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當期目錄

    2019年 第52卷 第15期 刊出日期:2019-08-01
      
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    中國農業科學. 2019, 52(15):  0. 
    摘要 ( 40 )   PDF (327KB) ( 85 )   收藏
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    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    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 ( 165 )   HTML ( 39 )   PDF (382KB) ( 125 )   收藏
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    【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。

    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 ( 153 )   HTML ( 43 )   PDF (1471KB) ( 153 )   收藏
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    【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。

    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    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 ( 178 )   HTML ( 62 )   PDF (604KB) ( 186 )   收藏
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    【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。

    糜子葉片氮含量和籽粒蛋白質含量高光譜監測研究
    王君杰,陳凌,王海崗,曹曉寧,劉思辰,田翔,秦慧彬,喬治軍
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2593-2603.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.004
    摘要 ( 102 )   HTML ( 14 )   PDF (594KB) ( 60 )   收藏
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    【目的】本研究以葉片氮含量為切入點,探求糜子籽粒蛋白質含量的最佳光譜預測模型,為糜子優質生產的管理調控提供理論依據。【方法】結合2017年和2018年2年的氮肥運籌試驗數據和光譜數據,通過“光譜特征信息—葉片氮含量—籽粒蛋白質含量”這一研究思路,以葉片氮含量為中間鏈接點將光譜模型和籽粒蛋白質含量鏈接,建立基于高光譜糜子籽粒蛋白質含量監測模型。【結果】利用支持向量機(SVM)構建的糜子全生育期葉片氮含量監測模型要優于逐步多元線性回歸(SMLR)和偏最小二乘法(PLS),并且原始光譜反射率(R)的SVM模型效果優于一階導數(1ST)模型,建模集和驗證集的R 2分別為0.928、0.924;RMSE相對較小,分別為0.19、0.12;RPD都大于2,分別為3.71、6.07。開花期、灌漿期和成熟期的葉片氮含量和籽粒蛋白質含量均達到極顯著正相關,相關系數分別為0.48、0.66和0.73。灌漿期R-SVM模型能準確的監測糜子籽粒蛋白質含量,決定系數R 2為0.798,均方根誤差RMSE為0.14,預測殘差RPD為1.65。 【結論】建立基于灌漿期糜子籽粒蛋白質含量的高光譜R-SVM監測模型,有助于指導糜子優化田間管理、種植業結構調整和籽粒品質分級,為高光譜技術在糜子優質高產栽培和精準農業發展提供技術基礎。

    植物保護
    撕裂蠟孔菌對黃瓜蔓枯病的防治作用及促生增產效果
    白如霞,曾匯文,范倩,殷潔,隋宗明,袁玲
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2604-2615.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.005
    摘要 ( 105 )   HTML ( 5 )   PDF (997KB) ( 72 )   收藏
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    【目的】明確撕裂蠟孔菌(Ceriporia lacerata)對黃瓜的防病、促生作用,為農藥、肥料減施增效提供依據。【方法】以自主分離的撕裂蠟孔菌HG2011新菌株為供試菌,采用Bonnet液體培養基制備撕裂蠟孔菌發酵液(C. lacerata fermentation broth,CLB),另利用蛭石、玉米粉和谷殼等制備撕裂蠟孔菌固體菌劑(C. lacerata solid agent,CLA),通過拮抗、對峙培養、盆栽試驗和田間試驗,研究撕裂蠟孔菌對甜瓜球腔菌(Mycosphaerella melonis)引起的黃瓜蔓枯病的防治作用,以及對黃瓜生長發育、養分吸收、土壤酶活性、黃瓜產量和果實品質的影響。【結果】在拮抗試驗中,培養第6天50% CLB對甜瓜球腔菌的抑制率為32.39%,與甲基托布津(thiophanate methyl,TM)作用相當。在對峙培養試驗中,甜瓜球腔菌生長受到撕裂蠟孔菌抑制,撕裂蠟孔菌則繼續生長至完全覆蓋甜瓜球腔菌,使之變形、萎縮和消失。在盆栽試驗中,噴病菌孢子液(pathogen inoculation,PI)處理的發病率為36.67%,病情指數為38.40。與PI相比,CLB可顯著降低蔓枯病的發病率和病情指數,其相對防治效果為79.69%,同樣與甲基托布津(75.57%)相當。與常規施化肥(CF)相比,施用CLB可促進黃瓜植株生長,提高生物量、根系活力和葉綠素含量,分別提高了5.87%—21.45%、36.50%—38.83%和10.54%—19.80%;黃瓜植株養分吸收量分別增加45.24%—69.05%(氮)、20.51%—43.59%(磷)和19.88%—38.51%(鉀);土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、纖維素酶、脫氫酶和蛋白酶活性增強,增加幅度分別為8.73%—35.84%、7.55%—10.74%、25.32%—26.49%、186.21%—279.23%、47.99%—76.51%和49.00%—100.00%,施用高量(150 mL)CLB處理的效果優于低量(75 mL)CLB處理的效果。在田間試驗中,與常規施肥相比,常規施肥與固體菌劑配施(CF+CLA10)與減肥處理與固體菌劑配施(75% CF+CLA10)均顯著提高了黃瓜單株結果數、產量和游離氨基酸含量,增幅分別為13.61%、13.87%、71.54%(CF+CLA10)和11.51%、11.71%、54.37%(75% CF+CLA10),此外,75% CF+CLA10處理顯著降低了硝酸鹽含量,降幅為14.93%。【結論】撕裂蠟孔菌HG2011可抑制甜瓜球腔菌生長。噴施CLB能防治黃瓜蔓枯病,降低發病率和病情指數,提高防治效果;盆栽施加CLB可提高土壤酶活性,促進黃瓜幼苗吸收養分,使黃瓜健康生長。田間施用CLA可增加黃瓜產量,提高黃瓜果實游離氨基酸含量,降低硝酸鹽含量,改善品質,益于實現減肥增效。撕裂蠟孔菌HG2011能分解木質素和纖維素,在作物秸稈中生長迅速,利用該生物菌劑制作堆肥可兼具防病、促生效果。

