2022年, 第36卷, 第12期 刊出日期：2022-12-10
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核农学报. 2022, 36(12): 2317-2329. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2317
利用甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变单季常规晚粳稻浙粳99,获得叶早衰突变体es33。为揭示es33突变体早衰的分子调控机制,以野生型浙粳99为对照,对突变体进行表型鉴定,统计农艺性状和测定光合性能,并对早衰基因ES33进行定位。结果表明,突变体es33幼苗在播种后第10天,第2和第3叶的叶尖出现明显干枯早衰现象,与野生型相比,分蘖盛期叶片光合色素含量降低、叶绿体结构疏松、光合作用减弱、部分酶活性降低,成熟期植株矮小、分蘖少、衰老严重。遗传分析结果表明,突变体es33早衰性状受一对隐性核基因控制,利用基因定位和重测序技术,将控制该性状的基因定位在水稻第3号染色体上的SSR标记STS-15和G24之间,物理距离为977.8 kb,经测序确定LOC_Os03g31550为候选基因;ES33基因第11个外显子发生4个碱基的缺失,造成移码突变,导致蛋白(黄嘌呤脱氢酶)翻译提前终止;通过系统发育树分析和氨基酸序列比对得知,ES33蛋白在禾本科作物中高度保守。本研究结果为进一步探究早衰基因ES33的功能奠定了基础。
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核农学报. 2022, 36(12): 2330-2337. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2330
为丰富谷子遗传多样性和突变体库材料,本研究采用1%浓度的甲基硫磺乙酯(EMS)诱变晋谷40号 10 h, 在谷子生育期间对突变体M1和M2代材料进行表型性状调查。结果表明,共获得332株表型差异突变型单株,这些突变体类型主要包括株高、穗型、茎粗、育性、刚毛、抗拿扑净、颖壳色、抽穗期、穗轴、粒色、穗紧实度、抗逆性、穗重等;对数量性状的表型指标进行变异分析,其中株高的变异系数最大,为41.25%,抽穗期的变异系数最小,为11.03%;对20份矮秆突变体材料进行产量性状分析,发现E-13、E-58和E-98可作为矮秆、早熟、高产的材料;突变体中发现褐米色、抗拿扑净等优质、适宜产业化的材料。本研究构建的谷子突变体库具有丰富的突变类型,为谷子分子遗传学和育种提供了优异的基础材料。
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核农学报. 2022, 36(12): 2338-2348. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2338
LBD转录因子是高等植物特有的一类转录因子。为研究不结球白菜LBD基因对硝酸盐吸收的影响,以紫色不结球白菜自交系NJZX3-4为材料,采用同源克隆的方法克隆BcLBD37基因;通过构建PRI101过表达载体,异缘转化拟南芥,实现BcLBD37基因的过表达;同时借助病毒介导的基因沉默技术(VIGS),使不结球白菜中的BcLBD37基因沉默;并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析BcLBD37基因过表达以及沉默后对硝酸盐吸收相关基因表达量的影响。结果表明,该基因片段长度为840 bp,编码279个氨基酸。与野生型相比,转基因拟南芥中硝酸盐代谢相关基因NIA1、NIA2、NRT1.1、NRT1.7、NRT2.1、NRT2.5的表达量均显著下调,硝酸还原酶活性和硝态氮含量亦显著降低。而在不结球白菜中沉默该基因后,沉默植株PTY-2/4中硝酸盐代谢相关基因的表达显著上调,硝酸还原酶活性和硝态氮含量亦显著提高。综上可知,BcLBD37基因通过抑制硝酸盐代谢相关基因的表达,调节硝酸还原酶的活性,进而抑制$\text{NO}_{3}^{-}$的吸收。本研究为提高不结球白菜营养品质提供了理论依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2349-2357. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2349
