中国农业科学

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中国农业科学. 2022, 55(18): 0-0. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022-18-0

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小麦周8425B×小偃81重组自交系群体千粒重相关性状的QTL定位及单倍型分析

邹林翰,周新颖,张泽源,蔚睿,袁梦,宋晓朋,简俊涛,张传量,韩德俊,宋全昊

中国农业科学. 2022, 55(18): 3473-3483. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.001

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【目的】周8425B是中国小麦重要骨干亲本之一,小偃81是李振声院士选育的高产、优质、多穗型品种。千粒重是影响小麦产量的重要因素,发掘周8425B和小偃81的千粒重及相关性状的QTL,并分析不同生态区小麦品种所含QTL的单倍型与千粒重的关系,发掘优异单倍型,为不同生态区提高小麦产量及分子辅助育种提供基因型参考。【方法】以周8425B×小偃81衍生的重组自交系群体（F₈）为研究对象,分别于2015和2016年在陕西杨凌（早晚播）进行田间种植,收获后对籽粒相关性状进行测量。利用90K芯片标记构建的高密度遗传图谱对3个环境下的千粒重、籽粒长、籽粒宽和籽粒厚进行QTL定位。同时,针对稳定的主效QTL开发相应的KASP分子标记,并以479份国内外小麦种质组成的自然群体为材料进行分子检测,结合自然群体的千粒重等性状进行关联分析;此外,从479份小麦中挑选出106份含有660K芯片基因型数据的当前黄淮麦区推广的小麦品种,以主效QTL置信区间的差异SNP为基础,进行目标QTL定位区间的单倍型分析,从而判断黄淮麦区中陕西、河南和山东种质材料中的优势类群。【结果】QTL定位结果显示,3个环境下共在8条染色体上检测到22个QTL,表型变异解释率（PVE）范围为4.77%—19.95%,12个位点为主效QTL（PVE>10%）,其中Qkgw.nwafu-6B可能为新QTL。4A、6A、6B、7D染色体上的QTL在多个环境中被检测到,其中,4A和7D染色体处QTL与已报道的相关位点位置相同或接近。6A染色体上的QTL区间包含已知千粒重基因TaGW2-6A,根据TaGW2-6A的分子功能标记检测结果,周8425B和小偃81同时含有TaGW2-6A,此外,基于单倍型分析结果,二者存在于不同的类群中,因此,该位点不同于TaGW2-6A,也可能为新的QTL。单倍型分析结果显示,Qkgw.nwafu-6A总共分为5种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6A_h1,其在3个地点千粒重数据均高于其他单倍型;Qkgw.nwafu-6B总共分为8种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6B_h6,在河南两点千粒重数据较高,推测含有这两类单倍型的材料为优势类群。此外,针对Qkgw.nwafu-6B开发出共分离的KASP标记,并在479份材料组成的自然群体显著性检测中证明该位点与千粒重表型显著相关。【结论】Qkgw.nwafu-6A和Qkgw.nwafu-6B可能为新的与千粒重相关的主效QTL位点,6A_h1和6B_h6为优势单倍型,开发了一个与Qkgw.nwafu-6B共分离的分子标记KASP_IWA349,可用于分子标记辅助育种。

马铃薯品种（系）田间晚疫病抗性评价和全基因组遗传多样性分析

李晓川,王朝海,周平,马维,吴瑞,宋治豪,梅艳

中国农业科学. 2022, 55(18): 3484-3500. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.002

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【目的】进行田间晚疫病抗性评价,利用SNP分子标记分析马铃薯抗晚疫病种质的遗传多样性及分离基因组内可能影响马铃薯晚疫病抗病性状的遗传区段,为马铃薯晚疫病抗性种质创新与利用提供理论依据。【方法】通过多年多点田间鉴定对马铃薯种质资源进行晚疫病抗性评价。利用dd-RAD技术对马铃薯种质资源进行简化基因组测序并分型SNP标记。利用Admixture软件分析群体的遗传结构,GCTA软件进行主成分分析,fastTree软件构建系统发育树,stacks程序包中的populations命令计算群体遗传多样性参数,vcftools程序计算选择性消除参数,Clustal Omega程序比对氨基酸序列,MEGA6绘制氨基酸序列进化树,GEMMA 0.98.1软件进行全基因组关联分析,CMplot程序绘制QQ图和曼哈顿图。【结果】通过对马铃薯种质资源多年多点田间晚疫病抗性进行鉴定,得到101个抗晚疫病的品种（系）及21个感病品种,并对它们进行dd-RAD简化基因组测序,通过对比参考基因组,共检测到分布相对均匀的8 697 602个SNP。通过种群结构分析、主成分分析和系统进化分析,将这些种质资源进一步划分为6个群体。6个群体之内的平均核苷酸多样性值（π）为0.2055—0.2572,之间的群体分化指数（Fst）为0.156909—0.187336,说明这些种质资源存在较丰富的单核苷酸多态性。同时6个群体内期望杂合度（He）为0.187—0.2297,观测杂合度（Ho）为0.0829—0.1186,6个群体内的观测杂合度均小于期望杂合度,并且6个群体内的近交系数（Fis）范围为0.2412—0.3554,说明在选育这些种质的过程中存在近交现象。分析可能影响晚疫病抗性的马铃薯基因组遗传区段,以20 kb为窗口,5 kb为步长,在基因组相同位置,分别计算不同抗性种质间π值比值和Fst值,进行选择性消除分析,选择π值比值最小的5%及Fst值最大的10%的745个遗传区段进行分析,遗传区段中共包含507个基因,其中,有4个NBS-LRR类基因。利用群体SNP和马铃薯种质的不同晚疫病抗性表型,进行全基因组关联分析,有9个SNP与抗病性状高度相关,其周围50 kb的基因组范围内,有69个基因,其中15个基因预测参与到应激反应,12个基因预测参与清除过氧化物自由基过程。【结论】dd-RAD简化基因组测序可以在马铃薯基因组中分型获得数量较多、分布相对均匀的SNP标记。马铃薯田间抗晚疫病种质资源拥有较丰富的单核苷酸多态性,但在其选育过程中存在近交现象。选择性清除和关联分析有助于分离影响晚疫病抗病性状的遗传区段。

