Special Focus: Low Carbon and High Feed Efficiency in Animals
Editorial – Low carbon and high feed efficiency in animals
绿色低碳畜牧业与饲草料高效利用
✺Yanfen Cheng, Qiyu Diao
2025, 24(4): 1217-1219. DOI: 10.1016/j.jia.2025.02.023
Section 1: Livestock production systems
Tracing the contribution of cattle farms to methane emissions through bibliometric analyses
通过文献计量分析追踪养牛场对甲烷排放的贡献
✺Shakoor Abdul, Zaib Gul, Ming Xu
甲烷会导致全球变暖，而牲畜是甲烷产生的主要来源之一。然而，缺乏通过文献计量工具对牲畜进行甲烷排放研究。鉴于气候变化对生态系统的负面影响和甲烷排放的增加，有必要进行文献计量学研究，以揭示该领域的研究状况和发展趋势。我们使用 Bibliometrix 软件包和 VOSviewer 来破译养牛场甲烷排放的文献计量指标 （MECF）。从Web of Science数据库中收集了当前数据，并分析了8,998篇出版物。结果显示最常出现的关键词是甲烷（1528）、温室气体（443）、甲烷排放（440）和牛（369）。1999-2017 年期间，研究主题和趋势结果的主题演变突出了二氧化碳、甲烷、奶牛、牛和风险因素。中国科学院在该领域发表了485论文，位居榜首，其次是加拿大农业与农业食品部、科罗拉多大学、美国国家海洋和大气管理局以及丹麦的奥胡斯大学。论文被引用次数从高到低依次为：中国科学院、科罗拉多大学、加拿大农业与农业食品部、美国国家海洋和大气管理局以及美国地质调查局。从发表相关论文的期刊看，《Science of the Total Environment》以290次引用频率位居第一，其次是《Journal of Dairy Science》，引用频率为223次。目前，还没有对MECF进行文献计量学研究，本文通过文献计量分析，综述了养牛场甲烷排放的研究进展，指出养牛场甲烷排放（MECF）的研究主题和发展趋势。
2025, 24(4): 1220-1233. DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.003
Effects of stocking rate on growth performance, energy and nitrogen utilization, methane emission, and grazing behavior in Tan sheep grazed on typical steppe
放牧率对典型草原滩羊生长性能、能量与氮利用效率、甲烷排放以及放牧行为的影响
✺Hairen Shi, Pei Guo, Jieyan Zhou, Zhen Wang, Meiyue He, Liyuan Shi, Xiaojuan Huang, Penghui Guo, Zhaoxia Guo, Yuwen Zhang, Fujiang Hou
背景和目的：放牧是一种投资少、收益高的草地经营模式。但是，与单胃动物相比，反刍动物是低生产效率高CH4排放的代表，其排放量约占人为活动CH4排放总量的30%~32%，造成显著的能量损失。优化放牧管理对提升反刍牲畜饲料转化率，缓解动物CH4排放具有较大的潜力和空间。因此，本研究旨在评估不同放牧率对滩羊生长性能、能量与氮利用效率、甲烷排放以及放牧行为的影响。方法：为期两年（2018-2019）的放牧试验在一个长期轮牧系统中开展，该放牧系统从2001年开始，每年6月上旬至9月上旬夏季放牧。放牧地共有9个放牧小区，每个面积为100 m×50 m，每个小区分配4只、8只和13只滩羊（6月龄，平均体重：23.15±1.32 kg），每个处理设3个空间重复，得出放牧率分别为2.7、5.3和8.7羊/公顷。结果：不同放牧年份牧草中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量存在差异（P< 0.05），放牧率与牧草粗纤维含量呈正相关（P< 0.05）；随着放牧率增加，滩羊干物质采食量下降（P< 0.05），2.7羊/公顷平均日增重最高（P <0.05）；与2.7和8.7羊/公顷相比，5.3羊/公顷干物质消化率最低（P <0.05）；8.7羊/公顷时粪氮处于最低水平（P <0.05），而沉积氮/总氮在8.7羊/公顷时最高；当8.7羊/公顷时，消化能、代谢能、及消化能/总能和代谢能/总能最高（P <0.05），而甲烷排放量、甲烷/干物质采食量和甲烷能/总能在2.7羊/公顷最高（P <0.05）；年份对放牧行为影响不显著，随着放牧率增加，行走时间和反刍/休息分配时间均下降，而放牧时间与放牧率呈负相关。结论：增加放牧率可能使动物选择性采食策略改变，迫使它们采食不喜食牧草以满足其能量需求。虽然导致滩羊干物质采食量下降，但消化率提高，最终减少了氮排泄和CH4排放。创新性：提出根据牧草营养价值和组成重新评估和调整放牧率，以优化动物生产性能以及甲烷减排途径。
2025, 24(4): 1234-1245. DOI: 10.1016/j.jia.2024.12.037
Gas production characteristics of oats and tritical silages and techniques for reducing gas emissions
燕麦和小黑麦青贮的产气特性及减少其气体排放的技术
✺Jing Tian, Rong Tian, Juanyan Wu, Liying Huang, Jianguo Zhang
青贮过程中的温室气体（GHG）产生不仅会导致青贮饲料的营养损失，还会促进气候变暖。然而，关于青贮过程中温室气体的产生及减少排放的策略信息较少，尤其是氧化亚氮（N2O）。因此，本研究选用华南地区冬闲田种植的牧草和饲料作物中产气较多的燕麦（Avena sativa）和小黑麦（Triticum × Secale）为实验材料，通过不添加（对照）、添加植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，LP）或3%玉米粉（CM）青贮56天，分析青贮过程中的气体量、温室气体浓度、发酵品质和细菌多样性，探讨青贮过程中的产气特性及减少其气体排放的技术。结果表明燕麦和小黑麦的气体量在青贮前9天迅速增加并达到峰值，且小黑麦青贮饲料的最高气体量是燕麦的两倍。在青贮28天内，小黑麦青贮饲料产生的二氧化碳（CO2）浓度低于燕麦青贮饲料，甲烷（CH4）和N2O浓度高于燕麦青贮饲料。添加LP或CM显著提高了2种饲料作物的青贮发酵品质，减少了气体量，并在56天青贮结束时降低了温室气体浓度（小黑麦的CH4除外）。在青贮初期，与产气相关的肠杆菌属（Enterobacter）、乳球菌属（Lactococcus）和明串珠菌属（Leuconostoc）细菌较多，添加LP增加了乳杆菌属（Lactobacillus）的相对丰度，降低了与气体量、CO2和N2O浓度呈正相关的科萨克氏菌属（Kosakonia）、泛菌属（Pantoea）、肠杆菌属和乳球菌属等细菌的相对丰度。这些结果表明，青贮过程中的气体产生主要发生在前9天，添加LP或CM可以显著提高青贮饲料的发酵品质，减少青贮过程中总气体和温室气体的产生。该研究成果将有利于减少青贮饲料生产中的营养损失和温室气体排放，缓解全球气候变暖，促进草食畜牧业的健康绿色发展。
2025, 24(4): 1246-1258. DOI: 10.1016/j.jia.2024.09.023
