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2022年 第55卷 第2期 刊出日期：2022-01-16

  

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中国农业科学. 2022, 55(2):  0.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022-2-0

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

宁麦系列小麦品种的性状特点及相关基因位点分析

姜朋, 张鹏, 姚金保, 吴磊, 何漪, 李畅, 马鸿翔, 张旭

中国农业科学. 2022, 55(2):  233-247.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.001

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【目的】通过分析宁麦系列已育成品种的性状表现,明确宁麦系列品种的主要性状特点及存在问题,同时对宁麦系列品种及新选育高代品系进行基因型分析,明确宁麦系列品种（系）的遗传多样性及重要性状控制位点的分布,为宁麦系列品种的遗传改良、育种和生产利用提供依据。【方法】以宁麦系列23个已审定品种及51份高代品系为材料,对产量、品质、抗病性等主要性状表型进行分析,利用Affymetrix 50K基因芯片筛选品种基因型,并补充检测部分功能基因。【结果】宁麦系列品种具有丰产性突出、中弱筋品质及赤霉病抗性优良,白粉病、锈病抗性水平相对较差等特点。经过筛选获得28 253个高质量SNP位点,已审定的23个品种间的遗传相似系数为0.407—0.964,平均为0.600;51个高代品系间的遗传相似系数为0.456—0.985,平均为0.684。宁麦系列品种（系）的春性主要由Vrn-D1的位点变异造成,Ppd-D1位点变异使所有材料均为光周期迟钝型;Rht-B1b变异使株高降低,宁麦系列品种还含有较多的提高千粒重与抗穗发芽基因的优势等位变异。宁麦系列品种（系）中含有赤霉病主效抗病基因Fhb1的材料占比达到48.6%,约30%的高代品系携带白粉病主效抗病基因Pm21。【结论】宁麦系列品种（系）的遗传多样性呈降低趋势,有必要加强种质创新,拓宽育种群体遗传背景;宁麦系列品种（系）携带较多的抗赤霉病及提高千粒重、抗穗发芽的基因或QTL位点,可作为亲本应用于小麦品种诸多性状的遗传改良。宁麦系列品种以中弱筋小麦为主,需加强中强筋、强筋品质类型的品种选育,同时注重白粉病、锈病的抗性改良。

陆地棉吐絮率的限制性两阶段多位点全基因组关联分析及候选基因预测

谢晓宇, 王凯鸿, 秦晓晓, 王彩香, 史春辉, 宁新柱, 杨永林, 秦江鸿, 李朝周, 马麒, 宿俊吉

中国农业科学. 2022, 55(2):  248-264.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.002

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【目的】吐絮率是反映陆地棉（Gossypium hirsutum L.）早熟性状的重要指标之一,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）解析吐絮率的QTL（quantitative trait locus）及其遗传效应,为陆地棉早熟性状的分子育种提供理论基础。【方法】利用315份不同陆地棉品种（系）构成的自然群体,在3个环境下对吐絮率进行表型鉴定。同时利用前期构建的9 244个具有复等位变异SNP连锁不平衡区段（SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB）分子标记,采用限制性两阶段多位点全基因组关联分析（restricted two-stage multi-locus GWAS,RTM-GWAS）方法,检测与吐絮率显著关联的SNPLDB位点、估算其表型效应值,并建立显著关联位点在群体中QTL-allele矩阵,鉴定稳定关联的主效SNPLDB位点及其优异单倍型。根据2组转录组数据的基因表达量,在显著SNPLDB位点侧翼序列1 Mb基因组范围内挖掘可能与目标性状有关的候选基因。【结果】陆地棉自然群体在3个环境下的吐絮率变异范围为37.78%—100.00%,广义遗传力为67.03%。多环境方差分析表明,吐絮率在基因型、环境及基因型×环境互作间均呈现极显著差异（P<0.001）。通过RTM-GWAS共检测到52个与吐絮率显著关联的SNPLDB位点,共包含179个等位基因/单倍型。其中90个增效等位基因/单倍型的效应值分布范围为0.014—19.43,89个减效等位基因/单倍型的效应值分布范围为-21.49—-0.039。在上述显著关联SNPLDB位点中,6个位点在多环境联合分析和单环境分析中均被检测到,被认为可能是与吐絮率显著关联的稳定SNPLDB位点。通过对上述6个稳定SNPLDB位点不同等位变异对应表型性状的差异显著性分析,鉴定出4个优异等位变异类型,分别为LDB_16_37952328（TT）、LDB_5_96395565（AA）、LDB_16_49503485（TT）和LDB_4_81118668（TT）。进一步分析发现,其优异等位变异的频率分布在中国4个不同生态区的品种（系）间存在差异。此外,在4个稳定主效SNPLDB位点的邻近区域共注释了178个基因,并利用转录组数据分析,预测发现其中23个基因可能是调控陆地棉吐絮率的候选基因。【结论】共鉴定到52个与吐絮率显著相关的SNPLDB位点,其中,有4个SNPLDB为稳定关联的主效位点;预测发现23个基因可能与陆地棉吐絮率有关。

