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當期目錄

    2015年 第48卷 第3期 刊出日期:2015-01-31
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    不同環境下水稻株高和穗長的QTL分析
    姚曉云,李清,劉進,姜樹坤,楊生龍,王嘉宇,徐正進
    中國農業科學. 2015, 48(3):  407-414.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.01
    摘要 ( 496 )   HTML ( 11 )   PDF (1965KB) ( 971 )   收藏
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    【目的】水稻株高和穗長是影響水稻產量的2個重要因素,選育長穗大粒和株高適中的品種將對水稻的增產有非常重要的意義。通過對株高和穗長進行多環境QTL分析,鑒定穩定表達的株高和穗長的主效QTL,增加對株高和穗長遺傳行為的了解,為水稻株型育種提供參考。【方法】首先,以遼寧省超級粳稻品種沈農265和云南省的地方粳稻品種麗江新團黑谷雜交衍生的粳-粳交重組自交系(recombinant inbredline,RIL)群體為試驗材料,采用QTL IciMapping v3.0軟件基于完備復合區間作圖法在多環境條件下(沈陽,2011;海南,2012年;沈陽,2013年)對株高和穗長進行QTL分析;其次,基于上面定位的結果,結合已發表的文獻和水稻數據庫中的相關數據,對在3種環境條件下檢測到的主效QTL進行比較分析,確定其可靠性;最后,采用主效QTL-BSA法(Bulked Segregant Analysis of Major QTL)對3種環境條件下檢測到的主效QTL進行分析,進一步縮小目標QTL的區間范圍。【結果】在3種環境條件下,沈農265和麗江新團黑谷的株高和穗長均存在顯著差異,在RIL群體中,株高和穗長存在較大幅度變異,呈現雙向超親分離,近似于正態分布,這表明株高和穗長均為多基因控制的數量性狀。在3種環境下,共檢測到9個與株高和穗長相關的QTL,包括5個株高QTL,分布于第6、7、9和12染色體上,LOD介于2.67—19.39,加性效應值在-17.68—2.90,單個QTL貢獻率為4.25%—37.35%;4個穗長QTL,分布于第6、7和9染色體上,LOD介于3.57—23.18,加性效應值在-3.22—1.42,單個QTL貢獻率為11.30%—61.62%。有5個QTL被單獨檢測到,僅有4個QTL能在2個或3個環境中被檢測到。其中,位于第9染色體上相同區間的qPL9a和qPH9能在3種環境中被檢測到,而位于第7染色體上相同區間的qPH7qPL7b分別能在2種或3種環境中被檢測到,增效等位基因均來自麗江新團黑谷。同時,依據已發表的相關文獻和Gramene網站對所定位的主效QTL進行整合分析,在第7染色體上的RM10—RM248區域存在一個油菜素內酯的信號轉導調控因子基因OsBZR1和8個控制株高或穗長相關的QTL,在第9染色體上的RM566—RM242區域存在多個赤霉素合成或油菜素內酯合成相關基因和9個控制株高或穗長相關的QTL,進一步驗證了所檢測到的主效QTL的可靠性。利用主效QTL-BSA分析法將第9染色體上控制株高和穗長的QTL-qPHL9qPL9aqPH9)定位在RM1189—RM24457,物理距離522.46 kb,而將新發現的第7染色體QTL-qPHL7qPL7bqPH7)定位在RM478—RM429,物理距離為856.49 kb。【結論】3種環境中,在沈農265和麗江新團黑谷的RILs群體分別檢測到5個控制株高和4個控制穗長的QTL,其中位于第9染色體上的主效QTL-qPHL9同時影響株高和穗長,在3種環境中均能被檢測到,位于第7染色體上的主效QTL-qPHL7同時影響株高和穗長,該位點能在2種環境中被檢測到,是一個新的多效性QTL位點。
    1970s—2000s中國高粱雜交種親本遺傳距離演變的SSR分析
    王瑞,王金勝,張福耀,程慶軍,田承華,凌亮
    中國農業科學. 2015, 48(3):  415-425.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.02
    摘要 ( 255 )   HTML ( 1 )   PDF (687KB) ( 421 )   收藏
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    【目的】對中國高粱不同時期主干品種的遺傳背景進行分析,全面系統了解高粱雜交種及其親本的親緣關系、遺傳多樣性及種群間遺傳距離的大小,可以減少親本選配的盲目性,有效提高雜交育種工作的預見性。應用SSR標記技術分析高粱親本及其F1的遺傳差異,探討中國高粱品種的遺傳多樣性及其高粱雜種優勢利用以來的優勢種群演變。【方法】通過對20世紀70年代以來最具代表性的中晚熟區雜交種及其親本進行SSR標記遺傳距離分析,從分子水平上分析中國高粱雜交種優勢類群,研究高粱的育種進展以及雜種優勢利用的演變特點。【結果】利用109對引物對55份材料進行擴增,結果表明,47對引物有較好的多態性,共得到等位基因變異373個,平均每個等位基因檢測到多態性位點7.5個,多態性位點變化范圍為2—14個。供試材料標記位點的PIC變化范圍為0.0351—0.8836,平均為0.6085。55個材料間的遺傳距離變幅為0.0889-0.9500,平均為0.6011。聚類分析將55份高粱材料聚成4類,聚類結果與根據地理來源、遺傳背景的分類結果基本一致。不同年代雜交種親本間的平均遺傳距離在1970-1980年代呈上升趨勢,之后略有下降。對不同雜種優勢模式親本間的遺傳距離進行分析,得出Durra種群不育系×中國高粱恢復系和傾中國高粱恢復系、Kafir-caudatum種群不育系×中國高粱恢復系和傾中國高粱恢復系遺傳距離遠,產量高,因此,雜種優勢利用模式應以Durra高粱×中國、傾中國高粱,Kafir-caudatum高粱×中國、傾中國高粱模式為主。【結論】高粱親本間的遺傳距離與雜種優勢水平有較密切的關系,高粱親本的選配應充分考慮遺傳距離。
    豇豆屬食用豆類間的遠緣雜交
    劉長友,范保杰,曹志敏,蘇秋竹,王彥,張志肖,程須珍,田靜
    中國農業科學. 2015, 48(3):  426-435.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.03
    摘要 ( 331 )   HTML ( 3 )   PDF (960KB) ( 607 )   收藏
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    【目的】明確豇豆屬下不同食用豆種間的雜交親和性,為開展豇豆屬食用豆遠緣雜交育種提供參考。【方法】以綠豆、小豆、黑吉豆、飯豆、豇豆5種主要的豇豆屬食用豆栽培豆種和Vigna minimaVigna nakashimaeVigna riukiuensis 3種小豆、飯豆的近緣野生種為親本,進行豇豆屬下食用豆種間的遠緣雜交,并對“綠豆×小豆”、“飯豆×小豆”、“小豆×飯豆”的雜種幼胚進行幼胚拯救。通過調查雜交成莢率和雜種F1的農藝性狀表現,分析豇豆屬下不同食用豆雜交組合間的雜交親和性。【結果】各食用豆種間親緣關系的遠近及母本的選擇影響遠緣雜交結果。除包含豇豆種的雜交組合外,其他食用豆種間正反交雜交組合均能夠結莢,雜交莢和雜交籽粒的發育程度在各組合間存在差異。“綠豆×黑吉豆”、“小豆×Vigna minima”、“小豆×Vigna nakashimae”、“小豆×Vigna riukiuensis”4個雜交組合不存在受精前的遺傳障礙,雜交成莢率較高,幼胚發育階段存在不同程度的發育障礙,但均可以獲得能夠正常出苗的雜交籽粒,F1 植株結實率降低。綠豆和飯豆間正反交均能夠結莢,但綠豆作母本時的成莢率顯著高于飯豆作母本時的成莢率,且能夠收獲成熟的雜交莢和雜交籽粒。F1植株高度不育,即使與綠豆或飯豆回交也均不能獲得有活力的后代種子。“綠豆×小豆”、“飯豆×小豆”2個雜交組合不存在受精前的雜交障礙,然而在受精后幼胚生長階段卻存在發育障礙。通過幼胚拯救可以獲得兩者的后代植株,前者F1高度不育,后者F1可育,但結實率降低。其他雜交組合間存在雜交莢發育一段時間后干枯或掉落、雜交籽粒胚敗育等現象,未能獲得后代植株。【結論】綠豆作母本與黑吉豆、小豆、飯豆雜交更利于雜交莢和雜交籽粒的發育;黑吉豆與小豆、飯豆雜交時存在胚敗育現象;飯豆作母本與小豆雜交經幼胚拯救可以獲得可育的F1植株;小豆與近緣野生種的雜交親和性優于飯豆;豇豆與其他食用豆類間雜交均未成功
