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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

    2000-2020年四川小麦育成品种产量增益分析

    罗江陶郑建敏邓清燕刘培勋...
    3945-3956页
    查看更多>>摘要：[目的]分析 2000-2020 年四川小麦品种的产量及产量相关性状变化趋势，为四川小麦品种的产量遗传改良提供参考。[方法]2019-2022 年，采用小区试验设计，测定 2001-2016 年以来 145 份四川省审定小麦品种及 2000-2020 年以来的 60 份高产小麦品种(四川省历年区试中产量位于前列的品种)的产量及产量相关性状，进而分析 2000-2020 年来四川小麦育成品种的产量及产量相关性状的变化趋势。[结果]145 份 2001-2016 年四川小麦品种产量年均遗传增益为 37。20 kg·hm-2 或 0。66%，穗粒数和单位面积有效穗数呈增加趋势，千粒重和株高呈降低趋势。相关分析表明，单位面积有效穗数和产量呈极显著正相关，通径分析表明，单位面积有效穗数的持续增加(年均增加 0。42×104/hm2 或 0。13%)是 145 份 2001-2016 年四川小麦品种产量潜力提升的主要因素;60 份 2000-2020 年四川高产小麦品种产量年均遗传增益为 61。10 kg·hm-2 或 0。89%，单位面积有效穗数呈增加趋势，株高呈降低趋势，穗粒数和千粒重几乎无变化。相关分析表明，产量与单位有效面积穗数呈显著正相关，通径分析表明，单位面积有效穗数的持续增加(年均增加 1。80×104/hm2 或 0。51%)也是 60 份 2000-2020 年四川高产小麦品种产量潜力提升的主要因素。[结论]近 20 年来，四川省小麦产量遗传改良育种取得一定进展，尤其是高产育种产量改良效果显著，四川省小麦品种产量水平正在逐步提升，单位面积有效穗数的持续增加是四川小麦品种产量潜力提升的主要因素。在产量要素中，高穗粒数和千粒重是四川小麦高产的重要基础，但其遗传改良处于瓶颈期。在此基础上，增加单位面积有效穗数是四川小麦产量进一步提升的关键。

    四川小麦品种遗传增益产量产量相关性状

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    基于主成分-聚类分析芝麻盛花期耐高温评价及品种筛选

    戎亚思李丰张鹏钰王东勇...
    3957-3973页
    查看更多>>摘要：[目的]明确芝麻盛花期高温胁迫对植株农艺性状、产量及其构成因素和籽粒品质的影响，精确评价不同芝麻品种在盛花期的耐高温水平，筛选耐高温芝麻品种。[方法]以 24 份芝麻品种作为试验材料，设置常温对照(CK)和盛花期高温胁迫(H)2 个处理，盛花期高温处理 7 d，于成熟期取样进行考种，测定株高、始蒴部位、单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重、单株产量等农艺性状指标，并测定其含水量、含油量和蛋白质含量等品质指标。运用主成分分析和聚类分析方法，综合分析评价不同芝麻品种盛花期的耐热性。[结果]不同的品种、温度处理及互作对芝麻的各项指标均具有显著影响。盛花期高温胁迫后，芝麻的单株产量、千粒重、单株蒴果数、每蒴粒数、始蒴部位、果轴长度和株高分别较对照(CK)下降了 33。47%、13。62%、7。76%、5。75%、2。61%、1。64%和 1。40%，其中，千粒重和单株产量下降幅度最大，差异均达显著水平;黄稍尖和蛋白质含量分别较对照(CK)下降了 13。43%和 1。55%，差异不显著。含水量和含油量分别较对照(CK)增加了 0。90%和 0。17%，差异不显著;不同品种和各项指标的耐高温系数之间存在着一定的相关性，将农艺性状及籽粒品质等 11 个指标的耐高温系数进行主成分分析，建立 5 个相互独立的综合指标，贡献率分别为 30。74%、25。82%、13。18%、10。12%和 8。33%，反映了 88。19%的原始信息。通过成分矩阵和特征值计算各指标的权重，构建出高温胁迫生理综合指标模型(HTSPCI)。根据各单项指标的耐高温系数进行聚类热图分析，将 24 个品种划分为 4 个等级，分别为耐高温型、中度耐高温型、中度热敏感型和热敏感型;6 个耐高温型品种单株产量损失率X6≤9。50%;6 个中度耐高温型品种的单株产量损失率为 9。50%＜X6≤30%;10 个中度热敏感型品种的单株产量损失率为 30%＜X6≤70%;2 个热敏感型品种的单株产量损失率X6＞70%。[结论]盛花期高温胁迫显著影响芝麻的生长发育。采用主成分-聚类分析将植株的农艺性状指标与品质指标相结合，构建高温胁迫综合指标模型，筛选出 6 个耐高温品种，可用于评价不同芝麻品种耐高温程度。

