JIA 2022-3期 发布
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Review
中国特色棉花栽培技术助推我国棉花生产辉煌70年
✺ FENG Lu, CHI Bao-jie, DONG He-zhong1949年中华人民共和国成立以来，我国棉花生产取得了巨大成就。连续33年（1983- 2015年）保持世界第一产棉大国地位，年均棉花单产和总产分别增长3.5%和3.9%。棉花生产为国民经济发展、人民生活水平提高发挥了无可替代的作用。尽管近年来棉花种植面积有所减少，但由于单产的不断提高，总产保持相对稳定。我国棉花生产一直占据世界主导地位，无疑归功于70多年来棉花栽培技术的进步和发展。中国建立了特色鲜明、符合人多地少国情的棉花高产栽培技术模式；而且与时俱进，不断创新和发展。本文回顾了70多年来我国棉花生产和栽培技术的发展历程，重点阐述了中国特色棉花栽培技术的创新与发展，旨在为我国棉花栽培技术的进一步创新发展提供指导，也为其他国家棉花栽培技术的发展提供参考。
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FENG Lu, CHI Bao-jie, DONG He-zhong. 2022. Cotton cultivation technology with Chinese characteristics has driven the 70-year development of cotton production in China. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 597–609.
Recent advances in plant immunity with cell death: A review
从细胞死亡视角探究植物免疫
✺ YIN Jun-jie, XIONG Jun, XU Li-ting, CHEN Xue-wei, LI Wei-tao
细胞死亡是多细胞生物生命中一种重要的生理现象。当呼吸和新陈代谢等正常功能停止时，将会发生细胞死亡。细胞死亡可分为程序性细胞死亡和非程序性细胞死亡。正常组织中发生的程序性细胞死亡，通常是维持组织机能和形态所必须的。非程序性细胞死亡则通常由非生物或生物胁迫引起。近年来，大量研究报道植物在抵御病原菌时出现了细胞死亡现象。通过分析调控植物免疫反应和细胞死亡的蛋白（PICD），发现PICD主要参与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联、活性氧（ROS）、植物激素、泛素-蛋白酶体系统、Ca2+信号、物质转运等六种主要的反应过程，且这些反应过程存在内在的联系。同时，PICD主要分为八类，如：含有核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列的蛋白（NLR）蛋白、受体或类受体激酶、E3泛素连接酶和其相关蛋白、ATP和GTP相关蛋白、转录因子、14-3-3蛋白和其相关蛋白、类eEF1A蛋白和丝氨酸蛋白酶抑制子，部分PICD类型具有单、双子叶植物特异性。植物细胞死亡不仅与病原相关分子模式激发的免疫反应（PTI）、效应因子激发的免疫反应（ETI）紧密相关，也与系统获得性抗性（SAR）存在重要关联。PICD在细胞外基质、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、叶绿体、内质网膜、多囊泡体等众多细胞结构中均有分布，表明细胞在应对病原菌侵染和调控自身死亡时存在精妙地协同调控作用。此外，植物在抵御病原菌时的细胞死亡，通常对其自身的生长发育不利。通过筛选优异的等位变异和基因编辑等技术手段，期望达到植物免疫和生长发育间的平衡，以此增强PICD在植物应用领域中的潜力。
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YIN Jun-jie, XIONG Jun, XU Li-ting, CHEN Xue-wei, LI Wei-tao. 2022. Recent advances in plant immunity with cell death: A review. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 610–620.
Crop Science
TUTOU2决定水稻突变体tutou2的穗顶端退化表型
✺ ZHU Zi-chao, LUO Sheng, LEI Bin, LI Xian-yong, CHENG Zhi-jun
水稻顶端小穗退化是重要的农艺性状，它引起颖花数减少，造成产量损失。为进一步理解其分子机制，从组织培养后代中得到1个隐性穗顶部退化突变体tutou2。利用图位克隆将候选基因定位在第10染色体长臂约75kb区间内。测序发现，在该区域内突变体基因LOC_Os10g31910第2外显子第941位碱基发生了A→T碱基变化，导致编码氨基酸由异亮氨酸变为苯丙氨酸。互补实验能够使tutou2突变体表型恢复正常，敲除LOC_Os10g31910也能够获得tutou2突变体同样表型。这说明：LOC_Os10g31910是引起突变体tutou2穗顶部退化的基因TUTOU2。尽管TUTOU2很可能与已报道的叶片早衰基因DEL1等位，但突变体del1和tutou2之间的表型差异说明DEL1/TUTOU2同时在水稻叶片和穗发育中发挥作用，这在目前还没有充分研究过。
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ZHU Zi-chao, LUO Sheng, LEI Bin, LI Xian-yong, CHENG Zhi-jun. 2022. Locus TUTOU2 determines the panicle apical abortion phenotype of rice (Oryza sativa L.) in tutou2 mutant. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 621–630.
