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    1. 基于全基因組重測序的大豆分子標記開發及籽粒蛋白質含量QTL定位
    王嘉, 曾召瓊, 梁建秋, 于曉波, 吳海英, 張明榮
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2743-2757.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.001
    摘要388)   HTML76)    PDF(pc) (4355KB)(355)    收藏

    【目的】基于全基因組重測序結果,開發與高蛋白、耐蔭、抗倒伏等性狀緊密相關的分子標記,同時利用開發的分子標記構建遺傳連鎖圖譜,并對籽粒蛋白質含量進行QTL定位,為后續高蛋白、耐蔭、抗倒育種研究提供參考和分子標記資源。【方法】以大面積栽培品種南豆12和地方品種十月黃為親本,構建F2分離群體。對親本材料進行覆蓋度約為40×的全基因組重測序,用BWA、GATK及Breakdancer等軟件比對,檢測親本材料在全基因組范圍內的突變類型,挖掘相關變異基因。結合種子不同發育時期和蔭蔽處理獲得的轉錄組數據,結合qRT-PCR對發生突變的儲藏蛋白、環境適應相關基因進行表達規律分析。同時,基于重測序數據,挖掘親本間存在于基因編碼區的SNP位點,對其進行酶切位點分析,將SNP標記轉化為CAPS或dCAPS標記。此外,搜索親本間存在的插入/缺失變異位點,在插入/缺失位點兩側高度保守的區域設計引物開發InDel標記。對開發的CAPS標記和InDel標記進行多態性篩選,選取具有多態性的CAPS分子標記和InDel標記,對F2材料進行基因分型。根據分型結果,利用JoinMap 4.0軟件進行遺傳連鎖圖譜的構建。依據構建的遺傳圖譜,結合近紅外分析獲得F2材料的籽粒蛋白質含量數據,使用Windows QTL Cartographer V2.5軟件對大豆籽粒蛋白質含量進行QTL分析。【結果】測序結果顯示,南豆12大量儲藏蛋白、環境適應相關的重要基因或同源基因發生突變。轉錄組數據分析結果顯示部分變異基因呈現不同的表達模式且差異顯著,qRT-PCR分析進一步驗證了該結果。此外,經檢測開發的540個CAPS分子標記中有332個具有酶切多態性,300對InDel引物中有201對引物能擴增出多態性。基于533個多態性分子標記構建了一張包含20個連鎖群的遺傳連鎖圖譜,覆蓋長度2 973.87 cM,標記間平均遺傳距離5.58 cM。利用此圖譜對大豆籽粒蛋白質含量進行QTL定位,共檢測到QTL位點6個,可解釋4.68%—18.25%的表型變異。【結論】基于親本間的變異位點,共開發了533個多態性分子標記(包含8個基因特異性分子標記),檢測到6個大豆籽粒蛋白質含量QTL位點,其中,主效QTL位點1個(qSPC-6)。

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    2. 玉米籽粒形成的分子生物學基礎
    趙然,蔡曼君,杜艷芳,張祖新
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3495-3506.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.001
    摘要339)   HTML72)    PDF(pc) (984KB)(335)    收藏

    玉米單穗籽粒產量由穗粒數和粒重兩因子組成。單個果穗上所著生的籽粒數與雌花序建成和小花分化密切相關,因此,控制花序形態建成和小花發育的基因可能直接或間接地參與穗粒數調控。玉米成熟籽粒主要由源于母本組織的種皮和經雙受精產生的胚和胚乳組成,且胚和胚乳占成熟籽粒的絕大部分,直接影響粒重。文中主要從“CLAVATA(CLV)-WUSCHEL(WUS)負反饋調控途徑、激素及其信號途徑、花器官發育和小花性別決定”等方面總結了花序和小花發育相關基因及其與穗粒數的關系,描述了CLV-WUS途徑中各基因在玉米雌花序上特異性表達的分生組織和基因間的調控關系,總結了生長素、赤霉素、細胞分裂素和獨腳金內酯等植物激素的相互作用網絡,以及已克隆的玉米花器官發育相關基因及其功能。從“線粒體基因轉錄本的加工和編輯、質體基因的轉錄和翻譯及細胞核RNA轉錄與加工”3個方面總結了已克隆的影響胚和胚乳發育的相關基因,其中,大部分基因編碼線粒體或質體定位的PPR蛋白。值得關注的是,近年來,研究發現了通過調節細胞核內RNA轉錄和加工而影響玉米籽粒發育的新途徑。文章作者在基因水平上對玉米籽粒形成的分子生物學基礎進行了簡要總結,為進一步深入解析玉米產量形成的分子調控網絡提供參考。同時,也就該研究領域今后可能的研究方向進行了討論。

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    3. 水稻轉錄因子OsWRKY68蛋白質的表達特征及其功能特性
    陳悅,王田幸子,楊爍,張彤,馬金姣,燕高偉,劉玉晴,周艷,史佳楠,蘭金蘋,魏健,竇世娟,劉麗娟,楊明,李莉云,劉國振
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2021-2032.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.001
    摘要339)   HTML89)    PDF(pc) (1035KB)(238)    收藏

    【目的】 水稻中有近百個WRKY轉錄因子家族成員,其中很多與生長發育、生物與非生物逆境脅迫應答有關。河北農業大學生命科學學院分子生物學與生物信息學實驗室(molecular biology & bioinformatics lab,MBB)前期發現OsWRKY68在水稻接種白葉枯病菌后誘導表達,本研究試圖進一步探究OsWRKY68的功能。【方法】 采集水稻TP309不同生長發育時期的組織樣品,包括萌發期、幼苗期、分蘗期、孕穗期和開花期的根、莖、葉、葉鞘、葉枕、穗子、花藥、穎殼和種子,以及非生物脅迫(4℃、44℃、48℃、淹、NaCl、PEG、恒光和恒暗)和激素處理(脫落酸、茉莉酸甲酯、水楊酸和乙烯利)的葉片,提取總蛋白質,用水稻OsWRKY68蛋白質特異抗體,通過免疫印跡(western blot,WB)技術系統調查OsWRKY68蛋白質在水稻正常發育過程中不同時期、不同組織、非生物脅迫及激素處理條件下的表達特征。構建RNAi載體,通過農桿菌介導的方法轉化水稻TP309,對轉基因植株進行PCR和WB鑒定,觀察OsWRKY68 RNAi轉基因植株的表型并測量其株高、分蘗數、穗長、小穗數和結實率等性狀。【結果】 調查OsWRKY68蛋白質的表達豐度,發現OsWRKY68蛋白質在水稻正常生長發育過程中基本呈組成型表達,且在大部分組織中表達豐度差異倍數不大,但在開花期的花藥中OsWRKY68表達量高于成熟穗、穗軸和穎殼;在分蘗期和孕穗期的葉鞘中不表達,僅在開花期的葉鞘中表達;在孕穗期的幼穗中,隨著幼穗長度的增加其表達豐度逐漸降低。調查水稻非生物脅迫和激素處理后OsWRKY68蛋白質的表達特征,發現鹽脅迫后OsWRKY68蛋白質的表達豐度隨時間延長持續下降,恒光處理后OsWRKY68蛋白質表達量持續上升,3 d時明顯出現一條分子質量較大的條帶(記作OsWRKY68 +),且表達量逐漸增加,茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和乙烯利(ethephon,ET)處理后同樣也呈現OsWRKY68 +蛋白質豐度的增加。對轉基因植株進行鑒定和自交繁殖,對T3代的4個OsWRKY68 RNAi轉基因株系(Y316、Y317、Y326和Y337)進行PCR和WB鑒定,均表現陽性。在轉基因植株中,OsWRKY68蛋白質的表達量均低于野生型TP309。對轉基因植株進行表型觀察和性狀測量,發現與野生型相比轉基因植株的株高降低、分蘗數和結實率下降等。 【結論】 OsWRKY68蛋白質在水稻正常生長發育中發揮作用,敲低OsWRKY68蛋白質的表達能影響水稻的正常生長。OsWRKY68蛋白質可能參與鹽、光照、茉莉酸甲酯和乙烯介導的信號轉導過程。

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    4. 禾谷類雜糧作物耐逆和栽培技術研究新進展
    刁現民
    中國農業科學    2019, 52 (22): 3943-3949.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.001
    摘要326)   HTML97)    PDF(pc) (378KB)(509)    收藏

    禾谷類雜糧作物谷子、高粱、黍稷等是旱作生態農業的主栽作物,也是中國傳統農耕文化的載體作物,在膳食結構多樣化和人民健康保障方面有著不可或缺的作用。禾谷類雜糧多栽培在旱薄地、鹽堿地和糧食主產區的邊際田塊,品種的耐逆性尤其重要。本文作為本期《中國農業科學》20篇禾谷類雜糧的抗旱耐鹽和栽培耕作技術研究文章的導讀,在對谷子高粱和黍稷進行概況介紹的基礎上,展示了這些文章的核心內容和創新點,比較了這些結果和國內外高度相關的同類文章在關鍵發現上的異同,以拓展讀者的閱讀視野,同時對谷子高粱黍稷的抗旱耐逆研究進行了展望。

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    5. 小麥種質資源耐熱性評價
    王小波,關攀鋒,辛明明,汪永法,陳希勇,趙愛菊,劉曼雙,李紅霞,張明義,逯臘虎,魏亦勤,劉旺清,張金波,倪中福,姚穎垠,胡兆榮,彭惠茹,孫其信
    中國農業科學    2019, 52 (23): 4191-4200.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.23.001
    摘要315)   HTML64)    PDF(pc) (435KB)(288)    收藏

    【目的】利用熱感指數作為耐熱性鑒定指標,分別對冬、春小麥種質資源進行高通量耐熱性鑒定,篩選耐熱種質資源,為小麥耐熱性育種提供材料基礎。【方法】冬小麥材料采用延期播種、春小麥材料種植在溫度有顯著差異的地理環境下,人為致使小麥灌漿期遭遇高溫脅迫。根據不同環境處理的千粒重值計算冬、春小麥各個材料的熱感指數。依據熱感指數,對來自中國不同小麥生態區和國外不同地區和組織的1 325份小麥種質資源,包括688份冬小麥和637份春小麥,分別進行耐熱性評價。熱感指數小于0.5為極耐熱材料、大于等于0.5小于1為中等耐熱材料、大于等于1小于1.5為中等熱敏感材料、大于等于1.5為極敏感材料。【結果】冬小麥和春小麥熱脅迫處理組灌漿期平均最高溫度分別高于對照組1.91℃和7.09℃,且熱脅迫處理組千粒重與對照組相比均有顯著降低。根據熱感指數分級評價結果,極耐熱冬、春小麥材料31和48份,占供試材料的4.51%和7.54%;極敏感冬、春小麥材料19和58份,占供試材料的2.76%和9.11%;其余大多數材料為中間類型(中等耐熱材料和中等熱敏感材料)。從中國小麥生態區域的地理分布來看,來自南部麥區(西南冬麥區、青藏春冬麥區、長江中下游冬麥區)的冬小麥材料耐熱性整體高于來自北部麥區(北部冬麥區、黃淮冬麥區)的冬小麥材料。對于春小麥,來自新疆春冬麥區的材料耐熱性最強,平均熱感指數為0.70,且其中88.00%的材料屬于耐熱材料(極耐熱材料或中等耐熱材料);此外,來自國際干旱地區農業研究中心的春小麥平均熱感指數為0.88,也表現出較強的耐熱性。來自CIMMYT的人工合成六倍體材料耐熱性最弱,平均HSI為1.18,其中69.58%的材料為熱敏感材料(中等熱敏感材料和極敏感材料)。【結論】采用延期播種或在高溫的地理環境下種植能使小麥在灌漿期遭遇高溫脅迫。以千粒重熱感指數作為評價指標,對1 325份小麥種質資源進行高通量耐熱性鑒定,綜合考慮正常條件下的產量潛力和高溫條件下的耐熱性,篩選出優異耐熱資源103份,可用于相應生態區小麥的耐熱性遺傳改良。

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    6. 集成土壤-環境關系與機器學習的干旱區土壤屬性數字制圖
    張振華,丁建麗,王敬哲,葛翔宇,王瑾杰,田美玲,趙啟東
    中國農業科學    2020, 53 (3): 563-573.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.03.009
    摘要283)   HTML96)    PDF(pc) (4248KB)(266)    收藏

    【目的】土壤屬性的空間分布是影響農業生產力、土地管理和生態安全的重要因素。通過土壤環境耦合關系,在機器學習算法框架下,定量預測出干旱區土壤酸堿度(pH)、土壤鹽分含量(Soil Salt Content,SSC)與土壤有機質(Soil Organic Matter, SOM)3種土壤屬性的空間分布,為干旱區農業生產和生態安全提供科學依據。【方法】在渭干河—庫車河綠洲干旱區于2017年7月設計采集典型表層(0—20 cm)土壤樣品82個,依據土壤-環境之間的關系,集成DEM數據和Landsat 8數據提取出32種環境協變量,利用柵格重采樣將提取出的32種變量重采樣為90 m空間分辨率并轉換為Grid格式參與建模。借助梯度提升決策樹(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)模型依次對3類土壤屬性的32種環境協變量進行重要性排序,并通過均方根誤差(Root Mean Square Error,RMSE)界定出協變量重要性閾值點,從而篩選出參與3類土壤屬性制圖的環境協變量。進而運用隨機森林(Random Forest, RF)、Bagging和Cubist 3種非線性模型建模,并引入多元線性回歸模型(Multiple Linear Regression,MLR)進行對比分析,選出最優模型并繪制出90 m分辨率新疆渭干河-庫車河綠洲干旱區pH、SSC與SOM 3種土壤屬性圖。【結果】梯度提升決策樹能有效篩選出重要協變量,高程(Elevation)、剖面曲率(Profile Curvature)、差值植被指數(Difference Vegetation Index)、擴展增強型植被指數(Extended Normalized Difference Vegetation Index)、調整土壤亮度植被指數(Modified Soil Adjusted Vegetation Index)、鹽分指數S1(Salinity Index S1)以及鹽分指數S6 (Salinity Index S6) 7類環境變量均參與3類土壤屬性建模,其中SSC遴選出參與建模協變量15種,pH和SOM則均為17種,且遙感指標在預測土壤屬性圖中起到強大的作用。機器學習3種算法的結果均優于MLR。通過3種非線性模型對比發現,隨機森林在3種土壤屬性中均表現最佳。在隨機森林預測的3種土壤屬性中,土壤pH驗證集效果R 2=0.6779,RMSE =0.2182,ρc=0.6084;在SSC預測中,驗證集R 2=0.7945,RMSE =3.1803,ρc=0.8377;在SOM預測中,驗證集R 2=0.7472,RMSE =3.5456,ρc=0.7009。 【結論】GBDT所篩選出的重要性因子借助機器學習算法可以用于干旱區土壤屬性制圖,且隨機森林模型均對3類土壤屬性表現出最佳預測能力。依據所繪制的土壤屬性圖并結合土壤分類圖厘清了3種制圖屬性的空間分布。

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    7. 大豆類黃酮糖基轉移酶基因UGT73C19的功能研究
    狄少康,尹青崗,夏亞迎,龐永珍
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3507-3519.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.002
    摘要277)   HTML41)    PDF(pc) (1274KB)(160)    收藏

