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    2025年 第58卷 第3期 刊出日期:2025-02-01
      
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    2025年第58卷第3期中英文目录
    中国农业科学. 2025, 58(3):  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
    水稻CSSL-Z492单、双片段代换系构建及粒型QTL的遗传解析
    李璐, 谢庄, 谢可盈, 张瀚, 赵卓文, 向奥妮, 李巧龙, 凌英华, 何光华, 赵芳明
    中国农业科学. 2025, 58(3):  401-415.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.001
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    【目的】水稻粒型是由多基因控制的数量性状,将其遗传分解于单片段代换系(SSSL)中,并解析其遗传方式,为后续基因的遗传机制研究和设计育种提供依据。【方法】以日本晴为遗传背景的水稻染色体片段代换系Z492为研究材料,应用混合线性模型(MLM)进行粒型性状QTL的遗传分解和解析。【结果】以日本晴/Z492构建F2群体,共鉴定出4个粒型QTL,包括粒长qGL6qGL7和长宽比qRLW7qRLW12,构建这些QTL的3个单片段代换系(S1—S3)和3个双片段代换系(D1—D3)。利用3个SSSL进一步鉴定出8个粒型性状QTL,包括qGL6qGL7,以及6个新鉴定的QTL(qGW6qRLW6qGW7qGWT7qGL12qGW12)。同时,分析不同QTL在3个DSSL中的遗传模式。结果表明,qGL6a=0.26 mm)和qGL7a=0.21 mm)互作产生-0.21 mm的粒长上位性效应,导致D1的粒长遗传效应(0.26 mm)与二者的加性效应相当。因而,D1的粒长(7.98 mm)与含单个QTL的S2和S1粒长(7.89和7.98 mm)无显著差异,而比日本晴的粒长(7.47 mm)显著增加。表明在设计育种中选择qGL6qGL7聚合对增加粒长无效。qGW6a=0.07 mm)和qGW12a=0.06 mm)在D2中独立遗传,二者聚合产生的遗传效应(0.13 mm)使D2的粒宽(3.65 mm)比相应单片段代换系显著增加。因而在设计育种中可选这两个QTL增加粒宽。qGW7a=0.11 mm)和qGW12a=0.06 mm)互作则产生-0.10 mm的粒宽上位性效应,导致D3的粒宽遗传效应(0.07 mm)与qGW12的加性效应相当。因而D3的粒宽(3.59 mm)与含qGW12的S3无显著差异,而比日本晴显著变宽(3.44 mm),比携带qGW7的S2显著变窄(3.66 mm)。【结论】以单片段代换系和双片段代换系鉴定不同性状QTL对设计育种是非常必要的。不同QTL聚合会产生不同的遗传模式,有些是独立遗传,有些呈现不同的上位性效应。同时,S1和S3杂交可实现长宽大粒的育种目标,S1和S2杂交可产生比相应单片段代换系更重的籽粒,而S2和S3杂交无实际意义。

    我国新育成小麦品种(系)籽粒不同部位铁含量及影响因素
    罗一诺, 李艳霏, 李文虎, 张思琦, 牟文燕, 黄宁, 孙蕊卿, 丁玉兰, 佘文婷, 宋文斌, 李小涵, 石美, 王朝辉
    中国农业科学. 2025, 58(3):  416-430.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.002
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    【目的】明确我国主要麦区新育成高产小麦品种(系)籽粒、面粉和麸皮铁含量,探究产量、产量构成、铁吸收分配和土壤因素对小麦籽粒及各部位铁含量的影响,为我国小麦铁营养强化提供依据。【方法】于2021—2022和2022—2023年2个小麦生长季,结合国家小麦产业技术体系在我国4个主要麦区17个省(市)布置的104个新育成小麦品种(系)田间多点试验,测定分析小麦籽粒、面粉和麸皮的铁含量,以及产量、产量构成、铁吸收分配、土壤理化性质和氮磷钾肥施用量,研究我国新育成小麦品种(系)籽粒不同部位铁含量及吸收分配和环境影响因素。【结果】我国主要麦区新育成高产小麦品种(系)籽粒、面粉和麸皮铁含量变异显著,分别为20.2—57.1、2.1—37.5和31.2—144.5 mg·kg-1,平均为34.6、10.8和72.8 mg·kg-1。长江中下游麦区和西南麦区的小麦品种(系)籽粒及各部位铁含量高于黄淮南北麦区,面粉和麸皮铁含量均与籽粒铁含量呈正相关,籽粒铁含量每提高1.0 mg·kg-1,面粉铁含量则提高0.2—0.3 mg·kg-1,麸皮铁含量则提高1.9—2.3 mg·kg-1。