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中国农业科学
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路文如

半月刊

0578-1752

zgnykx@mail.caas.net.cn

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

    基于毒性表型和基因型的主要冬繁区小麦条锈菌群体遗传分析

    高新培赵鋆刘博凡郭一...
    2629-2642页
    查看更多>>摘要：[目的]明确中国主要冬繁区小麦条锈菌群体毒性结构和遗传多样性,为冬繁区及黄淮海麦区小麦条锈病的防控及小麦抗性基因的合理布局提供参考依据.[方法]从四川盆地、湖北和河南南部等主要冬繁区采集并分离得到 148 个小麦条锈菌菌株,利用中国鉴别寄主和单基因系鉴别寄主进行毒性表型鉴定;并利用17对KASP-SNP引物对菌株进行标记,完成基因型分析.[结果]基于中国鉴别寄主共鉴定出14个已知小种和63个未知致病类型,其中CYR34(16.2%)、G22-14(12.2%)、CYR32(6.8%)、CYR33(5.4%)为优势小种(致病类型);基于单基因系鉴别寄主鉴定得到113个小种(致病类型),其中race1(7.4%)、race2(3.4%)、race3(3.4%)为优势小种(致病类型).贵农 22类群是中国冬繁区小麦条锈菌群体的最大流行类群,供试条锈菌均不侵染携带Yr5和Yr15的单基因系品种.单基因系毒性鉴定及分子标记均显示CYR34 和G22-14的毒性表型及基因型呈现多样化,表明这两个优势小种内部存在高度分化.基于两套鉴别寄主的毒性数据聚类显示,四川盆地与湖北南部条锈菌群体相似,而湖北西北部与河南南部条锈菌群体相似;基于KASP-SNP分子数据的遗传聚类显示,四川盆地、湖北南部条锈菌群体与湖北西北部、河南南部条锈菌群体基因型存在分化;Structure分析显示四川盆地、湖北南部群体主要有2种遗传背景,湖北西北部、河南南部群体主要有一种遗传背景;群体遗传分化分析显示四川盆地条锈菌群体与河南南部条锈菌群体二者Fst值最大,为0.118,遗传差异最大且遗传分化明显;湖北西北部群体与河南南部群体遗传分化程度最小,Fst值为0.010;基因流分析得到湖北西北部群体与河南南部群体之间的Nm值为25.236,Nm＞4,二者存在较大的基因流,湖北西北部和河南南部群体与四川盆地群体之间的Nm值分别为 2.923 和 1.864,均存在较小的基因流;遗传多样性分析结果表明,四川盆地、湖北南部地区条锈菌群体遗传多样性水平均较高,湖北西北部、河南南部条锈菌群体遗传多样性水平较低.上述结论均支持四川盆地、湖北南部群体同湖北西北部、河南南部群体存在遗传分化.[结论]单基因系鉴别寄主能够精准地进行中国小麦条锈菌小种鉴定;中国主要冬繁区的小麦条锈菌群体存在不同来源.

    小麦条锈菌冬繁区毒性鉴定KASP-SNP群体遗传

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    大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位

