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2022年 第48卷 第3期 刊出日期：2022-03-12

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综述

论两熟制棉花绿色化轻简化机械化栽培

郑曙峰, 刘小玲, 王维, 徐道青, 阚画春, 陈敏, 李淑英

作物学报. 2022, (3):  541-552.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14090

摘要 ( 432 )   HTML ( 37 )   PDF (928KB) ( 223 )  

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传统两熟制下的棉花生产存在种植模式和棉花栽培技术复杂、棉花生产周期长、机械化程度低、用工多、化肥农药投入多、植棉效益低等突出问题。经过近10年的研究和实践, 我国建立并应用了两熟制棉花绿色化(减肥减药)、轻简化(简化管理)、机械化(机械代替人工)栽培技术。本文基于笔者的研究成果, 结合国内外相关研究进展, 对两熟制棉花绿色化轻简化机械化栽培的基本概念、技术路线、关键技术及其理论基础进行了总结和评述。其技术核心内容是, 通过一次性“机播” (机械免耕单粒精量播种代替棉苗移栽, 种肥同播, 不间苗, 不补苗), 全程“机管” (通过合理密植和全程株型和熟性调控, 免整枝、免人工打顶)和一次性机械收获(通过综合调控建立集中成熟的群体结构), 实现省工70%; 采用早中熟棉花品种, 合理增密, 一次性侧深施用专用控释肥、无人机喷施叶面溶肥等技术省肥50%; 通过利用抗虫棉品种的抗性, 适期晚播缩短棉花生长期, 采用食诱、性诱剂及生物农药、杀虫灯、无人机施药等防控病虫害, 实现省药40%。与传统技术比, 本技术大大减少了棉花生产用工, 农业机械对人工的替代率达60%, 化肥利用率提高11.2%以上, 经济效益提高30%, 减轻了因过量使用化肥和化学农药造成的面源污染, 为推进棉花生产方式的根本变革提供技术支撑。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

利用集群分离分析结合高密度芯片快速定位小麦成株期抗条锈病基因YrC271

刘丹, 周彩娥, 王晓婷, 吴启蒙, 张旭, 王琪琳, 曾庆东, 康振生, 韩德俊, 吴建辉

作物学报. 2022, (3):  553-564.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11039

摘要 ( 464 )   HTML ( 22 )   PDF (1507KB) ( 965 )  

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由国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)培育的春小麦高代选系C271对小麦条锈病保持抗性近40年。为明确C271的抗条锈病遗传组分, 利用感病品种晋麦79与C271杂交构建含有229个F_2:3家系的遗传群体, 并于2019年在陕西杨凌和四川江油进行成株期病害调查。运用集群分离分析(BSA)结合高密度660K芯片策略在3B染色体短臂上快速挖掘出大量的与抗病关联的SNP, 利用等位基因特异的定量PCR标记(AQP)进行验证并作图, 成功检测到一个效应值较大的QTL, 可解释表型变异为22.7%~30.8%, 暂命名为YrC271, 位于标记AX-109001377和AX-111087256之间, 约1.9 cM, 对应的物理距离1.9 Mb。利用已公布的小麦基因组信息对该区间进行比较基因组分析, 结果表明, 与中国春基因组相比, 不同材料间存在小片段的插入以及倒位现象, 但总体共线性良好。同时利用1484份小麦660K分型数据对该区间进行单倍型分析, 总体可分为5种区间单倍型, 其中C271所在的单倍型组的抗性优于其他组。虽然C271不含有Yr30和Yr58连锁标记的阳性片段, 但从相对遗传位置、条锈病抗性表现以及育种系谱看, YrC271与Yr30和Yr58都很类似, 其关系需要进一步确认。对主效QTL定位来讲, 芯片结合BSA策略可快速锁定目标QTL区域, 再应用AQP技术既提高了作图效率, 也降低了标记分析的成本, 为高通量基因/QTL定位工作提供了借鉴。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

利用Ln位点进行分子设计提高大豆单荚粒数

杜浩, 程玉汉, 李泰, 侯智红, 黎永力, 南海洋, 董利东, 刘宝辉, 程群

作物学报. 2022, (3):  565-571.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14011

摘要 ( 543 )   HTML ( 17 )   PDF (884KB) ( 347 )  

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分子设计育种是将分子遗传学与传统育种相结合, 并培育成具有优良性状的新品种的重要方法之一, 尽管该方法很大程度上能够缩短育种进程, 但在实际育种过程中却应用较少。在大豆的育种过程中, 提高产量是主要的育种目标之一, 其中, 每荚粒数是决定大豆单株产量的关键性状之一。在大豆中, 每荚粒数与叶片形状呈正相关, 由一对等位基因Ln/ln控制, 宽叶的大豆品种一般为Ln, 窄叶的大豆品种一般为突变型ln, 且ln伴随着更多的四粒荚。尽管Ln对于大豆单产的提高, 具有潜在的重要作用, 但将该位点应用于分子设计育种中, 报道较少。本研究通过分析483份来自不同纬度大豆品种的Ln基因型发现, 高纬度地区大豆品种一般为ln, 而低纬度地区大豆品种一般为Ln。通过调查来自不同纬度的8个大豆品种的叶型和一粒荚至四粒荚个数发现, 低纬度大豆品种均为圆叶品种, 且几乎没有四粒荚。为将ln应用于低纬度地区大豆育种中, 成功开发了Ln的分子标记, 并通过连续回交的方法, 将ln代换到圆叶型品种Willams 82和华夏3号中, 获得了四粒荚较多的大豆新材料。本研究利用大豆分子设计育种的手段, 提高了大豆单株产量, 为加快大豆高产育种进程提供了重要的理论及实践基础。

