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2023年 第56卷 第14期 刊出日期：2023-07-16

  

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2023年第56卷第14期中英文目录

中国农业科学. 2023, 56(14):  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

基于毒性表型和基因型的主要冬繁区小麦条锈菌群体遗传分析

高新培, 赵鋆, 刘博凡, 郭一, 康振生, 詹刚明

中国农业科学. 2023, 56(14):  2629-2642.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.001

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【目的】明确中国主要冬繁区小麦条锈菌群体毒性结构和遗传多样性，为冬繁区及黄淮海麦区小麦条锈病的防控及小麦抗性基因的合理布局提供参考依据。【方法】从四川盆地、湖北和河南南部等主要冬繁区采集并分离得到148个小麦条锈菌菌株，利用中国鉴别寄主和单基因系鉴别寄主进行毒性表型鉴定；并利用17对KASP-SNP引物对菌株进行标记，完成基因型分析。【结果】基于中国鉴别寄主共鉴定出14个已知小种和63个未知致病类型，其中CYR34（16.2%）、G22-14（12.2%）、CYR32（6.8%）、CYR33（5.4%）为优势小种（致病类型）；基于单基因系鉴别寄主鉴定得到113个小种（致病类型），其中race1（7.4%）、race2（3.4%）、race3（3.4%）为优势小种（致病类型）。贵农22类群是中国冬繁区小麦条锈菌群体的最大流行类群，供试条锈菌均不侵染携带Yr5和Yr15的单基因系品种。单基因系毒性鉴定及分子标记均显示CYR34和G22-14的毒性表型及基因型呈现多样化，表明这两个优势小种内部存在高度分化。基于两套鉴别寄主的毒性数据聚类显示，四川盆地与湖北南部条锈菌群体相似，而湖北西北部与河南南部条锈菌群体相似；基于KASP-SNP分子数据的遗传聚类显示，四川盆地、湖北南部条锈菌群体与湖北西北部、河南南部条锈菌群体基因型存在分化；Structure分析显示四川盆地、湖北南部群体主要有2种遗传背景，湖北西北部、河南南部群体主要有一种遗传背景；群体遗传分化分析显示四川盆地条锈菌群体与河南南部条锈菌群体二者Fst值最大，为0.118，遗传差异最大且遗传分化明显；湖北西北部群体与河南南部群体遗传分化程度最小，Fst值为0.010；基因流分析得到湖北西北部群体与河南南部群体之间的Nm值为25.236，Nm>4，二者存在较大的基因流，湖北西北部和河南南部群体与四川盆地群体之间的Nm值分别为2.923和1.864，均存在较小的基因流；遗传多样性分析结果表明，四川盆地、湖北南部地区条锈菌群体遗传多样性水平均较高，湖北西北部、河南南部条锈菌群体遗传多样性水平较低。上述结论均支持四川盆地、湖北南部群体同湖北西北部、河南南部群体存在遗传分化。【结论】单基因系鉴别寄主能够精准地进行中国小麦条锈菌小种鉴定；中国主要冬繁区的小麦条锈菌群体存在不同来源。

大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位

曹杰, 谷勇哲, 洪慧龙, 吴海涛, 张霞, 孙建强, 包立高, 邱丽娟

中国农业科学. 2023, 56(14):  2643-2659.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.002

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【目的】揭示种子发育过程中种皮花青素（anthocyanin）的含量变化以及导致泰兴矮脚红（TXAJH）红色种皮的主要花青素成分；定位控制花青素合成积累的关键基因，为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础。【方法】利用超高效液相色谱串联质谱（ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，UPLC-ESI-MS/MS）检测黄色种皮大豆绥农14（SN14）和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量，分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分；利用SN14和TXAJH杂交构建的重组自交系（recombinant inbred lines，RIL）群体进行分离群体分组混合分析（bulked segregant analysis，BSA），初步定位红色种皮相关基因的候选区域，在此基础上，结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因；最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况。【结果】检测SN14和TXAJH 4个发育阶段的种皮，共发现12种花青素。在成分上，总花青素的聚类分析表明，TXAJH与SN14之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异。在含量上，种子发育过程中，SN14种皮花青素的含量逐渐下降，而TXAJH种皮的含量迅速升高并保持稳定，种皮显色后，二者的花青素含量呈现极显著差异，在成熟阶段，TXAJH种皮花青素的含量是SN14的200倍以上。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（Cyanidin-3-O-glucoside，Cy-3-glu）、芍药花素-3-O-葡萄糖苷（Peonidin-3-O-glucoside，Pn-3-glu）和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷（Petunidin-3-O-glucoside，Pt-3-glu）是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因。BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第8染色体上，长度为8.66 Mb。利用27个多态性标记进行连锁分析得到10种单倍型，最终将候选区间缩小至702 kb。该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共37个，其中，Glyma.08g059900编码MYB转录因子，Glyma.08g061300和Glyma.08g063900编码bHLH转录因子，它们可能参与花青素的生物合成调控；Glyma.08g062000编码花青素还原酶1，可以将花青素转化为原花青素（proanthocyanidin，PA）。基因表达分析结果表明，候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14与TXAJH中的表达模式相似，均为前者低于后者。种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性。【结论】SN14与TXAJH的种皮花青素组成存在差异，TXAJH红色种皮呈现红色可能是Cy-3-glu、Pn-3-glu和Pt-3-glu积累的结果。预测Glyma.08g059900、Glyma.08g061300、Glyma.08g062000和Glyma.08g063900为红色种皮候选基因，其中Glyma.08g059900、Glyma.08g061300和Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

