JIA 2018-02期 目录
Crop Science
Rapid mapping of candidate genes for cold tolerance in Oryza rufipogon Griff. by QTL-seq of seedlings
LUO Xiang-dong, LIU Jian, ZHAO Jun, DAI Liang-fang, CHEN Ya-ling, ZHANG Ling, ZHANG Fan-tao, HU Biao-lin, XIE Jian-kun
冷害是影响水稻生产的主要限制因素。为了快速鉴定东乡野生稻中的耐冷基因，本研究对东乡野生与栽培稻的重组自交系（BILs）群体中进行耐冷鉴定，获得极端耐冷混池（R混池）和极端冷敏感混池（S混池），随后对R混池和S混池及其双亲进行全基因组重测序。在R混池和S混池的SNP-index图谱和相应的Δ（SNP-index）（在95%-99%的置信区间）图谱中，发现了2609候选的SNP，包含58个差异基因。定量实时PCR分析显示58个差异基因中有5个候选基因的表达量在东乡野生与栽培稻间有显著差异，随后对5个候选基因进行了结构变异分析和功能注释，并且获得了2个与东乡野生稻中第12号染色体上的候选基因连锁的InDel标记（12-7和21-16）。这些结果有助于克隆和利用普通野生稻的耐寒基因至栽培稻中。
Cite this article:
LUO Xiang-dong, LIU Jian, ZHAO Jun, DAI Liang-fang, CHEN Ya-ling, ZHANG Ling, ZHANG Fan-tao, HU Biao-lin, XIE Jian-kun. Rapid mapping of candidate genes for cold tolerance in Oryza rufipogon Griff. by QTL-seq of seedlings. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):265-275.
A dCAPS marker developed from a stress associated protein gene TaSAP7-B governing grain size and plant height in wheat
WANG Yi-xue, XU Qiao-fang, CHANG Xiao-ping, HAO Chen-yang, LI Run-zhi, JING Rui-lian
胁迫相关蛋白（SAPs）是一类具有A20和（或）AN1结构域的锌指蛋白，广泛参与植物对逆境胁迫的应答反应。本研究从小麦B基因组中克隆到具有两个AN1结构域的TaSAP7-B基因。序列分析结果显示，在TaSAP7-B编码区未发现多态性差异；启动子区发现1个SNP和1个InDel。根据启动子区的SNP，成功开发了dCAPS标记SNP-260。利用该标记将包含262份小麦材料的自然群体分为了两种单倍型，与农艺性状的关联分析结果显示其与株高、穗下节长、倒二节长、单株穗数和千粒重显著关联。在不同的水分管理条件下，单倍型Hap-B-2是增加千粒重和降低株高的优异单倍型，该标记的开发为选育高千粒重和较低株高的小麦材料提供了参考。
Cite this article:
WANG Yi-xue, XU Qiao-fang, CHANG Xiao-ping, HAO Chen-yang, LI Run-zhi, JING Rui-lian. A dCAPS marker developed from a stress associated protein gene TaSAP7-B governing grain size and plant height in wheat. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):276-284.
A major quantitative trait locus controlling phosphorus utilization efficiency under different phytate-P conditions at vegetative stage in barley
GAO Shang-qing, CHEN Guang-deng, HU De-yi, ZHANG Xi-zhou, LI Ting-xuan, LIU Shi-hang, LIU Chun-ji
有机磷是土壤磷库的重要组成部分，它已被证实为植物的一个潜在磷源。本研究在不同植酸磷处理条件下（低植酸磷0.05mmol L-1和正常植酸磷0.5 m mol L-1），以磷低效基因型大麦（Baudin）和磷高效基因型大麦（CN4027）进行杂交获得的128个大麦重组自交系群体为试验材料，调查了大麦营养生长期磷利用效率、分蘖数，地上部干重和根干重。对群体进行QTL分析结果显示，在地上部和根部存在一个控制磷利用效率的主效QTKL位点Qpue.sau-3H位于染色体3H上，来自CN4027的等位基因可以提高磷利用效率。在低植酸磷和正常植酸磷条件下，该位点分别解释了大麦地上部30.3%和28.4%的表型变异度，根部28.3%和30.7％的表型变异度。同时，研究结果还显示，分蘖数与磷利用效率相关性不显著，控制该群体分蘖数的QTL位点位于染色体5H上。然而，干重与磷利用效率之间呈显著正相关关系，并且在Qpue.sau-3H位点区域检测到一个控制干重的QTL位点。基于协方差分析去除干重的影响效果后再次定位结果表明，虽然干重可能影响磷利用效率，但是在群体中的这两个性状是由该位点区域的不同基因位点参与控制的。
Cite this article:
GAO Shang-qing, CHEN Guang-deng, HU De-yi, ZHANG Xi-zhou, LI Ting-xuan, LIU Shi-hang, LIU Chun-ji. A major quantitative trait locus controlling phosphorus utilization efficiency under different phytate-P conditions at vegetative stage in barley. Journal of Integrative Agriculture, 2018,17(2):285-295.
