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2022年 第55卷 第21期 刊出日期：2022-11-01

  

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中国农业科学. 2022, 55(21):  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

栽培稻芽期耐低温全基因组关联分析

逄洪波, 程露, 于茗兰, 陈强, 李玥莹, 吴隆坤, 王泽, 潘孝武, 郑晓明

中国农业科学. 2022, 55(21):  4091-4103.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.001

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【目的】水稻是重要的粮食作物，芽期是水稻生长发育过程中最脆弱的时期，直播稻遭遇冷害时发芽率大幅降低，减产严重。深入了解耐冷性的遗传机制，为培育芽期强耐受性水稻品种奠定基础。【方法】以世界范围内14个国家代表性的238份水稻种质资源为试验材料，于2021和2022年在沈阳开展表型鉴定试验，统计不同水稻品种在人工气候培养箱15℃低温条件下第1—10天的发芽率和相对发芽率，利用R语言绘制5—10 d的频率直方图，通过表型丰富度Hill值选择宜作关联分析的天数，将发芽率和相对发芽率表型数据与重测序数据相结合，进行基于混合线性模型MLM（QK）的全基因组关联分析，并对所获得的SNP位点进行耐冷候选基因的预测。【结果】发芽率频数分布直方图和表型丰富度计算结果显示第8天发芽率多态性最好，其Hill值为0.84，高于其他几天发芽率（0.48—0.83），可用于全基因组关联分析;主成分分析结果显示，这些水稻品种可以分为indica、aus、temperate japonica、tropical japonica和aromatic 5个亚群;2个指标进行的GWAS分析检测到3个相同的显著性SNP位点，均位于第4染色体，解释表型的11.9%—25.4%;在上下游各50 kb进行基因搜索，共发现24个相关候选基因，进一步开展LD和单倍型分析，发现LOC_Os04g24840和LOC_Os04g25140的不同单倍型耐冷性之间存在极显著差异。LOC_Os04g24840被编码区SNP分为5个单倍型，且Hap_3的耐冷性显著强于Hap_1;LOC_Os04g25140被编码区SNP分为18个单倍型，且77 bp处的氨基酸变异（S>L）存在籼粳差异。结果表明，编码糖基转移酶的基因LOC_Os04g24840和编码F-box蛋白基因LOC_Os04g25140可能与水稻芽期耐冷性密切相关。【结论】在238份水稻种质资源中共检测到3个与芽期耐冷性显著关联的SNP位点，筛选出2个与水稻芽期耐冷性相关的候选基因。

燕麦品种间脂肪酶活性差异及低脂肪酶优质品种的预测

相玉婷, 王晓龙, 胡新中, 任长忠, 郭来春, 李璐

中国农业科学. 2022, 55(21):  4104-4117.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.002

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【目的】探究不同品种间燕麦脂肪酶活性的差异机制，分析影响燕麦脂肪酶活性的内在因素，为筛选低脂肪酶优质品种提供理论依据。【方法】选取3个燕麦主产地的6个主栽品种为研究对象，测定其脂肪酶活性、营养指标、物理性状及农艺指标。通过相关性分析筛选与燕麦脂肪酶密切相关的指标，通过聚类分析将多个燕麦样品按脂肪酶活性分类，通过主成分分析将具有相关性的数据组转化为便于统计分析的综合变量，考察燕麦品种间的脂肪酶活性差异;结合灰色关联度与多元逐步回归的分析方法，得出各品种与理想品种的关联度，并以脂肪酶活性为因变量，拟合得出脂肪酶活性预测模型，筛选低脂肪酶活性优质品种。【结果】脂肪酶活性与粗脂肪含量呈显著正相关（r=0.32，P<0.05），且脂肪含量、不饱和脂肪酸含量、脂肪酶活性、酸值4个指标的变化趋势一致;脂肪酶活性与粗蛋白含量呈极显著正相关（r=0.46，P<0.01），且脂肪酶活性越高的品种，其位于31—43 kD的电泳条带所占百分比越大;脂肪酶活性与籽粒容重呈极显著负相关（r=-0.71，P<0.01）;脂肪酶活性与生育期呈极显著正相关（r=0.37，P<0.01）;经灰色关联度分析知白燕18号、迪燕1号与理想品种X₀关联度较高，分别为0.951和0.883，属于低脂肪酶且高营养品种;经多元逐步回归，仅保留影响显著的容重与蛋白质含量作为自变量，建立脂肪酶活性预测模型Y（脂肪酶活性）=720.274－2.255×容重（g·L^-1）+75.761×蛋白质含量（%），P<0.01，R ²为0.658。【结论】不同品种间燕麦脂肪酶活性差异明显，脂肪含量、蛋白质含量、容重、生育期是燕麦脂肪酶活性的主要影响因素，灰色关联法和逐步回归分析相结合建立的优质品种筛选与脂肪酶活性预测模型，可以有效地对燕麦品种进行综合评价，并优选出低脂肪酶活性品种。

甘蔗不同基因型对白条病抗性的评价

杜金霞,李奕莎,李美霖,陈文浛,张木清

中国农业科学. 2022, 55(21):  4118-4130.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.003