水氮减量条件下地膜玉米免耕轮作小麦的水分利用特征

曹永刚, 徐龙龙, 柴强, 胡发龙, 殷文, 樊志龙, 王琦明, 赵财

中国农业科学. 2023, 56(14):  2660-2672.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.003

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【目的】针对河西绿洲灌区资源型缺水严重，作物生产中地膜和水氮投入量大且利用率低等问题，探讨水氮减量条件下免耕一膜两年用对后茬作物水分利用特征的影响，为构建试区水氮减量和水分高效利用技术提供实践依据。【方法】2019—2021年，开展三因素裂区试验，设传统翻耕（CT）和免耕一膜两年用（NT）2种耕作方式，减量20%灌水量（I1，1 920 m³·hm^-2）和传统灌水量（I2，2 400 m³·hm^-2）2个灌水水平，减量40%施氮（N1，135 kg·hm^-2）、减量20%施氮（N2，180 kg·hm^-2）和传统施氮（N3，225 kg·hm^-2）3个施氮水平，研究不同处理的耗水量、棵间蒸发量和水分利用效率。【结果】一膜两年用可优化小麦播前土壤水分环境、减少小麦生育期内无效耗水。与CT相比，NT有利于提高小麦播前土壤含水量和贮水量，分别提高了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%；可降低小麦全生育期总耗水量（ET）、总棵间蒸发量（E）和蒸散比（E/ET），降低幅度分别为3.5%—4.2%、19.0%—20.2%和16.8%—19.3%。随着灌水和施氮量减少，耗水量、棵间蒸发量、E/ET 3个指标随之降低，与I2相比，I1的3个指标分别降低了6.1%—6.4%、10.8%—11.1%和5.5%—6.0%；与N3相比，N2、N1的3个指标分别降低了2.2%—3.9%、4.2%—10.9%和1.7%—7.2%；耕作方式、灌水交互作用下，NTI1较CTI1耗水量、E/ET分别降低了0.6%—6.6%和17.4%—17.6%；免耕一膜两年用集成水氮减量进一步优化耗水结构，与CTI2N3相比，NTI1N2的3个指标分别降低了11.0%—12.9%、28.3%—47.6%和22.5%—26.4%。与CT相比，NT显著提高小麦籽粒产量和水分利用效率，分别提高了4.8%—6.3%和9.0%—9.5%。在NT和CT条件下，I1N2与I2N3、I2N2小麦籽粒产量和水分利用效率（WUE）差异不显著；比较不同处理下的小麦籽粒产量和水分利用效率，以NTI1N2最高，与对照CTI2N3相比，籽粒产量和WUE分别提高了5.1%—6.6%和5.7%—6.2%。【结论】在河西灌区，免耕一膜两年用玉米轮作小麦，在全生育期灌水1 920 m³·hm^-2、施氮180 kg·hm^-2，是适用于该区的水氮节约小麦高产和水分高效利用的生产技术。

新疆棉花优质高产关键生产技术分析

娄善伟, 田立文, 罗宏海, 杜明伟, 林涛, 杨涛, 张鹏忠

中国农业科学. 2023, 56(14):  2673-2685.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.004

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新疆棉花虽实现优质高产，但其技术引领与影响力仍不足。通过对新疆棉花高质量生产的关键技术进行分析，全面客观反映新疆棉花生产技术特征，以便其他棉区了解新疆棉花生产技术和向世界展示新疆棉花生产水平，并总结经验，加强先进技术的普及和进一步熟化，提高应用效率，促进新疆棉花生产技术向其他棉区推广。本文基于作者多年试验数据和研究结果，以及“新疆棉花产业化轻简高效关键技术创新与应用”“新疆棉花精量播种棉田保苗方法”等奖励、专利成果，结合文献查阅、学术交流、走访调研等，按照与棉花生育进程相对应的技术措施顺序和紧密性展开，总结出包括：精量播种及配套保苗技术、棉田全程矮、密、早群体调控技术、水肥一体化技术、管收全程机械化及其配套技术、病虫害防治技术等一系列关键技术，这些关键技术的改进、优化、熟化、创新与应用，构建了较为完善的新疆棉花生产技术体系，使新疆棉花生产技术水平大幅提升，促成新疆以全球占比不足9%的植棉面积，收获占比超全球20%的棉花，且单产水平世界领先，品质在世界中上水平，连续28年保持总产、单产、商品调拨量全国第一。对新疆棉花生产技术的创新、优化和实用性的深入剖析，可以使各棉区更好地理解新疆棉花高产优质的必然性和先进性，实践也证明，新疆棉花在这一系列技术的支撑下已经实现高质量生产，成为全国棉花单产和机械化程度最高的地区，其技术可以指导生产实践，并推广应用。

气候变化背景下中国玉米产区开花期高温时空分布特征

付真真, 祝光欣, 刘志娟, 郭世博, 李娥, 杨晓光

中国农业科学. 2023, 56(14):  2686-2700.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.014.005