    農業信息技術
    作物根系構型三維探測與重建方法研究進展
    溫維亮,郭新宇,趙春江,王傳宇,肖伯祥
    中國農業科學. 2015, 48(3):  436-448.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.04
    摘要 ( 533 )   HTML ( 3 )   PDF (1909KB) ( 925 )   收藏
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    根系是作物獲取水分和養分的重要器官,由于土壤的觀測阻礙,根系三維形態的認知與表達成為作物根系深入研究的瓶頸。三維數字化、可視化是研究和認知作物形態結構的重要方法,研究具有表征根系長相長勢及土壤中水分、養分等物質對作物根系構型的影響具有重要意義。本文從三維角度,綜述了近年來作物根系構型探測手段、三維重構與可視化方面的研究進展。首先從破壞性探測與原位探測兩方面介紹了近年來根系構型三維探測的方法。破壞性探測主要包括直接挖掘法、土塊保護挖掘清洗法和平板掃描圖像分析法,破壞性探測方法在獲取全局或局部根系拓撲結構與平面幾何構型參數方面具有較大優勢;原位探測方法主要包括土壤中安置觀察裝置法、地面穿透雷達法、特殊培養環境法、CCD相機法、三維數字化方法及穿透射線成像法等,作物根系的原位探測保持了根系構型的空間分布信息,但大部分方法僅能針對作物生長初期或可控生長環境下的作物根系開展數據獲取。由于作物根系探測數據大多以局部二維圖像形式存在,文章綜述了基于二維圖像的作物根系平面幾何構型解析的相關內容,包括基于二維圖像的根系識別與參數提取的算法與相關軟件。分析表明,目前作物根系數據獲取仍存在:(1)數據獲取費時費力;(2)方法局限性大;(3)數據完整性低;(4)各種方法所獲取數據融合應用度低等問題。在根系探測的基礎上,從三維建模與生長建模兩方面介紹了作物根系三維建模與可視化方面的相關工作。其中,根系三維建模包括了基于模擬算法的幾何建模和基于原位探測的三維重建兩部分,基于模擬算法的幾何建模是在人們對作物根系認識的基礎上,結合計算機模擬算法,構建與實際根系具有形態相似性的根系三維幾何模型;與之相比,基于原位探測的三維重建更能真實地反映作物根系的實際形態,其主要包括XCT、三維數字化等方法。最后,文章展望了數據缺失條件下的作物根系三維重建研究,認為在目前技術手段前提下,已可實現根系拓撲結構三維解析,但根系的空間分布重建難度較大,尤其是在大田環境下作物根系原位測量的前提下;此外,目前作物根系三維數據主要存在著數據缺失、各種數據各為己用等問題,認為有必要將小子樣理論與數據融合相關方法引入到作物根系三維重建研究,實現缺失數據條件下有效利用多種數據獲取手段的作物根系三維重建。
    基于語音識別的農產品價格信息采集方法
    許金普,諸葉平
    中國農業科學. 2015, 48(3):  449-459.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.05
    摘要 ( 232 )   HTML ( 2 )   PDF (453KB) ( 535 )   收藏
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    【目的】將語音識別技術應用到農產品價格信息采集中,面向非特定人和限定詞匯量的漢語普通話連續語音識別,提出一種適合于農產品價格采集環境的語音識別魯棒性方法;以隱馬爾科夫模型為基礎,訓練出適合該環境下的聲學模型,以緩解因測試環境和訓練環境不匹配而導致的識別率降低,進一步提高識別率。【方法】在數據采集和處理階段,首先根據要識別的限定詞匯按照一定的語法規則構建轉換文法,利用該文法生成的腳本指導訓練集和測試集錄音;然后選擇不同的農產品價格采集環境和不同的說話人進行語音采集,并進行準確的人工切分,最后構建出語音語料庫;在模型訓練階段,選擇自左向右無跳轉結構的連續混合密度隱馬爾科夫模型,對訓練集中的數據提取39維的MFCC特征向量,用于模型訓練。首先以單音素為建模單元,并分別訓練基于隱馬爾科夫模型的男聲模型、女聲模型及男女混合聲學模型;然后,考慮到單音素穩定性差和易受協同發音現象影響等因素,以上下文相關的三音素為識別單元建模,重新訓練上述模型;針對三音子建模單元帶來的模型數量大量增加,進而造成的訓練樣本不足問題,采用決策樹狀態聚類方法來改善該問題;決策樹的構建過程中,利用語音學知識,根據聲母發音方式、發音部位的不同以及韻母構成、韻頭的不同,劃分出若干聲韻母集合實現了二值問題集的設計;在此基礎上,用增加混和高斯分量的方法來進一步使得模型描述更加精確;最后,為了解決信道的乘性噪聲問題,在采用上述策略的同時利用CMN和CVN方法來緩解測試環境與訓練環境不匹配問題,最終訓練得到了相應的男聲模型和女聲模型。在測試階段,對采用上述各方法后得到的不同模型,分別采用相同的測試集進行試驗,得出不同方法下的句子識別率、詞識別率以及精準度。【結果】三音子聲學模型的識別性能明顯優于單音素聲學模型,女聲模型和男聲模型的性能均優于男女混合聲學模型決策樹聚類方法對識別率的提高不明顯但可以明顯減少三音子模型的數量,混合高斯分量的增加對識別率具有一定提高但同時帶來計算量的增加,CMN和CVN方法可以明顯提高系統的識別性能。通過對不同地點和不同說話人進行測試,最終識別率男性為95.04%,女性為97.62%。【結論】語音識別技術應用到農產品價格信息采集過程中是可行的。本文提出了一種農產品價格采集環境下提高語音識別率的方法,試驗證明通過該方法訓練出的模型具有較好的識別性能,本研究方法為日后應用系統的開發奠定了基礎。
    基于現代信息技術的蔬菜安全預警與追溯平臺建設
    刁海亭,聶宜民
    中國農業科學. 2015, 48(3):  460-468.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.06
    摘要 ( 291 )   HTML ( 6 )   PDF (1326KB) ( 599 )   收藏
