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  • 丁国华, 肖光辉, 竺丽萍
    中国农业科学. 2023, 56(19): 3723-3746. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.003

    【目的】全基因组范围内探究棉花NLP转录因子的结构特点及进化特征,深入了解棉花NLP转录因子表达模式,为后续NLP的功能研究和利用奠定基础。【方法】采用BLASTP和HMMsearch 2种策略进行搜索,鉴定亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉、陆地棉4种棉花全基因组范围内的NLP转录因子家族成员。对确认后的棉花NLP家族成员进一步展开生物信息学分析,利用在线软件Expasy对分子量、理论等电点等理化性质进行预测;使用MEGA 7软件构建系统进化树;通过网站MEME进行蛋白保守基序分析;运用在线软件GSDS 2.0分析基因结构;TBtools进行染色体定位绘制;McscanX进行棉花NLP家族复制基因分析;利用PlantCARE网站预测棉花NLP基因家族启动子元件;通过TBtools绘制不同组织及非生物胁迫下棉花NLP基因表达热图,分析组织表达特性和响应非生物胁迫的特征。通过RT-qPCR分析缺氮和复氮处理后棉花NLP基因的表达情况。【结果】从亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉、陆地棉蛋白数据库中分别筛选出11、11、21和22个NLP转录因子成员,家族蛋白序列长度为693—996个氨基酸,相对分子质量为76.92—110.02 kDa,理论等电点为5.13—7.77,亚细胞定位几乎均定位于细胞核中,NLP基因启动子区发现大量激素响应和逆境响应顺式作用元件。系统进化分析将棉花NLP蛋白分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组,基因复制分析发现片段复制是NLP基因在棉花中扩张的主要方式。Ka/Ks均小于1显示棉花中NLP基因进化主要经历纯化选择。表达分析结果也证实棉花GHNLPs响应氮饥饿和复氮过程。【结论】从亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉、陆地棉中分别鉴定获得11、11、21和22个NLP转录因子成员,它们之间具有较高的保守性,又有一定程度的差异。陆地棉GHNLPs在缺氮及复氮处理过程中表达量发生显著变化,可能在棉花响应硝酸盐过程中具有一定作用。

  • 周萌, 张嘉俊, 罗洋
    中国农学通报. 2023, 39(33): 68-75. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0976

    微生物肥料作为一类低成本、环保的新型肥料,能有效改良土壤、提高肥力、增加作物产量,同时减少作物因病原体造成的损失,在国家农业绿色发展战略中具有重要作用。本研究从微生物肥料的分类、产品的应用、作用机理等方面,总结归纳了近年来中国微生物肥料的发展现状、菌种的分类和保藏及植物促生菌可溶性和挥发性次级代谢产物的作用机理,分析了微生物肥料行业发展面临的共性问题,最后为推动微生物肥料的发展提出了几点建议。

  • 赵永锋, 刘乐丹, 陈倩, 余开, 罗红, 戈贤平
    中国农学通报. 2023, 39(29): 152-158. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0898

    为了摸清全国淡水养殖主要病害现状及病害防控存在的问题,助力水产病害防控进一步完善。在淡水养殖地区以地级市为单位,对主要病害进行摸底调研,通过汇总、分析各地病害数据,明确了当前全国水养殖品种病害的种类(共101种,其中,病毒性病害25种、细菌性病害25种、真菌性和藻类病害6种、寄生虫病害32种、其他病害13种)、流行规律、危害程度和防治措施,通过进一步分析当前防控存在的弊端,提出针对性建议,为下一步水产病害防控发展提供参考。

  • 李婷, 王洪旭, 崔广禄, 石颜通, 聂青, 王志平, 曲明山
    中国农学通报. 2023, 39(21): 57-61. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0652

    哈茨木霉是生物菌剂中的一种,在木霉菌中应用较为广泛,是一种具有多种价值的真菌。随着哈茨木霉在农业生产上的应用越来越广泛,哈茨木霉在植物中的不同作用受到了广泛关注。文章概述了哈茨木霉的生物防治机制,包括抗生、诱导抗性和竞争等作用,以及哈茨木霉在生物防治、促进植物生长、提升品质、耐盐等方面的应用,进一步阐述了目前哈茨木霉在植物多方面的应用中还有很多问题和不足亟待解决,最后展望了绿色农业背景下哈茨木霉在植物上的应用前景,并指出哈茨木霉今后的研究方向,以期在生产中更合理更安全的利用哈茨木霉。

  • 杨晓燕, 夏体渊, 吴甜
    中国农学通报. 2023, 39(18): 101-106. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0495

    品质元素“钾”是植物生长过程中不可缺少的大量营养元素之一,环境中的钾含量过高或过低都会影响植物的正常生长,轻则致使植株的产量和品质有所下降,重则可能会导致植株的死亡。为了解决土壤缺钾和植物受钾胁迫的问题,归纳了钾营养胁迫概况、钾营养胁迫的形态学特征、钾营养胁迫对植物的影响、钾营养胁迫的生理生化变化以及钾营养胁迫在分子水平上的研究五个方面内容,从钾、钾营养胁迫、钾营养胁迫的表现症状总结了钾营养胁迫概况。从生长和形态学变化、光合作用、养分吸收、渗透调节和活性氧平衡、产量品质分析了钾营养胁迫对植物的影响。得到“植物钾营养胁迫的研究主要集中在生理生化和作用机制这两大方面,而对分子水平上的研究相对较少”的结论。强调了钾营养胁迫在分子水平上的相关研究进展,明确了钾营养胁迫研究的重要性和意义,并提出今后探究的侧重点应对植物钾营养胁迫的分子理化性质方面探究、适宜施肥方法和方式的研究(因地制宜、因植物制宜)、施肥工具的研发等三个方面的观点。

  • 赵春江, 范贝贝, 李瑾, 冯青春
    智慧农业(中英文). 2023, 5(4): 1-15. https://doi.org/10.12133/j.smartag.SA202312030

    [目的/意义]农业机器人是全球农业装备的战略制高点和竞争焦点,也是加快推动中国农业强国建设的重点方向之一。世界农业强国与中国均围绕本国农业发展特点,正在加强农业机器人政策与规划布局,带动农业机器人产业进入稳定增长期。[进展]本文阐述了农业机器人概念及特征,全球农业机器人发展政策与战略规划布局,以及产业发展状况。针对农田作业机器人、果园采摘机器人和设施蔬菜生产机器人等3类典型农业机器人的产业背景、前沿进展、发展面临的挑战和关键技术卡点开展了深入分析。[结论/展望]展望了在全球农业劳动力的日益短缺的大背景下,农业机器人产业快速发展面临的机遇,提出了未来农业机器人技术在自主导航、自主学习、实时监控、作业管控等方面的发展趋势。

  • 常珺枫, 刘莹, 李陈, 骆美, 马友华
    中国农学通报. 2023, 39(15): 69-75. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0431

    农田氮磷流失是农业面源污染主要来源之一,对水体富营养化具有较强的风险,农田氮磷流失特征研究可以为农业面源污染的控制和治理等提供依据。本研究综述了农田氮磷的流失途径、形态、浓度和流失量研究,并分析了施肥、降雨、耕作方式、种植结构、农田排水口和田间沟渠等对农田氮磷流失的影响。现代农业新栽培方式、种养结合模式等对农田氮磷流失的影响还有待更加深入研究。

  • 王延训, 田纪春, 杨明, 彭莉
    中国农学通报. 2023, 39(21): 7-11. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0665