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【目的】全球气候变暖背景下，极端高温频发将会对农作物生产造成潜在威胁，因此，基于多种高温指标综合评估作物生长季高温时空分布特征对制定有效的灾害风险管理和适应措施至关重要。【方法】以我国玉米潜在种植区为研究区域，基于第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project，CMIP6）中2个共享社会经济情景（Shared Socioeconomic Pathways，SSP1-2.6和SSP5-8.5）下1981—2060年的逐日最高气温资料和玉米生育期资料，分析了基准时段（1981—2014年）和未来（2015—2060年）玉米开花期高温强度（HSI）、高温持续时间（AHSD）和累积高温度日（HDD）的时空变化特征。【结果】1981—2014年玉米开花期HSI、AHSD、HDD在黄淮海夏玉米区和西北灌溉玉米区最大（区域均值分别为32.3和33.8 ℃、8.4和9.8 d、22.9和40.3 ℃·d）。受气候变暖影响，未来气候情景下，特别是在SSP5-8.5气候情景下，我国玉米开花期高温发生范围扩大、强度增加，HSI和AHSD增加最大的区域为北方春播玉米区，SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下，HSI的增加趋势分别为0.97和1.16 ℃·(10a)^-1，AHSD的增加趋势分别为0.73和1.11 d·(10a)^-1。全区HDD增加最大的区域为黄淮海夏玉米区，SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下增加趋势分别为2.68和5.26 ℃·d·(10a)^-1。【结论】未来我国玉米开花期高温发生范围将扩大、强度将增加；且应重点关注黄淮海夏玉米区和北方春播玉米区的开花期高温，前者主要由于基础温度高，后者主要由于增温幅度较大。可通过选用抗高温品种、调整播种窗口、采用水肥及化学调控等综合措施降低高温威胁。

植物保护

过表达拟南芥NPR1增强黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性

冯向君, 王宏宇, 于静, 池春玉, 丁国华

中国农业科学. 2023, 56(14):  2701-2712.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.006

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【背景】黄瓜易感多种病害，特别是枯萎病和白粉病，化学药物防治虽然有效但因残留高和不易降解而被限制使用，培育广谱、持久抗病的黄瓜品种是解决这一难题的根本策略。病程相关基因非表达子1（nonexpressor of pathogenesis- related genes 1，NPR1）是系统获得性抗性（systemic acquired resistance，SAR）中的关键调控因子，参与调控多种防御相关基因的表达，影响植物的抗病能力。【目的】在黄瓜中过表达AtNPR1，探究转基因黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性，为培育抗病能力更强、更持久的黄瓜品种提供试验依据。【方法】通过克隆拟南芥AtNPR1，构建AtNPR1过表达载体，利用农杆菌介导法转化黄瓜，获得过表达AtNPR1的转基因黄瓜植株，利用实时荧光定量PCR方法测定转基因植株中相关防御基因的表达量。选择T₀代转基因植株进行枯萎病的抗性鉴定，T₁代转基因植株进行白粉病的抗性鉴定，测定转基因植株接种枯萎病菌（Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum）和白粉病菌（Golovinomyces cichoracearum）后，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）等抗氧化酶活性变化及丙二醛（malondialdehyde，MDA）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）含量的变化。【结果】成功获得8株T₀代转基因植株，OE#4和OE#5为AtNPR1高表达植株，OE#3为AtNPR1低表达植株；通过对转基因植株中相关防御基因的表达量分析发现，过表达AtNPR1的转基因植株中多个相关防御基因表现更强、更快的表达，并且防御基因的表达量与AtNPR1在转基因植株中的表达量呈正相关。其中，PR1、PR4和WRKY70的表达量上调极为显著。转基因植株的抗病性鉴定结果表明，在枯萎病和白粉病的胁迫下，转基因植株表现出更显著的抗性，发病缓慢、症状轻微，病斑面积显著低于野生型（WT）植株。转基因T₀代植株OE#4和OE#5在接种枯萎病菌3 d后未出现明显病斑，接种7 d后出现灰褐色病斑，但未呈现萎蔫等状态；WT植株在接种3 d时出现灰褐色病斑并且轻微萎蔫，7 d时叶片出现严重萎蔫。接种白粉病菌7 d后，T₁代植株OE#2和OE#7和WT植株均出现病斑，但OE#2和OE#7植株病斑面积显著低于WT植株；接种15 d后WT植株出现叶片黄化失绿，而转基因植株OE#2和OE#7病情较轻。与WT植株相比，接种病原菌后，转基因植株中MDA含量较低，SOD、POD、CAT活性保持较高水平，ROS含量累积较少。【结论】黄瓜中过表达AtNPR1可以提高黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性。

稻田稗草对五氟磺草胺的抗性机制及其防治药剂筛选

张丽雅, 李奇, 史珊珊, 马雨梦, 刘亚琪, 赵超伟, 王鹤如, 操海群, 廖敏, 赵宁

中国农业科学. 2023, 56(14):  2713-2723.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.007

