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2024年 第50卷 第1期 刊出日期：2024-01-12

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综述

种子休眠与萌发调控的研究进展

宋松泉, 唐翠芳, 雷华平, 姜孝成, 王伟青, 程红焱

作物学报. 2024, (1):  1-15.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34012

摘要 ( 796 )   HTML ( 121 )   PDF (3074KB) ( 878 )  

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休眠使植物种子能够为萌发安排时间, 直到环境条件变得有利于幼苗的存活与生长。种子的休眠特性具有重要的生态适应性意义和显著的农业价值。植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)是种子休眠与萌发的关键因素, 处于休眠状态的成熟种子含有高水平的ABA和低水平的GA; ABA诱导和维持种子休眠, 而GA拮抗ABA的作用和促进种子萌发。萌发延迟-1 (DOG1)是种子休眠的主要调控因子, 与ABA协同作用延迟萌发。DOG1通过与PP2C ABA过敏感萌发(AHG1/AHG3)结合以增强ABA的信号转导, 以及抑制AHG1的作用以增加ABA的敏感性和强加种子休眠。印记基因在受精前后受到表观遗传机制的调控, 与种子休眠的建立与释放密切相关。近年来, 种子休眠的调控研究取得了显著的进展。本文综述了植物激素ABA和GA对种子休眠与萌发的控制, DOG1调控种子休眠的作用机制, 以及种子休眠与萌发的表观遗传调控, 并提出了在本领域需要进一步研究的科学问题, 以期为深入理解种子休眠与萌发的分子机制、抗穗萌发育种以及促进休眠种子的萌发提供参考。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

小麦骨干亲本周8425B抗条锈病优异基因在其衍生品种中的遗传解析

李俣佳, 许豪, 于士男, 唐建卫, 李巧云, 高艳, 郑继周, 董纯豪, 袁雨豪, 郑天存, 殷贵鸿

作物学报. 2024, (1):  16-31.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31013

摘要 ( 312 )   HTML ( 42 )   PDF (4495KB) ( 216 )  

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周8425B是黄淮海麦区应用较广泛的矮秆大穗、抗病抗逆小麦骨干亲本, 解析周8425B衍生品种的条锈病抗性遗传表现及其携带的抗条锈病基因遗传传递信息对新品种选用具有重要价值。本研究以条锈病强毒力生理小种条中34 (CYR34)单一菌种对收集的222份周8425B衍生品种进行苗期条锈病抗性鉴定, 以CYR34为主的混合菌种对衍生品种进行成株期条锈病抗性鉴定, 利用周8425B携带的抗条锈病基因YrZH84、YrZH84.2、Yr30、YrZH22和Yr9紧密连锁的分子标记对衍生品种进行基因型检测。研究结果表明, 周8425B苗期和成株期对目前强毒力优势菌种CYR34均表现高抗条锈病。在222份周8425B的衍生品种中, 2年表现稳定成株期抗病的衍生品种有昌麦9号、济研麦10、百农4199、赛德麦7号和郑麦103等14份, 占比6.3%; 表现稳定全生育期抗病的衍生品种有周麦11、周麦22、周麦26、周麦36、兰天36、存麦16和郑品麦8号等52份, 占比23.4%。周8425B衍生品种主要通过周麦11、周麦12、周麦13、周麦15、周麦16和周麦17等6个子一代再次衍生到子二代。子一代中周麦16和周麦13由于具有较好的农艺性状直接衍生出较多品种, 周麦12与周麦13培育出子二代周麦22衍生出45个子三代, 周麦11培育出矮抗58衍生出54个子三代。周8425B携带的YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30和Yr9在衍生后代中的频率分别为34.7%、14.9%、41.9%、66.2%和67.1%。仅携带其中1个抗病基因的衍生品种以携带YrZH84的平均严重度最低, 为15.4%; 聚合2个抗病基因的衍生品种中, 以携带YrZH84+YrZH22的平均严重度最低, 为20.0%; 聚合3个抗病基因的衍生品种中, 以携带YrZH84+YrZH22+Yr9的平均严重度最低, 为17.2%; 聚合4个抗病基因的衍生品种中, 携带YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为16.9%, 携带YrZH84.2+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为38.4%。苗期以携带全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因组合的衍生品种的抗病性较好。研究结果为中国小麦骨干种质周8425B的持续改良利用提供了条锈病基因信息, 鉴定出对强毒力生理小种CYR34表现抗病的衍生新种质, 为我国小麦抗条锈病遗传育种提供了参考。

花生籽仁蔗糖含量遗传模型分析

郅晨阳, 薛晓梦, 吴洁, 李雄才, 王瑾, 晏立英, 王欣, 陈玉宁, 康彦平, 王志慧, 淮东欣, 洪彦彬, 姜慧芳, 雷永, 廖伯寿

作物学报. 2024, (1):  32-41.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34050

摘要 ( 157 )   HTML ( 17 )   PDF (425KB) ( 83 )  

