当期目录

2020年 第46卷 第8期 刊出日期：2020-08-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

玉米种质资源大规模多年多点多病害的自然发病抗性鉴定

段灿星,董怀玉,李晓,李红,李春辉,孙素丽,朱振东,王晓鸣

作物学报. 2020, (8):  1135-1145.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03003

摘要 ( 1114 )   HTML ( 61 )   PDF (298KB) ( 1414 )  

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病害是影响玉米生产的重要因素。利用品种的抗性是控制玉米病害的经济、安全和有效措施。2016—2019年间, 在黄淮海和东华北地区, 首次对2000份来源广泛且遗传背景丰富的玉米种质资源进行了多年多点多病害的田间自然发生条件下抗病性鉴定, 部分材料在西北地区也进行了田间鉴定, 重点调查了小斑病、茎腐病、瘤黑粉病、弯孢叶斑病、南方锈病、粗缩病、大斑病、灰斑病和丝黑穗病的抗病性。综合4年共10个不同环境的自然发病下抗性鉴定数据表明, 自然发病鉴定的结果受环境因素影响较大, 表现为年度间和地域间的差异。在所有鉴定的病害中, 小斑病在多个年份和多个鉴定点的发病均比较充分, 11份种质对该病害表现出稳定抗性; 茎腐病、大斑病和灰斑病, 在不同年份的部分鉴定点发病较为充分, 对这3种病害表现抗病的种质分别为440、356和423份, 综合抗性鉴定结果具有较大的参考价值; 弯孢叶斑病、瘤黑粉病和粗缩病仅在1个鉴定点发病较为充分, 南方锈病和丝黑穗病在所有鉴定点均发生较轻, 鉴定结果有待进一步验证。本研究筛选出一批在不同环境条件下对多种病害均具有稳定抗性的材料, 其中JN15、953、沈977、68122、K21、SC24-1、17MC7211、17MC7223、郑591、161191等种质的综合抗性突出, 对种质的利用及后续人工接种精准鉴定的种质选择具重要参考价值。

BnaBZR1和BnaPIF4基因调控甘蓝型油菜弱光光效的机制

冯韬,谭晖,官梅,官春云

作物学报. 2020, (8):  1146-1156.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94198

摘要 ( 731 )   HTML ( 27 )   PDF (10855KB) ( 483 )  

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甘蓝型油菜品系XY881和XY883是湘油15辐照诱变后连续自交筛选的2个种子含油量、光合效率和弱光敏感性等有明显差别的子代品系。分别从XY881和XY883中克隆了芸薹素唑抗性因子1 (brassinazole-resistant 1, BnaBZR1) 和光敏色素互作因子4 (phytochrome interacting factor 4, BnaPIF4)基因并进行了序列结构、表达和功能分析。结果表明, XY883的BnaBZR1和BnaPIF4基因存在结构变异, 引起表达和调控模式的差异。XY883中BnaBZR1的启动子具有124 bp的富含A/T的插入序列, 且XY883具有比XY881高的BnaBZR1表达, 并且在弱光和2,4-表油菜素内酯(2,4-BL)诱导下具有较少的表达变化。XY883中BnaPIF4的5'-UTR区域存在可变剪接, 形成长度分别为424 bp (U01)、239 bp (U02)和332 bp (U03)的3种5'-UTR, 在弱光和2,4-BL诱导下, XY883中3种可变剪接的BnaPIF4转录产物的变化不一致。将BnaPIF4的3个5'-UTR与CDS分别组合转化拟南芥后其表达在转录水平无明显差异, 但蛋白翻译存在明显差异, 表明BnaPIF4的5'-UTR变异影响其翻译过程。转BnaPIF4基因拟南芥出现株高增加、叶片狭长且光合作用下降的表型, 共转化BnaBZR1能减弱BnaPIF4造成的光合作用下降; 转BnaPIF4和BnaBZR1基因对油菜的影响与拟南芥相似, 但表型不如拟南芥明显, 表明BnaPIF4是油菜光合作用的负调控因子, 而BnaBZR1可对BnaPIF4的光合负调控产生拮抗; 这与XY881和XY883中两基因表达调控模式及其光合表型相吻合。

