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    1. 大豆GmLEA的分离及其在种子活力中的功能分析
    周亚丽,朱雅婧,赵飞云,王爽,刘骕骦,郭凌凯,赵海红,麻浩
    中国农业科学    2018, 51 (23): 4397-4408.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.001
    摘要252)   HTML93)    PDF(pc) (3927KB)(224)    收藏

    【目的】大豆(Glycine max (L.) Merr.)种子从发育成熟期(R6或R7期)开始具有活力,在此时期容易受到高温高湿胁迫,导致种子活力下降。通过对GmLEA的研究,揭示其高温高湿胁迫下的表达水平以及功能,为一步深入研究GmLEA在参与大豆种子活力形成及响应非生物胁迫等方面奠定基础。【方法】利用Primer Premier 5.0软件设计引物,以宁镇1号和湘豆3号叶片的cDNA为模板,分离大豆GmLEA的cDNA序列全长。通过NCBI网站BLAST对GmLEA同源性氨基酸序列进行搜索,使用MEGA 6.0和DNAMAN多重比对蛋白质序列,并采用MEGA 6.0的N-J算法构建进化树。通过酵母双杂交试验验证GmLEA与GmCDPKSK5在酵母体内的互作。构建亚细胞定位和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)载体,通过基因枪介导法转化烟草叶片分析GmLEA与GmCDPKSK5在烟草叶片细胞内的互作及其编码蛋白的亚细胞定位。利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)对GmLEA的组织特异性表达及其在高温高湿胁迫下的表达进行分析。构建pBI121融合表达载体,通过农杆菌介导法获得3个纯合的T3代过表达拟南芥株系,对高温高湿胁迫下拟南芥的种子活力进行分析。【结果】获得大豆GmLEA的cDNA序列全长,该基因包含一个长1 377 bp的开放阅读框(ORF);且该基因所编码的蛋白定位在烟草叶片细胞的细胞膜上。酵母双杂交试验与双分子荧光互补(BiFC)试验结果表明,GmLEA与GmCDPKSK5分别在酵母体内与烟草叶片细胞的细胞膜上存在特异性互作。组织特异性分析结果表明,GmLEA主要在宁镇1号和湘豆3号2个品种发育和成熟的种子中表达。在湘豆3号种子发育过程中GmLEA的表达量呈先上升后下降的趋势,在开花后50 d达最大值,在宁镇1号种子发育过程中该基因的表达量呈上升的趋势,在开花后60 d达到最大值。高温高湿胁迫后,与对照相比,GmLEA在湘豆3号中96 h时下调表达,其余时间点均上调表达,在宁镇1号中,仅24 h时下调表达。GmLEA过表达拟南芥株系经高温高湿胁迫后的发芽势、发芽率及种子活力均显著(P<0.01)高于野生型植株。【结论】GmLEA参与高温高湿胁迫下种子活力的形成,与GmCDPKSK5存在特异性互作,二者可能共同参与高温高湿胁迫下种子活力的形成。

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    2. 拔节期和孕穗期低温处理对小麦叶片光合及叶绿素荧光特性的影响
    刘蕾蕾,纪洪亭,刘兵,马吉锋,肖浏骏,汤亮,曹卫星,朱艳
    中国农业科学    2018, 51 (23): 4434-4448.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.004
    摘要193)   HTML49)    PDF(pc) (7711KB)(263)    收藏

    【目的】 研究自然温度日变化模式下低温处理对小麦光合及荧光特性的影响。【方法】以温度敏感性不同的2个小麦品种扬麦16和徐麦30为材料,于拔节期和孕穗期在全自动人工气候室中进行4个低温水平和3个低温持续时间的处理,于低温处理期间及低温处理结束后7 d内每天测定小麦第一张全展叶的光合和荧光参数。【结果】低温处理期间,扬麦16和徐麦30叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ФPSII)、光化学猝灭系数(qP)均随温度的降低而下降。拔节期低温处理期间,叶片Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、ФPSII和qP随低温持续时间的延长呈先降低后升高的趋势,而孕穗期低温处理期间,则随低温持续时间的延长呈下降趋势。低温处理结束后,除孕穗期T4(Tmin/Tmax/Tavg,-6℃/4℃/-1℃)处理外,其他处理的叶片Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、ФPSII、qP和非光化学猝灭系数(NPQ)均可恢复到正常水平。低温胁迫下,相对Pn与相对Fv/Fm、ФPSII、qP呈显著的正相关关系,而与相对NPQ呈显著的负相关关系,且相对Pn与相对ФPSII、qP的相关性要高于相对Fv/Fm和相对NPQ。【结论】低温主要通过降低叶片ФPSII和qP,引起小麦叶片光合速率下降,进而降低小麦干物质积累,最终导致产量下降。

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    3. 红铃虫性信息素合成激活肽基因克隆、序列特征及在不同发育阶段的表达分析
    许冬,王玲,丛胜波,王金涛,李文静,万鹏
    中国农业科学    2018, 51 (23): 4449-4458.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.005
    摘要64)   HTML85)    PDF(pc) (512KB)(62)    收藏

    【目的】克隆红铃虫(Pectinophora gossypiella)性信息素合成激活肽(pheromone biosynthesis activating neuropeptide,PBAN)基因,分析其序列特征,阐明该基因在红铃虫不同发育阶段中的表达规律,以及与交配行为、棉花挥发物间的调控关系,为进一步揭示红铃虫性信息素合成释放机制提供科学依据。【方法】利用RACE技术克隆红铃虫性信息素合成激活肽基因PgosPBAN的全长cDNA序列,应用DNAMAN 6.0对其进行序列分析,利用Protparam、Chou & Fasman等在线分析软件进行蛋白二级结构预测和生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测PgosPBAN在红铃虫不同发育阶段的表达规律,分析交配行为和棉花挥发物对PgosPBAN表达水平的影响。【结果】获得了PgosPBAN全长cDNA序列,GenBank登录号为KY987647,该基因cDNA全长1 461 bp,其开放阅读框(ORF)为618 bp,编码205个氨基酸,5′端非编码区长121 bp,3′端非编码区长722 bp;PgosPBAN编码的氨基酸序列包含了滞育激素、α神经肽、β神经肽、PBAN和γ神经肽5种神经肽,N端还含有一个23氨基酸的信号肽;预测该蛋白分子量为2.41 kD,等电点为9.25;同源性及系统进化树分析发现,PgosPBAN与15种鳞翅目昆虫的PBAN位于同一分支,其中与PgosPBAN进化关系最近的是二化螟(Chilo suppressalis)的PBAN(GenBank登录号:ALM30314.1),表明这两个基因可能有共同的祖先基因;PgosPBAN在红铃虫不同发育阶段存在明显的表达特异性,以成虫期的表达量较高,幼虫期次之,蛹期最低;PgosPBAN在红铃虫雌、雄成虫体内均有表达,且1—5 d内雄性成虫PgosPBAN表达量显著高于雌性成虫;交配后1—3 d的红铃虫体内PgosPBAN表达水平显著高于处女蛾;暴露于棉花挥发物1—5 d雄成虫PgosPBAN表达水平未受到显著影响,而1、8 d雌成虫及8 d雄成虫PgosPBAN表达水平均显著低于对照。【结论】明确了PgosPBAN的核苷酸、氨基酸序列特征,分析了该蛋白的二级结构特征。根据PgosPBAN在红铃虫不同发育阶段的表达规律以及与交配行为、棉花挥发物的调控关系,推测该基因不仅参与了红铃虫雌性信息素的合成释放,在调控雄性信息素以及调节生长发育等方面可能也扮演着重要角色。

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    4. 面向自愿减排碳交易的生物质炭基肥固碳减排计量方法研究
    孙建飞,郑聚锋,程琨,叶仪,庄园,潘根兴
    中国农业科学    2018, 51 (23): 4470-4484.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.007
    摘要49)   HTML9)    PDF(pc) (494KB)(45)    收藏

    【目的】秸秆热解炭化-生物质炭基肥-生态农业产业体系正在中国兴起。炭基肥通过替代化肥产生可观的温室气体减排量并显著增加土壤有机碳库,其规模化发展具有参与我国正在实施的自愿减排碳交易项目的明显潜力。本研究探讨构建生物质炭基肥项目固碳减排计量方法,为其大规模农业应用参与自愿减排碳交易提供科学依据和方法学支撑。【方法】根据自愿减排项目固碳减排计量方法学和农田固碳减排计量的逻辑框架,基于秸秆炭基肥项目发展的实地调查、已有炭基肥试验的固碳减排案例监测及文献统计,并参考已备案的农业减排方法学,从项目合格性、基准线确定、边界选择、关键排放源和土壤碳库确定、系统泄漏到净碳汇计量方法等方面探讨开发炭基肥项目固碳减排计量方法学,以分析炭基肥项目进行碳交易的可行性。【结果】秸秆炭基肥项目计量方法学的基准线情景为农田常规施肥管理,但需针对不同农田经营模式而确定项目边界(例如分散农民为经营主体的田块模式和工厂-农田的集约化企业运营模式),分别考虑农田氧化亚氮和甲烷的排放和土壤有机碳库来审视项目的关键排放源和碳库,考虑项目的泄漏可能包括农民运输炭基肥导致的额外排放或原有秸秆利用方式发生改变导致的额外排放。农作物炭基肥案例分析表明:以农民为主体的炭基肥项目,单个生长季的冬小麦或水稻生产可分别产生1 440和282 kg CO2-eq·hm -2的减排量;而“工厂-农田”集约化模式中,在未对炭基肥生产工艺进行优化的条件下(副产物未被循环利用),炭基肥生产过程带来的温室气体排放将抵消部分炭基肥应用的农田碳汇量;如对优化炭基肥生产工艺后,单个生长季的冬小麦和水稻生产可分别产生1 479和340 kg CO2-eq·hm -2的净碳汇量。【结论】构建了一套用于量化炭基肥项目净碳汇量的计量方法,可以合理地量化炭基肥农田应用项目产生的净碳汇量。本研究发展的方法学适用炭基肥农业固碳减排项目,量化结果显示炭基肥项目可带来可观的减排量,且旱作农田的净碳汇效应高于稻作农田,优化炭基肥生产工艺条件下工厂-农田集约化运营模式获得的碳汇量显著高于未优化工艺条件下的农民主体的项目模式。研究表明未来应当关注和开发区域尺度不同类型炭基肥施用下氧化亚氮和甲烷减排因子以及土壤固碳因子。

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    5. 苹果MdWRKY18和MdWRKY40参与盐胁迫途径分子机理研究
    许海峰,杨官显,张静,邹琦,王意程,曲常志,姜生辉,王楠,陈学森
    中国农业科学    2018, 51 (23): 4514-4521.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.010
    摘要79)   HTML10)    PDF(pc) (1795KB)(91)    收藏

    【目的】研究苹果WRKY转录因子MdWRKY18和MdWRKY40蛋白结构、表达水平及在盐胁迫中的功能,为进一步完善盐胁迫分子机理的研究提供参考。【方法】以‘红脆2号’苹果为试材,克隆MdWRKY18MdWRKY40,对其蛋白结构进行分析;采用qRT-PCR测定该基因在盐胁迫条件下的表达水平,并通过GUS染色分析它们启动子活性,利用酵母双杂分析其互作关系,并通过转基因验证其功能。【结果】蛋白结构分析表明MdWRKY18和MdWRKY40均含有一个WRKY、Cx5C以及HxH结构域;MdWRKY18MdWRKY40表达水平和启动子活性受150 mmol·L -1 NaCl诱导,酵母双杂交试验表明,MdWRKY18和MdWRKY40能够和自身互作形成同源二聚体,且MdWRKY18也能和MdWRKY40互作形成异源二聚体;在‘王林’愈伤中分别过表达MdWRKY18MdWRKY40时,能够促进MdSOS1MdNHX1的表达,并提高‘王林’愈伤在盐胁迫处理下的生长量,在‘王林’愈伤中共表达MdWRKY18MdWRKY40时,同样能够促进MdSOS1MdNHX1的表达,但对提高‘王林’愈伤的生长量要高于分别过表达MdWRKY18MdWRKY40。【结论】苹果MdWRKY18MdWRKY40受盐胁迫的诱导,可以形成同源或异源二聚体,并增强‘王林’愈伤对盐胁迫的耐性。

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    6. 意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中的差异表达环状RNA及其调控网络分析
    郭睿,陈华枝,熊翠玲,郑燕珍,付中民,徐国钧,杜宇,王海朋,耿四海,周丁丁,刘思亚,陈大福
    中国农业科学    2018, 51 (23): 4575-4590.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.015
    摘要67)   HTML16)    PDF(pc) (3399KB)(60)    收藏

    【目的】环状RNA(circular RNA,circRNA)在可变剪接、转录调控和来源基因的表达调控等方面具有重要功能。本研究旨在探究意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)工蜂中肠发育过程中circRNA的表达谱及其发育过程中的差异表达circRNA(differentially expressed circRNA,DEcircRNA),进而在转录组水平探究DEcircRNA在中肠发育中的作用。【方法】基于前期获得的意蜂7和10日龄工蜂中肠样品(Am7和Am10)的全转录组数据,利用find_circ软件从质控后的数据中预测circRNA。采用RPM算法归一化处理得到circRNA的表达量。利用DEGseq软件对circRNA进行差异分析,按照差异倍数(fold change)≥2、P<0.05及错误发现率(false discovery rate,FDR)<0.05条件筛选DEcircRNA。通过BLAST比对GO和KEGG数据库,对DEcircRNA的来源基因进行功能和代谢通路注释。利用TargetFinder软件预测DEcircRNA-miRNA及DEcircRNA-miRNA-mRNA调控网络,通过Cytoscape v.3.2.1软件对调控网络进行可视化。通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】意蜂中肠各样品比对上参考基因组的短序列读段数平均为19 616 356条。Am7与Am10的组内Pearson相关系数均≥0.950。共预测出256个DEcircRNA,包括105个上调circRNA和151个下调circRNA。Novel_circ_009675和novel_circ_013879分别在Am7和Am10中高量表达。DEcircRNA的来源基因可注释到包括结合、单组织进程及细胞进程在内的32个GO条目,其中分别有35、35和7个来源基因注释到催化活性、代谢进程和应激反应。上述来源基因还可注释到35条KEGG代谢通路,其中分别有5、5和4个来源基因注释到Hippo信号通路、内吞作用和吞噬体;进一步分析发现分别有1、2和2个来源基因注释到磷酸肌醇代谢、淀粉和蔗糖代谢和半乳糖代谢等物质代谢通路,5、4、3、1和1个来源基因注释到内吞作用、吞噬体、溶酶体、泛素介导的蛋白水解和MAPK信号通路等免疫通路。上述结果表明相应的DEcircRNA广泛参与意蜂工蜂中肠的生长发育、新陈代谢和免疫防御。DEcircRNA-miRNA调控网络分析结果显示,141个DEcircRNA可靶向结合107个miRNA,其中多数仅能结合1—2个miRNA,但novel_circ_011577和novel_circ_010719结合的靶miRNA数可达32和28个;此外,mir-136-y、ame-miR-6001-3p及mir-136-y结合的circRNA数最多,分别为15、14和14个,表明相应的DEcircRNA可作为竞争性内源RNA在意蜂中肠发育过程发挥作用。进一步构建DEcircRNAs-ame-miR-6001-3p-mRNA调控网络,分析结果显示14个DEcircRNA可共同靶向结合ame-miR-6001-3p,表明它们可能通过调控ame-miR-6001-3p对意蜂中肠干细胞的分裂和分化进行间接调控。随机选取6个DEcircRNA进行RT-qPCR验证,结果显示5个DEcircRNA的表达量变化趋势与测序结果一致,证实了本研究测序结果的可靠性。【结论】通过对意蜂工蜂中肠发育过程中的DEcircRNA深入分析,提供了circRNA在意蜂工蜂中肠发育过程中的表达谱和差异表达信息,揭示了DEcircRNA在中肠发育过程中的作用,为中肠发育相关的关键circRNA的筛选和功能研究打下了基础。

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    7. 蜜蜂免移虫技术研究与应用
    张波,吴小波,廖春华,何旭江,颜伟玉,曾志将
    中国农业科学    2018, 51 (22): 4387-4394.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.016
    摘要37)   HTML3)    PDF(pc) (2932KB)(38)    收藏

    【目的】在养蜂生产中,养蜂者进行蜂王浆生产和人工培育蜂王时,都需要人工移虫。人工移虫对养蜂者视力和熟练程度有较高要求,特别是随着我国劳动力成本的上升和养蜂者老龄化,人工移虫是养蜂生产亟需解决的一个技术瓶颈。在国家蜂产业技术体系连续十年资助下,笔者团队一直在从事蜜蜂免移虫技术研究工作,旨在解决人工移虫问题,为蜜蜂科学饲养提供技术支撑。【方法】根据蜜蜂生物学特性和仿生学原理,设计一种食品级塑料空心工蜂巢础,在空心巢房位置设计有与其对接的托虫器(或单个托虫器)。当空心巢础造好巢脾后,让蜂王在巢脾上产卵,取出托虫器(或单个托虫器)并安装在底座带孔的王台上,即可进行蜂王浆生产(或育王)。利用改进设计后的第10代免移虫蜂王产卵器,以意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)为试验材料,检验第10代蜜蜂免移虫技术在蜂王浆生产和人工培育蜂王中的可行性。首先利用有分蜂热蜂群紧缩巢脾,让工蜂造好10—12张人工塑料空心巢础脾,再进行免移虫产浆和免移虫育王试验。免移虫产浆试验主要测定单王群、双王群、多王群(4只蜂王)的产卵率,以及产浆时王台接受率;免移虫育王试验采用单王群产卵6 h,同时以人工移虫育王为对照,比较免移虫以卵育王和人工移虫育王两种方法培育的蜂王初生重和卵巢管数差异。【结果】工蜂能在人工塑料空心工蜂巢础上造好完整的巢脾,同时蜂王可在造好的巢脾上产卵。单王群产卵、双王群产卵、多王群(4只蜂王)产卵的产卵率分别为91.24%、92.45%和91.29%,产浆时王台接受率分别为91.12%、92.63%和90.19%,三者均不存在显著性差异(P>0.05);免移虫以卵育王和人工移虫育王两种方法培育的蜂王初生重分别为(256.31±3.75)mg和(243.43±2.05)mg,单侧卵巢管数分别为(163.87±9.40)条和(154.77±6.74)条,两者均存在显著性差异(P<0.05)。【结论】本研究改进设计的第10代免移虫蜂王产卵器,可以进行免移虫蜂王浆生产和免移虫以卵育王,值得在养蜂生产中推广应用。