    为了使新审定的高产稳产强筋小麦品种‘山农116'尽快大面积应用于生产,从其杂交亲本遗传背景和在国家、山东省区域试验中高产稳产性表现,多年份品质测试结果的强筋稳定性表现等方面进行了深入分析。结果表明,‘山农116'国家区域试验和山东省区域试验均比对照增产达极显著水平,国家试验比高产对照品种‘周麦18 '增产4.0%,山东省试验比对照‘济南17'增产3.8%;2018—2021连续4年在全国小麦质量鉴评中,‘山农116'的品质测试指标均达GB/T17892标准强筋或中强筋小麦。‘山农116'株高76.9 cm,株型紧凑,穗层整齐,熟相好,聚合了母本的强筋、抗病、早熟和父本的高产、节水、抗倒伏等优异特点,适宜黄淮麦区大面积推广和市场订单种植利用。

  • 李程, 路凯, 王才林, 张亚东
    中国农业科学. 2023, 56(24): 4801-4813. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.001

    非生物胁迫是造成全球粮食减产的主要因素之一。研究植物逆境相关蛋白的功能及应答机制,对于提高作物抗逆性具有重要意义。三角状五肽重复(PPR)蛋白属于高等植物中最大的核编码蛋白家族,因其包含高度特异性的PPR基序而得名。依据基序类型及其排列,PPR蛋白可分为P和PLS两类,PLS类蛋白又可以根据其羧基末端的结构域进一步分为PLS、E、E+、DYW等亚类。PPR蛋白广泛分布于陆生植物中,主要定位于叶绿体和线粒体,亦有少数定位于细胞核中。作为序列特异性RNA结合蛋白,PPR蛋白参与植物RNA加工的多个方面,包括RNA编辑、RNA剪接、RNA稳定和RNA翻译。PPR蛋白在植物的整个生命进程中发挥多种重要作用,但对其在植物抗逆性中的作用机制还不清楚。本文在总结已有报道的非生物胁迫相关PPR蛋白定位和功能的基础上,重点综述了PPR蛋白参与调控植物非生物胁迫的作用机制(包括转录后调控和逆行信号),并对其进行讨论。转录后调控与PPR蛋白参与RNA转录后的修饰作用有关,其一般被认为通过结合RNA并调节细胞器RNA代谢来调控逆境相关基因的表达,从而影响植物抗逆性。逆行信号方面,PPR蛋白的损伤导致线粒体或叶绿体功能受损,然后产生各类逆行信号(如ROS),进而调控相关基因表达,抵御逆境。然而,由于质体中的逆行信号会受到许多环境因素的影响,这些因素部分还未明确,导致PPR蛋白在逆行信号中的作用机制仍有很多问题有待阐明。此外,PPR蛋白存在一因多效性,部分蛋白在作用于抗逆性的同时,还会对植物的生长和生殖产生重要影响。最后,本文阐述了利用PPR蛋白作为RNA编辑工具的研究现状,探讨了目前PPR蛋白响应植物非生物胁迫方面尚待解决的问题及研究前景,提出了未来研究仍需关注的重点和难点,为深入研究PPR蛋白的功能和作物非生物胁迫抗性育种提供参考。

  • 张鹏, 俄胜哲, 袁金华, 王钰轩, 赵天鑫, 刘雅娜, 路港滨, 冶赓康, 曹坤, 陈振宇
    中国农学通报. 2023, 39(25): 102-108. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0758

    腐殖酸有改善土壤、肥料增效与为植物提供营养物质的能力,对生态环境有重要作用。腐殖酸是由氨基酸、氨基糖、肽和脂肪族化合物形成的一种复杂的芳香大分子。腐殖酸的提取包括微生物溶解法、碱溶酸析法及酸抽提剂法。基于此,笔者综述了腐殖酸的基本概念、性质、作用机理,和腐殖酸肥料的制备原理及作用,并对其存在的一些不足进行讨论。指出今后腐殖酸肥料的研究重点是腐殖酸原材料的主要成分,腐殖酸的生产加工应研究更加节省成本的方法,以及建立一个统一的质量检测标准。

  • 李轲, 封林林, 薛婉莹, 唐钰玉, 郝敬虹, 杨柳
    中国农学通报. 2023, 39(15): 158-164. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0506

    黄芩是中国的传统中药材,具有较高的药用价值。为了从黄芩中提取检测黄酮类物质,归纳总结了黄芩根部及地上部黄酮化合物的提取方法,主要有有机溶剂萃取法、水提取法等;分析了黄芩根部及地上部黄酮化合物的分离纯化方法,主要有柱层析色谱法、高速逆流层析法等;梳理了黄芩根部及地上部黄酮化合物的成分测定方法,有高效液相色谱法、超高效液相色谱法等,并针对黄芩在实际应用中存在的问题提出改善建议,如将实验室研究与工业化生产紧密结合,完善实验设备和提取工艺,更好地为工业生产提供便利;充分利用黄芩资源,创造社会效益等。本文在分析黄酮化合物的基础上,综述了黄芩根部及地上部的黄酮化合物的提取、分离及检测方法的研究进展,为黄芩中黄酮的大规模开发与应用提供技术储备,为进一步研究和推广应用黄芩资源奠定技术基础。

  • 张泽源, 李玥, 赵文莎, 顾晶晶, 张傲琰, 张海龙, 宋鹏博, 吴建辉, 张传量, 宋全昊, 简俊涛, 孙道杰, 王兴荣
    中国农业科学. 2023, 56(21): 4137-4149. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.001

    【目的】小麦是世界总产量第二的粮食作物,而粒重是影响小麦产量的重要因素。以和尚头(HST)和陇春23(LC23)衍生的216个家系重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,基于55K SNP基因型数据,针对小麦粒重相关性状进行QTL定位,开发和验证粒长主效QTL的共分离标记,为分子标记辅助选择育种提供参考。【方法】利用小麦55K SNP芯片对亲本和RIL群体进行基因分型,构建高密度遗传连锁图谱,并与中国春参考基因组IWGSC RefSeq v1.0进行相关性分析。基于完备区间作图法对多环境粒重相关性状进行QTL定位;通过对主效QTL进行方差分析,判断不同QTL间的加性互作效应,并分析其对粒重相关性状的影响。同时,根据粒长主效QTL的共分离SNP位点开发相应的竞争性等位基因特异性PCR标记(kompetitive allele specific PCR,KASP),并在242份国内外小麦种质构成的自然群体中进行验证。【结果】构建了和尚头/陇春23 RIL群体的高密度遗传图谱,全长4 543 cM,共包含22个连锁群,覆盖小麦21条染色体,平均遗传距离为1.7 cM。遗传图谱与物理图谱具有显著相关性,Pearson相关系数为0.77—0.99(P<0.001)。共检测到51个粒重相关QTL,其中,有4个为3个及以上环境稳定表达的主效QTL,分布在2D、5A、6B和7D染色体。根据物理区间和功能标记分析主效QTL Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D分别为光周期基因Ppd-D1和开花基因FT-D1,方差分析表明,二者具有显著的互作效应;Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D优异等位基因的聚合显著提高了小麦的千粒重和粒宽。此外,根据粒长主效位点Qgl.nwafu-5A的共分离SNP开发了相应的KASP分子标记AX-111067709,该标记在242份小麦组成的自然群体中与粒长和粒重性状显著相关,在不同环境下能增加粒长3.33%—4.59%(P<0.001)和粒重5.70%—10.35%(P<0.05)。【结论】和尚头(HST)和陇春23(LC23)的粒重相关性状由多个遗传位点控制,其中,Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D通过加性互作效应可显著提高小麦的千粒重和粒宽。Qgl.nwafu-5A与粒重和粒长具有显著相关性,其共分离分子标记AX-11106770可应用于分子标记辅助选择育种。

  • 吴少博, 邢力元, 王进朝, 贾梦珂, 刘春晖, 周琼琼, 王龙
    中国农学通报. 2024, 40(8): 148-156. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0351

