JIA 2018-04期 目录
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Commentary
Challenges to increasing the soil carbon pool of agro-ecosystems in China
■ LIN Er-da, GUO Li-ping, JU Hui
气候变化将给农业生态系统和粮食安全带来严重风险。2015年12月，在《联合国气候变化框架公约》巴黎第21届缔约方会议上(COP21),各缔约方(UNFCCC)达成一项历史性协定(巴黎协定)，以促进应对气候变化的行动和资金投入，满足可持续低碳未来的需要。法国农业部提出了一个名为“创新4‰:粮食安全土壤与气候”的倡议。这项倡议正式在COP21启动，并被许多全球性组织所接受。这一倡议的目的是增加土壤中的固碳以减缓化石燃料的消耗和温室气体的排放。目前的研究发现，中国不但二氧化碳排放量高，土壤碳作为吸收汇的能力也较低，土壤碳汇的4‰增量不足以抵消国家的二氧化碳排放。目前的土壤固碳率也不会达到该倡议要求的全球平均水平。因此，中国要实现这一倡议的目标面临巨大挑战。综合利用秸秆技术可能会得到更广泛的推广，以提高土壤固碳能力，以及其他机会包括提高有机肥料利用率并减缓温室气体排放。通过在中国建设的废物管理项目来减少农业温室气体排放。本文认为中国可能会提出以生物质处理为中心的高产量和施肥-固碳项目，以提高农业生态系统对气候变化的弹性。
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LIN Er-da, GUO Li-ping, JU Hui. Challenges to increasing the soil carbon pool of agro-ecosystems in China. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 723-725.
Review
Mechanisms and molecular approaches for heat tolerance in rice (Oryza sativa L.) under climate change scenario
■ Syed Adeel Zafar, Amjad Hameed, Muhammad Amjad Nawaz, MA Wei, Mehmood Ali Noor, Muzammil Hussain, Mehboob-ur-Rahman
Rice, a staple cereal crop in many parts of the world, has been confronted with multiple environmental stresses including high temperature, negatively impacts the booting as well as anthesis growth stages. The situation is further complicated by the changing climatic conditions, resulting in gradual escalation of temperature as well as changing the rainfall pattern and frequency, thus raising a concern of food security worldwide. The situation can be combat by developing rice varieties with excellent genetics with improved morpho-physiological, biochemical, and molecular mechanisms, together can minimize the adverse effects of heat stress. Here, several strategies (encompassing genetic and genomic, and mechanisms involved) for mitigating the impact of high temperature on rice have been discussed. Finally, the utilization of genomic knowledge in augmenting the conventional breeding approaches have been comprehensively elaborated to develop heat tolerant germplasm.
Cite this article:
Syed Adeel Zafar, Amjad Hameed, Muhammad Amjad Nawaz, MA Wei, Mehmood Ali Noor, Muzammil Hussain, Mehboob-ur-Rahman. Mechanisms and molecular approaches for heat tolerance in rice (Oryza sativa L.) under climate change scenario. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 726-738.
Research progress on plant tolerance to soil salinity and alkalinity in sorghum
■ HUANG Rui-dong
高粱是重要的粮食、饲料和酿造原料作物及有希望的生物能源作物。高粱以抗非生物胁迫能力强适应性广而著称，耐盐碱是其重要特性之一。在盐碱地发展高粱生产，是充分利用这种边缘土壤的有效措施之一。本文综述了国内外高粱耐盐碱研究的进展，包括高粱耐盐碱遗传、育种、生理、栽培及耐盐碱性鉴定。提出了未来高粱耐盐碱研究的方向和思路，并讨论了盐碱地发展高粱生产的应用前景。
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HUANG Rui-dong. Research progress on plant tolerance to soil salinity and alkalinity in sorghum. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 739-746.
Maize-soybean strip intercropping: Achieved a balance between high productivity and sustainability
■ DU Jun-bo, HAN Tian-fu, GAI Jun-yi, YONG Tai-wen, SUN Xin, WANG Xiao-chun, YANG Feng, LIU Jiang, SHU Kai, LIU Wei-guo, YANG Wen-yu
在中国有限的耕地资源条件下，间套作是提高土地使用率的最重要途径之一。然而，中国传统的大豆间套作系统存在诸多缺点，如田间配置不合理、经济效益低下、劳动力投入大，已经不能满足现代农业对粮食生产和可持续发展相协调的要求。鉴于此，我们研发出了一种以玉米为搭档的新的大豆间套作种植模式，包括主要在中国北方推广的玉米-大豆间作模式和主要在中国西南推广的玉米-大豆套作模式。与中国传统玉米-大豆间套作相比，该玉米-大豆间套作模式田间配置的主要创新之处在于相邻两行玉米之间的距离缩小成为窄带，相邻窄带与窄带之间的距离扩大成为宽带，宽带中预留下空间用于种植两行或三行大豆。窄带和宽带间最外行的行间距扩大至足够大以提高光能使用效率且有利于拖拉机在大豆带中工作。重要的是，优质品种筛选和种植密度的增加增加了间套作系统中两种作物的双高产以及使土地当量比高达2.2。玉米和大豆带年际间轮作增加了下一季玉米的产量，提高了玉米对氮磷钾的吸收量，而阻止了作物的连作障碍。该模式中在不影响玉米产量的前提下获得了额外的大豆产量，平衡了作物的高产出与农业可持续发展。
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DU Jun-bo, HAN Tian-fu, GAI Jun-yi, YONG Tai-wen, SUN Xin, WANG Xiao-chun, YANG Feng, LIU Jiang, SHU Kai, LIU Wei-guo, YANG Wen-yu . Maize-soybean strip intercropping: Achieved a balance between high productivity and sustainability. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 747-754.
