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2024年, 第23卷, 第7期
刊出日期：2024-07-20 上一期    下一期

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小粒水稻不育系卓201S粒型QTL遗传分析与精细定位 Bin Lei, Jiale Shao, Feng Zhang, Jian Wang, Yunhua Xiao, Zhijun Cheng, Wenbang Tang, Jianmin Wan 2024, 23(7): 2155-2163.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.026 摘要 ( )   PDF   小粒水稻不育系卓201S (Z201S) 的开发和应用显示了其在机械化杂交水稻制种方面的潜力，从而显著降低制种成本。然而，调控卓201S小粒特性的分子机制尚不清楚。本研究利用小粒水稻不育系卓201S和普通粒型水稻品种R2115构建的近等基因系进行了遗传分析。结果表明，Z201S的小粒性状是由一个部分显性基因控制，同时提高了穗粒数。利用图位克隆的方法，将目标基因定位在2号染色体短臂、分子标记LB354和LB63之间约113 kb区间内。转基因分析和基因表达分析显示LOC_Os02g14760是最可能的候选基因，表明Z201S的小粒性状由一个新的基因位点控制。

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普通小麦P型质膜H+-ATP酶的鉴定以及与种子休眠和萌发相关的TaHA7的功能描述 Bingli Jiang, Wei Gao, Yating Jiang, Shengnan Yan, Jiajia Cao, Litian Zhang, Yue Zhang, Jie Lu, Chuanxi Ma, Cheng Chang, Haiping Zhang 2024, 23(7): 2164-2177.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.023 摘要 ( )   PDF   穗发芽严重降低小麦产量、品质以及种子活力。种子休眠性弱或缺乏是穗发芽发生的根本原因，但相关分子机制尚不清楚。 P型质膜（PM）H+-ATP酶（HAs）是植物生长、发育和抵御逆境的核心因子。尽管HAs在多种植物中的功能已被验证，但其在小麦种子萌发和休眠中的作用尚不清楚。本研究利用生物信息学方法在小麦中共鉴定了28个P型PM H+-ATP酶家族成员（命名为TaHA1-28），并将其分为5个亚族。综合转录组和基因公共表达数据库分析结果，共筛选出6个候选基因（TaHA7/-12/-14/-16/-18/-20）可能参与调控小麦种子休眠和萌发。其中，TaHA7的表达量随着种子萌发的进程而增加，推测TaHA7可能参与了小麦种子休眠和萌发的调控。随后，在强休眠和弱休眠小麦品种中对TaHA7进行全长克隆、序列变异分析、功能标记开发，并利用2个自然群体共同验证了该基因序列变异与种子休眠和萌发表型显著相关。同时，利用济麦22和京411背景的EMS突变体以及转基因拟南芥株系进一步验证了TaHA7的2种等位变异与种子休眠和萌发表型显著相关。此外，我们测定了济麦22和京411背景的EMS突变体和转基因拟南芥种子中P型PM H+-ATP酶的活性以及TaHA7拟南芥同源基因突变体和回补株系中GA和ABA信号通路中关键基因的相对表达量，推测TaHA7很可能通过影响H+-ATP酶的活性以及GA和ABA的合成、代谢以及信号转导途径，最终调控小麦种子休眠和萌发。本文结果为深入研究TaHAs基因调控小麦种子休眠和萌发的分子机制奠定了重要的理论基础。

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群体基因组分析揭示玉米胚性愈伤组织诱导能力的关键遗传变异与驱动力 Peng Liu, Langlang Ma, Siyi Jian, Yao He, Guangsheng Yuan, Fei Ge, Zhong Chen, Chaoying Zou, Guangtang Pan, Thomas Lübberstedt, Yaou Shen 2024, 23(7): 2178-2195.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.032 摘要 ( )   PDF   玉米遗传转化高度依赖于幼胚诱导的胚性愈伤组织（embryonic callus, EC），而玉米胚性愈伤组织的诱导能力具有严重的基因型限制。本研究对具有不同胚性愈伤组织诱导能力的80份玉米自交系进行了基因组测序，利用新开发的流程工具（MQ2Gpipe）构建了该群体的高密度变异图谱。基于胚性愈伤组织诱导率（ratio of embryonic callus induction, REC）表型，将该群体划分成三个亚群。与高REC亚群相比，低REC亚群具有更丰富的遗传多样性。结合全基因组受选择区域分析与候选区段关联分析，本研究鉴定了与REC相关的95.23 Mb的遗传分化区域及43个关联REC的遗传变异。这些变异位点可以解释21.46%–49.46%的REC表型变异。在这些显著关联位点的连锁不平衡区域内共鉴定到103个与愈伤诱导能力相关的候选基因。这些基因主要参与了细胞周期调控、细胞分裂素调控等过程，其中MYB15和EMB2745基因位于前人报道的一个与愈伤组织诱导相关的主效QTL区间。本研究发现，多个具有正效应的穗上叶面积遗传位点与几个高REC 关联的位点紧密连锁，这意味着在现代玉米自交系的选育过程中，高REC自交系可能在育种家选择优良株叶型的同时受到了协同负向选择而被淘汰。

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玉米盐胁迫相关性状的遗传分析和候选基因鉴定 Hui Fang, Xiuyi Fu, Hanqiu Ge, Mengxue Jia, Jie Ji, Yizhou Zhao, Zijian Qu, Ziqian Cui, Aixia Zhang, Yuandong Wang, Ping Li, Baohua Wang 2024, 23(7): 2196-2210.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.02.009 摘要 ( )   PDF   土壤盐碱化对全球玉米生产构成威胁。但玉米的耐盐机制尚不十分清楚，因此，鉴定玉米耐盐的遗传组分具有重要意义。本研究使用大刍草-玉米为双亲构建的BC2F7群体对21个玉米盐耐性相关性状的遗传基础进行调查。利用高密度遗传图谱，共检测到125个QTL，其中每个性状能够检测到1~5个QTL，每个QTL可以解释6.05-32.02%的表型变异。每个性状检测到的所有QTL解释的表型变异范围为6.84%~63.88%。在所有鉴定到的125个QTL中，只有三个是主效QTL，分布在6号染色体上的两个基因组区域中，涉及3个盐耐相关性状。此外，在8个性状中还检测到了10对具有加加效应的上位性互作QTL，这些互作效应能够解释0.9%~4.44%的表型变异。检测到了18个QTL热区，每个热区能够影响3-7个性状。在L5热区中，发现了一个由4个基因（ZmNSA1、SAG6、ZmCLCg和ZmHKT1;2）组成的基因簇，表明这个热区可能有多个基因参与玉米盐胁迫响应。最后，通过连锁和标记-性状关联分析的结合鉴定到两个重要的候选基因Zm00001d002090和Zm00001d002391与盐耐相关性状显著关联。Zm00001d002090编码了一个钙离子依赖的脂质结合（CaLB结构域）家族蛋白，可能作为Ca2+传感器，将盐胁迫信号传递到下游。而Zm00001d002391编码属于C19相关亚家族的泛素特异性蛋白酶。我们的研究结果为解析玉米盐耐相关性状的遗传基础提供了宝贵的见解，并为育种家改良耐盐玉米品种提供了理论基础。

