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2022年 第48卷 第6期 刊出日期：2022-06-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

基于SNP标记揭示中国鲜食玉米品种的遗传多样性

肖颖妮, 于永涛, 谢利华, 祁喜涛, 李春艳, 文天祥, 李高科, 胡建广

作物学报. 2022, (6):  1301-1311.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13031

摘要 ( 685 )   HTML ( 75 )   PDF (5135KB) ( 669 )  

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中国已经成为全球鲜食玉米最主要生产和消费国家之一, 解析我国鲜食玉米品种之间的遗传多样性和亲缘关系, 对品种鉴定和品种培育具有重要的指导意义。本研究利用Illumina Maize 6K芯片对全国范围内的385个鲜食玉米品种进行全基因组扫描, 了解群体结构, 划分种质类群, 估算品种间的遗传距离, 揭示其遗传多样性。结果表明, 5067个SNP标记在385个鲜食玉米品种中基因多样性平均0.406, 变幅为0.097~0.500; 多态信息含量(polymorphism information content, PIC)平均0.319, 变幅为0.092~0.375。通过PCA分析和群体遗传结构分析一致表明, 本研究所收集的品种主要划分为3个类群, 分别为糯玉米类群(糯玉米和甜糯玉米, 共185个品种)、温带甜玉米类群(123个品种)和热带甜玉米类群(77个品种)。两两品种间的遗传距离在0.132~0.472之间, 平均值为0.37。通过F_ST分析检测到不同类群间有160个区域受到强烈选择, 其中包括4个玉米籽粒淀粉合成途径的关键基因(sh2、su1、su2和wx1), 进一步利用分子标记验证了sh2和DGAT1-2两个位点在鲜食玉米群体不同选择模式。本研究为我国鲜食玉米品种选育和改良提供了重要的理论指导。

2个玉米ZmCOP1基因的克隆及其转录丰度对不同光质处理的响应

崔连花, 詹为民, 杨陆浩, 王少瓷, 马文奇, 姜良良, 张艳培, 杨建平, 杨青华

作物学报. 2022, (6):  1312-1324.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13040

摘要 ( 495 )   HTML ( 32 )   PDF (1092KB) ( 451 )  

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CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1)作为一种E3泛素连接酶, 能够介导拟南芥光信号转导中HY5、LAF1、HFR1和CO等正调控因子的泛素化降解, 从而调控幼苗光形态建成、花青素合成和开花等生物学过程。为了探索玉米COP1基因的功能, 本文以玉米自交系B73为研究材料, 利用反转录PCR (RT-PCR)方法克隆了2个ZmCOP1基因, 分别命名为ZmCOP1a和ZmCOP1b。通过生物信息学相关软件和网站对ZmCOP1进行理化性质分析、结构域预测和系统发育树分析, 采用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术进一步分析2个ZmCOP1基因在不同组织中的转录丰度, 以及其在幼苗期对不同光质和光周期处理的响应。研究发现, ZmCOP1a和ZmCOP1b的开放阅读框(ORF)分别包含2082个和2061个核苷酸, 编码693个和686个氨基酸。玉米、水稻、高粱、谷子和拟南芥的COP1蛋白具有相同的结构域和较高的氨基酸序列一致性, 暗示它们可能具有相似的功能。2个ZmCOP1基因主要在玉米地上组织中表达, 均能迅速响应不同光质处理, 且ZmCOP1a的转录丰度普遍高于ZmCOP1b, 表明ZmCOP1a可能在不同光质处理下具有更重要的作用。在长日照和短日照条件下, ZmCOP1a和ZmCOP1b在黑暗阶段的转录丰度整体高于光照阶段, 有趣的是, 二者在光照阶段的表达模式相似, 但是在黑暗阶段, ZmCOP1b的转录丰度高于ZmCOP1a。这说明在不同光周期条件下, ZmCOP1b可能比ZmCOP1a更重要。综上这些研究结果表明, ZmCOP1a和ZmCOP1b具有功能冗余和分化。二者可以参与不同光信号通路, 可能在玉米光形态建成和花期调控中发挥重要作用。本研究为进一步探明ZmCOP1a和ZmCOP1b基因的功能及其在玉米育种中的应用提供了研究基础。

芥菜种子颜色调控基因TT8的等位变异及其地理分布分析

张钰坤, 陆赢, 崔看, 夏石头, 刘忠松

作物学报. 2022, (6):  1325-1332.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14072

摘要 ( 385 )   HTML ( 21 )   PDF (3728KB) ( 179 )  

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在芸薹属植物中TT8基因是种子颜色的调控基因。异源四倍体芥菜TT8基因有2个拷贝, 分别位于A09与B08染色体上。本研究针对不同拷贝设计特异引物, 对749份芥菜进行扩增、测序或酶切检测, 发现BjuA09.TT8和BjuB08.TT8各有7个和6个等位变异。与野生型相比, BjuA09.TT8.a1-a5和BjuB08.TT8.b1-b4等位基因都发生了大片段插入, 而BjuA09.TT8.a6出现了删除, 但BjuB08.TT8.b5仅在第7外显子处有1个碱基替换。使用Repeatmasker软件对等位基因序列与甘蓝型油菜注释库进行重复序列比对, 发现BjuA09.TT8.a1-a4和BjuB08.TT8.b1-b4等位基因主要含有I类转座子, 少量为II类转座子及Helitron类转座子插入。统计还发现, BjuA09.TT8.a4-BjuB08.TT8.b5单倍型为主要的黄籽单倍型, 占所分析黄籽材料的89.49% (247/276), 其次为BjuA09.TT8.a4-BjuB08.TT8.b3单倍型, 占6.52%。地理分布分析结果显示, 中国尤其是新疆芥菜黄籽突变等位基因频率显著高于世界其他地区, 这与历史记载相印证, 说明芥菜黄籽性状可能起源于中国新疆。本研究结果为油菜黄籽育种选用优异基因资源提供了依据。

