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    2023年 第56卷 第15期 刊出日期:2023-08-01
      
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    2023年第56卷第15期中英文目录
    中国农业科学. 2023, 56(15):  0. 
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    基于表型性状的高粱育种材料遗传多样性分析及综合评价
    张一中, 张晓娟, 梁笃, 郭琦, 范昕琦, 聂萌恩, 王绘艳, 赵文博, 杜维俊, 柳青山
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2837-2853.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.001
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    【目的】 解析高粱育种材料的表型性状变异规律和遗传多样性,探讨育种材料的综合评价方法,筛选高粱优异种质,为高粱种质创新与新品种选育提供重要依据。【方法】 以263份不同来源的高粱种质为供试材料,2015—2016年在山西榆次对其17个表型性状进行鉴定,采用Shannon-Wiener's多样性指数计算表型性状的遗传多样性,综合运用相关分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归等方法对高粱种质进行综合评价,并根据综合评价F值及目标性状筛选出高粱优异种质。【结果】 263份高粱育种材料具有较高的遗传多样性,不同性状的多样性指数分布范围为0.497—2.075,其中,穗形的多样性指数最小,穗柄长的多样性指数最大。不同年份7个数量性状的变异系数有所变化,变幅最小的是生育期,其次是穗长;变幅最大的是单穗粒重,其次是茎粗。育种材料综合评价表明在累计贡献率高于80%时,共发现11个主成分;利用隶属函数法计算表型综合值(F值),高粱育种材料的表型性状综合值(F值)平均为0.464,恢复系L28的F值最高(0.581),保持系72B/DORADO双的F值最低(0.330)。通过逐步回归建立了12个性状(主脉色、穗型、穗形、芒性、颖壳包被度、粒形、株型、茎粗、穗长、单穗粒重、千粒重和生育期)作为自变量的回归方程,可以作为高粱育种材料表型性状的综合评价指标。基于F值进行聚类,将263份供试材料分为6个类群,其中,第Ⅳ类群的33份材料农艺性状优良,平均F值最高,可作为材料创新及杂交育种的亲本材料。【结论】 参试高粱种质表型性状遗传变异较为丰富,遗传多样性高,采用多元统计分析方法综合评价高粱种质是可行的;筛选出优异种质33份。

    我国冬油菜北移的现状、问题与对策
    刘自刚, 魏家萍, 崔俊美, 武泽峰, 方彦, 董小云, 郑国强
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2854-2862.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.002
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    20世纪50年代以来,随着甘蓝型冬油菜的引入与推广应用,长江流域各主产区很快完成甘蓝型冬油菜替代白菜型油菜的变革;80年代后期,随着抗寒育种的不断突破,甘蓝型冬油菜种植区不断向北延伸,我国黄淮河流域、渭河流域、渭北旱塬等主产区,也相继完成甘蓝型冬油菜北移替代。我国冬油菜成功北移的实质是甘蓝型冬油菜的北移,即甘蓝型冬油菜抗寒品种替代原产区白菜型冬油菜的过程,甘蓝型冬油菜的替代变革与北移,极大促进和起始了我国冬油菜产业跨越式发展。白菜型冬油菜北移面临截然不同的问题,自1955年开始尝试北移以来,北移被同时期甘蓝型春油菜引种替代变革终止;在之后的尝试北移中,单纯强调了品种抗寒性,而忽视了北移区降水进一步减少、更需耐旱品种的实际情况,冬油菜北移技术分析与研发存在主导方向性偏差,导致技术输出不符合产业实际需求的问题,以至于北移实践开展数十年以来,至今未能在传统产区以外形成稳定冬油菜种植区,近年来,原种植区面积也持续萎缩,半个多世纪的白菜型冬油菜北移成效甚微。在现实生产中以水分限制为主、旱寒叠加逆境是白菜型冬油菜北移面临的难题,比较效益低是产业发展陷入困境的主导因素。近年育成的强抗寒甘蓝型冬油菜可在北方寒旱区稳定越冬,替代原白菜型品种,可大幅提升冬油菜产量、品质、种植效益等,是强冬性区冬油菜突破产业困境的希望。本文回顾了我国冬油菜替代变革与北移历史,对冬油菜北移现状、成就、存在的问题进行了梳理,分析了白菜型冬油菜产业发展与北移困境产生的原因,提出以推动甘蓝型冬油菜替代变革来应对我国强冬性区冬油菜产业发展挑战的建议。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    施氮量和种植密度对两冬小麦品种抗倒性能和籽粒产量的影响
    牟海萌, 孙丽芳, 王壮壮, 王宇, 宋一凡, 张荣, 段剑钊, 谢迎新, 康国章, 王永华, 郭天财
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2863-2879.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.003
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    【目的】 探讨基因型与施氮量和种植密度三因子对小麦植株抗倒性能和籽粒产量的互作调控效应,明确与品种生物学特性相匹配的氮密优化组合模式,为冬小麦稳产丰产及抗逆应变栽培提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2020—2022年连续2年在河南省焦作市设置品种、施氮量和种植密度三因子互作的大田裂裂区试验,以品种为主区,选择抗倒性存在差异的2个小麦品种鑫华麦818和新麦26;以施氮量为副区,设置不施氮(N0)、180 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)、300 kg·hm-2(N3)、360 kg·hm-2(N4)5个水平;以种植密度为副副区,设置225万株/hm2(D1)、375万株/hm2(D2)、525万株/hm2(D3)3个水平。重点研究分析品种、施氮量、种植密度三因子组合对小麦茎秆解剖结构、田间倒伏率和籽粒产量的影响。【结果】 施氮量和种植密度对两小麦品种维管束结构均具有显著调控作用,且大维管束的数目、面积以及大小维管束的数目比、面积比与茎壁厚度和茎秆抗折力呈显著正相关,而小维管束面积则与茎壁厚度呈显著负相关。两品种相比,鑫华麦818较新麦26的大维管束数目多且面积大,小维管束数目相当而面积较小。这可能是鑫华麦818抗倒性能优于新麦26的解剖学基础。同一种植密度下,两小麦品种大维管束数目和面积均表现为随施氮量的增加呈先增后减的变化趋势,以N3处理的大维管束数目最多、面积最大,N3处理下鑫华麦818和新麦26的大维管束数目和面积较最小值处理的平均增幅分别为14.61%、15.80%和16.18%、20.10%,小维管束的数目和面积呈相似变化。同一施氮水平下,两品种大维管束均以低密度D1处理数目最多、面积最大,与最小值高密度D3相比,D1处理下,鑫华麦818和新麦26的大维管束数目和面积平均增幅分别为6.14%、5.20%和8.95%、11.42%。【结论】 施氮量240 kg·hm-2搭配种植密度225万株/hm2的氮密调控组合D1N2处理有利于改善维管束结构特征,协调大小维管束发育,增加大维管束的数目和面积,增大2种维管束的数目比和面积比,增加基部节间茎壁厚度,提高植株茎秆抗倒性能,能够实现冬小麦抗倒性能及产量的同步提升,可作为豫北高产灌区冬小麦高产高效栽培的适宜氮密组合模式。

