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当期目录

    2024年 第57卷 第22期 刊出日期:2024-11-16
      
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    2024年第57卷第22期中英文目录
    中国农业科学. 2024, 57(22):  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
    优质高产小麦新品种泰科麦33的遗传构成分析
    亓晓蕾, 王君, 吕广德, 牟秋焕, 米勇, 孙盈盈, 尹逊栋, 钱兆国, 王瑞霞, 吴科
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4391-4401.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.001
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    【目的】小麦新品种泰科麦33兼具优质高产抗病等优良特性,遗传基础丰富,是一个具有较大应用潜力的新品种。通过构建泰科麦33基因型图谱,解析其遗传构成,为小麦新品种的选育和亲本选配提供依据。【方法】利用55K SNP芯片标记对泰科麦33及其系谱亲本中郑麦366、淮阴9908、豫麦47、PH82-2-2、豫麦13、豫麦2号、百农3217、偃大24、咸农39、丰产3号和阿夫等小麦品种(或品系)进行全基因组扫描,绘制基因型图谱,分析不同供试亲本对泰科麦33的遗传贡献,解析泰科麦33的遗传构成。【结果】泰科麦33及其供试系谱亲本之间的相似性系数为0.72—0.93,泰科麦33与郑麦366具有较大的遗传相似度,遗传相似系数为0.93。SNP标记分析表明,系谱母本和系谱父本对泰科麦33的遗传贡献率分别为66.57%和33.43%,两系谱亲本遗传贡献和理论值出现了较大偏离,说明泰科麦33更多地继承了系谱母本的遗传物质。在亚基因组水平上,系谱母本在A、B和D 3个亚基因组水平上的遗传贡献率分别为71.0%、85.0%和49.4%;而系谱父本的遗传贡献率分别为29.0%、15.0%和50.6%。在各染色体水平上,系谱母本在1A、2A、3A、4A、7A、1B-7B、1D和2D等14条染色体上遗传贡献率均高于系谱父本,系谱父本在5A、4D、6D和7D等4条染色体上遗传贡献率均高于系谱母本;系谱母本和系谱父本在6A、3D和5D等3条染色体上遗传贡献率相当。基因型图谱分析发现,系谱母本贡献位点分布在1A、5A、7A、2B、7B和2D染色体;系谱父本的贡献位点分布在4A、5A、6D和7D染色体上。对比泰科麦33与亲本郑麦366和淮阴9908的SNP多态性,发现有109个SNP位点与两亲本基因型均不相同,分布在除1A和6A之外的19条染色体上;泰科麦33在4A、2B、6B和7D染色体上的差异位点数目最多且成簇分布,各染色体差异位点数分别为10、9、11和9。【结论】构建了泰科麦33的基因型图谱,明确了其遗传构成特点;发现泰科麦33更多地继承了系谱母本的遗传物质,确定了其来源于不同亲本的贡献位点及自身特有的差异位点。

    大豆油分相关功能基因分子标记开发与鉴定及优异等位变异聚合分析
    吴传磊, 胡晓渝, 王伟, 苗龙, 白鹏宇, 王郭伋, 李娜, 舒阔, 邱丽娟, 王晓波
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4402-4415.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.002
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    【目的】聚合大豆高油基因型旨在育种出更高含油量的品种,以提高经济效益和营养价值。为增加农业产出、降低加工成本、满足全球对植物油增长需求提供依据。【方法】利用生物信息学分析方法对Glyma.18G027100所在的C2基因家族在全基因组水平上进行鉴定,共鉴定出66个大豆C2基因家族成员,根据染色体位置命名为GmC2-01.1GmC2-20.2。组织模式表达分析,在66个C2家族基因中共发现7个在籽粒中高表达基因(GmC2-03.6GmC2-02.7GmC2-07.2GmC2-18.1GmC2-18.4GmC2-19.1GmC2-20.2),为分析上述基因在大豆油分含量中的效应位点,从SFGB数据库中获得上述基因在编码区的SNP位点,2年油分含量相关分析表明,GmC2-18.1存在极显著影响油分含量的SNP位点。利用12份极端材料对GmC2-18.1编码区遗传多样性进行分析,在Wm82.a2.v1版本编码区2 038 273 bp处存在G/A变异调控种子油分含量,初步推测这个基因在籽粒发育或者营养物质积累中发挥作用。接着,对GmC2-18.1-G/A基因结合已报道的功能基因GmSWEET39起始密码子上游225 bp的InDel自然等位变异位点、GmST1在编码区8 381 058处存在T/C自然等位变异位点、GmMFT在编码区在41 854 422 bp第三个外显子处存在A/C自然等位变异位点开发SNP/InDel分子标记,并通过2年1 200份来自全国三大生态区的大豆种质资源材料进行标记验证。