    农业废弃物的无害化和资源化利用不仅将废弃的生物质“变废为宝”,还可以减少对生态环境的污染,改善人居生活环境,是实现绿色、循环、低碳、高效和可持续发展的有效途径。本文对1990—2022年国内外发表的农业废弃物资源化利用研究的相关文献进行计量学统计,借助CiteSpace和VOSviewer文献计量工具,对该领域发文数量的年变化趋势、关键词等进行综合分析。研究发现,国内对该领域的研究起步早于国外近10年,从2002年开始国际上对该领域的研究热度和重视程度明显高于国内,年发文量的增长趋势也显著高于国内,国内外发文量的差距也在逐年扩大。国内外对于废弃物资源化利用领域的研究热点并不完全相同,国内偏向于将废弃物用于生产有机肥,以实现绿色低碳农业的循环利用;国外侧重于将废弃物进行生物质材料化和能源化利用,以弥补对不可再生资源的消耗。基于中国人多地少的基本国情,未来国内应该努力拓宽农业废弃物的处置方式,将农业废弃物原材料进行分类处置,用于基质化、饲料化、肥料化、材料化和能源化,同时将废气、废热、废渣进行回收利用,以实现生物质资源的无害化、减量化、多元化的多级利用。研究结果为国内农业废弃物资源化利用领域的发展提供借鉴。

  • 赵春江
    智慧农业(中英文). 2023, 5(2): 126-148. https://doi.org/10.12133/j.smartag.SA202306002

    目的/意义 农业环境动态多变、动植物生长影响因子众多且互作关系复杂,如何将分散无序信息理解生成生产知识或决策案例是世界性难题。农业知识智能服务技术是应对农业数据低秩化、规则关联度低和推理可解释性差等现状,提升农业生产全过程综合预测和决策分析能力的核心关键。[进展]本文综合分析了感知识别、知识耦合、推理决策等农业知识智能服务技术,构建由云计算支撑环境、大数据处理框架、知识组织管理工具、知识服务应用场景组成的农业知识智能服务平台,提出一种基于知识规则和事实案例相结合的农情解析与生产推理决策方法,构造产前规划、产中管理、收获作业、产后经营等全链条知识智能应用场景。[结论/展望]从农业多尺度农情稀疏特征发现与时空态势识别、农业跨媒体知识图谱构建与自演化更新、复杂成因农情多粒度关联与多模式协同反演预测、基于生成式人工智能的农业领域大语言模型设计、知识智能服务平台与新范式构建等方面对农业知识智能服务技术发展趋势进行总结,对实现农业生产由“看天而作”到“知天而作”转变具有技术支撑作用。

  • 孟庆雷, 殷宇翔, 王煜昊
    中国农业科学. 2023, 56(20): 4049-4066. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.010

    【目的】科学分析我国农业碳排放的时序特征、空间格局、演变模式、脱钩关系和绩效评估等问题,为助力我国实现“双碳”目标、加强建设农业强国提供依据。【方法】构建我国农业碳排放和农业碳排放绩效评估的指标体系,基于2007—2020年我国省域农业碳排放的系统测度指数,采用核密度估计和标准化椭圆可视化分析农业碳排放的区域分布特征和时空演化趋势,选用Tapio模型考察农业碳排放与经济增长之间的脱钩关系,构建非期望产出的超效率SBM模型报告我国和七大经济区的农业碳排放绩效及分解效率。【结果】2007—2020年,我国农业碳排放整体呈现先上升后下降的“倒U型”曲线,区位差异明显,等级分布稳定。东部地区减排效果最优,中部地区出现“两极化”分布,西部地区减排压力较大。空间格局整体以东北-西南方向为主导,并向东北和西北方向趋向分散化。我国农业碳排放和农业经济发展之间已保持在弱脱钩水平并向强脱钩水平突破,可划分为平稳期(2007—2016年)和突破期(2017—2020年)两个阶段。农业碳排放绩效呈现出“迅速上升-缓慢下降-平稳改善”趋势,其中大西北经济区和北部沿海经济区分别居于首位和末位,农业生产技术变化(TC)相较于技术效率变化(EC)贡献更为突出。【结论】以2017年为拐点,我国农业碳排放整体呈现下降趋势,农业经济发展整体上逐渐摆脱对农业碳排放的依赖。各区块与各省份农业基础各异、减排目标不同,需因地制宜合理规划农业比较优势产业的规模和内部结构,合理选择区域内产业的资源禀赋生产特征,同时重视技术迭代与更新在农业经济发展与节能减排之中的推动作用,兼顾地区生态效益与经济效益。

  • 兰孟焦,后猛,肖满秋,李臣,潘皓,张允刚,卢凌志,侯隆英,葛瑞华,吴问胜,李强
    植物遗传资源学报. 2023, 24(5): 1223-1235. https://doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr.20230322001
    AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中最大的转录因子家族之一,至少含有1个由60~70个高度保守的氨基酸组成的特有的AP2结构域,根据AP2结构域数量和相似性可划分为5个亚家族:AP2(APETALA2)、DREB(Dehydration-responsive element binding proteins)、ERF (Ethylene-responsive factor)、RAV(Related to AB13/VP)和Soloist。AP2/ERF转录因子通过AP2结构域中的YRG和RAYD保守元件与靶基因结合,实现对相关基因的转录调控功能。目前,AP2/ERF已成为研究植物抗逆机制和活性成分生物合成的热点候选基因,越来越多植物AP2/ERF家族及其成员被报道。本研究对近年来有关AP2/ERF家族的最新研究成果进行了总结,综述了AP2/ERF家族转录因子的结构特征与分类,重点介绍了该类转录因子调控植物次生代谢产物的合成以及参与生物、非生物胁迫应答等方面的研究进展,并展望了AP2/ERF转录因子可能的研究热点和领域,以期为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行植物遗传改良以及种质创新提供参考。
  • 吴元龙, 惠凤娇, 潘振远, 尤春源, 林海荣, 李志博, 金双侠, 聂新辉
    中国农业科学. 2023, 56(17): 3285-3301. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.005

    全球农业正在面临着严峻的挑战,育种技术是种业发展的基础和关键。基因编辑技术是指对目标基因进行定点修饰,实现对特定靶标基片段的删除、插入和替换。利用基因编辑技术可以精准修改目标基因或将某种优良基因引入到作物中产生优良农艺性状,在分子设计育种中具有巨大潜力,对保障粮食安全具有重大意义。杂草危害对作物的产量和品质影响巨大,如何高效、安全、可持续地防治草害一直是研究的热点。目前,全球市场已经出现超过200种的化学除草剂,利用化学方法来防治草害已成为现代化农业的重要组成部分,抗除草剂作物的推广也显著降低了杂草防治成本,但随着抗除草剂作物的大面积推广和长期使用单一除草剂,杂草抗/耐药性和抗性基因逃逸等环境安全问题逐渐被发现。目前,功能基因组学、生物信息学、基因工程技术的发展(特别是基因编辑技术在植物中的广泛应用),为创制抗除草剂作物和新型高效的除草剂系统创造了条件。本文首先介绍抑制植物氨基酸生物合成、植物脂类代谢、植物类胡萝卜素、质体醌和生育酚生物合成途径除草剂的主要作用靶标基因及其作用机制。其次,介绍2种挖掘新型抗除草剂基因与除草剂系统的方法,包括基于CRISPR/Cas系统对作物内源的除草剂抗性基因进行定向突变方法和基于天然产物与生物体在自然界中存在共同进化理论的抗性基因导向方法。同时,介绍3种培育抗除草剂作物方法的研究进展,包括常规育种培育法、转基因育种培育法和基于CRISPR/Cas基因组编辑技术培育法。其中,重点介绍CIRSPR/Cas系统、碱基编辑技术和Prime-editing系统在培育抗除草剂作物中的研究进展。针对抗性杂草的产生及环境安全问题是当前化学防治杂草面临的主要挑战,以及抗除草剂作物所面临的主要挑战是基因逃逸问题。目前,快速发展的基因组编辑技术为后基因组时代发展抗除草剂作物提供了新的解决策略和新的机遇。最后,对除草剂作物的未来进行了展望。

