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    1. 水稻株型生理生态与遗传基础研究进展
    许娜, 徐铨, 徐正进, 陈温福
    作物学报    2023, 49 (7): 1735-1746.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22050
    摘要593)   HTML90)    PDF(pc) (5416KB)(892)    收藏

    株型是水稻重要农艺性状, 与产量、品质及抗逆性有密切关系。株型改良过去曾对水稻育种发挥了重要作用, 未来还将对水稻育种产生深远影响。本文结合沈阳农业大学水稻团队相关工作, 从株型的概念、株型育种研究简要回顾、株型生理生态与遗传基础等方面综合评述了水稻株型研究进展, 还讨论了水稻株型相关领域存在问题与发展方向。充分利用现代分子生物学相关理论与技术最新研究结果, 解析群体与个体、个体器官之间的相互关系及其优化组合模式, 明确生理生态基础及其分子调控网络并付诸株型育种实践, 有望实现更高水平上全方位的水稻“理想株型”。

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    2. 种子休眠与萌发调控的研究进展
    宋松泉, 唐翠芳, 雷华平, 姜孝成, 王伟青, 程红焱
    作物学报    2024, 50 (1): 1-15.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34012
    摘要571)   HTML108)    PDF(pc) (3074KB)(643)    收藏

    休眠使植物种子能够为萌发安排时间, 直到环境条件变得有利于幼苗的存活与生长。种子的休眠特性具有重要的生态适应性意义和显著的农业价值。植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)是种子休眠与萌发的关键因素, 处于休眠状态的成熟种子含有高水平的ABA和低水平的GA; ABA诱导和维持种子休眠, 而GA拮抗ABA的作用和促进种子萌发。萌发延迟-1 (DOG1)是种子休眠的主要调控因子, 与ABA协同作用延迟萌发。DOG1通过与PP2C ABA过敏感萌发(AHG1/AHG3)结合以增强ABA的信号转导, 以及抑制AHG1的作用以增加ABA的敏感性和强加种子休眠。印记基因在受精前后受到表观遗传机制的调控, 与种子休眠的建立与释放密切相关。近年来, 种子休眠的调控研究取得了显著的进展。本文综述了植物激素ABA和GA对种子休眠与萌发的控制, DOG1调控种子休眠的作用机制, 以及种子休眠与萌发的表观遗传调控, 并提出了在本领域需要进一步研究的科学问题, 以期为深入理解种子休眠与萌发的分子机制、抗穗萌发育种以及促进休眠种子的萌发提供参考。

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    3. 淀粉颗粒类型及其比例在小麦品质特性形成与改良中的作用
    高欣, 郭雷, 单宝雪, 肖延军, 刘秀坤, 李豪圣, 刘建军, 赵振东, 曹新有
    作物学报    2023, 49 (6): 1447-1454.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21065
    摘要496)   HTML72)    PDF(pc) (257KB)(571)    收藏

    小麦面粉主要由蛋白质和淀粉组成, 面筋蛋白尤其是高分子量麦谷蛋白亚基是影响面团品质的关键因素并受到育种家的广泛关注, 而淀粉的组分及其理化特性对面团品质的贡献往往被育种家忽视。小麦淀粉粒度呈双峰分布, 根据颗粒大小分为直径大于10 μm的A型淀粉颗粒和直径小于等于10 μm的B型淀粉颗粒, 不同类型淀粉颗粒的理化特性存在差异, 因此淀粉的粒度分布会影响小麦总淀粉的理化特性、面筋蛋白的网络结构、面筋与淀粉的相互作用, 进而影响面团的流变学特性和加工特性。本文从淀粉粒度分布的角度出发, 综述A型和B型淀粉颗粒的发育和调控机制、理化特性以及对品质和产量的贡献并提出未来的强筋小麦品质改良策略, 即在育种中重视淀粉特性的选择与提升, 筛选B型淀粉颗粒比例高、面筋与淀粉相互作用强的种质并加以利用, 旨在为优质强筋小麦新品种选育提供参考。

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    4. 基于GYT双标图分析对黄淮海夏玉米区域试验品种综合评价
    岳海旺, 韩轩, 魏建伟, 郑书宏, 谢俊良, 陈淑萍, 彭海成, 卜俊周
    作物学报    2023, 49 (5): 1231-1248.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23035
    摘要474)   HTML11)    PDF(pc) (2278KB)(415)    收藏

    旨在科学准确地对黄淮海夏播玉米区域试验参试品种进行综合评价, 为品种合理布局和区域规划提供理论和实践依据。本研究采用GYT双标图技术对2020—2021年黄淮海夏玉米区域试验22个参试品种的籽粒产量与生育期、收获时籽粒含水量、株高、穗位高、倒伏率、穗长、穗粗、秃尖, 穗粒重和百粒重等农艺性状的组合水平进行综合评价。方差分析表明, 被测农艺性状基因型和环境效应均达到了显著水平(P<0.05), 除穗粗、突尖长度和穗粒重等性状基因型与环境互作效应中无显著差异外, 其余性状基因型与环境互作效应均达到了显著水平。籽粒产量、生育期、收获时籽粒含水量、穗粗、秃尖和百粒重等性状环境效应平方和占总方差平方和最大, 倒伏率的基因型与环境互作效应平方和占总方差平方和最大。农艺性状相关性分析结果表明, 籽粒产量与百粒重、株高、穗位高、穗长、穗粗和生育期呈极显著正相关(P<0.001), 而与突尖长度呈负相关。根据参试品种的理想指数筛选出衡玉868、邯玉1806和宿单908等为产量-性状组合表现优良的品种, 同时也鉴别出陕单685、敦玉291、邯玉17-6601和邯玉573等品种综合表现较差, 对照品种郑单958表现一般。衡玉868较其他参试品种在黄淮海夏玉米区更具有广泛的适应性, 展现出绝对的区域产量优势, 具有广阔的推广前景。与GT双标图相比, GYT双标图显示出前2个主成分解释的变异比例较高、拟合度较好、分析结果可信度较高等优点。本研究运用GYT双标图技术对黄淮海夏玉米参试品种进行品种产量-性状特性分析, 为本区玉米品种综合评价提供借鉴, 也为其他作物品种多性状研究提供了参考。

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    5. 水稻种质资源稻瘟病抗性全基因组关联分析
    周海平, 张帆, 陈凯, 申聪聪, 朱双兵, 邱先进, 徐建龙
    作物学报    2023, 49 (5): 1170-1183.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22024
    摘要465)   HTML37)    PDF(pc) (1155KB)(520)    收藏

    稻瘟病是一种对全球水稻生产威胁极大的真菌性病害, 鉴定抗稻瘟病基因并将其导入到现有感病品种改良品种的抗性是控制这种病害的有效途径。本研究利用5个稻瘟病菌株鉴定了212份籼稻和235份粳稻种质资源的苗瘟抗性, 分别筛选到8个和12个抗全部5个菌株的籼稻和粳稻种质材料。采用全基因组关联分析在籼粳混合群体、籼稻和粳稻种质资源中共定位到43个影响水稻苗瘟抗性的QTL, 抗GD00-193、GD08-T19、GD17-CQ16、HB1708和HLJ13-856菌株的QTL分别为9、4、14、14和2个。其中, 12个抗病QTL仅在籼稻亚群中检测到, 7个仅粳稻亚群中检测到, 1个为籼粳2个亚群共同检测到, 说明籼稻抗稻瘟病总体好于粳稻, 而且稻瘟病抗性存在明显的籼粳分化。同时影响水稻对2个及2个以上菌株的抗性或在2个及2个以上群体中同时被定位到的QTL共计11个, 利用候选区间关联分析和单倍型分析鉴定到23个抗病候选基因, 不同抗病候选基因在籼、粳群体中的分布频率不同。研究结果为水稻品种稻瘟病抗性分子改良提供种质资源和有利基因信息及不同抗病基因的育种利用策略。

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    6. 华北平原冬小麦-夏玉米种植体系周年水分高效利用研究进展
    张金鑫, 葛均筑, 马玮, 丁在松, 王新兵, 李从锋, 周宝元, 赵明
    作物学报    2023, 49 (4): 879-892.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21034
    摘要452)   HTML45)    PDF(pc) (931KB)(647)    收藏

    在保证周年较高产量的同时, 进一步提高水分利用效率是促进华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植体系可持续发展的关键。从20世纪中晚期开始国内学者便从节水灌溉技术创新、灌溉制度优化、替代节水种植制度构建和节水抗旱新品种选育等方面开展了以冬小麦-夏玉米两熟种植体系为核心的周年水分高效利用途径的探索, 取得了重要进展, 显著提高了作物水分利用效率(WUE)。本文综述了华北平原冬小麦-夏玉米种植体系水分高效利用的研究进展, 并提出了通过耕作或播/收期调控冬小麦-夏玉米周年降水与地下水平衡利用, 促进周年水分(灌溉水和降水)高效利用的技术途径, 以充分挖掘华北平原水分生产潜力, 为该区冬小麦-夏玉米种植体系节水高产栽培及节水种植制度建立提供思路和依据。

