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    2022年 第55卷 第4期 刊出日期:2022-02-16
      
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    中国农业科学. 2022, 55(4):  0.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022-4-0
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    黑龙江省水稻种质稻瘟病抗性评价及抗瘟基因结构分析
    张亚玲, 高清, 赵羽涵, 刘瑞, 付忠举, 李雪, 孙宇佳, 靳学慧
    中国农业科学. 2022, 55(4):  625-640.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.001
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    【目的】稻瘟病严重威胁黑龙江省水稻的生产,选育和利用抗瘟品种是最经济、安全和有效的措施。了解黑龙江省水稻主栽品种的稻瘟病抗性,明确稻瘟病抗性基因的有效性,为黑龙江省稻瘟病抗病种质资源的选育和利用提供依据。【方法】2018年秋季在黑龙江省水稻主产区采集134株水稻单孢菌株,采用病原物接种鉴定方法对黑龙江省50个水稻主栽品种进行抗性分析;针对已报道的35个稻瘟病抗病基因,利用基因特异性引物对参试品种及阳性对照品种进行抗瘟基因检测,对部分无阳性对照品种抗性基因扩增后测序,与NCBI中公布的参考序列比对,分析稻瘟病抗性基因在相应品种中的存在情况;通过基因聚合类型与品种抗性表现相关性分析,明确与黑龙江省水稻品种抗性表现相关的基因型。【结果】根据抗性频率评价,参试的黑龙江省50份水稻品种中,龙粳20表现为抗,龙粳67、龙垦202、龙粳40、龙粳31、龙粳57和龙粳43表现为中抗,其余43个品种均表现感病。通过品种组合抗性分析发现龙粳20与龙粳67等33对品种组合的联合抗性系数(resistance association coefficients,RAC)较高,联合致病性系数(virulence association coefficients,VAC)较低,联合抗病性较好,该类搭配结构具有良好的应用前景。通过特异性引物对品种携带的抗瘟基因鉴定结果显示,抗瘟基因PishPi36Pi33Pi-CO39在供试品种中均被检测到,Pi63PtrPi37Pi64pi21Pi9Pi54Pi-khPiaPikpPi35PikmPik的被检出率为50%—100%,说明这类基因在黑龙江省水稻育种中应用较广泛;PitaPibPiiPi5Piz-tPi50Pi2的被检出率为10%—50%,Pid2仅在2个品种中被检测到,Pigm仅在吉粳88中被检测到,而PitPid3Bsr-d1Pi25Pid3-A4Pi56Pi1PikePb1在供试品种中均未被检测到,说明这类基因在黑龙江省水稻品种中分布较少。通过品种基因型分析发现,供试品种携带抗瘟基因12—19个不等,共58种抗瘟基因型,说明供试品种的抗瘟基因组合类型较丰富。单基因及多基因聚合与抗病相关性分析结果显示,Pi2Piz-tPi50Pi5Pii的分布频率与携带该基因且表现抗病的百分率相当;研究发现品种携带抗瘟基因越多,其表现为抗病品种的概率越高,携带Pi2+Piz-t+Pi50+α聚合类型的6份品种均表现为抗病。【结论】参试的黑龙江省水稻种质资源抗性偏低,部分品种组合种植有较高应用价值,抗瘟基因在参试品种中分布不等,Pi2Piz-tPi50Pi5Pii在品种抗病方面起主导作用,Pi2+Piz-t+Pi50+α基因聚合类型可以提高水稻抗瘟性。

    花生烘烤食用品质评价及指标筛选
    卞能飞, 孙东雷, 巩佳莉, 王幸, 邢兴华, 金夏红, 王晓军
    中国农业科学. 2022, 55(4):  641-652.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.002
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    【目的】探索花生烘烤食用品质评价方法,筛选评价指标,建立预测模型,为花生食用品质育种提供依据。【方法】以51个不同品质类型花生品种(系)的籽仁为试验材料,测定烘烤籽仁的食味指标、外观指标、质构指标和营养指标等食用品质相关指标27项,运用相关分析、主成分分析对花生烘烤食用品质进行综合评价,通过聚类分析对51个花生品种(系)的烘烤食用品质进行分类,通过回归分析建立花生烘烤食用品质预测模型和鉴定指标的筛选。【结果】51个花生品种(系)27项指标的变异幅度不同,变异系数为5.86%—39.65%。各单项指标均存在与之显著或极显著相关的指标,175组相关系数达显著水平,140组达极显著水平。主成分分析将27个单项指标转换为5个相互独立的综合指标,其贡献率分别为35.70%、20.63%、10.07%、8.19%和6.38%,代表了全部数据80.97%的信息量。综合评价分析表明,51个花生品种(系)烘烤食用品质综合值F平均为0.76,徐花甜29的F最高(F=1.51),烘烤食用品质最好,徐花15号的F最低(F=0.03),烘烤食用品质最差。