  • 张丽雅, 李奇, 史珊珊, 马雨梦, 刘亚琪, 赵超伟, 王鹤如, 操海群, 廖敏, 赵宁
    中国农业科学. 2023, 56(14): 2713-2723. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.007

    【目的】稗草(Echinochloa crus-galli)是我国水稻田主要恶性杂草之一,五氟磺草胺等乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase,ALS)抑制剂类除草剂是防治稻田稗草的主要除草剂种类。本研究团队前期在安徽省天长市水稻主产区发现疑似五氟磺草胺抗性稗草种群AHTC-01,明确其对稻田不同种类除草剂的抗性水平及可能的抗性分子机制,为抗性稗草有效防治、延缓其抗药性进一步发展提供理论依据。【方法】采用温室盆栽法在整株水平上测定稗草种群AHTC-01对五氟磺草胺的抗性水平及对不同除草剂的抗性模式,并通过靶标基因测序和实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,RT-qPCR)分析探索其靶标抗性分子机制。【结果】相比敏感稗草种群AHFY-01,疑似抗性稗草种群AHTC-01已对五氟磺草胺产生高水平抗性,抗性倍数(resistance index,RI)为620。靶标抗性机制分析表明,AHTC-01种群ALS基因拷贝2(ALS2)第574位氨基酸由色氨酸(Trp)突变为亮氨酸(Leu),其种群突变频率为100%;在五氟磺草胺处理后12 h,抗性稗草种群AHTC-01 ALS相对表达量为敏感稗草种群AHFY-01的2.26倍。AHTC-01同时对其他3种ALS抑制剂类除草剂双草醚、嘧啶肟草醚、甲氧咪草烟产生不同水平交互抗性,抗性倍数分别为8.24、13.36、20.36;但是对乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACCase)抑制剂氰氟草酯、精噁唑禾草灵和烯草酮,4-羟基苯基丙酮酸双氧化酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase,HPPD)抑制剂三唑磺草酮,合成生长素类(synthetic auxin mimic)氯氟吡啶酯等其他作用机制除草剂依旧较为敏感。【结论】稗草种群AHTC-01靶标基因ALS2第574位氨基酸突变和ALS过量表达是其对五氟磺草胺产生抗性的主要原因之一,该抗性机制同时赋予其对不同ALS抑制剂的交互抗性。农田生产实际中,可轮换使用其他作用机制除草剂对其进行有效防治。

  • 张静蓓, 徐亚苹, 周琼, 蔡迎春
    农业图书情报学报. 2023, 35(6): 43-50. https://doi.org/10.13998/j.cnki.issn1002-1248.23-0448
    [目的/意义]未来学习中心是高等教育满足数智社会需求的全新教育模式,将引领高校图书馆开展新形态智慧建设。图书馆需要明确自身在未来学习中心建设中的作用,以期推动知识交流,激发跨界合作,引导和促进图书馆抓住新的发展机遇,共同应对挑战。[方法/过程]梳理未来学习中心的建设背景与契机、建设理念与目标、任务与框架,从图书馆在未来学习中心建设中的角色定位、功能重塑、实践探索、建设挑战等角度分析图书馆在未来学习中心建设中的作用。[结果/结论]未来学习中心的建设是一个系统性的工程,涉及到多个主体的协同。图书馆在未来学习中心建设中,既是推动者,也是参与者,需要积极谋划,通过文献资源整合和空间流程再造,以支持个性化、智慧化和终身学习的需求。
  • 张昕, 杨星宇, 张超然, 张冲, 郑海霞, 张仙红
    中国农业科学. 2023, 56(19): 3814-3828. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.009

    【目的】鉴定绿豆象(Callosobruchus chinensis)热激蛋白(heat shock protein,HSP)超家族基因成员,明确高、低温胁迫后HSP基因在绿豆象中的表达变化,为深入挖掘HSP基因功能提供理论依据。【方法】从Insect Base 2.0下载不同昆虫HSP基因的CDS和蛋白序列,并以此为参考在绿豆象全长转录组测序数据库中进行本地BLASTp和tBLASTn比对搜索,同时结合HMMER和关键词两种方法再次筛选目标序列,最终完成搜索结果的汇总。利用CDD、MEGA、ProtParam等在线分析工具对绿豆象HSP超家族基因进行生物信息学分析。根据绿豆象成虫高、低温转录组测序数据筛选出7个候选CcHsp,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术比较分析其在绿豆象不同虫态(幼虫、蛹、成虫)及不同温度胁迫下的表达特性。【结果】共鉴定出31个HSP基因,其中包括3个HSP90、8个HSP70、8个HSP60和12个sHSP(small HSP)。理化性质分析显示CcHsp编码的蛋白质包含159—776个氨基酸残基(aa),分子量介于18.4—88.9 kDa,理论等电点为4.95—9.17。亚细胞定位结果显示多数CcHsp定位于细胞质中,少数基因定位于线粒体基质、内质网和细胞核。系统发育分析表明绿豆象热激蛋白不同家族成员与其他昆虫的热激蛋白进化关系较近,显示了其在进化上的保守性。qRT-PCR分析发现,不同虫态在不同温度胁迫后7个候选CcHsp差异表达。CcHsp20.102经高温胁迫后在雌、雄成虫体内的表达量分别上调1 000和500倍;CcHsp70-5经高温胁迫后在雌、雄成虫体内的表达量分别上调500和450倍;幼虫经高、低温胁迫后,CcHsp19.855CcHsp70-5表达差异显著。【结论】通过绿豆象全长转录组测序数据共鉴定出31个完整的热激蛋白超家族基因成员,分为4个亚家族,家族间蛋白结构、保守结构域和基因表达特征存在差异。CcHsp20.102和CcHsp70-5可能在成虫抵御高温胁迫中行使重要功能,而幼虫的高温耐受性可能与CcHsp19.855和CcHsp70-5的表达差异有关。

  • 马丹妮, 盛建东, 张坤, 毛洁菲, 常松, 王耀锋
    中国农学通报. 2024, 40(2): 42-51. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0062

    为了解决单施有机肥在用量、肥效以及养分淋失方面并同时提高土壤养分利用效率等问题,以“生物炭”、“堆肥”“生物炭有机肥配施”、“土壤性质”、“农作物养分”等为关键词,在Web of Science、Google Scholar、中国知网等网站搜索相关文献归纳并总结。结果表明:(1)生物炭能够改善堆肥的腐熟程度,增加微生物群落的丰度,降低有机肥中养分流失的风险,从而有效减少传统的堆肥对环境的影响;(2)生物炭和有机肥配施后,可提高土壤含水量,并对不同类型土壤的有效磷、速效钾含量均有不同程度地提高。同时,还能为土壤中的生物和微生物提供更好的生活物质及环境;(3)二者配合施用可以增加农作物的产量,改善其氮、磷、钾含量,但不同农作物对其响应不同。生物炭与有机肥配合施用,对提升土壤肥力和植物养分含量具有良好的效果,其效果随施用比例、土壤类型、农作物种类等因素的不同而异。本研究可对畜禽粪便资源在农业生产中的高效利用提供参考。

  • 李荣田, 李双语燕, 孟丽君, 刘长华, 詹俊辉
    中国农学通报. 2023, 39(32): 22-32. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0891

