中国农业科学

2024年第57卷第3期中英文目录

中国农业科学. 2024, 57(3): 0.

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水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析

张必东, 林泓, 朱思颖, 李忠成, 庄慧, 李云峰

中国农业科学. 2024, 57(3): 429-441. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.001

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【目的】水稻是世界性的粮食作物，其籽粒形态直接影响水稻的最终产量和营养品质，进而影响其经济价值。此外，水稻花发育与籽粒形态又具有复杂的相关性，探究新的水稻花发育调控基因及其分子调控机制可以为培育籽粒更大、更饱满的水稻品种奠定基础。【方法】在利用甲基磺酸乙酯（ethyl methyl sulfonate，EMS）诱变西大1B（籼稻保持系）得到的突变体库中鉴定到一个颖壳和浆片发育异常且矮化的突变体abnormal hull 1（ah1）；观察并统计野生型和突变体的农艺性状；选取各个时期的小穗，对突变体的组织学、形态学变化进行分析；采用ah1和籼稻温敏不育系56S构建F₂分离群体，并将其用于遗传分析和基因定位；提取野生型和突变体的幼穗RNA并将其反转录为cDNA，对花发育调控基因和ABA合成关键基因的表达量进行RT-qPCR分析。【结果】农艺性状分析表明，突变体ah1各节间的大幅缩短直接导致其矮化；同时，突变体的小穗畸形严重，结实率极低。组织学和形态学分析发现，ah1小穗主要表现为内外稃、浆片和雄蕊等花器官发生了不同程度的退化，部分严重的小穗出现了花器官特征和花分生组织确定性的改变，且伴随大面积的白化，根据其退化程度的不同可分为一般和严重2种类型。遗传分析发现分离群体中野生型和突变体的比值为3﹕1，表明ah1突变性状受1个隐性基因控制。AH1定位于第1染色体上的分子标记RM6716和RM128之间，物理距离近8 Mb，对突变体进行重测序分析后发现该区间内的LOC_Os01g53450和LOC_Os01g51860在野生型和突变体之间出现了变异，因此，将这两个基因暂定为候选基因。RT-qPCR分析表明，在突变体幼穗早期发育过程中，各花器官发育调控基因的表达量发生了显著的变化；同时，ABA合成关键基因OsNCED1/OsNCED2/OsNCED3/OsNCED4/OsNCED5的表达严重受阻。【结论】AH1对于维持水稻内外稃等花器官的形态建成起到至关重要的作用，将LOC_Os01g53450和LOC_Os01g51860暂定为候选基因。

大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究

熊楚雯, 郭智滨, 周强华, 程艳波, 马启彬, 蔡占东, 年海

中国农业科学. 2024, 57(3): 442-453. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.002

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【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆（Glycine max）是重要的粮食和油料作物，也为喜磷作物，缺磷则影响其产量与品质。NAC（NAM，ATAF1/2，CUC2）转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控，是否参与大豆低磷胁迫响应尚未深入研究。以耐低磷野生大豆BW69为材料，克隆获得耐低磷基因GsNAC1并对其表达特性及功能进行分析，为深入解析GsNAC1调控大豆低磷胁迫及其机制奠定基础。【方法】从野生大豆BW69克隆GsNAC1的全长序列，并通过生物信息学分析探究其编码氨基酸序列的特征。随后，利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）对其组织表达模式进行分析，并通过激光共聚焦显微镜观察其编码蛋白的亚细胞定位。此外，通过大豆遗传转化试验，获得转基因株系并进行表型分析。最后，通过转录组联合分析来鉴定转基因植株中与低磷胁迫相关的差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）。【结果】成功克隆获得GsNAC1，编码区全长876 bp，通过构建系统发育树发现GsNAC1与AtATAF1的序列相似性为62.46%，与Williams 82参考基因组的GmNAC1序列没有差异；进一步的亚细胞定位结果显示，GsNAC1定位于细胞核；基于qRT-PCR技术，发现GsNAC1在大豆的根、茎、叶、顶端、花和豆荚均有表达，在根部的相对表达量最高，且受到低pH和低磷诱导表达显著上调。通过水培法和土培法进行表型试验，在低磷处理下，与野生型（WT）相比，转基因株系鲜重根冠比、总根长、根表面积、根体积和磷含量均显著高于WT。结合转录组测序数据进行分析，发现GsNAC1可能通过促进GmALMT6、GmALMT27、GmPAP27和GmWRKY21等基因表达增强其对低磷胁迫的耐受性。【结论】GsNAC1受低pH和低磷诱导表达上调，过量表达GsNAC1可以显著增强大豆对低磷胁迫的耐受性，在低磷胁迫反应中起促进作用。GsNAC1可能通过调控下游基因表达增强大豆对酸性低磷胁迫的耐受性。

高粱遗传转化研究进展

韩立杰, 才宏伟

中国农业科学. 2024, 57(3): 454-468. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.003

