当期目录

2021年 第47卷 第7期 刊出日期：2021-07-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

大麦籽粒β-葡聚糖含量的全基因组关联分析

耿腊, 黄业昌, 李梦迪, 谢尚耿, 叶玲珍, 张国平

作物学报. 2021, (7):  1205-1214.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01074

摘要 ( 1552 )   HTML ( 84 )   PDF (2090KB) ( 1139 )  

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β-葡聚糖是大麦籽粒的一个重要品质性状, 其含量高低影响大麦啤用、饲用和食用品质。虽然有关大麦β-葡聚糖合成的相关基因已有报道, 但关于大麦籽粒β-葡聚糖积累的遗传调控机制仍不十分清楚。本研究以前期收集的全球119份大麦基因型为材料, 种植在土壤与气候条件有一定差异的两试点, 利用混合线性模型(MLM)和一般线性模型(GLM)对不同大麦材料籽粒β-葡聚糖含量进行GWAS分析。结果表明, 大麦籽粒β-葡聚糖含量的基因型差异显著, 其在2个环境下的广义遗传力为73.9%。利用MLM和GLM模型分别检测到8个和40个显著位点, 合并2个模型重叠位点后共得到44个显著位点, 其中HORVU5Hr1G022710基因在2个模型、2个地点均被鉴定到, 故被认为是与β-葡聚糖含量显著相关的候选基因。2个模型中最佳等位基因数与β-葡聚糖含量均呈显著正相关。此外, 基于基因注释, 共鉴定到10个与糖合成、转运及分解相关的酶类基因, 这些基因可能与籽粒中β-葡聚糖的合成、积累和分解紧密相关。本研究结果为阐明β-葡聚糖的遗传调控机制提供了新的视角, 亦为大麦籽粒β-葡聚糖的遗传改良奠定了一定的理论基础。

水稻核不育系柱头性状的主基因+多基因遗传分析

江建华, 张武汉, 党小景, 荣慧, 叶琴, 胡长敏, 张瑛, 何强, 王德正

作物学报. 2021, (7):  1215-1227.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02057

摘要 ( 1305 )   HTML ( 30 )   PDF (2657KB) ( 1019 )  

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柱头性状是影响水稻不育系异交繁殖和杂交水稻制种产量的重要性状。为创制长柱头、高外露率的水稻温敏核不育系提供遗传信息, 调查了短柱头、低外露率的粳型光温敏核不育系7001S和长柱头、高外露率的温敏核不育系紫泰S及其杂交、自交获得的F₁、F₂群体(350个株系)和F_2:3群体(320个株系)的4个柱头性状, 分析了4个性状之间的相关性, 并运用主基因+多基因混合遗传模型, 对2个世代4个性状进行了遗传分析。结果表明, 4个柱头性状间均表现出极显著正相关, 相关系数介于0.262和0.895之间。柱头长度、花柱长度、柱头和花柱总长度(以下简称柱花总长度)均表现出受2对主效基因和微效基因共同控制, 除F₂群体中柱花总长度的2对主基因表现为等加性效应和等显性效应外, 其余均表现为加性-显性-上位性效应, 3个性状均表现出以主基因间的上位性效应为主; F₂群体柱头外露率受2对加性-显性-上位性主基因+多基因控制, 而F_2:3群体则表现为受1对加性-显性主基因+多基因控制, 以主基因间的加性效应为主。2个世代中的4个柱头性状均以主基因遗传为主。

玉米穗轴粗全基因组关联分析

马娟, 曹言勇, 李会勇

作物学报. 2021, (7):  1228-1238.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03048

摘要 ( 1488 )   HTML ( 34 )   PDF (8297KB) ( 1436 )  

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玉米穗轴粗是一个影响玉米产量和穗轴产量的重要性状, 其遗传机制的解析可以对高产育种提供指导。本研究以309份玉米自交系为材料, 利用测序基因型分型技术对其进行基因型鉴定。采用FarmCPU (fixed and random model circulating probability unification)、MLMM (multiple loci mixed linear model)和CMLM (compressed mixed linear model)方法, 对2017年和2019年河南原阳、河南郸城、河南虞城、海南三亚以及最佳线性无偏估计值环境的穗轴粗, 进行全基因组关联分析, 共鉴定12个与穗轴粗显著关联的SNP (single nucleotide polymorphisms) (P<8.60E-07)。其中, S4_29277313利用FarmCPU和MLMM方法在2017年原阳均检测到。S1_29006330、S2_170889116、S2_2046026464和S4_83821463的表型变异解释率介于10.23%~14.17%, 为主效SNP。而且, S1_29006330位于已定位的穗轴粗QTL (quantitative trait loci)区间内。共挖掘17个候选基因, 其中WAKL14 (wall-associated receptor kinase-like 14)、转录因子ZIM35 (zinc-finger protein expressed in inflorescence meristem 35)、HMGA (HMG-Y-related protein A)、组蛋白-赖氨酸N甲基转移酶ATX4 (Arabidopsis trithorax 4)和XTH32 (xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase protein 32), 可能是影响穗轴粗的重要基因。挖掘的4个穗轴粗主效SNP和5个候选基因可以为分子标记辅助育种、精细定位和基因克隆提供信息。

