中国农业科学

2025年第58卷第13期中英文目录

中国农业科学. 2025, 58(13): 0.

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耐低氮小麦品种的筛选及耐低氮指数的全基因组关联分析

李宁, 高丽锋, 黄鑫, 史华伟, 杨进文, 史雨刚, 陈明, 贾继增, 孙黛珍

中国农业科学. 2025, 58(13): 2487-2503. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.001

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【目的】氮肥的大量应用造成了生态环境的污染和农业资源的浪费。培育氮高效小麦新品种，提高小麦的氮素利用效率，是实现农业可持续发展和保护环境的有效途径。筛选耐低氮种质资源，挖掘耐低氮性相关遗传位点及候选基因，为氮高效小麦新品种的培育提供材料和奠定理论基础。【方法】以389份小麦品种组成的自然群体为材料，分别在高氮（HN）和低氮（LN）处理下的10个田间环境中测定小麦单株籽粒产量（GYP）。然后，基于GYP计算各品种的耐低氮指数（stress tolerance index，STI），并筛选出具有不同耐低氮性的小麦品种。结合自然群体660K单核苷酸多态性（SNP）标记芯片的基因型分析数据，对STI进行全基因组关联分析（GWAS），鉴定与小麦田间耐低氮性稳定关联的遗传位点。进一步根据候选基因的单倍型分析、表达分析和功能注释，筛选与小麦耐低氮性相关的候选基因。【结果】共筛选出12份具有强耐低氮性的小麦品种，分别为中洛08-1、冀麦15、京花2号、科红1号、绵阳19、济麦22、镇麦4号、豫麦35、丰抗7号、绵阳11、晋麦31和鲁麦5号。共检测到14个与STI显著关联的位点，其中4个位点（qSTI1A.1、qSTI3B、qSTI6A和qSTI7A.2）的物理区间与前人已报道的小麦耐低氮性或产量相关遗传位点存在重叠，且qSTI3B在3个环境中被重复检测到，是一个调控小麦耐低氮性的重要遗传位点，进而对其候选基因进行了筛选。结果显示，候选基因TraesCS3B02G042400的功能注释为AP2/EREBP（APETALA2/乙烯响应元件结合蛋白）转录因子。携带该基因不同单倍型的小麦品种间STI值呈现显著差异，且其表达水平会随着氮素供应而持续上升。结果表明，TraesCS3B02G042400是一个与小麦耐低氮性相关的关键候选基因。【结论】筛选出12份强耐低氮性的小麦品种。鉴定到一个与小麦耐低氮性稳定关联的重要遗传位点qSTI3B。挖掘到一个小麦耐低氮候选基因TraesCS3B02G042400。

玉米种质资源对瘤黑粉病的抗性评价及生理差异分析

李翔宇, 刘健茁, 胡丹丹, 刘耕瑜, 陈良宇, 李冰, 杜万里, 宋波

中国农业科学. 2025, 58(13): 2504-2521. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.002

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【目的】瘤黑粉病是我国玉米生产中的重要病害之一。筛选抗性种质资源，解析其在病原菌侵染下的生理生化响应，以期为抗病育种提供科学依据。【方法】选取425份玉米种质资源，系统筛选其瘤黑粉病抗性水平，并结合糖代谢、氧化应激及光合参数分析，筛选出高抗、中抗和高感自交系。采用WGA-AF488/PI染色分析菌丝增殖状况，以揭示不同自交系的抗病特性。【结果】 2021年和2022年瘤黑粉病的发病指数和发病率存在显著年际差异，主要受气温和降水影响。主成分分析显示，接种4、8和12 d的病情指数是病害严重程度的关键指标，而灌浆期（R2）和蜡熟期（R4）的发病率揭示了生长阶段的差异。此外，筛选出6份高抗（如Q319）、67份中抗（如599）和171份高感（如M407）自交系。糖代谢分析显示，不同抗病性自交系在蔗糖、果糖和葡萄糖含量上存在显著差异，表明糖代谢在病原菌与寄主竞争中具有重要作用。氧化应激分析表明，感染后H₂O₂和O^2-含量显著升高，且高抗自交系的OH^-清除能力最强。SOD和POD活性接种4和8 d显著提升，D599的SOD活性第8天提高114.98%，Q319提高96.08%；第12天，D599和Q319的POD活性分别增加164.27%和160.91%，表明抗病材料抗氧化能力较强。WGA染色结果显示，Q319的菌丝扩展受限，主要集中于维管束附近，表明其细胞壁防御能力较强；D599的菌丝扩展速度和范围介于Q319和M407之间，表现为中等防御能力；M407菌丝扩展广泛，形成大面积跨细胞侵染，表明其细胞壁防御较弱。接种后，Q319、D599和M407的净光合速率第4天分别较对照组降低52.5%、52.8%和100.2%，光合色素含量显著下降，但第4至第12天下降幅度逐渐减小。【结论】揭示了瘤黑粉病菌侵染下，不同抗性玉米自交系在糖代谢、氧化胁迫、抗氧化能力及光合作用方面的显著差异。高抗自交系Q319通过低蔗糖、高果糖和葡萄糖的代谢特点，配合较高的叶绿素和类胡萝卜素含量及高效的抗氧化能力，展现出较强抗病性；高感自交系M407因蔗糖积累较多、抗氧化系统响应不足，导致净光合速率和蒸腾速率显著下降，病害易感性增强；中抗自交系D599在光合功能和色素积累上表现适中，抗病能力介于二者之间。

