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2021年 第47卷 第1期 刊出日期：2021-01-12

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综述

生物炭的结构及其理化特性研究回顾与展望

张伟明, 修立群, 吴迪, 孙媛媛, 顾闻琦, 张鈜贵, 孟军, 陈温福

作物学报. 2021, (1):  1-18.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02021

摘要 ( 2106 )   HTML ( 89 )   PDF (2839KB) ( 1287 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

作为新兴技术, 生物炭技术及其应用在近年发展迅速, 但由于来源、材质、炭化工艺等存在较大差异, 导致生物炭特性及应用效果千差万别, 研究结果难以比对甚至相悖, 在一定程度上阻碍了生物炭研究与应用的发展。为此, 本文从制约生物炭功效发挥的关键因素, 即生物炭的结构及理化特性入手, 系统梳理了近年有关生物炭的定义、形成、结构、元素及其主要理化特性和调控技术等方面的研究进展, 总结分析了生物炭结构及其理化特性的共性、差异性特征及规律, 厘清了有关生物炭特性及功能的基本观点、现状和共识。认为, 生物炭的结构及其理化特性是影响生物炭作用、功能及效果的最主要因素, 决定了生物炭的应用领域、范围、量级、目标和方向, 采用改性或优化调控技术是发挥生物炭功效优势、潜力与价值的关键。并从资源与环境的“循环、可持续”发展角度, 结合生物炭研究与应用实际, 探讨了未来有关生物炭理化特性研究的基本原则和方向, 旨在为生物炭基础科学研究与应用技术发展提供基础和参考。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

过表达TaJRL53基因提高了小麦赤霉病抗性

陈同睿, 罗艳君, 赵潘婷, 贾海燕, 马正强

作物学报. 2021, (1):  19-29.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01050

摘要 ( 941 )   HTML ( 34 )   PDF (3076KB) ( 976 )  

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Jacalin-related lectins (JRLs)是一种含有Jacalin结构域的植物凝集素, 在植物应对生物胁迫和非生物胁迫过程中发挥重要作用。根据其糖结合特性被划分为半乳糖特异性JRL (gJRLs)和甘露糖或葡萄糖特异性JRL (mJRLs)两类。前期研究表明普通小麦TaJRL53编码一个具有Jacalin结构域和Dirigent结构域的蛋白, 并能在赤霉菌的诱导下上调表达。由赤霉菌侵染引起的小麦赤霉病是一种毁灭性的病害, 它不仅能够导致大幅度减产, 而且使感病的麦粒品质下降。受真菌毒素污染的籽粒, 严重影响人畜健康。为分析该基因在抗赤霉病方面的作用, 本研究利用 VIGS系统在小麦中沉默TaJRL53, 导致了其对赤霉病的抗性减弱。通过基因枪的方法将该基因的过量表达载体导入到感赤霉病小麦品种中, 增强了赤霉病抗性, 其病小穗数, 病轴长都明显缩短。在赤霉菌侵染后, ROS合成途径相关基因、JA信号通路中的主要标志基因、JA合成基因及病程相关蛋白基因在TaJRL53过量表达的转基因植株中明显高于它们在野生型中的表达量, 因此推测TaJRL53提高小麦赤霉病抗性可能跟ROS和JA合成, JA信号转导途径有关。本研究增进了对小麦JRLs家族基因功能的了解, 为解析TaJRL53抗赤霉病机制奠定了基础。

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

崔静, 王志城, 张新雨, 柯会锋, 吴立强, 王省芬, 张桂寅, 马峙英, 张艳

作物学报. 2021, (1):  30-41.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04090

摘要 ( 865 )   HTML ( 42 )   PDF (6472KB) ( 541 )  

