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2017年 第43卷 第12期 刊出日期：2017-12-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

利用黄褐棉染色体片段导入系定位产量和纤维品质性状QTL

沈超,李定国,聂以春,林忠旭

作物学报. 2017, (12):  1733-1745.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01733

摘要 ( 724 )   RICH HTML    PDF (2684KB) ( 991 )  

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陆地棉的遗传基础狭窄，阻碍了棉花的遗传改良进程。为有效拓宽陆地棉的遗传基础，本试验利用野生种黄褐棉(AD4)为供体亲本，以综合性状优良的B0011品系为受体亲本(国审棉华杂棉H318的亲本之一)，构建了含71个株系的导入系BC5S5群体。基于SLAF-seq的基因分型和多年多点田间试验的综合分析表明，该导入系在产量和纤维性状方面具有很大的变异，共检测到48个QTL，其中包含19个产量和29个纤维构成因素相关的QTL。在At亚组检测到9个性状的32个QTL，在Dt亚组为16个。进一步对QTL加性效应方向分析显示，其中有30个QTL的加性效应为正，18个QTL的加性效应为负。本研究结果为利用黄褐棉重要农艺性状有利等位基因改良陆地棉产量和品质奠定了基础。

不同磷水平下大麦分蘖期磷效率相关性状QTL定位分析

胡德益,蔡露,陈光登,张锡洲,刘春吉

作物学报. 2017, (12):  1746-1759.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01746

摘要 ( 564 )   RICH HTML    PDF (4464KB) ( 539 )  

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磷素营养与大麦品质及产量密切相关，磷高效遗传机制和品种改良是近年的研究热点之一。本研究利用由大麦栽培品种Baudin和种质材料CN4079杂交构建的重组自交系(RIL)群体，低磷胁迫(0.02 mmol L1 KH2PO4)与正常供磷(0.2 mmol L1 KH2PO4)条件下，对地上部和地下部磷素利用效率、磷素吸收效率和干重，以及分蘖数相关的QTL定位，并预测相关位点基因。表型鉴定结果表明，各性状在RIL群体中表现连续变异，并存在超亲分离。两种磷水平下，共检测到16个QTL，分布在2H、3H和5H染色体上，表型贡献率14.1%~28.5%。3H染色体上含有3个磷素利用效率位点，其增效等位基因均来源于Baudin，其中Qspue.sau-3H.1和Qrpue.sau-3H与控制磷素吸收效率的Qspae.sau-3H和Qrpae.sau-3H处于同一区段，而Qspue.sau-3H.2与控制分蘖数的位点Qtn.sau-3H处于同一区段。5H染色体上含有3个磷素吸收效率位点，其中Qspae.sau-5H.2和Qrpae.sau-5H的增效等位基因来自CN4079，且与控制磷素利用效率的Qspue.sau-5H和Qrpue.sau-5H，以及控制干重的Qsdw.sau-5H和Qrdw.sau-5H处于同一区段。在磷效率相关的4个区段中，除Qspue.sau-3H.1所处区间仅含有磷酸代谢与磷脂代谢相关基因外，其他区间均包含磷酸盐转运蛋白基因、磷酸代谢与磷脂代谢相关基因。

糯玉米opaque2基因近等基因系的创制

张晓星,朱慧,张东民,宋丽雅,张德贵,翁建峰,郝转芳,李明顺

作物学报. 2017, (12):  1760-1766.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01760

摘要 ( 519 )   RICH HTML    PDF (1902KB) ( 890 )  

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opaque2基因能够提高糯玉米赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸的含量。用2种优质蛋白玉米(QPM) CA339和鲁2548自交系作为opaque2基因供体，25个品质较好的糯玉米自交系作为受体，利用回交技术和SSR分子标记辅助选择育种，创制糯玉米opaque2近等基因系。分子标记结果表明，不同受体以及两种供体间都存在多态性。5套创制成功的opaque2近等基因系的赖氨酸含量比其轮回亲本分别提高了59.0%、52.7%、48.5%、46.3%和61.9%，分别由0.308%、0.313%、0.309%、0.341%、0.323%提高到0.489%、0.478%、0.458%、0.498%、0.522%。本研究表明，可以利用此方法通过向不同遗传背景的多种受体导入opaque2，选取赖氨酸含量提高较大、透明表型的近等基因系，提高糯玉米的营养价值和经济价值。

LAZY1通过BR途径调控水稻叶夹角的发育

张晓琼,王晓雯,田维江,张孝波,孙莹,李杨羊,谢佳,何光华,桑贤春

作物学报. 2017, (12):  1767-1773. 

