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2022年 第48卷 第2期 刊出日期：2022-02-12

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综述

谷子近缘野生种的亲缘关系及其利用研究

赵美丞, 刁现民

作物学报. 2022, (2):  267-279.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14047

摘要 ( 821 )   HTML ( 57 )   PDF (526KB) ( 807 )  

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谷子在约1万年前由青狗尾草驯化而来, 我国是谷子的起源中心。谷子所属的狗尾草属在全世界约有125个种, 其中中国有15个种, 从二倍体到八倍体均有。目前利用染色体原位杂交技术鉴定出狗尾草属6个基因组, 利用分子标记分析发现狗尾草属是多起源的, 与其多样性的基因组一致。系统演化分析发现, 青狗尾草和谷子亲缘关系最近, 其次是法式狗尾草和轮生狗尾草; 基因组比较分析发现, S. adhaerans的B基因组和S. grisebachii的C基因组与谷子和青狗尾草的A基因具有相对近的亲缘关系, 而其他基因组和谷子亲缘较远。在野生资源的利用方面, 谷子育种工作者已成功将近缘野生种自然发生的抗除草剂基因转育到谷子中, 培育成功了可化学除草的新品种并在生产上利用。本文对谷子野生种的分类、基因组构成、系统进化关系和遗传育种的研究进展进行了综述, 重点讨论了谷子近缘野生种在谷子起源与驯化、遗传育种中起到的作用, 并对谷子近缘野生种在谷子驯化及育种中的进一步利用做了展望。

花生种子大小相关性状QTL定位研究进展

黄莉, 陈玉宁, 罗怀勇, 周小静, 刘念, 陈伟刚, 雷永, 廖伯寿, 姜慧芳

作物学报. 2022, (2):  280-291.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14046

摘要 ( 610 )   HTML ( 39 )   PDF (851KB) ( 1098 )  

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花生是我国重要的油料作物和经济作物, 目前国内花生的产量远远不能满足消费者的所需, 进一步提高花生单产是解决花生生产供不应求的重要途径。花生种子大小相关性状是花生的重要农艺性状, 对提高花生单产至关重要。本文综述了植物种子大小的调控途径以及近年来花生分子标记、遗传图谱构建、种子大小相关性状QTL定位研究中取得的进展, 探讨了目前花生种子大小相关性状研究中面临的挑战和机遇, 对花生产量遗传改良进行了展望。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

水稻胚胎和胚乳双缺陷突变体eed1的表型与遗传分析

杨谨, 白爱宁, 白雪, 陈娟, 郭林, 刘春明

作物学报. 2022, (2):  292-303.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12013

摘要 ( 437 )   HTML ( 36 )   PDF (9466KB) ( 541 )  

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从由化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethylmethane sulfonate, EMS)处理的粳稻品种中花11突变体库中, 筛选到一个可稳定遗传的胚胎和胚乳发育缺陷的突变体, 命名为embryo and endosperm defective 1 (eed1)。eed1籽粒千粒重、颖果的粒长、粒宽、粒厚、萌发率、总淀粉、直链淀粉和贮藏蛋白系列指标较野生型均显著降低。eed1颖果严重皱缩, 且胚乳呈粉质。利用扫描电镜观察发现, 与中花11相比, eed1胚乳中淀粉粒排列疏松, 多以单一、分散的淀粉粒存在, 且呈近似球形。eed1胚胎结构异常, 部分颖果未见有胚胎分化的痕迹。qRT-PCR发现, eed1胚乳中参与淀粉和贮藏蛋白合成的大部分基因表达下调。利用eed1与籼稻南京6号杂交得到的F₂分离群体进行基因定位分析, 将EED1定位于9号染色体长臂672 kb的范围内, 包含114个开放读码框。本研究为进一步解析EED1基因调控水稻胚胎和胚乳发育的机制奠定了基础。

基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构

渠建洲, 冯文豪, 张兴华, 徐淑兔, 薛吉全

作物学报. 2022, (2):  304-319.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13002

摘要 ( 888 )   HTML ( 55 )   PDF (4960KB) ( 1078 )  

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玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一, 也是受多基因调控的复杂数量性状, 挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因, 将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料, 于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定, 并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法, 在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据, 在显著SNP标记的连锁不平衡区域内, 共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因, 其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系, 参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制, 改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。

水稻小粒不育系新组合卓两优141混播制种优势分析

周杰强, 张桂莲, 邓化冰, 明兴权, 雷斌, 李凡, 唐文帮

作物学报. 2022, (2):  320-331.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02045

摘要 ( 762 )   HTML ( 14 )   PDF (3564KB) ( 179 )  

