/pistillata）参与番茄植株衰老进程。【目的】SlNAC29为SlNAP2的同源基因,对其在番茄植株衰老中的功能及调控机制进行研究,以期为园艺栽培中番茄的衰老调控及种质创新提供科学依据。【方法】以野生型番茄（Condine Red,CR）为背景,采用qRT-PCR技术明确SlNAC29在不同衰老阶段叶片中的相对表达量,并分别利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因过表达技术构建Slnac29纯合突变体及OE: SlNAC29稳定过表达植株。在此基础上,在自然生长状态下和黑暗处理诱导衰老条件下,对野生型、Slnac29突变体和OE:SlNAC29过表达植株的生长、叶绿素含量、光合作用、叶片衰老和叶绿素降解相关基因的相对表达量等参数进行分析,明确SlNAC29转录因子在调控番茄植株衰老中的生物学功能;进一步利用聚类热图分析过表达植株OE: SlNAC29中29个衰老相关基因、叶绿素降解基因以及ABA合成/信号转导相关基因的相对表达量。并选取在黑暗诱导衰老条件下不同株系植株中表达差异明显的4个基因进行凝胶迁移阻滞分析（electrophoretic mobility shift analysis,EMSA）,以鉴定SlNAC29直接转录调控的靶标基因及其与衰老调控的关系。【结果】SlNAC29在初老叶和衰老叶片中的相对表达量较嫩叶和成熟叶显著上升。自然生长状态下,突变体材料Slnac29与野生型长势以及光合速率无明显差异,而过表达材料OE: SlNAC29株高则显著低于野生型植株,叶绿素含量和光合速率分别是野生型植株的25%和50%。在黑暗诱导衰老的条件下,野生型植株叶片明显变黄,叶绿素含量显著下降。Slnac29突变缓解了叶片衰老程度,叶片无明显变黄,叶绿素含量是野生型的3倍,衰老相关基因（senescence-associated genes,SAGs）和叶绿素降解基因的表达量均较低。OE: SlNAC29则相反,叶片衰老程度比野生型和Slnac29突变体均明显严重。基因聚类分析表明多个衰老相关基因和叶绿素降解基因在OE: SlNAC29植株中显著上调表达。EMSA鉴定到SlNAC29能够直接与衰老相关基因家族SAGs成员SlAGT1（Glyoxylate aminotransferase）启动子绑定,且SlAGT1在OE: SlNAC29中的相对表达量较野生型和Slnac29突变体显著增加。【结论】转录因子SlNAC29调控番茄植株的衰老,促进番茄叶片在黑暗诱导条件下的衰老进程。SlNAC29直接绑定衰老相关基因SlAGT1启动子区域调控其转录表达。

刺梨果实发育过程中糖和黄酮的积累及其与光照强度变化的相关性

樊卫国,潘学军,何春丽,陈红,周禹佳

中国农业科学. 2021, 54(24):  5277-5289.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.010

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【目的】研究不同光照强度对刺梨（Rosa roxburghii Tratt.）果实发育过程中糖和总黄酮的积累规律及其对光照强度变化的生理关联性,为刺梨果实的品质调控提供科学依据。【方法】以4年生的‘贵农5号’刺梨结果树为材料,以自然光照强度为对照,设置光照强度减弱20%、40%、60%的3个处理（分别用R0（CK）、R20、R40、R60表示）,分析测定不同发育时期刺梨果实中可溶性糖和总黄酮的积累量、相关合成代谢酶活性及其与光照强度变化的相互关系。【结果】在刺梨果实生长发育过程中,糖和总黄酮类物质不断积累,但不同发育时期的积累量有明显差异。在果实缓慢生长期之后,果实中的糖分开始快速积累,到成熟期可溶性总糖和蔗糖的积累量达到最高,其中蔗糖的积累量占可溶性总糖的36.97%。刺梨果实中葡萄糖和果糖的积累量至快速膨大期达到最大,但仅占果实成熟期可溶性总糖最大积累量的10.50%和18.18%。刺梨果实属于蔗糖积累型。刺梨果实中的总黄酮从幼果期开始就快速积累,一直持续到果实快速膨大期,之后总黄酮的积累量增加不明显。刺梨果实发育过程中,不同光照强度下的果实中糖和总黄酮的积累量差异显著,光照强度减弱不利于果实中糖和总黄酮的积累。蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、转化酶（IVR）和丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羟基化酶（C4H）、4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）、查尔酮合成酶（CHS）分别是影响果实中糖和黄酮类物质合成代谢的关键酶,光照强度变化与刺梨果实中糖、总黄酮的积累量以及相关合成代谢酶的活性变化密切关联。光照强度减弱会明显抑制SS、SPS、IVR、PAL、C4H、4CL、CHS的活性。在刺梨果实整个发育过程中,SS和SPS对光照强度减弱的反应敏感。刺梨果实中糖与总黄酮的积累量呈极显著正相关,果实中糖和总黄酮的积累量以及SS、SPS、IVR、PAL、C4H、4CL、CHS的活性均与光照强度变化呈显著或极显著正相关。【结论】刺梨果实为蔗糖积累型,果实缓慢生长期之后,果实中的糖分开始快速积累,果实中总黄酮的积累量从幼果期开始迅速增长,一直持续到快速膨大期。光照强度减弱不利于刺梨果实中糖和黄酮类物质的积累。生产中可以通过改善光照条件,增加刺梨果实中糖和黄酮类物质的含量,提高刺梨果实的品质。