利用CRISPR/Cas9技术编辑水稻温敏不育基因TMS5

陈日荣,周延彪,王黛君,赵新辉,唐晓丹,许世冲,唐倩莹,符星学,王凯,刘选明,杨远柱

作物学报. 2020, (8):  1157-1165.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.92059

摘要 ( 1419 )   HTML ( 67 )   PDF (25179KB) ( 1038 )  

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tms5是生产上应用最广泛的温敏不育基因。为创制新型水稻温敏核不育系, 利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将6个优异的粳稻和4个优异的籼稻的TMS5基因敲除, 获得了温敏核不育系。比较发现, 粳稻温敏不育系ZG75S、CYGS、YG0618S、ZG07S、T0361S、7679S的不育起点温度在28~32°C之间, 籼稻温敏核不育系2537S、6150S、6379S的不育起点温度在24~28°C之间, 而籼稻温敏核不育系1109S的不育起点温度低于23.5°C。说明不同遗传背景材料获得的tms5突变体的不育起点温度不一样, 通过TMS5的敲除可能获得不育起点温度较低的温敏核不育系。利用1109S与优质父本8048选配出优质高产杂交稻组合1109S/8048。大田试验表明, 1109S/8048比区试对照丰两优4号增产13.1%。温敏核不育系1109S及高产杂交稻组合1109S/8048的创制为高产育种提供了新的途径。

我国北部冬麦区小麦区域试验重复次数和试点数量的优化设计

张毅,许乃银,郭利磊,杨子光,张笑晴,杨晓妮

作物学报. 2020, (8):  1166-1173.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91069

摘要 ( 647 )   HTML ( 19 )   PDF (334KB) ( 868 )  

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农作物品种区域试验重复次数和试点数量的合理配置有利于提高试验的成本效率和品种选择效率。本研究分析了2010—2019年期间北部冬麦区小麦品种区域试验的重复次数和试点数量设置的合理性, 依据小麦品种试验的信噪比和遗传力水平随重复次数和试点数量的变化规律, 提出了重复次数和试点数量的优化设计方案。结果表明: (1) 北部冬麦区小麦单点试验的遗传力平均达到0.87, 需要的重复次数平均值仅为1.4, 说明3次重复可以充分保证试验精确度的需求。(2)北部冬麦区水地组和旱地组小麦区域试验达到0.75的遗传力水平时, 需要的试点数量分别为11个和13个, 目前有效试点数量分别约为11个和8个, 分别达到0.75和0.60的遗传力水平。(3)小麦品种区域试验结果对品种的审定和应用十分重要, 而每年都可能有少数试验点因为各种异常情况而报废, 为保证试验结果的可靠性, 可按H = 0.75的水平需求安排试验点数量和重复次数, 即重复次数可保持当前的3次; 水地组的试点数量可保持在11个左右; 旱地组可将试点增加到13个; 如要将遗传力提高到0.80的水平, 则需约16个试点。

基于高密度SNP遗传图谱的粳稻芽期耐低温QTL鉴定

姜树坤,王立志,杨贤莉,李波,母伟杰,董世晨,车韦才,李忠杰,迟力勇,李明贤,张喜娟,姜辉,李锐,赵茜,李文华

作物学报. 2020, (8):  1174-1184.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.92066

摘要 ( 1014 )   HTML ( 24 )   PDF (3422KB) ( 792 )  

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水稻直播由于省时、省工和节约成本而备受农户关注。然而, 芽期耐冷性不强致使现行推广的许多优良水稻品种不适于直播生产。因此, 挖掘鉴定芽期耐冷位点, 为后续的辅助育种提供基因资源就日益受到重视。本研究利用丽江新团黑谷和沈农265构建的重组自交系群体及其重测序构建的包含2818个bin标记的遗传图谱对水稻芽期的耐冷性进行QTL定位分析。共检测到5个芽期耐冷QTL, 分布在水稻的1号、3号、9号和11号染色体上, 增效等位基因均来自耐冷亲本丽江新团黑谷。这些QTL的LOD值的范围从3.05到24.01, 表型贡献率为8.0%~53.5%。其中, 表型贡献率最大的主效QTL是qCTB11b, 位于11号染色体长臂端的21.24 Mb~22.03 Mb之间, 物理图谱区间为790 kb。随后利用“选择作图”的策略进行了QTL验证和累加效应分析, 明确了可以通过QTL的累加聚合实现芽期耐冷能力的遗传改良, 聚合的增效QTL越多, 耐冷能力提升越明显。上述研究结果不仅可以增强人们对芽期水稻耐冷能力遗传基础的认识和理解, 也可以为后续直播品种的遗传改良提供理论依据和技术指导。