扩展蛋白在植物生长发育和应对环境变化等过程中发挥重要作用。为了解大蒜扩展蛋白基因的序列特征及其在渗透胁迫下的功能,利用逆转录PCR(RT-PCR)方法从大蒜中克隆得到AsEXPA8基因,采用NCBI、ExPASy、SignalP 5.0和STRING等网站以及DNAMAN和MEGA 5.1软件对其序列进行分析,并采用实时荧光定量PCR技术对AsEXPA8基因在盐胁迫和模拟干旱胁迫下的表达特征进行研究。序列分析结果表明,AsEXPA8含有1个774 bp的开放阅读框,编码257个氨基酸。AsEXPA8蛋白有1个组氨酸-苯丙氨酸-天冬氨酸(His-Phe-Asp,HFD)基序,N端和C端分别含有8个保守的半胱氨酸残基和4个保守的色氨酸残基,具有信号肽和跨膜结构域,参与了生长素和赤霉素等激素调控细胞壁重构的过程。AsEXPA8在大蒜不同组织中均能表达,在叶片中表达相对较高。干旱胁迫和盐胁迫在不同组织内均诱导了AsEXPA8的表达。结果表明,AsEXPA8基因可能参与了大蒜植株抵御盐胁迫和干旱胁迫的过程。本研究结果为揭示AsEXPA8基因在大蒜应对渗透胁迫过程中的功能提供了理论依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2358-2365. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2358
菊花B病毒(CVB)是乙型线状病毒科(Betaflexiviridae)麝香石竹潜隐病毒属(Carlavirus)成员,在浙江杭白菊基地普遍存在。为了能够特异、快速、简便检测CVB,利用SWISS-MODEL分析CVB外壳蛋白(CP)的三维结构,选择暴露在CVB CP三维空间结构外部的片段,片段之间使用连接肽串联以提高柔性,重复4个片段,根据大肠杆菌密码子的偏爱性将其相应的DNA序列进行优化,将合成的特异DNA序列连接表达载体pET-28a(+),转化至Escherichia coli BL21(DE3)菌株,经IPTG诱导和Ni-NTA重力柱层析获得了纯化后大小约为14 kDa的融合蛋白;将其作为抗原免疫家兔制备抗血清,纯化获得相应抗体;对获得的抗血清和抗体进行酶联免疫吸附测定(ELISA)和蛋白免疫印迹(WB)检测。间接ELISA检测结果表明,512 000倍稀释的抗血清可检测到1 μg抗原。纯化后最终得到浓度为15 mg·mL-1 的抗体,WB检测结果,1∶1 000稀释后的抗体可检测500 pg抗原,且能够特异性结合CVB CP蛋白。本研究制备的多克隆抗体为检测CVB提供了便利,也为后续CVB检测试纸条的开发提供了技术支撑。
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核农学报. 2022, 36(12): 2366-2373. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2366
为深入了解番茄种质资源的遗传多样性,运用竞争性等位基因特异性PCR(KASP)技术,利用前期筛选出的60对多态性较高的单核苷酸多态性标记(SNP),对收集的504份番茄种质资源进行遗传多样性分析、聚类分析、主成分分析及群体结构分析。结果表明,60个SNP分子标记共检测到181个等位基因,基因多样性平均值为0.450,期望杂合率(He)平均值为0.069,多态性信息值(PIC)变化范围为0.171~0.583,平均值为0.381。在遗传距离为0.36时,504份番茄材料被划分为7个类群,各材料间的平均遗传距离为0.62;根据主成分分析结果将群体分为3个类群;基于SNP标记对参试材料进行群体结构分析,在K=3时,504份番茄种质资源被划分为3类。本研究筛选出的60对SNP标记的多态性为中度偏高,番茄种质资源遗传多样性较丰富,可为后续宁夏地区番茄的核心种质构建及种质资源的有效利用提供理论依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2374-2380. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2374
