作物学报

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1. 豆科作物轮作强化农田生态系统功能的研究进展

刘春燕, 张利影, 周杰, 许依, 杨亚东, 曾昭海, 臧华栋

作物学报 2024, 50 (8): 1885-1895. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34195

摘要（1071）

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PDF（pc）（4936KB）（952）

集约化农业对保障国家粮食安全至关重要, 但其导致的生态环境代价与绿色可持续发展之间的矛盾日益突出。引入豆科作物到农田生态系统对于实现地力保育、作物丰产稳产和资源优化利用等多目标协同具有重要意义。本文系统总结了豆科作物轮作对作物生产和土壤功能的主要影响: 1) 豆科作物通过生物固氮、高质量的根际分泌物输入、秸秆还田等过程改善了土壤氮素水平, 产生正向的残留效应, 有利于后茬作物增产, 且增产效应在低产区更显著; 2) 豆科作物轮作可以通过氮肥减施降低系统N₂O排放, 但豆科的生物固氮过程有增加CO₂排放的风险; 3) 低C/N、高氮含量的豆科秸秆还田能够提高土壤微生物活性和残体积累, 提高土壤固碳效率, 但其固碳效应也受到较低的秸秆生物量投入限制; 4) 豆科作物可以提高后茬作物的水肥利用效率, 同时利用前后茬作物根系深浅合理搭配, 实现轮作周年水肥高效利用。因此, 将豆科作物引入到轮作系统可实现氮肥减施和增产, 但其产生的土壤固碳和温室气体减排效应受到作物种类、肥料投入、土壤和气候条件等多种因素的综合影响。为更好地发挥豆科作物轮作优势, 应深入探究豆科促进后茬作物增产和驱动地下部生态功能提升的耦合机制, 开发豆科作物轮作配套田间管理技术, 并定向设计适合我国典型生态区的新型生态高效种植体系, 对推动豆科作物轮作模式构建与应用及农业绿色发展具有重要理论意义和实践价值。

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2. 小麦淀粉的理化特性及其合成的分子机制

康国章, 王永华, 郭天财

作物学报 2024, 50 (11): 2665-2673. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41020

摘要（799）

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PDF（pc）（681KB）（599）

淀粉是小麦籽粒中最重要的组分, 其含量直接影响粒重和产量, 其理化特性是面条、馒头等蒸煮面食制品的主要决定因子。因此, 研究小麦淀粉理化特性及其合成的分子机制具有重要意义。直链淀粉和支链淀粉分别占小麦总淀粉含量的17%~34%和66%~83%, 以A型和B型2种颗粒形状存在, 淀粉含量、直/支比、膨胀和糊化等理化特性显著影响了面条和馒头等蒸煮面食制品的加工品质。小麦基因组中有26个基因编码了淀粉合成酶的亚基或同工酶, 这些基因的表达在转录、转录后和翻译后修饰等水平上受到调控。本文综述了小麦淀粉理化特性及其与面食制品品质之间的关系, 小麦淀粉合成功能基因及其在转录水平调控、转录后调控和翻译后修饰等分子机制方面的最新研究进展, 并对小麦淀粉研究的未来方向进行了展望。

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3. 黄淮海地区夏玉米育种目标与策略

陈永强, 王雅菲, 谢惠玲, 张战辉, 黑洪超, 彭强, 杨雪利, 何革命, 汤继华

作物学报 2024, 50 (12): 2917-2924. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43026

摘要（710）

HTML （171）

PDF（pc）（554KB）（948）

黄淮海地区是我国第二大玉米产区, 位于亚热带向北温带的过渡区域, 具有全球唯一的小麦玉米周年两熟耕作制度, 特殊的生态环境和耕作制度对玉米品种的综合抗性与适应性提出了更高要求。本文详细分析了黄淮海地区玉米生产概况及存在问题, 明确了“高产、宜机收、早熟、耐密、耐非生物逆境、抗主要病虫害”的育种目标, 提出了黄淮海地区“降优(杂种优势)增密(密度)、增容(容重)扩率(脱籽率)、多重(基因)增抗(逆)、增(气生)根抗倒(伏)、提早散粉避高温”的育种策略, 同时要针对育种目标发掘优异基因资源, 加强核心种质资源创制, 建立基因编辑和全基因组选择等现代分子育种体系, 组建科研院校和企业从种质资源创新、高效育种体系建立和新品种选育与推广的全产业链科企创新模式, 进而选育出优良新品种为黄淮海玉米生产提供有效支撑。

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4. 大豆种质资源苗期耐盐性鉴定评价与筛选

孙现军, 胡正, 姜雪敏, 王世佳, 陈向前, 张惠媛, 张辉, 姜奇彦

作物学报 2024, 50 (9): 2179-2186. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44030

摘要（688）

HTML （58）

PDF（pc）（1426KB）（692）

土壤盐渍化严重影响大豆品质与产量, 筛选耐盐大豆资源对开展盐碱地综合利用意义重大。为建立大豆苗期耐盐鉴定评价体系, 设置淡水和NaCl含量为0.9%~1.8%的10个等差梯度, 以蛭石为培养基质, 大豆2片真叶始现时开始盐处理。结果表明, 1.2%盐处理16 d时, 不同大豆种质资源耐盐等级四分位差值最大, 是大豆苗期耐盐鉴定评价的最适条件。利用大豆苗期耐盐鉴定评价体系对来自国内外的504份大豆种质资源进行苗期耐盐性鉴定评价, 耐盐等级为1级、2级、3级、4级、5级的大豆资源依次为46份、146份、157份、79份、76份。利用GmSALT3基因的分子标记对1级耐盐资源进行检测, 其中40份(86.96%)大豆材料扩增结果与GmSALT3基因的分子标记结果相符合。为分析大豆苗期鉴定过程中盐胁迫浓度的变化趋势, 确立了土壤含盐量(Y, %)与电导率(X, mS cm^-1)的回归方程: Y=0.278X-0.0618, 预测精准度在95%以上。测定统计了从盐处理开始至调查结束时的培养基质含盐量变化趋势, 培养基质含盐量基本维持在13 mS cm^-1左右。本研究为大豆苗期规模化耐盐性鉴定和培育耐盐新种质提供了技术体系和基础材料。

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5. 玉米无基因型限制遗传转化体系建立和应用

杨雅文, 朱东杰, 潘弘, 张云涛, 夏梦吟, 韩宝柱, 金敏亮, 李梦娇, 董鲁朋, 杨宁, 周英, 许洁婷, 严建兵

作物学报 2024, 50 (11): 2674-2683. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43014

摘要（688）

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农杆菌介导的玉米自交系遗传转化具有基因型依赖性。形态发生基因Baby boom (Bbm)和Wuschel2 (Wus2)显著提高了转化效率, 拓宽了可转化自交系的范围。然而, 多数玉米自交系仍然难以得到转基因苗, 且潜在机制尚不清楚。本研究发现, 目标载体与Bbm和Wus2的辅助载体按10∶1比例混合能使大部分自交系产生体细胞胚。瞬时侵染效率和筛选是影响体细胞胚形成和成苗的关键因素。通过利用Bbm和Wus2混转以及优化侵染和延迟筛选的方式, 建立了一个快速、不受基因型限制的玉米遗传转化体系。利用该技术体系对131个自交系进行遗传转化, 其中104个自交系获得阳性转基因植株。

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6. 联合全基因组关联和转录组分析筛选玉米拟轮枝镰孢穗腐病的抗性候选基因

叶靓, 朱叶琳, 裴琳婧, 张思颖, 左雪倩, 李正真, 刘芳, 谭静

作物学报 2024, 50 (9): 2279-2296. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33049

