作物学报

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1. 小麦淀粉的理化特性及其合成的分子机制

康国章, 王永华, 郭天财

作物学报 2024, 50 (11): 2665-2673. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41020

摘要（940）

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PDF（pc）（681KB）（617）

淀粉是小麦籽粒中最重要的组分, 其含量直接影响粒重和产量, 其理化特性是面条、馒头等蒸煮面食制品的主要决定因子。因此, 研究小麦淀粉理化特性及其合成的分子机制具有重要意义。直链淀粉和支链淀粉分别占小麦总淀粉含量的17%~34%和66%~83%, 以A型和B型2种颗粒形状存在, 淀粉含量、直/支比、膨胀和糊化等理化特性显著影响了面条和馒头等蒸煮面食制品的加工品质。小麦基因组中有26个基因编码了淀粉合成酶的亚基或同工酶, 这些基因的表达在转录、转录后和翻译后修饰等水平上受到调控。本文综述了小麦淀粉理化特性及其与面食制品品质之间的关系, 小麦淀粉合成功能基因及其在转录水平调控、转录后调控和翻译后修饰等分子机制方面的最新研究进展, 并对小麦淀粉研究的未来方向进行了展望。

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2. 小麦新品种西农877高产稳产的遗传特性解析

孟祥宇, 刁邓超, 刘雅睿, 李云丽, 孙玉晨, 吴玮, 赵雯, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君

作物学报 2025, 51 (5): 1261-1276. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.41064

摘要（934）

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PDF（pc）（893KB）（254）

西农877是西北农林科技大学选育的小麦新品种, 具有一定的广适、高产和稳产特性。本研究旨在解析西农877的高产、适应性和综合抗性的遗传基础, 为小麦新品种选育提供理论依据和方法指导。通过田间试验分析了西农877及部分黄淮麦区创下高产记录的小麦品种的灌浆特征和光合特性, 利用16K SNP背景芯片与0.1K SNP功能芯片相结合的方法, 深入解析西农877的遗传基础, 明确关键染色体区段的遗传效应。结果表明, 西农877在灌浆特征上表现优异, 具有较长的灌浆时间、合理的灌浆各阶段分配和高灌浆速率; 其旗叶叶绿素含量和光合能力较高, 区域试验中平均千粒重48.60 g, 田间试验中千粒重达到50.05 g, 均呈现出高于对照品种周麦36号的趋势且稳定性好, 为实现高产潜力奠定了基础; 在区试多点试验中, 高稳系数平均值89.15, 较周麦36号显著增加。在遗传构成上, 西农805a作为母本对西农877的遗传贡献率为80.23%, 在3个亲本中最高。同时, 西农877聚合了来自亲本的多个优异基因/QTL, 包含抗条锈病位点QYrqin.nwafu-6BS、QYrsn.nwafu-1BL、QYrxn.nwafu-1BL、Yr29及Yr78, 抗赤霉病位点QFhb.caas-5AL、QFhb.hbaas-5AL, 抗叶锈病位点Lr13、Lr68及产量相关性状位点, 粒重基因TaT6P、TaGS5-A1和籽粒大小基因QGl-4A。综上, 西农877在大田生产中展现出较高的增产潜力和广适性。亲本材料对西农877的遗传贡献率存在差异, 其中西农805a的遗传贡献率最大。西农877中聚合了多个重要性状相关优异基因/QTL, 为黄淮麦区高产广适新品种培育提供了重要的遗传资源和理论支撑。

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3. 黄淮海地区夏玉米育种目标与策略

陈永强, 王雅菲, 谢惠玲, 张战辉, 黑洪超, 彭强, 杨雪利, 何革命, 汤继华

作物学报 2024, 50 (12): 2917-2924. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43026

摘要（794）

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黄淮海地区是我国第二大玉米产区, 位于亚热带向北温带的过渡区域, 具有全球唯一的小麦玉米周年两熟耕作制度, 特殊的生态环境和耕作制度对玉米品种的综合抗性与适应性提出了更高要求。本文详细分析了黄淮海地区玉米生产概况及存在问题, 明确了“高产、宜机收、早熟、耐密、耐非生物逆境、抗主要病虫害”的育种目标, 提出了黄淮海地区“降优(杂种优势)增密(密度)、增容(容重)扩率(脱籽率)、多重(基因)增抗(逆)、增(气生)根抗倒(伏)、提早散粉避高温”的育种策略, 同时要针对育种目标发掘优异基因资源, 加强核心种质资源创制, 建立基因编辑和全基因组选择等现代分子育种体系, 组建科研院校和企业从种质资源创新、高效育种体系建立和新品种选育与推广的全产业链科企创新模式, 进而选育出优良新品种为黄淮海玉米生产提供有效支撑。

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4. 玉米无基因型限制遗传转化体系建立和应用

杨雅文, 朱东杰, 潘弘, 张云涛, 夏梦吟, 韩宝柱, 金敏亮, 李梦娇, 董鲁朋, 杨宁, 周英, 许洁婷, 严建兵

作物学报 2024, 50 (11): 2674-2683. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43014

摘要（782）

HTML （51）

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农杆菌介导的玉米自交系遗传转化具有基因型依赖性。形态发生基因Baby boom (Bbm)和Wuschel2 (Wus2)显著提高了转化效率, 拓宽了可转化自交系的范围。然而, 多数玉米自交系仍然难以得到转基因苗, 且潜在机制尚不清楚。本研究发现, 目标载体与Bbm和Wus2的辅助载体按10∶1比例混合能使大部分自交系产生体细胞胚。瞬时侵染效率和筛选是影响体细胞胚形成和成苗的关键因素。通过利用Bbm和Wus2混转以及优化侵染和延迟筛选的方式, 建立了一个快速、不受基因型限制的玉米遗传转化体系。利用该技术体系对131个自交系进行遗传转化, 其中104个自交系获得阳性转基因植株。

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5. 陆地棉CLE基因家族的鉴定及 GhCLE13参与调控棉花抗旱性的功能分析

戎宇轩, 惠留洋, 王沛琦, 孙思敏, 张献龙, 袁道军, 杨细燕

作物学报 2024, 50 (12): 2925-2939. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44029

摘要（671）

HTML （161）

PDF（pc）（8243KB）（727）

CLAVATA3/Embryo surrounding region-related (CLE)小肽家族是植物中最大的小肽激素家族, 在植物中广泛存在, 且参与植物多个重要的生命活动。本研究对陆地棉CLE基因家族进行了鉴定, 并对GhCLE基因家族成员进行基因结构、启动子顺式作用元件、蛋白质理化性质、系统发育的分析; 通过RNA-seq数据构建了GhCLE基因家族成员在陆地棉各组织的表达谱及干旱处理下的表达模式, 并筛选在棉花根系特异表达且受干旱诱导的CLE基因; 最后通过VIGS技术对筛选出的GhCLE基因进行了抗旱功能的验证。结果显示,在陆地棉全基因组共鉴定出40个GhCLE基因, GhCLE基因结构较为简单, 32个GhCLE基因没有内含子, 所有基因编码的蛋白序列均包含12 aa的CLE结构域; GhCLE基因启动子区域包含多种光诱导响应、胁迫响应、激素响应和发育相关的顺式作用元件; GhCLE基因在陆地棉多个组织均有表达, 筛选出了1个根系特异表达且受干旱诱导的GhCLE13-D-2基因。通过VIGS技术和MDA含量的测定和比较验证了GhCLE13-D-2基因提高棉花的抗旱性的功能。本研究为CLE小肽在植物抗逆方面的深入研究以及棉花种质创新提供了新的理论依据。

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6. 植物激素对棉花蕾铃脱落的调控研究进展

谢章书, 谢学方, 屠小菊, 刘爱玉, 董合忠, 周仲华

作物学报 2025, 51 (1): 1-29. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44122

摘要（648）

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棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象, 有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落, 也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量, 国内外现有公开报道多集中于20世纪50、60年代关于乙烯和脱落酸对棉花蕾铃脱落影响的初步发现。结合其他植物的研究结果来看, 蕾铃脱落似乎与生长素、赤霉素和细胞分裂素等促生长类激素的下降以及乙烯和脱落酸等抑制生长类激素的升高密切相关, 激素在植物体内不仅介导新陈代谢过程, 还协调着与信号通路相关的调控因子, 在脱落过程中起着关键作用。本文从植物激素调控入手, 综述了近年来包括脱落区形成和作用的分子调控机制以及各激素在棉花蕾铃脱落以及其他植物(生殖)器官脱落过程中的响应和调控机制等。发现目前以棉花蕾铃脱落为对象的研究非常匮乏, 且多集中于少数激素对棉花生殖生长影响的有限研究, 缺乏对导致蕾铃脱落的深层次机制的探究和解析。因此, 未来研究方向应着重于探究棉花蕾铃脱落的遗传基础、发掘新的抗脱落基因资源和培育抗脱落棉花品种, 同时加强在以棉花为模型植物下, 蕾铃脱落与植物激素调节的关系研究, 为提高棉花产量提供理论依据和技术支持。