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群体异质分布通过优化光环境提高小麦抗倒伏能力 Yibo Hu, Feng Qin, Zhen Wu, Xiaoqin Wang, Xiaolong Ren, Zhikuan Jia, Zhenlin Wang, Xiaoguang Chen, Tie Cai 2024, 23(7): 2211-2226.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.006 摘要 ( )   PDF   目前，倒伏仍是持续提升小麦产量的关键限制因素，因为在高产栽培的群体中，低光照胁迫会降低茎秆的机械强度。茎秆机械性能由节间木质素决定，其受群体光环境影响。能否通过群体分布改善光照条件抑制茎秆倒伏，迄今了解甚少。为此，本试验以小麦品种“西农979”为试验材料，设置低密度均质分布处理（LD）、高密度均质分布处理（HD）和高密度异质分布处理（HD-h），研究群体分布对小麦茎秆抗倒伏性能的调控效应与作用机制。结果显示，相比于LD处理，HD处理下，冠层中下层透光率、植株中下部叶净光合速率、茎秆木质素积累量、茎秆抗折断力均显著降低，倒伏指数显著上升，而发生倒伏，2020–2021年倒伏率为67.5%，2021–2022年为59.3%。HD-h处理下，冠层中下层透光率等指标则较HD处理明显提高，而倒伏指数降低，且无倒伏现象。在茎秆形成的关键时期，与LD相比，HD条件下茎秆中PAL（苯丙氨酸转氨酶）、4CL（4-香豆酸:辅酶A连接酶）、COMT（咖啡酸3氧甲基转移酶）、CAD（肉桂醇脱氢酶）在木质素合成途径中的活性显著降低，TaPAL, Ta4CL, TaCOMT, 和TaCAD的相对表达量显著下调。然而，与HD相比，HD-h下木质素合成相关酶的活性及其基因表达量显著提高。进一步通过PLS路径分析显示，群体冠层光环境、植株中下部叶光合性能、木质素合成与积累、茎秆抗倒伏性能之间均为显著的正效应。结果表明，在传统高密度种植模式下，小麦倒伏风险增高。在此基础上，通过群体异质性分布调优冠层光环境，提高植株中下部叶光合性能，促进茎秆木质素积累，进而增强小麦抗倒伏性能。这些发现解释了小麦高产栽培条件下茎秆机械强度降低的机理，为小麦抗倒伏技术途径提供思路与理论依据。

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环境尤其是最低温度通过调控雌穗分化和籽粒发育影响夏玉米产量 Jing Chen, Baizhao Ren, Bin Zhao, Peng Liu, Jiwang Zhang 2024, 23(7): 2227-2241.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.034 摘要 ( )   PDF   雌穗分化、籽粒发育及其与温度、太阳辐射、降水等生长季环境条件的互作，极大地影响穗粒数和粒重，最终影响夏玉米产量。2018-2020年，本研究共设置5个播期处理，通过3年的播期试验，评价了温度因子、平均太阳辐射和总降水量对黄淮海地区4个不同生育期夏玉米品种的生育进程、雌穗分化、受精结实特性、籽粒灌浆特性和产量的影响。结果表明，夏玉米产量形成受吐丝（R1）至乳熟期（R3）环境条件的影响较大。平均最低气温（ATmin）是决定产量形成的关键环境因子。出苗（VE）到R1期ATmin升高会导致夏玉米的生育期缩短（r=-0.556，P<0.01），雌穗总小花数（R2=0.200，P<0.001）减少。灌浆速率（R2=0.520，P<0.001）和雌穗小花败育率（R2=0.437，P<0.001）均与R1至成熟期（R6）的ATmin呈二次曲线关系，而花后天数（r=-0.756，P<0.01）与ATmin呈显著负相关。花后ATmin的适度提高有利于产量的提升（R1-R3阶段不高于23°C，R1-R6阶段不高于21°C），增加的太阳辐射和降水量有利于籽粒灌浆速率（R2=0.562，P<0.001和R2=0.229，P<0.05）的提高。与短生育期品种相比，长生育期品种表现出更强的环境适应性。协调吐丝前后的ATmin条件与雌穗分化和籽粒发育的匹配可增加雌穗总小花数、籽粒灌浆速率，降低小花败育率，从而提高玉米产量。