马铃薯全粉品质综合评价及品种筛选

赵甜甜, 袁剑龙, 卓峰琦, 唐振三, 徐杰, 张峰

中国农业科学. 2025, 58(13): 2522-2537. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.003

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【目的】分析不同马铃薯品种（系）全粉品质特性，筛选代表性评价指标及优异全粉加工型品种，为全粉加工型品种选育提供理论依据。【方法】以32份国内外主栽品种（系）为供试材料，大西洋为对照，测定块茎干物质、淀粉、还原糖、直链淀粉、抗坏血酸、柠檬酸、绿原酸、糖苷生物碱含量，以及水分、灰分、粗淀粉、粗脂肪、溶解度、膨胀度、持水力、持油力、碘蓝值、冻融稳定性、白度、亮度、热特性等全粉品质指标，经主成分分析、聚类分析、相关性分析和逐步回归分析，比较各品种（系）全粉品质差异。【结果】 32份品种（系）块茎干物质含量为17.14%—25.58% FW，淀粉含量为11.34%—19.52% FW，直链淀粉含量占总淀粉含量为15.24%—24.44% FW，还原糖含量为0.10%—1.07% FW，抗坏血酸含量为0.51—4.10 mg·g^-1 DW，柠檬酸含量为9.60—28.42 mg·g^-1 DW，绿原酸含量为121.32—2 558.36 mg·kg^-1 DW，糖苷生物碱含量为25.63—882.90 mg·kg^-1 DW。全粉水分含量为2.05—7.21 g·100 g^-1，灰分含量为2.00—5.34 g·100 g^-1，粗淀粉含量为44.50—77.50 g·100 g^-1，粗脂肪含量为0.10—0.93 g·100 g^-1，溶解度为14.11%—25.17%，膨胀度为12.75%—17.71%，持水力为2.76—3.79 g·g^-1，持油力为2.37—3.30 g·g^-1，碘蓝值为6.35—22.52，析水率为23.96%—54.34%，白度为11.47—31.00，亮度为75.92—88.03，糊化初始温度为60.70—70.04 ℃，糊化峰值温度为64.84—74.06 ℃，糊化终止温度为69.37—78.15 ℃，糊化焓值为2.36—4.92 J·g^-1。块茎品质、全粉品质及理化特性间呈不同程度的相关性，其中，全粉膨胀度与析水率、初始温度、峰值温度、终止温度呈极显著负相关性。建立马铃薯全粉品质综合评价模型：Y=0.612+0.352×干物质含量（%）-0.344×析水率（%）-0.233×糖苷生物碱含量（μg·g^-1）-0.238×糊化峰值温度（℃）+0.152×全粉粗淀粉含量（g·100 g^-1）（R²=0.952，P<0.01）【结论】块茎干物质含量、糖苷生物碱含量，以及加工后全粉粗淀粉含量、冻融稳定性、峰值温度可作为评价筛选全粉加工型马铃薯的关键指标，甘农薯7号、中薯49号是优异的全粉加工品种。

基于DNDC和NSGA-Ⅲ耦合模型的旱地春小麦稳产减排多目标优化

曹景文, 聂志刚, 李广, 杨洁

中国农业科学. 2025, 58(13): 2538-2551. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.004

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【目的】为应对日益增长的粮食需求和生态可持续性要求，探讨灌溉与施肥综合调控对西北地区旱地春小麦产量、土壤CO₂及N₂O排放通量的综合影响，以明确最优的灌溉量及施肥策略，实现农业生产与环境效益的协调发展。【方法】基于DNDC农业生态系统模拟模型，立足于2021—2023年甘肃省定西市安定区凤翔镇安家坡村的田间试验数据，对模型进行参数校准和验证，构建不同施肥水平（0—400 kg·hm^-2）与灌溉水平（0—300 mm）的管理情景，探索不同灌溉量与施肥量管理措施下的小麦生长动态和土壤温室气体（CO₂、N₂O）排放通量的响应规律，结合NSGA-Ⅲ多目标优化算法构建多目标优化框架，以“最大化作物产量”“最小化土壤CO₂排放通量”“最小化土壤N₂O排放通量”为三目标函数，实现小麦产量提升与土壤温室气体减排的协同优化，确定可以兼顾产量和环境效益的最优管理方案。【结果】 DNDC模型能够较好地模拟春小麦产量及土壤温室气体排放通量。在4种施肥梯度处理下，3年间产量、土壤CO₂和N₂O排放通量的归一化均方根误差（NRMSE）分别为17.4%—18.8%、7.62%—11.41%和9.19%—12.47%；在2种灌溉量处理下，3年间产量的归一化均方根误差（NRMSE）为13.3%—17.2%。优化后的灌溉量与施肥量表明，当施肥量控制在150—180 kg·hm^-2、灌溉量110—150 mm时，小麦产量可提升至2 088.48 kg·hm^-2，同时土壤CO₂排放通量控制在每年4 998.87—5 011.50 kg·hm^-2，土壤N₂O排放通量控制在每年4.06—4.14 kg·hm^-2。【结论】耦合DNDC模型与NSGA-Ⅲ算法可实现旱地春小麦产量与土壤温室气体排放通量的协同优化，当灌溉量为110—150 mm、施氮量为150—180 kg·hm^-2时，可在保障产量稳定的同时有效控制土壤CO₂及N₂O排放通量，为陇中旱地春小麦稳产减排提供科学依据。