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花生是我国重要的经济作物之一, 约40%的花生用于食用加工。蔗糖含量作为影响花生品质的重要指标, 与其风味及口感呈显著正相关。因此, 提高花生籽仁中蔗糖含量对花生品质改良具有重要意义。本研究利用NYBP×SYT5-1和19-1934×JHT1两个F_2:3群体为试验材料, 分析花生籽仁蔗糖含量遗传模型, 同时分析了蔗糖含量与含油量、蛋白含量及籽仁相关性状间的相关性。结果表明, 花生籽仁蔗糖含量呈连续分布, 超亲分离现象明显且具有丰富变异。两群体中蔗糖含量与含油量均呈现显著负相关, 与蛋白质含量均显著正相关, 蔗糖含量与籽仁长、籽仁宽和百仁重的相关性在两群体间表现不一致。遗传分析结果表明, 在两群体中花生籽仁蔗糖含量都表现为主要受两对主基因的加性、显性效应调控, 存在明显互作, 且主基因间具有累加效应。本研究通过对籽仁蔗糖含量遗传模型分析, 初步了解了蔗糖含量的遗传规律, 对食用花生品种选育具有指导意义。

烟草生物碱性状的QTL定位

刘颖超, 方敦煌, 徐海明, 童治军, 肖炳光

作物学报. 2024, (1):  42-54.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34047

摘要 ( 177 )   HTML ( 29 )   PDF (4340KB) ( 154 )  

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生物碱是烟草的重要化学成分。为明确烟草生物碱的遗传结构, 发掘控制相关性状的主效位点, 以烟草品种Y3、K326为亲本, 构建大小为271的重组自交系群体。分别于2018、2019和2020年在云南省昆明市石林、玉溪市研和种植群体材料, 检测总植物碱(TPA)、烟碱(NIC)、降烟碱(NOR)、假木贼碱(ANAB)和新烟草碱(ANAT) 5种生物碱表型。对群体进行基因组测序, 构建包含46,129个标记的遗传连锁图谱。利用基于混合线性模型的QTL定位方法及软件QTLNetwork 2.0, 进行QTL定位分析。共定位15个具有显著加性效应的QTL, 加性效应对表型贡献率为0.58%~11.57%。其中4个主效QTL即控制总植物碱的qTPA14、烟碱的qNIC14、假木贼碱的qANAB14和新烟草碱的qANAT14, 均可以解释相应性状10%以上的表型变异, 且均位于14号连锁群上。6个QTL具有显著的加性与环境互作效应, 对表型贡献率为0.80%~1.81%。5对QTL具有显著加性-加性上位性效应, 对表型的贡献率为0.15%~2.31%。2对QTL具有显著的上位性与环境互作效应, 对表型的贡献率为0.81%~1.16%。研究结果为进一步分离候选基因、解析遗传机理和促进烟草生物碱性状分子改良奠定了基础。

控制玉米株高基因PHR1的基因克隆

杨晨曦, 周文期, 周香艳, 刘忠祥, 周玉乾, 刘芥杉, 杨彦忠, 何海军, 王晓娟, 连晓荣, 李永生

作物学报. 2024, (1):  55-66.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33011

摘要 ( 215 )   HTML ( 36 )   PDF (11282KB) ( 208 )  

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株高属于玉米理想株型育种的一个重要指标, 不但影响玉米机械化收获, 更与玉米的倒伏性和生物产量密切相关。本研究以低剂量快中子(4.19 Gy)辐照诱变玉米自交系KWS39获得的矮秆低穗位突变体为研究对象, 该突变体命名为plant height reducing mutant-1 (phr-1), 开展了表型性状的田间调查分析, 并利用phr-1×B73获得的F₂分离群体, 借助极端性状混池测序分析法(BSA-seq)及目标区段重组交换鉴定的方法, 基于B73参考基因组对目标区段内的基因进行挖掘和功能注释, 定位候选基因。研究结果表明, 在1号染色体Bin1.06 区间可能存在变异位点, 进而利用大的分离群体结合目标区段多态性标记开发, 将目标区段精细定位分子标记到Umc1122和Umc1583a两个标记之间约600 kb区间, 该区段内存在一个控制株高的已知基因Brachytic2 (BR2), BR2编码一个调控玉米茎秆中生长素极性运输的糖蛋白。候选基因测序结果表明, phr-1是BR2基因在第4个外显子处插入了165 bp的序列, 导致第547位氨基酸变为终止子, 蛋白翻译提前终止。phr-1的基因突变位点和变异方式与已报道的br2-1单个碱基发生变异位点完全不同, 通过等位杂交实验证明了phr-1突变体就是br2-1的一个新等位突变体, 候选基因就是BR2基因。本研究为玉米BR2基因在玉米株高遗传改良中提供了新的种质资源。

小肽Ospep5对水稻耐镉性的影响

李明月, 张文婷, 李阳, 张保龙, 杨立明, 王金彦

作物学报. 2024, (1):  67-75.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32012

摘要 ( 138 )   HTML ( 21 )   PDF (2484KB) ( 198 )  