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【目的】甘蔗白条病是影响甘蔗产业的一种重要细菌检疫性病害，选择抗病品种可有效降低病害的发生。了解甘蔗基因型的白条病抗性，规范抗性评价方法，为甘蔗白条病抗病种质资源的选育和利用提供依据。【方法】以桂糖46号分离得到的黄单胞菌株JG43菌株为接种病原，采用截头法人工接种于70个不同基因型的甘蔗上。通过蘸有细菌悬浮液（10⁸ CFU/mL）的剪刀剪切甘蔗生长点上方，并用棉花吸取500 μL细菌悬浮液置于斜切面上。分别于接种后14、28、42、56和70 d，对每个甘蔗基因型的发病情况进行调查，计算发病率（incidence，IC）。根据甘蔗白条病严重度评判标准计算病情指数（disease index，DI）和病害进展曲线下面积（area under the disease progress curve，AUDPC）。利用SPSS 25.0软件分别进行方差分析、主成分分析和判别分析。其中，采用一般线性模型和类型Ⅲ的平方和模型进行方差分析，以IC、DI和AUDPC作为因变量，基因型、区组及接种后时间为固定因子。原始数据经过标准化（Z-score）处理后，通过KOM和Bartlett球体检验法进行主成分分析。运用DPS 9.50软件的WPGMA法，计算欧几里得距离（Euclidean metric）进行聚类分析。以聚类分析结果中的不同抗性等级作为分组变量，AUDPC、IC和DI作为自变量，根据Fisher准则进行判别分析，计算分类准确率。【结果】接种14 d，部分基因型叶片开始发病，出现1—2条铅笔状条纹;接种28 d，条纹数增多且逐步向边缘扩展;接种42 d，叶片黄化或白化症状从边缘逐步向叶脉扩展;接种56 d，叶片向内卷曲枯死;接种70 d时，发病严重的甘蔗整株枯萎死亡。方差分析发现，不同基因型（genotype，Gen）、接种后持续时间（days post-inoculation，Dpi)及其互作（Gen×Dpi）对IC、DI和AUDPC均具有极显著影响（P<0.01），其中，总方差的42%归因于接种后时间效应，表明不同接种时间甘蔗基因型的抗性反应存在显著差异。接种56 d，病害的发生达到相对稳定状态，这一时期的病害数据经平均值多重比较后能较好地进行甘蔗基因型间的抗性划分。判别分析与聚类分析的结果基本一致，将70个基因型分为5个不同抗病等级，包括高抗基因型15份、抗病基因型14份、中抗基因型15份、感病基因型11份、高感基因型15份。【结论】通过截头法人工接种进行甘蔗抗白条病鉴定时，以接种56 d基因型的IC、DI和AUDPC作为抗性鉴定评价指标，在聚类分析的基础上增加判别分析，可以提高试验结果的准确性。筛选出中蔗9号、中蔗4号、中蔗2号、GUC19、GUC8、云瑞03-103、云瑞05-649、云瑞05-182、云瑞05-367、云瑞89-159、福农11-601、福农09-4059、桂糖02-467、桂糖08-297、新台糖22号等15个高抗品种，可进一步用于甘蔗抗白条病育种研究。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

氮肥后移及间作对玉米光合特性的耦合效应

徐珂,樊志龙,殷文,赵财,于爱忠,胡发龙,柴强

中国农业科学. 2022, 55(21):  4131-4143.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.004

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【目的】针对绿洲灌区覆膜玉米氮素需求前移，后期脱肥问题，通过探讨氮肥后移对间作玉米光合生理特性及产量的影响，以期揭示间作玉米产量形成的光合机制。【方法】2019—2021年，在河西绿洲灌区以玉米为试验材料，采用裂区试验设计，主因素为种植模式，设玉米间作豌豆和单作玉米2个水平，副因素为3个施氮制度（氮肥后移20%，氮肥后移10%，常规施氮不后移），研究氮肥后移及间作模式下，玉米的光合生理特性和产量表现。【结果】与常规施氮不后移相比，氮肥后移20%和氮肥后移10%处理下间作玉米籽粒产量分别提高28.5%、13.8%，生物产量分别提高23.8%、12.5%;单作玉米籽粒产量分别提高29.7%、13.3%，生物产量分别提高19.6%、10.3%。相同占地面积下，间作较单作玉米籽粒产量增加33.2%—35.1%，生物产量增加26.8%—31.5%。同时，氮肥后移20%和氮肥后移10%处理较常规施氮不后移提高了间作群体籽粒产量27.2%、12.9%。说明，间作较单作模式可提高玉米产量，且氮肥后移处理较常规施氮促进了间作产量的提高。与单作模式相比较，间作玉米可保持较高的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，较低的胞间CO₂浓度，且氮肥后移处理具有促进作用。氮肥后移20%、氮肥后移10%较常规施氮不后移处理玉米净光合速率分别提高12.8%、6.0%;气孔导度分别提高14.0%、6.9%;蒸腾速率分别提高20.5%、9.5%;胞间CO₂浓度分别降低29.8%、13.1%。间作模式下，氮肥后移20%、氮肥后移10%处理玉米全生育期叶片相对叶绿素含量（SPAD值）较常规施氮不后移处理分别提高7.5%、3.7%。主成分分析结果表明，氮肥后移和间作主要通过提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶片相对叶绿素含量和降低胞间CO₂浓度来增加玉米产量。【结论】氮肥后移20%（玉米拔节期追肥36 kg·hm^-2+吐丝后15 d追肥108 kg·hm^-2）有利于间作玉米光合特性提高，从而促进玉米增产。

基于Bi-LSTM模型的时间序列遥感作物分类研究

黄翀,侯相君

中国农业科学. 2022, 55(21):  4144-4157.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.005

