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2022年 第55卷 第12期 刊出日期：2022-06-16

  

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中国农业科学. 2022, 55(12):  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

棉花产量构成因素性状的全基因组关联分析

王娟, 马晓梅, 周小凤, 王新, 田琴, 李成奇, 董承光

中国农业科学. 2022, 55(12):  2265-2277.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.001

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【目的】 对铃重、衣分、单株铃数和籽指等棉花产量构成因素性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,发掘与其关联的标记位点、优异等位变异及候选基因,为棉花产量的分子育种提供理论依据。【方法】 以408份陆地棉品种（系）资源为材料,利用Cotton SNP 80K芯片,对6个环境的铃重、衣分、单株铃数和籽指4个产量构成因素性状进行基于混合线性模型（mixed linear model,MLM）的全基因组关联分析,检测与产量构成因素性状显著关联的位点、优异等位变异;进一步依据转录组数据的基因表达量,在显著关联的位点侧翼序列1 Mb区间挖掘可能的候选基因。【结果】 4个产量构成因素性状在不同环境下均表现出广泛的表型变异,其中,单株铃数变异系数最大为16.67%—22.66%,各性状的遗传率为48.4%—92.2%;除铃重与衣分间相关性不显著外,其他性状间均呈显著或极显著相关性;基于6个环境各性状表型数据的最佳线性无偏预测值（best linear unbiased prediction,BLUP）,GWAS共检测到分布于基因组的7个区间内23个与目标性状关联的SNP位点,其中,与铃重关联的位点5个,与衣分关联的位点1个,与单株铃数关联的位点9个,与籽指关联的位点8个,有3个位点（TM21094、TM21102和TM57382）同时与多个目标性状关联;鉴定到7个最优SNP位点的优异等位变异,分别为TM21099（TT）、TM57382（GG）、TM78920（CC）、TM53448（TT）、TM59015（AA）、TM43412（GG）和TM69770（AA）;利用转录组数据分析,在基因组的7个区间筛选到158个与产量形成可能的候选基因,GO富集分析和KEGG代谢途径分析发现,候选基因功能类别多样并参与了多种代谢途径。【结论】 在陆地棉品种（系）群体中共鉴定到23个与产量构成因素性状关联的SNP位点,筛选到158个可能与产量性状相关的候选基因。

马铃薯块茎质地品质的综合评价

李文丽, 袁剑龙, 段惠敏, 蒋彤晖, 刘玲玲, 张峰

中国农业科学. 2022, 55(12):  2278-2293.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.002

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【目的】 马铃薯块茎质地综合评价有利于对马铃薯加工品质性状的细分和准确定位用途,辅助马铃薯品种的选择和选育,同时加快马铃薯产品的开发。【方法】 以主栽马铃薯品种块茎为材料,采用穿刺、二次压缩（texture profile analysis,TPA）和剪切3种质构检测模式分析块茎质构参数：穿刺距离、穿刺起始力、穿刺速度、压缩形变量、压缩速度、压缩间隔时间、压缩起始力、剪切起始力和剪切速度;根据最佳质构测试参数测定8个不同品种块茎质地参数,分析质地参数间的相关性和块茎品质评价最佳质地参数。【结果】 鲜块茎穿刺最优参数：探头型号为圆柱金属探头（TMS 2 mm Steel）,穿刺距离为2 mm,起始力为2.5 N,检测速度为50 mm·min^-1;TPA压缩最优测试因素（鲜/熟）：鲜、熟块茎圆柱体样品直径和高度均为10—15 mm,检测探头的选择对鲜块茎质地无显著差别,熟块茎最优探头型号为圆柱铝制探头（TMS 36.0 mm Aluminum Cylinder）;最优参数（鲜/熟）：形变量50%/60%,检测速度60 mm·min^-1/80 mm·min^-1,间隔时间6 s/10 s,起始力均为0.7 N;剪切最优参数（鲜/熟）：长方体样品（30 mm×15 mm×10 mm）,探头型号为轻型单刀探头（TMS Perspex Knife Edge）,检测速度均为60 mm·min^-1,起始力为1 N/0.5 N。不同品种块茎相关性分析表明,弹性与薯皮脆性存在显著相关性,与穿刺和剪切其他质地参数之间均无显著相关性;鲜块茎穿刺、TPA压缩与剪切质地参数之间均存在显著或极显著正相关性（0.410—0.959）;熟块茎TPA压缩和剪切质地参数之间均存在显著或极显著正相关性（0.441—0.952）。【结论】 穿刺、TPA压缩和剪切质构检测模式适合鲜块茎质地品质的客观评价,其中,薯皮硬度、薯皮脆性、TPA硬度、内聚性、咀嚼性和剪切硬度可作为比较鲜块茎质地差异的重要参数;TPA压缩和剪切质构检测模式适合熟块茎质地品质的客观评价,其中,TPA硬度、粘附性、内聚性、弹性、咀嚼性和剪切硬度可以作为比较熟块茎质地差异性的重要参数。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

不同熟期品种间作对春玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的影响

肖珊珊, 张翼飞, 杨克军, 明立伟, 杜嘉瑞, 徐荣琼, 孙逸珊, 李伟庆, 李桂彬, 李泽松, 李佳宇

中国农业科学. 2022, 55(12):  2294-2310.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.003

