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2021年 第47卷 第8期 刊出日期：2021-08-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

小麦lncRNA27195及其靶基因TaRTS克隆及表达分析

王娜, 白建芳, 马有志, 郭昊宇, 王永波, 陈兆波, 赵昌平, 张立平

作物学报. 2021, (8):  1417-1426.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01071

摘要 ( 729 )   HTML ( 43 )   PDF (3770KB) ( 916 )  

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长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)是一种大于200 bp的非编码RNA, 大量存在于植物体中, 其可通过调节基因表达或蛋白功能, 在植物生长发育与胁迫应答中发挥重要作用。前期在研究光照和温度对小麦光温敏核雄性不育系BS366育性诱导中, 利用转录组测序筛选获得与育性相关的lncRNA (lncRNA2719)。为研究小麦lncRNA27195的功能, 本研究在BS366中克隆lncRNA27195及其靶基因TaRTS, 并对TaRTS进行生物信息学分析, 结果显示, TaRTS基因全长315 bp, 编码104个氨基酸, 且发现该RTS蛋白仅存在于禾本科植物中。通过实时荧光定量PCR, 对lncRNA27195及TaRTS基因在不同组织不同光温处理及茉莉酸甲酯处理下进行表达模式分析, 发现lncRNA27195和TaRTS均在雄蕊中高表达, 呈显著的正相关, 且两者在不同光温条件下呈现出不同的表达模式。光照和温度均对lncRNA27195和TaRTS有调控作用, 适当浓度的MeJA促进两者的表达, SA抑制两者表达。以上结果表明, 在光周期、温度和植物激素的诱导下, lncRNA27195正向调节TaRTS基因表达, 进而影响花粉育性, 本研究结果有助于促进对小麦光温敏核型雄性不育系的机理研究和生产应用。

四倍体小麦与六倍体小麦杂种的染色体遗传特性

罗江陶, 郑建敏, 蒲宗君, 范超兰, 刘登才, 郝明

作物学报. 2021, (8):  1427-1436.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01067

摘要 ( 1685 )   HTML ( 45 )   PDF (4724KB) ( 759 )  

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四倍体栽培小麦(Triticum turgidum L., AABB)和普通小麦(Triticum aestivum L., AABBDD)是两种目前主要的小麦栽培种。通过远缘杂交转移利用四倍体小麦(或六倍体小麦)基因是六倍体小麦(或四倍体小麦)遗传改良的重要方法。然而, 两者杂种F₁为基因组组成不平衡的五倍体, 其中A和B基因组染色体均为两套, 而D基因组染色体仅一套。亲本间的遗传差异, 包括核基因组和细胞质基因组, 可能影响五倍体杂种的染色体传递效率。本研究以多个不同遗传背景的四倍体小麦和六倍体小麦为亲本, 配置正反交五倍体杂种F₁, 采用多色荧光原位杂交技术分析自交F₂代植株的染色体组成规律。结果表明, 杂交亲本的遗传背景对杂种F₁自交结实率影响显著; 不论是以四倍体小麦还是六倍体小麦做母本, AB基因组染色体在F₁自交过程中相对稳定, F₂后代的数目均接近28条(27.9 vs. 28.0); 以四倍体小麦为母本F₂平均保留的D基因组染色体数显著多于以六倍体小麦为母本的后代(7.0 vs. 2.9)。因此, 以四倍体小麦为最终目标后代时, 应优先以六倍体小麦为母本进行杂交组合的配置; 以六倍体小麦为最终目标后代时, 应优先以四倍体小麦为母本开始最初的杂交组合配置。

小麦B-box基因家族全基因组鉴定与表达分析

王艳朋, 凌磊, 张文睿, 王丹, 郭长虹

作物学报. 2021, (8):  1437-1449.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01077

摘要 ( 1086 )   HTML ( 69 )   PDF (3123KB) ( 894 )  

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B-box (BBX)是一类含有1个或2个B-box结构域的锌指蛋白, 在植物生长发育中起着重要作用。本研究明确小麦B-box转录因子的数量、基因结构和分类进化关系, 研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对非生物胁迫的响应。从小麦全基因组中鉴定得到87个B-box基因家族成员, 所有TaBBXs蛋白均含有B-box结构域。TaBBXs编码146~489个氨基酸, 理论等电点为4.32~10.42。染色体定位分析表明, TaBBXs分布在除1A、1B和1D之外的18条小麦染色体上。通过系统发育分析将TaBBXs划分为5个亚家族, 有0~4个内含子。在同组内同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构。qRT-PCR分析的20个TaBBXs基因, 具有不同的组织表达模式, 16个基因在叶中有较高表达, TaBBX10和TaBBX39仅在叶中有较高表达, 而TaBBX74在穗中表达, TaBBX43在根中特异性表达。在不同逆境胁迫下, TaBBXs呈现不同表达模式, 11个基因在低温胁迫后上调表达, 12个基因在ABA处理后下调表达, 盐胁迫后10个基因出现上调表达, 干旱胁迫后7个基因出现下调表达, TaBBX10、TaBBX39、TaBBX60、TaBBX67和TaBBX74基因在2种或2种以上胁迫下有显著的上调表达。