一个新的玉米Bt2基因突变体的遗传分析和分子鉴定

徐宁坤, 李冰, 陈晓艳, 魏亚康, 刘子龙, 薛永康, 陈洪宇, 王桂凤

作物学报. 2022, (3):  572-579.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13005

摘要 ( 717 )   HTML ( 34 )   PDF (1297KB) ( 725 )  

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玉米籽粒发育调控机制的研究对于玉米产量与品质性状的遗传改良十分重要。本研究鉴定了一个新的转座子插入的籽粒皱缩突变体5601Q, 遗传分析表明其籽粒缺陷稳定遗传且为单基因隐性突变。构建其B73背景的F₂分离群体, 通过图位克隆将该突变定位于玉米4号染色体上60.19~62.58 Mb的区间。基因注释分析发现, 区间内存在一个已报道参与玉米籽粒发育的基因BRITTLE ENDOSPERM2 (Bt2), 其编码玉米胚乳淀粉合成途径中的一个限速酶——腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase)的小亚基。籽粒储藏物质分析表明, 该突变体百粒重及淀粉含量显著降低, 但可溶性糖含量增加为野生型的4.67倍。利用本实验室已确定的Bt2基因突变体1774与5601Q进行等位测验, 确认了5601Q是Bt2的一个新的等位突变体。分子鉴定表明, 5601Q突变体中Bt2基因的第2个外显子存在一个Mutator 19转座子的插入。综上, 5601Q籽粒发育缺陷是由Bt2基因的突变导致, 本研究为解析玉米Bt2基因在胚乳储藏物质积累中的作用机制提供了新的种质资源。

小麦矮秆突变体je0098的遗传分析与其矮秆基因定位

付美玉, 熊宏春, 周春云, 郭会君, 谢永盾, 赵林姝, 古佳玉, 赵世荣, 丁玉萍, 徐延浩, 刘录祥

作物学报. 2022, (3):  580-589.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11015

摘要 ( 550 )   HTML ( 21 )   PDF (1240KB) ( 997 )  

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倒伏易引发小麦严重减产, 发掘和利用优异矮秆基因是培育高产抗倒伏小麦新品种的关键。本研究以京411 (WT)及其经EMS诱变获得的产量相关性状优良的矮秆突变体je0098为试验材料, 对其株高进行遗传分析, 结合外显子捕获测序和遗传连锁分析定位矮秆基因。3年田间株高数据统计分析表明, je0098与WT相比株高降低15 cm, 组织细胞学观察结果显示, je0098与WT相比节间细胞长度缩短18%, 暗示je0098的矮化是由于节间细胞长度变短所致; 赤霉素敏感性分析表明, je0098为赤霉素敏感型矮秆突变体。利用WT和je0098杂交构建的由344个单株组成的F₂分离群体, 结合F_2:3家系表型数据, 选取矮秆纯合和高秆单株构建混池, 对两亲本和子代混池分别进行外显子捕获测序, 在2D染色体上定位到一个具有降秆效应的数量性状位点(QTL)。结合全基因组重测序所得SNP位点, 在2D染色体开发了6个KASP分子标记, 对F₂单株进行基因分型。利用QTL IciMapping作图软件构建遗传连锁图谱, 结合3年田间表型数据, 将矮秆基因定位在20.77~28.84 Mb区间内, 遗传距离为11.48 cM。本研究结果为突变体je0098矮秆基因的功能研究以及育种利用奠定了基础。

大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP14启动子克隆与功能分析

周悦, 赵志华, 张宏宁, 孔佑宾

作物学报. 2022, (3):  590-596.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14016

摘要 ( 511 )   HTML ( 17 )   PDF (777KB) ( 159 )  

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大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP14受低磷诱导表达, 其超表达显著提高植物有机磷利用效率, 为进一步探究其调控机制, 本研究以GmPAP14 cDNA序列检索大豆参考基因组, 获取基因上游启动子序列, 设计引物克隆了中黄15 GmPAP14启动子序列。利用PLACE与PlantCARE预测启动子调控元件发现, 该序列中含有增强子调控元件、组织特异表达元件, 根特异表达元件、转录因子PHR1结合的PIBS元件等。构建了GmPAP14启动子3个5°端缺失片段融合GUS的植物表达载体P_GmPAP14-2568-GUS、P_GmPAP14-2238-GUS、P_GmPAP14-1635-GUS, 并通过Floral dip法获得转基因拟南芥。利用GUS染色和活性测定分析GmPAP14启动子不同片段表达活性发现, 正常磷条件下各片段转基因拟南芥均在根尖表达, 低磷条件下GUS染色可扩展到成熟区和根毛, 另外转P_GmPAP14-2238-GUS植株的GUS活性最高。这些结果为后续的基因调控研究奠定重要基础。

