单细胞电感耦合等离子体质谱(SC-ICP-MS)技术可实现在单细胞水平上精确分析植物组织中的元素分布。该技术能够探究被传统群体分析方法忽略的细胞异质性, 显著提高了元素分析的空间分辨率, 为元素定量提供新途径。然而, SC-ICP-MS测定技术受限于高质量细胞悬液的获取和精准的元素分析。现有研究表明, 制备高质量原生质体是该技术应用的关键环节。因此, 建立高效稳定的植物原生质体制备方法, 直接决定SC-ICP-MS技术检测的灵敏度、定量准确性与重复性, 已成为制约该技术应用的前提。本文介绍了常见植物原生质体制备流程及其与SC-ICP-MS技术核心适配原则, 包括源组织选择、预处理、酶解系统优化(酶解液配比、消化时间、渗透压调控及辅助物质添加)、原生质体纯化、活力检测及化学固定, 重点总结了该技术在营养元素和重金属元素的细胞水平研究, 同时归纳总结了SC-ICP-MS技术参数优化策略。该技术仍面临着细胞完整性与元素保留平衡的问题, 以及外源物质的毒性效应、摄取和生物学效应等方面的挑战。未来研究可结合成像、组学等技术, 共同探究元素代谢过程, 进一步完善并提升SC-ICP-MS技术在农业、环境、生态及生命科学等学科领域的应用。

小麦灌浆期的干旱胁迫严重制约籽粒发育, 粒长、粒宽等籽粒性状与产量紧密相关, 然而, 针对干旱条件下籽粒性状的遗传解析明显不足。本研究以抗旱品种晋麦47和干旱敏感品种豫麦13为亲本, 构建BC₃F₄回交导入系群体, 通过BSA-seq分析发掘调控干旱条件下小麦粒长的重要遗传位点。在1D染色体上的432.65~460.02 Mb区间内鉴定到一个与干旱条件下粒长显著关联的QTL, 同时, 在另外3个回交导入系群体中也检测到该QTL, 命名为GLd1。基于晋麦47和豫麦13在GLd1区间内的序列多态性开发分子标记, 进一步将候选区间缩小至1.01 Mb。在GLd1区间内开发了KASP标记1D-SNP57, 利用小麦自然群体325份材料进行基因型-表型关联分析, 携带晋麦47等位变异的基因型粒长显著高于携带豫麦13等位变异的基因型, 表明该标记与干旱条件下粒长性状密切相关。本研究定位了一个新的调控干旱条件下小麦粒长的QTL, 并开发了可用于选择粒长的KASP分子标记, 为小麦抗旱稳产育种提供了新的基因资源与实用工具。

氮素是影响玉米产量的关键因子。为解析玉米氮响应的遗传基础, 本研究利用312份玉米自交系组成的自然群体, 通过全基因组关联分析(GWAS)对产量相关性状氮响应系数(NRI)进行研究。结果表明, 在2种氮条件下产量相关性状均具有丰富的表型变异; 不同杂种优势群产量的氮响应系数(NRI_GY)及产量具有显著差异, 与其他杂种优势群相比, Iodent群的NRI_GY最高, SPT群的耐低氮性最强。全基因组关联分析共挖掘到1582个与NRI显著相关的位点, 其中352个位点位于已报道的氮高效QTLs置信区间内。显著关联位点中共包含372个候选基因, 主要与玉米的生长发育和逆境胁迫相关。关键候选基因单倍型分析结果表明, Zm00001d021701的TT单倍型行粒数的氮响应系数低于CC, 但在正常氮和低氮条件下产量均高于CC; Zm00001d037229的AA单倍型穗位高的氮响应系数高于GG, 且在2种氮水平下产量均优于GG。本研究系统揭示了玉米氮响应的遗传基础, 鉴定的关键候选基因及其优异单倍型为玉米氮高效分子育种提供了重要的基因资源和理论支撑。