【结果】方差分析结果表明,GmC2-18.1-GGmSWEET39-DeletionGmST1-TGmMFT-A显著增加油分含量1.72、1.95、1.58和2.06个百分点(P<0.01)。进一步对上述基因进行聚合分析,结果表明,携带GmC2-18.1-GGmSWEET39-DeletionGmST1-TGmMFT-A高油等位变异类型(PFAT-1)的大豆种子平均油分含量为22.89%,相较于携有GmC2-18.1-AGmSWEET39-InsertionGmST1-CGmMFT-C低油等位变异类型(PFAT-14)大豆种子平均油分含量增加约4.5个百分点,对油分含量的贡献率约为21.69%。【结论】基于上述所开发标记,筛选出115份PFAT-1类型高油等位变异材料。

    谷子SiCIPK21的克隆及功能分析
    杜艳伟, 阎晓光, 赵晋锋, 贾苏卿, 王高鸿, 余爱丽, 张鹏
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4416-4430.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.003
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    【目的】Ca2+-CBL-CIPK信号系统在植物响应非生物逆境中具有重要功能。克隆谷子SiCIPK21,并研究其抗逆功能,为谷子抗逆分子育种提供关键候选基因和理论依据。【方法】利用生物信息学分析SiCIPK21启动子区域的顺式作用元件,预测其蛋白与拟南芥AtCBL的互作关系。通过PCR技术克隆SiCIPK21,构建融合表达载体在烟草中瞬时表达,确定亚细胞定位。从谷子品种豫谷1号叶片中特异性扩增SiCIPK21的部分片段,构建重组载体VIGS-pTRV2-SiCIPK21,以谷子八氢番茄红素脱氢酶(SiPDS)为指示基因,选取二叶期的谷子幼苗,通过子叶注射进行侵染,利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术研究盐(250 mmol·L-1 NaCl)胁迫下SiCIPK21在谷子苗期的作用。在拟南芥中过表达SiCIPK21获得T3代转基因株系。在不同浓度NaCl(150/175 mmol·L-1)、甘露醇(300/400 mmol·L-1)和ABA(0.25/0.5 μmol·L-1)处理下对萌发期的表型进行分析,同时,对苗期的耐盐和耐旱表型进行分析。【结果】亚细胞定位显示,SiCIPK21位于细胞核。SiCIPK21可能与拟南芥AtCBL2、AtCBL3、AtCBL4、AtCBL9和AtCBL10互作。SiCIPK21启动子区域含有逆境应答元件,暗示SiCIPK21可能参与谷子的逆境应答。VIGS基因沉默试验表明,沉默谷子SiCIPK21植株对盐胁迫的敏感性增加。通过遗传转化获得3个独立的T3代拟南芥过表达株系(2#、3#和6#)。在不同浓度NaCl(150/175 mmol·L-1)、甘露醇(300/400 mmol·L-1)和ABA(0.25/0.5 μmol·L-1)条件下的萌发率、萌发速度、绿色子叶展开率、根系长度和鲜重均显著高于野生型植株(WT);在拟南芥苗期,过表达株系的成活率和叶绿素含量显著提高,对盐胁迫和干旱的耐受性增强。【结论】SiCIPK21是植物响应盐和干旱胁迫的正调控因子,SiCIPK21可作为提高谷子抗逆分子育种的候选基因。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    不同施氮量下黑土地春玉米籽粒淀粉积累动态及产量形成差异
    曹文茁, 于振文, 张永丽, 张振, 石玉, 王永军
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4431-4443.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.004
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    【目的】明确适宜施氮量条件下黑土地春玉米籽粒淀粉积累动态和产量形成的生理机制,以期为春玉米高产高效栽培技术提供理论依据。【方法】田间试验于2022和2023年2个春玉米生长季,在吉林省公主岭市吉林省农业科学院试验田开展,设置5个施氮量处理:全生育期不施氮(N0)、90 kg·hm-2(N90)、135 kg·hm-2(N135)、180 kg·hm-2(N180)和225 kg·hm-2(N225),通过测定春玉米穗位叶蔗糖含量和蔗糖代谢关键酶活性探究不同施氮量条件下穗位叶蔗糖合成能力和籽粒淀粉合成能力;通过Logistic方程拟合春玉米籽粒总淀粉及其组分积累特性,明确施氮量对春玉米籽粒淀粉积累动态及产量形成的影响。【结果】(1)春玉米产量随施氮量增加先升高后降低,N0、N90、N135、N180、N225处理两年平均产量分别为8 992.90、11 199.47、12 126.78、14 049.42、13 213.21 kg·hm-2,以施氮量为180 kg·hm-2的N180处理最高。