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2021年 第47卷 第5期 刊出日期：2021-05-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

新型抗广谱性除草剂草甘膦转基因油菜的创制及其鉴定

李杰华, 端群, 史明涛, 吴潞梅, 柳寒, 林拥军, 吴高兵, 范楚川, 周永明

作物学报. 2021, (5):  789-798.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04169

摘要 ( 850 )   HTML ( 44 )   PDF (11274KB) ( 849 )  

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草甘膦是世界上应用最广泛的广谱性除草剂, 目前我国还没有自主知识产权的抗草甘膦油菜品种。本研究利用农杆菌介导的油菜下胚轴遗传转化方法, 将新型抗草甘膦基因I. variabilis EPSPS转入甘蓝型油菜品系J9707中, 获得了126株阳性转化株, 阳性率为97.0%。这些转化单株中的T-DNA插入以单拷贝为主(占44.8%)。通过反向PCR确定了EPS-2、EPS-6和EPS-7等油菜转化体中T-DNA插入位置, 并设计转化体特异性引物对它们的T₀~T₃代材料进行检测, 证明了它们的T-DNA在基因组水平上整合的稳定性。RNA和蛋白水平的表达分析证实, I. variabilis EPSPS转基因及其蛋白产物在各转化株系不同世代能够稳定表达。苗期进行不同剂量的除草剂喷施处理发现, EPS-1、EPS-2、EPS-5、EPS-6和EPS-7等株系可耐受4倍田间推荐使用剂量的草甘膦。本研究所创建的新型抗草甘膦油菜种质资源将为我国抗除草剂油菜品种培育奠定了重要基础。

ACC处理对不同基因型玉米幼苗响应氮素供给的调控效应

吴冰卉, 王桂萍, 王玉斌, 李召虎, 张明才

作物学报. 2021, (5):  799-806.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03047

摘要 ( 550 )   HTML ( 24 )   PDF (546KB) ( 1001 )  

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乙烯对玉米生长发育与形态建成具有重要调控作用, 但乙烯对玉米氮素吸收与积累调控效应缺乏深入研究, 局限了乙烯在玉米丰产高效栽培中的应用。本研究以郑单958、瑞福尔1号和德美亚3号3个玉米品种为试验材料, 比较研究不同基因型玉米植株对氮素供给的响应差异, 结合外源添加乙烯合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC), 分析乙烯对不同基因型玉米氮素吸收的调控效应。研究结果表明, 在低氮条件下, 氮素敏感型品种(德美亚3号和瑞福尔1号)比郑单958叶片缺氮表型明显, 对ACC处理敏感, 而且ACC处理抑制玉米植株地上和地下部的生长和干物质积累; ACC处理抑制了低氮下叶片叶绿素合成, 降低叶片可溶性蛋白积累, 促进玉米叶片早衰, 其中ACC处理郑单958叶片叶绿素和可溶性蛋白含量均显著高于德美亚3号和瑞福尔1号; 进一步研究发现, 低氮处理抑制乙烯合成关键酶基因ZmACS7和ZmACO15的表达, 降低乙烯含量, ACC处理促进低氮条件下ZmACS7和ZmACO15基因的表达, 提高乙烯含量; 低氮处理抑制玉米根系中ZmNRT2.1表达, 但ACC处理促进低氮下玉米根系中ZmNRT2.1表达, 其中郑单958根中ZmNRT2.1表达在低氮条件下显著高于德美亚3号和瑞福尔1号。研究结果表明乙烯通过调控玉米植株乙烯合成关键酶基因和ZmNRT2.1表达, 调节了氮素吸收与分配, 影响了植株生长, 其中氮素敏感性品种比持绿型品种对乙烯更为敏感。

氮响应转录因子ZmNLP5影响玉米根系生长的功能研究

葛敏, 王元琮, 宁丽华, 胡梦梅, 石习, 赵涵

作物学报. 2021, (5):  807-813.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03039

摘要 ( 661 )   HTML ( 32 )   PDF (2255KB) ( 562 )  

