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2020年 第46卷 第12期 刊出日期：2020-12-12

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综述

作物对大气CO₂浓度升高生理响应研究进展

李彦生, 金剑, 刘晓冰

作物学报. 2020, (12):  1819-1830.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.02027

摘要 ( 1188 )   HTML ( 90 )   PDF (1292KB) ( 1632 )  

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全球大气二氧化碳(CO₂)浓度不断升高对农业生产带来巨大影响。二氧化碳是作物光合作用的底物, 其浓度的升高理论上有利于作物光合作用能力的提高, 从而促进作物生物量和产量的形成。但已有研究表明, 大气CO₂浓度升高对作物产量的促进作用小于预期, 同时还存在使作物营养品质变劣的风险, 相关机制尚不清楚。为此, 本文从植物(作物)叶片对CO₂的吸收和固定生理基础入手, 综述了不同类型作物关键光合生理指标如: 净光合速率、叶片胞间CO₂浓度、Rubisco酶最大羧化速率及Rubp再生速率等对大气CO₂浓度的响应差异。以作物整株水平碳-氮代谢平衡为基础, 总结了解释光合适应现象的2种主要假说,即“源-库”调节机制和N素抑制机制。综述了大气CO₂浓度升高对不同作物籽粒蛋白质、脂肪、矿质元素和维生素等关键营养指标浓度的影响。分析了未来大气CO₂浓度和温度升高的交互作用对作物生产所带来的潜在影响。展望了本领域未来需要关注的主要研究方向。该综述可以为准确评估未来气候条件下作物产量和品质变化, 最大发挥大气CO₂浓度升高所带来的“肥料效应”, 减缓气候变化对作物生产带来的不利影响提供理论参考。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

玉米籽粒突变体dek101的表型分析和精细定位

宋欣冉, 胡书婷, 张凯, 崔则瑾, 李建生, 杨小红, 白光红

作物学报. 2020, (12):  1831-1838.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03017

摘要 ( 854 )   HTML ( 40 )   PDF (2166KB) ( 1002 )  

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籽粒作为玉米储藏器官, 其发育程度和物质储存直接影响玉米的产量和品质。本研究在玉米双单倍体系选育过程中发现可稳定遗传的籽粒缺陷突变体, 命名为defective kernel 101 (dek101)。该突变体籽粒皱缩, 粒重显著降低, 胚致死, 胚乳发育缺陷, 不能成苗。在授粉后12 d, dek101开始出现明显的发育异常, 授粉后21 d籽粒鲜重、干重、体积不再增加。扫描电镜观察发现, 与野生型相比, dek101淀粉粒显著变小。遗传分析证实该突变性状受隐性单基因控制。利用441个F₂单株和1648个F₃单株, 将该基因定位在1号染色体的标记IDP2182和IDP4600之间, 物理区间约300 kb, 共有5个预测基因。这些结果为挖掘与玉米籽粒发育有关的功能基因, 解析籽粒发育机制奠定了基础。

基于BSA-Seq技术挖掘大豆中黄622的多小叶基因

张之昊, 王俊, 刘章雄, 邱丽娟

作物学报. 2020, (12):  1839-1849.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04075

摘要 ( 727 )   HTML ( 38 )   PDF (3196KB) ( 837 )  

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栽培大豆(Glycine max)叶片一般为三出复叶, 也有个别品种或植株突变体产生4~7个小叶, 为多小叶。复叶的形成使植物对外界环境的适应能力增强, 对大豆多小叶相关基因的挖掘和研究有助于改善大豆农艺性状和产量表现。本研究从大豆栽培品种中品661的突变体库中鉴定出一个多小叶突变体——中黄622, 每个复叶有4~9个小叶。利用该突变体与中品661配制组合, 分别于北京和海南调查F₂和F_2:3植株叶片表型, 结果表明, 多小叶性状受1对不完全显性基因控制。采用BSA-seq方法进行定位, 利用F₂正常三出复叶和多小叶个体分别构建混池, 测序结果与参考基因组平均比对效率为98.83%, 平均覆盖深度为32.75×, 基因组覆盖度为99.22%。ED方法关联分析发现, 在11号染色体定位到2个区域, 总长度为5.29 Mb, 共包含1103个基因。根据SNP-index方法关联分析, 当置信度为0.99时, 在11号染色体鉴定出3个区域, 总长度为3.42 Mb, 共包含701个基因。2种关联分析方法同时定位的基因有690个, 亲本之间存在SNP的基因有6个。本研究结果为大豆多小叶基因图位克隆奠定了基础。