相关性分析结果表明,21项指标与F显著相关。对花生烘烤食用品质综合值F进行聚类分析,将51个品种(系)划分为3类,第一类属于烘烤食用品质较好,包含徐花甜29、冀花甜1号、临花16号和徐花甜30共4个品种;第二类属于烘烤食用品质一般,包含33个品种(系);第三类属于烘烤食用品质较差,包含14个品种(系)。采用逐步回归分析方法,建立花生烘烤食用品质预测模型为:Y=0.979+0.021X7+0.081X21+0.009X20-0.034X19-0.074X27R2=0.953),筛选出5个烘烤食用品质鉴定指标,分别为百仁重、蔗糖含量、蛋白质含量、脂肪含量和山嵛酸含量。对不同类别花生特征分析可知,4个烘烤食用品质较好品种的百仁重中至高,蔗糖含量高,蛋白质含量中,脂肪含量低,山嵛酸含量低至中,根据预测模型,此类品种仍需进一步改良以提高蛋白质含量和降低山嵛酸含量。【结论】百仁重、蔗糖含量、蛋白质含量、脂肪含量和山嵛酸含量可作为鉴定花生烘烤品质的指标,可以确定优质烘烤花生品种应具备籽仁中大粒、高油酸、高蔗糖、高蛋白、低脂肪和低山嵛酸等性状。

    中国谷子种业创新现状与未来展望
    贾冠清, 刁现民
    中国农业科学. 2022, 55(4):  653-665.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.003
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    种业是农业发展的“芯片”,原始创新是农业可持续发展的根本动力。2021年中央一号文件明确提出推进中国农作物种业快速发展的要求,对中国农作物种业原始创新研究提出了明确期望。谷子是中国起源的传统粮饲兼用作物及特色杂粮作物,生产及消费规模均位居世界首位。作为粟类作物,谷子在中国农业生产及农耕文明的起始与发展过程中发挥了重要的推动和支撑作用,已有研究证实谷子在中国拥有悠久的栽培历史,并且形成了分布广泛且多样性丰富的各类种质资源。近年来,谷子在杂交品种选育及杂种优势利用、抗除草剂品种和适于机械化栽培品种推广、基因组学及功能基因研究等领域取得进展,在原始创新的推动下初步形成了以杂交品种和抗除草剂品种为经营主体的谷子种业体系,推动了谷子种业从无到有的突破。中国在谷子优异种质鉴定与创制方法研究、谷子高效育种技术途径研发、谷子关键性状的协调表达与调控规律解析、谷子良种繁育过程基本生物学属性研究以及谷子新品种真实性鉴定方法探索等方面原始创新的进步为谷子种业发展提供了支撑,形成了一套初具规模的种业原始创新技术。目前,谷子种业持续良性发展仍然面临包括优异突破性种质匮乏、育种技术水平相对滞后、品质与产量协调性不够、良种扩繁标准缺乏以及种业市场监管手段有待加强等诸多挑战。为了推进谷子种业持续快速、高效、深入的发展,未来中国谷子种业原始创新研究的主要方向包括:基于表型组学与基因组修饰技术、单倍体育种与全基因组选择技术和关键性状优异单倍型鉴定与整合技术的谷子规模化高效育种技术体系构建;基于种子发育生理调控、分子指纹及杂种优势高效利用技术的谷子种子高效生产储藏与监管技术体系构建;以及基于谷子种业产学研推一体化设计与高效整合的人才培养与创新体系构建等方面。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    杂交稻低播量精准条播育秧机插提高群体均匀度和产量的效应分析
    王亚梁, 朱德峰, 陈若霞, 方文英, 王晶卿, 向镜, 陈惠哲, 张玉屏, 谌江华
    中国农业科学. 2022, 55(4):  666-679.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.004
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    【目的】明确杂交稻低播种量下精准条播(precision drill sowing,PS)育秧提高机插群体均匀度和产量的效应,创建杂交稻毯苗稀播少本机插理论与技术。【方法】选用籼粳杂交稻甬优1540为供试品种,在余杭区崇化村和富阳区中国水稻研究所试验基地开展试验。以传统撒播(broadcast sowing,BS)育秧机插为对照,设计标准9寸秧盘横向取秧18穴,纵向取秧40穴的精准条播育秧机插方式,机插每穴播种量为2.5粒(T1,43.2 g/盘),3.5粒(T2,60.5 g/盘),4.0粒(T3,69.1 g/盘),考察种子分布均匀度、秧苗素质、机插质量、机插群体干物质生产、有效穗数均匀度及产量结构的变化。【结果】(1)与BS相比,PS提高了种子分布均匀度。(2)PS显著提高了秧苗素质,增加了秧苗的干物质积累和秧苗均匀度。与BS相比,不同播量下PS的秧苗均匀度平均提高47.5%,播量越低,PS对秧苗均匀度的提高作用越明显。(3)与BS相比,PS的机插漏秧率平均降低了8.9个百分点。同时PS使机插苗数均匀度平均提高了87.8%,其中T2处理PS机插每穴2—3苗比例最高,机插苗数均匀度最好。(4)PS通过提高机插群体的分蘖高峰苗数进而提高有效穗数,在不同播种量下,PS机插群体的有效穗数平均增加6.7%,同时使有效穗数均匀度提高40.2%,其中T2处理下PS机插群体的有效穗数和有效穗数均匀度最高,同时PS提高了机插群体的叶面积指数和干物质积累。(5)不同播量下PS通过增加机插群体的有效穗数使产量平均增加9.0%,其中T2处理产量最高,随着播量的增加,PS机插相对于BS机插的产量增加幅度下降,同时机插苗单株对产量的贡献率降低。(6)相关性分析表明,机插群体有效穗数均匀度和叶面积指数、干物质积累及水稻产量呈显著正相关。【结论】精准条播育秧机插通过提高种子分布均匀度,降低机插漏秧率,提高机插苗数均匀度,进而提升了杂交稻机插群体均匀度和产量,是在毯苗条件下实现杂交稻低播量丰产种植的有效方式。

