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2020年 第46卷 第3期 刊出日期：2020-03-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

水稻光温敏核不育基因tms5与pms3的互作效应

王芳权,范方军,夏士健,宗寿余,郑天清,王军,李文奇,许扬,陈智慧,蒋彦婕,陶亚军,仲维功,杨杰

作物学报. 2020, (3):  317-329.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.92036

摘要 ( 1213 )   HTML ( 30 )   PDF (2299KB) ( 1101 )  

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tms5与pms3是水稻的光温敏核不育基因, 其功能位点已经明确, 然而它们在两系不育系中的效应尚不清楚。本研究针对tms5与pms3基因功能位点, 分别设计了功能标记AS-TMS5和CAPS-PMS3。经鉴定发现, 这2个功能标记能准确区分不育、可育性状对应的隐性纯合、杂合和显性纯合3种基因型。利用AS-TMS5和CAPS-PMS3对培矮64S/9311、广占63S/湘恢47和粤光S/宁恢108的F₂群体单株的基因型及育性的关系分析发现, tms5基因是广占63S和粤光S控制光温敏不育性状的主效基因, 而pms3基因在培矮64S和粤光S中并不能独立起作用, 还需要与其他基因共同调控。进一步分析粤光S/宁恢108的F_2:3群体基因型与育性的关系, 发现在粤光S/宁恢108背景下, 携带pms3基因的株系几乎都表现可育, 而携带tms5基因的株系在较高气温条件下表现不育, 但育性转换温度可能较高; 而携带tms5与pms3基因的株系育性转换温度比仅携带tms5基因的株系低, 这为聚合2个基因选育不育性状稳定的光温敏不育系提供了思路和方法。

利用EST-SSR标记评价羽扇豆属(Lupinus L.)遗传多样性

张红岩,杨涛,刘荣,晋芳,张力科,于海天,胡锦国,杨峰,王栋,何玉华,宗绪晓

作物学报. 2020, (3):  330-340.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94077

摘要 ( 877 )   HTML ( 29 )   PDF (3199KB) ( 634 )  

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利用基于窄叶羽扇豆转录组开发并筛选出的95对多态性EST-SSR标记, 对羽扇豆属的22个种133份资源进行全基因组扫描, 初步探究羽扇豆属下种间的进化关系, 分析来源于”旧世界”羽扇豆种间的遗传多样性, 为羽扇豆优异资源的挖掘和创新利用提供理论依据。结果表明, 用95对SSR标记共检测出1318个等位变异, 每对标记平均检测出3~37个等位变异, 平均为13.87个; 多态性信息量(PIC)变化范围0.39~0.91, 平均为0.75; 基因多样性变化范围0.41~0.92, 平均为0.78。基于邻接法(NJ)的系统发育初步探究了羽扇豆种间的进化关系, 22个羽扇豆种分别来源于”旧世界”和”新世界”, 与之前研究结果相对一致。聚类分析、群体结构分析和主成分分析结果均表明, 来源于”旧世界”的7个羽扇豆种被划分为4个组群, 各组群所包含的参试资源没有种间交叉重叠。

净作和套作下大豆贮藏蛋白11S、7S组分相对含量的QTL分析

刘代铃,谢俊锋,何乾瑞,陈四维,胡跃,周佳,佘跃辉,刘卫国,杨文钰,武晓玲

作物学报. 2020, (3):  341-353.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94076

摘要 ( 852 )   HTML ( 5 )   PDF (3380KB) ( 753 )  

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大豆贮藏蛋白的7S组分和11S组分占蛋白质总量的70%左右, 其含量直接与大豆种子的加工品质、营养品质及功能特性密切相关。目前, 在玉米-大豆带状套作模式下11S和7S组分的相对含量会如何变化尚不明确。本研究以南豆12和九月黄为亲本所构建的重组自交系(RILs)群体为材料, 结合已构建的SNP高密度遗传图谱, 在不同环境(E1: 2017年仁寿; E2: 2017年雅安; E3: 2016年仁寿)的净作及套作下, 对控制贮藏蛋白组分含量的相关性状进行QTL分析。结果表明, 在不同的环境和种植方式下, 亲本和RIL群体的大部分贮藏蛋白11S、7S组分相对含量差异显著或极显著; 检测到10个相关QTL, 分布于9条染色体, 表型贡献率为5.63%~9.68%。通过注释信息, 在定位到的QTL区段中初步筛选出65个与贮藏蛋白质含量相关的候选基因。上述结果为大豆品质育种提供了理论参考。