玉米种质资源抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定

段灿星,曹言勇,董怀玉,夏玉生,李红,胡清玉,杨知还,王晓鸣

中国农业科学. 2022, 55(2):  265-279.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.003

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【目的】建立和完善玉米种质抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定的方法,对遗传背景丰富的玉米种质资源进行腐霉茎腐病和镰孢茎腐病的抗性精准鉴定,筛选出对2种茎腐病具有稳定抗性的种质资源,为玉米抗病育种奠定基础。【方法】对2 004份具有广泛遗传背景的玉米种质进行多年多点的自然发病抗性鉴定,初步筛选出抗茎腐病或综合性状优良的代表性种质,用于人工接种鉴定;利用建立的茎基部注射接种法,对690份代表性玉米种质进行3年共6个环境的抗腐霉茎腐病和镰孢茎腐病精准鉴定。【结果】2016—2018年,在田间自然发病条件下,通过多年多点鉴定出508份种质对茎腐病表现出较稳定的抗性,高抗、抗病和中抗的材料分别为79、106和323份。建立和完善了玉米种质抗茎腐病精准鉴定的方法-茎基部注射接种法,利用该方法与土壤根埋接种鉴定的玉米对腐霉茎腐病抗性的相关系数（r）为0.87,镰孢茎腐病抗性的r值为0.84,表明2种接种方法的评价结果具有高度的相关性,但注射接种的玉米发病程度更充分。2018—2020年,在北京昌平、河南长葛和河南原阳,利用茎基部注射法对690份玉米种质进行了腐霉茎腐病抗性精准鉴定,表明各鉴定点的材料均发病充分,大部分表现感病或高感,仅有3.5%的种质表现出稳定抗性。6个环境条件下玉米对腐霉茎腐病抗性的相关系数为0.46—0.72,同一年度（2018、2019和2020年）2个鉴定点之间的r值分别为0.66、0.60和0.65;3个年度间种质综合抗性的相关系数为0.67、0.84和0.87,表明3年各点的鉴定结果具有较好的一致性。精准鉴定出24份对腐霉茎腐病具有稳定抗性的种质（冀资H676、辽2235、冀资14L88、冀资14L101、丹337、M02N-23、Y1747、HRB16232、T628358等）。在辽宁沈阳、吉林公主岭、吉林梨树3个鉴定点共6个环境条件下,对690份种质进行了抗镰孢茎腐病精准鉴定,其中,辽宁沈阳的种质发病充分,绝大部分材料表现为感病或高感,吉林梨树和公主岭的材料发病明显偏轻。6个环境下玉米种质抗性的相关系数为0.00—0.76,2018、2019和2020年2个鉴定点之间的r为0.12、0.04和0.05,表明同一年度2个点的鉴定结果差异大;3个年度间镰孢茎腐病综合抗性的r值为0.40、0.74和0.72,显示年度间综合抗性较为一致。共鉴定出5份种质（冀资C32、辽785、辽2235、吉资1034和16SD088）对镰孢茎腐病具有稳定抗性。690份种质对2种茎腐病抗性的r值为0.44,表明其对2种茎腐病的抗性存在中等水平的相关性。【结论】明确了2 004份玉米种质在田间自然发病条件下对茎腐病的抗性水平;建立了玉米抗茎腐病精准鉴定的新方法-茎基部注射接种法;精准鉴定了690份玉米种质对腐霉茎腐病和镰孢茎腐病的抗性,筛选出具有稳定抗性的种质各24和5份,是开展玉米抗茎腐病育种或品种抗性改良的重要抗源。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

两种磷素水平下小麦苗期对干旱胁迫的离子组和代谢组响应

李刚, 白阳, 贾子颖, 马正阳, 张祥池, 李春艳, 李诚

中国农业科学. 2022, 55(2):  280-294.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.004

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【目的】探讨两种磷素供应下小麦植株对干旱胁迫的适应性机制及复水后的反应,为揭示小麦水磷互作机制及培育抗逆、磷高效的小麦品种提供理论基础。【方法】本研究采用新疆冬小麦主栽品种新冬23号为参试材料,采用离子组和代谢组学分析方法,研究了低磷（0.05 mmol·L^-1,LP）和常规磷（1.0 mmol·L^-1,CP）水平培养下,小麦植株对干旱胁迫（0、3、5、7 d）及复水3 d的反应。【结果】LP处理下小麦根系浓密。干旱胁迫0 d到7 d再到复水3 d,CP处理的地上部和整株干重呈先升后降的趋势,但LP处理则呈现先升高后降低再升高的趋势。复水3 d后,LP处理根系总体积上升率显著高于CP处理,而LP处理根系DNA含量下降率为21.7%,显著低于CP处理。离子组分析表明,与CP处理相比,LP处理中根系大部分元素含量下降,地上部大部分上升。代谢组分析表明,CP处理对干旱胁迫更加敏感,其中干旱胁迫对CP处理地上部影响大于根系。随着干旱胁迫时间的延长,对氨基酸、脂肪酸和萜类物质的代谢影响更大。【结论】低磷供应的小麦植株对干旱胁迫的敏感性降低,适应性更强,复水后恢复能力强于正常磷供应,其主要原因是根系形态的改变、离子平衡的重排以及氨基酸和脱落酸代谢的改变,以调节渗透平衡,维持细胞内离子稳态,增强了对干旱胁迫的耐性。