    不同种植区玉米生理成熟后田间站秆脱水的积温需求
    黄兆福, 李璐璐, 侯梁宇, 高尚, 明博, 谢瑞芝, 侯鹏, 王克如, 薛军, 李少昆
    中国农业科学. 2022, 55(4):  680-691.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.005
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    【目的】机械粒收背景下,明确不同种植区玉米生理成熟后田间站秆籽粒脱水至适宜收获期的积温需求,以期为各种植区选育适宜粒收品种,合理安排农事作业和提高机械利用效率提供理论指导。【方法】 2014—2018年,在西北灌溉春玉米、北方春玉米和黄淮海夏玉米产区的典型试验点,选用141个不同熟期的主栽玉米品种,系统观测了籽粒含水率的动态变化,结合气象数据,分析不同产区玉米生理成熟后田间站秆籽粒脱水至含水率25%、20%的积温需求。【结果】不同产区玉米生理成熟期籽含水率不同,黄淮海夏玉米区参试品种的生理成熟期含水率均值为28.5%,西北灌溉春玉米区和北方春玉米区分别为29.9%、29.6%。相关分析表明,不同品种的生育期与生理成熟期籽粒含水率之间无显著相关性。以生理成熟至25%、20%含水率积温和生理成熟期含水率为指标,运用双向平均法将参试品种划分为积温需求少含水率高(I)、积温需求多含水率高(II)、积温需求少含水率低(III)、积温需求多含水率低(IV)4种类型。对于西北地区、华北地区和东北地区一年一熟的春播来说,可以选择III、IV类型品种,但是IV类型品种需要预留足够的积温来进行田间站秆脱水。对于黄淮海地区一年两熟的夏玉米,III类型品种能够较好协调小麦和玉米的生产调配,充分利用可供籽粒脱水的积温的余量。【结论】由于区域间玉米脱水期间热量条件的不同,玉米籽粒生理成熟至25%、20%含水率的天数均表现为西北灌溉春玉米区长于北方春玉米区、黄淮海夏玉米区。通过选择适合不同区域的积温类型品种、科学制定收获时间,可以有效降低收获时籽粒含水率和提高收获质量。

    基于GIS的河南省小麦产量及产量构成要素时空差异分析
    熊淑萍, 高明, 张志勇, 秦步坛, 徐赛俊, 付新露, 王小纯, 马新明
    中国农业科学. 2022, 55(4):  692-706.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.006
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    【目的】分析河南省不同产区小麦籽粒产量和产量构成要素的时空差异,明确不同产区进一步提高小麦籽粒产量的主攻方向。【方法】选用河南省小麦固定监测站点实地监测数据,利用地理信息系统(GIS)选择最优模型,绘制2017—2020年河南省4个小麦生产区产量与产量构成要素空间分布图,分析产量和产量构成要素在不同小麦产区的差异及其相互关系。【结果】小麦产量及产量构成要素在不同产区间存在差异,其中,产量和穗数均表现为豫北和豫中产区显著高于豫南和豫西产区,以豫北产区最高,豫西产区最低。而穗粒数表现为豫中、豫南和豫北产区显著高于豫西产区,豫中产区最高,豫西产区最低。千粒重表现为豫北产区最高,豫南产区最低。小麦产量、穗数、穗粒数、千粒重多在豫中和豫南交汇处(漯河、周口、驻马店等地)表现较高且在年际间稳定。相关分析表明,不同小麦产区产量构成三要素与产量的关系不一致。其中,豫北和豫中产区以穗数和穗粒数与产量的相关性最大,而豫西和豫南产区产量构成三要素与产量的相关性则表现为穗数最高,千粒重次之,穗粒数最低。通径分析进一步表明,4个小麦产区间产量构成要素对产量的贡献不同,其中,豫北产区以穗数、穗粒数对产量贡献最大,直接通径系数均为0.67;豫中和豫南产区产量构成三要素对产量的贡献依次为穗数>穗粒数>千粒重;而豫西产区则为穗数最大,千粒重次之,穗粒数最低,直接通径系数分别为0.69、0.45、0.39。同时,间接通径系数显示,豫北、豫中、豫南产区提高千粒重的增产效果优于提高穗粒数,而豫西产区则为提高穗粒数更优。【结论】河南省小麦产量及产量构成要素在不同小麦产间区及年际间存在较大差距,同时,不同小麦产区小麦产量构成三要素对产量的贡献不同,因此,河南省在进一步挖掘小麦生产潜力方面,应分区域、分年型精准分类进行。就本试验条件而言,河南省各小麦产区在稳定穗数的基础上,豫北、豫中、豫南产区应着力进一步挖掘千粒重的潜力,而豫西产区提高穗粒数的增产效果优于千粒重。

    植物保护
    番茄颈腐根腐病抗性鉴定技术的建立及抗性种质资源筛选
    王梦蕊, 刘淑梅, 侯丽霞, 王施慧, 吕宏君, 苏晓梅
    中国农业科学. 2022, 55(4):  707-718.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.007
