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當期目錄

    2019年 第52卷 第24期 刊出日期:2019-12-16
      
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    中國農業科學. 2019, 52(24):  0. 
    摘要 ( 17 )   PDF (341KB) ( 15 )   收藏
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    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    小麥穗部性狀的主基因+多基因混合遺傳模型分析
    解松峰,吉萬全,王長有,胡衛國,李俊,張耀元,師曉曦,張俊杰,張宏,陳春環
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4437-4452.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.001
    摘要 ( 59 )   HTML ( 39 )   PDF (2804KB) ( 68 )   收藏
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    【目的】穗部性狀是小麥重要的產量性狀,在小麥產量構成中占據重要地位和作用。開展小麥穗部性狀遺傳研究、分析其遺傳機制,對制定高產育種策略、提高育種效率提供理論和實踐指導。【方法】以主莖穗長、小穗數、穗粒數、小穗粒數為指標,采用數量性狀的主基因+多基因混合遺傳模型方法,對不同生態環境條件下來自母本品冬34與父本BARRAN及其衍生的F7:8、F8:9代重組自交系群體(RIL)進行穗部性狀的遺傳模型分析與遺傳參數估計,以確定控制各性狀的基因數目,估計遺傳效應值及遺傳率。【結果】穗長和小穗數的最佳遺傳模型均是B-2-1(PG-AI),符合2對連鎖主基因+加性-上位性多基因遺傳模型。穗長的多基因遺傳率是90.64%,小穗數的多基因遺傳率是89.52%,穗長的環境變異平均值占表型變異的比例為9.39%,小穗數的環境變異平均值占表型變異的比例為10.50%;穗粒數的最佳遺傳模型是G-1(MX3-AI-A),符合3對加性-上位性主基因加多基因+加性混合遺傳模型,主基因遺傳率是69.39%,多基因遺傳率是29.94%,環境變異平均值占表型變異的比例為2.18%。控制穗粒數的第1對主基因的加性效應值和第3對主基因的加性效應值數值相等,同是4.56,具有正向效應。第2對主基因的加性效應值與加性效應和第1對主基因×第2對主基因×第3對主基因的加性效應值相同,均是-1.64,且為負向效應。加性和加性×加性上位性互作效應值與加性和第2對主基因加性×第3對主基因加性上位性互作效應值相等,均是-6.02。加性和第1對主基因加性×第3對主基因加性上位性互作效應值是0.18,多基因的加性效應值是0.15,表現為較低的正向遺傳效應;小穗粒數的最佳遺傳模型是H-1(4MG-AI),符合4個主基因+加性-上位性遺傳模型,主基因遺傳率是81.50%。第1至4對主基因加性效應值分別為0.22、0.18、-0.20和0.24,加性和第1對主基因×第1對主基因的加性上位性互作效應值是-0.170,加性和第1對主基因×第3對主基因的加性效應值是0.240,加性和第1對主基因×第4對主基因的加性效應值是-0.20,加性和第2對主基因×第3對主基因的加性效應值與加性和第2對主基因加性×第4對主基因加性上位性互作效應值絕對值相同,效應相反,前者值是0.03,后者值是-0.03。加性和第3對主基因×第4對主基因×的加性效應值是0.06。【結論】小麥穗部性狀以多基因遺傳效應為主,符合數量遺傳特征,易受環境影響。小穗粒數存在著主基因遺傳特性,主基因遺傳力較高,受環境影響小,小穗粒數可作為有效改良穗部性狀早期選擇的直接指標,實現單株定向選擇,提高育種效率。

    基于SSR標記的谷子主要農藝性狀關聯位點檢測及等位變異分析
    李劍峰,張博,全建章,王永芳,張小梅,趙淵,袁璽壘,賈小平,董志平
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4453-4469.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.002
    摘要 ( 40 )   HTML ( 6 )   PDF (3107KB) ( 40 )   收藏
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    【目的】通過在海南省樂東縣、河南省洛陽市、吉林省吉林市和公主嶺市4個不同地理環境調查谷子10個主要性狀,進行SSR標記與性狀的關聯分析,獲得單一環境特異表達位點及多個環境共同表達位點,發掘優異等位變異,探究谷子可能的生態適應性形成機制,為開展谷子分子輔助選擇育種奠定基礎。【方法】連續2年在吉林省吉林市和公主嶺市、河南省洛陽市、海南省樂東縣調查102份谷子資源株高、穗長、葉片數、穗粗、抽穗期、穗碼數、碼粒數、穗重、穗粒重、千粒重10個主要農藝性狀的基礎上,首先利用SPSS19.0軟件對每個地理環境進行性狀間相關性分析,再用70個多態性SSR標記對谷子資源進行基因型鑒定,分析102份谷子資源的遺傳多樣性和群體遺傳結構,最后用TASSEL5.0軟件進行標記間的連鎖不平衡分析,并用GLM和MLM 2種模型開展分子標記與表型性狀的關聯分析。【結果】除了千粒重,其余9個性狀間在4個地理環境普遍存在顯著或極顯著正相關,千粒重只在在吉林市、公主嶺市、洛陽市3個環境與穗粒重、株高、穗長、穗重呈顯著或極顯著正相關,在海南樂東縣與其他9個性狀沒有顯著相關性;70對SSR引物共檢測到397個等位基因,平均每個標記的觀測等位基因數、有效等位基因數、期望雜合度、Shannon指數分別為6、2.24、0.4637、0.7738;遺傳多樣性和群體結構分析均將102份谷子材料分為4個群,來自河南的谷子材料散布在4個群中,表現較豐富的遺傳多樣性;70對SSR標記間連鎖不平衡分析未發現明顯的連鎖不平衡結構;GLM、MLM 2種模型共檢測到10個關聯標記,結合等位效應分析確定b115、MPGC13、b227、b194、p56在吉林市、公主嶺市2個環境與穗重、穗長、葉片數、抽穗期4個性狀關聯,sigms9034、b125在洛陽市與穗長、穗碼數關聯,P18和p59在樂東縣與穗重關聯,p6在吉林市、公主嶺市和洛陽市分別與葉片數和穗碼數關聯,單個標記對表型變異的平均貢獻率在7.76%—34.05%;3個標記等位基因sigms9034-168、P18-166、p56-244分別能夠顯著增加穗長、穗重,縮短抽穗期。【結論】連續2年獲得了5個在吉林市、公主嶺市穩定表達的標記位點b115、MPGC13、b227、b194和p56,2個在洛陽市穩定表達的標記位點sigms9034、b125,2個在樂東縣穩定表達的位點P18和p59,1個在洛陽市和吉林市、公主嶺市同時穩定表達的標記位點p6;獲得了3個可用于穗部性狀、生育期標記輔助選擇的優異等位基因sigms9034(168 bp)、P18(166 bp)、p56(244 bp)。