玉米阳离子/质子逆向转运蛋白ZmNHX7的功能鉴定

张凌霄,焦珍珍,卜华虎,王逸茹,李健,郑军

作物学报. 2020, (8):  1185-1194.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.93062

摘要 ( 866 )   HTML ( 27 )   PDF (8407KB) ( 589 )  

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植物阳离子/质子逆向转运蛋白可以维持细胞内的离子平衡, 在抵御离子毒害过程中发挥重要作用。本研究克隆了一个编码玉米阳离子/质子逆向转运蛋白的基因, 命名为ZmNHX7。该基因编码序列(coding sequence, CDS)全长3411 bp, 编码一条含1136个氨基酸的多肽链。ZmNHX7基因在玉米各组织部位均有表达, 在V7 (第7片叶完全展开)时期的根和茎中表达量较高。在NaCl与LiCl的胁迫条件下, 该基因表达量上调。系统进化树分析将ZmNHX7与拟南芥质膜阳离子/质子逆向转运蛋白AtNHX7和AtNHX8归为一类, 亚细胞定位结果表明该蛋白定位于细胞膜和核膜上。将ZmNHX7基因转入拟南芥T-DNA插入突变体中, 转基因互补株系可以恢复该突变体对Li⁺的耐受性。这些结果表明, ZmNHX7编码一个玉米质膜阳离子/质子逆向转运蛋白, 在缓解Li⁺对植物的毒害和维持细胞内的离子平衡等方面发挥重要作用。

甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析

黄小芳,毕楚韵,石媛媛,胡韵卓,周丽香,梁才晓,黄碧芳,许明,林世强,陈选阳

作物学报. 2020, (8):  1195-1207.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94163

摘要 ( 1625 )   HTML ( 51 )   PDF (1379KB) ( 2095 )  

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NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类, 具有NBS (Nucleotide-binding site)和LRR (Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序, 但尚未注释, 本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测, 得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列, 在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明, 甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因, 占全基因组基因总数的0.212%, 其中N型亚家族120个, NL型103个, CNL型133个, TNL型22个, PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布, 但数量明显不同, 其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域, 在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。

抗褐变马铃薯品种(系)鉴定与筛选

陈明俊,舒启琼,徐建飞,罗小波,雷尊国,金黎平,李飞

作物学报. 2020, (8):  1208-1216.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94183

摘要 ( 984 )   HTML ( 10 )   PDF (4221KB) ( 543 )  

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马铃薯块茎易受到损伤引发褐变, 褐变会对其营养、感官品质和安全性造成影响。不同马铃薯品种材料抗褐变能力存在差异, 本研究拟测定27份不同马铃薯种质材料的多酚氧化酶活性、褐变强度、褐变指数和煮后褐变4个褐变相关指标, 综合分析以实现对不同马铃薯品种(系)抗褐变能力的鉴定与筛选。结果表明, 27份材料可分为4种类型, 第1类高抗褐变, 包括09306-82和13041-52, 它们4项指标均能满足抗褐变材料的要求; 第2类抗褐变材料, 包括延薯4号、Q8、12-1、春薯3号、19-1、14018-142、大西洋、龙薯12号、威芋5号、丽薯6号、春薯5号和早大白, 它们的褐变相关指标存在个别明显不足; 第3类中度褐变材料, 包括09001-136、中薯5号、龙薯4号、东农310、青薯9号、15-1、云薯505、BF006、闽薯1号和黔芋8号, 其抗褐变能力弱; 第4类是易褐变材料, 包括春薯6号和费乌瑞它, 它们不具有抗褐变能力或抗褐变能力非常差。筛选的高抗褐变和抗褐变品种(系)可以作为鲜食抗褐变马铃薯育种材料, 为马铃薯净菜加工提供品种支撑, 易褐变材料可用于马铃薯褐变机制的基础性研究。