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7. 不同CRISPR-Cas12f系统的编辑效率比较

黄灵芝, 符晓, 祁显涛, 刘昌林, 谢传晓, 吴鹏昊, 任姣姣, 朱金洁

作物学报 2024, 50 (10): 2425-2434. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43012

摘要（621）

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来自Type V-F家族的CRISPR/Cas12f蛋白报道仅为Cas9蛋白分子的1/4到1/3大小, 在病毒载体的递送上具有重要优势。然而, CRISPR/Cas12f系统介导植物基因编辑的报道较少, 编辑活性相对较低, 限制了该系统在植物上的进一步应用。本研究分别在体外酶切、酵母以及玉米原生质体瞬时表达3个体系中比较了OsCas12f、SpCas12f及UnCas12f的编辑活性。结果表明, 基于Cas12f/sgRNA的体外酶切, OsCas12f与SpCas12f蛋白的编辑活性相当, 未检测到UnCas12f对底物酶切活性; 在酵母突变eGFP的恢复表达试验中, OsCas12f在2个测试位点对eGFP蛋白的表达恢复效率达到95%以上, 效率与Cas12i.3相当; SpCas12f介导的2个位点eGFP蛋白表达恢复效率分别是1.63%与3.20%, 效果次之; UnCas12f蛋白几乎无编辑活性; 玉米原生质体瞬时表达比较OsCas12f和SpCas12f介导的玉米内源位点的编辑效率, 发现OsCas12f对2个位点的编辑效率分别为2.72%和1.97%, 而SpCas12f仅能介导其中1个位点的定点编辑, 编辑效率为1.09%。Cas12f蛋白在靶位点处引入的突变类型以碱基的缺失为主, 缺失碱基长度在-9~ -17 bp之间。综上, OsCas12f可以作为植物微型基因编辑器及衍生技术开发的底盘工具酶。

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8. 花生种皮类黄酮物质的代谢组与转录组分析

金欣欣, 苏俏, 宋亚辉, 杨永庆, 李玉荣, 王瑾

作物学报 2024, 50 (12): 2950-2961. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44057

摘要（550）

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为探究不同颜色花生种皮的类黄酮物质成分及花青素生物合成对种皮颜色形成的调控机制, 本研究利用粉色、红色、白色、黑色以及花斑色(红色和白色)共5种颜色差异明显的花生品种, 对种皮进行类黄酮代谢组和转录组分析, 明确种皮花青素合成相关的关键代谢物和关键基因。结果表明,5种花生种皮共鉴定到329种类黄酮代谢物, 其中黄酮醇类物质相对含量及种类最多。共检测到19种花青素色苷, 主要是矢车菊素色苷、飞燕草素色苷、矮牵牛素色苷, 多以葡萄糖苷、桑布苷、芸香苷、半乳糖苷等糖苷修饰。黑色种皮花青素含量约是其他皮色的22.60~66.72倍。黑色种皮中以矢车菊素-3-O-桑布双糖苷相对含量最高。4种有色种皮分别与白色种皮相比, 差异代谢物主要在花青素生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、异黄酮生物合成途径中显著富集。有色种皮中, 类黄酮和花青素生物合成途径结构基因的高表达水平, 是促进种皮花青素积累的主要原因。花青素还原酶(ANR)和糖基转移酶(UGT)是参与种皮色素沉着的候选基因, 两者的活性以及对底物花青素的竞争, 最终决定花生种皮的颜色模式。本研究解析了类黄酮物质对花生种皮颜色合成的调控机制, 可为特色花生品种培育以及营养价值利用提供重要参考。

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9. 水稻转录因子OsERF104的克隆和功能研究

潘炬忠, 韦萍, 朱德平, 邵胜雪, 陈珊珊, 韦雅倩, 高维维

作物学报 2025, 51 (4): 900-913. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.42040

摘要（542）

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PDF（pc）（13140KB）（455）

乙烯响应因子(ERF)是植物中AP2/ERF转录因子超家族中的成员之一, 在植物的生长发育、响应逆境胁迫和调节激素信号转导等生物学过程中起重要调控作用。探究水稻ERF家族基因功能将为水稻育种提供重要的基因资源。本研究克隆了OsERF104 (LOC_Os08g36920)基因, 利用生物信息学分析发现该基因编码序列全长849 bp, 编码283个氨基酸。OsERF104蛋白含有AP2/ERF转录因子家族特有的AP2保守结构域, 与拟南芥中调控盐胁迫耐受性的AtERF96的蛋白序列相似性最高。亚细胞定位结果显示OsERF104定位于细胞核, 表明OsERF104是典型的核转录因子。OsERF104基因启动子顺式作用元件分析表明, 启动子含有与激素响应、逆境胁迫及光响应相关的顺式作用元件。为了探究OsERF104对非生物胁迫的响应, 利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术分析OsERF104的表达模式, 发现OsERF104在水稻不同组织中均有表达, 在叶鞘中的表达量最高, 且该基因的表达受ABA和GA抑制, 受JA、PEG和NaCl诱导。转录活性分析显示该基因全长和C端具有转录自激活活性, N端和AP2结构域不具有转录自激活活性。通过遗传转化获得OsERF104过表达和敲除的突变体转基因水稻。表型分析显示, 与野生型ZH11相比, OsERF104过表达植株对ABA的敏感性及苗期的耐盐性显著增加, oserf104突变体则相反。由此推测, OsERF104正调控水稻对盐胁迫的耐受性。本研究为进一步解析OsERF104的生物学功能及分子机制奠定了良好的基础。

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10. 中国高粱株高和节间数全基因组关联分析及候选基因预测

徐建霞, 丁延庆, 曹宁, 程斌, 高旭, 李文贞, 张立异

作物学报 2025, 51 (3): 568-585. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44051

摘要（541）

HTML （41）

PDF（pc）（1308KB）（441）

适当降低株高可以提高植物的养分利用效率和抗倒伏性, 对高粱的高产和稳产具有重要意义。为揭示高粱株高遗传机制, 本研究以242份中国高粱为研究对象, 利用2,015,850个单核苷酸多态性(SNP)标记, 在7个不同环境条件下对株高、节间数及节间长度进行全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS)。表型调查表明, 株高、节间数和节间长度的表型变异系数在13.47%~30.06%之间, 在所有环境下的偏度和峰度的绝对值均小于1。利用2种不同的关联模型(Blink和FarmCPU)对株高、节间数及节间长度进行GWAS分析, 在10条染色体上共鉴定出118个与这3个性状显著相关的数量性状核苷酸(QTN)。其中, 与株高、节间数及节间长度显著相关的QTN分别为60个、37个和32个, 株高与节间数、节间长度共定位QTN分别有8个和3个。通过对候选基因的序列分析和功能注释, 在12个QTN置信区间或附近鉴定出14个候选基因, 它们与水稻和玉米中参与糖代谢、激素合成与信号传递以及细胞分裂的基因同源。选择性消除分析揭示, 位于1号染色体的候选基因Sobic.001G510400在中国南北高粱群体中受到强烈选择, 形成了以北方矮秆高粱为主的单倍型Hap1和以南方高秆高粱为主的单倍型Hap2。携有Hap1的北方种质871255和携有Hap2的南方种质红缨子之间, 该基因表达存在显著差异。本研究结果为中国高粱品种株高遗传改良提供了理论依据。

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11. 转录因子 GhWRKY41促进水杨酸合成增强棉花对黄萎病菌的抗性

肖胜华, 董贤镘, 彭鑫, 李安子, 闭兆福, 廖铭静, 黄礼豪, 管倩倩, 胡琴, 朱龙付

作物学报 2024, 50 (10): 2447-2457. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44009

