中国农业科学

2024年第57卷第11期中英文目录

中国农业科学. 2024, 57(11): 0.

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大豆抗病性、产量与品质的相关性

战宇航, 王杰, 李永光, 韩英鹏

中国农业科学. 2024, 57(11): 2061-2064. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.001

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大豆种子硬实突变体M_zp661的鉴定和基因定位

苗龙, 舒阔, 胡彦姣, 黄茹, 何艮华, 张文明, 王晓波, 邱丽娟

中国农业科学. 2024, 57(11): 2065-2078. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.002

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【目的】硬实是种子物理休眠的表现特征，也是大豆驯化的一个重要性状。硬实性虽然有利于种子在不良环境中生存，但是在生产实践中会严重降低大豆出苗率，同时影响产量和加工品质。采用混合群体分离测序（bulked segregant analysis sequencing，BSA-Seq）解析大豆种子硬实性状的遗传基础及候选基因，为大豆硬实的分子机理研究提供理论依据。【方法】经甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate，EMS）诱变大豆中品661种子获得硬实突变体M_zp661，将其与栽培大豆中黄13（父本）杂交构建重组自交系（recombinant inbred line，RIL）群体，对不同株系的种子进行硬实性、吸水率和种皮解剖结构鉴定。选取RIL群体中硬实型和正常吸胀型2种极端材料分别构建混池，利用BSA-Seq技术检测不同极端材料及亲本基因型，结合欧式距离（euclidean distance，ED）和delta SNP-index、delta InDel-index关联分析方法，开展大豆种子硬实遗传位点的挖掘，进一步利用生物信息学分析、大豆不同组织的转录组数据和基因注释信息挖掘显著关联区域的候选基因。【结果】突变体M_zp661后代中，吸胀型种子各部位均具有吸水能力，种子体积随浸水时间延长不断增大，然而，硬实型种子浸水36 h内体积未发生变化，随着浸水时间的持续延长，种皮开始局部出现皱缩，并逐渐向其他部位扩散，子叶恢复吸胀能力。硬实型种子种皮表面光滑且结构紧密、角质层呈规则的网状结构、栅栏层较厚，而吸胀型种子表皮有气孔且结构松散、角质层有微小的裂缝、栅栏层较薄，表明突变体M_zp661种子硬实与种皮不透水/气相关；ED和delta SNP-index、delta InDel-index关联分析方法不仅鉴定到已报道种子物理休眠遗传位点qHS1，而且检测到1个一致性关联区域Chr.06：45897227—47746047，该区间共含有189个基因，转录组数据及基因注释挖掘到种子中特异高表达的Glyma.06G275300可能为该关联区域调控大豆种子硬实的关键候选基因。【结论】大豆突变体M_zp661种子硬实由种皮不透水/气所致，利用BSA-Seq法鉴定到Glyma.06G275300可能为影响种皮结构的候选基因。

大豆地方种质资源鲜籽粒可溶性糖含量的全基因组关联分析

张玉梅, 丁文涛, 蓝新隆, 李清华, 胡润芳, 郭娜, 林国强, 赵晋铭

中国农业科学. 2024, 57(11): 2079-2091. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.003

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【目的】可溶性糖含量是鲜食大豆重要的品质性状之一，研究大豆鲜籽粒可溶性糖含量的遗传变异，深入解析可溶性糖含量的遗传机制，为鲜食大豆种质创新及品质育种提供依据。【方法】利用来自东北大豆生态区、北方大豆生态区、黄淮海大豆生态区和南方大豆生态区的133份大豆地方种质，在2021年连江春季、福清春季和秋季3个环境下对鲜籽粒可溶性糖含量进行表型测定，结合82 187个高质量SNP标记，基于混合线性模型MLM（Q+K）对可溶性糖含量进行全基因组关联分析，挖掘可溶性糖含量显著相关的SNP位点，并以显著SNP位点为中心，两端各扩展119.07 kb连锁不平衡衰减距离为候选区间，根据候选区间内基因的注释和组织表达信息预测候选基因。【结果】3个环境下，鲜籽粒可溶性糖含量的变异范围为3.37—33.84 mg·g^-1，遗传变异系数为24.59%—32.69%，可溶性糖含量遗传率为68.14%。通过全基因组关联分析，连江春季、福清春季和秋季3个环境下分别检测到与鲜籽粒可溶性糖含量显著关联的SNP有6、8和22个，表型变异解释率为12.43%—29.27%，以表型变异解释率较高的9个显著SNP位点所在的候选区间进行搜索，共获得86个基因，结合基因注释和组织表达信息，进一步筛选到9个候选基因，主要涉及转录因子、糖蛋白家族和糖类合成转运等生物学过程。其中，Glyma.01g016500、Glyma.13g042100、Glyma.16g131800和Glyma.16g155300在大豆种子及荚中表达水平较高，可作为大豆鲜籽粒可溶性糖的最具潜力候选基因。【结论】通过全基因组关联分析，检测到36个与鲜籽粒可溶性糖含量显著关联的SNP，进一步筛选出9个候选基因可能参与大豆鲜籽粒可溶性糖含量的调控，其中，Glyma.01g016500、Glyma.13g042100、Glyma.16g131800和Glyma.16g155300可作为调控大豆鲜籽粒可溶性糖含量的关键目标基因。