马铃薯产量组分的基因型与环境互作及稳定性

叶夕苗,程鑫,安聪聪,袁剑龙,余斌,文国宏,李高峰,程李香,王玉萍,张峰

作物学报. 2020, (3):  354-364.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94089

摘要 ( 770 )   HTML ( 10 )   PDF (3611KB) ( 846 )  

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本研究主要探究基因型和基因型与环境互作(genotype + genotypes and environment interactions, GGE)双标图在马铃薯育种中的应用。综合评价马铃薯品系产量性状在不同环境中的丰产性、稳定性和适应性, 筛选出适应不同生态环境的产量性状优良品系。同时评价各试点的区分力和代表性, 为试点的选择提供依据。2015年和2016年在甘肃安定区鲁家沟镇、安定区内官镇、渭源县五竹镇3个试点种植国际马铃薯中心引进的101份高代品系和对照青薯9号。收获后记录小区产量、小区大薯产量、小区小薯产量、单株产量、单株大薯产量、单株小薯产量、单株结薯数、单株大薯数、单株小薯数; 采用联合方差和GGE双标图对产量性状进行基因型与环境互作分析。方差分析表明, 除小区小薯产量在基因型与环境互作效应中无显著差异外, 其他产量组分在基因型效应、环境效应和互作效应中均呈现极显著差异(P<0.01)。小区产量、小区大薯产量、小区小薯产量、单株产量、单株大薯产量、单株结薯数环境效应平方和占总方差平方和最大; 单株小薯产量、单株大薯数和单株小薯数的基因型与环境互作效应平方和占总方差平方和最大。GGE分析结果表明, 适应性最强的品系在鲁家沟试点是G86; 在五竹镇试点是G65; 在内官镇试点是G86。参试品系中丰产品系有G86、G116、G124; 稳产品系有G124、G125、G10; 高产稳产品系有G86、G116、G124、青薯9号。单株大薯数高的品系有G45、G86、G67, 稳定性好的品系有G67、G116、G51, 对照青薯9号的单株大薯产量不稳定。综合鉴别力和代表性的强弱, 依次为鲁家沟镇2016年、鲁家沟镇2015年、五竹镇2015年、五竹镇2016年、内官镇2015年、内官镇2016年。GGE模型能够直观地展现多年多点品系试验结果, 并客观评价参试品系的丰产性、稳定性和适应性, 同时可以对试点的代表性和区分力进行评价。以GGE模型综合评价, 高产稳产品系有G116、G124、G125、G122、青薯9号; 高产不稳定的品系有G86、G10、G121、G106、G107、G72。最理想的生态区试点是鲁家沟镇, 对品种的鉴别力最强的试点是五竹镇。

小麦重要产量性状的主基因+多基因混合遗传分析

解松峰,吉万全,张耀元,张俊杰,胡卫国,李俊,王长有,张宏,陈春环

作物学报. 2020, (3):  365-384.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91044

摘要 ( 1394 )   HTML ( 25 )   PDF (2720KB) ( 549 )  

