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2022年 第48卷 第1期 刊出日期：2022-01-12

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综述

覆盖作物及其作用的研究进展

蹇述莲, 李书鑫, 刘胜群, 李向楠

作物学报. 2022, (1):  1-14.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.03058

摘要 ( 1318 )   HTML ( 122 )   PDF (1301KB) ( 1404 )  

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在农作物种植系统中, 田间杂草、土壤因素对作物的生长发育、产量和品质的影响一直都是农业领域关注的热点。大量使用化肥和除草剂可以达到作物增产、除草的目的, 但其对土壤和环境造成的负面影响, 严重制约了农业生产的可持续发展。种植覆盖作物是一种实现农业可持续发展的新策略, 可以达到控制杂草、减少氮肥施用、改善土壤质量等目的。本文主要从覆盖作物的起源与发展过程、主要种类和作用及其种植制度等方面, 总结了目前覆盖作物的研究进展及其在作物种植中的应用, 以期为覆盖作物在我国农业生产中的研究与应用提供理论基础。

玉米抗茎倒伏能力相关性状与评价研究进展

赵雪, 周顺利

作物学报. 2022, (1):  15-26.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.03055

摘要 ( 1073 )   HTML ( 84 )   PDF (959KB) ( 1811 )  

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茎倒伏造成玉米产量和品质下降, 收获成本增加, 籽粒生理成熟后无法继续田间站秆脱水, 影响玉米机械化籽粒收获。关于玉米抗茎倒伏相关的性状, 前人从植株形态、节间形态、解剖结构和化学成分等方面进行了大量研究, 但结果不完全一致, 同时这些性状对茎秆抗倒性作用大小的定量研究较少。本文综述了玉米抗茎倒伏能力的评价方法和指标、茎秆力学测定方法、抗茎倒伏能力相关性状的分析方法及其影响因素, 提出了抗茎倒伏能力相关性状及评价研究中存在的问题和需要进一步关注的内容, 希望为进一步研究玉米抗茎倒伏相关性状及其评价方法, 培育抗倒伏品种和优化栽培措施提供参考。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

甘蓝型油菜角果数突变体基因的定位及候选基因分析

赵改会, 李书宇, 詹杰鹏, 李晏斌, 师家勤, 王新发, 王汉中

作物学报. 2022, (1):  27-39.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04281

摘要 ( 725 )   HTML ( 35 )   PDF (10417KB) ( 959 )  

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角果数是油菜单株产量重要的构成因子之一, 其优异等位基因的发掘和利用对产量的提高至关重要。油菜中已定位到上百个角果数QTL, 但大多数效应不大且不稳定, 难以进行精细定位或克隆。本研究前期发掘到一个油菜突变体(No.7931), 其花序顶端在分化出约十朵花后即停止生长, 因而成熟期角果极少。利用该少角果突变体和多角果品系No.73290构建F₂分离群体, 从中挑选角果数极端单株各30株进行BSA-seq, 在C02染色体检测到3个关联区间: 0~1.1 Mb、4.7~6.2 Mb、11.5~12.4 Mb。该候选区间在油菜参考基因组DarmorV8.1中有522个注释基因, 存在SNP或Indel差异且有同源注释的基因235个。在花芽分化初期, 选取两亲本(No.73290和No.7931)的茎尖分生组织进行RNA-seq, 总共鉴定到8958个差异表达基因(DEGs)。这些DEGs显著富集于20个生物学通路, 包括碳代谢、翻译、氨基酸代谢(和花芽分化高度相关)等, 其中99个位于关联区间。结合基因功能注释以及序列和表达差异分析确定了9个候选基因(BnaC02g00490.1D2、BnaC02g01030.1D2、BnaC02g01120.1D2、BnaC02g00270.1D2、BnaC02g02670. 1D2、BnaC02g08680.1D2、BnaC02g08890.1D2、BnaC02g09480.1D2和BnaC02g10490.1D2), 它们主要参与花序分生组织特性的维持和花器官的发育。上述研究结果为后续油菜角果数基因的精细定位和克隆奠定了坚实的基础。

小麦谷氨酰胺合成酶基因可变剪接分析

韦一昊, 于美琴, 张晓娇, 王露露, 张志勇, 马新明, 李会强, 王小纯

作物学报. 2022, (1):  40-47.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.01103

摘要 ( 643 )   HTML ( 28 )   PDF (537KB) ( 828 )  

