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    1. 基于全基因组重测序的大豆分子标记开发及籽粒蛋白质含量QTL定位
    王嘉, 曾召琼, 梁建秋, 于晓波, 吴海英, 张明荣
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (16): 2743-2757. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.001
    摘要162)?? HTML41) ?? PDF(pc) (4355KB)(124) ?? 收藏

    【目的】基于全基因组重测序结果,开发与高蛋白、耐荫、抗倒伏等性状紧密相关的分子标记,同时利用开发的分子标记构建遗传连锁图谱,并对籽粒蛋白质含量进行QTL定位,为后续高蛋白、耐荫、抗倒育种研究提供参考和分子标记资源。【方法】以大面积栽培品种南豆12和地方品种十月黄为亲本,构建F2分离群体。对亲本材料进行覆盖度约为40×的全基因组重测序,用BWA、GATK及Breakdancer等软件比对,检测亲本材料在全基因组范围内的突变类型,挖掘相关变异基因。结合种子不同发育时期和荫蔽处理获得的转录组数据,结合qRT-PCR对发生突变的储藏蛋白、环境适应相关基因进行表达规律分析。同时,基于重测序数据,挖掘亲本间存在于基因编码区的SNP位点,对其进行酶切位点分析,将SNP标记转化为CAPS或dCAPS标记。此外,搜索亲本间存在的插入/缺失变异位点,在插入/缺失位点两侧高度保守的区域设计引物开发InDel标记。对开发的CAPS标记和InDel标记进行多态性筛选,选取具有多态性的CAPS分子标记和InDel标记,对F2材料进行基因分型。根据分型结果,利用JoinMap 4.0软件进行遗传连锁图谱的构建。依据构建的遗传图谱,结合近红外分析获得F2材料的籽粒蛋白质含量数据,使用Windows QTL Cartographer V2.5软件对大豆籽粒蛋白质含量进行QTL分析。【结果】测序结果显示,南豆12大量储藏蛋白、环境适应相关的重要基因或同源基因发生突变。转录组数据分析结果显示部分变异基因呈现不同的表达模式且差异显着,qRT-PCR分析进一步验证了该结果。此外,经检测开发的540个CAPS分子标记中有332个具有酶切多态性,300对InDel引物中有201对引物能扩增出多态性。基于533个多态性分子标记构建了一张包含20个连锁群的遗传连锁图谱,覆盖长度2 973.87 cM,标记间平均遗传距离5.58 cM。利用此图谱对大豆籽粒蛋白质含量进行QTL定位,共检测到QTL位点6个,可解释4.68%—18.25%的表型变异。【结论】基于亲本间的变异位点,共开发了533个多态性分子标记(包含8个基因特异性分子标记),检测到6个大豆籽粒蛋白质含量QTL位点,其中,主效QTL位点1个(qSPC-6)。

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    2. 改进区域增长算法的植株多视图几何重建
    肖顺夫, 刘升平, 李世娟, 杜鸣竹, 吕纯阳, 刘大众, 杨菲菲, 刘航
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (16): 2776-2786. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.004
    摘要62)?? HTML3) ?? PDF(pc) (4312KB)(23) ?? 收藏

    【目的】通过研究3种不同复杂程度植株冠层的三维重建,为更加精准获取植株冠层表型参数提供新方法。【方法】本文首先用单反相机获取3种不同复杂程度植株冠层图片序列,通过三维重建得到各植株稠密点云;随后还原植株点云原始尺度,过滤稠密点云中的噪声,再使用改进区域增长算法分割植株点云冠层;之后借助激光扫描仪,利用手动测量和激光扫描方法分别从二维和三维两个方面对多视图几何重建的叶片进行精度评价,二维精度评价为叶片长宽的实际测量值分别与激光扫描仪获取的叶片的长宽值和多视图几何重建叶片的长宽值进行统计分析,三维精度评价使用传统的网格对比方法豪斯多夫距离与更加精准的工业级网格3D精度对比检测软件Geomagic Qualify。【结果】多视图几何重建的植株叶片表型信息与手动测量值间的判定系数(R 2)均高于0.96,激光扫描方法获取的植株叶片表型信息与手动测量值间的判定系数(R 2)均高0.99;多视图几何重建的叶片与激光扫描得到的叶片在0—±1mm偏差范围内的比例大部分达到97%以上;以激光扫描的叶片网格为参考,多视图几何重建的叶片网格的豪斯多夫距离90%以上分布在0—2 mm。本研究的多视图几何重建方法与改进区域增长算法相结合能对不同复杂程度的植株取得比较理想的重建结果。 【结论】本文提出的多视图几何方法与改进区域增长算法相结合的重建方法可以弥补区域增长算法的不足,对表面不平滑的植株冠层具有更好的分割效果,适合不同复杂程度植株三维重建,为育种研究获取植株表型提供一定的参考。

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    3. 中国马铃薯病虫害发生情况与农药使用现状
    徐进, 朱杰华, 杨艳丽, 汤浩, 吕和平, 樊明寿, 石瑛, 董道峰, 王贵江, 王万兴, 熊兴耀, 高玉林
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (16): 2800-2808. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.006
    摘要119)?? HTML14) ?? PDF(pc) (545KB)(107) ?? 收藏

    作为继水稻、玉米和小麦之后的第四大主粮作物,马铃薯在保障我国粮食安全、精准扶贫、种植业结构调整以及农业产业转型升级中发挥着至关重要的作用。我国马铃薯的种植面积和总产量均位居世界首位,但单产水平因病虫害等瓶颈因素的制约低于世界平均水平。在国家重点研发项目的资助下,项目组在马铃薯六大优势产区开展了有害生物疫情监测和农药使用现状普查工作。明确了我国马铃薯生产上的主要病虫害共计27种,提出以晚疫病、早疫病、黑痣病、枯萎病、黑胫病、疮痂病、金针虫、蛴螬、二十八星瓢虫、马铃薯块茎蛾、蚜虫、蓟马等“六病六虫”为重点防控对象,根据各区域情况兼顾青枯病、环腐病、黄萎病、粉痂病等病虫害的防控。探明了我国马铃薯单位面积农药施用次数和施用量分别为17次和40.03 kg·hm -2,高于全国平均水平的4.16次和3.49 kg·hm -2。马铃薯现有农药登记产品防治对象的覆盖范围严重不足,青枯病、疮痂病、粉痂病等重要病虫害面临无登记农药可用的窘境。在农药减施策略方面,提出践行有害生物综合治理方针。建立马铃薯病虫害监测预警和早期精确诊断技术体系,为制定科学防控策略,适时精准施药奠定基础。选育推广抗病、虫品种,优化品种布局。适时播种、合理间套作,从时空两个维度阻隔规避马铃薯有害生物的侵染。种薯源头管控,完善种薯认证监管体系。扩大合格脱毒种薯的应用面积,大力推广种薯处理技术。研发推广化学农药高效施用技术与绿色防控替代技术是实现马铃薯化学农药减施的核心驱动。

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    4. 华中区域直播冬油菜临界氮浓度稀释曲线的建立与应用
    刘秋霞, 任涛, 张亚伟, 廖世鹏, 李小坤, 丛日环, 鲁剑巍
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (16): 2835-2844. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.009
    摘要54)?? HTML3) ?? PDF(pc) (1053KB)(60) ?? 收藏

    【目的】明确华中区域直播冬油菜的氮素稀释曲线模型及其适用性,探讨以氮素营养指数评价油菜氮素营养状况的可行性。【方法】通过2015—2016和2016—2017两个年度设置的不同氮肥用量(2015—2016年度氮肥用量为0、60、120、180和240 kg N·hm -2,2016—2017年度氮肥用量为0、60、120、180、240、300和360 kg N·hm -2)的田间试验,研究不同氮肥用量下从苗期到花期油菜各生育时期地上部生物量和植株氮素含量变化,建立直播冬油菜地上部临界氮素浓度稀释曲线模型。并利用该模型和植株氮素含量计算氮素营养指数,明确氮肥用量对油菜植株各个时期氮素营养指数的影响,探究油菜产量和氮素营养指数的关系,确定各时期适宜的氮素营养指数。 【结果】氮肥施用显着增加油菜地上部生物量和氮素含量,不同氮肥处理间差异显着。直播冬油菜地上部临界氮素浓度和地上部生物量符合幂指数的关系(Ncnc=3.49DM -0.26)。该模型可以将独立的两个试验的氮限制和非氮限制组数据区分开,模型拟合的氮素浓度和植株实际氮素浓度线性相关,RMSE和n-RMSE分别为0.37和13%,模型具有较好的稳定性。在试验氮肥用量范围内,各点不同时期氮素营养指数随氮肥用量的增加而增加,且氮素营养指数对氮肥用量的响应与产量相似。氮肥施用显着增加油菜产量,尽管不同试验点直播冬油菜产量对氮肥用量的响应存在差异,但各点相对产量和不同时期的氮素营养指数均呈一元二次曲线关系,各生育时期氮素营养指数可以准确地反映油菜氮素营养状况。直播冬油菜相对产量为1时,越冬期、薹期和花期的氮素营养指数分别为1.35、1.26和1.03。 【结论】油菜氮素稀释曲线模型Ncnc=3.49DM -0.26和氮营养指数能够评价华中区域直播冬油菜氮素营养状况,用于植株氮素诊断。

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    5. 葡萄miR159s靶基因的鉴定及其应答GA在果实不同组织的调控作用
    张文颖, 韩旭, 朱旭东, 解振强, 纠松涛, 黄雨晴, 贾海锋, 房经贵, 王晨
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (16): 2858-2870. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.011
    摘要55)?? HTML7) ?? PDF(pc) (1824KB)(29) ?? 收藏

    【目的】鉴定葡萄miR159家族成员及其靶基因,明确葡萄miR159家族成员及其靶基因应答外源赤霉素(GA)在无核葡萄果实不同组织发育过程中的作用。【方法】以‘白罗莎里奥’葡萄(Rosario Bianco)为试材,利用miR-RACE和PCR技术克隆鉴定VvmiR159a/b/c的成熟体及前体序列;通过PsRNATarget软件预测VvmiR159s的靶基因,利用生物信息学软件对其进行系统进化及保守结构域分析;通过启动子作用元件分析预测VvmiR159s及其靶基因的潜在功能;采用RLM-RACE和PPM-RACE验证VvmiR159s对靶基因的裂解作用;利用qRT-PCR鉴定其应答外源GA在葡萄果实不同组织发育过程中的时空表达模式。【结果】从‘白罗莎里奥’葡萄果实中克隆获得VvmiR159a/b/c的成熟体序列、前体序列并折叠发夹结构。鉴定到VvmiR159s的四条靶基因(VvGAMYBVvMYB48VvAIX15VvGRAS-l),其中VvmiR159s与VvGAMYB匹配程度最高,与VvAIX15匹配程度最低。靶基因系统进化及保守结构域分析显示,4条靶基因与其他物种同源基因具有较高同源性。VvmiR159s前体基因及其靶基因启动子的激素响应元件均以赤霉素和水杨酸响应元件为主,表明其可能主要通过应答这两种激素参与调控葡萄的生长发育过程。VvmiR159s在不同组织中的表达具有时空特异性,其中VvmiR159c在果皮和果肉中的表达趋势不同,在果皮中VvmiR159a/b/c与VvAIX15的表达水平呈负相关;而在果肉中,VvmiR159a/b与VvGAMYBVvAIX15的表达模式相反。此外,在葡萄果皮、果肉中GA处理可显着下调VvmiR159a/c的表达,但却在幼果果肉中上调VvmiR159b的表达。表明葡萄miR159家族成员在果实不同组织中通过不同模式应答GA信号参与果实发育的调控。【结论】葡萄miR159家族含有VvmiR159a/b/c 3个成员;3个成员均可切割VvGAMYBVvMYB48VvAIX15VvGRAS-l 4个靶基因;VvmiR159a/b/c及其4个靶基因可能以不同的GA应答模式参与调控葡萄果皮与果肉的发育。

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    6. 泰地罗新注射液体外抑菌试验及对感染副猪嗜血杆菌仔猪的保护作用
    李国基, 闫超群, 麻雨桥, 谢顺, 顾欣, 曹莹, 黄士新, 黄显会
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (16): 2899-2911. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.015
    摘要54)?? HTML7) ?? PDF(pc) (2112KB)(76) ?? 收藏