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    7. 大豆芽期耐高温评价方法构建及耐高温种质资源筛选
    李佳佳, 龙群, 朱尚尚, 单雅敬, 吴美燕, 鲁云, 支现管, 廖威, 陈浩然, 赵振邦, 苗龙, 高慧慧, 李英慧, 王晓波, 邱丽娟
    作物学报    2023, 49 (11): 2863-2875.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.34025
    摘要436)   HTML52)    PDF(pc) (530KB)(795)    收藏

    极端高温事件频增导致大豆生产接连遭受高温热害, 严重影响其产量构成和品质性状。种子在发芽阶段对外界环境变化较为敏感, 温度升高及伴随而来的干旱等现象会影响大豆种子出苗。建立一套科学的大豆芽期耐高温评价方法, 可以为早期耐高温鉴定、耐高温种质选育以及遗传机制研究提供理论基础。本研究以385份大豆种质资源为材料, 利用人工气候培养箱创造高温环境, 于芽期进行高温处理3 d (40℃, 8 h光照/16 h黑暗)。相较于对照(25℃, 8 h光照/16 h黑暗), 高温处理后大豆芽期下胚轴长显著下降10.9% (P<0.05); 根鲜重、根干重和根冠比等指标分别极显著增加了13.10%、22.20%和16.90% (P<0.01), 结果表明, 高温处理会显著影响大豆芽期地上部与地下部生物量的分布。对各性状耐高温系数进行主成分分析, 将11个指标转换成3个主成分因子, 进一步通过隶属函数标准化分析计算获得大豆响应高温胁迫综合评价值(H), 并基于H值对参试品种进行聚类分析。最终将385份种质资源芽期耐高温特性划分为5个等级, 即: I级(耐高温型)、II级(较耐高温型)、III级(中间型)、IV级(高温较敏感型)和V级(高温敏感型), 综合试验中具体表现, 筛选出4个芽期耐高温型大豆品种(H245、H070、H268和H216)。对各项指标逐步回归分析后, 建立大豆芽期耐高温综合评价(H值)预测模型: H = 0.191+0.017X1-0.007X2+0.013X7+0.027X8-0.009X10 (R2=0.9752), 筛选出下胚轴长(X1)、主根长(X2)、下胚轴干重(X7)、根鲜重(X8)和简化活力指数(X10) 5个指标可以作为大豆芽期耐高温评价指标。

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    8. 植物有性生殖对高温胁迫的响应机制
    陈赛华, 仲伟杰, 薛明
    作物学报    2023, 49 (12): 3143-3153.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.32020
    摘要435)   HTML88)    PDF(pc) (4257KB)(441)    收藏

    极端高温天气频发, 严重威胁农作物的生产。高温胁迫对有性生殖过程的影响与作物减产密切相关, 解析其中的分子机制对于指导作物耐高温遗传改良具有重要意义。然而, 与模式植物拟南芥相比, 目前有关作物有性生殖过程中耐高温的相关研究十分有限。本文从植物有性生殖过程出发, 概述了在减数分裂、花粉绒毡层降解、小孢子发育、花粉管萌发与授精以及籽粒发育等一系列生殖发育过程中响应高温胁迫的分子机制。据此, 我们提出了作物耐高温改良的可行策略, 以期为耐高温品种的遗传改良提供理论依据。

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    9. 花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析
    孙全喜, 苑翠玲, 牟艺菲, 闫彩霞, 赵小波, 王娟, 王奇, 孙慧, 李春娟, 单世华
    作物学报    2023, 49 (4): 938-954.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24066
    摘要410)   HTML46)    PDF(pc) (5306KB)(192)    收藏

    SWEET (sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白, 在植物生长发育、响应生物/非生物逆境胁迫等生理过程发挥重要作用。目前, 尚未见花生SWEET基因相关报道。本研究首次全基因组挖掘了花生SWEET基因, 对其分子特征及表达模式进行了细致分析。结果表明, 栽培种花生和2个祖先野生种基因组分别存在55、25、28个SWEET基因, 随机不均匀分布在各染色体上。来源于野生种和栽培种的同源基因在染色体位置相近, 但也存在个别缺失, 这验证了花生野生种和栽培种的进化关系, 也暗示了基因组复制加倍过程中存在同源基因的丢失或扩张。基因内含子-外显子数目和位置以及启动子中顺式作用元件种类和数量均存在差异, 暗示了花生SWEET基因生物学功能的多样性。系统进化分析将花生SWEET基因分为4个亚家族Clade I~Clade IV, 同一亚家族同一分支的基因具有相似的外显子-内含子结构。分析Clevenger等组织表达谱发现部分基因表现为组织优势表达, 这为深入了解SWEET基因行使功能部位提供了参考。此外, 基于课题组前期发表的干旱和高盐胁迫转录组分析和RT-qPCR验证, 我们挖掘出AhSWEET3aAhSWEET4e等响应花生干旱或高盐胁迫的基因, 功能有待进一步鉴定。研究结果为下一步深入分析花生SWEET基因功能提供了理论参考。

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    10. 近四十年来我国玉米大品种的历史沿革与发展趋势
    白岩, 高婷婷, 卢实, 郑淑波, 路明
    作物学报    2023, 49 (8): 2064-2076.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23067
    摘要405)   HTML34)    PDF(pc) (489KB)(589)    收藏

    种子是农业的芯片, 优良品种更新换代对我国玉米产量提高发挥了重要作用。研究近40年来我国玉米大品种的历史贡献和发展趋势对当前我国玉米育种具有重要的现实意义。本研究以1982—2020年期间全国农业技术推广服务中心发布的历年玉米品种推广面积为依据, 筛选出近40年来我国种植的郑单958等27个玉米大品种, 累计推广3.21亿公顷, 占期间我国玉米总种植面积的29.09%, 其中超大品种4个, 分别是郑单958、中单2号、丹玉13、先玉335; 特大品种6个, 分别是浚单20、掖单2号、农大108、掖单13、四单19、烟单14, 推广年限在8~30年之间, 平均17.63年, 单年最大推广面积在69.97万~456.95万公顷, 平均150.79万公顷。主要分布于山东、河南、河北、吉林、黑龙江、内蒙古等省区, 13个品种单年超66.67万公顷的省(区)是山东、河南、河北、吉林、黑龙江、内蒙古、辽宁、四川。大品种种植面积占总面积的比例变化特征是1982—1989年期间快速上升、1990—1997年期间面积占比稳定、1998之后下降, 至2020年面积占比下降到12%左右。裕丰303、中科玉505等具有发展成为大品种的潜力, 未来智能设计育种将高效培育出新一代突破性品种, 加速提升我国玉米单产水平。面对当前玉米生产问题及今后发展趋势, 建议在区域试验的分布布局、试验精准度和品种审定标准等方面进一步完善玉米品种区域试验。

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    11. 燕麦种质资源耐盐碱性鉴定评价及耐盐碱种质筛选
    张静, 高文博, 晏林, 张宗文, 周海涛, 吴斌
    作物学报    2023, 49 (6): 1551-1561.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21032
    摘要391)   HTML35)    PDF(pc) (734KB)(422)    收藏

    受气候变化及人类生产活动影响, 世界盐碱地范围不断扩大, 土壤盐碱化现已成为限制农业生产发展的重要因素。燕麦是一种耐盐碱性较强的作物, 为了评价燕麦种质资源耐盐碱性及筛选耐盐碱的燕麦种质, 本研究利用125 mmol L-1 NaCl、Na2SO4和NaHCO3 (物质的量比为1∶1∶1)的混合盐碱溶液对485份燕麦核心种质材料进行发芽胁迫处理, 测定了发芽期发芽势、发芽率、根长、芽长、根鲜重、芽鲜重、根干重和芽干重8项指标, 利用相关性分析、主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法对参试燕麦种质进行了耐盐碱综合评价及筛选。结果表明: 盐碱胁迫对测定的8项指标均表现出抑制作用; 盐碱胁迫下各指标的隶属函数值之间, 及各指标隶属函数值与综合评价值之间均呈现出极显著的正相关性; 通过主成分分析将8项测定指标转换成了2个主成分, 累计方差贡献率为76.926%; 结合隶属函数分析与聚类分析共筛选出2份高耐盐碱型的燕麦材料: 燕1606和海阔夫斯基596号, 将485份燕麦种质的耐盐碱性划分成了5个等级, 其中高耐盐碱材料2份、耐盐碱材料49份、中等耐盐碱材料147份、盐碱敏感材料129份、盐碱极敏感材料158份; 综合相关性分析、主成分分析和逐步回归方程结果, 确定芽长作为发芽期燕麦耐盐碱筛选的首选指标, 其次根鲜重、芽鲜重、发芽势和发芽率也是进行发芽期燕麦耐盐碱综合评价及筛选的重要指标。

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    12. 热诱导转录因子ZmNF-YC13调控热胁迫应答基因提高玉米耐热性
    梅秀鹏, 赵子堃, 贾欣瑶, 白洋, 李梅, 甘宇玲, 杨秋悦, 蔡一林
    作物学报    2023, 49 (7): 1747-1757.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23054
    摘要373)   HTML59)    PDF(pc) (2878KB)(937)    收藏

