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2021年 第47卷 第9期 刊出日期：2021-09-12

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导读

专辑导读: 加强大田经济作物栽培措施与环境/资源配置的互作研究、推动产业高效优质发展

周广生, 王晶, 蒯婕, 汪波

作物学报. 2021, (9):  1633-1638.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04633

摘要 ( 451 )   HTML ( 47 )   PDF (225KB) ( 516 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究论文

利用WGCNA鉴定花生主茎生长基因共表达模块

汪颖, 高芳, 刘兆新, 赵继浩, 赖华江, 潘小怡, 毕晨, 李向东, 杨东清

作物学报. 2021, (9):  1639-1653.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04223

摘要 ( 933 )   HTML ( 61 )   PDF (2038KB) ( 668 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以不同主茎高花生品种为材料, 利用转录组测序技术分析茎秆转录组基因表达的异同, 并结合加权基因共表达网络分析(WGCNA), 深入挖掘与主茎生长相关基因, 深入认识花生茎秆形态建成的分子机制。结果表明, 矮秆型Df216与高秆型花育33号相比较共有5872个差异基因; Df216与中间型山花108相比较共有6662个差异基因, 这些差异基因涉及细胞壁和次生细胞壁的生物起源及调控过程、苯丙烷生物合成及代谢过程、木质素生物合成过程、纤维素合酶活性等分子功能。WGCNA鉴定到5个与主茎高呈极显著相关的共表达模块。编码咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶、转录因子ATAF2、WAT1、GDSL脂肪酶等基因是模块内的核心基因。通过筛选权重值构建核心基因的局部网络发现, Grey60模块的核心基因ADRL3L与编码莽草酸香豆酯/奎酸酯3’-羟化酶、4-香豆酸辅酶A连接酶、羟基肉桂酰辅酶A莽草酸/奎尼酸羟基肉桂酰转移酶、以及快速碱化因子、锌指蛋白、类COBRA蛋白等基因有较高互作网络关系; Brown模块核心基因TZB0A2则与编码β-1,4-半乳糖基转移酶、果胶乙酰酯酶、类受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、富含亮氨酸重复序列的伸展蛋白等基因有较高互作网络关系。相关模块与核心基因的挖掘以及基因生物学功能和互作网络的解析有助于揭示花生主茎生长的遗传基础。

行距与氮肥或甲哌鎓化控对棉花冠层结构、温度和相对湿度的影响

颜为, 李芳军, 徐东永, 杜明伟, 田晓莉, 李召虎

作物学报. 2021, (9):  1654-1665.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04167

摘要 ( 562 )   HTML ( 17 )   PDF (806KB) ( 277 )  

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实现机械采收是黄河流域棉区棉花生产的必然发展趋势, 但当前人工采收棉田的行距与摘锭式采棉机的行距不匹配, 需要在采棉机的可调行距范围(76~102 cm)内明确棉花适宜种植行距及其配套措施。研究于2016—2018年在河北省河间市秸秆还田条件下开展, 包括行距与氮(N)肥、行距与甲哌鎓(mepiquat chloride, DPC)化控2个独立试验, 探讨了各因素对冠层结构和冠层微环境的影响。试验采用裂区设计, 行距(76、92、102 cm)为主区, 施N量(0、105、210 kg hm^-2)或DPC用量(0、140、281、394 g hm^-2)为裂区, 等密度(90,000株 hm^-2)种植。在天气条件相对正常的2016和2017年, 宽行距(92 cm和102 cm)与窄行距(76 cm)相比叶面积指数(leaf area index, LAI)有所增加、透光率(diffuse non-interceptance, DIFN)有所降低; 而在高温干旱的2018年, 宽行距的LAI明显降低、DIFN明显增加。施N对冠层结构的影响有限; DPC化控对冠层结构的影响较大, 主要表现为降低LAI、增加DIFN。与窄行距相比, 宽行距可在各年份不同程度增加冠层温度、降低相对湿度; 施氮对冠层微环境影响不大; DPC化控的冠层温度略高、相对湿度略低。行距与氮肥、行距与DPC对LAI等冠层结构、温度和相对湿度的互作效应均不显著。

