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    专题栏目·大豆回交导入系
  • 专题栏目·大豆回交导入系
    陈庆山, 蒋洪蔚, 辛大伟, 朱荣胜, 刘春燕, 李灿东
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    回交导入系是利用回交及标记辅助选择的手段构建而成的遗传与育种材料。经过多代回交,后代材料在轮回亲本的遗传背景下只包含一个或少量供体亲本染色体片段,因此,可作为QTL分析的重要材料。同时,多代回交有利于打破优异基因与不良基因的连锁,优异基因导入到整体表现优良的轮回亲本材料中,进而实现对育种材料的改良。鉴于其一致的遗传背景,导入系在QTL精细定位和基因克隆、QTL间互作研究、遗传验证及作物聚合育种和分子设计育种中均发挥重要的作用。本文对回交导入系的构建及其在作物遗传育种中的应用进行综述。




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    蒋洪蔚, 李灿东, 李瑞超, 李莹莹, 尹燕斌, 马占洲, 曾庆力, 张闻博, 刘春燕, 陈庆山
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    为挖掘野生大豆优异稀有基因,2006年至今以栽培大豆绥农14(轮回亲本)与野生大豆ZYD00006(供体 亲本)为双亲材料,经杂交、回交,标记辅助选择构建获得一套覆盖野生大豆全基因组的染色体片段导入系(代换 系)。该群体共 192个株系,包含野生大豆目标导入片段 237个,平均每个连锁群的导入片段个数为 11.85个;导入 片段总长度1865.17 cM,覆盖整个基因组的82.43%。其中L连锁群野生大豆基因组覆盖率最高,为100%,N连锁群 覆盖最低为 53.17%。最长导入片段 43.30 cM,最短导入片段 0.22 cM。高度一致的遗传背景对大豆重要基因及野 生大豆特有优异基因挖掘具有重要意义。同时,野生资源的引入极大丰富了栽培大豆的遗传基础,进而使得导入 系后代表型变异丰富,为大豆遗传育种提供重要的材料基础。
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    田博宇, 孙志君, 刘函西, 文莹楠, 王洁琦, 吕浩, 周红阳, 黄修正, 刘春燕, 王锦辉, 辛大伟, 陈庆山
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    本论文以中华根瘤菌HH103 III型分泌系统调控因子TtsI为研究对象,采用三亲杂交的方法获得突变体 HH103ΩTtsI,并用 PCR 鉴定。III型效应因子表达分析表明,在染料木苷存在的情况下,TtsI突变能够抑制 NopAA、 NopD、NopL和 NopP等效应因子基因的转录和表达。当 TtsI突变情况下,能够显著抑制根瘤菌 HH103 III型效应因 子的合成。用TtsI突变体和野生型根瘤菌HH103对来自不同生态区的10份种质资源进行结瘤鉴定,结果显示,TtsI 突变后能够显著减少根瘤平均数和根瘤干重。导入系群体结瘤鉴定结果显示,TtsI突变体显著减少导入系平均瘤 数。说明 TtsI在大豆-根瘤菌共生体系建立过程中发挥重要的作用,这种作用的发挥有可能是依赖于调控其他 III 型效应因子的表达。
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    孙志君, 蔡英博, 吕浩, 王洁琦, 刘函西, 文莹楠, 刘春燕, 王锦辉, 辛大伟, 陈庆山
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    氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。本实验室 以绥农14为母本,野生豆ZYD00006为父本构建一套覆盖野生大豆全基因组的导入系群体。基于大豆导入系群体 对结瘤数目和干重进行QTL定位,定位到3个QTL与根瘤干重相关,分布在N、M和D2这3个连锁群上,定位到5个 QTL与根瘤数相关,分布在K、F、J和D2这4个连锁群上,在D2连锁群这两个性状有重叠区段(7.20-7.79Mb)。针对 这个重叠区段的 63 个基因进行基因注释,选择到 6 个与共生、抗病相关的基因作为候选基因进行下一步验证。 qRT-PCR分析表明根瘤菌侵染期间Glyma.17G097000基因表达模式与对照相比差异很大。Glyma.17G097000属于 GmHIR基因家族,在大豆基因组中发现了11个家族成员。GmHIR家族基因结构相似性很高,基因表达有组织特异 性。大豆HIR蛋白有Stomatins和Prohibitin两个结构域,能够参与离子通道调节等生理过程,与植物抗病和细胞周 期有关。GmHIR基因来源于四个祖先,进化过程中是高度保守的。对GmHIR基因家族11个成员qRT-PCR检测,结 果显示根瘤菌感染期间 Glyma.05G029800、Glyma.09G154400和 Glyma.17G097000这三个基因与对照相比表达模式 差异较大。结果表明这三个基因可能在大豆共生体系建立中起着重要的作用,参与根瘤菌与大豆共生体系建立过 程中的离子通道调节和免疫反应。本研究为大豆-根瘤菌共生机制研究奠定基础并提供有效候选基因。