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高粱是世界第五大粮食作物，可作为食用、饲用、酿造用和生物能源用。高粱遗传转化技术是高粱功能基因组学研究中必不可少的重要工具，同时，也可作为传统育种方法的重要补充。本文对近年来高粱遗传转化的研究进展进行总结，分析高粱遗传转化中存在的难题，并提出进一步的解决策略，以期为高粱遗传转化技术的进一步改良提供参考。通过对近年来50余篇高粱组织培养和遗传转化文献进行归纳总结。介绍用于遗传转化的高粱基因型、外植体来源、再生体系构建等方面的研究现状，对比电穿孔法、花粉管通道法、基因枪法和农杆菌介导法4种高粱遗传转化常用方法的优劣，总结遗传转化载体主要组成部分启动子、目的基因、选择标记基因和报告基因对转化效率的影响，阐述高粱遗传转化的应用现状，分析高粱遗传转化技术存在的主要瓶颈问题，研究对策措施。高粱基因型对组织培养有很大影响，以P898012和Tx430最为常用。基因枪法和农杆菌介导法是最常用的高粱遗传转化方法，且农杆菌介导法的优势逐渐显现。在载体构建中，CaMV35S启动子和ubi1启动子最为常用，抗生素抗性基因（nptII、hpt）、除草剂抗性基因（bar）和养分同化基因为常用的三大类选择标记基因。随着高粱遗传转化技术及CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术的不断发展，一些重要农艺性状基因被成功转入高粱。但基因型依赖性强、组织培养周期长、遗传转化稳定性差是限制高粱遗传转化的主要瓶颈，通过引入形态发生调节因子，直接进行体细胞发生，缩短了组织培养周期，提高了转化效率，扩大了外植体来源，高粱遗传转化技术取得重大突破。通过引入形态发生调节因子，采用切-浸-芽（CDB）递送系统等方式可进一步改良高粱遗传转化技术，结合CRISPR/Cas9基因编辑技术的应用，必将为高粱分子育种及相关基因功能鉴定提供重要的技术支撑。

中国高食味北方粳稻与南方半糯粳稻品种理化特性及食味品质的差异分析

朱大伟, 郑欣, 余静, 牟仁祥, 陈铭学, 邵雅芳, 章林平

中国农业科学. 2024, 57(3): 469-483. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.004

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【目的】明确我国优质北方粳稻和南方半糯性粳稻稻米理化特性与米饭感官食味品质的差异，为优质粳稻培育提供依据。【方法】以代表性高食味北方粳稻品种、南方半糯性粳稻品种为材料，以日本越光大米为对照，系统分析比较2种类型粳米外观品质、淀粉精细结构、蛋白组分、米粉糊化特性、米饭质地和感官食味品质的差异。【结果】虽然3个北方粳稻品种和3个南方半糯性粳稻品种具有较高的感官食味值，但在淀粉精细结构、蛋白组分、米粉糊化特性和米饭质地等指标上存在显著性差异。在米饭感官食味方面，3个高食味北方粳稻品种表现出较好的适口性（96—98分），3个南方半糯性粳稻品种表现出较好的冷饭质地（92—100分）。在理化特性方面，3个北方粳稻品种表现出较高的表观直链淀粉含量（17.6%—19.6%），较低的粗蛋白含量、醇溶蛋白和谷蛋白含量。3个南方半糯性粳稻品种表现出较低的直链淀粉含量（8.5%—10.5%），较高的谷蛋白及醇溶蛋白含量。在淀粉精细结构方面，3个南方半糯性粳稻品种的直链淀粉含量和直支比较低（均值低54.7%和55.6%），支链淀粉链长分布相似度高。此外，南粳46和宁香粳9号的直链淀粉短链与长链比高于五优稻4号和天隆优619（均值高43.2%）。因此，与北方粳稻相比，南方半糯性粳稻品种的米粉具有较高的糊化温度、峰值黏度、崩解值，较低的消减值，米饭具有较高的黏度、较小的硬度和弹性。【结论】高食味北方粳稻品种具有较低的糊化温度，适中的硬度和较好的弹性；而高食味南方半糯性粳稻品种表现出较高的崩解值，其米饭黏度较高，外观较好。

基于VSURF-CA的小麦条锈病高光谱病情指数估测模型

梅广源, 李荣, 梅新, 陈日强, 樊意广, 程金鹏, 冯子恒, 陶婷, 赵倩, 赵培钦, 杨小冬

中国农业科学. 2024, 57(3): 484-499. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.005

