中国农业科学

“基因编辑农作物”专利规制的困境及出路

徐以恒

中国农业科学. 2025, 58(5): 831-839. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.001

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基因编辑农作物是生物技术与农业科学交叉结合的产物，代表着现代农业发展的重要方向。随着CRISPR-Cas9系统的迅速发展，农作物性状改良的科研与商业开发逐渐转入“技术导向型”路径，不仅颠覆了传统的农作物种植方式，而且从根本上推动了人类探索农作物的研究进程。然而，针对基础研究工具主张专利权的现象不仅引发了学术界的广泛争议，也对农作物资源的共享与利用产生了深远影响——私主体就CRISPR-Cas9技术申请专利，限制了其他研究者和农民在探索和利用遗传资源方面的机会。这种做法不仅阻碍了科学研究的进展，也违背了遗传资源应为全人类共享的基本共识。农作物资源的共享与开放关系到全球农业的可持续发展和生态平衡，是维护公众利益的必要条件。如何在原生资源拥有者、研究人员、研究投资者和公众之间合理分配利益与风险，是生物技术专利治理亟须回应的重点问题，也是构建新型科学伦理和规制新兴技术的应有之义。然而，我国在这一领域的政策回应尚显不足。为缓解专利权排他效应导致的负面影响，需重新审视和构建相关制度的框架结构。首先，应当以道德效用原则为观念归依，强调科学研究的公共性及其对社会的责任，慎重考量发明对社会道德的“伤害”性质。其次，落实生物遗传资源强制披露制度是实现透明和公正的重要步骤，“申请人根据诚实信用原则如实披露农作物基因的实际来源”应上升为强制性规范。最后，基础性专利技术的开放授权可参考软件开源的经验，通过研究工具的开放共享鼓励更多的研究者参与到农作物资源的探索中，以实现更广泛的科学合作与成果转化。

大豆生育期基因E1和E2的启动子克隆及其表达模式分析

刘路平, 胡雪洁, 祁金, 陈强, 刘智, 赵田湉, 史晓蕾, 刘兵强, 孟庆民, 张孟臣, 韩天富, 杨春燕

中国农业科学. 2025, 58(5): 840-850. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.002

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【目的】生育期是衡量大豆生态适应性的重要指标，也是关乎其产量形成的重要性状。研究大豆生育期主效基因E1和E2启动子及其表达模式，为生育期基因功能研究及其分子调控网络的解析提供依据，为大豆品种适应性改良及产量提高奠定基础。【方法】通过启动子顺式元件分析网站PlantCARE分析生育期基因E1和E2的启动子序列，检测其中包含的重要调控元件。克隆E1和E2的启动子，构建GUS表达载体，并进行拟南芥遗传转化，检测转基因植株不同组织器官的GUS活性。在弱光和强光条件下，比较长日照和短日照下E1和E2表达量的差异。在不同生育期组大豆品种中检测E1和E2表达量，分析其表达量与大豆品种生育期的相关性。【结果】E1和E2的启动子序列均包含AE-box、Box4和G-box等多个光反应元件，另外，E1启动子区还包含生长素、脱落酸等响应元件，E2启动子区包含低温、干旱等响应元件及分生组织表达相关元件。转基因拟南芥GUS活性检测发现，E1启动子在植株整个生长期各器官均有较强转录活性，E2启动子在幼苗下胚轴、叶片和根的维管组织中具有较强转录活性。在弱光和强光条件下，E1表达量均表现为长日照高于短日照。在弱光条件下，E2表达量表现为短日照高于长日照；在强光条件下，E2表达量表现为长日照高于短日照。随不同大豆品种生育期的延长，E1表达量呈现逐渐升高趋势，E2表达量无规律性变化。【结论】E1的启动子是一个广泛表达的启动子，该基因的表达量显著受光周期调控，与大豆品种生育期有明显相关性；E2的启动子在各器官维管组织有较强表达，在强光和弱光条件下，该基因受光周期调控模式存在差异，其表达量与大豆生育期无明显相关性。

蔗茅全基因组SSR标记特征分析与开发

罗正英, 胡鑫, 吴转娣, 钱禛锋, 田春艳, 刘新龙, 李富生

中国农业科学. 2025, 58(5): 851-863. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.003