摘要（533）

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棉花是我国最重要的经济作物之一, 但其产量和品质受黄萎病菌危害而大幅度下降。挖掘棉花黄萎病抗性相关基因并解析其分子机制, 对加快棉花抗黄萎病育种进程具有重要意义。前期研究鉴定到一个在多个抗病棉花品种中均受黄萎病菌诱导显著上调表达的WRKY基因GhWRKY41, 该基因通过激活苯丙烷代谢增强棉花对黄萎病菌的抗性。本研究进一步分析了GhWRKY41在不同激素处理下的诱导表达模式, 利用病毒介导的基因沉默(VIGS)技术验证了GhWRKY41的抗病功能, 并利用前期已创制的GhWRKY41转基因棉花株系‘Jin668’测定了其内源植物抗病激素含量。结果显示, GhWRKY41受水杨酸(SA)、Me-JA和H₂O₂诱导均显著上调表达; GhWRKY41被沉默后可削弱棉花对黄萎病菌的抗性; SA含量在GhWRKY41超表达棉花中显著增加, 而在GhWRKY41干涉棉花中则明显减少。RT-qPCR分析显示, SA合成基因GhSID2及SA信号转导基因GhNPR1、GhPR1、GhPR5的表达水平在超表达植株中明显上调, 而在干涉植株中则显著下降。ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因试验结果表明, GhWRKY41可结合并激活GhSID2、GhPR1和GhPR5的表达。此外, 外施SA可明显提高棉花的黄萎病抗性。综上表明, GhWRKY41可通过促进棉花中内源植物激素SA的合成来增强植株的黄萎病抗性, 这一结果完善了GhWRKY41在棉花抵御黄萎病菌过程中的生物学功能, 为未来利用黄萎病抗性基因创制棉花抗病材料提供了理论基础。

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12. 甘蓝型油菜 BnaSLY1基因进化分析及功能研究

李嘉欣, 黄莹, 吴潞梅, 赵伦, 易斌, 马朝芝, 涂金星, 沈金雄, 傅廷栋, 文静

作物学报 2025, 51 (1): 44-57. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44079

摘要（533）

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赤霉素调控植物表皮细胞增长、茎叶伸长以及株型建成。拟南芥SLY1属于F-box蛋白, 它通过靶向泛素化赤霉素信号转导路径的负向调控因子——DELLA蛋白来影响植物生长发育, 然而油菜中BnaSLY1的基因功能尚未揭示。本研究对BnaSLY1进行了表达特征和进化树分析, 利用CRISPR/Cas9技术创制了BnaSLY1不同拷贝数的突变体, 结合RNA-Seq技术对BnaSLY1的生物学功能及其对油菜生长发育的影响进行了研究。结果表明, 甘蓝型油菜Westar中有2个SLY1同源拷贝BnaA01.SLY1和BnaA06.SLY1, 它们表达模式基本相同, 为组成型表达基因, 其蛋白定位在细胞核, 且在不同的油菜品种及十字花科植物间序列保守。与对照相比, 单突bnaa01sly1和bnaa06sly1开花时间推迟, 株高显著降低, 而双突bnasly1还表现出深绿色光叶表型, 叶片厚度增加, 开花期比单突进一步推迟, 株高也进一步降低。RNA-Seq结果显示, 双突与Westar之间的差异表达基因显著富集在生长素信号转导路径以及蜡质合成通路, 多个开花时间相关基因表达也发生显著变化。本研究表明, BnaSLY1除影响植物株高和开花时间等生长发育进程, 还影响表皮蜡质合成, 为探索赤霉素信号转导路径在甘蓝型油菜生长发育中的重要作用奠定了理论基础。

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13. 化学调控及其他栽培措施在小麦抗倒伏高产栽培中的应用

李慧敏, 邢志鹏, 张海鹏, 魏海燕, 张洪程, 李光彦

作物学报 2025, 51 (4): 847-862. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.41066

摘要（528）

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倒伏一直是限制小麦高产稳产的关键因素, 化学调控是一种有效降低倒伏风险的策略。喷施化控防倒剂(Chemical anti-lodging regulators, CARs)能够控制小麦生长, 提高茎秆强度, 预防倒伏。然而针对小麦高产栽培中化控抗倒伏的研究及应用还未有较全面的综述。因此本文收集整理了我国现有登记的小麦抗倒伏CARs, 总结了不同CARs的特点、功效及其对小麦茎秆结构与组成、根系、冠层结构、作物生产力及品质的影响, 并以高产抗倒为目标, 总结了不同CARs在实现小麦高产抗倒协同提升的适宜施用时期。此外, 本文全方面汇总了与CARs配套的小麦抗倒伏栽培管理措施(耕作方式、适宜密度、营养水平与水分管理), 小麦抗倒伏评价方法及CARs对关键指标的影响, 并展望了CARs在小麦抗倒伏高产栽培中的研究方向, 旨在为促进小麦的高产、稳产提供精准调控措施及理论支撑。

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14. 过表达野生大豆耐盐碱基因 GsGSTU13提高了水稻苗期耐盐碱性

李宛鸿, 胡冰霜, 孙晓丽, 才晓溪, 孙明哲

作物学报 2024, 50 (10): 2458-2467. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44017

摘要（527）

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PDF（pc）（3054KB）（947）

谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases, GSTs)是一类高度保守的功能酶, 在植物对非生物胁迫应答过程中发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析发现, 野生大豆GsGSTU13与水稻GSTU17蛋白序列相似性最高, 均含有高度保守的结构域。为探究GsGSTU13基因对水稻耐盐碱性的影响, 通过遗传转化、PCR、RT-PCR和GST活性检测, 获得了2个GsGSTU13过表达转基因水稻纯合株系。苗期耐盐碱性分析显示, 200 mmol L^-1 NaHCO₃处理下, GsGSTU13转基因株系的活性氧积累显著低于野生型, 而存活率、相对含水量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和GST活性均显著高于野生型。综上, 在水稻中过表达GsGSTU13基因增强了活性氧清除能力, 提高了转基因水稻耐盐碱性, 为耐盐碱水稻新种质创制提供了参考。

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15. 油菜耐渍机理解析及遗传改良研究进展

谢伶俐, 李永铃, 许本波, 张学昆

作物学报 2025, 51 (2): 287-300. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44121

摘要（526）

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渍害胁迫是农业生产中重要的非生物逆境之一, 主要通过低氧胁迫、离子毒害等抑制植物生长。油菜对渍害胁迫非常敏感, 任何生育期遭遇渍害胁迫均可导致其生长发育受阻, 进而影响产量和品质。油菜主要通过过量ROS清除、转变能量代谢方式、内源激素调控等响应和适应渍害胁迫。为加快油菜耐渍性遗传改良的步伐, 本文综述了油菜耐渍性改良需求变化、渍害胁迫对油菜生长发育及产量品质的影响、油菜响应渍害胁迫的生理和分子机制, 油菜耐渍抗性改良的主要技术途径, 以期为深入研究油菜耐渍机制和培育耐渍油菜新品种提供理论指导。

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16. 利用基因编辑技术创制低谷蛋白水稻种质

周田田, 唐兆成, 李笑, 朱鹏, 邓晶晶, 杨郁文, 张保龙, 郭冬姝

作物学报 2024, 50 (10): 2435-2446. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32060

摘要（524）

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水稻(Oryza sativa L.)是重要的粮食作物，蛋白质是稻米的第二大营养物质。肾脏病人通常需要限制蛋白质的摄入量以减轻肾脏的负担和控制病情进展。稻米蛋白中谷蛋白含量最高，且易被人体消化。本研究以LGC-1作为供体亲本培育出的粳稻品种为转基因受体，利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术一次性敲除谷蛋白A (Glutelin A，GluA)亚家族编码基因GluA1、GluA2和GluA3，获得了不含转基因元件的谷蛋白含量约为1.8%的低谷蛋白种质，并对所得种质的稻米品质和农艺性状进行了全面评估。所得低谷蛋白种质外观品质较好，相比于受体品种垩白度降低、糙米率和精米率提高。本研究为创制低谷蛋白水稻品种提供了一种高效、简便的方法，为培育适合肾病患者的功能性水稻品种提供了一种新的遗传材料。

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17. 行距配置和种植密度对棉花干物质生产及产量的影响

辛明华, 秘雅迪, 王国平, 李小飞, 李亚兵, 董合林, 韩迎春, 冯璐

作物学报 2025, 51 (1): 221-232. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.34189

摘要（519）

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行距配置和种植密度是影响棉花产量和品质的重要因素。当前新疆棉花种植主要采用宽窄行配置, 也有等行距配置方式, 但对这两种方式的认识尚存在争议。为此, 本研究以中棉所88号为供试材料, 采用裂区设计, 行距配置(等行距和宽窄行)为主区, 种植密度12×10⁴株 hm^-2 (D1)、16×10⁴株 hm^-2 (D2)和18×10⁴株 hm^-2 (D3)为裂区, 开展了2年大田试验, 比较研究了行距配置和密度对棉花群体生长发育、干物质积累和分配、以及产量和纤维品质的影响。结果表明, 中等密度(16×10⁴株 hm^-2)下等行距和宽窄行处理组合的叶面积指数(LAI)增速、LAI峰值, 以及吐絮期生殖器官生物量的分配比例均高于其他处理组合, 且二者无显著差异。各处理组合间的棉花群体生长率(CGR)、净同化率(NAR)和棉铃生长率(BGR)均无显著差异。2年平均, 中等密度下等行距和宽窄行处理组合的籽棉产量相当, 纤维品质指标也无显著差异。表明在中等密度下, 无论采用等行距还是宽窄行种植模式, 均能达到理想的产量和品质。本研究为新疆棉花行距配置和密度选择提供了科学依据。