摘要（636）

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玉米是我国第一大粮食作物, 实现玉米的高产稳产对于我国粮食安全、农业稳定有重要意义。穗腐病是一种严重危害全球玉米的真菌性病害, 会造成玉米大幅减产和品质劣变。本研究选用我国玉米穗腐病的优势致病菌拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides), 对241份来源广泛的玉米自交系进行2年田间人工接种抗性鉴定, 同时利用20,586个高质量SNP标记通过全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS), 鉴定拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点; 在此基础上选取对拟轮枝镰孢穗腐病表现高抗和高感的玉米自交系各1份, 其籽粒在室内接种拟轮枝镰孢, 通过对3个不同侵染时间的籽粒进行转录组测序(RNA-seq), 分析抗感材料差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)及其富集情况; 结合GWAS和RNA-seq结果, 共同定位筛选抗病候选基因。主要研究结果如下: (1) 综合2年田间抗性鉴定结果, 筛选到4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系, 其中含有热带血缘的玉米种质对拟轮枝镰孢穗腐病表现出更好的抗性。(2) 2年GWAS分析共检测到26个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点, 其中有18个位点位于前人定位到的QTL范围内。(3) RNA-seq结果表明, 抗感材料对病原菌的响应基因不同。与感病材料相比, 抗病材料均显示出更多的DEGs, 且都有更多的上调基因; 在抗感材料特异性DEGs共同富集的GO条目和KEGG通路中, 抗病材料中富集到的DEGs占比显著多于感病材料; 一些与植物防御病原菌相关的条目和通路也仅在抗病材料中被特异富集。(4) 在GWAS检测到的显著关联位点上下游100 kb范围内筛选与转录组DEGs共同定位到的候选基因, 结果16个基因被GWAS和RNA-seq同时检测到; 根据这些基因的蛋白功能及相关文献报道, 从中预测到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因。综上所述, 本研究筛选出4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系, 来自热带、亚热带的玉米种质可以作为抗逆性品种选育的研究重点; 对抗感玉米自交系响应拟轮枝镰孢侵染的DEGs及其相关抗病机制进行了初步解析, 联合GWAS和RNA-seq共定位到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因, 研究结果为玉米穗腐病抗性基因的克隆验证与抗性品种的培育提供了一定的理论依据。

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7. 植物激素对棉花蕾铃脱落的调控研究进展

谢章书, 谢学方, 屠小菊, 刘爱玉, 董合忠, 周仲华

作物学报 2025, 51 (1): 1-29. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44122

摘要（598）

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PDF（pc）（4249KB）（1629）

棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象, 有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落, 也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量, 国内外现有公开报道多集中于20世纪50、60年代关于乙烯和脱落酸对棉花蕾铃脱落影响的初步发现。结合其他植物的研究结果来看, 蕾铃脱落似乎与生长素、赤霉素和细胞分裂素等促生长类激素的下降以及乙烯和脱落酸等抑制生长类激素的升高密切相关, 激素在植物体内不仅介导新陈代谢过程, 还协调着与信号通路相关的调控因子, 在脱落过程中起着关键作用。本文从植物激素调控入手, 综述了近年来包括脱落区形成和作用的分子调控机制以及各激素在棉花蕾铃脱落以及其他植物(生殖)器官脱落过程中的响应和调控机制等。发现目前以棉花蕾铃脱落为对象的研究非常匮乏, 且多集中于少数激素对棉花生殖生长影响的有限研究, 缺乏对导致蕾铃脱落的深层次机制的探究和解析。因此, 未来研究方向应着重于探究棉花蕾铃脱落的遗传基础、发掘新的抗脱落基因资源和培育抗脱落棉花品种, 同时加强在以棉花为模型植物下, 蕾铃脱落与植物激素调节的关系研究, 为提高棉花产量提供理论依据和技术支持。

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8. 马铃薯TIFY基因家族的全基因组鉴定及表达分析

祁稼民, 许春苗, 肖斌

作物学报 2024, 50 (9): 2297-2309. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34193

摘要（573）

HTML （43）

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TIFY家族是植物所特有的包含保守TIFY结构域(TIF [F/Y]XG)的转录因子基因家族, 在调节植物发育、响应非生物胁迫和植物激素方面具有重要作用。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平共鉴定出了26个StTIFY家族成员, 根据系统发育特征和蛋白结构将StTIFY分为4大亚家族, 其中JAZ亚家族分为了5个亚组。串联重复和片段重复事件在马铃薯TIFY基因家族的扩张中起主要作用。通过共线性分析发现, StTIFY与双子叶植物番茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis)、甘蓝(Brassica oleracea)分别有21对、5对和6对直系同源基因, 而和单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)则分别只有1对和3对直系同源基因, 这些基因均在纯化选择下进化。RNA-seq数据分析发现, TIFY基因和ZML亚家族的2个基因在13个组织部位均有较高的表达量, 而其余成员则呈现组织表达特异性。同时我们进一步分析了StTIFY基因对非生物胁迫以及激素处理的响应, 发现有19个基因响应非生物胁迫(干旱/盐/热), 其中分别有3个和2个基因同时响应3种和2种非生物胁迫; 有5个基因在BAP、ABA、IAA和GA₃处理下差异表达。利用qPCR进一步检测了在干旱胁迫条件下抗旱品种和水分敏感品种中4个候选基因的表达量, 结果发现这4个基因在2个品种的落花期显著差异表达。本研究为了解StTIFY基因家族的特征, 深入分析StTIFY家族成员在马铃薯响应激素信号和抵御非生物胁迫的功能提供了理论依据。

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9. 玉米转录因子ZmEREB180调控根系生长发育及耐逆的功能研究

刘宸铭, 赵克勇, 悦曼芳, 赵延明, 吴忠义, 张春

作物学报 2024, 50 (8): 1920-1933. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33070

摘要（568）

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AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一, 在调控植物生长发育、响应逆境胁迫、调节激素信号转导和物质代谢等多种生物学过程中发挥着重要作用。目前AP2/ERF超家族基因在许多植物物种中的生物学功能已经得到验证, 但对玉米(Zea mays L.)中AP2/ERF基因的结构和功能的研究报道较少。前期工作中我们发现, ZmEREB180 (ethylene-responsive element binding)转录因子, 在鉴定的玉米六叶期(V6)、十二叶期(V12)和抽雄期(VT)等关键发育时期, 根系中的表达量均存在显著差异; 通过组织表达分析发现该基因主要在玉米根系中表达, 且在幼根中的表达量显著高于成熟根, 推测该基因可能参与玉米根系生长发育调控。本研究克隆了ZmEREB180 (Gene ID: 100192457)基因, 结合生物信息学分析、实时荧光定量PCR (RT-qPCR)、亚细胞定位和转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)株系的耐逆表型鉴定等生物学手段, 初步分析了该基因的表达模式和生物学功能。该基因包含2个外显子, 编码序列全长1023 bp, 编码340个氨基酸, 具有AP2/ERF家族所特有的保守结构域; 该基因在玉米根系中表达量最高, 且在高盐、干旱、高氮和低氮等胁迫处理条件下的玉米根部皆有不同程度的诱导表达, 其中, 低氮处理较高氮处理具有更高的表达量和更快的响应速率; 在含0.10、0.15 mol L^-1 NaCl以及0.15、0.20和0.30 mol L^-1甘露醇(mannitol)的1/2 MS固体培养基上, 转ZmEREB180基因拟南芥的主根长度均显著长于野生型; 土壤环境中, 高盐和干旱胁迫条件下的转基因植株比野生型拟南芥具有更健康的生长状态、更高的绿叶率、更低的丙二醛含量和更高的过氧化物酶活性。转录因子ZmEREB180可能在调控玉米根系生长发育方面具有积极的促进作用, 并且能增强玉米植株对高盐、干旱、渗透、低氮等逆境胁迫的耐受性。本研究为下一步鉴定转录因子ZmEREB180在玉米中的生物学功能和分子机制奠定了良好的基础。

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10. 陆地棉CLE基因家族的鉴定及 GhCLE13参与调控棉花抗旱性的功能分析

戎宇轩, 惠留洋, 王沛琦, 孙思敏, 张献龙, 袁道军, 杨细燕

作物学报 2024, 50 (12): 2925-2939. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44029

摘要（564）

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CLAVATA3/Embryo surrounding region-related (CLE)小肽家族是植物中最大的小肽激素家族, 在植物中广泛存在, 且参与植物多个重要的生命活动。本研究对陆地棉CLE基因家族进行了鉴定, 并对GhCLE基因家族成员进行基因结构、启动子顺式作用元件、蛋白质理化性质、系统发育的分析; 通过RNA-seq数据构建了GhCLE基因家族成员在陆地棉各组织的表达谱及干旱处理下的表达模式, 并筛选在棉花根系特异表达且受干旱诱导的CLE基因; 最后通过VIGS技术对筛选出的GhCLE基因进行了抗旱功能的验证。结果显示,在陆地棉全基因组共鉴定出40个GhCLE基因, GhCLE基因结构较为简单, 32个GhCLE基因没有内含子, 所有基因编码的蛋白序列均包含12 aa的CLE结构域; GhCLE基因启动子区域包含多种光诱导响应、胁迫响应、激素响应和发育相关的顺式作用元件; GhCLE基因在陆地棉多个组织均有表达, 筛选出了1个根系特异表达且受干旱诱导的GhCLE13-D-2基因。通过VIGS技术和MDA含量的测定和比较验证了GhCLE13-D-2基因提高棉花的抗旱性的功能。本研究为CLE小肽在植物抗逆方面的深入研究以及棉花种质创新提供了新的理论依据。