    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    基于高光譜指數的棉花冠層等效水厚度估算
    馬巖川,劉浩,陳智芳,張凱,余軒,王景雷,孫景生
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4470-4483.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.003
    摘要 ( 52 )   HTML ( 13 )   PDF (3472KB) ( 66 )   收藏
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    【目的】建立快速、無損監測棉花冠層等效水厚度(canopy equivalent water thickness,CEWT)的估算模型,進一步提高利用高光譜遙感技術監測棉花CEWT的估算精度。【方法】通過在不同生育期設置灌溉梯度試驗,于棉花蕾期和花鈴期同步測定冠層光譜反射率、冠層等效水厚度等信息,綜合分析棉花冠層等效水厚度與原始光譜反射率、一階導數光譜反射率、全波段組合光譜指數、已有光譜指數的相關性,確定蕾期、花鈴期及全生育期的最優光譜指數,并通過線性回歸構建棉花CEWT的高光譜監測模型。【結果】冠層等效水厚度與原始光譜反射率在近紅外波段(NIR)780—1 130 nm和短波紅外波段(SWIR)1 450—1 830 nm、1 950—2 450 nm附近均出現連續的敏感波段,一階導數光譜在NIR波段內對CEWT的敏感程度較原始光譜有所加強,但在SWIR波段內敏感程度弱于原始光譜;利用原始光譜反射率構建的光譜指數與CEWT的相關性強于一階導數光譜,且比值光譜指數(RSI)較歸一化差分光譜指數(NDSI)更適合CEWT的監測。在全生育期內(R1135-5R1494)/R2003對CEWT的反演精度最佳(R 2=0.7878,RRMSE=0.1803);在蕾期RSIb(1130,1996)對CEWT的估算效果最好(R 2=0.7258,RRMSE=0.1444);在花鈴期RSIa(904,1952)是估算CEWT的最優光譜指數(R 2=0.7853,RRMSE=0.2454)。【結論】該研究在不同生育階段內提出的新型高光譜指數均可用于棉花冠層等效水厚度的定量監測,研究結果可為高光譜技術在棉花冠層水分含量監測中的應用提供參考,為棉花精準灌溉提供技術依據。

    硝酸鑭浸種對藜麥種子萌發及鹽脅迫下幼苗生長的影響
    龐春花,張媛,李亞妮
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4484-4492.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.004
    摘要 ( 34 )   HTML ( 3 )   PDF (567KB) ( 44 )   收藏
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    【目的】鹽堿地的形成,不僅造成了資源浪費,也嚴重制約著農業生產。藜麥具有耐鹽的特性,能夠緩解部分鹽脅迫。中國是稀土含量最多的國家,有研究表明,稀土元素鑭可能對鹽分脅迫有緩解作用。本試驗通過硝酸鑭浸種后對藜麥幼苗進行鹽脅迫處理,探討該浸種方法對藜麥種子萌發以及鹽脅迫下幼苗生長的影響,為緩解鹽害、提高藜麥抗鹽性研究提理論依據。【方法】本研究以藜麥為研究材料,采用溫室盆栽法,研究不同硝酸鑭濃度浸種(25、50 和100 mg·L -1)對藜麥種子萌發及不同濃度鹽脅迫下(100、200和300 mmol·L -1 NaCl溶液)對幼苗生長的影響。【結果】(1)50 mg·L -1 La(NO3)3浸種時,藜麥種子的萌發效果最好,發芽率、發芽勢和發芽指數均達到最高,并與其他濃度處理具有顯著差異;(2)相同La(NO3)3濃度浸種時,300 mmol·L -1NaCl以內藜麥幼苗的株高、根長隨著鹽脅迫濃度的增加逐漸降低,POD、SOD、MDA、可溶性糖、脯氨酸都隨著鹽脅迫濃度的增加而升高;(3)在相同濃度鹽脅迫下,藜麥幼苗的株高、根長,POD、SOD、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸均隨硝酸鑭浸種濃度的增加呈先升后降的變化趨勢,MDA隨浸種濃度的增加呈先降后升的變化趨勢;(4)藜麥在300 mmol·L -1NaCl范圍下均能生長,在300 mmol·L -1NaCl時,幼苗各項指標基本最好,其中50 mg·L -1硝酸鑭浸種處理下各項生長指標均達到最佳。【結論】低濃度50 mg·L -1硝酸鑭能夠促進藜麥種子的萌發以及鹽脅迫下藜麥幼苗地上部分生長,加強藜麥幼苗的抗氧化酶活性,增加滲透調節物質含量,對鹽脅迫起到緩解作用;高濃度則抑制生長。本文結果表明硝酸鑭浸種可提高藜麥對鹽分脅迫的抗性。

