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2022年 第55卷 第3期 刊出日期：2022-02-01

  

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中国农业科学. 2022, 55(3):  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

作物根系表型鉴定评价方法的现状与展望

李龙, 李超男, 毛新国, 王景一, 景蕊莲

中国农业科学. 2022, 55(3):  425-437.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.001

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根系是作物固定植株并吸收土壤水分和养分的主要器官,其表型特征直接影响作物的生产力和适应性。优化根系表型被认为是实现第二次“绿色革命”的重要途径之一。然而,根系的隐匿性、复杂性和可塑性极大地制约着根系表型鉴定效率,导致根系优化进程远远滞后于地上部器官。随着光谱成像、机器学习和三维重建等新技术的快速发展,根系表型鉴定方法逐渐由传统取样观测向原位、无损、自动化检测转变,评价依据由二维形态指标向立体构型参数拓展,促进了根系表型鉴定效率大幅提升,根系表型数据快速增长。与此同时,海量数据也带来了信息冗余及利用率低等问题,对根系表型研究提出了规范化和共享化的时代新要求。本文概述了现行主要根系表型鉴定方法的原理和技术要点,从精准度、通量和成本等方面对不同方法进行系统比较,并从使用许可、运行平台和分析方式等方面对常用根系表型量化软件进行归纳总结;进一步提出今后重点研究方向,即开发高效的田间根系表型鉴定方法,建立根系可塑性鉴定评价技术体系,加强根系解剖结构的鉴定和利用,强化分子检测技术在根系表型鉴定中的应用,推进根系表型鉴定技术规范化和数据信息共享化,以期为合理选用和改进作物根系表型鉴定评价方法提供参考,促进作物根系改良。

玉米氮状况相关生物标记物的筛选和应用

石习, 宁丽华, 葛敏, 邬奇, 赵涵

中国农业科学. 2022, 55(3):  438-450.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.002

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【背景】 RNA表达丰度作为一种生物标记物已广泛应用于临床诊断阶段,但在农业栽培中诊断作物营养状况的应用较少。 【目的】 挖掘和验证转录水平上可以作为生物标记物精确指示玉米氮营养状况的基因,指导精准施用氮肥。【方法】 基于不同氮素处理的基因芯片和RNA-Seq数据,通过生物信息学和统计学方法初步筛选出基因表达丰度高度响应氮素处理的生物标记物候选基因;利用不同基因型、不同氮处理的玉米材料,通过荧光定量PCR方法和凯氏定氮法,进一步筛选氮响应生物标记物基因;并构建预测玉米氮状况的广义线性模型,准确指示玉米氮营养状况。 【结果】 首先初步筛选出10个表达水平较高的基因,且mRNA表达丰度高度响应氮素处理的生物标记物候选基因;利用不同氮素条件下种植的B73材料从10个候选基因中进一步筛选出8个在充足氮、限制氮处理后基因表达丰度存在显著差异的基因;随后选取遗传多样性丰富、生态区域广泛的26种自交系材料和4种杂交种材料进一步筛选,发现有4个基因表达独立于基因型,可以在不同基因型玉米材料中稳定表达;并且通过相关性分析发现,在充足氮和限制氮处理下,这4个基因表达丰度差异与穗位叶总氮含量差异具有显著相关性（R²均大于0.6）,表明这4个基因可以作为氮响应生物标记物进行实际应用;将4个氮响应生物标记物基因分别组合构建两基因、三基因、四基因线性模型,由Zm00001d024281（X₂）、Zm00001d039049（X₃）和Zm00001d037680（X₄）这三个基因构建的线性模型用于预测玉米植株氮状况的应用性最强,其函数关系为Y=1.143+0.017X₂–0.302X₃+0.017X₄;选取大田种植的6个杂交种材料对三基因模型预测功能进行验证,结果表明,三基因模型能够在大田环境中准确诊断玉米植株氮素营养状况。【结论】 获得4个高度响应玉米氮状况的生物标记物基因,构建的三基因模型可以准确预测玉米氮素营养状况。该生物标记物的开发可以有效实时监测玉米植株氮状态,优化氮肥使用,从而实现成本最低时农作物产量的最大化。

世界大豆生育阶段光温综合反应的地理分化和演化

姜芬芬, 孙磊, 刘方东, 王吴彬, 邢光南, 张焦平, 张逢凯, 李宁, 李艳, 贺建波, 盖钧镒

中国农业科学. 2022, 55(3):  451-466.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.003

