JIA 2021-10期 发布
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Review
面对人类诸多困境，联合国提出了粮食安全、人类健康、社会经济发展、资源保护和生态恢复等可持续发展目标。植物病害防控对实现这些目标可发挥重要作用，但有些防控措施也无意识地带来了社会、生态和经济的负面结果，而这些后果并没有由相关责任人来承担，即产生了负外部性。同时，由于生产者及其他社会主体的利益诉求差异、防控经济阈值把握不到位以及未弄清防控效率、盈利性和生态功能性之间的复杂关系等原因，植物病害防控的策略选择和技术实施都受到了很大限制。在经济社会体系中，植物病害防控的可持续发展既受制于技术内在属性，也取决于社会经济因素（如利润、预期、沉默成本、机会成本、政策、偏好等）。可见，要引导和推动植物病害防控的可持续发展，既需弄清其经济、社会和生态效应，开展以生产能力、盈利性、生物进化等为主要内容的综合评价，揭示其短期效应（如成本、收益、便利性、有效性等）和长期效应（如病原生物进化、农业生产可恢复性、生物时空多样性等），也需明晰植物病害防控的正负外部性，为政府平衡植物病害防控的社会、生态和经济效益的决策提供理论和应用支撑。此外，考虑到未来植物病害防控策略和技术的可选择性以及效益溢出问题，除了优化技术、平衡技术和农产品供需市场外，政府、研究人员、生产者和消费者之间的信息对称性也应予更为充分的重视和研究。
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| HE Dun-chun, Jeremy J. BURDON, XIE Lian-hui, Jiasui ZHAN. 2021. Triple bottom-line consideration of sustainable plant disease management: From economic, sociological and ecological perspectives. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2581–2591. |
>>综述 | 谢联辉院士等从经济、社会和生态视角探讨植物病害防控的可持续性
Crop Science
A rice geranylgeranyl reductase is essential for chloroplast development
水稻牻牛儿基牻牛儿基还原酶调控叶绿体发育
✺ LIU Xi, YI Xin, YANG Yan-rong, HUANG Qian-qian
叶绿体对植物光合作用和生长是必要的。许多基因被鉴定参与调控植物叶绿体发育。然而，在分子水平上这些基因如何调控叶绿体生物合成是未知的。在本研究中，我们分离了一个色素缺乏的突变体ygl2。YGL2编码一个牻牛儿基牻牛儿基还原酶。YGL2的第三外显子有一个碱基突变（T1361G），导致编码产物发生错义突变（L454R）。透射电镜显示，突变体ygl2的叶绿体发育受损。在突变体ygl2中，质体编码基因的表达水平发生显著变化。此外，通过酵母双杂交分析我们发现YGL2与RNA编辑因子MORF8互作。
↑ 向上滑动查看更多>>淮阴师范学院刘喜解析水稻牻牛儿基牻牛儿基还原酶调控叶绿体发育
Impacts of climate change on drought risk of winter wheat in the North China Plain
气候变化对华北平原冬小麦干旱风险的影响
✺ ZHANG Li, CHU Qing-quan, JIANG Yu-lin, CHEN Fu, LEI Yong-deng
干旱是造成冬小麦减产的最主要的自然灾害之一，然而气候变化背景下干旱发生的机制及其时空格局仍不明确。本研究基于华北平原1958-2015年气象站点的长时间序列气象数据，采用敏感性分析，M-K检测以及斜率估计等方法，分析了不同气象因素对冬小麦干旱风险的影响机制。结果表明，近60年来冬小麦生育期内气象因子发生了显著的变化，导致冬小麦面临着严重的干旱风险（生长季内水分亏缺量达到350 mm），尤其在拔节-抽穗和抽穗-成熟期这两个产量形成的关键时期面临的干旱威胁更加严重。冬小麦生育阶段的干旱风险和气象因子呈现较大的时空分异特征。尽管降水对于干旱风险格局起主导作用，但是在冬小麦生长的关键阶段，气温升高和相对湿度降低等气象因素的变化都将加剧其干旱风险。过去几十年中近90%的气象站点温度都呈明显的上升趋势，如果未来气温持续升高，冬小麦的水分亏缺和干旱风险将会进一步加剧。研究结果可为作物生产有效适应未来气候变化和保障区域粮食安全提供基础支撑。
↑ 向上滑动查看更多基于高光谱特征参数快速测定涝渍胁迫下冬小麦叶片含水量✺ YANG Fei-fei, LIU Tao, WANG Qi-yuan, DU Ming-zhu, YANG Tian-le, LIU Da-zhong, LI Shi-juan, LIU Sheng-ping
于极端降雨量事件的频繁发生，涝渍胁迫已成为粮食生产的明显制约因素。叶片含水量是一个重要的指标，且高光谱遥感为测定它提供了一种无损、实时且可靠的方法。因此，本文基于盆栽试验，于拔节期对冬小麦进行不同涝渍胁迫梯度处理。涝渍胁迫后每7天采集一次叶片高光谱数据、叶片含水量（leaf water content, LWC）数据，直至小麦成熟。结合植被指数构建、相关分析、回归分析、BP神经网络（BP neural network, BPNN）等方法，我们发现：（1）涝渍胁迫对叶片含水量的影响具有滞后性。（2）所有涝渍胁迫均会导致叶片含水量的降低。重度渍水下叶片含水量的下降速度比轻度渍水快，但长期轻度渍水比短期重度渍水对叶片含水量的影响程度更深。（3）叶片含水量的光谱敏感波段位于可见光（VIS, 400-780 nm）和短波红外（SWIR, 1400-2500 nm）波段。（4）以648 nm处原始光谱值，500 nm处一阶微分值，红边位置，新植被指数RVI (437, 466), NDVI (437, 466) 和NDVI' (747, 1956) 作为自变量建立的BPNN模型最适合反演涝渍胁迫冬小麦叶片含水量（建模集：R2=0.889, RMSE=0.138；验模集：R2=0.891, RMSE=0.518）。研究结果对涝渍胁迫精确防控具有重要的理论意义和实际应用价值。
