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2021年 第47卷 第11期 刊出日期：2021-11-12

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综述

基于反射光谱和叶绿素荧光数据的作物病害遥感监测研究进展

竞霞, 邹琴, 白宗璠, 黄文江

作物学报. 2021, (11):  2067-2079.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03057

摘要 ( 551 )   HTML ( 41 )   PDF (520KB) ( 536 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

作物病害是影响粮食产量和质量的生物灾害, 病害的侵染消耗了作物营养和水分, 扰乱了其正常的生命过程, 引起了作物内部生理生化和外部表观形态的改变。冠层反射光谱能够较好地探测作物群体结构信息, 叶绿素荧光能敏感反映作物光合生理上的变化, 二者均能够实现作物病害的遥感探测。本文从作物病害遥感探测的方法和尺度两个方面综述了基于反射率光谱的作物病害遥感监测现状, 概括了主动荧光、被动荧光以及协同日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱在作物病害遥感监测中的研究进展, 分析了反射率光谱和叶绿素荧光数据在作物病害遥感探测方面的优缺点, 探讨了不同数据源、不同监测方法在作物病害遥感探测中可能存在的问题, 并在此基础上展望了作物病害遥感监测的未来发展, 旨在为后续利用反射率光谱和叶绿素荧光数据探测作物病害提供重要的参考依据。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

小麦多酚氧化酶基因Ppo-A1和Ppo-D1位点等位变异与穗发芽抗性的关系

黄义文, 代旭冉, 刘宏伟, 杨丽, 买春艳, 于立强, 于广军, 张宏军, 李洪杰, 周阳

作物学报. 2021, (11):  2080-2090.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01089

摘要 ( 444 )   HTML ( 31 )   PDF (3424KB) ( 585 )  

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Ppo-A1和Ppo-D1是控制小麦多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性的关键基因。有报道PPO活性与穗发芽抗性有关, 但Ppo-A1和Ppo-D1位点不同等位变异对穗发芽抗性的影响尚不明确。本研究利用248份我国主栽小麦品种3年发芽指数, 结合Ppo-A1和Ppo-D1位点等位变异分型结果, 研究两个位点不同等位变异及其等位变异组合与穗发芽抗性的关系。结果表明, 发芽指数主要受年份、Ppo-A1位点和Ppo-A1 × Ppo-D1互作共同影响。在Ppo-A1位点, 携带低PPO活性等位变异Ppo-A1b的小麦品种发芽指数显著低于携带高PPO活性等位变异Ppo-A1a的品种, 平均发芽指数相差5.22%; 相反, 在Ppo-D1位点携带低PPO活性等位变异Ppo-D1a品种的发芽指数高于携带高PPO活性等位变异Ppo-D1b的品种, 但差异不显著。在4种等位变异组合中, Ppo-A1bPpo-D1b组合类型品种的发芽指数最低。上述Ppo-A1位点等位变异与穗发芽抗性的关系在轮选13 × 济麦20 F₂及F_2:3分离群体中得到验证。PPO活性和Ppo-A1相对表达量均与发芽指数呈显著正相关。本研究表明, Ppo-A1b等位变异的分子标记可以有效地用于穗发芽抗性辅助选择。

黄淮麦区小麦粒重基因等位变异的分子鉴定及育种应用

张福彦, 程仲杰, 陈晓杰, 王嘉欢, 陈锋, 范家霖, 张建伟, 杨保安

作物学报. 2021, (11):  2091-2098.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01083

摘要 ( 474 )   HTML ( 21 )   PDF (595KB) ( 727 )  

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采用特异性引物PCR扩增方法对183份黄淮海麦区的小麦品种(系)的粒重基因TaCwi-A1、TaGw8-B1和TaGS-D1的等位变异进行分子鉴定, 并结合2016—2017和2017—2018年度的千粒重表型数据, 分析不同等位变异类型对小麦粒重的影响, 从而找出优势基因型组合。结果表明, 不同年份间参试品种(系)的千粒重差异达到极显著水平(P<0.01); TaCwi-A1位点上发现TaCwi-A1a和TaCwi-A1b两种等位变异, 其分布频率分别为66.7%和33.3%; TaGw8-B1位点上TaGw8-B1a等位变异分布频率较高, 为94.5%, 而TaGw8-B1b等位变异分布频率极低, 仅为5.5%; TaGS-D1位点上发现TaGS-D1a和TaGS-D1b两种等位变异, 其分布频率分别为79.8%和20.2%。不同等位变异组合的品种千粒重存在显著差异(P<0.05), 其中具有3个高千粒重等位变异组合TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重最高, 与具有TaCwi-A1b/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重差异不显著, 但是显著高于其他组合(P<0.05)。TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1b基因型组合小麦品种(系)的平均千粒重最低。TaCwi-A1、TaGw8-B1和TaGS-D1位点上的不同等位变异均会导致小麦千粒重的显著变化, 其中TaGw8-B1和TaGS-D1位点上的等位变异对小麦粒重的影响更为重要。在参试材料中没有发现具有3个低千粒重等位变异组合TaCwi-A1b/TaGS-D1b/TaGw8-B1b的品种, 在7种不同等位变异组合中, 具有3个高千粒重等位变异组合TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重最高, 是优势基因型组合。

