中国农业科学

2024年第57卷第10期中英文目录

中国农业科学. 2024, 57(10): 0.

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基于55K SNP芯片的山西冬小麦种质资源遗传多样性分析

雷梦林, 刘霞, 王艳珍, 崔国庆, 穆志新, 刘龙龙, 李欣, 逯腊虎, 李晓丽, 张晓军

中国农业科学. 2024, 57(10): 1845-1856. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.001

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【目的】分析山西省冬小麦种质资源的遗传多样性演变规律，为山西省小麦育种的亲本选配和品种选育提供更丰富多样的原始亲本材料。【方法】以山西省冬小麦323份地方品种和105份育成品种为自然群体，利用55K SNP芯片对428份自然群体进行全基因组扫描，分析品种间的遗传多样性、遗传结构、主成分、遗传聚类及亲缘关系。【结果】SNP位点在21条染色体上的分布范围为329—1 639个，平均值为1 152个；7个部分同源群中的分布范围为2 154—3 852个，平均值约为3 456个；基因组的分布规律为：B基因组>A基因组>D基因组；基因组注释多态性标记，在基因间区分布最多，约占50%，分析表明，SNP位点在21条染色体、7个同源群和3个基因组上均有覆盖，但分布各异，多态性比率为45.60%。整个群体的平均观测杂合度（0.0185）均低于平均期望杂合度（0.4992），整个自然群体的香农-威纳指数和多态性信息含量的变化幅度不大。对比自然群体多样性各参数，发现群体的遗传多样性不高，育成品种的遗传多样性比地方品种略高。群体结构分析将群体分为2个类群，第Ⅰ类群307份材料，以地方品种为主；第Ⅱ类群121份材料，以育成品种为主。主成分和聚类分析均将自然群体分为5个类群，第Ⅰ类群品种间的遗传距离平均值为0.21831，变幅为0.00127—0.72461；第Ⅱ类群品种间的遗传距离平均值为0.14619，变幅为0.00038—0.76489；第Ⅲ类群品种间的遗传距离平均值为0.16521，变幅为0.00049—0.43033；第Ⅳ类群品种间的遗传距离平均值为0.17643，变幅为0.00118—0.60496；第Ⅴ类群品种间的遗传距离平均值为0.12039，变幅为0.00042—0.37032，可见，山西省冬小麦品种间的遗传距离变异幅度较大，但平均遗传距离值较低，聚类分群明显，类群中部分品种的遗传关系较近。经对比，第Ⅰ类群和第Ⅳ类群的平均遗传距离均要高于第Ⅱ类群、第Ⅲ类群和第Ⅴ类群，第Ⅰ类群和第Ⅳ类群的遗传距离变幅大于第Ⅲ类群和第Ⅴ类群，可知，育成品种的遗传距离普遍大于地方品种。【结论】利用55K SNP芯片对山西省冬小麦种质资源进行遗传多样性分析，明确了山西省冬小麦育成品种和地方品种在基因组层面上的遗传多样性分布特点，育成品种通过外源基因的导入有利于品种的遗传多样性提高，地方品种的遗传多样性相对较低，同时，极少数品种的亲缘关系呈两极分化，在后续利用时应合理地区分利用。

大豆种质抗旱性评价及抗旱候选基因的挖掘

李盛有, 王昌陵, 闫春娟, 张立军, 孙旭刚, 曹永强, 王文斌, 宋书宏

中国农业科学. 2024, 57(10): 1857-1869. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.002

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【目的】综合运用不同抗旱评价指标，筛选大豆优异抗旱种质，发掘重要抗旱基因，为大豆抗旱分子育种提供理论基础。【方法】利用188份大豆种质资源，于2018、2019、2020和2021年测定正常供水和干旱胁迫下的单株荚数、单株生物量和单株产量，利用抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数等参数鉴定大豆种质的抗旱性，通过全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）检测与大豆抗旱参数显著相关的SNP（single nucleotide polymorphisms）标记，并结合干旱胁迫下大豆幼苗叶片基因表达谱分析，筛选抗旱候选基因。【结果】188份大豆种质资源的抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数存在广泛变异，分别利用逐级分类法将供试材料划分为5个等级。其中，辽豆15、辽豆69、辽豆14、金杖子黄豆、中黄606、科新3号、Koreane 4等7份种质在不同评价方法中均被鉴定为一级抗旱。对抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数进行GWAS分析，共定位到15个显著关联的SNP位点能够在多环境下稳定表达，这些位点对表型变异的贡献率为12.46%—25.60%。在显著SNP位点上、下游各200 kb区间内共有注释基因226个。通过对抗旱品种辽豆14和干旱敏感型品种辽豆21在干旱胁迫下进行转录组测序和实时荧光定量PCR分析，鉴定出32个注释基因受干旱胁迫诱导显著差异表达。其中，Glyma.02G182900、Glyma.04G012400、Glyma.06G258900、Glyma.15G100900、Glyma.01G172600、Glyma.04G012300、Glyma.01G172200和Glyma.04G010300等8个候选基因分别编码钙依赖性蛋白激酶、通用应激蛋白A、G型凝集素S受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、蛋白磷酸酶2C、异黄酮还原酶、异黄酮还原酶同源物、生长素蛋白和bZIP转录因子。【结论】综合运用不同抗旱参数，在188份大豆种质资源中筛选出7份抗旱种质资源，鉴定了15个与抗旱参数显著关联的SNP位点，并鉴定出抗旱候选基因8个。

