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2019年 第45卷 第8期 刊出日期：2019-08-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

甘蓝型油菜开花相关基因的鉴定及进化与表达分析

王艳花,谢玲,杨博,曹艳茹,李加纳

作物学报. 2019, (8):  1137-1145.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.84159

摘要 ( 769 )   HTML ( 75 )   PDF (6309KB) ( 431 )  

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开花是开花植物繁衍后代的前提, 控制开花时间对农作物获得高产稳产具有重要影响。然而, 关于甘蓝型油菜基因组水平上开花相关基因的信息报道较少。本研究对甘蓝型油菜开花相关的基因进行了鉴定、特征分析、进化与表达模式分析。结果表明, 基因组水平上共鉴定到甘蓝型油菜1173个开花相关基因, 这些基因分为9类, 且不均匀地分布在染色体上; 与白菜(AA, 2n=20)和甘蓝(CC, 2n=18)相比, 甘蓝型油菜(AACC, 2n=38)经过自然杂交和染色体加倍后, 使开花相关基因的数目显著扩增; 选择压力分析表明, 糖代谢信号途径的基因比自发途径的开花相关基因受到的选择压力更大; 仍有一些开花相关基因在拟南芥和油菜基因组内非常保守。甘蓝型油菜基因数目的扩增和功能分化导致其开花调控机制更加复杂, 本研究为油菜开花途径提供更多的信息, 也为阐明拟南芥和油菜开花基因的进化关系指明了方向。

甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因的鉴定及功能性研究

姚珺玥,华营鹏,周婷,王涛,宋海星,官春云,张振华

作物学报. 2019, (8):  1146-1157.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.84124

摘要 ( 476 )   HTML ( 15 )   PDF (3126KB) ( 205 )  

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液泡是调控植物细胞分化、生长发育的重要部位, AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因调控植物液泡内外离子平衡、离子运输以及能量供应。本研究利用功能已知的拟南芥AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因为参考序列在甘蓝型油菜全基因组数据库、NCBI植物基因组注释数据库等鉴定并筛选出9个BnaAVP1、3个BnaVHA-a2和4个BnaVHA-a3, 并分析基因拷贝数变异、分子特征、跨膜结构域、保守基序、染色体定位、系统进化树构建、蛋白二级结构及三维结构预测、高通量转录组测序等。发现甘蓝型油菜BnaAVP1和BnaVHA-a3的基因数量明显多于甘蓝和白菜; 甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3蛋白属于由酸性氨基酸组成的稳定蛋白; 系统进化选择能力的分析表明, 甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3家族基因与甘蓝、白菜关系相近。转录组测序表明, 低氮处理后, BnaAVP1s基因主要在地上部表达, 且低氮3 h后地上部表达下调, 低氮处理72 h根中表达量上调; BnaVHA-a2s和BnaVHA-a3s基因在地上部和根中均有表达, BnaVHA-a2s在低氮处理72 h后表达量基本呈上调趋势, BnaVHA-a3s在低氮3 h后基本呈下调趋势。低磷处理后, BnaAVP1s根中大部分基因表达上调, 地上部表达基本无差异; BnaVHA-a2s表达基本无差异; BnaVHA-a3s地上部和根中均基本为上调趋势。该结果为进一步研究甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因生物学功能及AVP1、VHA-a2和VHA-a3蛋白水解ATP提供能量供植物代谢的分子机制奠定基础, 为已知大量数据的其他物种家族基因生物信息学研究提供参考。

小麦类受体蛋白激酶基因TaPK3A的克隆与抗纹枯病功能初步分析

苏强,荣玮,张增艳

作物学报. 2019, (8):  1158-1165.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.81017

摘要 ( 501 )   HTML ( 11 )   PDF (1411KB) ( 441 )  

