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Crop Science
Identification of long-grain chromosome segment substitution line Z744 and QTL analysis for agronomic traits in rice
水稻长粒染色体片段代换系Z744的鉴定及农艺性状QTL分析
✺ MA Fu-ying, DU Jie, WANG Da-chuan, WANG Hui, ZHAO Bing-bing, HE Guang-hua, YANG Zheng-lin, ZHANG Ting, WU Ren-hong, ZHAO Fang-ming谷粒长度既影响稻米的外观品质，又影响产量。本文鉴定了一个以日本晴为受体亲本、西恢18为供体亲本的水稻长粒染色体片段代换系Z744。Z744共包含6个代换片段，分布于第1、2、6、7和12染色体上，平均代换长度为2.72Mb。Z744的粒长、长宽比和千粒重显著高于日本晴，株高、穗数和结实率显着低于日本晴，分别为78.7 cm、13.5穗和86.49％。进而利用日本晴和Z744杂交构建的次级F2群体鉴定出8个重要性状的QTL。Z744的千粒重主要由2个增加粒重的QTL(qGWT1和qGWT7)和2个减少粒重的QTL(qGWT2和qGWT6)控制。Z744的千粒重增加主要由粒长的增加所致。2个粒长QTL-qGL1和qGL7-3分别解释表型变异的25.54%和15.58％。卡方测验表明，长粒数与短粒数符合3:1分离，表明Z744的粒长性状仍主要受主效qGL1控制。这些结果为qGL1的精细定位，及进一步将其他QTL分解到不同的单段代换系上奠定了良好的基础。
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| MA Fu-ying, DU Jie, WANG Da-chuan, WANG Hui, ZHAO Bing-bing, HE Guang-hua, YANG Zheng-lin, ZHANG Ting, WU Ren-hong, ZHAO Fang-ming. 2020. Identification of long-grain chromosome segment substitution line Z744 and QTL analysis for agronomic traits in rice. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1163-1169. |
Bioinformatic identification and analyses of the non-specific lipid transfer proteins in wheat小麦非特异性脂质转运蛋白的生物信息学鉴定与分析✺ FANG Zheng-wu, HE Yi-qin, LIU Yi-ke, JIANG Wen-qiang, SONG Jing-han, WANG Shu-ping, MA Dong-fang, YIN Jun-liang非特异性脂质转运蛋白(nsLTP/LTP)在植物体内广泛存在，在许多与植物生长发育密切相关的生物学过程中发挥着重要作用。最近，有报道表明nsLTP响应多种非生物胁迫。nsLTP在许多植物中都发挥着重要作用，但小麦中nsLTP却知之甚少。本研究在小麦中鉴定出330个nsLTP蛋白，利用玉米、拟南芥、水稻中已知nsLTP与小麦nsLTP共同构建系统发育，结果表明小麦nsLTP分为5个类型(1、2、c、d、g)。其中d型小麦nsLTP有3个亚型(d1、d2、d3)， g型小麦nsLTP有7个亚型(g1–g7)。基因结构和motif分析表明各类型成员具有相似的结构。此外，首次在小麦非g型nsLTP成员中发现了gpi -锚定蛋白。染色体定位显示5种类型的nsLTP在21条染色体上不均匀分布。此外，基因复制事件有助于nsLTP基因的扩增。大量包含多个生长发育阶段和多个胁迫的RNA-seq数据表明一些nsLTP基因的转录水平受到包括干旱和盐碱在内的多种非生物胁迫的诱导，暗示这些nsLTP基因在调控小麦对非生物胁迫应答中的潜在作用。本研究对小麦nsLTP家族成员进行了较全面的解析，并为nsLTP基因家族在增强小麦抗逆性和改善小麦育种项目中的进一步研究提供了候选基因。
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| FANG Zheng-wu, HE Yi-qin, LIU Yi-ke, JIANG Wen-qiang, SONG Jing-han, WANG Shu-ping, MA Dong-fang, YIN Jun-liang. 2020. Bioinformatic identification and analyses of the non-specific lipid transfer proteins in wheat. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1170-1185. |
Development and identification of glyphosate-tolerant transgenic soybean via direct selection with glyphosate利用草甘膦直接筛选创制耐草甘膦转基因大豆新种质✺ GUO Bing-fu, HONG Hui-long, HAN Jia-nan, ZHANG Li-juan, LIU Zhang-xiong, GUO Yong, QIU Li-juan
耐草甘膦转基因大豆是迄今为止商业化应用范围最广的转基因作物。然而，受制于大豆对农杆菌不敏感、侵染效率低和高效筛选标记匮乏等原因，大豆遗传转化效率依然很低。农杆菌菌株的侵染能力和菌液浓度是影响遗传转化效率的重要因素，高效稳定的筛选体系是促进转化细胞有效再生、提高遗传转化效率的有力保障。本研究利用GUS瞬时表达系统比较了不同农杆菌菌株及菌液浓度对侵染效率的影响。结果表明，农杆菌菌株Ag10对子叶节靶组织的侵染效率优于其它3个菌株，特别是在菌液OD600值处于0.6-0.9时侵染效率最高。同时建立了一种简便的草甘膦定量点施表型鉴定技术体系，利用1 µL农达原液可有效区分抗感转基因植株。受益于草甘膦直接筛选T0代再生植株的点施表型鉴定，新的遗传转化体系稳定高效，平均转化周期缩短至3个月，转化效率为2.9-5.6%。该研究为大豆遗传转化体系优化和抗草甘膦转基因大豆新材料的创制与鉴定提供了参考。
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| GUO Bing-fu, HONG Hui-long, HAN Jia-nan, ZHANG Li-juan, LIU Zhang-xiong, GUO Yong, QIU Li-juan. 2020. Development and identification of glyphosate-tolerant transgenic soybean via direct selection with glyphosate. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1186-1196. |
宽窄行钵苗机插及其栽插密度对粳稻产量形成和稻米品质的影响