Section 2: Animal genetics
Genome-wide association study identifies novel loci associated with feed efficiency traits in Hu lambs
全基因组关联分析识别与湖羊饲料效率性状相关的新位点
✺Deyin Zhang, Xiaolong Li, Fadi Li, Xiaoxue Zhang, Yuan Zhao, Yukun Zhang, Zongwu Ma, Huibin Tian, Xiuxiu Weng, Weimin Wang
在集约化养羊生产中，饲料效率是影响盈利能力的重要经济性状，通常用剩余采食量和饲料转化率两个指标来评价饲料利用效率。然而，目前关于绵羊饲料效率相关性状的潜在遗传机制尚不完全清楚。因此，为了从全基因组水平上鉴别出影响绵羊饲料效率的关键基因和遗传变异，本研究随机选取系谱信息清晰、出生日龄相近、健康状况良好的1280湖羊公羔，利用单栏饲养系统测定了饲料效率相关性状并对其进行描述性统计和相关分析，研究结果显示，饲料效率相关性状具有很大的变异，且剩余采食量与平均日采食量和饲料转化率呈显著正相关。同时，利用全基因组重测序数据对平均日采食量、饲料转化率和剩余采食量性状进行了全基因组关联分析，在全基因组水平筛选到12、6和4个SNPs位点，分别与平均日采食量、饲料转化率和剩余采食量性状显著相关，通过位点注释，发现8个候选基因（LOC101121953, LOC101110202, CTNNA3, IZUMO3, PPM1E, YIPF7, ZSCAN12 和LOC105603808）与绵羊的饲料效率相关。最后，为进一步验证与剩余采食量性状显著相关的两个候选SNPs位点（chr20: g. 32767656 A > G 和 chr20: g. 32963610 T > C）对生长和饲料效率性状的影响，利用Sequenom MassARRAY SNP分型技术对候选位点在扩大试验群体中进行分型和关联分析，结果表明，两个SNPs与生长性状无显著相关性（P > 0.05），但与RFI性状呈显著相关（P < 0.05）。上述研究结果为绵羊饲料效率性状的遗传改良提供了参考数据，并从全基因组水平上筛选出影响湖羊饲料效率的关键SNPs位点，为绵羊饲料效率性状的分子标记辅助选择提供可靠、有效的分子标记。
2025, 24(4): 1259-1269. DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.011
Effects of ratios of yak to cattle inocula on methane production and fiber digestion in rumenin vitrocultures
牦牛与黄牛瘤胃液体外混合发酵互作对甲烷产量和纤维降解率的影响
✺Weiwei Wang, Wei Guo, Jianxin Jiao, Emilio M Ungerfeld, Xiaoping Jing, Xiaodan Huang, Allan A Degen, Yu Li, Sisi Bi, Ruijun Long
牦牛（Bos grunniens）能够适应青藏高原的恶劣环境，与黄牛（Bos taurus）相比，其肠道消化所排放的甲烷（CH4）较少，且对粗饲料的消化降解能力较强。为研究牦牛瘤胃液对黄牛甲烷产量的抑制和提高其饲粮降解率的潜力，本研究将牦牛（YRI）与黄牛（CRI）的瘤胃液以5种比例体外混合（YRI: CRI，百分比基础）：（1）0:100（对照）；（2）25:75；（3）50:50；（4）75:25；（5）100:0；以燕麦干草（Avena satival）作为发酵底物，持续72 h体外混合发酵，设置12 h、24 h、48 h和72 h作为发酵参数监测时间点。研究发现：与0:100（对照）相比，在发酵的大多数时间点，50:50、75:25和100:0的YRI: CRI比例发酵生成的总气体量、CH4量和累积产生的氢气（H2）量均较低。从发酵的12 h起，随着YRI比例的增加，二氧化碳（CO2）产量呈线性下降（P < 0.05）。发酵至72 h时，50:50和75:25比例的干物质降解率（同比0:100比例，分别高7.71%和4.11%）和酸性洗涤纤维降解率（同比0:100比例，分别高15.5%和7.61%）高于0:100（对照）比例（P < 0.05）。而增加YRI比例后，混合发酵通常会增加瘤胃发酵液中的总挥发性脂肪酸（VFA）浓度，同时降低代谢氢（[2H]）平衡中流入CH4的比例，并降低[2H]的回收率。较低的[2H]回收率表明牦牛瘤胃液发酵中存在更多未知的[2H]受体。通过计算化学代谢途径吉布斯能变（∆G），发现还原乙酸途径（4 H2 +2 CO2 → CH3COOH + 2 H2O）的吉布斯自由能变（∆G）为负值，其反应可自发进行。本研究结果将益于今后开展以下研究：1）探究更多潜在的[2H]受体以助于CH4减排；2）挖掘更多参与纤维降解的核心微生物；3）牦牛瘤胃液如何贡献于其它反刍家畜减排。与黄牛相比，牦牛瘤胃液发酵的甲烷产量较低且对饲粮的降解率更高。而随着近年发展起来的多组学与微生物培养技术相结合，也将有助于更好地了解物种间瘤胃发酵机制间的差异。
2025, 24(4): 1270-1284. DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.026
Section 3: Diet components and feed additives
Dietary fat supplement affected energy and nitrogen metabolism efficiency and shifted rumen fermentation toward glucogenic propionate production via enrichment ofSucciniclasticumin male twin lambs
日粮补充脂肪影响双胞胎公羔的能氮代谢效率，并通过富集琥珀酸弧菌属将瘤胃发酵转向丙酸型发酵
✺Wenjuan Li, Tao Ma, Naifeng Zhang, Kaidong Deng, Qiyu Diao
本研究旨在探讨日粮脂肪对双胞胎哺乳羔羊能量和氮代谢效率、瘤胃发酵和微生物菌群的影响。随机将30对双胞胎公羔分为两组，一组饲喂高脂日粮（HF），另一组饲喂普通脂肪日粮（NF），两种日粮（包含代乳品和开食料）的蛋白含量一致，但脂肪含量不同。在羔羊50-60日龄时进行消化代谢试验，并在60日龄按平均体重随机选择9对双胞胎羔羊屠宰并采集瘤胃液。结果表明，日粮添加脂肪可提高羔羊终末体重（BW）、瘤胃液中氨态氮（NH3-N）含量、丙酸比例及甲烷预测量（CH4e）（P < 0.05）。高脂日粮有增强（0.05 < P < 0.1）消化能（DE）、代谢能（ME）、DE/ME和氮利用率的潜力。然而，微生物粗蛋白（MCP）含量、总挥发酸含量（VFA）、乙酸比例和乙酸/丙酸（A:P）比值低于NF组（P < 0.05）。而添加脂肪不影响羔羊血清代谢物。高通量测序显示，断奶前添加脂肪增加变形菌门和琥珀酸弧菌属的相对丰度，降低了梭菌属IV、戴阿利斯特杆菌属、罗氏菌属、氨基酸球菌属和巨单孢菌属的相对丰度。这些发现表明，高脂日粮通过富集琥珀酸弧菌属，瘤胃发酵向丙酸型发酵转变，有改善体重、能量和氮的利用率的潜力。
2025, 24(4): 1285-1295. DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.037
