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中国农业科学
中国农业科学院
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路文如

半月刊

0578-1752

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010-82109808 82106279

100081

北京中关村南大街12号

中国农业科学/Journal Scientia Agricultura SinicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为综合性农牧业科学学术刊物。主要发表我国农牧业科学在基础理论和应用技术方面的学术论文、重要科研成果和专题报告及各学科研究进展综述等。主要栏目有作物栽培的理论与实践、作物育种与品种资源、生物技术、植保、土肥、畜牧、兽医、研究简报等。读者对象为农牧业科技工作者、农业院校师生和农业管理干部。
正式出版
收录年代

    小麦抗条锈病和白粉病的遗传及育种

    李顺达兰彩霞
    1-3页
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    西北条锈菌源区冬小麦育种抗条锈病基因的利用现状与策略

    白斌张怀志杜久元张晓洋...
    4-17页
    查看更多>>摘要：[目的]了解中国小麦条锈病西北重要越夏菌源区甘肃陇东和陇南近20年育成小麦品种(系)中抗条锈病基因的利用情况，为陇南小麦条锈病遗传多样性控制，持久抗病品种的培育和可持续绿色健康生态农业奠定基础。[方法]于2019-2020年和2020-2021年种植季对117份冬小麦品种(系)甘肃清水县和四川郫都区进行成株期抗条锈病鉴定，2021年分别用条锈菌CYR33和CYR34对117份品种(系)进行苗期抗条锈病鉴定，并利用分子标记对15个抗条锈病基因进行检测。[结果]田间成株期对条锈菌主要流行致病性混合小种抗病的品种(系)占29。1％，其中，25。6％为陇南区域品种(系)，3。4％为陇东区域品种(系)，另有25。6％陇南区域感病品种(系)表现慢病性(严重度＜20％)。有70。1％品种(系)苗期对CYR33表现抗病，其中，57。3％为陇南区域品种(系)，12。8％为陇东区域品种(系);仅6。0％品种(系)苗期对CYR34具有抗病性，为陇南区域的兰天131等7个品种(系)。苗期和成株期抗病品种(系)以2010年后育成的兰天、中梁、天选、兰航选系列品种为主。分子标记检测结合系谱分析，发现抗条锈病基因Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41、Yr46、YrZH22 和 YrZH84 在所有检测品种(系)中的频率分别为 49。6％、1。7％、12。8％、7。7％、12。8％、20。5％、10。3％、34。2％、2。6％、16。2％、15。4％和27。4％，且多以基因聚合体形式存在于品种(系)中，62。4％品种(系)中聚合了 2-5个抗条锈病基因，YrZH84、YrZH22和Yr17中的一个或多个基因与其他抗条锈病基因聚合后，品种(系)的条锈病抗性明显高于其他基因组合。此外，在陇南菌源区，以种植小麦为主的山旱地区域(条锈菌越夏区)所推广的品种(系)中，含有Yr10、Yr17、Yr18、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41和 Yr46的频率较高，越冬区(川水地)推广品种(系)中主要有Yr26、Yr30、YrZH22和YrZH84，越夏区和越冬区品种(系)的抗性遗传背景差异明显，且越夏区品种(系)含有的抗病基因类型多样性高于越冬区。[结论]在越夏菌源区甘肃陇南、陇东的品种(系)中，抗条锈病基因分布频率、抗病基因类型及数量均有明显提高，避免了品种抗病遗传背景单一化问题，实现了品种(系)中的抗病基因较为复杂多样，部分品种的抗病性保持时间长，表明陇南地区利用小麦品种遗传多样性控制条锈病策略的实施已初显成效。

