中国农业科学

2024年第57卷第12期中英文目录

中国农业科学. 2024, 57(12): 0.

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玉米苯丙氨酸解氨酶（PAL）家族基因分析及ZmPAL5的功能研究

曹丽茹, 叶飞宇, 库丽霞, 马晨晨, 庞芸芸, 梁小菡, 张新, 鲁晓民

中国农业科学. 2024, 57(12): 2265-2281. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.001

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【目的】挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制，为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】采用转录组数据结合加权基因共表达网络（weighted gene co-expression network，WGCNA）与抗旱性生理生化指标的筛选方法，鉴定与抗旱和复水相关的ZmPAL基因。利用生物信息学方法对编码PAL的基因进行全基因组分析。运用实时荧光定量PCR（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）检测ZmPAL基因在干旱处理条件下的表达情况，以及ZmPAL5在不同自交系间的表达特性和在不同组织中的表达模式。最后，利用遗传转化分析ZmPAL5在玉米中的抗旱功能，并借助CRISPR/Cas9技术对PAL5同源基因进行缺失型拟南芥突变体的抗旱性分析。【结果】鉴定了19个玉米ZmPAL基因，其中6个基因聚集在第5染色体上，其编码蛋白多为亲水性酸性蛋白，且PAL家族基因的进化相对保守。ZmPAL基因启动子区域含有大量与激素和非生物应激响应相关的顺式作用元件。确定了6个核心基因，其中4个基因在干旱处理后显著上调表达。尤其是ZmPAL5在干旱胁迫后表达量增加了8.57倍。在干旱胁迫和复水处理条件下，发现抗旱自交系郑8713中ZmPAL5的表达水平显著高于旱敏感自交系B73。同时，ZmPAL5是一个组成型表达基因，在幼茎中表现出高水平的表达。过表达ZmPAL5玉米在干旱胁迫下生长良好，其相对含水量、木质素、叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量，以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性分别是野生型的1.52、1.49、1.47、1.43、1.44、1.41、1.53、1.41和1.35倍，但丙二醛含量是野生型的0.65倍。PAL5缺失型拟南芥突变体对干旱敏感。在干旱胁迫下，其生理生化指标与过表达ZmPAL5玉米的指标变化趋势相反。【结论】筛选出6个响应干旱胁迫的核心基因（ZmPAL3、ZmPAL5、ZmPAL6、ZmPAL8、ZmPAL11和ZmPAL13），其中，ZmPAL5的表达量与抗旱性呈正相关。ZmPAL5通过影响渗透调节物质含量和抗氧化酶活性正向调节植物的抗旱性和恢复能力。

芝麻籽粒植酸含量高通量检测方法的建立与低植酸种质的筛选

杨茜, 游均, 周瑢, 方圣, 张艳欣, 吴自明, 王林海

中国农业科学. 2024, 57(12): 2282-2294. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.002

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【目的】植酸是芝麻中主要的抗营养成分之一。探究芝麻籽粒植酸高效提取最优条件，建立植酸含量高通量检测方法，并应用于芝麻群体材料植酸含量变异检测和低植酸种质资源筛选，推动芝麻植酸基础研究和低植酸品种选育。【方法】以0.4 mol·L^-1 HCl为提取溶剂，进行种子量、捣碎时间、捣碎频率、提取液体积等单因素试验，对芝麻籽粒植酸进行提取，结合微量化铁沉淀法高通量测定植酸含量。在单因素试验的基础上，进行Box-Behnken四因素三水平的响应面试验，建立植酸得率为响应值的二次多项式回归方程模型，并绘制响应曲面图和等高线图，分析影响植酸得率的主要因素及各因素间的交互作用，确定植酸含量检测的最优提取条件。利用该参数条件对2个环境下种植的200份芝麻种质资源进行植酸含量测定，筛选低植酸种质。【结果】方差分析显示，建立的回归模型具有高度显著性（P<0.0001），失拟项不显著（P>0.05），方程对试验拟合较好，可用此回归方程对芝麻籽粒植酸提取试验进行优化。4个因素的一次项对植酸得率的影响均达到极显著水平，对植酸得率的影响大小依次为种子量>捣碎时间>捣碎频率>提取液体积。响应面分析图表明，种子量和捣碎时间、种子量和捣碎频率、捣碎时间和捣碎频率、捣碎时间和提取液体积、捣碎频率和提取液体积之间具有一定的交互作用。经过单因素条件及响应面设计优化的植酸最佳提取条件参数为种子量30 mg、捣碎时间6.5 min、捣碎频率50 Hz、提取液体积435 μL，在此条件下的植酸得率预测值为14.03 mg·g^-1，实际植酸平均得率为14.14 mg·g^-1，模型预测值与试验实际值十分接近。从200份种质资源中筛选出3份稳定的低植酸芝麻种质，平均含量为11.63 mg·g^-1。【结论】建立了芝麻植酸高效提取检测技术，可以显著减少试验时长，减少样品使用量，检测结果重复性好，准确性高。

低升糖型马铃薯品种的筛选

段惠敏, 刘玲玲, 夏露露, 袁剑龙, 程李香, 陈爱荣, 张峰

中国农业科学. 2024, 57(12): 2295-2308. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.003