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增加根系-下部可以提高棉花品种苗期的抗旱性 Congcong Guo, Hongchun Sun, Xiaoyuan Bao, Lingxiao Zhu, Yongjiang Zhang, Ke Zhang, Anchang Li, Zhiying Bai, Liantao Liu, Cundong Li 2024, 23(7): 2242-2254.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.013 摘要 ( )   PDF   干旱是棉花生产中一个重要的非生物胁迫因素。在干旱胁迫（DS）下，棉花的根系结构（RSA）在缓解干旱相关胁迫方面表现出高度的可塑性；然而，这种缓解取决于栽培品种。 因此，本研究旨在估计棉花在DS下的RSA的遗传变异性。基于纸基培生长系统，我们评估了80个棉花栽培品种在苗期的RSA变异性，以0和10%的聚乙二醇6000（PEG6000）分别作为对照和DS处理。 对80个棉花栽培品种的23个地上部性状和根系性状的分析表明，不同品种对DS的响应有所不同。DS处理后的第10天，DS下RSA性状的变异程度（5-55%）大于对照（5-49%）。 根据抗旱性的综合评价值，将80个栽培品种分为耐旱型品种（第1组）、中度耐旱型品种（第2组）和干旱敏感型品种（第3组）。在DS条件下，与对照组相比，干旱敏感型品种的总根长-下部、总根表面积-下部、根体积-下部和根长密度-下部分别显著降低63、71、76和4%。值得注意的是，耐旱型品种保持了其总根长-下部、总根表面积-下部、根体积-下部和根长密度-下部。与对照组相比，DS条件下耐旱型品种的根系直径（0-2mm范围内）-下部增加了21%，但中度耐旱型品种和干旱敏感型品种分别降低3%和64%。 此外，耐旱型品种在DS下表现出较强的可塑性反应，其特征表现为根系-下部增加。抗旱性与总根表面积-下部和根长密度-下部呈正相关。总体而言，不同棉花栽培品种的RSA在DS下差异很大。因此，重要的根系性状，如根系-下部，为探索抗旱棉花栽培品种是否能有效地抵御恶劣环境提供了重要的见解。

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大白菜响应干旱胁迫的生理和转录组分析 Lin Chen, Chao Li, Jiahao Zhang, Zongrui Li, Qi Zeng, Qingguo Sun, Xiaowu Wang, Limin Zhao, Lugang Zhang, Baohua Li 2024, 23(7): 2255-2269.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.067 摘要 ( )   PDF   大白菜是重要的叶菜作物，需水量高，易受干旱胁迫。为了探索大白菜干旱响应的分子机制，我们对干旱胁迫下的大白菜耐旱品种和干旱敏感品种进行了转录组分析，揭示了核心的干旱响应基因和关键的信号通路。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建了共表达网络，并鉴定了潜在的参与耐旱性的枢纽基因。此外，我们探索了大白菜叶片脱落酸的合成与信号通路及其干旱响应。我们还发现干旱处理显著提高了抗氧化酶活性和芥子油苷的含量。这些结果大大丰富了人们对大白菜响应干旱胁迫分子机制的了解。

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高通量测序和代谢组学揭示褪黑素和多巴胺通过招募有益内生菌增强苹果的生理适应性从而减轻苹果涝害胁迫 Yang Cao, Peihua Du, Yuwei Shang, Jiahao Ji, Leiqing Tan, Xue Zhang, Jizhong Xu, Bowen Liang 2024, 23(7): 2270-2291.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.012 摘要 ( )   PDF   褪黑素和多巴胺具有抵抗涝害胁迫的潜力。本研究旨在探讨褪黑素和多巴胺减轻苹果涝害胁迫的作用机制。本研究证明褪黑素和多巴胺通过清除活性氧(ROS)缓解涝害，且发现一氧化氮(NO)含量与硝酸还原酶(NR)活性显著相关。并且我们发现褪黑素和多巴胺招募了不同的潜在有益内生菌(褪黑素: Novosphingobium, Propionivibrio, Cellvibrio; 多巴胺: Hydrogenophaga, Simplicispira, Methyloversatilis, Candidatus_Kaiserbacteria, 和 Humicola)，这些内生菌的相对丰度与植物生长呈显著正相关。网络分析表明，褪黑素和多巴胺显著影响涝害胁迫下的内生细菌和真菌群落。代谢组结果表明，褪黑素和多巴胺通过上调氨基酸、类黄酮、香豆素和有机酸等有益物质的丰度来抵抗涝害。此外，对土壤理化性质的研究发现，褪黑素和多巴胺对土壤理化性质具有调节作用，从而改变了土壤内生菌的群落结构，影响了植物的生长。共生网络揭示了内生菌、代谢产物、土壤和植物之间密切而复杂的关系。我们的研究结果表明，褪黑素和多巴胺通过招募有益的内生菌来增强苹果的生理适应性，从而减轻涝害胁迫。本研究为探明褪黑素和多巴胺减轻涝害胁迫的机制提供了新的见解，并为协同有益微生物抵抗涝害胁迫提供了理论基础。

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数量性状位点揭示锌指蛋白CONSTANS-LIKE 4与西瓜柱头颜色相关 Shuang Pei, Zexu Wu, Ziqiao Ji, Zheng Liu, Zicheng Zhu, Feishi Luan, Shi Liu 2024, 23(7): 2292-2305.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.070 摘要 ( )   PDF   柱头颜色是西瓜重要的农艺性状，在传粉过程中起着重要作用。然而，迄今为止有关这方面的研究报道较少。本研究通过对ZXG1553（P1，橙色柱头）和W1-17（P2，黄色柱头）F2群体遗传分析表明，柱头颜色是一个数量性状，黄色对橙色表现为显性。BSA-seq (Bulk seq analysis sequencing) 测序分析发现在6号染色体3.75 Mb的区域存在与柱头颜色相关的染色体片段，并在CAPS标记Chr06_8338913和Chr06_9344593之间检测到一个主效QTL位点Clqsc6.1，候选区间约1.01 Mb，包含51个注释基因。通过RNA-seq、实时荧光定量PCR和基因结构比对等分析，推测Cla97C06G117020 （Zinc finger protein CONSTANS-LIKE 4）为西瓜柱头颜色性状的候选基因，Cla97C06G117020在橙色柱头中表达量低于黄色柱头。利用9份西瓜材料重测序数据分析后发现，Cla97C06G117020编码区存在1个非同义SNP突变。柱头颜色的形成往往与类胡萝卜素有关，我们发现类胡萝卜素代谢途径中ClCHYB （Beta-carotene hydroxylase）的表达趋势与Cla97C06G117020一致，在橙柱头中表达量较少，推测Cla97C06G117020和ClCHYB可能存在相互作用影响柱头颜色形成，该研究为西瓜柱头颜色基因精细定位和调控机制提供了理论依据。