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传统的杂交水稻制种方式落后、效益低、成本高的问题, 制约了杂交稻推广应用。利用小粒型不育系可实现杂交水稻混播、混收、机械分离等全程机械化制种, 降低杂交稻制种成本, 提高制种效率。本研究以小粒型不育系卓201S、大粒恢复系R141和新组合卓两优141为材料, 对其适合机械化制种的农艺性状、异交特性、混播制种及大面积制种实践进行了研究。结果表明, 与C815S相比, 卓201S株高较矮, 穗长较长且直立, 包颈粒率、穗萌率、黑粉病、开颖率均低于C815S, 对“九二〇”较敏感, 且较难落粒, 具有较好的农艺性状。而R141株高较高, 花粉数量大, 花期长, 且对环境温度较钝感, 两者均具有良好的异交特性。卓201S谷粒厚1.71 mm, 千粒重14.00 g, R141谷粒厚2.23 mm, 千粒重28.20 g, 两者籽粒大小差异显著, 通过特定的狭长形筛孔筛子, 实现了杂种F₁与父本种子的高效分离, 杂交种子含父本率为0, 杂种损失率为 2.31%, 种子纯度在生产上达标, 可实现机械化制种; 与传统制种模式相比, 混播制种可使父本基本苗减少85%, 母本容量增加20%, 制种产量增加21.37%, 制种综合效益增加31.4%。父母本较好的农艺性状、异交特性, 且粒型大小差异明显, 是小粒型不育系新组合卓两优141机械混播制种的优势, 可实现杂交水稻全程机械化制种, 因此具有广阔的应用前景。

甘蔗类泛素蛋白UBL5应答SCMV侵染及其与SCMV-6K2的互作

杨宗桃, 刘淑娴, 程光远, 张海, 周营栓, 商贺阳, 黄国强, 徐景升

作物学报. 2022, (2):  332-341.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14001

摘要 ( 420 )   HTML ( 12 )   PDF (6587KB) ( 127 )  

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泛素化修饰在蛋白功能调控、生长发育和逆境应答中具有重要作用。类泛素蛋白(ubiquitin-like proteins, UBLs)是泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system, UPS)的重要组分。本课题组前期利用酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)技术从甘蔗(Saccharum spp. hybrid)中分离鉴定了1个与甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)编码蛋白6K2互作的类泛素蛋白UBL5, 命名为ScUBL5, 长度为73 aa。本研究利用双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验进一步证实了ScUBL5与SCMV-6K2互作; 生物信息学分析表明, ScUBL5为稳定的亲水性非分泌蛋白, 无信号肽和跨膜结构。系统进化树分析表明, ScUBL5具有明显的种属特异性。亚细胞定位分析表明, ScUBL5定位于细胞质和细胞核。实时荧光定量PCR分析发现, ScUBL5基因的表达具有明显的组织特异性, 在完成形态建成的正一叶、第7叶、根和第8节间中的相对表达量显著高于未成熟的心叶和第3节间; SCMV侵染对ScUBL5基因表达影响显著, ScUBL5基因在侵染早期显著上调, 侵染后期下调但显著高于对照。

利用SNP标记进行水稻品种籼粳鉴定

郑向华, 叶俊华, 程朝平, 魏兴华, 叶新福, 杨窑龙

作物学报. 2022, (2):  342-352.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02085

摘要 ( 737 )   HTML ( 28 )   PDF (1614KB) ( 1148 )  

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亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)分为籼、粳2个亚种, 随着杂交水稻的发展、种间杂种优势的利用, 籼粳之间的界限变得越来越模糊。本研究利用3000份水稻种质资源信息, 通过计算约2000万个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点的SNP-index值, 进行籼粳特异SNP位点筛选, 最终得到4084个籼粳特异SNP位点(4k-SNP); 同时确定以籼粳指数作为水稻品种籼粳鉴定的指标。研究进一步采用大规模简单随机取样等统计分析方法对籼粳特异位点进行数据降维处理, 将4k-SNP精简至40个SNP位点(40-SNP), 用于水稻籼粳鉴定。为了验证40-SNP的籼粳鉴定效果, 本研究一方面利用水稻生产上推广的82份选育品种, 对40-SNP籼粳鉴定结果与4k-SNP鉴定结果进行比较, 结果发现40-SNP与4k-SNP得出的粳型指数非常接近, 相关系数为0.99; 另一方面利用全球6类型(indica、aus、rayada、aromatic、tropical japonica、temperate japonica)水稻品种共49份材料, 对40-SNP籼粳鉴定结果与4k-SNP及程氏指数法籼粳鉴定结果进行比较, 发现40-SNP与4k-SNP及程氏指数法籼粳鉴定结果的相关系数分别在0.98和0.86以上。这些结果证实了40-SNP对水稻品种籼粳鉴定的有效性及准确性。另外发现40-SNP对水稻6种亚群类型也有很好鉴别效果, 其中indica的粳型指数 < 0.20, aus的粳型指数在0.20~0.40, rayada和aromatic的粳型指数在0.60~0.85之间, tropical japonica的粳型指数 > 0.90, temperate japonica粳型指数最高, 基本为1.00。本研究为研究水稻籼粳分化、杂种优势利用以及水稻种子管理条例制定等方面提供了数据支撑及理论基础。

大豆PIN-Like (PILS)基因家族的鉴定、表达分析及在根瘤共生固氮过程中的功能

董衍坤, 黄定全, 高震, 陈栩

作物学报. 2022, (2):  353-366.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14006

摘要 ( 559 )   HTML ( 32 )   PDF (8803KB) ( 1171 )  