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    【目的】借助現代信息技術,實現蔬菜從生產到銷售整個環節質量安全的預警與追溯。【方法】以蔬菜為研究對象,以國家蔬菜生產基地——壽光市為示范區,圍繞壽光市蔬菜質量安全監管和溯源管理的信息化需求,采用WebGIS、物聯網、條碼識別、數據庫等多種現代信息技術,研究蔬菜物流數據的采集和存儲形式,并探索蔬菜質量安全預警與追溯平臺的建設。【結果】結合物聯網數據采集技術,采用SQLServer2008作為前臺建立了一套屬性數據庫,包括產地蔬菜數據、蔬菜加工環節數據、蔬菜運輸環節數據、蔬菜銷售環節數據等。利用GIS功能制作了一套蔬菜質量安全相關空間數據,包括山東省道路圖、壽光市采樣點圖、壽光市土壤養分圖等。在此基礎上,建立了一套切實有效的蔬菜質量安全預警與追溯平臺。平臺設計結合各種信息技術及壽光市蔬菜安全生產業務的需要,同時充分考慮數據的保密性和用戶的需求,將平臺劃分為四大模塊:數據查詢、蔬菜質量安全預警、蔬菜質量安全追溯、輔助工具。實現的功能主要包括:蔬菜信息錄入編輯,蔬菜產品信息及運送信息查詢、地理坐標查詢,實時預警,蔬菜質量安全追溯,蔬菜空間立體信息展示,蔬菜物流運輸路徑優化,蔬菜產地土壤養分統計,蔬菜產地土壤養分插值,網絡視頻監控等。其中實時預警功能利用物聯網實時獲取數據的特點,將采集的坐標、溫度、濕度、時間等信息傳送到平臺服務器,該平臺對蔬菜的溫度、濕度、保質期等進行實時監測、預警,確保蔬菜的質量安全;蔬菜質量安全追溯功能根據蔬菜條形碼和記載的物流坐標,在地圖上對物流配送路徑進行追溯;路徑分析功能可以根據蔬菜運輸的出發地和目的地進行路徑的最優設計;蔬菜空間立體信息展示功能可以實現從土壤到地面再到大氣的整個垂直面的立體化展示,是空間、時間不同節點信息數據的立體化集成。【結論】本研究充分利用GIS技術更形象地展示了蔬菜從開始種植到最后銷售所有環節的信息,對蔬菜質量安全管理的提升有很大的幫助,一定程度上對政府相關部門監管蔬菜安全起到了很好的輔助決策功能。
    植物保護
    千金子對水稻生長的影響及其經濟閾值
    吳尚,張紀利,李保同,湯麗梅
    中國農業科學. 2015, 48(3):  469-478.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.07
    摘要 ( 265 )   HTML ( 2 )   PDF (399KB) ( 479 )   收藏
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    【目的】千金子是直播稻田的惡性雜草,嚴重危害水稻生長發育,降低水稻產量。研究直播稻田千金子對水稻生長的影響及其經濟閾值,為制定稻田千金子的防治指標和措施提供科學依據。【方法】在大田條件下,采用添加系列試驗法研究不同密度千金子(0、1、3、6、9、12、15、18和21株/m2)對直播中稻和雙季早、晚稻生長和產量的影響,采用模型擬合法研究不同密度千金子與水稻產量構成因子及其損失率間的函數關系,依據經濟危害允許水平(EIL)公式推導不同類型稻田千金子的防治經濟閾值。【結果】直播水稻在千金子的競爭干擾下,植株的株高、分蘗數、有效穗數、每穗實粒數、千粒重及產量均隨千金子密度的增加而逐漸降低。與無千金子對照比較,在千金子密度為21株/m2時,早稻、中稻和晚稻株高分別下降11.73%、4.80%和7.82%,分蘗力分別下降22.08%、29.67%和19.22%,有效穗數分別下降12.00%、25.57%和21.43%,每穗實粒數分別下降13.28%、15.07%和14.82%,千粒重分別下降12.11%、11.99%和7.03%,從而導致產量分別降低39.22%、44.36%和37.80%。采用二次曲線函數y=ax2+bx+c可較好地擬合千金子密度與早稻(y=-0.0037x2-0.1389x+57.2631P<0.001)、中稻(y=-0.0007x2-0.0816x+77.0617P<0.001)和晚稻(y=-0.0006x2-0.2032x+78.0150P<0.001)株高的關系,與早稻(y=0.0229x2-3.5944x+331.5809,P<0.001)、中稻(y=-0.0529x2-5.3734x+464.9348,P<0.001)和晚稻(y=0.0302x2-3.7612x +399.7899P<0.001)分蘗力的關系,以及與早稻(y=-0.0259x2-1.3288x+282.2607,P<0.001)、中稻(y=0.0208x2-4.9362x +366.0443,P<0.001)和晚稻(y =0.0412x2-3.6170x+326.3593,P<0.001)有效穗數的關系;而采用對數函數y=alnx+b可較好地擬合千金子密度與早稻(y=-2.8309lnx+87.8309,P<0.001)每穗實粒數的關系,二次曲線函y=ax2+bx+c可較好地擬合中稻(y=0.0434x2-1.6046x+94.9940,P<0.001)和晚稻(y=0.0084x2-0.8042x+93.7427,P<0.001)每穗實粒數的關系。同時,采用二次曲線函數y=ax2+bx+c還可較好地擬合千金子密度與早稻(y=0.0051x2-0.2633x+27.1196,P<0.001)、中稻(y=-0.0003x2-0.1312x+25.7605,P<0.001)和晚稻(y=-0.0022x2-0.0335x+26.0215,P<0.001)千粒重的關系,以及與早稻(y=2.1426x2-144.7765x+6674.9628,P<0.001)、中稻(y=5.3452x2-298.2884x+8933.8063,P<0.001)和晚稻(y=1.4743x2-156.4516x+7906.4028,P<0.001)產量的關系;而早稻、中稻和晚稻產量損失與千金子密度之間的關系分別以冪函數y= 8.6313x0.4757P<0.001)、y=2.5916x0.9722P<0.001)和y=4.6306x0.6864P<0.001)擬合的效果最佳。在早稻、中稻和晚稻產量水平分別為7 500、9 750和8 625 kg·hm-2時, 人工防除千金子的經濟危害允許水平分別為12.73%、8.80%和10.07%,經濟閾值分別為2.26、3.52和3.56株/m2;使用氰氟草酯嗪草酮進行化學除草時,早稻、中稻和晚稻的經濟危害允許水平分別為2.26%—2.72%、1.56%—1.88%和1.77%—2.12%,經濟閾值分別為0.06—0.09、0.59—0.72和0.25—0.32株/m2。【結論】千金子對水稻的抑制效應與其密度呈正相關,早稻、中稻和晚稻間存在差異;通過對經濟閾值分析,化學藥劑防治千金子的經濟閾值表現為早稻<晚稻<中稻。
    蘋果褐斑病在山東半島中部的周年流行動態
    董向麗,高月娥,李保華,雍道敬,王彩霞,李桂舫,李寶篤
    中國農業科學. 2015, 48(3):  479-487.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.08
    摘要 ( 338 )   HTML ( 1 )   PDF (443KB) ( 522 )   收藏
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    【目的】褐斑病是中國蘋果葉部的重要病害,主要導致蘋果樹早期大量落葉。研究旨在明確褐斑病的周年發生動態,確定病害的關鍵防治時期,為病害的流行預測和防控提供參考。【方法】2009和2010年3—7月份,每隔15 d自山東萊陽和青島兩地的蘋果園內定期采集落地病葉,隨機挑取病葉正面的子實體,鏡檢已形成擬分生孢子和子囊孢子的子實體,依據擬分生孢子盤和子囊盤在子實體中所占百分率,分析越冬病菌的發育動態。2008—2010年6—10月份,在山東萊陽和青島的果園內,每隔15 d定樹定枝系統調查同一批枝條上所有葉片的發病率和落葉率,將系統調查數據擬合邏輯斯蒂模型,獲得能描述褐斑病發病動態的模型參數。2010和2012年9—11月份,每隔10 d從蘋果樹上隨機摘取具有典型癥狀的蘋果褐斑病葉,切取分生孢子盤,鏡檢分生孢子盤上小型孢子和分生孢子各占的比率,根據小型孢子在分生孢子盤上所占的相對比率的變化,分析褐斑病菌的發育動態。【結果】蘋果褐斑病菌在越冬病葉上能產生擬分生孢子和子囊孢子兩種類型的孢子。擬分生孢子于3月初至6月底形成,高峰期出現在5月中旬。