单株小麦生理生态控制的等距单粒线播法研究

李佩, 何瑞银, 汪小旵, 丁启朔

中国农业科学. 2022, 55(2):  295-306.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.005

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【目的】拟探讨等距单粒线播技术用于定量种间距对小麦前、后生育期的影响,以此论证等距单粒线播的技术特征及优势。【方法】选用宁麦13为田间试验材料,采用免耕等距单粒线播法,分别于2017和2018年进行稻茬小麦的免耕种植试验,设置粒距1.5、3.0和4.5 cm 3个处理（T1.5、T3、T4.5）,行距20 cm。分别从群体、单株以及单茎穗3个尺度层次的指标对比,评价种间距在苗期和成熟期的生理生态效应。【结果】等距单粒线播法创建出稳定全生育期密度效应且该效应能够为群体、单株与器官3个尺度层次的表型所表达。较小种间距显著延长稻茬麦50%出苗率的天数。群体的成熟期籽粒总产量随种间距减小而增加,T1.5与T3处理无显著性差异,但T4.5处理显著降低。在群体生物量方面,T4.5处理的总茎秆重、总麦穗重显著低于T1.5和T3处理。而在单株尺度层面,单株穗数、结实粒数和单株产量随种间距增加而显著性增大,但单株千粒重无显著性差异,单株小麦的地上部生物量、麦穗重和茎秆重也随播种间距增加而增大,表现出明显的密度补偿效应。同时,随种间距减小,单株小麦各指标由正态分布变为L型分布。在小麦的单茎穗层面,单茎穗产量和穗千粒重均无显著性差异,仅穗粒数表现出年度间不稳定。而在器官生物量方面,地上部生物量、叶重、茎秆重和麦穗重不同处理下均无显著性差异。【结论】等距单粒线播小麦在群体、个体和器官3个不同尺度范畴的密度效应能够在小麦的苗期和成熟期得到充分表达,且不同尺度范畴内的产量因子及生物量等表型指标存在复杂的交互关系。因此,相较于传统机械化种植技术,等距单粒线播技术有利于解析群体小麦的生理生态效应。

种植密度和喷施乙烯利对夏玉米木质素代谢和抗倒伏性能的调控

耿文杰, 李宾, 任佰朝, 赵斌, 刘鹏, 张吉旺

中国农业科学. 2022, 55(2):  307-319.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.006

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【目的】研究种植密度和喷施乙烯利对夏玉米木质素代谢与抗倒伏性能的调控机理,探讨密度和乙烯利对夏玉米抗倒伏性能的作用机制。【方法】选用夏玉米品种浚单20（XD20）为试验材料,设置60 000株/hm²（低密度,L）、75 000株/hm²（中密度,M）和90 000株/hm²（高密度,H）3个种植密度,于7叶期（V7）分别对不同处理玉米植株喷施清水或乙烯利,研究密度和乙烯利对植株形态、第三节间显微结构、木质素代谢和产量等影响。【结果】乳熟期（milking stage,R3）,与低密度处理（LCK）相比,高密度处理（HCK）第三茎节节间长度增加19.75%,茎粗、穿刺强度、小维管束数目、小维管束面积和皮层厚度分别降低8.00%,43.46%,20.41%,26.92%和22.05%;木质素含量、PAL活性、4CL活性、CAD活性和POD活性分别降低24.04%、33.81%、10.92%、49.06%和20.78%。R3时期,与HCK相比,高密度喷施乙烯利处理（HE）第三茎节节间长度降低40.70%,茎粗、穿刺强度、小维管束数目、小维管束面积和皮层厚度分别提高14.22%,66.10%,22.71%,22.11%和35.96%;木质素含量、PAL活性、4CL活性、CAD活性和POD活性分别提高28.28%、30.74%、13.01%、59.26%和16.99%。【结论】随种植密度的增加,夏玉米抗倒伏性能降低。喷施乙烯利后,夏玉米茎秆强度和木质素代谢能力增强,抗倒伏性能增强,最终产量增加。在本试验条件下,浚单20种植密度为90 000株/hm²时喷施乙烯利对木质素代谢和抗倒伏性能的改善作用最显著,产量最高。

植物保护

嗜碱假单胞菌Ej2对稻瘟病的防治效果及对水稻内源激素的影响

沙月霞, 黄泽阳, 马瑞

中国农业科学. 2022, 55(2):  320-328.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.007