    普通小麦条锈菌西北越夏菌源区基因聚合持久抗性分子标记

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    国内外153份小麦种质条锈病抗性鉴定与评价

    周警卫叶博伟张朋飞张宇庆...
    18-33页
    查看更多>>摘要：[目的]条锈病是威胁小麦安全生产的重要真菌病害，了解国内外育种材料抗性水平和抗病基因的分布，发掘新的抗性资源，为提高抗病基因利用效率提供依据。[方法]利用中国当前条锈菌优势生理小种CYR33和CYR34对153份国内外小麦育种材料进行苗期抗性鉴定，于2018-2019、2019-2020和2020-2021年，在湖北鄂州，利用这两个小种对供试材料进行成株期抗性鉴定;结合已知抗性基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP等功能标记或紧密连锁分子标记进行基因型检测。[结果]苗期结果显示，10份材料对CYR33表现免疫(反应型IT为0)，包括7份国内材料(即山农28、漯麦163、石麦13、中意6号、郯麦98-2、中麦175和泰山21)和3份国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)材料(CIM-53、CIM-60和CIM-71);仅2份国内材料在苗期对CYR34小种表现免疫(郯麦98-1和山农102)。此外，成株期条锈病田间鉴定显示，64份材料在田间3年均表现出稳定抗性(最终严重度≤5％)，包括7份国内材料和57份CIMMYT材料。利用抗病基因功能标记或紧密连锁分子标记检测显示，153份材料中携带Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP抗性基因的材料分别有31、23、73、2、4、50和2份，未检测到含有Yr5和Yr15的材料。综合苗期和成株期表型，仅CIM-53对2个生理小种在苗期和成株期均表现为免疫(IT=0，严重度为0)，分子标记检测显示，该材料可能含有已知抗病基因Yr17和Yr29。[结论]国内外153份小麦种质对当前条锈菌流行生理小种的抗性主要以成株抗性为主，其中国内小麦品种主要携带Yr9、Yr10和Yr26抗性基因，而CIMMYT小麦品系则携带Yr17、Yr18和Yr29为主，表明通过聚合1-2个非免疫苗期抗性基因和2-3个成株抗性基因，在成株期多个环境条件下均表现出近免疫抗性水平，是CIMMYT小麦品系保持持久抗性的主要原因。亟待广泛挖掘抗源，发掘新的抗病基因，充分利用现代生物技术手段快速培育具有持久抗性且农艺性状优良的小麦新品种，进一步提高中国麦区条锈病整体抗性水平。

    小麦条锈病苗期抗性成株抗性抗病基因分子标记抗病性鉴定

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    中国小麦抗条锈病基因育种利用现状与策略

    刘志勇张怀志白斌李俊...
    34-51页
    查看更多>>摘要：小麦条锈病是中国重要的流行性真菌病害，严重威胁国家粮食安全。通过持续应用抗病品种和植保措施，小麦条锈病在中国得到了较好的控制。然而，随着全球气候变化、栽培制度的变革、育种方法技术的改进、产量水平的提高及条锈菌群体结构和毒性频率的不断变异，有必要对新时期小麦抗条锈病基因育种利用现状进行科学评估，以期为广谱持久多抗小麦品种的培育提供依据。本文通过对近年来中国西南、西北和黄淮主产区小麦品种(系)的条锈病抗性进行系统的抗病鉴定、遗传分析和抗条锈病基因分子标记的定位和检测，总结了中国小麦育种中主要抗条锈病基因的利用情况，对中国小麦抗条锈病基因发掘与种质创新、小麦育种中利用的主要抗条锈病基因、新时期抗条锈病基因利用的策略、小麦育种中抗条锈病基因选择和鉴定等进行了论述，并对新时期小麦抗条锈病育种发展方向进行了展望。

    小麦条锈菌兴衰循环持久抗性基因聚合种质创新

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    普通小麦Arableu#1白粉病成株抗性遗传解析

