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。

水孔蛋白(Aquaporin, AQPs)作为细胞水分跨膜运输的主要通道蛋白, 参与植物的生长及逆境适应过程。前期通过构建极端低温耐受植物天山雪莲(Saussurea involucrata)低温表达文库, 获得质膜水孔蛋白基因SiPIP1;3。为分析SiPIP1;3基因在低温适应中的功能, 构建植物表达载体并转化于冷敏感植物番茄。 结果发现,SiPIP1;3基因表达通过促进番茄在低温处理下的可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸积累, 降低膜脂过氧化, 从而显著增强番茄的冷耐受性; 此外, 大田种植结果表明, SiPIP1;3基因表达可通过提高番茄叶片气孔导度以增加胞间CO₂浓度, 从而显著提高番茄净光合效率和水分利用效率, 导致平均果实体积和平均单株果实数显著增加, 显著提高单株番茄果实产量。因此, SiPIP1;3基因表达可显著增强番茄的抗寒性和提高番茄果实产量, 为后期番茄抗寒新种质培育提供重要的基因资源和奠定理论基础。

干旱是全球农业生产中最主要的环境胁迫之一, 严重影响作物的生长发育和产量形成。挖掘野生大麦优异的抗旱基因对于我国干旱、半干旱区域抗旱大麦品种的选育与利用具有重要意义。为阐明HvMYB2基因的分子特性及其响应干旱胁迫的功能, 本研究从抗旱野生大麦EC_S1中扩增HvMYB2编码序列(CDS), 获得了912 bp长的CDS序列, 编码303个氨基酸。保守结构分析显示, HvMYB2为R2R3型MYB转录因子, 含有2个HTH_MYB结构域, 其编码蛋白定位于细胞核。系统发育分析表明, HvMYB2与小麦PIMP1蛋白同源性最高(87.5%)。表达模式分析显示, HvMYB2在苗期地上部分表达水平最高。在干旱胁迫条件下, HvMYB2在抗旱野生大麦EC_S1中表达水平显著升高。过表达HvMYB2的拟南芥株系在干旱条件下表现出更强的抗旱性, 干旱胁迫下叶片相对含水量、叶绿素a和叶绿素b含量显著高于野生型拟南芥, 相对电导率则显著降低, 叶片气孔导度显著低于野生型植株。反之, 沉默HvMYB2导致了大麦植株在干旱胁迫下的抗旱性显著降低, 表现为更高的水分损失和细胞损伤, 以及更大的气孔导度。由此推测HvMYB2通过调节叶片气孔导度正调控大麦的抗旱性。互作蛋白预测结果显示, HvMYB2可能与HvMYB27和HvMYB29转录因子形成复合物以调节下游基因表达。此外, HvMYB2启动子分析揭示其包含多个干旱诱导和激素响应元件, 野生大麦HvMYB2启动子中181 bp特异性片段插入导致其转录水平受干旱显著诱导, 可能提高了野生大麦EC_S1的抗旱性。本研究为全面解析HvMYB2抗旱分子调控机制奠定了基础, 为大麦品种抗旱遗传改良提供了新的基因资源。

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是全球重要的油料作物, 提高其产量是育种的重要目标。单位面积角果数、每角粒数和粒重是油菜产量的3个构成因子。角果长度虽然不是油菜产量的直接构成因素, 但影响每角粒数和粒重, 进而影响油菜产量。本研究以角果长度和每角粒数差异显著的亲本YA和中双11号(ZS11)及用其构建的包含211个株系的重组自交系(RIL)群体为材料, 在长沙秋播和民乐夏播, 考察角果长度和每角粒数, 通过群体及双亲重测序对上述2个性状进行QTL定位, 结果在2个环境下均检测到1个角果长度和每角粒数的主效QTL, 其位于A09染色体。双亲开花后3~21 d, 角果皮转录组测序分析发现角果皮光合作用、激素和次生代谢物合成的基因在角果发育中发挥了重要作用, 功能注释认为BnaA09.CYP78A9、BnaC08.SCL13和BnaA04.ARL等参与生长素响应和传导的基因为调控油菜角果长度的候选基因。这些结果为进一步开展油菜角果长度基因精细定位及其调控机制研究奠定了基础。