甘蓝自交不亲和性相关基因BoGSTL21的克隆与表达分析

左同鸿, 张贺翠, 刘倩莹, 廉小平, 谢琴琴, 胡燈科, 张以忠, 王玉奎, 白晓璟, 朱利泉

作物学报. 2020, (12):  1850-1861.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04004

摘要 ( 741 )   HTML ( 20 )   PDF (2333KB) ( 838 )  

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谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases, GSTs)对植物抵御逆境胁迫、解除细胞毒素和植物生长发育起着重要作用。本研究通过甘蓝自花授粉0~60 min的柱头转录组数据分析, 筛选到1个受自花授粉诱导上调表达的谷胱甘肽-S-转移酶基因BoGSTL21。BoGSTL21基因开放阅读框长度为900 bp, 编码299个氨基酸, 理论等电点为8.49, 不包含信号肽和跨膜区, 含有GST-N和GST-C结构域。BoGSTL21基因启动子中含有光响应、生长素应答、脱落酸反应、低温和干旱响应等多种顺式作用元件。BoGSTL21基因在甘蓝不同组织中均有表达, 柱头中的表达量随发育时间而变化, 在成熟的柱头中高表达。荧光定量PCR结果证实, BoGSTL21基因在0~60 min的表达量变化趋势与转录组分析结果一致。通过酵母双杂交发现, BoGSTL21蛋白与花粉发育相关蛋白BoFAB1C、生长素相关的蛋白BoPATL2、醛缩酶型TIM桶家族蛋白BoF9N12_9存在相互作用。BoGSTL21基因在大肠杆菌中被成功诱导表达, 纯化蛋白大小为34 kD, 与预测结果一致。表明BoGSTL21可能是参与SI反应过程的新蛋白, 这为甘蓝自交不亲和的进一步研究和利用提供了新内容。

甘薯IbCAF1基因的克隆及耐盐性、抗旱性鉴定

陈杉彬, 孙思凡, 聂楠, 杜冰, 何绍贞, 刘庆昌, 翟红

作物学报. 2020, (12):  1862-1869.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04045

摘要 ( 786 )   HTML ( 31 )   PDF (4676KB) ( 678 )  

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CAF1 (CCR4-associated factor 1)基因在植物发育、抗病等方面发挥着重要的作用。本研究根据前期获得的差异表达EST序列, 克隆得到甘薯IbCAF1基因。IbCAF1基因的开放阅读框(open reading frame, ORF)长度为846 bp, 编码281个氨基酸, 分子量为32.13 kD, 等电点为4.83。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明, IbCAF1与甘薯近缘野生种Ipomoea triloba (2x)同源蛋白ItlCAF1有较高的同源性, 序列一致性为96.8%。IbCAF1基因受到NaCl、PEG、ABA和H₂O₂的诱导表达。利用根癌农杆菌介导法将IbCAF1基因转入烟草, 过表达IbCAF1基因显著提高了转基因烟草植株的耐盐性和抗旱性。在200 mmol L ^-1 NaCl和10% PEG-6000的胁迫下, IbCAF1基因的过表达显著上调了转基因烟草植株中活性氧清除系统和脯氨酸合成相关基因的表达, 增加了SOD活性、POD活性、脯氨酸含量, 降低了H₂O₂含量和丙二醛含量。表明IbCAF1基因能够提高转基因烟草植株的耐盐性和抗旱性。本研究为后续甘薯IbCAF1基因耐盐抗旱基因工程研究奠定了基础。

小麦主栽品种济麦22与良星99的基因组序列多态性比较分析

杨正钊, 王梓豪, 胡兆荣, 辛明明, 姚颖垠, 彭惠茹, 尤明山, 宿振起, 郭伟龙

作物学报. 2020, (12):  1870-1883.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.01009

摘要 ( 1799 )   HTML ( 50 )   PDF (2121KB) ( 1211 )  

