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    2019年 第52卷 第12期 刊出日期:2019-06-16
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    中国农业科学. 2019, 52(12):? 0.?
    摘要 ( 40 )?? PDF (317KB) ( 32 )?? 收藏
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    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    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 ( 218 )?? HTML ( 77 )?? PDF (1035KB) ( 150 )?? 收藏
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    【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。

    一个高抗玉米南方锈病基因的QTL定位及遗传分析
    王兵伟, 覃嘉明, 时成俏, 郑加兴, 覃永嫒, 黄安霞
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2033-2041.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.002
    摘要 ( 90 )?? HTML ( 14 )?? PDF (854KB) ( 80 )?? 收藏
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    【目的】 通过对一个热带高抗玉米南方锈病材料S313与4个高感玉米南方锈病材料组配的8个F2群体进行两年三季的遗传分析,在表型鉴定的基础上,利用其中1个F2群体进行局部遗传图谱构建及抗性基因定位,并利用大群体及新开发的分子标记对抗性主效QTL进行精细定位,为进一步克隆该基因奠定基础。【方法】 连续三季对8个F2分离群体,分3个时期进行病原菌接种,玉米生长后期按1—9级标准等级记载各单株的抗南方锈病级数,进行抗性表型鉴定,最终确定抗、感分离比例。利用56K芯片筛选出2个亲本间多态标记,选择其中均匀分布的192个标记对S313×PHW52的F2群体中各30个高抗、高感子代进行KASP分型。利用第10染色体短臂上19个SNP标记对整个F2群体进行分型,构建局部遗传图谱;将遗传图谱与田间抗性表型鉴定结果相结合进行抗性QTL定位。开发初定位区间内10个SNP标记对次级群体进行标记分型,根据交换单株数量大小进一步缩小定位区间。根据玉米B73 Ref Gen_V4参考基因组信息,列出对应定位区间内的所有基因,利用基因的功能注释信息,确定可能与玉米抗南方锈病相关的候选基因。【结果】 8个F2群体田间抗、感分离比均符合3﹕1的分离比例,说明热带自交系S313对玉米南方锈病的抗性是由1个效应比较大的主效QTL控制。利用56K芯片筛选出2个亲本间的多态标记16 426个。利用192个标记对各30个抗、感子代进行连锁分析,获得了1个抗性连锁标记Affx-90241059。利用19个SNP标记构建了总遗传距离为31.8 cM,标记间平均距离1.77 cM的局部遗传图谱。利用复合区间作图法把该主效QTL定位在标记Affx-91298359与标记Affx-91182449之间,区间大小约2 M。进一步利用F2大群体及10个SNP标记把该区间缩小到474 K的范围内。玉米参考基因组B73的对应区间内共有63个基因,其中3个基因LOC103640657LOC100191493LOC103640673编码的蛋白质与植物抗病性有关,因此把这3个基因列为热带玉米种质S313高抗玉米南方锈病的抗性候选基因。【结论】 S313对玉米南方锈病的抗性是由1个主效QTL控制,并且S313的主效基因定位在第10染色体短臂约0.47 M的范围内。在该范围内有3个玉米南方锈病抗性候选基因。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    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 ( 161 )?? HTML ( 24 )?? PDF (446KB) ( 165 )?? 收藏
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    【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。