籽粒铁含量与产量、生物量和穗数呈负相关,产量每增加1.0 t·hm-2,籽粒铁含量则降低1.2 mg·kg-1;穗数每增加100×104/hm2,籽粒铁含量则降低0.3 mg·kg-1。面粉铁含量与籽粒、茎叶、颖壳和麸皮铁吸收量呈负相关。籽粒中铁与锰、铜和锌协同。籽粒及各部位铁含量因地点而异,麦区间不同地点对籽粒铁含量变异的贡献为39%—70%。土壤pH、有效磷、铁和锰是影响小麦籽粒铁营养的主要环境因素,籽粒铁含量与土壤有效磷呈正相关,面粉铁含量与pH呈负相关,与土壤有效铁和锰呈正相关。【结论】我国新育成高产小麦品种(系)中存在高铁品种,在生产中稳定穗数,提高籽粒铁收获指数,调控土壤pH,提高土壤有效磷、铁和锰,合理施用氮磷等肥料,有利于实现小麦产量与籽粒和面粉铁营养的协同提升。

    玉米苞叶性状全基因组关联分析
    周广飞, 马亮, 马璐, 张舒钰, 章慧敏, 宋旭东, 张振良, 陆虎华, 郝德荣, 冒宇翔, 薛林, 陈国清
    中国农业科学. 2025, 58(3):  431-442.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.003
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    【目的】苞叶是影响玉米机械直收籽粒的重要性状之一,挖掘与玉米苞叶性状显著关联的遗传位点及候选基因,可为玉米苞叶性状的遗传改良提供理论依据。【方法】以251份玉米自交系为试验材料,在2个环境下鉴定玉米苞叶数目、长度和包裹度,借助覆盖全基因组32 853个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)标记,利用多位SNP随机效应混合线性模型(multi-locus random-SNP-effect mixed linear model,mrMLM)进行全基因组关联分析,检测与3个苞叶性状显著关联的SNP位点,预测候选基因。【结果】3个苞叶性状在群体中表现出广泛的表型变异,变异系数为10.65%—40.60%;各性状在基因型、环境及基因型与环境互作均呈极显著差异,广义遗传率均大于80%。利用2个环境的表型数据及最佳线性无偏预测值,通过全基因组关联分析,共检测到92个与3个玉米苞叶性状显著关联的SNP位点,其中,与苞叶数目显著关联的SNP位点35个,单个SNP位点可解释1.48%—10.53%的表型变异,与苞叶长度显著关联的SNP位点33个,单个SNP位点可解释1.61%—21.79%的表型变异,与苞叶包裹度显著关联的SNP位点24个,单个SNP位点可解释2.17%—20.86%的表型变异。此外,未鉴定到同时与2个性状显著关联的SNP。92个SNP位点中有5个可同时在2个环境和最佳线性无偏预测值下被检测到,被认为是稳定的SNP位点,与前期研究相比,这5个SNP是新的遗传位点。参考关联群体的连锁不平衡衰减距离,利用5个稳定SNP位点,结合17个玉米自交系苞叶组织的qRT-PCR分析,筛选到3个玉米苞叶性状候选基因Zm00001d003850Zm00001d033706Zm00001d025612,分别编码BOI相关E3泛素蛋白连接酶、GeBP转录因子和未知功能蛋白。【结论】检测到92个与3个玉米苞叶性状显著关联的SNP位点,其中5个为稳定位点,预测了3个候选基因可能参与玉米苞叶性状的形态建成。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    西北绿洲灌区麦后复种绿肥对减量施氮春小麦生长及产量的补偿效应
    仇海龙, 李盼, 张殿凯, 樊志龙, 胡发龙, 陈桂平, 范虹, 何蔚, 殷文, 赵连豪
    中国农业科学. 2025, 58(3):  443-459.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.004
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    【目的】针对西北绿洲灌区传统春小麦种植氮肥投入量大、利用率低、肥源单一等问题,通过研究减量施氮条件下麦后复种绿肥对春小麦光合源、生长特性及产量的影响,以期为构建试区春小麦节氮高产绿色种植模式提供技术支撑。【方法】2021—2023年在河西走廊绿洲灌区进行裂区试验,主区设置麦后休闲(W)和麦后复种毛叶苕子(W-G)2种种植模式,裂区为传统全量施氮100%(N1,180 kg·hm-2)、减量施氮15%(N2,153 kg·hm-2)和减量施氮30%(N3,126 kg·hm-2)3种施氮水平。测定并计算不同处理下春小麦光合源、叶片持绿性、生长特性、产量表现相关指标,构建干物质积累Logistic方程、不同指标之间的相关性和补偿指数,探究复种绿肥对减氮春小麦生长及产量的补偿效应。