    【背景】 類黃酮是大豆中積累的一類重要的植物次生代謝產物,參與大豆的生長、發育和抗逆等諸多生理活動。由UDP-糖基轉移酶(UGT)催化的糖基化修飾是類黃酮生物合成的關鍵步驟。【目的】 通過系統研究大豆UGT73C19編碼重組酶的體外酶活特性和體內特性,完善大豆黃酮類化合物合成和積累的機制,為大豆品質的遺傳改良提供基因資源和理論基礎。【方法】 通過高效液相色譜(HPLC)的方法檢測大豆核心種質資源葉片中類黃酮的種類和含量,通過qRT-PCR的方法檢測了UGT的表達水平。以大豆Williams 82葉片cDNA為模板,克隆得到UGT73C19的編碼區序列。使用MEGA5和DNAMAN軟件進行多重序列比對,并構建進化樹。通過原核表達系統獲得UGT73C19的重組蛋白,分析UGT73C19重組蛋白對各種類黃酮苷元的糖基轉移活性,并通過高效液相色譜-質譜(HPLC-MS)對產物進行鑒定,確定重組蛋白的糖基化位點。利用qRT-PCR技術對UGT73C19在大豆不同組織的表達水平進行分析。構建植物過量表達載體,通過花序浸染法轉化擬南芥,獲得UGT73C19表達量高的純合株系,檢測轉基因株系葉片和種子中類黃酮的種類和含量。【結果】 通過HPLC分析大豆核心種質資源葉片類黃酮成分,發現不同品種中類黃酮的成分和含量存在明顯差異。根據類黃酮成分的不同,將大豆核心種質分為12種不同的類型。大豆核心種質資源葉片中總黃酮的含量與UGT73C19的表達水平呈正相關關系。克隆得到UGT73C19的編碼區序列,全長1 482 bp,編碼493個氨基酸,UGT73C19蛋白在C-端有一個保守的PSPG結構域。體外酶活分析表明,重組的UGT73C19蛋白對6種類黃酮苷元(山奈酚、槲皮素、楊梅素、芹黃素、大豆苷元和染料木素)都具有糖基轉移活性,其中對槲皮素的催化效率最高;糖基化位點分別位于類黃酮的5位和7位羥基上,重組UGT73C19蛋白的糖基化底物和位點具有多樣性。過量表達UGT73C19的擬南芥葉片和種子中的類黃酮總量明顯升高,其中葉片中總黃酮含量提高49%—70%,種子中總黃酮的含量提高34%—37%;尤其是種子中槲皮素3-O鼠李糖的含量顯著增加。【結論】 UGT73C19蛋白是催化合成大豆中多個類黃酮糖苷的關鍵糖基轉移酶,過量表達UGT73C19可以提高轉基因植物中黃酮醇糖苷和類黃酮的含量。

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    8. 脫落酸代謝與信號傳遞及其調控種子休眠與萌發的分子機制
    宋松泉,劉軍,徐恒恒,劉旭,黃薈
    中國農業科學    2020, 53 (5): 857-873.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.05.001
    摘要271)   HTML47)    PDF(pc) (1356KB)(291)    收藏

    種子休眠是許多植物在長期系統發育進程中獲得的一種適應環境變化的特性,是調控種子萌發和幼苗形成的最適時空分布的一種有效方式,也是物種成功繁衍與傳播的一種選擇性策略。種子休眠與萌發的激素調控可能是一種高度保守的機制,其中脫落酸(ABA)在種子休眠解除與萌發中起關鍵作用,赤霉素(GA)在休眠被解除后促進種子萌發。ABA在種子休眠與萌發中的作用主要受ABA代謝(生物合成和分解代謝)和信號傳遞途徑的調控。為此,本文在綜述ABA代謝和信號傳遞研究進展的基礎上,闡述了ABA在種子發育、休眠與萌發中的作用,以及種子休眠特異性基因DOG1(萌發延遲1)與ABA信號組分的關系。研究表明,C40環氧類胡蘿卜素是ABA生物合成的前體,玉米黃質環氧化酶和9-順式-環氧類胡蘿卜素二加氧酶是ABA生物合成的主要調節酶;ABA的分解代謝包括羥基化作用和與葡萄糖結合,CYP707A家族催化ABA C-8'位置上的羥基化作用,這是ABA分解代謝的重要步驟。在核心ABA信號傳遞途徑中,ABA與PYR/PYL/RCAR受體結合并觸發受體發生構象變化,從而允許受體-ABA復合物與2C類蛋白磷酸酶(PP2C)結合并抑制其活性,導致激酶如蔗糖非發酵-1相關的蛋白激酶2(SnRK2)的去抑制和活化。然后,這些激酶磷酸化和活化轉錄因子(transcription factors,TF),TF與靶啟動子結合和誘導下游的ABA反應基因表達。ABA在種子成熟中后期積累,合子組織中合成的ABA誘導初生休眠和促進種子成熟;在發育中積累和在干種子中存留的ABA含量在種子吸脹初期下降。ABA是種子休眠誘導和維持的正調控因子,是萌發的負調控因子。DOG1在種子成熟過程中表達和發揮作用,其表達受可變剪接和可變多腺苷酸化調控。反義DOG1是種子休眠的一種抑制因子,通過干擾轉錄和轉錄延伸負調控DOG1的表達和種子休眠。種子的休眠與萌發除了被核心ABA信號途徑調控外,也被DOG1-AHG1(ABA過敏感萌發1)/AHG3途徑調控。DOG1能與AHG1/AHG3結合,通過結合ABA信號傳遞的負調控因子和增加對ABA的敏感性而引起種子休眠。最后,提出了該領域需要進一步研究的科學問題,包括ABA代謝中ABA 8'-羥化酶、ABA葡糖基轉移酶和β-葡糖苷酶及其基因怎樣響應發育和環境的變化以維持正常的ABA水平。ABA的重要調控因子例如Ca 2+或者活性氧對核心ABA信號傳遞途徑的影響,核心ABA信號傳遞途徑與DOG1-AHG1/AHG3途徑的下游重疊組分PP2C在整合生理條件或者環境信號時優先響應哪一條途徑、這兩條途徑怎樣被協調、以及PP2C有哪些新的靶組分。本文將為深入研究ABA調控種子休眠與萌發的分子機理提供參考。

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    9. 稻米抗性淀粉含量及其環境穩定性分析
    張春龍, Channarong PHONGSAI, 張江麗, 于洋, 蘇耀華, 楊米, 高亮, 普世皇, 李娟, 金壽林, 譚學林, 文建成
    中國農業科學    2019, 52 (17): 2921-2928.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.001
    摘要266)   HTML83)    PDF(pc) (576KB)(248)    收藏

    【目的】食用高抗性淀粉含量稻米雖利于提高慢性病人群的健康水平,但培育出的高抗性淀粉含量水稻品種還較少。開展水稻種質資源抗性淀粉含量及其環境穩定性的研究,為高抗性淀粉含量水稻種質資源發掘和生產應用提供參考依據。【方法】參照愛爾蘭Megazyme公司提供的方法測定稻米抗性淀粉含量,用PAST軟件完成種質含量分布作圖。通過一年多點試驗評價抗性淀粉含量的環境穩定性,利用DPS軟件完成含量方差分析。依據國家標準GB/T15683-2008分析了稻米直鏈淀粉含量。【結果】對1 206份水稻種質稻米抗性淀粉含量分析,結果表明,絕大部分水稻種質稻米抗性淀粉含量低,含量低于2.5%的占87.6%,高于10%的僅占約0.2%。稻米抗性淀粉和直鏈淀粉含量存在顯著正相關,但在高直鏈淀粉含量種質中未出現抗性淀粉含量高的品系,卻在低直鏈淀粉含量種質中發現3份抗性淀粉含量高于10%的品系,其中1個優質軟米品種Diangu2的抗性淀粉和直鏈淀粉含量分別為10.12%和12.3%,綜合農藝性狀優良,米飯食味性好。在3個不同環境種植18個不同抗性淀粉含量的品系,結果顯示有13個品系的含量不受種植環境差異的影響,另5個品系的含量受環境影響,稻米的抗性淀粉含量除了受基因型影響外,還受種植環境、以及基因型與環境互作的影響。【結論】水稻種質資源稻米抗性淀粉含量普遍很低,抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量雖存在顯著正相關,但低直鏈淀粉含量種質中也可能存在高抗性淀粉的品種,所以培育稻米抗性淀粉含量高且食口性好的品種是可能的。稻米抗性淀粉含量主要受基因型控制,在不同環境中含量高的品種依然高,含量低的品種仍然低,那么高含量的品種可在其適種稻區種植生產大米,其含量不會被明顯影響。

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    10. 玉米質膜內在蛋白ZmPIP2;6響應滲透、鹽和 干旱脅迫的功能鑒定
    周練,熊雨涵,洪祥德,周京,劉朝顯,王久光,王國強,蔡一林
    中國農業科學    2020, 53 (3): 461-473.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.03.001
    摘要264)   HTML88)    PDF(pc) (4900KB)(255)    收藏

    【目的】質膜內在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)廣泛存在于植物細胞的膜系統上,在植物體內水分運輸和水分平衡的過程中至關重要。對ZmPIP2;6在植物水分脅迫耐性中的功能進行探究,為玉米培育抗旱耐鹽新品種提供優秀基因資源。【方法】分析并比對ZmPIP2;6與其他物種中報道參與水分脅迫的PIPs的氨基酸序列,構建ZmPIP2;6-GFP載體并通過PEG介導轉化玉米原生質體,對ZmPIP2;6進行亞細胞定位。采集玉米的不同組織樣品,包括根、莖、葉、未成熟雄穗、未成熟雌穗、胚和胚乳;對玉米進行PEG或NaCl處理,在處理的不同時間點采集玉米的根和葉樣品。提取總RNA并通過qRT-PCR調查ZmPIP2;6在玉米不同組織以及在水分脅迫下的表達模式。構建ZmPIP2;6超表達載體,發展并鑒定ZmPIP2;6超表達擬南芥材料,觀察轉基因植株對滲透、鹽及干旱脅迫的耐性生理表型,并測量其根長、葉片水分散失率等性狀。檢測在干旱或鹽脅迫條件下,擬南芥脅迫信號通路上的相關基因在ZmPIP2;6超表達植株中的表達。【結果】氨基酸序列分析比對結果顯示ZmPIP2;6具有PIP蛋白的典型結構與并且其他物種的PIP蛋白具有很高的同源性。轉化玉米原生質體試驗結果顯示ZmPIP2;6蛋白定位在細胞質膜。qRT-PCR結果顯示ZmPIP2;6在玉米未成熟雄穗中表達量最高,并且在玉米受到滲透和鹽脅迫后根和葉中的ZmPIP2;6表達受到顯著誘導。在MS固體培養基上進行滲透脅迫處理和鹽脅迫處理以及進一步的土培試驗中進行干旱脅迫處理,ZmPIP2;6超表達擬南芥植株相對野生型都顯示出更強的脅迫耐性。在干旱或鹽脅迫條件下,擬南芥脅迫信號通路上的相關基因在ZmPIP2;6超表達植株中的表達受到不同程度的影響。【結論】玉米內在質膜蛋白基因ZmPIP2;6在滲透或鹽脅迫下表達上調,在擬南芥中超表達ZmPIP2;6會增強植株對滲透、鹽和干旱脅迫的耐性,并且在鹽或干旱脅迫條件下會影響擬南芥中脅迫相關基因的表達。ZmPIP2;6可能參與植物水分脅迫響應過程。

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    11. 中國馬鈴薯病蟲害發生情況與農藥使用現狀
    徐進, 朱杰華, 楊艷麗, 湯浩, 呂和平, 樊明壽, 石瑛, 董道峰, 王貴江, 王萬興, 熊興耀, 高玉林
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2800-2808.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.006
    摘要253)   HTML43)    PDF(pc) (545KB)(287)    收藏

    作為繼水稻、玉米和小麥之后的第四大主糧作物,馬鈴薯在保障我國糧食安全、精準扶貧、種植業結構調整以及農業產業轉型升級中發揮著至關重要的作用。我國馬鈴薯的種植面積和總產量均位居世界首位,但單產水平因病蟲害等瓶頸因素的制約低于世界平均水平。在國家重點研發項目的資助下,項目組在馬鈴薯六大優勢產區開展了有害生物疫情監測和農藥使用現狀普查工作。明確了我國馬鈴薯生產上的主要病蟲害共計27種,提出以晚疫病、早疫病、黑痣病、枯萎病、黑脛病、瘡痂病、金針蟲、蠐螬、二十八星瓢蟲、馬鈴薯塊莖蛾、蚜蟲、薊馬等“六病六蟲”為重點防控對象,根據各區域情況兼顧青枯病、環腐病、黃萎病、粉痂病等病蟲害的防控。探明了我國馬鈴薯單位面積農藥施用次數和施用量分別為17次和40.03 kg·hm -2,高于全國平均水平的4.16次和3.49 kg·hm -2。馬鈴薯現有農藥登記產品防治對象的覆蓋范圍嚴重不足,青枯病、瘡痂病、粉痂病等重要病蟲害面臨無登記農藥可用的窘境。在農藥減施策略方面,提出踐行有害生物綜合治理方針。建立馬鈴薯病蟲害監測預警和早期精確診斷技術體系,為制定科學防控策略,適時精準施藥奠定基礎。選育推廣抗病、蟲品種,優化品種布局。適時播種、合理間套作,從時空兩個維度阻隔規避馬鈴薯有害生物的侵染。種薯源頭管控,完善種薯認證監管體系。擴大合格脫毒種薯的應用面積,大力推廣種薯處理技術。研發推廣化學農藥高效施用技術與綠色防控替代技術是實現馬鈴薯化學農藥減施的核心驅動。

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    12. 土壤耕作技術對小麥出苗質量、根系功能及粒重的影響
    申冠宇, 楊習文, 周蘇玫, 梅晶晶, 陳旭, 彭宏揚, 蔣向, 賀德先
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2042-2055.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.003
    摘要250)   HTML30)    PDF(pc) (446KB)(233)    收藏

    【目的】 針對黃淮平原農作區一年兩熟條件下玉米秸稈還田嚴重影響麥苗質量的突出問題,探索適宜的土壤耕作技術以提高小麥幼苗質量,最終提高產量。【方法】 2016—2018年連續2年,在河南省新鄭市辛店鎮黃崗村開展田間試驗。采用隨機區組設計,將翻耕、耙、鎮壓3個因素組合配套實施8個處理,分別為深翻耕+旋耕(DT+RT;DT:30 cm,RT:15 cm)、深翻耕+耙(DT+H)、深翻耕+旋耕+鎮壓(DT+RT+C)、深翻耕+耙+鎮壓(DT+H+C)、旋耕(RT)、旋耕+耙(RT+H)、旋耕+鎮壓(RT+C)、旋耕+耙+鎮壓(RT+H+C)。對小麥出苗率及幼苗質量進行調查,并在越冬期、返青期、拔節期、抽穗期、灌漿期、蠟熟期對根系進行調查分析,分別在灌漿期對小麥籽粒性狀、收獲后對小麥產量及其構成因素進行調查分析。【結果】 小麥播種后20 d,不同土壤耕作處理間幼苗質量差異顯著。旋耕后出苗整齊度高于深翻耕,而深翻耕后出苗率、基本苗數和株高高于旋耕。相同耕、鎮壓因素處理下,耙后出苗率增幅為1.0%—5.7%,相同耕、耙因素處理下,鎮壓后出苗率增幅為0.06%—8.3%;同時深翻耕后,極少出現缺苗、斷壟,RT處理缺苗、斷壟的累計長度最高,兩年平均為55 cm。從越冬期到蠟熟期,不同土壤耕作處理的根系活力均呈現“高-低-高-低”的變化趨勢,DT+H+C處理最高;在越冬期和拔節期,鎮壓和耙處理后,與無鎮壓、耙處理相比,根系活力均提高。單株次生根數目在抽穗期達到最大,DT+H+C處理最高,兩年最高值分別為45.2條與40.2條;與無耙處理相比,耙處理后,單株次生根數目最高增加14.8%,與無鎮壓處理相比,鎮壓處理后,單株次生根數目最高增加12.2%。花后5—10 d,DT+H+C和RT+H+C處理的籽粒灌漿速率增長幅度顯著高于其他處理,開花后20 d達到峰值,其中DT+H+C處理籽粒灌漿速率比其他處理高1.0%—19.4%,達顯著水平。灌漿期籽粒千粒重,在花后0—15 d,DT+H+C處理增長最快,DT+RT處理增長最慢,花后25—30 d,DT+H+C處理千粒重最高,較RT處理提高20.8%。從不同土壤耕作技術對籽粒產量及其構成因素的影響來看,DT+H+C處理的籽粒產量最高;耙和鎮壓處理的單位面積穗數、穗粒數和千粒重的變化并不規律,籽粒產量均有明顯提升,幅度為1.4%—12.2%。經濟效益方面,與當地以往耕作方式RT相比,RT+H、RT+H+C、RT+C、DT+H+C、DT+H處理所得效益均高于RT處理,其中DT+H+C處理產生經濟效益最高,兩年平均比RT處理高12.3%。【結論】 黃淮平原農作區當前一年兩熟制條件下,不同土壤耕作技術影響幼苗質量,旋耕有利于出苗的整齊度提高,而深翻耕則有利于出苗率及幼苗均勻度提高,株高增高,為冬前形成壯苗奠定基礎;深翻耕將耕層加深,利于根系下扎,促進次生根數目的增加以及耕層根系活力的提高,間接影響籽粒產量。綜合考慮植株根系生長發育、生育后期籽粒灌漿速率、粒重形成和產量表現等,研究認為黃淮農作區DT+H+C處理土壤耕作技術是當前的最佳選擇。