✺ HU Qun, JIANG Wei-qin, QIU Shi, XING Zhi-peng, HU Ya-jie, GUO Bao-wei, LIU Guo-dong, GAO Hui, ZHANG Hong-cheng, WEI Hai-yan钵苗机插是一种具有替代毯苗机插潜力的新型移栽方式。但起初的钵苗插秧机缺乏优化的密度间距和有限的粳稻产量潜力。因此，通过宽窄行和适宜的移栽方式，确定粳稻产量形成和籽粒品质适宜的最优密度，对优质水稻生产具有重要意义。2016年和2017年，分别以南粳9108和南粳5055两个粳稻品种为材料，采用宽窄行钵苗机插(K，平均行距30 cm)；等行距钵苗机插(D，33 cm×12 cm)；毯苗机插(T，30cm×12.4 cm) 三种移栽方式进行了田间试验。此外，在宽窄行钵苗机插中设置了5种不同的密度处理(K1-K5，18.62×104 -28.49×104 穴/公顷)。结果表明，最高产量出现在宽窄行钵苗机插种植密度为每公顷26.88×104穴时，与等行距相比，主要在于显著较多的单位面积穗数和略多的每穗粒数导致的较大总颖花量，产量在宽窄行密度中表现为抛物线趋势。与毯苗机插相比，最高产量处理产量显著增加，这主要是由于较大的库容，提高的结实率和千粒重，较高的收获指数和增加的总干物质积累量，尤其是从抽穗期到成熟期积累的较大数量。随着宽窄行中密度的降低，加工品质、外观品质、营养品质均有所提高，直链淀粉含量和食味值均有所下降。与毯苗机插相比，钵苗机插提高了加工品质和营养品质，但直链淀粉含量降低，外观品质恶化。结果表明，采用钵苗机插结合宽窄行，种植密度可达每公顷26.88×104穴，可作为提高粳稻籽粒产量和品质的另一种途径。
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| HU Qun, JIANG Wei-qin, QIU Shi, XING Zhi-peng, HU Ya-jie, GUO Bao-wei, LIU Guo-dong, GAO Hui, ZHANG Hong-cheng, WEI Hai-yan. 2020. Effect of wide-narrow row arrangement in mechanical pot-seedling transplanting and plant density on yield formation and grain quality of japonica rice. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1197-1214. |
Improved soil characteristics in the deeper plough layer can increase grain yield of winter wheat改善深层耕层土壤性状可以提高冬小麦的产量
✺ CHEN Jin, PANG Dang-wei, JIN Min, LUO Yong-li, LI Hao-yu, LI Yong, WANG Zhen-lin
为探讨玉米秸秆还田条件下不同耕作模式对农田耕层理化性状、冬小麦根系分布及产量的影响，从2011年10月至2016年6月连续5个冬小麦生长季进行田间定位试验。试验共设置三个耕作处理，分别是连续旋耕秸秆不还田(RT)、连续旋耕秸秆还田(RS)及前2年旋耕秸秆还田第3年深耕秸秆还田(RS/DS)。与RT相比，连续5年秸秆还田显著降低土壤容重，促进土壤碳库与有机碳含量，并显著提高土壤大团聚体质量比例及其稳定性。与RS相比，RS/DS处理显著提高10–40 cm土层土壤有机碳与全氮含量及冬小麦根长密度，同时显著提高小麦根系在20–40 cm土层的分布比例。在20–40 cm土层提高单位土壤有机碳和全氮含量，冬小麦产量增幅显著高于0–20 cm土层。本研究表明在华北平原玉米秸秆还田条件下，2年旋耕后接1年深耕的耕作模式有助于改善下层耕层的土壤性状和根系分布，保障冬小麦高产稳产。↑ 向上滑动查看更多| Cite this article: |
| CHEN Jin, PANG Dang-wei, JIN Min, LUO Yong-li, LI Hao-yu, LI Yong, WANG Zhen-lin. 2020. Improved soil characteristics in the deeper plough layer can increase grain yield of winter wheat. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1215-1226. |
Interacting leaf dynamics and environment to optimize maize sowing date in North China Plain叶片生长动态与环境交互作用对华北平原玉米播期优化的提升研究
✺ TIAN Bei-jing, ZHU Jin-cheng, LIU Xi-wei, HUANG Shou-bing, WANG Pu
叶片的生长及其与周围环境的相互作用对叶片的面积、分布、功能以及最终玉米(Zea mays L.)的产量都有显著影响。为了探讨叶片生长动态、生育时期和环境对玉米产量的影响，选用2个玉米品种，中株型品种郑单958(ZD958)和大株型品种中农大4号(ZND4)，设3-5个播期，进行了3年的大田试验。结果表明：因改变播期而造成的叶面积、生育时期和生育环境的变化显著影响玉米产量。玉米12叶前，叶片生长动态、环境和产量之间的相关性较差；从12叶至吐丝期，玉米叶片生长与GDD、太阳辐射和产量均呈显著正相关，表明此阶段叶片生长动态的重要性；吐丝期后，太阳辐射对叶片衰老的促进作用大于GDD，特别是在籽粒灌浆后期，且灌浆后期叶片的快速衰老有利于增加产量。在适宜种植密度下，环境对大株型品种中农大4号的影响比中株型品种郑单958更加明显，这也反映出不同品种在适应生长环境时的能力差异。综上所述，本项研究表明，优化叶片生长动态，生育时期和环境之间的相互作用是提高玉米产量的有效措施，良好的交互作用对于确定给定品种的最佳播期是非常有益的。↑ 向上滑动查看更多
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| TIAN Bei-jing, ZHU Jin-cheng, LIU Xi-wei, HUANG Shou-bing, WANG Pu. 2020. Interacting leaf dynamics and environment to optimize maize sowing date in North China Plain. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1227-1240. |
Optimizing agronomic practices for closing rapeseed yield gaps under intensive cropping systems in China
优化农学管理措施缩小中国集约化种植体系油菜产量差
✺ ZHANG Zhi, CONG Ri-huan, REN Tao, LI Hui, ZHU Yun, LU Jian-wei分析油菜产量差以明确产量潜力和限制因素对于满足油料供应至关重要。本研究分析了中国5个不同亚区油菜潜在产量(YP)、可获得产量(Yatt)和实际产量(Yact)，以大样本田间试验数据库为基础，采用边界线法计算潜在产量。通过搜集118篇已发表的文献，采用Meta分析评估不同农学管理措施对油菜产量的影响。研究结果表明，整个区域内农户仅获得37-56%的潜在产量，不同亚区中以长江上游低海拔区（L-URY）和长江下游（LRY）产量水平较高。全区总产量差平均为1893 kg ha-1，由农学管理因素、环境因素和社会经济学因素共同导致。Meta分析的结果表明，不同农学管理因素中，草害控制和排水措施可提高油菜产量分别达到45.6%和35.3%，而其他管理措施带来的产量增幅为17.1-21.6%。因此，短期内缩小油菜产量差应将研究聚焦于易于农民应用到田间的管理技术。