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以单株产量等为代表的重要性状是选育小麦高产良种的主攻目标性状, 分析小麦重要产量性状的数量遗传特性, 为深入研究其遗传机制提供依据。本研究选用品冬34为母本(P₁)和BARRAN为父本(P₂)配置杂交组合, 在2年4个环境下应用主基因+多基因混合遗传模型方法对该组合单世代(P₁、P₂、RIL_7:8、RIL_8:9)单株产量、千粒重、株高、穗下节间长、旗叶上节间长和分蘖数进行遗传及相关分析。结果表明, 除千粒重和分蘖数外, 其余性状间均显著或极显著相关, 穗下节间长与旗叶上节间长平均相关系数达0.91 (P≤0.001)。最优遗传模型对于单株产量是4对加性上位性主基因+多基因遗传模型, 其主基因加性效应值分别为3.78、2.89、-6.18和0.15, 多基因遗传率为86.23%; 对于千粒重是2对互补作用主基因+加性效应多基因混合遗传模型, 多基因加性效应值是22.37, 主基因遗传率为66.96%, 多基因遗传率为28.25%; 对于株高是2对累积作用主基因+加性作用多基因混合遗传模型, 控制株高的第1对主基因加性效应值是5.15, 加性×加性上位性互作效应值为-9.66, 多基因加性效应值为-9.31, 主基因遗传率为58.57%, 多基因遗传率为39.71%; 对于穗下节间长和旗叶上节间长均是加性-上位性多基因遗传模型, 其主基因遗传率分别为97.65%和99.14%; 对于分蘖数是加性-上位性多基因混合遗传模型, 主基因遗传率为78.89%, 多基因遗传率为19.87%。这些性状在多个环境下主要受主基因+多基因混合遗传控制。在选育优良品系的过程中, 要兼顾适应生态环境条件的重要表现, 进一步为筛选与目标性状紧密连锁标记及推进分子标记辅助选择提供理论依据。

利用WGCNA鉴定玉米株高和穗位高基因共表达模块

马娟, 曹言勇, 王利锋, 李晶晶, 王浩, 范艳萍, 李会勇

作物学报. 2020, (3):  385-394.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.93021

摘要 ( 970 )   HTML ( 23 )   PDF (4874KB) ( 568 )  

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株高和穗位高是玉米株型的重要影响因子, 与产量性状紧密相关。加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)是探索基因网络与特定性状间关联关系的重要方法, 为株高和穗位高相关基因的挖掘提供新途径。本研究利用郑58、掖478、昌7-2和黄早四及其组配的杂交种郑单958、安玉5号、郑58/黄早四和掖478/黄早四, 结合其在45,000株 hm ^-2和67,500株 hm ^-2条件下的转录组数据, 采用WGCNA构建了2种密度条件下的共表达网络, 分别得到24个和21个共表达模块, 并鉴定到与株高和穗位高显著且高度相关(相关系数的绝对值>0.50)的共表达模块15个, 其中两性状相同的模块共6个。基因功能富集分析结果表明, 株高和穗位高共表达模块主要参与生长发育、光合作用、响应光刺激、植物激素、碳水化合物合成/代谢等重要活动。根据模块内基因的连接度, 发现乙烯响应因子EREB14、硫胺素酶TENA2、磷酸甘油酸激酶PGK、谷胱甘肽转移酶GST2和琥珀酸脱氢酶SUDH7等是模块内的核心基因。通过构建其局部网络, 发现EREB14与已报道株高基因D8、DWF1和ZmGRF10以及C3H转录因子C3H35、C2C2-GATA转录因子GATA4和乙烯受体同源子ETR40等存在关联关系。此外, 已报道株高基因An1和GA20ox3也存在于共表达模块中。以这5个已报道株高基因为核心, 构建其基因网路, 发现生长素转录因子ARFTF7、ARFTF26、GST39、光合系统II氧进化多肽PspB2和光合系统I N亚基PasN1等与其存在关联。15个共表达模块和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玉米株高和穗位高的遗传基础。

耕作栽培·生理生化

增密减氮对棉花干物质和氮素积累分配及产量的影响

王士红,杨中旭,史加亮,李海涛,宋宪亮,孙学振

作物学报. 2020, (3):  395-407.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94074

摘要 ( 966 )   HTML ( 13 )   PDF (578KB) ( 910 )  