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研究作物氮高效机制并挖掘利用其中重要的调控基因, 对我国农业绿色发展具有重要意义。前期我们发现氮响应转录因子ZmNLP5调控亚硝酸还原酶基因的表达, 对玉米氮素吸收利用具有促进作用, 但其调控机制尚未明确。基于此, 本研究以ZmNLP5基因突变体(zmnlp5)和野生型(WT)植株为研究材料, 深入解析ZmNLP5影响玉米氮素吸收利用的生理机制。足氮(sufficient nitrogen, SN)和低氮(deficient nitrogen, DN)条件下研究材料表型分析发现, DN条件下相对于WT植株, zmnlp5植株根长显著降低。根部不同区域ZmNLP5表达量分析发现, ZmNLP5主要在根尖区域表达。不同亚硝酸盐浓度处理下, 研究材料的根长和根尖区域亚硝酸盐含量分析发现, 当亚硝酸盐的浓度高于2 mmol L^-1时, zmnlp5突变体根长相对于WT显著降低, zmnlp5植株根尖区域亚硝酸盐积累量显著高于WT。SN和DN条件下研究材料根部亚硝酸盐含量检测发现, DN条件zmnlp5植株根尖区域所积累的亚硝酸盐也显著高于WT。综上所述, 转录因子ZmNLP5在玉米植株响应低氮环境根部伸长生长中发挥重要功能, 该结果为玉米氮高效育种提供了一定的理论基础。

棉花GhMADS7基因正调控棉花花瓣发育

马欢欢, 方启迪, 丁元昊, 池华斌, 张献龙, 闵玲

作物学报. 2021, (5):  814-826.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04140

摘要 ( 762 )   HTML ( 41 )   PDF (13027KB) ( 567 )  

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MADS-box基因家族作为一类重要的转录因子, 主要参与植物花器官的生长发育。GhMADS7/98具有保守的MADS-box及K结构域, 属于AG亚家族MIKC^C型MADS-box基因。通过同源序列比对发现, GhMADS7/98与拟南芥AtAG (AT4G18960)基因的蛋白序列具有64%的同源性。组织表达分析表明, GhMADS7基因在花瓣、花药、柱头和胚珠等花器官组织中均有表达。为进一步研究该基因的功能, 构建了该基因的RNAi干涉载体并转化棉花, 获得了表达量明显下调的转基因株系。表型观察发现, 在干涉植株长度为5~6 mm和7~8 mm的花蕾中出现花瓣发育延缓的表型; 通过对干涉系转基因植株花瓣进行石蜡切片观察发现, 相较于野生型植株, 干涉系植株花瓣中的维管束存在明显的收缩现象; 通过qRT-PCR检测发现, 转基因株系中控制花瓣发育的A、B类基因的表达量出现异常。因此推测GhMADS7在棉花花瓣发育过程中起着重要的作用。

水稻单倍体诱导基因OsMATL突变体的创制与分析

文钦, 贾思思, 王加峰, 黄翠红, 王慧, 陈志强, 郭涛

作物学报. 2021, (5):  827-836.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02044

摘要 ( 720 )   HTML ( 16 )   PDF (2474KB) ( 591 )  

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MTL基因是玉米中控制单倍体诱导性状的关键基因, 该基因在作物中的功能高度保守。OsMATL是MTL在水稻中的同源基因, 已有研究证实该基因的突变可以诱导水稻单倍体产生, 但不同遗传背景下, OsMATL基因的突变效应有待明确。本研究以日本晴(粳稻)和华航48 (籼稻)为材料, 利用CRISPR/Cas9技术对OsMATL基因启动子区和编码区的不同位点进行编辑, 成功获得OsMATL基因不同遗传背景系列突变体。分析了不同突变位点对结实率的影响, 发现OsMATL基因编码区突变后结实率为2%~15%, 且存在不同类型的败育籽粒, 而启动子区域的大片段缺失对结实率没有显著影响; 此外, 籼稻背景突变体的结实率高于粳稻突变体。本研究创制的不同类型OsMATL突变体为进一步研究水稻孤雌生殖单倍体诱导的机制提供了基础材料。

谷子穗发育期转录组与叶酸代谢谱联合分析

马贵芳, 满夏夏, 张益娟, 高豪, 孙朝霞, 李红英, 韩渊怀, 侯思宇

作物学报. 2021, (5):  837-846.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04173

摘要 ( 919 )   HTML ( 39 )   PDF (2043KB) ( 932 )  

