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2021年 第47卷 第10期 刊出日期：2021-10-12

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综述

黄淮海麦玉两熟区周年光温资源优化配置研究进展

周宝元, 葛均筑, 孙雪芳, 韩玉玲, 马玮, 丁在松, 李从锋, 赵明

作物学报. 2021, (10):  1843-1853.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.13012

摘要 ( 747 )   HTML ( 43 )   PDF (298KB) ( 657 )  

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在不增加任何成本前提下, 优化麦玉两熟周年光温资源配置是提升黄淮海区产量及资源利用效率的重要途径之一。从20世纪80年代开始, 国内学者便从播/收期调整、不同生育期品种选育及新型种植模式创建等方面开展了黄淮海麦玉两熟区周年光温资源高效利用途径探索。研究了小麦和玉米生长发育与光温资源的匹配关系, 提出了以强化“C₄玉米”高光效优势为核心的周年光温资源优化配置途径, 在冬小麦-夏玉米一年两熟基础上, 创新了冬小麦-夏玉米“双晚”技术模式, 构建了冬小麦/春玉米/夏玉米、冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米和双季玉米等种植模式, 实现了周年高产和光温资源高效利用。本文综述了黄淮海麦玉两熟种植模式周年光温资源优化配置研究进展及其在麦玉两熟基础上的新型种植模式探索, 并提出了以积温分配为主的麦玉两熟制周年光温资源定量优化配置途径, 建立了黄淮海区冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源优化配置定量指标及其相应标准, 以期为进一步挖掘该区周年产量及光温资源利用潜力提供新的思路及理论支撑。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

棉花花器官突变体的鉴定及候选基因的克隆

杨琴莉, 杨多凤, 丁林云, 赵汀, 张军, 梅欢, 黄楚珺, 高阳, 叶莉, 高梦涛, 严孙艺, 张天真, 胡艳

作物学报. 2021, (10):  1854-1862.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04208

摘要 ( 486 )   HTML ( 29 )   PDF (3635KB) ( 464 )  

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棉花是世界性的重要经济作物, 是天然纤维的主要来源。棉花生殖生长过程现蕾、开花、结铃都直接影响棉花主要经济性状——棉纤维的产量和品质。本研究在转基因棉花材料中发现了1个花器官突变体, 命名为182-9, 其花器官呈现瓣化特征。PCR和Southern杂交证明突变体182-9中的外源基因已整合到基因组中, 且为单拷贝插入。通过基因组重测序进行序列比较发现, 突变体182-9基因组中外源T-DNA插入位点为染色体A11:59086840。PCR和Southern杂交对插入位点进行了进一步验证。根据棉花基因组注释结果, 在基因组插入位点附近有3个候选基因(GH_A11G2251、GH_A11G2252和GH_A11G2253)。其中GH_A11G2251为AP2类基因。已有研究证明, AP2类基因为花器官ABC模型中控制萼片和花瓣形成的A类功能基因。qRT-PCR结果显示, GH_A11G2251在转基因受体W0的花瓣、雌蕊和雄蕊3个组织中的表达与突变体182-9中存在显著性差异。本研究为进一步深入探究棉花花器官发育的分子机制研究提供了参考。

水稻苗期根部性状的遗传分析和最长根长QTL qLRL4的精细定位

田彪, 丁仕林, 刘朝雷, 阮班普, 姜洪真, 郭锐, 董国军, 胡光莲, 郭龙彪, 钱前, 高振宇

作物学报. 2021, (10):  1863-1873.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02088

摘要 ( 484 )   HTML ( 16 )   PDF (1241KB) ( 466 )  

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为了解析水培苗期根系相关性状的遗传调控, 以籼稻9311和粳稻日本晴(Nipponbare, NPB)为亲本的148个株系构成的重组自交系群体为材料, 对水稻幼苗根系相关性状开展QTL分析。在2次重复中共检测到26个控制最长根长、总根系长、根表面积、根体积和根直径的QTL, 分布在水稻第1、2、4、7、9、10、11号共7条染色体上, 发现了水稻第2、4、7和10号染色体上的4个QTL簇, 包括第4号染色体上控制最长根长的QTL qLRL4。为了精细定位该QTL, 我们构建了以9311为背景、插入缺失标记IND4-1和IND4-4间来自NPB的近等系NIL-qLRL4。利用NIL-qLRL4和9311构建的F₂群体, 最终将qLRL4精细定位在标记IND4-1和IND4-3之间约68.23 kb的区间内并预测了候选基因。此根长QTL的精细定位将有助于水稻根长遗传机理的研究, 为探究水稻根系形态建成的分子机制奠定了基础。