干旱地区绿肥还田条件下减氮对玉米农艺性状、产量及籽粒品质的影响

王鹏飞, 于爱忠, 王凤, 王玉珑, 吕汉强, 尚永盼, 尹波, 刘亚龙, 张冬玲, 霍建喆, 姜科强, 庞小能

中国农业科学. 2025, 58(13): 2552-2563. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.005

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【目的】为寻求适宜于干旱地区玉米高产优产的合理施氮制度，探讨绿肥还田条件下减氮对玉米籽粒产量及品质影响，以期为该区域发展节氮增效、高产优质的玉米生产模式提供理论依据。【方法】于2020—2022年在甘肃武威绿洲农业试验站开展田间试验，研究绿肥全量还田条件下不同的减氮比例（绿肥还田条件不减氮，N100，360 kg N·hm^-2；减氮10%，N90，324 kg N·hm^-2；减氮20%，N80，288 kg N·hm^-2；减氮30%，N70，252 kg N·hm^-2；减氮40%，N60，216 kg N·hm^-2）对玉米农艺性状、产量构成及籽粒品质的影响。【结果】与N100处理相比，N80处理能够保证玉米株高、茎粗和干重不降低，而N70处理分别降低8.8%、11.3%和16.4%，N60处理分别降低10.6%、12.9%和21.3%。在产量构成因素中，各处理玉米秃尖长均无显著差异；N100、N90和N80处理的穗长、穗行数、行粒数、穗数无显著差异，但均显著高于N70、N60处理。此外，N80处理在保证玉米产量不降低的同时，还具有保证玉米籽粒蛋白质含量不降低、脂肪含量提高的优势，且有助于减少玉米茎叶的氮素积累量，增加玉米籽粒氮素积累量。Mantel检验分析表明，玉米籽粒产量、蛋白质、脂肪含量与施氮量、籽粒氮素积累量、株高、茎粗、干重、穗长、穗行数间呈显著正相关关系（P<0.05，Mantel’r>0.25），而与穗位高、秃尖长和行粒数间无显著相关关系。灰色关联度分析进一步表明，穗数、植株干重和穗行数是影响玉米籽粒产量的关键因子。【结论】在农业可持续发展的大背景下，绿肥还田条件下减氮20%（288 kg N·hm^-2）可作为干旱地区发展节氮减投、高产优质农业的合理氮肥管理制度。

同垄种植对玉米||花生土壤有效磷分布特征和作物磷吸收利用的影响

梁娜, 汪江涛, 王颖超, 郑宾, 王笑笑, 刘娟, 刘领, 付国占, 焦念元

中国农业科学. 2025, 58(13): 2564-2577. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.006

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【目的】同垄种植能进一步提高玉米（Zea mays L.）花生（Arachis hypogaea L.）间作（玉米||花生）产量优势，探明其土壤有效磷分布特征及作物磷吸收利用特点，为玉米||花生可持续高产栽培提供理论和技术依据。【方法】试验于2023—2024年在河南科技大学农场进行，采用大田随机区组试验，以平作种植玉米||花生（FIC）为对照，在不施磷（P₀）和180 kg P₂O₅·hm^-2（P₁₈₀）条件下，研究同垄种植（RIC）对玉米||花生0—60 cm土层土壤有效磷分布特征及作物磷吸收利用的影响。【结果】在水平方向上，FIC处理0—60 cm土层土壤有效磷分布呈“ ”（平缓）特征，而RIC呈“ ”（垄状）特征，P₁₈₀条件下“低-高-低”的“ ”（垄状）特征更加凸显；RIC较FIC处理有利于提高种植单元内0—40 cm土层土壤有效磷含量，P₁₈₀条件下提高18.38%—21.29%，达到显著水平；RIC较FIC处理可缓解种间磷营养竞争，促进玉米和花生各器官磷含量提升，显著增加磷积累量，并促进磷向玉米籽粒和花生果仁分配；RIC较FIC处理显著提高间作玉米、间作花生和间作体系磷吸收量和产量，其中磷吸收量提高幅度分别为18.83%—32.62%、24.08%—41.78%和21.06%—37.14%（P<0.05）。P₁₈₀较P₀能进一步提高土壤有效磷含量及间作玉米和花生各器官磷含量，促进间作体系磷吸收，显著提高玉米、花生产量和间作优势。【结论】相较于平作种植，同垄种植能进一步提高玉米||花生产量优势，关键在于其改善了0—60 cm土层土壤有效磷分布，提高了种植单元内0—40 cm土层土壤有效磷含量，缓解种间磷营养竞争，促进玉米、花生对磷的吸收及向籽粒中分配，施磷具有显著的正向调控作用。