自蘋果樹萌芽期開始,擬分生孢子就可以隨雨水濺散傳播,侵染樹體下部葉片。擬分生孢子侵染的葉片,大部分于6月底之前脫落,對褐斑病后期流行作用不大。子囊孢子于5月中旬至6月底成熟,可以隨氣流傳播侵染樹體上部葉片,是導致蘋果褐斑病后期流行的主要初侵染菌源。子囊孢子侵染的葉片自7月上中旬開始發病,初侵染形成的病葉率低于2%。7月份,初侵染病斑大量產孢,并進行再侵染,病原菌不斷積累,7月底病葉率可增長至5%左右。8月份,初侵染病斑和再侵染病斑大量發病,并產孢侵染,導致病葉率迅速增加。8月下旬褐斑病發病達高峰期,12 d后形成落葉高峰。6—9月份蘋果褐斑病的累積病葉率和累積落葉率隨時間的變化動態可用邏輯斯蒂模型描述。進入9月份,褐斑病菌開始產生小型孢子(性孢子),小型孢子在分生孢子盤上所占比率呈直線增長。10月份褐斑病菌逐漸停止產生分生孢子,進入越冬預備期。【結論】蘋果褐斑病在山東半島中部的周年流行動態可劃分為4個階段:自蘋果萌芽至6月底為褐斑病菌的初侵染期。其中5月下旬到6月底是子囊孢子的初侵染期,也是全年防治褐斑病的第1個關鍵時期。7月份為褐斑病的指數增長期,也是全年防治褐斑病的第2個關鍵時期。8—9月份是褐斑病的邏輯斯蒂增長期,也是褐斑病的盛發期。10月份褐斑病菌進入越冬預備期。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    長期施肥對洞庭湖雙季稻區水稻土有機碳、氮積累及其活性的影響
    李文軍,彭保發,楊奇勇
    中國農業科學. 2015, 48(3):  488-500.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.09
    摘要 ( 373 )   HTML ( 1 )   PDF (490KB) ( 697 )   收藏
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    【目的】土壤有機質及其活性是評價土壤肥力的重要指標,研究洞庭湖區典型雙季稻輪作水稻土總有機碳、全氮積累及其活性對長期不同施肥的響應特征,為稻田施肥管理和土壤培肥提供科學依據。【方法】依托國家稻田土壤肥力與施肥效應長期試驗平臺,以不施肥處理(CK)為對照,研究農戶習慣施氮磷鉀化肥(CF)、施氮鉀化肥(NK)、均衡施氮磷鉀化肥(NPK)、低量有機肥與氮磷鉀化肥配施(LOM,有機肥氮比例為30%)、高量有機肥與氮磷鉀化肥配施(HOM,有機肥氮比例為60%)影響下0—20和20—40 cm土層土壤總有機碳(TOC)、全氮(TN)含量及儲量積累效應、有機碳氮活性組分含量及其比例的變化特征。【結果】26年不施肥0—20 cm土層土壤TOC含量基本穩定,僅較原始土壤增加0.64 g·kg-1,持續植稻可能是其保持穩定的重要原因。兩土層土壤TOC、TN含量在長期不同施肥后均有顯著增加(P<0.05),但其儲量僅僅在均衡施氮磷鉀化肥特別是與有機肥配施后顯著提升(P<0.05)。0—40 cm土層土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解性有機碳(DOC)、溶解性有機氮(DON)含量變幅分別為64.54—708.76、22.92—92.25、39.06—63.24、10.76—31.87 mg·kg-1,均隨土層加深而下降。施肥后0—20 cm土層土壤MBC、MBN、DOC、DON含量提高34.1%-81.8%、56.1%—134.4%、23.5%—42.0%、20.3%—83.2%,20—40 cm土層則分別提高-3.8%—38.1%、32.5%—78.2%、8.2%—37.5%、9.3%—56.8%,施肥對相同土層土壤MBC、MBN、DOC、DON含量的增加效應均表現出氮磷鉀化肥配施有機肥明顯優于化肥單施的處理效應,但不同化肥處理間0—20 cm土層土壤微生物量碳氮、溶解性有機碳氮含量差異不顯著(P>0.05)。隨土層加深,土壤MBC/TOC、MBN/TN、DON/TN數值顯著降低,而DOC/TOC值則有所增加。長期不同施肥有利于提升土壤總有機碳、全氮中活性組分比例,且以氮磷鉀化肥配施有機肥處理效果最佳,其兩土層土壤總有機碳、全氮中各活性碳氮組分的分配比例均較CK處理顯著提高(P<0.05),且該效應隨有機肥用量增加而增強。土壤MBC、MBN、DOC、DON兩兩之間及與土壤總有機碳、全氮、容重、pH具有顯著或極顯著相關性,與碳氮比、粘粒含量的相關關系不顯著,但總體以土壤微生物量碳氮所獲相關系數高于溶解性有機碳氮。施肥明顯提高早、晚稻產量,兩土層MBC、MBN、DOC、DON均與周年水稻產量呈現正相關性,但相關系數總體上隨土層加深而明顯降低(P<0.05)。【結論】在洞庭湖雙季稻區,長期不同施肥后,相同類型土壤活性有機質組分中活性氮組分含量增加較活性碳組分更明顯,氮磷鉀化肥配施有機肥能顯著提高0—40 cm土層土壤有機碳、氮活性,更有利于土壤總有機碳氮積累及生產力提升,土壤微生物量碳氮可更敏感地預測長期施肥影響下土壤質量的變化。
    不同農作管理措施對東北地區農田土壤有機碳未來變化的模擬研究
    李悅,郭李萍,謝立勇,黃樹青,徐玉秀,趙迅
    中國農業科學. 2015, 48(3):  501-513.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.10
    摘要 ( 318 )   HTML ( 1 )   PDF (844KB) ( 532 )   收藏
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    【目的】研究與探索不同農作管理措施對東北農業土壤有機碳的影響,為東北地區高產高效低碳農業及可持續發展提供科學依據。【方法】不同農作管理措施能夠影響土壤有機碳(soil organic carbon,SOC)的未來變化,該研究基于東北地區4個長期定位試驗站點(黑龍江省哈爾濱站點、吉林省公主嶺站點、吉林省德惠站點、遼寧省沈陽站點)的試驗數據,用站點的實測作物產量和SOC雙標準對DAYCENT模型進行校驗。DAYCENT模型調整的相關參數包括作物參數、耕作方式參數、施肥參數、收獲參數和有機肥參數等,在對所選試驗站點的長期定位試驗結果校驗后,利用已校驗的各項參數,對模型模擬情況進行驗證,發現模型模擬值與實測值吻合良好,表明DAYCENT模型適用于這4個地區的作物產量和SOC模擬,可以較好地模擬SOC的動態變化。進而研究在未來氣候變化情景下(representative concentration pathway 4.5,RCP 4.5),用校驗了的DAYCENT模型對這4個站點在4種不同管理情景(施用化肥、增施有機肥、秸稈還田、免耕)下的SOC變化情況進行模擬。【結果】模擬結果顯示,對于哈爾濱站點,采用有機肥和氮磷鉀化肥配施處理(MNPK)在短時間內使SOC升高較快,而從長遠來看,配施低量有機肥與單施用化肥對SOC增加的斜率基本一致,但由于化肥和有機肥配施(MNPK)處理的初始SOC含量高,其SOC未來含量的絕對值也比較高;對于德惠站點,雖然短時間內,免耕處理SOC低于常耕處理,但長期看來,免耕更有利于增加SOC,其SOC漲幅逐漸高于常耕處理,40年間相對增加了11.88%;公主嶺站點有機肥氮磷鉀化肥配施和氮磷鉀化肥結合秸稈還田措施較單施化肥可顯著提高農田SOC;沈陽站點的未來有機碳模擬發現,在單施化肥情況下,未來的42年內SOC呈略微下降趨勢,相對降低2.83%,從長遠看來,單施化肥并不能使該地區SOC增加,因此,可以考慮采用有機肥和氮磷鉀化肥配施等措施來提高該地區的農田SOC。【結論】DAYCENT模型可以有效地模擬作物產量和土壤有機碳的動態變化,模型適應性較強,同時DAYCENT模型可用于模擬站點未來SOC的動態變化。在東北地區農田土壤管理方面,可通過合理的有機肥化肥配施、推廣免耕和秸稈還田技術來固定土壤碳,最終達到提高土壤有機碳庫和促進農業可持續發展的目標。