    锌(Zn)是动物植物所必需的微量营养素,缺锌或锌过量会严重影响水稻的生长发育。水稻锌含量维持在一定范围有助于提高其产量和品质,并且可以提高籽粒的锌含量,一定程度上可以解决目前人体缺锌的问题。因此研究水稻锌的吸收、转运和分配,和其他调控锌稳态分子机制至关重要。基于近年来国内外研究报道,简要概述了锌在植物体内的重要性,重点介绍了水稻中的离子转运体和目前已经报道的分子机制。总结了这些离子转运体参与了锌从土壤的吸收,从根部向地上部的转运,以及分配到水稻各部位,还总结了一些和离子转运体相关的分子机制。以期为水稻锌稳态调控基因的挖掘、分子机制的研究和富锌水稻种质的创制提供参考。

  • 潘妍, 范丽莉, 孙海霞, 孙阎, 李思凝
    中国农学通报. 2023, 39(29): 14-23. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0299

    为独活属植物中香豆素类化合物的深入研究及利用提供参考,总结了独活属植物中已鉴定的香豆素类化合物的种类及其化学结构,归纳了其在抗菌、抗氧化、抗细胞增殖、抗炎、毒性等方面的研究进展,比较分析了国内外相关研究差异。揭示了独活属植物中香豆素类化合物的多样性及其食药用价值,提出其在药物开发过程中存在功能研究不够深入、系统,活性成分不明确等问题。建议加强毒性和药效研究,促进独活属植物作为食药用植物资源的开发和利用。

  • 王永奇
    中国农学通报. 2023, 39(23): 94-101. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0177

    为探讨年龄、取香时间与麝香产量、品质间的关系,补充麝香分泌机制、质量性状及适宜取香时间等方面资料。采用分层随机抽样法对59只记录完整(1~5年生)林麝产香量及色泽、形状等表观性状数据观测和统计分析。结果显示不同年龄及取香时间对产香量基本无显著影响,但2.7~3.7岁麝香产量有高于其他年龄组趋势;成体麝(>2年生)平均产香量(17.636±6.642) g/只较育成麝(≤2年生)平均产香量(13.444±3.356) g/只高4.129 g/只(P=0.002<0.05);成体麝3月平均产香量(19.955±7.267) g/只较9月平均产香量(15.196±5.0113) g/只高4.759 g/只(P=0.023<0.05);观测成体麝产香量与参照组虽无显著差异(P=0.230>0.05),但具更高产香量个体且产量范围大。麝群粉状麝香61.02%,块状6.78%,干泥或泥状占15%~17%,棕色占52.54%、深棕色占13.56%、深褐色和褐色均占11.86%、浅棕色占6.78%、棕褐色和黑褐色均占1.69%;育成麝粉状麝香(85%)较成体麝(48.72%)高,棕色占比均最高(60%、51.28%);3月、9月成体麝粉状麝香分别为35%、63.16%,块状为5%、15.79%,干泥状为15%、21.05%,泥状为45%、0.00%。综上所述,年龄、取香时间与产香量无明显关联,成体麝产香量显著高于育成麝,3月产香量显著高于9月;麝群具产香量分布较广及更高产量个体特征,表明多年选育促使数量性状产香量一定分离,为后续核心群建立提供资源基础;麝群中棕色、粉状麝香占比最高,3月采集泥状、含水量高的麝香明显高于9月。

  • 季元, 于冰, 陈偲学
    中国农学通报. 2023, 39(23): 1-7. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0059

    为了阐明植物应答非生物胁迫机制和加快植物育种改良,总结了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学技术在植物应答非生物胁迫中的应用。分析了基因组学技术、转录组学技术、蛋白质组学技术、代谢组学技术及表型组学技术的特点及优缺点,重点归纳了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学等多组学技术近年来在植物应答非生物胁迫领域中的研究进展。指出目前多组学技术在植物中应用存在关联性不强、数据挖掘不深入等问题,提出利用多组学技术全面阐明植物应答非生物胁迫的总体机制,认为应该整合多种组学技术,加强生物信息学分析手段等建议。

  • 高丽冰, 陈刚, 王晶, 齐广海, 张海军, 邱凯, 武书庚
    中国农业科学. 2023, 56(13): 2609-2619. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.014

    【目的】采用感官评价、电子鼻和电子舌检测、质构仪分析,确定传统叠层笼养和栖架福利笼养下鸡蛋蛋黄风味的差异,为鸡蛋蛋黄风味研究提供基础数据。【方法】以传统叠层笼养和栖架福利笼养的55周龄健康京粉蛋鸡所产鸡蛋为试验对象,通过感官评价、电子鼻和电子舌检测、质构仪检测蛋黄的气味、滋味和质感,运用线性判别分析(linear discriminant analysis, LDA)分析、支持向量机(support vector machine, SVM)分析、K-最近邻法(K-nearest neighbor method, KNN)分析和决策树(decision tree)分析对两种笼养方式的蛋黄风味进行判别,探究不同笼养模式对鸡蛋蛋黄风味的影响。【结果】与栖架福利笼养相比,传统叠层笼养的蛋黄颜色评分显著增加(P<0.05)。感官评价中,栖架福利笼养组蛋黄的奶香味滋味评分显著高于传统叠层笼养组(P<0.05),海苔味滋味和糊口性评分低于栖架福利笼养组(P<0.05)。相关性分析结果表明,蛋黄整体喜好度评分与滋味喜好度和质感喜好度评分显著正相关(P<0.05)。蛋香味滋味评分与滋味喜好度评分显著正相关(P<0.05),蛋香滋味与鱼腥滋味和甜味滋味显著负相关(P<0.05),鱼腥滋味与甜味滋味显著正相关(P<0.05)。蛋黄颗粒感与蛋黄粘牙度呈显著正相关(P<0.05)。仪器检测中,栖架福利笼养组蛋黄在电子鼻传感器W2W(芳香有机硫成分)、W2S(甲醇、乙醇)、W1W(对硫化物灵敏)和W1S(对甲基类灵敏)响应程度显著大于传统叠层笼养组(P<0.05),在电子舌传感器SRS(酸味)、STS(咸味)和UMS(鲜味)响应程度显著小于传统叠层笼养组(P<0.05),蛋黄质构特性的硬度和咀嚼性显著大于传统叠层笼养组(P<0.05)。判别分析可知,K-最邻近法判别方法可依据电子鼻响应值判别两种笼养方式下的蛋黄气味差异,准确率为94.5%。支持向量机算法、K-最邻近法和决策树判别方法可依据电子舌响应值判别两种笼养方式下的蛋黄滋味差异,准确率为100.0%。【结论】栖架福利笼养下鸡蛋蛋黄奶香味滋味增强、海苔味滋味和糊口减弱,电子鼻硫化物传感器响应值增强,电子舌鲜味和咸味传感器响应值减弱。基于电子鼻和电子舌检测,采用K-最邻近法、支持向量机算法和决策树方法能够判别传统叠层笼养和栖架福利笼养下蛋黄风味差异。

  • 李棉燕, 王立贤, 赵福平
    中国农业科学. 2023, 56(18): 3682-3692. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.015

