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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1388)   HTML25)    PDF(pc) (15210KB)(234)    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580)   HTML107)    PDF(pc) (4569KB)(499)    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. 小麦-黑麦6RS/6AL易位染色体的遗传稳定性及其在配子中的传递
    李庆成,黄磊,李亚洲,范超兰,谢蝶,赵来宾,张舒洁,陈雪姣,甯顺腙,袁中伟,张连全,刘登才,郝明
    作物学报    2020, 46 (4): 513-519.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91051
    摘要552)   HTML16)    PDF(pc) (1915KB)(132)    收藏

    小麦-黑麦6RS/6AL易位系HM812-41携带抗白粉病基因Pm56。为评价其育种利用潜力, 以HM812-41为亲本分别与推广品种蜀麦580、蜀麦830和蜀麦969杂交, 杂种F1与中国春进行正反交, 研究6RS/6AL易位染色体在不同背景中的遗传稳定性及其通过雌雄配子的传递规律。同时, 利用“双顶交”法改良易位系的综合农艺性状。基因组原位杂交结果表明, 6RS/6AL易位染色体在传递过程中结构稳定。6RS/6AL易位染色体可以高频率地通过雌、雄配子传递, 其传递率分别为45.05%~53.33%和43.94%~53.04%。初步分析“双顶交”F2分离群体表明, 6RS/6AL易位染色体对主要农艺性状如株高、穗长、小穗数和自交结实率没有明显的不利影响。用“双顶交”法可以快速地改良易位系的综合农艺性状。

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    4. 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525)   HTML49)    PDF(pc) (2510KB)(332)    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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    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505)   HTML100)    PDF(pc) (2376KB)(508)    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. 小麦品种扬麦16赤霉病抗扩展QTL定位及分析
    胡文静,张勇,陆成彬,王凤菊,刘金栋,蒋正宁,王金平,朱展望,徐小婷,郝元峰,何中虎,高德荣
    作物学报    2020, 46 (02): 157-165.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91048
    摘要467)   HTML75)    PDF(pc) (2398KB)(415)    收藏

    扬麦系列品种赤霉病抗性在世界范围内得到重视, 但其抗性遗传机制尚不清楚。扬麦16是近年来大面积推广的抗赤霉病品种, 本研究以扬麦16与中麦895杂交构建的174个双单倍体(double haploid lines, DH)系为材料, 于2017—2019年连续3年对该群体采用单花滴注进行赤霉病抗扩展鉴定。利用660K SNP芯片构建高密度遗传图谱, 共检测到6个抗性QTL, 分别位于2DL、3BL、4BS、4DS、5BL和6AS染色体上。除4BS位点外, 其他5个抗性等位基因均来源于扬麦16。QFhb.yaas-4DSQFhb.yaas-6AS均在多年被检测到, 可解释8.8%~15.0%的表型变异; QFhb.yaas-2DLQFhb.yaas-3BL仅在1年被检测到, 分别解释10.5%和14.7%的表型变异; QFhb.yaas-5BL和来源于中麦895的QFhb.yaas-4BS仅在1年被检测到且效应仅为6.4%和8.3%。QTL效应分析结果表明, 相较于单个位点, 多个抗性QTL的聚合可显著降低赤霉病严重度。扬麦16抗赤霉病QTL将为揭示扬麦品种抗性遗传机制及开发相应分子标记奠定基础。

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    7. 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456)   HTML18)    PDF(pc) (1659KB)(291)    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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    8. 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446)   HTML39)    PDF(pc) (5451KB)(226)    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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    9. 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435)   HTML62)    PDF(pc) (3059KB)(347)    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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    10. 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433)   HTML40)    PDF(pc) (3639KB)(233)    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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    11. 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415)   HTML16)    PDF(pc) (854KB)(453)    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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    12. 基于SNP标记揭示我国小麦品种(系)的遗传多样性
    刘易科,朱展望,陈泠,邹娟,佟汉文,朱光,何伟杰,张宇庆,高春保
    作物学报    2020, 46 (02): 307-314.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91039
    摘要411)   HTML10)    PDF(pc) (1629KB)(204)    收藏