    斑翅果蠅氣味結合蛋白OBP56h與小分子化合物的結合特征
    李都, 牛長纓, 李峰奇, 羅晨
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2616-2623.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.006
    摘要 ( 97 )   HTML ( 5 )   PDF (868KB) ( 71 )   收藏
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    【目的】克隆斑翅果蠅(Drosophila suzukii)氣味結合蛋白56h(odorant binding protein 56h,OBP56h)基因,誘導表達斑翅果蠅OBP56h重組蛋白(DsuzOBP56h),研究其與小分子化合物的結合特性。【方法】通過RT-PCR并設計特異性引物克隆斑翅果蠅OBP56h ORF全長,從NCBI數據庫中下載相似度高的昆蟲氣味結合蛋白序列,進行序列比對和分析。以NdeⅠ和XhoⅠ為酶切位點,將OBP56h連入pET-30a(+)原核表達載體,將重組質粒轉入BL21(DE3)大腸桿菌感受態細胞。擴大培養陽性菌株,并用IPTG誘導表達DsuzOBP56h重組蛋白。收集菌液,通過超聲波破碎細胞得到蛋白,利用Ni-NTA柱純化蛋白,進行Tris-HCl透析,用BCA法測定蛋白濃度。蛋白用50 mmol·L -1 Tris-HCl(pH 7.4)稀釋至終濃度2 μmol·L -1,配基用色譜級甲醇稀釋至終濃度1 mmol·L -1,以4,4′-二苯胺基-1,1′-聯萘-5,5′-二磺酸二鉀鹽(4,4′-dianilino-1,1′-binaphthyl-5,5′-disulfonic acid dipotassium salt,bis-ANS)熒光探針為報告子,利用熒光競爭結合試驗檢測DsuzOBP56h蛋白與18種候選小分子化合物配基的結合特性。 【結果】克隆獲得了斑翅果蠅OBP56h的ORF全長,共405 bp,N-端含有19個氨基酸組成的信號肽,具有6個保守半胱氨酸位點,符合OBP的典型特征,與其同屬的黑腹果蠅OBP56h進化關系最近。成功連入pET-30a(+)表達載體,在1 mmol·L -1IPTG、28℃條件下誘導DsuzOBP56h蛋白表達,并過柱純化得到目的蛋白。熒光光譜試驗顯示,熒光探針bis-ANS與DsuzOBP56h的解離常數為0.9568 μmol·L -1,適合作為本試驗中競爭性熒光結合試驗的報告子;進一步的熒光競爭結合試驗表明,在18種候選配基中,苦味物質鹽酸小蘗堿和香豆素與DsuzOBP56h的結合親和性較強,解離常數分別為12.16和17.93 μmol·L -1,柚皮素與DsuzOBP56h的解離常數為25.32 μmol·L -1,草莓葉片產生的一種對斑翅果蠅具有吸引作用的揮發性氣味物質β-環檸檬醛也能與DsuzOBP56h結合,其解離常數為31.37 μmol·L -1。【結論】斑翅果蠅氣味結合蛋白OBP56h能與測試的多種植物苦味物質和揮發性氣味物質結合,表明DsuzOBP56h很有可能參與斑翅果蠅對食物味覺和嗅覺的識別行為,研究結果可為理解斑翅果蠅的取食行為提供理論依據,并為開展斑翅果蠅的生態防控提供新思路。