    授粉期高温胁迫下雄穗大小对玉米干物质积累及产量的影响
    穆心愿, 吕姗姗, 卢良涛, 刘天学, 李树岩, 薛昌颖, 王宏伟, 赵霞, 夏来坤, 唐保军
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2880-2894.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.004
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    【目的】 高温是制约夏玉米高产稳产的重要气象因子之一,通过设置授粉期高温胁迫和雄穗变小处理,探明高温胁迫下雄穗大小对玉米产量形成的影响,为玉米抗逆栽培及耐高温育种提供参考。【方法】 以2个玉米品种浚单20(XD20)和农华101(NH101)为试材,于2020—2021年玉米抽雄至散粉结束的10 d内采用人工模拟增温试验,同时,设置抽雄期雄穗变小处理(剪除60%雄穗分枝数),探究授粉期高温胁迫下雄穗大小对玉米干物质积累分配和产量形成的影响。【结果】 2年结果表明,授粉期高温胁迫对玉米雄穗长度、分枝数、小穗数和雌雄开花动态影响较小,但导致玉米干物质积累能力及向穗部分配比例下降,影响雌穗生长发育,造成穗轴长度和穗轴粗显著降低,穗粒数显著减少,花后物质积累量及向籽粒分配比例下降,进而产量显著降低。高温胁迫后,NH101穗长的下降幅度小于XD20,但行粒数、穗粒数及花后物质积累向籽粒分配比例的下降幅度高于XD20,导致NH101产量降幅超过XD20,XD20和NH101产量降幅分别为12.32%和25.00%,可见XD20比NH101更耐高温。雄穗变小处理使XD20和NH101的雄穗分枝数和小穗数分别显著降低58.57%、42.91%和57.30%、41.34%,但对雌雄开花动态无显著影响。2个温度条件下,雄穗变小处理均能促进雌穗生长,增加穗粒数,促进花后物质向籽粒积累,进而提高产量,其中,高温条件下的XD20增产幅度最大。在常温条件下,与正常雄穗处理相比,雄穗变小处理下,XD20和NH101的产量分别平均增加2.76%和4.37%,而在高温条件下,分别增加12.47%和5.75%。【结论】 授粉期高温胁迫对雄穗生长发育影响较小,但导致雌穗生长发育受到不可逆损伤,穗粒数减少,制约了花后光合同化物向籽粒分配,产量显著下降。高温条件下,适当减少雄穗分枝数可促进雌穗生长发育,增加穗粒数,促进花后物质向籽粒积累,提高产量,且大雄穗型品种浚单20增产幅度高于小雄穗型品种农华101。

    中国马铃薯地膜覆盖增产效应及其影响因素的Meta分析
    徐菊祯, 张梦璐, 何文清, 隋鹏, 陈源泉, 崔吉晓
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2895-2906.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.005
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    【目的】 地膜覆盖具有增温、保墒和抑制杂草等多方面作用,是一种缓解马铃薯生产限制的高效且简便的技术措施。基于全国数据,量化地膜对马铃薯的产量和水分利用效率的影响,进一步分析其中的影响因素,为马铃薯可持续生产提供参考。【方法】 基于1981—2021年在Web of Science和知网公开发表的291篇关于中国马铃薯地膜覆盖的大田试验文献数据,包括北方一作区、西南混作区、南方冬作区、中原二作区共4个区域,利用Meta分析方法量化地膜对马铃薯的产量与水分利用效率的影响,并从不同区域、不同自然条件(年均降水、土壤容重、土壤有机质含量)、不同栽培管理措施(钾肥施用量、种植密度、地膜颜色、栽培方式)角度出发,研究地膜覆盖对马铃薯产量和水分利用效率的影响。【结果】 与不覆盖相比,地膜覆盖使马铃薯产量和水分利用效率分别提高24.9%和28.3%;不同区域地膜增产与提升水分利用效率的效果不同,依次为:北方一作区(27.2%)、西南混作区(18.1%)、南方冬作区(23.6%)、中原二作区(10.1%)。而水分利用效率只在北方一作区表现明显,提高29.1%。在不同区域,地膜提高产量与水分利用效率受自然条件与栽培管理措施影响。不同自然条件下,不同区域地膜提高产量的响应不同。种植密度与栽培方式在各区域的响应一致,即低密度种植与垄作条件下,地膜增产效应最好。在北方一作区,地膜在低等降水量,较低的土壤有机质含量与低等土壤容重以及低施肥水平,中等种植密度,黑色与垄作条件下,提高水分利用效率的效果最好。【结论】 地膜覆盖在我国具有良好的应用效果,可以提高马铃薯的产量,不同区域的增产效果依次为:北方一作区、南方冬作区、西南混作区、中原二作区,水分利用效率仅在北方一作区有所改善。在降水少、土壤较贫瘠、土壤疏松的自然条件下,以及较低水平的施肥量、较低种植密度、黑色与垄作的栽培管理措施下,地膜更能发挥其增产作用。在北方一作区,地膜使马铃薯增产与保水达到最佳效果所需的条件相似。