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【目的】稗草（Echinochloa crus-galli）是我国水稻田主要恶性杂草之一，五氟磺草胺等乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase，ALS）抑制剂类除草剂是防治稻田稗草的主要除草剂种类。本研究团队前期在安徽省天长市水稻主产区发现疑似五氟磺草胺抗性稗草种群AHTC-01，明确其对稻田不同种类除草剂的抗性水平及可能的抗性分子机制，为抗性稗草有效防治、延缓其抗药性进一步发展提供理论依据。【方法】采用温室盆栽法在整株水平上测定稗草种群AHTC-01对五氟磺草胺的抗性水平及对不同除草剂的抗性模式，并通过靶标基因测序和实时荧光定量PCR（real-time quantitative PCR，RT-qPCR）分析探索其靶标抗性分子机制。【结果】相比敏感稗草种群AHFY-01，疑似抗性稗草种群AHTC-01已对五氟磺草胺产生高水平抗性，抗性倍数（resistance index，RI）为620。靶标抗性机制分析表明，AHTC-01种群ALS基因拷贝2（ALS2）第574位氨基酸由色氨酸（Trp）突变为亮氨酸（Leu），其种群突变频率为100%；在五氟磺草胺处理后12 h，抗性稗草种群AHTC-01 ALS相对表达量为敏感稗草种群AHFY-01的2.26倍。AHTC-01同时对其他3种ALS抑制剂类除草剂双草醚、嘧啶肟草醚、甲氧咪草烟产生不同水平交互抗性，抗性倍数分别为8.24、13.36、20.36；但是对乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACCase）抑制剂氰氟草酯、精噁唑禾草灵和烯草酮，4-羟基苯基丙酮酸双氧化酶（4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，HPPD）抑制剂三唑磺草酮，合成生长素类（synthetic auxin mimic）氯氟吡啶酯等其他作用机制除草剂依旧较为敏感。【结论】稗草种群AHTC-01靶标基因ALS2第574位氨基酸突变和ALS过量表达是其对五氟磺草胺产生抗性的主要原因之一，该抗性机制同时赋予其对不同ALS抑制剂的交互抗性。农田生产实际中，可轮换使用其他作用机制除草剂对其进行有效防治。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

我国小麦和玉米相对产量差时空变异及其对氮肥的响应

申哲, 韩天富, 曲潇林, 马常宝, 王慧颖, 柳开楼, 黄晶, 都江雪, 张璐, 刘立生, 李继文, 张会民

中国农业科学. 2023, 56(14):  2724-2737.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.008

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【目的】探究近15—20 年我国小麦和玉米相对产量差的时空变异特征、影响因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应，为氮肥的合理施用及实现小麦和玉米的高产稳产提供理论依据。【方法】基于农业农村部耕地土壤质量监测数据，用施肥区与无肥区作物产量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量（RY），利用高产农户统计法获取最高相对产量（HRY）、平均相对产量（ARY）和相对产量差（G_RY），根据无肥区产量划分低、中、高基础地力水平，量化不同基础地力水平下小麦、玉米相对产量差与氮肥用量的关系，并结合随机森林模型探讨施肥和土壤因素对相对产量差影响的重要程度。【结果】全国小麦的HRY为3.83—6.75 t·hm^-2，ARY为2.10—3.42 t·hm^-2，G_RY为1.73—3.33 t·hm^-2，相对产量差占最高相对产量的44.64%—49.06%。小麦HRY、ARY和G_RY均是华北区>长江中下游区>西北区>西南区。玉米的HRY为6.53—8.20 t·hm^-2，ARY为3.37—4.12 t·hm^-2，G_RY为3.16—4.08 t·hm^-2，相对产量差占最高相对产量的44.78%—50.52%。玉米HRY、ARY和G_RY均是东北区>华北区>西南区>西北区。除华北区外，各个区域HRY和G_RY均随监测时间的延长呈上升趋势。除西北区外，在低、中地力土壤上G_RY随着氮肥施用量的增加而降低，而在高地力土壤上，下降不显著。华北区小麦和玉米、长江中下游区小麦和东北区玉米在低、中地力土壤均出现了氮肥施用平衡点。整体而言，在低、中地力土壤上，氮肥施用量和土壤有机质含量是影响小麦和玉米G_RY相对重要的因子；高地力土壤上，钾肥用量对长江中下游和华北区的G_RY影响较大，有机质含量对西北和西南区的G_RY影响显著。【结论】土壤地力水平越高，施用氮肥降低相对产量差的效应越低，高地力土壤应适当减施氮肥。为保证作物增产的同时避免氮肥的浪费和环境风险，建议氮肥施用量不宜超过其平衡点，即华北平原低、中地力土壤上小麦氮肥推荐施用量分别为260.6和159.2 kg·hm^-2，玉米分别为262.6和246.0 kg·hm^-2；长江中下游区低、中地力土壤上小麦分别为199.5和187.5 kg·hm^-2；东北区低、中地力水平土壤上玉米分别为259.5和228.0 kg·hm^-2。西南区低、中地力和西北区低地力土壤，应适当增加氮肥投入。此外，长江中下游和华北区高地力土壤上还应注重施用钾肥，西北、西南区应当将提升土壤有机质作为增产的主要措施。

不同秸秆还田方式对玉米农田土壤CO₂排放量和碳平衡的影响

李金, 任立军, 李晓宇, 毕润学, 金鑫鑫, 虞娜, 张玉玲, 邹洪涛, 张玉龙

中国农业科学. 2023, 56(14):  2738-2750.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.009

