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2025年 第58卷 第9期 刊出日期：2025-05-01

  

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

小麦苗期耐热性全基因组关联分析

李云丽, 刁邓超, 刘雅睿, 孙玉晨, 孟祥宇, 邬陈芳, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君

中国农业科学. 2025, 58(9):  1663-1683.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.001

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【目的】 小麦是中国乃至世界最重要的口粮之一，随着全球性的气候变化，高温成为限制小麦安全生产的主要逆境因素。筛选、鉴定优异耐热种质资源、挖掘耐热候选基因，可以丰富我国小麦耐热性遗传基础，为培育小麦耐热品种提供先决条件，保证国家粮食生产安全。【方法】 以331份小麦种质组成的自然群体为材料，采用人工气候箱模拟高温的方法，通过调查不同处理时长下小麦幼苗的存活率，以耐热级数为指标，评价其耐热性。结合55K SNP芯片基因型分析结果，通过全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）方法，发掘耐热性相关的遗传位点。结合小麦热胁迫下根、叶等多组织的表达量数据，筛选耐热性相关基因，最后，以极耐热种质西农889和热敏感种质中国春为材料，利用qPCR方法对候选基因进行验证。【结果】 高温胁迫下，不同小麦的存活率存在极端差异，极耐热、中等耐热、中等热敏感、极热敏感的种质资源分别是110、104、110和7份，占比为33.23%、31.42%、33.23%和2.12%，鉴定获得西农889、郑麦7698、中麦895、周麦18和丰产3号等耐热种质资源；通过全基因组关联分析，共检测到293个与12 h存活率、耐热级数显著关联的SNP位点，表型变异解释率为4.40%—12.46%，其中，与12 h存活率相关的位点200个，与耐热级数相关位点257个，定位到的相同耐热相关位点164个；基于显著关联的SNP标记，共预测到313个耐热相关基因。根据基因注释信息，以及热胁迫下的表达量数据，筛选出23个耐热候选基因，对差异表达的候选基因进行qPCR验证，鉴定到20个关键耐热候选基因。【结论】 鉴定了331份小麦种质的苗期耐热性，建立了一种45 ℃高温下测定不同处理时长的幼苗存活率鉴定小麦耐热性的快速方法，筛选出38份耐热种质。共检测到293个与小麦苗期耐热性显著关联的位点，筛选出TraesCS1A02G355900、TraesCS1A02G389500、TraesCS5A02G550700、TraesCS5D02G557100、TraesCS6D02G402500和TraesCS7A02G232500等关键候选基因。

海岛棉纤维强度QTL紧密连锁InDel分子标记开发及效应评价

吕涛, 孙国清, 郭栋材, 陈全家, 蔡永生, 樊标星, 曲延英, 郑凯

中国农业科学. 2025, 58(9):  1684-1701.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.002

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【目的】 海岛棉具有优异的纤维品质，纤维断裂比强度是棉花纤维品质的一个重要指标。开发InDel分子标记，通过RIL群体和资源材料进行验证，并分析其有效性，为选育优异纤维品质海岛棉新品种提供一定的理论依据。【方法】 以前期构建的213份Pima S-7和5917 F_5:6重组自交系（RIL）群体为材料，进行QTL定位，获得调控海岛棉纤维强度数量性状基因座位点qFS-chr17-1，根据亲本全基因组测序（WGS）数据开发设计InDel标记，并在亲本间筛选多态性标记。根据表型数据选取40份极端家系材料初步验证所开发的多态性标记。在213份RIL群体和213份海岛棉资源材料中进行基因分型，并结合多年纤维品质数据验证标记的有效性。【结果】 利用开发的2个InDel标记在RIL群体与海岛棉资源材料进行基因分型检测，结果表明，2个标记能够与纤维强度表型数据紧密连锁，所区分材料间纤维强度性状具有显著差异。通过组合2个标记基因型检测结果，发现4种组合类型的纤维强度呈现上升趋势，且携带Hap3（B/A）与Hap4（B/B）基因型的材料纤维强度显著强于Hap1（A/A）与Hap2（A/B）。InDel-3L2标记与纤维长度、纤维整齐度和纺纱一致性指数等纤维品质性状显著相关，所区分材料表型趋势与相关性分析结果一致。根据多年环境下两试验点的纤维品质数据分析，发现不同环境间的纤维品质有差异，结合气温数据，发现所开发的分子标记受环境影响小。通过对213份海岛棉资源材料纤维品质数据进行聚类分析，并结合分子标记分型结果，共筛选出8份优异纤维品质材料。【结论】 针对海岛棉纤维强度QTL位点（qFS-chr17-1）开发出2个与纤维强度紧密连锁的InDel分子标记，将两标记分型结果组合后仍具有有效性。InDel-3L2可以与纤维长度、纤维整齐度和纺纱一致性指数连锁。开发的InDel标记可以高效准确地检测海岛棉纤维高强度资源材料，可以用于海岛棉纤维品质改良育种。还筛选出8份优异纤维品质材料。

