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中国农业科学. 2022, 55(13): 0.

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玉米杂交种穗部性状的全基因组关联分析

李婷,董远,张君,冯志前,王亚鹏,郝引川,张兴华,薛吉全,徐淑兔

中国农业科学. 2022, 55(13): 2485-2499. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.001

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【目的】玉米穗部性状是产量的重要构成因子,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）方法解析玉米杂交种穗部性状的遗传基础、挖掘与穗部性状相关的位点,为功能基因克隆和高产玉米品种培育提供参考。【方法】选用115份来源于陕A群和陕B群的优良玉米自交系和4份国内骨干作为亲本,以基于NCⅡ遗传交配设计获得的442份玉米杂交种为材料构建关联群体,调查2个环境中群体材料的穗长、穗粗、穗行数等8个穗部性状;利用tGBS技术检测亲本基因型,推测出F₁杂交种的19 461个高质量SNP,结合杂交种表型和基因型开展基于加性、显性及上位性模型的穗部性状的全基因组关联分析,并利用公共数据库中玉米穗发育相关组织的转录组数据和基因的注释信息预测候选基因。【结果】表型数据分析结果显示,试验群体的8个穗部性状均符合正态分布,表型变异为3.78%—45.25%。方差分析表明,8个穗部性状的环境效应和基因型效应均呈现极显著水平（P<0.001）,广义遗传力为54.15%—68.89%。同时玉米杂交种穗部性状间呈现显著正相关或显著负相关。利用加性和显性模型分别检测到16个和3个显著SNP,上位性模型检测到79个上位性位点。3种模型检测的显著位点累积解释各性状38.21%—60.69%的表型变异,其中,加性模型检测到的显著SNP累积解释的表型变异为0.00—41.26%,上位性模型检测到的位点累积解释的表型变异为15.18%—45.36%。基于加性和显性模型检测的显著SNP的效应分析发现多数位点呈现加性和部分显性效应,仅2个为超显性。进一步分析发现,7个单SNP和5个上位性位点能够解释5%以上的表型变异。根据SNP的位置以及基因的表达信息预测了17个候选基因。【结论】玉米杂交种穗部性状主要受加性、上位性效应影响,显性效应影响较小;加性和显性模型检测的SNP主要表现为加性和部分显性效应,可通过聚合有利等位基因改良目标性状。

花生每荚种子数相关性状QTL的定位

郝静,李秀坤,崔顺立,邓洪涛,侯名语,刘盈茹,杨鑫雷,穆国俊,刘立峰

中国农业科学. 2022, 55(13): 2500-2508. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.002

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【目的】花生是重要的油料作物和经济作物,高产一直是花生育种的主要目标,决定产量的因素是单位面积的种子数和仁重。单位面积种子数是种植密度、每株荚数和每荚种子数的乘积。因此,对花生每荚果种子数相关性状进行QTL分析,有助于发掘该性状相关基因/位点,为花生产量相关性状分子育种提供重要的理论依据。【方法】以四粒红×冀农黑3号构建的RIL群体为研究材料,于2018年（E1）和2020年（E2）在河北省保定市河北农业大学清苑试验站（115°30′E,38°40′N）种植鉴定,收获时调查统计单仁果数、双仁果数以及多仁果数表型值,利用河北农业大学花生创新团队实验室构建的高密度遗传图谱,采用QTL Icimapping V4.2中的完备区间作图法对2个环境下的每荚种子数相关性状进行QTL定位与分析。【结果】单仁果率与双仁果率均呈正态分布,多仁果率呈偏正态分布。3个性状的QTL定位分析结果表明,共检测到11个QTL,可解释4.66%—22.34%的表型变异,加性效应为-9.35—9.42。其中,定位到5个多仁果率QTL,可解释3.19%—22.34%的表型变异,有1个QTL的加性效应为负值（-4.77）,来自冀农黑3号,其余4个QTL的加性效应为正值（3.59—9.42）,均来自母本四粒红;定位到2个单仁果率QTL,可解释4.97%—6.43%的表型变异,加性效应均为负值（-4.45和-4.54）,均来自冀农黑3号;定位到4个双仁果率QTL,可解释3.46%—20.87%的表型变异,加性效应均为负值（-9.35—-3.84）,均来自冀农黑3号。这些QTL中,6个为主效QTL,其中,qRMSPA05被重复检测到,且可遗传表型变异为16.58%—17.34%,加性效应为7.69—8.12。【结论】定位6个主效QTL和1个主效稳定的多仁果率QTL,有助于改良花生产量性状,可以作为遗传改良的重要候选区段,用于分子标记辅助选择与精细定位研究。

NaCl胁迫对不同耐盐性粳稻种质幼苗叶绿素荧光特性的影响

朱春艳,宋佳伟,白天亮,王娜,马帅国,普正菲,董艳,吕建东,李杰,田蓉蓉,罗成科,张银霞,马天利,李培富,田蕾

中国农业科学. 2022, 55(13): 2509-2525. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.003