影响甘薯收获期软腐病发生的指标筛选

张思梦, 倪文荣, 吕尊富, 林燕, 林力卓, 钟子毓, 崔鹏, 陆国权

作物学报. 2021, (8):  1450-1459.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04213

摘要 ( 697 )   HTML ( 18 )   PDF (1489KB) ( 709 )  

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软腐病是甘薯贮藏期最具破坏力的病害之一, 病原菌是匍枝根霉(Rhizopus stolonifer), 匍枝根霉从伤口侵染, 利用伤口的营养物质进行繁殖, 破坏细胞壁, 造成薯块软烂。本研究以不同时期收获的6个甘薯品种块根为试验材料, 通过薯片接菌碟法鉴定软腐病抗性, 测定薯块的质构特性(硬度、黏附性、黏附力、内聚性、弹性、咀嚼性、胶黏性)、营养物质(干率、淀粉、果糖、葡萄糖、蔗糖、粗蛋白、粗纤维)、抗性酶活(POD、PPO、PAL)等生理指标, 对各指标值进行相关分析、灰色关联度分析、隶属函数分析, 筛选和综合评价软腐病抗性指标。根据病斑直径将甘薯软腐病抗性划分等级, 通过病斑直径和各指标值的相关分析、灰色关联度分析, 筛选抗软腐病指标并确定其权重, 再进行隶属函数分析, 得到不同材料软腐病抗性综合评价值(D值), 通过综合评价值和病斑直径比较及相关分析验证指标筛选的可靠性。试验材料的软腐病抗性结果显示, 90 d收获甘薯软腐病抗性表现为抗病, 105 d收获甘薯整体表现为感病和高感, 120、135、150 d收获甘薯软腐病整体抗性为中抗, 同时筛选出果糖含量、咀嚼性、内聚性、弹性、粗蛋白含量、POD、PAL酶活性等7个可评价甘薯软腐病抗性的指标。本研究可为甘薯抗软腐新品种选育提供种质并为甘薯软腐病抗性评价及抗软腐机制研究提供理论依据。

基于BSA-Seq和RNA-Seq方法鉴定大豆抗豆卷叶螟候选基因

曾维英, 赖振光, 孙祖东, 杨守臻, 陈怀珠, 唐向民

作物学报. 2021, (8):  1460-1471.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04195

摘要 ( 983 )   HTML ( 28 )   PDF (3901KB) ( 790 )  

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豆卷叶螟(Lamprosema indicata Fabricius)是重要的大豆食叶性害虫, 挖掘大豆抗豆卷叶螟相关基因对大豆抗虫品种选育和遗传改良至关重要。本研究用大豆高抗豆卷叶螟材料赶泰-2-2和高感豆卷叶螟材料皖82-178进行杂交构建F₂代分离群体, 从303个F₂代单株中挑选出高抗豆卷叶螟和高感豆卷叶螟的单株各30株, 分别构建2个极端性状的DNA混合池用于全基因组重测序以分析控制豆卷叶螟相关的候选基因。结果表明, 4个样本中共有11,963,077个单核苷酸多态性(SNPs)标记, 根据SNP-index方法关联分析, 共有329个基因位于99%置信区间外, 这些基因主要集中在7号染色体5,601,065~5,865,237 bp区间(总长为0.26 Mb)、16号染色体2,975,110~6,336,096 bp区间(总长为3.36 Mb)、18号染色体44,366,115~54,297,600 bp区间(总长为9.93 Mb)等区域内。将BSA-Seq结果与转录组测序结果进行联合分析发现, 有12个基因相关联; 最后, 结合生物信息学分析、候选基因的表达模式和基因的同源注释, 锁定CNGC4、WRKY16转录因子、AAP7、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、ZPR1B等12个基因为控制豆卷叶螟性状相关的候选基因。本研究结果不仅为解析大豆抗豆卷叶螟的分子机理奠定重要的基础, 也将为大豆抗虫基因的克隆奠定坚实的理论基础。