钙与氮肥互作对花生干物质和氮素积累分配及产量的影响

王建国, 张佳蕾, 郭峰, 唐朝辉, 杨莎, 彭振英, 孟静静, 崔利, 李新国, 万书波

作物学报. 2021, (9):  1666-1679.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04186

摘要 ( 447 )   HTML ( 16 )   PDF (485KB) ( 526 )  

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为探讨钙肥和氮肥施用量对花生干物质和氮素积累分配及产量的影响, 本研究以花育25为试验材料, 设置0和600 kg hm^-2 (Ca₀、Ca₆₀₀) 2个钙肥水平, 0、75、150、225、300 kg hm^-2 (N₀、N₇₅、N₁₅₀、N₂₂₅、N₃₀₀) 5个氮肥水平, 研究不同试验样地增钙减氮对花生干物质积累和氮素积累与分配、产量及其构成因素的影响。结果表明, 与Ca ₀相比, Ca₆₀₀条件下花生干物质积累量显著升高, 济阳(JY)和饮马泉(YMQ)分别提高了13.5%和12.6%。与N₀相比, 济阳(JY)各施氮处理花生植株干物质积累量分别提高了12.8%、17.7%、26.3%和21.0%, 饮马泉(YMQ)分别提高了16.7%、28.4%、24.9%和22.9%。花生干物质和氮素吸收积累动态曲线均符合Logistic模型, 济阳和饮马泉花生植株氮素最大累积量(Y_m)分别在Ca₆₀₀N₂₂₅、Ca₆₀₀N₁₅₀处理下获得, 与平均值相比, 花生植株氮素最大累积速率(V_m)分别提高了12.4%和10.6%, 最大累积量分别提高了14.9%和13.7%, 快速累积持续时间(T)分别延长了2.3%和3.1%; 氮素快速积累期起始时期(t₁)比干物质积累分别提早了7.5 d和9.4 d。济阳Ca₆₀₀N₂₂₅和饮马泉Ca₆₀₀N₁₅₀、Ca₆₀₀N₂₂₅处理花生荚果产量显著高于其他处理。钙氮互作效应对花生产量的影响显著。钙肥增施是提高氮肥利用效率, 增加花生结果数和百果重、促进稳产高产的重要途径。本试验区域减肥稳产增效栽培中最优施肥方案可采用钙肥600 kg hm^-2 + 氮肥75 kg hm^-2; 高产高效栽培中最优施肥方案可采用钙肥600 kg hm^-2 + 氮肥150~225 kg hm^-2。

棉花叶片响应高温的差异与夜间淀粉降解密切相关

赵文青, 徐文正, 杨锍琰, 刘玉, 周治国, 王友华

作物学报. 2021, (9):  1680-1689.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04220

摘要 ( 428 )   HTML ( 16 )   PDF (655KB) ( 406 )  

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叶片对光合产物的转运输出是其源能力的重要体现, 高温胁迫导致的源能力不足是棉花减产降质的重要原因之一。为探究棉花对位叶光合产物输出能力对短期高温胁迫的响应及其在不同热敏感性品种间的差异, 本研究以耐热型棉花品种PHY370WR和热敏感型棉花品种苏棉15为材料, 于2015—2016年在南京农业大学牌楼试验站进行盆栽试验, 在棉花花铃期设置持续5 d的温度处理[对照日均温为26℃ (CK, 昼夜温度循环为30/22℃), 高温处理日均温为34℃ (HT, 昼夜温度循环为38/30℃)], 在高温胁迫5 d和胁迫解除后5 d对叶片光合产物输出能力和光合产物含量进行研究。结果表明, 高温胁迫5 d显著降低棉花铃重, 提高对位叶比叶重, 耐热型棉花品种PHY370WR铃重降低幅度及比叶重升高幅度均较热敏感型棉花品种苏棉15低。¹³C标记光合产物的结果表明, 高温5 d显著降低棉花叶片光合产物的输出效率, 与CK相比, 苏棉15的降幅为22.1%, 下降斜率为-2.48, 显著高于PHY370WR的降幅15.7%和下降斜率-1.82; 恢复5 d后棉花叶片光合产物输出效率降低幅度变小, 但品种间差异由高温5 d时的6.4%增加为胁迫解除后5 d的10.2%, 且苏棉15的恢复斜率仅为0.44, 远小于PHY370WR的0.89。此外, 与高温5 d时相比, 恢复5 d后蔗糖含量日变化幅度的品种间差异减小, 而淀粉含量日变化幅度品种间差异表现为增大, 与碳水化合物输出效率的趋势一致, 相关性分析亦表明, 高温胁迫5 d及恢复5 d时淀粉含量日变化幅度与碳水化合物输出效率相关性更显著。通过大田试验和盆栽试验确定淀粉最大、最小含量出现时间, 在此基础上进一步分析发现, 在高温胁迫5 d及胁迫恢复后5 d, 淀粉日最小(夜间)含量升高幅度品种间差异较日最大(白天)含量降低幅度更为显著, 且恢复后5 d时品种间差异较高温5 d时显著增大。综上, 热敏感性差异的棉花叶片碳水化合物输出效率对高温胁迫响应的差异不仅表现在胁迫发生时, 更表现在胁迫解除后; 耐热型棉花品种PHY370WR的叶片在高温胁迫发生时及胁迫恢复后表现出更强的抵御高温逆境能力及更好的恢复能力, 与其夜间淀粉降解能力即叶片最小(夜间)淀粉含量增加幅度较小密切相关。