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| ZHANG Zhi, CONG Ri-huan, REN Tao, LI Hui, ZHU Yun, LU Jian-wei. 2020. Optimizing agronomic practices for closing rapeseed yield gaps under intensive cropping systems in China. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1241-1249. |
Horticulture
Genome-wide identification and expression analysis of anthocyanin biosynthetic genes in Brassica juncea
芥菜型油菜花青素合成基因的鉴定与表达分析
✺ ZHANG Da-wei, LIU Li-li, ZHOU Ding-gang, LIU Xian-jun, LIU Zhong-song, YAN Ming-li花青素使植物呈现五彩缤纷的颜色，同时具有抗肿瘤、改善心血管等诸多生物保健功能。芥菜型油菜是世界范围内重要的油料及蔬用作物，解析其花青素合成途径，可为高花青素含量品种的选育提供理论依据。本研究通过比较基因组学方法，在芥菜型油菜种共鉴定出129与拟南芥同源的花青素合成相关基因。相比拟南芥，芥菜型油菜中的花青素合成基因通过基因组三倍化及异源四倍化得以扩增，但基因丢失主要发生在三倍化后，异源四倍化前。尽管花青素合成基因整体扩增水平与基因组保持一致，但更多的负调控转录因子在多倍化过程中得以保留。对芥菜型油菜进行转录组分析发现BjDFR,BjTT19,BjTT8基因在紫叶中相比绿叶显著上调表达，其中BjTT8的可能对花青素的积累起到关键桥梁作用。上述结果可为解析芥菜型油菜花青素合成机制提供支持。
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| ZHANG Da-wei, LIU Li-li, ZHOU Ding-gang, LIU Xian-jun, LIU Zhong-song, YAN Ming-li. 2020. Genome-wide identification and expression analysis of anthocyanin biosynthetic genes in Brassica juncea. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1250-1260. |
Genome-wide identification and expression analysis of asparagine synthetase family in apple
苹果天冬酰胺合成酶家族全基因组鉴定与表达分析
✺ YUAN Xi-sen, YU Zi-peng, LIU Lin, XU Yang, ZHANG Lei, HAN De-guo, ZHANG Shi-zhong天冬酰胺是高效的氮素运输和储存载体。植物体内天冬酰胺的合成是通过天冬酰胺合成酶(ASN)催化天冬氨酸的氨基化来实现的。目前已在多种植物中报道了ASN基因家族的全基因组分析和分类，然而在苹果中还没有该家族的系统分析和表达谱鉴定。我们通过综合的生物信息学方法鉴定并分析了苹果中MdASN家族成员的系统进化关系、染色体定位、蛋白的保守基序、基因的结构特点和表达模式。本研究发现苹果中共有5个MdASN基因，具有保守的GATase-7结构域和ASN结构域，且分布在苹果的4条染色体上。基因表达模式显示MdASN主要在生殖器官即花或果实中表达量最高，可能与植物代谢器官和贮藏库中游离氨基酸的再分配有关。此外，大部分MdASN成员在不同的氮源处理条件下均显著上调，尤其是地上部分。综上，MdASN在苹果中的作用可能主要是参与氮代谢和天冬酰胺的合成。
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| YUAN Xi-sen, YU Zi-peng, LIU Lin, XU Yang, ZHANG Lei, HAN De-guo, ZHANG Shi-zhong. 2020. Genome-wide identification and expression analysis of asparagine synthetase family in apple. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1261-1273. |
Plant Protection
Rapid detection of potato late blight using a loop-mediated isothermal amplification assay
使用环介导的等温扩增方法快速检测马铃薯晚疫病
✺ KONG Liang, WANG Hui-bin, WANG Shuai-shuai, XU Ping-ping, ZHANG Ruo-fang, DONG Suo-meng, ZHENG Xiao-bo致病疫霉(Phytophthora infestans)危害造成的马铃薯晚疫病是威胁全球粮食安全的重大植物病害之一。有效地在早期诊断致病疫霉是防控晚疫病的重要防治基础。本文报道了一种基于环介导等温扩增(LAMP)的方法，能够快速检测致病疫霉。我们在致病疫霉基因组中鉴定到一个转座子样DNA序列(PiSMC)，具有特异性高和多拷贝的特点，是用于晚疫病分子检测的理想靶标。我们通过设计高度特异性和灵敏的引物，在64°C的恒温下，70分钟内可以有效检测到病菌，从而建立了基于PiSMC-LAMP的检测方法。对从中国，欧洲和南美洲收集的15个致病疫霉分离菌株的测结果均显示阳性检，而对感染不同植物的疫霉菌，真菌以及细菌的检测结果均为阴性。该实验的最低致病疫霉DNA检测量是1 pg。此外，该检测方法能够从被致病疫霉感染的叶子，块茎和土壤中检测到该病原菌。本研究报告了一种特异性和灵敏性均较好的PiSMC-LAMP技术，用于马铃薯晚疫病的早期诊断。↑ 向上滑动查看更多| Cite this article: |
| KONG Liang, WANG Hui-bin, WANG Shuai-shuai, XU Ping-ping, ZHANG Ruo-fang, DONG Suo-meng, ZHENG Xiao-bo. 2020. Rapid detection of potato late blight using a loop-mediated isothermal amplification assay. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1274-1282. |
Monoclonal antibody-based serological detection of potato virus M in potato plants and tubers
马铃薯植物和块茎中马铃薯M病毒基于单克隆抗体的血清学检测