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目的 大豆是短日喜温植物,对光温（日长、温度）条件敏感。大豆对光温反应的敏感性是大豆重要的驯化性状和适应性性状。在自然条件下,地理位置和/或播种季节是决定野生和栽培大豆分化的重要生态因素,这两个因素均是通过日长和温度等环境因素来调控大豆的生长发育。因而研究和比较野生和栽培大豆生长发育阶段光温综合反应特性的地理和季节分化,可以为大豆引种和适应性育种提供理论依据。 方法 选取1 519份世界代表性野生和栽培大豆,在安徽当涂进行2年春播和夏播田间试验,使用播季间生育期差异作为品种光温综合反应敏感性（photo-thermal comprehensive response sensitivity,PTCRS）评价指标,研究各地理生态型大豆生长发育阶段的光温反应特性。 结果（1）大豆的光温反应特性存在于生长发育的全过程。（2）野生大豆由南向北迁移时,生育前期和全生育期PTCRS减小,生育后期PTCRS增大,光温反应类型由前敏后钝变为前钝后敏,全生育期光温反应敏感。（3）野生大豆驯化为栽培大豆后,生育前期和全生育期PTCRS分别减小20%和16%,生育后期PTCRS变化较小,主要光温反应类型由前敏后钝变为前钝后敏和前钝后钝。（4）夏秋大豆和春大豆的全生育期PTCRS均表现由南向北逐渐减小;生育前期和生育后期PTCRS的地理分化则存在差异,其中,由南向北迁移时,夏秋大豆生育前期PTCRS减小、生育后期PTCRS先增后减,春大豆生育前期PTCRS无明显变化、生育后期PTCRS减小。（5）以中国黄淮和南方作为栽培大豆的起源中心,向北传播至中国东北、俄罗斯远东和瑞典南部,生育前期、后期和全生育期PTCRS均大幅减小;向东传播至朝鲜半岛和日本岛以及向西传播至北美北部、北美南部和中南美,生育前期和全生育期PTCRS减小,生育后期PTCRS无明显变化;向南传播至东南亚、南亚和非洲,生育前期和全生育期PTCRS增大、生育后期PTCRS无明显变化。（6）同一生态区不同生态型间PTCRS比较,春大豆生育前期、后期和全生育期PTCRS均最小,野生大豆生育前期PTCRS强于夏秋大豆,生育后期则表现相反,全生育期与夏秋大豆无显著差异。不同地理-播季生态型间PTCRS比较,生育前期PTCRS：南方野生大豆最敏感,其次是长江中下游野生大豆和南方夏秋大豆,然后是黄淮野生大豆和长江中下游夏秋大豆,余下地理生态型间无显著差异,均表现较钝感;生育后期PTCRS：长江中下游夏秋大豆最敏感,其次是东北和黄淮野生大豆及南方和黄淮夏秋大豆,余下地理生态型间差异较小,光温反应均较钝感;全生育期PTCRS：南方和长江中下游的野生及夏秋大豆间无显著差异,均表现敏感,其次是黄淮野生大豆,然后是东北野生大豆和黄淮夏秋大豆,春大豆PTCRS最小,且随纬度升高而显著减小。 结论 由地理和播季决定的光温综合条件是影响大豆生长发育的关键因素,不同地理-播季生态类型的野生和栽培大豆生育阶段对光温综合反应存在差异。中国黄淮及南方的栽培大豆向世界不同纬度的地理区域传播时,生育阶段光温综合反应的变化不同。全生育期光温反应敏感是大豆的原始性状,长江中下游的夏秋大豆可能为最具这种野生原始性状的栽培类型。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

彩色稻叶片光合特征及其与抗氧化酶活性、花青素含量的关系

陈婷婷, 符卫蒙, 余景, 奉保华, 李光彦, 符冠富, 陶龙兴

中国农业科学. 2022, 55(3):  467-478.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.004

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目的 近年来,彩色稻因其独特的外观和特殊的营养价值在观光农业和专用营养大米产业中快速发展。本研究旨在阐明彩色稻叶片光合作用对光的响应机理。 方法 以4个叶色不同的水稻品种,包括深紫叶（deep purple,DP）,淡绿叶（pale green,PG）,深绿叶/常规叶色（dark green,DG）及淡紫叶（pale purple,PP）为材料,研究不同叶色叶片光合作用的变化特征,并揭示其作用机制。 结果 深紫叶水稻叶片叶绿素、类胡萝卜素含量最高,其次分别是深绿叶及淡紫叶水稻品种,而淡绿叶水稻叶片叶绿素、类胡萝卜素含量最低。淡绿叶水稻叶片实际光量子效率（PSII）、净光合速率、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性和干物质积累量最高,显著高于其他品种,但其过氧化氢和丙二醛含量显著低于其他叶色水稻品种。深紫叶与深绿叶水稻叶片叶绿素、类胡萝卜素含量没有显著性差异,但深紫叶水稻叶片PSI和PSII实际荧光量子效率、净光合速率、Rubisco活性均显著高于深绿叶水稻。相应地,深紫叶水稻叶片抗氧化酶活性显著高于深绿叶水稻,但其过氧化氢和丙二醛含量显著低于深绿叶水稻,推测与深紫叶水稻叶片花青素含量显著高于深绿叶水稻有关。外源喷施花青素试验进一步证实了这个假设,即外源花青素可一定程度上降低过氧化氢含量,提高叶片光合速率。 结论 花青素可减轻自然条件下光量子过剩对水稻叶片光合作用的抑制,研究结果可为水稻高光效育种及彩色稻产量、品质协同提高栽培技术研发提供理论基础。

覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

张建军, 党翼, 赵刚, 王磊, 樊廷录, 李尚中

中国农业科学. 2022, 55(3):  479-490.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.005