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【目的】蔗茅（Erianthus fulvus）是甘蔗重要的野生资源，可用于改良品种的抗逆性和产量。系统鉴定和开发蔗茅基因组中的简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）位点，筛选可利用的多态性SSR标记，解析蔗茅资源的遗传多样性特征，开发重要性状关联分子标记，对于利用蔗茅基因资源改良品种性状具有重要意义。【方法】采用生物信息学软件TBtools中的SSRminer模块，对二倍体蔗茅全基因组序列进行系统性SSR位点挖掘，并对所得数据进行统计分析，揭示其在基因组中的分布模式及规律。利用Batch Target Region Primer Design功能批量设计SSR引物，并通过Primer check工具评估引物的特异性。在6个蔗茅种质中，通过对随机合成的50对SSR引物和14对来自甘蔗的SSR引物进行扩增效率和多态性比较分析，验证引物多态性。【结果】共鉴定出152 707个蔗茅SSR位点，平均检测频率为5.64 kb/个，大部分分布在基因间区。SSR类型分布以单碱基、二碱基、三碱基为主。二核苷酸SSR类型中的基序重复次数变化最大，而五核苷酸的基序重复次数变异最低。共检测出883种不同的SSR基序重复类型，其中，A/T和AT/TA是最为丰富。共设计144 692对SSR引物，其中85 025对显示高特异性。这些特异性引物在基因组上呈现出两端密集、中间稀疏的分布特点。扩增试验显示，50对随机合成的SSR引物中，有42对在蔗茅中扩增出稳定清晰的条带，其中32对显示出多态性，多态率为64.0%。与甘蔗SSR引物相比，蔗茅SSR引物表现出更高的扩增效率和更好的多态性水平。经过筛选，从32对有效的蔗茅SSR引物中确定了16对多态性好且扩增条带清晰的引物。这16对引物共扩增出72条条带，多态性信息量（polymorphism information content，PIC）范围为0.63—0.83，平均PIC值为0.74，表明它们在蔗茅种质资源的多态性分析和分子标记研究中具有有效性和实用性。【结论】揭示了蔗茅基因组中高丰度和多样性的SSR分布特征。获得16对扩增效率高、多态性良好的SSR引物。

小麦整合化无人化丰产栽培的特征与技术途径

张洪程, 邢志鹏, 张瑞宏, 单翔, 奚小波, 程爽, 翁文安, 胡群, 崔培媛, 魏海燕

中国农业科学. 2025, 58(5): 864-876. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.004

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【目的】为创新小麦绿色丰产优质高效的无人化栽培技术体系提供理论和技术支撑。【方法】笔者团队根据土地流转与规模化经营加速、从事农业生产的劳动力不断减少、种田方式要求更为高效舒适的形势，通过“农艺-农机-农智”融合研究，研创了小麦整合化无人化栽培技术，即运用新技术、新产品、新装备，进行小麦全程生产农事操作的简化整合，以最少的作业次数、用最少的机具和无人化作业，完成小麦生产。在探索性试验的基础上，于2019—2020、2020—2021和2021—2022年度在江苏省盐城市大中农场，设置小麦整合化无人化栽培技术（IU）处理和试验区小麦常规全程机械化丰产栽培技术（CK）处理，研究不同处理间小麦产量形成特征及差异，分析小麦整合化无人化栽培的丰产特征，进而提出无人化栽培技术途径。【结果】IU处理较CK处理提高小麦产量3.0%—5.9%，部分品种和生长季下处理间差异显著。在产量构成上，穗数表现为IU>CK（部分品种和生长季下处理间差异显著），穗粒数为IU>CK（P>0.05），总实粒数为IU>CK（P<0.05），千粒重为IU<CK（P>0.05），说明IU处理通过稳定穗粒数和千粒重、增加穗数，实现小麦增产。在光合物质生产上，主要生育时期的茎蘖数、叶面积指数、干物质积累量和主要生育阶段的光合势、群体生长率以及茎蘖成穗率、粒叶比均表现为IU>CK（部分品种和生长季下处理间差异显著），为IU处理增产奠定物质基础。总结了所创建的整合化无人化栽培途径及基本技术，从整合化、无人化、“农艺-农机-农智”融合度、关键栽培技术、综合评价等方面进行了小麦整合化无人化栽培发展的若干讨论。【结论】小麦整合化无人化栽培与试验区小麦常规全程机械化丰产栽培的产量相当或显著增加，可以较少的机力人力投入与无人化作业实现小麦丰产栽培，是农业现代化生产发展的有效途径，未来应加强多方面协同创新与投入，以加快该技术的优化熟化和大面积示范推广。

自然老化条件下冬小麦种子活力及生理指标变化

张玲, 曹磊, 蔡诚, 颜欣怡, 项博才, 艾佳, 詹新杨, 宋有洪, 朱玉磊

中国农业科学. 2025, 58(5): 877-889. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.005