摘要 ( 921 )   RICH HTML    PDF (2958KB) ( 1096 )  

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叶夹角的大小直接影响水稻叶面积指数，进而调控群体光合作用，是水稻株型育种中重要的指标，研究其发育机制对水稻株型育种具有重要的意义。利用EMS诱变籼型水稻保持系西大1B，获得一个植株散生且叶夹角变大的突变体s524。田间种植条件下，苗期s524的叶夹角极显著大于野生型；分蘖期s524的分蘖角极显著增大，株型松散；成熟期s524整个植株呈匍匐状生长。而野生型株型在整个生育期均保持相对紧凑，叶夹角较小。石蜡切片分析显示，s524叶夹角增大是由叶枕近轴面细胞变大造成的。s524的主要农艺性状与野生型相比无明显变化。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因控制，利用SSR标记进行基因定位，最终将S524定位在第11染色体标记RM4746和RM26742之间324 kb的物理范围内，包含散生基因LAZY1。测序结果显示s524突变体在LAZY1第3外显子上发生了一个T到C的碱基替换，导致第143位氨基酸由野生型的缬氨酸突变为丙氨酸，表明s524是一个新的LAZY1等位突变体。s524对外源油菜素内酯(BR)的敏感性降低，BR信号传导途径关键基因BU1在s524中的表达上调了近10倍，早期研究表明BU1基因的过表达可导致叶夹角变大。推测LAZY1/S524可能通过BR信号传导途径调控水稻叶夹角的发育。

黄淮海地区大豆主栽品种对8个大豆疫霉菌株的抗性评价

李晓那,孙石,钟超,韩天富

作物学报. 2017, (12):  1774-1783.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01774

摘要 ( 590 )   RICH HTML    PDF (544KB) ( 818 )  

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随着麦茬免耕栽培技术的推广应用，黄淮海地区麦后夏播大豆生产中疫霉根腐病呈加重趋势。了解该地区大豆主栽品种对疫霉根腐病的抗性和筛选抗病亲本对培育新的高产广适抗病品种具有重要意义。本研究利用8个具有不同毒力的大豆疫霉菌株，采用下胚轴创伤接种法，对20世纪50年代以来黄淮海地区审定、推广的140个大豆主栽品种接种鉴定表明，除6个品种无抗性外，其余134个品种分别抗1~8个大豆疫霉菌株，占鉴定品种总数的95.7%，其中抗6个以上菌株的品种有83个，占鉴定品种总数的59.3%。以14个鉴别寄主的抗病反应型为参照，发现134个品种对8个大豆疫霉菌株共产生65种反应型，其中19个品种产生的5种反应型与已知单基因或2个单基因组合反应型相同；115个品种产生的60种反应型与含有已知单基因或2个单基因组合的反应型不同，推测可能含有新的抗病基因或基因组合。根据研究结果合理选择亲本，可培育出聚合多个抗性基因且综合性状优良的大豆新品种。

基于陆地棉背景的海岛棉染色体片段导入系产量性状QTL定位

朱协飞**,王鹏**,司占峰,张天真*

作物学报. 2017, (12):  1784-1790.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01784

摘要 ( 552 )   RICH HTML    PDF (1331KB) ( 735 )  

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棉花产量分为籽棉产量和皮棉产量，其中高皮棉产量总是育种的首要目标。皮棉产量由单株铃数、衣分、单铃重等因素组成。其中衣分在各因素中的遗传率最高，同时也是产量育种中重要的选择指标。育种中利用分离群体对单株铃数、铃重等产量性状选择受环境影响较大。利用染色体片段导入系进行铃数、铃重等产量性状的定位，定向改良产量性状，是棉花分子设计育种的有效方法。本研究利用陆地棉TM-1为轮回亲本和海岛棉海7124为非轮回亲本构建了一套陆地棉背景的染色体片段导入系，并在7个环境的田间试验下，鉴定了它们的产量表现，定位了28个与单株铃数、铃重、衣分和籽指相关的QTL。其中，在Dt亚组染色体上鉴定出的产量性状QTL多于在At亚组染色体上鉴定出的。28个QTL中，加性效应为正的16个，加性效应为负的12个，表明海岛棉不同的导入片段效应不同，有的片段可以提高陆地棉产量，有的则降低陆地棉产量。在6个环境下，导入系IL008 (特征标记NAU2573和NAU3576)的衣分均显著高于轮回亲本TM-1，因此IL008可以应用于棉花分子育种，定向改良陆地棉的衣分。

