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2023年 第56卷 第18期 刊出日期：2023-09-16

  

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2023年第56卷第18期中英文目录

中国农业科学. 2023, 56(18):  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

新疆冬小麦品种资源主要产量性状全基因组关联分析

马艳明, 娄鸿耀, 张胜军, 王威, 郭营, 倪中福, 刘杰

中国农业科学. 2023, 56(18):  3487-3499.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.001

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数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

【目的】高产是小麦育种的永恒主题，利用全基因组关联分析发掘控制小麦产量性状的QTL区段及优异基因，为小麦分子标记辅助选择育种提供理论依据和标记信息。【方法】以新疆本地188个冬小麦品种资源为材料，利用小麦55K SNP芯片进行全基因组扫描，通过对6个不同环境下的株高、穗长、小穗数、可育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽、籽粒长/宽比9个产量相关性状进行表型鉴定，利用6个环境下各性状数据及最佳线性无偏预测（BLUP）数据，基于混合线性模型（MLM）对表型和基因型进行全基因组关联分析。【结果】经主成分分析，将188个材料分为地方品种和育成品种2个亚群；利用6个环境下各性状数据，9个性状共检测到1 309个显著性SNP标记，其中，每个显著性SNP位点可解释7.259%—70.792%的表型变异。利用BLUP数据，9个性状共检测到66个显著性位点，同时与2个性状关联的共有SNP位点有5个，贡献率波动范围为8.498%—21.877%。将同时与2个性状或2个以上环境关联到的重复位点作为稳定的显著性关联位点，9个性状共检测到38个稳定关联位点，包括株高重复位点5个，穗长重复位点10个，小穗数重复位点10个，结实小穗数重复位点6个，穗粒数重复位点6个，千粒重重复位点1个，可解释9.10%—23.81%的表型变异。将这38个位点与已发布小麦基因组位点比对，仅找到3个与本研究关联重复位点位置相近、且有注释基因功能的基因，分别是：2A染色体上与株高关联位点AX-108794050距离相近的TraesCS2A01G448800，与转录因子bHLH71的代谢合成有关；1A染色体上与穗长关联位点AX-110689765距离相近的TraesCS2A01G448800，与蛋白质编码有关；4B染色体上与千粒重关联位点AX-110399975距离相近的TraesCS4B01G031100，与编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶SD1-8有关，参与对细胞增殖与分化的调控。【结论 】检测到38个与小麦产量性状关联的QTL位点，关联的优良等位基因具有降低株高、增加穗长、小穗数、可育小穗数、穗粒数和千粒重的作用。

甘薯苗期氮高效利用性状的GWAS分析及候选基因的筛选与验证

于永超, 范文静, 刘明, 张强强, 赵鹏, 靳容, 王静, 朱晓亚, 唐忠厚

中国农业科学. 2023, 56(18):  3500-3510.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.002

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【目的】解析甘薯氮高效利用的遗传机制，挖掘氮利用性状的关联位点及氮高效候选基因，为甘薯氮高效型分子育种、品种遗传改良提供支持。【方法】以来自世界各地的129个甘薯栽培种为材料，设置缺氮（0 mmol·L^-1纯氮）和正常氮（14 mmol·L^-1纯氮）处理，采用水培试验对甘薯苗期地上部生物增加量、地下部生物增加量、地上部氮累积量、地下部氮累积量、地上部氮生理利用效率和地下部氮生理利用效率共6个表型性状进行基于混合线性模型（mixed linear model，MLM）的全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）。根据分析结果确定氮高效候选基因，并对候选基因进行RT-qPCR验证。【结果】6个甘薯苗期氮高效利用性状在正常氮和缺氮处理条件下存在着广泛变异。其中，缺氮处理条件下，地上部生物增加量变异系数最大，为69.5%；地下部氮生理利用效率变异系数最小，为12.1%。除地下部氮生理利用效率外，其他5个性状彼此均显著相关。GWAS定位到与地上部生物增加量、地下部生物增加量、地下部氮累积量和地上部氮生理利用效率4个性状显著关联的134个区段内888个SNP位点。筛选、过滤得到与地上部氮生理利用效率显著关联且可靠性较高的10个区段内的93个SNP标记，基因注释得到6个甘薯氮高效候选基因。RT-qPCR验证认为3个候选基因（itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2）分别编码谷氨酸脱氢酶、NPH3蛋白和TIP41-like蛋白，具有进一步研究价值。【结论】在129份甘薯种质资源中共检测到888个与甘薯苗期氮高效利用性状关联的SNP位点，其中，与地上部氮生理利用效率显著相关的SNP位点93个，筛选、鉴定到6个甘薯氮高效利用的候选基因。itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2存在进一步研究价值。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

不同控释氮素比例对夏玉米叶片衰老和籽粒灌浆特性的影响

于浩东, 初振宇, 汪顺源, 郭艳青, 任佰朝, 张吉旺

中国农业科学. 2023, 56(18):  3511-3529.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.003

