南方农业学报

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• 林下三七-白及轮作缓解连作障碍效应和病原菌交叉侵染分析

  江冰冰, 段生双, 李瑞, 王正平, 侯国喜, 朱罗娟, 毕玲芳, 朱书生, 杨敏, 郭存武,

  【目的】 探明林下三七—白及—三七轮作模式对三七连作障碍的调控效应及潜在的病原菌交叉侵染风险，评估三七根围土壤对白及生长、品质和病害的影响，以期阐明三七—白及—三七轮作模式的可行性，为林下筛选用于缓解三七连作障碍的轮作作物，实现三七可持续种植提供理论依据。【方法】 以林下三七连作土和林下自然土种植白及，测定2种土壤下白及生长指标、品质和病害的差异，探究三七连作土对白及的影响；进一步利用三七连作土轮作白及后的土壤复种三七，通过测定三七存苗率、干重和皂苷含量，评价轮作白及对后荐三七连作障碍的缓解效果。分别将三七根腐病菌和叶部病菌接种白及根部和叶片、将白及根腐病菌和叶部病菌接种三七根部和叶片，探究三七致病菌与白及致病菌之间的交叉侵染情况，并对共同交叉侵染的致病菌进行实时荧光定量PCR分析测定。【结果】 与自然土种植白及相比，三七连作土对白及生长（株高、生物量、叶绿素含量）、品质（总酚、多糖和Militarine含量）、病害（炭疽病、锈病和根腐病发病率）无显著负面影响（P>0.05）；三七轮作白及后再种植三七，与连作土相比，复植三七可显著提高根干重（P<0.05，下同）、极显著提高存苗率（P<0.01，下同），同时极显著提高三七总皂苷、Rg1、Rb1、R1和Rd含量。三七和白及会同时被根腐病菌土赤壳属（Ilyonectria spp.）侵染，但三七连作土壤轮作白及后，其致病菌土赤壳属含量显著下降。【结论】 林下三七连作土对白及的生长、品质和病害无显著影响，而轮作白及后能提高后荐三七的存苗率和品质，并降低土壤中的土赤壳属含量，林下三七—白及—三七轮作模式切实可行。三七和白及根腐病病原菌存在交叉侵染现象，建议在规模化种植中持续监测其潜在危害。

• 木薯MeNPR4互作蛋白筛选及其抗病功能分析

  康虹艳, 谭晴, 韦运谢,

  【目的】 筛选木薯水杨酸（SA）受体MeNPR4的互作蛋白，并分析互作蛋白的抗病功能，为探究MeNPR4与其他激素互作介导的防卫机制及木薯遗传改良和育种提供科学依据。【方法】 以木薯品种华南124的叶片cDNA为模板克隆MeNPR4基因，利用酵母双杂交（Y2H）系统筛选MeNPR4的候选互作蛋白，再结合双分子荧光互补试验（BiFC）进行验证，并通过构建pCAMBIA2300-MeERS2-GFP融合表达载体对筛选出的互作蛋白乙烯（ET）受体（MeERS2）进行亚细胞定位。在MeERS2基因的沉默植株中接种木薯普通花叶病毒（CsCMV）侵染性克隆，通过实时荧光定量PCR检测侵染过程中CsCMV积累量，使用叶绿素荧光成像系统测定光合参数，分析抗病功能。【结果】 从木薯中克隆获得MeNPR4基因，长度为1698 bp，与Phytozome数据库的参考序列（登录号：Manes.14G155900）一致。构建诱饵表达载体pGBKT7-MeNPR4，利用Y2H试验筛选到63个候选互作蛋白，通过Y2H试验证实MeERS2与MeNPR4在体外直接互作。将MeNPR4和MeERS2分别构建到双分子荧光互补载体pFGC-cYFP和pFGC-nYFP中进行BiFC试验，结果发现MeNPR4与MeERS2在体内直接互作。亚细胞定位结果显示，MeERS2蛋白定位于细胞核和细胞质。将MeERS2基因特异性片段与pTRV2载体连接，成功构建沉默植株。对CsCMV侵染性克隆注射木薯叶片后进行实时荧光定量PCR检测，发现2个沉默植株中的CsCMV积累量显著高于对照（P<0.05，下同），且随着时间的延长，CsCMV积累量也逐渐增高。沉默植株的最大光合效率（Fv/Fm）、实际光合效率Y（II）、光化学淬灭系数（qP）显著低于对照组，而非调节性能量耗散的量子产额Y（NO）显著高于对照组，且沉默MeERS2植株与对照相比叶片黄化更明显。【结论】 SA受体MeNPR4及ET受体MeERS2互作，且MeERS2基因正向调控木薯对普通花叶病的抗性。