海岛棉枯萎病抗性与类黄酮代谢相关基因表达量的相关

黄启秀,曲延英,姚正培,李梦雨,陈全家*

作物学报. 2017, (12):  1791-1801.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01791

摘要 ( 662 )   RICH HTML    PDF (499KB) ( 1002 )  

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枯萎病是危害海岛棉生产的重要因素之一, 研究枯萎病抗性分子机制将为培育抗病海岛棉品种、解决枯萎病对海岛棉的危害问题提供坚实的基础。本研究在前期转录组测序的基础上, 对海岛棉枯萎病抗性差异表达基因进行分析(DEG, Differentially Expressed Gene); 以7个抗病性表现不同的海岛棉品种为材料, 利用qRT-PCR的方法研究抗病差异表达基因在不同接菌时间点的表达量差异, 并分析基因表达量与病情指数的相关性。结果表明, DEG分析得出类黄酮代谢通路相关基因与海岛棉枯萎病抗性有关。qRT-PCR分析显示抗病材料中类黄酮代谢通路关键基因的表达量显著高于感病材料。在接菌后多个时间点, 类黄酮代谢通路中的关键基因TT7、CHI和DFR在抗病材料中的表达量显著或极显著高于感病材料, 其中CHI和DFR基因的表达量与病情指数呈显著负相关。综上所述, 类黄酮代谢通路相关基因对海岛棉枯萎病抗性均有影响, 且CHI、TT7和DFR基因是关键基因。

耕作栽培·生理生化

秸秆全量还田与氮肥运筹对机插优质食味水稻产量及品质的影响

陈梦云,李晓峰,程金秋,任红茹,梁健,张洪程,霍中洋

作物学报. 2017, (12):  1802-1816.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01802

摘要 ( 645 )   RICH HTML    PDF (662KB) ( 1485 )  

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以江苏优质食味水稻代表性品种南粳5055和南粳46为材料，在总施纯氮量为300 kg hm-2条件下，设置9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6共6种基蘖肥与穗肥比例运筹，探讨秸秆全量还田与不同氮肥运筹比例对机插优质食味水稻产量及稻米品质的影响。结果表明，与秸秆不还田相比，秸秆全量还田具有显著的增产效应，南粳5055、南粳46平均增产5.04%、4.64%；随基蘖氮肥占总施氮量比例下降，秸秆全量还田机插粳稻产量呈先增后减趋势，基蘖氮肥与穗氮肥比例为7∶3时，水稻产量最高。秸秆全量还田显著增加了稻米的蛋白质含量，降低了垩白率和垩白度，对改善稻米的外观品质和营养品质有一定作用。秸秆全量还田还有利于蒸煮食味品质的改善，显著提高稻米的崩解值和食味值，显著降低稻米的消减值。提高穗肥占总施氮量的比例可以显著改善稻米的加工和营养品质，提高整精米率，但同时增加了稻米垩白，降低了稻米外观品质，且稻米蒸煮食味品质也有所下降。

不同形态硼对油菜幼苗铝毒的缓解效应及其FTIR特征分析

闫磊,姜存仓*,Muhammad Riaz,吴秀文,卢晓佩,杜晨晴,王宇函

作物学报. 2017, (12):  1817-1826.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01817

摘要 ( 500 )   RICH HTML    PDF (2248KB) ( 1438 )  

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采用水培法，以油菜品种Cao 221167为试验材料，设置无机态硼酸(BA)和有机态山梨醇硼(SB)及不同Al3+ (0、100、200和500 μmol L–1)处理，研究不同形态硼(B)对油菜幼苗铝(Al)毒的缓解作用及不同形态B之间的缓解效应差异，以及利用FTIR (傅里叶红外光谱)技术分析叶片各物质含量的变化。结果表明，Al毒胁迫下，不同形态B (BA和SB)处理，显著提高植株生物量和根系长度(0、100、200和500 μmol L–1 Al毒胁迫下BA处理根长分别增加了52.15%、101.45%、366.70%和18.73%；SB处理分别增加了46.80%、133.98%、261.36%和10.77%)，提高色素含量和SOD活性，而降低了Al含量、MDA含量和POD活性。不同形态B处理下，油菜幼苗在200 μmol L–1 Al3+处理下长势、生物量及色素含量最高。在500 μmol L–1 Al3+处理下，油菜幼苗株高、根长、总干鲜重及色素含量显著低于无Al处理；FTIR分析表明，Al毒胁迫下油菜叶片中蛋白质和低聚糖等含量明显上升，加B明显降低了蛋白质和低聚糖的含量，且BA处理降低幅度明显高于SB处理。说明不同形态B(BA和SB)的添加均明显缓解Al毒，且BA对Al毒缓解效果优于SB，这为农业生产中施用何种B肥来缓解Al毒起到一定的指导作用。