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棉花是重要的经济作物, 实现既抗病又早熟是棉花重要的育种目标, 但棉花抗病与早熟基因之间的关联性研究报道甚少。本课题组前期鉴定到一个响应黄萎病菌诱导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因GbSTK, 可以提高转基因拟南芥的黄萎病抗性。本研究发现多个抗病棉花品种中STK基因的表达量显著高于感病对照品种H208。在抗病品种农大601中沉默STK基因, 沉默植株在接菌后20 d, 其黄萎病抗性显著降低, 病情指数由27.5 (耐病)升高到63.2 (感病), 表明该基因正向调控棉花黄萎病抗性。对转GbSTK基因拟南芥表型鉴定发现, 其开花时莲座叶片数平均为7.5个, 显著低于空载体对照植株(11.9个), 转基因植株开花时间较对照平均提早5~7 d。进一步对拟南芥开花途径标志基因FT、SOC1和LFY的转录水平检测发现, 转基因不同株系中FT和SOC1的表达水平显著高于对照植株, 而LFY基因的表达受影响较小, 表明STK基因可以影响开花关键基因FT和SOC1的表达, 进而调控植株提早开花。基于酵母双杂交互作蛋白筛选试验, 初步获得30个与GbSTK具有互作关系的候选蛋白, 为进一步揭示GbSTK的分子调控网络奠定了基础。本研究首次鉴定出可同时提高黄萎病抗性和提早开花的一个功能基因, 为棉花抗病早熟遗传改良提供了参考依据。

基于SNP和InDel标记的巴西木薯遗传多样性与群体遗传结构分析

孙倩, 邹枚伶, 张辰笈, 江思容, Eder Jorge de Oliveira, 张圣奎, 夏志强, 王文泉, 李有志

作物学报. 2021, (1):  42-49.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04067

摘要 ( 823 )   HTML ( 25 )   PDF (2162KB) ( 878 )  

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为了对巴西木薯种质资源进行遗传多样性、亲缘关系和群体遗传结构分析, 本研究利用了7946个SNPs和1997个InDels分子标记, 通过ADMIXTURE软件进行群体结构分析、GCTA软件进行主成分分析。结果显示, 巴西木薯被划分为9个亚群。这与利用PHYLIP进行的聚类分析结果大概一致, 其中亚群1、亚群2、亚群4、亚群6和亚群8能较好地分别聚在一起, 而其他亚群中的样品大致能聚在一起, 且样品间有一定的交叉。巴西木薯种质资源遗传多样性指数(0.274)高于中国、尼日利亚等, 其中巴西木薯亚群5具有相对较高的遗传多样性水平(0.29)。巴西木薯各亚群的群体遗传分化程度较低(群体分化指数在0.03~0.15之间), 但高于中国木薯种质资源的群体分化指数。各木薯材料间的遗传距离变幅为0.084~0.297, 平均遗传距离为0.228。本研究结果可为后续关联分析发掘优良等位基因及引种提供依据。

水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位

黄妍, 贺焕焕, 谢之耀, 李丹莹, 赵超越, 吴鑫, 黄福灯, 程方民, 潘刚

作物学报. 2021, (1):  50-60.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.92069

摘要 ( 674 )   HTML ( 35 )   PDF (4518KB) ( 457 )  

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株高是影响水稻倒伏的重要因素之一, 培育适度矮化水稻品种有利于提高其抗倒性, 进而减少产量损失并提高稻米品质, 因此研究矮秆形成的分子生理机制具有重要意义。通过辐射诱变籼稻恢复系自选1号获得一个稳定遗传的矮化宽叶突变体osdwl1, 本文对其形态与生理特征、细胞结构差异、遗传分析和基因定位等方面进行了研究。大田条件下, osdwl1矮化宽叶性状始于分蘖期后, 成熟期穗长和各茎节长度均极显著短于对照, 最终导致株高矮化, 究其原因, 是由于突变体茎节细胞变短所致; 而叶片石蜡切片及扫描电镜结果显示, osdwl1的叶片小维管束数及其间距显著增加, 从而导致叶片变宽, 且其上下表皮的小刺毛数也极显著增加。此外, osdwl1的中上部叶片还表现黄化症状, 该性状始于3~4叶期幼苗。生理分析和透射电镜观察表明, 与野生型对照相比, 孕穗期osdwl1的叶绿体类囊体结构松散, 且部分已开始降解, 从而导致其倒二叶和倒三叶的叶绿素总含量、净光合速率以及F_v/F_m比值均极显著降低, 而其可溶性蛋白、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶酶活依次极显著降低, 从而导致叶中H₂O₂及O₂^-累积, 促使丙二醛含量急剧增加。遗传分析表明, osdwl1的矮化宽叶表型受单隐性核基因调控, 利用图位克隆技术将该基因定位于6号染色体短臂的SSR标记RM19297与InDel标记ID269-2之间, 物理距离为333 kb, 该结果为进一步克隆OsDWL1基因并研究其功能奠定了基础。