    基于不規則三棱柱分割法實時測算果樹冠層體積
    李鵬,張明,戴祥生,王騰,鄭永強,易時來,呂強
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4493-4504.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.005
    摘要 ( 22 )   HTML ( 6 )   PDF (2921KB) ( 42 )   收藏
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    【目的】果樹冠層體積、結構的精準測量可以為藥、肥的變量施用和果樹估產等提供重要的參考依據。針對植株冠層枝葉空間分布不規則的特點,現有的果樹冠層體積實時測量方法測量精度較差,難以準確量化柑橘果樹冠層體積及結構,為了實現對果樹冠層體積的精準測量,搭建了基于SICK LMS111-10100型激光傳感器的果樹冠層掃描檢測平臺,并提出了一種基于不規則三棱柱模塊的果樹冠層體積測算方法。【方法】研究以5株冠形規則的球形景觀樹、10株冠形不規則的柑橘樹為靶標,分別在0.5、1.0和1.5 m·s -1 3個行進速度下使用常用的長方體分割法、不規則三棱柱分割法等2種方法測算冠層體積,并以人工測量為基準進行誤差分析。【結果】長方體分割法測量景觀樹誤差范圍分別為4.17%—6.59%、4.56%—7.42%和4.17%—9.86%;不規則三棱柱分割法測量景觀樹誤差范圍分別為2.37%—4.63%、3.18%—5.00%和4.10%—5.73%,2種方法測算果樹冠層體積相對誤差差值范圍-0.28%—4.22%,平均差值1.78%。長方體分割法測量柑橘樹誤差范圍分別為11.63%—31.02%、11.88%—33.23%和13.28%—33.30%;不規則三棱柱分割法測量柑橘樹誤差范圍分別為3.25%—6.69%、4.50%—8.31%和5.66%—11.55%,2種方法測算果樹冠層體積相對誤差差值范圍6.43%—26.20%,平均差值13.04%。【結論】不規則三棱柱分割法測算誤差明顯小于長方體分割法,精度更高;對于同一靶標,當速度為0.5 m·s -1時,2種方法的測量精度最高,隨著速度的增加,激光采樣點密度下降,相對誤差有增大的趨勢。當掃描規則靶標時,2種方法精度差異較小;當掃描不規則靶標時,長方體分割法誤差較大。長方體分割法處理單幀數據的平均時間為2.86 ms,不規則三棱柱分割法處理單幀數據的平均時間為4.73 ms,均小于激光傳感器的掃描周期20 ms,可以達到實時獲取并處理數據的目的。

    植物保護
    西蘭花殘體還田對棉花黃萎病防治效果及其對不同生育時期土壤細菌群落的影響
    趙衛松,郭慶港,李社增,王亞嬌,鹿秀云,王培培,蘇振賀,張曉云,馬平
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4505-4517.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.006
    摘要 ( 42 )   HTML ( 7 )   PDF (1010KB) ( 82 )   收藏
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    【目的】研究土壤中添加西蘭花殘體(broccoli residues,BR)對棉花黃萎病及不同生育時期土壤細菌群落結構的影響,為棉花黃萎病的綠色生態防控和化學農藥的減量施用提供新途徑和思路。【方法】通過田間小區試驗,分別以西蘭花殘體還田和不含有西蘭花殘體(CK)的耕層土壤中播種的棉花為試驗對象,監測不同處理的棉花黃萎病的發生動態。采用實時熒光定量PCR(real-time PCR)和高通量測序(Illumina MiSeq)技術分別測定不同時期土壤中大麗輪枝菌(Verticillium dahliae)DNA拷貝數量和土壤細菌群落,進而分析西蘭花殘體還田對土壤中病原菌數量變化和土壤細菌群落的影響。采用主成分分析探索西蘭花殘體還田對不同生育時期土壤細菌群落在門和屬水平的結構變化特征與規律。【結果】西蘭花殘體還田后棉花黃萎病的發病率和病情指數均呈現出下降趨勢,且發病高峰時間推遲,在發病高峰期對黃萎病的防治效果達到70.77%,建立了整個生育期內病情指數-時間病程發展曲線,平均防治效果為57.21%。與空白對照相比,西蘭花殘體還田處理在棉花生長季和非生長季的4個階段土壤中大麗輪枝菌DNA拷貝數量分別降低了10.96%、11.11%、25.95%和11.25%。高通量測序分析表明,不同生育時期西蘭花殘體還田處理顯著提高了土壤細菌多樣性,豐富度指數Chao1均顯著上升,ACE指數在播種前期、花鈴期和吐絮期顯著上升。與空白對照相比,在不同生育時期內,西蘭花殘體還田后土壤中的放線菌門(Actinobacteria)菌群的相對豐度呈現顯著上升。同時研究表明,西蘭花殘體還田后優勢菌群組成在不同生育時期存在差別,在播種前期和苗期,厚壁菌門(Firmicutes)菌群上升為優勢菌群;在蕾期和花鈴期,藍藻細菌門(Cyanobacteria)菌群成為優勢菌群。主成分分析表明,西蘭花殘體還田改變了苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期的細菌群落結構。進一步分析表明,西蘭花殘體還田顯著增加了鏈霉菌屬(Streptomyces)和芽孢桿菌屬(Bacillus)菌群的相對豐度。【結論】西蘭花殘體還田能夠有效抑制棉花黃萎病的發生,降低土壤中大麗輪枝菌DNA拷貝的數量,改變土壤細菌群落結構,增加有益微生物的相對豐度,是一種有效控制棉花黃萎病的綠色措施。