    李子萌袁婵张宇庆任妍...
    52-64页
    查看更多>>摘要：[目的]中国是世界上最重要的小麦生产国和消费国之一，确保小麦产量稳定对我国粮食安全具有重要意义。小麦白粉病是限制小麦产量的重要因素之一。选育抗病品种是控制该病害最经济、有效环保的途径，挖掘新成株抗性基因/位点为选育持久抗病小麦品种提供依据。[方法]由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)培育的普通小麦品系Arableu#1在苗期对白粉病表现为感病，而成株期呈现高水平抗性。为深入解析其抗病遗传机制，利用Arableu#1与高感品系Apav#1杂交，构建一个含有142个家系的F5重组自交系群体，采用基因分型测序(genotyping-by-sequencing，GBS)平台测序，获得4 298个在亲本间具有多态性的分子标记，并进行群体检测，所获基因型用于构建整个群体的遗传连锁图。[结果]结合白粉病连续2年田间表型和基因型数据，使用IciMapping4。1对田间病害严重度、病程曲线下面积(AUDPC)和病害多年平均严重度(MFDS)等性状进行QTL定位分析，在该群体中定位了 4个来自Arableu#1的白粉病成株抗性位点，分别位于染色体1BL、5BL、6BS和7BL上，以及2个来自Apav#1的抗性位点，分别位于染色体2DS和4BL上，可解释白粉病表型变异介于3。1％-28。5％。6个位点聚合时的群体平均病害严重度达到各位点组合中的最低水平，QPm。hzau-1BL，QPm。hzau-4BL、QPm。hzau-5BL和QPm hzau-7BL 4个位点聚合后的效应仅次于6个位点同时存在。[结论]将2个新位点QPm。hzau-5BL和QPm。hzau-7BL的两翼分子标记开发成KASP标记，经对570份世界各地育成品种或地方品种检测，2个位点单独存在或聚合在一起时均表现出不同程度的白粉病抗性，且这两个位点在我国小麦材料中的分布频率较CIMMYT的小麦种质中低。获得1个可能同时聚合6个白粉病抗性位点家系，其田间白粉病抗性可达近免疫水平。

    小麦白粉病成株抗性数量性状基因定位

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    集雨种植模式下种植密度与行距配置对小麦茎秆糖积累及倒伏性能的影响

    覃凤汪小飞吴臻胡一波...
    65-79页
    查看更多>>摘要：[目的]分析沟垄集雨种植模式下不同种植密度和行距配置对小麦茎秆碳水化合物积累和抗倒伏性能的影响，明确适应于小麦沟垄集雨种植合理的密度及行距，为进一步稳定和提升小麦产量提供理论依据。[方法]以北方旱区主栽小麦品种西农979为试验材料，于2019-2021年在集雨种植模式下设置两个密度(低密度:180万株/hm2;高密度:225万株/hm2)和两种行距处理(等行距:20 cm;非等行距:12。5 cm:35 cm:12。5 cm)，分析不同密度和行距对小麦植株中下部叶片的净光合速率、茎秆非结构性碳水化合物和结构性碳水化合物含量、茎秆折断弯矩和倒伏指数以及籽粒产量的影响。[结果]集雨种植模式下提高种植密度，小麦植株中下部叶片(倒三叶、倒四叶、倒五叶)的净光合速率(Pn)、茎秆基部第二节间非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖)和结构性碳水化合物(半纤维素、纤维素)含量、茎秆折断弯矩均明显降低，茎秆倒伏指数显著增高;而高密度种植条件下非等行距处理可改变植株各指标，其中，相较于高种植密度+等行距处理，植株倒三叶、倒四叶、倒五叶Pn明显提高，增幅分别为7。7％-16。5％、5。3％-37。7％、11。9％-24。9％，茎秆葡萄糖、果糖、蔗糖含量分别提高了 9。8％-15。0％、8。8％-27。4％、8。2％-41。1％，半纤维素、纤维素含量分别增加4。5％-19。8％、5。9％-31。2％，茎秆折断弯矩提高4。8％-17。3％，茎秆倒伏指数降低10。9％-25。9％，小麦产量亦显著提高了 13。5％-15。2％。相关分析表明，小麦茎秆基部节间葡萄糖、果糖、蔗糖含量与半纤维素、纤维素含量呈极显著正相关;小麦茎秆非结构性碳水化合物、结构性碳水化合物与小麦植株中下部叶片Pn及茎秆折断弯矩呈显著正相关，而与倒伏指数呈极显著负相关。[结论]集雨种植模式下，通过非等行距种植调节群体空间分布，可有效提升小麦植株中下部叶片光合速率，促进茎秆糖类物质合成积累，增强小麦茎秆抗倒伏性能，进而降低小麦倒伏发生率，提高籽粒产量。