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植物激素生长素在植物的生长发育过程中发挥了至关重要的作用, 它的稳态和浓度梯度建立控制了几乎所有器官的极性建成。生长素在特定细胞中合成、运输、感知以及代谢降解建立了符合器官发育的生长素浓度梯度。在豆科植物中, 根与土壤微生物互作形成了根瘤这一特殊的器官, 进行生物固氮。然而, 生长素稳态控制生物固氮的功能还未知。拟南芥中的研究表明, PIN-Like (PILS)蛋白协助调节的细胞内生长素稳态, 并介导下游细胞核内的生长素信号传递。本研究以大豆作为研究模型, 在大豆基因组中鉴定获得19个PILS家族基因(GmPILS), 不均匀分布于大豆10条染色体上。GmPILS在大豆9种组织部位中表现出多种表达模式, 且具有明显的组织表达特异性。GmPILS1e和GmPILS1f在根瘤菌体区域富集表达, 使用人工微RNA沉默(artificial microRNA interference, amiRNAi)下调GmPILS1e和GmPILS1f在根瘤的表达, 导致根瘤的固氮酶活性上升, 而过量表达GmPILS1f导致根瘤的固氮酶活性下降, 因此GmPILS1e和GmPILS1f可能参与大豆固氮酶活性的调节。这些结果为进一步解析大豆GmPILS家族基因的功能和作用机制奠定了基础, 同时也为结瘤固氮在农业育种中的应用提供了有价值的基因资源。

绿豆种质资源苗期耐盐性鉴定及耐盐种质筛选

胡亮亮, 王素华, 王丽侠, 程须珍, 陈红霖

作物学报. 2022, (2):  367-379.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04283

摘要 ( 782 )   HTML ( 56 )   PDF (1348KB) ( 887 )  

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土壤盐渍化已成为影响中国农业生产的重要问题, 筛选耐盐绿豆种质资源对于盐渍化土地利用具有重要意义。本研究对346份国内外绿豆种质苗期用150 mmol L ^-1 NaCl进行胁迫处理, 测定了株高、地上部鲜重、根鲜重、地上部干重、根干重、根长、根体积等12个指标, 采用主成分分析和隶属函数分析、耐盐性综合评价分析及聚类分析对各样本的耐盐性进行了综合评价和归类, 并采用逐步回归分析建立了耐盐性预测回归方程。结果表明, 处理组与对照组各性状评价指标存在极显著差异, 且12个指标的耐盐系数间均存在着不同程度的相关性。结合盐害症状等级划分与耐盐性综合评价结果, 筛选到苗期高耐盐(1级)绿豆26份, 耐盐(3级)绿豆65份, 对盐分敏感(7级)绿豆74份, 对盐分极敏感(9级)绿豆18份。其中来自江西的C04125、菲律宾的C06310等10份耐盐能力最强, 可作为绿豆耐盐育种的优异种质资源。地上部鲜重、根鲜重、根干重、根长、根体积和根分枝数可以作为绿豆苗期耐盐性评价指标。

棉籽油分和3种主要脂肪酸含量QTL分析

张艳波, 王袁, 冯甘雨, 段慧蓉, 刘海英

作物学报. 2022, (2):  380-395.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04273

摘要 ( 664 )   HTML ( 17 )   PDF (4150KB) ( 276 )  

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本研究对棉籽油分、棕榈酸、油酸和亚油酸含量进行了不同遗传体系的QTL分析, 为相关性状挖掘出更多有用的基因信息。分别于2017年和2018年, 利用陆地棉亲本HS46 (P₁)和MARCABUCAG8US-1-88 (P₂)所构建的188个重组近交系分别与双亲杂交构建F₁群体BC (P₁)和BC (P₂)。基于这些回交群体种子, 采用专为种子性状设计的母体和胚核基因组QTL定位的混合线性遗传模型及QTL Network-CL-2.0-Seed软件, 对棉籽油分、棕榈酸、油酸和亚油酸含量进行QTL定位分析。共检测到7个控制棉籽油分含量、3个控制棕榈酸含量、2个控制油酸含量和3个控制亚油酸含量的QTL, 均具有显著或极显著的源自母体和胚2个核基因组的加性主效应, 其中有7个QTL的表型变异贡献率大于10%。研究结果可为这些性状的分子标记辅助选择育种提供更为可靠的参考, 为这些性状的分子遗传机制研究提供理论基础。

耕作栽培·生理生化

滴施缩节胺与氮肥对棉花生长发育及产量的影响

张特, 王蜜蜂, 赵强

作物学报. 2022, (2):  396-409.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14026

摘要 ( 638 )   HTML ( 27 )   PDF (578KB) ( 902 )  