The removal of nitrate reductase phosphorylation enhances tolerance to ammonium nitrogen deficiency in rice硝酸还原酶NIA1磷酸化位点去磷酸化修饰能够增强水稻对铵态氮缺乏的耐受性
✺ HAN Rui-cai, XU Zhi-rong, LI Chen-yan, Adnan RASHEED, PAN Xiao-hua, SHI Qing-hua, WU Zi-ming
硝酸还原酶（Nitrate reductase, NR）是植物体内同化硝态氮的关键酶，其活性受翻译后磷酸化修饰调控。通过分析硝酸还原酶NIA1磷酸化位点定向突变株系（S532D和S532A）、OsNia1过表达株系（OE）及野生型（WT）的表型、氮代谢和活性氧代谢的差异，探究不同形态氮素营养下NIA1蛋白的去磷酸化对水稻生长和生理生化的影响。研究表明，与WT和OE相比，S532D和S532A具有更强的氮素同化能力。以硝酸铵作为氮源时，S532D和S532A的株高、地上部干重和叶绿素含量均低于WT和OE，H2O2、MDA和亚硝酸盐含量则较高；以硝酸钾作为氮源时，S532D和S532A的株高、地上部干重和叶绿素含量高于WT和OE，所有株系叶片中的H2O2和MDA含量无明显差异，各株系间亚硝酸盐含量差异减小；以硫酸铵作为氮源，除NR活性外，各株系间的其它生理指标均无显著差异。相较于硝酸铵和硫酸铵，以硝酸钾作为氮源时各株系叶片中NH4+-N的含量较低。q-PCR分析表明OsGS和OsNGS1基因表达受下游代谢产物的负调控，OsNrt2.2受硝酸盐诱导表达。综上，硝酸铵作为氮源时NIA1磷酸化位点定向突变株系长势较弱是由于过量积累的亚硝酸盐对自身的毒害；硝酸钾作为氮源时NIA1磷酸化位点定向突变株系对硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐的同化速率加快，能够提供较多的氮素营养，提高了水稻对铵态氮缺乏的耐受性。
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HAN Rui-cai, XU Zhi-rong, LI Chen-yan, Adnan RASHEED, PAN Xiao-hua, SHI Qing-hua, WU Zi-ming. 2022. The removal of nitrate reductase phosphorylation enhances tolerance to ammonium nitrogen deficiency in rice. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 631–643.
Fine mapping and genetic analysis of resistance genes, Rsc18, against soybean mosaic virus大豆花叶病毒病抗性基因Rsc18的精细定位和遗传分析✺ LIU Sang-lin, CHENG Yan-bo, MA Qi-bin, LI Mu, JIANG Ze, XIA Qiu-ju, NIAN Hai
大豆花叶病毒（SMV）病是一种世界性病害，严重影响大豆（Glycine max（L.）Merr.）产量和品质。SC18是华南地区主要的大豆花叶病毒株系之一，但其抗性遗传机制尚不完全清楚。本研究利用中黄24（抗性）和华夏3号（感性）的杂交后代F1，F2和168个F11重组自交系（RILs）群体，利用高密度遗传图谱对抗病品种中黄24的SC18株系抗性基因进行精细定位，并分析其遗传机理。根据F2（3R:1S）和重组自交系（RILs）群体（1R:1S）的分离比例，单个显性基因调控中黄24对SC18的抗性。复合区间作图法（CIM）将抗性基因位点定位在第13号染色体上415.357 kb区域，LOD值为37.43，表型变异解释率达62.01%。根据定位区间内基因的功能注释，鉴定了三个可能与SC18抗性有关的候选基因，包括一个NBS-LRR型基因和两个丝氨酸/苏氨酸蛋白基因。与对照相比，这些基因在抗性材料中表达上调，其中NBS-LRR型基因在亲本外显子非同义SNV区域存在单碱基替换。这项研究为大豆分子抗病育种以及SC18抗性基因定位和功能验证提供参考。
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Cite this article: LIU Sang-lin, CHENG Yan-bo, MA Qi-bin, LI Mu, JIANG Ze, XIA Qiu-ju, NIAN Hai. 2022. Fine mapping and genetic analysis of resistance genes, Rsc18, against soybean mosaic virus. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 644–653.
✺ Shahzad ALI, XU Yue-yue, MA Xiang-cheng, JIA Qian-min, JIA Zhi-kuan
We carried out a field study under two cultivation techniques: (1) the ridge and furrow cultivation model (R); and (2) the conventional flat farming model (F), and three simulated precipitation levels (1, 275 mm; 2, 200 mm; 3, 125 mm) with two deficit irrigation levels (150 and 75 mm). We demonstrated that under the ridge furrow (R) model, rainfall harvesting planting under 150 mm deficit irrigation combined with 200 mm simulated precipitation can considerably increase net photosynthesis rate (Pn), quantum yield of PSII (ΦPSII), electron transport rate (ETR), performance index of photosynthetic PSII (Fv/Fm′), and transformation energy potential of PSII (Fv/Fo). In addition, during the jointing, anthesis and grain-filling stages, the grain and biomass yield in the R model are 18.9 and 11.1% higher than those in the flat cultivation model, respectively, primarily due to improved soil water contents. The winter wheat fluorescence parameters were significantly positively associated with the photosynthesis, biomass and wheat production. The result suggests that the R cultivation model with irrigation of 150 mm and simulated precipitation of 200 mm is an effective planting method for enhancing Pn, biomass, wheat production, and chlorophyll fluorescence parameters in dry-land farming areas.
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Shahzad ALI, XU Yue-yue, MA Xiang-cheng, JIA Qian-min, JIA Zhi-kuan. 2022. Improvement in winter wheat productivity through regulating PSII photochemistry, photosynthesis and chlorophyll fluorescence under deficit irrigation conditions. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 654–665.