    热胁迫是影响玉米生长发育和产量形成的重要因素, 相关抗性基因的挖掘和机制解析是进行玉米耐热品种培育的重要分子基础, 而目前这方面的研究仍是缺乏。本研究鉴定到一个与热胁迫应答相关的核因子ZmNF-YC13, 该基因受高温和渗透胁迫快速诱导表达。用拟南芥热胁迫诱导表达基因AtHSP70的启动子驱动ZmNF-YC13基因, 转化玉米筛选出了热诱导表达的转基因材料HSP21Pro:ZmNF-YC13-myc。高温处理后的表型鉴定表明, 叶长、叶宽、地上部粗、地上部分和地下部分的鲜重和干重均显著高于野生型。表达分析表明, ZmNF-YC13能增强下游热胁迫应答基因响应热胁迫的程度。荧光素酶报告基因实验和ChIP-qPCR实验表明, ZmNF-YC13可调控热应激转录因子ZmHsfA2c的表达。这些结果初步证实了ZmNF-YC13可通过调控下游热胁迫应答基因来提高玉米的耐热能力, 可为利用该位点的多态性进行分子标记辅助选择和种质资源鉴定提供理论依据。

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    13. 种植密度对不同生育期玉米品种光温资源利用率和产量的影响
    吴希, 王家瑞, 郝淼艺, 张宏军, 张仁和
    作物学报    2023, 49 (4): 1065-1078.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23032
    摘要367)   HTML22)    PDF(pc) (1113KB)(567)    收藏

    探究不同生育期玉米光温利用、物质生产和产量形成对密度的响应, 以期为陕北灌区春玉米密植高产高效栽培提供理论依据。试验于2019—2020年以东单60 (中晚熟)和大丰30 (中早熟)为试验材料, 设置45,000 (D1)、60,000 (D2)、75,000 (D3)和90,000 (D4)株 hm-2 4个种植密度, 测定了叶面积指数、冠层光分布、物质生产与转运、光温利用和产量及其构成等指标。结果表明, 大丰30和东单60分别在90,000株 hm-2和75,000株 hm-2密度下达到最高产量18,787.5 kg hm-2和16,953.0 kg hm-2, 较低密度分别提高了37.7%和41.4%, 且高产下大丰30籽粒含水率较东单60低11.5%。随着种植密度的增加, 群体叶面积指数明显提高, 上部冠层光能截获率显著增大, 而中部冠层光能截获率显著下降且东单60降低幅度高于大丰30, 下部冠层光能截获率无显著差异。对于光能辐射利用而言, 大丰30花前截获的光合有效辐射和光能利用率较东单60分别高7.9%、高1.7%; 大丰30花后截获的光合有效辐射和光能利用率较东单60分别低9.5%、高14.9%, 根据光能利用效率和种植密度的相关关系表明增密对提高大丰30的光能辐射利用率更显著。在D4密度下, 中早熟品种大丰30较晚熟品种东单60生育期平均缩短了4.3 d, 大丰30的平均有效积温较东单60少25.3℃, 而积温利用率提高了25.3%, 达到最大干物质积累速率所需积温较东单60少; 东单60和大丰30的花前干物质累积量及花后转运率较D1分别提高了26.7%、34.6%和43.7%、55.8%, 且大丰30的花后干物质累积量和花后干物质转运率较东单60分别高14.5%和12.3%。可见, 中早熟品种大丰30密植下重塑群体结构, 改善中部冠层光能截获, 增加干物质增长速率和提前干物质达到最大增大速率时期, 促进干物质的累积与转运, 提高了光温资源利用效率, 实现该区春玉米高产高效; 同时收获时籽粒较低的含水率, 适宜籽粒机收。

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    14. 小麦G2-like转录因子家族基因鉴定与表达模式分析
    贾玉库, 高宏欢, 冯健超, 郝紫瑞, 王晨阳, 谢迎新, 郭天财, 马冬云
    作物学报    2023, 49 (5): 1410-1425.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21036
    摘要360)   HTML14)    PDF(pc) (7556KB)(469)    收藏

    Golden2-Like (G2-like)转录因子, 是属于MYB类转录因子中GARP超家族的成员, 在调节叶绿体发育中起重要作用。本研究利用生物信息学方法对小麦G2-like基因进行了全基因组鉴定, 并对其理化性质、亚细胞定位、启动子顺式作用元件及对非生物胁迫和激素的响应模式进行了分析。从小麦中共鉴定出87个G2-like基因, 不均匀的分布在小麦21条染色体上, 系统发育分析将这些基因分为14个亚族。蛋白质二级结构预测表明, 小麦G2-like基因的氨基酸序列均以α螺旋和随机卷曲为主要结构。启动子顺式作用元件分析表明其上游2 kb区域含有7种(P-box、SpI、LTR、ABRE、MBS、TGA-element和AE-box)与逆境胁迫诱导相关顺式作用元件。其中Ta3AG2-like19含有顺式调控元件结合位点最多, 一共有18个结合位点。qRT-PCR验证发现, Ta3AG2-like19Ta3AG2-like20Ta4AG2-like29Ta6AG2-like52在PEG和盐胁迫下以及GA、IAA和ABA激素诱导下表达量显著上调, 这些基因可能介导了小麦对多种非生物逆境的响应。

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    15. 基于BSA-seq技术对豌豆花色基因的精细定位
    严昕, 项超, 刘荣, 李冠, 李孟伟, 李正丽, 宗绪晓, 杨涛
    作物学报    2023, 49 (4): 1006-1015.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24055
    摘要352)   HTML36)    PDF(pc) (3876KB)(311)    收藏

    BSA-seq技术在挖掘农艺性状相关的新基因中已被广泛应用, 随着豌豆首个参考基因组问世, 将BSA-seq技术结合豌豆基因组的基因定位策略势在必行。本研究利用紫花亲本G0004562、白花亲本G0002930以及F2群体, 通过BSA-seq技术对豌豆花色基因进行初步定位, 获得31.42 Mb定位区间, 再通过设计InDel分子标记分析进一步缩小定位区间, 最终将目标基因定位在包含19个基因的0.99 Mb区间内, 通过基因注释信息推测出Psat6g060480.1为豌豆花色候选基因。本研究结果验证了BSA-seq技术快速高效定位豌豆花色基因的可行性, 为利用该技术挖掘豌豆其他重要农艺性状相关基因奠定了基础。

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    16. 基于高密度遗传图谱定位大豆蛋白质含量相关的QTL
    刘亭萱, 谷勇哲, 张之昊, 王俊, 孙君明, 邱丽娟
    作物学报    2023, 49 (6): 1532-1541.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24121
    摘要351)   HTML26)    PDF(pc) (2804KB)(356)    收藏

    大豆是重要的粮食作物和经济作物, 其籽粒蛋白约为40%, 是优质植物蛋白主要来源之一。挖掘控制大豆高蛋白数量性状位点(Quantitative trait loci, QTL)以及分子标记育种对高蛋白大豆培育具有重要的意义。本研究利用蛋白含量存在明显差异的中黄35 (Zhonghuang 35, ZH35)和中黄13 (Zhonghuang 13, ZH13)杂交构建的包含192个株系的重组自交系群体为供试材料, 通过对两亲本及RIL群体重测序, 构建了包含4879个bin标记的高密度遗传图谱, 总遗传距离为3760.71 cM, 相邻标记间的遗传距离为0.77 cM。RIL群体及亲本分别于北京顺义和河南濮阳种植, 2个环境共检测到15个蛋白含量相关QTL位点, 分布于5号、12号、15号、17号、18号、19号和20号染色体, 贡献率为4.36%~11.39%。其中, 北京顺义和河南濮阳检测到qPro-20-1qPro-20-3, 2个QTL贡献率分别为7.65%和7.58%, 重叠区域包括33个基因。本研究有助于精细定位和图位克隆大豆蛋白含量相关基因, 并为进一步培育高蛋白大豆品种提供基因资源。

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    17. 水稻 OsGMS2基因的鉴定及其核不育系种子繁殖体系构建
    唐杰, 龙湍, 吴春瑜, 李新鹏, 曾翔, 吴永忠, 黄培劲
    作物学报    2023, 49 (8): 2025-2038.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22051
    摘要349)   HTML61)    PDF(pc) (15834KB)(456)    收藏

    雄性不育是作物杂种优势利用的基础。本研究在籼稻93-11 60Co-γ辐射诱变突变体库中鉴定了一个普通核雄性不育突变体osgms2。突变体雄性彻底败育, 雌性育性正常, 其他农艺性状与野生型一致。遗传分析表明雄性不育稳定遗传且为单基因隐性突变, 通过与明恢63构建遗传群体将突变基因精细定位于水稻4号染色体长臂的分子标记S3b和4826之间86 kb物理区间内。通过测序分析发现定位区间内一编码类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白的基因LOC_ Os04g48490编码区第118位至126位缺失连续9个碱基, 导致氨基酸整码突变。OsGMS2与已报道的OsFLA1为同一基因, 但是突变位点不同的新等位突变。粳稻中花11背景下的基因敲除和遗传互补实验证实了该基因的功能。实时荧光定量PCR (qPCR)表达分析模式显示, 该基因在水稻各组织均有表达, 但在花期和乳熟期种子表达量较高。蛋白同源比对分析发现, 该蛋白序列保守, 可能在不同物种中发挥重要功能。通过创建OsGMS2-T保持系成功实现了普通核不育系的繁殖。osgms2突变体的发现和基因鉴定为水稻普通核雄性不育研究及杂种优势利用提供了新的材料。