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11. 不同CRISPR-Cas12f系统的编辑效率比较

黄灵芝, 符晓, 祁显涛, 刘昌林, 谢传晓, 吴鹏昊, 任姣姣, 朱金洁

作物学报 2024, 50 (10): 2425-2434. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43012

摘要（548）

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来自Type V-F家族的CRISPR/Cas12f蛋白报道仅为Cas9蛋白分子的1/4到1/3大小, 在病毒载体的递送上具有重要优势。然而, CRISPR/Cas12f系统介导植物基因编辑的报道较少, 编辑活性相对较低, 限制了该系统在植物上的进一步应用。本研究分别在体外酶切、酵母以及玉米原生质体瞬时表达3个体系中比较了OsCas12f、SpCas12f及UnCas12f的编辑活性。结果表明, 基于Cas12f/sgRNA的体外酶切, OsCas12f与SpCas12f蛋白的编辑活性相当, 未检测到UnCas12f对底物酶切活性; 在酵母突变eGFP的恢复表达试验中, OsCas12f在2个测试位点对eGFP蛋白的表达恢复效率达到95%以上, 效率与Cas12i.3相当; SpCas12f介导的2个位点eGFP蛋白表达恢复效率分别是1.63%与3.20%, 效果次之; UnCas12f蛋白几乎无编辑活性; 玉米原生质体瞬时表达比较OsCas12f和SpCas12f介导的玉米内源位点的编辑效率, 发现OsCas12f对2个位点的编辑效率分别为2.72%和1.97%, 而SpCas12f仅能介导其中1个位点的定点编辑, 编辑效率为1.09%。Cas12f蛋白在靶位点处引入的突变类型以碱基的缺失为主, 缺失碱基长度在-9~ -17 bp之间。综上, OsCas12f可以作为植物微型基因编辑器及衍生技术开发的底盘工具酶。

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12. 基于大刍草渗入系的玉米抗旱优异等位基因挖掘

刘爽, 李珅, 王东梅, 沙小茜, 何冠华, 张登峰, 李永祥, 刘旭洋, 王天宇, 黎裕, 李春辉

作物学报 2024, 50 (8): 1896-1906. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43007

摘要（544）

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干旱是影响玉米生产的主要非生物胁迫之一。为了挖掘玉米优异抗旱基因, 本研究基于墨西哥大刍草和玉米自交系PH4CV构建的BC₂F₆群体, 通过苗期抗旱性初步鉴定, 筛选出抗旱性强的渗入系TP180。干旱胁迫后发现渗入系TP180较轮回亲本PH4CV萎蔫程度更小, 并且复水后存活率显著高于PH4CV。全基因组基因型鉴定发现, 渗入系TP180含有0.6%的墨西哥大刍草导入。通过开展TP180和PH4CV不同水分条件下的转录组测序, 在渗入系TP180和PH4CV之间共鉴定了 2307个差异表达基因, 不同胁迫重叠差异表达基因共122个, 这些基因涉及生长素途径, 茉莉酸途径等, 包含多个转录因子。整合差异表达基因和含大刍草导入区段分析, 鉴定出2个抗旱候选基因Zm00001d033050和Zm00001d002025, 并进一步开展了RT-PCR分析。本研究为挖掘大刍草中抗旱基因资源提供了重要材料和信息基础。

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13. 花生干旱诱导型启动子 AhMYB44-11-Pro的克隆与功能分析

刘永惠, 沈一, 沈悦, 梁满, 沙琴, 张旭尧, 陈志德

作物学报 2024, 50 (9): 2157-2166. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44018

摘要（542）

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PDF（pc）（9813KB）（542）

干旱是严重威胁我国花生产量与品质的主要环境因素之一。为阐明干旱胁迫响应基因AhMYB44-11的调控机制, 揭示其启动子的功能, 本研究从花生基因组中扩增获得该基因的启动子序列AhMYB44-11-Pro, 分别构建全长及5°端部分缺失启动子的GUS融合表达载体, 利用农杆菌介导的遗传转化体系, 分析启动子的活性和表达模式。结果显示, 相比于同源基因AhMYB44-01的启动子, AhMYB44-11-Pro具有更多的MBS、Myb-binding sit等响应干旱胁迫的顺式作用元件; 同时其拟南芥转基因阳性植株经脱水处理后GUS染色加深, GUS酶活性显著增加; 表明启动子的活性受干旱胁迫诱导表达, 证实AhMYB44-11-Pro是一个干旱诱导型启动子。此外, AhMYB44-11-Pro含有种子胚乳特异表达元件和赤霉素响应元件, GUS染色显示在角果发育过程中其活性呈上调趋势, 由此推测AhMYB44-11可能在种子发育尤其是干物质积累过程中发挥重要作用。本研究结果将为全面解析AhMYB44的生物学功能奠定基础, 也为作物抗旱遗传改良提供参考依据。

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14. 珍珠粟WD40基因家族鉴定及表达特征分析

杨煜琛, 靳雅荣, 骆金婵, 祝鑫, 李葳航, 贾纪原, 王小珊, 黄德均, 黄琳凯

作物学报 2024, 50 (9): 2219-2236. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34214

摘要（536）

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珍珠粟是世界范围重要的谷物, 拥有极强的光合能力和高生产潜力, 较其他作物相比, 珍珠粟具有对贫瘠土壤的耐受性, 能够适应多种非生物胁迫和多样化的环境条件。PgWD40基因家族在植物抵御生物和非生物胁迫以及调控植物生长发育中扮演着重要角色。本研究利用生物信息学方法全面鉴定和分析了珍珠粟中的PgWD40基因家族及其表达模式。研究结果显示, 共鉴定出209个PgWD40基因家族成员, 通过对珍珠粟和水稻的系统进化分析将其归为5个亚家族, 在同一亚族内的成员中, 它们的保守序列和基因结构表现出一定的相似性。此外, 通过对启动子顺式作用元件的分析显示, 176个PgWD40基因与植物的生长和发育相关, 208个PgWD40基因成员含有不同激素胁迫响应的顺式作用元件, 进一步通过转录组数据分析和qRT-PCR分析显示, PMA3G03393.1、PMA4G00558.1、PMA5G02217.1等基因受到盐、热和干旱胁迫的诱导, 表明这些基因可能通过依赖不同激素的信号通路来调控和响应非生物胁迫, 可作为进一步研究PgWD40基因家族耐受性功能的候选基因。并且PgWD40基因家族成员在珍珠粟抽穗期的不同时期存在表达差异。通过基因表达热图以及GO和KEGG等分析, 发现许多PgWD40基因家族成员参与了植物生长发育和籽粒形成的各个阶段。研究结果为全面解析PgWD40基因结构与生物学功能、耐逆性分子机制以及分子育种提供了理论基础, 为今后培育高效抗逆作物新品种提供基因资源。

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15. 小麦茎秆性状的转录组测序及全基因组关联分析

禹海龙, 吴文雪, 裴星旭, 刘晓宇, 邓跟望, 李西臣, 甄士聪, 望俊森, 赵永涛, 许海霞, 程西永, 詹克慧

作物学报 2024, 50 (9): 2187-2206. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31076

摘要（527）

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小麦的茎秆性状与倒伏紧密相关, 发掘其显著关联的基因位点和候选基因, 为解析小麦茎秆性状的遗传机制和分子标记辅助育种提供依据。本研究以黄淮南部地区的192份小麦品种为材料, 利用小麦660K SNP芯片对7个环境成熟期和4个环境灌浆中期的14个茎秆性状进行了全基因组关联分析(GWAS), 同时利用RNA-seq分析了基部前二节间强度和直径的差异表达基因。结果表明, 所有性状的成熟期与灌浆中期的差异均达到极显著水平。与灌浆中期相比, 成熟期的重心高度增幅较大, 基部第二和第三节间长度增加, 其他性状均降低。GWAS共检测出163个与茎秆性状相关的稳定SNP标记(MTA), 其中45个具有基因或蛋白注释, 与转录组联合分析, 共筛选到3个与小麦茎秆性状相关的候选基因。推测候选基因TraesCS5A02G522100通过合成异戊二酸类化合物调节小麦的光合作用以及通过调节固醇的生成提高细胞膜的稳定性和渗透性, 进而促进茎秆的发育, 改善茎秆性状。候选基因TraesCS1D02G390600直接参与小麦茎秆细胞分裂和器官的形成, 使茎秆变粗, 充实度增加。候选基因TraesCS7A02G481800在小麦中通过参与细胞间的信号传递过程, 调控茎秆的发育、应激响应等过程。这些候选基因通过qRT-PCR验证, 其基因的表达趋势与转录组测序所得结果基本一致。