基于783份大豆种质资源的叶柄夹角全基因组关联分析

陈玲玲, 李战, 刘亭萱, 谷勇哲, 宋健, 王俊, 邱丽娟

作物学报. 2022, (6):  1333-1345.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14102

摘要 ( 642 )   HTML ( 43 )   PDF (7956KB) ( 453 )  

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叶柄夹角是影响植株高效受光态势的重要因素, 通过调节叶柄夹角实现大豆株型改良, 对大豆产量提高非常重要。大豆叶柄夹角为数量性状, 目前大多数研究处于QTL定位阶段, 已报道的控制叶柄夹角GmILPA1基因也是从突变体中克隆得到, 因此亟须发掘更多调控基因及优异等位变异, 以促进大豆叶柄夹角调控机制的解析及育种利用。本研究于2019年和2020年分别在海南、北京种植783份和690份大豆种质资源并调查叶柄夹角表型, 通过分布于大豆全基因组的单核苷酸多态性(SNP)标记对叶柄夹角进行关联分析。结果表明, 不同节位叶柄夹角呈现正态分布, 属于典型的数量遗传特征。全基因组关联分析共统计到325个与叶柄夹角显著相关的SNP位点, 在顶部节位关联到51个SNP位点, 中部节位关联到230个SNP位点, 底部节位关联到10个SNPs位点, 3个节位的平均值关联到34个SNP位点。显著位点LD block进一步分析得到3个候选基因, 第1个是生长素类调节蛋白相关的基因Glyma.05G059700, 在茎尖分生组织中特异性表达, 第2个是生长素反应因子(AFR)类蛋白相关基因Glyma.06G076900, 在叶片和茎尖分生组织中高表达; 第3个是COP9信号体复合物相关的基因Glyma.06G076000, 在叶片、茎尖分生组织以及茎中均高表达。

小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证

胡文静, 李东升, 裔新, 张春梅, 张勇

作物学报. 2022, (6):  1346-1356.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11055

摘要 ( 594 )   HTML ( 38 )   PDF (786KB) ( 573 )  

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穗部性状和株高是小麦育种的重要指标。以扬麦13 (Yangmai 13, 简称YM13)和CIMMYT引进种质人工合成小麦衍生系C615为亲本构建重组自交系群体为研究材料, 基于小麦90K SNP芯片基因型数据, 结合3个环境下表型结果, 分别检测到1个每穗结实总小穗数、2个穗长、2个结实小穗着生密度和3个株高的位点。其中, 每穗结实总小穗数位点QSN.yaas-3B与株高位点QPH.yaas-3B处于同一位置, 穗长位点QSL.yaas-5A、结实小穗着生密度位点QSC.yaas-5A和株高位点QPH.yaas-5A处于同一位置, 穗长位点QSL.yaas-6A和结实小穗着生密度的位点QSC.yaas-6A处于同一位置。比对结果显示QSN.yaas-3B/QPH.yaas-3B和QSL.yaas-6A/QSC.yaas-6A位点均未见报道。进一步将QSL.yaas-5A/QSC.yaas-5A/ QPH.yaas-5A位点紧密连锁SNP标记转化为KASP标记QC615-5A-KASP, 并在105份小麦品系中初步验证其育种效应。研究结果可为小麦产量相关性状分子育种提供参考。

甘蓝型油菜BnCNGC基因家族鉴定及其在核盘菌侵染和PEG处理下的表达特性分析

陈松余, 丁一娟, 孙峻溟, 黄登文, 杨楠, 代雨涵, 万华方, 钱伟

作物学报. 2022, (6):  1357-1371.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14091

摘要 ( 414 )   HTML ( 41 )   PDF (4265KB) ( 236 )  

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CNGC是植物中普遍存在的环核苷酸门控通道, 对植物的逆境响应有重要作用。系统分析甘蓝型油菜BnCNGC基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同逆境胁迫的表达特性, 对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用拟南芥和甘蓝CNGC蛋白保守结构域及特异基序氨基酸序列在全基因组水平鉴定了甘蓝型油菜BnCNGC家族成员, 分析其基因结构、染色体定位、蛋白理化性质、蛋白保守结构域、系统进化及启动子顺式作用元件等。利用转录组数据, 筛选甘蓝型油菜逆境响应候选BnCNGC成员, 并采用实时荧光定量PCR分析其在核盘菌、PEG模拟干旱胁迫下的表达模式。结果显示, 共鉴定到49个甘蓝型油菜BnCNGC成员, 分布于除A08、C06的17对染色体上, 含有5~10个内含子, 其上游1500 bp包含大量逆境胁迫响应元件。BnCNGC家族成员编码的蛋白质含413~801个氨基酸, 相对分子量(MW)范围47.62~110.58 kD, 等电点(pI)范围6.10~9.88。系统进化分析表明, BnCNGC分为Group I、II、III和IV四类。转录组数据分析表明, BnCNGC9、BnCNGC27和BnCNGC48均参与逆境胁迫响应。实时荧光定量PCR分析表明, 甘蓝型油菜叶片中BnCNGC9、BnCNGC27和BnCNGC48均在核盘菌胁迫下表达下调, 下调量分别为48.2%~99.1%、79.4%~87.1%和39.7%~92.6%。PEG模拟干旱胁迫时, 甘蓝油菜叶片中BnCNGC9在处理24 h后上调3.34倍, BnCNGC48在处理48 h后上调6.27倍, BnCNGC27对干旱胁迫不敏感。

