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2018年 第44卷 第12期 刊出日期：2018-12-12

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专题: 玉米籽粒脱水与机械收获研究

专题导读: 加强籽粒脱水与植株倒伏特性研究、推动玉米机械粒收技术应用

李少昆,谢瑞芝,王克如,明博,侯鹏

作物学报. 2018, (12):  1743-1746.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01743

摘要 ( 855 )   HTML ( 47 )   PDF (243KB) ( 929 )  

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夏玉米籽粒含水率对机械粒收质量的影响

李璐璐,薛军,谢瑞芝,王克如,明博,侯鹏,高尚,李少昆

作物学报. 2018, (12):  1747-1754.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01747

摘要 ( 867 )   HTML ( 33 )   PDF (480KB) ( 1039 )  

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玉米机械粒收过程中出现的籽粒破碎、果穗遗漏、籽粒散落等影响收获质量的现象是机械粒收推广过程中备受关注的问题。开展机械粒收质量及其影响因素研究, 是确定适宜粒收时期、指导品种改良等的基础, 对于机械粒收技术的推广普及具有重要意义。本研究于2015年和2017年在中国农业科院新乡综合试验站, 以黄淮海夏玉米区生产用品种为试材, 采用同一收获机和操作人员分期收获, 调查不同收获期籽粒含水率变化以及破碎率、杂质率、落粒率和落穗率等机械粒收质量指标, 分析籽粒含水率与粒收质量指标的关系。结果显示, 随着收获期推迟, 籽粒含水率逐渐降低, 籽粒破碎率和落粒率呈先降低后升高趋势, 杂质率逐渐降低, 落穗率逐渐增加。2年参试样本籽粒含水率分布在9.68%~41.36%之间, 破碎率与籽粒含水率的关系符合y = 0.068x ²-2.743x+31.09 (R ²= 0.79 ^**, n = 140)模型; 含水率在15.47%~24.78%之间时, 破碎率低于5%; 含水率为20.05%时, 破碎率最低。杂质率与籽粒含水率的关系符合y = 0.0158e ^{0.1111 x}(R ²= 0.66 ^**, n = 140)模型, 杂质率随着含水率降低逐渐降低并趋于稳定。落粒率与籽粒含水率符合y = 0.006x ²-0.236x+3.479 (R ²= 0.42 ^**, n = 127)模型, 含水率为20.37%时, 落粒率最低。落穗率与籽粒含水率符合y = 2578.7645/x ^2.2453(R ²= 0.35 ^**, n = 140)模型, 当含水率低于16.15%时, 落穗率将超过5%。研究还发现, 即使籽粒含水率相近, 不同品种的收获质量(特别是籽粒破碎率)也存在显著差异。本研究的结果表明, 破碎率是决定机械粒收质量的关键因素, 以破碎率5%和落穗率5%为标准, 黄淮海夏玉米适宜机械粒收的籽粒含水率范围为16.15%~24.78%, 籽粒含水率在20%左右时, 收获质量最佳。

黄淮海夏玉米籽粒脱水与气象因子的关系

高尚,明博,李璐璐,谢瑞芝,薛军,侯鹏,王克如,李少昆

作物学报. 2018, (12):  1755-1763.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01755

摘要 ( 729 )   HTML ( 25 )   PDF (650KB) ( 990 )  

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玉米籽粒脱水与气象因子之间存在密切的关系, 明确影响籽粒脱水的主要气象因子及其影响程度, 能够更好地预测籽粒含水率的变化动态, 对筛选玉米机械粒收品种, 从而合理安排粒收时间等具有重要的实践价值。本研究于2015—2017年在河南新乡进行, 选用4个目前当地生产中主栽玉米品种京农科728 (JNK728)、郑单958 (ZD958)、先玉335 (XY335)和农华816 (NH816), 通过连续测定获得玉米籽粒含水率的变化过程, 并利用Logistic Power模型拟合, 借鉴去趋势的分析方法, 将玉米籽粒的实际含水率分为趋势含水率、气象含水率与随机误差, 明确黄淮海区域夏玉米籽粒的气象含水率与气象因子之间的关系, 利用逐步回归和通径分析的方法筛选出玉米籽粒生理成熟前后影响籽粒脱水的主要气象因子。分析发现, 玉米籽粒气象含水率与研究分析的大部分气象因子呈显著或极显著相关; 生理成熟前筛选得到的主要气象因子为平均温度(x₁)、平均风速(x₅)和蒸发量(x₁₁), 生理成熟后为平均温度(x₁)和平均相对湿度(x₇), 回归模型均达到极显著水平; 通径分析表明, 生理成熟前蒸发量的贡献最大, 而温度、风速主要通过蒸发量起间接作用, 生理成熟后温度和相对湿度主要为直接作用, 且相对湿度的作用略大于温度。本研究所用去趋势的方法, 从理论和实际操作层面均更具科学性, 其研究结果也更为可信, 对其他类似研究也具有借鉴意义。