花生栽培种和野生种Arachis sp.30119六倍体杂种的创制与鉴定

刘华, 曾凡佩, 王倩, 陈国权, 苗利娟, 秦利, 韩锁义, 董文召, 杜培, 张新友

中国农业科学. 2024, 57(10): 1870-1881. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.003

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【目的】花生野生种包含许多优异的抗病虫基因，是栽培种改良的重要基因资源库，将野生种染色质导入栽培种是花生远缘杂交研究的重要目的。野生种A. sp. 30119对多种花生病害具有抗性，研究其与栽培种的杂种后代，为明确A. sp. 30119的身份和未来能够利用其优异抗性提供依据。【方法】利用异源四倍体花生栽培品种白突131与二倍体野生种A. sp. 30119杂交，通过胚拯救获得种间杂种F₁（W1212），但F₁不结实。为了揭示W1212不结实的原因并获得可育的后代，先利用根尖细胞有丝分裂中期和花粉母细胞染色体制片，观察其染色体数目和减数分裂染色体联会情况，再利用试管苗染色体加倍方法对W1212进行加倍处理，最终收获4个单粒荚果，将其中一个荚果的种子组织培养成完整植株并命名为Am1212。利用顺序GISH/FISH和SSR标记分析Am1212的染色体组成，并观察调查其表型特征。最后，利用rDNA FISH随机分析8个Am1212的F₃代植株的有丝分裂中期染色体数目，评价其染色体遗传稳定性。【结果】白突131与A. sp. 30119的杂种一代W1212花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ的染色体平均构型为1Ⅲ+6Ⅱ+15Ⅰ，其染色体不能正常配对，表现为高度不育，染色体加倍处理后W1212下针枝条的花粉育性显著提高。白突131、A. sp. 30119和Am1212的顺序GISH/FISH分析结果表明，A. sp. 30119可能为A基因组二倍体野生种。Am1212有60条染色体，包含白突131与A. sp. 30119的全部染色体，证实其为六倍体杂种后代。但Am1212自交F₃代有37.5%的植株发生了染色体数目变异。通过分子标记筛选和表型调查，获得17个特异追踪A. sp. 30119的显性和共显性标记，明确了Am1212的遗传特性。【结论】创制了一个新的六倍体花生Am1212，该六倍体整合了野生种染色质，同时，Am1212也拥有了小荚果等不利性状，且染色体遗传稳定性较差，因此，未来育种利用过程中，需要结合精准的染色体鉴定技术，打破不良连锁，获得具有补偿效应且包含有利性状的染色体变异材料。

基于功能-结构模型的玉米大豆间作不同行向辐射分布研究

周也莹, 谢子文, 钟培阁, 李双伟, 马韫韬

中国农业科学. 2024, 57(10): 1882-1899. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.004

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【目的】构建不同种植模式和行向的玉米大豆间作功能-结构模型，为解析玉米大豆间作系统的产量优势、生长发育规律及种植模式和行向对光截获、光分配和辐射利用效率的影响提供有力支持。【方法】基于不同种植模式的玉米大豆间作田间试验，解析种植行向如南北行向、东西行向、传统行向（梨树当地长期使用的种植行向，即南偏西40^o）对作物生物量、产量和形态结构的影响，构建玉米大豆间作功能-结构模型，模拟不同种植模式和行向下作物群体生长发育和结构变化，量化种植行向对间作系统光截获量和辐射利用效率的影响，并探索玉米大豆间作高光截获量的最佳种植行向。【结果】玉米大豆间作系统的籽粒土地当量比（land equivalent ratio，LER）南北行向最高（1.20±0.07），东西行向最低（1.16±0.09）。构建的模型较好地模拟了不同种植方式和种植行向下玉米和大豆的生长发育，与田间实测值相比，玉米株高、单株叶面积和冠层光截获系数的均方根误差（RMSE）分别为0.09—0.14 m、0.04—0.08 m²·plant^-1和0.07—0.12，大豆株高、单株叶面积和冠层光截获系数的RMSE分别为0.07—0.09 m、0.02—0.04 m²·plant^-1和0.09—0.10。传统行向间作系统的累积光截获量最高，为（758.48±1.00）MJ·m^-2，南北行向和东西行向的辐射利用效率比传统行向分别降低了7.18%、10.57%。【结论】间作种植可以提高玉米生物量和产量，降低大豆生物量和产量。玉米大豆间作种植模式中，种植行向对作物生长有显著影响，矮秆大豆通过改变叶片大小、节间长度和叶柄倾角规避高秆玉米的遮荫影响，以增加受光量和辐射利用效率，最终提高产量。种植行向对群体累积光截获影响较大，间作系统的辐射利用效率与累积光截获量均表现为传统行向>南北行向>东西行向。本研究有助于田间布局优化，为解释不同种植行向玉米大豆间作的光截获和光分配提供了数据支持。