涝害对不同大豆品种根际微生物群落结构特征的影响

禹桃兵, 石琪晗, 年海, 连腾祥

作物学报. 2021, (9):  1690-1702.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04137

摘要 ( 764 )   HTML ( 23 )   PDF (1418KB) ( 582 )  

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淹水影响不同大豆品种根际微生物群落组成, 不同基因型大豆植株耐涝性差异较大。本研究选取耐涝(waterlogging-tolerant, W-T)基因型大豆齐黄34和涝害敏感(waterlogging-sensitive, W-S)基因型大豆冀豆17为材料, 采用荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序技术, 分析了不同淹水时间下2个基因型根际细菌多样性、群落组成和网络特征。结果表明, 耐涝基因型大豆的生物量和细菌丰度明显高于涝害敏感基因型大豆。主坐标分析(PCoA)表明, 耐涝基因型与敏感基因型大豆微生物群落组成的差异随淹水时间的增加而变化(P< 0.05)。在淹水条件下, 耐涝基因型大豆富集了Yonghaparkia属和Unclassified-WD2101属以及OTU274 (Clostridium)和OTU2334 (Desulfosporosinus)等物种, 这些细菌的富集可能与耐涝性有关, 本研究提供了大豆根际微生物抗涝潜力的证据。

花生AhFAD2-1基因启动子及5'-UTR内含子功能验证及其低温胁迫应答

石磊, 苗利娟, 黄冰艳, 高伟, 张忠信, 齐飞艳, 刘娟, 董文召, 张新友

作物学报. 2021, (9):  1703-1711.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04247

摘要 ( 512 )   HTML ( 27 )   PDF (3674KB) ( 326 )  

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Δ¹²-脂肪酸脱氢酶基因(FAD2)催化油酸生成亚油酸, 是决定油酸亚油酸比值的关键基因。高油酸花生对低温更加敏感, 暗示FAD2在低温响应中发挥作用。为探索花生FAD2的低温胁迫应答, 本研究分析了花生FAD2-1A/B的基因结构, 从普通油酸花生品种豫花9326中克隆了FAD2-1A/B启动子和内含子, 并通过转化拟南芥验证了功能及其对冷胁迫的应答。结果表明, AhFAD2-1A/B包含2个外显子和1个位于5'-UTR的内含子; AhFAD2-1A/B基因启动子功能较弱, 仅AhFAD2-1B启动子在子叶期幼苗的子叶叶尖中观察到蓝色; AhFAD2-1假基因5'侧翼序列具有启动子活性, 可调控基因在子叶、下胚轴、种子中表达。AhFAD2-1内含子序列具有启动子的功能, 驱动基因在幼苗下胚轴及子叶中表达, 同时还有提高基因表达效率和扩大表达范围的功能, 是AhFAD2-1基因表达调控必需元件; 包含5'-UTR内含子的AhFAD2-1A/B启动子的调控序列功能受低温胁迫抑制。