为了明确江苏省麦田猪殃殃对主导除草剂苯磺隆的敏感性差异及其抗性机制,采用整株生测法测定了采自江苏省小麦田的28个猪殃殃(Galium aparine L.)种群对苯磺隆、苄嘧磺隆、氯氟吡氧乙酸、2甲4氯钠、唑草酮的敏感性,分析了代表性种群乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase, ALS)的离体活性及其基因位点突变状况。结果表明,28个种群中,23个种群对苯磺隆有2.18~17.10倍的相对抗性,18个种群对苄嘧磺隆产生了交互抗性,所有种群对氯氟吡氧乙酸、2甲4氯钠、唑草酮均敏感。LHQ-2和JYS-1种群的相对抗性倍数高于14,ALS酶离体活性达到敏感种群DHX-2的250倍以上,其第197位由脯氨酸突变为苏氨酸;WJQ-2种群的相对抗性倍数为10.39,ALS酶离体活性是敏感种群DHX-2的41.45倍,其第376位由天冬氨酸突变为甘氨酸;RGS-1种群的相对抗性倍数为8.82,ALS酶离体活性是敏感种群DHX-2的15.27倍,其第574位由色氨酸突变为亮氨酸。抗苯磺隆的猪殃殃种群比例呈现由苏南到苏北逐渐增加的趋势,苯磺隆和苄嘧磺隆间存在交互抗性,靶标酶ALS活性增强及其基因位点突变是抗性产生的主要原因。本研究结果为江苏省麦田猪殃殃的精准防控提供了理论依据和技术支撑。
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核农学报. 2022, 36(12): 2381-2390. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2381
为了揭示远志种质资源遗传多样性地理分布的特点和种质资源群体间的遗传关系,并筛选出相对合理的评价指标,本研究利用形态性状数据以及3个主要指标成分(远志皂苷、远志𠮿酮Ⅲ和3,6'-二芥子酰基蔗糖)含量,对省内11个不同来源的26份和省外7个不同来源的16份三年生远志进行遗传多样性分析。研究发现远志在形态性状以及指标成分含量上具有明显差异,变异系数和遗传多样性指数分别在13%~49%、19%~30%和0.7~1.7、0.9~1.4之间;远志𠮿酮Ⅲ含量与花色深度呈极显著正相关性,与株高呈显著正相关性,与木芯粗呈极显著负相关性;3,6'-二芥子酰基蔗糖含量与细叶远志皂苷含量呈显著正相关性,与株高呈极显著负相关性;细叶远志皂苷含量与茎分支数呈显著负相关性。主成分分析将15个指标简化为4个因子,累计贡献率达67.764%;形态性状和指标成分含量的聚类分析结果均将远志分为三大类群,但各类群成员并不一致,利用综合评价F值筛选出8份优良种质;各种质的综合得分范围为-1.15~1.23;利用逐步回归分析筛选到远志种质评价的7个关键性指标,分别为茎分支、叶色、花色、根重、木芯重、远志𠮿酮Ⅲ含量和3,6'-二芥子酰基蔗糖含量。综上所述,参试远志种质资源主要形态性状和指标成分的遗传多样性较为丰富,变异幅度较大。本研究从42份种质资源中筛选出8份综合表现良好的优异单株,可用于进一步开发和利用,为远志种质创新利用、品种改良提供了理论依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2391-2399. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2391
人工智能在农业上的应用是目前的研究热点,在作物的高通量表型组学研究方面具有很好的应用前景。为了对种质资源和育种中间材料的表型进行精准化、智能化、高通量的采集,本研究将最新的目标检测算法和传统的图像处理方法相结合,将基于YOLOv5和图像处理的智能数据采集技术应用于菜用大豆荚型表型的识别。结果发现,该技术能够自动化、批量化地提取一张图片内单粒荚、双粒荚、三粒荚和四粒荚的个数,并获取这些豆荚的长宽数值。通过与实际的豆荚粒数进行对比发现,本研究方法的最大平均精度达98.96%以上,高于传统的深度学习分类网络;与实际的长宽数据进行对比,长宽决定系数均在95.23%以上。本研究所采取的基于深度学习的智能数据采集技术具有识别速度快、精准度高的优势,能大幅降低人工测量的时间成本和人力成本,提高品种选育的工作效率,为菜用大豆荚型的表型性状的高通量、智能化和精准化获取提供了一种新技术。
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核农学报. 2022, 36(12): 2400-2411. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2400