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【目的】探索冬小麦种子在自然老化条件下的活力变化及其生理机制，分析不同贮藏时间对种子发芽活力、根系生长及抗氧化能力的影响，识别反映种子老化的重要生理指标，为选育具有较强贮藏性的冬小麦品种提供理论依据。【方法】以新育冬小麦品种安农1589（AN1589）、安农1687（AN1687）和安农179（AN179）为试验材料，分别在室温下进行长期储存，模拟自然老化条件。对室温条件下存放6、18和30个月的种子进行取样，测定种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和田间出苗率、幼苗期根系特征等活力指标。同时，分析小麦种子和幼苗期中的主要生理指标变化，包括电导率（Con）、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和过氧化物酶（POD）活性，以及种子内可溶性糖和可溶性蛋白含量等。【结果】在相同贮藏时间内，品种基因型对种子活力和生理指标均有显著影响，品种和老化时间的互作对种子活力产生显著的影响。随着储存时间的延长，冬小麦种子的发芽势和根系活力显著下降，发芽指数、活力指数、田间出苗率和苗期指标苗高、鲜重、根鲜重等也呈现逐渐降低的趋势。其中发芽势下降速度最快，贮藏6个月时，3个品种的发芽势均保持在90%以上；贮藏18个月后，AN1589、AN1687和AN179发芽势则分别下降至85.88%、81.70%和88.58%；贮藏30个月后均降至80%以下，分别为75.42%、74.04%和79.17%。这表明种子在自然老化过程中活力明显衰退。随着老化进程的推进，3个小麦品种不断积累MDA和Pro，表明种子细胞膜受到的氧化损伤不断加剧。AN1589的初始MDA含量在3个品种中最低，为0.0427 μmol·g^-1。而且AN1589贮藏30个月后Pro含量相比其他2个品种的增幅最小，为22.43%。SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性和内含物可溶性糖和可溶性蛋白等含量随着老化的加剧而下降，说明种子的抗氧化能力逐渐丧失，其内含物质逐渐被消耗用来给种子发芽和幼苗生长提供能力。【结论】冬小麦种子在自然老化条件下，其活力逐渐降低，这与种子内含物质的消耗、氧化损伤的加剧及抗氧化能力的减弱密切相关。MDA含量的增加和抗氧化酶活性的变化是反映种子老化的重要生理指标。在自然老化条件下，AN1589表现出相对稳定的活力和生理指标，显示出较强的耐贮性。

不同播期下黑米籽粒花色苷的积累特性及其与气象因子的关系

肖长春, 韦新宇, 曾跃辉, 黄建鸿, 许旭明

中国农业科学. 2025, 58(5): 890-906. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.006

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【目的】研究不同播期下黑米籽粒花色苷积累的动态过程及其与气象因子的关系，为高花色苷黑米水稻品种的选育与调整播期优化适合黑米水稻生长的气象条件来提高籽粒花色苷含量提供借鉴。【方法】2022—2023年采用籽粒花色苷含量具有显著差异的3个黑米品种（黑糯、丽人紫和岩紫糯35）为材料，各设置5个播期（B1—B5）处理，花后每5 d取样测定籽粒花色苷含量，基于Logistic方程对各播期黑米的籽粒花色苷积累特性进行分析，并通过通径分析、回归分析，探讨花色苷积累特性对气象因子的响应机制。【结果】播期使黑米水稻灌浆期内遭遇的气象因子发生改变，通过缩短播始期使黑米水稻全生育期缩短；黑米籽粒花色苷含量大小首先决定于基因型，其积累特征参数（Wa、MRa、MeRa、T_MRa、W_MRa、Da）受播期效应影响最为显著，随播期推后呈先减小后增大的趋势，迟播比早播更利于籽粒花色苷的积累；籽粒花色苷呈“慢-快-慢”积累过程，花后9.79—15.35 d达到峰值，受年型、播期和品种间调控；通径分析结果表明，Wa主要由MeRa和Da决定，以MeRa对Wa的贡献最大；籽粒花色苷积累特征参数与灌浆期内光温气象因子呈极显著负相关，气温变化对籽粒花色苷积累的影响大，随T_amax、D_heat和S_avg增加，籽粒花色苷Da缩短，MeRa减小，Wa降低，灌浆期内平均气温25.0—27.4 ℃适宜籽粒花色苷积累。【结论】播期对黑米水稻籽粒花色苷积累的影响反映的是气象因子的综合效应，气温是影响籽粒花色苷积累的主要气象因子，其通过影响籽粒花色苷积累速率高低和积累持续时间的长短影响籽粒花色苷积累的高低。应根据种植制度选择花色苷含量高的黑米品种，在6月下旬至7月上旬适时播种可优化适配灌浆期内的气象要素，进而提高籽粒花色苷含量。

黑尾叶蝉PGRP6负调控共生菌抑制水稻矮缩病毒的经卵传播

徐元元, 贾东升, 宾羽, 魏太云

中国农业科学. 2025, 58(5): 907-917. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.007

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【目的】水稻矮缩病毒（rice dwarf virus，RDV）引起的水稻矮缩病是危害中国南方水稻生产的重要病害。结合前人的研究基础，利用分子生物学等手段，解析肽聚糖识别蛋白6（PGRP6）参与调控媒介昆虫黑尾叶蝉（Nephotettix cincticeps）体内共生菌携带RDV经卵垂直传播的机制，为水稻病毒病的生物防治提供理论依据。【方法】利用酵母双杂交技术筛选与经卵传播相关蛋白（prp、Nasuia porin、P8）均互作的PGRP，并通过GST pull-down进一步验证其互作关系；利用实时荧光定量PCR技术测定相关基因在无毒和带毒虫体内的表达差异，并分析干扰PGRP6、prp后对共生菌增殖的影响，同时通过Western blot检测对昆虫体内共生菌膜蛋白积累的影响；分析抑制PGRP6表达对叶蝉存活率、子代带毒率、带毒子代的病毒核酸水平的影响，并利用荧光原位杂交（FISH）和免疫荧光标记观察叶蝉卵巢内prp、PGRP6、Nasuia及RDV的分布情况；通过抑菌圈和肽聚糖降解实验验证PGRP6的功能。【结果】黑尾叶蝉的PGRP6与prp、Nasuia porin、P8均存在互作；PGRP6和prp在RDV侵染的黑尾叶蝉中的表达量均显著升高；抑制PGRP6表达可促进共生菌Nasuia和Sulcia的增殖，而抑制prp降低了共生菌的增殖，其功能与PGRP6相反，当两者同时被干扰后对共生菌的增殖无显著影响；dsPGRP6处理导致黑尾叶蝉存活率显著降低，子代带毒率增加，子代昆虫体内的病毒量明显高于对照组；免疫荧光标记发现PGRP6与prp、Nasuia、RDV均在卵巢组织中分布并发生共定位，prp和Nasuia是包裹的位置关系；PGPR6存在抑菌功能，可发挥抑制共生菌增殖的作用。【结论】PGRP6通过抑制黑尾叶蝉体内共生菌的增殖维持卵巢组织内的稳态，其与prp的功能相拮抗，其既确保了黑尾叶蝉的生命活力，又调控了共生菌携带RDV的垂直传播。

