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    1. 小麦B-box基因家族全基因组鉴定与表达分析
    王艳朋, 凌磊, 张文睿, 王丹, 郭长虹
    作物学报    2021, 47 (8): 1437-1449.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01077
    摘要531)   HTML49)    PDF(pc) (3123KB)(384)    收藏

    B-box (BBX)是一类含有1个或2个B-box结构域的锌指蛋白, 在植物生长发育中起着重要作用。本研究明确小麦B-box转录因子的数量、基因结构和分类进化关系, 研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对非生物胁迫的响应。从小麦全基因组中鉴定得到87个B-box基因家族成员, 所有TaBBXs蛋白均含有B-box结构域。TaBBXs编码146~489个氨基酸, 理论等电点为4.32~10.42。染色体定位分析表明, TaBBXs分布在除1A、1B和1D之外的18条小麦染色体上。通过系统发育分析将TaBBXs划分为5个亚家族, 有0~4个内含子。在同组内同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构。qRT-PCR分析的20个TaBBXs基因, 具有不同的组织表达模式, 16个基因在叶中有较高表达, TaBBX10TaBBX39仅在叶中有较高表达, 而TaBBX74在穗中表达, TaBBX43在根中特异性表达。在不同逆境胁迫下, TaBBXs呈现不同表达模式, 11个基因在低温胁迫后上调表达, 12个基因在ABA处理后下调表达, 盐胁迫后10个基因出现上调表达, 干旱胁迫后7个基因出现下调表达, TaBBX10TaBBX39TaBBX60、TaBBX67TaBBX74基因在2种或2种以上胁迫下有显著的上调表达。

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    2. 覆盖作物及其作用的研究进展
    蹇述莲, 李书鑫, 刘胜群, 李向楠
    作物学报    2022, 48 (1): 1-14.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.03058
    摘要514)   HTML79)    PDF(pc) (1301KB)(538)    收藏

    在农作物种植系统中, 田间杂草、土壤因素对作物的生长发育、产量和品质的影响一直都是农业领域关注的热点。大量使用化肥和除草剂可以达到作物增产、除草的目的, 但其对土壤和环境造成的负面影响, 严重制约了农业生产的可持续发展。种植覆盖作物是一种实现农业可持续发展的新策略, 可以达到控制杂草、减少氮肥施用、改善土壤质量等目的。本文主要从覆盖作物的起源与发展过程、主要种类和作用及其种植制度等方面, 总结了目前覆盖作物的研究进展及其在作物种植中的应用, 以期为覆盖作物在我国农业生产中的研究与应用提供理论基础。

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    3. 利用WGCNA鉴定花生主茎生长基因共表达模块
    汪颖, 高芳, 刘兆新, 赵继浩, 赖华江, 潘小怡, 毕晨, 李向东, 杨东清
    作物学报    2021, 47 (9): 1639-1653.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04223
    摘要480)   HTML54)    PDF(pc) (2038KB)(330)    收藏

    以不同主茎高花生品种为材料, 利用转录组测序技术分析茎秆转录组基因表达的异同, 并结合加权基因共表达网络分析(WGCNA), 深入挖掘与主茎生长相关基因, 深入认识花生茎秆形态建成的分子机制。结果表明, 矮秆型Df216与高秆型花育33号相比较共有5872个差异基因; Df216与中间型山花108相比较共有6662个差异基因, 这些差异基因涉及细胞壁和次生细胞壁的生物起源及调控过程、苯丙烷生物合成及代谢过程、木质素生物合成过程、纤维素合酶活性等分子功能。WGCNA鉴定到5个与主茎高呈极显著相关的共表达模块。编码咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶、转录因子ATAF2、WAT1、GDSL脂肪酶等基因是模块内的核心基因。通过筛选权重值构建核心基因的局部网络发现, Grey60模块的核心基因ADRL3L与编码莽草酸香豆酯/奎酸酯3’-羟化酶、4-香豆酸辅酶A连接酶、羟基肉桂酰辅酶A莽草酸/奎尼酸羟基肉桂酰转移酶、以及快速碱化因子、锌指蛋白、类COBRA蛋白等基因有较高互作网络关系; Brown模块核心基因TZB0A2则与编码β-1,4-半乳糖基转移酶、果胶乙酰酯酶、类受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、富含亮氨酸重复序列的伸展蛋白等基因有较高互作网络关系。相关模块与核心基因的挖掘以及基因生物学功能和互作网络的解析有助于揭示花生主茎生长的遗传基础。

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    4. 四倍体小麦与六倍体小麦杂种的染色体遗传特性
    罗江陶, 郑建敏, 蒲宗君, 范超兰, 刘登才, 郝明
    作物学报    2021, 47 (8): 1427-1436.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01067
    摘要478)   HTML20)    PDF(pc) (4724KB)(193)    收藏

    四倍体栽培小麦(Triticum turgidum L., AABB)和普通小麦(Triticum aestivum L., AABBDD)是两种目前主要的小麦栽培种。通过远缘杂交转移利用四倍体小麦(或六倍体小麦)基因是六倍体小麦(或四倍体小麦)遗传改良的重要方法。然而, 两者杂种F1为基因组组成不平衡的五倍体, 其中A和B基因组染色体均为两套, 而D基因组染色体仅一套。亲本间的遗传差异, 包括核基因组和细胞质基因组, 可能影响五倍体杂种的染色体传递效率。本研究以多个不同遗传背景的四倍体小麦和六倍体小麦为亲本, 配置正反交五倍体杂种F1, 采用多色荧光原位杂交技术分析自交F2代植株的染色体组成规律。结果表明, 杂交亲本的遗传背景对杂种F1自交结实率影响显著; 不论是以四倍体小麦还是六倍体小麦做母本, AB基因组染色体在F1自交过程中相对稳定, F2后代的数目均接近28条(27.9 vs. 28.0); 以四倍体小麦为母本F2平均保留的D基因组染色体数显著多于以六倍体小麦为母本的后代(7.0 vs. 2.9)。因此, 以四倍体小麦为最终目标后代时, 应优先以六倍体小麦为母本进行杂交组合的配置; 以六倍体小麦为最终目标后代时, 应优先以四倍体小麦为母本开始最初的杂交组合配置。

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    5. 黄淮海麦玉两熟区周年光温资源优化配置研究进展
    周宝元, 葛均筑, 孙雪芳, 韩玉玲, 马玮, 丁在松, 李从锋, 赵明
    作物学报    2021, 47 (10): 1843-1853.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.13012
    摘要466)   HTML33)    PDF(pc) (298KB)(340)    收藏

    在不增加任何成本前提下, 优化麦玉两熟周年光温资源配置是提升黄淮海区产量及资源利用效率的重要途径之一。从20世纪80年代开始, 国内学者便从播/收期调整、不同生育期品种选育及新型种植模式创建等方面开展了黄淮海麦玉两熟区周年光温资源高效利用途径探索。研究了小麦和玉米生长发育与光温资源的匹配关系, 提出了以强化“C4玉米”高光效优势为核心的周年光温资源优化配置途径, 在冬小麦-夏玉米一年两熟基础上, 创新了冬小麦-夏玉米“双晚”技术模式, 构建了冬小麦/春玉米/夏玉米、冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米和双季玉米等种植模式, 实现了周年高产和光温资源高效利用。本文综述了黄淮海麦玉两熟种植模式周年光温资源优化配置研究进展及其在麦玉两熟基础上的新型种植模式探索, 并提出了以积温分配为主的麦玉两熟制周年光温资源定量优化配置途径, 建立了黄淮海区冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源优化配置定量指标及其相应标准, 以期为进一步挖掘该区周年产量及光温资源利用潜力提供新的思路及理论支撑。

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    6. 水稻AP2/ERF转录因子参与逆境胁迫应答的分子机制研究进展
    陈悦, 孙明哲, 贾博为, 冷月, 孙晓丽
    作物学报    2022, 48 (4): 781-790.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.12026
    摘要434)   HTML55)    PDF(pc) (277KB)(355)    收藏

    AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)是植物特有的转录因子家族, 广泛参与生长发育和胁迫应答等多种生物学进程。水稻是我国重要的粮食作物, 但在其生长过程中受到多种逆境的影响。目前研究发现AP2/ERF转录因子在水稻逆境应答中扮演十分重要的角色。本文结合国内外研究进展, 综述了水稻AP2/ERF转录因子的分类和结构, 并梳理了不同亚家族的AP2/ERF转录因子响应病害、干旱、高盐和低温胁迫的功能和机制研究进展, 为深入阐释水稻AP2/ERF转录因子调控逆境应答的分子网络及品种改良提供参考。

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    7. 小麦 lncRNA27195及其靶基因 TaRTS克隆及表达分析
    王娜, 白建芳, 马有志, 郭昊宇, 王永波, 陈兆波, 赵昌平, 张立平
    作物学报    2021, 47 (8): 1417-1426.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01071
    摘要428)   HTML36)    PDF(pc) (3770KB)(367)    收藏

    长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)是一种大于200 bp的非编码RNA, 大量存在于植物体中, 其可通过调节基因表达或蛋白功能, 在植物生长发育与胁迫应答中发挥重要作用。前期在研究光照和温度对小麦光温敏核雄性不育系BS366育性诱导中, 利用转录组测序筛选获得与育性相关的lncRNA (lncRNA2719)为研究小麦lncRNA27195的功能, 本研究在BS366中克隆lncRNA27195及其靶基因TaRTS, 并对TaRTS进行生物信息学分析, 结果显示, TaRTS基因全长315 bp, 编码104个氨基酸, 且发现该RTS蛋白仅存在于禾本科植物中。通过实时荧光定量PCR, 对lncRNA27195TaRTS基因在不同组织不同光温处理及茉莉酸甲酯处理下进行表达模式分析, 发现lncRNA27195TaRTS均在雄蕊中高表达, 呈显著的正相关, 且两者在不同光温条件下呈现出不同的表达模式。光照和温度均对lncRNA27195TaRTS有调控作用, 适当浓度的MeJA促进两者的表达, SA抑制两者表达。以上结果表明, 在光周期、温度和植物激素的诱导下, lncRNA27195正向调节TaRTS基因表达, 进而影响花粉育性, 本研究结果有助于促进对小麦光温敏核型雄性不育系的机理研究和生产应用。

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    8. 大豆种子颜色遗传调控机制研究进展
    邱红梅, 陈亮, 侯云龙, 王新风, 陈健, 马晓萍, 崔正果, 张玲, 胡金海, 王跃强, 邱丽娟
    作物学报    2021, 47 (12): 2299-2313.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.14022
    摘要418)   HTML48)    PDF(pc) (2315KB)(350)    收藏

    大豆种子颜色是重要的形态标记和进化性状, 在驯化过程中种皮从黑色逐渐演变成黄、绿、褐及双色, 子叶从绿色进化出黄色。深色种子中含有较多的天然色素——花色素, 具有药用和营养价值。因此, 种子颜色的遗传调控机制研究对进化理论和实际应用均具有重要意义。种子中色素含量及组分构成导致多样的种皮颜色, 其分子调控机制复杂。本文主要阐述了控制大豆种子颜色的遗传位点、相关基因与调控机制、类黄酮生物合成途径三方面的研究进展。具体介绍了9个经典遗传位点IRTOW1K1GD1D2和相关分子标记, 以及位点间的相互作用; 23个调控种子颜色的相关基因, 与部分基因等位变异的调控机制; 相关基因参与的类黄酮生物合成途径和主要代谢产物的生理功能。通过综述归纳了大豆种皮、种脐、子叶颜色的遗传调控研究进展, 利用遗传位点、基因、等位基因调控机制及类黄酮代谢途径绘制出调控网路, 以期为种子外观品质及花色苷组分遗传改良等研究提供参考。

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    9. 玉米抗茎倒伏能力相关性状与评价研究进展
    赵雪, 周顺利
    作物学报    2022, 48 (1): 15-26.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.03055
    摘要411)   HTML45)    PDF(pc) (959KB)(583)    收藏

    茎倒伏造成玉米产量和品质下降, 收获成本增加, 籽粒生理成熟后无法继续田间站秆脱水, 影响玉米机械化籽粒收获。关于玉米抗茎倒伏相关的性状, 前人从植株形态、节间形态、解剖结构和化学成分等方面进行了大量研究, 但结果不完全一致, 同时这些性状对茎秆抗倒性作用大小的定量研究较少。本文综述了玉米抗茎倒伏能力的评价方法和指标、茎秆力学测定方法、抗茎倒伏能力相关性状的分析方法及其影响因素, 提出了抗茎倒伏能力相关性状及评价研究中存在的问题和需要进一步关注的内容, 希望为进一步研究玉米抗茎倒伏相关性状及其评价方法, 培育抗倒伏品种和优化栽培措施提供参考。

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    10. 稻米氨基酸含量和组分及其调控
    杨建昌, 李超卿, 江贻
    作物学报    2022, 48 (5): 1037-1050.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.12062
    摘要387)   HTML53)    PDF(pc) (658KB)(375)    收藏

    谷类作物籽粒中氨基酸是人和动物的重要营养物质。提高稻米氨基酸含量特别是赖氨酸等必需氨基酸含量是水稻育种和栽培的一个重要目标和研究热点。本文概述了水稻成熟籽粒氨基酸含量和组分及其在不同部位的分布, 籽粒氨基酸的合成与代谢, 植物激素对籽粒氨基酸合成与代谢的调控作用, 籽粒氨基酸含量和组分的环境影响与栽培调控; 讨论了存在问题和今后研究重点。深入研究花后籽粒氨基酸含量和组分的时(不同灌浆阶段)、空(籽粒不同部位)分布特点及其生理生化机制、栽培调控与调控原理, 可望获得对稻米氨基酸形成与分布机制的新认识, 开发提高精米中氨基酸含量特别是赖氨酸等必需氨基酸含量的新途径。

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    11. 谷子近缘野生种的亲缘关系及其利用研究
    赵美丞, 刁现民
    作物学报    2022, 48 (2): 267-279.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.14047
    摘要373)   HTML45)    PDF(pc) (526KB)(290)    收藏

    谷子在约1万年前由青狗尾草驯化而来, 我国是谷子的起源中心。谷子所属的狗尾草属在全世界约有125个种, 其中中国有15个种, 从二倍体到八倍体均有。目前利用染色体原位杂交技术鉴定出狗尾草属6个基因组, 利用分子标记分析发现狗尾草属是多起源的, 与其多样性的基因组一致。系统演化分析发现, 青狗尾草和谷子亲缘关系最近, 其次是法式狗尾草和轮生狗尾草; 基因组比较分析发现, S. adhaerans的B基因组和S. grisebachii的C基因组与谷子和青狗尾草的A基因具有相对近的亲缘关系, 而其他基因组和谷子亲缘较远。在野生资源的利用方面, 谷子育种工作者已成功将近缘野生种自然发生的抗除草剂基因转育到谷子中, 培育成功了可化学除草的新品种并在生产上利用。本文对谷子野生种的分类、基因组构成、系统进化关系和遗传育种的研究进展进行了综述, 重点讨论了谷子近缘野生种在谷子起源与驯化、遗传育种中起到的作用, 并对谷子近缘野生种在谷子驯化及育种中的进一步利用做了展望。

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    12. 涝害对不同大豆品种根际微生物群落结构特征的影响
    禹桃兵, 石琪晗, 年海, 连腾祥
    作物学报    2021, 47 (9): 1690-1702.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04137
    摘要373)   HTML18)    PDF(pc) (1418KB)(229)    收藏