✺ ZHANG Yu, GAO Yan-ling, HE Wan-qin, WANG Ya-qin, QIAN Ya-juan, ZHOU Xue-ping, WU Jian-xiang属于Betaflexivirida科Carlavirus属的马铃薯M病毒(Potato virus M，PVM)是世界马铃薯种植区域常见且经济重要的马铃薯病毒之一。为了防控该病毒病害，急需建立一种快速、灵敏、高通量的检测技术。本研究以从感染PVM马铃薯植物中提纯的PVM病毒粒子为免疫原，免疫BALB/c小鼠，利用杂交瘤技术获得4株分泌抗PVM特异、灵敏单抗的杂交瘤细胞株系(1E1、2A5、8A1和17G8)。4株单抗的抗体类型及亚类均为IgG1、kappa轻链，4株单抗的效价达到0-7。Western blot分析发现，4株单抗与PVM的外壳蛋白亚基有特异性免疫反应。以杂交瘤细胞分泌的单抗为核心建立了检测马铃薯植物和马铃薯块茎中PVM的抗原包被板子酶联免疫吸附试验(antigen-coated plate enzyme-linked immunosorbent assay，ACP-ELISA)、斑点酶联免疫吸附试验(Dot-ELISA)和组织印迹酶联免疫吸附试验(Tissue print-ELISA)三种血清学方法。其中ACP-ELISA和Dot-ELISA检测感染PVM马铃薯病叶的灵敏度分别达到1:163,840和1:10,240倍稀释 (w v-1, g mL-1)。Tissue print-ELISA是这三种血清学检测方法中最快、最简便的检测技术，更适合现场大规模样品检测。利用建立的血清学方法对采自云南和黑龙江省的50个马铃薯植物样品中的PVM进行了检测，检测结果发现大约24%的马铃薯样品感染了PVM。RT-PCR检测及PCR产物测序和序列比对分析结果表明，建立的3种血清学方法能准确、灵敏地检测马铃薯植物中的PVM。灵敏、特异PVM单抗的创制及血清学检测方法的建立对PVM的检测、病害流行病学的研究、马铃薯无毒种薯的生产和抗PVM马铃薯品种的育种及科学防控具有重要意义。
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| ZHANG Yu, GAO Yan-ling, HE Wan-qin, WANG Ya-qin, QIAN Ya-juan, ZHOU Xue-ping, WU Jian-xiang. 2020. Monoclonal antibody-based serological detection of potato virus M in potato plants and tubers. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1283-1291. |
MmNet: Identifying Mikania micrantha Kunth in the wild via a deep Convolutional Neural Network基于深度卷积神经网络(CNN)的新型模型MmNet识别野外薇甘菊✺ QIAO Xi, LI Yan-zhou, SU Guang-yuan, TIAN Hong-kun, ZHANG Shuo, SUN Zhong-yu, YANG Long, WAN Fang-hao, QIAN Wan-qiang
“植物杀手”薇甘菊(Mikania micrantha Kunth)是世界上最具危害的外来入侵杂草之一。快速准确地识别野外薇甘菊对监测其生长状况具有重要意义，有助于管理人员制定全面的防治方案和采取必要的措施来控制入侵该地区的薇甘菊。然而，目前薇甘菊的监测主要依靠卫星遥感和人工探查，成本高、精度和效率低。本文利用无人机获取野外环境下待监测区域的薇甘菊彩色图像，提出了一种基于深度卷积神经网络(CNN)的新型模型mmnet来识别图像中的薇甘菊目标。该网络由AlexNet的局部响应归一化(LRN)函数、GoogLeNet的inception结构和VGG模型的连续卷积组成。经过训练和测试，MmNet对400个测试样品的识别效果非常好，准确率为94.50%，时间为10.369 s。此外，在定量比较分析中，所提出的MmNet不仅具有较高的精度和效率，而且结构简单，重复性好。与目前比较流行的卷积神经网络模型相比，MmNet更适合于野外薇甘菊的识别。然而，为了MMNet更加适应野外环境，需要获取更多的薇甘菊图像对模型进行训练。此外，需要对分类标签进行更详细的分类。总之，本研究为开发薇甘菊及其他入侵植物的智能监测预警系统提供了理论和科学依据。
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| QIAO Xi, LI Yan-zhou, SU Guang-yuan, TIAN Hong-kun, ZHANG Shuo, SUN Zhong-yu, YANG Long, WAN Fang-hao, QIAN Wan-qiang. 2020. MmNet: Identifying Mikania micrantha Kunth in the wild via a deep Convolutional Neural Network. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1292-1300. |
Using an image segmentation and support vector machine method for identifying two locust species and instars
基于图像分割与支持向量机的不同种类与龄期蝗虫动态识别方法研究——以亚洲小车蝗与东亚飞蝗为例
✺ Shuhan LU, YE Si-jing蝗虫是世界各地的农业害虫。为了认知蝗虫的分布密度和群落结构与栖息地的热液和植被生长状况之间的关系，从而提供快速准确的蝗虫入侵预警，开发有效而准确的蝗虫样方信息获取技术非常重要。本文在分析东亚小车蝗(Locusta migratoria manilensis)与亚洲小车蝗(Oedaleus decorus asiaticus)的形态特征差异基础上，提出了一种基于蝗虫图像分割，蝗虫特征变量提取和支持向量机(SVM)的半自动蝗虫种类龄期的检测模型。我们根据户外拍摄的样本图像数据来检查其适用性和准确性。蝗虫图像分割试验表明，所提出的基于GrabCut的交互式分割方法可用于快速提取蝗虫身体各个部位的图像，并具有出色的可操作性。在蝗虫特征变量提取实验中，我们计算了蝗虫身体各个部位的质地、颜色和形态特征。对比试验结果，我们通过异常值检测、变量函数计算和主成分分析，选择了八个特征变量来识别蝗虫物种和龄期。我们的基于SVM的半自动蝗虫分类试验在使用惩罚因子参数c为2040且伽玛参数g为0.5的多项式核函数时，达到了96.1%的精确度。我们所提出的监测模型用于鉴别L. migratoria manilensis和O. decorus asiaticus的区别有很高的适用性和准确性，并且这个模型也可以用于鉴别其他的蝗虫。↑ 向上滑动查看更多
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| Shuhan LU, YE Si-jing. 2020. Using an image segmentation and support vector machine method for identifying two locust species and instars. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1301-1313. |
Animal Science • Veterinary Medicine
Genome-wide detection of selective signatures in a Jinhua pig population
金华猪群体内的基因组选择信号检测