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    8. 历年国审玉米品种产量和品质性状变化趋势分析
    陈先敏,梁效贵,赵雪,高震,吴巩,申思,林珊,周丽丽,周顺利
    中国农业科学    2018, 51 (21): 4020-4029.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.002
    摘要200)   HTML15)    PDF(pc) (2441KB)(303)    收藏

    【目的】通过分析中国不同年代玉米品种产量和品质性状的变化趋势,探索不同性状之间的关联性,为进一步认识品种更替对玉米品种产量和品质性状的影响及未来发展方向奠定基础。【方法】搜集整理1992—2017年共计770个品次的国家审定玉米品种信息,对其中占比73.64%的普通玉米品种的千粒重、容重以及品质相关性状进行分析。【结果】随年份更替,容重、千粒重和粗淀粉的含量均呈显著或极显著升高趋势,年均升高量分别为1.87 g·L -1、0.91 g和0.19%;粗脂肪含量每年以0.03%呈极显著下降趋势;粗蛋白和赖氨酸含量年平均值则基本保持稳定,多年平均值分别为9.88%和0.30%。各性状间的相关性分析结果表明,容重和千粒重均与粗淀粉含量呈极显著正相关关系,但二者均与粗脂肪含量存在不同程度的负相关关系,粗蛋白和赖氨酸均与粗淀粉和千粒重存在极显著负相关关系。以每1 000粒籽粒为单位计算各物质积累量发现,随年份更替,单位千粒籽粒中的粗淀粉仍表现为极显著升高,但与物质含量趋势不同的是,单位千粒的粗蛋白和赖氨酸的积累量均出现不同程度的提升趋势,粗淀粉、粗蛋白和赖氨酸年均升高量分别为1.159、0.092和0.001 g;粗脂肪积累量仍随年份更替呈显著下降趋势。【结论】品种更替过程中,千粒重和容重等产量性状是中国玉米品种改良相对较快的性状,而千粒重和容重的升高主要依赖于粗淀粉含量的迅速提升;粗淀粉含量较为快速的提高可能对粗蛋白、赖氨酸和粗脂肪含量造成了“碳稀释效应”,而千粒重的改良导致了其积累量与浓度的变化趋势存在差异。同时,宜机收玉米品种的选育和推广对品质性状造成的可能影响值得进一步关注。

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    9. MdWRKY40介导提高苹果与拟南芥对轮纹病菌的免疫抗性
    周茜茜,邱化荣,何晓文,王宪璞,刘秀霞,李保华,吴树敬,陈学森
    中国农业科学    2018, 51 (21): 4052-4064.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.005
    摘要108)   HTML5)    PDF(pc) (1338KB)(95)    收藏

    【目的】从‘富士’苹果中克隆MdWRKY40,研究其在水杨酸(SA)诱导条件下的表达模式及在苹果轮纹病抗病信号通路中的作用,为进一步揭示苹果的抗病机制提供理论依据。【方法】以‘富士’苹果为试材,克隆MdWRKY40的全长CDS序列,对其进行生物信息学分析,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)分析其在苹果各组织中的表达水平,及对非生物胁迫SA的响应;研究外源SA处理对苹果叶片接种轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)的影响,并利用qRT-PCR检测病程相关蛋白基因的表达;将MdWRKY40在拟南芥中进行异源表达,对稳定表达的拟南芥幼苗叶片进行接菌处理,观察叶片发病程度及发病叶片数量,并采用qRT-PCR分析病程相关基因的表达;测量拟南芥幼苗的根系长度,并利用qRT-PCR检测生长素相关基因的表达。【结果】MdWRKY40包含长为858 bp完整的开放阅读框,编码286个氨基酸,预测其分子量为32.088 kD,等电点为8.15。系统进化树分析表明,MdWRKY40与白梨PbWRKY40序列相似性最高,亲缘关系最近,与拟南芥AtWRKY40在不同的分支上,亲缘关系较远,利用DANMAN软件进行MdWRKY40与AtWRKY40的多序列比对分析发现,MdWRKY40蛋白与AtWRKY40蛋白虽然都含有一个WRKYGQK保守结构域,但相似度仅为29.78%。qRT-PCR分析表明,MdWRKY40在根中的表达水平最高,在叶中的表达水平最低,并且在根、茎、叶中,SA均诱导了MdWRKY40的表达,且均呈现先升高后降低的趋势,在6 h时表达量最高;外源SA处理提高了苹果叶片对轮纹病菌的抗性,未处理的叶片发病率达92.59%,SA处理后发病率降至79.26%,并显著提高了病程相关蛋白基因MdPR2MdPR5的表达量。与野生型相比,在拟南芥中异源过量表达MdWRKY40显著提高了拟南芥叶片对轮纹病菌的抗性,野生型拟南芥发病率达77.5%,而两个转基因拟南芥株系发病率仅为21.5%和17.4%,并显著提高了病程相关基因PR1PR3PR4的表达。过表达MdWRKY40的拟南芥植株根系生长受到抑制,培养7 d后转基因拟南芥主根长度分别是野生型拟南芥的39.9%和43.1%,培养10 d后主根长度分别是野生型拟南芥的58.5%和55.4%。基因表达结果显示,生长素合成相关基因AtTAA1和生长素运输相关基因AtPIN1AtPIN2的表达水平在MdWRKY40过表达株系中显著低于野生型。【结论】MdWRKY40表达受SA和苹果轮纹病菌侵染诱导;MdWRKY40是苹果中重要的轮纹病抗病基因,该基因过表达显著提高对轮纹病菌的抗性;MdWRKY40具有调控植物根系生长发育的功能,可能通过下调生长素运输相关基因的表达影响植物根系生长发育。

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    10. 利用胚挽救技术创制无核抗寒葡萄新种质
    赵雅楠,骆强伟,王跃进
    中国农业科学    2018, 51 (21): 4119-4130.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.010
    摘要34)   HTML3)    PDF(pc) (2386KB)(37)    收藏

    【目的】获得无核抗寒葡萄新种质并提高抗寒无核葡萄胚挽救育种效率。【方法】以7个杂交组合的胚珠作为试验材料,研究不同亲本基因型、基本培养基类型(MM3和ER)、不同氨基酸(MM3+2.5 mmol·L -1半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸)对无核葡萄胚发育率和成苗率的影响。从杂交亲本中分别利用无核探针GSLP1-569、SCC8-1018和抗寒的分子标记S241-717,确定能扩增出特异带的亲本,再用相应的分子标记对其杂种后代进行无核和抗寒性状的鉴定。 【结果】7个杂交组合接种至MM3培养基的胚珠为1 168个,获得发育胚331个和杂种后代97株,杂交组合‘红宝石无核’ב北醇’的胚发育率和成苗率最高,分别为46.00%和17.33%。通过比较母本基因型,以‘双优’为父本,‘红脸无核’‘无核白’‘昆香无核’为母本,杂交组合‘昆香无核’ב双优’获得胚发育率和成苗率最高,分别为45.39%和16.31%;以‘北冰红’为父本,‘红脸无核’‘美丽无核’‘无核白’为母本,杂交组合‘红脸无核’ב北冰红’获得胚发育率和成苗率最高,分别为33.52%和6.59%。父本基因型对胚挽救成苗有一定影响,‘红脸无核’ב北冰红’和‘红脸无核’ב双优’,胚发育率分别为33.52%、39.00%,成苗率为6.59%、9.50%;‘无核白’ב北冰红’和‘无核白’ב双优’的胚发育率分别为7.64%、19.26%,成苗率为1.91%、8.15%。接种至MM3培养基的胚珠,获得的胚发育率和成苗率均高于ER培养基。杂交组合‘昆香无核’ב双优’的胚珠接种至添加2.5 mmol·L -1谷氨酰胺的MM3培养基,获得胚发育率最高,为59.69%;添加天冬酰胺、谷氨酰胺培养的杂种胚珠获得的成苗率分别为21.43%、20.93%,对成苗促进作用显著;对于杂交组合‘红宝石无核’ב北醇’,添加2.5 mmol·L -1天冬酰胺的胚发育率最高,为55.71%;添加天冬酰胺、谷氨酰胺培养的杂种胚珠的成苗率分别为21.43%、22.22%,对成苗促进作用显著。利用无核标记GSLP-569、SCC8-1018和抗寒分子标记S241-717,共检测了6个杂交组合的83个杂种株系,其中携带无核分子标记的杂种株系49个,抗寒分子标记的杂种株系55个,同时携带无核和抗寒标记的杂种株系36个。 【结论】‘昆香无核’和‘红脸无核’适宜作为胚挽救育种的母本材料。‘双优’作为父本比‘北冰红’的胚挽救效率更高。MM3适宜作为胚发育培养基。MM3培养基中添加酰胺类氨基酸可以促进胚挽救成苗。分子标记检测的83个杂种株系中,36个杂种株系携带无核抗寒分子标记。

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    11. 中国猪瘟净化之路:离我们还有多远?
    孙元,仇华吉
    中国农业科学    2018, 51 (21): 4169-4176.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.015
    摘要64)   HTML5)    PDF(pc) (878KB)(44)    收藏

    猪瘟是由猪瘟病毒引起猪的一种以高热、出血和高死亡率为主要特征的接触性传染病,给疫区国家的养猪业造成严重的经济损失。该病被世界动物卫生组织(OIE)列入须申报的动物疫病目录,我国将其列为一类动物疫病。《国家中长期动物疫病防治规划(2012-2020年)》将猪瘟列为5种优先防治和重点防范的动物疫病之一。我国老一辈科学家于上世纪50年代研制出闻名于世的猪瘟兔化弱毒疫苗(C株),该疫苗安全、有效,对我国及世界范围内猪瘟的防控和根除发挥了关键作用。截止目前,全球共有30多个国家和地区根除了猪瘟。养猪业在我国畜牧业中占有主导地位,猪瘟对我国生猪及猪肉产品贸易具有重大影响。因此,我国必须走猪瘟净化之路。自上世纪中期我国提出了猪瘟根除战略,时至今日猪瘟仍未净化,主要原因有,我国地域辽阔、养猪环境复杂、养殖模式多样、动物疫病种类繁多、养猪从业人员素质和意识水平参差不齐、生物安全防控水平低等。目前我国已进入新时代,综合国力稳步提升,养殖业也朝着科学化、规模化、绿色环保化方向发展,科研支撑能力日益增强,已完全具备净化猪瘟条件:当前猪瘟的流行率较低;猪瘟疫苗生产工艺不断改进,质量也不断提升;新型猪瘟标记疫苗的研制取得突破性进展;相应的猪瘟检测、监测方法及与标记疫苗配套的鉴别诊断技术也已趋于成熟。更关键的是,我国养猪企业和养殖户也意识到了猪瘟净化的必要性,政府部门也在积极采取行动,制定相应的法规和政策,联合企业、养殖户、各级兽医部门等实施区域性净化。本文详细介绍了猪瘟在全球及我国的流行现状,探讨了我国猪瘟净化的重大意义及有利与不利条件,深入分析了我国猪瘟净化的成本及效益,全面总结了欧盟等国家净化猪瘟的成功经验,并对我国猪瘟净化思路和方案进行了探讨。笔者认为,中国猪瘟净化具有历史必然性、战略必要性、现实可能性、技术可行性,这一天的到来并非遥不可及。

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    12. 非洲猪瘟——我国养猪业的重大威胁
    罗玉子,孙元,王涛,仇华吉
    中国农业科学    2018, 51 (21): 4177-4187.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.016
    摘要142)   HTML17)    PDF(pc) (1134KB)(112)    收藏

    非洲猪瘟(African swine fever, ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus, ASFV)感染家猪和野猪引起的一种烈性传染病,急性型临床上表现为高热、沉郁、厌食、皮肤发绀、各脏器出血,发病率和病死率可高达100%。世界动物卫生组织(OIE)将其列为法定报告动物疫病,我国将其列为一类动物疫病,是我国重点防范的外来动物疫病之一。ASF在撒哈拉以南的非洲地区、意大利撒丁岛、高加索地区以及俄罗斯和东欧部分国家流行,给疫区国家的养猪业造成巨大的经济损失,并严重冲击畜产品的国际贸易。2018年8月,ASF首次传入我国,随后迅速大范围蔓延,对我国养猪业构成重大威胁,防控形势异常严峻。随着经济全球化发展,ASF呈全球流行态势,持续传入我国的风险极高。鉴于目前无商业化的ASF疫苗,亟需研发可实现现场快速检测的早期诊断技术,做到对疫情早发现、早控制。由于ASFV具有庞大的基因组结构和复杂的免疫逃逸机制,使得研制有效的疫苗十分困难。目前研制的灭活疫苗、亚单位疫苗和核酸疫苗不能提供免疫保护或仅能提供部分保护,而减毒活疫苗和基因缺失疫苗可以诱导完全的同源保护和部分的交叉保护。未来需要深入解析病毒毒力相关基因和免疫保护性相关抗原,并着力研制基因缺失疫苗和弱毒疫苗,解决其安全性、稳定性和免疫效力等难题。本文就ASF的流行病学、诊断技术和疫苗研发等方面的最新研究进展及防控面临的挑战进行综述,并提出防控策略及建议,以期为我国ASF的防控提供参考。

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    13. 意大利蜜蜂幼虫肠道发育过程中的差异表达 microRNA及其调控网络
    郭睿,杜宇,熊翠玲,郑燕珍,付中民,徐国钧,王海朋,陈华枝,耿四海,周丁丁,石彩云,赵红霞,陈大福
    中国农业科学    2018, 51 (21): 4197-4209.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.018
    摘要85)   HTML5)    PDF(pc) (10339KB)(40)    收藏

    【目的】微小RNA(microRNA,miRNA)是一类在转录后水平对mRNA进行负调控的关键调控因子。本研究旨在通过分析意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)幼虫肠道发育过程中差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其调控网络,提供miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示DEmiRNA在幼虫肠道发育中的作用。【方法】利用small RNA-seq(sRNA-seq)技术对意蜂4、5和6日龄幼虫肠道样品(Am4、Am5和Am6)进行测序,将质控后的数据与西方蜜蜂(Apis mellifera)参考基因组进行比对,然后将比对上的序列标签(tags)注释到miRBase数据库,并利用TPM(tags per million)算法归一化处理所得miRNA的表达量,再通过相关生物信息学软件对miRNA进行表达量聚类、前体二级结构预测及差异表达分析。利用TargetFinder软件预测DEmiRNA的靶基因,使用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库注释,进而通过Cytoscape软件构建miRNA-mRNA的调控网络。采用茎环实时荧光定量PCR(Stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】意蜂幼虫肠道样品的测序分别得到10 841 644、12 037 678和9 230 496条有效序列标签;Am4 vs Am5比较组包含16个上调和10个下调miRNA,Am5 vs Am6比较组包含5个上调和7个下调miRNA。其中,novel-m0031-3p为两个比较组所共有,并结合5个与蜕皮激素诱导蛋白相关的靶基因;二者的特有DEmiRNA数分别为25和11个。Am4 vs Am5的26个DEmiRNA结合5 742个靶基因,其中2 725个靶基因可注释到GO数据库中的46个GO term,并主要富集在结合、细胞进程、代谢进程和单组织进程等;Am5 vs Am6的12个DEmiRNA结合3 733个靶基因,且其中2 725个靶基因富集在结合、细胞进程、单组织进程和代谢进程等41个GO term;此外,两个比较组中的DEmiRNA分别有1 046和676个靶基因可注释到116和92条KEGG代谢通路,且Am4 vs Am5比较组的DEmiRNA的靶基因富集在Wnt信号通路、Hippo信号通路、嘌呤代谢和内吞作用等通路上的数量均高于Am5 vs Am6比较组。进一步分析结果显示Am4 vs Am5中的上调和下调miRNA可分别结合611和85个靶基因,其中ame-miR-6052结合的靶基因数最多,可通过结合5个靶基因,参与对细胞色素P450的调控;miR-281-x结合49个靶基因,并间接调控组氨酸代谢、TGF-β信号通路以及Hippo信号通路;Am5 vs Am6中的上调和下调miRNA可分别结合43和431个靶基因,其中miR-iab-4-x结合靶基因数量最多,并广泛参与调控背腹轴的形成、Hippo信号通路、Wnt信号通路、FoxO信号通路、Notch信号通路以及mTOR信号通路等与生长发育相关的通路。调控网络分析结果表明,DEmiRNA与靶基因间形成较为复杂的调控网络,DEmiRNA居于调控网络的中心位置,而mRNA位于调控网络的外周。最后,通过茎环实时荧光定量PCR对随机选取的3个DEmiRNA进行验证,结果证实了测序数据的可靠性。【结论】在全基因组水平对意蜂幼虫肠道的DEmiRNA及其靶基因进行预测和分析,并对DEmiRNA的调控网络进行构建及分析,发现意蜂幼虫通过调节包括ame-miR-6052、miR-iab-4-x、miR-281-x和novel-m0031-3p在内的多个miRNA的表达水平对肠道生长和发育进行调控,研究结果不仅提供了意蜂肠道发育过程的miRNA表达谱及差异表达信息,也为阐明意蜂幼虫肠道的发育机理打下基础。

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    14. 一次性施肥在我国主要粮食作物中的应用与环境效应
    刘兆辉, 吴小宾, 谭德水, 李彦, 江丽华
    中国农业科学    2018, 51 (20): 3827-3839.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.002
    摘要130)   HTML19)    PDF(pc) (623KB)(213)    收藏