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【目的】及时有效地供应氮素可以延缓叶片衰老，改善籽粒灌浆特性，提高玉米产量。研究不同控氮比例控释肥对夏玉米衰老特性、籽粒灌浆特性及产量的影响，探究适合黄淮海地区夏玉米生产的适宜控氮比例，为黄淮海地区夏玉米种肥同播技术提供科学依据。【方法】2019—2021年，选用中早熟品种登海518（DH518）和中晚熟品种登海605（DH605）为试验材料。氮肥类型为控释尿素和普通尿素掺混、普通尿素。设置10%（T1）、20%（T2）、30%（T3）、40%（T4）和50%（T5）5个控氮比例处理，以普通尿素（CK）处理为对照，探讨不同控氮比控释肥对夏玉米衰老特性和籽粒灌浆特性的影响。【结果】不同控氮比控释肥可以显著提高夏玉米产量，其中，30%控氮比的控释肥效果最佳。与普通尿素相比，不同控氮比控释肥均可显著增加叶面积指数（LAI）和叶片SPAD值，提高叶片抗氧化酶活性，改善籽粒灌浆特性。控氮比为30%的控释肥较其他处理显著提高夏玉米生育后期叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性，降低叶片丙二醛（MDA）积累量，延缓叶片衰老；显著提高灌浆速率最大时的生长量（W_max）、最大灌浆速率（G_max）和灌浆活跃期（P）天数，提高成熟期籽粒脱水速率，改善籽粒灌浆特性；从而增加籽粒干物质积累，提高籽粒千粒重，进而提高产量。相关性分析表明，产量与W_max、G_max呈显著正相关关系。W_max和G_max与SOD、POD活性呈显著正相关关系，而与MDA含量呈显著负相关关系；籽粒脱水速率和籽粒灌浆速率与叶片SOD、CAT活性呈极显著正相关，与叶片MDA含量呈极显著负相关；籽粒含水量与叶片SOD、CAT活性呈极显著负相关，与叶片MDA含量呈极显著正相关。因此，施用控释肥可以通过提高叶片抗氧化酶活性，显著改善籽粒灌浆特性，从而提高夏玉米产量。两品种叶片衰老特性、籽粒灌浆特性和产量等对于不同比例控释肥的响应基本一致，均为控氮比30%的控释肥效果最佳。【结论】控释氮肥可显著提高叶片抗氧化酶活性，延缓叶片衰老，改善籽粒灌浆特性，从而提高玉米产量，其中，控释氮素30%增产效果最好。

未来气候变化对中国马铃薯种植气候适宜性的影响

张志良, 和志豪, 茹晓雅, 蒋腾聪, 何英彬, 冯浩, 于强, 何建强

中国农业科学. 2023, 56(18):  3530-3542.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.004

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【目的】马铃薯作为中国第四大主粮作物，其适宜性评价对保障国家粮食安全具有重要意义。本研究基于气候数据，构建集成物种分布模型预测中国未来时期马铃薯气候适宜区，为优化中国马铃薯种植提供重要科学参考。【方法】利用6种全球气候模式（global climate models，GCMs）未来气候数据驱动5种物种分布模型（species distribution models，SDMs），集成模拟预测未来4种温室气体排放情景（ssp126、ssp245、ssp370、ssp585）下，中国历史上（1970—2000年）和4个未来时期（2021—2040、2041—2060、2061—2080、2081—2100年）的马铃薯气候适宜区时空分布特征。【结果】（1）最湿月份的降水量、最暖月份的最高温度，以及最冷季度的平均温度是影响中国马铃薯气候适宜度的主要气象因子，对模拟结果的贡献率分别为54.7%、21.4%和18.1%。（2）4种温室气体排放情景下对于各适宜等级区域的预测结果变化基本一致，都呈现适宜区、低适宜区面积变大而高适宜区面积变小的趋势，仅在海南、西藏、新疆等地局部存在种植气候不适宜区。马铃薯适宜种植区（适宜区和高适宜区）的面积在各种情况下均超过50%。（3）在未来各时期马铃薯种植低适宜区和适宜区面积将大幅增加，而高适宜区面积则呈下降趋势，各适宜等级区域面积总体依旧保持：适宜区>低适宜区>高适宜区。（4）随着温室气体排放等级的提高，中国马铃薯高适宜区将大幅减小。从空间分布上看，中国马铃薯种植高适宜区主要以东北地区、甘肃地区、新疆西部，以及西南部分区域为主；从时间顺序上看，陕西北部、长江中下游区域、内蒙古中西部等区域受未来气候变化影响较大，马铃薯气候适宜度减小趋势明显。【结论】利用构建的集成物种分布模型预测了未来时期中国马铃薯气候适宜区时空分布特征。根据模型模拟结果，建议东北、甘肃、西南等地区可以作为未来马铃薯的主要种植区域，新疆等地区可以作为主要发展区域，其他地区应按照当地情况优先发展其他粮食和经济作物。

不同耕作措施对宁南地区土壤物理性质及作物产量的影响

李荣, 鄢慧芳, 张龙, 苗芳芳, 勉有明, 侯贤清

中国农业科学. 2023, 56(18):  3543-3555.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.005

