作物学报

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1. 品种选育与评价的原理和方法评述

严威凯

作物学报 2022, 48 (9): 2137-2154. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.11105

摘要（645）

HTML （41）

PDF（pc）（890KB）（996）

植物育种对于满足人们日益增长的对衣食住行的需求并适应不断变化的气候条件起着不可或缺的作用。育种过程包括制定育种目标、创建育种群体、选择优良品系三大环节。研究者围绕提高育种效率, 特别是选择效率提出了许多概念和方法, 比如各种应对基因型-环境互作的策略, 各种稳定性分析方法, 各种品种生态区划分方法, 各种试验设计和分析方法, 各种双标图分析方法, 以及各种多性状综合评价方法等等。另外, 全基因组预测已经发展成为育种工作者必须考虑和不能忽视的方法。了解这些概念、方法之间的关系, 哪些是有用的, 哪些是不必要的, 哪些是有问题的, 它们在整个育种体系中处于什么位置, 对提高育种效率具有实际意义。本文以个人长期的研究、思考和育种实践为基础, 对育种目标制定、育种群体创建, 特别是后代选择的基本原理、概念和方法进行了梳理、澄清和补充, 以期对品种选育和评价的理论和方法形成一个较完整、系统的论述, 并用实例演示一些重要的分析方法。

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2. 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（391）

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PDF（pc）（2878KB）（972）

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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3. 玉米密植光合生理机制及应用途径研究进展

郭瑶, 柴强, 殷文, 范虹

作物学报 2022, 48 (8): 1871-1883. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.13024

摘要（723）

HTML （75）

PDF（pc）（767KB）（971）

在有限土地面积上生产足够粮食保证粮食安全, 关键在于提高单产。密植作为提高玉米单产的重要农艺措施, 适度增加种植密度, 其群体光合速率不受影响甚至有所提高, 进而可以增加单产。揭示玉米密植光合生理学机理, 是当前提高单产的重点研究方向。密植致使玉米光合特性发生改变, 调控限制光合生理因子是有效促进玉米密植增产的关键所在, 而挖掘密植增产的光合生理学潜力是玉米密植生理学基础, 在保障粮食安全中发挥着重要作用。因此, 本文基于前人研究成果, 重点综述了光合生理研究方法与思路变迁, 国内外玉米适应密植的光合生理响应和相关农艺调控途径研究现状, 为光合生理研究提供理论基础与技术方法。围绕未来玉米密植生产对科技的需求, 依据现代科技的发展趋势, 我们认为, 传统研究方法必须结合分子生物学技术挖掘光合潜力或缩小实际与理论光合速率之间的差距以实现高光效是未来玉米密植研究的主要目标。探讨光合生理功能基因差异表达对栽培措施的响应作为今后研究的重点之一, 明确农艺措施与密植玉米光合相关基因表达信息的联系与互作关系, 通过农艺栽培措施与分子生物学技术融合挖掘玉米密植增产的光合生理潜力, 为玉米密植增产提供光合生理理论和实践支撑。

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4. 水稻产量相关性状的全基因组关联分析及候选基因筛选

杨飞, 张征锋, 南波, 肖本泽

作物学报 2022, 48 (7): 1813-1821. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.12047

摘要（569）

HTML （39）

PDF（pc）（4541KB）（962）

水稻是最重要的粮食作物之一, 培育高产稳产的水稻品种对于维护粮食安全至关重要, 对产量相关性状的遗传解析是提高水稻产量的基础。本文从“3000份水稻核心种质重测序项目” (3K Rice Genome Project)中挑选生育期较为一致的226份核心种质资源材料考察生育期(rice growing period, RGP)、株高(plant height, PH)、有效穗数(effective panicle number, EPN)、穗长(panicle length, PL)、穗着粒密度(spikelet density, SD)、结实率(seed setting rate, SSR)、千粒重(thousand grains weight, TGW)、单株产量(yield per plant, YP)、每穗颖花数(spikelet per panicle, SP)、每穗实粒数(grains per panicle, GP) 10个主要农艺性状, 结合2429 kb的高密度基因型数据进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。共定位到显著相关位点43个, 除了qRGP7.2、qPH12、qPL6.2、qSD6.2、qTGW1.1、qGP1、qGP5.2 7个QTLs以外, 其余36个QTL为本研究中定位到的新位点。此外, 本研究利用单核苷酸位点功能评估的方式筛选到6个主要农艺性状相关候选基因。分别为株高相关基因LOC_Os12g18760、有效穗数相关基因LOC_Os03g33530、穗长相关基因LOC_Os06g30940、千粒重相关基因LOC_Os01g49810、单株产量相关基因LOC_Os09g25260、穗着粒密度和每穗颖花数相关基因LOC_Os09g32620。本研究结果将为水稻产量遗传改良提供理论参考与重要基因资源。

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5. 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（629）

HTML （95）

PDF（pc）（5416KB）（939）

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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6. 马铃薯 BBX基因家族的全基因组鉴定及表达分析

马文婧, 刘震, 李志涛, 朱金勇, 李泓阳, 陈丽敏, 史田斌, 张俊莲, 刘玉汇

作物学报 2022, 48 (11): 2797-2812. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.14199