密植是作物产量突破的必由之路，而增加栽培密度必然导致群体光分布的变化。植物光合作用可以通过系统调控适应异质性光环境，不过相关研究多在营养生长期开展，忽视了生殖生长的可能影响。鉴于籽粒库能够明显改善作物光合功能，所以推测玉米密植条件下籽粒库很可能影响光合作用适应及系统调控。该研究以密植高产玉米为材料，研究了灌浆期密植导致的异质性光环境变化及模拟光环境对叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光的影响。研究发现，玉米密植能够显著降低冠层下部光强，导致冠层内垂直光分布差异增强。随着冠层内垂直异质性的增加，穗位叶（EL）和穗下第四叶（FLBE）的叶绿素含量、光饱和光合速率和电子传递的量子产量逐渐降低，FLBE下降幅度大于EL。为进一步验证，对冠层下部叶片进行遮荫处理。部分遮荫（PS）导致垂直异质性光环境加剧，并增强了EL和FLBE两者光合特性的差异。此外，去除雄穗和顶叶（RTL）不仅能够改善冠层内垂直光分布，还能够降低两叶片之间的光合特性差异。但在PS和RTL实验中，光环境改变对EL光合特性的影响明显较小。因此，本研究表明，玉米植株增强光合功能的垂直异质性是适应其光环境的重要策略；在冠层垂直异质光环境下，穗位叶光合功能的轻微变化表明生殖期光合作用系统调控减弱。该研究对理解植株个体光合作用适应规律及其与产量形成的关系具有重要意义。
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Factors influencing seed reserve utilization during seedling establishment in maize inbred lines
玉米自交系幼苗形成过程中影响种子贮藏物质利用的因素
✺ LI Min, WEN Da-xing, SUN Qing-qing, WU Cheng-lai, LI Yan, ZHANG Chun-qing
壮苗的形成对提高作物产量具有重要意义。为探索玉米自交系壮苗的形成基础，本试验研究了在玉米自交系幼苗形成过程中，影响种子贮藏物质转化和分配的因素。将3种玉米自交系作为试验材料，探究种子在幼苗建成过程中，种子大小、种子活力、光照时长、温度、沙床含水量和沙床盐浓度等因素对种子贮藏物质转化和分配的影响。研究结果表明，小粒种子的物质利用率比大粒种子高3.69-17.71% 。适当延长光照时间有利于形成壮苗。低温、干旱和盐胁迫等因素在一定程度上降低了种子贮藏物质利用率，提高了根苗比。以上研究结果可用于指导玉米自交系材料苗期的田间管理，对于改良玉米种质，提高种子贮藏物质利用率，形成壮苗有着重要意义。
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Horticulture
Nodulin 26-like intrinsic protein CsNIP2;2 is a silicon influx transporter in Cucumis sativus L.
CsNIP2;2是黄瓜中的一个硅内向转运蛋白
✺ DUAN Yao-ke, SU Yan, HAN Rong, SUN Hao, GONG Hai-junNodulin 26-like intrinsic proteins (NIPs)是一类跨膜蛋白，主要介导水和其他小分子的跨膜运输。NIP中的一类能够介导硅的跨膜运输，这一类NIP通常具有由甘氨酸、丝氨酸、甘氨酸和精氨酸构成的选择性滤器。黄瓜是消费广泛的蔬菜之一，目前对黄瓜中大部分NIP的功能仍不太清楚。该研究发现CsNIP2;2是CsNIP2;1的串联重复基因，而CsNIP2;1已经证明是一种硅内向转运基因。CsNIP2;2具有由半胱氨酸、丝氨酸、甘氨酸和精氨酸组成的选择性过滤器，它不同于目前高等植物中已经验证功能的硅内向转运蛋白。注射CsNIP2;2 cRNA的非洲爪蟾卵母细胞中硅的吸收量高于对照组，且对硅的吸收不受低温的影响。CsNIP2;2在黄瓜根、茎、叶片和叶柄中均有表达，外源硅处理降低其在茎中的表达，但在其他组织中表达不变。CsNIP2;2-eGFP融合序列在洋葱表皮细胞的瞬时表达表明，CsNIP2;2定位于细胞核、质膜和细胞内未知结构。该研究表明CsNIP2;2是黄瓜中的硅内向转运蛋白，其亚细胞定位和选择性滤器的构成与高等植物中以前发现的硅内向转运蛋白不同。这些发现可能有助于我们更好地了解NIPs在黄瓜中的功能。
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DUAN Yao-ke, SU Yan, HAN Rong, SUN Hao, GONG Hai-jun. 2022. Nodulin 26-like intrinsic protein CsNIP2;2 is a silicon influx transporter in Cucumis sativus L.. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 685–696.番茄SlPti5基因通过调控ROS系统和激素通路，在植物对灰霉的免疫应答中发挥调节作用
✺ TANG Qiong, ZHENG Xiao-dong, GUO Jun, YU Ting虽然SlPti5基因在茄属植物和拟南芥病原体感染中已表现出对相关拮抗基因的关键调控作用，但是关于其对番茄植株生长和抗病过程中ROS系统和激素途径的调控响应机制的研究尚不全面。本研究利用基于病毒诱导的基因沉默(VIGS)系统研究了SlPti5基因在番茄对灰霉防御反应中的作用。表达谱分析表明，SlPti5基因在灰霉病感染后被显著诱导，在番茄叶片和果实中表达量较高。沉默抑制了番茄植株的早期生长，减弱了植株的抗病性，促进了活性氧（ROS）的爆发，影响了参与活性氧清除系统相关基因的表达以及降低了乙烯/茉莉酸信号和茉莉酸介导的信号通路以及调控一些关键的PR蛋白基因的表达来刺激番茄植株对灰霉感染的免疫应答。
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✺ ZHANG Zhi-jun, ZHANG Jing, TANG Zhong-wen, WANG Yan-peng, GAO Teng-teng, LIU Xiao-min, MA Feng-wang, LI Chao