北方主栽花生品种的源库特征及其分类

高芳, 刘兆新, 赵继浩, 汪颖, 潘小怡, 赖华江, 李向东, 杨东清

作物学报. 2021, (9):  1712-1723.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04164

摘要 ( 627 )   HTML ( 15 )   PDF (362KB) ( 389 )  

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大田栽培条件下, 以中国北方主栽的13个花生品种为试验材料, 对单株叶面积、开花数、成果率等18个源库性状进行测定和计算, 利用主成分分析、聚类分析等统计方法, 筛选花生源库性状评价指标, 对比不同品种的源库性状差异和产量差异, 并进行源库类型划分。结果表明, 结荚期和饱果期的叶面积、开花数量、成果率和荚果充实度可以作为评价花生源库关系的主要指标。根据源库特征及产量表现可以把花生品种分为源库协调型、源大库小型、源足库少型和源足库多型4类。源库协调型品种叶片净同化率高, 花期持续时间和开花数量适中, 有效果比例和荚果充实度高, 易获得高产。源大库小型品种叶面积过大, 叶片净同化率和单位叶面积荚果产量低, 荚果充实度低, 限制产量提高。源足库多型品种产量限制因素为花期长, 花数多, 成果率低, 无效果针和荚果消耗营养, 有效荚果饱满度不足。源足库少型品种产量限制因素为开花持续时间短, 花量少。因此, 在花生生产中, 应该针对不同源库类型品种, 采取相应措施控制叶源大小和开花量, 防止叶源冗余、花多不实和果多不饱, 提高有效果比例和荚果饱满度, 增加荚果产量。

种植密度对油菜正反交组合产量与倒伏相关性状的影响

娄洪祥, 姬建利, 蒯婕, 汪波, 徐亮, 李真, 刘芳, 黄威, 刘暑艳, 尹羽丰, 王晶, 周广生

作物学报. 2021, (9):  1724-1740.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04253

摘要 ( 535 )   HTML ( 14 )   PDF (1129KB) ( 480 )  

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高产抗倒不协调是油菜生产中最主要的矛盾, 严重制约着油菜生产效益的进一步提高。在高密度、机械化生产模式下, 这种矛盾尤为突出。受母系遗传的影响, 杂交油菜的正、反交组合在产量与倒伏相关性状上常表现出明显差异, 但种植密度对不同杂交组合这些关键性状的影响尚不明确。本研究针对浙油50、华航901及其正交(华航901×浙油50)与反交(浙油50×华航901)组合设置5个种植密度, 考察其产量及倒伏相关性状并计算其杂种优势, 研究种植密度对亲本及正、反交组合产量与倒伏相关性状的影响, 为当前高密度直播生产模式下杂交油菜亲本的选配提供依据。结果表明, 随种植密度增加, 亲本及正、反交组合的实际产量和经济系数均呈先增后降的趋势, 且无论正、反交组合, 其实际产量的动态变化规律均与父本更为接近; 倒伏指数在两点随种植密度的变化规律不同, 但无论正、反交组合, 其倒伏指数的动态变化规律均与母本相一致。在西宁试点, 杂交组合产量均具有明显的平均杂种优势, 且正交组合比反交组合具有更大的杂种优势; 正交组合具有一定的抗倒性杂种优势, 但是反交组合无抗倒性杂种优势。综上所述, 高密度直播生产模式下, 杂交油菜亲本选配推荐方案以高产品种为父本, 抗倒性强的品种为母本进行组配, 可以获得高产、抗倒性强且更适宜密植的杂交油菜品种。

饲用大豆品种耐荫性鉴定指标筛选及综合评价

宋丽君, 聂晓玉, 何磊磊, 蒯婕, 杨华, 郭安国, 黄俊生, 傅廷栋, 汪波, 周广生

作物学报. 2021, (9):  1741-1752.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04149

摘要 ( 497 )   HTML ( 11 )   PDF (634KB) ( 541 )  