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    18. 小麦种质资源苗期耐盐性鉴定评价
    孙现军, 姜奇彦, 胡正, 李宏博, 庞斌双, 张风廷, 张胜全, 张辉
    作物学报    2023, 49 (4): 1132-1139.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21021
    摘要348)   HTML22)    PDF(pc) (441KB)(549)    收藏

    土壤盐渍化是影响小麦生长的重要非生物胁迫之一, 筛选培育耐盐小麦种质资源对开展盐碱地综合利用具有重要意义。本研究以19份杂交小麦和2份常规品种为试验材料, 以蛭石为培养基质, 设置NaCl含量分别为0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%的6个处理, 从播种时开始盐胁迫处理, 分析测定生长相关的11项指标。采用多元统计分析方法对小麦种质资源进行苗期耐盐性评价, 结果表明, 在1.2%盐处理下, 小麦种质资源大多数指标的耐盐系数四分位差最大, 因此, 1.2%盐被认为是耐盐鉴定最适浓度; 利用主成分分析方法可将11项调查指标的耐盐系数简化为3个主成分; 通过主成分贡献率和隶属函数分析进一步将3个主成分值简化成综合评价指标D值; 根据D值利用聚类分析将21份小麦种质资源划分为5类, 对应高耐、耐盐、中耐、敏感和高敏5个耐盐级别, 苗期耐盐鉴定表明13份杂交小麦的综合评价D值高于捷麦19与济麦22; 结合逐步回归分析获得11个调查指标耐盐系数与D值的最优回归方程: D = -0.743+0.779×PLL+0.372×TNL+1.273×PH+0.336×PLC+0.279×RL+0.558×RDW, 由此回归方程可知倒二叶叶长(PLL)、总叶片数(TNL)、株高(PH)、倒二叶叶绿素(PLC)、根长(RL)和根干重(RDW)可作为1.2%持续盐胁迫下小麦种质资源苗期鉴定评价指标。

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    19. 食用豆抗豆象种质创新与遗传改良研究进展
    杨晓明, 程须珍, 朱振东, 刘昌燕, 陈新
    作物学报    2023, 49 (5): 1153-1169.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24169
    摘要343)   HTML53)    PDF(pc) (3435KB)(387)    收藏

    食用豆在耕地质量提升、优化农业生态体系及人类膳食结构改善中发挥着重要作用。豆象是世界性仓储性害虫, 严重影响着食用豆产业的健康发展。国内外在食用豆抗豆象种质鉴定评价和利用方面, 从各种野生资源中鉴定出抗不同豆象的种质材料, 并在豆象抗性遗传学分析、QTL定位和基因挖掘等方面取得显著进展。本文通过对豆象发生和危害规律、抗性鉴定方法、抗性机理研究、抗性种质鉴定与评价、抗性遗传和分子标记以及抗豆象育种方法和品种改良等方面的梳理和总结, 对抗豆象研究存在问题进行讨论和展望, 以期为我国抗豆象种质创新和品种改良提供参考价值。

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    20. 木薯MYB转录因子基因 MeMYB60表达特征分析及其互作蛋白筛选
    徐子寅, 于晓玲, 邹良平, 赵平娟, 李文彬, 耿梦婷, 阮孟斌
    作物学报    2023, 49 (4): 955-965.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24089
    摘要341)   HTML18)    PDF(pc) (5997KB)(320)    收藏

    Myeloblastosis (MYB)类转录因子在植物对非生物胁迫的响应过程中起重要调控作用。本研究在分析栽培木薯MYB家族成员表达模式的基础上, 筛选并克隆到了一个R2R3-MYB转录因子基因MeMYB60。基因表达特性分析表明, 该基因在叶片特异表达, 受干旱、低温负调控, 同时对ABA处理也有响应。启动子活性分析发现, MeMYB60可以在保卫细胞表达, 预示着该转录因子基因的表达可能与木薯气孔开闭调节有关。MeMYB60编码蛋白主要定位于细胞核中, 具有转录激活活性, 其转录激活结构域在蛋白C端第194~343氨基酸残基范围内。以MeMYB60蛋白N端第1~194氨基酸残基片段为诱饵, 从干旱胁迫后木薯叶片的cDNA文库中筛选到18种可能与MeMYB60互作的蛋白, 酵母双杂确定了MeCatlase1和MeCatalase2分别与MeMYB60存在互作关系。本研究为深入研究转录因子MeMYB60在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。

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    21. 烟农系列小麦高产遗传基础解析
    王昊, 孙妮娜, 王矗, 肖露凝, 肖蓓, 李栋, 刘洁, 秦冉, 吴永振, 孙晗, 赵春华, 李林志, 崔法, 刘伟
    作物学报    2023, 49 (6): 1584-1600.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21033
    摘要341)   HTML23)    PDF(pc) (3125KB)(690)    收藏

    烟农系列小麦品种具有高产、抗病、广适性等特点, 近几年审定的高产多抗品种烟农1212, 曾多次打破全国冬小麦单产纪录, 鲁麦14已衍生出至少214份小麦新品种, 成为重要的骨干亲本。本研究旨在解析烟农系列小麦高产遗传基础, 明确其高产广适关键染色体区段, 为小麦新品种遗传改良提供理论参考。利用小麦55K SNP芯片对38份烟农系列小麦品种、其部分衍生后代品种和244份育成品种(系)组成的自然群体进行基因型扫描, 并进行了多环境表型鉴定。基因型分析结果表明, 自主选育的17份烟农品种之间的遗传相似系数在0.80~0.99之间, 获得了975个高频率共同选择区段, 区段长度变幅为1.00~75.18 Mb, 其中在2D、4D、6D、7B染色体上存在较多的高频率共同选择区段, 其总长度占对应染色体的40%以上。骨干亲本鲁麦14对其23个衍生后代的平均遗传贡献率为71.45%, 在3个(A、B、D)亚基因组的贡献率分别为69.63%、66.04%和79.82%; 共检测到430个在鲁麦14衍生后代中高频率选择遗传区段, 265个区段(61.6%)与烟农系列高频率共同选择区段重叠。基于自然群体表型鉴定及遗传解析结果显示, 骨干亲本鲁麦14和最新选育的高产广适主推品种烟农1212均富集了千粒重和单株产量优异等位基因; 在鲁麦14高频率选择区段上富集了92.3%和84.4%的来自鲁麦14的增加千粒重和单株产量显著关联SNP位点, 主要分布在2A、2B、2D、4A、5B、6A、7A染色体上。烟农系列小麦高频率共同选择基因组区段已富集了丰富的高产基因位点, 是其高产稳产的遗传基础所在。

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    22. 谷子MAPK家族成员的鉴定及其对生物胁迫的响应分析
    刘佳, 邹晓悦, 马继芳, 王永芳, 董志平, 李志勇, 白辉
    作物学报    2023, 49 (6): 1480-1495.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24113
    摘要340)   HTML46)    PDF(pc) (6746KB)(594)    收藏

    MAPK在植物的生长发育调节、生物和非生物胁迫反应、激素信号转导中具有重要作用。系统分析谷子SiMPKs基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同胁迫的表达特性, 对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用谷子和水稻MAPK蛋白保守结构域及特异TXY基序的氨基酸序列在全基因组水平鉴定了谷子SiMPKs家族成员, 分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件及共线性等。利用荧光定量PCR技术, 分析了谷子SiMPKs在不同组织部位和谷锈菌、玉米螟病虫害生物胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果显示, 共鉴定到15个谷子SiMPK成员, 其编码的蛋白质含有220~611个氨基酸, 相对分子量范围25.77~69.63 kD, 等电点范围5.46~9.34。系统进化分析表明, SiMPK基因分为4组, A、B、C组包含TEY基序, D组包含TDY基序。SiMPK基因分布在1号、3号、4号、5号、8号和9号染色体上, 含有3~11个外显子, 所有SiMPK蛋白均含有motif 1与motif 2。上游2000 bp启动子区域预测到多个与胁迫、激素和植物生长发育等相关的顺式作用元件。qRT-PCR结果表明, 大部分基因具有明显的组织表达特异性; 除SiMPK21-2SiMPK6外, 其余成员对谷锈菌侵染、玉米螟取食、SA和MeJA激素处理等1~3种胁迫具有明显响应。以上结果为进一步研究SiMPK基因在谷子应对病虫害生物胁迫中的功能奠定了理论基础。