干旱灌区麦后复种绿肥与施氮水平对小麦光合性能与产量的影响

麻碧娇, 苟志文, 殷文, 于爱忠, 樊志龙, 胡发龙, 赵财, 柴强

中国农业科学. 2022, 55(18): 3501-3515. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.003

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【目的】探究绿肥还田对不同施氮水平下绿洲灌区小麦产量性能指标的影响,为建立基于绿肥与化学氮肥减量配施的小麦绿色生产模式提供理论指导。【方法】2018—2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置单作小麦（W）和麦后复种毛叶苕子（W-G）2种种植模式;副区为5种施氮水平,分别为不施氮肥（N₀）、55%氮肥（N₁）、70%氮肥（N₂）、85%氮肥（N₃）、100%氮肥（N₄）,其中100%氮肥为农户传统春小麦施氮水平180 kg·hm^-2。测定小麦全生育期叶面积指数、光合势、净同化速率以及成熟期籽粒产量及其构成因素,以期为该区优化小麦种植模式和施氮水平提供依据。【结果】麦后复种毛叶苕子（W-G）较单作小麦（W）显著提高小麦全生育期的平均叶面积指数（MLAI）和光合势（LAD）,提高幅度分别为9.5%—19.7%和9.7%—21.0%;适量减施氮肥有利于提高小麦MLAI和LAD,以N₃最突出,W-G-N₃处理较W-N₃和W-N₄处理MLAI分别提高4.1%—15.4%和8.8%—17.5%,总光合势分别提高4.6%—9.2%和16.8%—18.8%。麦后复种毛叶苕子降低了小麦全生育期的平均净同化率（MNAR）,较单作小麦降低幅度为17.7%—17.8%;W-G-N₃处理较W-N₃和W-N₄处理降低MNAR,幅度分别为16.4%—17.5%和26.5%—40.1%。麦后种植翻压毛叶苕子和适量减施氮肥提高了小麦籽粒产量,W-G-N₃处理较W-N₃及W-N₄处理分别增产6.9%—16.7%和7.9%—13.6%。灰色关联分析及相关性分析表明,麦后复种毛叶苕子且搭配适宜施氮量使作物高产主要是因为平均叶面积指数、总光合势及产量构成因素的协同提高。【结论】麦后复种毛叶苕子配施85%氮肥促进了营养器官生长,有利于籽粒库的建成、扩大和充实,从而获得高产。因此,W-G-N₃处理是绿洲灌区优化小麦产量性能指标而获得高产的理想种植模式及施氮水平。

高温干旱复合胁迫对夏玉米产量及光合特性的影响

李小凡, 邵靖宜, 于维祯, 刘鹏, 赵斌, 张吉旺, 任佰朝

中国农业科学. 2022, 55(18): 3516-3529. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.004

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【目的】气候变化导致全球变暖,高温、干旱等极端天气频发,且生产中高温干旱时常相伴发生。本研究旨在探讨不同生育时期高温干旱复合胁迫影响夏玉米产量和光合特性的生理机制。【方法】选用DH605为试验材料,设置不同生育时期高温（T）、干旱（D）以及高温干旱复合（T-D）处理。2019年于三叶期（V3）、拔节期（V6）和抽雄期（VT）进行,2020年于三叶期（V3）、大喇叭口期（V12）和抽雄期（VT）进行,以自然温度和正常水分处理为对照（CK）。研究不同生育时期高温干旱复合处理对夏玉米产量、光合特性以及干物质的积累与分配的影响。【结果】不同生育时期高温干旱复合胁迫处理后,夏玉米LAI和SPAD值均显著降低,光合性能下降,净光合速率（P_n）显著降低。其中VT时期复合胁迫对P_n影响最显著,VT时期的T-D处理的P_n较CK平均下降39.0%,且高温干旱复合处理后夏玉米净光合速率的下降幅度大于高温、干旱等单一胁迫。高温干旱复合处理引发夏玉米光合性能降低,导致夏玉米干物质积累能力及向籽粒分配比例的下降,进而导致产量显著降低。2019年V3、V6、VT时期的T-D处理的产量较CK分别降低27.4%、18.3%和66.5%;2020年V3、V12、VT时期的T-D处理的产量较CK分别降低14.5%、14.6%和68.7%。【结论】不同生育时期的高温干旱复合胁迫导致夏玉米叶面积指数和叶绿素含量降低,气体交换受抑制,光合性能下降,导致光合同化物的积累与分配受阻,产量显著降低。其中,抽雄期遭受高温干旱复合胁迫后对夏玉米产量和光合特性的影响最大,且复合胁迫对其影响大于单一胁迫。

干旱胁迫下春玉米冠层吐丝动态及籽粒数模拟研究

王梦琪, 米娜, 王靖, 张玉书, 纪瑞鹏, 陈妮娜, 刘霞霞, 韩颖, 李王轶朴, 张佳莹

中国农业科学. 2022, 55(18): 3530-3542. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.005