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为探明缩节胺与氮肥对棉花农艺性状的互作效应, 试验采用双因素随机区组设计, 设置150 (N1)、300 (N2)、450 kg hm ^-2 (N3) 3个施氮(纯N)水平, 525 (D1)、1050 (D2)、2100 g hm ^-2 (D3) 3个缩节胺水平, 交互共9个处理。研究滴施不同剂量氮肥与缩节胺对棉花农艺性状、棉铃时空分布、干物质积累及分配、产量及纤维品质的影响。结果表明, 缩节胺与氮肥互作效应对棉花农艺性状影响显著, 在低氮状态下缩节胺对棉花生长的延缓作用减弱甚至消失。N1处理下, D3处理相比D1处理棉株的株高、果枝始节高、第4果枝长、第7果枝长分别增加12.07、1.54、1.28和1.20 cm。在正常或高氮状态下缩节胺对棉花生长产生一定的延缓作用, 其控制效果并不随缩节胺剂量增加而增强, N3处理下, D3处理相比D1处理棉株的株高、第1果枝长、第2果节间平均长度分别降低1.05、1.68和1.52 cm。棉株的株高、茎粗与果枝数随施氮量增加而增加, N3处理相比N1处理分别增加3.30 cm、0.75 mm与0.29台; 其果枝长与果节间长在不同施氮量间无明显差异。D2处理相比D1与D3处理有利于干物质积累及向生殖器官的转运, 促进伏前桃与伏桃的生长, 但滴施缩节胺不同剂量对棉花的产量及纤维品质等方面无明显影响。N1处理下干物质积累量高于其他处理13.14%~44.50%; 生殖器官占比较N3处理增长2.05%~6.30%。D3处理与N1处理下棉花纤维品质较好, 籽棉产量、单株铃数与单铃重最高、增产效果较好。因此, 北疆棉区推荐随水滴施用量为1050~2100 g hm ^-2缩节胺与150 kg hm ^-2氮肥。

淮北地区麦茬机插优质食味粳稻氮肥减量的精确运筹

张军, 周冬冬, 许轲, 李必忠, 刘忠红, 周年兵, 方书亮, 张永进, 汤洁, 安礼政

作物学报. 2022, (2):  410-422.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02093

摘要 ( 545 )   HTML ( 17 )   PDF (723KB) ( 216 )  

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当前“减氮”成为优质食味粳稻种植措施之一, 但减氮后的氮肥科学运筹方案尚不够明确, 需进一步研究。2018—2019年, 选用优质食味粳稻品种‘南粳505’和‘南粳2728’为材料, 前茬麦秸秆全量还田, 采用机插方式, 在总施氮量较当地常规施氮量减少20%条件下, 设置基蘖肥和穗肥比例分别为5∶5、6∶4、7∶3和8∶2四种氮肥运筹比例, 研究了淮北地区麦茬机插优质食味粳稻氮肥减量精确运筹。结果表明, 随着基蘖肥占总施氮量比例增加, 产量呈先增后降趋势, 7∶3处理产量最高, 2年达11,134.80~11,280.19 kg hm ^-2, 较CK增产1.23%~2.54%, 但差异不显著; 7∶3处理群体高产, 在于能获得充足的群体颖花量、较高的结实率和千粒重。随着基蘖肥比例增加, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期群体干物质积累量呈增加趋势; 抽穗期、成熟期、抽穗至成熟期的干物质积累量、最终氮素积累量及氮素利用率, 呈先增后降趋势, 均以7∶3处理最高。与常规施氮处理相比, 减氮处理通过增加前期施氮肥比例(7∶3), 能确保群体后期获得较高的干物质积累量; 成熟期氮素积累量较小, 但显著提升了氮素吸收利用率, 较CK高14.10%~15.48%, 差异显著。减氮后增加基蘖肥比例使优质食味粳稻加工品质变劣, 外观品质变优, 蒸煮食味品质改善, RVA谱优化。在麦秸秆全量还田条件下, 较常规施肥减氮20%, 基蘖肥与穗肥运筹7∶3处理优质食味粳稻产量稳定, 大幅提升氮素吸收利用率, 改善稻米外观和食味品质, 在一定程度上实现了优质食味粳稻的高产、优质、高效的综合种植目标。

冬小麦-夏玉米轮作“双晚”种植模式下的品种匹配与资源效率

闫岩, 张钰石, 刘础荣, 任丹阳, 刘洪润, 刘雪晴, 张明才, 李召虎

作物学报. 2022, (2):  423-436.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11017

摘要 ( 896 )   HTML ( 24 )   PDF (968KB) ( 835 )  