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【目的】叶绿素荧光可反映盐胁迫下植物光合机构防御机制的受害程度和抗逆性。通过分析盐胁迫对不同耐盐性粳稻种质叶绿素荧光特性的影响,揭示其诱导动力学特征,初步阐明叶绿素荧光相关基因调控粳稻种质苗期耐盐性的机制,为耐盐水稻品种筛选和培育提供理论依据。【方法】以8份耐盐、8份盐敏感粳稻种质为试验材料,于苗期在水培条件下分别测定两组种质0 mmol·L^-1和125 mmol·L^-1 NaCl胁迫3 d、6 d的叶片叶绿素荧光参数。通过主成分分析筛选关键指标,利用隶属函数和标准差系数赋予权重法综合评价各种质资源耐盐性,获得典型耐（敏）盐种质开展叶绿素荧光相关基因OsHCF222和OsABCI7的表达特异性分析。【结果】与对照（CK,0 mmol·L^-1 NaCl 3 d、6 d）相比,盐胁迫（125 mmol·L^-1 NaCl 3 d、6 d）可显著降低粳稻种质的最大荧光产量（F_m）、原初光能转化效率（F_v/F_m）。与CK相比,耐盐种质的非光化学荧光淬灭系数（NPQ）和可变荧光的非光化学猝灭系数（qN）在盐胁迫3 d时显著降低,初始荧光产量（F_o）在盐胁迫6 d显著升高;盐敏感种质的光化学淬灭系数（qP）和qN在盐胁迫3 d时显著降低,实际光化学量子产量（Y）、NPQ、表观光合电子传递速率（ETR）在盐胁迫3 d、6 d时极显著降低。盐胁迫下F_m、F_v/F_m、Y、NPQ和ETR与耐盐级别（STS）均呈极显著正相关,且在耐、敏盐种质间差异显著。通过主成分分析将8个叶绿素荧光参数转换为2个主成分,累积贡献率88.018%;结合各因子载荷大小筛选出F_m、F_v/F_m、Y、NPQ和ETR 5个关键指标,可将16份粳稻种质明确划分为耐盐组和盐敏感组两类。以两个主成分的隶属函数结合权重处理并累加计算盐胁迫下叶绿素荧光特性综合评价值D（D_CF）,并依此获得16份粳稻种质排名。采用Kinetic模式测定盐胁迫和正常生长（CK）条件下耐盐种质Cigalon、Bertone和盐敏感种质新竹8号、幸实的叶绿素荧光诱导动力学曲线。在CK条件下,4份粳稻种质表现为相似的曲线形状,斜率较大,P峰出现时间基本相同;盐胁迫下,随着盐胁迫时间的延长,盐敏感种质的P峰迅速降低,M峰和曲线斜率逐渐变小;耐盐种质仍维持较高的P峰,M峰和曲线斜率与CK相比无明显变化。通过对综合排名第1的耐盐种质Cigalon和排名第16的盐敏感种质幸实NaCl胁迫不同时间叶绿素荧光相关基因OsHCF222和OsABCI7的qPCR分析,结合叶绿素含量、耐盐相关叶绿素荧光参数的动态变化和相关分析,初步明确了OsHCF222和OsABCI7的差异表达与粳稻种质苗期耐盐性的关系。【结论】不同耐盐性粳稻种质的叶绿素荧光参数对盐胁迫的响应不尽相同,F_m、F_v/F_m、Y、NPQ和ETR与水稻苗期耐盐性密切相关;OsHCF222和OsABCI7的表达量直接影响了粳稻种质苗期耐盐性;在耐盐粳稻中,NPQ和F_v/F_m起关键作用,F_m可能在调节盐敏感粳稻耐盐性中发挥重要作用。

不同分子量聚天冬氨酸对小麦根系生长和养分吸收的影响

刘媛,袁亮,张水勤,赵秉强,李燕婷

中国农业科学. 2022, 55(13): 2526-2537. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.004

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【目的】聚天冬氨酸（PASP）是天冬氨酸（ASP）的聚合物,分子量由一千至数十万,因具有促进作物生长和养分吸收的作用,在农业上应用广泛,但其应用效果与分子量密切相关。本文通过红外光谱分析和水培试验,研究不同分子量PASP的结构特性及其对小麦根系生长和养分吸收的影响,以明确不同分子量PASP的应用特点与作用机制,为PASP在新型增效肥料研制和农业生产中的科学应用提供理论依据。【方法】以小麦（济麦22）为供试作物,霍格兰营养液为基础培养液进行水培试验,将天冬氨酸（ASP）和低分子量（<1 kDa,PAL）、中分子量（3—5 kDa,PAM）、高分子量（>10 kDa,PAH）PASP分别设置10 mg·L^-1、25 mg·L^-1和50 mg·L^-13个添加量加入培养液中,以仅用营养液为对照（CK）,试验共13个处理,每个处理重复4次。培养20 d后收获,测定小麦地上部和根系的干重与氮、磷、钾含量以及根系的形态、吸收面积和活力。【结果】（1）不同分子量聚天冬氨酸结构不同,随着分子量的增加,聚天冬氨酸肽键含量逐渐增加,羧基含量先增加后降低,其中,PAH肽键含量最高,PAM羧基含量最高。（2）应用不同分子量聚天冬氨酸均可促进小麦生长,提高干物质积累量,表现为PAM>PAH>PAL≈ASP;其中根系干重较CK增加11.90%—19.06%,PAM在10 mg·L^-1、25 mg·L^-1和50 mg·L^-1添加量下,小麦总干重分别较CK显著增加9.13%、23.36%和20.54%。（3）不同分子量聚天冬氨酸均可优化小麦根系形态,增加根系的总吸收面积、活跃吸收面积和活力,以PAM效果最好。（4）不同分子量聚天冬氨酸均促进了小麦对氮、磷、钾养分的吸收,以PAM效果最好,PAH次之;在50 mg·L^-1添加量下,小麦对氮、磷、钾养分吸收总量最高,其中PAM较CK分别显著增加16.88%、25.97%、21.61%,PAH较CK分别显著增加16.28%、23.36%、18.16%。（5）相关性分析表明,不同分子量聚天冬氨酸肽键、羧基含量与小麦干物质重、氮磷钾养分吸收量以及根长和根系总吸收面积均极显著正相关;而小麦干物质重和氮磷钾养分吸收量与根系表面积、总吸收面积、活跃吸收面积及活力均显著或极显著正相关。【结论】不同分子量聚天冬氨酸（PASP）均能促进小麦生长,优化根系形态,提高根系吸收面积和根系活力,促进小麦对养分的吸收;不同分子量PASP结构不同,随着分子量的增加,PASP肽键含量增加,羧基含量先增加后降低,肽键和羧基含量与小麦生长和氮磷钾养分吸收量呈正相关。在本试验条件下,以中分子量PASP（3—5 kDa）对小麦生长和养分吸收的促进作用最好,高分子量PASP（>10 kDa）次之;在用量上,不同分子量PASP以高用量（50 mg·L^-1）对小麦整株的生长和养分吸收促进效果最好,但以中等用量（25 mg·L^-1）对小麦根系的生长和养分吸收促进效果最佳。