The transformation of agriculture in China: Looking back and looking forward
■ JIAO Xiao-qiang, Nyamdavaa Mongol, ZHANG Fu-suo
中国单位面积粮食产量从1961年的1 t ha-1提高到2015年的6 t ha-1，不仅成功的解决了中国人的温饱问题，也对全球粮食安全做出了重要贡献。现代农业技术的进步和中国政府政策的大力支持为农业发展提供了强有力的保障。尽管如此，中国已经为粮食生产付出了巨大的资源与环境代价。面临着人口增长，人类饮食结构改变及环境质量等问题的多重压力，未来中国的粮食生产必须在持续提高粮食产量的同时，提高资源利用效率同时实现环境保护。基于中国农业发展历史，我们提出了未来中国可持续粮食生产可能的发展途径：（1）到2020年通过提高养分利用效率全面实现全国化肥零增长；（2）到2030年，通过综合养分资源管理技术协同实现粮食增产、养分增效，使中国农业彻底向可持续集约化转变。这篇文章为中国未来农业发展提供了一个崭新的视角，同时基于中国农业发展历程，也为其他发展中国家农业发展提供了可以借鉴的经验。
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JIAO Xiao-qiang, Nyamdavaa Mongol, ZHANG Fu-suo. The transformation of agriculture in China: Looking back and looking forward. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 755-764.
Overview on current criteria for heavy metals and its hint for the revision of soil environmental quality standards in China
■ CHEN Shi-bao, WANG Meng, LI Shan-shan, ZHAO Zhong-qiu, E Wen-di
随着过去几十年社会和经济的快速发展，我国土壤重金属污染问题日益严重。尽管我国早在1995年就已出台土壤环境质量标准（GB 15618-1995），以强化土壤重金属污染的防控和风险管理。然而，近年来在采用土壤环境质量标准对土壤和农作物重金属含量进行评价时，常遇到土壤超标与农作物超标不匹配的问题。逐渐地人们意识到我国现行的土壤环境质量标准体系已难以适应当前土壤环境管理的需求，对土壤资源的评价、预测、保护、管理与监督难以发挥成效。然而，由于缺乏土壤重金属浓度与对生态、人体健康影响关系的系统科学研究，我国土壤环境质量标准的发展仍较缓慢。本文综述了国际上土壤环境质量标准的研究动态，提出对我国现行土壤环境质量标准进行修订的若干建议，总结了我国土壤环境政策、法律法规、研究方法、研究动态等。研究表明，在制定和实施土壤环境质量标准时，政策导向和科学研究需紧密结合，以保护和改善我国土壤环境。
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CHEN Shi-bao, WANG Meng, LI Shan-shan, ZHAO Zhong-qiu, E Wen-di. Overview on current criteria for heavy metals and its hint for the revision of soil environmental quality standards in China. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 765-774.
Crop Science
Genetic characteristics of a wheat founder parent and a widely planted cultivar derived from the same cross
■ CHANG Li-fang, LI Hui-hui, WU Xiao-yang, LU Yu-qing, ZHANG Jin-peng, YANG Xin-ming, LI Xiu-quan, LIU Wei-hua, LI Li-hui
骨干亲本为小麦育种改良和生产做出了巨大贡献。碧蚂4号是中国小麦育种中广泛利用的骨干亲本，衍生自“蚂蚱麦/碧玉麦”组合，其姊妹系碧蚂1号是大面积种植品种，而碧蚂2，3，5和6号既不是骨干亲本也未在生产上广泛利用。本文利用小麦90K SNP芯片分析了蚂蚱麦、碧玉麦及碧蚂1~6号姊妹系的基因型，结合8个产量相关性状多个环境的表型考察，分别从农艺性状、SNP位点组成、基因组区段构成方面揭示了骨干亲本和大面积种植品种的遗传构成特征。结果发现，相对于未被生产利用的碧蚂2、3、5、6号，骨干亲本碧蚂4号和大面积种植品种碧蚂1号的综合性状更为优良；碧蚂1号的千粒重较碧蚂4号高，而碧蚂4号多数性状在不同环境下变异幅度相对较小，具有更广泛的适应性。在SNP位点组成上，碧蚂1号和碧蚂4号从蚂蚱麦基因组中继承了相似的遗传成分，聚为一类，且明显不同于其它姊妹系；碧蚂1号和碧蚂4号均具有不同于其他姊妹系的特异等位变异，多数特异等位变异集中分布于特定的基因组区域，形成特异基因组区段，并且这些特异区段多数与优异QTL位点相关。与大面积种植品种碧蚂1号相比，骨干亲本碧蚂4号具有更多的特异等位变异和与优异QTL相关的特异基因组区段，表明骨干亲本具有相对复杂的基因组和优异的基因资源。骨干亲本和大面积种植品种分别具有不同的表型特征和基因组特征，这将为小麦乃至自花授粉作物育种中的亲本选择提供重要指导。
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CHANG Li-fang, LI Hui-hui, WU Xiao-yang, LU Yu-qing, ZHANG Jin-peng, YANG Xin-ming, LI Xiu-quan, LIU Wei-hua, LI Li-hui. Genetic characteristics of a wheat founder parent and a widely planted cultivar derived from the same cross. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 775-785.