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    13. 利用RNA-Seq發掘玉米葉片形態建成相關的調控基因
    郭書磊,魯曉民,齊建雙,魏良明,張新,韓小花,岳潤清,王振華,鐵雙貴,陳彥惠
    中國農業科學    2020, 53 (1): 1-17.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.001
    摘要246)   HTML83)    PDF(pc) (1786KB)(222)    收藏

    【目的】葉片寬度和長度等葉形特性是決定植株形態,進而影響種植密度的重要農藝性狀,通過轉錄組測序技術篩選并挖掘玉米葉片形態建成相關的代謝路徑及調控基因,為深入認識葉片發育的分子機理和鑒定葉寬、葉長候選基因奠定基礎。【方法】以極端窄葉自交系NL409和寬葉自交系WB665為材料,利用RNA-Seq技術鑒定7葉期第七片葉近基部的差異表達基因(DEGs),通過生物信息學分析,篩選與葉片發育密切相關的代謝通路,利用qRT-PCR驗證不同激素路徑葉形相關基因的表達結果,并結合啟動子區域的序列差異挖掘葉形功能基因。【結果】分析對照(WB665)和樣品(NL409)高通量測序結果,在葉寬形成關鍵部位共篩選出5 199個DEGs,其中,2 264(43.55%)個基因表達上調,2 935(56.45%)個基因下調表達,下調基因明顯多于上調基因;GO功能富集分析表明,差異基因主要富集在細胞膜相關的細胞組分中,涉及代謝過程和細胞響應刺激;KEGG富集分析表明,差異基因主要參與到核糖體、植物激素信號轉導、苯丙烷類代謝、乙醛酸和二羧酸代謝等過程,其中核糖體、植物激素信號轉導、鞘脂類代謝下調表達基因較多的路徑與葉片發育密切相關。核糖體路徑富集到多個PRS(PRESSED FLOWER)基因,分析發現PRS13PFL2)可能在調控窄葉發育過程中發揮重要作用。鞘脂代謝路徑富集的基因幾乎全部下調表達,引起抑制葉片發育的AP1(APETALA1)類和MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)類基因上調,以及促進葉片發育的LFYLEAFY)下調,與窄葉發育受抑制的表型一致。植物激素信號轉導路徑富集到的油菜素內酯(BR)響應基因和赤霉素(GA)代謝基因下調,細胞分裂素(CTK)和大部分生長素(Auxin)響應基因上調,與窄葉中DELLA蛋白基因上調表達,抑制GA并促進CTK基因表達的作用模式一致。通過qRT-PCR對18個葉片發育相關基因進行分析,結果表明,其表達趨勢與轉錄組結果一致,分析發現BR相關的ROT3、Auxin相關的NAL7-likeAGO7-like以及TCP類轉錄因子CYC/TB1等基因與窄葉的形成密切相關。【結論】明確了一些與玉米葉片發育密切相關的代謝路徑,還發現植物激素間的動態平衡對葉片發育有著重要影響,尤其是生長素與油菜素內酯、細胞分裂素與赤霉素之間的相互作用對調控葉片形態可能發揮重要作用。

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    14. 利用BSA法發掘野生大豆種子硬實性相關QTL
    陳靜靜, 劉謝香, 于莉莉, 盧一鵬, 張嗣天, 張昊辰, 關榮霞, 邱麗娟
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2208-2219.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.002
    摘要240)   HTML21)    PDF(pc) (3934KB)(155)    收藏

    【目的】野生大豆的硬實性是大豆遺傳改良利用中的重要限制因素。利用BSA法發掘與大豆種子硬實性相關的QTL,為野生大豆在大豆遺傳改良中的合理利用奠定基礎。【方法】利用栽培大豆中黃39與野生大豆NY27-38雜交構建F2和F7分離群體,從每個單株選取整齊一致的種子,取30粒種子置于鋪有一層濾紙的培養皿中,加入30 mL蒸餾水,25℃培養箱中暗處理4 h,設3次重復,分別統計每個培養皿中正常吸脹和硬實種子數。在F2群體中,選取22個正常吸脹單株(吸脹率>90%)和16個硬實單株(吸脹率<10%);在F7群體中,選取20個完全吸脹單株(吸脹率=100%)和20個完全硬實單株(吸脹率=0%),單株DNA等量混合,分別構建2個吸脹和2個硬實DNA池。利用259對在親本間有多態性的SSR標記對吸脹和硬實DNA池進行檢測,篩選在吸脹和硬實DNA池間表現多態性的SSR標記;用192個SSR標記檢測F7分離群體,構建遺傳圖譜,利用復合區間作圖法定位大豆硬實相關QTL。【結果】利用F2個體構建的吸脹和硬實DNA池,在第2染色體16.3 Mb區間和第6染色體23.4 Mb區間分別檢測到10個和8個在兩池間有差異的SSR標記。利用這些標記檢測F2群體,將第2染色體的QTL定位于Satt274與Sat_198間的276.0 kb區間,該區間包括已克隆的大豆硬實基因GmHs1-1,解釋17.2%的表型變異。第6染色體的QTL位于標記BARCSOYSSR_06_0993與BARCSOYSSR_06_1068間,可解釋17.8%的表型變異。利用F7株系構建的吸脹和硬實DNA池,在第2(27.4 Mb區間)、6(27.8 Mb 區間)和3染色體(18.2 Mb區間)分別檢測到11個、9個和4個在兩池間有多態性的SSR標記。利用F7群體構建包括192個SSR標記、覆蓋2 390.2 cM的遺傳圖譜,共檢測到3個硬實相關QTL,其中第2染色體定位到的QTL位于標記Satt274與Sat_198間,可解釋23.3%的遺傳變異。第6染色體定位到的QTL位于標記Sat_402與Satt557之間,可解釋20.4%的表型變異。在第3染色體標記Sat_266與Sat_236間發現一個可以解釋4.9%表型變異的QTL,與BSA法檢測的結果相符。【結論】利用BSA法可以檢測到傳統遺傳作圖定位的所有與硬實性相關的QTL,證明BSA法發掘大豆種子硬實性主要QTL的高效性。

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    15. 陸地棉擴展蛋白基因的鑒定與特征分析
    張奇艷, 雷忠萍, 宋銀, 海江波, 賀道華
    中國農業科學    2019, 52 (21): 3713-3732.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.001
    摘要225)   HTML81)    PDF(pc) (3863KB)(216)    收藏

    目的 擴展蛋白(Expansin)是細胞壁的重要組成部分,在植物的生長發育及逆境脅迫應答等方面均發揮著重要作用。基于全基因組水平系統鑒定陸地棉Expansin基因家族,并通過生物信息學及表達模式分析,為揭示擴展蛋白基因在棉花生長發育中的功能及后續利用奠定基礎。方法 利用BLAST和HMMER在陸地棉基因組中搜索并鑒定擴展蛋白基因家族成員;利用ClustalW、MEGA、MCScanX、Prot Param、MEME、SignalP、Euk-mPLoc、FancyGene和DnaSP等軟件對其基因序列和蛋白序列進行生物信息學分析。通過RNA-seq數據分析擴展蛋白基因的表達模式和部分同源基因間表達差異,利用qRT-PCR驗證部分擴展蛋白基因的表達譜。結果 陸地棉基因組中含有46個EXPA基因、8個EXPB基因、6個EXLA基因和12個EXLB基因,合計72個Expansin基因;四倍體陸地棉中擴展蛋白成員的數量幾乎是二倍體棉種(亞洲棉與雷蒙德氏棉)的2倍。除GhA02和GhD06 2個染色體外,其余各染色體上均分布有數目不等的擴展蛋白基因(2—4個),具有部分同源關系的染色體GhA08和GhD08分別有5個和8個擴展蛋白基因。系統發育樹顯示,各亞家族成員聚集成群,并且大部分的末端分支均由來源于3個物種的4個(亞)基因組的4個基因組成,如EXPA亞家族的Cotton_A_28454/Gh_A03G0885/Gh_D02G1269/Gorai. 005G142200等等,4個基因之間具有同線性關系。亞細胞定位發現陸地棉所有的擴展蛋白均位于細胞外。基因結構分析顯示,擴展蛋白基因由3—5個外顯子組成,外顯子-內含子結構在進化上高度保守且與氨基酸序列的多樣性一致,且在外顯子上存在密碼子偏好性。RNA-seq數據顯示,不同基因在不同時空條件下存在特異性表達,如GhEXPA19AGhEXPA19D相比其他基因在纖維10 DPA和20 DPA中的表達量很高;在不同的組織(如子葉、新葉、老葉、苞葉)中,GhEXPA24D具有較高的表達量。部分同源基因之間具有不同的表達模式,顯示它們之間功能的異化與互補。qRT-PCR結果與RNA-seq數據基本吻合,如GhEXLA3AGhEXLA3D在纖維發育的伸長階段高量表達。GhEXPA19DGhEXLA2D在3DPA的胚珠中表達活躍。結論 陸地棉基因組中含72個擴展蛋白基因,其在DNA水平和氨基酸水平具有一致的結構多樣性和進化保守性,在轉錄水平具有各異的表達模式,顯示出家族內成員間功能上的異化與互補。

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    16. 小麥遠緣雜交現狀、抗病基因轉移及利用研究進展
    劉成,韓冉,汪曉璐,宮文萍,程敦公,曹新有,劉愛峰,李豪圣,劉建軍
    中國農業科學    2020, 53 (7): 1287-1308.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.001
    摘要225)   HTML49)    PDF(pc) (615KB)(287)    收藏

    小麥近緣植物中含有豐富的抗病、抗逆和抗蟲等基因,是小麥育種的優異基因源。通過遠緣雜交可以將近緣植物優異基因轉移給小麥,創制包括雙二倍體或部分雙二倍體、附加系、代換系和易位系等在內的小麥-近緣植物異染色體系。這些含小麥近緣植物血緣的異染色體系是研究物種染色體行為與進化、基因定位與作圖的重要素材,也是拓寬小麥的遺傳基礎、抵御小麥重要病蟲害、增加小麥產量和提升小麥品質的重要物質基礎。為了更加清晰地了解小麥遠緣雜交概況及小麥近緣植物抗病基因向小麥的轉移,也為今后小麥遠緣雜交研究和種質資源的開發利用提供參考,文中對小麥族物種分類、小麥遠緣雜交的定義與意義、小麥族山羊草屬、黑麥屬、偃麥草屬、簇毛麥屬、冰草屬、大麥屬、披堿草屬、賴草屬、新麥草屬以及旱麥草屬物種與小麥遠緣雜交現狀和異染色體系創制情況進行了概括,并對來源于小麥近緣植物被正式命名的17個抗條銹病基因、35個抗葉銹病基因、30個抗稈銹病基因、41個抗白粉病基因、3個抗赤霉病基因、1個抗麥瘟病基因、1個抗葉枯病基因、1個抗穎枯病基因、4個抗褐斑病基因、2個抗眼斑病基因、1個抗梭條花葉病基因、2個抗線條花葉病基因和2個抗禾谷類黃矮病基因向小麥的轉移情況及其所在染色體的位置信息進行了歸納。小麥-黑麥1RS·1BL易位系、1RS·1AL易位系和小麥-偏凸山羊草2NS/2AS易位系等抗病優良種質的育成與利用在世界小麥育種史上做出了突出貢獻,然而,這僅僅得益于對少數抗病基因的利用。與目前已經被命名的基因數量相比,被利用到小麥育種中的抗病基因相對較少。文中分析了當前已命名抗病基因利用情況比例偏低的原因,并對今后如何利用這些抗病基因提出了建議。同時,還列舉了已克隆的源自小麥近緣植物的抗病基因,并對克隆這些基因的方法以及今后可能的研究熱點進行了分析,認為加強無遺傳累贅的小麥-近緣植物易位系的創制與應用仍可能是今后小麥育種材料創新與新品種培育的一個重要發力點。

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    17. 施氮量對黃土高原旱地冬小麥產量和水分利用 效率影響的整合分析
    馬登科,殷俐娜,劉溢健,楊文稼,鄧西平,王仕穩
    中國農業科學    2020, 53 (3): 486-499.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.03.003
    摘要221)   HTML27)    PDF(pc) (1381KB)(292)    收藏

    【目的】明確氮肥在黃土高原地區不同種植條件下對冬小麥生產的影響及各條件下合理的施氮量。【方法】通過文獻檢索共獲得82篇大田試驗文獻,包含355個獨立研究的1 169組觀測數據,采用整合分析比較氮肥在黃土高原不同區域、不同年均溫、不同年降水量及不同耕層有機質含量下對冬小麥產量和水分利用效率的影響,并采用回歸分析探究各分組產量和水分利用效率與施氮量間的關系。【結果】施氮整體上顯著提高了黃土高原冬小麥產量和水分利用效率,相對增長率分別為66.09%和72.38%(P<0.05)。施氮后西北部產量相對增長率(69.27%)高于東南部,水分利用效率增長率(65.53%)低于東南部;西北部在施氮量212 kg·hm -2時產量達到最高,東南部需多施15 kg·hm -2才能獲得最高產量;西北部施氮232 kg·hm -2時水分利用效率最高,而東南部水分利用效率在施氮224 kg·hm -2時基本趨于穩定。施氮后年均溫≤10℃地區產量和水分利用效率的相對增長率(79.12%,75.00%)均高于>10℃地區;年均溫>10℃地區施氮189 kg·hm -2和187 kg·hm -2時產量和水分利用效率分別達到最高,而年均溫≤10℃地區施氮225 kg·hm -2時產量才趨于最大,水分利用效率在施氮239 kg·hm -2時達到最高。施氮后在年均降水≤600 mm地區產量相對增長率(70.48%)更顯著,而水分利用效率則在年均降水>600 mm時更顯著;年均降水≤600 mm地區在施氮量235 kg·hm -2和244 kg·hm -2時,產量和水分利用效率分別達到最高,年均降水>600 mm地區實現高產的施氮量為250 kg·hm -2。施氮后耕層有機質含量≤12 g·kg -1條件下,產量和水分利用效率的相對增長率(78.24%, 86.55%)均高于>12 g·kg -1條件,前者在施氮量226 kg·hm -2和212 kg·hm -2時產量和水分利用效率分別達到最高,而后者獲得最高產量和最高水分利用效率的施氮量分別為163 kg·hm -2和175 kg·hm -2。【結論】在黃土高原,冬小麥在東南部和西北部獲得高產的合理施氮量分別為227 kg·hm -2和212 kg·hm -2;年均溫>10℃地區合理施氮量為187 kg·hm -2,年均溫≤10℃地區為239 kg·hm -2;年均降水>600 mm地區合理施氮量為250 kg·hm -2,年均降水量≤600 mm地區為235 kg·hm -2;耕層有機質含量≤12 g·kg -1條件下的合理施氮量為226 kg·hm -2,高于12 g·kg -1時則為163 kg·hm -2

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    18. 施用有機肥對我國作物氮肥利用率影響的整合分析
    任科宇,段英華,徐明崗,張旭博
    中國農業科學    2019, 52 (17): 2983-2996.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.007
    摘要215)   HTML13)    PDF(pc) (727KB)(344)    收藏

    【目的】化肥配施有機肥是提高作物氮肥利用率(NUE)的重要措施之一。但由于作物的氮肥利用率受到施氮量、土壤性質和氣候條件等因素的影響,且多數研究只在某一特定區域或條件下進行,對于全國不同區域施用有機肥對氮肥利用率影響的研究缺乏系統分析和比較。因此,探明化肥配施有機肥對氮肥利用率的影響,量化不同土壤和氣候條件下氮肥利用率對有機肥施用的響應,可指導區域性的有機肥施用,為化肥減施增效提供重要的理論依據。【方法】本研究收集了公開發表的文獻110篇,建立了412組包含化肥配施有機肥(NPKM)和單施化肥(NPK)處理的氮肥利用率的數據庫。采用整合分析(Meta-analysis)和隨機森林(Random Forest)方法分析了全國不同區域的氮肥利用率在NPK和NPKM處理下的差異,定量化了施氮量、土壤性質和氣候條件等因素對有機肥正效應的貢獻率。【結果】全國來說,相比NPK,NPKM處理下氮肥利用率提高了3.6個百分點。除東北地區外,在其他地區NPKM均顯著提高了氮肥利用率,提高幅度依次為西北>華北>南方>華東。土壤性狀中影響有機肥“增效”作用的主要因素是有機質、pH、速效鉀和全氮含量,其中土壤有機質含量越低,配施有機肥后氮肥利用率的提高幅度越大;在堿性土壤上配施有機肥對氮肥利用率的提高幅度分別是中性土壤和酸性土壤的1.3和1.8倍。另外,不同氣候類型下配施有機肥對氮肥利用率的提高幅度存在差異,表現為溫帶大陸性氣候區>溫帶季風性氣候區>亞熱帶季風性氣候區。【結論】施用有機肥可顯著提高作物的氮肥利用率,且在有機質含量較低、降雨量較少的西北地區配施有機肥后氮肥利用率的提高幅度最大。