摘要（412）

HTML （32）

PDF（pc）（10466KB）（925）

B-box (BBX)基因家族是一类锌指蛋白转录因子, 在植物生长发育过程中起重要作用。本研究鉴定了30个马铃薯BBXs家族成员, 对其理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域、基因重复事件、表达模式和蛋白互作网络进行了分析。结果表明, 30个StBBX基因家族成员不均匀的分布在11条染色体上。通过对其基因结构和系统发育特征的分析, 将30个StBBXs分为5个亚类。共线性分析表明, 马铃薯StBBXs与拟南芥AtBBXs间存在15对直系同源基因。利用PGSC数据库下载的RNA-seq数据, 分析了BBX基因家族在双单倍体(DM)马铃薯不同组织部位、非生物胁迫和外源激素处理下的表达。此外, 本研究对3种不同颜色块茎的马铃薯品种的薯皮和薯肉进行了RNA-seq, 研究了StBBXs在不同颜色的薯皮和薯肉中的表达模式, 分析了它们与花色素苷合成关键基因表达之间的相关性。利用String数据库构建了在彩色块茎中差异表达的StBBXs基因的蛋白互作网络。这些结果为进一步了解StBBX基因家族以及进一步分析StBBX基因在马铃薯非生物胁迫耐受和花青素生物合成中的功能提供了理论依据。

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7. 水稻大穗形成及其调控的研究进展

刘立军, 周沈琪, 刘昆, 张伟杨, 杨建昌

作物学报 2023, 49 (3): 585-596. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22035

摘要（785）

HTML （85）

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水稻每穗粒数是构成产量的关键因素, 现代高产水稻品种多表现为穗大粒多。增加每穗粒数、促进大穗形成是提高水稻产量的重要途径。本文概述了水稻每穗粒数形成与幼穗发育的关系, 并结合作者相关研究, 从水稻穗型的遗传调控、营养状况与氮肥管理、水分、温光条件和内源激素等方面分析了其对每穗粒数形成的影响。从根系形态生理与幼穗发育、水肥管理和温光条件以及植物激素间的相互作用调节颖花分化与退化的生理和分子机制等方面提出了未来加强水稻大穗形成研究的重点, 以期为大穗高产水稻品种选育和栽培调控提供依据。

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8. 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（461）

HTML （52）

PDF（pc）（530KB）（857）

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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9. 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（725）

HTML （116）

PDF（pc）（3074KB）（841）

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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10. 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（360）

HTML （23）

PDF（pc）（3125KB）（794）

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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11. 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（804）

HTML （68）

PDF（pc）（658KB）（794）

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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12. 利用WGCNA鉴定玉米非生物胁迫相关基因共表达网络

邓照, 蒋环琪, 程丽沙, 刘睿, 黄敏, 李曼菲, 杜何为

作物学报 2023, 49 (3): 672-686. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23017

摘要（418）

HTML （33）

PDF（pc）（2789KB）（737）

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)是一种经典的系统生物学分析方法, 可用来鉴定协同表达的基因模块, 探索模块与目标性状的生物学相关性, 并挖掘模块网络中的核心基因。本文收集了低温胁迫、高温胁迫、干旱胁迫和盐胁迫处理下玉米(Zea mays L.)根、茎、叶等组织的58份转录组数据, 利用WGCNA方法鉴定玉米非生物胁迫的基因共表达网络模块。过滤转录组数据中12,552个低表达基因后, 利用余下27,204个高表达基因构建共表达网络, 分析得到25个模块。根据玉米中已报道非生物胁迫相关基因与差异表达基因在模块中的分布, 筛选出与低温胁迫、高温胁迫、干旱胁迫和盐胁迫最相关的mediumpurple4、ivory、coral2、darkseagreen4模块和响应多种胁迫的green模块。随后对这5个模块的基因进行GO富集分析, 发现在这些模块内与非生物胁迫相关基因的在非生物胁迫调控相关功能显著富集, 如胁迫响应、过氧化物酶活性等。对这5个模块作相关性分析, 预测出Zm00001eb072870、Zm00001eb320970、Zm00001eb037640、Zm00001eb423300和Zm00001eb265310等10个非生物胁迫相关的核心基因。本研究为玉米非生物胁迫相关基因的挖掘和非生物胁迫调控网络研究等提供了新思路。

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13. 我国主要麦区小麦籽粒微量元素含量及营养评价

褚宏欣, 牟文燕, 党海燕, 王涛, 孙蕊卿, 侯赛宾, 黄婷苗, 黄倩楠, 石美, 王朝辉

作物学报 2022, 48 (11): 2853-2865. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.11099