Evaluation of a new method for quantification of heat tolerance in different wheat cultivars
■ LI Qiang, WANG Zheng-rui, LI Ding, WEI Jian-wei, QIAO Wen-chen, MENG Xiang-hai, SUN Shu-luan, LI Hui-min, ZHAO Ming-hui, CHEN Xiu-min, ZHAO Feng-wu
热胁迫严重影响着世界各地小麦的产量。目前耐热性研究仍是小麦遗传育种中最薄弱领域，缺少热胁迫强度量化及小麦品种耐热性鉴定的有效方法。本研究利用不同小麦品种，对热胁迫强度(δ)量化，建立一种新的小麦品种耐热性鉴定方法，并与其它三种方法比较。研究表明，耐热性鉴定新指标HTI可以同时指示小麦品种的产量潜力和稳产性。热胁迫处理于品种80%开花后进行。热胁迫强度分析表明，超高温胁迫严重影响千粒重，持续高温严重影响产量。方法评价表明，与自然温度的温差5℃是一种合适的热处理方法。HTI与胁迫下产量正相关(r=0.8657, δ2010=0.15, in 2009-2010; r=0.8418, δ2011=0.20, in 2010-2011; P<0.01)，与胁迫下产量减产率负相关(r=-0.8344, in 2009-2010; r=-0.7158, in 2010-2011; P<0.01)。本研究结果验证了耐热性鉴定新指标HTI和温差控制可以定量鉴定小麦品种耐热性，包括不同小麦品种产量潜力和热胁迫下的稳产性。此外，10个小麦品种的耐热性指标HTI较高，应在小麦耐热育种中进一步验证其耐热特性的应用。
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LI Qiang, WANG Zheng-rui, LI Ding, WEI Jian-wei, QIAO Wen-chen, MENG Xiang-hai, SUN Shu-luan, LI Hui-min, ZHAO Ming-hui, CHEN Xiu-min, ZHAO Feng-wu. Evaluation of a new method for quantification of heat tolerance in different wheat cultivars. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 786-795.
Comparative proteomics analysis of maize (Zea mays) leaves infected by small brown planthopper (Laodelphax striatellus)
■ ZHAO Mei-ai, LEI Zhen, PEI Yu-he, SHAO Xiao-yu, GUO Xin-mei, SONG Xi-yun
玉米粗缩病是由灰飞虱介导的病毒性病害，在中国导致玉米大面积减产。本文利用郑58和LN287两个感抗病玉米材料进行了比较蛋白质组学研究。利用荧光定量PCR技术，首先证明了中国山东省导致玉米粗缩病病害的病毒为RBSDV。利用TCA/丙酮法提取玉米叶片中的可溶性蛋白，使用长24厘米，pH值为4–7的线性固相pH梯度（IPG）条， 结合银染和考马斯亮染进行了玉米蛋白质组学分析。在RBSDV侵染叶片中鉴定到944个蛋白质点，在1.5倍筛选标准下，44个蛋白质点与对照表现差异表达显著。在感（郑58）和抗病（LN287）材料中，分别有17、26点上调表达，27、18点下调表达。经质谱鉴定的差异表达蛋白归纳为六大类，并通过qRT-PCR对响应蛋白的表达进行了验证。本研究为进一步阐明玉米粗缩病的抗病机理奠定了基础。
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ZHAO Mei-ai, LEI Zhen, PEI Yu-he, SHAO Xiao-yu, GUO Xin-mei, SONG Xi-yun? . Comparative proteomics analysis of maize (Zea mays) leaves infected by small brown planthopper (Laodelphax striatellus). Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 796-805.
Comparison of agronomic performance between inter-sub-specific hybrid and inbred japonica rice under different mechanical transplanting methods
■ HU Ya-jie, WU Pei, ZHANG Hong-cheng, DAI Qi-gen, HUO Zhong-yang, XU Ke, GAO Hui, WEI Hai-yan, GUO Bao-wei, CUI Pei-yuan
机插稻因其节本省工，而被亚洲国家广泛应用，尤其在中国，已经成为主要水稻种植方式之一。然而，在机插条件下比较籼粳杂交稻和常规粳稻两者农艺性状特征的相关研究较少。因而，以籼粳杂交稻甬优2640和常规粳稻武运粳24为材料，采用钵苗机插和毯苗机插两种机插方式，比较研究其产量、产量构成、叶面积指数、光合势、干物质积累、群体生长率、氮素吸收与积累等。结果表明，与毯苗机插相比，钵苗机插两类型品种显著增加产量，增产主要原因是较大的群体库容量能容纳生育后期较高氮素积累量。另外，钵苗机插较毯苗机插总干物质积累量显著增加，即表明钵苗机插生育后期较高叶面积指数和光合势从而形成较高光合物质生产能力。钵苗机插生育中后期较高氮素吸收能力使其具有较高总吸氮量。与常规粳稻相比，籼粳杂交稻增产75.2%以上。籼粳杂交稻高产形成特征有别于常规粳稻，较高干物质生产能力和较高的氮素吸收积累是籼粳杂交稻高产的重要原因。因此，钵苗机插配套应用籼粳杂交稻能充分发挥两者产量形成优势和生产潜力而获得高产。
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HU Ya-jie, WU Pei, ZHANG Hong-cheng, DAI Qi-gen, HUO Zhong-yang, XU Ke, GAO Hui, WEI Hai-yan, GUO Bao-wei, CUI Pei-yuan. Comparison of agronomic performance between inter-sub-specific hybrid and inbred japonica rice under different mechanical transplanting methods. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 806-816.