不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应

董勇杰, 张刁亮, 李越, 彭建辰, 胡发龙, 殷文, 柴强, 樊志龙

中国农业科学. 2024, 57(10): 1900-1914. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.005

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【目的】明确不同施氮量下玉米生长及产量对间作豆科绿肥的响应，为构建干旱灌区基于绿肥的玉米氮肥节约型生产模式提供依据。【方法】采用裂区试验设计，主区设玉米间作箭筈豌豆（M||V）和单作玉米（SM）2种种植模式，副区设5个施氮水平：地方推荐施氮量N360（360 kg·hm^-2）、减量25%施氮N270（270 kg·hm^-2）、减量50%施氮N180（180 kg·hm^-2）、减量75%施氮N90（90 kg·hm^-2）、不施氮N0。对玉米叶面积指数（LAI）、叶日积（LAD）、光能利用率、干物质积累量及产量进行了相关研究。【结果】间作绿肥能够提高减量施氮（N270、N180、N90、N0）条件下玉米出苗后75—150 d的LAI，并增加其全生育期LAD和光能利用率。在N270、N180、N90、N0下，M||V较SM玉米75—150 d LAI、全生育期总LAD、光能利用率平均显著提高了9.8%、8.2%、4.6%。在M||V中，N270与N360的玉米出苗后75—150 d LAI、全生育期总LAD、光能利用率之间没有显著差异，而显著高于其他施氮水平；在SM中，玉米出苗后75—150 d的LAI、全生育期总LAD、光能利用率随施氮量的减少而降低。间作绿肥显著提高了N270、N180、N90、N0条件下玉米出苗后90—150 d的干物质积累量，在同一氮肥减量条件（N270、N180、N90、N0）下，M||V较SM的玉米干物质积累量平均显著提高了4.6%。在玉米出苗后75—130 d，M||V较SM的玉米群体生长率显著提高了5.9%。M||V较同一减量施氮（N270、N180、N90、N0）条件下的SM玉米籽粒产量平均显著提高了8.5%。在M||V中，N270的籽粒产量显著高于N360。M||V较SM玉米穗粒数和千粒重分别平均显著提高6.0%和6.3%。拟合曲线结果表明，间作绿肥可以使玉米在施氮量261.4 kg·hm^-2时获得最高产量14 876.4 kg·hm^-2，而单作玉米获得最高产量14 012.5 kg·hm^-2时的最佳施氮量为348.6 kg·hm^-2。减量施氮对绿肥鲜草产量和绿肥氮素积累量的影响显著，M||V N270较M||V N360、M||V N90、M||V N0的绿肥鲜草产量分别显著高了3.8%、4.6%、9.7%，较M||VN90和M||VN0之间的绿肥氮素积累量显著高了5.3%和11.9%。间作绿肥主要通过提高玉米的干物质积累总量，进而增加减量施氮条件下玉米的穗粒数和千粒重，从而使间作玉米在氮肥减量下能够获得较高水平的籽粒产量。【结论】间作豆科绿肥可使氮肥减量25%的玉米获得高于地方推荐施氮量单作玉米的产量水平，可作为试区以及相似生态区域玉米化学氮肥减量的推荐生产模式。

尖镰孢5-氧脯氨酸酶基因的鉴定及功能分析

娄慧, 朱金成, 韩泽刚, 张薇

中国农业科学. 2024, 57(10): 1915-1929. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.006

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【目的】5-氧脯氨酸酶（5-oxoprolinase，OXP）是γ-谷氨酰循环中6种核心酶之一。鉴定尖镰孢（Fusarium oxysporum）5-氧脯氨酸酶基因，明确其与尖镰孢致病力的关系，为解析尖镰孢致病分子机制以及棉花枯萎病防治提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法从尖镰孢基因组中鉴定FoOXP，分析其基因结构、编码蛋白的结构域、染色体定位及进化关系。通过基因敲除突变株和回补菌株分析FoOXP2突变后尖镰孢的表型，并检测突变株和野生型菌株对棉花幼苗的致病力差异。利用寄主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing，HIGS）技术调查转化棉花的病级率及病情指数。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测棉花中真菌生物量和转化FoOXP2干扰片段的棉花茎中FoOXP2的表达量。【结果】在尖镰孢基因组中共鉴定出两个FoOXP（FoOXP1和FoOXP2），其编码序列长度分别为4 080和3 921 bp，分别编码1 359和1 306个氨基酸，蛋白质分子量分别为14.90和14.07 kDa，理论等电点分别为5.73和5.30。FoOXP1蛋白定位于线粒体，FoOXP2蛋白定位于细胞骨架。FoOXP1位于染色体JH657921，FoOXP2位于染色体JH657938，未形成基因簇，其序列相似性为52.00%。系统发育分析发现，FoOXP1和FoOXP2分属于两个亚群。与野生型菌株相比，FoOXP2敲除突变株产孢量和孢子萌发率显著降低，穿透能力丧失，对刚果红和山梨醇的耐受力有所增强，但对细胞壁胁迫（SDS和CFW）、氧化胁迫（H₂O₂）和渗透胁迫（NaCl和KCl）更敏感。同时，对棉花的致病力显著下降。HIGS结果表明，接菌14和21 d后，FoOXP2基因沉默后的棉花植株发病明显减轻，其病情指数（17.3和40.2）显著低于对照（28.2和77.1），FoOXP2表达量和真菌生物量显著低于对照。【结论】FoOXP2正向调控尖镰孢的致病力，推测其在宿主-病原体互作过程中发挥重要作用。