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。

bZIP基因广泛参与种子发育、光信号调节和胁迫响应等生理过程。然而, 目前对豌豆PastbZIP基因调控种子发育知之甚少。为鉴定豌豆种子发育相关PastbZIP基因, 揭示其进化关系, 本研究利用生物信息学和种子发育转录组数据对PastbZIP基因家族进行鉴定与进化分析, 并通过比较基因组学挖掘种子发育相关PastbZIP基因, 同时利用蛋白互作网络和qRT-PCR对其验证。在豌豆种子发育转录组数据中共鉴定出62个PastbZIP基因, 根据系统进化特征将PastbZIP基因分为9组, 不同亚家族在蛋白理化性质、基因结构、保守基序等方面表现出进化多样性和差异性。共线性分析发现, 豌豆与大豆、苜蓿、拟南芥和蚕豆分别有54、23、8和22对共线性基因, 并且发现片段复制是PastbZIP基因家族扩张的主要驱动力, 而且这些基因的进化是通过纯化选择来实现的。KEGG富集分析显示, PastbZIP主要富集在植物激素信号转导通路中, 且PastbZIP启动子顺式作用元件中包含大量的激素响应元件, 有60个(96.8%) PastbZIP基因包含5种激素响应元件。通过同源比对在豌豆中发现10个与种子发育相关的候选基因, 且其蛋白互作基因均参与调控种子发育。综上所述, 本研究首次对豌豆种子发育相关PastbZIP家族成员进行了鉴定和进化分析, 并通过同源比对挖掘了种子发育候选基因, 研究结果将为研究豌豆bZIP基因调控种子发育提供重要参考。

彩色青稞和彩色小麦是一类特殊的、珍贵的种质资源, 不同颜色籽粒中的营养物质成分和含量均不同。本研究基于LC-MS对2个彩色青稞品种鄂黑稞720135 (EH720135)、广州蓝稞(GZL)和2个彩色小麦品种中科紫麦(ZKZM)、农大4218紫(ND4218)授粉后不同天数的籽粒代谢组进行了分析和比较。 结果表明:在4个材料不同发育时期的籽粒中, 共检测到936种代谢物, 包含379种已知物质和557种未知物。聚类分析表明, 不同发育时期的籽粒中代谢物存在明显差异, 各种代谢物的动态积累模式也不尽相同。对4个材料成熟籽粒中代谢物进行比较分析, 在彩色青稞和彩色小麦之间共鉴定出687种差异代谢物, 其中, 206种在2个彩色青稞和2个彩色小麦之间均存在显著差异。此外, 还鉴定到308种和277种代谢物分别在2个彩色小麦之间和2个彩色青稞之间存在显著差异。进一步分析表明, 成熟青稞籽粒中的儿茶素、麦黄酮衍生物、金圣草黄素等黄酮类相关代谢物含量显著高于彩色小麦, 它们可能为青稞特异的功能性成分。本研究有助于全面了解彩色青稞和彩色小麦籽粒代谢物的差异, 并为彩色青稞和彩色小麦功能性食品研发提供理论依据。

花生荚果的力学特性是花生机械化收获的重要参考指标, 早熟品种的筛选是满足市场需求和提高农业生产效益的重要举措。本研究以499份来自世界各地的花生种质资源为材料, 对其果柄强度、荚果破壳力和成熟率等指标进行测定和分析。果柄强度测定结果显示, 499份种质材料之间变异广泛(3.55~15.54 N), 265份种质的成熟荚果果柄强度(7.13 N)大于未成熟荚果果柄强度(6.99 N), 38份种质材料的果柄强度在不同成熟度之间存在显著或极显著差异; 平均秧-柄脱落力(7.51 N)大于果-柄脱落力(7.11 N), 48份种质材料在秧-柄节点的脱落力显著或极显著高于果-柄节点; 荚果侧压破壳力>正压破壳力>立压破壳力, 3个方向的荚果破壳力两两之间均存在极显著差异; 花生荚果的果柄强度与果-柄脱落力的相关性最大(r = 0.99, P < 0.01); 花生荚果力学特性的13个性状综合成为4个主成分因子, 累计贡献率为63.83%; 多元回归分析表明, 果-柄脱落力、果-柄脱落百分率、荚果层厚度、未熟荚果果柄强度和秧-柄脱落力是影响果柄强度的主要性状; 最终筛选出16份荚果力学特性优异、早熟的优异种质资源, 为后续培育早熟且适应机械化收获的花生新品种提供参考。