多巴胺是一种儿茶酚胺和一种抗氧化剂，在应对逆境时起作用，它与植物激素相互作用以介导植物发育。目前，关于苹果中多巴胺功能的研究较少。本研究开发了一种用于分析苹果种质中的多巴胺测定方法，以阐明多巴胺在苹果树的组织分布、发育变化、昼夜变化和逆境响应。首先，对所提出的方法进行了验证，定量的线性范围在0.1-20 ng mL-1范围内稳定，仪器、日间精密度和样品重复性相对标准偏差分别为1.024%、5.607%和7.237%，加标回收率大于100%，表明该方法的可行性及其适用于快速分析苹果属种质中的多巴胺。接下来，测量了322个苹果组织中的多巴胺含量。结果表明，苹果的多巴胺水平较低，叶片中多巴胺的平均含量高于果皮和果肉。多巴胺在栽培品种和野生种质中向右偏。最后，分析了组织特异性、发育变化、昼夜变化和对逆境的响应。在栽培品种‘皮诺娃’（Malus domestica）中，多巴胺含量在叶芽中最高，在果肉中最低。叶片和果肉中多巴胺含量随着栽培品种‘凉香’（Malus domestica）的生长发育而降低。与对照相比，干旱或盐胁迫后苹果叶片的多巴胺含量更高。在本研究中，建立了一种基于HPLC-MS的苹果多巴胺检测方法，并证明是一种稳健的方法。本研究为未来阐明苹果树中多巴胺的组织分布、发育变化、昼夜变化和逆境响应提供了一个框架。
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ZHANG Zhi-jun, ZHANG Jing, TANG Zhong-wen, WANG Yan-peng, GAO Teng-teng, LIU Xiao-min, MA Feng-wang, LI Chao. 2022. Tissue distribution and changes in dopamine during development and stress responses in Malus germplasm. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 710–724.✺ LIU Cong, LI De-xiong, HUANG Xian-biao, ZHANG Fu-qiong, XIE Zong-zhou, ZHANG Hong-yan, LIU Ji-hong
人工疏果可以显著促进果实膨大，提高果实品质，但是人工疏果对椪柑品质的影响及其机理尚未有系统研究。研究以‘鄂柑一号’椪柑（Citrus reticulata Blanco）为研究对象，分析人工疏果对椪柑果实品质的影响及其机理。结果发现，人工疏果可以促进椪柑果实膨大，提高椪柑果实可溶性固形物含量。基因相对表达量分析表明，人工疏果促进了糖转运因子SUT1，STP1，TMT1在果肉中的表达，促进了果实对糖的吸收。此外，人工疏果促进了生长素和赤霉素合成基因的表达，同时对植物内源激素含量测定表明，疏果前激素水平无显著差异，疏果后内源激素尤其是生长素含量在各组织中显著高于对照组。本研究推测，人工疏果通过影响果实内源激素含量变化引起果实品质的变化。
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LIU Cong, LI De-xiong, HUANG Xian-biao, ZHANG Fu-qiong, XIE Zong-zhou, ZHANG Hong-yan, LIU Ji-hong. 2022. Manual thinning increases fruit size and sugar content of Citrus reticulata Blanco and affects hormone synthesis and sugar transporter activity . Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 725–735.
西藏野生和国内栽培石榴果实次生代谢物质比较分析与鉴定
✺ GUO Lin-hui, GE Da-peng, REN Yuan, DONG Jian-mei, ZHAO Xue-qing, LIU Xue-qing, YUAN Zhao-he次生代谢物质与植物的营养品质和保健功能密切相关。本研究首次收集了国内23个野生石榴和27个栽培石榴的成熟果实，比较分析了不同种质石榴果皮和果汁中黄酮和鞣质的含量差异，并采用液相色谱-电喷雾串联质谱法（LC-ESI-MS/MS）法测定了果汁高黄酮种质‘则拉4’果皮（ZLP）和果汁（ZLZ）中的次生代谢物质。方差分析（P<0.05）表明，不同石榴种质间的黄酮和鞣质含量存在显著差异。Pearson相关分析表明，影响石榴黄酮和鞣质含量的主要环境因子是纬度和海拔。本研究在‘则拉4’果皮和果汁中共鉴定出279种次生代谢物质，其中227种次生代谢物首次在石榴中发现。通过正交偏最小二乘判别分析法，在ZLP和ZLZ中筛选出了90种差异代谢物。本研究还筛选了8种特异性种质资源（果皮高黄酮，‘军拥3’；果皮低黄酮，‘胭脂红’；果汁高黄酮，‘则拉4’；果汁低黄酮，‘豫大籽’，果皮高鞣质，‘军拥4’，果皮低鞣质，‘安巴1’，果汁高鞣质，‘叶巴1’，果汁低鞣质，‘白花玉石籽’。本研究结果可为我国野生石榴资源的开发利用和石榴育种提供参考。
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Plant Protection
植物病原菌侵染植物过程中分泌大量的外泌蛋白调控植物免疫反应，这些外泌蛋白中包含一类富含半胱氨酸(small cysteine-rich, SCR)的小分泌蛋白，它能帮助病原菌在寄主植物中定殖。烟草疫霉中同样存在富含半胱氨酸外泌蛋白，但其功能尚不清楚。本研究通过生物信息学分析，发现烟草疫霉PnSCR82同源于恶疫霉的植物毒性蛋白PcF (Phytophthora cactorum Fragaria)，其具有外泌信号肽，同时富含半胱氨酸。为研究烟草疫霉PnSCR82功能，将PnSCR82构建于马铃薯X病毒（PVX）表达载体(pGR106)，利用农杆菌介导的转化方法注射本氏烟草叶片和番叶片茄，发现在烟草叶片瞬时表达PnSCR82，能够诱导烟草叶片和番茄叶片出现过敏性坏死，并且能增加胼胝质和活性氧在叶片的积累，接种辣椒疫霉后发现其增强对辣椒疫霉的抗性。通过构建其亚细胞定位载体PnSCR82-GFP，利用农杆菌介导的转化注射烟草叶片发现其定位于烟草细胞膜。同时RT-PCR分析发现在烟草叶片中瞬时表达PnSCR82能够激活烟草水杨酸，茉莉酸和乙烯途径的部分相关基因上调表达。烟草疫霉PnSCR82作为激发子一员，能够诱导烟草细胞过敏性坏死同时也能激活不同免疫信号通路相关基因上调表达，能够增强植物对辣椒疫霉的抗性，具有潜在的提高植物免疫应用价值。本文首次验证了烟草疫霉富含半胱氨酸蛋白PnSCR82功能，作为激发子，PnSCR82能够诱导植物产生过敏性坏死反应，能够激活部分免疫相关基因的上调表达，具有潜在的应用价值。