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西瓜蔓枯病菌对氟吡菌酰胺的敏感性及其抗性风险评估 Zhiwen Wu, Xiaowei Cai, Xuewei Mao, Mingguo Zhou, Yiping Hou 2024, 23(7): 2306-2317.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.044 摘要 ( )   PDF   由黑腐球壳菌（Didymella bryoniae）引起的西瓜蔓枯病是西瓜上的重要病害，严重影响西瓜的产量和品质。目前针对西瓜蔓枯病菌的防治依然是以化学防治为主，琥珀酸脱氢酶抑制剂类杀菌剂（SDHI）氟吡菌酰胺已登记用于防治西瓜蔓枯病多年，但田间菌株对氟吡菌酰胺的敏感性是否有变化及其抗性风险尚未知晓。因此本研究在有氟吡菌酰胺用药历史的田间分离获得69株西瓜蔓枯病菌，采用菌丝生长速率法测定了其对氟吡菌酰胺的敏感性，结果表明，氟吡菌酰胺对69株西瓜蔓枯病菌的有效抑制中浓度（EC50）为0.0691 到 0.3503 μg mL-1，变异系数为5.07，平均EC50为0.1579 ± 0.0669 μg mL-1，敏感性基线为单峰曲线，田间未发现氟吡菌酰胺的抗性菌株；氟吡菌酰胺对西瓜蔓枯病菌的最低抑制浓度（MIC）为3 μg mL-1。通过药剂驯化获得了6株氟吡菌酰胺抗性突变体（2株中抗和4株低抗）且抗性均可稳定遗传；与出发菌株相比，所有抗性突变体生长速率显著下降而绝大部分突变体菌丝干重无显著变化，对不同胁迫因子的敏感性显著上升；除了低抗菌株XN51FR-1与出发菌株致病力一致外，其他抗性突变体的致病力均显著下降，以上结果说明抗性突变体的适合度低于出发菌株。氟吡菌酰胺抗性突变体与本研究中的6种SDHI类杀菌剂均存在正交互抗性，而与不同作用机制的杀菌剂氟啶胺和戊唑醇不存在交互抗性。综上，西瓜蔓枯病菌对氟吡菌酰胺的抗性风险为中等。序列比对发现低抗菌株XN30FR-1琥珀酸脱氢酶B亚基（sdhB）存在3个新的氨基酸点突变，分别为K258N、A259P 和 H277N，中抗菌株XN52FR-1 也存在H277N的点突变，其他抗性菌株不存在点突变。本研究明确了田间西瓜蔓枯病菌对氟吡菌酰胺的敏感性，评估了其抗性风险，对SDHI类杀菌剂在蔓枯病防治上的应用、延缓抗性的产生及延长药剂的使用寿命具有重要的指导意义，同时也为蔓枯病菌对SDHI类杀菌剂的抗性机制研究提供理论参考。

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烟草花叶病毒双位点弱毒突变体的研发 Xiaojie Xu, Shaoyan Jiang, Chunju Liu, Xujie Sun, Qing Zhu, Xiuzhai Chen, Pengchao Jiang, Fenglong Wang, Yanping Tian, Xiangdong Li 2024, 23(7): 2318-2331.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.02.019 摘要 ( )   PDF   烟草（Nicotiana tabacum）和番茄（Solanum lycopersicum）是我国两种主要的经济作物，其安全生产受到烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）的严重威胁。交叉保护是预防植物病毒病安全且环保的措施。然而，稳定的TMV弱毒突变体却很少。TMV基因组为单链RNA，其编码的p126蛋白参与病毒复制、细胞间运动、抑制寄主RNA沉默和病毒症状形成等过程。在本研究中我们发现，将p126蛋白中第196位的精氨酸（arginine，R196）替换为天冬氨酸（aspartic acid，D），第614位的谷氨酸（glutamic acid，E614）替换为甘氨酸（glycine，G），第643位的丝氨酸（serine，S643）替换为苯丙氨酸（phenylalanine，F），或者把第730位的D（D730）替换为S，均可以显著降低TMV的致病力和复制水平。然而，只有S643F突变可以降低TMV p126的RNA沉默抑制活性。由于RNA病毒的RNA聚合酶缺乏校对和修复活性，导致RNA病毒基因组易发生突变。一些携带单一致弱突变位点的病毒突变体可能会通过自发突变恢复其致病力，而在多个致弱位点有突变的突变体恢复强致病力的风险会相对较低。为了获得稳定的TMV弱毒突变体，我们在p126中两个位点同时引入突变，发现仅双位点突变体TMV-E614G-S643F可以系统侵染烟草植株，而且不引起明显的症状，因此将其作为用于交叉保护的候选突变体。我们将其在烟草植株中连续继代接种六次，发现双位点突变体TMV-E614G-S643F可以稳定遗传。交叉保护效果实验结果表明，双位点突变体TMV-E614G-S643F可以有效保护烟草和番茄植株免受野生型TMV侵染。本研究报道了一种具有应用前景的TMV双位点弱毒突变体，可用于通过交叉保护来防治烟草和番茄植株中的TMV。

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不同地域棉蚜对氟啶虫胺腈及啶虫脒抗性发展、交互抗性及适合度成本 Wei Wang, Renfu Zhang, Haiyang Liu, Ruifeng Ding, Qiushi Huang, Ju Yao, Gemei Liang 2024, 23(7): 2332-2345.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.029 摘要 ( )   PDF   棉蚜抗药性日益严重，使其变得越来越难以防治。室内，在两个不同基础抗性的棉蚜种群中分别建立了抗氟啶虫胺腈品系和抗啶虫脒品系，并评估了基础抗性对棉蚜抗药性发展、交互抗性和适合度的的影响。在相同的选择压力下，基础抗性低的莎车棉蚜对氟啶虫胺腈和啶虫脒抗性发展快于基础抗性高的精河棉蚜，并且莎车和精河棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展快于啶虫脒。从莎车和精河中，筛选的抗氟啶虫胺腈品系均对啶虫脒、吡虫啉、噻虫嗪和吡蚜酮产生了明显的交互抗性，筛选的抗啶虫脒品系均对氟啶虫胺腈、吡虫啉、噻虫嗪、吡蚜酮和毒死蜱产生了明显的交互抗性。随着棉蚜对氟啶虫胺腈和啶虫脒抗性发展，棉蚜的相对适合度下降，其中抗氟啶虫胺腈品系(Yarkant-SulR and Jinghe-SulR)相对适合度低于抗啶虫脒品系（Yarkant-AceR和Jinghe-AceR）。此外，精河的抗氟啶虫胺腈品系和抗啶虫脒品系的相对适合度低于莎车两个抗性品系。棉蚜基础抗性和杀虫剂类型影响棉蚜对杀虫剂的抗性发展和对其他杀虫剂的交互抗性。棉蚜抗氟啶虫胺腈品系和抗啶虫脒品系存在明显的适合度成本。本研究结果将有助于棉蚜抗药性管理及其综合防控。