    芝麻盛花期高温处理主成分分析综合评价

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    基于双输出回归卷积神经网络的燕麦株高估测研究

    张建龙邢文文叶绍波张超...
    3974-3985页
    查看更多>>摘要：[目的]株高影响燕麦的单株生产力，并与种植密度共同作用影响单位面积产量。探索大田环境下燕麦株高参数的自动、实时、精准获取方法，以期为燕麦田间自动化管理提供技术参考。[方法]首先基于Intel RealSense D435型深度相机和LabVIEW软件开发平台搭建燕麦深度图像采集系统，以'品燕 4 号'燕麦为研究对象，获取生长全程 26 376 组建模数据和2 205组测试数据，每幅深度图像中燕麦所对应的平均株高和最高株高使用量尺测得。建模数据和测试数据在燕麦各株高区间内的数量相对均衡，并对图像进行高度还原、灰度化和缩放的简单预处理，随之给每张图像打2张标签，分别为图像中燕麦的平均株高和最高株高。基于8种经典卷积神经网络模型，将各网络模型的最后一层(分类层)去除，添加2个单节点且没有激活函数的全连接层后，分别构建双输出回归卷积神经网络估测模型，模型使用均方差函数(mean square error，MSE)评价各模型估测燕麦株高时的准确率。最终基于TensorFlow深度学习平台，采用建模数据经5折交叉验证选取Modified EfficientNet V2 L为估测模型。[结果]采用未参与模型训练的测试数据考察了Modified EfficientNet V2 L模型估测燕麦株高的泛化性能，该模型估测燕麦平均株高时平均绝对误差(mean absolute error，MAE)、均方根差(root mean square error，RMSE)和平均相对误差(mean relative error，MRE)分别为 2。30 cm、2。90 cm和 4。4%，估测最高株高时分别为2。24 cm、2。82 cm和4。1%，模型平均估测时间为52。14 ms。使用该方法估测作物株高时的精度与已有方法相近，平均估测时间可以满足作物株高获取的实时性要求。燕麦平均株高和最高株高估测时的相对误差随着作物株高的增加呈总体下降趋势，可能是由于作物株高较低时，估测结果受土壤起伏度影响较大。模型特征图可视化的结果表明，模型根据深度图像中燕麦的高度及轮廓对株高进行估测。最终基于LabVIEW软件开发平台构建了燕麦株高估测系统，系统在获取燕麦深度图像后，可以在 0。1 s内精准估测出燕麦平均株高和最高株高，整个过程无需人为干预。[结论]使用深度图像和双输出回归卷积神经网络可以估测燕麦株高，其精度可以满足生产需求，该方法可为燕麦等作物的田间管理提供依据。

    立体图像深度学习株高LabVIEW燕麦

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    迁飞性害虫发生与防控

    唐斌罗炎琳
    3986-3988页
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    褐飞虱求偶鸣声的振动传播规律及感知行为

    魏琪单瑶冯泽霖何佳春...
    3989-3997页
    查看更多>>摘要：[目的]探究褐飞虱(Nilaparvata lugens)求偶鸣声振动传播规律，为研发和优化害虫物理防治新技术提供理论依据和实践指导。[方法]模拟稻田应用场景，以均方根值(RMS)作为振动强度的衡量指标，利用PDV-100型激光测振仪测试分析不同类型扬声器(振源)发射的振动波在水和空气中的传播衰减规律以及在稻株上的振动传导特点;根据昆虫基质传导振动原理，通过钢针点触方式回放异性鸣声信号来测试求偶活跃期雄虫对不同振动强度雌声的求偶鸣叫应答比例，并确定其振动强度感知范围。[结果]当扬声器置于水或空气中时，正弦波信号在10-500 cm范围内稻株上的振动强度均随着距离增加而降低，且除了距振源10 cm处外，两种振动传播方式条件下的其他位置(60-500 cm)振动强度无显著差异，而60 cm处相比于 10 cm处在水和空气中分别衰减了 84。87%和 73。08%;进一步测试更高功率的定向扬声器时发现，正弦波信号在空气中的传播距离显著延长，20 和 30 W的声源分别在 15 和 20 m处衰减 87。27%和 66。72%。回放预录制的雌、雄求偶信号在稻株上的振动强度无显著差别，均随振源信号强度的增加而增大，并呈指数函数关系。此外，褐飞虱雄虫对不同强度的雌声音频信号的求偶鸣声应答比例差异明显，当振速范围为782。2-835。9 μm·s-1 时，有超过83%的雄虫具有鸣声应答行为;当振速范围为 335。2-425。4 μm·s-1 或更低时，仅有不到 47%的试虫有应答反应。[结论]振动干扰信号可通过气传方式传播到稻株上，且振源强度越大，传播距离越远;不同生育期水稻的振动传导特征相似，但稻茎比叶片更易传导振动。褐飞虱成虫对不同振动强度的应答反应测试结果可作为未来评判振动干扰信号防控稻飞虱有效性的依据。

