中国农业科学

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中国农业科学. 2022, 55(10): 0. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022-10-0

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陆地棉转录因子基因GhMYB108的克隆及其在抗旱中的作用

刘瑞达, 葛常伟, 王敏轩, 申延会, 李朋珍, 崔子倩, 刘瑞华, 沈倩, 张思平, 刘绍东, 马慧娟, 陈静, 张桂寅, 庞朝友

中国农业科学. 2022, 55(10): 1877-1890. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.001

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【目的】MYB基因家族作为植物中最大的转录因子家族之一,在抵御逆境胁迫中发挥着重要的作用。克隆陆地棉MYB转录因子基因GhMYB108,并进行表达分析,验证其在干旱胁迫响应中的作用,为进一步研究GhMYB108调控陆地棉耐旱的分子机制奠定基础。【方法】根据干旱转录组数据分析,确定GhMYB108为干旱响应基因;运用聚合酶链式反应（PCR）从陆地棉根系cDNA中扩增目的基因;对GhMYB108进行基因结构特征、预测基因序列信息以及系统进化关系等生物信息学分析;利用Plant Care网站对获得的基因启动子序列进行分析;在不同逆境胁迫条件下,对GhMYB108的表达特性进行qRT-PCR分析;通过亚细胞定位确定GhMYB108蛋白在细胞中的位置;利用酵母试验验证其转录活性;使用病毒诱导的基因沉默技术（virus induced gene silencing,VIGS）沉默GhMYB108,并用qRT-PCR检测基因沉默效率。观察沉默株系在干旱处理前后的表型变化,并统计存活率,采用试剂盒测定相关生理生化指标;通过对棉花叶片喷施ABA与氟啶酮试验来分析GhMYB108与ABA的关系。【结果】从陆地棉中克隆了GhMYB108（Gh_A10G1563）,其全长879 bp,编码292个氨基酸,其蛋白质相对分子量为33.288 kD,等电点为6.037,多重序列比对和保守结构域分析,发现GhMYB108含有2个高度保守的MYB结合结构域,属于典型的R2R3型MYB转录因子。不同物种亲缘关系分析发现,GhMYB108与AtMYB108、AtMYB78和AtMYB2的同源性较高,属于同一亚族,且已有研究发现AtMYB108、AtMYB78和AtMYB2与干旱或ABA信号通路相关。GhMYB108定位于细胞核,且具有转录激活活性。在干旱和对照植株中,GhMYB108均在根中表达量最高,茎中表达量最低,并且受自然干旱、18% PEG 6000模拟干旱、盐胁迫和低温等非生物胁迫诱导表达。GhMYB108沉默之后,在自然干旱条件下,沉默植株出现临界表型,与对照相比,其萎蔫更严重,且存活率降低,一些生理生化指标也发生显著变化,如叶片失水率加快,丙二醛含量升高,叶片相对含水量和脯氨酸含量减少,过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性降低,且通过DAB与NBT染色发现植物体积累了更多过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（O₂^-）。通过对棉花叶片喷施激素ABA或氟啶酮发现GhMYB108可受ABA信号的正调控。【结论】GhMYB108正调控棉花抗旱性,且受ABA信号的正调控。

甘薯苗期耐低氮基因型筛选及不同氮效率类型综合评价

范文静,刘明,赵鹏,张强强,吴德祥,郭鹏宇,朱晓亚,靳容,张爱君,唐忠厚

中国农业科学. 2022, 55(10): 1891-1902. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.002

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【目的】建立甘薯品种（系）耐低氮能力评价体系,筛选耐低氮基因型甘薯材料和评价不同氮效率类型,为研究耐低氮甘薯生理机制和挖掘氮高效基因奠定基础。【方法】采用水培试验,以来自国内外不同薯区的126份甘薯品种（系）为材料,低氮胁迫（0 mmol·L^-1纯氮）和正常施氮（14 mmol·L^-1纯氮）处理下,收集126个品种（系）地上干重、地上干物质增加量、地下干物质增加量、总干物质增加率、根冠比、蔓长、根长、叶数、叶绿素相对含量（CCI）、氮积累量和氮素生理利用效率11个性状表征值,计算各指标耐低氮胁迫指数。利用综合隶属函数法,进行主成分分析、回归分析和聚类分析,综合评价各甘薯品种耐低氮能力和氮效率类型。【结果】1）低氮水平条件下,不同供试甘薯品种（系）的地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、根长、蔓长、叶数、CCI、氮素积累量的均值低于正常氮处理,根冠比和氮素生理利用效率的均值高于正常氮处理;2）不同品种（系）的地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、根冠比、根长、蔓长、叶数、氮素积累量和氮素生理利用效率的变异系数高于正常氮处理,且其增幅排序为地上干物质增加量>总干物质增加率>地下干物质增加量>叶数>地上干重>氮素生理利用效率>氮积累量>根长>根冠比>蔓长;3）对11个指标的耐低氮胁迫指数进行主成分分析,3个主成分的累计方差贡献率达到72.67%,计算综合评价值Y;4）地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、叶数、蔓长、根长、根冠比、氮积累量、氮素生理利用效率的耐低氮胁迫指数与Y值的相关性达到极显著水平（P<0.01）,其中,地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、总干物质增加率、氮积累量和地上干重5项耐低氮胁迫指数的相关性较高,相关系数分别为0.85、0.86、0.81、0.79和0.73;5）建立Y值回归方程,选定耐低氮能力评价的8个指标,并进行系统聚类,划分甘薯基因型为耐低氮型、中间型、不耐低氮型3类;并对3种耐低氮甘薯类型的农艺性状和氮效率性状进行方差分析。【结论】地上干重、地上部干物质增加量,地下部干物质增加量、根长、蔓长、叶数、氮素积累量和氮素生理利用效率作为甘薯耐低氮能力评价的指标;13104-2/紫薯1号、宜宾红心薯、浙紫薯2号、渝紫3号、渝紫6号、漯紫1号和渝紫香10号7个为耐低氮型甘薯品种;耐低氮型品种的各性状表现好于中间型和不耐低氮型,其中,地上干重、地上部干物质增加量、地下部干物质增加量、蔓长和氮积累量差异显著。