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【目的】 针对我国高纬度寒冷地区玉米收获期籽粒含水率普遍偏高,制约机械粒收技术高效推广应用的关键问题,本研究在大田条件下,将不同熟期玉米品种按一定比例间作,以期明确不同熟期品种间作对春玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的调控效应。【方法】 以生育期长短不同的品种郑单958（ZD958）、先玉335（XY335）和益农玉10（YNY10）为试验材料,采用两因素随机区组设计,设置生育期长的品种与生育期短的品种间作,即ZD958与YNY10间作（Z‖Y）、XY335与YNY10间作（X‖Y）2个水平;设置6种间作幅宽（行数）比例,即6﹕6、4﹕4、2﹕2、1﹕1、0﹕1、1﹕0,比较分析了不同处理组合条件下玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的变化规律。【结果】 随间作比例的减小,生育期长的品种生理成熟和收获期的籽粒含水率降低,生理成熟前、生理成熟后的籽粒平均脱水速率及总脱水速率呈加快趋势,平均灌浆速率（G_mean）、籽粒最大灌浆速率（G_max）、灌浆速率达到最大值的粒重（W_max）逐渐增加,灌浆速率达到最大时需要的天数（T_max）、籽粒活跃灌浆期（D）逐渐缩短,产量和百粒重增加明显（P<0.05）;生育期短的品种则表现为生理成熟和收获期籽粒含水率增加,脱水速率下降,G_mean、G_max、W_max不断减小,T_max、D略有延长,产量和百粒重有下降趋势但变化未达显著水平。同时,间作复合群体收获期籽粒平均含水率较晚熟品种单作显著降低,其中Z‖Y-（6﹕6—1﹕1）收获期籽粒平均含水率较ZD958单作2年平均显著降低了6.44%—7.29%;X‖Y-（6﹕6—1﹕1）收获期籽粒平均含水率较XY335单作显著降低了4.30%—4.75%。从间作复合群体的籽粒平均产量来看,随间作比例的下降籽粒平均产量有增加趋势,且与生育期短的品种YNY10单作相比,Z‖Y-（6﹕6—1﹕1）、X‖Y-（6﹕6—1﹕1）的籽粒平均产量都有所增加,2年增幅比例分别达5.12%—6.49%和1.87%—2.96%,且以Z‖Y处理的增幅明显;而Z‖Y和X‖Y处理的籽粒平均产量与生育期长的品种单作无显著差异。【结论】 密植栽培条件下,不同熟期玉米品种间作显著促进了生育期长的品种籽粒最大灌浆速率和粒重提高,籽粒活跃灌浆期缩短,以及籽粒总脱水速率加快,有效降低了收获时田间复合群体平均籽粒含水率,实现了玉米籽粒高产稳产与高效脱水协同发展。

玉米穗位叶衰老进程及其适宜指示性指标研究

吕志伟,杜康,周治国,赵文青,胡伟,赵建明,朱素芹,王友华

中国农业科学. 2022, 55(12):  2311-2323.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.004

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【目的】 探寻可精确指示玉米穗位叶衰老进程的优良方法及适宜性指标,明确玉米穗位叶衰老进程,为玉米精确高效栽培技术发展提供理论参考。【方法】 于2020年春、夏两季在江苏大丰（33°12′ N,120°28′ E）稻麦原种场开展田间试验,以苏玉29（SY29）为材料,基于不同施氮量（0、67.5、136.5、205.5、274.5、343.5 kg N·hm^-2）构建6个叶氮浓度差异群体（N1—N6）。采用Logistic模型对吐丝后12种与玉米穗位叶衰老相关的形态及生理指标的变化动态进行拟合,对比分析不同衰老相关指标指示衰老进程的精准性。【结果】 Logistic公式y=(a-d)/(1+(x/c)^b)+d对12种叶衰老相关指标变化动态的拟合趋势、拟合度R²整体优于前人所用Logistic公式y=a/(1+e^-b(x-c))。基于多指标分析,春、夏玉米穗位叶衰老启动分别发生在吐丝后18.8—29.1（$\bar{x}$=25.8）d、17.5—28.2（$\bar{x}$=23.9）d,快速衰老发生在吐丝后30.5—37.9（$\bar{x}$=34.4）d、28.0—35.7（$\bar{x}$=31.8）d,衰老终止发生在吐丝后40.6—54.1（$\bar{x}$=45.9）d、38.3—47.0（$\bar{x}$=42.1）d。春、夏玉米由吐丝至衰老启动的25.8 d、23.9 d内有效积温分别为392.9℃和477.6℃;春、夏玉米由衰老启动至衰老终止的20.1 d、18.2 d内有效积温分别为360.0℃和284.0℃。基于指标分类分析,相同衰老阶段内,生理指标所指示的衰老特征时间的正态分布σ值大于形态指标,春、夏玉米结果一致。丙二醛（MDA）、总叶绿素、叶绿素a、果糖、葡萄糖含量及蒸腾速率（T_r）所指示衰老特征时间的变异系数（CV）均小于5%;MDA、总叶绿素、果糖、葡萄糖含量及净光合速率（P_n）所指示衰老特征时间与各阶段时间均数的均方根误差（RMSE）均小于2。【结论】 Logistic公式y=(a-d)/(1+(x/c)^b)+d可作为准确拟合叶衰老指标动态变化的数学工具。春、夏玉米穗位叶分别在吐丝后26 d、24 d左右开始衰老,于34 d、32 d左右衰老速度达到峰值,于46 d、42 d左右进入功能性死亡的末端衰老阶段,有效积温是影响玉米穗位叶衰老进程重要因素。MDA、总叶绿素、果糖、葡萄糖含量是表征玉米穗位叶衰老进程的优良指标。

宁夏玉米机械粒收适宜时期研究与预测模型构建

李红燕,薛军,王永宏,王克如,赵如浪,明博,张镇涛,张文杰,李少昆

中国农业科学. 2022, 55(12):  2324-2337.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.005