花生荚果与种子相关性状QTL定位及与环境互作分析

孟鑫浩, 张靖男, 崔顺立, Charles Y.Chen, 穆国俊, 侯名语, 杨鑫雷, 刘立峰

作物学报. 2021, (10):  1874-1890.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04216

摘要 ( 549 )   HTML ( 8 )   PDF (4158KB) ( 300 )  

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花生荚果、种子性状与产量紧密相关, 是重要的农艺性状。为挖掘与荚果、种子性状紧密连锁的分子标记, 本研究以大果品种冀花5号和小果美国资源M130组配衍生的315个家系RIL₈群体为材料, 利用SSR、AhTE、SRAP和TRAP等标记构建了一张包含363个多态性位点的遗传连锁图谱。该图谱共包含21个连锁群, 总长为1360.38 cM, 标记间平均距离为3.75 cM。利用完备区间作图法对2017—2018年5个环境的荚果、种子相关性状进行数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)分析, 共鉴定到97个与荚果、种子性状相关的QTL, 可解释的表型变异为2.36%~12.15%, 分布在A02、A05、A08、A09、B02、B03、B04、B08和B09等9条染色体上。其中, 9个与荚果长相关, 13个与荚果宽相关, 14个与荚果厚相关, 11个与种子长相关, 14个与种子宽相关, 13个与种子厚相关, 13个与百果重相关, 10个与百仁重相关; 4个主效QTL分别为qPWA08.1、qPTA08.3、qPTA08.4和qSWB08.5, 可解释的表型变异分别为10.02%、11.06%、12.15%和11.97%; 45个稳定表达的QTL在3个以上环境可被重复检测; 连锁群A02、A08、B02、B04和B08上存在QTL聚集区。另外, 检测到15对上位性QTL, 可解释的表型变异为10.23%~51.84%。研究结果将为花生荚果、种子性状的分子标记辅助育种提供重要的理论依据。

小麦穗发芽性状的全基因组关联分析

谢磊, 任毅, 张新忠, 王继庆, 张志辉, 石书兵, 耿洪伟

作物学报. 2021, (10):  1891-1902.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01078

摘要 ( 693 )   HTML ( 37 )   PDF (5692KB) ( 673 )  

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为了解小麦穗发芽的遗传机制, 发掘与小麦穗发芽相关的候选基因, 采用整穗发芽法对来自全国的207份小麦品种(系)进行表型鉴定, 并结合小麦90K SNP基因芯片, 通过TASSLE软件的MLM (Q+K)模型对小麦的整穗发芽率进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。研究结果表明, 不同年份间小麦品种(系)的穗发芽表现出丰富的表型变异, 变异系数为0.34和0.25, 多态性信息含量(polymorphic information content, PIC)为0.01~0.38, 全基因组LD衰减距离为3 Mb。群体结构分析和主成分分析表明, 207份小麦品种(系)所构成的自然群体结构简单, 可分为3个亚群。GWAS检测结果显示, 在不同环境间共检测到34个与小麦穗发芽显著关联的SNP标记位点(P≤0.001), 分布在小麦3A、3B、4A、4B、5D、6A、6B、6D、7B和7D染色体上, 单个位点可解释5.55%~11.63%的表型变异, 16个标记位点在两个及以上环境下均被检测到, 其中6B染色体上的标记wsnp_Ex_c14101_22012676在E1、E2及平均环境下被共同检测到, 属稳定遗传的位点。通过对表型效应值大且稳定遗传的关联位点进行挖掘, 共筛选到13个与小麦穗发芽相关的候选基因。其中TraesCS3A01G589400LC、TraesCS6B01G138600/ TraeCS6B01G516 700LC/TraesCS6B01G548900LC、TraesCS6D01G103600及TraesCS7B01G200100等基因通过调控植物内源激素-脱落酸(abscisic acid, ABA)的灵敏性进而影响种子的休眠; TraesCS3B01G415900LC、TraesCS6A01G144700LC及TraesCS6B01G294800等基因编码的F-box蛋白在植物激素的信号转导、光信号转导以及花器官发育等生理过程中起重要作用; TraesCS6A01G108800、TraesCS6B01G138200/TraesCS6B01G293700基因编码Myb转录因子家族蛋白能调控种子中类黄酮的生物合成, 对籽粒颜色有重要影响, 这些候选基因是与小麦穗发芽相关的重要基因。