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饲料玉米与大豆间作, 可直接提高饲料的蛋白质产量, 耐荫大豆品种的选用尤为关键。本研究选取不同基因型大豆, 设置大豆和玉米间作、大豆单作, 及大豆苗期、分枝期、开花结荚期遮光等5个处理, 于鼓粒期调查生物量、形态及含氮量等指标, 用各指标耐荫系数衡量各供试品种单项指标耐荫性, 用主成分分析法对各品种耐荫性综合评价, 并利用逐步回归分析法, 筛选出关键生育期遮光处理后的少数几个关键指标, 预测大豆品种耐荫性, 简化筛选方法。结果表明, 饲料大豆与玉米间作模式下, 不同大豆品种的耐荫性存在明显差异; 各大豆品种的耐荫性与大豆开花结荚期遮光处理下的耐荫性呈显著正相关, 可利用开花结荚期遮光处理来简便快速筛选适宜于与玉米间作的饲料大豆品种; 根据开花结荚期遮光处理下的耐荫性综合评价, 将供试品种聚类为3类, 结果与玉米间作大豆的耐荫性高度吻合; 利用建立的回归方程对供试品种耐荫性进行预测, 结果与综合评价值(D)高度一致。说明利用开花结荚期遮光处理后少数几个单项指标耐荫系数建立的回归方程, 可用于玉米间作大豆模式下耐荫材料的快速评价与筛选。

花生耐冷综合评价体系构建及耐冷种质筛选

张鹤, 蒋春姬, 殷冬梅, 董佳乐, 任婧瑶, 赵新华, 钟超, 王晓光, 于海秋

作物学报. 2021, (9):  1753-1767.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04182

摘要 ( 521 )   HTML ( 15 )   PDF (1541KB) ( 727 )  

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早春低温主要发生在萌发期和幼苗期2个阶段, 是限制我国东北地区花生产量和品质的关键性因素。在农业生产上, 耐冷品种的选育是解决低温冷害问题最直接有效的手段。本研究以68个东北地区主栽的花生品种为试验材料, 分别在室内萌发期、幼苗期及田间对其耐冷性进行了评价。在萌发期, 通过对10℃、8℃、6℃和4℃处理7 d后各花生品种的种子活力进行综合隶属函数分析和标准正态分布检测发现, 6℃处理7 d适合作为大批量花生种质耐冷性鉴定的条件。在幼苗期, 经6℃处理7 d后, 以株高、叶面积、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重和耐冷等级作为评价指标, 对各花生品种的耐冷性进行鉴定。相关性分析表明, 叶面积、地上部鲜重和耐冷等级与花生的耐冷性关系最为密切, 可以作为花生苗期耐冷性鉴定的主要评价指标。在田间自然条件下, 采用提前播期和分期播种的方式, 以相对出苗率、相对出苗能力及产量构成因素为评价指标对室内筛选结果进行验证, 基于多重表型分析方法, 最终鉴定出适合东北地区种植的在萌发期和幼苗期均耐冷的花生品种农花5号, 以及冷敏感型花生品种阜花18号。本研究为我国高寒地区的花生种植提供了品种参考, 为花生耐冷机制研究提供了优异种质资源。

低温胁迫对普通和高油酸花生种子萌发的影响

薛晓梦, 吴洁, 王欣, 白冬梅, 胡美玲, 晏立英, 陈玉宁, 康彦平, 王志慧, 淮东欣, 雷永, 廖伯寿

作物学报. 2021, (9):  1768-1778.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04170

摘要 ( 454 )   HTML ( 18 )   PDF (1898KB) ( 461 )  