Overexpression of IbSnRK1 enhances nitrogen uptake and carbon assimilation in transgenic sweetpotato
REN Zhi-tong, ZHAO Hong-yuan, HE Shao-zhen, ZHAI Hong, ZHAO Ning, LIU Qing-chang
氮素是一种对植物生长非常重要的营养物质，氮代谢和碳代谢在生理功能上紧密相连。本研究中，发现IbSnRK1基因被Ca(NO3)2诱导表达。Ca(15NO3)2处理后，转基因植株的15N原子百分超、15N含量、总氮含量和氮素吸收效率均比非转化的野生型及空载植株显著增加。Ca(NO3)2处理后，转基因植株的硝态氮含量、NR酶活性、游离氨基酸含量以及可溶性蛋白质含量均比对照显著增加，光合活性和碳同化也显著增强。这些结果显示，IbSnRK1基因在甘薯的氮吸收和碳同化中具有重要作用，该基因对改良甘薯产量和品质具有应用潜力。
Cite this article:
REN Zhi-tong, ZHAO Hong-yuan, HE Shao-zhen, ZHAI Hong, ZHAO Ning, LIU Qing-chang. Overexpression of IbSnRK1 enhances nitrogen uptake and carbon assimilation in transgenic sweetpotato. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):296-305.
Collision detection of virtual plant based on bounding volume hierarchy: A case study on virtual wheat
TANG Liang, SONG Wei-guo, HOU Tian-cheng, LIU Lei-lei, CAO Wei-xing, ZHU Yan
作物生长发育的可视化是作物生产与研究的重要方向。本研究目的是针对植物可视化过程中器官交叉绘制的现象，建立一种碰撞检测方法，从而提高虚拟小麦三维可视化的真实性、生动性。首先通过曲面分格化方法将叶片的非均匀有理B样条曲面（NURBS）生成三角形数据。其次，基于叶片的形态特征构建了叶片的包围盒和层次包围盒，并利用分离轴理论，进行了两张叶片的碰撞检测。然后，比较了以上方法与传统碰撞检测方法轴对齐包围盒（AABB），方向包围盒（OBB）进行了比较。最后，根据穗、茎、叶鞘等器官形态特征，分别建立了各自的包围盒，并在器官、个体和群体层次上进行了碰撞检测分析。结果表明，本研究建立的碰撞检测方法能够精确的检测到器官间的碰撞，特别是在冠层水平上具有较好的效率。本研究建立的基于碰撞检测的虚拟植物能有效的减少器官交叉绘制的现象，从而提高显示的真实性。
Cite this article:
TANG Liang, SONG Wei-guo, HOU Tian-cheng, LIU Lei-lei, CAO Wei-xing, ZHU Yan. Collision detection of virtual plant based on bounding volume hierarchy: A case study on virtual wheat. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):306-314.
Integrated management strategy for improving the grain yield and nitrogen-use efficiency of winter wheat
XU Hai-cheng, DAI Xing-long, CHU Jin-peng, WANG Yue-chao, YIN Li-jun, MA Xin, DONG Shu-xin, HE Ming-rong
目前，通过综合农艺措施来提高冬小麦产量及氮素利用率的研究尚少。本研究自2013至2015年，连续3个小麦生育季在山东泰安开展了4种综合管理模式的大田试验，研究分析了不同管理模式下冬小麦籽粒产量及氮素利用率的差异。4种综合模式分别为传统习惯（T1）、优化模式（T2）、高产模式（T3；不计投入以获得最高产量）和再优化模式（T4；增密、延播、优化养分管理等）。4种综合模式（T1-T4）种植密度分别为225、300、375和450株 m-2；播期分别为10月5日、8日、8日和12日；施氮量分别为315、210、315和240 kg ha-1，施磷量分别为120、90、210和120 kg ha-1，施钾量分别为30、75、90和45 kg ha-1；氮肥基追比分别为6:4、5:5、4:6和4:6，T1处理返青期追施氮肥，T2、T3和T4处理拔节期追施氮肥；4种综合模式磷肥全部底施；T1和T2处理钾肥全部底施，而T3和T4处理钾肥基追比均为6:4，且均为拔节期追施；灌水次数分别为5、4、4和3次。研究结果表明，T3处理籽粒产量最高，其3年平均籽粒产量为9277.96 kg ha-1；T4处理3年平均籽粒产量为8892.93 kg ha-1，达到T3处理的95.85%，且较T1（7305.95 kg ha-1）和T2处理（8381.41 kg ha-1）分别提高21.72%和6.10%。T2处理氮素利用率最高；T4处理氮素利用率达到T2处理的95.36%，且较T1和T2处理分别提高51.91%和25.62%。T4处理3年平均氮素吸收效率较T1和T3处理分别提高50.75%和16.62%；T4处理3年平均氮素利用效率较T3处理高7.74%。T4较T3处理提高的氮素吸收效率，主要归因于其较低的供氮量；而T4处理较高的氮素利用效率，主要归因于其最高的氮素收获指数和较低的籽粒含氮量；两者共同促使T4处理氮素利用率的提高。T4处理净利润最高，较T1、T2和T3处理分别提高174.94%、22.27%和28.10%。T4处理可同时获得较高水平的籽粒产量、氮素利用率和经济效益，因此可被认定为当地的适宜综合管理模式，但与此同时T4处理的氮素利用率亦有待进一步提高。
Cite this article:
XU Hai-cheng, DAI Xing-long, CHU Jin-peng, WANG Yue-chao, YIN Li-jun, MA Xin, DONG Shu-xin, HE Ming-rong. Integrated management strategy for improving the grain yield and nitrogen-use efficiency of winter wheat. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):315-327.