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昆虫激素通过脂肪酸代谢途径调控禾谷缢管蚜报警信息素的生物合成 Chengxian Sun, Yaoguo Qin, Julian Chen, Zhengxi Li 2024, 23(7): 2346-2361.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.030 摘要 ( )   PDF   在世界范围内严重危害农业和林业的蚜虫受到天敌攻击后会释放报警信息素以保护其种群。绝大多数蚜虫报警信息素的主要成分是一种倍半萜烯化合物——反式-β-法尼烯（EβF）。然而其生物合成和调控机制至今尚未阐释清楚。本研究以禾谷缢管蚜这一危害小麦的重要害虫为对象，探究EβF在蚜虫体内的生物合成机制。本研究发现禾谷缢管蚜仅在成熟胚胎和1、2龄蜕皮期合成EβF，且蚜虫腹末端充足的甘油三酯是EβF储存和释放的前提条件。通过转录组测序、RNA干扰、激素处理和定量检测等方法，后续研究发现禾谷缢管蚜利用脂肪酸降解途径产生的乙酰辅酶A为源头生物合成EβF。保幼激素抑制这此过程，而蜕皮激素通过调控脂肪酸代谢促进此过程。本研究首次系统地就蚜虫合成EβF的调控方式进行了探索，为后续研究蚜虫报警信息素生物合成的分子调控机制提供了新思路，也为制定蚜虫防治新策略提供了有价值的信息。

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基于单细胞转录组测序的公牛精子发生过程中动态转录图谱及新标记基因分析 Yuan Gao, Fuxia Bai, Qi Zhang, Xiaoya An, Zhaofei Wang, Chuzhao Lei, Ruihua Dang 2024, 23(7): 2362-2378.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.04.036 摘要 ( )   PDF   睾丸是精子发生的重要器官，正常的睾丸发育是种公牛优良繁殖性能的基础，此过程涉及到生殖细胞和体细胞之间复杂的相互作用。然而，睾丸细胞的异质性阻碍了牛睾丸发育机制的研究。本研究以安格斯公牛为研究对象，利用 scRNA-seq技术对性成熟前后安格斯牛睾丸细胞进行测序分析，探讨公牛睾丸发育的转录机制。本研究利用Seurat包对数据进行过滤质控、标准化、降维、聚类，对青春期前后的睾丸细胞进行差异基因分析, 利用KOBAS进行富集分析, 利用Monocle包对生精细胞进行拟时分析, 最后利用FISH对标记基因进行验证。睾丸样本经过质控筛选后得到青春期前及青春期牛睾丸细胞共11083个；经过降维、聚类等分析过程后，共得到12个睾丸细胞亚群，其中包括9个体细胞亚群（未成熟支持细胞、成熟支持细胞、间质祖细胞、间质细胞、管周肌细胞、T细胞、巨噬细胞、平滑肌细胞、内皮细胞）和3个生精细胞亚群（精原细胞、精母细胞、精子细胞），不同样本之间具有明显的细胞异质性；进一步将睾丸生精细胞进行聚类分析，获得13个亚群（精原干细胞1期、精原干细胞2期、正在分化的精原细胞、已分化精原细胞、细线期、偶线期、粗线期、双线期、次级精母细胞期、圆型精子、延长型精子1期、延长型精子2期、未成熟精子）；通过Monocle算法，成功构建了生精细胞系的拟时分化轨迹；并筛选出牛睾丸不同类群细胞的特异标记基因，例如：精原干细胞标记基因GRAF2和MORC1，分化的精原细胞标记基因HJURP和TCF19，代表未成熟支持细胞标记基因ARSE，成熟支持细胞标记基因CLEC12B，间质细胞标记基因LOC112441470等。综上所述，此研究揭示了牛性成熟过程中生殖细胞的动态变化，并提出牛睾丸细胞独特的标记基因，为解释牛睾丸发育和精子生成的机制提供了理论依据，为牛青春期的生殖细胞及体细胞的发育提供了新的见解，同时也为后期研究提供了宝贵的数据资源。

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矿化相关基因CA2和CA13在鸡双侧下颌骨髁部不对称导致交叉喙 Lei Shi, Yanyan Sun, Yunlei Li, Hao Bai, Jingwei Yuan, Hui Ma, Yuanmei Wang, Panlin Wang, Aixin Ni, Linlin Jiang, Pingzhuang Ge, Shixiong Bian, Yunhe Zong, Jinmeng Zhao, Adamu M. Isa, Hailai H. Tesfay, Jilan Chen 2024, 23(7): 2379-2390.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.04.014 摘要 ( )   PDF   交叉喙是多基因控制的复杂性状，目前已在全球至少12个鸡种中公开报道，发生率介于0.2%~7.4%。交叉喙严重影响个体采食和饮水，降低生产性能，损害动物福利。为探究交叉喙性状分子调控机制，本研究首先分析交叉喙鸡下颌骨形态特征，再通过RNA-seq技术筛选交叉喙鸡与正常鸡双侧下颌骨髁部的差异表达基因，结合功能富集分析鉴定关键候选基因。在此基础上，结合组织表达谱和细胞水平试验，验证关键候选基因导致鸡交叉喙的分子机制。结果表明，交叉喙由左右侧下颌骨长度不等导致，即某一侧下颌骨支短于对侧正常骨支，下喙偏向于下颌骨短支侧。由于下颌骨髁部是下颌骨支的生发中心，通过对交叉喙鸡短骨支侧髁部和正常骨支髁部进行转录组分析，共筛选110个差异表达基因，并显著富集于碳酸酐酶活性条目，差异表达基因为碳酸酐酶2（CA2）和碳酸酐酶13（CA13）。结合组织表达谱分析，发现CA2和CA13高表达于鸡下颌骨髁部(P<0.05)。通过比较成骨细胞增殖期与矿化期的CA2和CA13表达特征，发现两者在矿化期成骨细胞中显著上调。对下喙左偏和下喙右偏的交叉喙个体进行验证，发现短骨支侧髁部的CA2和CA13表达水平低于对侧正常骨支髁部(P<0.05)。为解析CA2和CA13基因功能，本试验在鸡成骨细胞培养体系中添加碳酸酐酶抑制剂，发现碳酸酐酶活性与成骨细胞矿化存在相关；进一步向成骨细胞中转染CA13干扰慢病毒，发现CA13被干扰后引起鸡成骨细胞矿化能力下降。研究结果揭示了CA2和CA13可能是北京油鸡交叉喙性状的潜在调控因子，但在其他品种中仍需进一步验证。此外，考虑到碳酸酐酶编码基因在人类中同样高表达，本研究也可能为人类下颌骨畸形引起的错颌和颅面不对称病因等提供参考。 创新点：本研究基于个体对称部位为研究对象的试验设计，结合转录组分析，揭示了CA2和CA13的不对称表达是鸡交叉喙性状形成的原因，研究结果将为地方鸡种复杂性状的研究提供新思路。