    淹水影响不同大豆品种根际微生物群落组成, 不同基因型大豆植株耐涝性差异较大。本研究选取耐涝(waterlogging-tolerant, W-T)基因型大豆齐黄34和涝害敏感(waterlogging-sensitive, W-S)基因型大豆冀豆17为材料, 采用荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序技术, 分析了不同淹水时间下2个基因型根际细菌多样性、群落组成和网络特征。结果表明, 耐涝基因型大豆的生物量和细菌丰度明显高于涝害敏感基因型大豆。主坐标分析(PCoA)表明, 耐涝基因型与敏感基因型大豆微生物群落组成的差异随淹水时间的增加而变化(P< 0.05)。在淹水条件下, 耐涝基因型大豆富集了Yonghaparkia属和Unclassified-WD2101属以及OTU274 (Clostridium)和OTU2334 (Desulfosporosinus)等物种, 这些细菌的富集可能与耐涝性有关, 本研究提供了大豆根际微生物抗涝潜力的证据。

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    13. 花生种子大小相关性状QTL定位研究进展
    黄莉, 陈玉宁, 罗怀勇, 周小静, 刘念, 陈伟刚, 雷永, 廖伯寿, 姜慧芳
    作物学报    2022, 48 (2): 280-291.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.14046
    摘要369)   HTML25)    PDF(pc) (851KB)(344)    收藏

    花生是我国重要的油料作物和经济作物, 目前国内花生的产量远远不能满足消费者的所需, 进一步提高花生单产是解决花生生产供不应求的重要途径。花生种子大小相关性状是花生的重要农艺性状, 对提高花生单产至关重要。本文综述了植物种子大小的调控途径以及近年来花生分子标记、遗传图谱构建、种子大小相关性状QTL定位研究中取得的进展, 探讨了目前花生种子大小相关性状研究中面临的挑战和机遇, 对花生产量遗传改良进行了展望。

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    14. 小麦穗发芽性状的全基因组关联分析
    谢磊, 任毅, 张新忠, 王继庆, 张志辉, 石书兵, 耿洪伟
    作物学报    2021, 47 (10): 1891-1902.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01078
    摘要363)   HTML21)    PDF(pc) (5692KB)(353)    收藏

    为了解小麦穗发芽的遗传机制, 发掘与小麦穗发芽相关的候选基因, 采用整穗发芽法对来自全国的207份小麦品种(系)进行表型鉴定, 并结合小麦90K SNP基因芯片, 通过TASSLE软件的MLM (Q+K)模型对小麦的整穗发芽率进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。研究结果表明, 不同年份间小麦品种(系)的穗发芽表现出丰富的表型变异, 变异系数为0.34和0.25, 多态性信息含量(polymorphic information content, PIC)为0.01~0.38, 全基因组LD衰减距离为3 Mb。群体结构分析和主成分分析表明, 207份小麦品种(系)所构成的自然群体结构简单, 可分为3个亚群。GWAS检测结果显示, 在不同环境间共检测到34个与小麦穗发芽显著关联的SNP标记位点(P≤0.001), 分布在小麦3A、3B、4A、4B、5D、6A、6B、6D、7B和7D染色体上, 单个位点可解释5.55%~11.63%的表型变异, 16个标记位点在两个及以上环境下均被检测到, 其中6B染色体上的标记wsnp_Ex_c14101_22012676在E1、E2及平均环境下被共同检测到, 属稳定遗传的位点。通过对表型效应值大且稳定遗传的关联位点进行挖掘, 共筛选到13个与小麦穗发芽相关的候选基因。其中TraesCS3A01G589400LCTraesCS6B01G138600/ TraeCS6B01G516 700LC/TraesCS6B01G548900LC、TraesCS6D01G103600TraesCS7B01G200100等基因通过调控植物内源激素-脱落酸(abscisic acid, ABA)的灵敏性进而影响种子的休眠; TraesCS3B01G415900LC、TraesCS6A01G144700LCTraesCS6B01G294800等基因编码的F-box蛋白在植物激素的信号转导、光信号转导以及花器官发育等生理过程中起重要作用; TraesCS6A01G108800、TraesCS6B01G138200/TraesCS6B01G293700基因编码Myb转录因子家族蛋白能调控种子中类黄酮的生物合成, 对籽粒颜色有重要影响, 这些候选基因是与小麦穗发芽相关的重要基因。

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    15. 基于SNP标记揭示中国鲜食玉米品种的遗传多样性
    肖颖妮, 于永涛, 谢利华, 祁喜涛, 李春艳, 文天祥, 李高科, 胡建广
    作物学报    2022, 48 (6): 1301-1311.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.13031
    摘要362)   HTML53)    PDF(pc) (5135KB)(436)    收藏

    中国已经成为全球鲜食玉米最主要生产和消费国家之一, 解析我国鲜食玉米品种之间的遗传多样性和亲缘关系, 对品种鉴定和品种培育具有重要的指导意义。本研究利用Illumina Maize 6K芯片对全国范围内的385个鲜食玉米品种进行全基因组扫描, 了解群体结构, 划分种质类群, 估算品种间的遗传距离, 揭示其遗传多样性。结果表明, 5067个SNP标记在385个鲜食玉米品种中基因多样性平均0.406, 变幅为0.097~0.500; 多态信息含量(polymorphism information content, PIC)平均0.319, 变幅为0.092~0.375。通过PCA分析和群体遗传结构分析一致表明, 本研究所收集的品种主要划分为3个类群, 分别为糯玉米类群(糯玉米和甜糯玉米, 共185个品种)、温带甜玉米类群(123个品种)和热带甜玉米类群(77个品种)。两两品种间的遗传距离在0.132~0.472之间, 平均值为0.37。通过FST分析检测到不同类群间有160个区域受到强烈选择, 其中包括4个玉米籽粒淀粉合成途径的关键基因(sh2su1su2wx1), 进一步利用分子标记验证了sh2DGAT1-2两个位点在鲜食玉米群体不同选择模式。本研究为我国鲜食玉米品种选育和改良提供了重要的理论指导。

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    16. 过氧化氢浸种对花生种子发芽及生理代谢的影响
    郝西, 崔亚男, 张俊, 刘娟, 臧秀旺, 高伟, 刘兵, 董文召, 汤丰收
    作物学报    2021, 47 (9): 1834-1840.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04187
    摘要348)   HTML13)    PDF(pc) (561KB)(204)    收藏

    为明确过氧化氢浸种对低温条件下花生发芽及种子生理代谢的影响, 以花生品种开农176为材料, 测定了过氧化氢浸种后的种子发芽及相关生理指标。结果表明, 过氧化氢浸种显著提高了花生的发芽能力, 发芽势从0提高到24.45%, 发芽率从39.33%提高到90.99%。过氧化氢提高了花生种子赤霉素含量, 同时降低了脱落酸含量, 发芽0、24、48 h的赤霉素含量分别比对照提高10.82%、5.73%、18.64%, 脱落酸含量分别比对照降低44.98%、36.45%、39.70%。同时, 提高了抗氧化酶SOD、CAT的活性以及可溶性糖、可溶性蛋白的含量, 降低了丙二醛的含量; 促进了大分子贮藏物质脂肪、蛋白质、淀粉的分解代谢, 为种子发芽提供更多的ATP和蛋白质、核酸的合成底物。研究表明, H2O2通过介导抗氧化酶、ABA和GA以及贮藏物质的分解来促进低温胁迫下花生种子的萌发。

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    17. 应用分子标记技术改进作物品种保护和监管
    徐云碧, 王冰冰, 张健, 张嘉楠, 李建生
    作物学报    2022, 48 (8): 1853-1870.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.23001
    摘要345)   HTML37)    PDF(pc) (834KB)(279)    收藏