OsRPK1基因过表达和RNA干涉对水稻苗期耐盐性的影响

李晶岚,陈鑫欣,石翠翠,刘方惠,孙静,葛荣朝

作物学报. 2020, (8):  1217-1224.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.92060

摘要 ( 795 )   HTML ( 31 )   PDF (2560KB) ( 1007 )  

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水稻OsRPK1基因属于富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶, 在盐胁迫下其表达量暂时升高后出现明显下降。前期研究表明, OsRPK1基因过表达会造成拟南芥非生物胁迫耐受性明显降低。本研究对OsRPK1基因在水稻中实现过表达和RNA干涉, 进而对OsRPK1的抗逆性功能加以探究。结果表明, OsRPK1基因表达量增加时, 水稻幼苗表现为耐盐性下降; RNA干涉则使水稻幼苗表现为耐盐性增加。盐胁迫后OsRPK1过表达植株脯氨酸含量低于野生型、MDA含量和相对电导率显著高于野生型, 而OsRPK1-RNAi水稻植株的脯氨酸含量显著高于野生型、MDA含量和相对电导率显著低于野生型。因此, OsRPK1基因的表达量对水稻耐盐性具有明显影响, 脯氨酸含量及细胞质膜受破损程度的改变可能是造成转基因水稻耐盐性变化的内在原因。本研究为进一步阐明OsRPK1基因的抗逆作用机制奠定了基础, 对于通过调整该基因表达改良水稻的耐盐性具有重要意义。

耕作栽培·生理生化

不同降雨状况下渭北旱地春玉米临界氮稀释曲线与氮素营养诊断

刘朋召,师祖姣,宁芳,王瑞,王小利,李军

作物学报. 2020, (8):  1225-1237.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03007

摘要 ( 746 )   HTML ( 21 )   PDF (701KB) ( 729 )  

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过量施氮、降雨变率大和水氮耦合差是渭北旱地春玉米生产中氮肥高效利用的主要难题。构建渭北旱地不同降雨状况下春玉米临界氮稀释曲线, 分析采用氮营养指数NNI诊断和评价旱地玉米氮素营养状况的可行性, 为实现旱地玉米因雨合理施氮提供理论依据。以郑单958和陕单8806为试验材料, 设置5个施氮量处理, 2016—2017年5个施氮量处理分别为0、75、150、270和360 kg hm^-2, 2018—2019年施氮量调整为0、90、180、270和360 kg hm^-2, 文中依次用N0、N1、N2、N3、N4表示。其中2016年和2018年降水状况表现为穗期多雨, 花粒期干旱; 2017年和2019年降水状况表现为穗期干旱, 花粒期多雨, 利用4年田间定位施氮试验数据构建并验证2种降雨状况下旱地春玉米临界氮稀释曲线模型。结果表明: (1)增施氮肥显著提高了旱地春玉米地上部生物量和植株含氮量, 不同施氮量处理间差异显著。2种降雨状况下春玉米临界氮浓度和地上部生物量均符合幂指数关系, 但模型参数之间存在差异(a.穗期多雨: N_c=35.98DM^-0.35; b. 穗期干旱: N_c=35.04DM^-0.23)。模型拟合的植株氮浓度和实际氮浓度线性相关, 穗期多雨年RMSE和n-RMSE分别为1.03、5.75%, 穗期干旱年分别为1.53、6.78%, 模型均具有较好稳定性。(2)在试验施氮量范围内, 不同生育时期NNI随氮肥用量增加而增大, 不同降雨状况下最佳施氮量存在差异。渭北旱地玉米最适施氮方案为基施氮肥150~180 kg hm^-2, 穗期多雨年追施氮肥45~75 kg hm^-2。(3)氮营养指数NNI 与相对吸氮量(RN_upt)、相对地上部生物量(RDW)和相对产量(RY)均极显著相关, 穗期多雨年NNI为1.02时, RY获得最大值, 为0.95; 穗期干旱年NNI为1.08时, RY获得最大值, 为0.92。本研究建立的旱地玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数, 能够精准预测2种降雨状况下旱地春玉米拔节期至完熟期的氮素营养状况, 对玉米生育季氮诊断及指导精确施氮具有重要意义。