甘蓝型油菜容重及其相关性状的全基因组关联分析

雷维, 王瑞莉, 王刘艳, 袁芳, 孟丽姣, 邢明礼, 徐璐, 唐章林, 李加纳, 崔翠, 周清元

作物学报. 2021, (11):  2099-2110.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04245

摘要 ( 375 )   HTML ( 22 )   PDF (6958KB) ( 441 )  

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种子容重大小反映了作物光合产物在籽粒中的积累特性, 是油菜千粒重重要的组成部分, 筛选高容重种质资源, 研究容重的遗传特性在油菜遗传育种中具有非常重要的作用。本文以不同遗传背景的187份甘蓝型油菜品种(系)构成的自然群体为研究对象, 进行2年种子的容重及其相关性状(千粒重、体积)测定和资源评价, 基于最优模型对各性状进行全基因组关联分析(genome-wide association analysis, GWAS)和候选基因预测。结果显示, 187份材料在2年中容重及其关联性状在品种(系)间差异均达到显著水平(P<0.05), 筛选出3个种子千粒重较大的高容重种质资源。全基因组关联分析共检测到24个与种子容重及其相关性状显著关联的SNP位点, 可解释表型变异的8.21%~10.40%。通过单倍型分析确定关联SNP位点的Block区间, 其所在的Block覆盖了12个与容重、粒重和体积有关的候选基因, 主要编码转录因子(如WOX8、HAIKU1、AP2/ERF转录因子、Dof家族-Zinc finger超家族和BZR1转录因子)、酶类(如BKI1、KAT2、CEL1和UBP15)、DNA结合蛋白和激素响应蛋白(如ARF2和J3)。本研究结果将为进一步解析油菜千粒重的遗传机制、培育高容重油菜品种及后续基因的功能研究提供理论依据。

转P_SAG12-IPT基因对棉花叶片衰老及产量和纤维品质的影响

王晔, 刘钊, 肖爽, 李芳军, 吴霞, 王保民, 田晓莉

作物学报. 2021, (11):  2111-2120.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04251

摘要 ( 291 )   HTML ( 15 )   PDF (737KB) ( 407 )  

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探讨P_SAG12-IPT基因导入对棉花叶片衰老性状、产量和纤维品质的影响。本研究以9个转化事件的纯合阳性株系为试验材料, 于2011—2012年在中国农业大学上庄实验站开展研究。结果表明, 转基因株系叶片衰老阶段IPT基因表达量大幅上调, Z+ZR类细胞分裂素含量显著高于野生型冀合321。根据Z+ZR类细胞分裂素含量将9个转P_SAG12-IPT基因株系聚类分为抗衰老能力强、弱和中间型3大类, 不同类型株系在叶片衰老阶段的叶绿素和可溶性蛋白含量较野生型增加幅度不同。转基因株系单株成铃数(直径≥2 cm)和铃重与野生型相当或高于野生型, 但各株系第一次收获时的吐絮率显著低于野生型, 且降低幅度与抗衰老能力成正比。这导致抗衰老能力较强和中等的P_SAG12-IPT过表达株系(OE-37和OE-38)因有效吐絮铃少而减产, 而抗衰老能力弱的株系(OE-30)籽棉产量与野生型相当。P_SAG12-IPT基因过表达株系的纤维长度整齐度指数显著高于野生型, 马克隆值有增加趋势, 其他品质指标与野生型差别不大。

利用动态转录组学挖掘大豆百粒重候选基因

曾健, 徐先超, 徐昱斐, 王秀成, 于海燕, 冯贝贝, 邢光南

作物学报. 2021, (11):  2121-2133.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04249

摘要 ( 769 )   HTML ( 27 )   PDF (1170KB) ( 434 )  