大豆芽期拟茎点种腐病鉴定体系构建及抗性种质筛选

苗龙, 杨蕾, 许竞好, 李娜, 王飞宇, 邱丽娟, 王晓波

中国农业科学. 2024, 57(11): 2092-2101. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.004

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【目的】以具有拟茎点种腐病不同抗性水平的大豆为试材，建立准确快速的大豆芽期室内病害鉴定体系，并基于170份自然群体大豆筛选出高抗病性品种，为大豆拟茎点种腐病的快速高通量鉴定和抗性品种培育提供方法及材料基础。【方法】选取已报道拟茎点种腐病抗性品种齐黄34、感病品种Williams，以及中作09-560、z13-631-2、ZDD26268、辰溪青皮豆1和通县黄豆，挑选各品种大小均一、种皮完好的种子，经过消毒后于黑暗中发芽，在不同萌发时长后分别接种拟茎点种腐病病原菌24、48、72和96 h，统计不同侵染时长下种子表层的菌丝覆盖率与种子腐烂率，确定评价大豆拟茎点种腐病的最适鉴定时期。随后，以该时期的种子表层菌丝覆盖率和种子腐烂率作为评价指标，对自然群体170份不同大豆种质进行抗性鉴定，并划分5个抗病等级，筛选出高抗病性品种。【结果】以种子表层的菌丝覆盖率和种子腐烂率作为评价指标，发现不同抗性水平的大豆在萌发96 h后接种拟茎点种腐病病原菌表现出最为明显的表型差异；进一步比较侵染24、48、72和96 h后的发病情况，发现侵染72 h后的不同品种之间抗病差异最为明显，因此，确定萌发96 h后的芽期大豆侵染72 h为评价不同品种拟茎点种腐病抗性水平的最适时期，随后对170份大豆自然品种进行拟茎点种腐病抗性鉴定，并划为高抗、中抗、中感、感病、高感5个抗病等级，其中Ⅰ级（高抗）品种30个、Ⅱ级（中抗）品种51个、Ⅲ级（中感）品种71个、Ⅳ级（感病）品种4个、Ⅴ级（高感）品种14个，表明大豆种质资源对拟茎点种腐病抗性存在广泛变异。【结论】以萌发96 h后的芽期大豆侵染病原菌72 h作为最佳鉴定时期、种子表层的菌丝覆盖率和种子腐烂率作为拟茎点种腐病的评价指标，该鉴定体系具有较高的准确性与可靠性，可为不同品种室内快速高通量鉴定提供有效方法，进一步筛选出30个高抗种质可为抗病品种选育提供材料基础。

冀北坝上大豆结瘤相关性状全基因组关联分析

寿鑫月, 刘智, 陈玥含, 李晨辉, 孙宾成, 孙如建, 韩德志, 鹿文成, 申永辉, 王晓波, 闫龙

中国农业科学. 2024, 57(11): 2102-2113. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.005

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【目的】挖掘适应坝上生态条件的高效结瘤大豆种质，鉴定调控大豆-根瘤菌共生结瘤的遗传位点和候选基因，提高大豆共生固氮效率。【方法】以包含260份大豆种质的自然群体为研究对象，在河北坝上室外盆栽条件下接种根瘤菌菌株USDA110。以单株根瘤数量、单株根瘤干重数值作为表型数据，结合大豆260份种质基因型数据，对其进行全基因组关联分析，挖掘大豆共生结瘤相关基因。【结果】共检测到18个与大豆根瘤数量显著关联的SNP，分别位于第2、7、8、13、18和19染色体上。其中，位于第2染色体上的显著关联位点BARC_2.01_Chr02_43161654_A_G是控制大豆根瘤数量的主效位点（LOD=3.89），对该位点上下游共200 kb区间进行连锁不平衡分析，在包含BARC_2.01_Chr02_43161654_A_G的连锁区间内，共获得10个调控大豆根瘤数量候选基因，通过单倍型分析发现，Glyma.02G243200不同单倍型所对应的材料之间的根瘤数量具有显著差异（P<0.05），在SoyBase数据库中查询该基因的表达模式发现，Glyma.02G243200在根毛中表达。该基因可能是影响大豆根瘤数量的关键基因。共检测到6个与大豆根瘤干重显著关联的SNP，分别位于第6、18和20染色体上。其中，位于第6染色体上的显著关联位点BARC_2.01_Chr06_6069381_G_A和BARC_2.01_Chr06_6192925_T_C是控制大豆根瘤干重的主效位点（LOD=3.49和LOD=3.35），对BARC_2.01_Chr06_6069381_G_A上游100 kb和BARC_2.01_Chr06_6192925_T_C下游100 kb区间进行连锁不平衡分析，获得14个调控大豆根瘤干重候选基因，并进行单倍型分析。其中，Glyma.06G079600和Glyma.06G079900不同单倍型所对应的材料之间的根瘤干重具有显著差异（P<0.01，P<0.001），在SoyBase数据库中查询这两个基因的表达模式发现，Glyma.06G079600和Glyma.06G079900在根中表达。这两个基因可能是影响大豆根瘤干重的关键基因。【结论】在第2染色体上发现一个与根瘤数量显著相关的候选基因，在第6染色体上发现2个与根瘤干重显著相关的候选基因。