盐胁迫下粳稻品种南粳9108分蘖特性及其与群体生产力的关系

韦还和,葛佳琳,张徐彬,孟天瑶,陆钰,李心月,陶源,丁恩浩,陈英龙,戴其根

作物学报. 2020, (8):  1238-1247.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.02001

摘要 ( 796 )   HTML ( 26 )   PDF (329KB) ( 641 )  

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旨在明确盐胁迫下水稻分蘖发生与成穗规律及其优势叶位, 为沿海滩涂水稻高产栽培的分蘖合理利用与调控提供依据。以江苏沿海滩涂大面积种植的常规粳稻南粳9108为试材, 设置对照(盐浓度0)、中盐(盐浓度0.15%)和高盐(盐浓度0.3%)环境, 比较研究盐逆境下水稻分蘖发生与成穗特性及其对群体产量的贡献。结果表明, 对照、中盐和高盐处理的两年平均产量(t hm^-2)分别为9.7、7.4和4.2; 中盐和高盐处理的穗数、每穗粒数、结实率和千粒重均显著低于对照。与对照相比, 中盐和高盐处理下拔节、抽穗和成熟期群体茎蘖数和成穗率均较低。对照的分蘖利用以一次分蘖和二次分蘖为主, 一次分蘖发生在第3至第7叶位, 第4至第6叶位是分蘖发生与成穗的优势叶位, 二次分蘖则以1/4和1/5蘖位优势较强; 盐胁迫的分蘖利用以一次分蘖为主, 第4至第6叶位是分蘖发生与成穗的优势叶位。盐胁迫下各蘖位的穗长、每穗粒数、着粒密度、一次枝粳数及粒数、二次枝粳数及粒数均低于对照。与对照相比, 盐胁迫下水稻单株成穗数少、个体和群体生长协调性差、穗型小, 最终单株和群体产量低。

MDBPSO算法优化的全波段光谱数据协同冠层SIF监测小麦条锈病

白宗璠,竞霞,张腾,董莹莹

作物学报. 2020, (8):  1248-1257.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.01004

摘要 ( 609 )   HTML ( 5 )   PDF (535KB) ( 764 )  

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为了从全波段光谱数据中提取对小麦条锈病敏感的特征参量, 提高小麦条锈病遥感探测模型的运行效率和精度, 本文首先从惯性权重和粒子更新方式两个方面对传统离散粒子群算法(discrete binary particle swarm optimization, DBPSO)进行改进, 利用改进离散粒子群算法(modified discrete binary particle swarm optimization, MDBPSO)从全波段光谱数据中优选遥感探测小麦条锈病严重度的特征变量, 然后与冠层日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence, SIF)数据相结合作为自变量分别利用随机森林(random forest, RF)和后向传播(back propagation, BP)神经网络算法构建小麦条锈病遥感探测模型, 并将其与相关系数(correlation coefficient, CC)分析法和DBPSO算法提取特征参量构建模型的精度进行对比分析。结果表明: (1) MDBPSO算法比传统DBPSO算法具有更快的收敛速度和更高的寻优精度, 改进前后其迭代次数从395次减少到156次, 最优适应度函数(optimum fitness value, OFV)值从0.145减小到0.127。(2)采用MDBPSO算法选择特征变量时, RF和BP神经网络两种方法构建的模型精度均高于CC分析法和DBPSO算法, 其中RF算法预测病情指数(disease index, DI)值和实测DI值间的检验集决定系数(validation set determination coefficient, R²_V)比CC分析法和DBPSO算法分别提高了9%和3%, 均方根误差(validation set root mean square error, RMSE_V)分别降低了28%和11%, BP神经网络算法预测DI值和实测DI值间的R²_V比CC分析法和DBPSO算法分别提高了13%和6%, RMSE_V分别降低了21%和10%, 利用MDBPSO算法优选特征参量能够提高小麦条锈病的遥感探测精度。(3)在MDBPSO、DBPSO和CC分析法3种特征选择算法中, RF算法构建的模型精度均高于BP神经网络算法, 其中RF模型预测DI值和实测DI值间的R²_V比BP神经网络算法至少提高了7%, 平均提高了9%, RMSE_V至少降低了15%, 平均降低了20%。以MDBPSO算法优选的特征参量为自变量利用RF方法构建的小麦条锈病遥感探测的MDBPSO-RF模型是小麦条锈病遥感探测适宜模型, 该研究结果为进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测提供了新的思路。