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镉(Cd)胁迫是植物面临的主要重金属胁迫之一, 对植物的生长和发育产生严重的影响。尽管已有研究表明植物小肽具有缓解胁迫的作用, 但水稻中镉毒害的研究很少。在前期研究中, 通过翻译组、转录组和蛋白质组鉴定了一系列水稻小肽, 其中发现Ospep5可以显著地提高水稻的耐盐性。本研究以日本晴野生型、日本晴过表达Ospep5-OX和日本晴CRISPR/Cas9突变体ospep5-3作为水稻试验材料, 研究Ospep5对镉胁迫下水稻幼苗生长的影响。试验结果表明: 500 μmol L^-1 CdCl₂处理显著抑制了水稻幼苗的形态生长和叶绿素含量, 同时超氧化物歧化酶(SOD)、脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量和镉离子含量显著提高。与单独的镉胁迫相比, 外源施加Ospep5后, 可以有效缓解镉胁迫对水稻幼苗的形态生长的抑制, 显著提高超氧化物歧化酶(SOD)活力, 同时显著降低丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量和镉离子含量, 并且能够促进耐镉基因(OsHMA2、OsHMA3、OsCAL1)的表达。总之, Ospep5通过调节水稻幼苗各种生理生化反应以及调控耐镉基因表达的方式, 最终提高水稻幼苗对镉胁迫的耐受性。

玉米转录因子ZmMYB12提高植物抗旱性和低磷耐受性的功能鉴定

王丽平, 王晓钰, 傅竞也, 王强

作物学报. 2024, (1):  76-88.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33007

摘要 ( 216 )   HTML ( 65 )   PDF (10999KB) ( 215 )  

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玉米生长发育过程中会遭受干旱、高温、高盐及营养元素匮乏等多种非生物胁迫, 导致其产量和品质下降, 造成严重的农业减产。MYB类转录因子在植物中广泛分布, 参与植物生长发育和环境响应, 筛选及鉴定出具有抗逆功能的MYB类转录因子能为玉米抗逆遗传改良提供理论依据。本研究从玉米干旱处理的材料中克隆了一个R2R3-MYB家族转录因子基因ZmMYB12, 其响应自然干旱、ABA及PEG处理, 基因表达被诱导上调。病毒诱导沉默ZmMYB12后的玉米植株对干旱更加敏感, 活性氧积累更多, 根系更小; 复水后ZmMYB12沉默植株存活率更低, 表明ZmMYB12是干旱正调控因子。进一步构建ZmMYB12稳定过表达拟南芥, 干旱处理后ZmMYB12过表达株系活性氧积累更少, 侧根更多, 抗旱能力增强。同时, 发现ZmMYB12过表达拟南芥在低磷胁迫下侧根数量更多, 根系酸化程度增加, 叶绿素及花青素含量更多, 体内无机磷含量高于野生型, 表明ZmMYB12参与到低磷胁迫过程中, 并且提高了植株对磷元素的吸收及利用率。研究表明ZmMYB12调控干旱抗性并响应低磷胁迫, 为作物抗旱及耐低磷育种提供了一个良好的基因资源。

转基因抗虫耐除草剂玉米自交系LG11的获得及抗性分析

岳润清, 李文兰, 孟昭东

作物学报. 2024, (1):  89-99.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33016

摘要 ( 145 )   HTML ( 12 )   PDF (9127KB) ( 112 )  

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虫害是影响我国玉米产量和品质的重要限制因子, 转Bt (Bacillus thuringiensis)基因玉米具有很好的抗虫性, 能有效减少化学杀虫剂的使用, 深受种植者欢迎。但是大面积持续种植转基因玉米, 会引发靶标害虫产生抗性, “多基因”策略是阻止或延缓靶标害虫抗性种群发生的主要治理策略之一。本课题组利用人工合成方法将Cry1Ab和Vip3Aa蛋白的主要结构域组合形成融合蛋白M2cryAb-vip3Aa, 这2种杀虫蛋白在进化上没有同源性且杀虫机理存在差别, 能有效降低靶标害虫产生抗性的几率。本研究拟通过转基因方法将m2cryAb-vip3Aa和bar基因串联导入受体材料, 并以骨干自交系昌7-2为回交亲本进行回交转育, 获得抗虫耐除草剂且拥有优良农艺性状的转基因玉米新材料, 并对抗虫性和耐除草剂抗性进行分析。研究结果将丰富现有的抗虫耐除草剂玉米种质资源, 并为玉米田间害虫防治和杂草治理提供新的解决方案。

利用CRISPR/Cas9技术编辑GmBADH1基因改变大豆耐盐性

石宇欣, 刘欣玥, 孙建强, 李晓菲, 郭潇阳, 周雅, 邱丽娟

作物学报. 2024, (1):  100-109.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34056

摘要 ( 230 )   HTML ( 28 )   PDF (3225KB) ( 195 )  