热激蛋白基因CfHsp70-1和CfHsp70-2在热驯化增强锈赤扁谷盗高温耐受性中的作用

陈二虎, 唐静杰, 胡顺杰, 唐培安

中国农业科学. 2025, 58(5): 918-928. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.008

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【目的】热激蛋白是生物体重要的分子伴侣，在生物抵御外界不良环境胁迫中具有重要作用。锈赤扁谷盗（Cryptolestes ferrugineus）是一种世界性储粮害虫，拥有极强的环境适应性。论文旨在揭示热激蛋白基因CfHsp70-1和CfHsp70-2在该害虫高温耐受性形成过程中的作用。【方法】分别利用亚致死高温（37和42 ℃）对锈赤扁谷盗驯化2 h，检测试虫对致死高温（50 ℃）耐受性变化情况。基于转录组数据鉴定获得两个锈赤扁谷盗关键热激蛋白基因（CfHsp70-1和CfHsp70-2），开展氨基酸序列和系统发育树分析。利用实时荧光定量PCR技术解析CfHsp70-1和CfHsp70-2对亚致死高温胁迫响应的表达模式。使用RNA干扰（RNA interference，RNAi）技术分别沉默CfHsp70-1和CfHsp70-2，分析不同条件下锈赤扁谷盗高温耐受性变化情况。【结果】锈赤扁谷盗经亚致死高温驯化2 h后，不同种群试虫在致死高温（50 ℃）条件下的半致死时间（LT₅₀）显著增加，表明其高温耐受性得到显著提升。序列和进化树分析显示，CfHsp70-1和CfHsp70-2氨基酸序列均拥有3个保守的Hsp70家族特征序列，且与其他鞘翅目昆虫Hsp70蛋白聚为一支。实时荧光定量PCR结果显示，锈赤扁谷盗经37和42 ℃驯化2 h，热激蛋白基因CfHsp70-1和CfHsp70-2均可被显著诱导表达。通过RNAi技术分别有效沉默CfHsp70-1和CfHsp70-2后，锈赤扁谷盗高温耐受性显著下降，即试虫在50 ℃条件下的死亡率均显著增加。【结论】热激蛋白基因CfHsp70-1和CfHsp70-2在热驯化增强锈赤扁谷盗高温耐受性中发挥重要作用。

水氮耦合对西北旱区覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响

赵彤彤, 谷晓博, 谭川东, 延廷霖, 李晓雁, 常甜, 杜娅丹

中国农业科学. 2025, 58(5): 929-942. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.009

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【目的】明确灌溉和施氮对土壤肥力的影响，探明不同水氮条件下覆膜农田土壤有机碳、氮矿化特征及其影响因素，为西北旱区覆膜农田水氮调控提供理论依据。【方法】在连续5年覆膜施氮冬小麦-夏玉米田间定位试验田块，采集施氮量为0（N0）、180 kg·hm^-2（N1）和360 kg·hm^-2（N2）3个施氮水平覆膜小区的土壤样品，并分别设置40%田间持水量（W0）、60%田间持水量（W1）和100%田间持水量（W2）3个土壤水分梯度进行室内有机碳、氮矿化培养试验，分析不同水氮条件对覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响特征。【结果】增加土壤含水量显著提高了土壤累积碳矿化量（C_min）、碳矿化速率、土壤累积净氮矿化量（N_min）、氮矿化速率和潜在矿化氮（N_p）。C_min、N_min和N_p均随施氮量的增加呈先增后降的趋势。培养结束后，N1W1处理C_min最高（1 781.00 mg·kg^-1），比其他处理显著提高8.8%—51.8%，且其N_min（29.52 mg·kg^-1）、潜在矿化碳（5 883.79 mg·kg^-1）和N_p（30.74 mg·kg^-1）也维持在相对较高水平。随机森林算法表明，土壤微生物碳（MBC）、土壤微生物氮、溶解性有机碳、有机碳和总溶解氮是影响C_min和N_min的重要因子。MBC随土壤水分增加呈先增后降趋势，W1下MBC含量分别比W0和W2处理显著增加60.1%—340.0%和3.1%—6.7%。结构方程表明，土壤水分对土壤碳矿化有直接正效应（0.70），对土壤氮矿化有间接正效应（0.55）；施氮对土壤氮矿化有直接正效应（0.90），对土壤碳矿化有间接负效应（0.24）。【结论】从土壤碳、氮矿化角度出发，60%田间持水量和施氮肥180 kg·hm^-2作为西北旱区覆膜农田适宜的水、氮推荐量。