    为了解我国主要小麦品种(系)的遗传多样性, 为亲本组配提供参考, 利用90K SNP芯片技术对国内为主的240个小麦品种(系)进行全基因组扫描, 分析其遗传多样性和遗传基础。结果表明, 多态性SNP位点在B基因组最多, D基因组最最少, 尤其4D上最少; 在全基因组范围内PIC平均值为0.26。参试品种间平均遗传相似系数为0.656, 变幅为0.133~0.998, 且87.05%品种间遗传相似系数在0.60~0.78之间; 国内西南麦区和长江中下游麦区小麦品种(系)间的平均相似系数较高, 分别为0.718和0.712, 国外品种(系)间的相似系数最低, 为0.552。聚类分析将参试品种(系)划分为7个类群, 大部分类群含有来自不同区域育成品种(系), 主成分分析显示各区域育成的品种(系)相互交集, 表明我国各省市间种质资源交流较为频繁, 但部分单位育成的品种(系)遗传基础不够丰富, 部分品种(系)间遗传相似性较高, 在育种中亟待引入新的种质, 拓宽遗传基础。

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    13. 基于QTL定位和全基因组关联分析筛选甘蓝型油菜株高和一次有效分枝高度的候选基因
    霍强,杨鸿,陈志友,荐红举,曲存民,卢坤,李加纳
    作物学报    2020, 46 (02): 214-227.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94067
    摘要394)   HTML12)    PDF(pc) (7210KB)(202)    收藏

    株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状, 有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)已有很多报道, 但对一次有效分枝高度的QTL和GWAS定位以及候选基因筛选的研究报道较少。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对2016和2017年2个环境的186个株系组成的重组自交系群体株高和一次有效分枝高度及其最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction, BLUP)值进行QTL定位共检测到8个株高的QTL, 分别位于A03、A04和A09染色体, 单个QTL解释4.60%~13.29%的表型变异, 其中位于A04染色体上的QTL (q-2017PH-A04-2和q-BLUP-PH-A04-2)在2017年和BLUP中均被检测到; 检测到9个一次有效分枝高度QTL, 分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上, 单个QTL解释5.12%~19.10%的表型变异, 其中q-2017BH-A09-1、q-BLUP-BH-A09-2和q-BLUP-BH-A09-3有重叠区段。同时, 利用课题组前期完成的588份重测序自然群体进行全基因组关联分析, 2年共检测到与株高显著关联的50个SNP位点和与一次有效分枝高度显著关联的12个SNP位点; 根据SNP的物理位置, 筛选出参与细胞增殖、细胞扩增、细胞周期和细胞壁活动的13个株高候选基因, 以及参与赤霉素、亚精胺等合成代谢途径、核糖体组成和在光合、萌发等过程中有一定作用的一次分枝高度的11个候选基因, 并利用荧光定量PCR技术验证候选基因在极端材料中的表达情况。本研究结果将为油菜株型改良及后续基因的功能研究提供理论依据。

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    14. 小麦重要产量性状的主基因+多基因混合遗传分析
    解松峰,吉万全,张耀元,张俊杰,胡卫国,李俊,王长有,张宏,陈春环
    作物学报    2020, 46 (3): 365-384.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91044
    摘要394)   HTML16)    PDF(pc) (2720KB)(138)    收藏