基于Meta-QTL和RNA-seq的整合分析挖掘水稻抗稻瘟病候选基因

田甜, 陈丽娟, 何华勤

作物学报. 2022, (6):  1372-1388.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12031

摘要 ( 528 )   HTML ( 20 )   PDF (9001KB) ( 445 )  

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稻瘟病菌严重威胁水稻生产, 且稻瘟病菌变异快导致抗稻瘟病品种在短短数年后就失去抗性。因此, 不断挖掘新的抗稻瘟病基因对培育具有广谱抗病品种至关重要。本研究对43篇文献的783个抗稻瘟病QTL进行元分析, 在12条染色体上鉴定到50个Meta-QTL (至少有2个原始QTL映射), 平均区间距离为0.87 Mb, 共计包含4718个区间基因。随后将抗稻瘟病Meta-QTL和RNA-seq进行整合分析, 结果鉴定出2193个既定位于抗稻瘟病Meta-QTL区间上, 又响应稻瘟病胁迫的显著差异表达的共同基因, 其中22个基因已经克隆且被报道与水稻抗稻瘟病等逆境防御过程相关。此外, 从上述共同基因中筛选出99个抗性基因类似物(resistance gene analogue, RGA)和112个转录因子(transcription factor, TF), 对这些基因构建基因共表达网络图, 基于连接度前20筛选出网络图的hub基因, 其中OsJAMyb、bsr-d1和OsWRKY76已被报道与水稻抗稻瘟病相关, 而OsSPL9参与水稻抗条纹病毒调控通路中, 剩余hub基因作为重要的潜在抗性基因, 有待进一步功能验证, 为培育广谱抗性的水稻品种奠定基础。

水稻早衰突变体esl-H5的表型鉴定与基因定位

郑崇珂, 周冠华, 牛淑琳, 和亚男, 孙伟, 谢先芝

作物学报. 2022, (6):  1389-1400.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12035

摘要 ( 411 )   HTML ( 18 )   PDF (10822KB) ( 361 )  

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在甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻淮稻5号的突变体库中, 筛选到一个稳定遗传的叶片黄化早衰突变体esl-H5 (early senescence leaf H5)。该突变体幼苗期表型正常, 播种后50 d开始出现下部叶片黄化早衰表型。与野生型相比, esl-H5突变体抽穗期延迟, 株高、穗长、穗粒数、有效分蘖数、千粒重等均显著降低, 叶绿素含量显著减少。遗传分析表明该突变受一对隐性基因调控。分子标记定位结果显示, 该突变基因定位于1号染色体。通过MutMap分析发现编码胼胝质合成酶基因Os01g0533000的最后一个外显子内有一个碱基G变成了A, 这导致翻译提前终止。进化树分析结果显示, ESL-H5与拟南芥AtGSL7 (Glucan Synthase-Like 7)同源性最高。糖含量测定表明esl-H5突变体中可溶性糖和淀粉含量增高, 推测ESL-H5功能缺失后影响了光合产物的转运, 导致叶片中糖含量显著增高, 进而引起叶片衰老。qRT-PCR结果显示, esl-H5突变体中抗病相关基因PR1a、PR1b、PR2、PR4、PR5和PR10表达量均高于野生型, 这与突变体的白叶枯病抗性明显提高一致。上述研究结果为研究糖信号调控水稻衰老和抗病性奠定了基础。

水稻OsLPL2/PIR基因抗旱耐盐机制研究

周文期, 强晓霞, 王森, 江静雯, 卫万荣

作物学报. 2022, (6):  1401-1415.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12032

摘要 ( 538 )   HTML ( 52 )   PDF (24995KB) ( 463 )  

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干旱威胁着全球农业生产, 限制了农业可持续发展的前景。植物叶表皮在生长发育、抵御逆境胁迫、与外界环境进行水分和气体交换中, 发挥了至关重要的作用。本研究中, 利用水稻(Oryza sativa) less pronounced lobe epidermal cell 2-1 (lpl2-1)和less pronounced lobe epidermal cell 2-2 (lpl2-2)突变体为研究材料, 与野生型中花11 (Zhonghua 11, ZH11)经干旱胁迫和不同浓度盐处理, 发现lpl2-1和lpl2-2对逆境胁迫响应更敏感, 复水后统计成活率极显著降低, 低于对照1/2。相比ZH11, lpl2-1和lpl2-2株高变矮, 根长变短, 相同叶序气孔密度、气孔开度均极显著增加, 且表皮扁平细胞边缘锯齿状凸出变平滑, 嵌套不紧密, 导致lpl2-1和lpl2-2比ZH11水分散失更多; 离体叶片失水实验也证明了lpl2-1和lpl2-2叶片在等时间内失水更快, 失水率更高; 且过表达OsLPL2转入lpl2-1中, OE-OsLPL2/lpl2-1转基因阳性植株恢复了lpl2-1平滑表皮及对干旱和盐胁迫的敏感表型。研究结果表明, OsLPL2基因不仅控制水稻表皮细胞形态建成, 而且通过调控气孔密度、气孔开度、根生长发育等在响应植物逆境胁迫过程发挥关键作用。本研究为揭示水稻OsLPL2参与干旱胁迫的应答分子调控机制提供了一定的理论基础。

