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2025年 第51卷 第8期 刊出日期：2025-08-12

上一期   

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

戈壁异常球菌csp2基因提高玉米的抗旱性

许忆葳, 张莹莹, 李瑞, 燕永亮, 刘允军, 孔照胜, 郑军, 王逸茹

作物学报. 2025, (8):  1981-1990.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53010

摘要 ( 79 )   HTML ( 4 )   PDF (8919KB) ( 31 )  

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csp2基因来源于戈壁异常球菌, 该菌对伽马射线、紫外线和干旱等损伤因子表现出极强的抗性。本研究按照植物密码子优化csp2并合成基因, 构建p3301-csp2植物表达载体后转化玉米, 在苗期和成株期评价转csp2基因玉米的耐旱性。研究发现, 在干旱处理条件下, csp2过表达株系苗期相比野生型表现出了更强的耐旱表型, 相对含水量显著提高, 电导率、MDA含量和H₂O₂含量均显著降低。此外, 成株期耐旱性鉴定结果表明, csp2可提高玉米在干旱胁迫下的穗长和单穗重, 过表达株系的产量显著高于对照。转录组分析表明, csp2通过调控茉莉酸信号通路、干旱胁迫相关激酶以及WRKY、ERF转录因子的表达响应干旱胁迫。因此, 异源表达戈壁异常球菌csp2可以显著提高玉米的耐旱性, csp2可作为培育耐旱转基因玉米的优良基因。

大豆不同生育时期耐盐性综合评价及耐盐种质筛选

孟然, 李赵嘉, 冯薇, 陈悦, 刘路平, 杨春燕, 鲁雪林, 王秀萍

作物学报. 2025, (8):  1991-2008.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55013

摘要 ( 170 )   HTML ( 2 )   PDF (2879KB) ( 76 )  

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土壤盐渍化是影响大豆生长的重要非生物胁迫之一。评价与筛选耐盐性大豆种质资源对于挖掘耐盐碱基因、耐盐大豆品种选育及盐碱地高效利用具有重要意义。本研究以50份大豆种质资源为研究对象, 进行了发芽期(0.6% NaCl)、苗期(1.5% NaCl)和全生育期(0.9% NaCl)的耐盐性鉴定, 基于芽期发芽率、苗期株高、叶面积、SPAD值、地上及地下部分的鲜重和干重及丙二醛含量等10个指标和全生育期株高、底荚高度、有效分枝、单株荚数、单株粒数、单株粒重等8个指标, 采用相关性分析、主成分分析、隶属函数法和聚类分析, 对大豆种质耐盐性进行综合评价, 并采用逐步回归分析建立了苗期和全生育期耐盐性预测回归模型, 明确了各时期的耐盐评价指标。结果表明, 依据盐害指数筛选出发芽期高耐盐种质8份, 耐盐种质10份, 高度盐敏感种质6份。利用主成分分析和隶属函数进行综合评价, 鉴定出苗期耐盐材料12份; 通过聚类分析方法将50份全生育期大豆材料分成5类: 高耐盐种质3份、耐盐种质3份、中等耐盐种质20份、盐敏感种质19份和高敏感种质5份。通过逐步回归分析, 建立大豆苗期耐盐性评价预测模型: D= -0.223 + 0.085X1 + 0.203X2 + 0.075X3 + 0.149X6 + 0.132X7 + 0.070X9 + 0.084X10 (R² = 0.969, P < 0.01)。筛选出相对株高、相对叶面积、相对SPAD、相对地下部分鲜重、相对地下部分干重、相对SOD活性、相对PRO含量可作为大豆苗期耐盐性鉴定的指标。建立大豆全生育期耐盐性评价预测模型: D= -0.153 + 0.143X1 + 0.443X6 + 0.171X7 (R² = 0.962, P < 0.01), 筛选出相对株高、相对单株粒数、相对单株粒重可以作为大豆全生育期耐盐性评价指标。本研究建立了一套全面精简、针对于大豆不同生育时期的耐盐性鉴定评价方法, 为大豆耐盐机理研究和耐盐新种质选育提供了技术体系和基础材料。

我国珍稀的大豆属多年生烟豆和短绒野大豆物种遗传资源濒危性评估分析

王克晶, 李向华

作物学报. 2025, (8):  2009-2019.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55010

摘要 ( 67 )   HTML ( 1 )   PDF (765KB) ( 30 )  

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烟豆(Glycine tabacina)和短绒野大豆(G.tomentella)是大豆属(Glycine Willd.)多年生亚属(Subgenus Glycine)仅有的2个分布于我国的物种, 其分布仅限于我国大陆东南沿海的海岸地带, 我国是其世界分布的北界。这2个物种在大豆育种上具有潜在的重要利用价值, 新颁布的《国家重点保护野生植物新名录》中和一年生野大豆(Glycine soja)一起被列入国家二级保护植物。然而, 目前这2个物种的生存状况和濒危性还不清楚, 它们是否需要人工介入保护亟需一套相对科学和客观的评估系统进行判定。本研究实地调查了我国这2种多年生植物分布区域的福建和广东省海岸地带32个县(市、区)的群落生态特征, 使用区域分布程度、区域种群频度、种群面积、种群个体密度和群落内部演替过程中潜在胁迫的物种数目等5项与物种生存密切相关的重要生态指标针对我国多年生野大豆物种建立了一套濒危程度评估系统(SEAS), 首次对我国东南沿海多年生野大豆进行濒危性评估。结果显示, 当前福建省短绒野大豆处于濒危状态(红色报警级别), 广东省短绒野大豆和福建省烟豆处于近濒危状态(黄色预警级别), 2个物种都处于近濒危以上状态, 亟需人工保护干预。基于实地调查发现的墓地种群生境具有“庇护地”功能, 建议未来在东南沿海地带建立以历史年代久远的村聚落墓地群群落为主、其他群落为辅的多年生野大豆物种开放式原生境保护带(区)。