    【目的】开展了泰地罗新注射液的体外抗菌活性及对仔猪感染副猪嗜血杆菌的保护作用研究。【方法】体外抑菌活性中,采用试管二倍稀释法,以泰拉霉素为对照,测定泰地罗新对副猪嗜血杆菌、胸膜肺炎放线杆菌、多杀性巴氏杆菌、支气管败血性波氏杆菌的最小抑菌浓度(MIC);在对仔猪感染副猪嗜血杆菌的保护作用中,选择菌量为1×10 10 CFU·mL -1的副猪嗜血杆菌细菌悬液0.5 mL·kg -1bw作为攻毒剂量,进行腹腔注射,复制病理模型。将泰地罗新以2、4、8 mg·kg -1bw 3个剂量,泰拉霉2.5 mg·kg -1bw单次肌肉注射,治疗人工感染副猪嗜血杆菌的仔猪;在病死猪病料病原菌分离与鉴定中,挑取分离纯化后的副猪嗜血杆菌菌落进行基因组DNA提取,针对副猪嗜血杆菌16sRNA序列设计1对特异性引物,PCR扩增后检验目的DNA片段碱基序列长度。 【结果】体外抑菌结果显示,泰地罗新注射液对副猪嗜血杆菌、支气管败血性波氏杆菌、胸膜肺炎放线杆菌及多杀性巴氏杆菌的MIC分别为0.06—8.00、0.06—8.00、0.25—1.00、2.00—32.00 μg·mL -1,MIC50分别为0.5、2.0、4.0、0.5 μg·mL -1,MIC90为2、8、16、1 μg·mL -1,结果表明,泰地罗新注射液对副猪嗜血杆菌、支气管败血性波氏杆菌抑菌效果较强,对胸膜肺炎放线杆菌、多杀性巴氏杆菌抑菌效果较弱;DNA目标片段PCR扩增结果显示,PCR扩增目标片段长度均与文献报道中预测条带一致,特异性片段长度为820bp左右,结果表明,病死猪只均死于副猪嗜血杆菌感染;体内治疗试验结果显示,泰地罗新注射液低、中、高剂量组增重分别为(2.5±0.2)、(2.9±0.2)、(2.9±0.3)kg,死亡率分别为40%、0、0,有效率分别为40%、100%、100%,治愈率分别为40%、100%、100%;泰拉霉素注射液组增重为(3.0±0.2)kg,死亡率为10%,有效率为90%,治愈率为80%;感染不给药组增重为(2.1±0.1)kg,死亡率为70%。结果表明,泰地罗新注射液高、中剂量组与泰拉霉素对照药物组无显着性差异(P>0.05),均能迅速的减轻临床症状,具有显着的治疗效果。泰地罗新低剂量组治疗效果与感染不给药组相当,无显着性差异(P>0.05)。 【结论】泰地罗新注射液按4 mg·kg -1bw临床推荐给药剂量,可有效治疗由副猪嗜血杆菌感染引起的猪呼吸道疾病。

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    7. 四倍体野生种花生A.monticola全基因组SSR的开发与特征分析
    王玉龙, 黄冰艳, 王思雨, 杜培, 齐飞艳, 房元瑾, 孙子淇, 郑峥, 董文召, 张新友
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (15): 2567-2580. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.002
    摘要91)?? HTML24) ?? PDF(pc) (1471KB)(111) ?? 收藏

    【目的】通过对四倍体野生种花生Arachis monticola(AABB,2n = 4x = 40)全基因组SSR位点搜索,研究其全基因组SSR分布特征及规律,开发并验证其全基因组SSR引物,为花生属植物遗传进化分析及重要性状分子标记开发提供依据。【方法】在华大基因GigaScience数据库下载A.monticola全基因组序列,并利用生物信息学软件MISA进行SSR位点搜索,Primer 3进行引物设计,通过电子PCR进行单位点SSR分析,并随机合成100对SSR引物验证通用性。【结果】SSR在四倍体野生种花生A.monticola基因组上共搜索到SSR位点676 878个,平均每3.8 kb就会出现一个SSR,分布于5 127条scaffold中,单核苷酸至六核苷酸均有分布,且数量上差异较大,以单碱基、二碱基、三碱基为主,三者占SSR总数的94.28%,其中单碱基重复数量最多,占46.71%,密度最高;六核苷酸重复数目最少,分布最稀疏。大多数SSR分布在基因间区,基因区SSR多分布于内含子区域;全基因组共鉴定出395个不同的重复基元,其中A亚基因组342种,B亚基因组356种;A/T是最丰富的重复基元;在1—6个核苷酸的重复基元中,数量最多的依次是A/T、AT/AT、AAT/ATT,AAAT/ATTT、AAAAT/ATTTT、AAAAAT/ATTTTT;整体来看,重复基元的重复次数多集中在50次以内,不同类型的motif的重复次数差异很大;同一种类型重复基元的SSR位点,随着motif重复次数增加,SSR的数量逐渐降低;B03染色体上SSR数量最多,A08染色体中SSR密度最高。A.monticola全基因组SSR比A.duranensisA.ipaensis基因组SSR数量多,密度也更高,A.monticola单核苷酸重复最丰富,2个野生种二核苷酸数量最多。共设计出SSR引物192 303对,单位点SSR标记检出率50.35%,单点SSR标记在基因组上的分布呈现两端密集,中间稀疏的特点;随机合成的100对引物中,90对能在A. monticola中扩增出稳定清晰的条带,且在4份不同的花生基因组DNA中扩增目的条带表现出不同的特点。【结论】A.monticola基因组内SSR种类和数量丰富,单核苷酸至六核苷酸均有分布,单核苷酸重复基元数量最多,且最密,六核苷酸重复基元数量最少,出现频率最低,不同重复基元频数高低与核苷酸数量没有严格相关性,SSR多分布在基因间区,基因区内含子区域SSR数量最多;A.monticola A、B亚基因组具有其各自特异的重复基元类型;单个类型重复基元数量最多的均为AT富集的重复基元,而GC富集的重复基元相对较少;同一种类型重复基元的SSR位点,随着motif重复次数增加,SSR的数量逐渐降低;A.monticola全基因组SSR较2个二倍体野生种数量更多,密度也更高且重复基元分布规律不同;经过初步验证,开发的SSR引物在4份花生材料中表现出部分通用性。

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    8. 晚冬早春阶段增温对冬小麦光合性能及旗叶衰老的调控作用
    闫鹏, 孙小诺, 杜雄, 高震, 边大红
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (15): 2581-2592. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.003
    摘要108)?? HTML33) ?? PDF(pc) (604KB)(109) ?? 收藏

    【目的】针对华北平原北部冬小麦生长发育所需的适宜温度与环境实际温度间的矛盾,通过晚冬早春阶段性增温,研究拔节前增温及拔节后揭除塑膜相对降温对冬小麦旗叶光合性能和衰老的调控作用,以期为华北平原冬小麦通过调控温度延缓小麦衰老和挖掘产量潜力提供理论及方法依据。【方法】2015—2017年连续2个生长季在河北省农林科学院深州旱作节水农业试验站进行大田试验,以“衡观35”为试验材料,晚冬早春采用搭建温室的方法,设置覆盖2层塑膜(M2E,1月25日—3月25日)、覆盖2层塑膜(M2L,2月5日—3月25日)、覆盖1层塑膜(M1,2月20日—3月25日)、常规生产对照(CK)共4个处理,以覆盖有孔和无孔塑膜以及时间的早晚和长短来调控温度和小麦生长发育时间,由此获得了时间相同的小麦生长发育进程不同、发育进程相同而所处日期和温度不同的结果。试验过程中记录每个处理各生育期起始时间,并测定光合特性、衰老相关酶活性、产量、水分利用效率等指标。【结果】早覆盖的M2E处理的冬小麦比对照开花提前8 d,成熟提前3—4 d;灌浆期旗叶叶绿素相对含量SPAD提高17.3%、净光合速率提高30.8%、超氧化物歧化酶(SOD)活性提高23.7%、过氧化氢酶(CAT)活性提高27.2%、过氧化物酶(POD)活性提高19.4%、丙二醛(MDA)含量降低23.8%;开花时的旗叶面积增大27%,收获时籽粒产量提高22.8%,水分利用效率提高16.9%。随着增温时间的推迟和覆盖时间的缩短,上述指标与对照差异越来越小,以至于M1处理上述指标与CK均显着不差异。【结论】晚冬早春阶段增温既维持了旗叶较高的光合速率,又显着延缓了旗叶衰老,进而为灌浆提供了物质基础;既增加了小麦穗粒数,又延长了小麦灌浆时间,从而获得了高产,获得高产的同时虽然增加了耗水量但促进了水分的高效利用。晚冬早春阶段增温是华北平原北部冬小麦有效平衡热量资源供应与生长发育所需的方法,既可减轻晚冬早春冻害对小麦返青及拔节的影响,又可规避小麦生育后期干热风带来的危害。

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    9. 斑翅果蝇气味结合蛋白OBP56h与小分子化合物的结合特征
    李都, 牛长缨, 李峰奇, 罗晨
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (15): 2616-2623. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.006
    摘要46)?? HTML4) ?? PDF(pc) (868KB)(53) ?? 收藏

    【目的】克隆斑翅果蝇(Drosophila suzukii)气味结合蛋白56h(odorant binding protein 56h,OBP56h)基因,诱导表达斑翅果蝇OBP56h重组蛋白(DsuzOBP56h),研究其与小分子化合物的结合特性。【方法】通过RT-PCR并设计特异性引物克隆斑翅果蝇OBP56h ORF全长,从NCBI数据库中下载相似度高的昆虫气味结合蛋白序列,进行序列比对和分析。以NdeⅠ和XhoⅠ为酶切位点,将OBP56h连入pET-30a(+)原核表达载体,将重组质粒转入BL21(DE3)大肠杆菌感受态细胞。扩大培养阳性菌株,并用IPTG诱导表达DsuzOBP56h重组蛋白。收集菌液,通过超声波破碎细胞得到蛋白,利用Ni-NTA柱纯化蛋白,进行Tris-HCl透析,用BCA法测定蛋白浓度。蛋白用50 mmol·L -1 Tris-HCl(pH 7.4)稀释至终浓度2 μmol·L -1,配基用色谱级甲醇稀释至终浓度1 mmol·L -1,以4,4′-二苯胺基-1,1′-联萘-5,5′-二磺酸二钾盐(4,4′-dianilino-1,1′-binaphthyl-5,5′-disulfonic acid dipotassium salt,bis-ANS)荧光探针为报告子,利用荧光竞争结合试验检测DsuzOBP56h蛋白与18种候选小分子化合物配基的结合特性。 【结果】克隆获得了斑翅果蝇OBP56h的ORF全长,共405 bp,N-端含有19个氨基酸组成的信号肽,具有6个保守半胱氨酸位点,符合OBP的典型特征,与其同属的黑腹果蝇OBP56h进化关系最近。成功连入pET-30a(+)表达载体,在1 mmol·L -1IPTG、28℃条件下诱导DsuzOBP56h蛋白表达,并过柱纯化得到目的蛋白。荧光光谱试验显示,荧光探针bis-ANS与DsuzOBP56h的解离常数为0.9568 μmol·L -1,适合作为本试验中竞争性荧光结合试验的报告子;进一步的荧光竞争结合试验表明,在18种候选配基中,苦味物质盐酸小蘖碱和香豆素与DsuzOBP56h的结合亲和性较强,解离常数分别为12.16和17.93 μmol·L -1,柚皮素与DsuzOBP56h的解离常数为25.32 μmol·L -1,草莓叶片产生的一种对斑翅果蝇具有吸引作用的挥发性气味物质β-环柠檬醛也能与DsuzOBP56h结合,其解离常数为31.37 μmol·L -1。【结论】斑翅果蝇气味结合蛋白OBP56h能与测试的多种植物苦味物质和挥发性气味物质结合,表明DsuzOBP56h很有可能参与斑翅果蝇对食物味觉和嗅觉的识别行为,研究结果可为理解斑翅果蝇的取食行为提供理论依据,并为开展斑翅果蝇的生态防控提供新思路。

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    10. 小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响
    石柯, 董士刚, 申凤敏, 龙潜, 姜桂英, 刘芳, 刘世亮
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (15): 2646-2663. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.009
    摘要54)?? HTML16) ?? PDF(pc) (702KB)(84) ?? 收藏

    【目的】以我国黄淮平原粮食主产区潮土为研究对象,通过探讨小麦-玉米轮作体系下,不同小麦播量与减量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异和变化,以了解小麦播量和氮肥对土壤微生物量的影响。【方法】试验设4个处理,分别为:(1)常规播量+常规施氮肥(CK);(2)增播30%+常规施氮(T1);(3)增播30%+减氮20%(T2);(4)常规播量+减氮20%(T3)。2016—2018年3季作物收获后,采取不同土层土壤,测定有机碳(SOC)、全氮(TN)、微生物量碳氮(SMBC、SMBN)及其相关酶活性。【结果】总体上,3季中各处理土壤微生物量碳氮、有机碳、全氮以及3种酶活性均随土壤深度增加而下降。常规施肥处理(CK和T1)的SMBC的含量在2017年的小麦和玉米季0—20 cm土层以及2018年小麦季则0—30 cm基本表现为显着高于减氮处理(T2和T3),其中T1处理最高为170.89 mg?kg -1。SMBN与SMBC表现出类似的趋势,在3季中均以常规施肥处理显着高于减氮处理,其中CK处理的SMBN在3季中0—30 cm土层均表现较高,最高为57.24 mg?kg -1。各处理SOC含量的差异在前两季主要集中在0—20 cm土层,而第3季则集中在10—30 cm土层;其中2017年玉米季0—20 cm土层减氮处理的SOC含量显着高于常规施肥处理,以T3处理SOC含量最高,为12.85 g?kg -1。2017年小麦季各处理TN含量在0—30 cm土层基本差异不显着;而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层均以CK处理TN含量显着高于其他处理,最高为1.57 g?kg -1。各处理土壤碳氮比(C/N)在2017年小麦季没有明显规律,而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层基本表现为减氮处理的C/N显着高于常规施肥处理。各处理的微生物熵(Cmic/Corg)、微生物量氮/全氮(Nmic/Ntotal)分别在0.5%—2.5%、2%—6%之间,微生物量碳氮比(Cmic/Nmic)在5﹕1以下。各处理Cmic/Corg除2017年小麦季10—20 cm土层,其他作物季节和土层均表现为常规施肥处理显着高于减氮处理。各处理Nmic/Ntotal与Cmic/Corg类似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麦季处理间Nmic/Ntotal基本差异不显着,其他季节和土层则表现为常规施肥处理显着高于减氮处理。2017年T1处理的Cmic/Nmic在0—20 cm土层均显着高于其他处理;而在后两季的0—10 cm处理间Cmic/Nmic均差异不显着。土壤脲酶活性在2018年小麦季显示增播处理显着高于常播处理。各处理蔗糖酶活性在玉米季明显高于小麦季,其中在2017年玉米季10—30 cm土层的减氮处理高于常规施肥处理。减氮处理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麦季0—30 cm土层均显着高于常规施肥处理。减氮处理2018年小麦季产量显着高于常规施肥处理,同时提高了地上部氮素积累量,最高达到了322.30 kg?hm -2。 【结论】在黄淮平原小麦-玉米轮作区,在供试条件下,减氮处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积累量,能增加或维持小麦产量,其中小麦常规播量下减氮20%处理综合效果较好。