黄淮海夏玉米品种脱水类型与机械粒收时间的确立

李璐璐,明博,谢瑞芝,王克如,侯鹏,李少昆

作物学报. 2018, (12):  1764-1773.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01764

摘要 ( 1036 )   HTML ( 15 )   PDF (3218KB) ( 812 )  

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黄淮海一年两熟模式下玉米成熟和熟后籽粒脱水的热量资源紧缺, 是制约机械粒收在该区域发展的关键因素。本文尝试建立黄淮海一年两熟制地区玉米机械粒收适宜品种筛选和以授粉至生理成熟积温和生理成熟期籽粒含水率为指标, 运用双向平均法将参试品种划分为晚熟高含水率(I)、早熟高含水率(II)、早熟低含水率(III)和晚熟低含水率(IV)4种类型。基于玉米生长进程及籽粒含水率动态测试, 估算不同品种播种至适宜机械粒收含水率(28%、25%)所需活动积温, 以黄淮海区夏玉米常年播种日期为起点, 结合历史气象资料的累积计算, 利用地统计分析技术明确不同类型品种适宜机械粒收的时空分布规律, 建立适宜机械粒收时期的预测方法, 为机械粒收在黄淮海区域推广提供指导。选择27个主推品种, 播种至籽粒含水率下降到28%、25%所需要积温分别为, 类型I 2982°C d、3118°C d, 类型II 2770°C d、2873°C d, 类型III 2729°C d、2845°C d, 类型IV 2860°C d、2980°C d。类型III品种降至28%、25%含水率时间分别较类型II品种早2~3 d、约2 d, 较类型IV品种早7~9 d、7~10 d, 较类型I品种早13~17 d、16~17 d。各类型品种籽粒由28%含水率降至25%水平, 所需时间约6~8 d。在当前玉米种植模式及下茬小麦适期播种条件下, 黄淮海南部的豫南、皖北地区, 各类玉米品种均能满足籽粒脱水至适宜机械粒收含水率的要求, 而在黄淮海北部、关中西部以及山东半岛地区, 现有品种很难降至适宜含水率, 需通过选择早熟和籽粒脱水快的适宜品种加以实现。本研究建立的以积温预测籽粒含水率动态变化及其适宜机械粒收时间的预测方法, 为各地合理配置玉米粒收品种、确定适宜机械粒收时间提供了可行的技术方法。

倒伏对玉米机械粒收田间损失和收获效率的影响

薛军,李璐璐,谢瑞芝,王克如,侯鹏,明博,张万旭,张国强,高尚,白氏杰,初振东,李少昆

作物学报. 2018, (12):  1774-1781.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01774

摘要 ( 896 )   HTML ( 32 )   PDF (498KB) ( 1044 )  

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通过大田机械粒收过程田间植株倒伏、机收落穗、落粒损失的大样本数据分析以及人工模拟倒伏控制试验, 研究了倒伏率与机械粒收产量损失率及收获效率之间的定量化关系。结果表明, 黄淮海夏玉米区田间倒伏率、机械粒收落穗率、落粒率均高于北方和西北春玉米区。大田自然条件下, 倒伏对产量损失的影响主要表现为落穗损失, 倒伏率每增加1%, 落穗率增加0.15%; 分区分析表明, 倒伏每增加1%, 春玉米区落穗率增加0.12%, 夏玉米区落穗率增加0.15%; 不同类型收获机械的测试结果表明, 采用全喂入式机械时落穗率随倒伏率增加呈指数递增趋势, 采用半喂入式机械时落穗率和倒伏率呈线性增加趋势, 即倒伏在黄淮海夏玉米区对机械粒收落穗损失的影响更大。在倒伏控制试验条件下, 倒伏每增加1%, 落穗率增加0.59%; 落粒与倒伏则呈显著负相关, 可能与倒伏增加使进入机械的果穗减少从而降低了机械落粒有关; 收获速度随倒伏率增加呈指数递减趋势, 降低收获机割台可以减少落穗损失, 但是降低了收获速度。通过选用抗倒伏品种、构建高质量群体、适时收获等防止倒伏措施, 能够有效降低玉米机械粒收的田间损失。