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小麦纹枯病已成为我国小麦生产的重要限制因素。研究小麦防御反应分子基础, 发掘有效的抗病基因是小麦抗纹枯病育种突破的前提。本研究从抗纹枯病小麦品系CI12633中克隆出一个类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase, RLK)基因TaPK3A, 并对其表达特性及抗纹枯病功能进行了分析和验证。TaPK3A基因的开放阅读框长度为1983 bp, 编码660个氨基酸组成的类受体蛋白激酶。TaPK3A在抗纹枯病小麦品系CI12633中的表达受禾谷丝核菌的诱导而显著上调; TaPK3A在根、茎、叶、穗中都有表达, 以叶中的表达量最高; TaPK3A的表达受植物激素水杨酸诱导最为显著。利用大麦条形花叶病毒(barley stripe mosaic virus, BSMV)诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术, 降低抗纹枯病小麦CI12633中TaPK3A的转录水平, 再接种禾谷丝核菌WK207进行纹枯病抗性鉴定。结果显示, 与对照植株相比, TaPK3A转录量下降的CI12633植株对纹枯病的抗性显著降低, 说明TaPK3A是小麦防御纹枯病反应所需的。

AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及抗非生物胁迫基因表达的影响

贾小霞,齐恩芳,刘石,文国宏,马胜,李建武,黄伟

作物学报. 2019, (8):  1166-1175.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.84166

摘要 ( 440 )   HTML ( 11 )   PDF (3319KB) ( 271 )  

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为明确AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及基因表达的影响, 以马铃薯品种陇薯3号(L3)及其AtDREB1A转基因株系T2为材料, 采用盆栽试验, 在马铃薯盛花期将盆土含水量控制为田间最大持水量(FWC)的45%~50%, 观察转基因前后植株表型, 并研究叶片MDA含量、RWC、SOD和POD活性及其基因表达的差异。结果表明, 正常浇水条件下2个株系各指标差异不大。胁迫20 d后, 转基因植株T2的表型明显好于对照L3, 且RWC显著高于L3; 各株系叶片的MDA含量、SOD和POD活性均明显上升, 但转基因植株MDA含量上升幅度较对照小, 抗氧化保护酶SOD、POD活性升高幅度较对照大, 说明转基因植株细胞膜损伤和膜脂过氧化程度较轻, 植株的耐旱性明显提高。转录组测序及生物信息学分析发现, 转基因材料T2相对于L3的差异表达基因共430个, 其中上调表达基因287个, 下调表达基因143个。功能注释和显著性富集结果表明, 差异表达基因富集涉及 GO 功能分类体系中生物过程、细胞组分和分子功能3个大类别, 且大部分集中在细胞内和膜上, 主要涉及信号传导、氧化还原、生物调解、应激反应、发育过程、系统免疫过程、核酸和蛋白结合转录因子活性、转运活性及催化活性。其中抗非生物胁迫相关蛋白PPR、HSP、P450、MLO等家族的大量基因表达量发生较大变化, 说明这些基因在转AtDREB1A基因马铃薯抵御干旱过程中发挥着非常重要的作用。本研究为进一步解析AtDREB1A基因提高马铃薯抗旱性的调控网络奠定了基础。

绿豆SSR标记的开发及遗传多样性分析

叶卫军,陈圣男,杨勇,张丽亚,田东丰,张磊,周斌

作物学报. 2019, (8):  1176-1188.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.84155

摘要 ( 729 )   HTML ( 11 )   PDF (801KB) ( 523 )  

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SSR标记以其数量丰富、多态性好、共显性遗传等优点在基础研究和育种工作中发挥了重要作用, 但目前绿豆基因组中的SSR标记依然较少。本研究将磁珠富集法和测序技术相结合高通量检测绿豆基因组SSR位点, 鉴定出3,275,355个SSR位点, 开发了2742个SSR标记。选取其中157个SSR进行PCR验证, 发现有90个(57.33%)标记在10份材料中表现出多态性。挑选40个条带清晰、多态性高、染色体上均匀分布的标记对90份绿豆资源进行遗传多样性分析, 单个位点检测到的等位变异数为2~8个, 平均为3.0个, 有效等位基因数为1.31~4.21个, 平均为2.16。Nei’s基因多样性指数在0.23~0.76之间, 平均为0.51。多态性信息含量为0.22~0.72, 平均为0.43。聚类分析将90份材料分为2个类群, 包含4个组。第I组主要由北方资源组成, 第II组种质来源较为分散, 第III组主要由山东的资源构成, 第IV组包含多数河北的种质资源。本研究开发的多态性SSR标记不仅可以用于绿豆种质资源的遗传多样性分析, 也将在高密度遗传图谱构建、基因定位和分子标记辅助育种中发挥重要作用。