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【目的】为实现干旱胁迫下玉米冠层吐丝动态的模拟,建立开花—吐丝间隔（anthesis-silking interval,ASI）和吐丝百分率与单位面积籽粒数的关系,改善干旱胁迫条件下玉米籽粒数的模拟效果。【方法】本研究基于锦州农业气象试验站干旱胁迫控制试验,测定了不同水分处理下玉米开花前后植株平均生长速率（PGR）、玉米冠层逐日吐丝百分率动态、ASI、开花后果穗生物量累积和株籽粒数等指标,利用上述数据确定了玉米冠层吐丝动态模型参数;进行了模拟吐丝百分率对植株生长速率平均值（PGR_AVE）和标准差（PGR_SD）两个输入参数的敏感性分析;基于果穗生物量累积过程,考虑干旱胁迫条件下冠层内植株个体间PGR的差异,开展开花前后不同干旱胁迫条件下冠层吐丝动态过程模拟;建立ASI与株结实率（株籽粒数占株最大潜在籽粒数的百分比）的定量关系;基于冠层吐丝动态模型模拟的开花后吐丝植株百分率、单株最大潜在籽粒数和株结实率,构建了基于冠层吐丝动态的籽粒数模型,进行了干旱胁迫下的籽粒数模拟与检验。【结果】冠层吐丝动态模型对PGR_AVE和PGR_SD的敏感性分析结果显示,与PGR_SD变化相比,PGR_AVE变化对吐丝百分率影响更大,PGR_AVE越大,PGR_SD越小,植株达到50%吐丝的时间越短。玉米冠层吐丝动态模型可以较准确地模拟开花后逐日吐丝百分率,花期干旱胁迫下观测值与模拟值的决定系数R²为0.88—0.98,均方根误差RMSE为4%—12%,归一化均方根误差NRMSE为8%—27%;耦合冠层吐丝动态模拟结果,构建了基于冠层吐丝动态的籽粒数模型,该模型可以较准确地模拟干旱胁迫下玉米单位面积籽粒数,观测值与模拟值的R²为0.85,RMSE为185粒/m²,NRMSE为10%。【结论】通过引入冠层吐丝动态模型,构建基于冠层吐丝动态的籽粒数模型,实现了干旱胁迫下玉米关键物候期（吐丝时间、开花—吐丝间隔和吐丝百分率）的模拟和籽粒数模拟,为实现干旱胁迫下基于冠层吐丝动态的产量模拟奠定基础。

本氏烟NbMBF1c的克隆、表达及在TMV侵染过程中的功能

温玉霞,张坚,王琴,王靖,裴悦宏,田绍锐,樊光进,马小舟,孙现超

中国农业科学. 2022, 55(18): 3543-3555. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.006

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【目的】烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）是危害茄科、十字花科、葫芦科等农作物的重要病毒,给农业生产造成了巨大损失。通过分子克隆获得本氏烟（Nicotiana benthamiana）多蛋白桥梁因子1c（multiprotein bridging factor 1c,MBF1c）,综合应用生物信息学、细胞生物学以及分子生物学手段,明确NbMBF1c的抗病毒功能和机制,为作物的抗病毒育种提供理论依据。【方法】根据Sol Genomics Network中报道的NbMBF1c序列全长,设计引物克隆NbMBF1c全长序列;使用GeneDoc及MEGA X对NbMBF1c蛋白和其他物种中的同源蛋白序列进行比对并构建系统进化树;利用生物信息学分析NbMBF1c的基因特征和蛋白结构;使用实时荧光定量PCR检测其组织表达及其在TMV侵染中的表达;利用烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus,TRV）诱导的基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）技术沉默NbMBF1c后通过摩擦接种TMV-GFP,明确NbMBF1c对病毒侵染的影响;构建pART27-GFP-NbMBF1c和pART27-Myc-NbMBF1c瞬时过表达载体,在本氏烟叶片中表达融合蛋白GFP-NbMBF1c后在共聚焦显微镜下观察亚细胞定位,表达融合蛋白Myc-NbMBF1c后接种病毒观察TMV-GFP侵染情况;采用实时荧光定量PCR检测沉默NbMBF1c后相关激素基因的表达,分析NbMBF1c影响病毒侵染的机制。【结果】NbMBF1c全长441 bp,编码146个氨基酸,包含一个保守结构域HTH（helix-turn-helix）;系统发育分析表明,NbMBF1c与绒毛状烟草（Nicotiana tomentosiformis）MBF1c（XP_009614458.1）亲缘关系最近;NbMBF1c的表达具有特异性,在根中的表达量最高,其次是茎、叶和花;NbMBF1c定位于细胞质和细胞核中;沉默NbMBF1c会显著影响本氏烟株高,出现矮化等症状,接种TMV-GFP第5天时,沉默处理相较于对照组植株新叶病毒含量更高;瞬时过表达Myc-NbMBF1c融合蛋白,在注射叶接种TMV-GFP后,病毒侵染减少,但NbMBF1c并不与TMV组分互作;沉默NbMBF1c后,脱落酸（abscisic acid,ABA）合成关键酶基因NCED3、脱落酸受体PYL1、ABA信号转导因子ABAI1和蛋白激酶SnRK2E的表达量显著上调;茉莉酸（jasmonic acid,JA）合成途径AOS1上调表达,茉莉酸信号通路上的受体COI1下调表达。【结论】本氏烟MBF1家族NbMBF1c的表达受TMV侵染诱导,且主要定位于细胞质和细胞核。NbMBF1c作为植物抗TMV的正调控因子抑制病毒在本氏烟上的侵染。NbMBF1c不通过与TMV组分互作来抑制病毒侵染,而是通过调控植物激素的产生和信号传导来抑制病毒侵染。