脯氨酸羟化酶GhP4H2在棉花纤维发育中的功能研究

高璐, 许文亮

作物学报. 2021, (7):  1239-1247.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04217

摘要 ( 950 )   HTML ( 24 )   PDF (1467KB) ( 957 )  

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阿拉伯半乳聚糖蛋白(arabinogalactan proteins, AGP)在棉花纤维发育过程中发挥重要作用。AGP由富含羟脯氨酸的主链蛋白和大量II型阿拉伯半乳聚糖(arabinogalactan, AG)侧链组成, 其合成过程要经历2次翻译后修饰, 首先是氨基酸主链上的脯氨酸被脯氨酸羟化酶(prolyl-4-hydroxylases, P4H)羟基化, 随后在糖基转移酶(glycosyltransferases, GT)催化作用下将阿拉伯半乳聚糖或寡糖添加到羟脯氨酸残基上。我们前期利用P4Hs的抑制剂处理棉花离体胚发现, 棉纤维伸长受到抑制, 暗示P4H参与棉纤维生长发育过程。为深入研究P4H在棉纤维发育中的功能, 我们从棉花中分离鉴定了1个在棉纤维发育过程中高量表达的脯氨酸羟化酶基因GhP4H2。本研究分别构建了GhP4H2过表达和RNA interference (RNAi)载体, 通过农杆菌介导法转化棉花, 获得转基因植株, 发现过表达转基因棉花株系T₁~T₃代成熟棉纤维变短, AGP含量增加, AG多糖侧链也发生变化。对过表达转基因植株和野生型植株棉纤维的转录组分析表明, GhP4H2正调控包括AGP在内的细胞壁糖蛋白基因的表达。基于以上研究, 我们推测GhP4H2可能主要通过影响AGP糖链组分调控棉纤维生长发育。

不同耐旱性青稞叶片差异蛋白分析

李洁, 付惠, 姚晓华, 吴昆仑

作物学报. 2021, (7):  1248-1258.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01062

摘要 ( 1146 )   HTML ( 22 )   PDF (532KB) ( 955 )  

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为从蛋白质水平揭示不同青稞品种响应干旱胁迫的差异, 分析抗旱蛋白质分子机制, 本研究以干旱胁迫不敏感的旱地紫青稞(HDZ)和干旱胁迫敏感的大麻青稞(DM)为研究材料, 以盆栽限量供水种植方法, 对干旱处理不同梯度的青稞叶片进行叶绿素、可溶性蛋白、丙二醛含量及相对电导率4项生理指标的测定, 同时利用iTRAQ技术对深度干旱胁迫青稞叶片全蛋白组进行差异蛋白分析。结果表明: 随着干旱处理时间的延长, 两种青稞的叶绿素和可溶性蛋白含量逐渐下降, 电导率及丙二醛的含量逐渐升高, 在相同处理条件下, 大麻青稞的叶绿素和可溶性蛋白含量降低幅度、电导率及丙二醛含量的增高幅度明显高于旱地紫青稞; 对两个青稞品种的干旱胁迫和正常培养的比较组进行iTRAQ分析, 共定量出4163个蛋白(多肽), 其中旱地紫青稞比较组中对比正常培养, 筛选到表达上调的蛋白68个, 下调的蛋白63个, 在大麻青稞的比较组中筛选出表达上调蛋白21个, 下调蛋白32个。KEGG通路分析表明, 富集程度位于前3位的通路是代谢、氨基酸的生物合成以及次级代谢产物的生物合成, 主要涉及到柠檬酸循环、碳循环等代谢通路, 丙氨酸、精氨酸等氨基酸的合成降解以及花生四烯酸、亚麻酸等次级代谢产物的合成。本研究从蛋白组水平筛选了青稞干旱胁迫响应相关的代谢通路和其他相关功能的蛋白, 为揭示青稞干旱胁迫的应答分子调控机制提供了一定的理论基础。