寒地粳稻在长江下游地区作双季早粳稻产量和品质表现分析

徐亚楠, 陶怡, 叶淑珍, 徐春梅, 陈松, 褚光, 王丹英, 欧阳由男

中国农业科学. 2024, 57(11): 2114-2124. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.006

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【目的】分析引自寒地不同积温带粳稻品种作双季早稻时产量及构成以及品质差异，为筛选适宜长江下游种植的双季早粳稻品种提供理论依据。【方法】分别于2018、2021、2022年在浙江台州（121°13′E，28°78′N）和杭州（119°94′E，30°08′N）进行大田试验，分别以6、13和41个寒地粳稻品种为材料，主要来自黑龙江省第一至四积温带，以当地主栽的早籼稻品种中早39作为对照。分析寒地粳稻在南方稻区作双季早稻时产量和品质表现，并在2022年进行早粳稻品种的大田生产验证。【结果】通过提前早粳稻播期，3年的水稻收获期比当地双季早籼稻提前约0—15 d。2018年种植早粳稻品种的产量均值为6 637.77 kg·hm^-2，其中空育131产量最高，为7 724.70 kg·hm^-2，且在2022年的大田生产验证中产量达7 194.77 kg·hm^-2；所有品种在南方作为双季早粳稻种植的垩白度、透明度、胶稠度、直链淀粉含量符合二等优质食用稻品种品质标准，但整精米率较低。2022年早粳稻的平均产量为6 630.45 kg·hm^-2，排名前三的依次为：龙垦257（8 324.99 kg·hm^-2）>龙垦263（8 170.94 kg·hm^-2）>莲稻1号（8 108.34 kg·hm^-2）。与中早39相比，早粳稻有效穗数多，但每穗粒数、千粒重和结实率低，导致其产量为中早39的54.75%—93.28%。第三积温带品种因高结实率从而产量表现优于其他积温带。寒地粳稻品种间产量及构成的相关性分析结果表明，产量与有效穗数呈显著正相关，与单位面积颖花数呈极显著正相关。【结论】引自黑龙江省不同积温带的粳稻品种在长江下游作双季早稻时的生育期、产量和品质表现均验证了南方稻区种植双季早粳稻的可行性，空育131、龙垦257、龙垦263和莲稻1号可作为早粳稻进行下一步大面积示范种植。

不同灌水条件下分层施肥对土壤养分垂直分布与小麦根系生长和功能的影响

卜明娜, 杨习文, 滕政凯, 胡乃月, 张烁, 王春艳, 杨键, 梁文宪, 马文奇, 贺德先, 周苏玫

中国农业科学. 2024, 57(11): 2125-2142. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.007

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【目的】探究施肥方式对土壤养分和小麦根系生长的影响，塑造良好的根系构型，为麦田的科学施肥和高产高效生产提供理论依据。【方法】试验于2021—2023年在河南农业大学原阳科教示范园区进行，采用池栽定位试验，设置3个施肥处理（F₀：不施肥；F₁：N、P、K肥浅施；F₂：N、P、K肥1/3浅施+2/3深施）和3个灌水处理（W₁：底墒水；W₂：底墒水+拔节水；W₃：底墒水+拔节水+扬花水），共计9个组合处理，测定0—100 cm不同层次的土壤养分和根系性状。【结果】在不同灌水频次下，土壤耕层养分含量较高，随着土层加深，有效养分减少，0—60 cm土层养分含量表现出F₂>F₁>F₀。分层施肥（F₂）明显增加了20—40 cm土层肥力，较浅层施肥（F₁）相比，不同灌水频次下开花期至成熟期的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾含量分别平均提高了16.03%、7.67%、8.82%、6.32%。80—100 cm土层硝态氮和全氮含量上升，灌水增大了富集效应；0—100 cm土层速效钾含量呈“S”分布，且成熟期含量升高，出现钾素外排现象。小麦根系主要集中在0—40 cm土层中，分层施肥（F₂）显著提高了根系在20—40 cm土层根系的形态分布和功能，根长密度、根表面积密度、根体积比、根干重密度、根系活力和根系生理势两年均值比浅层施肥分别提高38.42%、16.93%、25.65%、43.07%、33.12%、31.10%。相关分析表明，0—20 cm土层各养分指标与根系形态指标呈极显著的正相关关系（P<0.01），0—60 cm土层根系生理势在与土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾均呈极显著正相关关系。【结论】分层施肥结合3次关键水实现了根系分布与土壤氮磷钾分布的高度协调，增强了根系在20—40 cm土层的分布比例，有利于土壤氮磷钾的协同吸收和产量提高。

外源添加L-脯氨酸对棉花黄萎病发生及其根际土壤微生物群落的影响

赵卫松, 郭庆港, 崔钠淇, 鹿秀云, 李社增, 马平

中国农业科学. 2024, 57(11): 2143-2160. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.008