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【目的】针对宁夏南部旱地降水不足、耕层浅薄、作物产量低等问题，探讨不同耕作措施对宁南地区土壤物理性质及作物产量的影响，为合理改善旱地耕层土壤结构、选用适宜耕作措施和作物增产增效提供一定的理论支撑。【方法】以马铃薯和春小麦为供试作物，在宁南旱区开展2年（2019－2020年）大田试验，设置2种耕作方式（翻耕和深松）和4种耕作深度（20、30、40和50 cm），分别为传统翻耕深度20 cm、深翻耕30 cm、深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm等5种不同耕作措施，以传统翻耕深度20 cm处理为对照，研究不同耕作方式结合深度措施对作物收获期土壤容重、生育期土壤紧实度与水分、生育期作物生物量、产量和水分利用效率的影响。【结果】深松50 cm处理能显著降低马铃薯季和春小麦季0—60 cm层土壤容重，平均分别较对照显著降低6.49%和6.94%。马铃薯季和春小麦季各处理生育期平均土壤紧实度均以深松50 cm处理最低，分别较对照显著降低19.32%和8.11%。深松50 cm处理对提高马铃薯和春小麦季作物各生育期0—100 cm层土壤蓄水量效果最佳，平均分别较对照显著提高13.58%和25.66%。在作物整个生育期，马铃薯季和春小麦季各生育期作物干物质累积量均以深松40 cm处理最高。马铃薯季和春小麦季不同耕作处理下作物产量、纯收益和水分利用效率均以深松40 cm处理最高，马铃薯季分别较对照显著增加15.20%、18.90%和9.10%，春小麦季分别显著增加59.24%、88.20%和28.98%。不同耕作方式结合深度对土壤蓄水量、作物生物量及产量均呈极显著影响，而土壤容重和紧实度受耕作方式影响显著。【结论】不同耕作方式结合深度措施可显著改善土壤耕层结构，提高作物生育期土壤蓄水量，进而实现马铃薯和春小麦季作物产量和水分利用效率的提高，其增产增收效果以深松40 cm处理较好，可在宁南地区马铃薯和春小麦高产高效栽培中进一步推广应用。

植物保护

拟轮枝镰孢荧光标记与侵染结构观察

哈丹丹, 郑红霞, 张振昊, 竺利红, 刘浩, 王教瑜, 周雷

中国农业科学. 2023, 56(18):  3556-3573.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.006

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【目的】以玉米穗腐病优势病原菌和伏马毒素主要产毒菌拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）为研究对象，构建组成型表达绿色荧光蛋白GFP、红色荧光蛋白DsRED、过氧化物酶体靶向标记蛋白DsRED-PTS1和细胞骨架F-actin结合蛋白LifeAct-GFP的荧光菌株，观察拟轮枝镰孢侵染玉米须表皮的穿透结构，明确拟轮枝镰孢侵染结构形成的调控机制和影响因素。【方法】通过农杆菌介导的遗传转化方法将荧光表达载体pCOM-GFP、pCOM-DsRED、pCOM-DsRED-PTS1和pCOM-LifeAct-GFP分别导入拟轮枝镰孢野生型菌株D85-2中，PCR鉴定含有目标基因的转化子，激光共聚焦显微镜观察各荧光蛋白的表达和分布；接种玉米须观察侵染结构；赛璐酚膜模拟植物表皮穿透试验，观察穿透结构和F-actin的动态组装；使用F-actin聚合抑制剂Latrunculin A、三环唑和活性氧抑制剂DPI（diphenyleneiodonium chloride）检测穿透结构形成的影响因素。【结果】建立了以遗传霉素G418为抗性标记的遗传转化方法；FV-GFP和FV-DsRED菌株分别具有清晰、明亮的绿色荧光和红色荧光，FV-DsRED-PTS1菌株中红色荧光呈圆点状分布，符合真菌中过氧化物酶体的分布特征，FV-LifeAct-GFP菌株孢子和菌丝内部具有丝絮状绿色荧光，符合真菌中F-actin蛋白的分布特征；玉米须表皮侵染过程中观察到菌丝顶端膨大类似附着枝侵染结构；赛璐酚膜模拟穿透试验观察到穿透结构中F-actin蛋白的成环组装；药物胁迫试验表明，穿透结构的形成受F-actin蛋白聚合和活性氧调控。同时，三环唑能够抑制穿透。【结论】构建了4种荧光标记菌株，细胞定位清晰，具有正常的生长表型和致病力，能够满足致病机制相关研究需求；明确了拟轮枝镰孢在侵染玉米时能够形成一种菌丝顶端膨大的类似附着枝状的侵染结构；确定了F-actin成环聚集、细胞骨架组装和活性氧调控是影响拟轮枝镰孢侵染结构形成的关键因素。

柑橘黄化花叶病毒的实时定量PCR检测及其在寄主植株中的时空分布规律

曹鹏, 许建建, 李楚欣, 王新亮, 王春庆, 宋晨虎, 宋震

中国农业科学. 2023, 56(18):  3574-3584.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.007