    基于APSIM模型旱地小麦叶面积指数相关参数的优化
    聂志刚,李广,王钧,马维伟,雒翠萍,董莉霞,逯玉兰
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2056-2068.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.004
    摘要 ( 71 )?? HTML ( 6 )?? PDF (814KB) ( 52 )?? 收藏
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    【目的】 模型的有效应用依赖于参数的快速、准确估算。本研究拟解决作物生长模型参数本土化率定过程中运算量大、耗时长、精度低、效率低的问题。【方法】 依据甘肃省定西市安定区2个试验点(李家堡镇麻子川村和凤翔镇安家沟村),多年(2002—2005年和2015—2017年)大田试验数据以及定西市安定区1971—2017年气象资料,利用混合蛙跳算法智能的迭代搜索原理,对APSIM模型旱地小麦叶面积指数相关参数进行了优化,并采用相关性分析方法对模型校正结果进行检验。【结果】 利用青蛙群体即相对独立又合作协调的子群内局部深度搜索与子群间全局信息交流生物进化学习策略,有效提高了运算的速度,实现了对APSIM模型中与旱地小麦叶面积指数相关参数的快速、准确估算。相关参数主要包括:主茎上节出现所需的热时间间隔、小麦出苗后初始化的节数、小麦出苗后初始化的叶片数、小麦出苗后初始化的叶面积指数、某日正在生长的节数和最大比叶面积。分别使用穷举试错法所得参数值和混合蛙跳算法所得参数值模拟叶面积指数,参数优化后,叶面积指数模拟值和实测值之间的RMSE(root mean square error)平均值由0.069降低到0.027,NRMSE(normalized root mean square error)平均值由8.09%降低到4.56%,ME(model effective index)平均值由0.979提高到0.993。【结论】 相对于参数率定常用穷举试错法,混合蛙跳算法具有自发学习特征的智能迭代行为,实现了参数的自动率定,提高了效率。基于该算法进行APSIM模型旱地小麦叶面积指数相关参数的优化,使得模型对叶面积指数的模拟精度显着提高,证明该算法的使用对作物生理生态系统复杂模型的校正效果良好,为改善模型参数率定过程存在的运算量大、耗时长、精度低、效率低的缺点提供了一种行之有效的方法。

    植物保护
    蔬菜土传病原菌三重PCR检测体系的建立与应用
    刘芮池,程有普,柴阿丽,石延霞,谢学文,帕提古丽,李宝聚
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2069-2078.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.005
    摘要 ( 50 )?? HTML ( 13 )?? PDF (576KB) ( 45 )?? 收藏
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    【目的】 针对生产中危害严重的3种蔬菜土传病原菌瓜果腐霉(Pythium aphanidermatum)、尖镰孢(Fusarium oxysporum)、大丽轮枝菌(Verticillium dahliae),建立三重PCR(triplex PCR)检测体系,为蔬菜土传真菌病害的早期诊断和鉴定提供技术与方法。【方法】 筛选3种病原菌特异性引物组合,通过设定不同的PCR退火温度、引物浓度、循环次数以及延伸时间,探索影响三重PCR扩增的因素,建立蔬菜土传病原菌三重PCR检测体系,并对体系灵敏度进行检测。为了验证建立体系的稳定性,选择2×Taq Master PCR Mix(北京博迈德生物技术有限公司)和TaKaRa Taq酶(大连宝生物工程有限公司)2个不同公司的试剂,分别利用C1000 Touch TM型(赛默飞世尔科技有限公司)与Aeris TM型(新加坡艺思高科技有限公司)热循环仪进行三重PCR反应,比较检测结果的可重复性。对田间采集的35份病害样本和149份土壤样本,分别进行三重PCR和病原菌分离检测,以确定所建立得三重PCR检测体系的适用性。 【结果】 三重PCR反应体系中引物对AsAPH2B/AsPyF、FOF1/FOR1、VActF/VActR可分别扩增出瓜果腐霉、尖镰孢、大丽轮枝菌长度为163、328和530 bp的特异性目的片段。反应体系(25 μL):0.12 μmol·L -1 AsAPH2B/AsPyF,0.16 μmol·L -1 FOF1/FOR1,0.24 μmol·L -1 VActF/VActR,2×Taq Master PCR Mix 12.5 μL,退火温度为60.8℃,35个循环。该体系对病原菌纯培养物的检测灵敏度为10 -1ng·μL -1,对土壤中大丽轮枝菌、尖镰孢和瓜果腐霉的检测灵敏度分别为10 5、10 6个孢子/g土壤和10 -2mg菌丝/g土壤。分别采用2×Taq Master PCR Mix和TaKaRa Taq酶,利用C1000 Touch TM型和Aeris TM型热循环仪进行三重PCR,扩增结果一致,说明三重PCR体系检测稳定性好。对田间采集的病害和土壤样本进行检测,25份病害样本和71份土壤样本中检测出带菌,三重PCR检测与病原菌分离培养结果一致。 【结论】 本研究建立的瓜果腐霉、尖镰孢、大丽轮枝菌三重PCR检测体系具有灵敏度高、稳定性和重复性好的特点,能够快速、准确地检测田间病株及其根围土壤中的瓜果腐霉、尖镰孢、大丽轮枝菌,为蔬菜土传病害的早期预防和流行监测提供了有效的技术手段。