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【目的】根系分泌物是植物与土壤微生物进行互作的信号媒介，对于植物病害发生和植株生长均具有重要调控功能。论文旨在明确棉花根系分泌物L-脯氨酸抵御棉花黄萎病发生的微生态机制，揭示L-脯氨酸介导的根际微生物与棉花黄萎病发生的互作关系，为构建生物防治土传病害的有益菌群提供新视角。【方法】通过温室盆栽试验，以外源添加不同浓度的L-脯氨酸（0、50、100、200和400 mmol·L^-1）为试验处理，采用实时荧光定量PCR（real-time qPCR）和宏基因组测序技术分别测定不同处理的土壤中大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）DNA拷贝数量和土壤微生物群落结构及功能，采用主成分分析比较不同处理的根际土壤微生物群落结构，利用冗余分析研究土壤养分因子与微生物群落结构的相关性，利用斯皮尔曼相关分析研究微生物群落结构功能代谢途径的相关性。【结果】与空白对照相比，低浓度（50 mmol·L^-1）L-脯氨酸处理不能够减轻棉花黄萎病的发生，高浓度（100、200和400 mmol·L^-1）L-脯氨酸处理的病情指数分别下降22.51%、60.23%和64.23%。qPCR结果表明，L-脯氨酸处理不能够显著降低土壤中大丽轮枝菌拷贝数量。宏基因组测序分析表明，L-脯氨酸处理后细菌多样性Shannon指数显著增加，真菌多样性Shannon指数呈下降趋势。在属水平上，L-脯氨酸处理后类诺卡氏菌属（Nocardioides）、溶杆菌属（Lysobacter）、节杆菌属（Arthrobacter）、Phycicoccus、假单胞菌属（Pseudomonas）和毛霉菌属（Mucor）的相对丰度呈上升趋势。线性判别分析表明，除浓度为100 mmol·L^-1的L-脯氨酸外，外源添加L-脯氨酸处理后根际土壤微生物KEGG通路的富集情况发生改变。冗余分析表明，细菌群落组成受pH、电导率、硝态氮、铵态氮和有机质显著影响，而真菌群落组成与铵态氮存在显著相关性。Spearman相关分析表明，细菌的KEGG代谢通路与pH、有机质、铵态氮含量呈负相关关系，而与电导率和硝态氮呈正相关关系；真菌的大部分KEGG代谢通路与土壤养分的相关性较差。【结论】外源添加适量L-脯氨酸通过改变土壤细菌群落结构和功能，增加有益微生物的相对丰度，从而影响棉花黄萎病的发生，但其不能够改变病原菌数量。同时，根际细菌群落组成和功能均与土壤养分存在相关性。

马铃薯根系分泌物对马铃薯金线虫孵化和趋化的影响及外源酸类物质的验证

尹艳蝶, 杨艳梅, 付启春, 王琴, 李永青, 段锦凤, 刘玉竹, 王桥美, 胡先奇

中国农业科学. 2024, 57(11): 2161-2175. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.009

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【目的】探究马铃薯不同抗性品种、不同生育期根系分泌物对马铃薯金线虫（Globodera rostochiensis）孵化和趋化的影响，为马铃薯金线虫绿色防控提供理论依据。【方法】收集4个马铃薯品种3个生育期的根系分泌物，采用浸泡法和滤纸片法研究根系分泌物对马铃薯金线虫孵化和趋化的影响；通过GC-MS分析各根系分泌物的组分；选用8种外源酸类物质咖啡酸、丁二酸、氢化肉桂酸、3-羟基丙酸、3-氨基-3-甲基丁酸、乙醇酸、硬脂酸、L-乳酸的标准品，运用浸泡法和滤纸片法验证根系分泌物中占比较大的主要酸类物质对马铃薯金线虫孵化和趋化的影响。【结果】感病品种青薯9号、会-2的根系分泌物比抗病品种宣薯6号、云薯505的根系分泌物刺激孵化快且孵化量大，在3个生育期（15 d（发芽期）、30 d（幼苗期）和55 d（块茎形成期）），感病品种根系分泌物的刺激孵化效果强于抗病品种，各品种30 d（幼苗期）的根系分泌物刺激孵化效果好于15 d（发芽期）、55 d（块茎形成期），青薯9号根系分泌物的刺激孵化率15、30、55 d依次为7.20%、27.30%、5.70%，会-2依次为10.50%、38.00%、9.40%，宣薯6号依次为5.40%、20.40%、16.30%，云薯505依次为13.20%、21.80%、3.10%。感病品种青薯9号的根系分泌物对马铃薯金线虫幼虫的吸引能力强；从3个生育期看，除了宣薯6号，其余3个品种15 d根系分泌物的吸引效果好于30、55 d，15、30、55 d的根系分泌物吸引率青薯9号依次为13.73%、9.68%、6.13%，会-2依次为5.65%、4.76%、4.89%，云薯505依次为4.86%、4.13%、2.91%，宣薯6号依次为4.11%、5.77%、6.47%。用GC-MS对根系分泌物进行分析鉴定，马铃薯根系分泌物中主要含有9类物质，其中酸类24种、氨基酸类13种、盐类5种、醇类3种、烃类3种、糖类3种、酚类2种、酮类1种、脂类1种，从种类和所占比例可知酸类、氨基酸类、酚类和醇类是供试马铃薯根系分泌物中的主要成分。选择8种代表性酸类物质验证表明，8种物质中丁二酸、3-羟基丙酸对马铃薯金线虫的孵化有显著影响，咖啡酸、氢化肉桂酸对马铃薯金线虫的趋化有显著影响。但与4个品种30 d根系分泌物对马铃薯金线虫的影响对比，上述影响显著的酸类物质刺激孵化效果显著低于根系分泌物，趋化则无显著差异。【结论】不同马铃薯品种的根系分泌物均对马铃薯金线虫孵化和趋化有较大影响，感病品种根系分泌物对马铃薯金线虫孵化、趋化的影响强于抗病品种，总体表现为抗病、感病品种对马铃薯金线虫的影响在根系出现时即播种15 d（发芽期）开始，在30 d（幼苗期）影响最强，到55 d（块茎形成期）影响减弱。马铃薯的根系分泌物种类多样，主要组分为酸类、氨基酸类和醇类，抗病、感病品种略有差异。丁二酸、3-羟基丙酸对孵化的影响显著，咖啡酸、氢化肉桂酸对趋化的影响显著，单一酸性物质对马铃薯金线虫孵化的影响显著小于根系分泌物。