葡萄抗灰霉病相关转录因子VviERF045下游靶基因的筛选

赵钰磊, 辛佳璐, 李承男, 李珊, 谢旭飞, 尹晓

中国农业科学. 2025, 58(13): 2578-2590. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.007

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【背景】灰霉病是严重危害葡萄（Vitis vinifera）产业的重要真菌性病害。乙烯响应因子（AP2/ERF）作为植物中重要的转录因子家族，在调控植物生长发育及逆境响应过程中发挥关键作用。【目的】探究葡萄乙烯响应因子VviERF045响应灰葡萄孢（Botrytis cinerea）侵染的分子机制，通过对其靶基因进行预测并分析其调控作用，为后续进一步解释葡萄抗灰霉病的分子机制及培育抗病新品种提供参考。【方法】采用琼脂盘接种法和孢子悬浮液接种法对葡萄叶片进行灰葡萄孢接种，并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术分析VviERF045及其预测靶基因的表达水平变化；通过PlantCARE在线网站预测该基因启动子区的顺式作用元件；采用MEGA 7和DNAMAN软件对VviERF045蛋白进行系统发育树构建及序列比对分析。利用农杆菌介导的葡萄‘赤霞珠’叶片瞬时转化技术，验证VviERF045在灰葡萄孢侵染过程中的功能；以欧洲葡萄‘黑比诺’叶片为试验材料，于接种灰葡萄孢12 h后，利用DAP亲和纯化测序（DAP-seq）技术在全基因组水平进行分析识别并结合的DNA元件和下游基因。【结果】农杆菌介导的瞬时转化试验发现，在欧洲葡萄‘赤霞珠’叶片中过表达VviERF045显著增强了对灰霉病抗性；对欧洲葡萄‘黑比诺’叶片接菌12 h时进行DAP-seq分析，经两次试验组的信号峰比对发现，共51 806个重复信号峰，对这些信号峰进行promoter-TSS上下2 kb区域的基因筛选，并选取显著性前2 000的基因进行GO和KEGG功能注释。对潜在靶基因预测及信号峰分析，最终预测出3个潜在靶基因（TCP8、SAP5、bHLH48），其启动子区域均呈现显著结合峰；利用qRT-PCR进行验证，其表达水平均出现上调，表明这3个潜在靶基因可能与VviERF045共同参与对灰葡萄孢的响应过程。【结论】 VviERF045在葡萄应对灰葡萄孢侵染过程中起正调控作用，预测TCP8、SAP5、bHLH48可能共同参与灰葡萄孢调控网络。研究结果可为挖掘欧洲葡萄抗病基因提供参考。

油茶壳杀黏虫活性成分鉴定及其作用机制

詹丽, 梁宗锁, 于靖, 卢俊, 梁倩

中国农业科学. 2025, 58(13): 2591-2603. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.008

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【目的】明确油茶副产物油茶壳对黏虫（Mythimna separata）的杀虫活性成分及作用机制，为黏虫植物源杀虫剂的开发提供依据。【方法】通过浸虫法和浸叶法测定油茶壳石油醚、三氯甲烷、乙酸乙酯和水提取物对黏虫的杀虫活性；石油醚提取物经硅胶柱层析分离，气相色谱-质谱分析，确定其活性成分；通过非靶向代谢组学技术，对黏虫的差异代谢物进行注释、筛选和分析。【结果】油茶壳石油醚提取物对黏虫的触杀活性最好，其对黏虫1、3、5和7 d触杀活性的LC₅₀分别为9.53、8.00、7.51和7.02 mg·mL^-1。油茶壳石油醚提取物经硅胶柱层析分离，得到20个馏分，馏分6对黏虫的触杀活性最好，1、3、5和7 d触杀活性的LC₅₀分别为3.99、3.85、3.72和3.72 mg·mL^-1。馏分6再分离，得到21个馏分，馏分6.4对黏虫的触杀活性最好；经气相色谱-质谱法分析，正十六烷（19.33%）、1-十六烯（14.21%）、二十八烷（4.03%）、十八烷（9.24%）、二氯菊酸（6.73%）、1-十八烯（7.27%）、二十四烷醇（3.87%）和异植醇（5.92%）为主要化合物，其中二氯菊酸对黏虫的触杀活性最好，1、3、5和7 d触杀活性的LC₅₀分别为91.62、55.61、34.94和24.43 μg·mL^-1，与阳性对照除虫菊酯的杀虫活性相当。通过非靶向代谢组学技术，筛选得到6个差异代谢物，其中云杉苷、大麻素、5-氟大麻素代谢物和己酰甘氨酸显著上调，而4-乙基-2,6-二羟基苯基硫酸氢酯和N-二十五酰甘氨酸显著下调。这些差异代谢物主要富集在辅因子的生物合成、烟酸和烟酰胺代谢、色氨酸代谢、泛醌和其他萜类醌的生物合成4个信号通路中。【结论】油茶壳中对黏虫具有良好杀虫活性的化合物为二氯菊酸，研究结果可为黏虫的生物防治及油茶壳高值化利用提供新方向。