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【目的】明确水稻内生菌嗜碱假单胞菌（Pseudomonas alcaliphila）菌株Ej2对镰孢菌（Fusarium spp.）等病原菌的抑菌效果,重点研究对稻瘟病的防治作用及对水稻内源激素的影响,为稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）杀菌剂的研发提供新的生防菌资源。【方法】嗜碱假单胞菌菌株Ej2分离于水稻叶片,采用对峙培养法测试该菌株对稻瘟病菌以及对镰孢菌、草莓炭疽病菌（Colletotrichum gloeospoioides）、链格孢苹果专化型（Alternaria alternata f. sp. mali）BJ-A5和草莓黑斑病菌（A. alternata) BJ-ST24等病原真菌的抑菌效果,并检测其挥发性物质对稻瘟病菌的抑菌作用以及发酵液对水稻种子萌发的促进作用,盆栽法检测对水稻叶瘟的温室防治效果,通过小区试验验证对叶瘟和穗颈瘟的田间防治效果及对水稻的促生效果,采用基于MRM方法的靶向代谢组学技术检测发酵液喷施3次对胁迫激素、细胞分裂素等水稻内源激素的影响。【结果】嗜碱假单胞菌菌株Ej2及其挥发性物质对稻瘟病菌菌丝生长具有显著拮抗作用,对水稻叶瘟的温室防治效果为78.26%,与75%三环唑可湿性粉剂无显著差异;对叶瘟和穗颈瘟的田间防治效果分别为75.07%—83.67%和62.79%—75.09%,对叶瘟的田间防治效果与稻瘟酰胺有显著差异,对穗颈瘟的田间防治效果与稻瘟酰胺无显著差异。菌株Ej2对西瓜枯萎病菌（F. oxysporum f. sp. niveum）、茄镰孢（F. solani）、串珠镰孢（F. moniliforme）、草莓炭疽病菌、链格孢苹果专化型和草莓黑斑病菌5种植物病原真菌具有抑菌活性。与清水对照相比,Ej2发酵液显著增加水稻种子萌发率、株高和穗重;喷施3次后,植物胁迫激素中的乙烯（ETH）和脱落酸（ABA）含量显著增加,细胞分裂素中的玉米素核苷（czR）、反式玉米素核苷（tZR）和异戊烯基腺嘌呤核苷（iPR）激素含量显著下降,植物生长素（IAA）、茉莉酸（JA）、顺反茉莉酸类激素(cis-OPDA)、茉莉酸-异亮氨酸（JA-LIE）、顺式玉米素（cZ）、反式玉米素（tZ）、异戊烯基腺嘌呤（iP）、水杨酸（SA）等植物内源激素含量无显著变化。【结论】嗜碱假单胞菌菌株Ej2具有防病、促进作物生长及增强水稻植株抗逆性的作用,是一种可以防治稻瘟病等真菌病害的生防微生物。

飞蝗表皮蛋白LmKnk3-5′的抗体制备及组织定位

张睿,张学尧,赵小明,马恩波,张建珍

中国农业科学. 2022, 55(2):  329-338.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.008

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【目的】LmKnickkopf3-5′(LmKnk3-5′)是飞蝗（Locusta migratoria）蜕皮发育中重要的表皮蛋白。本文旨在制备LmKnk3-5′特异抗体并对其进行组织定位,为LmKnk3-5′生物学功能研究提供蛋白水平的证据,同时为进一步深入探究LmKnk3-5′与其他表皮蛋白在飞蝗表皮形成过程中的协同作用打下基础。【方法】首先比对飞蝗Knickkopf(Knk)家族4个基因LmKnk、LmKnk2、LmKnk3-FL和LmKnk3-5′的氨基酸序列,选取LmKnk3-5′的3段特异抗原序列R1、R2和R3,设计包含BamH I、Hind III酶切位点的引物,以LmKnk3-5′全长cDNA为模板,PCR获得LmKnk3-5′的特异抗原片段;然后将特异抗原片段与pET-32a经双酶切、T4连接酶连接、测序验证、成功构建重组质粒后,转入BL21（DE3）表达菌株中,加入IPTG（终浓度0.5 mmol·L^-1）低温（16℃）诱导重组蛋白表达,SDS-PAGE检测重组蛋白表达情况;接着扩大培养可在菌体裂解液的上清中表达重组融合蛋白的大肠杆菌,提取蛋白并用Ni-NTA对其进行纯化,之后再用纯化后的重组特异抗原免疫小鼠4次,获得anti-LmKnk3-5′多克隆抗体,ELISA法对其进行效价检测,并用Western blot法检测其特异性。取飞蝗5龄若虫第8天表皮,制备石蜡切片,通过免疫组化法对LmKnk3-5′蛋白进行组织定位。【结果】通过氨基酸序列比对,选取LmKnk3-5′的特异抗原区域R1、R2和R3,分别包含208、147和131个氨基酸残基,蛋白理论分子量分别为24.0、17.0和14.8 kD。酶切连接后,成功获得 pET-32a-R1、pET-32a-R2 和pET-32a-R3重组质粒。诱导表达检测,发现只有含pET-32a-R2的表达菌在菌体裂解液的上清液中大量表达重组蛋白。将其扩大培养纯化后获得 R2重组融合蛋白,免疫小鼠取抗血清进行效价检测,抗体效价高达1﹕512 000,可满足抗体使用需求。Western blot结果表明,注射dsLmKnk3-5′后飞蝗体壁LmKnk3-5′的蛋白表达显著减少,表明anti-LmKnk3-5′抗体特异性良好。免疫组化试验结果表明,表皮蛋白LmKnk3-5′在飞蝗腹部体壁皮细胞及新表皮中均有分布,特别是新合成的外表皮顶端。【结论】成功获得飞蝗LmKnk3-5′多克隆抗体,证明其特异性良好。LmKnk3-5′在飞蝗腹部体壁新合成的外表皮顶端分布较多。研究结果为飞蝗表皮蛋白LmKnk3-5′功能研究提供了蛋白水平的证据。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