    曹杰谷勇哲洪慧龙吴海涛...
    2643-2659页
    查看更多>>摘要：[目的]揭示种子发育过程中种皮花青素(anthocyanin)的含量变化以及导致泰兴矮脚红(TXAJH)红色种皮的主要花青素成分;定位控制花青素合成积累的关键基因,为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础.[方法]利用超高效液相色谱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-ESI-MS/MS)检测黄色种皮大豆绥农 14(SN14)和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量,分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分;利用 SN14 和 TXAJH 杂交构建的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体进行分离群体分组混合分析(bulked segregant analysis,BSA),初步定位红色种皮相关基因的候选区域,在此基础上,结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因;最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况.[结果]检测SN14 和TXAJH 4 个发育阶段的种皮,共发现 12 种花青素.在成分上,总花青素的聚类分析表明,TXAJH与SN14 之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异.在含量上,种子发育过程中,SN14 种皮花青素的含量逐渐下降,而TXAJH 种皮的含量迅速升高并保持稳定,种皮显色后,二者的花青素含量呈现极显著差异,在成熟阶段,TXAJH 种皮花青素的含量是SN14 的 200 倍以上.矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,Cy-3-glu)、芍药花素-3-O-葡萄糖苷(Peonidin-3-O-glucoside,Pn-3-glu)和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷(Petunidin-3-O-glucoside,Pt-3-glu)是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因.BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第 8 染色体上,长度为 8.66 Mb.利用 27 个多态性标记进行连锁分析得到 10 种单倍型,最终将候选区间缩小至 702 kb.该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共 37 个,其中,Glyma.08g059900编码 MYB转录因子,Glyma.08g061300和Glyma.08g063900编码 bHLH转录因子,它们可能参与花青素的生物合成调控;Glyma.08g062000编码花青素还原酶 1,可以将花青素转化为原花青素(proanthocyanidin,PA).基因表达分析结果表明,候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14 与TXAJH中的表达模式相似,均为前者低于后者.种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性.[结论]SN14 与 TXAJH 的种皮花青素组成存在差异,TXAJH 红色种皮呈现红色可能是 Cy-3-glu、Pn-3-glu 和Pt-3-glu积累的结果.预测Glyma.08g059900、Glyma.08g061300、Glyma.08g062000和Glyma.08g063900为红色种皮候选基因,其中Glyma.08g059900、Glyma.08g061300和Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用.

    大豆种皮色花青素BSA-seq基因定位转录因子

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    水氮减量条件下地膜玉米免耕轮作小麦的水分利用特征

    曹永刚徐龙龙柴强胡发龙...
    2660-2672页
    查看更多>>摘要：[目的]针对河西绿洲灌区资源型缺水严重,作物生产中地膜和水氮投入量大且利用率低等问题,探讨水氮减量条件下免耕一膜两年用对后茬作物水分利用特征的影响,为构建试区水氮减量和水分高效利用技术提供实践依据.[方法]2019-2021年,开展三因素裂区试验,设传统翻耕(CT)和免耕一膜两年用(NT)2种耕作方式,减量20%灌水量(I1,1920 m3·hm-2)和传统灌水量(I2,2400 m3·hm-2)2个灌水水平,减量40%施氮(N1,135 kg·hm-2)、减量20%施氮(N2,180 kg·hm-2)和传统施氮(N3,225 kg·hm-2)3个施氮水平,研究不同处理的耗水量、棵间蒸发量和水分利用效率.[结果]一膜两年用可优化小麦播前土壤水分环境、减少小麦生育期内无效耗水.与CT相比,NT有利于提高小麦播前土壤含水量和贮水量,分别提高了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%;可降低小麦全生育期总耗水量(ET)、总棵间蒸发量(E)和蒸散比(E/ET),降低幅度分别为3.5%—4.2%、19.0%—20.2%和16.8%—19.3%.随着灌水和施氮量减少,耗水量、棵间蒸发量、E/ET 3个指标随之降低,与I2相比,I1 的3个指标分别降低了6.1%—6.4%、10.8%—11.1%和5.5%—6.0%;与N3 相比,N2、N1的3个指标分别降低了 2.2%—3.9%、4.2%—10.9%和 1.7%—7.2%;耕作方式、灌水交互作用下,NTI1 较CTI1 耗水量、E/ET分别降低了 0.6%—6.6%和17.4%—17.6%;免耕一膜两年用集成水氮减量进一步优化耗水结构,与CTI2N3 相比,NTI1N2的3个指标分别降低了11.0%—12.9%、28.3%—47.6%和 22.5%—26.4%.与CT相比,NT显著提高小麦籽粒产量和水分利用效率,分别提高了 4.8%—6.3%和 9.0%—9.5%.在NT和CT条件下,I1N2 与I2N3、I2N2 小麦籽粒产量和水分利用效率(WUE)差异不显著;比较不同处理下的小麦籽粒产量和水分利用效率,以NTI1N2 最高,与对照CTI2N3 相比,籽粒产量和WUE分别提高了 5.1%—6.6%和5.7%—6.2%.[结论]在河西灌区,免耕一膜两年用玉米轮作小麦,在全生育期灌水1920 m3·hm-2、施氮180 kg·hm-2,是适用于该区的水氮节约小麦高产和水分高效利用的生产技术.