    以单株产量等为代表的重要性状是选育小麦高产良种的主攻目标性状, 分析小麦重要产量性状的数量遗传特性, 为深入研究其遗传机制提供依据。本研究选用品冬34为母本(P1)和BARRAN为父本(P2)配置杂交组合, 在2年4个环境下应用主基因+多基因混合遗传模型方法对该组合单世代(P1、P2、RIL7:8、RIL8:9)单株产量、千粒重、株高、穗下节间长、旗叶上节间长和分蘖数进行遗传及相关分析。结果表明, 除千粒重和分蘖数外, 其余性状间均显著或极显著相关, 穗下节间长与旗叶上节间长平均相关系数达0.91 (P≤0.001)。最优遗传模型对于单株产量是4对加性上位性主基因+多基因遗传模型, 其主基因加性效应值分别为3.78、2.89、-6.18和0.15, 多基因遗传率为86.23%; 对于千粒重是2对互补作用主基因+加性效应多基因混合遗传模型, 多基因加性效应值是22.37, 主基因遗传率为66.96%, 多基因遗传率为28.25%; 对于株高是2对累积作用主基因+加性作用多基因混合遗传模型, 控制株高的第1对主基因加性效应值是5.15, 加性×加性上位性互作效应值为-9.66, 多基因加性效应值为-9.31, 主基因遗传率为58.57%, 多基因遗传率为39.71%; 对于穗下节间长和旗叶上节间长均是加性-上位性多基因遗传模型, 其主基因遗传率分别为97.65%和99.14%; 对于分蘖数是加性-上位性多基因混合遗传模型, 主基因遗传率为78.89%, 多基因遗传率为19.87%。这些性状在多个环境下主要受主基因+多基因混合遗传控制。在选育优良品系的过程中, 要兼顾适应生态环境条件的重要表现, 进一步为筛选与目标性状紧密连锁标记及推进分子标记辅助选择提供理论依据。

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    15. 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383)   HTML11)    PDF(pc) (2485KB)(212)    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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    16. 水稻光温敏核不育基因tms5pms3的互作效应
    王芳权,范方军,夏士健,宗寿余,郑天清,王军,李文奇,许扬,陈智慧,蒋彦婕,陶亚军,仲维功,杨杰
    作物学报    2020, 46 (3): 317-329.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92036
    摘要382)   HTML22)    PDF(pc) (2299KB)(224)    收藏

    tms5pms3是水稻的光温敏核不育基因, 其功能位点已经明确, 然而它们在两系不育系中的效应尚不清楚。本研究针对tms5pms3基因功能位点, 分别设计了功能标记AS-TMS5和CAPS-PMS3。经鉴定发现, 这2个功能标记能准确区分不育、可育性状对应的隐性纯合、杂合和显性纯合3种基因型。利用AS-TMS5和CAPS-PMS3对培矮64S/9311、广占63S/湘恢47和粤光S/宁恢108的F2群体单株的基因型及育性的关系分析发现, tms5基因是广占63S和粤光S控制光温敏不育性状的主效基因, 而pms3基因在培矮64S和粤光S中并不能独立起作用, 还需要与其他基因共同调控。进一步分析粤光S/宁恢108的F2:3群体基因型与育性的关系, 发现在粤光S/宁恢108背景下, 携带pms3基因的株系几乎都表现可育, 而携带tms5基因的株系在较高气温条件下表现不育, 但育性转换温度可能较高; 而携带tms5pms3基因的株系育性转换温度比仅携带tms5基因的株系低, 这为聚合2个基因选育不育性状稳定的光温敏不育系提供了思路和方法。

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    17. 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370)   HTML46)    PDF(pc) (298KB)(258)    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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    18. 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364)   HTML16)    PDF(pc) (5837KB)(221)    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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    19. 水肥“三匀”技术对水稻水、氮利用效率的影响
    杨志远,李娜,马鹏,严田蓉,何艳,蒋明金,吕腾飞,李郁,郭翔,胡蓉,郭长春,孙永健,马均
    作物学报    2020, 46 (3): 408-422.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.92027
    摘要362)   HTML5)    PDF(pc) (999KB)(183)    收藏