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探索适宜于麦玉“双晚”种植模式下抗逆丰产稳产的冬小麦夏玉米品种组合特性及其与自然资源匹配特征, 对于保障冬小麦夏玉米抗逆丰产高效生产具有重要意义。本研究于2017—2019年通过田间试验, 选用华北平原主推的冬小麦与夏玉米品种各8个, 设置区域麦玉“双晚”接茬模式和水分控制处理, 通过水分利用效率、籽粒灌浆特征、生育进程、周年光温水资源利用效率等综合分析与评价, 探明宜于“双晚”模式下麦玉品种组配特征及其资源利用效率。结果表明, 在常规节水灌溉和生育期雨养模式下冀麦325、石麦15和济麦22的产量在两个生长季均高于供试品种平均产量, 其中冀麦325和石麦15的抗旱系数均高于济麦22; 同时, 济麦22、冀麦325和石麦15具有较高的灌浆速率、穗粒数和粒重, 其高稳系数在不同灌溉模式下均高于供试品种平均值。在供试玉米品种中, 登海605、伟科702、MC670、农华816的产量和高稳系数均高于供试品种的平均值, 其中MC670、登海605、先玉335的灌浆速率在2个生长季均高于供试品种的平均值, 而迪卡517和先玉335在供试品种中收获期籽粒含水量最低、平均脱水速率最高。基于品种丰产稳产性、抗旱性、灌浆特征和脱水特征的综合分析, 筛选出周年产量和资源利用效率最高的品种组合为冀麦325-MC670, 2年较对照济麦22-郑单958品种组合周年产量提高17.2%和17.9%、光、温和灌溉水利用效率分别提高18.6%和20.0%、18.1%和18.9%、17.4%和18.1%, 经济效益分别增加8800元 hm ^-2和9600元 hm ^-2; 为适应麦玉周年全程机械化管理模式, 玉米品种应组配脱水快、籽粒收获含水量低的迪卡517或先玉335, 与济麦22-郑单958组合相比, 周年产量两年分别提高4.7%和14.4%、光温和灌溉水利用效率分别提高5.6%和16.3%、4.7%和15.4%, 5.0%和14.6%, 经济效益增加2080元 hm ^-2和7080元 hm ^-2。综上所述, 在麦玉“双晚”模式下, 通过优化品种组合, 与当前主推品种组合相比, 能进一步实现周年产量和资源利用效率的协同提升。

水氮减量对地膜玉米免耕轮作小麦主要光合生理参数的影响

徐龙龙, 殷文, 胡发龙, 范虹, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 柴强

作物学报. 2022, (2):  437-447.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.01093

摘要 ( 510 )   HTML ( 30 )   PDF (1747KB) ( 658 )  

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地膜玉米免耕结合水氮减量对小麦稳产增产的作用已经验证, 但其形成的光合生理机制研究仍比较薄弱。2018—2020年, 采用裂区设计, 设置地膜玉米免耕(NT)和传统耕作(CT)两种耕作方式, 传统灌水(I₂, 2400 m ³ hm ^-2)和传统灌水减量20% (I₁, 1920 m ³ hm ^-2) 2个灌水水平和施纯N 225 kg hm ^-2(N₃)、180 kg hm ^-2(N₂)和135 kg hm ^-2(N₁) 3个施氮水平。结果表明, 耕作措施、施氮水平对小麦叶面积指数、光合势、SPAD值、光合速率均有显著影响; 灌水水平对光合速率影响显著。全生育期平均来看, NT较CT显著提高了小麦叶面积指数、光合势、SPAD值、光合速率, 分别提高14.5%~44.1%、13.2%~16.3%、7.4%~9.0%、14.5%~24.2%; 与I₂相比, I₁小麦光合速率显著降低了6.5%~13.6%。N₁较N₃叶面积指数、光合势、SPAD值、光合速率分别显著降低了6.4%~13.6%、7.5%~12.7%、6.0%~10.2%、7.5%~17.5%, N₂与N₃无显著差异。耕作措施、施氮水平、灌水水平三者均对小麦干物质积累量和籽粒产量影响显著。NT较CT分别显著提高13.4%~16.5%和9.0%~13.4%; I₁较I₂分别显著降低6.5%~6.7%、4.3%~7.4%; 与N₃相比, N₁处理分别显著降低10.0%~11.9%、12.6%~19.4%, N₂与N₃无显著差异。关联矩阵分析表明, 地膜玉米免耕结合水氮减量通过延缓小麦SPAD值的降低, 延长光合时间, 提高小麦的光合势和光合速率从而实现增产。

基于主成分-聚类分析的不同水分冬小麦晚霜冻害评价

王洋洋, 贺利, 任德超, 段剑钊, 胡新, 刘万代, 郭天财, 王永华, 冯伟

作物学报. 2022, (2):  448-462.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11003

摘要 ( 649 )   HTML ( 31 )   PDF (1151KB) ( 882 )  

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探讨不同水分条件下拔节期低温对小麦生理代谢的影响,构建综合生理指数精确评价冻害程度, 对农业减损增效和宏观管理具有重要意义。以弱春性的偃展4110和兰考198以及半冬性的郑麦366和丰德存21为材料,在低温处理前1周进行灌水和不灌水处理,于雌雄蕊分化期将盆栽小麦移至低温模拟室进行低温处理,分别为正常(CK)、-2℃ (T1)、-4℃ (T2)、-6℃ (T3)、-8℃ (T4)和-10℃ (T5)。在处理结束后第2天测定小麦生理指标和荧光参数,在成熟期收获小麦产量。结果表明,不同品种、水分和低温胁迫及其互作对小麦拔节期生理指标及荧光参数均具有显著影响。随着低温胁迫加重,叶片含水量、叶绿素a含量及荧光参数q_p、F_v/F_m和F_v/F_o呈持续下降趋势,而可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量及SOD活性表现先升后降特征,但MDA含量则相反。灌水处理在一定程度上缓解了低温胁迫对植株生理代谢的影响,低温对半冬性品种的影响相对较小。利用主成分分析将测定参数转化成4个独立的综合指标,且反映了88.55%的原始信息,并构建出冻害生理综合指数(FIPCI)。聚类分析热图显示的颜色越深,生理指标响应程度越大。依据生理指标聚类热图及FIPCI值将冻害划分为5个级别,且其与产量损失率具有较好的一致性。不同水分处理的产量损失率自T3温度开始差异较大,不灌水和灌水处理分别降低了30.4%~44%和21.0%~29.2%。同一水分条件下,产量损失率在品种间差异为LK198>YZ4110>ZM366>FDC21,半冬性品种低于弱春性品种。综合聚类热图和各处理产量,未受冻(CK)和轻度冻害(T1)的产量损失率低于10%,中度冻害(不灌水的T2、灌水的T2和T3)的产量损失率为10%~30%,重度冻害(不灌水的T3、灌水的T4)的产量损失率为30%~50%,特重度冻害(不灌水的T4和T5、灌水的T5)的产量损失率高于50%。可见,低温前灌水有利于缓解低温胁迫造成的伤害,在一定程度上降低了产量损失。利用主成分-聚类分析构建综合生理冻害指数及模型,可以准确评价小麦晚霜冻害的程度,为灾后产量恢复及决策管理提供科学依据。

