小麦茎基腐病(Fusarium crown rot, FCR)是一种由镰孢菌属真菌引起的世界性土传病害。近年来该病害在我国迅速蔓延, 已严重威胁小麦安全生产。种植抗病品种是防治茎基腐病最为经济、有效的措施之一。然而, 目前我国小麦生产中大部分品种对于茎基腐病的抗性表现都不够理想, 相关抗性遗传研究进展也相对较慢。本文综述了国内外在小麦茎基腐病抗性鉴定方法、抗源筛选以及抗性遗传分析等关键领域的研究进展, 同时针对小麦茎基腐病遗传育种研究中的一些难点问题, 建议通过建立温室-大田二级制接种鉴定体系、加大抗源筛选规模、聚合多种类型抗性基因以及开展全国联合攻关等措施加速茎基腐病抗病品种培育进程。

高温胁迫加剧是导致棉花减数分裂异常及产量下降的核心问题, 本研究以棉花遗传转化受体材料‘Jin 668'为研究对象, 通过对花蕾盐酸酸解、酶解和乙酸酸解体系的摸索, 系统构建棉花减数分裂进程鉴定技术体系, 并对其响应高温胁迫进行分析。通过观察不同长度花蕾的小孢子母细胞和染色体形态, 确定棉花减数分裂进程与花蕾长度的关系, 并详细描述了减数分裂前期I、中期I、后期I、末期I、中期II、后期II和末期II各个时期的细胞和染色体特征。研究发现, 高温胁迫会对棉花减数分裂前期I的各个阶段产生显著影响, 导致染色体凝集异常、配对失败、交叉互换受阻等, 最终导致小孢子形成受阻或发育异常。本研究建立的棉花减数分裂鉴定技术体系, 有效降低了制片过程中杂质的干扰, 为深入研究棉花减数分裂进程及高温胁迫响应机制提供了重要的技术支持, 为棉花耐高温育种和遗传改良提供了新的思路和方法。

为明确我国小豆主栽品种的产量潜力、适应性与稳定性, 并指导区域化应用与育种, 本研究于2022年和2023年在我国主要产区遴选8个代表性生态试验点, 对15个小豆基因型进行了多点试验。运用联合方差分析、相关性分析、加性主效应与乘性互作(AMMI)模型及基因型与环境互作效应(GGE)双标图等方法, 对产量及相关农艺性状进行了系统评价。联合方差分析结果表明, 环境是影响除百粒重外各性状变异的主要驱动因素, 百粒重主要受基因型控制。基因型与环境互作效应对产量和主茎分枝数影响极显著。相关性分析显示, 单株荚数是决定产量的关键因子, 二者呈极显著正相关。AMMI与GGE分析揭示了显著的基因型×环境互作效应, 明确了基因型的特定适应区域与稳定性差异。综合评价显示, 赤红3号(G5)表现出高产潜力, 最接近理想基因型; 保红201429-8(G8)等基因型兼具高产与稳产特性；环境评价表明, 榆林(E5)试验点因其优良的代表性和区分能力, 被鉴定为理想测试环境。本研究表明, 环境效应对小豆产量性状具有显著影响, 基因型与环境互作是品种选育和推广中充分考量的关键因素，且单株荚数可作为小豆高产育种的核心选择指标。本研究为我国小豆育种策略的优化和品种的精准推广提供了关键数据支持与科学指导。

玉米雄性不育系的创制与应用是降低玉米杂交种制种成本、提高种子纯度的有效途径。本研究鉴定到2个玉米雄性核不育突变体gms1和yems1166, 表型分析表明突变体花药角质层结构异常, 小孢子在单核后期开始降解, 成熟期突变体无花粉粒形成。遗传分析表明2个突变体不育性状受细胞核隐性单基因控制。通过图位克隆的策略将GMS1和YEMS1166基因分别定位于第5染色体23.52~26.09 Mb和24.86~30.95 Mb区间, 该区间包含已报道的脂类转运蛋白基因ZmMS13, 编码ABCG转运蛋白ZmABCG2a。基因测序结果显示gms1在ZmMS13基因第5外显子上有1个碱基的替换(TCA>TGA), 导致其翻译提前终止; 突变体yems1166在ZmMS13基因的第1外显子上有8个碱基的缺失, 导致其翻译提前终止。等位性测验进一步证明gms1和yems1166为ZmMS13的新等位突变体。本研究鉴定到2个新的ZmMS13基因等位突变体, 为玉米雄性不育化杂交制种提供了新的种质资源。