• 木薯糖转运蛋白MeSWEET10-8基因克隆与功能分析

  杨琦, 李慈云, 杨静, 杨建飞, 张淑娟, 李若彤, 牛晓磊,

  【目的】 克隆木薯糖转运蛋白MeSWEET10-8基因，并对其进行功能分析，为探究MeSWEET10-8基因的糖转运调控机制及其与植物病原菌互作功能提供理论参考。【方法】 以木薯品种华南9号为材料，以接种木薯黄单胞菌（Xanthomonas axonopodis pv. manihotis，Xam）成熟叶片的cDNA为模板，PCR扩增MeSWEET10-8基因，对其进行生物信息学分析，并通过MEGA 11.0构建不同物种SWEET蛋白的系统发育树；结合亚细胞定位、糖转运试验、转录组测序（RNA-seq）分析基因功能；实时荧光定量PCR检测接种Xam对MeSWEET10-8基因表达量的影响。【结果】 从木薯感病的成熟叶片中克隆获得MeSWEET10-8基因的编码区（CDS）序列，长度为840 bp，与Phytozome数据库的参考序列（登录号：Manes.14G047700）完全一致，其编码蛋白的相对分子质量为31.81 kD，理论等电点（pI）为8.18，不包含信号肽，具有2个保守的MtN3_Slv功能域和7个跨膜结构域，启动子区包含5种光响应元件（Box 4、G-box、GA-motif、GT1-motif、TCT-motif）、1种水杨酸（SA）响应元件（TCA-element）、1种脱落酸（ABA）响应元件（ABRE）、1种茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件（TGACG-motif）、2种赤霉素（GA）响应元件（CGTCA-motif、GARE-motif）、3种生物和非生物胁迫响应元件（ARE、LTR、TC-rich repeats）。系统发育分析结果显示，MeSWEET10-8蛋白与拟南芥AtSWEET10亲缘关系最近，与感病蛋白OsSWEET13和OsSWEET14同属于Clade Ⅲ分支。亚细胞定位和糖转运试验证明MeSWEET10-8蛋白定位于细胞膜上，具有转运木糖的功能。RNA-seq结果显示，MeSWEET10-8基因在木薯茎部组织中表达水平较高，叶柄和根顶端分生组织次之，在叶和贮藏根中则不表达。实时荧光定量PCR检测结果显示，MeSWEET10-8基因受Xam诱导，其相对表达量在接种前期逐渐升高，在72 h时达最高值，之后开始下降。【结论】 木薯MeSWEET10-8蛋白具有转运木糖的功能，在Xam的侵染下也被诱导表达，表明MeSWEET10-8蛋白参与植物与病原菌互作过程，且其可能对植物茎部发育起到重要的生理作用。