    本研究通过3个裂区试验探究水肥“三匀”技术对水稻水、氮利用效率的影响。试验1和试验2土壤基础肥力不同, 处理一致, 主区为氮高效品种德香4103和氮低效品种宜香3724, 副区为农民习惯施肥模式(farmer’s usual management, FU)、水肥耦合模式(nitrogen-water coupling management, NWC)、水肥“三匀”模式(methodical nitrogen- water distribution management, MNWD, 采用灌溉水和氮肥投入增频减量一体化的方式), 以各自不施氮肥为对照; 试验3主区为氮高效品种德香4103、F优498及氮低效品种宜香3724、川优6203, 副区为FU、NWC及MNWD。结果表明, MNWD施氮量较NMC和FU降低20%, 灌溉水较NMC减少20%~25%, 较FU减少42%~48%。MNWD茎蘖缓升缓降, 成穗率较高, 与NWC和FU相比, 其花前物质转运量较低, 但花后光合产物积累多, 与NWC产量差异不显著, 较FU平均增产8.77%~14.18%。相关分析显示, 10~20 cm及20~30 cm土层稻株根干重与氮肥回收率、氮肥农学利用率、灌溉水生产效率及水分生产效率显著正相关, MNWD水稻根量大, 分布于10 cm以下土层的根系发达, 利于水氮利用效率提高。与NWC和FU相比, MNWD氮肥回收率平均提高8.07%~11.99%和20.72%~30.78%, 农学利用率平均提高17.44%~27.38%和96.47%~101.42%, 灌溉水生产效率平均提高23.34%~36.67%和76.54%~117.38%, 水分生产效率平均提高8.41%~17.66%和32.23%~65.29%。

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    20. 增密减氮对棉花干物质和氮素积累分配及产量的影响
    王士红,杨中旭,史加亮,李海涛,宋宪亮,孙学振
    作物学报    2020, 46 (3): 395-407.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94074
    摘要361)   HTML7)    PDF(pc) (578KB)(420)    收藏

    为了探讨种植密度和施氮量对棉花干物质与氮素积累分配及产量的影响。本研究以聊棉6号为试验材料, 设置5.25、6.75和8.25万株 hm -2(D5.25、D6.75、D8.25) 3个种植密度, 0、105、210、315和420 kg hm -2(N0、N105、N210、N315、N420) 5个施氮量, 研究增密减氮对棉花干物质积累与分配、氮素积累与分配、产量及其构成因素的影响。结果表明, 与D5.25相比, D6.75、D8.25条件下棉花干物质积累量显著升高, 2016年提高了17.6%、28.7%, 2017年提高了12.6%、20.9%。与N0相比, 施氮肥后干物质积累量随施氮量的增加显著升高, 2016年各施氮处理分别提高了4.5%、11.1%、13.7%、16.3%, 2017年提高了3.6%、13.5%、15.3%、19.8%。棉花氮素吸收与干物质积累动态曲线均符合 Logistic 模型, 2年间棉株氮素最大累积量(Ym)均在D8.25N420处理下获得, 与平均值相比, 棉株氮素最大累积量分别提高了17.3%和23.8%、快速累积持续时间(T)延长了5.2%和9.9%、最大累积速率(Vm)提升11.5%和13.8%, 氮素快速积累期起始时期(t1)比干物质积累分别提早了4.1 d和6.4 d。2016年D5.25N315、D6.75N210、D6.75N105和2017年D5.25N315、D6.75N210处理的棉花产量显著高于其他处理。种植密度和施氮量的互作效应对棉花产量的影响显著, 增密减氮可以获得高产, 推荐本地区棉花种植密度从常规的5.25万株 hm -2增加到6.75万株 hm -2, 施氮量从常规的300 kg hm -2第一年减少为105 kg hm -2, 第二年减少为210 kg hm -2

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    21. 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360)   HTML33)    PDF(pc) (4156KB)(448)    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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    22. 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352)   HTML34)    PDF(pc) (269KB)(225)    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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    23. 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349)   HTML31)    PDF(pc) (1990KB)(149)    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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    24. 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341)   HTML28)    PDF(pc) (1853KB)(158)    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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    25. 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337)   HTML8)    PDF(pc) (450KB)(327)    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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    26. 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334)   HTML9)    PDF(pc) (327KB)(275)    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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    27. 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334)   HTML7)    PDF(pc) (512KB)(211)    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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    28. 利用EST-SSR标记评价羽扇豆属(Lupinus L.)遗传多样性
    张红岩,杨涛,刘荣,晋芳,张力科,于海天,胡锦国,杨峰,王栋,何玉华,宗绪晓
    作物学报    2020, 46 (3): 330-340.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94077
    摘要334)   HTML19)    PDF(pc) (3199KB)(142)    收藏