    不同覆膜栽培方式對旱地土壤水熱效應及西瓜產量的影響
    馬忠明,白玉龍,薛亮,杜少平
    中國農業科學. 2015, 48(3):  514-522.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.11
    摘要 ( 389 )   HTML ( 3 )   PDF (797KB) ( 588 )   收藏
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    【目的】西瓜是黃土高原旱地的主要經濟作物之一,近年來種植面積逐年擴大。但該區域降水總量不足且時空分布不均,西瓜生產中常遭受前期干旱和后期澇害而導致減產。本研究針對黃土高原旱作區水資源缺乏的現狀,采用壟溝種植,改變栽培方式和覆膜方式,探索適宜西瓜生長的集雨高產栽培模式,實現有效匯集天然降水,以改善土壤水熱效應,提高西瓜產量。【方法】2011—2013在甘肅省慶陽市寧縣太昌鄉開展試驗,研究不同覆膜栽培方式對旱地土壤水分、土壤溫度和西瓜產量的影響。試驗設全覆膜壟上播種(RM)、全覆膜壟上溝播(GM)、全覆膜溝播(TG)、半覆膜壟上溝播(GH)和半覆膜壟上播種(RH)5個處理,采用隨機區組排列,以RH為對照,3次重復。起壟后壟寬100 cm,溝寬30 cm。壟上溝播處理中,集水溝寬20 cm,深10 cm。采用Stow Away Tidbit Temp Logger測定5、10和15 cm土層土壤溫度,烘干法測定0—100 cm土層土壤含水量。種植密度為7 692株/hm2【結果】土壤含水量的變化受集雨作用和西瓜生長影響。在幼苗期,TG、GM和GH處理0—10 cm土壤含水量分別較RH提高41.41%、37.82和32.69%。伸蔓期TG、RM和GH處理0—40 cm土層土壤含水量分別較RH提高13.91%、10.61%和6.75%,結果期GM和GH處理0—40 cm土壤含水量分別較RH提高8.50%和5.49%。成熟期GM、GH、TG和RM處理0—40 cm土壤含水量分別較RH提高10.51%、10.33%、4.98%和3.66%,土壤儲水量由高到低依次為GH>GM>TG>RM>RH。不同處理的溫度日變化呈“S”型負正弦曲線,隨土壤深度的增加,曲線的振幅減小,相位后移,周期增長。日均溫度從大到小依次為RM>RH>GM>TG>GH。土層每加深5 cm,各處理溫度日變化曲線相位依次推移1 h。壟上溫度均高于壟溝,壟上土壤溫度以處理RM最高。不同栽培方式的保溫效果從大到小依次為GM>TG>GH>RH>RM。GM處理連續兩年產量最高,平均較RH提高10.34%,GH處理3年平均產量較RH提高7.66%,增產幅度依次為GM>GH>RM>TG。GM和GH能夠有效富集降雨,增產作用顯著。【結論】3年的試驗驗證了不同覆膜栽培的集雨效果、土壤增溫效果和西瓜增產效果,全膜和半膜覆蓋壟上溝播模式能夠起到集雨增溫保墑的作用,可提高西瓜產量。其推廣應用可有效提高該區降水資源的高效利用,實現西瓜穩產高產,可作為黃土高原旱地西瓜生產的高效栽培新模式。
    園藝
    分子標記輔助甜瓜抗蔓枯病基因的聚合及品種改良
    畢研飛,徐兵劃,錢春桃,郭靜,張永兵,伊鴻平,陳勁楓
    中國農業科學. 2015, 48(3):  523-533.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.12
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    【目的】蔓枯病(gummy stem blight)是一種真菌性土傳病害,是危害甜瓜生產的嚴重病害之一,其存在生理小種的分化,品種即使僅攜帶單個抗病基因,仍會導致甜瓜抗性逐步降低甚至丟失。建立甜瓜抗蔓枯病聚合育種的分子標記輔助選擇體系,選育抗性高且不再分離的聚合抗源自交系和品質優良且高抗甜瓜蔓枯病的改良白皮脆品種(品系),為甜瓜優質、抗病和高產育種提供一種簡單、快捷的選擇方法和重要的中間材料。【方法】利用5份甜瓜單一抗源材料PI140471、PI157082、PI511890、PI482398和PI420145兩兩雜交獲得8份聚合抗源(082-471、082-890、082-398、145-471、145-082、145-890、145-398和890-398)。利用3個不同濃度的蔓枯病病菌孢子液(5×105個/mL、5×107個/mL、5×109個/mL)對8份聚合抗源的F1植株幼苗進行接種鑒定。結合春、秋兩季的接種鑒定結果,篩選得到2份聚合后抗性顯著提高的基因組合145-471和145-398。一方面,以145-471和145-398為材料,利用苗期梯度接種鑒定、分子標記輔助選擇以及農藝性狀觀察,對其自交后代進行逐代篩選至F7。另一方面,選用組合PI420145和PI140471以及PI420145和PI482398作為蔓枯病抗性基因的供體親本,綜合性狀優良的感病甜瓜品種‘白皮脆’為抗性基因受體親本。先分別單向回交5代,在單個基因回交轉移時,利用分子標記檢測結合農藝性狀觀察對回交后代進行篩選。當回交后代的遺傳背景得到一定程度恢復后,再將2個方向的回交后代進行雜交,后自交3代穩定。【結果】聚合抗源對不同濃度的蔓枯病菌均表現為抗,而單一抗源對不同濃度蔓枯病菌表現出選擇性抗性且抗性水平低于聚合抗源。SSR標記CMCT505和CMTA170a在PI140471和PI482398上可分別擴增出189 bp和121 bp的特異性片段,SCAR標記SGSB1800可以在PI420145上擴增出1 800 bp的特異性片段,而145-471(145-398)的聚合單株可以同時擴增出189 bp和1 800 bp(121 bp和1 800 bp)兩條特異片段。聚合抗源145-471(或145-398)的自交F7世代以及改良白皮脆BC5F4世代群體的分子標記鑒定結果顯示,各單株已經成功聚合了Gsb-1Gsb-6(或Gsb-4Gsb-6)兩個抗病基因,抗性不再有分離且農藝性狀穩定一致。初步建立了甜瓜抗蔓枯病聚合育種的分子標記輔助選擇體系,獲得了兩份表現高抗且抗性不再分離的聚合抗源自交系F7和2個以優質品種‘白皮脆’為受體親本的改良白皮脆BC5F4品種(系)。改良白皮脆BC5F4世代表現為高抗甜瓜蔓枯病,且在單果質量、果形指數、果實脆度、果肉質地、果肉厚度和可溶性固形物含量等農藝性狀方面與白皮脆并無顯著差異。【結論】創建的3個分子標記CMCT505、CMTA170a和SGSB1800對抗病基因Gsb-1Gsb-4Gsb-6的選擇具有較高的準確性。初步建立了甜瓜抗蔓枯病聚合育種的分子標記輔助選擇體系,為甜瓜優質、抗病和高產育種提供了一種簡單、快捷的選擇方法,將大大提高育種的效率。改良‘白皮脆’作為抗病育種的新材料,為甜瓜抗病品種的選育和抗病基因進一步聚合提供了材料。
    不同磷水平下4種柑橘砧木的生長狀況、根系形態和生理特性
    樊衛國,羅燕
    中國農業科學. 2015, 48(3):  534-545.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.13
    摘要 ( 286 )   HTML ( 1 )   PDF (5163KB) ( 467 )   收藏