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    23. 谷子中矮秆资源创制、遗传解析和育种利用
    刁现民, 王立伟, 智慧, 张俊, 李顺国, 程汝宏
    作物学报    2024, 50 (2): 265-279.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34131
    摘要340)   HTML38)    PDF(pc) (4944KB)(500)    收藏

    谷子是旱作生态农业的主栽作物和应对气候变化的战略储备作物, 也是新时期功能基因研究的模式作物。谷子品种的中矮秆化是产业发展的必然趋势。国内外目前已报道的谷子矮秆材料达70多个, 从形态上谷子矮秆种质可以分为叶穗直立的紧凑型和叶穗下披的常规型2类; 赤霉素(GA)敏感性测定发现4个材料对GA不敏感, 其他均是GA敏感型; 显隐性分析表明, 多数矮秆材料为隐性单基因控制, 但矮88株高为多基因控制。利用自然群体关联分析和双亲杂交分离群体合计发掘了109个控制株高的QTL, 精细定位了7个矮秆基因, 半显性矮秆材料84133的矮化基因SiDW1是唯一克隆并进行功能分析的矮化基因。对谷子中矮秆品种选育的梳理表明, 利用矮88和其衍生系为亲本已培育出139个中矮品种(系), 实现了谷子株高的显著矮化, 满足了机械化收获对抗倒伏降株高的要求。本文综述了国内外谷子株高矮化基因的研究进展, 梳理了已经定位和克隆的谷子矮秆基因, 讨论了谷子矮秆遗传和育种研究中的问题, 展望了未来发展方向。

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    24. 基于表型性状和SSR分子标记构建甘薯核心种质
    陈伊航, 唐朝臣, 张雄坚, 姚祝芳, 江炳志, 王章英
    作物学报    2023, 49 (5): 1249-1261.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24122
    摘要337)   HTML18)    PDF(pc) (6960KB)(178)    收藏

    为更好地保存、研究和利用甘薯种质资源, 本研究以国家甘薯种质资源圃(广州)保存的1091份甘薯种质为材料, 分别采用欧氏距离和Nei’s距离进行NJ聚类分组, 组内随机取样, 构建核心种质。利用均值、方差、香农多样性指数、变异系数等指标对核心种质的表型性状数据进行代表性评价, 以及利用有效等位基因、Nei’s遗传多样性指数、Shannon’s多样性指数等指标对核心种质的SSR分子标记数据进行代表性评价; 并利用主成分分析对核心种质进行确认。结果表明, 构建的甘薯核心种质包含289份材料, 占全部种质的26.49%; 在P<0.05概率下, 核心种质中表型性状以及SSR分子标记的相关指标与全部种质无显著差异, 且二者的表型频率分布基本一致; 主成分分析表明核心种质具有与全部种质相似的遗传多样性和群体结构。建立的甘薯核心种质很好地代表了全部种质的遗传变异和群体结构, 可为甘薯的品种改良、优良基因挖掘以及种质创新奠定良好基础。

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    25. 小麦转录因子TaMYB5-3B与株高和千粒重相关
    朱治, 李龙, 李超男, 毛新国, 郝晨阳, 朱婷, 王景一, 常建忠, 景蕊莲
    作物学报    2023, 49 (4): 906-916.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21029
    摘要335)   HTML42)    PDF(pc) (1500KB)(373)    收藏

    MYB转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究克隆了小麦3B染色体上的TaMYB5-3B基因, 基因组序列全长3005 bp, 其中编码区上游为2112 bp, 编码区为893 bp, 包含2个外显子和1个内含子, 编码一个R2R3-MYB蛋白。序列多态性分析表明, 在TaMYB5-3B的-2048、-1632、-1178、-1156、-504、-461、-433和61 bp处各有1个SNP位点, 分别是G/A转换、G/A转换、G/A转换、T/C转换、C/T转换、A缺失、T缺失和T/A颠换, 这8个SNP位点连锁。基于启动子区SNP-1632的变异开发分子标记, 检测小麦自然群体的基因型, 与表型性状进行关联分析, 结果显示TaMYB5-3B与株高、穗下节长和千粒重显著相关。TaMYB5-3B在群体中有2种单倍型Hap-3B-1和Hap-3B-2, 其中Hap-3B-2是植株较矮、千粒重较高的优异单倍型。在我国的小麦育种历程中Hap-3B-2受到了正向选择, 在育成品种中的频率逐步增加, 但仍然有进一步的应用潜力。研究结果为深入探讨小麦株高和产量的形成机制提供参考, 也为小麦株型和产量分子育种提供了基因资源与选择标记。

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    26. 盐胁迫下不同甘薯品种的转录组测序分析
    张小红, 彭琼, 鄢铮
    作物学报    2023, 49 (5): 1432-1444.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24143
    摘要335)   HTML23)    PDF(pc) (3788KB)(326)    收藏

    为了获得甘薯耐盐转录组序列信息, 挖掘差异表达基因及其相关代谢途径, 本文以盐胁迫处理0 d、3 d和6 d的耐盐甘薯品种‘榕薯819’以及不耐盐甘薯品种‘榕薯910’的叶片为材料, 借助高通量测序技术进行转录组测序分析。结果表明, 2个品种共获得157,252条Unigenes, 平均组装长度为576 bp。其中有83,264条Unigenes在七大数据库中得到注释, 占总数的52.95%。NR注释分类结果显示, 在牵牛花(Ipomoea nil)中比对到同源序列的Unigenes最多, 共43,620条, 占总数的57.05%。Unigenes在KOG数据库中的注释主要富集在普通功能预测(8752个)、信号转导机制(5067个)以及翻译后修饰、蛋白转换、分子伴侣(4471个)中。差异表达分析显示, 在‘榕薯819’中, 盐处理3 d和6 d的样品差异表达基因数分别为323个和3752个, 共参与了33个GO功能分类项和302条KEGG代谢通路。在‘榕薯910’中, 差异表达基因数则分别为5554个和7395个, 共参与了50个GO功能分类项, 涉及了329条KEGG代谢通路。以部分差异表达基因的转录组数据为基础, 进行了表达量热图绘制。结果显示, 注释到淀粉和蔗糖代谢途径的7个差异表达β-葡萄糖苷酶基因均表现为在耐盐品种中上调, 在不耐盐品种中下调; 注释到Ca2+信号途径的7个类钙调素基因中, 有2个在耐盐品种中特异上调, 5个在不耐盐品种中特异下调。差异表达转录因子表达量热图显示, IbERF1仅在耐盐品种中特异表达, IbNAC3IbNAC11IbERF3IbERF4仅在不耐盐品种中特异表达, 而IbNAC29在耐盐品种中下调表达, 在不耐盐品种中上调表达。综上分析, 甘薯耐盐转录组获得的Unigenes数量较大, 序列信息丰富, 盐胁迫下获得的差异表达基因及高丰度转录因子可能在甘薯抵御盐胁迫过程中发挥着重要作用。

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    27. 花期前后干旱胁迫对复水后夏玉米光合特性与产量的影响
    张俊杰, 陈金平, 汤钰镂, 张锐, 曹红章, 王丽娟, 马梦金, 王浩, 王泳超, 郭家萌, KRISHNA SV Jagadish, 杨青华, 邵瑞鑫
    作物学报    2023, 49 (5): 1397-1409.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23003
    摘要333)   HTML27)    PDF(pc) (1382KB)(362)    收藏

    花期前后干旱是影响黄淮海地区夏玉米产量下降的重要因素之一。于2020—2021年开展池栽控制性试验, 以中科玉505为试验材料, 在开花前后28 d内设置4个水分梯度, 包括100%作物蒸散量ETC (CK)、70% ETC (干旱胁迫WD1)、40% ETC (WD2)和0 ETC (WD3), 研究花期前后干旱胁迫对夏玉米复水后的光合特性、干物质积累与分配以及产量的影响。结果表明: 干旱胁迫处理复水后夏玉米光合性能没有恢复, 表现为叶片SPAD值、净光合速率和群体叶面积指数、光合势、净同化速率低于对照, 植株干物质积累因此受阻, 导致籽粒库容能力下降。干旱胁迫处理使开花吐丝间隔期延长1~3 d, 籽粒败育率增加, 行粒数和百粒重降低, 尤其是WD3的败育率在2020—2021年分别显著增加220.71%和100.73%, WD1、WD2和WD3的产量在2020—2021年分别减产14.52%、36.69%、39.83%和19.62%、45.18%、54.42%。综上所述, 花期前后干旱胁迫在复水后, 玉米的光合性能仍受到抑制, 进而影响光合同化物的积累与分配, 最终导致库容量和产量显著下降。

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    28. 甘蓝型油菜SGR基因家族的全基因组鉴定与功能分析
    唐玉凤, 姚敏, 何昕, 官梅, 刘忠松, 官春云, 钱论文
    作物学报    2023, 49 (7): 1829-1842.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24188
    摘要329)   HTML36)    PDF(pc) (5878KB)(160)    收藏