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【目的】筛选低升糖型马铃薯品种，是控制血糖、减少肥胖、保护口腔健康的需要，也是满足多元消费需求和增加马铃薯产出效率的重要途径，为实现低升糖指数马铃薯品种选育和生物育种改良提供依据。【方法】以8个国内外主栽马铃薯品种为试验材料，考证块茎农艺性状、分析蒸制加工前后块茎总淀粉、直链淀粉、快速消化淀粉、慢速消化淀粉、抗性淀粉、可溶性糖、不可溶性膳食纤维、可溶性膳食纤维、可溶性蛋白质的含量和保留程度，以及加工后块茎风味品质和体内外升糖指数。【结果】 8个品种产量为21.50—49.90 t·hm^-2，商品率为60.04%—90.21%，长宽比为1.21—2.90；品种风味感官评价得分为64—73；物性分析仪测定结果，硬度为9.78—19.97 N，粘附性为0.44—1.66 mJ，内聚性为0.052—0.070，弹性为0.51—1.02 mm，咀嚼性为0.28—1.38 mJ。蒸制前后，8个品种总淀粉含量范围分别为67.07%—76.72%和57.69%—67.40% DW（dry weight，DW）；直链淀粉含量范围为5.36%—19.23% DW和5.43%—6.83% DW；快速消化淀粉含量范围为1.18%—8.23% DW和14.31%—28.56% DW；慢速消化淀粉含量范围为3.33%—7.69% DW和12.81%—27.65% DW；抗性淀粉含量范围为53.71%—70.36% DW和11.80%—25.80% DW；可溶性糖含量范围为25.98—56.86 mg·g^-1 DW和11.38—50.24 mg·g^-1 DW；总膳食纤维含量范围为29.62%—36.17% DW和43.67%—52.55% DW；不可溶性膳食纤维含量范围为17.69%—23.70% DW和30.31%—44.12% DW；可溶性膳食纤维含量范围为11.07%—18.48% DW和7.37%—14.09% DW；可溶性蛋白质含量范围为42.26—64.14 mg·g^-1 DW和0.71—4.82 mg·g^-1 DW。加工后8个品种总淀粉含量变化范围为-15.49%—-5.97%，直链淀粉含量变化范围为-12.39%—0.56%，快速消化淀粉、慢速消化淀粉和抗性淀粉的变化范围分别为10.44%—25.86%、5.12%—23.09%和-56.8%—-29.88%，可溶性糖含量变化范围为-27.07%—15.70%，不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维变化范围分别为11.41%—25.19%和-4.73%—0.77%，可溶性蛋白质变化范围为-60.86%—-39.67%；相关性分析发现，升糖指数与块茎总淀粉、快速消化淀粉和慢速消化淀粉含量呈显著正相关，与抗性淀粉和不可溶性膳食纤维含量则呈显著负相关；8个品种体内升糖指数为58.08—100.64，体外升糖指数为57.80—92.47。【结论】体外升糖指数可作体内升糖指数的替代评价方式，块茎总淀粉、快速消化淀粉、慢速消化淀粉、抗性淀粉和不可溶膳食纤维含量是选育和筛选低升糖型马铃薯品种的关键指标，Lucinda是蒸煮加工后风味品质较好的低升糖指数型马铃薯品种。

南粳系列超级稻品种灌浆期光合产物的分配特性

魏晓东, 宋雪梅, 王宁, 赵庆勇, 朱镇, 陈涛, 赵凌, 王才林, 张亚东

中国农业科学. 2024, 57(12): 2309-2321. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.004

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【目的】研究南粳系列超级稻灌浆期光合产物转运和分配及相关基因表达量的变化特性及其与对照品种的差异，总结南粳系列超级稻高产的生理优势，为优质高产粳稻的培育提供理论依据。【方法】采用南粳5718、南粳晶谷、南粳3908和南粳5055为研究对象，以淮稻5号为对照，在孕穗期、开花期以及开花后每隔7 d至成熟期测定剑叶光合速率、地上部干物质分配和转运，以及剑叶和籽粒发育不同时期物质转运相关基因的表达量，统计产量差异。【结果】南粳系列超级稻产量和千粒重高于淮稻5号，其剑叶净光合速率在孕穗期和花后28 d显著高于淮稻5号。在物质转运方面，南粳系列超级稻开花后茎叶干重、叶片输出量、输出率和转运率显著高于淮稻5号，其中南粳5718叶片输出量和输出率最高。南粳5718剑叶中与淀粉降解和糖类代谢相关基因（OsSPS1，OsSUT2，OsGWD1）的表达比其他品种启动早，最高表达量也高于其他品种。籽粒中SWEET基因在灌浆早期的蔗糖转运过程中扮演重要角色，中后期OsPK3、OsSUT1、OsSUT2基因在糖类的运输卸载中发挥重要作用，OsAGPL2和OsDPE1基因在中后期淀粉合成中发挥重要作用，南粳5718、南粳晶谷、南粳3908籽粒中与淀粉合成和糖类运输的相关基因在不同时期的表达量显著高于淮稻5号。【结论】南粳系列超级稻较高的产量在物质转运方面主要有以下特征：茎秆和叶片物质积累量多，穗积累量大，叶片和茎秆物质转运率高；叶片中蔗糖代谢和转运相关基因表达量高，有利于蔗糖在源端的合成、装载和转运；籽粒中蔗糖转运和淀粉合成相关基因表达量高，有利于蔗糖在库端的卸载及籽粒中淀粉的合成。

基于改进Mask R-CNN的小麦在穗籽粒表型参数测试方法

王赟赟, 李毅念, 陈玉仑, 丁启朔, 何瑞银

中国农业科学. 2024, 57(12): 2322-2335. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.005