数量性状主基因+多基因混合遗传分析R软件包SEA v2.0

王靖天, 张亚雯, 杜应雯, 任文龙, 李宏福, 孙文献, 葛超, 章元明

作物学报. 2022, (6):  1416-1424.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14088

摘要 ( 517 )   HTML ( 27 )   PDF (3638KB) ( 476 )  

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利用双亲分离群体数量性状表型值可鉴定其主基因+多基因混合遗传模型, 为数量性状遗传基础和作物育种提供参考信息。为全面总结数量性状分离分析的研究成果、添加软件包新功能和矫正以前版本的缺陷, 在R Studio-1.4.1103平台和R编程语言框架下, 开发了具有交互式图形用户界面的R软件包SEA v2.0。该软件可分析14种双亲分离群体类型, 每种群体类型均有数据导入、数据分析、后验概率计算和分布曲线绘制4个模块。为节省计算时间, 用doParallel包并行计算、data.table包读写数据和MASS包估计分布参数。用KScorrect、kolmim和shiny包简化程序。只要用户上传*.csv格式数据文件并设置相关参数, 可快速显示计算结果。通过大豆结荚习性数据分析和Monte Carlo模拟研究, 证实了SEA v2.0软件包的有效性。软件包可从https://cran.r-project.org/web/packages/SEA/index.html下载。

耕作栽培·生理生化

粳稻不同穗部籽粒的淀粉与垩白品质差异及分子机制

郑小龙, 周菁清, 白杨, 邵雅芳, 章林平, 胡培松, 魏祥进

作物学报. 2022, (6):  1425-1436.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12029

摘要 ( 426 )   HTML ( 19 )   PDF (1578KB) ( 218 )  

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为探讨粳稻不同穗部籽粒的淀粉与垩白品质差异及分子机制。将稻穗籽粒按一次枝梗在主穗上的节点划分为稻穗上部、中部和下部籽粒, 比较了嘉58等6个品种不同穗部籽粒成熟后的淀粉含量及垩白度等品质差异, 同时测定了不同穗部籽粒灌浆期游离糖与淀粉含量, 淀粉合成途径相关酶活, 相关基因表达量的动态变化。结果显示: 除秀水134外, 其余5个品种直链淀粉含量均表现为上部籽粒>中部>下部; 2个垩白度较高品种嘉58和中嘉8号则表现为上部籽粒垩白>下部>中部。扫描电镜观察发现不同垩白度籽粒中淀粉粒的大小和形状差异显著, 高垩白籽粒垩白部位淀粉粒普遍表现为半椭球形或其他曲面球形的形状, 淀粉粒排布比较疏散, 而低垩白籽粒对应部位的淀粉粒外形多为规则多面体, 淀粉粒排布相对紧密。不同品种及部位籽粒在灌浆期内蔗糖、葡萄糖和果糖含量差异较大, 但蔗糖含量动态变化均为先下降后微微上升, 葡萄糖和果糖则基本表现为先上升后下降。淀粉合成相关催化酶中蔗糖转化酶(Invertase)和ADPG焦磷酸化酶(AGPase)的活性在不同部位间的差异最为显著, 其中, AGPase在整个灌浆期内均表现为上部>中部>下部, 而Invertase前期表现为上部<中部<下部, 后期完全相反。编码Invertase的OsCIN2、OsCIN5基因在不同穗部籽粒中的表达量均表现为中部籽粒>下部>上部, 而编码AGPase的OsAGPL1、OsAGPL2、OsAGPs1a基因均表现为上部籽粒>中部≈下部。不同穗部籽粒的直链淀粉含量与垩白度存在不同程度的差异, 同时也受品种本身的影响。游离糖含量、淀粉合成相关酶活和编码相关酶的基因表达对淀粉合成均有影响。OsCIN2、OsCIN5、OsAGPL1、OsAGPL2、OsAGPs1a等基因在决定不同穗部籽粒的淀粉含量与垩白品质差异上起着重要作用。

长江中游双季玉米种植模式周年气候资源分配与利用特征

王丹, 周宝元, 马玮, 葛均筑, 丁在松, 李从锋, 赵明

作物学报. 2022, (6):  1437-1450.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13022

摘要 ( 355 )   HTML ( 10 )   PDF (1240KB) ( 205 )  