基于热红外图像的小麦品种抗旱性鉴定与评价

孟雨,温鹏飞,丁志强,田文仲,张学品,贺利,段剑钊,刘万代,冯伟

中国农业科学. 2022, 55(13): 2538-2551. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.005

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【目的】分析不同基因型小麦冠层的温度参数相关信息,探寻快速高效筛选冬小麦抗旱品种的指标和方法,给冬小麦抗旱品种筛选提供参考依据。【方法】本研究以小麦为研究对象,获取干旱胁迫下10个抗旱性存在差异的小麦品种冠层热红外图像,采用温度频率直方图等分析方法提取冠层温度特征参数,明确温度特征参数与抗旱指数之间定量关系,分析冠层温度特征参数对筛选冬小麦抗旱品种的有效性。【结果】基于产量抗旱指数（DRI）的分级标准将测定小麦品种分为4种抗旱类别,其抗旱性越强,最大光化学效率（F_v/F_m）,植株含水量（PWC）,气孔导度（G_s）,蒸腾速率（T_r）和籽粒产量越稳定。基于热红外图像提取冠层温度特征参数,小麦抗旱性越强,冠层温度的差异性越小,冠层温度的离散程度也较小。产量抗旱指数（DRI）与拔节期、孕穗期和开花期的作物冠层温度与环境温度的偏差（CTD）均呈现极显著的正相关关系,相关系数r为0.79—0.84,而与冠层温度标准差（CTSD）、变异系数(CTCV)、水分胁迫指数（CWSI）和冠层相对温差（CRTD）呈显著负相关（r=-0.56—-0.78）。基于单一生育时期冠层温度特征参数建立了产量抗旱指数（DRI）回归模型,估算精度为r²=0.73—0.87,其中以拔节期预测模型精度最高。而基于3个生育时期的相关冠层温度参数CTD、CTCV、CTSD CWSI组合构建产量抗旱指数（DRI）预测模型,较基于单一生育时期预测精度显著提升（r²=0.95）。【结论】利用热红外图像可进行小麦品种抗旱性的早期鉴定与快速评价,这对促进作物高效节水生产具有重要意义。

烟粉虱味觉受体基因BtabGR1和BtabGR2的克隆与表达模式分析

渠成,王然,李峰奇,罗晨

中国农业科学. 2022, 55(13): 2552-2561. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.006

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【目的】烟粉虱（Bemisia tabaci）为世界性分布的重要农林入侵害虫,寄主植物种类众多,但对不同寄主植物存在嗜性差异,而味觉受体（gustatory receptor,GR）基因在其取食选择等行为中发挥重要作用。本研究通过克隆烟粉虱味觉受体GR1和GR2基因,明确其在烟粉虱不同发育期和成虫不同组织中的表达特性,为基因功能的深入研究提供依据。【方法】从烟粉虱MED隐种成虫头部转录组中筛选获得味觉受体基因序列,利用巢式PCR技术克隆获得两个味觉受体基因的完整开放阅读框（open reading frame,ORF）序列,两个基因分别命名为BtabGR1和BtabGR2,运用生物信息学软件对其编码氨基酸序列特征、结构域等信息进行预测,基于邻接法构建BtabGR1、BtabGR2与其他半翅目昆虫味觉受体基因的系统进化树,并利用实时荧光定量PCR方法分析两个基因在烟粉虱不同发育期（卵、1—4龄若虫和雌、雄成虫）和雌、雄成虫不同组织（头、胸、腹、足）中的表达情况。【结果】克隆获得BtabGR1和BtabGR2基因序列（GenBank登录号：OL845904和OL845905）,完整开放阅读框为1 287和1 344 bp,分别编码428和447个氨基酸,预测蛋白分子量为 48.54和51.50 kD,理论等电点为8.85和8.74,具有4个和6个跨膜结构域。氨基酸序列比对和系统进化分析结果显示,BtabGR1 和BtabGR2与其他半翅目昆虫GR28b和GR43a-like基因亲缘关系较近。发育期表达谱分析表明,BtabGR1和BtabGR2在烟粉虱的不同发育历期均有表达,其中BtabGR1在成虫中表达量高于其他发育期,而BtabGR2在卵中的表达量最高;组织表达谱结果表明,BtabGR1和BtabGR2在烟粉虱雌、雄成虫不同组织中均有表达,且均在成虫头部高表达。【结论】BtabGR1和BtabGR2具有昆虫味觉受体基因的典型特征,二者均在烟粉虱成虫头部高表达,推测两基因在烟粉虱寄主植物适应过程中发挥重要作用,可作为烟粉虱新型防控措施的潜在靶标。