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16. 大豆萌发期耐盐性鉴定方法建立及耐盐大豆资源筛选

刘欣玥, 郭潇阳, 王欣茹, 辛大伟, 关荣霞, 邱丽娟

作物学报 2024, 50 (8): 2122-2130. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44006

摘要（511）

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土壤盐渍化会影响大豆萌发和生长, 筛选萌发期耐盐大豆种质对于耐盐大豆品种选育及盐渍土利用意义重大。本研究以8份代表性大豆种质为材料, 蛭石为培养基质, 用150 mmol L^-1 NaCl进行盐胁迫处理, 以水处理作为对照, 测量2 d和3 d的大豆发芽率和芽长, 旨在建立大豆萌发期耐盐性鉴定指标和评价方法。与对照相比, 盐胁迫下大豆发芽率和芽长均下降。盐处理2 d不同种质间相对发芽率、相对芽长无显著差异, 盐处理3 d相对芽长差异显著, 可用以进行不同大豆萌发期耐盐性评价。以150 mmol L^-1 NaCl对48份大豆种质进行盐处理, 3 d相对芽长作为评价指标, 将萌发期耐盐性划分为5级, 1级为高度耐盐型, 2级为耐盐型, 3级为中度盐敏感型, 4级为盐敏感型, 5级为高度盐敏感型。鉴定出萌发期高度耐盐种质5份, 耐盐种质12份。同时对48份种质进行出苗期和苗期耐盐性鉴定, 鉴定出3份从萌发期到苗期均耐盐的种质, 分别为中黄685、黑农94和东生104。本研究建立了一套室内大豆萌发期耐盐性鉴定方法, 为耐盐种质鉴定利用奠定了基础。

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17. 花生种皮类黄酮物质的代谢组与转录组分析

金欣欣, 苏俏, 宋亚辉, 杨永庆, 李玉荣, 王瑾

作物学报 2024, 50 (12): 2950-2961. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44057

摘要（487）

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为探究不同颜色花生种皮的类黄酮物质成分及花青素生物合成对种皮颜色形成的调控机制, 本研究利用粉色、红色、白色、黑色以及花斑色(红色和白色)共5种颜色差异明显的花生品种, 对种皮进行类黄酮代谢组和转录组分析, 明确种皮花青素合成相关的关键代谢物和关键基因。结果表明,5种花生种皮共鉴定到329种类黄酮代谢物, 其中黄酮醇类物质相对含量及种类最多。共检测到19种花青素色苷, 主要是矢车菊素色苷、飞燕草素色苷、矮牵牛素色苷, 多以葡萄糖苷、桑布苷、芸香苷、半乳糖苷等糖苷修饰。黑色种皮花青素含量约是其他皮色的22.60~66.72倍。黑色种皮中以矢车菊素-3-O-桑布双糖苷相对含量最高。4种有色种皮分别与白色种皮相比, 差异代谢物主要在花青素生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、异黄酮生物合成途径中显著富集。有色种皮中, 类黄酮和花青素生物合成途径结构基因的高表达水平, 是促进种皮花青素积累的主要原因。花青素还原酶(ANR)和糖基转移酶(UGT)是参与种皮色素沉着的候选基因, 两者的活性以及对底物花青素的竞争, 最终决定花生种皮的颜色模式。本研究解析了类黄酮物质对花生种皮颜色合成的调控机制, 可为特色花生品种培育以及营养价值利用提供重要参考。

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18. 玉米N-乙酰转移酶 ZmNAT1基因响应非生物胁迫的功能分析

郭思语, 赵克勇, 代正罡, 邹华文, 吴忠义, 张春

作物学报 2024, 50 (8): 2001-2013. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33059

摘要（484）

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GNAT (Gcn5-related N-acetyltransferase)家族蛋白在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。目前GNAT家族基因在多个物种中的生物学功能已有报道, 但在玉米(Zea mays L.)中的功能验证研究却很少。探究玉米GNAT家族基因的功能, 不仅能丰富我国的玉米育种基因资源, 同时也可为玉米的新种质资源创制提供重要依据。本研究克隆了ZmNAT1基因(Gene ID: 541936, GRMZM2G123159), 通过生物信息学分析发现, 该基因CDS全长为519 bp, 编码172个氨基酸, 具有GNAT家族特有的保守结构域。通过对ZmNAT1基因在玉米不同时期不同组织中的表达量和不同逆境胁迫下表达模式分析发现: ZmNAT1在成熟根中的表达量最高, 在不同非生物逆境胁迫处理下, ZmNAT1基因均有不同程度的诱导表达。通过异源表达获得了3株独立的表达量较高的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)纯合株系, 对其进行了不同逆境胁迫处理下表型鉴定实验, 结果表明, 转基因拟南芥相对于野生型拟南芥有更好的表型, 在盐胁迫、渗透胁迫和干旱条件下的转基因株系的根显著长于野生型, 且植株较野生型植株的绿叶率和叶绿素含量均升高、丙二醛含量降低, 差异均达到显著水平。由此推测, ZmNAT1基因可能参与玉米对干旱、盐等非生物逆境胁迫的应答。本研究为进一步解析ZmNAT1在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

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19. 转录因子 GhWRKY41促进水杨酸合成增强棉花对黄萎病菌的抗性

肖胜华, 董贤镘, 彭鑫, 李安子, 闭兆福, 廖铭静, 黄礼豪, 管倩倩, 胡琴, 朱龙付

作物学报 2024, 50 (10): 2447-2457. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44009

摘要（480）

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棉花是我国最重要的经济作物之一, 但其产量和品质受黄萎病菌危害而大幅度下降。挖掘棉花黄萎病抗性相关基因并解析其分子机制, 对加快棉花抗黄萎病育种进程具有重要意义。前期研究鉴定到一个在多个抗病棉花品种中均受黄萎病菌诱导显著上调表达的WRKY基因GhWRKY41, 该基因通过激活苯丙烷代谢增强棉花对黄萎病菌的抗性。本研究进一步分析了GhWRKY41在不同激素处理下的诱导表达模式, 利用病毒介导的基因沉默(VIGS)技术验证了GhWRKY41的抗病功能, 并利用前期已创制的GhWRKY41转基因棉花株系‘Jin668’测定了其内源植物抗病激素含量。结果显示, GhWRKY41受水杨酸(SA)、Me-JA和H₂O₂诱导均显著上调表达; GhWRKY41被沉默后可削弱棉花对黄萎病菌的抗性; SA含量在GhWRKY41超表达棉花中显著增加, 而在GhWRKY41干涉棉花中则明显减少。RT-qPCR分析显示, SA合成基因GhSID2及SA信号转导基因GhNPR1、GhPR1、GhPR5的表达水平在超表达植株中明显上调, 而在干涉植株中则显著下降。ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因试验结果表明, GhWRKY41可结合并激活GhSID2、GhPR1和GhPR5的表达。此外, 外施SA可明显提高棉花的黄萎病抗性。综上表明, GhWRKY41可通过促进棉花中内源植物激素SA的合成来增强植株的黄萎病抗性, 这一结果完善了GhWRKY41在棉花抵御黄萎病菌过程中的生物学功能, 为未来利用黄萎病抗性基因创制棉花抗病材料提供了理论基础。

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20. 北方春大豆品种农艺和品质性状分析与综合评价

聂波涛, 刘德泉, 陈健, 崔正果, 侯云龙, 陈亮, 邱红梅, 王跃强

作物学报 2024, 50 (9): 2248-2266. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44004

摘要（479）

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大豆种质资源是品种改良的关键。本研究对334份我国北方春大豆种质资源的主要农艺性状和品质性状进行了变异分析、相关性分析、聚类分析、主成分分析、分段线性回归分析和逐步多元回归分析。聚类分析结果表明, 可将334份大豆种质划分为4个类群, 其中类群III主要为吉林地区杂交育成大豆品种, 在本地区平均单产高, 抗倒伏能力强, 综合表现较好。主成分分析表明, 5个主成分分别代表产量因素、品质因素、株高因素、分枝与开花因素和开花至成熟时间因素, 累计贡献率达到79.76%。使用DTOPSIS法对大豆品种进行评分, 综合表现最好的是编号36的大豆品种。多元线性逐步回归分析表明, 单株荚数、百粒重、油分、主茎节数、单株粒数对单产影响显著; 油分、单株荚数、分枝数、株高和开花时间对蛋白质影响显著; 蛋白质、百粒重、开花时间、开花至成熟时间、单株荚数和单产对油分影响显著。依据分段线性回归分析, 并综合相关性分析和多元回归方程, 构建高产大豆理想株型为: 主茎节数尽量增加; 五节高8.00~14.70 cm; 单株荚数大于132.83个; 分枝数在6个左右; 开花时间57.16 d左右; 开花至成熟时间大于61.29 d, 整个生育日期控制在霜降期以内; 不倒伏或轻倒; 单株粒数250.43粒左右; 蛋白质38.87%左右; 油分大于19.27%; 百粒重19.45~22.55 g。高产高油大豆理想株型为: 株高113.50~114.45 cm左右; 五节高12.15~14.70 cm; 主茎节数不超过25.15节; 单株荚数132.83~142.65个; 分枝数0~3.00个; 不倒伏或轻倒; 开花时间57.16 d左右; 开花至成熟时间61.29~69.00 d; 单株粒数249.63粒左右; 百粒重19.25~22.55 g。高产高蛋白大豆理想株型为: 株高113.50~114.45 cm左右; 五节高8.00~10.55 cm左右; 主茎节数19.42节左右; 单株荚数132.83~138.96个; 分枝数4.72个左右; 倒伏性可为轻倒; 开花时间63.00 d左右; 开花至成熟时间68.52 d左右; 单株粒数227.54~250.43粒; 百粒重小于19.20 g。本研究揭示了北方春大豆品种具有广泛的遗传背景和丰富的基因潜力, 是优质的大豆育种资源。