种间距离对玉米-大豆带状套作土壤理化性状及根系空间分布的影响

任俊波, 杨雪丽, 陈平, 杜青, 彭西红, 郑本川, 雍太文, 杨文钰

中国农业科学. 2022, 55(10): 1903-1916. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.003

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【目的】探究玉米-大豆套作种间距离对土壤环境及根系空间分布的影响,以期为作物根系调控养分高效吸收提供理论依据。【方法】采用单因素随机区组试验设计,设置5种根系互作方式,其中玉米-大豆套作种间距分别为30 cm（MS30）、45 cm（MS45）、60 cm（MS60）,单作玉米行间距100 cm（MM100）,单作大豆行间距100 cm（SS100）,研究玉米-大豆套作下土壤理化性状及根系空间分布的变化规律。【结果】玉米蜡熟期（R4）至成熟期（R6）、大豆始粒期（R5）至成熟期（R8）,套作处理日平均土壤氧气含量、土壤呼吸速率随种间距离增加呈先增后减趋势;其中玉米土壤氧气含量MS45处理最高,MS30处理最低,而套作后的土壤呼吸速率均显著低于单作;大豆土壤呼吸速率以MS45处理最高,较SS100处理高130.00%,而套作后的土壤氧气含量均低于单作。与单作相比,套作玉米土壤中>5 mm水稳性团聚体含量、套作大豆土壤中5—2 mm水稳性团聚体含量、土壤NO- 3-N显著增加,其中均以MS45处理最高,较单作分别显著增加19.26%、4.49%、18.07%。共生期间,与单作相比,套作各处理玉米、大豆根系空间分布呈非对称性,套作玉米根系横向能延伸到大豆行的空间下方,纵向能下扎生长更深,套作大豆根系明显偏向大豆带生长,套作玉米和大豆根长、根表面积、根体积、根干重低于单作;玉米收获后,套作大豆根系恢复生长,在水平和垂直方向上进一步延伸,其中MS45处理的根体积高于单作。通过PCA分析,土壤养分含量和水稳性团聚体指标与根系形态参数呈正相关关系【结论】玉米-大豆带状套作合理的种间距离会促进土壤大团聚体的形成,增加土壤氧气含量,改善土壤通气环境及土壤养分状况,优化作物根系空间分布,促进根系生长发育。

基于APSIM模型的内蒙古四大生态区不同降水年型下主要作物适应性评价

刘霞霞, 李扬, 王靖, 黄明霞, 白蕤, 宋扬, 胡琦, 张佳莹, 陈仁伟

中国农业科学. 2022, 55(10): 1917-1937. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.004

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【目的】探究内蒙古四大生态区（黄土高原、阴山北麓、燕山丘陵和大兴安岭）不同降水年型下主要作物（玉米、马铃薯、莜麦、油菜、油葵和食葵）的适应性,为优化内蒙古主要作物布局提供重要科学参考。【方法】本研究选取4个生态区的典型站点,应用验证后的APSIM模型定量6种作物的潜在产量、雨养产量和产量差,以此计算不同降水年型下作物减产率,评估其适应性并基于作物水分生产函数解析作物对水分的敏感性。【结果】（1）6种作物营养生长期、生殖生长期和产量模拟值与实测值的RMSE分别为10.1 d、8.9 d和1 322.4 kg·hm^-2,NRMSE分别为14.6%、19.2%和22.6%,表明模型能够较好地模拟不同区域各作物的生长发育和产量形成。（2）玉米、马铃薯、莜麦、油菜、油葵与食葵的潜在干重产量分别为12 024±4 874、7 315±806、6 611±906、2 424±326、2 721±205、4 905±428 kg·hm^-2,莜麦与食葵的最大潜在产量在阴山北麓,其他4种作物的最大潜在产量在黄土高原。玉米、马铃薯、莜麦、油菜、油葵与食葵的雨养干重产量分别为3 056±2 902、3 337±1 608、2 974±1 677、912±511、869±618、1 508±984 kg·hm^-2,6种作物的雨养产量自西向东递增,在大兴安岭达到最大值。玉米、马铃薯、莜麦、油菜、油葵与食葵的产量差分别为8 968±5 844、3 978±2 358、3 637±2 122、1 512±832、1 852±749、3 397±1 328 kg·hm^-2,除玉米与莜麦外的4种作物产量差自西向东递减,在大兴安岭达到最低值。（3）以雨养产量相对于潜在产量的减产率为干旱指标,并参考雨养产量的变异系数,则在雨养条件下,黄土高原区各作物均不适宜种植;阴山北麓区枯水年各作物均不适宜种植,平水年适宜种植马铃薯,丰水年则适宜种植马铃薯、莜麦;燕山丘陵区枯水年各作物均不适宜种植,平水年适宜种植马铃薯与莜麦,丰水年6种作物均适宜种植;大兴安岭区枯水年适宜种植马铃薯、莜麦、油菜与食葵,平水年与丰水年6种作物均适宜种植。（4）6种作物的相对蒸散与相对产量的线性相关均达到了极显著水平（P<0.01）,R²在0.84—0.99。作物对水分亏缺的敏感度为：油葵>食葵>玉米>莜麦>油菜>马铃薯。【结论】本研究揭示了内蒙古四大生态区不同降水年型下作物的适应性,6种作物对水分的敏感性差异较大,雨养条件下,马铃薯在阴山北麓与燕山丘陵的平水年与丰水年型以及大兴安岭的所有年型下均适宜种植,莜麦在阴山北麓的丰水年型、燕山丘陵的平水和丰水年型以及大兴安岭的所有年型下均适宜种植,油菜与食葵在燕山丘陵的丰水年,大兴安岭的所有年型下均适宜种植,而玉米与油葵仅在燕山丘陵的丰水年,大兴安岭的平水年与丰水年型下适宜种植。