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    【目的】探索不同磷水平對柑橘砧木生長和根系形態及其相關生理特性的影響,為發掘磷高效柑橘砧木提供科學依據。【方法】以貴州喀斯特山地分布的野生宜昌橙(Citrus ichangensis Swingle)、酸橙(C. aurantium L.)、白?檬(C. limonia Osbeck)和栽培種枳(Poncirus trifoliata Raf.)為材料,采用砂培方法研究不同磷水平(5、25和45 mg·L-1)下4種柑橘砧木的生長及生物量大小、根系形態特性、葉片和根系的酸性磷酸酶(Apase)及硝酸還原酶(NR)活性、根系分泌性酸性磷酸酶(SAPase)活性和根系的磷吸收動力學參數。【結果】5 mg·L-1磷水平下,宜昌橙生長發育受到的抑制較小,其次為白?檬和酸橙,對枳的抑制最強。當營養液中磷濃度達到25 mg·L-1時,宜昌橙和白?檬的株高、基徑及鮮重和干重生物量、根系總長、總表面積、總體積和根尖數達到最大,5 mg·L-1的處理次之,45 mg·L-1的處理最小。隨營養液中磷濃度的提高,酸橙和枳的上述指標和根冠比隨之增大,宜昌橙和白?檬的根冠比則隨之變小。在低磷條件下,宜昌橙的側根粗度、二級側根數量及密度和根冠比最大,葉片NR活性強弱順序為宜昌橙>白?檬>酸橙>枳,根系的NR活性強弱順序為酸橙>白?檬>宜昌橙>枳。不同砧木葉片和根系NR活性隨供磷水平降低而明顯減弱。在低磷脅迫下,砧木葉片及根系的APase活性和根系的SAPase活性響應強弱順序為宜昌橙>白?檬>酸橙>枳。在低磷條件下,宜昌橙的Imax大于白?檬、酸橙和枳,而KmCmin比白?檬、酸橙和枳的小。【結論】宜昌橙忍耐低磷脅迫的能力強,在低磷條件下根系形態和生理的適應性機制響應比其他3種柑橘砧木更加明顯,表現出較強的磷吸收動力學特性。
    庫源比改變對油橄欖產量及源葉光合作用的調節
    朱振家,姜成英,史艷虎,吳文俊,陳年來
    中國農業科學. 2015, 48(3):  546-554.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.14
    摘要 ( 227 )   HTML ( 12 )   PDF (787KB) ( 690 )   收藏
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    【目的】研究油橄欖庫源關系改變后源葉氣體交換、葉綠素熒光特性和光合產物積累的長期響應特征及各項參數間的相互關系,以深化對果樹庫源關系改變中源葉光合作用調控機制的認識。【方法】以‘鄂植8號’油橄欖(Olea europaea L.)為試材,在初花期通過減源(摘葉)和縮庫(疏花)措施處理,研究庫源比改變對其產量和源葉氣體交換、葉綠素熒光特性及光合產物積累的長期影響。【結果】摘葉處理顯著降低了油橄欖果實重量及坐果率;疏花處理明顯提高了果實重量,但對坐果率的影響不大。庫源比降低后,短期內(處理后7 d)葉片中可溶性糖、淀粉和非結構性糖含量(NSC)顯著增加;源葉凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(E)顯著下降,胞間CO2濃度(Ci)顯著升高,光系統Ⅱ(PSⅡ)最大光化學效率(Fv/Fm)明顯下降,PSⅡ實際光化學量子效率(ΦPSⅡ)、光化學猝滅系數(qP)顯著下降,非光化學猝滅系數(NPQ)顯著升高。處理后30 d,3個處理間葉片中可溶性糖、淀粉含量差異消失,源葉氣體交換參數Pn、Gs、E及葉綠素熒光參數ΦPSⅡ、NPQ的差異依然存在;處理后65 d,摘葉處理與對照之間大部分氣體交換和葉綠素熒光參數的差異消失,但疏花處理與對照間Pn、Gs、E、Ci、ΦPSⅡ等參數的差異依然存在;處理后125 d,摘葉處理葉片中可溶性糖、淀粉和非結構性糖含量及大部分氣體交換和葉綠素熒光參數均顯著低于對照,而疏花處理ΦPSⅡ依然顯著低于對照,Ci依然顯著高于對照。庫源比改變125 d后,Gs與Pn之間存在極顯著正相關關系,E、Fm和ΦPSII與Pn之間存在顯著正相關關系,而Ci、NSC與Pn之間無顯著相關關系。【結論】庫源比降低后源葉Pn的下降不能只歸結于光合產物的直接反饋抑制,PSⅡ實際光化學量子效率下降可能是長期響應過程中Pn下降的主要原因。減源處理能在短期內提高油橄欖葉片光合能力,但會加速葉片的衰老。
    貯藏·保鮮·加工
    紫肉甘薯部分營養成分與食味的關聯分析
    沈升法,吳列洪,李兵
    中國農業科學. 2015, 48(3):  555-564.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.15
    摘要 ( 265 )   HTML ( 1 )   PDF (400KB) ( 567 )   收藏
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    【目的】明確紫肉甘薯的食用品質指標,為食用紫肉甘薯選育提供依據。【方法】測定276份紫肉甘薯品系的花青素含量、干物質含量、熟薯可溶性糖和還原糖含量、食味指標,分析研究紫肉甘薯營養成分與蒸熟后的食味關系。【結果】花青素含量變異系數大,高花青素育種并不困難;‘綾紫’與高糖非紫肉親本雜交是改良‘綾紫’紫肉F1代食味的最好方法。降低花青素含量群體水平有利于提高食用紫肉甘薯育種效率,花青素含量在90 mg·100g-1FW以下仍有較好的高花青素食用甘薯育種效率;干物質含量在27.5%—38%有較好的食用紫肉甘薯育種效率,而最佳育種效率的干物質含量在32%—36.5%;提高熟薯可溶性糖含量群體水平可以有效提高食用紫肉甘薯育種效率。花青素給紫肉甘薯的甜度、香味帶來極顯著的不利影響,它對食味的不利影響達到熟薯可溶性糖對食味增量貢獻的51.30%。干物質含量雖然與紫肉甘薯的質地、香味、粗纖維有極顯著正相關,但與黏度呈極顯著負相關,與甜度呈接近顯著的負相關,因此,干物質含量對紫肉甘薯食味總評的影響很有限。熟薯可溶性糖對紫薯甘薯食味極其重要,它與甜度、黏度、質地存在極顯著的正相關,其中的非還原糖與還原糖相比,在甜度、香味、質地上有較多的貢獻,熟薯非還原糖對紫肉甘薯食味增量貢獻是還原糖的2.3倍。甜度在紫肉甘薯食味評價中占據極其重要的地位,對食味增量的貢獻率達到55.38%。【結論】花青素含量和熟薯可溶性糖含量是紫肉甘薯的重要食用品質指標。在食用紫肉甘薯育種上應兼顧營養與食用品質,控制花青素含量在90 mg·100g-1FW以下;在親本選擇上,紫肉親本與高糖非紫肉親本雜交是食用紫肉甘薯常規雜交育種的最好方法。
    畜牧·獸醫
    新疆天然草地毒草災害、地理分布與防控對策
    嚴杜建,周啟武,路浩,吳晨晨,趙寶玉,曹丹丹,馬烽,劉曉學
    中國農業科學. 2015, 48(3):  565-582.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.16