黄土高原旱地小麦籽粒锌含量及分布对锌肥的响应

丁玉兰, 黄翠, 王星舒, 张学美, 徐隽峰, 黄宁, 党海燕, 郭子糠, 孙蕊卿, 王朝辉

中国农业科学. 2024, 57(11): 2176-2188. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.010

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【目的】明确施锌肥引起的土壤有效锌、小麦产量和籽粒锌含量的变化，为优化小麦锌营养强化技术提供重要依据。【方法】基于2017年在黄土高原旱地石灰性土壤上开始的定位试验，于2020—2021年和2021—2022年两个小麦生长期取样，研究锌肥用量对土壤有效锌、小麦产量、产量构成、籽粒及其不同部位锌吸收分配的影响。【结果】施用锌肥对小麦产量及产量构成要素无显著影响，但籽粒锌含量提高28.8%—46.0%，在施锌24.9 kg·hm^-2时，籽粒锌含量最高达31.1 mg·kg^-1；麸皮和面粉锌含量分别提高31.8%—58.8%、26.3%—41.3%，施锌27.3 kg·hm^-2时，麸皮锌含量最高，达87.6 mg·kg^-1；施锌24.0 kg·hm^-2时，面粉锌含量最高，达11.3 mg·kg^-1。在籽粒中，锌主要分配在麸皮，占77.7%—80.0%，平均锌含量78.9 mg·kg^-1；面粉占20.0%—22.3%，平均锌含量10.8 mg·kg^-1。施锌提高了麸皮和面粉的锌含量，麸皮锌含量增幅高于面粉。0—20和20—40 cm土层土壤有效锌含量分别提高235.2%—1233.8%和207.4%—825.9%，在最高施锌量27.3 kg·hm^-2时，土壤有效锌含量分别达9.47和2.50 mg·kg^-1。0—100 cm不同土层有效锌对小麦锌吸收的贡献存在差异，表层土壤对籽粒锌含量提高的作用显著高于深层土壤。【结论】在黄土高原旱地石灰性土壤上，施锌肥显著提高土壤有效锌含量和小麦籽粒锌含量；进一步改善小麦籽粒锌营养，应将锌肥用量、施锌方式和多种农艺措施，如水分和氮磷肥供应、绿肥种植等综合优化，充分挖掘旱地小麦籽粒锌含量提升的潜力。

西北灌区复种绿肥及减氮条件下春小麦产量及水分利用特征

张殿凯, 李盼, 范虹, 何蔚, 樊志龙, 胡发龙, 孙亚丽, 谭向念, 殷文, 陈桂平

中国农业科学. 2024, 57(11): 2189-2201. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.011

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【目的】针对西北灌区春小麦生产中氮肥投入过高、水分利用效率低等问题，探讨复种绿肥及减量施氮对春小麦水分利用特征的影响，以期为优化春小麦生产的水资源高效利用提供理论依据。【方法】采用裂区设计，主区设麦后复种绿肥毛叶苕子（W-G）和麦后休闲（W）两种种植模式，副区设传统施氮（N3，180 kg·hm^-2）、减施氮肥15%（N2，153 kg·hm^-2）和减施氮肥30%（N1，126 kg·hm^-2）3个施氮水平，于2020—2021年研究复种绿肥及减氮对春小麦产量、耗水量及水分利用效率的影响。【结果】麦后复种绿肥结合适量减施氮肥可提高春小麦播前土壤贮水量，W-G较W模式春小麦播前土壤贮水量增加11.5%—13.5%，麦后复种绿肥结合氮肥减施15%（W-GN2）与麦后复种绿肥结合减氮30%（W-GN1）较对照麦后休闲结合传统施氮量（W-N3）春小麦播前土壤贮水量分别提高12.1%—20.2%与15.2%—16.6%，W-GN2与W-GN1处理间无显著差异。W-G较W春小麦耗水量降低12.6%—13.7%，复种绿肥模式中以W-GN2降低春小麦耗水量幅度最大，较麦后休闲结合减氮15%（W-N2）、W-N3分别降低21.8%—25.8%、21.3%—26.3%；W-G通过降低春小麦拔节期至灌浆初期的耗水模系数，增大播种前期至拔节期与灌浆初期至成熟期的耗水模系数（两阶段耗水量占全生育期总耗水量的比例为60.5%—64.1%），有效协调春小麦前后生育时期的水分需求特征，增强了春小麦生长发育过程中水分供需同步性。相比W-GN1、W-GN3，W-GN2处理的调控效应更突出。W-G具有增产优势，较W增产13.5%—14.1%；W-GN2较W-N2与W-N3分别增产16.7%—18.4%与13.6%—14.6%。因而，W-G较W模式提高水分利用效率为29.4%—31.0%，麦后复种绿肥模式中，以W-GN2提高水分利用效率的幅度较大，较W-N2、W-N3分别提高44.2%—46.8%、39.1%—43.5%，较W-GN1、W-GN3分别提高36.2%—50.7%、9.1%—17.0%。【结论】麦后复种绿肥结合减施氮肥15%（即施氮153 kg·hm^-2）较传统水氮管理提高春小麦产量及水分利用效率，可推荐为西北灌区春小麦水分高效利用的生产模式。