玉米籽粒缺陷突变基因dek54的精细定位及候选基因分析

周练, 刘朝显, 陈秋栏, 王文琴, 姚顺, 赵子堃, 朱思颖, 洪祥德, 熊雨涵, 蔡一林

作物学报. 2021, (10):  1903-1912.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03060

摘要 ( 649 )   HTML ( 26 )   PDF (3857KB) ( 424 )  

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玉米籽粒与产量和营养品质密切相关, 控制籽粒发育基因的功能研究对解析籽粒发育分子机制, 提高玉米产量, 改善籽粒营养品质提供重要依据。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)处理B73花粉, 筛选到一个玉米籽粒缺陷突变体defective kernel 54 (dek54)。dek54表现出成熟籽粒变小、皱缩、颜色发白等特征; 遗传分析表明dek54是一个单基因控制的隐性突变体。石蜡切片显示dek54淀粉胚乳细胞形状不规则且排列致密, 扫描电镜观察成熟籽粒胚乳中心区域发现dek54淀粉粒周围蛋白体比野生型少且排列疏松。dek54成熟籽粒的总蛋白、醇溶蛋白、各氨基酸组分和全氮含量相比野生型都显著降低。利用F₂分离群体中的1566个dek54单株, 把dek54定位在7号染色体标记SSR6和SSR7之间, 物理位置约为290 kb。该区间有3个基因, 基因测序发现Zm00001d019294基因第2个外显子上第351个碱基由G突变为A, 从而导致蛋白翻译的提前终止。该基因在玉米籽粒中特异性表达, 且在12 DAP (days after pollination)籽粒中表达量最高。通过CRISPR/Cas9系统进行靶向突变确定候选基因Zm00001d019294导致该突变表型。Dek54编码一个与ZmNRT1.5 (nitrate transporter)具有较高同源性的MFS (major facilitator superfamily)家族蛋白并定位在玉米原生质体的细胞质膜。该研究为揭示dek54在玉米籽粒发育的分子机制奠定了重要基础。

叉柱棉sHSP基因家族的鉴定与特征分析

范凯, 潘鑫峰, 毛志君, 叶方婷, 李兆伟, 林伟伟, 林文雄

作物学报. 2021, (10):  1913-1926.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04235

摘要 ( 509 )   HTML ( 15 )   PDF (1335KB) ( 344 )  

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植物小分子热激蛋白(small heat shock protein, sHSP)是植物热激蛋白中一类分子量最小的基因家族, 该家族具有保守的α-晶体结构域, 在响应外界环境胁迫过程中具有重要的作用。叉柱棉(Gossypioides kirkii)有关sHSP家族的鉴定与特征分析还未见相关报道。本研究在叉柱棉中共鉴定了39个GksHSP成员, 并且可以将GksHSP成员进一步分为10个亚家族。在GksHSP家族中发现了7个基因复制事件, 并且所有的基因复制事件都是片段复制事件。棉属特有的全基因组复制事件主要导致了GksHSP成员的扩增, 其扩增还与蛋白激酶家族、线粒体载体蛋白家族以及植物生长素响应蛋白家族有关。此外, GksHSP家族可能与ABA和茉莉酸甲酯调控的胁迫响应相关, 并且GksHSP26成员及其在陆地棉中的同源基因可能在胁迫响应中具有关键的作用。本研究的结果可以进一步为今后叉柱棉和棉花的抗逆育种研究提供一定的理论基础。

大环内酯类和高表达玉米C₄-PEPC基因对水稻耐旱性的影响

宋凝曦, 李霞, 王净, 吴博晗, 曹悦, 杨杰, 谢寅峰

作物学报. 2021, (10):  1927-1940.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03064

摘要 ( 351 )   HTML ( 9 )   PDF (2605KB) ( 271 )  