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目的以抗逆性强的紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究施氮量、覆膜时期及其互作对陇东旱塬玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的影响,以期为陇东旱塬区玉米高产高效栽培提供理论依据。方法2012年11月至2019年11月,连续设置覆膜时期（春季覆膜和秋季覆膜）和施纯N量（0、75、150、225、300、375、450 kg·hm^-2）两因子的长期定位裂区试验,分析不同处理玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的变化。结果覆膜结合合理施氮可提高玉米光合速率和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）,延长叶片持绿期,有效协调源库关系,增加穗粒数和百粒重。年份、施氮量及年份与施氮量互作均极显著影响玉米产量、穗粒数和百粒重,三者均随施氮量增加呈先增加后降低趋势。黄土旱塬玉米产量在施氮量150—450 kg·hm^-2范围内均显著高于75 kg·hm^-2的产量,以施氮量300 kg·hm^-2最高,为15 142.5kg·hm^-2,与施氮量225 kg·hm^-2无显著差异,显著高于施氮75 kg·hm^-2,施氮量进一步增加,增产效应逐渐降低,甚至减产。降雨年型及关键生育期降雨量与产量变化关系密切。尤其是7—9月降水量,特别是7月上旬（玉米抽雄—吐丝期）降雨量及降雨年型对陇东旱塬玉米产量影响较大。年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作也极显著影响水分利用效率,秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著增加8.6%。与施氮300 kg·hm^-2相比,施氮225 kg·hm^-2氮肥偏生产力、氮素生理利用效率分别提高28.6%、20.1%,平均氮肥利用率从34.8%提高到35.8%,可实现产量和氮素效率的同步提高。结论覆膜结合施氮150—225 kg·hm^-2可作为陇东旱塬雨养农业区较理想的高产高效栽培模式,干旱年份秋覆膜的增产效应更突出,生产中建议结合气象预测预报的降雨年型选择适宜的施氮量和覆膜时期。

植物保护

小麦抗条锈病基因对中国条锈菌主要流行小种的抗性分析

胡朝月, 王凤涛, 郎晓威, 冯晶, 李俊凯, 蔺瑞明, 姚小波

中国农业科学. 2022, 55(3):  491-502.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.006

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目的 培育和广泛应用抗病小麦品种是防治条锈病最经济有效和环境友好的措施。由于条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst）群体中毒性变异频繁,发生新生理小种常导致主栽品种抗病性‘丧失’,引发条锈病大规模流行,严重威胁我国主粮安全供给。本研究通过监测和评价已知抗条锈病基因对我国目前主要条锈菌生理小种的抗性情况及变化,为抗条锈病基因的合理应用提供依据。方法 在温室内,分别用小麦条锈菌强毒性流行生理小种CYR32、CYR33、CYR34和弱毒性生理小种CYR17对103份抗条锈病基因载体品系接种,鉴定苗期抗病性;在条锈病常发区域四川郫都区和甘肃清水县设置鉴定圃,田间人工接种条锈菌CYR32、CYR33和CYR34小种的混合菌株,在湖北襄阳鉴定圃自然接种气传菌源,鉴定抗病基因载体品系的成株抗病性。按照0—4级侵染型分级标准调查抗病基因载体品系苗期和成株期抗条锈病表型级别。 结果 在86份全生育期抗病基因载体品系中,仅含有Yr5、Yr15和Yr45的载体品系全生育期高抗生理小种CYR32、CYR33和CYR34,其他品系苗期均‘丧失’了对条锈菌3个高毒性小种的抗病性,但其中30个品系如CN19（Yr41）、AUS 28183（Yr47）和CH223（Yr50）保留了成株期对条锈病的抗性。在14份成株抗性类型的载体品系中,Yeoman（Yr13）、RL 6077（Yr46）、PI 183527（Yr52）、Louise（Qyrlo.Wpg-2BS）、RIL 65（Yr36）、PI 178759（Yr59）和PI 192252（Yr62）中抗至高抗条锈病;成株期具有2个（S112）或3个（S113）温敏微效基因载体品系中抗条锈病,而仅含一个微效基因的载体品系S111中感条锈病。结论 在所鉴定的具有单个或多个全生育期抗条锈病基因的品系中,仅有Yr5、Yr15和Yr45对当前主要流行小种具有全生育期抗性,但其中34.9%全生育期抗性类型品系仍保留了成株期抗锈性;小麦成株抗条锈病基因和全生育期抗病基因组合能提供较稳定持久的抗锈性。

猕猴桃细菌性溃疡病菌T3SS关键效应蛋白基因致病功能

张晋龙,赵志博,刘巍,黄丽丽

中国农业科学. 2022, 55(3):  503-513.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.007