为改善单一菌株发酵制备青稞甜醅的风味与口感,提高其质量品质,本试验采用米根霉和酵母菌为发酵菌株,以氨基酸态氮含量及感官评分为指标,确定混菌发酵黑青稞甜醅的最佳工艺条件,并比较单一菌株发酵黑青稞制品与混菌发酵黑青稞制品中酚类物质含量、抗氧化活性及风味物质组成的差异。结果表明,混菌发酵黑青稞制品最佳发酵条件为:发酵温度33℃,发酵时间48 h,菌种比例(酵母菌J7∶米根霉)1∶1.20,接种量6.81%,在此条件下混菌发酵黑青稞制品的氨基酸态氮含量为9.32 mg·100 g-1,感官评分为95.48分。与单一菌株发酵黑青稞制品相比,混菌发酵黑青稞的黄酮含量(32.22 mg·100 g-1)、 多酚含量(230.68 mg·100 g-1)及DPPH自由基清除能力(95.03 μmol·L-1)显著提高。气相色谱-质谱(GC-MS)分析结果表明,酵母菌单独发酵的黑青稞中共检出33种挥发性风味物质,米根霉单独发酵的黑青稞中共检出41种挥发性风味物质,混菌发酵的黑青稞中共检出46种挥发性风味物质,其中酯类和醇类是3种发酵方式黑青稞制品的主要风味组分。混菌发酵黑青稞的醇类、酯类和酸类种类及含量均显著高于其余两种发酵方式,其相对含量分别达到59.09%、29.44%和6.46%,风味更丰富。综上分析,混菌发酵使黑青稞制品在功能及风味方面具有一定的优势。本研究结果为混菌发酵黑青稞制品的开发和应用奠定了基础。
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核农学报. 2022, 36(12): 2412-2418. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2412
铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)的传统功效为益胃生津、滋阴清热,在降血糖方面具有较好的作用。前期研究发现,与铁皮石斛鲜条相比,枫斗的α-葡萄糖苷酶抑制率更高,且枫斗中化学成分种类丰富。为明确铁皮石斛枫斗与鲜条的差异性成分,阐明铁皮石斛加工成枫斗的科学内涵,本研究利用超高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱仪(UPLC-QTOF-MS)在正离子模式下采集二者的代谢物信息,通过主成分分析、偏最小二乘判别分析等算法挖掘差异性化合物,并利用质谱碎片、数据库比对等方式鉴定差异性成分,最后采用聚类分析方法研究差异性成分在铁皮石斛枫斗和鲜条中的含量变化规律。经过筛选和鉴定共得到16种差异性化合物,其中柚皮素、4,4'-二羟基-3,5-二甲基联苄、诺比林A、石斛酚等12种黄酮、联苄类化合物在枫斗中含量较高,而α-亚麻酸、L-苯丙氨酸、草质素等4种脂肪酸、氨基酸类化合物在鲜条中含量较高,这些差异性成分可能是潜在的铁皮石斛枫斗降血糖功能成分。本研究结果为阐明铁皮石斛枫斗降血糖物质基础提供了数据支撑,对进一步促进铁皮石斛精深加工具有重要意义。
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核农学报. 2022, 36(12): 2419-2426. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2419
为了实现畜禽骨副产物的有效利用,本研究采用超声波辅助溶剂浸出法提取秦川牛腿骨油,应用高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)法和基于多维质谱“鸟枪法”脂质组学技术(MDMS-SL)综合分析牛腿骨油的脂质组成,并对牛腿骨油的氧化稳定性、酸价和过氧化值等理化性质以及酚类化合物进行测定。结果表明,秦川牛腿骨油中含有丰富的甘油酯,其中甘油三酯(TAG)含量为93.85%,同时含有少量的甘油二酯(DAG)。在秦川牛腿骨油中共检测出24种脂肪酸,单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸含量分别为62.85%和2.18%;24种酰基肉碱,总含量为1.18 nmol·g-1;17种鞘磷脂,总含量为35.36 nmol·g-1;38种磷脂酰胆碱,总含量为22.16 nmol·g-1。样品具有较强的氧化稳定性,酸价和过氧化值分别为16.43 mg KOH·g-1和5.22 mmol·kg-1,含有α-生育酚、α-三烯酚及γ-三烯酚3种酚类化合物。丰富的TAG、不饱和脂肪酸及鞘磷脂含量使秦川牛腿骨油在促进营养吸收、降血糖血脂及抗炎等方面具有较大的利用潜力。本研究为秦川牛腿骨油相关高附加值产品的开发提供了理论基础。
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核农学报. 2022, 36(12): 2427-2435. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2427