    葡萄潰瘍病菌外泌蛋白LtGH61A的致病力及基因表達模式
    彭軍波,李興紅,張瑋,周瑩,黃金寶,燕繼曄
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4518-4526.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.007
    摘要 ( 34 )   HTML ( 4 )   PDF (1781KB) ( 55 )   收藏
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    【目的】由葡萄座腔菌屬(Botryosphaeria)真菌引起的潰瘍病是葡萄生產上的重要病害之一,在國內多個葡萄產區發生,嚴重威脅葡萄的產量及品質。本研究對葡萄潰瘍病菌(Lasiodiplodia theobromae)中一個假定外泌蛋白LtGH61A進行功能分析,為進一步解析葡萄潰瘍病菌的致病機理及病害防控提供理論依據。【方法】通過SignalP 4.0預測LtGH61A蛋白的信號肽;氨基酸序列同源比對結合基因功能注釋,預測LtGH61A蛋白的功能;通過酵母互補試驗分析LtGH61A蛋白的外泌特性;采用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)分析LtGH61A在病原菌營養菌絲及侵染寄主不同階段的表達量;借助RNA干涉(RNAi)對LtGH61A進行表達抑制;通過葡萄枝干離體接種試驗,分析LtGH61A蛋白對葡萄潰瘍病菌致病力的影響。通過比較菌落直徑,分析LtGH61A蛋白對葡萄潰瘍病菌菌絲生長速率的影響。【結果】信號肽預測表明LtGH61A蛋白N端具有一個長度為18個氨基酸的信號肽;基因功能注釋推定LtGH61A的編碼產物屬于糖苷水解酶61(GH61)家族,能酶解纖維素類物質;互補蔗糖酶外泌缺陷型酵母YTK12結果表明,LtGH61A蛋白的信號肽具有外泌活性,能夠引導酵母YTK12蔗糖酶的外泌;與營養菌絲階段相比,LtGH61A的表達量在病原菌侵染階段顯著升高,并且在接種后48 h高達營養菌絲階段的19倍;通過RNAi試驗及qRT-PCR驗證,獲得了2個LtGH61A表達量明顯降低的陽性轉化子,分別命名為RNAi-LtGH61A1和RNAi-LtGH61A2;葡萄枝干離體接種試驗結果顯示,與野生型CSS-01s相比,RNAi-LtGH61A1和RNAi-LtGH61A2轉化子在葡萄枝干形成的病斑長度顯著變短,約為野生型CSS-01s的55%,表明LtGH61A影響葡萄潰瘍病菌的致病力;菌落直徑比較顯示,與野生型CSS-01s相比,RNAi-LtGH61A1和RNAi-LtGH61A2轉化子的菌落直徑變小,約為野生型85%,表明LtGH61A影響葡萄潰瘍病菌的菌絲生長速率。【結論】LtGH61A影響葡萄潰瘍病菌的致病力及生長速率;LtGH61A蛋白能夠分泌至胞外;LtGH61A在病原菌侵染階段的表達量顯著升高,推測其通過發揮自身酶活功能,破壞寄主植物組織,從而促進病原菌的侵染。

    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    華北平原五省冬小麥產量和氮素管理的時空變異
    任思洋,張青松,李婷玉,張福鎖
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4527-4539.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.008
    摘要 ( 59 )   HTML ( 3 )   PDF (5310KB) ( 83 )   收藏
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    【目的】通過對華北地區冬小麥產量及氮素管理時空變化的分析,明確華北平原五省2005—2014年冬小麥產量、效率及環境效益的演變規律。【方法】基于2005—2014年農戶調研數據,分析華北平原產量、產量差與氮素管理的時間和空間變異趨勢,從糧食安全、資源高效和環境保護3個維度設計了華北地區氮素可持續管理評價體系,并據此對該區目前氮素管理現狀進行評價。【結果】(1)2005—2014年華北冬小麥產量均值為6.5 t·hm -2,呈逐年遞增趨勢,10年增幅達7%,產量從高到低依次為河南、安徽北部、山東、河北、江蘇北部。10年產量差均值為1.4 t·hm -2,整體呈下降趨勢,10年降幅高達47%,產量差從高到低依次為山東、河北、江蘇北部、河南、安徽北部。安徽北部產量差降幅最大,產量差最小;山東省內產量差差異較大,呈東部高于西部的趨勢。(2)2005—2014年華北冬小麥施氮量均值為226 kg·hm -2,除江蘇北部外均呈增加趨勢,10年平均增幅為3%,施氮量從高到低依次為江蘇北部、河北、山東、安徽北部、河南。同省施氮量差異較小而省間差異明顯。(3)2005—2014年華北冬小麥氮素利用效率(NUE)均值為44%,從高到低依次為河南、安徽北部、山東、河北、江蘇北部。空間差異大,施氮量高的地區NUE較低。(4)2005-2014年華北冬小麥氮盈余均值為165 kg·hm -2,從高到低依次為江蘇北部、河北、山東、河南、安徽北部。施氮量高的地區氮盈余較高。(5)2005—2014年華北冬小麥滿足華北地區氮素可持續管理評價體系安全邊界的縣數僅占總體的2%。以該區域氮盈余及產量均值分區,其中河南省均值位于低氮盈余高產量區;山東及安徽北部均值位于低氮盈余低產量區;河北及江蘇北部均值位于高盈余低產量區。【結論】2005—2014年華北地區冬小麥產量增加,產量差減小;同時氮肥投入增加,氮盈余較高,氮素利用效率低。五省中河南氮素管理較為合理,山東和安徽北部氮盈余較低,產量提升空間大;河北及江蘇北部氮肥投入量高、效率低、環境壓力大,將是未來華北氮素管理的重點地區。

    我國褐土耕地質量的演變及對生產力的影響
    陳延華,王樂,張淑香,郭寧,馬常寶,李春花,徐明崗,鄒國元
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4540-4554.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.009
    摘要 ( 49 )   HTML ( 2 )   PDF (1016KB) ( 59 )   收藏
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    【目的】耕地質量是影響土壤生產力的關鍵因素,也是科學施肥的重要依據。褐土區為我國小麥和玉米的主產區,研究該區域31年間(1988—2018)耕地質量的演變,并分析它們對生產力的影響,為褐土區的科學施肥提供依據。【方法】基于31年全國103個褐土長期定位試驗點的數據,分析褐土耕地質量的演變;并通過冗余分析,比較影響生產力的因素;在此基礎上對褐土區的科學施肥提出了合理建議。【結果】(1)褐土區土壤理化性質的演變及現狀:有機質、有效磷和速效鉀2018年均值分別為17.9 g·kg -1、29.2 mg·kg -1和164 mg·kg -1,監測期間分別提高了21.2%、200.9%和55.0%;全氮和緩效鉀2018年均值分別為1.1 g·kg -1和945 mg·kg -1,監測期間趨于平穩;中微量元素和重金屬含量數值分布在合理范圍;pH下降0.3個單位;耕層厚度為21.9 cm,容重為1.33 g·cm -3,均屬于中等水平。(2)褐土區施肥量,2018年總量為730.2 kg·hm -2,肥料氮(N)磷(P2O5)鉀(K2O)的比例約為2﹕1﹕1,化肥與有機肥的比例約為3.45﹕1;氮肥用量378.9 kg·hm -2,監測期間趨于平穩,磷肥和鉀肥用量監測期內呈下降趨勢,分別降低24.1%和50.8%。(3)31年間褐土區小麥產量呈上升趨勢,監測末期達到6 651 kg·hm -2,比初期提高27.6%;玉米產量較為平穩,監測末期達到8 851 kg·hm -2,監測中期和末期均與初期無顯著性差異。小麥季和玉米季的地力貢獻率分別為49.0%和59.6%;對產量的影響,物理指標中耕層厚度(對小麥產量的解釋率,2.7%)和容重(對小麥和玉米產量的解釋率分別為1.2%和1.5%)的作用較大;化學指標中有機質對小麥、玉米產量的解釋率均較高,分別為2%和1.7%,有效磷對玉米產量的解釋率也較高(3.6%);肥料用量指標中,鉀肥對小麥、玉米產量的解釋率均最高,分別為5.6%和6%,其次,磷肥對小麥產量(1.3%)、氮肥對玉米產量(1.3%)的解釋率也較高。【結論】31年間褐土的耕地質量得到提升,但是總體肥力偏低,物理指標處于中等水平。考慮耕地質量對生產力影響的基礎上,對于小麥和玉米,需要制定不同的施肥方案,均需提高鉀肥的投入,且重點保障小麥的磷肥和玉米的氮肥供應;對于物理指標需要引起高度關注,耕層和容重處于中等水平,但不需要繼續優化,維持現狀更利于獲得高產。