小角X射线散射波谱的定量作图分析法在作物淀粉研究中的应用

何巍,范孝旭,王志峰,韦存虚

作物学报. 2017, (12):  1827-1834.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01827

摘要 ( 737 )   RICH HTML    PDF (934KB) ( 1497 )  

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用小角X射线散射(small-angle X-ray scattering, SAXS)波谱可以定量分析淀粉的片层结构，但缺乏波谱数据分析软件而且需要专业的数学公式推导，严重制约了SAXS在淀粉研究中的应用。本文建立了一种简单的作图分析方法，可定量测定SAXS波谱中的淀粉片层结构信息(峰强度、峰位置、半峰宽度和片层距离)。我们用该方法定量测定了不同晶体类型淀粉、不同直链淀粉含量的水稻淀粉、酸不溶淀粉和热不溶淀粉的SAXS波谱参数。结果表明，片层结构与淀粉的植物来源有关，而与淀粉晶体类型没有直接的相关性。相同植物来源的淀粉，其直链淀粉含量与SAXS峰强度和半峰宽度呈显著负相关而与片层距离呈正相关。酸水解不影响淀粉片层厚度，但明显改变片层峰强度和半峰宽度。加热处理也不影响淀粉片层厚度，但破坏淀粉晶体结构导致片层峰强度随温度升高逐渐降低直至消失。该定量作图分析法操作简单、重复性好、可信度高，可以在作物淀粉研究中广泛应用。

单作套作大豆叶片氮素积累与光谱特征

谌俊旭,黄山,范元芳,王锐,刘沁林,杨文钰*,杨峰*

作物学报. 2017, (12):  1835-1844.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01835

摘要 ( 543 )   RICH HTML    PDF (3081KB) ( 817 )  

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种植模式和氮肥水平直接影响作物的生长和氮素的吸收, 无损、即时监测大豆叶片氮素水平对大豆生产中的氮肥精确管理十分重要。本研究设置4个氮肥水平, 分析单作套作下大豆在不同生育时期叶片氮素动态和光谱特征, 明确对叶片氮素敏感的光谱特征参数, 构建单作套作大豆通用的叶片氮素积累量估测模型。结果表明, 随大豆生育时期的推进, 单作套作种植模式下的大豆冠层叶片氮素积累量均呈现单峰变化趋势, 最大值出现在N3处理下的结荚期, 两种模式两年最大值平均分别为8.70 g m–2和8.38 g m–2；不同生育时期和种植模式的大豆冠层原始反射光谱的变化规律与冠层叶片氮素变化规律均为先增加后降低, 原始反射光谱在700~1000 nm波段的反射率以结荚期为拐点先增大后减小, 最大反射率达到60%~70%左右；通过对单作套作大豆冠层光谱一阶导数变换, 红边幅值呈现先增加后降低的趋势, 同时红边位置随叶片氮积累量的增加和减小出现“红移”与“蓝移”现象。经波段自由组合和回归分析表明, 以DSI (771、755)构建的线性(y = –1.249+3.209x, R2 = 0.847)和乘幂(y = –1.470x1.676, R2 = 0.872)模型能较精确的估测不同生育时期大豆冠层叶片氮素状况。

秸秆还田配施氮肥对东北春玉米光合性能和产量的影响

白伟,张立祯,逄焕成,孙占祥,牛世伟,蔡倩,安景文

作物学报. 2017, (12):  1845-1855.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01845

摘要 ( 722 )   RICH HTML    PDF (550KB) ( 1314 )  