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【目的】及时、准确地作物分类制图是农情监测的重要依据。本研究基于双向长短期记忆网络模型探究深度学习技术在时间序列遥感作物分类与早期识别中的应用潜力。【方法】本文以黄河三角洲地区为例，以哨兵2号全年可用卫星影像为数据源，构建年时间序列NDVI数据集;采用循环神经网络构架，搭建针对结构化时序数据的双向长短期记忆网络模型（bidirectional long short-term memory，Bi-LSTM），开展遥感作物分类，并评估模型的泛化能力;通过输入不同长度时间序列遥感数据，探究满足一定制图精度条件下的作物最早可识别时间。【结果】作物年生长时序特征对于大多数作物遥感分类识别都具有较好的区分能力，基于年时间序列NDVI数据的Bi-LSTM模型作物分类总体准确率达90.9%，Kappa系数达到0.892。通过测试不同时间序列长度对作物分类的影响发现，对大多数作物来说，其分类精度随着数据时间序列长度增加而不断提高，冬小麦、水稻等作物在生长季早期即具有较为独特的分类特征，因而利用生长季早期的时间序列影像即可获得较高的制图精度，而棉花、春玉米等作物需要完整生长序列影像才能更好地保证分类精度。【结论】卫星影像时间序列蕴含的结构化特征信息可以有效地降低特定时段的作物光谱混淆;双向循环神经网络模型能够同时考虑前向和后向的时间状态信息，可以学习作物不同阶段的光谱变化特征，在水稻、棉花、春玉米等易混淆作物的识别上表现优异;模型能够有效地把握样本总体上的变化趋势，在农作物多分类任务中表现出较好的泛化能力和鲁棒性。本研究通过集成深度学习和遥感时间序列，为及时、快速的区域作物高精度制图提供了可行的思路。

基于裂变模式的农业农村信息快速调查及分析平台开发与应用

张杰,王川,董晓霞,祝文琪,岳慧丽,刘升平,周清波

中国农业科学. 2022, 55(21):  4158-4174.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.006

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【目的】为了有效解决传统农业农村基础信息采集过程中存在的采集周期长、样本量小、投放不精准、数据质量低、审核难度大等难题，实现突发事件背景下海量数据快速获取及可视化分析，本研究设计、研发了一套集问卷精准投放、数据快速采集、结果自动分析为一体的农业农村信息快速调查平台，为各级农业管理部门快速决策提供便捷工具。【方法】（1）总体设计：借助5层架构技术和中台理念设计平台，采用新媒体、GIS、社会网络分析（SNA）等技术，构建问卷精准投放模型、多级裂变模式、快速审核和自动分析策略，利用点度中心度、中介中心度、空间聚类等方法对调查问卷传播网络的裂变关系、扩散能力以及社群特征进行分析，深度挖掘、多维度呈现平台数据价值。（2）系统实现：采用前后端分离模式研制了2个子系统，分别为面向调研用户的速调采集系统、服务于信息调查者的速调管理及分析系统。（3）平台应用：利用VMware vSphere集成容器和集群服务器部署系统，借助Nginx负载均衡方式提高系统响应速度。【结果】通过半年持续运行，系统普适性强，已提供8大领域12次大规模农业农村信息调查服务，共采集问卷76 953份;农业农村经济信息调查案例中5 h内采集了12 243份问卷，裂变比例为88.23%，其中20.24%的人形成扩散并裂变，社群效果明显，裂变程度高、速度快、范围广;平台综合功能强，覆盖了问卷设计、投放地控制、裂变分享、智能审核、酬劳发放、统计分析、用户沉淀等功能，可为农业农村信息快速调查提供高效的一站式服务。【结论】基于裂变模式的农业农村信息快速调查与分析平台，具有数据采集快、信息获取真、样本收集多、功能性强的特点，实现了突发事件背景下农业农村基础信息紧急获取及分析结果可视化呈现，形成了一种基于海量数据、区别于官方调查的民调模式，可为各级农业管理部门开展行业信息的精准、高效调查，实现科学决策提供有力的技术支撑，对其他行业信息调查具有借鉴意义。

植物保护

中国水稻主产区白叶枯病菌致病型分析及近等基因系鉴别寄主的构建

冯爱卿,汪聪颖,张梅英,陈炳,封金奇,陈凯玲,汪文娟,杨健源,苏菁,曾列先,陈深,朱小源

中国农业科学. 2022, 55(21):  4175-4195.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.007