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21. 过表达野生大豆耐盐碱基因 GsGSTU13提高了水稻苗期耐盐碱性

李宛鸿, 胡冰霜, 孙晓丽, 才晓溪, 孙明哲

作物学报 2024, 50 (10): 2458-2467. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.44017

摘要（476）

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谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases, GSTs)是一类高度保守的功能酶, 在植物对非生物胁迫应答过程中发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析发现, 野生大豆GsGSTU13与水稻GSTU17蛋白序列相似性最高, 均含有高度保守的结构域。为探究GsGSTU13基因对水稻耐盐碱性的影响, 通过遗传转化、PCR、RT-PCR和GST活性检测, 获得了2个GsGSTU13过表达转基因水稻纯合株系。苗期耐盐碱性分析显示, 200 mmol L^-1 NaHCO₃处理下, GsGSTU13转基因株系的活性氧积累显著低于野生型, 而存活率、相对含水量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和GST活性均显著高于野生型。综上, 在水稻中过表达GsGSTU13基因增强了活性氧清除能力, 提高了转基因水稻耐盐碱性, 为耐盐碱水稻新种质创制提供了参考。

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22. 滴灌条件下施氮量对不同氮效率水稻品种物质积累及养分吸收的影响

宋志文, 赵蕾, 毕俊国, 唐清芸, 王国栋, 李玉祥

作物学报 2024, 50 (8): 2025-2038. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32061

摘要（473）

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研究滴灌条件下施氮量对不同氮效率品种关键生育时期干物质积累和氮素吸收转运及产量的影响, 为干旱半干旱区滴灌水稻高产高效生产提供技术参考。试验于2021—2022年开展, 以氮高效品种(T-43)和氮低效品种(LX-3)为供试材料, 采用裂区设计; 设置4个施氮水平, 分别为N0 (0 kg hm^-2)、N1 (150 kg hm^-2)、N2 (300 kg hm^-2)和N3 (450 kg hm^-2)。分析滴灌水稻在抽穗期和成熟期干物质积累、氮素吸收利用及产量对施氮量的响应差异。结果表明: (1) 施用氮肥可以增加滴灌水稻干物质积累量(1.99%~26.02%)和氮素积累量(25.67%~97.69%), 提高水稻产量(23.75%~66.75%); 但过量施氮(450 kg hm^-2)会减小对干物质积累的促进作用, 导致结实率和穗粒数下降, 使氮素主要集中在秸秆中, 最终降低水稻对氮素的利用效率。(2) 在同一施氮条件下, T-43的有效穗数、结实率、抽穗期叶片和穗部干物质及氮素积累量均高于LX-3 (分别为1.65%~5.19%、0.42%~8.47%、7.61%~19.68%、19.81%~40.73%、19.81%~30.23%和20.14%~49.65%), 最终产量高于LX-3 (4.23%~28.47%)。(3) 氮素利用效率对施氮量的响应存在品种间差异(P<0.05)。与LX-3相比, T-43有更高的氮肥农学利用效率、氮素回收率和氮肥偏生产力(分别高1.05%~25.23%、5.86%~20.05%和10.09%~18.01%)。综上所述, 在滴灌栽培条件下, 选用氮高效品种(T-43), 配施300 kg hm^-2氮肥表现出更佳的氮素吸收转运能力和更高的产量, 能更好地利用养分资源, 是本试验最佳的品种和施氮量组合方式。

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23. 利用基因编辑技术创制低谷蛋白水稻种质

周田田, 唐兆成, 李笑, 朱鹏, 邓晶晶, 杨郁文, 张保龙, 郭冬姝

作物学报 2024, 50 (10): 2435-2446. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32060

摘要（472）

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水稻(Oryza sativa L.)是重要的粮食作物，蛋白质是稻米的第二大营养物质。肾脏病人通常需要限制蛋白质的摄入量以减轻肾脏的负担和控制病情进展。稻米蛋白中谷蛋白含量最高，且易被人体消化。本研究以LGC-1作为供体亲本培育出的粳稻品种为转基因受体，利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术一次性敲除谷蛋白A (Glutelin A，GluA)亚家族编码基因GluA1、GluA2和GluA3，获得了不含转基因元件的谷蛋白含量约为1.8%的低谷蛋白种质，并对所得种质的稻米品质和农艺性状进行了全面评估。所得低谷蛋白种质外观品质较好，相比于受体品种垩白度降低、糙米率和精米率提高。本研究为创制低谷蛋白水稻品种提供了一种高效、简便的方法，为培育适合肾病患者的功能性水稻品种提供了一种新的遗传材料。

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24. 中国高粱株高和节间数全基因组关联分析及候选基因预测

徐建霞, 丁延庆, 曹宁, 程斌, 高旭, 李文贞, 张立异

作物学报 2025, 51 (3): 568-585. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44051

摘要（470）

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适当降低株高可以提高植物的养分利用效率和抗倒伏性, 对高粱的高产和稳产具有重要意义。为揭示高粱株高遗传机制, 本研究以242份中国高粱为研究对象, 利用2,015,850个单核苷酸多态性(SNP)标记, 在7个不同环境条件下对株高、节间数及节间长度进行全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS)。表型调查表明, 株高、节间数和节间长度的表型变异系数在13.47%~30.06%之间, 在所有环境下的偏度和峰度的绝对值均小于1。利用2种不同的关联模型(Blink和FarmCPU)对株高、节间数及节间长度进行GWAS分析, 在10条染色体上共鉴定出118个与这3个性状显著相关的数量性状核苷酸(QTN)。其中, 与株高、节间数及节间长度显著相关的QTN分别为60个、37个和32个, 株高与节间数、节间长度共定位QTN分别有8个和3个。通过对候选基因的序列分析和功能注释, 在12个QTN置信区间或附近鉴定出14个候选基因, 它们与水稻和玉米中参与糖代谢、激素合成与信号传递以及细胞分裂的基因同源。选择性消除分析揭示, 位于1号染色体的候选基因Sobic.001G510400在中国南北高粱群体中受到强烈选择, 形成了以北方矮秆高粱为主的单倍型Hap1和以南方高秆高粱为主的单倍型Hap2。携有Hap1的北方种质871255和携有Hap2的南方种质红缨子之间, 该基因表达存在显著差异。本研究结果为中国高粱品种株高遗传改良提供了理论依据。

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25. 长江流域迟播甘蓝型油菜播种期和播种量优化配置研究

娄洪祥, 黄肖玉, 江萌, 宁宁, 卞孟磊, 张磊, 罗东旭, 秦梦倩, 蒯婕, 汪波, 王晶, 赵杰, 徐正华, 周广生

作物学报 2024, 50 (8): 2091-2105. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34166