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目的 由丁香假单胞菌猕猴桃致病变种（Pseudomonas syringae pv. actinidiae,Psa）引起的猕猴桃细菌性溃疡病是全球猕猴桃产业最具毁灭性的病害。病原细菌主要通过III型分泌系统（type III secretion system,T3SS）将多种效应蛋白（T3SS effector,T3SE）注入寄主植物细胞,进而促进病菌侵染和致病。本研究旨在解析Psa基因组中T3SE的信息并对其T3SS和T3SE的致病功能进行系统分析,为溃疡病菌致病机制的研究和防治策略的制定提供依据。方法 利用marker-free同源重组基因敲除技术获得M228菌株的T3SS功能缺陷突变体ΔhrcS和ΔhrcC,观察突变体在寄主上的致病力,同时检测突变体诱导本氏烟产生细胞坏死的情况;随后利用从Pseudomonas-Plant Interaction数据库下载的T3SE数据库,本地BLAST多序列比对构建强、弱致病菌株M228和M227的T3SE库,并对二者的T3SE基因信息进行比对分析;另外,获得M228菌株T3SE单、多效应子突变菌株20株及2株HopR1基因回补菌株（共涉及19个T3SE）,并将各突变体室内有伤接菌猕猴桃枝条,系统评价各突变体致病力变化并进行统计分析。结果 通过对Psa的hrcS和hrcC基因进行突变,证明T3SS是其在寄主上致病以及非寄主上过敏性坏死反应（HR）所必需的。通过数据库同源比对,发现在强毒株系和弱毒株系中有31个T3SE基因具有100%的同源性,选取一些基因进行缺失突变,发现hopM1/avrE1和hopR1是Psa重要的毒性因子,且二者不存在功能冗余。另外,单独敲除avrPto5或avrRpm1均能提高Psa致病力。在缺失A-F-E基因簇和avrPto5的菌株中,敲除hopM1/avrE1和hopR1也分别导致Psa的致病力显著下降;而同时敲除hopM1/avrE1、hopR1、avrPto5和A-F-E基因簇导致病菌完全丧失致病力。结论HopM1/AvrE1与同家族HopR1均为Psa重要致病因子,且独立于其他效应子发挥作用;avrPto5和avrRpm1基因缺失可以增强Psa的致病力。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

锌与吡虫啉配合喷施对小麦籽粒富锌效果及蛋白质组分的影响

李雅菲, 师江澜, 吴天琪, 王少霞, 李雨诺, 屈春燕, 刘聪慧, 宁鹏, 田霄鸿

中国农业科学. 2022, 55(3):  514-528.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.008

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目的探讨锌与杀虫剂配合喷施对小麦全粒及面粉富锌效果、蛋白质组分和人体每日吸收总锌（TAZ）的影响,阐明富锌效果存在差异的可能原因,以期为小麦农艺富锌方法提供可靠依据及高效可行的喷施方案。方法 2016—2018年进行了两年田间试验,试验共设置了6个处理：喷蒸馏水（CK）、喷施0.1%吡虫啉（P）、喷施0.4%ZnSO₄·7H₂O（Zn）、喷施0.23%甘氨酸锌（GZn）、喷施ZnSO₄·7H₂O+吡虫啉（ZnP）、喷施甘氨酸锌+吡虫啉（GZnP）。测定小麦全粒、面粉及麸皮中的锌Zn、蛋白质、蛋白质组分、植酸等含量,并计算TAZ。结果 不同喷施处理籽粒产量无显著差异,但喷锌显著提高籽粒锌携出量以及全粒、面粉和麸皮中锌含量。两季试验中,与CK相比,单独喷锌处理面粉锌含量分别提高了71%、120%,锌与吡虫啉配合喷施增幅为103%、127% 。与单独喷锌处理（Zn、GZn）相比,锌与吡虫啉配合喷施（ZnP、GZnP）不会影响小麦富锌效果,且全粒、面粉中锌含量有增加的趋势,喷ZnSO₄·7H₂O的富锌效果优于喷甘氨酸锌,其中ZnP处理全粒和面粉中锌含量最高。全粒和面粉中锌含量与蛋白质、醇溶蛋白及谷蛋白含量间分别呈显著正相关。锌与吡虫啉配合喷施显著提高全粒、面粉中蛋白质含量。与CK相比,ZnP和GZnP处理面粉中蛋白质含量两年平均提高了19%和20%。不同喷施处理全粒和面粉中白蛋白、球蛋白组分无明显变化规律,ZnP和GZnP处理全粒和面粉中醇溶蛋白和谷蛋白含量显著提高。喷锌显著提高了小麦中锌的生物有效性,并且ZnP处理全粒及面粉中锌的生物有效性显著高于其他各处理。结论 选择烟碱类杀虫剂如吡虫啉与ZnSO₄·7H₂O配合喷施,能提高全粒特别是面粉中蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白含量,从而进一步提高面粉锌含量、锌生物有效性,是一种克服人体缺锌问题且易于实际应用的有效方法。

长期施氮对酸性紫色土氨氧化微生物群落及其硝化作用的影响

邹温馨, 苏卫华, 陈远学, 陈新平, 郎明

中国农业科学. 2022, 55(3):  529-542.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.009