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WANG Ya-di, LI Fei, ZHANG Xin, LIU Ting-li, LIANG Wen-xing, LI De-long. 2022. PnSCR82, a small cysteine-rich secretory protein of Phytophthora nicotianae, can enhance defense responses in plants. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 751–761.黑色素、DNA复制和自噬作用通过调节甘油积累和代谢影响玉米大斑病菌附着胞发育
玉米大斑病是世界玉米产区主要的真菌病害之一，引起该病害的真菌为玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica），为异宗配合真菌，其无性态为玉米大斑凸脐孺孢（Exserohilum turcicum）。玉米大斑病菌分生孢子萌发后形成高度特化的侵染结构—黑化的附着胞。附着胞通过产生高膨压来穿透植物表皮，其中甘油是产生膨压的主要来源。本研究分析了附着胞侵染玉米叶片的位置，发现大多数萌发的分生孢子通过直接穿透表皮细胞进入叶片内部，无论是通过表皮细胞还是气孔侵染玉米叶片，附着胞都是侵染所必需的。为了进一步确定影响附着胞发育的关键因素，我们分析了黑色素抑制剂（三环唑，TCZ）、DNA复制抑制剂（羟基脲，HU）和自噬抑制剂（3-甲基腺嘌呤，3-MA）等对附着胞膨压和甘油含量的影响。结果表明，在对照和抑制剂处理下，附着胞膨压和甘油浓度在附着胞成熟阶段均达到最高水平，三种抑制剂在附着胞成熟阶段对附着胞膨压的影响最大，糖原和脂质体是产生甘油的主要物质。研究发现，在附着胞的发育过程中，抑制剂会影响糖原和脂质体在分生孢子、芽管和附着胞中的分布。黑色素、DNA复制和自噬通过调节甘油积累和代谢影响玉米大斑病菌附着胞的发育，该研究可为附着胞膨压和甘油含量之间的关系提供新的见解。
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GUO Xiao-yue, LIU Ning, LIU Bing-hui, ZHOU Li-hong, CAO Zhi-yan, HAN Jian-min, DONG Jin-gao. 2022. Melanin, DNA replication, and autophagy affect appressorium development in Setosphaeria turcica by regulating glycerol accumulation and metabolism. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 762–773.✺ ZHANG Xiao-yan, PENG Yan-mei, XIANG Hai-ying, WANG Ying, LI Da-wei, YU Jia-lin, HAN Cheng-gui
马铃薯卷叶病毒属病毒在世界范围内广泛分布，能够侵染多种经济作物引起严重病害。芸薹黄化病毒（Brassica yellows virus, BrYV）是在我国鉴定出的一种马铃薯卷叶病毒属的新病毒，主要侵染十字花科作物。该病毒主要包含三种基因型，分别为A、B和C，目前关于该种病毒在我国的发生分布情况尚不清楚，本研究主要对芸薹黄化病毒三种基因型在我国十字花科作物上的发生分布情况进行调查。2014-2018年，对采自我国29个省（自治区、直辖市）的570份十字花科作物的样品进行RT-PCR检测。结果表明：共有97份样品检测到BrYV侵染，病毒平均发生率为17.0%。共有22个省（自治区、直辖市）的样品中检测到BrYV的侵染，其中在我国的华北地区、西北地区和东北地区有相对较高的病毒发生率。进一步利用多重RT-PCR检测方法对BrYV的三种基因型进行检测，在97份BrYV侵染的样品中：61.9%的样品受单种基因型的侵染，29.9%的样品受两种基因型的复合侵染，8.2%的样品受三种基因型的复合侵染；A、B和C三种基因型的检出率分别为39.2%、40.2%和67.0%。以上研究表明，BrYV在我国的十字花科作物上发生分布比较普遍，北方地区要比南方地区各省病毒发生率高。BrYV发生存在单基因型侵染和多种基因型复合侵染的现象，C基因型具有相对较高的发生率，为优势基因型。并且本研究还发现BrYV与其它两种蚜传病毒芜菁花叶病毒(Turnip mosaic virus, TuMV)和黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus, CMV)在十字花科作物上普遍发生复合侵染的现象。本研究首次对BrYV在我国的十字花科作物上的发生分布情况展开大量调查，研究结果将有助于该病毒病害的有效防控。
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ZHANG Xiao-yan, PENG Yan-mei, XIANG Hai-ying, WANG Ying, LI Da-wei, YU Jia-lin, HAN Cheng-gui. 2022. Incidence and prevalence levels of three aphid-transmitted viruses in crucifer crops in China. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 774–780.