烟田生态系统碳收支研究

刘青丽,蒋雨洲,邹焱,张云贵,张恒,石俊雄,李志宏

作物学报. 2020, (8):  1258-1265.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94164

摘要 ( 599 )   HTML ( 8 )   PDF (751KB) ( 544 )  

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农业生态系统碳平衡对评估陆地生态系统的源和汇具有重要意义, 针对烤烟生长及管理的特殊性, 研究烟田生态系统碳收支, 为提升烟田管理及农业碳汇估算提供依据。本研究以定位试验为平台, 以单施化肥处理为研究对象, 于2015—2017年观测了烤烟生长季的碳收支。研究结果表明, 烤烟生物量平均为(5832.10±537.32) kg hm^-2; 烟株碳含量平均为(42.14±0.05)%, 累积固碳量为(2459.25±233.78) kg hm^-2。烤烟根系碳占烟株碳比例较高, 平均为24.94%。烤烟生长季湿沉降碳达到了115.32 kg hm^-2, 干沉降碳量为6.54 kg hm^-2, 两者占根系碳的20.01%。烟生长季碳输出总量为2464.98 kg hm^-2, 其中CO₂排放碳占碳支出的98.99%, 径流损失碳占支出的0.76%, 淋溶损失碳占支出的0.25%。烟田生态系统对大气而言是弱碳汇, 碳汇量116.13 kg hm^-2。虽然烤烟固碳总量相对较低, 但其根系对土壤碳贡献却相对较高。

基于光谱指数和偏最小二乘的棉花类胡萝卜素/叶绿素a比值估算

易秋香,刘英,常存,钟瑞森

作物学报. 2020, (8):  1266-1274.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94157

摘要 ( 718 )   HTML ( 10 )   PDF (541KB) ( 810 )  

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类胡萝卜素(Car)与叶绿素a含量比值(Car/Chla)的变化与植被生长发育变化、环境胁迫及叶片衰老特征等密切相关, 可作为植被生理生态及物候的监测指标。不同植被类型和植被品种其色素变化随植被生长发育呈现出不同的变化特征。为了探究适用于干旱区棉花Car/Chla比值估算的光谱指数和估算方法, 本研究通过2011年和2012年连续2年的大面积田间试验, 获取了棉花不同生育期的叶片及冠层尺度光谱反射率及色素含量信息, 对多种光谱指数及偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression, PLSR)用于Car/Chla比值和Car估算进行了探讨。对比表明, 基于光化学指数(Photochemical Reflectance Index, PRI)的线性和一元二次模型对Car/Chla比值和Car的估算精度最高, 由PRI-Car/Chla线性模型得到的叶片和冠层尺度的Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R²大于0.6, PRI-Car的R²大于0.36; 基于PLSR模型得到的Car/Chla比值估算值与实测值之间的拟合关系略优于基于PRI的估算模型, 由其得到的叶片及冠层尺度Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R²大于0.80, Car估算值与实测值之间R²大于0.73; 不论基于PRI还是基于PLSR方法, 对Car/Chla比值的估算精度均高于Car含量, 该结论进一步证实了Car/Chla比值遥感监测的可行性, 丰富了对棉花生长高温胁迫、养分胁迫等环境胁迫及病虫害等遥感监测的依据指标。

研究简报

两个不同籽粒硬度小麦的比较蛋白组学分析

刘培勋,马小飞,万洪深,郑建敏,罗江陶,蒲宗君

作物学报. 2020, (8):  1275-1282.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.91068