    当前我国粮食生产面临过量施肥、氮肥利用率低和农业劳动力短缺等问题,探讨主要粮食作物一次性施肥技术及其对作物产量、肥料利用效率以及环境效应的影响,为我国粮食生产的简化施肥提供技术支撑。本论文系统分析了一次性施肥技术的发展现状及其在三大粮食作物上的应用效果,针对一次性施肥技术存在的不足,提出其在我国三大粮食作物主产区的推广应用前景和发展方向。一次性施肥是一种生产轻便、节本增效和保护环境的技术模式。当前农业生产中,通过一次性基施缓控释肥、氮肥减量施用技术以及化学调控技术均可以实现三大粮食作物的一次性施肥。与农民传统施肥方式相比,一次性基施缓控释肥可以显著提高玉米、小麦和水稻三大粮食作物的产量和氮肥利用率,产量、氮肥利用率分别提高3.1%—31.7%、6.2%—86.6%;显著减少农田氨挥发、氧化亚氮排放、氮素淋溶和径流损失,分别减少18.1%—81.3%、22.4%—73.4%、0—53.0%和0—43.2%。氮肥减量施用技术可在减少20%—37%氮肥施用量的条件下,维持玉米、小麦和水稻的产量不降低,提高三大粮食作物氮肥利用率2.3%—20.4%,以及降低氮素的损失。添加硝化抑制剂可使三大粮食作物产量、氮肥利用率分别提高6.5%—20.1%、5.0%—78.3%,使氧化亚氮排放显著降低22.1%—51.0%;添加脲酶抑制剂显著提高三大粮食作物产量5.8%—22.8%,显著提高玉米、小麦氮肥利用率25.4%—40.7%,同时显著降低三大作物氨挥发、氧化亚氮排放46.1%—51.2%、11.9%—45.2%。在全国主要粮食主产区的应用结果表明,一次性施肥技术既实现了作物稳产高产、氮肥高效和氮损失减少,又节省了农业劳动力和降低了农业生产成本。因而,一次性施肥技术协同实现了作物高产、养分高效和环境友好的农业可持续发展道路,同时解决了我国当前农业生产劳动力不足的难题,是适宜在全国粮食主产区全面推广和应用的新技术。

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    15. 华北地区高产冬小麦氮磷钾养分需求特征
    张青松, 卢殿君, 岳善超, 占爱, 崔振岭
    中国农业科学    2018, 51 (20): 3840-3851.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.003
    摘要84)   HTML17)    PDF(pc) (844KB)(110)    收藏

    【目的】明确华北地区高产冬小麦氮磷钾养分需求特征及其与籽粒产量的定量关系,为高产冬小麦实时养分管理提供理论依据和技术支撑。【方法】在适宜氮磷钾养分供应条件下,通过华北地区多年多点田间试验数据构建冬小麦氮磷钾养分需求特征大数据,量化该区冬小麦地上部氮磷钾养分吸收量与籽粒产量的关系,定量单位籽粒产量的氮磷钾养分需求量。【结果】在适宜施氮条件下,华北地区生产冬小麦籽粒的氮素需求量平均为24.3 kg·t-1,单位籽粒氮素需求量随着籽粒产量的提高而有所降低。当产量水平在<4.5 t·hm-2和6.0—7.5 t·hm-2,籽粒氮素需求量从27.1 kg·t-1降低到24.5 kg·t-1,这是由收获指数的升高和籽粒氮浓度的降低造成的;当产量水平在6.0—7.5 t·hm-2和9.0—10.5 t·hm-2,籽粒氮素需求量从24.5 kg·t-1降低到22.7 kg·t-1,这是由籽粒氮浓度的降低造成的;当产量水平>10.5 t·hm-2,单位籽粒氮素需求量趋于稳定,不再变化。在适宜施磷条件下,生产冬小麦籽粒的磷素需求量平均为4.5 kg·t-1,单位籽粒磷素需求量随着籽粒产量的提高而降低,从产量水平<4.5 t·hm-2的4.7 kg·t-1下降到产量水平>9.0 t·hm-2的4.2 kg·t-1,这是由收获指数的升高和籽粒磷浓度的降低造成的。在适宜施钾条件下,生产冬小麦籽粒的钾素需求量平均为21.1 kg·t-1,单位籽粒钾素需求量随着籽粒产量的提高而降低,从产量水平<4.5 t·hm-2的23.8 kg·t-1下降到产量水平>7.5 t·hm-2的20.2 kg·t-1,这是由收获指数的升高和籽粒钾浓度的降低造成的。冬小麦在拔节至扬花阶段呈现最大的干物质累积与养分吸收速率。【结论】华北地区在适宜的氮磷钾养分供应条件下,冬小麦氮磷钾需求量随产量的提高而增加。随着产量的提高,冬小麦单位籽粒产量的氮素、磷素和钾素需求量下降,这种趋势主要是由收获指数的增加和籽粒氮、磷、钾浓度的降低造成的。对于不同产量水平的冬小麦,高产水平下冬小麦在拔节期后具有较高的干物质累积和养分吸收速率。

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    16. 黄淮海东部冬小麦一次性施肥的产量效应
    谭德水, 林海涛, 朱国梁, 李子双, 郭清福, 吴小宾, 刘兆辉
    中国农业科学    2018, 51 (20): 3887-3908.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.007
    摘要44)   HTML12)    PDF(pc) (439KB)(56)    收藏

    【目的】采用控释氮肥掺混磷钾等养分在冬小麦上一次性施用,揭示减肥、增效、节本增收方面的效应,为冬小麦轻简化生产提供技术支撑。【方法】于2011—2012、2012—2013、2013—2014年,选择在黄淮海东部不同冬小麦生态区进行控释氮肥随小麦播种一次性施用试验。与普通氮肥分次施用(农民习惯施肥(FP)和优化施肥(OPT))对比,通过设置控释氮肥a等量氮素投入(CRFa)、控释氮肥a和控释氮肥b分别减量20%氮素投入(80%CRFa与80%CRFb)处理,经过3年31个试验对产量、养分效率、节本增收等进行研究。【结果】控释氮肥在冬小麦上一次性施用总体表现稳产或小幅增产趋势,相比普通氮肥分次施用(OPT)3年平均增产2.6%,增产点位数占全部试验点数量的83.9%。减少20%氮素投入的控释氮肥处理稳产增产点比例显著降低,两种控释氮肥中生物可降解型控释氮肥a的产量效应优于有机树脂包膜控释氮肥b;4种施肥模式随土壤质地由轻到重平均施氮增产分别为10.7%、17.4%增长到19.7%,控释氮肥应用在砂质或壤质土壤的相对增产效应(较OPT)优于黏质土壤;在中低产量水平下控释氮肥一次性施用相对产量效应(较OPT)优于高产水平地块。CRFa、80%CRFa和80%CRFb处理相比农民习惯施肥(FP)分别节约氮素投入14.7、59.3、59.3 kg N·hm-2,CRFa、80%CRFa和80%CRFb处理相比OPT氮肥偏生产力(PFPN)分别提高0.4、7.32、6.93 kg·kg-1,氮肥表观利用率分别提高1.5、8.6、6.2个百分点。CRFa和80%CRFa处理相比OPT节本增收分别达到543.8、150.3元/hm2。【结论】冬小麦上控释氮肥配合其他养分底肥一次性施用、后期不再追肥的方式相比习惯施肥及普通肥料优化施用在产量稳定性、提高氮效率、节约劳动力及节本增收等方面优势明显。本试验条件下CRFa和80%CRFa处理效果较好。推荐减少20%氮用量CRFa施肥模式在黄淮东部冬小麦生产应用。

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    17. 油菜-水稻复种系统一次性施肥对CH4和N2O净排放的影响
    徐驰, 谢海宽, 丁武汉, 戴震, 张婧, 王立刚, 李虎
    中国农业科学    2018, 51 (20): 3972-3984.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.015
    摘要60)   HTML5)    PDF(pc) (533KB)(32)    收藏

    【目的】探究一次性施肥技术对油菜-水稻复种系统CH4和N2O排放及其特征的影响并分析其影响因素,综合计算全球增温潜势,以期了解一次性施肥技术对温室气体排放的贡献大小,从而为温室气体减排提供科学依据和技术参考。【方法】针对长江中下游地区典型的油菜-水稻复种模式,在荆州太湖港农场(30.36N,112.08E)油菜-水稻复种试验田设置了5个处理:对照处理(CK)、农民习惯施肥处理(FP)、优化施肥处理(OPT)、一次性尿素基施处理(UA)和一次性控释肥基施处理(CRF),重复3次。采用静态暗箱-气相色谱法对整个油菜-水稻季的CH4和N2O排放通量进行监测,并测定土壤种植前后的理化性质与作物产量。【结果】(1)N2O和CH4的排放均具有明显的水稻季排放高、油菜季排放低的季节动态变化规律。各处理N2O排放通量在油菜季的变化范围为-4.08—35.51 μg N·m-2·h-1,水稻季则为-16.52—193.30 μg N·m-2·h-1,年平均排放通量3.66—23.70 μg N·m-2·h-1;各处理CH4的通量变化在油菜季的排放量为-0.08—0.05 mg C·m-2·h-1,水稻季则为-0.54—4.81 mg C·m-2·h-1,年平均排放通量0.42—0.66 mg C·m-2·h-1;(2)N2O年排放总量从高到低依次是FP、CRF、OPT、UA、CK,分别为1.31、1.19、1.04、0.82、0.37 kg N·hm-2,排放系数介于0.14%—0.25%,均低于IPCC的推荐值1%。两个一次性施肥处理的UA和CRF相比同等施氮量的OPT处理,均能有效减少CH4年排放量29.0%和29.9%, UA处理同时能减少21.2%的N2O年排放总量,而CRF处理却增加了14.8%的N2O年排放总量;(3)在同等施氮量的条件下,一次性施肥CRF比OPT显著增加油菜产量10.6 %,而对水稻产量的影响不显著。温室气体排放强度呈现油菜季低,而水稻季高的特征,油菜和水稻季中各处理差异均不显著,油菜季中CRF和UA的排放强度最低为0.038 kgCO2-eq·kg-1,OPT最高为0.057 kgCO2-eq·kg-1,水稻季UA最小为0.07 kgCO2-eq·kg-1,FP最高达到了0.13 kgCO2-eq·kg-1;(4)综合两种气体的全球增温潜势(100 a),用GWP表示,在相同施氮量下,两个一次性施肥处理UA和CRF的GWP均较OPT处理减少了28.0%和18.2%(P<0.05),一次性基施尿素对降低温室效应更有效。【结论】对于长江中下游典型农田而言,一次性基施普通尿素或一次性基施控释尿素的措施,可以在保持作物产量的同时,降低了农田温室气体排放,可作为水稻-油菜复种系统的一种环境友好型施肥推荐技术。

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    18. 缓释尿素配施普通尿素对双季稻养分的供应特征
    张木, 唐拴虎, 黄巧义, 逄玉万, 易琼, 黄旭, 李苹, 付弘婷
    中国农业科学    2018, 51 (20): 3985-3995.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.016
    摘要33)   HTML3)    PDF(pc) (476KB)(35)    收藏

    【目的】缓释尿素作为轻简施肥及减量施肥的新型肥料产品,其养分释放特性与作物养分需求规律的匹配度是作物高产的保证。论文主要探讨缓释尿素与普通尿素配合一次施用对整个生育期内水稻养分吸收特征的影响,为新型肥料产品的研发提供理论指导和技术支撑。【方法】采用早稻及晚稻的田间试验,设置6个施肥处理:(1)不施氮(CK);(2)100%缓释尿素(100% SRU);(3)75%缓释尿素+25%普通尿素(75% SRU+25%CU);(4)50%缓释尿素+50%普通尿素(50% SRU+50%CU);(5)25%缓释尿素+75%普通尿素(25% SRU+75%CU);(6)100%普通尿素(100% CU)。氮肥用量为150 kg N·hm-2,磷、钾肥的用量分别为55 kg P2O5·hm-2、130 kg K2O·hm-2,采用过磷酸钙及氯化钾。在早稻生育期内多次采集植株样品进行氮、磷、钾分析。在灌浆期采集不同部位叶片及籽粒样品进行氮、磷、钾分析,并测定灌浆期剑叶SPAD值的变化,在水稻采收后测算产量和产量构成。【结果】75%缓释尿素+25%普通尿素的处理早稻和晚稻的产量均最高,100%缓释尿素、50%缓释尿素+50%普通尿素以及25%缓释尿素+75%普通尿素3个处理间在早、晚稻产量上均无显著性差异,但在不同程度上均优于100%普通尿素的处理。相对于100%普通尿素处理,添加缓释尿素的处理水稻有效穗数和穗粒数占相对优势,特别是在早稻上更为明显。在整个生育期内,100%缓释尿素处理水稻植株地上部干物重及氮累积量高于其他处理,并随着普通尿素添加比例的增加而递减。植株地上部(灌浆期不含籽粒)氮含量以100%缓释尿素处理最高,随着普通尿素添加比例的增加而逐渐降低。灌浆过程中籽粒、剑叶、倒二位叶及倒三位叶氮含量,以及剑叶SPAD均以100%缓释尿素处理最高,同样随着普通尿素添加比例的增加而不断降低。【结论】100%缓释尿素的处理水稻氮素供应过旺,水稻出现贪青且在晚稻上更为严重,导致产量的降低。75%缓释尿素+25%普通尿素的处理效果较好可用于水稻一次性施肥。所有添加缓释尿素的处理均不同程度的好于100%普通尿素的处理,出于成本考虑可适当下调缓释尿素的添加比例。

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    19. 小麦阿拉伯木聚糖阿魏酸酰基转移酶基因的克隆与功能标记开发
    战帅帅,白璐,谢磊,夏先春,任毅,吕文娟,曲延英,耿洪伟
    中国农业科学    2018, 51 (19): 3639-3650.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.002
    摘要29)   HTML4)    PDF(pc) (2809KB)(41)    收藏
    【目的】克隆小麦阿拉伯木聚糖阿魏酸酰基转移酶(arabinoxylan feruloyl transferase,AFT)基因,开发与FAX含量紧密连锁的功能标记,提高对FAX含量预测的准确性,为小麦加工品质的改良提供依据。【方法】应用FR846233为探针,通过同源克隆的方法获得小麦FAX含量基因gDNA全序列,使用DNAMAN软件比较高、低FAX含量品种间的序列差异性;基于序列差异使用Primer5.0软件设计特异性引物,开发与FAX含量紧密连锁的功能标记并利用一套中国春缺体-四体系和3AL、3AS双端体系进行染色体物理定位;同时结合PCR验证的方法,利用253份来自于中国主要冬麦区的小麦品种(系)对功能标记的实用性进行验证,采用IBM SPSS statistics 19.0软件进行FAX含量与基因型间的相关性分析等数据统计分析。【结果】2对特异性引物B1、B2最终扩增出长度分别为800 bp及710 bp的片段,B1和B2扩增的PCR片段有80 bp重叠,将片段拼接得到位于3A染色体上AFT基因TaBahd-A1。TaBahd-A1序列由1 429个碱基对组成,得到等位变异TaBahd-A1a和TaBahd-A1b,2个等位变异都拥有一个1 266 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),都具有2个外显子和1个内含子,内含子符合典型GT-AG结构,等位变异序列之间相似度为98.08%,具有24个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)位点和3个插入缺失(insertion-deletion,InDel)InDel位点,可编码421个氨基酸残基,预测分子量为45.2 kD。基于107 bp SNP处开发了2个互补显性标记AFTA2和AFTB2。AFTA2在TaBahd-A1a材料中能扩增出692 bp片段,与高FAX含量相关,在具有TaBahd-A1b等位变异的材料中未能扩增出片段。AFTB2则只能在TaBahd-A1b等位变异类型的材料中扩增出438 bp片段,并与低FAX含量相关,在TaBahd-A1a等位变异类型的材料中未能扩增出片段。同时利用一套中国春缺体-四体系和双端体材料将AFTA2和AFTB2定位在小麦3AL染色体。用功能标记AFTA2和AFTB2检测253份中国冬小麦材料,结果表明,不同基因型的FAX含量差异达到显著水平(P<0.05)。从不同麦区来看表现各有不同,其中在北部冬麦区不同基因型的FAX含量在北部冬麦区材料间差异不显著;而在黄淮麦区,含有TaBahd-A1a的品种FAX含量显著高于含有TaBahd-A1b的品种(P<0.05)。TaBahd-A1等位变异分布频率表明,TaBahd-A1a是与高FAX含量相关优异等位变异,且北部冬麦区TaBahd-A1a的频率(71.3%)显著高于黄淮冬麦区(60.2%)。【结论】基于TaBahd-A1序列成功开发1对显性互补标记AFTA2/AFTB2并定位于3AL染色体,标记与FAX含量相关可用于FAX含量的遗传改良。
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    20. 一膜两年用少耕轮作对水氮减投小麦产量形成的促进效应
    樊志龙,赵财,刘畅,于爱忠,殷文,胡发龙,柴强
    中国农业科学    2018, 51 (19): 3651-3662.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.003
    摘要15)   HTML4)    PDF(pc) (449KB)(20)    收藏
    【目的】针对干旱绿洲灌区覆膜玉米多年连作、水肥管理不合理、种植模式单一造成的资源利用效率低、环境污染等问题,研究水氮减投条件下一膜两年用少耕轮作对小麦产量形成的促进效应,为农田资源节约及高效利用生产技术研发提供依据。【方法】在甘肃省河西走廊朱王堡以一膜两年用少耕轮作(RT)小麦为研究对象,传统耕作小麦露地条播(CT)为参照,设2个灌水水平,包括传统灌水量减量20%水平(I1)和传统灌水水平(I2);3个施氮水平,包括传统施氮量减量40%(N1)、传统施氮量减量20%(N2)、传统施氮水平(N3),在2016—2017两年内进行田间试验,以系统分析小麦生长规律和籽粒产量形成机制。【结果】小麦各生长和产量指标在试验年份之间无显著性差异。耕作方式对小麦生长速率有显著影响,一膜两年用少耕轮作小麦分别在拔节期、孕穗到开花期较传统耕作小麦露地条播提高8.5%、9.0%;灌水和施氮水平对一膜两年用少耕轮作小麦生长速率均无显著性影响。一膜两年用少耕轮作小麦平均叶面积指数比传统耕作小麦露地条播提高了13.9%;而减量灌水降低了小麦叶面积指数,I1处理较I2处理降低12.2%;施氮水平之间相比较,N1处理小麦叶面积指数较N2处理降低13.3%,N2处理较N3处理降低9.5%。在减量20%灌水水平下,一膜两年用少耕轮作小麦籽粒产量比传统耕作小麦露地条播平均增加9.1%;一膜两年用少耕轮作条件下,灌水和施氮水平对小麦籽粒产量均无显著影响;RTI1N2处理在两年试验中均获得最大籽粒产量,分别达到7 168 kg·hm-2、7 537 kg·hm-2。虽然减量灌水和减量施氮均使小麦生物产量有所降低,但收获指数在水、氮减投条件下均有提高,I1处理较I2处理小麦收获指数平均提高10.7%;减量20%灌水水平下,N1处理与N2处理小麦的收获指数分别较N3处理提高了9.2%和7.1%。在减量20%灌水水平下,一膜两年用少耕轮作小麦花后光合产物向籽粒的输入量较传统耕作小麦露地条播提高了26.2%,对籽粒的贡献率提高4.9%;N2处理与N3处理小麦光合产物输入量之间差异不显著。由产量构成因素和通径分析表明,穗数和穗粒数相对稳定时,通过合理水、氮配施保持一定水平叶面积指数,促进光合产物的累积及其向籽粒的输入从而增加粒重是增产的主要途径。【结论】在传统灌水减量20%(190 mm)、传统施氮减量20%(180 kg N·hm-2)条件下,一膜两年用少耕轮作仍能获得高产,该试验中RTI1N2处理可作为干旱绿洲灌区节水、节氮、地膜减投的资源节约高效型生产模式的参考。
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    21. 玉米根际土壤中镰孢菌的构成与定量分析
    葛波,王宝宝,郭成,孙素丽,陈国康,王晓鸣,朱振东,段灿星
    中国农业科学    2018, 51 (19): 3683-3693.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.006
    摘要33)   HTML5)    PDF(pc) (1300KB)(47)    收藏
    【目的】了解我国玉米根际土壤镰孢菌(Fusarium spp.)的种群结构及相对含量,为相关土传病害的发生提供早期预警。【方法】从全国17个省(自治区、直辖市)采集的47份玉米田间土样中,采用稀释涂布平板法共分离到58个镰孢菌分离物,通过形态学、特异性引物及ITS、TEF-1α基因测序等方法进行鉴定,从GenBank以及镰孢菌数据库Fusarium MLST中下载标准参照菌株,利用MEGA 6.0软件以邻接法构建多基因位点系统发育树;挑选代表菌株利用玉米自交系黄早四分别进行幼苗、种子以及离体叶片的致病性测定;基于已建立的实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测体系,提取土壤总DNA对玉米土样中镰孢菌属以及部分种的含量进行检测,针对不同玉米产区进行划分统计。【结果】共鉴定出9种镰孢菌,其中拟轮枝镰孢(F. verticillioides)(22.41%)、木贼镰孢(F. quisete)(20.69%)、禾谷镰孢复合种(F. graminearum species complex)(18.97%)分离频率较高,其余为尖镰孢复合种(F. oxysporum species complex)、层出镰孢F. proliferatum)、单隔镰孢(F. dimerum)、锐顶镰孢(F. acuminarum)、茄镰孢(F. solani)和居群镰孢(F. commune),分离频率分别为12.07%、8.62%、5.17%、5.17%、3.40%和3.40%,相同镰孢菌与其参照菌株处于同一分支,不同区域的镰孢菌存在多样性;致病性测定结果显示除单隔镰孢外,其余镰孢菌均具有致病性,但致病力各不相同,同一镰孢种的不同菌株间致病性也不尽相同;其中居群镰孢为首次在玉米根际土壤中发现,并首次证实其对玉米具有致病性。RT-qPCR检测结果表明,玉米根际土壤中镰孢菌属、拟轮枝镰孢与禾谷镰孢复合种的含量分别为2.91—169.90、0.08—5.34和0.76—78.37 pg·g-1,各玉米产区的镰孢菌含量不同,其中禾谷镰孢含量均大于拟轮枝镰孢。【结论】玉米根际土壤中镰孢菌种类众多,其中拟轮枝镰孢、木贼镰孢和禾谷镰孢复合种为优势镰孢种,各地区的镰孢菌含量均不相同,其中西南山地玉米区的镰孢菌含量最多,黄淮海玉米区的禾谷镰孢含量高于其他区域。
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    22. 藏东南地区不同土地利用方式下土壤有机碳组分及周转变化特征
    徐梦,李晓亮,蔡晓布,李晓林,张旭博,张俊伶
    中国农业科学    2018, 51 (19): 3714-3725.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.009
    摘要15)   HTML5)    PDF(pc) (1146KB)(36)    收藏