小麦幼苗根系性状全基因组关联分析及TaSRL-3B优异等位基因发掘

蔡金珊, 李超男, 王景一, 李宁, 柳玉平, 景蕊莲, 李龙, 孙黛珍

作物学报. 2025, (8):  2020-2032.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51020

摘要 ( 55 )   HTML ( 0 )   PDF (10968KB) ( 23 )  

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根系是小麦吸收土壤水分和养分的器官, 其形态特征与产量及耐逆性密切相关。因此, 发掘根系形态相关遗传位点及优异等位基因对于小麦改良具有重要意义。本项目以277份小麦种质为材料, 采用凝胶根室法鉴定总根长、根表面积及根角度等8种幼苗根系性状, 结合小麦660K SNP芯片的分型结果开展3种模型(GLM、MLM和FarmCPU)全基因组关联分析(GWAS)。共检测到52个关联位点, 其中包括6个与多个根系性状相关的一因多效性遗传位点(Loci17、Loci20、Loci22、Loci38、Loci46、Loci47), 分别位于染色体3A、3B、3D、5A、6A和6B上。在位点Loci20中克隆到调控根系性状候选基因TaSRL-3B, 其序列全长1089 bp, 无内含子, 第78~235位氨基酸处有1个保守的NAC结构域。在该基因编码区检测到1个20 bp的插入/缺失变异(InDel⁷¹⁷), 该变异导致移码突变且与Loci20位点的候选SNP (cSNP, AX-108758584)紧密连锁(R² = 0.84)。277份供试小麦材料中携带等位基因TaSRL-3B^In的种质平均最大根长、总根长及根表面积均显著大于携带等位基因TaSRL-3B^Del的种质。以携带TaSRL-3B^Del的鲁麦14 (LM14)为受体亲本、携带TaSRL-3B^In的陕合6号 (SH6)为供体亲本, 创制回交导入系群体(BC₃F₅)。利用基于InDel⁷¹⁷开发的分子标记从中鉴定出5个携带TaSRL-3B^In的鲁麦14近等基因系。与鲁麦14相比, 其近等基因系的最大根长、总根长、根表面积及根体积均显著增加, 进一步表明TaSRL-3B参与调控小麦幼苗根系形态。与小麦地方品种相比, 我国现代育成品种中长根型等位基因TaSRL-3B^In频率减少。本研究为加快小麦根系遗传调控网络构建和功能解析提供了重要信息, 有助于小麦根系的遗传改良。

小麦花药培养最佳取样时期穗部形态特征鉴定与高培养力基因型筛选

鲁向前, 付玉洁, 赵俊恒, 郑楠楠, 孙楠楠, 张国平, 叶玲珍

作物学报. 2025, (8):  2033-2047.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51023

摘要 ( 50 )   HTML ( 1 )   PDF (6288KB) ( 10 )  

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依赖花药培养的单倍体育种是小麦品种高效选育的重要方法, 但花药培养效率品种间差异显著, 限制了该技术的广泛应用。目前已鉴定到石4185、H307和周麦16等高花药培养力的小麦品种(系), 但可用于规模化小麦育种的高花药培养力材料明显不足。本研究系统鉴定了全国94个温室生长的小麦品种的花药培养力相关性状。结果表明, 94个品种的花药最佳取样时期在幼穗顶部与叶耳距离为-5~2 cm, 其中-2 cm时取样最多, 且在温室和田间2种环境下生长的供试材料, 其花药最佳取样时期的穗部形态特征也有差异。94个温室生长的小麦品种花药培养愈伤组织诱导率、绿芽分化率、白芽分化率及绿苗产率的变幅分别为0~15%、0~100%、0~60%和0~22.95%, 愈伤诱导率与绿芽分化率、白芽分化率及绿苗产率均呈极显著正相关, 2种环境下生长的供试材料, 其花药培养愈伤诱导率表现一致。在94个品种中, 14个品种的绿苗产率超过1%, 其中6个品种达到高花药培养力标准, 且农艺性状优良, 可用于小麦单倍体创制与育种。本研究为小麦单倍体育种提供了实用技术与种质材料。

蔗茅耐寒相关基因EfWRKY51克隆分析及功能验证

万慧兰, 吴华英, 曾丹, 钱禛锋, 赵昌祖, 廖然超, 何丽莲, 李富生

作物学报. 2025, (8):  2048-2059.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54014

摘要 ( 56 )   HTML ( 1 )   PDF (7789KB) ( 10 )  