Response of yield increase for dryland winter wheat to tillage practice during summer fallow and sowing method in the Loess Plateau of China
■ LI Hui, XUE Jian-fu, GAO Zhi-qiang, XUE Nai-wen, YANG Zhen-ping
土壤水分是影响旱地冬小麦产量的关键限制因素，受耕作和播种方式影响较大。本文通过研究不同播种方式和夏闲期耕作对旱地冬小麦土壤水分和籽粒产量的影响，寻求更适宜中国黄土高原地区冬小麦生产的管理措施。试验于2011-2013年进行，采用裂区试验设计，主区包括夏闲期深松（SS）和夏闲期免耕（NT）两种耕作方式，副区包括条播（DS）和膜际条播（FM）两种播种方式。试验结果表明，SS×FM处理下的最大土壤蓄水量（SWS）为649.1 mm（2011-2012）和499.4 mm（2012-2013）。SWS在2011-2012生长季比2012-2013高149.7 mm。另外，两年试验结果均表明，采用SS×FM处理相比其他处理能显著提高降水利用效率（PUE）和水分利用效率（WUE）。而且，采用SS×FM处理比其他三个处理分别显著增产13.1, 14.4, 47.3%（2011-2012）和 25.9, 39.1, 35.7%（2012-2013）。综上所述，夏闲期深松结合膜际条播（SS×FM）能显著增加播前SWS，有效提高WUE，从而为提高黄土高原旱地冬小麦产量提供了一条切实可行的管理措施。
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LI Hui, XUE Jian-fu, GAO Zhi-qiang, XUE Nai-wen, YANG Zhen-ping . Response of yield increase for dryland winter wheat to tillage practice during summer fallow and sowing method in the Loess Plateau of China. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 817-825.
Enzymatic activity and chlorophyll fluorescence imaging of maize seedlings (Zea mays L.) after exposure to low doses of chlorsulfuron and cadmium
■ ZHAO Li-juan, XIE Jing-fang, ZHANG Hong, WANG Zhen-tao, JIANG Hong-jin, GAO Shao-long
本研究旨在辨析土壤中残留氯磺隆和镉对玉米植株酶活性和光合作用的影响。在含有0.001mg·kg-1氯磺隆和5.0mg·kg-1镉单一及复合的土壤中，种植玉米。通过玉米植株的生长、叶绿素含量、脂质过氧化物、酶活性和主要叶绿素荧光参数（叶绿素荧光成像系统）的变化，评价氯磺隆和镉单一及复合对玉米幼苗的影响。氯磺隆诱导玉米叶片叶绿素含量、光系统II在暗适应状态下的光化学效率、光系统II的最大效率、非光化学淬灭和稳态荧光衰减率显著下降。然而，镉没有引起玉米叶片相关参数的显著性变化。氯磺隆和镉复合诱导稳态荧光衰减率显著下降。 研究结果表明，玉米幼苗对镉的耐受性比对氯磺隆的耐受性强，镉增强了玉米幼苗对氯磺隆的耐受性。研究结果还揭示了，叶绿素荧光成像反映了整个叶片内部的变化，而不是组织的细微变化。
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ZHAO Li-juan, XIE Jing-fang, ZHANG Hong, WANG Zhen-tao, JIANG Hong-jin, GAO Shao-long. Enzymatic activity and chlorophyll fluorescence imaging of maize seedlings (Zea mays L.) after exposure to low doses of chlorsulfuron and cadmium. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 826-836.
Horticulture
The positive function of selenium supplementation on reducing nitrate accumulation in hydroponic lettuce (Lactuca sativa L.)