摘要（600）

HTML （26）

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小麦是重要的粮食作物, 其微量元素含量高低直接影响人体健康。明确我国主要麦区小麦籽粒微量元素含量水平, 对优化小麦微量元素营养品质, 保障居民营养健康有重要意义。于2016—2020年, 在我国17个小麦主产省区采集分析了1112份小麦及土壤样品, 参考《中国营养学会人体微量元素摄入标准》和美国环境保护署健康风险评估方法, 结合我国居民饮食特点, 推荐了小麦籽粒微量元素适宜含量范围, 并以此评价了我国小麦的微量元素营养状况。研究发现, 我国小麦籽粒铁含量平均为43.8 mg kg^-1, 72.9%样本低于铁的推荐量下限50 mg kg^-1, 所有样本铁含量均低于推荐量上限140 mg kg^-1; 籽粒锰含量平均为43.0 mg kg^-1, 仅4.1%样本低于推荐锰含量下限22 mg kg^-1, 但23.7%样本高于推荐上限值50 mg kg^-1; 籽粒铜含量平均为4.6 mg kg^-1, 7.6%样本低于推荐量下限3 mg kg^-1, 所有样本铜含量均低于推荐量上限10 mg kg^-1; 籽粒锌含量平均为31.4 mg kg^-1, 85.8%的样本低于推荐量下限40 mg kg^-1, 仅4.1%样本高于50 mg kg^-1的推荐量上限; 籽粒硼含量平均为1.2 mg kg^-1, 低于推荐量下限0.8 mg kg^-1的样本占29.2%, 所有样本均低于推荐值上限10 mg kg^-1; 籽粒钼含量平均为0.5 mg kg^-1, 18.8%的样本钼含量低于推荐量下限0.2 mg kg^-1, 仅有0.4%样本钼含量高于推荐值上限2 mg kg^-1。我国小麦籽粒微量元素含量也存在区域间变异, 其中, 铁、锌含量普遍偏低, 部分地区硼、钼含量不足, 而锰含量偏高, 铜含量基本在推荐范围内。

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14. 玉米-豆科作物带状间套作对养分吸收利用及产量优势的影响

杨欢, 周颖, 陈平, 杜青, 郑本川, 蒲甜, 温晶, 杨文钰, 雍太文

作物学报 2022, 48 (6): 1476-1487. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.13017

摘要（553）

HTML （31）

PDF（pc）（1677KB）（680）

为明确玉米大豆套作、玉米花生间作养分吸收利用对产量优势贡献的差异。本研究开展了2年大田试验, 通过比较间套作与相应单作成熟期植株氮磷钾养分吸收量和利用效率, 综合分析了玉米大豆套作、玉米花生间作中养分吸收和利用效率的变化。结果表明: 玉米大豆套作土地当量比(land equivalent ratio, LER)为1.16~1.72, 具有套作产量优势, 玉米花生间作LER为0.89~1.13, 无明显间作产量优势。玉米大豆套作体系中, 植株氮、磷、钾养分吸收总量比相应单作提高32.60%~54.22%、27.35%~34.64%和17.74%~24.42%, 氮素利用效率低于相应单作21.99%~42.07%。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为0.34~0.62、0.31~0.46和0.22~0.32, 利用效率的贡献分别为-0.11~ -0.35、-0.03~ -0.31和-0.11~0.22。玉米花生间作体系中, 氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作-7.86%~31.58%、23.09%~46.52%和1.60%~55.48%, 氮素利用效率高出相应单作7.55~26.60。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为0~0.22、0.05~0.27和-0.11~0.32, 利用效率的贡献分别为-0.25~0.19、-0.32~0.11和-0.47~0.32。因此, 玉米大豆套作优势在营养方面的基础主要来自于相对于单作养分吸收总量的增加, 而玉米花生间作无明显间作优势主要因为养分吸收对产量优势的贡献较小。

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15. 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（335）

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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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16. 基于WGCNA发掘谷子穗部类黄酮合成途径调控关键基因

韩尚玲, 霍轶琼, 李辉, 韩华蕊, 侯思宇, 孙朝霞, 韩渊怀, 李红英

作物学报 2022, 48 (7): 1645-1657. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.14107

摘要（466）

HTML （31）

PDF（pc）（1508KB）（671）

类黄酮是植物重要的次生代谢物质, 在植物生长发育中发挥着重要的作用, 此外, 类黄酮具有抗氧化活性, 对人体十分有益。谷子籽粒营养丰富全面, 是一种保健型杂粮, 深受我国人民喜爱。谷子作为C₄模式植物, 正在受到越来越多的关注。目前谷子籽粒类黄酮代谢及调控机制研究较少。本研究利用高类黄酮品种晋谷21 (JG21)及低类黄酮品种牛毛白(NMB)谷穗为材料, 分析JG21与NMB小穗发育不同阶段类黄酮靶向代谢组及JG21小穗发育不同阶段转录组, 结合加权基因共表达网络分析挖掘可能参与调控类黄酮代谢的转录因子, 并在不同水平的类黄酮品种中进行表达分析初步验证。结果发现, 2个品种小穗中主要富集的类黄酮组分为芹菜素、牡荆素及柚皮素, 三者共占总类黄酮含量的79%以上。类黄酮代谢基因共表达网络中包含38,921个基因, 共划分为32个模块, 其中turquoise模块、green模块及magenta模块与类黄酮代谢显著相关。利用类黄酮代谢通路差异表达基因作为关键基因筛选出与类黄酮代谢调控相关的27个转录因子家族, 并通过启动子结合基序分析筛选获得11个转录因子。Pearson相关性分析表明, 11个转录因子中有7个候选转录因子可能参与类黄酮代谢, 分别为WRKY38、MYB4a、PI、WRKY15、WRKY62、MYB46、WRKY23。以上结果为研究谷子类黄酮代谢通路转录调控机制提供了新的候选基因, 为深入揭示类黄酮代谢调控机制奠定基础。

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17. 营养导向型作物新品种选育与审定现状、问题与展望

朱大洲, 武宁, 张勇, 孙君茂, 陈萌山

作物学报 2023, 49 (1): 1-11. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23018