施氮量对宁夏引黄灌区麦后复种糜子生长、产量及氮素利用的影响

谢呈辉, 马海曌, 许宏伟, 徐郗阳, 阮国兵, 郭峥岩, 宁永培, 冯永忠, 杨改河, 任广鑫

作物学报. 2022, (2):  463-477.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14010

摘要 ( 519 )   HTML ( 26 )   PDF (1376KB) ( 622 )  

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为明确不同施氮量下糜子生长规律、产量表现以及氮素利用效率, 分析糜子形态特征与产量和氮素利用的关系, 同时确定宁夏引黄灌区麦后复种糜子的适宜施氮量, 本研究于2019年和2020年以宁糜9号为材料, 2019年设0 (N0)、90 (N1)、120 (N2)和150 kg hm ^-2 (N3)纯氮水平, 2020年增设180 (N4)和210 kg hm ^-2 (N5)纯氮水平, 以不施氮肥(N0)为对照在宁夏引黄灌区进行大田试验。结果表明, 施氮显著促进糜子各生育时期株高、茎粗、叶面积、根系的生长和干物质的积累, 但当施氮量超过150 kg hm ^-2时, 除茎粗和叶面积外, 其余各生长指标出现下降趋势; 根冠比随施氮量的增加呈先降低后升高再略微下降趋势, 多数生育时期在N2处理根冠比达最小值, 拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别为0.119、0.087、0.054和0.052。施氮显著促进糜子产量、千粒重和穗粒数增加, 并且随施氮量的增加呈先增加后略微下降趋势, N2、N3处理促进效果最佳; N2、N3处理糜子产量分别为2979.41 kg hm ^-2、3084.67 kg hm ^-2, 较N0处理分别增产76.22%、83.21%。糜子的氮素收获指数、氮肥表观回收率、农学利用率和偏生产力在N2处理表现较好, 分别为60.23%、61.81%、10.77 kg kg ^-1、24.83 kg kg ^-1。进一步分析发现, 糜子产量与各生长指标显著正相关, 各生长指标之间显著正相关, 根系形态特征与氮素积累量显著正相关, 表明施氮可以通过改善糜子根系形态特征来促进氮素吸收, 进一步促进冠层的生长, 从而有利于产量的形成。因此, 适量施氮明显改善糜子生长状况、提高产量, 并且有效平衡产量和氮素利用效率。综合来看, 宁夏引黄灌区麦后复种糜子的合理施氮量为120~150 kg hm ^-2。

干旱对不同品种小麦幼苗的生理生化胁迫以及外源5-氨基乙酰丙酸的缓解作用

陈新宜, 宋宇航, 张孟寒, 李小艳, 李华, 汪月霞, 齐学礼

作物学报. 2022, (2):  478-487.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11026

摘要 ( 509 )   HTML ( 32 )   PDF (4458KB) ( 493 )  

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黄淮主产区冬小麦生育期干旱灾害发生频繁, 造成小麦苗期严重光合生理伤害。为探讨不同小麦品种光合特性对干旱胁迫的响应, 以百农207, 周麦18以及小麦新品种郑麦1860为材料, 研究了干旱胁迫对不同品种小麦幼苗光合生理、抗氧化物酶、相关基因表达水平的影响以及外源ALA的干旱缓解作用。研究结果表明, 干旱胁迫下郑麦1860具有较高的根干重和根冠比, 与周麦18相比, 抗旱能力较强的郑麦1860和百农207叶绿素含量的下降幅度、MDA含量的增加幅度、叶绿素荧光参数和光合作用参数的下降幅度相对较低, 但SOD和CAT酶活性的增加幅度相对较大。同时, 干旱胁迫显著增加了CAT、SOD-Cu/Zn、MnSOD和FeSOD抗氧化酶相关基因的转录表达水平, 且增加程度与小麦的抗旱能力密切相关。外源ALA预处理能够通过对CAT、SOD-Cu/Zn和MnSOD的转录诱导, 进一步提高干旱胁迫下SOD和CAT酶的活性, 降低膜脂过氧化损伤程度, 同时提高ATP酶的活性, 缓解干旱对小麦光合生理的伤害。此外, 本研究首次发现, 小麦叶绿体光合机构相关psb28基因转录表达的维持也与不同品种的抗旱能力有一定联系, 且受外源ALA预处理的显著诱导。本研究结果显示, 干旱胁迫下小麦抗氧化酶及叶绿体光合作用相关基因的转录表达调控, 与不同品种的抗旱能力以及外源ALA的调节作用密切相关。