基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制

张义茹, 韩雪, 姚鑫杰, 冯军, 魏爱丽, 李文超, 张彬, 韩渊怀, 李红英

中国农业科学. 2025, 58(9):  1702-1718.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.003

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【目的】 探明谷子后熟期间小米淀粉、类胡萝卜素含量的变化特征，阐明该现象发生的分子机制，以期拓展谷子中类胡萝卜素代谢的新认知，为谷子米色稳定、小米深加工及贮藏提供理论依据。【方法】 对10个谷子品种收获后贮藏0、30、60和90 d的小米类胡萝卜素与淀粉含量分别进行测定；利用激光共聚焦显微镜观察代表性材料在4个贮藏阶段的淀粉粒的变化；利用转录组和蛋白质组分析该材料在贮藏不同阶段中与淀粉和类胡萝卜素代谢途径相关基因和蛋白的变化。【结果】 10个谷子品种后熟0—60 d，小米类胡萝卜素含量主要呈上升趋势，后熟90 d时开始下降，但高于0 d。淀粉含量在后熟30 d后呈上升趋势，之后整体呈下降趋势。显微镜观察发现，谷子在后熟30 d后，小米淀粉粒中类胡萝卜素荧光逐渐增多，淀粉体有向有色体转化趋势。转录组和蛋白质组联合分析得到1 344个DEGs和224个DEPs，主要富集在淀粉降解及类胡萝卜素合成代谢等途径，并构建了代谢网络调控图。【结论】 谷子后熟期间存在小米类胡萝卜素含量增加、淀粉含量减少的现象。推测淀粉降解导致丙酮酸含量升高，进入质体MEP途径促进类胡萝卜素合成，至谷子后熟末期，其下游脱落酸合成受到抑制，导致β-类胡萝卜素和玉米黄素等物质积累，进而影响米色变化。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

基于多角度成像与机器学习的水稻叶面积精确估算

王爱冬, 李瑞杰, 冯向前, 洪卫源, 李子秋, 张晓果, 王丹英, 陈松

中国农业科学. 2025, 58(9):  1719-1734.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.004

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【目的】 水稻叶面积是反映其光合效率、能量转化和干物质积累能力的重要生理指标，开发简单而高效的水稻叶面积拍摄体系和预测方法，为快速且精确地测定叶面积提供理论基础和技术支持。【方法】 以籼稻、粳稻及籼粳杂交稻代表性品种秀水134、黄华占和甬优1540为供试材料，在水稻生长关键时期采集地上部叶片面积的同时，分别拍摄俯拍和侧拍图像。基于PlantScreen高通量模块化植物表型组平台，提取形态学和色彩特征信息。在此基础上，利用不同特征筛选方法（Pearson相关系数、最大信息系数MIC和递归特征消除RFE），结合机器学习模型（支持向量回归SVR、随机森林回归RFR和XGBoost）和深度学习模型（ResNet50、AlexNet、VGG和SeNet），建立简易高效的图像采集体系与水稻叶面积预测模型。【结果】 （1）结合俯拍与侧拍多角度图像的拍摄模式在LA预测中表现优异，其预测能力（R ²=0.76—0.82，CV=5.5%—13.7%）显著优于单一视角图像的方法（R ²=0.51—0.78，CV=9.7%—27.5%），其中一张俯拍与一张侧拍的拍照系统综合效果最优（R ²=0.79，RMSE=95.3，MAE=77.02，CV=6.5%）；（2）利用最大信息系数（MIC）算法进行关键特征筛选，结合随机森林回归模型分析结果，MIC-RFR模型表现出色（R ²=0.84，RMSE=81.8，MAE=63.3），明显优于其他机器学习模型。深度学习模型SeNet（R ²=0.80，RMSE=98.1，MAE=74.7）优于传统的ResNet50和AlexNet模型，但与MIC-RFR模型相比无显著优势。（3）特征分析表明，侧拍图像中的投影面积、株高和俯拍图像中的叶周长、绿黄色特征对叶面积预测贡献显著。其中，侧拍投影面积的贡献（+117.4）远大于其他特征（1.48—18.87）。【结论】 使用简洁高效的叶面积预测拍摄体系（一张俯拍结合一张侧拍图像），结合MIC-RFR模型，可以满足单株水稻叶面积的高精度、稳定预测需求。该方法可为精准农业和作物育种提供有力的工具和技术支持。