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【目的】探究秸秆还田方式对土壤CO₂排放特征及碳平衡的影响，为东北地区农田土壤固碳减排和秸秆还田方式的选择提供科学依据。【方法】采用田间微区试验，以玉米为供试作物，设置3种秸秆还田方式：秸秆浅层还田（QH）、秸秆深层还田（SH）和秸秆覆盖还田（FG），无秸秆还田（CK）处理为对照。利用LI-8100A 土壤碳通量自动测定仪监测玉米生长季不同秸秆还田方式下土壤CO₂的排放特征，探讨土壤温度、含水量、pH、微生物量碳及氮磷钾速效养分和全量养分对土壤CO₂排放的影响，并分析不同还田方式下的土壤碳平衡。【结果】在玉米生长季，各处理土壤CO₂排放速率均表现为先升高后降低的趋势。土壤CO₂累积排放量表现为FG>QH>SH>CK处理，相较于SH处理，FG和QH处理土壤CO₂累积排放量分别增加了14.0%和6.4%，各处理间差异显著（P<0.05）。不同还田方式下土壤CO₂排放速率与土壤温度、土壤含水量进行单因素模型拟合，均呈二次函数相关关系，且达到了显著水平（P<0.05），土壤温度和土壤含水量分别解释68.2%—73.7%和21.3%—82.8%的土壤CO₂排放速率变化，但土壤温度和土壤含水量的双因素复合模型能更好地解释土壤CO₂排放速率的变化，解释度达到78.5%—82.8%。相关性分析表明，土壤CO₂累积排放量与速效钾、微生物量碳呈极显著相关关系（P<0.01），与土壤有机质、碱解氮、全氮和pH呈显著的相关关系（P<0.05）。秸秆还田处理下土壤碳平衡均为正值，为大气CO₂碳汇。SH处理下土壤碳平衡和固碳潜力显著高于QH、FG处理，提高幅度分别为23.4%、475.7%和7.1%、30.7%（P<0.05），表现出较强的碳汇功能。在两年收获期，秸秆还田显著提高了玉米产量，其中SH处理最高，但与QH和FG处理间无显著差异。【结论】本试验条件下，综合考虑固碳减排效应和产量，3种秸秆还田方式相比，秸秆深层还田（SH）是一种较好的还田方式。

大豆根瘤菌菌株5873 PCR快速检测方法的建立及应用效果评价

马鸣超, 姜昕, 王鹏辉, 关大伟, 李俊

中国农业科学. 2023, 56(14):  2751-2760.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.010

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【目的】大豆根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）是微生物肥料重要的功能菌种之一，可通过生物固氮为大豆生长提供氮素，实现节本增效，菌株5873作为其典型代表，已广泛应用于农业生产。筛选并鉴定其特异引物，建立大豆根瘤菌5873菌株水平的快速检测方法，对微生物肥料生产菌种鉴定、产品质量检测和功能评价至关重要。【方法】以商业化菌株大豆根瘤菌5873为供试材料，基于其全基因组序列和NCBI数据库中大豆根瘤菌种内参比菌株相关序列，以及与其高度同源（基因组ANI值大于99.95%）的大豆根瘤菌USDA 6^T差异片段，通过多重序列比对，进行特异引物设计和筛选，获得特异性引物对，并通过对PCR反应条件/体系优化、特异性及灵敏度检测，建立大豆根瘤菌5873的快速检测方法。然后，采用盆栽试验，将大豆根瘤菌5873与其他根瘤菌菌株混合接种于大豆根际，应用上述方法对大豆根瘤菌5873竞争结瘤能力进行评价和方法验证。【结果】筛选获得了一组特异引物4-4和Q1（4-4-F 5′-GATAAGGCCACGGGTGAACA-3′/4-4-R 5′-CACTCGATAAGCTCCGCTGT-3′和Q1-F 5′-CCGGTCGTGACTGGAATGAT-3′/Q1-R 5′-TCGAGGCCTACAAGAACGTC-3′），优化并建立了PCR快速检测方法，即反应体系：Premix Taq^TM 12.5 μL，引物各1.0 μL，基因组DNA 15 ng左右，加ddH₂O补足至25 μL；反应条件：95 ℃ 预热5 min，94 ℃ 变性45 s，61 ℃ 退火45 s，72 ℃ 延伸60 s，30个循环，再72 ℃ 延伸10 min。通过凝胶电泳检测目的条带的有无（355和218 bp），即可实现大豆根瘤菌5873的快速检测，该方法检出灵敏度为1 850 CFU/µL。此外，借助该方法可以成功地评价大豆根瘤菌5873竞争结瘤能力，与传统BOX-PCR评价结果一致。【结论】大豆根瘤菌5873快速鉴定方法的建立实现了以菌体发酵液或根瘤破碎提取液为模板，直接进行PCR扩增的鉴定操作，省去了根瘤的分离、根瘤菌分离纯化、培养、DNA提取及测序鉴定等繁琐的环节，大大减少了工作量，只需短短几个小时便可准确检测大豆根瘤菌5873，为微生物肥料中根瘤菌菌剂的产品质量检测和竞争结瘤能力评价提供了参考。

园艺

磷高效利用型嫁接番茄砧木筛选及综合评价

高梓元, 胡京昂, 张蓓蓓, 巩彪

中国农业科学. 2023, 56(14):  2761-2775.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.011