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百粒重是影响大豆产量的重要农艺性状, 揭示其分子基础发掘关键候选基因对大豆改良具有重要意义。本研究通过对12个大豆品种籽粒发育3个时期共36个样本的转录组数据进行加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA), 得到20个基因共表达模块, 与百粒重及4个粒形性状关联后发现green模块与表型最为相关, 之后根据Gene Significance (GS)值和Eigengene Connectivity (kME)值筛选出13个green模块内的核心基因(hub gene); 然后对2组百粒重存在极显著差异的大豆品种的籽粒发育3个时期分别进行基因差异表达分析发现大豆在籽粒发育前中期可能通过MAPK信号通路调节百粒重大小; 之后对其进行SNPs/InDels挖掘并根据Gene Ontology (GO)注释发现green模块内的Glyma.14G043900和Glyma.15G217400由于SNP变异造成同义以及非同义突变, 且存在调控基因表达相关的GO Terms以及锌指结构域, 表明它们可能通过调控hub基因和差异表达基因调控大豆百粒重及粒形性状。Glyma.15G217400位于已报道的4个百粒重QTL中, 而Glyma.14G043900位于已报道的一个籽粒蛋白含量及一个油脂含量QTL中。通过比对大豆公共数据库发现这2个基因的百粒重增效等位变异受到人工选择, 其频率从野生大豆到地方品种再到育成品种的过程中逐渐升高。这些结果为进一步发掘大豆百粒重候选基因及其表达调控机制提供了新思路。

受青枯菌诱导的花生根酵母双杂交文库构建和AhRRS5互作蛋白的筛选

陈玉婷, 刘露, 楚盼盼, 魏嘉贤, 钱慧娜, 陈华, 蔡铁城, 庄伟建, 张冲

作物学报. 2021, (11):  2134-2146.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04254

摘要 ( 491 )   HTML ( 6 )   PDF (5160KB) ( 158 )  

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前期研究报道超表达花生AhRRS5基因能够显著提高烟草抗青枯病水平, 为进一步探究NBS-LRR类抗病蛋白AhRRS5在花生应答青枯菌胁迫的信号通路, 本研究在构建花生受青枯菌诱导的根部组织均一化三框文库的基础上, 通过酵母双杂交技术筛选AhRRS5的互作蛋白。通过改良的CTAB法提取青枯菌诱导后不同时间点的花生根部组织样品总RNA, 分离纯化mRNA并合成双链cDNA, 并基于同源重组方法分别构建酵母双杂交初级和次级文库。构建的酵母双杂交次级cDNA文库库容为1.44×10⁷ cfu mL^-1, 重组率为100%, 插入片段大小在1000 bp以上。通过酶切连接法构建pGBKT7-AhRRS5诱饵载体, 在酵母细胞中无自激活和毒性活性, 与酵母双杂交文库共转酵母Y2H Gold菌株后, 经多次筛库和回转验证, 最终获得12个候选互作蛋白, 这些蛋白涉及到植物生长发育、能量代谢、激素信号转导、胁迫响应等多个方面。通过双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)验证了AhSBT1.6和AhRRS5的体内互作。转录组数据显示, 花生AhSBT1.6基因在不同组织中表达差异显著; 实时荧光定量PCR显示, 该基因在抗青枯病花生品种中受青枯菌诱导上调表达, 推测AhSBT1.6可能参与调控花生青枯病抗性。研究结果为进一步研究NBS-LRR类抗病蛋白AhRRS5和互作蛋白在花生青枯病抗性防御的作用机制奠定了基础。

紫甘薯SSR标记遗传图谱构建与重要农艺性状QTL定位

马猛, 闫会, 高闰飞, 后猛, 唐维, 王欣, 张允刚, 李强

作物学报. 2021, (11):  2147-2162.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04271

摘要 ( 448 )   HTML ( 15 )   PDF (1173KB) ( 468 )  