甘薯是典型“喜钾”作物, 挖掘甘薯耐低钾基因资源、揭示耐低钾机制是解决土壤缺钾和钾资源短缺问题的重要策略。本研究旨在通过全基因组关联分析(GWAS)筛选与甘薯耐低钾相关的候选基因, 为甘薯耐低钾品种选育及钾高效利用基因挖掘提供参考。以213份甘薯品种(系)为材料, 通过水培试验设置低钾胁迫(0.1 mmol L^-1 K⁺)和正常钾处理(10.0 mmol L^-1 K⁺), 收集生物量、钾含量、钾积累量、钾利用效率、相对生长率等指标进行GWAS。结果表明, 生物量干重、生物量鲜重、相对生长率、地上部钾积累量、根系钾积累量、整株钾积累量6个性状间均呈显著或极显著相关。通过GWAS定位到与相对生长率、地上部钾含量、根系钾积累量、整株钾积累量和生物量干重5个性状显著关联的7个区段, 共35个SNP位点, 结合SNP核心位点和基因功能注释, 预测出与甘薯耐低钾相关的候选基因7个。RT-qPCR验证发现, 其中3个候选基因itf12g23740.t1、itf08g06140.t1、itf08g06320.t1分别编码阳离子/H⁺转运体15 (CHX15)、生长素受体F-box蛋白5 (AFB5)和春化不敏感3-like 1 (VIL1), 在不同耐低钾品种中表达差异显著。综合本研究结果, 在213份甘薯材料中共检测到与甘薯耐低钾性状相关的35个显著SNP位点, 预测出7个候选基因, 其中itf12g23740.t1、itf05g03220.t1、itf08g06140.t1是甘薯耐低钾性状的重要候选基因, 具备进一步研究价值。

产量是陆地棉遗传改良与品种选育的首要目标性状之一。定位陆地棉产量相关数量性状位点(QTL)并挖掘其候选基因, 对于通过分子育种手段提升棉花产量潜力具有重要意义。整合已报道的QTL以鉴定控制陆地棉产量相关性状的稳定主效QTL和候选基因, 是开展棉花产量相关性状分子改良的基础和关键。本研究基于42项独立研究, 共收集了3366个与11个产量相关性状相关的原始QTL。利用11,242个标记构建共识遗传图谱, 将上述原始QTL中2751个投影至共识遗传图谱上, 鉴定出209个与产量性状相关的Meta-QTL (MQTL)。其中61个MQTL区域得到全基因组关联分析(GWAS)中显著SNP位点的验证。在这些经GWAS共定位的MQTL中, 鉴定到一个主效MQTL (MQTL6), 表型变异解释率(R²)最高为18.36%、整合初始QTL数量为24个、置信区间(CI)缩小至2.7 cM。结合转录组测序(RNA-seq)与实时荧光定量PCR (RT-qPCR)分析, 从MQTL6区间内筛选出2个与产量密切相关的候选基因GhEB1C和GhHIPP23。通过病毒诱导的基因沉默(VIGS)验证, 发现GhEB1C主要调控种子与棉铃发育, 而GhHIPP23同时调控种子发育与衣分形成, 表明二者在陆地棉产量形成中具有重要调控作用。该研究结果为解析陆地棉产量性状的遗传机制提供了新见解, 并为高产棉花品种的分子育种提供了候选基因资源。

花生籽仁蔗糖含量是评价食用花生的重要品质指标。本研究以高蔗糖花生品种冀花甜1号和低蔗糖花生品系JM135杂交构建的F₂分离群体为材料, 利用BSA重测序定位与花生蔗糖含量相关的QTL。结果表明, F₂群体单株籽仁蔗糖含量最大值为8.54%, 最小值为2.89%, 表现为连续变异, 符合正态分布。经BSA重测序分析初步定位, 鉴定到6个候选区间, 分别位于Arahy.04和Arahy.16染色体上。开发出2个KASP标记16-1475和16-1522, 可以对花生籽仁蔗糖含量性状进行分子标记辅助选择。根据基因注释信息筛选出2个候选基因, 表达谱分析表明, Arahy.RUR3FB和Arahy.LJ1TN7可能是调控花生蔗糖含量的候选基因。本研究为挖掘花生蔗糖含量相关基因提供了理论支持, 为通过分子育种手段选育高糖花生新品种提供了技术支撑。

谷氧还蛋白通过调节靶蛋白半胱氨酸残基的氧化还原状态, 在植物逆境响应中发挥关键作用。前期研究发现, 木薯CC型谷氧还蛋白MeGRXC3能与过氧化氢酶MeCAT1互作并负调控其酶活性, 但其具体分子机制尚不清楚。为阐明MeGRXC3关键功能位点对MeCAT1酶活性的调控作用, 本研究构建了MeGRXC3的活性结构域(C21AC24A)与谷胱甘肽结合结构域(G75L)突变体的表达载体。亚细胞定位分析表明, 这些功能结构域突变不改变MeGRXC3的细胞内定位。酵母双杂交、双分子荧光互补及pull-down试验证实, MeGRXC3在体内外均与MeCAT1互作, 且该互作不依赖于上述功能结构域。然而, 烟草瞬时表达与生化分析结果显示, MeGRXC3对MeCAT1酶活性的负调控与这2个功能结构域密切相关: 活性结构域突变削弱了其抑制效应, 而谷胱甘肽结合结构域突变则完全解除了抑制, 使MeCAT1酶活性显著提升。本研究结果表明, 活性结构域与谷胱甘肽结合结构域对MeGRXC3与MeCAT1的互作并非必需, 但却是抑制MeCAT1酶活性的关键。这提示MeGRXC3可能通过其他结构域或位点与MeCAT1结合, 进而依赖其保守功能结构域执行抑制作用。该发现为在翻译后水平深入解析MeGRXC3调控MeCAT1活性的精确分子机制奠定了关键基础。