    利用基于窄叶羽扇豆转录组开发并筛选出的95对多态性EST-SSR标记, 对羽扇豆属的22个种133份资源进行全基因组扫描, 初步探究羽扇豆属下种间的进化关系, 分析来源于”旧世界”羽扇豆种间的遗传多样性, 为羽扇豆优异资源的挖掘和创新利用提供理论依据。结果表明, 用95对SSR标记共检测出1318个等位变异, 每对标记平均检测出3~37个等位变异, 平均为13.87个; 多态性信息量(PIC)变化范围0.39~0.91, 平均为0.75; 基因多样性变化范围0.41~0.92, 平均为0.78。基于邻接法(NJ)的系统发育初步探究了羽扇豆种间的进化关系, 22个羽扇豆种分别来源于”旧世界”和”新世界”, 与之前研究结果相对一致。聚类分析、群体结构分析和主成分分析结果均表明, 来源于”旧世界”的7个羽扇豆种被划分为4个组群, 各组群所包含的参试资源没有种间交叉重叠。

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    29. 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332)   HTML22)    PDF(pc) (622KB)(385)    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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    30. 江苏省优质软麦品种品质特性与饼干加工品质的关系
    张平平,姚金保,王化敦,宋桂成,姜朋,张鹏,马鸿翔
    作物学报    2020, 46 (4): 491-502.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91050
    摘要320)   HTML12)    PDF(pc) (645KB)(126)    收藏

    明确软麦品种在大田生产中的品质表现和品质育种筛选指标, 对于优质生产及提高育种效率具有重要意义。选用江苏淮南麦区15份优质软麦品种(系), 鉴定其高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成, 开展3个试验点次的大田种植, 分析了小麦样本的籽粒硬度、灰分含量、蛋白质含量和质量参数、粉质仪参数、揉面仪参数、溶剂保持力、贮藏蛋白组分含量参数、黏度仪参数等品质性状和饼干加工品质。结果表明, 不同类型的品质参数受基因型和环境的影响不同。所有样本的蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间均不达国标(GB/T 17320-2013、GB/T 17893-1999), 部分品种(系)的沉淀值达标, 所有样本的籽粒硬度和吸水率全部达标。相关性分析表明, 籽粒硬度、灰分含量和黏度仪参数与饼干加工品质无显著相关性。沉淀值、粉质仪吸水率、粉质仪稳定时间、揉面仪峰值时间、揉面仪衰落角、水溶剂保持力、碳酸钠溶剂保持力、乳酸溶剂保持力、谷蛋白/醇溶蛋白比、不溶性谷蛋白含量和不溶性谷蛋白百分含量与饼干直径呈显著(r ≤ -0.520)或极显著(r ≤ -0.652)负相关, 相关系数分别为-0.657、-0.601、-0.617、-0.659、-0.676、-0.857、-0.726、-0.616、-0.546、-0.541和-0.637。多元回归方程显示, 水溶剂保持力可解释饼干直径变异的73.76%, 与籽粒蛋白共同可解释饼干直径变异的83.90%。在籽粒硬度和蛋白含量选择的基础上, 降低面筋强度和面粉综合吸水特性是软麦育种的主要目标, 水溶剂保持力、乳酸溶剂保持力和揉面仪参数是软麦育种最重要的筛选指标。

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    31. 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316)   HTML14)    PDF(pc) (3390KB)(116)    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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    32. 播种方式与种植密度互作对大穗型小麦品种产量和氮素利用率的调控效应
    郑飞娜,初金鹏,张秀,费立伟,代兴龙,贺明荣
    作物学报    2020, 46 (3): 423-431.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.91046
    摘要316)   HTML5)    PDF(pc) (530KB)(362)    收藏