马铃薯晚疫病菌对霜脲氰抗性动态监测及药效验证

路粉,孟润杰,吴杰,赵建江,李洋,毕秋艳,韩秀英,李敬华,王文桥

中国农业科学. 2022, 55(18): 3556-3564. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.007

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【目的】监测河北、内蒙古和吉林北方一季作区马铃薯晚疫病菌（Phytophthora infestans）对霜脲氰的抗性时空动态,明确霜脲氰及其混剂对马铃薯晚疫病的田间防治效果,为马铃薯晚疫病菌抗药性治理和杀菌剂合理使用提供依据。【方法】2011—2019年共采集分离到824个马铃薯晚疫病菌单孢菌株,采用菌丝生长速率法测定其对霜脲氰的敏感性,并通过田间药效试验验证霜脲氰及其混剂对马铃薯晚疫病的防治效果。【结果】河北、内蒙古和吉林3个地区的马铃薯晚疫病菌群体对霜脲氰抗性水平较低且抗性发展缓慢,平均EC₅₀、平均抗性倍数、抗性频率和抗性指数随着监测年限及地域的不同而波动,但整体上趋于低位平稳。不同年份检测的马铃薯晚疫病菌菌株对霜脲氰的平均EC₅₀为0.06—0.44 μg·mL^-1,平均抗性倍数为0.29—2.18,抗性指数为0.25—0.47。2011和2017年仅检测到敏感菌株,2012—2016年抗性菌株频率为1.90%—58.57%,2018年和2019年抗性菌株频率分别为20.83%和88.14%。不同省（自治区）的马铃薯晚疫病菌菌株对霜脲氰的平均EC₅₀为0.17—0.18 μg·mL^-1,平均抗性倍数为0.85—0.91,抗性频率为16.61%—22.22%,抗性指数为0.29—0.31。田间药效试验结果显示20%霜脲氰SC、72%霜脲氰·代森锰锌WP、52.5%噁唑菌酮·霜脲氰WG对马铃薯晚疫病防治效果为81.5%—87.1%,显著高于68%精甲霜灵·代森锰锌WG的防治效果（61.8%—69.3%）。【结论】河北、内蒙古和吉林3个地区的马铃薯晚疫病菌群体对霜脲氰总体上保持敏感,霜脲氰单剂及其与代森锰锌或噁唑菌酮的混剂对晚疫病仍有良好防治效果。在马铃薯晚疫病菌对甲霜灵和精甲霜灵产生抗性的地区,20%霜脲氰SC、72%霜脲氰·代森锰锌WP和52.5%噁唑菌酮·霜脲氰WG可作为苯基酰胺类杀菌剂的替代药剂使用,但仍需密切监测马铃薯晚疫病菌对霜脲氰的田间抗性发生动态,限制霜脲氰及混剂一个生长季节的使用不超过两次且与不同作用机理的杀菌剂交替或者混合使用。

世界主要国家土壤调查工作回顾

张维理,张认连,张定祥,白占国,张晶,师华定

中国农业科学. 2022, 55(18): 3565-3583. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.008

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自19世纪末100多年以来各国实施的土壤调查可分为四类,分别为土壤分类调查、农田土壤基础地力调查与评价、科学施肥与耕地保育所需农田化学性状采样调查和以土壤环境质量为主题的调查。土壤分类调查是近代各国最早开展,也是在全球最广泛实施的土壤调查,主要目的是弄清成土过程导致的土壤资源类别差异及其分布特征。由于自然条件下成土过程可达数万年,分类调查的主要产出——土壤图和各类土壤典型剖面理化性状表,具有很长的时效性,广泛用于各研究领域。各发达国家在20世纪完成全国性分类调查之后,未再进行新的、全国性的土壤分类调查。中国在全国第二次土壤普查中通过较高密度地面采样完成的大比例尺土壤图和与之匹配的10余万个典型剖面数据表,精度和指标丰富度超过许多发达国家分类调查成果,可供科学界和各行业长久使用。在人均耕地资源紧缺的中欧国家,为满足土地管理部门和农民对更方便、好懂的农田土壤质量指标的需求,20世纪中叶以来,通过高密度地面采样,进行了农田土壤基础地力调查与评价,为每个田块建立了具有官方认证性质的农田土壤百分价指标和基础地力底档。这一调查结果广泛用于土地与农田管理、税收、农业补贴、农田租赁、交易、借贷、保险等行业,成为各行业不可缺少的农田土壤质量百年基础数据。中国人均耕地面积较中欧国家更少,但至今农地管理中土壤质量信息短缺,难以实现耕地数量与质量的合并管理,需要探索与中国经济、社会制度和社会发展相适应的农田基础地力调查、评价方法与运行机制,为每个田块建立精准、可靠、科学、可长期使用的基础地力底档。对施肥推荐及耕地保育所需农田化学性状采样调查的总结显示,发达国家已将该类调查纳入科学施肥和耕地保育技术支撑体系。对于提高农民科学施肥技术水平,构建并保障技术支撑体系运行,比开展全国性农田土壤养分普查更为重要。多年来,中国土壤肥料领域从基础研究到农民田间应用的全链条中,应用技术与农技推广两个环节比较薄弱。中国至今尚未发布适合各地农民田间应用的分区、分类、量化科学施肥与耕地保育技术指标,也缺少能对农民进行针对性指导的智能化手段。在占中国作物总播种面积 23.6%的蔬菜、水果、花卉等经济作物农田上,农民过量施肥情形严重,影响产量和农民经济效益,并导致农业面源污染。弥补技术支撑体系中的短板成为合理施肥和提升耕地质量的关键。20世纪末以来,为了解土壤和环境污染与变化,科学制定控制对策和检验控制效率,各国陆续启动了环境主题的土壤调查。随着3S和大数据技术发展,新的土壤调查普遍采用数字土壤制图方法替代传统人工制图。而准确界定调查目标,全面了解与调查目标相关的研究进展,了解可用的相关基础图件和辅助信息,在此基础上确定地面采样原则、采样密度、采样土层深度、需要采集的其他辅助信息,是未来科学实施各类土壤调查的关键,可收到事半功倍效果。