摘要（572）

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随着我国经济社会的发展和人民生活水平的不断提高, 消费者对饮食的要求已经从单纯追求温饱和口感向营养和健康转变, 居民膳食结构转型升级需求十分迫切, 营养和健康品质导向的作物育种势在必行。本文从我国农作物育种目标的变迁出发, 阐述了国内外营养导向型作物育种研究进展情况, 梳理了我国作物育种中关注的营养品质指标, 分析了作物新品种审定中已涉及的营养指标和存在的问题。结合消费需求, 提出把营养指标纳入现行作物品种审定体系的建议与展望, 以推动作物营养品质育种的快速发展, 从源头支撑居民营养改善和“健康中国”建设。

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18. 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（681）

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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F_ST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(sh2、su1、su2和wx1), 进一步利用分子标记验证了sh2和DGAT1-2两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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19. 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（469）

HTML （45）

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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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20. 水稻氮高效基因分子标记开发与基因型筛选

陶亚军, 朱静妍, 王军, 范方军, 许扬, 李文奇, 王芳权, 陈智慧, 蒋彦婕, 朱建平, 李霞, 杨杰

作物学报 2022, 48 (12): 3045-3056. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.12080

摘要（427）

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PDF（pc）（2244KB）（652）

氮素是促进水稻物质生产和产量形成的首要因素, 其高效与合理的利用是农业可持续发展的重要保障。培育含有氮高效基因的水稻品种, 充分发挥氮素高效吸收和利用遗传潜力是提高氮肥利用率、减少氮肥施用量的有效途径。本研究从氮素的吸收、转运、再分配和再利用等环节, 选择了OsNR2、OsNPF6.1、OsTCP19、OsLHT1和OsGRF4共5个基因作为水稻氮高效遗传改良的基因组合, 根据已报道的功能位点设计得到与目标基因共分离的基因功能标记, 包括6对等位特异PCR标记和1对InDel标记, 并对70份常规籼稻, 34份常规粳稻和84份太湖资源水稻材料进行了鉴定。结果表明, OsNR2在籼稻中分布较广, OsNPF6.1、OsTCP19、OsGRF4在籼稻中分布较少, 但是均未在常规粳稻中检出; 常规粳稻中仅含有OsLHT1; 同时我们还筛选出2份材料同时含有OsNR2、OsNPF6.1和OsGRF4高效单倍型。本研究开发的功能标记和筛选出的材料为通过分子标记辅助选择方法培育氮高效水稻新品种提供了技术支撑。

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21. 植物体细胞胚胎发生的分子机制

韩贝, 孙思敏, 孙伟男, 杨细燕, 张献龙

作物学报 2023, 49 (2): 299-309. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24103

摘要（778）

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植物细胞的全能性是指每个细胞均具有该植物的全部遗传信息, 其离体组织或细胞在适当培养条件下具有发育成完整植株的潜能。植物体细胞胚胎发生是最能体现植物细胞全能性的一种方式, 其在人工种子、单倍体育种、无性繁殖和种质保存等领域具有广阔的应用前景, 其发生的机制也是基础研究领域的热点。近年来, 随着技术的进步及研究的深入, 植物体细胞胚胎发生的分子调控机制取得了重要进展。植物体细胞胚胎发生是一系列基因在时空顺序上表达调控的结果。本文系统综述了体细胞胚胎发生过程中激素及逆境胁迫信号转导、胚胎发育相关转录因子、胞外蛋白和表观遗传调控的作用, 并对本领域未来的研究重点及方向进行了展望。

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22. 弱光胁迫影响玉米产量形成的生理机制及调控效应

孙智超, 张吉旺

作物学报 2023, 49 (1): 12-23. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.13064

摘要（502）

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在全球气候变化背景下, 生育期内光照不足已成为制约玉米产量提高的主要因素之一, 增加了全球粮食生产和营养安全的风险。本文从光合性能、养分吸收特性、籽粒形成与灌浆特性等方面系统总结了弱光胁迫影响玉米产量形成的生理机制。弱光降低了叶片捕光能力, 基质和基粒类囊体结构解体, 相关酶活性降低, 光系统受到损伤, 碳同化能力降低, 进而抑制根系发育, 影响根系形态和功能, 不利于养分吸收和代谢。由于营养供应不足, 雌、雄穗发育受阻, 花粉和花丝的形态功能受到影响, 导致小花受精率低, 穗粒数降低。弱光条件下, 胚乳细胞数量——“库”容量降低, 胚乳传递细胞结构和功能受到影响, 内源激素平衡被打破, 蔗糖-淀粉代谢相关酶活性下降, 茎节维管束数目和面积减少, 物质转运和转化能力降低, 导致淀粉充实状态差, 粒重降低。因此, 为缓解弱光胁迫对玉米产量形成的影响, 亟须创建系统评估耐阴品种的指标, 利用现代育种技术加快培育出高光效耐阴新品种, 采取增施氮肥、去除顶部叶、喷施生长调节剂和叶面肥等栽培措施提高产量。未来研究需要注重根冠协调, 深入探讨弱光胁迫的作用机理, 为玉米抗逆增产关键技术的创建提供理论依据。

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23. 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（368）

HTML （47）

PDF（pc）（6746KB）（626）

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SiMPK21-2和SiMPK6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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24. 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（526）

HTML （73）

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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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25. 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（391）

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PDF（pc）（441KB）（609）

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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26. 耐盐性不同水稻品种对盐胁迫的响应差异及其机制