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【目的】 在宁夏地区不同播期条件下,对不同脱水类型玉米品种籽粒含水率降至适宜机械粒收含水率的日期进行预测,为区域品种选择、适宜收获期的确定及低水分粒收技术提供支撑。【方法】 本研究以38个主栽玉米品种为材料,以生理成熟期平均含水率（30.1%）和播种至生理成熟≥0℃的平均积温（3 274℃·d）为指标,采用双向平均法将38个品种分为晚熟脱水慢（Ⅰ类）、早熟脱水慢（Ⅱ类）、早熟脱水快（Ⅲ类）和晚熟脱水快（Ⅳ类）4种类型,结合宁夏生产实际,在每类型品种中选择出生理成熟期籽粒含水率和积温需求居中的品种作为各类型的代表品种;采用Logistic Power非线性增长模型构建玉米品种脱水方程,结合近10年（2008—2017年）气象数据,分始播期、盛播期和终播期对各类型品种与区域热量资源进行定量匹配。【结果】 适期早播可以争取162—230℃·d的积温。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类品种由播种至籽粒水分降至25%所需积温分别为3 615、3 291、3 138和3 427℃·d,在宁夏北部和中部区域所有类型品种均可满足含水率降至25%的要求,在南部山区,Ⅲ类品种在始播期和盛播期播种也能基本满足。4类品种籽粒水分降至16%所需积温依次为4 321、3 816、3 633和4 024℃·d,其中,早熟脱水快的Ⅲ类品种,在宁夏北部区域于始播期—终播期播种含水率均可降低至16%;在中部地区始播期和盛播期播种积温也可得到满足。【结论】 在宁夏地区,通过合理配置区域热量资源和脱水类型不同的品种,采用早播种植技术,可以实现高质量的玉米机械粒收,其中,在宁夏北部与中部区域选择早熟、脱水快（Ⅲ类）的品种,可以较好地实现低水分收获,将区域热量资源转变为现实生产力。

植物保护

褐飞虱丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin2的克隆及其功能分析

邬伟,徐慧丽,王正亮,俞晓平

中国农业科学. 2022, 55(12):  2338-2346.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.006

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【目的】 克隆鉴定褐飞虱（Nilaparvata lugens）丝氨酸蛋白酶抑制剂基因Nlserpin2,探明其表达模式和生物学功能。【方法】 基于褐飞虱转录组数据,利用PCR技术克隆Nlserpin2全长cDNA序列;利用生物信息学手段分析其核酸和蛋白序列特征;通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测其在褐飞虱不同发育时期（卵、1—5龄若虫和雌雄成虫）和初羽化雌成虫不同组织（脂肪体、肠道和卵巢）中的表达,以及病原真菌金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae）侵染褐飞虱5龄若虫不同时间后的诱导表达模式;利用RNAi技术探明Nlserpin2基因沉默对褐飞虱5龄若虫存活率及抵御金龟子绿僵菌侵染能力的影响。【结果】 Nlserpin2 cDNA序列（GenBank登录号：KC355239）全长1 209 bp,编码402个氨基酸,含有serpin蛋白超家族所具有的典型serpin结构域和RCL区,且N端包含一段由27个氨基酸残基组成的信号肽。系统进化树分析表明,Nlserpin2与半翅目其他昆虫的serpin聚为一支,其中与白背飞虱（Sogatella furcifera）serpin亲缘关系最近。qRT-PCR分析表明,Nlserpin2表达具有明显的时空特异性,其在褐飞虱成虫中的表达量显著高于其他龄期,且在雄成虫中表达量最高;卵和低龄若虫（1—3龄）中Nlserpin2的表达量显著低于高龄若虫（4—5龄）,其中3龄若虫期最低;Nlserpin2在褐飞虱雌成虫肠道、脂肪体和卵巢中均有表达,且肠道中表达量显著高于脂肪体和卵巢。金龟子绿僵菌诱导2 d和3 d后Nlserpin2的表达量显著上调,但随着诱导时间的增加,Nlserpin2表达量呈回稳趋势。RNAi分析结果显示,显微注射dsNlserpin2可显著抑制Nlserpin2的表达水平。干扰Nlserpin2后褐飞虱5龄若虫的存活率以及对金龟子绿僵菌侵染的抵御能力均显著降低。与对照组相比,Nlserpin2干扰的褐飞虱在金龟子绿僵菌侵染5 d和8 d后的校正存活率分别下降了28.4%和31.0%,且均达到显著水平。【结论】 Nlserpin2在褐飞虱防御病原真菌侵染过程中发挥重要作用,可作为应用RNAi技术防控褐飞虱的潜在靶标和褐飞虱高毒力病原真菌遗传改良的资源基因。

薇甘菊光能利用及叶绿素合成在不同光照强度下的响应

金梦娇,刘博,王抗抗,张广忠,钱万强,万方浩

中国农业科学. 2022, 55(12):  2347-2359.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.007