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理想农艺性状是甘薯育种的重要目标, 而选择甘薯理想农艺性状的育种手段还很缺乏。本研究以分枝数多、蔓长中等、高产紫肉甘薯品种徐紫薯8号为母本, 分枝数少、长蔓、中等产量白肉甘薯品种美国红为父本, 以F₁代分离群体的274个单株为作图群体, 利用SSR分子标记技术, 构建了甘薯分子连锁图谱, 能够加密已有的遗传图谱。其中母本图谱包含24个连锁群(linkage groups, LGs), 图谱总长1325.8 cM, 标记间平均距离9.2 cM; 父本图谱包含21个LGs, 图谱总长1088.6 cM, 标记间平均距离8.2 cM。通过复合区间作图法对甘薯地上部分枝数、茎蔓直径、最长蔓长、叶柄长度和节间长度5个重要农艺性状进行QTL分析, 检测到1个与分枝数相关的QTL, 解释表型变异的53.2%; 1个与茎蔓直径相关的QTL, 解释表型变异的16.7%; 2个与最长蔓长相关的QTL, 解释表型变异的9.5%和13.7%; 2个与叶柄长度相关定位的重要农艺性状QTL, 可以开发与其连锁的分子标记, 辅助室内早代苗期筛选具有理想农艺性状的株系, 从而提高田间选择效率的QTL, 解释表型变异的8.8%和11.3%; 5个与节间长度相关的QTL, 解释表型变异的9.6%~28.1%。利用定位的重要农艺性状QTL,可以开发与其连锁的分子标记,辅助室内早代苗期筛选具有理想农艺性状的株系,从而提高田间选择效率。。

甘蓝型油菜桔红花显性基因候选区域的NGS定位及InDel标记开发

郭青青, 周蓉, 陈雪, 陈蕾, 李加纳, 王瑞

作物学报. 2021, (11):  2163-2172.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04236

摘要 ( 496 )   HTML ( 11 )   PDF (13272KB) ( 329 )  

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甘蓝型油菜花色的选育和改良已成为种质资源鉴定和材料创制的重要研究方向。目前为止, 甘蓝型油菜桔红花显性基因定位的研究还未见报道。本研究以甘蓝型油菜双单倍体(doubled haploid, DH)纯系黄花Y05和桔红花R08杂交, 分析桔红花性状遗传模式。在F₂群体中选取30株极端桔红花和30株极端纯黄花构建叶片DNA子代池和花瓣RNA子代池, 对亲本和DNA子代池进行30×重测序, 对RNA子代池进行6G测序。以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh为参考序列, QTL-seq流程和MMAPPR流程相互结合鉴定桔红花基因候选区间。利用IGV软件可视化分析候选区间内插入缺失(InDel)变异位点, 根据候选区间信息设计InDel引物。结果表明, 桔红花性状受1对显性主效基因控制, 全基因组重测序定位桔红花性状基因候选区间结果与转录组测序定位结果高度一致, 均位于法国甘蓝型油菜Darmor-bzh A07染色体18~19 Mb。聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选到3个与桔红花性状紧密连锁共分离的InDel标记。这些研究为精细定位桔红花显性候选基因以及分子标记辅助选育甘蓝型油菜桔红花新材料提供新思路。

水稻ptc1隐性核不育系的创制及其配合力分析

李京琳, 李佳林, 李新鹏, 安保光, 曾翔, 吴永忠, 黄培劲, 龙湍

作物学报. 2021, (11):  2173-2183.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02076

摘要 ( 348 )   HTML ( 6 )   PDF (2612KB) ( 387 )  

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细胞质雄性不育系和光温敏雄性不育系是目前杂交水稻育种、制种中广泛利用的两种不育系, 然而这两种不育系分别具有组配不自由和育性不稳定的缺陷。隐性核雄性不育系可以克服上述缺陷, 创制、鉴定和利用细胞核雄性不育系将成为新一代杂交水稻技术的重要环节。本研究通过筛选9311的辐射诱变突变体库, 获得了一个无花粉型隐性核雄性不育突变体ptc1-2。图位克隆发现ptc1-2的突变位点位于9号染色体上, 是一段包含PTC1编码区在内259.37 kb的大片段缺失。共分离检测表明, 雄性不育表型是由ptc1-2突变位点造成的。通过分子标记辅助选择将ptc1-2突变位点回交转育至两系不育系C815S和三系保持系五丰B中, 在BC₃F₃世代分别获得与轮回亲本性状相似的隐性核不育系C815G和五丰G。配合力分析表明, C815G和五丰G分别具有与C815S和三系不育系五丰A基本相同的配合力水平。本研究为隐性核不育系的创制提供了新的基因和材料资源, 并证实了隐性核不育系代替现有三系和两系不育系的可行性。

烟草非特异性脂质转移蛋白基因家族的鉴定与分析

李鹏, 刘彻, 宋皓, 姚盼盼, 苏沛霖, 魏跃伟, 杨永霞, 李青常

作物学报. 2021, (11):  2184-2198.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04240

摘要 ( 446 )   HTML ( 12 )   PDF (3490KB) ( 317 )  