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【目的】条锈病对小麦生长和产量造成严重威胁，为确保有效防控，精准监测尤为关键。利用遥感技术构建小麦条锈病估测模型，能快速、准确地估测病情指数（DI），为精准防控提供技术支持。【方法】利用ASD光谱仪获取小麦不同生育期（抽穗期、灌浆期和成熟期）高光谱数据，采用随机森林变量选择（VSURF）方法结合相关性分析（CA）对原始光谱（OR）和一阶微分光谱（FD）进行特征波段筛选。使用随机森林（RF）对比不同数据集的特征波段建模结果，确定模型效果最佳的特征集。随后借助偏最小二乘回归（PLSR）、极致梯度提升（XGBoost）以及反向传播神经网络（BPNN），对比特征集在不同算法中的建模效果。通过对比建模效果，确定针对全生育期小麦条锈病病情指数的最佳估测模型。为了验证特征集在不同生育期中的效果，利用特征集在3个生育期重新构建模型，并对比模型效果。【结果】对不同数据集进行特征筛选，并使用RF构建条锈病DI估测模型，通过比较模型效果，确定VSURF-CA-FD特征集（绿光范围的537 nm以及近红外范围的821和846 nm）在RF模型中的估测效果最好。采用RF算法构建的模型表现出优异的精度，R²为0.89，RMSE为12.34。这些特征波段在其他算法构建的模型中也展现出良好的精度：XGBoost模型的R²为0.87，RMSE为13.15；BPNN模型的R²为0.84，RMSE为15.19；PLSR模型的R²为0.69，RMSE为20.92。使用不同生育期的冠层微分高光谱数据进行验证，利用VSURF-CA-FD特征集构建RF模型，对比模型发现在小麦生长的早期（抽穗期）R²为0.54，RMSE为1.29，NRMSE为0.21，能满足估测病害的要求；小麦生长的中期（灌浆期），模型的R²表现较好，R²为0.66，RMSE为12.24，NRMSE为0.21；小麦生长晚期（成熟期），模型效果好于前两个时期，R²为0.75，RMSE为10.77，NRMSE为0.15。【结论】使用VSURF-CA方法筛选出的特征波段，能构建出对小麦条锈病病情指数具有出色估测效果的RF模型。研究结果可为预测早期和中期条锈病病情指数提供有价值的思路和方法。

球毛壳菌小麦秸秆发酵产物抑制辣椒疫霉的稳定性及机制

廖宏娟, 谭佳思, 张志斌, 余璟蓉, 张馨月, 江玉梅, 朱笃

中国农业科学. 2024, 57(3): 500-513. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.006

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【目的】由辣椒疫霉（Phytophthora capsici）侵染引起的疫病给辣椒等作物产业带来了巨大的经济损失。论文旨在明确球毛壳菌（Chaetomium globosum）代谢产物抑制辣椒疫霉的稳定性和抑菌机制，为研究与开发辣椒疫霉的微生物源抑菌剂提供参考。【方法】将球毛壳菌发酵粗提物分别在不同温度（40—121 ℃）、pH（1—13）、光照时间（0—12 d）和储存时间（0—60 d）条件下进行处理，采用菌丝生长抑制法测定经不同处理后粗提物对辣椒疫霉的抑制率，以探究粗提物抑制辣椒疫霉的热、酸碱、光和时间稳定性。利用光学显微镜观察粗提物对辣椒疫霉菌丝形态的影响，通过多种生理生化试验探究粗提物作用于辣椒疫霉12—72 h后，对辣椒疫霉细胞壁、细胞膜、活性氧代谢、蛋白质含量、还原糖含量和致病力的影响。【结果】在所设置的处理范围内，球毛壳菌发酵粗提物（1 mg·mL^-1）经不同光照时间和储存时间处理后对辣椒疫霉的抑制率没有显著降低，抑制率维持在93%左右；粗提物在40—70 ℃的热处理范围内对辣椒疫霉的抑制率没有显著降低，70 ℃以上的热处理会显著降低粗提物对辣椒疫霉的抑制率，但抑制率不低于70%；粗提物在pH 1—5和9—13的酸碱处理范围内会显著降低对辣椒疫霉的抑制率，但抑制率也不低于70%。粗提物处理影响辣椒疫霉菌丝形态，使菌丝发生严重的扭曲皱缩现象，并影响活性氧代谢，使菌丝中的活性氧大量积累。辣椒疫霉经粗提物处理12—72 h后，其培养液中的碱性磷酸酶活性、β-葡萄糖苷酶活性、核酸和蛋白质含量均显著升高，且其菌丝中的丙二醛和过氧化氢含量显著增加。辣椒疫霉菌丝中的过氧化氢酶活性、可溶性蛋白和还原糖含量则在粗提物处理12—72 h内显著降低，而超氧化物歧化酶、过氧化物酶、多聚半乳糖醛酸酶和β-葡萄糖苷酶活性则仅在一定时间显著降低。【结论】在本试验所设置的处理范围内，球毛壳菌的小麦秸秆发酵粗提物抑制辣椒疫霉的效果不受光照及储存时间的影响，但超过70 ℃的热处理和pH 1—5和9—13的酸碱处理会显著降低粗提物对辣椒疫霉的抑制效果。此外，该粗提物通过改变菌丝形态，破坏细胞壁和细胞膜，引发细胞内物质泄漏，降低菌丝中蛋白质和还原糖含量，抑制抗氧化酶活性，干扰活性氧代谢使活性氧大量积累从而抑制辣椒疫霉。

番茄潜叶蛾种群定殖与种群重建及延续能力研究

张桂芬, 万坤, 潘梦妮, 王龙, 黄聪, 王玉生, 张毅波, 冼晓青, 杨念婉, 桂富荣, 刘万学, 万方浩

中国农业科学. 2024, 57(3): 514-524. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.007