    为探明实现冬小麦进一步增产增效的调控途径, 于2015—2016年和2016—2017年连续两个生长季, 选用大穗型品种泰农18, 设置2种播种方式(宽幅播种和常规条播)和7个种植密度(130×10 4、200×10 4、270×10 4、340×10 4、410×10 4、480×10 4和550×10 4株 hm -2), 研究了播种方式与种植密度互作对大穗型小麦品种产量和氮素利用率的调控效应。结果表明, 与常规条播相比, 宽幅播种配合增密能够有效缓解单位面积穗数增加与单穗粒重降低、氮素吸收效率提高与氮素内在利用效率下降之间的矛盾, 通过增加单位面积穗数和氮素吸收效率协同提高籽粒产量和氮素利用率。宽幅播种条件下获得最高产量和氮素利用率的密度为410×10 4株 hm -2, 显著高于常规条播条件下的最优密度(340×10 4株 hm -2), 且其增产增效幅度亦显著高于常规条播。综上所述, 宽幅播种配合合理密植具有进一步协同提高大穗型小麦品种产量和氮素利用率的潜力。在本试验条件下, 宽幅播种(苗带宽8~10 cm)与410×10 4株 hm -2密度相匹配是大穗型小麦品种泰农18获得更高产高效的最优组合。

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    33. 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313)   HTML19)    PDF(pc) (6020KB)(90)    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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    34. 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313)   HTML24)    PDF(pc) (25179KB)(273)    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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    35. 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310)   HTML14)    PDF(pc) (1848KB)(152)    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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    36. 密度和株行距配置对川中丘区夏玉米群体光分布及雌雄穗分化的影响
    金容,李钟,杨云,周芳,杜伦静,李小龙,孔凡磊,袁继超
    作物学报    2020, 46 (4): 614-630.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93034
    摘要308)   HTML5)    PDF(pc) (4468KB)(211)    收藏

    为了便于全程机械化生产, 四川中部部分地区玉米生产已逐渐由套作春播转变为净作夏播。为了明确本区域净作夏玉米高产、宜机的群体结构, 采用两因素裂区试验设计, 研究了种植密度和株行距配置对夏玉米群体光分布及雌雄穗分化和产量的影响。结果表明, 随种植密度增加, 玉米有效穗数增加, 但因空秆和倒伏增加导致有效穗数增幅逐渐减少甚至最终降低; 密度增加使玉米叶片茎叶夹角和开张角降低, 叶向值增加, 群体透光率明显降低, 消光系数增大, 雌雄穗小穗分化期和小花分化期幼穗长度和中部直径、吐丝期雄穗主轴长度和成对小穗数以及雌穗总小花数、吐丝小花数、受精小花数和单株果穗受精率均降低, 而退化小花数、败育花数和花败育率均增加, 最终导致玉米秃尖变长, 穗粒数和百粒重显著降低。产量随种植密度增加而先增后降, 以67,500株 hm -2最高, 2年平均较45,000株 hm -2和90,000株 hm -2密度分别显著增加17.00%和14.03%。此外, 2年在45,000株 hm -2和67,500株 hm -2密度下, 等行距均优于相应宽窄行, 60 cm等行距处理下玉米株型紧凑, 能改善群体受光条件, 提高玉米单株果穗受精率, 降低小花败育率, 籽粒产量较高; 在2018年90,000株 hm -2密度下, (110+50) cm宽窄行处理更能改善田间通风透光条件, 促进雌雄穗分化, 提高玉米籽粒产量。因此, 川中丘区夏玉米高产栽培应适当缩行增密, 宜采用67,500株 hm -2密度搭配60 cm等行距种植。

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    37. 滴灌玉米临界氮稀释曲线与氮素营养诊断研究
    付江鹏,贺正,贾彪,刘慧芳,李振洲,刘志
    作物学报    2020, 46 (02): 290-299.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93027
    摘要307)   HTML9)    PDF(pc) (652KB)(157)    收藏