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谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)是植物氮素同化的关键酶, 小麦(Triticum aestivum L.) GS由12个核基因编码, 即TaGS1;1-6A/6B/6D、TaGS1;2-4A/4B/4D、TaGS1;3-4A/4B/4D和TaGS2-2A/2B/2D。利用单分子测序技术获得了TaGS基因的全长转录本, 发现TaGS1;1-6A有1种可变剪接转录本、TaGS1;1-6B有2种可变剪接形式; 与正常转录本编码的TaGS相比, TaGS1;1-6A-1的Gln_synt_N结构域部分缺失, TaGS1;1-6B-3缺少Gln_synth_ gly_rich_site结构域; TaGS1;1-6B-4是新鉴定的转录本, 编码缺少Gln_synth_gly_rich_site和Gln_synth_cat_dom结构域的GS蛋白。进一步研究了氮肥对不同氮效率小麦品种可变剪接转录本表达的影响, 发现氮高效品种YM49叶片TaGS1;1-6A-1表达水平显著高于氮低效品种XN509, 且随着氮肥增加而升高; YM49根系TaGS1;1-6A-1表达随供氮量增加而升高, XN509却呈现相反趋势。TaGS1;1-6B-3在YM49和XN509中有相似的表达趋势, 高浓度NO₃^-促进TaGS1;1-6B-3在叶片中表达, 却抑制其在根中的表达; 高浓度NH₄⁺抑制TaGS1;1-6B-3在叶片中表达, 但在根中表达影响较小。TaGS1;1-6B-4主要在低氮条件下表达, NH₄⁺浓度不影响其在YM49根中的表达。了解TaGS基因可变剪接有助于阐明TaGS同工酶在小麦氮代谢中的功能。

普通小麦颖壳蜡质缺失突变体glossy1的转录组分析

李玲红, 张哲, 陈永明, 尤明山, 倪中福, 邢界文

作物学报. 2022, (1):  48-62.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11006

摘要 ( 595 )   HTML ( 27 )   PDF (4867KB) ( 446 )  

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为了明确突变体颖壳蜡质含量显著变化的分子机制, 本研究对源自济麦22颖壳蜡质缺失突变体glossy1与野生型进行了转录组分析。结果表明, 在glossy1突变体中, 共筛选到12,230个差异表达基因, 其中5811个基因在突变体中上调表达, 6419个下调表达。GO (gene ontology)功能富集分析发现, 差异基因主要富集在蜡质合成和转运途径, 具体分布在酰基转移酶活性、脂质结合和水解酶活性等条目, 由此推测这些途径与小麦穗部蜡质缺失性状是紧密相关的。我们还利用RT-qPCR检测了参与蜡质代谢途径部分基因的表达, 结果与转录组结果是一致的。本研究为今后探究小麦蜡质代谢的分子机制和基因调控网络提供了数据支持, 同时也为抗逆小麦育种奠定了理论基础。

小麦Ta4CL1基因的克隆及其在促进转基因拟南芥生长和木质素沉积中的功能

孟颖, 邢蕾蕾, 曹晓红, 郭光艳, 柴建芳, 秘彩莉

作物学报. 2022, (1):  63-75.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.01100

摘要 ( 513 )   HTML ( 35 )   PDF (6678KB) ( 518 )  

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4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL; EC 6.2.1.12)位于苯丙烷途径分支点的上游, 是苯丙烷代谢途径的核心酶, 可产生木质素、黄酮类等化合物, 这些化合物对植物的生长发育及环境适应性均具有重要作用。在双子叶植物中, 有关4CL的研究较多, 而在单子叶植物尤其是作物中的研究相对较少。本研究利用RACE技术从普通小麦中克隆了一个4CL基因Ta4CL1。系统发育分析表明, Ta4CL1与水稻、玉米和高粱等植物中在木质素合成中具有重要作用的4CLs聚成一类; 利用Ta4CL1过表达、拟南芥4CLs突变体at4cl1、at4cl3和at4cl14cl3及其功能回复株系进行的分析表明, Ta4CL1与At4CL1功能相似, 在植物木质素合成中具有重要作用, 但未参与黄酮类化合物生物合成的调控过程; Ta4CL1是转基因拟南芥中4CL酶活性的主要贡献者。过表达Ta4CL1的转基因拟南芥叶片增大、茎更粗; Ta4CL1的表达还受茉莉酸甲酯(Methyl jasmonic acid, MeJA)、赤霉素(Gibberellin, GA)和生长素(Indoleacetic acid, IAA)等激素处理的影响。本研究为利用基因工程将Ta4CL1应用于改善小麦秸秆的利用效率提供了理论依据。

马铃薯StDRO1基因的多态性鉴定及其与根系性状的关联分析

许德蓉, 孙超, 毕真真, 秦天元, 王一好, 李成举, 范又方, 刘寅笃, 张俊莲, 白江平

作物学报. 2022, (1):  76-85.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04241

摘要 ( 511 )   HTML ( 20 )   PDF (538KB) ( 560 )  