    【目的】自然植被转变为农业用地显著影响土壤有机碳储量。青藏高原东南部地区森林或草地转换为农田的面积逐年增加,但其对土壤有机碳组分及周转特征的影响尚不明确。因此,阐明藏东南地区不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响程度和作用机制,可为该地区农业土地资源合理利用提供科学依据。【方法】采集藏东南地区长期耕作的农田(50年以上)及毗邻的自然森林和草地土壤,采用物理-化学联合分组技术以及稳定性碳同位素测定,分析3种土地利用方式下土壤有机碳组分的数量、碳含量的差异,探究不同有机碳组分周转差异及其对农田耕作的响应规律。【结果】农田0—20 cm表层土壤有机碳储量为(39.4±2.0) Mg C·hm-2,比自然森林的(81.5±8.5)Mg C·hm-2和草地的(71.4±7.3)Mg C·hm-2分别降低了约52%和45%。农田耕作导致粗颗粒有机质(cPOM)数量相对于自然植被降低了63.4%—70.8%,微团聚体(μagg)和黏粉粒(dSilt+Clay)的数量分别增加了10.0%—25.9%和65.7%—86.2%。农田土壤的有机碳含量与森林和草地土壤相比降低了51.7%—58.1%,其中不稳定性、物理稳定性和生物化学稳定性有机碳库分别降低79.8%—86.3%、72.4%—73.1%、32.4%—39.8%,且与总有机碳的变化显著正相关,但化学稳定性有机碳库没有显著变化。土地利用方式不同导致不同有机碳组分的C/N值和δ13C值差异明显。农田土壤cPOM组分的C/N值(10.0±0.5)显著低于森林(13.5±0.4),而δ13C值(-21.6±0.5)‰则显著高于森林土壤(-23.6±0.4)‰。微团聚体保护的颗粒有机质(iPOM)和难酸解组分NH-dSilt+Caly和NH-μSilt+Clay)具有较低的δ13C值(-25.3‰—-27.2‰),并且其C/N在农田土壤为8.4—9.4,显著低于森林土壤(13.5—15.9)。【结论】藏东南地区长期耕作的农田土壤有机碳储量相比于自然植被降低了约50%。农业耕作显著加速了不稳定颗粒有机质的周转,减少了稳定性有机碳组分如微团聚体保护的有机碳组分的形成,是导致土壤有机碳库明显下降的关键原因。因此,为有效降低农业耕作对土壤有机碳储量的负面影响,免耕和保护性耕作或可成为藏东南农耕区固碳增汇、维持该地区土地资源可持续利用的技术选择之一

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    23. 四倍体西瓜抗枯萎病菌生理小种1的机理
    姬万丽,朱红菊,路绪强,赵胜杰,何楠,耿丽华,刘文革
    中国农业科学    2018, 51 (19): 3750-3765.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.012
    摘要26)   HTML2)    PDF(pc) (8912KB)(33)    收藏
    【目的】近年来由于西瓜重茬种植面积的不断增加及连作障碍的发生导致枯萎病在西瓜上迅速蔓延,该病害已经成为限制西瓜生产的主要因素之一。田间观察发现四倍体西瓜比其同源二倍体西瓜抗枯萎病。本研究通过对比四倍体与二倍体抗性差异,揭示四倍体西瓜抗枯萎病的机理,为西瓜多倍体育种和抗病育种提供理论依据。【方法】以同基因型的郑州3号二倍体和四倍体西瓜幼苗为材料,在一叶一心时期接种枯萎病菌生理小种1(Fusarium oxysporum f. sp. niveum race 1Fon 1),比较不同倍性西瓜苗期枯萎病抗性差异;运用绿色荧光蛋白标记技术观察枯萎病菌的侵染过程;并分析过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、丙二醛(MDA)、总酚及类黄酮等与抗病相关代谢物质活性/含量差异,及PR3、MPK7、PAL、MYB基因表达变化。【结果】西瓜苗期接种枯萎病菌后,二倍体西瓜幼苗4 d发病,10 d时大部分枯死;四倍体西瓜幼苗7 d开始发病,13 d时大部分枯死,四倍体相对其同源二倍体延后3 d发病。枯萎病菌侵染过程对比发现,病菌在二倍体和四倍体西瓜中的侵染路径相同;此外不同倍性西瓜根系分生孢子的萌发率无明显差别,但是随着病菌的侵染,枯萎病菌在四倍体幼苗中的侵染速度明显较慢,细胞间菌丝较少;枯萎病菌在四倍体西瓜幼苗维管束中的定殖率比其同源二倍体低,且在幼苗根部差异显著、叶柄部差异极显著,病菌在四倍体植株茎部及叶部的扩展得到了一定的限制;枯萎病菌在四倍体西瓜中的侵染过程明显滞后,与枯萎病的发病症状相吻合。接种枯萎病菌后,四倍体西瓜幼苗根系POD、PAL活性均呈增加的趋势,且四倍体幼苗根系POD活性增加的幅度比二倍体大,病菌侵染后四倍体根系生成了更多的PAL和POD以增强植物抗病能力,保护细胞免受伤害;四倍体西瓜根系中总酚、类黄酮含量的增加量明显高于同源二倍体,这些次生代谢物质含量的优势,使得四倍体植株更易于抵御枯萎病菌的入侵;另外四倍体西瓜根系MDA含量明显比同时期的二倍体低,表明接种枯萎病菌后四倍体西瓜幼苗根系细胞膜损伤程度更小。抗病基因的表达分析发现,接种枯萎病菌后四倍体PR3的表达量不断增加,在接种后10 d表达量达到最大,是二倍体同时期表达量的10倍;接种后期四倍体根系能表达更多的MPK7,传递抗病信号,促进抗病基因的表达,从而降低枯萎病菌对西瓜幼苗的伤害;PAL的表达量呈现先增高后降低的趋势,表达量均高于同时期的二倍体幼苗,最大表达量是二倍体PAL表达量的6倍;四倍体MYB的表达量明显高于其同源二倍体,接种后7、10 d四倍体根系的表达量分别是二倍体的80、35倍。【结论】通过苗期枯萎病菌接种鉴定、病菌侵染过程观察、代谢物质含量及基因表达水平变化等多方面的研究,表明四倍体西瓜幼苗比同源二倍体抗枯萎病。
     
    关键词:西瓜;四倍体;枯萎病菌生理小种1(Fon 1);抗性机理
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    24. 冷热应激对北京地区荷斯坦牛产奶性能及血液生化指标的影响
    胡丽蓉,康玲,王淑慧,李玮,鄢新义,罗汉鹏,董刚辉,王新宇,王雅春,徐青
    中国农业科学    2018, 51 (19): 3791-3799.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.015
    摘要33)   HTML3)    PDF(pc) (751KB)(47)    收藏
    【目的】分析冷热应激对北京地区荷斯坦牛产奶性能和血液生化指标的影响,评估可指示荷斯坦牛冷热应激反应的候选血液生化指标,为该地区奶牛的生产管理及耐应激个体选育提供理论依据。【方法】本试验以北京市三元绿荷金银岛牧场的健康泌乳荷斯坦牛为研究对象,连续监测了热应激期(2014年8月份)、非应激期(2014年11月份)和冷应激期(2015年1月份)牛舍THI,并分别采集了178头、120头和126头荷斯坦牛的血样,测定了14种血液生化指标,同时收集了试验个体的7项产奶性能数据,采用SAS9.2中的MIXED模型分析了荷斯坦牛在冷热应激下产奶性能和血液生化指标的变化规律,并通过Logistic过程分析了荷斯坦牛在冷热应激下显著变化的血液生化指标指示奶牛个体冷热应激反应的准确性。【结果】牛舍8月份的平均温度为31.80℃,平均THI达到了81.57,且该月THI大于78持续时间超过8 h的天数达到了21 d,表明本试验群体在8月份长期处于中度热应激状态;11月份的平均温度为12.76℃,该月平均THI为55.43,表明本试验群体在11月份处于非应激状态;1月份的平均温度为-6.70℃,平均THI为25.63,且该月有21 d的温差大于12℃,表明试验群体在1月份处于较严重的冷应激状态。与非应激期比较,热应激下荷斯坦牛AMY下降了1.34 kg,奶样中FP、PP、F/P和SP极显著降低(P<0.01),LP显著降低(P<0.05),SCS则极显著增加(P=0.01);血清中GH、LD、PRL和SOD极显著升高(P<0.01),而BUN、CRP、LDH、LPO、NE和K+极显著降低(P<0.01);ROC曲线分析显示PRL、GH和CRP的AUC值大于0.80,分别为0.91、0.85和0.83。与非应激期比较,冷应激下荷斯坦牛AMY下降了1.13 kg,奶样中FP和SP极显著下降(P<0.01),F/P显著下降(P<0.05),SCS则极显著增加(P<0.01);血清中COR、CORT和K+极显著升高(P<0.01),而CRP、DA、GH、PRL和SOD极显著降低(P<0.01),ATCH显著降低(P<0.05);ROC曲线分析显示仅SOD的AUC值大于0.80,其值为0.84。【结论】研究结果表明北京地区荷斯坦牛在8月份和1月份均处于较严重的应激状态,且冷热应激已极大地影响了该地区荷斯坦牛的产奶性能和生理状态,PRL和GH可作为监测荷斯坦牛早期热应激的候选指示指标,SOD可作为监测荷斯坦牛早期冷应激的候选指示指标。
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    25. 基于染色体片段置换系的野生稻粒长QTL——qGL12的精细定位
    丁膺宾, 张莉珍, 许睿, 王艳艳, 郑晓明, 张丽芳, 程云连, 吴凡, 杨庆文, 乔卫华, 兰进好
    中国农业科学    2018, 51 (18): 3435-3444.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.001
    摘要42)   HTML12)    PDF(pc) (2742KB)(147)    收藏

    【目的】利用野生稻染色体片段置换系以及次级群体,精细定位与水稻粒长相关的QTL,发掘野生稻中影响粒长的新基因,为水稻育种提供遗传材料和基因资源。【方法】利用中国农业科学院作物科学研究所野生稻实验室已构建的野生稻染色体片段置换系群体,定位到一个与粒长相关的QTL——qGL12。在此基础上,选择粒长与受体亲本9311差异显著,且携带qGL12片段的置换系CSSL141与9311回交构建次级分离群体,设计区间内分子标记引物,筛选交换单株,结合粒型表型分析与基因型鉴定,对qGL12进行精细定位。通过扫描电子显微镜检测颖壳细胞,观察细胞的长宽变化,对定位区间内的基因进行基因注释以及测序分析,预测候选基因。【结果】根据整套置换系多个环境下的表型鉴定,qGL12初定位于第12染色体标记RM28621附近;选取携带qGL12的置换系CSSL141作为精细定位的亲本,CSSL141携带4个野生稻导入片段,在多年多点的田间试验中,CSSL141粒长、粒宽、粒重均明显高于9311;利用构建的CSSL141/9311 F2群体将qGL12定位于第12染色体标记RM5479与RM28621之间,影响粒长、粒宽以及粒重,对粒长的贡献率最高,为44.61%。在定位区间内设计了7个多态性分子标记引物,选择目标区间基因型杂合的植株种植F3,通过筛选交换单株,结合交换单株的基因型与表型,将qGL12定位于RM5479与RM28586之间50 kb区间内,为进一步缩短定位区间,在此区间内设计了4个多态性分子标记引物,选择交换单株种植下一代,筛选后得到20株交换单株,结合交换单株基因型与籽粒表型,最终将qGL12定位到第12染色体15.69 kb区间,该区间内有3个候选基因,其中Os12g39650编码一种微管蛋白,Os12g39660编码一种质膜钙转运ATP酶,Os12g39670尚未有明确功能,通过测序分析发现,Os12g39650Os12g39660在编码区内存在变异;对亲本以及后代交换单株的颖壳细胞进行电镜扫描,发现9311颖壳细胞的长度与宽度均比CSSL141小,CSSL141/9311 F4代群体中,目标区间为野生稻基因型的交换单株颖壳细胞的长度与宽度均比目标区间为9311基因型的交换单株大,表明qGL12通过调控颖壳细胞的大小影响水稻粒长。【结论】利用野生稻染色体片段置换系,将野生稻粒长QTL——qGL12定位于第12染色体15.69 kb区间内,通过调控水稻颖壳细胞的大小影响粒长。该区间内有3个基因。来自野生稻的Os12g39650Os12g39660与栽培稻等位基因相比,存在自然变异,确定为qGL12的候选基因。

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    26. 晚霜冻胁迫后冬小麦株高降低及其与籽粒产量关系
    武永峰, 胡新, 任德超, 史萍, 游松财
    中国农业科学    2018, 51 (18): 3470-3485.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.004
    摘要35)   HTML6)    PDF(pc) (662KB)(98)    收藏

    【目的】探究晚霜冻胁迫对冬小麦株高及其构成因素的影响,阐明株高降低特性及其与节间长、穗长和籽粒产量的内在关系,为晚霜冻害评估指标的建立提供依据。【方法】基于低温室和田间可移动式霜箱2种模拟霜冻手段,分别以冬小麦幼穗发育阶段(小花原基分化、雌雄蕊原基分化、药隔形成、四分体形成和抽穗期)和零下处理温度(-1℃、-3℃、-5℃、-7℃、-9℃和-11℃)为梯度,共开展6期盆栽试验和3期小区试验;在考察植株茎部冻害、测定株高与其构成因素、统计籽粒产量要素的基础上,运用方差分析、回归函数拟合、以及突变检验等方法研究晚霜冻胁迫下株高降低特性,分析各构成因素对株高的贡献、以及株高与籽粒产量的回归关系。【结果】(1)在雌雄蕊原基分化至药隔形成后期,株高随处理温度降低而呈突变性降低特征,处理温度低于-5 ℃左右时突变开始,且不同植株个体、品种间有一定差异;在同一处理温度下,株高最大降幅出现在药隔形成后期。(2)在雌雄蕊原基分化期、药隔形成前期和药隔形成后期,对株高贡献排前两位的节间分别为倒四节间和倒三节间、倒三节间和倒二节间、倒二节间和倒四节间,其长度均因冻害胁迫而显著缩短,且与株高呈极强显著相关性(P<0.001),此时株高亦呈显著降低趋势。(3)株高与穗粒数、千粒重、单株产量之间的回归模型符合幂函数曲线特征,其中,单株产量的降幅随株高降低而呈现先快后慢的变化态势;当单株产量因冻害胁迫降低至1.5 g以下时,其随株高继续降低而不再明显减少,此时穗粒数变化也已不大。【结论】在模拟晚霜冻胁迫条件下,正在伸长或待伸长的冬小麦节间长度与穗长显著缩短;当缩短节间与对株高起主要贡献的节间相一致时,株高显著降低。利用节间缩短特性、以及单株产量和株高降低之间的幂函数关系模型,可为冬小麦生长后期植株倒伏以及产量损失风险评估方法提供新的研究途径。