【结果】麦后复种绿肥可在一定程度上补偿减氮造成光合源、生长特性及产量的损失,其中以麦后复种绿肥结合减氮15%(W-GN2)补偿效果最佳,表现为超补偿与等量补偿效应。复种绿肥显著提高春小麦生育后期叶面积指数、光合势和叶片持绿性,W-GN2较麦后休闲传统全量施氮(WN1)在苗后75—90 d平均叶面积指数、总光合势和叶片持绿性分别提高17.7%、17.5%和7.6%。W-GN2优化了春小麦生长特性,较WN1全生育期平均干物质积累量、干物质最大增长速率、群体生长速率分别提高6.2%、6.9%和5.1%,净同化率显著降低6.2%。因复种绿肥对于光合源和生长特性的补偿,导致春小麦生育后期仍保持较高的光合作用、群体生长和干物质积累速率,从而提升籽粒产量。其中W-GN2籽粒产量较WN1提高14.7%,主要归功于复种绿肥对穗数、千粒重和收获指数的补偿,且W-GN2较WN1分别提高6.5%、6.9%和13.2%。相关性分析发现W-GN2处理在光合源、生长特性和籽粒产量形成方面具有更优表现,且主要通过对春小麦光合源的补偿来促进产量的形成。【结论】麦后复种毛叶苕子配合减量施氮15%,可作为西北绿洲灌区调控春小麦光合源与生长特性以实现节氮、增产的理想生产技术。

    覆膜方式对间作玉米光合物质生产及水分利用效率的影响
    王佳芯, 胡静一, 张巍, 魏骞, 王涛, 王小林, 张雄, 张盼盼
    中国农业科学. 2025, 58(3):  460-477.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.005
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    【目的】探究玉米大豆间作模式下不同覆膜方式对玉米光合物质生产及水分利用的影响,确定陕北旱作农业中玉米与大豆适宜的覆膜方式,以期为玉米大豆高产高效生产及生态环境保护提供依据。【方法】试验于2022年分别在水地和旱地进行,以‘中黄30’大豆和‘先玉335’玉米为试验材料,采用两因素完全随机设计,对照组为单作作物(玉米M、大豆S)和覆膜方式(裸地、膜际J)相结合,试验组为间作作物(玉米M、大豆S)和覆膜方式(裸地、膜际J、全膜Q)相结合,共13组处理,研究不同覆膜方式下间作玉米生长、光合特性和水分利用效率的变化。【结果】(1)拔节至吐丝阶段,间作玉米生长空间受限,导致水地间作玉米地上生物量较单作处于劣势,仅S/MQ、SQ/MJ、SQ/MQ的拔节期生物量分别比单作M高5.1%、6.3%、1.7%;间作下以SJ/MJ玉米植株生长速度最快,生长量大幅提升。旱地SQ/MQ、S/M、S/MJ、SQ/MJ、SJ/M对玉米吐丝期光合产物促进效果较佳,地上生物量比单作M高0.6%—105.9%。(2)间作与覆膜处理一定程度上改善了玉米光合特性,水地玉米净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)之间均具有一定程度的正向关系,SQ/MJ与SJ/MQ的各项光合参数均较高,而SJ/M与SQ/MQ较低且低于不覆膜S/M;旱地玉米Pn与Ci之间呈现较弱负相关,各处理间玉米覆膜效果不显著,间作处理Gs较单作M分别低5.7%—38.1%,且Tr也降低5.6%—25.6%,仅SJ/M和SQ/M的Pn及SQ/MJ和S/M的Ci高于单作M。(3)间作覆膜对水分利用效率(WUE)影响效果显著,水地间作处理WUE较单作M高41.1%—74.0%,其中SJ/M、S/M、S/MJ较高;旱地所有处理中SQ/MJ的WUE最高(19.04 kg∙mm-1∙hm-2),其次为SJ/MJ(17.07 kg∙mm-1∙hm-2),而SJ/M与SQ/M的WUE比单作M显著低出26.7%、20.6%。(4)与单作M相比,水地间作S/MJ、SJ/M和SJ/MJ玉米增产76.8%、73.0%、72.3%,大豆减产在所有间作处理中相对较少,表现出较高的经济效益;旱地间作SJ/MJ、SJ/MQ玉米增产17.1%、23.5%,经济效益分别减少17.5%、22.8%。【结论】与玉米单作相比,玉米膜际+大豆膜际间作模式在水地可改善玉米光合性能,增加玉米地上生物量,提高玉米产量,提升系统经济效益,并促进水分利用效率的提高;在旱地通过间作系统中的互补效应和资源优化分配,维持玉米产量,提高水分利用效率,但农资总投入的增加降低了其经济可行性。因此,在陕北旱作农业中,水地和适量灌溉的旱地条件下均推荐玉米膜际+大豆膜际间作种植模式,以确保在提高水分利用效率的同时,实现增产增效和生态农业可持续发展。

    植物保护
    我国苹果轮纹病弱毒菌株中病毒的鉴定及其携带情况的检测
    从琪琪, 张静怡, 孟祥龙, 戴蓬博, 李波, 胡同乐, 王树桐, 曹克强, 王亚南
    中国农业科学. 2025, 58(3):  478-492.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.006