腐殖酸单侧刺激对玉米根系生长的影响

周丽平,袁亮,赵秉强,李燕婷

中国农业科学. 2022, 55(2):  339-349.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.009

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【目的】腐殖酸的结构复杂,功能多样,研究腐殖酸对玉米根系生长的直接和间接效应,揭示腐殖酸对玉米根系调控的机制,可为腐殖酸肥料增效剂的进一步开发与应用提供理论支撑。【方法】以郑单958作为供试玉米品种,采用霍格兰营养液培养玉米育苗,将玉米根系分根设计,处理分别为CK-左对照侧（CK-C₁）、CK-右对照侧（CK-C₂）、HA-未施侧（HA-C）、HA-施用侧（HA-T）、OHA3-未施侧（OHA3-C）、OHA3-施用侧（OHA3-T）、OHA6-未施侧（OHA6-C）和OHA6-施用侧（OHA6-T）8个处理。研究其对玉米生物量、根系活力、根系形态以及不同器官主要化学组分的影响。【结果】（1）分根单侧施用腐殖酸显著增加玉米施用侧和未施侧的根鲜重,与对照相比,施用侧提高21.9%—78.6%,未施侧提高27.9%—49.3%;（2）添加腐殖酸显著增加玉米施用侧和未施侧的根系活力和TTC还原总量。与对照相比,OHA6-施用侧处理的玉米根系活力和根系TTC还原总量提高幅度最大,分别提高76.9%和216.9%,HA-施用侧和OHA3-施用侧处理与对照相比,玉米根系活力分别提高59.8%和35.1%, OHA6-未施侧、HA-未施侧和OHA3-未施侧处理与对照相比,玉米根系活力分别提高62.2%、53.6%和25.5%;（3）添加腐殖酸处理显著增加玉米未施侧和施用侧的根体积、根表面积、根平均直径、根长度和根数量;（4）分根单侧施用腐殖酸可有效增加玉米根系酯类化合物、蛋白质类物质、氨基酸类物质、核酸纤维素和多糖的含量,腐殖酸处理的施用侧较未施侧相比,更有利于玉米根系碳水化合物的积累,而腐殖酸处理下的未施侧更有利于玉米根系核酸的积累。各腐殖酸处理的玉米施用侧和未施侧地上部碳水化合物的含量明显高于空白处理。【结论】分根单侧施用腐殖酸可增加玉米根鲜重、根干重、根系活力和根系TTC还原总量,且腐殖酸施用侧的作用效果优于未施侧,单侧施用腐殖酸处理的整株根系生长也优于两侧均未施腐殖酸的对照处理。因此,腐殖酸对玉米根系生长既存在直接效应又存在间接效应,且直接效应大于间接效应。

单季麦秸还田促进小麦-玉米周年碳效率和经济效益协同提高

王良,刘元元,钱欣,张慧,代红翠,刘开昌,高英波,方志军,刘树堂,李宗新

中国农业科学. 2022, 55(2):  350-364.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.010