    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 ( 57 )?? HTML ( 7 )?? PDF (6641KB) ( 54 )?? 收藏
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    【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。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    基于农户施肥和土壤肥力的黑龙江水稻减肥潜力分析
    彭显龙,王伟,周娜,刘海洋,李鹏飞,刘智蕾,于彩莲
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2092-2100.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.007
    摘要 ( 93 )?? HTML ( 11 )?? PDF (472KB) ( 71 )?? 收藏
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    【目的】 黑龙江稻田面积320多万公顷,为全国稻田面积最大的省份,10多年来水稻产量一直徘徊在7 000 kg·hm -2,也是我国稻田化肥用量(纯N 约150 kg·hm -2)最低的省份。在化肥零增长的背景条件下,黑龙江是否存在节肥潜力有待研究。 【方法】 调查水稻主产区农户施肥情况。2005年调查区域为五常、方正、木兰、宁安、庆安、铁力、尚志、阿城;2008年调查区域为密山、虎林、庆安、五常、宁安、方正、萝北、桦川、富锦和尚志;2015年调查区域为五常、方正、宁安、虎林和庆安。每个地点随机选择一个乡,每个乡随机选择2或者3个村,每村调查10户,共638户。2009—2010年,采集了黑龙江水稻主产区8万多个土壤样品,测定0—20 cm土层速效磷、速效钾养分含量。采用理论适宜施氮量法估算黑龙江稻田氮肥用量;依据作物养分需求量和稻田土壤养分状况,采用磷钾衡量监控方法,估算稻田磷、钾肥适宜施用量,在此基础上分析黑龙江省水稻减肥潜力。【结果】 2005、2008和2015年黑龙江水稻平均产量分别为6 427、7 593和7 142 kg·hm -2 ,3年平均产量为7 104 kg·hm -2。农户间产量差异较大,高低相差近5 000 kg·hm -2。稻田N、P2O5和K2O用量平均分别为141.0、56.6和51.6 kg·hm -2,N、P2O5和K2O用量高低相差均超过300 kg·hm -2,农户间施肥变异较大,盲目施肥问题突出。稻田土壤速效磷和速效钾的含量分别约为26和138 mg·kg -1。速效磷的变异超过了40%,不同区域间土壤肥力差异较大。70%以上的样品速效磷、速效钾含量处于较高水平。要达到7 500 kg·hm -2的产量水平,对应的理论适宜N用量为105 kg·hm -2,只有20%的农户实现了高产氮素高效,有70%的农户具有节肥潜力,可以节氮超过26%。通过节肥,每千克氮素生产的粮食可由50 kg提高到70 kg。按照目前的产量和土壤养分状况,稻田P2O5和K2O适宜用量分别为41.6和35.9 kg·hm -2,可以减量约30%。调研农户中,具有节磷和节钾潜力的农户分别约占总体的71%和72%,处于低产低效的农户均占总体的30%,节肥潜力最大。 【结论】 黑龙江作为全国施肥量最低的省份,有约70%的农户处于高产不高效或者低产低效水平,过量施肥问题突出,节肥潜力20%以上。