颜佳倩, 顾逸彪, 薛张逸, 周天阳, 葛芊芊, 张耗, 刘立军, 王志琴, 顾骏飞, 杨建昌, 周振玲, 徐大勇

作物学报 2022, 48 (6): 1463-1475. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.12027

摘要（619）

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旨在阐明耐盐性不同水稻的产量对盐胁迫的响应及其生理特性。本研究以5个耐盐水稻品种和两个盐敏感水稻品种为材料, 设置了5个不同盐浓度处理(0、1、2、2.5和3 g kg^-1)。结果表明, 相较于盐敏感水稻, 耐盐水稻能够耐受更高浓度的盐胁迫(2.5 g kg^-1), 且产量受盐胁迫减产幅度较小。耐盐水稻品种具有较高的产量, 得益于其较高的总颖花量和结实率。与盐敏感品种相比, 耐盐水稻品种叶片, 在分蘖中期、穗分化期、抽穗期, 具有较高的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性, 较高的果糖、海藻糖、山梨醇、脯氨酸等有机渗透调节物质含量, 较高的K⁺/Na⁺值; 分蘖至拔节以及抽穗至成熟期具有较高的作物生长速率; 抽穗期具有较高的光合速率。上述结果表明, 不同耐盐性水稻产量差异, 主要来源于分蘖期、穗分化期与抽穗期的耐盐生理差异, 这些生育时期是决定水稻穗数、穗粒数、结实率的关键时期。耐盐水稻在这些关键生育时期的良好生理表现是这些水稻品种获得高产的基础。该研究结果对水稻耐盐生理机制研究与水稻耐盐育种有借鉴意义。

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27. 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（456）

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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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28. 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（415）

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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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29. 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（681）

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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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30. 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（507）

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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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31. 气候变化背景下农业气象灾害对东北地区春玉米产量影响

李祎君, 吕厚荃

作物学报 2022, 48 (6): 1537-1545. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.03061

摘要（490）

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随着气候变化, 中国重要商品粮基地—东北地区的农业气象灾害呈现出多发和频发的态势, 为了解这种变化对当地春玉米生产的影响, 本文引入通径分析法, 探讨该地区的主要农业气象灾害对春玉米产量的直接影响或协同影响及其程度, 进而在实际生产中更好的趋利避害以确保粮食生产安全。结果发现, 农业气象灾害可以解释50%左右东北地区春玉米产量的波动, 且影响春玉米生产的主要农业气象灾害已经从过去的冷害转变为干旱; 在气候变暖的大背景下, 影响春玉米生产的主要因子由热量条件转换为水分条件, 干旱已成为威胁春玉米产量的首要灾害。分省来看, 影响辽宁春玉米产量的农业气象灾害, 按照影响程度排序为干旱、洪涝和风灾; 影响吉林春玉米产量的农业气象灾害主要为干旱和洪涝; 影响黑龙江春玉米产量的农业气象灾害, 按照影响程度排序为干旱、洪涝和风灾。由此可见, 东北三省由于地理位置差异, 影响其玉米生产的主要农业气象灾害也有所差异, 黑龙江除风雹灾害影响大于其他两省外, 水旱灾害的影响均弱于辽吉, 风雹灾害局地性强, 影响范围有限, 因而其对玉米生产的影响远不及水旱灾害, 黑龙江玉米生产稳定性较高, 受农业气象灾害影响相对较小, 对东北地区在具体研究中不能一概而论。

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32. 施氮量对籼粳杂交稻甬优1540产量和氮肥利用效率的影响及其机制

徐冉, 陈松, 徐春梅, 刘元辉, 章秀福, 王丹英, 褚光

作物学报 2023, 49 (6): 1630-1642. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22040

摘要（303）

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PDF（pc）（1154KB）（574）

旨在探讨施氮量对籼粳杂交稻甬优1540产量和氮肥利用效率的影响及其相关生理基础。本研究以浙江省大面积推广应用的籼粳杂交稻品种甬优1540为材料, 设置4个施氮量, 即全生育期不施用氮肥(N0)、全生育期施用纯氮80 kg hm^-2(N1)、160 kg hm^-2(N2)以及240 kg hm^-2(N3)。研究结果表明, (1) 施氮量对水稻产量与氮肥利用效率影响显著。在0~160 kg hm^-2范围内, 水稻产量随施氮量的增加而增加, 产量的增加主要得益于总颖花量的增加; 超过此范围产量则不再增加, 主要是由于结实率降低, 且氮收获指数与氮肥利用效率(氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力以及产谷利用率)也显著降低。(2) 施氮量对水稻地上部生长发育影响显著。在0~240 kg hm^-2范围内, 随着施氮量的增加, 拔节期、齐穗期以及成熟期水稻地上部干物重显著增加, 但收获指数则显著降低; 在0~160 kg hm^-2范围内, 灌浆中、后期水稻剑叶净光合速率、剑叶中Z+ZR含量以及籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性随施氮量的增加而增加, 超过此范围则不再增加, 甚至会有所降低。(3) 施氮量对水稻根系形态生理特征影响显著。在0~160 kg hm^-2范围内, 拔节期、齐穗期以及成熟期水稻根干重、0~10 cm土层根干重、10~20 cm土层根干重、总根长、根长密度、比根长以及灌浆中、后期水稻根系氧化力、根系与根系伤流液中Z+ZR浓度水平等根系形态与生理指标均随施氮量的增加而增加, 但进一步将施氮量提高至240 kg hm^-2时, 上述指标中仅根干重、0~10 cm土层根干重、总根长以及根长密度有所增加。(4) 相关分析表明, 灌浆期水稻根系氧化力、根系中Z+ZR含量以及根系伤流液中Z+ZR浓度与剑叶净光合速率、剑叶中Z+ZR含量以及籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性呈极显著正相关关系。以上结果表明, 适宜的施氮量可以优化甬优1540的根系形态与生理特征, 促进地上部生长发育, 提高灌浆中、后期植株生理活性, 进而实现高产与氮肥高效利用。