Exogenous application of a low concentration of melatonin enhances salt tolerance in rapeseed (Brassica napus L.) seedlings
ZENG Liu, CAI Jun-song, LI Jing-jing, LU Guang-yuan, LI Chun-sheng, FU Gui-ping, ZHANG Xue-kun, MA Hai-qing, LIU Qing-yun, ZOU Xi-ling, CHENG Yong
褪黑素是植物中天然存在的一种化合物。在本文中，我们研究了在盐胁迫下外源褪黑素对甘蓝型油菜生长的影响。施加30 μmol L-1 的褪黑素缓解了盐胁迫对油菜幼苗的生长抑制，与盐胁迫处理相比，其地上鲜重、地上干重、地下鲜重和地下干重分别增加到128.2%、142.9%、122.2%和124.2%；并且测定了过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，与未施加褪黑素的盐处理相比，分别提高了16.5%、19.3%和14.2%，而H2O2的含量下降了11.2%。此外，褪黑素处理通过提高脯氨酸（26.8%）、可溶性糖（15.1%）和可溶性蛋白质（58.8%）的含量来促进溶质积累。结果还表明，高浓度的褪黑素（>50 μmol L-1）可以减弱甚至消除对幼苗发育的有利影响。总之，在盐胁迫下外源施加低浓度的褪黑素可以通过增强油菜幼苗的抗氧化酶（如POD、CAT和APX）的活性来提高H2O2的清除能力，还可以通过促进渗透调节物质（如可溶性蛋白质、脯氨酸和可溶性糖）的积累来减轻渗透压。综上所述，在盐胁迫下外源褪黑素能促进根系发育，提高油菜幼苗生物量，从而有效地缓解盐胁迫对油菜幼苗的伤害。
Cite this article:
ZENG Liu, CAI Jun-song, LI Jing-jing, LU Guang-yuan, LI Chun-sheng, FU Gui-ping, ZHANG Xue-kun, MA Hai-qing, LIU Qing-yun, ZOU Xi-ling, CHENG Yong. Exogenous application of a low concentration of melatonin enhances salt tolerance in rapeseed (Brassica napus L.) seedlings. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):328-335.
Influence of drought hardening on the resistance physiology of potato seedlings under drought stress
ZHANG Shu-han, XU Xue-feng, SUN Ye-min, ZHANG Jun-lian, LI Chao-zhou
本文研究了干旱锻炼对干旱胁迫下马铃薯幼苗生长发育、抗性生理、叶片显微结构及气孔行为的影响，阐明了干旱锻炼提高马铃薯幼苗抗旱性的机制。结果表明，干旱胁迫对马铃薯幼苗生长产生不利影响，通过干旱锻炼处理缓解了干旱胁迫下马铃薯幼苗叶片相对含水量、叶绿素含量和净光合速率的下降，抑制了相对电导率以及丙二醛含量的升高，增强了马铃薯幼苗的根系活力，提高了叶片脱落酸、多胺、可溶性糖、脯氨酸含量和抗氧化酶活性。研究还发现干旱锻炼下马铃薯幼苗叶片气孔密度增加，而叶面积、气孔大小和气孔开度减小，叶片蒸腾速率降低且水分利用效率升高。可见，干旱锻炼通过提高部分内源激素、渗透调节物质含量以及抗氧化酶活性来增强马铃薯幼苗叶片的抗旱性。此外，干旱锻炼下马铃薯幼苗叶片显微结构的变化对其抗旱性的提高也起着积极作用。
Cite this article:
ZHANG Shu-han, XU Xue-feng, SUN Ye-min, ZHANG Jun-lian, LI Chao-zhou. Influence of drought hardening on the resistance physiology of potato seedlings under drought stress. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):336-347.
Horticulture
Identification and expression of the CEP gene family in apple (Malus×domestica)
LI Rui, AN Jian-ping, YOU Chun-xiang, SHU Jing, WANG Xiao-fei, HAO Yu-jin
植物肽激素在植物的生长发育过程中起到了重要作用。在众多的肽激素中C-TERMINALLYENCODED PEPTIDE (CEP)，是一个新发现的肽激素家族，参与调控了许多植物根系发育过程。本研究通过全基因组分析，鉴定出27个苹果CEP基因，并且通过系统发生树将其分为三组(I, II 和III).。染色体定位分析显示，被预测的MdCEP基因分布于苹果的10条染色体上；并且对基因结构和蛋白结构域进行了分析。MdCEP基因表达模式分析表明，多数MdCEP基因在根中表达量最高，并且MdCEP23可能在调控根系生长发育过程中起到了重要作用。另外，MdCEP基因均响应多种非生物胁迫，表明MdCEP基因可能参与了苹果多方面的生理过程。近三分之一的MdCEP基因对低氮处理有明显响应。绝大多数MdCEP基因受甘露醇、PEG和ABA的胁迫诱导，表明MdCEP基因可能参与了干旱胁迫响应。本研究通过全基因组分析鉴定出苹果CEP基因家族，并且提供为MdCEP基因功能的研究提供了参考。
Cite this article:
LI Rui, AN Jian-ping, YOU Chun-xiang, SHU Jing, WANG Xiao-fei, HAO Yu-jin. Identification and expression of the CEP gene family in apple (Malus×domestica). Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):348-358.