玉米穗腐病是造成玉米籽粒减产、品质变差的一种主要病害。该病是由一种或多种病原真菌复合侵染引起的病害, 其病原菌种类因环境和地域差异而复杂多样。以拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)和禾谷镰孢(Fusarium graminearum)等为主的20个病原菌属种可侵染玉米, 引起穗腐病。近几年着生白色菌丝和青绿色分生孢子的穗腐病果穗频繁出现, 并且其发病率呈逐年上升趋势。然而, 这种青绿色穗腐病的致病菌尚未被明确鉴定。本研究通过形态学鉴定、rDNA-ITS测序序列分析、全基因组测序相结合的方法对分离到的病原菌进行鉴定。结果表明, 引起玉米青绿色穗腐病的致病菌为新病原菌棘孢木霉(Trichoderma asperellum)。利用WGA488染色方法, 观察到棘孢木霉的分生菌丝能够侵染玉米籽粒胚乳部位, 进一步证实了棘孢木霉对玉米穗腐病的致病性。选取代表性棘孢木霉菌株Tr.10, 采用果穗针刺注射法用分生孢子悬浮液接种419份玉米自交系, 进行致病性再测定。结果表明, Tr.10分生孢子可成功再侵染玉米不同自交系, 引起玉米棘孢木霉穗腐病。不同自交系对棘孢木霉穗腐病抗性存在显著差异。419份玉米自交系中, 高抗、抗病、中抗、感病和高感的自交系占比分别为6.8%、30.4%、30.7%、24.9%和7.1%。PHN47、F321、京2416K等25份自交系对棘孢木霉穗腐病表现高抗。本研究结果将为玉米穗腐病的抗性基因挖掘、优良品种选育推广提供重要参考。

株高是棉花重要的株型性状, 与棉花产量和机械化采收密切相关。本研究以340份陆地棉品种(系)为材料, 利用CottonSNP80K芯片和3VmrMLM方法对6个环境(5个单环境和1个多环境)的株高进行了全基因组关联分析, 鉴定QTN及QTN-环境互作(QEI)。基因分型获得47,959个多态性SNP标记, 这些标记将所有材料分为2个亚群。表型分析结果显示, 株高在各环境呈广泛连续变异, 基因型方差、环境方差及基因型-环境互作方差均达极显著水平。6个环境共检测到111个与株高相关的QTN, 其中TM66913 (D08)和TM79201 (D12) 2个稳定的QTN至少在3个环境中同时被检测到; 5个QTN与前人报道的QTL/标记位点重叠。对2个稳定的QTN附近基因的功能富集分析发现, 3个基因GH_D08G0118、GH_D08G0131和GH_D12G1786同时显著富集在GO和KEGG中, 其中GH_D08G0118在陆地棉TM-1的茎中有较高表达。本研究检测到8个QEI, 其中3个QEI为显著互作。对显著位点附近基因的功能富集分析发现, 涉及15个基因的GO条目和涉及2个基因的KEGG通路被显著富集, GH_D08G1507在TM-1的茎中有较高表达。利用3VmrMLM方法检测到许多小效应位点, 部分解决了复杂性状“遗传率丢失”问题。本研究检测到的QTN和QEI及其效应, 为深入解析陆地棉株高的遗传基础提供了新视角, 也为通过分子设计培育适宜株高的棉花品种提供了重要信息。