P450基因在氯虫苯甲酰胺不同抗性品系小菜蛾中的表达及功能分析

尹飞,李振宇,SAMINA Shabbir,林庆胜

中国农业科学. 2022, 55(13): 2562-2571. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.007

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【目的】以十字花科蔬菜害虫小菜蛾（Plutella xylostella）为研究对象,筛选参与小菜蛾代谢氯虫苯甲酰胺的主要细胞色素P450解毒基因,为阐明不同抗性水平小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性机理提供依据。【方法】利用叶片药膜法测定不同小菜蛾种群3龄幼虫对氯虫苯甲酰的抗性水平,通过转录组测序、insectbase数据库和小菜蛾基因组数据库筛选得到52个细胞色素P450基因。应用MEGA5.10软件对52个细胞色素P450基因进行进化分析,获得与抗药性密切相关的CYP3和CYP4家族P450基因。利用实时荧光定量PCR方法分析目的基因在小菜蛾室内筛选种群（HZY）和田间抗性种群惠州种群（HZ）、连州种群（LZ）、东升种群（DS）、钟落潭种群（ZLT）中的表达量,选用RNA干扰技术,采用注射法,验证在抗性种群中显著上调表达的CYP6BF1V4在小菜蛾抗氯虫苯甲酰胺中的功能。【结果】抗药性测定结果表明,LZ和HZ小菜蛾种群为中等水平抗性,ZLT、DS和HZY小菜蛾种群为高水平抗性。对52个细胞色素P450基因的系统发育树分析发现,小菜蛾拥有10个CYP4家族基因,28个CYP3家族基因,其中2个CYP4家族基因在HZ和HZY种群中的表达量显著高于敏感种群,4个CYP3家族基因表达量与小菜蛾抗性呈正相关,8个基因在中等水平抗性小菜蛾体内的表达量高于在高水平抗性小菜蛾体内的表达量。对田间种群进一步筛选得到6个与小菜蛾抗氯虫苯甲酰胺密切相关,在不同抗性种群中均上调表达的细胞色素P450基因,其中4个为CYP6家族基因（CYP6BF1V4、CYP6BF1V3、CYP6f1和CYP6B6）,2个为CYP9家族基因（CYP9G2.1和CYP9G2.2）,以CYP6BF1V4的表达量最高,其在抗性种群中的表达量是在敏感种群中表达量的3.5—6.3倍。RNA干扰结果显示,沉默CYP6BF1V4能够显著提高小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的敏感性。【结论】CYP6BF1V4、CYP6BF1V3、CYP6f1、CYP6B6、CYP9G2.1和CYP9G2.2可能在小菜蛾体内协同调控多功能氧化酶的表达,从而加快小菜蛾代谢氯虫苯甲酰胺的速度,提高小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性。

中国土壤调查结果的地统计特征

张维理,傅伯杰,徐爱国,杨鹏,陈涛,张认连,史舟,吴文斌,李建兵,冀宏杰,刘峰,雷秋良,李兆君,冯瑶,李艳丽,徐用兵,裴玮

中国农业科学. 2022, 55(13): 2572-2583. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.008

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【目的】我国于1979—1987年进行了第二次土壤普查（以下简称“二普”）,2005—2017年进行了农田耕层土壤养分调查。两次调查均为地面采样量大的全国性调查。两次调查生成数据是我国目前最精细的土壤资源与质量时空数据。通过地统计检验方法,探讨我国在这两次调查中所获土壤质量数据的地统计检验特征,为这些数据用于表征土壤资源与质量时空分布状况,及其在其他行业和研究领域的应用提供参考。【方法】检验方法是在我国东、南、西、北、中不同地域选取7个代表性类型区,提取7片区在两次调查中获得的土壤剖面点和耕层采样点0—20 cm土层的土壤有机质含量。选择土壤有机质含量作为检验指标的原因之一是有机质含量是最重要土壤质量性状之一,其二该要素可量化表达。剖面点数据源于二普对典型土壤类型的剖面采样,采样特征为优先选取典型土壤类型,全国完成了10万个0—100 cm剖面分层采样、化验。经数据整合和多要素匹配,有6万个剖面点获得坐标。耕层采样点数据源于2005—2017年农田耕层养分调查,采样为网格化均衡分布的大样本量,全国完成了1 000万个有GPS定位坐标的耕层样本。每片区含土壤剖面点500—1 300个,耕层采样点50 000—250 000个。用普通克里格插值方法进行地统计分析和检验。对每片区剖面点和耕层采样点数据分别随机选取80%数据作为训练样本集建模,20%作为验证样本集。将验证样本预测值与实测值进行线性回归,计算R²（决定系数）和RMSE（均方根误差）,以此评价两组数据表达土壤要素空间分布特征的可靠性和误差。【结果】剖面数据的地统计检验显示,7片区二普剖面点数据表达的有机质含量分布状况可靠性均达极显著水平,但校验集预测值与实测值相关性较差,R²值较低,为0.223—0.380,RMSE较高。2005—2017年耕层采样点数据地统计检验显示,通过网格化均衡分布和大样本量的地面采样,耕层采样点所获有机质含量分布图的可靠性和预测精度优于剖面点数据,R²提高,RMSE下降。两组数据地统计结果还显示：尽管相隔30年,两时段调查展现的土壤有机质含量有一定变化,但两组数据反映的各片区土壤有机质含量空间分布总体规律相似。【结论】当土壤调查为网格化均衡分布的大样本量采样时,就表征土壤要素空间分布特征而言,其可靠性和精度较好;二普生成大比例尺土壤专题图数据（土壤图,有机质含量图,pH图,土壤氮、磷、钾养分含量图）和2005—2017年农田耕层养分调查数据均源于网格化均衡分布的大样本量地面调查,可靠性和精度优于二普剖面点数据。但剖面点含数据类别多,具有点坐标,也有可靠的土壤专题图表达,对了解多类别土壤要素空间分布特征极具价值。二普与农田耕层点养分调查间隔约30年,两时段数据有利于了解土壤质量时空演变。本研究还显示,获取精细土壤质量数据需要进行大样本量地面调查和采样,对于表征土壤类型、土体构造等稳定性要素而言,若地面采样量较小,将难以获得可靠性和精度优于二普的数据。从实际需求和我国已有工作基础考虑,今后土壤调查重点可考虑以土壤功能调查或缺区补漏调查为主。