Comparison of rhizosphere and endophytic microbial communities of Chinese leek through high-throughput 16S rRNA gene Illumina sequencing
HUANG Yong-hong
韭菜（Allium tuberosum Rottler ex Sprengel）是一种中国常见的普通蔬菜。在本课题组前期的研究中发现，韭菜间作/套种香蕉可以显著降低香蕉枯萎病的发病率，减轻发病程度；韭菜和黄瓜/番茄间作/套种可以显著降低南方根结线虫病害的发病率，减轻其根结指数。鉴于此，本课题组推测在韭菜根际或者韭菜叶片或者根系内可能存在一些对香蕉枯萎病菌及根结线虫具有杀死或者抑制效应的微生物。在本研究中，利用通过16S rRNA高通量测序技术对韭菜根际土壤及内生细菌群落进行了比较分析。结果表明：在韭菜根际、叶片和根系中共获得了79261条高质量的序列。在门的水平上，根际土壤中有Proteobacteria，Acidobacteria，Bacteroidetes，Cyanobacteria和Planctomycetes5个主要的群落，含量分别为37.85，10.99，8.24，7.79和7.1%。而在叶片和根系中，只有Cyanobacteria和Proteobacteria两个主要的群落，前者在叶片中含量为83.42%，在根系中含量为75.44%；后者在叶片中含量为14.75%，在根系中含量为21.04%。两者相比较，根际土壤细菌种群多样性，丰富度和均匀度均高于内生细菌种群。根际土壤细菌种群与内生细菌种群具有显著差异，而叶片和根系中内生细菌群落虽有不同，但差异并不显著。该研究结论为从韭菜中分离鉴定杀菌及杀线虫的生防菌提供了理论依据。
Cite this article:
HUANG Yong-hong. Comparison of rhizosphere and endophytic microbial communities of Chinese leek through high-throughput 16S rRNA gene Illumina sequencing. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):359-367.
Plant Protection
Multi-functional roles of TaSSI2 involved in Fusarium head blight and powdery mildew resistance and drought tolerance
HU Li-qin, MU Jing-jing, SU Pei-sen, WU Hong-yan, YU Guang-hui, WANG Gui-ping, WANG Liang, MA Xin, LI An-fei, WANG Hong-wei, ZHAO Lan-fei, KONG Ling-rang
在模式植物中，编码硬脂酰-酰基载体蛋白脂肪酸脱氢酶（ssi2）基因的突变被证明能够提高多种植物对病原体的抗性，但其在小麦中对生物和非生物胁迫是否发挥调控功能尚不清楚。在本研究中，我们从小麦中克隆了TaSSI2基因，并证明其在多种生物学反应中发挥作用。利用BSMV诱导基因沉默（VIGS）技术沉默该基因后，发现TaSSI2对小麦白粉病和赤霉病抗性起负调控作用，这一结论与Kronos基因敲除突变体中观察到的抗病表型一致。在小麦中，TaSSI2的表达受外源激素茉莉酸甲酯（MeJA）负调控，但受水杨酸（SA）和脱落酸（ABA）正调控，由此可见，不同激素信号路径之间的相互协调共同参与小麦对生物胁迫新的响应，但其调控机制需进一步阐明。在TaSSI2过量表达短柄草之中，SA路径下游基因PR4和PR5被上调表达，也表明TaSSI2可能通过抑制小麦中水杨酸（SA）信号通路来参与调节赤霉病抗性。此外，过量表达TaSSI2的短柄草转基因植株增加了亚麻酸（18:3）含量并增强了耐旱性。亚细胞定位显示其分布在整个细胞质与高尔基体和分泌囊泡部分重叠。作为硬脂酰-酰基载体蛋白脂肪酸脱氢酶，推测TaSSI2可能参与催化植物细胞内脂质代谢，并将目标底物从细胞内转运至细胞膜或蜡质层等位置，进而提高植物的耐旱能力。
Cite this article:
HU Li-qin, MU Jing-jing, SU Pei-sen, WU Hong-yan, YU Guang-hui, WANG Gui-ping, WANG Liang, MA Xin, LI An-fei, WANG Hong-wei, ZHAO Lan-fei, KONG Ling-rang. Multi-functional roles of TaSSI2 involved in Fusarium head blight and powdery mildew resistance and drought tolerance. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):368-380.
Host status of Brachypodium distachyon to the cereal cyst nematode
CHEN Chang-long, LIU Shu-sen, LIU Qian, NIU Jun-hai, LIU Pei, ZHAO Jian-long, LIU Zhi-yong, LI Hong-jie, JIAN Heng
小麦孢囊线虫（cereal cyst nematode, CCN）Heterodera avenae广泛分布于世界各地，且对禾谷类作物危害严重。寻找模式寄主将会有助于该线虫的研究。二穗短柄草Brachypodium distachyon是一种新型的单子叶模式植物，而且是一种很有前景的新型病害模式植物。本研究对25个B. distachyon品系接种中国北京H. avenae后发现，H. avenae可以侵染所有的B. distachyon品系，但只有13个品系可以产生孢囊。侵染后的二穗短柄草根系整体变小，且须根呈现变短变粗的特点。我们发现，1000 J2s/株的线虫接种剂量足够H. avenae侵染。品系Koz-1与TR2A相比，可以产生更多的孢囊，且对Koz-1接种5个不同地理种群的CCN（Ha1或Ha3致病型组）均能形成孢囊。这些结果表明B. distachyon是CCN的寄主。
Cite this article:
CHEN Chang-long, LIU Shu-sen, LIU Qian, NIU Jun-hai, LIU Pei, ZHAO Jian-long, LIU Zhi-yong, LI Hong-jie, JIAN Heng. Host status of Brachypodium distachyon to the cereal cyst nematode. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):381-388.