芸薹根肿菌活细胞PMAxx-qPCR快速定量检测方法的建立与应用

李晓菁,张思雨,刘迪,袁晓伟,李兴盛,石延霞,谢学文,李磊,范腾飞,李宝聚,柴阿丽

中国农业科学. 2022, 55(10): 1938-1948. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.005

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【目的】由芸薹根肿菌（Plasmodiophora brassicae）侵染引起的十字花科根肿病是一种世界性土传病害,病原菌长期存在于土壤中,对十字花科作物造成严重威胁。改良叠氮溴化丙锭（propidium monoazide xx,PMAxx）可选择性地穿透受损的死细胞膜,并抑制死细胞DNA的实时荧光定量PCR（qPCR）扩增。本文将PMAxx与qPCR技术相结合,建立一种快速检测芸薹根肿菌活菌的方法,为根肿病的早期诊断及制定科学的防控措施提供依据。【方法】配置浓度分别为0、5、10、20、40、60 µmol·L^-1的叠氮溴化丙锭PMA和改良叠氮溴化丙锭PMAxx,比较两种核酸染料对芸薹根肿菌死细胞DNA扩增的抑制效果,确定最佳核酸染料及工作浓度;设置光照时间分别为0、2、5、10、15和20 min,进行最佳光照时间的优化,建立芸薹根肿菌活细胞PMAxx-qPCR快速检测体系。设置芸薹根肿菌活孢子百分比为0、0.01%、0.1%、1%、10%、25%、50%、75%和100%的混合体系,验证PMAxx-qPCR体系的准确性,并应用于田间土壤样本中芸薹根肿菌活孢子的定量检测。【结果】PMAxx对芸薹根肿菌死细胞DNA的扩增抑制效果更好,当芸薹根肿菌浓度为1×10⁸个孢子/mL,PMAxx预处理的最适终浓度为4 µmol·L^-1,最佳光照时间为10 min时,可有效地抑制死孢子DNA的扩增,仅以有活力孢子DNA为靶标选择性地扩增。利用PMAxx-qPCR技术检测已知不同活孢子比例的菌悬液样品,各样品实测孢子存活率和理论存活率之间呈正相关（R²=0.992）。对田间采集的25份土壤样本,采用PMAxx-qPCR方法检测到11份样本中携带芸薹根肿菌,活细胞DNA浓度为32.35—6.97×10³ fg·g^-1。【结论】建立了基于PMAxx-qPCR的芸薹根肿菌活细胞定量检测技术,该技术具有快速、准确、灵敏的特点,解决了qPCR不能仅对活体病原菌进行准确鉴别和定量分析的问题,为制定有效的根肿病防控策略提供了依据。

草地贪夜蛾在中国西北地区的迁飞路径

吴秋琳,姜玉英,刘媛,刘杰,马景,胡高,杨明进,吴孔明

中国农业科学. 2022, 55(10): 1949-1960. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.006

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【背景】草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是联合国粮食及农业组织（FAO）全球预警的重大迁飞性农业害虫,2018年底入侵中国后对玉米等农作物生产构成了严重威胁。远距离迁飞习性是草地贪夜蛾区域性转移危害的生物学基础,其在东亚季风和印度季风流行的气候环境下,可形成纵贯中国东部地区和西部地区的迁飞路线。据连续两年全国普查,草地贪夜蛾沿西线迁飞路线逐代北侵的终点位于我国西北地区的宁夏全境和内蒙古阿拉善左旗。但目前,入侵中国西北地区的草地贪夜蛾的虫源地尚未明确,该害虫在整个中国西部地区的迁飞路径研究也鲜有报道。【目的】阐释驱动草地贪夜蛾迁入中国西北地区的关键气象动力因子,明确该地区首次入侵种群的虫源地所在,精准解析亚洲季风气候背景下草地贪夜蛾的迁飞路径,为建设监测预警体系和指导区域性治理提供依据。【方法】利用2019—2020年草地贪夜蛾在西北地区宁夏的成虫种群动态监测数据和气象资料,采用中尺度气象数值模拟、昆虫迁飞轨迹模型、地理信息系统等技术手段,分析草地贪夜蛾远距离迁飞的大气动力背景场,模拟计算草地贪夜蛾在中国西北地区连续1—3个夜晚的迁飞路径和回推轨迹落点。【结果】7—9月份出现的偏南夏季风是影响宁夏等西北地区草地贪夜蛾不断迁入的关键气象因子,其虫源主要来自于甘肃东南部、四川东部,其次为陕西西部,此外,重庆西南部、云南东北部和山西西部局部也可为西北地区提供一定的虫源。【结论】在偏南夏季风的主导作用下,草地贪夜蛾经由多个夜晚的连续迁飞可构成其在中国西部地区的主要迁飞路径。该路径源自缅甸,自南向北依次经由中国“云南-四川和重庆-陕西和甘肃-宁夏”,最北可达内蒙古。在7—9月份偏南风盛行期提前和风速偏强的气候条件下要加强西北部玉米种植区草地贪夜蛾的监测预警与防治工作。

