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    1. 蓖麻种子结构的解剖和显微观察
    郭学民,赵晓曼,徐珂,王芯蕊,张辰瑜,东方阳
    作物学报    2020, 46 (6): 914-923.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94141
    摘要1714)   HTML31)    PDF(pc) (15210KB)(255)    收藏

    本文通过萌发法、分离法、石蜡切片法和显微观察技术, 分别以番红固绿和希夫试剂染色, 系统观察了蓖麻种皮、胚乳和胚的结构及其维管束分布。(1)蓖麻种子背侧基部的种孔并未被种阜所覆盖。(2)种皮包括外种皮、内种皮和种阜3部分, 其中, 外种皮由外至内分别为长柱状表皮层、海绵组织层和栅栏组织层, 而内种皮则依次为马氏层、海绵组织层和内珠被内层, 在种阜端由内种皮内层和外层共同围成气室, 类似于鸡蛋的气室。(3)在外种皮和内种皮中均有维管束分布, 其中外种皮的大型维管束仅分布在种子腹侧种脊的海绵组织层内, 它从种脐延伸至种阜相对一端; 而内种皮维管束也分布在海绵组织层中, 通过维管束索, 逐级分枝, 止于种阜端气室边缘; 内、外种皮的维管束通过合点端的连接点相连续, 共同构成种皮维管系统。(4)种阜由表皮和薄壁组织构成, 其中薄壁组织由外侧小型薄壁细胞和内侧大型薄壁细胞构成。种阜维管束仅2束, 分布在种阜中部腹侧, 独立构成种阜维管系统; 在种阜中, 还有种阜管道, 其内端开口于内种皮的气室, 外端为盲端。(5)胚乳由含大量糊粉粒的薄壁细胞构成, 其中未见维管束分布。在胚中, 维管束为外韧维管束, 它们分化于胚轴, 从胚轴顶端两侧分别进入2片子叶主脉, 在主脉中由4个逐步减少为1个, 在子叶中分枝变细, 构成胚维管系统; 子叶表皮和叶肉细胞中均含糊粉粒, 但在胚芽、胚轴和胚根中未见糊粉粒; 2片子叶近轴面分离, 远轴面则通过粘液层与胚乳相连接; 胚轴和胚根在空间上与胚乳分离。这些结果为全面掌握植物蓖麻种子的结构和研究种子发育和萌发过程及其物质运输提供了解剖学依据。

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    2. 甘薯抗旱相关基因IbNAC72的克隆与功能分析
    张欢, 杨乃科, 商丽丽, 高晓茹, 刘庆昌, 翟红, 高少培, 何绍贞
    作物学报    2020, 46 (11): 1649-1658.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.04051
    摘要624)   HTML111)    PDF(pc) (4569KB)(524)    收藏

    NAC (NAM/ATAF/CUC, NAC)转录因子是植物中特有的转录调控因子, 在植物体的生长发育与逆境胁迫响应等多种生理过程中起着重要的调控作用。本研究利用cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends, RACE)从甘薯品种栗子香中克隆到甘薯抗旱相关基因IbNAC72, 该基因cDNA长为1319 bp, 开放阅读框(open reading frame, ORF)为1008 bp, 编码335个氨基酸, 分子量为37.4 kD, 等电点为8.76, 基因组全长为1199 bp, 含有3个外显子、2个内含子。多重序列比对和系统进化树分析显示, IbNAC72基因与牵牛花中同源基因的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明, IbNAC72基因在甘薯叶片中的表达量显著高于在茎段和根系中; 同时IbNAC72基因受到干旱和盐胁迫显著诱导表达。利用农杆菌介导法转化烟草, 获得过表达IbNAC72基因的转基因烟草植株。对IbNAC72转基因烟草植株的抗旱性分析表明, 在长时间干旱条件下, 转基因植株的根系更加发达, SOD活性显著提高, MDA的含量显著降低, 抗旱性显著提高。本研究表明, IbNAC72是与抗旱性密切相关的基因, 为深入探究IbNAC72抗旱的分子机制提供了基础。

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    3. 玉米叶向值的全基因组关联分析
    彭勃,赵晓雷,王奕,袁文娅,李春辉,李永祥,张登峰,石云素,宋燕春,王天宇,黎裕
    作物学报    2020, 46 (6): 819-831.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93063
    摘要579)   HTML53)    PDF(pc) (2510KB)(353)    收藏

    叶向值是反映叶片“直”和“立”两个特性的综合指标。叶向值高的品种, 叶片直而不弯, 叶夹角小, 有利于群体通风透光, 在群体密度较高时比平展型更容易获得高产。阐明叶向值的遗传基础, 对玉米理想株型分子设计育种具有重要的意义。本研究以285份多样性玉米自交系为材料, 利用Illumina的maizeSNP50芯片基因分型结合连续2年的叶向值表型鉴定, 通过全基因组关联分析方法挖掘玉米叶向值显著关联的SNP位点。方差分析表明, 不同自交系的叶向值差异达到极显著水平(P<0.01)。在最优模型选择时, 发现Q+K模型最适合本研究的叶向值关联分析。在2个年份下, 共检测到15个与叶向值显著关联的位点(P<4.05E-5), 包括27个SNP, 解释5.54%~8.73%的表型变异, 并挖掘了15个候选基因。其中1.07 bin上的位点2是本研究发现的重要位点, 其候选基因可能是编码细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶的Zm00001d032050, 有待进一步图位克隆工作验证。

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    4. 利用WGCNA鉴定棉花抗黄萎病相关基因共表达网络
    傅明川,李浩,陈义珍,柳展基,刘任重,王立国
    作物学报    2020, 46 (5): 668-679.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94124
    摘要561)   HTML19)    PDF(pc) (1659KB)(314)    收藏

    加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA)作为一种典型的系统生物学方法, 可用来鉴定协同表达的基因模块, 探索模块与目标性状之间的生物学相关性, 并挖掘网络中的核心基因。黄萎病(Verticillium wilt)可严重降低棉花(Gossypium spp.)的产量及品质, 因此研究抗病基因及抗病机制, 对于棉花抗病育种工作具有重要意义。本研究以黄萎病菌侵染不同时间点的海岛棉(Gossypium barbadense)幼苗根尖转录组数据为基础, 分析其差异表达基因, 并选取在不同样本之间表达水平变异最大的前50%基因(共35,647个)进行WGCNA。结果表明, 在黄萎病菌侵染条件下, 共有22,850个基因差异表达, 其中4685个为所有侵染时间点共有的差异基因。共鉴定到18个基因共表达模块, 其中5个为抗黄萎病相关特异性模块(black、mediumpurple3、darkolivegreen、plum3模块分别与侵染2 h、6 h、48 h、72 h时间点正相关; mediumpurple2与侵染2 h时间点负相关)。GO和KEGG富集分析表明, 特异性模块可以富集到有生物学意义的富集结果, 如刺激响应、钙离子结合、黄酮类化合物合成代谢等抗逆相关通路。通过计算模块内基因的连通性, 挖掘出了网络中的核心基因, 功能预测表明, 这些基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究为进一步理解棉花抗黄萎病的分子机制、选育棉花抗病新品种提供了理论指导。

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    5. 小麦脱落酸受体基因TaPYR1介导植株抵御干旱逆境功能研究
    韩乐,杜萍萍,肖凯
    作物学报    2020, 46 (6): 809-818.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91067
    摘要547)   HTML103)    PDF(pc) (2376KB)(530)    收藏

    脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCAR通过与渗透胁迫诱导的ABA结合, 参与植株体内ABA介导的信号转导过程, 在调控植株干旱逆境抵御过程中具有重要的生物学功能。本文研究了鉴定的1个干旱响应的PYR家族成员TaPYR1的分子特征、应答干旱表达模式及其介导植株抵御干旱逆境的功能。结果表明, TaPYR1与植物种属中部分PYR基因在氨基酸序列水平上高度同源, 编码蛋白含有PYR家族成员保守结构域, 翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。TaPYR1基因在小麦根、叶中均呈明显的干旱诱导表达模式, 在干旱胁迫48 h表达量达到峰值。与野生型对照(WT)相比, 超表达TaPYR1烟草转化株系, 干旱处理下植株长势增强, 干鲜重增加。干旱处理下, 转化株系较对照的光合能力增强, 细胞保护酶活性提高, 渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含量增加。研究表明, TaPYR1通过在转录水平上应答干旱逆境, 改善干旱胁迫下的植株相关生理过程, 在增强植株抵御干旱逆境能力中发挥重要作用。