为探究初级芳香胺类化合物的质谱裂解规律,本研究采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱法,在电喷雾正离子模式下采集数据,根据一、二级质谱离子的精确质荷比推导14种初级芳香胺类化合物可能的裂解途径。结果表明,由于分子结构中存在氨基基团,因此初级芳香胺类化合物极易被质子化,更易形成[M+H]+。断裂过程主要发生NH3中性碎片的丢失,产生[M+H-NH3]+特征碎片离子,在此基础上,氯代苯胺类化合物发生碳正离子重排后,丢失氯原子形成[·M+H-NH3-Cl]+碎片离子。甲氧基取代苯胺类化合物可丢失CH3O基团产生碎片离子[M+H-NH3-CH3O]+,或发生碳正离子转移重排至苯甲基,进一步丢失CH3和CH3O基团。甲基或甲氧基取代的联苯胺类化合物还会发生CN键断裂形成[M+H-NH]+,继而丢失NH3中性碎片形成[M+H-NH-NH3]+。偶氮苯类化合物中高键能的偶氮键不易断裂,碎片离子主要通过两侧的CN键断裂形成。本研究提出的最佳电离方式和质谱裂解规律为初级芳香胺类化合物的快速鉴定提供了重要依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2436-2446. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2436
为探究枇杷(Eriobotrya japonica)叶用于防治Ⅱ型糖尿病的作用机理,本研究采用网络药理学与分子对接技术,利用TCMSP、Uniprot、Genecards、Venny 2.1.0、DAVID 等数据库检索枇杷叶与Ⅱ型糖尿病的共同靶点,绘制相互作用关系网络图,并进行基因本体论(GO)及京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析;通过AutoDock Tools进行分子对接验证。从TCMSP数据库收集得到19种活性成分和294个相关靶点,通过Venny 2.1.0数据库得到89个Ⅱ型糖尿病与枇杷叶活性成分的交集靶点,对应表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、槲皮素、山奈酚、β-谷甾醇等10个活性物质,进而构建了“活性成分-疾病靶点”网络图。研究发现,枇杷叶活性成分主要通过调节氧化应激反应、丝氨酸/苏氨酸激酶活性、对脂多糖反应和上皮细胞增殖等来调控晚期糖基化产物-晚期糖基化终产物受体(AGE-RAGE)、缺氧诱导因子-1(HIF-1)和蛋白磷脂酰肌醇激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)等信号通路,从而对Ⅱ型糖尿病发挥调节作用。与α-葡萄糖苷酶的分子对接结果表明,主要活性成分与靶点结合能均小于-9.0 kcal·mol-1,具有非常强烈的结合活性。通过体外酶活性试验测得EGCG、槲皮素、山奈酚等7个活性成分对α-葡萄糖苷酶的半抑制浓度为1.11~80.04 μmol·L-1,抑制效果均优于阿卡波糖,可作为高效α-葡萄糖苷酶抑制剂,是枇杷叶防治Ⅱ型糖尿病的主要活性成分。本研究结果为开发降血糖药物提供了研究思路。
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核农学报. 2022, 36(12): 2447-2454. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2447
为了解我国小麦主产区小麦镍的污染情况及暴露风险,本研究收集北方冬麦区、南方冬麦区和春麦区小麦样品3 444份,采用石墨炉原子吸收光谱法检测镍含量,分析小麦镍污染水平及分布特征;基于全麦籽粒镍含量的分布,采用蒙特卡洛法估算我国成人和儿童小麦镍的暴露剂量水平,采用美国环境保护署(USEPA)的暴露剂量-反应外推模型,评价小麦镍的暴露健康风险。结果表明,我国3个小麦主产区小麦镍平均含量为0.225 mg·kg-1,南方冬麦区小麦镍污染水平显著高于其他2个产区,最高值达4.779 mg·kg-1。 膳食暴露评估结果显示,我国成人和儿童小麦镍的单位体重日均暴露量(ADD)分别为6.31×10-4和8.32×10-4 mg·kg-1·d-1;与不同国际组织推荐的参考摄入剂量(RfD)相比,成人和儿童ADD值超过RfD值的人群概率范围分别为0~0.23%和0.02%~0.49%。风险评估结果显示,小麦镍暴露不会对我国大部分居民产生明显的健康影响,但少数高暴露人群可能潜存健康隐患。本研究结果为我国小麦重金属污染安全监管、标准制定和风险评价提供了科学依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2455-2461. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2455