磷是作物生长发育所必需的大量元素之一, 土壤中只有少部分磷可被植物有效利用, 而长期施用磷肥又可能造成环境污染。因此筛选强耐低磷品种、挖掘耐低磷相关QTL与候选基因具有重要意义。本研究采用389份小麦品种组成的自然群体, 在正常磷(对照)和低磷条件下进行3年(2022—2024)的苗期水培试验, 测定苗高、主根长、根条数、茎叶干重、根干重、总根长、根面积、根直径和根尖数9个性状, 并计算每个性状的耐低磷系数和BLUP值, 然后根据耐低磷系数计算综合评价D值。基于3个环境下的BLUP值进行相关性分析, 发现低磷和对照条件下, 除根直径外, 大多数性状之间呈显著正相关。利用综合评价D值进行聚类分析显示, “丰德存麦1号”在4个环境(2022、2023、2024、BLUP)下均被鉴定为强耐低磷型品种。结合660K SNP芯片, 对4个环境下9个性状的耐低磷系数和D值进行全基因组关联分析, 共检测到1197个显著关联的SNP标记, 形成了464个QTL。其中在2个环境下重复检测到20个QTL, 在3个和4个环境下重复检测到7个QTL, 标记位点解释的贡献率R²范围为4.09%~10.58%。然后, 利用前人报道的转录组数据结合基因功能注释, 在这7个QTL区间内筛选到3个耐低磷相关候选基因, 其中TraesCS4D02G022900和TraesCS4D02G023300编码F-box家族蛋白, 拟南芥的同源基因At5g21040编码一种同时含有WD40和F-box结构域的蛋白, 是磷饥饿响应的负调控因子; TraesCS6D02G154700编码的类受体蛋白激酶与植物的生长、发育、抗逆以及抗病有关。进一步分析这3个候选基因低磷胁迫下叶片和根系的表达模式, 发现均具有差异表达, 与前人的转录组结果一致。这些发现为选育耐低磷小麦品种, 解析低磷胁迫相关基因的功能和调控机制提供了基础。

为筛选具有优质亚基且聚合多位点优势基因的材料, 丰富我国小麦品质改良的种质资源, 本研究对引自CIMMYT、美国、俄罗斯、哈萨克斯坦、土耳其的270份小麦种质, 采用SDS-PAGE、特异分子标记技术鉴定高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)组成、组合类型及频率分布。结果表明, 不同来源小麦种质中共鉴定到19种HMW-GS亚基和72种组合, 品质得分8分及以上组合共16个(28.15%)。在Glu-1位点上, 优质亚基2^*、17+18、5+10在CIMMYT种质中出现频率最高, 分别为69.39%、24.49%和44.90%; 优质亚基7+8在哈萨克斯坦种质中出现频率最高(23.91%)。品质得分达到10分的材料共20份, 组合类型为: 1/17+18/5+10、1/7+8/5+10、2^*/13+16/5+10、2^*/17+18/5+10、2^*/7+8/5+10; 粗蛋白质含量平均值为15.08%, 范围为13.72%~17.57%; 湿面筋含量平均值为31.63%, 范围为28.40%~36.87%, 其中材料19XW005蛋白质和湿面筋含量均显著高于对照优质强筋小麦品种西农979 (P < 0.05)。在供试种质中检测到21种LMW-GS等位基因和117种组合。Glu-3位点上对品质有正向效应的基因B3b、B3d、B3g、A3d和B3i, 分别在CIMMYT (38.78%)、美国(16.67%)、俄罗斯(63.64%)、哈萨克斯坦(11.96%和22.73%)种质中出现频率最高。外引小麦种质优质亚基分布频率高且组合类型丰富, 作为优质种质资源进一步应用到育种中, 可扩宽我国小麦遗传基础, 为改良我国小麦品质提供参考依据。

土壤盐碱化是限制油菜扩面增产的重要因素之一。发掘耐碱性油菜新种质对培育耐碱油菜新品种、实施油料产能提升工程以及盐碱地综合开发利用具有重要意义。精准高效的耐碱鉴定方法, 是挖掘耐碱种质资源、开展油菜耐盐碱遗传改良的基础。本研究采用75 mmol L^-1 NaHCO₃和Na₂CO₃ (物质的量比为2∶1)的混合碱溶液, 通过调整营养土与蛭石的配比, 配制了4个不同pH梯度(pH 8.75、pH 8.95、pH 9.18、pH 9.42)的碱性土壤, 以油菜主推品种中双11号为测试材料, 测定了适宜油菜耐碱性鉴定的土壤pH值为8.95。利用该鉴定方法, 对224份油菜自然种质资源进行碱胁迫处理, 分别收集了正常和碱处理条件下种植的油菜幼苗地上部鲜重、地上部干重、叶片数量和存活率4项表型指标, 采用变异系数分析、相关性分析、主成分分析、隶属函数分析和聚类分析对油菜苗期耐碱性进行综合鉴定和评价。结果表明, pH 8.95处理后, 表型指标的变异系数较正常种植条件明显增大, 地上部干鲜重的变异系数增大超25%; 地上部干鲜重、叶片数量和存活率的耐碱指数与耐碱综合评价值D之间存在极显著正相关; 主成分PC1、PC2及综合评价值D均服从正态分布; 结合隶属函数分析和聚类分析, 将224份油菜种质资源的耐盐碱性划分为碱极敏感型、碱敏感型、中间型、碱耐受型和碱高耐受型5个等级, 分别占供试材料总数的7.14%、50.00%、33.93%、8.58%和0.45%, 筛选出碱耐受型种质19份, 碱高耐受型种质1份。通过对224份材料的4个表型数据的耐碱指数进行回归分析, 建立了油菜苗期耐碱性的回归方程Y=0.009+0.986X₁+0.208X₂+0.151X₃, 地上部干鲜重和叶片数量可以作为油菜苗期耐碱性鉴定的重要指标。