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    27. 六种重要玉米病害病原名称的厘定
    王晓鸣
    中国农业科学    2018, 51 (18): 3497-3507.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.006
    摘要36)   HTML4)    PDF(pc) (531KB)(78)    收藏

    真菌、细菌、病毒等引起的病害是玉米生产的重要威胁。在中国,玉米种植地域广,种植区生态类型多,病害种类复杂,常见病害有30余种。中国的玉米病害研究历史不足百年,从事研究的专业人员也较少,导致玉米病害知识的传播受到一定影响,其表现之一就是我国在一些玉米病害病原名称的采用上存在明显混乱,已被弃用的旧病原名称还在普遍应用。这种现状影响了玉米病害科学研究信息在国内和国际上的正常交流。本文梳理了瘤黑粉病、丝黑穗病、红叶病、北方炭疽病、圆斑病、黑束病6种玉米病害病原学名的历史变迁,重点结合近年在形态学和分子系统分类学等方面的研究进展,明确了这6种病害病原在目前应该采用的正确名称。(1)玉米瘤黑粉病病原无论是形态学和分子生物学都有别于Ustilago属物种的特征,已恢复其名称为1912年命名的Mycosarcoma maydis (DC.) Bref.(玉蜀黍瘿黑粉菌),曾被广为采用的Ustilago maydis (DC.) Corda(玉蜀黍黑粉菌)成为异名;(2)基于Sporisorium属与Sphacelotheca在寄主科选择上的差异以及对玉米丝黑穗病致病菌的形态学、寄主病害特征和多基因序列分析的结果,Sporisorium reilianum (J.G. Kühn) Langdon & Fullerton.(丝孢堆黑粉菌)被确定为玉米丝黑穗病病原的正确名称,而Sphacelotheca reiliana (J.G.Kühn) Clinton成为异名之一。由于Sporisorium reilianum种内存在对玉米和高粱的致病性分化,玉米致病菌又可称为Sporisorium reilianum f.sp.zeae(丝孢堆黑粉菌玉米专化型);(3)普遍认为大麦黄矮病毒(Barley yellow dwarf virus,BYDV)引起玉米红叶病,但近年通过对致病病毒的测序,明确了多种病毒和株系是该病的病原。在中国,引起玉米红叶病的为马铃薯卷叶病毒属(Polerovirus)的小麦黄矮病毒-GPV(Wheat yellow dwarf virus-GPV)和玉米黄矮病毒-RMV(Maize yellow dwarf virus-RMV);(4)尽管在形态学方面有许多相似性,但通过多基因序列的比较研究,证明Kabatiella属完全有别于Aureobasidium属,因此,玉米北方炭疽病病原的学名应该采用Kabatiella zeae Narita et Hiratsuka(玉蜀黍球梗孢),Aureobasidium zeae (Narita et Hiratsuka) Dingley作为异名处理;(5)分生孢子呈蠕孢状的真菌经历了数次属的变化,但形态学、基因序列信息、生活史、次生代谢物等特征的研究表明,引起玉米圆斑病的病原Bipolaris zeicola (G.L. Stout) Shoemaker(玉米生平脐蠕孢)是一个独立的物种,其无性态名称的保留得到了国际真菌命名委员会的同意;(6)对物种名称Cephalosporium acremonium的长期混乱使用使得其已经失去了纯粹种的含义,而Acremonium拥有150余个种并对应多个有性态属,已经成为了一个庞杂属。大量的分子生物学特征研究揭示了Acremonium属的异质性,以分子特征和形态学结合的方法,重新划分和新建了相关的属,Sarocladium strictum (W.Gams) Summerbell(直帚枝杆孢)成为了玉米黑束病病菌的新种名,而Cephalosporium acremonium Corda和Acremonium strictum Gams是其异名。

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    28. 长期不同施肥下紫色土-作物体系镉累积及安全性评估
    王珂, 徐春丽, 张宇亭, 郑志斌, 王定勇, 石孝均
    中国农业科学    2018, 51 (18): 3542-3550.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.010
    摘要18)   HTML3)    PDF(pc) (428KB)(40)    收藏

    【目的】利用连续施肥23年(1991—2014)的稻麦长期定位试验,研究长期不同施肥对土壤-小麦/水稻轮作体系镉(Cd)累积的影响,为西南紫色土地区农产品质量安全和合理施肥提供科学依据。【方法】利用8个长期不同施肥处理:(1) CK(不施肥对照);(2)N(只施氮肥);(3)NK(只施氮、钾肥);(4)NPK(施氮、磷、钾肥);(5)NPK+M(化肥+猪、牛粪);(6) NPK+S(化肥+稻草还田);(7)1.5NPK+S(1.5倍化肥+稻草还田);(8)(NK)ClP+S(含氯化肥+稻草还田)。分别测定不同年际间土壤中全镉和有效镉含量以及作物中的镉含量,并评估镉的累积程度。【结果】随着施肥年限的增加,土壤全镉含量逐年提高;长期不施磷肥的CK、N、和NK处理土壤全镉累积提升较慢,施用磷肥、有机肥及含氯化肥处理提升较快,其中以NPK+M、1.5NPK+S和(NK)ClP+S 处理土壤全镉含量提升最快,23年后分别增加了1.18、1.18、1.15 mg·kg-1;除不施磷肥处理外,其他所有处理土壤全镉含量均超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618—2018)中的土壤镉污染风险筛选值0.6 mg·kg-1。长期施肥处理的土壤有效镉含量均明显高于不施肥对照,其中长期施用N、(NK)ClP+S和1.5NPK+S处理土壤有效镉含量提升幅度较大。随着试验年份的增加各施肥处理水稻籽粒中镉含量呈上升趋势,但均未超过食品安全国家标准(GB 2762—2017,Cd≤0.2 mg·kg-1);小麦籽粒中镉含量在不同年际间没有明显变化,除长期施用含氯化肥(NK)ClP+S处理籽粒中镉含量超过食品中污染物限量标准外(GB 2762—2017,Cd≤0.1 mg·kg-1),其他处理均未超标。【结论】本试验条件下,长期不同施肥、特别是施用磷肥和猪、牛粪有机肥均提高了土壤全镉含量,增加了其生态风险;而长期施用含氯化肥因使土壤pH下降而提高了有效镉含量,并导致小麦籽粒中镉含量超标。因此,防止镉因施肥等途径进入农田,是保证农产品安全生产的重要环节。

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    29. 氧化对肌原纤维蛋白热诱导凝胶质构特性及保水性的影响
    杨玉玲, 周磊, 游远, 汤晓智, 魏苏萌
    中国农业科学    2018, 51 (18): 3570-3581.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.013
    摘要23)   HTML3)    PDF(pc) (1042KB)(45)    收藏

    【目的】研究氧化对肌原纤维蛋白(myofibrillar proteins,MP)凝胶质构和保水性的影响,探讨凝胶特性随蛋白质氧化程度变化的根本原因,为MP凝胶特性控制和鸡肉制品的质量控制提供理论依据。【方法】活鸡屠宰,取鸡胸肉提取MP。利用质构仪研究在脂肪氧化酶-亚油酸体系中蛋白质氧化对MP凝胶质构的影响;用高速离心机测定凝胶保水性;用拉曼光谱法测定I760和I850/I830表示MP凝胶的疏水作用力和氢键,Zeta电位法测定电位值代表静电斥力;通过总巯基含量的变化反应二硫键的变化;通过扫描电镜观察凝胶的超微结构;通过氨基酸分析仪研究氧化对MP氨基酸含量的影响。【结果】在脂肪氧化酶-亚油酸-MP体系中,随着亚油酸浓度增加,MP中羰基含量逐步增加,氧化程度逐渐增高。亚油酸含量从0增加到2 mmol·L-1时,凝胶硬度和保水性均逐渐增加到最大值,而后随亚油酸浓度增加均逐渐下降;凝胶弹性在低氧化程度下略有增加,但随着氧化程度继续增加而逐渐降低;亚油酸浓度为2 mmol·L-1时,MP凝胶结构致密,多孔且孔径均一。高度氧化的MP凝胶孔径变大,空隙增多,胶束不均匀。随着氧化程度升高,拉曼光谱的I760在2 mmol·L-1处达到最大值,表明疏水相互作用力在此处达到最大。Ser, Glu和Cys 3种氨基酸残基能够形成MP分子内氢键,这3种氨基酸含量随着氧化程度的升高而降低,同时拉曼光谱的I850/I830随氧化程度的升高而增加,最终大于1.25,表明MP分子间的氢键随着氧化程度的升高而减少。解离后带负电荷的Glu含量随氧化程度升高而降低,导致Zeta电位绝对值下降,表明静电相互作用随氧化程度增加而减弱。Cys的巯基在凝胶形成过程中能够形成二硫键,其含量随氧化程度的升高而降低,导致总巯基含量同向变化,表明氧化过程中二硫键生成。疏水性氨基酸(Ala,Met,Val,Leu,Ile和Phe)的总量随氧化程度升高而变化,在亚油酸为2 mmol·L-1处达到最大值,这为疏水作用力在2 mmol·L-1处达到最大值提供了证据。主成分分析表明疏水相互作用对脂质酶氧化体系下MP凝胶特性起决定性作用。【结论】适度氧化有助于改善MP凝胶的特性,在脂肪氧化酶-亚油酸体系中,亚油酸浓度为2 mmol·L-1时,MP凝胶的硬度和保水性都获得最大值。其原因为氧化作用改变MP的组成和疏水作用力,在亚油酸2 mmol·L-1时,MP分子中疏水性氨基酸总量最高,疏水作用力最大,形成的凝胶微观结构均匀致密,因此MP凝胶的质构和保水性均获得最大值。

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    30. 意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中长链非编码RNA的 差异表达分析
    郭睿, 耿四海, 熊翠玲, 郑燕珍, 付中民, 王海朋, 杜宇, 童新宇, 赵红霞, 陈大福
    中国农业科学    2018, 51 (18): 3600-3613.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.016
    摘要31)   HTML5)    PDF(pc) (6083KB)(71)    收藏

    【目的】长链非编码RNA(lncRNA)在真核生物的基因表达、表观遗传和细胞周期调控等方面发挥重要功能。本研究旨在探究意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica, 简称意蜂)工蜂中肠发育过程中lncRNA的表达谱及其作用。【方法】利用RNA-seq技术和链特异性建库方法对意蜂7和10日龄工蜂中肠(Am7、Am10)进行深度测序,下机的原始数据经过Perl脚本过滤得到高质量有效读段。利用bowtie工具将有效读段比对核糖体数据库,进一步利用TopHat2软件将未比对到核糖体数据库上的数据比对到参考基因组。利用CPC和CNCI软件对转录本的编码能力进行预测。通过RT-PCR对部分lncRNA进行鉴定。利用edgeR软件进行差异表达lncRNA(DElncRNA)分析,进而预测lncRNA的上下游基因,并对上下游基因进行GO及KEGG代谢通路富集分析。联用RNAhybrid、Miranda和TargetScan软件预测DElncRNA靶向结合的miRNA及miRNA靶向结合的靶基因,并通过Cytoscape软件构建DElncRNAs-miRNAs-mRNAs的调控网络。最后,通过RT-qPCR验证测序数据的可靠性。【结果】Am7和Am10的深度测序分别获得134 802 058和147 051 470条原始读段,经严格过滤分别得到134 166 157和146 293 288条有效读段;共得到3 890个DElncRNA,包括2 005个上调lncRNA与1 885个下调lncRNA。RT-PCR验证结果显示共有8个lncRNA能扩增出符合预期的目的片段,表明预测出的lncRNA真实存在。DElncRNA的上下游基因数为1 793个,它们涉及42个GO条目,包括代谢进程、发育进程、细胞进程、应激反应和免疫系统进程等;这些上下游基因还涉及251条代谢通路,包括碳代谢、嘌呤代谢和脂肪酸的生物合成等物质代谢通路,硫代谢、甲烷代谢和氧化磷酸化等能量代谢通路,Hippo信号通路、Wnt信号通路和Notch信号通路等信号通路,溶酶体、内吞作用和泛素介导的蛋白水解等细胞免疫通路,以及MAPK信号通路、Jak-STAT信号通路和NF-kappa B信号通路等体液免疫通路,上述结果表明DElncRNA在意蜂中肠发育过程中参与物质和能量代谢、细胞生命活动和免疫调控。进一步分析发现TCONS_00020918可通过调控西方蜜蜂王浆主蛋白1编码基因在意蜂工蜂中肠的营养吸收、级型分化中发挥功能。DElncRNA的调控网络分析结果显示DElncRNA与miRNA、mRNA间存在复杂的调控关系,部分DElncRNA处于调控网络的中心位置且能靶向结合较多的miRNA,也有部分miRNA可被多个DElncRNA共同靶向,表明这些DElncRNA可能在中肠发育中发挥重要作用。随机挑取5个DElncRNA进行RT-qPCR验证,结果显示它们的表达量变化趋势与测序结果一致,证实了本研究测序数据的可靠性。【结论】差异表达长链非编码RNA(DElncRNA)广泛参与意蜂工蜂中肠的新陈代谢、细胞活动和免疫调控并作为竞争性内源RNA(ceRNA)发挥作用,研究结果为关键lncRNA的筛选和功能研究提供了必要的数据支持。