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    6. 节水减氮对土壤硝态氮分布和冬小麦水氮利用效率的影响
    雒文鹤, 师祖姣, 王旭敏, 李军, 王瑞
    作物学报    2020, 46 (6): 924-936.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91060
    摘要499)   HTML18)    PDF(pc) (854KB)(481)    收藏

    针对当前关中平原冬小麦生产中氮肥投入过量、灌溉水资源不足的问题, 研究节水减氮栽培模式下冬小麦籽粒产量、水氮利用及硝态氮淋失情况, 能为确定冬小麦节水减肥环保增效的生产模式提供理论依据。于2017—2019年在陕西杨凌开展冬小麦节水减氮田间栽培试验, 采用二因素裂区设计, 施氮量为主处理, 灌水量为副处理, 设施氮量处理N300 (300 kg hm -2)、N225 (225 kg hm -2)、N150 (150 kg hm -2)、N75 (75 kg hm -2)、N0 (不施氮)和灌水量处理W2 (1200 m 3 hm -2)、W1 (600 m 3 hm -2)、W0 (0), 分析小麦产量、水氮利用效率及土壤硝态氮淋失情况。结果表明, 2017—2018年和2018—2019年小麦季灌水处理较不灌水处理分别增产14.88%~15.01%和4.11~4.16倍, 但处理间差异不显著, 而越冬期灌水600 m 3 hm -2土壤硝态氮淋失风险显著降低。在越冬期灌水600 m 3 hm -2处理下, 2017—2018年施氮量150 kg hm -2处理产量最高, 2018—2019年则是施氮量225 kg hm -2处理产量最高, 但2018—2019年施氮量150 kg hm -2处理在较高产量基础上获得较高的氮肥利用效率, 土壤硝态氮淋失量也较施氮量225 kg hm -2处理2个年度分别降低了15.87%和10.20%。因此, 施氮量150 kg hm -2配合越冬期灌水600 m 3 hm -2, 能够在保障产量的基础上, 提高水氮利用效率, 降低硝态氮淋失风险, 实现关中平原冬小麦生产节水减肥环保增效的目标。

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    7. 对马铃薯类受体激酶CRK基因家族的鉴定及响应病原真菌信号的表达分析
    张卫娜,范艳玲,康益晨,杨昕宇,石铭福,要凯,赵章平,张俊莲,秦舒浩
    作物学报    2020, 46 (5): 680-689.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94096
    摘要492)   HTML41)    PDF(pc) (3639KB)(246)    收藏

    富含半胱氨酸的类受体激酶(cysteine-rich receptor-like kinase, CRK)在植物生长发育和环境适应过程中发挥重要的作用。本研究鉴定了马铃薯CRK (StCRK)家族成员, 并对其理化性状、进化特征、亚细胞定位、染色体位置和表达模式进行分析。鉴定获得8个StCRKs, 其氨基酸序列大小为459~686 aa, 分子量介于50.75~77.50 kD, 等电点介于5.84~8.75, 主要位于质膜。进化分析将来自马铃薯、拟南芥、香蕉、苹果、水稻、番茄和棉花的CRKs分为9个亚组, 2号、3号和5号染色体上的StCRKs分布于亚组I (6个成员)和VI (2个成员); 存在2个串联重复基因簇, 包含4个成员。StCRKs启动子区域存在多种顺式调控元件, 主要响应激素、低温、防卫和逆境等信号。接种晚疫病菌(Phytophthora infestans, Pi)和干腐病菌(Fusarium sulphureum, Fs)后, 分别发现8个和6个StCRKs为差异表达。其中, StCRK4和StCRK8响应PiFs信号, 在接种以上2种病原菌后, 表达量上调8倍以上, 推测其响应多个真菌信号, 可能在马铃薯对真菌病害的广谱抗性中起重要作用, 可作为进一步抗病研究和功能分析的候选基因。

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    8. 杂草稻的特性及其危害与防治研究进展
    陈雷, 金曼, 张维乐, 王承旭, 吴勇斌, 王治忠, 唐晓艳
    作物学报    2020, 46 (7): 969-977.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92064
    摘要490)   HTML64)    PDF(pc) (3059KB)(379)    收藏

    杂草稻(Oryza sativa f. spontanea)泛指具有杂草特性的水稻, 是稻田中的恶性杂草之一, 在生产中可严重危害栽培稻的产量和品质。本文从杂草稻的形态特性、落粒性、休眠性、耐逆性等方面概述其生物学特征。简要阐述了杂草稻起源于栽培稻的去驯化过程, 分布范围涵盖世界稻作生产区, 在我国杂草稻的发生分布不均, 以江苏中南部以及广东的湛江等地最为严重。进一步分析了由于杂草稻导致对稻米产量、稻米品质以及稻田生态环境造成的影响和危害, 并提出了杂草稻的综合防控与治理措施, 包括预防控制、合理耕作、科学使用化学除草剂等方式, 以便有效地控制杂草稻的发生与传播。

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    9. 亚洲棉短绒突变体纤维发育及其差异基因表达分析
    王晓阳,王丽媛,潘兆娥,何守朴,王骁,龚文芳,杜雄明
    作物学报    2020, 46 (5): 645-660.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94133
    摘要488)   HTML42)    PDF(pc) (5451KB)(237)    收藏

    棉花纤维是重要的天然纺织材料, 是最长的单细胞, 是研究纤维发育的良好材料。本研究以亚洲棉短绒突变体(FZ)及其野生型(fz)为材料, 结合扫描电镜、石蜡切片、RNA-seq技术, 解析棉花短绒起始的可能机制。与野生型(fz)的0DPA时期胚珠相比, 突变体的胚珠在该时期仅有少量的纤维起始。在+3DPA时, 突变体没有短绒细胞起始, 仅有长纤维细胞, 而野生型有大量的短纤维细胞和长纤维细胞。对这2个材料的0DPA、+3DPA、+5DPA和+8DPA胚珠差异基因分析结果显示, 在短绒突变体(FZ)和野生型(fz)的4个纤维发育时期共挖掘出3780个差异表达基因, 其中0DPA时差异基因数目最少, 随着胚珠发育时间的延长, 差异基因的数目逐渐增加。KEGG分析发现这些基因主要参与蜡质、角质生物合成, 以及苯丙烷代谢和植物信号传导过程。共表达趋势分析显示, 在突变体+3DPA上调的差异基因中, 参与离子结合、MAPK级联反应、氧化还原活性和转录调控的基因表达受到正影响(表达水平提高), 造成突变体短绒纤维不能正常起始。这些结果描述了二倍体亚洲棉短绒起始的动态变化, 可为进一步研究棉纤维发育提供参考。

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    10. 条带耕作错位种植对灌区春玉米产量形成与冠根特征的影响
    张玉芹,杨恒山,李从锋,赵明,罗方,张瑞富
    作物学报    2020, 46 (6): 902-913.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93053
    摘要441)   HTML11)    PDF(pc) (2485KB)(231)    收藏

    2017年和2018年在内蒙古通辽市科尔沁区农业高新科技示范园区, 以农华101为供试材料, 采用条带耕作错位种植(苗带耕作, 15 cm+45 cm小双行错位播种, TGCW)和等行常规种植(旋耕, 60 cm等行距, CK)两种模式, 6.75万株 hm -2、8.25万株 hm -2、9.75万株 hm -23个种植密度, 研究条带耕作错位种植模式对西辽河平原灌区春玉米冠根协调特征及产量形成的调控效应。结果表明, 相比于等行距常规种植, 条带耕作错位种植的产量显著提高, 其中8.25万株 hm -2增幅最明显, 2017年和2018年分别提高13.1%和13.8%, 该模式吐丝后干物质积累量及积累率具有明显优势, 较强的物质积累明显延缓了生育后期叶片衰老, 同时穗位上和穗位层透光率显著提高, 生育后期叶面积指数、净光合速率和群体光合势均显著高于CK。该模式生育后期各土层植株根干重显著高于CK, 高密度下更为明显, 且20~60 cm根系占比高, 吐丝期单位根重获得的籽粒产量和成熟期根冠比均具有明显优势。该模式的这些优点是促成西辽河平原灌区春玉米增产的主要原因之一。

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    11. 基于WGCNA的马铃薯根系抗旱相关共表达模块鉴定和核心基因发掘
    秦天元, 孙超, 毕真真, 梁文君, 李鹏程, 张俊莲, 白江平
    作物学报    2020, 46 (7): 1033-1051.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94130
    摘要431)   HTML17)    PDF(pc) (5837KB)(254)    收藏