食品科学与工程

Trolox对猪肌肉干细胞增殖及分化的影响

胡荣蓉,丁世杰,郭赟,朱浩哲,陈益春,刘政,丁希,唐长波,周光宏

中国农业科学. 2021, 54(24):  5290-5301.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.011

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【目的】探究抗氧化剂-水溶性维生素E的类似物（Trolox）通过调控活性氧对猪肌肉干细胞增殖及分化过程产生的影响,为进一步优化培养肉种子细胞在体外增殖及分化过程提供研究基础。【方法】首先在猪肌肉干细胞增殖过程中,添加不同浓度（0、50、100和200 μmol∙L^-1）的Trolox培养3 d,利用血细胞计数板进行细胞计数,统计细胞增殖倍数,同时利用CCK8技术检测不同浓度的Trolox对细胞增殖的影响;利用RT-qPCR技术检测不同浓度Trolox处理后表征干性的PAX7表达水平,Western Blotting技术检测PAX7蛋白的表达水平;通过CellROX荧光染料对细胞内活性氧进行染色并通过高通量高内涵活细胞共聚焦成像系统检测Trolox对活性氧的调控作用;进一步在猪肌肉干细胞体外成肌分化进程中添加Trolox处理,利用RT-qPCR技术检测分化早期标志基因MYOG、CAV-3及终末分化标志基因肌球蛋白重链（MyHC）的表达水平,并利用Western Blotting技术检测MyHC蛋白的表达,利用免疫荧光技术对MyHC进行染色并统计MyHC阳性细胞比例。【结果】细胞增殖倍数统计显示,50和100 μmol∙L^-1的Trolox处理组猪肌肉干细胞增殖倍数显著高于对照组（P<0.05）;CCK8测得50和100 μmol∙L^-1 Trolox处理组第3天的吸光值显著高于对照组（P<0.05）;100和200 μmol∙L^-1的Trolox显著上调了PAX7的表达（P<0.05）,对PAX7蛋白的表达有上调趋势,但无显著差异（P>0.05）;添加Trolox后,细胞内活性氧水平被极显著降低（P<0.001）;在分化进程中添加Trolox后,预分化阶段的MYOG和CAV-3及终末分化阶段的MyHC均显著上调（P<0.05）,而Western blotting结果显示MyHC蛋白的表达无显著变化（P>0.05）;免疫荧光结果显示MyHC阳性细胞比例有增多的趋势,但无显著差异（P>0.05）。【结论】Trolox通过降低细胞内的活性氧,促进猪肌肉干细胞的增殖以及分化进程。

畜牧·兽医·资源昆虫

基于线粒体DNA D-loop区的肉鸡品种遗传多样性和起源分析

唐修君,樊艳凤,贾晓旭,葛庆联,陆俊贤,唐梦君,韩威,高玉时

中国农业科学. 2021, 54(24):  5302-5315.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.012