    褐飞虱基质传导振动衰减规律振速物理防治

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    水稻品种对褐飞虱趋向二化螟危害株习性的影响

    蔡玉彪张坤杰王雅宣赖凤香...
    3998-4006页
    查看更多>>摘要：[目的]褐飞虱(Nilaparvata lugens)具有趋向二化螟(Chilo suppressalis)危害水稻的习性，但此现象是否受到褐飞虱虫态以及水稻品种的影响尚不清楚。论文旨在探究水稻品种和褐飞虱虫态对褐飞虱趋向二化螟危害水稻习性的影响，以及植物挥发物如何介导这一行为，从而为制定绿色防控策略提供科学依据。[方法]通过室内选择试验，观察 3 种虫态(3-4 龄若虫、初羽化雌虫和怀卵雌虫)褐飞虱对二化螟危害及未被危害的中浙优 8 号等 9 个水稻品种植株的趋向性;在此基础上，针对具有明显趋向性差异的代表性品种，运用RT-qPCR技术检测中浙优8号、9311 和明恢63共 3 个水稻品种在害虫危害后挥发物合成相关基因的表达变化。[结果]在 9 个水稻品种下，不同虫态褐飞虱均倾向选择二化螟危害的水稻植株，但这种选择性在水稻品种间有所差异，如褐飞虱初羽化雌虫对明恢 63 的选择率显著高于甬优 538。基因表达分析显示，二化螟的取食显著提高了与植物挥发物合成相关的基因OsCAS、OsLIS、OsHPL3和OsRCI-1的表达量。然而，不同虫态的褐飞虱与二化螟共同取食时，这些基因的表达水平与二化螟单独危害时相比，会出现升高或抑制的情况，具体的影响因虫态而异。[结论]褐飞虱趋向二化螟危害株的习性在所测定的 9 个水稻品种中普遍存在，但不同虫态在不同水稻品种下的趋向程度有明显差异，不同虫态间主要表现在褐飞虱初羽化雌虫对水稻品种甬优 538、中浙优 8 号与明恢 63 的选择上;二化螟单独取食或与褐飞虱共同取食均可提高OsCAS、OsLIS、OsHPL3和OsRCI-1的表达水平，表明害虫危害水稻可以调控水稻挥发物的合成，进而影响褐飞虱的寄主选择行为。

    水稻品种褐飞虱二化螟寄主选择性挥发物

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    三种稻飞虱Toll受体基因家族比较分析

    钟梓春吴洪鑫张杰郭玉静...
    4007-4021页
    查看更多>>摘要：[目的]Toll受体(Toll receptor)是昆虫先天免疫系统中Toll信号通路中的关键效应因子之一。本文旨在鉴定 3种稻飞虱(褐飞虱Nilaparvata lugens、白背飞虱Sogatella furcifera、灰飞虱Laodelphax striatellus)的Toll受体基因，探索Toll受体在 3 种稻飞虱中的潜在功能及其种间差异，为稻飞虱免疫发育研究以及稻飞虱的防控提供理论依据。[方法]利用生物信息学方法从 3 种稻飞虱的基因组中鉴定出 Toll 受体基因，分析其基因结构和特征、编码蛋白的理化性质及其结构域、染色体定位及系统发育进化关系。利用人工智能软件AlphaFold 3 预测Toll受体的三维结构，并与目前已知结构和功能的其他物种Toll受体进行比较，预测其潜在功能及种间功能分化。通过转录组数据定量分析Toll受体基因在不同组织和不同发育阶段的表达情况。[结果]分别在褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱基因组中鉴定出 6、7 和 6个Toll受体基因，均分布在 1、4、7 号染色体上，且分布规律明显，3 种稻飞虱的Toll受体基因家族均在 1 号、4 号染色体上分布一个基因，其余分布在 7 号染色体上。3 种稻飞虱Toll受体基因编码序列长度为 2 676-4 158 bp，外显子数量 1-7 个，编码蛋白序列长度 891-1 385 aa，分子量大小为 103。31-158。25 kDa，理论等电点范围为 5。42-6。54。系统发育分析表明，3 种稻飞虱的Toll受体基因家族可以分为 6 个亚家族，分别与其他昆虫的Toll、Toll6、Toll7、Tollo(Toll8)以及Toll9同源。使用AlphaFold 3 预测得到的胞外结构与其他物种Toll受体胞外结构比较分析结果显示，在白背飞虱的Toll受体基因家族中预测分析出 2 个Toll受体与病毒互作潜在相关，在灰飞虱中有 1 个Toll受体与病毒互作潜在相关，而在褐飞虱中没有匹配出相关的Toll受体。转录组定量结果表明，3 种稻飞虱的Toll受体基因在不同组织和不同发育阶段间均有表达，推测其可能拥有不同功能，参与不同分工。[结论]在 3 种稻飞虱中鉴定出 19 个Toll受体基因，并分析预测了其相关结构和功能，发现 3 种稻飞虱的Toll受体在昆虫机体的发育和免疫，尤其是对病毒的免疫应答中发挥的功能可能存在差异。