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A型塞尼卡病毒内部核糖体进入位点茎环亚域的替换： 对病毒拯救的影响 Qianqian Wang, Jie Wang, Lei Zhang, Xiaoxiao Duan, Lijie Zhu, Youming Zhang, Yan Li, Fuxiao Liu 2024, 23(7): 2391-2406.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.019 摘要 ( )   PDF   A型塞尼卡病毒（Senecavirus A, SVA）基因组为单股正链RNA，其5' 非编码区包含一个内部核糖体进入位点（Internal ribosome entry site, IRES），由十个较大或较小的茎环结构（包括一个假结）组成，这些结构已被证明具有很好的保守性。然而，目前尚不清楚每个茎环亚域，如单个茎或环，是否也高度保守。为阐明此问题，我们通过在IRES上进行定点突变（SDM）构建了一组29个SVA cDNA克隆。SDM修饰包括：（1）茎形成的互补序列相互交换；（2）环颠换；（3）环转换；以及（4）点突变。将所有cDNA克隆分别转染细胞以拯救活病毒，但只有四个SVA拯救成功，并在二十代传代过程中具有遗传稳定性，其中一个子代的生长速度明显较慢。双荧光素酶报告试验显示，SDM修饰的IRESes均未显著抑制IRES活性。我们先前研究发现，如果完全突变十个茎结构中任一个的单一基序，均会导致病毒拯救失败。有趣的是，本研究发现SVA可独立允许三个茎结构，其各自的互补序列相互交换，同时还可以容忍一个顶端环完全转换。因此，本研究表明，并非每个茎环结构的构象都严格保守。我们之前的研究还发现，两个SVA株可通过选择复制机制在IRES区域发生重组。尽管SVA IRES的序列高度保守，但这两项研究都表明其中某些元件仍然是可变的，这为IRES与多种因子间相互作用提供了新的研究方向。

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中国中部地区新分离的GVI-1及GI-19基因型禽传染性支气管炎病毒的分子特征及致病性分析 Yuhan Yang, Dou Wang, Yaning Bai, Wenyan Huang, Shimin Gao, Xingchen Wu, Ying Wang, Jianle Ren, Jinxin He, Lin Jin, Mingming Hu, Zhiwei Wang, Zhongbing Wang, Haili Ma, Junping Li, Libin Liang 2024, 23(7): 2407-2420.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.029 摘要 ( )   PDF   禽传染性支气管炎（IB）是由传染性支气管炎病毒(IBV)引起的一种急性、高度接触性传染病。IBV在世界范围内流行，给养禽业造成了严重的经济损失。目前，许多商业化的IBV疫苗株（包括H120、M41、LDT3-A等）已广泛用于预防和控制禽传染性支气管炎，但由于IBV易于变异及重组导致疫苗免疫效果不够理想，IB疫情时有发生。 本研究从中国中部地区免疫过H120疫苗的鸡群中分离到两株IBV新毒株，分别命名为SX/2106和SX/2204，并对两株IBV的全基因组进行了序列测定及重组分析。基于S1基因的遗传演化分析结果显示，SX/2106属于GI-19基因型，SX/2204则属于GVI-1基因型。重组分析表明，SX/2106可能来源于GI-19基因型毒株、GI-7基因型毒株与类LDT3-A疫苗株的重组事件；SX/2204可能来源于GVI-13基因型毒株、GVI-1基因型毒株与类H120疫苗株的重组事件。病毒交叉中和试验表明，SX/2106及SX/2204的抗原性与H120疫苗株存在显著差异。动物实验表明，SX/2106和SX/2204均能在鸡的肺脏和肾脏中有效复制并引起发病和死亡；通过观察感染鸡后气管上皮细胞的纤毛运动情况，发现SX/2106和SX/2204感染均能显著抑制纤毛活性，对气管上皮细胞黏膜造成严重损伤。病毒交叉中和试验及免疫后攻毒保护试验结果表明，H120疫苗免疫并不能对这两株IBV感染提供有效保护。值得注意的是，与之前分离的GVI-1毒株相比，SX/2204的致病性有增强趋势，感染雏鸡死亡率高达60%，对于GVI-1基因型IBV毒株的监测与防控需引起高度重视。 IBV在自然界中通过重组和突变不断进化，产生新的变异株。目前鸡传染性支气管炎在我国鸡群中发病率居高不下，严重影响鸡产业的健康发展，持续加强IBV的流行病学监测及时发现新的变异毒株，对于预防和控制IBV流行具有重要意义。