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为鉴定与马铃薯根系性状相关联的StDRO1基因单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点, 本研究对110份同源四倍体马铃薯材料StDRO1基因的编码区进行了克隆和测序, 筛选其SNP, 并对StDRO1的SNP位点与马铃薯总根表面积、总根体积和平均根系直径等主要根系性状参数进行了关联分析。结果显示, StDRO1第2外显子上检测到1个SNP位点, 命名为G64C; 第3外显子上检测到10个SNP位点, 分别命名为G152A、A214G、A297G、C314T、A337T、T353C、T560A、C577A、C620A和C625A; 在第4外显子上检测到1个SNP位点, 命名为T793A。关联分析结果表明, StDRO1基因G152A位点在总根体积表现为GA类基因型>GG类基因型(P<0.05); C314T位点在平均根系直径表现为CC类基因型>CT类基因型(P<0.05); A337T位点在总根表面积、鲜重和干重均表现为AT类基因型>AA类基因型(P<0.05), 而在平均根系直径则表现为AA类基因型>AT类基因型(P<0.05); T353C位点在总根表面积、总根体积和鲜重均表现为TC类基因型>TT类基因型(P<0.05); C620A位点在总根体积表现为CA类基因型>CC类基因型(P<0.05); T793A位点在总根表面积、总根体积和鲜重均表现为AT类基因型>TT类基因型(P<0.05)。综上, StDRO1基因的上述6个SNP对马铃薯根系性状有显著影响, 其中A337T、T353C和T793A位点尤为重要。研究结果为后续马铃薯根系构型研究和遗传改良提供了理论参考, 但能否作为马铃薯根系性状遗传标记还需扩大群体样本进一步验证。

马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析

荐红举, 尚丽娜, 金中辉, 丁艺, 李燕, 王季春, 胡柏耿, Vadim Khassanov, 吕典秋

作物学报. 2022, (1):  86-98.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04285

摘要 ( 796 )   HTML ( 53 )   PDF (6218KB) ( 726 )  

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植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors, PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)转录因子家族, 通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合, 进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前, 关于马铃薯PIF家族基因的研究较少, 鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法, 以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列, 通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员, 并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示, StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序; 在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件; 基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明, 家族成员具有明显的组织表达特异性, 基因存在功能分化, 且大部分StPIF成员对生物胁迫和高温等非生物胁迫具有明显响应。以上研究结果极大丰富了我们对StPIF家族的认识, 为进一步探究StPIF基因在马铃薯生长期应对生物胁迫以及在结薯期应对高温等非生物胁迫中发挥的功能奠定了理论基础。

NtPHYB1与光温信号互作调控烟草种子萌发

李振华, 王显亚, 刘一灵, 赵杰宏

作物学报. 2022, (1):  99-107.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04275

摘要 ( 453 )   HTML ( 12 )   PDF (638KB) ( 484 )  

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光照和温度是影响种子萌发的2个重要环境因子, 光敏色素是光和温度的受体, 研究光敏色素协同光温信号调控种子萌发对于指导作物播种具有重要意义。本研究旨在探索NtPHYB1基因型如何响应光温环境变化而调控烟草种子萌发。结果表明, 15种光温条件下萌发率的均值为野生型(wild type, WT)种子显著大于NtPHYB1-RNAi和NtPHYB1-OE种子。在持续光照下, NtPHYB1-OE种子萌发被抑制, 而在黑暗下NtPHYB1-RNAi种子萌发被抑制。在15℃, 3种基因型种子萌发均被抑制, NtPHYB1-OE种子萌发率最低; 在20℃和25℃, 光促进或抑制种子萌发作用不明显, 3种基因型种子萌发率均较高, NtPHYB1-OE和WT种子达到最大萌发率; 在30℃和35℃, 光对于种子维持较高萌发率是必不可少的, NtPHYB1-RNAi种子达到最大萌发率。综上所述, NtPHYB1、光周期和温度三者之间在调控烟草种子萌发时存在交互作用, 通过修饰NtPHYB1基因和改善播种环境均可显著提高烟草种子的萌发率。

甘蓝自交不亲和相关基因BoPUB9的克隆及表达分析

谢琴琴, 左同鸿, 胡燈科, 刘倩莹, 张以忠, 张贺翠, 曾文艺, 袁崇墨, 朱利泉

作物学报. 2022, (1):  108-120.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04276

摘要 ( 453 )   HTML ( 21 )   PDF (7629KB) ( 320 )  