利用单片段代换系鉴定巴西陆稻IAPAR9中的粒型基因

张波, 裴瑞琴, 杨维丰, 朱海涛, 刘桂富, 张桂权, 王少奎

作物学报. 2021, (8):  1472-1480.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02056

摘要 ( 593 )   HTML ( 13 )   PDF (3403KB) ( 696 )  

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水稻粒型是由多基因控制的复杂数量性状, 是稻米产量和品质的重要影响因子, 水稻粒型基因的定位与遗传研究有助于稻米产量与品质的协同改良。本研究利用巴西陆稻IAPAR9为供体、以华南地区高产籼稻品种华粳籼74为受体, 构建的153份水稻单片段代换系材料, 连续两季通过单因素方差分析和邓肯氏多重比较, 结合代换片段重叠群作图, 定位了13个控制水稻粒型及粒重的QTL。这13个位点分别分布于水稻1、2、4、5、6、7、9和11号染色体上, 包括9个控制谷粒长的QTL、1个控制谷粒宽的QTL和3个控制千粒重的QTL。其中, qGL1-2、qTGW1-2和qGL11为新鉴定的QTL位点。新的粒型QTL定位将为进一步的基因克隆与粒型遗传调控网络解析提供依据和线索, 也可为稻米产量与品质协同改良提供新的种质资源。

CRISPR/Cas9编辑花生FAD2基因研究

张旺, 冼俊霖, 孙超, 王春明, 石丽, 于为常

作物学报. 2021, (8):  1481-1490.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04214

摘要 ( 950 )   HTML ( 48 )   PDF (3787KB) ( 872 )  

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油酸脱氢酶(Δ12FAD或FAD2)是催化油酸(OA)的C12位上脱氢生成双不饱和亚油酸(LA)的关键酶, 它控制油酸、亚油酸的含量及其比值(O/L)。研究表明, AhFAD2是油酸生成亚油酸的关键基因, 决定花生种子中油酸和亚油酸的相对含量。本研究根据AhFAD2基因序列, 设计了相应sgRNA序列, 并构建了旨在敲除FAD2A和FAD2B两个花生油酸脱氢酶的CRISPR/Cas9基因编辑载体。经花生基因转化后, 通过对转基因花生突变位点基因组序列分析找出基因突变体。对靶基因分析发现, 16株转基因花生含有29个FAD2A基因突变, 其中16个突变引起蛋白质序列变化; 11株转基因花生含有30个FAD2B基因突变, 其中17个突变引起蛋白质序列变化。FAD2A和FAD2B蛋白质序列的变化可影响花生油酸脱氢酶的活性, 改变油酸催化脱氢, 使亚油酸合成受阻, 油酸含量增加。本研究为研究花生脂肪酸合成及高油酸花生育种提供了宝贵的基因突变体材料。

整合GWAS和WGCNA筛选鉴定甘蓝型油菜生物产量候选基因

王艳花, 刘景森, 李加纳

作物学报. 2021, (8):  1491-1510.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04175

摘要 ( 1004 )   HTML ( 74 )   PDF (23772KB) ( 693 )  

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生物产量是作物获得高产的重要基础, 对于甘蓝型油菜(Brassica napus L.)尤其重要。本研究利用588份甘蓝型油菜材料构成的自然群体2年生物产量表型数据的全基因组关联分析, 再结合高生物产量材料‘CQ45’和低生物产量材料‘CQ46’的转录组测序(RNA-seq)结果, 整合了6个甘蓝型油菜材料6个部位(茎秆、叶片、花后30 d主轴与侧枝种子、花后30 d主轴与侧枝角果皮)的转录组数据构建的加权共表达网络分析(WGCNA), 筛选出与生物产量相关的候选基因。通过相关分析发现, 2年间甘蓝型油菜自然群体中生物产量对大多数产量相关性状都具有正向效应; 自然群体2年生物产量分析的最佳模型均为K+PCA模型, 共检测到9个显著位点(P < 1/385691或P < 0.05/385691); 根据CQ45和CQ46共36组转录组数据, 选择MAD值为前5%的基因共计5052个用于构建WGCNA, 通过筛选合并共得到了15个模块, 其中5个基因共表达模块分别与叶片、茎秆和花后30 d种子显著性相关; 整合了WGCNA中关键模块的hub gene、GWAS分析得到的显著SNP位点和极端表型差异基因确定候选基因, 它们的拟南芥同源基因为HCEF1、HOG1、SBPASE、ACT2, 这些基因在光合作用的卡尔文循环、碳同化、物质积累等方面发挥重要作用。