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【目的】针对小麦籽粒性状参数获取需要脱粒后测量，测量程序繁杂、费时费力的缺点，提出基于深度学习的小麦在穗籽粒表型参数测试方法。【方法】采集镇麦25、宁麦13和农麦88这3个品种小麦穗两侧正视图像，利用小麦穗正视图像构建图像增强数据集，提出深度学习与形态学处理相结合的小麦在穗籽粒表型参数测试方法。首先，建立基于改进Mask R-CNN网络的麦穗颖壳分割模型，模型以ResNet和FNP为特征提取网络并引入坐标注意力（CA）模块、聚合模块和半卷积模块，实现麦穗图像中颖壳的准确定位、分割和籽粒计数。其次，利用分割的麦穗颖壳掩膜图经形态学处理方法提取麦穗颖壳的5个表型参数，并建立麦穗颖壳表型参数与颖壳内籽粒表型参数之间的线性相关关系。最后，利用麦穗颖壳表型参数与籽粒表型参数之间的线性相关关系预测籽粒表型参数。【结果】（1）基于改进Mask R-CNN网络的麦穗颖壳分割模型的平均精确率AP为94.13%，F1值为91.12%，召回率为88.30%，单幅图像平均检测耗时97 ms，可以快速、精准地识别单粒麦穗颖壳。模型的籽粒计数的均方根误差和平均相对误差分别为0.94个和0.65%，可见模型分割籽粒的精度较高。（2）麦穗颖壳与籽粒之间的表型参数粒长、粒厚、面积、周长、长径比线性相关关系式为：y=0.7258x、y=0.5166x、y=0.3748x、y=0.6756x、y=1.4085x，其决定系数（R²）均在0.85以上。（3）利用图像获取的麦穗颖壳参数数据对上述相关性模型进行验证并预测籽粒表型参数，粒长、粒厚、面积、周长、长径比5个参数的均方根误差和平均相对误差分别为0.17 mm、0.08 mm、0.46 mm²、0.33 mm、0.12和0.02%、0.02%、0.02%、0.02%、0.03%，每个参数的预测数据与实际数据之间的决定系数（R²）均在0.85以上，说明本文提出的籽粒表型预测方法可行。【结论】基于深度学习的小麦在穗籽粒表型测试方法能够通过麦穗颖壳表型参数精确预测小麦在穗籽粒的表型参数，为快速简便提取小麦籽粒表型参数提供了新的方法。

东北地区未来春玉米干旱风险时空分布及对气候变化的响应

杨王华, 刘志娟, 巩敬锦, 付真真, 张太林, 张晓龙, 沈彦军, 杨晓光

中国农业科学. 2024, 57(12): 2336-2349. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.006

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【目的】干旱是影响中国农业生产的主要自然灾害之一。东北地区作为中国最大的玉米生产基地，气候变化背景下干旱频发重发严重影响玉米的高产稳产。评估未来气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及其空间格局变化，为该地区春玉米防旱避灾以及保障其高产稳产提供科学依据。【方法】选取东北地区春玉米潜在种植区为研究区域，基于ISIMIP输出的SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5 3种气候情景的1981—2060年逐日气象资料以及53个农业气象观测站1981—2014年春玉米生育期资料，选取作物水分亏缺指数（crop water deficit index，CWDI）为农业干旱指标，分析东北地区春玉米不同生育时期不同等级干旱时空分布特征，选择最优概率理论分布函数进行干旱指数序列的概率估算，基于信息扩散理论估算得到各点春玉米不同等级干旱风险，构建干旱风险指数，评估未来不同气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及未来各等级风险区的空间格局变化。【结果】（1）1981—2014年东北地区春玉米全生育期干旱指数总体呈西南高东北低的特征，表现为内蒙古东四盟（57.3%）>黑龙江省（40.6%）>辽宁省（39.5%）>吉林省（38.9%）。（2）研究区域春玉米生育中期干旱指数整体高于生育前期和生育后期。其中，2030s和2050s研究区域春玉米生育前期干旱风险概率为轻旱>中旱≈重旱>特旱，生育中期干旱风险概率为特旱>重旱>轻旱≈中旱，生育后期干旱风险概率轻旱>中旱>重旱>特旱。（3）1981—2060年，SSP1-2.6低排放情景下，东北地区春玉米较高等级干旱风险发生概率将减少，极高和较高干旱风险区明显向西南收缩，2030s和2050s面积占比分别减少5.4%和9.6%、0.8%和2.5%；而SSP3-7.0和SSP5-8.5两个高排放情景下，较高等级干旱风险发生概率增加，且较高干旱风险区向东北扩张，2050s面积占比分别增加8.5%和9.7%。【结论】基于干旱风险指数的未来干旱风险时空分布格局中，东北春玉米干旱风险呈现由西南向东北减少的特征，且未来SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，较高干旱风险区向东北方向扩张，需关注作物关键生育时期提出针对性的防御措施。

广东省番茄白尖曲叶病病原鉴定及其致病性分析

王愿, 都梦丹, 李正刚, 佘小漫, 于琳, 蓝国兵, 丁善文, 何自福, 汤亚飞

中国农业科学. 2024, 57(12): 2350-2363. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.007