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【目的】 光是植物进行光合作用的重要生态因素之一,光合色素对光的捕获和利用影响植物的生长发育进程,进而影响其在自然生态系统中的生存和适合度。明确薇甘菊（Mikania micrantha）光合生理特征与叶绿素生物合成途径的基因表达对不同光照强度的响应,以及薇甘菊光合能量与叶绿素转化的相互关系,为解析薇甘菊“快速生长”提供生理生态学证据。【方法】 以薇甘菊为研究对象,采用乙醇浸提法测定不同光照强度（0、20%、40%、100%）下各光合色素含量,分析其叶绿素a和b比值（Chl a/b）的变化规律,比较不同光合途径代表植物（C3、C4和CAM）光合特性;利用微量法和蒽酮比色法分别测定上述光照强度下薇甘菊叶片组织中ATP和淀粉含量;构建不同光照强度下薇甘菊cDNA文库并开展转录组测序;利用OrthoFinder、Blastp、HISAT2、StringTie和R包等生物信息学软件分析不同光照强度变化下薇甘菊叶绿素合成和捕光复合体（LHC）基因表达模式,阐述叶绿素合成途径相关基因表达变化规律。【结果】 在100%的光照强度下,薇甘菊叶绿素b和类胡萝卜素含量以及Chl a/b与C4植物玉米相近,并且薇甘菊和玉米叶片中Chl a/b显著高于C3（水稻和番茄）和CAM（芦荟）植物。不同光照强度下的薇甘菊叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量变化不显著,但Chl a/b呈现出随光照强度增加而显著增加的趋势;40%和100%光照强度下,薇甘菊叶片中ATP含量变化幅度较小,而淀粉含量随光照强度上升显著升高;当光照强度为0时淀粉含量急剧下降,此时ATP含量呈现升高趋势;薇甘菊叶绿素生物合成中HEMA、CHLH、CRD1和CAO基因家族的基因表达量受光诱导调控,高光照强度下捕光复合体（LHC）基因的表达量较高。【结论】 不同光照强度下薇甘菊叶片可能通过调节叶绿素a和b的合成,调控淀粉和ATP的相互转化,奠定了薇甘菊较高光合速率和较强光适应能力的基础。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

施肥方式对黄土高原旱作春玉米农田土壤氨挥发的影响

徐芳蕾,张杰,李阳,张伟伟,薄其飞,李世清,岳善超

中国农业科学. 2022, 55(12):  2360-2371.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.008

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【目的】通过两年田间氨挥发测定,研究不同施氮量和不同施氮方式对黄土高原旱作春玉米农田土壤氨挥发的影响。【方法】 该试验采用裂区试验设计,主处理设置0、180、300 kg·hm^-2 3个氮肥用量,同一施氮量下副区分尿素一次性基施（UR）、尿素分次施用（URT）（基肥40%,十叶期追肥60%）以及尿素与控释尿素掺混一次性基施（CRU）3种施氮方式,采用海绵吸收通气法进行原位测定。【结果】 （1）对于施基肥后的氨挥发速率,3种施肥方式均出现挥发峰值,且UR处理的氨挥发峰值高于另外两种施肥方式,特别是在高施氮量的情况下;对于追肥后的氨挥发,只有URT处理出现峰值,且高于基肥后的挥发峰值。（2）氨挥发累积量随着施氮量的增加而增加。在同等施氮量处理下,URT处理氨挥发累积量最高（2.88—36.84 kg·hm^-2）,且主要集中在追肥期（占整个生育期的72.2%—90.4%）;其次是UR处理（1.08—10.07 kg·hm^-2）;CRU处理氨挥发累积量最低（0.96—5.69 kg·hm^-2）。（3）施氮量和施肥方式对氨挥发量的交互作用极显著,氨挥发的年间差异主要是受到施肥后的降雨影响。【结论】 对于西北旱作覆膜春玉米,尿素与控释尿素掺混一次性施用方式（CRU）既能减少追肥人工投入,又能减低氨挥发损失,可作为该区域值得推广的绿色施肥方式。

吉林省旱地土壤有效硫含量及其与土壤有机质和全氮的关系

崔帅,刘烁然,王寅,夏晨真,焉莉,冯国忠,高强

中国农业科学. 2022, 55(12):  2372-2383.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.009

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【目的】 明确吉林省旱地土壤有效硫含量状况及其分布差异,为区域作物合理施硫提供依据。【方法】 采集吉林省不同生态区8种主要土壤类型的232个表层（0—20 cm）土壤样品,利用地统计学方法分析有效硫含量的空间分布特征,比较不同类型土壤有效硫含量差异,并建立土壤有效硫和有机质、全氮的相关关系。【结果】 吉林省旱地土壤有效硫含量为5.8—40.7 mg·kg^-1,均值为18.1 mg·kg^-1,所有样本中缺硫和潜在缺硫的比例分别为27.2%和20.7%。空间分布上,土壤有效硫含量总体呈自东向西逐渐下降趋势,相应的缺硫发生率自东向西逐渐上升。东、中、西三大生态区的土壤有效硫含量均值（缺硫或潜在缺硫发生率）分别为22.3 mg·kg^-1（24.2%）、18.1 mg·kg^-1（40.0%）和14.3 mg·kg^-1（75.6%）。主要分布于东部湿润山区的白浆土、暗棕壤有效硫含量均值分别为22.1和22.0 mg·kg^-1,缺硫或潜在缺硫样本分别占15.2%和28.3%;中部半湿润平原区的黑土、冲积土和草甸土有效硫含量均值分别为18.8、17.1和16.2 mg·kg^-1,缺硫或潜在缺硫样本占比分别为37.9%、63.5%和55.5%;西部半干旱平原区的黑钙土、风沙土和盐碱土有效硫含量均值分别为11.9、14.0和13.9 mg·kg^-1,缺硫或潜在缺硫风险较高,分别占比73.6%、73.3%和75.5%。回归分析结果显示,吉林省旱地土壤有效硫和土壤有机质、土壤全氮均呈显著的对数相关关系,随着土壤有机质和土壤全氮含量增加,土壤有效硫含量也随之提升。【结论】 吉林省旱地土壤有效硫含量在不同区域和土壤类型之间存在显著差异,硫素缺乏现象也较为普遍,47.9%的土壤样本存在缺硫或潜在缺硫问题,特别是中西部地区的风沙土、盐碱土和黑钙土缺硫风险较高,在土壤培肥和作物管理中应注重硫素的补充。