水稻萌发耐淹性种质资源筛选及QTL定位

孙志广, 王宝祥, 周振玲, 方磊, 迟铭, 李景芳, 刘金波, Bello Babatunde Kazeem, 徐大勇

作物学报. 2021, (1):  61-70.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02030

摘要 ( 791 )   HTML ( 22 )   PDF (572KB) ( 601 )  

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萌发耐淹性种质资源的筛选、耐低氧萌发基因的挖掘和利用是选育适宜直播水稻新品种的基础。为简便、高效的评价种质资源的萌发耐淹性, 本研究对来自不同年代和地区的191份粳稻种质资源进行了萌发耐淹性鉴定, 共获得12份萌发耐淹性强的种质资源, 其中连粳15号表现出较强的低氧萌发能力。利用其与籼稻品种黄莉占构建的F_2:3分离群体, 采用模拟大田的鉴定方法, 在水稻1号、3号、9号、10号染色体上共检测到4个QTL, 即qGS1、qGS3、qGS9和qGS10。共解释表型变异的70.9%, 其中qGS1、qGS3和qGS10, 能够被重复检测到, 贡献率分别为19.2%~24.0%、12.6%~14.7%、19.1%~20.5%, 是稳定表达的QTL位点。这些种质资源和QTL的发现为耐低氧发芽水稻新品种的培育提供了重要的亲本资源、基因资源和标记资源, 同时也为选育优良直播稻品种提供了理论依据。

一个新的水稻脆秆突变体bc17的鉴定及基因定位

姜鸿瑞, 叶亚峰, 何丹, 任艳, 杨阳, 谢建, 程维民, 陶亮之, 周利斌, 吴跃进, 刘斌美

作物学报. 2021, (1):  71-79.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02025

摘要 ( 879 )   HTML ( 23 )   PDF (3527KB) ( 782 )  

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利用重离子辐照武运粳7号(Wuyunjing 7, wyj7)获得一个脆秆突变体bc17 (brittle culm 17), 该突变体脆性特征仅在茎秆中表现, 叶片正常, 并且茎秆脆性在抽穗后开始表现, 随着成熟度的增加脆性特征逐渐显著。农艺性状分析表明, 该突变体生长发育受到影响, 株高显著低于野生型, 分蘖数减少以及结实率降低。茎秆和叶片生化成分测定显示, 与野生型相比, bc17茎秆和叶片的纤维素含量分别降低22.70%和18.67%, 半纤维素含量分别升高45.76%和31.36%。bc17茎秆的抗折力、拉伸力均显著低于野生型, 表明茎秆的机械强度发生改变。组织解剖学观察发现, bc17茎秆的厚壁细胞孔隙变大, 结构疏松, 细胞数目减少。遗传分析表明, bc17的脆秆特征受单隐性核基因控制。利用图位克隆技术将bc17基因精细定位于水稻第7号染色体162 kb区域中, 生物信息学分析表明可能是一个新的水稻脆秆基因, 为揭示水稻细胞壁合成分子机制的研究提供重要的材料支撑。

黄麻应用核心种质的DNA分子身份证构建

郭艳春, 张力岚, 陈思远, 祁建民, 方平平, 陶爱芬, 张列梅, 张立武

作物学报. 2021, (1):  80-93.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04022

摘要 ( 936 )   HTML ( 25 )   PDF (3744KB) ( 283 )  

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构建并研究黄麻应用核心种质是促进黄麻遗传育种和挖掘优异基因的必要途径。在300份黄麻种质资源的农艺性状观察统计基础上, 构建了黄麻应用核心种质, 包含61份品种(系), 可划分为高产、优质、抗病等16种应用类型。为准确鉴定这61份应用核心种质, 以46对核心引物为基础, 筛选出12对荧光核心引物, 采用荧光标记毛细管电泳分析这12对引物的多态性, 共检测出140个多态性位点。将毛细管电泳得到的分子量数据以数字+英文字母方式编码, 选取了12对荧光核心引物的组合, 构建出该应用核心种质的字符串DNA分子身份证, 进而构建了相应的条形码和二维码DNA分子身份证, 可迅速被电子设备识别。这些结果可促进黄麻种质资源的高效利用及快速分子鉴定。