山东省小麦玉米秸秆资源分布与还田减肥潜力

柴如山, 朱丽青, 刘梦阳, 罗来超, 张亮亮, 程启鹏, 张朝春

中国农业科学. 2024, 57(11): 2202-2214. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.012

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【目的】山东地处华北地区，是我国小麦玉米主产省份。明晰其秸秆资源的空间分布特征及秸秆还田的养分替代潜力，可为推进全省秸秆综合高效利用和农田化肥合理减量增效提供决策依据。【方法】基于统计年鉴资料和文献调研数据，利用草谷比法对2019—2021年山东省不同地区小麦玉米秸秆年均产量及还田情景下的化肥可替代量进行测算。【结果】2019—2021年山东省小麦和玉米秸秆年均产量分别为2 928万t和2 252万t，两种秸秆资源的区域占比表现为鲁北（34.9%、34.7%）>鲁西南（27.6%、24.9%）>鲁中（20.2%、21.4%）>鲁东（9.1%、11.3%）>鲁东南（8.2%、7.8%）。单位面积小麦秸秆可收集量排序为鲁北（5 573 kg·hm^-2）>鲁西南（5 380 kg·hm^-2）>鲁中（5 361 kg·hm^-2）>鲁东南（5 088 kg·hm^-2）>鲁东（4 968 kg·hm^-2），玉米秸秆可收集量排序为鲁西南（5 121 kg·hm^-2）>鲁北（5 034 kg·hm^-2）>鲁东南（4 807 kg·hm^-2）>鲁中（4 790 kg·hm^-2）>鲁东（4 709 kg·hm^-2）。秸秆产量较高的菏泽、德州、聊城、济宁和潍坊五市的小麦和玉米秸秆总占比分别为57.5%和55.5%，而秸秆产出较少的东营、淄博、日照和威海四市的两种秸秆总占比分别仅为7.2%和8.0%。全省小麦秸秆N、P₂O₅、K₂O养分年均资源量分别为13.94万t、5.13万t和50.90万t，玉米秸秆N、P₂O₅、K₂O养分资源量分别为16.65万t、6.58万t和36.60万t。区域尺度上单位面积小麦秸秆还田当季的N、P₂O₅、K₂O养分理论可替代化肥的量分别为16.7—18.7、7.8—8.7和110.4—123.8 kg·hm^-2，玉米秸秆还田的N、P₂O₅、K₂O养分可替代化肥的量分别为25.4—27.6、11.8—12.8和83.2—90.5 kg·hm^-2。【结论】山东省不同地区的小麦玉米秸秆资源总量及单位面积可收集量存在一定差异，应因地制宜加强秸秆高效利用；秸秆还田利用情景下需考虑还田秸秆的替代化肥潜力，以促进化肥减量增效和农业绿色发展。

氮形态对小白菜根系生长、根区pH及细胞壁组分的影响

韩瑞锋, 郭雨琴, 王玉琢, 成永三, 侯雷平, 张毅

中国农业科学. 2024, 57(11): 2215-2226. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.013