    加拿大一枝黃花石油醚萃取物對福壽螺肝臟的影響
    李帥嵐,沈校,鄒崢嶸
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2624-2635.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.007
    摘要 ( 84 )   HTML ( 13 )   PDF (5917KB) ( 24 )   收藏
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    【目的】在前期研究的基礎上深入探討加拿大一枝黃花石油醚萃取物(petroleum ether extract of Solidago canadensis,PEEE)對福壽螺(Pomacea canaliculata)肝臟的影響,為進一步有效控制福壽螺對農業生產的危害、實現惡性外來入侵植物加拿大一枝黃花的資源化利用提供依據。【方法】以去氯自來水作為對照組,0.11、0.18和0.29 mg?mL -1的PEEE懸浮液作為試驗組。每組隨機放入大小、活力一致的成年福壽螺10只,用一層紗布和橡皮筋封住燒杯口,防止福壽螺逃逸。在室溫(23—27℃)條件下,處理48 h,每組3次重復。48 h后,分別隨機挑選去氯自來水、0.11、0.18和0.29 mg?mL -1濃度處理下的福壽螺,敲破螺殼,取出肝臟,使用掃描電鏡和透射電鏡觀察肝臟組織的超微結構。經0.29 mg?mL -1濃度處理后的福壽螺肝臟組織凍干后用于代謝組學研究。 【結果】掃描電鏡觀察結果表明,經不同濃度的PEEE浸泡處理福壽螺48 h后,福壽螺肝臟表面均受到損傷,其損傷程度與PEEE處理液的濃度呈正相關,高濃度的PEEE可致使肝臟萎縮失去彈性,皺褶凸起被侵蝕,體表破損,出現絮狀物,質地松散。透射電鏡觀察結果表明,經不同濃度的PEEE浸泡處理福壽螺48 h后,福壽螺肝細胞損傷明顯,高濃度的PEEE使福壽螺肝細胞粗面內質網及線粒體數量減少,粗面內質網出現腫脹、斷裂和顆粒脫落等現象;線粒體表現為腫脹,形狀不規則。代謝組學的試驗結果表明,經PEEE處理后,福壽螺肝臟中60種代謝物含量發生變化,多個代謝通路受到影響,富集程度最高的兩條通路分別為糖鞘脂代謝和棕櫚酰輔酶A進入線粒體基質的通路。【結論】加拿大一枝黃花的石油醚萃取物對福壽螺肝臟細胞結構和生理功能有巨大的損傷破壞作用,因而具有較強的滅螺活性,有望開發成為新型的天然滅螺藥物。

    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    長期施肥對紅壤性水稻土有機碳礦化的影響
    呂真真,劉秀梅,仲金鳳,藍賢瑾,侯紅乾,冀建華,馮兆濱,劉益仁
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2636-2645.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.008
    摘要 ( 110 )   HTML ( 7 )   PDF (424KB) ( 89 )   收藏
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    【目的】土壤有機碳礦化是土壤中重要的生物化學過程,與土壤養分釋放、土壤質量保持以及溫室效應密切相關。揭示稻田生態系統在長期施肥下土壤有機碳固存與礦化特征,旨在正確評價施肥對全球氣候變化的影響。【方法】本研究以33年長期定位試驗為依托,對紅壤性水稻土土壤有機碳累積及礦化動力學特征等進行系統研究。長期定位試驗始于1984年,選取其中5個處理:不施肥處理(CK),施氮磷鉀化肥處理(NPK),施70%化肥+30%有機肥處理(70F+30M),施50%化肥+50%有機肥處理(50F+50M),施30%化肥+70%有機肥處理(30F+70M),于 2017 年早稻種植前采集耕層 (0—20 cm) 土壤樣品,采用室內培養方法,測定土壤碳礦化釋放 CO2-C量和速率等,并采用一級動力學方程擬合土壤潛在可礦化有機碳量(C0)、易礦化有機碳量(C1)和周轉速率常數等。【結果】各施肥處理均不同程度地提高了土壤總有機碳含量,NPK處理有機碳含量顯著高于CK,較CK提高了27.32%。化肥配施有機肥處理(70F+30M、50F+50M 和30F+70M)土壤有機碳顯著高于NPK處理(P<0.05),平均較NPK處理提高了31.31%,以50F+50M和30F+70M處理較為顯著。各處理有機碳礦化速率均在培養后的第1天達到峰值且差異顯著,排序為50F+50M>30F+70M>70F+30M>NPK>CK,隨后下降,11 d之后趨于穩定,穩定后各處理的土壤有機碳礦化速率大小排序為:30F+70M>50F+50M>70F+30M>NPK≈CK。在整個培養期,土壤有機碳礦化速率與培養時間呈對數曲線關系。培養35 d結束后,NPK處理較CK未能顯著改變土壤有機碳累積礦化量(P>0.05),70F+30M、50F+50M和30F+70M處理土壤有機碳累積礦化量顯著高于NPK處理(P<0.05),分別較NPK提高了50.99%、70.85%和86.39%。各處理土壤有機碳累積礦化率(累積礦化量占有機碳總量的比率)變化范圍為3%—4%,30F+70M處理顯著高于NPK處理(P<0.05)。施肥處理均不同程度地提高了土壤潛在可礦化有機碳量,以30F+70M處理最高,較NPK提高了1.19倍。不同施肥處理較不施肥均未明顯改變土壤有機碳周轉速率及半周轉期。土壤潛在可礦化有機碳量(C0)、易礦化有機碳量(C1)、累積礦化量及累積礦化率均顯著受土壤有機碳含量及投入碳量的影響,且呈現正相關關系。土壤潛在可礦化有機碳量(C0)/土壤有機碳比值與所投入碳量呈現顯著正相關(P<0.05);土壤有機碳的周轉速率常數(k)與土壤有機碳及投入碳量均未呈現顯著性相關性。【結論】長期化肥配施有機肥可有效提高紅壤性水稻土有機碳的礦化速率及促進有機碳的積累,并未顯著改變土壤有機碳的礦化率,有利于紅壤性水稻土的養分供應及固碳。