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WRKY家族基因广泛参与植物的低温胁迫应答, 是植物中最重要的转录因子之一。蔗茅属于甘蔗的近缘野生种, 具有优异的耐寒性, 但WRKY基因是否参与蔗茅对低温胁迫的应答尚不清楚。本研究从蔗茅中克隆得到EfWRKY51基因(GenBank: UVJ69259.1), 该基因CDS全长915 bp, 编码304个氨基酸。EfWRKY51基因被冷胁迫诱导上调表达, 编码蛋白亚细胞定位于细胞核中, 且无转录自激活活性。通过农杆菌介导的叶盘法转化, 获得异源表达EfWRKY51基因的转基因烟草株系。低温胁迫处理后, 转基因烟草株系的叶片萎蔫程度低于野生型, 且种子发芽率和根长均显著高于野生型(WT); 此外, 低温胁迫下转基因株系的抗氧化酶过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及渗透调节物质脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量均显著高于WT株系, 丙二醛(MDA)含量显著低于WT株系, 表明EfWRKY51基因过表达增强了转基因烟草株系的耐寒性。本研究结果为阐明EfWRKY51基因调控蔗茅耐寒性提供了依据, 为甘蔗耐寒遗传改良提供了基因资源。

陆地棉杜松烯合酶基因GhCDN10的特征及其在棉酚合成中功能分析

薛晓菲, 戴云静, 李熙林, 丁艳艳, 王翔, 雷长英, 韩焕勇, 贺道华

作物学报. 2025, (8):  2060-2076.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44197

摘要 ( 73 )   HTML ( 3 )   PDF (12303KB) ( 29 )  

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棉酚是储存在棉花色素腺体的萜烯类化合物, 其合成与杜松烯合酶(cadinene synthase, CDNs)密切相关。棉籽含有大量棉酚, 由于棉酚有毒, 限制了人类对棉籽的充分利用, 研究棉酚合成相关基因, 为创制“棉花植株高棉酚种子低棉酚”材料提供基因资源, 对多用途棉花新品种的培育具有十分重要的意义。本研究从陆地棉杜松烯合酶基因家族的转录组数据中筛选出GhCDN10基因, 对其进行克隆与序列分析; 基于自然群体的基因组重测序数据对该基因进行序列多样性、连锁不平衡(LD)和单核苷酸多态性(SNP)效应及单倍型分析, 结合‘棉酚有无’的表型进行关联分析; 通过qRT-PCR和转录组RNA-Seq对其进行表达模式分析; 通过病毒介导的基因沉默(VIGS)进行功能分析, 并进行亚细胞定位。结果表明, GhCDN10由7个外显子组成, 上下游的基因间区(IRs)共包含63种类型的顺式作用元件, 共533个。重测序数据显示, GhCDN10的SNP频率为7.22 SNPs kb^-1, 核苷酸多样性π值为0.22595, LD衰减距离为100 kb左右, DNA区段有19个SNP位点, 构成9个单倍型; 关联分析显示, GhCDN10的19个SNP位点与‘棉酚有无’无显著关联; 聚类分析基本能有效地将无酚棉资源和有酚棉资源分开。GhCDN10蛋白含有PF01397和PF03936两个保守结构域, 及杜松烯合酶特有的DDTYD、DDVAE等序列模体; 亚细胞定位显示该基因产物位于细胞膜和细胞核中; 17个物种的同源基因在基因结构、motif组成上存在细微的差异。RNA-Seq数据表明, GhCDN10在有腺体棉中的表达量显著高于无腺体棉, 在根中表达量较高, 而在花和纤维中表达量很低或不表达。VIGS沉默后GhCDN10的表达量显著降低, 仅为对照组的21.3%; 通过体视显微镜观察计数叶片中的腺体数量和利用高效液相色谱法(HPLC)测定叶片中棉酚的含量发现, 沉默植株的腺体数量和棉酚含量显著低于对照组。本研究结果为进一步剖析棉酚合成途径提供了新见解, 也为通过基因工程创制低棉酚材料提供了基因资源。

矮秆基因Rht-D1在长江中下游麦区的育种利用探索

姜朋, 吴磊, 黄倩楠, 李畅, 王化敦, 何漪, 张鹏, 张旭

作物学报. 2025, (8):  2077-2086.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51010

摘要 ( 95 )   HTML ( 4 )   PDF (793KB) ( 21 )  

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Rht-B1和Rht-D1基因是世界范围内应用最广泛的矮秆基因。在长期的育种选择中, 我国长江中下游麦区对矮秆基因的选择表现出明显倾向性, 以Rht-B1b变异类型为主。为丰富品种矮秆基因类型, 拓宽遗传基础, 本研究尝试将黄淮麦区的主要矮秆基因变异类型Rht-D1b引入长江中下游麦区小麦品种, 以2个麦区的小麦品种为亲本进行杂交, 在后代中筛选携带不同矮秆基因的品系, 并进行系统的田间表型评价, 为后续育种利用提供理论及材料支持。结果表明, 携带Rht-D1b的品系较携带Rht-B1b的品系在单位面积穗数、株高、穗长、叶片长宽、茎叶夹角等性状上无显著差异, 而其小穗数则显著增加, 是一个可利用的优势性状。但是, 携带Rht-D1b品系的赤霉病病小穗率显著高于携带Rht-B1b的品系, 通过抗赤霉病基因的应用, 携带不同矮秆基因材料的赤霉病抗性均显著提高。本研究明确了将Rht-D1b变异类型应用于长江中下游麦区小麦育种能够增加小穗数, 提升产量潜力, 抗病基因的应用均能够显著提高赤霉病抗性, 同时这些材料也可作为优良抗性亲本应用于黄淮麦区育种工作。