✺ Muhammad Irfan WARIS, Aneela YOUNAS, Rana Muhammad Kaleem ULLAH, Fatima RASOOL, Muhammad Muzammal ADEEL, WANG Man-qun
In this study, fluorescence competitive binding assay and fluorescence quenching assay at acidic pH were performed as well as homology modelling to describe the binding affinity of NlugCSP10. Fluorescence competitive binding assay (FCBA) demonstrated that NlugCSP10 bound strongly to nonadecane, farnesene, and 2-tridecanone at acidic pH. The results of FCBA indicated that NlugCSP10 bound different ligands at the physiological pH (5.0) of the bulk sensillum lymph. Fluorescence quenching assay demonstrated that NlugCSP10 generated a stable complex with 2-tridecanone, while two ligands nonadecane and farnesene collided due to molecular collisions. The interaction of selected ligands with the modelled structure of NlugCSP10 was also analyzed, which found the key amino acids (Gln23, Gln24, Gln25, Asn27, Met33, Ser34, Ile35, Tyr36, Asn42, Met43, Val45, Asn46, Asn93, Arg96, Ala97, Lys99, and Ala100) in NlugCSP10 that were involved in binding of volatile compounds. The present study contributes to the binding profile of NlugCSP10 that promotes the development of behaviorally active ligands based on BPH olfactory system.
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Muhammad Irfan WARIS, Aneela YOUNAS, Rana Muhammad Kaleem ULLAH, Fatima RASOOL, Muhammad Muzammal ADEEL, WANG Man-qun. 2022. Molecular and in vitro biochemical assessment of chemosensory protein 10 from brown planthopper Nilaparvata lugens at acidic pH. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 781–796.
Animal Science • Veterinary Medicine
饲喂不同中性洗涤纤维/非纤维碳水化合物比例日粮对中国荷斯坦泌乳奶牛肠道甲烷排放的影响及预测评估
✺ DONG Li-feng, JIA Peng, LI Bin-chang, WANG Bei, YANG Chun-lei, LIU Zhi-hao, DIAO Qi-yu本研究旨在研究不同中性洗涤纤维/非纤维碳水化合物（NDF/NFC）比例的日粮对不同泌乳阶段荷斯坦奶牛生产性能、养分消化率和CH4排放的影响，建立日粮结构和产奶量与CH4的模型，并将该模型与其他已发表的预测模型进行了对比分析。试验将36头泌乳奶牛分为三个处理组，即NDF/NFC=1.19（低NDF/NFC组）、NDF/NFC=1.54（中NDF/NFC处理组）和NDF/NFC=1.68（高NDF/NFC处理组）。使用六氟化硫示踪法测定瘤胃CH4排放量，酸不溶性灰分法测定营养物质消化率。结果表明，泌乳早期、中期和晚期奶牛随着日粮NDF/NFC比例的增加，干物质采食量（DMI）均显著降低（P<0.01），分别从20.9 降至15.4 kg d-1，从15.3降至11.6 kg d-1，从16.4降至15.0 kg d-1。三种处理中，泌乳中期和后期奶牛的DM和总能(GE)消化率最高(P<0.05)。随着日粮中NDF/NFC比例的增加，泌乳早期、中期和晚期奶牛CH4排放量呈现线性增加(P<0.05)，分别从325.2到391.9 kg d-1，261.0到399.8 kg d-1，241.8到390.6 kg d-1。每单位代谢体重、DM摄入量、NDF摄入量或脂肪校正产奶量下的CH4排放量随着日粮中NDF/NFC比例的增加而增加。此外，泌乳早期、中期和晚期奶牛随着日粮NDF/NFC比例的增加，CH4能占摄入GE的比例显著增加（P<0.05），分别从4.87%到8.12%，5.16%到9.25%，5.06%到8.17%。建立的模型结果表明，使用DM摄入量作为单一变量的方程比使用其他饲粮或产奶量变量的方程产生更大的R2值。将每个泌乳阶段获得的数据合并后，与任何其他预测变量相比，DM摄入量仍然是更好的CH4排放量预测指标（R2=0.786，P=0.026）。与本文开发的预测方程相比，先前公布的方程具有更高水平的均方根预测误差，反映它们无法准确预测中国荷斯坦奶牛的CH4排放水平。中国饲养模式下的泌乳奶牛CH4产量的量化以及相关预测方程的建立，将有助于建立区域或国家的CH4排放清单和改进乳制品生产过程中的CH4减排方法。