磷肥长期施用对石灰性褐土团聚体中磷形态及磷酸酶活性的影响

黄少辉, 杨慧敏, 杨军芳, 杨文方, 聂浩亮, 张静, 邢素丽, 王敬霞, 杨云马, 贾良良

中国农业科学. 2025, 58(5): 943-955. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.010

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【目的】探究不同粒级团聚体中磷形态及磷酸酶活性差异，明确长期不同用量的化学磷肥投入下土壤磷组分及有效性变化机制，为土壤磷的高效利用和农业可持续发展提供理论支撑。【方法】在石灰性土壤上设置不同磷肥用量长期定位试验，采集长期周年施用0（P0，对照）、120（P120）、210（P210）kg P₂O₅·hm^-2化学磷肥于耕层（0—20 cm）的土壤，测定不同粒级团聚体含量、磷组分含量和碱性磷酸酶活性，解析长期施磷肥对石灰性褐土团聚体中磷形态及磷酸酶活性的影响。【结果】与不施磷处理相比，石灰性褐土长期施磷肥显著提高土壤团聚体稳定性和各组分磷含量，不同磷组分中酸溶性无机磷（Pi-HCl）含量最高，水溶性磷（Pi-H₂O）、碳酸氢钠有机磷（Po-NaHCO₃）、氢氧化钠无机磷（Pi-NaOH）含量相对较低。不同粒级团聚体磷组分中，施磷量差异引起无机磷库的变化高于有机磷库，与P120处理相比，P0处理大团聚体（>2 mm）、小团聚体（0.25—2 mm）和微团聚体（<0.25 mm）中无机磷含量分别降低21.5%、27.0%和18.7%，有机磷含量分别降低15.6%、12.8%和12.2%，且不同粒级、不同施磷量间有机磷含量均呈极显著差异。在不同磷有效性中，活性磷含量变化最大，不同粒级、不同施磷量处理间均呈极显著差异。各粒级团聚体组分中大团聚体无机磷（Pi，>2 mm）贡献率最高，为27.6%—38.3%，小团聚体有机磷（Po，0.25—2 mm）贡献率最低，为2.9%—4.9%。稳定性磷对整体磷含量贡献率最高，占84.3%—91.2%，各粒级团聚体组分中大团聚体稳定性磷（SP，>2 mm）贡献率最高，为52.6%—55.2%。不同粒级团聚体间土壤磷酸酶活性差异显著，且整体随粒级增加而增高。随施磷量的增加，大团聚体中磷酸酶活性显著增加。小团聚体P120处理的磷酸酶活性最高，P0处理最低，且处理间差异显著。微团聚体的磷酸酶活性处理间差异不显著。相关性分析结果表明，团聚体粒级和有机磷含量呈显著负相关关系，与碱性磷酸酶活性呈极显著正相关关系。结构方程模型分析结果表明，施磷量可直接影响土壤无机磷含量进而影响土壤磷的有效性，团聚体对有机磷和碱性磷酸酶活性有直接影响，从而间接影响无机磷含量和磷的有效性。【结论】石灰性褐土长期施化学磷肥显著提高土壤团聚体含量、各粒级团聚体磷组分含量和碱性磷酸酶活性，大团聚体对磷的有效性贡献最高。施磷量与土壤团聚体共同调控土壤磷的有效性。因此，合理施磷和提高土壤大团聚体比例是调控土壤磷有效性的重要手段。

我国主要麦区农户小麦籽粒硫的含量、分布及影响因素

佘文婷, 孙蕊卿, 党海燕, 李文虎, 张丰, 田怡, 徐隽峰, 丁玉兰, 王朝辉

中国农业科学. 2025, 58(5): 956-974. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.011