    土壤重金屬快速檢測技術研究進展
    毛雪飛,劉霽欣,錢永忠
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4555-4566.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.010
    摘要 ( 41 )   HTML ( 7 )   PDF (487KB) ( 50 )   收藏
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    近年來,隨著我國工農業的高速發展,尤其是無節制的礦藏開采、“三廢”排放、汽車尾氣以及農業化學投入品的濫用,重金屬污染已成為我國當前最嚴重的環境污染問題之一,因此土壤重金屬監測工作顯得尤為重要。但是,目前的土壤重金屬檢測標準方法仍以實驗室確證性分析為主,無法用于土壤重金屬的現場、快速分析,從而難以從源頭上及時、有效地對土壤重金屬污染進行監測和預防,開發重金屬快速檢測設備和技術勢在必行。從土壤樣品的基質特點來看,固體進樣分析是最可行的技術方案,主要包括電熱蒸發(ETV)原子光譜、X射線熒光光譜(XRF)、激光燒蝕(LA)、激光誘導擊穿光譜(LIBS)、X射線吸收光譜(XAS)、中子活化(INAA)等。上述固體進樣分析技術均無需樣品消解處理,高效、快捷,但是部分技術的檢出能力和穩定性尚難以滿足土壤質量標準的全部要求,如XRF、LA、LIBS,還有部分技術難以實現現場化,如LA、XAS、INAA等。因此,基于電熱蒸發(ETV)固體進樣的原子光譜分析技術在分析靈敏度、穩定性和小型化方面具有特殊的優勢。ETV是利用電加熱將樣品中的待測元素以氣溶膠的形式導入原子化器或激發源的技術,可實現土壤中常見重金屬元素的快速、高效導入,技術簡單、通用性強,適用于原子吸收、原子熒光、原子發射、無機質譜等多種檢測系統。ETV常采用碳、金屬、石英等材料,如石墨管、多孔碳管、鎢絲、錸絲、石英管,其中利用高熔點金屬的電磁感應電熱蒸發技術具有無冷點、升/降溫速度快、易于小型化的優勢。但是,土壤樣品基質復雜,基體干擾一直是困擾ETV技術應用的核心瓶頸問題。新型的氣相富集(GPE)、介質阻擋放電(DBD)、基體改進及背景校正等技術,有望實現土壤基體干擾的有效消除。特別是GPE技術,在特異性捕獲消除基體干擾的同時,還可以通過預富集提高儀器的分析靈敏度。通過上述技術的集成與創新,可以有效解決固體進樣的分析靈敏度和基體干擾問題,這將為土壤重金屬速測技術的研發提供新的思路,從而為土壤環境監測與治理工作提供有效的技術支撐。

    園藝
    GRAS家族全基因組鑒定與響應UV-B的表達模式分析
    李晨,趙雪惠,王慶杰,王旭旭,肖偉,陳修德,付喜玲,李玲,李冬梅
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4567-4581.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.011
    摘要 ( 43 )   HTML ( 5 )   PDF (7636KB) ( 75 )   收藏
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    【目的】GRAS基因家族成員在調節植物生長發育中發揮著關鍵作用。通過生物信息學分析GRAS在桃基因組中的分布、結構及進化,研究家族成員在不同組織中的表達特異性及其對UV-B的響應,解析GRAS基因家族的生物學功能。【方法】對設施油桃‘中油5號’(Prunus persica var. nectarina cv. Zhongyou5)補充適量UV-B(Ultraviolet-B)劑量,利用Plant TFDB數據庫鑒定桃GRAS基因家族成員。采用Clustal W、MEGA6.0、ProtParam tool、MCScanX、Circos、SMART、NCBI-CDD、ExPASy、GSDS和MEME等軟件構建系統進化樹,繪制染色體定位圖,預測蛋白的相對分子質量與等電點等理化性質等,分析GRAS基因家族成員在不同組織中的表達模式,利用qRT-PCR技術檢測桃GRAS在UV-B處理下的表達情況。【結果】從桃全基因組中鑒定出48個GRAS轉錄因子家族基因,構建系統進化樹將這48個成員分為9個亞家族,PpGRAS在桃的8條染色體上呈不均勻分布。對GRAS基因家族進行理化性質分析發現,其蛋白平均長度為590.52 aa,等電點在4.36—7.56。GRAS家族基因結構分析表明,有40個基因不含內含子,8個基因含有1個內含子。保守元件分析顯示,GRAS家族包含20個保守元件,其中Motif 2和4在GRAS的家族中高度保守,同一個亞家族成員含有相同的保守元件,其可能具備相似的功能。然而,有些亞家族成員的表達模式不同,這可能與其保守基序之外的序列有關。PpGRAS在不同組織中具有不同的表達模式。葉片中PpGRAS5經UV-B處理后上調表達最顯著,而有多達15個基因表達量呈現下調。果實中PpGRAS13經UV-B處理后上調表達,但有9個基因表達下調。韌皮部中,UV-B處理后有14個基因上調表達,而PpGRAS16經處理后在韌皮部中表達下調最明顯。【結論】從桃基因組中共鑒定出48個GRAS基因家族成員,分布于8條染色體上;多數PpGRAS能響應UV-B處理,但在不同組織中的表達不盡相同。