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| YANG Fei-fei, LIU Tao, WANG Qi-yuan, DU Ming-zhu, YANG Tian-le, LIU Da-zhong, LI Shi-juan, LIU Sheng-ping. 2021. Rapid determination of leaf water content for monitoring waterlogging in winter wheat based on hyperspectral parameters. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2613–2626. |
>>中国农科院农业信息研究所农业系统智能控制与虚拟技术团队基于高光谱遥感快速测定涝渍胁迫下冬小麦叶片含水量的研究
本研究2017年和2018年的种植密度为12.0×104 株 ha-1，在施氮量为0-450 kg ha-1范围内设置4种不同氮肥处理；2019年种植密度分别为7.5×104和12.0×104 株 ha-1，在施氮量为0-765 kg ha-1范围内设置18种不同氮肥处理。通过测定不同处理下玉米生育期、绿叶的叶面积指数（LAI）、籽粒含水量和籽粒脱水率指标，阐明施氮量对玉米籽粒含水量的影响。结果表明，施氮量从0增加到765 kg ha-1，玉米吐丝期推迟约1天，成熟期推迟约1-2天。在生理成熟期和生理成熟期后，不同施氮量处理下籽粒含水量极差为1.9-4.0％。随着施氮量的增加，生理成熟后玉米籽粒的脱水率降低，但施氮量与籽粒脱水率之间没有统计学意义。生理成熟期叶面积指数与生理成熟后籽粒脱水速率之间无显著相关性。总之，施氮对玉米生理成熟期和成熟后籽粒含水量均有影响，但不同施氮量对籽粒含水量的影响较小。以上结果表明，在生产中不需要考虑施氮对玉米籽粒含水量的影响。
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| ZHANG Yuan-meng, XUE Jun, ZHAI Juan, ZHANG Guo-qiang, ZHANG Wan-xu, WANG Ke-ru, MING Bo, HOU Peng, XIE Rui-zhi, LIU Chao-wei, LI Shao-kun. 2021. Does nitrogen application rate affect the moisture content of corn grains? Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2627–2638. |
>>中国农科院作物栽培与生理创新团队李少昆研究员课题组 施氮量是否会影响玉米籽粒的含水量
Effects of drought stress on root morphology and spatial distribution of soybean and adzuki bean✺ Hyen Chung CHUN, Sanghun LEE, Young Dae CHOI, Dong Hyeok GONG, Ki Youl JUNG
The experiment was performed at the National Institute of Crop Science in Miryang, Korea. Soybeans and adzuki beans were planted in test boxes and grown for 30 days. The boxes were filled with bed soil with various soil moisture treatments. Root images were obtained and scanned every two days, and the root properties were characterized by root length, depth and surface area, number of roots, and fractal parameters (fractal dimension and lacunarity). Root depth, length and surface area and the number of roots increased in both crops as the soil moisture content increased. The fractal dimension and lacunarity values increased as the soil moisture content increased. These results indicated that the greater the soil moisture, the more heterogeneous the root structure. Correlation analysis of the morphological properties and fractal parameters indicated that soybean and adzuki bean had different root structure developments. Both soybean and adzuki bean were sensitive to the amount of soil moisture in the early vegetative stage. Soybean required a soil moisture content greater than 70% of the field capacity to develop a full root structure, while adzuki bean required 100% of the field capacity. These results would be useful in understanding the responses of soybean and adzuki bean to water stress and managing irrigation during cultivation.