甘蓝型油菜BnAPs基因家族成员全基因组鉴定及分析

黄成, 梁晓梅, 戴成, 文静, 易斌, 涂金星, 沈金雄, 傅廷栋, 马朝芝

作物学报. 2022, (3):  597-607.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14023

摘要 ( 504 )   HTML ( 34 )   PDF (1931KB) ( 497 )  

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天冬氨酸蛋白酶(AP)属于四大蛋白水解酶之一, 在蛋白质加工、信号转导和胁迫反应中发挥着重要作用。甘蓝型油菜是我国重要的油料作物, 利用蛋白质同源性分析, 在甘蓝型油菜中鉴定出154个APs编码基因, 分别编码典型、非典型和珠心类天冬氨酸蛋白酶。基因结构分析结果表明, 多数BnAPs基因包含1~4个外显子, 同一类型的天冬氨酸蛋白酶成员之间蛋白质基序(Motif)分布相似。共线性分析表明, 甘蓝型油菜与白菜、甘蓝和拟南芥存在大量的同源基因, 约89%的BnAPs基因来自于全基因组复制事件。转录水平检测结果表明, BnAPs基因家族成员在各个组织中均有表达, 其中BnAP30.A05.1/A05.2/C05.1/C05.2、BnAP36.A04/C08、BnAP39.A06/C03在授粉后的柱头显著提高。BnAPs基因启动子区域顺式元件分析结果表明, 逆境相关的顺式调控元件被显著富集; 进一步利用RT-qPCR验证了这些富含逆境相关顺式调控元件的基因在逆境(ABA、NaCl或4℃)处理后的表达水平显著变化, 推测这些BnAPs基因可能参与甘蓝型油菜对逆境的响应。进一步和拟南芥同源基因组织表达模式进行比较后发现, 大约有24%的BnAPs与其同源AtAPs具有相同的表达模式。本研究为进一步解析天冬氨酸蛋白酶家族在甘蓝型油菜中的生物学功能奠定了基础。

甘薯Dof基因家族挖掘及表达分析

靳容, 蒋薇, 刘明, 赵鹏, 张强强, 李铁鑫, 王丹凤, 范文静, 张爱君, 唐忠厚

作物学报. 2022, (3):  608-623.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14004

摘要 ( 606 )   HTML ( 31 )   PDF (4657KB) ( 398 )  

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单锌指蛋白超家族Dof (DNA binding with one finger)转录因子广泛参与植物的各种生命活动。以甘薯泰中6号基因组为参照挖掘得到46个甘薯Dof基因, 每个家族成员均具有C₂C₂-Dof锌指结构, 按照其在染色体上的位置, 命名为IbDof1~IbDof46。该基因家族可分为4个亚家族(A~D), 且不同亚族的基因结构和基序的分布差异显著。基序1和基序2存在于所有亚家族中; 基序5和基序9只存在于亚家族A中; 基序6、基序7、基序8和基序10只存在亚家族D中。IbDof的进化极为保守, 共有12对染色体复制事件和5对串联重复序列事件(IbDof2/IbDof3、IbDof12/IbDof13、IbDof9/IbDof10、IbDof28/IbDof29和IbDof32/IbDof33), 分歧时间平均是3552万年前和186万年前, Ka/Ks比值范围从0.07 (IbDof12/IbDof13)到0.68 (IbDof6/IbDof25), 且与甘薯野生近缘种Ipomoea trifida同一染色体上的Dof同源基因对有38对。组织特异性分析表明, IbDof各亚族在各个组织器官中表达强度不同, 且亚族内部呈现不同的表达趋势。IbDof启动子序列中包含逆境和激素响应等相关元件, 实时荧光定量PCR进一步分析表明, IDof基因受低温、干旱、高盐和H₂O₂等非生物胁迫诱导表达。比如大部分IbDof受低温调控表达; IbDof10和IbDof14受干旱胁迫诱导表达; IbDof2、IbDof14、IbDof37、IbDof41和IbDof43受高盐诱导表达; 而IbDof8、IbDof10、IbDof25和IbDof41则受H₂O₂诱导表达, 这说明IbDof家族成员协同控制了甘薯的生长发育及参与非生物胁迫过程。

黄麻双生病毒CoYVV的分子鉴定和抗性种质筛选

杨昕, 林文忠, 陈思远, 杜振国, 林杰, 祁建民, 方平平, 陶爱芬, 张立武

作物学报. 2022, (3):  624-634.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14017

摘要 ( 503 )   HTML ( 20 )   PDF (920KB) ( 146 )  