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【目的】洋桔梗耳突曲叶病毒（lisianthus enation leaf curl virus，LELCV）是2015年发现的菜豆金色黄花叶病毒属（Begomovirus）病毒新种。论文旨在探究入侵中国大陆的首个LELCV分离物Tomato-2022的分子特征、亲缘关系、致病性及有效传播介体，为防控该病毒病提供理论依据。【方法】 2022年，在广东省广州市增城区发生一种番茄新病害，病株表现叶小、卷曲、叶尖白化症状，采集两份病样提取总DNA，利用Begomovirus通用引物AV₄₉₄/CoPR进行PCR检测。选取PCR检测为阳性的样品进行RCA扩增、酶切、克隆及测序，获得分离物Tomato-2022的基因组全长序列。采用BLASTn程序对病毒序列进行相似性检索并下载相似性较高的代表分离物序列，进一步用SDTv1.2的MUSCLE alignment方法进行序列相似性比对；利用软件MEGA7.0对获得的Tomato-2022基因组序列及已报道的相似性较高的代表分离物进行系统发育分析。应用酶切连接法构建Tomato-2022的侵染性克隆pGreenII0229-1.6A，通过农杆菌介导注射接种本氏烟叶片和番茄茎秆，测定其致病性。采取室内人工传毒方法，测定烟粉虱MEAM1隐种对分离物Tomato-2022的传播效率。利用LELCV的PCR特异引物对2021—2023年采集于广东省番茄主产区的135份番茄病样进行检测，明确该病毒在广东省的分布。【结果】 PCR检测结果表明，两份表现叶小、卷曲、叶尖白化症状的番茄病样感染了菜豆金色黄花叶病毒属病毒。基因克隆与序列分析显示，该病毒分离物Tomato-2022基因组仅含DNA-A，大小为2 757 nt，含有6个ORF。序列相似性比较表明，分离物Tomato-2022基因组序列与已登录GenBank的LELCV各分离物相似性较高，其中与LELCV中国台湾洋桔梗分离物（LC091539、LC091538）相似性最高，为98.33%。系统发育分析显示，Tomato-2022与LELCV的19个分离物聚在一个独立的分支，亲缘关系较近。利用构建的Tomato-2022侵染性克隆pGreenII0229-1.6A，农杆菌介导注射接种本氏烟和番茄，10 dpi，本氏烟上部叶叶缘轻微上卷，1株番茄的新叶轻微卷曲；18 dpi，本氏烟和番茄植株均表现较为明显的卷曲症状；随着接种时间的延长，接种植株的症状越来越明显，30 dpi，本氏烟表现叶脉肿大、叶片严重卷曲，番茄植株的叶片表现卷曲、叶尖白化；PCR检测表明，在接种发病本氏烟和番茄植株中均能检测到LELCV。室内传毒试验证明，烟粉虱MEAM1隐种能高效传播Tomato-2022，当每株番茄接1、5、10头饲毒48 h的烟粉虱时，MEAM1的平均传毒效率分别为26.67%、93.33%、96.67%。PCR检测结果表明，采集的135份番茄病样中，8份样品检测到LELCV，说明LELCV已在广东省定殖。【结论】 Tomato-2022是洋桔梗耳突曲叶病毒的一个新分离物，也是在中国大陆发现的第一个分离物，其基因组为单链环状DNA，全长为2 757 nt，编码6个ORF；该病毒分离物是引起广东省番茄曲叶、叶尖白化病的病原，可被烟粉虱MEAM1隐种高效传播。

布氏白僵菌菌株JG-17的鉴定及对3种金龟子的毒力测定

曹伟平, 丰硕, 程佳旭, 陈丹, 吴青君, 宋健

中国农业科学. 2024, 57(12): 2364-2377. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.008

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【目的】基于金龟子类害虫种类繁多、危害严重的现状以及农业对具有生态友好、可持续治理特点的生物防治的迫切需求，研究布氏白僵菌（Beauveria brongniartii）菌株JG-17对我国3种重要金龟子幼虫和成虫的毒力，为金龟子生防制剂的研发提供优良的菌种资源。【方法】采用稀释挑取法和病原菌回接法，在感病金龟子成虫虫尸上分离获得高毒力病原真菌；通过形态学与rDNA-ITS基因序列分析确定菌株JG-17的分类地位；采用十字交叉测量法和血球计数板法测定不同温度下菌株JG-17的生长速率和产孢量；采用浸渍法测定菌株JG-17对华北大黑鳃金龟（Holotrichia oblita）、暗黑鳃金龟（Holotrichia parallela）和铜绿丽金龟（Anomala corpulenta）成虫和幼虫的毒力；通过盆栽试验测定菌株JG-17对暗黑鳃金龟2龄幼虫的防治效果。【结果】分离获得一株对3种金龟子成虫和幼虫同时具有较高毒力的白僵菌菌株JG-17，结合形态学和rDNA分子鉴定结果，确定菌株JG-17为布氏白僵菌。25—29 ℃为JG-17的适宜生长温度，生长速率均在4 mm·d^-1以上，27 ℃下，JG-17的生长速率和产孢量最高。JG-17 1×10⁸个孢子/mL处理浓度下，华北大黑鳃金龟、铜绿丽金龟和暗黑鳃金龟成虫13 d累计死亡率分别为78.0%、100.0%和86.0%，LT₅₀分别为9.458、6.911和8.391 d。相同处理浓度下，JG-17对暗黑鳃金龟幼虫的毒力高于铜绿丽金龟和华北大黑鳃金龟，1×10⁸个孢子/mL浓度下，华北大黑鳃金龟、铜绿丽金龟和暗黑鳃金龟1龄幼虫13 d的累计死亡率分别为76.7%、96.7%和100.0%，2龄幼虫13 d的累计死亡率分别为66.7%、36.7%和100.0%；不同孢子浓度下，对暗黑鳃金龟1龄和2龄幼虫的LT₅₀均明显低于铜绿丽金龟和华北大黑鳃金龟。盆栽试验中，相同施用剂量下，中耕期淋灌处理的暗黑鳃金龟幼虫死亡率与沟施处理的幼虫死亡率差异不显著，播种前撒施方式下取得相近的防治效果需要10倍以上的孢子量。【结论】布氏白僵菌JG-17对华北大黑鳃金龟、暗黑鳃金龟和铜绿丽金龟成虫和幼虫均具有较高致死率，对防治金龟子类地下害虫具有较大的开发应用潜力。