基于SSR标记的雪茄烟种质资源指纹图谱库的构建及遗传多样性分析

王琰琰, 王俊, 刘国祥, 钟秋, 张华述, 骆铮珍, 陈志华, 戴培刚, 佟英, 李媛, 蒋勋, 张兴伟, 杨爱国

作物学报. 2021, (7):  1259-1274.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04183

摘要 ( 1704 )   HTML ( 35 )   PDF (911KB) ( 1623 )  

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为从分子水平研究我国雪茄烟种质资源的遗传多样性差异并建立雪茄烟品种的DNA指纹图谱数据库, 本研究利用43对多态性好的SSR引物对220份雪茄烟种质进行遗传多样性分析, 筛选出14对核心引物对雪茄烟种质进行指纹图谱的构建。结果表明, 43对SSR引物在220份雪茄烟种质材料中共扩增出243个等位基因, 平均每个标记5.65个, 变幅为2~13, 每个位点的多态性信息量(polymorphism information content, PIC)变化为0.2078~0.9087, 平均为0.6360。有效等位基因数(number of effective alleles, N_e)范围为1.3081~11.7876, 平均有效等位基因数为3.9077; 观测杂合度(observed heterozygosity, H_o)变化范围为0.0828~0.7639, 平均为0.3191; 预期杂合度(expected heterozygosity, H_e)的变化范围为0.2361~0.9172, 平均为0.6809; 种群平均Shannon遗传多样性指数(Shannon genetic diversity index, I)为1.3756, 遗传距离在0.0233~0.9286之间, 平均遗传距离0.6816。聚类分析表明, 在遗传距离为0.74处, 可将供试雪茄烟资源分为3个类群。Structure群体遗传结构分析和主成分分析将所有的供试材料划分为2个类群。根据引物的分析和表型鉴定结果, 确定良种、辅善和满耳朵, 山东大叶和牡丹江05-1, Florida 513和CA0701为异名同种, 一个品种保留一份种质, 剩余216份不同种质。从43对SSR引物中筛选出14对可区分所有供试材料的SSR引物作为核心引物构建了216个雪茄烟品种的指纹图谱。我国雪茄烟种质资源具有较高水平的遗传多样性, 本研究构建的雪茄烟种质资源SSR指纹图谱库及遗传分析的结果在分子水平上为筛选、鉴定优质雪茄烟种质资源、挖掘重要基因以及拓宽雪茄烟遗传育种基础等工作提供科学依据。

甘蔗割手密种类甜蛋白家族鉴定及栽培种同源基因功能分析

苏亚春, 李聪娜, 苏炜华, 尤垂淮, 岑光莉, 张畅, 任永娟, 阙友雄

作物学报. 2021, (7):  1275-1296.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04192

摘要 ( 1395 )   HTML ( 32 )   PDF (4110KB) ( 675 )  

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类甜蛋白(thaumatin-like protein, TLP)在植物生长发育和抵抗逆境胁迫中发挥重要作用。为全面了解甘蔗TLP家族基因的结构和功能特性, 本研究利用甘蔗野生种割手密基因组数据库和生物信息学方法, 首先筛选获得122个SsTLP家族基因并进行蛋白理化性质、基因染色体分布、基因结构和系统进化等分析; 其次, 从我国大陆主栽甘蔗品种ROC22中克隆到1条SsTLP87的同源基因ScTLP1, 并对其基因表达模式、亚细胞定位、瞬时表达和转录自激活活性进行鉴定。结果表明, 122个SsTLP家族基因分布在28条割手密染色体上, 且存在多基因聚集现象, 每条染色体上有1~13个SsTLP基因, 多数SsTLP蛋白被预测为定位于细胞质的酸性疏水性不稳定蛋白。SsTLP家族基因结构类型多样, 其内含子数目(1~30)、内含子相位(0~2)和Motif (1~5)存在多种类型和分布。系统进化树分析显示, SsTLP基因编码蛋白分别聚类在TLP家族的I~X分支上, 其中具有抑菌潜力的第V类SsTLP数量最多(36个)。从甘蔗栽培种ROC22克隆获得的ScTLP1基因编码227个氨基酸残基, 属于第V类进化聚类组, 定位于细胞膜, 不具有转录自激活活性, 其与割手密SsTLP87蛋白的氨基酸序列相似性高达99.56%。qRT-PCR分析表明, ScTLP1基因在甘蔗不同组织部位组成型表达, 且在蔗芽部位的表达量最高。ScTLP1基因在脱落酸(abscisic acid, ABA)和水杨酸(salicylic acid, SA)处理下的表达量无显著变化, 但受甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitaminea)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)、氯化钠(sodium chloride, NaCl)、聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)和4℃低温诱导上调表达。瞬时过表达ScTLP1基因后, 本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片中的DAB染色加深, 乙烯合成相关基因NtEFE26和茉莉酸代谢途径相关基因NtPR3上调表达, 且接种烟草青枯菌(Pseudomonas solanacearum)和烟草茄病镰刀菌蓝色变种(Fusarium solani var. coeruleum)的ScTLP1基因瞬时过表达叶片发病情况较对照组轻, 表明ScTLP1基因可以诱发本氏烟的过敏反应, 参与乙烯和茉莉酸信号传导途径, 增强本氏烟对病原菌的防御效应。研究结果为深入探究甘蔗TLP家族基因的结构和功能奠定了良好的基础。