盐渍化土地是农业发展的重要潜力资源, 培育耐盐碱作物对于保障粮食安全具有重要意义。高粱具有较强的耐盐碱能力, 是边际土地的拓荒者。本实验室前期通过GWAS和转录组联合分析发掘到一个调控高粱耐盐碱性的关键主效QTL qSAR-1 (Salt Alkali Related), 位于1号染色体约59.48 Mb处, 其候选基因为SAR (Sobic.001G309500)。本研究以高粱自交系Tx430为材料, 通过农杆菌介导的遗传转化创制了SAR过表达和CRISPR/Cas9敲除的T₂代稳定株系。表型分析表明, SAR过表达株系在盐碱胁迫下表现出显著的盐碱敏感表型, 而敲除株系耐盐碱性显著增强, 存活率提高36%。生理生化分析显示, SAR敲除改善了光合性能, 降低了活性氧积累和膜脂过氧化, 提高了抗氧化酶活性和渗透调节物质含量。内源ABA测定及抑制剂处理试验证实, SAR主要通过ABA途径负调控高粱耐盐碱性。该研究为高粱耐盐碱分子育种提供了重要的基因资源和理论依据。

糜子是我国北方黄河流域的传统粮食作物。本研究以来源于不同生态区的1547份糜子种质为试验材料, 于2024年分别在北京顺义和甘肃会宁试验基地种植, 以主茎长、主茎粗、主茎节数、主穗长等10个农艺性状进行基于表型的遗传多样性分析, 同时采用主成分分析和通径分析等方法对参试材料进行综合评价。结果表明, 1547份糜子种质资源存在非常丰富的表型多样性, 10个农艺性状的遗传多样性指数介于1.978~2.098之间, 其中主茎粗的多样性指数在2个试验点均最高。相关性分析显示, 多个性状之间存在不同程度的相关性, 其中单株穗重与单株粒重呈极显著正相关。主成分分析提取出4个主成分, 累计贡献率为72.192%, 分别代表株型、单株产量、籽粒相关性状和穗型。基于主成分分析与育种目标结合的综合评价, 鉴定到兼具中矮秆、大粒、高产、抗倒伏等性状的糜子优异种质23份。

干旱是影响玉米生长发育并导致减产的主要非生物胁迫。雄穗主轴长(TL)和雄穗一级分枝数(TBN)是影响玉米花粉散布及产量形成的关键结构性状。解析干旱胁迫下TL和TBN的遗传基础, 可为玉米抗旱稳产育种提供理论依据。本研究以395份玉米自交系构建的关联群体为材料, 在正常供水(WW)和干旱胁迫(DS)处理下开展多环境表型鉴定。基于重测序获得的高密度SNP标记, 采用FarmCPU模型开展全基因组关联分析(GWAS)和全基因组选择(GS)。TL、TBN及其抗旱指数均受环境、基因型及基因型×环境互作的显著影响。干旱胁迫显著降低TL和TBN的表型值(P < 0.0001)。TL和TBN在WW与DS处理下均有较高的遗传力, 范围为72.12%~90.19%。TL和TBN抗旱指数遗传力分别为57.43%和86.22%。GWAS分析检测到多个与TL、TBN及其抗旱指数显著关联的SNP, 其中WW和DS处理下与TL相关的SNP分别有71个和51个, 与TBN相关的SNP分别有70个和81个。部分显著关联SNP在不同水分处理或抗旱指数中重复检测到, 表现出一定的环境稳定性。其中, TL在WW、DS及抗旱指数中检测到3个共定位SNP, 在DS与抗旱指数中检测到10个共定位SNP; TBN在WW、DS及抗旱指数中检测到6个共定位SNP, 在DS与抗旱指数中共检测到13个共定位SNP。这些共定位位点可能与玉米干旱响应调控相关。GS分析表明, 训练群体比例为60%~70%、标记数量为20,000时, 预测精度趋于稳定, TL为0.347~0.483, TBN为0.587~0.609, 且在干旱处理下TBN的预测效果优于TL。本研究系统揭示了干旱胁迫下玉米雄穗结构性状的遗传特征, 为改良玉米雄穗结构及提高抗旱性提供了重要理论依据。