为探究减轻杏果实采后黑斑病的方法,以赛买提杏果实为试验材料,经3.0 mg·L-1 2,4-表油菜素内酯(EBR)结合2%氯化钙(CaCl2)减压渗透处理后,于温度1.0±1℃、相对湿度90%~95%条件下放置48 h后,进行交孢链格孢(Alternaria alternata)损伤接种,并进行A. alternata离体抑菌试验。结果表明,3.0 mg·L-1 EBR结合2% CaCl2对A. alternata的菌落直径和孢子萌发没有直接抑制作用。EBR结合CaCl2处理可通过诱导苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(C4H)、香豆酸辅酶A连接酶(4CL)活性上升,增加总酚、类黄酮和木质素含量来抑制杏果实接种发病率与病斑直径的上升。综上,EBR结合氯化钙处理可通过诱导苯丙烷代谢途径来增强杏果实对黑斑病的抗性。本研究结果可为减轻杏果实采后黑斑病提供技术参考与理论依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2462-2473. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2462
为筛选适宜在浙东南地区作受灾补播的直播晚粳稻品种,选用3个籼粳杂交稻(甬优1540、甬优7850、嘉优中科3号)和2个常规粳稻(秀水519、秀水417),开展大田分期直播试验,研究不同播期对水稻产量及产量构成因素、生育期和温光资源利用的影响。结果表明,水稻产量表现为籼粳杂交稻>常规粳稻,具体为甬优1540>甬优7850>嘉优中科3号>秀水519>秀水417,随着播期的推迟,产量均呈下降趋势,下降幅度为籼粳杂交稻>常规粳稻,播期每推迟5 d,籼粳杂交稻平均产量下降0.71 t·hm-2,常规粳稻下降0.30 t·hm-2,主要与每穗粒数和结实率显著降低有关;水稻生育时期随播期推迟而相应顺延,且播种-齐穗期、齐穗-成熟期等生育阶段缩短,籼粳杂交稻全生育期缩短幅度大于常规粳稻;水稻全生育期的有效积温、日照时数及其利用率和有效积温生产效率随播期推迟基本呈下降趋势,同一播期内,籼粳杂交稻有效积温生产效率高于常规粳稻。产量与齐穗-成熟期的温光资源呈显著或极显著正相关。救灾品种若在7月15日前补播,籼粳杂交稻首选甬优1540,其次为甬优7850,而常规粳稻宜选用秀水519,且播期可推迟至7月20日。本研究结果可为浙东南地区受灾后,采用直播技术选择适宜救灾补播品种提供实践指导与科学依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2474-2481. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2474
为明确施氮量和采收株高对油菜薹外观性状、养分积累和氨基酸组分含量的影响,以油蔬两用型油菜品种富硒1号为材料,采用裂区试验设计,以施氮量为主区,采收株高为副区,测定了油菜薹粗度和鲜重,氮(N)、磷(P)和钾(K)浓度,硝酸还原酶(NR)、谷酰胺合成酶(GS)和天冬酰胺合成酶(AS)活性,亚硝酸盐含量以及16种氨基酸组分含量。结果表明,随着采收株高的增加,油菜薹粗度降低,但施氮量对油菜薹粗度影响不显著;增施氮肥增加了油菜薹鲜重;在各施氮量处理下,采收株高30 cm时,油菜薹鲜重高于其他采收株高。油菜薹N和K浓度随着施氮量的增加先增加后减小,而施氮量对油菜薹P浓度影响不显著。氮代谢过程中NR活性随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,与氮素浓度变化一致;而GS和AS活性则表现为持续降低。在采收株高20和30 cm处理下,油菜薹氨基酸组分含量主要随施氮量的增加而显著增加;采收株高40 cm时,油菜薹中的缬氨酸等7种氨基酸含量在各施氮量处理下差异不显著,天冬氨酸等8种氨基酸含量在施氮量180 kg·hm-2处理下最高,采收株高50 cm时,谷氨酸等4种氨基酸含量在施氮量180 kg·hm-2处理下最高,其余氨基酸组分含量在各施氮量之间无显著差异。综上,在施氮量180 kg·hm-2、采收株高40 cm时油菜薹具有较好的品质。本研究结果为油蔬两用型油菜薹优质栽培提供了技术参考。
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核农学报. 2022, 36(12): 2482-2489. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2482