甘薯细胞壁蔗糖转化酶基因IbCWIN家族成员鉴定及表达分析

宋天晓, 刘意, 饶莉萍, Soviguidi Deka Reine Judesse, 朱国鹏, 杨新笋

作物学报. 2021, (7):  1297-1308.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04180

摘要 ( 1458 )   HTML ( 33 )   PDF (2565KB) ( 750 )  

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甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料作物和新型的生物能源作物, 细胞壁蔗糖转化酶是植物源、库组织蔗糖代谢的关键酶, 但关于甘薯细胞壁蔗糖转化酶基因IbCWIN家族成员的研究尚未见报道。本研究测定供试品种不同组织部位的蔗糖淀粉含量, 利用生物信息学方法对IbCWIN基因家族的理化性质、保守结构域、系统进化关系、启动子作用元件、组织特异性表达模式进行分析。结果表明, 甘薯茎中蔗糖含量最高, 须根和叶次之, 块根最低; 块根淀粉含量最高, 极显著高于其他部位。甘薯中含有10个IbCWIN基因, 编码氨基酸442~1115个, 蛋白质分子量范围49.56~124.44 kD, 等电点为5.0~9.1。分布在8条染色体上, 都含有Glyco_32保守结构域及相同或相似的保守基序motif, 属于糖基水解酶基因家族GH32。IbCWIN与木薯MeCWINV同源性高, IbCWIN基因家族启动子区域含有多种类型的顺式作用元件。qRT-PCR结果表明, IbCWIN基因家族在甘薯不同组织中均有表达且有多种表达模式, 其中IbCWIN2和IbCWIN9在块根中表达量显著高于其他组织部位。本研究为下一步探索甘薯IbCWIN基因家族的功能及调控甘薯源、库关系机制提供理论指导。

78份四川小麦育成品种(系)条锈病抗性鉴定与抗条锈病基因分子检测

习玲, 王昱琦, 朱微, 王益, 陈国跃, 蒲宗君, 周永红, 康厚扬

作物学报. 2021, (7):  1309-1323.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01061

摘要 ( 1587 )   HTML ( 23 )   PDF (849KB) ( 1734 )  

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四川省是小麦条锈菌新小种产生的重要地区之一, 了解2016年以来四川小麦育成品种(系)对当前流行的条锈菌生理小种和致病类型的抗性水平以及明确其抗条锈病基因的分布状况, 可为四川育种防控小麦抗条锈病和品种布局提供理论依据。本研究选择2个小种CYR32和CYR34对78份四川小麦育成品种(系)进行苗期鉴定, 利用当前小麦条锈菌优势小种CYR32、CYR33、CYR34, 以及贵22-14、贵农致病类群等混合菌进行成株期人工接种鉴定, 并利用19个抗条锈病QTL和基因QYr.nwafu-4BL、Yr5、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr36、Yr39、Yr41、Yr48、Yr65、Yr67、Yr78、Yr80和Yr81的分子标记对供试材料进行抗条锈病基因检测。结果表明, 在78份供试材料的苗期鉴定中, 对CYR32表现出抗性的有60份, 占76.92%; 对CYR34表现出抗性的有40份, 占51.28%; 同时对CYR32和CYR34表现抗性的有36份, 占46.15%。78份小麦品种(系)在成株期均表现抗条锈病, 其中绵麦835、蜀麦1743、蜀麦1829和蜀麦1868表现为免疫。苗期和成株期抗病性鉴定结果表明, 成株期抗性材料有42份, 占53.85%; 全生育期抗性材料有36份, 占46.15%。分子检测结果表明, 可能携带QYr.nwafu-4BL、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr39、Yr41、Yr65、Yr67、Yr78、Yr80和Yr81的材料分别有5、5、45、2、30、5、30、39、3、2、22、8、23、6和24份。同时携带2~6个抗条锈病基因的聚合材料分别有24、22、11、14和3份, 占94.87%。所有供试品种(系)均未检测到Yr5、Yr10、Yr36和Yr48, 仅西科麦18未检测到上述19个抗条锈病基因, 可能携带其他已知或新的条锈病抗性基因。本研究鉴定了78份四川小麦育成品种(系)对条锈病抗性水平整体较好, 明确了其携带的抗条锈病基因, 为利用其培育持久抗性小麦品种提供了科学依据。