水稻黄单胞菌噬菌体vB_XaS_HDB2的全基因组分析和生物学特性研究

陈惠莹, 何嘉欣, 朱斌, 黄士轩, 周星佑, 伍君权, 杨美艳

作物学报. 2025, (8):  2087-2099.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42018

摘要 ( 46 )   HTML ( 1 )   PDF (7163KB) ( 8 )  

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水稻白叶枯病是由水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)引起的一种常见病害, 可导致水稻大面积减产, 对粮食安全造成巨大威胁。防治白叶枯病的化学药剂种类少, 效果欠佳且对环境危害大, 亟需开发安全高效的新型抗菌剂。噬菌体因其裂解细菌的高度特异性而备受关注。本研究从稻虾田水中分离获得一株水稻黄单胞菌噬菌体, 命名为vB_XaS_HDB2 (HDB2)。电镜观察显示, 噬菌体HDB2为长尾噬菌体, 头部直径和尾部长度分别为(48 ± 3) nm、(166 ± 8) nm。全基因组分析结果显示, HDB2序列长43,697 bp, GC含量为54.31%, 含有52个开放阅读框(ORFs)。其中30个为已知功能蛋白, 按照不同功能分为DNA代谢、裂解、包装、结构4个模块; 该噬菌体含有1个tRNA, 不含毒力基因和抗生素耐药基因。ANI、蛋白网络图与系统发育树分析表明, HDB2属于Septimatrevirus属成员, 与噬菌体vB_Xar_IVIA-DoCa8相似度最高(97.74%)。HDB2能够裂解52.9% (9/17)的受测黄单胞菌菌株; 一步生长曲线显示, HDB2的潜伏期为3 h, 裂解期为5 h, 裂解量为44 pfu cell^-1; HDB2具有较好的温度(4~60℃)和pH (4~11)耐受性。体外抑菌结果显示, 感染复数大于0.1时, 噬菌体HDB2能有效抑制黄单胞菌Xoo 2086的生长。综上所述, 本研究分离纯化并鉴定了一株水稻黄单胞菌噬菌体, 为噬菌体技术应用于作物细菌病害的防治提供了理论依据。

甘蓝型油菜BnaDUF579基因家族的鉴定与表达模式分析

王彬, 蒙姜宇, 邱浩良, 贺亚军, 钱伟

作物学报. 2025, (8):  2100-2110.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55007

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Domain of unknown function 579 (DUF579)家族广泛存在于真核生物中, 该家族在次生细胞壁发育和木聚糖生物合成中发挥着重要的作用。目前, 还没有研究系统报道过甘蓝型油菜BnaDUF579基因家族。本研究通过生物信息学方法对甘蓝型油菜BnaDUF579基因家族进行进化树构建、基因结构和保守基序分析、染色体分布和共线性分析、组织表达分析、启动子顺式作用元件分析。结果表明, 甘蓝型油菜BnaDUF579家族成员有31个, 其中的24个成员都只有1个外显子、没有内含子。这些基因分为4个分支, 包括Group1、Group2、Group3和Group4。同一分支内的成员具有相似的基序组成, 但不同分支之间的成员在基序组成上存在明显差异。该家族与白菜亲缘关系较远、与甘蓝亲缘关系更近。BnaDUF579基因家族主要在油菜茎、根、角果和种子中表达, 其启动子顺式作用元件涉及激素反应、对非生物胁迫的反应、组织发育、光响应等生理过程。以上研究结果丰富了对甘蓝型油菜BnaDUF579基因的认识, 为油菜BnaDUF579基因的功能研究奠定了基础。

小麦抗条锈病相关性状元分析及候选基因分析

张飞飞, 何万龙, 焦文娟, 白斌, 耿洪伟, 程宇坤

作物学报. 2025, (8):  2111-2127.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41069

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小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. Tritici)引起的真菌病害, 是小麦生产中主要病害之一。利用元分析(meta-analysis)对已报道的小麦条锈病抗病数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)和已知抗病基因(Yr)进行统合分析, 将480个不同分子标记类型QTL通过构建的参考图谱进行映射, 获得meta-QTL (meta-quantitative trait locus, MQTL) 90个, 其中16个与严重度(disease severity, DS)相关、10个与反应型(infection type, IT)相关、7个与病程曲线下面积相关(area under disease progress curve, AUDPC)、3个与其他抗条锈病性状相关; 有19个同时与DS和IT共相关、20个与DS和AUDPC共相关、15个与IT和AUDPC共相关。获得的MQTL非均匀分布于21条染色体上, 部分MQTL聚合成簇; 解释表型变异率范围2.00%~63.01%, 置信区间范围为0.01~24.60 cM; 映射的MQTL包含13个抗病基因: Yr5, Yr7, Yr17, Yr18, Yr28, Yr29, Yr30, Yr44, Yr48, Yr52, Yr54, Yr67和Yr82。进一步对MQTL进行候选基因分析, 鉴定了72个候选基因(candidate gene, CG), 功能注释和表达模式分析发现, CG编码的蛋白质含有与抗病相关的如NBS-LRR结构域、WRKY结构域、F-box结构域、糖转运蛋白等; 并且研究了CG在小麦发育过程中不同叶片组织中的表达情况。本研究通过分子标记辅助育种将抗条锈病基因或QTL聚合培育获得小麦抗病品种, 为有效提高小麦抗病水平、保障粮食安全提供参考。