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【背景】番茄潜叶蛾（Tuta absoluta）是一种对番茄等作物最具毁灭性危害的世界检疫性害虫，2017年首次在我国西北新疆伊犁的露地番茄发现，2018年又在我国西南云南临沧的保护地番茄发生，目前已快速传播至我国20余个省级区域。【目的】以成虫为对象在室内笼罩条件下，研究明确番茄潜叶蛾的种群定殖、种群重建及延续能力。【方法】每笼接入不同数量（2、4、6、8、10头）的番茄潜叶蛾成虫（性比1﹕1），通过评价其产卵量和幼虫孵化率，研究繁殖体数量对番茄潜叶蛾种群定殖能力的影响；以1对成虫（2头，性比1﹕1）为起始繁殖体数量，通过种群数量动态监测、虫态（龄期）个体数量占比及丰富度指数R评价，研究番茄潜叶蛾的种群重建和延续能力。【结果】以5个繁殖体数量（2、4、6、8、10头，性比1﹕1）接入番茄潜叶蛾成虫，各繁殖体数量的总计产卵量分别为93.1、194.9、271.3、311.5和400.2粒，差异显著；平均单雌产卵量分别为93.1、97.4、90.4、77.9和80.0粒，差异显著，且繁殖体数量为1♀﹕1♂、2♀﹕2♂和3♀﹕3♂的平均单雌产卵量明显高于4♀﹕4♂和5♀﹕5♂；此外，在5个繁殖体起始数量处理中，卵孵化为幼虫的比率均比较高，为91.3%—92.7%；综合分析结果显示，种群定殖能力大小依次为5♀﹕5♂>3♀﹕3♂>4♀﹕4♂>2♀﹕2♂>1♀﹕1♂。1对（2头，性比1﹕1）番茄潜叶蛾成虫即可重新建立种群，约90 d（3个世代）后种群即可达到稳定状态。在168 d（约5个世代）的种群重建和种群延续过程中，仅在最初的0—91 d范围观察到3个较为明显的种群发生高峰（世代），高峰日总计虫量（蛹未予计入）较起始繁殖体数量分别增加77.8、60.5和60.1倍，其中，成虫数量分别增加6.4、4.1和7.7倍；之后，各虫态（卵、1—4龄幼虫、成虫）同时发生，世代重叠现象明显，种群数量趋于稳定并波动增长，总计种群数量持续稳定在96.6—140.6头，不同虫态（龄期）个体数量占比在16.67%上下波动，丰富度指数R稳定在1.011—1.094。【结论】番茄潜叶蛾1对成虫即具有较高的生殖与存活能力，传入的起始繁殖体数量越大，番茄潜叶蛾成功定殖的可能性越大；1头雌虫和1头雄虫即可重新建立种群并使种群得以稳定延续。1对成虫的传入即具有较大的入侵风险并产生足够多的后代以满足种群延续和扩张，因此，在番茄潜叶蛾防控工作中，应加强对该虫的监测预警，并力争在其点片发生期予以灭除。

水田改旱地和菜地后红壤酸度和养分变化特征

邱海华, 蒯磊鑫, 张璐, 刘立生, 文石林, 蔡泽江

中国农业科学. 2024, 57(3): 525-538. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.008

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【目的】以红壤区典型县域祁阳为例，分析不同母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤酸度和养分含量变化特征，为该区合理利用土地防治酸化提供科学依据。【方法】选取18个点位，采集水田及相邻的旱地和菜地，分析土壤pH、交换性酸、交换性盐基离子、有机质、阳离子交换量和养分含量的变化及其相互关系。【结果】碱性母质发育的土壤pH均显著高于酸性母质发育的土壤。酸性母质发育的水田改为菜地后土壤pH降低了0.48个单位；碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤pH分别降低了0.74和0.53个单位。双直线模型拟合分析表明，当水田、旱地和菜地的土壤pH分别低于5.88、5.78和5.63时，土壤交换性铝含量快速升高，且降低一个pH单位土壤交换性铝含量分别增加1.09、2.33和2.93 cmol₍₊₎·kg^-1。酸性母质发育的水田改为旱地土壤有机质和全氮含量分别降低了11.06和0.42 g·kg^-1，而菜地无显著变化；碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有机质和全氮含量均显著下降，降幅分别为13.88—17.28和0.57—0.71 g·kg^-1。碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有效氮含量分别降低了47.66和42.34 mg·kg^-1。两种母质发育的水田改为菜地后土壤全磷、有效磷含量均显著增加，增幅分别为0.41—0.48 g·kg^-1和26.79—28.69 mg·kg^-1。两种母质发育的水田改为旱地和菜地土壤全钾含量无显著变化；碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有效钾含量显著升高，分别升高了36.69和65.76 mg·kg^-1。相关分析表明，土壤pH与土壤交换性钙和镁、阳离子交换量、有机质含量和全氮含量呈显著正相关（P<0.01）；土壤交换性酸和铝与有效磷含量显著正相关（P<0.05），与土壤交换性钙和镁、阳离子交换量、有机质含量和全氮含量呈显著负相关（P<0.01）。【结论】酸性母质和碱性母质发育的水田改为旱地后土壤有机质、全氮含量均显著降低，而土壤全磷、有效磷含量呈增加趋势；酸性母质发育的水田只有改为菜地后土壤才酸化，而碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤均酸化；水田改为旱地和菜地后土壤硝化作用增强和盐基离子淋失增加可能是其酸化的主要原因之一。