    植物保护
    湿度调控设施黄瓜棒孢叶斑病菌产孢和释放规律及防治技术
    柴阿丽, 杨红敏, 王少骅, 赵昆, 高苇, 石延霞, 谢学文, 李磊, 范腾飞, 李宝聚
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2907-2918.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.006
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    【目的】 由多主棒孢(Corynespora cassiicola)侵染引起的棒孢叶斑病给黄瓜产业带来了巨大的经济损失。产孢和释放是多主棒孢实现再侵染的关键环节。论文旨在探究设施栽培条件下多主棒孢产孢、释放规律,湿度对多主棒孢产孢、释放的影响,以及黄瓜棒孢叶斑病防治的最佳施药方式和施药时间。【方法】 通过测定黄瓜发病叶片0:00、3:00、6:00、9:00、12:00、15:00、18:00和21:00产孢量,分析多主棒孢的产孢规律;在春、夏、秋、冬不同季节,分别测定一天之内0:00、3:00、6:00、9:00、12:00、15:00、18:00、21:00时棚室空气样本中多主棒孢浓度,分析多主棒孢释放的日变化规律;在人工气候暴露仓和塑料拱棚内,分别设置持续高湿(相对湿度>90%,24 h)、持续干燥(相对湿度<60%,24 h)、先高湿12 h后干燥12 h、先干燥12 h后高湿12 h等不同的湿度水平,研究不同湿度条件对多主棒孢产孢、释放的影响。比较60%多菌灵·乙霉威可湿性粉剂和5亿活菌/g荧光假单胞杆菌可湿性粉剂,喷雾法和弥粉法施药方式,不同施药时间对黄瓜棒孢叶斑病的防治效果和对空间病原菌的杀灭效果。【结果】 多主棒孢产孢、释放数据显示,一天内不同时间,黄瓜发病叶片病斑产孢量和棚室空间孢子浓度均存在显著性差异,而且二者存在此消彼长的互补关系。夜间18:00之后,随着高湿(相对湿度>90%)持续时间延长,叶片病斑产孢量增大,次日早上6:00病斑孢子数达峰值1 344个孢子/cm2;开风口后,棚室内湿度降低(相对湿度<60%),孢子释放到棚室空间,中午12:00空气中多主棒孢浓度达峰值12 445—110 697个孢子/m3。不同季节棚室空间多主棒孢孢子浓度日变化规律一致,均表现为夜间高湿(相对湿度>90%)产孢、白天低湿(相对湿度<60%)释放的趋势。在人工气候暴露仓和塑料拱棚内,干湿交替条件下多主棒孢的产孢、释放量更高,病情扩展更快,显著高于持续高湿或持续干燥条件。用60%多菌灵·乙霉威可湿性粉剂和5亿活菌/g荧光假单胞杆菌可湿性粉剂在傍晚19:00弥粉法施药,对黄瓜棒孢叶斑病防治效果最好,分别达到80.60%和75.08%,对空间病原菌的杀灭效果达84%以上。【结论】 湿度是影响多主棒孢产孢和释放的关键环境因子,设施栽培干湿交替环境加快了多主棒孢的传播和扩散,弥粉法施药的防治效果优于喷雾施药,最佳施药时间为孢子大量繁殖前的傍晚或晚上。研究结果有助于制定黄瓜棒孢叶斑病的高效防控策略。