影响呼伦贝尔草原土壤有机碳空间变异的主导因素

薛玮, 徐丽君, 聂莹莹, 吴欣珈, 严翊丹, 叶立明, 柳新伟

中国农业科学. 2024, 57(12): 2378-2389. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.009

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【背景】土壤有机碳（SOC）是草地生态系统全球碳循环中的关键组成部分。在气候变化和草地土壤退化的背景下，草地碳循环的研究引起了广泛的关注，特别是对草地SOC在不同时间和空间尺度上的动态和驱动因素的深入分析。然而，对草地SOC长期动态变化的估计和空间变异驱动因子分析目前主要基于遥感建模方法和模拟预测，而非直接测量。【目的】评估呼伦贝尔草原不同时期SOC空间变异因子的相对重要性及其变化特征。【方法】基于1980年全国第二次土壤调查数据，在2022年重复了呼伦贝尔草原第二次土壤调查的31个样点的土壤剖面，并通过建立多元线性模型和广义相加模型对这两个时期SOC变化及其驱动因子进行量化分析。【结果】 1980—2022年，40年间呼伦贝尔草原SOC由17.25 g·kg^-1增加到17.62 g·kg^-1，增加了0.37 g·kg^-1。气候因子的相对重要性从1980年的22.1%增加到2022年的72.9%。相比之下，地形和利用强度因子的相对重要性下降，分别从1980年的38.8%和39.2%下降到2022年的13.5%和13.5%。【结论】气候因子、地形和利用强度共同主导了呼伦贝尔草原土壤有机碳的空间变异。在过去的40多年里，影响草地SOC变化的气候因子已由次要贡献因素演变为主要控制因素。

长期不同施肥和深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用及土壤钾形态的影响

杨文辉, 罗灏程, 董二伟, 王劲松, 王媛, 刘秋霞, 黄晓磊, 焦晓燕

中国农业科学. 2024, 57(12): 2390-2403. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.010

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【目的】研究长期施用化肥钾、秸秆还田、有机肥配施化肥钾结合秸秆还田及其深翻对玉米高粱轮作体系作物钾利用效率、土壤钾形态及非交换性钾释放的影响，为合理使用钾肥和提高钾养分资源高效利用提供理论依据。【方法】于2011—2022年在山西省晋中市进行长期定位试验，共设6个处理：不施肥（CK）、氮磷肥（NP）、氮磷钾肥（NPK）、秸秆还田结合有机肥（MS）、氮磷钾肥配施有机肥结合秸秆还田（NPKMS）、氮磷钾肥配施有机肥结合秸秆还田和深翻（NPKMSD），研究不同施肥处理对作物籽粒产量、地上部钾吸收量、钾利用效率、土壤钾形态和土壤非交换性钾释放特征的影响。【结果】与NP和NPK比较，MS、NPKMS和NPKMSD提高籽粒产量6%—8%，地上部钾吸收量提高22%—43%。NPKMS和NPKMSD 处理钾素农学利用效率仅为NPK和MS的50%；施肥改变了土壤剖面钾形态，2022年收获后与CK、NP和NPK处理相比，MS、NPKMS和NPKMSD 处理0—20 cm土层速效钾含量分别提高了2.2—2.8倍，缓效钾提高了8%—10%；与NPKMS比较，NPKMSD提高了20—40 cm土层速效钾含量。基于随机森林回归模型分析表明，0—20和20—40 cm土层的速效钾与缓效钾含量能解释地上部钾吸收量的64.1%，0—20 cm土层速效钾、缓效钾含量和20—40 cm土层的速效钾含量是影响植株钾吸收的关键因子。用氯化钙浸提时NPK、MS、NPKMS 和 NPKMSD 处理0—20 cm土层非交换性钾累积释放量分别是 NP 的1.04、1.77、1.99和1.81倍，柠檬酸浸提时则分别为1.05、1.41、1.85和1.63倍。与NPKMS 处理比较，NPKMSD处理20—40 cm土层柠檬酸浸提的非交换性钾累积释放量提高17.8%，而氯化钙浸提对其非交换性钾累积释放量没有显著影响。【结论】与施用相当量的化肥钾比较，秸秆还田和有机肥能明显活化土壤钾，提高土壤有效钾和缓效钾的含量，提高钾肥利用效率。化肥钾配施有机肥结合秸秆还田会造成作物钾奢侈吸收降低钾利用效率。深翻提高根层下土层速效钾含量但对产量影响不显著。秸秆还田和有机肥明显促进土壤非交换性钾的释放速率和累积释放量，长期秸秆还田结合适量有机肥能够替代化学钾肥。

不同生态区冬油菜根系生长及碳氮积累分配特征

黄方园, 卞潇华, 蒋展, 肖晓璐, 段博, 陈畅, 马霓, 关周博

中国农业科学. 2024, 57(12): 2404-2423. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.011