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基于表层土壤速效养分临界值的我国旱地小麦氮磷钾肥施用优化 Wenjie Yang, Jie Yu, Yanhang Li, Bingli Jia, Longgang Jiang, Aijing Yuan, Yue Ma, Ming Huang, Hanbing Cao, Jinshan Liu, Weihong Qiu, Zhaohui Wang 2024, 23(7): 2421-2433.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.049 摘要 ( )   PDF   优化作物施肥管理对提高作物产量和减少化肥施用量具有重要意义。土壤养分临界值可用于评估作物的养分供应状况，它反映了作物达到最大潜在产量时所需的最低养分供应量。基于我国旱地麦区504户农户调研和60个田间试验数据，本文提出了一种确定冬小麦氮磷钾肥施用量的推荐施肥方法，并在我国北方66个不同地点进行了田间试验验证。结果表明：冬小麦籽粒产量变化范围为1.1-9.2 t hm-2，平均产量为4.6 t hm-2，且与收获期表层土壤（0-20 cm）硝态氮和速效磷含量呈二次函数关系，但与氮磷钾肥施用量无相关关系。根据60个田间试验中冬小麦相对产量与收获时表层土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量的关系（指数函数），确定了冬小麦相对产量位于95-105%时表层土壤硝态氮、速效磷和速效钾的养分临界值分别为34.6, 15.6和150 mg kg-1。基于相对产量分组（>125%、115-125%、105-115%、95-105%、<95%）和指数函数模型，确定了每组表层土壤养分临界值和施肥系数（Fc）。基于此，本文提出了一种计算推荐施肥量的方法：Fr=Gy×Nr×Fc，其中Fr是推荐施肥量（氮磷钾肥料施用量），Gy是冬小麦百公斤籽粒氮磷钾养分需求量（NrN , NrP, NrK），Fc是氮磷钾肥料施用系数（Nc, Pc, Kc）。在我国北方，为期两年的田间验证试验表明，新的推荐施肥方法在保证产量的同时减少了17.5%的氮肥投入（38.5 kg N hm-2）和43.5%的磷肥投入（57.5 kg P2O5 hm-2），且可显著增加农户收益（7.58%，即139美元 hm-2）。因此，新的推荐施肥方法可指导我国旱地小麦氮磷钾肥料施用，促进化肥科学减肥。

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酸性红壤中过量粪肥施用促进土壤氮循环但对作物产量提升效果较差：基于20年田间定位试验 Song Wan, Yongxin Lin, Hangwei Hu, Milin Deng, Jianbo Fan, Jizheng He 2024, 23(7): 2434-2445.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.016 摘要 ( )   PDF   人口的增长和畜禽产品需求的增加导致大量粪肥产生，这些粪肥可用于维持土壤的可持续发展和作物的生产力。但是，过量粪肥施用如何影响作物产量、氮循环过程及其介导微生物尚不清楚。本研究探析和不施肥以及常规施用粪肥（9 Mg ha-1 yr-1）相比，20年过量粪肥施用（18 和 27 Mg ha-1 yr-1）对夏季和冬季酸性红壤花生产量、土壤养分含量、氮循环过程和氮循环功能微生物丰度的影响。研究发现，长期过量粪肥施用，尤其是高量粪肥（27 Mg ha-1 yr-1），显著提高土壤养分含量、氮循环功能基因丰度、硝化和反硝化潜势，但对花生产量和生物量的提升相对较弱。与施用粪肥相比，季节变化对氮循环功能基因丰度的影响大大减弱。随机森林模型分析表明，速效磷（AP）含量是影响氮循环功能基因丰度最关键的环境因子，并与所有氮循环微生物功能基因丰度呈正相关。综上，我们的研究结果清晰地表明，过量粪肥施用会增加土壤氮循环功能基因丰度和氮损失潜力，但却没有显著提高作物产量。该结果对酸性红壤农田管理和农业可持续发展具有重要意义。

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玉米和大豆根际沉积氮及其对后茬小麦作物的贡献 Sainan Geng, Lantao Li, Yuhong Miao, Yinjie Zhang, Xiaona Yu, Duo Zhang, Qirui Yang, Xiao Zhang, Yilun Wang 2024, 23(7): 2446-2457.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.018 摘要 ( )   PDF   与前茬禾本科作物相比，氮是前茬豆科作物对后茬谷物作物产生重要影响的一个关键因素，其中不可回收的根际沉积氮发挥了重要作用。然而，目前缺乏对豆科作物和禾本科作物根际沉积氮差异的定量评估，也缺乏其对后茬谷物贡献的对比研究。在此，基于全球发表的34项观察结果，我们对豆科和禾本科作物的根际沉积氮进行了荟萃分析。此外，通过盆栽试验，采用棉芯标记法研究了中国小麦主产区，两种主要小麦前茬作物玉米和大豆的根际沉积氮量和分布特性及其对后茬谷物的贡献差异。荟萃分析结果显示，豆科作物的根际沉积氮较禾本科作物显著提高了138.93%。在盆栽试验中，玉米和大豆的根际沉积氮量分别为502.32和944.12 mg/pot，大豆也显著高于玉米，分别占植株地下氮的76.91%和84.15%。在不同团聚体粒径中，根际沉积氮主要富集于大团聚体（>2 mm），其次是小团聚体（0.25-2 mm）。在>0.25 mm团聚体粒径中，大豆根际沉积氮量和占比分别高达玉米的3.48和1.66倍，这表明大豆根际沉积氮具有较高的利用潜力。在后茬小麦的氮素积累中，大豆根际沉积氮对其贡献量高达玉米的近3倍，分别占小麦总吸氮量的8.37%和4.04%。综上，大豆根际沉积氮在>0.25 mm团聚体粒径中的分布数量和占比均优于玉米。在今后的田间生产中，应将豆科作物的根际沉积氮纳入后茬作物可吸收利用的氮库中，以充分发挥豆科作物在轮作系统中作为氮源提供者的作用和潜力。