■ LEI Bo, BIAN Zhong-hua, YANG Qi-chang,WANG Jun, CHENG Rui-feng, LI Kun, LIU Wen-ke, ZHANG Yi, FANG Hui, TONG Yun-xin
蔬菜，尤其是叶菜中硝酸盐(NO3−)过量积累已对人类身体健康严重威胁。硒(Se)是维持人体健康的重要的微量元素之一。在蔬菜或作物种植过程中，外援施加Se是解决人体Se缺乏症的一种有效方法。在逆境条件下，外援施加Se能够有效促进植物生长和对营养元素的吸收。然而外援施加Se对水培蔬菜NO3−积累的影响还缺乏深入研究。为此在该研究中采用6种不同浓度(0, 0.1, 0.5, 5, 10 和 50 µmol L-1）Na2SeO3为外援Se施加方式，研究其对水培生菜(Lactuca sativa L.) 生长发育及氮代谢的影响。研究发现：施加Se可显著降低生菜NO3−含量，其对NO3−的降低效果受外援Se浓度的影响；在0.5 µmol L-1外援Se处理下生菜NO3−含量最低；外援Se可显著促进净光合速率(Pn)、气孔导度(Cs)和蒸腾速率(Tr)，提高水培生菜的光合能力。通过对NO3−转运，吸收和氮代谢关键酶活性的研究发现：外援Se可显著促进生菜根部NO3−外流，并导致NO3−由根部向地上部转运速率降低。此外，外援Se施加显著提高硝酸还原酶 (NR), 亚硝酸还原酶 (NiR), 谷氨酰胺合成酶(GS) 和谷氨酸合酶(GOGAT)活性，促进NO3−同化，降低NO3−在生菜叶片中的积累。通过该研究证实：外援Se通过调节NO3−在生菜体内转运并显著提高氮代谢酶活性促进NO3−降解。因此促进生菜生长并有效降低其NO3−含量的合理外援Se浓度为0.5µmol L-1。
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LEI Bo, BIAN Zhong-hua, YANG Qi-chang, WANG Jun, CHENG Rui-feng, LI Kun, LIU Wen-ke, ZHANG Yi, FANG Hui, TONG Yun-xin. The positive function of selenium supplementation on reducing nitrate accumulation in hydroponic lettuce (Lactuca sativa L.). Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 837-846.
Structure and expression analysis of the sucrose synthase gene family in apple
■ TONG Xiao-lei, WANG Zheng-yang, MA Bai-quan, ZHANG Chun-xia, ZHU Ling-cheng, MA Fengwang, LI Ming-jun
蔗糖合成酶基因家族在同化物分配，库强调控及植物发育过程中起着极为重要的作用。本文从苹果基因组中鉴定获得11个SUS基因，系统发育进化分析将这些SUS基因分为三个家族，分别命名为SUS I, SUS II 和SUS III。SUS I和SUS III各包含4个同源基因，SUS II包含3个同源基因。同一家族中SUS基因结构相似，如外显子数目、大小及分布长度。对四个不同组织中SUS基因表达分析表明，MdSUS1s和MdSUS2.1在果实中高度表达，而MdSUS2.2/2.3和MdSUS3s在茎尖中高度表达。大多数MdSUS表达随果实发育呈下降趋势，与SUS酶活变化相似，但MdSUS2.1和MdSUS1.4表现出相反趋势。本研究表明，MdSUS基因在源-库糖代谢和库器官中的糖利用方面发挥不同作用。
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TONG Xiao-lei, WANG Zheng-yang, MA Bai-quan, ZHANG Chun-xia, ZHU Ling-cheng, MA Feng-wang, LI Ming-jun. Structure and expression analysis of the sucrose synthase gene family in appleJournal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 847-856.
Physiological mechanisms of resistance to cold stress associated with 10 elite apple rootstocks
■ WANG Yan-xiu, HU Ya, CHEN Bai-hong, ZHU Yan-fang, Mohammed Mujitaba Dawuda, Sofkova Svetl
为明确不同苹果矮化中间砧抗寒力，并建立苹果砧木抗寒性评价综合体系，以10个矮化中间砧（GM256，JM7，M26，M7，SC1，SH1，SH38，SH6，M9，T337）为试材，分别在0℃、–15℃、–20℃、–25℃、–30℃、–35℃条件下进行低温胁迫处理，测定不同低温胁迫下各品种电导率、花青素、蛋白质、可溶性糖、淀粉、脯氨酸、丙二醛含量的变化及SOD、POD酶活性等生理指标，并通过电导率结合Logistic方程计算出10个砧木品种的半致死温度，并利用LT50对各指标进行评价。研究结果表明，LT50与POD活性以及0℃和–15℃处理下的可溶性糖、蛋白质脯氨酸含量无显著相关性，与0℃和–15℃处理下可溶性淀粉含量，–15到–30℃处理下的花青素含量显著负相关，与0到–20℃处理下的MDA含量呈显著正相关。基于主成分分析和LT50的统计分析表明，苹果砧木抗寒性由强到弱为：GM256、SH6、SH38、SH1、SC1、M26、M7、JM7、T337、M9。
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WANG Yan-xiu, HU Ya, CHEN Bai-hong, ZHU Yan-fang, Mohammed Mujitaba Dawuda, Sofkova Svetla. Physiological mechanisms of resistance to cold stress associated with 10 elite apple rootstocks. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 857-866.