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自交不亲和性(self-incompatibility, SI)是指植株的雌蕊对自身花粉和异体花粉进行识别从而抑制自身花粉萌发的特性, PUB (Plant U-Box)蛋白在植物抗逆及信号转导过程中起着重要的作用。本研究通过分析甘蓝自花授粉0~60 min的柱头转录组数据, 筛选到1个受自花授粉诱导上调表达的PUB蛋白编码基因BoPUB9。BoPUB9 cDNA序列长度为1368 bp, gDNA序列全长1720 bp, 含有1个臂重复结构域和1个U-box结构域。荧光定量PCR结果显示, BoPUB9基因在甘蓝的不同组织中均有表达, 在萼片中的表达量最高, 花瓣、雄蕊、柱头表达量次之, 在花粉花蕾中表达量相对较低, 同GUS染色结果保持一致。BoPUB9基因在自花授粉0~30 min内快速上调表达, 15 min后为异花授粉后表达量的20多倍, 在30 min后达到差异最大, 自花授粉后的表达量为异花授粉的40多倍。亚细胞定位结果显示, BoPUB9蛋白在细胞核和细胞质中均有表达, 且BoPUB9蛋白在大肠杆菌中被成功诱导表达, 相对分子质量为51 kD, 与预测结果一致。酵母双杂交与poll-down结果显示, SRK胞内域与PUB9蛋白存在相互作用。推测BoPUB9可能是一种参与甘蓝自交不亲和反应过程的新基因, 这为甘蓝自交不亲和的进一步研究和利用提供了新内容。

水稻协优9308重组自交系群体白叶枯病抗性的全基因组关联分析

赵海涵, 练旺民, 占小登, 徐海明, 张迎信, 程式华, 楼向阳, 曹立勇, 洪永波

作物学报. 2022, (1):  121-137.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02090

摘要 ( 668 )   HTML ( 21 )   PDF (7462KB) ( 609 )  

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白叶枯病是水稻生产最严重的细菌性病害, 挖掘新的白叶枯病抗性基因资源并培育抗病品种是控制该病害的重要方法。本研究利用父母本抗性差异较大的协优9308衍生的139个重组自交系群体作为遗传材料, 人工接种不同白叶枯菌后的病斑长度作为连续型表型, 结合经DNA深度测序获得的476,505个单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)标记进行全基因组关联分析(genome-wide associated study, GWAS)。结果表明在P < 1×10^-4下, 4个菌株处理后共鉴定到109个与白叶枯抗性显著关联的SNPs位点, 解释表型变异率59.78%~63.29%。其中CR4接种发现了25个SNP位点其贡献率为61.00%, 在这些SNP位点附近共筛选到19个基因, 其中有2个为NBS-LRR抗病相关基因(LOC_Os11g43420和LOC_Os11g45930)。表达分析验证发现该2个基因在抗性亲本中恢9308的表达量分别为感病母本协青早B的4.42倍和8.86倍, 表明其可能在正调控白叶枯病抗性机制中发挥重要作用。进化树分析发现这2个候选基因与已克隆的抗性基因属于不同的亚组, 表明可能是新基因。本研究为进一步挖掘白叶枯抗性基因和培育抗病品种提供了理论基础和基因资源。

玉米抗倒伏相关性状QTL的关联和连锁分析

于芮苏, 田小康, 刘斌斌, 段迎新, 李婷, 张秀英, 张兴华, 郝引川, 李勤, 薛吉全, 徐淑兔

作物学报. 2022, (1):  138-150.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.03072

摘要 ( 615 )   HTML ( 31 )   PDF (752KB) ( 752 )  

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倒伏是影响玉米高产和机械化收获的重要因素, 明确玉米抗倒伏相关性状的遗传基础, 增强玉米品种抗倒伏能力, 可为玉米高产宜机收育种提供理论依据。本研究以国内外收集的153份自交系为材料, 利用6H90K SNP芯片检测的70,438个高质量SNP标记对地上第3节茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数进行全基因组关联分析, 分别检测到与茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数相关位点5个、14个、16个和21个, 单个关联位点最大效应值为13.24。同时以KA105/KB020的F₅群体为试验材料, 采用QTL IciMapping V4.2软件的完备区间作图法进行QTL定位, 检测到21个与抗倒伏相关的QTL, 可解释表型变异3.86%~16.58%。结合关联分析和连锁分析结果发现, 2个QTL区间与关联分析的候选区间重合。经过候选区段的基因功能注释和文献查阅, 挖掘到GRMZM2G105391、GRMZM2G014119和GRMZM2G341410等与细胞壁生物合成、细胞分裂和细胞伸长的相关基因可供进一步分析。本研究结果为进一步解析玉米抗倒伏性状的遗传基础提供参考。

耕作栽培·生理生化

花前渍水锻炼调控花后小麦耐渍性的生理机制研究

马博闻, 李庆, 蔡剑, 周琴, 黄梅, 戴廷波, 王笑, 姜东

作物学报. 2022, (1):  151-164.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11005

摘要 ( 775 )   HTML ( 28 )   PDF (1344KB) ( 936 )  