开花是高等植物从营养生长到生殖生长的一个重要阶段, 影响生物量和种子产量。为了揭示甘蓝型油菜春化的调控网络以及挖掘重要候选基因, 本研究对7个甘蓝型油菜品种春化前后的叶片转录组数据进行分析, 鉴定出1305个差异表达基因, 其中上调基因有554个, 下调基因有751个。GO富集分析发现, 差异基因主要富集在春化途径、光周期途径、昼夜节律、花发育以及冷响应等生物学过程中, 进一步分析发现96个开花基因存在差异表达, 包括BnaVIN3、BnaFLC、BnaCOR27等基因。此外, 全基因组关联分析鉴定BnaCOR27-C04与开花时间显著关联, 结合加权基因共表达网络分析, 发现BnaCOR27与BnaFLC、BnaFT、BnaVIN3等基因直接相连形成潜在的网络调控甘蓝型油菜开花时间。进一步利用CRISPR/CAS9基因编辑技术对BnaCOR27进行敲除, 通过对T₃代转基因植株表型分析, 发现敲除突变体株系表现出早花表型。这一结果能对已有的甘蓝型油菜开花研究进行补充和丰富, 为进一步改良开花性状提供遗传基础。

超氧化物歧化酶(SOD)是植物抵御氧化胁迫的关键酶, 其中TaSOD-B2基因位点的等位变异直接影响小麦籽粒抗氧化能力。本研究以113份新疆小麦品种(系)为材料, 利用TaSOD-B2位点的共显性功能标记SOD2B1和SOD2B2进行基因分型, 结合SOD活性测定, 分析TaSOD-B2位点不同等位基因和SOD活性的关系, 统计不同等位基因的分布频率。结果表明, 含有TaSOD-B2b等位变异材料的平均SOD活性显著高于含有TaSOD-B2a等位变异材料, 二者的分布频率分别为35.4%、64.6%; 在35份引进冬小麦品种(系)中, 含有TaSOD-B2b等位变异材料的平均SOD活性也显著高于含有TaSOD-B2a等位变异材料, 显示TaSOD-B2b为优异等位类型; 新疆冬小麦TaSOD-B2b基因的分布频率表现出自育品种(系)高于引进品种(系)高于地方品种。从新疆小麦分类来看, 冬小麦总体SOD活性显著高于春小麦。共显性功能标记SOD2B1和SOD2B2能较好地区分SOD活性高、低的品种, 为新疆小麦营养品质改良及高SOD活性品种选育提供了分子标记选择依据。

花生(Arachis hypogaea L.)是重要的油料和经济作物, 干旱是限制花生产量的主要因素之一。探明花生响应干旱胁迫的关键基因, 对后续花生品种改良, 提高产量具有重要意义。本研究以花生品种花育22号(HY22)为研究对象, 足钙(SC)、缺钙(NC) 2种营养液水培培养, 终浓度为20% PEG-6000溶液模拟干旱胁迫处理(DSC、DNC)。通过干旱处理后转录组数据结合花生钙传感蛋白编码基因CPKs的差异表达筛选出花生抗旱基因AhCPK8。以干旱处理后的花生叶片为材料, 利用酵母双杂交筛选到其互作蛋白甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)并得到初步验证。GAPDH家族基因在调节植物对非生物胁迫的反应中发挥着重要作用。基于AhGAPDH基因家族的生物信息学分析, 在花生中共鉴定出21个GAPDH基因, 再根据大豆和拟南芥系统发育树关系以及基因在12条染色体上的先后顺序进行命名。基本理化特征结果表明, AhGAPDH家族成员大多数为稳定、疏水性蛋白; 同一聚类的AhGAPDH家族成员大多数表现出相似的motif结构、保守结构域和基因结构; 启动子区域中有丰富的光响应、植物激素响应及非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。AhCPK8与AhGAPDH存在相互作用, 共同调控花生的抗旱性。