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    新疆天然草地是少數民族地區畜牧業發展的物質基礎,也是維持新疆自然生態壞境的重要組成部分。但長期以來,由于草地干旱、嚴重超載放牧、盲目開墾、人口增長等自然和人為因素的影響,以及草地基礎設施建設投入不足和管理滯后,草地逆向演替,使得優良牧草逐年減少,毒草趁機大量繁衍滋生,造成草地大面積沙化和毒草化,致使大量家畜每年因誤食毒草而中毒,甚至死亡。特別是近幾十年來,草地毒草的迅速蔓延,造成草地植被群落和生物多樣性減少,植被單一化,可食牧草急劇減少、草產量下降,草地退化和毒草化程度加劇。嚴重制約了草地畜牧業經濟的持續發展,部分牧區天然草地毒草化已導致毒害草災害多發、頻發,甚至爆發,已經從基本的生態學問題上升為一個社會問題。新疆是中國主要牧區之一,天然草地總面積5 725.88萬hm2,可利用草地面積4 800.68萬hm2,位居全國第三。目前85.0%可利用天然草地出現不同程度的退化,37.50%草地嚴重退化,毒草發生面積接近700萬hm2,約占全國天然草地毒草危害面積的20.42%,年平均牲畜毒草中毒死亡數超過3 000余頭(只)。新疆天然草地常見有毒植物有81種分屬24科54屬,對草地畜牧業造成嚴重危害的主要有白喉烏頭、準噶爾烏頭、醉馬芨芨草、小花棘豆、變異黃芪、無葉假木賊、馬先蒿、橐吾和毒芹,約占毒草危害總面積的80%以上。因此,全面了解新疆天然草地毒草災害狀況、毒草種類與地理分布,對有效防控和化解毒草危害,提高草地生產力和牧草品質,促進牧區畜牧業的可持續發展和農牧民增收,繁榮邊疆少數民族經濟,維護生態環境平衡具有重要意義。本文在對已報道文獻資料分析、歸納的基礎上,結合課題組對新疆天然草地毒草實際調查情況,分別就近年來新疆天然草地毒草對區域草地生態及畜牧業生產造成的災害狀況、毒草種類與地理分布、毒草防控對策及合理利用進行綜述。在此基礎上,結合課題組多年來致力于中國西部毒草防控研究現狀,分析了新疆天然草地目前存在毒草種類繁多、災害嚴重、防治困難等問題及原因,提出應從生態角度出發,轉變傳統防除觀念,科學認識毒草,立足“變害為利,變廢為寶”,生態保護與開發利用并重的思路,學習借鑒美國等發達國家在有毒植物預防控制技術方面的成功經驗,以生態控制為主多種手段相結合的綜合防控技術預防毒草災害發生,以期為人們充分認識毒草在天然草地中的生態作用以及有效防控毒草災害提供基礎資料。
    聚肌胞濃度和免疫刺激時間對豬外周血單核細胞基因表達的影響
    王繼英,王彥平,王懷中,王海飛,劉劍鋒,郭建鳳
    中國農業科學. 2015, 48(3):  583-593.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.17
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    【目的】聚肌胞(Poly I:C)是聚肌苷酸和聚胞苷酸的共聚物,能夠模擬病毒感染后所形成的dsRNA,刺激機體產生抗病毒免疫反應和炎癥反應。利用Poly I:C作為免疫刺激劑對豬外周血單核細胞(Peripheral blood mononuclear cells,PBMC)的免疫刺激試驗中Poly I:C的最佳作用濃度和體外免疫刺激培養時間的研究還未見報道。本研究探討不同的Poly I:C免疫劑量和免疫刺激時間對豬PBMC各細胞因子和受體基因表達的影響,確定Poly I:C進行免疫試驗的最佳作用濃度和體外免疫刺激培養時間,為利用Poly I:C進行RNA病毒感染的免疫應答調控機理研究提供試驗依據。【方法】以長白仔豬為研究對象,利用分離的PBMC和1﹕5稀釋的EDTA-抗凝血,設置Poly I:C濃度梯度(0、10、20和40 μg·mL-1)和不同的體外免疫刺激培養時間(4、8、12和24 h),通過熒光定量PCR方法測定Poly I:C免疫刺激下機體激活或者誘導表達的主要細胞因子(IL6IL8TNFαIL10IRF3IFNαIFNγ)和模式識別受體(TLR3TLR4)的相對表達量,分析利用Poly I:C對豬全血和PBMC進行免疫刺激試驗的最佳作用濃度和時間。【結果】豬PBMC中細胞因子和受體基因的表達量受Poly I:C濃度和免疫刺激時間的影響。各基因具有特征性的表達量變化曲線,達到最高表達變化倍數的濃度和體外培養時間各不相同。對于兩個干擾素基因IFNαIFNγ,最高表達量出現在Poly I:C免疫刺激培養4 h,而后隨著培養時間的延長表達量逐漸降低,而其他5個細胞因子(IL6IL8TNFαIL10IRF3)和2個模式識別受體(TLR3TLR4)基因隨著Poly I:C濃度的增加和免疫刺激時間的延長變化倍數逐漸增加,在Poly I:C濃度為20-40 μg·mL-1,免疫刺激時間為12-24 h達到最高表達量。但是,對于最高表達量出現在濃度20 μg·mL-1和培養時間12 h的基因,其在濃度為40 μg·mL-1和培養時間24 h表達變化量只有小幅下降。另外本研究還對比檢測了1﹕5稀釋血在Poly I:C免疫刺激下主要細胞因子和受體的表達變化,結果表明全血中各細胞因子和受體的整體表達變化倍數比PBMC低很多,特別是對于IL6IL8這兩個PBMC中表達變化很大的基因,全血中表達變化量不僅很小,而且變化趨勢相反。相對于PBMC,稀釋全血完整地保存了機體的原始狀態,但是利用全血進行免疫試驗的主要缺點是抗凝劑保留在全血中。研究中EDTAK2抗凝劑能與血液中的鈣離子結合成為螯合物,從而阻止血液凝固,但是鈣離子是細胞的重要信號分子,鈣離子與EDTA的結合對后續的細胞功能可能產生一定的影響。另外,全血中的某些化合物與血漿蛋白的等成分可能參與免疫細胞對Poly I:C免疫刺激的調節,減少了對Poly I:C免疫刺激的應答。【結論】(1)綜合分析所檢測的細胞因子和受體的變化趨勢,利用Poly I:C進行豬PBMC免疫刺激試驗的最佳濃度和體外培養時間分別為20 μg·mL-1和24 h。(2)1﹕5稀釋的EDTA-抗凝血對Poly I:C免疫反應反應小,與PBMC對Poly I:C免疫應答有不同的應答反應趨勢。
    對動物飼料中禁用抗菌促生長劑的反思
    郝海紅,程古月,戴夢紅,王旭,王玉蓮,黃玲利,劉振利,袁宗輝
    中國農業科學. 2015, 48(3):  594-603.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.18
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    歐盟國家對飼用抗菌促生長劑禁令的頒布引起了國際社會的廣泛爭議。文章綜合動物源細菌耐藥性監測數據和風險評估結果,對飼料中禁用抗菌促生長劑進行了反思,結果發現:(1)某些飼用抗菌促生長劑(如大環內酯類促生長劑泰樂菌素和鏈陽性菌素類促生長劑維吉尼亞霉素等)對人類健康的耐藥性風險似乎被人為夸大,系統的風險評估結論認為,養殖動物中泰樂菌素等大環內酯類促生長劑的使用對人類彎曲桿菌耐藥性的風險是可以忽略的,維吉尼亞霉素促生長劑的應用也幾乎不會對人類腸球菌耐藥性造成很大的風險;(2)“病原菌耐藥性從農場到餐桌轉移”的命題似乎缺乏科學證據,目前雖然有證據顯示動物體耐藥菌會直接傳播給那些與動物密切接觸的人群,但動物體耐藥菌通過食物鏈環節傳播給人的證據尚不充分;(3)禁用抗菌促生長劑并沒有改變耐藥模式,特別是禁用糖肽類阿伏帕星、氟喹諾酮類恩諾沙星和四環素類金霉素等促生長劑后,動物體和人體耐藥菌數量仍然有增無減、持續上升,其原因可能歸咎于萬古霉素耐藥屎腸球菌較強的傳播特性和氟喹諾酮類耐藥彎曲桿菌較強的適應性,而四環素類治療用藥的增加也必然增加腸道細菌的耐藥性;(4)禁用抗菌促生長劑對動物養殖業帶了一定的損失,比如,使產氣莢膜梭菌引起的壞死性腸炎的發病率升高,使養殖動物治療性抗生素的使用量增加,使養殖原料和場地相應增加等;(5)禁用抗菌促生長劑對動物源性食品安全和人類公共健康造成了一定的影響,比如,影響動物體腸道菌群發酵從而增加了有害氣體的排放,提高了食品加工過程中的細菌污染幾率從而增加了人體食源性病原菌的發病率。總而言之,決策的制定需要權衡利弊、因地因時制宜,綜合考慮禁用抗菌促生長劑對耐藥性風險的控制作用以及對動物養殖業和人類公共健康的影響。結合中國動物養殖業發展現狀及全球動物性產品需要程度,需要開展深入的科學研究,尋找耐藥性控制新措施;開展系統的風險評估,有的放矢地制定風險控制策略;加強政府監管力度,避免藥物濫用,促進合理用藥以延緩耐藥性產生。
    研究簡報
    鹽、堿脅迫條件下粳稻Na+、K+濃度的QTL分析
    邢軍,常匯琳,王敬國,劉化龍,孫健,鄭洪亮,趙宏偉,鄒德堂
    中國農業科學. 2015, 48(3):  604-612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.19