    一膜两年用水氮减量水分利用特征小麦籽粒产量

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    新疆棉花优质高产关键生产技术分析

    娄善伟田立文罗宏海杜明伟...
    2673-2685页
    查看更多>>摘要：新疆棉花虽实现优质高产,但其技术引领与影响力仍不足.通过对新疆棉花高质量生产的关键技术进行分析,全面客观反映新疆棉花生产技术特征,以便其他棉区了解新疆棉花生产技术和向世界展示新疆棉花生产水平,并总结经验,加强先进技术的普及和进一步熟化,提高应用效率,促进新疆棉花生产技术向其他棉区推广.本文基于作者多年试验数据和研究结果,以及"新疆棉花产业化轻简高效关键技术创新与应用""新疆棉花精量播种棉田保苗方法"等奖励、专利成果,结合文献查阅、学术交流、走访调研等,按照与棉花生育进程相对应的技术措施顺序和紧密性展开,总结出包括:精量播种及配套保苗技术、棉田全程矮、密、早群体调控技术、水肥一体化技术、管收全程机械化及其配套技术、病虫害防治技术等一系列关键技术,这些关键技术的改进、优化、熟化、创新与应用,构建了较为完善的新疆棉花生产技术体系,使新疆棉花生产技术水平大幅提升,促成新疆以全球占比不足9%的植棉面积,收获占比超全球20%的棉花,且单产水平世界领先,品质在世界中上水平,连续 28 年保持总产、单产、商品调拨量全国第一.对新疆棉花生产技术的创新、优化和实用性的深入剖析,可以使各棉区更好地理解新疆棉花高产优质的必然性和先进性,实践也证明,新疆棉花在这一系列技术的支撑下已经实现高质量生产,成为全国棉花单产和机械化程度最高的地区,其技术可以指导生产实践,并推广应用.

    棉花高质量关键技术特征解析

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    气候变化背景下中国玉米产区开花期高温时空分布特征

    付真真祝光欣刘志娟郭世博...
    2686-2700页
    查看更多>>摘要：[目的]全球气候变暖背景下,极端高温频发将会对农作物生产造成潜在威胁,因此,基于多种高温指标综合评估作物生长季高温时空分布特征对制定有效的灾害风险管理和适应措施至关重要.[方法]以我国玉米潜在种植区为研究区域,基于第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP6)中2个共享社会经济情景(Shared Socioeconomic Pathways,SSP1-2.6和SSP5-8.5)下1981-2060年的逐日最高气温资料和玉米生育期资料,分析了基准时段(1981-2014年)和未来(2015-2060年)玉米开花期高温强度(HSI)、高温持续时间(AHSD)和累积高温度日(HDD)的时空变化特征.[结果]1981-2014 年玉米开花期HSI、AHSD、HDD在黄淮海夏玉米区和西北灌溉玉米区最大(区域均值分别为 32.3 和 33.8℃、8.4 和 9.8 d、22.9 和 40.3℃·d).受气候变暖影响,未来气候情景下,特别是在SSP5-8.5 气候情景下,我国玉米开花期高温发生范围扩大、强度增加,HSI和AHSD增加最大的区域为北方春播玉米区,SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下,HSI的增加趋势分别为 0.97 和 1.16℃·(10a)-1,AHSD的增加趋势分别为 0.73 和 1.11 d·(10a)-1.全区HDD增加最大的区域为黄淮海夏玉米区,SSP1-2.6 和SSP5-8.5 情景下增加趋势分别为 2.68 和 5.26℃·d·(10a)-1.[结论]未来我国玉米开花期高温发生范围将扩大、强度将增加;且应重点关注黄淮海夏玉米区和北方春播玉米区的开花期高温,前者主要由于基础温度高,后者主要由于增温幅度较大.可通过选用抗高温品种、调整播种窗口、采用水肥及化学调控等综合措施降低高温威胁.