    植物品种保护是植物品种知识产权的重要组成部分。品种特异性、一致性和稳定性(distinctness, uniformity, and stability, DUS)检测和实质性派生品种(essentially derived variety, EDV)评价是植物品种保护中的2个重要概念。DUS-EDV评价经历了从形态性状和系谱为主过渡到了综合利用形态、系谱和分子标记信息的阶段, 并将发展到以分子检测为主的阶段。分子标记的主要类型也从RFLP发展到SSR和SNP。基于靶向测序-液相捕获的芯片技术, 具有分析成本低、标记组配灵活、适合用于不同植物的DUS-EDV评价。利用分子标记检测进行DUS-EDV评价有2个重要策略, 一是在全基因组范围内进行全局性的比较和分析, 二是利用与重要表型有关的功能位点特异性进行局部性、特异性检测。应该针对DUS和EDV分别建立各自的评价标准。DUS可以根据分子标记提供的特殊指纹图谱、单倍型、特有等位基因、特异基因组区段、特异功能标记、最低遗传纯合度、品种内单株间的遗传差异作出判断。EDV的主要评价指标是利用全基因组均匀分布的高密度标记所获得的材料间的遗传相似性, 而不是差异的标记数。所采用的分子标记的数量和基因组覆盖率是决定分子检测效率和可靠性的关键。利用少量标记所获得的品种比较具有较大的抽样误差。区别EDV和非EDV品种的相似性指标可因作物物种和所需要的品种保护水平而异。本文回顾了世界各国主要的作物品种保护实践, 建议在利用分子标记保护品种知识产权和监管品种中, 建立由各方面专家组成的咨询委员会, 根据分子检测技术的发展和功能标记的开发, 不断完善和加强DUS-EDV评价体系, 建立权威的品种保护数据库系统, 有序提供查询和比对服务, 以鼓励种业创新。

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    18. 整合GWAS和WGCNA筛选鉴定甘蓝型油菜生物产量候选基因
    王艳花, 刘景森, 李加纳
    作物学报    2021, 47 (8): 1491-1510.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04175
    摘要338)   HTML51)    PDF(pc) (23772KB)(321)    收藏

    生物产量是作物获得高产的重要基础, 对于甘蓝型油菜(Brassica napus L.)尤其重要。本研究利用588份甘蓝型油菜材料构成的自然群体2年生物产量表型数据的全基因组关联分析, 再结合高生物产量材料‘CQ45’和低生物产量材料‘CQ46’的转录组测序(RNA-seq)结果, 整合了6个甘蓝型油菜材料6个部位(茎秆、叶片、花后30 d主轴与侧枝种子、花后30 d主轴与侧枝角果皮)的转录组数据构建的加权共表达网络分析(WGCNA), 筛选出与生物产量相关的候选基因。通过相关分析发现, 2年间甘蓝型油菜自然群体中生物产量对大多数产量相关性状都具有正向效应; 自然群体2年生物产量分析的最佳模型均为K+PCA模型, 共检测到9个显著位点(P < 1/385691或P < 0.05/385691); 根据CQ45和CQ46共36组转录组数据, 选择MAD值为前5%的基因共计5052个用于构建WGCNA, 通过筛选合并共得到了15个模块, 其中5个基因共表达模块分别与叶片、茎秆和花后30 d种子显著性相关; 整合了WGCNA中关键模块的hub gene、GWAS分析得到的显著SNP位点和极端表型差异基因确定候选基因, 它们的拟南芥同源基因为HCEF1HOG1SBPASEACT2, 这些基因在光合作用的卡尔文循环、碳同化、物质积累等方面发挥重要作用。

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    19. 甘蓝型油菜丝裂原活化蛋白激酶7基因( BnMAPK7)上游调控因子的鉴定
    王珍, 张晓莉, 孟晓静, 姚梦楠, 缪文杰, 袁大双, 朱冬鸣, 曲存民, 卢坤, 李加纳, 梁颖
    作物学报    2021, 47 (12): 2379-2393.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04280
    摘要333)   HTML173)    PDF(pc) (12120KB)(650)    收藏

    丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases, MAPKs)级联途径在植物的生长发育、分裂分化、细胞凋亡以及抗逆等多种生命过程中发挥着极其重要的作用。本研究从甘蓝型油菜中分离克隆了1个C族BnMAPK7基因的启动子, 序列长度为1612 bp, 命名为ProBnMAPK7。启动子分析工具PlantCARE预测结果表明, ProBnMAPK7含有大量响应光照、激素、防御和损伤等相关顺式作用元件, 包括ACE、MRE、ABRE、TGACG-motif和TC-rich repeats等。同时, 我们对拟南芥及甘蓝型油菜MAPK7基因的表达模式进行分析发现, MAPK7对生长发育以及生物和非生物胁迫应答过程具有重要调控意义。将ProBnMAPK7逐步分段连接至pCambia1305.1-GUS表达载体筛选启动子的核心区段, GUS组织化学染色分析显示该启动子的核心区段定位于-467~ -239 bp (ProBnMAPK7-rPE)。将核心区段3拷贝串联重复后整合至Y1H gold基因组, 并进行AbA背景测试, 结果显示AbA浓度为500 ng mL-1时, ProBnMAPK7-rPE×3在酵母细胞中的本底表达被完全抑制。利用酵母单杂交技术对BnMAPK7的上游调控因子进行文库筛选, 获得3个候选因子BnNAD1B (NADH dehydrogenase 1B)、BnERD6 (early response to dehydration 6)和BnPIG3 (quinone oxidoreductase PIG3-like)。表明BnNAD1B、BnERD6及BnPIG3蛋白可能通过结合ProBnMAPK7-rPE区段调控BnMAPK7的转录, 使得BnMAPK7参与光合作用以及逆境胁迫应答等生物学过程, 为进一步阐明甘蓝型油菜BnMAPK7基因的功能奠定了基础, 也为MAPKs级联的研究提供了新的思路。

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    20. 基于BSA-Seq和RNA-Seq方法鉴定大豆抗豆卷叶螟候选基因
    曾维英, 赖振光, 孙祖东, 杨守臻, 陈怀珠, 唐向民
    作物学报    2021, 47 (8): 1460-1471.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04195
    摘要328)   HTML12)    PDF(pc) (3901KB)(263)    收藏

    豆卷叶螟(Lamprosema indicata Fabricius)是重要的大豆食叶性害虫, 挖掘大豆抗豆卷叶螟相关基因对大豆抗虫品种选育和遗传改良至关重要。本研究用大豆高抗豆卷叶螟材料赶泰-2-2和高感豆卷叶螟材料皖82-178进行杂交构建F2代分离群体, 从303个F2代单株中挑选出高抗豆卷叶螟和高感豆卷叶螟的单株各30株, 分别构建2个极端性状的DNA混合池用于全基因组重测序以分析控制豆卷叶螟相关的候选基因。结果表明, 4个样本中共有11,963,077个单核苷酸多态性(SNPs)标记, 根据SNP-index方法关联分析, 共有329个基因位于99%置信区间外, 这些基因主要集中在7号染色体5,601,065~5,865,237 bp区间(总长为0.26 Mb)、16号染色体2,975,110~6,336,096 bp区间(总长为3.36 Mb)、18号染色体44,366,115~54,297,600 bp区间(总长为9.93 Mb)等区域内。将BSA-Seq结果与转录组测序结果进行联合分析发现, 有12个基因相关联; 最后, 结合生物信息学分析、候选基因的表达模式和基因的同源注释, 锁定CNGC4WRKY16转录因子、AAP7、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、ZPR1B等12个基因为控制豆卷叶螟性状相关的候选基因。本研究结果不仅为解析大豆抗豆卷叶螟的分子机理奠定重要的基础, 也将为大豆抗虫基因的克隆奠定坚实的理论基础。

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    21. CRISPR/Cas9编辑花生FAD2基因研究
    张旺, 冼俊霖, 孙超, 王春明, 石丽, 于为常
    作物学报    2021, 47 (8): 1481-1490.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04214
    摘要327)   HTML22)    PDF(pc) (3787KB)(301)    收藏