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为揭示可变剪接机制参与植物耐旱性的内在机制, 以高表达转玉米C₄型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)基因(C₄-PEPC)水稻(PC)和受体“Kitaake” (WT)为材料, 通过盆栽和水培试验, 研究外施可变剪接抑制剂大环内酯类(pladienolide B, PB)联合干旱处理下, 功能叶片的光合参数、总可溶性糖及其组分、主要抗氧化酶活性以及抗氧化物质含量、Ca²⁺、NO、H₂O₂、ABA含量、与蔗糖非发酵1 (sucrose nonfermenting-1, SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 3s, SnRK3s)以及剪接因子基因表达的变化。结果表明: 在盆栽试验中, 与单独自然干旱处理(drought stress, DS)相比, 在孕穗期外施0.5 µmol L^-1 PB联合干旱处理(DS+PB), 显著下降了供试水稻的产量及其构成因子的数值, 其中, 在DS+PB处理下, PC的株高、穗数、每穗实粒重和单株产量均显著高于WT。在水培试验中, 与10% PEG-6000模拟干旱处理(PEG)相比, 外施0.5 µmol L ^-1 PB和10% PEG-6000模拟干旱处理(PEG+PB), 均显著降低了供试水稻功能叶片的净光合速率(P_n)、相对含水量、总可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD酶活性、POD酶活性、CAT酶活性、PEPC酶活性、糖组分(蔗糖、葡萄糖、果糖含量)、Ca²⁺、NO和H₂O₂的含量, 其中, PC中3个糖组分以及钙离子含量始终高于WT。与PEG处理相比, PEG+PB处理也导致水稻叶片内糖信号SnRK2s基因(SAPK8和SAPK9)和3个SnRK1基因表达量下降, 其中PC的SAPK8、SAPK10、OsK1a和OsK24表达均高于WT; 进一步10 mmol L^-1 EGTA钙离子螯合剂引入实验证明, 钙离子通过调节剪接因子相关基因的表达参与水稻干旱响应。相关性分析也表明, PC中钙离子含量分别与叶片可溶性蛋白含量、ABA含量以及剪接因子RS33的表达水平呈显著或极显著相关。综上, 可变剪接参与水稻干旱响应, 水稻可通过叶内糖信号SnRK1s和SnRK2s基因以及钙离子, 参与调节剪接因子相关基因的表达, 对水稻耐旱起积极的作用。与WT相比, PC的增益效果更强, 这与其内源高钙离子和糖组分含量密切相关。

半夏PtPAL基因的克隆、表达与酶动力学分析

何潇, 刘兴, 辛正琦, 谢海艳, 辛余凤, 吴能表

作物学报. 2021, (10):  1941-1952.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04227

摘要 ( 374 )   HTML ( 10 )   PDF (9580KB) ( 253 )  

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本研究以半夏为研究对象, 基于其转录组数据克隆获得1个苯丙氨酸解氨酶基因, 命名为PtPAL, 通过DNAMAN、MEGA等生物信息学软件进行序列结构与系统进化分析表明, 该基因核酸序列长度为2289 bp, 编码762个氨基酸, 终止密码子为TAA, PtPAL与单子叶植物百合PAL相似度达78%, 具有PAL-HAL、PLN02457、phe_am_lyase、Lyase_aromatic及HutH结构域, 属于苯丙氨酸解氨酶家族成员(Lyase_I_like Superfamily)。半夏PtPAL与单子叶植物百合、菠萝和油棕亲缘关系较近, 归于单子叶植物。采用实时荧光定量PCR分析PtPAL在不同组织间的表达情况表明, PtPAL基因在叶中表达量最高, 其次是块茎和根, 花中表达量最低。通过对半夏PtPAL基因进行功能表达分析发现, PtPAL重组蛋白可以高效催化L-Phe生成t-CA, 且催化反应最适pH与温度分别为9.0、70℃; PtPAL的K_m、V_max、K_cat和K_cat/K_m分别为0.89 mmol L^-1、63.96 nKat mg^-1、6.56 s^-1和7.37×10³ s^-1 M^-1。进一步探究金属离子对PtPAL酶活性的影响表明, Ba²⁺显著增强了PtPAL酶活性, Mn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺及Zn²⁺抑制了PtPAL酶活性。本研究为进一步研究PtPAL的功能特点及半夏苯丙胺类生物碱代谢途径奠定基础。

耕作栽培·生理生化

不同稻田综合种养模式下水稻产量形成特点及其稻米品质和经济效益差异

车阳, 程爽, 田晋钰, 陶钰, 刘秋员, 邢志鹏, 窦志, 徐强, 胡雅杰, 郭保卫, 魏海燕, 高辉, 张洪程

作物学报. 2021, (10):  1953-1965.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02068

摘要 ( 560 )   HTML ( 13 )   PDF (308KB) ( 613 )  