(2)N180处理开花后0、12、24、36、48 d穗位叶蔗糖含量、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性均显著高于N0、N90、N135处理,与N225处理无显著差异。开花后24、36、48 d,N180处理籽粒可溶性淀粉酶(SSS)活性最高,较N0、N90、N135、N225处理两年平均分别提高62.43%、31.33%、14.85%、7.80%。(3)Logistic方程解析表明,各处理籽粒总淀粉、支链、直链淀粉积累速率和活跃积累期随施氮量的增加先升高后降低,均以N180处理最优。与N0、N90、N135、N225处理相比,N180处理两年平均总淀粉积累速率和积累活跃期分别高43.35%、23.16%、13.22%、5.92%和7.30%、3.84%、4.11%、3.83%,两年平均籽粒淀粉积累速率达到最大时籽粒淀粉积累量为12.90 g,各处理成熟期总淀粉积累量分别为6 725.60、8 510.17、9 150.62、10 387.35、9 604.04 kg·hm-2。(4)相关分析结果表明,春玉米产量与灌浆期穗位叶蔗糖含量、蔗糖合成酶活性、磷酸蔗糖合成酶活性、籽粒可溶性淀粉合成酶活性、籽粒总淀粉积累量、支链淀粉积累量、直链淀粉积累量呈显著正相关;穗位叶蔗糖含量、蔗糖合成酶活性、磷酸蔗糖合成酶活性、籽粒可溶性淀粉合成酶活性与籽粒淀粉及其组分积累量亦呈显著正相关。【结论】施氮量为180 kg·hm-2处理下春玉米灌浆期穗位叶蔗糖代谢关键酶和籽粒可溶性淀粉合成酶活性最高,灌浆期籽粒淀粉积累速率最大,淀粉活跃积累期最长,籽粒产量和淀粉积累量最高,为本试验条件下的最优处理。

    不同带状间作模式对棉花生长发育和生产力的影响
    张永莉, 张宁, 徐姣, 许豆豆, 成芳, 张成龙, 吴碧波, 巩养仓, 贺云新, 魏尚职, 屠小菊, 刘爱玉, 周仲华
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4444-4458.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.005
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    【目的】分析不同带状间作模式对棉花生物量积累与分配、光合性能及产量的影响,探究不同带状间作模式下棉花增产增效潜在机制,提出适宜长江流域的最优棉田带状间作种植模式。【方法】通过2点田间试验,以棉花单作(MC)为对照,设置棉花-甘薯(CS)、棉花-菜豆(CB)和棉花-甜瓜(CM)3种间作模式,2种带状配置分别为3﹕3和4﹕2,分析不同带状间作模式对棉株生物量积累、各器官分配、光合性能和产量的影响,并计算比较各带状间作模式下的棉花偏土地当量比和经济效益。【结果】2点田间试验带状间作模式下的平均籽棉产量和皮棉产量较MC均显著提高,其中,与棉花间作甘薯和棉花间作甜瓜相比,棉花间作菜豆产量优势最为显著,且2点田间试验CB 3﹕3模式籽棉产量较MC分别提高23.20%和32.46%,皮棉产量较MC分别提高26.43%和32.53%,其主要原因是单株成铃数分别为26.58和24.43个,较MC分别显著提高22.21%和28.85%。而衡阳棉花间作甘薯CS 4﹕2模式铃重较MC显著降低3.01%。盛铃期,带状间作模式下棉株生物量积累总量均大于MC,生殖器官分配比例较茎秆和叶片显著提高,且衡阳各间作模式下生殖器官占比均达50%以上。从盛蕾期到吐絮期,各种植模式叶面积指数均呈现先上升后下降的趋势,与MC相比,盛铃期各间作模式下棉株相对叶绿素含量和净光合速率均显著提高,其中,2点田间试验棉花间作菜豆最具优势,净光合速率较MC分别提高6.25%—6.29%和2.85%—2.90%,能够有效改善棉株光合性能,最终实现增产。在不同带状间作模式下,2点田间试验棉田总经济效益较MC增幅分别为1.24—2.70倍和1.42—3.09倍。从棉花的偏土地当量比来看,除长沙CS 4﹕2模式外,2点田间试验其余带状间作模式均表现出间作产量优势。【结论】不同带状间作模式产量的提高主要是通过生物量积累、同化物分配和光合性能的改善来实现的。表现最佳的是棉花间作甘薯CS 3﹕3模式,能够确保较高产量和间作优势,适宜在长江流域推广种植。

    密度对油菜角果性状的影响及高产油菜增产路径分析
    李亦扬, 王龙, 钱晨, 李静, 林国冰, 瞿雯婷, 王炎, 林耀威, 黄怡航, 郑经东, 尤晶晶, 左青松
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4459-4472.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.006