为探究北方半干旱区燕麦与豆科作物带状复合种植对作物产量和氮素利用的影响, 本研究基于2019年在河北省张北县开展的田间定位试验, 系统分析了作物产量、氮素利用、土壤养分的变化规律。试验共设置5个处理, 分别为燕麦||大豆间作、燕麦||红芸豆间作、燕麦单作、大豆单作和红芸豆单作。结果表明, 燕麦||大豆、燕麦||红芸豆间作的土地当量比和氮产量当量比均大于1, 主要表现为燕麦产量增加, 而大豆、红芸豆产量降低。具体而言, 在燕麦||大豆和燕麦||红芸豆模式下, 间作比单作燕麦分别增产18.2%~32.9%和24.8%~44.8%, 燕麦偏氮产量当量比分别为1.08和0.77, 表明间作体系氮素利用优势主要来自燕麦。此外, 燕麦||大豆和燕麦||红芸豆模式的燕麦籽粒氮吸收与燕麦单作相比分别增加52.4%和115.8%, 植株氮吸收提高40.6%和112.8%。因此, 氮素的高效吸收利用是间作燕麦增产的潜在原因之一。进一步分析表明, 燕麦||红芸豆间作显著提高土壤氮获取酶活性24.1%~56.5%, 从而促进了土壤氮素转化和利用, 表现为间作燕麦根际土壤可溶性氮含量增加19.2%; 燕麦||大豆间作中大豆通过增强生物固氮作用提高根际土铵态氮含量31.8%, 为燕麦提供更多可利用氮源。综上, 燕麦与豆科作物带状复合种植模式通过增加土壤氮获取酶活性来加速可溶性氮释放或通过生物固氮提供更多铵态氮, 进而提高作物产量和氮素利用。因此, 在北方半干旱地区推广燕麦与豆科作物带状复合种植模式, 有助于优化氮素管理、提高系统生产力, 助力区域农业可持续发展。

单产低、成本高、比较效益差是造成我国大豆产能不足的重要原因。东北地区是我国大豆生产的重要产区, 面积全国占比在60%以上, 优化该地区生产模式对于提高我国大豆产量和效益具有重要意义。本研究基于耐草甘膦转基因大豆品种, 设置了免耕秸秆还田(NTRS)、隔年深松秸秆还田(STRS)、垄作秸秆还田(DTRS)和旋耕秸秆不还田(RTR) 4个处理, 探究不同生产模式对耐草甘膦转基因大豆产量形成、杂草防控和经济效益的影响。结果表明, NTRS处理会提高大豆出苗期的土壤温度和土壤含水量, 适度增加耕层的土壤紧实度, 改善播种期间土壤墒情, 提高大豆出苗率和出苗速度, 相较于STRS、DTRS和RTR 3个处理, 出苗率分别提高了3.63%、2.72%和4.66%; NTRS处理显著降低了杂草数量和杂草优势度指数, 提高了杂草多样性指数, 杂草发生时间主要集中在大豆V2—V3期, 便于除草剂喷施和杂草防控, 显著降低了大豆R8期杂草干物重; 相较于RTR处理, NTRS、STRS和DTRS 3个处理降低了大豆底荚高度, 其中NTRS处理可显著增加大豆单株荚数和单株粒数, 提高大豆产量, 达到3603 kg hm^-2, 有效提升5.12%~9.22%; 在经济效益方面, 通过优化生产模式, NTRS处理可以有效减少耕种环节, 降低人力投入, 生产成本投入明显减少, 实现经济效益的大幅提升。综上, 免耕平作栽培技术结合转基因大豆品种具有较好的增温保墒效果, 会显著提高大豆出苗率, 杂草易防控, 减少投入成本, 提高大豆产量, 促进大豆轻简化生产, 这种轻简化生产是实现东北地区大豆种植节本增效的重要途径之一。