基于40K SNP芯片的陆地棉产量构成因素全基因组关联分析及单铃重位点挖掘

李宜谦, 徐守振, 刘萍, 马麒, 谢斌, 陈红

作物学报. 2025, (8):  2128-2138.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44199

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棉花经济产量主要受单株铃数、单铃重和衣分等产量构成因素的影响, 解析棉花产量构成因素的遗传机制对指导分子育种具有重要意义。本研究以612份陆地棉品种(系)构成的自然群体为研究材料, 利用基于液相探针杂交的40K SNP芯片进行基因型分型, 并在5个自然环境下调查单株铃数、单铃重、衣分及籽棉产量等性状。通过全基因组关联分析共检测到6个显著关联位点, 包括与单株铃数相关的2个位点(A03、A05染色体)、与单铃重相关的1个位点(A07染色体)、与衣分相关的1个位点(D01染色体)和与籽棉产量相关的2个位点(A05、D07染色体)。其中, 位于A07染色体89.01~90.45 Mb区间的QTL在5个环境中与单铃重显著关联(P = 5.3646×10^-8), 表现出较高的稳定性。通过单倍型分析发现该区间存在2个主要单倍型, 携带有利单倍型的材料平均单铃重显著增加0.64 g。结合深度重测序数据和转录组数据分析, 在该区间鉴定到7个候选基因, 并确定了可用于分子标记开发的关键SNP位点。本研究不仅丰富了陆地棉产量性状的遗传解析结果, 而且为高产育种提供了重要的分子信息。

耕作栽培·生理生化

秸秆还田耦合氮肥运筹对稻茬油菜光合性能及产量的影响

樊友众, 王先领, 王宗铠, 王春云, 王天尧, 谢捷, 蒯婕, 汪波, 王晶, 徐正华, 赵杰, 周广生

作物学报. 2025, (8):  2139-2151.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55015

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稻油两熟是长江流域冬油菜生产的主要种植制度, 明确秸秆还田下油菜氮肥运筹方案对油菜丰产增效和绿色发展具有重要意义。基于连续4年的稻-油两熟定位试验, 系统研究秸秆全量还田耦合不同氮肥运筹方式对高密度直播油菜产量、生物量及光合特性的影响。试验采用裂区设计, 主区为秸秆利用方式(R0: 不还田; R1: 全量还田); 副区为氮肥运筹, 设置240 kg hm^-2的常规施氮量(CK∶基肥∶苗肥∶薹肥∶花肥=6∶4∶0∶0)和减氮20% (N1: 基肥∶苗肥∶薹肥∶花肥=10∶0∶0∶0; N2: 基肥∶苗肥∶薹肥∶花肥=6∶4∶0∶0; N3: 基肥∶苗肥∶薹肥∶花肥= 6∶2∶2∶0; N4: 基肥∶苗肥∶薹肥∶花肥= 6∶2∶0∶2)处理, 共5个水平。结果表明, R1使油菜显著增产6.7%, 主要归因于单株角果数和单株产量的显著增加; R0处理下氮肥减施使油菜减产2.1%~23.4%, N3处理减产幅度最小, N3产量与CK比无显著差异, 主要归因于氮肥合理运筹显著增加了成株率和单株产量。相比R0, 苗期R1使地上部干物质显著降低26.9%, 主要原因为秸秆腐解与幼苗争氮; 成熟期则显著增加10.3%。在苗期和薹期, 减氮20%光合器官面积显著低于CK; 而在花期, N3处理下的光合器官面积与CK相当, 显著高于其他氮肥运筹方式, 支撑群体获得最大截光率和光能利用率, 特别是在R1条件下。在花期, R1使叶片Rubisco酶活性显著增加3.5%~20.9%, 光合速率增加; 蔗糖合成酶(SS-I, 分解方向)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性提高, 光合产物蔗糖转化率增加, 促进碳水化合物的积累和转运, 为成熟期产量增加奠定基础。而合理的氮肥运筹措施可以进一步增加产量。在N3处理下, 油菜花期叶片Rubisco活性提高5.8%~12.4%, 且SS-I和SPS酶活性同步提高; 另外, 净光合速率和群体光能利用率的增加促进了花期干物质积累, 从而进一步提高产量。因此, 在长江流域水稻秸秆全量还田油菜高密种植下, 以全生育期施氮192 kg hm^-2 (基肥∶苗肥∶薹肥=6∶2∶2)为推荐施肥方案, 可实现增产减氮增效协同目标。

氮肥减施措施对江淮春玉米产量和氮素吸收利用的影响

尤根基, 谢昊, 梁毓文, 李龙, 王玉茹, 蒋晨炀, 郭剑, 李广浩, 陆大雷

作物学报. 2025, (8):  2152-2163.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53017