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18. 谷类作物的胚乳发育及其对种子休眠与萌发的作用

宋松泉, 唐翠芳, 程红焱, 王程亮, 袁良兵, 左胜

作物学报 2025, 51 (5): 1133-1155. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.42055

摘要（502）

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在被子植物中, 双受精触发了2个紧密相邻的组织胚和胚乳的同时发育。胚乳的功能除了为胚提供营养物质和作为胚的机械屏障外, 也在种子发育、休眠和萌发过程中作为胚的生长调控因子, 从而控制种子的生活力、休眠与萌发。但到目前为止, 胚乳发育及其调控的作用机制还不够清楚。本文主要综述了谷类作物的胚乳发育与调控及其对种子休眠与萌发作用的研究进展, 主要包括胚乳发育过程中的形态发生、糊粉层和淀粉胚乳的分化、淀粉胚乳的程序性细胞死亡、胚乳中储藏蛋白的积累, 以及细胞周期调控因子、植物激素和表观遗传对胚乳发育的调控, 胚乳对胚发育和种子休眠与萌发的作用, 最后提出了在本领域需要进一步研究的科学问题, 试图为理解胚乳发育及其调控的分子机制、提高谷类作物的产量与质量提供参考。

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19. 胡麻P5CS基因家族进化模式分析及 LusP5CS1基因耐旱能力验证

王玲, 张艳萍, 齐燕妮, 汪磊, 李玉骁, 谭美莲, 汪魏

作物学报 2024, 50 (10): 2515-2527. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34149

摘要（494）

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吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物中由P5CS基因编码的一种与干旱胁迫响应紧密联系的关键酶, 它主要负责调节脯氨酸的生物合成。研究胡麻P5CS基因家族进化模式对进一步探索其在胡麻耐旱过程中的作用机制具有重要意义。本研究以拟南芥的2个P5CS基因作为查询序列, 从胡麻、油菜、大豆、花生、向日葵、水稻、小麦等主要粮油作物的基因组中筛选获得P5CS基因家族成员。并通过分析不同作物P5CS基因受选择压力的大小、位点及功能分化潜力等阐明其进化模式, 并在拟南芥中对其进行功能验证。研究结果显示, 与其他作物的同源基因相比, 胡麻P5CS基因家族成员在基因结构和进化模式上存在显著差异。在拟南芥中过表达受正向选择的胡麻LusP5CS1基因可以显著增加转基因拟南芥脯氨酸的积累并增强其耐旱性; 在非干旱胁迫下过表达转基因拟南芥也表现出明显的适合度优势。本研究为胡麻耐旱分子机制和抗旱育种提供了理论基础。

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20. 基于DSSAT模型模拟气候变化对江西双季稻生长期和产量的影响

张方亮, 刘文英, 田俊, 汪建军, 刘丹, 杨军, 李迎春, 章毅之

作物学报 2024, 50 (10): 2614-2624. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32057

摘要（492）

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江西是中国双季稻的主要种植地区。气候变化严重影响了双季稻生产。基于江西省1981—2022年逐日气象资料和双季稻作物资料, 对DSSAT模型进行调参验证; 利用验证后的DSSAT模型, 分析江西省双季稻生长期和产量空间分布和时间变化趋势; 采用t检验方法, 明确气候变化对江西早稻和晚稻的影响差异。结果表明: (1) 江西早稻(晚稻)播种期至开花期天数、播种期至成熟期天数和产量模拟值与观测值的归一化均方根误差分别为1.87% (1.86%)、2.05% (2.36%)和6.05% (7.30%), D指标分别为0.97 (0.98)、0.96 (0.96)和0.95 (0.94); (2) 固定播期和品种条件下, 1981— 2022年江西早稻和晚稻生长期均呈显著缩短趋势, 平均每10年分别减少2.22 d和1.61 d; 研究期间江西早稻和晚稻潜在产量均呈显著下降趋势, 平均每10年分别减少181.30 kg hm^-2和276.16 kg hm^-2; (3) t检验表明, 江西早稻生长期气候倾向率极显著地小于晚稻, 而江西早稻潜在产量气候倾向率极显著地大于晚稻。DSSAT模型可较好的模拟江西双季稻生长发育和产量。气候变化对江西早稻生长期和晚稻潜在产量影响更加明显。本研究为江西双季稻作物模型研究、产量预报和气候变化评估提供了科学依据。

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21. 基于无人机多光谱数据和氮素空间分异的玉米冠层氮浓度估算

郝琪, 陈天陆, 王富贵, 王振, 白岚方, 王永强, 王志刚

作物学报 2025, 51 (1): 189-206. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.43015

摘要（492）

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作物冠层氮素营养的遥感诊断对指导作物精准施氮, 提高作物氮效率和产量具有重要意义。本研究针对玉米冠层纵深大影响无人机估算氮浓度精度的问题, 基于2022年和2023年不同氮肥运筹处理下田间无人机多光谱数据和氮浓度实测数据, 分析玉米冠层氮浓度空间分布特征, 并利用随机森林算法确定估算冠层氮浓度的有效叶层。进一步结合随机森林算法和多光谱植被指数构建有效叶层氮浓度估算模型, 最终将有效叶层氮浓度转换到冠层尺度实现冠层氮浓度的估算。结果表明: (1) 九叶展期和大喇叭口期玉米冠层氮浓度表现为上层叶片>中层叶片>下层叶片, 吐丝期和乳熟期表现为中层叶片>上层叶片>下层叶片。(2) 各时期估算冠层氮浓度的有效叶层分别为下层、中层、中层和中层。与支持向量回归模型相比, 随机森林回归估算冠层氮浓度的精度较高。(3) 结合随机森林算法, 基于有效叶层氮浓度估算冠层氮浓度的平均RMSE、NRMSE和MAE分别为0.10%、4.41%和0.07%, 而直接基于植被指数估算冠层氮浓度的平均RMSE、NRMSE和MAE分别为0.19%、9.00%和0.15%。综上, 玉米冠层氮浓度存在空间分异特征, 估算冠层氮浓度时考虑基于随机森林和植被指数估算的有效叶层氮浓度能明显提高冠层氮浓度的估算精度。本研究确定的考虑空间分异的冠层氮浓度估算框架可为玉米氮素营养实时诊断提供理论支撑。

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22. TaEMF2调控小麦抽穗期的功能分析

武丽芬, 夏川, 张立超, 孔秀英, 陈景堂, 刘旭

作物学报 2024, 50 (12): 2940-2949. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41027

摘要（477）

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适宜的抽穗期(开花时间)是作物获得高产和稳产的重要育种目标, EMF2是参与成花调控过程中的重要基因之一, 但该基因在小麦中的功能仍不清楚。本研究从普通小麦中克隆了水稻OsEMF2b的直系同源基因TaEMF2, TaEMF2-2D是一个细胞核和细胞质定位蛋白。敲除TaEMF2会推迟小麦的抽穗期, 过表达TaEMF2-2D会使小麦抽穗期提前。利用RT-qPCR检测小麦开花相关基因在TaEMF2转基因株系中的表达, 结果表明,VRN1和VRN3在敲除转基因株系中的表达水平显著下调, 在过表达株系中这2个基因的表达量则显著上调, 表明TaEMF2可能通过调控VRN1和VRN3的表达来影响小麦的抽穗期。

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23. 代谢组和转录组分析籼稻福香占干旱胁迫的分子响应

王颖姮, 崔丽丽, 蔡秋华, 林强, 吴方喜, 陈飞鹤, 谢鸿光, 朱永生, 陈丽萍, 谢华安, 张建福

作物学报 2024, 50 (12): 2998-3012. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.42023