    权重基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA)是系统生物学的一种研究方法, 在多样本转录组数据中挖掘与目标性状相关的基因模块有较广泛的应用。为了深入探究马铃薯应对干旱胁迫的分子机制, 本研究以国际马铃薯中心引进栽培种C16 (CIP 397077.16)和C119 (CIP 398098.119)为试验材料, 将其无菌组培苗利用甘露醇模拟干旱胁迫, 处理0 h、2 h、6 h、12 h和24 h, 取其根系进行转录组测序, 每样设3个生物学重复, 共30个样本。基于以上转录组数据, 利用WGCNA构建与抗逆生理性状相关联的权重基因共表达网络, 得到15个与根系抗旱密切相关的基因共表达模块, 并从4个与目标性状关联度最高的模块中发掘到数个核心基因, 功能注释表明其中大部分参与干旱胁迫调控通路。这些结果为进一步研究马铃薯根系抗旱的分子遗传机制提供了线索。

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    12. 高粱种子对萌发温度的响应分析与耐低温萌发能力鉴定
    张瑞栋,肖梦颖,徐晓雪,姜冰,邢艺凡,陈小飞,李邦,艾雪莹,周宇飞,黄瑞冬
    作物学报    2020, 46 (6): 889-901.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94150
    摘要426)   HTML34)    PDF(pc) (269KB)(262)    收藏

    萌发期的低温是限制种子萌发的一个重要非生物胁迫因子, 高粱种子耐低温萌发能力是保证高粱出苗整齐、建立良好群体的基础, 因此研究高粱品种对不同萌发温度的响应特征具有重要的理论和应用价值。本试验用来源于不同地区的30份高粱品种, 在25℃、20℃、16℃和12℃人工气候箱中进行萌发试验, 测定不同温度下高粱品种的发芽势、发芽率、芽长、根长、芽重、根重等萌发指标, 分析不同高粱品种的萌发差异; 通过主成分分析和聚类分析, 对不同高粱品种萌发期耐低温特性鉴定和分类, 结果表明, 随着萌发温度的降低, 高粱芽和根的生长均受到抑制, 但根与芽的重量和长度比均增加, 说明萌发过程中芽比根对低温更加敏感。30个高粱品种的6个萌发指标相对值之间存在一定相关性。主成分分析表明, 相对芽长、相对根长和相对发芽率分别在3个主成分中载荷较大, 可作为高粱萌发期耐低温的主要鉴定指标。30个高粱品种按萌发期耐低温能力可分为四大类, 辽粘3号极不耐低温, 济粱1号等18个品种对低温敏感, 冀酿1号等5个品种对低温不敏感, 赤杂101等6个品种对萌发期低温具有较强的耐性。

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    13. 玉米种质资源大规模多年多点多病害的自然发病抗性鉴定
    段灿星,董怀玉,李晓,李红,李春辉,孙素丽,朱振东,王晓鸣
    作物学报    2020, 46 (8): 1135-1145.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.03003
    摘要425)   HTML48)    PDF(pc) (298KB)(281)    收藏

    病害是影响玉米生产的重要因素。利用品种的抗性是控制玉米病害的经济、安全和有效措施。2016—2019年间, 在黄淮海和东华北地区, 首次对2000份来源广泛且遗传背景丰富的玉米种质资源进行了多年多点多病害的田间自然发生条件下抗病性鉴定, 部分材料在西北地区也进行了田间鉴定, 重点调查了小斑病、茎腐病、瘤黑粉病、弯孢叶斑病、南方锈病、粗缩病、大斑病、灰斑病和丝黑穗病的抗病性。综合4年共10个不同环境的自然发病下抗性鉴定数据表明, 自然发病鉴定的结果受环境因素影响较大, 表现为年度间和地域间的差异。在所有鉴定的病害中, 小斑病在多个年份和多个鉴定点的发病均比较充分, 11份种质对该病害表现出稳定抗性; 茎腐病、大斑病和灰斑病, 在不同年份的部分鉴定点发病较为充分, 对这3种病害表现抗病的种质分别为440、356和423份, 综合抗性鉴定结果具有较大的参考价值; 弯孢叶斑病、瘤黑粉病和粗缩病仅在1个鉴定点发病较为充分, 南方锈病和丝黑穗病在所有鉴定点均发生较轻, 鉴定结果有待进一步验证。本研究筛选出一批在不同环境条件下对多种病害均具有稳定抗性的材料, 其中JN15、953、沈977、68122、K21、SC24-1、17MC7211、17MC7223、郑591、161191等种质的综合抗性突出, 对种质的利用及后续人工接种精准鉴定的种质选择具重要参考价值。

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    14. 小麦族的基因组显性及其育种学意义
    刘登才, 张连全, 郝明, 黄林, 甯顺腙, 袁中伟, 姜博, 颜泽洪, 伍碧华, 郑有良
    作物学报    2020, 46 (10): 1465-1473.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.01022
    摘要424)   HTML36)    PDF(pc) (4156KB)(483)    收藏

    小麦族包含大量由不同基因组组成的异源多倍体物种。同一个异源多倍体物种的不同基因组可能对表型性状产生非对称性贡献, 例如小麦属多倍体物种的形态分类特性, 更像其A基因组供体物种, 这种现象称为A基因组显性。由于基因组显性, 小麦族形成了以A、D、U、St为轴心(显性)基因组的异源多倍体物种簇。异源多倍体物种的基因组显性可能与其进化适应优势的形成有关。在育种方面, 基因组显性影响多倍体新作物开发及小麦-外源染色体易位设计。

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    15. 宁麦9号与扬麦158株高及其构成因素的遗传解析
    姜朋,何漪,张旭,吴磊,张平平,马鸿翔
    作物学报    2020, 46 (6): 858-868.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91063
    摘要401)   HTML28)    PDF(pc) (1853KB)(171)    收藏

    宁麦9号与扬麦158是我国长江中下游麦区的主栽品种和骨干亲本, 长江中下游麦区近3年来审定品种中80%都是其衍生后代, 研究其性状的遗传具重要意义。以宁麦9号与扬麦158为亲本构建的包含282个家系的重组自交系群体为材料, 利用Illumina 90k芯片对群体进行基因型分析, 建立高密度遗传图谱。连续3个生长季对株高及节间长度、穗长等株高构成因素进行测定, 结合遗传图谱对株高及相关性状进行QTL定位, 获得14个控制株高及其构成因素的稳定表达位点。通过进一步位置比对, 聚焦到6个染色体区段, 初步明确了各节间对株高的遗传调控机制。同时, 将6个染色体区段中同源性较低的连锁标记转化为适用于高通量筛选的KASP标记, 利用101份区域试验材料进行标记效应验证, 结果显示聚合Qph-2DQph-5A.1两个位点具有较高的选择效率, 继续聚合Q2A后, 中选材料显著减少, 可能降低选择效率; 对Q2AQ5A两个一因多效位点的选择建议以降低株高的等位变异为主; Qd1-5D可作为穗下节间(D1)的选择标记对株高展开优化选择。期望以上结果能为长江中下游麦区的小麦株高遗传改良提供帮助。

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    16. 铝毒胁迫下甘蓝型油菜种子萌发期相关性状的QTL定位
    王瑞莉,王刘艳,叶桑,郜欢欢,雷维,吴家怡,袁芳,孟丽姣,唐章林,李加纳,周清元,崔翠
    作物学报    2020, 46 (6): 832-843.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94154
    摘要389)   HTML31)    PDF(pc) (1990KB)(156)    收藏