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    【目的】探索番茄颈腐根腐病(Fusarium crown and root rot,FCRR)苗期抗性鉴定技术,并对番茄种质资源及品种进行抗性鉴定分析,挖掘和丰富可利用的抗性资源,为培育抗颈腐根腐病番茄品种打下基础。【方法】以尖镰孢番茄颈腐根腐病专化型病原菌(Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici,Forl)和感病栽培番茄Heinz 1706为材料,研究接种菌液浓度、接种寄主苗龄、接种后管理温度和不同接种方法对番茄颈腐根腐病人工接种鉴定效果的影响。随后通过苗期人工接种鉴定方法结合文献中已报道的与抗性基因连锁的分子标记,对100份番茄种质材料进行颈腐根腐病抗性鉴定分析。【结果】在一定范围内,番茄颈腐根腐病发病率及病情指数随着接种菌液浓度的升高而增大,接种菌液浓度为107个孢子/mL时,发病率及病情指数分别为100%和89.2,可以反映寄主真实的抗性水平;接种寄主苗龄为2—5叶期均能使植株发病,不同苗龄间病情指数无显著差异;接种后不同的管理温度对番茄颈腐根腐病的病情指数影响显著不同,其中较低的管理温度(20℃)有利于番茄颈腐根腐病的发生;使用浸根法和灌根法进行鉴定,番茄颈腐根腐病发病率和病情指数较高且效果稳定,显著优于茎注射法。对100份番茄种质材料进行分析,接种鉴定结果显示有38份材料表现抗病,这些材料可用于番茄抗颈腐根腐病育种或生产。在已报道的与Frl连锁的分子标记中,SCARFrl的准确率最低,仅为51%,C2-25的准确率为59%,而PNU-D4的准确率为83%,该标记可用于番茄抗颈腐根腐病辅助选择。【结论】建立的苗期抗性鉴定技术能客观反映供试材料的实际抗性水平,可用于番茄抗颈腐根腐病材料的鉴定筛选。

    携带不同原噬菌体的黄龙病菌在柑橘木虱体内的增殖及致病力
    黄家权,李莉,吴丰年,郑正,邓晓玲
    中国农业科学. 2022, 55(4):  719-728.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.008
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    【背景】在中国,柑橘黄龙病(citrus Huanglongbing,HLB)是由候选韧皮部杆菌亚洲种(‘Candidatus Liberibacter asiaticus’,CLas)所引起的一种毁灭性病害,严重威胁着柑橘产业的可持续发展。前期研究表明CLas全基因组上鉴定出3种单独类型的原噬菌体基因序列,而广东黄龙病菌主要以Type-2原噬菌体类型和Type-1+3混合原噬菌体类型为主。这两种CLas菌株在传病媒介——柑橘木虱(Diaphorina citri)体内的增殖及其对寄主植物的致病力差异依然不清楚。【目的】比较Type-2-CLas菌株和Type-1+3-CLas菌株在柑橘木虱体内的增殖能力和对砂糖橘(Citrus reticulata Blanco cv. Shatangju)的致病力差异。【方法】嫁接准备含有不同CLas菌株的砂糖橘,分别将50头柑橘木虱若虫和50头成虫放置到含有不同CLas菌株的砂糖橘嫩梢上刺吸获菌 6、12、18 d,利用荧光定量PCR检测并统计柑橘木虱若虫期、成虫期对Type-2-CLas和Type-1+3-CLas的获菌率和获菌量差异。饲养分别携带Type-2-CLas和Type-1+3-CLas菌株的柑橘木虱种群,分别将携带Type-2-CLas和Type-1+3-CLas菌株的20头柑橘木虱成虫置于健康砂糖橘嫩梢上刺吸2周,移除木虱后统计柑橘木虱获菌率和获菌量,每月追踪砂糖橘症状变化和叶片病菌浓度,利用光学显微镜观察接种360 d时叶片韧皮部和薄壁细胞形态学变化情况。【结果】柑橘木虱以若虫形态对Type-2-CLas和Type-1+3-CLas菌株的获菌率和获菌量无显著差异,但柑橘木虱以成虫形态对Type-2-CLas的获菌率和获菌量显著高于Type-1+3-CLas菌株。在虫传后120 d时接种Type-2-CLas菌株的叶片附近新叶会呈现更严重的斑驳症状。Type-2-CLas菌株侵染砂糖橘一年后抽出的新叶转绿不正常,出现均匀黄化、小叶的明显症状,而Type-1+3-CLas菌株新叶症状则为典型斑驳和革质化。叶片解剖观察结果发现,在叶片病菌浓度相近的情况下,相比于接种了Type-1+3-CLas 的叶片,接种了Type-2-CLas菌株的叶片韧皮部细胞发生更严重的细胞塌缩,在叶脉和叶肉薄壁细胞内造成较多的淀粉粒积累。【结论】Type-2-CLas比Type-1+3-CLas更容易在柑橘木虱成虫体内增殖,且达到较高的病菌浓度,间接证明了Type-2-CLas菌株具有高传染性。感染Type-2-CLas的新叶呈现均匀黄化、叶小的症状,而感染Type-1+3-CLas的新叶呈现较为斑驳和革质化的症状,Type-2-CLas比Type-1+3-CLas造成更严重的叶脉韧皮部塌缩和淀粉粒积累情况,说明Type-2-CLas比Type-1+3-CLas对柑橘具有更强的致病力。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    秸秆分解对两种类型土壤无机氮和氧化亚氮排放的影响