    玉米开花期高温强度高温持续时间累积高温度日

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    过表达拟南芥NPR1增强黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性

    冯向君王宏宇于静池春玉...
    2701-2712页
    查看更多>>摘要：[背景]黄瓜易感多种病害,特别是枯萎病和白粉病,化学药物防治虽然有效但因残留高和不易降解而被限制使用,培育广谱、持久抗病的黄瓜品种是解决这一难题的根本策略.病程相关基因非表达子 1(nonexpressor of pathogenesis-related genes 1,NPR1)是系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的关键调控因子,参与调控多种防御相关基因的表达,影响植物的抗病能力.[目的]在黄瓜中过表达AtNPR1,探究转基因黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性,为培育抗病能力更强、更持久的黄瓜品种提供试验依据.[方法]通过克隆拟南芥AtNPR1,构建AtNPR1过表达载体,利用农杆菌介导法转化黄瓜,获得过表达AtNPR1的转基因黄瓜植株,利用实时荧光定量PCR方法测定转基因植株中相关防御基因的表达量.选择 T0 代转基因植株进行枯萎病的抗性鉴定,T1 代转基因植株进行白粉病的抗性鉴定,测定转基因植株接种枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)和白粉病菌(Golovinomyces cichoracearum)后,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等抗氧化酶活性变化及丙二醛(malondialdehyde,MDA)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量的变化.[结果]成功获得 8 株T0 代转基因植株,OE#4 和OE#5 为AtNPR1高表达植株,OE#3 为AtNPR1低表达植株;通过对转基因植株中相关防御基因的表达量分析发现,过表达AtNPR1的转基因植株中多个相关防御基因表现更强、更快的表达,并且防御基因的表达量与AtNPR1在转基因植株中的表达量呈正相关.其中,PR1、PR4和WRKY70的表达量上调极为显著.转基因植株的抗病性鉴定结果表明,在枯萎病和白粉病的胁迫下,转基因植株表现出更显著的抗性,发病缓慢、症状轻微,病斑面积显著低于野生型(WT)植株.转基因T0 代植株OE#4 和OE#5 在接种枯萎病菌 3 d后未出现明显病斑,接种 7 d后出现灰褐色病斑,但未呈现萎蔫等状态;WT 植株在接种 3 d 时出现灰褐色病斑并且轻微萎蔫,7 d 时叶片出现严重萎蔫.接种白粉病菌 7 d后,T1 代植株OE#2 和OE#7 和WT植株均出现病斑,但OE#2 和OE#7 植株病斑面积显著低于WT植株;接种15 d后WT植株出现叶片黄化失绿,而转基因植株OE#2 和OE#7 病情较轻.与WT植株相比,接种病原菌后,转基因植株中MDA含量较低,SOD、POD、CAT活性保持较高水平,ROS含量累积较少.[结论]黄瓜中过表达AtNPR1可以提高黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性.

    黄瓜AtNPR1枯萎病白粉病抗病性

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    稻田稗草对五氟磺草胺的抗性机制及其防治药剂筛选

    张丽雅李奇史珊珊马雨梦...
    2713-2723页
    查看更多>>摘要：[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.

    稗草五氟磺草胺乙酰乳酸合成酶基因突变基因过量表达抗性模式

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    我国小麦和玉米相对产量差时空变异及其对氮肥的响应