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耐盐基因功能鉴定对于大豆品种改良以及盐碱地的开发利用至关重要。盐害胁迫下作物通过合成和积累甜菜碱作为渗透保护剂, 减小盐害对作物产量的影响。BADH基因已在多种植物中被证实调节植物对逆境胁迫的响应, 但在大豆中的调控机制尚不清晰。本研究克隆了GmBADH1基因, qRT-PCR显示该基因在根、茎、叶中均有表达, 尤其在根中的表达丰度最高。通过农杆菌介导的大豆遗传转化技术将CRISPR/Cas9系统构建的表达载体转入到大豆品种JACK中, 产生了3种可以调控大豆耐盐性状的靶向突变, 均发生在编码区, 分别为缺失19 bp、插入1 bp、插入9 bp替换2 bp。前两者, 过早出现的终止密码子, 使其均产生截断的BADH1蛋白, 后者发生移码突变。在出苗期和苗期分别对突变纯合植株进行盐处理, 结果表明, 出苗期耐盐性与野生型相比显著下降, 苗期与野生型相比无明显差异。这说明GmBADH1基因可能主要调控出苗期的耐盐性状。本研究为深入挖掘大豆耐盐基因和培育大豆耐盐品种提供了依据。

甘蔗割手密种转录因子NAP亚家族的鉴定及SsNAP2a参与叶片衰老的功能分析

王恒波, 冯春燕, 张以星, 谢婉婕, 杜翠翠, 吴明星, 张积森

作物学报. 2024, (1):  110-125.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34037

摘要 ( 211 )   HTML ( 19 )   PDF (5204KB) ( 68 )  

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NAP (NAC-like, activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法, 首先, 基于比较基因组学对NAP亚家族成员进行鉴定、系统进化分析、保守结构域及顺式调控元件预测; 其次, 克隆获得割手密种SsNAP2的等位基因SsNAP2a, 分析该基因在不同生长发育阶段的表达及其在激素和非生物胁迫下的表达特征; 最后, 利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsNAP2a基因的功能。结果表明, 在割手密种基因组中共鉴定5个NAP亚家族成员, 亚细胞定位预测所有成员编码蛋白均定位于细胞核上, 这些基因的K_a/K_s比值均小于1, 表明纯化选择在演化中起到关键作用。系统聚类分析表明, 5个代表性的被子植物(拟南芥、菠萝、水稻、玉米和高粱)与已报道的12个物种及甘蔗的NAP亚家族成员, 共计46个, 分为4个Clade, 其演化的顺序Clade I > Clade II> Clade III > Clade IV。此外, 在SsNAP亚家族成员的启动子区域预测到较多响应脱落酸和茉莉酸、低温等逆境胁迫的顺式作用元件, 推测其参与多种激素和非生物胁迫相关应答通路。进一步, 从割手密种SES208中克隆到SsNAP2a基因, 该cDNA全长序列1173 bp (GenBank登录号为OQ335094), 编码390个氨基酸残基, 其与等位基因SsNAP2编码蛋白的序列相似性为97.70%, 有10个氨基酸残基的差异, 表明同源8倍体的割手密种等位基因序列差异较大。qRT-PCR分析表明, SsNAP2a基因在割手密种不同生长发育阶段中组成型表达, 尤其在衰老的蔗皮和根中的表达量最高; 在乙烯利(ethylene, ET)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、4℃低温和40℃高温处理下, 其表达量呈现显著诱导表达; 而在8%聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)胁迫下显著下调表达。亚细胞定位表明, SsNAP2a融合蛋白定位在细胞核上。瞬时过表达SsNAP2a基因7 d后, 本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片有明显的卷曲、皱缩等衰老现象, ET合成相关基因(NtEFE26, NtAccdeaminase)显著上调表达, 而水杨酸、茉莉酸和ABA合成相关基因(NtPR-1a/c、NtPR3和NtAREB1)显著下调表达, 表明SsNAP2a基因参与多种激素信号传导途径诱发叶片衰老。以上研究结果为挖掘甘蔗NAP亚家族基因成员参与叶片衰老的生物学功能奠定了研究基础, 也为培育甘蔗抗衰老分子育种提供候选的基因资源。

棉花AP2/ERF转录因子GhTINY2负调控植株抗盐性的功能分析

肖胜华, 陆妍, 李安子, 覃耀斌, 廖铭静, 闭兆福, 卓柑锋, 朱永红, 朱龙付

作物学报. 2024, (1):  126-137.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34045

摘要 ( 175 )   HTML ( 27 )   PDF (10846KB) ( 151 )  

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棉花属于相对耐盐作物, 但高盐胁迫同样会造成棉花产量和纤维品质的大幅下降。深入挖掘抗盐基因并解析棉花响应盐胁迫的分子机理, 对加快棉花抗盐遗传改良育种进程具有重要意义。本研究从棉花响应盐胁迫的转录组数据中鉴定到一个受盐诱导极显著下调表达的AP2/ERF转录因子GhTINY2, 并分析了GhTINY2超表达拟南芥的抗盐表型和各生理指标。结果显示, 在盐胁迫下, GhTINY2超表达植株的种子萌发率显著下降; 脯氨酸、可溶性糖、叶绿素含量等均显著减少; 多个盐胁迫响应基因显著下调表达; 因而表现出更为严重的叶片萎蔫枯黄表型。通过分析GhTINY2超表达拟南芥中的RNA-seq数据, 发现差异表达基因(DEGs)富集到叶绿素代谢、刺激响应等生物过程中, 且DEGs均呈下调表达趋势。此外, 在棉花中通过病毒诱导的基因沉默(VIGS)试验沉默GhTINY2后, TRV:GhTINY2植株在盐胁迫下叶绿素和脯氨酸含量显著增加, 从而增强了棉花的抗盐性。综上, GhTINY2是棉花中一个负调控盐胁迫抗性的重要基因, 未来将有望通过现代基因工程技术利用GhTINY2创制耐盐棉花材料。