内蒙古地区甜菜临界氮浓度稀释模型的构建及应用

张加康, 李斐, 史树德, 杨海波

作物学报. 2022, (2):  488-496.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04272

摘要 ( 348 )   HTML ( 8 )   PDF (643KB) ( 462 )  

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甜菜是我国两大主要糖料作物之一, 然而氮素过量或者不足不仅会影响甜菜产量和含糖量, 而且过量的氮素还会造成一定的环境风险, 如何判别甜菜的氮素营养在一个合理的范围对于保障甜菜产量、品质和减少环境风险具有重要意义。临界氮浓度稀释曲线是作物氮素营养诊断的基础, 本研究的主要目的是构建我国甜菜临界氮浓度稀释曲线模型, 并利用相应的氮素营养指数进行甜菜氮素营养诊断。研究于2017—2018年在内蒙古呼和浩特市和赤峰市进行了2个甜菜品种、不同施氮量的田间试验。在甜菜的苗期、叶丛生长期、块根膨大期、糖分积累期和收获期5个关键时期进行地上部叶片和地下部块根取样测定生物量和氮浓度, 并计算出甜菜全株生物量和全株氮浓度。根据全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型和相应的氮素营养指数。结果表明, 甜菜地上部生物量和地上部氮浓度以及全株生物量和全株氮浓度都是随着生育时期的推进呈现出负幂函数关系, 基于地上部生物量和地上部氮浓度建立的临界氮浓度稀释曲线决定系数平均在0.45, 而以全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释曲线决定系数平均在0.94, 较前者有显著提高。以全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型更为合理, 且受品种影响较小, 甜菜品种KWS9167和KWS1676的共用临界氮浓度稀释曲线决定系数达0.94, 构建的氮素营养模型可以进行甜菜氮素营养诊断。我国北方地区主要甜菜品种临界氮浓度稀释模型为N_c=4.23W ^-0.49, 基于该模型计算的KWS9167和KWS1676合理施氮量分别为160 kg N hm ^-2和180 kg N hm ^-2左右。

灌溉定额和施氮量对机采棉田水分运移及硝态氮残留的影响

尔晨, 林涛, 夏文, 张昊, 徐高羽, 汤秋香

作物学报. 2022, (2):  497-510.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.04277

摘要 ( 428 )   HTML ( 9 )   PDF (1451KB) ( 272 )  

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水资源短缺和土壤环境污染严重是制约农业可持续健康发展的瓶颈, 迫使农民开发和采用可持续的农业生产技术。水分运动机理和氮肥残留行为是评价干旱地区农业水肥管理水平的依据, 提高水氮利用效率是降低环境污染这一重要科学问题的重要途径。本研究采用裂区试验设计, 以灌溉量为主区, 设2250 (低灌溉量, W1)、3450 (传统灌溉量, W2)和4650 m ³ hm ^-2 (高灌溉量, W3) 3个灌溉量; 设0 (空白, N1)、300 (传统施肥量, N2)和600 kg hm ^-2 (高施氮量, N3) 3个纯氮投入量, 在干旱的中国西北内陆棉区开展2年的田间试验, 评估灌溉和施氮策略对水氮运移、籽棉产量、水氮生产效率的影响。结果表明, 灌溉量及水氮耦合效应是影响籽棉产量及灌溉水生产力的影响因素, 其中灌溉量是主效应。2年均值表明, 灌溉量为W1时, 施肥量由N1增加至N3, 生育期0~80 cm平均土壤含水量呈先显著上升后显著下降的趋势, N2和N3处理较N1处理籽棉产量分别提高13.8%和7.6%, 水分利用效率分别提高13.6%和6.8%; 灌溉量为W2和W3时, 施肥量由N1增加至N3, 生育期0~80 cm土层平均含水量无显著差异。N2和N3处理较N1处理籽棉产量分别提高11.6%和12.4%, 水分利用效率分别提高11.4%和11.5%; 随着灌溉量的增加, 0~80 cm土层全生育期含水率总平均值逐渐增大。灌溉量是影响硝态氮在0~40 cm土层积累的主导因素, 而水氮耦合效应是导致硝态氮向下淋溶的主效应。W1灌溉量下, 随着施氮量的增加, 硝态氮在0~40 cm土层大量积累, 而W3灌溉量下, 随着施氮量的增加, 40~60 cm土层硝态氮含量逐渐增加。总的来说, 灌溉量高于3450 m ³ hm ^-2、施肥高于300 kg hm ^-2后继续增加水氮投入未能额外增产, 反而可能造成资源浪费和对环境的潜在污染。因此我们建议, 通过水氮优化策略提高资源利用效率, 降低环境污染, 促进农业可持续发展。