    油酸脱氢酶(Δ12FAD或FAD2)是催化油酸(OA)的C12位上脱氢生成双不饱和亚油酸(LA)的关键酶, 它控制油酸、亚油酸的含量及其比值(O/L)。研究表明, AhFAD2是油酸生成亚油酸的关键基因, 决定花生种子中油酸和亚油酸的相对含量。本研究根据AhFAD2基因序列, 设计了相应sgRNA序列, 并构建了旨在敲除FAD2A和FAD2B两个花生油酸脱氢酶的CRISPR/Cas9基因编辑载体。经花生基因转化后, 通过对转基因花生突变位点基因组序列分析找出基因突变体。对靶基因分析发现, 16株转基因花生含有29个FAD2A基因突变, 其中16个突变引起蛋白质序列变化; 11株转基因花生含有30个FAD2B基因突变, 其中17个突变引起蛋白质序列变化。FAD2A和FAD2B蛋白质序列的变化可影响花生油酸脱氢酶的活性, 改变油酸催化脱氢, 使亚油酸合成受阻, 油酸含量增加。本研究为研究花生脂肪酸合成及高油酸花生育种提供了宝贵的基因突变体材料。

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    22. 基于反射光谱和叶绿素荧光数据的作物病害遥感监测研究进展
    竞霞, 邹琴, 白宗璠, 黄文江
    作物学报    2021, 47 (11): 2067-2079.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.03057
    摘要316)   HTML32)    PDF(pc) (520KB)(295)    收藏

    作物病害是影响粮食产量和质量的生物灾害, 病害的侵染消耗了作物营养和水分, 扰乱了其正常的生命过程, 引起了作物内部生理生化和外部表观形态的改变。冠层反射光谱能够较好地探测作物群体结构信息, 叶绿素荧光能敏感反映作物光合生理上的变化, 二者均能够实现作物病害的遥感探测。本文从作物病害遥感探测的方法和尺度两个方面综述了基于反射率光谱的作物病害遥感监测现状, 概括了主动荧光、被动荧光以及协同日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱在作物病害遥感监测中的研究进展, 分析了反射率光谱和叶绿素荧光数据在作物病害遥感探测方面的优缺点, 探讨了不同数据源、不同监测方法在作物病害遥感探测中可能存在的问题, 并在此基础上展望了作物病害遥感监测的未来发展, 旨在为后续利用反射率光谱和叶绿素荧光数据探测作物病害提供重要的参考依据。

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    23. 花生全基因组抗病基因鉴定及其对青枯菌侵染的响应分析
    张欢, 罗怀勇, 李威涛, 郭建斌, 陈伟刚, 周小静, 黄莉, 刘念, 晏立英, 雷永, 廖伯寿, 姜慧芳
    作物学报    2021, 47 (12): 2314-2323.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04266
    摘要314)   HTML19)    PDF(pc) (589KB)(205)    收藏

    花生是主要的油料作物之一, 在生产过程中受到多种病原微生物的危害。培育和选用抗病品种是防治病害最经济有效的途径之一, 而抗病基因是植物抵御病原微生物的重要基因。本文首次对花生抗病基因进行全基因组鉴定, 发掘抗病候选基因4156个, 其中RLK、RLP、NL、CNL、TNL这5种典型抗病基因分别有536、490、232、182和149个。抗病基因在染色体上分布不均匀, 多数抗病基因集中在B02染色体上。转录组测序发现, 抗病材料中特异表达的基因有111个, 感病材料中特异表达的基因有104个, 抗、感病材料均有表达的基因2216个、均不表达的有1725个。筛选出第1类响应青枯菌诱导的抗病基因5个, 第2类持续上调表达抗青枯病基因65个。qRT-PCR成功验证了1个抗病候选基因Arahy.5D95TJ。本文对花生抗病基因的鉴定分析, 为后续研究抗病基因功能与花生抗病的分子育种提供重要参考。

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    24. 马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析
    荐红举, 尚丽娜, 金中辉, 丁艺, 李燕, 王季春, 胡柏耿, Vadim Khassanov, 吕典秋
    作物学报    2022, 48 (1): 86-98.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.04285
    摘要313)   HTML31)    PDF(pc) (6218KB)(230)    收藏

    植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors, PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)转录因子家族, 通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合, 进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前, 关于马铃薯PIF家族基因的研究较少, 鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法, 以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列, 通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员, 并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示, StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序; 在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件; 基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明, 家族成员具有明显的组织表达特异性, 基因存在功能分化, 且大部分StPIF成员对生物胁迫和高温等非生物胁迫具有明显响应。以上研究结果极大丰富了我们对StPIF家族的认识, 为进一步探究StPIF基因在马铃薯生长期应对生物胁迫以及在结薯期应对高温等非生物胁迫中发挥的功能奠定了理论基础。

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    25. 适宜机械粒收玉米品种的熟期评价指标
    李璐璐, 明博, 初振东, 张万旭, 高尚, 王浥州, 侯梁宇, 周先林, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 李少昆
    作物学报    2021, 47 (11): 2199-2207.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.03049
    摘要313)   HTML19)    PDF(pc) (434KB)(249)    收藏

    玉米收获期籽粒含水率偏高制约了机械粒收技术的应用, 选育和筛选快速脱水的品种是解决这一问题的关键, 然而我国尚缺乏评价籽粒脱水速率的指标。本研究于2014—2018年进行, 在不同产区调查了先玉335和郑单958的生育和脱水进程, 探讨玉米籽粒脱水速率的评价指标。结果表明, 播种-生理成熟积温、播种-25%含水率积温和生理成熟-25%含水率积温在品种之间均差异显著。其中播种-生理成熟积温先玉335和郑单958平均为3039ºC d (2752~3249ºC d)和3090ºC d (2750~3546ºC d), 差值51ºC d, 变异系数为4%和6%。播种-25%含水率积温在这2个品种之间差异更大, 先玉335和郑单958平均为3097ºC d (2920~3392ºC d)和3309ºC d (2980~3613ºC d), 差值达212ºC d, 变异系数为4%和5%。生理成熟-25%含水率积温先玉335和郑单958平均为66ºC d (0~287ºC d)和166ºC d (36~338ºC d), 变异系数为131%和54%。播种-25%含水率积温更能体现品种之间籽粒脱水速率, 可以作为现阶段机械粒收品种选育和筛选的熟期指标, 但是该指标在区域、年份和播期之间有一定差异, 在测量时建议统一田块和播种日期。本文提出用播种-25%含水率的积温作为评价籽粒脱水速率的熟期指标, 用于当前品种选育和筛选, 推动玉米机械粒收技术在国内的发展。

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    26. 专辑导读: 加强大田经济作物栽培措施与环境/资源配置的互作研究、推动产业高效优质发展
    周广生, 王晶, 蒯婕, 汪波
    作物学报    2021, 47 (9): 1633-1638.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04633
    摘要308)   HTML41)    PDF(pc) (225KB)(372)    收藏
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    27. 甘蓝型油菜角果数突变体基因的定位及候选基因分析
    赵改会, 李书宇, 詹杰鹏, 李晏斌, 师家勤, 王新发, 王汉中
    作物学报    2022, 48 (1): 27-39.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.04281
    摘要305)   HTML27)    PDF(pc) (10417KB)(384)    收藏