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    19. 新疆早熟陸地棉品種更替過程中的株型特征及 主要經濟性狀的演變
    陳民志,楊延龍,王宇軒,田景山,徐守振,劉寧寧,黨科,張旺鋒
    中國農業科學    2019, 52 (19): 3279-3290.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.001
    摘要211)   HTML67)    PDF(pc) (2773KB)(178)    收藏

    【目的】 分析新疆早熟陸地棉品種更替產量提高過程中株型特征及主要經濟性狀的演變趨勢,結合發展機采棉對品種特性的需求,闡述品種更替中適宜機采特性的變化,為新疆棉花新品種選育及栽培管理提供理論依據。【方法】 于2015—2016年和2018年選擇新疆近40年來自育早熟陸地棉(Gossypium hirsutum L.)不同年代(1980s、1990s、2000s和2010s)大面積主栽品種(新陸早1號、新陸早7號、新陸早13號和新陸早45號)為材料,在膜下滴灌栽培條件下,對不同年代品種的第一果節長度、果枝節間長度、節枝比、株高、果枝始節、始節高度、果枝夾角、果枝數、葉枝數、倒四葉寬和莖粗共11個株型指標及主要經濟性狀的演變進行分析。【結果】 隨品種更替,棉株第一果節長度、果枝節間長度和節枝比逐漸增加,株型由緊湊型向較松散型轉變;株高、果枝始節和始節高度逐漸增加,上部果枝與主莖的夾角逐漸減小,果枝上舉,具有高產株型特征;根據棉花機采對品種特性的要求,2010s品種果枝始節高度和果枝角度較符合機采棉對株型的要求;不同年代品種間果枝數、葉枝數、倒四葉寬和莖粗無明顯差異。皮棉產量、總鈴數和衣分均隨品種更替逐漸增加,其中1980s、1990s、2000s和2010s品種皮棉產量較當年區域試驗產量分別高23%—53%、16%—20%、13%—14%和-2%—6%,膜下滴灌現代高產栽培技術對產量的提高有重要作用,但2000s和2010s品種收獲指數顯著低于1990s品種。與1980s和1990s品種相比,2010s品種上部鈴期短4—5 d,吐絮相對集中,對脫葉劑敏感,吐絮率均在95%以上,無顯著差異,但生育期偏長;與審定時品種的生育期相比,1980s和1990s品種提前了3—7 d,2000s和2010s品種提前了0—3 d,這可能與膜下滴灌促早熟栽培技術應用有關。2000s和2010s品種棉纖維長度、比強度、伸長率和紡紗一致性明顯改善,但馬克隆值相對偏大,纖維強度的改善是以犧牲纖維細度為代價,纖維品質協調性不佳。【結論】 品種更替產量提高過程中,棉花經濟性狀改善,但品種株型由緊湊型向較松散型轉變,生育期偏長,收獲指數偏低,棉纖維馬克隆值偏大;隨著機采棉種植模式的應用,選育和選用纖維品質優、適宜機采的品種是保障新疆棉花產業穩步發展的關鍵。

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    20. 長江中下游地區小麥品種籽粒和面條品質分析
    吳豪,黃園園,汪輝,周玉,沈家成,張璨,丁錦鋒,鄒娟,馬尚宇,郭文善,鄭文寅,姚大年
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2193-2207.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.001
    摘要208)   HTML43)    PDF(pc) (585KB)(214)    收藏

    【目的】分析長江中下游麥區江蘇省、安徽省和湖北省等3個省份間小麥品種的品質性狀差異,選出重要品質性狀指標,以及對面條等加工品質產生重要影響的因素,為長江中下游地區小麥品種品質評價、優質專用小麥品種選育和品質區劃等提供理論依據。【方法】在對各品質性狀進行方差分析的基礎上,對種植于3個省份6個試點13個小麥品種的25個品質性狀進行主成分分析,篩選和評價該地區小麥品種重要品質性狀;采用正交偏最小二乘法判別分析區分省份間品質性狀的差異;對影響面條品質的因素作通徑分析。【結果】供試材料所有品質性狀在地點、品種、品種×地點間差異均達到極顯著水平;主成分分析將所有品質性狀分為淀粉糊化指數、面粉吸水指數、粉質儀指數、蛋白質指數、面粉色澤指數、麥谷蛋白指數、淀粉崩解值指數7個主成分,其累計貢獻值達81.250%,涵蓋絕大多數的品質性狀;對總體的品質評價起第一主導作用的是淀粉糊化指數,其次是面粉吸水指數和粉質儀指數;正交偏最小二乘法判別分析結果表明,該麥區3個省份間品質性狀差異表現在反彈值、最終黏度、低谷黏度和峰值黏度等淀粉糊化特性上;通徑分析結果顯示碳酸鈉溶劑保持力對面條感官評價的直接正向效應最大,而淀粉糊化的崩解值和面筋表現指數對面條感官評價的負向作用較大。【結論】長江中下游地區的小麥品質在不同品種間和不同種植區間的品質性狀存在著極顯著差異;淀粉糊化特性指數等品質性狀表現易受環境的影響,且是影響該區總體品質評價的第一主導因子;江蘇省、安徽省和湖北省等3個省份間小麥品種在反彈值、最終黏度、低谷黏度和峰值黏度等淀粉糊化特性的差異最大,在選育該區中弱筋小麥品種和評價其品質時,應加強對低谷黏度、最終黏度、峰值黏度等淀粉糊特性的重視;影響面條品質(感官評價)的主要因素是破損淀粉率,破損淀粉率高的面粉,適合制作優質面條。

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    21. 營養導向型農業的概念、發展與啟示
    盧士軍,黃家章,吳鳴,沈東婧,孫君茂
    中國農業科學    2019, 52 (18): 3083-3088.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.18.001
    摘要206)   HTML48)    PDF(pc) (841KB)(236)    收藏

    為解決全球面臨的諸多營養與農業問題,探求營養、健康與農業發展之間的關系,自2013年以來,營養導向型農業的概念體系逐步發展完善,其政策措施也為全球推進營養導向型農業戰略起到了重要的示范和引領作用。2013年前后為概念產生階段,2014—2018年為概念發展階段。營養導向型農業主要包括以食物供給為導向和以食物系統為導向兩條主線。2017年FAO提出,營養導向型農業是一種以可持續的方式來滿足居民膳食需求的新型農業范式或方案,旨在確保生產量足質優且價格合理、營養豐富、文化適宜、安全的各種食物,營養和健康是營養導向型農業的最終目標和衡量標準。為了實現這個目標,必須關注整個食物系統。同時在中國發展營養導向型農業需要考慮中國農業發展面臨的諸多問題,包括農業發展的主要矛盾已由過去的總量不足轉變為結構性矛盾;農產品品質家底不清,缺少農產品營養品質基準數據,缺乏完善的農產品質量法規體系等。營養導向型農業給新時代中國農業發展帶來的啟示:一是應以食物營養為導向,提高農產品營養質量,滿足消費者對食物營養和健康的新需要;二是應以營養品質作為標尺,建立國家農產品營養成分基準數據庫,完善相關法律及新時代食物與營養發展綱要的修改和制定。

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    22. 遲播早熟高產小麥新品種的培育
    高德榮,王慧,劉巧,朱冬梅,張曉,呂國鋒,張曉祥,江偉,李曼
    中國農業科學    2019, 52 (14): 2379-2390.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.001
    摘要203)   HTML24)    PDF(pc) (400KB)(215)    收藏

    【目的】研究小麥品種(系)播種-拔節和開花-成熟2個階段發育特性,探討在育種中聚合兩端快速發育特性的可能性,為長江中下游麥區選育遲播早熟高產品種提供依據。【方法】在2012—2013和2013—2014年,通過比較共計18個小麥新品系及生產上部分推廣品種的冬前及越冬期單株葉片數、莖蘗數,籽粒灌漿特性相關指標等,篩選具有兩端快速發育特性的品種(系);2014—2015年,在適期播種(11月5日)和遲播(11月19日)條件下,研究揚麥16和其他4個品種不同生育時期群體結構(莖蘗數、葉面積指數、干物質積累量)和產量及其構成的差異,分析具有兩端快速發育特性品種揚麥16遲播高產的生長發育機理。【結果】2012—2013年,富F101冬前及越冬期葉片數、莖蘗數均較高,顯著高于鎮10216,具有前端快速發育特征,但后期灌漿速率較慢;寧09-118和鎮10216最大灌漿速率、平均灌漿速率較高,灌漿持續時間長,粒重顯著高于其他品種,具有后端快速發育特征,但前期生長發育較慢。2013—2014年,富F101冬前及越冬期莖蘗數均表現較高,鎮10216最大灌漿速率、平均灌漿速率均最高,理論粒重最大,2個品系繼續分別表現出前端和后端快速發育特性;揚麥16冬前莖蘗數高于富F101,越冬期莖蘗數與富F101無顯著差異;后期最大灌漿速率大于2.0 mg/(粒·d),與鎮10216差異不顯著,且平均灌漿速率較高,較好地結合了兩端快速發育的特性。2014—2015年,遲播條件下,揚麥16越冬期莖蘗數、葉面積指數及干物質積累量均表現最大,顯著高于寧麥13;在適期播種條件下,揚麥16產量低于揚麥22,與揚麥20、揚麥23和寧麥13差異不顯著,但在遲播條件下產量顯著高于揚麥20、寧麥13,與揚麥22、揚麥23無顯著差異,與適期播種相比減產幅度最小,減產5.2%,千粒重高而穩定,達40 g以上。【結論】品種間兩端快速發育特性存在顯著差異,結合兩端快速發育特性的品種能夠實現遲播高產,同時保證適期播種取得較高產量。揚麥16冬前生長發育快,越冬期能保持一定生長量及分蘗發生量;快速灌漿持續時間長,平均灌漿速率、峰值灌漿速率大,粒重高;遲播早熟高產,這是其大面積推廣的重要原因。

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    23. 東北半干旱區滴灌施肥條件下高產玉米干物質與 養分的積累分配特性
    侯云鵬,孔麗麗,蔡紅光,劉慧濤,高玉山,王永軍,王立春
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3559-3572.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.007
    摘要189)   HTML26)    PDF(pc) (550KB)(134)    收藏

    【目的】 研究東北半干旱區滴灌施肥條件下,不同栽培模式的玉米群體干物質和養分積累動態變化與轉運分配特征,為區域春玉米滴灌施肥高產栽培技術提供理論依據。【方法】 2014—2016年,在吉林省西部半干旱區乾安縣進行定位試驗,以農華101為材料,在滴灌施肥條件下,分別設置農民栽培(FP)、高產栽培(HY)和超高產栽培(SHY)3種栽培模式。研究了滴灌施肥條件下,不同栽培模式對群體干物質和養分積累動態、轉運與分配特征以及產量構成特性的影響。【結果】 與FP模式相比,HY和SHY模式玉米產量顯著增加,平均增幅分別為16.0%和37.4%;穗粒數和百粒重低于FP模式,但單位面積穗數顯著高于FP模式。HY和SHY模式較FP模式顯著提高了玉米開花期至成熟期的群體干物質和氮、磷、鉀積累量,并提高了開花后干物質和氮、磷、鉀積累量占總生育期積累量的比例(花后干物質和氮、磷、鉀積累量占總生育期積累量比例分別提高 8.0%、23.3%、10.0%、33.9%和13.8%、42.6%、21.6%、44.6%)。Logistic方程解析表明,HY和SHY模式群體干物質最大增長速率和平均增長速率均高于FP模式(干物質最大增長速率和平均增長速率分別提高6.9%、4.2% 和23.8%、10.9%);且最大速率出現時間晚于FP模式。與FP模式相比,HY和SHY模式顯著降低了玉米開花前養分轉運率和轉運養分對籽粒的貢獻率,顯著提高了開花后積累養分對籽粒的貢獻率。相關分析結果表明,玉米開花前后干物質和氮、磷、鉀素積累量與籽粒產量均呈顯著或極顯著正相關(r=0.7513—0.9840),其中開花后群體干物質和氮、磷、鉀積累量與產量的相關性高于開花前。【結論】 與農戶栽培模式相比,高產和超高產栽培模式在提高群體干物質最大增長速率和平均增長速率的同時,推遲了群體干物質最大增長速率出現時間,進而使玉米開花期至成熟期有較高的干物質與養分積累,同時顯著提高了玉米開花后積累養分對籽粒貢獻率。因此,在東北半干旱區滴灌施肥條件下,通過增加種植密度,利用氮磷鉀肥料總量控制、分期調控等管理措施,保證玉米整個生育期對氮、磷、鉀養分的需求,是實現玉米產量進一步提高的重要途徑。

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    24. 晚冬早春階段增溫對冬小麥光合性能及旗葉衰老的調控作用
    閆鵬, 孫小諾, 杜雄, 高震, 邊大紅
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2581-2592.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.003
    摘要185)   HTML62)    PDF(pc) (604KB)(188)    收藏

    【目的】針對華北平原北部冬小麥生長發育所需的適宜溫度與環境實際溫度間的矛盾,通過晚冬早春階段性增溫,研究拔節前增溫及拔節后揭除塑膜相對降溫對冬小麥旗葉光合性能和衰老的調控作用,以期為華北平原冬小麥通過調控溫度延緩小麥衰老和挖掘產量潛力提供理論及方法依據。【方法】2015—2017年連續2個生長季在河北省農林科學院深州旱作節水農業試驗站進行大田試驗,以“衡觀35”為試驗材料,晚冬早春采用搭建溫室的方法,設置覆蓋2層塑膜(M2E,1月25日—3月25日)、覆蓋2層塑膜(M2L,2月5日—3月25日)、覆蓋1層塑膜(M1,2月20日—3月25日)、常規生產對照(CK)共4個處理,以覆蓋有孔和無孔塑膜以及時間的早晚和長短來調控溫度和小麥生長發育時間,由此獲得了時間相同的小麥生長發育進程不同、發育進程相同而所處日期和溫度不同的結果。試驗過程中記錄每個處理各生育期起始時間,并測定光合特性、衰老相關酶活性、產量、水分利用效率等指標。【結果】早覆蓋的M2E處理的冬小麥比對照開花提前8 d,成熟提前3—4 d;灌漿期旗葉葉綠素相對含量SPAD提高17.3%、凈光合速率提高30.8%、超氧化物歧化酶(SOD)活性提高23.7%、過氧化氫酶(CAT)活性提高27.2%、過氧化物酶(POD)活性提高19.4%、丙二醛(MDA)含量降低23.8%;開花時的旗葉面積增大27%,收獲時籽粒產量提高22.8%,水分利用效率提高16.9%。隨著增溫時間的推遲和覆蓋時間的縮短,上述指標與對照差異越來越小,以至于M1處理上述指標與CK均顯著不差異。【結論】晚冬早春階段增溫既維持了旗葉較高的光合速率,又顯著延緩了旗葉衰老,進而為灌漿提供了物質基礎;既增加了小麥穗粒數,又延長了小麥灌漿時間,從而獲得了高產,獲得高產的同時雖然增加了耗水量但促進了水分的高效利用。晚冬早春階段增溫是華北平原北部冬小麥有效平衡熱量資源供應與生長發育所需的方法,既可減輕晚冬早春凍害對小麥返青及拔節的影響,又可規避小麥生育后期干熱風帶來的危害。

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    25. 基于隸屬函數分析的甘薯薯苗耐冷性基因型差異研究
    徐舒,李玲,張思夢,曹如霞,陳玲玲,崔鵬,呂尊富,吳列洪,陸國權
    中國農業科學    2019, 52 (17): 2929-2938.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.002
    摘要179)   HTML24)    PDF(pc) (1248KB)(141)    收藏