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采用对渍水胁迫和渍水锻炼响应差异的小麦品种为材料, 在四叶一心期和六叶一心期分别进行渍水锻炼2 d; 在开花后7 d进行渍水胁迫5 d, 分析不同小麦品种对渍水胁迫响应的差异及其生理机制。结果表明, 花后渍水胁迫显著降低旗叶叶绿素含量(SPAD)和实际光化学效率(Φ_PSII), 抑制花后光合同化物积累(PAA), 导致籽粒千粒重和产量降低; 与不耐渍型品种相比, 耐渍型品种在渍水胁迫下可维持较高的SPAD、Φ_PSII和PAA, 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)以及谷胱甘肽还原酶(GR)酶活性提高, 过氧化氢(H₂O₂)、超氧阴离子自由基(O₂^?)和丙二醛(MDA)含量较低。与花前未进行渍水锻炼和花后渍水处理(NW)相比, 花前渍水锻炼和花后渍水处理(PW)下, 渍水锻炼敏感型品种较渍水锻炼不敏感品种显著提高了花后渍水胁迫下小麦旗叶SPAD (8.8%)和Φ_PSII (17.6%)、降低非调节性能量耗散Φ_NO (10.7%)和调节性能量耗散Φ_NPQ (16.5%), 提升SOD (15.8%)、CAT (17.8%)、APX (8.9%)以及GR (30.7%)酶活性, 增加了叶片可溶性糖(17.5%)和蔗糖含量(21.6%), 促进花前贮藏物质向籽粒的转运率REP (20.0%), 同步提升PAA (10.8%)。与不耐渍型品种相比, 耐渍型小麦品种在花后渍水胁迫下旗叶的光合能力、抗氧化能力和干物质向籽粒的转运能力更强。花前渍水锻炼提高了各品种小麦花后渍水胁迫下旗叶的光合能力、抗氧化能力和干物质向籽粒的转运能力, 增强了小麦耐渍性; 与渍水锻炼不敏感型品种相比, 渍水锻炼敏感型品种的光合能力和抗氧化酶活性增幅较大。

不同机械化栽培方式下控释肥配比对迟熟中粳水稻产量形成及氮素吸收利用的影响

付正豪, 马中涛, 魏海燕, 邢志鹏, 刘国栋, 胡群, 张洪程

作物学报. 2022, (1):  165-179.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02087

摘要 ( 545 )   HTML ( 23 )   PDF (336KB) ( 865 )  

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以优质食味粳稻南粳9108为材料, 纯氮270 kg hm^-2施氮条件下, 设置了钵苗机插、毯苗机插2种栽培方式, 将控释肥与速效氮肥以5∶5的比例混合, 其中控释肥由4种不同释放期(40、80、100、和120 d)肥料按照1∶4的比例混合形成了3种配比方式, 分别为40+80、40+100、40+120, 同时设置常规分次施肥(CK)为对照, 研究不同机械化栽培方式下控释肥配比对迟熟中粳水稻产量形成以及氮素积累的影响。结果表明, 相同肥料处理下, 钵苗机插2年产量较毯苗机插分别增加了3.9%和4.9%, 其原因是钵苗机插能够提高中后期的光合物质积累, 获得较大的穗型, 具有更高的每穗粒数、结实率以及千粒重。钵苗机插与毯苗机插栽培方式下, 40+80和40+100控释肥处理2年产量均高于CK, 40+100控释肥处理产量最高, 2年较CK分别显著增加7.3%和9.2%, 其原因在于40+100控释肥处理具有更高的有效穗数和群体颖花量。与40+80和40+120控释肥处理相比, 40+100控释肥处理与南粳9108的养分吸收规律更为匹配, 即保证了前期分蘖的发生, 又保证了后期稳定的光合物质生产, 获得稳定的穗数、穗粒数以及粒重, 2年的氮素回收利用率、氮素农学利用率、氮素生理利用率和氮肥偏生产力较CK分别显著增加了10.0%~12.5%、24.6%~30.5%、11.4%~18.6%和7.3%~9.1%。综上所述, 钵苗机插较毯苗机插具有明显优势, 是利于优质粳稻获得高产的栽培方式, 同时40+100控释肥配比能够较好的满足优质粳稻各个阶段的养分需求, 能够获得高产, 可作为优质粳稻高产的简化施肥方案。

控失尿素减施及不同配比对夏玉米产量及氮肥效率的影响

张倩, 韩本高, 张博, 盛开, 李岚涛, 王宜伦

作物学报. 2022, (1):  180-192.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.03071

摘要 ( 680 )   HTML ( 21 )   PDF (725KB) ( 905 )  