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【目的】分析中国不同稻区白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）致病型，建立近等基因系鉴别寄主，为白叶枯病菌群体结构田间实时准确监测、抗性品种应用以及抗病育种提供科学依据。【方法】利用中国鉴别寄主、IR24以及15个抗白叶枯病近等基因系等共21个鉴别寄主，采用人工剪叶接种方法，对2018—2021年采自广东、广西、海南、浙江、湖南、辽宁、云南共7个省（自治区）的954个单菌落分离菌株进行致病型测定，探明白叶枯病菌致病型种类、分布及毒性分化;基于测试菌株与15个近等基因系及IR24的抗感互作，应用主成分因子分析法，开展近等基因系与病菌互作的变量因子分析，构建白叶枯病菌致病型近等基因系鉴别寄主;基于抗病基因与测试菌株的抗感反应，分析抗病基因聚合效应。【结果】954个测试菌株在中国鉴别寄主上鉴定出11个致病型，包括SRRRR（I）、SSRRR（Ⅱ）、SSSRR（Ⅲ）、SSSSR（Ⅳ）、SSRRS（V）、SRSRR（Ⅵ）、SSSSS（Ⅸ）、SSSRS（新型1）、SRSRS（新型2）、SRSSS（新型3）以及SSRSS（新型4），占测试菌株的比率分别为11.53％、4.82％、7.34％、6.18％、7.23％、1.05%、59.96％、1.57%、0.10%、0.10%、0.10%。Ⅸ型菌作为致病性最广的强毒菌系已上升为华南和长江中下游湖南和浙江稻区的优势致病型，西南稻区的云南以Ⅳ型菌为主，东北稻区的辽宁以I型菌为主。15个水稻抗白叶枯病近等基因系对954个菌株的抗感性分析结果表明，测试的15个近等基因系可分为5种类型，第Ⅰ类为高感基因系，包括IRBB1、IRBB2、IRBB10、IRBB11、IRBB4;第Ⅱ类为中感基因系，包括IRBB3、IRBB203、IRBB14;第Ⅲ类为中抗基因系，包括IRBB8、IRBB13;第Ⅳ类为抗病基因系，有IRBB21;第Ⅴ类为高抗基因系，包括IRBB5、IRBB7、CBB23、GDBB23;测试菌株中，出现可侵染抗病基因xa5的有42个、Xa7的有34个、Xa23的有31个。对以白叶枯病近等基因系为主的16个品种（系）与954个菌株组成的抗感互作变量数据矩阵进行因子分析，以解释总变量>85.0%为界，提取出8个主成分因子，组建了以近等基因系为主的10个品种(系)组成白叶枯病菌近等基因系鉴别寄主，按其对变量方差贡献大小，这些寄主分别为IRBB10（Xa10）、IRBB4（Xa4）、GDBB23（Xa23）、IRBB5（xa5）、IRBB7（Xa7）、IRBB21（Xa21）、IR24（Xa18）、IRBB13（xa13）、IRBB3（Xa3）、金刚30;新鉴别寄主可将954个测试菌株划分为55个致病型，对测试稻区的白叶枯病菌菌株表现出较好的鉴别力。基因聚合联合抗性分析表明，不同抗病基因聚合对病菌的抗性频率有一定的提升，不同抗病基因对测试菌株的抗性具有一定的互补性。【结论】监测稻区的白叶枯病菌系趋向多样化，毒性分化明显，强毒菌系Ⅸ型菌在部分稻区已上升为优势致病型，侵染xa5、Xa7及Xa23等广谱抗性基因的菌株有上升趋势;抗病基因聚合可拓宽品种对病原菌系的抗性谱，是培育广谱抗性品种的有效途径;近等基因系鉴别寄主的建立与应用可为白叶枯病发生流行的精准监测以及田间实时预警提供技术支撑。

本氏烟半胱氨酸蛋白酶基因家族特征及其在TMV侵染中的功能

裴悦宏,李凤巍,刘维娜,温玉霞,朱鑫,田绍锐,樊光进,马小舟,孙现超

中国农业科学. 2022, 55(21):  4196-4210.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.008

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【目的】明确抗病毒化合物氯吲哚酰肼（chloroinconazide，CHI）诱导的本氏烟（Nicotiana benthamiana）半胱氨酸蛋白酶（cysteine proteinase，CP）在烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）侵染过程中的作用及其基因家族特征，为理解茄科作物抗病毒分子机制及化学调控提供理论依据。【方法】利用全基因组策略，从茄科作物基因组数据库Sol Genomics Network中检索获得本氏烟NbCP的全家族基因序列，利用生物信息学分析NbCP基因家族的进化关系、Motif基序及启动子顺式作用元件。根据生物信息分析结果，利用实时荧光定量PCR技术分析TMV侵染后NbCP基因的表达，以此筛选出潜在抗病蛋白。使用烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus，TRV）介导的基因沉默技术和马铃薯X病毒（potato virus X，PVX）介导的基因过表达技术验证该关键蛋白对TMV-GFP侵染的影响，结合实时荧光定量PCR手段探索该关键蛋白的抗病毒机制。【结果】NbCP家族共有24个成员，根据其染色体定位命名为NbCP1—NbCP24。进化关系分析表明NbCP分成5个亚家族，其中Group V含有7个NbCP，而Group I仅含2个NbCP;Motif分析表明不同分支NbCP具有相似的motif分布;启动子顺式作用元件分析表明NbCP家族基因受光调控，并且多个NbCP家族基因启动子含有茉莉酸甲酯、水杨酸甲酯、脱落酸、赤霉素和生长素等激素响应元件。结合生物信息学分析，从上述各个亚家族中分别筛选1个关键潜在抗病相关NbCP基因（NbCP8、NbCP12、NbCP13、NbCP18、NbCP22），并利用实时荧光定量PCR技术分析上述基因在TMV侵染第5天的表达，发现NbCP8表达差异性最大，上升了2.6倍，NbCP8在叶中的表达量最高，其次是茎和根，在花中的表达量最低。TRV介导的NbCP8沉默能显著增加TMV-GFP的侵染，而PVX介导的NbCP8过表达能显著抑制TMV-GFP侵染，表明NbCP8作为植物正调控因子抑制病毒侵染。沉默NbCP8显著抑制了水杨酸信号途径相关基因PR1以及茉莉酸信号途径相关基因MYC2的表达，但对NPR1、COI1以及脱落酸信号途径相关基因ABA1和NCED1的表达无显著影响;而过表达NbCP8则显著提高了PR1以及ABA1的表达，但对NPR1、MYC2、COI1和NCED1的表达无显著影响。【结论】本氏烟NbCP参与了植物胁迫防御，其中NbCP8在抗TMV防御中起显著作用，其分子机制是通过诱导水杨酸信号途径参与抗病防御，研究结果可为茄科作物抗病毒的分子机制提供证据。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

作物养分管理的农机农艺结合技术研究进展

米国华,霍跃文,曾爱军,李刚华,王秀,张福锁

中国农业科学. 2022, 55(21):  4211-4224.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.009