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植物非特异性脂质转移蛋白(non-specific lipid transfer proteins, nsLTPs)可以在体外转移脂质, 调节植物的生长发育以及对环境非生物和生物胁迫作出反应等。本研究从烟草栽培品种K326 (Nicotiana tabacum L.)基因组中鉴定出74个nsLTPs基因, 对其系统发育关系、基因结构、保守基序、染色体定位、基因重复、启动子顺式作用元件、3D结构和激素与非生物胁迫处理下的表达模式进行了分析。结果表明, 根据8个半胱氨酸之间的间隔和序列相似性将其分为I、II、III、IV、V、VII、VIII和XIII八种类型, 相同类型的NtLTPs具有相似的内含子-外显子基因结构和保守基序模式, motif 2和motif 3是NtLTPs基因家族的特征基序。在进化过程中, 片段重复是NtLTPs基因家族扩展的主要原因, 干旱处理后的RNA-seq分析发现, 在进化过程中, 不同基因重复事件发生后功能分化模式存在差异。启动子分析表明, 它们含有多种光反应、激素和非生物胁迫响应顺式作用元件。进一步采用qRT-PCR分析发现, NtLTPs家族基因在烟草植株的不同组织和器官中具有不同的表达模式, 可以响应干旱、盐等非生物胁迫以及IAA、GA、SA等激素处理。研究结果为深入分析NtLTPs家族基因的功能提供了理论参考, 并为进一步的分子育种提供了理论基础。

耕作栽培·生理生化

适宜机械粒收玉米品种的熟期评价指标

李璐璐, 明博, 初振东, 张万旭, 高尚, 王浥州, 侯梁宇, 周先林, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 李少昆

作物学报. 2021, (11):  2199-2207.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03049

摘要 ( 581 )   HTML ( 20 )   PDF (434KB) ( 663 )  

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玉米收获期籽粒含水率偏高制约了机械粒收技术的应用, 选育和筛选快速脱水的品种是解决这一问题的关键, 然而我国尚缺乏评价籽粒脱水速率的指标。本研究于2014—2018年进行, 在不同产区调查了先玉335和郑单958的生育和脱水进程, 探讨玉米籽粒脱水速率的评价指标。结果表明, 播种-生理成熟积温、播种-25%含水率积温和生理成熟-25%含水率积温在品种之间均差异显著。其中播种-生理成熟积温先玉335和郑单958平均为3039ºC d (2752~3249ºC d)和3090ºC d (2750~3546ºC d), 差值51ºC d, 变异系数为4%和6%。播种-25%含水率积温在这2个品种之间差异更大, 先玉335和郑单958平均为3097ºC d (2920~3392ºC d)和3309ºC d (2980~3613ºC d), 差值达212ºC d, 变异系数为4%和5%。生理成熟-25%含水率积温先玉335和郑单958平均为66ºC d (0~287ºC d)和166ºC d (36~338ºC d), 变异系数为131%和54%。播种-25%含水率积温更能体现品种之间籽粒脱水速率, 可以作为现阶段机械粒收品种选育和筛选的熟期指标, 但是该指标在区域、年份和播期之间有一定差异, 在测量时建议统一田块和播种日期。本文提出用播种-25%含水率的积温作为评价籽粒脱水速率的熟期指标, 用于当前品种选育和筛选, 推动玉米机械粒收技术在国内的发展。

宁南旱区沟垄集雨结合覆盖对土壤水热肥与马铃薯产量的影响

吴春花, 普雪可, 周永瑾, 勉有明, 苗芳芳, 李荣

作物学报. 2021, (11):  2208-2219.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.94194

摘要 ( 357 )   HTML ( 10 )   PDF (1161KB) ( 410 )  

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为探明不同沟垄集雨结合覆盖模式对土壤水热肥特性与旱作马铃薯产量的影响, 于2015—2016年在宁南旱区连续两年设置6种沟垄集雨结合覆盖模式定位试验[垄上覆盖塑料地膜, 沟内分别覆盖塑料地膜(PP)、玉米秸秆(PS)、生物降解地膜(PB)、麻纤维地膜(PF)、液态地膜(PL)和沟不覆盖(PN)], 以平作不覆盖为对照(CK), 研究其对土壤水分、温度、养分及马铃薯产量的影响。沟垄集雨结合覆盖模式可显著提高全生育期平均0~200 cm层土壤贮水量, 以PS处理的保墒效果最佳。PP处理对马铃薯生育期土壤温度(0~25 cm)具有显著的增温效果, 而PS处理降温效果显著。与试验处理前相比, 2年马铃薯收获期不同沟垄集雨结合覆盖模式下0~40 cm层土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量均显著提高, 而速效钾含量显著降低, 与对照相比均显著提高, 其中以PS处理增幅最大。沟垄集雨结合覆盖模式能显著提高马铃薯产量和商品薯率, 其中以PS和PP处理最高, PB、PF和PL处理次之, 而PN与CK无显著差异。通过相关分析及通径分析发现, 土壤水分、有机碳及温度是制约马铃薯高产的重要因子。垄覆地膜沟覆秸秆处理可显著改善旱作土壤水热肥环境, 提高马铃薯产量, 在宁南旱区马铃薯高产栽培中具有一定的应用价值。