    角果数是油菜单株产量重要的构成因子之一, 其优异等位基因的发掘和利用对产量的提高至关重要。油菜中已定位到上百个角果数QTL, 但大多数效应不大且不稳定, 难以进行精细定位或克隆。本研究前期发掘到一个油菜突变体(No.7931), 其花序顶端在分化出约十朵花后即停止生长, 因而成熟期角果极少。利用该少角果突变体和多角果品系No.73290构建F2分离群体, 从中挑选角果数极端单株各30株进行BSA-seq, 在C02染色体检测到3个关联区间: 0~1.1 Mb、4.7~6.2 Mb、11.5~12.4 Mb。该候选区间在油菜参考基因组DarmorV8.1中有522个注释基因, 存在SNP或Indel差异且有同源注释的基因235个。在花芽分化初期, 选取两亲本(No.73290和No.7931)的茎尖分生组织进行RNA-seq, 总共鉴定到8958个差异表达基因(DEGs)。这些DEGs显著富集于20个生物学通路, 包括碳代谢、翻译、氨基酸代谢(和花芽分化高度相关)等, 其中99个位于关联区间。结合基因功能注释以及序列和表达差异分析确定了9个候选基因(BnaC02g00490.1D2BnaC02g01030.1D2BnaC02g01120.1D2BnaC02g00270.1D2BnaC02g02670. 1D2BnaC02g08680.1D2BnaC02g08890.1D2BnaC02g09480.1D2BnaC02g10490.1D2), 它们主要参与花序分生组织特性的维持和花器官的发育。上述研究结果为后续油菜角果数基因的精细定位和克隆奠定了坚实的基础。

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    28. 不同株型杂交籼稻对氮肥的耐受性差异比较
    杨志远, 舒川海, 张荣萍, 杨国涛, 王明田, 秦俭, 孙永健, 马均, 李娜
    作物学报    2021, 47 (8): 1593-1602.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.02036
    摘要305)   HTML13)    PDF(pc) (546KB)(252)    收藏

    本研究通过3个大田裂区试验探究紧凑型杂交籼稻(compact hybrid rice, CHR)和松散型杂交籼稻(loose hybrid rice, LHR)品种对氮肥的耐受性差异。试验于2016—2018年在四川绵阳和成都实施, 主区为2个不同类型水稻品种各2个: 紧凑型杂交稻(CHR)隆两优1206和Y两优1号、松散型杂交稻(LHR)宜香优2115和F优498, 副区为4个施氮量: 0 (N0)、90 (N90)、150 (N150)和210 (N210)。结果表明, CHR对高氮耐受性优于LHR, 施氮量≤150 kg hm-2时, LHR产量高于CHR, 施氮量达到210 kg hm-2时, CHR单穗重优势升至14.46%, 而有效穗劣势降至12.46%, 产量较LHR高1.43%。偏最小二乘回归分析显示, 高峰苗、拔节至抽穗期生长速率、叶面积指数(leaf area index, LAI)及表征叶片伸展程度的消光系数(K值)对CHR和LHR产量贡献均为正向, 成穗率和抽穗期有效穗占比对产量贡献为负, 对氮肥农学利用率的影响则相反; 除K值外, 其余指标对产量贡献相近, 氮肥农学利用率亦如此。N0和N90条件下, CHR的LAI和K值均小于LHR, 光能截获率亦低于LHR; 施氮量由150 kg hm-2增长至210 kg hm-2, CHR的K值显著提高, 而LHR几乎无变化, 最终CHR抽穗期光能截获率超越LHR, 表明紧凑型杂交稻叶片伸展对高氮响应灵敏。

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    29. 花生 AhFAD2-1基因启动子及5'-UTR内含子功能验证及其低温胁迫应答
    石磊, 苗利娟, 黄冰艳, 高伟, 张忠信, 齐飞艳, 刘娟, 董文召, 张新友
    作物学报    2021, 47 (9): 1703-1711.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04247
    摘要305)   HTML23)    PDF(pc) (3674KB)(167)    收藏

    Δ12-脂肪酸脱氢酶基因(FAD2)催化油酸生成亚油酸, 是决定油酸亚油酸比值的关键基因。高油酸花生对低温更加敏感, 暗示FAD2在低温响应中发挥作用。为探索花生FAD2的低温胁迫应答, 本研究分析了花生FAD2-1A/B的基因结构, 从普通油酸花生品种豫花9326中克隆了FAD2-1A/B启动子和内含子, 并通过转化拟南芥验证了功能及其对冷胁迫的应答。结果表明, AhFAD2-1A/B包含2个外显子和1个位于5'-UTR的内含子; AhFAD2-1A/B基因启动子功能较弱, 仅AhFAD2-1B启动子在子叶期幼苗的子叶叶尖中观察到蓝色; AhFAD2-1假基因5'侧翼序列具有启动子活性, 可调控基因在子叶、下胚轴、种子中表达。AhFAD2-1内含子序列具有启动子的功能, 驱动基因在幼苗下胚轴及子叶中表达, 同时还有提高基因表达效率和扩大表达范围的功能, 是AhFAD2-1基因表达调控必需元件; 包含5'-UTR内含子的AhFAD2-1A/B启动子的调控序列功能受低温胁迫抑制。

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    30. 磷肥对甜玉米籽粒植酸和锌有效性的影响
    苏达, 颜晓军, 蔡远扬, 梁恬, 吴良泉, MUHAMMAD AtifMuneer, 叶德练
    作物学报    2022, 48 (1): 203-214.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.13032
    摘要303)   HTML12)    PDF(pc) (602KB)(205)    收藏

    为明确磷肥对甜玉米籽粒营养特性的影响, 利用不同品种的磷肥定位试验以及磷肥梯度水平试验, 探讨甜玉米籽粒植酸、磷(P)、锌(Zn)含量及Zn有效性的时间(不同灌浆期)和空间(果穗上、中、下部; 籽粒果皮、胚乳和胚)变化及其对外源磷肥的响应特性。试验结果表明, 甜玉米籽粒的P和植酸含量随磷肥用量的增加而增加, Zn含量及其有效性则呈现下降趋势。磷肥投入对吐丝后16~24 d籽粒的植酸、P和Zn的积累(mg plant-1)的影响最为显著, 而对不同灌浆时期Zn有效性均表现出抑制效应。在中磷水平下, 果穗不同穗位籽粒植酸(g kg-1)和Zn有效性的差异并不显著。高磷水平显著提高了中、下部果穗植酸的含量, 但对不同穗位籽粒Zn含量和Zn有效性均存在抑制效应。对籽粒内不同部位(果皮、胚乳和胚)进行比较, 植酸、P以及Zn含量均以胚中含量最高, 积累量占比则以胚乳中最高; 而Zn有效性以胚中最高。高磷处理可显著提高籽粒内不同部位植酸和磷含量, 降低Zn含量及其有效性。综上, 合理磷肥施用可促进籽粒Zn积累, 而过量磷肥投入会显著增加不同灌浆时期, 以及胚乳和胚中的植酸含量和积累量, 并最终对甜玉米不同穗位籽粒和籽粒内不同部位Zn有效性都产生一定程度的抑制效应, 相关研究或为甜玉米籽粒Zn有效性的提高提供理论参考。

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    31. 地膜覆盖对黄土高原地区两种种植密度下玉米叶片代谢组的影响
    牛丽, 白文波, 李霞, 段凤莹, 侯鹏, 赵如浪, 王永宏, 赵明, 李少昆, 宋吉青, 周文彬
    作物学报    2021, 47 (8): 1551-1562.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.03053
    摘要300)   HTML16)    PDF(pc) (4124KB)(243)    收藏

    在黄土高原地区, 对覆膜条件下玉米叶片代谢组变化规律的研究是探索覆膜增产生理机制的重要方面。本研究采用气相色谱-四极杆-飞行时间质谱(GC-QTOF)技术, 对2种覆膜方式(塑料膜覆盖和不覆盖)、2个密度(7.5×104株 hm-2和10.5×104株 hm-2)和2个品种(郑单958和先玉335)的吐丝期玉米叶片进行了代谢组学分析。从差异代谢物个数来看, 先玉335对覆膜的响应大于郑单958, 较高的种植密度缩小了覆膜与无覆膜处理间叶片代谢的差异。主成分分析表明, 覆膜处理和品种均对代谢物组成产生了重大影响。覆膜引起的代谢谱差异主要是由柠檬酸等有机酸和氨基酸造成的; 品种引起的代谢组差异主要是由辛酸等烷酸和酚类造成的。相关分析表明, 叶绿醇、白藜芦醇、葡萄糖-6-磷酸与玉米籽粒产量呈显著正相关关系, 而甘油与之呈显著负相关关系。在覆膜条件下, 与呼吸作用及清除光呼吸产物相关的缬氨酸、异亮氨酸及蛋氨酸, 与三羧酸循环相关的异柠檬酸以及可减轻光抑制的蛋氨酸、N-乙酰基天冬氨酸等代谢物的水平整体呈升高趋势。以上结果表明, 在覆膜条件下, 消除光呼吸产物及减少光抑制的相关代谢物的积累是叶片净光合速率提高的代谢基础; 抗氧化及能量代谢相关的代谢物在提高产量的过程中发挥了重要作用。