耕作栽培·生理生化

不同时期灌溉对华北平原春玉米穗粒数的影响

高震, 梁效贵, 张莉, 赵雪, 杜雄, 崔彦宏, 周顺利

作物学报. 2021, (7):  1324-1331.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03045

摘要 ( 962 )   HTML ( 42 )   PDF (784KB) ( 1116 )  

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干旱胁迫是限制华北地区春玉米穗粒数形成的关键因子, 探究不同时期灌溉对穗粒数的影响, 对提高该地区春玉米产量和水分利用效率具有重要意义。在2014—2016年进行3年大田试验, 设置拔节期、大口期、抽雄期、吐丝后15 d灌水和不灌水对照(CK), 明确不同时期灌水对土壤水分变化、吐丝期穗位叶光合速率、穗粒数的影响及其相互关系。结果表明, 在干旱和关键生育时期缺水的年份, 灌水处理可以提高春玉米穗粒数, 其中花期灌水较其他处理提高了1.4%~97.0% (2014年和2015年); 而在多雨的2016年, 各个灌水处理间穗粒数差异不显著。拔节期和大口期灌水促进了春玉米营养生长, 提高了叶面积指数和生物量, 但春玉米花期遭遇干旱胁迫仍会降低穗粒数。花期灌水处理在营养生长阶段受干旱胁迫影响, 叶面积指数和生物量都降低, 但保证了吐丝—授粉—籽粒建成关键阶段有充足的水分供应, 其吐丝期光合速率较其他处理提高5.2%~32.8%。回归分析结果表明, 吐丝期充足的土壤水含量可以显著提高春玉米光合速率(P = 0.0034)和穗粒数(P = 0.0137), 但过多降水(降低光辐射)会影响光合作用及籽粒结实。因此, 花期灌水是干旱年份保证春玉米穗粒数的重要措施。

多肽配体R18促进水稻弱势籽粒灌浆的初步研究

张志兴, 陈花, 敏秀梅, 许海龙, 宋果, 林文雄

作物学报. 2021, (7):  1332-1341.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02049

摘要 ( 952 )   HTML ( 15 )   PDF (3094KB) ( 208 )  

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14-3-3蛋白在植物生长发育中具有重要的调控作用, 其亚型GF14f在水稻弱势籽粒中高表达是其灌浆结实差的一个重要的原因。本研究首先通过分子对接的方式, 发现多肽R18与GF14f蛋白具有潜在的结合位点, 进而采用体外竞争性实验, 发现R18能够竞争性的与GF14f蛋白结合, 从而导致GF14f与SuS2、SS和AGPS三个互作靶蛋白间的结合力减弱, 与此同时, 体外酶活实验表明, 外源添加R18能够显著提高淀粉合成酶(StSase)、蔗糖合成酶(SuSase)和ADPG焦磷酸化酶(AGPase) 3个酶的活性。免疫共沉淀实验表明, R18在水稻籽粒中除了能和GF14f结合外, 还能与GF14b、GF14c、GF14d及GF14e结合, BiFC结果也证实了上述结果。籽粒灌浆期, 外源喷施60 mg L ^-1浓度的R18于弱势籽粒上, StSase、SuSase及AGPase酶活性显著提高, 弱势籽粒千粒重及结实率也显著提高。本研究结果表明, 多肽配体R18能够与14-3-3互作靶蛋白竞争性结合, 减弱14-3-3与靶蛋白间的结合力, 进而释放籽粒灌浆过程中蔗糖转化及淀粉合成途径中关键酶的活性, 从而有利于弱势籽粒灌浆充实。