    小麥播量與減氮對潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影響
    石柯, 董士剛, 申鳳敏, 龍潛, 姜桂英, 劉芳, 劉世亮
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2646-2663.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.009
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    【目的】以我國黃淮平原糧食主產區潮土為研究對象,通過探討小麥-玉米輪作體系下,不同小麥播量與減量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差異和變化,以了解小麥播量和氮肥對土壤微生物量的影響。【方法】試驗設4個處理,分別為:(1)常規播量+常規施氮肥(CK);(2)增播30%+常規施氮(T1);(3)增播30%+減氮20%(T2);(4)常規播量+減氮20%(T3)。2016—2018年3季作物收獲后,采取不同土層土壤,測定有機碳(SOC)、全氮(TN)、微生物量碳氮(SMBC、SMBN)及其相關酶活性。【結果】總體上,3季中各處理土壤微生物量碳氮、有機碳、全氮以及3種酶活性均隨土壤深度增加而下降。常規施肥處理(CK和T1)的SMBC的含量在2017年的小麥和玉米季0—20 cm土層以及2018年小麥季則0—30 cm基本表現為顯著高于減氮處理(T2和T3),其中T1處理最高為170.89 mg?kg -1。SMBN與SMBC表現出類似的趨勢,在3季中均以常規施肥處理顯著高于減氮處理,其中CK處理的SMBN在3季中0—30 cm土層均表現較高,最高為57.24 mg?kg -1。各處理SOC含量的差異在前兩季主要集中在0—20 cm土層,而第3季則集中在10—30 cm土層;其中2017年玉米季0—20 cm土層減氮處理的SOC含量顯著高于常規施肥處理,以T3處理SOC含量最高,為12.85 g?kg -1。2017年小麥季各處理TN含量在0—30 cm土層基本差異不顯著;而在2017年玉米季和2018年小麥季的0—20 cm土層均以CK處理TN含量顯著高于其他處理,最高為1.57 g?kg -1。各處理土壤碳氮比(C/N)在2017年小麥季沒有明顯規律,而在2017年玉米季和2018年小麥季的0—20 cm土層基本表現為減氮處理的C/N顯著高于常規施肥處理。各處理的微生物熵(Cmic/Corg)、微生物量氮/全氮(Nmic/Ntotal)分別在0.5%—2.5%、2%—6%之間,微生物量碳氮比(Cmic/Nmic)在5﹕1以下。各處理Cmic/Corg除2017年小麥季10—20 cm土層,其他作物季節和土層均表現為常規施肥處理顯著高于減氮處理。各處理Nmic/Ntotal與Cmic/Corg類似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麥季處理間Nmic/Ntotal基本差異不顯著,其他季節和土層則表現為常規施肥處理顯著高于減氮處理。2017年T1處理的Cmic/Nmic在0—20 cm土層均顯著高于其他處理;而在后兩季的0—10 cm處理間Cmic/Nmic均差異不顯著。土壤脲酶活性在2018年小麥季顯示增播處理顯著高于常播處理。各處理蔗糖酶活性在玉米季明顯高于小麥季,其中在2017年玉米季10—30 cm土層的減氮處理高于常規施肥處理。減氮處理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麥季0—30 cm土層均顯著高于常規施肥處理。減氮處理2018年小麥季產量顯著高于常規施肥處理,同時提高了地上部氮素積累量,最高達到了322.30 kg?hm -2。 【結論】在黃淮平原小麥-玉米輪作區,在供試條件下,減氮處理降低了土壤微生物量和全氮含量,但提高了土壤酶活性和地上部氮素積累量,能增加或維持小麥產量,其中小麥常規播量下減氮20%處理綜合效果較好。