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探明长江中游双季玉米不同类型品种搭配模式的周年产量及气候资源分配与利用特征, 可为该地区双季玉米种植模式应用和发展提供理论依据。本研究于2015—2017年在湖北武穴开展定位试验, 定量研究了双季玉米不同品种搭配模式的周年产量、生物量及光温水资源分配与利用效率。结果表明, 不同品种搭配模式[低积温品种-高积温品种(the low GDD variety-high GDD variety, LH)、中积温品种-中积温品种(the medium GDD variety-medium GDD variety, MM)、中积温品种-高积温品种(the medium GDD variety-high GDD variety, MH)和高积温品种-中积温品种(the high GDD variety-medium GDD variety, HM)], 两季间光温资源分配差异较大, HM搭配模式第一季和周年积温和辐射分配量显著高于MM、MH和LH搭配模式, 而第二季积温和辐射分配量显著低于其他模式; HM模式第一季积温和辐射分配率分别为49%和52%, 第二季积温和辐射分配率分别为46%和44%, 两季积温和辐射比值分别为1.1和1.2。4种搭配模式季节间及周年降水量无显著差异。不同品种搭配模式季节间光温资源分配差异导致产量和生物量变化较大, 由于HM搭配模式两季光温分配与玉米生长需求匹配度较高, 其周年产量、干物质积累量均显著高于MM、MH和LH, 3年平均增幅分别为8.4%~24.5%和9.7%~29.6%; HM周年光温生产效率、籽粒及总生物量光能利用效率均显著高于MM、MH和LH, 其中周年积温生产效率平均增幅2.9%~14.3%, 周年辐射生产效率平均增幅5.5%~18.4%, 籽粒及总生物量光能利用效率分别提高0.05%~0.16%和0.16%~0.39%。通过产量和资源利用效率分析, HM搭配模式可作为长江中游地区双季玉米高产高效种植最佳的品种搭配方式, 为该地区双季玉米种植模式的大面积应用推广及种植结构优化调整提供理论依据和技术支撑。

大田作物在不同盐碱地的饲料价值评价

王旺年, 葛均筑, 杨海昌, 阴法庭, 黄太利, 蒯婕, 王晶, 汪波, 周广生, 傅廷栋

作物学报. 2022, (6):  1451-1462.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14051

摘要 ( 505 )   HTML ( 15 )   PDF (814KB) ( 261 )  

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我国盐碱地分布广、面积大。在盐碱地选种有饲料价值的作物, 实现种养循环, 对推动我国草食畜牧业的发展及盐碱地改良具有重要意义。本研究分别在天津滨海盐碱地(NaCl型)和新疆西北内陆盐碱地(Na₂SO₄-NaHCO₃型)选取盐碱度差异大的地块, 种植具有饲料价值的玉米、高粱、小麦、谷子、大豆、油菜等大田作物, 测定生物学产量、植株粗蛋白含量、钠离子、钾离子含量等指标。结果表明, 在NaCl型和Na₂SO₄-NaHCO₃型盐碱地, 当其含盐量分别低于1.82 g kg^-1和2.00 g kg^-1时, 各作物生物学及蛋白质产量均与常规耕地接近, 可作为饲料生产基地加以利用; 当Na₂SO₄-NaHCO₃型盐碱地含盐量达2.49 g kg^-1时, 油菜生物学及蛋白质产量均显著高于其他作物, 因此可种植油菜作饲料开发利用; 当NaCl型和Na₂SO₄-NaHCO₃型盐碱地含盐量分别达3.63 g kg^-1和4.42 g kg^-1时, 各作物生物学及蛋白质产量均低于常规耕地的51.72%, 利用价值低, 建议改良后利用。在两试验点的不同地块, 油菜对土壤Na⁺的富集量均显著高于其他作物(P<0.05), 同时也显著降低了土壤全盐量和Na⁺含量。本试验中, 在含盐量分别为1.82、2.00、2.49 g kg^-1的地块中, 油菜富集Na⁺效果最为明显, 油菜对土壤Na⁺的富集量分别为39.45、102.24、57.19 kg hm^-2, 分别占0~20 cm耕层土壤Na⁺的13.02%、15.99%、8.94%, 盐碱地改良效果显著。上述结果为利用我国盐碱地进行草食饲料原料生产, 促进草食畜牧业发展及盐碱地改良提供了参考。

耐盐性不同水稻品种对盐胁迫的响应差异及其机制

颜佳倩, 顾逸彪, 薛张逸, 周天阳, 葛芊芊, 张耗, 刘立军, 王志琴, 顾骏飞, 杨建昌, 周振玲, 徐大勇

作物学报. 2022, (6):  1463-1475.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12027

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旨在阐明耐盐性不同水稻的产量对盐胁迫的响应及其生理特性。本研究以5个耐盐水稻品种和两个盐敏感水稻品种为材料, 设置了5个不同盐浓度处理(0、1、2、2.5和3 g kg^-1)。结果表明, 相较于盐敏感水稻, 耐盐水稻能够耐受更高浓度的盐胁迫(2.5 g kg^-1), 且产量受盐胁迫减产幅度较小。耐盐水稻品种具有较高的产量, 得益于其较高的总颖花量和结实率。与盐敏感品种相比, 耐盐水稻品种叶片, 在分蘖中期、穗分化期、抽穗期, 具有较高的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性, 较高的果糖、海藻糖、山梨醇、脯氨酸等有机渗透调节物质含量, 较高的K⁺/Na⁺值; 分蘖至拔节以及抽穗至成熟期具有较高的作物生长速率; 抽穗期具有较高的光合速率。上述结果表明, 不同耐盐性水稻产量差异, 主要来源于分蘖期、穗分化期与抽穗期的耐盐生理差异, 这些生育时期是决定水稻穗数、穗粒数、结实率的关键时期。耐盐水稻在这些关键生育时期的良好生理表现是这些水稻品种获得高产的基础。该研究结果对水稻耐盐生理机制研究与水稻耐盐育种有借鉴意义。