• 铝胁迫对木薯生长和根系分泌物的影响

  王梦月, 安锋, 张秀春, 李淑霞, 阮孟斌, 刘子凡, 赵平娟,

  【目的】 探究铝胁迫对木薯生长及根系分泌物的影响，解析铝胁迫对木薯的毒害作用，为探究木薯响应铝胁迫的机制及培育耐铝毒的木薯种质提供理论参考。【方法】 以扦插47 d的木薯品种SC205幼苗为试验材料，经200 mmol/L AlCl3溶液胁迫处理19 d后，测定株高、叶片丙二醛（MDA）含量和根系脯氨酸（Pro）含量，以未胁迫处理的幼苗为对照。运用超高效液相色谱—串联质谱（UPLC-MS/MS）检测处理组和对照组根系分泌物的种类和组成，通过非靶向代谢组学分析铝处理对根系分泌物的影响，筛选出差异代谢物，并利用HMDB、Lipidmaps、KEGG等数据库进行功能注释及代谢通路富集分析。【结果】 铝胁迫处理后，木薯叶片逐渐萎蔫，株高显著低于对照组（P<0.05，下同），且叶片MDA含量和根系Pro含量显著升高。从木薯根系分泌物中检测出2948个代谢物，从中筛选到1882个差异代谢物，其中上调的差异代谢物768个，下调的差异代谢物1114个。KEGG富集结果显示差异显著性较高的代谢物主要分布在泛酸盐和CoA生物合成，β-丙氨酸代谢，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，嘧啶代谢，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，嘌呤代谢，酪氨酸代谢等7条通路。N,N-二甲基甘氨酸、乙酰乙酸酯、4-氨基丁酸、草酸、黄嘌呤核苷、苯酚、腺嘌呤、L-酪氨酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸、L-天冬氨酸、L-组氨酸、L-谷氨酰胺等代谢物显著上调，其中N,N-二甲基甘氨酸、乙酰乙酸酯、4-氨基丁酸、草酸4个代谢物上调倍数在35.40以上，而胆碱、3-磷酸羟丙酮酸、L-多巴色素、甘油酸、泛醇等显著下调，其中胆碱下调倍数为33.75。【结论】 铝胁迫对木薯产生了明显毒害，使细胞膜脂受损，抑制了木薯的正常生长，使木薯根系分泌物的组成，如泛酸盐、氨基酸类和草酸等重要代谢物发生明显改变。

• 基于KASP分子标记的木薯种质资源遗传多样性分析及DNA指纹图谱构建

  丘鸿, 王明, 肖鑫辉, 李开绵, 叶剑秋, 应东山, 杨延青, 孟俊霖, 袁爱娟, 宁佳慧,

  【目的】 基于全基因组重测序数据开发木薯KASP分子标记，利用其对木薯种质进行遗传多样性分析及DNA指纹图谱构建，以期为木薯种质鉴定、优异资源挖掘及新品种选育提供分子工具和理论参考。【方法】 基于377份木薯种质全基因组重测序数据，以位点完整性、次要等位基因频率、杂合率、多态性信息含量（PIC）、GC含量、序列同源性、连续单碱基重复及位点分布密度等条件，筛选出高多态性KASP分子标记，并对184份木薯种质资源进行遗传多样性分析及DNA指纹图谱构建。【结果】 从木薯全基因组重测序数据中位于基因组不同位置的52722个SNP位点进行筛选，最终获得了9443个SNP位点。从木薯的18条染色体上分别选择分布相对均匀的20个SNP位点，共计360个位点。利用360对KASP引物对22份木薯种质进行引物初筛，筛选出27个高多态性KASP分子标记。通过27个KASP分子标记对184份木薯种质资源的遗传多样性分析，结果显示，主要等位基因频率（MAF）为0.440~0.842，平均为0.637；基因多样性（GD）为0.270~0.591，平均为0.464，有26个KASP分子标记的GD高于0.300；观测杂合度（Ho）为0.173~0.538，平均为0.344，45.3% KASP分子标记的Ho分布在0.300~0.400；PIC为0.234~0.545，85.18% KASP分子标记的PIC大于0.300，显示出较高的多态性。184份木薯种质被划分为9个类群，群体划分与其地理来源未呈明显相关性，说明木薯种质间存在较高程度的基因交流与混合。将27个KASP分子标记分型结果转为二元编码数据，构建184份木薯种质资源的DNA指纹图谱，有效地揭示不同木薯种质之间的遗传差异。【结论】 基于木薯全基因组重测序数据开发出27个KASP分子标记，能有效评估木薯种质遗传多样性，并鉴定种质间的亲缘关系，可用于木薯种质资源鉴定、基因定位及分子标记辅助育种。