    飼料油菜作綠肥對后茬麥田土壤肥力及細菌群落的影響
    李文廣,楊曉曉,黃春國,薛乃雯,夏清,劉小麗,張曉琪,楊思,楊珍平,高志強
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2664-2677.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.010
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    【目的】探討黃土高原旱地麥后復種飼料油菜還田對后茬麥田土壤養分、酶活性及細菌群落的影響,為改善農田地力提供依據。【方法】設置飼料油菜播量(S1:小播量;S2:中播量;S3:大播量)和還田時期(D1:早期還田9月10日;D2:中期還田9月20日;D3:晚期還田9月30日)二因素試驗,以常規農戶復種夏玉米模式為對照,比較后茬麥田土壤養分及酶活性變化,并采用16S rRNA 基因Illumina MiSeq高通量測序技術和PICRUSt基因預測分析方法,比較后茬麥田耕層土壤細菌群落結構、多樣性及代謝功能變化。【結果】與常規農戶模式相比,飼料油菜還田可不同程度提升土壤養分及酶活性,其中有機質含量和蔗糖酶活性的提升范圍最大,分別為11.73%—60.5% 和1.4%—94.5%;飼料油菜播量顯著影響土壤養分和酶活性,還田時期顯著影響土壤有機質含量和蔗糖酶活性,二者間互作效應顯著影響堿性磷酸酶活性;播量、還田時期及其互作效應均顯著影響細菌群落多樣性;大播量晚期還田處理(S3D3)在所有指標中均表現最優。細菌群落組成方面,門水平上10個土壤樣品共得到19個類群,其中優勢菌群為變形菌門、放線菌門、酸桿菌門和厚壁菌門;聚類結果顯示,10個處理可聚為大播量、中播量、小播量和常規農戶模式4類,表明不同播量油菜還田明顯改變了土壤細菌群落構成。RDA分析表明,土壤養分、酶活性與細菌群落多樣性密切相關。PICRUSt功能預測表明,土壤細菌群落具有豐富的代謝功能,其中編碼新陳代謝的基因具有明顯優勢;二級預測功能分類中,氨基酸代謝、碳水化合物代謝和能量代謝是主要代謝功能路徑。KEGG直系同源基因簇KO(KEGG orthologous groups)豐度熱圖結果表明,油菜還田增加了與土壤碳、氮代謝相關的細菌群落。【結論】合理復種飼料油菜并還田可提高后茬麥田土壤養分含量及酶活性,并有效改善細菌群落多樣性,增加土壤有益菌群落數量。夏閑期引入飼料油菜作綠肥對提高黃土高原旱地麥田土壤肥力以及合理農作非常有利。

    園藝
    馬鈴薯紅色薯肉調控基因的精細定位與候選基因分析
    許蕓梅, 李玉梅, 賈玉鑫, 張春芝, 李燦輝, 黃三文, 祝光濤
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2678-2685.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.011
    摘要 ( 120 )   HTML ( 4 )   PDF (1128KB) ( 114 )   收藏
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    【目的】薯肉顏色是馬鈴薯重要的農藝性狀,它直接影響馬鈴薯的營養和商品價值,一直是馬鈴薯遺傳研究和育種改良的重要目標。本研究通過對二倍體紅色薯肉分離群體的混池分析、基因精細定位和候選基因表達分析,確定調控紅色薯肉的候選基因,為下一步基因功能、遺傳調控研究及彩色馬鈴薯的分子育種奠定基礎。【方法】本研究通過向二倍體紅色薯肉親本導入自交不親和抑制基因Sli獲得BC1S1群體,從300個單株中挑選18株紅色薯肉和21株黃色薯肉個體提取基因組DNA,分別測序進行混池分析。通過集團分離分析法(bulked segregation analysis,BSA)對基因進行初步定位;在定位區間內開發分子標記,對796份BC1S1植株進行基因型分析,篩選交換單株,并結合表型對基因進行精細定位;借助參考基因組注釋信息和qRT-PCR表達量分析確定候選基因。【結果】本研究通過構建薯肉顏色分離的二倍體BC1S1群體,利用BSA-seq分析把調控薯肉花青素合成的主效位點定位在第10號染色體48.70—52.20 Mb。最終,利用分子標記將該基因定位于51.47—51.85 Mb的377 kb區間內。基于參考基因組注釋信息,此區間包括5個基因,其中2個基因注釋為MYB類轉錄因子,結合表達量數據推測這2個基因為候選基因,編號分別為PGSC0003DMG400013966、PGSC0003DMG400013965。【結論】本研究將調控馬鈴薯薯肉花青素積累的一個主效位點定位于第10號染色體51.47—51.85 Mb之間,推測PGSC0003DMG400013966和PGSC0003DMG400013965為候選基因。