    ‘羊角脆’類甜瓜果實品質因子分析及綜合評價
    王佳豪,段雅倩,乜蘭春,宋立彥,趙文圣,方思雨,趙佳騰
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4582-4591.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.012
    摘要 ( 28 )   HTML ( 6 )   PDF (419KB) ( 32 )   收藏
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    【目的】篩選評價‘羊角脆’類甜瓜果實品質的代表性指標和高品質材料,為建立品質評價標準和選育優良品種提供參考和依據。【方法】以6個‘羊角脆’類甜瓜栽培品種和26份高代自交系成熟果實為試材,測定與果實品質相關的18個數量性狀指標,將其分為經濟性狀指標和果肉品質指標,經因子分析、逐步回歸和相關分析,得到果實品質的代表性指標,結合二維排序圖,進行高品質材料篩選。【結果】18個指標中單果重、硬度、維生素C(VC)含量、可滴定酸含量、糖酸比和固酸比變異性較大,變異系數>20%,果實橫徑、肉厚率和pH變異性較小,變異系數<10%;經濟性狀中篩選出3個公因子,累計方差貢獻率為87.71%,解釋指標為果實縱徑、果實橫徑、果形指數、果腔縱徑、果腔橫徑和肉厚率;果肉品質性狀中篩選出4個公因子,累計方差貢獻率為90.03%,解釋指標為VC含量、硬度、可溶性固形物含量、總糖含量、可滴定酸含量、糖酸比和固酸比。將以上篩選出的6個經濟性狀指標和7個果實品質指標進行綜合品質分析,得到5個公因子,累計方差貢獻率為87.35%,根據指標間的相關性,以指標簡便易用和避免信息重疊為原則,果實縱徑、肉厚率、硬度、總糖和可滴定酸5項指標可作為評價‘羊角脆’類甜瓜果實品質相關數量性狀的代表性指標。根據以上5個公因子得分及其方差貢獻率計算各材料綜合品質排名,結合二維排序圖,篩選出10份高品質材料。【結論】果實縱徑、肉厚率、硬度、總糖和可滴定酸5項指標可作為評價‘羊角脆’類甜瓜品質的代表性指標;自交系25、24、22、21、8、1、17、18、20和23為高品質材料。

    食品科學與工程
    糌粑加工過程中穩定同位素指紋分餾效應分析
    李繼榮,張唐偉,次仁德吉,楊小俊,次頓
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4592-4602.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.013
    摘要 ( 19 )   HTML ( 2 )   PDF (488KB) ( 19 )   收藏
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    【目的】系統分析青稞原料、炒制青稞和磨粉糌粑中穩定碳、氮、氫和氧同位素的差異,揭示糌粑加工過程中青稞原料、炒制青稞和磨粉糌粑穩定碳、氮、氫和氧同位素的組成特征及相關性,為青稞及其制品產地溯源提供理論與技術支撐。【方法】2018年從西藏自治區日喀則市糌粑加工作坊分別采集炒制青稞和磨粉糌粑各11份,同時在對應地點采集青稞原料11份;實驗室模擬糌粑加工過程的青稞原料和炒制青稞各8份。利用元素分析-同位素比率質譜儀(EA—IRMS)測定青稞原料、炒制青稞和糌粑中的穩定碳、氮、氫、氧同位素。結合單因素方差分析及LSD或Games-Howell多重比較分析探究穩定碳、氮、氫、氧同位素在青稞原料、炒制青稞和糌粑間的差異;逐步判別分析區分雅魯藏布江和年楚河青稞及其制品;獨立樣本T檢驗分析水磨和電磨加工糌粑樣品穩定碳、氮、氫、氧同位素差異;配對數據T檢驗分析模擬試驗中青稞原料、炒制青稞樣品穩定碳、氮、氫、氧同位素差異,皮爾遜相關分析解析青稞原料和炒制青稞樣品穩定碳、氮、氫、氧同位素的相關性。【結果】青稞原料、炒制青稞和糌粑間穩定碳、氮、氫、氧同位素比值無顯著差異;穩定氮同位素對不同流域來源青稞判別率為72.7%,穩定氮、氧同位素對不同流域來源炒制青稞判別率為90.9%,糌粑判別率100%;水磨和電磨加工糌粑穩定碳、氮、氫、氧同位素比值無顯著差異;模擬試驗中青稞原料與炒制青稞穩定碳、氮、氫、氧同位素比值無顯著差異,青稞原料與炒制青稞間穩定碳、氮同位素存在顯著正相關(P<0.05)。【結論】糌粑穩定碳、氮、氧同位素與炒制青稞穩定碳、氮、氧同位素間分餾效應不顯著;青稞及其制品中穩定同位素存在一定地域性;糌粑加工過程中使用電磨或水磨,對糌粑穩定碳、氮、氫、氧同位素值無影響;青稞原料穩定碳、氮同位素反映糌粑穩定碳、氮同位素特征;利用穩定同位素技術可以實現對糌粑的原產地溯源。