    小麦集雨种植种植密度行距配置倒伏光合速率产量

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    基于无人机多光谱的棉花多生育期叶面积指数反演

    石浩磊曹红霞张伟杰朱珊...
    80-95页
    查看更多>>摘要：[目的]叶面积指数(leaf area index，LAI)是表征作物长势、光合、蒸腾的重要指标。论文旨在研究不同生育期、多生育期无人机多光谱数据棉花LAI估测模型，明确不同生育期间棉花LAI估测模型变化规律，为实时掌握棉花长势并因地制宜进行田间科学管理提供依据。[方法]利用大疆精灵4多光谱无人机获取棉花现蕾期、初花期、结铃期、吐絮期多光谱图像和RGB图像。选用归一化差植被指数(NDVI)、绿度归一化差植被指数(GNDVI)、归一化差红边指数(NDRE)、叶片叶绿素指数(LCI)、优化的土壤调节植被指数(OSAVI)5种多光谱指数和修正红绿植被指数(MGRVI)、红绿植被指数(GRVI)、绿叶指数(GLA)、超红指数(EXR)、大气阻抗植被指数(VARI)5种颜色指数分别建立棉花各生育期及棉花生长多生育期数据集合，结合打孔法获取地面LAI实测数据，使用机器学习算法中偏最小二乘(PLSR)、岭回归(RR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、神经网络(BP)构建棉花LAI预测模型。[结果]覆膜棉花LAI随着生育期的变化呈现先增长后下降的趋势，现蕾期、初花期、结铃期内侧棉花叶面积指数均值均显著大于外侧(P＜0。05);选择的指数在各时期彼此间均呈显著相关(P＜0。05)，总体而言，多光谱指数与颜色指数间的相关性随着生育期的进行而呈现下降趋势，选择的指数在各时期均与棉花LAI相关性显著(P＜0。05)，多光谱指数相关系数介于0。35-0。85，颜色指数相关系数介于0。49-0。71，相关系数绝对值较大的指数多为多光谱指数，颜色指数与棉花LAI的相关系数绝对值较小;估测模型性能结果显示棉花各生育期模型中多光谱指数优于颜色指数，且各指数模型预测性能随着生育期的变化呈现一定规律性，NDVI是预测棉花LAI的最优指数。从模型结果上看，RF模型和BP模型在各生育期下获得了较高的估计精度。初花期LAI反演模型精度最高，最优模型验证集R2为0。809，MAE为0。288，NRMSE为0。120。多生育期最优模型验证集R2为0。386，MAE为0。700，NRMSE为0。198。[结论]棉花内外侧LAI在现蕾期、初花期、结铃期存在显著差异。在各生育期中，RF和BP模型是预测棉花LAI较优模型。NDVI在各指数中表现最好，是预测棉花LAI的最优指数。多生育期模型效果较单生育期明显下降，最优指数为GNDVI，最优模型为BP。本研究中预测棉花LAI的最优窗口期是初花期。研究结果可为无人机遥感监测棉花LAI提供理论依据和技术支持。