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本研究的目的是利用我们在先前研究中构建的F1杂交群体的高密度遗传连锁图谱定位与春季再生相关的数量性状位点（quantitative trait loci, QTL）。该群体包含392个子代，且亲本在春季再生性状上表现出明显的差异。在两个地点连续统计了两年的表型数据，并利用IciMapping软件进行QTL定位分析。利用单个环境中表型的平均值和最佳线性无偏预测（Best Linear Unbiased Prediction，BLUP）作为QTL定位的表型，总共鉴定到36个与春季再生性状显著关联的加性QTL。其中，有十个QTL分别解释了超过10％的表型变异（phenotypic variation, PVE），在P1亲本（父本）中有四个，P2亲本（母本）中有六个。在这些加性QTL中共有六个重叠的QTL区间，在P1和P2中分别有两个和四个。在P1中，两个重叠的区间都位于连锁群7D上。在P2中，PVE >10％的四个QTL在连锁群6D上定位到相同区间。此外，在P2中鉴定出六对显著的上位性QTL，而在P1中没有定位到上位性QTL。在四个重叠的QTL（qCP2019-8，qLF2019-5，qLF2020-4和qBLUP-3）所处区间内筛选到一个候选基因，该基因被注释为MAIL1，拟南芥中的同源基因在植株的生长中起重要作用。本研究定位到的QTLs是利用标记辅助选择对紫花苜蓿春季再生性状进行遗传改良的宝贵资源，鉴定的相关基因为深入了解紫花苜蓿春季再生的遗传特性提供依据。
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Development of a recombinant pB602L-based indirect ELISA assay for detecting antibodies against African swine fever virus in pigs建立一种基于重组pB602L蛋白的间接ELISA方法检测猪体内针对非洲猪瘟病毒的抗体
✺ WANG Peng-fei, WANG Ming, SHI Zhi-bin, SUN Zhen-zhao, WEI Li-li, LIU Zai-si, WANG Shi-da, HE Xi-jun, WANG Jing-fei
非洲猪瘟 (ASF) 是家猪和野猪的一种毁灭性疾病。目前没有有效的商品化疫苗，疾病的控制主要依赖于对感染猪的监测和早期检测。ASF是由非洲猪瘟病毒 (ASFV) 引起的疾病。以前的血清学检测方法（如 ELISA）主要基于ASFV的重组结构蛋白，包括 p72、p54和p30等。然而，猪感染 ASFV后产生的针对此类蛋白的抗体不能为其提供有效的免疫保护。因此，仍然需要可用于临床诊断和评估疫苗免疫猪体液免疫反应的新血清学检测方法。在此项研究中，我们表达并纯化了重组pB602L蛋白。然后将纯化的pB602L蛋白作为抗原进行间接 ELISA 检测。该方法对猪瘟病毒、伪狂犬病病毒、猪细小病毒等15种最常见的猪病原的抗血清无交叉反应。然后使用该方法与商品化ELISA试剂盒同时对60头猪的血清样本进行检测，其中包括数量未知的抗ASFV血清，两种方法检测的符合率为95%。此外，使用基于pB602L蛋白的iELISA对7基因缺失的ASFV株（HLJ/18-7GD）免疫猪体内的抗体水平进行检测。结果表明，接种10 天以后，在所有接种猪体内都检测到抗体水平持续增加。我们的结果表明，这种基于 pB602L的间接ELISA检测可用于ASFV的临床诊断。
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WANG Peng-fei, WANG Ming, SHI Zhi-bin, SUN Zhen-zhao, WEI Li-li, LIU Zai-si, WANG Shi-da, HE Xi-jun, WANG Jing-fei. 2022. Development of a recombinant pB602L-based indirect ELISA assay for detecting antibodies against African swine fever virus in pigs. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 819–825.
Agro-Ecosystem & Environment
该研究系统阐述了长期不同施肥对土壤剖面SOC和N库的影响，通过冗余分析了SOC团聚体组分及影响因素，三维表面分析深入理解剖面SOC和N库对作物产量的影响。与化肥处理相比，长期施用有机肥通过增加表土层 (0–20 cm）SOC输入、SOC储量、TN储量和土壤pH值来提高作物产量。不同施肥处理的SOC团聚体组分存在差异，所有处理SOC团聚体组分高低依次为矿物结合有机碳（mSOC）>粗自由颗粒有机碳（cfPOC）>物理保护有机碳（iPOC）>细自由颗粒有机碳（ffPOC）。施用有机肥处理的所有SOC组分含量均显著高于化肥处理。在不同SOC团聚体组分中，ffPOC对不同施肥处理的敏感性最高。单施有机肥（M）和有机无机肥配施（NPKM）显著提高了表层（0-20 cm）SOC和TN含量，与化肥处理相比，M和NPKM处理降低了深层土壤（80-100 cm）中的SOC和N含量，有利于减少养分垂直流动，从而减少养分的淋溶损失。
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Muhammad QASWAR, LI Dong-chu, HUANG Jing, HAN Tian-fu, Waqas AHMED, Sehrish ALI, Muhammad Numan KHAN, Zulqarnain Haider KHAN, XU Yong-mei, LI Qian, ZHANG Hui-min, WANG Bo-ren, Ahmad TAUQEER. 2022. Dynamics of organic carbon and nitrogen in deep soil profile and crop yields under long-term fertilization in wheat-maize cropping system. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 826–839.
小麦-玉米轮作体系减磷措施调控土壤磷素有效性与微生物间的耦合机制研究鲜有报道。本研究基于初始高磷（30.36 mg kg-1）和低磷水平（9.78 mg kg-1）石灰性土壤，通过连续四季的盆栽试验（2016-2018），探究小麦-玉米轮作体系仅麦季施磷（Pw）较常规麦-玉两季均施磷肥（Pwm）措施对作物产量、土壤有效磷和微生物群落结构的影响。结果表明，高磷水平Pw处理较Pwm处理每年减少33.3%的磷肥投入情况下，作物总产量能够连续两年稳产。玉米大喇叭口期，Pw处理土壤水溶性磷浓度与Pwm处理含量无显著差异。土壤磷含量显着影响土壤微生物群落，尤其是真菌群落。Pw处理变形菌门的相对丰度和碱性磷酸酶（ALP）活性显著高于Pwm处理（分别为11.4和13.3％）。高磷水平下，土壤微生物对产量的贡献大于土壤有效磷的影响。Pw处理芽孢杆菌和根瘤菌相对丰度显著高于Pwm处理。芽孢杆菌与酸性磷酸酶（ACP）活性呈显着正相关，根瘤菌与ACP和ALP活性均呈显着正相关，可能利于土壤磷素活化。本研究说明高磷土壤条件下，小麦-玉米轮作体系仅麦季施磷可通过土壤磷有效性与微生物间的耦合实现全年作物稳产。