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植物叶酸(Folate, FA)参与细胞内一碳单位转移反应, 是能量代谢、氨基酸和核酸合成的重要供体。前期我们发现, 谷子籽粒叶酸含量高于其他禾谷类作物, 但叶酸代谢组分特征目前尚不清楚。本研究以‘晋谷21’为试验材料, 对3个穗发育期小穗进行叶酸代谢组分析; 通过RNA-seq分析穗发育期差异表达基因及叶酸合成途径相关代谢通路, 探究叶酸组分与叶酸代谢途径基因表达模式及其与可变剪切的相关性, 同时预测分析叶酸合成途径基因的蛋白互作网络。结果表明, 总叶酸含量随穗发育阶段呈下降趋势; 5-甲基四氢叶酸(5-methyltetrahydrofolate, 5-M-THF)和10-甲酰叶酸(10-formyl folic acid, 10-F-FA)是穗发育期的主要组分。17个叶酸合成关键基因表达模式可划分为2个不同类群。转录起始区域(transcription start site, TSS)和转录终止区域(transcription terminal site, TTS)可变剪切是叶酸合成关键基因在穗发育3个时期均发生的可变剪切类型, 外显子跳跃型(exon skipping, ES)、内含子滞留型(intron retention, IR)和可变5'或3'端剪切(alternative exon ends, AE)是特有类型。同时发现叶酸合成、一碳代谢和激素信号传导途径关键基因与叶酸组分差异具有相关性, 初步推测谷子穗发育过程叶酸合成途径及偶联途径相关基因的表达一定程度影响叶酸含量变化, 其中ADCS、DHFR2和GGH基因的差异表达可能为影响谷穗叶酸含量的主要原因, 可作为利用遗传工程提高谷子叶酸含量及生物强化分子育种的关键靶基因。

大豆根部水压胁迫耐逆指数遗传体系解析

王吴彬, 童飞, KHAN Mueen Alam, 张雅轩, 贺建波, 郝晓帅, 邢光南, 赵团结, 盖钧镒

作物学报. 2021, (5):  847-859.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04176

摘要 ( 658 )   HTML ( 12 )   PDF (3972KB) ( 363 )  

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大豆是重要的植物蛋白质和植物油脂来源, 干旱是影响大豆产量的重要环境因子之一。为解析大豆耐旱性的遗传基础, 本研究在PEG水压胁迫条件下, 对由409个家系组成的巢式关联作图群体(具有1个共同亲本的2个重组自交系群体组成)进行叶片脯氨酸含量测定, 通过限制性二阶段多位点全基因组关联分析(restrictive two-stage multilocus genome-wide association study, RTM-GWAS), 解析了大豆根部水压胁迫耐逆指数(root hydraulic stress tolerance index, RHSTI)的遗传体系。结果表明, 在春季和夏季环境下, 3个亲本蒙8260 (共同亲本)、通山薄皮黄豆甲和正阳白毛平顶在RHSTI上均存在显著差异, 其衍生群体RHSTI表型变异丰富, 变幅分别为0.11~2.94和0.03~1.93, 遗传力分别为97.7%和97.9%; 2个环境联合分析发现, 家系遗传力和家系与环境互作遗传力分别为37.9%和60.1%, 说明群体RHSTI的变异受遗传和环境共同控制。通过RTM-GWAS方法, 共检测到45个与RHSTI相关的QTL, 分布在大豆18条染色体上, 可以解释37.58%的表型变异, 其中7个QTL的表型贡献率超过1%, 为大贡献位点; 这些QTL中, 有34个位点与环境存在显著互作, 可以解释12.50%的表型变异。结合PEG胁迫下大豆转录组数据, 在定位区间500 kb范围内共筛选到38个差异表达基因, 可归为ABA响应因子、逆境响应因子、转录因子、发育因子、蛋白代谢因子、未知功能和其他等7类, 其中逆境响应因子、转录因子和发育因子是最大的3类; 其中位于主效位点的6个基因, 与ABA响应因子、逆境响应因子、转录因子相关, 应为主要候选基因。上述结果表明, 大豆耐旱性是一个由多位点、多基因控制的复杂数量性状, 且与环境存在互作, 遗传基础复杂。研究结果为大豆耐旱性分子育种提供了依据。

绿豆雄性不育突变体msm2015-1的遗传学与细胞学分析

吴然然, 林云, 陈景斌, 薛晨晨, 袁星星, 闫强, 高营, 李灵慧, 张勤雪, 陈新

作物学报. 2021, (5):  860-868.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04153

摘要 ( 670 )   HTML ( 18 )   PDF (6873KB) ( 315 )  