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【目的】探讨不同生长速度鸡品种（配套系）线粒体DNA D-loop区全序列遗传多样性和起源特性,为肉鸡品种选育和溯源提供理论依据。【方法】以不同生长速度的8个黄羽肉鸡配套系（中快速型5个、慢速型3个）、2个地方鸡种（固始鸡、藏鸡）、2个引进鸡种（隐性白羽鸡、安卡鸡）、1个白羽肉鸡（罗斯308）、817杂交肉鸡以及1个高产蛋鸡配套系（大午褐壳蛋鸡）共计15个鸡种为研究对象,采集血液提取DNA后进行PCR扩增,对15个鸡种共683个个体mtDNA D-loop区全序列进行测序,使用DnaSP 5.10软件分析各个鸡种遗传多样性和单倍型特点,使用MEGA 4.0软件计算种间遗传距离,构建不同单倍型与红色原鸡之间NJ系统发育树,分析起源和亲缘关系。【结果】15个鸡种线粒体D-loop区全序列大小为1 231—1 232bp,序列长度为1 231 bp的个体在859 bp处存在C碱基缺失。683个个体共检测到45个变异位点,组合为53个单倍型,可以分为A、B、C和E共4个单倍型群,其中中快速型肉鸡、817杂交肉鸡以及高产蛋鸡均是E单倍型为优势单倍型（≥48.89%）;慢速型黄羽肉鸡中鸿光黑鸡优势单倍型为B单倍型,京海黄鸡优势单倍型为A单倍型,雪山鸡4种单倍型相对均衡,3个慢速型黄羽肉鸡配套系E单倍型比例≤38.46%;地方鸡种中固始鸡的单倍型为A和C型,藏鸡的单倍型为A和B型。15个鸡种单倍型多样度（Hd）分布在0.496—0.853,核苷酸多样度（Pi）分布在0.00146—0.00673,遗传多样性相对丰富的品种（配套系）是新兴矮脚黄鸡、雪山鸡、京海黄鸡和罗斯308;遗传多样性程度相对较低的品种（配套系）是藏鸡、高产蛋鸡、安卡鸡、新兴麻鸡4号和墟岗黄鸡1号。15个鸡种Kiumura双参数距离范围为0.0016—0.0113,其中罗斯308种内遗传距离最大,而817杂交肉鸡和高产蛋鸡的种内遗传距离最小;种间遗传距离最大为高产蛋鸡与藏鸡之间,最小为高产蛋鸡与817杂交肉鸡之间;中快速型黄羽肉鸡配套系相互之间遗传距离相对较小,而与慢速型黄羽肉鸡配套系以及地方鸡种之间遗传距离相对较大;京海黄鸡和鸿光黑鸡均是与藏鸡遗传距离最小。聚类分析显示,A、B单倍型群与红色原鸡滇南亚种交叉聚为一枝;E单倍型与红色原鸡印度亚种交叉聚为一枝;C单倍型群与红色原鸡印度亚种、滇南亚种、指名亚种以及印尼亚种交叉聚为一枝。【结论】不同生长速度鸡种之间线粒体D-loop区遗传多样性程度差异较大;E单倍型与肉鸡生长速度具有较强的相关性,中快速型群体均以E单倍型为优势单倍型,而慢速型群体E单倍型比例均低于40%;我国家鸡群体具有多个红色原鸡母系起源,显示其在中性选择下被驯化。研究结果为肉鸡品种选育和溯源以及资源化开发利用提供了理论依据。

畜禽全基因组长纯合片段检测的研究进展

张鹏飞,史良玉,刘家鑫,李洋,吴成斌,王立贤,赵福平

中国农业科学. 2021, 54(24):  5316-5326.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.013

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长纯合片段(runs of homozygosity, ROH)是在个体和群体中常见的连续性纯合片段,是亲代将同源相同的单倍型遗传给同一个后代而形成的。ROH蕴藏着种群丰富的遗传信息,这使ROH成为一种有用的工具,可以提供关于种群是如何随着时间的演变而变化的信息。ROH也可以用于估计个体间遗传关系,有助于将近亲交配率降至最低,还可以暴露基因组中有害的变异。ROH在基因组中的大小、分布和频率受到自然选择和人工选择、重组、连锁不平衡、群体历史、突变率和近交水平等诸多因素的影响。近年来,随着高通量基因分型技术的使用以及二代测序成本的降低,畜禽育种已经进入基因组时代。对优秀种畜禽的选择强度大大提高,这在改善畜禽生产性能的同时不可避免地会造成动物的近交,从而导致近交衰退。根据ROH的分子信息能更准确地估计纯合性并可以检测过去和最近的近亲交配情况。基于ROH计算近交系数(F_ROH)反映的是个体的真实近交系数,即为实现的近交系数,而系谱近交系数F_PED得到的是期望值。F_ROH在缺乏系谱信息的情况下,也可以用来推断一个群体的历史和近亲交配水平的信息。选择会改变优良畜禽的表型,并重塑了基因组不同区域的ROH模式。此外,选择增加了目标位点周围的纯合性,有害的变异被认为更频繁地出现在ROH区域,可以通过ROH检测,降低复杂疾病发生的风险。经过长期选择,品种内同群个体相同ROH在基因组中高频出现,产生ROH岛。研究证实了ROH和正在选择的基因组区域之间具有相关性。在实际应用中,可以通过生物信息的方法在ROH岛注释到ROH区域与经济性状相关的基因。此外,ROH也为评估畜禽遗传多样性提供了新的视角,对群体进行全基因组ROH检测,剖析每个群体的遗传结构,并利用F_ROH对当前育种计划中近交的影响进行评估,来调整育种方案,保护品种的遗传多样性。ROH已逐渐成为探究群体历史结构、评估近交水平、鉴定候选基因方面的重要指标。识别ROH主要有观察基因型计数法和基于模型分析两种方法。常用的检测软件有PLINK、GERMLINE、BEAGLE、GARLIC等。在实际应用中,PLINK是最常用的ROH检测工具。在畜禽中,由于牛的SNP芯片推出最早,因此最先开展ROH研究的是牛的群体,牛的ROH研究数量最多、最深入。目前,在猪、羊、鸡等畜禽中关于ROH的研究也逐渐增多。文章主要综述了ROH形成的原理和检测方法,以及在畜禽中的研究进展,以期为畜禽的遗传育种提供参考。