    基因组选择是指利用覆盖在全基因组范围内的分子标记信息来估计个体育种值。利用基因组信息能够避免因系谱错误带来的诸多问题,提高选择准确性并缩短育种世代间隔。根据统计模型的不同,基因组选择方法可大致分为基于BLUP(best linear unbiased prediction, BLUP)理论的方法、基于贝叶斯理论的方法和其他方法。目前应用较多的是GBLUP及其改进方法ssGBLUP。准确性是基因组选择模型最常用的评价指标,用来衡量真实值和估计值之间的相似程度。影响准确性的因素可以从模型中体现,大致分为可控因素和不可控因素。传统基因组选择方法促进了动物育种的快速发展,但这些方法目前都面临着多群体、多组学和计算等诸多挑战,不能捕获基因组高维数据间的非线性关系。作为人工智能的一个分支,机器学习是最贴近生物掌握自然语言处理能力的一种方式。机器学习从数据中提取特征并自动总结规律,利用该规律与新数据进行预测。对于基因组信息,机器学习无需进行分布假设,且所有的标记信息都能够被考虑进模型当中。相比于传统的基因组选择方法,机器学习更容易捕获基因型之间、表型与环境之间的复杂关系。因此,机器学习在动物基因组选择中具有一定的优势。根据训练期间接受的监督数量和监督类型,机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等。它们的主要区别为输入的数据是否带有标签。目前在动物基因组选择中应用的机器学习方法均为监督学习。监督学习可以处理分类和回归问题,需要向算法提供有标签的数据和所需的输出。近年来机器学习在动物基因组选择中的应用不断增多,特别是在奶牛和肉牛中发展较快。本文将机器学习算法划分为单个算法、集成算法和深度学习3类,综述其在动物基因组选择中的研究进展。单个算法中最常用的是KRR和SVR,两者都是通过核技巧来学习非线性函数,在原始空间中将数据映射到更高维的核空间。目前常用的核函数有线性核、余弦核、高斯核和多项式核等。深度学习又称为深度神经网络,由连接神经元的多个层组成。集成学习算法则是指将不同的学习器融合在一起进而得到一个较强的监督模型。近十年来,有关机器学习和深度学习的相关文献呈现了指数型的增长,在基因组选择方面的应用也在逐渐增多。尽管机器学习在某些方面存在明显的优势,但其在估计动物复杂性状基因组育种值时仍面临诸多挑战。部分模型的可解释性低,不利于数据、参数和特征的调整。数据的异质性、稀疏性和异常值也会造成机器学习的数据噪声。还有过拟合、大标记小样本和调参等问题。因此,在训练模型时需要谨慎处理每一个步骤。文章介绍了基因组选择传统方法及其面临的问题、机器学习的概念和分类,探讨了机器学习在动物基因组选择中的研究进展及目前存在的挑战,并给出了一个案例和一些应用的建议,以期为机器学习在动物基因组选择当中的应用提供一定参考。

  • 臧新山, 王康文, 张先亮, 王雪平, 王军, 梁雨, 裴小雨, 任翔, 吕宇龙, 高宇, 王星星, 彭云玲, 马雄风
    中国农业科学. 2023, 56(23): 4635-4647. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.006

    图位克隆是鉴定特定表型变异遗传基础的经典有效策略。棉花功能基因图位克隆,对育种工作者创新利用种质资源、培育和定向设计新品种、提高育种效率有重要指导作用。近年来,随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉等基因组测序的完成和不断完善,基因的物理位置信息已知,省去了筛选基因组文库和构建候选区段物理图谱的过程,棉花功能基因图位克隆研究进入快速发展期。2016年,利用正向遗传学方法首次图位克隆了陆地棉显性无腺体Gl2eGoPGF),目前已有20个质量性状基因和5个数量性状基因通过图位克隆策略鉴定。本文从基因符号、名称、染色体定位、候选基因等方面系统综述棉花纤维、腺体、蜜腺、叶型、株型、植株颜色、育性等性状相关图位克隆基因;并从图位克隆作图群体和集团分离分析法测序(bulked segregate analysis-sequencing,BSA-seq)应用等方面系统综述图位克隆策略。随着基因组测序技术的升级、测序成本的降低、BSA-seq等新方法的应用,图位克隆发展更加快速准确。利用转基因和基因组编辑技术对基因功能开展全面系统的鉴定评价,将为棉花分子设计育种提供理论基础和基因资源,加快棉花遗传改良进程。

  • 李固梓, 刘群恩, 陈代波, 于萍
    中国农学通报. 2023, 39(27): 95-102. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0624

    旨在为非豆科植物中早期结瘤素蛋白ENOD93的功能研究提供参考和依据。利用生物信息学方法对水稻中的ENOD93基因家族成员进行鉴定,并对其成员的理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白结构、表达谱、进化关系进行分析。结果表明,水稻ENOD93基因家族有7个成员,分布在第2和第6染色体上,基因结构均较简单,而且大部分ENOD93基因在保守结构域和保守基序的分布和排列上具有高度的相似性。RNA-Seq数据分析结果表明,水稻ENOD93基因在雌蕊、种子和胚中高表达,部分基因的表达量还受到逆境胁迫的诱导。利用包含单、双子叶植物的9个物种进行的系统进化关系分析,将31个ENOD93基因家族成员分为4个不同的类群。水稻ENOD93基因在不同组织和不同发育时期的表达存在差异,部分基因受胁迫诱导表达,表明该家族基因参与植物众多组织的发育过程且在逆境胁迫响应中具有重要作用。

  • 汪梦竹, 蒲飞洋, 赵泽阳, 冯茜莉, 王慧慧, 李易聪, 李倬, 赵永清
    中国农学通报. 2023, 39(16): 118-123. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0450

    支原体作为造成牛感染的重要病原体已在全球范围内广泛传播,可引发牛的一系列重大疾病。支原体传染性高且难以根治,因此需要快速和准确的诊断方法来预防和控制疾病的爆发。本研究简述了牛支原体诊断方法的发展和应用。传统的支原体的鉴定和诊断以分离培养为主。近年来,使用聚合酶链式反应从样本中检测支原体的技术方法日益成熟,与传统的诊断方法相比,聚合酶链式反应的诊断更高效,特异性和敏感性更强。目前有病原分离鉴定、分子生物学鉴定、血清学鉴定等方式可用于支原体分离株的分型,便于在疾病暴发调查中确定基因特征。通过间接ELISA进行的血清学诊断,可以检测血清和牛奶中的抗支原体抗体,且已在动物样本和BTM样本上得到应用。这些检测方法的综合应用,将有助于生产实践中病原体的精确检测及对牛群疾病发生状况的科学评估。

  • 李轲, 田玉洁, 田雨晴, 李美嬉, 郝敬虹, 杨柳
    中国农学通报. 2023, 39(33): 140-146. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0934

    旨在建立一种测定黄芩中12种黄酮类成分的方法。采用HPLC法,色谱柱为Agilent ZORBAX SB-C18 (4.6 mm×150 mm,5 μm);检测波长为280 nm;流动相为乙腈-0.1%磷酸水溶液,流速为1.0 m L/min,进样量为10 μL。利用建立的提取条件和色谱条件对黄芩进行定性定量分析。测定黄芩中12种黄酮类物质在质量浓度范围内线性关系良好(r>0.98),平均加样回收率野黄芩苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、红花素、黄芩苷、木犀草素、白杨素-7-O-葡萄糖醛酸苷、汉黄芩苷、芹菜素、黄芩素、汉黄芩素、白杨素、千层纸素A分别为99.7214%、92.7039%、103.9755%、100.5837%、92.4819%、93.2465%、99.6387%、104.3866%、95.0767%、95.3245%、92.2161%、95.3995%(RSD<5)。本研究建立了一种测定黄芩中12种黄酮类成分的含量方法,此方法操作简便,重复性好,准确度高。

  • 徐颖超, 陆森, 张思程, 孟琦涛, 林惠境, 薛舒丹, 刘洪标, 郭汉权, 傅曼琴, 宋东光, 钟玉娟
    中国农学通报. 2023, 39(22): 23-33. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0697

    为推进全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association study)在葫芦科瓜类作物重要农艺性状关键遗传变异位点精准挖掘中的应用,文章介绍了GWAS的原理和统计模型,归纳了GWAS在鉴定群体中的遗传变异位点、解析植物代谢机制,并对其在实施精准遗传改良策略中体现出的优势进行了概述,系统梳理了GWAS在西瓜、甜瓜、黄瓜、南瓜等主要葫芦科瓜类作物遗传改良研究中的最新进展,同时对葫芦科作物育种研究中的多组学联合分析和数据库构建进行了展望,以期为葫芦科作物的遗传改良过程中提供更多的依据和参考。