为明确大气CO2浓度升高及氮肥施用对薏苡(Coix lacryma-jobi L.)苗期营养元素吸收运输的影响,本研究以兴仁白壳薏苡为试验材料,采用盆栽控制试验,通过人工气候箱模拟CO2浓度升高,探究薏苡各器官中营养元素对CO2浓度升高和施用氮肥的响应。结果表明,CO2浓度升高使薏苡根中TOC含量显著增加15.82%;叶、茎中TP含量显著增加18.98%、29.41%(P<0.05);叶、根中N含量显著减少8.15%、8.31%(P<0.05);叶、茎、根中K含量无显著差异。施氮使薏苡叶、茎、根中N含量显著增加19.52%、28.42%、23.29%;叶、茎中TP含量显著增加14.60%、51.96%(P<0.05);根中K含量显著减少22.57%(P<0.05);叶、茎、根中TOC含量无显著差异。两者交互作用下,薏苡茎、根中N含量显著增加6.49%、8.99%;叶中TP含量显著增加15.33%(P<0.05);叶中N含量显著减少4.22%;叶、茎中K含量显著减少18.47%、33.25%(P<0.05);叶、茎、根中TOC含量无显著差异。在CO2浓度升高条件下,薏苡叶片中中量元素S和微量元素Cu、Zn、Ni含量,分别显著减少18.06%、54.01%、37.96%、50.99(P<0.05);而茎中Mn、Cu、Zn、Ni含量,分别显著增加90.20%、70.55%、46.80%、149.50%(P<0.05)。CO2浓度升高能促进Mg、S根向茎的运输以及Zn、Mn茎向叶的运输,施用氮肥能促进Fe茎向叶的运输。综上所述,CO2浓度升高和氮肥施用会影响薏苡不同器官矿质离子的吸收及选择性运输能力,从而维持植物体内营养元素平衡。本研究结果可为深入认识未来大气环境变化下,薏苡对营养元素的需求变化特征,以及薏苡栽培中施肥策略的选择提供科学依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2490-2500. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2490
为了探究孕穗期低温胁迫对小麦幼穗蔗糖代谢和内源激素含量的影响,以温度敏感性不同的小麦品种为材料,采用盆栽试验,在小麦孕穗期于人工气候室内模拟低温胁迫,测定小麦幼穗穗轴维管束数目、蔗糖代谢相关酶活性及基因表达特征、内源激素含量以及产量构成因素。结果表明,孕穗期低温胁迫后,小麦幼穗穗轴维管束数目减少,幼穗蔗糖含量增加,蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性增强;蔗糖合成酶(SS)活性在2℃处理下升高,在0℃和-2℃处理条件下活性降低;随着处理温度的降低,尿苷二磷酸-葡萄糖焦磷酸化酶(UGP)活性与转化酶(Inv)活性下降幅度逐渐增大。孕穗期低温胁迫后,小麦幼穗小花中细胞壁转化酶基因IVR1和液泡转化酶基因IVR5表达量受到抑制,幼穗中生长素(IAA)与赤霉素(GA)含量下降,脱落酸(ABA)含量增加,小麦穗粒数和千粒重均显著下降。综上,孕穗期低温胁迫导致小麦幼穗穗轴维管束数目减少,幼穗中蔗糖积累,蔗糖代谢相关酶活性、基因表达及内源激素含量发生显著变化,严重影响了小麦产量的形成。本研究结果为小麦抗逆减灾和高产稳产研究提供了理论依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2501-2509. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2501
为明确干旱胁迫影响灌浆期籽粒充实的生理机制,以及喷施外源亚精胺(Spd)缓解干旱胁迫的作用效果,本研究以强抗旱性玉米品种郑单958和弱抗旱性玉米品种蠡玉16为材料,利用具有遮雨棚的隔离池严格控制土壤水分条件,设置吐丝期土壤干旱胁迫和外源Spd喷施组合试验,分析外源Spd对干旱胁迫下玉米叶片抗氧化物酶活性、叶绿素荧光参数、灌浆期籽粒内源激素含量和籽粒充实的影响。结果表明,干旱胁迫显著降低了两品种穗位叶PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo),使丙二醛(MDA)积累量增加了16.95%~23.16%,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低了11.93%~26.69%。同时,干旱胁迫下籽粒中Spd和脱落酸(ABA)含量显著提高15.79%~22.28%,玉米素和玉米素核苷(Z+ZR)和吲哚乙酸(IAA)含量降低10.39%~13.30%,最终影响灌浆期籽粒充实,造成蠡玉16和郑单958的粒重分别降低36.33和24.03 mg。