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    【目的】苹果轮纹病是由葡萄座腔菌(Botryosphaeria dothidea)侵染引起的苹果生产中危害严重的真菌病害之一。本文旨在获得携带dsRNA病毒的苹果轮纹病菌弱毒菌株,并明确dsRNA病毒的种类及各病毒在我国苹果产区宿主中的携带情况,为防治苹果轮纹病提供新的生防资源,并为真菌病毒的多样性以及系统进化提供新的认识。【方法】从全国采集有典型苹果轮纹病症状的枝条样本,采用组织分离和单孢分离法获得纯培养;通过dsRNA条带分析获得带毒菌株,并采用高通量测序及分子克隆技术对带毒菌株WH-2L携带的dsRNA病毒种类进行鉴定。通过RT-PCR检测明确我国6个省(自治区)苹果轮纹病菌携带两种dsRNA病毒的情况。通过致病力测定明确携带不同种病毒代表性菌株的致病差异,最后通过垂直传播和水平传播特性分析,揭示两种病毒的传播特性。【结果】在我国苹果产区葡萄座腔菌中首次发现由产黄青霉病毒科产黄青霉病毒属的Botryosphaeria dothidea chrysovirus 1(BdCV1)和全病毒科维多利亚病毒属的Botryosphaeria dothidea victorivirus 2(BdVV2)两种病毒复合侵染的苹果轮纹病菌菌株。BdCV1与BdVV2在我国苹果轮纹病菌中分布较为广泛,BdCV1在辽宁、山东、河南、河北、陕西、新疆苹果轮纹病菌中均有携带,在陕西延安、河北石家庄未检出,平均检出率为53.6%;BdVV2在辽宁、山东、河南、河北、陕西苹果轮纹病菌中均有携带,在陕西延安、河北石家庄和邯郸、新疆阿克苏、山东泰安和青岛未检出,平均检出率为28.6%。BdCV1+BdVV2复合侵染和BdCV1单侵染菌株在离体枝条、离体苹果和梨的果实上致病力均显著降低。BdCV1和BdVV2垂直传播效率均为100%,水平传播效率分别为9%和3%。【结论】苹果轮纹病菌弱致病力菌株WH-2L携带BdCV1与BdVV2两种病毒,BdCV1、BdVV2在我国6省(自治区)苹果产区轮纹病菌中检出率分别为53.6%、28.6%。两种病毒均可引起寄主致病力削弱,具有较高的垂直传播效率和一定的水平传播效率,有开发为苹果轮纹病生防资源的潜力。

    青稞穗腐病发生与穗螨群体迁移的关系
    童朝阳, 刘文华, 张国欣, 董春燕, 张燕霞, 徐晓伟, 何东, 刘何春, 李杨, 王凤涛, 冯晶, 姚小波, 刘梅金, 蔺瑞明
    中国农业科学. 2025, 58(3):  493-506.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.007
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    【背景】青稞穗腐病仅在青藏高原发生流行,近年来呈加重蔓延态势,成为当地主粮作物青稞(Hordeum vulgare var. nudum)的主要病害之一,对保障青稞高产稳产构成严重威胁。穗螨(Siteroptes spp.)是病原菌禾生指葡孢霉(Dactylobotrys graminicola)初侵染菌源的传播载体,目前病害侵染循环过程尚不清楚,也无有效防治措施。【目的】通过分析穗螨迁移聚集,揭示初侵染菌源传播和侵染青稞幼穗的过程,为制定病害防控技术提供科学依据。【方法】检测穗腐病流行区土壤和青稞样本的穗螨数量变化和分布,显微观察并鉴定穗螨携带真菌的种类和幼穗发病过程,LPCB染色法检测幼穗病斑附近和土壤中穗螨贮孢囊携带的真菌孢子。温室验证穗螨最早侵入幼苗时间和分布,接种青稞组织测定禾生指葡孢霉致病力。【结果】越冬穗螨最早从第1叶片展开形成的喇叭口进入并聚集于叶片基部内侧。青稞植株中87.63%—99.34%穗螨聚集于主茎,仅0.66%—12.37%分布于分蘖。主茎95.48%—99.74%穗螨聚集于心叶基部,孕穗初期30%以上转移至幼穗。主茎穗腐病发生率是分蘖的6.37倍。孕穗初期小穗的稃和芒出现黄绿色水浸状病斑,附近常有成螨停留,贮孢囊携带真菌孢子比例仅为28.57%,显著低于土壤中穗螨带孢比例的46.70%。出苗后土壤中穗螨密度长期维持在较低水平,直至青稞收获后突然升至播种前的2.85倍。88.66%穗螨和76.47%幼穗病斑的真菌分离物为禾生指葡孢霉,该病原菌仅对幼穗具有较强致病力。【结论】越冬穗螨主要在出苗早期从土壤向青稞幼苗迁移聚集,最早从第1叶片展开后形成的喇叭口进入叶基部。超过30%聚集于主茎新生叶的穗螨孕穗初期转移到幼穗,释放病原菌分生孢子引起侵染。禾生指葡孢霉侵染循环由穗螨介导完成,穗腐病主要危害青稞主茎。成熟期病穗中产生大量成螨,导致收获后表层土壤中穗螨密度显著增加。因此,青稞穗腐病是穗螨载体介导的单侵染循环病害。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    长期覆盖对黄土高原春玉米产量、土壤碳氮组分和碳氮库相关指数的影响