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| Hyen Chung CHUN, Sanghun LEE, Young Dae CHOI, Dong Hyeok GONG, Ki Youl JUNG. 2021. Effects of drought stress on root morphology and spatial distribution of soybean and adzuki bean. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2639–2651. |
Horticulture
本文对八倍体栽培草莓INV家族基因进行了全面的分析，包括基因结构、染色体定位、保守结构域、基因进化和果实发育过程中的表达谱。我们的研究表明，多倍体事件导致INVs基因在栽培草莓基因组中大量扩增(几乎是三倍或四倍)，这些扩增的INVs基因在草莓果实中表现为显性表达。超过一半的INVs转录产物由于可变剪切导致产生较短的编码框，同时具备较低的表达水平。前人的研究表明，CWINVs参与糖分的韧皮部卸载和库强度的调节。FaCWINV1在果实发育过程中表达量明显上调，在成熟果实中强烈表达。总糖含量与FaCWINV1的表达水平有显著的相关性。这些结果表明，FaCWINV1可能参与草莓果实中糖份的积累。综上所述，我们的研究结果将有助于进一步研究INVs在果实成熟调控中的作用。
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| YUAN Hua-zhao, PANG Fu-hua, CAI Wei-jian, CHEN Xiao-dong, ZHAO Mi-zhen, YU Hong-mei. 2021. Genome-wide analysis of the invertase genes in strawberry (Fragaria×ananassa). Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2652–2665. |
本研究从葡萄基因组中共鉴定出59个SCPL蛋白，并对该基因家族进行了染色体定位、序列比对、基因结构、系统进化，及保守结构域等生物信息学分析，该基因家族的鉴定严格按照SCPL结构域进行。系统进化分析结果表明，VvSCPL基因家族可被划分成3个亚家族，每个亚家族内的基因均具有高度保守的结构域。VvSCPL基因家族外显子数量介于1-19之间，表明葡萄SCPL基因存在较大的变异。转录组测序与qRT-PCR分析结果表明，VvSCPL基因的表达受干旱和淹水胁迫的诱导或抑制，表明该家族基因可能在应答非生物胁迫过程中发挥着一定的作用。本研究为深入了解葡萄VvSCPL基因的生理与生物学功能提供了有力参考。
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| WANG Xi-cheng, WU Wei-min, ZHOU Bei-bei, WANG Zhuang-wei, QIAN Ya-ming, WANG Bo, YAN Li-chun. 2021. Genome-wide analysis of the SCPL gene family in grape (Vitis vinifera L.). Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2666–2679. |
根际通风调系统优化对植物工厂微环境参数及生菜生长的影响
✺ LI Kun, FANG Hui, ZOU Zhi-rong, CHENG Rui-feng
植物工厂中蔬菜植株周围的微环境在环控方式、植物生理活动及叶片流体动力学特性影响下，通常会导致局部通风均匀性降低，环境参数恶化和环控效率下降。本研究针对这一问题，提出了根际通风调温方法（ILCA），将植物工厂环境空气进行温度调控后流经水培系统中营养液面与栽培板之间的空气层后进入植物冠层下部，直接对各植株单体进行环境调控。采用二次通用旋转组合设计，探明各主要环控影响因子的优化组合，实现高效通风调温。结果表明，采用优化参数进行通风调温时，ILCA能够在远高于常规环控方式（CEC）的室温下（28°C），达到与CEC相似的调温效果，并实现环控系统节能50.8%，对栽培区冠层和根系微环境参数变化显著。植物生长情况方面，ILCA处理能够显著降低生菜根系鲜重41.7%，同时对产量没有显著的负面影响。在植物工厂向大型化，生产型发展的今天，空气层通风调温以更低的能耗实现蔬菜个体微环境参数的精准控制，提高了资源利用效率，具有推广价值。
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| LI Kun, FANG Hui, ZOU Zhi-rong, CHENG Rui-feng. 2021. Optimization of rhizosphere cooling airflow for microclimate regulation and its effects on lettuce growth in plant factory. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2680–2695. |
Plant Protection