    再生稻和双季稻田CH4排放对比研究
    张浪,徐华勤,李林林,陈元伟,郑华斌,唐启源,唐剑武
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2101-2113.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.008
    摘要 ( 56 )?? HTML ( 8 )?? PDF (1159KB) ( 51 )?? 收藏
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    【目的】 为了探索生态可持续的稻作模式,对比研究了长江中下游地区双季稻和再生稻稻作模式的产量潜力和CH4排放特征,以此为选取绿色、生态经济可持续的稻作模式提供科学依据。【方法】 于2017—2018年依托湖南省益阳市大通湖区宏硕生态农业农机合作社科研基地,设置了双季稻和再生稻2种模式,对比分析了产量潜力、稻田生育期间CH4排放动态和稻田生态系统CH4季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH4排放。【结果】 试验期间,从产量方面来看,双季稻早稻产量为7.37 t·hm -2,再生稻头季产量为8.84 t·hm -2,头季相比早稻增产19.95%。双季稻晚稻产量为6.82 t·hm -2,再生稻再生季产量为3.39 t·hm -2,再生季相比晚稻减产50.29%。综合两季,双季稻总产量为14.19 t·hm -2,再生稻总产量为12.22 t·hm -2;从生育期间CH4排放动态来看,双季稻在分蘖期和齐穗期左右排放较强峰值,再生稻除了在分蘖期和齐穗期有较强的排放以外,其在施用促芽肥时也出现了小峰值。但总体双季稻的排放范围(- 0.06—1.30 μmol·m -2·s -1)要高于再生稻的排放范围(- 0.01—0.70 μmol·m -2·s -1);从稻田CH4季节性累积排放来看,双季稻CH4累积排放要高于再生稻。再生稻头季累积排放范围在23.90—266.59kg·hm -2,再生季累积排放范围在0.00—46.14 kg·hm -2。双季稻早稻季节累积排放范围在为35.57—251.29kg·hm -2,晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm -2。双季稻CH4季节累积排放A-B(两叶一心至分蘖后期)段>B-C(分蘖后期至齐穗期)段>C-D(齐穗期至成熟期)段,且全生育期双季稻累积排放达922.35 kg·hm -2。再生稻CH4累积排放B-C段>A-B段>C-D段,且全生育期CH4累积排放为609.74 kg·hm -2,即相比对照双季稻,再生稻CH4累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH4排放可知,早稻单位产量CH4排放为0.069 kg·kg -1,头季单位产量CH4排放为0.062 kg·kg -1,头季相比早稻减少了10.14%;晚稻单位产量CH4排放为0.061 kg·kg -1,再生季单位产量CH4排放为0.018 kg·kg -1,再生季相比晚稻降低了70.49%。综合两季,双季稻单位产量CH4排放为0.065 kg·kg -1,再生稻单位产量CH4排放为0.050 kg·kg -1,再生稻相比双季稻降低了23.08%。 【结论】 从单位产量下CH4排放角度来看,在长江中下游双季稻的主产区扩大种植再生稻是为良策。

    基于OWA多属性决策的生态系统服务最优保护区选择研究——以渭河流域(关天段)为例
    张渝萌,李晶,曾莉,杨晓楠,刘婧雅,周自翔
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2114-2127.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.009
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    【目的】 通过对生物多样性、固碳、产水以及文化四类生态系统服务进行测算,使用多属性决策方法进行区域最优保护范围的选取,为研究区生态平衡的维护及生态建设研究提供理论依据。【方法】 以渭河流域关中-天水经济区(关天段)为研究区,通过InVEST模型测算生物多样性及固碳服务,SWAT模型划分子流域并计算产水服务以及SoLVES模型量化文化服务,在此基础上利用OWA(Ordered Weighted Averaged,有序加权平均)多属性决策方法建立11种情景,筛选出优先保护区。【结果】 (1)研究区在子流域尺度上产水量分布不均,整体情况为东部最高,中部地区小于西部地区,平均产水量约为95 mm;子流域固碳量范围为5.041—10.284 t·hm -2,单位面积固碳量较高的子流域多为秦岭地区,位于关中平原地区的子流域是城市聚集地区,建设用地密集的区域碳储存十分受限;生物多样性主要由生境质量指标衡量,研究区生境质量范围0.222—0.921,关中平原地区植被覆盖较少,人类活动频繁和城市发展导致威胁因子分布密集,因此生境质量较低,平均值在0.22左右,秦岭地区属于高植被覆盖且距离生境威胁因子较远,生态适宜性高且生物多样性保持良好;研究区文化价值总指数1.298—5.667,审美和精神价值集中在森林公园及秦岭山脉地区,但城市区域的历史文化底蕴浓厚且娱乐设施丰富,因此综合来看城市区域文化服务价值最高。(2)通过设立不同风险值和权重计算OWA算子,共得出11种风险情景及其保护效率。最终选取权衡值最高的风险情景6的覆盖范围为最优保护区范围,其保护效率约为1.499,覆盖范围多位于南部秦岭地区、天水市和宝鸡市交界处等。 【结论】 结合自然因素与人文因素对研究区生态系统服务进行分析与评价,通过OWA算子平衡不同生态系统服务之间的权衡并选择最优保护区,为提升研究区生态系统服务提供参考。