玉米生理成熟后倒伏变化及其影响因素

薛军,王群,李璐璐,张万旭,谢瑞芝,王克如,明博,侯鹏,李少昆

作物学报. 2018, (12):  1782-1792.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01782

摘要 ( 1005 )   HTML ( 20 )   PDF (820KB) ( 1145 )  

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针对机械粒收玉米生理成熟后田间站秆脱水期间的倒伏问题, 本研究通过多点试验调查夏玉米和春玉米生理成熟后倒伏发生类型和规律, 分析影响玉米生理成熟后倒伏发生的关键因素。结果表明, 玉米生理成熟后, 茎折率升高是倒伏增加的主要原因; 茎折率随抗折力降低而升高, 抗折断力降低至14.3 N时, 茎折率超过5%; 植株重心高度逐渐降低, 茎秆基部第3节间穿刺强度(RPS)、第4节间压碎强度(CS)、第5节间弯曲强度(BS)均逐渐降低, 基部节间单位长度干重(DWUL)和含水率也逐渐降低; 茎秆抗折断力与RPS、CS、BS、DWUL和含水率均呈极显著正相关, RPS、CS和BS均与DWUL和含水率呈极显著正相关。本研究表明, 玉米生理成熟后植株自然衰老导致的茎秆干物质降低和水分含量下降, 是茎秆机械强度降低、茎折率增加的主要原因。因此应适期收获, 避免田间站秆时间过长引起倒伏率增加导致的收获产量损失。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

甘蓝型油菜芸薹素唑耐受因子(BnaBZR1/BnaBES1)全长CDS克隆与生物信息学分析

冯韬,官春云

作物学报. 2018, (12):  1793-1801.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01793

摘要 ( 730 )   HTML ( 39 )   PDF (2014KB) ( 843 )  

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芸薹素唑耐受因子(brassinazole-resistant, BZR)是油菜素内酯信号转导过程中的关键转录因子, 目前已知BZR1与BZR2 (BES1)两种亚型。本文在甘蓝型油菜湘油15号cDNA中克隆到3个BZR全长编码序列(coding sequence, CDS), 经比对鉴定分别为定位于A07染色体的1拷贝BZR1和定位于A06染色体的2拷贝BES1, 分别命名为BnaBZR1_A07、BnaBES1_A06F和BnaBES1_A06R, 序列长分别为996、993和996 bp, 各自编码331、330、331个氨基酸。这3个基因编码蛋白具有典型植物BZR/BES结构域, 亚细胞定位预测主要位于细胞核。多序列比对和进化分析表明, BnaBZR1/BnaBES1基因编码蛋白与甘蓝、白菜、拟南芥、亚麻芥等BZR/BES蛋白具有较高的同源性, 且同源物种间BZR1或BES1相似度高于同一物种或者近缘物种中BZR1与BES1间相似度, 表明BZR1与BES1分化是一个早期进化事件。湘油15号中这3个基因表达规律相似, 苗期和花期具有高水平的BnaBZR基因表达, 抽薹期和角果成熟期表达稍低; 且BnaBZR基因表达水平在地上部分的叶、茎、花和角果中相对于地下部分的根中较高。

拟南芥RPT2与RIP1互作调节下胚轴向光弯曲的功能鉴定

赵翔,朱自亿,王潇楠,慕世超,张骁

作物学报. 2018, (12):  1802-1808.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01802

摘要 ( 1000 )   HTML ( 13 )   PDF (2574KB) ( 705 )  

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拟南芥突变体rpt2-2表型类似于蓝光受体双突变体phot1 phot2, 缺失强蓝光诱导的下胚轴向光弯曲, 不同于双突变体phot1 rpt2-2下胚轴向光性正常, 表明在RPT2上游存在受PHOT1抑制的旁路调节途径。本文以RPT2为诱饵蛋白进行酵母文库筛选, 成功筛选到包括JAC1 和PHOT1在内的6个与RPT2互作的蛋白(RIPs, RPT2 Interacting Proteins)。酵母互作验证显示, 其中有4个蛋白可以与RPT2相互作用。表型分析显示基因RIP1对应的2个突变体rip1-1和rip1-2, 发现rip1-1和rip1-2单突变体下胚轴向光弯曲正常, 而rpt2-2 rip1-1和rpt2-2 rip1-2双突变体表型类似于phot1 rpt2-2双突变体, 恢复拟南芥下胚轴向光弯曲反应, 暗示RIP1蛋白可能调节PHOT1介导强蓝光抑制反应, 分析鉴定蛋白RIP1的生物学功能将有助于揭示PHOT1介导强蓝光抑制反应的机制。