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    【目的】种植密度是重要的产量调控因子,影响油菜角果数量和角果质量形成。在油菜角果达到一定数量基础上提升角果质量,从而进一步挖掘油菜增产潜力,探讨角果质量对油菜群体产量形成的影响。【方法】于2021—2022和2022—2023年度在扬州大学世业洲试验基地,以秦优10号和宁杂1838为供试品种,设置5个密度处理,分别为2.4×105株/hm2(D1)、3.6×105株/hm2(D2)、4.8×105株/hm2(D3)、6.0×105株/hm2(D4)和7.2×105株/hm2(D5),研究密度对产量、冠层性状以及角果性状等影响。【结果】从D1至D5处理,随着密度增加,群体角果数和小区产量均先增加后降低,群体角果数D3和D4处理较高,小区产量D2和D3处理较高。不同处理结角层厚度的变化范围为41.50—80.98 cm,从D2处理开始,随着密度增加,结角层厚度显著降低;不同处理着角密度的变化范围为0.98×104—2.16×104·m-3,随着密度增加显著增加。根据所有处理群体平均每角粒数的大小将角果分为低效、中效和高效3种类型,粒数分别为≤14粒、15—17粒和≥18粒。低效、中效和高效类型角果的单角产量的平均值分别为19.40×10-3、53.41×10-3和80.62×10-3 g,低效、中效和高效3种类型角果数量比例的变化范围分别为27.60%—40.96%、8.39%—19.73%和39.31%—63.28%。3种类型角果中,高效角果的产量占比最高,低效、中效和高效3种类型的变化范围分别为8.41%—15.62%、7.24%—22.01%和62.60%—83.92%。D3至D5处理,随着密度增加,高效角果数量及其占比均显著降低,小区产量显著降低。【结论】油菜目标实收产量4 500 kg·hm-2(300 kg/亩),适期播种条件下适宜密度范围和群体质量指标包括:密度3.6×105—4.8×105株/hm2(2.4×104—3.2×104株/亩),群体角果数83.0×106—94.0×106·hm-2(550×104—620×104/亩),达到18粒的高效角果数量比例在50%以上。在保证适量角果数的基础上,通过增加角果粒数,提高高效角果数量和比例是油菜进一步增产的有效路径。

    植物保护
    基于VIGS的柑橘黄化脉明病毒防控技术研究
    李楚欣, 宋晨虎, 周金环, 李佳欣, 王新亮, 田旭斌, 宋震
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4473-4482.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.007
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    【目的】柑橘黄化脉明病毒(citrus yellow vein clearing virus,CYVCV)是一种严重危害柑橘产业的新发病毒,目前尚无有效的治疗药剂,主要通过使用无病毒苗木和严格防控传播虫媒进行防控。本研究旨在探索基于病毒介导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)的CYVCV防控技术,以期获得抗病毒“疫苗”,为柑橘病毒病防控提供新思路。【方法】基于实验室前期构建的VIGS载体pCLBV201,针对CYVCV基因组ORF1(open reading frame 1)、ORF6CP(coat protein)和TGB(triple gene block)的保守区域设计、构建一系列重组载体,通过农杆菌介导的真空浸润接种尤力克柠檬并进行RT-PCR检测。获得pCLBV201-ORF1、pCLBV201-ORF6、pCLBV201-CP、pCLBV201-TGB阳性植株后,通过农杆菌介导的注射法接种CYVCV侵染性克隆,并以pCLBV201空载接种植株为对照,开展RT-qPCR、Western blot检测、症状观察和病情指数统计,从而明确不同VIGS重组载体对CYVCV的防控效果。【结果】构建了系列pCLBV201重组载体,接种后的RT-PCR检测结果表明,分别获得pCLBV201-ORF1、pCLBV201-ORF6、pCLBV201-CP、pCLBV201-TGB阳性植株多株;注射接种CYVCV侵染性克隆,7、14、28、70和150 dpi(days post infection)的RT-qPCR检测结果显示,pCLBV201-CP和pCLBV201-TGB处理组的CYVCV相对表达量均较对照显著降低;70和150 dpi Western blot检测结果表明,pCLBV201-CP和pCLBV201-TGB处理组的CP蛋白表达量显著下降;症状观察显示,对照组表现为严重的脉明、叶片扭曲等CYVCV侵染典型症状,pCLBV201-CP处理组植株的症状轻微,pCLBV201-TGB处理组植株不表现明显症状;70和150 dpi病情指数统计显示,pCLBV201-CP和pCLBV201-TGB的病情指数最低,分别为17.6、41.2和15.6、29.1,而对照组为52.1、80.0,差异明显。【结论】研发了基于VIGS的CYVCV防控技术,明确了pCLBV201-CP、pCLBV201-TGB能够显著降低病毒滴度、减轻病毒引起症状,有用作CYVCV防控“疫苗”的潜力。

    线粒体编码基因ND6ATP6介导锈赤扁谷盗低温耐受性形成的机制
    袁国庆, 陈二虎, 唐培安