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养分高效管理是农业绿色发展的重大需求。随着农业规模化经营和耕作栽培技术的发展，养分管理技术与施肥机具之间农机农艺不匹配的问题日益明显，如何实现养分管理中农艺技术与农机操作的有机结合，成为农业绿色发展亟需解决的关键问题。本文分析了我国养分管理农机农艺结合技术的研究现状及发展方向，提出高效施肥技术需要用适宜的施肥机械作保障，肥料新产品研发需要新的施肥机械，栽培耕作方式变革对农业机械产生新的需求，施肥机械化需要智能化提升，同时肥料产品和施肥技术研发需要考虑机械的可行性。针对东北春玉米、华北冬小麦-夏玉米及南方水稻种植体系的主要养分管理特点，阐述了我国在玉米启动肥及种肥同播技术、玉米秸秆覆盖条带耕作技术、小麦机械化追肥技术、水稻机械化侧深施肥技术及机械化变量施肥技术等方面的研究进展，对如何促进农机农艺结合、提升我国农田养分管理技术水平提出了建议。

添加螯合剂对磷酸二铵溶解、固定及转化的影响

董泽宽,张水勤,李燕婷,高强,赵秉强,袁亮

中国农业科学. 2022, 55(21):  4225-4236.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.010

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【目的】促进磷肥溶解、减少磷素固定是提高磷肥利用率的重要途径。本研究通过向磷酸二铵中添加羟基乙叉二膦酸和葡萄糖酸钠制备磷肥试验产品，研究其溶解和防固定性能及磷素肥际转化特征，为磷肥高效利用提供依据。【方法】选择羟基乙叉二膦酸（HEDP）和葡萄糖酸钠（SG）两种螯合剂，分别按0、0.5%、1%、3%、5%的添加比例与粉状磷酸二铵混匀并挤压造粒，制备出普通磷酸二铵（P）、HEDP_0.5%+P、HEDP_1%+P、HEDP_3%+P、HEDP_5%+P、SG_0.5%+P、SG_1%+P、SG_3%+P和SG_5%+P等9种颗粒磷酸二铵试验产品。分别采用水溶出率法和CaCl₂沉淀法分析比较不同磷酸二铵试验产品的水溶性磷的溶解速率和固定率，并利用土壤培养法研究其肥际移动和转化特征。【结果】（1）添加HEDP和SG的磷酸二铵平均溶解速率较普通磷酸二铵分别提高27.7%和20.0%;HEDP和SG在5%和0.5%添加量时溶解速率最高，分别达5.1%·min^-1和4.8%·min^-1，溶解15 min的溶出率分别为76.6%和72.6%，较普通磷酸二铵提高39.2%和32.6%。（2）添加HEDP和SG，磷酸二铵中水溶性磷固定率分别降低10.3%和6.6%，与普通磷酸二铵相比，HEDP和SG添加量分别为5%和3%时水溶性磷固定率最低，分别为58.1%和61.3%，较普通磷酸二铵降低17.0%和11.8%。（3）HEDP+P和SG+P处理肥际土壤有效磷含量较普通磷酸二铵分别显著提高39.5%和21.2%，以HEDP+P肥际土壤有效磷含量更高。HEDP和SG添加量均在3%时肥际微域有效磷含量最高，分别为2.9和2.5 g·kg^-1，较普通磷酸二铵提高53.3%和31.9%。（4）HEDP+P和SG+P处理肥际微域Ca₂-P含量较普通磷酸二铵分别提高38.2%和43.0%，均在螯合剂添加量为3%时最高;在施肥层上下5 mm肥际微域范围内，HEDP+P和SG+P的处理Ca₈-P含量较P处理分别降低33.6%和14.5%，HEDP和SG添加量分别在0.5%和3%时肥际微域Ca₈-P含量最低，分别为0.9和1.5 g·kg^-1，较P处理分别降低53.4%和25.8%。（5）肥际微域中有效磷和Ca₂-P含量与磷肥的溶解速率显著正相关，与水溶性磷固定率显著负相关（P<0.01）。【结论】添加羟基乙叉二膦酸和葡萄糖酸钠均可促进磷酸二铵溶解，有效减少磷素固定，其中羟基乙叉二膦酸的助溶解及防固定效果更好，且当其添加量为3%时能更显著地提高肥际土壤有效磷含量，并减少Ca₂-P向Ca₈-P的转化。

不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分及酶活性变化特征

朱长伟,孟威威,石柯,牛润芝,姜桂英,申凤敏,刘芳,刘世亮

中国农业科学. 2022, 55(21):  4237-4251.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.011