氮肥减量下长期间作毛叶苕子根茬还田对玉米产量及氮肥利用率的影响

卢秉林,车宗贤,张久东,包兴国,吴科生,杨蕊菊

中国农业科学. 2022, 55(12):  2384-2397.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.010

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【目的】 通过探讨氮肥减量条件下长期间作毛叶苕子利用其根茬还田对玉米产量及氮肥贡献率的影响,旨为玉米毛叶苕子间作体系的氮肥替代及其氮素资源管理提供科学依据。【方法】 试验于2014—2019年在农业农村部甘肃耕地保育与农业环境科学观测实验站进行。采用田间试验方法,在不施肥（CK）和习惯施氮（N₁₀₀）水平下设置单作玉米处理,在90%（N₉₀V）、80%（N₈₀V）、70%（N₇₀V）、60%（N₆₀V）和0%（N₀V）的习惯施氮水平下设置玉米毛叶苕子间作处理,共7个处理,3次重复,田间随机区组排列。研究不同氮肥减施条件下,玉米长期间作毛叶苕子后,作物产量、经济效益、氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥贡献率的变化规律。【结果】 玉米长期间作毛叶苕子利用根茬还田对玉米具有明显的增产优势,而且这种增产优势随间作年限的延长呈增加趋势。相比习惯施氮处理（N₁₀₀）,在化学氮肥减施20%条件下玉米长期间作毛叶苕子根茬还田,可以在保证玉米稳产的情况下增收2 273.2 kg·hm^-2毛叶苕子干草,合计收益增加0.9%,达29 686元/hm²,同时,氮肥偏生产力和农学效率显著提高20.7%和14.7%;在化学氮肥减施30%的条件下玉米长期间作毛叶苕子根茬还田,虽然玉米籽粒产量降幅明显,达7.7%,但是因为可以增收2 319.34 kg·hm^-2毛叶苕子干草,合计收益与习惯施氮处理持平,达28 652元/hm²,同时,氮肥偏生产力和农学效率显著提高31.8%和16.3%;在化学氮肥减施40%的条件下玉米长期间作毛叶苕子根茬还田,虽然可以增收2 303.09 kg·hm^-2毛叶苕子干草,氮肥偏生产力和农学效率也显著提高48.8%和23.8%,但是因为玉米籽粒产量显著降低10.7%,合计收益只有27 929元/hm²,显著低于习惯施氮处理。【结论】 在甘肃河西绿洲灌区玉米生产过程中,氮肥减量条件下长期（9年）间作毛叶苕子利用其根茬还田,若只考虑玉米籽粒产量,则可以替代20%的化学氮肥用量,若考虑玉米和毛叶苕子的合计产值,则可以替代30%的化学氮肥用量。

园艺

替代柑橘聚乙烯薄膜单果套袋的涂膜剂研发及保鲜效果评价

邹运乾,林子桢,许让伟,程运江

中国农业科学. 2022, 55(12):  2398-2412.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.011

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【背景】 聚乙烯薄膜单果套袋是目前我国最为常用的柑橘贮藏期保鲜方式,近50年来在全国大范围应用。近年来聚乙烯薄膜果袋因使用后回收难带来的环境污染问题引起全社会广泛关注,且由于柑橘单果套袋主要依赖手工完成,导致劳动力日益紧缺、生产成本逐年上升等问题日益凸显。因此,研发一种能替代聚乙烯薄膜的新型涂膜材料,实现柑橘保鲜生产向全程机械化转型是产业的重大需求。【目的】 研发以小烛树蜡及蜂蜡为基础的“BC”（Beeswax-Candelilla Wax Coating）涂膜剂配方,并用于处理温州蜜柑果实,评价其保鲜效果以及替代聚乙烯薄膜单果套袋的可行性。【方法】 选择最优比小烛树蜡、蜂蜡和甘油组合涂膜剂,以成熟‘尾张’温州蜜柑果实为试验材料,进行套袋或涂膜处理。对处理后的果实在不同时间节点检测以下指标：果实失重率、硬度、色差、果汁总可溶性固形物（TSS）/可滴定酸（TA）含量、果皮总酚总黄酮含量、呼吸强度、果实内部气体成分和异味物质含量,并用气相质谱仪检测不同处理果皮初生代谢物含量。扫描电镜观察处理后果面蜡质形态;同时对光泽度、异味、风味、出汁量、甜度、酸度和总体满意度等指标进行感官评价。【结果】 BC涂膜剂处理温州蜜柑果实常温贮藏28 d后,果实失重率从22.62%显著降低到3.83%;同时延缓硬度与色差值的变化,延缓果实内部TSS和TA含量变化,提高果皮总酚、总黄酮及初生代谢物含量。果实内部CO₂浓度适度升高,呼吸强度从43.36 mL·kg^-1·h^-1显著降低到16.75 mL·kg^-1·h^-1;较对照处理而言,BC处理还增强了果实感官品质,总体满意度从3.09提升至3.69。除异味物质、呼吸强度外,其他各项指标检测结果均表明BC与套袋处理无显著性差异,但BC处理的果实中乙醇含量（777.9 mg·L^-1）显著低于人类感知阈值水平（1 500 mg·L^-1）及商业涂膜剂处理后的浓度（2 021.2 mg·L^-1）。【结论】 BC涂膜剂保水性能良好,涂膜处理后与套袋果实相比,果实的内部品质、外观品质以及测定的各项生化指标均无显著性差异。而且涂膜处理与果实采后加工分选线兼容性好,可实现在线打蜡处理,生产效率高,生产用工少。综上表明BC涂膜具备替代套袋保鲜作用。