摘要（469）

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为解决长江流域稻油茬口矛盾, 提高冬闲田利用率, 亟须迟播油菜(10月25日之后播种)配套技术研究。本研究以早熟品种‘华油杂137’为材料, 在湖北武汉进行2年播种期(10月25日至11月15日间, 各播种期间隔3 d, 用S1~S8表示)和播种量(2.5、5.0、7.5、10.0和12.5 kg hm^-2, 用R1~R5表示)单因素试验, 考察生育期、成苗动态、农艺性状、产量和倒伏指标, 统计有效积温, 通过线性回归和平滑曲线拟合分析, 优化播种期和播种量的配置参数, 为迟播油菜生产提供技术支撑。结果表明, (1) 播种期推迟, 迟播油菜的生育期缩短、根颈粗降低、分枝数减少、产量降低且茎秆倒伏指数增加; 4个生育期中, 苗期和花期有效积温与产量呈极显著正相关。(2) 播种量增加, 各生育期成苗数和收获密度提高, 但生育期缩短、有效积温减少, 角果层厚度降低、倒伏指数先降后增、产量呈先增后降趋势。(3) 2年不同播种期产量数据回归分析表明, 播种期推迟至S3~S4时, 越冬前有效积温保持在317.1℃以上, 苗期有效积温达401.1℃, 终花35 d收获产量可达2700.0 kg hm^-2, 倒伏指数为1.5左右; 2年不同播种量产量数据平滑曲线拟合分析表明, 不同播种量下收获密度与产量呈抛物线关系, 收获密度为64.2×10⁴株 hm^-2时终花35 d收获产量达峰值, 为2948.5 kg hm^-2, 而倒伏指数为1.6。综上, 配置7.5~10.0 kg hm^-2的播种量确保收获密度达64.2×10⁴株 hm^-2, 抢时播种确保冬前有效积温达317.1℃, 可显著提高迟播油菜产量与抗倒性。

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26. 行距和种植方式对小麦光合特性和产量的影响

张振, 何建宁, 石玉, 于振文, 张永丽

作物学报 2024, 50 (9): 2396-2407. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31071

摘要（464）

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为研究不同行距对宽幅精播小麦产量和干物质积累与转运的影响, 阐明其高产高效的生理机制, 给宽幅精播技术在黄淮海平原的进一步推广提供理论依据和技术支撑, 于2017—2019小麦生长季, 以‘济麦22’为试验材料, 在20 cm (R1)、25 cm (R2)和30 cm (R3) 3个行距下, 设置宽幅精播(K)和常规条播(T)两种种植方式, 分析不同行距下宽幅精播种植与常规条播种植对小麦旗叶光合特性、干物质积累与分配和旗叶¹³C同化物分配特性差异。结果表明: 在相同种植方式下, R2处理下小麦的旗叶净光合速率, 开花期和成熟期干物质积累量, 花后干物质在籽粒中的分配量和贡献率, 籽粒产量均显著高于行距R1和R3处理; 在R2行距下, K处理灌浆期叶面积指数、光合有效辐射截获率和开花后14、21和28 d旗叶净光合速率和蒸腾速率显著高于T处理, 两年度K处理通过增加穗数和粒重使得籽粒产量较T处理提高8.67%; ¹³C示踪结果显示, R2K处理旗叶¹³C同化物在籽粒的分配量和分配比例显著高于其他处理; R2K处理开花期和成熟期干物质积累量和单茎质量、开花后干物质向籽粒的分配量和对籽粒的贡献率最高, 均显著高于其他处理, 获得了最高的籽粒产量。综上所述, 行距25 cm、宽幅精播种植方式是本试验条件下小麦高产高效的最佳种植模式。

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27. 谷子育成品种萌芽期耐冷性综合评价

闫锋, 董扬, 李清泉, 赵富阳, 侯晓敏, 刘洋, 李青超, 赵蕾, 范国权, 刘凯

作物学报 2024, 50 (9): 2207-2218. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34216

摘要（464）

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黑龙江地处高纬度地区, 谷子播种后萌发期冷害频繁发生, 造成出苗缓慢、出苗不齐、缺苗, 是限制本地区谷子产量和品质的关键性因素, 鉴定谷子耐冷性并筛选耐冷评价指标, 可为耐冷谷子品种选育提供理论依据并对谷子安全生产具有重要意义。以52个谷子育成品种为研究对象, 设置12个萌发期冷胁迫处理, 以发芽率为指标探讨了谷子萌发期耐冷性的适宜鉴定方法。低温胁迫后测量了发芽势、发芽率、发芽指数、芽长、根长、芽鲜重、根鲜重7个指标的耐冷系数, 运用隶属函数分析、主成分分析、相关分析和聚类分析法对参试品种的耐冷性进行了综合评价和归类, 并采用逐步回归分析建立了耐冷性预测回归方程。结果表明, 8℃低温处理7 d, 谷子品种发芽率的变异幅度最大, 能较好地鉴别品种间耐冷性差异, 是谷子萌发期耐冷性鉴定的最适宜条件; 低温胁迫后7个鉴定指标均低28℃对照处理, 但各指标间降低程度不同; 利用主成分分析将7个单项指标转化为3个独立的综合指标, 主成分分析表明, 芽长、芽鲜重和根鲜重最能代表谷子萌发期对低温胁迫后的响应情况, 可作为萌发期耐冷性鉴定的评价指标。通过聚类分析, 将52个谷子品种划分为3类, 筛选出嫩选14、朝谷14、蒙黑谷8号等17个高度耐冷品种, 以及鲁谷7号、晋谷20等15个冷敏感品种, 这些品种可为耐冷育种和谷子生产提供种质基础。

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28. 行距配置和种植密度对棉花干物质生产及产量的影响

辛明华, 秘雅迪, 王国平, 李小飞, 李亚兵, 董合林, 韩迎春, 冯璐

作物学报 2025, 51 (1): 221-232. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.34189

摘要（463）

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行距配置和种植密度是影响棉花产量和品质的重要因素。当前新疆棉花种植主要采用宽窄行配置, 也有等行距配置方式, 但对这两种方式的认识尚存在争议。为此, 本研究以中棉所88号为供试材料, 采用裂区设计, 行距配置(等行距和宽窄行)为主区, 种植密度12×10⁴株 hm^-2 (D1)、16×10⁴株 hm^-2 (D2)和18×10⁴株 hm^-2 (D3)为裂区, 开展了2年大田试验, 比较研究了行距配置和密度对棉花群体生长发育、干物质积累和分配、以及产量和纤维品质的影响。结果表明, 中等密度(16×10⁴株 hm^-2)下等行距和宽窄行处理组合的叶面积指数(LAI)增速、LAI峰值, 以及吐絮期生殖器官生物量的分配比例均高于其他处理组合, 且二者无显著差异。各处理组合间的棉花群体生长率(CGR)、净同化率(NAR)和棉铃生长率(BGR)均无显著差异。2年平均, 中等密度下等行距和宽窄行处理组合的籽棉产量相当, 纤维品质指标也无显著差异。表明在中等密度下, 无论采用等行距还是宽窄行种植模式, 均能达到理想的产量和品质。本研究为新疆棉花行距配置和密度选择提供了科学依据。

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29. 氮肥用量对玉米-油菜和水稻-油菜轮作模式下油菜产量及氮素吸收利用的影响

刘陈, 王昆昆, 廖世鹏, 杨佳群, 丛日环, 任涛, 李小坤, 鲁剑巍

作物学报 2024, 50 (8): 2067-2077. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34181

摘要（460）

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旱-旱和水-旱轮作是我国长江流域冬油菜的典型种植模式, 氮养分缺乏是油菜产量主要限制因子。利用2016—2023年在湖北省武汉市布置的裂区同田对比定位试验, 探究氮肥用量对不同轮作模式下油菜产量和氮素吸收利用的影响差异, 为科学施氮提供依据。试验设计的主处理为旱地油菜(玉米-油菜)和水田油菜(水稻-油菜) 2种轮作模式, 副处理为4个氮肥用量(0 kg N hm^-2、75 kg N hm^-2、150 kg N hm^-2、225 kg N hm^-2), 分析了油菜产量、产量构成因子和氮素积累量等相关指标。7年试验结果表明, 旱地和水田油菜的产量和氮素吸收在不同氮肥投入下的响应存在差异。当不施氮或低施氮(75 kg N hm^-2)时, 水田油菜产量显著高于旱地油菜, 分别高出53.9%和20.8%, 地上部氮素积累量分别高出57.8%和18.3%; 当施氮量为150 kg N hm^-2时, 2种轮作无显著差异; 在高施氮(225 kg N hm^-2)时, 旱地油菜产量和氮素积累量较水田分别增加11.2%和16.0%。旱地油菜的氮肥农学利用效率、贡献率和表观利用率较水田油菜分别平均增加16.5%、20.5%和22.0%, 氮肥对旱地油菜的增产潜力更大, 但水田油菜季土壤基础氮素供应量较旱地高61.5%, 对氮肥的依赖性更小。综上, 增加氮肥用量显著提高了油菜产量和氮素积累, 水田油菜在低氮投入下表现出较高的稳产性, 而旱地油菜在较高氮投入下丰产潜力更高。因此, 在实际生产中应根据不同轮作模式调整油菜施氮量, 旱地油菜可以适当增加氮肥用量以获得高产, 水田油菜要充分利用土壤供氮能力适当控制氮肥用量, 以达到油菜高产高效生产和氮肥高效利用的目的。