✺ XU Zhong, SUN Hao, ZHANG Zhe, Zhao Qing-bo, Babatunde Shittu OLASEGE,, Li Qiu-meng, Yue Yang, Ma Pei-pei, Zhang Xiang-zhe, Wang Qi-shan, Pan Yu-chun金华猪在长期的自然和人工选择下表现出优良的生产性能，但其驯化进程的机理尚不清楚。选择信号是生物群体在选择进化的过程中，由于选择作用使得生物群体表型特征发生变化的对应基因组信息。本文旨在对金华猪群体全基因组发生的选择信号进行检测。在本研究中，我们利用202头金华猪的基因组测序数据，运用REHH (relative extended haplotype homozygosity) 方法进行基因组选择信号分析，并通过生物信息学分析揭示其候选基因的功能。结果共得到166 661个SNP，检测到26161个核心区域，长度共有636.42 Mb，约占常染色体总基因组的28%。进一步筛选出1158个显著(P<0.01)的核心单体型作为选择信号区域，其中有些区域在之前的研究中也有报道。经过注释，这些显著的区域包含402个基因，一些候选基因与肉质、繁殖、免疫反应和体型等重要的经济性状有关，其中最极端P值(P<0.0001)区域对应的基因为ssc-mir-365-2、KDM8、RABEP2、GSG1L、RHEB和RPH3AL。基因功能富集结果表明，这些基因主要与代谢、发育和生物进程的调控等GO条目有关，显著的通路与代谢、生长和免疫相关。研究结果为金华猪提供了全基因组选择信号图谱，可以为金华猪及其它中国地方猪的基因组进化和选择机制提供深入的了解。
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XU Zhong, SUN Hao, ZHANG Zhe, Zhao Qing-bo, Babatunde Shittu Olasege, Li Qiu-meng, Yue Yang, Ma Pei-pei, Zhang Xiang-zhe, Wang Qi-shan, Pan Yu-chun. 2020. Genome-wide detection of selective signatures in a Jinhua pig population. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1314-1322. |
Effect of transferring lignocellulose-degrading bacteria from termite to rumen fluid of sheep on in vitro gas production, fermentation parameters, microbial populations and enzyme activity✺ Ayoub AZIZI, Afrooz SHARIFI, Hasan FAZAELI, Arash AZARFAR, Arjan JONKER, Ali KIANIThe digestive tract of termite (Microcerotermes diversus) contains a variety of lignocellulose-degrading bacteria with exocellulases enzyme activity, not found in the rumen, which could potentially improve fiber degradation in the rumen. The objectives of the current study were to determine the effect of inoculation of rumen fluid (RF) with three species of bacteria isolated from termite digestive tract, Bacillus licheniformis, Ochrobactrum intermedium, and Microbacterium paludicola, on in vitro gas production (IVGP), fermentation parameters, nutrient disappearance, microbial populations, and hydrolytic enzyme activities with fibrous wheat straw (WS) and date leaf (DL) as incubation substrate. Inoculation of RF with either of three termite bacteria increased (P<0.05) ammonia-N concentration compared with the control group (free of termite gut bacteria). Termite bacteria inoculation had no effect (P>0.05) on gas production characteristics, dry matter, organic matter and neutral detergent fiber disappearance, pH, and concentration and composition of volatile fatty acids. Population of proteolytic bacteria and protozoa, but not cellulolytic bacteria, were increased (P<0.05) when RF was inoculated with termite bacteria with both WS and DL substrates. Inoculation of RF with termite bacteria increased protease activity, while activities of carboxymethyl-cellulase, microcrystalline-cellulase, α-amylase and filter paper degrading activity remained unchanged (P>0.05). Overall, the results of this study indicated that transferring lignocellulose-degrading bacteria, isolated from digestive tract of termite, to rumen liquid increased protozoa and proteolytic bacteria population and consequently increased protease activity and ammonia-N concentration in vitro, however, no effect on fermentation and fiber degradation parameters were detected. These results suggest that the termite bacteria might be rapidly lysed by the rumen microbes before beneficial effects on the rumen fermentation process could occur.