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多元替代减量增效是落实化肥减量化行动方案, 实现玉米生产绿色高质量发展和保障粮食安全的重要措施。本研究为探明不同氮肥减施措施对江淮春玉米产量及氮素吸收利用的影响, 以黄淮海区域大面积推广种植的玉米品种江玉877为供试材料。设置6个氮肥处理: 不施氮(CK)、常规施氮(N225)、减量施氮(N180)、减量施氮配施硝化抑制剂(N180+D)、减量施氮配施凹凸棒石(N180+T)和减量施氮配施生物骨粉(N180+B), 研究不同施氮处理下春玉米产量及其构成、叶面积指数(LAI)、SPAD值、地上部干物质和氮素积累转运及氮肥利用效率的差异。结果表明: N225处理的穗长、穗粗、穗粒数、千粒重及产量显著高于N180, N180+D、N180+T、N180+B比N225处理产量略有增加, 但差异不显著。与N225相比, N180+D、N180+T、N180+B处理提高了吐丝期和乳熟期LAI以及乳熟期穗位叶SPAD值, 地上部干物质积累和氮素积累量分别增加20.3%、18.1%、21.7%和14.5%、5.1%和21.5%, 同时促进了干物质和氮素转运, 提高了收获指数。2年试验中, N180+D、N180+T、N180+B的平均氮肥利用效率比N225提高17.3%、10.0%和22.9%。综上表明, 本研究在减氮20%的基础上, 通过配施硝化抑制剂、凹凸棒石和生物骨粉均可起到稳产增效的效果, 可为玉米生产中实现绿色节本增效提供理论依据和技术支持。

Bipolaris sorokiniana黑胚病对中筋小麦淀粉含量、粒度分布与糊化特性的影响

宋改利, 王璐倩, 屈柯飞, 唐建卫, 董纯豪, 黄振朴, 高艳, 牛吉山, 殷贵鸿, 李巧云

作物学报. 2025, (8):  2164-2175.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51005

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小麦黑胚病在世界范围内频繁发生, 严重影响小麦的产量与品质。为明确黑胚病对小麦淀粉品质的影响, 本研究以黄淮麦区小麦黑胚病主要病原菌Bipolaris sorokiniana为致病菌、采用孢子液喷洒方法对2个中筋小麦进行接种, 以自然大田条件收获的籽粒为对照(CK), 研究黑胚病对淀粉含量、粒度分布与糊化特性的影响。结果显示, 黑胚病导致总淀粉与支链淀粉含量降低, 直链淀粉含量增加; 与CK相比, 黑胚粒的总淀粉与支链淀粉分别降低7.40%与13.56%, 直链淀粉含量增加9.72%, 支/直比下降21.22%; 黑胚病抑制了B型淀粉粒的产生和生长, 使小麦B型淀粉粒体积、表面积及数目百分比显著降低, 其中主要影响1.0~2.8 μm的淀粉粒, A型淀粉粒体积、表面积百分比显著增加, 以影响10.0~20.0 μm的淀粉粒为主; 黑胚病导致面粉黏度参数显著降低, 黑胚粒的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、稀懈值和回生值分别比CK降低27.70%、28.49%、23.22%、26.00%与15.71%。可见, B. sorokiniana黑胚病改变了中筋小麦的淀粉含量与粒度分布, 导致糊化参数降低、淀粉品质劣化。

水氮运筹对冬小麦籽粒GMP合成和面粉加工品质的影响

王曜阔, 王文政, 张敏, 刘希伟, 杨敏, 李昊昱, 张灵鑫, 闫彦菲, 蔡瑞国

作物学报. 2025, (8):  2176-2189.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51007

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为探究雨养和灌溉条件下氮肥后移对冬小麦面粉加工品质的影响及其谷蛋白形成机制, 本研究选用强筋小麦品种中麦886 (ZM886)和中筋小麦品种中麦30 (ZM30)为试验材料, 在雨养处理(W)和灌溉处理(D)条件下, 总施氮量为210 kg hm^-2的基础上设置2个追氮处理: 常规氮肥处理(N1: 底肥50%+拔节肥50%)和氮肥后移处理(N2: 底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%), 研究其对冬小麦籽粒谷蛋白大聚合体(GMP)形成和面粉加工品质的影响。试验结果表明, 2小麦品种产量最大值均出现在WN2处理, 其中ZM30在WN2处理下产量较其他处理平均提高12.36% (2021—2022年)和13.97% (2022—2023年), ZM886同期分别提高9.85%和18.31%。在花后10 d检测到籽粒中高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS), ZM886在DN2处理下HMW-GS、LMW-GS、free-SH、-S-S-含量最高, ZM30则在WN2处理达到峰值。花后30 d检测到2小麦品种籽粒GMP的存在, ZM886在DN2下较其他处理增高5.40%~33.90%, ZM30在WN2下增高2.50%~14.70%, 同时分别在2处理下增加了GMP大颗粒体积和表面积百分比, 从而不同程度地提高面粉加工品质。小麦籽粒GMP含量与HMW-GS含量和LMW-GS含量呈正相关, ZM886籽粒GMP含量与面团形成时间和稳定时间呈正相关, 但与产量呈负相关; ZM30籽粒GMP含量与产量呈极显著正相关, 但与吸水率呈负相关。综上, 本试验条件下, 氮肥后移通过调控谷蛋白亚基合成, 提升GMP含量, 优化GMP粒径分布。因小麦产量而言, 适宜的水氮配置为: 灌溉处理下, 氮肥施用底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%; 因小麦品质而言, 适宜的水氮配置因品种类型而异: 强筋小麦中麦886为在雨养处理下, 氮肥施用底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%, 中筋小麦中麦30为在灌溉处理下, 氮肥施用底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%。