玉米是需水量较大的作物, 而干旱是制约玉米生产的主要因素。结合前期研究基础和相关研究进展, 发现ZmHDZ6受干旱诱导强烈, 且过表达植株表现出优良的抗旱性能。为探究玉米转录因子ZmHDZ6的下游调控机制, 通过对ZmHDZ6过表达转基因玉米株系进行RNA-seq测序, 对自交系B73原生质体进行PER-seq (protoplast transient expression-based RNA-sequencing)测序, 并进行联合分析。 结果显示,2种测序策略得到的差异表达基因(DEGs)呈现一致性, 功能主要集中在参与氧化还原反应等GO富集分析条目。KEGG分析显示功能都富集在苯并噁唑嗪酮类化合物代谢途径上。此外, 基于RNA-seq的DEGs在氨基酸和核苷酸代谢途径富集, 而基于PER-seq的DEGs还富集在核糖体生物发生代谢途径。因此, 推测ZmHDZ6可能通过调控与氧化还原相关基因和苯并噁唑嗪酮类化合物的代谢进而增强玉米抗旱性。通过进一步在129个Co-DEGs (Common DEGs)的启动子序列扫描HDZIP I家族的DNA结合基序(motif), 将潜在靶基因缩减至16个, 其中8个基因的功能与玉米抗逆紧密相关。本研究利用转录组学数据分析了ZmHDZ6基因的下游表达调控网络, 为进一步解析抗旱机制提供了参考。

花生(Arachis hypogaea L.)是我国重要的经济作物和油料作物, 其荚果大小与单株产量紧密联系, 是重要的农艺性状。本研究以大果地方品种“东莞半蔓(DB)”和小果材料“ZLA”杂交构建的RIL群体为材料, 利用花生10K液相芯片构建高密度遗传图谱, 结合4个种植环境下的荚果大小(荚果长、荚果宽、荚果厚和百果重)相关性状进行QTL定位。总共检测到30个QTL, 分布在A01、A03、A05、A06、A07、A08、B02、B04、B06和B10等10条染色体上, LOD值为4.04~34.17, 贡献率为3.10%~33.52%, 加性效应为-2.43~16.64。检测到13个与荚果长、荚果宽、荚果厚和百果重有关的主效QTL, LOD值为4.41~34.17, 贡献率为11.21%~33.52%。在这些主效QTL中, qPLA07在4个种植环境下均被稳定检测到, qPWA08.1、qPWB02、qPTB06在3个种植环境下均被稳定检测到。另外, 检测到14对上位性QTL, LOD值为5.07~6.67, PVE为4.21%~21.84%。对qPWA08.1、qPWB02、qPTB06定位区间内的基因进行了KEGG代谢通路富集, 结合基因功能注释和花生不同组织中基因表达分析, 预测了4个候选基因, 分别是Ahy_A08g039622、Ahy_B02g057642、Ahy_B06g085859和Ahy_B06g085890。该研究结果有望为花生荚果产量关键基因挖掘和分子标记开发提供参考。

MADS-box基因在植物生长发育全过程中具有重要调控功能。目前, 关于番茄II型MADS-box基因的功能研究较多, 而I型MADS-box基因却鲜有报道。本研究克隆了I型MADS-box基因SlMADS79, 该基因在番茄根、叶和侧芽中表达水平相对较高, 推测其可能参与番茄营养器官生长调控。本研究以经典番茄栽培品种Ailsa Craig (AC⁺⁺)为背景材料, 采用RNA干扰技术沉默SlMADS79基因。与野生型相比, SlMADS79基因沉默株系顶端优势度降低、植株矮小; 叶片的长度、宽度、周长以及面积均小于野生型植株; 根系总长度、总表面积、总投影面积、根系体积、分叉数、根尖数均显著减少。解剖学研究表明, 沉默植株茎秆的纵切面细胞较小, 然而其平均数量明显增加。在激素水平上, SlMADS79沉默株系中IAA (吲哚-3-乙酸)、TZR (转玉米素核糖苷)以及CS (栗木甾酮)含量降低。在分子水平上, 生长素应答基因IAA3和赤霉素合成基因GA3ox1在SlMADS79沉默株系中显著下调, 而细胞周期基因CyCA3;1在沉默株系中显著上调。本研究从形态、解剖、激素和分子水平上进一步解析了SlMADS79基因的生物学功能, 丰富了番茄I型MADS-box基因家族的研究, 为番茄株型调控研究提供了可靠的理论依据。