玉米田桃蛀螟幼虫的空间分布型与抽样技术

李少华,王云鹏,王荣成,尹萍,李向东,郑方强

中国农业科学. 2022, 55(10): 1961-1970. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.007

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【目的】桃蛀螟（Conogethes punctiferalis）是重要的农业害虫,近年来在我国黄淮海玉米产区危害日益严重,已成为玉米安全生产的威胁之一。空间分布型是昆虫种群的重要生态属性,研究桃蛀螟幼虫在玉米田的空间分布型,明确其在玉米田的空间分布特征,为桃蛀螟的田间抽样计划制定、预测预报和有效防治提供科学依据。【方法】利用传统统计学（聚集度指标、Taylor幂法则和Iwao回归模型）和地统计学方法研究玉米田桃蛀螟幼虫种群的空间分布型。基于Iwao回归模型确定桃蛀螟幼虫的理论抽样数,通过序贯抽样技术得到不同允许误差（D=0.1、0.2、0.3）和经济阈值（m₀=0.5、1、1.5、2头/株）下的最大理论抽样数。【结果】两种统计学方法的结果均表明桃蛀螟幼虫种群在玉米田的空间分布型属于聚集分布。聚集度指标分析表明桃蛀螟幼虫的分布型为聚集型;Taylor幂法则结果显示桃蛀螟幼虫种群为聚集分布,且聚集强度随种群密度的升高而增加;Iwao回归模型证明桃蛀螟幼虫的空间分布型属于聚集分布,且为一般的负二项分布。根据半方差函数模型参数,确定桃蛀螟幼虫种群的最优拟合模型为球型、指数型和线型,表明空间分布型为聚集型;通过Kriging插值法分析得到桃蛀螟幼虫种群的三维和二维空间分布图,其聚集中心主要分布在田块边缘。基于Iwao回归模型抽样技术明确了桃蛀螟幼虫在置信概率t=2,不同平均密度m=0.5、1、2、3、4、5、10、15时的理论抽样数。进行序贯抽样确定了最大理论抽样数,在t=2,D=0.1、0.2、0.3时,当m₀=0.5头/株,最大理论抽样数分别为3 417、854和380株;当m₀=1头/株,最大理论抽样数分别为1 717、429和191株;当m₀=1.5头/株,最大理论抽样数分别为1 150、287和128株;当m₀=2头/株,最大理论抽样数分别为867、217和96株。【结论】桃蛀螟幼虫种群的空间分布型为聚集分布中的负二项分布,聚集中心主要分布在田块边缘。基于序贯抽样确定的理论最大抽样数可用于指导玉米田桃蛀螟幼虫的监测和防治。

基施氮肥及灌浆前期喷施锌肥对小麦籽粒富锌及蛋白组分含量的影响

吴天琪,李雅菲,师江澜,宁鹏,田霄鸿

中国农业科学. 2022, 55(10): 1971-1986. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.008

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【目的】叶面喷锌（Zn）是提高小麦籽粒锌含量进而解决人体缺锌问题的有效农艺措施。探明不同施氮（N）量下叶面喷锌后小麦全粒及面粉中的富锌效果及对蛋白组分含量的影响。【方法】基于长期定位试验,于2018—2020年连续进行了两年裂区田间试验。以基施不同用量氮肥（N₀、N₁₂₀、N₂₄₀,施N量分别为0、120、240 kg∙hm^-2）为主区,副区为灌浆前期喷施锌肥处理（Zn₀、Zn₁,分别为喷H₂O、喷0.4% ZnSO₄·7H₂O）,测定了灌浆前期和成熟期各部位锌含量、叶片等营养器官中锌向籽粒的转移量及分配、籽粒和面粉中蛋白质及其组分含量。【结果】与N₀相比,N₁₂₀和N₂₄₀处理籽粒产量显著提高,增幅达88%—114%,但N₁₂₀和N₂₄₀处理之间并无显著差异。叶面喷锌均能显著提高小麦籽粒和面粉锌含量且籽粒达富锌标准,而不受施氮量的影响,其中,N₁₂₀、N₂₄₀处理小麦籽粒锌含量分别比N₀处理提高0.95和1.12倍。与N₀相比,施用氮肥均提高了小麦灌浆前期叶片等营养器官中氮、锌向籽粒的转移量,但降低了二者的转移比例,其中氮转移比例由60.2%下降至48.6%,锌由55.4%下降至42.3%。无论喷锌与否,氮、锌向籽粒的转移量及成熟期籽粒中氮、锌含量均呈显著线性正相关,且喷锌时氮、锌协同效应更为显著。与灌浆前期相比,成熟期小麦籽粒和面粉中储藏蛋白（醇溶蛋白和谷蛋白）含量显著增加,约占蛋白含量的80%—84%。施氮对籽粒和面粉中醇溶蛋白和谷蛋白含量提升幅度高于清蛋白和球蛋白,且以谷蛋白最大,而喷锌不影响籽粒和面粉中蛋白质及其组分含量,但在Zn₁条件下,施氮对籽粒和面粉中谷蛋白含量的提高幅度高于Zn₀条件下,分别提升37.5%和38.1%。【结论】叶面喷锌能够实现籽粒富锌,但不影响籽粒和面粉中蛋白质及其组分含量,表明籽粒和面粉中存在足够的用于锌储存的蛋白质库。因此在潜在缺锌石灰性土壤上,通过合理施用氮肥结合小麦灌浆前期叶面喷锌,能在保证小麦高产稳产的同时提高籽粒氮、锌营养品质。