高丹草杂种及其亲本转录组SNP及等位基因特异性表达分析

董婧,逯晓萍,张坤明,薛春雷,张瑞霞

作物学报. 2018, (12):  1809-1817.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01809

摘要 ( 975 )   HTML ( 15 )   PDF (1814KB) ( 461 )  

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为探究高丹草杂种及其亲本间单核苷酸变异与其杂种优势形成的关系, 以高丹草杂种及其亲本的根、茎和叶组织为试验材料, 采用Illumina Hiseq 2000进行转录组测序。对平均长度达58 122 160 bp的各测序样品序列信息进行检测后, 均检测到不少于58 000个SNP位点, 位于基因内的SNP个数显著多于位于基因间的SNP个数, SNP发生频率为1/741 bp, 平均转换颠换比为1.00∶1.53。在所有变异类型中, C/T和G/A发生频率最高。经过筛选得到198 (21%)个极显著偏向性等位基因表达偏向性SNP, 其中65%偏向父本白壳苏丹草, 并且很多在白壳苏丹草中具有高水平基因表达的转录本, 在高丹草杂种中的等位基因表达也偏向白壳苏丹草。在3种组织中, 分别有79%、78%和82%转录本的2个亲本等位基因表现出相对平衡的表达水平, 说明与顺式作用相比, 反式作用可能更多地影响了等位基因的特异性表达。选择6个极显著偏向性等位基因表达偏向性SNP-unigene进行qRT-PCR验证, 这些基因的差异基因表达模式与RNA-Seq分析结果一致。本研究采用Illumina 测序技术研究等位基因表达, 为高丹草杂种优势分析提供了依据, 也为其他饲草作物的相关研究提供了理论参考。

小麦热激转录因子基因TaHsfA2e特性及耐热性功能初探

张玉杰,张园园,张华宁,秦宁,李国良,郭秀林

作物学报. 2018, (12):  1818-1828.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01818

摘要 ( 854 )   HTML ( 24 )   PDF (3012KB) ( 1270 )  

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植物热激转录因子(heat shock transcription factor, Hsf)能够通过激活热激蛋白基因的表达而启动热激反应, 在传递热信号以及提高植物耐热性方面发挥重要的调控作用。植物Hsf属多基因家族, 数量因作物不同差异较大。小麦Hsf家族成员多, 特性和功能复杂多样。本文在通过生物信息学推测分析小麦Hsf家族基因数目及其分类的基础上, 从小麦幼叶中同源克隆获得A2亚族成员TaHsfA2e (GenBank登录号为MG700614)的完整编码序列, 序列长1026 bp, 编码341个氨基酸残基, 含完整的DNA结合结构域DBD、核定位信号序列NLS、核输出信号序列NES和激活域AHA。正常条件下TaHsfA2e蛋白质被定位在细胞核。同源分析表明, TaHsfA2e与小麦HsfA6f蛋白相似性最高, 达96%。定量分析表明, TaHsfA2e在小麦多个组织器官中表达量均低, 但在成熟种子中高表达。叶片中TaHsfA2e的表达受37℃热胁迫显著上调, 处理60 min时达峰值, 被SA和H₂O₂下调。50℃热胁迫下转TaHsfA2e酵母细胞的耐热性显著强于转空载体对照, TaHsfA2e可不同程度提高转基因拟南芥植株的基础耐热性和获得耐热性, 上调热胁迫条件下热相关蛋白基因的表达。

转cry1C*及cry2A*基因早粳稻Bt蛋白的时空表达和抗螟虫性

李荣田,王新宇,田崇兵,周青,刘长华

作物学报. 2018, (12):  1829-1836.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01829

摘要 ( 595 )   HTML ( 6 )   PDF (422KB) ( 628 )  