引黄灌区连续减施化肥对春小麦产量稳定性的影响

王月梅, 田海梅, 王西娜, 郝雯悦, 吕喆铭, 于金铭, 谭军利, 王朝辉

中国农业科学. 2024, 57(3): 539-554. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.009

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【目的】探索宁夏引黄灌区连续减施化肥对土壤氮、磷、钾养分供应及春小麦产量的影响，并分析影响产量稳定性的因素，为化肥合理减施、春小麦高产稳产提供理论依据。【方法】以宁春4号春小麦为供试作物，2019—2022年连续4年开展化肥减施田间定位试验，试验设置常规施肥（CF，N 270 kg·hm^-2、P₂O₅150 kg·hm^-2、K₂O 75 kg·hm^-2）、减量施肥下限（RF1，N 180 kg·hm^-2、P₂O₅ 45 kg·hm^-2、K₂O 30 kg·hm^-2，与传统施肥相比减N 33.3%、减P₂O₅ 70.0%、减K₂O 60.0%）、减量施肥上限（RF2，N 225 kg·hm^-2、P₂O₅75 kg·hm^-2、K₂O 45 kg·hm^-2，与传统施肥相比减N 17.0%、减P₂O₅50.0%、减K₂O 40.0%）及不施肥（CK）处理，分析春小麦生育期间气候因素，播前土壤水分含量，播前和收获期土壤矿质态氮、速效磷、速效钾含量，收获期春小麦地上部干物质累积量、籽粒产量及产量构成因素的差异及相互关系。【结果】2019-2022年播前土壤水分含量存在年际差异，其中2022年的较低，平均值仅为19.5%；除2020年受施肥处理显著影响外，其余年份各施肥处理之间无显著差异。播前和收获期土壤矿质态氮、速效钾和速效磷含量均以常规施肥（CF）处理较高，RF2处理次之，且两者之间无显著差异，而RF1处理的趋于降低。2019年，地上部干物质累积量和产量均以CF处理最高，分别为23 261.7和9 449.0 kg·hm^-2，较RF2处理增幅分别为2.8%—4.5%和3.2%—16.0%，而2020—2022年均以RF2处理较高，但与CF处理之间无显著差异，且4年籽粒产量表现最稳定；从年际变化来看，所有施肥处理的公顷穗数、千粒重、产量均呈逐年下降的趋势，因此施肥量并不是造成产量年际差异的主要原因，而是与播前土壤水分、降水量、气温、湿度和风速有密切关系，其中2022年产量的降低主要与较低的播前土壤水分、灌浆期的干热风现象及氮肥基追比的改变有关。【结论】宁夏引黄灌区连续适量减施化肥（N 225 kg·hm^-2、P₂O₅ 75 kg·hm^-2、K₂O 45 kg·hm^-2，相对常规施肥减N 17.0%，减P₂O₅ 50.0%，减K₂O 40.0%）不会显著降低土壤氮、磷、钾的供应能力，且一定程度上提高了春小麦公顷穗数、穗粒数和千粒重，促进地上部干物质量向籽粒的转移和积累，从而趋于提高春小麦的籽粒产量。但是，春小麦产量受降雨、风速、湿度等气候因素和土壤墒情、连作障碍、氮肥追施比等的影响而存在年际差异，其中，气温、相对湿度和风速是影响小麦产量差异的主要因素，其对施肥效果的影响需做进一步研究。

小麦和豌豆填闲对白菜幼苗生长和土壤微生物群落结构的影响

王清慧, 李乃荟, 张一平, 狄成乾, 吴凤芝

中国农业科学. 2024, 57(3): 555-569. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.010