喷施外源Spd可缓解干旱对穗位叶Fv/Fm和Fv/Fo的影响,有助于弱化干旱对细胞膜的氧化损伤,提高灌浆期粒重5.60~11.74,蠡玉16和郑单958的最终粒重分别提高了11.74和9.11 mg,但外源Spd对籽粒中内源激素含量的影响不显著。此外,干旱胁迫下强抗旱性品种郑单958具有较高的Fv/Fm、Fv/Fo和抗氧化物酶活性,以及较低的MDA积累,而喷施外源Spd对弱抗旱性品种蠡玉16具有更强的调控效应,建议在生产中应用外源Spd时,应结合品种的抗旱特性选择合适的喷施时间以利于籽粒灌浆和产量形成。本研究为玉米抗旱栽培提供了理论依据和技术支持。
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核农学报. 2022, 36(12): 2510-2518. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2510
为探讨植物生长调节剂对赤豆(Vigna angularis)鼓粒期叶片光合特性及氮代谢的影响,进一步挖掘调节剂增产的作用机理,于2018和2019年进行田间试验,以龙垦2号赤豆为试验材料,在初花期叶面喷施浓度均为50 mg·L-1的促进型调节剂2-N,N-二乙氨基乙基己酸酯(DTA-6)和延缓型调节剂烯效唑(S3307),以喷施清水为对照(CK),研究植物生长调节剂对赤豆鼓粒期植株形态、光合参数、氮代谢相关指标以及产量的调控效应。结果表明,DTA-6和S3307增加了赤豆鼓粒期的单株干物质积累量。DTA-6处理的叶片叶绿素含量(SPAD)、蒸腾速率均优于S3307处理,DTA-6显著提高了可溶性糖含量,同时增加了赤豆株高;而S3307处理的叶片净光合速率显著高于DTA-6。两调节剂处理的叶片谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性也显著提高,施用S3307显著提高了叶片硝酸还原酶(NR)活性,且对GDH活性的促进效果显著高于DTA-6处理。两调节剂均提高了赤豆叶片硝态氮含量和氮素积累量。DTA-6和S3307可不同程度地调控赤豆的产量构成因素,S3307主要促进花荚数增多,DTA-6主要提高单株粒数和单株粒重。综上,DTA-6和S3307通过提高赤豆鼓粒期叶片光合作用水平,可有效调控叶片氮代谢能力,进而促进赤豆的生长发育,显著提高产量。本研究结果为化控技术在农业生产上的推广应用提供了科学依据。
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核农学报. 2022, 36(12): 2519-2527. https://doi.org/10.11869/j.issn.100-8551.2022.12.2519
叶绿素含量是研究大豆光合作用的重要生理指标,对大豆产量和品质具有重要影响,因此,进行叶绿素含量和光合功能的同步分析具有重要意义。本研究以鼓粒期大豆叶片为研究对象,对63个样本的叶绿素含量和荧光参数进行相关分析,建立回归模型,并用28个样本验证集进行验证及评价。结果表明,可变荧光与初始荧光比(Fv/Fo)、最大光化学效率(φPO)、初始时间点活性反应中心捕获的单个激子驱动除QA外的电子传递的效率(ψEO)、初始时间点用于电子传递的量子产额(φEO)、t=tFM时单位面积内电子传递的量子产额(ETO/CSM)、性能指数(PIABS)、J点相对可变荧光(VJ)7个荧光参数与叶绿素含量相关性较好,相关系数分别为0.78、0.76、0.75、0.80、0.82、0.77、-0.75。回归模型方程为y=-0.138x1+ 2.154x2+0.002x3+0.077x4+0.076(R2=0.694)(x1、x2、x3、x4和y分别为Fv/Fo、φPO、ETO/CSM、 PIABS和叶绿素含量),验证模型决定系数(R2)=0.805 8,均方根误差(RMSE)=0.293 4,预测残差(RPD)=1.773 8,该模型具有较好的预测效果,可以丰富非生物逆境胁迫下无损监测大豆叶绿素估算方法。回归和通径分析发现,ETO/CSM对叶绿素含量直接作用最大,φPO次之,Fv/Fo对叶绿素含量起直接负作用,PIABS直接作用最小,直接通径系数分别为0.706、0.382、-0.303、0.078。本研究实现了大豆叶绿素含量与光合功能的同步分析,明确了荧光参数对叶绿素含量的影响效应,可为调节栽培措施,实现大豆高产提供理论基础。
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