    随着土壤酸化的日益加重, 铝毒已成为影响作物种子萌发质量以及作物产量的重要胁迫因子之一。作物耐铝相关性状的QTL定位和候选基因筛选已有许多报道, 但铝胁迫下甘蓝型油菜萌发期相关性状的QTL定位报道较少。本文以80 μg mL -1的铝胁迫浓度处理重组自交系(10D130×中双11号)群体进行种子萌发试验, 处理3 d时调查发芽势, 7 d时调查发芽率, 测定其根长、芽长和干重, 并计算各性状相对值。基于6K SNP芯片, 结合高密度遗传连锁图谱对油菜萌发期的5个性状进行QTL定位, 共检测到23个QTL。其中与相对发芽势、相对发芽率、相对根长、相对芽长和相对干重相关的QTL分别有9个、1个、4个、5个和4个, 覆盖了A、C基因组, LOD值介于3.00~5.26, 可解释的表型变异为7.70%~13.10%。根据各QTL置信区间序列筛选, 与铝胁迫相关的候选基因共30个。ALMT1基因和MATE基因与有机酸的合成和分泌有关, 主要通过苹果酸、柠檬酸和草酸等有机酸的分泌来增强植物的耐铝性; STOP1基因、NAC基因和RAP2.4基因均属于转录激活因子, 通过诱导耐铝基因的表达增强植株的抗性; ABC转运蛋白、膜蛋白转运体、GDSL脂肪酶通过减少有毒物质在质膜上的积累或将有毒物质排出体外等途径增强植物的耐铝性; 过氧化物酶和细胞色素P450均属于氧化胁迫相关基因, 具有防止植物细胞氧化损伤、抵御逆境胁迫的功能; 另外, 还有部分编码逆境蛋白的基因, 均在各种胁迫反应中起重要作用。本研究的结果将为培育耐铝油菜品种及后续基因的功能研究提供理论依据。

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    17. 玉米tasselseed突变体ts12的遗传分析与分子鉴定
    秦利萍,董二飞,白洋,周练,任岚扬,张任凤,刘朝显,蔡一林
    作物学报    2020, 46 (5): 690-699.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93051
    摘要386)   HTML15)    PDF(pc) (3390KB)(128)    收藏

    性别决定与玉米雄穗和雌穗发育密切相关, 性别决定基因功能研究对性别决定分子机制的解析具有重要意义。利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理B73花粉, 获得了一个玉米雄穗结实突变体tasselseed12 (ts12)。用扫描电镜对ts12突变体雄穗的形态学观察, 发现未成熟雄穗长13 mm时, 小穗呈现出明显的雌性化特征。利用图位克隆的方法, 把ts12定位于分子标记LM4和RM5之间, 物理距离约为290 kb, 该区间共有9个注释基因, 其中包括已报道的性别决定基因Tasselseed2 (Ts2)。通过克隆ts12突变体中Ts2基因编码序列, 发现Ts2基因编码区第196个碱基鸟嘌呤被替换为腺嘌呤, 导致该位点编码的甘氨酸被替换为精氨酸, 由此推测该保守位点突变可能是tasselseed表型产生的原因。ts12ts2等位性测验结果表明所有F1、F2代植株雄穗均可产生花丝, 推测ts12ts2基因一个新的等位突变体。以加外源茉莉酸(JA, 1 mmol L -1)处理ts12突变体, 发现处理后的小穗大部分可恢复正常。Ts2基因表达分析揭示在正常植株未成熟雄穗中的表达量最高, 其次是未成熟雌穗及叶片中; 在ts12未成熟雄穗和雌穗中, 该基因的表达量极显著降低。Ts2保守位点的突变及其引起的表达量的降低可能是tasselseed表型产生的原因。

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    18. 中国高粱地方种质芽期苗期耐盐性筛选及鉴定
    宝力格,陆平,史梦莎,许月,刘敏轩
    作物学报    2020, 46 (5): 734-744.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94138
    摘要385)   HTML10)    PDF(pc) (327KB)(292)    收藏

    日益严重的土壤盐渍化对现代农业生产造成了巨大的危害。高粱既是世界五大粮食作物之一, 又是耐盐性很强的抗逆作物。开展高粱耐盐性研究、筛选出一批综合耐盐能力优良的高粱品种对开发利用盐渍化土地、增加粮食产量和维持农业可持续发展具有重要意义。本研究对110份中国高粱地方品种分别进行了芽期200 mmol L -1和苗期100 mmol L -1的NaCl胁迫试验, 测定芽期发芽势、发芽率以及苗期的相对叶绿素含量(SPAD)、苗长、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重等指标。计算芽期、苗期盐胁迫下性状值占对照性状值的百分比表明, 参试品种芽期相对发芽势、相对发芽率范围分别为0~98.89%、23.65%~101.79%, 盐胁迫下相对发芽势变化差异显著。苗期相对叶绿素含量、相对苗长、相对根长、相对苗鲜重、相对苗干重、相对根鲜重、相对根干重变化范围分别为59.53%~99.91%、52.47%~95.23%、47.87%~100.14%、27.43%~95.28%、30.48%~98.26%、21.62%~100.34%、31.46%~102.13%。采用隶属函数值分析和主成分分析2种方法结合聚类分析对参试高粱芽期和苗期的耐盐能力综合评定, 鉴定出芽期高度耐盐材料22份, 耐盐材料32份; 苗期高度耐盐材料37份, 耐盐材料41份; 其中, 来自内蒙古的朝阳棒槌(00003011)和来自北京的白鞑子帽(00001081)等10个品种在芽期和苗期均表现高度耐盐, 可作为后续全生育期耐盐鉴定和耐盐育种的优异资源。对芽期隶属函数值排名以及苗期F值排名结果进行相关性分析表明, 芽期与苗期耐盐性没有显著相关性; 主成分分析结果表明, 反映生物量的指标如苗干重、根鲜重可作为苗期大量材料耐盐鉴定的评价指标。

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    19. 甬优系列籼粳杂交稻产量及氮素吸收利用的差异
    周磊,刘秋员,田晋钰,朱梦华,程爽,车阳,王志杰,邢志鹏,胡雅杰,刘国栋,魏海燕,张洪程
    作物学报    2020, 46 (5): 772-786.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92051
    摘要385)   HTML7)    PDF(pc) (512KB)(223)    收藏

    从24个甬优系列籼粳杂交稻品种(系)中, 根据不同产量水平和氮素农学利用率筛选出具有代表性的3种类型(高产氮高效,高产氮中效,中产氮中效), 系统比较各类型产量和氮素农学利用率, 以探究高产氮高效型籼粳杂交稻产量和氮素吸收利用特征.结果表明, 高产氮高效型产量显著高于高产氮中效型和中产氮中效型, 分别高4.04%~4.38%和13.37%~13.41%, 其高产原因在于群体颖花量大, 能达到5.87×10 8~6.20×10 8 hm -2.与高产氮中效型和中产氮中效型相比, 高产氮高效型成穗率高, 能保持在68.83%~70.05%; 抽穗期叶面积指数高, 且生育后期衰减平缓, 成熟期叶面积指数在3.85以上; 抽穗至成熟期干物质积累量大, 达7.91~7.99 t hm -2, 全生育期干物质量可达21.15~21.46 t hm -2.在氮素吸收利用方面, 高产氮高效型总吸氮量显著高于高产氮中效型和中产氮中效型, 分别高5.07%~5.14%和4.50%~5.96%; 拔节至抽穗期和抽穗至成熟期氮素吸收速率表现为高产氮高效型>高产氮中效型>中产氮中效型, 花后茎鞘氮素转运量,穗部氮素积累量和氮素收获指数也有相同表现; 氮素回收利用率,农学利用率,生理利用率和偏生产力均以高产氮高效型最高; 高产氮中效型除氮素回收利用率和百千克籽粒吸氮量外, 其他各项氮素利用指标均高于中产氮中效型.

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    20. 257份菊芋种质资源表型性状的遗传多样性
    赵孟良,王丽慧,任延靖,孙雪梅,侯志强,杨世鹏,李莉,钟启文
    作物学报    2020, 46 (5): 712-724.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94098
    摘要382)   HTML9)    PDF(pc) (450KB)(339)    收藏

    为有效利用我国菊芋种质资源的遗传多样性, 分析了257份菊芋种质资源, 表明12个数量性状的变异系数(CV)在6%~50%之间, 平均为24.75%, 单株块茎重的变异系数最大(50%), 生育期的变异系数最小(6%), 多样性指数(H')分布在1.24~1.53之间, 平均为1.44, 单株块茎数的多样性指数最高(1.53), 叶宽的多样性指数最低(1.24); 8个质量性状的多样性指数在0.85~1.08之间, 平均为0.98, 以块茎习性最大, 块茎整齐度最小, 大部分性状表现出丰富的遗传多样性; 257份菊芋资源的隶属函数均值介于0.12~0.58之间, 其中JA1095材料最高(0.58), 其花数和单株块茎重具有明显优势.菊芋资源12个数量性状的相关性分析表明, 茎粗,叶长,花和花盘大小可作为今后选育高产菊芋品种的指导目标性状; 主成分分析结果表明, 7个主成分因子的累计贡献率达66.794%, 其中花数量,单株块茎数量,块茎毛根量,块茎表皮光滑程度4个性状是构成菊芋种植表型差异的主要因素; 以20个性状为基础的聚类分析将257份种质材料分为5类, 其中, 第I类和第II类占总资源量的85%.本研究结果为菊芋种质资源的利用及品种选育等提供了重要参考.