玉米-豆科作物带状间套作对养分吸收利用及产量优势的影响

杨欢, 周颖, 陈平, 杜青, 郑本川, 蒲甜, 温晶, 杨文钰, 雍太文

作物学报. 2022, (6):  1476-1487.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13017

摘要 ( 563 )   HTML ( 31 )   PDF (1677KB) ( 694 )  

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为明确玉米大豆套作、玉米花生间作养分吸收利用对产量优势贡献的差异。本研究开展了2年大田试验, 通过比较间套作与相应单作成熟期植株氮磷钾养分吸收量和利用效率, 综合分析了玉米大豆套作、玉米花生间作中养分吸收和利用效率的变化。结果表明: 玉米大豆套作土地当量比(land equivalent ratio, LER)为1.16~1.72, 具有套作产量优势, 玉米花生间作LER为0.89~1.13, 无明显间作产量优势。玉米大豆套作体系中, 植株氮、磷、钾养分吸收总量比相应单作提高32.60%~54.22%、27.35%~34.64%和17.74%~24.42%, 氮素利用效率低于相应单作21.99%~42.07%。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为0.34~0.62、0.31~0.46和0.22~0.32, 利用效率的贡献分别为-0.11~ -0.35、-0.03~ -0.31和-0.11~0.22。玉米花生间作体系中, 氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作-7.86%~31.58%、23.09%~46.52%和1.60%~55.48%, 氮素利用效率高出相应单作7.55~26.60。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为0~0.22、0.05~0.27和-0.11~0.32, 利用效率的贡献分别为-0.25~0.19、-0.32~0.11和-0.47~0.32。因此, 玉米大豆套作优势在营养方面的基础主要来自于相对于单作养分吸收总量的增加, 而玉米花生间作无明显间作优势主要因为养分吸收对产量优势的贡献较小。

甘蓝型油菜耐低氮种质筛选及绿肥应用潜力评价

秦璐, 韩配配, 常海滨, 顾炽明, 黄威, 李银水, 廖祥生, 谢立华, 廖星

作物学报. 2022, (6):  1488-1501.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14087

摘要 ( 367 )   HTML ( 9 )   PDF (3324KB) ( 205 )  

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甘蓝型油菜(以下简称: 油菜)是我国主要食用油料作物, 也是一种用地养地、轮作休耕作物。在农业绿色发展理念的推动下, 油菜由于具有生物量大、适应性广等特点, 其绿肥应用价值突显。由于油菜栽培产业目标的不同, 现有主栽油菜品种营养需求特征决定其需要较高的推荐施肥水平, 不能更好实现油菜绿肥应用“小肥换大肥”的产业目标。因此, 评价油菜耐低氮胁迫能力、筛选低氮高效油菜种质, 可为绿肥应用专用型油菜品种的选育提供材料支撑。本研究以73份油菜种质资源作为供试材料, 通过田间试验设置低氮和正常施氮2个处理, 以盛花期生物量、植株氮累积量、耐性指数等为指标对供试材料绿肥应用潜力进行综合评价。结果显示, 盛花期低氮处理下73份油菜种质单株鲜重变化幅度为29.33~199.33 g, 变异系数30.0%; 油菜单株地上部和根部氮累积量变化幅度分别为48.67~360.43 mg和4.21~67.46 mg, 变异系数分别为31.0%和53.0%。由此可见, 盛花期单株鲜重和养分吸收累积能力在供试油菜种质间存在着一定的遗传变异, 优选绿肥性状优异的油菜种质资源具有可行性。通过分析不同油菜种质盛花期氮效率综合值和耐性指数可知, 73份油菜种质中有25份属于耐低氮型的种质低氮胁迫耐受能力相对较强, 17份属于低氮敏感型的种质低氮胁迫耐受能力相对较差。进一步分析发现, 耐低氮种质在不同氮处理下单株鲜重、氮累积量及氮吸收效率均显著高于低氮敏感型种质, 适宜作为潜在绿肥资源应用, 耐低氮油菜种质氮还田量最高可达80.2 kg hm^-2。综上, 本研究优选的耐低氮种质可作为潜在绿肥专用型油菜资源进行储备和应用, 在实际生产中耐低氮油菜作为绿肥应用可适当减少化肥投入, 以更好实现绿肥“小肥换大肥”的产业应用目标。

叶面喷施甜菜碱对不同播期夏玉米产量形成及抗氧化能力的调控

陈静, 任佰朝, 赵斌, 刘鹏, 张吉旺

作物学报. 2022, (6):  1502-1515.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13021

摘要 ( 480 )   HTML ( 20 )   PDF (823KB) ( 283 )  