我国北方麦区小麦生产的化肥、农药和灌溉水使用现状及其减用潜力

魏蕾,米晓田,孙利谦,李昭敏,石美,何刚,王朝辉

中国农业科学. 2022, 55(13): 2584-2597. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.009

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【目的】化学品和灌溉水资源的不合理使用是限制小麦生产的重要因子。本研究旨在查明我国北方麦区小麦生产化肥、农药和灌溉水使用现状及其减施潜力,并尝试阐述农田经营规模对小麦生产的影响,为小麦可持续生产提供参考依据。【方法】于2018—2019年在我国北方七省开展的大范围小麦生产中化肥、农药和灌溉水使用现状,基于小麦产量形成的养分需求评估北方麦区的化肥减施潜力、基于标准推荐用药量评估农药减施潜力、基于Penman-Monteith估算节水潜力,并尝试分析农田经营规模对小麦产量、化肥和灌溉水投入成本的影响。【结果】各麦区产量间差异较大,春麦区、汾渭平原灌区、黄土高原旱地和绿洲灌区平均产量分别为3.0、7.6、4.7和7.4 t·hm^-2。春麦区氮磷钾用量分别为87 kg N·hm^-2、91 kg P₂O₅·hm^-2和1 kg K₂O·hm^-2,汾渭平原灌区氮磷钾用量分别为280 kg N·hm^-2、133 kg P₂O₅·hm^-2和1 kg K₂O·hm^-2,黄土高原旱地氮磷钾用量分别为178 kg N·hm^-2、117 kg P₂O₅·hm^-2和25 kg K₂O·hm^-2,绿洲灌区氮磷钾用量分别为225 kg N·hm^-2、168 kg P₂O₅·hm^-2和15 kg K₂O·hm^-2。氮磷肥用量偏高,钾肥用量不足普遍存在。汾渭平原灌区的氮、磷肥减施潜力分别为25%和40%,黄土高原旱地的氮、磷肥减施潜力分别为24%和57%,春麦区和绿洲灌区的磷肥减施潜力分别为65%和54%。不同麦区农药喷施的次数差异较大。春麦区、汾渭平原灌区、黄土高原旱地和绿洲灌区的平均喷药次数分别为1.8、1.4、1.6和1.6次。春麦区、汾渭平原灌区、黄土高原旱地和绿洲灌区的减药潜力分别为40%—70%、54%—83%、40%—65%和50%—83%。施用农药的种类为杀虫杀菌剂和除草剂,杀虫杀菌剂的施用频次较高,占比为73%。杀虫杀菌剂中吡虫啉和三唑酮的用药频次较高,在杀虫杀菌剂中占比分别为32%和12%,除草剂中苯磺隆、2,4-D丁酯和二甲四氯钠用药频次较高,在除草剂中占比分别为48%、15%和19%。调研农户小麦生产的灌水次数多为2—4次,汾渭平原灌区灌溉次数较少,为2.2次,均采用河水灌溉;绿洲灌区灌溉次数最多,为3.5次,均采用井水灌溉。汾渭平原灌区和绿洲灌区的节水潜力分别为14%和42%。各麦区中小规模经营占比最大,经营碎片化现象明显。相对于农田小规模经营,大规模经营在增产7%—36%的同时可使肥料和灌溉成本降低17%—19%。【结论】本研究查明了我国北方麦区小麦产量及其生产过程中的化肥、农药和灌溉水使用现状,发现不同农户、不同区域间的用量存在较大变异,同时具有较大的减用潜力;并与农田经营规模结合,发现农田适度规模经营能在增产的同时减少投入成本,这为我国北方麦区优化经营规模提供参考。

不同苹果砧木对持续低磷的响应及适应性评价

解斌,安秀红,陈艳辉,程存刚,康国栋,周江涛,赵德英,李壮,张艳珍,杨安

中国农业科学. 2022, 55(13): 2598-2612. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.010