Effects of Aschersonia aleyrodis on the life table and demographic parameters of Bemisia tabaci
ZHANG Can, SHAO Zhen-fang, HAN Yue-ye, WANG Xing-min, WANG Ze-qing, Peter Dennis Musa, QIU Bao-li, Shaukat Ali
The present study reports the sublethal effects of the entomopathogenic fungus, Aschersonia aleyrodis (Webber) on Bemisia tabaci (Gennadius) (Homoptera: Aleyrodidae). A fungal suspension of A. aleyrodis isolate Aa005 containing 1×107 conidia mL–1 was sprayed against B. tabaci on eggplant leaves under greenhouse conditions. The effects of fungal application on survival as well as life table parameters of the whitefly were observed at different post inoculation periods. The results indicated that A. aleyrodis can significantly affect the survival of 1st, 2nd, and 3rd nymphal instars of B. tabaci. Developmental periods of different instar nymphs were not affected by fungal application. A. aleyrodis spores persisted well and significantly affected the survivorship of young instar nymphs of B. tabaci at different post incubation periods. Life table results suggested that A. aleyrodis has no impact on general fecundity and longevity of B. tabaci. When the pathogen was exposed to the open environment and maintained for a relatively longer period, a reduction in the reproductive rate and intrinsic rate of increase was caused by the fungal spores, though the sublethal effects were not as good as the control treatment. The results suggest that the ability of spores to suppress an increase in whitefly population persists well after incubation of spores to the external environment (up to 9 days).
Cite this article:
ZHANG Can, SHAO Zhen-fang, HAN Yue-ye, WANG Xing-min, WANG Ze-qing, Peter Dennis Musa, QIU Bao-li, Shaukat Ali. Effects of Aschersonia aleyrodis on the life table and demographic parameters of Bemisia tabaci. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):389-396.
Including predator presence in a refined model for assessing resistance of alfalfa cultivar to aphids
TU Xiong-bing, FAN Yao-li, Mark McNeill, ZHANG Ze-hua
蚜虫数量比值(AQR) 定义为某一品种蚜虫数量除以所有品种蚜虫数量，该模型主要考虑了蚜虫种群数量与寄主植物之间的关系，在作物品种抗蚜评价中得到广泛应用。然而在田间评价中，现有的蚜虫数量比值模型并未考虑蚜虫捕食者的效应，在实际应用中导致评价结果存在偏差。为提高该方法适用性，明确捕食者功能，拟引入捕食效应系数‘α’，并利用改进后的模型（αAQR）重新评价蚜虫种群数量与寄主植物之间的关系。我们在河北沧州采用五点取样、扫网法调查了28个苜蓿品种中的4种蚜虫和以及蚜虫的天敌共12种捕食者的种群动态。结果表明：每年5-6 月份蚜虫种群数量比较稳定，可以作为苜蓿品种抗性评价的适宜时期。与传统的蚜虫数量比值法相比，利用改进后的模型计算发现蚜虫种群数量与天敌显著负相关（R=-0.8001，P<0.0001），并且后者将28 个苜蓿品种分为3 大类：抗虫品系、中间品系、感虫品系，其中17个品种的抗性分级发生了变化。利用改进后的模型计算各品种抗性级别发现，其数值符合Gaussian 分布，并且所有数值符合以1 为中值、0.1为间隔的等差数列。因此我们以1±0.1 作为中值、0.1为等差将28个苜蓿品种按抗性级别分为9组。改进后的模型消除了天敌种群对苜蓿品种抗性评价的影响、提高了苜蓿品种抗性评价准确度。基于此，结合农艺参数的影响，将为建立作物抗虫精确评价系统提供重要借鉴。
Cite this article:
TU Xiong-bing, FAN Yao-li, Mark McNeill, ZHANG Ze-hua. Including predator presence in a refined model for assessing resistance of alfalfa cultivar to aphids. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):397-405
Animal Science · Veterinary Medicine
Comparing successful gene knock-in efficiencies of CRISPR/Cas9 with ZFNs and TALENs gene editing systems in bovine and dairy goat fetal fibroblasts
LIU Hui, LIU Chang, ZHAO Yu-hang, HAN Xue-jie, ZHOU Zheng-wei, WANG Chen, LI Rong-feng, LI Xue-ling
本研究比较了CRISPR/Cas9与ZFNs和TALENs在牛和山羊胎儿成纤维细胞中介导基因敲入的效率。针对牛MSTN基因的第二外显子，我们设计了一套ZFNs和CRISPR/Cas9质粒；针对山羊β-casein基因的第二外显子设计了一套TALENs和CRISPR/Cas9质粒，在牛和山羊胎儿成纤维细胞中来检测CRISPR/Cas9与ZFNs和TALENs介导基因敲入的效率。供体质粒根据ZFNs, TALENs, 和CRISPR/Cas9的切割位点在GFP-PGK-NeoR质粒的基础上进行设计，包括5' 和 3'同源臂，外源基因hFat-1和EGFP。ZFNs 和CRISPR/Cas9，TALENs和CRISPR/Cas9分别通过电穿孔法转然牛胎儿成纤维细胞和山羊胎儿成纤维细胞。G418筛选后，使用口吸管、流式细胞仪分选和细胞刮铲方法收集单细胞克隆。基因敲入的细胞系通过跨臂PCR来检测。结果显示：在牛胎儿成纤维细胞中，ZFNs介导的EGFP和hFat-1基因敲入的效率分别是13.68%和0%；CRISPR/Cas9介导的效率分别是77.02% 和79.01%。CRISPR/Cas9介导的EGFP基因敲入的效率是ZFNs的5.6倍，而hFat-1基因的敲入，仅通过CRISPR/Cas9获得。ZFNs和CRISPR/Cas9介导的基因敲入效率差异极显著(P<0.01)。在山羊胎儿成纤维细胞中，TALENs介导的EGFP和hFat-1基因敲入的效率分别是32.35%和26.47%；CRISPR/Cas9介导的效率分别是70.37%和74.29%。TALENs和CRISPR/Cas9的差异是极显著(P<0.01)。本研究揭示了：在家畜基因敲入中，CRISPR/Cas9比ZFNs和 TALENs效率更高，这将在家畜的基因编辑中打开一个新纪元。
Cite this article:
LIU Hui, LIU Chang, ZHAO Yu-hang, HAN Xue-jie, ZHOU Zheng-wei, WANG Chen, LI Rong-feng, LI Xue-ling. Comparing successful gene knock-in efficiencies of CRISPR/Cas9 with ZFNs and TALENs gene editing systems in bovine and dairy goat fetal fibroblasts. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):406-414.