增温增CO₂浓度对玉米||花生体系玉米生长发育及产量的影响

王飞, 郭彬彬, 孙增光, 尹飞, 刘领, 焦念元, 付国占

作物学报. 2021, (11):  2220-2231.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03018

摘要 ( 518 )   HTML ( 12 )   PDF (2184KB) ( 463 )  

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为了明确气候变化对玉米||花生体系中玉米生长发育及产量的影响, 本研究以玉米||花生2∶4模式为研究对象, 采用开顶式气室, 2018年设2个处理, 分别是TC (ambient temperature and ambient CO₂ concentration, 环境温度和环境CO₂浓度)、+T+C (elevated temperature and elevated CO₂ concentration, 增温且增CO₂浓度); 2019年设3个处理, 分别是TC、+TC (elevated temperature and ambient CO₂ concentration, 增温和环境CO₂浓度)、+T+C; 分别在P₀ (0 kg P₂O₅ hm^-2)和P₁₈₀ (180 kg P₂O₅ hm^-2) 2个水平下, 研究增温增CO₂浓度对间作玉米生长、干物质积累与分配、光合速率及产量的影响。结果表明: (1) 与环境温度和环境CO₂浓度相比, 增温(+TC)处理的间作玉米出苗至吐丝、吐丝至成熟和出苗至成熟的天数分别缩短4、2和6 d; 增温后, 同时升高CO₂浓度, 间作玉米出苗至吐丝的天数缩短3 d、而吐丝至成熟和出苗至成熟的天数却分别增加5 d和2 d; 与TC相比, +T+C处理, 间作玉米出苗至吐丝和出苗至成熟的天数分别缩短4~7 d和2~4 d, 吐丝至成熟的天数增加1~4 d。(2) 间作玉米单株叶面积、净光合速率和光合势在吐丝期前表现为+T+C>+TC>TC, 吐丝至乳熟期表现为+T+C>TC>+TC, 乳熟期后表现为TC>+T+C>+TC。与TC相比, +T+C处理的间作玉米穗粒数和百粒重分别提高4.14%~65.70%和1.70%~14.00%。(3) 与TC处理相比, +TC处理, 间作玉米收获期干物质量提高7.39%~21.30%, 产量提高19.18%~28.07%; +T+C处理, 间作玉米收获期干物质量提高10.0%~57.7%, 产量提高4.41%~52.00%; 施磷能提高增温增CO₂浓度处理间作玉米产量。这表明增温和增CO₂浓度通过提高间作玉米生育前期净光合速率、叶面积指数和光合势, 缩短其营养生长期, 延长籽粒灌浆时间, 增加穗粒数和粒重, 来促进干物质积累和产量的提高; 增温、增CO₂浓度对间作玉米吐丝前具有互促效应, 而吐丝后表现为增CO₂浓度能弥补增温对间作玉米生长的抑制效应。

侧深施氮对水稻产量及氮素吸收利用的影响

黄恒, 姜恒鑫, 刘光明, 袁嘉琦, 汪源, 赵灿, 王维领, 霍中洋, 许轲, 戴其根, 张洪程, 李德剑, 刘国林

作物学报. 2021, (11):  2232-2249.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02086