    旨在建立宁夏引黄灌区滴灌玉米临界氮稀释曲线模型, 探讨氮营养指数(NNI)用于实时诊断和评价玉米氮素营养状况的可行性, 为实现滴灌玉米合理施用氮肥提供理论依据。以天赐19为试验材料, 采用滴灌水肥一体化技术, 设6个氮肥水平, 利用2年定位试验构建并验证了临界氮稀释曲线模型。结果表明: (1)在一定范围内, 滴灌玉米干物质积累量随施氮水平的提高而增加, 根据方差分析结果, 将玉米各生育时期的地上部生物量分为限氮和非限氮2类; (2)滴灌玉米植株氮浓度均随着施氮量的增加而提高, 但随生育期的推进和地上部干物质量的增加, 玉米植株氮浓度均呈下降趋势; (3)滴灌玉米临界氮浓度(Nc)、最大氮浓度(Nmax)和最小氮浓度(Nmin)稀释模型与地上部干物质累积量之间均呈现幂函数关系, 其决定系数R 2分别为0.982、0.907、0.918, 利用均方根误差(RMSE)和标准化均方根误差(n-RMSE)的验证表明, 该模型稳定性好, 误差范围小; (4)氮素营养指数模型(NNI)可衡量滴灌玉米氮素营养状况, 滴灌水肥一体化条件下, 宁夏引黄灌区玉米以270 kg hm -2为最佳施氮量; (5)根据模型推算, NNI与相对吸氮量(RNupt)、相对地上部生物量(RDW)和相对产量(RY)均极显著相关。本研究所建立的滴灌玉米临界氮稀释曲线模型和氮营养指数模型, 能够精准地预测水肥一体化条件下玉米小喇叭口期至成熟期的氮素营养状况, 为优化玉米的氮素管理提供指导。

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    38. 玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析
    梁思维,姜昊梁,翟立红,万小荣,李小琴,蒋锋,孙伟
    作物学报    2020, 46 (4): 532-543.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93040
    摘要303)   HTML15)    PDF(pc) (2133KB)(228)    收藏

    转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子, 在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子, 包含4个亚家族(HD-ZIP I~IV), 其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员, 这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上, 与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HD- ZIP I 亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式, 具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后, 玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。

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    39. 净作和套作下大豆贮藏蛋白11S、7S组分相对含量的QTL分析
    刘代铃,谢俊锋,何乾瑞,陈四维,胡跃,周佳,佘跃辉,刘卫国,杨文钰,武晓玲
    作物学报    2020, 46 (3): 341-353.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94076
    摘要303)   HTML2)    PDF(pc) (3380KB)(58)    收藏

    大豆贮藏蛋白的7S组分和11S组分占蛋白质总量的70%左右, 其含量直接与大豆种子的加工品质、营养品质及功能特性密切相关。目前, 在玉米-大豆带状套作模式下11S和7S组分的相对含量会如何变化尚不明确。本研究以南豆12和九月黄为亲本所构建的重组自交系(RILs)群体为材料, 结合已构建的SNP高密度遗传图谱, 在不同环境(E1: 2017年仁寿; E2: 2017年雅安; E3: 2016年仁寿)的净作及套作下, 对控制贮藏蛋白组分含量的相关性状进行QTL分析。结果表明, 在不同的环境和种植方式下, 亲本和RIL群体的大部分贮藏蛋白11S、7S组分相对含量差异显著或极显著; 检测到10个相关QTL, 分布于9条染色体, 表型贡献率为5.63%~9.68%。通过注释信息, 在定位到的QTL区段中初步筛选出65个与贮藏蛋白质含量相关的候选基因。上述结果为大豆品质育种提供了理论参考。

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    40. 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302)   HTML13)    PDF(pc) (636KB)(303)    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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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
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主编:万建民
CN 10-1112/S
ISSN 2095-5421, 2214-5141(online)
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