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单产水平低一直是我国绿豆存在的产业问题。绿豆杂种优势显著是提高产量的有效途径, 而雄性不育材料是实现杂种利用的宝贵资源。本研究利用⁶⁰Co-γ辐射诱变技术首次在绿豆中获得雄性不育突变体, 并命名为‘不育绿豆2015-1’ (male sterile mungbean2015-1, 简写为msm2015-1)。msm2015-1营养生长期表型与‘苏绿1号’没有明显差异。花器官形态正常, 但花药发白且不能正常开裂散粉, 成熟期座荚率几乎为0。遗传分析显示, 育性分离群体中可育与不育分离比符合3∶1, 表明不育性状由单个隐性核基因控制。花粉发育的细胞学分析发现, msm2015-1的盛开花朵中花粉粒几乎未在柱头附着, 体外亦未萌发。花粉细胞质未被Alexander染液正常着色, I₂-KI染色出现典败、圆败和染败3种类型。DAPI染色显示, msm2015-1花粉细胞核发育异常。醋酸洋红染色表明, 败育发生在花粉发育早期, 花粉母细胞在四分体时期减数分裂的不对称和异常多分裂是导致花粉败育的主要原因。

宁麦9号/扬麦158重组自交系群体产量性状的遗传解析

姜朋, 张旭, 吴磊, 何漪, 张平平, 马鸿翔, 孔令让

作物学报. 2021, (5):  869-881.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01051

摘要 ( 945 )   HTML ( 28 )   PDF (1312KB) ( 682 )  

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宁麦9号与扬麦158是我国长江中下游麦区的主栽品种和骨干亲本, 二者都为高产类型品种, 但产量结构类型不同, 研究二者产量及构成因素的遗传对产量遗传改良具重要意义。本研究以宁麦9号与扬麦158为亲本构建的包含282个家系的重组自交系群体为材料, 利用Illumina 90K芯片分析遗传群体基因型, 建立了高密度遗传图谱。连续3个生长季对产量及构成要素进行表型鉴定, 结果显示, 3年中宁麦9号穗粒数均高于扬麦158, 千粒重低于扬麦158, 穗数与产量在不同环境中表现不一致, 在产量及其构成要素中, 千粒重的遗传力最高。表型结合遗传作图对产量及构成因素进行分子定位, 获得控制穗数、穗粒数、千粒重及产量的QTL分别为9、8、10与12个。为了将检测到的QTL有效地应用于标记辅助选择, 将重复检测到的3个千粒重QTL相关标记转化成适用于高通量基因分型的KASP标记, 并在育种料中进行了验证, 3个QTL位点均具有较好的选择效果, 且具有累加效应。上述研究结果可为长江中下游麦区小麦产量性状的分子育种提供理论依据和技术支撑。

甘蔗β-胡萝卜素异构酶基因家族的鉴定、定位和表达分析

黄宁, 惠乾龙, 方振名, 李姗姗, 凌辉, 阙友雄, 袁照年

作物学报. 2021, (5):  882-893.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04128

摘要 ( 804 )   HTML ( 44 )   PDF (7465KB) ( 721 )  

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独脚金内酯(strigolactones, SLs)是一种广泛存在、能够抑制植物分蘖或分枝的植物激素。β-胡萝卜素异构酶(D27)是SLs合成中的关键酶, 但是目前关于甘蔗D27基因家族的鉴定与分析鲜有报道。本研究通过挖掘甘蔗原始亲本之一的割手密种基因组数据鉴定了5个割手密种D27基因家族成员。系统进化树分析发现, 割手密种D27s分处在3个不同系统发育分支, 与高粱D27s高度同源。保守结构域预测揭示, 割手密种D27s包含β-胡萝卜素异构酶的典型结构域Pfam: DUF4033。顺式元件分析结果显示, 割手密种D27s主要参与调控激素和胁迫响应, 以及植物生长发育等。基于甘蔗栽培种转录组数据分析发现, 甘蔗割手密种D27基因家族成员(Sspon.06G0012830-1A)的同源基因同时参与甘蔗分蘖调控及黑穗病菌胁迫响应。在此基础上, 我们克隆获得了甘蔗栽培种ROC22中的同源基因cDNA序列, 命名为ScD27.1 (GenBank登录号为MT499895)。生物信息学分析结果显示, ScD27.1编码266个氨基酸, 其蛋白等电点为8.91, 分子量为30.00 kD, 是不稳定蛋白且定位于叶绿体。二级结构主要包括α-螺旋和无规则卷曲, 具有叶绿体转运肽, 包含4个泛素化位点和18个磷酸化位点。qRT-PCR表达分析表明, ScD27.1基因受ABA及H₂O₂显著诱导表达, 但对MeJA、SA胁迫响应不明显。亚细胞定位结果显示, ScD27.1蛋白可能定位于细胞膜和叶绿体, 参与细胞内膜泡运输或由液泡前体、胞内运输小泡分拣运输。以上研究表明, ScD27.1基因可能参与黑穗病菌侵染诱导的甘蔗分蘖及ABA和H₂O₂相关信号通路。本研究为了解甘蔗ScD27.1蛋白在胞内运输和分蘖中的作用及其参与甘蔗-黑穗病菌互作提供一定的基础理论。