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    李健依, 王悦, 辛大伟, 李瑞超, 于晶瑶, 黄仕钰, 王新宇, 武小霞, 陈庆山
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    氮是植物生长必须的大量元素之一,大豆根瘤菌共生可以为大豆提供充足的氮元素。研究大豆根瘤菌 共生机理,挖掘控制共生结瘤候选基因具有重要意义。鉴于现阶段关于调控大豆共生结瘤QTL区间大,无法直接 应用到实际中,本实验整理了68个控制大豆结瘤的QTLs,通过Overview和共线性分析对其进行优化,在Gm06染色 体上得到一个高置信 QTLs区间对该区间进行了基因注释得到 43个基因,其中包括一个控制 C2钙/脂质结合和含 GRAM结构域的蛋白质,一个侧根形成蛋白和一个 E3泛素连接酶相关蛋白,并在 CSSLs群体中查找该位置存在插 入片段的株系进行结瘤性状鉴定。结果表明C2连锁群上的15-15.5 Mb对于大豆根瘤菌共生结瘤有着至关重要的 作用。
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    李灿东, 蒋洪蔚, 郭泰, 王志新, 郑伟, 张振宇, 赵海红, 王囡囡, 陈庆山
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    为定位年际间稳定、群体间通用的大豆四粒荚QTL,以2013-2016年表型数据为基础,利用RIL群体结合 SLAF-seq高密度遗传图谱对大豆四粒荚数进行QTL分析,利用含目标区间的导入系个体对QTL进行表型验证。结 果表明:RILs群体大豆四粒荚 QTL分析共获得 8个 QTL,其中在 Gm06染色体上检测到 4个位置相近的 QTLs,加性 效应为正值,区间大小 0.62Mb,在 Gm16染色体上检测到 4个位置相同的 QTL,加性效应为负值,区间大小 1.04Mb, 这些 QTL是不同年际间稳定存在的位点。共有 5个导入系个体含有 Gm06染色体目标区间,这些个体在不同年际 间的四粒荚表型值均显著高于轮回亲本,共有7个导入系个体含有Gm16染色体目标区间,这些个体在不同年际间 的四粒荚数表型值均显著低于轮回亲本,表明目标区间的导入对导入系四粒荚数表型具有相应的增效或减效作 用,从而在全基因组导入系群体中验证了QTL的准确性与通用性。研究结果为大豆四粒荚数候选基因挖掘及分子 辅助育种提供理论依据。
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    赵圆圆, 李瑞超, 蒋洪蔚, 王乔, 谢建国, 刘春燕, 武小霞, 陈庆山
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    底荚高度是衡量大豆品种是否适宜机械收获的关键指标。底荚高度较低的品种在机械收割过程中可能 造成植株部分被切断或漏割,引起总产量损失。因此,大豆底荚高度候选基因对大豆机械化育种至关重要。本研 究利用完备区间作图法(Inclusive Composite Interval Mapping, ICIM)对 208染色体片段代换系群体(chromosome seg⁃ ment substitution lines, CSSL)进行大豆底荚高度QTL定位,获得9个与大豆底荚高度相关的QTL,分布在8条连锁群 上。结合 BSA 重测序结果,将与大豆底荚高度相关的 QTL 定位到 C1连锁群上 1.1Mb和 L 连锁群上 0.05Mb的区间 内,并对其进行基因注释。通过基因注释数据库和信息学分析,在两个共识QTL区间内获得5个可能与大豆底荚高 度相关的候选基因。这些结果可以为大豆底荚高度 QTL精细定位以及机械化优质高产大豆品种的选育提供理论 依据。
  • 专题栏目·大豆回交导入系
    朱荣胜, 李帅, 闫学慧, 闫壮壮, 虞江林, 石嘉, 苏晓燕, 曹阳杨, 辛大伟, 李杨, 蒋洪蔚, 赵振庆, 张战国, 陈庆山