基于CRISPR/Cas9的棉花GhbHLH71基因编辑突变体的分析

上官小霞, 杨琴莉, 李换丽

作物学报. 2024, (1):  138-148.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34041

摘要 ( 140 )   HTML ( 20 )   PDF (12356KB) ( 93 )  

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碱性/螺旋-环-螺旋(basic/helix-loop-helix, bHLH)转录因子在植物的生长发育、次生代谢、信号转导、逆境胁迫等方面起重要的调控作用。棉花GhbHLH71基因cDNA全长996 bp, 编码331个氨基酸残基, 蛋白序列中含有保守的bHLH结构域, 属于bHLH转录因子家族成员。实时荧光定量分析结果表明, GhbHLH71基因在棉花纤维快速伸长期3~12 DPA (days post anthesis, DPA)相对高表达, 暗示其主要在棉花纤维发育过程中发挥作用。构建该基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体进行了棉花遗传转化, T₀代再生株经过Cas9基因的PCR检测以及靶位点突变情况检测分析, 获得6个T₀代基因编辑突变体。T₁代不同突变株系在棉花生长发育期的表型性状与对照相比无明显差异, 但成熟纤维的长度与对照相比皆明显变短。T₂代突变株系可以稳定遗传T₁代株系纤维变短的表型。其中4#和8#株系连续2代的纤维长度与对照相比缩短比率皆达20%以上, 表明GhbHLH71基因的突变主要影响了棉花纤维细胞的伸长。本研究为深入了解棉花中bHLH转录因子的生物学功能以及棉花纤维发育的分子机制提供了一定的参考。

蚕豆产量组分的基因型与环境互作及稳定性分析

邵扬, 郭延平, 周丙月, 张峰, 张兴民, 王玉萍

作物学报. 2024, (1):  149-160.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.24265

摘要 ( 124 )   HTML ( 9 )   PDF (7314KB) ( 55 )  

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本研究通过综合评价蚕豆品系产量性状在不同试点的丰产性、适应性和稳定性, 筛选适应不同生态环境的产量性状稳定的优良品种(系)。同时评价各试点的区分力和代表性, 为试点选择提供依据。2017年和2018年在甘肃和政县、康乐县、积石山县、渭源县、临夏县和漳县6个试点分别种植5个蚕豆品系0215-1-4 (L1)、0208-3-1 (L2)、0208-3-2 (L3)、0323-2-1 (L4)、0161-1 (L5)与1个对照品种和政尕蚕豆(L6), 收获时记录株高、株粒数、小区产量、株荚数、分枝数、百粒重。采用联合方差和GGE (genotype + genotypes and environment interactions, GGE)双标图对产量性状进行基因型和基因型与环境互作分析。联合方差分析表明, 6个农艺性状的基因型除小区产量和株高基因型与环境互作效应无显著差异外, 其余性状的基因型与×环境互作效应均达到极显著水平(P<0.01); 除株高和株粒数基因型×年份互作效应达到极显著水平外(P<0.01), 其余农艺性状×年份互作效应无显著差异。相关性分析表明, 小区产量与株荚数和株粒数正相关, 与株荚数显著正相关(P<0.05), 与百粒重负相关。GGE分析结果表明, 品种(系)的适应性、丰产性和稳定性以及试点的区分力和代表性均具有较高的GGE变异值, 变幅在78.54%~97.38%之间。蚕豆品系L3在康乐县、积石山县、渭源县和临夏县试点的产量适应性均较高, 在和政县试点2018年产量适应性最高; 丰产性高的品种(系)依次为L3>L2>L6>L4, 稳定性最高的品种(系)依次为L4>L1>L5>L3。试点的区分力依次为康乐县2017年、积石山县2017年和2018年, 试点的代表性依次为渭源县2017年、康乐县2018年、积石山县2018年。高产且稳定的品系是L3和L4, 结合试点的区分力和代表性, 最理想的生态区试点是积石山县。本研究利用GGE双标图对甘肃蚕豆参试品种进行产量组分性状分析, 为蚕豆品种综合评价提供参考。

耕作栽培·生理生化

带宽和株距对带状间作大豆物质积累分配及产量形成的影响

袁晓婷, 王甜, 罗凯, 刘姗姗, 彭新月, 杨立达, 蒲甜, 王小春, 杨文钰, 雍太文

作物学报. 2024, (1):  161-171.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34070

摘要 ( 239 )   HTML ( 37 )   PDF (523KB) ( 368 )  