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越南黄麻黄脉病毒(Corchorus yellow vein Vietnam virus, CoYVV)是影响黄麻纤维品质和产量的双生病毒, 其基因组含2个环状单链DNA (DNA-A和DNA-B)。鉴定黄麻双生病毒CoYVV并筛选抗病毒种质, 不仅丰富对双生病毒分布和进化的认识, 而且为黄麻抗性基因克隆奠定了基础。2018年福建省三明市福建农林大学洋中科教基地发现黄麻种质资源圃长果种黄麻福农5号疑似感染黄色花叶病。利用CTAB法提取该品种感病叶片DNA, 通过PCR、滚环扩增及测序技术获得病毒基因组序列。通过同源序列比对和进化树构建明确该病毒与新旧世界双生病毒的关系。含有CoYVV DNA-A和CoYVV DNA-B侵染性克隆载体的农杆菌等比例混合, 子叶注射法侵染具有代表性的7份长果种和7份圆果种黄麻品种(系), 定期观察发病株数(病株率)并PCR检测接种黄麻的侵染率。PCR检测结果证实, 福农5号病样感染了CoYVV, 命名为CoYVV-FS。其DNA-A为2724 bp, DNA-B为2691 bp。进化分析表明, 相较于旧世界菜豆金黄花叶病毒(begomoviruses), CoYVV-FS与新世界begomoviruses更近。农杆菌接种14份黄麻品种43 d时, 统计病株率和侵染率。结果表明该病毒可以成功侵染13份黄麻品种, 病株率和侵染率分别在0~60%和0~100%之间, 说明该病毒在黄麻中具有较高侵染性。807元引马里的病株率和侵染率皆为0, 表现为抗性种质; 而巴长4号和印度墨绿子在接种30 d时产生黄脉、卷曲等典型的表型, 表现出对CoYVV具有高度感病性。黄麻种植资源圃发现的CoYVV-FS与前期已报道的CoYVV属于同一分离物, 它能侵染多数黄麻种质, 在长果种黄麻上引起严重症状。

利用PyBSASeq算法挖掘大豆百粒重相关位点与候选基因

王娟, 张彦威, 焦铸锦, 刘盼盼, 常玮

作物学报. 2022, (3):  635-643.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14008

摘要 ( 550 )   HTML ( 10 )   PDF (756KB) ( 611 )  

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基于量化染色体区间上与目标性状相关多态性位点的富集程度这一原理开发的PyBSASeq算法, 被证实更适合进行基于BSA-seq技术的复杂数量性状遗传解析。本研究采用该算法, 以‘滑皮豆’和‘齐黄26’为亲本杂交所衍生的包含149个RILs为材料, 挖掘与大豆百粒重相关位点, 共获得11个与目标性状紧密关联的候选区域, 分别位于1号、2号、4号、7号、9号、14号和16号染色体, 其中qSW4-1、qSW9-1、qSW9-2和qSW7-1与已报道大豆百粒重QTL位置一致。候选区域共包含218个编码基因, 根据基因表达特性和单倍型分析结果, 最终获得2个与目标性状相关的候选基因Glyma.02G075000和Glyma.04G082500, 分别参与蔗糖的运输和维生素E的生物合成。研究结果将有助于大豆百粒重遗传机制的阐释, 并为基于BSA-Seq技术的数量性状研究提供参考。

水稻延伸因子复合体家族基因鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

巫燕飞, 胡琴, 周棋, 杜雪竹, 盛锋

作物学报. 2022, (3):  644-655.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.02089

摘要 ( 546 )   HTML ( 24 )   PDF (1322KB) ( 515 )  

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延伸因子复合体(Elongator, ELP)是一类在真核细胞转录中起延伸RNA聚合酶II作用的蛋白质复合物, 这类复合体在植物生长发育以及生物和非生物胁迫响应等方面均发挥着重要作用。本研究利用生物信息学的方法对水稻(Oryza sativa) ELP基因家族(OsELPs)成员进行鉴定, 并进一步对其理化性质、亚细胞定位、染色体定位、启动子顺式作用元件及在非生物胁迫下的表达模式进行分析。结果表明: OsELPs基因家族含有6个成员、随机分布在水稻5条染色体上, 这6个基因编码含250~1344个氨基酸残基的蛋白质, 其分子量介于27.97~148.99 kD, 等电点介于5.01~8.63。系统进化分析将来源于水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、酵母(Saccharomyces cerevisiae)和人类(Homo sapiens)的ELPs蛋白分为4个亚组(Group I~Group IV), 其中第I亚组包含OsELP1, 第II亚族包含OsELP2和OsELP5, 第III亚组包含OsELP4, 而第IV亚组包含OsELP3和OsELP6。OsELPs的启动子区域中存在多种顺式作用元件, 主要响应光、植物激素、干旱、低温、防御和逆境等信号。在PEG、低温、高盐以及脱水等4种非生物胁迫下, 6个OsELPs基因均有不同程度的差异表达, 其中OsELP6在4种非生物胁迫下均显著诱导上调表达, 该基因可能介导水稻对多种非生物逆境的综合抗性。