    稻飞虱Toll受体免疫发育基因家族鉴定

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    miRNA对褐飞虱鞘脂质代谢基因表达的影响及沉默NlSPT1和NlSMase4的small RNA分析

    王妮施哲逸尤元政张超...
    4022-4034页
    查看更多>>摘要：[背景]鞘脂质是第二大类膜脂，作为信号转导物质参与细胞生长发育、繁殖及凋亡等过程。鞘脂质代谢酶调控鞘脂质代谢以维持生物体内代谢的稳态。[目的]以重要水稻害虫褐飞虱(Nilaparvata lugens)为研究对象，通过RNA干扰(RNA interference，RNAi)技术检测微小RNA(microRNA，miRNA)生物合成通路核心组分NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha沉默后褐飞虱鞘脂质代谢通路相关基因的相对转录水平，结合 small RNA 测序分析沉默丝氨酸棕榈酰转移酶 1(serine palmitoyltransferase 1，SPT1)和鞘磷脂酶 4(sphingomyelinase 4，SMase4)基因的差异miRNA，探究miRNA在褐飞虱鞘脂质代谢中的作用，为害虫防治提供新的分子靶标。[方法]利用RNAi技术，分别对羽化后第 1 天(1 PAE，post adult eclosion)的雌成虫NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha进行dsRNA注射，以dsGFP为对照;分别解剖羽化后第5天的卵巢组织，以β-actin作为内参基因，采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha沉默后鞘脂质代谢通路相关基因的表达量变化;根据已有的小RNA文库联合miRNA-靶基因预测软件对可能调控NlSPT1和NlSMase4表达的miRNA进行预测;通过small RNA测序技术对沉默NlSPT1和NlSMase4的差异miRNA进行鉴定和靶基因富集性分析。[结果]与对照组相比，沉默NlAgo1、NlDicer1或NlDrosha显著上调卵巢中NlSPT1和NlSMase4等鞘脂质代谢通路相关基因的表达;靶基因预测结果显示，有6条miRNA能与NlSPT1结合，13条miRNA能与NlSMase4结合;沉默NlSPT1和NlSMase4的差异miRNA的靶基因显著富集在细胞核和蛋白质结合等生物学过程以及内吞作用、内质网加工、MAPK信号通路、TOR信号通路、凋亡、脂质代谢等代谢通路。[结论]NlAgo1、NlDicer1和NlDrosha依赖性的miRNA通过影响鞘脂质代谢相关基因的表达影响鞘脂质代谢。NlSPT1和NlSMase4沉默引起褐飞虱卵巢miRNA表达水平的改变。研究结果可为基于鞘脂质代谢基因为靶标的害虫防治提供理论依据。

    褐飞虱微小RNA鞘脂质RNA干扰smallRNA测序

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    大豆-玉米带状复合种植模式下草地贪夜蛾的生存适应性和危害性