Inclusion of sorghum grain rich in condensed tannins in the diet of steers did not affect the nitrogen utilization efficiency but increased the urine nitrous oxide emissions
日粮中添加富含缩合单宁的高粱不影响肉牛氮利用效率但增加尿液氧化亚氮的排放
✺Biao Xie, Changfa Mao, Xu Shen, Yufeng Liu, Qingyue Liang, Guangyong Zhao
本试验旨在研究日粮中添加富含缩合单宁（CT）[18.9 g kg-1 干物质（DM）]的高粱对肉牛氮（N）代谢和尿液氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验1选用6头利木赞×鲁西杂交阉牛（初始体重为245 ± 18.70 kg）作为试验动物，采用有重复的3×3拉丁方试验设计，日粮中高粱含量分别为0、167和338 g kg-1 DM。试验2采用静态土壤培养技术测定试验1中尿样的N2O排放量。试验1的结果表明，日粮中添加高粱线性增加了粪N排泄量（P = 0.001）、总N排泄量（P = 0.010）和粪N/采食N比例（P = 0.021），但没有影响尿N排泄量、沉积N和N沉积率（P > 0.10）。血浆代谢组学数据显示，日粮中添加高粱上调了酚酸（N1,N5,N10-tris-trans-p-coumaroylspermine and prenyl cis-caffeate）和肉碱（3-hydroxyisovalerylcarnitine and linoelaidyl carnitine）的相对浓度。试验1的结果还显示，随着日粮中高粱比例的提高，肉牛的尿素排泄量线性增加（P = 0.001），尿囊素排泄量有线性降低的趋势（P = 0.051），尿液嘌呤衍生物排泄量（P = 0.041）及根据尿液嘌呤衍生物估测的瘤胃微生物N流量线性降低（P = 0.012）。试验2的结果表明，随着日粮中高粱比例的提高，土壤的整个培养期的平均pH没有显著变化（P > 0.10），但是土壤NH4+-N（P = 0.012）、NO2--N（P = 0.009）、NO3--N（P = 0.001）和无机N（P < 0.001）的平均浓度线性提高。土壤静态培养的结果还显示，随着日粮中高粱比例的提高，尿液N2O-N排放量（P = 0.001）、N2O-N排放/尿N施加量比例（P = 0.038）和尿液N2O-N估测排放量（P = 0.021）均线性提高。综上所述，日粮中添加富含CT的高粱167 和 338 g kg-1 DM不影响肉牛的N沉积率，但可增加尿液N2O-N排放量分别达5.7%和31.4%。为了减少向环境中排放的氧化亚氮数量，不建议在肉牛日粮中添加高水平的高粱。
2025, 24(4): 1296-1309. DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.035
16S amplicon sequencing and untargeted metabolomics reveal changes in rumen microorganisms and metabolic pathways involved in the reduction of methane by cordycepin
16s扩增子测序和非靶向代谢组学揭示了虫草素减少甲烷的瘤胃微生物组和代谢途径的变化
✺Haokai Ma, Dengke Liu, Rui Liu, Yang Li, Modinat Tolani Lambo, Baisheng Dai, Weizheng Shen, Yongli Qu, Yonggen Zhang
作为农业生产中贡献较大的甲烷生产者，反刍动物需要一种合适的甲烷抑制剂来降低其甲烷的排放，去尽可能地降低甲烷对气候的影响。虫草素在此前研究中已被证明能够提高免疫和调节菌群，另外含有虫草素的蛹虫草被证明可以降低体外甲烷排放，但虫草素能否降低体外甲烷产量尚不清楚。因此本试验选用虫草素来探究其对瘤胃发酵参数、产气量、瘤胃微生物组和瘤胃代谢产物的影响。我们选择0.00, 0.08, 0.16, 0.32和0.64 g L-1五种浓度的虫草素加入到含TMR的发酵瓶内进行体外产气试验，测量了各瓶内发酵液瘤胃发酵参数以及各瓶的产气量，并选用0.00和0.64 g L-1浓度组进行16s rRNA测序及非靶向代谢组学分析。结果表明，虫草素的添加可以增加氨态氮、总挥发酸、丙酸盐、异戊酸盐和戊酸盐的浓度，降低pH、丁酸盐浓度、总产气量、甲烷产量、二氧化碳产量、氢气产量、甲烷浓度和二氧化碳浓度，并且和虫草素浓度呈线性关系，另外氢气浓度和虫草素浓度呈二次关系。同时，Succiniclasticum、Prevotella、Rikenellaceae_RC9_gut_group、NK4A214_group、Christensenellaceae_R_7_group、unclassified_F082、Veillonellaceae_UCG_001、Dasytricha、Ophryoscolex、Isotricha、unclassified_Eukaryota、Methanobrevibacter和Piromyces的相对丰度在添加最大剂量(0.64 g L-1)的虫草素后显著降低，而Succinivibrio、unclassified_Succinivibrionaceae、Prevotellaceae_UCG_001、unclassified_Lachnospiraceae、Lachnospira、Succinivibrionaceae_UCG_002、Pseudobutyrivibrio、Entodinium、Polyplastron、unclassified_Methanomethylophilaceae、Methanosphaera和Candidatus_Methanomethylophilus的相对丰度显著升高。虫草素的添加还影响了biosynthesis of unsaturated fatty acids和purine metabolism等代谢通路，以及arachidonic acid、adenine和2′-deoxyguanosine等代谢产物。基于此，我们认为虫草素是一种效果较好的甲烷排放抑制剂，其通过影响瘤胃微生物区系改变了瘤胃代谢产物和发酵参数，从而调节了瘤胃甲烷产量。本试验能够为开发含有虫草素的虫草类副产物或添加剂作为反刍动物的甲烷抑制剂的“减碳”策略提供参考。
2025, 24(4): 1310-1326. DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.014
Seaweed as a feed additive to mitigate enteric methane emissions in ruminants: Opportunities and challenges
大型海藻作为饲料添加剂实现反刍动物肠道甲烷减排的潜力与挑战
✺Yunlong Liu, Mi Zhou, Qiyu Diao, Tao Ma, Yan Tu