    张方方, 宋启龙, 高娜, 白炬, 李阳, 岳善超, 李世清
    中国农业科学. 2025, 58(3):  507-519.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.008
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    【目的】明确长期覆盖对作物产量、土壤碳氮物理组分和碳氮库相关指数的影响,以期为黄土高原旱作农田长期维持作物高产和土壤肥力提供科学依据。【方法】依托陕西省长武县超过10年的长期定位试验,设置不覆盖(CK)、覆砂石(GM)和覆膜(FM)3个处理。2018—2020年,采集0—20、20—40和40—60 cm土层土样,利用物理分组方法对各土层土壤样品进行分组。结合相关性分析,研究长期覆盖下春玉米产量及各土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、颗粒有机碳(POC)、颗粒有机氮(PON)、矿物结合态有机碳(MAOC)和矿物结合态有机氮(MAON)变化特征。在此基础上计算碳库管理指数(CPMI)、氮库管理指数(NPMI)和碳库稳定性指数(CSI)、氮库稳定性指数(NSI),进而明确产量与土壤碳氮组分和碳氮库相关指数的关系。【结果】与CK处理相比,GM处理产量有所下降,平均产量降低5.8%,而FM处理平均产量显著提高13.6%;与CK处理相比,GM和FM处理表层土壤(0—20 cm)的SOC和TN平均含量均有所降低,FM处理表层土壤的SOC平均含量显著下降7.3%,而GM处理变化不显著;与CK处理相比,GM和FM处理均显著降低了表层土壤POC和PON平均含量,显著提高了表层土壤MAOC和MAON平均含量,即长期覆盖显著降低了表层土壤活性碳氮含量,显著提高了表层土壤惰性碳氮含量;与CK处理相比,GM处理显著降低了表层土壤CPMI平均值,显著提高了表层土壤CSI平均值,而FM处理显著降低了表层土壤CPMI和NPMI平均值,显著提高了表层土壤CSI和NSI平均值,表明GM处理显著提高了表层土壤碳库稳定性,而FM处理同时显著提高了表层土壤碳库稳定性和氮库稳定性。相关分析表明,POC和MAOC除与碳库指数相关外,POC也与氮库活性和稳定性密切相关,而MAOC还与玉米产量和氮库活性密切相关。【结论】长期覆膜能够维持作物高产并提高土壤碳氮库稳定性,但降低了表层土壤肥力,在其基础上配合其他补充土壤有机质的措施能够提高其可持续性。

    长期施用氮肥对黑土和风沙土根际微生物群落结构及功能的影响
    王钊, 张冰, 董思奇, 胡雨翕, 齐书宇, 冯国忠, 高强, 周雪
    中国农业科学. 2025, 58(3):  520-536.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.009
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    【目的】探究氮肥施用对相同气候条件下黑土和风沙土根际微生物的影响,明确群落结构、网络关键物种及指示物种差异响应情况,为指导精准施肥和绿色生产提供科学依据。【方法】依托于吉林省梨树县玉米连作体系氮肥施用的长期定位试验(12年),设置3个氮肥水平0(N0)、168 kgN·hm-2(N168)和312 kgN·hm-2(N312),利用高通量测序技术,探究黑土和风沙土根际微生物组成、结构及功能的差异。【结果】长期氮肥施用显著降低了黑土和风沙土根际微生物的Alpha多样性并改变了群落结构,在黑土和风沙土中均为N312处理影响最大,显著降低了2.6%—7.5%的Alpha多样性,整体表现为氮肥施用对风沙土的影响大于黑土;物种分析结果显示,氮肥施用显著增加了拟杆菌门(Bacteroidetes)和Patescibacteria菌门的相对丰度,显著降低了厚壁菌门(Frimicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,在黑土和风沙土中均为N312处理影响最大(80%—90%);共现性网络分析发现,氮肥施用对风沙土网络结构的影响大于黑土,同时显著影响了黑土中43%的关键物种和风沙土中全部的关键物种;随机森林的计算结果表明,氮肥施用对风沙土中指示物种的影响大于黑土,与N0相比,N168和N312处理在黑土中无特异性指示物种,而在风沙土中含有两个特异性指示物种,分别为隶属于放线菌门的Intrasporangiaceae科和变形菌门的Noviherbaspirillum属;PICRUSt2功能预测发现,氮肥施用显著影响黑土中88.5%和风沙土中96.2%的氮转化相关功能基因,均为氮肥施用量越高影响越大。【结论】氮肥施用显著降低了根际微生物群落多样性,改变群落结构及物种组成特征,造成了氮转化相关功能基因的显著差异。氮肥的施用对风沙土根际微生物整体的影响大于黑土,且施用量越高影响越大。因此,在黑土和风沙土中进一步推进氮肥减量对维持农田根际微生物群落结构稳定具有重要意义。