    转录因子NbERF RAP2-1在黄瓜绿斑驳花叶病毒侵染中的功能
    于连伟, 姜兴林, 杨灵玲, 王贺, 张玉阳, 谢莉娜, 夏子豪, 李洪连, 杨雪, 施艳
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2919-2928.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.007
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    【背景】 黄瓜绿斑驳花叶病毒(cucumber green mottle mosaic virus,CGMMV)是我国重要的检疫性植物病毒,对蔬菜和瓜类产业造成严重的经济损失。ERF转录因子可以调控植物生物和非生物胁迫,参与植物对多种病害的防御作用。前期研究显示CGMMV侵染后可以显著下调寄主转录因子NbERF RAP2-1的表达。【目的】 明确ERF转录因子家族成员在CGMMV侵染过程中的作用,为CGMMV病害防治提供理论依据。【方法】 运用MEGA7.0构建系统进化树,对基于NbERF RAP2-1蛋白的氨基酸序列进行系统进化分析;构建NbERF RAP2-1的荧光表达载体,并观察其亚细胞定位;利用qRT-PCR技术分析NbERF RAP2-1在CGMMV侵染不同时期的表达量;通过烟草脆裂病毒(tobacco rattle virus,TRV)介导的基因沉默(VIGS)和瞬时过表达NbERF RAP2-1分析其在CGMMV侵染过程中的作用。【结果】 系统进化树分析表明,NbERF RAP2-1与多种烟草的ERF转录因子同源性极高,与拟南芥的ERF转录因子亲缘关系较远;亚细胞定位结果显示NbERF RAP2-1定位于细胞核,作为转录因子行驶功能;CGMMV侵染对本氏烟内源基因NbERF RAP2-1的转录水平影响结果显示,在CGMMV侵染6、9、12 d时NbERF RAP2-1的表达量无明显变化,在CGMMV侵染15和18 d时NbERF RAP2-1表达量显著下调;TRV介导的VIGS可以将植物内源基因NbERF RAP2-1有效沉默,在沉默的植株系统叶上接种CGMMV,8 d对照植株系统叶出现斑驳、卷曲症状而NbERF RAP2-1沉默植株无症状,同时CGMMV RNA水平和蛋白水平检测结果也表明TRV:NbERF RAP2-1可以有效抑制CGMMV的积累;同样,分别在本氏烟叶片瞬时过表达NbERF RAP2-1 24、48和72 h时检测CGMMV RNA水平和蛋白水平表达量,结果显示在病毒侵染早期,即复制阶段就抑制CGMMV的表达。【结论】 NbERF RAP2-1可以有效抑制CGMMV侵染初期病毒复制,即病毒RNA复制阶段;随着CGMMV不断侵染,在CGMMV细胞间运动和系统运动时期,CGMMV识别防御相关基因NbERF RAP2-1并抑制该基因的转录;当NbERF RAP2-1缺失后可能抑制了下游蛋白的转录或表达,从而抑制病毒侵染后期的积累。由此可见,NbERF RAP2-1在CGMMV侵染过程中发挥了重要作用。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    多样化种植对土壤团聚体组成及其有机碳和全氮含量的影响
    孙涛, 冯晓敏, 高新昊, 邓艾兴, 郑成岩, 宋振伟, 张卫建
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2929-2940.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.008
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    【目的】 阐明东北黑土区禾本科与豆科作物多样化种植模式下土壤团聚体组成及其碳氮分布特征,为促进黑土地用养结合型种植制度优化提供理论依据与技术指导。【方法】 田间试验于2016—2020年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站进行,设置玉米大豆间作(M/S)、玉米大豆轮作(M-S)、玉米花生间作(M/P)和玉米花生轮作(M-P)等多样化种植模式,以玉米连作(CM)常规种植模式为对照。2020年作物收获后采集0—20和20—40 cm土层土壤样品,分析多样化种植模式对土壤团聚体及其有机碳、全氮含量的影响。【结果】 多样化种植有利于增加0—20和20—40 cm土层水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量,降低黏粉粒(<0.053 mm)含量,4种多样化种植模式的土壤团聚体平均重量直径和平均几何直径均显著高于CM处理(P<0.05)。M/S和M-S处理0—20 cm土层>0.25 mm土壤团聚体比例分别比CM处理高17.6%和13.4%,M/S、M-S和M-P处理20—40 cm土层 >0.25 mm土壤团聚体比例则分别比CM处理高10.4%、8.3%和10.5%。多样化种植增加了土壤大团聚体中有机碳和全氮含量,0—20 cm土层,M/S、M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体有机碳含量分别比CM处理高20.7%、24.3%、18.8%和17.8%;0—20 cm土层,M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体全氮含量分别比CM处理高13.0%、16.8%和14.8%。M-S和M/P处理0—20 cm土层>2 mm土壤团聚体有机碳和全氮对土壤总有机碳和全氮贡献率高于CM处理,而M/S和M-S处理<0.053 mm土壤团聚体有机碳和全氮对总有机碳和全氮的贡献率则低于CM处理。【结论】 东北黑土区多样化种植提高了土壤大团聚体含量,降低了黏粉粒含量,增加了土壤团聚体稳定性及有机碳和全氮含量,有利于促进农田土壤碳氮固持。

    减量施磷对土壤磷库组成及解磷微生物的影响
    沈开勤, 刘倩, 杨国涛, 陈虹, 梁成, 赖鹏, 李冲, 王学春, 胡运高
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2941-2953.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.009
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    【目的】 研究连续减施磷肥对土壤磷组分以及解磷微生物的影响,探究土壤磷素转化规律,为合理施用磷肥,高效利用土壤磷提供理论依据。【方法】 于2014年在四川省绵阳市龙门镇开展减磷定位试验,试验设置4个处理,即P0(不施磷肥)、P1(减施磷肥1/2,45 kg·hm-2)、P2(减施磷肥1/3,60 kg·hm-2)、P3(正常施磷肥,90 kg·hm-2),采集0—20 cm土层土样,测定并分析土壤全磷、有效磷、磷活化系数、磷组分以及解磷微生物变化特征。【结果】 减施磷肥显著降低了土壤全磷(TP)含量,较2014年相比,连续处理3年后P0、P1处理分别下降了7.2%、0.9%,P2、P3处理分别增加了2.6%、7.3%。连续处理6年后处理间差异进一步扩大,与6年前相比P0、P1处理分别下降了15.2%、5.7%,P2、P3处理分别增加了7.8%、21.6%。有效磷(AP)含量变化趋势与全磷相似,连续处理3年后P0处理有效磷含量下降了18.1%,P1、P2、P3处理分别增加了21.2%、72.2%、132.1%。与6年前相比,连续处理6年后各处理有效磷含量的变幅扩大至-24.6%—201.6%。磷活化系数(PAC)由有效磷及全磷含量决定,其变化趋势总体上与有效磷一致。减施磷肥主要造成了H2O-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi含量显著减少,对Residual-P没有显著影响,其中NaOH-Pi是导致土壤全磷含量变化的主要磷形态,NaHCO3-Pi是土壤磷素活化过程中最关键的磷组分。不同磷肥处理解磷微生物丰度存在差异。冗余分析结果表明,类诺卡氏菌属(Nocardioides)、分支杆菌属(Mycobacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)、生丝微菌属(Hyphomicrobium)以及根瘤菌属(Rhizobium)与各形态磷均呈正相关,其中生丝微菌属与NaHCO3-Pi及NaOH-Pi相关性均较高。【结论】 减施磷肥显著改变了土壤磷库组成,土壤有效磷及全磷含量变化主要受NaHCO3-Pi以及NaOH-Pi含量变化的影响。连续减施磷肥6年后各处理土壤解磷微生物丰度存在显著差异,其中生丝微菌属是参与本试验区域磷素转化的关键微生物。连续6年减施1/3磷肥(施磷肥60 kg·hm-2)能有效减少本试验区域土壤缓效态磷积累的同时维持较高的有效磷水平。