不同氮水平下水稻钾吸收及全基因组关联分析

邹伟伟,路雪丽,王丽,薛大伟,曾大力,李志新

作物学报. 2019, (8):  1189-1199.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.82058

摘要 ( 921 )   HTML ( 17 )   PDF (2296KB) ( 352 )  

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以业已完成深度重测序的134份水稻地方种质资源为材料, 在大田栽培条件下按不施氮(N0), 施96 kg hm ^-2纯氮(N1)和施192 kg hm ^-2纯氮(N2) 3种氮肥水平, 检测了分蘖盛期植株的钾含量、植株干重和钾积累。结果表明, 水稻钾含量、植株干重和钾积累在N0、N1、N2三种氮肥处理下均呈正态分布, 表型变异丰富。植株干重和钾积累与施氮量呈极显著正相关, 钾含量与施氮量相关性不显著; 钾含量与植株干重呈负相关, 钾含量与钾积累相关性不显著, 而植株干重与钾积累呈极显著正相关。在3个施氮水平下, 籼稻的钾含量极显著低于粳稻, 籼稻的干重和钾积累都极显著高于粳稻。全基因组关联分析发现, 在3个氮肥水平下检测到12个显著相关位点, 其中钾积累、钾含量和植株干重的显著相关位点分别有2、5和5个。在N1水平下, 位于第6染色体上与钾含量相关的SNP (Chr6_1,524,776)的显著性峰候选区包含与钾离子转运蛋白互作的RUPO基因。根据钾含量的差异, 鉴定出3个钾含量与低氮响应有关的SNP位点, 1个位点与高氮响应有关, 而位于第10染色体上的显著性位点Chr10_2,822,026对低氮和高氮均有响应, 该区域的4个候选基因的表达在不同氮水平间存在差异。

花生籽仁大小相关性状QTL定位

曾新颖,郭建斌,赵姣姣,陈伟刚,邱西克,黄莉,罗怀勇,周晓静,姜慧芳,黄家权

作物学报. 2019, (8):  1200-1207.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.84173

摘要 ( 553 )   HTML ( 22 )   PDF (1442KB) ( 179 )  

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花生籽仁大小相关性状是决定花生产量的直接因素。为发掘与花生籽仁大小相关的QTL, 本研究以中花16 ×J11构建的RIL群体为材料, 得到了一张包含289个SSR标记、21个连锁群、覆盖长度为947.3 cM的遗传连锁图谱。连续2年对籽仁大小相关性状鉴定表明, 各性状在群体中变异广泛, 呈典型正态分布, 且大部分性状间显著相关。结合本研究构建的遗传图谱, 利用WinCart2.5进行QTL定位分析, 2年共检测到66个QTL, 贡献率为3.23%~33.01%。与籽仁长(SL)、籽仁宽(SW)、籽仁长宽比(LWR)和百仁重(HSW)相关的QTL分别有18、16、18和14个。在这些QTL中, A05染色体上的区间A05A1500-A05A1530同时存在控制籽仁长(qSLA05.1和qSLA05.2)和百仁重的相关的QTL (qHSWA05.1); B06染色体上的区间A06B135-A06B113同时存在控制籽仁宽(qSWB06.2和qSWB06.4)和百仁重相关的QTL (qHSWB06.4), 这些稳定存在的主效QTL将为花生产量相关性状的精细定位和分子育种奠定基础。

耕作栽培·生理生化

灌浆结实期低温弱光复合胁迫对稻米品质的影响

张诚信,郭保卫,唐健,许方甫,许轲,胡雅杰,邢志鹏,张洪程,戴其根,霍中洋,魏海燕,黄丽芬,陆阳,唐闯,戴琪星,周苗,孙君仪

作物学报. 2019, (8):  1208-1220.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.82067