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为探明不同稻田综合种养模式下水稻产量、光合物质生产、品质和经济效益特征及差异, 本研究于2018年和2019年以当地代表性优质水稻南粳9108为材料, 设置稻虾(rice crayfish, RC)、稻鳖(rice turtle, RT)、稻鳅(rice loach, RL)、稻鲶鱼(rice catfish, RF)、稻锦鲤(rice koi, RK)和稻鸭(rice duck, RD)等6种主流和当地特色的稻田综合种养模式, 与稻麦两熟模式下水稻生产(CK)进行对比, 系统研究多种类型稻田综合种养模式对水稻产量及其构成、光合物质生产特征、稻米品质与经济效益的影响。结果表明: 与CK相比, 稻田综合种养模式水稻产量显著降低3.66%~7.54%, 其中稻鸭模式减产最少, 稻锦鲤模式减少最多。稻田综合种养水稻产量降低主要由于穗数和每穗粒数的减少导致群体颖花量显著减少, 并且主要生育时期干物质积累量较低和叶面积指数偏小, 主要生育阶段光合势、群体生长率和净同化率较低, 导致成熟期干物质积累量较少。稻田综合种养模式较CK显著降低稻米整精米率2.40%~4.37%, 显著降低垩白度8.14%~11.14%, 增加直链淀粉含量9.35%~13.80%, 降低蛋白质含量6.29%~10.01%, 显著提高食味值评分3.91%~11.69%, 其中稻鲶鱼、稻虾、稻鳅模式在提升稻米食味品质上的作用更明显。稻田综合种养模式下稻米淀粉RVA谱特征值峰值黏度、热浆黏度、最终黏度以及崩解值较对照升高2.75%~12.65%、3.24%~19.63%和2.47%~14.79%、1.67%~5.78%, 消减值降低2.54%~15.15%, 稻米品质变优。稻田综合种养模式经济效益较CK提高80.93%~511.52%, 其效益增加主要源于水产(禽)养殖产品增收和稻米优质加价增收。综上所述, 稻田综合种养是一种稳产提质增效的稻作生产方式。

缓释氮肥与尿素配施对机插杂交籼稻碳氮积累的影响

吕腾飞, 谌洁, 代邹, 马鹏, 杨志远, 郑传刚, 马均

作物学报. 2021, (10):  1966-1977.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02059

摘要 ( 454 )   HTML ( 13 )   PDF (896KB) ( 468 )  

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为探究缓释氮肥与尿素配施对我国西南地区机插杂交籼稻碳氮积累的影响, 2016—2017年, 本研究以杂交籼稻F优498为试验材料, 设置2种机插方式和4种不同的氮肥缓、速配施方法, 调查了杂交稻植株碳氮含量和碳氮代谢关键酶活性的变化。结果表明, 与毯苗机插相比, 在水稻生育中后期, 钵苗机插提高了杂交稻幼穗和剑叶中碳氮代谢关键酶活性, 增加了植株抽穗期和成熟期碳氮积累、拔节期植株碳素含量和C/N、抽穗期和成熟期穗部C/N, 有利于提高杂交稻产量。与缓释肥一次基施相比, 缓释氮肥基施配合尿素穗肥追施(N₃), 显著提高了幼穗和剑叶中碳氮代谢关键酶活性、拔节期植株的碳氮比、抽穗期和成熟期植株碳素积累, 有利于进一步提高机插杂交稻产量。另外, 机插杂交籼稻高产群体植株碳氮比在拔节期应控制在1.85~2.12, 抽穗期2.47~2.82, 成熟期3.34~3.53为宜。

大豆种植密度对玉米/大豆间作系统产量形成的竞争效应分析

任媛媛, 张莉, 郁耀闯, 张彦军, 张岁岐

作物学报. 2021, (10):  1978-1987.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04226

摘要 ( 509 )   HTML ( 17 )   PDF (524KB) ( 692 )  

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旱区作物间作系统是优化作物群体质量、提高产量的一种重要种植方式, 从产量构成因子角度探讨作物间作竞争优势机制还鲜见报道。本研究设置3个大豆密度梯度和4个种植比例(玉米与大豆以2∶0、0∶2、2∶2和2∶4间作), 分析间作系统的作物竞争指数、产量构成和最终产量的差异性变化, 探讨间作群体产量增加的作物竞争机制。结果表明, 不同大豆密度和种植比例组合下的间作系统产量提高14%~23%。玉米的实际产量损失大于0, 大豆的实际产量损失小于0。间作系统中玉米的穗重、穗长、穗粗、穗粒重、轴重和千粒重均显著高于单作; 除结荚长度和主茎节间长度外, 间作系统中大豆的单株粒重、单株荚数、单株总粒数、单株有效粒数、主茎节数和百粒重低于单作或与单作间无显著差异。间作系统中玉米的竞争比率大于1, 大豆的竞争比率小于1, 在3种大豆密度下玉米和大豆的竞争比率分别为2.08、1.84、1.68和0.49、0.56、0.63, 表明随着大豆密度的增加, 间作中玉米的竞争比率增加的同时大豆的竞争比率降低。玉米的侵占力大于0, 大豆的侵占力小于0。玉米产量与轴重、千粒重、穗重、穗粒重、穗长、行粒数呈正相关关系, 与秃尖长呈负相关关系。通径分析表明, 直接作用中, 穗粒重对玉米产量的贡献最大(2.18); 间接作用中, 轴重、千粒重通过每穗粒重对玉米产量的贡献较大(1.64和1.58)。综上所述, 大豆间作玉米有间作优势, 间作优势来源于每穗粒重。