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    11. 马铃薯红色薯肉调控基因的精细定位与候选基因分析
    许芸梅, 李玉梅, 贾玉鑫, 张春芝, 李灿辉, 黄三文, 祝光涛
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (15): 2678-2685. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.011
    摘要63)?? HTML3) ?? PDF(pc) (1128KB)(75) ?? 收藏

    【目的】薯肉颜色是马铃薯重要的农艺性状,它直接影响马铃薯的营养和商品价值,一直是马铃薯遗传研究和育种改良的重要目标。本研究通过对二倍体红色薯肉分离群体的混池分析、基因精细定位和候选基因表达分析,确定调控红色薯肉的候选基因,为下一步基因功能、遗传调控研究及彩色马铃薯的分子育种奠定基础。【方法】本研究通过向二倍体红色薯肉亲本导入自交不亲和抑制基因Sli获得BC1S1群体,从300个单株中挑选18株红色薯肉和21株黄色薯肉个体提取基因组DNA,分别测序进行混池分析。通过集团分离分析法(bulked segregation analysis,BSA)对基因进行初步定位;在定位区间内开发分子标记,对796份BC1S1植株进行基因型分析,筛选交换单株,并结合表型对基因进行精细定位;借助参考基因组注释信息和qRT-PCR表达量分析确定候选基因。【结果】本研究通过构建薯肉颜色分离的二倍体BC1S1群体,利用BSA-seq分析把调控薯肉花青素合成的主效位点定位在第10号染色体48.70—52.20 Mb。最终,利用分子标记将该基因定位于51.47—51.85 Mb的377 kb区间内。基于参考基因组注释信息,此区间包括5个基因,其中2个基因注释为MYB类转录因子,结合表达量数据推测这2个基因为候选基因,编号分别为PGSC0003DMG400013966、PGSC0003DMG400013965。【结论】本研究将调控马铃薯薯肉花青素积累的一个主效位点定位于第10号染色体51.47—51.85 Mb之间,推测PGSC0003DMG400013966和PGSC0003DMG400013965为候选基因。

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    12. 产苦马豆素疯草内生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis的诱变筛选
    郝宝成, 宋向东, 高艳, 王学红, 刘宇, 李元曦, 梁妍, 陈柯源, 胡毓瑶, 邢小勇, 胡永浩, 梁剑平
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (15): 2716-2728. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.15.015
    摘要42)?? HTML16) ?? PDF(pc) (3321KB)(31) ?? 收藏

    【背景】疯草是黄芪属和棘豆属有毒植物的统称,疯草内生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis是从疯草中分离获得的一种具有产生苦马豆素(swainsonine,SW)能力的真菌。因其产物SW一方面体现出良好的抑制肿瘤细胞生长、浸润和转移作用及潜在的抗艾滋病病毒等多种药用活性,另一方面牛羊因大量误食疯草能导致中毒,对草原畜牧业健康发展造成了严重的危害,受到研究人员的广泛关注。但由于疯草内生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis产苦马豆素生物合成机制尚不清楚,严重制约了后续通过生物发酵大量获得SW用以抗肿瘤机制研究与临床应用,以及通过基因工程手段对疯草进行脱毒育种,使疯草成为牛羊可食用、无毒的天然牧草。【目的】利用有效的研究手段,阐明Alternaria Section Undifilum oxytropis产苦马豆素生物合成机制。【方法】以Alternaria Section Undifilum oxytropis为出发菌株,分别采用紫外辐照诱变、亚硝基胍化学诱变、紫外辐照与亚硝基胍复合诱变的3种诱变方式,在不同诱变时间、诱变剂量等条件下对其进行了诱变筛选研究。通过测定不同诱变方式和作用条件下对菌株的致死率,经发酵培养、连续5代传代培养、并采用α-甘露糖苷酶活性分析法检测诱变菌株产苦马豆素含量变化,优化确定了不同诱变方式下最佳诱变条件,并将优势突变菌株接种马铃薯葡萄糖琼脂培养基(potato dextrose agar,PDA)和改良察式液体培养基,连续培养32 d,测定并绘制了突变菌株D4和UD1的生长周期曲线。【结果】经上述3种诱变方式处理后,分别获得1株产苦马豆素含量变化较大、能稳定连续传代培养的突变菌株U4、D4、UD1。其优化的诱变条件,紫外辐照为辐照处理160 s,亚硝基胍化学诱变为亚硝基胍诱变剂量6 μL、诱变处理时间5 min,紫外辐照与亚硝基胍复合诱变为紫外辐照20 s,亚硝基胍诱变剂量2 μL,诱变处理时间5 min。突变菌株U4、D4、UD1较原始菌株,菌落形态偏小、中间凸起,菌落颜色呈微粉色或白色,且其产苦马豆素含量均有显着变化,其中U4突变菌株产苦马豆素量平均增加16.02%(P<0.01)、D4 突变菌株产苦马豆素量平均降低23.58% (P<0.01),UD1 突变菌株SW产量平均增加21.87%(P<0.01),但D4、UD1突变菌株生长周期与出发菌株一致,均为24 d。【结论】通过紫外辐照诱变、亚硝基胍化学诱变、紫外辐照与亚硝基胍复合诱变方法,成功筛选出产苦马豆素含量变化较原始菌株差异较大的3株突变菌株U4、D4、UD1,这为后续利用高通量测序等分子生物学手段,在分子水平上阐释疯草内生真菌Alternaria Section Undifilum oxytropis关键基因、关键酶在其生物合成苦马豆素机制关系方面奠定研究基础。

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    13. 利用BSA法发掘野生大豆种子硬实性相关QTL
    陈静静, 刘谢香, 于莉莉, 卢一鹏, 张嗣天, 张昊辰, 关荣霞, 邱丽娟
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (13): 2208-2219. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.002
    摘要143)?? HTML19) ?? PDF(pc) (3934KB)(101) ?? 收藏

    【目的】野生大豆的硬实性是大豆遗传改良利用中的重要限制因素。利用BSA法发掘与大豆种子硬实性相关的QTL,为野生大豆在大豆遗传改良中的合理利用奠定基础。【方法】利用栽培大豆中黄39与野生大豆NY27-38杂交构建F2和F7分离群体,从每个单株选取整齐一致的种子,取30粒种子置于铺有一层滤纸的培养皿中,加入30 mL蒸馏水,25℃培养箱中暗处理4 h,设3次重复,分别统计每个培养皿中正常吸胀和硬实种子数。在F2群体中,选取22个正常吸胀单株(吸胀率>90%)和16个硬实单株(吸胀率<10%);在F7群体中,选取20个完全吸胀单株(吸胀率=100%)和20个完全硬实单株(吸胀率=0%),单株DNA等量混合,分别构建2个吸胀和2个硬实DNA池。利用259对在亲本间有多态性的SSR标记对吸胀和硬实DNA池进行检测,筛选在吸胀和硬实DNA池间表现多态性的SSR标记;用192个SSR标记检测F7分离群体,构建遗传图谱,利用复合区间作图法定位大豆硬实相关QTL。【结果】利用F2个体构建的吸胀和硬实DNA池,在第2染色体16.3 Mb区间和第6染色体23.4 Mb区间分别检测到10个和8个在两池间有差异的SSR标记。利用这些标记检测F2群体,将第2染色体的QTL定位于Satt274与Sat_198间的276.0 kb区间,该区间包括已克隆的大豆硬实基因GmHs1-1,解释17.2%的表型变异。第6染色体的QTL位于标记BARCSOYSSR_06_0993与BARCSOYSSR_06_1068间,可解释17.8%的表型变异。利用F7株系构建的吸胀和硬实DNA池,在第2(27.4 Mb区间)、6(27.8 Mb 区间)和3染色体(18.2 Mb区间)分别检测到11个、9个和4个在两池间有多态性的SSR标记。利用F7群体构建包括192个SSR标记、覆盖2 390.2 cM的遗传图谱,共检测到3个硬实相关QTL,其中第2染色体定位到的QTL位于标记Satt274与Sat_198间,可解释23.3%的遗传变异。第6染色体定位到的QTL位于标记Sat_402与Satt557之间,可解释20.4%的表型变异。在第3染色体标记Sat_266与Sat_236间发现一个可以解释4.9%表型变异的QTL,与BSA法检测的结果相符。【结论】利用BSA法可以检测到传统遗传作图定位的所有与硬实性相关的QTL,证明BSA法发掘大豆种子硬实性主要QTL的高效性。

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    14. 基于低空无人机影像光谱和纹理特征的棉花氮素营养诊断研究
    陈鹏飞, 梁飞
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (13): 2220-2229. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.003
    摘要89)?? HTML16) ?? PDF(pc) (1100KB)(78) ?? 收藏

    【目的】基于无人机高空间分辨率影像,探讨剔除土壤背景信息及增加纹理信息对棉花植株氮浓度反演的影响,为棉花氮素营养精准探测提供新技术手段。【方法】开展棉花水、氮耦合试验,分别在棉花的不同生育期获取无人机多光谱影像和植株氮浓度信息。基于以上数据,首先探讨了土壤背景对棉花冠层光谱的影响;其次,分析了影像纹理特征与植株氮浓度间的相关性;最后,将获得的数据分为建模样本和检验样本,设置剔除土壤背景前、剔除土壤背景后、增加纹理特征等不同情景,采用光谱指数与主成分分析耦合建模的方法,来建立各种情景下植株氮浓度的反演模型,并对模型反演效果进行比较。【结果】土壤背景对棉花冠层光谱有影响,且不同生育期趋势不同;影像纹理特征参数与植株氮浓度间有显着相关关系;剔除土壤背景前植株氮浓度反演模型的建模决定系数为0.33,标准误差为0.21%,验证决定系数为0.19,标准误差为0.23%;剔除土壤背景后模型的建模决定系数为0.38,标准误差为0.20%,验证决定系数为0.30,标准误差为0.21%;增加纹理信息后模型的建模决定系数为0.57,标准误差为0.17%,验证决定系数为0.42,标准误差为0.19%。【结论】基于低空无人机高空间分辨率影像,剔除土壤背景和增加纹理特征均可提高棉花植株氮浓度的反演精度;影像纹理可以作为一种重要信息来支撑无人机遥感技术反演作物氮素营养状况。

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    15. GST pull-down联合LC-MS/MS筛选柑橘抗溃疡病转录因子CsBZIP40的互作蛋白
    窦万福,祁静静,胡安华,陈善春,彭爱红,许兰珍,雷天刚,姚利晓,何永睿,李强
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (13): 2243-2255. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.005
    摘要80)?? HTML9) ?? PDF(pc) (3463KB)(62) ?? 收藏

    【目的】CsBZIP40是一个与溃疡病抗性相关的转录因子,本研究旨在筛选转录因子CsBZIP40在响应柑橘溃疡病菌(Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc)侵染过程中的互作蛋白,对CsBZIP40的互作网络进行分析,为柑橘抗溃疡病的分子育种提供理论依据。【方法】采用GST pull-down技术筛选柑橘在溃疡病菌侵染过程中CsBZIP40的互作蛋白。首先,构建带有GST标签的CsBZIP40蛋白融合表达载体,经IPTG(异丙基硫代半乳糖苷)诱导表达、纯化后获得GST-CsBZIP40融合蛋白作为诱饵蛋白;然后,将GST-CsBZIP40融合蛋白固定在谷胱甘肽亲和磁珠上,用固定在亲和磁珠的GST-CsBZIP40诱饵蛋白与接种溃疡病菌或LB培养基后柑橘叶片总蛋白进行孵育,与GST-CsBZIP40诱饵蛋白结合的蛋白复合物洗脱收集后进行SDS-PAGE凝胶电泳验证。将验证成功的样品洗脱液进行液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)检测,鉴定出未侵染和侵染状态下CsBZIP40的互作蛋白,将检测到的蛋白利用甜橙基因组数据库进行注释,筛选出在溃疡病菌侵染过程中与CsBZIP40特异结合的蛋白,并进行GO、KEGG和互作网络分析。【结果】过表达CsBZIP40的转基因植株表型正常,与对照植株无明显差异。过表达CsBZIP40的转基因植株溃疡病抗性评价中病斑面积、病情指数均显着小于野生型植株,分别为野生型的45%和54%。以该转基因植株为材料成功提取出侵染溃疡病菌后和未接种溃疡病菌状态下的柑橘叶片总蛋白。成功构建出GST-CsBZIP40诱饵蛋白表达载体,诱导表达纯化出GST-BZIP40诱饵蛋白。利用GST-CsBZIP40诱饵蛋白从侵染溃疡病菌后柑橘总蛋白和未接菌柑橘总蛋白中成功钓取蛋白,并用LC-MS/MS检测。经过比对、注释和筛选,在柑橘溃疡病菌侵染过程中与GST-BZIP40特异结合的蛋白有53个,这些蛋白参与多个分子功能和通路。在这53个蛋白中,有6个蛋白(Cs1g02310、Cs3g05280、Cs3g23950、Cs6g13880、Cs7g12130、orange1.1t04973)可能与植物抗病性密切相关。数据库中已经证明53个蛋白中44个与CsBZIP40有直接或间接的互作关系。【结论】溃疡病菌侵染过程中有53个蛋白与CsBZIP40互作,根据注释6个蛋白与植物抗病性密切相关,这些蛋白可能在提高柑橘生物胁迫抗逆性方面发挥着重要的作用。