摘要 ( 1038 )   HTML ( 15 )   PDF (480KB) ( 678 )  

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近年来, 南方水稻抽穗灌浆期低温寡照天气发生频率明显增加, 为探明其对稻米品质的影响, 在水稻灌浆结实期不同时间段(1~7 d、8~14 d、15~21 d、22~28 d、29~35 d)设置低温弱光复合胁迫(LW)、单一弱光(WN)、单一低温处理(LN)和常温常光(NN)4个处理, 研究低温弱光复合胁迫对稻米加工品质、外观品质、蒸煮食味品质、RVA谱特征值等的影响。结果表明, 不同处理方式间的垩白米率、垩白大小和垩白度均表现为LW>LN>WN>NN, 且灌浆结实期各阶段的复合胁迫均较对照NN差异极显著或显著, 除了2016年灌浆结实1~7 d的垩白度外, 灌浆结实21 d内的复合胁迫与单一弱光、低温差异也显著或极显著, 单一胁迫低温、弱光在灌浆结实21 d内较对照NN差异极显著或显著, 其中单一低温与弱光在部分处理下差异达显著水平, 灌浆结实21 d后, 复合胁迫与单一弱光、低温部分差异显著, 弱光与低温无显著差异。不同处理间的糙米率、精米率和整精米率均表现为NN>WN>LN>LW, 其中, 灌浆结实21 d内, 复合胁迫及单一低温、弱光较对照NN差异极显著或显著, 灌浆结实21 d后, 部分时间段差异显著或极显著。低温弱光复合胁迫及单一胁迫对加工品质影响程度按大小依次为整精米率、精米率、糙米率, 且灌浆结实21 d内处理的影响大。对蒸煮食味品质, 低温弱光复合胁迫极显著或显著降低了稻米的直链淀粉含量、胶稠度、外观、黏度和食味值, 显著或极显著提高了蛋白质含量和硬度, 单一胁迫低温、弱光表现与复合胁迫相同的影响, 且灌浆结实21 d内, 除2016年的胶稠度, 单一低温、弱光较对照NN差异显著或极显著, 单一低温、弱光较复合胁迫差异也多显著或极显著。从水稻RVA谱特征值来看, 低温弱光复合胁迫及单一胁迫造成稻米的峰值黏度、热浆黏度与崩解值下降, 最高黏度、消减值与峰值时间上升, 除灌浆结实29~35 d的崩解值外, 复合胁迫较对照NN差异达极显著或显著水平, 部分指标的低温、弱光较对照NN差异也达显著水平。总之, 灌浆结实期各时间段的低温弱光复合胁迫及单一胁迫造成稻米品质不同程度下降, 且以灌浆结实21 d内复合胁迫的影响较大。

基于高斯函数的春玉米叶片功能期模型构建与应用

李姚姚,范盼盼,明博,王春霞,王克如,侯鹏,谢瑞芝,李少昆

作物学报. 2019, (8):  1221-1229.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.83082

摘要 ( 788 )   HTML ( 10 )   PDF (624KB) ( 204 )  

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叶片功能期是影响光合生产能力的关键因素, 冠层叶片功能期的量化评估对玉米植株生长和产量形成具有重要意义。本研究于2015—2017年在中国农业科学院作物科学研究所吉林公主岭试验站进行, 定株观测先玉335和郑单958 两个品种各个叶位叶片展开时间和衰老时间, 基于2015年和2016年试验数据, 以高斯函数($y=a+b\times {{\text{e}}^{\frac{-{{\left( x-c \right)}^{2}}}{2{{d}^{2}}}}}$)模拟玉米各叶位叶片功能期的动态变化, 并用2017年数据验证, 在此基础上进一步明确了模型特征参数的生理学意义, 简化了叶片功能期模型构建的方法。研究条件下利用高斯函数构建的玉米叶片功能期模型年际间稳定性好、品种间区分度大。进一步解析利用一阶导(功能期最大值)、二阶导(功能期变化速率最大的点)、三阶导(功能期开始快速增大的点)等于零取整后的叶位并配合最顶部叶位(n)和基部第1叶这5个转折叶位叶片功能期构建的模型拟合度良好, 极大地简化了该模型参数拟合的数据需求, 并探讨了利用该模型函数对玉米叶片功能分组的可能性。本研究为玉米生产能力的量化分析提供了思路和方法, 对各类玉米生长模型的完善和其他相关研究也有借鉴意义。