    张学林, 吴梅, 何堂庆, 张晨曦, 田明慧, 李晓立, 侯小畔, 郝晓峰, 杨青华, 李潮海
    中国农业科学. 2022, 55(4):  729-742.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.009
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    【目的】明确作物秸秆分解对土壤无机氮和氧化亚氮(N2O)排放的影响,为不同土壤类型采用合理的氮肥用量,促进秸秆分解、增加土壤可利用养分、减少N2O等温室气体排放提供理论依据。【方法】室内采用尼龙网袋法,设置秸秆类型(小麦和玉米)、土壤类型(潮土和砂姜黑土)和氮肥用量(N0:0,N1:180 kg N·hm-2,N2:360 kg N·hm-2)三因素培养试验,并设置无秸秆无氮肥为对照(CK),测定了土壤无机氮含量、N2O和CO2排放通量以及土壤酶活性等参数。【结果】与CK相比,添加作物秸秆的N0处理土壤无机氮含量显著降低,每添加1 g小麦或玉米秸秆平均减少0.8 mg或0.4 mg土壤无机氮。与潮土相比,不同氮肥用量条件下砂姜黑土添加小麦秸秆后土壤无机氮含量降低16%,而添加玉米秸秆后增加41%。与添加小麦秸秆相比,潮土和砂姜黑土添加玉米秸秆后无机氮含量分别增加111%和252%。两种土壤添加小麦或玉米秸秆均促进N2O和CO2排放。与CK相比,添加小麦秸秆和玉米秸秆的N0处理土壤N2O排放累积量分别增加70%和47%;CO2排放累积量增加346%和154%;全球变暖潜力增加53%和71%。与潮土相比,砂姜黑土添加小麦秸秆和玉米秸秆后N2O排放通量降低38%和61%,N2O排放累积量降低12%和51%,CO2排放累积量降低28%和16%。与潮土相比,砂姜黑土添加小麦秸秆的全球变暖潜力增加13%,而添加玉米秸秆却降低44%。与添加小麦秸秆相比,潮土和砂姜黑土添加玉米秸秆后N2O排放累积量分别增加88%和6%;CO2排放累积量降低21%和6%。不同氮肥用量和土壤类型条件下添加玉米秸秆的全球变暖潜力比小麦秸秆高91%。与N0和N2处理相比,砂姜黑土添加小麦秸秆或玉米秸秆的同时配施适量氮肥(N1)降低N2O排放量以及全球变暖潜力。与CK相比,两种土壤类型添加小麦或玉米秸秆后土壤蔗糖酶活性增加,而过氧化氢酶和氧气含量降低。与添加小麦秸秆相比,两种土壤添加玉米秸秆后脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性降低。与潮土相比,砂姜黑土添加作物秸秆后脲酶、过氧化氢酶活性降低,氧气含量增加;而过氧化氢酶活性和氧气含量均与N2O排放通量呈显著负相关。【结论】小麦和玉米秸秆分解均降低土壤无机氮含量、促进温室气体排放。玉米秸秆分解过程中土壤无机氮含量和N2O排放量均高于小麦秸秆;潮土添加小麦或玉米秸秆的N2O排放量高于砂姜黑土;砂姜黑土添加小麦或玉米秸秆并配施适量氮肥不会增加土壤N2O排放和全球变暖潜力。生产上秸秆还田应综合考虑秸秆类型、土壤类型和氮肥用量。

    紫云英与油菜混播对稻田土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响
    杨滨娟,李萍,胡启良,黄国勤
    中国农业科学. 2022, 55(4):  743-754.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.010
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    【目的】探究绿肥混播对稻田土壤N2O的减排效果和机制,筛选既高产稳产,又减排的适合南方双季稻区发展应用的绿肥混播种植模式。【方法】比较不同紫云英与油菜混播比例(单播紫云英(CK1)、单播油菜(CK2))、3/4紫云英+1/4油菜(3/4M + 1/4R)、1/2紫云英+1/2油菜(1/2M + 1/2R)、1/4紫云英+3/4油菜(1/4M + 3/4R))对稻田N2O排放规律及相关功能基因的影响。【结果】(1)作物种类影响N2O排放。各处理的N2O排放规律基本一致,其中冬作季N2O排放主要集中在冬季绿肥的盛花期,早晚稻季主要集中在水稻的分蘖、灌浆和成熟期。总体来看,稻田N2O排放主要集中在水稻季,早稻季的N2O排放量低于晚稻季;2018年稻田N2O排放通量总体比2019年高。(2)各处理的早稻N2O累积排放量差异均不显著。连续两年单播处理的N2O累积排放量低于混播各处理,其中2019年处理CK1最低,处理3/4M+1/4R的N2O周年累积排放量在各混播处理中最低。(3)整体来看,晚稻土壤的amoA-AOA和amoA-AOB基因拷贝数比早稻要高,amoA-AOA基因拷贝数比amoA-AOB高1—2个数量级。晚稻的土壤nirSnirKnosZ基因拷贝数比早稻要高,其中nirS基因拷贝数比nirKnosZ高1—2个数量级。紫云英与油菜混播提高了土壤amoA-AOA和amoA-AOB基因丰度,amoA-AOA基因为优势功能基因,而且提高了土壤nirSnirKnosZ基因丰度,nirS基因占主导地位。反硝化基因拷贝数比硝化基因拷贝数高1—3个数量级,反硝化作用对N2O排放贡献更大。【结论】“3/4紫云英+1/4油菜-早稻-晚稻”种植模式在保证高产和高肥力的情况下,N2O排放量相对较低,是较理想的种植模式。