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济麦22和良星99是我国黄淮冬麦区和北部冬麦区大面积推广的高产小麦品种, 也是目前小麦杂交育种的重要亲本。虽然济麦22和良星99的来源和系谱不同, 但在重要农艺、产量等性状上存在较高的相似性。为了从全基因组水平研究其遗传组成的异同, 本研究采用Illumina HiSeq2500测序平台对上述两个品种进行了全基因组测序(平均测序深度为5.8×), 并系统地比较了两个品种拷贝数变异(CNV)、单核苷酸多态性(SNP)和插入/缺失(InDel)的序列差异。与中国春参考基因组序列相比, 两个品种除了具有总长466 Mb的共有CNV变异区间外, 济麦22和良星99的特有CNV变异区间的总长分别为91 Mb和45 Mb, 这些特有CNV区间主要集中在2B和4B染色体上; 济麦22和良星99间存在1,547,371个SNP差异位点和137,817个InDel差异位点。以差异SNP分布规律为依据, 在全基因组水平鉴定出济麦22和良星99间存在14.2%的差异多态性热点区间, 这些区间集中分布在1D、2B和4B染色体上。通过对5个控制小麦株高和穗长基因的序列分析, 发现有2个位于多态性热点区间的基因在品种间存在移码突变。本研究为利用重测序数据在基因组水平上比较小麦品种间遗传差异提供了重要参考, 同时揭示了济麦22和良星99在全基因组的遗传相似区间和差异区间, 为今后小麦育种改良中更好利用济麦22与良星99提供了重要遗传信息。

水稻多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白家族OsPGIP结构及基因表达特征
分析

陈夕军, 唐滔, 李丽丽, 陈宸, 陈煜文, 张亚芳, 左示敏

作物学报. 2020, (12):  1884-1893.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.02011

摘要 ( 787 )   HTML ( 13 )   PDF (3268KB) ( 960 )  

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植物多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(polygalacturonase-inhibiting protein, PGIP)可特异性识别病原菌PG (polygalacturonase), 从而提高植物的抗病能力。研究表明水稻中共存在7个OsPGIP基因, 为明确OsPGIP家族的蛋白质结构及基因表达特征, 从水稻cDNA中扩增各OsPGIP基因序列, 经克隆、测序后进行生物信息学分析与蛋白质结构模拟, 并测定其在生物逆境与非生物逆境胁迫下的表达量变化。经多序列比较与系统发育进化分析发现, 相同或相近物种PGIP往往具有较高的相似性, 虽然多数OsPGIP亲缘关系较近, 但它们并不能完全聚类在一起。7个OsPGIP蛋白均具有一个信号肽和9~11个LRR片段, 各LRR片段中均含有PGIP的特征结构域xxLxLxx。二级结构由α-螺旋、β-折叠和随机卷曲组成, 且多以随机卷曲为主, 这些二级结构以重复的随机卷曲—α-螺旋—随机卷曲—β-折叠组成线圈状结构, 并按右手螺旋规则形成一个特定的凹面, 负责OsPGIP与有害生物PG的互作。7个OsPGIP蛋白多较稳定, 且均为疏水蛋白、脂溶性好、具有跨膜结构、定位于细胞外、有1到多个N-糖基化位点、在大肠杆菌中原核表达后基本不溶。经生物和非生物逆境处理后, 水稻中不同OsPGIP基因的表达量上下调差异较大, 但表达量总和明显上调, 说明在逆境条件下水稻可通过调节自身OsPGIP基因的表达量, 从而提高其抗逆性。

外源茉莉酸甲酯对UV-B胁迫下颠茄生物碱积累及TAs代谢途径调控的机制探究

山雨思, 辛正琦, 何潇, 代欢欢, 吴能表

作物学报. 2020, (12):  1894-1904.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04050

摘要 ( 664 )   HTML ( 11 )   PDF (482KB) ( 753 )  