Vm-milRN7调控苹果树腐烂病菌致病的功能及机理

张健, 赵彬森, 冯浩, 黄丽丽

中国农业科学. 2024, 57(10): 1930-1942. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.007

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【背景】microRNA-like RNA（milRNA）是真菌中普遍存在的一类与动植物microRNA具有相似生成和作用机制的调控因子，广泛参与其生长、发育，以及植物病原真菌的侵染致病等生命活动。苹果树腐烂病菌（苹果黑腐皮壳Valsa mali）引起的腐烂病是影响苹果生产的最具毁灭性的病害。【目的】探究Vm-milRN7调控苹果树腐烂病菌致病的功能及机理，为苹果树腐烂病的靶向性抗病育种提供理论依据。【方法】以03-8菌株基因组DNA为模板扩增Vm-milRN7前体序列并构建Vm-milRN7前体过表达载体；扩增Vm-milRN7前体上下游序列并利用Double-joint PCR技术构建Vm-milRN7前体敲除盒。利用PEG介导的原生质体转化法构建Vm-milRN7前体过表达及敲除突变体。通过培养皿内生长试验及离体枝条、叶片接种试验分析Vm-milRN7前体过表达及敲除突变体对病菌营养生长及致病的功能。利用qRT-PCR以及烟草共转化试验验证Vm-milRN7对其靶标基因Vm-09496的调控作用；使用生物信息学软件对Vm-09496进行蛋白序列特征和系统发育分析。为解析其功能，创制Vm-09496的敲除突变体以及回补菌株，并鉴定其表型。【结果】利用PEG介导的遗传转化技术获得Vm-milRN7过表达转化株以及敲除突变体。营养生长观察发现，与野生型菌株相比，Vm-milRN7过表达转化株生长表型无明显差异，而敲除突变体营养生长速率显著降低；致病力检测发现，Vm-milRN7过表达转化株对苹果叶片的致病力显著增强，敲除突变体对苹果叶片和枝条的致病力均显著降低。qRT-PCR和烟草共转化试验分析发现，Vm-milRN7能够抑制其候选靶标基因Vm-09496的表达。生物信息学分析发现该基因编码一个假想蛋白，且与梨黑腐皮壳（V. pyri）中的VP1G_09956进化关系最近。创制Vm-09496的敲除突变体和回补菌株，发现与野生型菌株相比，敲除突变体对枝条和叶片的致病力均显著提高，而回补菌株营养生长速率及致病力恢复至野生型水平。【结论】Vm-milRN7通过调控靶标基因Vm-09496的降解参与苹果树腐烂病菌致病过程。靶标基因Vm-09496是影响腐烂病菌侵染的重要内源基因，在苹果树腐烂病菌内负向调控致病力。

黑土区保护性耕作土壤有机碳动态的模型模拟研究

王文俊, 梁爱珍, 张延, 陈学文, 黄丹丹

中国农业科学. 2024, 57(10): 1943-1960. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.008

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【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施，土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而，目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台，因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下土壤有机碳的动态。【方法】依托东北黑土地保护性耕作长期定位试验地，选取免耕（NT）、秋翻（MP）、垄作（RT）3种处理下的土壤为研究对象，优化过程模型（RothC、AMG模型）与统计模型（MLPNN模型）的结构与参数，对比模拟长期保护性耕作下土壤有机碳储量的动态变化，评估不同模型对保护性耕作土壤有机碳动态模拟与预测的效果，并揭示东北黑土有机碳对保护性耕作的长期响应及其影响因素。【结果】优化有机碳在模型中各碳库的分配系数后，RothC与AMG模型模拟误差显著降低。保护性耕作实施的前11年（2001—2012），RothC与AMG过程模型对土壤有机碳的动态变化模拟效果没有显著差异，说明过程模型复杂的结构对持续时间相对较短的试验模拟效果没有显著影响，统计模型MLPNN的模拟结果与过程模型相似，验证了统计模型在田块与样地等小空间尺度内的应用效果。未来100年RothC与AMG模型预测的MP处理土壤有机碳变化趋势相同，但RothC模型预测结果得出，NT与RT处理土壤有机碳表现出先增长后达到平衡的趋势，但AMG模型模拟的结果却是有机碳一直处于增长趋势，这可能与土壤碳饱和效应与耕作处理的影响有关。RothC与AMG模型对碳投入都具有很高的灵敏度，但对气候因素与土壤因素变化的响应却存在差异。【结论】模型模拟长期保护性耕作土壤有机碳动态时需要因地制宜选择合适的预测模型。在预测保护性耕作土壤有机碳的短期变化时可以采用结构较为简单的AMG过程模型；在进行长期预测时，可以采用结构较为复杂的RothC模型。在特定条件下，统计模型MLPNN在田块与样地等小空间尺度上对土壤有机碳的模拟与过程模型具有相近的效果。