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33. 小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证

胡文静, 李东升, 裔新, 张春梅, 张勇

作物学报 2022, 48 (6): 1346-1356. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.11055

摘要（590）

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穗部性状和株高是小麦育种的重要指标。以扬麦13 (Yangmai 13, 简称YM13)和CIMMYT引进种质人工合成小麦衍生系C615为亲本构建重组自交系群体为研究材料, 基于小麦90K SNP芯片基因型数据, 结合3个环境下表型结果, 分别检测到1个每穗结实总小穗数、2个穗长、2个结实小穗着生密度和3个株高的位点。其中, 每穗结实总小穗数位点QSN.yaas-3B与株高位点QPH.yaas-3B处于同一位置, 穗长位点QSL.yaas-5A、结实小穗着生密度位点QSC.yaas-5A和株高位点QPH.yaas-5A处于同一位置, 穗长位点QSL.yaas-6A和结实小穗着生密度的位点QSC.yaas-6A处于同一位置。比对结果显示QSN.yaas-3B/QPH.yaas-3B和QSL.yaas-6A/QSC.yaas-6A位点均未见报道。进一步将QSL.yaas-5A/QSC.yaas-5A/ QPH.yaas-5A位点紧密连锁SNP标记转化为KASP标记QC615-5A-KASP, 并在105份小麦品系中初步验证其育种效应。研究结果可为小麦产量相关性状分子育种提供参考。

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34. 减氮条件下分期施钾对冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的影响

张翔宇, 胡鑫慧, 谷淑波, 林祥, 殷复伟, 王东

作物学报 2023, 49 (2): 447-458. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21013

摘要（351）

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为探究钾肥分期施用对冬小麦产量和氮素利用效率的影响, 确定减氮条件下冬小麦高产高效的钾肥运筹方案, 本试验选用高产强筋冬小麦品种藁优5766作为试验材料, 于2018—2020年度冬小麦生长季, 采用二因素随机区组设计, 设置3个施氮水平: 常规施氮水平(240 kg hm^-2, N1)、减氮20% (192 kg hm^-2, N2)、减氮40% (144 kg hm^-2, N3), 两种钾肥运筹方案: 钾肥全部底施(K1)和分期施钾(底施50%、拔节期追施50%, K2)。结果表明, 相同钾肥运筹方案下, N2处理的籽粒产量与N1处理无显著差异, N3处理的籽粒产量比N1处理显著降低, 降幅达9.0%~11.6%。在相同施氮水平下, 分期施钾可显著提高冬小麦籽粒产量和氮素利用效率。与K1处理相比, K2处理显著抑制硝态氮向深层土壤的淋溶, 增加冬小麦植株氮素积累量, 提高旗叶光合速率和硝酸还原酶活性、籽粒灌浆速率、穗粒数和千粒重; 籽粒产量和氮素利用效率在常规施氮水平下两年度分别提高21.7%和20.2%, 在减氮20%水平下两年度分别提高26.9%和26.2%, 在减氮40%水平下两年度分别提高25.2%和21.1%。N3K2处理的籽粒产量、氮素吸收效率、氮素利用效率和氮肥偏生产力均显著高于N1K1处理。以上结果说明分期施钾在不同施氮水平下均能大幅度提高冬小麦籽粒产量和氮素利用效率, 即使减氮40%, 其籽粒产量仍显著高于常规施氮且钾肥全部底施的处理; 采用192 kg hm^-2施氮量并配合分期施钾, 冬小麦籽粒产量和氮素吸收效率最高, 氮素利用效率和氮肥偏生产力亦到达较高水平, 是高产高效的氮钾肥运筹方案。

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35. 基于Adaptive Lasso的两阶段全基因组关联分析方法

杨文宇, 吴成秀, 肖英杰, 严建兵

作物学报 2023, 49 (9): 2321-2330. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23072

摘要（310）

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PDF（pc）（874KB）（560）

作为进行全基因组关联分析的主流方法, 混合线性模型类方法得到了广泛的应用。但是, 现有方法仍存在检测功效不高的问题。本文提出一种基于Adaptive Lasso的2阶段全基因组关联分析方法(two-stage Adaptive Lasso-based genome-wide association analysis, ALGWAS), 该方法在第1阶段通过变量选择方法Adaptive Lasso筛选出与目标性状相关联的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphism, SNP), 第2阶段将第1阶段筛选出的SNP作为协变量放入线性模型中进行全基因组扫描。在模拟实验中, ALGWAS方法与3种常用的全基因组关联分析方法fastGWA、GEMMA和EMMAX相比具有最高的检测功效, 同时具有较低的错误发现率(false discovery rate, FDR)。将以上4种方法应用到包含1341份材料的玉米CUBIC (Complete-diallel plus Unbalanced Breeding-like Inter-Cross)群体的全基因组关联分析中, ALGWAS方法可检测到与开花期相关基因ZmMADS69、ZmMADS15/31、ZmZCN8和ZmRAP2.7, 与株高相关基因ZmBRD1和ZmBR2, 与产量相关基因ZmUB2、ZmKRN2和ZmCLE7等, 而其他3种常用的全基因组关联分析方法检测功效较低。本研究提出了一种非混合线性模型类的全基因组关联分析方法, 对解析微效多基因决定的复杂遗传性状具有更高的检测效率, 为基因挖掘提供了新的途径。