有机肥配施氮肥对滴灌春玉米产量及土壤肥力状况的影响

王艳丽,吴鹏年,李培富,王西娜,朱旭

作物学报. 2019, (8):  1230-1237.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.83080

摘要 ( 805 )   HTML ( 11 )   PDF (401KB) ( 457 )  

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针对宁夏扬黄灌区沙质土壤肥力贫瘠、养分利用率低以及农田生产力弱等问题。通过两年连续田间定位试验, 采用裂区试验设计, 主处理为不施有机肥(-M)处理和施有机肥3000 kg hm ^-2 (+M)处理, 副处理为施纯氮0 (N0)、75 (N75)、150 (N125)、225 (N225)和300 kg hm ^-2(N300) 5个不同氮肥用量, 进行滴灌条件下有机肥与氮肥配合施用对玉米产量及土壤肥力状况的研究, 探讨施肥对土壤养分、玉米产量的影响, 以选择最佳的肥料配比, 从而达到玉米高产、优质和土壤培肥的目的。结果表明, 有机肥配施氮肥能有效增加土壤有机质、全氮、全磷、速效钾和速效磷含量, 促进春玉米干物质累积并提高产量, 以有机肥配施纯氮300 kg hm ^-2和225 kg hm ^-2处理的培肥效果最佳。有机肥配施氮150、225和300 kg hm ^-2处理间的玉米产量无显著差异, 但较不施氮肥处理产量分别提高了74.21%、91.33%和81.23%, 施有机肥处理较不施有机肥处理平均增产24.28%。在试验区的推荐施肥量为3000 kg hm ^-2有机肥配施225~300 kg hm ^-2氮肥。

冬小麦生物量及氮积累量的植被指数动态模型研究

吴亚鹏,贺利,王洋洋,刘北城,王永华,郭天财,冯伟

作物学报. 2019, (8):  1238-1249.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.81084

摘要 ( 942 )   HTML ( 13 )   PDF (759KB) ( 515 )  

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利用遥感技术实时监测小麦生长状况, 依据监测结果适时促控, 可提高产量。本研究以高产小麦品种周麦27为试验材料, 在不同试验地点设置了水氮耦合的大田试验, 筛选出了适宜监测冬小麦地上部氮积累量和生物量的植被指数, 并构建了不同产量水平下优选植被指数的动态模型。结果表明, (1)不同的水氮耦合模式显著影响小麦冠层光谱变化, 在350~700 nm和750~900 nm表现相反的反应特征; (2)对2个农学生长指标反应敏感且兼容性好的植被指数主要有修正型红边比率(mRER)、土壤调整植被指数[SAVI (825, 735)]、红边叶绿素指数(CI_red-edge)和归一化差异光谱指数(NDSI), 其与产量间相关性较好的时期为拔节至灌浆中期; (3)双Logistic模型可以很好地拟合植被指数的动态变化, 高产和超高产水平下拟合精度较高(R ² > 0.82), 而低产水平下相对较低(R ² = 0.608~0.736)。比较而言, CI_red-edge和SAVI (825, 735)用于评价小麦长势较为适宜。研究结果对作物因地定产、以苗管理、分类促控具有重要意义。

耕作与秸秆还田方式对稻田N₂O排放、水稻氮吸收及产量的影响

冯珺珩,黄金凤,刘天奇,曹凑贵,李成芳

作物学报. 2019, (8):  1250-1259.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.82051

摘要 ( 655 )   HTML ( 14 )   PDF (429KB) ( 558 )  