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【目的】明确小麦和豌豆填闲对白菜幼苗生长和土壤微生物群落结构的影响，为麦、豆填闲减轻十字花科蔬菜的连作障碍提供理论依据和技术支撑。【方法】分别以白菜和白菜连作土为供试材料和供试土壤，设置小麦填闲（W）、箭筈豌豆填闲（P）及小麦和豌豆混合填闲（WP）3个填闲处理，以不填闲作物为对照（CK），分析不同填闲处理对白菜幼苗生长的影响，并利用实时荧光定量PCR（qPCR）和Illumina MiSeq技术，探究小麦和豌豆填闲对白菜根际土壤微生物群落的影响，通过Spearman相关性分析，找出与白菜幼苗生长相关的关键微生物类群，再通过环境因子关联性分析，探明土壤化学性质的变化对土壤微生物群落结构的影响。【结果】与对照相比，3种填闲处理均促进了白菜的生长，降低了土壤EC值，混合填闲处理显著降低了土壤速效钾含量，小麦填闲处理提高了土壤pH。qPCR结果表明，填闲处理对土壤总细菌丰度没有产生显著影响，但显著增加了土壤总真菌的丰度，豌豆填闲处理及小麦和豌豆混合填闲处理显著降低了芽孢杆菌和假单胞菌的丰度。Illumina MiSeq结果发现，在属水平上，填闲处理均显著增加了TM7a的相对丰度，但降低了Leptolyngbya_EcFYyyy-00、瓶毛壳属（Lophotrichus）、无茎真菌属（Acaulium）、Sodiomyces的相对丰度；小麦和豌豆混合填闲处理显著增加了鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和马赛菌属（Massilia）的相对丰度，显著降低了镰刀菌属（Fusarium）的相对丰度。基于Spearman的相关性分析表明，鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、TM7a、马赛菌属（Massilia）和芽单胞菌属（Gemmatimonas）与白菜生长呈显著正相关，Leptolyngbya_EcFYyyy-00、无茎真菌属（Acaulium）、瓶毛壳属（Lophotrichus）、Sodiomyces和镰刀菌属（Fusarium）与白菜生长呈显著负相关。填闲也改变了细菌和真菌的多样性指数，豌豆填闲处理降低了土壤细菌香农指数和逆辛普森指数，降低了真菌香农指数，增加了逆辛普森指数；小麦填闲处理和混合填闲处理增加了真菌香农指数，降低了逆辛普森指数。PCoA分析表明土壤微生物群落结构差异显著。土壤EC值是显著影响土壤微生物群落结构的土壤环境因子。【结论】填闲处理均能促进白菜幼苗生长，其中以小麦和豌豆混合填闲对白菜幼苗的促生效果最好。填闲处理增加了潜在促生菌鞘氨醇单胞菌属、TM7a、马赛菌等属的相对丰度，混合填闲处理显著降低了Leptolyngbya_EcFYyyy-00和镰刀菌属的相对丰度，增加了潜在生防菌毛壳菌的相对丰度。

盆栽番茄对NaCl和Na₂SO₄微咸水灌溉的生理响应

裴书瑶, 曹红霞, 张泽宇, 赵方洋, 李志军

中国农业科学. 2024, 57(3): 570-583. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.011

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【目的】微咸水灌溉是干旱地区增加灌溉水源，缓解农业用水短缺的重要手段之一。但不合理的灌溉水质会严重限制植物的生理活性和生长。开展不同盐类型的微咸水灌溉对番茄叶片生理变化影响的研究，有利于从生理水平揭示盐敏感型作物番茄对不同类型盐的耐受机理，对农业生产以及利用微咸水进行节水控盐具有重要意义。【方法】以番茄为研究对象进行微咸水灌溉盆栽试验，设置灌溉水的盐类型（NaCl（T1）和Na₂SO₄（T2））和盐度（0、1.5（S1）、3.0（S2）、4.5（S3）和6.0（S4） dS·m^-1）两个因素，分析各生育期番茄植株受不同类型和程度胁迫后叶片气体交换参数、渗透与抗氧化生理调节、离子平衡等生理指标的变化规律，探讨NaCl、Na₂SO₄胁迫下番茄光合能力下降程度差异的产生原因。【结果】微咸水灌溉引起了番茄生育后期（成熟采摘期）和高盐度（S4）处理下叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）与CK相比的显著下降，番茄叶片脯氨酸（pro）、可溶性糖（SS）、丙二醛（MDA）含量和叶片Na⁺含量在盐胁迫和生育期推进中不断积累 (P<0.05)，超氧化物歧化酶活性（SOD）在生育后期随盐度的增加呈先增加后减小的趋势。T1胁迫下P_n、G_s和T_r的最高下降幅度可达44.13%、64.53%和33.75%，而pro、SS、MDA、Na⁺的增幅可达CK的2.31、0.77、0.55和5.81倍。两种盐胁迫下SS、SOD和K⁺/Na⁺三项指标与P_n关联度发生了明显变化，其中，T1处理下SS与P_n回归直线斜率显著高于T2(P<0.05)，T1处理下SOD与P_n回归直线斜率显著低于T2(P<0.05)，K⁺/Na⁺与P_n回归曲线表现为T1曲线相对偏左。主成分分析结果表明，对于T1处理，SOD活性值更高，在P_n稳定中有重要作用，但生育后期受到抑制，仅能在一定程度上提升水分利用效率；对于T2处理，各生理指标受到胁迫较轻，其中SS积累与光合产物相关，能够促进生物量积累。【结论】盐胁迫导致叶片吸收过量Na⁺，引起番茄净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的下降，丙二醛在叶片的积累；同时，叶片提高超氧化物歧化酶活性以及脯氨酸、可溶性糖含量来应对胁迫。相同灌水盐度下，NaCl胁迫下番茄叶片净光合速率、气孔导度受影响程度更大，可溶性糖维持了Na₂SO₄胁迫下净光合速率的稳定，超氧化物歧化酶在NaCl胁迫下能够保护光合系统；净光合速率相同时，NaCl处理需要保持更高的叶片K⁺/Na⁺水平。Na₂SO₄胁迫的番茄叶片受胁迫影响较小；而在盐度相同时，NaCl胁迫下番茄具有更高的水分利用效率。推荐主要含NaCl的微咸水灌溉盐度应小于3 dS·m^-1，主要含Na₂SO₄的微咸水灌溉盐度不超过4.5 dS·m^-1。