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    31. 小麦新品种淮麦33的遗传构成分析
    杨子博,王安邦,冷苏凤,顾正中,周羊梅
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3237-3248.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.001
    摘要104)   HTML22)    PDF(pc) (4558KB)(128)    收藏
    【目的】解析高产广适小麦新品种淮麦33的遗传构成,探讨双亲烟农19和郑麦991对其产量相关性状的遗传贡献,为小麦品种改良及亲本选配提供依据。【方法】利用部分农艺及品质性状、高分子量谷蛋白亚基组成及覆盖小麦21条染色体的625个SSR分子标记分析淮麦33及其双亲的遗传构成;比对已知的产量性状相关QTL,分析双亲的产量相关区段对淮麦33的遗传贡献。【结果】淮麦33的每平方米穗数和千粒重均介于两亲本之间,穗粒数和小区产量均显著高于两亲本;与烟农19相比,其株高显著降低。淮麦33的高分子量谷蛋白亚基组成为(1、17+18和2+12),其中1和17+18亚基均来自于母本烟农19,2+12亚基来自于父本郑麦991。SSR分子标记分析表明,双亲对淮麦33的遗传贡献和理论值相比出现了较大偏离,淮麦33分别继承了烟农19和郑麦991两亲本73.9%和26.1%的遗传物质。淮麦33与烟农19具有较大的遗传相似度,遗传相似系数为0.78。在不同基因组和染色体水平上,双亲对淮麦33的遗传贡献率差异较大,其中,烟农19在A、B和D基因组水平的遗传贡献率均较高,分别为75.1%、69.4%和68.7%;除6A染色体外,烟农19在其他20条染色体上的遗传贡献率均高于郑麦991,其中在2A染色体上达到100%,在1A、3A、2B、3B和4B等5条染色体上均超过90%。在遗传距离大于5 cM的染色体区段中,淮麦33来源于烟农19和郑麦991的染色体区段分别有34个和7个,其中在2D染色体上来源于烟农19的染色体区段最多,在5A染色体上来源于郑麦991的区段最多。淮麦33有38个不同于双亲的特异位点,主要分布在1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、3D、4A、4B、5A、5B、6B、6D和7A等15条染色体上。比对已知产量性状相关QTL,共发现10个产量相关区段,有6个来源于烟农19,分别位于1A、2D、3B、4B、4D和7A染色体上;3个来源于郑麦991,分别位于4A和5A染色体上;1个为淮麦33特异区段,位于6D染色体上。【结论】明确了小麦新品种淮麦33的遗传构成,其更多地继承了母本烟农19的遗传物质;发现淮麦33中来源于不同亲本的产量相关区段。
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    32. 气候变化背景下华北平原夏玉米适宜播期分析
    张镇涛,杨晓光,高继卿,王晓煜,白帆,孙爽,刘志娟,明博,谢瑞芝,王克如,李少昆
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3258-3274.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.003
    摘要63)   HTML2)    PDF(pc) (2678KB)(125)    收藏
    【目的】随人口增加、饮食结构变化和能源需求的增加,中国粮食安全问题日益严峻,在耕地资源有限的背景下,高产稳产仍是保证粮食安全的主要途径。华北平原是我国夏玉米主产区,明确气候变化背景下该区域夏玉米的适宜播期,对于稳定和提升该地区夏玉米单产,保障我国粮食安全具有重要意义。【方法】依据夏玉米生长季积温和降水将华北夏玉米区分为8个气候亚区,在每个气候亚区内基于1981—2015年气候资料、农业气象观测站夏玉米种植资料和土壤资料,对农业生产系统模型(APSIM-Maize)进行调参验证,选用决定系数(R2)、D指标、均方根误差(RMSE)和归一化均方根误差(NRMSE)等指标来评价模型调参验证结果。在此基础上设置不同播期,利用调参验证后模型模拟各气候亚区不同播期夏玉米产量,采用高稳系数并综合考虑下茬作物冬小麦的播期,明确各气候亚区冬小麦-夏玉米两熟系统下充分灌溉和雨养条件夏玉米适宜播期,并分析与实际播期相比适宜播期下的夏玉米增产幅度。【结果】(1)模型适应性评价指标中决定系数(R2)均在0.75以上,D指标均在0.80以上,归一化均方根误差(NRMSE)均在7%以下,表明调参后的APSIM-Maize模型在华北平原夏玉米生育期和产量模拟方面具有较好的模拟效果,可用于华北平原夏玉米生育期和产量模拟研究。(2)充分灌溉条件下,第一气候亚区夏玉米推荐适宜播期主要在6月下旬,第二气候亚区到第七气候亚区,主要在6月中下旬,第八气候亚区主要在6月中上旬。雨养条件下,第一气候亚区主要在6月下旬和7月上旬,第二、三A、四、五、六气候亚区主要在6月中下旬,第三B、七气候亚区适宜播期范围较广,6月均可播种,第八气候亚区在6月上中旬。(3)在充分灌溉和雨养条件下,与实际播期相比,适宜播期在各气候亚区的增产幅度为第一气候亚区到第五气候亚区增产幅度最大,平均在4%—10%;第六气候亚区到第七气候亚区次之,平均在2%—5%;第八气候亚区增产幅度最小,平均在3%以下。【结论】华北平原夏玉米适宜播期随着纬度的升高而提前。充分灌溉和雨养条件下,随着年代的推移,夏玉米适宜播期呈现推迟趋势,自20世纪80年代到21世纪00年代,每10年推迟3 d左右。第一和第二气候亚区雨养条件下的适宜播期晚于充分灌溉条件下适宜播期,其他气候亚区无显著差异。与实际播期相比,各气候亚区适宜播期下产量有2%—10%的提升,但雨养和充分灌溉条件下增产幅度没有明显差异,增产幅度由南到北呈现减小的趋势,第一到第五气候亚区,增产幅度较其他气候亚区大。
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    33. 环境因子对腐烂病菌在苹果枝条木质部内生长扩展的影响
    王晓焕,潘彤彤,练森,王彩霞,李保华
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3291-3301.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.005
    摘要27)   HTML1)    PDF(pc) (1281KB)(35)    收藏
    【目的】腐烂病菌(Valsa mali)在苹果树枝干木质部内生长扩展是导致剪锯口发病和旧病斑复发的重要原因,本研究旨在明确环境因子对腐烂病菌在枝干木质部内生长扩展的影响,为苹果腐烂病的流行预测和防控提供依据和参考。【方法】采用菌饼接种离体富士苹果枝条剪口后,用活体皮层检测病菌在枝条木质部内生长扩展距离的方法,研究温度、枝条相对含水量、枝条龄期、高温处理与浸水等因子对腐烂病菌在木质部内生长扩展的影响;采用菌饼接种离体、活体富士枝条剪口,系统监测腐烂病菌在枝条木质部内的周年生长扩展动态;通过离体培养,测试病菌在枝条不同组织配制培养基内的生长速度。【结果】腐烂病菌能够利用木质部内的水溶性养分生长扩展,病菌在木质部内的生长扩展速度显著快于在皮层内的生长速度;在5—35℃的范围内,腐烂病菌在苹果枝条木质部和皮层内都能生长扩展,最适温度为30℃;在浸水枝条木质部内,腐烂病菌的扩展距离显著短于未浸水枝条;当枝条的相对含水量大于90%时,腐烂病菌在木质部内的生长扩展速度较快,当枝条的含水量低于90%时,病菌的生长扩展受到明显的抑制;病菌在当年生枝条木质部内的生长扩展速度显著快于在2—3年生枝条木质部内的扩展速度;在经高温处理枝条木质部内,腐烂病菌的扩展速度显著快于未处理枝条;在用木质部粉末、韧皮部粉末、木质部浸出液、韧皮部浸出液制作的培养基中,腐烂病菌都能正常生长,其生长速度和生长量都不低于在PDA中的生长;腐烂病菌在韧皮部培养基中,气生菌丝多,在木质部培养基中气生菌丝少;自然条件下,接种到枝条剪锯口上病菌的生长扩展速度主要受温度的影响,12月至次年3月份,腐烂病菌在活体的富士枝条内扩展速度很慢,3—11月份扩展较快。【结论】腐烂病菌在木质部内可利用可溶性养分生长,其扩展速度显著快于在皮层内的扩展速度;腐烂病菌在木质部内的生长扩展速度受温度、枝条含水量、木质部的致密程度等因素的影响。
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    34. 不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征
    陈晓芬,刘明,江春玉,吴萌,李忠佩
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3325-3334.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.008
    摘要46)   HTML3)    PDF(pc) (438KB)(54)    收藏
    【目的】在已有团聚体碳氮分布研究的基础上,进一步研究不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征,并分析有机碳矿化的影响因素,为揭示施肥对土壤肥力的影响及土壤有机碳矿化作用机制提供理论依据。【方法】以长期定位施肥红壤性水稻土为研究对象,包括9个处理:不施肥(CK)、有机质循环(C)、氮肥(N)、氮肥+有机质循环(NC)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+有机质循环(NPKC)、氮钾肥(NK)和氮磷钾肥+1/2秸秆回田(NPKS)。运用湿筛法得到>2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和<0.053 mm 5个粒级团聚体,观测团聚体和全土有机碳矿化动态变化,测定团聚体中微生物生物量碳含量和转化酶活性。【结果】全土和>1 mm团聚体有机碳矿化速率在培养前期快速下降,之后逐渐降低至稳定状态,而<1 mm粒级尤其是0.053—0.25 mm 团聚体,有机碳矿化速率在培养前期降低幅度减小并更早达到稳定状态。有机碳累积矿化量在>2 mm和1—2 mm团聚体中最高,在0.053—0.25 mm团聚体中最低。与对照相比,施磷肥处理(NP和NPK)各粒级团聚体有机碳累积矿化量平均提高17.0%—62.1%,施有机肥处理(C、NC和NPKC)则平均提高25.0%—80.5%。>2 mm和0.25—1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,分别为21.0%—42.5%和20.6%—32.7%。>0.25 mm大团聚体微生物生物量碳含量和转化酶活性均高于<0.25 mm微团聚体。施磷肥处理各粒级团聚体微生物生物量碳含量较对照平均高73.4%—92.0%,施有机肥处理平均高60.8%—99.6%。磷肥和有机肥的施用显著提高>0.25 mm大团聚体转化酶活性,其中NC处理大团聚体转化酶活性最高,较对照提高46.0%—135.0%。团聚体有机碳累积矿化量与有机碳、全氮、微生物生物量碳含量及转化酶活性均呈极显著正相关,但与有机碳的相关性最大。【结论】大团聚体在土壤有机碳矿化中发挥主导作用;有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的最主要因素;磷肥和有机肥的施用促进了土壤团聚体有机碳的矿化,是提高红壤性水稻土供肥能力的有效措施。
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    35. 基于枝条和叶片表型性状的梨种质资源多样性
    张莹,曹玉芬,霍宏亮,徐家玉,田路明,董星光,齐丹,张小双,刘超,王立东
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3353-3369.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.010
    摘要38)   HTML2)    PDF(pc) (3742KB)(51)    收藏
    【目的】通过对梨种质资源叶片和枝条表型多样性和变异特点的研究,为梨种质资源描述的规范化和标准化、梨资源的保存及核心种质的构建提供数据基础和理论依据,促进梨种质资源的高效利用。【方法】采用“梨种质资源描述规范和数据标准”中提供的方法对“国家果树种质兴城梨、苹果圃”内保存的梨13个种548份资源的叶片和枝条23个表型性状进行数据采集及整理。使用SPSS19.0软件分析梨叶片和枝条表型性状的分布频率、变异系数、Simpson指数、Shannon-weaver指数、相关性和主成分,分析比较梨种群内和种群间多样性;采用Origin 8.0软件绘制梨各数值型性状分布直方图,进行分级评价并选取参照品种;采用MEGA 5.0软件对脆肉梨和软肉梨进行聚类分析。【结果】字符型的15个性状分析表明,梨叶片以卵圆形、叶基宽楔形、叶尖急尖、锐锯齿带刺芒、叶片伸展状态抱合、叶姿斜向下和绿微显红色幼叶等类型居多,分别占相对应描述符分布频率的90.51%、58.03%、66.97%、81.93%、87.23%、59.27%、86.68%和35.04%;枝条以黄褐色一年生枝、皮孔数量多、叶芽姿态斜生、顶端钝、芽托中和花芽无茸毛等类型居多,分别占相对应描述符分布频率的87.23%、78.28%、87.96%、83.76%、73.91%和99.27%;其中幼叶颜色和叶基形状的Shannon-weaver指数较高,分别为2.197和1.597。数值型的8个性状分析表明,叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、一年生枝长度、一年生枝粗度、节间长度、花芽长度和花芽粗度的平均变异系数分别为17.25%、19.04%、20.06%、23.70%、15.08%、19.33%、20.62%和16.66%;根据分布统计分析,对每个性状分别提出了5级数值分级指标与参照品种;综合相关性分析和主成分分析,8个数值型性状可简化为一年生枝长度、花芽长度、叶片宽度和叶柄长度4个主要性状;梨叶片和枝条8个数值型性状在种群内和种群间差异均达到极显著水平,种群内和种群间表型分化系数VST分别为41.10%和58.90%。聚类分析233个脆肉梨地方品种可划分为12类,87个软肉型秋子梨可划分为6类,西南地区的梨资源在多个类群中均有分布。【结论】梨种质资源叶片和枝条表型性状多样性丰富,字符型性状中幼叶颜色和叶基形状的多样性指数较高,数值型性状中一年生枝长度和花芽长度的变异系数较高,更能体现梨品种间的差异。梨叶片和枝条种群间变异高于种群内变异,种群间的变异是其主要变异来源。筛选出5个数值型性状可作为梨枝条和叶片的综合评价指标。
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    36. PB2蛋白E627V突变可增强H7N9病毒对小鼠的致病力
    尹馨,马树杰,李梅,邓国华,侯玉杰,崔鹏飞,施建忠,陈化兰
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3379-3388.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.012
    摘要27)   HTML1)    PDF(pc) (556KB)(28)    收藏
    【背景】低致病性H7N9病毒自2013年在我国首次出现以来,研究发现其对家禽均呈现低致病力,对哺乳动物模型小鼠也不表现任何的致病力。但是,2015年在湖南分离的1株低致病性H7N9病毒(简称HuN/S40726),却对哺乳动物小鼠表现为高致病力。分析、推测导致该病毒对哺乳动物致病力改变的原因可能在于该病毒PB2蛋白E627V的改变。【目的】为了揭示该病毒致病力的变化原因以及对哺乳动物致病性增强的机制,提供人类H7N9病毒感染、危害增强风险预警,展开该研究。【方法】选取2013年低致病性H7N9病毒代表株(简称SH/S1053)和上述湖南HuN/S40726病毒,开展了哺乳动物致病力对比试验以及可能导致病毒发生致病力变化的相关基因位点对比分析。然后以HuN/S40726病毒为模式毒株,利用反向遗传学技术,成功建立了病毒的反向遗传操作系统;利用基因点突变技术定点突变了HuN/S40726病毒PB2蛋白的627位氨基酸,救获了重组病毒rHuN/S40726、rHuN/S40726-PB2/627E和rHuN/S40726-PB2/627K。通过小鼠感染模型评估了以上3株重组突变病毒对哺乳动物的致病力,分析了PB2蛋白627位氨基酸的突变对小鼠致病力的差异。然后通过构建HuN/S40726病毒及其突变病毒的聚合酶复合表达质粒系统,以SH/S1053病毒为背景毒株构建聚合酶复合表达质粒系统作为对照,使用双荧光素酶法检测了PB2蛋白627位氨基酸的不同突变体在293T细胞中的聚合酶活性,进一步分析PB2蛋白627位氨基酸影响病毒毒力的内在机制。【结果】通过哺乳动物致病力对比试验以及可能导致病毒发生致病力变化的相关基因位点对比分析,推测导致HuN/S40726病毒对哺乳动物致病力改变的原因可能在于该病毒PB2蛋白E627V的改变。重组救获病毒和突变株对小鼠致病性试验结果显示,PB2蛋白E627V的改变显著的增强了HuN/S40726病毒对小鼠的致病力,使得病毒MLD50由≥6.5 log10EID50变化为3.5 log10EID50,病毒毒力增强了至少1 000倍以上。聚合酶活性试验结果表明,无论是在33℃还是37℃下,PB2蛋白E627V的改变,显著提高了HuN/S40726病毒在哺乳动物细胞中的聚合酶活性,与病毒对小鼠的致病性增强呈正相关性。【结论】PB2蛋白627位氨基酸(V)决定了HuN/S40726病毒对小鼠的高致病力。PB2蛋白E627V的改变能够显著增强HuN/S40726病毒在哺乳动物细胞中的聚合酶活性,是引起HuN/S40726病毒对哺乳动物致病力的重要因素。
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    37. 流感病毒PA蛋白与宿主蛋白PCBP1的相互作用
    赵青青,李俊平,梁立滨,黄山雨,周陈陈,赵玉辉,王倩,周圆,姜丽,陈化兰,李呈军
    中国农业科学    2018, 51 (17): 3389-3396.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.013
    摘要20)   HTML3)    PDF(pc) (574KB)(37)    收藏
    【背景】PA蛋白是流感病毒RNA聚合酶复合体的重要组成部分,在流感病毒基因组的转录和复制过程中发挥重要作用。前期利用酵母双杂交技术(Y2H)筛选与流感病毒PA蛋白相互作用的宿主蛋白,获得多聚胞嘧啶结合蛋白1(poly(rC)-binding protein 1,PCBP1)。【目的】探索PCBP1蛋白与流感病毒PA蛋白的互作关系及其对流感病毒复制的影响,为深入理解流感病毒在宿主体内的复制调控机制提供数据。【方法】将诱饵质粒pGBKT7-PA与筛选到的重组质粒pGADT7-PCBP1以及阴性对照组和阳性对照组按照醋酸锂法分别共转化酵母感受态细胞,并涂布在3种营养缺陷型培养基上,30℃倒置培养5—7 d,观察酵母菌落生长情况和菌落颜色,回交验证PA蛋白与PCBP1蛋白在酵母系统中的相互作用。参照GenBank中录入的PA蛋白和人源PCBP1蛋白的序列,分别设计特异性扩增引物,构建真核重组表达质粒pCAGGS-Flag-PA和pCAGGS-Myc-PCBP1,将这两种真核表达质粒分别单独转染或共同转染HEK293T细胞,于转染48 h后裂解细胞,收获上清,留取少部分作对照,余下的样品逐步加入FLAG单抗和Protein G琼脂糖珠子进行免疫共沉淀(Co-IP),经SDS-PAGE和Western blot检测PA蛋白与PCBP1蛋白在哺乳动物细胞中的相互作用。利用慢病毒包装系统pLVX-IRES-ZsGreen1在HEK293T细胞中包装假病毒,将假病毒侵染A549细胞后经超速流式分选构建PCBP1蛋白过表达细胞系,Western blot检测PCBP1过表达情况,然后用流感病毒WSN以0.01 MOI感染该过表达细胞系,于感染后24和48 h收获上清,对上清中的流感病毒进行蚀斑计数。合成PCBP1蛋白的siRNA,转染A549细胞下调PCBP1蛋白的表达,干扰后48 h通过Western blot检测PCBP1蛋白表达下调情况,并以MOI=0.01感染流感病毒WSN,收获感染后24和48 h的上清,进行蚀斑滴定计数。【结果】通过酵母回交验证发现诱饵质粒pGBKT7-PA与重组阳性质粒pGADT7-PCBP1的共转酵母菌落可以在SD/-2、SD/-4、SD/-4/X/A 等3种营养缺陷型平板上正常生长,并且能分解底物X-α-Gal,使菌落呈现蓝色,与阳性对照组一致,表明PA蛋白与PCBP1蛋白在酵母系统中存在相互作用。免疫共沉淀试验发现PA蛋白可以将PCBP1蛋白沉淀下来,说明PA蛋白与PCBP1蛋白在哺乳动物细胞中存在相互作用。在PCBP1过表达细胞系中,PCBP1蛋白表达水平显著提高,流感病毒的复制滴度下降; 而通过siRNA干扰后,PCBP1表达水平显著下降,流感病毒的复制滴度升高,表明PCBP1对流感病毒复制具有负调控作用。【结论】通过研究发现流感病毒PA蛋白与宿主蛋白PCBP1在酵母细胞和哺乳动物细胞中均存在相互作用,且宿主蛋白PCBP1对流感病毒的复制具有负调控作用。