洱海流域植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价

郭迎新,陈永亮,苗琪,范志勇,孙军伟,崔振岭,李军营

中国农业科学. 2022, 55(10): 1987-1999. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.009

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【目的】通过研究洱海流域植烟土壤养分时空变异特征,实现对该区域植烟土壤肥力分级评价及其空间可视化的目标,进而为洱海流域烟田养分分区管理、平衡施肥、农业面源污染防控等提供科学依据。【方法】以2011—2013年、2018年和2020年洱海流域植烟区964个土壤样品为研究对象,采用地统计学和地理信息系统（Geographic Information Systems,GIS）技术探究养分的时空变异特征和区域分布格局,并采用Fuzzy综合评价法对植烟区土壤肥力进行定量评价。【结果】2011—2020年洱海流域植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾的均值为7.3、59.6 g·kg^-1、3.5 g·kg^-1、54.4 mg·kg^-1、192.0 mg·kg^-1,均表现为中等变异。植烟土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量丰富,丰缺等级处于中上等级及以上的区域面积占比分别为85.2%、93.8%、94.5%及78.8%,存在明显的区域变异性。植烟土壤肥力处于I—V级的区域面积占比分别为8.4%、25.0%、40.3%、23.3%、3.0%。洱海流域植烟土壤整体偏碱性,pH值呈现出洱海北部高于南部的现状;有机质和全氮含量高值区主要分布于洱海北部和西部;有效磷含量高值区以斑块状分布在洱海北部、东部和西部;速效钾含量高值区呈片状分布在洱海北部和东部。【结论】洱海流域植烟土壤整体肥力较高,III级及以上高肥力区主要分布在洱海北部和东部。同时,洱海北部和西部植烟土壤氮磷元素含量丰富,区域内存在农业面源污染风险。

丛枝菌根真菌对玉米生育期土壤N₂O排放的影响

张学林,何堂庆,张晨曦,田明慧,李晓立,吴梅,周亚男,郝晓峰

中国农业科学. 2022, 55(10): 2000-2012. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.010

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【目的】明确丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）影响玉米生育期土壤氧化亚氮（N₂O）排放的机制,为增加玉米产量、提高氮素利用效率、减少温室气体排放提供理论依据。【方法】采用分室（生长室和菌丝室）箱体装置,盆栽设置氮肥用量（N1：180 kg N·hm^-2;N2：360 kg N·hm^-2）和丛枝菌根真菌（M0：作物根和AMF均不能从生长室进入菌丝室;M1：只有丛枝菌根真菌能从生长室进入菌丝室;M2：作物根和丛枝菌根真菌均能从生长室进入菌丝室）双因素试验,测定玉米生长期间植株生物量、植株氮素积累量、N₂O排放量;采用Illumina平台Hiseq 2500 PE250高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性对丛枝菌根真菌的响应。【结果】氮肥用量和丛枝菌根真菌均显著影响玉米产量、植株生物量、植株氮素积累量和N₂O排放量。不同氮肥用量条件下接种丛枝菌根真菌均显著增加玉米籽粒产量、植株生物量和氮素积累量。与M0相比,N1条件下M1和M2处理产量均值分别增加38%和82%,地上部氮素积累量增加30%和52%,无机氮含量减少26%和65%;N2条件下M1和M2处理籽粒产量分别增加16%和48%;地上部氮素积累量增加9%和33%,无机氮含量减少34%和55%。与M0相比, N1条件下M1和M2处理N₂O累积排放量分别降低17%和40%,N₂O排放强度分别降低41%和67%;而N2条件下N₂O累积排放量降低26%和45%,排放强度分别降低28%和57%。NMDS 分析表明,施肥和丛枝菌根真菌均对细菌群落结构有较大影响。与N1均值相比,N2处理门水平变形菌门（Proteobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）相对丰度分别降低6%和15%,而放线菌门（Actinobacteria）增加32%;属水平链霉菌（Streptomyces）增加27%,芽单胞菌属（Gemmatimonas）降低8%。与M0相比,N1条件下M1和M2处理的Streptomyces分别增加64%和205%,Gemmatimonas细菌丰度分别增加31%和53%;N2条件下M1和M2处理的Streptomyces分别增加10%和93%,M1处理的Gemmatimonas细菌丰度降低2%,M2处理Gemmatimonas细菌丰度增加56%。土壤中Streptomyces和Gemmatimonas与N₂O排放量呈显著负相关,而与玉米产量呈显著正相关。【结论】不同氮肥水平玉米接种丛枝菌根真菌均能显著降低土壤N₂O排放量,这种影响主要通过提高玉米氮素的吸收利用和改善土壤细菌群落组成实现的,其中主要增加了土壤链霉菌属和芽单胞菌属的相对丰度。

不同砧木对欧亚种葡萄‘丹娜’果实类黄酮物质的影响

韩晓, 杨航宇, 陈为凯, 王军, 何非

中国农业科学. 2022, 55(10): 2013-2025. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.011