降低反刍动物肠道甲烷排放是应对气候变化的重要举措之一。自研究人员首次发现大型藻类具备降低肠道甲烷排放的潜力以来，使用大型海藻作为一种新型饲料添加剂来抑制反刍动物肠道甲烷排放在近些年得到了全球广泛关注。由于含有相对较高浓度的三溴甲烷，Asparagopsis taxiformis（紫衫状海门冬）成为首选的目标物种。三溴甲烷作为一种卤代甲烷结构类似物，能够特异性地抑制瘤胃产甲烷菌中辅酶M甲基转移酶的活性，从而阻断甲烷生成。但是需要注意的是，三溴甲烷也是一种潜在的有毒物质和消耗臭氧层的大气污染物。当前的研究重点集中在饲喂富含三溴甲烷的海藻对反刍动物肠道甲烷减排效果、生产性能和安全性的影响，以及大规模海藻种植对大气环境的影响。未来在开发海藻作为甲烷减排产品时，需要关注那些具备甲烷减排能力但同时三溴甲烷含量低的物种，例如Bonnemaisonia hamifera、Dictyota bartayresii和Cystoseira trinodis。此外，海藻中富含多种生物活性物质，这些活性物质通常具有抗菌、抗炎等生理特性，但关于这些生物活性物质在甲烷减排中的效果研究仍然缺乏。因此，需要进一步深入研究以鉴定出更多潜在功能的生物活性化合物。作为一个新的研究热点，海藻想要被开发为成熟的反刍动物饲料添加剂产品仍面临一些挑战和亟需解决的问题，例如重金属（碘和溴）和三溴甲烷在乳制品和肉制品中的残留问题，以及海藻种植、收获、保存和加工等产业链问题。综上，尽管部分海藻已经表现出很好的甲烷减排效果，但其作为商业饲料添加剂的应用仍受到安全性、成本、政策激励和法律法规等因素的影响。
2025, 24(4): 1327-1341. DOI: 10.1016/j.jia.2024.09.036
Review
Oral secretions: A key molecular interface of plant–insect herbivore interactions
口腔分泌物：植物-植食性昆虫相互作用的关键分子界面
✺Bin Li, Wangpeng Shi, Shaoqun Zhou, Guirong Wang
植食性昆虫的口腔分泌物是昆虫取食时沉积在植物组织上的有机和无机溶质以及酶等复杂的混合物。昆虫口腔分泌物中特定成分已被证明在分子水平上具有调控植物-昆虫相互作用的重要功能。在这篇综述中，我们搜集了关于昆虫口腔分泌物的生物化学研究，并对目前已知的组分进行总结。其次，我们不仅概括了昆虫口腔分泌物已知组分的功能研究，还重点关注了这些组分在植物中特定的分子靶标。最后，我们强调了在昆虫生理学背景下研究昆虫口腔分泌物组分的重要性，这可能有助于揭示一些多功能分子化合物的潜在进化轨迹。
2025, 24(4): 1342-1358. DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.018
Crop Science
A barleySS2asingle base mutation at the splicing site leads to obvious changes in starch
大麦SS2a剪接位点单碱基突变导致淀粉发生明显变化
✺Bang Wang, Jing Liu, Xiaolei Chen, Qiang Xu, Yazhou Zhang, Huixue Dong, Huaping Tang, Pengfei Qi, Mei Deng, Jian Ma, Jirui Wang, Guoyue Chen, Yuming Wei, Youliang Zheng, Qiantao Jiang
淀粉的生物合成是一个的复杂的过程依赖于多种酶的协调作用。抗性淀粉在小肠中不被消化，从而可以阻止了血糖指数的快速上升。淀粉合成酶2a（SS2a）是支链淀粉生物合成中的关键酶，对淀粉结构和性质有重要影响。本研究中，我们从大麦EMS突变体库中鉴定出了ss2a缺失突变体（M3-1413）。在突变体中，诱变产生的单碱基突变位于SS2a第一内含子的3'端的RNA剪接受体（AG），导致RNA不能正常剪辑，并产生两个异常ss2a转录本，导致ss2a基因失活。表型分析表明突变体M3-1413的淀粉结构和性质发生显著变化，具体为总淀粉含量降低，直链淀粉和抗性淀粉含量升高。本研究揭示了大麦ss2a突变机制及其对淀粉特性的影响，有助于推动大麦淀粉功能食品的开发应用。
2025, 24(4): 1359-1371. DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.031
Fine mapping and discovery ofMIR172e, a candidate gene required for inflorescence development and lower floret abortion in maize ear
玉米雌穗发育及下位小花退化相关基因MIR172e的精细定位与功能分析
✺Lanjie Zheng, Qianlong Zhang, Huiying Liu, Xiaoqing Wang, Xiangge Zhang, Zhiwei Hu, Shi Li, Li Ji, Manchun Ji, Yong Gu, Jiaheng Yang, Yong Shi, Yubi Huang, Xu Zheng
玉米（Zea mays L.）是雌雄同株异花植物，其雌穗和雄穗分别为雌花序和雄花序。成熟的玉米雌花序通常能产生数百粒籽粒，决定籽粒的大小及粒重，直接影响玉米的最终产量。本研究鉴定了一个玉米隐性花序发育缺陷突变体tasselseed2016（ts2016），该突变体雌雄花序在发育过程中表现出多方面的缺陷且籽粒产量降低，包括雌雄花序上各类分生组织的确定性和小花中器官身份的缺失、雌穗下位小花退化障碍及籽粒变小。通过图位克隆及等位测试，确定该表型由microRNA基因MIR172e基因突变造成。此外，本研究鉴定到一个调控玉米雌穗下位小花退化的分子模块——miR172e/ETHYLENE RESPONSIVE ELEMENT BINDING197 (EREB197)。转录组分析表明，MIR172e突变能抑制玉米雌穗发育中的多个生物过程，特别是花发育和激素相关途径。另外，我们发现MIR172e DNA序列突变影响其RNA的转录，导致突变位点后的转录延伸受阻。本研究揭示了MIR172e在玉米花序发育和籽粒产量中的作用和分子机制，加深了我们对玉米花发育调控的认识。
2025, 24(4): 1372-1389. DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.030
The ABA-inducible geneIbTSJT1positively regulates drought tolerance in transgenic sweetpotato
ABA诱导基因IbTSJT1正调控转基因甘薯的抗旱性
✺Yuxin Wang, Huan Zhang, Shaopei Gao, Hong Zhai, Shaozhen He, Ning Zhao, Qingchang Liu
TSJT1属于Class-Ⅱ谷氨酰胺酰胺基转移酶超家族成员。目前有关TSJT1在植物中的作用及调控机制的研究很少。本研究从甘薯抗旱品系徐薯55-2中分离出受植物激素ABA诱导的基因IbTSJT1。该基因的表达受PEG6000和ABA的强烈诱导。亚细胞定位表明，IbTSJT1蛋白定位于细胞核和细胞膜上。过表达IbTSJT1基因显著提高了甘薯的抗旱性。干旱条件下，过表达甘薯植株中ABA和脯氨酸含量提高，SOD和POD活性增强，ROS清除系统基因被上调。叶片气孔开度实验表明，过表达IbTSJT1基因提高了转基因甘薯植株的ABA敏感性。酵母单杂交（Y1H）、凝胶阻滞实验（EMSA）、双荧光素酶（Dual-Luc）和染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）等实验结果表明，IbABF2直接结合在IbTSJT1基因启动子中的ABA响应元件ABRE上，并激活其表达。这些研究结果表明，IbTSJT1基因介导ABA依赖的干旱胁迫响应，并通过诱导气孔关闭和激活ROS清除系统来增强转基因甘薯的抗旱性。本研究为提高甘薯和其他植物的抗旱性提供了新的候选基因。