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目的研究长期施氮对酸性紫色土壤中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）群落特征的影响,揭示氨氧化微生物群落的驱动因子及其调控硝化作用的微生物学机制。方法依托四川雅安玉米体系施氮长期定位试验（始于2010年）,试验处理包括5个供氮水平,即0（N0）、90（N90）、180（N180）、270（N270）和360（N360）kg N·hm^-2,通过Illumina Miseq高通量测序技术测定AOA和AOB的群落,探究长期施氮对氨氧化微生物群落介导的硝化作用的影响。结果 长期施氮影响AOA和AOB的α-多样性（包括丰富度指数和香农-威纳指数）、群落结构和群落组成。其中,随着施氮量的增加,AOA 丰富度指数无显著变化,香农-威纳指数显著降低,AOB 丰富度指数和香农-威纳指数均显著增加;长期不同供氮水平显著影响AOA和AOB的群落结构,供氮水平的增加显著降低AOB优势类群中 Nitrosospira Cluster 3a.1的相对丰度（P<0.05）,同时显著增加了Cluster 3a.2、Cluster 9和Cluster 1的相对丰度（P<0.05）,而对AOA优势类群无显著影响。土壤pH、全氮（TN）、有机质（SOM）、NH₄⁺-N和NO₃^--N均显著影响AOA和AOB的α-多样性,其中,pH与AOB 丰富度指数和香农-威纳指数呈显著负相关（P<0.01）,而与AOA 香农-威纳指数呈显著正相关,而TN、SOM、NH₄⁺-N和NO₃^--N与AOB 丰富度指数和香农-威纳指数呈显著正相关,与AOA 香农-威纳指数呈显著负相关。同时,pH、TN、NO₃^--N 、SOM 和NH₄⁺-N显著影响AOA和AOB的群落结构（P<0.05）。结构方程模型（SEM）的结果表明,长期施氮通过降低土壤pH、提高TN和NO₃^--N含量、改变AOA和AOB的α-多样性和群落结构,进而提高了土壤的硝化势。结论 长期施氮通过改变酸性紫色土壤pH、TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N和氨氧化微生物的α-多样性和群落结构进而影响了硝化势。

园艺

苹果栽培品种不同族系香气特征分析

路翔, 高源, 王昆, 孙思邈, 李连文, 李海飞, 李青山, 冯建荣, 王大江

中国农业科学. 2022, 55(3):  543-557.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.010

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目的 我国主栽苹果品种根据亲本构成可分为富士族系、元帅族系、金冠族系和国光族系,分析不同族系果实的香气特征和遗传特性,为果品品质研究和香气育种提供参考。方法 采取固相微萃取和气相色谱质谱（SPME-GC-MS）联用技术对4个族系的50个苹果品种果实香气物质进行检测,利用变异系数（CV）和主成分分析（PCA）解析不同族系间香气物质的显著性和特征。结果 50个品种共检测出146种香气成分,酯类（38种）、醛类（29种）和醇类（19种）为主要香气物质,共占总含量的72.82%,其中酯类在数量和含量上变异系数均大于醛类和醇类。富士族系和元帅族系的总香气成分数量显著多于金冠族系（P<0.05）,酯类物质数量显著多于金冠族系和国光族系（P<0.05）,醛类和醇类物质的数量在不同族系间未达到显著水平。以香气值大于1为标准确定出28种特征性香气成分,其中8种成分在40个品种以上均被检测出,是苹果的典型香气成分。对28种特征性香气成分进行主成分分析,共提取8个主成分,结合香气成分的嗅感特征将50个不同品种划分为4个代表不同香型的区域,富士族系和元帅族系在4个区域均有分布,金冠族系和国光族系主要分布在青香型和淡香型区域,浓香型区域主要为元帅族系,甜香型区域主要为富士族系。不同的选育方式对金冠族系和国光族系影响更大,表现为杂交品种的相似系数、与对照共有的香气成分占比显著低于芽变品种（P<0.05）;在所有族系中,芽变选育品种出现超亲现象的香气数量均多于杂交品种。结论 富士族系和元帅族系的果实风味更加丰富,富士族系、元帅族系、金冠族系和国光族系的果实风味分别表现为甜香型、浓香型、青香型和淡香型;杂交能够提高后代香气成分的含量,并增加香气构成的复杂性;芽变对后代的香气成分种类影响较小,对香气含量的影响更大,其超亲现象多于杂交后代。

龙眼乙烯合成途径基因鉴定及响应ACC处理的分析

赖春旺, 周小娟, 陈燕, 刘梦雨, 薛晓东, 肖学宸, 林文忠, 赖钟雄, 林玉玲

中国农业科学. 2022, 55(3):  558-574.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.011