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4483-4494.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.008
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    【背景】低温可以引起变温动物的适应性反应,其中储粮重要害虫锈赤扁谷盗(Cryptolestes ferrugineus)对低温环境展现出极强的适应能力。线粒体编码基因对维持生物体的呼吸代谢和ATP合成至关重要,其在昆虫中具有多种功能,然而线粒体基因在昆虫中的低温适应性功能知之甚少。【目的】明确线粒体编码基因在储粮害虫锈赤扁谷盗低温适应性形成过程中的作用。【方法】测定两个锈赤扁谷盗地理种群ST(石塘)和CK(长康)试虫在致死低温(-20 ℃)下的耐受性;利用CO2检测仪和ATP含量试剂盒测定ST和CK种群锈赤扁谷盗的呼吸速率和ATP含量;通过RT-qPCR技术测定ST和CK种群锈赤扁谷盗之间13个线粒体编码基因的相对表达水平;利用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术沉默锈赤扁谷盗关键线粒体编码基因ND6ATP6,并分析ND6ATP6被有效沉默后锈赤扁谷盗的另外12个线粒体编码基因表达水平、呼吸速率、ATP含量以及低温耐受性变化情况。【结果】锈赤扁谷盗CK种群的低温耐受性高于ST种群,而CK种群的呼吸速率和ATP含量仅为ST种群的58.68%和62.54%,并且CK种群除ND3外的12个线粒体编码基因表达水平均显著低于ST种群。ST和CK种群的低温耐受性与生理指标(呼吸速率、ATP含量和线粒体编码基因表达水平)之间存在负相关关系。通过饲喂dsRNA有效沉默关键线粒体编码基因ND6ATP6后,锈赤扁谷盗呼吸速率和ATP含量显著降低,低温耐受性显著增强。【结论】线粒体编码基因ND6ATP6调控能量代谢参与锈赤扁谷盗低温耐受性形成。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    玉米大豆间作减量施氮对当季作物农艺性状、经济效益和后茬小麦产量的影响
    董奎军, 张亦涛, 刘瀚文, 张继宗, 王伟军, 温延臣, 雷秋良, 文宏达
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4495-4506.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.009
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    【目的】旨在明确施氮量对夏播玉米间作大豆的作物产量构成、经济效益及其后茬冬小麦产量的影响。【方法】2022—2023年,在玉米大豆条带复合种植主要推广区域山东省禹城市选择代表性农田,夏播季设置玉米单作(施肥量225 kg·hm-2)、大豆单作(施氮量45 kg·hm-2)、玉米大豆间作全量施氮(施氮量270 kg·hm-2,玉米条带和大豆条分别施氮225和45 kg·hm-2)、玉米大豆间作减量施氮(施氮量135 kg·hm-2, 玉米条带和大豆条带分别施氮90 和45 kg·hm-2)。后茬种植小麦,不设施肥处理。分析不同夏播处理对当季作物光合特性、农艺性状、经济效益以及后茬小麦产量的影响。【结果】种植模式和施氮量不同均会影响间作作物生长发育。相对玉米单作种植,间作减量施氮在拔节期和抽雄期玉米叶片的叶绿素含量以及Pn、Gs、Ci和Tr显著降低;而间作全量施氮中玉米叶片Pn、Gs和Tr分别显著提高了8.8%、10%、11.6%。不同间作处理下大豆叶绿素含量均降低,叶片Pn、Gs、Tr受到抑制,农艺性状方面茎长增加、单株荚数降低,导致产量降低65.1%—68.4%。间作全量施氮的玉米农艺性状和产量与单作玉米没有显著差异,且该模式下经济效益最高,达到22 607元/hm2,而减量施氮下玉米的穗长、穗粒数、百粒重等农艺性状显著降低,产量下降14.8%。但总体来说玉米大豆间作两种施氮量处理的土地当量比均大于1,经济效益、作物吸氮量分别较玉米单作提高4.8%—11.5%和19.7%—38%。后茬冬小麦在不施肥情况下,夏播季间作全量施氮的后茬冬小麦籽粒产量、吸氮量均高于其他处理,间作减量施氮与夏播玉米单作的后茬冬小麦产量无显著差异。【结论】从农艺性状、产量、经济效益以及对后茬作物影响的综合分析,间作全量施氮效果优于间作减量施氮,但统筹考虑产量、经济效益和环境效益,间作种植施氮量还可在全量施氮的基础上进一步优化。

    中国农业净碳汇再测算:现状特征、时空格局及其影响因素
    田云, 王骁睿, 尹忞昊, 张蕙杰
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4507-4521.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.010