耕作栽培·生理生化

水稻内源油菜素甾醇对施氮量的响应及其对颖花退化的调控作用

姚佳瑜, 于吉祥, 王志琴, 刘立军, 周娟, 张伟杨, 杨建昌

作物学报. 2021, (5):  894-903.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02048

摘要 ( 569 )   HTML ( 10 )   PDF (537KB) ( 331 )  

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为探明油菜素甾醇(brassinosteroids, BRs)是否介导氮肥对水稻颖花退化的影响。水稻品种扬稻6号和甬优2640种植于盆钵, 全生育期设置3种施氮水平, 观察了不同氮肥处理下水稻减数分裂期幼穗中氮含量、BRs、过氧化氢(H₂O₂)和总抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)水平及其与颖花退化的关系。结果表明, 颖花退化率的降低与稻穗中增加的24-表油菜素甾酮(24-epicastasterone, 24-epiCS)和28-高油菜素内酯(28-homobrassinolide, 28-homBL)含量密切相关。当稻穗的氮含量为1.25%时, 幼穗中BRs (24-epiCS和28-homBL)含量显著增加, 颖花退化率显著降低。稻穗中T-AOC水平与BRs含量变化趋势相同, 且均与水稻颖花退化率显著负相关, 而H₂O₂含量与BRs含量和T-AOC变化趋势相反。施用外源BRs (24-epiCS或28-homBL)可显著提高稻穗中内源BRs (24-epiCS和28-homBL)含量与T-AOC水平, 并显著降低稻穗中H₂O₂含量和颖花退化率, 施用BRs合成抑制剂则效果相反。表明BRs可以介导氮肥对水稻颖花退化的调控, 在减数分裂期适宜的稻穗含氮量(1.25%)可有效提高幼穗中的BRs含量, 并通过提高抗氧化能力来抑制颖花退化。

长江中下游地区常规中熟粳稻产量、品质及氮素吸收性状的相互关系分析

刘秋员, 周磊, 田晋钰, 程爽, 陶钰, 邢志鹏, 刘国栋, 魏海燕, 张洪程

作物学报. 2021, (5):  904-914.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02050

摘要 ( 789 )   HTML ( 19 )   PDF (335KB) ( 979 )  

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于2017—2018年分别收集长江中下游地区90份和105份常规中熟粳稻品种(系)为材料, 研究各供试品种(系)的产量、稻米品质以及氮素吸收量, 对产量、品质、氮素吸收之间的相互关系进行系统分析, 以期探索长江中下游地区常规中熟粳稻产量、品质和氮素吸收协同提升途径。结果表明, 产量与千粒重、穗粒数呈极显著正相关, 与结实率呈负相关, 与有效穗数相关性不显著。穗粒数对产量的直接促进作用最大, 而有效穗数通过其他产量构成因素对产量形成的限制作用最大, 千粒重通过其他产量构成因素对产量形成的限制作用最小。总吸氮量与茎、叶、穗的干重均呈极显著正相关, 与茎、叶、穗含氮率相关性较弱, 增加茎、叶、穗的干重是增加氮素吸收量的有效途径。直链淀粉、蛋白质与稻米加工品质、外观品质以及稻米食味均存在显著的相关性, 降低直链淀粉和蛋白质含量, 有利于提升稻米食味品质, 但不利于加工品质和外观品质的改善。影响产量的关键指标千粒重、穗粒数与影响氮素吸收的关键指标茎干重、叶干重、穗干重均呈极显著正相关。直链淀粉与茎干重、叶干重、穗干重、千粒重以及穗粒数无显著相关性, 而蛋白质与茎干重、叶干重、穗干重、千粒重、穗粒数总体呈负相关。综上所述, 在直链淀粉淀粉含量相对较低的品种中, 选择生物量较大, 且穗粒数较多、千粒重较高的品种, 能够实现长江中下游地区常规中熟粳稻产量、氮素吸收以及食味品质的协同提升, 但这可能不利于加工以及外观品质的改善, 有待于进一步研究其中的平衡关系。