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【目的】磷为不可再生资源，且植物对土壤磷的吸收利用效率较低。通过嫁接，提高植物磷吸收利用效率具有重要的经济和生态价值。筛选磷高效利用型嫁接番茄砧木品种，建立轻简、高效的评价技术体系对磷高效利用型新砧木的选育、示范和推广具有理论和实践指导作用。【方法】以‘青恋1号’为供试番茄接穗品种，分别自嫁接（G0）或嫁接在25个番茄砧木（G1—G25）品种上。试验设置苗期和全生长期两种模式。苗期试验中，嫁接苗在正常磷（Hoagland营养液，NP）和低磷（10%磷含量的Hoagland营养液，LP）营养处理下进行水培，15 d后测定嫁接苗的生长发育及磷吸收利用效率等16个指标。全生长期试验仍以上述嫁接苗为试材，设置对照组的磷施用水平为1 272 kg∙hm^-2，LP组的磷施用水平为对照组的50%。对植株茎叶鲜重、产量和果实品质等9个指标进行测定。通过相关性分析、主成分分析、隶属函数值分析、聚类分析、多元回归分析等数学分析模型，进行磷高效利用型嫁接番茄砧木筛选及综合评价。【结果】NP处理组在苗期和全生长期的各指标平均变异系数分别为9.74%和2.85%，LP处理组在苗期和全生长期各指标的平均变异系数分别为16.10%和5.84%。各指标在LP处理组中的变异系数普遍高于NP处理组，表明LP条件下，砧木基因型对嫁接番茄影响的差异较大。相关性分析表明，NP条件下，产量（I-17）与茎叶干重（I-1）、茎粗（I-5）、茎叶P质量分数（I-7）、茎叶P吸收效率（I-9）、整株P吸收效率（I-11）和茎叶P转运效率（I-12）呈显著正相关；在LP条件下，产量（I-17）与茎叶干重（I-1）、根干重（I-2）、茎粗（I-5）、壮苗指数（I-6）、茎叶P质量分数（I-7）、茎叶P吸收效率（I-9）、根P吸收效率（I-10）、整株P吸收效率（I-11）和茎叶P转运效率（I-12）呈显著正相关。主成分和隶属函数值分析排名显示，两种分析方法排名规律基本一致，且都符合聚类分析的表现模式。但是在个别砧木品种的排名上略有差异，因此，本研究采用两种排名的综合平均表现作为最终排名，计算出排名前五的嫁接组合（G24、G1、G8、G3、G25）。通过多元回归分析，获得了适于番茄砧木低磷耐受性的苗期评价指标，建立了影响产量和品质的苗期关键指标的回归方程：Y_I-17=1354.630-5.552X_I-4，Y_I-20=2.956X_I-5-7.949X_I-14+2.927和Y_I-23=48.807+0.005X_I-11。【结论】本研究建立了一套简单易行、相对客观的磷高效利用型嫁接番茄砧木筛选及综合评价技术体系。鉴定出‘韩国砧木1号’‘金棚砧木一号’和‘西方番茄砧木’3个砧木品种具有磷肥高效利用的综合优势。

套袋提升椪柑果实品质的作用机制

石莹, 陈思怡, 曾译可, 唐俊, 李迪平, 李国敬, 黄先彪, 李春龙, 谢宗周, 刘继红

中国农业科学. 2023, 56(14):  2776-2786.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.012

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【背景】椪柑（Citrus reticulata）是我国重要的宽皮橘类型，‘鄂柑一号’是湖北省当阳市发展面积较大的椪柑品种，但存在采收过早和果实品质未达最佳等问题，不利于其市场销售。因此，需要研发应用于‘鄂柑一号’椪柑延迟采收和完熟的栽培技术。【目的】探究套袋对提升‘鄂柑一号’椪柑果实品质的作用，并基于糖酸代谢基因表达水平的变化解析其机制。【方法】试验在湖北省当阳市半月镇‘鄂柑一号’椪柑园进行，比较套袋果实和未套袋（对照）果实的品质，主要分析果皮亮度及色泽、可溶性固形物含量、可滴定酸含量，通过气相色谱法分析可溶性糖和有机酸含量，通过qRT-PCR分析比较二者糖酸代谢相关基因表达水平差异。【结果】套袋加快了果皮色泽参数a*、b*和柑橘色泽指数（CCI）变化，提升了果皮亮度（L*），显著降低了果皮硬度；套袋显著提高了采收时期椪柑果实可溶性固形物含量，其中蔗糖、果糖和葡萄糖含量显著增加；气相色谱分析发现，柑橘果实有机酸以柠檬酸为主，套袋果实柠檬酸含量稍高于对照；实时荧光定量PCR分析表明，套袋果实蔗糖合成相关基因CsSPS3、CsSPS4和CsSS2表达水平显著高于未套袋果实，而柠檬酸降解相关基因CsACO1表达水平显著下调。【结论】套袋可能改变了袋内果实所处环境的温度、湿度，上调可溶性糖合成基因表达，促进糖积累，从而提升椪柑果实品质。

食品科学与工程

激光共聚焦显微法测定面团面筋网络结构的影响因素

姜继凯, 张影全, 郭波莉, 杨静洁, 黄璐瑶, 李明, 钟耕

中国农业科学. 2023, 56(14):  2787-2797.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.013