二氢赤霉素与秸秆覆盖对旱地小麦分蘖成穗与产量的影响

蒲丽霞, 张佳芮, 叶建萍, 黄秀兰, 樊高琼, 杨洪坤

中国农业科学. 2025, 58(9):  1735-1748.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.005

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【目的】 西南丘陵旱地气候冬干春旱，是限制小麦有效穗数和产量的主要因素。探究秸秆覆盖和二氢赤霉素对旱地小麦分蘖成穗和籽粒产量的影响，以期为丰富和完善旱地小麦分蘖成穗调控理论提供理论依据和技术支撑。【方法】 试验于2022—2024年在西南典型丘陵旱地的仁寿试验站进行，采用二因素裂区试验设计，主区为秸秆覆盖（SM，秸秆覆盖免耕；NSM，秸秆不覆盖），裂区采用二氢赤霉素化控方式（DHGA₁₀₀，三叶期喷施二氢赤霉素；DHGA₀，三叶期喷施清水），针对西南丘陵旱地土壤干旱抑制小麦分蘖发生与成穗，导致小麦有效穗数不足的现状，分析秸秆覆盖和二氢赤霉素对小麦分蘖发生、物质积累和内源激素含量的影响，探究其对旱地小麦分蘖成穗及产量的影响。【结果】 秸秆覆盖（SM）相较于不覆盖(NSM)，小麦有效穗数和产量分别提高13.16%和20.64%；三叶期喷施二氢赤霉素（DHGA₁₀₀）相较于不喷施（DHGA₀），小麦有效穗数和产量分别提高9.7%和14.37%。秸秆覆盖与三叶期喷施二氢赤霉素能延长有效分蘖发生期，促进低位分蘖发生与成穗，提高小麦单株分蘖力和成穗数。SM较NSM单株分蘖力、一级分蘖的第一分蘖（T1）发生率和成穗数分别提高46.02%、21.21%和13.41%；DHGA₁₀₀较DHGA₀分别提高22.56%、16.18%和9.72%。单株分蘖力每提高0.1，有效穗数提高2.84%；单株成穗数每提高0.1，有效穗数提高19.3%；T1分蘖发生率每提高10%，有效穗数提高14%。秸秆覆盖和三叶期喷施二氢赤霉素均能调控分蘖节内源激素含量并提高分蘖干物质占全株的比例。SM相比于NSM，分蘖节ZR/ABA和GA₃/ABA分别提高52.66%和38.68%，IAA/ABA降低了11.10%；SM处理下，DHGA₁₀₀较DHGA₀分别提高14.06%、21.67%和31.67%。【结论】 秸秆覆盖与三叶期喷施二氢赤霉素可通过ABA/GA促进T1分蘖的发生与成穗，从而提高有效穗数和产量。因此，秸秆覆盖（8 000 kg·hm^-2）下小麦三叶期喷施二氢赤霉素（100 mg·L^-1）是雨养农作区小麦单产提升的模式。

减氮条件下适当磷肥后移对滴灌棉花产量和磷肥利用效率的影响

郭晨荔, 刘扬, 陈燕, 胡伟, 王友华, 周治国, 赵文青

中国农业科学. 2025, 58(9):  1749-1766.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.006