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高油酸花生以其营养价值高和耐储藏等特点深受广大消费者和加工企业的喜爱。近年来, 随着高油酸花生品种在我国的推广应用, 高油酸花生在高海拔、高纬度地区的发芽期耐寒性成为关注热点。为探究花生种子的油酸含量与其萌发期耐寒性的相关性, 本研究调查6组不同遗传背景的花生品种及其高油酸回交后代品系(BC₄F₈)在低温条件下的发芽率和发芽指数发现, 在低温胁迫下花生的萌发期耐寒性与其油酸含量无显著相关性。在泉花551高油酸后代品系(Quanhua 551-HO)低温发芽率显著低于其普通油酸含量亲本(Quanhua 551-NO)的组合中, 追踪分析8种主要脂肪酸在低温胁迫萌发过程中含量的变化发现, 在低温胁迫下Quanhua 551-NO中油酸含量显著减少且亚油酸含量显著增加, 而Quanhua 551-HO中也表现出了油酸含量减少、亚油酸含量增加的趋势, 但是未达到显著水平。进而分析上述2种材料中低温胁迫下各脂肪酸脱氢酶(fatty acid desaturase 2, FAD2)基因的表达模式发现, Quanhua 551-NO中AhFAD2-1A/B受低温诱导显著上调表达, 而AhFAD2-4A/B显著下调表达; 在Quanhua 551-HO中AhFAD2-4A/B受低温诱导持续显著上调表达, 而AhFAD2-1A/B显著下调表达, 推测由于高油酸花生中AhFAD2-1A/B编码蛋白失活, AhFAD2-4A/B在低温诱导下高量表达, 部分弥补了AhFAD2-1A/B缺失的功能。综上所述, 花生种子中油酸含量并不是决定其萌发期耐寒性的关键因素。

外源褪黑素对干旱胁迫下绥农26大豆鼓粒期叶片碳氮代谢调控的途径分析

曹亮, 杜昕, 于高波, 金喜军, 张明聪, 任春元, 王孟雪, 张玉先

作物学报. 2021, (9):  1779-1790.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04151

摘要 ( 511 )   HTML ( 21 )   PDF (6085KB) ( 663 )  

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鼓粒期是大豆碳氮代谢最复杂的阶段, 干旱胁迫必然限制鼓粒期大豆碳氮同化、分配和转移, 影响大豆产量的形成。在我们前期的研究中, 明确了外源褪黑素对干旱胁迫下鼓粒期大豆抗旱和碳氮代谢的生理调控效应。本研究通过转录组和代谢组分析来确定褪黑素对大豆干旱条件反应的一些重要的碳氮代谢基因和途径。转录组分析表明, 与干旱胁迫处理相比, 正常供水和干旱胁迫下喷施外源褪黑素处理的大豆叶片共同上调和下调的基因分别有37个和493个。上调的基因中存在着直接和间接参与碳氮代谢的功能基因, 包括正向调控的参与半胱氨酸合成、光合作用、碳水化合物代谢和葡萄糖代谢等途径关键基因。代谢组分析发现, 与干旱胁迫处理相比, 正常供水和干旱胁迫下喷施外源褪黑素处理的大豆叶片共同上调和下调的代谢物分别有17个和43个, 上调的代谢物中绝大部分(14/17)属于氨基酸、脂质、有机酸和碳水化合物, 进一步揭示了外源褪黑素能够提高大豆碳氮代谢与抗旱的能力。结合转录组和代谢组分析发现, 褪黑素通过调节氨基酸代谢和淀粉蔗糖代谢途径, 促进干旱胁迫下β-葡萄糖苷酶基因表达, 提高了L-天冬酰胺和6-磷酸葡萄糖代谢物的含量, 最终提高了大豆的抗旱性。

外源褪黑素对干旱胁迫下春大豆品种绥农26形态、光合生理及产量的影响

张明聪, 何松榆, 秦彬, 王孟雪, 金喜军, 任春元, 吴耀坤, 张玉先

作物学报. 2021, (9):  1791-1805.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04154

摘要 ( 528 )   HTML ( 22 )   PDF (923KB) ( 454 )  

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苗期干旱是影响东北大豆生长的主要因素之一, 研究外源褪黑素对大豆苗期抗旱的调控效应具有重要意义。试验于2018—2019年进行, 以‘绥农26’为材料, 正常浇灌营养液处理为对照(CK), 研究了干旱胁迫(D)、干旱胁迫+叶面喷施褪黑素(LM)和干旱胁迫+浇灌褪黑素(RM)处理对大豆苗期生理指标和产量的影响。结果表明, 与干旱胁迫(D)处理相比, 施用褪黑素处理(LM和RM)提高干旱胁迫下大豆气体交换参数、苗期各器官干物质积累量、叶片中抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量。其中, V2期和V4期的净光合速率、气孔导度以及V4期蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度均显著提高(P<0.05); RM处理POD和CAT均显著增加(P<0.05); V2期和V4期干旱后第8天可溶性蛋白含量增幅显著(P<0.05)。与D处理相比, V2和V4期LM处理大豆产量年均增加24.2% (P<0.05)和19.1%, RM处理年均增加38.6% (P<0.05)和56.3% (P<0.05), 其中, 与LM处理相比, RM处理产量年均增加11.6%和31.3% (P<0.05)。表明, 应用褪黑素提高干旱胁迫下大豆产量, 其中浇灌褪黑素处理产量高于叶面喷施处理。