普通小麦-六倍体中间偃麦草易位系的抗条锈鉴定及应用评估

王音, 冯志威, 葛川, 赵佳佳, 乔玲, 武棒棒, 闫素仙, 郑军, 郑兴卫

作物学报. 2021, (8):  1511-1521.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01082

摘要 ( 775 )   HTML ( 14 )   PDF (4199KB) ( 635 )  

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小麦近缘属种中含有丰富的抗病资源, 前期从普通小麦与六倍体中间偃麦草的杂交、回交后代中, 鉴定获得稳定的小麦易位系新种质ZH811。为发掘和利用该易位系的抗性基因, 对ZH811进行苗期分小种的条锈病鉴定、田间农艺性状考察、分子细胞学特性和主要品质性状分析; 利用随机扩增多态性DNA (Random Amplified Polymorphic DNA, RAPD)开发易位片段的特异标记。结果表明, ZH811苗期对条锈菌条中29、31、32、33、34以及水源4、5和7号的混合菌种具有较强的抗性, 其抗性源于5D染色体短臂含有来源于E^e基因组的小片段易位; SCAR标记(Sequence Characterized Amplified Region, SCAR)和黑芒可作为易位片段追踪的分子和形态标记; ZH811的主要农艺性状接近当前黄淮北片麦区的主推品种, HMW-GS组合类型是“1, 17+18, 5+10”, 3个位点均为优质亚基, 各项品质指标达到中强筋的标准; 易位片段具有增加穗粒数的效应, 不含降低品质的连锁累赘。ZH811可为培育高产、抗病和优质小麦新品种提供重要的中间材料。

甘蔗PsbR亚基应答SCMV侵染及其与SCMV-6K2的互作

张海, 程光远, 杨宗桃, 刘淑娴, 商贺阳, 黄国强, 徐景升

作物学报. 2021, (8):  1522-1530.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04194

摘要 ( 548 )   HTML ( 12 )   PDF (2353KB) ( 461 )  

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光系统II (Photosystem II, PSII)的PsbR亚基对于放氧复合体(oxygen-evolving complex)的组装和稳定具有至关重要的作用。本课题组前期克隆了甘蔗(Saccharum spp. hybrid)的PsbR亚基编码基因, 命名为ScPsbR, 并利用酵母双杂交技术(yeast two hybrid, Y2H)验证了ScPsbR与甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)编码蛋白6K2的互作。本研究通过生物信息学分析表明, ScPsbR具有典型的PsbR亚基结构域, 无信号肽, 具有1个跨膜结构域, 为稳定的疏水性蛋白。系统进化树分析表明, 该蛋白在C₃和C₄植物中存在明显的分化。亚细胞定位试验表明, ScPsbR定位于叶绿体且与SCMV-6K2共定位。双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验进一步验证了ScPsbR与SCMV-6K2的互作。实时荧光定量PCR检测表明, ScPsbR基因表达具有显著的组织特异性, 在根和茎中表达极少, 未成熟叶片和初衰叶中次之, 成熟叶片中相对表达量最高; SCMV侵染显著影响ScPsbR基因表达, ScPsbR基因在侵染0~12 h显著上调, 侵染1~5 d下调至略低于对照的水平, 但差异不显著, 侵染7~15 d显著下调。

甘蔗新品种(系)苗期白条病人工接种抗性鉴定与评价

傅华英, 张婷, 彭文静, 段瑶瑶, 许哲昕, 林艺华, 高三基

作物学报. 2021, (8):  1531-1539.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04203

摘要 ( 725 )   HTML ( 14 )   PDF (2705KB) ( 739 )  

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由白条黄单胞杆菌(Xanthomonas albilineans)引起的甘蔗白条病是甘蔗生产中的重要细菌性病害之一,选用抗病品种是甘蔗白条病防控最经济、最有效的措施。为明确国内甘蔗新品种(系)对白条病菌的抗性水平, 本研究选用抗白条病品种LCP 85-384和感白条病品种新台糖20号为对照种, 对我国各育种单位新选育的49个甘蔗新品种(系)进行苗期人工接种抗白条病鉴定。研究结果显示, 从白条病菌Xa-FJ1菌液接种后第7天开始, 随着时间的推移, 甘蔗品种白条病病情指数不断提高, 到接种后21~28 d时, 各品系的病情指数进入平稳增长时期。对接种后的病叶进行病原菌分离和叶片总DNA的提取, 利用甘蔗白条病菌特异性引物XAF1/XAR1进行PCR检测和鉴定, 结果证实白条病菌Xa-FJ1通过人工接种方式成功侵染供试材料。基于病情指数评价甘蔗抗病性水平, 将51份供试材料划分为抗、中抗、感、高感4个不同抗病等级。抗病至中抗水平的品种(系)有19份, 占37.3%, 其中抗病等级只有3份, 分别为粤甘50、福农09-7111和中蔗10号; 感病至高感水平的品种(系)有32份, 占62.7%。上述抗性鉴定结果表明, 本研究参试国内新选育的甘蔗品种(系)苗期对白条病的抗性水平没有达到高抗的品种(系), 建议加强甘蔗白条病抗病基因资源的挖掘和利用。