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【目的】通过研究黄淮平原潮土区不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分、微生物量碳氮和酶活性的动态变化，为该地区筛选适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】采用大田小区试验，在2016—2019年小麦季设置5个轮耕模式：（1）连续旋耕（RT-RT-RT）;（2）深耕-旋耕-旋耕（DT-RT-RT）;（3）深耕-旋耕-条旋耕（DT-RT-SRT）;（4）深耕-条旋耕-条旋耕（DT-SRT-SRT）;（5）深耕-条旋耕-旋耕（DT-SRT-RT）。3年为一个周期，在3年周期的第3年即2019年小麦返青期（GS）、拔节期（JS）、灌浆期（FS）和成熟期（MS）采集0—40 cm土层土壤样品，测定并分析土壤碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）及脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性。【结果】整个小麦生育期所有土壤指标均随土层加深而降低。相对于RT-RT-RT，深耕基础上配合旋耕或条旋耕对20—40 cm土层速效养分的提升效果明显高于0—20 cm土层，但均显著影响两土层中土壤微生物量和酶活性。小麦主要生育时期不同处理下各土壤指标的动态变化趋势与作物的生长和需肥规律基本一致。随着小麦生育期的推进，土壤AP、AK、SMBC、SMBN和脲酶、中性磷酸酶活性均呈“增加—降低—增加”的变化趋势，其中在拔节期达到最大峰值，而蔗糖酶活性则表现为逐渐增加的趋势。在0—20 cm土层，拔节期DT-SRT-RT处理的AN、AP和AK含量显著高于RT-RT-RT处理，其值分别为91.74、27.17和139.81 mg·kg^-1。不同轮耕模式及土层深度显著影响AN及AP的含量;而小麦生育时期、不同土层和各轮耕模式等因素均能显著影响AK的含量，但各因素之间的交互作用不明显。在整个生育期，DT-RT-RT、DT-SRT-RT处理0—40 cm土层的SMBC、SMBN含量较高。而相较于RT-RT-RT处理，DT-SRT-RT处理则显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶及中性磷酸酶活性，其增长率分别为3.79%—27.69%、12.29%—36.10%和8.61%—35.91%。小麦生育时期、不同土层深度和轮耕模式等因素显著影响土壤微生物量和酶活性，但三者对微生物量氮含量以及蔗糖酶、中性磷酸酶活性的交互作用不显著。各耕作处理2019年的小麦季产量显著高于RT-RT-RT处理，其中以DT-SRT-RT处理的产量最优，为6 557 kg·hm^-2。【结论】黄淮平原不同轮耕模式中，深耕-条旋耕-旋耕提高了土壤速效养分、微生物量碳氮含量及土壤酶活性，保障了小麦产量。

园艺

基于矿物元素指纹技术的‘富士’苹果产地溯源

高小琴,聂继云,陈秋生,韩令喜,刘璐,程杨,刘明雨

中国农业科学. 2022, 55(21):  4252-4264.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.012

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【目的】探讨‘富士’苹果果皮矿物元素含量的地域特征及产地溯源的可行性，结合多元统计分析，筛选出有效的判别指标，建立‘富士’苹果产地溯源模型，实现‘富士’苹果产地识别。【方法】以我国两大主产区（渤海湾产区和黄土高原产区）的124份‘富士’苹果为研究对象，采用电感耦合等离子质谱技术（ICP-MS）测定果皮中常量元素钠（Na）、镁（Mg）、钾（K）、钙（Ca），微量元素钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、钼（Mo）、镉（Cd）、锑（Sb）、钡（Ba）、铅（Pb）、铀（U），稀土元素钇（Y）、镧（La）、铯（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er），共31种矿物元素的含量，并结合独立样本T检验、主成分分析、线性判别分析、正交偏最小二乘判别分析进行‘富士’苹果的产地溯源。【结果】渤海湾产区和黄土高原产区的果皮样品中矿物元素Mg、Ca、Na、Fe、Mn、Cu、Ba、Ni、Nd、Pb、V、Ce、Pr、La、Dy、U、Ho和Co含量差异显著（P<0.05）。主成分分析结果表明，提取的12个主成分累计方差贡献率为81%，可对两大产区的样品进行初步聚类。利用线性判别分析，筛选出10种矿物元素（Mg、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Gd、Tb、Dy、U）作为判别两大产区‘富士’苹果地域来源较好的指标，所建立的判别模型，对原始整体判别率为92%，交叉验证判别率为89.5%。通过正交偏最小二乘判别分析，确定Co、Ba、Ho、Dy、Pr这5种矿物元素在样品分类中起关键作用，模型的产地鉴别准确率可达98%，实现了两个产区‘富士’苹果的产地溯源。【结论】‘富士’苹果果皮可作为一种有效的溯源部位。稀土元素Dy、Ho、Pr、Gd、Tb的含量可作为‘富士’苹果产地溯源的重要指标。本研究结果可为‘富士’苹果产地溯源提供理论依据和技术支撑。

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

尤佳玲,李有梅,孙孟豪,谢兆森

中国农业科学. 2022, 55(21):  4265-4278.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.013

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【目的】随着叶龄的增长，葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加，但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道，本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因，阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材，观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态，并采用高通量测序技术进行转录组分析，筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因，同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小，积累量少，随着叶龄增长，在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内，淀粉粒体积明显增大，积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据，KEGG富集分析表明，与NL相比，在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现，细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase，PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase，AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose，ADPG）的过程，且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase，SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme，SBE）、α-淀粉酶（α-amylase，AMY）、β-淀粉酶（β-amylase，BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程，同样随叶龄增大上调表达，其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大，叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。

提升龙眼果实耐贮性的果期病害防治与养分优化管理

韩冬梅,黄石连,欧阳思颖,张乐,卓侃,吴振先,李建光,郭栋梁,王静

中国农业科学. 2022, 55(21):  4279-4293.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.014