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为了探讨种植密度和施氮量对棉花干物质与氮素积累分配及产量的影响。本研究以聊棉6号为试验材料, 设置5.25、6.75和8.25万株 hm ^-2(D_5.25、D_6.75、D_8.25) 3个种植密度, 0、105、210、315和420 kg hm ^-2(N₀、N₁₀₅、N₂₁₀、N₃₁₅、N₄₂₀) 5个施氮量, 研究增密减氮对棉花干物质积累与分配、氮素积累与分配、产量及其构成因素的影响。结果表明, 与D_5.25相比, D_6.75、D_8.25条件下棉花干物质积累量显著升高, 2016年提高了17.6%、28.7%, 2017年提高了12.6%、20.9%。与N₀相比, 施氮肥后干物质积累量随施氮量的增加显著升高, 2016年各施氮处理分别提高了4.5%、11.1%、13.7%、16.3%, 2017年提高了3.6%、13.5%、15.3%、19.8%。棉花氮素吸收与干物质积累动态曲线均符合 Logistic 模型, 2年间棉株氮素最大累积量(Y_m)均在D_8.25N₄₂₀处理下获得, 与平均值相比, 棉株氮素最大累积量分别提高了17.3%和23.8%、快速累积持续时间(T)延长了5.2%和9.9%、最大累积速率(V_m)提升11.5%和13.8%, 氮素快速积累期起始时期(t₁)比干物质积累分别提早了4.1 d和6.4 d。2016年D_5.25N₃₁₅、D_6.75N₂₁₀、D_6.75N₁₀₅和2017年D_5.25N₃₁₅、D_6.75N₂₁₀处理的棉花产量显著高于其他处理。种植密度和施氮量的互作效应对棉花产量的影响显著, 增密减氮可以获得高产, 推荐本地区棉花种植密度从常规的5.25万株 hm ^-2增加到6.75万株 hm ^-2, 施氮量从常规的300 kg hm ^-2第一年减少为105 kg hm ^-2, 第二年减少为210 kg hm ^-2。

水肥“三匀”技术对水稻水、氮利用效率的影响

杨志远,李娜,马鹏,严田蓉,何艳,蒋明金,吕腾飞,李郁,郭翔,胡蓉,郭长春,孙永健,马均

作物学报. 2020, (3):  408-422.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.92027

摘要 ( 953 )   HTML ( 7 )   PDF (999KB) ( 727 )  

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本研究通过3个裂区试验探究水肥“三匀”技术对水稻水、氮利用效率的影响。试验1和试验2土壤基础肥力不同, 处理一致, 主区为氮高效品种德香4103和氮低效品种宜香3724, 副区为农民习惯施肥模式(farmer’s usual management, FU)、水肥耦合模式(nitrogen-water coupling management, NWC)、水肥“三匀”模式(methodical nitrogen- water distribution management, MNWD, 采用灌溉水和氮肥投入增频减量一体化的方式), 以各自不施氮肥为对照; 试验3主区为氮高效品种德香4103、F优498及氮低效品种宜香3724、川优6203, 副区为FU、NWC及MNWD。结果表明, MNWD施氮量较NMC和FU降低20%, 灌溉水较NMC减少20%~25%, 较FU减少42%~48%。MNWD茎蘖缓升缓降, 成穗率较高, 与NWC和FU相比, 其花前物质转运量较低, 但花后光合产物积累多, 与NWC产量差异不显著, 较FU平均增产8.77%~14.18%。相关分析显示, 10~20 cm及20~30 cm土层稻株根干重与氮肥回收率、氮肥农学利用率、灌溉水生产效率及水分生产效率显著正相关, MNWD水稻根量大, 分布于10 cm以下土层的根系发达, 利于水氮利用效率提高。与NWC和FU相比, MNWD氮肥回收率平均提高8.07%~11.99%和20.72%~30.78%, 农学利用率平均提高17.44%~27.38%和96.47%~101.42%, 灌溉水生产效率平均提高23.34%~36.67%和76.54%~117.38%, 水分生产效率平均提高8.41%~17.66%和32.23%~65.29%。

播种方式与种植密度互作对大穗型小麦品种产量和氮素利用率的调控效应

郑飞娜,初金鹏,张秀,费立伟,代兴龙,贺明荣

作物学报. 2020, (3):  423-431.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91046

摘要 ( 878 )   HTML ( 10 )   PDF (530KB) ( 1191 )  