耕作栽培·生理生化

机插密度和穗肥减量对优质食味水稻品种籽粒淀粉合成的影响

陈云, 刘昆, 张宏路, 李思宇, 张亚军, 韦佳利, 张耗, 顾骏飞, 刘立军, 杨建昌

作物学报. 2021, (8):  1540-1550.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02069

摘要 ( 667 )   HTML ( 15 )   PDF (719KB) ( 1055 )  

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机插密度对优质食味水稻品种籽粒淀粉合成的影响尚不明确。试验以3个江苏省代表性优质食味水稻品种南粳9108、南粳5055和南粳46为材料, 行距固定为30 cm, 通过设置10、12、14、16和18 cm株距, 形成33.3×10⁴、27.8×10⁴、23.8×10⁴、20.8×10⁴和18.5×10⁴穴 hm^-2 5种机插密度, 研究了机插密度对上述优质食味水稻品种产量和籽粒淀粉合成的影响, 并观察了穗肥施氮量减半施用对优质食味水稻籽粒淀粉合成的调控效应。结果表明: (1) 3个优质食味水稻品种产量均在密度为27.8×10⁴穴 hm^-2时最高。成熟期稻米直链淀粉含量随机插密度增加呈先下降后上升的趋势, 支链淀粉含量则不断下降。机插密度控制在27.5×10⁴~29.9×10⁴穴 hm^-2时, 有利于提高上述优质食味水稻品种的食味值。(2) 随机插密度增加, 颗粒结合态淀粉合成酶(granule-bound starch synthase, GBSS)和ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase, AGP)在籽粒灌浆前中期(抽穗后8~20 d)的活性有所上升, 但在灌浆后期迅速下降, 而机插密度对淀粉分支酶(starch branching enzyme, SBE)活性无明显影响。其中, 抽穗后12~16 d籽粒中GBSS和AGP活性与直链淀粉和总淀粉含量呈显著或极显著正相关。(3) 与正常穗肥相比, 穗肥减半处理能显著降低优质食味水稻品种灌浆前中期籽粒中GBSS和AGP活性, 降低稻米直链淀粉含量, 提升优质食味稻米的食味值。上述结果表明, 机插密度可通过调控灌浆前中期籽粒中淀粉合成关键酶(GBSS和AGP)活性, 调控直链淀粉含量进而影响稻米食味值。合理的机插密度和穗肥施用量有助于进一步改善优质食味稻米的食味品质。

地膜覆盖对黄土高原地区两种种植密度下玉米叶片代谢组的影响

牛丽, 白文波, 李霞, 段凤莹, 侯鹏, 赵如浪, 王永宏, 赵明, 李少昆, 宋吉青, 周文彬

作物学报. 2021, (8):  1551-1562.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03053

摘要 ( 594 )   HTML ( 22 )   PDF (4124KB) ( 821 )  

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在黄土高原地区, 对覆膜条件下玉米叶片代谢组变化规律的研究是探索覆膜增产生理机制的重要方面。本研究采用气相色谱-四极杆-飞行时间质谱(GC-QTOF)技术, 对2种覆膜方式(塑料膜覆盖和不覆盖)、2个密度(7.5×10⁴株 hm^-2和10.5×10⁴株 hm^-2)和2个品种(郑单958和先玉335)的吐丝期玉米叶片进行了代谢组学分析。从差异代谢物个数来看, 先玉335对覆膜的响应大于郑单958, 较高的种植密度缩小了覆膜与无覆膜处理间叶片代谢的差异。主成分分析表明, 覆膜处理和品种均对代谢物组成产生了重大影响。覆膜引起的代谢谱差异主要是由柠檬酸等有机酸和氨基酸造成的; 品种引起的代谢组差异主要是由辛酸等烷酸和酚类造成的。相关分析表明, 叶绿醇、白藜芦醇、葡萄糖-6-磷酸与玉米籽粒产量呈显著正相关关系, 而甘油与之呈显著负相关关系。在覆膜条件下, 与呼吸作用及清除光呼吸产物相关的缬氨酸、异亮氨酸及蛋氨酸, 与三羧酸循环相关的异柠檬酸以及可减轻光抑制的蛋氨酸、N-乙酰基天冬氨酸等代谢物的水平整体呈升高趋势。以上结果表明, 在覆膜条件下, 消除光呼吸产物及减少光抑制的相关代谢物的积累是叶片净光合速率提高的代谢基础; 抗氧化及能量代谢相关的代谢物在提高产量的过程中发挥了重要作用。