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    21. 小麦籽粒钙元素含量的研究进展
    刘玉秀, 黄淑华, 王景琳, 张正茂
    作物学报    2021, 47 (2): 187-196.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01045
    摘要380)   HTML52)    PDF(pc) (418KB)(322)    收藏

    提高矿物质营养元素含量正在成为世界主要粮食作物的重要研究方向和育种目标。钙元素是人体必需的矿物质元素, 在人类骨骼形成和新陈代谢中发挥着重要作用。全球约35亿人缺钙, 缺钙已成为影响人类健康的国际性重大问题。主食是一种最优安全的矿物质元素补充途径。小麦是我国乃至全世界主要粮食作物, 是全球35%~40%人口主要的食物来源, 是摄入钙的主要来源, 是矿物质元素生物强化的重要作物。通过遗传改良方法提高小麦籽粒钙元素含量被认为是解决缺钙最经济、有效、可持续的措施, 目前已引起了国内外学者的高度关注。本文综述了近年来小麦籽粒钙元素含量的研究进展, 主要包括籽粒钙含量的遗传差异、影响因素以及与相关性状关系、调控机理。此外, 我们还提出了将来进行钙营养强化小麦研究的方向, 此研究内容为加快通过主粮实现有效补钙、倡导健康营养的膳食模式、满足由“量”的需求向“质”的需求转变的粮食安全、改善国民健康状况以及减少因缺钙造成的经济损失提供了解决方案。

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    22. 外源褪黑素对干旱胁迫下大豆鼓粒期生理和产量的影响
    邹京南,于奇,金喜军,王明瑶,秦彬,任春元,王孟雪,张玉先
    作物学报    2020, 46 (5): 745-758.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94111
    摘要367)   HTML8)    PDF(pc) (874KB)(247)    收藏

    干旱胁迫降低大豆产量, 探究提高大豆耐旱能力和降低产量损失的机制对大豆生产具有重要意义。施褪黑素能缓解干旱胁迫对植株生长的抑制和氧化损伤。本试验于2017—2018年研究叶面喷施褪黑素对干旱胁迫下大豆鼓粒期叶片光合、抗逆、碳氮代谢和产量的影响表明, 外源褪黑素提高干旱胁迫下大豆叶片抗氧化酶活性, 抑制活性氧的产生和细胞膜损伤, 缓解干旱胁迫对光合能力的抑制, 提高碳氮同化能力, 最终缓解干旱胁迫造成的产量损失。与干旱胁迫相比, 褪黑素处理下单株荚数、单株粒数和百粒重两年平均提高了2.9%、0.8%和17.2%, 产量(单株粒重)平均提高了14.7%。

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    23. 大豆GmNRT1.2aGmNRT1.2b基因的克隆及功能探究
    李国纪, 朱林, 曹金山, 王幼宁
    作物学报    2020, 46 (7): 1025-1032.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94152
    摘要366)   HTML14)    PDF(pc) (1848KB)(176)    收藏

    拟南芥中硝酸盐的吸收、转运和分配是通过硝酸盐转运蛋白(nitrate transporter, NRT)实现的。尽管之前的生物信息学分析推测大豆GmNRT1.2s可能参与共生固氮过程, 但尚未开展相应的功能研究。本研究通过对其表达模式分析发现, GmNRT1.2aGmNRT1.2b分别在根和叶中高表达, 且受硝酸盐诱导, 在接种根瘤菌与结瘤因子(nod factors, NFs)后表达量明显升高。功能研究结果显示, 过表达GmNRT1.2aGmNRT1.2b后大豆根瘤数目显著增加。本研究为深入探究GmNRT1.2aGmNRT1.2b调控大豆共生固氮过程的分子机制提供了一定的数据支持。

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    24. 甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析
    黄小芳,毕楚韵,石媛媛,胡韵卓,周丽香,梁才晓,黄碧芳,许明,林世强,陈选阳
    作物学报    2020, 46 (8): 1195-1207.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94163
    摘要364)   HTML20)    PDF(pc) (1379KB)(154)    收藏

    NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类, 具有NBS (Nucleotide-binding site)和LRR (Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序, 但尚未注释, 本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测, 得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列, 在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明, 甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因, 占全基因组基因总数的0.212%, 其中N型亚家族120个, NL型103个, CNL型133个, TNL型22个, PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布, 但数量明显不同, 其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域, 在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。

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    25. 综合农艺管理对夏玉米叶片生长发育及内源激素含量的影响
    于宁宁,张吉旺,任佰朝,赵斌,刘鹏
    作物学报    2020, 46 (6): 960-967.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93050
    摘要362)   HTML22)    PDF(pc) (622KB)(395)    收藏

    叶片可直接反映玉米植株的营养状况, 是光合作用的主要场所, 与干物质积累和产量形成密切相关。本研究以郑单958 (ZD958)为试验材料, 以T1代表农民习惯处理; T2代表在T1的基础上, 增加种植密度, 推迟收获, 降低施肥量, 并优化施肥时期; T3代表在T2的基础上进一步增加种植密度和施肥量; T4代表在T3的基础上, 降低种植密度和施肥量; N代表施氮量处理, 设N0、N1、N2和N3分别为0、129.0、184.5和300.0 kg N hm -2, 研究综合农艺管理对夏玉米叶片生长及内源激素的调控作用。综合农艺管理措施包括优化耕作方式、种植密度、施肥量、施肥时期和收获时间等。结果表明, 施氮量不足导致IAA、ZR和GA3含量降低, ABA含量升高, 叶片SPAD值、叶面积指数(LAI)及比叶重均显著降低; 随施氮量的增加, 叶片IAA、ZR和GA3含量增加, ABA含量降低, LAI、SPAD和干物质积累量均显著增加。综合农艺管理处理可调节叶片内源激素含量, 其中T4处理IAA、ZR和GA3含量较T1处理分别高23.1%、9.8%和14.7%; ABA含量降低12.4%; 叶片LAI适宜, SPAD值增加4.2%, 最终单株干物质积累量增加12.6%。综合农艺管理在降低施氮量, 配合最佳的农艺管理方式下, 可调节内源激素含量, 增加叶片SPAD和比叶重, 有利于单株干物质积累, 这可能是促进夏玉米产量增加的重要原因之一。

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    26. 利用CRISPR/Cas9技术编辑水稻温敏不育基因TMS5
    陈日荣,周延彪,王黛君,赵新辉,唐晓丹,许世冲,唐倩莹,符星学,王凯,刘选明,杨远柱
    作物学报    2020, 46 (8): 1157-1165.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92059
    摘要361)   HTML26)    PDF(pc) (25179KB)(303)    收藏

    tms5是生产上应用最广泛的温敏不育基因。为创制新型水稻温敏核不育系, 利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将6个优异的粳稻和4个优异的籼稻的TMS5基因敲除, 获得了温敏核不育系。比较发现, 粳稻温敏不育系ZG75S、CYGS、YG0618S、ZG07S、T0361S、7679S的不育起点温度在28~32°C之间, 籼稻温敏核不育系2537S、6150S、6379S的不育起点温度在24~28°C之间, 而籼稻温敏核不育系1109S的不育起点温度低于23.5°C。说明不同遗传背景材料获得的tms5突变体的不育起点温度不一样, 通过TMS5的敲除可能获得不育起点温度较低的温敏核不育系。利用1109S与优质父本8048选配出优质高产杂交稻组合1109S/8048。大田试验表明, 1109S/8048比区试对照丰两优4号增产13.1%。温敏核不育系1109S及高产杂交稻组合1109S/8048的创制为高产育种提供了新的途径。

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    27. 甘蔗Rieske Fe/S蛋白前体基因ScPetC的克隆及表达分析
    郑清雷,余陈静,姚坤存,黄宁,阙友雄,凌辉,许莉萍
    作物学报    2020, 46 (6): 844-857.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94171
    摘要358)   HTML20)    PDF(pc) (6020KB)(123)    收藏