不同植稻年限土壤酶活性及其化学计量特征

张鑫瑶, 王萍, 刘亚龙, 汪景宽

中国农业科学. 2025, 58(13): 2604-2613. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.009

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【目的】采用生态化学计量学方法评价水稻土中微生物生长代谢过程及土壤养分限制状况，为理解稻田生态系统养分循环提供依据。【方法】以我国东部沿海地区1 000年的稻田土壤时间序列为研究对象，分析土壤酶活性及酶化学计量比随种植水稻年限的变化特征及其影响因素。【结果】除蔗糖酶活性随植稻年限持续增加之外，参与土壤碳循环的4种酶（α-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、纤维二糖水解酶）的活性在开垦植稻初期（50年）显著下降，之后显著上升并保持相对稳定。参与氮循环的脲酶同转化酶变化相似，而N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶活性与多数碳循环相关的酶活性变化相似。土壤酶C﹕N计量比在土壤未开垦时（0年）最低，为1.28；而土壤酶C﹕P 和N﹕P计量比均在土壤未开垦时最高，分别为1.77和1.38。总体上土壤酶C﹕N和C﹕P计量比在所有植稻年限中均大于1，而土壤酶N﹕P计量比除了未开垦（0年）以外，均接近或小于1。【结论】通过土壤酶活性比值及其向量长度和角度等化学计量综合分析可知，围垦之前的滩涂土壤微生物主要受碳的限制，而围垦之后植稻初期（50年）土壤微生物主要受磷的限制，随着植稻年限的增加土壤微生物又改为受氮的限制。研究结果可为理解稻田生态系统中微生物介导的生物地球化学循环机制,以及指导土壤养分管理和生态可持续发展提供理论依据。

豫北潮土区豆麦轮作周年氨挥发及作物产量变化特征

王世纪, 李玥颖, 陈琛, 姜桂英, 刘超麟, 朱长伟, 杨锦, 王梦茹, 介晓磊, 刘芳, 刘世亮

中国农业科学. 2025, 58(13): 2614-2629. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.010

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【目的】基于长期定位试验，探究不同轮作模式下潮土氨挥发及作物产量变化特征。【方法】定位试验始于2016年，采用随机区组设计，共设5个轮作处理：（1）连续小麦玉米轮作（WMWM）；（2）连续小麦花生轮作（WPWP）；（3）连续小麦大豆轮作（WSWS）；（4）1年小麦玉米+1年小麦大豆（WMWS）；（5）1年小麦玉米+1年小麦花生（WMWP）。测定氨挥发速率和累积挥发量，土壤含氮量以及植株含氮量和作物产量。【结果】两季氨挥发均集中在施肥后的1—9 d，其中夏秋季氨累积挥发量显著高于小麦季。相同施肥条件下，夏秋季WMWM处理氨挥发速率峰值最高，为4.15 kg·hm^-2·d^-1；小麦季基肥氨挥发速率峰值最低的是WMWS处理（0.77 kg·hm^-2·d^-1），追肥氨挥发速率峰值最低的是WSWS处理（0.40 kg·hm^-2·d^-1）；WMWP与WMWS处理在夏秋季和小麦季氨累积挥发量最低，较WMWM处理分别降低了18.7%、14.8%和12.5%、28.6%。在0—20 cm土层，WPWP和WSWS处理的土壤铵态氮、硝态氮和全氮含量均显著高于WMWM处理。WPWP和WSWS处理小麦籽粒氮素含量较WMWM处理增加了12.9%和17.2%，籽粒氮素累积量同样显著高于其他处理，分别为135和137 kg·hm^-2。WPWP处理夏秋季作物的玉米等价产量（MEY）显著高于其他处理，较WMWM处理提高了41.7%。WPWP和WSWS处理较WMWM处理显著提高了的小麦穗数（7.0%和3.5%）、穗粒数（20.7%和15.9%）、千粒重（5.4%和4.1%）和产量（10.8%和10.9%）。综合整个轮作周期，作物吸收氮素占43.8%—56.3%，氨挥发占1.9%—4.5%，其中，WMWP处理的作物吸收氮素占比最高，WSWS处理氨挥发占比最低。【结论】在豫北潮土区小麦与豆科作物轮作，改善了土壤养分结构，促进氮素向作物迁移，增加小麦氮含量和产量，推荐为该地区适宜的轮作模式。