    海南典型稻菜轮作区和香蕉园氮磷盈余及土壤硝态氮累积
    赵永鉴, 张博飞, 张翀, 巨晓棠
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2954-2965.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.010
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    【目的】 海南省是我国稻菜轮作和香蕉种植面积较大的省份,农户投入的氮(N)和磷(P)肥远超过了作物的养分需求,对海南生态环境可能造成不利影响。研究海南典型作物体系氮磷输入、输出、盈余及土壤硝态氮累积,为评价其养分损失及环境影响、提高养分管理水平提供科学依据。【方法】 2021—2022年选取海南稻菜轮作和香蕉种植典型区域澄迈县为研究区,确定20个稻菜轮作田块和15个香蕉园。采用跟踪记录的方法获取所有地块的化肥施用量、有机肥施用量和秸秆还田方式及还田量等信息。采用跟踪采样的方法测定作物生物量及其养分含量。采用文献调研的方法获取研究区域土壤-作物体系养分沉降和生物固氮等其他来源数据。选取5个旱地香蕉园,采用土钻法采集土壤并测定0—400 cm土壤剖面硝态氮累积量。【结果】 海南典型稻菜轮作区氮肥和磷肥投入量分别为1 308 kg N·hm-2(化肥和有机肥分别为975和333 kg N·hm-2)和515 kg P·hm-2(化肥和有机肥分别为385 和130 kg P·hm-2),作物地上部吸氮量和吸磷量分别为248 kg N·hm-2和48 kg P·hm-2,稻菜轮作区氮素和磷素盈余分别为1 196 kg N·hm-2和484 kg P·hm-2。香蕉园氮肥和磷肥投入量分别为1 340 kg N·hm-2(化肥和有机肥分别为1 293和47 kg N·hm-2)和447 kg P·hm-2(化肥和有机肥分别为442和5 kg P·hm-2),香蕉地上部吸氮量和吸磷量分别为242 kg N·hm-2和23 kg P·hm-2,氮素和磷素盈余分别为1 271 kg N·hm-2和435 kg P·hm-2。香蕉园0—400 cm土壤剖面硝态氮累积量为1 131 kg N·hm-2。【结论】 过量施用氮肥和磷肥,导致海南典型区土壤-作物体系存在大量的养分盈余,旱地土壤也累积了大量的硝态氮。海南以较大的养分损失和环境代价生产热带高值水果和蔬菜,未来必须优化农田养分管理措施以保障其生态环境安全。

    园艺
    通过遗传转化Rfo获得青花菜Ogura CMS恢复系
    邢苗苗, 许园园, 卢昱宇, 严继勇, 曾爱松
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2966-2976.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.011
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    【目的】 将来自萝卜的胞质不育恢复基因Rfo导入到青花菜Ogura细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)主栽商业品种‘耐寒优秀'(命名为SFB45)中,获得Ogura CMS恢复系,打破Ogura CMS材料在生产上无法再利用的现状,为优异种质的创制和改良提供新途径。【方法】 利用基因合成的方法克隆萝卜Rfo 的CDS及其启动子序列,构建表达载体pRfo ::Rfo。通过农杆菌介导的遗传转化方法侵染SFB45的具柄子叶和下胚轴,进行再生、抗性苗筛选和PCR鉴定获得阳性植株,开花期观察转基因植株的育性恢复情况;用亚历山大染液分析对照组及阳性株的花粉活力;分别提取对照组及阳性株<3 mm和>3 mm花蕾的RNA并反转录成单链cDNA,设计特异引物,利用RT-PCR分析Rfo及绒毡层和花粉壁发育相关基因在SFB45及对应的育性恢复材料花蕾中的表达差异。【结果】 通过遗传转化共获得10个阳性株系,其中8个株系育性得到不同程度的恢复,花粉活力为84.2%—90.4%。RT-PCR分析结果表明,育性恢复植株花蕾中Rfo表达,绒毡层发育关键调节因子DYT1TDF1及花粉壁主要成分孢粉素合成所必需的基因ACOS5在育性恢复植株<3 mm花蕾中上调表达。绒毡层降解相关基因AMS、四分体胼胝质壁及花粉外壁发育所必需的基因CalS5CYP703在育性恢复植株>3 mm花蕾中上调表达。分析阳性株系R-1、R-3R-6自交及杂交后代发现转入的Rfo能稳定遗传,符合孟德尔遗传。【结论】 通过遗传转化Rfo获得了优良青花菜Ogura CMS商品种SFB45的育性恢复系,且Rfo的转入使绒毡层及花粉壁发育相关基因恢复正常表达。