基于小波分析的水稻籽粒直链淀粉含量高光谱预测

张骁, 闫岩, 王文辉, 郑恒彪, 姚霞, 朱艳, 程涛

作物学报. 2021, (8):  1563-1580.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02063

摘要 ( 802 )   HTML ( 19 )   PDF (4378KB) ( 392 )  

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水稻籽粒直链淀粉含量影响稻米的蒸煮食味品质。利用遥感技术及时、准确地获取籽粒直链淀粉含量可以指导相应栽培措施的制定与实施, 以提高稻米的食味品质。小波分析作为光谱敏感特征提取的有效方法, 广泛应用于作物生理生化参数的估算, 然而基于小波分析的作物品质参数估算, 在米粉、稻穗水平上的应用还未见报道。本文以室内获取的水稻米粉与干穗反射光谱为基础数据源, 通过连续小波光谱变换、敏感小波特征提取、共性特征分析和预测模型构建等4个步骤, 明确不同光谱参数预测水稻籽粒直链淀粉含量的性能, 最终实现在器官水平的直链淀粉含量高光谱预测。结果表明: (1) 相较归一化光谱指数, 敏感小波特征可有效地提高直链淀粉含量预测精度, 预测模型更具普适性和鲁棒性; (2) 从米粉光谱提取的敏感小波特征WF_2037,6, 与籽粒直链淀粉含量相关性较高(R²= 0.59), 对独立年份的样本预测效果较好(RMSE = 1.51%, Bias = 0.44%, RRMSE = 23.50%), 并可直接应用于干穗光谱(R²= 0.62, RMSE = 1.49%, Bias = -0.17%, RRMSE = 25.76%)。本文利用连续小波光谱分析, 提取了米粉和稻穗水平的直链淀粉敏感小波特征WF_2037,6, 建立了高精度预测模型, 拓宽了连续小波光谱分析的应用范围, 为冠层水平水稻籽粒直链淀粉含量的高光谱估算奠定基础。

花生根际土壤细菌群落多样性对盐胁迫的响应

戴良香, 徐扬, 张冠初, 史晓龙, 秦斐斐, 丁红, 张智猛

作物学报. 2021, (8):  1581-1592.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04160

摘要 ( 707 )   HTML ( 19 )   PDF (1106KB) ( 950 )  

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为明确盐胁迫条件下花生根际土壤细菌群落结构的变化, 采用盆栽试验设置不同盐胁迫强度处理, 以开花下针期和成熟期花生根际土壤为研究对象, 提取其总DNA并构建细菌16S rRNA基因文库, 利用高通量测序技术进行测序, 并对测序结果进行生物信息学分析。结果显示, 各处理样本根际土壤优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、Patescibacteria、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)。优势菌目分别为(Saccharimonadales)、β-变形菌目(Betaproteobacteria)、鞘脂单胞菌目(sphingomonadales)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)和根瘤菌目(Rhizobiales)。盐胁迫提高了变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度, 但降低了放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度, 且均随盐胁迫强度提高其升降幅度增大。盐胁迫下基施钙肥使β-变形菌目(Betaproteobacteria)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)和鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)相对丰度显著升高, 并均受盐胁迫强度、生育时期和外源施钙肥的影响。聚类分析结果表明, 较高浓度盐胁迫处理样本的优势菌属组成相似而聚为一组, 非盐胁迫处理样本属水平丰度依生育时期相同而相近, 各聚为一组。盐胁迫强度、生育时期对花生根际土壤微生物菌群类型影响较大, 基施钙肥影响较小。土壤微生物功能预测分析显示, 高盐胁迫可明显降低次生代谢产物、聚糖的生物合成与代谢, 以及氨基酸和脂肪酸代谢等功能基因在根际土壤中的富集。花生旺盛生长期、低盐胁迫和基施钙肥处理使得功能基因丰度大幅提高, 可能对花生生长及胁迫应答具有重要功能。根际土壤微生物菌群多样性的研究将为通过改良土壤微生物环境来提高植物胁迫耐受性提供重要途径。