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    16. 两种典型水稻土中秸秆碳转化的微生物过程
    仇存璞, 陈晓芬, 刘明, 李委涛, 吴萌, 江春玉, 冯有智, 李忠佩
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (13): 2268-2279. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.007
    摘要74)?? HTML5) ?? PDF(pc) (501KB)(63) ?? 收藏

    【目的】研究土壤中秸秆腐解速率、腐解过程中微生物群落结构变化和参与秸秆腐解的功能微生物群落组成,为揭示土壤有机质转化和积累的微生物学机制提供理论依据。【方法】以我国亚热带两种典型水稻土——常熟乌栅土和鹰潭红壤性水稻土为研究对象,设置不添加秸秆(CK)和添加 13C标记的水稻秸秆(RS)处理,厌氧恒温培养38 d,在培养过程中定期测定气体释放量,研究秸秆矿化速率的动态变化;采集土壤样品,利用 13C-PLFA-SIP技术分析参与秸秆降解的微生物群落的动态变化。【结果】培养前12 d,秸秆降解缓慢,此时秸秆对土壤有机质(SOM)产生正激发效应;培养12-18 d秸秆快速降解,18 d后趋缓。培养结束时,秸秆碳在红壤性水稻土和乌栅土中的矿化率分别为24%和33%。秸秆碳对CO2和CH4贡献率随培养时间的延长而增加,在培养末期分别为53%-60%和54%-57%。添加秸秆可以提高土壤微生物生物量及微生物活性,乌栅土微生物活性高于红壤性水稻土。16:0(一般细菌)是参与秸秆分解主要类群,i16:0和i15:0(G +细菌)和18:1ω9c(真菌)也是参与秸秆分解的重要微生物类群。随培养时间增加,G +细菌和放线菌的相对丰度增加,G -细菌呈降低趋势。红壤性水稻土和乌栅土PLFAs中标记利用秸秆碳的PLFAs的比例分别为27%-32%和18%-24%。真菌和一般细菌对秸秆碳的利用效率较高,而土壤原有有机质(SOM)矿化主要与G -和放线菌相关联。添加秸秆造成乌栅土和红壤性水稻土两种水稻土微生物群落结构呈现明显差异,但分解利用外源秸秆碳的微生物群落结构相似,而分解利用SOM微生物群落结构有差异。【结论】秸秆厌氧降解过程中秸秆碳的矿化滞后于土壤自身SOM;不同本底微生物活性和多样性是影响秸秆碳矿化速率的重要因素;添加秸秆后不同土壤微生物群落结构的差异主要是参与SOM降解的微生物差异,土壤原SOM是导致这种差异的重要因素。

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    17. 6个紫花苜蓿品种氨基酸组成分析及营养价值评价
    孙娟娟, 阿拉木斯, 赵金梅, 薛艳林, 于林清, 玉柱, 张英俊
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (13): 2359-2367. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.13.014
    摘要76)?? HTML8) ?? PDF(pc) (370KB)(70) ?? 收藏

    【目的】选择我国培育的中草3号、甘农1号、龙牧806、中苜2号、新疆大叶、公农1号等6个紫花苜蓿品种为试验材料,通过氨基酸组分的分析及含量的测定,综合评价紫花苜蓿蛋白质营养价值,为深入研究和开发利用我国紫花苜蓿资源提供科学依据。【方法】采用随机区组设计,将不同品种紫花苜蓿分别种植于不同试验小区,小区面积为30 m 2,重复3次。试验样品为当年种植的第一茬于初花期刈割的苜蓿,每个小区随机选3行,刈割后105℃杀青20 min,65℃烘干48 h,粉碎过60目筛。采用盐酸水解法,使用氨基酸全自动分析仪测定17种氨基酸含量,分析不同氨基酸含量及组分。通过与FAO/WHO氨基酸模式谱和FAO/WHO理想蛋白质标准比较,通过计算紫花苜蓿必须氨基酸比值(RAA)、必须氨基酸比值系数(RC)、必须氨基酸比值系数分(SRC)和必需氨基酸指数(EAAI),综合评价紫花苜蓿蛋白质的营养价值。【结果】我国培育的6个紫花苜蓿品种均含有被测的17种氨基酸。6个紫花苜蓿品种除天冬氨酸(Asp)、半胱氨酸(Cys)、脯氨酸(Pro)、鲜味氨基酸(F)的含量以及酸鲜甜氨基酸与苦味氨基酸比值((S+F)/B)有显着差异外,其他氨基酸含量差异不显着;紫花苜蓿总氨基酸含量为14.85%—19.48%、必需氨基酸的含量为5.35%—6.93%、非必需氨基酸含量为9.50%—12.55%,其中新疆大叶紫花苜蓿总氨基酸含量、必需氨基酸含量和非必需氨基酸含量高于其他品种;紫花苜蓿含有9种药效氨基酸,药效氨基酸占总氨基酸的60%以上,甘农1号、新疆大叶和公农1号紫花苜蓿的药效氨基酸含量高于其他3个品种;紫花苜蓿酸鲜甜味氨基酸含量与苦味氨基酸含量比大于1.8。除了蛋氨酸+半胱氨酸含量低于FAO/WHO氨基酸模式谱外,其他几种氨基酸含量均高于FAO/WHO氨基酸模式谱。6个紫花苜蓿品种必需氨基酸占氨基酸总量的比值(E/T值)在35%—36%之间,必须氨基酸与非必须氨基酸的比值(E/N值)在54%—57%之间,E/T值和E/N值均略低于FAO/WHO理想蛋白质标准。6个紫花苜蓿品种的必须氨基酸比值系数分SRC值在73—77之间,必需氨基酸指数EAAI值均接近1。【结论】紫花苜蓿氨基酸种类齐全,总氨基酸含量较高。必需氨基酸齐全,相对均衡合理,接近人体氨基酸比例。口感好,营养价值高,为可食用优质蛋白源,并具有一定的药用价值。紫花苜蓿第一限制氨基酸为蛋氨酸+半胱氨酸,作为蔬菜食用时建议搭配蛋氨酸和半胱氨酸含量高的食品作为互补,以提高其营养价值。

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    18. 水稻转录因子OsWRKY68蛋白质的表达特征及其功能特性
    陈悦,王田幸子,杨烁,张彤,马金姣,燕高伟,刘玉晴,周艳,史佳楠,兰金苹,魏健,窦世娟,刘丽娟,杨明,李莉云,刘国振
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (12): 2021-2032. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.001
    摘要238)?? HTML77) ?? PDF(pc) (1035KB)(157) ?? 收藏

    【目的】 水稻中有近百个WRKY转录因子家族成员,其中很多与生长发育、生物与非生物逆境胁迫应答有关。河北农业大学生命科学学院分子生物学与生物信息学实验室(molecular biology & bioinformatics lab,MBB)前期发现OsWRKY68在水稻接种白叶枯病菌后诱导表达,本研究试图进一步探究OsWRKY68的功能。【方法】 采集水稻TP309不同生长发育时期的组织样品,包括萌发期、幼苗期、分蘖期、孕穗期和开花期的根、茎、叶、叶鞘、叶枕、穗子、花药、颖壳和种子,以及非生物胁迫(4℃、44℃、48℃、淹、NaCl、PEG、恒光和恒暗)和激素处理(脱落酸、茉莉酸甲酯、水杨酸和乙烯利)的叶片,提取总蛋白质,用水稻OsWRKY68蛋白质特异抗体,通过免疫印迹(western blot,WB)技术系统调查OsWRKY68蛋白质在水稻正常发育过程中不同时期、不同组织、非生物胁迫及激素处理条件下的表达特征。构建RNAi载体,通过农杆菌介导的方法转化水稻TP309,对转基因植株进行PCR和WB鉴定,观察OsWRKY68 RNAi转基因植株的表型并测量其株高、分蘖数、穗长、小穗数和结实率等性状。【结果】 调查OsWRKY68蛋白质的表达丰度,发现OsWRKY68蛋白质在水稻正常生长发育过程中基本呈组成型表达,且在大部分组织中表达丰度差异倍数不大,但在开花期的花药中OsWRKY68表达量高于成熟穗、穗轴和颖壳;在分蘖期和孕穗期的叶鞘中不表达,仅在开花期的叶鞘中表达;在孕穗期的幼穗中,随着幼穗长度的增加其表达丰度逐渐降低。调查水稻非生物胁迫和激素处理后OsWRKY68蛋白质的表达特征,发现盐胁迫后OsWRKY68蛋白质的表达丰度随时间延长持续下降,恒光处理后OsWRKY68蛋白质表达量持续上升,3 d时明显出现一条分子质量较大的条带(记作OsWRKY68 +),且表达量逐渐增加,茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和乙烯利(ethephon,ET)处理后同样也呈现OsWRKY68 +蛋白质丰度的增加。对转基因植株进行鉴定和自交繁殖,对T3代的4个OsWRKY68 RNAi转基因株系(Y316、Y317、Y326和Y337)进行PCR和WB鉴定,均表现阳性。在转基因植株中,OsWRKY68蛋白质的表达量均低于野生型TP309。对转基因植株进行表型观察和性状测量,发现与野生型相比转基因植株的株高降低、分蘖数和结实率下降等。 【结论】 OsWRKY68蛋白质在水稻正常生长发育中发挥作用,敲低OsWRKY68蛋白质的表达能影响水稻的正常生长。OsWRKY68蛋白质可能参与盐、光照、茉莉酸甲酯和乙烯介导的信号转导过程。

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    19. 土壤耕作技术对小麦出苗质量、根系功能及粒重的影响
    申冠宇, 杨习文, 周苏玫, 梅晶晶, 陈旭, 彭宏扬, 蒋向, 贺德先
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (12): 2042-2055. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.003
    摘要170)?? HTML24) ?? PDF(pc) (446KB)(178) ?? 收藏

    【目的】 针对黄淮平原农作区一年两熟条件下玉米秸秆还田严重影响麦苗质量的突出问题,探索适宜的土壤耕作技术以提高小麦幼苗质量,最终提高产量。【方法】 2016—2018年连续2年,在河南省新郑市辛店镇黄岗村开展田间试验。采用随机区组设计,将翻耕、耙、镇压3个因素组合配套实施8个处理,分别为深翻耕+旋耕(DT+RT;DT:30 cm,RT:15 cm)、深翻耕+耙(DT+H)、深翻耕+旋耕+镇压(DT+RT+C)、深翻耕+耙+镇压(DT+H+C)、旋耕(RT)、旋耕+耙(RT+H)、旋耕+镇压(RT+C)、旋耕+耙+镇压(RT+H+C)。对小麦出苗率及幼苗质量进行调查,并在越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期、蜡熟期对根系进行调查分析,分别在灌浆期对小麦籽粒性状、收获后对小麦产量及其构成因素进行调查分析。【结果】 小麦播种后20 d,不同土壤耕作处理间幼苗质量差异显着。旋耕后出苗整齐度高于深翻耕,而深翻耕后出苗率、基本苗数和株高高于旋耕。相同耕、镇压因素处理下,耙后出苗率增幅为1.0%—5.7%,相同耕、耙因素处理下,镇压后出苗率增幅为0.06%—8.3%;同时深翻耕后,极少出现缺苗、断垄,RT处理缺苗、断垄的累计长度最高,两年平均为55 cm。从越冬期到蜡熟期,不同土壤耕作处理的根系活力均呈现“高-低-高-低”的变化趋势,DT+H+C处理最高;在越冬期和拔节期,镇压和耙处理后,与无镇压、耙处理相比,根系活力均提高。单株次生根数目在抽穗期达到最大,DT+H+C处理最高,两年最高值分别为45.2条与40.2条;与无耙处理相比,耙处理后,单株次生根数目最高增加14.8%,与无镇压处理相比,镇压处理后,单株次生根数目最高增加12.2%。花后5—10 d,DT+H+C和RT+H+C处理的籽粒灌浆速率增长幅度显着高于其他处理,开花后20 d达到峰值,其中DT+H+C处理籽粒灌浆速率比其他处理高1.0%—19.4%,达显着水平。灌浆期籽粒千粒重,在花后0—15 d,DT+H+C处理增长最快,DT+RT处理增长最慢,花后25—30 d,DT+H+C处理千粒重最高,较RT处理提高20.8%。从不同土壤耕作技术对籽粒产量及其构成因素的影响来看,DT+H+C处理的籽粒产量最高;耙和镇压处理的单位面积穗数、穗粒数和千粒重的变化并不规律,籽粒产量均有明显提升,幅度为1.4%—12.2%。经济效益方面,与当地以往耕作方式RT相比,RT+H、RT+H+C、RT+C、DT+H+C、DT+H处理所得效益均高于RT处理,其中DT+H+C处理产生经济效益最高,两年平均比RT处理高12.3%。【结论】 黄淮平原农作区当前一年两熟制条件下,不同土壤耕作技术影响幼苗质量,旋耕有利于出苗的整齐度提高,而深翻耕则有利于出苗率及幼苗均匀度提高,株高增高,为冬前形成壮苗奠定基础;深翻耕将耕层加深,利于根系下扎,促进次生根数目的增加以及耕层根系活力的提高,间接影响籽粒产量。综合考虑植株根系生长发育、生育后期籽粒灌浆速率、粒重形成和产量表现等,研究认为黄淮农作区DT+H+C处理土壤耕作技术是当前的最佳选择。

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    20. 基于转录-代谢联合分析哈茨木霉ACCC32527 对NaCl胁迫的分子调节
    向杰, 陈敬师, 夏鑫鑫, 刘快, 李世贵, 顾金刚
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (12): 2079-2091. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.006
    摘要70)?? HTML7) ?? PDF(pc) (6641KB)(62) ?? 收藏