摘要（475）

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干旱是影响农业生产最重要的原因之一。本研究以优质香稻福香占为材料, 对其苗期干旱响应的生理指标、激素代谢物及基因表达调控网络进行分析。干旱处理后, 福香占干旱存活率、抗氧化酶活性高于恢复系明恢63、明恢86和干旱敏感的丽江新团黑谷, 但电导率较低且过氧化物累积较少。IAA、ICA、ABA、cZ和SA等5种激素的代谢物含量上升, tZ、DHZ、GA1、JA等11种激素的代谢物含量下降。6118个差异表达基因(DGEs)中有2615个上调、3503个下调, 涉及了光合作用、能量代谢、转录调控、氧化还原、离子结合等生物学过程和氨基酸、糖、脂肪酸、激素等合成代谢及植物激素信号转导等相关途径。激素代谢组和转录组学分析同时鉴别出植物激素信号转导、玉米素生物合成、类胡萝卜素生物合成和色氨酸代谢4个KEGG代谢通路, 并构建了差异表达基因调控网络。转录因子、抗氧化酶基因、渗透调节等相关的28个干旱应答关键基因在福香占干旱处理后的表达量均上调。福香占受干旱胁迫后, 激素水平发生了变化; 抗逆应答的基因表达量均上调, 包括转录因子、抗氧化系统基因、渗透调节及其他耐旱基因; 抗氧化酶活性相关生理指标发生改变。研究结果有助于进一步挖掘抗旱基因, 服务水稻抗旱育种。

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24. 基于改进Pix2Pix-HD网络的多品种水稻生长可视化预测方法

段凌凤, 王新轶, 王治昊, 耿泽栋, 卢运瑞, 杨万能

作物学报 2024, 50 (12): 3083-3095. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.42016

摘要（474）

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植物生长建模与预测能模拟植物的生长过程, 有助于生理学家和植物学家分析植物未来的生长模式, 缩短试验周期、降低试验成本, 受时间和条件限制的植物试验与研究指导。生长可视化预测能提供未来生长时间点的植物图像, 能更逼真、直观地描述植物的生长过程。水稻作为重要的粮食作物, 实现水稻的生长可视化预测, 对水稻生长发育分析具有十分重要的意义。针对传统作物生长预测方法存在的视觉真实度和可视化效果较差等问题, 本文提出了一种基于改进Pix2Pix-HD模型的多品种水稻生长可视化预测方法, 利用数据驱动的方式, 实现了对水稻抽穗期到灌浆期的高分辨率生长可视化预测, 通过水稻抽穗期的图像预测灌浆期水稻生长图像。方法评估中,本文从视觉相似性、表型准确性和不同尺度评估模型预测性能, 通过消融实验评估改进方法的有效性, 并与现有研究进行比较。结果表明,测试集预测的灌浆期水稻图像与真实灌浆期水稻图像之间的FID、PSNR和SSIM值分别达到24.75、13.58和0.78, 预测表型和真实表型相关系数的平均值为0.762, 在不同尺度上都能保持较好的准确性。本文提出的基于数据驱动的水稻生长预测方法能够实现高分辨率和高视觉真实性的水稻生长可视化预测, 为水稻生长预测提供了新思路。

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25. 盐胁迫对不同耐盐型玉米品种叶片光合性能和干物质积累与分配的影响

李雪婷, 任昊, 王洪章, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘莹, 姚海燕, 刘鹏

作物学报 2025, 51 (4): 1091-1101. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.43032

摘要（468）

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研究盐胁迫对不同耐盐型玉米品种叶片光合性能、干物质积累与分配特征的影响, 为培育耐盐型玉米品种和轻中度盐碱地玉米丰产抗逆栽培提供理论依据。试验于2022—2023年进行, 以耐盐型玉米品种万盛69 (WS69)和盐敏感型玉米品种登海605 (DH605)为材料, 以不施盐处理为对照(CK), 设置低(1.5‰, MS)、高(3.0‰, HS) 2个盐分浓度, 研究土壤盐分对不同耐盐型玉米品种物质生产性能的胁迫效应。盐胁迫显著降低夏玉米叶面积指数、叶绿素相对含量(SPAD值)和叶片光合势; 高盐胁迫处理DH605和WS69夏玉米叶片的平均光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(E)较CK分别降低22.11%、19.99%、11.63%和13.51%、13.42%、8.81%, 胞间二氧化碳浓度(C_i)升高19.83%和10.79%。盐胁迫阻碍夏玉米干物质积累速率, 植株生物量、积累速率最大时的生长量(W_max)和最大积累速率(R_max)显著降低, 达到最大积累速率所需天数(T_max)增加。耐盐型品种花后干物质积累所占比例增加, 而盐敏感型品种则降低; 同时盐胁迫降低了干物质向生殖器官的分配比例, 进而造成减产。在MS和HS处理下, DH605平均产量较CK分别降低16.12%和27.42%; WS69平均产量分别降低6.90%和9.12%。盐胁迫后, 耐盐品种保持了较高的叶面积指数、SPAD值和光合势, 叶片光合性能受胁迫程度小, 有利于保持较高光合产物的积累; 盐胁迫显著降低夏玉米花后干物质积累和向生殖器官的分配, 降低收获指数, 从而导致产量降低。

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26. 密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响

丁树启, 程彤, 王弼琨, 于德彬, 饶德民, 孟凡钢, 赵胤凯, 王晓慧, 张伟

作物学报 2025, 51 (1): 161-173. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44065

摘要（460）

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密植是挖掘优良大豆品种生产潜力的有效途径, 但对于育种时间跨度长达百年的大豆品种而言, 其对密植的响应差异仍不清楚。为明晰密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响, 以1930s—2020s育成的50个大豆品种为试验材料, 探究了不同年代大豆品种(1930s—1940s、1950s—1960s、1970s—1980s、1990s—2000s和2010s—2020s)在不同密度水平(常规密度200,000株 hm^-2和高密度300,000株 hm^-2)下叶面积指数(LAI)、叶面积指数增长率(LGR)、光合势(LAD)、干物质积累、作物生长率(CGR)、下部叶片衰老和产量的响应差异。结果表明, 随着育成年代的推进, 大豆群体光合生产能力和产量均逐渐提升。与老品种(1930s—1940s, 1950s—1960s和1970s—1980s)相比, 新品种(1990s—2000s和2010s—2020s)在高密度下表现出更好的生长状态。新品种在高密度下的叶面积指数(LAI)增幅更大, 盛荚期(R4)的LAI的增幅依次为17.79%和23.06%, 盛荚—鼓粒期(R4—R6)的LAI衰减更缓慢, LAD增幅更大。在R6期, 新品种在高密度下的干物质积累增幅更大, 依次为25.28%和28.96%, 其CGR也显著增加(P < 0.05), 依次为21.66%和25.38%; 此外, 新品种在高密度下下部叶片黄叶节位上移量和叶片SPAD值的降幅较小, 表现出较强的抗衰老特性。在产量方面, 新品种在高密度下单位面积粒数和荚数增幅较大, 百粒重降幅较小, 产量显著(P < 0.05)提升, 其产量增幅依次为4.49%和5.04%。综上, 生育初期, 新品种在高密度下表现出较强的“源”增加能力, 其叶源值高且稳定, 光能截获量大, 干物质积累多, 促进籽粒“库”快速发育; 而生育后期, 其叶面积指数衰减速度较慢, 群体光合能力强, 籽粒灌浆充分, 因而显著提高单位面积粒数和荚数, 从而弥补百粒重的微降, 实现大豆产量显著提升。

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27. 基于氮肥运筹下水稻产量与品质协同的农艺生理指标解析

覃金华, 洪卫源, 冯向前, 李子秋, 周子榆, 王爱冬, 李瑞杰, 王丹英, 张运波, 陈松

作物学报 2025, 51 (2): 485-502. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.42024