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保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措, 然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此, 本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇, 设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法, 研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N₂O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明, 耕作方式显著影响土壤N₂O排放, 但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比, 免耕处理2016年和2017年土壤N₂O排放量分别显著提高了12.5%~18.2%和21.1%~38.6%。秸秆还田显著影响土壤N₂O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理, 秸秆还田处理2016年和2017年土壤N₂O排放量分别显著提高了38.5%~45.5%和13.1%~29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%~45.9%和9.0%~46.7%, 水稻氮吸收量提高了12.5%~26.0%, 产量增加了9.4%~12.6%。本文认为, 虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量, 但也促进了土壤N₂O的排放, 因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH₄和N₂O)排放和土壤碳固定影响的长期监测, 以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。

小麦产量对中后期氮素胁迫的响应及品种间差异

李朝苏,吴晓丽,汤永禄,李俊,马孝玲,李式昭,黄明波,刘淼

作物学报. 2019, (8):  1260-1269.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.81083

摘要 ( 704 )   HTML ( 7 )   PDF (508KB) ( 429 )  

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生育中后期土壤供氮不足是导致小麦减产的重要原因之一。2015—2017年连续2个生长季, 选择人工合成六倍体小麦衍生品种(synthetic hexaploid wheat-derived cultivar, SDC)和非人工合成小麦衍生品种(Non-synthetic hexaploid wheat-derived cultivar, NSC)各3个, 设置2个施氮水平, 研究其产量及相关生理参数对中后期氮素胁迫的响应。SDC包括川麦42、川麦104和绵麦367, NSC包括绵麦37、川农16和川麦30。2个施氮水平为正常施氮处理(Nn, 150 kg N hm ^-2, 底肥40%、拔节肥60%)和中后期氮胁迫处理(Ns, 60 kg N hm ^-2, 全部作底肥)。结果表明, 氮胁迫下, 两类品种产量均值降幅接近(SDC 19.6%, NSC 20.4%), 但正常供氮下SDC产量高于NSC (高14.4%), 其氮胁迫下的产量也较高(高15.9%)。氮胁迫下, SDC的生物产量、单位面积粒数均高于NSC。开花期, 两类品种在2个氮素水平下的叶面积指数(LAI)接近, 但在灌浆中后期的降幅SDC小于NSC, 花后22 d, SDC在高、低施氮水平下的LAI较NSC分别高25.1%和16.0%。开花灌浆阶段, 2个施氮水平下SDC旗叶和倒二叶SPAD始终高于NSC, 氮胁迫下二者的差距增大。两类品种的净光合速率(NPR)和群体光合速率(CAP)的差异也主要出现在灌浆中后期, 氮胁迫下SDC以上2个参数较NSC均有优势。氮胁迫下, 花后功能叶片的硝态氮、铵态氮、可溶性糖含量SDC也高于NSC。SDC较NSC有更高的氮素利用效率(NUtE), 氮胁迫下, 二者NUtE的差距增加。以上结果表明, 低氮胁迫下SDC的生产力高于NSC, 这与其较高的库容、较长叶片功能期有关。

研究简报

甘蓝BoPINs家族基因的特征和表达分析

王玉奎,张贺翠,白晓璟,廉小平,施松梅,刘倩莹,左同鸿,朱利泉

作物学报. 2019, (8):  1270-1278.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.84129