甘蔗ScCRT1基因克隆及其应答SCMV侵染分子机制的研究

张海, 程光远, 杨宗桃, 王彤, 刘淑娴, 商贺阳, 赵贺, 徐景升

作物学报. 2021, (1):  94-103.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04156

摘要 ( 580 )   HTML ( 14 )   PDF (7323KB) ( 458 )  

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钙网蛋白(calreticulin, CRT)在真核生物中广泛表达, 是重要的分子伴侣和钙离子结合蛋白, 参与调控Ca²⁺稳态、钙依赖信号、内质网质量控制、植物生长发育、免疫反应和逆境应答等多种生物学过程。甘蔗(Saccharum spp. hybrid)中CRT应答甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)侵染尚未见报道。本研究从热带种Badila (S. officinarum)中克隆了1个CRT1/CRT2亚型的CRT编码基因, 命名为ScCRT1。该基因开放读码框(open reading frame, ORF)长度为1281 bp, 编码长度为426 aa的蛋白。生物信息学分析表明, ScCRT1具有典型的CRT蛋白结构域, 为稳定的亲水性蛋白, 其N端有一个信号肽, 具有典型的跨膜结构域, C端有典型的内质网定位信号; 二级结构多为无规则卷曲; 系统进化树分析表明, 该蛋白是典型的CRT蛋白, 在单子叶和双子叶植物中具有明显的分化。亚细胞定位表明ScCRT1定位于内质网。实时荧光定量PCR分析发现, ScCRT1基因在甘蔗各组织中都有表达, 在第8节间中的表达量最低, 在心叶中的表达量较高; 该基因在SCMV侵染早期表达量上调, 后期下调表达。酵母双杂交(yeast two hybrid, Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验表明, ScCRT1与SCMV-6K2蛋白互作。推测SCMV-6K2通过与ScCRT1互作调控钙离子稳态进而便于SCMV侵染。

耕作栽培·生理生化

春季低温对小麦花粉育性及粒数形成的影响

高芸, 张玉雪, 马泉, 苏盛楠, 李春燕, 丁锦峰, 朱敏, 朱新开, 郭文善

作物学报. 2021, (1):  104-115.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01031

摘要 ( 813 )   HTML ( 16 )   PDF (7315KB) ( 788 )  

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小麦拔节后遭遇春季低温, 每穗粒数下降, 产量降低。为探明春季低温引起每穗粒数减少的生理原因, 以春性小麦扬麦16和半冬性小麦徐麦30为供试品种, 研究小麦倒二叶出生期(昼夜5℃/-3℃)、孕穗期(昼夜8℃/-1℃)和开花期(昼夜12℃/4℃)分别进行低温处理对小麦花粉育性及每穗粒数形成的影响。结果表明: 倒二叶出生期和孕穗期低温均导致2个小麦品种在二胞花粉期和三胞花粉期花药中的多糖物质淀粉和蛋白质的代谢异常, 绒毡层解体延迟; 孕穗期低温还造成花粉母细胞减数分裂中染色体配对异常、出现微核等情况, 影响正常雄配子体形成; 花粉败育率表现为倒二叶出生期低温处理>孕穗期低温处理>开花期低温处理, 徐麦30败育率高于扬麦16; 3个时期低温均显著降低了2个小麦品种结实小穗数、每小穗结实粒数和每穗粒数, 以倒二叶出生期低温处理穗粒数降低的幅度最大。相关分析表明, 春季低温引起花粉母细胞减数分裂异常、绒毡层延迟解体、花药营养物质供给不足导致的花粉育性下降, 是春季低温导致小麦每穗粒数减少的主要原因。

施钙对酸性红壤花生根系内生细菌群落结构的影响

张玮, 洪艳云, 刘登望, 张博文, 易图永, 李林

作物学报. 2021, (1):  116-124.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04087

摘要 ( 603 )   HTML ( 12 )   PDF (4084KB) ( 571 )  