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30. 有机物料投入对滨海盐碱地土壤理化性状和夏玉米产量形成的影响

张贵芹, 王洪章, 郭新送, 朱福军, 高涵, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘鹏, 任昊

作物学报 2024, 50 (9): 2323-2334. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.43002

摘要（459）

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探究不同有机物料投入对滨海盐碱地土壤理化性质及玉米生长发育的调控作用, 为滨海盐碱地夏玉米生产提供理论依据。试验于2021—2022年夏玉米生长季在山东省滨州市无棣县滨海盐碱型农田进行。有机物料类型及用量分别为腐植酸(3000 kg hm^-2, HA)、生物炭(15,000 kg hm^-2, BC)、生物有机肥(15,000 kg hm^-2, BO), 以不添加有机物料为对照(CK), 探究0~40 cm土层土壤容重、总孔隙度、田间持水量、pH值、电导率及总有机碳含量的变化, 分析不同有机物料投入对玉米地上部干物质积累和产量形成的影响。结果表明, 腐植酸、生物炭和生物有机肥的施用均可在一定程度上改善盐碱土理化性质。3种有机物料连续处理能有效降低表层土壤容重, 增加土壤总孔隙度和田间持水量; 可显著降低0~10 cm土层pH, 分别平均降低0.17、0.08和0.20。连续施用2年后, 腐植酸显著降低0~40 cm土层电导率, 平均降低32.74%; 3种有机物料显著增加0~20 cm土层中总有机碳的含量, 其中生物炭处理能显著增加57.99%。腐植酸和生物有机肥处理显著增加夏玉米地上部干物质积累量和产量; 连续使用2年后腐植酸处理产量显著增加了11.01%, 表现较好。综上所述, 本试验条件下腐植酸施用后能改善土壤物理结构、降低0~10 cm土层pH、提高土壤中有机碳含量、显著降低土壤电导率, 促进夏玉米地上部干物质积累、提高籽粒产量, 且连续施用2年后较CK增加纯收益。故而腐植酸可作为改良滨海盐碱地土壤理化性状、促进夏玉米生长发育的有机物料。生物有机肥的施用可改善土壤理化性状, 但仍需进行定位试验以验证其长期经济效应。

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31. OsRPTA18参与调控水稻叶片倾角的功能

何丹丹, 舒亚洲, 周海连, 吴松果, 魏晓双, 杨明冲, 李波, 吴正丹, 韩世健, 杨娟, 王继斌, 王令强

作物学报 2024, 50 (8): 1934-1947. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32046

摘要（458）

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RPTA (regulatory particle triple-A ATPase)家族与植物的生长发育、激素调控和逆境胁迫反应密切相关。本研究一共鉴定到33个OsRPTA基因家族成员, 并分析了其基因位置、基因结构、motif组成和启动子顺式作用元件等信息。随后, 利用水稻CREP数据库下载的数据, 分析了OsRPTA基因家族成员的全生育期组织表达模式。发现大部分OsRPTA基因在穗、胚乳和愈伤组织中具有较高的表达水平。β-D-葡萄糖苷酸酶(GUS)染色进一步显示, 基因成员OsRPTA18主要在叶枕、根、叶、叶鞘、茎节、内稃和外稃的维管束等部位表达。亚细胞定位结果显示OsRPTA18蛋白定位于细胞核。通过CRISPR/Cas9基因编辑获得了突变体材料osrpta18-1和osrpta18-2。与中花11相比, 突变体植株的株高、叶倾角变小, 粒宽和千粒重降低。组织切片结果表明, 突变体osrpta18旗叶倾角变小是由于叶枕近轴面厚壁细胞增殖, 导致近轴面与远轴面细胞和维管束的不对称性减弱。本研究有助于了解水稻RPTA基因家族功能, 并为利用OsRPTA18基因培育理想株型的水稻品种提供参考。

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32. 基于55K SNP芯片的小麦籽粒主要品质性状的全基因组关联分析

彭小爱, 卢茂昂, 张玲, 刘童, 曹磊, 宋有洪, 郑文寅, 何贤芳, 朱玉磊

作物学报 2024, 50 (8): 1948-1960. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31052

摘要（456）

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通过检测118份小麦材料3个环境下吸水率、蛋白质含量、容重、湿面筋含量、面团稳定时间、面团形成时间、沉降值和出粉率8个小麦籽粒品质的表型值, 结合小麦55K SNP芯片分析基因型, 采用Q+K混合模型进行全基因组关联分析。在不同环境下, 8个籽粒品质性状均具有广泛变异, 其中沉降值的变异系数最大为16.47%~17.03%, 各品质性状遗传力为0.71~0.85。118份小麦材料被分为3个亚群, 亚群I包括41 (34.75%)份, 安徽供试材料占绝大部分; 亚群II包括32 (27.12%)份, 是以安徽、江苏、四川为主体的群体; 亚群III包括45 (38.13%)份, 主要为安徽及江苏省份材料。22个与小麦籽粒品质性状显著关联的稳定位点(P<0.001)在2个及以上的环境中被重复检测到, 分布于染色体1B (4)、1D (1)、2B (1)、2D (1)、3B (2)、3D (1)、4D (1)、5A (1)、5B (1)、5D (3)、6B (2)、7B (3)和7D (1), 解释了8.53%~16.32%的表型变异。稳定位点中包含3个一因多效显著关联位点, 14个可能控制小麦品质性状的新遗传位点, 并筛选出11个可能与小麦籽粒品质性状相关的候选基因; 有利等位基因的数量越多, 品质性状表型值越高, 并发现了在8个主要品质性状均携带有利等位基因的载体材料, 其中, 华成859和济麦44包含最多的有利等位基因, 可供改良小麦品质的育种亲本使用。本研究结果为小麦优良品质小麦培育提供了理论依据、亲本材料和分子标记。

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33. 过表达马铃薯 StuPPO9基因对烟草抗旱能力的影响

刘波, 池明, 曹梦琦, 唐达, 杨恒照, 张卫华, 薛聪

作物学报 2024, 50 (9): 2237-2247. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34178

摘要（449）

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为鉴定马铃薯多酚氧化酶基因StuPPO9在干旱胁迫响应中的功能, 本研究以利用农杆菌介导法获得的过表达StuPPO9基因的本氏烟草为材料, 通过盆栽试验模拟自然干旱胁迫, 对比转基因株系和空载转化(WT)烟草植株干旱胁迫0 d、3 d、6 d、9 d、12 d的生长形态, 测定叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量和抗氧化酶活性等生理指标以及抗旱相关基因的表达情况。结果表明, 干旱处理后过表达株系叶片的相对含水量、叶绿素、脯氨酸含量以及SOD、POD活性均显著高于WT, 而丙二醛含量则显著低于WT。RT-qPCR分析发现, 活性氧(reactive oxygen species, ROS)清除系统基因SOD、POX, ABA生物合成基因NCED、RD29A, 脯氨酸生物合成基因P5CS以及其他应激反应基因LEA、ADC、SAMDC等的表达量明显升高。本研究表明, StuPPO9基因增强了烟草植株对干旱的耐受性, 为探明StuPPO9基因调控干旱胁迫响应的功能提供理论依据。

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34. TaEMF2调控小麦抽穗期的功能分析

武丽芬, 夏川, 张立超, 孔秀英, 陈景堂, 刘旭

作物学报 2024, 50 (12): 2940-2949. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.41027

摘要（446）

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适宜的抽穗期(开花时间)是作物获得高产和稳产的重要育种目标, EMF2是参与成花调控过程中的重要基因之一, 但该基因在小麦中的功能仍不清楚。本研究从普通小麦中克隆了水稻OsEMF2b的直系同源基因TaEMF2, TaEMF2-2D是一个细胞核和细胞质定位蛋白。敲除TaEMF2会推迟小麦的抽穗期, 过表达TaEMF2-2D会使小麦抽穗期提前。利用RT-qPCR检测小麦开花相关基因在TaEMF2转基因株系中的表达, 结果表明,VRN1和VRN3在敲除转基因株系中的表达水平显著下调, 在过表达株系中这2个基因的表达量则显著上调, 表明TaEMF2可能通过调控VRN1和VRN3的表达来影响小麦的抽穗期。

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35. 甘蓝型油菜 BnaSLY1基因进化分析及功能研究

李嘉欣, 黄莹, 吴潞梅, 赵伦, 易斌, 马朝芝, 涂金星, 沈金雄, 傅廷栋, 文静

作物学报 2025, 51 (1): 44-57. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44079