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水稻机插侧深施肥是一种高效、优质、安全的栽培技术。深入研究侧深施肥条件下不同施肥方式对水稻产量及氮素利用效率的影响, 有利于完善水稻侧深施肥技术体系。本研究以江苏优质食味水稻代表性品种南粳9108和南粳5718为材料, 设置4种不同的侧深施施肥方式, 分别为: 100%基肥侧深施FM1 (fertilization method 1)、70%基肥侧深施+30%分蘖肥FM2 (fertilization method 2)、70%基肥侧深施+30%穗肥FM3 (fertilization method 3)、35%基肥侧深施+35%分蘖肥+30%穗肥FM4 (fertilization method 4), 并设置常规施肥对照CFM (conventional fertilization method)和不施氮处理0N (no nitrogen)。研究了不同施肥方式 (处理)对水稻产量及构成因素、茎蘖动态、叶面积指数、光合势、干物质积累、群体生长率、氮素利用效率等方面的影响。结果表明, 与其他处理相比, FM3和FM4在稳定穗数的基础上, 显著提高了群体颖花量和千粒重, 经济产量最高。FM3生育中、后期的叶面积指数和干物质积累量尤其是抽穗至成熟期的干物质积累显著高于其他处理, 拔节后的氮素积累量和全生育期总吸氮量、氮素农学利用率、氮素生理利用率、氮素吸收利用率、和氮素偏生产力也均显著高于其他处理。同时, FM3比CFM及FM4减少施肥次数1~2次, 节省了用工及成本, 利于规模化生产, 是一种兼具高产、轻简与高效的水稻施肥方式。

江淮稻-麦两熟种植制度对气候变暖的适应

陈长青, 李伟玮, 朱相成, 刘菁, 李刚华, 许轲, 江瑜, 丁艳锋

作物学报. 2021, (11):  2250-2257.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02078

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气候变暖日益加剧, 近100年来全球地表平均气温已经上升近1.0°C。稻-麦两熟是苏、皖江淮地区的主流种植制度, 但江淮稻-麦两熟种植制度对气候变暖的适应还不清楚。为此, 我们利用34个气象站点和45个物候站点多年历史数据分析了江淮稻-麦两熟区气温升高特征和作物物候变化规律。研究表明, 江淮地区增温幅度区域上南高北低, 熟季间麦季高稻季低, 月份间3月份最高。水稻季, 江南地区播种期推迟3.4 d 10a^-1、淮南抽穗期提早2 d 10a^-1、淮北收获期推迟6.2 d 10a^-1。小麦季, 江南播种期推迟6.4 d 10a^-1、全区域抽穗期和收获期有提早的趋势。稻-麦茬口期淮北缩短4.6 d 10a^-1、江南延长6.9 d 10a^-1。水稻、小麦各生育阶段平均温度没有显著变化、花后有效积温大多呈增加趋势。水稻季积温生产效率变化不大, 小麦季积温生产效率提高了0.008~0.346 kg hm^-2°C^-1 10a^-1。气温升高降低了江南和淮南地区小麦产量和淮南地区水稻产量, 但增加了淮北地区小麦产量。研究结果表明江淮稻-麦两熟种植制度正逐步适应了气候变暖, 通过合理改变播期可以减缓气候变暖对作物产量的负面影响; 可为气候变化适应性栽培和耕作技术创新提供参考。

分期施钾对不同质地土壤麦田冬小麦干物质积累和产量的影响

胡鑫慧, 谷淑波, 朱俊科, 王东

作物学报. 2021, (11):  2258-2267.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.01081

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为探明分期施钾对不同质地土壤麦田冬小麦产量形成的调节作用, 本研究以高产冬小麦品种太麦198为试验材料, 在沙壤土(S)和粉壤土(F)两种土壤质地试验田上, 设置不施钾肥(K0)、钾肥全部底施(100%于播种期底施, K1)和分期施钾(50%于播种期底施+50%于拔节期追施, K2) 3个处理。分析不同质地土壤条件下分期施钾对冬小麦旗叶光合特性、干物质积累与分配及籽粒产量的影响, 结果表明, 土壤质地和施钾方式互作显著影响了小麦穗粒数、花后同化干物质量和籽粒产量。在两种质地土壤条件下, 施钾显著提高冬小麦籽粒产量, 且以K2处理产量最高。与K1处理相比, K2处理穗粒数及开花后旗叶叶绿素相对含量、花后旗叶净光合速率、花后单茎干物质积累量和花后同化物向籽粒转运量均提高。在沙壤土条件下K2处理较K1处理两年度籽粒产量分别增加12.4%和10.4%, 在粉壤土条件下籽粒产量分别增加5.2%和5.4%, 说明在两种土壤质地条件下, 改钾肥全部底施为50%底施+50%拔节期追施均有显著增产作用, 但以沙壤土麦田小麦增产幅度较大。

低磷条件下玉米大豆间作对大豆根瘤生长、固氮功能的影响

覃潇敏, 潘浩男, 肖靖秀, 汤利, 郑毅

作物学报. 2021, (11):  2268-2277.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04237