    ‘巨峰’葡萄不同生育期植株礦質元素需求規律
    史祥賓,王孝娣,王寶亮,王志強,冀曉昊,王小龍,劉鳳之,王海波
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2686-2694.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.012
    摘要 ( 120 )   HTML ( 7 )   PDF (477KB) ( 116 )   收藏
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    【目的】礦質元素的均衡供應是實現葡萄優質高效栽培的前提,研究‘巨峰’葡萄的礦質營養需求規律,為葡萄的合理施肥與精準施肥提供理論依據。【方法】本研究于2012—2018年連續7年在‘巨峰’葡萄的關鍵生育期進行整株取樣,測定樹體的各礦質元素含量,計算不同生育階段各礦質元素的需求量與比例,研究葡萄的礦質營養需求規律。【結果】‘巨峰’葡萄在整個生長季不同生育階段各礦質元素的需求規律有所差異。萌芽期至始花期對氮、鉀、鐵、錳、鋅、鉬的需求量均超過了全年總需求量的15%,磷、鈣、鎂、銅、硼的需求比率也均超過了10%。始花期至末花期,氮、鐵、鉬的需求比率均超過15%,磷、鉀、鈣、鎂、鋅的需求比率均超過10%。末花期至轉色期,各礦質元素的需求比率分別為氮41.7%、磷47.44%、鉀44.83%、鈣45.88%、鎂44.92%、鐵39.75%、錳27.40%、鋅30.28%、銅60.20%、硼38.72%、鉬41.59%。轉色期至采收期對鉀、錳和硼的需求量較大,分別占比21.76%、22.19%和20.17%,其次磷、鎂、鈣、鋅的需求比率分別為17.12%、16.76%、16.34%、14.72%,氮、鐵、銅和鉬的需求比率均低于10%。采收期至落葉期,錳和鋅的需求比率分別為28.71%和23.57%,鐵和硼的需求比率均超過15%,氮、鈣、鎂和鉬的占比也均超過了10%,磷、鉀和銅占比分別為9.72%、4.78%和8.69%。【結論】‘巨峰’葡萄施肥需要重視各生育階段各種礦質養分的供給。生產1 000 kg果實各礦質元素的需求量為氮5.67 kg、磷2.37 kg、鉀5.66 kg、鈣5.70 kg、鎂1.02 kg、鐵153.45 g、錳53.14 g、鋅36.25 g、銅7.28 g、硼41.84 g、鉬0.47 g。‘巨峰’葡萄各礦質元素占干物質重的平均含量分別為氮0.92%、磷0.36%、鉀0.66%、鈣0.84%、鎂0.15%、鐵269.27 mg·kg -1、錳57.24 mg·kg -1、鋅49.64 mg·kg -1、銅12.66 mg·kg -1、硼66.35 mg·kg -1、鉬1.09 mg·kg -1

    食品科學與工程
    氣體射流沖擊干燥蘋果片的響應面試驗及多目標優化
    賈夢科,吳忠,趙武奇,盧丹,張清安,張寶善,宋樹杰
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2695-2705.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.013
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    【目的】探討氣體射流沖擊干燥蘋果片過程中風溫、切片厚度和風速及其交互作用對VC含量、復水比、單位能耗的影響,建立模型并進行多目標優化,以期得到品質好、能耗低的蘋果片干燥工藝參數。【方法】以蘋果為原料,選取氣流溫度、切片厚度和氣流速度為因素,以蘋果片的VC含量、復水比和單位能耗為指標進行三因素的Box-Behnken響應面試驗,分析影響各指標的主次因素及各因素間的交互作用,建立VC含量、復水比及單位能耗的二次回歸模型。分別用遺傳算法、fgoalattain函數法、隸屬度綜合評價法3種優化方法進行優化,通過比較3種優化方法的結果,得到最佳工藝參數并加以驗證。【結果】各因子對VC含量影響的大小次序依次是氣流溫度>切片厚度>氣流速度,氣流溫度、氣流溫度與切片厚度及氣流溫度與氣流速度的交互作用極顯著,切片厚度作用顯著;各因子對復水比影響的大小次序依次是氣流溫度>氣流速度>切片厚度,氣流溫度、切片厚度及氣流速度的影響極顯著,切片厚度與氣流速度的交互作用影響顯著;各因子對單位能耗影響的大小次序依次是切片厚度>氣流溫度>氣流速度,氣流溫度、切片厚度及氣流溫度與氣流速度的交互作用影響極顯著,氣流速度及氣流溫度與切片厚度的交互作用影響顯著。建立的VC含量、復水比及單位能耗的回歸模型具有統計學意義(P<0.05),可用于對蘋果片氣體射流沖擊干燥指標進行分析和預測;遺傳算法優化出蘋果片氣體射流沖擊干燥的最佳工藝參數為:風溫63.24℃、切片厚度2.00 mm、風速12.00 m·s -1,該條件下蘋果片的VC含量為66.96 μg/100 g,復水比為3.83,單位能耗為26.49 kJ·g -1;fgoalattain 函數法優化得到的最佳工藝參數為風溫71.62℃,切片厚度2.37 mm,風速11.18 m·s -1,其VC含量為64.90 μg/100 g,復水比為3.41,單位能耗為25.85 kJ·g -1;隸屬度綜合評價法優化得到的最佳工藝參數為風溫63.57℃,切片厚度2.00 mm,風速12.00 m·s -1,其VC含量為66.94 μg/100 g,復水比為3.80,單位能耗為26.53 kJ·g -1。以適應度值為評價指標,可以得出遺傳算法優化的結果最好。 【結論】遺傳算法可用于蘋果片氣體射流沖擊干燥工藝中的多目標優化,最佳工藝參數為氣流溫度63℃,切片厚度2 mm,氣流速度12 m·s -1,該參數下VC含量、復水比、單位能耗分別為66.85 μg/100 g,3.78,26.59 kJ·g -1,可在蘋果片加工中使用。氣體射流沖擊干燥應用于蘋果片干燥具有VC含量高、復水比高、單位能耗低等優點。