2025, 24(4): 1390-1402. DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.015
Research on the estimation of wheat AGB at the entire growth stage based on improved convolutional features
基于改进卷积特征的小麦全生育期生物量估算研究
✺Tao Liu, Jianliang Wang, Jiayi Wang, Yuanyuan Zhao, Hui Wang, Weijun Zhang, Zhaosheng Yao, Shengping Liu, Xiaochun Zhong, Chengming Sun
地上生物量（AGB）是反映小麦群体生命活动的重要指标，对小麦生长监测和产量预测具有重要意义。传统的生物量统计方法主要通过人工取样调查来完成。尽管这些方法具有很高的估算精度，但该方法需要破坏性取样，操作耗时长，且难以大规模监测。本研究在传统遥感估测生物量的基础上进行方法优化，基于改进的卷积特征（CFs）来估算小麦AGB。研究通过低成本的无人机（UAV）作为主要数据采集设备，获取了两种小麦品种在五个关键生长期的RGB和多光谱（MS）影像数据。同时进行了田间测量，以获得实际的小麦生物量数据用于验证。基于遥感指数（RSIs）、结构特征（SFs）和卷积特征（CFs），本研究提出了一种新的特征AUR-50来估算小麦AGB。结果表明，AUR-50比RSIs和SFs更能准确地估算小麦AGB，平均R²超过0.77。在越冬期，AUR-50MS具有最高的估算精度（R²为0.88）。此外，通过增加CFs，本文提出的方法降低了由于生育后期光谱饱和对生物量估算精度的影响，在开花期的最高R²为0.69。本研究结果为高通量估测小麦AGB提供了一种有效方法，并为其他作物的表型参数研究提供了参考。
2025, 24(4): 1403-1423. DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.015
Matching the light and nitrogen distributions in the maize canopy to achieve high yield and high radiation use efficiency
冠层中光氮协同匹配有利于实现玉米高产和高辐射利用率
✺Xiaoxia Guo, Wanmao Liu, Yunshan Yang, Guangzhou Liu, Bo Ming, Ruizhi Xie, Keru Wang, Shaokun Li, Peng Hou
作物冠层中光和氮的分布是作物对生长环境的适应，有利于提高作物的碳同化能力。那么在不增加额外投入的情况下，是否可以通过改善光氮分布提高作物产量？本研究通过2019年和2020年在奇台进行的田间试验，研究了不同供氮水平和种植密度对两个高产玉米品种（XY335和DH618）冠层光照和氮素分布的影响，以及冠层生理特性对RUE和产量的调节。结果表明，玉米冠层中光（PPDF）分布自上而下一直减少，而比叶氮（SLN）的分布自上而下先增加后减少。当SLN达到最大值时XY335和DH618的PPDF分别为0.5和0.3，对应在总叶面积（LAI）40.6%和49.3%的位置。KN（消氮系数）/KL（消光系数）可以反映作物光氮协同匹配的能力，XY335中下部冠层的KN/KL（0.32）比DH618（0.24）高0.08。XY335（17.2 t ha-1，1.8 g MJ-1）的产量和RUE分别比DH618（16.1 t ha-1、1.6 g MJ-1）高7% (1.1 t ha-1) and 13.7% (0.2 g MJ-1)。因此，当上部和中部冠层中LAI的比例较小时，可以改善群体光照分布，从而有助于调动氮分布，保持较高的KN和KN/ KL。高种植密度条件下，当玉米养分需求被满足时（N360），KN/KL是反映玉米群体光氮协同匹配与产量和光氮效率协同提升的关键参数。该研究对今后玉米高产高效栽培及育种具有重要借鉴意义。
2025, 24(4): 1424-1435. DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.025
Crossing latitude introduction delayed flowering and facilitated dry matter accumulation of soybean as a forage crop
大豆饲用改良途径：跨纬度引种推迟花期并提高物质积累
✺Dong An, Xingfa Lai, Tianfu Han, Jean Marie Vianney Nsigayehe, Guixin Li, Yuying Shen
大豆由于其强烈的光温敏性，在从低到高跨纬度引种种植时，生育期结构及生长表型会发生相应改变，从而可能表现出饲草属性。然而，由于大豆品种的生态类型多样，以及引种后大豆生长表型的不确定性，使得这种大豆饲用改良方式的运用受限。为探究跨纬度引种饲用改良的可行性，并为我国农区畜牧业提供优质饲草。本研究在2018-2019年期间，收集来自我国不同低纬度地区（22-31°N）的24个籽粒大豆品种，并引入纬度更高的黄土高原（39°N）种植，对其生长表型进行观测，并评估大豆品种的饲草生产性能。所有品种在跨纬度引种后都表现出了花期推迟的现象，其中一些品种的营养生长期甚至超过了它们在原产地的全生育期天数。干物质积累速率是引种大豆环境适应与否的关键特征，也是大豆饲草产量形成的基础。来自我国华南热带地区的品种表现出显著的产量优势，干物质产量在8.97-14.68 t ha-1，粗蛋白产量为1.44-2.51 t ha-1。来自该地区的品种华夏3号和桂夏7号在跨纬度环境中表现出最佳的生长适应性和生产力，干物质产量分别可达14.68和13.86 t ha-1，因此，华夏3号和桂夏7号可用于黄土高原区种植系统以供给高产优质的饲草。从低到高跨纬度引种种植是一种行之有效的大豆饲用改良与应用的策略。
2025, 24(4): 1436-1447. DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.033
Horticulture
Genetic diversity of the self-incompatibility locus in diploid potato
马铃薯自交不亲和位点的遗传多样性分析
✺Xinyu Jing, Duoduo Qian, Xiuhan Jiang, Pei Wang, Huihui Bao, Dianjue Li, Yanhui Zhu, Guangtao Zhu, Chunzhi Zhang
配子体型自交不亲和（Gametophytic self-incompatible，GSI）是茄科植物普遍存在的一种自交不亲和性，它由一个核糖核酸酶（S-RNase）和多个F-box（SLF）组成的S位点控制；然而，二倍体马铃薯的S位点遗传多样性尚不清楚。本研究对194份二倍体马铃薯花柱转录组进行无参拼接，结果共鉴定到21种S-RNase等位基因型，其中7个S-RNase等位基因是首次被鉴定，分别是S15、S16、S17、S18、S19、S20和S21。等位基因频率结果显示，S2等位基因型在整个群体中基因频率最高，达到11.89%。随后，分析纯合S2自交系的基因组拼接数据显示S2位点包含12个SLF基因。对4个纯合S位点共线性分析发现8个SLF相对保守。Ka和Ks计算结果显示不同S-RNase和同种单倍型内一簇SLF受到同种进化轨迹，但不同单倍型的同类SLF受到不同的进化轨迹。以上研究不仅对二倍体马铃薯种质S-RNase等位基因型进行了深入研究，而且对自交不亲和S位点组成和进化进行了分析，为二倍体马铃薯杂交育种提供了理论基础。