    【目的】 通过NaCl胁迫下哈茨木霉(Trichoderma harzianum)ACCC32527差异转录组和代谢组数据分析,挖掘关键功能型差异表达基因(DEG)及次级代谢产物。【方法】 采用RNA-seq和GC-TOF-MS技术分别完成0(T1)、0.4(T2)、0.6(T3)mol?L -1 NaCl胁迫下哈茨木霉ACCC32527的差异表达基因和次级代谢产物检测,利用相关软件及数据库(GO、COG、KEGG pathway等)完成对差异表达基因(|log2fold change)|>1 & FDR<0.01)和次级代谢产物(P-value≤0.05 & VIP>1)的筛选、注释和分类,并进行RT-qPCR验证。 【结果】 NaCl胁迫处理后,ACCC32527的生长受到抑制,繁殖速率明显降低,并在该条件下分别获得T1 vs T2和T1 vs T3比较组637、1 570个DEG,获得DEG的16种表达模式,包括9种上调表达模式(950 gene)、3种下调表达模式(662 gene)和4种不规则表达模式(309 gene),共有的GO功能分类为催化活性、结合、细胞器、细胞膜部分、细胞膜、细胞部分、细胞、单组织过程和代谢过程,且占主要比例,约为61%—94%,其中处理前后基因比例差异较大的分类为催化活性。KEGG代谢通路富集分析发现,不同NaCl浓度处理下的DEG富集到的代谢通路种类及数量存在较大差异,分别有225和535个差异基因富集于20条KEGG通路,包括代谢通路、抗生素的合成和次级代谢产物合成, 其中T2和T3处理下核糖体的生物合成途径分别有12个和18个相关基因受到抑制。从NaCl胁迫下差异转录组中筛选出活性氧清除、离子转运和细胞壁及胞外结构等共73个相关基因,并且多数为上调表达基因。另外,差异代谢组学分析表明,T3处理下,胞内小分子代谢物出现明显变化,累积量增加的代谢产物有30种,包括氨基酸及其衍生物、糖类及其衍生物和醇类,而减少的代谢物有53种,涉及脂肪酸和有机酸等。其中,甘油是已知的真菌重要渗透保护物,T3处理下ACCC32527胞内甘油水平提高,可参与细胞的渗透调节,维持渗透压平衡。RT-qPCR验证了7个差异表达显着基因,虽然在表达量上存在一定的差异,但表达趋势与RNA-seq分析结果基本一致,表明转录组测序结果的可靠性。【结论】 NaCl胁迫引起哈茨木霉ACCC32527大量基因及次级代谢产物变化,获得了与NaCl胁迫调节相关基因和代谢产物,这些机制共同作用减少盐离子对细胞的毒害作用,研究结果可为研究木霉菌的耐盐机理提供重要信息。

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    21. 越橘品质指标评价
    张佳, 聂继云, 张惠, 李静, 李也
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (12): 2128-2139. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.010
    摘要79)?? HTML2) ?? PDF(pc) (490KB)(61) ?? 收藏

    【目的】 探讨越橘品质指标间的相互关系,构建和完善越橘品质性状的综合评价体系,为合理评价越橘品质提供理论参考。【方法】 以92份越橘果实为材料,测定单果重、果形指数、果实硬度、维生素C含量、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比7项品质指标,运用相关分析揭示指标间的相互关系,运用正态分布理论进行品质指标概率分级,利用因子分析确定越橘品质评价指标,运用层次分析确立评价指标的权重并建立指标评分标准。【结果】 越橘品质指标间离散程度差异很大,其变异系数分别为67.12%(固酸比)、45.46%(可滴定酸含量)、35.28%(单果重)、23.48%(维生素C含量)、18.23%(可溶性固形物含量)、18.05%(果实硬度)和6.05%(果形指数)。可滴定酸含量和维生素C含量均服从正态分布,概率值P均大于0.05,果形指数、果实硬度和可溶性固形物含量去掉个别极端值后,也服从正态分布,单果重的概率值P为0.0494,接近0.05,视为符合正态分布,固酸比呈偏态分布。可滴定酸含量和固酸比之间呈极显着的负相关,相关系数为-0.81742,二者间存在极显着的幂函数变化趋势,决定系数R 2为0.9005。筛选出4项越橘品质代表性指标,包括可溶性固形物含量(甜味指标)、可滴定酸含量(酸味指标)、维生素C含量(营养指标)和果实硬度(质地指标),4项代表性指标划分为5个等级,即极低、低、中、高和极高。建立4项代表性指标评分标准,将92份越橘果实划分为3个等级,即优等、中等和差等。 【结论】 越橘品质代表性指标包括可溶性固形物含量、可滴定酸含量、维生素C含量和果实硬度,建立的4项品质指标评分标准可用于越橘品质的科学评价与分类。

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    22. 北京地区大白猪基因组联合育种研究
    张金鑫, 唐韶青, 宋海亮, 高虹, 蒋尧, 江一凡, 弥世荣, 孟庆利, 于凡, 肖炜, 云鹏, 张勤, 丁向东
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (12): 2161-2170. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.013
    摘要60)?? HTML5) ?? PDF(pc) (1051KB)(30) ?? 收藏

    【目的】 利用基因组选择技术,进行北京地区大白猪基因组联合遗传评估,并实施基因组选择分子育种,预测刚出生的小公猪基因组估计育种值,提高选种准确性。【方法】 利用北京地区3家核心育种场英、美系大白猪2007-2017年场内性能测定记录,筛选4020头个体构建基因组选择混合参考群,性状包括达100kg体重日龄、100kg活体背膘厚和总产仔数,参考群个体和候选公猪个体基因型信息主要采用Illumina 80K SNP芯片进行测定。基因组育种值采用同时利用系谱信息和基因组信息的一步法(SSGBLUP)方法,对3家核心场猪只进行基因组联合遗传评估,分别在公猪去势前和性能测定结束时预测大白公猪生长性状和繁殖性状基因组估计育种值(GEBV),并进行相应选种。3个场之间的场间遗传联系用关联率衡量。【结果】 场间关联率计算结果表明,由于遗传背景差异,北京地区3家核心场场间遗传联系偏低,无法开展传统联合遗传评估,但基于基因组信息的G矩阵亲缘关系结果显示,不同群体间个体存在亲缘关系,说明通过基因组选择可以实现3个育种场间的基因组联合遗传评估。基因组选择实施后,累计基因组预测大白公猪1789头。与传统育种方式相比,基因组选择准确性大幅提高。实施第一次基因组选择或早期选择时(公猪去势前),达100 kg体重日龄、100 kg活体背膘厚和总产仔数系谱指数的准确性分别为0.55,0.56和0.41,而3个性状GEBV的准确性分别为0.65,0.70和0.60,提高了10、14和19个百分点。终选(性能测定结束)时,3个性状的传统育种值(EBV)准确性为0.70、0.72和0.41,GEBV准确性进一步提高至0.78、0.84和0.60,提高了8、12和19个百分点。低遗传力的总产仔数准确性提高幅度最大。公猪去势前初选时基因组选择准确性与常规性能测定结束时的常规育种值选择准确性几乎一致,表明基因组选择早期选种效果与常规育种相当,节省了育种时间和成本。338头完成性能测定的候选公猪两次基因组选择准确性表明,第二次基因组选择由于加入了候选公猪的测定信息,达100kg体重日龄和100kg活体背膘厚的GEBV准确性由第一次的0.55和0.62分别提高到0.72和0.84,提高了17和22个百分点。无偏性系数在0.82-1.00之间,两性状GEBV的无偏性由第一次基因组选择的0.82、0.96 分别提高到0.91、1.00,说明第二次估计的偏差更小,结果可信度更高,能更准确选出优秀的种公猪。【结论】 基因组选择可以建立场间遗传联系,实现常规育种不能进行的联合遗传评估,能够进行更大范围的联合育种。基因组选择的准确性高于传统的系谱指数和育种值选种,且低遗传力性状提高幅度最大。基因组选择能够实现早期选择,提高育种效益。

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    23. 玉米叶绿素含量的全基因组关联分析
    史大坤, 姚天茏, 刘楠楠, 邓敏, 段海洋, 王路林, 万炯, 高炯浩, 谢惠玲, 汤继华, 张雪海
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (11): 1839-1857. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.001
    摘要216)?? HTML66) ?? PDF(pc) (5697KB)(308) ?? 收藏

    目的 叶绿素含量与作物产量呈正相关。通过提高叶绿素含量来提高作物产量是作物育种的方向之一。因此,利用全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)解析玉米叶绿素含量的遗传基础,可为玉米高光效理想株型设计育种提供理论指导。方法 以538份玉米自交系构成的关联群体为研究对象,在5个环境下,通过对其授粉后5 d的棒三叶(穗位叶、穗上叶、穗下叶)叶绿素含量进行测定,并借助覆盖玉米全基因组的558 629个单核苷酸多态性标记(SNPs),利用3种模型(Q、K和Q+K)对叶绿素含量进行全基因组关联分析,随后选择最优模型的GWAS结果并结合eQTL(expression quantitative trait loci)分析对叶绿素含量的自然变异进行解析。结果 5个环境下,棒三叶叶绿素含量均遵从正态分布且叶绿素含量间呈正相关;方差分析表明棒三叶叶绿素含量的环境效应、基因型效应、基因型与环境互作效应均达到了极显着水平;此外,穗上叶、穗位叶和穗下叶叶绿素含量的遗传力分别为0.66、0.66和0.67。比较3种模型发现K模型对假阳性(I型错误)控制最好,在此模型下共检测到29个与棒三叶叶绿素含量显着关联的SNP(P≤3.99×10-6),涉及到18个位点,共有76个候选基因落在这18个位点内,其中85.5%(65/76)的候选基因具有eQTL,11.8%(9/76)的候选基因与对应表型显着相关(P<0.05),说明这9个基因可能是通过表达量变化来调控表型变异。在这76个基因中,60个候选基因有功能注释,功能涉及到能量代谢、物质输送代谢途径和生物合成调节等过程。此外还发现2个可以在不同环境或不同叶片共定位的位点,其中,共定位位点内的基因GRMZM2G074759编码一种与AAE3高度相似的酰基活化酶,该基因通过提高α-酮戊二酸(ALA)和草酰乙酸含量进而影响氨基酸生物合成,提高籽粒赖氨酸含量,改善玉米品质。此外,ALA的合成会促使叶绿素含量升高,进而提高作物产量,推测该基因为最可能的候选基因。结论 K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型,共检测到18个玉米叶绿素含量显着关联位点,发现多个参与叶绿素合成途径相关基因。

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    24. 近30年我国谷子生产时空变化与区域优势研究
    刘杰安, 王小慧, 吴尧, 贾浩, 尹小刚, 史磊刚, 褚庆全, 陈阜
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (11): 1883-1894. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.004
    摘要109)?? HTML8) ?? PDF(pc) (2473KB)(121) ?? 收藏

    目的 谷子营养丰富、生育期短、抗旱耐瘠,谷子种植对优化干旱半干旱地区农业种植结构和促进农民增收具有重要作用。分析我国谷子生产时空变化特征与区域优势,以期为优化谷子布局和促进谷子生产发展提供建议与理论依据。方法 基于1985—2015年谷子各省、县域生产统计数据,采用产量贡献率、重心迁移、比较优势指数等指标,分析了我国谷子生产时空变化规律。结果 30年间全国谷子播种面积由3.318×10 6hm 2减少至7.88×10 5hm 2后回升至8.39×10 5hm 2,单产由1 801.2 kg·hm -2提高至2 342.9 kg·hm -2,总产量变化中面积贡献率为80.3%,单产贡献率为18.4%,且单产贡献率逐渐增加。全国谷子生产重心年际间变化较小,优势产区稳定在东北地区中西部、黄淮海平原中北部和北部中低高原区东南部,具体集中在内蒙东部、东北三省与内蒙接壤的县域、河北大部、河南西北部、山东中部、山西大部、陕西北部、甘肃东部及宁夏中部。30年间黄淮海平原区、东北地区与西北部分县域单产增加但播种面积大量减少,使该区域表现为单产优势与面积劣势,2000年后北部中低高原区的吉林通榆、内蒙敖汉旗与山西部分县域的播种面积回升。播种面积较大而单产劣势的县域集中在黄土高原地区的陕西和山西中北部部分县域。结论 30年来全国谷子播种面积先减后增,生产集中程度不断增大,优势产区趋于稳定,单产逐步提升。黄淮海地区被夏玉米替代的夏谷较难恢复,东北地区中西部、北方农牧交错区及太行山沿线区谷子生产具有恢复潜力。谷子育种、栽培技术与生产加工机械的进步,对谷子生产提质增效与实现产业化发展至关重要。

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    25. 广西玉米穗腐病致病镰孢种群构成与毒素化学型分析
    杜青, 唐照磊, 李石初, 上官玲玲, 李华娇, 段灿星
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (11): 1895-1907. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.005
    摘要53)?? HTML3) ?? PDF(pc) (3510KB)(49) ?? 收藏