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【目的】氮素（N）是调控蔬菜作物生长的重要因子，探究氮形态对小白菜根系生长及细胞壁组分的影响，明确根区pH变化与质膜（PM）H⁺-ATPase的关系，为进一步研究氮素调控植物根系生长发育提供理论基础。【方法】以小白菜（‘华王’）为试材，设置3个N素形态（硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）、甘氨酸态氮（Gly-N）），采用营养液水培法，探究无机氮和有机氮调控小白菜根区pH和根细胞壁组分对根系生长的影响，同时探讨氮营养对小白菜根系生长素（IAA）和PM H⁺-ATPase酶的影响。用根系扫描法和生理试验等方法，测定小白菜的总根长、总根体积、总根表面积和根尖数等根系形态指标以及介质pH、PM H⁺-ATPase酶活性、IAA含量、细胞壁及其主要组分含量、果胶甲酯酶（PME）、扩张素（EXP）含量等生理指标，并分析根系形态和各生理指标之间的相关性。【结果】Gly-N和NO₃^--N均碱化介质pH，且Gly-N碱化介质pH的能力高于NO₃^--N处理，NH₄⁺-N酸化介质pH。与NO₃^--N处理相比，Gly-N处理显著降低小白菜地上部（40.23%）和根系干物质含量（21.74%）、主根长（55.15%）、总根长（58.63%）、总根表面积（53.12%）、总根尖数（73.07%）、根分叉数（65.39%）、内部链接数（40.91%）和外部链接数（73.94%），提高了根系细胞壁提取率（22.00%）、果胶（47.74%）、纤维素（25.30%）、EXP（109.53%）、PM H⁺-ATPase酶活性（15.42%）、根冠比（30.33%）、拓扑指数（11.43%）和分形维数（4.32%）；NH₄⁺-N处理植株地上部干物质含量、主根长、根分叉数、内部链接数、外部链接数、根系PME活性和IAA含量分别显著降低22.98%、34.30%、35.32%、26.22%、29.02%、36.38%和8.74%，根系PM H⁺-ATPase酶活性、细胞壁提取率、果胶和半纤维素分别显著提高14.60%、19.38%、22.98%、74.33%。根系形态指标与生理指标之间的相关分析结果表明，总根表面积与总根长、总根尖数、外部链接数、根分叉数呈极显著正相关（P<0.01），与主根长、内部链接数、叶干重呈显著正相关（P<0.05）；总根表面积与根直径、扩张素、拓扑指数呈极显著负相关（P<0.01），与果胶、纤维素和分形维数呈显著负相关（P<0.05）。根直径与扩张素、纤维素、分形维数、拓扑指数呈极显著正相关（P<0.01），与果胶呈显著正相关（P<0.05）。【结论】Gly-N和NH₄⁺-N均增加了小白菜根系细胞壁含量，抑制了小白菜根系的伸长生长；Gly-N更有利于果胶和纤维素的积累，NH₄⁺-N有利于半纤维素的积累。

苦瓜品种SSR分子标记鉴定技术体系构建与应用

苏国钊, 李嫒嫒, 刘中华, 陈宇华, 张秀杰, 马莹雪, 杨旭红, 邓超, 徐振江

中国农业科学. 2024, 57(11): 2227-2242. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.014

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【目的】筛选出一套SSR核心引物，建立苦瓜品种分子鉴定体系和SSR指纹图谱库，为苦瓜品种鉴定、纯度鉴定和新品种权保护等提供技术支撑。【方法】选用表型差异大的8个苦瓜代表性品种，通过6%聚丙烯酰胺凝胶电泳对138对SSR引物进行初步筛选，将筛选出的引物5'端进行荧光标记。选取不同地理来源的95个苦瓜品种进行PCR扩增，经荧光毛细管电泳检测，计算各引物的区分率、PIC值、等位基因数等参数，复选一套区分率高、多态性良好的SSR引物组合。将复选得到的引物对另外113个苦瓜品种进行检测，筛选出SSR核心引物，构建苦瓜品种DNA指纹图谱库。【结果】使用聚丙烯酰胺凝胶电泳初步筛选出45对特异性强、多态性高、条带清晰的SSR引物。使用荧光毛细管电泳，从小群体至大群体最终筛选出20对SSR核心引物。核心引物分4组进行多重电泳，采集了208个苦瓜品种的DNA指纹数据。20对SSR核心引物共检测到65个等位变异，102种基因型。在此基础上，选取12个参照品种，可覆盖所有等位变异类型。经构建系统发育树分析，208个苦瓜品种被分为两类，20对SSR核心引物适用于苦瓜群体遗传多样性分析。核心引物可以将208个苦瓜品种中的202个区分开，区分率达到97.11%。使用11组亲本与杂交种材料进行亲缘关系鉴定，基本符合孟德尔遗传定律，其中2组各出现1个片段丢失的位点，可为苦瓜杂交种关系鉴定的判定阈值提供参考。【结论】本研究基于20对SSR核心引物构建的苦瓜品种分子鉴定体系鉴定效果好，应用性强，可用于苦瓜品种真实性鉴定、纯度鉴定、杂交种关系鉴定、辅助DUS测试筛选近似品种和新品种权保护等。

基于靶向捕获测序的猪单倍型基因组选择效果研究

刘燕玲, 邱奥, 张梓鹏, 王雪, 都鹤鹤, 罗文学, 王贵江, 魏霞, 施文颖, 丁向东

中国农业科学. 2024, 57(11): 2243-2253. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.015