    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    混菌固態發酵菜籽粕工藝優化
    吳正可,劉國華,李陽,鄭愛娟,常文環,陳志敏,蔡輝益
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4603-4612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.014
    摘要 ( 31 )   HTML ( 8 )   PDF (520KB) ( 17 )   收藏
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    【目的】通過優化菜籽粕混菌固態發酵工藝以提高菜籽粕營養價值,為發酵菜籽粕在我國畜牧養殖上的應用提供理論參考。【方法】以普通菜籽粕為原料,采用嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母3種菌株,以硫甙降解率(X%)、總酸增加率(Y%)、多肽增加率(Z%)為評價指標,并采用加權法以M為綜合評價指標(其中M = 0.7×X + 0.15×Y + 0.15×Z)評價發酵效果。其中,試驗一以3株菌的不同添加量為試驗因素,設計L9(3 4)三因素三水平正交試驗,探究各菌株添加量及不同的菌株組合方式對發酵效果的影響;在試驗一的基礎上配置混菌發酵液,以發酵溫度、料水比、發酵時間、接種量為試驗因素,設計L16(4 5)四因素四水平正交試驗,探究混菌固態發酵菜籽粕的最佳工藝,并結合最佳工藝進行中試驗證。【結果】(1) 試驗一對以總變化率M為指標的正交試驗結果進行極差分析,結果顯示混菌固態發酵菜籽粕最佳混菌組合為嗜酸乳桿菌:釀酒酵母:枯草芽孢桿菌為=1﹕3﹕2,在該條件下,硫甙降解率為23.5%,總酸增加率為179.2%,多肽增加率為375.0%。(2) 在試驗一的基礎上設計試驗二并對結果進行極差分析,結果表明混菌固態發酵菜籽粕的最佳工藝條件為溫度:33℃、料水比:1﹕1、時間:84h、接種量:6%,在該工藝條件下進行中試驗證測得硫甙降解率為48.8%,總酸增加率為499.7%,多肽增加率為148.4%,總變化率為131.4%,符合試驗預期;對各單因素的方差分析結果顯示1水平溫度(31℃)總變化率顯著低于其他水平(P < 0.05),2水平溫度(33℃)總變化率高于3水平(35℃)和4水平(37℃),但差異不顯著(P > 0.05);2水平(1﹕1)的料水比總變化率高于其他水平,差異未達到顯著水平(P >0.05);3水平(84 h)的發酵時間總變化率高于其他水平,但差異未達到顯著水平(P >0.05);接種量各水平之間對總變化率的影響差異不顯著(P > 0.05)。(3)在該最佳工藝條件下,微生物固態發酵增加了菜籽粕粗蛋白含量(從37.05%到40.90%)并降低了粗纖維濃度(從17.47%到16.72%);發酵菜籽粕氨基酸組成分析表明發酵增加了菜籽粕中各種氨基酸的含量,尤其是Asp,Thr,Ser,Glu,Pro,Ala和Lys;發酵后菜籽粕硫甙含量從36.08 μmol·g -1降至18.48 μmol·g -1;發酵增加了菜籽粕中多肽含量(從0.84%到2.09%)和總酸含量(從1.01%到6.05%);菜籽粕發酵前后粗脂肪含量相似(4.31%和4.39%)。【結論】通過本發酵工藝對菜籽粕進行混菌固態發酵可有效降解菜籽粕中的硫甙,并提高菜籽粕中多肽和總酸的含量,菜籽粕營養價值得到有效改善。

    液相色譜-串聯質譜法同時測定飼用血液制品中 18種β-受體激動劑
    索德成,魏書林,肖志明,王培龍,王瑞國,李陽
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4613-4623.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.015
    摘要 ( 24 )   HTML ( 4 )   PDF (1375KB) ( 15 )   收藏
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    【背景】飼用血液制品是一種非常規動物源性飼料原料,由家畜或家禽的血液凝成塊后經高溫蒸煮,壓除汁液、晾曬、烘干后粉碎而成,主要用于畜牧養殖。但由于動物養殖過程中存在非法使用β-受體激動劑的現象,一些含有β-受體激動劑的血液制成飼用血液制品可能成為對人類健康潛在的危害源頭。為了降低安全風險,研究飼用血液制品中β-受體激動劑的方法是十分必要的。β-受體激動劑檢測方法主要有酶聯免疫吸附分析(ELISA)法、高效液相色譜(HPLC)法、氣質聯用(GC-MS)法和液相色譜串聯質譜(LC-MS/MS)法等。目前所有方法或標準大多針對商業成品飼料或動物源性食品,缺乏對飼用血液制品中β-受體激動劑的檢測技術進行相關的研究。【目的】為了研究和監控飼用血液制品中β-受體激動劑的情況,研究建立了固相萃取結合液相色譜-串聯質譜檢測飼用血液制品中18種β-受體激動劑的方法。【方法】稱取2 g(精確至0.01 g)血液制品樣品于50 mL離心管中,準確加入20 mL乙酸銨提取液(pH=5.2)和50 μLβ-葡萄糖苷酸酶/芳基硫酸酯酶,漩渦混合均勻,于37 ℃水解過夜(應大于16h),然后8 000 r/min離心5 min,取5 mL上清液轉移至另一離心管中,加入0.5mL 高氯酸溶液,漩渦混合30 s, 然后于8 000r/min離心5min,上清液備用。PCX固相萃取小柱依次用3 mL甲醇,3 mL水活化。取上清液過柱,用3 mL水和3 mL甲醇淋洗,抽干,用3 mL氨水甲醇溶液洗脫,洗脫液于50 ℃氮氣吹至近干,用1.0 mL 0.1%甲酸水+乙腈溶液(95+5)溶解,過0.22 μm濾膜。進Waters TQ液相色譜串聯質譜儀檢測,使用ACQUITY UPLC BEH C18(100 mm,2.1 mm,1.7μm) 色譜柱。乙腈和0.1%甲酸溶液做流動相,梯度洗脫。質譜電離方式采用電子噴霧離子源,正離子檢測方式,多反應監測(HRM)。噴霧電壓為3.5 kV;霧化氣溫度為480℃;源溫度為150℃;霧化氣流速為600L·h -1;錐孔氣流速為5 L·h -1。脫溶劑氣、錐孔氣、碰撞氣均為高純氮氣。【結果】18種β-受體激動劑在5—100μg·L -1呈良好的線性關系,相關系數在0.99—0.999之間。在血粉、血漿蛋白粉、血球蛋白粉三種基質中在5、10 和50 μg·kg -1三個添加水平上的平均回收率為65.1%—110%之間,相對標準偏差小于15%,批間變異系數小于20%。檢出限為低于5ng·g -1。【結論】從方法回收率、精密度結果及實際樣品的檢測結果來看,該方法適用于血液制品中β-受體激動劑的監測。