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【目的】研究7种苹果砧木幼苗对低磷胁迫的响应特征,评价不同砧木的低磷适应性,为耐低磷苹果砧木的选用及磷高效利用生理机制的研究提供理论依据。【方法】以生产中常用的5种苹果矮化砧木（‘T337’‘Nic29’‘Pajam2’‘B9’‘71-3-150’）、半矮化砧木‘青砧2号’（Qingzhen 2）和乔化砧‘山定子’（Malus baccata (L.) Borkh.）为材料,通过盆栽沙培试验的方法,研究各砧木在正常供磷和低磷条件下树体生长、光合作用、叶片形态及根系构型、生物量积累、磷吸收利用及转运分配的差异。【结果】低磷条件下,‘T337’‘Nic29’‘Pajam2’和‘山定子’的地上部生长和植株生物量积累显著下降,‘山定子’和‘青砧2号’的平均叶面积显著降低,其中‘山定子’的叶片SPAD值与正常供磷相比下降了9.47%。与对照相比,低磷条件下‘B9’的平均叶面积、叶片长度和叶片宽度均显著升高,‘71-3-150’和‘青砧2号’的叶片SPAD值显著提高,‘B9’‘71-3-150’‘Nic29’和‘青砧2号’的F₀显著升高,F_v/F_m显著降低,‘71-3-150’下降最明显。‘T337’‘Nic29’‘山定子’和‘青砧2号’在低磷条件下根系生长均受到明显抑制,根系总表面积、总根长显著降低,其中‘T337’降幅最大;‘B9’和‘71-3-150’的根系总表面积和根总体积均显著增加,植株根冠比显著提高,其中‘71-3-150’根冠比增幅最大,是对照的1.54倍。低磷条件下,‘71-3-150’‘Nic29’‘Pajam2’‘山定子’和‘青砧2号’的磷利用效率和磷转运系数降低,‘71-3-150’‘Nic29’‘Pajam2’和‘山定子’的地上部磷累积量减少,而根系磷含量和累积量高于对照,‘71-3-150’的根系磷累积量增幅最大。采用最大方差法正交旋转得出与耐低磷性最相关的13个主成分因子,利用隶属函数对13个主成分因子进行综合评价,结合聚类分析可以将7种苹果砧木分为4种耐性类型：第Ⅰ类为耐性强的砧木（‘B9’和‘71-3-150’）,第Ⅱ类为耐性较强的砧木（‘T337’和‘青砧2号’）,第Ⅲ类为耐性较弱的砧木（‘Nic29’和‘Pajam2’）,第Ⅳ类为耐性最弱的砧木（‘山定子’）。【结论】低磷条件下,苹果砧木通过减少叶片光合作用的物质消耗,增加植株根系磷累积量,促进根系发育,提高植株根冠比,以适应低磷环境;不同砧木的适应能力存在显著差异。

板栗总苞和坚果主要性状与SSR标记的关联分析

陈旭,郝雅琼,聂兴华,杨海莹,刘松,王雪峰,曹庆芹,秦岭,邢宇

中国农业科学. 2022, 55(13): 2613-2628. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.011

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【目的】通过测定113份板栗品种（系）的数量、质量和假质量性状,分析其遗传变异,比较不同组群之间的性状差异,将SSR标记与性状进行关联,获得更多与SSR标记显著关联的性状,挖掘优异的等位变异位点,为开展板栗分子辅助育种的研究提供参考。【方法】测定并分析板栗总苞和坚果的38个数量、质量和假质量性状,利用SPSS和Graphpad软件对数量性状进行差异显著性和相关性分析,基于SSR标记进行遗传多样性分析,最后用TASSEL 2.1软件通过一般线性模型（general linear model,GLM）和混合线性模型（mixed linear model,MLM）分别对性状和标记进行关联分析。【结果】在遗传多样性分析中,21对SSR引物的有效等位基因数（N_e）、Shannon指数（I）、多态性信息含量（PIC>0.5）、观察杂合度（H_o）和期望杂合度（H_e）的平均值分别为3.164、1.269、0.589、0.593和0.635。根据群体结构分析分为2个主要组群,为了更好地比较性状差异,在聚类分析时将中间类型的品种单独划分为一组。在质量和假质量性状分析中,多样性指数变化范围为0.139—1.567,遗传多样性最高的性状是坚果光泽,最低的是底座接线;坚果形状、光泽、颜色等性状组群间频率分布差异明显。在数量性状分析中,变异系数的范围在3.96%—36.31%,苞重、总苞重和单粒重的变异系数均在30%以上,遗传变异程度高;果形指数和含水量变异系数均在10%以下,具有稳定的遗传特性;总苞和坚果的外观性状之间有强相关性,相关系数均在0.6以上;组1-组2和组2-组3在果实形状和重量中存在显著差异（P<0.05）。在关联分析中,GLM模型中有13个标记位点与18个表型性状极显著关联,表型变异解释率范围为15.12%—54.99%;MLM模型中有6个标记位点与7个表型性状极显著关联,表型变异解释率范围在8.66%—26.93%。【结论】本研究将SSR标记与表型性状进行关联分析,共发现13个标记位点与坚果单粒重等20个表型性状极显著关联,为开展板栗分子辅助育种的研究奠定了基础。

不同畜禽骨蛋白肽的制备、理化特性表征及其生物活性

刘泓,郭玉杰,许雄,李侠,张鸿儒,齐立伟,孙雪梅,张春晖

中国农业科学. 2022, 55(13): 2629-2642. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.012