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【目的】优化小麦-玉米周年秸秆还田方式,实现系统碳效率及经济效益协同提高,促进小麦-玉米周年可持续生产。【方法】基于8年小麦-玉米周年秸秆还田长期定位试验,分析小麦、玉米秸秆双季还田（D）与小麦秸秆单季还田（S）对作物秸秆产量和碳投入量的影响,明确不同碳投入量对小麦-玉米周年产量及其稳定性和可持续性的影响;系统分析碳效率与经济效益对小麦-玉米周年不同碳投入量的响应特征。【结果】（1）D和S处理的年均秸秆还田量分别为13.54和5.43 t·hm^-2;D处理投入土壤中的根系和根茬生物量分别为3.04和2.14 t·hm^-2,较S处理均无显著差异（P>0.05）;S处理的根系、根茬和根系分泌物碳投入量分别为1.34、0.97和1.35 t·hm^-2,较D处理没有显著差异（P>0.05）。（2）S处理的资源和农田管理碳投入量为1.73 t C·hm^-2,较D处理减少51.29 kg C·hm^-2;S处理的农田碳总投入量为9.00 t C·hm^-2,较D处理的12.30 t C·hm^-2显著减少了26.82%（P<0.05）;S处理的年均秸秆碳投入量为2.31 t C·hm^-2,较D处理减少了60.85%,秸秆投入量的差异是造成农田碳投入差异显著的主要因素。（3）S处理的年际平均玉米产量为7.29 t·hm^-2,较D处理减少了5.48%,D处理的小麦和周年产量为7.76和15.05 t·hm^-2,分别较S处理减少5.67%和0.26%;S处理的作物周年产量稳定性和可持续性指数分别为0.19和0.63,较D处理没有显著性差异（P>0.05）。（4）S和D处理的周年籽粒碳产出量分别为6.27和6.25 t C·hm^-2,植株碳产出量分别为15.96和15.74 t C·hm^-2,均没有显著差异（P>0.05）。S处理的碳生产效率和碳生态效率分别为0.69 kg·kg^-1和1.77 kg·kg^-1,较D处理分别显著增加60.47%和39.37%（P<0.05）。（5）小麦季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.89万元/hm²和0.72万元/hm²,与D处理相比均没有显著差异（P>0.05）;玉米季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.91万元/hm²和0.81万元/hm²,较D处理分别增加了0.38万元/hm²和0.39万元/hm²;小麦-玉米周年,S处理的年际平均产值和年际平均净收益为3.80万元/hm²和1.56万元/hm²,较D处理分别显著增加14.81%和51.54%（P<0.05）。【结论】小麦秸秆单季还田在不显著影响小麦-玉米周年籽粒产量以及产量稳定性和可持续性的前提下,减少了玉米秸秆的碳投入量,促进了碳效率和经济效益的协同提高。

园艺

断根与打顶对番茄嫁接愈合的抑制作用

崔青青, 孟宪敏, 段韫丹, 庄团结, 董春娟, 高丽红, 尚庆茂

中国农业科学. 2022, 55(2):  365-377.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.011

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【目的】断根嫁接苗和打顶双干或多干嫁接苗日益广泛用于番茄栽培,丰产作用显著。了解断根与打顶对番茄嫁接愈合的作用机制,可为番茄嫁接生产提供理论依据。【方法】以‘硬粉8号’为接穗品种,‘砧爱1号’为砧木品种,观测断根和打顶后番茄嫁接愈合进程、成活率和木质部连通性等,同时测定嫁接接合部生长素和细胞分裂素的含量及愈合相关基因的表达。【结果】断根和打顶抑制了嫁接接合部上方木质部分化基因VND7的表达,并显著延迟了木质部的重构。断根显著降低了嫁接后12和72 h接合部玉米素核苷（tZR）和反式玉米素（tZ）的含量,以及嫁接后12 h接合部吲哚-3-乙酸（IAA）,吲哚-3-乙酸甲酯（ME-IAA）和吲哚-3-甲醛（ICAld）的含量;打顶嫁接后12 h接合部IAA和ME-IAA含量显著低于对照和断根处理,下调了嫁接后3和12 h接合部上方和下方韧皮部分化相关基因NEN4表达水平。断根或打顶均下调了嫁接后3—48 h接合部上方细胞分裂相关基因Histone H4和SlcycB1-4的表达水平;断根和打顶同时处理使嫁接接合部IAA和ME-IAA含量显著低于断根处理,使tZR和tZ的含量及木质部连通性显著低于打顶处理。打顶和断根后分别在嫁接接合部施用10 mmol∙L^-1 IAA和10 mmol∙L^-1 6-BA可显著促进嫁接苗木质部的重构。【结论】断根和打顶分别降低接合部细胞分裂素和生长素积累,下调愈合相关基因表达,降低木质部输导能力,进而延缓番茄嫁接愈合进程。

氮素水平及形态对娃娃菜根系特征及生理指标的影响

马玉峰,周忠雄,李雨桐,高雪琴,乔亚丽,张文斌,颉建明,胡琳莉,郁继华

中国农业科学. 2022, 55(2):  378-389.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.012