小麦秸秆还田后不同水稻品种对简化穗肥施用的响应及其成因

舒小伟, 王树深, 伏桐, 王子涵, 丁周宇, 杨英, 赵士茹, 周娟, 黄建晔, 姚友礼, 王余龙, 董桂春

中国农业科学. 2024, 57(10): 1961-1978. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.009

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【目的】探讨小麦秸秆还田条件下不同水稻品种产量、颖花分化和退化、土壤微生物活性及碱解氮对简化穗肥施用响应的差异及其原因。【方法】以迟熟中粳南粳9108和中籼扬稻6号两个品种为试材，研究秸秆还田方式（全量还田和不还田）和简化穗肥处理（0﹕0，不施穗肥；2﹕0，全施促花肥；1﹕1，促花肥和保花肥各施一半；0﹕2，全施保花肥）互作条件下产量、颖花分化和退化等的差异及其相互关系。从秸秆腐解和养分释放、土壤微生物量和酶活性变化、土壤碱解氮含量等角度分析水稻颖花分化和退化的机制。【结果】（1）秸秆还田后，南粳9108和扬稻6号的产量分别平均增加4.2%和3.2%。穗肥处理中，两品种分别以2﹕0和1﹕1处理的产量最高；而秸秆不还田处理下，两品种产量均以1﹕1处理最高。在施氮量180—360 kg N·hm^-2范围内穗肥处理的产量趋势一致；（2）秸秆还田后0—30 d为快速腐解期，秸秆中的碳和氮迅速释放，30 d时土壤中的细菌、真菌和放线菌的数量平均增加179.2%，脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性平均增加88.8%；40—60 d秸秆腐解和碳氮释放速率变缓，微生物数量和酶活性迅速降低；60—90 d秸秆腐解和碳氮释放基本停滞，微生物数量和酶活性缓慢下降。秸秆还田后10—40 d，土壤碱解氮含量平均降低4.8%，50—90 d平均增加5.2%；（3）秸秆还田后，土壤碱解氮的增加使供试水稻的颖花分化数平均增加1.4%，颖花退化数平均降低12.3%，颖花现存数平均增加4.4%，每穗粒数（每穗颖花现存数）的增加是水稻增产的主要原因。南粳9108和扬稻6号2﹕0处理下颖花退化率秸秆还田较不还田处理分别降低23.5%和7.6%。南粳9108在2﹕0处理下的颖花分化数和退化数较1﹕1处理分别增加8.9和5.7朵/穗，扬稻6号分别增加6.8和11.6朵/穗。由于颖花分化数的增幅大于颖花退化数的增幅，故南粳9108的颖花现存数以2﹕0处理最多，而扬稻6号则以1﹕1处理最多。【结论】秸秆还田提高了水稻产量，全施促花肥南粳9108产量最高，扬稻6号则是促保均施处理的最高。产量提高的原因主要通过显著降低颖花退化率和退化数，增加每穗粒数实现的。南粳9108颖花退化率下降的幅度大于扬稻6号，是两个品种颖花现存数对不同穗肥处理响应差异的主要原因。

洞庭湖区典型稻田玉米水稻轮作下土壤—作物系统对施氮措施的响应

房康睿, 龙世平, 彭斯文, 陈山, 廖育林, 徐新朋, 赵士诚, 仇少君, 何萍, 周卫

中国农业科学. 2024, 57(10): 1979-1994. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.010

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【目的】双季稻田水旱轮作后能够提高作物产能降低土壤有机质含量，但水旱轮作后化肥氮素配施不同有机物料对作物产量、氮素利用效率及有机质含量影响的报道较少。【方法】以玉米水稻轮作为研究对象，于2015—2021 年在洞庭湖区紫潮泥和红黄泥两种双季稻田上设置不施氮肥（CK）、单施化肥（NPK）、NPK+秸秆还田（NPKS）、NPK+有机肥（NPKM）、NPK+生物炭（NPKB）5种处理，探讨在两种土壤上不同施肥处理的作物产量、养分利用效率和土壤碳氮含量及平衡的变化。【结果】紫潮泥和红黄泥6年试验的平均玉米产量、水稻产量和年总产量分别为5.7、7.3和12.9 t·hm^-2，三者在紫潮泥中的产量都略高于红黄泥，但差异都不显著。与NPK处理相比，NPKM处理使两种土壤的玉米和水稻平均产量分别显著（P<0.05）提高10.6%、4.20%。在所有处理中，NPKM处理玉米产量最高，为6.0 t·hm^-2；NPKB处理水稻产量最高，为7.5 t·hm^-2。NPKM和NPKB处理的6年平均年总产量分别显著（P<0.05）高于其他处理，但NPKM和NPKB处理间差异不显著。与其他处理相比，NPKM处理显著（P<0.05）提高了玉米水稻的化肥氮素回收率、农学效率和偏生产力，玉米季6年平均值分别为66.3%、39.5 kg·kg^-1、56.0 kg·kg^-1，水稻季6年平均值分别为53.8%，21.9 kg·kg^-1、68.6 kg·kg^-1。NPKB处理较NPK、NPKS显著（P<0.05）提高了玉米水稻的化肥氮素农学效率和偏生产力，较NPK处理显著（P<0.05）提高了玉米化肥氮素回收率。两种土壤有机碳、全氮含量从第4年（2019年）开始显著下降。与试验开始前（2015年）相比，2021年紫潮泥和红黄泥施氮处理年平均有机碳含量分别下降了1.8、0.7 g·kg^-1，全氮含量分别下降0.4、0.1 g·kg^-1；两种土壤NPKM处理的土壤有机碳平均含量下降幅度最小、NPKB处理次之。NPKM处理的碳、氮投入量最高，平均土壤有机碳、全氮损失量最小，分别为0.48 t C·hm^-2·a^-1、94.7 kg N·hm^-2·a^-1。【结论】双季稻田水旱轮作后，化肥与有机肥、生物炭配施能提高作物产量和延缓土壤有机质下降，试验期间化肥配施有机肥处理玉米平均产量最高，化肥配施生物炭处理水稻平均产量最高。