不同株型杂交籼稻对氮肥的耐受性差异比较

杨志远, 舒川海, 张荣萍, 杨国涛, 王明田, 秦俭, 孙永健, 马均, 李娜

作物学报. 2021, (8):  1593-1602.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02036

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本研究通过3个大田裂区试验探究紧凑型杂交籼稻(compact hybrid rice, CHR)和松散型杂交籼稻(loose hybrid rice, LHR)品种对氮肥的耐受性差异。试验于2016—2018年在四川绵阳和成都实施, 主区为2个不同类型水稻品种各2个: 紧凑型杂交稻(CHR)隆两优1206和Y两优1号、松散型杂交稻(LHR)宜香优2115和F优498, 副区为4个施氮量: 0 (N0)、90 (N90)、150 (N150)和210 (N210)。结果表明, CHR对高氮耐受性优于LHR, 施氮量≤150 kg hm^-2时, LHR产量高于CHR, 施氮量达到210 kg hm^-2时, CHR单穗重优势升至14.46%, 而有效穗劣势降至12.46%, 产量较LHR高1.43%。偏最小二乘回归分析显示, 高峰苗、拔节至抽穗期生长速率、叶面积指数(leaf area index, LAI)及表征叶片伸展程度的消光系数(K值)对CHR和LHR产量贡献均为正向, 成穗率和抽穗期有效穗占比对产量贡献为负, 对氮肥农学利用率的影响则相反; 除K值外, 其余指标对产量贡献相近, 氮肥农学利用率亦如此。N0和N90条件下, CHR的LAI和K值均小于LHR, 光能截获率亦低于LHR; 施氮量由150 kg hm^-2增长至210 kg hm^-2, CHR的K值显著提高, 而LHR几乎无变化, 最终CHR抽穗期光能截获率超越LHR, 表明紧凑型杂交稻叶片伸展对高氮响应灵敏。

丛枝菌根真菌对玉米籽粒产量和氮素吸收的影响

张学林, 李晓立, 何堂庆, 张晨曦, 田明慧, 吴梅, 周亚男, 郝晓峰, 杨青华

作物学报. 2021, (8):  1603-1615.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03050

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明确丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizae Fungi, AMF)在玉米籽粒产量和氮素吸收方面的作用, 能够为农田生物肥料配施、养分利用效率提高、作物抗逆能力增强和作物产量增加提供理论依据。2016和2017年2个玉米生育期, 采用分室(生长室和菌丝室)箱体装置, 设置氮肥用量(N180:180 kg hm^-2; N360:360 kg hm^-2)、小麦秸秆(无秸秆: S0; 有秸秆: S1)和丛枝菌根真菌(M0: 根和AMF不能从生长室进入菌丝室; M1: 只有AMF能从生长室进入菌丝室; M2: 根和AMF均能从生长室进入菌丝室)三因素试验, 测定玉米籽粒产量、植株生物量、植株氮素积累量和根系性状。结果表明, 氮肥用量、秸秆和丛枝菌根真菌均显著影响玉米籽粒产量及其氮素积累量。与N180相比, N360处理显著增加玉米产量及其氮素积累量; 有秸秆处理籽粒产量比无秸秆处理降低6%, 而土壤无机氮增加129%。N180条件下, M1和M2处理玉米产量均值分别比M0增加38%和82%; N360条件下分别增加16%和48%, 其中, 在N180条件下M1对籽粒的贡献量高于N360。秸秆存在与否, AMF均能增加玉米穗长、行粒数和根系总根长; 其中, 有秸秆条件下AMF提高根系生物量及其氮素积累量的能力显著高于无秸秆处理。氮肥用量和秸秆互作条件下, M1和M2处理的行粒数、穗粒数、根、茎、叶生物量及其氮素积累量、根系总根长均显著高于M0; 而土壤无机氮含量显著低于M0, 其中, 在N180和有秸秆条件下, AMF对这些性状的贡献量较大。相关分析和结构方程结果表明, 氮肥用量和AMF均显著提高玉米产量。本研究表明, 不同氮肥用量条件下、小麦秸秆存在与否, 丛枝菌根真菌均能够改善玉米根系特性, 增强氮素吸收能力, 改善穗部性状, 增加玉米籽粒产量。

研究简报

低硼及高硼胁迫对棉花幼苗生长与脯氨酸代谢的影响

曾紫君, 曾钰, 闫磊, 程锦, 姜存仓

作物学报. 2021, (8):  1616-1623.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04206