施钾对根际土壤微生物群落和甘蔗生长的影响

赵勇, 张仲富, 王禹童, 艾静, 刘家勇, 吴建明, 邓军, 张跃彬

中国农业科学. 2025, 58(13): 2630-2644. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.011

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【目的】探明甘蔗分蘖期不同施钾水平根际土壤细菌、真菌群落与功能变化特征及对甘蔗生长的影响，为分蘖期甘蔗施钾提供理论依据和生产指导。【方法】以新品种云蔗1696为研究材料，连续3年在甘蔗分蘖期研究不同钾肥（K₂O）施用水平（0、75、150、225和300 kg·hm^-2）对甘蔗生长速率、根际土壤细菌、真菌群落结构及甘蔗产糖量的影响。【结果】（1）在分蘖期施用钾肥的2个月内，随施钾水平的提高甘蔗绝对生长速率先增强后减弱；连续3年施用不同钾肥处理后，新植、宿根一年和宿根二年甘蔗生长表现一致，均为随施钾量增大，甘蔗产量和蔗糖分先增后减，且生长速率、产量和蔗糖分在施钾150 kg·hm^-2表现最优。（2）不同施钾水平对根际土壤细菌和真菌丰度影响不同，且影响群落结构和多样性。细菌菌落丰度差异主要集中在变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、硝化螺旋菌门、厚壁菌门；真菌菌落丰度差异主要集中在担子菌门、子囊菌门、壶菌门。根际细菌和真菌群落丰度和多样性随施钾水平增加呈先降后升的趋势，存在施肥拐点（150 kg·hm^-2）。（3）不同施钾水平的主要微生物群落丰度与甘蔗产糖量相关性分析表明，细菌的放线菌门、变形菌门和真菌的担子菌门、子囊菌门、壶菌门丰度与甘蔗产糖量呈显著相关关系。这些菌落在土壤固氮、有机质分解、养分循环和抑制病原菌等方面发挥积极作用。【结论】分蘖期合理施钾可以改善根际土壤微生物群落结构，进而促进甘蔗生长。不同施钾水平对甘蔗产量、蔗糖分及根际土壤细菌和真菌等功能菌群的影响存在差异，其中施钾量150 kg·hm^-2对土壤微生物群落结构优化及甘蔗产糖量的提升效果最明显。

多组学联合解析红色玫瑰香型葡萄品种转色过程中单萜和花色苷积累规律

王慧玲, 张莹莹, 闫爱玲, 王晓玥, 刘振华, 任建成, 徐海英, 孙磊

中国农业科学. 2025, 58(13): 2645-2662. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.012

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【目的】分别从代谢和转录水平解析葡萄果实转色过程中单萜和花色苷积累规律，探讨花色苷和单萜时空合成机制，为鲜食葡萄果实单萜化合物和花色苷合成调控提供理论依据。【方法】以‘瑞都红玉’葡萄果实为试材，于转色前5 d开始取样，直至转色40 d后结束。采用常规方法测定果实样品可溶性固形物及可滴定酸含量；利用顶空固相微萃取结合气相色谱与质谱联用技术（HS-SPEME-GC-MS）测定果实中单萜类组分和含量的变化；用分光光度计法测定葡萄果实总类黄酮、总花色苷的含量；同时，采用转录组测序和实时荧光定量PCR技术分析花色苷以及单萜化合物合成途径中关键基因的表达变化。【结果】随着葡萄果实转色过程的推进，‘瑞都红玉’果实中25种游离态和结合态单萜化合物主成分存在波动。大部分游离态单萜在转色20 d开始大量合成，至转色35—40 d达到最高水平。结合态单萜含量在转色30 d达到最高水平。结合态单萜含量高于游离态。而类黄酮在果实转色前已经大量合成积累；花色苷的合成伴随着果实转色启动，到转色20 d含量达到最高水平，随后略有下降。转录组测序共鉴定差异表达基因5 836个，不同发育时期间的差异表达基因数量不同，差异表达基因在苯丙氨酸合成、类黄酮合成和单萜合成等通路富集。其中，与单萜合成途径相关的差异表达基因14个，与花色苷合成途径相关的差异表达基因11个，这些基因表达模式分别与单萜和花色苷合成积累相一致。进一步相关性分析，筛选到24个转录因子与多个单萜和花色苷合成途径基因表达显著相关。【结论】红色玫瑰香型葡萄果实花色苷的合成启动早于香气化合物单萜的合成，两类化合物合成存在时空上的调控过程。单萜和花色苷积累与其合成途径中多个关键酶基因表达具有紧密相关性，它们的合成受各个基因转录水平的调控。