2025, 24(4): 1448-1460. DOI: 10.1016/j.jia.2024.12.011
The high quality genome of potherb mustard Xuecai (Brassica junceavar.multiceps) provides new insights into leaf shape variation
高质量的雪里蕻XC（Brassica junceavar.multiceps）基因组为芥菜叶形变异提供新的见解
✺Shuangping Heng, Mengdi Cui, Xiaolin Li, Shaoheng Zhang, Guangzhi Mao, Feng Xing, Zhengjie Wan, Jing Wen, Jinxiong Shen, Tingdong Fu
叶用芥菜雪里蕻(XC)是一种十字花科蔬菜，作为一种新鲜的食用和腌制蔬菜而广受欢迎。雪里蕻由于叶片裂刻的存而表现出多回羽状全裂叶片。裂叶的叶片净光合速率高于非裂叶。然而，叶形变异的分子机制仍然是不清楚的。本研究利用HiFi和Hi-C测序技术组装了雪里蕻的基因组。雪里蕻基因组长度为961.72 Mb, N50为6.565 Mb。通过与已测序的四个芥菜基因组进行了比较，鉴定了基因组共线性区域、SNPs和indels。通过芥菜比较基因组测序，在雪里蕻XC A10染色体BjRCO候选区段发现了5个BjRCO基因。大片段重复序列导致了BjRCO基因的拷贝数增加。BjRCO基因在多回羽状全裂叶中的转录表达高于锯齿状叶。BjRCO基因拷贝数增加与高表达共同调控芥菜叶形由简单变复杂。BjRCO基因编辑使芥菜叶形由多回羽状全裂叶片变为简单叶。雪里蕻的高质量基因组测序不仅为叶用芥菜基因组提供了新的见解，而且有助于进一步解析叶型变异的分子机制。我们的研究表明，通过芥菜基因组的比较分析，可以更好地解析重要性状的变异和进化。
2025, 24(4): 1461-1476. DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.031
Molecular mechanism of delayed development by interfering RNA targeting the phenylalanine ammonia lyase gene (pal1) in Pleurotus ostreatus
干扰苯丙氨酸解氨酶基因pal1延迟糙皮侧耳发育的分子机制
✺Qi He, Yuqing Jiang, Chenyang Huang, Lijiao Zhang, Ludan Hou, Fangjie Yao, Mengran Zhao
食用菌发育受阻会影响子实体的生产周期和产量。苯丙氨酸解氨酶（PAL，EC 4.3.1.5）是一种催化苯丙氨酸脱氨生成反式肉桂酸的酶。前期研究结果发现，糙皮侧耳pal1基因的转录降低能够延缓子实体发育。因此，我们以野生型（WT）和RNA干扰（RNAi）菌株为材料，利用转录组测序和农杆菌介导的遗传转化方法，研究了pal1基因的分子调控机制。结果表明，干扰pal1基因导致PAL酶活性和总酚含量下降胞内H2O2含量增加。RNA-Seq数据表明，KEGG通路显著富集在过氧化物酶体途径、MAPK信号途径-酵母和另外三条途径，编码过氧化氢酶的基因cat1参与了上述显著富集的多个通路。外源H2O2能够显著增强cat1基因的转录，提高CAT总酶活性。添加H2O2清除剂后，RNAi-pal1菌株的cat1基因转录水平和CAT酶活性显著高于野生型菌株，表明pal1通过影响胞内的H2O2含量来调节cat1的表达。过表达糙皮侧耳的cat1基因导致了生长迟缓，尤其是在原基形成过程中。综上所述，本研究阐明了PAL1通过信号分子H2O2影响cat1基因的表达从而调控了糙皮侧耳的发育。研究结果深化了对食用菌分子发育机制的理解。
2025, 24(4): 1477-1488. DOI: 10.1016/j.jia.2024.06.002
Overexpression of the apple m6A demethylase geneMdALKBH1Aregulates resistance to heat stress and fixed-carbon starvation
苹果m6A去甲基化酶MdALKBH1A调控高温和碳饥饿胁迫抗性
✺Ru Bao, Tianli Guo, Zehua Yang, Chengyu Feng, Junyao Wu, Xiaomin Fu, Liu Hu, Changhai Liu, Fengwang Ma
前人的研究结果证明了m6A去甲基化酶在协调植物胁迫反应中的关键作用；然而，苹果m6A去甲基化酶在热胁迫和固定碳饥饿条件下的功能尚不清楚。本研究鉴定了苹果RNA去甲基化酶基因家族，并选择了苹果RNA去甲基化酶基因MdALKBH1A进行进一步研究。通过LC-MS/MS分析方法证明了MdALKBH1A是苹果的m6A去甲基化酶。过表达MdALKBH1A的转基因‘Micro Tom’番茄植株对高温更为敏感，这可能与抗氧化能力降低、膜脂过氧化作用增加、质膜稳定性降低有关。此外，过表达MdALKBH1A的番茄植株通过提高质膜稳定性、光合速率和自噬活性增强其对碳饥饿胁迫的抗性。综上所述，本研究阐明了苹果MdALKBH1A在应对高温胁迫和碳饥饿胁迫中的关键作用。
2025, 24(4): 1489-1502. DOI: 10.1016/j.jia.2025.01.001
Multi-nutrient fertilization-based analysis of fruit quality and mineral element composition during fruit development in Merlot wine grapevines
基于多养分施肥的梅乐酿酒葡萄果实品质及果实发育过程中矿质元素组成分析
✺Xiaolong Wang, Xuedong Shao, Zhengwen Zhang, Xiaomin Zhong, Xiaohao Ji, Xiangbin Shi, Chang Liu, Zhiqiang Wang, Fengzhi Liu, Haibo Wang
矿质元素在植物生长发育中起着至关重要的作用。确保土壤中矿质元素的适当供应及保持植物内的最佳范围是获得最佳果实产量和品质的必要条件。然而，果树的氮、磷、钾、钙、镁肥料往往施用不足或过量，导致环境恶化、果实产量和品质下降。为评估不同肥料对葡萄果实生物相关性状的影响及其对营养元素的响应，于2018 ~ 2021年在烟台市蓬莱区连续4个生长季对梅乐酿酒葡萄进行了多养分施肥。主成分分析表明，T11（N3P3K1Ca2Mg4）处理是本试验条件下最适宜的肥料类型和施用方案。与T14（N4P2K3Ca1Mg4）、T16（N4P4K1Ca3Mg2）、T13 （N4P1K4Ca2Mg3）和T15（N4P3K2Ca4Mg1）处理处理相比，T11处理的肥料施用量显著降低了24.29% ~ 35.20%，百粒重（HGW）、种子数量（SN）、可溶性固形物含量（TSS）、种子总酚（SP）、种子黄烷醇（SFI）、种子单宁（ST）等重要性状分别提高了3.28% ~ 12.84%、3.76% ~ 20.03%、1.11% ~ 14.95%、2.16% ~ 23.69%、11.00% ~ 32.78%、1.07% ~ 23.35%。开花和坐果表现出对氮、磷、钾的大量需求，在果实生长发育过程中对钾和硼的需求高于其他矿质元素。土壤中过量钾元素会增强梅乐酿酒葡萄对钙元素吸收的竞争性抑制。果皮总酚（PP）、果皮黄烷醇（PFI）、果皮总黄酮（PFD）、果皮总酚（SP）和果皮单宁（ST）矿质元素含量的最佳范围主要受葡萄品种和营养分析方法的影响。综上所述，严格选用氮、磷、钾、钙、镁肥料及制定详细的施肥制度使土壤矿质元素保持在最适宜范围内对葡萄生长发育至关重要。