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间套作系统中合理的田间配置能改善作物生长环境, 增加系统产量。为进一步完善西南地区大豆-玉米带状间作系统高产高效的田间配置技术, 本研究以大豆-玉米带状间作为研究对象, 采用二因素裂区试验设计, 综合分析2.0 m (B1)和2.4 m (B2) 2个带宽与9 cm (P1)、11 cm (P2)、14 cm (P3)、18 cm (P4) 4个株距对大豆物质积累分配、籽粒灌浆和产量的影响。结果表明, B2带宽下各株距处理的净光合速率均高于B1, 其2年平均值在B2下较B1增加14.26%; 相同带宽下净光合速率在B1P4和B2P4达到最大, 开花期较B1P1和B2P1增加13.57%和25.21%。2个带宽下大豆群体物质积累均随株距增加呈先增后减的趋势且分别在B1P3和B2P2下达到最大, 完熟期B2较B1增加9.82%~22.08%。同时, 带宽与株距的增加促进了大豆花后物质的积累与向籽粒的转移, 与B1相比, B2处理使大豆花后干物质积累量与干物质转移量分别增加13.82%~28.01%和13.38%~37.76%, 籽粒物质积累占比增加到41.80%~44.26%。物质积累的增加改善籽粒灌浆过程, B2带宽下籽粒灌浆活跃期(D)较B1延长2~3 d; 2种带宽下平均灌浆速率均在P4达到最大且分别较P1增加5.80%和6.58%。产量结果表明, 大豆-玉米带状间作模式中, 带宽和株距的增加降低了群体有效株数, 增加了单株粒数和百粒重; B2带宽下的大豆产量较B1增加22.32%~36.87%, 2个带宽下分别在B1P3和B2P2达到最大值, 2年间较B1P1和B2P1增加17.83%~26.44%和10.71%~10.76%。综上所述, 2.4 m带宽下大豆株距为11 cm时能有效改善大豆花后干物质积累和分配, 促进籽粒灌浆, 增加单株粒数和百粒重, 提高大豆群体产量, 实现大豆-玉米带状间作系统的高产高效。

长江中下游地区糯玉米花期耐热性鉴定及评价指标筛选

宋旭东, 朱广龙, 张舒钰, 章慧敏, 周广飞, 张振良, 冒宇翔, 陆虎华, 陈国清, 石明亮, 薛林, 周桂生, 郝德荣

作物学报. 2024, (1):  172-186.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33019

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全球气候变暖趋势日趋明显, 高温热害已成为限制糯玉米丰产稳产的主要非生物胁迫之一。鉴定糯玉米的耐热性, 筛选耐高温评价指标, 可为耐热糯玉米品种的选育提供理论支撑。本研究以长江中下游地区主推品种为试验材料, 设置2种增温方式(覆膜增温处理和延迟播种处理)以及自然对照处理(CK), 测定了13个与耐热相关的指标, 采用主成分分析、隶属函数法、聚类分析和逐步回归分析相结合的方法, 对糯玉米花期耐热性进行综合评价。结果显示, 与对照相比, 除叶绿素a和光系统II最大光化学效率外, 各指标在高温处理下的降低幅度均达到显著或极显著水平。利用主成分分析将13个单项指标转换为3个相互独立的综合指标, 其贡献率分别为64.46%、15.06%和7.76%, 代表了糯玉米耐热性87.28%的原始数据信息量; 通过隶属函数计算综合耐热评价值(D值), 将10个参试糯玉米品种划分为3类, 分别为3个耐热型、4个中等耐热型和3个热敏感型。筛选出的耐热型品种为苏玉糯2号、中糯2号和苏玉糯901, 生产中应用这些品种可能在一定程度上减轻高温热害对糯玉米生长发育造成的不利影响。最后, 利用逐步回归分析建立了糯玉米耐热性评价方程预测供试材料的耐热性, 预测值(PV)与D值基本一致, 确定了产量、F_v/F_m、叶面积指数和花粉活力作为糯玉米花期耐热性评价指标。本研究筛选出的耐热品种和鉴定指标可为今后耐热糯玉米品种的选育提供理论依据。

低温下环丙酸酰胺调控棉花内源激素促进噻苯隆脱叶的机制

孙尚文, 束红梅, 杨长琴, 张国伟, 王晓婧, 孟亚利, 王友华, 刘瑞显

作物学报. 2024, (1):  187-198.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34046