土壤微生物参与碳氮循环, 对于维持土壤生态系统健康具有重要意义。为研究密植滴灌水肥一体化对西南地区夏玉米产量与土壤细菌群落的影响, 设置传统水肥(F)和密植滴灌水肥一体化(H) 2个处理。采用高通量测序方法, 通过测定16S rRNA基因, 研究密植滴灌水肥一体化对土壤细菌群落的影响。2年试验结果表明, 与对照F相比, H处理的产量与生物量分别显著提高30.92%与56.03%。对2022年土壤中细菌微生物进行分析发现, H处理显著提高了不同时期土壤细菌群落的多样性, 且处理间细菌群落结构存在差异。对细菌群落组成分析可知, H处理提高了部分门(髌骨菌门、拟杆菌门和放线菌门)和属(黄单胞杆菌属、鞘氨醇单细胞菌属、Jatrophihabitans和黄杆菌属)分类水平的细菌群落相对丰度。相关性分析结果表明, 吐丝期F处理中酸杆菌门的相对丰度与产量相关, H处理中鞘氨醇单细胞菌属的相对丰度与生物量相关; 成熟期H处理的3门(粘菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门)和2属(Ellin6067、芽单胞菌属)细菌群落的相对丰度与生物量及产量相关, 而F处理的细菌群落的相对丰度与生物量及产量无关。利用PICRUSt2对细菌群落进行功能预测可知, H处理提高了多种细菌的代谢能力, 如氨基酸代谢、外来化合物的生物降解与代谢、糖类生物合成与代谢等。综上, 与传统水肥管理相比, 密植滴灌水肥一体化不仅提高了土壤细菌的群落多样性和代谢能力, 还提高了3门(髌骨菌门、拟杆菌门和放线菌门)和4属(黄单胞杆菌属、鞘氨醇单细胞菌属、Jatrophihabitans和黄杆菌属)的群落相对丰度, 并通过降低有害菌门(芽单胞菌门)和提高有益菌属(鞘氨醇单细胞菌属)的群落相对丰度来影响产量。

针对西北绿洲灌区长期施用化学氮肥造成农田氮损失、土壤肥力下降等问题, 研究不同绿肥还田和施氮水平对作物产量和土壤N₂O排放的影响及机制具有重要意义。本研究基于甘肃河西走廊石羊河流域布设的田间试验, 于2019—2021年在春小麦收获后复种毛叶苕子, 毛叶苕子开花期设置7500 kg hm^-2 (G₁)、15,000 kg hm^-2 (G₂)、22,500 kg hm^-2 (G₃)和30,000 kg hm^-2 (G₄) 4个还田量。翌年春小麦播前设置2个施氮水平, 分别为减氮15% (N₁₅₃)和减氮30% (N₁₂₆), 以无绿肥传统施氮(G₀N₁₈₀)作为对照。 结果表明,与G₀N₁₈₀相比, 绿肥还田结合减量施氮显著提高了小麦籽粒产量, 降低了麦田N₂O排放量和排放强度, 其中以G₄N₁₅₃处理产量最高, 达9135.33~9250.42 kg hm^-2。同一还田量下, 减氮30%较减氮15%处理显著降低了N₂O排放量; 同一施氮水平下, G₃、G₄较G₁、G₂显著降低N₂O排放量。研究还发现, N₂O排放的消减主要发生在小麦拔节期以前, 这主要归因于绿肥还田结合减量施氮处理显著降低了小麦播种期及苗期的土壤硝态氮、铵态氮含量和硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性。回归分析表明, 小麦播种期及苗期的土壤速效氮含量和酶活性与N₂O排放量呈显著正相关(P < 0.01)。在减氮15%水平下, G₄较G₁、G₂、G₃提高了小麦开花期和成熟期土壤速效氮含量, 保障了小麦生育后期氮素吸收。综上所述, 在河西绿洲灌区, 绿肥还田结合减量施氮可显著提高小麦产量、降低土壤N₂O排放量和排放强度, 其中绿肥还田量30,000 kg hm^-2结合减量施氮15%效果最佳。