    细胞色素b6f复合体还原型铁硫蛋白前体(Cytochrome b6f complex Rieske Fe/S precursor protein, PetC)是由细胞核PetC基因编码的蛋白, 其成熟蛋白参与构成细胞色素b6f复合体, 是电子传递的重要元件。基于前期构建的受高粱花叶病毒(Sorghum mosaic virus, SrMV)侵染的甘蔗转录组数据库, 从主栽甘蔗品种‘新台糖22号’叶片中成功克隆到该基因, 并命名为ScPetC (GenBank登录号为MH333037.1)。生物信息学分析发现, ScPetC基因cDNA全长824 bp, 包含了一个678 bp的开放阅读框, 编码226个氨基酸。ScPetC属于PRK13473超家族, 其C末端具有典型的Rieske保守结构域; 蛋白理论等电点为8.19, 属于稳定的、亲水性蛋白; 二级结构多为无规则卷曲, 三级结构预测其比其他植物PetC多出一段α螺旋结构。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片瞬时表达中, ScPetC定位于叶绿体、细胞质和细胞膜。尽管前人研究表明, ScPetC的表达量会受SrMV侵染的影响, 不同于半夏(Pinellia ternata) PetC与大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus, SMV) P1蛋白之间的互作, ScPetC不能与SrMV-P1蛋白互作, 但能与甘蔗黄叶病毒(Sugarcane yellow leaf virus, SCYLV) P0蛋白互作。实时荧光定量PCR分析表明, ScPetC基因在甘蔗不同组织中均有表达, 但在叶片中的表达量最高。甘蔗受脱落酸胁迫3 h时, ScPetC表达量显著上调, 但是随着处理时间的延长, 表达受到抑制; 在茉莉酸甲酯、水杨酸、氯化铜、氯化镉和氯化钠胁迫下, ScPetC表达量均显著下调。本研究通过对ScPetC生物学功能、环境外源激素与重金属等胁迫下的表达模式及其与甘蔗病原病毒蛋白互作的初步探究, 增加了对甘蔗PetC的了解, 也为深入研究其在甘蔗受黄叶病毒侵染中的作用奠定基础。

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    28. 谷子PEPC基因的鉴定及其对非生物逆境的响应特性
    赵晋锋,杜艳伟,王高鸿,李颜方,赵根有,王振华,王玉文,余爱丽
    作物学报    2020, 46 (5): 700-711.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94107
    摘要339)   HTML12)    PDF(pc) (5266KB)(202)    收藏

    磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)是C4植物光合作用关键酶, 并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对, 从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似度很高, 序列非常保守, 都含有PEPC基因特征功能域PEPcase Motif。SiPEPC成员主要被定位在细胞质、细胞核和线粒体。在SiPEPC成员启动子序列中含大量有光、激素、逆境以及其他生长调控相关的顺式应答元件。苗期逆境qRT-PCR表达谱分析表明, 5个SiPEPC基因(SiPEPC1、SiPEPC2、SiPEPC3、SiPEPC5、SiPEPC6)不同程度受ABA、PEG、高盐和低温诱导表达, 表明其参与了苗期对非生物逆境的响应。5个SiPEPC基因表达量在正常生长条件下随着谷子的生长呈增强趋势, 且在不同生育时期干旱胁迫下明显增加, 表明其参与了拔节、抽穗、灌浆期的干旱胁迫应答。拔节期弱光可诱导5个SiPEPC基因的表达, 而在拔节期中等强度光照以及抽穗期和灌浆期的中等光照和弱光照下表达量均急剧降低, 揭示光照强度严重影响SiPEPC基因的表达。

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    29. 油菜感抗品种混播对根肿病防控效果的影响
    郭清云, 汪波, 蒯婕, 张椿雨, 李根泽, 康惠仙, 傅廷栋, 周广生
    作物学报    2020, 46 (5): 725-733.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94145
    摘要336)   HTML8)    PDF(pc) (272KB)(139)    收藏

    近年来, 油菜根肿病危害在我国呈蔓延趋势, 主要原因是化学防治成本高且效果差。实际生产中, 种植抗性品种是最经济、最有效的措施。不同抗感品种混播, 在保证产量稳定的前提下可减轻对病原菌小种的选择压, 从而稳定病原菌种群结构, 延长抗性品种使用寿命。本试验在安徽绩溪、云南临翔2个油菜根肿病严重发生区域, 选择2组互为近等基因系的感病、抗病的油菜品种, 按不同比例混播(感病、抗病比例分别为10:0、1:9、2:8、3:7和0:10), 在根肿病明显发生后调查发病率等指标。结果表明: 不同比例感病、抗病油菜品种混播均降低了根肿病发病率和病情指数, 并稳定油菜产量和品质; 且油菜发病株率随抗病品种的比例下降而升高, 但均低于理论发病率; 不同抗性组合间混播的相对防效(REM)均低于1, 且随着作物生育期的推迟呈现下降趋势。以上结果表明, 油菜感抗品种混播对根肿病有较好的防控效果。本研究主要在大田条件下明确了2组不同抗感近等基因组合混播对油菜根肿病的防治效果, 可为油菜根肿病防治提供思路和对策。

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    30. 黄淮海平原南部不同种植体系周年气候资源分配与利用特征研究
    周宝元,葛均筑,侯海鹏,孙雪芳,丁在松,李从锋,马玮,赵明
    作物学报    2020, 46 (6): 937-949.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93049
    摘要335)   HTML8)    PDF(pc) (528KB)(159)    收藏

    探明不同种植体系周年产量、气候资源分配及其利用效率特征, 建立周年气候资源优化配置的定量指标, 为进一步提升黄淮海区域周年产量潜力和资源利用效率提供理论依据。本研究利用2011—2015年河南新乡定位试验数据, 定量分析了冬小麦-夏玉米、冬小麦-夏大豆、双季玉米和一季春玉米4个种植体系产量、生物量、干物质产能、光温资源分配及其利用效率。结果表明, 冬小麦-夏玉米和双季玉米体系4年产量、生物量和干物质产能差异均不显著, 但显著高于冬小麦-夏大豆和一季春玉米体系, 平均增幅分别为45.4%~61.5%、37.3%~71.3%和35.7%~70.7%; 双季玉米和一季春玉米体系周年辐射生产效率、籽粒及总生物量光能利用效率均显著高于冬小麦-夏玉米和冬小麦-夏大豆体系, 其中周年辐射生产效率平均增幅为11.8%~66.7%, 籽粒及总生物量光能利用效率分别提高0.13~0.42和0.18~0.69百分点。进一步分析周年气候资源分配特征, 冬小麦-夏玉米体系两季积温分配率分别为45.6%和54.4%, 积温比值为0.8, 双季玉米两季积温分配率为51.4%和48.6%, 积温比值为1.1。综合分析产量和资源利用效率, 冬小麦-夏玉米和双季玉米种植体系可作为黄淮海区种植模式优化布局和农业生产可持续发展的重要支撑, 而明确主要种植体系积温分配率和积温比值等定量指标可为进一步优化周年气候资源配置, 挖掘黄淮海两熟区周年产量潜力和资源利用效率提供重要参考。

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    31. 作物对大气CO2浓度升高生理响应研究进展
    李彦生, 金剑, 刘晓冰
    作物学报    2020, 46 (12): 1819-1830.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.02027
    摘要335)   HTML40)    PDF(pc) (1292KB)(479)    收藏

    全球大气二氧化碳(CO2)浓度不断升高对农业生产带来巨大影响。二氧化碳是作物光合作用的底物, 其浓度的升高理论上有利于作物光合作用能力的提高, 从而促进作物生物量和产量的形成。但已有研究表明, 大气CO2浓度升高对作物产量的促进作用小于预期, 同时还存在使作物营养品质变劣的风险, 相关机制尚不清楚。为此, 本文从植物(作物)叶片对CO2的吸收和固定生理基础入手, 综述了不同类型作物关键光合生理指标如: 净光合速率、叶片胞间CO2浓度、Rubisco酶最大羧化速率及Rubp再生速率等对大气CO2浓度的响应差异。以作物整株水平碳-氮代谢平衡为基础, 总结了解释光合适应现象的2种主要假说,即“源-库”调节机制和N素抑制机制。综述了大气CO2浓度升高对不同作物籽粒蛋白质、脂肪、矿质元素和维生素等关键营养指标浓度的影响。分析了未来大气CO2浓度和温度升高的交互作用对作物生产所带来的潜在影响。展望了本领域未来需要关注的主要研究方向。该综述可以为准确评估未来气候条件下作物产量和品质变化, 最大发挥大气CO2浓度升高所带来的“肥料效应”, 减缓气候变化对作物生产带来的不利影响提供理论参考。