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脱叶催熟是棉花机械采收的前提, 但遇低温可导致噻苯隆(TDZ)脱叶效果下降, 不能满足机械化采收的要求, 本实验室发现环丙酸酰胺(CYC)可显著提高低温下TDZ的脱叶效果, 但CYC促进低温下棉花化学脱叶的机制尚不清楚。为此, 以中棉425品种为材料, 设置2个温度水平(25℃和15℃), 清水(CK)、TDZ单剂(T)和TDZ+CYC复配(TC)3种处理方式, 分析棉叶脱落过程中离层中内源激素含量变化及相关基因的表达情况。结果表明: 低温(15℃)下处理后240 h, T处理棉花脱叶率仅为53.0%, 但TC处理的棉叶脱落开始时间较T处理提前24 h且脱落率升高至79.6%。低温下, 相较于T处理, TC处理棉叶离层生长素(IAA)运输相关基因(LAX2、PIN1)、IAA响应基因(IAA9、ARF3)表达量显著下降, 离层中IAA含量降低; 离层乙烯(ET)合成基因(ACS、ACO)表达量升高, ET合成前体ACC含量增加, ET下游信号基因(ERF1B)显著上调表达; 茉莉酸(JA)合成相关基因(AOC4)上调表达, 离层中JA含量增加。综上, 低温下CYC和TDZ复配抑制棉叶离层中IAA运输与信号传导, 促进ET、JA合成与ET信号转导, 是CYC提高低温下TDZ脱叶效果的主要原因。

基于AHP-隶属函数法的棉花子叶期耐低钾能力鉴定

谭志新, 谢留伟, 李洪戈, 李芳军, 田晓莉, 李召虎

作物学报. 2024, (1):  199-208.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34057

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挖掘和利用钾高效种质资源、提高钾营养利用效率是解决棉花生产中缺钾问题的重要途经, 为建立快速可靠的耐低钾评价体系, 应用决策评价模型AHP-隶属函数法在子叶期对384份棉花种质材料进行耐低钾评价。结果表明: 缺钾条件下(0.03 mmol L^-1), 子叶缺钾斑相对面积的变异系数最大(96.24%), 植株干重变异系数最小(14.73%), 子叶与下胚轴夹角、根长、根表面积、根体积、K⁺浓度、K⁺积累量的变异系数在15.72%~31.52%之间。子叶与下胚轴夹角与缺钾斑相对面积显著负相关; 根系形态与植株干重和K⁺积累量显著正相关。经AHP-隶属函数法评价, 384份棉花种质材料的综合评价值C分布于0.25~0.79之间, 其中无极一枝花(C=0.7868)耐低钾能力最强, 巴西014 (C=0.2451)耐低钾能力最弱。系统聚类显示, 高度(C值为0.74~0.79)和中度(C值为0.33~0.69)耐低钾材料的占比分别为1.30%和95.31%, 低钾敏感材料(C值为0.25~0.33)占比3.39%。种子K⁺浓度与子叶期耐低钾能力之间的相关性不显著。本研究完善了棉花耐低钾种质资源筛选体系, 对384份供试种质的子叶期耐低钾能力进行了鉴定, 筛选出5份耐低钾能力强的种质(无极一枝花、棕1-61、黑山棉1号、秦荔514、苏联棉78系), 研究具有一定的理论和应用价值。

乙烯利催熟对机采棉铃重和纤维品质的影响

刘韬奋, 罗单, 张启鹏, 孙圆圆, 李培松, 田景山, 张旺锋, 向导, 张亚黎, 杨明凤, 勾玲

作物学报. 2024, (1):  209-218.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34039

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催熟剂乙烯利的使用可实现机采棉提前吐絮和集中吐絮。本研究选择催熟剂敏感性和棉铃形态差异较大的18个棉花品种(材料), 在棉铃发育不同阶段一次性喷施乙烯利, 分析棉铃铃期缩短对棉花铃重和纤维品质的影响及其关系。结果表明, 当棉铃铃期为47~69 d时, 在棉铃铃龄40.5~49.7 d喷施乙烯利可使棉铃提前3.5~5.7 d吐絮。在乙烯利催熟下纤维完全发育成熟需64.1~69.7 d, 棉籽则需54.8~60.5 d。棉铃吐絮时间提前1.5~6.2 d, 铃重与纤维品质均降低的概率高达58.0%~76.5%。生产中可选择在棉铃铃龄34.8~44.1 d喷施乙烯利, 此时棉株顶部棉铃铃重损失5% (损伤量<0.26 g)、纤维品质损失1% (长度损伤量<0.28 mm、断裂比强度损伤量<0.30 cN tex^-1), 这是实现棉铃提前吐絮可接受的代价。此外, 部分品种经催熟剂处理后棉铃铃期缩短但其铃重、纤维长度和断裂比强度均增加, 此类情况的概率为9.5%~23.5%, 说明部分机采棉品种适时使用乙烯利能够实现机采棉棉铃铃期缩短与提高铃重和纤维品质的协同。

盐碱胁迫对棉花叶片蛋白质组的影响及差异性分析

郭家鑫, 叶扬, 郭慧娟, 闵伟

作物学报. 2024, (1):  219-236.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34035