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    【目的】基于当前“双碳”战略目标,厘清农业净碳汇现状特征、时空格局及其影响因素,为加快推进农业增汇减排提供重要支撑。【方法】在科学重构指标体系的基础上,利用碳汇/碳排放因子法对中国农业净碳汇进行测算并分析其现状特征;而后运用空间自相关模型探讨其空间依赖性与空间异质性;最后利用最小二乘法剖析影响农业净碳汇强度变化的主要因素。【结果】2005—2022年中国农业净碳汇总量虽存在一定年际波动,但整体上升趋势明显,结合其演变特征可大致划分为“持续上升”“波动下降”“快速上升”与“缓慢上升”4个阶段;农业净碳汇强度同样处于上升态势仅演变轨迹略有区别,结合其增速差异可大致划分为“持续较快增长”“缓慢增长”“波动起伏”与“缓慢增长”4个阶段。2022年农业净碳汇量省际差异较大,且以内蒙古居首,上海最末,相比2005年所有省份均显著增加;2022年农业净碳汇强度以河南居首,青海最末,相比2005年所有省份均有不同程度提升。中国省域农业净碳汇强度整体表现出明显的空间依赖性,同时也存在局部空间聚类现象,超过7成省份呈现出明显的空间集聚特征,且位于高-高集聚和低-低集聚的省份数量正趋于接近。耕地利用结构、城镇化水平、农村居民收入水平和农业内部产业结构均对农业净碳汇强度产生显著影响。具体表现为粮食作物播种面积占比越高、或城镇化率越高、或农村居民收入水平越高、或种植业与畜牧业占比越大,农业净碳汇强度越高。【结论】中国农业净碳汇总量与强度均处于波动上升态势,且省际间差异明显;中国农业净碳汇强度表现出明显的空间依赖性与空间异质性;农业净碳汇强度受耕地利用结构、城镇化水平、农村居民收入水平和农业内部产业结构等因素的影响。应通过建立健全低碳农业发展政策支持体系、强化省际交流与合作、加大财政支农资金投入力度等措施推进增汇减排,促进农业净碳汇量的提升。

    园艺
    低温胁迫下链霉菌TOR3209对番茄叶绿素荧光特性和叶黄素循环的影响
    马佳, 彭杰丽, 贾楠, 王旭, 王占武, 胡栋
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4522-4540.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.011
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    【目的】研究链霉菌TOR3209提高番茄低温耐受能力的生物学机制,从叶绿素荧光特性和叶黄素循环两方面入手揭示TOR3209对光系统II(PSII)的保护机制。【方法】以番茄为试验材料,将4叶期番茄幼苗于移栽时施加TOR3209菌剂,并于移栽30 d后进行低温(5 ℃)处理,设置常温TOR3209(TOR3209)、常温NI(NI)、低温TOR3209(TOR3209+C)和低温NI(NI+C)4个处理。比较低温胁迫下接菌和未接菌植株PSII性能、非光化学淬灭(NPQ)相关的叶绿素荧光参数、叶黄素循环组分、紫黄质脱环氧化酶(VDE)活性和抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环的差异。【结果】链霉菌TOR3209可缓解低温诱导的PSII实际光化学效率Y(II)的下降,避免了PSII光抑制。低温胁迫下番茄叶片快速叶绿素荧光诱导动力学(OJIP)曲线的J点明显上升同时出现K点,快速叶绿素荧光诱导动力学分析(JIP-test)发现,相对荧光曲线的初始斜率(Mo)增加,用于初级醌受体(QA)下游电子传递的能量比例(Ψo)降低,以吸收光能为基础的光化学性能指数(PIABS)减小;施加TOR3209菌剂的植株J点未上升且能够抑制K点的出现,Mo、Ψo和PIABS均能回归到常温水平,即TOR3209对PSII受体侧电子传递体和供体侧放氧复合体(OEC)均起到保护作用。TOR3209抑制低温胁迫下番茄叶片PIABS和以单位面积为基础的性能指数(PICS)的显著降低,结合荧光参数NPQ和保护性热耗散(ФNPQ)显著增加且非调节性能量耗散(ФNO)显著降低,证实促进保护性热耗散是TOR3209保护PSII的作用机制。低温胁迫导致番茄叶片叶黄素总库含量和VDE活性的降低,且AsA-GSH循环中的抗氧化酶(抗坏血酸过氧化物酶APX、谷胱甘肽还原酶GR、单脱氢抗坏血酸还原酶MDHAR)活性和抗氧化剂(抗坏血酸AsA、还原型谷胱甘肽GSH)含量降低,叶黄素循环启动减慢,叶片光合能力受到抑制。TOR3209不仅能提高低温胁迫下叶黄素脱环氧化状态(DEPS),而且增加叶黄素总库含量和VDE活性,进一步提高非光化学淬灭水平,及时转化过剩光能,保护光合机构的稳定性;TOR3209也能提高低温胁迫下番茄叶片上述抗氧化酶活性和抗氧化剂AsA的含量,优化AsA-GSH循环系统以清除活性氧(ROS)的同时还能促进叶黄素循环。【结论】TOR3209提高低温胁迫下番茄叶片光合电子传递活性维持PSII稳定性,促进叶黄素循环介导的热耗散缓解PSII光抑制,优化AsA-GSH循环减轻PSII氧化胁迫,增强番茄耐低温能力。

    小麦和蚕豆填闲及其腐解液对连作辣椒幼苗生长及疫病的影响
    路露, 李一诺, 张修国, 高丹美, 吴凤芝
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4541-4552.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.012