神经网络-遗传算法对杏鲍菇粉3D打印的建模与优化

苏安祥, 贺安琪, 马高兴, 赵立艳, 杨文建, 胡秋辉

中国农业科学. 2024, 57(3): 584-596. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.012

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【目的】食品3D打印技术是食品领域具有发展前景的新技术，但是打印过程影响因素多，存在打印参数确定困难、打印精度预测能力差等问题。寻找有效建模方法，对杏鲍菇粉3D打印参数进行寻优，以确定最佳3D打印条件。【方法】本研究采用杏鲍菇粉和刺槐豆胶为3D打印原料，以单因素试验为基础，通过中心组合试验设计，研究喷嘴直径、打印高度、喷嘴移动速度和填充率4个关键的工艺参数对杏鲍菇粉3D打印精度的影响，并在此基础上采用响应面法和神经网络-遗传算法分别建模分析，确定3D打印的工艺参数。【结果】单因素试验及中心组合试验结果表明，影响3D打印精度的主要因素从大到小顺序为填充率、喷嘴直径、喷嘴移动速度、打印高度。响应面法和神经网络-遗传算法均可用于杏鲍菇粉3D打印参数优化，但是优化效果不同。响应面法的决定系数R²值、均方根误差、相对误差、预测最优值分别为0.8817、0.2314、72.73%、0.148；神经网络-遗传算法的决定系数R²值、均方根误差、相对误差、预测最优值分别为0.9389、0.2269、33.85%、0.215。比较模型参数可得，神经网络-遗传算法的决定系数R²值较高，均方根误差、相对误差较低，比响应面法拟合能力更好，同时其预测最优值较高，具有更好的预测能力。神经网络-遗传算法比响应面法更适合于杏鲍菇粉3D打印参数工艺的优化。采用神经网络-遗传算法获得以杏鲍菇为原料的3D打印最佳工艺参数条件为：喷嘴直径1.2 mm、打印高度1.1 mm、喷嘴移动速度24 mm∙s^-1、填充率84%。经过试验验证，神经网络-遗传算法确定的最优参数打印样品偏差为0.325，优于响应面的实际打印偏差0.550。【结论】本研究结果表明神经网络-遗传算法可以有效确定3D打印过程最优工艺参数，准确预测食品3D打印产品的精度，可作为农产品及食品个性化3D打印工艺参数优化的一种有效便捷方法。

雌激素介导circZNF423作为ceRNA调控oar-miR-541-3p/CALM3通路促进绵羊成肌细胞增殖

池润清, 韩海银, 王鹏, 李凯扬, 储明星, 刘玉芳

中国农业科学. 2024, 57(3): 597-612. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.013