DREB转录因子在植物应对非生物胁迫的过程中扮演重要角色, 然而, 目前关于其在玉米(Zea mays L.)盐胁应答迫中的功能和调控机制研究仍然有限。本研究鉴定了一个玉米根系盐响应基因ZmDREB53, 在拟南芥中证实其过表达在盐胁迫和ABA处理下促进种子萌发和幼苗根系生长。此外, ZmDREB53可能通过识别GCC-box和CRT元件促进逆境相关基因AtMSD2与AtPOD59上调表达, 进而增强超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性, 最终提高转基因拟南芥对盐胁迫的耐受性。启动子分析显示, ZmMSD2启动子中含有4个GCC-box, ZmPOD59启动子中含有2个GCC-box和1个CRT元件。双荧光素酶试验进一步证实, ZmDREB53能够直接结合ZmMSD2与ZmPOD59的启动子驱动二者表达。综上, 本研究在拟南芥中证实了ZmDREB53调控植物耐盐性, 并初步鉴定了ZmDREB53的靶基因, 这将为深入理解玉米耐盐机制及玉米抗逆育种工作提供重要的理论基础。

在QTL精细定位中, 常用绘图极端个体标记基因型图谱以发现重组区域来实施精细定位。然而, 该方法只能获得关联区间, 不能鉴定重组位点, 且绘制图谱也比较麻烦。为此, 本研究利用集团分离分析dQTG-seq方法的G_w统计量、极端个体标记基因型信息和QTL条件概率, 提出了QTL精细定位的IM-dQTG-seq方法。在Monte Carlo模拟研究中, IM-dQTG-seq方法精细定位极端超显性QTL的平均功效为79%, 显著高于集团分离分析的其他方法; IM-dQTG-seq方法的假阳性率稍低于其他方法。利用IM-dQTG-seq方法重新分析20篇QTL精细定位文献发现, IM-dQTG-seq方法结果与原文结果一致; 在刘进等(2022)数据集重新分析中, 鉴定到2个QTLs: 与原文一致的QTL位于RM5808至RM23205标记区间的81.35 cM处, 距耐热性相关基因Os08g0438400仅7 kb; 新位点在标记RM80附近, 距耐热性相关基因Os08g0537800仅28 kb。研制的软件包可在GitHub免费下载。因此, IM-dQTG-seq方法可检测全基因组上任意位置的QTLs, 能精准鉴定重组位点, 可简化精细定位流程, 对BSA和QTL精细定位具有重要应用价值。

重庆地区毛豹皮樟老鹰茶种质资源储量丰富, 为深入探究重庆老鹰茶资源的性状特征、群体遗传结构和亲缘关系, 以不同区域的110份老鹰茶资源为研究对象, 采用实地调查、高效液相色谱检测及基因分型测序等技术手段, 鉴定分析重庆老鹰茶资源的形态特征、品质生化成分和遗传多样性水平。结果表明, 重庆老鹰茶以乔木型、树姿直立、叶片中大叶、叶形长椭圆、叶尖渐尖、叶质中偏硬、叶色绿色、新梢茸毛多等性状为主要表型特征, 其新梢色泽变异系数较高(37.28%), 品质生化成分富含多酚与黄酮类物质, 且多样性指数较大, 分别为2.07和2.05, 同时, 不同区域群体的表型与生化性状存在显著差异, 梁平与巫溪群体因酚氨比特征分别适用于绿茶、红茶加工, 可为后续种质资源的定向利用提供实践依据。本试验中聚类分析、结构分析和主成分分析的结果可相互参照, 均将重庆老鹰茶种质分成3类, 且类群划分与地理分布呈弱相关性; 老鹰茶群体间遗传分化系数(Fst)为0.058, 属于中等偏小水平, 基因流是群体间遗传分化的主要原因, 同时, 巫溪、武隆群体与其他区域群体存在一定程度的遗传分化, 表明长期人工选择与环境隔离是老鹰茶资源遗传分化和塑造特异性基因库的关键因素。研究结果可为后续毛豹皮樟老鹰茶资源保护策略制定与定向育种选育提供关键参考。