Comparative analysis of flower-meristem-identity gene APETALA2 (AP2) codon in different plant species
■ WU Yan-qing, LI Zhi-yuan, ZHAO Da-qiu, TAO Jun
花分生组织决定基因APETALA2（AP2）作为植物花器官发育调控中的A类基因，不仅参与花分生组织的建立而且决定萼片和花瓣的形成。密码子使用偏好性（Codon usage bias, CUB）作为基因组的一个重要特征，可以有效地揭示物种间的特异性差异，并且碱基组成动力学分析有助于更好地了解某一特定基因的分子机制和进化关系。本研究从GenBank数据库挑选8个不同植物AP2基因编码序列，利用R软件计算核苷酸组成（GC含量）和遗传指数、同义密码子相对使用度（relative synonymous codon usage, RSCU）、相对密码子使用偏好性（relative codon usage bias, RCBS）等，来分析比较不同植物AP2基因密码子使用模式中密码子偏好性和碱基组成动力学。结果表明，不同植物AP2基因密码子使用受到GC偏好性(GC bias)影响，特别是GC3s；整体碱基组成分析暗示不同植物AP2基因编码序列中密码子AT使用频率高于GC，并且大多数偏好使用以A/T结尾；不同植物中AGA、GCU和UGU均表现为较高的RSCU值，为最优势密码子；苹果（Malus domestica）和葡萄（Vitis vinifera）植物AP2基因的密码子使用特点相似，芍药（Paeonia lactiflora）和牡丹（Paeonia suffruticosa）相似，番茄（Solanum lycopersicum）和矮牵牛（Petunia hybrid）相似；较低的最优密码子频率FOP值和较高的ENC值暗示了不同植物AP2基因在密码子使用中具有一个中度偏好性。本研究通过比较不同植物之间AP2基因密码偏好性和碱基动力学，系统地揭示了AP2基因密码子使用特征，为今后设计转基因工程和密码子优化（Codon optimization）来深入研究AP2基因功能验证提供理论基础。
Cite this article:
WU Yan-qing, LI Zhi-yuan, ZHAO Da-qiu, TAO Jun. Comparative analysis of flower-meristem-identity gene APETALA2 (AP2) codon in different plant species. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 867-877.
Plant Protection
Rediscovery and analysis of Phytophthora carbohydrate esterase (CE) genes revealing their evolutionary diversity
■ QIAN Kun, LI Deng-hui, LIN Run-mao, SHI Qian-qian, MAO Zhen-chuan, YANG Yu-hong, FENG Dong-xin, XIE Bing-yan
病原菌与其宿主植物间所存在的类似“军备竞赛”的持续的共进化过程促进了致病因子的产生和变化，如微生物分泌酯酶基因（carbohydrate esterase, CE）可以穿透宿主植物细胞壁的屏障。对酯酶基因的鉴定有利于进一步明确其功能和进化关系，然而目前鉴定酯酶基因的方法存在一些局限性，包括一些基因的保守的酯酶结构域不能被识别、酯酶亚家族间基因的进化关系被忽略及一些蛋白酶基因被错误预测为酯酶基因等。这里我们就酯酶基因的预测提出一种改进方法，主要通过注释酯酶基因的保守结构域、检测酯酶的同源基因、构建酯酶的系统发育树确定它们的进化关系以及去除已知的蛋白酶基因；并以16个卵菌基因组数据为例来预测新的酯酶基因。与当前的预测方法相比，我们改进后的方法预测出41个新的候选酯酶基因，包括3个CE4、14个CE5、8个CE12、5个CE13及11个CE14亚家族基因。通过分析所有的预测CE基因，我们发现疫霉属菌株的酯酶基因的数量明显多于腐霉属和无色霜霉属菌株的，尤其是参与果胶降解的CE8、CE12和CE13基因，可能与其在疫霉属中表现为高频率的多拷贝基因有关。同样的，对CE13亚家族基因的系统发育树的分析表明，疫霉属物种中出现5个重复的基因簇，且这些簇的基因均映射出相似于物种进化树的拓扑结构，而在这5个簇中均不含有腐霉属和无色霜霉属菌株的基因，这也支持了疫霉属物种存在较高的CE基因丰度。此外，在疫霉属物种中发现与CE13基因存在基因关联（gene association）的基因具有多样性的变化。本文提供了一种有效预测酯酶基因的方法，它弥补了目前预测方法的局限；而且我们对卵菌酯酶基因的分析有助于将来对酯酶基因的功能和进化的研究。
Cite this article:
QIAN Kun, LI Deng-hui, LIN Run-mao , SHI Qian-qian, MAO Zhen-chuan, YANG Yu-hong, FENG Dong-xin, XIE Bing-yan. Rediscovery and analysis of Phytophthora carbohydrateesterase (CE) genes revealing their evolutionary diversity. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 878-891.
Streptomyces sp. RP1A-12 mediated control of peanut stem rot caused by Sclerotium rolfsii
■ Simi Jacob, Ramgopal Rao Sajjalaguddam, Hari Kishan Sudini
Sclerotium rolfsii Sacc. is a destructive soilborne fungal pathogen with a wide host range that includes peanuts. Biological control offers an interesting alternative to fungicides for sustainable management of soilborne diseases. The current investigation is aimed at evaluating one potential biocontrol agent Streptomyces sp. RP1A-12 for growth promotion and the management of peanut stem rot disease caused by S. rolfsii under field conditions. Preliminary studies conducted under in vitro and the greenhouse conditions showed promising results against the stem rot pathogen. Further in vitro and pot experiments conducted to assess Streptomyces sp. RP1A-12 for its growth promoting abilities using whole organisms have shown an increase in seed germination, root and shoot length. Other parameters like nodule number and plant biomass were also significantly increased over control treatments indicating that the test bioagent possesses growth promoting abilities along with disease suppression capabilities. Subsequently field studies were carried out for two consecutive rainy seasons. The bioagent was applied as whole organism and partially purified crude metabolites. Results indicate the bioagent reduced stem rot disease incidence by 64–67% and 22–49% respectively in two field trials conducted with notable increase in yield. Partially purified Streptomyces sp. RP1A-12 metabolites exhibited an even greater effect in reducing the incidence and severity of stem rot compared to the pathogen inoculated control.