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【目的】 探究磷肥后移对减氮条件下滴灌棉花维持高产的调控作用，明确减氮条件下磷肥后移对棉花磷肥利用效率的影响。【方法】 于2022—2023年在石河子大学试验场进行大田实验，以中棉109为供试材料，共设置6个试验处理：常规施氮（N_ck：400 kg·hm^-2）下蕾期和花铃期各50%的磷肥运筹处理（磷肥总施用量105 kg·hm^-2，N_ckP3），减氮条件（减氮25%，N_r：300 kg·hm^-2）下不施磷肥（P0）、蕾期施磷100%（P1，磷肥总施用量105 kg·hm^-2，下同）、蕾期75%+花铃期25%（P2）、蕾期和花铃期各50%（P3）、蕾期25%+花铃期75%（P4），分别记为N_ckP3、N_rP0、N_rP1、N_rP2、N_rP3、N_rP4，明确减氮条件下磷肥后移对滴灌棉花产量及磷肥吸收利用的影响。【结果】 （1）相较于N_ckP3，各处理中仅N_rP3处理下籽棉产量差异不显著；减氮条件下，相较于P0，其他处理的籽棉产量均显著增加，P3处理增幅最大，达到31.0%。不同果枝部位中，减氮下，与P0相比，棉花中、上部籽棉产量的增幅大于下部。（2）相较于N_ckP3，各处理中仅N_rP3处理的棉花各器官生物量、磷素累积差异不显著；减氮条件下，相较于P0，磷肥后移增加棉花中、上部果枝生殖器官生物量和磷素分配比例，P3处理下增幅最大，分别为11.0%、21.7%和79.6%、72.0%，进而显著增加棉花生物量累积，促进磷素吸收利用；另外，各处理中仅N_rP3处理磷素利用率高于N_ckP3，增幅为15.8%。（3）籽棉产量、磷肥利用率与棉花地上部和生殖器官生物量快速累积期平均累积速率显著正相关，前者与生殖器官生物量最大累积速率极显著正相关，后者与生殖器官磷素最大累积速率显著正相关。【结论】 减氮条件下磷肥后移50%（N_rP3处理）通过增强生物量向棉花中、上部果枝生殖器官的转运与分配，促进中、上部果枝部位磷素向生殖器官的累积、分配，提高磷肥利用率，最终实现了棉花减氮不减产。

植物保护

不同抗性葡萄响应白腐病侵染的次生代谢物变化

谭西北, 兰徐颖, 刘崇怀, 樊秀彩, 姜建福, 孙磊, 李鹏, 余书鑫, 张颖

中国农业科学. 2025, 58(9):  1767-1778.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.007

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【目的】 探究次生代谢物在葡萄抗白腐病中的作用，揭示与葡萄抗白腐病相关的代谢物。【方法】 采用抗病品种刺葡萄0941（Vd）和感病品种美人指（Vv）转色期的果实为试材，在果梗处针刺形成伤口并接种白腐病原菌，接种后在不同时间点（0、24、48 h）收集去除感染部分后的果实，利用广泛靶向代谢组技术对抗病品种刺葡萄和感病品种美人指果实进行代谢物检测。【结果】 共检测到960种代谢物，分为12大类，如氨基酸及其衍生物、酚酸类、核苷酸及其衍生物、黄酮类和脂质等。主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）显示，抗病品种和感病品种在白腐病侵染前后的代谢物存在显著差异。以|log₂ fold change|≥1，P-value≤0.01作为筛选差异代谢物的阈值，共筛选出501种差异代谢物。在白腐病侵染后刺葡萄和美人指发生不同代谢响应，特别是侵染后的24和48 h差异代谢物数量和变化幅度在感病品种中更为显著。KEGG富集分析显示，这些差异代谢物主要富集在次生代谢物的生物合成、黄酮和黄酮醇的生物合成、ABC转运蛋白、抗坏血酸和醛酸代谢、氨基酸的生物合成等代谢途径。WGCNA鉴定出包括1种氨基酸及其衍生物（O-乙酰丝氨酸），1种酚酸类物质（熊果苷），1种黄酮类物质（矢车菊素-3-O-（6''-O-咖啡酰）葡萄糖苷），7种萜类物质（α-香树脂酮、白桦脂醇、3-表熊果酸、2-羟基齐墩果酸、山楂酸、麦珠子酸、3,24-二羟基-17,21-半缩醛基-12（13）齐墩果酸）在内的10种可能与抗病相关的次生代谢物。【结论】 揭示了白腐病侵染下葡萄的代谢物变化，这些在抗病品种刺葡萄中上调的次生代谢物（氨基酸及其衍生物、酚酸类物质、黄酮类物质和萜类物质）可能在抗白腐病过程中发挥重要作用。