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    32. 花生根际土壤细菌群落多样性对盐胁迫的响应
    戴良香, 徐扬, 张冠初, 史晓龙, 秦斐斐, 丁红, 张智猛
    作物学报    2021, 47 (8): 1581-1592.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04160
    摘要300)   HTML8)    PDF(pc) (1106KB)(560)    收藏

    为明确盐胁迫条件下花生根际土壤细菌群落结构的变化, 采用盆栽试验设置不同盐胁迫强度处理, 以开花下针期和成熟期花生根际土壤为研究对象, 提取其总DNA并构建细菌16S rRNA基因文库, 利用高通量测序技术进行测序, 并对测序结果进行生物信息学分析。结果显示, 各处理样本根际土壤优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、Patescibacteria、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)。优势菌目分别为(Saccharimonadales)、β-变形菌目(Betaproteobacteria)、鞘脂单胞菌目(sphingomonadales)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)和根瘤菌目(Rhizobiales)。盐胁迫提高了变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度, 但降低了放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度, 且均随盐胁迫强度提高其升降幅度增大。盐胁迫下基施钙肥使β-变形菌目(Betaproteobacteria)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)和鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)相对丰度显著升高, 并均受盐胁迫强度、生育时期和外源施钙肥的影响。聚类分析结果表明, 较高浓度盐胁迫处理样本的优势菌属组成相似而聚为一组, 非盐胁迫处理样本属水平丰度依生育时期相同而相近, 各聚为一组。盐胁迫强度、生育时期对花生根际土壤微生物菌群类型影响较大, 基施钙肥影响较小。土壤微生物功能预测分析显示, 高盐胁迫可明显降低次生代谢产物、聚糖的生物合成与代谢, 以及氨基酸和脂肪酸代谢等功能基因在根际土壤中的富集。花生旺盛生长期、低盐胁迫和基施钙肥处理使得功能基因丰度大幅提高, 可能对花生生长及胁迫应答具有重要功能。根际土壤微生物菌群多样性的研究将为通过改良土壤微生物环境来提高植物胁迫耐受性提供重要途径。

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    33. 基于783份大豆种质资源的叶柄夹角全基因组关联分析
    陈玲玲, 李战, 刘亭萱, 谷勇哲, 宋健, 王俊, 邱丽娟
    作物学报    2022, 48 (6): 1333-1345.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.14102
    摘要295)   HTML24)    PDF(pc) (7956KB)(297)    收藏

    叶柄夹角是影响植株高效受光态势的重要因素, 通过调节叶柄夹角实现大豆株型改良, 对大豆产量提高非常重要。大豆叶柄夹角为数量性状, 目前大多数研究处于QTL定位阶段, 已报道的控制叶柄夹角GmILPA1基因也是从突变体中克隆得到, 因此亟须发掘更多调控基因及优异等位变异, 以促进大豆叶柄夹角调控机制的解析及育种利用。本研究于2019年和2020年分别在海南、北京种植783份和690份大豆种质资源并调查叶柄夹角表型, 通过分布于大豆全基因组的单核苷酸多态性(SNP)标记对叶柄夹角进行关联分析。结果表明, 不同节位叶柄夹角呈现正态分布, 属于典型的数量遗传特征。全基因组关联分析共统计到325个与叶柄夹角显著相关的SNP位点, 在顶部节位关联到51个SNP位点, 中部节位关联到230个SNP位点, 底部节位关联到10个SNPs位点, 3个节位的平均值关联到34个SNP位点。显著位点LD block进一步分析得到3个候选基因, 第1个是生长素类调节蛋白相关的基因Glyma.05G059700, 在茎尖分生组织中特异性表达, 第2个是生长素反应因子(AFR)类蛋白相关基因Glyma.06G076900, 在叶片和茎尖分生组织中高表达; 第3个是COP9信号体复合物相关的基因Glyma.06G076000, 在叶片、茎尖分生组织以及茎中均高表达。

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    34. 黄淮麦区小麦粒重基因等位变异的分子鉴定及育种应用
    张福彦, 程仲杰, 陈晓杰, 王嘉欢, 陈锋, 范家霖, 张建伟, 杨保安
    作物学报    2021, 47 (11): 2091-2098.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01083
    摘要292)   HTML17)    PDF(pc) (595KB)(230)    收藏

    采用特异性引物PCR扩增方法对183份黄淮海麦区的小麦品种(系)的粒重基因TaCwi-A1TaGw8-B1TaGS-D1的等位变异进行分子鉴定, 并结合2016—2017和2017—2018年度的千粒重表型数据, 分析不同等位变异类型对小麦粒重的影响, 从而找出优势基因型组合。结果表明, 不同年份间参试品种(系)的千粒重差异达到极显著水平(P<0.01); TaCwi-A1位点上发现TaCwi-A1aTaCwi-A1b两种等位变异, 其分布频率分别为66.7%和33.3%; TaGw8-B1位点上TaGw8-B1a等位变异分布频率较高, 为94.5%, 而TaGw8-B1b等位变异分布频率极低, 仅为5.5%; TaGS-D1位点上发现TaGS-D1aTaGS-D1b两种等位变异, 其分布频率分别为79.8%和20.2%。不同等位变异组合的品种千粒重存在显著差异(P<0.05), 其中具有3个高千粒重等位变异组合TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重最高, 与具有TaCwi-A1b/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重差异不显著, 但是显著高于其他组合(P<0.05)。TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1b基因型组合小麦品种(系)的平均千粒重最低。TaCwi-A1TaGw8-B1TaGS-D1位点上的不同等位变异均会导致小麦千粒重的显著变化, 其中TaGw8-B1TaGS-D1位点上的等位变异对小麦粒重的影响更为重要。在参试材料中没有发现具有3个低千粒重等位变异组合TaCwi-A1b/TaGS-D1b/TaGw8-B1b的品种, 在7种不同等位变异组合中, 具有3个高千粒重等位变异组合TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重最高, 是优势基因型组合。

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    35. 玉米籽粒缺陷突变基因 dek54的精细定位及候选基因分析
    周练, 刘朝显, 陈秋栏, 王文琴, 姚顺, 赵子堃, 朱思颖, 洪祥德, 熊雨涵, 蔡一林
    作物学报    2021, 47 (10): 1903-1912.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.03060
    摘要291)   HTML14)    PDF(pc) (3857KB)(215)    收藏

    玉米籽粒与产量和营养品质密切相关, 控制籽粒发育基因的功能研究对解析籽粒发育分子机制, 提高玉米产量, 改善籽粒营养品质提供重要依据。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)处理B73花粉, 筛选到一个玉米籽粒缺陷突变体defective kernel 54 (dek54)。dek54表现出成熟籽粒变小、皱缩、颜色发白等特征; 遗传分析表明dek54是一个单基因控制的隐性突变体。石蜡切片显示dek54淀粉胚乳细胞形状不规则且排列致密, 扫描电镜观察成熟籽粒胚乳中心区域发现dek54淀粉粒周围蛋白体比野生型少且排列疏松。dek54成熟籽粒的总蛋白、醇溶蛋白、各氨基酸组分和全氮含量相比野生型都显著降低。利用F2分离群体中的1566个dek54单株, 把dek54定位在7号染色体标记SSR6和SSR7之间, 物理位置约为290 kb。该区间有3个基因, 基因测序发现Zm00001d019294基因第2个外显子上第351个碱基由G突变为A, 从而导致蛋白翻译的提前终止。该基因在玉米籽粒中特异性表达, 且在12 DAP (days after pollination)籽粒中表达量最高。通过CRISPR/Cas9系统进行靶向突变确定候选基因Zm00001d019294导致该突变表型。Dek54编码一个与ZmNRT1.5 (nitrate transporter)具有较高同源性的MFS (major facilitator superfamily)家族蛋白并定位在玉米原生质体的细胞质膜。该研究为揭示dek54在玉米籽粒发育的分子机制奠定了重要基础。