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36. 不同耐旱性紫花苜蓿干旱胁迫下生理响应和转录调控的差异研究

陈力, 王靖, 邱晓, 孙海莲, 张文浩, 王天佐

作物学报 2023, 49 (8): 2122-2132. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24205

摘要（323）

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PDF（pc）（1732KB）（553）

苜蓿是最重要的豆科牧草, 常被种植在干旱/半干旱地区。为研究不同耐旱性紫花苜蓿应对干旱胁迫的调控机制, 本研究以中科1号紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Zhongke 1’)为试验材料, 以三得利紫花苜蓿(M. sativa ‘Sanditi’)为对照, 采用自然干旱法进行处理, 比较干旱胁迫对其生长性状、光合作用、叶绿素含量、叶片相对含水量、渗透调节物质和抗氧化酶活性等指标的影响, 并使用转录组测序分析2个品种响应干旱基因的差异。结果表明, 干旱胁迫显著降低了2个紫花苜蓿品种的株高、地上地下生物量、叶片相对含水量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量; 与三得利相比, 干旱胁迫下中科1号紫花苜蓿丙二醛含量和电导率更低, 渗透调节物质积累和活性氧清除能力更强。中科1号和三得利分别有5308个和8053个响应干旱的基因; GO功能注释分析发现, 中科1号的346个干旱响应基因被显著富集在6个GO类别, 而三得利的1683个干旱响应基因被显著富集在29个GO类别; 此外, 我们还筛选到19个在中科1号中表达量显著高于三得利的抗旱关键基因。本研究发现紫花苜蓿可能通过上调抗旱基因SUS、P5CS、LEA、SOD、POD、PEPC、NCED等的表达, 提高渗透调节能力和抗氧化酶活性来维持相对较高的光合速率, 从而增强抗旱能力。研究结果为进一步挖掘紫花苜蓿响应干旱胁迫的候选基因和抗旱育种提供了理论依据。

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37. 光强和氮肥互作对南方软米粳稻灌浆结实期碳氮代谢影响及其与产量品质间关系

陈心怡, 朱盈, 马中涛, 张明月, 魏海燕, 张洪程, 刘国栋, 胡群, 李光彦, 许方甫

作物学报 2023, 49 (11): 3042-3062. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22054

摘要（260）

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以南方软米粳稻南粳9108和扬农香28为材料, 设置2个光强处理和4种氮肥处理, 其中光强处理于结实期展开, 分为100%自然光照强度(L1)和50%自然光照强度(L2), 氮肥处理为生长中后期不施氮肥(N1), 分别于倒六叶(N2)、倒四叶(N3)、倒二叶(N4)期一次性施用氮肥, 研究了不同光照强度、氮肥施用时期及光氮互作条件下水稻结实期碳氮代谢差异及其对产量和品质的影响。结果表明, 结实期光强减弱, 剑叶净光合速率下降7.35%~42.36%、叶片中蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)酶活性下降, 叶片C/N比下降3.98~6.49, 光合产物向籽粒输送减少, 籽粒中淀粉(包括直链淀粉)含量降低, 同时叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)活性增强, 植株含氮率提升, 蛋白质含量相对增加, 不利于产量和优良品质的形成。中后期施用氮肥后, 叶片中碳氮代谢关键酶活性显著提高、叶片的衰老减缓, 水稻的灌浆结实期延长, 有利于产量的提升。随中后期氮肥施用时期推迟, 氮代谢愈发旺盛, 籽粒中蛋白质含量相对明显增加, 导致淀粉与蛋白质、直链淀粉与蛋白质的比值均下降, 食味值下降。本试验条件下, 正常光照配合倒四叶施用氮肥处理(L1~N3)能够协同提高叶片碳氮代谢关键酶活性, 使得光合产物和含氮化合物以适宜的比例向籽粒输送, 最终籽粒中淀粉与蛋白质的比值在11.43~12.03之间, 直链淀粉与蛋白质的比值在1.34~1.50之间, 米饭的硬度低, 黏度、平衡性高, 食味好, 可同时获得高产和优质。

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38. 水氮减量密植玉米的产量及产量构成

韦金贵, 郭瑶, 柴强, 殷文, 樊志龙, 胡发龙

作物学报 2023, 49 (7): 1919-1929. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23056