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【背景】柑橘黄化花叶病毒（citrus yellow mosaic virus，CYMV）是首先发现于印度并对其柑橘产业造成严重危害的一种杆状DNA病毒。目前，CYMV已被美国、日本、新西兰、欧洲和地中海地区列入检疫性有害生物名单，具有传入我国的潜在风险。【目的】建立CYMV的实时荧光定量PCR（real-time quantitative PCR，qPCR）检测体系；筛选CYMV敏感柑橘品种；明确CYMV在寄主植株中的时空分布规律，为该病毒的监控提供技术支持。【方法】根据NCBI中CYMV外壳蛋白（coat protein，CP）基因保守序列，利用软件Primer Premier 5设计qPCR检测引物8对，通过常规PCR筛选扩增效果好、特异性强的引物。通过对引物浓度、退火温度等反应条件优化，建立CYMV的qPCR检测体系，并进一步通过对不同柑橘病原的检测评价所建体系的特异性；以梯度稀释的1.98×10⁹—1.98 copies/μL的质粒标准品平行进行常规PCR及qPCR检测，评价所建方法的灵敏度；随机采集田间柑橘样品，平行进行常规PCR及qPCR检测，评价所建方法的适用性。将CYMV接种到玉环柚（Citrus grandis）、强德勒柚（C. grandis）、22号枳（Poncirus trifoliata）等15个柑橘品种，进行症状观察和分子检测以筛选敏感指示植物。在接种后不同时间，分别自MV甜橙（C. sinensis）植株不同组织部位取样，以柑橘生长因子1α基因为内参基因，利用所建体系进行qPCR检测，从而明确CYMV在寄主植株中的时空分布规律。【结果】建立了CYMV的qPCR检测体系，其最佳引物为CYMV-qF7/R7，最佳引物浓度为200 nmol·L^-1，最佳退火温度为63 ℃。该检测体系的特异性强，检测灵敏度是常规PCR的1 000倍。对来自不同地区的660个田间柑橘样品的检测结果表明，qPCR检测与常规PCR检测结果一致，除阳性对照外均未检测到CYMV阳性植株。不同柑橘品种接种试验结果表明，15个柑橘品种中，玉环柚和强德勒柚最早表现出强烈的黄化花叶典型侵染症状，可以作为敏感指示植物。qPCR检测结果表明，老叶中的CYMV滴度最高，老皮和根病毒滴度较高，嫩皮中的滴度较低。CYMV在植株中的相对含量，7—9月最高，此后逐月下降，并在次年1月达到最低值，从次年2月开始，CYMV的相对含量开始上升，与环境温度变化趋势一致。【结论】建立了特异性强、灵敏度高的CYMV实时荧光定量PCR检测方法，利用该方法明确了CYMV在寄主植株中的时空分布规律。此外，玉环柚和强德勒柚可作为CYMV敏感指示植物。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

紫云英与稻草还田替代部分化肥对双季稻产量和土壤活性有机碳的影响

谢雪, 鲁艳红, 廖育林, 聂军, 张江林, 孙玉桃, 曹卫东, 高雅洁

中国农业科学. 2023, 56(18):  3585-3598.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.008

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【目的】基于连续4年田间定位试验，探究紫云英与稻草翻压还田替代部分化肥对双季稻产量以及稻田土壤有机碳组分、碳库管理指数的影响。【方法】开展双季稻田间定位试验，测定早、晚稻产量及连续试验4年后的土壤有机碳和土壤高活性、中活性、活性及非活性有机碳含量，计算土壤碳库管理指数。试验设6个处理：（1）冬闲+氮、磷、钾化肥（CF）；（2）翻压紫云英+氮、磷、钾化肥（MV）；（3）冬闲+稻草低量还田+氮、磷、钾化肥 （RSl）；（4）冬闲+稻草高量还田+氮、磷、钾化肥（RSh）；（5）翻压紫云英+稻草低量还田+氮、磷、钾化肥（MV+RSl）；（6）翻压紫云英+稻草高量还田+氮、磷、钾化肥 MV+RSh）。晚稻收获后，采集0—15 cm耕层土壤，采用重铬酸钾法测定土壤有机碳含量，高锰酸钾氧化法测定土壤高活性（33 mmol·L^-1）、中活性（167 mmol·L^-1）、活性（333 mmol·L^-1）有机碳含量。【结果】等氮磷钾养分投入量下，MV+RSh处理的双季稻产量与CF、RSl处理差异显著，其他处理间水稻产量无显著差异，双季稻总产量RSl处理最高，为13 347 kg·hm^-2，MV+RSh处理最低，为11 687 kg·hm^-2。连续试验4年后，MV+RSh、RSh、MV+RSl、RSl、MV处理的土壤有机碳含量分别显著增加42.0%、32.9%、29.9%、28.3%、26.3%（P<0.05）；各处理的土壤活性有机碳含量提高了23.9%—56.4%，MV+RSh、RSh、MV+RSl、RSl、MV处理土壤非活性有机碳含量分别显著增加了37.3%、28.6%、25.8%、24.1%、23.4%（P<0.05）。相比CF处理，MV+RSh、MV+RSl、MV、RSh、RSl处理下土壤高活性有机碳含量增加了12.3%—27.7%，中活性有机碳含量增加了5.6%—20.0%，活性有机碳含量增加了9.9%—26.3%。翻压紫云英和稻草还田显著提高了土壤碳库管理指数，CF、MV、RSl、MV+RSl、RSh、MV+RSh处理使得土壤碳库管理指数增加了25.5%—61.7%。【结论】连续4年等氮磷钾养分投入下，翻压紫云英、稻草还田替代部分化肥用量可以保证双季稻产量，提高土壤有机碳含量，且有利于增加土壤高活性、中活性、活性及非活性有机碳的含量，皆以MV+RSh处理增加最显著，与仅紫云英还田相比，仅稻草还田对增加土壤有机碳含量贡献更大。综上，在南方双季稻区，在一定替代范围内，紫云英和稻草还田可以减少化肥用量，保证水稻产量。

秸秆还田与花后灌溉提高春玉米产量及水氮利用效率

王永亮, 胥子航, 李申, 梁哲铭, 薛晓蓉, 白炬, 杨治平

中国农业科学. 2023, 56(18):  3599-3614.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.009