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【目的】作物产量受到生态环境的显著影响。研究不同气候条件下冬油菜的产量形成机制，为冬油菜高产品种选育和高产栽培提供理论基础。【方法】选择高产油菜品种秦优1618（Q1618）、油菜材料QF1以及常规油菜品种中双11（ZS11），2020—2021年在黄淮地区（陕西永寿）和长江中游地区（湖北阳逻）分别进行大田试验，研究不同生态区3个不同品种冬油菜的生长发育和生理特性。【结果】不同生态区显著影响冬油菜根系生长特性、干物质积累分配和碳氮积累特征。两个生态区均以Q1618的根系生长最为旺盛，其根长在越冬期较ZS11和QF1分别平均提高了21.0%和6.0%。此外，在阳逻3个品种油菜花期的根系主要集中分布在土壤浅层（0—15 cm），永寿点主要集中分布在土壤深层（15—30 cm）。与ZS11和QF1相比，两个地点的Q1618油菜花期的深层根长、根表面积、根系平均直径、根尖数分别平均提高了138.1%、78.8%、24.2%、83.3%和104.8%、103.1%、44.2%、41.6%。油菜越冬期和花期根系生长与产量显著正相关，且在永寿点相关性更强；越冬期，黄淮产区油菜地上部干物质积累减缓，叶片氮含量降低，根部可溶性糖含量积累，各器官（根、茎、叶）中蔗糖、果糖含量整体表现为QF1>Q1618>ZS11，且该区各器官可溶性糖含量与产量正相关。长江中游产区冬油菜根茎叶基本处于同步生长期，其越冬期干物质积累量整体较黄淮产区提高 3.0倍，而该区越冬期干物质积累与单株有效角果数显著正相关。抽薹期后，两个试验点均以Q1618的干物质积累量最大，永寿试验点冬油菜成熟期的干物质积累量和角果中的干物质分配比例提高，分别较阳逻点显著提高10.3%和39.0%。整体而言，长江中游产区提高了冬油菜单株有效角果数，但黄淮产区冬油菜通过提高每角粒数和千粒重，其实测产量（除ZS11受冻害严重减产外）较长江中游产区平均提高了21.1%。相关性分析也表明，永寿点油菜产量与每角粒数和千粒重显著正相关，阳逻点油菜产量与单株有效角果数显著正相关。【结论】长江中游地区通过促进油菜冬前生长，提高单株有效角果数。黄淮产区则通过适当控制越冬期油菜地上部营养体的生长，抽薹期后促进根和茎秆的干物质向籽粒分配来提高每角粒数和千粒重，有利于实现冬油菜高产。

加工型/鲜食型辣椒不同成熟期果实比较代谢组学分析

高成安, 万红建, 叶青静, 程远, 刘晨旭, 何勇

中国农业科学. 2024, 57(12): 2424-2438. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.012

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【目的】辣椒是我国广泛栽培的蔬菜作物，根据栽培类型可分为加工型与鲜食型。本研究鉴定并比较加工型和鲜食型辣椒在绿熟期和红熟期果实中的代谢物，为阐明加工型和鲜食型辣椒果实之间的代谢和品质差异提供理论基础。【方法】以加工型辣椒P059和鲜食型辣椒F270两个品种的绿熟期和红熟期果实为样本，通过液相色谱质谱联用技术（LC-MS）和多元统计学等方法鉴定并比较差异代谢物。【结果】加工型辣椒P059和鲜食型辣椒F270的绿熟期和红熟期果实中共检测到1 465种代谢物，这些代谢物被分为多种类别，包括脂类、氨基酸和萜类等。对两种类型辣椒相同成熟期的代谢物进行比较分析，发现P059红熟期和绿熟期果实中的脂类物质都显著高于相同成熟阶段的F270，如亚油酸通路（map00591）的亚油酸和9,10-二羟基-12-十八碳烯酸在P059中的含量是F270的两倍多。两种类型辣椒的绿熟期果实中，P059中亚精胺含量更高，是F270的2倍多；而F270高香草酸含量更高，是P059的2.93倍。对于红熟期果实，P059的辣椒素含量是F270的5.74倍；而F270中脯氨酸含量是P059的2.47倍。此外，对两种类型辣椒成熟过程中的差异代谢物进行比较分析，发现精氨酸和脯氨酸代谢通路（map00330）中的N-氨甲酰腐胺仅在P059成熟过程中存在差异，红熟期含量是绿熟期的2倍以上，而在F270中无显著差异；维生素A含量则仅在F270成熟过程中存在显著差异，其含量在红熟期上升幅度达277%。柠檬酸和脱落酸在P059和F270成熟过程中均显著上调（P059红熟期分别是绿熟期的1.7倍和8.4倍；F270红熟期中分别是绿熟期的1.7倍和12倍），而13-羟基-9,11-十八碳二烯酸在两种类型辣椒成熟过程中的变化趋势不同，其在P059中上调约300%，而在F270中显著降低。【结论】根据脂类、氨基酸类、维生素和有机酸等多种差异代谢物可以区分两种类型辣椒。此外，本研究还揭示了柠檬酸、脱落酸、13-羟基-9,11-十八碳二烯酸等特定代谢产物在两种类型辣椒果实成熟过程中的变化趋势。

基于靶向代谢组学的山楂黄色和红色果皮呈色物质差异分析

郭荣琨, 董宁光, 农惠兰, 王菡, 滕维超, 孟佳欣

中国农业科学. 2024, 57(12): 2439-2453. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.013