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【目的】所有高等植物均会调控其根系形态,以便能更好地在土壤环境中获得充足的养分和水分,其中,氮素是调控根系形态的一个关键因子。探究氮素水平及形态对娃娃菜根系形态的影响及其生理机制,明确参与根系形态塑造的关键因子,为进一步研究氮素调控植物根系形态的分子机制奠定基础。【方法】以娃娃菜（品种‘惠农金娃娃’）为试材,设置两个氮素浓度（0.1和1 mmol·L^-1）及两种氮素形态（NO₃^-和NH₄⁺）共4个处理组合,使用根系扫描仪以及生理试验等方法,测定娃娃菜根系形态指标:总根长、总根体积、总根表面积和根尖数;生理指标:NO₃^-含量、NH₄⁺含量、糖、一氧化氮（NO）和过氧化氢（H₂O₂）以及生根相关酶过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）以及吲哚乙酸氧化酶(IAAO)活性,采用同位素内标法,对内源激素细胞分裂素类（CTK）、茉莉酸类（JA）、生长素（IAA）、水杨酸（SA）、1-氨基环丙基-1-羧酸（ACC）和脱落酸（ABA）含量进行LC-MS/SM绝对定量分析,并分析根系形态与各生理指标之间的相关性。【结果】相同形态下,不同氮素水平对娃娃菜根系形态和生理作用不同。低浓度（0.1 mmol·L^-1）的NO₃^-（LN）与高浓度（1.0 mmol·L^-1）的NO₃^-（HN）相比,可分别显著提高根系总根长、表面积、根尖数43%、24%和50%;LN处理与HN处理相比,还原糖含量提高了55.81%,NO含量提高了18.3%,H₂O₂降低了20.44%;低浓度（0.1 mmol·L^-1）的NH₄⁺（LA）与高浓度（1.0 mmol·L^-1）的NH₄⁺（HA）相比,分别提高了根系总根长、总根体积、总根表面积和根尖数96%、73%、85%和45%,LA处理比HA处理的还原糖含量提高了200%,NO与H₂O₂均有所降低,分别降低74.59%和13.58%。相同水平下,不同氮素形态影响娃娃菜根系形态以及生理指标,与LA处理相比,LN处理提高了娃娃菜总根长和总根表面积,降低了总根体积和总根尖数,同时提高了还原糖含量,LA处理比LN处理的NO和H₂O₂含量分别降低73.68%和40.98%;与HA处理相比,HN处理提高总根长、总根体积和总根表面积,但降低了根系总根尖数,HA处理比HN处理NO和H₂O₂含量分别降低82.16%和58.66%。根系激素中十二氧植物二烯酸（12-OPDA）含量以LA处理最大,高于HA处理55.18%,各处理下12-OPDA含量高低为LA>LN>HA>HN;吲哚乙酸（IAA）含量以HN最大,比LN高44.10%,LA比HA高93.79%,各处理下IAA含量高低为HN>LA>LN>HA。根系形态指标与生理指标之间的相关分析结果表明,根长与还原糖呈极显著正相关（P<0.01）,根尖数与12-OPDA呈显著正相关（P<0.05）。【结论】低浓度硝态氮影响根系还原糖,对娃娃菜主根和侧根的伸长产生促进作用;低浓度铵态氮调控娃娃菜根系12-OPDA,可使娃娃菜根系的侧根数量增多。

食品科学与工程

3种粳稻籽粒水分解吸过程中的裂纹变化

邵小龙,徐文,王潇,杨晓静,沈飞,刘琴

中国农业科学. 2022, 55(2):  390-402.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.013

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【目的】基于食品水分吸附解吸理论,检测粳稻裂纹与水分含量,探讨籽粒裂纹的发展变化原因,总结粳稻裂纹的发展规律。【方法】以‘软玉’‘淮稻5号’和‘南粳5055’3种粳稻作为研究对象,利用X射线成像技术检测粳稻籽粒的裂纹粒及裂纹程度;采用扫描电镜观察‘南粳5055’籽粒裂纹断裂面的微观结构;使用LF-NMR技术检测粳稻籽粒的水分在解吸过程中的特征变化,分析粳稻籽粒水分解吸过程中裂纹数据和水分分布的相关关系。【结果】利用LF-NMR技术可以准确地预测不同品种粳稻籽粒的水分含量。裂纹率随籽粒的水分解吸程度而上升,‘软玉’‘淮稻5号’和‘南粳5055’籽粒裂纹率分别在水分含量低于14.96%、15.21%和17.84%后明显增加。低水分籽粒内裂纹数量高于高水分籽粒。粳稻裂纹粒与非裂纹粒内部断裂面的淀粉和细胞结构差异明显。水分解吸导致淀粉粒间断裂面发展为细胞间断裂面,即初期裂纹。当裂纹数量继续增加,初期裂纹发展成为可被观察到的裂纹,裂纹类型从轻度发展到中度或重度。水分解吸导致籽粒横向弛豫时间T₂₁和T₂₂缩短;结合水含量减少,“自由水”含量先减少后增多,各状态水分间存在迁移和转化现象。部分“自由水”在水分解吸过程中挥发离开籽粒,同时部分“结合水”转化为“自由水”。总体表现为“结合水”面积和相对面积比例随水分解吸过程逐渐减小,而“自由水”的面积有增有减,但相对面积比例呈上升趋势。因此,在稻谷水分解吸过程中,除了含水量下降,各组分水分流动性下降,“结合水”含量降低也是水分变化的重要特征。裂纹与水分数据相关分析表明,裂纹变化与各组分水的横向弛豫时间和“结合水”含量的变化相关,与“自由水”含量不相关。【结论】本研究提出了一种将稻谷籽粒按照裂纹数量和种类分成4类裂纹粒的方法。粳稻水分解吸过程中裂纹类型变化与水分分布密切相关,籽粒水分的迁移和转化,特别是“结合水”下降,是籽粒裂纹变化的重要原因。

畜牧·兽医·资源昆虫

荷斯坦牛泌乳早期体细胞数对生产性能的影响及遗传参数估计

竹磊,张海亮,陈少侃,安涛,罗汉鹏,刘林,黄锡霞,王雅春

中国农业科学. 2022, 55(2):  403-414.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.014