聚六亚甲基胍对柑橘溃疡病菌的抑菌活性

刘婕, 侯瑞, 周泽华, 易图永

中国农业科学. 2025, 58(9):  1779-1790.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.008

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【目的】 明确聚六亚甲基胍（PHMG）对重大农业病原细菌柑橘溃疡病菌（柑橘黄单胞菌柑橘致病变种，Xanthomonas citri pv. citri，Xcc）的离体抑菌活性，评估PHMG对柑橘溃疡病的田间防治效果。【方法】 在测定离体抑菌活性时，运用浊度法监测菌液浊度的变化，以此量化PHMG对柑橘溃疡病菌生长的抑制程度。通过叶片接种模拟病原菌侵染柑橘叶片，观察PHMG是否能阻挡柑橘溃疡病菌的侵入，同时探究其是否具备防治柑橘溃疡病的作用。田间试验选择秋季新梢即将抽梢时进行，以最接近真实生产问题的环境来检验PHMG对柑橘溃疡病的防治效果。采用扫描电镜和荧光显微镜等微观观测仪器观察PHMG作用后柑橘溃疡病菌表面及形态的变化；碘化丙啶（PI）染色将细胞凋亡过程可视化；结晶紫染色试验揭示柑橘溃疡病菌生物膜形成情况，以探明PHMG对柑橘溃疡病菌菌体的影响。【结果】 PHMG具有广谱抑菌特性，对包括柑橘溃疡病菌在内的5种植物病原细菌均具有较好的离体抑制效果，其EC₅₀值稳定在0.5 μg·mL^-1左右，表明低浓度的PHMG即可对病原菌生长产生抑制。PHMG对51株柑橘溃疡病菌的EC₅₀值介于0.19—0.69 μg·mL^-1，离体抑菌效果较为稳定。叶片接种结果表明PHMG可保护柑橘叶片免受病原菌的侵染，且具有治疗作用。田间试验结果表明以0.5 mg·mL^-1的浓度喷施PHMG对柑橘溃疡病防治效果达到60%左右，略低于对照药剂春雷-噻菌铜和春雷-喹啉铜。此外，PHMG不仅致使柑橘溃疡病菌菌体表面凹陷，菌体大小异常，还促进病原菌凋亡，抑制细胞生物膜形成，并降低病原菌的运动性。【结论】 PHMG对柑橘溃疡病菌具有较强的离体抑菌活性，在实际应用中可有效降低田间柑橘溃疡病的发生。此外，PHMG对柑橘溃疡病菌的菌体形态、细胞凋亡、生物膜形成以及运动性均造成影响。研究结果可为后续PHMG防治柑橘溃疡病以及拓展至其他细菌病害领域具有重要的理论指引作用。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

黑龙江省嫩江市土壤容重空间分布格局及传递函数构建

王冰洁, 秦诗涵, 李德成, 胡文友, 姜军, 迟凤琴, 张超, 张久明, 徐英德, 汪景宽

中国农业科学. 2025, 58(9):  1791-1803.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.009

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【目的】 针对东北典型黑土区耕地土壤“变硬”程度及其空间分布不明确问题，以黑龙江省嫩江市为例，对土壤容重空间分布格局进行预测分析，并建立基于有机质含量、紧实度等因素的土壤容重传递函数。【方法】 通过Pearson相关性分析和主成分分析评估土壤属性、气候变量以及地形变量对土壤容重影响的重要程度，运用随机森林模型进行土壤容重预测制图。同时，基于多元线性回归和支持向量机等多种模型构建土壤容重传递函数，并比较其精度。【结果】 土壤容重与土壤含水量、有机质含量呈显著负相关，同时受黏粒、砂粒、pH及年均气温和年均降水量等土壤和气候因素的影响，地形因素影响相对较小。进一步预测制图发现，嫩江市土壤容重均呈现由东北（1.08—1.17 g·cm^-3）向西南（1.30—1.40 g·cm^-3）逐渐递增，且呈现亚表层土壤容重高于表层的趋势。此外，土壤容重和紧实度随土壤深度增加而增加，但土壤容重变化较缓（1.20—1.44 g·cm^-3），而紧实度主要在表层（0—20 cm）迅速增加（变化幅度约为300 kPa）；土壤有机质含量随深度增加而降低。通过土壤容重与有机质含量、紧实度等参数进行函数拟合，发现二项式模型和支持向量机分别在有机质—容重、紧实度—容重的拟合中具有较高的R²值，表现出较好的拟合效果和较强的解释力。在亚表层土壤中，通过紧实度构建的土壤容重传递函数预测精度（R²=0.55，RMSE=0.1）高于通过土壤有机质构建的模型（R²=0.43，RMSE=0.12）。【结论】 嫩江市土壤容重呈东北低西南高的分布趋势，且受土壤属性、气候和地形等多种因素的共同影响。基于紧实度的传递函数可作为东北黑土容重变化及“变硬”程度的快速诊断方法。