    申哲韩天富曲潇林马常宝...
    2724-2737页
    查看更多>>摘要：[目的]探究近 15-20 年我国小麦和玉米相对产量差的时空变异特征、影响因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应,为氮肥的合理施用及实现小麦和玉米的高产稳产提供理论依据.[方法]基于农业农村部耕地土壤质量监测数据,用施肥区与无肥区作物产量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量(RY),利用高产农户统计法获取最高相对产量(HRY)、平均相对产量(ARY)和相对产量差(GRY),根据无肥区产量划分低、中、高基础地力水平,量化不同基础地力水平下小麦、玉米相对产量差与氮肥用量的关系,并结合随机森林模型探讨施肥和土壤因素对相对产量差影响的重要程度.[结果]全国小麦的HRY为 3.83-6.75 t·hm-2,ARY为 2.10-3.42 t·hm-2,GRY为 1.73-3.33 t·hm-2,相对产量差占最高相对产量的 44.64%—49.06%.小麦HRY、ARY和GRY均是华北区＞长江中下游区＞西北区＞西南区.玉米的HRY为 6.53-8.20 t·hm-2,ARY为3.37-4.12 t·hm-2,GRY为3.16-4.08 t·hm-2,相对产量差占最高相对产量的44.78%—50.52%.玉米HRY、ARY和GRY均是东北区＞华北区＞西南区＞西北区.除华北区外,各个区域 HRY 和GRY均随监测时间的延长呈上升趋势.除西北区外,在低、中地力土壤上 GRY随着氮肥施用量的增加而降低,而在高地力土壤上,下降不显著.华北区小麦和玉米、长江中下游区小麦和东北区玉米在低、中地力土壤均出现了氮肥施用平衡点.整体而言,在低、中地力土壤上,氮肥施用量和土壤有机质含量是影响小麦和玉米GRY相对重要的因子;高地力土壤上,钾肥用量对长江中下游和华北区的GRY影响较大,有机质含量对西北和西南区的GRY影响显著.[结论]土壤地力水平越高,施用氮肥降低相对产量差的效应越低,高地力土壤应适当减施氮肥.为保证作物增产的同时避免氮肥的浪费和环境风险,建议氮肥施用量不宜超过其平衡点,即华北平原低、中地力土壤上小麦氮肥推荐施用量分别为260.6和159.2 kg·hm-2,玉米分别为262.6和246.0 kg·hm-2;长江中下游区低、中地力土壤上小麦分别为199.5和187.5 kg·hm-2;东北区低、中地力水平土壤上玉米分别为259.5和228.0 kg·hm-2.西南区低、中地力和西北区低地力土壤,应适当增加氮肥投入.此外,长江中下游和华北区高地力土壤上还应注重施用钾肥,西北、西南区应当将提升土壤有机质作为增产的主要措施.

    小麦玉米相对产量相对产量差氮肥

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    不同秸秆还田方式对玉米农田土壤CO2排放量和碳平衡的影响

    李金任立军李晓宇毕润学...
    2738-2750页
    查看更多>>摘要：[目的]探究秸秆还田方式对土壤 CO2 排放特征及碳平衡的影响,为东北地区农田土壤固碳减排和秸秆还田方式的选择提供科学依据.[方法]采用田间微区试验,以玉米为供试作物,设置 3 种秸秆还田方式:秸秆浅层还田(QH)、秸秆深层还田(SH)和秸秆覆盖还田(FG),无秸秆还田(CK)处理为对照.利用 LI-8100A 土壤碳通量自动测定仪监测玉米生长季不同秸秆还田方式下土壤CO2 的排放特征,探讨土壤温度、含水量、pH、微生物量碳及氮磷钾速效养分和全量养分对土壤CO2 排放的影响,并分析不同还田方式下的土壤碳平衡.[结果]在玉米生长季,各处理土壤CO2 排放速率均表现为先升高后降低的趋势.土壤CO2 累积排放量表现为FG＞QH＞SH＞CK处理,相较于SH处理,FG和QH处理土壤CO2 累积排放量分别增加了 14.0%和 6.4%,各处理间差异显著(P＜0.05).不同还田方式下土壤CO2 排放速率与土壤温度、土壤含水量进行单因素模型拟合,均呈二次函数相关关系,且达到了显著水平(P＜0.05),土壤温度和土壤含水量分别解释 68.2%—73.7%和 21.3%—82.8%的土壤 CO2 排放速率变化,但土壤温度和土壤含水量的双因素复合模型能更好地解释土壤 CO2 排放速率的变化,解释度达到 78.5%—82.8%.相关性分析表明,土壤CO2 累积排放量与速效钾、微生物量碳呈极显著相关关系(P＜0.01),与土壤有机质、碱解氮、全氮和pH呈显著的相关关系(P＜0.05).秸秆还田处理下土壤碳平衡均为正值,为大气CO2 碳汇.SH处理下土壤碳平衡和固碳潜力显著高于QH、FG处理,提高幅度分别为 23.4%、475.7%和 7.1%、30.7%(P＜0.05),表现出较强的碳汇功能.在两年收获期,秸秆还田显著提高了玉米产量,其中SH处理最高,但与QH和FG处理间无显著差异.[结论]本试验条件下,综合考虑固碳减排效应和产量,3 种秸秆还田方式相比,秸秆深层还田(SH)是一种较好的还田方式.