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    38. 大豆抗大豆花叶病毒病基因研究进展
    王大刚,李凯,智海剑
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3040-3059.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.002
    摘要92)   HTML9)    PDF(pc) (1117KB)(79)    收藏
    大豆花叶病毒(soybean mosaic virus,SMV)病是严重危害世界大豆(Glycine max (L.) Merr.)生产的主要病害之一。近十年来,国内外关于大豆对SMV抗病基因的遗传标记定位、候选抗病基因的分析及大豆抗SMV的调控网络等研究取得许多新进展。大豆对SMV的抗性遗传主要分为数量抗性和质量抗性,其中数量抗性的遗传主要由1对加性主基因+加性-显性多基因共同控制;对不同SMV株系的质量抗性遗传分别由1对不同的显性基因控制。标记定位研究发现,大豆对SMV数量抗性位点主要分布在大豆的第6、10和13等染色体上。22个对SMV具有单显性质量抗性的基因位点已被标记定位在大豆的第2、6、13和14染色体上,且定位的多数抗病基因位点两侧标记间的物理距离都在1 Mb以内。其中第13染色体上的基因位点数最多,有Rsv1、Rsv5、RSC3Q、RSC11和RSC12等10个,定位在第2染色体上的基因位点有8个,如Rsv4、RSC5、RSC6、RSC7和RSC8等,第6和14染色体上各有2个基因位点,分别为RSC15、RSC18和Rsv3、RSC4。参考大豆全基因组序列(http://www.phytozome.net/soybean),利用生物信息学方法、表达谱分析及克隆测序技术等进一步缩小了大豆抗SMV候选基因的筛选范围。目前,在大豆第2染色体上确定的抗SMV候选基因主要有8个:Glyma.02G121400、Glyma.02G121500、Glyma.02G121600、Glyma.02G121800、Glyma.02G121900、Glyma.02G122000、Glyma.02G122100和Glyma.02G122200,在第6染色体上的是Glyma.06G182600,在第13和14染色体上的抗SMV候选基因分别有9个和6个:Glyma.13G184800、Glyma.13G184900、Glyma.13G187900、Glyma.13G190000、Glyma.13G190300、Glyma.13G190400、Glyma.13G190800、Glyma.13G194700、Glyma.13G195100和Glyma.14G204500、Glyma.14G204600、Glyma.14G204700、Glyma.14G205000、Glyma.14G205200、Glyma.14G205300。基于病毒诱导的基因沉默VIGS(virus induced gene silencing,VIGS)和转基因操作等技术,研究发现抗SMV相关基因GmHSP40、GmPP2C3a、GmAKT2、GmCnx1、GmSN1、Glyma.14G204500、Glyma.14G204600、Glyma.14G204700等参与大豆对SMV的抗性,属于正调控因子;而GmEF1A和GmeIF5A等则增加大豆对SMV的易感性,为负调控因子。在综合SMV抗病基因的相关研究基础上,构建了基于Rsv1和Rsv3介导对SMV极端抗性的调控网络模型。Rsv1介导的大豆对SMV极端抗性调控模型的建立为大豆抗SMV信号网络的研究提供了新的方向。Rsv3介导的大豆对SMV极端抗性的主要机制是通过ABA信号的传导,从而使胞间连丝处的胼胝质沉积以抑制病毒从最初侵染的细胞向健康细胞的转移。本文系统综述了SMV抗病基因方面的最新研究成果并对该领域未来的研究方向进行了展望,以期为大豆抗SMV分子设计育种和抗病基因的机理研究提供参考。
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    39. 融合无人机光谱信息与纹理信息的冬小麦生物量估测
    刘畅,杨贵军,李振海,汤伏全,王建雯,张春兰,张丽妍
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3060-3073.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.003
    摘要50)   HTML9)    PDF(pc) (3490KB)(89)    收藏
    【目的】生物量是表征植被生命活动的重要参数,对植被长势监测、产量预测有重要意义。以无人机为平台的高光谱遥感技术,具有机动灵活、成本低、空间覆盖广的优势,能够及时准确地估测植被生物量,已成为遥感估算研究的热点之一。由于光谱特征反演生物量存在饱和问题,因此,本研究尝试结合纹理特征与植被指数构建一种“图-谱”融合指标,探究“图-谱”融合指标的抗饱和能力及生物量估测能力。【方法】首先,利用无人机高光谱影像,提取其光谱信息和纹理信息,分别基于植被指数和纹理特征构建生物量模型。其次,针对光谱特征存在的饱和问题,将植被指数与对生物量敏感的纹理指标相乘或相除两种形式构建“图-谱”融合指标,分析“图-谱”融合指标的饱和性,并基于“图-谱”融合指标构建生物量估算模型。最后,对比不同指标构建的生物量模型的估测效果,来分析“图-谱”融合指标估测生物量的能力。【结果】(1)植被指数多在LAI=5时出现饱和现象,而“图-谱”融合指标VI×sm658, VI/ent658, VI/dis658, VI/con658, VI/dis514, VI/con514, VI/var514, VI×con802, VI×dis802均在LAI>5时才出现饱和现象,相比之下,这些“图-谱”融合指标一定程度上改善了饱和问题;(2)与植被指数相比(除了GNDVI、NDVI之外),抗饱和能力提高的“图-谱”融合指标VI×sm658、VI/ent658、VI/dis658、VI/con658、VI/dis514、VI/ con514、VI/var514、VI×con802、VI×dis802,其与生物量的相关性也相对提高,所构建的生物量模型精度较高(R2=0.81,RMSE=826.02 kg·hm-2)。(3)对比单一植被指数、纹理特征,将纹理特征与光谱特征相结合的“图-谱”融合指标估算小麦生物量的能力相对最强,模型精度明显高于单一植被指数(R2=0.69)和单一纹理特征(R2=0.71)构建的生物量模型。【结论】“图-谱”融合指标的抗饱和能力明显提高,其构建的生物量模型精度也有效提高,实现了结合光谱信息和纹理信息的冬小麦生物量遥感估测,为生物量定量反演提供一种新思路。
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    40. 辣椒叶片表观表面自由能的计算方法
    徐广春,顾中言,徐德进,许小龙,徐鹿
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3084-3094.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.005
    摘要49)   HTML1)    PDF(pc) (403KB)(54)    收藏
    【目的】农用化学品叶面喷雾的效率与植物叶面理化性能的复杂性密切相关。为了更好地理解农用化学品喷雾液与植物叶面内在结构的界面互作效应,本研究以辣椒叶片为例从热力学角度出发寻求其内在的关联性,以期为植株上农药的高效使用提供依据。【方法】以水(W)、丙三醇(G)和二碘甲烷(DM)为检测液,借助接触角测量仪测定其在3种辣椒叶片上的稳定接触角后,分别采用Wu调和平均数法(HM)、Owens-Wendt-Rabel-Kaelble法(OWRK)、Van-Oss-Chaudhury-Good法(OCG)以及ZDY法计算叶片的表面自由能及其分量并进行比较,同时对辣椒叶面的溶解度系数进行分析。【结果】水在苏紫1号和GR甜椒叶片上表现出较好的润湿性(θ90°),而在苏椒13叶片上的润湿性一般(θ>90°)。在估测辣椒叶片表面表观自由能的4种方法中,OCG法采用3种检测液进行分析,较其他方法获得的辣椒叶面特征物理量较多,3种辣椒叶片表观表面自由能的非极性分量所占百分率(>85%)均高于极性分量(<15%)。采用2种检测液的方法为HM法和OWRK法,当2种检测液均为极性(W-G)时,辣椒叶片表观表面自由能的非极性分量和极性分量所占百分率变化较大,甚至相反;当2种检测液为极性和非极性组合(W-DM或G-DM)时,以OCG法计算获得辣椒叶面表观表面自由能的数值为基准,OWRK法计算获得的数值比HM法获得的数值偏差要小。采用1种检测液的方法为ZDY法,计算获得辣椒叶面表观表面自由能的数值远高于其他3种方法,比OCG法获得辣椒叶面表观表面自由能的数值偏差均>100%。OCG法为基准,偏差在10%以内,苏紫1号辣椒叶面表观表面自由能为37.72—43.11 mJ·m-2,溶解度系数为18.89—22.77 mJ1/2·m-3/2GR甜椒叶面表观表面自由能为37.53—40.95 mJ·m-2,溶解度系数为18.81—20.09 mJ1/2·m-3/2;苏椒13号辣椒叶面表观表面自由能为33.21—36.92 mJ·m-2,溶解度系数为17.17—18.58 mJ1/2·m-3/2。【结论】以水、丙三醇和二碘甲烷为检测液,ZDY法不适用计算辣椒叶片表观表面自由能;HM法、OWRK法、OCG法可用来计算辣椒叶片表观表面自由能,其中HM法和OWRK法应注重选择检测液组合的极性问题。同时,3种辣椒叶面表面自由能的非极性分量的比率均高于极性分量的比率。
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    41. 重庆稻田基础地力水平对水稻养分利用效率的影响
    梁涛,廖敦秀,陈新平,王帅,付登伟,陈轩敬,石孝均
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3106-3116.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.007
    摘要62)   HTML1)    PDF(pc) (726KB)(50)    收藏
    【目的】土壤基础地力水平与土壤养分的供应能力有着直接的关系,进而影响作物对土壤和肥料养分的吸收。研究基础地力与水稻养分利用效率的关系,评价不同地力水平下水稻对土壤和肥料养分利用的影响,为在不同地力下提高养分利用效率提供依据。【方法】利用2006—2012年重庆测土配方施肥项目水稻“3414”试验,调查每个试验点无肥区(N0P0K0)、无氮区(N0P2K2)、无磷区(N2P0K2)、无钾区(N2P2K0)和全肥区(N2P2K2)处理的产量及秸秆和籽粒氮磷钾养分含量,计算重庆不同区域水稻养分吸收量、土壤有效养分利用效率和依存率以及肥料回收率、农学效率,采用指数及线性拟合、基础地力产量分级方法评价基础地力对水稻养分利用效率的影响。【结果】重庆不同区域稻田基础地力产量5.40—6.45 t·hm-2,基础地力等级处于低和中低等级的(<4 t·hm-24—5 t·hm-2)样本数为63,占总样本量的25.6%。随着稻田基础地力等级的提高,水稻产量和养分吸收量也随之不断增加,高基础地力等级稻田其有机质和碱解氮也相对较高,pH过低可能是低基础地力等级稻田(<4 t·hm-2)的限制因素。重庆水稻施氮磷钾肥增产率分别为18.5%、5.2%和3.9%,在相同的施肥水平下,随着基础地力等级的提高,水稻氮磷钾肥料回收率分别下降6.9%、4.5%和3.1%。基础地力产量与土壤有效氮利用效率、土壤养分依存率存在正相关,说明较高的基础地力会促进水稻对土壤养分的吸收,提高土壤养分利用效率,而基础地力与氮肥回收率、肥料农学效率呈负相关,说明高基础地力会降低肥料的利用效率。基础地力与土壤有效磷、有效钾养分利用效率和磷钾回收率相关性不强,但与相应氮指标能够达到显著相关或极显著相关,说明基础地力对氮的反映能力高于磷钾。【结论】高基础地力可以提高水稻产量和对土壤养分的吸收量,但对肥料养分的利用效率下降。在高基础地力条件下,施肥对水稻的增产作用和地力提升作用有限,应限制肥料的投入。
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    42. 葡萄全基因组DELLA蛋白基因家族鉴定及其应答外源赤霉素调控葡萄果实发育的特征
    张文颖,王晨,朱旭东,马超,王文然,冷翔鹏,郑婷,房经贵
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3130-3146.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.009
    摘要33)   HTML2)    PDF(pc) (11269KB)(59)    收藏
    【目的】明确DELLA蛋白基因在葡萄基因组数据库中的数量、结构和组织表达差异,探究DELLA蛋白在葡萄赤霉素(GA)信号传导及葡萄无核果实发育机理中的作用机制。【方法】基于拟南芥、水稻等植物中的DELLA蛋白基因,利用HMMER程序和NCBI的CDD程序鉴定葡萄基因组中的DELLA蛋白基因;以‘白罗莎里奥’葡萄品种为试材,采用PCR技术克隆3个DELLA蛋白基因的cDNA全长序列;通过启动子作用元件分析预测其潜在功能;利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、系统进化、理化特性、亚细胞定位及蛋白互作等进行分析;利用农杆菌介导的烟草瞬时表达技术分析DELLA蛋白的亚细胞定位情况;采用qRT-PCR方法检测葡萄DELLA蛋白基因应答GA在果皮、果肉、种子(或种子区)的时空表达特征。【结果】鉴定得到3个葡萄DELLA蛋白基因,克隆并验证其精确序列,分别命名为VvGAI1(VIT_201s0011g05260)、VvRGA(VIT_214s0006g00640)及VvSLR1(VIT_211s0016g04630),其染色体定位、开放阅读框(ORF)大小、编码氨基酸数量分别为:Chr1、1 773 bp、590个;Chr14、1 710 bp、569个;Chr11、1 599 bp、532个。基因结构分析表明其DNA序列均无内含子,只有1个外显子,基因结构高度保守。进化分析显示VvGAI1与VvRGA亲缘关系较近,被聚类为一组,而VvSLR1为另一组。3个基因的启动子均含有响应赤霉素和胚乳发育相关的作用元件,表明它们可能参与响应GA信号传导和胚乳发育过程。亚细胞定位结果显示3个DELLA蛋白均定位于细胞核。qRT-PCR结果显示除果皮中VvSLR1在近成熟期具有表达高峰外,其余均在幼果期高表达,且外源GA处理均不同程度降低了3个DELLA蛋白基因在葡萄果皮、果肉和种子区的表达,尤以种子区下调水平最为显著。蛋白互作分析表明3个DELLA蛋白均为葡萄GA信号传导的核心作用元件,均可能与GIDI1和SLY1互作参与葡萄GA信号传导。【结论】葡萄基因组中含有3个DELLA蛋白基因家族成员;不同物种间DELLA蛋白结构高度保守;GA可能通过负调控这3个成员参与葡萄果皮、果肉和种子区的发育,且3个成员均可能通过应答GA信号调控葡萄无核果实的发育。
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    43. 温热环境对母猪生产性能的影响及其调控技术研究进展
    曾雅琼,王浩,刘作华,李爽,蒲施桦,龙定彪
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3171-3180.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.013
    摘要24)   HTML2)    PDF(pc) (494KB)(78)    收藏
    生猪养殖业是我国农业和农村经济的支柱性产业之一,母猪作为生猪养殖场的核心猪群,其生产性能是决定生猪养殖场经济效益的关键因素。我国是世界生猪养殖的第一大国,能繁母猪存栏量和商品猪出栏量均超过世界总量的50%,然而,与发达国家相比,我国母猪饲养管理水平较低,在生产性能方面仍存在较大差距。实际生产中母猪的生产性能受到诸多因素的影响,主要包括母猪的营养摄取、机体特性、饲养空间环境及胎次等,其中温热环境是影响母猪健康和生产性能的重要因素之一。温热环境包括温度、相对湿度、空气流动、辐射及热传递等因素,他们共同作用于动物,使动物产生冷或热、舒适与否的感觉。适宜的温热环境有利于保障母猪的机体健康,提高其生产性能,反之,不适宜的温热环境会引起母猪的热环境应激,破坏体热平衡,甚至导致生产停止,使机体进入病理状态,引发疾病甚至死亡。因此,掌握母猪的温热环境需求并采取有效的调控措施,对提高母猪生产性能和生猪养殖场经济效益至关重要。文章从温热环境对母猪的影响和温热环境调控技术两个方面进行综述,旨在为我国生猪养殖场母猪生产管理的温热环境调控提供理论依据和技术支撑。(1)温热环境对母猪的影响方面。温热环境对母猪的影响主要体现在行为、生理和生产性能等方面的变化。在行为方面,高温环境下,由于侧卧时母猪体表与地面的接触面积更大,可增加机体散热量,母猪会通过行为姿势改变进行热调节,如增加侧卧时间、减少站立和俯卧时间,而母猪姿势行为的频繁改变会增加仔猪压死率。在生理方面,热应激时母猪会通过减少采食量、增加呼吸率和皮肤血流量等途径来减少代谢产热、增加散热,同时母猪血液中促肾上腺皮质激素和皮质醇会增加、甲状腺素降低、胰岛素敏感性增加,这些生理变化会破坏母猪机体内分泌和能量平衡,进而导致胚胎早期死亡、流产和泌乳量下降。在生产性能方面,热应激会对母猪发情间隔、产仔数和泌乳量等生产性能造成不利影响,妊娠前期热应激主要影响返情率和产仔数,妊娠后期主要影响产活仔数和死胎数,分娩后则主要影响仔猪存活率,环境高温通过影响母猪的泌乳量对哺乳仔猪生产性能产生不利影响,通过影响母猪的采食量、泌乳期母猪失重和体内生殖激素的分泌,导致母猪断奶后发情延迟。(2)温热环境调控技术方面。母猪温热环境调控技术主要包括猪舍整体降温和局部降温两种,整体降温以“湿帘-风机”蒸发冷却降温技术为代表,通过风机排风造成舍内负压,迫使舍外未饱和的空气流经湿润的多孔湿帘,引起水分蒸发吸收大量潜热,降低进入舍内的空气温度,从而达到降低舍内温度的目的,该技术具有设备简单、经济高效的优势。猪舍局部降温主要是针对猪只躺卧区地板、两侧猪栏、猪栏上方等区域进行温度调控,主要有风管喷气嘴蒸发冷却、冷水覆盖降温和猪舍地板降温等方式,具有降温效果良好和节能的优点。
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    44. 畜禽养殖场颗粒物污染特征及其危害呼吸道健康的研究进展
    戴鹏远,沈丹,唐倩,李延森,李春梅
    中国农业科学    2018, 51 (16): 3214-3225.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.017
    摘要11)   HTML4)    PDF(pc) (2071KB)(68)    收藏