木霉对盐胁迫下枸杞根与叶内离子平衡和光系统II的影响

边兰星,梁丽琨,颜坤,宿红艳,李丽霞,董小燕,梅惠敏

中国农业科学. 2022, 55(12):  2413-2424.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.012

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【目的】 研究木霉对枸杞（Lycium chinense）耐盐能力的影响,从离子平衡、氧化胁迫和光系统II（PSII）性能等方面揭示耐盐机理。【方法】 以枸杞为试验材料,施加木霉菌剂于根周围,浇灌NaCl溶液（300 mmol·L^-1）进行盐处理,比较盐胁迫下施加和未施加菌剂植株生物量、K⁺/Na⁺、根系钾钠离子吸收转运、叶片氧化损伤以及PSII性能的差异。【结果】 盐胁迫下,施加菌剂的植株生物量降幅较小,说明木霉能够提高枸杞耐盐能力,减少对生长的抑制。木霉缓解盐诱导的光合速率与PSII光化学效率的下降,抑制PSII激发压上升,有利于防御PSII光抑制。盐胁迫下施加菌剂的植株PSII最大光化学效率的降幅和PSII反应中心蛋白损失相对较少,证实了木霉缓解PSII光抑制,保护了PSII反应中心。与光抑制结果一致,盐胁迫下施加菌剂植株叶片膜脂过氧化程度和H₂O₂含量较低,氧化损伤较轻。盐胁迫下,施加菌剂植株光合电子传递到Q_A以下电子受体效率的降幅较小,叶绿素快速荧光诱导动力学（OJIP）曲线的J点也未明显上升,表明木霉保护了PSII受体侧电子传递体。木霉对PSII供体侧放氧复合体也起到保护作用,因为施加菌剂抑制了盐胁迫下K点相对可变荧光的显著上升以及避免了OJIP曲线中K点的出现。因此,木霉对PSII各组分都起到了保护作用,缓解了盐胁迫下PSII性能指数的下降,提高了PSII整体稳定性。盐胁迫下,施加菌剂的植株根和叶Na⁺含量较低,但K⁺含量较高,说明木霉通过减少根和叶中Na⁺积累及K⁺损失,缓解K⁺/Na⁺下降,维持离子平衡。木霉增强盐胁迫下根系Na⁺外排,保障根系K⁺吸收和向地上部转运,是维护枸杞离子平衡的关键机制。【结论】 木霉调控盐胁迫下根系钠钾离子吸收转运,维持离子平衡,减轻PSII氧化胁迫,增强枸杞耐盐能力,缓解对其生长的抑制。

食品科学与工程

基于感官评价及GC-MS结合OPLS-DA分析热杀菌对蟠桃汁呈香品质的影响

谭凤玲,詹萍,王鹏,田洪磊

中国农业科学. 2022, 55(12):  2425-2435.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.013

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【目的】 通过解析热杀菌对蟠桃汁呈香物质的影响,结合多元统计模型探究热杀菌过程中蟠桃汁风味品质劣变主要靶点因素,为高品质蟠桃汁风味品质的调控提供理论基础。【方法】 以新疆4种主要的蟠桃品种（‘早露蟠’（ZLP）、‘早蟠’（ZP）、‘瑞蟠1号’（RP1）、‘瑞蟠18号’（RP18））为试材制备果汁样本,在85℃条件下加热处理30 min。利用电子鼻、描述性感官评价及GC-MS分析分别对其热杀菌前后样本的电子鼻响应值、感官特性及香气组成进行分析,在此基础上结合正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）模型中VIP值筛选蟠桃汁热杀菌前后标志性差异物。【结果】 描述性感官评价及电子鼻结果表明,4个品种蟠桃鲜汁香气虽存在差异但均呈现较高的清香、桃香、花香及果香,而热杀菌对蟠桃汁香气品质的影响极大,主要表现为清香显著下降,同时甜香、异味及蒸煮味突显。蟠桃汁的香气组成主要为酯类、内酯类、醛类、醇类、酮类、烯烃类及呋喃类物质;热杀菌后醛类（己醛、(E)-2-己烯醛）、酯类（乙酸乙酯、乙酸己酯）及萜烯类物质（柠檬烯）含量显著下降,而具有不良气味属性的物质（戊醛、α-松油醇、β-大马士酮等）显著增加。由OPLS-DA模型中的S-Plot图及VIP值筛选到可区分鲜汁与热杀菌样本的10种标志性差异物,包括醛类、酯类、萜烯类3大种类物质及(E)-2-己烯醛、己醛、乙酸乙酯、苯甲醛、柠檬烯、乙酸己酯、乙酸叶醇酯7种挥发性物质,该结果验证了感官评价及GC-MS分析的准确性。【结论】 热杀菌导致蟠桃汁清香感丧失严重且产生异味及蒸煮味;己醛、(E)-2-己烯醛、苯甲醛、乙酸乙酯、乙酸己酯、柠檬烯、乙酸叶醇酯7种挥发性物质含量的下降及不良属性物质如戊醛及β-大马士酮的生成是导致热杀菌蟠桃汁清香感丧失、异味及蒸煮味产生的关键因素;基于电子鼻分析、感官评价及GC-MS检测结合PCA/OPLS-DA多元统计分析方法可以准确评价热杀菌对蟠桃汁香气轮廓的影响并追踪热杀菌蟠桃汁风味品质劣变的关键靶点因子,研究结果为后续深入探究蟠桃汁风味品质劣变机制提供了参考。