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    【目的】明确填闲作物腐解液对连作辣椒幼苗生长及疫病的影响,为麦、豆填闲减轻辣椒的连作障碍提供理论依据和技术支撑。【方法】以辣椒以及辣椒连作土壤为研究对象,首先设置了小麦(A)、蚕豆(B)、大叶臭菜(C)、小麦和蚕豆混合(AB)、小麦和大叶臭菜混合(AC)、蚕豆和大叶臭菜混合(BC)以及小麦、蚕豆和大叶臭菜混合(ABC)等7个填闲处理,以不填闲作物为对照(CK),研究不同处理对辣椒生长和疫病的影响;其次,为了探明填闲作物腐解液在促生控病中的作用,设置4个不同浓度的小麦和蚕豆混合秸秆腐解液(0.01、0.03、0.05和0.07 g·mL-1)处理,以蒸馏水为对照(CK),探究不同处理对辣椒幼苗生长及疫病的影响。【结果】移栽20和30 d时,小麦和蚕豆混合填闲处理的辣椒全株鲜重、全株干重、株高均显著高于不填闲处理,发病率及病情指数均显著低于不填闲处理,其中小麦和蚕豆混合填闲处理的病情指数显著低于其他处理。小麦和蚕豆混合秸秆腐解液处理20和30 d时显著提高了辣椒全株鲜重;30 d时,除0.01 g·mL-1处理外的其他处理辣椒全株干重均显著提高,0.03 g·mL-1处理相较于蒸馏水处理显著提高了辣椒的根长、根系平均直径、根表面积、根体积、根尖数及叶片的过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性(P<0.05);不同浓度的小麦和蚕豆混合秸秆腐解液处理的辣椒疫霉菌菌丝直径、游动孢子萌发率和产孢量均显著低于蒸馏水处理(P<0.05),其中浓度为0.03 g·mL-1处理的菌丝直径、游动孢子萌发率显著低于其他处理,浓度为0.03 g·mL-1的处理对疫病菌和疫病的抑制效果最好。【结论】小麦与蚕豆混合填闲对连作辣椒幼苗具有促生、抑病作用,其秸秆腐解液在其中发挥重要作用,腐解液浓度为0.03 g·mL-1时的效果最佳,其作用与对疫病菌的直接抑制和提高植株防御酶活性密切相关。

    食品科学与工程
    基于GC-IMS和GC×GC-ToF-MS技术分析产地对羊肚菌挥发性风味成分的影响
    周晓倩, 李晓贝, 张艳梅, 周昌艳, 任佳丽, 赵晓燕
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4553-4567.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.013
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    【目的】筛选不同产地羊肚菌特征挥发性化合物,揭示不同产地羊肚菌风味特征。【方法】在上海、江苏、云南、青海、湖南和湖北6地按当地生产模式栽培六妹羊肚菌,以冻干后的羊肚菌干制品为研究材料,运用顶空固相微萃取结合气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)以及全二维气相色谱-飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-tlight mass spectrometry,GC×GC-ToF-MS)法对6个地区羊肚菌的风味成分及含量进行鉴定,开展主成分、聚类和多因素分析,并建立基本的数据库。【结果】GC-IMS共检出183种挥发性化合物,云南地区羊肚菌醇类和杂环类物质较多,且与其他地区相比有显著差异;湖南地区羊肚菌1-辛烯-3-醇含量高于其他地区;江苏地区羊肚菌含有的醛类物质最多。GC×GC-ToF-MS共检出245种挥发性化合物,经过多元统计分析,云南地区和其他5个地区羊肚菌挥发性成分存在差异,这一结果与GC-IMS的结果相互印证。为进一步揭示不同生产地区的特征风味及环境影响因素,对差异性化合物进行气味活性值(odor activity value,OAV)分析且与环境因子进行相关性分析。结果表明3-甲基-1-丁醇、正己醇和1-辛烯-3-醇为各产地共有香味物质,提供果香和蘑菇香气。以云南地区为参比对象,与其他地区的共同差异性挥发性化合物中有12种被鉴定为关键香气化合物(OAV>1)。云南地区羊肚菌的特征风味物质为2,5-二甲基吡嗪(OAV=387.97)、2,3-二甲基吡嗪(OAV=209.65)、2-甲基吡嗪(OAV=13.02)和乙酸甲酯(OAV=3.13),特征香气为烘烤味和果香味,其形成与当地的沙质土壤、较高温度和较大温差有关;湖南地区羊肚菌的特征风味物质为1-辛烯-3-醇(OAV=17930.58)和2-甲基-2-丁烯醛(OAV=8.60),特征香气为花香和蘑菇香;上海地区羊肚菌的特征风味物质为α-亚乙基-苯乙醛(OAV=387.97),特征香气为花香味,也含有较高的刺激性气味物质甲基乙基硫醚(OAV=7.78);江苏地区羊肚菌的特征风味物质为2-戊基呋喃(OAV=97.23),特征香气为甘草气味,其形成与土壤中有机质含量高具有相关性。湖北和青海地区羊肚菌特征风味较弱,此外,青海地区挥发性物质含量与海拔相关。【结论】通过GC-IMS和GC×GC-ToF-MS技术筛选出云南、湖南、江苏、上海、湖北和青海地区羊肚菌的特征挥发性风味物质,并初步探索了其风味形成的环境影响因素,表明通过特征挥发性风味物质区分羊肚菌的产地具有可行性。