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为探明实现冬小麦进一步增产增效的调控途径, 于2015—2016年和2016—2017年连续两个生长季, 选用大穗型品种泰农18, 设置2种播种方式(宽幅播种和常规条播)和7个种植密度(130×10 ⁴、200×10 ⁴、270×10 ⁴、340×10 ⁴、410×10 ⁴、480×10 ⁴和550×10 ⁴株 hm ^-2), 研究了播种方式与种植密度互作对大穗型小麦品种产量和氮素利用率的调控效应。结果表明, 与常规条播相比, 宽幅播种配合增密能够有效缓解单位面积穗数增加与单穗粒重降低、氮素吸收效率提高与氮素内在利用效率下降之间的矛盾, 通过增加单位面积穗数和氮素吸收效率协同提高籽粒产量和氮素利用率。宽幅播种条件下获得最高产量和氮素利用率的密度为410×10 ⁴株 hm ^-2, 显著高于常规条播条件下的最优密度(340×10 ⁴株 hm ^-2), 且其增产增效幅度亦显著高于常规条播。综上所述, 宽幅播种配合合理密植具有进一步协同提高大穗型小麦品种产量和氮素利用率的潜力。在本试验条件下, 宽幅播种(苗带宽8~10 cm)与410×10 ⁴株 hm ^-2密度相匹配是大穗型小麦品种泰农18获得更高产高效的最优组合。

高温胁迫终止后Bt棉蕾杀虫蛋白的恢复特征及相关生理机制

刘震宇,王桂霞,李丽楠,蔡泽洲,梁潘潘,吴莘玲,张祥,陈德华

作物学报. 2020, (3):  440-447.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94080

摘要 ( 519 )   HTML ( 4 )   PDF (352KB) ( 744 )  

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以大面积生产应用的Bt棉常规种‘泗抗1号’和杂交种‘泗抗3号’为材料, 于扬州大学遗传生理重点实验室人工气候室, 以盆栽方式设计高温胁迫试验。2017年设蕾期38℃高温持续胁迫72 h终止、2018年设38℃高温持续胁迫96 h终止处理后不同时间(0、12、24、48、72和96 h)研究棉蕾Bt杀虫蛋白表达量变化及相关氮代谢生理。结果表明, 盛蕾期38℃持续胁迫72 h、96 h终止后棉蕾Bt杀虫蛋白表达量均能恢复到相应对照水平, 并且恢复所需时间随胁迫持续时间的延长而增加。胁迫72 h终止后, 常规种泗抗1号经72 h、杂交种泗抗3号经48 h蕾的Bt杀虫蛋白表达量与对照已无显著差异; 胁迫96 h终止后, 泗抗1号经96 h、泗抗3号经72 h, 棉蕾Bt杀虫蛋白表达量与对照已无显著差异。相关分析表明, 高温胁迫终止后, 蕾中可溶性蛋白表达量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性、谷氨酸草酞乙酸转氨酶(GOT)活性与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著正相关 (相关系数分别为0.964 ^**、0.981 ^**、0.971 ^**); 而游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶的活性与Bt杀虫蛋白表达量呈极显著负相关(相关系数分别为-0.894 ^**、-0.912 ^**、-0.834 ^**)。因此, 生产上可根据高温持续时间预测棉蕾Bt杀虫蛋白表达量的恢复程度, 合理防治棉铃虫等相关害虫。

大麦种质资源成株期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选

徐银萍, 潘永东, 刘强德, 姚元虎, 贾延春, 任诚, 火克仓, 陈文庆, 赵锋, 包奇军, 张华瑜

作物学报. 2020, (3):  448-461.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91031

摘要 ( 940 )   HTML ( 25 )   PDF (464KB) ( 595 )  