    葡萄VvGAI1与VvJAZ9蛋白互作及低温下的表达模式分析
    刘德帅, 冯美, 孙雨桐, 王烨, 迟敬楠, 姚文孔
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2977-2994.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.012
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    【目的】 DELLA蛋白属于植物特有的GRAS蛋白家族,是赤霉素信号转导途径中的重要调控因子,在植物生长发育和抵御逆境胁迫中发挥着重要作用。克隆欧洲葡萄VvGAI1,并对其进行亚细胞定位、蛋白互作和表达分析,为进一步研究DELLA蛋白在葡萄抗寒反应中的调控功能奠定基础。【方法】 以酿酒葡萄品种‘霞多丽'叶片为试材,采用同源克隆的方法获得VvGAI1序列。利用生物信息学方法分析该基因的序列特征,使用DNAMAN及MEGA7.0对VvGAI1蛋白序列及拟南芥序列进行多序列比对并构建系统进化树。通过亚细胞定位确定VvGAI1蛋白在细胞中的表达位置;利用酵母试验验证VvGAI1蛋白的转录激活活性;利用酵母双杂交和双分子荧光互补试验验证VvGAI1蛋白与VvJAZ9蛋白的互作关系;利用VvGAI1原核表达蛋白制备anti-VvGAI1兔源多克隆抗体;利用Western Blot技术检测VvGAI1蛋白在低温下的表达情况;通过相对电导率分析外源喷施茉莉酸和赤霉素对葡萄抗寒性的影响。【结果】 从‘霞多丽'叶片中克隆得到VvGAI1,其ORF为1 773 bp,编码590个氨基酸,位于第1条染色体,含有1个外显子,无内含子。VvGAI1蛋白相对分子质量为64.87 kDa,理论等电点pI为5.31,属于酸性不稳定亲水蛋白。VvGAI1具有高度保守的DELLA和GRAS结构域,属于植物GRAS家族的DELLA蛋白。蛋白聚类分析显示VvGAI1与拟南芥AtGAI和烟草NtGAI1亲缘关系较近。亚细胞定位与转录自激活结果显示VvGAI1是一个定位于细胞核中且具有转录激活活性的转录因子。酵母双杂交和双分子荧光互补试验也证实VvGAI1与VvJAZ9具有互作关系。将VvGAI1克隆至原核表达载体构建pET28b-VvGAI1重组表达载体,转化至大肠杆菌BL21中经16 ℃、1.0 mmol∙L-1异丙基-β-d-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达获得VvGAI1-His融合蛋白,再经抗原免疫,血清纯化后制备得到anti-VvGAI1兔源多克隆抗体。制备的anti-VvGAI1抗体可以特异性检测‘霞多丽'葡萄中的VvGAI1蛋白。Western Blot结果表明,低温处理下葡萄原生质体中VvGAI1蛋白呈先上升后下降的表达趋势,VvGAI1蛋白响应低温诱导表达。与对照相比,50 μmol·L-1茉莉酸甲酯(MeJA)处理可以提高葡萄的抗寒性,50 μmol·L-1赤霉素(GA3)处理使葡萄对寒冷变得敏感。【结论】 葡萄VvGAI1是一个与VvJAZ9相互作用的转录因子,VvGAI1对低温胁迫有响应,外源茉莉酸能够正调控冷胁迫反应,而赤霉素负调控冷胁迫反应。

    山桃杂交群体抗蚜优系的背景选择与标记优劣比较
    刘苏宁, 别航灵, 王君秀, 陈雪嘉, 王新卫, 王力荣, 曹珂
    中国农业科学. 2023, 56(15):  2995-3005.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.013
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    【目的】 筛选‘橡皮油桃'(果实大、感蚜)ב帚形山桃'(果实小、抗蚜)F2代杂交群体中,‘橡皮油桃'遗传背景回复率高且表现抗蚜的优系,探讨桃背景选择技术体系的建立方法。【方法】 首先,利用3种方法选择背景标记,分别为前期研究得到的高多态性SNP(Pre-work SNP)、全基因组范围内随机挑选的SNP(Random SNP)、以及对SNP进行功能注释后,选择突变位点影响起始密码子与终止密码子的功能性SNP(Functional SNP),3种方法最终筛选的SNP个数统一设定为775个。然后,利用这775个SNP分别计算3种不同背景标记在F2代杂交群体中121个单株的双亲回复率。通过比较3种背景标记中‘橡皮油桃'背景回复率较高的前10个单株在两两之间的重复情况,比较不同背景标记的重复性。在完成F2群体单株的抗蚜性、单果重与可溶性固形物含量评价后,分别选择单果重与可溶性固形物含量2种性状的极端表型单株各10株,通过比较两类表型单株‘橡皮油桃'回复率的差异显著性,衡量不同选择方法的优劣。最后,以抗蚜定位区间内的SNP为抗蚜前景标记,筛选F2群体内‘橡皮油桃'遗传背景回复率高且表现抗蚜的优系。【结果】 Pre-work SNP、Random SNP、Functional SNP 3种背景标记的F2代单株‘橡皮油桃'背景回复率分别在36.34%—71.99%、31.75%—74.92%、4.51%—66.53%。3种背景标记筛选的‘橡皮油桃'回复率较高的前10株中,Pre-work SNP与Random SNP和Functional SNP的重复单株分别均有2个,Random SNP与Functional SNP的重复单株有6个,即Random SNP和Functional SNP两种选择方法的重复率更高。Pre-work SNP、Random SNP、Functional SNP 3种背景标记在以单果重为选择目标时,极端表型单株间‘橡皮油桃'背景回复率显著性分别为0.069、0.26和0.092,即Pre-work SNP筛选的后代‘橡皮油桃'背景回复率与单果重表型相关性最高,Functional SNP次之,Random SNP差异不显著。在以可溶性固形物含量为选择目标时,极端表型单株间‘橡皮油桃'背景回复率显著性分别为0.77、0.65和0.31,3种背景标记差异均不显著。基于Pre-work SNP和Functional SNP的计算结果,本研究筛选出2个‘橡皮油桃'回复率高的单株,分别为N20和N36,其中N20携带抗蚜标记,单株表现抗蚜,平均单果重为34.42 g,可溶性固形物含量为16.1%,为山桃F2群体的优异单株。【结论】 在本研究群体内,Pre-work SNP相较于Functional SNP与Random SNP,在单果重这一表型上与‘橡皮油桃'回复率的相关性较强,印证该背景标记选择方式的优异性,以这种背景标记挑选出的单株N20在目标性状的优异表现也支持这一结果。本研究提供一种背景选择的思路以及判断不同背景标记在研究群体内优劣性的方法,可为有效提高抗性育种效率提供参考。