  • 梁瑄, 李春波
    中国农学通报. 2023, 39(30): 47-53. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0909

    分析云南省及其各州(市)碳储量以及碳汇价值现状,基于云南省第4次森林资源二类调查资料,采用IPCC法,对云南省乔木林生物量进行估计;基于林龄结构构建AS指数,评估云南省及其各州(市)森林碳汇潜力。结果表明:云南省乔木林碳储量为1433.60 Tg,碳汇价值为11180681.55×104元;乔木林生物量与碳储量主要集中在云南松、栎类、其他阔叶树等;各州(市)中碳储量主要集中在是普洱市、迪庆州等滇西部地区,云南省碳储量总体呈现西高东低的态势;林龄结构呈现单峰右偏分布特征。云南省的AS指数为1.15,林分较为年轻,森林生产力旺盛,森林生物量呈增长趋势,森林碳汇潜力大。

  • 王鹏, 刘子嶷, 刘玉芳, 储明星
    中国农业科学. 2023, 56(23): 4757-4771. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.016

    【背景】MicroRNA(miRNA)是长度为18—25 nt的短RNA分子,在哺乳动物卵巢颗粒细胞调控卵泡发育过程中起着重要作用。团队前期对云上黑山羊高、低产羔数个体卵巢转录组测序结果显示,miR-535能够影响山羊产羔数,但具体调控机制尚不清楚。【目的】通过研究miR-535靶向GAB2(GRB2 associated binding protein 2)及其相关信号通路PI3K/AKT对山羊颗粒细胞增殖的影响,进一步探讨其分子生物学调控机制。【方法】在本研究中,选择具有两胎以上产羔记录的高、低产云上黑山羊各3只,同期发情处理后采集卵泡期卵巢组织,收集原代颗粒细胞。使用荧光定量PCR(reverse transcription-quantitative PCR,RT-qPCR)检测miR-535和GAB2在云上黑山羊高、低产卵巢组织中的表达量。构建GAB2的过表达/干扰载体,使用RT-qPCR、Western blot、免疫荧光、CCK8、EdU和细胞凋亡检测候选基因 GAB2对山羊卵巢颗粒细胞增殖的影响。使用miRDB和miRanda软件预测miR-535和GAB2的靶向关系,构建GAB2的野生型和突变型载体,利用双荧光素酶活性检验检测miR-535和GAB2的靶向关系。构建过表达/干扰miR-535载体,探究其颗粒细胞增殖及下游基因功能的影响。【结果】RT-qPCR结果显示,GAB2在高产云上黑山羊卵巢组织中的表达量显著低于低产个体,miR-535的表达则相反(P<0.05);随后,RT-qPCR和Western blot结果表明,在颗粒细胞中过表达GAB2后,CCND2、CDK4和BCL2的表达量显著升高(P<0.05),BAX的表达量显著降低(P<0.05),抑制其表达则与之相反;EdU和CCK8检测显示,GAB2过表达后显著促进颗粒细胞增殖(P<0.05),抑制其表达后则相反;双荧光素酶报告试验表明,miR-535抑制了GAB2基因3’UTR区域的双荧光素酶活性。RT-qPCR和Western blot结果显示,在颗粒细胞中过表达miR-535后,GAB2、CCND2、CDK4和BCL2的表达量显著降低(P<0.05),BAX的表达量显著升高(P<0.05),抑制其表达后则与之相反;EdU和CCK8检测显示,miR-535过表达后抑制颗粒细胞增殖,抑制其表达后则相反;细胞凋亡试验表明,miR-535过表达后促进颗粒细胞增殖,抑制其表达后则相反。在颗粒细胞中抑制miR-535后,发现PI3K/AKT信号通路标志因子AKT1的表达水平显著升高(P<0.05)。【结论】miR-535通过抑制GAB2的表达,抑制了山羊颗粒细胞的增殖,为进一步探究miR-535调控山羊颗粒细胞的生物学功能提供了理论依据。

  • 李顺达, 兰彩霞
    中国农业科学. 2024, 57(1): 1-3. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.001
  • 陈敏氡, 王彬, 刘建汀, 李永平, 白昌辉, 叶新如, 裘波音, 温庆放, 朱海生
    中国农业科学. 2023, 56(22): 4506-4522. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.012

    【目的】 鉴定丝瓜果长和果径发育基因共表达模块并筛选关键调控基因,为后续丝瓜果形控制的分子机制研究提供理论依据。【方法】以丝瓜9个发育阶段(开花前2 d以及花后0、2、4、6、8、10、15和20 d)果实为研究材料,测定各阶段的果长和果径,利用WGCNA方法联合分析转录组与果长和果径数据,鉴定与果长和果径发育相关的共表达基因模块,筛选关键调控基因。【结果】利用WGCNA鉴定出14个共表达模块,与果长和果径显著相关(相关系数的绝对值=0.9)的共表达模块有2个,显著正相关的模块为Turquoise模块,显著负相关的模块为Lightpink4模块。KEGG富集分析发现,Turquoise模块显著富集在内吞作用和苯丙烷生物合成通路,与果实膨大、伸长调控密切相关,可作为研究丝瓜果长和果径的关键基因模块。根据Turquoise模块内基因的连接度以及功能注释,筛选出10个关键调控基因,包括木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶基因XTH23、肌动蛋白解聚因子基因ADF2、伴侣蛋白基因DnaJ10、扩展蛋白基因(EXPA1EXPA4EXLA5)、驱动蛋白基因Kinesin-13A、生长素反应基因SAUR21Aux/IAA11。RT-qPCR结果显示,10个调控基因的表达量均在果实进入快速生长期(花后8 d)后显著升高,增加倍数约为2—50倍。通过构建基因互作网络,发现部分调控基因与WRKY、bHLH和HSF转录因子家族存在互作关系。【结论】获得了丝瓜果长和果径基因共表达重要模块Turquoise模块,筛选到10个调控基因可作为丝瓜果形控制的潜在候选基因,并发现丝瓜果长和果径的发育调控主要涉及细胞壁的重构、细胞的发育与分化、生长素的调控等过程。

  • 王晓阳, 彭振, 邢爱双, 赵盈睿, 马欣丽, 刘方, 杜雄明, 何守朴
    中国农业科学. 2023, 56(23): 4565-4584. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.002

    【目的】长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)是一类无蛋白质编码能力,但参与许多重要生命活动调控过程的长度大于200 nt的RNA。通过对亚洲棉无短纤维突变体(GA0149)和野生型(GA0146)纤维发育早期的转录组数据进行分析,挖掘调控短纤维发育的lncRNA,并明确其调控网络,为进一步解析棉花纤维发育机制奠定基础。【方法】选择GA0146和GA0149 2个材料在开花后当天(0 DPA)及花后3 d(3 DPA)、5 d(5 DPA)和8 d(8 DPA)的胚珠和纤维为材料进行转录组测序。鉴定lncRNA并预测其调控的靶基因;通过mRNA和lncRNA的差异表达分析,比较2个材料在不同纤维发育时期的差异。进一步利用KOBAS软件预测对差异lncRNA的靶基因进行富集分析并预测其参与的生物过程;最后通过实时荧光定量(RT-qPCR)技术对25个差异表达的lncRNA转录组数据进行验证。【结果】共鉴定获得15 339个lncRNA,其中11 595个lncRNA位于基因间区,包括2 428个反义lncRNA、350个内含子lncRNA及966个正义lncRNA。共有1 932个差异表达lncRNA(DE-lncRNA),它们所对应的8 134个靶基因中,有788个为差异表达基因(DE-mRNA)。KEGG代谢通路富集分析表明,DE-mRNA主要参与植物激素信号转导(plant hormone signal transduction)和内质网中蛋白质加工过程(protein processing in endoplasmic reticulum)。共表达调控网络分析显示,表达量差异比较显著的lncRNA(MSTRG.454250.3)和其所调控的靶基因表达趋势一致,仅在野生型(GA0146)短纤维发育早期胚珠中特异表达;而lncRNA(MSTRG.454261.4)与其调控的靶基因表达趋势相反,在突变体(GA0149)中的表达量显著高于野生型。RT-qPCR结果证实了转录组数据的真实性。【结论】鉴定了26个与亚洲棉短纤维发育相关的lncRNA,其通过调控植物激素信号转导途径相关的吲哚乙酸合成酶基因(Ga03G2421)和生长素响应蛋白基因(Ga05G1344)的表达而影响短纤维的发育。