    园艺
    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
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    【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。

    盐胁迫对2种菠萝蜜属植物幼苗生长及光合荧光特性的影响
    苏兰茜,白亭玉,鱼欢,吴刚,谭乐和
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2140-2150.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.011
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    【目的】 研究盐胁迫对2种菠萝蜜属植物幼苗生长和光合荧光特性的影响,为热带盐碱地开发利用,发展岛礁特色农业提供参考。【方法】 以两种菠萝蜜属植物菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus Lam.)和面包果(Artocarpus altilis (Parkinson) Fosberg)为材料,采用沙培法,从3叶期开始进行盐胁迫(处理设为T0—T4,盐浓度分别为0、3.4、10.2、17.0和23.8 g?kg -1),研究盐胁迫下菠萝蜜和面包果幼苗生长、光合及叶绿素荧光参数的变化。 【结果】 盐胁迫显着抑制菠萝蜜幼苗生长、叶绿素含量和生物量积累,对面包果的抑制作用小于菠萝蜜。盐胁迫使菠萝蜜叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)降低,气孔抑制率(Ls)增加,面包果的变化幅度较菠萝蜜小。高盐胁迫(盐浓度>17.0 g?kg -1)显着抑制菠萝蜜叶片光化学猝灭系数(qP)、光系统Ⅱ活性(Fv/Fo)、潜在最大光能转换效率(Fv/Fm)、实际光能转换效率(ΦPSⅡ)、相对电子传递效率(rETR);使面包果叶片qP、非光化学猝灭系数(NPQ)、ΦPSⅡ和rETR显着下降。叶绿素含量与光合参数呈显着正相关关系。盐胁迫、叶绿素含量和净光合速率以及它们之间交互作用解释作物生物量变化的比例为35.6%。 【结论】 盐胁迫显着抑制菠萝蜜幼苗生长、叶绿素含量、光合参数和生物量积累;面包果的光合参数和生物量在高浓度盐胁迫下较敏感。盐胁迫、叶绿素含量和净光合速率的变化与两种菠萝蜜属植物生物量变化密切相关。

    食品科学与工程
    中国冻梨加工品质评价体系构建
    王阳, 贾晓辉, 王文辉, 佟伟, 王志华, 杜艳民
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2151-2160.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.012
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    【目的】 对56个冻梨品种的18项冻梨品质指标进行测定,构建冻梨的品质评价体系。【方法】 通过主成分分析筛选核心指标,采用频数分布对核心指标进行分级,在此基础上运用层次分析法确定品质评价指标权重以及评分标准,最后采用K类中心聚类分析和判别分析建立冻梨品质判别函数。【结果】 不同冻梨各品种间品质离散程度有差异,变异系数在9.97%—360.37%;通过主成分分析筛选出可溶性固形物含量(TSS)、可滴定酸含量(TA)、固酸比(TSS/TA)、果皮L *值、果皮C *值、果肉h值、石细胞含量7项指标为冻梨品质评价核心指标;综合考虑7项指标对冻梨品质的影响程度并进行分级,通过层次分析法确定7项指标的权重系数分别为0.1176、0.0477、0.2900、0.0166、0.0498、0.1101、0.3683,由此建立冻梨评分标准;确定了冻梨品质判别函数,建模样本和检验样本正确判别率分别达到97.37%和100%,说明该判别函数具有极高的准确性,适用于冻梨品质的定性判别。 【结论】 不同冻梨品种品质可用TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L *值、果皮C *值、果肉h值、石细胞含量7项指标进行综合评价,其中以红南果梨、尖把梨、南果梨、软儿梨、砂糖梨、秋白梨、黄麻槎冻梨品质为优,可作为冻梨的优选品种。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    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
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    【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。