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以‘鄂抗10号’棉花品种为材料, 采用营养液培养, 设置不加硼(B0, 0 mg L^-1)、低硼(B0.002, 0.002 mg L^-1)、适硼(CK, B0.2, 0.20 mg L^-1)、高硼(B50, 50 mg L^-1) 4个硼(Boron, B)水平, 探究低硼和高硼胁迫处理下棉花幼苗生长及脯氨酸代谢的响应。结果表明, B0、B0.002及B50处理较CK显著抑制植株生长, 表现出较低的植株鲜重和干重, 根系伸长受到抑制。在供硼处理下, 随着硼浓度的升高, 棉花幼苗根、茎和叶中硼含量均呈梯度性上升, 其中, B0.2和B50处理下叶片中硼含量均高于根和茎; 而在B0和B0.002处理下, 根中的硼含量高于叶和茎。低硼和高硼处理下叶片中脯氨酸含量明显增加, 而根中脯氨酸含量显著减少。进一步分析叶片和根中脯氨酸合成代谢相关酶活性发现, B0.002和B50处理较CK增加棉花幼苗叶片Δ¹-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ¹-pyrroline-5-carboxylate synthetase, P5CS)和鸟氨酸转氨酶(Ornithine-δ-aminotransferase, OAT)活性而降低脯氨酸脱氢酶(Proline dehydrogenase, ProDH)的活性; 叶片中Δ¹-吡咯啉-5-羧酸还原酶(Δ¹-pyrroline-5-carboxylate reductase, P5CR)活性在B50处理下显著高于CK, 而B0.002处理下该酶活性变化差异不显著。另外, B50处理较CK显著降低棉花幼苗根中OAT和P5CR酶活性, 而B0.002处理显著增加根中P5CS和ProDH的活性。表明低硼和高硼胁迫均抑制棉花幼苗的生长。硼胁迫条件下, 脯氨酸主要积累在棉花幼苗叶片中, 根中脯氨酸含量显著降低。缺硼和硼毒害时, 棉花幼苗叶片中脯氨酸的积累主要是通过调节脯氨酸Glu和Orn途径中的关键酶(OAT、P5CS合成酶和ProDH分解酶)活性, 使得脯氨酸的合成速度高于其降解。而在根中, 缺硼胁迫下主要是促进脯氨酸的降解导致根中脯氨酸含量降低, 高硼胁迫下主要是通过降低OAT和P5CS合成酶以及ProDH分解酶活性来抑制脯氨酸的合成及其分解, 但是对脯氨酸合成的抑制作用远大于其降解, 最终导致根系脯氨酸含量降低。

大麦籽粒发育进程中7种黄酮类化合物的积累特性分析

贺军与, 钟伟, 陈云琼, 王卫斌, 熊静蕾, 蒋亚丽, 施辉蒙, 陈升位

作物学报. 2021, (8):  1624-1630.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01069

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解析大麦籽粒中黄酮类化合物的积累特性有利于其含量检测、积累机制和生理功能研究。本文采用高效液相色谱测定了8个大麦材料籽粒、7个发育时期15种黄酮类化合物的含量。在7个时期, 15种化合物总含量呈上升—下降的变化趋势, 在花后10 d最高(335.71± 41.63) μg g^-1, 成熟籽粒最低(165.52±38.63) μg g^-1。花后10 d曲克芦丁、芹菜素、短柄花素和白杨素的含量最高, 分别为(155.75±30.76) μg g^-1、(8.41±1.54) μg g^-1、(10.71±1.53) μg g^-1和(4.41±0.60) μg g^-1; 花后5 d柚皮素查尔酮、花后15 d二氢槲皮素和花后25 d木犀草素的含量最高, 分别为(42.41±15.39) μg g^-1、(17.92±6.60) μg g^-1和(5.19±1.37) μg g^-1。其中, 柚皮素查尔酮的含量变化趋势为下降—平台—下降; 曲克芦丁和白杨素的含量变化趋势为上升—下将—平台—下降; 二氢槲皮素、木犀草素、芹菜素和芒柄花素的含量变化趋势为上升—下降。在含量检测等研究中, 大麦籽粒曲克芦丁、芹菜素、短柄花素和白杨素的适宜取样时间均为花后10 d, 柚皮素查尔酮、二氢槲皮素和木犀草素的适宜取样时间分别为花后5、15和25 d。上述结果为大麦籽粒黄酮类化合物含量测定等研究提供了理论支持。