基于高光谱的水稻叶片氮含量估计的深度森林模型研究

李金敏, 陈秀青, 杨琦, 史良胜

作物学报. 2021, (7):  1342-1350.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02060

摘要 ( 1170 )   HTML ( 26 )   PDF (1786KB) ( 899 )  

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高光谱遥感已经成为快速诊断作物水氮状态的一种有效手段。然而, 传统的回归方法和机器学习往往难以挖掘高光谱的全部信息, 深度神经网络又通常需要大量的训练数据, 因此本研究试图探索在少量数据条件下构建深度学习模型并实现叶片氮含量的精准估计。通过在湖北省监利县开展了连续2年不同氮素胁迫水平的水稻试验, 测量了作物全生育期内的216组冠层光谱和叶片氮含量。基于一阶导数光谱, 本文构建了一种新的深度学习模型(深度森林DF)来进行叶片氮含量的反演, 并与2种经典机器学习模型(随机森林RF和支持向量机SVM)和一种深度神经网络模型(多层感知器MLP)进行比较。结果表明, 在基于少量高光谱数据的情况下, DF对水稻叶片氮含量的估算精度要高于MLP, 其中预测精度最高的模型为全波段光谱反演的DF模型(R²=0.919, RMSE=0.327)。在2种经典机器学习模型中, RF的估计效果优于SVM, 但2种模型结果都不够稳定。研究表明, 深度森林可以提升高光谱反演叶片氮含量的精度和稳定性, 并且可以通过多粒度扫描相对减轻过拟合程度。该研究结果可为少量数据条件下快速监测作物叶片氮含量提供参考。

夏玉米不同栽培模式花后叶片光合性能的差异

李静, 王洪章, 刘鹏, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝

作物学报. 2021, (7):  1351-1359.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03051

摘要 ( 1288 )   HTML ( 52 )   PDF (710KB) ( 2165 )  

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光合作用是作物生长发育及产量形成的重要生理过程, 不同栽培模式会显著影响夏玉米花后叶片光合性能。本研究于2018—2019年设置大田试验, 以登海605为试验材料, 当地农户栽培管理模式(farmer management mode, FP)为对照, 通过综合优化种植密度、肥料运筹和种植方式等措施设置超高产栽培模式(super high yield mode, SH)、高产高效栽培模式(high-yield and efficient mode, HH)。分析不同栽培模式叶面积指数、叶绿素含量、气体交换参数和快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)等的变化特点, 探究栽培模式对夏玉米花后叶片光合性能的调控效应。结果表明, 不同栽培模式可显著影响夏玉米成熟期群体生物量, SH、HH模式较FP两年分别平均提高27.77%和7.43%, 且HH模式花后群体生物量显著增加。不同栽培模式夏玉米花后叶片光合速率均呈现下降趋势, 吐丝后30 d (R₁+30 d)时下降幅度较大。与FP相比, SH、HH在R₁和R₁+30 d净光合速率(net photosynthetic rate, P_n)显著提高, 可维持较高的光合能力, 分别提高21.63%、12.96%和35.37%、12.37%; 另外, 气孔导度(stomatal conductance, G_s)分别提高18.36%、16.66%和26.16%、10.74%, 胞间二氧化碳浓度(intercellular carbon dioxide concentration, C_i)分别降低12.85%、7.34%和14.08%、9.75%, 不同栽培模式间光合性能的差异是由非气孔因素引起的。SH、HH的W_k和V_j较FP显著降低, 表明其PSII反应中心供、受体侧性能均有明显改善, 增大了PSII电子传递效率(φ_E0)及向下游传递电子的能力, PSII反应中心活性及PSII与PSI之间的协调性提高。因此, SH、HH处理有效地改善了光系统性能, 提高光合速率、延长了叶片光合高值持续期, 是群体生物量增加, 实现高产的原因。

播期对四川盆地杂交籼稻米饭食味品质的影响

李博, 张驰, 曾玉玲, 李秋萍, 任洪超, 卢慧, 杨帆, 陈虹, 王丽, 陈勇, 任万军, 邓飞

作物学报. 2021, (7):  1360-1371.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02053