耕作栽培·生理生化

播种量和穗肥施氮量对优质食味直播水稻产量和品质的影响

陈云, 李思宇, 朱安, 刘昆, 张亚军, 张耗, 顾骏飞, 张伟杨, 刘立军, 杨建昌

作物学报. 2022, (3):  656-666.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12012

摘要 ( 543 )   HTML ( 41 )   PDF (1053KB) ( 629 )  

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播种量是影响直播水稻产量的关键因素之一, 但其对优质食味水稻产量和品质的影响研究相对较少。施用穗肥是水稻高产栽培的重要措施, 但穗肥施氮量对优质食味直播水稻产量和品质的调节效应尚不清楚。本研究以3个江苏省代表性优质食味水稻苏香粳3号、南粳5055和南粳9108为材料, 在行距固定为25 cm条件下, 分析了60、90、120、150和180 kg hm^-2等5个播种量对上述品种产量和品质的影响, 并观察了适宜播种量条件下穗肥施氮量对优质食味水稻产量和品质的调节效应。主要结果表明: (1) 苏香粳3号、南粳5055和南粳9108的产量均随播种量增加呈先升后降的趋势。3个品种高产最适播种量分别为130.2~136.5、118.3~119.3和90.0~96.4 kg hm^-2。稻米加工品质与播种量呈不同程度负相关, 而垩白粒率、垩白度、蛋白质含量、米粉消解值与播种量呈显著或极显著正相关。胶稠度、直链淀粉含量、食味值和崩解值与播种量均呈显著或极显著负相关。(2) 在高产适宜播种量条件下, 与常规穗肥施氮量相比, 穗肥施氮量减半对南粳5055和南粳9108的产量无明显影响, 但可明显改善稻米的外观品质和食味值。上述结果表明, 优质食味直播水稻最适播种量因品种而异。播种量过大会使优质食味水稻的加工品质、外观品质和食味值变劣。适量降低穗肥施氮量有利于进一步改善优质食味直播水稻的外观品质和食味品质。

氮密处理提高迟播栽粳稻资源利用和产量

袁嘉琦, 刘艳阳, 许轲, 李国辉, 陈天晔, 周虎毅, 郭保卫, 霍中洋, 戴其根, 张洪程

作物学报. 2022, (3):  667-681.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12018

摘要 ( 436 )   HTML ( 16 )   PDF (934KB) ( 491 )  

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苏中地区为稻麦两熟制地区, 近年来受气候变化和稻虾综合种养规模扩大的影响, 水稻迟播迟栽现象较为普遍, 使水稻品种的生长发育等与光、温资源不匹配, 成为制约水稻高产稳产的重要因素之一。本研究在迟播迟栽(6月12日播种、6月30日移栽)条件下, 采用毯苗机插方式, 设置4个纯氮施氮量(N₀: 0 kg hm^-2; N₂₄₀: 240 kg hm^-2; N₃₀₀: 300 kg hm^-2; N₃₆₀: 360 kg hm^-2)、3个穴栽苗株数(D₃: 3株苗、D₄: 4株苗、D₅: 5株苗)处理, 以适播适栽期(5月29日)常规施氮量和穴栽苗株数处理(N₃₀₀D₄)为对照(CK), 探究氮肥水平与穴栽苗数对迟播迟栽粳稻生长发育和产量形成的影响, 为提升苏中地区迟播迟栽粳稻产量潜力和资源利用效率提供依据。结果表明, 较CK相比, 迟播迟栽条件下各处理产量均下降, 主要原因是迟播迟栽处理群体颖花量显著降低, 2年最高群体颖花量分别较CK分别降低11.94%和8.12%; 迟播迟栽条件下温光资源利用率降低, 植株吸氮量和氮肥利用率降低, 导致干物质积累量降低。迟播迟栽条件下, 除处理N₃₆₀D₅外, 随着施氮量和穴栽苗株数的增加, 产量增加。主要原因是提高了群体颖花量, 抽穗期叶面积指数和高效叶比例, 延长了生育期, 从而提高了温光资源利用率, 进而提高了成熟期干物质积累量, 缓解产量下降; 另外, 氮肥利用率随施氮量增加呈先增加后下降趋势, N₃₀₀D₅处理氮肥利用率最大。因此, 迟播迟栽条件下应首先考虑增加穴栽苗数, 再适量增加氮肥施用量, 可以缓解产量损失, 并提高氮肥利用率。

黄土高原旱作区马铃薯连作根际土壤微生物群落变化特征

谭雪莲, 郭天文, 胡新元, 张平良, 曾骏, 刘晓伟

作物学报. 2022, (3):  682-694.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14015

摘要 ( 440 )   HTML ( 28 )   PDF (1412KB) ( 162 )  