研究简报

干旱条件下棉花根际真菌多样性分析

岳丹丹, 韩贝, Abid Ullah, 张献龙, 杨细燕

作物学报. 2021, (9):  1806-1815.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04162

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植物根际微生物群落对植物生长和适逆性至关重要, 本研究对干旱条件下棉花根际真菌群落进行分析, 旨在探明干旱胁迫对棉花根际真菌多样性和群落结构的影响, 为利用有益微生物提高棉花水分利用率提供理论依据。以陆地棉Jin 668 (Gossypium hirsutum cv. Jin668)为试验材料, 采用盆栽控水方式, 对处于开花期的棉花根际土壤(SDP)和未种植棉花土壤(SOPD)进行干旱处理, 正常浇水的棉花根际土壤(SPN)和无棉花土壤(SNPN)为对照。从中采集土壤样品, 提取DNA, 采用Illumina Miseq对真菌ITS1区域进行高通量测序, 研究土壤中真菌多样性。结果共鉴定到970个OTUs, SNPN、SOPD、SPN和SDP样品中真菌OTUs数量分别为481、528、743和752个, 其中288个OTUs为所有组共有。对获得OTUs进行门、纲、目、科和属5个分类水平的划分表明, 棉花根际真菌群落结构主要由子囊菌门(82.70%)和担子菌门(10.15%)组成; 干旱处理使粪壳菌纲(Sordariomycetes)、粪壳菌目(Sordariales)和毛壳菌科(Chaetomiaceae)丰度显著降低, 而散囊菌目(Eurotiales)、发菌科(Trichocomaceae)、曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillum)的丰度显著增加。多样性分析结果显示, 与未种棉花的土壤相比, 有棉花的土壤中真菌群落的α多样性显著增加; 同时, SPN和SDP之间的真菌群落结构更相似, 而与SNPN和SOPD间差异较大。研究表明, 棉花根际存在丰富的真菌群落, 干旱对土壤中真菌的丰度和多样性有显著影响。本研究从微生物的角度为提高棉花耐旱性的研究提供新见解。

无人机多角度成像方式的饲料油菜生物量估算研究

张建, 谢田晋, 尉晓楠, 王宗铠, 刘崇涛, 周广生, 汪波

作物学报. 2021, (9):  1816-1823.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04211

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旨在探索并评估一种通过无人机平台搭载可见光相机提取饲料油菜生物量的新方法。试验于2018年在华中农业大学油菜试验基地展开, 利用无人机搭载五相机倾斜摄影系统同时从多个角度获取油菜终花期的可见光图像, 试验共设置3种无人机飞行高度(40、60和80 m)和3种播种密度(3.00×10⁵、5.25×10⁵和7.50×10⁵株 hm^-2), 并评估和对比了多角度和单相机垂直2种成像方式的生物量预测结果。试验首先通过无人机图像提取油菜冠层覆盖度和株高信息; 然后通过株高在覆盖面积上进行累加获得作物体积模型; 最后基于作物体积模型与实测生物量建立线性回归模型预测油菜干物质重量。结果表明, (1) 在本试验设置的3个飞行高度中, 随着无人机飞行高度下降, 生物量预测精度呈上升趋势, 其中飞行高度为40 m时, 油菜生物量估算精度最佳(校正集: r = 0.792, RMSE = 125.0 g m ^-2, RE = 13.2%; 验证集: r = 0.752, RMSE = 139.1 g m ^-2, RE = 15.3%)。(2) 种植密度越高, 其实际生物量越小, 通过作物体积模型预测生物量的效果更好。(3) 多角度成像方式与单相机垂直成像方式在油菜生物量估测精度上没有显著差异, 两者皆在40 m高度下具有最好的生物量预测效果, 相关系数r分别为0.772和0.742。以上结果表明, 基于无人机低成本可见光成像建模技术提取饲料油菜生物量是可行的, 本研究可为大田作物地上生物量信息的无损高效监测提供易于实施的解决方案和技术参考。