    目的 明确广西玉米穗腐病致病镰孢的种群构成及毒素化学型,为玉米穗腐病的综合防治、品种的合理布局和抗病育种提供重要指导和理论依据。方法 从广西玉米主产区采集玉米穗腐病样本,经组织分离和单孢纯化共获得138个镰孢菌分离物,分别来自21个县(区)。利用形态学和分子生物学相结合的方法进行镰孢菌种的鉴定,构建TEF-1α系统发育树,利用产毒基因特异性引物进行毒素化学型检测。结果 在138个镰孢菌分离物中,鉴定出10种镰孢菌,包括拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)、层出镰孢(F. proliferatum)、九州镰孢(F. kyushuense)、南方镰孢(F. meridionale)、甘蔗镰孢(F. sacchari)、藤仓镰孢(F. fujikuroi)、亚洲镰孢(F. asiaticum)、轮纹镰孢(F. concentricum)、变红镰孢(F. incarnatum)和禾谷镰孢(F. graminearum),分离频率依次为50.72%、12.32%、10.87%、8.70%、6.52%、3.62%、3.62%、1.45%、1.45%和0.72%。禾谷镰孢复合种(F. graminearum species complex,FGSC)由南方镰孢、亚洲镰孢和禾谷镰孢3个独立种组成。拟轮枝镰孢为优势致病菌,禾谷镰孢复合种、层出镰孢和九州镰孢为次优势致病菌,而甘蔗镰孢和轮纹镰孢则是国内首次报道为玉米穗腐病致病菌。拟轮枝镰孢、层出镰孢、甘蔗镰孢和藤仓镰孢检测到伏马毒素关键合成基因FUM1的菌株数分别为67、13、5、3,具有潜在的产伏马毒素能力,轮纹镰孢则未检测到FUM1。供试禾谷镰孢复合种、九州镰孢和变红镰孢菌株的毒素化学型有4种:NIV、15-ADON、NIV+15-ADON和DON+15-ADON。8个九州镰孢菌株、2个亚洲镰孢菌株、2个南方镰孢菌株和1个变红镰孢菌株携带NIV毒素化学型;2个南方镰孢菌株携带15-ADON毒素化学型;8个南方镰孢菌株、2个九州镰孢菌株、1个亚洲镰孢菌株和1个变红镰孢菌株携带NIV+15-ADON毒素化学型;只有1个禾谷镰孢菌株携带DON+15-ADON毒素化学型。未检测到3-ADON毒素化学型菌株。结论 拟轮枝镰孢为广西玉米穗腐病优势致病菌,禾谷镰孢复合种、层出镰孢和九州镰孢为次优势致病菌。拟轮枝镰孢、层出镰孢、甘蔗镰孢、藤仓镰孢均检测到FUM1,广西禾谷镰孢复合种的主要毒素化学型为NIV和15-ADON,变红镰孢和部分九州镰孢的主要毒素化学型为NIV。广西玉米穗腐病镰孢菌种群构成与我国温带玉米相关研究结果存在差异,原因可能为镰孢菌种群适应广西热带和亚热带高温、高湿的玉米生长环境并因此导致毒素化学型的不同。

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    26. 基于Meta分析中国水稻产量对施肥的响应特征
    韩天富, 马常宝, 黄晶, 柳开楼, 薛彦东, 李冬初, 刘立生, 张璐, 刘淑军, 张会民
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (11): 1918-1929. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.007
    摘要160)?? HTML7) ?? PDF(pc) (499KB)(138) ?? 收藏

    目的 定量分析近30年施肥对中国水稻产量的综合效应和影响机制,为水稻种植区域肥料的科学施用提供依据。方法 以全国水稻土长期监测点为平台,将相应的监测数据按照种植区域、试验时间、种植制度、作物类型、施肥类型、土壤质地、土壤pH、土壤有机质含量、土壤全氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效钾含量、土壤缓效钾含量进行分组,以不施肥处理作为对照,利用Meta-analysis方法探究施肥对水稻产量的综合效应及其影响因素。结果 近10年(2008—2017)以来,无论施肥与否,水稻产量均显着高于1988—1997和1998—2007年对应的水稻产量。与不施肥相比,施肥显着提高水稻产量,其提高幅度平均为80.8%。在西南地区施肥对水稻产量的提高幅度最高(98.5%),显着高于华北地区(70.3%)。不同试验时间下,施肥比不施肥处理在1988—1997年对水稻产量提高的幅度(99.1%)高于1998—2007年(84.2%)和 2008-2017年(78.1%)。不同种植制度下,施肥较不施肥处理能显着提高一年三熟水稻产量(92.0%),且提高幅度均高于一年一熟(76.2%)和一年两熟(81.9%)。与不施肥相比,双季稻施肥对水稻产量的提高幅度(85.9%)高于单季稻区(75.9%)和水稻-其他作物(79.5%)。与不施肥相比,有机肥与无机肥配合施用对水稻产量提高幅度(88.3%)高于化肥单施处理(76.6%)。施肥较不施肥处理能显着提高黏质土壤水稻产量(92.0%),提高幅度显着高于砂质土壤(58.0%)和壤质土壤(77.5%)。随着土壤有机质和有效磷含量的增加,施肥较不施肥处理水稻产量提高的幅度呈降低趋势。在较高的土壤pH(>7.5)、较低土壤全氮(<1.5 g·kg -1)和缓效钾(<150 mg·kg -1)情况下,施肥较不施肥处理水稻产量提高的幅度较高。随机森林分析结果表明:施肥对水稻产量提高幅度主要受水稻种植区域、土壤全氮和种植制度的影响。此外,肥料的农学效率与施肥对水稻产量增产幅度呈极显着正相关。结论 虽然当前施肥对水稻产量增加的趋势在降低,但是适量的肥料投入(尤其是西南地区)是提高和维持水稻高产的重要措施,尤其是有机肥与无机肥配合施用增产效果更加显着。同时,在种植制度的基础上,各水稻种植区域应结合土壤质地、土壤氮素和钾素等方面作为肥料投入的主要依据。

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    27. 华北地区夏玉米滴灌施肥的肥料效应
    李格, 白由路, 杨俐苹, 卢艳丽, 王磊, 张静静, 张银杰
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (11): 1930-1941. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.008
    摘要73)?? HTML2) ?? PDF(pc) (394KB)(68) ?? 收藏

    目的 通过研究华北地区中低产土壤条件下不同氮、磷、钾肥施用量在滴灌夏玉米上的肥料效应,从而优化滴灌施肥系统,为夏玉米高效滴灌施肥提供理论依据,推进水肥一体化技术。方法 通过两年田间试验,以郑单958为供试品种,滴灌带设置为一管带两行,氮磷钾分别设4个处理,其中氮肥处理为0、144、180、216 kg·hm -2(记为N0、N1、N2、N3),磷肥处理为0、72、90、108 kg·hm -2(记为P0、P1、P2、P3),钾肥处理为0、72、90、108 kg·hm -2(记为K0、K1、K2、K3),氮磷钾肥料分4次滴施,以研究不同处理对夏玉米产量及不同生育时期干物质积累的影响,分析不同处理下肥料的利用率。结果 (1)华北地区中低产田条件下夏玉米产量随施氮磷肥的用量呈抛物线性变化,当施氮量为180 kg·hm -2,施磷量为90 kg·hm -2时,作物产量最高;当氮磷肥施用量超过最高产量施肥量时,作物产量随施氮磷用量的提高呈下降趋势,但氮肥处理的下降程度差异不显着,而磷肥施用量超过90 kg·hm -2时,作物产量随施磷量的提高显着下降(P<0.05);在本处理中,夏玉米产量随施钾量的提高,均呈增加趋势。(2)不同施肥处理对夏玉米生育前期干物质积累几乎没有影响,在灌浆期与收获期时干物质积累与施氮量、施磷量均呈抛物线性变化,变化趋势与产量基本相同。(3)不同处理的氮磷钾肥利用率不同,分别为33.39%—58.44%、14.15%—28.88%、54.70%—65.75%,当夏玉米产量最高时的氮、磷、钾肥利用率两年平均为51.21%、28.88%、65.75%;在最高产量条件下,氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为8.08、11.41和8.83 kg·kg -1;偏生产力分别为59.88、119.75和100.65 kg·kg -1结论 在华北地区中低产土壤滴灌施肥条件下,最适宜的氮磷施用量分别为180 kg·hm -2和90 kg·hm -2,当施氮量超过180 kg·hm -2、施磷量超过90 kg·hm -2时,夏玉米产量会出现下降,但随施钾量的提高,产量有增加的趋势。滴灌施肥可获得较高的氮磷钾肥利用率,分别为51.21%和28.88%和65.75%。

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    28. 甘蓝型油菜半矮秆突变体dw-1的遗传分析与激素响应特性
    宋稀, 蒲定福, 田露申, 余青青, 杨玉恒, 代兵兵, 赵昌斌, 黄成云, 邓武明
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (10): 1667-1677. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.001
    摘要188)?? HTML36) ?? PDF(pc) (865KB)(195) ?? 收藏

    【目的】株高是影响油菜抗倒性、丰产性和全程机械化进程的关键性状,油菜矮秆、半矮秆资源的发掘与研究,是实现株高遗传改良的关键。目前油菜优异矮源缺乏,通过对获得的甘蓝型自然矮化突变体进行表型鉴定、遗传分析及激素相关形态学、生理学分析,旨在综合评估其利用潜能,为其在油菜矮化育种中的应用提供理论指导并为后续基因定位、克隆奠定基础。【方法】将甘蓝型油菜品系141492自交6代后发现的半矮秆突变体经游离小孢子培养获得DH系群体,选取1个半矮DH系,暂命名dw-1,其平均株高约95 cm,变幅83—105 cm。对dw-1农艺性状、经济性状、抗病性等进行表型鉴定,并以dw-1与野生型高秆为亲本构建6世代遗传群体,应用主基因+多基因混合遗传模型对株高进行遗传分析。通过光暗处理(16 h光照/8 h黑暗、24 h黑暗)形态学观察、下胚轴与茎秆赤霉素敏感性测验,鉴定突变体突变类型。【结果】与野生型相比,dw-1千粒重无明显变化,菌核病病指、二次分枝数、单株角果数显着或极显着增加,主序有效长、一次分枝数、株高、分枝部位高度、重心高度、主序角果数、每角粒数、单株产量显着或极显着降低,全生育期极显着缩短。遗传分析表明,dw-1株高的遗传受1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制(D-0模型),主基因加性效应-47.5,显性度0.2;B1、B2、F2主基因遗传率分别为76.0%、84.0%、85.0%,多基因遗传率分别为4.1%、5.6%、6.7%。光照与黑暗条件下,dw-1形态建成正常且下胚轴长度均极显着低于野生型。外施低浓度赤霉素对下胚轴与茎秆伸长作用不明显,高浓度处理有显着促进作用,但均不能恢复至野生型表型。【结论】dw-1田间综合性状优良,矮生性状以1对加性-显性主基因遗传为主,主基因又以加性效应为主,常规杂交育种早代选择有效。dw-1矮化机制与油菜素内酯途径无关,为赤霉素敏感性减弱应答类型。

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    29. 黄淮旱地冬小麦农艺性状与生育期气象因子的时空分布特征及互作关系
    李世景, 徐萍, 张正斌, 卫云宗
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (10): 1686-1697. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.003
    摘要142)?? HTML28) ?? PDF(pc) (3271KB)(176) ?? 收藏

    【目的】研究黄淮旱地冬小麦农艺性状与生育期降水的时空分布特征与互作关系,为气候变化下黄淮旱地小麦品种改良提供理论依据。【方法】利用2010—2017年国家黄淮冬小麦区域试验对照品种在不同区域试验点的农艺性状与降水资料,结合地理时空分布与数理统计方法,分析黄淮旱地冬小麦农艺性状和出苗-成熟期总降水的关系。【结果】空间分布上,黄淮旱地小麦实际单位面积产量、千粒重呈现由西部旱薄地向东部旱肥地增加的趋势。西部旱薄地的株高相对较高,中东部旱肥地的株高相对较低。中东部以北的黄淮旱地不同生育阶段的总降水普遍较低,中东部以南的黄淮旱地不同生育阶段的总降水相对较高。时间变化上,河南、山西和陕西的中西部旱地的出苗—成熟期总降水表现出显着的增加趋势。出苗—抽穗期总降水与实际单位面积产量、株高、有效穗数呈显着正相关。通径分析表明,黄淮旱肥地的株高和有效穗数决定了产量变异的53.2%,黄淮旱薄地的株高和千粒重决定了产量变异的67%。【结论】建议黄淮旱肥地冬小麦育种以适当增加株高,提高花前高效利用有限降水的能力和增加穗部发育为主。黄淮旱薄地育种以稳定株高,提高花后转运干物质的效率和收获指数为主。

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    30. 转水稻条纹病毒NS3本氏烟的抗病性
    吴根土, 陈广香, 张珈源, 胡桥, 马明鸽, 窦彦霞, 李明骏, 青玲
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (10): 1710-1720. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.005
    摘要64)?? HTML5) ?? PDF(pc) (2613KB)(41) ?? 收藏

    【目的】NS3编码的蛋白是水稻条纹病毒(Rice stripe virus,RSV)RNA沉默抑制子。笔者前期研究发现,转NS3本氏烟(Nicotiana benthamiana)对RSV有一定的抗性。为深入揭示NS3在寄主体内的作用机制,本文将进一步探究转NS3本氏烟对其他烟草病害的抗性。【方法】以野生型本氏烟和转NS3本氏烟为试验材料,通过农杆菌浸润法接种马铃薯X病毒(Potato virus X,PVX)侵染性克隆,观察病毒症状,抽提系统发病叶片总RNA,并利用RT-qPCR方法检测病毒的相对积累量;采用灌根接种法分别接种烟草青枯病菌(Ralstonia solanacearum)、烟草黑胫病菌(Phytophthora parasitica var. nicotianae),观察植株表型并统计发病率和病情指数。【结果】PVX侵染本氏烟后,植株叶片主要表现为花叶、褪绿等症状,NS3表达植株与野生型植株具有相同的PVX症状表现。在接种PVX 10 d后,RT-qPCR检测发现与野生型植株病毒积累量相比,NS3表达抑制了PVX在本氏烟体内的积累水平,两个转NS3株系(NS3-6、NS3-9)中PVX的相对积累量分别为野生型植株的68.17%和81.01%。青枯病菌在野生型植株和转基因植株上均引起萎蔫、猝倒等典型的病害症状,且两者的症状无明显差异。在青枯病菌侵染早期,NS3表达在一定程度上利于病菌的侵染,表现出对青枯病较为敏感;而在接种14 d,野生型植株的发病率为100.00%,病情指数为78.67,而NS3-6、NS3-9株系的发病率分别为95.00%、98.33%,病情指数分别为70.00、73.00;14 d之后发病率和病情指数逐渐升高,而NS3表达株系的病情指数均低于野生型植株。黑胫病菌在野生型植株和转基因植株上均为在茎基部出现黑褐色坏死斑等典型病害症状,且NS3表达也不影响本氏烟的症状表现。在黑胫病菌的侵染初期,NS3-6株系的发病率高于野生型植株;但在整个黑胫病发生过程中,转NS3株系的病情指数均低于野生型植株,在接种12 d,野生型本氏烟的发病率为96.67%,病情指数为77.50,而NS3-6、NS3-9株系的发病率分别为90.00%、86.67%,病情指数分别为64.17、62.08。【结论】通过病原侵染过程观察表明NS3表达在一定程度上影响了烟草病害在本氏烟上的侵染和严重程度,且对不同病原菌的影响不同。