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目的S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）、1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶（ACS）和1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）是植物合成乙烯的3个关键酶,从全基因组水平鉴定龙眼SAMS、ACS和ACO（DlSAMS、DlACS和DlACO）基因家族,并进行生物信息学、体细胞胚早期不同阶段及不同浓度1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）和不同处理时间下龙眼胚性愈伤组织的表达模式分析,为进一步研究和利用DlSAMS、DlACS和DlACO基因家族奠定基础。方法 从拟南芥数据库（TAIR）下载SAMS、ACS和ACO家族蛋白质序列作为参考序列,TBtools、NCBI Blast等工具搜索龙眼基因组数据库,鉴定DlSAMS、DlACS和DlACO基因家族。使用ExPASy、PrediSi、TMHMM Server 2.0、NetPhos 3.1 Server、Plant-PLoc、MEME、PlantCARE、STRING、TBtools等软件和在线工具预测DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员蛋白质基本理化性质、保守基序（Motif）与互作关系,定位染色体,分析基因共线性与选择压力、基因结构及启动子顺式作用元件;Clustal W和MEGA-X软件对龙眼、拟南芥、番茄、水稻和玉米的SAMS、ACS和ACO家族成员蛋白质序列分别进行多序列比对、构建系统进化树;根据龙眼转录组数据库的FPKM值,应用TBtools软件绘制DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员在体细胞胚早期不同阶段的表达热图;采用qRT-PCR法分析不同浓度ACC和不同处理时间下龙眼胚性愈伤组织DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员的表达情况。结果 龙眼第三代基因组中分别鉴定获得SAMS、ACS和ACO家族成员4个、11个和4个,在家族成员数量上与拟南芥、番茄等物种差异不大。DlSAMS家族成员最保守,所有成员的Motif相同;DlACS和DlACO家族成员也含有较多保守的Motif。3个家族共19个成员分布在11条染色体上,有6对共线性基因,与拟南芥有30对共线性基因,均受纯化选择作用。3个家族的成员均含有大量光、激素和逆境响应元件。家族成员内部的蛋白互作关系较弱,但家族成员之间互作关系非常紧密。多物种系统进化关系表明,SAMS、ACS和ACO家族均可分为3个亚家族,DlSAMS家族成员仅分布在SAMS-Ⅰ和SAMS-Ⅱ中,SAMS-Ⅲ可能为单子叶植物所特有;DlACS和DlACO家族成员在3个亚族中均有分布,且分布较为均匀;DlSAMS、DlACS和DlACO均与番茄和拟南芥的SAMS、ACS和ACO亲缘关系较近。对转录组FPKM值的分析表明,DlSAMS家族的所有成员以及DlACO4B在体细胞胚早期的3个阶段均高表达,可能在体细胞胚发生过程发挥着重要作用;DlACS1和DlACS6B在球形胚阶段高表达,可能与球形胚的形成密切相关。在胚性愈伤组织继代培养基中添加不同浓度的ACC能显著影响龙眼胚性愈伤组织的增殖量及DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员的表达。培养20 d时,主要表现为基因的上调表达,且ACC浓度越高,上调越明显;在25—35 d则主要表现为基因的下调表达。但是在20 d时,0.01 mmol∙L^-1 ACC处理的基因主要表现为下调表达,这可能是导致其增殖量显著大于对照的原因。结论 龙眼第三代基因组中分别有SAMS、ACS和ACO家族成员4个、11个和4个,在进化过程中的保守性均较高,且包含大量激素和逆境响应元件;3个家族成员对龙眼体细胞胚胎的发生起重要调控作用,0.01 mmol∙L^-1 ACC处理可能通过调控DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员的表达促进龙眼胚性愈伤组织增殖。

食品科学与工程

不同炒制条件对预制菜肴中双孢蘑菇风味的影响

马高兴,陶天艺,裴斐,方东路,赵立艳,胡秋辉

中国农业科学. 2022, 55(3):  575-588.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.012

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目的 翻炒的本质是一种非稳态传热的技术,炒制过程会显著改进食品的风味。通过比较不同炒制时间和温度对一种新型预制菜肴中双孢蘑菇风味的影响,为食用菌类预制菜肴的研发生产提供数据参考。方法 首先通过电子鼻、气相离子迁移色谱（GC-IMS）以及游离脂肪酸含量测定,评价预制菜肴中双孢蘑菇挥发性风味特征;进而利用电子舌分析结合可溶性糖（醇）、游离氨基酸、呈味核苷酸及有机酸含量测定对不同炒制条件下预制菜肴中双孢蘑菇非挥发性风味进行分析,并通过等效鲜味浓度（EUC）分析对预制菜肴鲜味强度进行评价;最终基于感官评定分析,探究在不同炒制条件下,预制菜肴中双孢蘑菇形态、色泽、风味、组织和口感的差异,根据消费者对于产品风味认知的主观性评价对不同炒制条件所得的产品。结果 整个炒制过程可分为3个阶段,对于炒制时间可具体分为2 min、4—8 min和10 min,而随着炒制温度上升,风味也可分为3个阶段,即160—170℃、180—190℃和200℃。随着炒制时间的延长,双孢蘑菇特征气味成分1-辛烯-3醇和3-辛醇含量增加;而随着炒制温度的增加,1-辛烯-3-醇和3-辛醇含量在180℃时达到最大值。从鲜味角度来看,4 min是预制菜肴中双孢蘑菇非挥发性风味形成最佳的炒制时间。随着炒制温度的增加,鲜味和甜味在180℃达到最强。过长的炒制时间会降低预制菜肴中双孢蘑菇可溶性糖（醇）的含量,并提高有机酸的含量。而随着炒制温度的提高,可溶性糖（醇）含量先升高,后降低;有机酸则呈现出升高的趋势。另外,通过对呈味核苷酸及游离氨基酸测定,发现不同炒制条件对核苷酸影响不大,但较长时间或较高温度的处理皆会降低预制菜肴中双孢蘑菇的游离氨基酸含量。最终通过等效鲜味浓度及感官评价分析发现,当炒制时间和炒制温度分别为4 min和180℃时,预制菜肴中双孢蘑菇的鲜味及感官评分最高,说明在炒制时间4 min,炒制温度180℃条件下所炒制的产品更容易被消费者所接受。结论 为使预制菜肴中双孢蘑菇具有最佳的香味和滋味,确定炒制工艺为炒制温度180℃,翻炒4 min。

畜牧·兽医·资源昆虫

广西麻鸡m6A甲基转移酶基因表达与肌纤维类型及成肌分化的关系

束婧婷,单艳菊,姬改革,章明,屠云洁,刘一帆,巨晓军,盛中伟,唐燕飞,李华,邹剑敏

中国农业科学. 2022, 55(3):  589-601.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.013