近十年安徽省秸秆直接还田研究进展

马超,王玉宝,邬刚,王泓,汪建飞,朱林,李佳佳,马晓静,柴如山

中国农业科学. 2022, 55(18): 3584-3599. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.009

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秸秆直接还田是当前农民应用最广泛的一种秸秆利用方式。安徽作为农业大省,同时也是秸秆产出大省,近年来积极推广秸秆还田并在相关方面形成了自己的研究特色。本文系统总结了2011年以来安徽省在秸秆直接还田技术及秸秆还田对土壤肥力、作物生长和产量、农田生态环境的影响等方面重要进展,以期为全面和深入开展秸秆还田研究提供参考,进一步推动秸秆资源高效利用。分析显示,安徽省秸秆直接还田研究工作近10年的进展主要体现在以下方面：（1）从秸秆还田方式和化肥配施运筹等方面对秸秆直接还田技术进行了优化;（2）拓宽了秸秆还田对土壤理化和生物学性质影响的研究范畴,开始关注土壤有机碳化学结构和土壤微生物群落组成等;（3）开始探究秸秆还田对作物病虫草害等的影响,并日益重视秸秆还田在农田氮磷流失、温室气体排放等方面的环境效应。综上,安徽省秸秆直接还田研究呈现出从以关注作物生产为主延伸到兼顾农田生态环境效应的发展趋向。今后,安徽省秸秆直接还田研究应该在补齐区域短板、拓展研究内容、探明环境效应及深化机理探究等方面重点推进。

酸性土壤硝化作用对柑橘铵毒害的效应

范子晗,罗雅尹,熊华烨,张育文,康福蓉,王昱桁,王洁,石孝均,张跃强

中国农业科学. 2022, 55(18): 3600-3612. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.010

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【目的】通过监测铵态氮水平对不同pH土壤溶液的影响,结合对香橙砧木幼苗生长及生理指标的影响研究,阐述柑橘对铵态氮的响应过程,为酸性土壤中柑橘氮素优化管理提供理论支撑。【方法】试验为双因素设计,主处理为2种土壤,副处理为5个铵态氮水平。以酸性黄壤和石灰性紫色土为供试土壤,选用香橙砧木幼苗为试验材料,设置0（A0）、50（A50）、100（A100）、200（A200）、400 mg·kg^-1（A400）5个铵态氮水平,研究施铵态氮水平对土壤溶液铵态氮、硝态氮浓度变化及对柑橘生长、根系形态及活力、氮素吸收代谢、抗氧化酶系统和丙二醛含量的影响。【结果】与石灰性土壤相比,酸性土壤硝化过程减缓,其土壤溶液中铵态氮浓度和铵硝比在试验30 d时仍维持较高水平。与A0处理相比,A400处理的柑橘根长降低13%,且根系活力与铵态氮水平呈显著负相关。叶片和根系的丙二醛含量与铵态氮水平呈正相关,并激发了氧化应激反应,尤其增加了叶片POD酶活性。与石灰性土壤相比,酸性土壤中柑橘总氮积累降低17.6%,但叶片和根系中铵硝比分别升高了27.2%和61.1%。聚类分析表明,酸性土壤中生长的柑橘在施氮量超过100 mg·kg^-1时受到毒害,碱性土壤中生长的柑橘则没有受到明显毒害。【结论】酸性土壤中,铵态氮施用过量引起土壤溶液中铵态氮长时间累积,造成丙二醛含量增加、细胞膜受损和氮代谢失调等铵毒害现象,表明柑橘铵毒害与土壤硝化作用密切相关。

84个苹果栽培品种对斑点落叶病的抗性评价和全基因组关联分析

储宝华,曹富国,卞宁宁,钱谦,李中兴,李雪薇,刘泽远,马锋旺,管清美

中国农业科学. 2022, 55(18): 3613-3628. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.011

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【目的】斑点落叶病是中国苹果产区发生的主要病害之一,严重影响苹果的产量和品质。本研究旨在发掘具有高抗病性的苹果栽培品种和探寻调控斑点落叶病抗性的关键基因,为苹果品种改良提供科学依据。【方法】利用苹果斑点落叶病菌（Alternaria alternata f. sp. mali）对84份苹果栽培品种进行离体叶片接种鉴定,从病斑面积和病斑面积增长率两方面进行聚类分析,评价苹果栽培品种对斑点落叶病的抗性。用接种后叶片的病斑面积作为表型性状,以全基因组深度重测序获得的1 243 071个高质量SNP位点为遗传标记,采用EMMAX方法进行全基因组关联分析。【结果】84份苹果栽培品种接种后统计病斑面积发现,不同的苹果栽培品种在对斑点落叶病的抗病性方面表现出显著的多样性,其中感病和中抗的品种占绝大多数,而高抗和高感的品种占比较少;苹果斑点落叶病抗病性具有正态分布特征,呈现数量性状遗传特征。全基因组关联性状分析最终获得6个SNP位点呈现显著水平P≤0.0000001（-LgP≥7）,深入分析将其关联到7个关键候选基因,包括整合素连接蛋白激酶、FMN连锁氧化还原酶、B-box型锌指蛋白、GATA型转录因子等,并验证了整合素连接蛋白激酶在苹果抗病中的作用。【结论】经过两年数据的综合分析,最终从84个苹果栽培品种里,鉴定到稳定抗性品种7份,稳定易感品种2份。通过全基因组关联性状分析鉴定到与苹果斑点落叶病抗病性显著相关的6个SNP位点,关联到7个关键候选基因,并验证了其中一个基因的功能。