    畜牧·兽医
    鸡产蛋期剩余采食量的随机回归分析及遗传标记筛选
    郭军, 邵丹, 窦套存, 马猛, 卢建, 胡玉萍, 王星果, 王强, 李永峰, 郭伟, 童海兵, 曲亮
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4568-4577.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.014
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    【目的】以GWAS方法分析剩余采食量(residual feed intake, RFI)随机回归模型多项式系数,解析产蛋期RFI遗传结构,为选育蛋鸡RFI研究奠定基础。【方法】数据采集自东乡绿壳蛋鸡-白来航鸡F2分离群体。收集体重、蛋重、产蛋数和采食量数据,依据Koch方法分别计算40周龄、60周龄剩余采食量。采集1 534只F2代产蛋鸡血液样本,酚仿法提取基因组DNA,以600 K基因芯片进行基因分型。SNPs数据经质量控制后,进行基因型数据填充,并确定分离群体主成分。以随机回归模型分析分离群体方差组分及遗传参数。利用Gemma软件以混合线性模型分析随机回归模型多项式系数,从而获得RFI关联的SNP位点。对显著性位点进行基因注释。针对RFI多项式系数伪表型数据,计算染色体遗传力和单倍型片段长度。【结果】随机模型固定效应、加性遗传效应以及永久环境效应宜嵌入二阶勒让德多项式,残差做同质化处理。鸡产蛋期剩余采食量属于中等遗传力性状,遗传力范围为0.23—0.32,随周龄增加而增加;重复力为0.63—0.68,表明通过3—4次重复测量可准确估计RFI表型值;随着周龄间隔增加,RFI遗传相关系数、表型相关系数呈现逐渐递减;加性遗传矩阵多项式系数第一主成分占96.12%。产蛋期剩余采食量GWAS分析的膨胀系数为1.026,表明线性混合模型中的主成分已经消除潜在的层化结构。鸡5号染色体NAV2基因附近检测到与产蛋期RFI显著关联的QTL遗传座位,在显著性SNP之下有11个支持位点超过基因组潜在水平线。显著性SNP可解释1.73%的表型方差,单倍型片段长度达到286 kb。此外,鸡12号、27号染色体也检测到基因组潜在水平SNP,其中27号染色体上的潜在水平位点位于NGFR上游。染色体遗传力与染色体长度呈正比关系,表明RFI受微效多基因控制。【结论】应用随机回归模型解析了产蛋期RFI遗传参数;以多项式系数为GWAS表型数据,筛选得到NAV2基因多态性与产蛋期RFI显著关联。

    猪旋毛虫抗体管式化学发光免疫分析检测方法的建立与应用
    钱艳红, 宋帅, 温肖会, 牛瑞辉, 杨燕秋, 郑博彬, 袁子国, 罗胜军
    中国农业科学. 2024, 57(22):  4578-4588.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2024.22.015
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    【背景】旋毛虫(Trichinella spiralis)是一种食源性人兽共患寄生线虫,被列为世界七大食源性寄生虫,在家畜中,旋毛虫主要感染猪,并且能够通过猪肉及副产品传播给人类,不仅给我国生猪养殖产业带来了巨大的经济损失,而且严重危害人类健康和公共卫生安全。【目的】建立一种灵敏度高,特异性强,快速自动化的猪旋毛虫血清学检测方法, 为阻止人兽共患寄生虫病的传播提供帮助。【方法】利用基因克隆和原核表达技术构建原核表达载体,通过诱导表达获得旋毛虫14-3-3重组蛋白,并验证其反应原性。用制备的重组蛋白包被磁性微粒,以此为检测抗原建立化学发光免疫分析方法,并对建立的方法进行条件优化。最后对优化后的方法进行临界值的界定及特异性、敏感性和重复性的确定;通过对来自广东省和贵州省不同养猪场的1 000份猪临床血清样本进行检测,评估该检测方法的实用性及符合率。【结果】成功表达并纯化出Ts14-3-3重组蛋白,该蛋白能特异性识别猪旋毛虫阳性血清中的抗体。建立的检测方法经过优化,结合缓冲液最佳pH为5,Ts14-3-3重组蛋白最佳包被量为5 μg·mg-1-beads,活化剂最佳使用量为50 μg·mg-1-beads,1%BSA封闭效果最好,酶标二抗最佳稀释度为1﹕40 000,最佳反应时间为10 min,待检样本最佳孵育时间为5 min,最佳酶促反应时间为2 min。最后经过评估,该检测方法的临界化学发光值为374 185 RLU,与猪弓形虫、猪球虫、猪结肠小袋纤毛虫、猪繁殖与呼吸综合征、经典猪瘟、猪伪狂犬和猪口蹄疫抗体均无交叉反应,该检测方法与现有ELISA检测方法相比敏感性更高,批内和批间重复性均小于10%,检测的1 000份临床猪血清样本中旋毛虫抗体阳性率为0.6%,与市售ELISA试剂盒检出总符合率为98.18%。【结论】成功建立了猪旋毛虫抗体管式化学发光免疫分析检测方法,该检测方法特异性强,稳定性好,与ELISA方法相比更灵敏,快速,临床检测符合率高。