    【目的】探究甘薯的耐低溫機制,明確影響甘薯薯苗耐低溫特性的關鍵因素,為甘薯薯苗耐冷資源鑒定與篩選及耐低溫脅迫機制的研究提供理論依據。【方法】選取30個代表性甘薯品種的薯苗,在4℃低溫脅迫處理下,測定其生理指標和抗氧化酶活性變化,同時觀測甘薯薯苗在低溫脅迫下生理特性的變化,利用隸屬函數分析,篩選出較耐低溫的甘薯品種。【結果】低溫脅迫下,不同基因型甘薯薯苗生理指標均有一定差異。與低溫脅迫之前相比,所有薯苗相對電導率( relative electrical conductivity,REC)和脯氨酸含量均有不同程度的增加,蘇薯16的相對電導率變化最大,高達40.16%,脯氨酸含量增加最多的是遼薯15,高達3.66 μg·g -1FW;丙二醛(malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、抗壞血酸過氧化酶(aseorbate peroxidase,APX)呈上升趨勢;30個品種薯苗,MDA含量增加變化最大的是蘇渝303;所有薯苗SOD活性呈上升趨勢,SOD活性增加變化最大的是渝薯17,脅迫前后變化高達27.59 U·g -1FW,但寧紫薯1號、商徐紫1號、紫羅蘭薯苗處于萎蔫瀕死狀態,SOD活性變化呈現負值;所有薯苗POD活性呈現上升趨勢,POD活性變化最高的是贛10-20,高達29.21 U·(g·min) -1,紫羅蘭POD含量變化呈現負值;CAT活性上升最大的是紅香蕉;APX活性變化呈上升趨勢,煙薯25、紅香蕉、龍紫薯6號變化最大,普薯32、商薯8號、紫羅蘭變化最小;脯氨酸含量增加最多的是遼薯15,高達3.66,是商徐紫1號的5倍。甘薯薯苗生理指標相關性分析可知,相對電導率和MDA含量與薯苗的耐冷性呈負相關,SOD、POD、CAT、APX活性與薯苗耐冷性呈正相關,脯氨酸含量與薯苗耐冷性呈正相關。【結論】在低溫脅迫下,薯苗耐冷性由強到弱:龍薯515>贛10-20>南薯010>紅香蕉>廣薯87>蘇薯8號>渝薯17>龍紫薯6號>煙薯25>浙薯13>遺字138>甘薯166-7>秦紫薯2號>徐薯55-2>遼薯19>遼薯15>龍薯14>徐薯22>商薯19>普薯32>寧紫薯2號>龍薯9號>商薯8號>徐紫薯8號>紅東>蘇薯16>臺灣英溝>商徐紫1號>蘇渝303>紫羅蘭。

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    26. 葡萄SAP家族的鑒定與表達分析
    丁蘭,顧寶,李培楹,舒欣,張劍俠
    中國農業科學    2019, 52 (14): 2500-2514.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.009
    摘要177)   HTML14)    PDF(pc) (2981KB)(148)    收藏

    【目的】通過生物信息學分析明確SAP(Stress Associated Protein)家族在葡萄基因組中的數量、結構,利用qRT-PCR技術分析SAP家族的生物節律和在激素、非生物脅迫處理下的表達模式,為進一步探究SAP家族在葡萄中的作用奠定基礎。【方法】在前期從山葡萄‘雙優’(Vitis amurensis cv. Shuangyou)和歐洲葡萄‘紅地球’(Vitis vinifera cv. Red Globe)0℃寒脅迫下轉錄組數據庫中篩選出表達量明顯上調的基因SAP15基礎上,利用NCBI和葡萄基因組數據庫中的BLAST功能,根據SAP家族的保守結構域,鑒定葡萄基因組中的SAP。利用生物信息學軟件DNAMAN5.0、MEME、GSDS2.0、ExPASy和MEGA6等對VvSAPs序列、基因結構、蛋白質結構、理化性質、染色體定位和進化樹等進行分析。采用qRT-PCR方法檢測VvSAP家族的生物節律和在激素、逆境處理下的表達特征。【結果】從葡萄(Vitis vinifera)全基因組中鑒定得到15個SAP家族成員,均含有AN1保守結構域,大多含有A20保守結構域。按照其保守結構域和在染色體上的位置,依次命名為VvSAP1VvSAP15,可分為Class Ⅰ、Class Ⅱ和Class Ⅲ三類。理化性質分析表明,VvSAP家族編碼氨基酸數目介于109—293,理論等電點分布在7.99—9.68。染色體定位分析發現,該基因家族的15個基因分布于葡萄的9條染色體上,其中第8條染色體上分布最多,有3個VvSAP。亞細胞定位分析表明,VvSAP家族主要在細胞核、葉綠體和細胞骨架中進行表達。VvSAP家族的二級結構主要以無規則卷曲和α-螺旋為主。基因結構分析表明,VvSAP1VvSAP12的DNA序列中均無內含子,VvSAP13VvSAP15的DNA序列中有1個內含子,基因結構高度保守。qRT-PCR分析結果表明,在VvSAP家族成員中,VvSAP1VvSAP9在無處理和各處理下(激素和非生物脅迫)均表達極低或不表達,初步鑒定為假基因。除VvSAP10在400 mmol·L -1 NaCl處理下呈下調表達,其余基因均在50 μmol·L -1 ABA、100 μmol·L -1SA和400 mmol·L -1NaCl處理下呈上調表達,其中,VvSAP10VvSAP14顯著響應50 μmol·L -1 ABA脅迫,處理24 h后相對表達量分別上調為0 h的37.19、36.63、21.69、58.34和267.35倍;VvSAP8VvSAP11在NaCl處理4 h后相對表達量最高,分別為0 h的13.16和12.42倍;在4℃低溫脅迫下,相對表達量上調最高的是VvSAP15,處理后8 h相對表達量為0 h的35.90倍。 【結論】從葡萄基因組中共鑒定出15個SAP家族成員,初步鑒定得出VvSAP1VvSAP9為假基因,15個基因分別分布于9條染色體上,并且結構進化高度保守。所有成員均相響應逆境,且均有晝夜節律變化,但該基因家族成員在不同逆境脅迫下的響應程度和在不同時間點的表達模式存在一定的差異。

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    27. 大豆胞囊線蟲抗性位點Rhg1Rhg4優異等位變異在黃淮育成品種中的分布
    練云,李海朝,李金英,王金社,魏荷,雷晨芳,武永康,盧為國
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2559-2566.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.001
    摘要175)   HTML39)    PDF(pc) (382KB)(129)    收藏

    【目的】大豆胞囊線蟲(soybean cyst nematode,SCN)病是一種重要的世界性大豆病害,種植抗病品種是防治SCN最經濟有效的措施。黃淮地區SCN發生普遍,通過對該地區育成大豆品種中抗SCN的基因型分析,為指導抗病品種的合理有效利用提供依據。【方法】利用針對抗SCN主效位點Rhg1Rhg4開發的4個KASP標記,先對已知抗性表型的ZDD2315、中黃57、山西小黑豆等16份抗病材料和Willams、Lee等3份感病材料進行基因分型,驗證所選用KASP標記的有效性;然后對黃淮海育成的豫豆系列、商豆系列、周豆系列等170份大豆品種進行基因型鑒定;選擇含有多個優異等位變異的品種,通過溫室接種黃淮地區分布較廣的2號、4號、5號以及強致病力小種X12,對這些品種進一步進行表型抗性鑒定。【結果】含Rhg1-2(CC) 和Rhg1-5(CC) 優異等位變異的品種分別有5份和6份,含Rhg4-3(TT) 和Rhg4-5(CC) 優異等位變異的品種分別有6份和7份。同時含2個優異等位變異的品種有6份,分別為:開豆4號、商豆1201、魯0305-2、漯4903、濰豆12和濰豆91861,占所檢測品種的3.53%。通過接種鑒定,發現這6個品種對2號、4號、X12號小種均表現不同程度的感病,而魯0305-2和濰豆91861對5號小種表現高抗(FI分別為(10.00±0.48)和(7.00±0.63)),商豆1201對5號小種表現抗病(FI=(26.20±0.91)),開豆4號、漯4903和濰豆12 對5號小種表現感病或高感(FI分別為(35.00±2.48)、(64.80±3.91)和(58.20±2.19))。【結論】黃淮育成品種中,含Rhg1Rhg4優異等位變異的品種偏少,育種中應注重優異等位變異位點的引入,結合黃淮地區大豆胞囊線蟲發生情況,培育兼抗多個生理小種的大豆品種;這些KASP標記可用于中國大豆資源表型鑒定、抗源的快速篩選。

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    28. 基于機器學習的滴灌玉米光合響應特征
    劉慧芳,賀正,賈彪,劉志,李振洲,付江鵬,慕瑞瑞,康建宏
    中國農業科學    2019, 52 (17): 2939-2950.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.003
    摘要171)   HTML26)    PDF(pc) (615KB)(116)    收藏

    【目的】提出一種優化模型精度的機器學習網格搜索方法,解決滴灌玉米光合響應曲線模型參數確定難、精度低等問題,為滴灌玉米光合生理機制及光合響應特征提供新思路。【方法】2017年和2018年以寧夏玉米主栽品種(TC19)為試驗材料,設置6個施鉀水平(0(K0)、90 kg·hm -2(K1)、180 kg·hm -2(K2)、270 kg·hm -2(K3)、360 kg·hm -2(K4)、450 kg·hm -2(K5)),使用Li-6400XT光合儀測定不同鉀肥水平下玉米吐絲期光響應曲線。運用機器學習網格搜索法和非線性回歸分析法對基于直角雙曲線修正模型的光響應曲線進行擬合。選取決定系數(R 2)、均方根誤差(RMSE)及平均絕對誤差(MAE)對模型精度進行評價。【結果】在玉米吐絲期,葉片光合參數Pn、Tr和Gs隨施鉀量的增加呈先增大后減小的趨勢。擬合評價結果表明,在K0和K1處理下機器學習方法計算效果優于傳統方法,R 2均大于0.991,RMSE均小于1.487,MAE均小于1.350。在K2—K5處理下,2種方法擬合效果相當,R 2均大于0.993,RMSE均小于0.952、MAE均小于0.860。最優擬合方法(網格搜索法)對光響應特征參數計算結果表明,α、Pnmax、Rd、LSP和LCP的變化趨勢與其光合參數相似。在施鉀量為360 kg·hm -2(K4)時,各光響應特征參數均達到最大,在450 kg·hm -2(K5)時出現光抑制現象。【結論】基于機器學習的網格搜索法可準確地擬合寧夏滴灌玉米光響應特征,且施鉀量為360 kg·hm -2時玉米光合性能達到最佳。

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    29. 青藏高原青稞育成品種的親緣系數分析
    李健,豐先紅,蔡一林
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2758-2767.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.002
    摘要170)   HTML20)    PDF(pc) (445KB)(105)    收藏

    【目的】分析青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性,評估其遺傳基礎,探索拓寬其遺傳基礎的對策,推動青稞新品種選育工作。【方法】以1950s后,影響力高、推廣面積大的105個藏區青稞育成品種和3個引進品種為研究對象,采用親緣系數分析法分析參試品種的遺傳基礎,進而以親緣系數為基礎,采用蘭氏距離、類平均法對參試品種進行聚類分析;采用累積直系親緣系數,篩選藏區主要骨干親本。【結果】18.01%的品種組合間存在親緣關系,各組合親緣系數的變異范圍為0.000—0.750,組合平均親緣系數為0.053,顯著高于中國大麥主栽品種以及北美大麥品種。根據參試品種的育成時間,以十年為期,將參試品種劃分為7個時期,1970s和1980s 2個時期,參試育成品種的組合平均親緣系數較高,分別達到0.115和0.107;1990s和最近十年,參試育成品種的組合平均親緣系數較低,分別為0.040和0.032。西藏自治區、青海省、四川省、甘肅省的參試育成品種數分別為48、27、17和12個;甘肅省的參試育成品種組合平均親緣系數最高,達到0.220,西藏自治區、青海省、四川省的參試育成品種組合平均親緣系數較為接近,分別為0.094、0.122和0.138。聚類分析的結果顯示,參試品種聚為7類,Ⅱ、Ⅲ類群共包含25個參試品種,各類群的組合平均親緣系數較低;其他5個類群共包含83個參試品種,各類群的組合平均親緣系數較高。40個參試品種的累積直系親緣系數大于0,其中9個育成品種是藏區青稞的重要骨干親本,其衍生了67個參試品種。9個骨干親本及其67個衍生種占參試育成品種總量的72.38%。1960s,骨干親本及其衍生種的數量占該時期參試品種總量的41.76%,之后的4個時期,骨干親本及其衍生種的數量占各時期參試育成品種總量的比例分別達到80.00%、80.77%、76.47%和72.22%;最近十年,該指標雖有所下降,但仍然高達68.75%。對于西藏自治區、青海省、四川省和甘肅省,骨干親本及其衍生品種數占各地區參試育成品種總量的比例分別達到79.17%、62.96%、70.59%和75.00%。參試育成品種所使用的親本合計118個,其中本地親本97個,占比82.20%,外引親本15個,占比12.71%;剩余6個親本的來源信息缺失。【結論】藏區青稞的9個骨干親本及其67個衍生品種構成了育成品種的主體,外引大麥種質利用率低,從而導致青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性較低,遺傳基礎相對狹窄、脆弱。

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    30. 一個高抗玉米南方銹病基因的QTL定位及遺傳分析
    王兵偉, 覃嘉明, 時成俏, 鄭加興, 覃永嬡, 黃安霞
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2033-2041.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.002
    摘要169)   HTML16)    PDF(pc) (854KB)(126)    收藏

    【目的】 通過對一個熱帶高抗玉米南方銹病材料S313與4個高感玉米南方銹病材料組配的8個F2群體進行兩年三季的遺傳分析,在表型鑒定的基礎上,利用其中1個F2群體進行局部遺傳圖譜構建及抗性基因定位,并利用大群體及新開發的分子標記對抗性主效QTL進行精細定位,為進一步克隆該基因奠定基礎。【方法】 連續三季對8個F2分離群體,分3個時期進行病原菌接種,玉米生長后期按1—9級標準等級記載各單株的抗南方銹病級數,進行抗性表型鑒定,最終確定抗、感分離比例。利用56K芯片篩選出2個親本間多態標記,選擇其中均勻分布的192個標記對S313×PHW52的F2群體中各30個高抗、高感子代進行KASP分型。利用第10染色體短臂上19個SNP標記對整個F2群體進行分型,構建局部遺傳圖譜;將遺傳圖譜與田間抗性表型鑒定結果相結合進行抗性QTL定位。開發初定位區間內10個SNP標記對次級群體進行標記分型,根據交換單株數量大小進一步縮小定位區間。根據玉米B73 Ref Gen_V4參考基因組信息,列出對應定位區間內的所有基因,利用基因的功能注釋信息,確定可能與玉米抗南方銹病相關的候選基因。【結果】 8個F2群體田間抗、感分離比均符合3﹕1的分離比例,說明熱帶自交系S313對玉米南方銹病的抗性是由1個效應比較大的主效QTL控制。利用56K芯片篩選出2個親本間的多態標記16 426個。利用192個標記對各30個抗、感子代進行連鎖分析,獲得了1個抗性連鎖標記Affx-90241059。利用19個SNP標記構建了總遺傳距離為31.8 cM,標記間平均距離1.77 cM的局部遺傳圖譜。利用復合區間作圖法把該主效QTL定位在標記Affx-91298359與標記Affx-91182449之間,區間大小約2 M。進一步利用F2大群體及10個SNP標記把該區間縮小到474 K的范圍內。玉米參考基因組B73的對應區間內共有63個基因,其中3個基因LOC103640657LOC100191493LOC103640673編碼的蛋白質與植物抗病性有關,因此把這3個基因列為熱帶玉米種質S313高抗玉米南方銹病的抗性候選基因。【結論】 S313對玉米南方銹病的抗性是由1個主效QTL控制,并且S313的主效基因定位在第10染色體短臂約0.47 M的范圍內。在該范圍內有3個玉米南方銹病抗性候選基因。

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    31. 光譜對水稻灌漿期劍葉光合及葉綠素熒光特性的影響
    李江鵬,劉海俊,黃志午,劉曉英,尤杰,徐志剛
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2768-2775.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.003
    摘要168)   HTML29)    PDF(pc) (456KB)(160)    收藏