2025, 24(4): 1503-1514. DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.032
Plant Protection
Proteomic analysis revealed the function of PoElp3 in development, pathogenicity, and autophagy through the tRNA-mediated translation efficiency in the rice blast fungus
蛋白质组分析揭示了稻瘟病菌延伸复合物蛋白PoElp3通过调节tRNA介导的翻译效率影响发育、致病性和自噬的机制
✺Yuanhao Liu, Ting Sun, Yuyong Li, Jianqiang Huang, Xianjun Wang, Huimin Bai, Jiayi Hu, Zifan Zhang, Shuai Wang, Dongmei Zhang, Xiuxiu Li, Zonghua Wang, Huakun Zheng, Guifang Lin
延伸复合物广泛存在于不同物种中，并在许多细胞学过程中发挥重要作用。我们此前的研究结果表明稻瘟病菌延伸复合物蛋白PoElp3参与调控生长发育、致病性和自噬。但其调控机制仍不清楚。为此，本文结合蛋白质组、转录组和定点整合等方法对PoElp3的作用机制进行研究。表型分析结果显示，过表达tK(UUU)和tQ(UUG)两种tRNA可以回补DPoelp3菌株的缺陷，表明PoElp3可能通过调控tRNA介导的蛋白翻译效率发挥作用。在此基础上，我们结合TMT蛋白质组和转录组分析，发现DPoelp3菌株中存在386个丰度较低、但转录水平与野生型菌株Guy11相比无明显差异的蛋白，将其命名为Erp（PoElp3 regulated protein）蛋白。密码子使用偏好性分析结果显示，与70-15全基因组蛋白相比，这386个Erp蛋白的mRNA中具有CAA偏好性的比例较高。除了6个已报道的参与调控生长发育、致病性和自噬的Erp蛋白，我们发现DPoelp3菌株中鞘脂C9-甲基转移酶PoErp9的丰度也降低了。为了检测PoErp9是否只在翻译水平受PoElp3的调控，我们分别在野生型和DPoelp3菌株的ILV2位点敲入PoERP9-GFP融合片段，以规避不同基因组环境对融合片段转录水平的影响。分析结果显示，与野生型相比，突变体中PoErp9-GFP丰度降低，但PoERP9转录本无显著变化，表明PoErp9确实只在翻译水平受PoElp3调控。表型分析结果表明，PoErp9同样在稻瘟病菌菌丝生长、产孢、致病性、以及TOR相关的自噬平衡方面都具有重要的作用。综上所述，我们的研究揭示了PoElp3通过维系tRNA介导的鞘脂代谢途径重要蛋白的翻译效率，进而调控稻瘟病菌生长发育、致病性和自噬的机制。
2025, 24(4): 1515-1528. DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.027
Identification of a TOR signaling pathway gene as a candidate target for reproductive management ofAdelphocoris suturalis
基于TOR信号通路对中黑盲蝽防控的RNAi靶标筛选
✺Wanying Zheng, Panyang Jiao, Xiaona Xu, Weihua Ma, J. Joe Hull, Hongxia Hua, Lizhen Chen
中黑盲蝽Adelphocoris suturalis是一种重要的杂食性农业害虫。由于转Bt抗虫棉花商业化种植以及Bt棉田化学杀虫剂使用的减少，中黑盲蝽作为次要害虫发生日益加重。因此，研究新的可持续防控中黑盲蝽的有效方法迫在眉睫。本研究通过注射雷帕霉素靶蛋白（TOR）信号通路抑制剂，发现TOR信号通路在中黑盲蝽的生殖调控中起着关键作用。基因沉默（RNAi）在病虫害防控中具有较大的应用潜力。本研究进一步通过基因克隆、RNAi、实时荧光定量PCR（qPCR）等技术发现，分别沉默TOR信号通路基因TOR、脑Ras同源蛋白（Rheb）和S6蛋白激酶（S6K）能够显著降低该虫的繁殖力。此外，将TOR基因的双链RNA（dsRNA）通过纳米递送系统处理中黑盲蝽成功抑制了该虫的卵巢发育。这些结果为了解中黑盲蝽的生殖调控奠定了理论基础，并为了高效防控中黑盲蝽提供了新的思路与RNAi靶标。
2025, 24(4): 1529-1541. DOI: 10.1016/j.jia.2024.08.005
Agro-ecosystem & Environment
Crop straw incorporation increases the soil carbon stock by improving the soil aggregate structure without stimulating soil heterotrophic respiration
秸秆还田通过改善土壤团聚体结构且不增加土壤异养呼吸从而提高土壤碳库
✺Hongyu Lin, Jing Zheng, Minghua Zhou, Peng Xu, Ting Lan, Fuhong Kuang, Ziyang Li, Zhisheng Yao, Bo Zhu
秸秆还田常被作为维持作物产量、提高土壤有机碳（SOC）储量以及改善土壤质量的推荐的农田管理方式之一。但不同秸秆还田方式对土壤有机碳储量的长期影响仍存在不确定性。为评估不同秸秆还田方式对土壤有机碳储量的影响，从2007年到2018年开展了一项长期试验，设置了四种处理：MW0（玉米-小麦轮作、无秸秆还田）、MW50（玉米-小麦轮作、50%秸秆粉碎还田）、MWb50（玉米-小麦轮作、50%秸秆就地焚烧后还田）、MF50（玉米-休耕、50%秸秆粉碎还田）。结果表明，经过十余年连续秸秆还田后，MW50、MWb50和MF50处理下的SOC储量分别显著增加了32.4%、12.2%和17.4%；而在MW0处理下，SOC储量在11年长期试验后显著减少了22.9%。与MW0相比，秸秆还田显著增加了有机碳输入，改善了土壤团聚体结构，提高了溶解性有机碳（DOC）与颗粒性有机碳（POC）的比例，但土壤气态碳流失（土壤异养呼吸）并未显著增加，因此秸秆还田能显著提升SOC积累速率和土壤SOC储量。DOC与微生物量碳（MBC）比例的增加、酸杆菌门和变形菌门相对丰度的提高以及拟杆菌门和绿弯菌门相对丰度的降低，是秸秆还田下土壤异养呼吸无显著增加甚至减少的主要原因。根据Rothamsted Carbon（RothC）模型模拟结果，SOC储量在未来将达到平衡，MW50处理下的C储量平衡值最高，为18.85 Mg ha-1。总的来说，田间试验（2007-2018）和RothC模型模拟的结果表明，长期来看，在亚热带山地石灰性土壤中，玉米-小麦轮作且50%秸秆粉碎还田（MW50）对SOC储量增益优于其他秸秆还田处理。
2025, 24(4): 1542-1561. DOI: 10.1016/j.jia.2024.09.026
The enhancements of pore morphology and size distribution by straw return are mediated by increases in aggregate-associated carbon and nitrogen