Effects of dietary forage to concentrate ratio and wildrye length on nutrient intake, digestibility, plasma metabolites, ruminal fermentation and fecal microflora of male Chinese Holstein calves
XIA Chuan-qi, Aziz-Ur-Rahman Muhammad, NIU Wen-jing, SHAO Tao-qi, QIU Qing-hua, SU Hua-wei, CAO Bing-hai
本试验选取28头中国荷斯坦奶公犊（平均体重156.8±33.4 kg）用于研究日粮粗精比和粗饲料长度对营养物质消化率，血液代谢指标，瘤胃发酵以及粪便微生物菌群的影响。试验牛随机分配到四个处理组中，日粮为2×2双因素试验设计：整长草+低粗精比（50:50）；整长草+高粗精比（65:35）；切短草+高粗精比（65:35）；切短草+低粗精比（50:50）。羊草在本试验中作为唯一粗饲料。切短处理组中的羊草使用切草机切短至所需要的长度（~50% 颗粒>19 mm）。结果表明犊牛干物质和有机物采食量随着日粮粗精比（P<0.01）和粗饲料长度（P<0.05）增加而显著增加，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维采食量随着日粮粗精比增加而增加（P<0.01）。随着粗饲料长度增加，中性洗涤纤维消化率显著提高（P<0.01），同时受到日粮粗精比和粗饲料长度互作的影响（P<0.05）。血浆中胆固醇（P<0.01），瘦素（P<0.05）和生长激素（P<0.01）浓度随着日粮粗精比增加而上升。而随着日粮粗饲料长度增加，血浆中甘油三酯（P<0.01），胰岛素（P<0.05）和生长激素（P<0.01）浓度显著增加。饲喂低粗精比日粮的犊牛瘤胃液pH值显著低于高粗精比处理组（P<0.05）。增加日粮粗精比能显著提高瘤胃液中乙酸浓度以及乙酸/丙酸比例（P<0.01）。饲喂整长草或高粗精比日粮的犊牛，其粪便中乳酸杆菌含量较高，而大肠杆菌和沙门氏菌含量较低（P<0.05）。与整长草日粮相比，饲喂切短粗饲料日粮的犊牛有着较低的腹泻指数（较高的腹泻率）（P<0.05）。利用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术对粪便微生物进行分析，结果显示菌群条带数和丰度指数受日粮粗精比和粗饲料长度互作的影响（P<0.05）；高粗精比日粮饲喂条件下，整长草处理组犊牛粪便菌群条带数和丰度指数显著高于切短草处理组（P<0.05），而在低粗精比日粮饲喂条件下，粪便菌群条带数和丰度指数不受粗饲料长度的影响（P>0.05）。各日粮处理组中的犊牛粪便微生物区系相似性指数在50-73% 之间。通过以上可以看出，本试验中饲喂整长草及高粗精比（65:35）日粮对奶公犊比较合适。
Cite this article:
XIA Chuan-qi, Aziz-Ur-Rahman Muhammad, NIU Wen-jing, SHAO Tao-qi, QIU Qing-hua, SU Hua-wei, CAO Bing-hai. Effects of dietary forage to concentrate ratio and wildrye length on nutrient intake, digestibility, plasma metabolites, ruminal fermentation and fecal microflora of male Chinese Holstein calves. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):415-427.
Understanding the metabolism of Mycoplasma mycoides subsp. capri in vitro by a transcriptomic analysis
WANG Xiao-hui, WANG Yan-fang, HUANG Hai-bi, BAI Fan, SHI Xiao-na, MA Chang-jiao, GAO Yuan, ZHANG Jian-hua, ZHANG Wen-guang, HAO Yong-qing
众所周知，支原体培养不仅需要多种营养物质，而且是一个耗时的过程，其中包括丝状支原体山羊亚种(Mycoplasma mycoides subsp. capri，Mmc)，这给其研究和应用带来了许多障碍。本文将运用转录组方法对Mmc整个生长周期的代谢进行研究。文中共收集了Mmc PG3标准株四个生长时期的12份菌液样本（每个生长时期三个重复），分别是对数期(PG3-1)，稳定期(PG3-2)，衰亡期(PG3-3)和衰亡期后期(PG3-4)。然后对其进行转录组测序，并将得到的数据进行四个时期相邻点的两两比较分析，以得到其代谢相关基因的变化规律。结果显示，共有45个差异表达基因(significant differentially expressed genes, p<0.01)富集到KEGG代谢通路。这些基因主要参与编码ATP合成酶，嘧啶代谢、烟酸和烟酰胺代谢、精氨酸和脯氨酸代谢的相关酶。其中，胞苷酸激酶，果糖二磷酸醛缩酶II类、烟酸单核苷酸腺苷转移酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶在Mmc的代谢中发挥关键作用。本文为Mmc的代谢研究开启了新方向，也为其他支原体的代谢研究提供了参考。
Cite this article:
WANG Xiao-hui, WANG Yan-fang, HUANG Hai-bi, BAI Fan, SHI Xiao-na, MA Chang-jiao, GAO Yuan, ZHANG Jian-hua, ZHANG Wen-guang, HAO Yong-qing. Understanding the metabolism of Mycoplasma mycoides subsp. capri in vitro by a transcriptomic analysis. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):428-435.