    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    慢病毒介導shRNA干擾MAT2A與MAT2B基因抑制豬肌內脂肪細胞分化
    趙存真,易本馳,陳培榮,李建柱,趙云煥,朱忠珂
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2706-2715.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.014
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    【目的】腺苷甲硫氨酸轉移酶(MAT)在ATP的作用下,催化生成體內重要的甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(SAMe)。通過構建慢病毒介導的pLenti-H1干擾載體,探究腺苷甲硫氨酸轉移酶MAT2A和MAT2B對豬肌內脂肪細胞分化的影響。【方法】無菌條件下采集3—7日齡小豬背最長肌,采用差速貼壁法分離豬肌內脂肪細胞。根據GenBank中豬MAT2A基因序列(Accession No.NM_001167650.1)和MAT2B基因序列(Accession No. NM_001142832.1),獲得其CDS序列。利用Invitrogen 公司在線軟件BLOCK-iTTM RNAi Designer分別設計shRNA靶序列, 將合成的單鏈寡核苷酸退火形成雙鏈,與經過Bam H I和Xho I (TaKaRa) 雙酶切后的pLenti-Hl載體連接,轉化,并提取質粒進行酶切和測序鑒定。采用X-tremeGENE-HP DNA轉染試劑與測序成功的重組質粒以及包裝質粒(CMV-Δ8.9和CMV-VSVG)共轉染293T細胞,48 h后觀察綠色熒光蛋白(GFP)的表達,并進行滴度測定。在豬原代脂肪細胞密度達到70%—80%時,侵染病毒;細胞密度融合時誘導分化。提取分化第8天的豬肌內脂肪細胞的RNA,按照反轉錄試劑盒操作說明進行反轉錄,合成cDNA第一鏈。采用primer primer 5軟件設計MAT2A、MAT2B、PPARγ、aP2、CEBP/α、β-actin基因的定量引物,實時定量和Western blot試驗檢測MAT2A和MAT2B基因的干擾效率。油紅O染色和實時定量鑒定MAT2A和MAT2B基因對豬肌內脂肪脂質積累的影響。【結果】酶切及測序證明重組慢病毒載體pLenti-Hl-MAT2A/MAT2B構建成功;包裝的慢病毒sh-MAT2A和sh-MAT2B病毒滴度分別為6.7×10 7和7×10 7 pfu/mL,侵染肌內脂肪細胞72 h后,可出現90%的綠色熒光蛋白(GFP),表明所包裝的病毒可滿足侵染豬前體肌內脂肪細胞需要。實時定量結果顯示其顯著抑制了MAT2A和MAT2B的mRNA水平表達,其干擾效率分別在70%和60%以上;進一步采用Western blot試驗及蛋白分析表明,干擾MAT2A基因后,MAT2A蛋白表達水平降低40%左右,差異達到極顯著水平(P<0.01);干擾MAT2B基因后,MAT2B蛋白表達水平降低25%左右,差異達到顯著水平(P<0.05)。油紅O染色和吸光度定量結果顯示,與sh-scramble對照組相比,干擾MAT2A和MAT2B基因后,脂滴聚積能力顯著抑制豬肌內脂肪細胞脂質積累。實時定量結果顯示,干擾MAT2A和MAT2B基因抑制成脂標志基因PPARγ,aP 2及CEBP/α的表達。 【結論】成功構建了豬MAT2A和MAT2B基因的慢病毒sh-MAT2A和sh-MAT2B干擾載體。獲得的重組慢病毒感染細胞后,能有效降低豬肌內前體脂肪細胞內MAT2A和MAT2B基因的mRNA和蛋白水平表達;進一步試驗證明,干擾MAT2A及MAT2B基因后,顯著抑制豬肌內脂肪細胞的脂質積累以及成脂關鍵基因表達。