• 木薯HOS15基因克隆、表达模式分析及原核表达

  王萌媛, 程科, 赵惠萍,

  【目的】 对木薯高表达渗透反应因子基因（MeHOS15）进行克隆、表达分析及原核表达，为探究其在木薯生长发育和免疫应答中的调控功能提供理论参考。【方法】 以木薯品种SC124为材料，通过PCR克隆MeHOS15基因，对其进行生物信息学分析，并结合拟南芥和水稻的HOS蛋白序列构建系统发育树。采用实时荧光定量PCR检测MeHOS15基因在不同胁迫处理下的表达模式。通过构建pEGAD-MeHOS15-GFP融合表达载体对MeHOS15蛋白进行亚细胞定位。通过原核表达系统诱导MeHOS15蛋白表达，同时采用SDS-PAGE和蛋白质免疫印迹（Western blotting）检测其表达情况。【结果】 从木薯叶片中成功克隆获得MeHOS15基因，编码区（CDS）序列为1725 bp，编码574个氨基酸，与Phytozome数据库中的参考序列（登录号：Manes.12G109000）相似性达99.65%，蛋白相对分子质量为64.67 kD，理论等电点为5.41，属于稳定的非分泌型亲水性蛋白，含有WD40蛋白家族的典型保守结构域WD40。系统发育分析结果显示，MeHOS15蛋白与拟南芥HOS15蛋白亲缘关系最近，具有相似的结构域。实时荧光定量PCR检测结果显示，在地毯草黄单胞菌（Xanthomonas axonopodis pv. manihotis，Xam）、盐（NaCl，200 μmol/L）、过氧化氢（5% H2O2）、水杨酸（SA，50 μmol/L）、脱落酸（ABA，50 μmol/L）胁迫处理下，MeHOS15基因相对表达量呈先升高后降低的变化趋势。亚细胞定位结果显示，MeHOS15蛋白定位于细胞核和细胞膜。SDS-PAGE和Western blotting结果显示，MeHOS15蛋白在28 ℃的条件下成功表达。【结论】 MeHOS15属于WD40基因家族成员，NaCl、ABA、H2O2、SA和Xam胁迫可诱导其高表达，推测MeHOS15基因参与木薯对生物与非生物胁迫的响应调控。

• 木薯PP2基因家族鉴定及其在非生物胁迫下表达特性分析

  薛晶晶, 韦卓文, 罗秀芹, 安飞飞,

  【目的】 鉴定木薯韧皮部蛋白2（PP2）基因家族成员，并进行表达特性分析，为深入探究木薯PP2基因家族在非生物胁迫响应中的作用机制提供理论依据。【方法】 基于木薯全基因组数据，系统鉴定出PP2基因家族成员，分析其染色体定位、基因结构及编码蛋白的理化性质、系统发育、进化特征、保守基序等，并采用实时荧光定量PCR检测MePP2s基因在不同非生物胁迫下的表达模式。【结果】 从木薯基因组中鉴定出18个PP2基因家族成员（MePP2s），按照各基因在染色体上的定位顺序依次命名为MePP2-1~MePP2-18，分布于10条染色体上，编码氨基酸数量为166~346个，蛋白相对分子质量为19252.29~38785.00 Da，理论等电点为5.46~8.83，其中酸性蛋白10个，中性蛋白1个，碱性蛋白7个，分别定位于细胞核、细胞质、叶绿体、细胞骨架。系统发育分析结果显示，18个木薯MePP2s蛋白和30个拟南芥AtPP2s蛋白分为4个类群，MePP2s蛋白主要聚集在Group Ⅰ和Group Ⅲ，而AtPP2s蛋白则主要聚集在Group Ⅰ和Group Ⅱ，显示出物种间进化特征的差异性。同一类群具有相似的基因结构和保守基序。启动子顺式作用元件主要包含光响应元件、激素响应元件、非生物胁迫响应元件等。共线性分析结果显示，共鉴定出3对片段重复基因和4对串联重复基因，这些重复基因主要集中于Group Ⅰ与Group Ⅲ类群中，且进化过程主要受到纯化选择。实时荧光定量PCR结果显示，在盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫、氧化胁迫下，大部分基因的表达随胁迫时间延长呈上升趋势，或呈先升高后降低的变化趋势，但不同基因、不同组织及不同胁迫之间存在明显差异。【结论】 木薯PP2基因家族成员的表达受多种环境信号和植物激素调控，具有明显的组织特异性和胁迫特异性，推测该家族基因在木薯生长发育及胁迫应答中发挥重要作用。