植物生长调节剂S₃₃₀₇对苗期淹水胁迫下大豆生理特性和显微结构的影响

王诗雅, 郑殿峰, 冯乃杰, 梁喜龙, 项洪涛, 冯胜杰, 靳丹, 刘美玲, 牟保民

作物学报. 2021, (10):  1988-2000.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04233

摘要 ( 397 )   HTML ( 8 )   PDF (4970KB) ( 258 )  

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为探究苗期(V1期)淹水胁迫对大豆生理特性和显微结构的影响及烯效唑(S₃₃₀₇)的缓解效应, 以‘垦丰14’为材料, 于V1期进行叶面喷施S₃₃₀₇, 并于喷药后5 d进行淹水处理, 对淹水胁迫下大豆叶片和根系生理特性、下胚轴显微结构及S₃₃₀₇的调控效应进行了测定和分析。结果表明, 淹水胁迫会增加大豆下胚轴通气组织数量, 随淹水胁迫时间延长, 通气组织面积逐渐增大; S₃₃₀₇能提高大豆对淹水逆境的适应性, 增加通气组织数量和通气组织的面积, 以应对淹水胁迫对植株造成的缺氧胁迫。与对照(CK)相比, 淹水胁迫会增加叶片和根系中活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量, 并随胁迫时间延长而逐渐升高。在淹水胁迫前期会诱导酶促抗氧化防御系统活性的增强, 引起渗透调节物质含量的增加, 随胁迫时间延长, 抗氧化酶活性和渗透调节物质含量均呈下降趋势。S₃₃₀₇可促进叶片和根系中抗氧化酶活性的提高, 抑制ROS和MDA含量的过量积累, 并始终维持较高的渗透调节物质含量, 减缓淹水胁迫造成的损伤。

盐胁迫下外源2,4-表油菜素内酯对颠茄氮代谢及TAs代谢的影响

辛正琦, 代欢欢, 辛余凤, 何潇, 谢海艳, 吴能表

作物学报. 2021, (10):  2001-2011.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04238

摘要 ( 370 )   HTML ( 8 )   PDF (1485KB) ( 133 )  

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以颠茄(Atropa belladonna L.)幼苗为材料, 采用盆栽试验, 使用外源2,4-表油菜素内酯(2,4-Epibrassinolide, EBR)处理幼苗, 研究在100 mmol L^-1 NaCl胁迫下不同浓度(0.05、0.1、0.2、0.4 mg L^-1)外源EBR在不同处理时间(5、10、15、20 d)内对颠茄氮代谢、次生代谢产物含量以及托品烷类生物碱(tropane alkaloids, TAs)合成途径中前体物质含量、关键酶基因表达量的影响, 旨在明确外源EBR调控颠茄耐盐性的生理机制。盐胁迫下颠茄氮代谢受到抑制, 而施加外源EBR能够有效增强颠茄的氮代谢能力, 硝态氮含量显著升高, 铵态氮含量降低, 游离氨基酸、可溶性蛋白含量以及氮代谢关键酶活性均有不同程度的上升。盐胁迫不利于生物碱的合成和积累, 显著降低了TAs途径中前体物质的合成和关键酶基因的表达。外施0.1 mg L^-1EBR能够有效提高鸟氨酸、精氨酸、多胺含量以及腐胺合成关键酶活性, 并通过上调TAs途径中关键酶基因TR I、H6H的表达量来提高莨菪碱和东莨菪碱的含量。表明适宜浓度的外源EBR能够有效缓解盐胁迫对颠茄生理代谢的破坏, 通过提高氮代谢能力、促进TAs的产生和积累, 提高颠茄幼苗的耐盐性。

播期对机插杂交籼稻不同茎蘖部位稻穗枝梗数和颖花数的影响

钟晓媛, 邓飞, 陈多, 田青兰, 赵敏, 王丽, 陶有凤, 任万军

作物学报. 2021, (10):  2012-2027.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02074

摘要 ( 406 )   HTML ( 8 )   PDF (743KB) ( 156 )  