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    大豆导入系群体的构建和材料的选择是大豆育种的重要手段之一,而针对某一具体表型的材料选择不 仅能够提高育种效率,而且还能够加快定位目标性状基因的进程。本研究针对由绥农14(轮回亲本)和野生野生大 豆ZYD00006(供体亲本)为双亲构建的导入系(190个个体),采用机器视觉中的语义分割技术,对主茎相关表型进 行了自动提取,实验结果表明:此方法完全可以取代人工测量且具有良好的可移植性,同样可用于其他作物的表型 获取。在此基础上,本研究针对大豆主茎相关表型,对参试材料进行系统聚类,结果明确给出各参试材料(近等材 料)基于主茎表型的聚类情况。这一结果将成为针对主茎表型进行材料选择的重要依据,同时依据这一结果可以 大大加快主茎相关表型基因的定位。
  • 遗传育种·生物技术
  • 遗传育种·生物技术
    刘仁峰, 黄诗瑶, 聂勇鹏, 徐胜勇
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    为有效替代人工方式考种油菜、观测角果,研究了一种用于测量批量角果的数量和关键表型参数的自动 化检测方法。设计了角果散铺和图像采集装置,利用拨动加振动的方式将堆积角果均匀散开并拍摄视频;使用二 维码作为标记块,以有效地提取关键帧并拼接为包含全部角果的整幅图像;提出了基于凹点提取与匹配的图像分 割方法,分割各种形态下的重叠角果,准确率达到98%以上。在关键表型参数测量中,利用了最大类间方差法以判 断角果的正置或侧置姿态,以此估计角果横切面的近似椭圆长短轴,再计算角果的长度、表面积和体积。实验结果 表明该方法具有很好的检测精度,对不同品种的油菜适应性较好,长度、表面积和体积的估计误差分别不大于 2.9%、4.8%和5.0%。该方法可以有效替代人工方式的油菜考种,为相关农业科研领域提供基础数据。
  • 遗传育种·生物技术
    于二汝, 李慧琳, 杨航, 杨胜先, 奉斌, 魏忠芬
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    为探明贵州紫苏资源的分布及材料间的品质差异,推动资源利用和育种,对274份来自贵州的紫苏资源 进行归类整理,并对其中188份资源的主要品质性状进行检测与分析,结果发现紫苏资源广泛分布于全省境内,以 黔南、黔西南和毕节市居多,占资源总数的55.11%。贵州紫苏的脂肪和蛋白质平均含量分别为36.69%和25.96%。 在脂肪酸组分中,亚麻酸含量最高(平均59.27%)。相关性分析显示,含油量和蛋白质呈极显著正相关(r= 0.43),亚 麻酸与其它4种脂肪酸组分均呈极显著负相关(r= -0.70~-0.52)。通过聚类分析将资源可分为高脂-高蛋白-高亚 麻酸、高脂-高蛋白-低亚麻酸、低脂-低蛋白、中等品质和超高脂-超高亚麻酸等5个类型。
  • 遗传育种·生物技术
    董程, 杨景松, 刘紫嫣, 李海龙, 初卓, 文秋菊, 解子洋, 刘树明, 官丽莉
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    脱水素(Dehydrins)属于LEA (Late embrygenesis abundant protein)蛋白家族的第二亚家族成员,是一类高
    度无序的响应逆境胁迫的蛋白。本研究通过对前期红花干旱胁迫转录组数据的挖掘,利用RT-PCR( reverse tran⁃
    scription-PCR) 方法从油料作物红花中首次克隆得到一条全长为957bp响应干旱胁迫脱水素基因序列,命名为Ct⁃
    DHN1,其编码318个氨基酸,预测分子量为31.1kDa,等电点为6.36。生物信息学分析表明CtDHN1蛋白属于YnSKn
    型脱水素,原核表达分析表明CtDHN1蛋白为可溶性蛋白,在IPTG浓度为0.4mmol/L,OD600值为0.8,诱导时间为
    4h,诱导温度为37℃时表达量最高。大肠杆菌耐逆性分析表明CtDHN1 基因可耐受1.5mol/L山梨醇和1.3mol/L 氯化
    钠的干旱和高盐环境。体外酶活测定表明CtDHN1蛋白在500mmol/L山梨醇和300mmol/L 氯化钠环境下可保护
    LDH酶活性。本研究初步鉴定红花脱水素蛋白的功能,为研究CtDHN1 基因在红花抵抗非生物胁迫中的分子机制
    提供理论基础。
  • 栽培生理·土肥植保
  • 栽培生理·土肥植保
    许耀照, 孙万仓, 方彦, 孙柏林