    夏杨韩光杰李传明刘琴...
    4035-4044页
    查看更多>>摘要：[目的]研究草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)对大豆和玉米的取食代谢特性和迁移扩散行为，明确草地贪夜蛾在大豆-玉米带状复合种植模式下的取食规律和潜在危害风险。[方法]供试寄主植物为江苏省大豆-玉米带状复合种植推荐品种徐豆 18 和江玉 877，室内测定大豆叶片和玉米叶片对草地贪夜蛾的取食趋性、生长发育、产卵量、产卵选择性、消化酶活性及消化代谢的影响。田间接种卵块并调查玉米-大豆"2+4"模式间作下草地贪夜蛾随时间的迁移距离和范围，根据迁移动态评估其在该种植模式下的潜在危害风险。[结果]草地贪夜蛾对玉米叶片表现出明显的取食趋向性，选择取食玉米叶片个体占63。89%，为选择取食大豆叶片个体数的1。77倍，差异显著。草地贪夜蛾取食大豆叶片和玉米叶片均能完成世代发育，但取食玉米叶片的草地贪夜蛾幼虫发育历期为 14。82 d，较取食大豆叶片的幼虫发育历期缩短 2。54 d，单雌产卵量为679。50 粒，较取食大豆叶片增加 26。58%，差异显著。成虫产卵主要选择玉米叶片，平均卵块数和单雌着卵量为 5。67 块和521。67粒，分别为大豆的1。70和2。04倍，差异显著。取食大豆叶片的草地贪夜蛾脂肪酶活性为9。84 U·g-1，较取食玉米叶片的脂肪酶活性6。47 U·g-1显著提高，而两者的蛋白酶和淀粉酶活性无显著差异。取食大豆叶片的草地贪夜蛾近似消化率为63。40%，较取食玉米叶片的近似消化率69。26%显著降低，但两者在食物利用率、食物转化率和相对生长率方面无显著差异。田间接种卵块后调查发现玉米-大豆"2+4"模式间作下，草地贪夜蛾主要在玉米上扩散，于玉米种植行内"纵向迁移"，未扩散到相邻的大豆植株上。[结论]草地贪夜蛾对大豆和玉米的取食适应和产卵选择具有一定的差异，相较于大豆，草地贪夜蛾对玉米表现出较强的选择趋向性和利用能力，在玉米-大豆"2+4"带状种植模式下，草地贪夜蛾以危害玉米为主。因此，在实际生产中，应加强对草地贪夜蛾的监测和防治工作，特别是在玉米生长的关键时期采取有效的防治措施，以降低其危害风险。

    草地贪夜蛾大豆-玉米带状复合种植取食产卵田间迁移

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    温度升高通过小麦根际微生物加快禾谷缢管蚜和麦长管蚜的种群增长

    姜亚楠亓方剑李维维陈巨莲...
    4045-4056页
    查看更多>>摘要：[目的]气候变暖可影响小麦(Triticum aestivum)蚜虫发生和危害，禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)和麦长管蚜(Sitobion avenae)作为我国黄淮海小麦的主要害虫，其种群发育与繁殖受气候变暖的影响。本文旨在探究气候变暖是否会改变小麦根际微生物，从而间接影响禾谷缢管蚜和麦长管蚜的发育和繁殖。[方法]在河南原阳试验基地悬挂红外辐射加热器模拟温度升高 2℃，待小麦返青后调查小麦蚜虫发生数量。在小麦拔节期收集根际微生物，并带回室内获得小麦根际微生物混合菌液。用混合菌液浇灌小麦开展两种蚜虫种群动态、年龄-龄期两性生命表试验。浇灌根际微生物混合菌液，后接种蚜虫，连续观察 5 次，记录蚜虫的数量。将两种麦蚜用生态盒单头固定于小麦第 2 片叶片上开展生命表试验，每天观察记录若蚜蜕皮、龄期、死亡等情况;同时，记录成蚜产蚜量及死亡数。[结果]不同处理下，禾谷缢管蚜和麦长管蚜的种群动态均呈持续增加趋势。随着调查次数的增加，浇灌增温田根际微生物相比常温田根际微生物，蚜虫的增加量逐渐增大。增温田根际微生物显著增加禾谷缢管蚜和麦长管蚜总平均发生量，相较于麦长管蚜，禾谷缢管蚜增加量更大，为麦长管蚜的 4。49 倍。种群生命表结果表明，增温田根际微生物显著缩短了禾谷缢管蚜的平均世代周期、种群加倍时间、若蚜发育历期及产蚜历期，同时显著增加了其内禀增长率、周限增长率和产蚜量。此外，增温田根际微生物显著提高了麦长管蚜各阶段种群存活率。[结论]温度升高分别通过影响根际微生物而促进禾谷缢管蚜的生长发育和繁殖，提高麦长管蚜的存活率，加速禾谷缢管蚜和麦长管蚜的种群增长，这些影响可导致蚜虫迁飞行为的变化。研究结果初步解析了气候变暖条件下麦蚜暴发机制，可为预测和评估未来气候变暖下的麦蚜发生提供重要参考。

    气候变暖根际微生物麦蚜生命表种群发育

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