    基于多种方法的菠萝果实质地及食味品质综合评价
    付山, 梁邺, 徐玖亮, 阮云泽, 罗剑, 李婷玉
    中国农业科学. 2023, 56(15):  3006-3019.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.014
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    【目的】 本研究基于多种研究方法,阐明影响菠萝感官品质的关键质构和理化指标,建立菠萝果实质地及食味品质的综合评价方法,为优良菠萝品种的筛选提供科学支撑。【方法】 以7个不同品种的菠萝果实为研究对象,采用感官评价、质构测试和理化分析等方法,结合方差分析和不同维度指标间的相关性分析,明确影响菠萝感官总分的关键质构、理化指标,并进一步采用主成分回归分析法,以筛选出的关键质构特性、理化指标为自变量,感官评价总分为因变量进行回归分析,得到具有统计学意义的预测模型,用于菠萝质地及食味品质综合评价。【结果】 不同品种菠萝部分质构属性及理化指标存在较大的差异,如硬度、咀嚼性、最大剪切力、糖酸比、可溶性蛋白、维生素C及可溶性果胶等在品种间的变异系数均大于25%,而弹性、凝聚性等在品种间的变异较小。不同品种菠萝感官总分从高到低依次为‘台农17号'>‘台农16号'>‘台农4号'>‘金菠萝'>‘台农11号'>‘无刺卡因'>‘巴厘',‘台农17号'的果实质地和食味品质最佳,其固形物含量为16.23%,糖酸比为31.82,可溶性果胶含量为23.72 mg∙g-1,咀嚼性为789.77 mJ,硬度和最大剪切力分别为1 826.55 N、3 491.37 N。相关性分析表明,影响感官总分的关键指标包括质构属性中的硬度、咀嚼性、最大剪切力和理化指标中的可溶性固形物、糖酸比及可溶性果胶。利用主成分回归分析方法建立的菠萝感官预测模型决定系数R 2为0.916,标准偏差为0.11。【结论】 菠萝品种间质地与食味品质差异大,采用单一评价方法不能准确评价各品种菠萝质地与食味品质。本研究明确了影响整体感官满意度的6个关键分析指标,并建立了基于关键质构和理化指标的菠萝感官预测模型,可以较准确地预测菠萝的质地与食味品质,以弥补人工感官分析中客观性不足的缺陷。

    畜牧·兽医
    免疫沉淀联合LC-MS/MS筛选猪肝星状细胞中葡萄糖调节蛋白GRP94的互作蛋白
    王枭鸿, 邢明杰, 顾宪红, 郝月
    中国农业科学. 2023, 56(15):  3020-3031.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.015
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    【背景】 随着规模化、集约化生产程度的不断提高,养殖过程中饲养空间受限、冷热环境不适等因素常使猪处于应激状态。内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)可能是最早期的应激反应,与细胞凋亡、代谢等方面有密切联系。肝脏是机体的主要代谢器官,猪养殖过程中由于人工操作(如断奶)、饲料霉变、温度变化和吸入有害气体等因素都会造成猪肝脏的ERS,不仅会造成肝脏损伤,还会引发肝脏的脂肪代谢紊乱和广泛的炎症反应,影响生产性能和繁殖性能。因此,深入探讨缓解ERS的有效措施,有助于减少猪养殖过程中的隐性损失。【目的】 利用免疫沉淀联合质谱技术,从猪肝星状细胞中筛选在ERS条件下与葡萄糖调节蛋白94(GRP94)相互作用的细胞蛋白,为进一步探讨GRP94对猪肝星状细胞生物学功能的保护作用机理奠定基础。【方法】 首先将GRP94抗体固定在谷胱甘肽亲和磁珠上,用亲和磁珠与ERS条件下或正常条件下猪肝星状细胞总蛋白进行孵育,与GRP94诱饵蛋白结合的蛋白复合物洗脱收集后,进行SDS-PAGE凝胶电泳验证。将验证成功的样品洗脱液进行液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)检测,鉴定出正常条件和ERS条件下GRP94的互作蛋白。运用生物信息学在线软件对筛选的互作细胞蛋白进行 GO 富集、KEGG 信号通路注释和蛋白互作网络分析,并对其中的互作蛋白之一波形蛋白(vimentin)进行免疫共沉淀验证。【结果】 筛选到正常条件下与GRP94存在互作关系的蛋白146个,ERS条件下与GRP94存在互作关系的蛋白76个,在两种情况下都存在互作关系的蛋白44个。ERS条件下有互作关系的76个蛋白质主要参与凋亡过程负调控、肽段交联、泛素依赖型ERAD(endoplasmic reticulum associated degradation)过程和过氧化氢分解代谢等过程。其中参与凋亡过程负调控的GRP94互作蛋白有albumin、catalase、filament A、heat shock protein family A member 5、keratin 18和prohibin 2,说明GRP94可能与这些蛋白共同发挥抗凋亡作用。除此之外组成中间丝纤维的vimentin蛋白参与多个GO富集的通路,可能与GRP94有重要的互作关系。进一步的免疫共沉淀试验也证实,ERS条件下vimentin和GRP94之间确实存在互作关系。此外,某些ERS条件下特异性表达的GRP94互作蛋白(如peroxiredoxin、death inducer obliterator 1、catalase、glandular kallikrein、pyruvate kinase等)与抗凋亡有密切联系。【结论】 ERS条件下,猪肝脏GRP94互作蛋白主要参与抗凋亡、对未折叠蛋白进行折叠和维护细胞内稳态相关的信号通路。该结论为下一步开展GRP94参与肝脏ERS调控机制的研究打下基础。