• 木薯—鲜食大豆间作对木薯生长及间作系统的影响

  王君, 陈佳富, 李双江, 谢海弘, 张惠林, 张欣, 朱杰辉, 宋勇,

  【目的】 系统探究木薯与鲜食大豆间作对木薯生长及间作系统的影响，揭示木薯与鲜食大豆间作的潜在优势，为破解我国木薯产业低自给率的难题提供科学依据，同时为提升木薯种植区土地利用率与经济效益提供理论参考。【方法】 以木薯品种南植199与鲜食大豆品种交大18为试验材料，种植方式为木薯行间种植2行大豆，设3个间作处理（间作大豆株距分别为0.10、0.15和0.20 m，记为CS1、CS2和CS3处理），以木薯单作（CC）和鲜食大豆单作（SS）为对照。分析不同间作处理对木薯生长及间作系统作物产量与品质、土地当量比和土壤酶活性的影响，并采用隶属函数法对不同间作处理进行综合评价。【结果】 苗期至块根膨大期，各间作处理的木薯株高和茎粗均显著低于CC处理（P<0.05，下同）；块根成熟期时，CS1处理的株高显著高于CC处理，茎粗在各处理间无显著差异（P>0.05）。苗期时，各间作处理的木薯叶片叶绿素相对含量（SPAD值）和净光合速率（Pn）均低于CC处理；块根膨大期时，各间作处理的Pn显著高于CC处理，较CC处理提高18.86%~37.64%；块根成熟期时，CS1处理的SPAD值和Pn显著高于CC处理。与单作相比，间作降低了作物单产，但提高了系统的群体产量、作物品质及整体经济效益，其中间作处理的木薯淀粉含量较CC处理显著提高7.42%~16.97%。间作处理的土地当量比为1.68~1.92，均表现出间作优势。此外，间作处理均较单作处理提高了土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性，其中土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性随着间作密度的增大而提高，过氧化氢酶活性随着间作密度的增大而先降低后升高，且各处理间差异显著。采用隶属函数法对不同间作处理进行综合评价，结果表明，间作处理的综合评分均高于单作处理，其中以CS1处理的综合评价指数最高。【结论】 木薯—鲜食大豆间作具有较强的农业生产优势，其中以木薯行间间作2行大豆、大豆株距0.10 m为较佳的间作种植方式。