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【目的】研究秸秆还田与花后灌溉量对春玉米产量及水氮利用效率的影响，探究实现黄土高原东部河谷平原区春玉米水氮可持续高效利用的有效管理措施。【方法】基于连续7年长期定位试验（2014—2020年），在2021—2022年开展田间试验，采用裂区设计，主区为秸秆还田（R）和无秸秆还田（U），副区为5个花后灌溉量0（I0）、50（I50）、100（I100）、150（I150）、200（I200） mm，分析春玉米花后干物质累积量与耗水量的关系，并研究不同处理对春玉米产量、经济效益以及水氮利用效率的影响。【结果】秸秆还田与花后灌溉量及二因素互作显著提高春玉米产量、经济效益及水氮利用效率。与无秸秆还田相比，秸秆还田后玉米增产15.1%—43.5%，经济效益提高15.9%—49.1%，水分利用效率提高16.8%—36.9%，氮素回收利用效率、农学效率与偏生产力分别显著提高15.8%—62.0%、26.5%—126.0%和15.1%—43.6%。花后干物质累积量与耗水量之间呈现二次函数关系，与无秸秆还田相比，秸秆还田处理表现出较强的花后水分生产力，同时，产量响应系数显示秸秆还田处理在受到干旱胁迫时具有更强的水分缓冲能力。秸秆还田条件下各花后灌溉量处理玉米籽粒产量、干物质累积量、氮素吸收量及水氮利用效率均以I150处理最高。此外，秸秆还田与花后灌溉均显著促进了春玉米花后根系生长，但过量灌溉（I200处理）则抑制根系生长。【结论】黄土高原东部河谷平原春玉米生产系统中，秸秆还田配合花后灌溉150 mm可实现春玉米最佳籽粒产量与水氮利用效率，因此可作为该地区春玉米水氮高效可持续利用的管理措施。

长期施有机肥对设施番茄土壤稀有和丰富细菌亚群落的影响

刘蕾, 史建硕, 张国印, 郜静, 李玭, 任燕利, 王丽英

中国农业科学. 2023, 56(18):  3615-3628.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.010

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【目的】将稀有和丰富细菌亚群落从整体群落中加以区分并探索两者分别对长期施肥的响应特征，为解析农业活动对微生物多样性与土壤功能稳定性之间的关系提供新视角。【方法】基于设施番茄长期定位试验，采集4个不同处理土壤样品：不施肥（M0）、低量有机肥5.68 t·hm^-2（M1）、中量有机肥8.52 t·hm^-2（M2）和高量有机肥11.36 t·hm^-2（M3），利用Illumina MiSeq高通量测序技术，分析稀有和丰富细菌亚群落多样性、群落组成、共现网络和潜在功能差异，阐明两者对长期施肥的响应规律，并探讨驱动稀有和丰富细菌亚群落多样性和施肥响应差异的关键环境因素。【结果】稀有细菌亚群落α和β多样性均显著高于丰富细菌亚群落，且物种组成和潜在功能也与丰富细菌差异明显。功能预测结果显示丰富细菌负责设施农田主要生态系统功能，如养分和能量代谢，而稀有细菌更多体现在辅助功能上（例如辅酶代谢），为微生物群落功能冗余做出贡献。不同细菌亚群落多样性和组成对长期施肥响应差异较大，其中，与不施肥相比，长期施用有机肥和化肥使稀有细菌亚群落丰富度显著提高19.8%—53.8%、多样性显著提高5.8%—8.0%，总相对丰度显著提高1.1—1.2倍，改变稀有细菌亚群落组成和结构，并且随着有机肥施用量增加，稀有细菌丰富度显著提升，亚群落组成和结构也发生显著变化；与之相比，长期施肥并未显著改变丰富细菌亚群落多样性，仅群落组成受到影响。同时，细菌共现性网络复杂度随有机肥施用显著增加，且稀有细菌更敏感。非度量多维度分析（NMDS）和Mantel检验结果均显示，影响稀有和丰富细菌亚群落的关键环境因子不同，其中，土壤有机质、全量氮磷有效磷、速效钾、pH、大中团聚体等多种与确定性过程相关的土壤因子显著影响丰富细菌亚群落，结构方程模型（SEM）进一步显示土壤有机质和全磷直接驱动丰富细菌多样性变化；而稀有细菌亚群落受环境过滤的影响程度明显下降，且群落分散性更强，暗示两种亚群落构建机制可能存在差异。【结论】与丰富细菌和整体群落相比，稀有细菌亚群落呈现更高的多样性和独特的群落组成，提高微生物群落功能冗余；长期施肥主要通过影响稀有细菌（即提高多样性、改变群落组成、增加网络复杂度）而非丰富细菌，从而改变细菌整体群落，并且介导稀有和丰富细菌亚群落构建的环境因素也不相同。

园艺

葡萄铁蛋白基因Ferritin的鉴定、克隆及其在果实发育不同时期对氨基酸铁复合肥喷施的响应

宋志忠, 王建萍, 史圣朋, 曹晶雯, 刘万好, 徐维华, 肖慧琳, 唐美玲

中国农业科学. 2023, 56(18):  3629-3641.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.011