摘要（272）

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针对干旱绿洲灌区水资源匮乏、玉米生产化肥投入量大等问题, 在水氮减量条件下, 探讨增大密度对玉米干物质积累、籽粒产量和产量构成的影响, 以期为建立水氮减量玉米稳产高效技术体系提供依据。2020—2021年, 在地方习惯灌水减量20% (3240 m³ hm^-2, W1)、习惯灌水(4050 m³ hm^-2, W2)和减量施氮25% (270 kg hm^-2, N1)、习惯施氮(360 kg hm^-2, N2)条件下, 研究密度从7.50万株 hm^-2(低, D1)提高30% (中, D2)、60% (高, D3)时, 玉米干物质积累及产量的响应特征。研究表明, 水、氮减量均显著降低玉米籽粒产量, 增密30%可补偿水氮同时减量导致的产量降低效应; 施氮量不变降低灌水量时, 增密可显著提高产量。2个试验年度内, W1较W2、N1较N2产量分别降低3.0%、12.9%, D2、D3较D1产量分别高12.9%、9.2%; W1N1D1较W2N2D1处理减产12.3%, W1N1D2与W2N2D1处理产量差异不显著。增密30%能够补偿水氮减量减产的主要原因是提高了灌浆初期到成熟期干物质的累积量和成穗数, W1N1D2与W2N2D1相比, 灌浆初期到成熟期干物质积累量提高5.8%, V_max(最大干物质积累速率)、V_mean(平均干物质积累速率)、T_m(最大干物质积累速率出现时间)、HI (收获指数)差异均不显著, 穗数增加24.7%, 但穗粒数、千粒重分别降低19.3%和14.8%。W1N2D2较W2N2D1处理增产13.9%。当施氮量不变时, 减水增密稳产的主要原因是提高了干物质积累量、V_mean、HI和穗数, W1N2D2与W2N2D1相比, 穗数、干物质积累、V_mean和HI分别提高24.8%、10.2%、8.4%和4.7%, 千粒重差异不显著。因此, 本试验水氮同步减量条件下增密30%, 是绿洲灌区玉米水氮节约稳产高产的可行措施; 在施氮量保持不变但灌水量减少20%时, 密度提高30%是玉米节水增产的有效措施。

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39. 大豆叶型调控基因 Ln及其同源基因单倍型分析

李刚, 周彦辰, 熊亚俊, 陈伊洁, 郭庆元, 高杰, 宋健, 王俊, 李英慧, 邱丽娟

作物学报 2023, 49 (8): 2051-2063. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24208

摘要（295）

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大豆叶型是理想株型的重要构成部分, 对大豆品种选育具有重要意义。本研究通过对来自中国不同地区的598份材料进行Ln及其同源基因(Glyma.10G273800)单倍型分析发现, Ln基因和同源基因均分别包含3种单倍型(Hap1~Hap3)。Ln基因3种单倍型之间除了叶长没有显著差异外, Hap2在叶宽、叶面积和叶长宽比中均与Hap1/Hap3差异显著。Ln同源基因的Hap3与Hap2在不同叶型表型中均有显著差异, Hap1和Hap2之间的叶长宽比没有差异, 叶宽在第4节叶位点没有显著差异, 第5节叶位点Hap1显著低于Hap2。叶长、叶面积、叶周长Hap1均显著低于Hap2。从地理分布来看, Ln基因的Hap2主要分布在高纬度和高海拔地区, 其同源基因的3种单倍型分布未发现明显地域倾向性。遗传分析表明仅Ln基因中Hap2的D9H存在人工选择的信号, Ln基因中的另外2个突变位点和同源基因中的2个突变位点则没有人工选择的信号。本研究为大豆叶型育种提供理论依据, 同时对提高大豆产量具有积极意义。

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40. 利用CRISPR/Cas9技术突变 BnaMPK6基因降低甘蓝型油菜的耐盐性

张文宣, 梁晓梅, 戴成, 文静, 易斌, 涂金星, 沈金雄, 傅廷栋, 马朝芝

作物学报 2023, 49 (2): 321-331. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24013

摘要（392）

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甘蓝型油菜是我国一种重要的油料作物。MPK6是一种丝裂原活化蛋白激酶, MAPK级联途径可以被各种胁迫激活, 进而调节植物对胁迫的响应, 在植物响应非生物胁迫过程中发挥着重要的作用, 但在甘蓝型油菜盐胁迫响应过程中的功能还尚不清楚。基因结构和蛋白序列分析表明, MAPK6在十字花科芸薹属植物种间分化相对保守, 基因结构相似, 蛋白之间均有相同的STKc_TEY_MAPK结构域, 与胁迫和生长发育相关。为探究其功能, 本研究利用CRISPR/Cas9技术对BnaMPK6基因进行编辑, 通过农杆菌介导的方法将BnaMPK6基因转入到甘蓝型油菜中, 获得了BnaMPK6基因4个同源拷贝同时突变的材料: cr-bnampk6-13-1和cr-bnampk6-49-1。cr-bnampk6突变体表现出明显的盐敏感性: 在100 mmol L^-1和150 mmol L^-1浓度的NaCl溶液处理下, 功能缺失突变体长势明显缓慢, 并且株高和鲜重显著低于野生型植株, 但根长无明显差异。此外, 在盐胁迫下, 功能缺失突变体体内的活性氧和丙二醛含量的积累显著高于野生型对照, 脯氨酸含量也明显高于野生型植株。本研究结果表明, BnaMPK6基因在盐水胁迫下正向调控植株的生长和发育, 影响甘蓝型油菜的耐盐性。本研究不仅为BnaMPK6基因调控甘蓝型油菜盐胁迫的研究提供了理论基础, 而且为甘蓝型油菜耐盐性遗传改良提供了一定的技术支持。

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