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【目的】探讨果期病害防治与养分管理对龙眼果实特征品质和耐贮性的影响，获得提升龙眼果实贮藏品质的采前优化管理模式。【方法】以品种‘石硖’为材料，以病害防治（因素A）、施肥类型（因素B）和激素调控（因素C）为试验因素，设计L₁₂（4×3³）的大田正交试验，共12个处理组合（BR1—BR12），其中BR1为对照;观测果实成熟品质和矿质营养含量，定期观察果实在5℃下的贮藏效果，筛选优化作用显著的试验因素和水平。【结果】11个果实品质和20个果实矿质营养指标（包括果皮和果肉）变异系数范围分别为2.19%—49.50%和5.14%—77.43%，除感官指标果净度、果锈度和果肉爽脆度外，其他指标在各处理间都存在极显著差异（P<0.01）。随着贮期延长，各处理果实霉变、果皮褐变和果肉自溶程度增强，好果率下降，处理间差异极显著（P<0.01）。聚类结果显示，BR11和BR12贮藏效果最佳，褐变、自溶与霉变率评分均最低，好果率最高，耐贮性最好，贮藏寿命约40 d，比对照BR1延长了近15 d;反之，BR1和BR2耐贮性最差，贮藏寿命约25 d。相关分析结果表明，病害防治（因素A）与果实贮藏期间的褐变、自溶、霉变率、好果率和耐贮性评分均极显著相关（P<0.01），果表b^*值、果净度、果皮矿质元素锌和锰含量与贮藏效果密切相关（P<0.01）;钾、钙、镁主要影响单果质量、可食率、可溶性固形物含量和果锈度，锌、锰、硼主要影响果净度和果锈度。因素水平边际均值估算结果表明，与小果期和不防治相比，全果期和膨果期病害防治可以显著提高果表b^*值、果表C^*值（P<0.05）和果净度（P<0.01），降低贮期褐变、自溶与霉变程度，提高好果率和耐贮性，其中全果期防治效果最优（P<0.01）;全营养施肥显著提高果肉爽脆度（P<0.01）、果净度和耐贮性（P<0.05），降低霉变率（P<0.01）;激素调控作用不明显。【结论】采前科学合理的病害防治与养分管理可以显著提高龙眼果实特征品质和耐贮性，推荐果期优化综合管理模式为“全果期病害防治+全营养施肥”。

畜牧·兽医

新疆地区荷斯坦牛长寿性与产奶量的遗传力估计及相关性分析

董明明,赵番番,葛建军,赵俊亮,王丹,胥磊,张梦华,种丽伟,黄锡霞,王雅春

中国农业科学. 2022, 55(21):  4294-4303.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.015

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【目的】产奶性状和长寿性状均是奶牛育种中的重要性状。近年来奶牛选育中追求高产，在产奶量不断提高的同时，长寿性却呈下降趋势。随着平衡育种理念的发展，各奶业发达国家陆续将长寿性状纳入其奶牛综合选择指数。为此，探究产奶量和奶牛长寿性间的关系，为新疆地区制定中国荷斯坦奶牛综合选择指数，实现平衡育种和奶业高质量健康发展提供借鉴。【方法】收集新疆地区3个规模化牛场1997—2020年间的各项生产记录，计算在群天数和生产寿命，共计获得7 206条奶牛长寿性记录和15 218条头胎305 d产奶量记录。收集个体三代系谱信息共计18 183条，其中包括903头公牛以及20 883头母牛。首先利用SAS 9.2软件的GLM过程分析场、出生年份、出生季节和初产月龄对新疆地区中国荷斯坦牛在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量的影响，计算出在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量的最小二乘均值。再利用SPSS 19.0 软件计算新疆地区中国荷斯坦牛在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量Pearson相关系数。其次利用DMU软件中AI-REML结合EM算法并配合多性状动物模型，估计新疆地区荷斯坦奶牛在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量的遗传方差、表型方差、协方差，计算在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量之间的遗传相关。最后利用动物模型 BLUP 法对新疆地区中国荷斯坦牛在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量进行育种值的估计，并绘制遗传趋势图。【结果】对新疆地区中国荷斯坦牛在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量进行基本统计分析结果显示：新疆地区中国荷斯坦奶牛平均在群天数1 754.7 d，平均生产寿命937.33 d，头胎305 d产奶量平均为9 362.94 kg。GLM程序分析显示不同场、出生年份、出生季节以及初产月龄效应对在群天数、生产寿命以及头胎305 d产奶量均有极显著影响（P<0.01）。新疆地区中国荷斯坦牛在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量的遗传力为0.11（0.03）、0.11（0.03）和0.33（0.03）。在群天数和生产寿命之间遗传和表型相关高，相关系数分别为0.99和0.98;305 d产奶量与在群天数和生产寿命表型之间呈正相关，相关系数分别为0.079和0.077，而遗传相关则呈负相关，相关系数分别为-0.18和-0.20。对新疆地区中国荷斯坦在群天数、生产寿命和头胎305 d产奶量遗传趋势图绘制可知，在群天数和生产寿命，均随着参测牛头数增加育种值变化较大，整体呈下降趋势;荷斯坦牛的头胎305 d产奶量同样随着参测牛头数的增加，育种值变化较大，但是总体呈现上升趋势。【结论】因此在对产奶量进行选育提高同时，应当兼顾长寿性，避免随着产奶量的提高，导致奶牛长寿性的下降。

相对饲养水平对绵羊肌肉组织结构及肌纤维组成相关基因的影响

宋淑珍, 高良霜, 李宏, 宫旭胤, 刘立山, 魏玉兵

中国农业科学. 2022, 55(21):  4304-4314.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.016