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【目的】探究黄色山楂和红色山楂成熟过程中果皮类黄酮和类胡萝卜素的积累模式，增加对山楂果皮呈色机理的认识，为果皮色泽定向遗传育种提供参考。【方法】以黄山楂‘金如意’（Crataegus pinnatifida Jinruyi）和红山楂‘软籽’（Crataegus pinnatifida Ruanzi）的果皮为试材，利用靶向代谢组学对2个品种5个生长时期果皮中的类黄酮和类胡萝卜素组分及含量进行定性定量研究，通过正交偏最小二乘分析（OPLS-DA）对不同果色品种果皮中积累的类黄酮和类胡萝卜素代谢物进行差异分析。【结果】两个山楂品种果皮中共检测出130种类黄酮代谢物和49种类胡萝卜素代谢物，这些物质在不同品种、不同生长时期内的山楂果皮中存在显著的种类及含量差异。‘软籽’山楂果皮中花青素含量远高于‘金如意’山楂果皮，成熟期（S5）花青素化合物在红色山楂和黄色山楂果皮中的总含量分别为930.04和2.32 µg·g^-1，两个品种山楂果皮中花青素含量相差约400倍。矢车菊素-3-O-半乳糖苷是最主要的花青素成分，其在花青素代谢物总含量中占比高达95%以上。类胡萝卜素代谢分析显示，‘软籽’和‘金如意’S1—S3时期果皮总类胡萝卜素含量无显著差异，主要积累的类胡萝卜素成分均为叶黄素。S4—S5时期，两种山楂果皮中类胡萝卜素含量差异逐渐扩大，β-胡萝卜素、β-隐黄质、新黄质、α-胡萝卜素和玉米黄质在‘金如意’果皮中大量积累，其含量高于‘软籽’山楂。【结论】花青素积累是导致‘软籽’山楂果皮在成熟期呈现红色的主要原因，类胡萝卜素的积累是‘金如意’山楂发育后期黄色加深的主要原因，花青素和类胡萝卜素的差异性积累是造成山楂果皮颜色差异的关键因素。

2021—2022年上海地区大米、玉米、大豆和面粉中多种真菌毒素混合污染特征和交互作用分析

朱佐银, 赵含珂, 程海生, 韩梦怡, 裘知, 王杰, 周新丽, 杨俊花

中国农业科学. 2024, 57(12): 2454-2466. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.014

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【目的】粮食食品原料中多种真菌毒素混合污染是一个备受关注的问题。本研究分析上海地区大米、玉米、黄豆和面粉中14种真菌毒素混合污染特征和交互作用，为真菌毒素的安全性评估、预警和监管提供基础数据，为制定更有效的监测和控制策略提供科学依据。【方法】采用超高效液相色谱串联-三重四级杆质谱技术，测定上海地区621份大米、玉米、黄豆和面粉中14种真菌毒素的含量，通过共同污染指数、相关性聚类分析、单因素方差分析和JAVA程序分析其混合污染的特征和真菌毒素的交互概率。【结果】市售粮食食品原料中检出的真菌毒素主要有赭曲霉毒素A（OTA）、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、黄曲霉毒素（AFs）和伏马毒素（FUMs）。其中，大米主要受OTA和DON污染，玉米主要受FUMs和DON污染，黄豆主要受DON和AFs污染，面粉主要受DON及其衍生物污染。根据安全限量标准，4种粮食食品原料中真菌毒素的超标率不超过2.09%，但有87.76%的样品受到2种或2种以上的毒素影响，混合污染率较高。其中，交互率（25.44%）较高的组合有伏马毒素B1+伏马毒素B2（FB₁+FB₂）、DON+FB₁、OTA+FB₁、OTA+DON、黄曲霉毒素M2（AFM₂）+OTA、DON+FB₁+FB₂。在交互率较高的真菌毒素组合中，大多数组合呈弱相关，而FB₁+伏马毒素B3（FB₃）、黄曲霉毒素B1（AFB₁）+DON、DON+15-ADON这些组合交互率较高且呈中度相关。【结论】上海地区大米、玉米、黄豆和面粉等受真菌毒素的污染水平和超标水平总体相对较低，但单一样品受到多种毒素混合污染的比例较高，呈现出一定的样品种类差异。真菌毒素对大米、玉米、黄豆和面粉的污染是一个复杂的问题，研究结果可为今后市售粮食食品原料中多种真菌毒素共存的防控提供重要的参考。

日粮添加蛹虫草缓解脂多糖诱导的仔猪肝损伤和骨骼肌蛋白质降解

蔡睿杰, 褚艺心, 史新娥, 靳建军, 杨公社

中国农业科学. 2024, 57(12): 2467-2482. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.015