畜牧·兽医·资源昆虫

单细胞测序对绒山羊毛乳头细胞的鉴定

张卫东,郑玉杰,葛伟,张月朗,李芳,王昕

中国农业科学. 2022, 55(12):  2436-2446.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.014

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【目的】 基于单细胞测序技术探究绒山羊毛乳头细胞标记基因,优化毛乳头细胞体外鉴定的方法,为研究绒山羊毛囊发生发育提供良好的细胞模型。【方法】 运用Seurat单细胞分析法分析陕北白绒山羊胚胎期60、90、120 d皮肤组织的单细胞测序数据。原始数据经质控、过滤、标准化后,采用UMAP方法进行数据降维与聚类分析。通过对比已报道的毛囊相关标记基因,获得完整绒山羊毛囊细胞类群谱系信息。通过基因差异表达分析,筛选绒山羊毛乳头细胞特异性标记基因。利用免疫荧光试验鉴定标记蛋白在绒山羊皮肤组织中的表达与分布情况,进一步筛选毛乳头区域特异性表达蛋白。体视镜下机械分离完整绒山羊毛囊,采用酶消化法分离绒山羊毛乳头区域并在体外培养至细胞分离,最终通过差速贴壁法纯化细胞。待毛乳头细胞纯度较高时,利用免疫荧光试验验证候选标记蛋白在分离细胞中的表达情况。【结果】 从单细胞水平分析了绒山羊毛囊发生过程中涉及的关键细胞转录信息,成功获得绒山羊皮肤中的17个主要细胞类群信息,鉴定出包括真皮细胞谱系、表皮细胞谱系、毛乳头细胞、毛干细胞、内根鞘细胞等绒山羊皮肤结构关键细胞类群,以及周皮细胞、巨噬细胞、肌肉细胞等其他功能细胞类群。筛选获得毛乳头细胞特异性基因427个,包括SOX2、FGF7、APOD、BMP3、HHIP、HEY2和SPON1等,这些基因在绒山羊毛乳头细胞中的表达丰度远高于其他细胞类型,被认为是毛乳头细胞特异性标记基因。组织免疫荧光试验进一步证明SOX2、FGF7与APOD等蛋白在绒山羊毛乳头区域内特异性表达,可用于皮肤组织中绒山羊毛乳头细胞的定位。此外,本研究在成功分离单根绒山羊次级毛囊的基础上,实现了绒山羊毛乳头区域的贴壁培养,成功观测到大量细胞从毛乳头区域逐步迁移分离的过程。细胞免疫荧光试验结果显示SOX2、FGF7与APOD均在绒山羊毛乳头细胞中表达,且SOX2阳性细胞约占毛乳头细胞总量的76%左右,而FGF7和APOD阳性细胞则占98%以上。结合绒山羊皮肤组织免疫荧光定位结果,SOX2、FGF7与APOD等标记可用于鉴定体外分离培养的绒山羊毛乳头细胞。【结论】 利用单细胞测序技术描述了绒山羊主要皮肤细胞的转录组信息,筛选出毛乳头细胞特异性表达基因。经免疫荧光试验证实,单细胞测序鉴定标记基因的方法简单高效,且具备较高准确率。筛选的SOX2、FGF7与APOD不仅为绒山羊毛乳头细胞体内定位提供了有效的标记,而且为多标记鉴定毛乳头细胞提供可能,更为进一步研究毛囊发育相关基因的功能及调控机制奠定重要基础。

引种日本多花黑麦草标准品种DUS性状变异分析及应用

冯俊杰,赵文达,张新全,刘英杰,袁帅,董志晓,熊毅,熊艳丽,凌瑶,马啸

中国农业科学. 2022, 55(12):  2447-2460.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.015

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【目的】 测定引种自日本的多花黑麦草标准品种DUS测试用性状的一致性和特异性状况,优化我国多花黑麦草DUS测试体系,进而更快速准确地鉴定多花黑麦草新品种(系)。【方法】 选择在成都平原种植的7个引自日本的多花黑麦草标准品种,在每个标准品种群体中选取15株长势一致的材料,基于其DUS测试用性状数据对标准品种进行聚类分析,鉴定标准品种在成都平原DUS性状表达情况。通过计算供试材料单株的18个DUS测试用性状的变异系数和方差值,并对测试用性状进行嵌套方差分析,筛选出品种内一致性较高、品种群体间特异性明显的性状。对筛选出来的性状进行概率分级,基于该等级划分为参试国审品种和新品系进行聚类分析和品种鉴定,并对参试品种的测试性状进行相关性分析。【结果】 根据标准品种的18个DUS测试用性状的具体数值可以明确地将标准品种聚为7类,且DUS性状表达充分,能较为清晰地相互区分,可以进行后续的相关分析。品种内的一致性分析结果表明,叶色程度、春化后生长习性、孕穗期株幅、孕穗期旗叶宽、孕穗期旗叶长宽比和外颖长在多个品种内部的一致性表现较差。在进行品种群体间特异性分析时发现,孕穗期株高、孕穗期旗叶长宽比和小穗密度在品种群体间的特异性较差,其中孕穗期旗叶长宽比的品种群体间方差分量为54.83%,群体内单株间方差分量为45.17%。对筛选出的10个数量性状进行K-S检验及χ²检验,仅有基部小穗长符合χ²检验。最终将10个数量性状划分为5个等级,基于此性状分级结果对参试的多花黑麦草国审品种及新品系进行鉴定,结果表明供试品种能聚类为8个与品种相互对应的分组,证明了此性状分级对于多花黑麦草品种鉴定的可靠性。此外,基于参试品种性状表达级别绘制的热图结果表明,品种“特高德”在营养生长期的叶长明显区别于其他参试品种,表现为叶长较短;品种“川农2号”表现为春化后株高较高;品种“钻石T×长江2号”的穗下茎节长度明显短于其他参试品种;“达伯瑞”品种群体内一致性表现较差;“川农1号”“川农2号”品种群体内一致性表现较好。同时,筛选出的10个性状之间相关性较低,独立性较强,仅有3组性状间的相关系数大于0.5,可以作为DUS测试用性状。【结论】 基于日本标准品种建立的DUS测试用性状分级体系可以应用于我国多花黑麦草的品种鉴定和区分,研究结果为多花黑麦草品种DUS测试方法体系的优化提供了重要的技术和理论参考。