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为探究叶面喷施甜菜碱对夏玉米产量形成及抗氧化能力的调控作用, 于2019—2020年在山东农业大学试验农场进行试验, 选用京农科728 (Jingnongke 728, JNK)和登海618 (Denghai 618, DH)作为试验材料, 设6月5日(early sowing date, E)、6月15日(normal sowing date, N)和6月25日(late sowing date, L) 3个播期, 拔节期(V6)和大喇叭口期(V12)两次叶面喷施10 mmol L^-1甜菜碱(leaf-spraying glycine betaine, GB)、等量清水(control check, CK)两种处理方式。结果表明, 与喷施清水相比, JNK和DH喷施甜菜碱后的产量增幅分别为3.05%~12.81%和2.08%~7.83%。较对照处理, 2019年, JNK品种3个播期(E、N和L)甜菜碱处理的总小花数, 分别增加5.09%、4.70%和2.27%, DH品种变化不显著; 2020年DH品种分别增加8.28%、3.95%和4.81%, JNK品种变化不显著; 2个品种2年穗粒数的增幅为0.22%~6.45%, 籽粒百粒重平均增加0.88 g、0.06 g和-0.46 g; 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 3个播期平均分别增加1.23%、3.36%和3.20%, 丙二醛(MDA)含量减少11.73%。喷施甜菜碱缩小了不同播期处理间产量的差异, 有利于增加不同播期夏玉米的产量。

不同硒形态和施硒方式对小麦硒吸收利用的影响及残效

黄婷苗, 于荣, 王朝辉, 黄冬琳, 王森, 靳静静

作物学报. 2022, (6):  1516-1526.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11038

摘要 ( 349 )   HTML ( 13 )   PDF (570KB) ( 183 )  

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为了确定改善小麦硒营养的硒肥调控措施, 分析不同施硒方法对小麦硒农艺强化的可行性, 在陕西永寿典型缺硒土壤上开展2年定位试验。第1年, 以生产硒含量100 μg kg ^-1的小麦籽粒为最低目标, 设置不施硒、土施硒酸钠、叶喷硒酸钠、土施亚硒酸钠、叶喷亚硒酸钠5个处理, 用量分别为0、15、18、700、45 g Se hm^-2, 研究不同硒价态和施硒方式对小麦产量、硒含量、硒吸收利用的影响, 第2年各小区一分为二, 一半秸秆移出, 一半秸秆还田, 不再施硒, 研究硒肥残效。结果表明, 不同硒价态和施硒方式对小麦籽粒产量、秸秆生物量无影响。第1年, 各施硒处理的籽粒硒含量均达到预期目标, 介于109~397 μg kg ^-1, 面粉硒含量介于101~356 μg kg ^-1。第2年, 仅土施亚硒酸钠的籽粒、面粉硒含量高于100 μg kg ^-1, 秸秆还田和不还田间无差异。土施、叶喷硒酸钠和土施、叶喷亚硒酸钠的籽粒硒强化指数分别为4.7、16、0.3、8.0 (μg kg^-1) (g hm^-2)^-1。叶喷硒酸钠的硒肥当季利用率最高, 为7.3%; 土施亚硒酸钠的硒肥累计利用率仅0.3%, 但后效长, 第2季小麦收获后, 土壤有效硒含量最高, 秸秆不还田和还田条件下分别为91 μg kg ^-1和107 μg kg ^-1。综上所述, 黄土高原缺硒区, 土施、叶喷一定量的硒酸钠或亚硒酸钠, 均有利于目标硒营养的小麦生产, 土施亚硒酸钠的需用量大, 生产中应关注其后效, 选择适宜的施硒方式和用量, 实现小麦硒强化。

研究简报

宜机收籽粒玉米品种冠层结构、光合及灌浆脱水特性

徐田军, 张勇, 赵久然, 王荣焕, 吕天放, 刘月娥, 蔡万涛, 刘宏伟, 陈传永, 王元东

作物学报. 2022, (6):  1526-1536.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13036

摘要 ( 389 )   HTML ( 9 )   PDF (1791KB) ( 480 )  

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以京农科728等24个我国生产大面积推广的玉米品种为研究材料, 比较不同类型玉米品种的冠层结构、光合及灌浆脱水特性差异, 为适宜机收籽粒玉米品种选育和推广提供技术支撑。研究结果表明: (1) 参试玉米品种平均机收产量、籽粒含水率、破碎率和杂质率分别为11,658.78 kg hm^-2、24.66%、3.90%和0.83%。其中, 以京2416为父本组配的京农科728等18个适宜机收籽粒玉米品种平均机收产量为11,802.70 kg hm^-2, 显著高于郑单958和先玉335, 分别增产7.69%和4.45%; 收获时籽粒含水率均低于28% (平均为24.61%); 破碎率低于5% (平均为3.42%), 均达到国家机收籽粒标准。(2) 以京2416为父本组配的京农科728等18个宜粒收玉米品种穗上茎叶夹角小, 株型紧凑, 冠层平均透光率高, 冠层光分布更合理。(3) 参试品种净光合速率和叶绿素含量平均为34.10 μmol CO₂ m ^-2 s^-1和8.91 mg m², 其中以京2416为父本组配的18个品种净光合速率平均为35.21 μmol CO₂ m ^-2 s^-1, 较郑单958和先玉335高19.60%和6.73%; 叶绿素含量平均为9.87 mg m², 较郑单958和先玉335高61.54%和68.43%。(4) 以京2416为父本组配的18个品种灌浆速率和生理成熟后脱水速率分别平均为0.83 g 100-grain^-1 d^-1和0.55% d^-1, 均显著高于郑单958和先玉335, 表现为较低的收获时籽粒含水率。(5) 相关分析表明, 参试玉米品种产量与净光合速率、灌浆速率呈极显著正相关; 净光合速率与茎叶夹角呈极显著负相关, 与透光率、叶绿素含量呈极显著正相关; 收获时籽粒含水率与破碎率、杂质率和生理成熟时籽粒含水率呈极显著正相关, 与生理成熟后脱水速率呈极显著负相关, 与灌浆速率呈显著负相关。由此可见, 以京2416为父本组配的京农科728等18个玉米品种株型紧凑、冠层透光率高、光合能力强、籽粒灌浆和脱水速率高, 可实现较低的籽粒含水率和较高的机收籽粒质量。