    基于鲸鱼算法的旱地春小麦农田土壤N2O排放模型参数优化
    牟树佳, 董莉霞, 李广, 燕振刚, 逯玉兰
    中国农业科学. 2025, 58(3):  537-547.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.010
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    【目的】采用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)对APSIM模型中与土壤N2O排放相关的默认参数进行优化,以提高模型在模拟我国西北半干旱农业区土壤N2O排放的准确性和适用性,为精确评估和管理农业活动中的温室气体排放提供支持。【方法】采用2020—2021年甘肃省定西市安定区安家坡旱农综合长期定位试验站测定的田间试验数据,结合气象局提供的1970—2021年气象数据,对APSIM模型中N2O形成阶段的4个关键参数(土壤硝化潜力nitrification_pot、铵态氮在半最大利用效率时的浓度nh4_at_half_pot、反硝化系数dnit_rate_coeff、反硝化水系数计算的幂项dnit_wf_power),采用鲸鱼优化算法(WOA)进行单目标多参数优化。通过比较APSIM模型默认参数模拟值、优化参数模拟值和实测值的误差,评估优化后的APSIM土壤N2O排放模型的准确性。【结果】通过多次执行优化程序,最终获得了4个参数的最优组合。其中,土壤硝化潜力为7.62 mg·kg-1·d-1、铵态氮在半最大利用效率时的浓度为49.3 mg·kg-1、反硝化系数为0.00063、反硝化水系数计算的幂项为0.64。与APSIM模型的默认参数相比,决定系数R 2从0.432提升至0.719,均方根误差RMSE从39.42 μg·m-2·h-1减少至25.37 μg·m-2·h-1,归一化均方根误差NRMSE从18.51%下降至11.92%。鲸鱼算法在优化过程中展现出显著的全局搜索能力和快速收敛性。优化后的APSIM模型在模拟土壤N2O排放方面的精度显著提高,表明该方法可以实现对模型参数的快速准确率定。【结论】通过应用鲸鱼算法,4个关键参数得到了精确调整,使得模型的预测误差显著减小,明显地改善了APSIM模型在模拟土壤N2O排放的性能。优化后的模型在我国西北半干旱农业区表现出更高的准确性和适用性,同时也证明了该优化策略的有效性。

    园艺
    利用VIGS分析SmWRKY30在茄子抗青枯病中的作用
    张林琳, 宫瑞, 崔彦玲, 钟雄辉, 李烨, 李然红, 潜宗伟
    中国农业科学. 2025, 58(3):  548-563.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.011
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    【目的】转录因子WRKY在植物抗病、抗逆过程中具有重要的调控作用。番茄SlWRKY30是抗青枯病的关键基因,茄子SmWRKY30与番茄SlWRKY30为同源基因。通过青枯菌诱导及基因沉默体系建立,探究茄子SmWRKY30对茄子青枯病的调控作用,为茄子抗青枯病资源的创制和品种选育奠定基础。【方法】以茄子抗病材料YS40和感病材料ZP80为试验材料,克隆SmWRKY30,分析基因、氨基酸和启动子序列差异。青枯菌诱导后,分析2种材料不同组织中SmWRKY30的表达量变化差异。比较茄子与番茄接菌后STH2的表达量变化,分析茄子SmWRKY30与番茄SlWRKY30作用机制的异同。构建基因沉默体系,比较清水组、空载组与试验组植株的病情指数(disease index,DSI)、表型和基因表达量的变化。【结果】SmWRKY30开放阅读框为891 bp,具有WRKY基因家族保守结构域。构建系统进化树发现,SmWRKY30与蒜芥茄和茄子SmWRKY65亲缘关系近。抗病材料YS40和感病材料ZP80的cDNA序列存在6个SNP和1个Indel的差异,氨基酸翻译差异大,启动子区域差异明显,YS40比ZP80少一个GT1-motif启动子元件。接种青枯菌后,分别对抗感病材料根、茎、叶组织的SmWRKY30表达量进行分析,结果显示,接种青枯菌14 d,在根中,YS40中SmWRKY30的表达量显著高于ZP80,而在茎中,SmWRKY30的表达量无明显差异。接种青枯菌5和14 d,在叶片中,YS40中SmWRKY30的表达量显著高于ZP80,表明SmWRKY30的高表达可能与茄子抗青枯病有关。通过对抗病材料YS40进行SmWRKY30沉默,qRT-PCR结果表明,pTRV2::SmWRKY30沉默植株中SmWRKY30的表达量显著低于清水和pTRV2::00空载处理植株,说明抗病材料YS40中SmWRKY30被成功沉默。