为探究脱病毒种苗对果蔗的影响, 本研究以广东黄皮果蔗为试验材料, 进行了自留种、脱毒一代、脱毒二代果蔗种苗的田间性状和果汁品质的比较研究。结果表明, 3种材料中, 脱毒二代果蔗的田间生长状态最佳, 与自留种和脱毒一代相比, 其地上株高分别提高9.08%、5.80% (其中可食部分高度分别提高13.64%、7.19%), 茎粗分别提高13.98%、9.71%, 产量分别提高47.76%、63.72% (达到159.5 t hm^-2), 出汁率分别提高3.64%、9.17%, 蔗汁的总糖含量分别下降10.14%、12.73%; 脱毒对果蔗蔗汁的密度、锤度和纤维含量无显著影响; 脱毒苗第一代果蔗与自留种的产量和蔗汁品质无显著差异, 脱毒组培苗作为第一代种苗可用于繁育脱毒果蔗种茎, 3—4月份适宜移栽。因此, 相对于一代组培苗, 采用脱毒第二代种苗(脱毒第一代种苗种植收获的果蔗种茎)进行商品蔗种植效果更好, 可促进果蔗田间生长, 显著提高果蔗的产量。

大穗型籼粳杂交稻颖花容易退化, 为明晰氮素对籼粳杂交稻颖花退化的缓解效应及其调控作用, 本研究以大穗型籼粳杂交稻甬优538为试验材料, 于2023年和2024年进行试验, 设置S₁ (4月20日播种)、S₂ (5月10日播种)和S₃ (5月30日播种) 3个播期, 180 kg hm^-2 (N12)、270 kg hm^-2 (N18) 2种总施氮量, 以及T₁ (在叶龄余数3.5施用100%穗肥)、T₂ (在叶龄余数1.5施用100%穗肥)和T₃ (在叶龄余数3.5施用50%穗肥+叶龄余数1.5施用50%穗肥) 3种穗肥施用方式, 分析比较不同处理下产量与产量构成、分蘖动态、颖花分化与退化、干物质积累和单朵颖花干物质占比变化。结果表明, (1) S₁播期下N18T₂处理的产量最高, 较S₃播期下N12T₁处理的产量平均提高46.83%; 其中播期对结实率影响最为显著, 其次影响每穗粒数; 不同施氮量对有效穗数和穗粒数有显著影响, N18处理较N12处理的穗粒数平均提高14.44%, 有效穗数平均提高12.88%。(2) 不同施氮量和穗肥施用时间对每穗粒数的影响主要在于颖花发育, N18处理较N12处理的氮含量平均提高22.51%, 2023年和2024年颖花分化数分别提高12.12%和15.35%, 现存颖花数分别提高16.00%和13.60%。穗肥施用时间后移可有效缓解颖花退化, 其中N12T₃处理平均提高植株氮含量31.58%, N18T₂处理平均提高26.29%; T₂时期施用保花肥, 颖花退化率较T₁平均减少18.20%, 较T₃平均减少5.48%。(3) 颖花发育直接依赖于干物质积累, N18处理较N12处理, 穗分化始期干物质积累量(DM-SDI)显著提高6.96%, 穗发育期间干物质积累量(DM-SD)显著提高15.08%, 颖花分化数与DM-SDI、DM-SD呈正相关关系, 干物质积累越多, 颖花分化数越多。(4) 不同穗肥施用时间显著影响穗分化期间单朵颖花的干物质占比(SSDM-SD), T₂>T₃>T₁; 颖花退化与SSDM-SDI、SSDM-SD呈负相关关系, 单朵颖花干物质越小, 颖花退化率越高。综上, 合理的氮素穗肥通过调控干物质积累来影响籼粳杂交稻颖花形成, 叶龄余数1.5时增施穗肥有利于提高单朵颖花的干物质占比, 支撑颖花生存和发育, 有效缓解颖花退化, 增加每穗粒数。在实际生产中, 可以适当提早播种, 在减少氮肥施用的基础上优化氮肥运筹(施用促花肥和保花肥), 可以延长营养生长期并提高单朵颖花干物质占比, 促进颖花分化的同时减少颖花退化, 进而达到籼粳杂交稻大穗栽培的目标。