摘要（440）

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赤霉素调控植物表皮细胞增长、茎叶伸长以及株型建成。拟南芥SLY1属于F-box蛋白, 它通过靶向泛素化赤霉素信号转导路径的负向调控因子——DELLA蛋白来影响植物生长发育, 然而油菜中BnaSLY1的基因功能尚未揭示。本研究对BnaSLY1进行了表达特征和进化树分析, 利用CRISPR/Cas9技术创制了BnaSLY1不同拷贝数的突变体, 结合RNA-Seq技术对BnaSLY1的生物学功能及其对油菜生长发育的影响进行了研究。结果表明, 甘蓝型油菜Westar中有2个SLY1同源拷贝BnaA01.SLY1和BnaA06.SLY1, 它们表达模式基本相同, 为组成型表达基因, 其蛋白定位在细胞核, 且在不同的油菜品种及十字花科植物间序列保守。与对照相比, 单突bnaa01sly1和bnaa06sly1开花时间推迟, 株高显著降低, 而双突bnasly1还表现出深绿色光叶表型, 叶片厚度增加, 开花期比单突进一步推迟, 株高也进一步降低。RNA-Seq结果显示, 双突与Westar之间的差异表达基因显著富集在生长素信号转导路径以及蜡质合成通路, 多个开花时间相关基因表达也发生显著变化。本研究表明, BnaSLY1除影响植物株高和开花时间等生长发育进程, 还影响表皮蜡质合成, 为探索赤霉素信号转导路径在甘蓝型油菜生长发育中的重要作用奠定了理论基础。

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36. 化学调控及其他栽培措施在小麦抗倒伏高产栽培中的应用

李慧敏, 邢志鹏, 张海鹏, 魏海燕, 张洪程, 李光彦

作物学报 2025, 51 (4): 847-862. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.41066

摘要（439）

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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。

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37. 编辑 ZmCCT10、 ZmCCT9、 ZmGhd7基因的串联 DsRed荧光表达盒的CRISPR/Cas9系统的构建及验证

曹晓晴, 祁显涛, 刘昌林, 谢传晓

作物学报 2024, 50 (8): 1961-1970. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33050

摘要（438）

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CCT家族基因影响植物开花, 在玉米中, ZmCCT10、ZmCCT9基因是光周期敏感基因, ZmGhd7基因是与开花期相关的基因。利用CRISPR/Cas9技术靶向编辑ZmCCT10、ZmCCT9、ZmGhd7基因为研究基因的功能和快速改良玉米的开花期提供了可能。本研究以玉米ZmCCT10、ZmCCT9、ZmGhd7基因为编辑对象, 以KN5585为稳定转化受体、以CML312SR、LCL-1、LCL-2为预改良的晚熟材料受体, 首先通过Sanger测序验证了3个基因靶标区域在4份玉米材料中的保守性, 其次根据sgRNA设计原则选择了1个sgRNA复合编辑3个基因, 并利用同源重组方法构建了将由胚特异性启动子Zm3896驱动的DsRed表达盒和由ZmU6-2启动子驱动的sgRNA表达盒串联的CRISPR/Cas9基因编辑敲除载体CCT-CPD, 然后采用酶切法和Sanger测序法分析T₀代KN5585中3个基因的突变率和突变类型, 验证了该系统的基因编辑效果, 最后通过对稳定遗传转化植株所结籽粒在籽粒水平、组织水平进行DsRed荧光标记表型鉴定, 验证了该系统中DsRed荧光筛选标记的有效性。在此基础上, 通过杂交育种法以晚熟材料为母本、以T₁代KN5585阳性株为父本获得F₁并经过DsRed荧光筛选获得含有有效编辑转基因元件的晚熟材料。本研究构建的编辑ZmCCT10/ZmCCT9/ZmGhd7基因的串联DsRed荧光表达盒的CRISPR/Cas9系统为创制单基因突变体, 双基因突变体, 三基因突变体奠定了基础, 该系统中DsRed荧光筛选标记的应用可以快速筛选区分有无转基因成分的玉米籽粒, 成本低, 鉴定效率高, 具有大规模籽粒筛选的潜力, 本研究为鉴定ZmCCT10、ZmCCT9、ZmGhd7三个基因的功能和创制玉米光周期钝感材料奠定了材料基础和高效的技术基础。

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38. 油菜耐渍机理解析及遗传改良研究进展

谢伶俐, 李永铃, 许本波, 张学昆

作物学报 2025, 51 (2): 287-300. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44121

摘要（434）

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渍害胁迫是农业生产中重要的非生物逆境之一, 主要通过低氧胁迫、离子毒害等抑制植物生长。油菜对渍害胁迫非常敏感, 任何生育期遭遇渍害胁迫均可导致其生长发育受阻, 进而影响产量和品质。油菜主要通过过量ROS清除、转变能量代谢方式、内源激素调控等响应和适应渍害胁迫。为加快油菜耐渍性遗传改良的步伐, 本文综述了油菜耐渍性改良需求变化、渍害胁迫对油菜生长发育及产量品质的影响、油菜响应渍害胁迫的生理和分子机制, 油菜耐渍抗性改良的主要技术途径, 以期为深入研究油菜耐渍机制和培育耐渍油菜新品种提供理论指导。

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39. 胡麻P5CS基因家族进化模式分析及 LusP5CS1基因耐旱能力验证

王玲, 张艳萍, 齐燕妮, 汪磊, 李玉骁, 谭美莲, 汪魏

作物学报 2024, 50 (10): 2515-2527. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34149

摘要（433）

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吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物中由P5CS基因编码的一种与干旱胁迫响应紧密联系的关键酶, 它主要负责调节脯氨酸的生物合成。研究胡麻P5CS基因家族进化模式对进一步探索其在胡麻耐旱过程中的作用机制具有重要意义。本研究以拟南芥的2个P5CS基因作为查询序列, 从胡麻、油菜、大豆、花生、向日葵、水稻、小麦等主要粮油作物的基因组中筛选获得P5CS基因家族成员。并通过分析不同作物P5CS基因受选择压力的大小、位点及功能分化潜力等阐明其进化模式, 并在拟南芥中对其进行功能验证。研究结果显示, 与其他作物的同源基因相比, 胡麻P5CS基因家族成员在基因结构和进化模式上存在显著差异。在拟南芥中过表达受正向选择的胡麻LusP5CS1基因可以显著增加转基因拟南芥脯氨酸的积累并增强其耐旱性; 在非干旱胁迫下过表达转基因拟南芥也表现出明显的适合度优势。本研究为胡麻耐旱分子机制和抗旱育种提供了理论基础。

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40. 不同品种玉米根-冠生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征

梁璐, 周宝元, 高卓晗, 王瑞, 王新兵, 赵明, 李从锋

作物学报 2024, 50 (8): 2053-2066. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33071

摘要（430）

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黄淮海地区农业集约化和机械化发展导致土壤紧实问题日益加重, 限制玉米产量的进一步提升。明确不同品种玉米根系和地上部生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征, 可为该区玉米高产栽培提供理论依据。本研究选用3个玉米品种, 采用机械碾压的方法在同一田块模拟无紧实胁迫(NC: no compaction stress, 容重1.0~1.3 g cm^-3)、中度紧实胁迫(MC: moderate compaction stress, 容重1.4~1.5 g cm^-3)和重度紧实胁迫(HC: heavy compaction stress, 容重>1.6 g cm^-3) 3个紧实程度处理, 定量解析不同程度土壤紧实胁迫下不同品种玉米根冠生长各指标及产量的变化规律。结果表明, 与NC相比, MC和HC处理导致玉米减产3.8%~10.3%和12.5%~33.3%。玉米根冠生长及产量形成对土壤紧实胁迫的响应存在基因型差异。MC处理下, DK517的根长、根干重及根冠比较ZD958和DH605分别提高6.0%和14.0%、15.7%和29.6%、18.8%和24.8%, 但最大叶面积指数、植株总干物重和产量无显著差异; HC处理下, DK517的根长和根干重较ZD958和DH605分别提高8.4%和22.5%、29.6%和57.8%, 且最大叶面积指数、植株总干物重和根冠比分别提高4.6%和15.5%、3.7%和20.9%、28.0%和32.1%, 因此产量分别增加7.5%和27.2%。相关分析表明, 土壤容重和贯穿阻力与玉米根冠生长各指标和产量呈显著负相关关系(P<0.01)。综上所述, 土壤紧实胁迫会显著抑制玉米根系和地上部生长而造成减产, 但不同品种玉米根冠生长对不同程度土壤紧实胁迫的响应存在着差异, 重度土壤紧实胁迫下根冠生长均具有优势的品种能够维持较高的产量, 研究结果可为玉米品种改良和土壤紧实下耕作措施优化提供理论依据。

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