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【目的】面团样品切片、混合染色剂浓度以及染色时间是激光共聚焦显微镜测定面团面筋网络结构的关键影响因素。本研究旨在分析这些因素对面团面筋网络结构测定结果的影响规律，进而优化出最佳的切片厚度和染色条件，为面团面筋网络结构及面制品品质高质量研究提供技术支撑。【方法】选取面筋筋力不同的两个小麦品种郑麦366（Z366）和小偃22（X22）为试验材料，磨粉制作成面团，并分别冷冻0 d和1 d；用冷冻切片机将面团分别切成10、14和20 μm厚度的薄片，并配制不同浓度罗丹明B（RDB）和异硫氰酸荧光素（FITC）混合染液，分别染色1、10和20 min，分析这些因素对激光共聚焦显微法（CLSM）测定面团面筋网络结构的影响。【结果】切片厚度为10 μm时，郑麦366（Z366）和小偃22（X22）面团的面筋网络结构均最清晰，且在此切片厚度下，两个品种冷冻0 d和冷冻1 d的面团面筋网络结构之间的差异均最显著（P<0.01）。染色条件研究结果表明，低浓度染色剂（0.001%+0.01%）染色时间越长，面筋蛋白网络结构呈现越清晰；高浓度染色剂（0.025%+0.25%）在染色1 min时，面筋网络结构呈现最佳，染色10 min时，面筋网络结构最差。【结论】面团切片厚度10 μm，不同筋力和不同冷冻处理的面团网络结构差异最大，即面筋网络结构区分效果最明显；在此切片厚度条件下，当不考虑时间成本时，运用低浓度混合染色剂染色20 min面筋网络结构呈现效果最佳；当需要节省时间并观察淀粉颗粒细微结构时，使用高浓度染色剂染色1 min效果最好。

畜牧·兽医

基于全基因组SNPs分析陆丰黄牛和雷琼牛的群体结构与遗传多样性特征

童雄, 罗威, 闵力, 张志飞, 马新燕, 罗成龙, 陈卫东, 徐斌, 李大刚

中国农业科学. 2023, 56(14):  2798-2811.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.014

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【目的】研究陆丰黄牛和雷琼牛与世界不同地域家牛中的系统发育关系，解析不同家牛群体的遗传多样性，为地方家牛资源的鉴定与保护奠定理论基础。【方法】采集12头陆丰黄牛和17头雷琼牛的组织样品进行全基因组重测序，整合世界范围内分布的24个品种92个体的NCBI公共基因组数据，共计25个品种121个个体的信息开展群体遗传学研究。选用Bos taurus ARS-UCD1.2作为参考基因组，经基因组序列比对与质量控制获取高质量Reads，应用GATK软件检测基因组SNPs。进一步基于群体SNPs，利用系统进化树构建、PCA聚类和Admixture评估进行群体结构分析，通过核苷酸多样性（Pi）、杂合度（Hp）和连锁不平衡（LD）水平研究群体的遗传多样性。【结果】29头广东地方牛经基因组测序获取6 905 944 306个Clean Reads，每个样本平均基因组覆盖率为97.99%，平均测序深度分别为12.78×。整合NCBI公共基因组数据，经质控后共检测出14 664 391个群体SNPs。整合系统进化树、PCA、Admixture的结果发现普通牛与瘤牛分化，瘤牛群体存在中国瘤牛与印度瘤牛分化，普通牛群体中东北亚普通牛（韩牛、延边牛）和西藏牛与欧洲普通牛分化，温岭高峰牛和舟山牛从中国瘤牛群体中分化。陆丰黄牛和雷琼牛均属于纯正的中国瘤牛，但陆丰黄牛与皖南牛之间、雷琼牛与吉安牛之间呈现最近的亲缘关系，说明陆丰黄牛与地域临近的雷琼牛属于两个独立的品种。部分陆丰黄牛与雷琼牛均存在欧洲普通牛和东北亚普通牛的血统混杂，且混杂比例较高，说明这两个品种牛急需加强群体内的提纯复壮。相较于欧洲普通牛和韩牛，中国家牛群体的LD衰减速率更快，核苷酸多样性Pi和杂合度Hp更高，说明其遗传多样性更丰富。相较于其他中国家牛，陆丰黄牛和雷琼牛的LD水平更低，杂合度Hp更高，且核苷酸多样性Pi和杂合度Hp的密度分布更为集中，说明两者受人工选择强度较低，且维持较高的群体遗传多样性。【结论】通过全基因组SNPs标记，系统解析了陆丰黄牛与雷琼牛的群体遗传结构和多样性特征，为这两个品种独立分类及其保护利用提供数据支撑。

饲喂柠条对滩羊血清指标及瘤胃、结肠菌群结构的影响

韩晶, 王小琪, 段子渊

中国农业科学. 2023, 56(14):  2812-2827.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.015