Combining simplified DNA extraction technology and recombinase polymerase amplification assay for rapid and equipment-free detection of citrus pathogen Phytophthora parasitica结合简易核酸提取和重组酶聚合酶扩增技术检测由寄生疫霉引起的柑橘根腐病✺ CHEN Wei-yu, YU Jia, XU Heng, LU Xin-yu, DAI Ting-ting, TIAN Yue-e, SHEN Dan-yu, DOU Dao-long
由寄生疫霉（Phytophthora parasitica）引起的柑橘根腐病是柑橘生产上普遍发生、对柑橘危害较为严重的一种病害。本研究的目的是建立一种简易快速的结合侧流层析技术判定结果的重组酶聚合酶扩增（lateral flow strip-based recombinase polymerase amplification, LF-RPA）方法检测寄生疫霉，为诊断和防治寄生疫霉引起的柑橘根腐病提供技术支撑。以Ypt1基因为检测的靶标序列，通过多序列比对分析，设计寄生疫霉的特异性引物和探针，建立并优化LF-RPA检测方法，并与简易核酸提取技术相结合，对该检测方法的特异性、灵敏度和实际应用效果进行评估。对LF-RPA体系中的温度、引物和探针比例、时间进行了优化，使得LF-RPA在40°C孵育温度下反应20分钟后即可肉眼判断检测结果。特异性试验中，LF-RPA能特异性地检测出不同来源的寄生疫霉，而其它亲缘关系相近的卵菌病原菌均未检测出。灵敏度试验结果显示，LF-RPA的最低检测灵敏度为1 pg。为了使LF-RPA检测方法更适宜基层使用，对四种不同的简易核酸提取技术进行了比较评估，发现基于PEG-NaOH的简易核酸提取技术更适合本研究。将LF-RPA与PEG-NaOH核酸提取技术相结合，不需要特定的仪器设备，只需要能维持40°C的保温杯，即可在30分钟内完成从发病植株的核酸提取到结果判定的整个检测过程。利用该方法，成功地从接种寄生疫霉的柑橘叶片、枝条和果实上检测出寄生疫霉；此外也从田间采集的10份柑橘发病样品中检测出其中3份样品含有寄生疫霉本研究成功建立了一种针对寄生疫霉的LF-RPA快速检测方法，该方法与简易核酸提取技术相结合，非常适宜于基层使用，为柑橘根腐病的快速诊断奠定了技术基础。
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| CHEN Wei-yu, YU Jia, XU Heng, LU Xin-yu, DAI Ting-ting, TIAN Yue-e, SHEN Dan-yu, DOU Dao-long. 2021. Combining simplified DNA extraction technology and recombinase polymerase amplification assay for rapid and equipment-free detection of citrus pathogen Phytophthora parasitica. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2696–2705. |
The study revealed a new species of Heterorhabditis (MT371593) in soil samples that were randomly collected from an arable farmland cultivated with cassava TMS-30572 at the Teaching and Research Farm of Landmark University, Nigeria. Amplification of the internal transcribed spacer region (ITS) of the ribosomal DNA produced a nucleotide sequence of 933 base pairs (bp). A BLASTN search of GenBank showed that the sequence of the Nigerian isolate is identical at 99% similarity to that of Heterorhabditis sp. from Thailand. Infectivity test of the isolate showed 100% mortality against T. molitor larvae within 48 h of exposure while only 80% mortality was recorded for G. mellonella after 1 week of exposure. This is the first account of Heterorhabditis sp. in Nigeria. The varying degrees of infectivity against mealworm and greater moth observed in this study proved that the Nigerian isolate of Heterorhabditis sp. could potentially be an attractive option in the management of insect pests of cash crops.