    叶绿素是植物进行光合作用的一类绿色色素, 对植物生长有着直接的影响。本研究利用生物信息学方法在全基因组水平上对甘蓝型油菜(Brassica napus)、白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中滞绿基因(STAY-GREEN, SGR)家族成员进行分析发现, 28个SGR基因大多数包含4个外显子, 编码碱性蛋白。染色体定位和共线性分析显示, 甘蓝型油菜SGR基因家族成员中不存在串联复制, SGR基因家族成员之间具有线性关系, 高度同源, 且在进化过程中非常保守。此外, 利用60K SNP对203份半冬性甘蓝型油菜自交系的叶绿素含量进行全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS), 检测到2个单体型区域Chr.A01: 6,193,165~ 6,317,757 bp和Chr.C01: 9,059,861~9,906,618 bp携带的BnaSGR1a-A01BnaSGR1-C01与叶绿素含量显著相关。同时, 结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据, 对这2个单体型进行进区域关联分析, 检测到1个SNP定位在BnaSGR1a-A01的外显子2区域, 并与叶绿素含量显著关联。共表达网络分析结果验证了BnaSGR1a-A01BnaSGR2-A03直接相连, 与BnaSGR1-C01BnaSGR1-A08BnaSGR2-C03BnaSGR1-C07BnaSGRL-C06BnaSGRL-A10等基因间接相连形成了一个网络体系, 共同调节叶绿素含量。T2拟南芥转BnaSGR1a-A01基因超表达植株的叶绿素a、叶绿素b和总的叶绿素含量相比野生型显著降低, 表明BnaSGR1调控叶绿素降解。本研究为油菜SGR基因的功能研究和利用奠定了基础。

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    29. 基于高产与高效条件下鲜食玉米鲜食大豆带状间作田间配置技术优化
    舒泽兵, 罗万宇, 蒲甜, 陈国鹏, 梁冰, 杨文钰, 王小春
    作物学报    2023, 49 (4): 1140-1150.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23013
    摘要322)   HTML27)    PDF(pc) (3287KB)(243)    收藏

    为了明确西南地区鲜食玉米鲜食大豆带状间作的高产与利于机械化实现高效的田间配置技术, 以2个株高差异较大的鲜食玉米品种为材料, 采用两因素裂区设计, 综合分析2种带宽(高产带宽2 m和宜机械化高效带宽2.4 m)与玉米种植密度(37,500、45,000、52,500和60,000株 hm-2)对鲜食玉米-大豆带状间作系统中群体产量、商品品质及种植效益的影响, 明确了高产高效最优田间配置。结果表明, 鲜食玉米产量受玉米密度的影响更显著, 而鲜食大豆产量主要受带宽的影响。带宽和玉米密度显著影响鲜食玉米商品品质, 随着带宽增加, 矮秆玉米品种一级果穗率2年平均降低25.78%, 秃尖长2年平均增加9.55%, 高秆玉米品种则一级果穗率降低11.76%, 秃尖长增加17.54%; 随着玉米密度增加, 2种带宽下矮秆和高秆玉米品种一级果穗率均显著降低, 秃尖长均显著增加, 2019年2 m带宽下矮秆和高秆玉米种植密度从52,500株 hm-2增至60,000株 hm-2, 一级果穗率分别降低46.16%、27.78%, 秃尖长分别增加19.44%、14.17%, 2.4 m带宽下则一级果穗率分别降低25.01%、23.60%, 秃尖长分别增加16.46%、11.53%。带宽、密度对鲜食大豆2粒荚率和3粒荚率的影响达显著水平, 随着带宽增加, 带状间作大豆2粒和3粒荚率均显著增加, 与矮秆和高秆玉米品种间作的大豆2粒荚率和3粒荚率2年平均分别增加7.94%和18.88%、8.10%和16.71%; 随玉米密度增加, 大豆2粒和3粒荚率均显著降低, 2019年玉米密度从52,500株 hm-2增至60,000株 hm-2, 高秆玉米间作大豆2粒荚率降幅为6.19%~9.09%, 3粒荚率降幅为11.94%~14.39%。通过主成分综合评价得分和DTOPSIS法综合评价结果表明, 高产和高效带宽下, 矮秆和高秆玉米品种带状间作鲜食大豆均以52,500株 hm-2和45,000株 hm-2玉米密度各性状接近理想值, 综合性状表现好, 种植效益分别可实现8.44万元 hm-2和10.09万元 hm-2

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    30. 玉米 ZmC2s基因家族鉴定及 ZmC2-15耐热功能分析
    黄钰杰, 张啸天, 陈会丽, 王宏伟, 丁双成
    作物学报    2023, 49 (9): 2331-2343.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23069
    摘要321)   HTML64)    PDF(pc) (22439KB)(408)    收藏

    鉴定玉米ZmC2s基因家族成员, 分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性, 为明确其在玉米耐热方面的功能和分子机制奠定基础。使用C2蛋白结构域PF00168, 利用hmmsearch从玉米全基因组中搜索ZmC2s基因家族成员, 分析其编码蛋白质等电点和分子量、系统进化和基因家族复制。使用候选基因关联分析的方法, 对ZmC2s基因自然变异位点与玉米苗期耐热性进行关联分析, 发现玉米ZmC2s基因家族重要的耐热候选基因。使用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)的方法鉴定与玉米苗期耐热性最显著相关的ZmC2候选基因ZmC2-15在胁迫和激素处理下的基因相对表达水平, 在玉米原生质体瞬时表达系统中鉴定ZmC2-15-GFP的亚细胞表达部位, 以及获得过表达ZmC2-15的转基因拟南芥并分析其耐热性。从玉米参考基因组B73中共鉴定出95个玉米ZmC2s基因, 根据其物理坐标的先后顺序, 将95个玉米ZmC2s基因命名为ZmC2-1~ZmC2-95。其蛋白长度为130~2141, 等电点为4.1~10.8, 分子量为14.1~230.1。通过构建玉米、水稻和高粱基因组C2基因的进化树, 发现C2基因可以分为3个大的聚类分支, 每个聚类分支又可以细分为2个小的聚类分支。分析玉米、水稻和玉米、高粱的全基因组共线性数据, 发现了59个ZmC2s基因在水稻和高粱基因组均有一一对应的复制基因。ZmC2s基因家族关联分析表明ZmC2-15/60/91是重要的玉米耐热候选基因(P≤0.001, MLM), 其中ZmC2-15与玉米苗期耐热性最显著相关(P≤0.000,01, MLM), 且该基因的表达量在多种逆境胁迫处理下上调表达。亚细胞定位分析表明ZmC2-15表达定位于细胞质、核膜和内质网。过表达ZmC2-15的转基因拟南芥提高了植物耐热性。ZmC2-15可作为调控玉米耐热性的重要候选基因。

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    31. 玉米穗长一般配合力多位点全基因组关联分析和预测
    马娟, 朱卫红, 刘京宝, 宇婷, 黄璐, 郭国俊
    作物学报    2023, 49 (6): 1562-1572.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23042
    摘要319)   HTML28)    PDF(pc) (1084KB)(384)    收藏

    穗长是一个重要的农艺性状, 与产量密切相关。一般配合力(general combining ability, GCA)是评价优异自交系的重要指标。因此, 解析穗长GCA的遗传基础, 制定相应的育种策略对玉米杂交种产量的提高具有重要意义。本研究以123个玉米自交系和8个测验种按照North Carolina II遗传交配设计组配的537个F1杂交种为试验材料, 在2个环境下进行表型鉴定, 利用玉米5.5 K液相育种芯片鉴定的11,734个SNP (single nucleotide polymorphisms)对2个环境以及综合环境穗长GCA进行多位点全基因组关联分析(multi-locus genome-wide association study, MGWAS)和基因组预测。利用7种MGWAS共检测到11个穗长GCA显著关联SNP标记(P < 8.52E-07), 单个位点解释GCA变异介于8.06%~28.23%之间。不同MGWAS共定位的SNP位点有5个。位点7_178103602在周口和综合环境利用mrMLM (multi-locus random-SNP-effect mixed linear model)方法重复检测到, 可解释穗长GCA变异的26.02%~28.23%, 为环境稳定的主效SNP。共挖掘10个候选基因, 其中auxin amido synthetase 9和EID1-like F-box protein 2可能是控制穗长GCA的关键基因。5种随机效应模型对3个环境穗长GCA的预测准确性介于0.53~0.69之间, 且模型间差异较小。在新乡和周口环境, GBLUP (genomic best linear unbiased prediction)和RKHS (reproducing kernel Hilbert space)整合不同显著位点作为固定效应均可提高穗长GCA基因组估计育种值的准确性, 提高率为2.34%~14.98%, 而在综合环境中除了利用FarmCPU (fixed and random model circulating probability unification)或BLINK (Bayesian-information and linkage-disequilibrium iteratively nested keyway)鉴定的1个显著位点作为固定效应会略降低预测精度外, 其他2种MGWAS方法显著位点的加入均能提高基因组预测力, 提高率为2.80%~6.84%。因此, MGWAS显著位点作为固定效应加入预测模型有利于提高穗长GCA基因组估计育种值的准确性, 可用来对玉米亲本穗长GCA进行有效预测和选择。