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花生是我国重要的油料作物, 也是嗜钙作物。为了探讨施钙对种植在酸性红壤下的花生根系内生细菌多样性的影响, 本研究对不同处理、不同生育期的花生植株根系内生细菌基因组进行16SrRNA基因V3-V4区深度测序, 分析种植于酸性红壤中施钙处理和对照下花生植株根系微生物群落结构。结果发现, 根系内生菌群落中克雷伯氏菌属(Klebsiella)与肠杆菌属(Enterobacter)在所有样品组中均为优势属且相对丰度较高; 花针期不同处理下假单胞菌属(Pseudomonas)与赖氨酸芽孢杆菌属(Lysinibacillus)在施钙组中相对丰度显著高于对照组, 而劳尔氏属(Ralstonia)的相对丰度在施钙组中显著降低; Network共发生网络分析显示, 施钙组根系内生菌的网络连接相对紧密。综上结果表明, 花生根系内生菌群落组成受施钙处理和植株生长发育共同影响, 施钙能改变根系内生菌群落结构, 提高花生植株应对病原菌侵袭。所得结果为今后通过施钙改良酸性土壤品质进而提高花生植株抗病能力提供了理论参考。

水分亏缺下化肥减量配施有机肥对棉花光合特性与产量的影响

冯克云, 王宁, 南宏宇, 高建刚

作物学报. 2021, (1):  125-137.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04077

摘要 ( 575 )   HTML ( 10 )   PDF (999KB) ( 641 )  

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于2017年和2018年进行田间定位试验, 采用裂区试验设计, 主区为充分灌溉W₁ (灌水量4800 m³ hm^-2)和亏缺灌溉W₂ (灌水量2400 m³ hm^-2), 副区为不施肥(CK)、单施化肥(CF)、75%化肥+25%有机肥(M₁)、50%化肥+50%有机肥(M₂)、25%化肥+75%有机肥(M₃) 5个处理, 研究了化肥减量配施有机肥对棉花光合特性及产量的影响, 以期为水分亏缺下合理利用有机肥、减少化肥投入提供理论依据。结果表明, 亏缺灌溉下棉花叶面积指数(leaf area index, LAI)、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、地上部干物质积累量和籽棉产量均低于充分灌溉, 但灌溉水生产力(irrigation water productivity, IWP)和胞间CO₂浓度(C_i)高于充分灌溉。化肥减量配施有机肥较单施化肥能显著提高盛蕾期后棉花LAI, 提高棉花各生育期P_n和G_s, 增加棉花营养器官和生殖器官干物质积累量, 并促进干物质向生殖器官转运, 提高籽棉产量和IWP, 能在盛铃期和吐絮期提高土壤耕层含水量。充分灌溉下, 各有机肥配施处理间棉花LAI、P_n和籽棉产量均表现为M₁>M₂>M₃, 其中M₁籽棉产量2年平均分别较CF、CK提高了6.9%和62.1%; 亏缺灌溉下, 各有机肥配施处理间棉花LAI、P_n和籽棉产量表现为M₂>M₁>M₃, 其中M₂籽棉产量2年平均分别较CF、CK提高了19.9%和79.3%。化肥减量配施有机肥在水分亏缺下有利于籽棉增产, 缓解水分亏缺对棉花生长发育的影响, 其中M₂ (50%化肥+50%有机肥)为最佳施肥处理。

旋耕深度对西北黄土高原旱作区土壤水分特性和马铃薯产量的影响

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

作物学报. 2021, (1):  138-148.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04065

摘要 ( 539 )   HTML ( 15 )   PDF (753KB) ( 760 )  

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深耕对打破犁底层、优化土壤水分特性有积极作用, 但对旱作农田旋耕深度的土壤水分效应及其对马铃薯水分耗散过程和产量的影响缺乏研究分析。本研究设15 (TT)、40 (VRT)、60 cm (VRT6) 3个旋耕深度, 测定土壤容重和水分特性、马铃薯叶片SPAD值、叶面积指数(LAI)和产量等, 研究旋耕深度对马铃薯水分利用和产量的影响。结果表明, 与VRT和TT相比, VRT6分别在40~60 cm和0~60 cm土层降低土壤容重, 提高饱和含水量、毛管含水量和田间持水量; VRT6显著提高了马铃薯现蕾前的耗水量, 导致盛花期的土壤贮水量在2016年较VRT和TT下降了22.3 mm、49.0 mm, 2017年下降了43.9 mm、56.6 mm; VRT6显著提高2017年花后耗水, 分别较VRT和TT增加了42.2 mm和38.3 mm。旺盛的花前耗水促进了地上部发育, VRT6的LAI在全生育期高于TT, 在现蕾期至收获期高于VRT, 并使SPAD值在2017年的块茎膨大期显著高于VRT和TT, 呈现明显的地上部旺长特征。基于以上原因, VRT6的块茎产量虽然高于TT, 但在2017年显著低于VRT, 而且水分利用效率(WUE)较VRT和TT下降了61.2%~67.5%和41.0%~53.5%。因此, 在半干旱旱作区马铃薯种植的立式深旋耕作的适宜深度是40 cm, 可在优化土壤水分特性和耗水过程的基础上, 有效抵御季节性干旱胁迫, 显著提高产量和水分利用效率。