表型观察发现,接种青枯菌后,pTRV2::SmWRKY30沉默植株叶片明显发黄萎蔫,14 d后DSI为2.07,表现易感青枯病。通过对茄子与番茄同源的4个STH2基因进行定量分析,发现STH2基因表达量均呈先上升后下降的变化趋势。接菌1 d后,抗病材料中仅有STH2-3表达量显著高于感病材料。接菌5 d后,抗病材料中STH2-3STH2-4的表达量显著低于感病材料。接菌7和14 d后,抗、感病材料中4个STH2基因的表达量均无明显差异。且抗病材料中4个STH2基因的表达情况与SmWRKY30的表达趋势均明显不同。【结论】SmWRKY30可能参与且正向调控茄子抗青枯病相关反应过程,但可能不是通过与STH2基因作用使茄子对青枯病产生抗性。

    基于GC-MS非靶向代谢组学分析不同成熟度‘台农一号’芒果香气物质
    罗朝丹, 冯春梅, 李建强, 黎新荣, 韦勇, 杨李益, 刘筱瑾, 谭和, 任二芳, 罗小杰
    中国农业科学. 2025, 58(3):  564-581.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.012
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    【目的】探讨不同成熟度‘台农一号’芒果中挥发性代谢物差异及其变化规律,探明芒果各成熟阶段的标志性香气成分。【方法】以‘台农一号’芒果生果(6成熟以下)、青熟(6、7、8成熟)、完熟(9成熟)和过熟(10成熟)共6个成熟度的样本为研究对象,通过GC-MS非靶向代谢组学鉴定芒果成熟过程中的挥发性代谢物,采用多元统计分析方法探明不同组样品的代谢差异,以变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)和变异倍数(fold change,FC)确定差异代谢物。通过京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and gnomes,KEGG)进行代谢通路富集分析。【结果】 ‘台农一号’芒果果肉中共鉴定出挥发性代谢物220种。挥发性代谢物含量在6成熟以下的芒果中最低,从7成熟至9成熟,芒果中挥发性代谢物含量呈增加趋势,到10成熟时有所降低。与6成熟以下的芒果相比,6成熟芒果中有差异代谢物5个,7成熟、8成熟、9成熟和10成熟芒果中分别有差异代谢物67个、77个、81个和82个,其中上调的差异代谢物分别有63个、73个、71个、71个。7成熟至10成熟中,水芹烯、3-蒈烯、柠檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-罗勒烯等11种萜类物质,己酸乙酯、丁酸丙酯等6种酯类物质,以及2种酮类物质、2种醇类物质、1种烃类物质含量均呈显著增加趋势,可视为‘台农一号’芒果开始成熟的标志性香气成分。(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮仅在7成熟时显著上调,可作为‘台农一号’芒果7成熟的标志性香气成分;δ-杜松烯、顺-菖蒲烯可作为其9成熟的标志性香气成分;异松油烯、大根香叶烯D、长叶烯、左旋龙脑和薰衣草醇可作为10成熟的标志性香气成分。KEGG通路分析表明,差异代谢物主要富集到倍半萜和三萜类化合物的生物合成、单萜生物合成、代谢途径、次级代谢物的生物合成4条通路,且整体呈上调趋势。【结论】 ‘台农一号’芒果9成熟果肉中挥发性代谢物含量最高。不同成熟度芒果中的挥发性成分,尤其是萜类物质的代谢存在显著差异。以特有差异代谢物作为区分特定成熟度芒果的潜在标志物,可为‘台农一号’芒果成熟度的判别提供依据。

    食品科学与工程
    不同干燥方式辣椒品质的差异性分析
    吴立东, 林淑婷, 邱胤晖, 刘亚婷, 张锐, 李永清, 尚伟, 钟柳青
    中国农业科学. 2025, 58(3):  582-599.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.013
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    【目的】探究不同干燥方式辣椒品质的差异性,为辣椒干燥制品的加工和产业化提供理论依据。【方法】以自主选育的‘明椒7号’和‘明椒8号’为试验材料,基于自然晾晒(natural drying,ND)、热风干燥(hot air drying,HAD)和真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,VFD)3种方式,对其外观、营养成分以及挥发性成分进行差异性分析,并采用Topsis法对其进行综合评价。【结果】VFD处理的辣椒外观与鲜椒最接近,L*、a*(红椒)/b*(黄椒)和C的值均显著(P<0.05)高于ND与HAD,其影响整体表现为:HAD>ND>VFD。