    【目的】探討光譜對水稻劍葉光合及葉綠素熒光特性的影響。【方法】以華粳5號為材料,采用660 nm(R660)和630 nm(R630)的紅光及460 nm(B460)和440 nm(B440)的藍光分別與專用植物燈(W)組成不同光譜,設R660+W、R630+W、B460+W及B440+W 4種光譜處理,于水稻灌漿期測定劍葉光合特性及葉綠素熒光特性。【結果】藍光能提高水稻劍葉的最大光化學效率(Fv/Fm)、實際光化學效率(ΦPSⅡ)、電子傳遞速率(ETR)、非光化學猝滅系數(NPQ)和光化學猝滅系數(qP);灌漿后期,B460+W處理水稻劍葉的凈光合速率顯著高于紅光處理,R660+W處理的單位面積穗數最多,B460+W處理的千粒重和結實率高于其他處理。光響應曲線擬合表明,B460+W處理能提高水稻劍葉的最大凈光合速率(Pnmax)、光響應曲線初始斜率(α)、暗呼吸量子效率、補償點量子效率、捕光色素分子的本征光能吸收截面(σik)和捕光色素分子數(No)。【結論】B460+W處理能改善水稻劍葉光系統Ⅱ的性能,使其在灌漿后期維持一個較高的水平,進而促進干物質積累,最終提高千粒重和結實率,即在白光背景中添加460 nm藍光是人工環境水稻栽培灌漿期的適宜光譜。

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    32. NaCl處理谷子萌發期種子的轉錄組學分析
    潘教文, 李臻, 王慶國, 管延安, 李小波, 戴紹軍, 丁國華, 劉煒
    中國農業科學    2019, 52 (22): 3964-3975.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.003
    摘要167)   HTML16)    PDF(pc) (2396KB)(279)    收藏

    【目的】谷子具有抗旱、耐貧瘠的特性,逐漸成為研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期篩選并獲得的谷子耐鹽品種和敏感品種為材料,通過RNA-Seq測序篩選鑒定谷子的鹽脅迫響應基因,揭示其響應鹽害機制,為培育谷子抗鹽新種質提供理論依據。【方法】 對14個谷子品種進行了萌發期抗鹽篩選。谷子不同品種的種子經150 mmol·L -1NaCl處理萌發培養7 d后,分別統計各品種種子的萌發率、根長和芽長,綜合各項指標鑒定到豫谷2為耐鹽品種、安04為鹽敏感品種。以這兩個品種鹽脅迫前、后萌發期種子為材料,應用RNA-Seq進行轉錄組測定,分析鑒定鹽害下差異表達基因(differentially expression gene,DEG),并對DEG進行GO和KEGG功能富集分析。同時應用qRT-PCR對隨機挑選的15個DEG表達模式進行驗證,并與RNA-Seq結果進行相關性分析。 【結果】 耐鹽品種豫谷2、鹽敏感品種安04種子經鹽脅迫處理后,分別鑒定出2 786個和4 413個DEG;其中,每個品種在NaCl處理前及處理后分別鑒定出1 470和3 826個DEG。GO和KEGG聚類分析顯示,NaCl處理下參與信號轉導、抗氧化、有機酸的合成及轉運以及次生代謝等相關的DEG在谷子萌發期種子應對鹽脅迫響應過程中具有關鍵性的作用,DEG主要集中在脅迫響應、離子的跨膜轉運、氧化還原、次生代謝及有機酸、多胺、苯丙烷的合成等過程。qRT-PCR對15個DEG表達模式的檢測結果與RNA-seq結果相關系數為0.8817。其中編碼離子通道的基因(HKT)、過氧化物酶基因(POD)、黃烷酮-3-羥化酶基因(FL3H)、MYB轉錄因子基因等在豫谷2中表達量較高,顯示其在谷子萌發期種子響應鹽脅迫中可能發揮一定作用。【結論】 谷子耐鹽品種及鹽敏感品種的種子對鹽脅迫的響應程度具有一定的差異性,且品種對鹽害的耐受能力主要與基因對脅迫的響應程度相關,而與DEG的數量相關性不大。

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    33. GST pull-down聯合LC-MS/MS篩選柑橘抗潰瘍病轉錄因子CsBZIP40的互作蛋白
    竇萬福,祁靜靜,胡安華,陳善春,彭愛紅,許蘭珍,雷天剛,姚利曉,何永睿,李強
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2243-2255.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.005
    摘要166)   HTML12)    PDF(pc) (3463KB)(90)    收藏

    【目的】CsBZIP40是一個與潰瘍病抗性相關的轉錄因子,本研究旨在篩選轉錄因子CsBZIP40在響應柑橘潰瘍病菌(Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc)侵染過程中的互作蛋白,對CsBZIP40的互作網絡進行分析,為柑橘抗潰瘍病的分子育種提供理論依據。【方法】采用GST pull-down技術篩選柑橘在潰瘍病菌侵染過程中CsBZIP40的互作蛋白。首先,構建帶有GST標簽的CsBZIP40蛋白融合表達載體,經IPTG(異丙基硫代半乳糖苷)誘導表達、純化后獲得GST-CsBZIP40融合蛋白作為誘餌蛋白;然后,將GST-CsBZIP40融合蛋白固定在谷胱甘肽親和磁珠上,用固定在親和磁珠的GST-CsBZIP40誘餌蛋白與接種潰瘍病菌或LB培養基后柑橘葉片總蛋白進行孵育,與GST-CsBZIP40誘餌蛋白結合的蛋白復合物洗脫收集后進行SDS-PAGE凝膠電泳驗證。將驗證成功的樣品洗脫液進行液相色譜串聯質譜(LC-MS/MS)檢測,鑒定出未侵染和侵染狀態下CsBZIP40的互作蛋白,將檢測到的蛋白利用甜橙基因組數據庫進行注釋,篩選出在潰瘍病菌侵染過程中與CsBZIP40特異結合的蛋白,并進行GO、KEGG和互作網絡分析。【結果】過表達CsBZIP40的轉基因植株表型正常,與對照植株無明顯差異。過表達CsBZIP40的轉基因植株潰瘍病抗性評價中病斑面積、病情指數均顯著小于野生型植株,分別為野生型的45%和54%。以該轉基因植株為材料成功提取出侵染潰瘍病菌后和未接種潰瘍病菌狀態下的柑橘葉片總蛋白。成功構建出GST-CsBZIP40誘餌蛋白表達載體,誘導表達純化出GST-BZIP40誘餌蛋白。利用GST-CsBZIP40誘餌蛋白從侵染潰瘍病菌后柑橘總蛋白和未接菌柑橘總蛋白中成功釣取蛋白,并用LC-MS/MS檢測。經過比對、注釋和篩選,在柑橘潰瘍病菌侵染過程中與GST-BZIP40特異結合的蛋白有53個,這些蛋白參與多個分子功能和通路。在這53個蛋白中,有6個蛋白(Cs1g02310、Cs3g05280、Cs3g23950、Cs6g13880、Cs7g12130、orange1.1t04973)可能與植物抗病性密切相關。數據庫中已經證明53個蛋白中44個與CsBZIP40有直接或間接的互作關系。【結論】潰瘍病菌侵染過程中有53個蛋白與CsBZIP40互作,根據注釋6個蛋白與植物抗病性密切相關,這些蛋白可能在提高柑橘生物脅迫抗逆性方面發揮著重要的作用。

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    34. 基于農戶施肥和土壤肥力的黑龍江水稻減肥潛力分析
    彭顯龍,王偉,周娜,劉海洋,李鵬飛,劉智蕾,于彩蓮
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2092-2100.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.007
    摘要165)   HTML13)    PDF(pc) (472KB)(102)    收藏

    【目的】 黑龍江稻田面積320多萬公頃,為全國稻田面積最大的省份,10多年來水稻產量一直徘徊在7 000 kg·hm -2,也是我國稻田化肥用量(純N 約150 kg·hm -2)最低的省份。在化肥零增長的背景條件下,黑龍江是否存在節肥潛力有待研究。 【方法】 調查水稻主產區農戶施肥情況。2005年調查區域為五常、方正、木蘭、寧安、慶安、鐵力、尚志、阿城;2008年調查區域為密山、虎林、慶安、五常、寧安、方正、蘿北、樺川、富錦和尚志;2015年調查區域為五常、方正、寧安、虎林和慶安。每個地點隨機選擇一個鄉,每個鄉隨機選擇2或者3個村,每村調查10戶,共638戶。2009—2010年,采集了黑龍江水稻主產區8萬多個土壤樣品,測定0—20 cm土層速效磷、速效鉀養分含量。采用理論適宜施氮量法估算黑龍江稻田氮肥用量;依據作物養分需求量和稻田土壤養分狀況,采用磷鉀衡量監控方法,估算稻田磷、鉀肥適宜施用量,在此基礎上分析黑龍江省水稻減肥潛力。【結果】 2005、2008和2015年黑龍江水稻平均產量分別為6 427、7 593和7 142 kg·hm -2 ,3年平均產量為7 104 kg·hm -2。農戶間產量差異較大,高低相差近5 000 kg·hm -2。稻田N、P2O5和K2O用量平均分別為141.0、56.6和51.6 kg·hm -2,N、P2O5和K2O用量高低相差均超過300 kg·hm -2,農戶間施肥變異較大,盲目施肥問題突出。稻田土壤速效磷和速效鉀的含量分別約為26和138 mg·kg -1。速效磷的變異超過了40%,不同區域間土壤肥力差異較大。70%以上的樣品速效磷、速效鉀含量處于較高水平。要達到7 500 kg·hm -2的產量水平,對應的理論適宜N用量為105 kg·hm -2,只有20%的農戶實現了高產氮素高效,有70%的農戶具有節肥潛力,可以節氮超過26%。通過節肥,每千克氮素生產的糧食可由50 kg提高到70 kg。按照目前的產量和土壤養分狀況,稻田P2O5和K2O適宜用量分別為41.6和35.9 kg·hm -2,可以減量約30%。調研農戶中,具有節磷和節鉀潛力的農戶分別約占總體的71%和72%,處于低產低效的農戶均占總體的30%,節肥潛力最大。 【結論】 黑龍江作為全國施肥量最低的省份,有約70%的農戶處于高產不高效或者低產低效水平,過量施肥問題突出,節肥潛力20%以上。

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    35. 基于低空無人機影像光譜和紋理特征的棉花氮素營養診斷研究
    陳鵬飛, 梁飛
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2220-2229.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.003
    摘要163)   HTML21)    PDF(pc) (1100KB)(135)    收藏

    【目的】基于無人機高空間分辨率影像,探討剔除土壤背景信息及增加紋理信息對棉花植株氮濃度反演的影響,為棉花氮素營養精準探測提供新技術手段。【方法】開展棉花水、氮耦合試驗,分別在棉花的不同生育期獲取無人機多光譜影像和植株氮濃度信息。基于以上數據,首先探討了土壤背景對棉花冠層光譜的影響;其次,分析了影像紋理特征與植株氮濃度間的相關性;最后,將獲得的數據分為建模樣本和檢驗樣本,設置剔除土壤背景前、剔除土壤背景后、增加紋理特征等不同情景,采用光譜指數與主成分分析耦合建模的方法,來建立各種情景下植株氮濃度的反演模型,并對模型反演效果進行比較。【結果】土壤背景對棉花冠層光譜有影響,且不同生育期趨勢不同;影像紋理特征參數與植株氮濃度間有顯著相關關系;剔除土壤背景前植株氮濃度反演模型的建模決定系數為0.33,標準誤差為0.21%,驗證決定系數為0.19,標準誤差為0.23%;剔除土壤背景后模型的建模決定系數為0.38,標準誤差為0.20%,驗證決定系數為0.30,標準誤差為0.21%;增加紋理信息后模型的建模決定系數為0.57,標準誤差為0.17%,驗證決定系數為0.42,標準誤差為0.19%。【結論】基于低空無人機高空間分辨率影像,剔除土壤背景和增加紋理特征均可提高棉花植株氮濃度的反演精度;影像紋理可以作為一種重要信息來支撐無人機遙感技術反演作物氮素營養狀況。

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    36. 四倍體野生種花生A.monticola全基因組SSR的開發與特征分析
    王玉龍, 黃冰艷, 王思雨, 杜培, 齊飛艷, 房元瑾, 孫子淇, 鄭崢, 董文召, 張新友
    中國農業科學    2019, 52 (15): 2567-2580.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.002
    摘要163)   HTML44)    PDF(pc) (1471KB)(155)    收藏

    【目的】通過對四倍體野生種花生Arachis monticola(AABB,2n = 4x = 40)全基因組SSR位點搜索,研究其全基因組SSR分布特征及規律,開發并驗證其全基因組SSR引物,為花生屬植物遺傳進化分析及重要性狀分子標記開發提供依據。【方法】在華大基因GigaScience數據庫下載A.monticola全基因組序列,并利用生物信息學軟件MISA進行SSR位點搜索,Primer 3進行引物設計,通過電子PCR進行單位點SSR分析,并隨機合成100對SSR引物驗證通用性。【結果】SSR在四倍體野生種花生A.monticola基因組上共搜索到SSR位點676 878個,平均每3.8 kb就會出現一個SSR,分布于5 127條scaffold中,單核苷酸至六核苷酸均有分布,且數量上差異較大,以單堿基、二堿基、三堿基為主,三者占SSR總數的94.28%,其中單堿基重復數量最多,占46.71%,密度最高;六核苷酸重復數目最少,分布最稀疏。大多數SSR分布在基因間區,基因區SSR多分布于內含子區域;全基因組共鑒定出395個不同的重復基元,其中A亞基因組342種,B亞基因組356種;A/T是最豐富的重復基元;在1—6個核苷酸的重復基元中,數量最多的依次是A/T、AT/AT、AAT/ATT,AAAT/ATTT、AAAAT/ATTTT、AAAAAT/ATTTTT;整體來看,重復基元的重復次數多集中在50次以內,不同類型的motif的重復次數差異很大;同一種類型重復基元的SSR位點,隨著motif重復次數增加,SSR的數量逐漸降低;B03染色體上SSR數量最多,A08染色體中SSR密度最高。A.monticola全基因組SSR比A.duranensisA.ipaensis基因組SSR數量多,密度也更高,A.monticola單核苷酸重復最豐富,2個野生種二核苷酸數量最多。共設計出SSR引物192 303對,單位點SSR標記檢出率50.35%,單點SSR標記在基因組上的分布呈現兩端密集,中間稀疏的特點;隨機合成的100對引物中,90對能在A. monticola中擴增出穩定清晰的條帶,且在4份不同的花生基因組DNA中擴增目的條帶表現出不同的特點。【結論】A.monticola基因組內SSR種類和數量豐富,單核苷酸至六核苷酸均有分布,單核苷酸重復基元數量最多,且最密,六核苷酸重復基元數量最少,出現頻率最低,不同重復基元頻數高低與核苷酸數量沒有嚴格相關性,SSR多分布在基因間區,基因區內含子區域SSR數量最多;A.monticola A、B亞基因組具有其各自特異的重復基元類型;單個類型重復基元數量最多的均為AT富集的重復基元,而GC富集的重復基元相對較少;同一種類型重復基元的SSR位點,隨著motif重復次數增加,SSR的數量逐漸降低;A.monticola全基因組SSR較2個二倍體野生種數量更多,密度也更高且重復基元分布規律不同;經過初步驗證,開發的SSR引物在4份花生材料中表現出部分通用性。

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    37. 玉米花期根系結構的表型變異與全基因組關聯分析
    張小瓊,郭劍,代書桃,任元,李鳳艷,劉京寶,李永祥,張登峰,石云素,宋燕春,黎裕,王天宇,鄒華文,李春輝
    中國農業科學    2019, 52 (14): 2391-2405.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.002
    摘要160)   HTML12)    PDF(pc) (5010KB)(192)    收藏