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【目的】铁蛋白Ferritin在植物生长发育过程中发挥重要作用，其在果树中的生物学功能尚未见报道。克隆葡萄Ferritin家族基因并揭示其在果实发育不同时期的表达模式及其对叶面喷施氨基酸-铁（Fe）复合肥处理的响应差异，可为研究果树铁素营养与代谢的分子机制提供理论依据。【方法】通过同源克隆法从‘马瑟兰’中克隆Ferritin家族基因，利用生物信息学手段分析葡萄Ferritin及其编码蛋白的详细特征；设置叶面喷施氨基酸-Fe复合肥处理，利用荧光实时定量PCR技术分析Ferritin在葡萄果实发育不同时期的表达特征及其对叶面喷施处理的差异响应。【结果】在葡萄基因组中检索并克隆获得4个Ferritin家族基因，命名为VvFer1—VvFer4，分布于第6、8和13号三条染色体上，均含有7个长度不一的内含子，且主要定位于叶绿体和细胞核。本文所选16种植物Ferritin蛋白序列的一致性高达61.48%，系统发育树分析表明同一属的Ferritin同源蛋白如十字花科的拟南芥和芜菁，茄科的烟草和马铃薯，豆科的大豆、落花生和鹰嘴豆，大戟科的橡胶树、木薯和蓖麻，蔷薇科的苹果、桃和草莓，遗传进化关系较近，葡萄VvFer3和茄科同源蛋白遗传关系最近。葡萄VvFer基因在五年生‘马瑟兰’果实发育不同时期、不同组织中的表达水平差异较大，其中，VvFer3在不同组织中的表达量均最高，最大值出现在硬核期至成熟期的果实中，其次是VvFer2和VvFer4。‘马瑟兰’葡萄发育不同时期果实中的Fe含量略有差异，从幼果期开始逐渐增加，并在转色期果实中达到最高值，从转色期到成熟期略有下降，但仍高于幼果期和硬核期果实中的Fe含量，叶面喷施处理显著提高了成熟期果实中的Fe含量、乌头酸酶ACO（aconitase）、硝酸还原酶NIR（nitrite reductase）和琥珀酸脱氢酶SDH（succinate dehydrogenase）的酶活性。VvFer2—4在转录水平易受叶面喷施铁肥的诱导而显著增强，且与葡萄组织/器官分布和果实发育的不同时期密切相关，VvFer2在葡萄发育整个周期仅在果实中对叶面喷施铁肥处理比较敏感，VvFer3在所有组织中仅从幼果期至转色期对叶面喷施铁肥有响应，VvFer4在葡萄发育整个周期的韧皮部和叶片中持续受叶面喷施铁肥的诱导，而在果实中仅从幼果期至转色期对叶面喷施铁肥有响应；VvFer1在本文所选组织中的表达量相对较低，但很均匀，且在转录水平对叶面喷施铁肥没有响应。【结论】从葡萄中克隆并鉴定了4个铁蛋白基因Ferritin，其在葡萄发育不同时期、不同组织中的表达水平差异较大，并在转录水平易受叶面喷施铁肥的诱导；VvFer3在葡萄所有组织中的整体表达量最高（特别是果实中最为突出），且在幼果期至转色期易受铁肥叶面喷施的调控。

宽皮柑橘褐斑病抗性的全基因组关联分析

杨胜男, 程莉, 谈月霞, 朱延松, 江东

中国农业科学. 2023, 56(18):  3642-3654.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.012

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【目的】挖掘宽皮柑橘褐斑病抗性基因及抗病资源中的相关基因型，为柑橘品种抗褐斑病改良提供依据。【方法】在夏秋两季对136份宽皮柑橘离体叶片进行褐斑病病菌接种试验，将两次试验结果取交集，得到121份宽皮柑橘的褐斑病感抗结果。用121份宽皮柑橘表型对前人开发的CAPS进行验证，再对这121份宽皮柑橘的表型结果与利用简化基因组获得的SNP基因型结果进行主成分分析、GWAS分析和F_st分析，获得宽皮柑橘褐斑病抗性相关SNP位点。对通过GWAS获得的SNP进行基因型分析，在所有候选SNP的上下游25 kb范围内选取候选基因，根据phytozome注释对候选基因进行筛选。在感病资源‘秤砣红橘’和抗病资源‘新克里曼丁’接种褐斑病病菌24、48和72 h后，利用实时荧光定量PCR对筛选出的基因进行表达量分析。【结果】发现在121份宽皮柑橘中，温州蜜柑和克里曼丁类等67份资源表现抗褐斑病，大部分红橘和椪柑等54份资源感褐斑病。本研究发现前人开发的CAPS准确率为76.86%，其相关性为中等程度相关。以-log₁₀(P)>4.5为标准，GWAS筛选出6个强关联SNP；以F_st>0.38为标准，F_st筛选出8个SNP。GWAS筛选出的6个SNP的基因型与宽皮柑橘抗褐斑病表现为强相关，其中位于3号染色体上24 838 146 bp位置处Ciclev10021676的SNP1基因型对宽皮柑橘抗褐斑病区分能力最强。从14个SNP中筛选出Ciclev10018604、Ciclev10023485、Ciclev10023486、Ciclev10024586和Ciclev10019874等5个基因。这5个基因在‘秤砣红橘’接种病原菌后表达量上调，且都在48 h后表达量达到最高，上调倍数高达90倍。【结论】通过GWAS挖掘出3号染色体上24 838 146 bp位置的SNP与宽皮柑橘褐斑病抗病性相关性最显著，相关系数为0.641。并且该位置的基因型能比较有效地将抗性资源和感病资源进行区分。挖掘到Ciclev10019874、Ciclev10018604、Ciclev10023485、Ciclev10024586、Ciclev10023486等5个调控宽皮柑橘抗褐斑病的候选基因。

食品科学与工程

不同干燥方式对竹叶花椒叶品质的影响

王安娜, 王赟, 彭小伟, 吴玉芳, 阚欢, 刘云, 全伟, 陆斌

中国农业科学. 2023, 56(18):  3655-3669.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.013