研究简报

小麦-中间偃麦草2A/6St代换系014-459的分子细胞遗传学鉴定

陶军, 兰秀锦

作物学报. 2022, (2):  511-517.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11025

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中间偃麦草是小麦遗传改良的有用资源, 育成了大量的小麦-中间偃麦草附加系、代换系及部分双二倍体。中4是小麦-中间偃麦草部分双二倍体, 很方便与普通小麦杂交并被广泛用于小麦的遗传改良。014-459是中4与普通小麦杂交后代, 具有一些特殊特性, 材料014-459与一些普通小麦杂交, 无论正反交, 其F₁表现为不育, 而与另一些普通小麦的杂交F₁表现为可育, 此外, 材料014-459粗蛋白和湿面筋含量很高。基于014-459的这些特性, 猜测其可能具有中间偃麦草染色体片段, 为此对014-459进行了细胞学鉴定。FISH和GISH以及PLUG标记分析用来分析材料014-459的染色体组成情况。连续的FISH和GISH试验证实小麦-中间偃麦草部分双二部体中4与小麦杂交后代品系014-459的1对小麦2A染色体被来自中间偃麦草的1对St染色体代换, PLUG标记分析证实这1对St染色体属于第6同源群, 可能来自中间偃麦草的St染色体被代换进小麦中造成了材料014-459的一些特性。对品系014-459的分子细胞遗传学鉴定对促进中间偃麦草6St染色体在小麦中利用及小麦品质改良有积极作用。

不同抗旱性甘薯品种叶片生理性状差异及抗旱指标筛选

张海燕, 解备涛, 姜常松, 冯向阳, 张巧, 董顺旭, 汪宝卿, 张立明, 秦桢, 段文学

作物学报. 2022, (2):  518-528.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14031

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在人工控水条件下, 以15个甘薯品种为试验材料, 设置正常灌水和干旱胁迫2个土壤水分处理, 研究了干旱胁迫条件下不同甘薯品种叶片生理特性的差异。结果表明, 干旱胁迫条件下, 叶面积系数均不同程度下降, 反映了品种抗旱性的差异。通过抗旱系数聚类分析, 将15个甘薯品种分为3个抗旱类型, 抗旱品种: 济薯21、济薯25、济徐23、济薯15、烟薯25; 中等抗旱品种: 徐薯18、济薯26、北京553、济紫薯2号、济薯18; 不抗旱品种: 郑薯20、济紫薯3号、济薯22、济紫薯1号、凌紫。叶面积系数与抗旱系数的相关性分析表明, 干旱胁迫条件下抗旱性强的甘薯品种可维持较高的叶面积系数; 而正常灌水条件下的叶面积系数不能反映甘薯品种抗旱性。干旱胁迫导致功能叶叶绿素含量和相对含水量下降, 叶片相对电导率升高。干旱胁迫条件下, 功能叶叶绿素含量和相对含水量与甘薯品种的抗旱性呈显著正相关关系, 而功能叶相对电导率则与甘薯品种抗旱性呈显著的负相关关系。因此, 叶面积系数以及功能叶叶绿素含量、相对含水量和相对电导率等指标可作为甘薯品种抗旱性鉴定的评价指标。

减库对大豆叶片碳代谢的影响

张国伟, 李凯, 李思嘉, 王晓婧, 杨长琴, 刘瑞显

作物学报. 2022, (2):  529-537.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14024

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植物的碳代谢过程与植株生长和产量形成密切相关, 是受源库关系影响最明显的生理过程之一。研究减库对大豆叶片碳代谢的影响, 可为明确源库关系失衡导致的减产机理研究提供理论依据。以早熟大豆品种苏豆13为材料, 于2019年和2020年在江苏省农业科学院大豆试验站进行池栽试验, 在大豆R4期设置减库处理(去除全部豆荚、去掉1/2豆荚和全部种子损伤处理), 以正常植株为对照, 研究减库对大豆碳代谢的影响。结果表明, 减库处理延缓了叶片衰老和脱落, 导致叶片持绿。减库处理显著抑制了短期内的净光合速率(P_n), 但是未影响初始羧化速率(a)。P_n降低主要受气孔限制, 随时间延长, 光合抑制作用逐渐减弱并转为促进作用, 在生育后期, 减库处理的叶片仍能保持相对较高的a、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SuSy)和酸性转化酶(SAI)活性及光合色素、可溶性糖、淀粉、蔗糖和果糖含量, 利于维持相对较高的光合性能。减库处理导致更多的光合产物向营养器官分配, 茎、叶片和叶柄在一定程度上成为新的库器官, 利于生育后期的叶片光合产物输出并保持相对较高的碳代谢水平。去除全部豆荚和种子损伤处理延缓叶片衰老和脱落、光合性能和碳代谢水平降低的作用显著高于去除1/2豆荚。总之, 在同等的源条件下, 减小库容量可以诱导大豆出现持绿现象, 减库程度越大, 持绿现象越重, 减库处理显著影响大豆叶片碳代谢, 虽然短期内抑制了“源”叶片的光合性能, 但是生育后期叶片仍能保持相对较高的光合活性和碳代谢关键酶活性利于合成较多的碳水化合物, 且刺激茎、叶和叶柄转化为新的库器官。