    福清山羊与努比亚黑山羊发情期卵巢组织RNA-Seq分析
    李文杨,刘远,吴贤锋,高承芳,黄勤楼
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2171-2182.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.014
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    【目的】 研究福清山羊与努比亚黑山羊发情期卵巢组织转录组差异表达水平,一方面为山羊繁殖性状形成的分子机制提供理论依据,另一方面为利用努比亚黑山羊杂交改良福清山羊提供可加快遗传进展的分子标记。【方法】 利用转录组测序方法对福清山羊和努比亚黑山羊发情期卵巢组织进行研究,筛选品种间的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),并对DEGs功能进行注释和若干基因荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)验证;同时通过与参考基因组比对,分析和筛选测序样品中存在的SNP/InDel。【结果】 6个样品共得到46.68Gb Clean Data,DESeq分析发现了福清山羊和努比亚黑山羊发情期卵巢组织的DEGs149个(包含25个新转录本),其中表达上调53个,表达下调96个;初步认为输卵管素基因(oviductin,OVN)、类固醇合成快速调节蛋白基因(steroidogenic acute regulatory protein,STAR)、早期生长应答1基因(early growth response 1,EGR1)可作为福清山羊繁殖性能的候选基因。149个DEGs中的108个基因能被GO(gene ontology)数据库注释,30个DEGs能够被COG(Cluster of Orthologous Groups of proteins)数据库注释,91个DEGs能够被KEGG(kyoto encyclopediaof genes and genomes)数据库注释。KEGG通路分析表明DEGs共富集到21条信号通路中,6条通路显着富集。经过进一步的与参考基因组序列比对分析,共发掘1 506个新转录本。经qRT-PCR验证,所选基因(转录本)表达变化模式与转录组测序结果一致,表明测序结果可靠。【结论】 在转录组水平上筛选出了福清山羊和努比亚黑山羊发情期卵巢组织的149个DEGs,发掘了1 506个新转录本,初步揭示了OVNSTAREGR1在山羊繁殖过程中可能发挥重要作用,为进一步探索山羊繁殖性状相关机理提供参考依据。

    p66Shc在绵羊卵母细胞中的表达及其与胞质氧化还原稳态的关系
    张通,栗瑞兰,范晓梅,刘春洁,海日汗,霍敏,张家新
    中国农业科学. 2019, 52(12):? 2183-2192.? doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.015
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    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】 研究p66Shc在绵羊卵母细胞中的表达特征及其与卵母细胞胞质氧化还原稳态的关系,为揭示p66Shc参与调控卵母细胞胞质氧化还原稳态分子机制提供理论依据。【方法】 试验所用卵丘-卵母细胞复合体(cumulus-oocyte complexes, COCs)来源于屠宰场的绵羊卵巢。分别收集成熟前优质和劣质、常规成熟24 h及成熟30 h老化的卵母细胞,采用实时荧光定量PCR对成熟前后不同质量绵羊卵母细胞中p66Shc mRNA的表达量进行分析,利用细胞免疫荧光结合MitoTracker Red探针对p66Shc蛋白和线粒体进行共定位,同时利用荧光探针DCFH-DA和卵母细胞自发荧光分别对成熟前后不同质量卵母细胞内ROS水平和氧化还原稳态进行检测。此外,采用外源H2O2诱导的氧化应激处理成熟前优质卵母细胞,并对p66Shc蛋白的表达及定位进行了检测分析。【结果】 实时荧光定量PCR结果显示,成熟前劣质和成熟后老化卵母细胞中p66Shc mRNA表达量分别显着(P<0.05)高于成熟前优质和常规24 h成熟的卵母细胞。然而优质卵母细胞成熟前后p66Shc mRNA表达量没有显着差异(P>0.05)。共定位结果表明,p66蛋白主要分布在线粒体分布活跃的区域。细胞免疫荧光结果显示,成熟前劣质和成熟后老化卵母细胞中p66Shc蛋白表达量也分别显着(P<0.05)高于成熟前优质和常规24 h成熟的卵母细胞。与成熟前优质和常规24 h成熟的卵母细胞相比,成熟前劣质和成熟后老化卵母细胞表现出线粒体分布紊乱和活性下降、ROS水平升高以及氧化还原稳态的失衡。此外,与未添加外源H2O2的对照组相比,外源H2O2处理成熟前优质卵母细胞诱导的氧化应激显着(P<0.05)上调p66Shc蛋白的表达并促使 p66Shc由胞质向细胞核定位。【结论】 p66Shc基因在劣质和老化的绵羊卵母细胞中呈现高水平的表达,H2O2诱导的氧化应激显着上调p66Shc蛋白的表达并影响其亚细胞定位。总之,绵羊卵母细胞中p66Shc表达上调影响了胞质的氧化还原稳态。