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小麦是全球种植面积最大粮食作物, 为全球45亿人提供日常蛋白和能量摄入的20%。弄清小麦籽粒硬度遗传基础, 对于改良小麦品质具有重大意义。为探讨不同硬度小麦种子的分子基础, 本实验选用西南麦区2个硬度差异极显著的小麦品种川麦66和蜀麦969, 从蛋白水平上分析其种子蛋白差异表达情况, 利用TMT定量蛋白质组学技术(tandem mass tags)结合生物信息学分析, 分析差异表达的蛋白及其功能和通路等富集情况。结果表明, 鉴定并定量了有效蛋白6020个, 其中显著差异表达蛋白113个, 在软质麦川麦66中上调表达的69个, 下调表达的44个。差异蛋白GO富集分析共富集到65个GO条目, 达到极显著富集水平的包括生物过程的1个条目、细胞组成的1个条目和分子功能的6个条目。推测营养库活性类蛋白、酶抑制剂活性类蛋白和谷胱甘肽代谢途径类蛋白可能参与小麦籽粒硬度形成。籽粒硬度相关蛋白可能主要分布于细胞胞外区, 具有防御作用。从系统发育分析推测, puroindolines蛋白及其同源蛋白, 可能既作为小麦籽粒贮藏蛋白, 同时还能作为酶抑制剂调控籽粒发育。本研究为进一步探索小麦籽粒硬度遗传机制提供了参考。

紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因克隆与功能研究

鲁庚,唐鑫,陆俊杏,李丹,胡秋芸,胡田,张涛

作物学报. 2020, (8):  1283-1290.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94192

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二酰基甘油酰基转移酶(diacylglycerol acyltransferase, DGAT)是植物合成三酰甘油(TAG)最后一步的关键酶, 其中DGAT2在某些植物的种子油中能选择性积累更多不饱和脂肪酸。本文成功克隆了紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因(PfDGAT2), 并进行生物信息学分析。PfDGAT2实时荧光定量结果表明, 不同器官中PfDGAT2基因均有表达, 10 d种子的表达量最高, 在根中的表达量次之,在种子发育中后期, PfDGAT2表达量逐渐降低。与野生型拟南芥相比, 过表达PfDGAT2拟南芥种子含油率提高了21.68%~77.89%, 其中种子含油率增加最多的4个株系, 其亚麻酸(C18:3)增加4.57%, 花生一烯酸(C20:1)增加7.44%, 花生二烯酸(C20:2)增加5.4%, 二十二一烯酸(C22:1)增加10.37%, 而棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)和亚油酸(C18:2)含量分别降低了3.47%、6.64%和4.83%, 油酸(C18:1)和花生酸(C20:0)分别只降低了0.18%和1.91%。本研究结果表明, 紫苏PfDGAT2基因不仅能提高种子含油率, 还能促进亚麻酸、花生一烯酸等不饱和脂肪酸的积累, 这为研究植物不饱和脂肪酸的合成积累提供了参考及理论依据。

大豆生物钟基因GmLNK1/2、GmRVE4/8和GmTOC1 CRISPR/Cas9组织表达分析及敲除靶点的鉴定

甘卓然,石文茜,黎永力,侯智红,李海洋,程群,董利东,刘宝辉,芦思佳

作物学报. 2020, (8):  1291-1300.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.94169

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生物钟基因能够参与调控植物的整个生命进程, 对提高作物产量具有重要的作用。LNK1 (NIGHT LIGHT- INDUCIBLE AND CLOCK-REGULATED 1)、LNK2、RVE4 (REVEILLE 4)、RVE8 (REVEILLE 8)和TOC1 (TIMING OF CAB EXPRESSION 1)是植物中重要的生物钟基因。本研究利用BLAST同源比对和进化树分析的方法分别鉴定AtLNK1、AtLNK2、AtRVE4、AtRVE8和AtTOC1在大豆中的同源基因, 通过qRT-PCR实验证明这些生物钟基因在大豆根、茎、叶等组织中均有表达。成功构建这些基因的CRISPR/Cas9敲除载体, 并利用大豆根毛转化体系成功鉴定出13个基因的CRISPR/CAS9有效靶点。为进一步获得稳定的大豆突变体材料及研究其生物钟基因的功能提供了理论基础。