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添加纳米矿物类控失剂的控失尿素可通过吸附作用, 减少施入土壤后的氮素损失, 明确该控失尿素施用量、与常规尿素合理配比在夏玉米上的效应, 可为夏玉米一次性施肥、氮肥减施增效提供依据。在不同产量水平(高、中、低产田)土壤上, 通过田间试验研究常规尿素(纯氮210 kg hm^-2)、控失尿素常量及减施(减量10%, 即纯氮189 kg hm^-2; 减量20%, 即纯氮168 kg hm^-2)、控失尿素与常规尿素配施(配比分别为7∶3、5∶5和3∶7)对夏玉米产量、地上部生物量、养分积累量、光合特性及氮肥利用效率的影响。结果表明, 氮肥施用可显著提高夏玉米产量, 常量控失尿素施用下夏玉米增产率达22.96%~27.55%, 在高、中产田上产量较常规尿素有显著提升。与常量控失尿素相比, 控失尿素减施10%和20%通过提升穗粒数使得高、中产田夏玉米产量不降低, 控失尿素减施20%处理下高产田氮肥利用率高达41.60%。控失尿素与常规尿素7∶3配施下的氮素积累量与常量控失尿素处理无显著差异, 高产田和中产田夏玉米产量、秸秆干物重均未显著降低, 同时可显著提高低产田夏玉米产量、秸秆干物重。综上, 控失尿素(纯氮210 kg hm^-2)一次性施用可显著提高夏玉米产量和氮肥利用效率, 控失尿素减量20%处理下高、中产田夏玉米产量未显著减产, 氮肥利用率显著提升, 是高、中产田适宜的氮肥用量; 控失尿素常量施用或与常规尿素7∶3配合施用更适宜低产田夏玉米生长。

田间开放式增温对东北水稻氮素利用的影响

阮俊梅, 张俊, 刘猷红, 董文军, 孟英, 邓艾兴, 杨万深, 宋振伟, 张卫建

作物学报. 2022, (1):  193-202.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02092

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东北地区是全球气候变暖趋势最为显著的地区之一, 研究预期增温对东北水稻氮素吸收利用的影响, 可为区域水稻可持续生产与氮肥优化管理提供借鉴。本研究于2019—2020年在黑龙江省哈尔滨市设置田间开放式增温(free air temperature increase, FATI)系统, 大田与盆栽试验相结合, 采用¹⁵N同位素示踪技术, 模拟预期增温(+1.5℃)对水稻产量、氮素利用以及氮肥去向的影响。结果表明, 增温促进了水稻地上部干物质积累, 与对照相比, 大田与盆栽的水稻产量2年平均分别提高10.4%和10.8%; 增温显著提高了水稻氮素吸收总量, 与对照相比, 2年平均增幅达21.3%, 但增温处理的氮素籽粒利用效率呈降低趋势; 增温处理下水稻从肥料中吸收的氮素显著下降, 但从土壤中吸收的氮素显著增加31.1%, 导致氮肥回收率降低12.5%, 而氮肥损失率增加14.2%。总体来看, 增温有增加水稻籽粒产量的趋势, 但降低了水稻对肥料氮的吸收比例, 导致氮素利用效率降低, 氮肥损失率显著增加。在气候变暖背景下, 建议合理增加水稻移栽密度, 以充分利用温度升高对水稻产量的正向效应, 适当减少氮肥施用量、优化氮肥运筹管理, 提高水稻氮素利用效率。

磷肥对甜玉米籽粒植酸和锌有效性的影响

苏达, 颜晓军, 蔡远扬, 梁恬, 吴良泉, MUHAMMAD AtifMuneer, 叶德练

作物学报. 2022, (1):  203-214.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13032

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为明确磷肥对甜玉米籽粒营养特性的影响, 利用不同品种的磷肥定位试验以及磷肥梯度水平试验, 探讨甜玉米籽粒植酸、磷(P)、锌(Zn)含量及Zn有效性的时间(不同灌浆期)和空间(果穗上、中、下部; 籽粒果皮、胚乳和胚)变化及其对外源磷肥的响应特性。试验结果表明, 甜玉米籽粒的P和植酸含量随磷肥用量的增加而增加, Zn含量及其有效性则呈现下降趋势。磷肥投入对吐丝后16~24 d籽粒的植酸、P和Zn的积累(mg plant^-1)的影响最为显著, 而对不同灌浆时期Zn有效性均表现出抑制效应。在中磷水平下, 果穗不同穗位籽粒植酸(g kg^-1)和Zn有效性的差异并不显著。高磷水平显著提高了中、下部果穗植酸的含量, 但对不同穗位籽粒Zn含量和Zn有效性均存在抑制效应。对籽粒内不同部位(果皮、胚乳和胚)进行比较, 植酸、P以及Zn含量均以胚中含量最高, 积累量占比则以胚乳中最高; 而Zn有效性以胚中最高。高磷处理可显著提高籽粒内不同部位植酸和磷含量, 降低Zn含量及其有效性。综上, 合理磷肥施用可促进籽粒Zn积累, 而过量磷肥投入会显著增加不同灌浆时期, 以及胚乳和胚中的植酸含量和积累量, 并最终对甜玉米不同穗位籽粒和籽粒内不同部位Zn有效性都产生一定程度的抑制效应, 相关研究或为甜玉米籽粒Zn有效性的提高提供理论参考。