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干旱是影响大麦生产的主要因素之一。在鉴定大麦种质资源成株期抗旱性的基础上, 筛选抗旱指标, 可为培育抗旱品种提供依据。本研究在2016和2017年在大麦生长主要需水期平均降雨量不足40 mm的甘肃省武威市进行田间试验, 以30份大麦种质资源为研究对象, 设置正常灌水和干旱胁迫处理, 测定大麦株高、穗长、分蘖数、单株粒数、单株粒重、穗粒数、千粒重和产量, 采用抗旱性度量值(D)、综合抗旱系数(CDC)、加权抗旱系数(WDC)、相关分析、频次分析、主成分分析、灰色关联度分析、隶属函数分析、聚类分析和逐步回归分析相结合的办法, 对其进行抗旱性鉴定及抗旱指标的筛选。干旱胁迫对测定的各指标均有极显著影响。频次分析表明, 各指标对干旱胁迫反应的敏感程度依次为产量、株高、单株粒重、穗长、单株粒数、分蘖数、穗粒数和千粒重。相关分析表明, 产量与株高、穗长、分蘖数、单株粒数和单株粒重呈极显著正相关, 与穗粒数呈显著正相关、与千粒重呈不显著正相关。主成分分析表明, 5个主成分可以代表大麦抗旱性86.39%的原始数据信息量。基于D值、CDC值和WDC值的大麦种质资源抗旱性排序基本一致。灰色关联度分析表明, 各指标单项抗旱系数值与D值间的关联度依次为产量、单株粒重、单株粒数、穗长、株高、分蘖、穗粒数和千粒重, 各指标DC值与WDC值间的关联大小依次为单株粒重、产量、单株粒数、分蘖、穗长、穗粒数、株高和千粒重。根据D值进行聚类分析, 将供试大麦种质资源依据抗旱性从强到弱分为5个抗旱等级, 其中1级5份、2级1份、3级11份、4级10份、5级3份。除分蘖和千粒重外, 其余指标的隶属函数值、CDC值、D值和WDC值均随着抗旱级别的升高而增大。回归分析表明, 5个测定指标均与D值密切相关。干旱胁迫对大麦种质资源成株期各指标均有极显著影响。确定了D值为适宜的抗旱鉴定指标。筛选出成株期抗旱性强的大麦种质资源甘啤7号、Z06-278-9、MERIT、NEVADA和西藏25, 可为大麦抗旱育种、抗旱机制以及干旱调控缓解机制的研究提供技术支持。穗长、单株粒数、单株粒重、穗粒数、产量可作为大麦种质资源成株期简单、直观的抗旱评价指标。

研究简报

改善土壤通气性促进甘薯源库间光合产物运转的原因解析

刘永晨,司成成,柳洪鹃,张彬彬,史春余

作物学报. 2020, (3):  462-471.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94038

摘要 ( 635 )   HTML ( 8 )   PDF (445KB) ( 756 )  

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为了明确土壤通气性对甘薯源库间光合产物运转的调控机制, 本研究以淀粉型品种商薯19和济徐23为试验材料, 设置疏松、对照和紧实3个处理进行大田试验, 研究结果表明, 与对照处理相比, 疏松处理显著提高2个品种的块根产量和经济系数, 2年平均增幅分别为27.03%~38.74%和6.30%~13.05%, 紧实处理则显著降低2个品种的块根产量和经济系数, 2年平均降幅分别为17.87%~15.92%和10.83%~15.63%。功能叶 ¹³C标记结果显示, 疏松处理显著提高块根中光合产物的输入效率。疏松处理显著提高块根中蔗糖和淀粉含量, 显著降低地上部器官中淀粉含量和茎中尤其是茎的中下部中蔗糖含量; 紧实处理则显著降低块根中蔗糖和淀粉含量, 而显著提高地上部器官蔗糖和淀粉含量, 且茎中下部蔗糖含量增幅较大。疏松处理显著降低50~150 d茎基部与茎顶部间和茎基部与块根间的蔗糖含量差; 紧实处理则显著提高茎基部与茎顶部间和茎基部与块根间的蔗糖含量差, 且茎基部与块根间蔗糖含量差的变幅大于茎基部与茎顶部间的蔗糖含量差。相关分析表明, 茎基部与块根间、茎基部与茎顶部间蔗糖含量差与块根蔗糖和淀粉含量呈极显著负相关。说明改善土壤通气性可促进茎基部光合产物向块根的运转, 提高块根中碳水化合物含量, 增加块根产量。