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    32. 两个不同籽粒硬度小麦的比较蛋白组学分析
    刘培勋,马小飞,万洪深,郑建敏,罗江陶,蒲宗君
    作物学报    2020, 46 (8): 1275-1282.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91068
    摘要331)   HTML15)    PDF(pc) (636KB)(314)    收藏

    小麦是全球种植面积最大粮食作物, 为全球45亿人提供日常蛋白和能量摄入的20%。弄清小麦籽粒硬度遗传基础, 对于改良小麦品质具有重大意义。为探讨不同硬度小麦种子的分子基础, 本实验选用西南麦区2个硬度差异极显著的小麦品种川麦66和蜀麦969, 从蛋白水平上分析其种子蛋白差异表达情况, 利用TMT定量蛋白质组学技术(tandem mass tags)结合生物信息学分析, 分析差异表达的蛋白及其功能和通路等富集情况。结果表明, 鉴定并定量了有效蛋白6020个, 其中显著差异表达蛋白113个, 在软质麦川麦66中上调表达的69个, 下调表达的44个。差异蛋白GO富集分析共富集到65个GO条目, 达到极显著富集水平的包括生物过程的1个条目、细胞组成的1个条目和分子功能的6个条目。推测营养库活性类蛋白、酶抑制剂活性类蛋白和谷胱甘肽代谢途径类蛋白可能参与小麦籽粒硬度形成。籽粒硬度相关蛋白可能主要分布于细胞胞外区, 具有防御作用。从系统发育分析推测, puroindolines蛋白及其同源蛋白, 可能既作为小麦籽粒贮藏蛋白, 同时还能作为酶抑制剂调控籽粒发育。本研究为进一步探索小麦籽粒硬度遗传机制提供了参考。

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    33. OsRPK1基因过表达和RNA干涉对水稻苗期耐盐性的影响
    李晶岚,陈鑫欣,石翠翠,刘方惠,孙静,葛荣朝
    作物学报    2020, 46 (8): 1217-1224.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92060
    摘要325)   HTML17)    PDF(pc) (2560KB)(182)    收藏

    水稻OsRPK1基因属于富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶, 在盐胁迫下其表达量暂时升高后出现明显下降。前期研究表明, OsRPK1基因过表达会造成拟南芥非生物胁迫耐受性明显降低。本研究对OsRPK1基因在水稻中实现过表达和RNA干涉, 进而对OsRPK1的抗逆性功能加以探究。结果表明, OsRPK1基因表达量增加时, 水稻幼苗表现为耐盐性下降; RNA干涉则使水稻幼苗表现为耐盐性增加。盐胁迫后OsRPK1过表达植株脯氨酸含量低于野生型、MDA含量和相对电导率显著高于野生型, 而OsRPK1-RNAi水稻植株的脯氨酸含量显著高于野生型、MDA含量和相对电导率显著低于野生型。因此, OsRPK1基因的表达量对水稻耐盐性具有明显影响, 脯氨酸含量及细胞质膜受破损程度的改变可能是造成转基因水稻耐盐性变化的内在原因。本研究为进一步阐明OsRPK1基因的抗逆作用机制奠定了基础, 对于通过调整该基因表达改良水稻的耐盐性具有重要意义。

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    34. 兼容型maizeSNP384标记筛选与玉米杂交种DNA指纹图谱构建
    田红丽, 杨扬, 王璐, 王蕊, 易红梅, 许理文, 张云龙, 葛建镕, 王凤格, 赵久然
    作物学报    2020, 46 (7): 1006-1015.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93048
    摘要324)   HTML7)    PDF(pc) (3898KB)(89)    收藏

    为加强玉米品种管理和知识产权保护, 评估确定了一套兼容多技术平台, 适于玉米分子鉴定的SNP位点组合, 该组合包含384个位点; 构建了335个玉米杂交种SNP-DNA指纹, 并针对位点和样品从各个角度进行分析。384个位点全部分布在基因内区域, 显示了较好的多态性; MAF、PIC、DP平均值分别为0.39、0.36、0.60, 384个位点中88%的位点MAF值高于0.30, 98%的位点PIC值高于0.30, 98%的位点DP值高于0.50。对335个玉米杂交种进行遗传相似系数两两比较, GD (1 - Nei遗传距离)的变异范围为0.60~0.99, GD≥0.98、0.95、0.90者分别占比0.10%、0.38%、1.40%; GS (相同等位基因比)的变异范围为0.50~0.99, GS≥0.98、0.95、0.90者分别占比0.03%、0.11%、0.35%。从384个位点中抽取最优位点组合, 12个位点组合时品种识别率为0.99, 20个位点组合能够识别335个品种。综上所述, 本研究报道的384个核心SNP位点具有兼容多平台、高稳定性、高重复性、高品种区分能力, 利用核心位点构建了335个玉米杂交种SNP-DNA指纹, 为玉米品种分子鉴定、指纹数据构建以及分子育种提供了关键数据支撑。

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    35. 江苏和东北粳稻稻米理化特性及WxOsSSIIa基因序列分析
    赵春芳,岳红亮,田铮,顾明超,赵凌,赵庆勇,朱镇,陈涛,周丽慧,姚姝,梁文化,路凯,张亚东,王才林
    作物学报    2020, 46 (6): 878-888.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92043
    摘要323)   HTML14)    PDF(pc) (780KB)(188)    收藏

    依据地理来源和直链淀粉含量将87份供试粳稻品种(系)划分为江苏普通粳稻、东北粳稻和江苏半糯粳稻3种类型, 系统比较了稻米理化性状及淀粉合成主效基因WxOsSSIIa序列的差异, 以探究其食味品质特征及其形成的分子基础。与东北粳稻相比, 江苏普通粳稻的直链淀粉含量偏低, 蛋白质含量和糊化温度偏高, 而胶稠度和RVA谱特征值相当。与江苏普通粳稻和东北粳稻相比, 江苏半糯粳稻具有较低的直链淀粉含量、较大的胶稠度及独特的RVA谱特征。大多数性状变异系数在3种类型粳稻中均较小, 仅消减值变异系数较大, 说明品种(系)间的稻米回生性存在较大差异而其他性状较为一致。各性状间的相关性在3种类型粳稻中表现不尽相同, 说明地理来源和品种特性影响食味品质性状间的相关程度。聚类分析将87份粳稻分为4个类群, 江苏普通粳稻与东北粳稻主要分布于类群I和II, 且品种间相互交错; 类群III由2个江苏普通粳稻品系和1个江苏半糯粳稻(徐稻9号)组成, 多数性状值位于普通粳稻与半糯粳稻之间; 类群IV中均为江苏半糯粳稻。序列分析表明江苏普通粳稻和东北粳稻中Wx b基因无序列差异, 而江苏半糯粳稻在Wx b第4外显子上发生G/A替换, 属Wx mp等位基因型; 江苏省部分粳稻品种(系)携带OsSSIIa(G-GC)等位基因, 从而导致高糊化温度。

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    36. 不同光温条件谷子光温互作模式研究及SiCCT基因表达分析
    贾小平,袁玺垒,李剑峰,王永芳,张小梅,张博,全建章,董志平
    作物学报    2020, 46 (7): 1052-1062.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94144
    摘要322)   HTML15)    PDF(pc) (1313KB)(137)    收藏

    光周期和温度是影响作物生长发育、生态适应性和产量的2个重要环境因素, 揭示光温互作对作物生长发育的效应及其分子机制对育种实践和理论研究具有重要意义。本研究设置长日照高温、长日照低温、短日照高温、短日照低温4个光温处理, 调查‘黄毛谷’抽穗期、株高、叶片数和穗长。结果表明, 光周期对谷子的发育起关键作用, 温度的改变不影响长日照比短日照延迟谷子生殖生长的效应, 温度的作用随光周期的不同而异, 短日照条件下, 高温缩短谷子营养生长期而低温延长营养生长期, 长日照条件下则相反; 对谷子生殖生长的促进作用是短日照高温>短日照低温>长日照低温>长日照高温。利用RT-PCR技术从‘黄毛谷’叶片克隆了一个CCT结构域基因(SiCCT), 该基因编码286个氨基酸, 属于CMF亚家族成员, 基于CCT域基因氨基酸序列的系统进化分析, 谷子与高粱、玉米亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析发现, SiCCT基因在‘黄毛谷’叶片中高表达, 其次为幼穗和叶鞘; 长日照、短日照处理SiCCT基因均表现24 h昼夜节律性特点, 短日照七叶期表达水平最高, 八叶期(抽穗)及穗后表达迅速降低, 长日照七叶至十叶期‘黄毛谷’处于营养生长期, SiCCT基因维持较高表达水平; 无论高温低温, 长日照条件下SiCCT基因在各叶期表达量整体高于短日照处理, 长日照条件下低温处理SiCCT基因的相对表达量明显低于高温处理, SiCCT基因的总体表达量与‘黄毛谷’营养生长期存在正相关。总之SiCCT基因受光周期调控, 同时也受温度调控, 因而推测SiCCT基因参与了光周期途径和感温性途径, 并通过二者互作调控谷子营养生长和生殖生长的全过程。