草原蘑菇圈对生态系统碳、水通量特征的影响

吐地·依米提, 于洪亮, 王旭, 平晓燕, 吴宜倩, 王崇伟

中国农业科学. 2025, 58(9):  1804-1815.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.010

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【目的】 探究草原蘑菇圈植被、土壤空间异质性及其对生态系统碳、水交换特征的影响。【方法】 利用Licor-6400和静态明/暗箱组成的测量系统，测定植物群落碳水通量不同组分，包括净生态系统碳交换量（NEE）、生态系统呼吸（ER）和蒸散发（ET），并估算草原生态系统总初级生产力（GPP）、碳利用效率（CUE）、水分利用效率（WUE）。【结果】 蘑菇圈圈上(绿草环)植物主要以禾本科（Gramineae）、莎草科（Cyperaceae）和菊科（Asteraceae）为主，圈上物种数和多样性指数显著小于圈内和圈外（P<0.05）。圈上地上生物量（324.72 g·m^-2）显著高于圈内（184.66 g·m^-2）和圈外（194.86 g·m^-2）,而圈上地下生物量（340.55 g·m^-2）小于圈内（508.29 g·m^-2）和圈外（394.77 g·m^-2）。圈上根冠比显著低于圈内和圈外（P<0.05），这可能与蘑菇圈圈上速效养分的累积效应有关。圈上土壤全氮（STN）、有机碳（SOC）、速效钾（SAK）、速效磷（SAP）、铵态氮（SAN）和硝态氮（SNN）的平均含量不同程度高于圈内和圈外。草原蘑菇圈圈上GPP、NEE均显著大于圈内和圈外（P<0.05），圈上ER、ET、CUE和WUE均高于圈内和圈外，但差异不显著（P>0.05）。碳水通量组分GPP、NEE、ER、ET与地上生物量存在不同程度的正相关关系，CUE和WUE与土壤养分呈不同程度正相关关系。【结论】 蘑菇圈真菌发育过程改变草原群落结构特征和土壤养分空间格局，蘑菇圈真菌驱动作用的土壤“施肥效应”是导致蘑菇圈不同圈层结构碳水通量组分和碳水利用效率空间异质性的根本原因。

园艺

加工番茄高可溶性固形物含量位点的遗传与互作效应分析

张敏, 李鑫, 张勇, 钟德萍, 鲁晓晓, 何淑敏, 陈冬红, 李烨, 李荣霞, 黄泽军, 王孝宣, 国艳梅, 杜永臣, 刘洪海, 李君明, 刘磊

中国农业科学. 2025, 58(9):  1816-1829.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.011