    【目的】根系作為植株吸收水分和養分的重要器官,對玉米生長及產量的形成至關重要。研究玉米根系結構的遺傳機制指導玉米高產育種實踐。【方法】以111份玉米優異自交系為材料,于2017年在北京、陜西永壽、山西定襄和河南原陽4個環境下對玉米地下節根層數(RLN)、地下節根總條數(TRN)、地下節根角度(RA)、地下節根面積(RS)、地下節根體積(RV)和地下節根干重(RDW)等6個玉米根系相關性狀進行調查。取4個環境的平均值作為6個根系相關性狀的表型數據,對6個相關性狀進行統計分析和相關性分析,對不同年代、不同類群自交系的地下節根相關性狀進行差異分析。基于該群體全基因組152 352個高質量SNP標記,利用FarmCPU模型進行全基因組關聯分析獲得顯著關聯SNP位點,并在LD衰減距離范圍內查找候選基因,對候選基因的功能進行富集分析。【結果】表型分析表明,6個地下節根性狀均呈現正態分布,且均顯示出較高的遺傳力;相關性分析結果表明,地下節根層數和總條數均與地下節根角度和面積呈負相關,地下節根的角度、面積、體積和干重等4個性狀之間相互呈現顯著正相關關系;不同年代的玉米地下根系結構存在差異,地下節根層數和總條數在年代的更替間表現出下降的趨勢,地下節根角度和面積在年代更替間表現出上升的趨勢,根干重和根體積在各年代間無顯著差異;玉米地下根系結構在類群間也存在差異,旅大紅骨類群的6個地下節根性狀值均高于其余類群。全基因組關聯分析共檢測到26個SNP位點與地下節根層數、總條數、體積和干重性狀顯著關聯(P<0.00001),其中11個顯著關聯位點定位于前人報道的根系QTL區間內,2個顯著關聯SNP在地下節根層數和總條數中均被檢測到。基于顯著關聯SNP位點共挖掘到177個候選基因,其中135個具有功能注釋,Zm00001d037368可能為控制地下節根層數和總條數的一因多效候選基因。候選基因功能的富集分析結果顯示,候選基因的功能主要涉及植物體內的代謝調節、應激反應、運輸活性、催化活性、結合蛋白及細胞成分等。【結論】玉米自交系的根系結構在不同年代間和不同類群間存在不同程度的差異,采用全基因組關聯分析策略挖掘控制玉米根系結構的相關遺傳位點及候選基因,共檢測到26個顯著關聯的SNP位點。

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    38. 青稞種質資源表型性狀的遺傳多樣性分析及綜合評價
    白羿雄, 鄭雪晴, 姚有華, 姚曉華, 吳昆侖
    中國農業科學    2019, 52 (23): 4201-4214.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.23.002
    摘要158)   HTML41)    PDF(pc) (1139KB)(137)    收藏

    【目的】解析青稞種質資源表型形狀的遺傳多樣性關系及篩選綜合性狀優異的青稞種質,可為青稞育種及重要性狀深入研究提供理論依據。【方法】通過對205份青稞15個表型性狀采用Shannon-Wiener’s多樣性指數進行遺傳多樣性分析。分析參試青稞種質15個表型性狀在西寧試驗點和海北試驗點的頻次分布規律。對各性狀利用相關性分析以明確性狀間聯系;對參試種質進行聚類分析以明確其分類情況。利用主成分分析構建青稞種質綜合評價體系,并通過線性回歸分析對該體系進行驗證。依據綜合評價及豐產穩產性分析結果以篩選優異青稞種質。【結果】倒伏率遺傳變異程度最豐富而重心位置遺傳變異最匱乏,海北點遺傳變異程度高于西寧點。穗重遺傳多樣性最豐富,倒伏率遺傳單一性最高。除倒伏率外各性狀指標均呈正態或偏態分布,分布頻次呈中間高兩邊低的分布趨勢;穗長、穗重在各基因型中呈正態分布。各表型性狀受環境、基因型、年份影響極顯著,且各表型性狀的基因型與環境(G×E)、基因型與年份(G×Y)、基因型×環境×年份(G×E×Y)的互作效應均呈極顯著。青稞根系、莖稈和穗部組織內各指標間存在顯著相關性,且各組織間的農藝性狀也存在顯著相關性。根系發達、莖部抗折力高的青稞種質其機械固持能力強,倒伏率低;嚴重倒伏會限制青稞種質穗部生長發育,使穗長變短、穗粒數減少、籽粒變小、穗重變輕、進而使產量銳減。聚類結果表明參試種質可分為三類,第一類是高重心、易倒伏、其余性狀居中的種質;第二類是矮稈、低重心且其余性狀表現良好的優異種質;第三類是株高較高、根系欠發達、莖部易折、穗部性狀表現差的種質。結合F值和豐產穩產性分析結果篩選出綜合性狀表現優異且有較高豐產穩產性的青稞種質5份。【結論】參試青稞種質資源的遺傳多樣性豐富;穗長、穗重在各基因型中呈正態分布,除倒伏率外,其余12個性狀在基因型中呈偏態分布;根干重、重心位置、莖稈壁厚、莖粗、莖稈強度、穗長、穗粒數、產量8個指標可作為核心種質評價的綜合指標。

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    39. 利用CRISPR/Cas9技術編輯水稻香味基因Badh2
    祁永斌,張禮霞,王林友,宋建,王建軍
    中國農業科學    2020, 53 (8): 1501-1509.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.08.001
    摘要157)   HTML22)    PDF(pc) (2664KB)(159)    收藏

    【目的】稻米香味是水稻品質改良的一個重要內容,其性狀主要受1個隱性基因Badh2的控制。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術將常規品種中的Badh2進行編輯,從而獲得Badh2發生突變的基因編輯株系,使香味性狀得到改良。【方法】利用CRISPR/Cas9基因編輯的原理,在水稻Badh2的第2和第7外顯子處設計靶點,通過BLAST分析確定其特異性并構建到CRISPR/Cas9表達載體。以浙江省主要推廣的水稻品種嘉58和秀水134的愈傷組織為受體,利用農桿菌介導的遺傳轉化法,通過潮霉素抗性篩選獲得陽性轉基因植株。轉基因株系經測序明確其在Badh2的突變類型,經PCR分析與鑒定獲得Badh2發生突變并無轉基因標記成分的穩定株系。利用氣相色譜質譜聯用儀(GC-MS)檢測基因編輯株系糙米米粉中2-AP的含量,明確其香味成分與非轉基因對照之間的差異。【結果】在水稻第2和第7外顯子處設計靶點構建表達載體,通過遺傳轉化轉基因株系的Badh2完成了定向突變。共獲得T0代嘉58基因編輯的株系15株,在第2外顯子處發生突變的有8株5種不同的突變類型,均為不同單堿基插入不同位點;在第7外顯子處發生突變的有7株5種不同的突變方式,均為堿基或片段缺失。獲得秀水134基因編輯的株系11株,在第2外顯子處共有5株,均為單堿基插入;在第7外顯子處有6株,均為片段缺失。48株T1代秀水134基因編輯株系中,共獲得16株無轉基因標記的基因編輯株系,其中5株在第2外顯子發生突變,11株在第7外顯子處發生突變。4個T2代基因編輯株系的米粉中2-AP平均含量分別為0.309、0.347、0.332和0.295 μg·g -1,極顯著(P<0.01)高于非轉基因對照(0.046 μg·g -1)。【結論】利用CRISPR-Cas9技術可對水稻香味基因Badh2進行定向編輯,并且可獲得無轉基因成分的基因編輯株系,其香味性狀得到明顯改良。

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    40. 谷子NADP-ME的鑒定及其對逆境脅迫的響應
    趙晉鋒,杜艷偉,王高鴻,李顏方,趙根有,王振華,成凱,王玉文,余愛麗
    中國農業科學    2019, 52 (22): 3950-3963.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.002
    摘要156)   HTML22)    PDF(pc) (6457KB)(169)    收藏

    【目的】鑒定谷子NADP-ME家族成員,研究不同成員對非生物逆境脅迫的響應,為揭示SiNADP-ME在谷子逆境應答信號途徑中的作用奠定基礎。【方法】 利用生物信息學方法鑒定谷子基因組中的NADP-ME家族成員。采用GSDS2.0、plantCARE、Clustalx、MEGA6.0等軟件及網站ExPASy對鑒定成員蛋白和基因序列進行生物信息學分析。采用qRT-PCR方法檢測SiNADP-ME在苗期不同逆境、不同生育期干旱脅迫及不同光照強度下的表達情況。【結果】 谷子NADP-ME家族由7個成員組成,它們在谷子的第2、3、5、7染色體上呈不均勻分布。保守功能域分析顯示7個基因都含有NADP-ME特征保守功能域。序列比對發現谷子NADP-ME成員之間序列非常保守,相似性較高,7個谷子成員序列一致性為77.30%,而不同物種NADP-ME序列之間相似性為56.52%。序列分析顯示SiNADP-ME1SiNADP-ME4SiNADP-ME5SiNADP-ME6序列較長,分別編碼576、639、652和636個氨基酸,而SiNADP-ME2SiNADP-ME3SiNADP-ME7序列較短,分別編碼213、265和149個氨基酸。基因結構分析顯示SiNADP-ME1有2個可變剪切,SiNADP-ME5有3個可變剪切,其他基因無可變剪切。SiNADP-ME1SiNADP-ME2SiNADP-ME3SiNADP-ME7含內含子較少,而SiNADP-ME4SiNADP-ME5SiNADP-ME6含內含子較多。蛋白參數預測顯示谷子NADP-ME成員間分子量跨度較大,在161.94—725.43 kD,等電點為5.32—8.05,不穩定指數為23.01—45.01,脂肪系數介于89.19—107.77,平均疏水指數介于-0.218—0.004。亞細胞定位預測顯示SiNADP-ME成員主要被定位在葉綠體、線粒體和細胞質中。順式元件分析顯示SiNADP-ME成員啟動子區域主要包括激素類應答、逆境應答、光應答以及其他類生長調控相關的順式元件。聚類分析發現谷子SiNADP-ME基因在單、雙子葉植物分離之前就已存在。不同物種同源基因對在進化樹中廣泛存在揭示它們在進化上可能存在共同祖先,也暗示它們在某些信號通路中可能具有相似的功能。苗期逆境表達分析表明所有谷子SiNADP-ME家族基因表達量在本文應用的4種逆境脅迫下都被明顯誘導。SiNADP-ME1在ABA、低溫、NaCl處理后被誘導的最高相對表達量分別為對照的460.53、411.50和15.24倍;SiNADP-ME6在ABA、低溫、PEG、NaCl處理后被誘導的最高相對表達量分別為對照的211.13、15.21、772.41和643.99倍。進一步分析表明SiNADP-ME1SiNADP-ME6在拔節期、抽穗期和灌漿期干旱脅迫下表達量上調。【結論】 從谷子基因組中鑒定了7個NADP-ME基因家族成員;7個成員間序列非常保守并且都含有NADP-ME基因典型特征結構域;7個谷子NADP-ME家族基因參與了植物非生物逆境應答,特別是SiNADP-ME1SiNADP-ME6可能在ABA、鹽、干旱、低溫等逆境應答信號途徑中起重要作用。

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    41. 基于SNP遺傳圖譜對甘藍型油菜部分脂肪酸 組成性狀的QTL定位
    葉桑,崔翠,郜歡歡,雷維,王劉艷,王瑞莉,陳柳依,曲存民,唐章林,李加納,周清元
    中國農業科學    2019, 52 (21): 3733-3747.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.002
    摘要154)   HTML41)    PDF(pc) (5693KB)(127)    收藏

    目的 菜籽油在烹飪、食品加工及工業生產中廣泛應用,因此,根據生產需要改善菜籽油脂肪酸組分是油菜育種的重要目標。通過對2種環境下甘藍型油菜主要脂肪酸組成進行QTL定位分析,尋找甘藍型油菜脂肪酸組分的QTL及影響本群體脂肪酸組分的候選基因。方法以人工合成甘藍型油菜10D130和甘藍型油菜常規品種中雙11構建高世代重組自交系(RIL)為研究材料,分別于2016-2017年和2017-2018年2個年度在重慶市北碚區2個不同的環境中設置田間試驗,收獲自交種子,采用氣相色譜法3次重復對種子的脂肪酸組分進行分析。利用油菜6K SNP芯片對該RIL群體進行基因分型,DNA樣品預處理及芯片處理嚴格按照Illumina Inc 公司Infinium HD Assay Ultra操作說明進行。取最小閾值LOD 2.0利用JoinMap4.0軟件構建高密度遺傳連鎖圖譜。通過QTL IciMapping V4.1完備區間作圖法對油菜主要脂肪酸組成進行QTL定位。結果 2種環境中,兩親本各性狀間差異及RIL群體各性狀在株系間差異均達到顯著或極顯著水平,且6種脂肪酸含量在2個環境中均表現為連續分布,適合進行QTL檢測。構建用于QTL定位的遺傳圖譜包含1 897個多態性SNP標記,覆蓋甘藍型油菜基因組3 214.19 cM,平均圖距1.69 cM。利用此圖譜,在2個環境共檢測到位于8條染色體上的23個控制脂肪酸組分QTL位點,與硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、廿碳烯酸和芥酸含量相關的QTL位點分別為6、3、4、5、2和3個,其中在A05、A08和C03染色體上發現多種脂肪酸含量的QTL“富集區”。在A05染色體上檢測到亞油酸和亞麻酸含量重疊的主效QTL,亞油酸與亞麻酸表現加性效應相同;在A08和C03上都檢測到油酸、廿碳烯酸和芥酸含量重疊的主效QTL,油酸與廿碳烯酸及芥酸表現加性效應相反。與擬南芥脂肪酸代謝基因進行同源性比對分析,在17個QTL置信區間內篩選到22個候選基因,主要通過編碼脂肪酸去飽和酶、全羧化酶合酶、碳鏈延長酶和參與酰基輔酶A生物合成等途徑調控脂質的生物合成和代謝。結論 利用甘藍型油菜6K SNP芯片準確定位了2種環境條件脂肪酸組成的QTL位點,篩選到位于A05、A08和C03染色體上多種脂肪酸QTL的“富集區”,并與擬南芥脂肪酸代謝基因比對出該群體油菜脂肪酸代謝基因,可作為改善油菜籽脂肪酸組成的重要區段及候選基因。

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    42. 鹽脅迫對2種菠蘿蜜屬植物幼苗生長及光合熒光特性的影響
    蘇蘭茜,白亭玉,魚歡,吳剛,譚樂和
    中國農業科學    2019, 52 (12): 2140-2150.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.011
    摘要152)   HTML21)    PDF(pc) (1188KB)(96)    收藏

    【目的】 研究鹽脅迫對2種菠蘿蜜屬植物幼苗生長和光合熒光特性的影響,為熱帶鹽堿地開發利用,發展島礁特色農業提供參考。【方法】 以兩種菠蘿蜜屬植物菠蘿蜜(Artocarpus heterophyllus Lam.)和面包果(Artocarpus altilis (Parkinson) Fosberg)為材料,采用沙培法,從3葉期開始進行鹽脅迫(處理設為T0—T4,鹽濃度分別為0、3.4、10.2、17.0和23.8 g?kg -1),研究鹽脅迫下菠蘿蜜和面包果幼苗生長、光合及葉綠素熒光參數的變化。 【結果】 鹽脅迫顯著抑制菠蘿蜜幼苗生長、葉綠素含量和生物量積累,對面包果的抑制作用小于菠蘿蜜。鹽脅迫使菠蘿蜜葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)降低,氣孔抑制率(Ls)增加,面包果的變化幅度較菠蘿蜜小。高鹽脅迫(鹽濃度>17.0 g?kg -1)顯著抑制菠蘿蜜葉片光化學猝滅系數(qP)、光系統Ⅱ活性(Fv/Fo)、潛在最大光能轉換效率(Fv/Fm)、實際光能轉換效率(ΦPSⅡ)、相對電子傳遞效率(rETR);使面包果葉片qP、非光化學猝滅系數(NPQ)、ΦPSⅡ和rETR顯著下降。葉綠素含量與光合參數呈顯著正相關關系。鹽脅迫、葉綠素含量和凈光合速率以及它們之間交互作用解釋作物生物量變化的比例為35.6%。 【結論】 鹽脅迫顯著抑制菠蘿蜜幼苗生長、葉綠素含量、光合參數和生物量積累;面包果的光合參數和生物量在高濃度鹽脅迫下較敏感。鹽脅迫、葉綠素含量和凈光合速率的變化與兩種菠蘿蜜屬植物生物量變化密切相關。

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    43. 不同灌溉條件下冬小麥冠層含水量的光譜響應
    孫乾,顧曉鶴,孫林,王淼,周龍飛,楊貴軍,李衛國,束美艷
    中國農業科學    2019, 52 (14): 2425-2435.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.14.004
    摘要150)   HTML15)    PDF(pc) (1406KB)(188)    收藏