    园艺
    芽变选种推动世界苹果和柑橘产业优质高效发展案例解读
    陈学森, 伊华林, 王楠, 张敏, 姜生辉, 徐娟, 毛志泉, 张宗营, 王志刚, 姜召涛, 徐月华, 李建明
    中国农业科学. 2022, 55(4):  755-768.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.011
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    综述了植物表观遗传和果树芽变选种研究进展,深度解析芽变选种推动世界苹果和柑橘产业优质高效发展的经典案例,主要结果概述如下:(1)DNA甲基化和组蛋白修饰等引起的表观遗传,广泛参与了植物各种生长发育过程及逆境胁迫响应;(2)果树芽变选种是优中选优,具有高效性、重演性、稳定性、多样性、多效性、表观遗传特性和实效性等6个特点,目前已选出苹果和柑橘等果树芽变品种600余个;(3)针对‘富士’和‘元帅’苹果及脐橙和温州蜜柑两类果树4个品种存在的问题,采用持续多代芽变选种技术,育成了系列新品种,形成了庞大的品种群,成为产业主栽品种,推动了产业的优质高效发展。因此,将来应加强两方面的工作:一是进一步加强果树芽变机理研究,推进育种技术创新。二是进一步提升果树芽变选种创新性及其推动果树产业发展重要性的认识,采用孟德尔遗传与表观遗传、常规技术与分子技术及杂交育种和芽变选种有机结合的技术路线,加大果树芽变选种及杂交新品种优系选育研究力度,为果树产业高质量发展提供品种支持。

    基于代谢组学的‘永春佛手’乌龙茶化学成分解析
    彭佳堃, 戴伟东, 颜涌泉, 张悦, 陈丹, 董明花, 吕美玲, 林智
    中国农业科学. 2022, 55(4):  769-784.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.012
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    【目的】不同茶树品种制作的乌龙茶风味品质和内含成分具有明显差异。本研究结合非靶向代谢组学、化合物定量分析、多元统计学等方法比较‘永春佛手’‘铁观音’和‘水仙’乌龙茶的化学成分差异,分析‘永春佛手’乌龙茶的特征性化学成分,并探讨茶树品种对乌龙茶内含成分和感官品质的影响。【方法】以‘永春佛手’品种为主要研究对象,‘铁观音’和‘水仙’品种为对照,三者均加工制成清香型、浓香型和陈香型乌龙茶,采用超高效液相色谱-四级杆-飞行时间质谱(UHPLC-Q-TOF/MS)进行非靶向代谢组学分析,对不同品种乌龙茶的差异化合物进行鉴定和筛选,并采用超高效液相色谱仪、氨基酸分析仪和超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱质谱(UHPLC-Q-Orbitrap-MS)对茶叶中主要化学成分和不同品种乌龙茶间差异化合物进行定量分析。【结果】相比于同一香型的对照品种乌龙茶,‘永春佛手’具有相对较高的氨基酸总量和茶氨酸含量,儿茶素类化合物总量和咖啡碱含量在清香型和浓香型的不同品种间无显著差异,在陈香型中均以‘永春佛手’乌龙茶含量最高,没食子酸含量在3种香型中均呈现‘水仙’>‘永春佛手’>‘铁观音’。代谢组学结合多变量统计表明,不同品种制成的乌龙茶化合物表型具有明显差异。清香型、浓香型和陈香型乌龙茶中,‘永春佛手’与对照品种乌龙茶间的差异化合物分别为50、59、47个,其中共同差异化合物有23个,包括14个黄酮(醇)糖苷、5个儿茶素类化合物及其衍生物、1个脂类、1个生物碱、1个有机酸和1个氨基酸类化合物。进一步对茶叶中常见的20个黄酮(醇)糖苷组分进行定量分析,结果显示‘永春佛手’乌龙茶中14个黄酮(醇)糖苷组分的含量显著高于对照品种乌龙茶,其含量是相同香型‘铁观音’品种乌龙茶的1.4—14.6倍,是‘水仙’品种乌龙茶的1.3—18.0倍。在定量的4类黄酮(醇)糖苷中,槲皮素糖苷均为主要的黄酮(醇)糖苷组分,含量高于山柰酚糖苷、杨梅素糖苷和芹菜素糖苷。感官审评分析表明较高含量的黄酮(醇)糖苷并未显著增强茶汤的涩味。【结论】代谢组学方法可以有效地对不同品种制作的乌龙茶进行化合物表征。‘永春佛手’‘铁观音’和‘水仙’按照相同工艺制成的乌龙茶具有较为明显的化学成分差异,其中黄酮(醇)糖苷类化合物差异最为显著,具有较高含量的黄酮(醇)糖苷类成分是‘永春佛手’乌龙茶在化学成分方面的一个重要特征。黄酮(醇)糖苷类成分有望作为判别指标用于乌龙茶制作品种的判别。

    食品科学与工程
    褪黑素处理对梨果实采后黑斑病及贮藏品质的影响
    向妙莲, 吴帆, 李树成, 王印宝, 肖刘华, 彭文文, 陈金印, 陈明
    中国农业科学. 2022, 55(4):  785-795.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.013