为充分挖掘高原区域丰富的光辐射资源, 实现我国玉米单产新突破, 2025年, 中国农业科学院作物科学研究所与西藏农牧大学在西藏林芝(海拔2942 m)进行联合高产攻关。通过“适度密植、提高双穗、水肥精准、绿色高效”等栽培技术集成应用, 高产示范田产量达27.64 t hm^-2, 刷新了本团队于2024年创造的全国玉米高产纪录。2024年和2025年2次高产纪录供试品种均为先玉1483, 种植密度分别为75,000株 hm^-2和82,500株 hm^-2。通过2年高产纪录玉米群体及水肥利用特征对比分析发现, 2025年群体双穗率为72.00%, 收获穗数为141,895穗 hm^-2, 单穗粒数为546, 千粒重为441.64 g, 单穗粒重为201.79 g。与2024年相比, 随着种植密度增加, 双穗率显著下降16.09%, 而单穗粒数、单穗粒重和千粒重分别显著增加12.48%、18.70%和14.16%。2025年地上部干物质积累量为49.41 t hm^-2, 平均收获指数为0.61。花前与花后干物质积累量分别为13.44 t hm^-2和35.97 t hm^-2, 分别较2024年显著提升了21.41%和19.38% (P < 0.05), 花后干物质积累量占比为72.80%, 与2024年基本一致。Logistic方程拟合结果显示, 2025年群体干物质积累速率最大时间(T_max)较2024年提前了6.55 d, 干物质积累速率最大时的生长量(W_max)、最大干物质积累速率(R_max)、平均干物质积累速率(R_mean)较2024年分别提高了9.66%、19.87%和17.72%, 干物质积累活跃期(P)缩短了14.20 d。2025年氮、磷和钾肥偏生产力分别为53.12、163.83与180.52 kg kg^-1, 灌溉水利用效率达到15.06 kg m^-3; 2024年, 氮、磷和钾肥偏生产力分别为48.07、144.21与464.68 kg kg^-1, 灌溉水利用效率为11.48 kg m^-3, 2年均实现水肥高效利用。研究结果为玉米绿色高产提供了新的技术路径, 对西藏地区乃至全国范围实现玉米绿色吨半粮目标具有重要参考意义。

针对绿洲灌区小麦‖玉米系统氮肥施用不合理、产量形成机制不明确等问题, 本研究以间作玉米为研究对象, 设置不同种植模式及施氮制度, 揭示氮肥后移下小麦间作玉米产量提升的光合生理机制。该试验于2023—2024年在甘肃农业大学武威绿洲农业综合试验站进行, 采用随机区组设计, 设置种植模式和施氮制度2个参试因子, 其中种植模式为单作玉米(SM)、小麦间作玉米(IM), 施氮制度为常规施氮(N1)、氮肥后移10% (N2)、氮肥后移20% (N3), 共组成6个处理。结果表明, IM模式在生育后期光合特性表现优于SM。与SM模式相比, IM具有更高的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率及更低的胞间CO₂浓度, 且氮肥后移进一步优化IM模式的光合特性。IM模式P_n、G_s、T_r、SPAD、LAI在生育中后期(吐丝期至灌浆中期)较SM分别平均提高20.5%、22.5%、23.0%、15.5%、10.6%。2种种植模式下, N3处理的P_n、G_s、T_r、SPAD、LAI在生育中后期较N1分别平均提高11.8%、10.9%、12.4%、9.0%、7.9%, IMN3的P_n、T_r、SPAD、LAI在生育中后期较IMN1分别平均提高11.6%、12.8%、7.8%、10.4%。IMN3的G_s在吐丝期至灌浆初期较IMN1平均提高12.1%。此外, IM模式LAD在R1—R2、R2—R3阶段较SM分别平均提高11.2%、12.6%, N3处理的LAD在R1—R2、R2—R3阶段较N1分别平均提高6.9%、8.2%, IMN3的LAD在R1—R2、R2—R3阶段较IMN1分别平均提高7.3%、8.7%。两年度IMN3处理的籽粒产量较IMN1和SMN1分别平均提高23.7%和65.9%, 两年度IMN3处理LUE较IMN1和SMN1分别平均提高12.8%、31.9%。随机森林分析表明, 小麦收获前G_s、LAD、P_n为玉米产量的主要影响因子, 小麦收获后P_n、C_i、LAD、G_s、T_r、SPAD为玉米产量的主要影响因子。因此, IM结合氮肥后移20%可提升净光合速率、气孔导度、相对叶绿素含量等光合生理指标, 提高光能利用率和玉米产量, 从而实现该模式的高产高效。

液态地膜与微垄沟种植集成是一种有效的抗旱保产栽培措施, 能够缓解干旱对中国关中平原地区夏玉米产量提升的严重制约。然而, 该技术对旱作条件下夏玉米群体光能利用及产量形成的具体提升效应尚不明确, 同时不同垄沟比例配置对夏玉米生长及产量的影响规律在关中平原地区尚缺乏明确结论。本研究通过连续2年的田间试验, 设置7种不同处理, 包括3种不同的垄沟比和2种覆盖方式, 并将传统平作种植作为对照处理, 以期阐明液态地膜覆盖垄沟种植对于旱作玉米种植的增产流程, 并进一步研究关中平原地区的最佳垄沟比, 为关中平原及世界旱作农业的发展提供新的思考。研究发现, 与传统平作种植相比, 液态地膜覆盖垄沟处理使土壤温度(ST)与含水量(SWC)平均提高8.76%与11.22%, 气孔导度(G_s)、光合速率(P_n)、相对叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)分别平均提升26.03%、30.37%、6.79%与20.02%, 产量平均提升16.12%。结果表明, 液态地膜覆盖垄沟处理通过提升土壤温度和土壤含水量来提高叶面积指数、SPAD以及气孔导度, 进而提高夏玉米叶片的光合速率, 同时土壤温度以及含水量的提高也可直接促进光合作用的进行, 最终提高了夏玉米产量。此外, 研究发现在关中平原地区干旱年40∶40的垄沟比结合液态地膜可以更加有效地实现增产, 在湿润年40∶60的垄沟比结合液态地膜增产效果更加明显。