    【目的】尋找快速、無損地診斷冠層含水量的方法,對冬小麥長勢監測、旱情評估及變量灌溉提供技術支持。【方法】基于田間變量灌溉試驗,分析生育期、灌溉量對冬小麥冠層含水量的影響,解析冠層光譜對不同灌溉處理下冠層含水量的響應規律,以冠層等效水厚度(EWTc)為表征指標,基于連續小波變換(CWT)技術,構建冬小麥冠層等效水厚度光譜診斷模型,利用獨立樣本驗證模型精度。【結果】冬小麥冠層等效水厚度在生育后期均隨著灌溉量的增多而增加,并隨著生育進程的推進而減少;冬小麥冠層光譜反射率隨著生育進程的推進而降低,在近紅外和中紅外波段冠層光譜反射率均表現為1水>0.5水>0水;與原始冠層光譜反射率相比,經連續小波變換后的小波系數與冠層等效水厚度相關性在第1、2、3、5、6、7分解尺度均有不同程度的提高,提高幅度在8.40%—26.20%;以第6尺度2 400 nm、第2尺度1 596 nm和第7尺度2 397 nm構建的冠層等效水厚度光譜診斷模型穩定性和精度較好,驗證樣本決定系數R 2為0.5411,RMSE為0.0127 cm。【結論】冬小麥冠層含水量隨著灌溉時間與灌溉量發生規律性變化,在水分敏感波段范圍內呈現明顯的光譜響應特征,連續小波變換技術可以有效提高冠層光譜特征參量與冠層等效水厚度的相關性,實現冬小麥冠層含水量光譜診斷,可以為冬小麥田間變量灌溉決策提供技術支持。

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    44. 東北春玉米高產與養分高效綜合管理
    王永軍,呂艷杰,劉慧濤,邊少鋒,王立春
    中國農業科學    2019, 52 (20): 3533-3535.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.004
    摘要150)   HTML12)    PDF(pc) (251KB)(182)    收藏
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    45. 典型黑土春玉米化學肥料養分利用效率變化研究
    仇少君, 李寧, 何萍, 魏丹, 金梁, 趙士誠, 徐新朋, 周衛
    中國農業科學    2019, 52 (16): 2824-2834.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.008
    摘要146)   HTML9)    PDF(pc) (489KB)(130)    收藏

    【目的】減少化學肥料投入和提高肥料養分利用效率是我國當前重要的農業舉措。鑒于化學肥料不合理施用引起的黑土肥力下降和酸化,開展黑土化學肥料減少投入和肥料養分利用效率變化研究,有利于實現黑土化學肥料的科學施用。【方法】于2013—2016年在典型黑土區開展連續4年肥料投入試驗,設置了不施肥(CK)、缺氮(PK)、缺磷(NK)、缺鉀(NP)、氮磷鉀配施處理(NPK)。測定了作物產量、養分吸收、土壤無機氮、速效磷、速效鉀。【結果】黑龍江春玉米年產量10 t·hm -2左右,除2013年外,2014—2016年各年份NPK處理春玉米產量、地上部氮磷鉀養分吸收顯著(P<0.05)高于CK或PK處理產量。除2016年磷素農學效率外,NPK處理肥料氮磷鉀養分回收率、農學效率和偏生產力逐年升高。2013—2016年期間,肥料平均氮磷鉀回收率分別為45.8%、6.1%和3.5%,農學效率分別為23.2、7.2和5.0 kg·kg -1,偏生產力分別為58.3、133.2和97.7 kg·kg -1。土壤礦質氮測試顯示春玉米收獲后到次年播種前凍融交替促進土壤有機氮素礦化。4年養分平衡計算的平均值顯示NPK處理氮磷施用量基本與春玉米養分吸收量一致,土壤氮磷總體處于平衡狀態,作物地上部鉀素奢侈吸收導致土壤鉀素處于虧缺狀態。 【結論】典型黑土區連續4年試驗顯示,在產量保持穩定的條件下,磷、鉀肥能大幅減少,提高磷鉀肥利用效率,而不施化學氮肥僅能維持第一年產量,隨后的年份里氮肥利用效率提高和產量降低同時發生。

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    46. 不同氣候和土壤對小米品質的影響
    張艾英,郭二虎,刁現民,范惠萍,李瑜輝,王麗霞,張莉,王瑞,王軍,郭紅亮,韓芳,程麗萍,吳引生
    中國農業科學    2019, 52 (18): 3218-3231.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.18.014
    摘要146)   HTML8)    PDF(pc) (526KB)(151)    收藏
    目的對不同氣候條件、土壤類型上生產谷子的小米品質進行測定,探明環境條件對小米品質的影響,揭示其品質變化規律,為優質谷子合理布局提供理論支撐和技術指導。方法 試驗于2012—2017年在氣候條件和土壤類型差異較大的山西沁縣和山西長治2個地方進行。先將2個試驗點0—60 cm以上土壤分層置換,使每個試驗點同時擁有2種土壤,然后采用相同的栽培措施和管理方法種植相同的谷子品種,對兩地不同土壤的養分及小米中17種氨基酸、蛋白質、脂肪、直鏈淀粉、維生素等營養成分和鉀、鐵、銅、鋅等礦物質元素含量進行了測定,獲得2013—2017年5年測量數據,以年際間為重復,氣候為主區,土壤為主裂區,其他因素為副裂區,采用裂裂區試驗統計方法進行匯總分析。結果 不同氣候條件下小米的品質有明顯差異。沁縣氣候條件下,小米多數氨基酸(蛋氨酸、丙氨酸、胱氨酸除外)含量、氨基酸總量、粗蛋白、VB2、鉀、銅、鋅含量都較高,且小米中有較高的膠稠度、較低的糊化溫度和低的直鏈淀粉,而在長治氣候條件下,小米的脂肪含量較高。不同土壤條件下,紅黏土上谷子的產量顯著高于褐壤土上谷子的產量,小米的品質也存在明顯差異。紅黏土上種植的小米中蛋氨酸、甘氨酸、胱氨酸、異亮氨酸、鎂、鐵、銅的含量較高,而褐壤土上種植的小米中氨基酸、蛋白質、膠稠度、直鏈淀粉、VB1、鈣、鉀、磷、鈉、鋅含量較高。尤其是,褐壤土上種植的小米硒含量顯著高于紅黏土上種植的小米,紅黏土上種植的小米中脂肪含量顯著高于褐壤土上種植的小米中的脂肪含量。結論 氣候、土壤因素影響小米品質、適口性及各種礦物質元素的積累。沁縣氣候條件有利于多數氨基酸、蛋白質和維生素的積累,該氣候下生產的谷子有較低的糊化溫度、較高的膠稠度和低的直鏈淀粉,所以該氣候條件種植的小米營養品質優良,而且適口性好;紅黏土種植的谷子有利于小米鎂、鐵、銅的積累,褐壤土有利于氨基酸、蛋白質和VB1的積累,紅黏土谷子的產量顯著高于褐壤土谷子的產量,褐壤土生產的谷子可獲得富硒小米。總之,氣候因素對小米的適口性影響較大,土壤因素影響小米品質及各種礦物質元素的積累。
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    47. 北方強冬性甘藍型冬油菜品種(系)抗寒性評價
    蒲媛媛,趙玉紅,武軍艷,劉麗君,白靜,馬驪,牛早霞,金姣姣,方彥,李學才,孫萬倉
    中國農業科學    2019, 52 (19): 3291-3308.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.002
    摘要145)   HTML12)    PDF(pc) (6346KB)(107)    收藏

    【目的】 通過對12個北方強冬性甘藍型油菜的抗寒性進行比較,并運用3種鑒定方法對其抗寒性進行明確劃分,為北方甘藍型冬油菜抗寒性改良提供科學可靠的鑒定方法及優良的抗寒種質。【方法】 以12個北方強冬性甘藍型油菜為材料,通過觀察記載冬前植株形態、統計田間越冬率、計算半致死溫度(LT50)、測定冬前低溫下生理指標和比較分析冬油菜春播后品種(系)間生長發育的差異、春化率的差異與抗寒性的關系,來比較分析品種間抗寒性的差異,接著運用LT50、隸屬函數綜合評價法和春化差異比較的方法對參試材料的抗寒性強弱進一步進行了明確劃分。【結果】 參試材料在甘肅天水(34°60′N,海拔1 084—1 650 m)越冬率為92.1%—97.8%,北移至蘭州(36°73′N、海拔1 517 m)和上川(36°03′N、海拔2 150 m),越冬率大幅度降低,蘭州越冬率為36.0%—78.6%(地膜覆蓋),上川越冬率僅為0—14.4%(地膜覆蓋),甘肅農業大學新育成的16TS 309-4、16TS 306-3、16TS 309-10、15NS 45-4、2016 8(G)和2016TSG(10)強冬性甘藍型冬油菜品系,平均越冬率為10.2%—14.4%(上川)。上述品系越冬前植株生長習性趨于匍匐生長,心葉色和幼莖色呈黃綠色或紫色,葉片顏色深綠,地下部干物質積累大于地上部,根冠比增加,介于0.23—0.95,且差異顯著(P<0.05)。低溫條件下,葉片的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)酶活性、可溶性蛋白質(soluble protein)、可溶性糖(soluble sugar)和游離脯氨酸(proline)含量相對較高,且LT50較低,在-13.4—-5.7℃。冬油菜春播后,12個參試材料的田間春化率介于4.05%—87.65%,2016TS(G)10春化率最低,為4.05%,小區平均株高為10.77 cm,未現蕾階段的植株薹高10.50 cm,現蕾階段的植株薹高17.10 cm,均為品種(系)間最低。相關性分析表明,春化率與平均株(薹)高、成熟期植株所占比例和LT50極顯著正相關,相關系數達0.90—0.96,與越冬率、綜合評價(D)值、CAT、POD、SP呈極顯著負相關,相關系數為-0.96—-0.63。【結論】 在中國北方,冬油菜適時春播,可通過田間春化率的差異、植株生育時期的差異及平均株(薹)高的差異來評價冬油菜抗寒性的強弱。甘肅農業大學新育成的7個甘藍型冬油菜品系,在北緯36°03′,海拔2 150 m的地區可以越冬,抗寒性顯著優于天油14和天油2288(天水市農業科學研究所選育)及新油23(新疆農業科學院選育)。

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    48. 不同顏色地膜和種植密度對春玉米田間地溫、耗水及產量的影響
    孫仕軍,朱振闖,陳志君,楊丹,張旭東
    中國農業科學    2019, 52 (19): 3323-3336.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.004
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    【目的】 探求不同顏色地膜和種植密度對東北雨養區春玉米田間地溫、耗水量、產量和降水利用效率的影響,進一步挖掘旱作雨養玉米水分生產潛力。【方法】 2016—2018年開展了3種覆蓋處理(裸地、透明地膜覆蓋和黑色地膜覆蓋)和3種種植密度(60 000、75 000和90 000株/hm 2)的栽培試驗,定位監測0—25 cm土壤耕層溫度和0—120 cm土壤水分動態變化,結合作物產量分析農田水分利用效率。【結果】 在生育前期,透明地膜覆蓋處理土壤耕層積溫顯著高于黑色地膜覆蓋處理,黑色地膜覆蓋處理土壤耕層積溫顯著高于裸地處理;種植密度的增加使得玉米拔節期以后的土壤耕層積溫下降;從全生育期耗水量看,黑色地膜和透明地膜覆蓋處理間無顯著差異,但均顯著低于裸地處理;無論在平水年還是枯水年,玉米耗水量均隨種植密度的增加而增加;黑色地膜覆蓋玉米產量和水分利用效率顯著提高,平均較透明地膜分別高4.3%和4.6%,較裸地分別高9.2%和13.3%;在相同覆蓋處理下,產量和水分利用效率隨著種植密度的增加而增加;在高密度處理下,地膜覆蓋明顯提高經濟效益,黑色地膜覆蓋平均比透明地膜覆蓋獲得的利潤多807.82元/hm 2【結論】 黑色地膜覆蓋結合高密度(90 000株/hm 2)栽培模式,在保證玉米高產的基礎上,水分利用效率達到最高,本研究可為東北雨養旱作玉米進一步挖掘降水生產潛力及增產增效提供參考。

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    49. 不同品種蘋果果膠含量及結構差異分析
    曹風,劉璇,畢金峰,吳昕燁,張彪,劉嘉寧
    中國農業科學    2019, 52 (13): 2328-2340.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.011
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    【目的】比較分析不同品種蘋果原料果膠結構的差異性,為品種識別提供幫助,為蘋果相關產品的加工以及蘋果副產物的利用提供理論數據基礎。【方法】以來自全國7個產區的14個品種20份蘋果樣品為研究對象,由每份蘋果的細胞壁物質(alcohol-insoluble residue,AIR)提取3種類型果膠:水溶性果膠(water-soluble pectin,WSP)、螯合性果膠(CDTA-soluble pectin,CSP)及堿溶性果膠(Na2CO3-soluble pectin,NSP),研究分析果膠的半乳糖醛酸(galacturonic acid,GalA)含量、酯化度、重均分子量(weight-average molar mass,Mw)、中性糖含量以及結構官能團,并進行主成分分析以及熱圖分析。【結果】不同品種蘋果樣本間果膠特性存在一定差異性。3種類型果膠含量以NSP半乳糖醛酸含量最多,WSP次之,CSP含量最少,最富含果膠含量的蘋果品種是‘澳洲青蘋’(215.75 mg GalA·g-1 AIR),產自不同地區的‘富士’(棲霞、新疆、青島‘煙6’、河北‘三優’)蘋果的各果膠半乳糖醛酸含量有著較大的差異;‘秋錦’的WSP甲酯化度最高,CSP的甲酯化度偏高,且大多數為高酯化度果膠;WSP的乙酰化度均在3.5%以下;WSP的Mw在各品種蘋果間差異性最為顯著,遼寧‘華月’WSP的Mw最高;‘紅將軍’WSP的Mw/Mn高于其他品種,但其CSP的Mw/Mn低于其他品種;Mw/Mn在3種類型果膠間差異性較小;中性糖含量組成均以鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖3種單糖居多,巖藻糖、木糖、甘露糖呈微量狀態,葡萄糖存在居多的原因可能是在果膠的提取過程中,有可溶性淀粉、糊精或低聚糖混雜;各果膠以同型聚半乳糖醛酸和鼠李聚半乳糖醛酸II型結構為主,且果膠側鏈較多;主成分分析得出蘋果樣本間的主要差異性指標為WSP的半乳糖含量、阿拉伯糖含量、巖藻糖含量以及CSP的半乳糖含量、鼠李糖含量、中性糖比率(鼠李糖與半乳糖醛酸含量的比值)。【結論】不同品種蘋果原料中3種類型果膠的含量及其結構存在一定的差異性,具有父本、母本等基因雜交關系的蘋果品種的果膠結構特點間存在關聯性,研究可為蘋果育種與種植結構調整提供理論支持。

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    50. 側深施氮對機插水稻產量形成及氮素利用的影響
    朱從樺, 張玉屏, 向鏡, 張義凱, 武輝, 王亞梁, 朱德峰, 陳惠哲
    中國農業科學    2019, 52 (23): 4228-4239.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.23.004
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    【目的】水稻機插同步側深施肥是一項新興的技術,正在迅速發展。深入探究不同類型氮肥機械側深施用對機插水稻產量及氮素利用效率的影響,有利于提高水稻機械化種植水平,為機插水稻節本增效提供理論依據。【方法】2017年和2018年開展大田試驗,采用完全隨機區組試驗設計,設置5種施氮處理,即不施氮肥(N0)、尿素撒施(CUB)、尿素機械側深施(CUM)、控釋尿素撒施(CRUB)和控釋尿素機械側深施(CRUM),測定水稻物質生產特性、氮素積累分配、氮素利用效率、產量及產量構成因素。【結果】2年各施氮處理對水稻產量形成、氮素利用的影響基本一致。與尿素相比,控釋尿素可以顯著提高水稻干物質積累量、氮素積累量、氮肥利用率以及稻谷產量;2017年成熟期干物質積累量和氮素積累量、氮肥吸收利用率(NRE)、氮肥農學效率(NAE)和稻谷產量分別增加3.22%、17.50%、46.00%、17.79%和3.72%,2018年相應增幅分別為8.77%、13.27%、32.07%、12.74%和3.32%。與人工撒施相比,機械側深施可以顯著提高氮肥利用率,2017年NRE和NAE分別增加17.91%—43.14%和19.61%—37.39%;2018年NRE和NAE分別增加53.80%—54.10%和21.11%—35.11%。與人工撒施相比,機械側深施肥處理的產量分別增加4.46%—6.95%(2017年)、5.55%—8.11%(2018年);增產的主要原因是其具有更多有效穗數和穎花總量。齊穗至成熟期,CRUM處理莖葉鞘氮素積累量和莖葉氮素表觀轉移量(TNT)均顯著高于其他施氮處理。此外,在穗分化期和齊穗期,相比其他施氮處理,CRUM處理的氮素積累量、SPAD值、干物質積累量均顯著增加。【結論】控釋尿素機械側深施(CRUM)是一種能提高機插水稻產量和氮素利用的有效施肥方法。

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