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    31. 氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响
    张学林, 周亚男, 李晓立, 侯小畔, 安婷婷, 王群
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (10): 1746-1760. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.008
    摘要93)?? HTML6) ?? PDF(pc) (500KB)(119) ?? 收藏

    【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量(0,CK;180 kg N·hm -2,N180和360 kg N·hm -2,N360)作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型(砂姜黑土和潮土)对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度(地表和20 cm)对小麦和玉米秸秆分解的影响。 【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显着影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势(小麦秸秆在潮土上呈增加趋势)。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显着高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下(180 d),小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg -1、氮为4 g·kg -1、磷为3.6 g·kg -1;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg -1、氮11 g·kg -1、磷3.3 g·kg -1。大田条件下,秸秆还田深度显着影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显着高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg -1、氮2 g·kg -1、磷3.5 g·kg -1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg -1、氮4 g·kg -1、磷3.8 g·kg -1。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg -1、氮5 g·kg -1、磷2 g·kg -1;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg -1、氮6 g·kg -1、磷2.5 g·kg -1。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显着正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显着负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显着负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显着负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显着负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显着正相关。 【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显着影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显着促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。

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    32. 温室番茄植株养分和光合对水肥耦合的响应及其与产量关系
    王虎兵, 曹红霞, 郝舒雪, 潘小燕
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (10): 1761-1771. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.009
    摘要77)?? HTML4) ?? PDF(pc) (390KB)(76) ?? 收藏

    【目的】探究水肥耦合对番茄植株养分吸收和光合参数的影响及其相互关系,为西北温室番茄科学水肥管理提供理论依据。【方法】通过日光温室番茄试验,基于水分蒸发量设置3个灌水量:1.00E(W1)、0.75E(W2)、0.50E(W3)和3个施肥水平(N-P2O5-K2O):高肥320-160-320 kg?hm -2(F1)、中肥240-120-240 kg?hm -2(F2)和低肥160-80-160 kg?hm -2(F3),以当地常规灌水施肥为对照(CK)。 【结果】结果表明,不同水肥处理对番茄叶面积指数(LAI)和叶绿素含量影响显着(P<0.05),均随灌水施肥量的增加而增加。LAI在成熟采摘期达最大,而叶绿素含量随植株生长先增加后降低,果实膨大期达到最大。叶片N、P、K含量呈N>K>P,分别在22.83—47.20、4.45—7.08和22.00—34.92 g?kg -1间变化,提高灌水量与施肥量利于提高叶片养分含量、植株养分累积及养分向果实的转移,W1F1处理下叶片N、P、K含量及植株N、K和果实养分累积量均达到最大(除51 d叶片N和89 d叶片P含量外)。灌水和施肥对植株净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)影响显着(P<0.05),适当增加灌水量与施肥量,能够提高植株Pn、Gs、Tr。整个生育期W1F1处理下Pn最大,而Tr在CK下最大(90 d除外)。在成熟采摘期水胁迫显着降低了Pn,而在W1水平继续灌水对提高Pn、Gs、Tr不明显。番茄各生育期叶片N、P、K含量与叶绿素含量和Pn均呈显着正相关关系,植株和果实养分累积量与净光合速率和产量均呈显着正相关关系。 【结论】综合考虑叶面积指数、叶绿素含量、光合参数、植株养分吸收累积及最终产量,W1F1处理(灌水量1.0E,施肥量N-P2O5-K2O 320-160-320 kg?hm -2)为最优灌水施肥组合。

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    33. 肉用绵羊生长期甲烷排放特点与预测模型的建立
    周艳, 董利锋, 邓凯东, 许贵善, 刁其玉
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (10): 1797-1806. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.012
    摘要50)?? HTML4) ?? PDF(pc) (382KB)(38) ?? 收藏

    【目的】通过探索生长期肉用绵羊的甲烷(CH4)排放规律,旨在建立相关的CH4预测模型。【方法】采用单因素试验设计,以饲粮NFC/NDF(非纤维性碳水化合物/中性洗涤纤维)为0.78自由采食组的平均日增重作为饲粮NFC/NDF为1.03组和2.17组的限饲标准,在此基础下测定肉用绵羊的生长性能、营养物质消化率和甲烷产量,并分析肉用绵羊不同体重阶段的甲烷产量与饲粮干物质基础下的营养物质含量、营养物质摄入量、可消化营养物质摄入量及营养物质消化率间的回归关系。【结果】预测肉用绵羊生长早期(25—35 kg)CH4产量的最佳一元和多元回归模型分别为:CH4(L·d -1)= -26.58×NFC/NDF + 92.7(R 2 = 0.772,P <0.001);CH4 (L·d -1)=2.71×NDFD-2.45×DMD-0.97 CPD+124.46(R 2=0.846,P=0.001)。预测肉用绵羊生长后期(48-55 kg)CH4产量的最佳一元和多元回归模型分别为:CH4 (L/d)=-57.00×GE (MJ·kg -1)+1076.0(R 2=0.581,P=0.002);CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=-0.013×NDF intake (g/d)-0.13×CP intake (g/d)+0.02×DM intake (g/d)+0.84(R 2=0.652,P=0.019)。而肉用绵羊生长期整体CH4产量的最佳一元和多元预测模型分别为:CH4(L/d)=-26.94×NFC/NDF+90.71(R 2=0.655,P <0.001);CH4/BW 0.75(L/kg 0.75)=0.005×Digestible NDF intake (g·d -1)+0.011×Digestible DM intake (g·d -1) - 0.097×Digestible CP intake (g·d -1)-4.78 (R 2=0.722,P <0.001)。 【结论】建立了肉用绵羊独立生长阶段(25—35 kg、48—55 kg)和整体生长阶段(25—55 kg)的CH4预测模型。研究表明,处于不同体重阶段的肉用绵羊的最佳甲烷预测因子不尽相同,且甲烷产量受饲粮NFC/NDF影响较大。这可为今后评估我国饲养模式下的甲烷产量提供理论依据,也可为肉用绵羊饲粮的合理配制提供技术参考。

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    34. 陆地棉亲本间遗传距离与杂种优势的相关性研究
    曲玉杰, 孙君灵, 耿晓丽, 王骁, ZareenSarfraz, 贾银华, 潘兆娥, 何守朴, 龚文芳, 王立如, 庞保印, 杜雄明
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (9): 1488-1501. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.002
    摘要86)?? HTML17) ?? PDF(pc) (1470KB)(75) ?? 收藏

    【目的】通过1 500个陆地棉杂交组合分析杂种优势与其亲本间数量性状遗传距离的相关性,探讨能否利用大规模杂交组合亲本间遗传距离提高陆地棉杂种优势预测效果,以期为棉花杂交育种和杂种优势利用提供理论指导。【方法】选择来自15个国家和中国23个省(市)的305份陆地棉核心种质为亲本,采用L×T(Line×Tester)杂交设计配制1 500个杂交组合。2012—2013年,在中国南北方13个生态环境下考察其株高、单铃重、衣分、纤维长度等10个产量和纤维品质相关性状,分析F1杂种优势、亲本间遗传距离和群体结构,并采用4种方式(Cor1—Cor4)计算遗传距离与杂种优势的相关性。【结果】10个性状中亲优势(MPH)均值的变幅为1.70%—7.40%,平均为4.36%,按父本不同将F1分成5组(A,E),其MPH均值A>E>B>C>D;超亲优势(HB)均值的变幅为-4.17%—1.87%,平均为-0.17%,A、B和E组的HB均值皆为正。10个性状在5组中除D、E组的马克隆值之外,其他性状普遍具有明显的中亲优势,其中,单铃重和纤维长度的中亲优势在5组中均以正优势为主(达80%以上),最大值分别为34.01%和9.83%,对应的超亲优势分别为24.25%和5.80%。F1和亲本差异显着性分析表明单铃重、株高、纤维长度、伸长率和整齐度指数整体表现出一定的超亲优势。父本(测试种)与300个母本之间的遗传距离介于2.280—61.430,平均为21.550,5个测试种与母本间的平均遗传距离D>C>E>A>B,其中,最近值为11.721,最远值为33.271。按最小方差聚类,将305个陆地棉亲本划分为2个主群,包括5个亚群。4种遗传距离与杂种优势的相关性分析结果显示,因样本量、遗传距离变幅和父本不同其结果有所差异,相关性随样本量的增大而有所增强。其中,Cor1是Cor2结果的整体体现;Cor3与Cor1和Cor2相比,部分性状的中亲优势与遗传距离的相关性有所不同;Cor4的相关性最弱。综合来看,遗传距离与衣分、断裂比强度、整齐度指数和纺纱均匀性指数的中亲优势呈显着正相关,遗传距离与其他性状的中亲优势的相关性因采用的分析方案不同,结果有所不同;在4种方案中,除整齐度指数外,遗传距离与超亲优势的相关性整体表现负相关。其中,遗传距离与马克隆值、纤维长度和衣分的超亲优势相关性较强。【结论】陆地棉亲本间数量性状遗传距离与杂种优势有一定的线性关系,不同性状的杂种优势与遗传距离的相关性存在正负和强弱差异,且样本量越大相关性越强。说明基于大规模杂交组合研究陆地棉亲本间遗传距离与杂种优势的关系效果显着。

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    35. 播/收期对冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年 气候资源分配与利用特征的影响
    周宝元, 马玮, 孙雪芳, 高卓晗, 丁在松, 李从锋, 赵明
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (9): 1501-1517. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.003
    摘要104)?? HTML8) ?? PDF(pc) (479KB)(126) ?? 收藏

    【目的】优化冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源配置,探索两季最佳的资源搭配模式,进一步挖掘当前气候和生产条件下黄淮海地区周年产量潜力和资源利用效率。【方法】本研究通过10月上旬至12月上旬设置冬小麦不同播期和夏玉米不同收获期,建立了5种冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源分配方式,于2015—2017年在中国农业科学院河南新乡试验站进行田间试验,对其产量、光温水等气候资源分配及利用特征进行研究。【结果】随冬小麦播期及夏玉米收获期推迟,两作物生长季光温水资源分配比例分别由处理Ⅰ的46%﹕54%、60%﹕40%、42%﹕58%调整至处理V的34%﹕66%、49%﹕51%、34%﹕66%范围内,小麦季生长天数及其分配的光温水资源量逐渐减少,将更多的资源分配到玉米季,从而导致小麦产量降低,但由于处理V的ZM66小麦品种维持了较高的穗数和穗粒数,因此与处理Ⅰ比产量降低不显着。然而,处理V玉米季生理生长时间较处理Ⅰ延长约15 d,2016和2017年光温水资源分配量分别增加143.8和120.7 MJ·m-2、290.5和281.6℃、12.4和25.7 mm,粒重分别增加13.1%和15.5%,周年产量两年分别提高7.9%和6.7%;籽粒脱水时间增加约45d,光温水资源分配量两年分别增加322.5和336.3 MJ·m-2、509.6和497.8℃、56.7和14.1mm,籽粒含水量降至14.4%—17.3%,达到机械直接收获标准。同时,由于处理V小麦季光温水资源分配量显着降低,特别是减少底墒水和越冬水灌溉约150mm,2016和2017年其光能、温度和水分生产效率较处理Ⅰ分别提高12.5%和15.8%、10.9%和7.7%、39.6%和59.3%,玉米季虽然光能、温度生产效率有所降低,但水分生产效率显着提高,因此周年光能、温度和水分生产效率两年分别提高7.3%和9.1%、5.6%和5.1%、17.3%和29.3%。【结论】在不增加任何投入的前提下通过播/收期的调整(小麦12月上旬播种,玉米11月中旬收获)优化冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源配置,可进一步提升其周年产量和光温水资源利用效率,对于促进黄淮海冬小麦-夏玉米种植模式可持续发展具有重要意义。

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    36. 我国典型农田土壤中有机物料腐解特征及驱动因子
    马想, 徐明岗, 赵惠丽, 段英华
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (9): 1564-1573. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.008
    摘要87)?? HTML34) ?? PDF(pc) (420KB)(79) ?? 收藏