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目前人们对原生动物转移磷酸盐和改善玉米生长的能力还知之甚少。本文旨在探讨Colpoda cucullus能否通过转移磷来提高玉米的磷素水平。在根箱的外室土壤中接种纤毛虫C.cucullus，并添加KH232PO4、磷矿粉（RP）、普钙（SP）或磷酸铵（AP），然后在内室种植玉米。结果表明，接种C.cucullus的玉米植株32P放射性显著高于对照。此外，接种C.cucullus后玉米干物质显著增加了25.07%，氮磷钾含量增加了1～36% (P<0.05)。接种纤毛虫后，根箱内室土壤速效磷也提高了30%以上（P<0.05）。由此推测，磷素可能由接种的C.cucullus从外室运输到内室，然后被玉米植株吸收。
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Food Science
✺ ZHOU Cheng-zhe, ZHU Chen, LI Xiao-zhen, CHEN Lan, XIE Si-yi, CHEN Guang-wu, ZHANG Huan, LAI Zhong-xiong, LIN Yu-ling, GUO Yu-qiong
萎凋是赋予白茶醇和、鲜爽及甘甜滋味的一道不可或缺的加工工序。本文旨在明确白茶萎凋过程中主要代谢物的变化规律，并阐明调控白茶特有风味形成的关键差异表达基因（DEGs）。生化成分分析结果表明，萎凋过程中，总儿茶素和淀粉含量持续下降，而茶黄素、γ-氨基丁酸（GABA）、麦芽糖和可溶性糖的含量显著增加。同时，α-淀粉酶（AMY）、β-淀粉酶（BAM）、总淀粉酶和谷氨酸脱羧酶（GAD）活性的升高可能与GABA和麦芽糖的积累有关。转录组测序结果表明与0 h样品（鲜叶）相比，萎凋12 h、24 h、36 h和48 h分别检测到9707、15921、17353和17538个DEGs。儿茶素生物合成相关基因的转录水平显著降低，而儿茶素氧化相关基因的转录水平显著升高，可能与儿茶素含量降低而茶黄素含量增加有关。参与GABA生物合成的DEGs显着上调，SPMS的下调可以减少将亚精胺转化为GABA的竞争。AMY和BAM基因的上调可引发淀粉降解，进而导致可溶性糖含量增加。研究结果为进一步了解萎凋工序对白茶特征风味形成的重要性提供了新的见解。
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✺ ZHAO Zhi-hao, SHI Ai-min, GUO Rui, LIU Hong-zhi, HU Hui, WANG Qiang
前期研究表明，高油酸花生油(HOPO)和特级初榨橄榄油(EVOO)对代谢综合征(MS)具有预防作用。本研究旨在评估HOPO和EVOO膳食干预预防MS的代谢效应，以及肠道菌群在其中的作用。选用Sprague-Dawley大鼠分别喂食正常饲料、高果糖-高脂肪饲料、含HOPO的高果糖-高脂肪饲料和含EVOO的高果糖-高脂肪饲料，持续12周。利用基于UPLC-Q/TOF-MS的非靶向代谢组学分析粪便和血清样品的代谢组学特征，采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对组间粪便和血清中潜在生物标志物进行鉴定，评估肠道菌群与潜在生物标志物的相关性，并对血清生物标志物进行通路分析。结果表明：各组粪便和血清代谢模式存在显著差异，其中HOPO组和EVOO组分别有8、12个粪便生物标志物和15、6个血清生物标志物，同时，粪便和血清中氨基酸、多肽及其类似物组成发生显著变化，而支链氨基酸(BCAAs)生物合成通路被鉴定为HOPO和EVOO的主要调控途径，是高油酸花生油和特级初榨橄榄油预防大鼠膳食诱导代谢综合征的关键通路。
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ZHAO Zhi-hao, SHI Ai-min, GUO Rui, LIU Hong-zhi, HU Hui, WANG Qiang. 2022. Protective effect of high-oleic acid peanut oil and extra-virgin olive oil in rats with diet-induced metabolic syndrome by regulating branchedchain amino acids metabolism. Journal of Integrative Agriculture, 21(3): 878–891.
Letter
玉米机械籽粒收获是现代玉米生产方式的典型特征之一。但是，玉米机械粒收技术是一个涉及到品种、机具、生产管理、烘干、收储与销售等不同环节的系统工程，也是玉米生产机械化最难攻克的环节。2015年，我国玉米机械粒收的比例小于5%，截至2019年机械粒收的比例仍小于10%。本文梳理了我国玉米机械籽粒收获技术的发展脉络和应用现状，结合国外玉米收获技术发展的先进经验，提出当前玉米生产系统逐步由“中含水率收获生产系统”向“低含水率收获生产系统”转变的技术路径。为了全面推荐玉米籽粒机械收获技术的应用，我国应亟待加强：（1）宜机收玉米新品种的选育；（2）玉米收获机具的质量；（3）针对性的生产技术集成；（4）关键技术标准的制定；（5）完善产业链条；（6）政策支持与人员培训等方面。后被玉米植株吸收。
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马铃薯孢囊线虫Globodera rostochiensis是国际公认的重要检疫性有害线虫，严重危害马铃薯。2018-2020年，在全国农业技术推广服务中心组织的全国马铃薯检疫性线虫调查中，从云南省昭通市鲁甸县和四川省越西县和昭觉县马铃薯根系发现金色孢囊线虫，经形态学观察鉴定、分子生物学rDNA-ITS及28S的D2-D3区域特征分析比对及种特异性引物ITS5和PITSr3检测确定为马铃薯金线虫Globodera rostochiensis（Wollenweber）Skarbilovich, 1959. 在隔离温室内采用盆栽人工接种的致病性研究结果表明，该三个金线虫种群都能侵染马铃薯（品种青薯9号）并繁殖，接种12周后，马铃薯上形成成熟雌虫，完成生活史。这是马铃薯金线虫在我国云南和四川省首次记录。
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往期回顾
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