摘要（460）

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提升水稻产量与品质的协同效应是当前水稻生产面临的重大挑战。深入剖析并清晰界定影响产量与品质协同提升的关键水稻群体特征, 对于指导水稻品种的改良和栽培技术的优化具有至关重要的意义。本研究以秀水134 (XS134)和黄华占(HHZ)为材料, 分别设置常规固定施氮模式(N0、N1、N2、N3)和基于SPAD阈值的动态施氮模式(RTNM、S34、S37、S40)。通过在水稻关键生育期采集静态与动态农艺生理指标, 以及产量和稻米品质数据, 采用不同多目标回归预测模型, 以深入解析水稻关键农艺生理指标对产量和稻米品质的响应。结果表明: (1) 总体上水稻产量与稻米综合指标(GQI)呈互斥关系。随着施氮量的增加, 产量逐渐提高, 而GQI则呈降低趋势, 尤其在固定施氮模式下, 这种负相关性更为明显。然而, 与固定施氮模式(N2)相比, 动态施氮(RTNM)在施氮量减少了32.01%~58.02%的同时, 能够稳定水稻产量并提升了GQI 3.10%~38.34% (除2022年XS134外), 这凸显了动态施氮模式在缓解水稻产量与品质互斥性, 并推动两者协同提升方面的潜力。(2) 相关性分析表明, 50个静态农艺指标中, 有28个指标与水稻产量和GQI均呈显著相关性, 占比56.00%。3种“量质”回归模型对水稻产量( R ²: 0.74~0.83; RMSE: 0.40~0.49)和GQI ( R ²: 0.81~0.90; RMSE: 0.63~0.88)的预测能力表现出不同程度的准确性。特征重要性解析表明分蘖期的群体生物量是对产量和品质的预测均为正效应(0.09~6.37), 而株高、叶面积指数和叶重等在预测产量和品质时出现互斥, 这表明在构建水稻产量与品质协同提升的分蘖期群体时, 需要在确保群体生物量的基础上, 对“量质互斥指标”开展适宜度评估与优化。同时, 穗发育期的群体净同化率(NAR)对水稻产量和GQI均呈现出不同程度的正效应值(0.06~1.00), 暗示了穗发育阶段水稻的单位叶片光合效率可能是实现二者协同提升的重要群体特征。综上, 相较于常规固定施氮模式, 基于SPAD阈值的动态施氮策略可在一定程度上实现水稻产量与品质的协同提升; 分蘖期干物重和穗发育期NAR可以作为实现这一协同效应的重要参考指标。

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28. 小麦穗粒数QTL分析及其对千粒重多效性评价

雍瑞, 胡文静, 吴迪, 汪尊杰, 李东升, 赵蝶, 尤俊超, 肖永贵, 王春平

作物学报 2025, 51 (2): 312-323. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.41045

摘要（458）

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小麦穗粒数是典型的数量性状, 与小麦产量密切相关。为进一步挖掘小麦穗粒数的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL), 本研究以扬麦4号/偃展1号衍生的151个重组自交系(recombinant inbred line, RIL) (F₁₀)为材料, 利用小麦55K单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)基因芯片构建高密度遗传图谱, 结合3年4个环境的表型数据对穗粒数性状进行QTL定位分析。在染色体4A、5A和5B上共检测到3个与穗粒数相关的QTL。其中, QGns.yaas-4A和QGns.yaas-5B在2个环境中均能被检测到, 增加穗粒数的效应都来源于扬麦4号, 表型贡献率分别为11.50%~13.27%和5.59%~10.99%, 物理区间分别为703.41~710.25 Mb和77.62~365.60 Mb; QGns.yaas-5A在4个环境中被检测到, 增加穗粒数的效应来源于偃展1号, 表型贡献率为8.99%~11.13%, 物理区间为495.34~512.39 Mb。分析定位结果发现, QGns.yaas-5A增加穗粒数的等位变异(YZ1等位变异)和QGns.yaas-5B上的增加穗粒数的等位变异(YM4等位变异)可显著增加千粒重, 分别增效3.50% (P < 0.05)和4.45% (P < 0.01)。开发了QGns.yaas-4A、QGns.yaas-5A和QGns.yaas-5B的KASP (Kompetitive Allele-Specific PCR)标记, 在自然群体中验证表明, 聚合3个增加穗粒数等位变异的位点具有显著的加性效应, 可增加13.75%的穗粒数。该研究结果为小麦穗粒数分子标记辅助育种提供理论和技术支撑。

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29. 绿豆R2R3-MYB转录因子家族鉴定及其类黄酮合成调控基因的筛选

郭飞翔, 李春霞, 周爽, 郭彬彬, 张均, 马超

作物学报 2025, 51 (1): 117-133. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44077

摘要（444）

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R2R3-MYB转录因子家族在植物次生代谢物合成、胁迫应答和生长发育等生命过程起着重要的调控作用。本研究基于生物信息学鉴定了绿豆(Vigna radiata L.)全基因组水平的R2R3-MYB转录因子, 并对其理化性质、系统进化、染色体定位、启动子顺式作用元件及基因结构做了预测分析; 此外, 转录组数据和实时荧光定量PCR (Quantitative Real-time PCR, RT-PCR)分析该转录因子在不同组织、逆境胁迫下的表达模式; 并基于相关分析及蛋白互作网络, 筛选到可能参与调控绿豆类黄酮生物合成的R2R3-MYB成员。结果表明, 共鉴定到168个R2R3-MYB成员, 其中145个分布于11条染色体, 23个成员染色体信息未知; 大多数R2R3-MYB含有3个外显子, 编码99~1645个氨基酸, 均为亲水性蛋白; 系统进化将绿豆R2R3-MYB基因家族分为30个亚组(V1~V30), 不同亚组成员的基因结构存在差异; 共线性分析表明, 片段复制事件均进行了纯化选择; 启动子顺式作用元件分析表明, 绿豆R2R3-MYB基因启动子区含有大量激素响应、胁迫响应及少量的类黄酮合成响应等元件; 基因表达分析表明, 在叶片、叶柄、下胚轴和籽粒种皮中表达量较高的成员分别占15.5%、16.1%、16.1%和10.7%。RT-PCR分析发现, 几乎所有的R2R3-MYB家族成员在低温胁迫下的相对表达量显著下调, 不同成员对逆境胁迫有不同的响应模式。蛋白互作与相关性分析可知, VrMYB6、VrMYB77、VrMYB93这3个基因可能参与了绿豆类黄酮生物合成的调控。

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30. 水旱条件下小麦持绿相关性状QTL定位

陈晨, 程宇坤, 王伟, 任毅, 张海燕, 陈慧波, 耿洪伟

作物学报 2024, 50 (11): 2684-2698. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41022

摘要（435）

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干旱是影响小麦生产中最重要的非生物胁迫。延长叶片持绿周期, 进而增加光合时间, 提高光合效率, 对小麦在旱胁迫下保证有机物积累, 最终达到小麦产量的稳定具有重要的意义。了解小麦旗叶持绿性保持的发育和遗传特征, 并探索与小麦持绿基因密切相关且不受环境影响的稳定的分子标记, 应用于育种可大大缩短抗旱育种周期。本研究以扬麦16和中麦895衍生的174个家系的DH群体为试验材料, 通过设置正常滴灌(NI)和干旱胁迫(DS)处理, 对2年2个水分处理下花后10 d、14 d、18 d、22 d、26 d和30 d旗叶绿色叶面积百分率(GLA)及叶绿素相对含量(SPAD值)进行表型测定, 运用Gompertz模型模拟出GLA (%)变化趋势。将达到最大衰老速度的时间(TMRS)、绿色叶面积持续期(GLAD)、平均衰老速率(ARS)、旗叶快速衰老开始的时间(T1)、旗叶快速衰老结束的时间(T2)和旗叶动态SPAD值等11个持绿相关性状进行QTL定位。结果表明,水旱条件下, DH群体和亲本不同日龄下的GLA, 衰老特征参数和旗叶动态SPAD值均存在超亲分离现象, 并表现出一定差异。各家系和亲本不同日龄下的GLA均呈缓慢-快速-缓慢的动态下降趋势, 快速衰老主要集中在18 d、22 d和26 d。除ARS和GLA-10D呈负相关, 其余性状之间均呈现正相关。各性状遗传力范围在0.50~0.81之间。连锁分析在2个及以上环境中共鉴定到27个与小麦持绿相关的稳定位点, 其中11个与小麦衰老特征参数相关, 16个与旗叶动态SPAD值相关, 分布在1A、1B、4B、4D、5D、7B和7D染色体上, 分别解释表型变异3.86%~14.11%和2.99%~17.45%。在4B、4D和7B染色体上有1个调控T1和5个调控SPAD值的QTL在3个环境中被重复检测到, 分别解释8.97%~14.11%和6.85%~17.45%的表型变异。QTL聚合效应分析发现, 含有Rht-D1b和AA基因型的位点对SPAD-10D具有显著的增效作用和累加效应, 含有GG和TT基因型的位点对SPAD-18D具有显著的增效作用和累加效应。在4B、4D、7B和7D染色体上发现了4个效应明显的QTL簇, 位于4D染色体的QTL簇中存在不受水分环境影响的区段(18.80~28.58 Mb), 该区段内包含Rht-D1基因, 调控SPAD-0D和SPAD-10D的位点可能受到该基因的多效应影响。候选基因分析发现TraesCS4D01G054000、TraesCS1B01G434300和TraesCS7B01G010200等8个影响持绿相关性状的候选基因。以上研究结果为小麦持绿性分子标记辅助育种提供了理论依据。

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31. 小麦E3泛素连接酶基因 TaSINA-3A与多种环境下的株高和千粒重相关