不同熟期类型玉米品种籽粒灌浆和脱水特性

王荣焕, 徐田军, 陈传永, 王元东, 吕天放, 刘月娥, 蔡万涛, 刘秀芝, 赵久然

作物学报. 2021, (1):  149-158.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.93008

摘要 ( 789 )   HTML ( 8 )   PDF (451KB) ( 992 )  

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根据自然生态条件及玉米品种的熟期、籽粒灌浆与脱水特性和产量潜力等进行科学品种布局, 是实现玉米高产优质和资源高效利用的重要途径。本试验选用中早熟、中熟和中晚熟3个熟期类型, 共13个玉米生产主栽品种, 通过测定籽粒干物质积累和含水率的动态变化, 研究并明确了不同熟期类型玉米品种的籽粒灌浆和脱水特性, 旨在为生产品种布局提供参考和指导。试验结果表明: 产量、籽粒灌浆和脱水特性在不同熟期类型和品种间均存在显著差异。产量表现为中晚熟(13,813.0 kg hm^-2) > 中熟(12,970.4 kg hm^-2) > 中早熟品种(10,729.0 kg hm^-2), 中晚熟分别较中早熟和中熟品种增产28.7%和6.5%。平均灌浆速率表现为中早熟(0.034 g 100-grain^-1 ℃^-1) > 中熟(0.031 g 100-grain^-1 ℃^-1) > 中晚熟品种(0.027 g 100-grain^-1 ℃^-1), 生理成熟后的平均物理脱水速率表现为中熟(0.027% ℃^-1 d^-1) > 中早熟(0.025% ℃^-1 d^-1) > 中晚熟品种(0.018% ℃^-1 d^-1)。中早熟代表性品种京农科728的平均灌浆速率和生理成熟后的物理脱水速率。分别较3个熟期代表性品种郑单958、先玉335、农华101高38.5%和112.5%、28.6%和54.5%、28.6%和13.3%; 中晚熟代表性品种京科968产量潜力最大(14,813.0 kg hm^-2), 且平均灌浆速率和物理脱水速率分别较同熟期品种郑单958高7.7%和18.8%。产量与灌浆期天数、积温、平均灌浆速率和百粒重呈显著或极显著正相关, 收获期籽粒含水率与灌浆期天数和积温显著正相关、与生理降水速率和物理脱水速率极显著负相关, 生理降水速率和物理脱水速率与平均灌浆速率相关性不显著。综上, 中早熟、中熟和中晚熟3个不同熟期类型及不同玉米品种的籽粒灌浆和脱水特性差异显著, 生产中品种布局除考虑熟期外还需兼顾该特性, 以更利于实现玉米高产优质和资源高效利用。

AquaCrop模型在东北黑土区作物产量预测中的应用研究

崔颖, 蔺宏宏, 谢云, 刘素红

作物学报. 2021, (1):  159-168.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03016

摘要 ( 597 )   HTML ( 12 )   PDF (355KB) ( 828 )  