    随着畜禽养殖集约化程度的提高,高密度饲养引起畜禽养殖场空气质量问题日益突出,特别是养殖舍内环境颗粒物(particulate matter:PM)污染引起的家畜呼吸道健康问题不容忽视。畜禽养殖生产过程中可产生大量PM,已成为大气细颗粒物PM2.5(空气动力学直径小于等于2.5 μm)和PM10(空气动力学直径小于等于10 μm)的重要来源,影响大气环境空气质量。畜禽养殖场的PM主要来源于饲料、粪便、羽毛、皮屑等,其成分主要是有机物,含有C、H、O、N、S、Ca、Na、Mg、Al和K等多种元素;PM表面还附着细菌、真菌、病毒等多种微生物以及内毒素、氨气、硫化氢等有害物质。畜禽养殖舍PM的产生和释放受到家畜的种类、日龄、活动以及季节等多种因素的影响,鸡舍内PM的浓度高于猪舍,冬季舍内PM的浓度高于夏季。但是,目前缺少标准化设备和标准方法来测量不同类型的畜禽舍PM的浓度和排放水平。畜禽养殖舍PM的成分复杂,具有很强的生物学效应,严重危害家畜的健康和生产。畜禽舍内高浓度PM主要通过以下3种形式影响呼吸道健康,一是PM直接刺激呼吸道,降低机体对呼吸系统疾病的免疫抵制;其次是PM表面附着的多种化合物的刺激;第三种是PM表面的病原性和非病原性微生物的刺激。目前关于PM对呼吸道健康危害机制的研究主要集中在PM对呼吸道的致炎作用,研究发现:PM通过刺激肺泡巨噬细胞产生前炎症因子,继而诱发其它细胞释放炎症因子,引起肺发生炎症反应;另外,PM2.5通过引起肺组织细胞发生氧化应激,激活丝裂原活化蛋白激酶 (MAPKs)活性,上调核转录因子κB (NFκB) 和转录激活因子AP-1的表达而诱发肺的炎症; PM2.5也可通过激活模式识别受体Toll样受体TLR2和TLR4的表达,激活NFκB信号通路而导致炎症的发生。也有研究发现,PM2.5在诱导呼吸道炎症的同时,还会激活细胞自噬和核因子相关因子-2 (nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)相关信号通路,这为缓解和治疗PM引起细胞损伤提供了靶点。尽管PM危害呼吸道健康的机制研究较多,但是PM成分复杂,并处在不断变化中,因此PM诱导呼吸道损伤的机制也十分复杂,仍需进一步系统深入研究。畜禽养殖生产过程中释放的大量PM严重影响环境空气质量和家畜健康,而PM对环境和家畜健康的危害程度与其组成和浓度密切相关。因此,正确认识畜禽舍PM的形态、大小、组成、浓度水平及其形成排放影响因素,对确定畜禽舍PM的来源和PM的毒性危害具有重要意义。文章就畜禽生产过程中产生的PM的来源、化学组成、浓度、排放、影响因素,以及PM对呼吸道功能的影响及作用机制作一综述,为正确评估PM对畜禽健康生产的影响提供参考依据。
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    45. 基于SSR标记的黍稷种质资源遗传多样性及亲缘关系研究
    薛延桃,陆平,乔治军,刘敏轩,王瑞云
    中国农业科学    2018, 51 (15): 2846-2859.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.002
    摘要56)   HTML4)    PDF(pc) (1950KB)(60)    收藏
    【目的】利用SSR标记,分析黍稷种质资源(野生材料和地方品种)的遗传多样性水平,揭示不同来源黍稷种质资源的亲缘关系和遗传群体结构差异,为黍稷起源进化研究奠定基础。【方法】用6份地理差异显著的黍稷种质资源对137对小宗作物课题组开发的具有多态性的SSR引物进行初步筛选,最终筛选103对条带清晰、扩增良好且多态性稳定的SSR引物,利用这103对多态性SSR标记对146份黍稷材料进行PCR扩增,通过遗传参数、聚类、遗传结构等分析,评估不同个体间及不同群体间的遗传多样性,探讨遗传结构差异。【结果】103对SSR标记共检测出308个等位基因(Na),平均值为2.99,平均Shannon-Weaver指数(I)为0.8478,平均期望杂合度为0.3642,平均多态性信息含量指数(PIC)为0.5544。103对SSR标记的分布区间为0—1、1—2、2—3、3—4和4—5,分辨率范围为0.334—4.002,77.67%的标记分布于区间1—4,具有适度分辨力。国内资源的观测等位基因数(2.9126)、多样性指数(0.8302)、期望杂合度(0.5023)、多态性信息含量指数(0.5278)均高于国外资源,遗传多样性更丰富。12个群体的遗传距离的变化范围为0.0783—0.5762,均值为0.2938;遗传一致度变化范围为0.5620—0.9247,均值为0.75,遗传相似性与地理分布具有一定相关性,地理分布越近,遗传距离越小,遗传一致度越高。聚类分析在遗传距离为0.15处可以把12个群体分为4个组群,其中南美洲和山西资源各自独立分为一支,与其他资源亲缘关系较远。个体间聚类中,国内外资源划分非常显著,在遗传距离为0.63处,146份黍稷资源可分为3大组群,组群Ⅰ和组群Ⅱ为国外资源,组群Ⅲ为国内资源。组群Ⅱ在遗传距离为0.39处又分为3个亚群,组群Ⅲ在遗传距离为0.45处分为5个亚群,其中亚洲与欧洲资源、中国河北与中国山西、中国内蒙古资源的遗传关系较近。遗传结构分析结果显示国内外群体间存在明显的遗传分化,其中5个组群(组群2、组群5、组群6、组群7和组群9)为国内野生资源特有基因型,分布较为分散;2个组群(组群1和组群4)为国外资源特有基因型,分布较为集中。中国宁夏、南美洲资源的群体结构趋向单一化,中国河北、中国黑龙江、亚洲资源的群体结构趋向多元化。UPGMA聚类结果与遗传结构分析结果一致,且不同地区黍稷资源群体间遗传关系远近均与其地理分布相关。【结论】野生资源的遗传多样性高于国外资源,其中中国河北群体的遗传多样性最丰富,中国河北可能是黍稷的起源中心。
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    46. 不同方式周年覆盖对黄土高原玉米农田土壤水热的调控效应
    吴杨,贾志宽,边少锋,王永军
    中国农业科学    2018, 51 (15): 2872-2885.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.004
    摘要29)   HTML2)    PDF(pc) (617KB)(69)    收藏
    【目的】探究黄土高原半干旱区不同覆盖方式调控土壤水、热与持续增产、增效的协同效应,为该区确立高效、环保覆盖方式提供理论依据。【方法】设置塑料地膜全膜覆盖(PM)、降解膜全膜覆盖(BM)、膜垄种植(RH)和秸秆覆盖(SM)4种不同周年覆盖(休闲期+生育期)方式,以裸地不覆盖为对照(CT),通过3年大田定位试验,研究不同覆盖方式对土壤水、热时空动态变化规律及其利用特征的影响。【结果】周年覆盖能有效抑制休闲期土壤水分无效蒸发,提高降水潜在利用效率,PM、BM、RH和SM处理休闲期分别较CT多储水53、51、32和36 mm,降水潜在利用效率分别提高了14%、12%、11%和10%。地膜覆盖增温显著,有效提高了玉米干物质累积速度,缩短了其生育进程,其中PM、BM和RH处理拔节期分别较CT提前了15、8和 7 d,成熟期分别提前了17、7和7 d。与CT处理相比,PM、BM和RH处理产量增幅分别为52%、32%和27%,积温生产效率分别提高了57%、15%和58%,水分利用效率分别提高了31%、14%和26%,降水利用效率分别提高了53%、27%和29%,耗水系数则分别降低了33%、21%和22%。SM处理能有效增加玉米生育期土壤储水量,但土壤温度的降低导致其生长发育迟缓,其拔节期和成熟期分别较CT推迟了4 d和5 d,最终产量、水分生产效率和积温生产效率分别降低了21%、18%和9%。PM处理增加了农田耗水量,其季末供水能力分别较BM、RH和SM降低了19、56和86 mm。但PM处理土壤水分平衡受生育中后期降水量影响较大,2015 年 7—9 月降水量较多年平均值减少71 mm,PM处理收获期100—200 cm土层土壤储水量较CT处理减少28 mm,并较土壤稳定度降低5.4 mm,造成深层土壤水分亏缺。【结论】塑料地膜全膜覆盖是黄土高原半干旱区协同提高土壤水、热资源利用效率,增加玉米产量的有效措施,然而在玉米生育中后期遭遇干旱容易引起深层土壤水分亏缺和产量波动;降解膜全膜覆盖和膜垄种植处理的增温和增产效果均弱于塑料地膜全膜覆盖,但更有利于维持土壤水分平衡;秸秆覆盖降温、减产效果明显,不推荐在气温较低的半干旱区应用。
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    47. 基于数码相机的玉米冠层SPAD遥感估算
    贺英,邓磊,毛智慧,孙杰
    中国农业科学    2018, 51 (15): 2886-2897.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.005
    摘要24)   HTML1)    PDF(pc) (5180KB)(77)    收藏
    【目的】叶绿素是植物光合作用中重要的色素。利用作物光谱信息对叶绿素含量进行反演,为作物的实时监测和生长状态诊断提供重要依据。【方法】以大田环境下不同氮肥水平(0,50%和100%)的开花期玉米为研究对象,利用轻小型无人机搭载数码相机,获取试验区RGB影像。使用土壤调整植被指数(soil adjusted vegetation index,SAVIgreen)对图像进行分割,基于分割前后的影像分别提取15种常见的可见光植被指数,综合分析指数与玉米冠层叶绿素相对含量SPAD值的相关关系。采用单变量回归模型、多元逐步回归模型和随机森林(random forest,RF)回归算法构建玉米SPAD值的遥感估算模型,通过模型精度评价指标决定系数(coefficient of determination,R2)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均相对误差(mean relative error,MRE)和显著性检验水平(P<0.01),确定最佳指标和最优模型。【结果】基于分割前后的数码影像提取的VIplot和VIplant植被指数与玉米冠层SPAD值之间具有显著的相关关系,其中VIplant中的红光标准化值(NRI)、归一化叶绿素比值植被指数(NPCI)、蓝红比值指数(BRRI)、差值植被指数(DVI)与SPAD值的相关性在0.77以上;以相关性高于0.77的VIplant指数NRI、NPCI、BRRI、DVI构建的线性、指数、对数、二次多项式、幂函数的单变量回归模型中,NRI指数构建的二次多项式模型效果最好,决定系数R2为0.7976,RMSE为4.31,MRE为5.91%。在VIplant指数NRI、NPCI、BRRI、DVI参与建立的多变量SPAD反演模型中,使用随机森林方法的模型精度最高,决定系数R2为0.8682,RMSE为3.92,MRE为4.98%,而多元逐步回归模型的精度高于任意单变量回归模型,决定系数R2为0.819,RMSE为4,MRE为5.67%;对数码影像结合各模型制作的SPAD分布图进行精度分析,使用随机森林回归模型对SPAD的估测值与实测值最为接近,具有最佳的预测效果,R2为0.8247,RMSE为4.3,MRE为5.36%,可以作为玉米冠层叶绿素信息监测的主要方法。【结论】本研究证明将数码相机影像提取的可见光植被指数应用于玉米叶绿素相对含量的估测是可行的,这也为无人机遥感系统在农业方面的应用增添了新的手段和经验。
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    48. 我国黄淮麦区10个短体线虫样品种类的分子鉴定
    刘海璐,王暄,李红梅,李艳霞,薛博文,马居奎
    中国农业科学    2018, 51 (15): 2898-2912.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.006
    摘要22)   HTML2)    PDF(pc) (1438KB)(59)    收藏
    【目的】短体线虫(Pratylenchus spp.)是植物根系内迁移性寄生线虫,可引起许多作物的根腐线虫病,给世界农业生产造成了极大的危害。为明确我国黄淮麦区与禾谷孢囊线虫复合侵染小麦的短体线虫种类,本研究对采自黄淮4省麦区的10个短体线虫样品进行种类的分子鉴定,分析种群系统进化关系及种内遗传变异,以期为我国小麦根部线虫病害的综合防治提供指导。【方法】对采自江苏、安徽、河南和山东4省小麦孢囊线虫发病田中的10个小麦短体线虫样品进行线虫分离,从各样品中随机挑取5条短体线虫,分别提取单条线虫DNA,扩增rDNA 18S片段并进行测序比对,选取序列有代表性的2个DNA样本进一步扩增其rDNA 28S D2-D3区以及mtDNA-COI基因片段,经序列比对分析后,利用MEGA4.0软件采用邻接法分别构建基于rDNA 18S、28S D2-D3和mtDNA-COI序列的系统进化树,通过聚类关系及相似度分析确定线虫种类,同时利用种特异性引物进行验证。【结果】扩增挑取的50条短体线虫的rDNA 18S区片段,测序得到片段长度在857—935 bp,BLAST比对分析揭示部分样品可能为短体线虫的混合种群;进一步测定的20个代表性DNA样本的rDNA 28S D2-D3区和mtDNA-COI基因的片段长度分别在771—784 bp和415—417 bp;系统进化树以及相似度分析揭示我国黄淮流域4省麦区10个短体线虫样品中有咖啡短体线虫(P. coffeae)、落选短体线虫(P. neglectus)和斯克里布纳短体线虫(P. scribneri),其中,江苏沛县样品JS2和山东潍坊样品SD1是落选短体线虫单一侵染样品,河南永城样品HN2和安徽淮北样品AH3是咖啡短体线虫单一侵染样品,安徽萧县样品AH2、AH5和淮北样品AH4以及河南永城样品HN1和HN3均为落选短体线虫和咖啡短体线虫的混合侵染样品,江苏徐州样品JS1是落选短体线虫和斯克里布纳短体线虫的混合侵染样品。用SCAR特异性引物扩增20个短体线虫单条DNA样本,结果显示,用落选短体线虫特异性引物PNEG-F1/D3B5能够从JS1-2、JS2-1、JS2-2、AH2-2、AH4-1、AH5-1、HN1-2、HN3-2、SD1-1和SD1-2等10个样本中扩增出140 bp的单一条带,用咖啡短体线虫引物PC1/PC2能够从AH2-1、AH3-1、AH3-2、AH4-2、AH5-2、HN1-1、HN2-1、HN2-2和HN3-1等9个样本中扩增出630 bp的单一条带,用斯克里布纳短体线虫引物PsF7/PsR7从JS1-1中扩增出130 bp的单一条带,种类鉴定结果与上述序列分析结果相一致。【结论】我国黄淮流域4省小麦孢囊线虫发病田中的短体线虫种类有咖啡短体线虫、落选短体线虫和斯克里布纳短体线虫,其中落选短体线虫是优势种,证实了短体线虫不同种群复合侵染小麦的现象较为普遍。基于mtDNA-COI基因构建的系统进化树可以有效区分短体线虫的近缘种,相比rDNA 18S和28S基因更适于作为短体线虫种类鉴定的分子靶标。
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    49. 中国孢囊线虫新记录种——野生豆孢囊线虫记述及其对豆科植物的寄生性测定
    甄浩洋, 彭焕, 孔令安, 洪豹元, 朱桂兰, 汪锐辉, 彭德良, 文艳华
    中国农业科学    2018, 51 (15): 2913-2924.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.007
    摘要31)   HTML4)    PDF(pc) (5275KB)(96)    收藏
    【目的】在江西婺源县孢囊线虫调查中,从大豆根及根际土壤中采集到一个孢囊线虫群体,其形态特征和分子特征与大豆孢囊线虫(Heterodera glycines)存在较大差异,因此对其形态学和分子特征以及寄生性等进行详细研究,以明确其种类及对豆科作物寄生性,为病害防控提供科学依据。【方法】从婺源县采集的大豆根及根际土样,用筛淘法分离孢囊,大豆根系上的孢囊用直接解剖法获取。用浅盘法分离根际土样中的2龄幼虫和雄虫。选取具典型特征的饱满孢囊制作阴门锥切片,浅盘法分离的2龄幼虫和雄虫制作永久玻片,在显微镜下观察记录孢囊、2龄幼虫和雄虫的形态特征,并进行形态特征测量。采用两对植物线虫通用引物AB28和TW81以及D2A和D3B分别扩增内转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)和28S大亚基D2-D3区段,经序列测定,用MEGA软件采用邻接法(neighbor-joining(NJ)method)构建该线虫群体与孢囊线虫属其他种群的ITS和LUS D2-D3系统进化树,分析其系统发育关系。在温室内采用盆栽人工接种的方法,测定江西孢囊线虫群体对11种豆科作物的寄生性,同时测定国内40个大豆栽培品种对该孢囊线虫的抗病性。【结果】形态学观察和特征值测量结果表明,从江西婺源大豆上采集的孢囊线虫群体,其孢囊形态、2龄幼虫以及雄虫的形态特征与野生豆孢囊线虫(Heterodera sojae)的形态特征基本一致;ITS序列(MG859982)比对发现其与野生豆孢囊线虫ITS序列(KU160510和KU160512)的同源性为99%和98%,而与大豆孢囊线虫ITS的同源性仅为81% (KY794762.1)。D2-D3序列(MG859981)与野生豆孢囊线虫(KU160511)相似度最高,为99%。序列系统进化树分析发现以ITS序列与D2-D3序列构建系统发育树的结果相一致,江西孢囊线虫群体与野生豆孢囊线虫分布在同一支,节点支持率为100%,而与大豆孢囊线虫聚在另一个分支中。结合形态学和分子生物学结果,将江西婺源大豆上的孢囊线虫群体鉴定为野生豆孢囊线虫,系中国新记录种。寄生性研究结果表明,在参鉴的11种豆科作物中,野生豆孢囊线虫的2龄幼虫能在大豆和相思豆(红豆)上侵染和繁殖,完成生活史;虽然能侵染豇豆、豌豆、扁豆、绿豆、赤豆、刀豆、菜豆和苜蓿8种作物根系,但不能完成生活史。测定的40个大豆栽培品种中,19个高感、11个中感、5个中抗、5个高抗。【结论】在我国江西婺源新发现的一种寄生于大豆的孢囊线虫为野生豆孢囊线虫, 系中国新记录种;人工接种条件下相思豆(红豆)也是野生豆孢囊线虫的寄主,40个大豆栽培品种中30个对该孢囊线虫表现感病。
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    50. 长江流域农民习惯施肥与推荐施肥的冬油菜产量与养分效率差异分析-基于大样本田间试验
    朱芸,徐华丽,张洋洋,任涛,丛日环,鲁剑巍
    中国农业科学    2018, 51 (15): 2948-2957.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.010
    摘要14)   HTML1)    PDF(pc) (483KB)(72)    收藏
    【目的】合理施肥是保证和维持油菜产量的关键。面对目前集约化的种植管理模式,肥料的粗放管理和施用势必造成养分效率的下降,从而影响油菜产量。本研究通过比较长江流域冬油菜种植区域农民习惯施肥与推荐施肥的产量和养分利用效率差异,为冬油菜肥料合理施用、提高肥料利用效率提供策略。【方法】选取2005—2016年长江流域(包括四川、贵州、湖北、湖南、安徽、江苏和浙江7个省份)的535个油菜田间试验,分析不施肥(CK)、农民习惯施肥(FP)和推荐施肥(RF)处理间以及长江流域各区域间的油菜产量和产量分布特征,比较不同施肥处理的增产效果,以及氮、磷、钾肥料用量和偏生产力的差异,计算RF处理与FP处理间施肥量的差值,评估长江流域氮、磷、钾肥的减施潜力。【结果】长江流域CK处理冬油菜产量主要分布在500—1 500 kg·hm-2,FP处理主要分布在1 500—3 000 kg·hm-2,RF处理最高,集中在2 000—3 000 kg·hm-2,土壤基础地力对RF处理油菜产量的贡献率为45.1%—49.7%;3个不同处理在区域间油菜的平均产量均表现为长江下游>中游>上游。长江上、中、下游FP处理油菜产量均值分别为2 033、2 182和2 542 kg·hm-2,RF处理油菜产量较FP分别增产16.7%、16.5%和13.9%,增产点比例达77.5%—94.9%。随着地力水平的提升,各个处理油菜增产率均表现出逐渐下降的趋势,RF处理在不同地力水平下亦呈现出明显的优势。比较RF与FP处理施肥量发现,长江流域FP处理施肥量均值为162.5—239.5 kg N·hm-2、58.6—82.0 kg P2O5·hm-2和45.5—60.8 kg K2O·hm-2,而RF处理施肥量均值则为162.2—233.6 kg N·hm-2、67.2—94.1 kg P2O5·hm-2和73.6—108.5 kg K2O·hm-2,两种施肥处理氮肥用量未表现出显著的差异,FP处理磷、钾肥用量偏低。与RF处理相比,PF处理氮肥可减施的点位比例最大,长江流域45.6%的点位能够减氮,25.6%的点位可以减磷,钾肥减施点位的比例仅为13.2%。同时,需要增施氮、磷、钾肥的比例分别为37.8%、60.0%和75.9%。区域间肥料用量以长江下游适宜点位比例最大,氮、磷、钾肥适宜用量的点位比例分别为25.0%、22.8%和17.1%。长江流域FP处理的氮、磷、钾肥偏生产力均值分别为11.1—14.2、28.6—45.8和38.3—47.6 kg·kg-1。RF在FP处理的基础上提高了氮肥偏生产力12.9%—15.9%,但与其他发达国家相比仍处于较低水平;而RF处理的磷、钾偏生产力与FP相比有所下降,平均降低幅度分别为6.9%和19.6%,也表明目前推荐的施肥量仍然存在减肥的空间。【结论】与农民习惯施肥相比,推荐施肥显著增加了油菜产量,且农民习惯的肥料用量存在较大的调整空间。
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