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    本文研究了白菜型冬油菜物质转运、叶片光合、荧光动力学特征及其与冬油菜抗寒性关系,为我国西北 寒旱区冬油菜抗寒育种和种质抗寒评价提供依据。在大田条件下,选用白菜型冬油菜品种陇油7号(强抗寒)和天 油4号(弱抗寒),调查自然降温过程中冬油菜幼苗干物质分配、光合特征、叶绿素荧光参数和叶绿素荧光诱导动力 学曲线等指标。结果发现,随着自然温度的下降,两个白菜型冬油菜根部干物质分配率增加,叶片光合速率(Pn)、 蒸腾速率(Tr)、叶绿素荧光诱导动力学曲线O-J-I-P的Fo(20 µs时荧光,O相)、F(k 300 µs时荧光,K相)、F(j 2 ms的 荧光强度,J相)和Fm(最大荧光,P相)均下降,说明低温下光合作用的抑制有利于根部干物质的分配。在冬前低温 下白菜型冬油菜光系统受到损伤,发生光抑制现象,表现为PSII受体库的大小(Area)、光合性能指数(PI)、最大荧光 (Fm)和PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)下降,初始荧光(Fo)上升。与弱抗寒品种天油4号相比,强抗寒品种陇油7 号的 Pn、Fm、Fv/Fm、PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)、Fk-j(QA被还原能力)和 Fj-i(QB含快还原 PQ库)均较低,说明冬前低温 条件下,陇油7号光合能力下降,由非气孔因素引起,低温导致光抑制增强。综上,白菜型冬油菜抗寒性与冬前低温 下叶片光合特性以及干物质积累有关,弱的光合作用可减弱白菜型冬油菜地上部生长和根系物质消耗,有利于白 菜型冬油菜根部干物质积累,以增强其抗寒性。
  • 栽培生理·土肥植保
    马家斌, 于晓波, 吴海英, 张明荣
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    为探讨接种根瘤菌对西南地区大豆固氮能力的有效性,在大田试验条件下,以根瘤菌株 Bradyrhizobium japonicum5038和B. japonicum 5136侵染南黑豆20和南夏豆25,比较两个大豆品种接种后植株的光合特性和叶绿素 含量,考察根瘤数量并测定分析其蔗糖含量、豆血红蛋白含量和固氮酶活性。结果表明:接种后两大豆品种叶片 chla/b值显著下降,叶绿素含量、净光合速率和气孔导度显著增加;根瘤数、单株瘤重、植株地上部和地下部生物量 均显著增加,单个瘤重和根冠比则无显著变化;根瘤内蔗糖含量和豆血红蛋白含量均显著增加,固氮酶活性提高。 不同大豆品种对不同菌株的响应不同,南夏豆25与根瘤菌B.japonicum5136的适配性最好,接种后大豆光合性能和 固氮能力的改善效果明显优于南黑豆20。
  • 栽培生理·土肥植保
    李书宇, 熊洁, 丁戈, 陈伦林, 邹小云, 邹晓芬, 宋来强
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    为降低稻田除草剂残留对油菜生产的风险,筛选不同除草剂耐性的油菜品种,以19个长江流域大面积应 用的油菜品种为材料,选择吡嘧磺隆、丙草胺、灭草松、氰氟草酯等4种常用稻田除草剂,通过营养液纸培试验,考查 发芽率及幼苗期株高、最大根长、鲜重、干重等性状,以各性状的耐除草剂系数作为衡量指标,对油菜品种进行除草 剂的耐性综合评价。结果发现,在稻田除草剂胁迫下,油菜各生长指标反应因基因型而不同,差异显著。通过聚类 分析筛选出与除草剂对应的耐性相对较强的油菜品种,并认为主成分分析、隶属函数法和聚类分析的方法综合评 价更全面更稳定可靠。在稻-油生产模式中,建议根据水稻除草剂种类,选择对应的耐性油菜品种,降低生产风险。
  • 栽培生理·土肥植保
    于静, 吴菊香, 许曼琳, 张霞, 郭志青, 陈殿绪, 张智猛, 李新国, 迟玉成, 万书波
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    花生果腐病是一种重要的土传病害,一旦发生会造成荚果腐烂落果,重病田可致绝收。群结腐霉菌(Py⁃ thium myriotylum)是引起花生果腐病最主要的病原菌。为寻找防治花生果腐病的有效药剂,本研究对6种化学药剂 进行室内筛选,实验结果表明,96.8% 的咯菌腈对引起花生果腐病的群结腐霉有较好的抑菌效果,EC50为 3.16× 10-5 mg/L,较低浓度的药剂就可以达到很好的抑制效果。盆栽接种后,用 6种杀菌剂进行灌根,待荚果成熟后对病 害发病情况进行调查统计,结果表明96.8% 咯菌腈是防治花生果腐病最有应用潜力的药剂品种。
  • 栽培生理·土肥植保
    李文博, 高宇, 崔娟, 史树森