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目的 肌纤维类型及其转化的调节是改善肉质的重要途径,最新研究表明,m6A RNA 甲基化修饰在肌肉的分化中发挥着重要作用。以优良的地方品种——广西麻鸡作为研究对象,研究其性成熟日龄不同部位肌纤维类型的组成差异,探究m6A甲基化转移酶相关基因甲基化转移酶样蛋白 3/14 (methyltransferase like 3/14, METTL3/14)、Wilm 肿瘤 1-相关蛋白（Wilms’ tumor 1-associating protein,WTAP）和病毒样m6A 甲基转化酶（vir like m6A methyltransferase associated,VIRMA,也称 KIAA1429）在不同部位肌肉组织和成肌细胞分化前后的表达差异,为阐明肌纤维类型组成及转换的调控机理提供参考。 方法 采用ATPase染色法比较广西麻鸡胸部、腿部和背部肌肉群7个部位肌纤维类型、直径和密度等肌纤维性状差异,采用比色法检测成肌细胞分化前后不同时间点内源性m6A甲基化水平,采用实时荧光定量PCR方法检测上述4个基因在广西麻鸡7个部位肌肉以及成肌细胞分化前后的表达差异,并将其与肌纤维性状和m6A甲基化水平进行相关性分析。 结果 广西麻鸡性成熟日龄胸部肌肉群的胸大肌和胸小肌全部由白肌纤维组成,腿部肌肉群的耻坐骨肌内侧头、腓肠肌内侧头和缝匠肌均以红肌纤维为主,而髂胫外侧肌以白肌纤维为主,背部肌肉群的背阔肌则以红肌纤维为主;总体上,红肌纤维比例多的肌肉肌纤维密度显著高于白肌纤维比例多的肌肉。METTL3、METTL14、WTAP和KIAA1429基因表达存在显著的组织和时间特异性,总体上,在红肌纤维为主的肌肉中的表达量高于白肌纤维为主的肌肉,在分化期成肌细胞中的表达量要显著高于增殖期成肌细胞。肌肉中METTL3、METTL14和WTAP具有相似的表达模式,均在背阔肌中表达量最高,显著高于其他肌肉组织;在耻坐骨肌内侧头和腓肠肌内侧头的表达量次之,显著高于缝匠肌、胸大肌、胸小肌和髂胫外侧肌。KIAA1429基因在腓肠肌内侧头的表达量最高,显著高于其他组织;在背阔肌中的表达量次之,显著高于耻坐骨肌内侧头、缝匠肌、胸大肌、胸小肌和髂胫外侧肌;在胸大肌中表达量最低,但与在胸小肌和髂胫外侧肌中的表达量差异不显著。在鸡成肌细胞中,METTL3和METTL14基因表达变化趋势较为一致,均表现出先持续升高后下降的趋势,在刚分离0 h细胞中的表达量最低,在诱导分化后2 d（D2）细胞中的表达量最高,显著的高于增殖期和诱导分化当天（D0）细胞中的表达量。WTAP和KIAA1429基因表达变化趋势也较为一致,均呈现持续上升的趋势,在刚分离细胞中的表达量最低,显著低于其他时间点,至19 h显著上升,D0天略有增加,接着显著上升至D5天达到高峰。同时发现,随着成肌细胞的分化,内源性RNA m6A甲基化水平逐步上升,分化期的水平显著高于增殖期,在D2天甲基化水平最高,显著高于其他各时间点,随后在D5天显著下降,但略高于D0天。肌肉和成肌细胞中,METTL3、METTL14、WTAP和KIAA1429基因的表达两两之间均表现出极显著的正相关关系;肌肉中4个基因的表达与红肌纤维比例存在显著的正相关关系,与白肌纤维比例则呈显著的负相关关系;成肌细胞中4个基因的表达与m6A甲基化水平之间也存在正相关关系。 结论 广西麻鸡不同部位肌肉肌纤维类型组成存在差异,所研究的m6A甲基化转移酶4个基因之间协同表达,并可能对鸡肌纤维类型组成、维持及成肌细胞分化具有一定的调控作用。

动物源金黄色葡萄球菌生物被膜形成能力与分子分型关系研究

唐子云,胡健欣,陈进,陆毅兴,孔伶俐,刁露,张发福,熊文广,曾振灵

中国农业科学. 2022, 55(3):  602-612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.014