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【目的】探讨日粮中添加蛹虫草对断奶仔猪生长和免疫性能的影响及调节断奶仔猪免疫应激的机制，为新型饲料添加剂筛选提供依据。【方法】选取相同日龄、初始体重相似的杜×长×大早期断奶仔猪144头并随机分为4组：NC组（基础日粮）、LPS组（LPS+基础日粮）、LPS+500CM组（LPS+基础日粮+500 mg·kg^-1 CM）、LPS+1 000 CM（LPS+基础日粮+1 000 mg·kg^-1 CM）。NC组和LPS组饲喂基础日粮，LPS+500CM组和LPS+1000CM组分别按照比例将蛹虫草粉与基础日粮充分混匀后饲喂。饲养结束后，每组随机挑选6头（公母各半）屠宰，屠宰前4h对LPS组、LPS+500CM组和LPS+1000CM组腹腔注射LPS，NC组注射等量生理盐水。屠宰后采集背最长肌、心脏、肝脏、脾脏、胰脏和肾脏进行检测。【结果】对体重及采食量统计分析，结果显示，日粮添加蛹虫草饲喂仔猪对仔猪平均日采食量无显著影响，而添加500 mg·kg^-1CM和1 000 mg·kg^-1CM的仔猪分别比对照组仔猪体重提高了8.58%（P<0.05）和9.08%（P<0.05）。相比于NC组，LPS组仔猪脾脏指数显著降低（P<0.05），而LPS+500CM组和LPS+1000CM组仔猪脾脏指数均显著高于LPS组（P<0.05）。肝功能生物标志物和总胆汁酸检测表明，LPS组仔猪肝脏ALT水平比NC组显著升高（P <0.05），AST、LDH、总胆汁酸水平有上升趋势。而饲料中添加有蛹虫草的LPS+500CM组和LPS+1000CM组的ALT、AST、LDH和总胆汁酸水平均比LPS组的指标显著降低。肝脏抗氧化指标和炎症因子表达检测显示，LPS组仔猪肝脏的MDA、LPO、T-AOC水平及炎症因子表达显著升高（P<0.05），而CAT、GSH-Px、T-SOD水平显著降低（P<0.01），而用蛹虫草饲喂仔猪可以显著缓解这些指标的升高或降低。LPS组骨骼肌粗蛋白和氨基酸含量显著减低（P<0.01），而日粮添加蛹虫草饲喂可以显著缓解LPS导致的蛋白和氨基酸含量减少（P<0.01）。与NC相比，LPS组炎症因子表达显著升高（P<0.05），而日粮添加蛹虫草饲喂后炎症因子表达比LPS组显著降低（P<0.05）。LPS组仔猪背最长肌中的MDA和LPO和水平显著高于NC组（P<0.01），而T-AOC、CAT、GSH-Px和T-SOD水平则显著降低（P<0.01），日粮添加蛹虫草可缓解这种异常的升高或降低。对Akt、t-mTOR、4EBP1、FOXO1磷酸化水平进行检测，发现LPS组相比于NC组具有降低的趋势，而MAFbx、MuRF1的蛋白表达水平显著升高（P<0.05）。日粮中添加蛹虫草饲喂后，仔猪背最长肌Akt、FOXO1磷酸化水平显著提高（P<0.05），而MAFbx、MuRF1蛋白表达水平显著降低（P<0.05）。【结论】日粮中添加蛹虫草可以提高断奶仔猪生长性能和免疫性能；蛹虫草可以抑制LPS导致的背最长肌粗蛋白和总氨基酸含量降低；蛹虫草可以抑制肝脏炎症和肝细胞过度增殖和凋亡，并提高了肝脏抗氧化能力；蛹虫草可以抑制断奶仔猪背最长肌炎症、氧化应激和蛋白质分解。总之，日粮中添加蛹虫草可以提高断奶仔猪生长和免疫性能，缓解LPS导致的肝损伤及蛋白质的降解，为筛选新型饲料添加剂及预防断奶仔猪免疫应激提供理论依据。

围产期日粮添加姜黄素对山羊生产性能、血液指标及炎症因子基因表达的影响

陈恒光, 裴晓蒙, 夏雨婷, 刘静, 茆达干

中国农业科学. 2024, 57(12): 2483-2496. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.12.016

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【背景】山羊繁殖力对肉羊产业有直接影响，而围产期是山羊繁殖过程中特殊的生理时期，此时母畜采食量减少，能量摄入降低，同时子代的营养需求急剧增加，母羊在此阶段容易进入能量负平衡状态，诱发一系列不良反应，如代谢疾病，炎症反应，造成免疫抑制甚至流产等问题。【目的】通过对围产期日粮添加姜黄素缓解母羊能量负平衡状态，从山羊生产性能、血液指标和炎症因子基因表达等方面入手，为改善围产期山羊健康提出可行路径。【方法】选择18只妊娠122 d（即产前28 d）的经产苏白母山羊，分为对照组（无添加，Con）和姜黄素组（Curcumin, 下文缩写Cur补充Cur 800 mg·kg^-1DMI）。采集母羊产前21 d（d_-21）、产后0（d₀）和21 d（d₂₁）的血液，测定生产性能、血液指标及炎症因子基因表达。【结果】 Cur处理不影响母羊采食量、羔羊出生体重体尺和日增重；两组母羊分娩前后采食量均表现为先下降后升高的趋势，在分娩当日采食量最低（P=0.097）。Cur处理有提高血清葡萄糖含量的趋势（P=0.075）。Cur处理显著降低d₀和d₂₁的血清游离脂肪酸（NEFA）含量（P<0.05），但不影响低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）、总胆固醇（TC）及甘油三酯（TG）含量（P>0.05）。Cur处理有提高d₂₁总抗氧化能力（T-AOC）水平的趋势（P=0.073），显著降低了d₀丙二醛（MDA）含量，但不影响超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）水平（P>0.05）。Cur处理不影响免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）含量（P>0.05）。Cur处理显著升高d₂₁核转录因子红系2（Nrf2）表达量（P<0.05），降低d₀肿瘤坏死因子（TNFα）表达量（P<0.05），但不影响白细胞介素-1（IL-1）、白细胞介素-6（IL-6）及干扰素γ（IFNγ）基因表达量（P>0.05）。【结论】围产期日粮添加姜黄素能在一定程度上降低围产期母羊的血清游离脂肪酸水平，增强抗氧化性能，降低炎症反应。

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