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    37. 甘蓝型油菜BnMAPK1的原核表达、亚细胞定位及酵母双杂交文库筛选
    王珍, 姚梦楠, 张晓莉, 曲存民, 卢坤, 李加纳, 梁颖
    作物学报    2020, 46 (9): 1312-1321.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.04019
    摘要322)   HTML18)    PDF(pc) (6279KB)(106)    收藏

    植物的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinases, MAPKs)级联是生长进程中多种信号跨膜传递的共同通路, 它可以将外源刺激转入细胞内并引发细胞应答。目前C族MAPKs在甘蓝型油菜中的研究报道还很有限。本研究通过1个甘蓝型油菜的C族BnMAPK1基因的生物学进程聚类分析发现, BnMAPK1可能参与蛋白磷酸化、生长素介导的信号途径、逆境应答、细胞周期及转录等过程。BnMAPK1具有369个氨基酸残基, 其相对分子质量约为42.5 kD, 其可溶性蛋白可在原核系统中被诱导表达。BnMAPK1的亚细胞定位结果显示, BnMAPK1主要在细胞核内表达。Bait质粒pGBKT7-BnMAPK1在酵母双杂交系统中无毒性及自激活活性。为深入研究BnMAPK1蛋白参与的生物学进程, 从甘蓝型油菜中油821苗期根、茎、叶中分别提取总RNA, 分离得到mRNA, 利用SMART技术合成并纯化双链cDNA后建立甘蓝型油菜混合cDNA文库。以共转化法筛选与BnMAPK1相互作用的蛋白, 对其分析与鉴定显示, BnMAPK1在生长发育、非生物及生物逆境、转录、蛋白合成及代谢、翻译及翻译后修饰等过程中起作用。研究结果为MAPKs级联, 尤其是C族MAPKs的研究提供了新的视野, 为甘蓝型油菜抗性的机理研究及分子育种奠定了重要的理论依据。

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    38. 不同时期干旱胁迫对甘薯生长和渗透调节能力的影响
    张海燕, 汪宝卿, 冯向阳, 李广亮, 解备涛, 董顺旭, 段文学, 张立明
    作物学报    2020, 46 (11): 1760-1770.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.04079
    摘要316)   HTML26)    PDF(pc) (545KB)(322)    收藏

    在人工控水条件下, 以抗旱品种济薯21和不抗旱品种济紫薯1号为试验材料,每个品种设全生育期正常灌水(WW, 对照)、发根分枝期干旱胁迫(DS1)、蔓薯并长期干旱胁迫(DS2)、快速膨大期干旱胁迫(DS3) 4个水分处理,研究不同时期干旱胁迫对甘薯生长和渗透调节能力的影响。结果表明,干旱胁迫导致甘薯鲜薯产量显著下降,不同时期干旱胁迫比较,以发根分枝期干旱胁迫(DS1)下降幅度最大,品种间比较,以不抗旱品种下降幅度最大。从3年平均数据来看, DS1处理, 济薯21和济紫薯1号的鲜薯产量分别比对照降低28.59%和38.77%; DS2处理分别比对照降低25.20%和33.50%; DS3处理分别比对照降低14.55%和19.56%。干旱胁迫导致甘薯生物量显著下降,栽后100d,DS1、DS2、DS3的地上部生物量与对照相比,济薯21分别降低32.68%、20.79%、11.72%,济紫薯1号分别降低46.45%、31.89%、18.43%;地下部生物量与对照相比,济薯21分别降低37.69%、25.86%、10.67%,济紫薯1号分别降低54.34%、33.48%、14.20%。干旱胁迫条件下,甘薯功能叶相对含水量下降,功能叶、纤维根和块根中的可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸总量和脯氨酸等渗透调节物质含量均上升, 干旱胁迫时间越早,下降或升高的幅度越大。前期干旱胁迫对渗透调节能力的影响无法在复水后得到有效恢复,而后期干旱胁迫对渗透调节能力的影响可在复水后恢复到对照水平。

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    39. 抗褐变马铃薯品种(系)鉴定与筛选
    陈明俊,舒启琼,徐建飞,罗小波,雷尊国,金黎平,李飞
    作物学报    2020, 46 (8): 1208-1216.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94183
    摘要314)   HTML5)    PDF(pc) (4221KB)(116)    收藏

    马铃薯块茎易受到损伤引发褐变, 褐变会对其营养、感官品质和安全性造成影响。不同马铃薯品种材料抗褐变能力存在差异, 本研究拟测定27份不同马铃薯种质材料的多酚氧化酶活性、褐变强度、褐变指数和煮后褐变4个褐变相关指标, 综合分析以实现对不同马铃薯品种(系)抗褐变能力的鉴定与筛选。结果表明, 27份材料可分为4种类型, 第1类高抗褐变, 包括09306-82和13041-52, 它们4项指标均能满足抗褐变材料的要求; 第2类抗褐变材料, 包括延薯4号、Q8、12-1、春薯3号、19-1、14018-142、大西洋、龙薯12号、威芋5号、丽薯6号、春薯5号和早大白, 它们的褐变相关指标存在个别明显不足; 第3类中度褐变材料, 包括09001-136、中薯5号、龙薯4号、东农310、青薯9号、15-1、云薯505、BF006、闽薯1号和黔芋8号, 其抗褐变能力弱; 第4类是易褐变材料, 包括春薯6号和费乌瑞它, 它们不具有抗褐变能力或抗褐变能力非常差。筛选的高抗褐变和抗褐变品种(系)可以作为鲜食抗褐变马铃薯育种材料, 为马铃薯净菜加工提供品种支撑, 易褐变材料可用于马铃薯褐变机制的基础性研究。

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    40. 大豆分枝数相关分子标记开发及qBN-18位点精细定位
    吴海涛, 张勇, 苏伯鸿, Lamlom F Sobhi, 邱丽娟
    作物学报    2020, 46 (11): 1667-1677.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.04043
    摘要311)   HTML26)    PDF(pc) (1228KB)(206)    收藏

    分枝数是影响大豆产量的重要因素之一, 与植株结荚率直接相关; 同时也是决定大豆株型的重要组成因子, 并通过调节群体结构、种植密度等进一步影响产量。目前关于大豆分枝数QTL (quantitative trait loci)精细定位与图位克隆的报道极少。因此, 发掘参与调控大豆分枝的基因/QTL对于株型建成的基础研究和高产品种培育的应用研究都具有重要意义。本研究在少分枝品种垦丰19 (KF19)与多分枝品种垦农24 (KN24)组合F2的基础上, 培育出由606个株系组成的F7:8重组自交系(recombinant inbred lines, RIL)群体, 以及由1486个单株KF19-BC3F2和1150个单株KN24-BC2F2组成的2个回交群体。在18号染色体分枝数QTL新位点(qBN-18)的定位区间内筛选出多态性SSR标记11个, 利用RIL群体将qBN-18的定位区间由1.6 Mb缩小到113 kb。在定位区间内开发了2个InDel标记BR69与BR77。进一步利用回交群体筛选交换单株, 将qBN-18定位区间缩小到63.7 kb, 包括9个基因。本研究结果为大豆分枝数的基因图位克隆及分子标记辅助育种创造了条件。

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主管:中国科学技术协会
主办:中国作物学会
   中国农业科学院作物科学研究所
   中国科技出版传媒股份有限公司
出版:科学出版社
主编:万建民
副主编:陈晓亚 杨建昌 张献龙 王建康
    徐明良 刘春明 王道文 孙传清
    丁艳锋 金危危 储成才 程维红
编辑部主任: 程维红
国内统一刊号:CN 11-1809/S
国际标准刊号:ISSN 0496-3490
国内邮发代号:82-336

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  • 2013年创刊
  • SCIE 收录
  • ScienceDirect上开放获取

主编:万建民
CN 10-1112/S
ISSN 2095-5421, 2214-5141(online)
在线出版:
https://www.sciencedirect.com/journal/the-crop-journal
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