转录组分析筛选调控苹果分枝能力的关键基因

张海青, 张恒涛, 高启明, 姚家龙, 王亚荣, 刘珍珍, 孟祥鹏, 周喆, 阎振立

中国农业科学. 2024, 57(10): 1995-2009. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.011

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【背景】苹果分枝数量的多少对于树体适应环境、生长生存、竞争资源都具有十分重要的作用。在实际生产过程中，多分枝的苹果品种更能满足整形修剪的需求，其不仅有利于果农因地制宜适时调整树体结构，塑造便于机械化采收的树形；而且对于调整结果枝均匀分布、保证结果量和果实品质都至关重要。【目的】本研究拟通过对同一发育时期的多分枝品种‘华星’和少分枝品种‘华硕’的顶芽、侧芽分别进行转录组测序，挖掘影响苹果分枝能力的关键基因，解析候选基因通过介导激素通路调控苹果分枝能力的潜在机理，为提高苹果分枝能力及产量提供理论依据。【方法】分别对‘华硕’和‘华星’的侧芽及顶芽进行转录组测序，通过差异表达基因（DEG）分析并借助加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis，WGCNA）等生物信息学手段，筛选引起分枝数量差异的核心候选基因，并通过在拟南芥中异源过表达候选基因对筛选结果准确性进行验证。【结果】在‘华硕’和‘华星’的顶芽之间比对共得到2 920个差异表达基因，而‘华硕’和‘华星’侧芽间比较共筛选到5 127个差异表达基因。DEGs主要富集在植物激素信号传导通路中，生长素信号通路和独脚金内酯信号通路与苹果分枝能力关系最密切，相关编码MdIAA3、MAX2、TCP、JAZ等家族的基因在两个品种侧芽间的差异十分显著。编码CYC（cyclins）、CDK（cyclin-dependent kinase）、EXPA（expansin）等细胞周期、细胞壁修饰相关基因家族的DEGs也与苹果分枝能力呈正相关。进一步通过WGCNA分析得到候选基因CAD、EXPA、CYC、JAZ、SAUR的互作网络关系，这些基因可能在苹果分枝能力的调控过程中具有一定作用。对MdIAA3异源转化拟南芥后，发现MdIAA3明显增加了拟南芥长势、结荚数、分枝数。【结论】通过转录组分析，筛选到13个调控基因可作为苹果分枝能力控制的潜在基因，MdIAA3在拟南芥中异位表达，明显促进了植株长势和分枝能力；苹果分枝能力的调控主要涉及细胞的分化与发育，细胞壁修饰，生长素、独脚金内酯信号传导等过程。

基于模糊建模解析不同产地沃柑果实感官品质差异

吴雅诺, 刘园, 孔佳涛, 胡哲辉, 陈明华, 吴俊琛, 张红艳, 蒋友武, 徐娟, 陈嘉景

中国农业科学. 2024, 57(10): 2010-2022. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.012

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【目的】果实感官品质是决定果品市场竞争力最重要的因素，建立科学的柑橘果实综合感官品质评价方法，明确不同产地柑橘果实感官品质差异，探究消费者偏好性，筛选与柑橘感官属性密切相关的代谢产物，为柑橘育种、实际生产及市场销售提供理论支撑和数字化方法。【方法】以具有品质差异的9个产区沃柑果实为试验材料，首先组织评价员对样品各感官属性及权重进行评价，利用模糊数学得出不同感官属性的权重排名，并对不同产地样品的综合感官品质进行排序及分组；同时，检测常规理化指标，并通过气相色谱质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）分析与果实风味相关的可溶性糖、有机酸、氨基酸、类黄酮等代谢产物；进而利用OPLS-DA分析不同组间样品的主要差异代谢物，并通过皮尔逊相关性分析将样品各感官属性与相关代谢物质数据进行关联；最终获得可反映沃柑风味品质的重要代谢标志物。【结果】沃柑感官属性权重排名为果肉甜度>果肉酸度>果肉化渣性>果实色泽>果实香气>果实外形；常规指标固酸比不适合用于沃柑果实样品内在品质优劣的精准分级。因此，基于综合感官品质差异，9个产地沃柑样品被划分为两组，高感官品质组沃柑样品综合得分均高于60分，低感官品质组综合得分均低于60分。OPLS-DA分析表明，3种主要差异代谢产物可在风味上显著区分高、低感官品质组沃柑样品，这些物质分别为L-谷氨酸、橙皮苷和L-缬氨酸。皮尔逊相关性分析表明，α-酮戊二酸、L-谷氨酸和橙皮苷含量与沃柑综合感官品质、甜度和酸度得分多呈显著负相关。【结论】模糊数学可用于沃柑果实综合品质评价，消费者对沃柑的果肉甜度和酸度更为关注，L-谷氨酸和橙皮苷对沃柑果实品质差异的形成具有重要作用。