• 基于有效积温的玉米叶片和叶鞘干物质动态积累模型及特征参数分析

  张伟彬, 刘沛义, 许海涛, 郭海斌, 王月, 王素奇, 张军刚,

  【目的】 探索基于有效积温的玉米叶片和叶鞘干物质动态积累模型并分析其特征参数，为选育高效利用光热资源的玉米品种及挖掘品种产量潜力提供理论依据。【方法】 以玉米品种驻玉216、裕丰303、中科玉505和郑单958为试验材料开展春、夏播田间试验，采用Logistic方程基于有效积温构建不同玉米品种叶片、叶鞘干物质动态积累模型，利用田间实测值对模型进行检验，并分析其模型特征参数。【结果】 春、夏播玉米叶片和叶鞘干物质量与有效积温均呈极显著正相关（P<0.01），叶片和叶鞘干物质量均历经渐增期—快增期—缓增期3个过程，随有效积温呈S形变化趋势，且不同玉米品种间叶片和叶鞘干物质积累规律基本一致。基于有效积温构建的玉米叶片和叶鞘干物质增长Logistic模型具有实际生物学意义，决定系数R2分别为0.9799~0.9922、0.9781~0.9963，标准化均方根误差nRMSE分别为10.38%~23.71%、12.71%~28.80%，实测值均匀分布于模拟曲线两侧，且极接近于模拟曲线，达到良好预测水平。玉米叶片和叶鞘干物质进入快增期所需有效积温分别为479.21~576.75 ℃·d、550.39~665.42 ℃·d，达最大生长速率所需有效积温分别为579.74~731.68 ℃·d、647.94~810.14 ℃·d，快增期平均生长速率分别为0.0680~0.1276 g/（℃·d）和0.0404~0.0706 g/（℃·d）。【结论】 基于有效积温构建的Logistic模型对玉米叶片和叶鞘的干物质积累动态变化具有较好的预测性与解释性，可用于不同玉米品种叶片和叶鞘干物质积累的动态估测，具有较强的应用价值。

• 3株解钾菌的鉴定及其对烤烟产量和品质的影响

  高成玉, 高贵, 陈孝静, 何语涵, 刘国琴, 丁海霞, 张维, 彭丽娟,

  【目的】 探究不同解钾菌及其复合菌剂对烤烟产量和品质的影响，旨在揭示解钾菌在提升烤烟化学品质方面的潜力，为其在烤烟生产中的应用提供理论依据。【方法】 结合形态学观察、生理生化和构建系统发育树的方法，对3株从葡萄根际土壤中分离得到的解钾菌GUSC5、GUSC13和GUSC18进行鉴定，并采用H2O2消煮法测定其解钾效率。以烤烟品种云烟87为试验材料开展田间小区试验，以清水处理为对照，设单一解钾菌GUSC5（T1）、GUSC13（T2）、GUSC18（T3）及复合解钾菌GUSC5和GUSC13（T4），GUSC5和GUSC18（T5），GUSC13和GUSC18（T6），GUSC5、GUSC13和GUSC18（T7），均为等比例混合灌根处理，移栽后45、70和95 d测定烟株根围土壤养分含量及烟叶钾含量，统计烤后烟叶经济性状，并测定上桔二（B2F）、中桔三（C3F）、下桔二（X2F）烟叶的主要化学成分含量。【结果】 经鉴定，解钾菌GUSC5为贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）、GUSC13为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、GUSC18为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis），解钾效率分别为129.28%、158.95%、131.39%。移栽后95 d，单一解钾菌处理均显著提高了土壤有机质含量（P<0.05，下同），T2、T3和T4处理显著提高了土壤有效磷含量。移栽后70和95 d，单一解钾菌和两两复合解钾菌处理均显著提高了土壤速效钾含量。移栽后45、70和95 d，T2和T7处理显著提高了土壤碱解氮含量。T5处理显著提高了移栽后95 d烟叶钾含量，且其中上等烟比例最高，达91.07%。T7处理改善B2F等级烟叶化学成分及协调性的效果较好；T1处理C3F等级烟叶的化学成分及协调性均达优质烟叶要求；T5处理X2F等级烟叶的化学成分及协调性均达优质烟叶要求。【结论】 单一解钾菌和复合解钾菌处理均可改善土壤养分状况，并改善烤烟经济性状和烟叶化学成分及协调性，复合解钾菌GUSC5和GUSC18处理在提高鲜烟叶钾含量，烤后烟叶中上等烟比例及改善X2F等级烟叶化学成分和协调性方面的效果较好，单一解钾菌GUSC5处理在提高烤烟产值及改善C3F等级烟叶化学成分和协调性方面的效果较好。