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为探究播期对机插杂交籼稻不同茎蘖部位稻穗枝梗数和颖花数的影响, 以穗型差异较大的杂交籼稻品种 F优498和宜香优2115为材料, 通过分期播种试验研究机插杂交籼稻不同播期下不同茎蘖部位稻穗的枝梗数和颖花数。结果表明, (1) 每穗一次、二次颖花数及二次枝梗数为: 主茎>一次分蘖>二次分蘖, 主茎和一次分蘖的一次、二次颖花数及二次枝梗数随播期推迟呈增加趋势, 且平均一次、二次颖花数及二次枝梗数也随播期推迟而增加。每穗总枝梗数及总颖花数表现出了相同趋势。平均每穗总枝梗数和总颖花数也随播期推迟呈增加趋势。(2) 相关分析表明, 主茎、一次分蘖和二次分蘖的每穗总枝梗数及总颖花数与平均每穗总枝梗数及总颖花数呈极显著正相关, 相关系数表现为主茎>一次分蘖>二次分蘖, 且通径分析表明, 主茎和一次分蘖的每穗总枝梗数及总颖花数对平均每穗总枝梗数及总颖花数的贡献率远大于二次分蘖。(3) 主茎、一次分蘖和平均每穗大部分枝梗及颖花性状与穗分化期最高温度、平均温度和平均日照时数呈显著或极显著的正相关。综合看来, 不同播期下主茎、一次分蘖和二次分蘖的枝梗数和颖花数有较大差异, 选择大穗型籼稻品种进行机插更有利于获得较高的稻穗枝梗数和颖花数, 同时根据播期确定相应的高产策略, 早播机插在保证较高一次分蘖数的基础上, 应注重提高每穗枝梗数和颖花数以提高产量, 迟播机插在保证较高每穗颖花数的基础上, 应注重提高结实率、千粒重。

基于作物生长监测诊断仪的双季稻叶干重监测模型

李艳大, 曹中盛, 舒时富, 孙滨峰, 叶春, 黄俊宝, 朱艳, 田永超

作物学报. 2021, (10):  2028-2035.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02077

摘要 ( 366 )   HTML ( 8 )   PDF (458KB) ( 306 )  

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本文旨在验证作物生长监测诊断仪(crop growth monitoring and diagnosis apparatus, CGMD)监测双季稻长势指标的准确性, 建立基于CGMD的双季稻叶干重监测模型。通过实施8个不同早、晚稻品种和4个施氮水平的小区试验, 采用CGMD获取从分蘖期至灌浆期的冠层归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、差值植被指数(differential vegetation index, DVI)和比值植被指数(ratio vegetation index, RVI), 同步采用高光谱仪(analytical spectral devices field-spec handheld 2, ASD FH2)获取冠层光谱反射率计算NDVI、DVI和RVI; 分析2种光谱仪获取的植被指数间的相关关系, 验证CGMD的测量精度, 建立基于CGMD的叶干重监测模型, 并用独立试验数据对模型进行检验。结果表明: 早、晚稻叶干重随施氮水平的增加而增大, 随生育进程的推进呈“低—高—低”动态变化趋势; CGMD与ASD FH2获取的NDVI、DVI和RVI呈极显著相关, 相关系数(correlation coefficient, r)分别为0.9535~0.9972、0.9099~0.9948和0.9298~0.9926, 表明2种光谱仪获取的植被指数具有高度的一致性, CGMD可替代价格昂贵的ASD FH2获取NDVI、DVI和RVI。CGMD获取的3个植被指数相比, RVI_CGMD与叶干重的相关性最高; 基于RVI_CGMD的幂函数模型可准确地监测叶干重, 模型建立的决定系数(determination coefficient, R²)为0.8604~0.9216, 模型检验的均方根误差(root mean square error, RMSE)、相对均方根误差(relative root mean square error, RRMSE)和r分别为12.97~17.87 g m^-2、4.88%~16.79%和0.9951~0.9992。与人工采样测定叶干重相比, 利用CGMD可实时准确地获取双季稻叶干重动态变化, 在双季稻长势精确诊断和丰产高效栽培中具有应用价值。

研究简报

结合QTL-seq和连锁分析发掘水稻中胚轴伸长相关QTL

刘畅, 孟云, 刘金栋, 王雅美, Guoyou Ye

作物学报. 2021, (10):  2036-2044.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02082

摘要 ( 486 )   HTML ( 16 )   PDF (3286KB) ( 258 )  