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通过盆栽试验, 探讨在低磷水平(P50)和正常磷水平(P100)下, 玉米与大豆间作对大豆氮磷吸收、根瘤生长与固氮能力的影响。结果表明, 低磷水平(P50)和正常磷水平(P100)下, 与单作大豆相比, 大豆与玉米间作能显著增加根瘤数、根瘤重、根瘤豆血红蛋白含量以及固氮酶活性, 并促进大豆的生长与氮磷吸收。2个磷水平下, 间作大豆根瘤内的氮磷浓度、酸性磷酸酶以及植酸酶活性均显著高于单作大豆, 并且间作P50处理根瘤内酶活性最高。此外, 与正常磷水平(P100)下的单作相比, 间作P50处理的大豆根瘤内磷素浓度并未受到抑制。说明在低磷条件下, 大豆与玉米间作系统主要通过增强根瘤内酸性磷酸酶、植酸酶活性来提高了根瘤内的磷浓度, 以维持根瘤固氮所需的较大磷素, 进而促进大豆生长与氮素吸收。

研究简报

强再生力水稻品种碳氮营养与激素生理特征研究

黄素华, 林席跃, 雷正平, 丁在松, 赵明

作物学报. 2021, (11):  2278-2289.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02070

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明确强再生力品种腋芽萌发的生理基础与激素调控特点对于再生稻品种筛选和栽培技术调控具有重要意义。本研究利用在江西崇义县建立的再生稻品种筛选平台, 分析了2019年筛选的13个品种头季收获时不同部位的非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate, NSC)及全氮含量, 并对促进和抑制腋芽萌发的主要激素油菜素内酯和独脚金内酯的合成和信号转导关键基因的表达进行了研究。结果表明, 13个品种的再生力存在较大的差异, 变化范围为1.26~2.38; 不同品种之间, 不同节位之间的叶片、叶鞘和茎秆的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物含量均存在极显著的差异(P值均小于0.001); 而全氮含量除了上下节位茎秆的差异不显著外, 其余的也均存在极显著的差异; 与再生力的相关性分析表明仅有下部节位茎秆的可溶性糖、淀粉和NSC含量与再生力相关性达到显著或极显著水平(R²分别为0.4442^*、0.9000^**和0.8303^**), 而其他均无显著相关性。强再生力品种谷优676中BR合成和信号途径中促进分蘖的基因CYP90A、CYP852A、D2、BRI、BSK和CYCD3表达水平增高, 而抑制分蘖的基因CYP734A1、BZR和BKI表达水平较低。可见, 可以利用下部节位茎秆的淀粉含量作为强再生力品种的筛选指标, 同时以BR途径相关基因表达水平作为辅助指标。

甘蔗优良品种(系)对黑穗病的抗性评价

仓晓燕, 夏红明, 李文凤, 王晓燕, 单红丽, 王长秘, 李婕, 张荣跃, 黄应昆

作物学报. 2021, (11):  2290-2296.  doi:10.3724/SP.J.1006.2021.04257

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甘蔗黑穗病是严重影响中国甘蔗产业发展的系统性真菌病害, 不同的甘蔗品种对甘蔗黑穗病的抗性不一, 筛选和种植抗病品种是防治甘蔗黑穗病最经济有效的措施。为明确近年中国育成的优良品种(系)对甘蔗黑穗病的抗性, 筛选抗黑穗病优良品种供生产上推广应用, 本研究选择云南元江甘蔗黑穗病高发区, 采用人工接种浸渍法, 对中国的100个优良品种(系)进行抗性鉴定评价。结果表明, 100个优良品种(系)中56个表现高抗到中抗, 占56%, 44个表现为中感到高感2, 占44%。研究结果显示目前大面积种植和主推的闽糖69-421、新台糖22号、柳城03-182、柳城03-1137、桂糖42号、粤甘26号、桂糖02-351、云蔗09-1601等品种(系)高度感病, 而近年选育的福农15号、福农36号、福农1110、福农07-3206、福农11-2907、闽糖11-610、粤甘39号、粤甘43号、粤甘48号、粤甘49号、粤甘50号、粤糖00-236、赣蔗 02-70、云蔗99-596、云蔗03-258、云蔗04-241、云蔗06-80、云蔗07-2800、云蔗08-2060、云蔗10-2698、云蔗13-1139、云瑞10-701、德蔗09-84、德蔗12-88、桂糖08-1589、中蔗1号等26个优良品种(系)高度抗病。建议低海拔河谷甘蔗黑穗病高发区, 应加大淘汰感病主栽品种和推广应用抗病优良品种力度, 以达到品种合理布局, 控制甘蔗黑穗病大发生流行, 为甘蔗产业高质量发展提供保障。