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【背景】雌激素是雌性哺乳动物卵巢组织分泌的主要激素，其对肌肉的生长发育起着重要的调控作用，circRNA已被发现参与多种与肌肉生长发育相关的信号通路。【目的】根据团队前期卵巢摘除苏尼特羊与假手术苏尼特羊全转录组整合分析发现circZNF423可作为内源性竞争RNA（ceRNA）调控oar-miR-541-3p/CALM3的表达。为进一步探究雌激素在绵羊肌肉生长中分子机制，通过体外培养绵羊原代成肌细胞，检测成肌细胞中外源添加雌激素介导circZNF423调控oar-miR-541-3p/CALM3对成肌细胞增殖的影响，为进一步研究雌激素及circRNA在绵羊生长发育性状中的作用机制提供理论依据，为绵羊分子设计育种提供新的研究思路。【方法】采集绵羊背最长肌组织，对绵羊原代成肌细胞进行体外分离培养，通过免疫荧光染色、RNA原位杂交（FISH）和核质分离试验确定circZNF423在成肌细胞中的表达位置；RNAhybrid在线软件预测circZNF423、oar-miR-541-3p和CALM3存在结合关系，通过双荧光素酶活性检测和生物素标记的miRNA下拉试验验证circZNF423和oar-miR-541-3p、oar-miR-541-3p和CALM3结合情况；体外构建合成circZNF423过表达或干扰载体、oar-miR-541-3p的模拟物（mimics）或抑制剂（inhibitor）、CALM3过表达或干扰载体，在绵羊原代成肌细胞中进行转染，利用RT-qPCR、Western blot、EdU和CCK-8检测绵羊成肌细胞增殖标志因子的表达和成肌细胞增殖情况；为进一步明确雌激素在绵羊肌肉生长发育中的作用，体外添加不同浓度的外源性雌二醇（E₂），利用RT-qPCR、Western blot、CCK-8和EdU检测绵羊肌细胞增殖标志基因的表达变化。【结果】免疫荧光染色显示分离的原代细胞为绵羊成肌细胞，可用于后续功能验证；RNA原位杂交和核质分离试验表明，circZNF423主要在绵羊成肌细胞质中表达。RNAhybrid、双荧光素酶活性检测和生物素标记的miRNA下拉试验结果表明，circZNF423与oar-miR-541-3p、oar-miR-541-3p与CALM3 3’UTR之间均存在显著的结合关系；抑制circZNF423/CALM3表达或过表达oar-miR-541-3p后，绵羊成肌细胞增殖标志因子 PCNA、CDK2和Pax7 mRNA与蛋白表达水平一致，均显著上调（P<0.05或P<0.01）；EdU和CCK8结果表明，抑制circZNF423/CALM3表达或过表达oar-miR-541-3p后，绵羊成肌细胞增殖率显著上升（P<0.05）；过表达circZNF423/CALM3或抑制oar-miR-541-3p后则相反。添加不同浓度外源雌二醇（E₂）后，在浓度为10 nmol·L^-1时绵羊成肌细胞增殖标志因子表达最高，显著高于1和100 nmol·L^-1的添加浓度（P<0.05或P<0.01）；绵羊肌细胞增殖标志因子 PCNA、CDK2和Pax7 mRNA和蛋白表达水平一致，均显著上调，circZNF423和CALM3的表达量显著降低，oar-miR-541-3p的表达量显著升高（P<0.05或P<0.01）；EdU和CCK8结果显示，体外添加雌二醇后绵羊成肌细胞增殖率显著升高（P<0.05）。【结论】绵羊成肌细胞中circZNF423作为ceRNA调控oar-miR-541-3p和CALM3的结合及表达，添加外源雌激素可通过抑制circZNF423/oar-miR-541-3p/CALM3通路促进绵羊肌肉细胞的增殖。这些结果为揭示雌激素及circZNF423在绵羊骨骼肌发育性状中的分子机制提供理论基础。

2020-2022年华中地区部分猪场猪圆环病毒3型的分子流行特征与遗传变异分析

李博天, 李春琪, 刘国平, 谢军, 曾攀, 赵润泽, 李桐, 裴洁, 郭利伟, 伍锐, 谭磊

中国农业科学. 2024, 57(3): 613-626. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.014

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【目的】通过系统性试验方案摸清我国华中部分地区猪圆环病毒3型（porcine circovirus 3）流行病学及遗传变异特点，为PCV3疫苗研究提供数据基础。【方法】对华中地区（湖北、湖南和河南）15个规模化养猪场的3 500份临床采集样品进行real-time PCR检测，分析不同猪群、不同组织器官、不同排毒量和对应流行病学症状特点关系。对部分阳性样本PCV3全基因组进行扩增、测序和分析。【结果】50.86%（1 780/3 500）被检样本为PCV3核酸阳性，不同发育阶段猪群PCV3均易感，保育猪、哺乳仔猪、生长育肥猪PCV3阳性率较高，分别为70.44%（498/707）、67.19%（596/887）、41.75%（177/424）。在不同组织器官和样品中，淋巴结、肺脏、产后胎盘样本PCV3阳性率为67.05%（59/88）、63.79%（74/116）、49.11%（55/112），血液、初乳样本PCV3阳性率分别为56.09%（502/895）、44.20%（278/629），且鼻拭子和唾液中均检出PCV3。出现猪繁殖障碍症状、厌食症状和呼吸障碍症状的猪群PCV3阳性率高，分别为44.43%（399/898）、36.43%（431/1183）、28.04%(233/831)。24条PCV3全基因组序列长度均为2000 nt，其全基因核苷酸序列同源性为98.4%—100%，与参考株PCV3全基因组的同源性为97.4%—99.5%。遗传进化分析结果显示，23株PCV3属于PCV3b亚型，1株属于PCV3a亚型。Rep氨基酸序列比对结果发现，PCV3-L2、L23和L14株分别在（N¹²⁴I)、（A¹⁸³E）和(V²⁴⁴I)出现独特变异位点；Cap蛋白氨基酸序列比对结果发现，PCV3-L15、L21、L3和L19株分别在(T⁴⁵P)、（R²K)、（R¹⁴K)和（F⁷L）出现独特变异位点。【结论】PCV3可感染不同发育阶段猪群，且分布于不同组织器官中；PCV3可通过垂直传播（如初乳和精液）和水平传播（如口鼻分泌物和唾液）感染猪群；PCV3感染可能与生猪繁殖障碍、呼吸障碍和多器官炎症和关节炎症密切相关。此外，被调查地区规模化猪场同时流行PCV3a和PCV3b两种亚型，其中PCV3b亚型为优势毒株。研究通过全基因组氨基酸序列分析发现部分独特变异位点位于Cap蛋白，这可能导致Cap蛋白赋予的免疫原性发生变化。对PCV3全基因序列的遗传进化做出详细阐述，为未来的PCV3疫苗研究奠定基础。

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