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本文探讨了土壤微生物对马铃薯连作的响应, 旨在揭示连作土壤退化的微生物特征。采用盆栽试验和MiSeq高通量测序技术相结合的方法, 以休耕(CK)和轮作(R_rh)为对照, 研究了马铃薯连作1年(1_rh)、3年(3_rh)和5年(5_rh)根际土壤微生物群落特征。结果表明, 与CK和轮作相比, 3_rh和5_rh土壤样品Ace指数、Chao指数、Shannon指数显著降低。与轮作相比, 马铃薯连作土壤细菌中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度较高, 土壤真菌中子囊菌门(Ascomycota)相对丰度较低。细菌群落中, 较轮作, 1_rh、3_rh、5_rh气微菌属(Aeromicrobium)的数量分别增加258.01%、625.93%、76.04%, 节杆菌属(Arthrobacter)分别增加245.42%、1258.12%、58.89%, 链霉菌属(Streptomyces)分别增加203.83%、116.74%、311.61%。真菌群落中, 较轮作, 3_rh镰孢属(Fusarium)数量增加了225.00%, 5_rh毛壳属(Chaetomium)数量降低了31.58 %, 1_rh、3_rh、5_rh久浩酵母属(Guehomyces)的数量分别降低55.40%, 58.14%, 78.37%; 壶菌属(Spizellomyces)在休耕和轮作土壤中数量较多, 而在连作3年和5年土壤中数量很少, 接近检测底限。说明马铃薯长期连作降低了土壤微生物多样性, 微生物优势种群发生改变, 土壤微生物群落结构失衡。

不同生育期干旱与氮肥施用对花生氮素吸收利用的影响

丁红, 徐扬, 张冠初, 秦斐斐, 戴良香, 张智猛

作物学报. 2022, (3):  695-703.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14038

摘要 ( 536 )   HTML ( 26 )   PDF (808KB) ( 598 )  

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为明确不同生育期干旱胁迫与氮肥施用对花生氮素吸收利用的影响, 利用¹⁵N示踪技术, 研究了不同水分条件下氮肥施用对花生各器官肥料氮吸收利用以及氮肥残留和损失情况的影响。水分设置为正常供水(WW, 75%~80%田间持水量)、花针期轻度干旱胁迫(FD, 55%~60%田间持水量)和结荚期轻度干旱胁迫(PD, 55%~60%田间持水量) 3个条件, 氮肥水平设置为不施氮(LN)、中氮(MN, 90 kg hm^-2)、高氮(HN, 180 kg hm^-2)。结果表明, 与正常供水条件相比, 不同生育期干旱胁迫均降低了花生产量和植株氮素积累量, 且花针期干旱胁迫的降低幅度大于结荚期干旱胁迫。花生籽仁的氮素积累量占全株氮素积累量的68.42%~77.67%。与WWMN处理相比, FDMN处理下花生各器官氮肥吸收比例(Ndff, the percentage of N derived from ¹⁵N fertilizer)和¹⁵N积累量显著提高, 且促进了氮素向籽仁的转运, PDMN处理下籽仁¹⁵N积累量却显著降低。花生对¹⁵N标记氮肥的回收率为30.20%~38.42%, 残留率为37.12%~48.83%, 损失率为12.75%~32.68%。FDMN处理下氮肥回收率最高, 损失率最低。表明90 kg hm^-2的施氮水平促进了干旱胁迫下花生产量的提高和氮素吸收利用, 降低了肥料氮的损失。

小麦籽粒不同层次酚类物质与抗氧化活性差异及氮肥调控效应

冯健超, 许倍铭, 江薛丽, 胡海洲, 马英, 王晨阳, 王永华, 马冬云

作物学报. 2022, (3):  704-715.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11007

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明确酚类物质在籽粒不同层次的分布规律及对氮肥调控的响应, 为小麦品质改良及优质栽培提供科学依据。本研究以紫麦(冀紫439)和白麦(鑫华麦818)为材料, 于2019—2020年分别在郑州和原阳设置高氮(HN, 210 kg N hm^-2)和低氮(LN, 105 kg N hm^-2)处理, 采用分层碾磨方法将籽粒从外向内依次分为5层(LY1, LY2, LY3, LY4, LY5), 测定不同层次籽粒中的总酚、总类黄酮、花青素含量及其抗氧化活性。结果表明, 游离酚和结合酚提取物中的总酚、总类黄酮、花青素含量以及抗氧化活性(TEAC、FRAP)从籽粒外层到内层呈下降趋势。紫麦籽粒不同层次抗氧化物含量及抗氧化活性均高于白麦, 但两品种之间的差异随着研磨程度的加深呈下降趋势。籽粒LY1~LY3中总酚、总类黄酮和花青素含量随着施氮量的增加而增加(原阳LY1总酚除外), 而内层LY4~LY5对増施氮肥的响应较弱, 且存在地点间差异。小麦籽粒酚酸组分中阿魏酸占全部组分93%以上, 且表现为在低氮条件下含量增高。综上所述, 紫麦具有较高的酚类等抗氧化物质, 但与白麦之间的差异随着研磨程度的加深而下降; 籽粒外层抗氧化物质含量和抗氧化活性对氮肥调控具有较强的响应, 且含量随着氮肥増施而增加。