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【目的】探索靶向捕获测序技术的猪单倍型基因组选择研究效果，为我国猪分子育种提供借鉴。【方法】收集了1 267头大白猪的生长性能测定记录和800头大白猪的繁殖记录，利用基于靶向捕获测序技术（genotyping by target sequencing，GBTS）开发的猪50K液相芯片（液相50K）以及靶向捕获重测序数据进行基因型分型，对靶向捕获重测序数据进行单倍型分析，比较固定SNP数目、固定物理间距和靶向block三种单倍型区块划分方法以及单个SNP数据的基因组选择准确性。其中靶向block方法是基于靶向捕获测序技术设计的一种单倍型区块划分方法，通过将靶位点与其上下游400 bp 内SNP（mSNP）组合为一个block的方式构建单倍型。本研究对每个单倍型区块采用Beagle5.1进行单倍型推断后，将不同单倍型重新编码为单倍型等位基因，然后利用单倍型剂量模型构建单倍型基因型矩阵，采用一步法模型（ssGBLUP），估计达百公斤体重日龄(AGE)、百公斤活体背膘厚(BF)和总产仔数(TNB)三个性状的基因组育种值。对两个生长性状（AGE和BF）使用双性状动物模型进行估计，对总产仔数性状使用单性状重复力模型。使用年轻群体验证和5倍交叉验证两种验证方法，计算基因组估计育种值与育种值之间的相关系数和基因组估计育种值对估计育种值的回归系数，分别评价单倍型基因组预测准确性和无偏性。【结果】年轻群体作为验证群体的基因组预测结果表明，相较于液相50K SNP，基因型质量控制后，靶向捕获重测序标记数由液相50K 的42 302增加到了88 105，但其对三个性状的基因组选择准确性反而有所下降。通过靶向block方法划分的单倍型区块平均包含SNP 2.08个、单倍型等位基因5.67个。基于三种单倍型区块划分方法进行的单倍型基因组选择准确性都得到了提高，其中靶向block提升幅度最大，AGE、BF和TNB三个性状准确性比液相50K分别提高了4.80%，1.98%和6.04%，靶向block多数情况下基因组预测无偏性最优。交叉验证结果与年轻群体验证相似，靶向block方法相较于单标记SNP和其他单倍型区块划分方法均有一定优势，固定间距400 bp划分单倍型的基因组选择效果与靶向block单倍型接近但计算时间增加；固定2个和5个SNP单倍型区块划分方法单倍型基因组预测准确性较单个SNP均有一定提升，但低于靶向block单倍型。【结论】由于液相芯片标记的特点，靶向重测序数据mSNP与液相50K SNP芯片标记多数处于高度连锁不平衡状态，利用靶向block划分的单倍型基因组选择准确性优于50K SNP以及其他两种单倍型区块划分方法，进一步利用了液相芯片的技术优势，拓宽了基于GBTS技术的液相芯片在基因组分析方面的应用。

我国中东部主要养猪地区死亡育肥猪呼吸道病原菌的流行病学调查及猪多杀性巴氏杆菌的特性鉴定

罗素贤, 周红, 蔺辉星, 范红结

中国农业科学. 2024, 57(11): 2254-2264. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.016

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【目的】从我国中东部主要养猪地区因呼吸道疾病死亡的育肥猪病料中分离主要病原菌，并进行鉴定和分型，为近年流行的猪呼吸道病原菌的防控治疗提供流行病学依据。此外，对分离的猪多杀性巴氏杆菌（Pm）特性进行鉴定，为Pm疫苗研制提供参考。【方法】收集2021-2023年我国中东部主要养猪地区规模化猪场因呼吸道疾病死亡的育肥猪的病猪肺脏；用血琼脂和TSA培养基分离病原菌，通过微生物学和分子生物学方法鉴定分离菌株；合成adk、est、gdh、mdh、pgi、pmi和zwf基因引物，以分离的Pm为模板进行PCR，通过测序7对管家基因对Pm进行MLST分型；通过PCR对Pm进行荚膜分型和脂多糖分型；通过PCR对Pm的毒力因子进行检测；在ICR小鼠对单一分离的A型和部分D、F型Pm进行毒力鉴定；检测JS-65、JS-51和JS-34在ICR小鼠的LD₅₀。【结果】共分离Pm 73株，分离率为15.53%；分离猪链球菌（SS）71株、猪胸膜肺炎放线杆菌（APP）29株和副猪格拉菌（GPS）10株，分离率分别为15.11%、6.17%和2.13%。分型结果表明，Pm主要为A：L3型，占55%；SS主要为9型，占38.03%；APP主要为15型，占51.72%；GPS主要为5/12型，占60%。混合感染包括Pm+SS，Pm+APP，SS+APP和Pm+APP+GPS，混合感染占总猪群的16.67%。共分离到3种Pm荚膜型：A（67%）、D（30%）和F（3%）型；2种脂多糖型：L3型（56%）和L6型（44%）；9种ST分型：ST79、ST50、ST7、ST74、ST13、ST27、ST9、ST287和ST370，所占比例分别为33%、26%、16%、10%、4%、4%、3%、3%和1%。毒力基因检测结果表明：ptfA、fimA、hsf-2、exbB、exbD、tonB、fur、nanH、sodA和sodC的阳性率大于95%；hsf-1、pfhA、tadD、hgbA、hgbB、pmHAS、ompA、ompH、oma87和plpB阳性率在40%-90%之间；tbpA和nanB阳性率在10%-30%；未检出toxA。毒力鉴定结果表明A型菌株在剂量小于10² CFU时导致小鼠全部死亡，D型菌株在10³ CFU剂量时小鼠死亡率为60%-100%，F型菌株在5×10³ CFU剂量时小鼠死亡率为60%。在ICR小鼠检测JS-65、JS-51和JS-34的LD₅₀，结果表明JS-65 LD₅₀<10 CFU，JS-51 LD₅₀=6.3×10² CFU，JS-34 LD₅₀=3.98×10³ CFU。【结论】2021-2023年我国中东部主要养猪地区病原菌分离结果表明，Pm、SS、APP和GPS是死亡育肥猪的主要呼吸道病原菌，Pm在肺脏中的分离率最高。采用RIRDC分型鉴定到一株ST370 Pm，拓展了猪Pm的MLST分型数据。Pm优势基因型为A：L3：ST79，其在ICR小鼠中毒力最强，最小致死量小于10 CFU，为后续Pm灭活疫苗研制奠定基础。

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