连作杂交晚稻精准条播长秧龄机插的生长及产量特性分析

王亚梁, 朱德峰, 张玉屏, 陈若霞, 向镜, 陈惠哲, 谌江华, 汪峰

作物学报. 2022, (1):  215-225.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02091

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为明确精准条播(precision drill sowing, PS)在连作晚稻长秧龄机插中的有益效果。本试验以甬优1540为供试品种, 设置标准9寸秧盘横向16条(PS-16, 45.7 g 盘^-1)和18条(PS-18, 60.5 g 盘^-1)精准条播, 并以传统撒播(broadcast sowing, BS, 60.5 g 盘^-1)作为对照, 同期播种, 设置20、25、30和35 d 4个机插秧龄, 比较分析各播种方式水稻秧苗素质、机插特性、群体生长及产量形成的变化。结果表明: (1) 精准条播提高秧苗群体透光性, 与撒播相比, 精准条播提高了长秧龄秧苗的素质, 增加了带分蘖秧苗的比例, 其中PS-16秧苗素质最好, 带分蘖秧苗的比例最高。(2) 与撒播相比, 精准条播显著降低机插漏秧率, 提高机插取秧2~3株苗比例, PS-16和PS-18间差异不明显。秧龄延长增加机插秧苗伤根程度和伤苗率, 降低秧苗存活率, 其中PS-16的伤根程度和伤苗率增加幅度最小, 机插秧苗存活率最高。(3) 机插秧龄延长增加了秧苗缓苗返青天数进而推迟水稻生育期, 各机插秧龄下, PS-16的缓苗返青期最短, 生育期因秧龄延长而推迟的天数最少。(4) 精准条播有效促进分蘖, 其中PS-16效果最好, PS-16机插10 d分蘖数平均比PS-18和BS高16.4%和20.8%。机插秧龄延长降低群体分蘖高峰苗数, 各秧龄下高峰苗数PS-16>PS-18>BS。成穗率在不同播种方式处理间差异不大。(5) 秧龄延长降低抽穗期叶面积指数和干物质积累, PS-16下降幅度最小。(6) 不同机插秧龄下, 精准条播通过增加有效穗数进而提高水稻产量, 有效降低了机插秧龄延长导致的产量损失, 各机插秧龄下产量PS-16>PS-18>BS。试验说明, 与传统撒播相比, 精准条播增强了秧苗素质, 提高了机插质量, 缩短了长秧龄下的返青时间, 促进了分蘖早发, 增加了叶面积指数和干物质积累, 进而有效减少了连作杂交晚稻因机插秧龄延长而引起的产量损失, 其中精准16条条播效果好于18条条播。

施石灰和秸秆还田对双季稻田土壤钾素表观平衡的互作效应

刘磊, 廖萍, 邵华, 刘劲松, 杨星莲, 王静, 王海媛, 张俊, 曾勇军, 黄山

作物学报. 2022, (1):  226-237.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02060

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土壤酸化和钾素亏缺是制约南方酸性稻田生产力持续提升的重要因素。施石灰和秸秆还田分别是改良土壤酸化和补充钾素的有效措施, 但二者对土壤钾素盈亏平衡的互作效应还不甚清楚。于2015—2018年, 在江西省上高县开展施石灰和秸秆还田两因素田间定位试验, 共设置4个处理: (1) 秸秆不还田, 不施石灰; (2) 秸秆不还田, 仅2015年施一次石灰; (3) 每季秸秆全量还田, 不施石灰; (4) 每季秸秆全量还田, 仅2015年施一次石灰。结果表明, 秸秆还田显著提高了水稻钾素吸收, 施石灰仅显著增加了2016年晚稻钾素吸收。施石灰和秸秆还田仅对2016年晚稻钾素吸收有显著正向互作效应。在秸秆还田下, 施石灰使2016年晚稻钾素吸收增加了25.7%; 而在秸秆不还田下无显著影响。试验进行4年后, 施石灰和秸秆还田对土壤全钾含量无显著影响。但4年土壤钾素表观平衡估算表明, 在秸秆还田下土壤总累积钾素表观平衡表现为盈余, 秸秆不还田下则为亏缺, 而施石灰对其无显著影响。施石灰和秸秆还田对土壤总累积钾素表观平衡有显著的互作效应。在施石灰和不施石灰条件下, 秸秆还田分别使土壤累积钾素平均表观盈余19.5 kg hm^-2 a^-1和29.0 kg hm^-2 a^-1。秸秆还田下土壤累积钾素平均表观盈余24.3 kg hm^-2 a^-1, 秸秆不还田下则平均表观亏缺185.8 kg hm^-2 a^-1。因此, 在酸性双季稻田上, 施石灰和秸秆还田配施能够协同实现土壤酸化改良和维持钾素平衡, 有利于持续提升双季稻田的生产力。