五种树坚果油体的结构组成与稳定性

孙晓岩, 金凤, 杨旭畅, 王丰俊, 周晔

中国农业科学. 2024, 57(10): 2023-2034. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.013

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【目的】在油料种子中，脂类物质主要以油体的形式存在。核桃、榛子等树坚果是重要的木本油料，通过比较5种树坚果油体在形态、组成和稳定性上的差异，同时探讨三者间的关系，为木本坚果油脂的利用提供新途径。【方法】以核桃、巴旦木、榛子、薄壳山核桃、松子5种树坚果为研究对象，利用透射电镜对种仁细胞内油体的形态和大小进行观察比较；采用SDS-PAGE技术对油体膜蛋白进行分离，切取蛋白条带进行LC-MS/MS质谱鉴定；利用脂质组学对油体膜磷脂和油体内部甘油三酯组成进行分析；基于室温储藏条件下油体的形态变化，结合测定过氧化值和硫代巴比妥酸值，对油体稳定性进行评价。【结果】5种树坚果种仁细胞内均充斥油体和蛋白体，油体具完整包膜，形态多呈非对称椭球形，最大平均粒径为薄壳山核桃油体（2.34±0.48）μm，最小为巴旦木油体（1.21±0.19）μm。油质蛋白（oleosin）是5种树坚果最主要的油体膜蛋白组分，占膜蛋白总量的72.76%—84.15%；其分子量分布较窄，为14.7—18.8 kDa，但不同坚果中oleosin亚型数量存在较大差异。钙调油体蛋白（caleosin）占膜蛋白总量的14.34%—24.96%，其在不同坚果中的分子量接近，为26.5—27.1 kDa，且5种坚果中均只鉴定出一种caleosin构型。固醇油体蛋白（steroleosin）仅在核桃、薄壳山核桃和松子中被鉴定出，占膜蛋白总量的8.95%—12.89%。脂质组成方面，5种树坚果油体内部的甘油三酯组成差异较大，但膜磷脂组成近似。磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酰胆碱（PC）是最主要的膜磷脂组分，两者合占膜磷脂总量的67.91%—75.06%。膜磷脂中不饱和脂肪酰基链比例高达69.64%—74.52%，且其中38.64%—45.15%的脂肪酰基均为油酸酰基。室温下榛子油体表现出最高的稳定性，储藏过程中，油体逐渐聚集并融合，同时伴随脂质氧化程度的升高，最终导致乳析现象的发生。【结论】5种树坚果以薄壳山核桃油体粒径最大，榛子油体稳定性最高。不同树坚果油体具有近似的膜蛋白和膜磷脂组成，但在oleosin异构体数量、油体内甘油三酯组成以及组分间比例上差异明显。其中，油体内脂质含量与oleosin的比例、油体膜磷脂与油体膜蛋白的比例可能对油体大小和稳定性具有重要影响。

基于体外仿生酶水解物能值和化学成分预测谷物饲料原料的鸡代谢能值

李凯, 白国松, 滕春然, 马腾, 钟儒清, 陈亮, 张宏福

中国农业科学. 2024, 57(10): 2035-2045. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.014