宽幅播种对强筋小麦籽粒产量、品质和氮素吸收利用的影响

刘运景, 郑飞娜, 张秀, 初金鹏, 于海涛, 代兴龙, 贺明荣

作物学报. 2022, (3):  716-725.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11012

摘要 ( 567 )   HTML ( 18 )   PDF (922KB) ( 489 )  

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宽幅播种与适宜种植密度合理组配能够提高小麦籽粒产量和氮素利用率。然而, 在协同改善产量和氮素利用率的同时, 宽幅播种对籽粒品质有何影响未见报道。本研究于2018—2019和2019—2020连续2个生长季, 选用藁优5766、济麦44、泰山27、洲元9369等4个强筋小麦品种, 设置宽幅播种和常规条播2种播种方式, 研究了宽幅播种对强筋小麦籽粒产量、品质和氮素吸收利用的影响。结果表明, 宽幅播种条件下, 主要得益于单位面积穗数的增加, 4个强筋小麦品种的单位面积粒数平均增加13.16%, 籽粒产量相应提高13.39%。与此同时, 宽幅播种强化了整个生育期特别是花后氮素的吸收, 整个生育期小麦植株氮素积累量平均增幅为10.29%, 花后氮素吸收量平均增幅为36.83%, 进而提高了氮素吸收效率和氮素利用率, 平均增幅分别为12.73%、13.39%。整个生育期特别是花后氮素吸收的增加, 保障了籽粒氮素供应, 提高了单位面积籽粒氮积累量, 且其提高幅度(平均增幅为13.38%)与单位面积粒数(平均增幅为13.16%)和籽粒产量(平均增幅为13.39%)的提高幅度相近, 籽粒单粒含氮量和蛋白质含量得以保持不变, 籽粒蛋白质构成和籽粒品质保持稳定。综上所述, 宽幅播种在提高强筋小麦籽粒产量和氮素利用率的同时, 能够通过优化产量形成过程与氮素吸收转运过程的耦合匹配, 保持良好的籽粒品质。

东北主推玉米品种种子形态及贮藏物质与萌发期耐冷性的关系

宋仕勤, 杨清龙, 王丹, 吕艳杰, 徐文华, 魏雯雯, 刘小丹, 姚凡云, 曹玉军, 王永军, 王立春

作物学报. 2022, (3):  726-738.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13016

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种子萌发是作物形态建成的起始阶段, 由其自身属性和环境因素共同决定。低温是影响种子萌发的重要因素之一, 探讨低温环境下种子自身属性与其萌发的关系对东北春播玉米生产具有重要意义。本研究选用东北主推的36个玉米品种以6℃为低温胁迫, 15℃适温为对照, 测定了其发芽势、发芽率、种子形态和内含物等指标。通过主成分分析、耐冷性综合评价值(CL值)、隶属函数值(R值), 对36个玉米品种进行耐冷性评价, 分析了种子形态(粒长、粒宽、粒厚度、长宽比、百粒体积和百粒重)、贮藏物质(淀粉、蛋白质和脂肪)与其耐冷性的关系。结果表明, 在低温胁迫下, 36个玉米品种的发芽势和发芽率均受到不同程度的抑制, 相对发芽势冷害率和相对发芽冷害率的变异最大。7个表征耐冷性的单项指标之间显著相关, 主成分分析可将7个单项指标转化为2个独立的综合指标, 其中相对发芽势和相对发芽率的正向贡献率最大, 可作为玉米品种耐冷性评价的关键指标。聚类分析将36个品种划为强耐冷型(19.4%)、耐冷型(30.6%)、一般型(33.3%)和敏感型(16.7%)4种类型, 其中, 吉单56、垦吉267、绥玉23、吉单953、垦吉268、吉单96和吉单95为强耐冷型品种。不同耐冷型品种的种子形态和贮藏物质含量存在明显差异, 相关分析显示种子形态与其耐冷性无显著相关, 淀粉含量与相对发芽势、相对发芽率、相对发芽势冷害率、相对发芽冷害率和相对发芽时间呈极显著相关(r = 0.396^**、r = 0.404^**、 r= -0.401 ^**、r = -0.391^**、r = 0.362^**), 蛋白质含量与相对发芽势呈极显著负相关(r = -0.379^**)。经回归分析发现, 淀粉含量高的类型具有较高的相对发芽势、相对发芽率和相对发芽时间, 以及较低的相对发芽势和相对发芽率冷害率。利用回归模型估测, 当种子淀粉含量72.0%~74.0%, 6°C处理后相对发芽势≥70.0%, 相对发芽率≥80.5%, 相对发芽势和相对发芽率的冷害率≤50.0%。在低温胁迫下, 种子淀粉含量较高有助于提高种子萌发、减轻冷害, 推荐选用种子淀粉含量72.0%~74.0%的品种可较好满足萌发的要求。

增强叶片氮素输出对水稻分蘖和碳代谢的影响

王琰, 陈志雄, 姜大刚, 张灿奎, 查满荣

作物学报. 2022, (3):  739-746.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12011