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| Ayoub AZIZI, Afrooz SHARIFI, Hasan FAZAELI, Arash AZARFAR, Arjan JONKER, Ali KIANI. 2020. Effect of transferring lignocellulose-degrading bacteria from termite to rumen fluid of sheep on in vitro gas production, fermentation parameters, microbial populations and enzyme activity. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1323-1331. |
Lactate dehydrogenase: An important molecule involved in acetamizuril action against Eimeria tenella
乳酸脱氢酶：一个沙咪珠利抗柔嫩艾美尔球虫的重要靶标分子
✺ LIU Li-li, FEI Chen-zhong, DONG Hui, ZHANG Ke-yu, Fu Jian-jun, LI Tao, XUE Fei-qun乳酸脱氢酶(LDH)是一种重要的糖酵解酶，具有独特的理化性质和分子结构，主要作用是催化乳酸氧化为丙酸，将氢转移给NAD成为NADH，与寄生虫的生存密切相关。前期的一些研究表明，它可以作为寄生虫病诊断和抗寄生虫药物筛选的潜在靶点。本研究旨在探讨新型抗球虫化合物沙咪珠利(acetamizuril)对柔嫩艾美耳球虫(Eimeria tenella，E. tenella)第二代裂殖子LDH(mz-LDH)的影响。分别采用了实时定量PCR(qRT-PCR)、Western blotting、免疫荧光、酶活性测定等分子生物学手段检测了沙咪珠利对mz-LDH的影响。与对照组相比，沙咪珠利处理后mz-LDH的mRNA和蛋白表达均降低；免疫荧光结果表明，mz-LDH主要分布在E. tenella第二代裂殖子的核周或核内，且与对照相比，沙咪珠利处理组的mz-LDH免疫荧光强度明显降低，与Western blotting结果一致。与此同时，mz-LDH酶活性测定结果表明，与对照组相比，沙咪珠利处理组的E. tenella第二代裂殖子胞浆和胞核中的LDH酶活性均降低。此外，通过检测半胱氨酸蛋白酶3(caspase 3)的活性来评价沙咪珠利对E. tenella第二代裂殖子的凋亡作用，发现沙咪珠利处理后，E. tenella第二代裂殖子caspase 3活性显著提高，表明沙咪珠利可能会诱导裂殖子的凋亡。上述研究表明，沙咪珠利可能通过抑制虫体的LDH表达来干扰虫体的能量代谢，同时，沙咪珠利也可能引起虫体细胞的凋亡。沙咪珠利是我国在研一类新兽药，其骨架来源于三嗪化合物，但活性高于现有三嗪类抗球虫药物-地克珠利，目前该药物抗球虫机制尚不明确。本研究中，我们首次研究了沙咪珠利对E. tenella第二代裂殖子LDH的影响，该研究的发现为阐明沙咪珠利抗E. tenella的作用机制提供了重要的理论依据，也为进一步筛选新的抗E. tenella药物奠定了提供了重要分子靶标。
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| LIU Li-li, FEI Chen-zhong, DONG Hui, ZHANG Ke-yu, Fu Jian-jun, LI Tao, XUE Fei-qun. 2020. Lactate dehydrogenase: An important molecule involved in acetamizuril action against Eimeria tenella. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1332-1339. |
Agro-Ecosystem & Environment
Strategies for timing nitrogen fertilization of pear trees based on the distribution, storage, and remobilization of15N from seasonal application of (15NH4)2SO4
基于(15NH4)2SO4不同施用时期15N在梨树内分配、储藏和再利用规律的氮肥施用策略
✺ JIANG Hai-bo, LI Hong-xu, ZHAO Ming-xin, MEI Xin-lan, KANG Ya-long, DONG Cai-xia, XU Yang-chun为提高梨园氮肥施用管理水平，我们在甘肃省景泰县通过田间试验，研究了氮肥施用时期对成年梨树氮素分配、储藏和再利用的影响。试验选择9棵梨树，每棵梨树在秋季、春季和夏季分别施用83.33 g N，每个施肥时期仅选择一组梨树施用15N标记的(NH4)2SO4作为氮肥。结果表明，秋季施用的(15NH4)2SO4越冬期主要存在于土壤内。第二年春天，这些氮被吸收并迅速分配到各个器官，特别是新生器官(叶片、果实和新生枝条)内。春季施用的15N在幼果期至果实膨大期，迅速进入生长中的果实内。夏季施用的15N主要储藏在粗根中越冬，然后在春季被再用于支持新生器官的生长。综上所述，对于梨树我们建议在果实收获后不久施用氮肥，以增加细根中的氮储藏量。春季施肥应在盛花期和幼果期之间，以满足果实发育对氮的迫切需求。夏季施用的氮肥在果实膨大期对梨果实的生长无直接影响，但增加了粗根中氮素的储藏，进而增加了春季树体氮的可再利用量。
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| JIANG Hai-bo, LI Hong-xu, ZHAO Ming-xin, MEI Xin-lan, KANG Ya-long, DONG Cai-xia, XU Yang-chun . 2020. Strategies for timing nitrogen fertilization of pear trees based on the distribution, storage, and remobilization of 15N from seasonal application of (15N H4)2SO4. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1340-1353. |