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【目的】利用单胃仿生消化系统测定小麦、稻谷及糙米原料的鸡酶水解物能值（EHGE），结合两种体内法（自由采食法（FF）和排空强饲法（TF））测定的小麦、稻谷及糙米原料的鸡代谢能值，建立基于酶水解物能值和原料化学成分的鸡代谢能值预测模型，为谷物原料鸡代谢能值快速预测提供参考。【方法】使用单胃仿生消化系统分别测定3种来源的小麦、稻谷及糙米共计9个样品的鸡酶水解物能值（EHGE），每个谷物样品设置5个重复，每个重复1根消化管。结合前期通过自由采食法和排空强饲法测定的同批次原料的鸡表观代谢能值（AME）和真代谢能值（TME），利用线性回归建立基于化学成分及酶水解物能值的AME、TME预测模型。【结果】（1）在干物质基础下，3种来源的小麦原料酶水解物能值分别为14.46、14.63和14.80 MJ·kg^-1；3种来源的稻谷原料酶水解物能值分别为12.52、13.59和13.40 MJ·kg^-1；3种来源的糙米原料酶水解物能值分别为14.74、15.10和15.23 MJ·kg^-1。（2）粗灰分和中性洗涤纤维分别与FF法测定的AME和TME（AME_FF，TME_FF）和TF法测定的AME和TME（AME_TF，TME_TF）呈极显著的负相关（P<0.01）；EHGE与AME_FF、AME_TF、TME_FF、TME_TF均呈极显著正相关关系（P<0.01），相关系数分别为0.801、0.864、0.807和0.866。（3）相较于EHGE建立的代谢能预测模型，基于化学成分建立的预测模型有更高的决定系数（R²）、更低的残差标准差（RSD）。对于AME_FF和TME_FF，Ash为最佳预测因子，预测模型为：AME_FF=16.728-0.842×Ash（R²=0.809，RSD=0.826，P=0.001），TME_FF=16.812-0.842×Ash（R²=0.816，RSD=0.806，P=0.001）；对于AME_TF和TME_TF，NDF为最佳预测因子，预测模型分别为：AME_TF=16.106-0.157×NDF（R²=0.907，RSD=0.523，P<0.001），TME_TF=17.654-0.157×NDF（R²=0.903，RSD=0.534，P<0.001）。【结论】小麦、和糙米的EHGE高于稻谷EHGE，且三类谷物原料的EHGE与体内法测定的代谢能值具有较好的相关性。本研究条件下，基于化学成分建立的谷物AME和TME预测模型优于基于EHGE建立的预测模型。

全基因组关联分析筛选文昌鸡体尺性状相关分子标记

骆娜, 安炳星, 魏立民, 文杰, 赵桂苹

中国农业科学. 2024, 57(10): 2046-2060. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.015

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【目的】体尺是评价禽类生长特性的主要指标，通过筛选与文昌鸡体尺性状相关的分子标记及候选基因，为解析体尺性状的遗传机制及分子育种提供理论支撑。【方法】利用海南省文昌鸡品系3个世代（n=2 024）群体作为研究对象，测定每只鸡在上市日龄的胫长、胫围、体斜长、龙骨长及胸宽等5个体尺性状。采集血液进行鸡“京芯一号”55 K芯片测序及基因分型，使用GEMMA软件与PLINK软件进行全基因组关联分析，鉴定与体尺性状相关的SNP位点和候选基因，通过LD分析鉴定与体尺性状显著相关的单倍型。【结果】表型结果显示，113日龄文昌鸡公鸡平均胫长8.64 cm，胫围0.46 cm，体斜长19.73 cm，龙骨长12.32 cm，胸宽6.81 cm；母鸡平均胫长6.98 cm，胫围0.40 cm，体斜长17.79 cm，龙骨长10.45 cm，胸宽6.24 cm。经过质控后，共保留42 206个SNPs和2 024个个体用于后续研究。使用Plink软件进行PCA主成分分析，结果发现3个世代群体存在一定的分散情况，因此在GWAS关联分析中加入了前3个主成分作为协变量，以校正群体结构对关联分析的影响。GWAS结果研究共鉴定出19个SNPs位点与胫长性状显著或建议性显著相关（P值分别为2.17789E-06和4.35578E-05），23个SNPs位点与胫围性状显著或建议性显著相关，7个SNPs位点与体斜长性状显著或建议性显著相关，2个SNPs位点与龙骨长性状显著或建议性显著相关，未鉴定出与胸宽性状或建议性显著相关的SNPs位点。通过对显著性位点进行注释，结果共鉴定到16个体尺性状相关的候选基因，包括羧基末端 LIM 结构域结合蛋白2（LIM domain binding 2，LDB2）、染色体缩合蛋白G（non-SMC condensin I complex subunit G，NCAPG）、序列相似家族184成员B基因（family with sequence similarity 184 member B，FAM184B）、A 型钾离子通道调节蛋白4（potassium voltage-gated channel interacting protein 4，KCNIP4）等。通过LD单倍型分析结果显示，GGA4存在3个显著关联的单倍型，对于胫长性状，rs316943436和rs313978573两个位点位于单倍型区块中；对于胫围性状，rs313196946AA、rs316242963、rs315796839、rs313978573、rs734365522共5个位点位于单倍型区块中；对于体斜长性状，只有1个位点（rs313978573）位于单倍型区块中，其中候选基因LDB2和NCAPG在显著的block区块中被注释到。【结论】经GWAS方法筛选出SEPSECS、LGI2、DHX15、KCNIP4、NCAPG、FAM184B、LDB2、CC2D2A作为胫长性状潜在的候选基因；FH、TBC1D1、DTHD1、SEPSECS、LGI2、SOD3、PPARGC1A、KCNIP4、NCAPG、FAM184B、CLRN2、LDB2、TAPT1、CC2D2A作为胫围性状潜在的候选基因，KCNIP4、LDB2、TAPT1、NRXN3作为体斜长性状潜在的候选基因，FAM184B作为龙骨长性状潜在的候选基因。总之，本文确定了LDB2、NCAPG和FAM184B等作为胫长、胫围、体斜长和龙骨长等体尺性状的潜在功能基因。为文昌鸡体尺性能的分子标记辅助选择育种提供理论支撑。

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