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【目的】花椒叶资源巨大、加工成本低、营养价值高，为提高花椒叶干燥品质，通过研究不同干燥方式对竹叶花椒叶品质的影响，为其开发利用提供参考依据。【方法】以竹叶花椒叶为试验材料，研究自然（natural drying，ND）、热风（hot air drying，AD）、热泵（heat pump drying，PD）、真空（vacuum drying，VD）和冷冻（vacuum freezing drying，FD）等5种不同干燥方式对其干燥特性、功能特性、微观结构，多酚、黄酮、蛋白质、脂肪、总糖的含量以及抗氧化能力和挥发性物质等方面的影响。【结果】5种不同干燥方式对竹叶花椒叶品质的影响存在差异，其水分比均呈指数下降趋势。ND、AD、PD、VD和FD到达干燥终点所需时间分别为32、7、6、16和28 h。在干燥期间水分扩散越快，干燥速率越大，耗时越短，干燥速率大小为PD>AD>VD>FD>ND。不同干燥方式对竹叶花椒叶色泽的影响大小为VD>ND>PD>AD>FD，其中AD与FD可较好地保留其叶绿素含量，分别为12.74和12.85 mg·g^-1。从微观结构看，温度对于竹叶花椒叶内部结构有显著影响，高温对其破坏较为严重，FD呈多孔结构，具有较好的持水性，达到5.85 g·g^-1。ND保留的糖类物质最高，为6.53 g/100 g，使其具有较高的水溶性能力，达到35.93%；PD对其蛋白质、脂肪保留较好，含量分别为2.43和4.86 g/100 g。干燥后竹叶花椒叶中多酚、黄酮物质保留较高，多酚含量在72.16—109.50 mg·g^-1，黄酮含量在45.60—82.23 mg·g^-1，AD与FD中多酚和黄酮含量高且比较接近；对DPPH·、ABTS⁺·清除能力及FRAP还原力大小为FD>AD>PD>ND>VD，多酚、黄酮物质含量与抗氧化能力呈正相关。同时，通过顶空固相微萃取-气质联用测定其挥发性物质，共检测出49种，按结构可分为烯烃、酮、醛、酯、醇、苯、酚等7类，发现5种不同干燥方式下的竹叶花椒叶挥发性物质种类、数目及相对含量均有所差异，其中以烯烃类为主，共有26种，相对含量为58.02%—75.18%。【结论】综合物料的品质指标及实际操作成本，以AD效率高、成本低，且色泽、抗氧化活性等品质相对较好，更适宜竹叶花椒叶干燥。

畜牧·兽医

CircCEP85L对牛肌肉干细胞增殖、成肌分化的调控

韦瑶, 张瑞门, 安强, 王乐怡, 张永旺, 邹超霞, 张尔康, 莫碧云, 石德顺, 杨素芳, 邓彦飞, 韦英明

中国农业科学. 2023, 56(18):  3670-3681.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.014

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【目的】目前，越来越多的研究证明环状RNA（circRNA）在牛肌肉发育过程中扮演着重要的角色，但其分子调控机理尚未完善。通过挖掘与牛肌肉发育相关的circRNA的作用机制，为进一步阐明其调控牛肌肉发育的分子机制奠定基础。【方法】以前期分析的增殖期(GM)与成肌分化期（DM）黄牛肌肉干细胞（MuSCs）的RNA-seq测序结果为基础，筛选出显著差异表达的circRNA，circCEP85L。采集新鲜黄牛胎牛的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、肌肉、肠和胃的组织样本，分离培养黄牛肌肉干细胞并诱导成肌分化，收集黄牛体外培养的GM与DM细胞，分别提取RNA并反转录为cDNA。通过实时荧光定量PCR（quantitative real time PCR, qRT-PCR）检测circCEP85L在不同组织及不同细胞状态的表达规律。同时，设计特异性引物扩增circCEP85L全长，构建过表达载体p-circCEP85L，质粒转染MuSCs后收集过表达circCEP85L细胞样本。以过表达质粒pCD5-ciR细胞样本为对照，采用qRT-PCR、流式细胞术、Western Blot及免疫荧光等技术检测过表达circCEP85L对黄牛MuSCs增殖、凋亡及成肌分化的影响。【结果】PCR电泳结果证明circCEP85L环化位点真实存在。CircCEP85L在多种组织中表达，并在DM期的表达量显著高于GM期（P<0.001）；为了进一步探究对circCEP85L黄牛MuSCs的影响。将过表达载体p-circCEP85L与对照载体pCD5-ciR转染体外培养的黄牛MuSCs，继续培养24 h之后，EdU结果表明过表达circCEP85L能显著降低EdU阳性细胞比例（P<0.001）；流式周期检测结果表明，过表达circCEP85L增加了G0/G1期细胞比例，显著减少S期细胞比例（P<0.001）；流式凋亡结果表明，过表达circCEP85L显著抑制MuSCs的凋亡率（P<0.05）。QRT-PCR及Western blot检测黄牛MuSCs增殖及凋亡相关基因的表达情况,结果表明过表达circCEP85L后显著降低了黄牛MuSCs增殖及凋亡相关基因的mRNA表达水平（P<0.001）,凋亡蛋白BAX的表达量也显著降低（P<0.01）。此外，为了检测过表达circCEP85L对黄牛MuSCs成肌分化的影响，在转染24h后更换分化培养基诱导细胞分化，Western blot及免疫荧光结果显示过表达circCEP85L后显著促进分化标志基因MyH6的表达水平（P<0.001），细胞融合形成肌管的数量和大小均显著高于对照组。【结论】研究表明，circCEP85L通过抑制黄牛MuSCs增殖和凋亡、促进细胞成肌分化，从而影响黄牛骨骼肌的生长发育过程，为circRNA调控黄牛骨骼肌的生长发育机制研究奠定基础。

机器学习在动物基因组选择中的研究进展

李棉燕, 王立贤, 赵福平

中国农业科学. 2023, 56(18):  3682-3692.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.015