    基于芯片和填充测序数据的肉鸡屠宰性状基因组选择准确性评估
    尹畅, 朱墨, 陈艳茹, 童世锋, 赵桂苹, 刘杨
    中国农业科学. 2023, 56(15):  3032-3039.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.016
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    【背景】 畜禽育种工作的核心是基因组估计育种值的准确性。不同水平的遗传标记密度对估计育种值的影响较大,随着基因分型技术的发展和高通量测序价格的下降,基于重测序数据的基因组选择研究不断涌现。理论上,标记密度更高可获得更高准确性的估计育种值。因为影响目标性状的数量性状基因座(quantitative trait loci, QTL)至少与覆盖全基因组范围的高密度标记中的一个标记处于连锁不平衡状态。所以,较高密度的标记水平,理论上标记与QTL之间的紧密连锁更好,从而保证了较高的预测准确性。但也有研究表明,填充测序数据与芯片数据相比,基因组预测的准确性提升并不明显。【目的】 利用GBLUP方法,通过比较填充测序数据和芯片数据在肉鸡屠宰性状的基因组选择准确性,为肉鸡基因组选择育种的基因分型策略提供理论依据。【方法】 依据芯片数据和填充测序(whole-genome sequence, WGS)数据,利用GBLUP方法,针对白羽肉鸡胸肌重、屠体重和腿肌重性状进行基因组预测,对其在基因组预测的准确性进行比较。首先,使用“京芯一号”鸡55 K SNP芯片对3 362只鸡进行基因分型,并从第7世代的第9批次中随机选取230只鸡进行全基因组重测序,然后利用Beagle 5.1软件将55 K SNP芯片数据填充至重测序数据水平。为避免染色体大小对填充准确性的影响,将选择鸡较大的3号染色体和较小的14号染色体来进行计算等位基因准确率(allele correct rate, CR)和基因型相关系数(correlation, Cor),并以此判断填充准确性。利用填充测序数据对3个屠宰性状的基因组育种值进行预测,并采用5-折交叉验证的方法评价预测结果的准确性、秩相关和无偏性。【结果】 两条染色体的平均等位基因准确率为0.924,平均基因型相关系数为0.885,填充准确率较高,可以用于后期基因组预测研究。SNP芯片数据基因组育种值的预测准确性在0.2194—0.2629之间,填充测序数据基因组育种值的预测准确性在0.2110—0.2695之间。与55 K SNP芯片的结果相比,填充测序数据的基因组育种值预测的准确性差异不显著。【结论】 与SNP芯片的结果相比,利用填充后的基因组数据对白羽肉鸡的3个屠宰性状(胸肌重、屠体重和腿肌)的基因组育种值预测准确性提升并不显著,该结论为畜禽遗传育种工作中的数据类型选择提供参考。

    商品疫苗对我国h9.4.2.5分支H9N2亚型禽流感分离株的免疫保护
    麻琦, 和新文, 王燕, 刘艳晶, 潘舒心, 侯玉杰, 施建忠, 邓国华, 包红梅, 刘景利, 郭兴福, 毛胜刚, 胡井雷, 路通, 杨帆, 田国彬, 曾显营, 陈化兰
    中国农业科学. 2023, 56(15):  3040-3050.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.017
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    【目的】 我国批准使用的H9亚型禽流感(avian influenza,AI)商品化灭活疫苗种类繁多,其免疫效果和选用受到养殖者的广泛关注。通过评估不同商品疫苗对我国近期H9N2亚型AIV的免疫保护效果,以期为H9亚型AIV的免疫防控提供科学参考。【方法】 依据国家兽药基础数据库疫苗批签发数据,从在售的40种H9亚型AI商品疫苗中选择批签发数量较多的4种疫苗(A—D疫苗),进行免疫攻毒试验。4株h9.4.2.5分支的H9N2亚型分离株CK/XJ/S1204/ 2015、DK/JX/S4512/2017、CK/YN/S1666/2020和CK/NX/S4590/2020为攻毒毒株,分别测定4株病毒的鸡胚半数感染量(EID50)、鸡半数感染量(CID50)和细胞半数感染量(TCID50),以确定动物试验的攻毒剂量和细胞试验的感染剂量。每种疫苗以产品推荐剂量免疫3周龄SPF鸡各40只,同时设同日龄SPF鸡40只接种PBS作为对照组;免疫3周时,采集所有试验鸡血清,测定血凝抑制抗体(HI)和中和抗体(NT)滴度;同时将每种商品疫苗接种40只SPF鸡进行随机分组,每组10只,连同10只对照组鸡,以10 CID50的剂量鼻腔感染H9N2亚型分离株,分别进行商品疫苗对4株病毒的攻毒保护试验。采集攻毒后3、5 d喉头及泄殖腔棉拭子样品,接种10日龄鸡胚检测排毒情况,统计疫苗保护率,比较疫苗对H9N2亚型分离株的免疫保护效果。【结果】 4株H9N2亚型分离株的CID50依次为103.5、102.5、102.5和103.5 EID50/0.1 mL。商品疫苗接种后3周,各免疫组SPF鸡血清中针对商品化H9亚型HI试验抗原(CK/SH/10/2001)的HI抗体均在9.4 log2—11 log2之间,但针对攻毒株的HI抗体平均效价在4.6 log2—10.8 log2之间,不同疫苗免疫组间存在较大差异,最大差异为64倍,各免疫组NT抗体平均效价在6.7 log2—12.2 log2之间,最大差异为32倍,对照组鸡的HI抗体和NT抗体均为阴性。以滴鼻方式感染不同H9病毒后,4种疫苗的免疫保护效果存在较大差别,在攻击CK/XJ/S1204/2015毒株的试验中,3种疫苗(B—D疫苗)能为免疫鸡提供80%以上保护;在攻击DK/JX/S4512/ 2017毒株试验中,仅1种疫苗(B疫苗)能为免疫鸡提供80%以上保护;在攻击CK/YN/S1666/2020毒株的试验中,2种疫苗(A和B疫苗)能为免疫鸡提供80%以上免疫保护;而攻击CK/NX/S4590/2020毒株,4种疫苗免疫鸡的保护率均低于80%,而同期各对照组鸡均排毒,排毒率均高于80%。【结论】 不同商品疫苗预防近期H9亚型分离株感染的免疫保护效果存在较大差异,疫苗抗原与分离株之间的抗原性差异是免疫保护率降低的主要原因;使用H9N2亚型流行毒株测定免疫后的HI抗体和NT抗体可作为评价商品疫苗免疫保护效果的重要依据。本研究为商品H9疫苗的科学选用提供重要参考。