Agro-ecosystem & Environment
The efficiency of long-term straw return to sequester organic carbon in Northeast China's cropland
WANG Shi-chao, ZHAO Ya-wen, WANG Jin-zhou, ZHU Ping, CUI Xian, HAN Xiao-zeng, XU Ming-gang, LU Chang-ai
【目的】东北黑土区作为我国主要的粮食产区，具有丰富的碳储量和较高的生产力，是地球上最珍贵的土壤资源之一。但黑土开垦利用以来，土壤有机碳含量不断下降。东北地区秸秆资源丰富，研究东北黑土区秸秆还田增加土壤有机碳库的效果，对于提升东北黑土区有机碳含量和土壤肥力水平具有重要的意义。
【方法】以东北黑土区3个不同纬度和土壤有机碳含量的长期秸秆还田试验（黑河、海伦、公主岭）为基础，选择3个施肥处理：不施肥（CK）、化肥（NPK）、和化肥+秸秆还田（NPKS），研究东北不同区域长期秸秆还田的土壤有机碳提升效果。
【结果】 长期秸秆还田后不同区域间的土壤有机碳储量提升效果存在差异，海伦和黑河高纬度地区秸秆还田能提升土壤有机碳储量，其NPKS处理分别较NPK处理高4.0%和5.7%，但海伦、黑河和公主岭3个试验点NPKS处理与NPK处理间的差异不显著。高有机碳含量地区NPKS的土壤固碳速率（CSR）显著高于NPK处理；黑河、海伦和公主岭CSR分别于秸秆还田17、11和8年后达到平衡状态。3个试验点秸秆碳转化效率差异明显，其平均值为15.3%，黑河和海伦的秸秆碳转化效率呈现指数型降低趋势，公主岭的秸秆碳转化效率基本不变。
【结论】东北黑土不同区域间秸秆还田对有机碳储量影响的存在差异，秸秆还田后土壤有机碳的变化速率与初始土壤有机碳含量密切相关。长期来说，秸秆还田是维持土壤有机碳水平的有效措施，提升土壤有机碳含量水平还需配合相应耕作和施肥措施。
Cite this article:
WANG Shi-chao, ZHAO Ya-wen, WANG Jin-zhou, ZHU Ping, CUI Xian, HAN Xiao-zeng, XU Ming-gang, LU Chang-ai. The efficiency of long-term straw return to sequester organic carbon in Northeast China's cropland[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2): 436-448.
The effects of aeration and irrigation regimes on soil CO2 and N2O emissions in a greenhouse tomato production system
CHEN Hui, HOU Hui-jing, WANG Xiao-yun, ZHU Yan, Qaisar Saddique, WANG Yun-fei, CAI Huan-jie
加气灌溉已经被证实能提高作物产量且改善果实品质，但其引起的环境效应研究仍较少。为揭示不同生长季中加气灌溉和不同灌溉量对温室番茄地土壤CO2和N2O排放的影响，试验于2015年采用静态暗箱-气相色谱技术，设置4个处理：加气亏缺灌溉（AI1）、不加气亏缺灌溉（CK1）、加气充分灌溉（AI2）和不加气充分灌溉（CK2）。结果表明：不同灌水水平下的加气处理较不加气处理增加了番茄产量，平均增加了18.8%，且充分灌水水平下处理间差异性达到显著水平（P<0.05）；充分灌溉较亏缺灌溉显著增加了番茄产量，平均增加了23.9%（P<0.05）。此外，不同灌水水平下的加气处理较不加气处理增加了土壤CO2排放，且在秋冬季试验中处理间差异性达到显著水平（P<0.05）；番茄2个生长季中，充分灌溉较亏缺灌溉均增加了土壤CO2排放，但不显著（P>0.05）。春夏季试验中，加气与不加气处理土壤N2O排放差异未达到显著水平（P>0.05），而在秋冬季试验中加气较不加气处理显著增加了土壤N2O排放（P<0.05）；番茄2个生长季中，充分灌溉较亏缺灌溉均显著增加了土壤N2O排放（P<0.05）。相关分析表明，土壤温度是影响土壤CO2排放的主要因素；土壤温度、水分及硝态氮含量（NO3-）是影响土壤N2O排放的主要因素。在今后设施菜地研究中，为了能够满足作物产量同时达到温室气体减排效果，可以采取适量灌溉与加气相结合的灌溉方法。
Cite this article:
CHEN Hui, HOU Hui-jing, WANG Xiao-yun, ZHU Yan, Qaisar Saddique, WANG Yun-fei, CAI Huan-jie. The effects of aeration and irrigation regimes on soil CO2 and N2O emissions in a greenhouse tomato production system[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2): 449-460.