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早粳稻空育131为受体, 以根瘤农杆菌介导遗传转化法创制了转ubi启动子调控下的cry1C*及cry2A*基因早粳稻空育131 (cry1C*)和空育131(cry2A*)。为了研究转基因水稻Bt蛋白的时空表达特性及抗螟虫性, 将不同转化事件形成的转基因早粳稻品系种植于田间, 利用酶联免疫吸附测定(ELISA)法检测转基因水稻不同生长发育阶段不同器官的、以及成熟期糙米的Bt蛋白量, 采用室内离体茎秆法接虫鉴定转基因水稻的抗螟虫性。结果显示, 转基因早粳稻不同抗虫基因Bt蛋白量不同, cry1C*基因总是低于cry2A*基因的蛋白质表达量; 不同生长发育时期Bt蛋白量不同, 叶片和茎鞘等器官的Bt蛋白量为分蘖期<抽穗期<灌浆期, 幼穗或糙米等器官的Bt蛋白量为抽穗期幼穗>灌浆期幼穗>成熟期糙米; 不同器官Bt蛋白量不同, 高低次序在分蘖期为叶片、茎鞘, 抽穗期为叶片、幼穗和茎鞘, 灌浆及成熟期为叶片、茎鞘、幼穗和糙米; 同一抗虫基因不同转基因品系间抽穗期叶片、茎鞘和幼穗等器官Bt蛋白量及抗螟虫性、糙米Bt蛋白量等性状存在差异, 抽穗期各器官Bt蛋白量与抗螟虫性及成熟期糙米Bt蛋白量之间相关不显著, 不论Bt蛋白量高或低的品系均表现为高抗螟虫。转基因早粳稻营养器官生长发育前期Bt蛋白量较低、后期较高, 繁殖器官生长发育早期Bt蛋白量较高、晚期较低, 营养器官通常比繁殖器官的Bt蛋白量高。在本研究范围内, 不同基因及不同转化事件培育的转基因水稻Bt蛋白表达量高低不同, 但所有的转基因早粳稻品系均表现高抗螟虫。

耕作栽培·生理生化

增效缩节安化学封顶对棉花主茎生长的影响及其相关机制

安静,黎芳,周春江,田晓莉,李召虎

作物学报. 2018, (12):  1837-1843.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01837

摘要 ( 740 )   HTML ( 8 )   PDF (2611KB) ( 612 )  

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缩节安(1,1-dimethyl piperidinium chloride, DPC)是棉花生产中广泛应用的植物生长延缓剂。增效DPC (DPC ⁺, 25%水剂)助剂中的成分能对植物幼嫩组织表面形成轻微伤害, 实践证明其可实现棉花化学封顶、起到替代人工打顶的作用。为探究DPC ⁺作用机制, 本试验于2015年在田间条件下研究了棉花盛花期后(7月24日)应用DPC ⁺ (1125 mL hm ^-2)对棉花主茎生长和顶芽解剖结构、氧化还原状态及相关基因表达的影响。结果表明, 与对照(同期喷施清水)相比, DPC ⁺处理后棉花株高降低, 白花以上节位(nodes above the last white flower, NAWF)更早降到5; 处理后3 d即可观察到主茎生长点较对照扁平, 生长点的纵横比显著低于对照; 处理后6 h棉花顶芽的O₂ ^-、H₂O₂和MDA含量高于对照, 而开花相关基因GhSPL3和GhV1及顶端分生组织相关基因GhREV3的表达量则低于对照。化学封顶剂DPC ⁺可引起棉株顶芽的短期氧化应激反应, 降低与主茎生长点发育和花芽分化相关基因的表达水平, 从而延缓棉株生长和花芽的产生, 实现化学封顶。

双季机插稻叶龄模式参数及高产品种特征

吕伟生,曾勇军,石庆华,潘晓华,黄山,商庆银,谭雪明,李木英,胡水秀,曾研华

作物学报. 2018, (12):  1844-1857.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01844

摘要 ( 1303 )   HTML ( 11 )   PDF (332KB) ( 453 )  