氮肥后移优化绿洲灌区小麦间作玉米种间关系提高氮素利用效率

闫喆林, 任强, 樊志龙, 殷文, 孙亚丽, 范虹, 何蔚, 胡发龙, 闫丽娟, 柴强

作物学报. 2025, (8):  2190-2203.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53003

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针对绿洲灌区氮肥损失严重, 阻碍作物可持续生产等问题, 通过明确氮肥后移对间作系统种间关系的影响, 为麦玉间作系统氮肥高效管理提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在甘肃农业大学绿洲农业综合试验站开展, 采用随机区组设计, 设小麦||玉米、单作小麦、单作玉米3种种植模式, 氮肥后移0 (传统施氮, N1)、10% (N2)、20% (N3) 3种施氮制度, 研究不同种植制度及氮肥后移比例对小麦和玉米的种间关系及氮素利用的影响。结果表明, 小麦间作玉米结合氮肥后移强化了麦玉共生期小麦相对于玉米的竞争力, 其中氮肥后移10%较传统施氮竞争力提高3.4%, 后移20%较传统施氮提高8.13%, 且后移20%较后移10%提高5.0%。氮肥后移增强间作玉米的恢复效应, 与传统施氮相比, 氮肥后移10%间作玉米恢复效应提高11.3%, 后移20%提高20.5%, 且后移20%较后移10%提高11.5%。间作系统籽粒产量较单作加权平均提高23.8%~28.7%, 表现出明显的间作优势, 且氮肥后移20%处理的籽粒产量较传统施氮提高22.7%。间作种植模式下氮肥利用率较单作加权平均提高4.2%~26.4%, 氮肥偏生产力较单作加权平均增高21.4%~30.8%, 且氮肥后移20%较后移10%氮肥利用率提高31.5%, 较传统施氮提高10.0%; 氮肥偏生产力氮肥后移20%较后移10%提高12.7%, 较传统施氮提高23.3%。因此, 小麦间作玉米结合氮肥后移20%可优化麦玉间作系统种间关系, 增加作物产量并提高氮素利用效率, 是绿洲灌区小麦、玉米高效生产的适宜种植模式和施氮制度。

花后弱光对软质小麦干物质积累转运、籽粒产量和淀粉品质的影响

杨婷婷, 陈娟, ABDUL Rehman, 李婧, 闫素辉, 汪建来, 李文阳

作物学报. 2025, (8):  2204-2219.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41070

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探究花后弱光对软质小麦干物质积累转运、籽粒产量和淀粉品质的影响, 为江淮地区软质小麦抗逆优质丰产栽培技术提供参考。于2022—2024年度, 在大田条件下, 以软质小麦品种荃麦725 (QM725)和扬麦15 (YM15)为材料, 试验于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置3个遮光处理, 即遮光10% (S1)、遮光20% (S2)和遮光30% (S3), 以自然光照条件作为对照(CK)。研究花后弱光胁迫对软质小麦干物质积累转运、籽粒产量和淀粉品质形成的影响。结果表明, 与对照(CK)相比, 花后弱光显著增加了花前器官同化物的转运量、转运率以及对籽粒的贡献率, 减少了花后光合同化物的积累量以及籽粒贡献率。花后不同弱光处理后, 显著降低了小麦穗粒数和千粒重, 进而导致籽粒产量降低, 且在各处理下, 虽提高了小麦籽粒蛋白质含量, 但显著降低了籽粒淀粉含量、籽粒蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫下, 显著降低了软质小麦B型淀粉粒(粒径≤10.0 μm)体积、表面积和数目百分比, 增加了A型淀粉粒(粒径>10.0 μm)体积、表面积百分比, 对软质小麦籽粒A型淀粉粒数目百分比无显著影响, 只有年份间差异显著。在B型淀粉粒中, 弱光对粒径0.1~2.8 μm淀粉粒体积百分比的影响大于2.8~10.0 μm淀粉粒。在A型淀粉粒中, 弱光对粒径>22.0 μm淀粉粒体积百分比的影响大于10.0~22.0 μm淀粉粒。不同程度弱光处理下, 小麦峰值黏度、低谷黏度、最终黏度等糊化特性均显著降低, 且虽提高了淀粉热焓值参数, 但显著降低了起始温度、峰值温度和终止温度。花后弱光显著影响了小麦干物质积累、转运以及对籽粒的贡献率, 并降低了小麦穗粒数、千粒重和籽粒产量, 虽提高了籽粒蛋白质含量, 但显著降低了籽粒淀粉含量, 从而影响了小麦籽粒产量的形成。随着花后光照强度的降低, 对B型淀粉粒的影响大于A型淀粉粒, 即B型淀粉粒体积、表面积和数目占比降低, A型淀粉粒体积和表面积占比增加, 小麦峰值黏度等糊化参数、起始温度、峰值温度和终止温度等显著降低, 最终影响小麦籽粒品质。