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以颠茄(Atropa belladonna L.)为材料, 采用外源茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)处理颠茄幼苗, 研究UV-B胁迫下不同浓度外源MeJA在不同处理时间对颠茄托品烷类生物碱(tropane alkaloids, TAs)含量、TAs合成途径上游产物、信号分子以及关键酶基因表达量的影响, 初步探究UV-B胁迫下外源MeJA调控颠茄TAs代谢途径的机制。UV-B胁迫显著降低了颠茄莨菪碱和东莨菪碱的含量, 对TAs合成途径前体物质的积累产生抑制作用, 不利于TAs合成代谢。经适宜浓度的MeJA处理后, 颠茄TAs含量有一定程度的提高, 次生代谢途径中前体氨基酸(鸟氨酸和精氨酸)、多胺含量以及腐胺合成关键酶活性也均有不同程度的上升; 信号分子NO的浓度随MeJA浓度的升高呈先升后降的趋势, 在MeJA浓度为250 μmol L ^-1时达到最高。对TAs合成途径关键酶基因表达量的检测发现, 在外源MeJA的诱导下, 颠茄叶片和根部TR I、PPAR、H6H表达量均有不同程度的上调。表明外源MeJA通过诱导颠茄TAs合成上游产物含量的升高, 刺激NO的迸发, 为TAs合成途径提供更多的前体物质, 同时通过调控TAs代谢途径中关键酶基因TR I、PPAR与H6H的高效表达, 有效缓解UV-B胁迫对颠茄TAs的抑制作用, 提高颠茄莨菪碱和东莨菪碱的含量。以上研究结果可为今后进一步研究逆境胁迫下外源诱导子调控颠茄TAs次生代谢途径机制提供依据, 以期在实际生产中有效提高颠茄的抗逆性和其药用成分的积累。

黄麻SSR标记与纤维产量性状的相关性

张力岚, 张列梅, 牛焕颖, 徐益, 李玉, 祁建民, 陶爱芬, 方平平, 张立武

作物学报. 2020, (12):  1905-1913.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04035

摘要 ( 795 )   HTML ( 20 )   PDF (256KB) ( 513 )  

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鉴定出与纤维产量相关性状连锁的SSR标记有助于黄麻纤维产量的分子标记辅助育种。本研究以311份黄麻种质资源为研究材料, 通过2016—2018年表型鉴定, 结合116对SSR引物扩增出397个SSR标记, 利用SPSS软件对SSR标记与纤维产量性状进行相关性分析。结果表明, 311份黄麻种质资源9个纤维产量性状的变异系数范围为13.05%~76.78%, 表现出广泛的遗传变异。农艺性状相关分析表明, 这些性状间存在极显著相关, 其中分枝高和节数的平均相关系数最高(r = 0.931), 其次是单株鲜皮重和单株鲜茎重(r = 0.781)、单株干皮重与单株鲜皮重(r = 0.779)。方差分析表明, 节数、分枝数、株高以及分枝高等性状在不同年份间相对稳定, 广义遗传力较高。进而通过皮尔逊相关法鉴定与纤维产量性状相关的SSR标记。每个性状与这些相关SSR标记逐步回归分析表明, 与纤维产量性状显著相关的标记有6个, 单个SSR标记的贡献率为3.9%~22.5%。这些结果将会加快黄麻设计育种进程。

红麻海藻糖生物合成关键酶基因HcTPPJ的克隆及响应逆境的表达分析

李辉, 李德芳, 邓勇, 潘根, 陈安国, 赵立宁, 唐慧娟

作物学报. 2020, (12):  1914-1922.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04006

摘要 ( 521 )   HTML ( 5 )   PDF (797KB) ( 717 )  

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海藻糖生物合成关键酶基因TPP在植物响应各种非生物胁迫过程中具有重要作用。为了明确红麻TPP基因在应对非生物胁迫过程中的作用, 本研究根据转录组CL541.Contig2Unigene序列设计特异性引物, 通过PCR获得红麻TPP基因的cDNA全长序列。生物信息学分析表明, 该基因最大开放读码框为1128 bp, 编码一个含有375个氨基酸的蛋白质。序列一致性分析发现, 该蛋白质氨基酸序列与其他物种TPPJ氨基酸序列的一致性为71.18%, 故将该基因命名HcTPPJ。表达模式分析表明, 该基因在根、茎、叶中均有表达, 在盐、干旱胁迫下, 随着胁迫时间的延长, HcTPPJ表达显著上调, 表明该基因参与红麻的盐、干旱胁迫响应过程。在盐、干旱胁迫下, HcNCED3显著上调表达, 而外源喷施脱落酸时, HcTPPJ表达变化不明显。由此推测, 在红麻响应盐、干旱胁迫过程中, 该基因的表达可能不受脱落酸信号分子的调控。这将为进一步阐明该基因在红麻响应盐、干旱胁迫过程的作用奠定基础。