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为双季机插稻高产品种的选育和精确定量栽培提供参考依据, 2013年和2014年在长江中游双季稻地区(江西上高), 以19个早稻品种和20个晚稻品种为材料, 在高产栽培条件下明确了双季机插稻叶龄模式参数, 并通过系统聚类分析和方差分析等方法对双季机插稻高产品种特征进行了初步研究。结果表明, 机插早稻主茎平均总叶片数(N)为10.7~12.2, 叶数变幅10~13, 伸长节间数(n)均为4个, 够苗叶龄为N-n+1; 机插晚稻品种N为14.4~15.2, 叶数变幅14~16, n均为5个, 够苗叶龄为N-n。高产类型机插双季稻具有分蘖力中等、成穗率较高、全生育期特别是中后期干物质生产量及单茎干物质量大、中后期叶面积指数(LAI)及单茎叶面积较高、穗型较大、总颖花量大、粒叶比协调和日产量高等基本特征。其中, 高产类型机插早稻生育期110~113 d, 日产量75~79 kg hm ^-2 d ^-1, 分蘖力每株2.6~3.4穗, 每穗粒数115~135粒, 千粒重26~28 g; 高产类型机插晚稻115~120 d, 日产量78~82 kg hm ^-2 d ^-1, 分蘖力每株4.2~4.8穗, 每穗粒数130~150粒, 千粒重24~27 g。

氮肥分期运筹对套作甘薯产量、品质及氮素效率的影响

安建刚,敬夫,丁祎,肖怡,尚浩浩,李宏利,杨晓璐,唐道彬,王季春

作物学报. 2018, (12):  1858-1866.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01858

摘要 ( 1450 )   HTML ( 6 )   PDF (726KB) ( 887 )  

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为了探寻套作甘薯高产优质的氮肥运筹方式, 以甘薯套作及单作为主区, 定量氮肥全部基施、分2期和分3期运筹为副区, 于2015—2016两年度探讨了不同处理对2个甘薯品种(渝紫7号和万薯10号)块根产量、品质及氮肥利用效率的影响。结果表明, 2个品种无论单作或套作, 定量氮肥分2期或分3期运筹显著提高甘薯块根产量、单薯重、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、氮肥表观利用率和氮肥偏生产力; 套作中定量氮肥不同运筹方式对2个甘薯品种商品薯率影响不显著, 但单作中分3期运筹时最高; 万薯10号块根β-胡萝卜素含量以定量氮肥分3期运筹最高, 渝紫7号块根花青素含量以分2期和3期运筹最高, 2个品种块根淀粉含量以氮肥全部基施最高。套作降低了除甘薯块根可溶性糖含量外的其他营养品质以及产量和氮肥利用效率, 但套作定量氮肥分2期或3期运筹, 可使这些指标达到或优于单作氮肥全部基施水平。为提高块根淀粉含量, 定量的氮肥宜采用全部基施, 为同时优化其他营养品质、提高甘薯产量和氮肥利用效率, 定量的氮肥宜采用分2期或分3期运筹。

光照强度对大豆叶片光合特性及同化物的影响

程亚娇,范元芳,谌俊旭,王仲林,谭婷婷,李佳凤,李盛蓝,杨峰,杨文钰

作物学报. 2018, (12):  1867-1874.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01867

摘要 ( 1113 )   HTML ( 23 )   PDF (2425KB) ( 824 )  

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间套作荫蔽环境下, 光强是影响作物生长和产量的直接因素。本试验通过设定不同光照强度, 分析不同大豆品种的光合特性、光合同化物和叶片中叶绿体超微结构的昼夜变化, 明确光强对大豆叶片结构和同化物积累的影响, 了解品种间差异, 以期为提高大豆产量、改善大豆品质提供理论依据。以耐阴品种南豆12和敏感品种桂夏3号为试验材料, 分别设置CK (正常光照, 遮光度0)、A1 (一层黑色遮阳网, 遮光度10%)、A2 (两层黑色遮阳网, 遮光度36%) 3个不同光照强度。结果表明, 随着遮阴程度的增加, 2个大豆品种净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和生物量均呈逐渐降低趋势, 但胞间二氧化碳浓度、叶绿素b含量逐渐上升。同一大豆品种在相同处理下叶片蔗糖和淀粉含量昼夜变化差异显著。正常光照和A1处理下的大豆叶片蔗糖含量昼夜变化呈双峰曲线, 波峰分别出现在16:00和次日6:00, A2处理下南豆12蔗糖含量昼夜变化呈单峰趋势, 峰值出现在16:00, 为32.80 μg g ^-1。淀粉含量昼夜变化呈单峰曲线, 最高值均出现在21:00, 且耐阴品种大豆在A2处理下蔗糖和淀粉含量日变化幅度大于敏感品种大豆。大豆叶片超微结果表明, 弱光处理下大豆叶片叶绿体结构完整, 无破碎现象, 相同品种在同一处理下淀粉粒与叶绿体截面积比值昼夜变化显著, 均呈先增加后降低的变化趋势, 耐阴品种变化幅度大于敏感品种, 最大值均出现在21:00。因此, 随着遮阴程度增加, 大豆叶片生物量积累减少, 光合作用降低, 但耐阴品种在适度遮阴下通过调节光合器官结构的昼夜变化而保持良好的光合作用, 以更好地适应荫蔽环境。