  • 郭宁, 孙华, 马红霞, 刘树森, 张海剑, 石洁, 郑晓娟, 董跃广
    中国农业科学. 2023, 56(22): 4453-4466. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.008

    【目的】 筛选对玉米腐霉茎腐病病原菌具有抑制作用的木霉(Trichoderma spp.)菌株,明确其分类地位以及对腐霉茎腐病的防治效果和抑菌机理,为腐霉茎腐病生防制剂的研发提供菌种资源。【方法】采用菌丝生长速率法测试候选木霉菌株对肿囊腐霉(Pythium inflatum)、强雄腐霉(P. arrhenomanes)和芒孢腐霉(P. aristosporum)的抑制作用,筛选拮抗菌株;通过形态学和分子生物学特性确定Tr21菌株的分类地位;采用常规抑菌方法观察Tr21对腐霉菌丝形态的影响;采用溴化丙啶(PI)染液检测法及对不同处理时间菌丝上清液中蛋白和核酸吸光值的检测,分析Tr21发酵液对腐霉菌细胞膜通透性的影响;通过不同浓度Tr21发酵滤液浸种试验,检测Tr21发酵滤液对玉米种子发芽性状的影响;通过温室盆栽试验和田间人工接种试验,明确Tr21对腐霉茎腐病的防治效果。【结果】从实验室保存的109株木霉菌中,筛选到7株木霉菌对肿囊腐霉、强雄腐霉和芒孢腐霉具有拮抗活性,抑制率均>60%,其中Tr21菌株对3种腐霉菌的抑制率达到100%,其5×、10×和20×稀释液对3种腐霉菌的抑制率均达到100%。50×稀释液对3种腐霉菌的最低抑制率也达到55.56%。经形态学和分子生物学鉴定,Tr21为非洲哈茨木霉(T. afroharzianum)。显微镜观察显示Tr21发酵滤液能够造成腐霉菌菌丝变粗、菌丝分枝增多、节点缩短、断裂、内含物溢出等畸形现象。PI荧光染色试验显示Tr21发酵滤液导致3种腐霉菌的细胞膜受损,PI染液更易穿透受损的细胞膜进入到菌丝体内,使菌丝染成红色。核酸、蛋白泄露试验发现发酵滤液处理过的菌丝吸光值变化较大,处理5 h后,肿囊腐霉、芒孢腐霉和强雄腐霉菌丝的OD260均增加了0.08,OD280分别增加了0.10、0.11和0.10,表明腐霉菌菌丝细胞膜受损或其完整性被破坏,导致菌丝内含物外溢。不同浓度Tr21发酵滤液对玉米种子的发芽性状无影响,且当Tr21发酵滤液浓度为20×稀释液时对玉米种子的萌发和生长促进效果最好。盆栽试验结果表明,Tr21发酵滤液浓度为5×稀释液时,对3种腐霉茎腐病的室内防治效果最佳,分别为60.67%、63.15%和59.66%。用Tr21的5×稀释液进行种子处理,当药种质量比例为1﹕100时,对腐霉茎腐病的防治效果最高,达82.25%。【结论】获得一株有效防治玉米腐霉茎腐病的木霉菌株Tr21,经鉴定该菌为非洲哈茨木霉,该菌株发酵滤液可导致腐霉菌菌丝畸形、断裂、细胞膜受损、内含物溢出等,是一株具有开发前景的生防微生物。

  • 郭戎博, 李国栋, 潘梦雨, 郑险峰, 王朝辉, 何刚
    中国农业科学. 2023, 56(20): 4035-4048. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.009

    【目的】秸秆还田配施氮肥的固碳研究结果存在争议,为此展开本研究,旨在揭示秸秆还田配施氮肥对农田土壤固碳能力的影响以及固碳机理,为秸秆还田配施氮肥固碳研究提供依据。【方法】依托11年的长期定位试验,采用裂区设计,主处理为秸秆处理方式(还田与不还田),副处理为3个施氮水平,分别为不施氮(N0)、施氮 168 kg·hm-2(N168)、336 kg·hm-2(N336,过量施氮)。【结果】施用氮肥较不施氮肥小麦增产14.4%—19.5%,秸秆还田对产量影响不显著。秸秆还田显著提高土壤碳累积投入量70.8%(P<0.05),但对土壤有机碳储量影响不显著。与不施氮相比,施用氮肥分别显著提高土壤碳累积投入量和土壤有机碳储量7.7%—8.5%(P<0.05)和4.7%—8.1%(P<0.05)。施用氮肥显著提高土壤固碳速率32.7%—56.1%(P<0.05),过量施氮(N336)显著提高土壤固碳效率51.8%(P<0.05);秸秆还田显著降低了土壤固碳效率30.9%(P<0.05)。施氮和秸秆还田均能提升土壤碳库容量,N0和N168处理已经达到碳饱和状态。秸秆还田后土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EO)含量分别提高4.6%、11.2%、4.5%。与不施氮(N0)相比,施氮(N168)和过量施氮(N336)的DOC分别提高14.1%、29.5%;MBC分别平均降低14.0%、28.0%;EO分别提高8.2%和11.5%。秸秆还田有利于土壤DOC/SOC、微生物熵的提高。施用氮肥有利于DOC/SOC的提升,但降低了微生物熵。秸秆还田与施用氮肥均对土壤EO/SOC没有影响。秸秆还田和施氮均有利于大团聚体(>0.25 mm)的提升,秸秆还田显著提升了大团聚体的有机碳含量5.2%。秸秆不还田下团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随着氮水平增加表现出先提高后降低的趋势,还田下则表现为随氮水平的增加而增加,秸秆还田分别提升团聚体MWD和GMD 8.8%和7.5%,施用氮肥相较不施氮对MWD和GMD分别提升14.1%—22.7%和16.8%—23.4%。秸秆还田和施氮均能提高有机碳在大团聚体的分布。【结论】秸秆还田配施氮肥可以通过增加碳投入量,提高活性有机碳含量,降低微生物活性,提高团聚体对有机碳的保护来提高耕层碳储量。

  • 陈露露, 杜泳, 颉洪涛
    中国农学通报. 2023, 39(21): 158-164. https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0629

    为提升诸暨市农业用地利用效率,对诸暨市农业用地的适宜性进行分析评价。选取高程、坡度、土壤质地、有机质含量和水资源可利用性来反映诸暨市农用地适宜性,并建立相应评价模型。结果表明:单因子评价中,高程、坡度、水资源可利用性的高度适宜区占比均大于30%,而土壤质地、有机质含量的高度适宜区占比均小于10%。农业用地综合评价中,耕地、园地、林地的高度适宜区占比均在40%左右,且主要集中在诸暨市中部地区,而诸暨市西部、东部及南部部分地区的综合适宜性较低。以上结果能为诸暨市的农业用地规划提供借鉴。

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