基于长期定位试验, 比较高粱和玉米2种作物耐瘠性和对不同土壤肥力的响应, 为同一区域瘠薄土壤种植高粱替代玉米提供理论支撑。长期不同施肥定位试验始于2011年, 共设CK (不施肥)、PK (缺氮)、NK (缺磷)、NP (缺钾)、NPK (氮磷钾肥)、MS (秸秆还田配施有机肥)和NPKMS (氮磷钾肥秸秆还田配施肥有机肥) 7个处理并形成了不同的土壤肥力, 比较研究高粱和玉米产量及其构成、生长发育及养分吸收对土壤肥力响应的差异。结果表明, CK和PK处理的高粱产量高于玉米, 其余处理的玉米产量高于高粱。与NPKMS处理相比, CK、PK、NK和NP处理的高粱产量分别降低52.4%~57.0%、49.6%~51.0%、18.4%~40.0%和4.1%~18.0%, 玉米产量降低70.7%~73.2%、68.4%~73.1%、21.0%~44.3%和10.0%~22.4%; CK、PK和NK处理下2种作物单位面积穗数和穗粒数均显著降低, 其中, CK和PK处理降低玉米单粒重, 但增加高粱单粒重。与NPKMS处理相比, CK、PK和NK处理推迟2种作物的花期, 但对玉米的影响更为明显; 高粱四叶期前作物相对生长速率(CGR)低于玉米, 苗期氮、磷及钾吸收量也小于玉米, 但四叶期至花期高粱CGR大于玉米; 高粱花期叶面积指数(LAI)及地上部生物量、氮磷钾吸收量均高于玉米, 与玉米相比, 养分亏缺对高粱生物量和CGR影响较小。整体来看, 高粱氮、磷及钾收获指数和生理利用效率小于玉米, 但CK和PK处理下高粱氮、磷收获指数和氮、磷及钾生理效率与玉米相当, 甚至高于玉米。对土壤养分、籽粒产量及其构成和养分吸收利用的相关性分析表明, 土壤养分含量与2种作物的产量、单位面积穗数和穗粒数, 以及玉米的单粒重均呈正相关, 与高粱单粒重呈负相关。综上, 土壤养分亏缺时高粱产量、养分吸收利用能力高于玉米, 养分胁迫降低了2种作物单位面积穗数和穗粒数, 尽管也降低玉米单粒重但提高了高粱的单粒重; 延长了2种作物营养生长阶段, 但对高粱的影响小于玉米, 本研究为2种作物合理施肥及同区域因地适种提供了理论依据。

稻-稻-油是长江流域主要种植模式之一, 但晚稻、再生稻与油菜茬口矛盾突出, 导致油菜播种期推迟。迟播条件下, 油菜常因冬前有效积温下降、叶片数少、干物质积累量不足、抗倒伏能力下降, 导致籽粒产量低而不稳。喷施外源物质是一种快速高效、省工节本的调控技术, 可以提高油菜的抗倒伏性及产量。本研究以华油杂137为试验材料, 于苗期分别喷施5种不同浓度的外源物质: 0.5、1.0、1.5 mg L^-1的三十烷醇(A1、A2、A3), 10、20、40 mg L^-1的赤霉素(B1、B2、B3), 10、20、30 mg L^-1的复硝酚钠(C1、C2、C3), 10、20、30 mg L^-1的6-苄基腺嘌呤(D1、D2、D3)及12.5、25、50 mg L^-1的烯效唑(E1、E2、E3), 以清水处理(CK)作为对照, 研究苗期喷施外源物质对迟播油菜抗寒性及产量的影响。结果表明: (1) 综合2年的产量、农艺性状及抗寒相关指标等得出, 对迟播油菜抗寒性、抗倒伏能力及产量具有显著促进作用的外源物质及浓度为: 30 mg L^-1的复硝酚钠、30 mg L^-1的6-苄基腺嘌呤、40 mg L^-1的赤霉素和1.0 mg L^-1的三十烷醇。与对照相比, 30 mg L^-1的复硝酚钠处理的2年产量均最高, 分别比CK增产14.4%、12.9%。30 mg L^-1的复硝酚钠、30 mg L^-1的6-苄基腺嘌呤和40 mg L^-1的赤霉素处理均可显著提高迟播油菜苗期、蕾薹期、花期的单株叶面积, 增加各生育期的干物质积累量。(2) 1.0 mg L^-1的三十烷醇和30 mg L^-1的6-苄基腺嘌呤处理显著增加了茎秆抗折力, 降低了倒伏角度, 提高了迟播油菜的抗倒伏能力。(3) 1.0 mg L^-1的三十烷醇、40 mg L^-1的赤霉素、30 mg L^-1的复硝酚钠处理可显著增加越冬期油菜叶片中可溶性糖含量, 提高抗氧化酶活性, 减少活性氧积累和丙二醛含量, 提高越冬期的抗寒性。本研究可为长江流域迟播油菜抗逆稳产提供技术支撑。