秸秆还田通过提高团聚体相关碳氮含量改善其孔隙形态和分布
✺Ying Zhao, Xiaozeng Han, Chen Qiu, Wenxiu Zou, Xinchun Lu, Jun Yan, Xu Chen
秸秆还田可以有效促进土壤有机碳和全氮的积累，对团聚体形成及其孔隙结构具有显著影响。本研究通过连续9年秸秆还田试验，设置了4个秸秆还田量：6000、9000、12000和15000 kg hm-2，探究了团聚体不同密度组分中碳氮含量的变化，并通过X射线计算机断层扫描（CT）技术阐明了秸秆还田对土壤孔隙形态和分布特征的影响。结果表明，秸秆还田量在12000和15000 kg hm-2处理下显著增加了团聚体不同密度组分中的碳氮含量，提升了大团聚体比例和稳定性，并改变了孔隙结构。秸秆还田后，土壤团聚体内大孔隙（>100 μm）数量、孔隙度及其形态特征得到了显著增加和改善，但总孔隙数显著减少（P<0.05）。团聚体密度组分中碳氮含量的增加是改善团聚体孔隙形态和分布的主要原因，同时孔隙网络的重构也有利于团聚体内部碳氮的积累。本研究结果为秸秆还田下土壤团聚体中碳氮储存与孔隙特征之间的关系提供了理论基础和科学依据。
2025, 24(4): 1562-1576. DOI: 10.1016/j.jia.2024.08.003
A meta-analysis to explore the impact of straw decomposing microorganism inoculant-amended straw on soil organic carbon stocks
整合分析秸秆还田配施腐秆剂对土壤有机碳储量的影响
✺Chao Ma, Zhifeng He, Jiang Xiang, Kexin Ding, Zhen Zhang, Chenglong Ye, Jianfei Wang, Yusef Kianpoor Kalkhajeh
众所周知，施用腐秆剂可以加速秸秆分解，但在不同条件下，秸秆还田配施腐秆剂对土壤有机碳影响的潜在机制尚不清楚。本研究对公开发表86项研究的226组文献数据进行整合分析，以此来揭示相比秸秆还田，秸秆还田配施腐秆剂对土壤有机碳的影响。结果表明，相比秸秆单独还田，秸秆还田配施腐秆剂在初始碳氮比 (ICNR) > 25时，能显著提高1.51%的土壤有机碳储量（P<0.05），而在ICNR ≤ 25时作用效果不显著。特别地，当ICNR > 25时，秸秆还田配施腐秆剂在温带大陆性气候条件、土壤pH > 7.5下对土壤有机碳储量的影响要显著高于在亚热带季风气候土壤pH ≤ 7.5下的影响。在农业管理措施方面，秸秆还田配施腐秆剂在旱地、翻耕还田、还田年限 ≥ 1年、秸秆还田量 > 6000 kg ha-1、腐秆剂用量> 30 kg ha-1下能显著土壤有机碳储量。当ICNR ≤ 25时，仅在不同的秸秆还田方式下，秸秆还田配施腐秆剂才对土壤有机碳的影响存在显著差异。通过相对重要性分析，当ICNR > 25时，秸秆还田年限、腐秆剂用量、年均降雨量是秸秆还田配施腐秆剂对土壤有机碳储量的重要影响驱动因子。总的来说，秸秆还田配施腐秆剂在ICNR > 25时能显著提高土壤有机碳储量，且与还田年限呈正相关关系，与年均降雨量呈负相关关系。本研究结果为在区域性或更大范围内，通过秸秆还田配施腐秆剂改变土壤有机碳储量的管理提供了科学的依据。
2025, 24(4): 1577-1587. DOI: 10.1016/j.jia.2025.02.002
The communities of arbuscular mycorrhizal fungi established by different winter green manures in paddy fields promote post-cropping rice production
稻田冬种不同绿肥构建的丛枝菌根真菌群落促进了后作水稻生产
✺Mengyan Cao, Shaoping Ye, Cheng Jin, Junkang Cheng, Yao Xiang, Yu Song, Guorong Xin, Chuntao He
南方稻田冬季种植绿肥可通过构建微生物群落有效改善土壤性状和水稻产量。然而，不同冬种绿肥土壤中丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)群落对土壤性状和水稻产量的影响尚不清楚。本研究探讨了冬闲、冬种黑麦草和冬种紫云英三种常见的华南地区冬季种植模式下稻田土壤AMF群落对后作水稻生产的影响。与冬闲相比，冬种黑麦草和冬种紫云英能缓解土壤酸化，显著增加土壤AMF孢子密度，改善土壤AMF群落结构。在灭菌土壤中，与未接种AMF孢子的处理相比，接种冬种紫云英土壤AMF孢子后的水稻千粒重、理论产量、稻米直链淀粉和总糖含量等指标提高了6.68-53.57%；接种冬种黑麦草土壤中AMF孢子后的水稻穗重、结实率和理论产量提高了15.38-22.71%，稻米蛋白质、直链淀粉和总糖含量分别为14.92、104.82和802.23 mg kg-1，比未接种AMF孢子的处理分别高出31.31、14.25和34.47%。冬种紫云英土壤中的AMF优势属无梗囊霉属（Acaulospora）和球囊霉属（Glomus）对水稻产量的提高有更积极的作用。而冬种黑麦草土壤中的AMF优势属球囊霉属（Glomus）更有利于稻米品质的提高。研究结果揭示了冬种绿肥土壤AMF群落对水稻生产的关键作用，为促进南方冬季农业的可持续发展奠定了理论基础。
2025, 24(4): 1588-1605. DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.035
Letter
Creation of purple leaf peanut germplasm through metabolic engineering of the betalain biosynthesis pathway
基于甜菜碱生物合成代谢工程创制紫叶花生种质资源
✺Dongxin Huai, Jie Wu, Xiaomeng Xue, Hao Liu, Nian Liu, Li Huang, Liying Yan, Yuning Chen, Xin Wang, Qianqian Wang, Yanping Kang, Zhihui Wang, Yanbin Hong, Huifang Jiang, Boshou Liao, Yong Lei
在乡村旅游蓬勃发展之际，农田作画已成为吸引游客观光和提升农民收入的关键策略。然而，在我国重要的油料作物——花生中，缺少可供花生田作画使用的紫叶品种。因此，开发紫叶花生品种势在必行。甜菜碱是一种源自氨基酸酪氨酸的植物天然色素，呈现红紫色，并且具备抗氧化功能对人体健康有益。甜菜碱的生物合成途径相对简单，仅通过三个酶反应便可将酪氨酸转化为甜菜碱。RUBY基因是由编码甜菜碱合成所需的P450 加氧酶（CYP76AD1）、二羟基苯丙氨酸双加氧酶（DODA）和糖基转移酶的三个基因组成的人工开放阅读框，可利用酪氨酸合成甜菜碱。本研究采用农杆菌介导的转化方式，在 35S 启动子的驱动下，在花生中异源表达RUBY 基因。在转基因植株的愈伤组织、再生芽以及根、叶、茎、花、豆荚和种子中均观察到了紫色组织存在。与野生型植株相比，紫色叶片中转基因植株含有显著更高量级的甜菜碱。综上所述，我们成功创制出了具备观赏植物潜力的带有紫色叶片特征的花生新种质，为培育紫叶花生品种提供了理论和材料基础。此外，RUBY在花生转化过程中展现出了作为可见报告基因的潜力，可用于高效筛选转化植株。
2025, 24(4): 1606-1609. DOI: 10.1016/j.jia.2024.09.034