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    为明确温度对短额负蝗Atractomorpha sinensis(I.Bolivar)种群生长发育、生殖力及种群趋势的影响。本试 验设置16℃、20℃、24℃、28℃和32℃等5个恒温梯度,在实验室条件下(H:D = 16:8,RH 70%±5%),以大豆叶片为食 物饲养,系统观测短额负蝗实验种群各虫态发育历期、发育速率及繁殖等情况,测算其发育起点温度和有效积温, 并利用生命表技术分析各温度条件下的种群趋势。结果表明,短额负蝗各虫态的发育历期均随温度的升高而缩 短,其发育速率与温度呈显著正相关。短额负蝗卵、若虫和成虫的发育起点温度分别为9.58℃、10.55℃、11.40℃,有 效积温依次为449.80、540.03、430.94日·度。在试验条件下,短额负蝗单雌产卵量28℃时最高,为66.12粒,24℃时次 之,为 60.30粒,16℃时最低,为 28粒;各试验温度条件下实验种群趋势指数均>1,其中 24℃时最大,为 18.97。该结 果为短额负蝗的田间预测及综合防控提供了科学依据。 
  • 栽培生理·土肥植保
    汤健蓉, 刘月廉, 吴玲萍, 陆建农, 殷学贵
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    为明确引起蓖麻种芽腐烂病害的病原菌种类,本研究采用常规组织分离法分离获得病原菌,根据柯赫氏 法则对病原菌进行致病性测定,并结合形态学特征观察和分子生物学技术确定病原菌分类。结果表明,从蓖麻种 芽病样组织中分离得到 RFR1-4菌株为致病菌。形态学鉴定该菌为茄腐镰孢菌(Fusarium solani)。对致病菌株进 行 ITS、β-tubulin 和 TEF-1α 基因分析,结果显示与 Fusarium-ID 数据库中的茄腐镰孢复合种(F. solani species com⁃ plex)有 100%的相似性。因此结合形态学鉴定结果,确定引起蓖麻种芽腐烂病害的病原菌为茄腐镰孢复合种。该 病原鉴定对蓖麻种芽腐烂病害的防控有重要的指导作用。

  • 测试与加工
  • 测试与加工
    王招招, 路风银, 朱广成, 杨慧, 郭文英, 翟晨露, 韩俊豪, 王童, 董俊辉, 董铁有
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    为提高花生果干燥后的品质,采用脉冲间歇式-低强度微波、高强度微波以及高&低强度微波分别与热风 进行耦合干燥,研究不同干燥工艺下花生果的干燥特性、品质特性及干燥能耗情况。结果表明:采用脉冲间歇式- 高&低强度微波热风耦合的干燥工艺最佳,其中微波强度 0.95 W/g照射时间 16.7 min,微波强度 0.48 W/g照射时间 11.7 min,干燥总耗时198.3 min,可将花生果含水率从50.0%降至15.5%,并且其总能耗比低强度微波和高强度微波 分别降低了37.1%、8.6%,干燥后花生果的品质较佳。因此,脉冲间歇式-高&低强度微波热风耦合干燥工艺的研究 对花生果的减损具有重要意义。
  • 测试与加工
    汪磊, 谭美莲, 傅春玲, 汪魏, 王力军, 尹紫艳, 严兴初
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    为实现向日葵育种材料的品质性状快速预测,选取154份向日葵籽仁样品,结合化学测定值和近红外光谱,利用化学计量学手段建立向日葵籽仁品质指标的近红外模型,评估其在向日葵籽仁粗蛋白、粗脂肪、油酸、亚油酸等重要品质性状测定中的可行性。结果表明,改进偏最小二乘法建模效果最佳,其粗脂肪、粗蛋白、油酸、亚油酸、饱和脂肪酸及不饱和脂肪酸的定标相关系数分别为0.975、0.950、0.973、0.951和0.913,交叉验证相关系数分别 为0.969、0.939、0.915、0.927和0.711。用检验集对模型进行验证,粗脂肪、蛋白质、油酸、亚油酸、饱和及不饱和脂肪酸的外部检验相关系数(R2)分别为0.959、0.950、0.937、0.906和0.930。本研究建立的模型质量较高,能够满足向日葵籽仁品质成分的快速测定,可为向日葵品质育种前期大量、快速的筛选提供技术支持。
  • 测试与加工
    郭婷婷, 万楚筠, 黄凤洪, 陈思涵
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    亚临界流体萃取(subcritical fluid extraction, SFE)作为一种高效提取技术,在油脂加工中的应用备受关 注。本文介绍了国内外学者关于SFE用于油脂萃取的研究成果,详细综述了SFE在不同来源油脂及微量成分提取 领域的研究进展,并就目前研究状况对其前景进行了展望。