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【目的】制备骨蛋白肽（livestock and poultry bone peptides,LBPs）用于功能性骨源食品的开发是畜禽骨副产物高值化加工利用的重要途径之一。选取4种主要畜禽骨原料基于相同工艺分别制备LBPs,对比分析其理化特性与生物活性,为功能性骨源食品的开发及畜禽骨资源的高值化加工利用提供参考。【方法】以牦牛腿骨、黄牛腿骨、猪腿骨及鸡腿骨为原料分别制备牦牛骨蛋白肽（yak bone peptides,YBPs）、黄牛骨蛋白肽（bovine bone peptides,BBPs）、猪骨蛋白肽（porcine bone peptides,PBPs）、鸡骨蛋白肽（chicken bone peptides,CBPs）,并对4种LBPs基本营养组分、氨基酸组成、分子量分布、粒径分布等理化性质进行表征;对比分析4种LBPs的促成骨细胞增殖、促巨噬细胞增殖、血管紧张素转换酶抑制（angiotensin converting enzyme inhibitors,ACEI）、抗氧化等生物活性差异。【结果】YBPs、BBPs和PBPs粗蛋白含量分别为（89.70±0.77）%、（90.43±0.88）%和（89.36±1.32）%,显著高于CBPs（(79.18±1.49)%）;4种LBPs均缺乏色氨酸,CBPs的必需氨基酸和含硫氨基酸均显著高于YBPs、BBPs和PBPs;4种LBPs主要由MW<2 kD的小分子多肽片段组成,占比约90%;LBPs粉体粒径分布差异不显著,主要集中于10—20 µm和40—60 µm范围内;不同种源LBPs生物活性特征分析发现：YBPs促成骨细胞增殖效应最显著,0.5 mg∙mL^-1时的促增殖率达37.27%;BBPs促巨噬细胞增殖效应最强,5 mg∙mL^-1时的促增殖率达39.26%;PBPs的ACEI活性最强,15 mg∙mL^-1时ACE活性抑制率为82.37%;与BBPs、PBPs和CBPs相比,YBPs的综合抗氧化能力最强。【结论】4种不同种源LBPs的理化特性存在一定的差异,但符合功能性骨源食品的原料要求。不同种源LBPs的生物活性存在一定的差异,因而适宜于不同功能性骨源食品的开发：YBPs的促成骨细胞增殖效应及综合抗氧化能力最强,更适宜于改善骨健康及抗氧化类功能性骨源食品的开发;BBPs的促巨噬细胞增殖效应最强,更适宜于开发免疫调节类功能性骨源食品;PBPs的ACEI活性最高,更适宜于开发血压控制类功能性骨源食品;CBPs具备更优良的粉体性质及更高的矿物质含量,可用作膳食营养补充剂。

饲粮中添加膨化羽毛粉对肉鸡生长性能、屠宰性能和血清生化指标的影响

陈志敏,常文环,郑爱娟,蔡辉益,刘国华

中国农业科学. 2022, 55(13): 2643-2653. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.013

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【目的】研究膨化羽毛粉（EFM）的营养成分、胃蛋白酶消化率、羽毛粉膨化过程中超微形貌特征变化以及在玉米-豆粕-杂粕饲粮中添加EFM对肉鸡生产性能、屠宰性能及氮平衡相关血液指标的影响,为EFM在肉鸡生产中的应用提供基础数据。【方法】选择1日龄健康爱拔益加（AA）雄性肉仔鸡240只,随机分为4组,每组6个重复,每个重复10只鸡。对照组饲喂基础日粮,不添加EFM,试验组分别饲喂含EFM 0.5%,1%,2%的日粮（可消化氨基酸平衡配方）,试验期间自由采食,饲养时间42 d。21和42日龄时,记录采食量,计算1—21日龄、22—42日龄和1—42日龄的平均日增重、平均日采食量、料重比。另外,每重复随机选取1只鸡,心脏采血,分离血清,用于谷草转氨酶、谷丙转氨酶、碱性磷酸酶、总蛋白、尿素、肌酐和血氨含量测定。42日龄时,每重复随机选取1只鸡屠宰,测定屠宰率、全净膛率、半净膛率、腿肌率、胸肌率和腹脂率。【结果】不同膨化阶段扫描电镜的结果可见,膨化处理可使羽毛断裂,结构变得松散,与环境的接触面更大。从肉鸡生长性能来看,前期（1—21日龄）和后期（22—42日龄）饲料中添加0.5%,1%,2%的EFM对平均日增重、平均日采食量和料重比无显著影响（P>0.05）;全期（1—42日龄）EFM对平均日增重和平均日采食量无显著影响（P>0.05）,添加2% EFM组显著降低了耗料增重比（P<0.05）。42日龄时,EFM对半净膛率、全净膛率、胸肌率、腿肌率和腹脂率无显著影响（P>0.05）;2%和1.5% EFM添加组显著提高了屠宰率（P<0.05）。21日龄时,EFM对丙氨酸转氨酸（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）、血清尿素氮（UREA）、肌酐（CREA）和血氨无显著影响（P>0.05）,添加2% EFM显著降低碱性磷酸酶（ALP）（P<0.05）。添加1.5%膨化羽毛粉显著提高总蛋白（TP）含量（P<0.05）。42日龄时,EFM对ALP、AST、ALP、TP 和CREA无显著影响（P>0.05）,显著降低血清UREA和血氨（P<0.05）。【结论】羽毛粉经过膨化处理结构变得松散,肉鸡饲粮中可以适量添加膨化羽毛粉,添加2%的膨化羽毛粉能降低耗料增重比、提高屠宰率、降低血清尿素氮和血氨水平。

LncFAM200B对牦牛肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响

冉宏标,赵丽玲,王会,柴志欣,王吉坤,王嘉博,武志娟,钟金城

中国农业科学. 2022, 55(13): 2654-2666. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.014