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Simi Jacob, Ramgopal Rao Sajjalaguddam, Hari Kishan Sudini. Streptomyces sp. RP1A-12 mediated control of peanut stem rot caused by Sclerotium rolfsii. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 892-900.
Regionalization of wheat powdery mildew oversummering in China based on digital elevation
■ ZOU Ya-fei, QIAO Hong-bo, CAO Xue-ren, LIU Wei, FAN Jie-ru, SONG Yu-li, WANG Bao-tong, ZHOU Yi-lin
小麦白粉病是我国小麦生产上重要的病害之一，越夏是该病流行过程的关键阶段。弄清小麦白粉病越夏区划对病害预测、预防及防控起到重要作用。本研究通过分析小麦白粉病多年越夏调查数据与气象因子的相关性，明确了温度是影响小麦白粉病越夏的关键气象因子。选取小麦白粉病平均终止阈值26.2℃为指标，结合数字高程模型，采用GIS普通克里格方法对小麦白粉病越夏区进行了区划。结果显示基于Model26.2℃的越夏区结果与当前小麦白粉病越夏调查情况相符。我国小麦白粉病越夏区域主要集中在山地或高海拔地区，主要越夏区成一条南北走向的狭长越夏带。越夏区域主要包括云南中部和北部、贵州西北部、四川北部和南部、重庆北部和东南部、甘肃东部和南部、宁夏东南部、陕西北部和南部、山西中部、湖北西部，河南西部、河北西部和北部、辽宁西部及西藏东部、青海东部和新疆西部等高海拔小麦种植等区域。
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ZOU Ya-fei, QIAO Hong-bo, CAO Xue-ren, LIU Wei, FAN Jie-ru, SONG Yu-li, WANG Bao-tong, ZHOU Yi-lin. Regionalization of wheat powdery mildew oversummering in China based on digital elevation. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 901-910.
Sub-lethal effects of Beauveria bassiana (Balsamo) on field populations of the potato tuberworm Phthorimaea operculella Zeller in China
■ YUAN Hui-guo, WU Sheng-yong, LEI Zhong-ren, Silvia I. Rondon, GAO Yu-lin
马铃薯块茎蛾，属鳞翅目，麦蛾科，是马铃薯世界性重大害虫，在马铃薯生长期和贮藏期，马铃薯块茎蛾均可产生为害，造成严重的经济损失。球孢白僵菌是害虫重要的生防制剂，在马铃薯块茎蛾等鳞翅目害虫生物防控领域具有较大的潜力，但相关研究在国内鲜有报道。本研究系统评价了一种球孢白僵菌对马铃薯块茎蛾致死和亚致死效应（浓度为1×107个孢子/mL），研究发现，经球孢白僵菌处理过的马铃薯块茎蛾后代与对照组后代相比，卵期、幼虫期、羽化前期、平均世代周期明显缩短，净增殖力显著降低，处理组的净增值率和平均世代周期分别为17.43天和24.98天，均显著低于对照组的65.79天和26.51天。本研究表明球孢白僵菌对马铃薯块茎蛾具有较好的控制效果，在低剂量下还表现明显的亚致死影响，通过减短其后代发育历期缩短了蛀食危害时间，降低其繁殖力延缓了种群增长速度。本研究为有效利用球孢白僵菌开展田间马铃薯块茎蛾绿色防控提供了科学依据。
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YUAN Hui-guo, WU Sheng-yong, LEI Zhong-ren, Silvia I. Rondon, GAO Yu-lin. Sub-lethal effects of Beauveria bassiana (Balsamo) on field populations of the potato tuberworm Phthorimaea operculella Zeller in China. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 911-918.
Animal Science • Veterinary Medicine
Effects of conditioners (single-layer, double-layer and retentionconditioner) on the growth performance, meat quality and intestinal morphology of growing and finishing pigs
■ DUAN Hai-tao, LI Jun-guo, XUE Min, YANG Jie, DONG Ying-chao, LIANG Ke-hong, QIN Yu-chang
本试验旨在研究同一配方条件下，调质器类型（单层调质器、双层调质器及调质保持器）对日粮加工质量、生长育肥猪生长性能、肉品质及肠道形态的影响。本试验选用三种调质器即单层调质器（SC组）、双层调质器（DC组）及调质保持器（RC组）对混合料进行调质湿热处理，制备三种日粮。选用96头生长猪（28.70 ± 3.20 kg）随机分成三个处理组，每个处理四个重复，每个重复八头生长猪，生长期六周、育肥期11周进行养殖饲喂试验。试验结果表明，RC组颗粒饲料淀粉糊化度显著高于SC组 (P<0.05)，然而，与DC组淀粉糊化度无显著性差异(P>0.05)；生长期RC组料重比显著低于SC组及DC组 (P<0.05)，育肥期SC组料重比显著低于RC组及DC组 (P<0.05)；采食RC组日粮生长育肥猪背最长肌滴水损失率显著低于SC组日粮 (P<0.05)；RC组生长育肥猪十二指肠及空肠绒毛高度及隐窝深度显著高于SC组及DC组(P<0.05)。本试验结果表明，调质保持器加工日粮可以降低生长期料重比，改善肠道形态结构，提高肉品质，然而，调质保持器对育肥期猪料重比有一定的负面影响。本试验第一次系统性研究了饲料加工设备（调质器）对生长育肥猪日粮加工质量、生长性能、肉品质及肠道形态的影响，填补了饲料加工设备对猪生长性能影响研究的空缺，对饲料生产企业合理选用调质设备提供完善的数据支撑。
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DUAN Hai-tao, LI Jun-guo, XUE Min, YANG Jie, DONG Ying-chao, LIANG Ke-hong, QIN Yu-chang. Effects of conditioners (single-layer, double-layer and retention-conditioner) on the growth performance, meat quality and intestinal morphology of growing and finishing pigs. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 919-927.