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    【目的】 探究褪黑素(Melatonine,MT)处理对梨果实采后黑斑病及贮藏品质的影响,为外源物质调控果实抗采后病害及贮藏品质提供理论依据和参考。【方法】 以‘翠冠’梨果实为试验材料,喷施0.1 mmol·L-1 MT溶液置室温,48 h后沿梨果实赤道两侧刺直径1 mm、深度3 mm大小两个小孔,待伤口晾干后注入20 µL浓度为1.0×106 spores/mL黑斑病菌(Alternaria alternata)孢子悬浮液,以无菌水处理作为对照。接种后果实置于25℃,分析梨果实病斑直径、诱导效果及过氧化氢酶(PpCAT)、过氧化物酶(PpPOD多酚氧化酶(PpPPO)、铜-锌超氧化物歧化酶(Cu-ZnSOD)等防御酶相关基因和几丁质酶(PpCHI)、β-1, 3葡聚糖酶(PpGLU)等病程相关基因的表达量,研究MT诱导梨果实抗黑斑病的效应和机理。此外,梨果实喷施0.1 mmol·L-1 MT溶液晾干后于(5±1)℃、相对湿度85%—90%贮藏42 d,以无菌水处理为对照,定期测定果实腐烂率、失重率、呼吸强度、硬度、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、总酚和丙二醛含量,从而探讨MT处理对梨果实贮藏效果和品质的影响。【结果】 梨果实接种A. alternata后,病斑直径随接种时间延长而逐渐增大,MT处理组果实病斑直径显著小于对照组(P<0.05),接种后第3、5和7天,MT对梨果实抗黑斑病的诱导效应分别为29.16%、45.03%和23.26%;梨果实PpCATPpPOD、PpPPOCu-ZnSOD、PpCHIPpGLU相对表达量在接种后第4—7天均显著高于对照,最大值分别为对照的1.35、2.08、2.28、2.02、2.89和3.45倍,其中PpPOD、PpPPOPpCHI在接种后第1—6天表达量持续上升,且MT处理可显著提高表达量,表明MT处理诱导梨果实抗黑斑病可能与其提高防御酶基因和病程相关蛋白基因表达密切相关。在低温贮藏期间,MT处理组果实腐烂率与对照组差异不显著,或因病原菌在低温下生长受到抑制,果实腐烂降低;梨果实硬度在贮藏期内逐渐下降,但MT处理组果实硬度均高于对照组,在28 d时差异显著,MT处理组为对照组的1.06倍;梨果实呼吸强度在贮藏前期(7—14 d)上升后下降,但与对照组相比,MT处理抑制果实呼吸强度,延缓果实衰老的效果在贮藏前期较后期更明显;此外,MT处理也可显著降低果实失重率,维持较高水平的可溶性固形物,延缓可滴定酸和维生素C降解,同时促进果实总酚含量积累,增强果实抗氧化能力,抑制MDA含量积累,减轻细胞膜脂过氧化伤害。以上结果揭示MT可能通过调节梨果实糖、酸和细胞壁代谢,从而增强果实品质与耐贮性。【结论】 0.1 mmol·L-1 MT处理诱导了梨果实对采后黑斑病的抗性,激发了果实防御酶和病程相关蛋白基因的表达,且能显著提高梨果实贮藏品质。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    蛋氨酸羟基异丙酯对母犊牛瘤胃发酵和微生物区系的影响
    孔凡林,李媛,付彤,刁其玉,屠焰
    中国农业科学. 2022, 55(4):  796-806.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.014
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    【目的】 蛋氨酸羟基异丙酯(HMBi)作为饲料添加剂广泛用于补充反刍动物日粮中缺乏的蛋氨酸(Met),尽管HMBi拥有过瘤胃特性,但仍有部分在瘤胃中降解。研究拟探究HMBi对犊牛瘤胃发酵和微生物区系的影响。【方法】 选取36头体重在(101±10)kg的84日龄断奶后荷斯坦母犊牛并随机分为两个处理组,分别为对照组(PC,0.40%Met)和蛋氨酸扣除组(PCMet,0.28%Met),通过减少PCMet组日粮中HMBi的添加使Met含量较PC组少30%。试验期97 d,其中预饲期7 d,正式试验期90 d。于试验0、90 d测定犊牛体重,正试期每天记录采食量,在试验90 d收集血清样品和瘤胃液样品用于发酵参数和微生物区系的测定。【结果】 (1)与PC组相比,PCMet组犊牛生长性能无显著差异(P>0.05),血清Met含量有降低的趋势(0.05<P<0.10);(2)PCMet组瘤胃乙酸摩尔百分比和微生物蛋白浓度与PC组相比显著降低(P<0.05),但两组间氨态氮和总挥发性脂肪酸浓度无显著差异(P>0.05);(3)与PC组相比,PCMet组微生物菌群的Shannon指数显著降低(P<0.05),PCoA和PREANOVA分析显示两组间显著分离(P<0.05)。PCMet组的后壁菌门(Firmicutes)相对丰度显著降低(P<0.05),而拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度显著升高(P<0.05)。属水平上,PCMet组莱克氏菌属(Olsenella)、瘤胃球菌属([Ruminococcus] gauvreauii group)、聚乙酸菌属(Acetitomaculum)、真杆菌属([Eubacterium] nodatum group)和粪球菌属(Coprococcus 1)的相对丰度显著降低。相关性分析揭示聚乙酸菌属和真杆菌属与乙酸摩尔百分比之间呈正相关关系,瘤胃球菌属与微生物蛋白浓度间呈正相关关系(P<0.05,r>0.7)。【结论】 研究说明扣除日粮中HMBi后犊牛瘤胃微生物多样性降低,微生物蛋白合成减少,其中,产乙酸菌属对HMBi扣除敏感,降低了乙酸的产生。总之,HMBi尽管作为过瘤胃产品,瘤胃中被降解部分仍对瘤胃发酵有调控作用。