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中胚轴长度(mesocotyl length, ML)是影响旱直播水稻出苗和早期幼苗活力的重要性状。发掘中胚轴伸长相关位点, 解析其遗传机制, 选育长中胚轴品种是促进旱直播技术推广最为经济和有效的方式。本研究以长中胚轴品种‘Changai’和短中胚轴品种‘IR 145’为亲本构建的F₂遗传分离群体为材料, 构建长池和短池并开展深度重测序(50×)。利用Δ(SNP-index)和G-value两种方法在3号染色体29.56~33.28 Mb处鉴定到1个中胚轴伸长相关位点qML3。在候选区域开发KASP标记, 对184个F₂株系开展连锁分析, 将候选区间缩小到28.89~31.03 Mb。结合基因注释、连锁分析和基因表达分析结果, 推测LOC_Os03g52450、LOC_Os03g56060、LOC_Os03g58290、LOC_Os03g58300、LOC_Os03g58320、LOC_Os03g56050和LOC_Os03g57640为候选基因。这些基因分别与植物激素的调控和细胞分裂相关机制有关。本研究发掘了一个水稻中胚轴伸长相关位点, 对选育长中胚轴品种有一定帮助。

水稻基因OsATS的克隆及功能鉴定

李晓旭, 王蕊, 张利霞, 宋亚萌, 田晓楠, 葛荣朝

作物学报. 2021, (10):  2045-2052.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02079

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植物胚胎特异性蛋白ATS3和植物的渗透胁迫响应有密切关系, 本文对水稻OsATS基因的抗逆相关功能进行了初步研究。qRT-PCR检测发现, 水稻在盐胁迫后OsATS基因表达量显著增加。构建OsATS基因过表达载体, 转化拟南芥植株, 抗逆性检测表明, OsATS基因的过表达可以显著提高拟南芥在萌发阶段和成株阶段的耐盐性。随后将过表达载体p1300-35S:OsATS和RNA干涉载体pTCK303-OsATS-RNAi转入水稻, 抗逆性分析表明, OsATS过表达水稻株系在萌发阶段和苗期的耐盐性显著提高, 而OsATS基因RNAi水稻株系耐盐性则明显下降。qRT-PCR和生理指标检测表明, OsATS基因的表达可能通过调节OsP5CS1、OsLEA3-1、OsPDH基因的表达, 调控了水稻细胞中的脯氨酸、LEA蛋白质含量, 进而影响了水稻植株整体的耐盐性。本研究初步揭示了OsATS基因的抗逆功能, 后续可通过调整该基因的表达量, 改良水稻的抗逆性。

青藏春冬麦区93份小麦地方种质条锈病抗性评价及抗病基因分子鉴定

赵旭阳, 姚方杰, 龙黎, 王昱琦, 康厚扬, 蒋云峰, 李伟, 邓梅, 李豪, 陈国跃

作物学报. 2021, (10):  2053-2063.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01073

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为应对当前条锈菌强毒性小种对中国小麦生产带来的威胁, 本研究通过鉴定来自青藏春冬麦区的93份小麦地方种质对中国当前条锈菌流行小种或致病类群在苗期和成株期的抗性水平, 检测其可能携带的条锈病抗性基因, 为培育小麦抗条锈病新品种提供抗源。利用条锈菌流行小种条中32号(CYR32)和条中34号(CYR34)对93份来源于青藏春冬麦区小麦地方品种进行温室苗期抗性鉴定, 并于2015—2016、2017—2018和2018—2019年度在四川崇州和绵阳共4个田间环境下, 利用由条锈菌流行小种(CYR32、CYR33、CYR34)、水源致病类型(Su11-4、Su11-5)、贵农22致病类型(G22-14)组成的混合菌进行成株期抗性鉴定。同时利用Yr5、Yr10、Yr18、Yr24 (=Yr26)、Yr48、Yr65和Yr67共7个已知抗条锈病基因紧密连锁的侧翼分子标记或功能标记进行检测。抗性鉴定结果表明, 4份(占4.30%)种质对CYR32表现苗期抗性; 3份(占3.26%)对CYR34表现苗期抗性; 其中1份种质(白颖无芒小麦)对CYR32和CYR34均表现苗期抗性。10份种质(占10.75%)在4个田间环境中均表现成株期抗性。分子检测结果表明, 可能携带Yr18、Yr48和Yr65的种质分别有11份、40份和1份。其中, 7份可能同时携带Yr18+Yr48基因; 3份未检测出供试已知Yr基因, 推测其可能携带其他已知或未知条锈病抗性基因。上述研究结果表明, 青藏春冬麦区小麦地方种质对中国当前条锈菌流行小种或致病类群的抗性整体水平较低, 其携带抗性基因的多样性也较低; 建议对表现良好抗性且可能携带未知抗性基因的地方种质进行发掘并利用其加快育种。