    【目的】研究不同有机物料在我国典型农田土壤中的腐解残留率变化。结合气候、土壤等环境因素,阐明秸秆和粪肥在我国农田土壤中的腐解特征及其主控因素,为因地制宜的合理利用有机资源和培肥土壤提供科学依据。【方法】在“国家土壤肥力肥效监测基地”中的黑土、潮土和红壤实验站,开展大田填埋试验。有机物料烘干后过2 mm筛,置于48 μm孔径尼龙网袋后填埋在土壤中。共4种供试有机物料:小麦秸秆(WS)、玉米秸秆(MS)、猪粪(PM)和牛粪(CM)。根据各地温度差异,分别在填埋后49—360 d内采样6次。通过分析腐解过程中有机碳含量的变化,整合土壤积温与腐解残留率的相关关系,采用VPA(方差分解分析)定量化气候因子,有机物料性质及土壤养分对不同有机物料腐解的相对贡献率。【结果】秸秆的腐殖化系数为11%—39%,粪肥的为50%—57%,秸秆腐解速率显着高于粪肥,且南方红壤上腐解速率高于北方黑土。地积温方程可拟合有机物料腐解残留率变化,由该方程可知,秸秆和粪肥易分解碳库占比分别为76%和43%,稳定碳库分别为17%和53%。但秸秆和粪肥易分解碳库的分解速率常数(k)无显着差异,其周转积温(1/k)约为1 400—2 000℃。物料性质是有机物料腐解的最主要影响因子,贡献率为28%;其次是气候,贡献率为20%。秸秆腐解过程中主要影响因子为气候因子、有机物料性质和土壤因子三者的交互作用,贡献率达42.3%。粪肥腐解过程中主要影响因子为气候因子,贡献率为38.3%。【结论】秸秆腐解速率和其有机碳库中易分解碳库比例明显高于粪肥,秸秆腐解受到气候、土壤和物料性质协同作用影响,而粪肥则受气候因子影响最大。在田间秸秆还田时需结合当地水热条件确定还田时间和还田量,粪肥则建议在还田前进行堆腐,且注意施用时间。

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    37. 西瓜果实表皮蜡粉的化学成分与基因定位
    龚成胜, 赵胜杰, 路绪强, 何楠, 朱红菊, 豆峻岭, 袁平丽, 李兵兵, 刘文革
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (9): 1587-1600. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.010
    摘要50)?? HTML6) ?? PDF(pc) (4734KB)(37) ?? 收藏

    【目的】蜡粉是植物抵御外界胁迫的第一层保护性屏障,对西瓜果实表皮蜡粉的结构、化学成分、遗传规律进行研究,并预测控制该性状的基因,以便全面了解性状的生理生化作用,发掘候选基因。【方法】试验选用无蜡粉的西瓜自交系‘美佳选黑’(P1)和有蜡粉的西瓜自交系‘FH’(P2)为双亲配制杂交组合,构建六世代群体(P1、P2、F1、F2、BC1P1、BC1P2),利用扫描电子显微镜(SEM)对双亲成熟期果实表皮结构进行观察,通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对蜡粉的化学成分进行测定,以峰面积为指标,定量计算蜡粉化学成分的含量,采用BSA-seq对西瓜表皮蜡粉进行基因初定位,应用BLAST软件将定位区间内的编码基因与多个数据库比对完成基因信息注释,并通过详细的基因注释信息及突变位点分析,快速筛选候选基因。【结果】西瓜果实表皮蜡粉为灰白色,呈致密的板状结构,长度约为5 μm;无蜡粉材料表皮较为光滑,无蜡粉层附着。GC-MS分析显示,蜡粉中共检测到24种脂肪族化学成分,分别属于烃类、醇类、酯类、酸类、酚类和醛类。包括烃类物质10种,含量占表皮蜡粉有效化学提取物总含量的77.72%,链长变化范围为C17—36,主要为C27、C28、C29、C32、C33、C34、C36的饱和正链烷烃;醇类物质5种,占12.60%;酯类物质5种,占0.43%;酸类物质2种,占0.53%;酚类1种,占0.80%;醛类1种,占3.99%;含量最高的5种化学成分依次为:正三十四烷、正二十九烷、1,30-三十烷二醇、正三十三烷、正二十八烷。在后代群体中,F1、BC1P2群体西瓜果实表皮全部有蜡粉,F2群体有蜡粉和无蜡粉西瓜果实的分离比符合3﹕1的孟德尔分离比例,BC1P1回交群体有蜡粉和无蜡粉分离比符合1﹕1的理论比,说明蜡粉的有无符合单基因显性遗传模式,有蜡粉对无蜡粉为显性。对BSA-seq数据进行SNP和InDel关联分析,关联结果取交集得到1号染色体3.16—4.84 Mb的候选区域,该区域共含有144个基因。数据库比对结果显示,在关联区域中,共138个基因有功能注释,包括10个非同义突变,1个移码突变。结合已有文献报道,其中5个非同义突变基因可能与西瓜表皮蜡粉的生成有关:Cla002367为烯酰ACP-还原酶(ECR)类基因,该类基因是特长链脂肪酸合成所必须;Cla011514、Cla002337和Cla002342为细胞色素P450(CYP)家族基因,该家族部分编码蛋白能够通过烃基羟化等反应催化脂肪族化合物的生成;Cla002353的基因注释信息为ABC转运体,ABC转运体与蜡质分子的转运息息相关。【结论】西瓜果实表皮蜡粉为板状结构,主要由特长链脂肪酸衍生成的脂肪族化合物组成。该性状是单基因遗传,有蜡粉为显性性状。BSA关联分析得到1号染色体1.68 Mb的关联区域,并预测关联区域中Cla002367、Cla011514、Cla002337、Cla002342、Cla002353这5个非同义突变基因为调控西瓜果实表皮蜡粉性状的候选基因。

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    38. 基于CAPS标记的甜瓜单果重相关性状QTL分析
    刘相玉, 张裕舒, 刘柳, 刘识, 高鹏, 王迪, 王学征
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (9): 1601-1613. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.011
    摘要63)?? HTML5) ?? PDF(pc) (2272KB)(34) ?? 收藏

    【目的】基于甜瓜全基因组重测序技术,挖掘SNP位点并开发CAPS标记,构建遗传连锁图谱。初步为甜瓜单果重相关性状进行QTL定位,为甜瓜单果重相关基因挖掘奠定理论基础。【方法】选取栽培甜瓜品系M4-130为母本,野生甜瓜品系X207为父本,构建F2:3群体材料。对甜瓜果实单果重、果实长宽、果肉厚度、果形指数及可溶性固形物含量等性状进行相关性分析。对亲本材料进行20×深度重测序,利用BWA、SAMTools、VCFTools等软件在全基因组范围内挖掘双亲SNP位点,利用SNP2CAPS软件结合甜瓜基因组上的限制性内切酶酶切位点开发CAPS标记,建立遗传连锁图谱。最后采用复合区间作图法对甜瓜果实单果重、果实长宽、果肉厚度、果形指数及可溶性固形物含量进行QTL分析。【结果】单果重与果实长度、果实宽度及果肉厚度呈显着相关。开发得到可利用CAPS标记185个,构建一张包含12个连锁群的遗传连锁图谱,覆盖总长度为1 600.45 cM,标记间的平均遗传距离8.65 cM。定位发现与单果重相关QTL位点7个(FW3.1、FW4.1、FW5.1、FW6.1、FW8.1、FW8.2、FW11.1),与果实长度相关QTL位点7个(FL2.1、FL3.1、FL4.1、FL5.1、FL6.1、FL8.1、FL11.1),与果实宽度相关QTL位点5个(FWID3.1、FWID4.1、FWID8.1、FWID10.1、FWID11.1),与果肉厚度相关QTL位点2个(FT6.1、FT11.1),与果形指数相关QTL位点1个(FS2.1),与可溶性固形含量相关QTL位点2个(SS6.1、SS12.1)。【结论】获得了24个QTL位点。确定了一个主效QTL位点FW8.1,贡献率高达25.8774%,LOD值为16.8746。发现单果重与果实长度、果实宽度及果肉厚度密切相关,定位区间相同或相邻,紧密集中在3、4、5、6、8、11染色体上。

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    39. 生命周期评价在畜牧生产中的应用研究现状及展望
    姜明红, 刘欣超, 唐华俊, 辛晓平, 陈吉泉, 董刚, 吴汝群, 邵长亮
    中国农业科学 ?? 2019, 52 (9): 1635-1645. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.014
    摘要99)?? HTML11) ?? PDF(pc) (508KB)(85) ?? 收藏

    生命周期评价(life cycle assessment,LCA)作为一种全程评价产品总体环境影响和生产效率的方法,被广泛应用于企业优化生产经营结构和政府政策制定等方面。近年来,出于粮食安全保障和生态环境保护的考虑,LCA在农牧生产中的应用越来越受到重视。但我国相关方面的研究和应用并不多见,特别是作为畜牧业重要产区的北方草原牧区,尚没有开展针对当地畜牧生产体系的LCA研究。在这一背景下,本文围绕主要环节和流程对国内外畜牧生产LCA方法框架和研究现状进行了综述,主要从LCA研究目的与范围的确定、生命周期清单分析和影响评价三个方面展开。国内外文献综述表明,国外畜牧产业中LCA的应用已相当普遍,无论从方法上还是技术上都已经相当成熟和完备,对我国畜牧产业LCA科学研究和实际应用均有较强的借鉴意义。然而,由于国内外畜牧产业的具体情况差异,国外LCA经验难以直接应用到国内。首先,在我国北方牧区,家庭牧场是当地畜牧生产的主要经营方式,具有季节性放牧与圈养舍饲结合、不同牲畜混养、牧民生活和生产经营界限不明确等特点,难以直接套用国外方法。此外,在我国开展畜牧生产LCA研究所需的数据收集非常困难,这是制约我国畜牧生产LCA应用的最大短板。最后,由于畜牧生产技术及经营方式的差距,相比于欧美澳等畜牧业发展成熟国家,我国北方牧区畜牧生产受降水等自然因素及市场供求价格因素影响年际间差异更大,这也是我国开展畜牧生产LCA研究必须考虑的问题。为了使 LCA 能够精准且广泛地应用于我国畜牧产业,应从以下几个方面进行改进:首先,开展我国北方牧区不同规模畜牧生产经营系统物料投入和产出的调查和研究,为畜牧产业LCA研究收集必要数据;其次,根据我国畜牧产业的特征建立并完善适合国情的畜牧业LCA标准方法和数据库,提升我国LCA结论的准确性;第三,在我国畜牧LCA研究中还应加大学科交叉力度,理清畜牧产业发展中的自然和社会驱动因素,为我国北方牧区畜牧产业的可持续发展提供数据参考和科技支撑。

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    40. 大豆GmLEA的分离及其在种子活力中的功能分析
    周亚丽,朱雅婧,赵飞云,王爽,刘骕骦,郭凌凯,赵海红,麻浩
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (23): 4397-4408. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.001
    摘要357)?? HTML114) ?? PDF(pc) (3927KB)(294) ?? 收藏

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

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    41. 拔节期和孕穗期低温处理对小麦叶片光合及叶绿素荧光特性的影响
    刘蕾蕾,纪洪亭,刘兵,马吉锋,肖浏骏,汤亮,曹卫星,朱艳
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (23): 4434-4448. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.004
    摘要337)?? HTML54) ?? PDF(pc) (7711KB)(387) ?? 收藏

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

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    42. 红铃虫性信息素合成激活肽基因克隆、序列特征及在不同发育阶段的表达分析
    许冬,王玲,丛胜波,王金涛,李文静,万鹏
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (23): 4449-4458. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.005
    摘要107)?? HTML89) ?? PDF(pc) (512KB)(76) ?? 收藏

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

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    43. 面向自愿减排碳交易的生物质炭基肥固碳减排计量方法研究
    孙建飞,郑聚锋,程琨,叶仪,庄园,潘根兴
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (23): 4470-4484. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.007
    摘要112)?? HTML11) ?? PDF(pc) (494KB)(66) ?? 收藏

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

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    44. 苹果MdWRKY18和MdWRKY40参与盐胁迫途径分子机理研究
    许海峰,杨官显,张静,邹琦,王意程,曲常志,姜生辉,王楠,陈学森
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (23): 4514-4521. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.010
    摘要145)?? HTML16) ?? PDF(pc) (1795KB)(111) ?? 收藏

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

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    45. 意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中的差异表达环状RNA及其调控网络分析
    郭睿,陈华枝,熊翠玲,郑燕珍,付中民,徐国钧,杜宇,王海朋,耿四海,周丁丁,刘思亚,陈大福
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (23): 4575-4590. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.23.015
    摘要122)?? HTML19) ?? PDF(pc) (3399KB)(70) ?? 收藏

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

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    46. 蜜蜂免移虫技术研究与应用
    张波,吴小波,廖春华,何旭江,颜伟玉,曾志将
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (22): 4387-4394. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.016
    摘要78)?? HTML4) ?? PDF(pc) (2932KB)(50) ?? 收藏

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

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    47. 历年国审玉米品种产量和品质性状变化趋势分析
    陈先敏,梁效贵,赵雪,高震,吴巩,申思,林珊,周丽丽,周顺利
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (21): 4020-4029. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.002
    摘要265)?? HTML19) ?? PDF(pc) (2441KB)(362) ?? 收藏

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

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    48. MdWRKY40介导提高苹果与拟南芥对轮纹病菌的免疫抗性
    周茜茜,邱化荣,何晓文,王宪璞,刘秀霞,李保华,吴树敬,陈学森
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (21): 4052-4064. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.005
    摘要174)?? HTML6) ?? PDF(pc) (1338KB)(109) ?? 收藏

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

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    49. 利用胚挽救技术创制无核抗寒葡萄新种质
    赵雅楠,骆强伟,王跃进
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (21): 4119-4130. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.010
    摘要79)?? HTML4) ?? PDF(pc) (2386KB)(51) ?? 收藏

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

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    50. 中国猪瘟净化之路:离我们还有多远?
    孙元,仇华吉
    中国农业科学 ?? 2018, 51 (21): 4169-4176. ? DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.015
    摘要118)?? HTML7) ?? PDF(pc) (878KB)(62) ?? 收藏

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

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