赵阳, 李龙, 杨进文, 景蕊莲, 孙黛珍, 王景一

作物学报 2024, 50 (10): 2654-2664. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41008

摘要（433）

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E3泛素连接酶SINA (seven in absentia)家族参与植物的生长发育、免疫共生并响应逆境胁迫。本研究克隆了位于小麦染色体3A上的TaSINA-3A基因, 其基因组序列长度为3897 bp, 其中启动子区为2001 bp, 基因序列为1896 bp, 编码244个氨基酸, 在50~91位氨基酸处有一个RING (really interesting new gene)保守结构域。RT-qPCR结果显示, TaSINA-3A基因在小麦的各个发育阶段的不同组织中均有表达。序列多态性分析表明, 在TaSINA-3A的启动子区存在33个SNP (single nucleotide polymorphism)位点, 编码区有4个SNP位点。基于启动子区的变异位点SNP-159、SNP-418和SNP-1286开发分子标记, 扫描小麦自然群体, 并与表型性状进行关联分析。结果表明,标记CAPS-159与多种环境下的株高和倒二节长显著相关, SNP-159-C是倒二节较短的矮秆等位变异, 标记dCAPS-418分别与多种环境下的穗长和千粒重显著关联, SNP-418-A是长穗、高千粒重的优异等位变异; TaSINA-3A负调控穗和籽粒的发育, TaSINA-3A的表达可能受到MYC转录因子的抑制; 在我国小麦育种进程中SNP-418-A受到正向选择, 在育成品种中的频率逐步增加, 但尚未充分利用。研究结果为深入探讨小麦株高、倒二节长及产量的形成机制提供参考, 并为培育高产稳产广适新品种提供了基因资源。

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32. 小麦TaSnRK基因家族鉴定及在局部根区干旱下的表达分析

张恒, 冯雅岚, 田文仲, 郭彬彬, 张均, 马超

作物学报 2025, 51 (3): 632-649. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.41033

摘要（433）

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PDF（pc）（14878KB）（407）

蔗糖玉米非发酵-1相关蛋白激酶(Sucrose non-ferment-1-related protein kinase, SnRK)在响应非生物胁迫过程中发挥着核心调控作用。为系统分析小麦(Triticum aestivum L.) TaSnRK基因家族成员的基本理化性质、染色体分布、基因结构、系统进化关系和在局部根区干旱下的表达特性, 本研究利用生物信息学的方法在小麦全基因组进行鉴定, 并通过小麦公共表达数据库和实时荧光定量PCR (Real-time fluorescent quantitative PCR, qRT-PCR)分析了其在局部根区干旱下的表达模式。结果表明, 在小麦中共鉴定到139个SnRK基因家族成员, 并将其分为3个亚家族, 每个亚家族中分别含有15 (SnRK1)、31 (SnRK2)和93 (SnRK3)个成员, 蛋白质序列长度在154~836个氨基酸之间。通过保守基序分析发现, 3个亚家族的成员中均含Motif2和Motif4; 在SnRK1亚家族中所有成员均含Motif14和Motif15, 而在SnRK2和SnRK3亚家族中均不含这2个结构域; 在SnRK3亚家族中所有成员均含Motif10, 而在SnRK1和SnRK2亚家族中均不含Motif10。通过种内共线性分析发现, TaSnRK基因共有217个重复事件, 同源性较高且进化过程非常保守, K_a/K_s比率显示仅有4对家族成员受到了正向的自然选择压力。顺式作用元件分析发现, 小麦TaSnRK基因中的顺式作用元件大多与生长发育有关, 此外还包含多种逆境响应的结合元件。基因表达模式分析显示, 在TaSnRK家族成员中仅有20个基因在籽粒中的相对表达量较高, 而在穗、叶、芽、根中分别有85、90、92和80个基因具有较高的表达量。qRT-PCR分析表明, TaSnRK基因在抗旱性强的小麦中表达量更高, 另外SnRK2和SnRK3这2个亚族中的成员可以感受并传递干旱胁迫信号。蛋白互作分析结果表明, 35个TaSnRK蛋白和与其相关的23个功能蛋白共存在267对蛋白互作事件。上述结果为深入研究TaSnRK基因在调控小麦生长发育与干旱胁迫中的响应提供了理论依据。

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33. 过表达水稻 OsPIN2通过减弱地上部重力反应增大分蘖角度

吴佳俊, 涂燃冉, 张秋丽, 邹沁雯, 孙志豪, 王宏, 何光华

作物学报 2024, 50 (12): 2962-2970. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.42021

摘要（432）

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地上部向重力性与分蘖角度形成紧密相关, 解析其调控机制有助于合理设计分蘖角度, 从而促进作物株型改良。在水稻生长素输出载体基因OsPIN2过表达株系中鉴定到2个分蘖角度显著增大的株系OE-OsPIN2-1/2。扫描电镜观察显示OE-OsPIN2-1/2分蘖基部的近地端与远地端近乎对称生长。向重力性检测发现OE-OsPIN2-1/2幼苗地上部重力反应降低, 且重力刺激后生长素标志基因OsIAA20和WUSCHEL相关同源盒基因WOX6/11不对称表达减弱, 表明过表达OsPIN2减弱重力作用下的生长素不对称分布。此外, OE-OsPIN2-1/2分蘖基部参与重力反应的正调控基因下调表达而负调控基因上调表达, 进一步表明过表达OsPIN2能够减弱地上部重力反应。本研究结果揭示了OsPIN2通过调控地上部向重力性从而控制水稻分蘖角度的机制, 为深入研究植物地上部重力反应提供理论依据。

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34. 山西谷子种质资源株高全基因组关联分析

阳世杰, 王华智, 潘怡敏, 黄蕊, 侯森, 秦慧彬, 穆志新, 王海岗

作物学报 2024, 50 (12): 2984-2997. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44070

摘要（430）

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适宜的株高能够有效增强谷子养分利用效率和抗倒伏能力。本研究以313份山西谷子地方品种微核心种质为关联群体, 在5个环境下调查谷子株高, 对其进行全基因组深度重测序, 数据质量控制后得到均匀分布于谷子9条染色体的3,160,066个SNP标记, 进行株高全基因组关联分析(GWAS)。共定位到8个与株高显著关联的QTL位点, 单个位点表型变异解释率为7.13%~12.08%。在8个稳定QTL位点上下游各25 kb的置信区间内共发现40个候选基因, 结合基因注释信息等筛选到6个候选基因, 主要参与激素合成、细胞分裂调控、信号转导和糖类物质代谢等途径, 并通过单倍型分析发现候选基因Millet_GLEAN_10031852的一个优异单倍型Hap2可以有效降低株高。

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35. 中国花生高产栽培研究进展与展望

万书波, 张佳蕾, 高华鑫, 王才斌

作物学报 2025, 51 (7): 1703-1711. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.55017

摘要（430）

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我国人多地少, 持续提高花生产量是花生栽培的首要目标。建国以来, 我国花生高产栽培技术研究与应用取得了长足的进步, 形成了独具中国特色的花生高产栽培技术体系, 带动了花生整体生产水平的不断提高。回顾和总结我国花生高产栽培历程和经验, 分析和探讨花生持续增产潜力与途径, 有助于进一步提升我国花生高产栽培研究创新能力和整体生产水平。20世纪70年代初期, 通过应用增产效果显著的氮磷化肥施用技术, 产量突破了6000 kg hm^-2; 70年代末, 通过化学调控、地膜覆盖、氮磷钾平衡施肥等关键技术, 产量突破了7500 kg hm^-2; 进入20世纪90年代后, 通过缓控徒长、量化施肥等关键技术, 产量突破了9000 kg hm^-2; 进入新千年后, 通过单粒精播等关键技术, 产量突破了11,250 kg hm^-2; 2023年, 以单粒精播技术为核心, 配套全程可控施肥、“三防三促”群体调控和微生物耦合技术等, 构建高产栽培技术体系创造实打验收12,982 kg hm^-2的全国高产纪录。据推算花生实际生产能力还有较大的提升空间, 培育高潜力品种、充分挖掘土壤生产潜能和构建高质量的群体是未来进一步提高花生产量的主要途径。

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36. 不同种植环境下国内外棉花种质资源的遗传多样性分析与评价

尚红燕, 普静, 柯会锋, 谷淇深, 孙正文, 杨君, 王国宁, 张艳, 卢怀玉, 徐东永, 吴立强, 马峙英, 王省芬, 吴金华

作物学报 2024, 50 (10): 2528-2537. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44012