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东北黑土区是我国玉米和大豆生产基地, 为了实现利用AquaCrop模型优化管理和预测产量, 本文基于作物小区田间试验和大田观测数据, 采用OAT (one factor at a time)法分析了该模型参数的敏感性, 率定了敏感性高的参数, 并对率定后的模型进行了验证。结果表明: 玉米和大豆产量均对影响经济产量的收获指数十分敏感, 二者虽然对冠层和根系生长参数都敏感, 但有所差异: 玉米对冠层衰减系数(canopy decline coefficient, CDC)更为敏感, 而大豆则对限制冠层伸展的水分胁迫系数曲线的形状因子(shape factor for water stress coefficient for canopy expansion, Pexshp)更为敏感; 玉米因根系深对最大有效根深(maximum effective rooting depth, Z_x)更敏感, 大豆因根系浅对根区根系伸展曲线的形状因子(shape factor describing root zone expansion, Rexshp)更敏感。由于玉米需水量大, 对冠层形成和枯萎前的作物系数(crop coefficient before canopy formation and senescence, Kc_Tr,x)和归一化水分生产力(normalized water productivity, WP^*)很敏感, 大豆则是一般敏感。率定后模型模拟玉米产量与实测产量的回归系数由0.34提升至0.89, 模拟大豆产量与实测产量的回归系数由0.80提升至0.88。进一步用大田实测产量的验证结果表明: 预测的玉米与大豆产量与实测产量间回归方程的决定系数(coefficient of determination, R²)分别为0.775和0.779, 均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.076 t hm^-2和0.299 t hm^-2, 标准均方根误差(normalized root mean square error, NRMSE)分别为0.097和0.178, 模拟效率(model efficiency, ME)分别为0.747和0.730, 率定后的AquaCrop模型能较精准地模拟东北黑土区玉米和大豆产量, 可用于产量预测或优化管理。

研究简报

磷肥用量对甜玉米磷素吸收利用的影响

颜晓军, 叶德练, 苏达, 李芳, 郑朝元, 吴良泉

作物学报. 2021, (1):  169-176.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03013

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明确磷素吸收利用特性, 是磷素高效利用及作物高产的基础。本研究通过2年田间磷肥梯度定位试验, 研究不同磷肥供应(0、37.5、75、150和300 kg hm^-2, 分别用P0、P1、P2、P3和P4表示)对甜玉米产量、不同器官生物量和磷素累积与分配、磷素转运特征和磷肥利用效率的影响。结果表明, 磷肥供应均显著提高2018年和2019年甜玉米的鲜穗产量, 但不同磷肥供应处理 (P1~P4) 之间的产量差异不显著, 磷肥供应显著提高甜玉米拔节期、吐丝期和鲜食期植株的生物量及磷素累积量, 其中籽粒磷素累积量约占植株磷素累积量的42%。磷肥供应下花后磷同化对甜玉米穗部磷素累积量的贡献率达到57.3%~93.0%; 而1 kg磷素生产鲜穗量、磷素生理效率、农学效率、回收利用率和偏生产力均随着磷肥供应量增加而明显下降。综合考虑产量与磷肥利用效率, 在本试验条件下, 37.5 kg hm^-2磷肥供应可满足甜玉米高产和磷肥高效利用的需求。

不同生育时期玉米洪涝胁迫遥感监测与评估

隋学艳, 梁守真, 张金盈, 王猛, 王勇, 侯学会, 张晓冬

作物学报. 2021, (1):  177-184.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03011

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为建立玉米洪涝灾害遥感监测和评估技术, 本研究开展不同生育期不同程度的模拟试验, 持续活体监测叶片叶绿素、冠层光谱和覆盖度并测产。结果表明, 拔节期洪涝胁迫可显著降低叶绿素含量, 最大程度相对变化值达-56.30%, 吐丝期胁迫对叶绿素无影响, 灌浆期胁迫促使叶绿素下降但并不明显。洪涝胁迫能降低覆盖度, 拔节期影响最大, 胁迫严重的覆盖度仅46.33%, 吐丝期次之, 灌浆期较小。洪涝胁迫造成的减产, 生育前期影响比后期严重。拔节期和吐丝期各波段反射率与洪涝胁迫程度呈负相关关系, 近红外平台波段达到极显著水平, 绿峰波段次之, 达到显著水平。灌浆期各波段反射率与洪涝胁迫程度呈正相关关系, 相关性未达到显著水平。与胁迫程度呈极显著相关的光谱反射率和植被指数可以用于监测玉米洪涝灾害。最终基于胁迫之后与胁迫前的结构不敏感色素指数SIPI的差值DSIPI, 建立拔节期和吐丝期洪涝胁迫产量损失率评估模型。