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【目的】 利用含有高可溶性固形物含量位点的渐渗系，探明其遗传效应及不同位点间的互作效应，为高品质番茄的遗传改良、基因聚合育种及杂种优势预测提供材料和理论支持。【方法】 选取潘那利番茄LA0716和多毛番茄LA1777渐渗群体中9个高可溶性固形物含量近等基因系为试材，通过不完全双列杂交方式获得单杂合与双杂合材料，对其可溶性固形物含量、单果重量和产量等的遗传和互作效应进行系统研究。【结果】 遗传效应分析表明，IL7-3所含有的高固形物含量位点多呈显性效应，但同时降低产量的连锁累赘位点也呈显性效应；IL9-2-5所含的高固形物含量位点具有较好的显性效应，且不降低单果重量和产量；IL1-4所含的增加果实产量的QTL呈超显性效应；IL2-6所含的降低单果重量的连锁累赘位点为显性效应。互作效应分析筛选到一系列能够显著影响固形物含量和产量的ILs或位点。其中，IL7-3和IL9-2-5所含的高固形物含量位点具有较好的上位性效应和累加效应，均能显著增加其互作组合的固形物含量，但IL7-3降低产量的连锁累赘影响了其互作组合的产量；IL2-6则能显著降低其互作组合的单果重量；IL5-4-5-44与IL7-5-5能够分别增加其互作组合的单株产量；在染色体上等位的IL1-4和LA3914具有较好的杂种优势效应，能够提高单株产量和园艺产量。园艺产量（可溶性固形物含量与产量的乘积）与单株产量的相关性最高，相关性系数为0.916，说明在固形物含量的遗传改良中需要兼顾产量。【结论】 番茄高固形物含量位点的聚合能够在一定程度上提高固形物含量和园艺产量，特别是遗传或生理上具有协同作用的位点互作，能够更加有效提高其互作效应。因此，选择适宜的高固形物含量位点进行聚合育种，是番茄可溶性固形物含量和产量遗传改良的有效途径。

食品科学与工程

关于现代农产品品质学的若干思考

季圣阳, 陆柏益, 李培武

中国农业科学. 2025, 58(9):  1830-1844.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.012

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满足人民群众对农产品营养与品质的迭代需求是农业高质量发展永恒的动力与方向，因此，农产品品质学应运而生，对引领农业产业发展、支撑乡村振兴具有重要意义。本文在综述国内外农产品品质相关研究的基础上，梳理了农产品品质学的发展历史，并提出了现代农产品品质学的概念，即以谷物、蔬菜、水产、乳、水果、肉禽、薯芋、药食两用类等农产品为研究对象，通过现代化检测方法和分析手段，以农产品营养品质和智慧表征为核心，构建基于不同用途的农产品品质评价体系；阐明农产品品质的物质基础及其影响规律，揭示品质构成（构效）机制和形成（劣变）机制；建立全程调控措施，从而生产优质农产品，满足消费者需求，指导农产品加工，提高农业产业化效率的一门应用科学。同时，分别从产业高质量发展和人民健康生活角度，分析了现代农产品品质学研究的必要性。此外，本文还指出了当前农产品品质研究面临的关键难题，包括：（1）品质时空变化规律不清和特征品质不明、评价技术缺乏、检测技术精准性和便携性低；（2）农产品成分复杂且空间结构与品质特性的关系不明、农产品过度加工、资源浪费且优质难优价；（3）品质影响规律不清、形成和劣变靶标分子不明、品质难控制和保持。并基于上述关键难题提出了现代农产品品质学的研究内容，涵盖农产品特征品质挖掘及评价检测技术、农产品品质构成（构效）机制及高值化利用技术、农产品品质形成（劣变）机制及调控技术3个方面。最终提出了现代农产品品质学未来需要深入研究的重点任务，主要包括：（1）基于物联网、大数据及人工智能技术，构建农产品品质数据库，实现个体精准营养需求；（2）基于人工智能驱动的供应链技术，构建传感器网络和数据采集系统，实现农产品品质全产业链的智慧表征；（3）基于品质梯度和综合利用技术，构建绿色循环模式体系，实现农产品制造全过程资源高值转化；（4）基于多源知识融合技术，构建农产品AI智能体，实现农产品品质全程控制。本文旨在为农业科研、生产、管理等工作实践提供一定的指导和帮助，以期解决当前农产品品质提升的瓶颈问题，助力农业产业高质量发展。

畜牧·兽医

通过加权基因共表达网络分析揭示影响猪脂肪沉积的候选基因

王继英, 李菁璇, 王彦平, 郭建凤, 蔺海朝, 赵雪艳

中国农业科学. 2025, 58(9):  1845-1855.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.013