摘要（418）

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目前, 我国棉花育种存在着现有品种同质性高, 种质资源遗传多样性下降, 优异基因资源挖掘不足等问题。鉴于此, 本研究以来自我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区)与国外的415份棉花种质资源为材料, 在海南三亚、河北河间和河北辛集3个环境下, 对3个产量性状指标和7个纤维品质指标进行鉴定和综合评价。结果发现, 三亚单铃纤维重和衣分值最高, 纤维品质最差, 河间单铃重最高, 纤维品质最佳, 辛集产量性状最差; 同时发现, 10个表型性状在3个环境下变异系数较大, 且具有丰富的遗传多样性。不同来源棉花种质资源除纤维长度、整齐度及短纤维率外均存在显著差异, 黄河流域棉区种质资源产量性状最好, 纤维长度和断裂比强度最高, 且大于“双30”的材料占比最多, 但马克隆值偏高; 长江流域棉区的单铃纤维重和衣分较高; 国外种质资源铃重较高, 衣分最低。相关性和聚类分析结果表明, 产量性状之间多呈正相关, 供试种质资源被分为5类。通过因子分析法对供试材料进行综合排名, 筛选出7份大铃(>7 g), 26份高衣分(>42%), 11份纤维长度与断裂比强度均大于“30”的种质资源, 以及9份综合性状表现优异的资源, 为棉花育种提供了优异亲本材料, 也为进一步开展研究提供了重要依据。

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37. 玉米突变体 caspl2b2的耐盐特性评价及转录组分析

张锦辉, 肖姿仪, 李旭华, 张明, 贾春兰, 潘振远, 邱法展

作物学报 2024, 50 (12): 3144-3154. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43017

摘要（417）

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盐胁迫敏感突变体是研究作物耐盐遗传基础和分子机制的重要遗传材料。本研究以自交系LY8405和突变体caspl2b2为材料, 开展正常生长、盐胁迫条件下苗期表型鉴定和生理生化指标测定分析。结果表明,与LY8405相比, 盐胁迫下caspl2b2存活率显著降低, 地上部分生长显著受到抑制; 地上部Na⁺离子含量显著升高, 丙二醛(MDA)含量显著升高; 蒸腾速率、气孔导度及胞间CO₂浓度显著升高, 净光合速率显著下降。为揭示其盐胁迫下表型差异的分子基础, 对LY8405和caspl2b2突变体材料在正常生长和盐胁迫条件下叶片组织进行转录组分析。结果表明,差异表达基因主要富集到谷胱甘肽转移酶活性、谷胱甘肽代谢过程、氧化还原酶活性和细胞稳态等相关途径, 其中谷胱甘肽代谢过程最为显著。本研究不仅为作物耐盐遗传基础解析提供了重要的种质资源, 也为耐盐基因的挖掘及其遗传调控网络分析奠定了基础。

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38. 绿肥对减量施氮小麦籽粒产量和氮素利用的补偿机制

韦金贵, 毛守发, 江俞欣, 樊志龙, 胡发龙, 柴强, 殷文

作物学报 2024, 50 (12): 3129-3143. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41026

摘要（415）

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针对西北绿洲灌区小麦连作普遍、化肥施用量较大及氮素利用率低等问题, 探究麦后复种绿肥对减量施氮小麦籽粒产量和氮素利用的补偿效应, 以期为构建减氮小麦高效生产技术提供理论依据。本研究依托始于2018年的定位试验进行, 2020—2022年期间采集数据。试验采用裂区设计, 主区设4种绿肥种植模式, 即麦后分别复种毛叶苕子混播箭筈豌豆(HCV)、箭筈豌豆(CV)、油菜(R)和麦后休闲(F); 副区为3种施氮水平: 试区习惯施氮量(N3, 180 kg hm^-2)、习惯施氮减量20% (N2, 144 kg hm^-2)、习惯施氮减量40% (N1, 108 kg hm^-2)。研究表明, 习惯施氮减量20%和40%显著降低了小麦籽粒产量和氮素吸收, 但麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆可补偿因减量施氮40%造成的籽粒产量和氮素吸收损失, 且麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减量施氮20%提高小麦籽粒产量21.4%和氮素吸收6.9% (P < 0.05)。麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆可补偿因减量施氮40%造成的氮素利用率损失, 且其结合减量施氮20%氮素利用率提高13.4% (P < 0.05)。其补偿机制归因于: (1) 麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆在减量施氮40%条件下可补偿小麦氮素吸收速率, 提高氮素净同化速率34.3% (P < 0.05), 维持穗部氮素分配, 增加茎氮素转运率6.6% (P < 0.05)。(2) 与麦后休闲传统施氮量相比, 麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减量施氮20%提高氮素平均吸收速率和氮素净同化速率7.2%和34.1% (P < 0.05), 增加灌浆初期至成熟期穗氮素分配6.7% (P < 0.05), 提高叶、茎氮素对穗的转运贡献率17.8%、8.9% (P < 0.05)。因此, 在干旱绿洲灌区, 麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆是实现小麦减氮40%的可行措施, 麦后复种毛叶苕子混播箭筈豌豆结合减氮20%可通过提高小麦氮素吸收速率和氮素净同化率, 提高叶、茎对穗的转运贡献率从而促进穗部氮素分配, 实现小麦产量和氮素利用率双提升。

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39. 国内外谷子资源农艺、品质性状差异分析以及遗传多样性研究

薛亚鹏, 辛旭霞, 王若楠, 于筱菡, 刘少雄, 王瑞云, 刘敏轩

作物学报 2024, 50 (10): 2468-2482. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44041

摘要（415）

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对新引进国外谷子资源的综合农艺性状、品质性状以及与国内地方品种的亲缘关系进行研究, 为优异资源挖掘、利用提供数据参考。本研究以88份新引进谷子品种和152份国内地方品种为研究对象, 对其开展田间农艺性状的调查, 对收获后的种子进行品质测定, 同时利用重测序获得的SNP标记开展亲缘关系分析。结果表明, 数量性状在参试材料之间有显著的差异, 遗传多样性丰富, 遗传多样性指数H'≥2.00的性状有7个, 数量性状综合评价排名前3的材料为来自山东省的半月硬(F=2.47)、来自英国的新引进种质Y-190 (F=2.45)和来自山西省的大白谷I (F=2.38); 质量性状差异不显著, 遗传多样性指数H°介于0.38~1.37之间; 相关性分析显示除穗粗与千粒重呈现不显著负相关外, 其余数量性状之间均呈现不同程度的正相关。品质测定结果显示各性状基本符合正态分布且在不同品种间存在差异, 品质性状的遗传多样性指数H'介于1.65~2.05, 粗蛋白和粗脂肪的遗传多样性最丰富(H'≥2.00); 相关性分析显示, 粗蛋白含量与粗脂肪含量、粗脂肪含量与粗纤维含量均呈现不显著负相关; 淀粉含量与粗纤维含量、L^*与b^*均呈现显著的正相关。基于表型性状将参试材料划分为4类, 且每个类群均存在表型特异性; 基于SNP的进化树和群体结构分析表明不同品种间存在多样的亲缘关系, 部分新引进种质与国内地方品种间存在较近的亲缘关系, 不同材料间的具体的亲缘关系还需进一步研究。通过本研究对近几年新引进的国外资源的农艺性状、品质性状以及与国内资源的异同进行了全面的评价, 为后续优异资源的利用、推广奠定了基础。

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40. 甘薯激酶基因 IbHT1的克隆及抗旱性功能鉴定

王语新, 陈天羽, 翟红, 张欢, 高少培, 何绍贞, 赵宁, 刘庆昌

作物学报 2025, 51 (2): 301-311. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44098

摘要（413）

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HT1 (HIGH LEAF TEMPERATURE 1)属于蛋白激酶, 在模式植物拟南芥中主要参与气孔运动, 但其在甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.)中的作用未见相关报道。本研究从甘薯品系徐薯55-2中克隆得到IbHT1基因, 其CDS全长1140 bp, 编码379个氨基酸。IbHT1蛋白具有一个保守的STKc_MAP3K_Like蛋白激酶结构域, 预测分子量大小43.07 kD, 等电点8.83。其基因组全长2796 bp, 含有3个外显子和2个内含子。IbHT1蛋白定位于细胞膜上, 其蛋白全长无转录激活活性。IbHT1基因受20% PEG-6000诱导下调表达。过表达IbHT1基因减弱了甘薯植株的抗旱性, 而RNA干扰该基因显著增强了甘薯植株的抗旱性。通过酵母筛库筛选到与IbHT1蛋白互作的10个蛋白, 由此推测, IbHT1蛋白激酶可能通过与这些蛋白相互作用从而共同参与甘薯抗旱性的调控。

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