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    32. 磷肥用量对油菜籽产量及品质的影响
    闫金垚, 宋毅, 陆志峰, 任涛, 鲁剑巍
    作物学报    2023, 49 (6): 1668-1677.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24175
    摘要315)   HTML27)    PDF(pc) (412KB)(431)    收藏

    油菜是重要的油料作物, 对缺磷敏感, 我国油菜主产区土壤供磷状况较差, 缺磷常导致油菜籽减产。于2019—2021年度2季在长江中游地区进行磷肥用量田间试验, 设置0、45、90、135和180 kg P2O5 hm-2 5个施磷水平, 探究磷营养供应状况同时对油菜籽产量和品质的影响。结果表明, 施磷显著增加油菜单株角果数、角粒数和千粒重, 进而增加了油菜产量。不施磷处理的平均产量仅190 kg hm-2, 施磷增产8.5~12.5倍, 根据产量效应得到的最高产量施磷量为51.8~65.0 kg P2O5 hm-2。油菜籽磷含量、含水率、含油率、蛋白质、硫甙、油酸、亚麻酸和硬脂酸对磷肥用量的响应均达到极显著水平, 芥酸、亚油酸和棕榈酸的响应较小。随着施磷量的增加, 油菜籽含油率呈先增后降的趋势(施磷90 kg P2O5 hm-2和135 kg P2O5 hm-2最高), 蛋白质含量呈缓慢升高趋势, 硫甙含量显著降低。在磷肥投入量为90~135 kg P2O5 hm-2时获得最大油分产量和蛋白质产量。过量的磷肥施用会降低油菜籽的油酸含量, 提高了亚麻酸含量。通径分析表明, 籽粒磷含量、含油率和亚麻酸含量对产量有较大的直接正作用, 含水率、蛋白质和亚麻酸通过籽粒磷含量对产量有较大的间接正作用, 硫甙、油酸、亚油酸和硬脂酸通过籽粒磷含量对产量有较大的间接负作用。综合结果显示, 以油菜籽产量和食用油品质为目标的推荐磷肥用量为45~90 kg P2O5 hm-2, 以追求饲用饼粕蛋白质产量为目标, 推荐磷肥用量为90~135 kg P2O5 hm-2

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    33. 侧深施肥下水稻高产形成的根系形态及其生理变化特征
    张晨晖, 章岩, 李国辉, 杨子君, 查莹莹, 周驰燕, 许轲, 霍中洋, 戴其根, 郭保卫
    作物学报    2023, 49 (4): 1039-1051.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22023
    摘要313)   HTML25)    PDF(pc) (414KB)(477)    收藏

    水稻侧深施肥是均匀地将肥料深施在秧苗一侧土壤根际的一种不对称局部施肥技术, 具有减肥增产、提高肥料利用率和减少劳动力投入等优点, 然而侧深施肥下水稻根系特征及其与产量形成的关系尚不清楚。本试验以丰粳1606和南粳9108为材料, 设置普通尿素常规施肥(conventional fertilization with common urea, CF)、缓释肥减氮15%表施(conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, CFCR)、普通尿素减氮15%侧深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of common urea, SDCU)和缓释肥减氮15%侧深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, SDCR) 4种氮处理, 研究不同施肥方式对水稻根系形态结构和生理特征以及产量的影响。结果表明: (1) SDCR处理水稻产量最高, 其次分别为CF和CFCR处理, 而SDCU处理产量最低; (2) SDCR处理显著提高了不同生育时期总根长、根尖数、根表面积和根体积; (3) SDCR处理降低了不同生育时期根系的皮层横截面积、皮层细胞层数和不定根直径, 提高了根系中柱直径, 但对皮层生活细胞面积和通气组织面积影响不显著; (4)与CF处理相比, SDCR处理显著提高了根系活力; 根系氮代谢酶在生育期内呈现先上升后下降趋势, 抽穗期达到峰值, 其中SDCR处理下不同生育时期水稻根系谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性最高。因此, 缓释肥侧深施肥可改善根系形态、结构和生理特征, 增强根系吸收养分和水分能力, 防止后期植株早衰, 从而提高水稻产量, 达到提高肥料利用效率, 实现减氮增产的目的。

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    34. 转录组与代谢组联合分析揭示遮阴胁迫下甘薯的代谢响应途径
    王雁楠, 陈金金, 卞倩倩, 胡琳琳, 张莉, 尹雨萌, 乔守晨, 曹郭郑, 康志河, 赵国瑞, 杨国红, 杨育峰
    作物学报    2023, 49 (7): 1785-1798.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24137
    摘要311)   HTML22)    PDF(pc) (13640KB)(311)    收藏

    甘薯是喜光作物, 但其在套种栽培模式中一般处于低位被遮阴, 大田生长中后期也时常面临阴雨寡照天气而影响块根干物质积累, 因此, 解析甘薯在遮阴胁迫下的代谢响应途径可为其耐荫性品种改良提供理论依据。本研究对甘薯品种郑红23号进行透光率50%的遮阴胁迫15 d后发现, 遮阴胁迫下郑红23号的叶绿素b以及总叶绿素含量较自然光照下均显著提高; 叶绿素光系统PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII潜在活性(Fv/Fo)和光合性能综合指数(PIABS)在遮阴胁迫下均显著下降; 净光合速率和水分利用率显著降低, SOD酶和POD酶活性则显著提高; 此外, 遮阴胁迫显著提高了郑红23号的蔓长和比叶面积, 根鲜重则显著降低。对遮阴胁迫和自然光照条件下的叶片组织进行转录组和代谢组联合分析发现, 差异基因和差异代谢物主要共同富集于苯丙素合成途径、糖代谢相关途径、鞘脂代谢途径和精氨酸合成途径。苯丙素合成途径富集到的上调差异表达基因多数为POD酶家族基因, 说明遮阴胁迫触发了甘薯的ROS活性氧清除系统。同时, 遮阴胁迫降低了甘薯植株的糖代谢水平, 叶片可溶性糖含量下降, 淀粉合成与降解均受到抑制, 块根膨大受阻。而鞘脂及精氨酸代谢途径则可能通过提高生物膜的稳定性以及增加多胺类抗逆因子的合成底物来使植株更好地适应遮阴胁迫。以上结果为理解遮阴胁迫下甘薯的代谢响应途径提供了新的理论依据。

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    35. 基于55K SNP芯片揭示小麦育种亲本遗传多样性
    卢茂昂, 彭小爱, 张玲, 汪建来, 何贤芳, 朱玉磊
    作物学报    2023, 49 (6): 1708-1714.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21047
    摘要303)   HTML25)    PDF(pc) (1484KB)(568)    收藏

    为了解不同省份小麦亲本材料间的遗传多样性, 以150份分布于安徽、江苏、河南、四川及山东等省份小麦种质资源为试验材料, 利用小麦55K SNP芯片对其进行遗传多样性分析、聚类分析、主成分分析及群体结构分析。结果表明, 在150份小麦材料中共检测到52,537个SNP位点, 质控后共获得39,422个有效标记, 其中多态性标记为38,135个, 占有效标记数96.74%。多态性标记在亚基因组间分布呈现D (10,450)<A (12,365)<B (15,290); 平均多态信息含量(PIC)为0.315, 变幅为0.068~0.375。各省供试材料平均遗传距离呈现: 河南省>四川省>山东省>江苏省>安徽省; 聚类分析、主成分分析和群体结构分析结果高度一致, 分群结果与血缘关系、区域来源及育成单位均较为吻合。本研究表明各省份平均多态性信息含量处于中度多态水平, 但材料平均遗传距离较为接近, 仍需引入优质种质资源, 缓解材料同质化情况, 增加小麦应对逆境胁迫能力, 减轻小麦实际生产中的脆弱性及风险性。

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    36. 花生含油量的遗传基础与QTL定位研究进展
    张月, 王志慧, 淮东欣, 刘念, 姜慧芳, 廖伯寿, 雷永
    作物学报    2024, 50 (3): 529-542.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34083
    摘要302)   HTML105)    PDF(pc) (590KB)(277)    收藏

    花生是我国重要的油料作物, 含油量是花生重要的品质性状和育种目标。花生含油量每提高1个百分点, 相当于增产2个百分点, 油脂加工利润可提高7个百分点。培育高油高产花生品种是增加食用油供给和保障食用油供给安全的重要途径。本文概述了花生含油量表型鉴定的4种常用方法; 阐述了花生含油量的遗传特性是多基因控制的数量性状, 即受加性效应和显性效应的影响, 也存在基因型和环境互作; 总结了已报道的含油量QTL 124个, 表型变异解释率超过10%的主效位点有36个, 分布在A03、A05和A08上的8个主效QTL可重复检测到; 构建了一张花生含油量的一致性遗传图谱, A08染色体上33.59~50.24 Mb为热点区间; 介绍了油脂合成及调控相关基因等方面的研究进展, 以期为花生含油量遗传改良和高油品种培育提供理论指导。