    棉花叶面积指数多光谱指数颜色指数无人机多光谱机器学习

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    基于Bt毒素的杀虫蛋白理性设计与创新应用策略

    徐重新金嘉凤孙晓明沈成...
    96-125页
    查看更多>>摘要：Bt毒素是源于苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的具有特殊杀虫功能的大分子蛋白，其制剂和转基因作物已广泛用于害虫防治，产生了巨大的经济和社会生态效益。围绕Bt毒素挖掘和提升其应用价值是持续研究的热点，特别是随着Bt毒素结构功能和作用机制日趋明晰，为其功能修饰和创新应用创造了条件，相关研究蓬勃发展，成效显著。大量研究表明，采用定点突变、结构域替换或融合以及抗独特型抗体模拟等策略，是理性设计活性更高、稳定性更强、杀虫谱更广、非靶标生物安全性更高甚至是可用于害虫抗药性治理的有别于母体Bt毒素的突变体、结构杂合体乃至功能效应物抗体等新型杀虫蛋白的有效手段;此外，采用催化毒素活化、驱动毒素靶向受体结合、促进毒素表达以及同源或异源杀虫材料复配或共表达的协同促效等创新增效策略，也是助推Bt毒素应用价值的重要手段。本文总结了 Bt毒素结构功能和作用机制，梳理了基于Bt毒素功能修饰的突变体、结构杂合体以及功能效应物抗体等新型杀虫蛋白理性设计和基于Bt毒素功能增效的创新应用策略等相关研究进展，并结合作者团队在模拟Bt毒素杀虫功能效应物抗体靶向设计研发方面的最新成果，探讨了基于Bt毒素的杀虫蛋白理性设计与创新应用策略未来发展动向及潜在可行捷径，为相关研究提供较为全面的最新有价值的文献资料和启发思路。

    Bt毒素苏云金芽孢杆菌杀虫蛋白定点突变抗独特型抗体蛋白融合表达杀虫增效物

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    土壤施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉积累的影响

    王宇宋一凡张荣牟海萌...
    126-141页
    查看更多>>摘要：[目的]研究土壤施用钝化剂与复合微生物肥对豫北轻度镉污染弱碱性农田土壤中镉活性的钝化效果，及其对冬小麦品种不同器官间镉积累转运和产量的影响特征，旨在筛选出高效修复镉污染土壤、降低冬小麦籽粒镉含量的修复材料及低镉积累小麦品种，为豫北镉轻度污染弱碱性农田的小麦安全高效生产提供技术支撑。[方法]于2020-2022年连续两个冬小麦生长季，在豫北镉污染弱碱性农田设置不同土壤修复材料(CK:不进行土壤修复处理，CMF:复合微生物肥单施处理，GP:土壤钝化剂单施处理，CMF+GP:复合微生物肥和土壤钝化剂等量配施处理)和6个冬小麦品种(鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023、鑫麦296、郑麦136、郑麦7698)的两因素裂区田间大区对比试验，研究土壤有效态镉、冬小麦地上部各器官镉含量、富集系数(BCF)、转运系数(TF)及其相关性、冬小麦产量及其构成因素的变化。[结果](1)在连续两年冬小麦生长季，与CK相比，钝化剂和复合微生物肥的单施和等量配施均可降低土壤有效态镉含量，CMF+GP处理的效果最好，可使6个供试品种的根系表层土壤有效态镉含量显著降低17。6％-22。4％。土壤有效态镉含量降低与冬小麦地上部各器官镉含量的变化具有相关性，且不同品种的同一器官间也存在一定差异。(2)土壤钝化剂和复合微生物肥单施和等量配施可使鑫华麦818、漯麦163、郑麦9023降低TF茎鞘—叶、TF茎鞘—籽粒，增大TF茎鞘—(穗轴+颖壳)、TF叶—(穗轴+颖壳)，使BCF茎鞘、BCF叶降低、使小麦体内镉含量向穗轴+颖壳转移，以减小BCF籽粒，与之不同的是，未能有效降低鑫麦296的TF茎鞘—叶、BCF茎鞘，增大了郑麦136、郑麦7698的BCF 茎鞘。(3)土壤施用钝化剂和复合微生物肥可综合调控冬小麦穗数、穗粒数、千粒重，提高冬小麦产量，但土壤修复处理与品种的方差分析结果表明两者的交互作用主要是通过调控穗数实现增产。CMF+GP处理中郑麦136连续两个冬小麦生长季的产量均为当季所有处理最高值，分别为7 317。17和10 485。32 kg·hm-2。[结论]施用复合微生物肥和土壤钝化剂可降低豫北弱碱性轻度镉污染麦田冬小麦根际土壤有效态镉含量，调控冬小麦各器官对土壤镉的富集系数及各器官转运系数。复合微生物肥和土壤钝化剂等量配施处理优于单施处理，可最大程度降低冬小麦籽粒镉含量，并显著提高参试冬小麦品种产量，且与本试验筛选出的低镉积累高产品种郑麦136搭配种植模式，可实现豫北弱碱性镉污染农田冬小麦的高产栽培与安全生产。