研究简报

LsSAT2与LsAAE3互作调控山黧豆ODAP水平

刘晓宁, 张颖, 蔡曼蕾, 马昊, 苗智博, 曹宁, 连荣芳, 徐全乐

作物学报. 2025, (8):  2220-2227.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44203

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丝氨酸乙酰基转移酶LsSAT2 (serine acetyltransferase, SAT)是山黧豆中神经活性成分β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid, β-ODAP)生物合成的关键酶。为进一步分析LsSAT2的功能及其活性调控, 本研究构建了LsSAT2过表达山黧豆毛状根株系, 利用免疫沉淀和质谱联用技术(immunoprecipitation mass spectrum, IP-MS)筛选到了LsSAT2的潜在互作蛋白草酰辅酶A合成酶LsAAE3, 通过蛋白对接、酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)、蛋白质下拉试验(pull down assay)等进行蛋白互作验证及功能分析。结果表明, 利用IP-MS从LsSAT2过表达山黧豆毛状根株系中筛选到其潜在的互作蛋白LsAAE3; Y2H和Pull down试验证实了LsAAE3与LsSAT2存在蛋白互作关系; 蛋白对接分析表明, LsSAT2通过羧基末端与LsAAE3发生蛋白互作。LsSAT2在山黧豆毛状根株系中的过表达使得β-ODAP水平相比对照降低52.4%, LsAAE3在山黧豆毛状根株系中的过表达则使得β-ODAP水平升高55.9%。上述结果加深了对山黧豆β-ODAP生物合成调控的理解。

大豆e1-as基因突变体的创制及生理分析

贺红利, 张雨涵, 杨静, 程云清, 赵杨, 李星诺, 司洪亮, 张兴政, 杨向东

作物学报. 2025, (8):  2228-2239.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44159

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大豆是光周期高度敏感植物, E1基因是大豆光周期开花机制中的一个核心基因。本研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建E1基因编辑载体, 并转化大豆Williams 82。对E1基因的PCR扩增产物进行测序发现, T₁代植株中有基因编辑发生, 进而培育T₂代; 通过对T₂代e1-as-79突变体基因测序发现, E1基因在靶点1处发生了单碱基插入, 导致编码序列提前终止。e1-as-79突变体的T₃代植株开花时间比野生型大豆早(10±2) d, 新出复叶叶绿素的测定值比野生型大豆低(6±2) μg g^-1, 完全展开复叶叶绿素含量比野生型大豆低(10±4) μg g^-1。突变体植株的花粉萌发率比野生型大豆低8%±1%, 突变体植株在0.25、0.50、1.00和2.00 h时的花粉管长度分别为(33.96±5.00)、(74.14±5.00)、(142.86±5.00)和(183.50±5.00) μm, 而野生型大豆在同等时间上的花粉管长度分别为(46.08±5.00)、(118.89±5.00)、(228.35±5.00)和(307.72±5.00) μm。根据性状对e1-as-79突变体和野生型进行转录组分析, 共发现3615个差异基因, 其中FT2a和FT5a的表达上升, 推测这2个基因可能导致植株早花。

小麦抗纹枯病新位点Qse.hnau-5AS的定位及其候选基因鉴定

高梦娟, 赵贺莹, 陈家辉, 陈晓倩, 牛萌康, 钱琪润, 崔陆飞, 邢江敏, 银庆淼, 郭雯, 张宁, 孙丛苇, 阳霞, 裴丹, 贾奥琳, 陈锋, 余晓东, 任妍

作物学报. 2025, (8):  2240-2250.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51008

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由禾谷丝核菌(Rhizoctonia cerealis)引起的小麦纹枯病是我国小麦生产上极具破坏性的土传性病害, 严重影响小麦高产和稳产。选育和种植抗病品种是防治该病害最为经济有效和绿色环保的途径之一, 而纹枯病抗性基因挖掘是培育抗性品种的重要基础。本研究收集了349份黄淮麦区小麦种质并将其种植于河南农业大学小麦分子育种创新团队人工气候室进行纹枯病表型鉴定, 利用小麦660K SNP芯片对其进行基因型分析, 采用混合线性模型的方法对其进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS), 在小麦5A染色体短臂上挖掘到1个新的抗小麦纹枯病QTL位点, 命名为Qse.hnau-5AS, 其中15个显著性SNP集中在960.6 kb区段内。根据中国春高质量基因组信息, Qse.hnau-5AS区段内共包含13个高可信度(high-confidence, HC)注释基因。结合病原菌诱导和组织特异性表达分析, 推测其中1个编码刺猬互作蛋白类似蛋白基因(TaHIPL)和1个编码质膜ATP酶基因(TaHA)可能参与调控小麦纹枯病抗性。利用病毒介导基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术对上述2个抗纹枯病候选基因进行功能验证。接种病毒14 d后, qRT-PCR结果显示, VIGS沉默植株中TaHIPL和TaHA基因表达水平均显著下调, 表明2个基因均被有效沉默。表型鉴定发现, 与对照相比, VIGS沉默植株的病情指数(disease index, DI)较对照显著或极显著增加, 植株更感纹枯病。综上所述, TaHIPL和TaHA很可能是Qse.hnau-5AS的候选基因且可正调控小麦纹枯病抗性。本研究为小麦抗纹枯病分子机制的解析及抗病育种提供了新的基因和材料资源。