研究简报

栽培绿豆V1128抗豆象基因定位

刘长友,苏秋竹,范保杰,曹志敏,张志肖,武晶,程须珍,田静

作物学报. 2018, (12):  1875-1881.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01875

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对抗豆象资源中蕴藏的抗豆象基因进行定位, 是对其充分利用的前提和基础。本研究通过对抗豆象栽培绿豆V1128和感豆象栽培绿豆冀绿7号杂交形成的F₂分离群体进行抗豆象鉴定, 分析V1128抗豆象遗传规律; 并利用混合群体分离分析法(BSA法)筛选抗感池间的多态性标记, 进而利用QTL IciMapping 4.0对V1128抗豆象基因进行染色体定位分析。结果表明, V1128对绿豆象的抗性由具有主效作用的显性单基因控制, 暂命名其为“Br3”。在将抗豆象性状作为质量性状的条件下, 按照显性单基因的定位方法, 将抗豆象基因Br3定位在绿豆染色体5上, 位于标记DMB158和VRBR-SSR033 (标记VRID5、VRBR-SSR032与VRBR-SSR033的连锁群位置相同)之间, 两侧遗传距离分别为4.4 cM和5.8 cM, 所在物理区间约288 kb。将抗豆象性状作为数量性状, 采用完备区间作图法(ICIM)对种子被害率进行QTL定位, 同样在标记DMB158和VRBR-SSR033之间检测到1个主效QTL, 其LOD值为38.04, 可以解释表型变异(PVE)的71.64%, 来自父本V1128的等位基因具有明显减少种子被害率的效应。该研究结果可以为绿豆抗豆象分子标记辅助育种及抗豆象基因Br3的精细定位和克隆提供有用信息。

白菜型冬油菜RuBisCo蛋白亚基基因rbcL和rbcS的克隆及其在干旱胁迫下的表达

米超,赵艳宁,刘自刚,陈其鲜,孙万仓,方彦,李学才,武军艳

作物学报. 2018, (12):  1882-1890.  doi:10.3724/SP.J.1006.2018.01882

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应用双向电泳结合液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析, 筛选得到干旱胁迫下白菜型冬油菜与光合作用相关差异蛋白质RuBisCo小亚基。根据已发表白菜型油菜(Brassica rapa) RuBisCo亚基rbcL和rbcS保守序列设计引物, 采用RT-PCR扩增陇油7号的cDNA, 获得rbcL和rbcS基因开放阅读框, 长度分别为1095 bp和549 bp, 编码364和181个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析结果显示, rbcL与大白菜(Brassica rapa subsp. chinensis)的蛋白质同源性达到99%以上, 其保守序列属于RuBisCo Large超家族, 该蛋白质理论相对分子量及等电点分别为40.29 kDa和6.70, 不稳定指数(instability index, II>40为不稳定蛋白质)为41.67, 属于不稳定蛋白; 脂融指数(aliphatic index)为83.63, 平均亲水性值(grand average of hydropathicity)为-0.232, 属于亲水性蛋白质; 二级结构包括38.74% α-螺旋(alpha helix)、10.99%延伸链(extended strand)及50.27%自由卷曲(random coil); 三级结构具有5个不同的活性口袋。rbcS与甘蓝(Brassica oleracea)蛋白质同源性达到99%, 其保守序列具有rbcS超家族和RuBisCo Small Like超家族, 理论相对分子量为20.32 kDa, 理论等电点为8.23, 不稳定指数为33.66, 属于稳定蛋白质; 脂融指数为74.86, 平均亲水性值为-0.142, 属于亲水性蛋白质; 二级结构包括16.02% α-螺旋、28.73%的延伸链及55.25%自由卷曲; 三级结构具有4个不同的活性口袋。实时荧光定量和半定量分析显示, 干旱胁迫下, 白菜型冬油菜叶片rbcL和rbcS基因表达量下调是光合作用下降的原因。并且, 冬油菜叶片P_n下降与RuBPCase表达抑制和活性降低有关, 非气孔限制是P_n下降的主要因素。