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增施氮肥是保证水稻高产的重要栽培措施, 但高氮肥投入所增加的植株氮素积累大部分滞留在营养器官中, 对产量的促进作用有限。叶片是氮素储存的主要器官及籽粒氮素的主要供给源。为了明确植株中氮素分配对水稻生长的影响, 本研究将拟南芥铵转运蛋白基因AtAMT1.2在水稻韧皮部特异表达, 促进叶片氮素输出, 检测转基因水稻植株在不同氮肥浓度下的生长情况。试验结果显示, 高氮下pOsSUT1:: AtAMT1.2转基因水稻分蘖数、氮素利用效率显著增加, 叶片中糖输出量增加, 分蘖芽中独角金内酯途径相关基因OsTB1、OsD14表达水平下调。研究说明增加叶片氮素输出能够增大叶片中糖向分蘖芽的转运量, 促进分蘖生长, 从而提高了有效分蘖数并带来了更高的氮素利用效率。

研究简报

黄淮麦区Fhb1基因的育种应用

马红勃, 刘东涛, 冯国华, 王静, 朱雪成, 张会云, 刘静, 刘立伟, 易媛

作物学报. 2022, (3):  747-758.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11019

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小麦赤霉病是由禾谷镰孢菌引起的一种世界性重要病害, 严重威胁小麦生产安全。黄淮麦区作为我国小麦主产区, 赤霉病危害日趋严重, 因缺乏半冬性抗源, 抗赤霉病育种进展缓慢。Fhb1基因是迄今发现的效应最大、抗性最稳定, 也是被广泛应用于全球小麦赤霉病抗性育种的主效基因, 但Fhb1基因在黄淮麦区尚未被广泛应用。本研究以感病品种矮抗58为轮回亲本, H35为Fhb1基因供体亲本, 通过有限回交和分子标记辅助选择, 同时利用双单倍体育种和传统系谱选育两种方法, 培育出了一批综合性状较好、具有Fhb1基因的优良新品系, 其中徐麦DH9和徐麦17252经多年鉴定均达到中抗水平。在以徐麦36和徐麦2023为杂交父本的后代品系中, 含Fhb1基因的家系赤霉病平均抗性明显优于感病对照。Fhb1基因的导入显著提高了赤霉病抗性, 但部分家系对赤霉病仍旧表现出高感水平, 说明赤霉病抗性还受到Fhb1基因以外其他遗传因素的显著影响。本研究为Fhb1基因在黄淮麦区抗赤霉病小麦育种中的应用提供了成功的经验。

甘蓝型油菜白花基因InDel连锁标记开发

王瑞, 陈雪, 郭青青, 周蓉, 陈蕾, 李加纳

作物学报. 2022, (3):  759-769.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14025

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碱基插入/缺失(InDel)是基因组上广泛分布的遗传变异形式。但甘蓝型油菜白花基因InDel连锁标记还未见有关研究报道。本研究以甘蓝型油菜双单倍体(doubled haploid, DH)纯系黄花Y05和甘蓝型油菜纯系白花W01杂交构建F₂群体。在F₂群体中选取30株极端纯白花和30株极端纯黄花构建叶片DNA子代池, 对亲本和DNA子代池进行30×重测序。以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh为参考序列, QTL-seq流程和PoPoolation2流程相互结合鉴定白花基因候选区间, 2种方法均将白花基因定位于法国甘蓝型油菜Darmor-bzh C03染色体52~54 Mb区间。利用IGV软件可视化白花基因候选区间插入缺失(InDel)变异位点, 依据候选区间序列信息设计InDel引物, 聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选到8个与白花基因连锁共分离的InDel标记。上述研究为甘蓝型油菜白花基因精细定位和分子标记辅助选育以及白花基因功能标记开发奠定了研究基础和工作思路。

中国黄麻炭疽病病原菌的分离鉴定及系统发育分析

郭艳春, 姚嘉瑜, 张镕斌, 陈思远, 何青垚, 陶爱芬, 方平平, 祁建民, 张列梅, 张立武

作物学报. 2022, (3):  770-777.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14035

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炭疽病是严重影响黄麻纤维产量和品质的主要真菌性病害, 明确炭疽病病原菌种类并测定其致病力有助于黄麻抗病育种和优异抗病基因资源挖掘。本研究从福建省福州市、福建省漳州市、河南省信阳市、安徽省六安市、浙江省杭州市、广西省南宁市和湖南省长沙市等7个黄麻生产区采集黄麻炭疽病病原菌样本, 分离纯化出92个菌株; rDNA-ITS区域的序列分析表明, 其中11个为典型炭疽病病原菌。LSU区域的系统进化树和形态学特征鉴定显示, ZZ4、GX19等10个菌株为胶胞炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides), 菌株CS3为黑线炭疽菌(Colletotrichum dematium)。人工接种的致病力测定表明, 不同炭疽菌菌株致病力存在显著差异, 其中胶胞炭疽菌菌株GX19致病力最强, 表现为优势菌株。这些结果为黄麻炭疽病抗性基因位点挖掘和有效防治奠定了基础。