筛选丰产型米粉稻品种, 并阐明其农艺性状及米粉蒸煮品质与食味品质差异, 对推动江西省早稻产业高质量发展具有重要意义。2024—2025年, 在江西省上高县开展丰产型米粉稻品种筛选田间试验, 综合方差分析、分组分析、相关性分析和随机森林模型等方法, 对品种生育期、产量、蒸煮品质、食味品质、淀粉组分、蛋白质含量及RVA谱特征值进行比较分析。结果表明, 高产品种包括安优5020、陵两优211、陵两优737、株两优819、松雅早1号、湘早籼45号、中嘉早17、中佳早52、中早35和中早39。蒸煮品质与食味品质表现均较优的品种为中嘉早17、中佳早52、中早35和中早77。综合产量、米粉蒸煮品质和食味品质结果, 推荐中嘉早17、中佳早52和中早35为江西省适宜种植的丰产型米粉稻品种。品种特征分析表明, 中嘉早17、中佳早52和中早35的全生育期为114~117 d, 产量为7698~9565 kg hm^-2。在米粉品质方面, 挤压成型后米粉的断条率、损失率和吸水率分别为0~3.44%、2.10%~8.40%和51.47%~78.46%; 米粉硬度、咀嚼性和弹性分别为1100~1462 g、809~1080 g和90.15%~91.81%; 米粉总淀粉和直链淀粉含量分别为70.91%~77.44%和24.05%~29.23%。相关性分析表明, 总淀粉和直链淀粉含量与米粉断条率及损失率均呈显著负相关, 而与吸水率及食味品质呈正相关; 总淀粉和直链淀粉对米粉蒸煮品质与食味品质的解释贡献率较高且达显著水平。热浆黏度与米粉断条率和损失率均呈显著负相关, 但与吸水率、弹性和内聚性呈正相关; 且热浆黏度对米粉损失率、吸水率、弹性和内聚性的解释贡献率均位居首位。综上, 总淀粉、直链淀粉和热浆黏度可作为评价米粉蒸煮品质与食味品质的关键指标。

为明确外源叶面喷施硝普钠(一氧化氮供体, SNP)对盐碱地水稻碳氮代谢及产量的调控作用, 本试验以宁粳75为材料, 连续2年在盐碱稻田水稻苗期—分蘖期叶面喷施3种不同浓度的SNP, 即50 (X1)、100 (X2)和150 μmol L^-1 (X3), 以喷施等量蒸馏水作为对照(CK)。系统分析SNP喷施对盐碱地水稻碳氮代谢相关指标及产量的影响。结果表明, 相比CK, 2年50~100 μmol L^-1 SNP处理下水稻净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间二氧化碳浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)分别平均提高9.23%~18.87%、15.58%~18.41%、7.48%~9.50%和9.77%~20.14%; PSII最大光化学效率(F_v/F_m)、PSII潜在最大光合效率(F_v/F_o)和光化学淬灭系数(q_P)分别平均提高5.27%~7.95%、12.78%~24.44%和5.78%~7.07%, 非光化学淬灭系数(NPQ)则平均降低6.33%~6.71%; 蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)等碳代谢关键酶活性分别平均增强6.52%~11.25%、10.30%~13.95%和14.06%~16.43%; 硝酸还原酶(NR)、谷氨酸合成酶(GS)和谷氨酰胺合成酶(GOGAT)等氮代谢关键酶活性分别平均增强17.99%~23.69%、12.96%~24.23%和13.61%~20.20%。光合特性和碳氮代谢关键酶活性的改善, 显著促进了水稻干物质积累和产量增加, 平均增幅为6.99%~10.72%和4.46%~6.85%。利用偏最小二乘路径模型(PLS-PM)进一步分析得出, SNP喷施后优先改善了水稻的氮代谢酶活性, 并通过间接影响水稻碳代谢酶活性和光合速率, 从而促进干物质积累及产量增加。综上, 喷施适宜浓度的SNP (50~100 μmol L^-1)可有效改善盐碱地水稻光合特性, 增强碳氮代谢关键酶活性, 进而提高产量。