中国观赏芍药表型多样性解析与资源评价

万映伶,朱梦婷,刘爱青,金亦佳,刘燕

中国农业科学. 2022, 55(18): 3629-3639. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.012

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【目的】明确中国观赏芍药品种资源多样性水平,并从切花品种农艺性状角度分析资源特点,为种质收集、利用与创新提供理论依据。【方法】采集来自4个主要栽培地的346个中国观赏芍药品种,从品种资源整体和不同栽培地品种两个方面对采集的表型性状进行频率分布统计、变异系数计算和多样性指数计算,并进行聚类分析。【结果】我国观赏芍药品种多个性状多样性丰富,二元性状、有序多态性状和无序多态性状的多样性指数为0.29—1.90,数值性状的多样性指数为1.90—2.08。二元性状、有序多态性状和无序多态性中,花色和花型多样性指数最高,分别为1.90和1.88,其次是花蕾颜色（1.46）和雄蕊瓣化程度（1.42）。数值性状中,株高和茎长多样性指数最高,分别为2.08和2.07,其次是蕾径（2.04）、花径（2.04）和花高（2.01）,仅茎粗（1.99）和花梗长（1.90）多样性指数小于2。株高和茎长呈正态分布,株高介于38.50—100.50 cm,茎长介于43.19—120.00 cm;蕾径、花径、花高、茎粗和花梗长等5个指标呈非正态分布,蕾径偏大,分布介于1.22—3.99 cm;花径变异系数最小,为15.65%,分布介于3.11—19.50 cm;花高偏大,分布介于1.73—14.30 cm,变异系数最大,达32.55%;茎粗偏小,分布介于0.18—0.59 cm;花梗长偏小,分布介于5.57—40.00 cm。聚类分析将芍药分为9组,绝大多数组包含来自2—4个栽培地的品种,各组品种的蕾径、花径、茎粗和花梗长间无明显差异,但株高、茎长、花高及雄蕊瓣化程度有一定差异。从切花适用性分析,目前我国观赏栽培品种中受市场喜爱的圆形花蕾且不绽口的品种数量较多,占71.39%;重瓣品种虽然较多,但受市场喜爱的绣球型品种仅占4.9%;79.8%品种花香不明显;71.7%品种有侧蕾;62.7%品种花期为中花期,早花、晚花品种少。不同栽培地品种的株高和茎长无显著差异,但临洮和菏泽品种的茎粗显著高于扬州和洛阳栽培品种,且菏泽品种的蕾径和花径显著更大。【结论】中国观赏芍药的多样性水平较高,作为一种多功能植物,需要注意芍药多样性的保护。但从切花适用角度看,存在直立品种数量少、花香不明显、有侧蕾、花期集中等问题。临洮和菏泽两地栽培品种在茎粗、蕾径和花径上有一定的切花优势。我国芍药品种作为切花筛选和选育尚有不足,各地均需发展创新种质,亟需引入具长茎、单秆、香花和晚花等特征的种质参与育种。

基于消费者喜好性评价宰后不同阶段羊肉食用品质差异

葛岳,张德权,李少博,陈丽,郑晓春,梁策,颜统晶,李金活,王振宇

中国农业科学. 2022, 55(18): 3640-3651. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.013

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【目的】基于消费者喜好性评价,探究宰后不同阶段羊肉食用品质差异,明确僵直前期、最大僵直期、解僵成熟期羊肉涮制、烤制、煮制、炒制特性,为我国羊肉食用品质科学评价和优质羊肉生产提供参考。【方法】选取8月龄小尾寒羊僵直前期、最大僵直期、解僵成熟期的牡蛎、外脊、霖肉、米龙4个部位肉,经涮制、烤制、煮制、炒制后进行消费者喜好性评价,对羊肉的嫩度、多汁性、风味、总体喜好性进行评分,利用线性判别分析确定羊肉食用品质综合评价方程（Meat Quality,4 variables,MQ4）和等级划分方法,分析不同烹饪方式下宰后不同阶段羊肉消费者喜好性评分和食用品质等级。【结果】羊肉涮制后,僵直前期的外脊和米龙嫩度、风味、总体喜好性、食用品质综合得分（MQ4）高于最大僵直期和解僵成熟期的样品（P<0.05）,宰后不同阶段的牡蛎和霖肉消费者评分差异不显著（P>0.05）。羊肉烤制后,僵直前期的牡蛎和解僵成熟期米龙的嫩度、总体喜好性、MQ4评分高于最大僵直期的样品（P<0.05）,宰后不同阶段的外脊和霖肉消费者评分差异不显著（P>0.05）。羊肉煮制后,解僵成熟期的霖肉多汁性、总体喜好性评分高于僵直前期和最大僵直期的样品（P<0.05）,宰后不同阶段的牡蛎、外脊、米龙消费者评分差异不显著（P>0.05）。羊肉炒制后,僵直前期和解僵成熟期的牡蛎嫩度、总体喜好性、MQ4评分高于最大僵直期的样品（P<0.05）,僵直前期的外脊嫩度、风味、总体喜好性、MQ4评分高于最大僵直期和解僵成熟期的样品（P<0.05）,宰后不同阶段的霖肉和米龙消费者评分差异不显著（P>0.05）。僵直前期（5星级：0%—8.33%;4星级：47.83%—72.22%）与解僵成熟期（5星级：0%—8.70%;4星级：52.78%—58.33%）的羊肉经涮制、烤制、煮制、炒制后优级（5星级）和良好级（4星级）的比例高于最大僵直期的样品（5星级：0%;4星级：35.90%—47.83%）,僵直前期与解僵成熟期的羊肉没有出现消费者不满意（2星级）的样品,最大僵直期的羊肉烤制和煮制后分别有4.17%和4.35%的样品为2星级。【结论】基于消费者喜好性评价研究,僵直前期和解僵成熟期的羊肉经涮制、烤制、煮制、炒制烹饪后的食用品质得分、优级和良好级肉的比例高于最大僵直期的样品,僵直前期和解僵成熟期的羊肉均受消费者的青睐。