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目的调查产生生物被膜的金黄色葡萄球菌流行病学特征,探究生物被膜形成能力与分子型之间的相关性,为治疗动物金黄色葡萄球菌感染提供理论依据。方法以广东省兽药研制与安全评价重点实验室保存的98株金黄色葡萄球菌为研究对象,用结晶紫半定量法测定所有菌株生物被膜形成能力,将产膜菌株进行22种常见抗菌药的最小抑菌浓度测定,通过金黄色葡萄球菌常见3种（spa、MLST和PFGE）分型方式进行分子分型,并分析产膜能力与分子型之间的相关性,最后通过全基因组测序技术分析生物被膜产生菌株中耐药基因和毒力基因携带状况。结果结晶紫半定量结果显示,98株金黄色葡萄球菌中能产生生物被膜的菌株共计23株,占23.47%。包括牛乳源22株（占比25.29%,22/87）,其中14株（占比60.87%,14/22）来自浙江奶牛养殖场,8株（占比39.13%,8/22）来自福建奶牛养殖场,以及猪源1株（占比9.10%,1/11）,来自广东屠宰场,说明牛乳源金黄色葡萄球菌产膜潜力高于猪源;将产膜能力划分为强、中、弱3个等级,23株产膜菌株中,其中强产膜菌株2株（占比8.70%,2/23）,中产膜菌株9株（占比39.13%,9/23）,以及弱产膜菌株12株（占比52.17%,12/23）。药敏试验显示,牛乳源产膜菌株对所有受试抗菌药物敏感,而猪源产膜菌株对青霉素、阿莫西林、头孢噻呋、头孢西丁、恩诺沙星、环丙沙星、克林霉素、多西环素、红霉素、氟苯尼考、复方新诺明、泰妙菌素、替米考星13种抗菌药均表现出耐药;spa分型结果显示,98株金黄色葡萄球菌共获得8种spa型,产膜的23株金黄色葡萄球菌占其中3种：1株t2922型来自广东猪源,14株t2119来自浙江牛乳源,8株t189来自福建牛乳源;MLST分型结果显示,98株菌共分为9种ST型,其中6种ST型不具有产生生物被膜的能力,分别为ST398、ST522、ST705、ST1651、ST479和ST151,仅3种ST型的菌株具有生物被膜产生能力,分别为ST9、ST7和ST188。结果表明,强产膜菌株分子型主要为ST7-t2119,中产膜菌株主要为ST7-t2119和ST188-t189,弱产膜菌株为ST9-t2922、ST7-t2119和ST188-t189;同时结合PCA分析不同ST型组间差异性发现,弱产膜菌株的ST型能与中强产膜菌株很好的区分开来,只有特定ST型的金黄色葡萄球菌才具有产生生物被膜的能力。23株产膜菌株PFGE分型全部成功,结果显示,广东、福建、浙江三省产膜菌株共分为3种PFGE型,且PFGE型存在地域分布特征,同一地区的分离株可能存在克隆传播,但克隆株之间生物被膜产生能力有明显差异;全基因组测序结果显示,产膜菌株中耐药基因和毒力基因根据分子型不同携带情况呈现多样性。结论不同来源的金黄色葡萄球菌有不同程度产生生物被膜的潜力,且均携带多种不同的产膜基因,牛乳源金黄色葡萄球菌产膜潜力远远高于猪源;菌株能否产膜与ST型存在强相关性,特定的ST型如ST9、ST7和ST188更容易产生生物被膜。

中华蜜蜂气味结合蛋白AcerOBP7的表达及结合特性

赵慧婷,彭竹,姜玉锁,赵淑果,黄丽,杜亚丽,郭丽娜

中国农业科学. 2022, 55(3):  613-624.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.015

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目的 中华蜜蜂（Apis cerana cerana,简称中蜂）是我国本土蜂种,也是重要的传粉昆虫和经济昆虫。气味结合蛋白（odorant binding protein,OBP）是蜜蜂嗅觉感知中的关键蛋白。在前人对中蜂AcerOBP7基因序列特征分析的基础上,本研究进一步对其表达特性及与气味物质的结合能力进行探究,为揭示气味结合蛋白在中蜂嗅觉系统中的作用提供基础数据。 采用qRT-PCR检测AcerOBP7在工蜂不同组织和发育阶段的表达特性;通过原核表达系统获得AcerOBP7融合蛋白,使用Ni-NTA柱进行蛋白纯化;采用荧光竞争结合法,以1-NPN（N-phenyl-1-naphthylamine）为荧光探针,测定AcerOBP7与信息素及植物挥发物的结合能力;设计并合成dsAcerOBP7,采用饲喂法对该基因进行沉默,通过qRT-PCR测定沉默效率;结合RNAi,利用EAG检测并比较对照组与干扰组中蜜蜂触角对待测物质反应值的差异。 结果 qRT-PCR结果显示,AcerOBP7 mRNA在工蜂触角中的表达量极显著高于其他组织（P<0.01）,且在20日龄时表达量最高,在1日龄时表达量最低。成功构建了pET28a/AcerOBP7表达载体,通过大肠杆菌原核表达系统获得了高纯度的重组蛋白。与37种配体分子的荧光竞争结合试验表明,AcerOBP7与9-ODA、1-壬醇结合能力最强,Ki值均为1.85 µmol·L^-1,其次与(+)-柠檬烯、1-辛烯-3-醇、芳樟醇、反式肉桂酸乙酯、桉树脑、(+)-3-蒈烯及壬醛有较强的结合活性,Ki 值分别为1.87、2.66、2.72、3.05、3.88、4.14和4.40 µmol·L^-1,与所选择的幼虫信息素均无结合能力。使用饲喂dsRNA的方法成功干扰了AcerOBP7的表达,干扰效率最高可达70.63%。干扰后的EAG试验表明,中蜂触角对所测气味物质的反应强度均有所下降,其中1-辛烯-3-醇、壬醛、桉树脑和9-ODA的EAG相对值显著降低（P<0.05）。 结论 AcerOBP7在中蜂采集蜂触角中高表达,重组蛋白能与多种气味分子结合,表明AcerOBP7是一种广谱型结合蛋白,推测其可能在工蜂采集和哺育蜂王的行为中发挥着重要作用。另外,1-辛烯-3-醇、壬醛、桉树脑和9-ODA可能是AcerOBP7结合特异性较高的配体物质。