为研究聚天冬氨酸钾和甜菜碱复配剂(总有效成分含量35%, 下文简称“PG”)对灌浆期高温胁迫下小麦同化物积累、转运及产量的影响及其生理机制, 于2022—2024年在中国农业科学院新乡试验基地开展田间试验。以中麦578 (ZM578)和新麦26 (XM26)为试验材料, 采用随机区组设计, 设置化学调控和高温处理。化学调控处理于挑旗期叶面均匀喷施PG, 高温处理分别于灌浆前期(EH)和灌浆中期(MH)进行。以常温喷施清水为对照(CK)。结果表明, 高温胁迫下, 两品种小麦的同化物在穗轴和颖壳中的积累量显著增加、叶片和籽粒中积累量显著降低, 茎鞘同化物积累量差异不显著。与CK相比, 高温胁迫显著提高了两品种小麦花前同化物的转运量、转运率以及对籽粒的贡献率, 而花后同化物积累量、积累速率和转运量以及对籽粒的贡献率均显著降低, 最终导致成熟期同化物积累总量、单穗重和籽粒收获指数均显著下降。喷施PG处理下, 高温胁迫后两品种小麦成熟期同化物积累量、花后同化物积累量和积累率、同化物向籽粒中的分配比例均显著增加; 旗叶SPAD值、蔗糖合成酶SS-II合成方向活性和籽粒蔗糖合成酶SS-I分解方向活性增加, 旗叶蔗糖含量增加, 籽粒蔗糖含量降低。与EH和MH相比, 2023年ZM578产量在PG-EH和PG-MH处理下分别提高18.85%和5.85%, XM26产量分别提高18.76%和9.72%; 2024年ZM578产量分别提高7.99%和5.11%, XM26产量分别提高19.71%和10.39%。综上, 叶面喷施聚天冬氨酸钾和甜菜碱复配剂可显著减缓高温胁迫后小麦旗叶衰老, 维持蔗糖代谢平衡, 增强同化物合成和向籽粒转运能力, 提高籽粒中同化物积累量和分配比例, 降低籽粒产量损失率, 可作为黄淮麦区耐热增产的重要栽培技术措施。

为探究春玉米间作绿肥模式对东北褐土区土壤质量及作物生产力的影响, 于2024—2025年在辽宁省阜蒙县国家农业环境阜新观测实验站开展田间试验, 试验设置5个种植模式: 传统玉米单作(CK)、玉米二比空单作(MC)、玉米与紫花苜蓿间作(MA)、玉米与毛叶苕子间作(MH)、玉米与箭筈豌豆间作(MP)。对2年的玉米产量及0~20 cm、20~40 cm土层的土壤理化性质、微生物量碳、微生物量氮、酶活性的动态变化进行了系统监测。结果表明, MP处理0~20 cm、20~40 cm土层的BD和pH较CK分别平均降低6.35%和0.58%; MA处理0~20 cm、20~40 cm土层的团聚体平均重量直径(MWD)和团聚体几何平均直径(GMD)较CK提高了10.53%~194.17%; MA处理0~20 cm、20~40 cm土层的SOC、TN、NO₃^--N、AP和AK含量较CK提高了7.69%~207.76%, 其中AP表现最高; 此外, MA处理0~20 cm、20~40 cm土层的MBC和MBN较CK平均提高21.93%和93.72%; 土壤BG、CBH、BX、LAP和ALP较CK提高了18.88%~108.03%; 使得MA处理0~20 cm、20~40 cm土层的SQI较CK分别提高16.96%和26.87%, 玉米籽粒产量较CK平均提高了15.16%。Mantel检验表明, SQI和玉米籽粒产量与pH、MWD、TN、速效养分以及酶活性均呈显著正相关关系。随机森林模型预测发现, pH、BD、SOC、TN、AK、MBC、BG等指标是影响玉米产量的关键因子。总体看, 在东北褐土区玉米间作绿肥作物能够协同提升土壤质量与玉米产量, 间作紫花苜蓿的效果表现较好, 具备实现“用地”与“养地”融合的潜在应用价值。

土壤盐渍化严重抑制农作物种子萌发与幼苗生长, 且盐碱地中锌肥的生物有效性普遍较低。因此, 探究柠檬酸锌(ZnCit)对不同品种作物的盐胁迫缓解效应及其对土壤盐分的调控作用, 对盐碱地绿色改良具有重要意义。本试验以油菜为主要研究对象, 同时辅以玉米、小麦、高粱进行表型验证, 通过纸床萌发、盆栽及土柱模拟试验, 解析了ZnCit对种子萌发、幼苗生长及土壤电导率(EC)的调控效应。结果表明, 100 mg L^-1 ZnCit为最优浓度, 能够显著提高盐胁迫下4种作物的发芽率、生物量及根系生长, 其中对油菜缓解效应最为显著, 发芽率相对提升171.5%; 同时, 该浓度处理可使盐碱地0~5 cm表层土壤EC值降低74.1%。进一步生理机制分析表明, ZnCit可显著降低油菜地下部Na⁺/K⁺并优化锌离子分配, 从而维持离子稳态; 同时, ZnCit能够抑制盐胁迫诱导的过氧化氢(H₂O₂)和超氧阴离子(O₂^?)在油菜体内的过量积累, 激活SOD、POD、CAT活性; 降低油菜体内丙二醛(MDA)的含量, 从而减轻膜脂过氧化损伤。综上, ZnCit通过根际化学改良与植株生理激活的协同机制, 实现了土壤盐分降低与作物耐盐性提升的双重目标, 为盐碱地改良提供了一种新的有效途径。