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【目的】类黄酮物质是酿酒葡萄的重要代谢产物,对葡萄果实及其葡萄酒的品质有重要影响。研究不同砧木对‘丹娜’（Vitis vinifera L. cv. Tannat）葡萄基本理化指标和类黄酮物质的影响,为砧木的选择利用提供理论依据。【方法】以‘丹娜’葡萄新梢为接穗,绿枝嫁接‘1103P’‘101-14’‘SO4’和‘贝达’（‘Beta’）等4种不同砧木,在分析不同嫁接苗商业采收期（2016、2017和2019年）葡萄果实基本理化指标（可溶性固形物、可滴定酸、pH、百粒重）的基础上,利用高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）技术,检测‘丹娜’葡萄不同砧穗组合和自根苗的类黄酮物质组成和含量。【结果】砧木对‘丹娜’葡萄果实百粒重影响较小,自根苗和‘101-14’嫁接的‘丹娜’葡萄可溶性固形物较高;Tannat/1103P、Tannat/101-14和Tannat/Beta组合果汁可滴定酸浓度高于自根苗;Tannat/SO4组合的花色苷和黄酮醇含量最低,Tannat/101-14组合与自根苗花色苷和黄酮醇含量较高;Tannat/101-14组合果皮中的黄烷醇含量较高,Tannat/1103P组合果皮中花色苷、黄酮醇含量较低,但黄烷醇含量较高。通过OPLS-DA模型,发现与自根苗相比,Tannat/101-14组合差异化合物主要是二甲花翠素类花色苷;Tannat/Beta组合主要差异化合物为二甲花翠素类、花翠素类和乙酰化类花色苷、槲皮素类黄酮醇以及总黄烷醇;而Tannat/SO4组合与自根苗差异化合物二甲花翠素类、花翠素类、花青素类和乙酰化类花色苷及槲皮素类黄酮醇;Tannat/1103P组合的差异化合物则主要为乙酰化类和二甲花翠素类花色苷、槲皮素类黄酮醇。【结论】在北京地区,4种砧木嫁接都有降低‘丹娜’葡萄果实中甲基花青素类、甲基花翠素类、花青素类、非酰化类、乙酰化类、香豆酰化类花色苷以及梅酮类和西伯利亚落叶松黄酮类黄酮醇物质的趋势。‘101-14’嫁接的‘丹娜’葡萄果皮中花色苷、黄酮醇、黄烷醇等类黄酮物质积累较多,有利于酿酒品质的提升,推荐使用;而‘SO4’嫁接的‘丹娜’葡萄类黄酮物质积累较少,不推荐使用。

不同类型桃果实内酯芳香物质构成与重要性评价

张圆圆,刘文敬,张斌斌,蔡志翔,宋宏峰,俞明亮,马瑞娟

中国农业科学. 2022, 55(10): 2026-2037. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.012

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【目的】分析不同类型成熟桃果实的内酯芳香物质构成,并评价其对于桃果实芳香的重要性。【方法】以涵盖不同果肉质地、果肉颜色、果实成熟期等的多品种桃果实为试材,采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用体系检测样品的芳香物质,通过精确的定性和定量分析,明确内酯芳香物质的构成,并结合芳香物质的气味活性值分析评价其重要性。【结果】内酯芳香物质存在于本研究全部桃品种的成熟果实中,样品中共检测到10种内酯芳香物质,包括γ-己内酯、γ-辛内酯、γ-庚内酯、γ-癸内酯、5-羟基-2, 4-癸二烯酸-δ-内酯、δ-癸内酯、γ-十一内酯、δ-辛内酯、茉莉内酯、顺式-4-羟基-6-十二烯酸内酯。各内酯物质具有特定的气味属性,主要散发果香（桃/椰子）、甜香、奶油香、焦糖香、花香和草本味等气味。不同品种的桃果实共有的内酯物质是γ-己内酯,较为普遍存在的内酯物质包括γ-癸内酯和δ-癸内酯,部分品种存在特有的内酯物质,如‘深州蜜桃’果实中的顺式-4-羟基-6-十二烯酸内酯。果实成熟期时,溶质‘白花水蜜’‘深州蜜桃’‘橙香’‘奉化玉露（晚）’‘肥城红里大桃’等品种中检测到较多种类的内酯芳香物质,硬质‘霞脆’‘秦王’‘华玉’等品种果实具有较少种类的内酯芳香物质。气味活性值分析表明,由于极低的气味阈值和较高的物质含量,γ-癸内酯存在于大部分品种中,且对于这些品种桃香气的形成具有重要贡献,使溶质‘深州蜜桃’‘橙香’‘奉化玉露（晚）’‘白花水蜜’等品种果实均具有较为强烈的典型的桃香气味,溶质‘阿初桃’和硬质‘华玉’品种的典型桃果芳香较淡,而未检测到该内酯的硬质‘秦王’‘霞脆’品种果实则没有典型的桃果芳香。此外,γ-辛内酯使部分品种（本研究中为‘橙香’和‘深州蜜桃’）桃果实呈现更为强烈的椰果味和非常甜的气味。【结论】内酯是桃果实挥发性芳香物质的一个重要类别,桃果实内酯物质构成丰富,成熟果实至少包含10种内酯芳香物质。内酯物质类别和含量的差异是不同品种尤其是不同果肉质地的桃果实芳香特征的一个重要体现,而不同果肉颜色或成熟期品种的内酯芳香无显著差异。γ-己内酯是品种之间共有的内酯物质,γ-癸内酯和δ-癸内酯是品种之间较为普遍存在的内酯,顺式-4-羟基-6-十二烯酸内酯等是部分品种特有的内酯物质。γ-癸内酯和γ-辛内酯等内酯对于品种的典型桃香气以及独特芳香气味的形成具有重要贡献。

藜麦蛋白Pickering乳液添加对鱼糜蛋白凝胶冻融稳定性的影响

冯潇,张帆,陈颖,成佳欣,岑凯悦,汤晓智

中国农业科学. 2022, 55(10): 2038-2046. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.013