播期推迟, 油菜出苗率和越冬期生物量显著下降, 确保出苗质量和增加越冬期生物量是提高迟播油菜抗逆稳产能力的重要措施。本研究以中双11号为材料, 设置裸种子对照组(CK)、丸粒化基础配方(BC4)、包膜基础配方(BC0)、丸粒化负载2%的黄腐酸(2%F)和3%的褐藻寡糖(3%H)、用200 mg L^-1的黄腐酸包膜(200F)和400 mg L^-1的褐藻寡糖包膜(400H)等7个处理在武汉进行10月26日播种的田间小区试验, 探讨黄腐酸和褐藻寡糖包衣对迟播油菜萌发出苗、幼苗生长及产量的影响。 结果表明,采用黄腐酸和褐藻寡糖种子包衣(丸粒化、包膜)可提升低温条件下油菜种子出苗质量, 并增强幼苗抗寒性, 增加越冬期生物量。2年迟播条件下, CK处理出苗率分别为53.6%、59.4%, 黄腐酸和褐藻寡糖丸粒化及包膜处理的出苗率均显著高于CK、丸粒化基础配方以及包膜基础配方。黄腐酸和褐藻寡糖包衣均增加越冬期干物质积累, 较CK显著提高越冬期的株高和根颈粗。各处理的产量存在差异, 与CK相比, 2022—2023年2%浓度黄腐酸丸粒化和3%浓度褐藻寡糖丸粒化处理的产量分别增加11.35%和13.05%, 2023—2024年分别增加16.01%和18.20%。越冬期抗寒性的提高是黄腐酸和褐藻寡糖提高生物量和产量的重要机制, 黄腐酸和褐藻寡糖处理均显著提高了低温条件下油菜幼苗的可溶性糖和脯氨酸含量, 增强了抗氧化系统的酶活性, 降低了H₂O₂、MDA和O₂^-的含量, 从而减轻低温损伤。其中, 400 mg L^-1褐藻寡糖包膜处理的可溶性糖含量较CK提高53.5%; 200 mg L^-1黄腐酸包膜处理的MDA含量较CK降低53.38%。同时, 黄腐酸和褐藻寡糖包衣还提高了油菜幼苗中的IAA含量。本研究结果可为提高迟播油菜抗逆稳产能力提供技术支撑。

2024年初长江流域油菜主产区遭遇低温寒潮天气, 对冬油菜生产造成不利影响。为研究氮、磷、钾肥配合施用对冬油菜产量的影响并探讨冻害胁迫下对3种养分的响应差异, 于2022/2023 (对照年)和2023/2024年(冻害年)在长江流域油菜主产区开展多点田间定位试验, 设置不施肥(CK)、氮磷钾均施(NPK)以及在此基础上不施氮(-N)、不施磷(-P)、不施钾(-K)共5个处理, 结合2个油菜生长季的气象因素, 对多点的油菜籽产量、产量构成因子、地上部生物量以及收获指数进行比较, 分析不同养分施用条件下油菜应对冻害胁迫的响应差异。 结果表明,2个油菜生长季-N、-P、-K处理的油菜籽产量较NPK处理分别平均降低71.8%、76.6%、13.4%, 施氮、磷肥显著提高油菜籽产量, 而施钾肥的增产作用相对较小。与对照年相比, 冻害年中各试验点油菜籽产量均明显降低, CK、-N、-P、-K、NPK处理分别平均降低43.6%、30.7%、48.9%、43.2%、45.7%。单株角果数降低是导致减产的主要原因, 各处理的单株角果数分别平均降低37.6%、44.3%、32.3%、22.3%、22.8%, 此外, 每角粒数和地上部生物量显著降低而收获指数明显增加。进一步对油菜籽产量、气候资源指标和基础土壤养分含量进行相关性分析发现, 冻害发生期极端低温天数与冻害程度呈正相关, 冻害胁迫下油菜对磷、钾养分需求加剧。综上, 油菜生产过程中氮、磷肥是影响高产的主要营养限制因子, 磷、钾肥是影响稳产的主要营养限制因子, 氮磷钾肥平衡施用有利于维持相对较高的产量。