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为明确播期对四川盆地杂交籼稻米饭食味品质的影响, 以杂交籼稻宜香优2115、F优498和川优6203为试验材料, 在四川大邑、南部、射洪3个地点设置大田播期试验, 利用米饭食味计和硬度黏度仪, 研究了不同地点间播期对杂交籼稻米饭外观、口感、综合评分、以及硬度和黏度的影响。结果表明: (1) 杂交籼稻的米饭食味品质是地点、品种、播期及其互作共同作用的结果。(2) 不同播期间, 米饭外观、口感和综合评分均表现为宜香优2115>川优6203>F优498, 硬度值则以F优498最高, 优质品种宜香优2115米饭食味品质明显较优; 不同地点间, 适宜推迟播期则可提高米饭外观、口感、综合评分, 进而提高米饭食味品质。(3) 相关分析表明, 综合评分与播种-抽穗期的积温和降雨量分别呈极显著正相关和显著负相关, 与抽穗-成熟期积温和日照时数, 以及全生育期降雨量呈显著或极显著负相关。(4) GGE模型分析表明, 在大邑播期推迟10 d具有较好的综合评分且稳定性好; 在南部和射洪, 播期推迟10~20 d具有较高的综合评分, 且稳定性较好。综合来看, 在四川盆地, 播期推迟10~20 d可以使水稻灌浆结实期处于较合理的温光环境, 进而有效改善杂交籼稻的米饭食味品质, 提高综合评分和稳定性。

控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻甬优1540产量及氮肥利用的影响

柯健, 陈婷婷, 徐浩聪, 朱铁忠, 吴汉, 何海兵, 尤翠翠, 朱德泉, 武立权

作物学报. 2021, (7):  1372-1382.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02055

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研究籼粳杂交稻钵苗摆栽超高产栽培模式下适宜的控释氮肥运筹。试验于2016—2017年在安徽庐江进行, 以当地高产籼粳杂交稻甬优1540为供试品种, 设置控释氮肥一次性基施(single basal application of CRNF, BC)、与尿素分蘖肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at the tillering stage, BC+TU)、与尿素穗肥配施(basal application of CRNF combined with urea top-dressing at panicle initiation, BC+PU)三种运筹模式, 以尿素分次施肥(conventional high-yield fertilization, SU)和不施氮肥(0N)为对照, 研究控释氮肥运筹对钵苗摆栽籼粳杂交稻产量、氮肥吸收利用及相关农艺指标的影响。结果表明, 控释氮肥阶段释放基蘖肥: 穗肥比例为7∶3, 较传统优化氮肥运筹SU (6∶4)整体表现基蘖肥冗余, 穗肥不足, 因而BC和BC+TU处理显著降低了钵苗摆栽籼粳杂交稻产量和氮肥利用效率。与BC和BC+TU处理相比, BC+PU通过基肥减量和尿素穗肥配施, 在保证水稻营养生长期基本氮素供应的同时, 显著增加了穗分化至成熟期氮素吸收, 促进了穗分化至成熟期光合物质生产能力, 在稳定有效穗数和千粒重的同时, 显著提高了钵苗摆栽籼粳杂交稻每穗粒数、结实率和产量, 很好的匹配了钵苗摆栽籼粳杂交稻全生育期氮素需求。BC+PU两年的产量和氮肥利用率分别为12.2~13.1 t hm ^-2和43.8%~44.1%, 分别较BC显著提高7.4%~9.2%和48.5%~59.9%, 较BC+TU显著提高8.0%~11.9%和63.9%~74.5%。另外, BC+PU的产量和氮肥利用率与SU无显著差异, 但由于大幅降低了施氮人工成本, 最终提高净收益6.5%~12.3%。在籼粳杂交稻钵苗摆栽超高产栽培模式下, 采用70%控释氮肥+30%尿素穗肥处理可有效取代常规尿素分次施肥, 获得无显著差异的水稻产量和氮肥利用效率, 同时进一步提高经济效益。

研究简报

生物菌肥与无机肥配施对藜麦农艺性状、产量性状及品质的影响

邓妍, 王娟玲, 王创云, 赵丽, 张丽光, 郭虹霞, 郭红霞, 秦丽霞, 王美霞

作物学报. 2021, (7):  1383-1390.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04171