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【目的】基于藜麦蛋白Pickering乳液的冻融稳定性,探究其加入到鱼糜蛋白凝胶中提高鱼肉蛋白凝胶冻融稳定性的可行性,拟解决运输存储中温度波动造成鱼糜蛋白凝胶产品质量受损的问题。【方法】制备藜麦蛋白Pickering乳液,分散于鱼糜中并加热制备成蛋白凝胶,然后对鱼糜蛋白凝胶进行3次冻融循环,分别测量冻融前后鱼糜蛋白凝胶的质构、色度和水分分布,测定3次冻融后的汁液流失以及凝胶中的冰晶分布。【结果】藜麦蛋白Pickering乳液添加在提高鱼糜凝胶亮度和白度的同时,抑制了冻融循环引起的色度变化,并且延缓了凝胶在冻融中硬度和咀嚼度的变化速率。藜麦蛋白Pickering乳液的添加对于冻融前鱼糜凝胶的水分分布没有影响,但是显著增加了冻融循环后鱼糜凝胶中不易流动水的比例,减少了自由水的比例,从而减少了鱼糜凝胶冻融后的汁液流失。冰晶结果显示,乳液的添加可以显著降低冰晶的直径,从而减少冰晶对肌肉组织造成的损害以及自由水的生成。【结论】藜麦蛋白Pickering乳液的添加削弱了冻融对凝胶颜色及质构的影响,保持了凝胶的网络结构,提高了鱼糜凝胶的冻融稳定性,保持了冷冻鱼糜产品的品质及营养价值。藜麦蛋白Pickering乳液有望成为新型的抗冻剂应用于冷冻食品中。

miR-221靶向IRS1抑制绵羊乳腺上皮细胞活力和增殖

柯娜,郝志云,王建清,甄慧敏,罗玉柱,胡江,刘秀,李少斌,赵志东,黄兆春,梁维炜,王继卿

中国农业科学. 2022, 55(10): 2047-2056. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.014

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【背景】MicroRNAs（miRNA）是一类小RNA分子（18—23nt）,广泛参与了家畜乳腺发育和泌乳性能的调控。项目组前期在小尾寒羊上应用RNA-Seq研究发现,miR-221在空怀期乳腺组织中的表达量是泌乳期的3.6倍,但是尚不清楚miR-221对绵羊乳腺发育的调控机制。【目的】探讨miR-221是否通过靶向基因IRS1抑制绵羊乳腺上皮细胞的活力和增殖数量,为揭示miR-221对绵羊泌乳性能的分子调控机理提供理论参考。【方法】采集小尾寒羊乳腺、心脏、肝脏、肾脏、脾脏、肺脏、背最长肌和卵巢等8个组织样本,采用实时荧光定量PCR（reverse transcription-quantitative PCR, RT-qPCR）技术,构建miR-221在绵羊8个组织中的表达谱。采用细胞转染、CCK-8和Edu等方法,研究miR-221对绵羊乳腺上皮细胞活力和增殖的影响。利用miRDB和miRanda数据库,预测miR-221的靶基因,结合功能富集分析,确定目标靶基因,构建靶基因的野生型和突变型载体,进而用双荧光素酶报告实验,验证miR-221与预测靶基因间的靶向关系。分析过表达和沉默miR-221对靶基因及其信号通路下游功能基因的影响。【结果】RT-qPCR结果表明,miR-221在绵羊乳腺等8个组织中均表达,其中在肺脏和脾脏中的表达量最高,在背最长肌和肾脏中的表达量最低。CCK-8结果表明,miR-221模拟物抑制了绵羊乳腺上皮细胞的活力（P<0.01）,而miR-221抑制剂提高了乳腺上皮细胞的活力（P<0.05）。Edu试验发现,miR-221模拟物减少了Edu标记的阳性乳腺上皮细胞数量（P<0.01）,而miR-221抑制剂增加了Edu标记的阳性乳腺上皮细胞数量（P<0.01）。双荧光素酶报告实验结果表明,miR-221模拟物抑制了胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate 1, IRS1）基因3′UTR区域的双荧光素酶活性（P<0.01）,而miR-221抑制剂提高了该基因的活性（P<0.05）,表明IRS1是miR-221的一个靶基因。RT-qPCR结果进一步发现,过表达miR-221降低了绵羊乳腺上皮细胞中IRS1和PIK3R1的表达量（P<0.05）,沉默miR-221则提高了这2个基因的表达量（P<0.05）。过表达或沉默miR-221对乳腺上皮细胞中IGF1R的表达量没有显著影响（P>0.05）。【结论】miR-221通过抑制靶基因IRS1的表达量,最终抑制了绵羊乳腺上皮细胞的活力和增殖数量。

LKB1基因对卵巢颗粒细胞类固醇激素生成相关基因的调控作用

张静,张姬越,岳永起,赵丹,范依琳,马妍,熊燕,熊显荣,字向东,李键,杨丽雪

中国农业科学. 2022, 55(10): 2057-2066. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.015