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    【目的】水稻栽培區土壤的鹽、堿化日趨嚴重,植物體內Na+、K+濃度及Na+/K+是植物耐鹽、堿性重要指標。在鹽、堿脅迫條件下檢測水稻苗期地上部和根部的Na+、K+濃度及Na+/K+的QTL位點,為水稻的耐鹽、堿性遺傳機制及分子標記輔助育種提供理論依據。【方法】以優質高產水稻品種東農425與耐鹽、堿水稻品種長白10為親本構建重組自交系(RIL)為作圖群體,利用102對SSR標記構建遺傳連鎖圖譜,該圖譜覆蓋水稻基因組約1 915.05 cM,標記間平均距離為18.77 cM;在140 mmol·L-1 NaCl鹽脅迫和0.15%Na2CO3堿脅迫處理條件下,對水稻苗期地上部和根部的Na+、K+濃度及Na+/K+等性狀進行測定,利用SPSS v19.0對各性狀進行相關分析,并采用QTL IciMapping v3.3的完備區間作圖法(ICIM)進行QTL定位。【結果】鹽、堿脅迫條件下,親本及RIL群體地上部Na+、K+濃度均高于地下部Na+、K+濃度,各性狀在RIL群體中基本符合正態分布,表現出典型的數量性狀遺傳特征,符合QTL定位要求。相關分析結果表明,鹽、堿脅迫條件下,地上部Na+與K+及根部Na+與K+均呈極顯著正相關,2種脅迫條件下的各性狀相關性不顯著。鹽、堿脅迫條件下共檢測到15個與Na+、K+濃度和Na+/K+相關的QTL,2種條件下所檢測到的QTL位于不同染色體區域。在鹽脅迫下共檢測到5個QTL,包括1個與地上部K+濃度相關QTL,位于第8染色體的RM1308—RM281區間內,貢獻率為6.83%;3個與根部Na+濃度相關QTL,位于第3和第8染色體上,其中qSRNC3-1貢獻率最大,為16.41%;1個與根部K+濃度相關QTL,貢獻率為3.52%;未檢測到與地上部Na+濃度、Na+/K+及根部Na+/K+相關的QTL。在堿脅迫下共檢測到10個QTL,包括1個與地上部Na+濃度相關的QTL,位于第2染色體的RM1347—RM48區間內,貢獻率為14.41%;1個與地上部K+濃度相關QTL,位于第2染色體的RM1255—RM213區間內;3個與地上部Na+/K+相關QTL,分別位于第2、7、10染色體上,其中qASNK2貢獻率最大,為7.57%;1個與根部Na+濃度相關QTL,位于第3染色體的RM293—RM232區間內,貢獻率為13.71%;2個與根部K+含量相關QTL,分別位于第1染色體的RM5—RM9和第2染色體的RM12865—RM12941區間內;2個與根部Na+/K+相關QTL,分別位于在第3和第4染色體上,其中qARNK3貢獻率較大,為10.48%。通過比較圖譜發現,本研究中的大部分QTL與以往不同群體中影響耐鹽、堿相關性狀的QTL定位在同一或相鄰的染色體區域,另外在堿脅迫下所檢測到的qASKC2qARKC2在前人研究中未見報道,可能存在新的耐堿性位點。【結論】在鹽、堿脅迫條件下,Na+、K+的吸收和運輸均是平行而獨立的過程,且根部對Na+和K+的吸收與向地上部運輸存在不同的遺傳機制;鹽、堿脅迫條件下,水稻Na+、K+濃度的遺傳是相互獨立的。
    草莓輕型黃邊病毒RT-LAMP檢測方法的建立
    陳柳,尚巧霞,陳笑瑜,邢冬梅,冉策,魏艷敏,趙曉燕,劉正坪
    中國農業科學. 2015, 48(3):  613-520.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.03.20
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    【目的】草莓輕型黃邊病毒(Strawberry mild yellow edge virus,SMYEV)是侵染草莓的重要病毒,嚴重影響草莓果實的產量和品質。研究旨在建立利用反轉錄等溫擴增技術(reverse transcription loop-mediated isothermal amplification,RT-LAMP)檢測SMYEV的方法。【方法】根據SMYEV外殼蛋白基因3′端保守序列設計4個特異性引物SMYEV-FIP(5′-CAGATCAGCGACAATTTGGACTCCTGAGGAACTTGCTGCT-3′)、SMYEV-BIP(5′-GCTTTGTC GGGGATCCTGGGAAGGCTAAGTCGAAGAGACC-3′)、SMYEV-F3(5′-TCAAGTTGGTGACCCTTTCC-3′)和SMYEV-B3(5′-CGAGGAAC CAATGTCGTAGC-3′)。對RT-LAMP 檢測體系中的條件進行優化,設置反應溫度為60、61、62、63、64、65℃,反應時間為 30、45、60、75 min,分別設置引物SMYEV-FIP/BIP濃度為1.0、1.2、1.4、1.6、1.8 µmol?L-1,引物SMYEV-F3/B3濃度0.1、0.15、0.2、0.25、0.3 µmol?L-1,設置Mg2+濃度為2、4、6、8、10 mmol?L-1,dNTPs濃度為0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mmol?L-1,betaine濃度為0、0.4、0.8、1.0、1.2、1.4 mol?L-1,DTT濃度為2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.0 µmol?L-1等,并對以上不同反應條件進行檢測,確定優化后的RT-LAMP檢測體系。選用其他常見的草莓病毒以及健康草莓植株葉片中的RNA作為模板,對RT-LAMP體系的特異性進行測定;將SMYEV的RNA進行10倍梯度逐級稀釋,分別獲得RNA原液、10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6和10-7不同稀釋液作為模板,比較RT-LAMP 和RT-PCR的檢測靈敏度。RT-LAMP反應產物可以進行電泳和紫外成像檢測,陽性樣品出現瀑布狀條帶,陰性樣品無條帶,或者在反應產物中加入SYBR green I核酸染料,直接觀察檢測,陽性樣品為綠色,陰性樣品為橙色。【結果】建立了一種特異性檢測SMYEV的RT-LAMP方法,經過各反應條件優化后的檢測體系為1.0 µmol?L-1 SMYEV-FIP/BIP、0.1 µmol?L-1 SMYEV-F3/B3、4 mmol?L-1 Mg2+、1.6 mmol?L-1 dNTPs、0.4 mol?L-1 betaine、2.0 µmol?L-1 DTT,60℃反應45 min。選用SMYEV、草莓鑲脈病毒(Strawberry vein banding virus,SVBV)、草莓斑駁病毒(Strawberry mottle virus,SMoV)和草莓皺縮病毒(Strawberry crinkle virus,SCV)的RNA以及健康草莓植株葉片中的RNA作為模板進行RT-LAMP的特異性檢測,結果顯示僅有SMYEV的RNA能夠擴增出瀑布型條帶,建立的RT-LAMP檢測體系有很好的特異性。將SMYEV的RNA原液、10-1、10-2、10-3稀釋液作為模板進行RT-PCR反應后,檢測結果為陽性,隨著模板稀釋倍數的增加,電泳檢測不能觀察到RT-PCR的擴增產物。而進行SMYEV的RT-LAMP檢測時,RNA原液、10-1、10-2、10-3、10-4和10-5稀釋液作為模板時,均可以觀察到陽性結果。RT-LAMP檢測SMYEV比RT-PCR方法檢測的靈敏度高100倍,并且比RT-PCR節省時間,檢測結果容易判定。【結論】RT-LAMP方法能快速、簡便、特異的檢測SMYEV,供科研部門和基層生產單位使用,在種苗繁育、田間調查和海關檢疫的過程中進行快速檢測。
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