Immunogenicity and protective efficacy of DHBV DNA vaccines expressing envelope and capsid fusion proteins in ducks delivered by attenuated Salmonella typhimurium
■ LIU Si-yang, JIA Ren-yong, LI Qing-qing, FENG Dai-shen, SHEN Hao-yue, YANG Cui, WANG Mingshu, ZHU De-kang, CHEN Shun, LIU Ma-feng, ZHAO Xin-xin, YIN Zhong-qiong, JING Bo, CHENG Anchun
鸭乙肝病毒（DHBV）与乙肝病毒（HBV）有许多的共同性，因此常作为研究人乙肝病毒的动物模型。为了优化DHBV DNA疫苗的免疫效果，在本研究中，将DHBV的包膜和衣壳蛋白基因融合并克隆到真核表达载体上，再将重组载体电转入减毒沙门氏菌（SL7207）中， 成功构建出两种新型口服DHBV融合基因疫苗（SL7207-pVAX1-LC and SL7207-pVAX1-SC）。通过检测重组疫苗的生长曲线、质粒稳定性、抗原基因的反转录水平以及肝脏中CD4, CD8的反转录水平和血清中特异性抗体（IgY）含量，得出口服包膜、衣壳融合疫苗有较好的稳定性与安全性，并且较传统的单抗原基因疫苗能刺激机体产生更高效的细胞、体液免疫反应。免疫后攻毒保护试验表明，新型口服疫苗能对DHBV病毒的入侵较单抗原基因疫苗有更好的保护力。
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LIU Si-yang, JIA Ren-yong, LI Qing-qing, FENG Dai-shen, SHEN Hao-yue, YANG Cui, WANG Ming-shu, ZHU De-kang, CHEN Shun, LIU Ma-feng, ZHAO Xin-xin, YIN Zhong-qiong, JING Bo, CHENG An-chun. Immunogenicity and protective efficacy of DHBV DNA vaccines expressing envelope and capsid fusion proteins in ducks delivered by attenuated Salmonella typhimurium. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 928-939.
Agricultural Economics and Management
Estimating the average treatment effect of adopting stress tolerant variety on rice yield in China
■ ZHOU Jie-hong, TANG Li-qun, Xiaohua Yu
以干旱和洪涝为主要特征的极端气候是制约水稻生产效率提高的主要因素之一。品种选用作为稻农应对极端气候的主要适应性措施之一，有利于缓解极端气候对水稻造成减产的不利影响。本文基于2012-2014年中国水稻生产区1080份农户调研面板数据，在假定Hicksian技术中立的条件下，利用工具变量评估了抗逆品种采用对水稻单产的平均处理效应。实证结果发现，与未采用抗逆品种的稻农相比，抗逆品种采用提高了稻农15.5%的单产水平。
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ZHOU Jie-hong, TANG Li-qun, Xiaohua Yu. Estimating the average treatment effect of adopting stress tolerant variety on rice yield in China. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 940-948.
Climate change and Chinese farmers: Perceptions and determinants of adaptive strategies
■ ZHAI Shi-yan, SONG Gen-xin, QIN Yao-chen, YE Xin-yue, Mark Leipnik
了解农户对气候变化的认知，信仰，适应性策略和障碍对于确保生态系统可持续和社会的稳定至关重要。河南省是中国的农业大省，农户的数量超过了5100万。2013-2014年，在河南省开展了大规模关于农户对气候变化的认知和适应性策略等问题的调查，共收集1500余份的调研问卷。分析结果显示：大约57%的受访农户已经感受到过去10年间气候变化的直接影响，70.3%的受访者相信气候变化对自己的生活造成了影响。大多数的受访者已经采取了适应性措施来减缓气候变化所造成的负面影响。另外，影响农户适应性策略的障碍主要包括缺乏资金和信息。MNL模型结果表明：农户所拥有的土地数量，作物种植品种数量，对气候变化原因了解和信任程度等因素将正向影响农户适应性策略。家庭务农比例，从事农业活动时间与农户适应性策略呈现负向的关系。重要的是，收入越高的农户越不愿意采取适应性措施，更加愿意从事其他具有高收入的经济活动。因此，在农户间进行气候变化信息和政府相关政策的宣传，以及通过农户合作组织和其它机构来协助农户积极应对气候变化十分重要。
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ZHAI Shi-yan, SONG Gen-xin, QIN Yao-chen, YE Xin-yue, Leipnik Mark. Climate change and Chinese farmers: Perceptions and determinants of adaptive strategies. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(04): 949-963.
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