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【目的】明确我国主要麦区农户小麦籽粒硫含量，探究硫在小麦面粉和麸皮中的分布及影响因素，为因地制宜调控我国主要麦区小麦硫营养，优化硫养分管理提供依据。【方法】于2021—2023年两个小麦生长季，对我国18个小麦主产省（市、区）典型农户进行调研，采集小麦植株和土壤样品445份，分析小麦籽粒、面粉和麸皮的硫含量，及其与产量、生物量、收获指数、产量构成三要素、地上部硫积累分配、土壤理化性质和施肥量的关系。【结果】我国主要麦区农户小麦籽粒硫含量1.00—2.31 g·kg^-1，平均为1.59 g·kg^-1；面粉和麸皮硫含量分别为0.55—2.05和0.54—4.26 g·kg^-1，平均为1.33和2.03 g·kg^-1，约1/2的样本处于低硫水平。麦玉区和旱作区小麦籽粒和面粉的硫含量高于春麦区和稻麦区；麸皮硫含量高于面粉，两者均随籽粒硫含量的提高而增加。小麦产量和千粒重提高，有利于籽粒硫含量提升。小麦产量每增加1.0 t·hm^-2，籽粒硫含量提高0.01 g·kg^-1；千粒重每增加1.0 g，籽粒硫含量提高0.003 g·kg^-1。籽粒和面粉硫含量与地上部各器官硫积累量正相关。随着籽粒硫含量的增加，籽粒中的硫向面粉分配的能力下降，向麸皮分配的能力明显提高，但旱作区籽粒硫积累量增加慢于产量，导致小麦产量提高而籽粒硫含量反而降低。土壤pH、硝态氮和磷肥对籽粒硫含量影响显著，三者每增加1个单位，籽粒硫含量分别提高0.02、0.0004和0.0004 g·kg^-1。影响面粉硫含量的土壤因子主要是pH、铵态氮和有效铁，pH每增加1个单位，面粉硫含量提高0.04 g·kg^-1，但土壤铵态氮和有效铁含量每增加1.0 mg·kg^-1，面粉硫含量分别减少0.0003和0.0005 g·kg^-1。【结论】我国主要麦区小麦籽粒硫含量有较大提升空间。在保证高产的同时，优化产量三要素，调节土壤pH，协调硝铵态氮、有效铁供应，合理施用氮磷肥，增施硫肥，提高土壤硫有效性，协调作物硫吸收与产量形成，是调控籽粒硫含量及其在面粉和麸皮的分配，优化小麦籽粒硫营养的重要途径。

LED补光对日光温室基质栽培草莓生产及叶片生理特性的影响

张涵, 张玉琪, 黎景来, 徐虹, 李维环, 李涛

中国农业科学. 2025, 58(5): 975-990. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.012

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【目的】明确LED光环境调控对基质栽培草莓生产及叶片生理特性的影响，构建日光温室草莓种植光环境调控策略，为我国冬春季弱光逆境条件下草莓种植提质增效提供理论依据及技术支撑。【方法】以我国主栽草莓品种‘红颜’为材料，在日光温室进行基质高架栽培，于花芽分化初期进行LED补光试验（补光灯距冠层顶部约15 cm）。设置不同光强试验（光合光子通量密度（PPFD）分别为254、367和492 μmol·m^-2·s^-1，对应功率分别为80、120和160 W）、不同光质试验（红蓝9/1、红蓝1/1和白光，PPFD为360—390 μmol·m^-2·s^-1，功率为120 W）和不同补光时长与控制策略试验（动态补光10 h和连续补光5 h，均采用120 W白光LED，PPFD为367 μmol·m^-2·s^-1，动态补光10 h的补光灯开关策略同光强与光质试验，连续补光5 h处理为在8:00—13:00时间段补光灯连续开启），对照为不补光处理。试验期间测定草莓产量、叶片和果实生理生化指标及光合参数等，并对各处理电能利用效率进行分析。【结果】与对照相比，所有补光处理均提升了草莓产量，且采收期提前约10 d。在光强试验中，160 W处理产量提升41.9%，略高于80 W和120 W处理，但各处理间差异不显著；光质试验中，红蓝9/1处理增产55.9%，红蓝1/1增产44.1%，白光增产33.1%；补光时长与控制策略试验中，动态补光10 h产量比连续补光5 h处理高16.0%。上述补光引起的产量增加主要归因于单株果实数量增加。补光处理降低果实含水率、增加叶片厚度，但对叶片生理生化指标影响不显著。在光合作用方面，在上、下午自然光强较低时补光处理均可显著提升气孔导度，利于植物光合作用；而光强试验中160 W处理的叶片最大光合能力显著低于120 W处理，且气孔导度也低于对照。在电能利用效率方面，120 W红蓝9/1最高，160 W白光最低；动态补光策略处理下的电能利用效率是连续补光策略的2.6倍。【结论】冬春季弱光逆境条件下人工补光能够显著提升草莓产量、提前采收时间；适宜的补光强度对产量形成至关重要，补充高比例红光增产效果最佳，动态补光策略可显著提升电能利用效率。

乌菜BcDET2的克隆及其抽薹开花调控功能

郑雅琴, 刘雪晴, 吴思文, 唐小燕, 杨丹妮, 汪永康, Ahmad Aftab, Khna Afrsyab, 汪承刚, 陈国户

中国农业科学. 2025, 58(5): 991-1003. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.013