蓝莓VcTPS/VcTPP基因家族鉴定及VcTPS24对花诱导的功能分析

吴新亮, 吴慧玲, 张绥林, 曹漫, 冯欣, 周冰洁, 侯智霞

中国农业科学. 2025, 58(13): 2663-2681. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.013

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【目的】海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）是海藻糖（trehalose）合成途径上的关键酶，参与调控萌芽、植株生长、开花和抗逆性等多种生理功能。鉴定蓝莓海藻糖合成途径上编码TPS、TPP的基因，运用分子生物学手段解析VcTPS24调控成花的分子机制，为揭示蓝莓花诱导的糖信号转导途径奠定基础。【方法】运用生物信息学方法分析蓝莓（Vaccinium corymbosum L.）海藻糖代谢途径中VcTPS/VcTPP的氨基酸长度、基因结构、保守基序、启动子序列及亚细胞定位。通过qRT-PCR分析VcTPS classⅠ类基因在蓝莓花芽分化过程中的表达特性。通过外源施用赤霉素、生长素和4 ℃低温等处理，分析VcTPS24在蓝莓中对激素和低温胁迫的表达响应。通过双萤光素酶试验分析VcSOC1和VcSVP对VcTPS24启动子的调控作用。在烟草中过表达VcTPS24，验证其调控生长和成花的功能。【结果】从蓝莓中共鉴定出28个VcTPS和19个VcTPP家族成员，均可分为2个亚家族，VcTPS蛋白的氨基酸数量为465—1 382 aa，平均等电点（pI）为6.02。大多数成员具有3个外显子结构；VcTPP家族蛋白的氨基酸数量为241—434 aa，平均等电点为7.48。大多数成员具有11个外显子结构。VcTPS/VcTPP家族成员启动子序列均包括G-Box、P-Box、LTR和circadian等元件，参与光照、激素、胁迫响应及调控植株生长。VcTPS/VcTPP家族成员多定位在叶绿体和液泡中。在蓝莓花诱导过程中，VcTPS classⅠ类基因的表达水平显著上升，其中，VcTPS24在花芽分化全过程中的表达水平均显著高于未分化组。外源IAA、GA₃、SA、MeJA和低温胁迫可显著诱导蓝莓苗VcTPS24表达量上调。双萤光素酶试验表明，VcTPS24的启动子活性可被VcSOC1显著提高，而被VcSVP显著抑制。亚细胞定位表明，VcTPS24定位于细胞核和细胞质。在无外源蔗糖环境下，过表达VcTPS24的烟草种子萌发和胚根伸长得到促进，但其幼苗生长会受过量蔗糖阻碍。短日照条件可显著诱导VcTPS24表达，在长、短日照条件下，过表达VcTPS24烟草NtLFY、NtFUL和NtSOC1的相对表达量均有不同程度的增加，其花序的形成时间均显著早于野生型，表明VcTPS24参与成花诱导调控。【结论】共鉴定出28个蓝莓VcTPS和19个VcTPP家族成员，VcTPS classⅠ基因在蓝莓花诱导期间发挥重要作用。VcTPS24的表达受外源激素影响，且过表达VcTPS24能促进烟草开花，可能与促进成花基因的表达有关。

牛甲状腺基因的功能及其与环境适应性的相关研究进展

李昊, 田雨阳, 张子铭, 曹一凡, 次仁罗布, 尼玛仓决, 旦增洛桑, 雷初朝, 巴桑珠扎, 陈宁博

中国农业科学. 2025, 58(13): 2682-2692. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.014

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甲状腺是牛重要的内分泌器官，通过分泌甲状腺激素（thyroid hormone,TH）发挥生物学作用，具有促进营养代谢、生长发育、完善神经功能和调控生理机能等功能。甲状腺的多功能性对动物维持健康机体必不可缺，在动物的生长发育和环境适应过程中影响深远。中国地方黄牛的遗传背景复杂，又经过各地长期杂交选育，形成了至少58个地方品种。为适应多样化的地理生态环境，中国黄牛基因组在扩散过程中产生不断的微进化，其中甲状腺相关基因可能在适应性方面发挥了重要作用。本文从动物生理学和基因组学角度，综述了近年来甲状腺调控功能与相关基因组遗传变异的研究进展。首先介绍甲状腺调控功能，甲状腺通过负反馈调节的方式动态调控体内的TH水平，进而调控动物的发育、代谢、节律和繁殖功能。甲状腺信号对于环境影响十分敏感，可对环境刺激做出相应的反应，主要体现在低温时增加产热、高温时减少内源性产热、调控免疫和神经细胞等抵抗疾病及其他不利因素。其次介绍目前甲状腺相关基因组遗传变异的研究进展，TH合成到发挥作用是一个复杂的过程，大量的基因参与了该过程的调控，部分基因的遗传变异对动物的健康与家畜的生产性能产生影响。近年来牛基因组相关研究发展迅速，对牛的起源、生产和抗逆性状相关基因的研究均有深入探讨。随着对牛基因组研究的深入，更多的牛甲状腺相关基因的新功能被挖掘出来。甲状腺相关基因对牛生长、代谢、环境适应等的关键性状均有影响，例如：DUOXA2参与了奶牛的细胞钙调节和西藏牛的高原适应性，其Leu20Pro变异对青藏高原黄牛具有潜在影响；TG是肉牛生产性状相关的关键调控基因之一，存在3个与公牛性成熟相关的SNPs，可显著降低公牛性成熟年龄。最后，本文展望了基因组重组测序技术和单细胞核转录组与染色质可及性测序技术在牛甲状腺相关基因遗传变异研究中的巨大潜力，从成本、作用以及应用实例等角度论证两种技术的可行性。基因组重测序可鉴定多种类型的变异位点，根据选择信号鉴定关键变异。单细胞核转录组与染色质可及性测序技术可直接研究在不同环境和发育阶段每个细胞内基因的表达差异，可用于验证关键调控基因的作用机理。探究牛甲状腺相关基因的功能及其与生长性能和环境适应性相关遗传变异，有利于进一步挖掘牛重要经济性状和抗逆性状新基因。本文介绍了甲状腺的调控机制和甲状腺相关基因对家畜生长、代谢、生物节律调控、繁殖功能以及环境适应的多方面影响，并对未来可用于甲状腺研究的新技术进行展望，以期为未来的甲状腺功能探究和牛生物育种提供参考。