耕作栽培·生理生化

华北寒旱区作物轮作的生产效应

姚兆磊, 张继宗, 杜玉琼, 刘玉华, 张立峰

作物学报. 2020, (12):  1923-1932.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04071

摘要 ( 975 )   HTML ( 17 )   PDF (330KB) ( 522 )  

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为明确华北寒旱区主栽作物的茬口适应性机制与轮作效果, 提出适宜区域种植的轮作组合, 本研究于2015—2019年采用交叉式设计, 对马铃薯、蚕豆、饲用玉米、莜麦、甜菜5种作物进行了以年际间为重复的轮作定位试验。结果表明, 各茬口马铃薯、莜麦、甜菜产量分别是连作的1.30~1.68、1.28~1.48、1.25~1.48倍, 甜菜茬蚕豆产量较连作减产10.58%, 莜麦茬、甜菜茬饲用玉米产量较连作减产9.10%~15.42%; 10种轮作组合的轮作土地当量比(LERr)值为1.09~1.68, 与连作相比, 均表现为有利效应, 其中莜麦→马铃薯、甜菜→马铃薯、饲用玉米→马铃薯、蚕豆→马铃薯、莜麦→甜菜的LERr值较高。蚕豆、饲用玉米作物耐连作; 就产量而言, 华北寒旱区适宜种植的轮作组合为莜麦→马铃薯、甜菜→马铃薯、饲用玉米→马铃薯、蚕豆→马铃薯和莜麦→甜菜。

全生物降解地膜覆盖对旱地土壤水分状况及春小麦产量和水分利用效率的影响

马明生, 郭贤仕, 柳燕兰

作物学报. 2020, (12):  1933-1944.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.01040

摘要 ( 688 )   HTML ( 18 )   PDF (646KB) ( 752 )  

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为探明西北黄土高原半干旱区全生物降解地膜覆盖种植的生态学效应及对春小麦生产的影响, 寻求绿色、高效、可持续的覆盖种植方式, 以传统裸地穴播(CK)为对照, 于2015—2018年系统研究了全生物降解地膜全膜覆土穴播(BM)与普通聚乙烯地膜全膜覆土穴播(PM)的土壤水分效应、休闲效率及其对春小麦产量和水分利用效率的影响。结果表明: BM和PM均显著提高了春小麦各生育时期0~200 cm土层贮水量和农田休闲效率, BM与PM差异不显著。2015—2018年BM贮水量分别较CK增加了9.5、14.2、25.0和39.0 mm, 定位连作4年收获时, 0~200 cm土层PM、BM、CK贮水量分别为347.5、345.5和320.0 mm。BM和PM降雨休闲效率分别较CK提高39.63%和43.98%。BM在小麦出苗率、有效穗数与成穗率方面与PM基本相当, 显著高于CK。旱年BM出苗数量较CK提高15.87%, 有效穗数除2015年外, 其余年份平均提高14.70%, 成穗率4年平均提高3.08%。BM在干物质积累总量与PM基本相同的情况下, 花前干物质积累量略低于PM, 但提高了花后干物质积累量, 这更有助于籽粒灌浆和产量形成, 二者各生育时期干物质积累量均显著高于CK。PM、BM、CK 4年平均耗水量分别为287.46、289.76和276.06 mm, BM较PM增加了棵间蒸发耗水。BM和PM 4年分别平均较CK增产48.07%和54.95%, 水分利用效率提高了46.08%和56.07%, BM与PM差异不显著。全生物降解地膜在土壤水分效应、小麦产量效应方面与PE地膜无显著差异, 可应用于旱地春小麦全膜覆土穴播栽培技术中, 为旱地小麦绿色高效生产提供技术支撑。