植物激素是生长发育的重要调节物质, 但马铃薯内源激素还没有统一、高效的检测方法, 难以满足深入研究的需求。本研究利用超高效液相色谱技术, 设计单因素试验和正交试验, 优化了SA、IAA、ABA和JA这4种植物激素的提取方法, 其重复性和稳定性的相对标准偏差均小于10%, 提取效率显著高于其他提取方法。利用该方法, 对生长30 d的马铃薯植株的根、茎、叶、匍匐茎和顶芽的激素含量进行测定发现, 顶芽和叶片中SA含量最高, 顶芽和匍匐茎中IAA含量最高, 叶片中ABA含量最高, 根和匍匐茎中JA含量偏高。对马铃薯栽培种华薯1号和中薯5号的块茎分别在4℃、22℃和28℃条件下储存, 并检测了其休眠打破过程中激素含量。 结果表明,在整个休眠期, IAA含量整体呈上升趋势, SA含量呈先上升后下降而后快速上升的趋势, ABA含量整体呈下降趋势。本研究优化的提取方法提取效率高、灵敏度高、稳定性和重复性好, 适用于马铃薯4种内源激素的检测分析, 研究数据为马铃薯不同组织和块茎休眠过程中激素合成及作用机制提供理论参考。

单一的大气CO₂浓度升高或温度升高均已被证实对小麦的生长和产量产生显著影响, 然而, 关于CO₂浓度和温度共同升高对小麦整个生育期的影响研究很少。本研究以冬小麦品种“良星99”为材料, 利用人工控制气候室, 设置2种CO₂浓度水平(环境大气CO₂浓度和环境大气CO₂浓度+200 μmol mol^-1)和2种温度水平(环境温度和环境温度+2℃), 测定其对冬小麦物候期、光合作用、碳代谢、氮同化和产量的影响。 结果表明:大气CO₂浓度升高使拔节期、开花期和灌浆期净光合速率和水分利用效率增加, 使灌浆期可溶性糖含量升高, 虽灌浆期谷氨酰胺合成酶和谷丙转氨酶活性降低, 但仍可通过增加穗数, 进而使生物量和产量增加32.8%和30.0%。升温会缩短冬小麦全生育期, 使拔节期谷氨酸合成酶活性下降, 开花期水分利用效率、可溶性糖、淀粉和蔗糖含量、谷氨酸合成酶活性降低, 灌浆期蔗糖合成酶和谷氨酰胺合成酶活性下降, 生物量降低12.2%, 产量无显著影响。大气CO₂浓度升高促进升温下冬小麦提前开花, 并延长花后籽粒灌浆时间。升温条件下, 大气CO₂浓度升高通过上调拔节期TaRUBP1的表达进而提高净光合速率, 提高拔节期可溶性糖含量和开花期蔗糖含量, 从而缓解升温对光合同化的负面影响。升温条件下, CO₂浓度升高上调开花期TaGS2和灌浆期TaNR的表达进而增加开花期谷氨酰胺合成酶活性和灌浆期硝酸还原酶活性, 缓解升温对氮同化的抑制作用。此外, CO₂浓度升高减轻升温对冬小麦生物量的负面影响, 并通过增加穗数提高升温条件下冬小麦产量23.9%。总之, CO₂浓度通过提高光合能力、增加光合同化物积累、促进氮同化、延长灌浆时间等缓解升温对冬小麦生物量的负效应, 并通过增加穗数提高冬小麦产量。