DON和PRRSV共暴露通过PI3K/AKT/mTOR信号通路影响PAM-KNU细胞自噬

王琳媛, 宣晶焱, 杜禹, 陈彤, 牛瑞燕

中国农业科学. 2025, 58(13): 2693-2706. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.13.015

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【目的】环境因素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）和传染性病原体猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）作为对我国养猪业造成严重危害的两种因素，两者在临床中常同时发生，但鲜有两者共暴露的研究，其具体机制也尚不清楚。通过探究DON和PRRSV双重暴露下对宿主细胞猪肺泡巨噬细胞（PAM-KNU）的影响，为养猪业的环境要求提供理论参考。【方法】将扩增收集后的PRRSV进行梯度稀释，通过显微镜观察PRRSV感染后的Marc-145细胞的病变现象（CPE），计算出病毒的滴度。用MOI=1的PRRSV感染PAM-KNU细胞，通过蛋白免疫印迹分别在0、12、24、36、48、60和72 h检测细胞中PRRSV-N的表达量及上清液病毒滴度，筛选出合适的时间。在选定时间下，通过CCK-8法分别检测0、8、16、32、64、128、256、512、1 024、2 048 nmol·L^-1浓度的DON对PAM-KNU细胞活力的影响，以此选出合适的4个DON浓度进行后续试验。将4个不同浓度DON与PRRSV共暴露于PAM-KNU细胞中，通过蛋白免疫印迹检测PRRSV-N蛋白表达量，选定最终DON浓度。在此基础上建立DON和PRRSV共暴露细胞模型，具体分组为对照组（C组）、DON组（D组）、PRRSV组（V组）和DON+PRRSV组（VD组）。通过电镜观察PAM-KNU细胞内自噬情况，Western Blot和间接免疫荧光对LC3-Ⅱ、Beclin 1、p62、ULK 1蛋白进行自噬水平检测，应用Astral DIA技术进行蛋白质组测序，对差异蛋白进行KEGG通路富集分析，并对富集到的PI3K/AKT/mTOR通路进行蛋白表达验证。【结果】通过观察CPE现象，计算出PRRSV的滴度为10^7.3 TCID₅₀/mL。PRRSV在PAM-KNU细胞的生长动力曲线显示，细胞中PRRSV-N蛋白的表达量在24 h时达到指数增长期。CCK-8结果显示，DON浓度为8、16、32、64 nmol·L^-1时，对PAM-KNU细胞活力无显著影响，当DON浓度大于等于128 nmol·L^-1时，对细胞活力有显著影响，且细胞活力逐渐下降。将其中的4个DON浓度（32、128、256、512 nmol·L^-1）与PRRSV共暴露于PAM-KNU细胞中，Western Blot结果显示DON浓度为128 nmol·L^-1时，PRRSV-N蛋白表达量开始显著下降。在此基础上建立PAM-KNU细胞模型。透射电镜结果显示，与D组和V组相比，VD组自噬小体减少，同时LC3-Ⅱ、Beclin 1、p62、ULK 1蛋白表达量显著降低，表明自噬水平被抑制。通过蛋白质组学测序筛选差异蛋白，并进行KEGG分析，富集到多条通路，本实验对PI3K/AKT/mTOR通路进行验证，Western Blot结果显示，p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT、p-mTOR/mTOR表达量上升，与间接免疫荧光结果一致。【结论】 DON与PRRSV共暴露通过上调PI3K/AKT/mTOR通路显著抑制PAM-KNU细胞的自噬水平。这种抑制可能导致宿主细胞免疫反应失调，从而影响宿主细胞对病原体的反应能力。

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