Agricultural Economics and Management
Designing price-contingent vegetable rotation schedules using agent-based simulation
LI Jing, Daniel Rodriguez, WANG Hao-xiang, WU Liu-san
我国蔬菜生产合作社可以为参与农户提供年度的蔬菜轮作方案。考虑蔬菜在不同时期价格波动的同时，提供的轮作方案在以利润最大化为目标时还要提高各个农户亩均收益的相似性。同时分析合作社产品的多样性和降低土地连作导致的相关问题，在此基础上研究对应的蔬菜年度轮作方案设计问题。本文使用基于代理的仿真方法设计一种自适应的轮作优化机制来研究该问题。该优化机制能够同时兼顾农户利润最大化和农户亩均利润相似性。本文的研究成果能够为蔬菜合作社提供一种决策支持工具，提高合作社的经济效益和农户之间的公平性。
Cite this article:
LI Jing, Daniel Rodriguez, WANG Hao-xiang, WU Liu-san. Designing price-contingent vegetable rotation schedules using agent-based simulation. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):461-472.
One size fits all? Contract farming among broiler producers in China
HUANG Ze-ying, XU Ying, ZENG Di, WANG Chen, WANG Ji-min
契约农业已逐渐被认为有利于发展中国家的小散农户，但对家禽业的效果却很少研究。本文于采用全国性调查数据分析我国肉鸡养殖户选择契约农业的情况，并运用成本收益法和多元无序logit模型研究养殖户尤其是小散户的契约农业参与决策行为。研究结果发现，与规模养殖户相比，小散户虽然没有被契约农业排斥，但由于盈利空间有限，他们往往不参与契约农业，该关系通过控制函数法解决了内生性问题。因此，契约农业很可能不能给肉鸡小散户创造较高的经济效益，相反，小散户将肉鸡直接卖到市场能收到更多的经济效益。
Cite this article:
HUANG Ze-ying, XU Ying, ZENG Di, WANG Chen, WANG Ji-min. One size fits all? Contract farming among broiler producers in China. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):473-482.
Short Communication
Development of a sensitive and reliable droplet digital PCR assay for the detection of ‘Candidatus Liberibacter asiaticus’
ZHONG Xi, LIU Xue-lu, LOU Bing-hai, ZHOU Chang-yong, WANG Xue-feng
柑橘黄龙病（Citrus Huanglongbing， HLB）是严重影响柑橘生产的检疫性细菌病害，该病害传播流行快，为害区域广，目前尚无有效的治疗方法。砍除病树、防控木虱和种植无病苗是当前防控的主要措施。我国发生的黄龙病由韧皮部杆菌亚洲种（Candidatus Liberibacter asiaticus）引起。该病原目前尚不能离体培养，病原的检测主要依靠常规PCR和定量PCR方法。这些检测手段存在灵敏性、一致性等方面的不足，制约了其在病害早期快速诊断中的应用。微滴式数 PCR（Droplet digital PCR, ddPCR）是近年兴起的快速、灵敏检测新技术，本研究对反应中的退火温度、引物浓度和探针浓度进行了优化，建立了柑桔黄龙病菌亚洲种的数字PCR检测方法，同时比较了qPCR和ddPCR方法的线性范围、灵敏度并进行相关性分析。 研究结果表明 ddPCR 反应中的最佳退火温度为54℃，引物浓度为 1000 nmol / L，探针浓度为500 nmol / L。ddPCR的线性范围较qPCR小，从10-105拷贝/ μL而qPCR线性范围从102-108拷贝/ μL。ddPCR的灵敏度较qPCR高， qPCR和ddPCR检测结果呈现显著的相关性，相关系数r=0.99, p<0.001。应用建立的ddPCR检测方法对qPCR检测中Ct值（Cycle threshold）>35的13份柑橘叶片DNA样品进行检测，其中6份柑橘样品的ddPCR检测结果呈阳性，表明ddPCR检测方法具有良好的低丰度检测稳定性，可应用于黄龙病感染早期诊断。
Cite this article:
ZHONG Xi, LIU Xue-lu, LOU Bing-hai, ZHOU Chang-yong, WANG Xue-feng. Development of a sensitive and reliable droplet digital PCR assay for the detection of ‘Candidatus Liberibacter asiaticus’. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):483-487.
Experimental infectivity of Theileria luwenshuni and Theileria uilenbergi in Chinese Kunming mice
LI You-quan, GUO Peng-fei, LIU Jun-long, LIU Zhi-jie, HAN Yuan, LI Xuan, LIU Ai-hong, GUAN Gui-quan, LIU Guang-yuan, LUO Jian-xun, YIN Hong
Theileria luwenshuni and Theileria uilenbergi are important tick-borne pathogens and cause substantial losses to the sheep industry in China. The improvement in detection techniques has allowed the identification of multi-homing parasitism in Theileria parasites. Herein we evaluated the experimental infectivity of T. luwenshuni and T. uilenbergi in Chinese Kunming mice by screening blood samples of experimentally inoculated mice by microscopic examination (ME) and PCR. T. luwenshuni infected Chinese Kunming mice and 20 mice inoculated with this parasite were positive by ME and PCR. In addition, T. uilenbergi infected mice and 20 mice inoculated with this species were positive by ME and PCR. However, the number of red blood cells and the levels of hemoglobin of 40 infected mice had no obvious changes in the course of infection. Our results demonstrated the multi-homing parasitism of T. luwenshuni and T. uilenbergi, which were believed to be parasites of sheep and goats. This study was the first to demonstrate the infection of T. luwenshuni and T. uilenbergi in Kunming mice.
Cite this article:
LI You-quan, GUO Peng-fei, LIU Jun-long, LIU Zhi-jie, HAN Yuan, LI Xuan, LIU Ai-hong, GUAN Gui-quan, LIU Guang-yuan, LUO Jian-xun, YIN Hong. Experimental infectivity of Theileria luwenshuni and Theileria uilenbergi in Chinese Kunming mice. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(2):488-492.