不同磷效率大豆农艺性状与磷/铁利用率对磷素的响应

赵婧, 孟凡钢, 于德彬, 邱强, 张鸣浩, 饶德民, 丛博韬, 张伟, 闫晓艳

作物学报. 2021, (9):  1824-1833.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04212

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土壤中磷含量与植物铁的吸收密切相关, 为研究供铁充足条件下不同P∶Fe配比对不同磷效率基因型大豆农艺性状和磷/铁利用率的影响, 本文以前期筛选到的磷高效和磷低效大豆品种为试验材料, 采用沙培方式和裂区设计研究不同P∶Fe比对大豆生物学性状的影响及基因型差异, 并利用因子得分综合评价磷高效和磷低效基因型对不同P∶Fe处理的响应, 以解析农艺性状与大豆体内磷/铁利用率的关系, 从而为磷、铁肥合理施用提供理论依据。结果表明: (1) R5期, 磷高效基因型在各处理下的株高、茎粗、根干重和地上部干重增长相对较快, 且均大于磷低效基因型; 磷高效和磷低效基因型在P∶Fe比为100∶100处理下的R5期单株根干重较低, 而百粒重较大。此外, 磷高效和磷低效基因型的籽粒磷利用率在P∶Fe比为1000∶100时降至最低。(2) 典型相关分析表明, 磷高效基因型R5期的茎粗与叶片铁利用率呈正相关关系, 而磷低效基因型R5期的地上部干重与叶片磷利用率呈负相关关系。(3) R8期单株地上部干重和R3期叶片磷利用率的增加有助于磷高效基因型单株粒重的增加, 而R3期单株根重的增加反而会导致磷高效基因型单株粒重的下降。R3期株高、R3期和R8期地上部干重的增加都有助于磷低效基因型单株粒重的增加, 而R3期、R5期和R8期的茎粗以及R5期叶片铁利用率的增加反而导致磷低效基因型单株粒重下降。而且, R8期单株地上部干重对磷高效和磷低效基因型的直接正向贡献均最大。(4) 利用因子得分综合评价发现, P∶Fe≤100∶100时, 磷高效和磷低效基因型在P∶Fe比为100∶100处理下的综合表现最好; 当P∶Fe≥500∶100时, 磷高效和磷低效基因型在P∶Fe比为1000∶100处理下的综合表现最好。综上, 鼓粒初期可以作为筛选不同磷效率基因型的一个重要时期。在铁供应充足情况下, 应考虑到土壤磷素累积和植酸对磷素效率影响问题, 无论是磷高效还是磷低效基因型施P∶Fe比达到1∶1时整体表现最好。

过氧化氢浸种对花生种子发芽及生理代谢的影响

郝西, 崔亚男, 张俊, 刘娟, 臧秀旺, 高伟, 刘兵, 董文召, 汤丰收

作物学报. 2021, (9):  1834-1840.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04187

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为明确过氧化氢浸种对低温条件下花生发芽及种子生理代谢的影响, 以花生品种开农176为材料, 测定了过氧化氢浸种后的种子发芽及相关生理指标。结果表明, 过氧化氢浸种显著提高了花生的发芽能力, 发芽势从0提高到24.45%, 发芽率从39.33%提高到90.99%。过氧化氢提高了花生种子赤霉素含量, 同时降低了脱落酸含量, 发芽0、24、48 h的赤霉素含量分别比对照提高10.82%、5.73%、18.64%, 脱落酸含量分别比对照降低44.98%、36.45%、39.70%。同时, 提高了抗氧化酶SOD、CAT的活性以及可溶性糖、可溶性蛋白的含量, 降低了丙二醛的含量; 促进了大分子贮藏物质脂肪、蛋白质、淀粉的分解代谢, 为种子发芽提供更多的ATP和蛋白质、核酸的合成底物。研究表明, H₂O₂通过介导抗氧化酶、ABA和GA以及贮藏物质的分解来促进低温胁迫下花生种子的萌发。