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| Fisayo Y. DARAMOLA, Osarenkhoe O. OSEMWEGIE, Stephen O. OWA, Samuel B. ORISAJO, Evbuomwan IKPONMWOSA, Elizabeth T. ALORI. 2021. Isolation and molecular characterization of entomopathogenic nematode, Heterorhabditis sp. from an arable land in Nigeria. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2706–2715. |
突变效率和孵化率是影响基因编辑昆虫构建的两个关键因素。在CRISPR/Cas9介导的dsLmRNase2-/-突变体蝗虫构建过程中，我们发现注射与卵囊接触20 min的鞣化卵比未鞣化的新鲜卵获得突变体飞蝗的效率更高。然而，鞣化和未鞣化卵产生的dsLmRNase2突变遗传到G1代的效率相似。此外，发育正常的鞣化和未鞣化的G0代卵和成虫的有效突变率没有显著差异，表明鞣化并不影响CRISPR/Cas9介导的突变效率。同时，我们发现飞蝗合胞体分裂期比鞣化时间长，为显微注射的鞣化卵和未鞣化卵提供了足够的时间窗口以完成有效地基因编辑。我们进一步发现，鞣化卵显微注射后感染率较低进而表现出更高的孵化率。抗压和超微结构分析表明，鞣化卵具有压缩的卵壳，能够承受较高的外部压力。综上所述，鞣化卵具有更强的防御能力以提高孵化率，并保持了更高的基因组突变效率，为开发CRISPR/Cas9介导的飞蝗突变体构建提供了一种优化的技术方法。
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| ZHANG Ting-ting, WEN Ting-mei, YUE Yang, YAN Qiang, DU Er-xia, FAN San-hong, Siegfried ROTH, LI Sheng, ZHANG Jian-zhen, ZHANG Xue-yao, ZHANG Min. 2021. Egg tanning improves the efficiency of CRISPR/Cas9-mediated mutant locust production by enhancing defense ability after microinjection. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2716–2726. |
马铃薯块茎蛾又称烟草潜叶蛾，起源于中美洲和南美洲北部地区，现已分布在亚洲、欧洲、北美洲、非洲等100多个国家，是茄科作物的世界性农业害虫，尤其对马铃薯有毁灭性的危害。目前，该虫在我国南方马铃薯/烟草产区普遍发生，尤其是在云南、四川、贵州等地区该害虫发生极为严重。性诱技术在马铃薯块茎蛾的监测预警和绿色防控中具有较大的开发潜力，然而，马铃薯块茎蛾性信息素鉴定至今，尚未开发出系统有效的应用技术。本研究旨在从诱芯剂量、诱芯的介质和材料以及诱捕器应用密度和高度等因素入手，对马铃薯块茎蛾性诱剂的应用技术进行优化，从而提高性信息素对马铃薯块茎蛾监测预警及田间防控应用水平。实验结果表明由玉米油和红色PVC管组成的诱芯诱蛾量最高，可达到11.73±1.90/诱捕器/天；性信息素最优剂量为100微克, 高剂量的性信息素反而会抑制其诱捕效果；诱捕器的悬挂密度不会影响诱蛾量，建议应用密度为每亩地设置2–3个诱捕器；最优选的悬挂高度为不高于植物冠层的位置。本研究为开发性诱技术进行马铃薯块茎蛾的监测和防控提供了重要的参考依据。
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| YAN Jun-jie, MEI Xiang-dong, FENG Jia-wen, LIN Zhi-xu, Stuart REITZ, MENG Rui-xia, GAO Yu-lin. 2021. Optimization of the sex pheromone-based method for trapping field populations of Phthorimaea operculella (Zeller) in South China. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2727–2733. |
Animal Science • Veterinary Medicine
瘦素受体（LEPR）是瘦素的高亲和力受体，在人类和动物肥胖中起着至关重要的作用。本研究的目的是以东北农业大学肉鸡双向选择品系（NEAUHLF）为研究材料，通过关联分析和电子计算分析相结合的方法，研究LEPR外显子功能变异对鸡脂肪沉积的影响。使用5种在线生物信息学工具预测编码区单核苷酸多态性（SNPs）的功能。进一步，通过基于氨基酸残基的保守性和稳定性分析、蛋白质配体结合位点的预测、蛋白质二级结构分析、蛋白质三级结构的建模等生物信息学分析，确定了高置信度SNPs的可能结构与功能。同时，对鸡LEPR基因外显子20个非同义单核苷酸多态性（nsSNPs）与腹脂性状进行了关联分析。5种在线生物信息学工具显示，rs731962924(N867I)和rs13684622（C1002R）是最可能影响鸡腹部脂肪性状的功能性nsSNPs。氨基酸残基稳定性和保守型分析显示，大部分nsSNPs可引起蛋白质稳定性下降，rs731962924（N867I）和rs13684622（C1002R）在进化过程中相对保守。蛋白质结构分析显示rs731962924（N867I）和rs13684622（C1002R）均在可引起LEPR蛋白质结构和功能的显著变化。关联分析显示rs13684622（C1002R）与鸡腹脂重和腹脂率显著相关（P=0.0413，P=0.0260）。因此，我们认为rs13684622（C1002R）可能是一个影响鸡腹脂沉积的重要功能性SNP，有望应用于分子标记辅助选择（MAS）中培育低脂肉鸡品系。本研究的主要创新点是结合了多种生物信息学方法和nsSNPs与腹脂性状之间的关联分析进行LEPR基因功能性SNPs的筛选，为后续进行深入的功能分析提供优先研究SNP（priorization SNP）。此外，本研究用到的关联分析与计算机电子计算分析相结合的方法为鉴定农业动物重要经济性状的功能性分子标记提供了一条新的途径。