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【目的】通过对乌菜（Brassica campestris L. ssp. chinensis var. rosularis Tsen）油菜素内酯（brassinosteroid，BR）合成途径中类固醇5α-还原酶基因BcDET2（DE-ETIOLATED 2）进行克隆和表达分析，遗传转化乌菜植株，分析其在抽薹开花调控中的作用，为乌菜遗传育种提供分子依据。【方法】基于大白菜（Brassica rapa L.）基因组DET2（BraA10g023600.3C）基因序列，通过同源克隆获得乌菜BcDET2。利用Expasy、SOPMA、SWISS-MODEL、TMHMM等在线工具对BcDET2进行生物信息学分析。运用荧光定量PCR（qRT-PCR）等方法分析BcDET2的表达模式。采用农杆菌介导法瞬时侵染烟草（Nicotiana tabacum）细胞，进行BcDET2的亚细胞定位；遗传转化乌菜分析BcDET2在乌菜抽薹开花中的调控功能。利用酵母双杂交技术筛选和鉴定BcDET2的互作蛋白，并运用qRT-PCR分析该互作蛋白基因对春化的响应，以及在BcDET2过表达植株中的表达水平。【结果】成功获得乌菜BcDET2的cDNA序列（825 bp），编码274个氨基酸。生物信息学分析结果显示，BcDET2蛋白质结构以α-螺旋为主，预测为弱亲水性、不稳定碱性蛋白；含有39个磷酸化位点和5个跨膜结构域，无信号肽，表明其可能为非分泌型膜蛋白。进化树分析表明，BcDET2与大白菜（B. rapa）和油菜（B. napus）的DET2具有较近的亲缘关系。亚细胞定位显示，BcDET2在细胞核和细胞膜上均有荧光信号。qRT-PCR等分析表明，BcDET2在春化15 d时表达量最高，表明其对春化过程具有响应性。功能研究发现，过表达BcDET2显著促进乌菜转基因植株的早花现象。酵母双杂交试验表明，BcDET2可与转录因子BcBHLH96互作，且该转录因子在春化后期具有较高的转录水平，并且在过表达BcDET2植株中表达水平显著升高。【结论】成功克隆了乌菜BcDET2，该基因可能通过春化途径参与乌菜抽薹开花的调控。

麦麸多糖-金线鱼糜复合凝胶形成及结构

张涛, 王缓, 谢宏凯, 陈银基

中国农业科学. 2025, 58(5): 1004-1016. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.014

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【目的】研究麦麸多糖对金线鱼糜凝胶物性和结构的影响，并阐释麦麸多糖对于鱼糜凝胶特性的浓度效应机制，为利用麦麸类副产物改善鱼糜凝胶特性提供理论支持。【方法】提取麦麸多糖加入金线鱼糜中，制备多糖-鱼糜蛋白复合凝胶，并利用物性学、流变学、分子间作用力、傅里叶红外光谱、SDS-PAGE电泳、扫描电镜等技术，探究不同添加量的麦麸多糖对金线鱼糜凝胶特性与微结构的影响。【结果】麦麸多糖对鱼糜凝胶宏观物性和微观结构的影响具有明显的浓度依赖性。共混体系的流变学参数G'值和G"值、持水性、质构特性（TPA）、凝胶强度、水分分布状态均随着麦麸多糖添加量的增加，呈现先增加后降低的趋势，并在麦麸多糖添加量为1.0%时达到最大改善效果。傅里叶红外光谱图显示，在热诱导鱼糜凝胶化过程中，蛋白质的二级结构与多糖添加量密切相关：随着多糖含量增加，α-螺旋含量逐渐下降，β-转角与β-折叠含量持续增加（P<0.05），但麦麸多糖含量超过1.0%时，α-螺旋含量逐渐回升，而β-转角与β-折叠含量反而降低。这可能是由于多糖对蛋白凝胶内二硫键和静电相互作用为主要分子间作用力的影响具有浓度依赖，导致其二级结构变化。SDS-PAGE电泳显示，麦麸多糖添加量>1.0%后，肌动蛋白（actin，AC）条带和肌球蛋白重链（myosin heavy chain，MHC）条带颜色明显变浅，同时在浓缩胶的上端有深色条带累积。扫描电镜观察鱼糜凝胶的微观结构发现，随着多糖的添加量增加，鱼糜凝胶网络结构孔隙逐渐减小，当多糖的添加量为1.0%时，鱼糜凝胶网络结构最致密，分形维数D_f达到最大值2.8657；继续添加麦麸多糖导致凝胶体系出现相分离，多糖大量自我聚集会破坏鱼糜蛋白凝胶网络，从而分形维数D_f下降。【结论】在金线鱼鱼糜中添加1.0%的麦麸多糖，可作为鱼糜蛋白三维网络结构中的填充剂与保水剂，诱导形成更加均匀致密的凝胶基质，有效改善鱼糜凝胶品质。

畜禽杂种优势形成机制与预测方法研究进展

孙研研, 倪爱心, 杨涵涵, 袁经纬, 陈继兰

中国农业科学. 2025, 58(5): 1017-1031. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.015