在大豆育种中, 实现单籽粒油分含量的无损测定对于早代筛选和个体选择具有重要意义。然而, 单籽粒近红外光谱易受散射效应增强、信噪比降低及参考值误差等因素影响, 其建模稳定性仍缺乏系统评估。本研究从1600份大豆种质资源中筛选出89个油分含量变异较大的大豆品种, 从中选取124个单籽粒作为试验样本, 采用改良索氏抽提法测定单籽粒油分含量(14.41%~25.46%), 并采集单籽粒傅里叶近红外反射光谱。通过比较不同光谱预处理方法、建模算法及特征变量筛选策略, 系统评估其对油分预测模型性能的影响。结果表明, 在标准正态变量变换结合一阶导数(SNV+D1)预处理条件下, 偏最小二乘回归(PLS)模型表现最佳, 独立测试集的R²为0.81、RMSE为0.0095, 预测性能优于rrBLUP、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和XGBoost等方法。变量压缩结果表明, 当光谱变量减少至原始波段的27%时, 模型R²仍可维持在约0.59, 保留约72%的解释能力, 表明油分相关光谱信息在近红外区域呈分散分布。进一步比较发现, 基于VIP筛选的变量子集在预测性能上略优于基于文献区段的筛选策略。综上, 基于潜变量的线性建模方法在单籽粒近红外油分预测中具有更高的稳定性和适用性; 同时, 适度的光谱变量压缩在保持预测能力的前提下具备潜在的工程应用价值。本研究为单籽粒近红外技术在大豆育种中的规模化应用提供了方法学参考。

赖氨酸是人类生命活动中必需氨基酸之一, 与蛋白质的合成密切相关, 能促进身体发育。建立针对糯玉米的赖氨酸近红外光谱预测模型对挖掘高赖氨酸糯玉米种质资源具有重要意义。本研究选用145份遗传变异丰富的糯玉米材料, 利用Unscrambler X 10.4软件中的偏最小二乘法构建糯玉米赖氨酸近红外光谱预测模型, 该模型内部交叉验证决定系数(R²)为0.895、交叉验证均方根误差(RMSECV)为0.022, 在不同环境条件下的外部验证相关系数(r)为0.901、0.907, 这些参数表明该模型具有较好的实用价值。利用该模型测定了186份糯玉米自交系及其所组配的341份糯玉米杂交种的赖氨酸含量, 结果显示, 自交系表型变异范围为0.20~0.40 g 100g^-1, 变异系数为10.35%, 不同杂种优势群间赖氨酸含量差异不显著, 杂交种赖氨酸含量变异范围为0.16~0.56 g 100g^-1, 变异系数为21.79%, Pop2×Pop4和Pop1×Pop4两个杂优模式是糯玉米赖氨酸的最优杂优模式。以341份糯玉米杂交种的赖氨酸含量为训练群体, 利用基因组信息和线性混合模型精准估计了所涉及的186份自交系的一般配合力, 并利用BayesB、GBLUP和LASSO三种全基因组选择(GS)方法预测了186份自交系所能组配的所有可能杂交种(186×185×0.5 = 17,205个)的赖氨酸含量, 并分别筛选出赖氨酸含量最高和最低的50个杂交种(Top50和Bottom50)进行了田间验证。结果表明, BayesB、GBLUP和LASSO验证的Top50杂交种的平均赖氨酸含量分别比对照品种(苏玉糯5号)高31.3%、22.0%和27.7%, 比验证的所有杂交种的平均值分别高出28.8%、22.8%和22.5%, 比验证的Bottom50杂交种的平均值高77.5%、54.5%和63.5%。一般配合力分析发现, Top50杂交种对应亲本自交系赖氨酸含量的一般配合力较高, Bottom50杂交种对应亲本自交系的一般配合力较低, 培育高赖氨酸含量的糯玉米杂交种首先需要培育赖氨酸含量一般配合力较高的亲本自交系。本研究将近红外光谱技术和全基因组选择有效结合, 为糯玉米赖氨酸精准估计乃至品质性状精准育种提供了新思路。