IL-15过表达对猪骨骼肌细胞成肌分化的影响

邢明杰,顾宪红,王枭鸿,郝月

中国农业科学. 2022, 55(18): 3652-3663. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.014

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【目的】研究肌肉因子IL-15（interleukin 15）对猪骨骼肌成肌细胞增殖与凋亡的影响,为进一步研究IL-15在动物肌肉品质调控和骨骼肌疾病治疗提供依据。【方法】构建IL-15过表达慢病毒载体GV-492-IL-15,体外无菌分离培养猪骨骼肌卫星细胞,诱导分化,并通过免疫荧光染色进行成肌细胞验证。将成肌细胞转染IL-15过表达重组慢病毒载体,试验分别设置空白对照组（Control）、转染阴性对照病毒组（IL-15-）和转染GV-492-IL-15（IL-15+）慢病毒试验组（n=3）。培养72 h后,收集细胞和培养上清液。分别采用实时定量PCR（qRT-PCR）和Western Blot技术分析目的基因和蛋白的表达情况,采用ELISA试剂盒分析培养液中IL-15含量,采用CCK-8试剂盒分析成肌细胞活力,采用流式细胞术分析细胞周期和细胞凋亡,采用Western Blot技术检测与细胞凋亡密切相关的caspase-3蛋白表达水平的变化。【结果】（1）经鉴定后的质粒转染293T细胞,细胞内可观察到明显的绿色荧光,经Western Blot检测,可以观察到20 kD附近处有特征条带;（2）分离培养的猪骨骼肌卫星细胞呈梭形或纺锤形,诱导后可分化为呈管状的成肌细胞。将分化后的成肌细胞,进行α-SMA单克隆抗体免疫荧光染色,视野中90%的细胞呈阳性反应,胞浆染成红色,表明细胞为骨骼肌成肌细胞。（3）转染GV-492-IL-15慢病毒后,与对照细胞组相比,成肌细胞内IL-15 mRNA和蛋白相对表达量均极显著升高（P<0.001）,但培养液中IL-15蛋白水平变化不大（P>0.05）。CCK-8结果显示,过表达IL-15可增强细胞的增殖能力（P<0.05）。与对照组相比,转染GV-492-IL-15慢病毒的细胞早期凋亡率差异不显著（P>0.05）,但细胞晚期凋亡率显著下降（P<0.05）。与对照组相比,转染慢病毒组细胞中caspase-3蛋白有下降的趋势,但差异不显著（P>0.05）。此外,转染IL-15过表达慢病毒可使G1期细胞比例显著下降,S期和G2/M期细胞比例显著升高（P<0.05）。【结论】在正常生理条件下,IL-15是定位在细胞内并发挥作用的,IL-15过表达对猪骨骼肌成肌细胞早期凋亡没有显著影响,但可以抑制其晚期凋亡,并促进细胞增殖。这一研究将为IL-15正向调控猪骨骼肌肌肉品质和治疗相关肌肉疾病提供技术和理论依据。

昼夜节律与肉羊养分消化代谢和瘤胃发酵参数的关联

张春桃,马涛,屠焰,刁其玉

中国农业科学. 2022, 55(18): 3664-3674. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.015