不同耐低氮性玉米品种的花后碳氮积累与转运特征

吴雅薇, 蒲玮, 赵波, 魏桂, 孔凡磊, 袁继超

作物学报. 2021, (5):  915-928.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03033

摘要 ( 843 )   HTML ( 25 )   PDF (1959KB) ( 1101 )  

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为了探明不同耐低氮性玉米品种生育后期碳、氮物质积累与转运特性及其对氮肥响应的差异, 以期为品种高效施氮技术的制定提供理论依据。以耐低氮品种‘正红311’ (Zhenghong 311, ZH311)和低氮敏感品种‘先玉508’ (Xianyu 508, XY508)为材料, 设置4个氮肥用量(0、150、300和450 kg hm^-2), 于2017—2019年研究氮肥水平对不同耐低氮性玉米品种生育后期物质, 包括干物质、全氮和非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate, NSC) 积累和转运的影响。结果表明, 供氮不足时, 玉米通过增加花前贮存碳、氮物质对籽粒的转运以保证产量。增施氮肥能够提高玉米花后干物质和碳水化合物生产及其对籽粒质量的贡献率。与低氮敏感品种先玉508相比, 在低氮条件下, 耐低氮品种正红311在花前、花后均保持较高的植株干物质、NSC和氮素量, 花后物质积累量及其对籽粒质量的贡献率更高, 从而拥有更高的籽粒产量; 品种间花前物质转运率及其对籽粒质量的贡献率差异不大。面对低氮胁迫, 正红311既保证了花前贮存物质充分向籽粒运输, 同时维持着较高的同化物积累能力来影响其产量形成。

间作小麦光合性能对地上地下互作强度的响应

王一帆, 殷文, 胡发龙, 范虹, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 柴强

作物学报. 2021, (5):  929-941.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01047

摘要 ( 671 )   HTML ( 36 )   PDF (1481KB) ( 874 )  

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本研究旨在探讨地上地下互作强度对间作小麦光合性能的影响, 为进一步揭示间作体系作物产量优势的光合机制提供依据。2015—2017年连续3年在河西绿洲灌区进行田间试验, 以小麦间作玉米为研究对象, 设置地下部3种互作强度: 根系不分隔(完全地下互作处理, W/M)、300目尼龙网分隔(部分地下互作处理, NW/M)和0.12 mm塑料布分隔(无地下互作处理, PW/M), 以及地上部高、低玉米密度(M1、M2) 2种互作强度, 同时设置相应单作处理。结果表明, 小麦间作玉米共生前期和后期完全地下互作处理促使小麦净光合速率(P_n)显著提高, 且共生后期玉米密度的提高促使完全地下互作效应增强, 进一步提高了小麦P_n。小麦间作玉米共生前、中和后期, 完全地下互作处理可显著提高小麦叶片气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i), 且玉米密度提高对共生前期完全地下互作处理和部分地下互作处理小麦G_s的增加起到促进作用。在共生前期、后期完全地下互作和部分地下互作处理保持了较低的T_r。间作完全地下互作处理有助于小麦叶日积(LAD)的增加, 且随着生育进程的推进, 提高比率越大。完全地下互作处理使共生中期间作小麦叶片相对叶绿素含量值(SPAD)显著增加, 有利于光合强度的提高。间作小麦具有显著的增产效应, 完全地下互作处理中小麦籽粒产量达到相应单作产量的76.8%, 具有显著提高间作群体籽粒产量的优势, 且地上部互作强度增强有利于完全地下互作处理正效应的发挥。地上地下互作强度是影响间作小麦光合性能的重要因素之一, 在生产实践中可通过调节地上地下互作强度的强弱来优化低位作物光合性能。

水稻机械精量有序抛秧栽培的产量形成和生长发育特征研究

王慰亲, 唐启源, 陈元伟, 贾巍, 罗友谊, 王小卉, 郑华斌, 熊娇军

作物学报. 2021, (5):  942-951.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02032