品种搭配对湖北省玉米-晚稻复种产量及资源效率的影响

刘志辉, 潘高峰, 陈文, 秦明广, 曹凑贵, 常昌龙, 展茗

作物学报. 2020, (12):  1945-1957.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03019

摘要 ( 576 )   HTML ( 3 )   PDF (926KB) ( 741 )  

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玉米-晚稻复种(M-R)能协同口粮与饲料用量生产, 近年来开始在长江中游地区发展, 其周年丰产高效技术还有待系统研究与完善, 而合理的前后季品种搭配是发挥玉-稻产量潜力的重要基础。因此, 本研究选取不同的玉米与晚稻品种, 于2015年与2017年在湖北省不同区域观测了不同品种搭配模式产量表现与资源利用效率。结果表明, 不同热量条件下品种搭配模式对M-R周年产量与资源生产效率影响显著。积温较多时以中熟玉米搭配晚籼稻品种周年产量与光、热、水资源效率具有明显优势; 反之则以早熟玉米品种搭配晚籼稻产量与资源生产效率较高。各品种搭配模式对周年有效积温(GDD_≥10°C)的利用率可达95.6%~100.0%, 且前后季积温分配比值(TR)与M-R周年相对产量呈显著的非线性关系; 当GDD_≥10°C利用率为97.0%~98.5%且TR为1.06~1.08时, M-R可获得较高的周年产量。因此, 可依据当地的热量资源条件及合理TR比值, 进行玉米、晚稻品种选择搭配。据此, 湖北省南部积温较高的区域宜选择生育期125 d以内的高产玉米品种与全生育期140 d以内的晚稻品种进行搭配; 而在积温相对偏少的中北部区域, 宜选择生育期120 d以内的高产玉米品种与全生育期130 d以内的晚稻品种进行搭配。

旱地立式深旋耕方式下有机肥替代对饲用玉米耗水特性和产量的影响

方彦杰, 张绪成, 于显枫, 侯慧芝, 王红丽, 马一凡, 张国平, 雷康宁

作物学报. 2020, (12):  1958-1969.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03026

摘要 ( 616 )   HTML ( 15 )   PDF (681KB) ( 576 )  

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研究黄土高原半干旱区立式深旋耕方式下饲用玉米合理有效的施肥模式, 为提高产量和资源利用效率提供科学依据。2017—2019年在黄土高原半干旱区设单施化肥(all of fertilizer, F)、有机肥替代50%化肥(50% of fertilizer + 50% of organic fertilizer, FOF)、全部有机肥(all of organic fertilizer, OF) 3种施肥模式, 研究不同施肥模式对饲用玉米耗水特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明, 农田0~300 cm各土层土壤贮水消耗与生育期耗水、降水量及降水分布密切相关。在干旱年份, FOF和OF较F增加了花期0~300 cm土层土壤贮水量11.9%和11.7%, 显著消耗了花前0~60 cm土层土壤贮水量, 0~300 cm土层土壤总耗水量FOF较OF和F增加1.4%和10.3%, 花前耗水量较F降低13.0%、较OF增加0.3%, 花后耗水量分别增加20.7%和23.9%。丰水年2018年FOF和OF较F提高花前耗水量13.5%和31.6%, 降低花后耗水量21.9%和36.1%, 2019年FOF较F和OF增加花前耗水量9.7%和11.9%, 较F降低花后耗水量8.1%, 且不同施肥模式对0~300 cm土层土壤贮水量消耗均有影响。0~300 cm土层土壤耗水量在干旱年份FOF高于F, 但无显著性差异, 在两丰水年均低于F。FOF较F和OF增加成熟期干物质量4.1%~10.4%、2.7%~11.5%, 增加籽粒产量3.8%~9.4%、10.1%~12.0%, 增加生物量5.6%~8.9%、3.1%~15.5%, 提高籽粒水分利用效率7.9%~11.1%、1.5%~14.6%。可见, 有机肥替代50%化肥模式能够优化土壤的水分特性, 增加土壤耗水有效性, 提高产量和WUE, 是黄土高原半干旱农业区饲用玉米增产增效的有效肥料管理模式。

5个工业大麻品种对5种重金属污染土壤的修复潜力

许艳萍, 杨明, 郭鸿彦, 杨清辉

作物学报. 2020, (12):  1970-1978.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04010