Long-term fertilization leads to specific PLFA finger-prints in Chinese Hapludults soil
长期不同施肥导致黄壤产生特定的磷脂脂肪酸特征
✺ WANG Qi-qi, LIU Ling-ling, LI Yu, QIN Song, WANG Chuan-jie, CAI An-dong, WU Lei, XU Ming-gang, ZHANG Wen-ju土壤微生物在有机碳和养分循环的生物化学过程中扮演者十分重要的作用。许多研究已经报道了短期是非对于土壤微生物的影响，但是，长期不同施肥对于根际土壤微生物的影响研究较少。因此，本研究的主要目的是探索长期施肥下根基土壤微生物相应特征。请给予中国贵州21年的长期定位试验站，我们提取了根基和非洲根基土壤中微生物磷脂脂肪酸来反应土壤微生物的群落结构特征。选用了6个不同施肥处理：不施肥(CK)，单施化学氮肥(N)， 氮钾肥(NK)，磷钾肥(PK)，氮磷钾肥(NPK)，氮磷钾肥加有机肥(MNPK)。研究结果表明相较于不施肥处理，非根际土壤不均衡的化肥处理下(N, NK, PK)总磷脂脂肪酸含量平均下降了45%，MNPK处理显著增加了非根际(分别增加了33%和23%)和根际(分别增加了15%和20%)土壤中真菌和革兰氏阴性菌的丰度。另外，在不均衡化肥的三个处理下，相对于非根际土壤，根际的所有微生物种群都显著增加，但是真菌细菌比和革兰氏阳性和阴性菌比例没有显著变化。这可能归因于根际的养分有效性较高。土壤pH和有机碳是显著影响非根际土壤微生物群落结构的主要因素，分别解释了51%和20%的变异。然而，根际土壤微生物群落主要受到土壤pH的调控，解释了31%的变异。因此，我们得出结论，在农业生态系统中，由于根际效应，非根际的微生物群落结构比根际的微生物更容易受到长期不同施肥的影响。根际的养分环境和缓冲能力可以帮助微生物抵抗长期不同施肥带来的影响。↑ 向上滑动查看更多| Cite this article: |
| WANG Qi-qi, LIU Ling-ling, LI Yu, QIN Song, WANG Chuan-jie, CAI An-dong, WU Lei, XU Ming-gang, ZHANG Wen-ju. 2020. Long-term fertilization leads to specific PLFA finger-prints in Chinese Hapludults soil. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1354-1362. |
The effects of water and nitrogen on the roots and yield of upland and paddy rice
氮素和水分对旱稻和水稻根系和产量的影响
✺ ZHANG Ya-jie, XU Jing-nan, CHENG Ya-dan, WANG Chen, LIU Gao-sheng, YANG Jian-chang研究稻根系特性对提高水氮利用效率、减少环境污染具有重要意义。本文研究了不同水分和氮素组合对稻根系性状、根系结构、产量和水氮利用效率的影响。以旱稻品种中旱3号(粳稻品种)和水稻品种淮稻5号(粳稻品种)为试材，设计3种施氮水平【2g尿素/盆(LN)、3g尿素/盆(NN)及4g尿素/盆(HN)】和3种土壤水势(0、-20及-40 kPa)处理组合。结果表明，随着土壤水分的降低，旱稻根系在0–5cm耕作层根体积百分比增大，在5–10和10–20cm耕作层根体积百分比减小，而水稻根系则呈现相反的趋势。随着施氮量的增加，旱稻和水稻产量增加，根系在0–5和5–10 cm耕作层根体积百分比增加，而在10–20 cm耕作层根体积百分比下降。旱稻根系主要分布在10–20 cm耕作层，而水稻根系多分布在0–5 cm耕作层。旱稻土水势-20 kPa及NN和水稻土水势0 kPa及LN的水氮组合能促进旱水稻中后期根系的生长，降低对水氮的需求，提高稻谷产量。↑ 向上滑动查看更多| Cite this article: |
| ZHANG Ya-jie, XU Jing-nan, CHENG Ya-dan, WANG Chen, LIU Gao-sheng, YANG Jian-chang. 2020. The effects of water and nitrogen on the roots and yield of upland and paddy rice. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1363-1374. |
The effects of calcium combined with chitosan amendment on the bioavailability of exogenous Pb in calcareous soil
钙与壳聚糖对石灰性土壤外源铅生物有效性影响
✺ CHANG Hui-qing, WANG Qi-zhen, LI Zhao-jun, WU Jie, XU Xiao-feng, SHI Zhao-yong
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| CHANG Hui-qing, WANG Qi-zhen, LI Zhao-jun, WU Jie, XU Xiao-feng, SHI Zhao-yong. 2020. The effects of calcium combined with chitosan amendment on the bioavailability of exogenous Pb in calcareous soil. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1375-1386. |
Food Science
Effects of UV-B treatment on controlling lignification and quality of bamboo (Phyllostachys prominens) shoots without sheaths during cold storage