中华蜜蜂NPC2基因家族克隆及表达模式分析

张莉,张楠,江虎强,吴帆,李红亮

中国农业科学. 2022, 55(12):  2461-2471.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.016

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【背景】 作为我国本土重要的资源昆虫,中华蜜蜂（Apis cerana cerana,简称中蜂）对我国初冬季低温开花植物的传粉具有重要的生态价值,其传粉习性与嗅觉系统密切相关。前期对中蜂采集蜂高、低温处理后的触角转录组数据分析发现,与昆虫嗅觉相关的尼曼匹克C2型蛋白（Niemann-Pick type C2 protein,NPC2）基因家族在低温时表达量上升。【目的】 以中蜂NPC2家族基因为研究对象,克隆并分析其结构特征和表达谱以及高、低温处理下表达量的差异,为深入研究中蜂NPC2基因家族在中蜂低温适应的嗅觉感受功能提供参考。【方法】 基于中蜂高、低温转录组测序结果,利用RT-PCR克隆获得中蜂NPC2基因ORF序列,进行系统进化树分析和三维结构预测,然后通过实时荧光定量PCR分析中蜂NPC2基因在不同发育时期、组织的时空表达谱,以及高、低温时的表达量变化。【结果】 获得4个中蜂NPC2基因——AcNPC2a、AcNPC2b、AcNPC2c、AcNPC2d的ORF全长,分别为447、480、459和465 bp,编码148、159、152和154个氨基酸,预测蛋白分子量为16.12—18.53 kD,等电点分别为7.98、7.57、6.56和6.34。进化树分析显示AcNPC2与意大利蜜蜂的NPC2同源序列亲缘关系最近,与其他膜翅目昆虫NPC2也有一定相似性。实时荧光定量PCR结果显示,AcNPC2a在新出房蜂的腹部表达量最高,其次是在哺育蜂的腹部以及幼虫期;AcNPC2b在新出房蜂的胸部表达最高,在采集蜂的头部、胸部和后足也有表达;AcNPC2c在哺育蜂和采集蜂的触角中呈高丰度表达;AcNPC2d在采集蜂的头部表达量最高。经低温处理后,4个AcNPC2基因在采集蜂触角中的表达量均有所上升,但差异不显著。【结论】 AcNPC2具有NPC2蛋白的保守结构,其基因家族成员在中蜂的时空表达谱中呈现多样性,其中AcNPC2c在触角中呈高丰度表达,表明其与中蜂嗅觉感受功能关系密切。AcNPC2基因家族在低温时采集蜂触角中表达量均有所上升,表明该基因家族有可能参与中蜂的低温适应性,或与初冬季访花行为有关。

研究简报

淹水对辣椒连作土壤化学性质与微生物群落结构的影响

龚小雅,石记博,方凌,方亚鹏,吴凤芝

中国农业科学. 2022, 55(12):  2472-2484.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.12.017

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【目的】 明确淹水对连作辣椒土壤环境的影响,为减轻辣椒连作障碍提供技术依据。【方法】 以安徽和县的大棚内连作辣椒进行连续3年的淹水和不淹水土壤为研究对象,以不淹水为对照,采用流动分析仪、qPCR荧光定量技术和Miseq测序技术探究淹水对辣椒连作土壤化学性质和微生物群落结构的影响;同时以辣椒为试材,采用体外培养皿法验证淹水和不淹水土壤对辣椒种子萌发和幼苗生长的影响。【结果】 土壤淹水处理显著降低了土壤EC值、有机质、硝态氮、铵态氮、速效钾和有效磷的含量。荧光定量结果表明土壤淹水处理显著增加了细菌菌群丰度（P<0.05）,但降低了真菌菌群丰度。高通量测序结果表明,微生物群落组成在门水平上,淹水处理显著增加了放线菌门（Actinobacteria）和Myxococcota的相对丰度,降低了厚壁菌门（Firmicutes）和被孢霉门（Mortierellomycota）的相对丰度;在属水平上,淹水处理降低了潜在病原菌镰孢菌属（Fusarium）相对丰度并与土壤硝态氮呈显著正相关,增加了潜在固氮菌属中的固氮弧菌属（Azoarcus）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）、Sideroxydans、Candidatus_Solibacter、藓杆菌属（Bryobacter）及潜在有益菌属Aspergillus和枝顶孢霉属（Acremonium）的相对丰度,并与土壤硝态氮呈显著负相关;土壤硝态氮含量显著影响土壤细菌和真菌的群落结构。培养皿试验结果表明,淹水处理土壤中的辣椒种子发芽率、幼苗鲜重和根长显著高于不淹水处理土壤。【结论】 辣椒连作土壤淹水处理显著降低了EC值,降低了潜在病原菌和增加了潜在有益菌丰度,但土壤速效养分含量显著降低。同时,土壤淹水有利于辣椒种子萌发与幼苗生长,有利于缓解辣椒连作障碍。