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| LI Yu-dong, WANG Wei-jia, LI Zi-wei, WANG Ning, XIAO Fan, GAO Hai-he, GUO Huai-shun, LI Hui, WANG Shou-zhi. 2021. Integration of association and computational methods reveals functional variants of LEPR gene for abdominal fat content in chickens. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2734–2748. |
卵泡刺激素（FSH）是一种重要的下丘脑-垂体-性腺轴（HPG）激素，由垂体分泌。本研究证实FSH在鸡卵泡不同时期均有表达，颗粒细胞中FSHβ mRNA表达信号强于卵母细胞（P<0.05）。卵巢中FSHβ 369 bp的编码序列与垂体中FSHβ的编码序列完全相同。体外实验表明卵巢具有FSH分泌功能。此外，卵泡中FSHβ mRNA表达显著上调（P<0.05），且随着卵泡发育，FSHβ mRNA表达水平显著高于垂体（P<0.05），约为垂体的2~23倍。siRNA处理后卵巢颗粒细胞数量明显减少（P<0.05），说明卵巢FSH可促进颗粒细胞增殖。这一观点得到了细胞周期分析和CCND2和CCNE2表达的支持。进一步研究表明，经FSHβ siRNA处理的颗粒细胞数与外源性FSH处理的颗粒细胞数无显著差异（P>0.05），而未经FSHβ siRNA转染的颗粒细胞数明显高于外源性FSH处理的颗粒细胞数（P<0.05）。提示外源性FSH对卵巢颗粒细胞的增殖作用依赖于内源性FSH。本研究表明FSH基因在鸡卵泡中表达，促进卵巢颗粒细胞增殖。本研究可以丰富HPG轴的理论。
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| BI Yu-lin, YANG Shu-yan, WANG Hai-yan, CHANG Guo-bin, CHEN Guo-hong. 2021. Follicle-stimulating hormone is expressed in ovarian follicles of chickens and promotes ovarian granulosa cell proliferation. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2749–2757. |
Agro-Ecosystem & Environment
理解土壤有机碳（SOC）的稳定性对于农业生态系统中SOC循环及其动态变化至关重要。已有研究观察到施肥对土体土壤中有机碳稳定性的调节作用。然而，在农业生态系统中，施肥如何改变土壤团聚体中有机碳的稳定性尚不清楚。本研究旨在评估中国天津设施蔬菜施肥8年（化肥vs有机措施）后土壤团聚体中有机碳稳定性的变化。为评估土壤团聚体中有机碳的稳定性变化，本研究采用如下四种方法：改良的Walkley-Black方法（化学方法），13C NMR技术（光谱法），胞外酶测定（生物方法）和热重分析法（热力学方法）。通过湿筛方法将土壤分离成四部分：宏团聚体（> 2 mm），大团聚体（0.25–2 mm），微团聚体（0.053–0.25 mm）和粉粘粒（<0.053 mm）。结果表明，与单施化肥模式相比，有机措施可增加土壤团聚体中有机碳含量，并降低有机碳化学、光谱学、热力学和生物学稳定性。在土壤各团聚体中，有机碳含量在微团聚体中最高，其次为宏团聚体和大团聚体，粉粘粒中最低。同时，有机碳光谱学、热力学和生物学稳定性在粉粘粒中最高，其次是宏团聚体和大团聚体，微团聚体内有机碳稳定性最低。此外，由于土壤团聚体内有机碳化学性质与其他稳定性特征之间的相关性较弱，故推断改良的Walkley-Black方法不适用于评价土壤团聚体内有机碳的稳定性。我们的发现可在土壤团聚体水平上，为深入探索中国设施菜田不同施肥模式下有机碳特性的变化提供科学见解。
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| LUAN Hao-an, YUAN Shuo, GAO Wei, TANG Ji-wei, LI Ruo-nan, ZHANG Huai-zhi, HUANG Shao-wen. 2021. Changes in organic C stability within soil aggregates under different fertilization patterns in a greenhouse vegetable field. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2758–2771. |
量化当前作物的可获得产量和肥料需求可为评估粮食供应能力提供详细信息以及制定农业决策提供数据支持。本研究收集和汇总了从2000年到2015年中国小麦主产区的5408个田间试验，结合克里格插值和小麦养分专家支持决策系统，分析了小麦产量、土壤养分供应能力（采用相对产量表示，其定义为不施氮（N）、磷（P）或钾（K）肥处理的产量与氮磷钾肥全施处理的产量的比值）和氮、磷和钾肥需求的空间分布。结果表明，所有研究区域的小麦平均可获得产量为6.4 t ha−1，变异系数(CV)为24.9%。华北地区（NCC）和长江中下游地区（MLYR）北部的产量普遍高于7 t ha−1，而西南地区（SWC），东北地区（NEC）和西北地区（NWC）东部的小麦产量通常小于6 t ha−1。氮、磷和钾肥的相对产量大于0.70、0.85和0.85的分布面积分别占研究区域的52.3%、74.7%和95.9%。氮、磷和钾肥的需要量存在差异，其变异系数分别为24.8%、23.9%和29.9%。与其它地区相比，华北地区（NCC）和长江中下游地区（MLYR）北部需要更多的肥料。在所有研究区域中，平均的N、P2O5和K2O的需用量分别为162、72和57 kg ha−1。将可获得产量和肥料需求的空间差异纳入小麦生产实践，将有利于小麦可持续生产和环境安全。
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| XU Xin-peng, HE Ping, CHUAN Li-min, LIU Xiao-yan, LIU Ying-xia, ZHANG Jia-jia, HUANG Xiao-meng, QIU Shao-jun, ZHAO Shi-cheng, ZHOU Wei. 2021. Regional distribution of wheat yield and chemical fertilizer requirements in China. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2772–2780. |
Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens是应用广泛的植物根际促生菌。目前Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens对稻田土壤氮循环和水稻生长发育的影响尚不清楚。本研究通过两年田间试验（2016-2017）解析了Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens对水稻根际土壤氮素转化和供氮能力的影响，明确了Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens在稻田肥料减施增效中的作用。微生物接种包括4个处理，分别为生理盐水接种（对照，M0），水稻幼苗接种Azospirillum brasilense（Mb），水稻幼苗接种Pseudomonas fluorescens（Mp），水稻幼苗接种Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens的混合物（Mbp）。氮肥施用水平包括4个处理，分别为0 kg N hm-2（N0）)，90 kg N hm-2（N90），180 kg N hm-2（N180），270 kg N hm-2 （N270）。结果表明，与M0相比，Mbp与Mp处理显著增强了水稻根际土壤氨化作用强度，高氮条件下提升作用更显著。与M0相比，Mbp与Mb处理显著增强了水稻根际土壤固氮酶活性，低氮条件下提升作用更显著。接种用的Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens不参与水稻根际土壤的硝化和反硝化过程。根际促生菌与氮肥的交互作用对土壤呼吸速率与微生物量氮有显著影响。在Mbp处理中，N90、N180、N270处理的土壤供氮能力与水稻产量无显著差异。水稻幼苗接种Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens的混合物，可将该地区氮肥施用量降至90 kg N hm-2。
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| ZHANG Jun-hua, HUANG Jing, Sajid HUSSAIN, ZHU Lian-feng, CAO Xiao-chuang, ZHU Chun-quan, JIN Qian-yu, ZHANG Hui. 2021. Increased ammonification, nitrogenase, soil respiration and microbial biomass N in the rhizosphere of rice plants inoculated with rhizobacteria. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2781–2796. |
一方面，中国亚热带红壤区水稻土母质和肥力水平多变；另一方面，细菌多样性和群落组成在土壤生态系统过程和功能中发挥关键作用。但是水稻土的母质和肥力对细菌多样性和群落组成的影响如何仍不清楚，不同母质和肥力水平条件下驱动水稻土细菌多样性、群落组成和特异微生物种群变化的关键因素尚不明确。因此，本研究采集亚热带红壤区具有不同母质（第四纪红黏土或第三纪红砂岩）和不同肥力水平（高肥力或低肥力）的典型样地水稻土样品，通过454高通量测序测定细菌16S rRNA基因的V4−V5区，分析细菌多样性指数和群落组成变化。采用two-way ANOVA和two-way PERMANOVA探明母质和肥力对细菌多样性和群落组成的影响；主坐标分析（PCoA）、冗余分析（RDA）和多元回归树分析（MRT）明确细菌群落的变化，以及驱动该变化的关键土壤因子；共现网络分析阐明属水平特异细菌种群和关键土壤因子的关系；宏基因组差异分析工具（STAMP）确定不同土壤样品间差异物种。结果显示，母质和肥力对水稻土细菌多样性指数变化的贡献相似。但是肥力水平对细菌群落组成的影响要远大于母质。土壤因子，特别是土壤质地与细菌多样性指数密切相关。RDA分析发现土壤有机碳（SOC）是影响细菌群落组成的首要因素，并且25.5 g kg−1有机碳含量是驱动高肥力和低肥力土壤细菌群落组成分异的关键阈值。共现网络分析暗示高肥力水平下，由于土壤环境的改善，细菌趋向于合作关系，并且富营养型细菌占主导地位。STAMP分析发现高肥力水稻土中Massilia和Rhodanobacter等富营养型细菌大量富集；而低肥力土壤中Anaerolinea等贫营养型细菌占主导。研究结果表明，不同母质和肥力水稻土中，土壤质地影响细菌多样性指数变化；而养分水平，特别是有机碳水平决定细菌群落组成的变化。
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| MA Xin-ling, LIU Jia, CHEN Xiao-fen, LI Wei-tao, JIANG Chun-yu, WU Meng, LIU Ming, LI Zhong-pei. 2021. Bacterial diversity and community composition changes in paddy soils that have different parent materials and fertility levels. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2797–2806. |
Agricultural Economics and Management
供应链可追溯性的构建能够对食品安全问题进行溯源，因此对于降低食品安全风险来说非常重要。此外，它能够帮助监管者了解食品安全风险发生的供应链环节，并能够对上游农业企业的经济性动机掺假行为产生威慑。本文聚焦于中国水产品供应链，试图通过构建批发市场经营户、养殖户和政府三方的博弈模型和使用大规模的水产品批发市场实地调研数据，分析经营户可追溯采纳行为。该实地调研数据涵盖了浙江和湖南两省所有存在水产品交易的批发市场，具体来说，包含76家批发市场和763个经营户的信息。理论和实证研究的结果表明，批发市场经营户之间采用可追溯性与食品安全抽检强度、经营户个人的被抽检经历和风险意识密切相关；此外，在私营市场中，抽检强度对经营户的产品可追溯性采纳的影响要强于国家/集体所有权的市场。本文提供了关于中国水产品可追溯性发展的情况，更为重要的是，发现了可能影响批发市场经营户的产品可追溯性的因素，以期为相关政府部门促进水产品供应链的可追溯性提供建议。
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| JIN Cang-yu, Retsef LEVI, LIANG Qiao, Nicholas RENEGAR, ZHOU Jie-hong. 2021. Food safety inspection and the adoption of traceability in aquatic wholesale markets: A game-theoretic model and empirical evidence. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2807–2819. |