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盐胁迫和碱胁迫是严重影响农业生产的2种不同非生物胁迫, 探讨棉花耐受盐胁迫和碱胁迫的差异, 可为不同类型盐碱地的棉花栽培提供一定的理论基础。本试验设置对照(CK)、盐胁迫(NaCl, CS)和碱胁迫(NaHCO₃+Na₂CO₃, AS) 3个处理, 通过蛋白质组学分析和生理指标进行验证, 揭示棉花对盐胁迫和碱胁迫的耐受机制。与CK相比, CS和AS的棉花生物量分别降低51.1%和50.9%, CS棉花叶片的叶绿素含量和净光合速率分别降低53.9%和57.2%, CS棉花叶片中己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、柠檬酸合酶、谷氨酸脱氢酶和谷草转氨酶活性分别增加13.8%、14.4%、4.7%、4.5%、36.6%和12.9%; AS棉花叶片中己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、苹果酸脱氢酶、柠檬酸合酶、谷氨酸脱氢酶和谷草转氨酶活性分别增加4.8%、38.8%、15.1%、4.3%、3.4%、15.2%和21.1%。基于TMT蛋白质组学分析, 在CS和AS叶片中分别鉴定出458个和140个差异表达蛋白质。这些蛋白参与了光合作用、糖代谢、2-氧羧酸代谢以及氨基酸合成和代谢等生命过程。表明盐胁迫和碱胁迫均抑制棉花生长。盐胁迫下, 与光合作用相关的蛋白表达减少, 光合作用被显著抑制, 同时碳水和能量代谢加强, 更多的光合产物用于能量代谢; 而碱胁迫对棉花光合作用无显著影响, 更多的光合产物可能运往根部分泌有机酸。

研究简报

甘蓝型油菜盐胁迫响应基因表达谱分析及共表达网络的构建

杨闯, 王玲, 全成滔, 余良倩, 戴成, 郭亮, 傅廷栋, 马朝芝

作物学报. 2024, (1):  237-250.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34076

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甘蓝型油菜是重要的油料作物, 而盐胁迫是影响油菜生长发育的主要环境条件之一, 可能会造成油菜减产、品质下降甚至死亡。本研究利用半冬性油菜ZS11作为试验材料, 对盐胁迫处理0、0.25、0.5、1、3、6、12和24 h的叶片和根系组织进行转录组测序, 通过测得的90份RNA-seq数据, 获得了油菜响应盐胁迫的高分辨率时间动态转录表达谱。相关性分析发现, 样本在盐胁迫处理1 h前后具有明显的早期响应与后期响应的聚类差异。利用DESeq2进行差异基因分析, 鉴定出根系以及叶片组织响应差异基因分别为20,462个和29,334个, 表明油菜叶片组织的响应程度整体上比根系更剧烈。进一步利用WGCNA分别构建根系以及叶片组织响应盐胁迫的基因共表达网络, 从中筛选出与盐胁迫早期响应阶段显著相关的tan和yellow模块, 以及与盐胁迫后期响应阶段显著相关的green和red模块, 对其进行GO富集分析, 并从中分别筛选出早期以及后期响应盐胁迫的核心转录因子41个和26个。功能注释显示4个模块中均存在已知的拟南芥同源基因参与不同阶段的盐胁迫响应, 还发现BnWRKY46和BnWRKY57等核心基因在505份盐胁迫处理的油菜群体变异数据中具有丰富的SNPs变异和单倍体类型, 表明这些核心转录因子可能是油菜响应盐胁迫的关键候选基因。本研究可为甘蓝型油菜耐盐性改良提供可靠的数据参考和候选基因资源。

施氮与种间距离下大豆/玉米带状套作作物生长特性及其对产量形成的影响

杨立达, 任俊波, 彭新月, 杨雪丽, 罗凯, 陈平, 袁晓婷, 蒲甜, 雍太文, 杨文钰

作物学报. 2024, (1):  251-264.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33018

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为明确施氮和种间距离下套作作物生长特性及其对产量形成的影响。本文以大豆/玉米带状套作系统为研究主体, 探究不同氮水平(施氮与不施氮)与种间距离(玉豆间距30、45、60和75 cm、单作100 cm)下作物生长率、干物质积累与分配及产量差异, 并对作物干物质积累过程进行拟合, 综合分析作物生长规律和产量效益。结果表明: 玉米生长率在抽雄期至乳熟期达最大, 不施氮下以间距30 cm (MS30)最高, 较玉米单作(MM100)高出34.99%。套作大豆生长率在初花期前显著低于单作(SS100), 而初花期后高于SS100, 以间距60 cm (MS60)最高, 盛花期—盛荚期在不施氮下较SS100高出78.91%。Logistic方程可较好的拟合玉米、大豆的干物质积累过程, 且R²均在0.95以上。与不施氮相比, 施氮推迟了玉米干物质积累高峰, 提高了干物质积累量; 套作大豆生育前期干物质积累慢于单作, 而生育后期间距45 cm (MS45)、MS60干物质积累逐渐与单作持平甚至超过单作。施氮提高了玉米籽粒干物质分配率而显著提高产量, 2年间玉米产量分别提高10.05%、40.90%。随种间距离增加套作大豆产量呈先增后减趋势, 以MS60最高, MS30最低, MS60两年间在不施氮与施氮下较MS30分别平均高出23.88%、31.77%。套作下土地当量比均在1.35以上, 其中以施氮下MS60最大(1.89)。适宜的种间距离(间距60 cm)可实现套作下玉米和大豆协同生长, 提高作物生长率、促进干物质积累与分配、提高系统产量和土地当量比。