花生(Arachis hypogea L.)是一种广泛种植的经济作物和油料作物, 而地理位置和气象因素作为最重要的环境因素, 对花生的产量、农艺和品质性状起着至关重要的作用。为探索花生各个性状与环境因素之间的关系, 本研究以37个大粒型花生和25个小粒型花生为试验材料, 结合2020年我国主产区23个地市地理数据和气象数据, 分析环境对花生各个性状的影响。研究发现, 各性状之间均存在基因型和环境互作, 产量随海拔和纬度的升高而降低, 积温越高, 产量越高; 全生育期降水量是影响农艺性状的重要因子; 蛋白质含量随日照时数的升高而升高, 脂肪含量与全生育期≥10℃活动积温、全生育期平均降水量和全生育期平均昼夜温差均呈极显著正相关, 蔗糖含量随昼夜温差的升高而升高, 基因型是油酸和亚油酸含量的主导因素。本研究对我国北方花生品种区划及提高产量和品质具有重要意义。

为了探究内生菌贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis) YCH92对棉花根际微生物群落结构变化及棉花产量的影响。本研究开展全基因组测序, 进行了基因功能注释和基因组比较分析; 研究YCH92对棉花根际土壤理化性质、棉花农艺性状及产量的影响, 利用高通量测序分析YCH92对微生物群落结构的影响。研究表明, 菌株YCH92具有解磷、产淀粉酶和产铁载体能力, 同时携带大量抑菌物质合成基因。在大田试验中, 施加YCH92菌液能够增加土壤有机质、水解氮、有效磷和速效钾含量, 降低土壤pH; 施加稀释200倍的YCH92菌液后会增加土壤微生物多样性和丰富度; 与未施加菌液组相比, YCH92菌液处理提高了放线菌门相对丰度, 降低了酸杆菌门的相对丰度; 属水平上, YCH92菌液处理提高了鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和诺尔氏菌属(Knoellia)相对丰度, 降低了赭黄嗜盐囊菌属(Haliangium)相对丰度; YCH92菌液处理后, 棉花单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于未施加菌液组, 稀释100倍菌液组的单株铃数、单铃重和籽棉产量较未施加菌液组分别增加17.3%、6.6%、25.0%; 稀释200倍菌液组的单株铃数、单铃重和籽棉产量较未施加菌液组分别增加15.5%、6.7%、23.2%。贝莱斯芽孢杆菌YCH92能够改善棉田土壤环境, 增加棉花产量, 为棉花科学栽培和棉花产业绿色高效发展提供科学指导。

本研究旨在探究锌肥施用对小麦籽粒锌、锰含量及其吸收累积的影响, 分析锌和锰在这些过程中存在的差异, 为通过锌肥施用强化小麦锌营养、调控锰营养提供理论依据。本研究基于2017年在黄土高原旱地石灰性土壤上开始的长期定位试验, 分别在2022—2023和2023—2024年2个生长季节采集样品, 测定不同量锌肥施用条件下, 小麦开花期和成熟期各器官锌和锰的含量、累积量、根获取效率、地上部转移系数、土壤理化性质等指标, 揭示锌、锰吸收累积对锌肥施用的响应差异。结果表明, 与不施锌相比, 锌肥处理下土壤有效锌含量显著增加, 小麦成熟期籽粒锌含量提高42.4%, 地上部锌的总累积量增加46.3%; 开花期各部位锌累积量增加41.7%~131.8%, 根系锌获取效率提升34.6%, 但根-地上部锌转移系数降低30.5%, 籽粒锌收获指数无显著变化。同时, 与对照相比, 施加锌肥处理的小麦成熟期籽粒锰含量降低13.1%, 各器官锰累积量减少10.2%~27.0%; 开花期茎叶锰累积量降低7.7%, 根系平均锰获取效率和开花期根-地上部锰转移系数分别降低22.1%和32.2%, 但锰收获指数显著提高11.2%。结果表明, 施加锌肥可有效强化小麦锌营养, 同时间接调控锰营养, 其机制在于锌肥通过影响土壤微量元素有效锌及小麦开花期根系对锰锌的获取效率来提高锌的吸收而降低锰的吸收。研究结果为优化施肥策略、实现锰锌综合调控、协同提升小麦产量与营养品质提供一定的理论依据。