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    36. 花生荚果与种子相关性状QTL定位及与环境互作分析
    孟鑫浩, 张靖男, 崔顺立, Charles Y.Chen, 穆国俊, 侯名语, 杨鑫雷, 刘立峰
    作物学报    2021, 47 (10): 1874-1890.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04216
    摘要290)   HTML7)    PDF(pc) (4158KB)(155)    收藏

    花生荚果、种子性状与产量紧密相关, 是重要的农艺性状。为挖掘与荚果、种子性状紧密连锁的分子标记, 本研究以大果品种冀花5号和小果美国资源M130组配衍生的315个家系RIL8群体为材料, 利用SSR、AhTE、SRAP和TRAP等标记构建了一张包含363个多态性位点的遗传连锁图谱。该图谱共包含21个连锁群, 总长为1360.38 cM, 标记间平均距离为3.75 cM。利用完备区间作图法对2017—2018年5个环境的荚果、种子相关性状进行数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)分析, 共鉴定到97个与荚果、种子性状相关的QTL, 可解释的表型变异为2.36%~12.15%, 分布在A02、A05、A08、A09、B02、B03、B04、B08和B09等9条染色体上。其中, 9个与荚果长相关, 13个与荚果宽相关, 14个与荚果厚相关, 11个与种子长相关, 14个与种子宽相关, 13个与种子厚相关, 13个与百果重相关, 10个与百仁重相关; 4个主效QTL分别为qPWA08.1、qPTA08.3、qPTA08.4qSWB08.5, 可解释的表型变异分别为10.02%、11.06%、12.15%和11.97%; 45个稳定表达的QTL在3个以上环境可被重复检测; 连锁群A02、A08、B02、B04和B08上存在QTL聚集区。另外, 检测到15对上位性QTL, 可解释的表型变异为10.23%~51.84%。研究结果将为花生荚果、种子性状的分子标记辅助育种提供重要的理论依据。

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    37. 行距与氮肥或甲哌鎓化控对棉花冠层结构、温度和相对湿度的影响
    颜为, 李芳军, 徐东永, 杜明伟, 田晓莉, 李召虎
    作物学报    2021, 47 (9): 1654-1665.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04167
    摘要289)   HTML14)    PDF(pc) (806KB)(185)    收藏

    实现机械采收是黄河流域棉区棉花生产的必然发展趋势, 但当前人工采收棉田的行距与摘锭式采棉机的行距不匹配, 需要在采棉机的可调行距范围(76~102 cm)内明确棉花适宜种植行距及其配套措施。研究于2016—2018年在河北省河间市秸秆还田条件下开展, 包括行距与氮(N)肥、行距与甲哌鎓(mepiquat chloride, DPC)化控2个独立试验, 探讨了各因素对冠层结构和冠层微环境的影响。试验采用裂区设计, 行距(76、92、102 cm)为主区, 施N量(0、105、210 kg hm-2)或DPC用量(0、140、281、394 g hm-2)为裂区, 等密度(90,000株 hm-2)种植。在天气条件相对正常的2016和2017年, 宽行距(92 cm和102 cm)与窄行距(76 cm)相比叶面积指数(leaf area index, LAI)有所增加、透光率(diffuse non-interceptance, DIFN)有所降低; 而在高温干旱的2018年, 宽行距的LAI明显降低、DIFN明显增加。施N对冠层结构的影响有限; DPC化控对冠层结构的影响较大, 主要表现为降低LAI、增加DIFN。与窄行距相比, 宽行距可在各年份不同程度增加冠层温度、降低相对湿度; 施氮对冠层微环境影响不大; DPC化控的冠层温度略高、相对湿度略低。行距与氮肥、行距与DPC对LAI等冠层结构、温度和相对湿度的互作效应均不显著。

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    38. 基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构
    渠建洲, 冯文豪, 张兴华, 徐淑兔, 薛吉全
    作物学报    2022, 48 (2): 304-319.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.13002
    摘要289)   HTML32)    PDF(pc) (4960KB)(585)    收藏

    玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一, 也是受多基因调控的复杂数量性状, 挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因, 将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料, 于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定, 并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法, 在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据, 在显著SNP标记的连锁不平衡区域内, 共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因, 其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系, 参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制, 改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。

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    39. 玉米抗倒伏相关性状QTL的关联和连锁分析
    于芮苏, 田小康, 刘斌斌, 段迎新, 李婷, 张秀英, 张兴华, 郝引川, 李勤, 薛吉全, 徐淑兔
    作物学报    2022, 48 (1): 138-150.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.03072
    摘要287)   HTML21)    PDF(pc) (752KB)(281)    收藏

    倒伏是影响玉米高产和机械化收获的重要因素, 明确玉米抗倒伏相关性状的遗传基础, 增强玉米品种抗倒伏能力, 可为玉米高产宜机收育种提供理论依据。本研究以国内外收集的153份自交系为材料, 利用6H90K SNP芯片检测的70,438个高质量SNP标记对地上第3节茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数进行全基因组关联分析, 分别检测到与茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数相关位点5个、14个、16个和21个, 单个关联位点最大效应值为13.24。同时以KA105/KB020的F5群体为试验材料, 采用QTL IciMapping V4.2软件的完备区间作图法进行QTL定位, 检测到21个与抗倒伏相关的QTL, 可解释表型变异3.86%~16.58%。结合关联分析和连锁分析结果发现, 2个QTL区间与关联分析的候选区间重合。经过候选区段的基因功能注释和文献查阅, 挖掘到GRMZM2G105391GRMZM2G014119GRMZM2G341410等与细胞壁生物合成、细胞分裂和细胞伸长的相关基因可供进一步分析。本研究结果为进一步解析玉米抗倒伏性状的遗传基础提供参考。

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    40. 马铃薯GAUT基因家族的全基因组鉴定及表达分析
    牛娜, 刘震, 黄鹏翔, 朱金勇, 李志涛, 马文婧, 张俊莲, 白江平, 刘玉汇
    作物学报    2021, 47 (12): 2348-2361.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04268
    摘要284)   HTML30)    PDF(pc) (3346KB)(215)    收藏

    半乳糖醛酸转移酶(GAUT)是一种参与催化糖基化反应的酶类,在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究鉴定了马铃薯GAUT家族成员,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、保守蛋白结构域、基因重复事件和表达模式进行了分析。结果表明,鉴定到的41个GAUT家族成员(StGAUT),不均匀的分布在10条染色体上。根据基因的结构和系统发育蛋白特征,将41个StGAUT分为4个亚组。共线性分析表明,StGAUT基因家族存在12对片段重复基因,均在纯化选择下进化。通过对马铃薯双单倍体(DM)的不同组织部位和非生物胁迫下的RNA-seq数据进行分析,筛选出了组织特异性表达及响应非生物胁迫的StGAUT基因。此外,进一步对不同四倍体栽培种彩色马铃薯的薯皮和薯肉进行RNA-seq测序和分析,获得了可能参与花色素苷生物合成的StGAUT基因。本研究结果为进一步阐明StGAUT基因在马铃薯中的功能提供了有价值的信息。

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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: 程维红
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)
在线出版:
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