    KDM1A在牦牛卵泡發育過程中的表達
    黃向月,熊顯榮,韓杰,楊顯英,王艷,王斌,李鍵
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4624-4631.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.016
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    【目的】分析牦牛卵泡發育過程中組蛋白賴氨酸脫甲基酶1(lysine-specific histone demethylase 1A,KDM1A)基因的表達譜,探討KDM1A對牦牛卵泡發育和卵母細胞成熟的影響。【方法】以牦牛卵泡為研究對象,根據卵泡直徑的大小,將卵泡分為3組:大(6.0—9.0 mm)、中(3.0—5.9 mm)、小(1.0—2.9 mm)卵泡,收集各組別卵泡中卵丘-卵母細胞復合體(cumulus-oocyte complex, COCs)進行體外培養,對不同發育階段卵泡中卵母細胞的體外成熟率進行統計并分析;分別提取各組卵泡卵母細胞及壁層顆粒細胞總RNA,通過實時熒光定量PCR(quantitative real-time RCR, RT-qPCR)方法,檢測KDM1A基因在不同發育階段的卵泡中mRNA相對表達量的變化;采用免疫組織化學技術檢測KDM1A在牦牛卵泡發育過程中的細胞定位及表達規律,并結合體外成熟與RT-qPCR結果進行關聯性分析。【結果】各組卵母細胞體外成熟率與卵泡直徑的大小呈顯著正相關關系,其伴隨卵泡發育的進行呈明顯的上升趨勢,其中大、中、小卵泡組的體外成熟率依次分別為90.53 %、88.10 %、55.14 %。RT-qPCR結果顯示,KDM1A基因在牦牛卵泡發育過程中均有表達,且不同發育階段的mRNA表達水平差異顯著,其中大、中卵泡時期的卵母細胞中的mRNA相對表達量顯著低于小卵泡時期(P < 0.05),而在小卵泡時期的壁層顆粒細胞中的相對表達量極顯著低于大、中卵泡時期 (P < 0.01),在大、中卵泡時期的卵母細胞及壁層顆粒細胞中該基因mRNA表達水平均無差異(P > 0.05)。免疫組織化學研究發現KDM1A在大、中、小卵泡壁層顆粒細胞以及膜細胞中均表達,其蛋白表達趨勢與RT-qPCR結果吻合,即隨著發育時間的進行KDM1A表達水平呈上升趨勢,其中在大卵泡時期KDM1A的表達量最高。【結論】在牦牛不同發育時期卵泡的卵母細胞及壁層顆粒細胞中KDM1A mRNA及蛋白的表達水平呈動態變化,提示KDM1A在卵泡發育及卵母細胞成熟過程中發揮重要作用。這可能與卵母細胞的減數分裂及顆粒細胞的增殖分化有關,本研究為進一步研究該基因在牦牛卵母細胞減數分裂過程中的作用機制提供基礎數據。

    研究簡報
    現代月季品種表型性狀分析與評價
    過聰,關偉,曾祥國,張慶華,向發云,宋粵君,韓永超
    中國農業科學. 2019, 52(24):  4632-4646.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.24.017
    摘要 ( 36 )   HTML ( 2 )   PDF (2053KB) ( 36 )   收藏
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    【目的】通過分析60個現代月季(Rosa spp.)品種的11個表型性狀指標,探明各表型性狀在月季品種中的變異規律、遺傳多樣性特點以及性狀間的相互關系,通過主成分分析法篩選最優的評價指標和算法,為月季品種合理聚類提供參考。【方法】以田間栽培的60個現代月季品種的11個表型性狀為研究對象,用SPSS19.0和Microsoft Excel 2007軟件分析各性狀數據在月季品種中的變異指數與Shannon-Wiener遺傳多樣性指數,并對各性狀進行相關性分析及主成分分析,并計算主成分綜合得分與各主成分得分,利用得分結果為各月季品種分組。【結果】表型性狀統計結果顯示,供試月季資源以直立型和擴張型灌木為主,分別占總資源的53%和35%;月季成熟葉片的小葉數以5片為主,占總資源的68%。60個月季品種的平均全葉長11.6 cm,頂小葉寬3.2 cm,節間距長3.6 cm,花朵平均直徑7.6 cm,各數量指標的品種間變異系數范圍在21%—25%,變異幅度不大。月季花色以純色為主,占總數的82%,其中紫色、黃色居多;能抽生多花頭持續開花的品種占總數的65%,花朵形狀以包子型和杯型為主,分別占總資源的33%和32%。月季花朵衰老時的主要方式為花朵落瓣和枝頭枯萎,分別占總資源的47%和43%。各指標的遺傳多樣性系數變化范圍在0.62—3.73,其中有8個性狀的多樣性指數在1以上,最高為全葉長,最低為小葉數。定性性狀中花色的遺傳多樣性系數最高。月季品種的全葉長與頂小葉寬,節間距與全葉長、頂小葉寬成極顯著正相關,花頭數與節間距成極顯著負相關;月季花朵衰老方式與株形顯著正相關,花頭數與小葉數、花型成顯著正相關,與花朵直徑顯著負相關。主成分分析結果表明,11個表型指標可以簡化為4個主成分因子,各主成分因子分別主要代表葉型、花型、花頭數、花瓣數及花朵衰老方式等指標變量。此4個主成分方差貢獻率達63.28%,其中第一主成分方差貢獻率達21.1%。基于主成分綜合得分和各主成分得分對60個月季品種進行聚類分組,各品種主成分綜合得分范圍為-1.878—1.522,根據得分可以將月季品種劃分成4個群組,各群組分別由8、36、15、1個品種代表,各群組均體現了月季品種在田間的綜合表現。【結論】現代月季花色和葉部性狀指標豐富多樣,部分花形態指標與葉形態或生長形態顯著相關,這些結論有助于推進月季育種和篩選應用。研究中篩選出的4個主成分指標以及品種聚類為保存和應用現有月季資源提供了理論依據。

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