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杂种优势是遗传结构不同群体的杂交后代在生活力、繁殖力以及适应力等方面优于亲本群体的平均值或者超过亲本群体的现象，是一种重要的遗传资源。杂种优势在现代农业中发挥着重要作用，有助于提高畜禽和农作物的产量和品质、快速改良性状、加速培育新品种和增加遗传多样性等，进而高效提升畜牧业和种植业的生产效率，降低成本。虽然杂种优势的发现已逾百年，但其遗传基础的解析远远落后于其在农业生产中的应用。杂种优势复杂形成机制的研究是遗传育种领域的一个经典话题和活跃前沿，但得到明确的结论却十分有限。针对杂种优势的表现特点，科学家先后提出显性学说、超显性学说和上位学说等多种杂种优势形成的假说，揭示杂种优势的遗传基础是非加性遗传效应，但是这些假说均是基于单基因效应而言，过于理想化和简单化；DNA、RNA和蛋白质等不同水平上的探索陆续发现多效应并存的现象。尤其在水稻和玉米等杂交育种作物上陆续开展的相关研究挖掘了杂种优势效应位点，丰富了对作物杂种优势形成机制的认知，推动了精准分子设计育种等作物育种技术的变革。杂种优势在猪、鸡等畜禽的育种中也广泛应用，畜牧业发达国家80%以上的商品猪肉、鸡肉和鸡蛋均通过杂交品种获得。高效应用杂种优势服务于生产，提前评估杂种优势是必要的。群间和群内表型方差比预测法、杂种遗传力预测法、分子标记预测法，这些新方法有助于解决通过传统的杂交试验的方法来预测杂种优势的周期长、易受环境影响和人力财力消耗大等问题，但是预测的准确性具有局限性。杂种优势涉及多个层面的相互作用，而且畜禽遗传背景复杂，育种周期长，使得畜禽杂种优势形成的机制研究和准确的预测方法依然面临挑战。近年来，测序技术的逐步应用，为理解畜禽杂种优势的分子调控网络提供了新的视角。QTL定位和全基因组关联分析从基因组水平上揭示杂种优势的分子机制，筛选相关的分子标记应用于畜禽品种的选择和选配。结合多组学研究，如转录组和代谢组，影响杂种优势的关键功能基因、变异及其代谢物能被更精确地定位，有助于杂交改良。本综述系统阐述了畜禽领域杂种优势形成机制和预测方法方面的研究进展，展望未来的研究会将通过结合多组学测序数据和生信分析来逐步阐明杂种优势的复杂机理，鉴定与杂种优势相关的基因、分子标记，并创新杂种优势的预测方法，为杂种优势利用提供更准确的方向。

胞内劳森菌夹心ELISA检测方法的建立与应用

洪润婧, 周红, 蔺辉星, 范红结

中国农业科学. 2025, 58(5): 1032-1042. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.016

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【目的】通过建立检测胞内劳森菌(Lawsonia intracellularis, LI)的夹心ELISA方法，进行猪增生性肠炎（porcine proliferative enteropathy, PPE）灭活疫苗研制中抗原含量的测定。【方法】以LI为免疫原免疫新西兰大白兔制备抗LI多克隆抗体；同时免疫6周龄BALB/c小鼠，通过杂交瘤细胞技术制备抗LI单克隆抗体。用Western Blot、间接免疫荧光试验（IFA）和免疫过氧化物酶单层试验（IPMA）对制备的抗体进行鉴定。将单克隆抗体作为捕获抗体，多克隆抗体作为检测抗体，建立检测LI的夹心ELISA方法，优化反应条件，并对该方法进行特异性、敏感性和重复性评价。用优化后的检测方法对灭活后的LI进行定量检测。【结果】制备的多克隆抗体效价达1﹕409 600。经三轮亚克隆后共筛选出3株阳性杂交瘤细胞，分别命名为1B7、3C7、4F10，腹水效价均为1﹕204 800。3株单克隆抗体均与LI发生特异性反应，与肠致病性大肠杆菌(E. coli O157:H7)、猪霍乱沙门氏菌(Salmonella cholerasuis, S. Choleraesuis)、鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium,S. typhimurium)均无交叉反应。夹心ELISA方法经优化后条件为 : 捕获抗体为4F10；捕获抗体与检测抗体的工作浓度分别为1.25和0.625 μg·mL^-1；包被液为磷酸盐缓冲液，包被条件为4 ℃ 14 h；封闭液为1%明胶，封闭条件为37 ℃ 1.5 h；抗原孵育条件为37 ℃ 1 h；检测抗体孵育条件为37 ℃ 0.5 h；酶标抗体稀释度为1﹕16 000，孵育条件为37 ℃ 1.5 h；显色条件为室温孵育10 min。该方法对其他常见的肠道病原菌检测均为阴性，对LI的最低检测限为1×10⁵个/mL，且批内、批间变异系数均小于10%。LI浓度在1×10⁵—1×10⁸个/mL范围内与P/N值呈线性关系，标准方程 : y=2.7349x-11.643（R²=0.9966）。使用该方法对该实验室制备的PPE灭活疫苗进行抗原定量，结果显示灭活前后抗原含量基本不变，且两组疫苗样品定量结果批内重复性良好。120份猪临床粪便样品检测结果显示，用夹心ELISA方法共检出62份阳性样品，58份阴性样品；用巢式PCR方法共检出67份阳性样品，53份阴性样品。二者的阳性符合率为86.6%，阴性符合率为92.5%，总符合率为89.2%，kappa值为0.78。【结论】成功制备针对LI的多克隆抗体与单克隆抗体，建立并优化了检测LI抗原的夹心ELISA检测方法。该方法特异性与重复性良好，对LI的检测限为1×10⁵个/mL。可用于PPE灭活疫苗制备过程中抗原的定量检测及PPE临床样品的检测。

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