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水稻机械精量有序抛秧栽培是指通过有序抛秧机进行水稻分行分蔸有序抛栽的机械化种植方式, 解决了传统抛秧栽培田间种植无序和作业效率低等问题。本研究以手插秧和手抛秧模式作为对照, 通过2018—2019年的比较试验系统探究了精量有序机抛秧模式下水稻产量形成的特点及生长发育特性。研究结果表明, 精量有序机抛秧较手插秧增产22.4%~28.3%, 较手抛秧增产2.8%~8.9%。生长发育特性方面, 精量有序机抛秧群体通风性好, 生育后期的干物质同化积累能力强, 花后干物质积累量较手插秧和手抛秧分别增加52.8%和23.4%; 叶片衰老较慢、库充实度高, 与手插秧相比, 其单位面积有效穗数显著增加20.9%~64.2%; 与手抛秧相比, 结实率增加3~5个百分点, 进而促进其高产。然而, 精量有序机抛栽培模式下抛秧机及配套育秧技术等方面还有待改进以进一步发挥高产潜能, 同时围绕精量有序机抛秧技术的立苗缓青特征、分蘖发生特性和根系生长特点等方面的研究还有待深入开展。

江苏太湖地区不同生育类型粳稻品种产量对不同播期气候因子的响应

董明辉, 陈培峰, 江贻, 曹鹏辉, 宋云生, 顾俊荣, 谢裕林, 乔中英, 张文地, 黄丽芬

作物学报. 2021, (5):  952-963.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02031

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光、温、水等气候因子是影响水稻产量形成的重要因素。为明确江苏太湖地区不同生育类型水稻产量对不同播期下气候因子变化的响应, 以期为该地区不同生育类型品种合理安排播期提供依据, 2018—2019年在苏州市农业科学院试验农场内以优质早熟品系苏1785和晚熟品种苏香粳100为材料, 采用分期播种方法研究了2种不同生育类型水稻产量及其构成对不同播期气候因子的响应特性。结果表明, 不同生育期类型品种随着播期推迟产量降低, 晚熟品种产量在播期间和年度间产量变异较早熟品种大, 稳产性较差。2个不同生育期类型品种有效穗、每穗总粒数随播期推迟均呈降低趋势, 而结实率和千粒重播期间的差异因生育类型不同而异, 早播使早熟品种结实率显著下降, 迟播则使晚熟品种千粒重显著下降。迟播对早熟品种抽穗前光合势的影响程度高于晚熟品种, 对抽穗后干物质积累量和群体生产率的影响则相反, 迟播条件下晚熟品种茎鞘物质输出率和运转率下降迅速, 不利于茎鞘物质的转运和灌浆物质的积累。相关分析表明, 日照时数是影响水稻产量的首要气候因子, 日均气温和有效积温对产量的影响因品种生育类型不同存在差异, 日均气温和有效积温与早熟品种的产量呈显著正相关关系, 而日均气温与晚熟品种的产量相关不显著, 气候因子对产量的影响表现为: 日照时数>日均气温, 有效积温>降雨量。

研究简报

减氮对辽粳5号/秋田小町RIL群体茎秆维管束、穗部和产量
性状的影响及其相互关系

程艳双, 胡美艳, 杜志敏, 闫秉春, 李丽, 王祎玮, 鞠晓堂, 孙丽丽, 徐海

作物学报. 2021, (5):  964-973.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02040

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以辽宁稻区典型的直立穗型品种辽粳5号与日本典型的优质米品种秋田小町杂交构建的重组自交系群体(recombination inbred lines, RIL)为试材, 在高氮和低氮2种施肥模式下种植, 调查RIL群体茎秆维管束、穗部和产量性状, 分析减氮对三者的影响及其相互关系, 探讨在减少氮肥施用量的同时维持产量稳定的可能途径。研究结果表明, 不同施氮模式下, RIL群体的茎秆维管束性状、穗部及产量性状均呈现连续变异, 符合多基因控制的数量性状遗传特点。氮肥减施后, RIL群体水稻的单茎穗颈和倒二节间维管束数目、单株穗颈和倒二节间维管束面积减少, 一次枝梗数减少, 一次和二次枝梗结实率、总体结实率和千粒重增加, 单穗重增加, 穗数减少, 产量降低。茎秆维管束性状与穗部和产量性状关系密切, 单茎维管束性状与穗颈粗、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、着粒密度、千粒重和单穗重大多呈显著至极显著的正相关, 单株维管束面积与穗数和产量呈极显著正相关。氮肥减施后, RIL群体中不减产类型株系的主要特征是: 低氮条件下仍能维持稳定的分蘖和茎秆维管束的分化, 保证穗数和穗颈粗稳定, 单茎穗颈和倒二节大、小维管束数目、单茎倒二节大维管束面积和单株倒二节大维管束面积无显著变化, 一次枝梗数变化不显著。在减施氮肥的条件下, 选用茎秆维管束发达, 穗数和穗颈粗稳定的水稻品种, 有可能实现减氮不减产的目标。