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【目的】研究日粮中含有10%柠条（Caragana korshinskii Kom.，CK）对滩羊血脂、免疫指标及瘤胃、结肠菌群的影响，为CK替代部分饲料饲喂滩羊提供理论依据。【方法】将12只平均初始体重相似的四月龄滩羊母羔（27.5±3.32 kg），随机分为两组，每组6只。对照组（NC）饲喂基础日粮（30%精料和70%苜蓿干草），试验组（CK）用10% CK替代等量苜蓿干草，自由饮水。两组日粮营养水平相似，CK的纤维含量略高于苜蓿。预试期10 d，正试期60 d。试验结束后采集颈静脉血样品用于检测血液生化指标（血脂因子及免疫因子）；采集瘤胃液、结肠内容物，提取DNA，并利用16S rRNA测序检测瘤胃、结肠内菌群群落多样性，并通过重组质粒，比如月形单胞菌属（Selenomona）、普雷沃氏菌属（Prevotella）、布劳特氏菌属（Blautia）、脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）、拟杆菌属（Bacteroides），构建标准曲线，利用实时荧光定量PCR（qPCR）对重要菌属进行绝对定量检测。【结果】正试期结束时，两组滩羊的末重和日均采食量相似，无显著性差异；检测发现，相比于NC组，CK组滩羊体内脂质消化吸收和代谢状况的相关指标呈现不同程度降低，如CK组血清甘油三酯（TRIG）含量显著降低（P<0.05），极低密度脂蛋白（VLDL）含量极显著降低（P<0.01），低密度脂蛋白（LDL）含量有降低的趋势（0.05<P<0.1）。炎性因子和脂解因子白介素6（IL-6）浓度显著增加（P<0.05），炎性细胞因子干扰素γ（IFN-γ）浓度趋于降低（P=0.058）；CK组结肠细菌群落Shannon多样性指数极显著增加（P<0.01），瘤胃细菌群落Chao1指数趋于降低（0.05<P<0.1）；CK组瘤胃内颤螺菌属（Oscillospira）相对丰度趋向降低（P=0.07）；阿克曼菌属（Akkermansia）相对丰度显著降低（P<0.05）；结肠内碳水化合物降解相关菌拟杆菌属、有害菌密螺旋体属（Treponema）的相对丰度趋向降低（P=0.059，P=0.061），与肥胖、便秘、免疫相关的产丁酸菌颤螺菌属的相对丰度显著增加（P<0.05）；两组间瘤胃和结肠内细菌群落均在脂质代谢和其他次级代谢产物的生物合成能力上有显著差异（P<0.05）。皮尔森相关性分析表明，TRIG相对丰度与假丁酸弧菌（Pseudobutyrivibrio）等属（降解纤维也是产丁酸）的相对丰度呈显著正相关（P<0.05）。【结论】柠条部分替代苜蓿对滩羊生长性能无显著影响，但可以调节胃肠道菌群结构，通过改变胃肠道细菌菌群的组成降低了滩羊血液中TRIG、LDL和VLDL的浓度，参与了宿主的脂代谢过程。

欧亚类禽H1N1猪流感病毒抗原性变异关键氨基酸的鉴定与分析

张乃心, 许程志, 杨玉莹, 张亚萍, 万云飞, 乔传玲, 陈化兰

中国农业科学. 2023, 56(14):  2828-2836.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.016

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【背景】流感病毒的抗原性主要是由病毒的表面糖蛋白HA决定的，前期利用欧亚类禽型H1N1猪流感病毒（EA H1N1 SIV）HA蛋白单克隆抗体（mAb）筛选抗原逃逸株发现，HA蛋白190、230和269位（H3编码）氨基酸的改变能够导致病毒发生抗原逃逸，并发现在新近分离的EA H1N1 SIV HA蛋白广泛存在这3个氨基酸的变异。【目的】进一步探索哪些氨基酸对病毒的抗原性具有关键作用，为流感的防控提供科学依据。【方法】选取一株病毒A/swine/Liaoning/SY72/2018（H1N1） SY72为模式病毒，建立该病毒的反向遗传系统（RGS），又以SY72为骨架，拯救含有HA基因190、230和269单点突变重组病毒；利用rSY72病毒制备灭活疫苗，分别免疫SPF鸡和非免疫猪制备其相应的血清，通过中和试验和血凝抑制（HI）试验分析病毒的抗原性，确定影响病毒抗原性的关键氨基酸位点；继而评估HA蛋白不同位点氨基酸的改变对病毒复制特性及受体结合特性等的影响。【结果】分析SY72病毒的HA氨基酸序列发现，该病毒HA蛋白分别含有190D、230M和269R。利用反向遗传技术，分别拯救了病毒rSY72及单点突变病毒rSY72HA/D190N、rSY72HA/M230I和rSY72HA/R269M；中和试验结果表明，与rSY72相比较，3株突变病毒均能够与两株mAbs发生一定反应；HI试验结果显示，与rSY72相比较，突变病毒rSY72HA/D190N与rSY72免疫鸡血清和猪血清的反应减弱，HI抗体效价分别出现了4倍和8倍的差异，而病毒rSY72HA/M230I和rSY72HA/R269M与两种血清的反应差异不明显，表明HA蛋白190位氨基酸改变对病毒的抗原性影响最为明显；病毒蚀斑测定及复制动力学研究结果发现D190N 的氨基酸替换导致病毒rSY72HA/D190N在MDCK细胞上形成的蚀斑减小，而R269M的氨基酸替换导致病毒rSY72HA/R269M在MDCK细胞上的复制能力下降；3个位点的氨基酸替换均未影响病毒的受体结合特性。【结论】HA蛋白190位氨基酸对EA H1N1 SIV抗原性具有决定作用，269位氨基酸突变使得病毒在MDCK细胞上的复制能力降低。这提示在后续开展的病原学监测中要密切关注这些氨基酸的变异情况，提高对动物流感的预警预报。