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为探索适宜晋北地区推广应用的藜麦栽培管理模式, 实现藜麦产量和品质提升, 本试验选用当地自有品种华青1号, 采用单因素完全随机设计, 以有机肥和无机肥配施比例为变量, 设常规施肥CK (有机肥0 kg hm ^-2, 尿素和磷酸二胺各450 kg hm ^-2)、有机肥和无机肥配施比例T1 (有机肥1500 kg hm ^-2, 尿素和磷酸二胺各225 kg hm ^-2)、T2 (有机肥2250 kg hm ^-2, 尿素和磷酸二胺各225 kg hm ^-2)、T3 (有机肥3000 kg hm ^-2, 尿素和磷酸二胺各225 kg hm ^-2) 4个处理, 分析藜麦生育进程、农艺性状的差异, 揭示藜麦产量和品质同步提升的农学性状, 探求藜麦高产优质适宜的有机无机配施比例。结果表明, 生物菌肥与无机肥配施可增加土壤表层有机质含量, 降低碱解氮和有效磷含量及土壤pH, 显著增加速效钾含量, 且随生物菌肥施用量的增加, 土壤中有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量提高, pH降低; 与常规施肥CK相比, 配施生物菌肥能够缩短藜麦生育期, 提高成熟期藜麦株高、茎秆直径和茎秆强度, 从而降低倒伏率; 增加藜麦分枝数、千粒重, 提高了产量; 可增加蛋白质和脂肪含量, T2处理表现明显; 降低淀粉含量, 以T2处理最低, 但与其他两处理间差异不显著; 生物菌肥与无机肥配施可提高植株对肥料的利用, 随生物菌肥施用量的增加, 氮肥利用效率、磷肥利用效率及氮磷肥偏生产力先升后降, 均以T2处理最高。相关分析结果表明, 藜麦籽粒产量与千粒重的关系最密切, 籽粒蛋白质含量与产量、千粒重、分枝数和茎秆强度也呈正相关, 籽粒淀粉含量与千粒重呈负相关。因此, 本试验条件下, 晋北地区有机无机配施量为氮磷肥各225 kg hm ^-2配施生物有机菌肥2250 kg hm ^-2时利于藜麦实现产量品质同步提升。

利用东乡普通野生稻染色体片段置换系定位产量相关性状QTL

罗兰, 雷丽霞, 刘进, 张瑞华, 金桂秀, 崔迪, 黎毛毛, 马小定, 赵正武, 韩龙植

作物学报. 2021, (7):  1391-1401.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02054

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以东乡普通野生稻和日本晴为亲本构建的染色体片段置换系为研究材料, 2019年分别在北京、山东临沂和江西南昌对分蘖数、穗粒数和粒形等11个产量相关性状进行多环境鉴定, 结合染色体片段置换系基因型数据定位水稻产量相关性状QTL。3个环境共检测到68个QTL, 包括株高4个、穗长5个、分蘖数2个、一次枝梗数7个、一次枝梗粒数8个、二次枝梗数8个、二次枝梗粒数10个、每穗粒数6个、千粒重7个、粒长8个和粒宽3个; LOD值介于2.50~12.66之间, 贡献率变幅为4.67%~27.79%, 15个QTL的贡献率大于15%; 24个QTL与已报道位点/基因位置重叠, 44个QTL为新发现位点; 6个QTL在2个环境能被检测到, 1个QTL qTGW2能在3个环境检测到, 且是还未报道的新位点。最后, 利用BSA法验证了qPH7、qPBPP8-2和qGW10三个QTL的可靠性。本研究将为后续产量相关性状基因克隆以及进一步解析其遗传基础和分子调控机制奠定基础。

硬粒小麦-长穗偃麦草附加系、代换系和易位系的创制

段亚梅, 罗贤磊, 陈士强, 高勇, 陈建民, 戴毅

作物学报. 2021, (7):  1402-1414.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01072

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通过小麦与长穗偃麦草远缘杂交创制附加系、代换系及易位系是小麦遗传改良中利用长穗偃麦草优良基因的重要途径。本研究将长穗偃麦草特异分子标记、染色体计数、基因组原位杂交(GISH)及非变性原位杂交(ND-FISH)等多种方法相结合, 对硬粒小麦Langdon (AABB)与小偃麦8801 (AABBEE)的杂交后代群体进行分子细胞学鉴定, 创制出硬粒小麦-长穗偃麦草3E、6E染色体双体附加系Du-DA3E和Du-DA6E, 硬粒小麦-长穗偃麦草1E (1B)染色体双体代换系Du-DS1E (1B)以及硬粒小麦-长穗偃麦草1AS-1EL染色体易位系Du-T1AS·1EL。创制的4个种质中长穗偃麦草染色体均能稳定遗传, 这不仅增加了硬粒小麦-长穗偃麦草附加系和代换系的类型, 还为后续利用长穂偃麦草优良基因改良小麦提供了特殊种质资源。