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【目的】提高肉品质是现代肉羊生产的主要目标之一，研究不同饲养水平对阿勒泰羊背最长肌肌肉组织结构及肌纤维组成相关基因的影响，为通过饲养水平调控肉脂型绵羊肉品质，提高生产效益提供参考。【方法】选择出生日龄接近（（3.0±0.5）月龄）、体况良好、体重相近（（19.16±0.54）kg）、臀型一致的阿勒泰羊30只，随机分为3组，自由采食60 d后，分别按照50%（0.25 MJ/W^0.75×d^-1）（NL组）、100%（0.5 MJ/W^0.75×d^-1）（NM组）、150%（0.75 MJ/W^0.75×d^-1）（NH组）的维持代谢能饲喂30 d后屠宰，取背最长肌分别进行苏木精—伊红(H.E.)染色和2%醋酸铀-枸橼酸铅双染色法染色，光学显微镜和透射电镜观察肌肉组织结构，并通过免疫组化法测定肌球蛋白重链I (myosin heavy chain，MyHC I)和过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（preoxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ）蛋白表达量。【结果】(1) 阿勒泰羊摄入50%、100%和150%的维持代谢能时，三组试验羊的平均日增重分别为-90.67 kg、13.33 kg和203.00 kg，差异显著(P<0.05);背最长肌肌纤维直径NH组、NM组显著大于NL组（P<0.05）;肌内膜厚度NH组显著小于NL组（P<0.05）;肌束肌纤维数量、肌束纤维面积、肌束膜厚度以及肌纤维面积、肌纤维密度差异不显著（P>0.05）。(2) 饲养水平对肌质网终池面积、脂滴面积以及肌质网终池、肌原纤维、肌质的面积比都有影响，肌质网终池面积和面积比NH组显著大于NM和NL组（P<0.05），脂滴面积NH组显著大于NL组（P<0.05）;肌质面积比NM组显著大于NH和NL组（P<0.05）;线粒体、糖原三组之间无显著差异（P<0.05）。(3) 饲养水平对肌纤维组成相关基因蛋白的表达有影响，PPARγ的蛋白表达强度、阳性面积和阳性率NL和NM组显著低于NH组（P<0.05）;MyHCⅠ蛋白表达强度随能量摄入水平的增加而增大，但是三组间差异不显著（P>0.05）。【结论】不同饲养水平对阿勒泰羊背最长肌肌肉组织结构和肌纤维类型相关基因蛋白的表达具有显著的影响，在育肥期可通过饲养水平控制肌肉组织结构和肌纤维类型组成，从而按照生产需要调控肉品质。

苦参碱对H9N2 AIV感染小鼠NLRP3炎性体信号通路的影响

魏婧洁,蒋宁波,梁燕,张倩,孙英健,胡格

中国农业科学. 2022, 55(21):  4315-4326.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.21.017

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【目的】流感病毒感染引发机体的炎症反应及免疫稳态失衡，由此产生的细胞因子风暴（CS）是引起感染宿主死亡的主要原因。通过探究苦参碱对H9N2 AIV感染小鼠的保护作用及其调节NLRP3炎性体信号通路的特点及作用机制，可进一步完善中药抗病毒的理论依据，为新型抗病毒药物的研发奠定基础。【方法】72只8周龄BALB/c小鼠随机分为空白组（0.1 mL无菌鸡胚尿囊液）、病毒组（0.1 mL 4×10⁵PFU/mLH9N2 AIV）、金刚烷胺组（0.1 mL 4×10⁵PFU/mLH9N2 AIV+100×10^-6 99%金刚烷胺）、苦参碱高浓度治疗组（0.1 mL 4×10⁵PFU/mLH9N2 AIV+40 mL·kg^-1苦参碱）、中浓度治疗组（0.1 mL 4×10⁵PFU/mLH9N2 AIV+20 mL·kg^-1苦参碱）和低浓度治疗组（0.1 mL 4×10⁵PFU/mLH9N2 AIV+10 mL·kg^-1苦参碱），每组12只，含病毒鸡胚尿囊液滴鼻构建小鼠病毒性肺炎模型，灌服或饮水给药治疗连续5 d，试验共进行7 d，观察不同组小鼠的体重变化。在第1、3、5、7天分别取3只小鼠无菌采血并处死，取小鼠肺组织进行病理组织学观察，RT-PCR检测小鼠肺组织中H9N2 NA、NLRP3 NLR基因表达情况，Western Blot检测苦参碱治疗后H9N2感染小鼠肺组织NLRP3炎性体信号通路相关蛋白表达量的变化，小鼠血清用ELISA法测定细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-10表达量的变化。【结果】与病毒组相比，苦参碱高浓度治疗组病理组织学观察中H9N2 AIV感染小鼠肺部水肿的区域明显减少，红细胞渗出减少，炎性细胞数量减少，效果接近金刚烷胺组。7 d时苦参碱高浓度治疗组小鼠肺泡壁完好，肺泡之间分界清楚，肺组织内炎性细胞、浆细胞数量大量减少，与空白组无异;苦参碱中浓度治疗组肺组织少量出血，肺泡内无渗出液，肺泡间隔完好;苦参碱低浓度治疗组可见肺泡内红细胞渗出，大量浆细胞募集，肺泡之间出现融合现象。经过苦参碱和金刚烷胺治疗的各组小鼠肺组织中H9N2病毒基因表达量在3、5和7 d极显著降低（P<0.01）。经治疗3、5 d时，苦参碱高浓度治疗组和金刚烷胺组的NLRP3基因和蛋白表达量、TNF-α、IL-1β蛋白表达量极显著降低（P<0.01）;7 d时，苦参碱高、中、低治疗组小鼠肺组织中NLRP3基因表达量极显著降低（P<0.01）;5 d时苦参碱低浓度治疗组NLRP3蛋白、Caspase-1蛋白和中浓度组Caspase-1蛋白表达量显著降低（P<0.05）;3 d、5 d时苦参碱中、低浓度治疗组TNF-α和IL-1β蛋白表达量极显著降低（P<0.01），苦参碱中浓度治疗组IL-10表达量极显著降低。【结论】苦参碱可在体内抑制H9N2 AIV的表达，通过下调NLRP3炎性体信号通路相关蛋白，下调TNF-α、IL-1β和IL-10的表达，减轻炎症反应，有良好的抗病毒、抗炎作用。