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【目的】生物钟系统普遍存在于生命体的各级水平,与动物本身的消化生理及生长性能存在着密切的内在关联。试验探讨了昼夜节律与湖羊瘤胃发酵参数和养分消化代谢的关联,以期为提高育肥羊生长性能和营养物质的利用率提供依据。【方法】选用体重为(21.57±0.77) kg 健康湖羊45只,随机分为3个处理组,每组15只,各处理组采用相同的精料补充料和粗料。3个处理分别设置为：白天处理组（DH),即早上饲喂日总精料的70%+日总粗料的30%;晚上处理组(DL),即早上饲喂日总精料的30%+日总粗料的70%;对照组(CON),即早上和晚上各饲喂日总精料的50%+日总粗料的50%。饲喂两个月后,进行消化代谢试验。采用全收粪、尿法用于测定养分表观消化率和代谢率。饲养试验结束后,分别于晨饲前两小时和晚饲前2h,通过口腔采集瘤胃液样本用于相关指标测定。【结果】①试验羊只的日增重DH组为215.00g,进食量低于DL组和CON组,饲料转化比最优,为5.35,分别优于其他2组11.19 %和16.04 %。②与CON相比,DH组羊只干物质 (DM)、有机物 (OM)、粗蛋白 (CP)、中性洗涤纤维 (NDF)和酸性洗涤纤维 (ADF)消化率均高于CON 和DL组,具体：DH与DL组相比,DM消化率提高了21.42%,CP提高了22.29%,NDF提高了9.85%,ADF提高了28.69%。③氮的生物学价值DH组比CON明显提高（P>0.05）各组间可消化氮的摄入量之间无显著差异,DL组试验羊的总氮排出显著高于DH组（P<0.05）。DH组羊沉积氮、氮利用率和氮的生物学价值显著高于DL组（P<0.05）和CON组（P>0.05）。④不同处理对各组试验羊瘤胃微生物蛋白(MCP)、乙酸、和总挥发性脂肪酸(TVFA)等指标差异不显著（P>0.05）,DH组羊只瘤胃pH、乙丙比、丁酸显著低于DL组（P<0.05）。随着昼夜交替变化,瘤胃pH、NH₃-N、乙酸、丙酸、总挥发性脂肪酸和乙丙比发生显著变化（P<0.05）,相关参数值白天高于夜间。【结论】在相同日粮营养素含量条件下,改变早、晚精粗料比的分配,可提高羊只生长性能和养分的消化利用率;白昼与夜间对瘤胃发酵有影响,白天饲喂高精料日粮对瘤胃TVFA、NH₃-N和MCP含量具有促进作用。总之,早上适量提高精料比例,更符合动物机体的消化和吸收的节奏,对饲料的利用效果更佳。

核蛋白H-NS调控多重耐药鸡大肠埃希菌IncFⅡ质粒接合转移的分子机制

贾雅婷,胡慧慧,翟亚军,赵冰,何坤,潘玉善,胡功政,苑丽

中国农业科学. 2022, 55(18): 3675-3684. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.18.016

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【目的】以临床分离的多重耐药鸡大肠埃希菌IncFⅡ质粒为研究对象,探究核蛋白H-NS调控其接合转移的分子机制,为控制IncFⅡ质粒介导的多重耐药基因水平散播提供理论依据。【方法】测定大肠埃希菌ATCC25922及4株重组菌（pBAD25922、F25922、FΔhns和FΔhns/phns）的生长曲线,比较hns对菌株的影响情况;分别以F25922、FΔhns和FΔhns/phns为供体菌,大肠埃希菌J53（耐叠氮钠）为受体菌,进行接合试验,并计算接合频率;采用实时荧光定量PCR检测各重组菌（F25922、FΔhns和FΔhns/phns）中IncFⅡ质粒接合转移相关基因（traM、traJ和traY）的mRNA表达量;构建LacZ融合报告菌株F25922/P_M（P_J/P_Y）、FΔhns/P_M（P_J/P_Y）和FΔhns/phns/P_M（P_J/P_Y）,分别测定不同菌株中3种基因（traM、traJ和traY）启动子P_M、P_J和P_Y的β-半乳糖苷酶活性;构建H-NS蛋白原核表达载体,采用镍离子亲和层析法分离纯化H-NS核蛋白,PCR扩增并纯化3种基因启动子区的DNA序列,利用电泳迁移率变动分析试验（EMSA）探明核蛋白H-NS调控IncFⅡ质粒接合作用的调控方式,预测H-NS与不同启动子的结合位点并用EMSA进行进一步验证。【结果】重组菌F25922和pBAD25922与大肠埃希菌ATCC25922的生长状况无明显差异,说明质粒pBAD和IncFⅡ均不影响宿主菌大肠埃希菌ATCC25922的生长;但是,缺失重组菌FΔhns和缺失回补重组菌FΔhns/phns的生长速度明显低于大肠埃希菌ATCC25922,表明hns的缺失导致菌株的生长适应性变差,但不影响菌株的存活。接合试验结果显示,FΔhns中IncFⅡ质粒的接合频率较对照菌F25922升高了1 279.33倍（P<0.001）,而FΔhns/phns中IncFⅡ质粒的接合频率虽未完全恢复到对照菌株的水平,但也明显低于FΔhns。实时荧光定量PCR结果显示,FΔhns中tra基因（traM、traJ和traY）的mRNA表达量均极显著高于对照菌株（P<0.001）,其中traJ的mRNA表达量最高,为F25922的1 510.14倍,其次为traY和traM,表达量分别为F25922的448.14倍和81.54倍,而回补株FΔhns/phns中不同基因的mRNA表达量均极显著低于FΔhns,与对照菌相类似。β-半乳糖苷酶活性测定结果显示,缺失报告菌株FΔhns/P_M（P_J/P_Y）中P_M、P_J和P_Y的β-半乳糖苷酶活性分别为5.66,10.45和21.91,均极显著高于对照菌F25922/P_M（P_J/P_Y）的相应启动子（P<0.001）,而回补报告菌株FΔhns/phns/P_M（P_J/P_Y）中P_M、P_J和P_Y的β-半乳糖苷酶活性极显著低于FΔhns/P_M（P_J/P_Y）,且均与对照菌株无明显差异。这些结果均表明hns对IncFⅡ质粒接合转移呈明显的负调控作用。EMSA结果显示,H-NS核蛋白均能明显阻滞3个tra基因启动子DNA的迁移,说明H-NS可直接与tra基因的3个启动子区结合;通过对结合位点的预测和EMSA进一步验证,证实H-NS核蛋白可与3个启动子区的AT富集区结合。【结论】H-NS核蛋白通过直接与IncFⅡ质粒的traM、traJ和traY的启动子区的AT富集区结合,抑制启动子活性,从而导致启动子下游相关转移基因traM、traJ和traY的表达量下降,结果明显抑制IncFⅡ质粒的接合转移。

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