为了明确花后高温干旱逆境对小麦产量的影响及其生理机制, 本研究于2022—2023年冬小麦生长季, 选用中麦36 (ZM36)和济麦22 (JM22) 2个小麦品种, 在北京和河北赵县大田试验条件下设置花后高温(HT)、干旱(DS)、高温干旱复合胁迫(DHS) 3种逆境处理, 以自然环境为对照(CK), 比较了不同逆境处理对小麦光合特性、叶片衰老和籽粒产量的影响。 结果表明,与CK相比, 在逆境下北京试验点ZM36的产量、穗粒数、千粒重分别降低了18.0%~40.2%、10.4%~16.3%和6.9%~22.7%; JM22分别降低了18.2%~32.8%、3.1%~8.7%和4.0%~14.6%。赵县试验点ZM36的产量、穗粒数、千粒重分别降低了6.4%~27.8%、8.2%~23.1%和2.9%~11.0%; JM22分别降低了6.8%~35.3%、8.0%~19.0%和0.6%~7.7%。2个试验点不同逆境对2个小麦品种产量的影响程度均为DHS>DS>HT。花后逆境下2个小麦品种叶面积指数(LAI)降低14.4%~36.9%, 旗叶叶绿素相对含量(SPAD)减少11.2%~24.6%、叶片持绿时间(Chl_total)缩短1.8~5.0 d, PSII最大光化学效率(F_v/F_m)降低3.5%~10.5%, 非光化学淬灭系数(NPQ)增加9.3%~27.8%, 致使旗叶净光合速率(P_n)降低14.3%~39.6%, 且花后高温干旱复合胁迫对小麦旗叶光合特性的影响远大于单一干旱、高温胁迫。由结构方程可知, 叶片温度(T_leaf)与土壤体积含水量(SVC)、SPAD、P_n呈负相关, SVC与LAI、SPAD、P_n、F_v/F_m呈正相关, 表明较高的土壤体积含水量(0~20 cm土层30%~32%)可降低冠层和叶片温度, 延缓小麦叶片衰老, 提高光合效率。研究结果为小麦高产稳产抗逆栽培提供理论依据。

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。

为明确影响糙米粉蒸煮食味品质的关键指标。本研究以广陆矮4号、中嘉早17、湘早籼24号、中早39和株两优729等5个米粉稻品种为材料, 于2021年和2022年在湖南浏阳进行大田试验, 分析了不同品种的糙米粉蒸煮食味品质、糙米淀粉组分含量和糊化特性。 结果表明,广陆矮4号和中嘉早17较湘早籼24号、中早39和株两优729的糙米粉断条率和损失率低, 咀嚼性和弹性高。相关分析结果显示, 糙米粉损失率与直链淀粉含量呈显著负相关关系, 与峰值时间和糊化温度呈显著正相关关系; 糙米粉咀嚼性与热浆黏度呈显著负相关关系; 糙米粉弹性与直支比呈显著正相关关系, 与峰值时间呈显著负相关关系。由此可见, 糙米直链淀粉含量、直支比、热浆黏度、峰值时间和糊化温度是决定糙米粉蒸煮食味品质的关键指标。

从日本晴⁶⁰Co诱变突变体库中筛选到一份粉质胚乳突变体we2 (white endosperm2), 对其表型和理化性质进行分析, 并利用we2与9311杂交获得的F₂群体对目标基因进行精细定位。we2胚乳表现为白色粉质, 淀粉颗粒排列疏松且不规则; 千粒重、总淀粉和直链淀粉含量显著下降, 脂肪含量显著上升。遗传分析表明we2粉质胚乳性状受单个隐性基因控制。利用we2/9311 F₂群体进行基因定位, WE2被定位在第6染色体长臂P38和P39之间约244 kb区间内, 该区间包含27个开放阅读框(Open reading frames, ORFs)。qRT-PCR结果显示, we2胚乳中淀粉合成相关基因表达显著下调。本研究为WE2的克隆和功能分析奠定了基础。

为探究灌浆期高温胁迫对不同温型小麦的影响, 并评估冷型小麦在逆境抗性方面的表现, 本研究选用2个冷型小麦(冷资857和冷资863)、2个暖型小麦(暖资58和暖资979)以及对照品种百农207, 在灌浆期进行高温胁迫, 测定光合参数、抗氧化酶活性以及产量等指标。 结果表明:在高温胁迫下, 所有小麦品种的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(C_d)均有所下降, 而胞间CO₂浓度(C_i)上升。P_n下降幅度在不同品种间存在差异, 其中暖资979和暖资58的下降幅度最大, 冷资857和冷资863的下降幅度相对较小。此外, 冷型小麦品种的抗氧化酶活性普遍高于暖型小麦。高温胁迫导致小麦的灌浆快增期提前, 整体灌浆时间缩短, 千粒重和产量均有所下降。冷型小麦品种的产量损失相对较少, 表明其在高温逆境下的抗性更强。抗氧化酶活性与小麦的光合作用之间存在密切的正相关关系。这些指标对于评估小麦的产量潜力和抗逆性具有重要意义。综上所述, 本研究揭示了冷型小麦在灌浆期高温胁迫下的抗逆性优势, 并为冷型小麦品种的选育提供了科学依据, 同时为深入理解冷型小麦的抗逆机制奠定了基础。