研究简报

超低温11年保存期对转基因作物基体标准样品核酸检测的影响

王渭霞, 赖凤香, 胡海燕, 何佳春, 魏琪, 万品俊, 傅强

作物学报. 2022, (1):  238-248.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12001

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标准物质是转基因检测结果可靠性、可比性以及准确性的重要参比, 不可缺少。本文研究了植物转基因成分检测中基体标准物质的长期保存对PCR检出及低含量标准物质量值稳定性的影响。应用普通定性PCR、实时荧光PCR和微滴式数字PCR 3种方法, 对不同含量转基因标准物质和转基因检测样品进行了复现性和量值稳定检测。结果表明, -70~ -75℃保存条件下, 9年保存期的转基因含量为0.1%的单一作物转化体标准物质中依然能得到清晰的转化体目标片段扩增, 且Ct值在36左右。数字PCR定值结果表明, 9年保存期的转基因基体标准物质的量值保持稳定。11年保存期的大豆、玉米、水稻的混合基体样品中各转基因元件均能稳定检出。研究结果表明转基因基体标准物质的长期低温保存不会影响其各转基因元件的检出和作为转基因核酸检测阳性对照的应用。

马铃薯CrRLK1Ls基因家族的鉴定及响应晚疫病菌信号的表达分析

余慧芳, 张卫娜, 康益晨, 范艳玲, 杨昕宇, 石铭福, 张茹艳, 张俊莲, 秦舒浩

作物学报. 2022, (1):  249-258.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14019

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Catharanthus roseus receptor-like kinase1-like kinases (CrRLK1Ls)是植物所特有的一类蛋白类受体激酶, 在维持细胞壁完整性、细胞间通讯、生物和非生物应激反应中发挥重要作用。本研究鉴定了马铃薯CrRLK1Ls (StCrRLK1Ls)基因家族的成员数量, 并对其理化特性、染色体位置、进化特征、亚细胞定位和对晚疫病菌侵染时的表达模式进行全面分析。结果显示, 共获得17个StCrRLK1Ls基因, 其氨基酸序列大小为753~997 aa, 分子量和等电点分别为83.34~108.69 kD和5.30~7.56, 主要位于质膜。进化分析将马铃薯、拟南芥、水稻、苹果和番茄的CrRLK1Ls家族成员分为7个亚组, 马铃薯CrRLK1Ls家族成员分布于亚组III、IV、V、VI和VII。StCrRLK1Ls不均匀的分布于8条染色体上, 存在3个串联重复基因簇, 包含6个基因。此外, StCrRLK1Ls启动子区域存在响应植物激素、防卫和逆境等多种顺式调控元件。‘大西洋’和‘陇薯7号’接种晚疫病菌(Phytophthora infestans, Pi)后, 大量StCrRLK1Ls为差异表达。其中, StCrRLK1L8和StCrRLK1L10的相对表达量在晚疫病菌侵染期间明显上调; 在‘大西洋’接种Pi 8 d时, StCrRLK1L11的表达量是对照的9.74倍, 推断其可能在马铃薯响应病原真菌的过程中起重要的作用, 可作为进一步开展抗病研究和功能分析的候选基因。

玉米SSIIb蛋白多克隆抗体的制备及其应用

余国武, 青芸, 何珊, 黄玉碧

作物学报. 2022, (1):  259-264.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.03010

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抗体是蛋白质功能研究的重要试剂。玉米蛋白的功能研究因缺乏相应的抗体而难以开展。玉米淀粉合酶IIb与淀粉合酶IIa均属于淀粉合酶, 其主要负责支链淀粉的延伸。但对淀粉合酶IIb的报道较少, 本研究以原核表达的淀粉合酶IIb的C端(455~704 aa) GST融合蛋白为抗原, 免疫新西兰大白兔, 分离血清制备SSIIb多克隆抗体。Western blot试验发现, SSIIb多克隆抗体不但能识别SSIIb-C (455~704 aa)抗原, 而且能识别玉米不同发育阶段胚乳中SSIIb蛋白。利用该多克隆抗体的Western blot试验表明, 玉米SSIIb蛋白的表达在授粉后10 d到30 d的胚乳中表达模式是先增后降, 授粉后15 d表达量最高, 而半定量RT-PCR的结果表明授粉后20 d SSIIb的转录水平最高。这些结果表明成功制备了特异的玉米SSIIb的多克隆抗体, 并能在Western blot中特异识别玉米内源SSIIb蛋白, 为进一步深入研究SSIIb蛋白功能奠定基础。