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【目的】拟通过腺病毒介导的超表达及siRNA干扰试验,分析lncFAM200B对牦牛肌内脂肪细胞脂质沉积的影响,为解析lncFAM200B对牦牛肌内脂肪细胞脂质沉积的调控机制奠定基础。【方法】采集牦牛背最长肌组织,采用酶消化法和差速贴壁法分离牦牛肌内前体脂肪细胞;构建包装lncFAM200B超表达腺病毒,设计合成其siRNA干扰序列;通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析lncFAM200B超表达与干扰后脂肪分化标志基因PPARγ、C/EBPα、AP2,lncFAM200B潜在靶基因SIRT1、PTEN的表达水平;采用油红O染色、甘油三酯（TAG）测定、CCK-8检测等方法检测细胞内脂滴沉积情况、甘油三酯含量变化及细胞增殖情况。【结果】从牦牛背最长肌成功分离获得肌内前体脂肪细胞;lncFAM200B超表达后,脂肪分化标志基因C/EBPα、AP2表达量显著升高（P<0.05）,随着诱导分化时间的增加,lncFAM200B潜在靶基因SIRT1表达量呈先降低后升高的趋势,PTEN表达量呈现先增高后降低趋势;细胞脂滴沉积显著增加（P<0.05）,且胞内形成较大脂滴;超表达4 d后,细胞内甘油三酯含量显著增加（P<0.05）。干扰lncFAM200B可显著降低脂肪分化标志基因PPARγ、C/EBPα、AP2的表达水平（P<0.05）,降低细胞脂肪沉积,且诱导分化第6天细胞内甘油三酯含量显著降低（P<0.05）;干扰lncFAM200B后其潜在靶基因SIRT1呈现先升高后降低的表达趋势,PTEN则相反。CCK-8增殖实验表明,lncFAM200B超表达72 h后,细胞增殖效率显著降低（P<0.05）,而干扰lncFAM200B后72 h后细胞增殖效率显著增强（P<0.05）。【结论】lncFAM200B可能通过影响脂肪分化标志基因C/EBPα和AP2,脂肪合成相关基因SIRT1和PTEN的表达从而影响牦牛肌内脂肪沉积,但其具体机制还需要进一步研究。

蜂王浆高产蜜蜂与意大利蜜蜂哺育蜂唾液腺蛋白质组分析

王荣华,孟丽峰,冯毛,房宇,魏俏红,马贝贝,钟未来,李建科

中国农业科学. 2022, 55(13): 2667-2684. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.13.015

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【目的】比较蜂王浆高产蜜蜂（浆蜂,Apis mellifera liguatica）和意大利蜜蜂（意蜂,Apis mellifera liguatica）哺育蜂头唾腺、胸唾腺的蛋白质组差异,揭示唾液腺调控蜂王浆生产的分子基础,为解析浆蜂蜂王浆高产机理提供依据。【方法】解剖浆蜂、意蜂哺育蜂头唾腺和胸唾腺,提取蛋白质、液内酶切并进行液相色谱与串联质谱蛋白质组分析。采用MaxQuant软件对质谱数据定量和定性分析,利用Perseus软件对结果进行生物信息学分析。使用SignalP预测分泌性蛋白。利用ClueGO软件对唾液腺蛋白质组进行生物学进程和代谢通路富集分析。【结果】浆蜂和意蜂哺育蜂唾液腺共鉴定到2 335个蛋白,其中头唾腺1 823个,胸唾腺1 922个。浆蜂、意蜂头唾腺和胸唾腺核心蛋白表达谱相似,主要参与RNA代谢、核酸代谢、ATP代谢、蛋白质的翻译、翻译调控和分解代谢,为腺体行使生物学功能提供了必要的代谢能和核酸、蛋白质等原料。浆蜂、意蜂哺育蜂头唾腺和胸唾腺主成分分析（PCA）显示二者唾液腺分子基础在选育过程中出现了一定程度的分化。意蜂、浆蜂头唾腺分别上调表达254和333个蛋白,意蜂小分子、碳水化合物代谢等通路上调,浆蜂有机氮化合物合成、细胞氧化还原稳态、氨基酸代谢、氧化还原等通路上调,证明浆蜂头唾腺细胞蛋白质合成、氨基酸代谢旺盛、供能加强。意蜂、浆蜂胸唾腺分别上调表达412和162个蛋白,意蜂氧化磷酸化、翻译调控等通路上调,浆蜂氧化磷酸化、对有毒物质的反应等通路上调,说明浆蜂胸唾腺细胞抗逆水平提高。浆蜂、意蜂唾液腺共鉴定到43个分泌性蛋白,其中有15个也在蜂王浆中得到鉴定,蜂王浆主蛋白1、2、3、4、5、7同时在头唾腺和胸唾腺中检出,表明头唾腺和胸唾腺均参与了蜂王浆主蛋白的合成;参与花蜜转化的α-葡萄糖苷酶和参与化学信息素合成与释放的气味结合蛋白3、13、17、21同时在头唾腺和胸唾腺中检出,为花蜜转化和信息素合成奠定了基础。蜂王浆主蛋白1、2、3、7,昆虫储存蛋白70a、110,气味结合蛋白3、13、17、21以及与幼虫先天免疫紧密相关的转铁蛋白、载脂蛋白III样蛋白均在浆蜂唾液腺中高表达,说明浆蜂唾液腺信息素和蜂王浆蛋白质合成较意蜂旺盛。【结论】浆蜂、意蜂唾液腺具有相似的核心蛋白质组以保证蜂王浆蛋白质、信息素和转化酶的合成与分泌。经过长期选育,浆蜂、意蜂唾液腺分子基础出现差异,浆蜂哺育蜂唾液腺较意蜂蛋白质合成、氨基酸代谢旺盛,细胞供能、抗逆性加强且分泌性蛋白普遍在浆蜂唾液腺上调表达,为浆蜂提供了更加持久和高效的蛋白质合成系统,促成了蜂王浆的高产。

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