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为探究不同工业大麻品种在苗期与工艺成熟期对铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)、镉(Cd)与砷(As)的富集和转运能力。本研究以5个主栽工业大麻品种为试验材料, 开展云南矿区重金属污染农田修复试验。结果表明, 5个工业大麻品种积累5种重金属的能力均较强。根系对5种重金属的富集在工艺成熟期高于苗期; 茎叶对重金属Pb、As和Cd的富集在工艺成熟期高于苗期, 但对Cu、Zn的富集却表现为苗期高于工艺成熟期。转移系数表明, 在苗期, 茎叶对5种重金属的转运系数均>1, 说明其对5种重金属的转运能力均较强; 在工艺成熟期, 5个工业大麻品种的茎叶对Pb、As和Cd的转运能力较强, 对Cu、Zn的转运能力较弱。5个工业大麻品种在工艺成熟期对Pb、As、Cu、Cd和Zn的绝对富集量存在差异, 分别为431.65~644.29、365.14~624.25、180.65~194.06、15.13~24.40、540.07~684.27 g hm ^-2, 云麻1号和云麻5号对Pb、As、Cd、Zn的绝对富集量最高, 显著高于其他品种。综上所述, 云麻1号和云麻5号富集转运系数和修复效率均高于云麻2号、云麻3号和云麻4号。因此云麻1号和云麻5号为5种重金属的富集能力最强潜力品种, 适宜在云南重金属污染地区推广种植, 为当地土壤重金属污染治理提供了理论参考和技术依据。

不同光谱指数反演马铃薯叶片氮累积量的研究

韩康, 于静, 石晓华, 崔石新, 樊明寿

作物学报. 2020, (12):  1979-1990.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.04023

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光谱指数作为光谱衍生参数, 可用于反映作物叶片氮累积量状况, 但其因环境与作物而有所不同。本研究在内蒙古察右中旗和杭锦旗, 以马铃薯克新1号与夏波蒂品种为研究对象, 于2016—2018年进行了田间试验, 并在马铃薯生育期间, 用手持式光谱仪(SVC HR-1024i)获取了马铃薯冠层地面观测光谱信息。在前人光谱指数算法的基础上, 通过相关分析对比了22种光谱指数与马铃薯叶片氮累积量(LNA)之间的相关关系, 并利用线性与非线性回归分析建立了马铃薯关键生育时期的氮素营养诊断模型。结果表明, (1)红边区域是反演马铃薯叶片氮素累积量的主要波段, 以715、720、726、734、747 nm构成的Vogelmann红边指数2 (VOG2)、Vogelmann红边指数3 (VOG3)为内蒙古地区马铃薯LNA的敏感光谱指数。(2)苗期、块茎形成期与全生育时期VOG3与LNA的关系符合二次项模型(R ²>0.75), 以此可以较好地估算不同施氮水平下的马铃薯LNA状况。(3)上述3个模型的均方根误差(RMSE)范围分别为4.04~6.69、9.45~10.89、9.17~13.45 kg hm ^-2, 生育时期对马铃薯叶片氮累积量监测模型的准确性影响较大, 生育后期模型的预测性能变差, 但全生育时期监测模型准确度较高, 因此生育前期分阶段建模与生育后期统一建模可以准确估算马铃薯氮素营养状况, 为光谱指数在马铃薯氮素营养诊断应用提供了理论依据与方法。

研究简报

玉米雄性不育突变体mi-ms-3的遗传分析及分子鉴定

田士可, 秦心儿, 张文亮, 董雪, 代明球, 岳兵

作物学报. 2020, (12):  1991-1996.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03025