小麦矮秆突变体的鉴定及其突变性状的关联分析

贺军与, 尹顺琼, 陈云琼, 熊静蕾, 王卫斌, 周鸿斌, 陈梅, 王梦玥, 陈升位

作物学报. 2021, (5):  974-982.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01066

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矮秆突变体是小麦育种和株高遗传研究的重要基因资源。通过‘云麦53’成熟种子的EMS (Ethyl methyl sulfonate)诱变及诱变植株连续自交, 获得了33个M₃代候选突变体。通过诱变亲本与M₂和M₃代候选植株的株高差异分析, 筛选到26个矮秆突变体, 其株高变幅为(13.61±0.11)~(44.08±1.73) cm。基于8个矮秆基因的12个特异性标记检测发现, 26个矮秆突变体至少携带2个矮秆基因标记位点。除株高外, 26个矮秆突变体还携带穗长、小穗密度、节间数和平均节间长4个不同突变性状。26个矮秆突变体可聚为5个亚类, 第1亚类的小穗数和小花数最少; 第2亚类的株高最矮, 穗长和平均节间长最短, 小穗密度最高; 第3亚类突变体的节间数最少。株高与平均节间长和节间数呈极显著相关, 偏相关系数分别为0.94、0.58, 但与穗长、小穗数、小花数和小穗密度4个性状无相关性。26个矮秆突变体的株高与平均节间长和节间数关联遗传, 携带不同的突变基因组合, 可用于小麦矮化育种, 以及株高、穗长和小穗密度等性状的遗传机制研究。

甘蓝型油菜温敏细胞核雄性不育系160S花药败育的形态学特征和细胞学研究

唐鑫, 李圆圆, 陆俊杏, 张涛

作物学报. 2021, (5):  983-990.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04207

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明确甘蓝型油菜温敏核雄性不育系160S花器形态变化、花药败育的时期和细胞学特征, 初步探究败育的原因, 为深入研究不育系160S的内在分子调控机制提供理论基础, 也对其在油菜两系杂交育种中的实际应用具有指导意义。本研究在15℃和28℃条件下培养试验材料160S, 利用体式显微镜分别观察花发育形态特征; 采用醋酸洋红染色方法观察各时期小孢子发育形态; 通过石蜡切片和苏木精-伊红染色对可育植株(Male Fertile/160S-MF)和不育植株(Male Sterile/160S-MS)花药细胞学特征进行显微观察; TUNEL染色法检测花药发育各时期绒毡层细胞凋亡情况。160S-MF在15℃表现为可育, 雄蕊正常发育, 成熟的花药呈黄色, 形态饱满, 正常开裂, 表面一层有活性的花粉附着在上面; 28℃条件下, 160S-MS花朵的雌蕊、萼片与160S-MF花朵无差异, 但花瓣变小, 花丝变短, 雄蕊明显退化, 花药干瘪呈黄褐色, 无花粉粒附着在花药上, 表现出雄性完全不育。160S-MF的小孢子能正常发育为成熟有活力的花粉。而160S-MS由于雄蕊完全败育, 未观察到小孢子和花粉粒。160S-MS花药在造孢时期和花粉母细胞时期与160S-MF无明显差异, 但在减数分裂期, 160S-MS花药绒毡层形态和结构出现异常, 绒毡层细胞排列不整齐, 细胞空泡化, 伴随提前解体。同时花粉母细胞发育受阻, 无四分体结构形成, 最终在减数分裂期完成前形成空的花粉囊。TUNEL检测发现, 160S-MS花药绒毡层细胞在减数分裂期开始凋亡。本研究结果表明, 160S属花粉母细胞败育型不育系, 败育时期发生在减数分裂期, 绒毡层异常降解, 绒毡层未向腺质型转化, 不能提供花粉母细胞发育所需要的营养物质, 致使花粉母细胞发育受阻无法形成四分体结构, 从而导致小孢子无法形成, 花药形成空的花粉囊, 产生雄性不育。