    冬小麦土壤镉污染土壤镉钝化剂复合微生物肥镉富集系数镉转运系数石灰性潮土

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    硅氧烷类助剂的环境残留及其农用之环境安全风险

    王小彬闫湘李秀英涂成...
    142-158页
    查看更多>>摘要：硅氧烷类助剂(或有机硅助剂)系硅油类有机硅产品，其结构是以硅氧键为骨架组成的聚硅氧烷，因其具有超强渗透和扩散性能而被广泛用于日化和工业产品等助剂，并作为农用助剂在农业上得到推广使用。当前，我国有机硅制品产销量约200万t，生产和消费量均占世界50％以上，已成为全球最大的有机硅生产、消费和原材料净出口国，聚硅氧烷产能占比已经达到全球60％以上。随着硅氧烷类助剂的广泛应用所导致的硅氧烷环境残留(尤其在水体、污泥/土壤等环境样本中、水生食物链以及人体组织中均被检出)及其对农业生态环境的影响日益暴露，硅氧烷类助剂农用的环境安全性(包括生态毒性及其环境安全风险)也引起诸多关注。近年来，挥发性环甲基环硅氧烷(如D4(八甲基环四硅氧烷)、D5(十甲基环五硅氧烷)和D6(十二甲基环六硅氧烷)等)因其具有环境持久性、生物积累性及潜在毒性等特性而被欧盟等国家认定为新兴有机污染物或被列入优先控制化学品。本文通过对1991年以来国内外公开发表的关于硅氧烷类助剂(包括农用助剂)应用的环境残留及其生态环境安全风险相关文献检索调研，从两个方面综述分析硅氧烷类助剂的环境残留去向及其农用对农业生态环境安全的直接或间接影响，主要包括:(1)硅氧烷的环境残留及其对农业生态环境安全的影响(包括污水处理过程中硅氧烷残留及去向，水体中硅氧烷残留及水生食物链污染风险，污泥中硅氧烷残留及土壤生态污染风险，以及食品中硅氧烷残留及人体健康风险等);(2)硅氧烷类助剂农用现状及环境安全风险(包括硅氧烷类助剂农用后残留及其毒性风险，以及硅氧烷类助剂农用的安全性管理问题)。本文并就国内外对环硅氧烷类产品管理现状及问题进行了探讨。对于硅氧烷类助剂农用，由于助剂成分多被视为"生物惰性"，通常硅氧烷类助剂农用无需毒理检测和环境监管等风险评估;此外，助剂成分往往被声称为"商业机密"而受到保护，其成分一般不会在产品标签上标明。目前，我国对硅氧烷类助剂作为农用助剂(如叶面肥添加剂等)添加使用尚无监管要求，农用助剂添加缺乏安全使用规范，存在环境安全风险。本文针对硅氧烷类农用助剂添加过量可能增加其在土壤-作物-水体中残留及其生态毒性风险，以及对食品安全和人类健康存在潜在威胁等问题，建议有关管理和研究单位进一步重视硅氧烷类助剂使用过程中的残留和去向的监测，尤其加强硅氧烷类农用助剂残留对水体、土壤、动植物生长发育和人体健康影响的研究工作。

    硅氧烷农用助剂叶面肥添加剂环境安全风险

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