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【目的】探究荷斯坦牛泌乳早期（6—35 d）体细胞数（SCCel）的群体特征及其与不同泌乳阶段体细胞数（SCC）及产奶量（MY）之间的关系,并对荷斯坦牛泌乳早期体细胞评分（SCSel）进行遗传参数估计,以期为我国荷斯坦牛乳房炎抗性选育提供新的思路。【方法】收集了141个牧场2008—2018年182 378头牛的2 783 046条生产性能测定记录。质控后,共得到150 864头牛的1 869 976条测定日记录。将有表型的母牛至少向上追溯三代（父母、祖父母、外祖父母）,通过追溯,获得用于遗传分析的系谱文件,共包含6 451头公牛和103 452头母牛。利用SAS软件的GLM过程分析了牧场测定规模、测定季节、测定年份、泌乳天数、胎次等因素对SCSel的影响;利用SAS软件的REG过程分别分析了SCSel与不同泌乳阶段的SCS和日产奶量之间的回归关系;基于DMU软件,使用单性状重复力动物模型、单性状动物模型和双性状动物模型分别估计了SCSel的遗传参数。【结果】荷斯坦牛产后前2周SCCel变化幅度较大,荷斯坦牛SCCel随着泌乳天数的增加呈逐渐下降的趋势;牧场规模、测定季节、胎次和泌乳天数均对SCSel有显著影响（P<0.05）,泌乳早期年均测定规模1 000头以上牧场的奶牛SCSel显著（P<0.05）低于年均测定规模1 000头以下的牧场。SCSel随胎次的增加呈先下降后上升的趋势,奶牛在夏季SCSel最高,在冬季最低。SCSel与泌乳期各测定日SCS之间均存在极显著的回归关系（P<0.01）,回归系数范围为0.06 —0.19;SCSel与泌乳期各测定日产奶量之间均存在极显著的回归关系（P<0.01）,回归系数范围为-0.46 — -0.16,泌乳早期SCSel对泌乳期乳房健康状况及生产性能均有影响。荷斯坦牛1胎、2胎、3胎及各胎次SCSel的遗传力分别为0.05 ± 0.005、0.07 ± 0.01、0.04 ± 0.01和0.03 ± 0.01,SCSel为低遗传力性状;不同胎次的SCSel性状之间存在中高遗传相关,遗传相关估计范围为0.54—0.87。【结论】荷斯坦牛泌乳早期（6 —35 d）SCC受胎次、季节等影响,泌乳早期SCC具有不同于泌乳期测定日SCC的群体特征;泌乳早期SCC处于较高水平会影响荷斯坦牛在随后整个泌乳期内的健康状态和生产性能。本研究为牧场在母牛产后利用SCCel进行差异化管理提供了理论依据,为探究荷斯坦牛在泌乳早期体细胞数差异的遗传机制奠定了基础,通过开发泌乳早期SCS新性状有助于完善我国荷斯坦牛乳房炎抗性选育。

呼伦贝尔地区牛体表寄生蜱中羊种布鲁氏菌的分离与鉴定

黄天鹏,郭旭,孙长云,陈经雕,朝木丽格,武婕,格日勒图

中国农业科学. 2022, 55(2):  415-424.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.02.015

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【目的】阐明牛体表寄生草原革蜱与牛羊布鲁氏菌病的相关性,为内蒙古地区布鲁氏菌溯源调查及防控提供基础数据。【方法】通过传统形态学及分子生物学相结合的方法,对呼伦贝尔地区采集的191只蜱虫进行种型鉴定;以牛体表采集的寄生蜱为材料,应用布鲁氏菌选择性培养基从蜱体内分离可疑细菌;将可疑细菌进行分离培养,菌落的形态学观察,以及革兰氏染色和柯氏染色镜检初步鉴定可疑细菌的种属;经PCR方法扩增布鲁氏菌的Bcsp31和Omp22基因序列,并应用MEGA 7.0软件构建系统遗传进化树;运用AMOS-PCR、单项特异性血清凝集试验、染料抑菌和噬菌体裂解试验对分离的可疑菌进行分型鉴定。【结果】该地区优势蜱种被鉴定为草原革蜱,并成功在其体内分离到4株可疑细菌;经革兰氏染色镜检发现该菌属于革兰氏阴性短杆菌,柯氏染色后菌体呈红色短杆菌,并通过PCR方法成功克隆出布鲁氏菌的Bcsp31和Omp22基因序列,经过基因序列测序及BLAST比对分析,发现与布鲁氏菌参考序列相似度均在99.0%以上。应用MEGA 7.0软件成功构建遗传进化树,分离菌株序列与布鲁氏菌属的已知序列聚类在同一分支;运用AMOS-PCR和布鲁氏菌常规分型鉴定试验,确定4株分离菌均属于羊种布鲁氏菌。【结论】成功在呼伦贝尔地区牛体表采集的草原革蜱体内分离到4株羊种布鲁氏菌,表明草原革蜱作为吸血节肢动物,可能在不同宿主之间的布病传播过程中发挥重要作用。本论文为内蒙古地区布鲁氏菌溯源调查和防控提供基础数据。