中波紫外线处理对冷藏去壳竹笋木质化和品质的影响
✺ ZHENG Jian, LI Sheng-e, Maratab ALI, HUANG Qi-hui, ZHNEG Xiao-lin, PANG Lin-jiang为研究紫外线处理对高节笋(Phyllostachys prominens)冷藏期间木质化和品质的影响，将高节笋去壳再经中波紫外线(UV-B)辐照处理(强度为8.0 kJ m-2)后在 (6±1)°C和相对湿度85-90%条件下贮藏15天。结果发现UV-B辐照处理显著抑制了冷藏期间去壳高节笋组织的硬度、失重率的上升和纤维素、木质素的累积；UV-B处理抑制了4-香豆酸CoA连接酶(4CL)、过氧化物酶(POD)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性，并下调了这些酶编码基因的表达量。试验表明UV-B处理通过抑制高节笋木质素合成代谢关键酶活性及其基因表达来调控木质素合成代谢和木质素在组织中的累积，进而有利于保持冷藏下高节笋的食用品质。↑ 向上滑动查看更多
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| ZHENG Jian, LI Sheng-e, Maratab ALI, HUANG Qi-hui, ZHNEG Xiao-lin, PANG Lin-jiang. 2020. Effects of UV-B treatment on controlling lignification and quality of bamboo (Phyllostachys prominens) shoots without sheaths during cold storage. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1387-1395. |
Effects of INA on postharvest blue and green molds and anthracnose decay in citrus fruit
对柑桔采后青霉、绿霉和炭疽病的影响
✺ JING Jia-yi, ZHANG Hong-yan, XUE Yao-bi, ZENG Kai-fang2,6-二氯异烟酸(INA)是水杨酸的合成功能类似物，能有效诱导植物对病原的抗病性。研究了INA对采后柑桔果实青霉病、绿霉病和炭疽病的防治及防御相关酶的影响，并测定了自然发病的柑桔果皮的抗坏血酸含量。结果表明，与对照相比，1.0 mmol L-1 INA处理能显著降低伤口接种果实和自然发病果实的青霉病、绿霉病和炭疽病的发生。INA处理有效地增强橙皮中β-1 3-葡聚糖酶、几丁质酶、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性。结果表明，INA可作为一种化学杀菌剂的替代品，用于防治柑桔果实采后病害。↑ 向上滑动查看更多
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| JING Jia-yi, ZHANG Hong-yan, XUE Yao-bi, ZENG Kai-fang. 2020. Effects of INA on postharvest blue and green molds and anthracnose decay in citrus fruit. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1396-1406. |
Letter
QTL-allele matrix detected from RTM-GWAS is a powerful tool for studies in genetics, evolution, and breeding by design of crops✺ HE Jian-bo, GAI Jun-yi
该法通过构建基因组片段的复等位变异标记SNPLDB解决了以往GWAS不能直接估计复等位变异的问题；而且，采用多位点模型通过同时拟合多数QTL控制了相邻位点的多重影响，避免了采用额外的整体统计测验阈值矫正，降低了假阳性和假阴性，提高了整体检测功效。此外，RTM-GWAS可直接使用试验设计原始数据(包括环境和区组)进行分析，将试验设计严格的误差控制和关联分析紧密结合，除能检测主效QTL外还能检测与环境互作的QTL及其等位变异。由RTM-GWAS分析结果建立的QTL-等位变异矩阵代表了群体数量性状的全部遗传组成，不仅可用于候选基因发掘，还为群体内QTL及其复等位变异的动态研究(群体遗传分化以及特有与新生等位变异)提供了新工具。进一步还能根据QTL-等位变异矩阵通过计算机模拟产生杂交组合后代基因型，预测杂交组合后裔的表现，从而实现分子标记辅助的优化组合设计育种。RTM-GWAS还适用于双(多)亲衍生遗传群体的QTL检测，因避免了群体结构偏离的干扰，检测功效高于连锁分析。
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| HE Jian-bo, GAI Jun-yi. 2020. QTL-allele matrix detected from RTM-GWAS is a powerful tool for studies in genetics, evolution, and breeding by design of crops. Journal of Integrative Agriculture, 19(5): 1407-1410. |
往期文章：
JIA | 盖钧镒院士团队提出限制性两阶段多位点全基因方法以全面解析群体数量性状QTL-等位变异构成
JIA | 西南大学赵芳明和何光华团队揭示水稻染色体片段代换系Z744的粒重主要由2个增加粒重的QTL和2个减少粒重的QTL控制
JIA | 中国农业科学院深圳农业基因组研究所万方浩、钱万强团队基于无人机和深度学习的外来入侵植物薇甘菊在线识别技术方面最新进展
薛飞群 || 乳酸脱氢酶：一个沙咪珠利抗柔嫩艾美尔球虫的重要靶标分子
JIA 2020-03期 发布JIA 2020-02期 发布JIA 2020-01期 发布
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