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玉米是杂种优势利用的最好的作物之一, 雄性不育材料作为一种宝贵的种质资源, 对杂种优势的利用具有十分重要的价值。前期筛选得到1个雄性不育突变体, 并将其命名为mi-ms-3。该突变体表现为: 雄穗花药数目减少且不外露, 每个花药只有2个药室, 部分花药退化为膜状并在其末端形成丝状物; 1% I₂-KI染色发现花药中含有能正常着色的花粉粒, 与野生型花粉镜检不同之处在于总花粉粒数目的减少; 突变体雌穗花丝增多, 成熟果穗的籽粒两侧各有1个败育的籽粒。通过mi-ms-3与自交系Mo17杂交得到F₁完全正常。利用F₂分离群体进行遗传分析发现突变表型由隐性单基因控制。利用BSA法, 初步将该基因定位在3号染色体长臂上。随后利用29对SSR标记和10对Indel标记, 将突变基因定位到S-6和umc1027两个标记之间, 物理距离为1.5 cM。该定位区间内有21个候选基因, 通过转座子标签法及测序分析, 最终发现Zm00001d042618 (zmm16)基因ATG上游30 bp处发生了Mu转座子的插入突变。分析表明, mi-ms-3与之前所报道的由于碱基突变造成的sts1突变体的突变方式不同, 是一个新的sts1的等位突变体。RT-PCR分析表明zmm16基因在突变体中表达量降低。mi-ms-3的发现为玉米花器官发育研究以及不育化杂交制种提供了新材料。

新疆冬小麦品种农艺及产量性状遗传多样性分析

马艳明, 冯智宇, 王威, 张胜军, 郭营, 倪中福, 刘杰

作物学报. 2020, (12):  1997-2007.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.01034

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产量是小麦育种最重要的目标性状之一, 而农艺性状能直观反映品种的优劣。为了研究新疆冬小麦品种资源农艺、产量性状遗传多样性演变以及对不同生态环境的适应性, 本研究以134份新疆冬小麦地方品种和54份现代育成品种为材料, 分别在新疆乌鲁木齐、新疆伊宁和山东泰安3个不同的生态试验点进行了连续2年的田间种植和农艺性状观察。结果表明, 9个农艺及产量性状的广义遗传力由大到小排序依次为: 株高>粒宽>籽粒长宽比>穗长>小穗数>千粒重>穗粒数>粒长>结实小穗数。进一步对9个农艺性状相关性进行分析, 证明各性状之间并不是相互独立的, 而是彼此相互关联。对新疆冬小麦地方品种与育成品种在不同生态环境下农艺性状的差异进行比较发现, 地方品种的株高、穗长、籽粒长宽比大于育成品种, 而穗粒数、千粒重、粒长、粒宽均小于育成品种, 育成品种农艺及产量性状的变异系数高于地方品种, 体现出近年来新疆小麦育种对株高、穗长、小穗数、穗粒数、籽粒长宽比等农艺性状的重点改良。以上研究结果可为不同地域小麦育种亲本的选择提供重要的参考依据。

玉米ZmbHLH161基因的克隆及功能研究

杨梦婷, 张春, 王作平, 邹华文, 吴忠义

作物学报. 2020, (12):  2008-2016.  doi:10.3724/SP.J.1006.2020.03022

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bHLH转录因子是植物第二大转录因子家族, 在调节植物生长发育、信号转导和逆境胁迫响应等方面发挥着重要的作用。为了研究玉米bHLH家族基因在逆境胁迫响应中的功能, 本研究从玉米根组织中克隆了ZmbHLH161 (AC: NC_AQK75074)基因。生物信息学分析表明: 该基因包含3个外显子, cDNA全长1460 bp, 编码序列全长1059 bp, 编码352个氨基酸; 在玉米基因组中以单拷贝形式存在, 功能未知; ZmbHLH161蛋白分子量为37.1 kD, 理论等电点为6.10, 具有bHLH转录因子家族特有的保守结构域, 但不具跨膜结构, 无信号肽, 为亲水性蛋白, 蛋白二级结构无规则卷曲所占比例最大, 为42.05%。玉米原生质体瞬时表达试验表明, ZmbHLH161定位在细胞核内。实时荧光定量PCR (qPCR)分析表明, 正常生长条件下, ZmbHLH161主要在根系和幼胚中表达; 在脱水和干旱处理下, ZmbHLH161在玉米苗期叶片中上调表达。转基因异源表达ZmbHLH161拟南芥株系经不同浓度NaCl处理后, 其根长与野生型差异不显著, 而不同浓度甘露醇处理后其根长优于野生型。由此推测ZmbHLH161基因可能参与玉米对渗透胁迫应答。