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【目的】 脂肪作为猪体内的主要储能组织，其沉积量不仅对养殖经济效益有着直接影响，还与猪肉品质密切相关。通过基于RNA测序数据和脂肪沉积相关性状的表型数据构建基因共表达网络，从而挖掘影响猪脂肪沉积的关键候选基因,探讨猪脂肪沉积的潜在调控机制。【方法】 对28头杜洛克猪的背最长肌样本进行RNA测序，同时测定并计算了背膘厚、肥肉率、肌内脂肪（intramuscular fat, IMF）含量、身体质量指数（body mass index, BMI）等多项与脂肪沉积密切相关性状的表型数据；在此基础上，利用R语言WGCNA软件包开展加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA），从与脂肪沉积相关的共表达模块中筛选影响脂肪沉积的关键基因。【结果】 通过WGCNA分析，共鉴别到28个基因共表达模块，其中Cyan模块和Purple模块与至少2个脂肪沉积相关性状呈显著相关（|相关系数|>0.3，显著性值>0.25）。这2个模块内基因功能富集分析结果显示，Cyan模块内的基因显著富集在脂肪酸生物合成（矫正后P = 3.48×10^-2）、鞘糖脂生物合成（矫正后P = 4.40×10^-2）等与脂肪沉积相关的通路中；但Purple模块基因未显著富集在任何与脂肪沉积相关的通路和GO项中（矫正后P >0.05）。另外，基于模块内连接性大于2、基因表达量与模块特征值的相关系数绝对值大于0.8、基因表达量与至少两个脂肪沉积相关表型的相关系数绝对值大于0.3的筛选标准，在与脂肪沉积相关模块内的92个基因中共鉴别到24个核心基因；其中，核心基因BET1L、NAGLU、B3GALT4和TMEM115的表达量与背膘厚、肥肉率、IMF含量和BMI等的相关系数均大于0.3，且基因功能注释结果发现这些基因的功能与脂肪沉积密切相关，表明这些基因可能在脂肪形成过程中发挥着重要作用。【结论】 本研究在杜洛克猪中通过WGCNA鉴别到1个与脂肪沉积相关的关键模块，并在该模块中筛选出BET1L、NAGLU、B3GALT4和TMEM115等影响脂肪沉积的潜在候选基因。这些发现不仅加深了对猪脂肪沉积遗传因素的认识，也为进一步探讨猪脂肪沉积的潜在调控机制奠定了坚实的理论基础。

中红外光谱分析技术在奶牛甲烷排放预测中的应用研究进展

杨国昌, 郑月, 包向男, 代迎春, 王金刚, 白雪峰, 孙伟, 李喜和, 张淑君

中国农业科学. 2025, 58(9):  1856-1866.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.014

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温室气体的排放不仅会导致全球变暖，引起气候系统发生变化，还可能对臭氧层造成损害，进而加剧温室效应。甲烷气体的排放总量虽然不如二氧化碳气体，在大气中停留时间也较短，但其具有更高的全球增温潜势，是一种极具威胁性的温室气体。畜牧业是人类活动甲烷气体排放的主要来源，其中奶牛的甲烷排放量占据了近五分之一的比例。在这一背景下，测量奶牛个体甲烷排放量变得至关重要。通过了解每头奶牛产生的甲烷排放量可以帮助人类识别出高排放量的奶牛个体，并采取更有针对性的措施来减少排放。因此需要便捷高通量的奶牛甲烷排放测定技术，但如呼吸室、六氟化硫气体示踪技术等传统的甲烷测定技术费时费力且成本高昂，不利于大批量单个奶牛甲烷排放水平的监测。基于奶牛的性状指标组合去预测奶牛的甲烷排放性状水平是一种可行的替代方法, 当前已开发了众多基于奶牛能量摄入、干物质采食量和摄入日粮组成等预测因子的奶牛甲烷预测方程, 但这些预测因子在商业牧场同样难以收集，限制了这些方程在大规模应用中的可行性。考虑到奶牛牛奶的中红外光谱信息可以从奶牛生产性能的常规测定中大批量低成本获取, 在过去十几年中, 国外研究人员一直在对基于牛奶的中红外光谱信息预测奶牛甲烷排放的可行性进行探究，已确认基于牛奶的中红外光谱预测奶牛的甲烷排放量是可行的，具有很强的生物学合理性和中等的预测精度，而我国在这方向的研究还未起步。本文阐述了利用牛奶的中红外光谱信息预测奶牛甲烷排放量的研究现状，强调了未来研究中仍需关注的重点和难点，总结了不同研究在奶牛甲烷排放衡量指标、甲烷性状观测值测定方法、中红外光谱的收集、建模方法与验证策略等方面采取策略的不同, 以期为我国科研人员开展相关研究提供参考。