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秸秆还田配施氮肥是解决旱作农田“耕层变浅”、“土壤紧实”、“有效耕层土壤减少”问题的重要措施之一, 在旱作农业生产中具有重要意义。为探明秸秆深翻还田配施氮肥对东北春玉米光合性能和产量的影响, 本研究于2014—2015年在辽宁铁岭设置S0F0 (秸秆0 kg hm^–2+纯NPK 0 kg hm^–2)、SN0 (秸秆9000 kg hm^–2+纯N 0 kg hm^–2+纯P 112.5 kg hm^–2+纯K 90 kg hm^–2)、SN1 (秸秆9000 kg hm^–2+纯N 112.5 kg hm^–2+纯P 112.5 kg hm^–2+纯K 90 kg hm^–2)、S0N2 (秸秆0 kg hm^–2+纯N 225 kg hm^–2+纯P 112.5 kg hm^–2+纯K 90 kg hm^–2, 当地传统种植方式, CK)、SN2 (秸秆9000 kg hm^–2+纯N 225 kg hm^–2+纯P 112.5 kg hm^–2+纯K 90 kg hm^–2)、SN3 (秸秆9000 kg hm^–2+纯N 337.5 kg hm^–2+纯P 112.5 kg hm^–2+纯K 90 kg hm^–2) 6个处理开展了研究。结果表明, 秸秆还田配施氮肥对春玉米籽粒产量和生物产量影响显著, 秸秆还田9000 kg hm^–2和配施氮肥225 kg hm^–2处理的籽粒产量最高, 比秸秆不还田和施氮量225 kg hm^–2处理(CK) 2年平均增产6.33%, 增产的主要原因是百粒重和行粒数的显著提高和秃尖的显著降低; 玉米籽粒产量并未随着施氮量的增加而持续增加; 相同施氮量条件下, 秸秆还田比秸秆不还田2年平均群体生物产量增加2.95%。秸秆还田配施氮肥能够增加春玉米株高、茎粗、叶面积, 提高叶绿素含量和光合作用, 相同施氮量条件下, 秸秆还田比秸秆不还田处理2年平均灌浆期叶面积增加2.71%, 光合速率提高4.80%。综合分析认为, 秸秆还田9000 kg hm^–2和配施氮肥225 kg hm^–2是辽北棕壤区春玉米生产比较理想的还田和施肥模式, 在该区域农业发展中具有一定的应用价值。

研究简报

芝麻黄化突变体YL1的叶片解剖学及光合特性

刘红艳,周芳,李俊,杨敏敏,周婷,郝国存,赵应忠

作物学报. 2017, (12):  1856-1863.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01856

摘要 ( 585 )   RICH HTML    PDF (7565KB) ( 463 )  

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表型性状标记在作物遗传育种中具有重要的应用价值。在芝麻地方种质“庙前芝麻”中发现了能够稳定遗传的黄化突变体YL1，对该突变体的叶片解剖特征、光合特性及农艺性状的比较分析表明，突变体YL1黄化心叶和平展叶在各个发育时期的叶绿体结构均与同时期野生型存在明显差异，下表皮气孔保卫细胞数是正常叶的2倍左右。YL1的叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素含量均只有同时期正常叶含量的30-40%，叶绿素b含量只有正常叶的20%；光合速率在初花期及以前均显著低于同期正常叶，但到终花期与正常叶片相当；YL1的生育期和初花期显著推迟，株高和单株蒴果数明显降低，每蒴粒数和千粒重略微降低。显微观察表明，YL1的叶绿体形态结构发育不规则，基粒和基粒片层数目明显少于野生型，使得叶绿素含量过低，属于叶绿体发育异常导致的叶绿素缺少型突变体。

评价黑龙江省主栽马铃薯品种及重要育种材料对北方根结线虫的抗性

毛彦芝,李春杰,胡岩峰,华萃,尤佳,王鑫鹏,刘喜才,杨耿斌,王从丽

作物学报. 2017, (12):  1864-1869.  doi:10.3724/SP.J.1006.2017.01864

摘要 ( 569 )   RICH HTML    PDF (2671KB) ( 730 )  

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根结线虫(Meloidogyne spp.)是一种寄主范围广泛，危害马铃薯的重要的植物寄生线虫。本研究选用黑龙省主栽马铃薯品种和部分育种材料共28份进行温室盆栽试验以明确其对北方根结线虫病害的抗感反应, 随机区组设计，5次重复。结果表明，北方根结线虫在这28份材料上都能繁殖，且繁殖系数(RF)均大于1 (1.53~37.90)。白头翁、会-2和红参的繁殖系数分别为2.41、2.02和1.53，与青薯3号(36.93)和608Kennebec (37.9)差异显著(P<0.05)；线虫在参试的马铃薯植株根上繁殖的卵块数量范围为每克鲜重26.6~217.4个，根据卵块数量分级，白头翁(3级)为抗病材料；植株上的虫瘿指数(Galling Index)范围为1.5~6.8，根据虫瘿指数评价，白头翁(1.8)、会-2(1.5)和红参(2.2)为抗病材料。综合块茎评价结果在参试的28份材料中白头翁是较抗北方根结线虫的材料，会-2和红参的根部对北方根结线虫具有一定的耐病性，可作为培育抗病品种资源，感病材料青薯3号和608Kennebec可作为筛选材料的感病对照。