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为了探索植物生长素极性运输载体蛋白编码基因BoPINs家族参与甘蓝自交不亲和性的成员数目与参与方式, 本文通过转录组分析获得BoPINs家族在甘蓝自花和异花授粉后的表达情况, 利用分子生物学技术和生物信息学方法对该家族的基因结构、蛋白进化亲缘关系和表达模式等特征进行分析。结果表明, 甘蓝BoPINs基因家族包含8个成员, 含有5波浪线9个外显子和4~8个内含子; 其编码的蛋白质的氨基酸残基数在350波浪线650之间, 相对分子质量为38波浪线70 kD; 除了BoPIN5和BoPIN8不含中间亲水区以外, 其余6个BoPINs家族成员都含有位于两端的疏水区和中间亲水环, 它们可能以膜锚定蛋白的形式发挥作用; 甘蓝BoPINs与芜菁BrPINs、拟南芥AtPINs基因家族亲缘关系较近; 染色体定位分析表明, BoPIN1-1、BoPIN3-1、BoPIN3-2和BoPIN6与S位点之间发生不同程度的连锁; 启动子活性分析表明, BoPINs家族蛋白参与甘蓝SI反应, 可能受IAA、ABA等激素相互交叉影响; BoPIN1-1、BoPIN1-2、BoPIN2、BoPIN3-1、BoPIN3-2、BoPIN4、BoPIN6、BoPIN7-1和BoPIN7-2在柱头中表达量均较高; 数据表达谱和荧光定量分析表明, 8个家族成员中的6个BoPINs基因在自花授粉后下调表达; 自花授粉后柱头生长素含量降低, 与SI反应呈负相关。因此, 在甘蓝BoPINs家族的8个成员中有6个BoPINs基因家族成员可能在膜上以负调节方式调控自交不亲和反应。

不同收获指数甘蓝型油菜β-淀粉酶活性及其基因家族成员的表达分析

靳舒荣,王艳玫,常悦,王月华,李加纳,倪郁

作物学报. 2019, (8):  1279-1285.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.94001

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油菜“源”器官中光合产物向籽粒转移的效率是提高油菜收获指数的关键环节, 而“源”器官中淀粉酶活性影响同化物向籽粒的运输强度。β-淀粉酶(β-amylase, BAM)及其基因家族成员与油菜高收获指数形成之间的关系还不清楚。本研究选择高产高收获指数型、高产低收获指数型、低产低收获指数型3类油菜品种, 在终花期后5、10、15、20、25 d分别取茎杆、叶片、角果皮与种子, 分析β-淀粉酶活性及其基因家族成员的表达水平。结果表明, β-淀粉酶活性在所检测“源”器官中酶活性总体随发育时期增加。高收获指数型油菜叶片、角果皮中的β-淀粉酶活性显著高于低收获指数型油菜。β-淀粉酶基因家族中, BAM1、BAM4与BAM5在油菜茎、叶及角果皮中的表达量总体随发育时期增加。花后25 d时, BAM1与BAM3在高收获指数油菜叶片、角果皮中的表达量显著高于低收获指数油菜。BAM4与BAM5在高收获指数油菜角果皮中的表达量分别于花后15 d与20 d开始显著高于低收获指数油菜。综合分析认为, BAM1和BAM3可能通过促进叶片与角果皮淀粉分解而加强光合产物向籽粒的运输强度; BAM4与BAM5可能主要通过作用于角果皮淀粉分解而调控光合产物向籽粒的运输。BAM4与BAM5也可能参与了油菜种子中淀粉的调控。

沟垄覆膜对连作马铃薯土壤酶活性、理化性状及产量的影响

要凯,赵章平,康益晨,张卫娜,石铭福,杨昕宇,范艳玲,秦舒浩

作物学报. 2019, (8):  1286-1292.  doi:10.3724/SP.J.1006.2019.94007

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以当地主栽品种“新大坪”为试验材料, 采用大田定位试验, 研究了平畦不覆膜(CK)、平畦覆膜(T1)、全膜垄播(T2)、全膜沟播(T3)、半膜垄播(T4)、半膜沟播(T5) 6种栽培模式对连作马铃薯土壤酶活性、理化性状及产量的影响。结果表明, 沟垄覆膜栽培可不同程度提高马铃薯连作田土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性, 其中T2对3种酶活性的提高效果最为显著; 沟垄覆膜可降低土壤pH, 从而改善马铃薯根际土壤的理化性状, 且以T2对土壤化学性质的改善最为明显, 沟垄覆膜可不同程度提高土壤电导率; 此外, 沟垄覆膜栽培还可以显著提高马铃薯块茎的产量, 其中T2增产幅度最高可达75%。本研究以期为半干旱地区马铃薯连作障碍的克服及提高马铃薯产量提供理论依据。