    钙敏感受体和胆囊收缩素-1受体介导大豆蛋白水解物对小鼠食欲的影响
    王绿阳,崔雷鸿,冯江银,洪秋霞,游美敬,保浩宇,杭苏琴
    中国农业科学. 2022, 55(4):  807-815.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.015
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    【目的】探究大豆蛋白水解物(soy protein hydrolysate,SPH)对小鼠食欲的影响及其机制,以期从营养角度为猪采食调控技术的研究提供新思路。【方法】利用胃蛋白酶水解大豆蛋白产生SPH。首先探究灌胃不同浓度SPH对小鼠短期采食量及十二指肠肽钙敏感受体(Calcium sensing receptor,CaSR)、G蛋白偶联受体93(G protein-coupled receptor 93,GPR93)和肽转运受体(Oligopeptide transporter 1,PepT1)基因表达的影响;在此基础上,通过腹腔分别注射CaSR抑制剂NPS2143和外周CCK-1受体(Cholecystokinin-1 receptor,CCK-1R)抑制剂Devazepide,探究SPH是否通过CaSR-CCK- CCK-1R-下丘脑途径抑制机体采食。【结果】 灌胃1.5g·kg-1 SPH显著降低小鼠0—1 h采食量(P<0.05)、显著提高十二指肠CaSR的表达(P<0.05);与SPH组相比,SPH+NPS2143组小鼠0—1 h采食量升高,血液CCK水平降低,且均与对照组无差异(0.05<P<0.5)。同时,SPH显著降低小鼠0-1 h胃排空速率,显著提高下丘脑厌食神经因子POMC的基因表达(P<0.05),而SPH+Devazepide组这种作用消失。但灌胃SPH对小肠传输速率和下丘脑促食相关因子NPY(Neuropeptide Y)和AgRP(Agoutirelated peptide)的基因表达均无影响。【结论】十二指肠CaSR介导SPH促进CCK分泌,并通过外周CCK-1R延缓胃排空速率、提高下丘脑厌食神经因子POMC(Pro-opiomelanocortin)的基因表达来抑制食欲。

    H1N1亚型猪流感病毒HA蛋白225位氨基酸对病毒致病性的影响
    杨时鳗, 许程志, 许榜丰, 吴运谱, 贾云慧, 乔传玲, 陈化兰
    中国农业科学. 2022, 55(4):  816-824.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.04.016
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    【目的】流感病毒的致病性是由多个基因共同决定的,笔者之前的研究结果发现当两株具有相似基因特征的H1N1亚型猪流感病毒进行HA基因替换以后,病毒对小鼠的致病性发生了改变。通过确定影响病毒致病性的关键氨基酸位点,为进一步揭示流感病毒致病力差异奠定了基础。【方法】 对ZD71和SY130的HA蛋白氨基酸序列进行比对,确认氨基酸差异位点并设计定点突变引物,构建单点突变的重组病毒并测定其鸡胚半数感染量(EID50)。将拯救的亲本病毒、HA单基因替换重组病毒及单点突变重组病毒以感染复数(MOI)为0.001和0.1的病毒量分别接种于MDCK和A549细胞,测定病毒的体外复制能力;将上述各株病毒以50 μL含106EID50的剂量经滴鼻途径接种BALB/c小鼠,分别采集小鼠的脑、鼻甲、肺、脾、肾等脏器,匀浆处理后接种鸡胚分析病毒在小鼠体内各脏器的复制情况;将病毒分别以50 μL含101-106EID50的剂量经鼻腔感染BALB/c小鼠,感染后每天称量小鼠体重,当小鼠体重下降比率超过25% 时判定为死亡,统计死亡情况,测定病毒的小鼠半数致死量(MLD50),评估各突变病毒对小鼠的致病性,与亲本病毒进行分析比较后,获知决定病毒致病性的关键氨基酸位点。【结果】ZD71和SY130病毒HA蛋白共存在4个氨基酸差异位点,分别为4、138、144和225位(H3 Numbering)。经过定点突变、病毒拯救及序列测定确认,分别获得含有单个位点突变的重组病毒。通过测定病毒在MDCK和A549细胞上的复制情况,结果发现与亲本病毒rZD71相比较,突变病毒rZD71-HA/G225E在感染MDCK细胞的各检测时间点、及感染A549细胞24—48 h后,复制滴度均显著提高;与rSY130相比较,突变病毒rSY130-HA/E225G在感染MDCK细胞12—36 h后、及感染A549细胞36—72 h后,复制滴度均显著降低。而4、138、144位点的突变对病毒的复制影响较小。进一步的小鼠感染试验发现HA 225位氨基酸的改变显著影响了病毒对小鼠的致病性,与亲本病毒rZD71相比,225位氨基酸由G突变为E后,病毒rZD71-HA/G225E的MLD50由4.32 log10EID50降低至3.0 log10EID50;病毒不仅在小鼠鼻甲和肺脏内检测到,而且在脾脏和肾脏中也均有一定水平的复制。【结论】 HA蛋白225位氨基酸对两株H1N1 SIV对小鼠的致病性具有重要决定作用,提示在后续开展的病原学监测中要密切关注该位点氨基酸的变异情况,为更好地防控动物流感乃至人流感的大流行提供科学依据。