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基因组选择是指利用覆盖在全基因组范围内的分子标记信息来估计个体育种值。利用基因组信息能够避免因系谱错误带来的诸多问题，提高选择准确性并缩短育种世代间隔。根据统计模型的不同，基因组选择方法可大致分为基于BLUP（best linear unbiased prediction, BLUP）理论的方法、基于贝叶斯理论的方法和其他方法。目前应用较多的是GBLUP及其改进方法ssGBLUP。准确性是基因组选择模型最常用的评价指标，用来衡量真实值和估计值之间的相似程度。影响准确性的因素可以从模型中体现，大致分为可控因素和不可控因素。传统基因组选择方法促进了动物育种的快速发展，但这些方法目前都面临着多群体、多组学和计算等诸多挑战，不能捕获基因组高维数据间的非线性关系。作为人工智能的一个分支，机器学习是最贴近生物掌握自然语言处理能力的一种方式。机器学习从数据中提取特征并自动总结规律，利用该规律与新数据进行预测。对于基因组信息，机器学习无需进行分布假设，且所有的标记信息都能够被考虑进模型当中。相比于传统的基因组选择方法，机器学习更容易捕获基因型之间、表型与环境之间的复杂关系。因此，机器学习在动物基因组选择中具有一定的优势。根据训练期间接受的监督数量和监督类型，机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等。它们的主要区别为输入的数据是否带有标签。目前在动物基因组选择中应用的机器学习方法均为监督学习。监督学习可以处理分类和回归问题，需要向算法提供有标签的数据和所需的输出。近年来机器学习在动物基因组选择中的应用不断增多，特别是在奶牛和肉牛中发展较快。本文将机器学习算法划分为单个算法、集成算法和深度学习3类，综述其在动物基因组选择中的研究进展。单个算法中最常用的是KRR和SVR，两者都是通过核技巧来学习非线性函数，在原始空间中将数据映射到更高维的核空间。目前常用的核函数有线性核、余弦核、高斯核和多项式核等。深度学习又称为深度神经网络，由连接神经元的多个层组成。集成学习算法则是指将不同的学习器融合在一起进而得到一个较强的监督模型。近十年来，有关机器学习和深度学习的相关文献呈现了指数型的增长，在基因组选择方面的应用也在逐渐增多。尽管机器学习在某些方面存在明显的优势，但其在估计动物复杂性状基因组育种值时仍面临诸多挑战。部分模型的可解释性低，不利于数据、参数和特征的调整。数据的异质性、稀疏性和异常值也会造成机器学习的数据噪声。还有过拟合、大标记小样本和调参等问题。因此，在训练模型时需要谨慎处理每一个步骤。文章介绍了基因组选择传统方法及其面临的问题、机器学习的概念和分类，探讨了机器学习在动物基因组选择中的研究进展及目前存在的挑战，并给出了一个案例和一些应用的建议，以期为机器学习在动物基因组选择当中的应用提供一定参考。

草甸草原关键物种功能性状对长期放牧和停牧恢复的响应

司雨凡, 李辉, 李子好, 姜翠霞, 郭昊南, 杨培志, 席杰军, 闫瑞瑞, 乌仁其其格, 山丹, 辛晓平

中国农业科学. 2023, 56(18):  3693-3708.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.016

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【目的】植物功能性状对环境变化及外部干扰的响应，反映了植物的表型塑性、生存策略及适应能力。通过长期放牧条件下草原植物功能性状的变化及停止放牧后的恢复响应研究，为草原恢复管理的研究提供理论依据。【方法】探究了生长季不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原6个关键物种（羊草、日阴菅、糙隐子草、斜茎黄芪、裂叶蒿、细叶白头翁）叶片功能性状（叶片干重、叶片含水量、叶面积、比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶片C/N、叶片N/P）的变化，以及生长季停止放牧后的草甸草原关键物种叶片功能性状的即时恢复响应。【结果】（1）6个关键物种的相对生物量和重要值随放牧强度增加而减小，轻度和重度放牧强度停止放牧后的值大于继续放牧。（2）6个关键物种的叶片干重、叶片C/N整体随放牧强度的增加呈减小趋势；叶片含水量、比叶面积、叶片氮含量整体随放牧强度的增加呈增大趋势；除裂叶蒿外各物种叶面积都随放牧强度增加而减小；叶片磷含量除糙引子草外都随放牧强度增加呈增大趋势；随放牧强度增加，羊草、日阴菅、糙隐子草、细叶白头翁的叶片N/P整体呈增大趋势，而斜茎黄芪、裂叶蒿呈减小趋势。（3）停止放牧后，重度放牧的恢复程度高于轻度放牧，6个关键物种的功能性状整体恢复较好，叶片干重、叶片含水量、叶面积、比叶面积、叶片N/P都表现为正响应、叶片磷含量呈现负响应，叶片氮含量、叶片C/N在6个关键物种中正负响应不一，叶片氮含量的正响应少于负响应，叶片C/N的正响应多于负响应。（4）禾草类的叶片形态学性状、杂类草的养分特征对停止放牧后的恢复更敏感，且叶片干重、叶面积和叶片磷含量对放牧强度和物种的交互作用的响应更为显著。停止放牧后，随6个关键种叶面积、叶片氮含量、叶片N/P的增加，叶片干重也在增加。【结论】长期放牧导致草原植物个体小型化，停止放牧后植物功能性状正响应多于负响应，草原植被功能出现明显的恢复响应，草甸草原的地上生物量有所增加。