    產苦馬豆素瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis的誘變篩選
    郝寶成, 宋向東, 高艷, 王學紅, 劉宇, 李元曦, 梁妍, 陳柯源, 胡毓瑤, 邢小勇, 胡永浩, 梁劍平
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2716-2728.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.015
    摘要 ( 87 )   HTML ( 17 )   PDF (3321KB) ( 51 )   收藏
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    【背景】瘋草是黃芪屬和棘豆屬有毒植物的統稱,瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis是從瘋草中分離獲得的一種具有產生苦馬豆素(swainsonine,SW)能力的真菌。因其產物SW一方面體現出良好的抑制腫瘤細胞生長、浸潤和轉移作用及潛在的抗艾滋病病毒等多種藥用活性,另一方面牛羊因大量誤食瘋草能導致中毒,對草原畜牧業健康發展造成了嚴重的危害,受到研究人員的廣泛關注。但由于瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis產苦馬豆素生物合成機制尚不清楚,嚴重制約了后續通過生物發酵大量獲得SW用以抗腫瘤機制研究與臨床應用,以及通過基因工程手段對瘋草進行脫毒育種,使瘋草成為牛羊可食用、無毒的天然牧草。【目的】利用有效的研究手段,闡明Alternaria Section Undifilum oxytropis產苦馬豆素生物合成機制。【方法】以Alternaria Section Undifilum oxytropis為出發菌株,分別采用紫外輻照誘變、亞硝基胍化學誘變、紫外輻照與亞硝基胍復合誘變的3種誘變方式,在不同誘變時間、誘變劑量等條件下對其進行了誘變篩選研究。通過測定不同誘變方式和作用條件下對菌株的致死率,經發酵培養、連續5代傳代培養、并采用α-甘露糖苷酶活性分析法檢測誘變菌株產苦馬豆素含量變化,優化確定了不同誘變方式下最佳誘變條件,并將優勢突變菌株接種馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基(potato dextrose agar,PDA)和改良察式液體培養基,連續培養32 d,測定并繪制了突變菌株D4和UD1的生長周期曲線。【結果】經上述3種誘變方式處理后,分別獲得1株產苦馬豆素含量變化較大、能穩定連續傳代培養的突變菌株U4、D4、UD1。其優化的誘變條件,紫外輻照為輻照處理160 s,亞硝基胍化學誘變為亞硝基胍誘變劑量6 μL、誘變處理時間5 min,紫外輻照與亞硝基胍復合誘變為紫外輻照20 s,亞硝基胍誘變劑量2 μL,誘變處理時間5 min。突變菌株U4、D4、UD1較原始菌株,菌落形態偏小、中間凸起,菌落顏色呈微粉色或白色,且其產苦馬豆素含量均有顯著變化,其中U4突變菌株產苦馬豆素量平均增加16.02%(P<0.01)、D4 突變菌株產苦馬豆素量平均降低23.58% (P<0.01),UD1 突變菌株SW產量平均增加21.87%(P<0.01),但D4、UD1突變菌株生長周期與出發菌株一致,均為24 d。【結論】通過紫外輻照誘變、亞硝基胍化學誘變、紫外輻照與亞硝基胍復合誘變方法,成功篩選出產苦馬豆素含量變化較原始菌株差異較大的3株突變菌株U4、D4、UD1,這為后續利用高通量測序等分子生物學手段,在分子水平上闡釋瘋草內生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis關鍵基因、關鍵酶在其生物合成苦馬豆素機制關系方面奠定研究基礎。

    研究簡報
    人工模擬機械開溝穴直播提高早秈稻莖稈抗倒伏能力及產量
    易艷紅,王文霞,曾勇軍,譚雪明,吳自明,陳雄飛,潘曉華,石慶華,曾研華
    中國農業科學. 2019, 52(15):  2729-2742.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.016
    摘要 ( 75 )   HTML ( 5 )   PDF (511KB) ( 77 )   收藏
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    【目的】研究機械開溝穴直播對早秈稻莖稈抗倒伏能力及產量的影響,為水稻機械化直播技術提供理論依據與技術支撐。【方法】試驗以常規稻中嘉早17和雜交稻株兩優171品種為材料,系統比較人工模擬機械開溝穴直播(MFP)、表面穴直播(SBP)與覆土穴直播(SCP)對直播早秈稻出苗率、植株抗倒性能及產量與產量構成的影響。【結果】與表面穴直播和覆土穴直播相比,人工模擬機械開溝穴直播可提高早秈稻供試品種的出苗率,增幅為5.19%—13.89%,且與表面穴直播處理差異顯著(P<0.05)。同時,人工模擬機械開溝穴直播有利于提高直播水稻品種產量,兩品種增產幅度為4.52%—11.20%;從產量構成因素分析,產量的提高主要得益于單位面積有效穗數、千粒重提高。此外,人工模擬機械開溝穴直播有利于提高供試品種植株抗折力,降低植株倒伏指數,尤其是第3節間;有利于增加株高、重心高度與第3節間(I3)莖壁厚度和節間粗度,提高不同節間的單位長度節間干重、單位體積節間干重以及木質素含量。大部分節間的節間干重與抗折力有顯著的正相關,而與倒伏指數為顯著的負相關。節間干重與單位長度節間干重是影響植株倒伏的主要因素,而株高、重心高度、節間長度和節間粗度并不能同時影響植株抗倒伏能力與倒伏指數,木質素與各節間抗折力有顯著或極顯著正相關。【結論】人工模擬機械開溝穴直播不僅有利于提高直播早秈稻產量,還顯著提高植株抗倒伏能力,降低倒伏風險,可在生產中推廣使用。

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