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    37. BnABCI8影响甘蓝型油菜叶绿体发育
    陈晓汉, 王丽琴, 汪华栋, 肖清, 陶保龙, 赵伦, 文静, 易斌, 涂金星, 傅廷栋, 沈金雄
    作物学报    2023, 49 (4): 893-905.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24065
    摘要301)   HTML63)    PDF(pc) (10158KB)(236)    收藏

    成熟叶绿体是高等植物光合作用的重要场所, 是影响作物产量的重要器官。BnABCI8是ABC转运蛋白I亚族的成员, 在甘蓝型油菜中有2个功能拷贝, 分别是BnA09.ABCI8BnC09.ABCI8, 其氨基酸序列在不同物种中是非常保守的。表达模式分析发现, BnABCI8在油菜植株各个组织中均有表达, 且在叶和花中表达量较高; 亚细胞定位证明, BnABCI8能够定位在叶绿体中; 表型鉴定发现, BnA09.ABCI8BnC09.ABCI8的同时突变及BnA09.ABCI8的单突变均会导致黄色的子叶和褪绿的真叶, 且双突变体褪绿更为严重; 透射电镜结果显示, 双突变体中叶绿体不能够形成正常的类囊体膜; BnABCI8的敲除导致叶绿素合成途径相关基因的表达下调, 且叶片中积累了大量的Fe离子。这些结果表明, BnABCI8的突变造成叶绿体结构异常, 叶绿素合成受阻, 叶片中Fe离子大量积累, 而Fe离子的积累又可能会引发一系列的反应如活性氧积累, 细胞死亡和叶绿素降解等, 最终导致了叶色突变。

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    38. “十三五”国家东华北春玉米区域试验品种抗病性评价
    栾奕, 白岩, 卢实, 李磊鑫, 王德强, 高婷婷, 石洁, 杨洪明, 路明
    作物学报    2023, 49 (4): 1122-1131.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23031
    摘要300)   HTML6)    PDF(pc) (659KB)(366)    收藏

    病害是影响玉米生产的重要生物逆境, 培育抗病品种是玉米病害防控最为经济、有效和环保的策略。本研究以我国“十三五”期间国家东华北春玉米区域试验(中早熟、中熟和中晚熟3个熟期组)中724份(次)参试品种的病害鉴定数据进行分析, 病害包括玉米大斑病、丝黑穗病、禾谷镰孢茎腐病、灰斑病和禾谷镰孢穗腐病。结果表明, 5种病害抗性级别以中抗和感病为主, 中早熟、中熟和中晚熟组的这2个级别分别占总数的82.94%、84.12%和72.46%; 中晚熟组抗性强于中熟和中早熟, 中早熟、中熟和中晚熟组达到中抗(MR)以上的品种分别占总数的50.24%、56.37%和69.33%, 其中, 达高抗(HR)的分别占4.52%、4.41%和7.84%, 达抗(R)的分别占8.73%、10.59%和18.88%; 大斑病和灰斑病的抗原较为缺乏, 均无高抗品种, 中早熟组达到抗(R)以上水平的病害排序从高到低是禾谷镰孢茎腐病、丝黑穗病、禾谷镰孢穗腐病、灰斑病和大斑病, 中熟组排序是禾谷镰孢穗腐病、禾谷镰孢茎腐病、丝黑穗病、灰斑病和大斑病, 中晚熟组排序是禾谷镰孢穗腐病、禾谷镰孢茎腐病、丝黑穗病、大斑病和灰斑病; 年际间鉴定结果受气候环境影响较大, 2020年总体表现较差; 中早熟、中熟和中晚组5种病害同时达到中抗(MR)以上的品种分别占2.78%、6.37%和15.67%, 但最终仅有1个品种(承玉88)通过审定, 说明高产抗病绿色玉米品种选育难度较大, 建议设立抗病绿色玉米品种试验组别, 强化抗病绿色玉米品种审定标识, 有效快速推动绿色品种的选育与推广。本研究明确了近年来我国东华北春玉米试验品种的主要病害抗性水平, 为今后品种选育、审定与推广提供参考依据, 从而支撑我国玉米种业绿色发展。

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    39. 氮磷配施对夏玉米产量和叶片衰老特性的影响
    张振博, 贾春兰, 任佰朝, 刘鹏, 赵斌, 张吉旺
    作物学报    2023, 49 (6): 1616-1629.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23045
    摘要299)   HTML28)    PDF(pc) (769KB)(475)    收藏

    氮和磷作为玉米生长发育的必需营养元素, 对玉米产量的提高具有重要影响。本试验以登海111 (Denghai 111, DH111)为供试材料, 在2020年和2021年分别设置11个氮磷配施处理和15个氮磷配施处理来探究氮磷配施对夏玉米叶片衰老特性和产量形成的影响。结果表明: 在相同施磷水平下, 随着施氮量增加, 夏玉米的叶面积指数(leaf area index, LAI)、叶绿素相对含量(SPAD值)、抗氧化酶活性(超氧物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)和过氧化氢酶(catalase, CAT)呈现先增加后降低的趋势, 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量呈现先降低后增加的趋势, 产量呈现先增加后降低的趋势。在N0~N2条件下, 随施磷量增加, LAI、SPAD值、抗氧化酶活性呈现增加趋势, MDA含量呈现降低趋势, 产量呈增加趋势; 而在N3与N4条件下, 随施磷量增加, LAI、SPAD值、抗氧化酶活性呈现先增加后降低的趋势, MDA含量呈现先降低后增加的趋势, 产量呈现先增加后降低趋势。在2020年, N3 P1处理相较于N2 P3处理产量增加2.55%; 2021年, N3 P1处理相较于N3 P0处理、N2 P2处理产量分别提高7.36%、3.31%。本试验条件下, 合理氮磷配施(180 kg N hm-2、60 kg P hm-2)通过提高玉米生育后期抗氧化酶活性, 降低MDA含量, 维持较高的叶面积指数与SPAD值, 提高玉米穗粒数与千粒重, 进而增加产量。

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    40. 甘薯耐低钾基因型苗期筛选及综合评价
    刘明, 范文静, 赵鹏, 靳容, 张强强, 朱晓亚, 王静, 李强
    作物学报    2023, 49 (4): 926-937.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24080
    摘要298)   HTML26)    PDF(pc) (517KB)(375)    收藏

    为建立甘薯苗期耐低钾能力评价体系, 筛选耐低钾和低钾敏感型甘薯材料, 通过水培试验设置了低钾胁迫(0 mmol L-1 K2O)和正常钾处理(10 mmol L-1 K2O), 对来自国内外不同薯区的214份甘薯品种(系)材料进行培养, 收集生物量、钾积累量、钾含量、钾利用效率等11个性状表征值, 计算各指标耐低钾胁迫指数。利用综合隶属函数法, 进行主成分分析、回归分析和聚类分析, 综合评价各甘薯材料耐低钾能力。结果表明, 不同甘薯材料在2个钾水平下的生物量和钾吸收利用特征均有明显差异; 低钾胁迫下地上部干重(SB)、地上部干物质增加量(SBI)、根系干物质增加量(RBI)、总干物质增加量(PBI)、地上部钾积累量(KAS)、根钾积累量(KAR)、总钾积累量(KAP)、地上部钾含量(KCS)和根系钾含量(KCR)等9个指标与正常钾处理相比均降低29%以上, 而根冠比(RSR)和钾生理利用效率(KUE)分别提高29.63%和120.56%。低钾胁迫下, 不同甘薯材料的SB、SBI、PBI、KAS、KAP、KCS、KCR和KUE等8个指标的变异系数均高于正常钾处理。对11个指标的耐低钾胁迫指数进行主成分分析, 选择了3个主成分, 累计方差贡献率达82.86%; 11个指标的耐低钾敏感指数均与耐低钾综合评价值(Y)极显著相关。选择了SBI、RBI、PBI、KAS、KAR、KAP等6个指标作为筛选评价指标, 根据聚类热图分析将214份甘薯材料划分为耐低钾型、中间型和不耐低钾型; 方差分析表明, 耐低钾型品种与其他类型品种相比具有较高的耐低钾胁迫指数, Y值也排列前位, 验证了聚类结果的准确性。综合本研究结果, SBI、RBI、PBI、KAS、KAR、KAP等6个指标可作为甘薯苗期耐低钾能力筛选的首选指标; 筛选出甘薯苗期耐低钾能力最强的6个品种, 分别为济紫薯18号、广紫薯2号、龙薯710、泰中6号、胜利百号、龙薯9号。

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主管:中国科学技术协会
主办:中国作物学会
   中国农业科学院作物科学研究所
   中国科技出版传媒股份有限公司
出版:科学出版社
主编:万建民
副主编:陈晓亚 杨建昌 张献龙 王建康
    徐明良 刘春明 王道文 孙传清
    丁艳锋 金危危 储成才 程维红
编辑部主任: 闫春玲
国内统一刊号:CN 11-1809/S
国际标准刊号:ISSN 0496-3490
国内邮发代号:82-336

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  • 2013年创刊
  • SCIE 收录
  • ScienceDirect上开放获取

主编:万建民
CN 10-1112/S
ISSN 2095-5421, 2214-5141(online)
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https://www.sciencedirect.com/journal/the-crop-journal
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