    秸秆还田方式土壤CO2排放土壤温度土壤含水量玉米产量碳平衡

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    大豆根瘤菌菌株5873 PCR快速检测方法的建立及应用效果评价

    马鸣超姜昕王鹏辉关大伟...
    2751-2760页
    查看更多>>摘要：[目的]大豆根瘤菌(Bradyrhizobium j aponicum)是微生物肥料重要的功能菌种之一,可通过生物固氮为大豆生长提供氮素,实现节本增效,菌株 5873 作为其典型代表,已广泛应用于农业生产.筛选并鉴定其特异引物,建立大豆根瘤菌5873菌株水平的快速检测方法,对微生物肥料生产菌种鉴定、产品质量检测和功能评价至关重要.[方法]以商业化菌株大豆根瘤菌5873 为供试材料,基于其全基因组序列和NCBI数据库中大豆根瘤菌种内参比菌株相关序列,以及与其高度同源(基因组ANI值大于99.95%)的大豆根瘤菌USDA 6T差异片段,通过多重序列比对,进行特异引物设计和筛选,获得特异性引物对,并通过对PCR反应条件/体系优化、特异性及灵敏度检测,建立大豆根瘤菌5873的快速检测方法.然后,采用盆栽试验,将大豆根瘤菌5873与其他根瘤菌菌株混合接种于大豆根际,应用上述方法对大豆根瘤菌5873竞争结瘤能力进行评价和方法验证.[结果]筛选获得了一组特异引物4-4和Q1(4-4-F 5′-GATAAGGCCACGGGTGAACA-3′/4-4-R 5′-CACTCGATAAGCTCCGCTGT-3′和Q1-F 5′-CCGGTCGTGACTGGAATGAT-3′/Q1-R 5′-TCGAGGCCTACAAGAACGTC-3′),优化并建立了PCR快速检测方法,即反应体系:Premix TaqTM 12.5 μL,引物各 1.0 μL,基因组DNA 15 ng左右,加ddH2O补足至 25 μL;反应条件:95℃预热 5 min,94℃变性 45 s,61℃退火 45 s,72℃延伸 60 s,30 个循环,再 72℃延伸 10 min.通过凝胶电泳检测目的条带的有无(355 和 218 bp),即可实现大豆根瘤菌 5873 的快速检测,该方法检出灵敏度为 1850 CFU/µL.此外,借助该方法可以成功地评价大豆根瘤菌 5873 竞争结瘤能力,与传统BOX-PCR评价结果一致.[结论]大豆根瘤菌 5873 快速鉴定方法的建立实现了以菌体发酵液或根瘤破碎提取液为模板,直接进行PCR扩增的鉴定操作,省去了根瘤的分离、根瘤菌分离纯化、培养、DNA提取及测序鉴定等繁琐的环节,大大减少了工作量,只需短短几个小时便可准确检测大豆根瘤菌5873,为微生物肥料中根瘤菌菌剂的产品质量检测和竞争结瘤能力评价提供了参考.

    大豆根瘤菌特异引物PCR扩增竞争结瘤

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