HAD处理后,辣椒的二氢辣椒素含量较低,为1.82和2.06 g·kg-1,与ND和VFD差异显著(P<0.05)。VFD处理的‘明椒7号’辣椒素得率较好,为7.01 g·kg-1。与红椒相反,黄椒色价差异显著(P<0.05),VFD最高,为2.48,是ND和HAD的2和1.84倍。HAD对脂肪和蛋白质的保留较好,均与ND和VFD差异显著。ND总糖得率最高,分别为41.38和35.36 mg·g-1,是VFD的1.03倍,是HAD的1.1倍。2种辣椒粗纤维的含量分别为20.56%—20.61%、21.91%—21.95%,均无显著性差异。同时,从2种辣椒中共测定出73个挥发性成分,包括酯类、酮类、醇类、醛类、酸类、萜烯类等。3种干制辣椒挥发性成分种类相同,均以酯类为主,但含量有差异,其中,ND占比分别为40.35%和58.66%,而HAD与VFD高达72%以上,主要包括异戊酸己酯(D)、异丁酸己酯(D)、乙酸正辛酯(D)等。聚类分析结果与主成分分析一致,3种干燥方式辣椒各自成类。偏最小二乘分析最终确定了19个特征差异代谢物,其中,异戊酸己酯(D)、异丁酸己酯(D)、醋酸丁酯(D)、异己酮(D)的贡献最大。Topsis综合评价表明,VFD综合评价分最高,HAD其次,ND表现最低。【结论】不同干燥方式对辣椒外形、营养成分、挥发性成分的影响存在差异。VFD综合品质表现较好,可作为辣椒一种较理想的干燥方式。

    畜牧·兽医
    基于网络药理学和分子对接探究绿原酸缓解鸡肠道炎症的作用机制
    姚宏, 施寿荣, 赵茹茜
    中国农业科学. 2025, 58(3):  600-616.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.03.014
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    【目的】利用网络药理学和分子对接方法,预测绿原酸缓解鸡肠道炎症的作用机制,为绿原酸的应用提供参考。【方法】使用中药系统药理学数据库、DisGeNET数据库以及Gene Cards数据库,检索“Caffeoylquinic acid”“Intestinal inflammation”,获得绿原酸、肠道炎症相关靶点,并获取交集靶点集。使用 Cytoscape 3.10 中 CytoNCA 程序计算网络节点中心性,筛选关键绿原酸单体。利用 STRING 数据库构建针对鸡肠道炎症的靶点蛋白互作网络,利用 David 数据库对交集靶点进行基因本体(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。此外,对以上靶点进行分子复合物检测分析(MCODE)得到核心基因簇,构建绿原酸-靶点-信号通路网络。使用 Autodock vina将筛选的关键绿原酸单体与核心靶点进行分子对接,并将结果可视化。【结果】TCMSP 数据库检索得到绿原酸靶点222个,DisGeNET和Gene Cards数据库质控后获得肠道炎症靶点1 453个,获得二者的交集靶点78个。鸡肠道炎症靶点 PPI 网络的节点数为 53,边数为162。核心靶点分别为非受体酪氨酸激酶(non-receptor tyrosine kinase,SRC)、胱天蛋白酶3 (caspase-3,CASP3)、基质金属蛋白酶9(matrix metalloprotein-9,MMP9)、表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor,EGFR)、雌激素受体1 (estrogen receptor 1,ESR1)、基质金属蛋白酶2(matrix metalloprotein-2,MMP2)、丝氨酸/苏氨酸激酶(serine/threonine kinases,BRAF)、激酶插入域蛋白受体(kinase insert domain receptor,KDR)、丝裂原活化蛋白激酶3(mitogen-activated protein kinase 3,MAPK3),分子对接结果显示关键绿原酸单体与上述核心靶点均可稳定结合。GO 功能富集分析(P<0.05)共获得87 种生物学过程(biological processes,BP)、20种细胞组分(cellular components,CC)和35 种分子功能(molecular functions,MF),KEGG 共富集到 26 条信号通路, MCODE 分析得到两个主要基因簇。【结论】通过交叉验证和文献支持预测绿原酸可能通过MAPK、C-型凝集素和Focal adhesion等途径调节炎症反应,缓解鸡肠道炎症;此外,新绿原酸和异绿原酸A两种单体,可能在缓解鸡肠道炎症中发挥关键作用。研究利用网络药理学和分子对接方法挖掘了绿原酸缓解鸡肠道炎症的潜力,为富含绿原酸的植物以及绿原酸单体在鸡生产上的应用提供了理论参考。