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【背景】颗粒细胞类固醇激素的合成能力对卵泡发育及成熟具有重要作用,但其关键的调控因子尚不完全清楚。笔者前期的研究表明肝激酶B1（liver kinase B1,LKB1）基因参与细胞的脂类代谢,类固醇激素的合成与脂类代谢密切相关,并且有研究结果亦显示LKB1敲除可引起小鼠卵巢早衰,表明LKB1对维持卵巢的功能很关键,其在颗粒细胞的确切功能需要进一步研究。【目的】探究LKB1在牛卵泡中的表达模式及其对颗粒细胞类固醇激素生成相关基因的调控作用, 为母牛繁殖生理调控研究提供理论依据。【方法】采用免疫组织化学染色对LKB1蛋白在卵泡中进行定位研究;同时分离培养牛原代颗粒细胞,并以促卵泡素受体（follicle stimulating hormone receptor, FSHR）蛋白作为标记基因,细胞免疫荧光染色鉴定颗粒细胞及纯度;然后以原代颗粒细胞为模型,采用siRNA沉默LKB1的技术,利用qRT-PCR方法检测LKB1功能缺失对类固醇激素合成相关基因表达的影响,另一方面采用腺病毒过表达LKB1,qRT-PCR和ELISA技术验证LKB1对类固醇激素合成相关基因表达的调控作用及雌二醇分泌。【结果】 1) LKB1蛋白在卵泡中的细胞均表达,但颗粒细胞的染色信号强于膜细胞,进一步的定量分析显示颗粒细胞的表达量显著高于卵泡膜细胞。2) 分离培养的牛原代卵泡颗粒细胞贴壁生长、细胞形态多呈圆形,能被颗粒细胞标志基因FSHR抗体标记。3) RNAi技术能显著抑制LKB1的表达。与对照相比,siRNA1和siRNA2干扰LKB1的效率分别为48% (P<0.05)和52% (P<0.05);沉默LKB1显著降低颗粒细胞类固醇激素合成基因 STAR (P<0.01)、CYP11A1 (P<0.01)和CYP19A1 (P<0.05)的表达,分别下调了约为对照组的60%、80%和50%。4) LKB1过表达腺病毒及对照组对颗粒细胞均具有高的感染效率,LKB1过表达效率高达10倍（P<0.01）;过表达LKB1显著上调STAR (P<0.01)、CYP11A1 (P<0.01)和CYP19A1 (P<0.05)的表达,进一步研究显示LKB1基因功能获得促进颗粒细胞雌二醇的分泌（P<0.05）。【结论】LKB1在卵泡颗粒细胞中高表达,促进类固醇激素生成基因STAR 、CYP11A1和CYP19A1的表达和雌二醇的分泌。本研究将为LKB1调控牛颗粒细胞类固醇激素合成的功能提供直接的理论依据。

NMRAL1对流感病毒复制的调控机制

严娅,王广文,孔凡迪,王旭远,王一涵,李俊平,赵玉辉,李呈军,陈化兰,姜丽

中国农业科学. 2022, 55(10): 2067-2076. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.016

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【目的】流感病毒是一种人兽共患病原,常引起大流行,给人类健康造成巨大威胁,且流感病毒易发生变异,能不断逃逸宿主细胞的免疫反应,对现有抗流感药物产生耐药性,因此寻找抵抗流感的新方法迫在眉睫。研究通过探索NMRAL1(NmrA-like family domain-containing protein 1)对流感病毒复制的影响,并揭示其发挥作用的分子机制,为抗流感药物研发提供潜在靶点。【方法】采用siRNA干扰技术在A549细胞中下调表达NMRAL1,并通过Western Blot检测siRNA干扰后NMRAL1的表达水平;在下调表达NMRAL1的细胞中,分别感染A/Anhui/2/2005 (AH05) (H5N1)和A/WSN/33 (H1N1) 两株不同亚型流感病毒,利用蚀斑试验检测感染病毒后24和48 h细胞上清中的病毒滴度。为确定NMRAL1影响流感病毒复制的具体阶段,在HEK293T细胞中瞬时转染NMRAL1-Myc-pCAGGS质粒过表达NMRAL1,通过双荧光素酶报告系统检测过表达NMRAL1对流感病毒聚合酶活性的影响;使用免疫荧光技术对流感病毒NP蛋白进行染色,通过激光共聚焦试验观察下调表达NMRAL1对感染病毒后3、4、5、6和8 h NP蛋白在被感染细胞中的定位情况的影响,判断下调表达NMRAL1是否影响流感病毒的入核和出核过程;利用Western Blot检测下调表达NMRAL1对流感病毒各病毒蛋白表达的影响和对流感病毒激活I型干扰素通路下游IFN刺激基因（ISGs）表达的影响,利用间接免疫荧光试验进一步研究NMRAL1对流感病毒复制的影响。【结果】Western Blot检测发现NMRAL1 siRNA能显著下调NMRAL1表达,在下调表达NMRAL1的A549细胞中分别感染H5N1和H1N1病毒,并通过蚀斑试验检测感染病毒后细胞上清中的病毒滴度,结果显示在下调表达NMRAL1的细胞中,感染流感病毒后24和48 h收取的细胞上清中病毒滴度显著下降,表明NMRAL1能促进不同亚型流感病毒的复制;为进一步探索NMRAL1调控流感病毒复制的具体机制,利用双荧光素酶报告系统检测流感病毒聚合酶活性,发现过表达NMRAL1对流感病毒聚合酶活性无明显影响;激光共聚焦试验结果显示下调NMRAL1表达不影响NP蛋白的入核和出核过程,同时Western Blot检测表明下调NMRAL1表达不影响各病毒蛋白的表达;但荧光定量PCR试验结果显示下调NMRAL1表达能够促进流感病毒感染诱导的IFN-β mRNA水平上升,且Western Blot检测发现下调表达NMRAL1促进I型干扰素通路下游的MxA和IFITM3抗病毒蛋白的表达,与此同时,间接免疫荧光试验结果显示下调NMRAL1表达可显著抑制流感病毒复制。【结论】在流感病毒感染过程中,NMRAL1不影响流感病毒的入侵以及转录翻译过程,而是通过抑制I型干扰素通路激活从而抑制MxA、IFITM3等抗病毒因子的表达,最终促进流感病毒复制。研究证实宿主因子NMRAL1正调控流感病毒的复制,丰富了参与流感病毒复制的宿主因子网络。

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