>>浙江大学中国农村发展研究院食品安全研究团队与美国麻省理工学院斯隆管理学院 食品安全抽检对水产品批发市场可追溯性的影响
✺ Sonny Gad ATTIPOE, CAO Jian-min, Yaa OPOKU-KWANOWAA, Frank OHENE-SEFA
Globally, cocoa is famous for the production of chocolates and beverages. However, it also serves as a source of raw material for the manufacturing of high-quality cosmetic and pharmaceutical products. Due to its high demand, cocoa is regarded as a major commodity for poverty alleviation in deprived cocoa farming communities. Government has therefore instigated relevant measures to address issues facing the sector by investing in extension programs. These programs act as information dissemination tools for teaching modern farming technologies and enhancing learning among farmers. This study highlighted the effects of the Cocoa Life Project (CLP) by Cooperative for Assistance and Relief Everywhere (CARE) International on farm productivity and income of 200 cocoa farmers in three districts of the Eastern Region, Ghana. Regression on covariates, Heckman’s treatment effects model, and propensity scores were used to test the robustness of the estimates. A positive association between extension program participation, farm productivity, and household income was discovered. Specifically, after correcting for selection bias, the estimated results of the Heckman’s model showed that the extension program significantly increased participating farmers’ cocoa yield by 14.3%. The effects on total farm income showed a significant increase of 25.1 and 42.9%, respectively from regression on propensity scores and the Heckman’s model. Across all three models, program participation led to an increase in total household income by 46.1, 31.7, and 69.3%, respectively. Other variables such as farming characteristics, institutional and demographic factors affected farmers’ income, depending on the estimation method used. This study reiterated the supporting role played by extension programs in enhancing cocoa production and increasing household income in Ghana. Conclusively, government and development partners should invest in extension programs by providing enough logistics, training qualified agents, and creating a conducive atmosphere to support learning and technology adoption.
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| Sonny Gad ATTIPOE, CAO Jian-min, Yaa OPOKU-KWANOWAA, Frank OHENE-SEFA. 2021. Assessing the impact of non-governmental organization’s extension programs on sustainable cocoa production and household income in Ghana. Journal of Integrative Agriculture, 20(10): 2820–2836. |
往期回顾
JIA 2021-07期 发布
JIA 2021-06期 发布 | 专题：水稻高质高效施肥JIA 2021-05期 发布 | 专题：农业固体废弃物的资源化利用JIA 2021-04期 发布 | “减贫路径研究” 专刊
JIA 2021-03期 发布 | “草地贪夜蛾入侵中国的研究 ” 专刊
JIA 2021-02期 发布 | “缩减作物产量与效率差异保障粮食安全与农业可持续发展” 专刊JIA 2021-01期 发布
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