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基于无人机遥感的CWSI和Ts-Ta-VIs干旱指数在旱地作物（高粱、玉米）水分监测中的比较评估 Hui Chen, Hongxing Chen, Song Zhang, Shengxi Chen, Fulang Cen, Quanzhi Zhao, Xiaoyun Huang, Tengbing He, Zhenran Gao 2024, 23(7): 2458-2475.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.042 摘要 ( )   PDF   农业干旱遥感监测对现代农业精准灌溉至关重要。本研究基于无人机遥感技术，探讨了基于冠层温度的经验作物水分胁迫指数（CWSI）和由地表温度（Ts）、空气温度（Ta）及5种植被指数（VIs）构建的三维干旱指数（TDDI）在监测旱地作物水分状况方面的适用性。研究采用了三种机器学习算法（随机森林回归、支持向量回归和偏最小二乘回归）来比较干旱指数在高粱和玉米植被含水量（VMC）估测中的性能。研究的主要结果如下：(1)各干旱指数比较发现，Ts-Ta-归一化差异植被指数（TDDIn）和Ts-Ta-增强植被指数（TDDIe）较其它指数与作物水分的相关性更高，指数对不同灌溉水平的指数含水量敏感性不同，其中玉米在完全灌溉处理下与TDDIe指数相关性最高（r=−0.93）；（2）在时空特征上，TDDIn、TDDIe和CWSI在时间序列上的波动差异不大，变异系数分别为0.25、0.18和0.24，三者均能表征农田作物水分分布特征，但三维指数在降雨/灌溉后的作物水分空间分布上判断更为准确；（3）在预测单一作物的水分含量时，基于TDDIn和TDDIe的RFR模型对VMC的估计最为准确（R2>0.7），而在考虑多作物样本时，基于TDDIn的模型预测VMC的准确度最高，R2和RMSE分别为0.62%和14.26%。与CWSI比较，三维干旱指数在作物水分估算中更加有效。

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1-MCP处理对20 ℃贮藏期间‘玉露香’梨的果皮油腻化及品质的影响 Wanting Yu, Xinnan Zhang, Weiwei Yan, Xiaonan Sun, Yang Wang, Xiaohui Jia 2024, 23(7): 2476-2490.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.017 摘要 ( )   PDF   部分梨品种在20 ℃贮藏过程中，由于果实的衰老可能会导致果皮的油腻化和果实品质的下降等问题。其中‘玉露香’梨是最易感油腻化的梨品种之一。目前大量的‘玉露香’梨在采后储存期间发生这种生理紊乱现象, 造成巨大的经济损失。因此，迫切需要一种保鲜剂来抑制其果皮油腻化的发生。1-甲基环丙烯(1-MCP)已被证明能够有效延长水果的贮藏期。因此我们推测其可能也会影响‘玉露香’梨采后果皮油腻化的发生。本研究以‘玉露香’梨为试验材料，采用1-MCP处理后于20 ℃贮藏。而后分析了其处理的梨表皮蜡的组成和形态，并检测了其表皮蜡合成代谢相关酶的活性。同时对果实贮藏品质指标和生理特性进行了测定。结果表明:随着20 ℃贮藏时间的延长，梨果皮的油腻感逐渐增强，这与实测的L*、油脂评分、总蜡和油脂成分含量逐渐升高保持一致。同时，果皮蜡微观结构呈现逐渐熔融的动态变化状态，最后转变为非晶体结构。与对照相比，1-MCP在货架期的大部分阶段显著抑制了L*的增加、油脂评分和油脂成分的积累。1-MCP还延缓了片状蜡微观结构向非晶态的转变。脂氧合酶(LOX)、磷脂酶D (PLD)和β-酮酰基辅酶A合成酶(KCS)等与油脂组分生物合成与代谢有关的酶在贮藏前7天呈上升趋势，而后逐渐下降。1-MCP显著抑制了贮藏前期(0~7 d)的LOX活性和贮藏中后期(14~21 d)的KCS活性。同时保持了果实硬度、可溶性固形物总量(TSS)、可滴定酸(TA)含量、过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，延缓了维生素C的下降和果实失重率的增加，抑制了多酚氧化酶(PPO)活性、乙烯释放速率和呼吸速率的增加。结果表明，1-MCP在20 ℃贮藏条件下，不仅能延缓果皮油腻的发生，而且能保持‘玉露香’梨在贮藏期的良好贮藏品质。本研究为开发抑制果皮油腻的保鲜剂提供了新的思路，为果实保鲜研究提供了理论依据。

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低脂微波花生零食的制作:脱脂处理对其结构特性、质地、颜色和营养的影响 Bo Jiao, Xin Guo, Yiying Chen, Shah Faisal, Wenchao Liu, Xiaojie Ma, Bicong Wu, Guangyue Ren, Qiang Wang 2024, 23(7): 2491-2502.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.069 摘要 ( )   PDF   为了满足人们对健康低脂饮食的追求，本研究以不同脱脂比例的部分脱脂花生（PDP）为原料，开发了低脂微波花生零食（LMPS），全面探讨了脱脂处理对LMPS的结构特征、质地、颜色和营养成分的影响，并利用X射线计算机显微断层扫描技术（Micro-CT）和扫描电子显微镜（SEM）对LMPS的结构特征进行了表征。结果表明，随着脱脂率的增加，LMPS的孔隙率、孔隙数、孔体积、亮度、脆性、蛋白质含量和总糖含量均显著增加（P < 0.05）。在微观层面上，在脱脂处理后的LMPS中可以观察到多孔结构、细胞壁破裂和细胞内容物损失等现象。由脱脂率64.44%的PDP制备的LMPS的内部孔隙结构参数最高（孔隙率59%，孔隙数85.3×105，孔隙体积68.23 mm3），色泽最亮（L* 78.39±0.39），脆性最佳（3.64±0.21 mm-1），营养价值最高（蛋白质含量高，34.02%±0.38%；总糖含量高，17.45%±0.59%；脂肪含量低，27.58%±0.85%）。本研究为提高LMPS的质量提供了理论依据。

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大豆玉米带状复合种植：保障粮食安全的中国方案 Jiang Liu, Wenyu Yang 2024, 23(7): 2503-2506.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.02.001 摘要 ( )   PDF   豆科与禾本科作物间套作能促进农业可持续发展，优化利用资源，增强生物多样性，减少农业对石油产品的依赖。然而，传统间套作要适应现代农业的发展面临巨大挑战。中国科学家创新研发了大豆玉米带状复合种植(SMSI)，该技术在提高国产大豆、玉米产能，保障国家粮食安全，促进农业可持续发展方面取得了显著成效。本文介绍了大豆玉米带状复合种植的基本内涵及其与传统间套作的重要区别；并阐释了该技术保证作物高产的核心原则及其未来发展前景。