气候变化背景下农业气象灾害对东北地区春玉米产量影响

李祎君, 吕厚荃

作物学报. 2022, (6):  1537-1545.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.03061

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随着气候变化, 中国重要商品粮基地—东北地区的农业气象灾害呈现出多发和频发的态势, 为了解这种变化对当地春玉米生产的影响, 本文引入通径分析法, 探讨该地区的主要农业气象灾害对春玉米产量的直接影响或协同影响及其程度, 进而在实际生产中更好的趋利避害以确保粮食生产安全。结果发现, 农业气象灾害可以解释50%左右东北地区春玉米产量的波动, 且影响春玉米生产的主要农业气象灾害已经从过去的冷害转变为干旱; 在气候变暖的大背景下, 影响春玉米生产的主要因子由热量条件转换为水分条件, 干旱已成为威胁春玉米产量的首要灾害。分省来看, 影响辽宁春玉米产量的农业气象灾害, 按照影响程度排序为干旱、洪涝和风灾; 影响吉林春玉米产量的农业气象灾害主要为干旱和洪涝; 影响黑龙江春玉米产量的农业气象灾害, 按照影响程度排序为干旱、洪涝和风灾。由此可见, 东北三省由于地理位置差异, 影响其玉米生产的主要农业气象灾害也有所差异, 黑龙江除风雹灾害影响大于其他两省外, 水旱灾害的影响均弱于辽吉, 风雹灾害局地性强, 影响范围有限, 因而其对玉米生产的影响远不及水旱灾害, 黑龙江玉米生产稳定性较高, 受农业气象灾害影响相对较小, 对东北地区在具体研究中不能一概而论。

拮抗大豆斑疹病菌放线菌菌株的筛选和促生作用及防效研究

王炫栋, 杨孙玉悦, 高润杰, 余俊杰, 郑丹沛, 倪峰, 蒋冬花

作物学报. 2022, (6):  1546-1557.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14108

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大豆斑疹病在全球范围内发生, 严重影响大豆生产。为了避免化学杀菌剂的诸多缺点, 添加生防菌逐渐成为防治大豆斑疹病的一种替代策略。然而, 对大豆斑疹病生防菌剂开发和防效研究却鲜有报道。本试验采用梯度稀释涂布法从多种植物根际土壤样本中共分离出186株放线菌菌株。利用共培养法和牛津杯法筛选到8株拮抗大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv. glycines, Xag)的放线菌, 其中拮抗能力最强的是Sl-3菌株, 发酵滤液抑菌圈直径为(32.5±1.5) mm。根据形态特征、生理生化试验、16S rDNA序列和系统发育分析, 鉴定Sl-3菌株为丁香链霉菌(Streptromyces lilacinus)。丁香链霉菌Sl-3菌株乙酸乙酯粗提物具有良好的抑制Xag生长的效果。采用96孔板法测定粗提物最低抑菌浓度为64 μg mL^-1。扫描电镜观察结果显示Sl-3菌株的粗提物对Xag细胞有一定的损伤作用, 影响细胞分裂、细胞膜合成, 从而抑制细菌生长。粗提物还能抑制Xag胞外多糖的产生, 影响生物膜形成, 降低Xag的侵染毒力。傅里叶红外光谱法测定结果显示, 粗提物处理会对Xag细胞表面的脂质、蛋白质和核酸等物质的化学和生理指标造成一定的影响, 导致Xag细胞表面物质的结构及组成变化。促生试验结果显示Sl-3菌株发酵滤液能够促进大豆植株生长。盆栽试验结果显示, 丁香链霉菌Sl-3发酵滤液对大豆斑疹病有很好的防治效果, 相对防效达到93.17%, 且提前预防效果优于发病后治疗。

花生电压依赖性阴离子通道基因(AhVDAC)的克隆及在果针向地性反应中表达分析

李海芬, 魏浩, 温世杰, 鲁清, 刘浩, 李少雄, 洪彦彬, 陈小平, 梁炫强

作物学报. 2022, (6):  1558-1565.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14093

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为研究电压依赖性阴离子通道基因(AhVDAC)与花生果针向地性生长的相关性, 本研究克隆了花生AhVDAC基因全长cDNA序列, 并对其编码蛋白结构、亚细胞定位、原核表达蛋白及其在果针向地性反应过程的表达特性进行分析。结果表明, AhVDAC基因含有831 bp的开放阅读框, 编码一个含有276个氨基酸、分子量大小为29.7 kD、pI值为6.38的蛋白。亚细胞定位分析结果显示, AhVDAC基因主要定位在细胞质。构建了pPROEXHTa-AhVDAC原核表达载体, 诱导及分离纯化了37 kD的AhVDAC纯化蛋白。采用RT-PCR对花生果针入土前不同发育时期AhVDAC的表达进行分析发现, AhVDAC基因表达量在果针发育的第2天最高, 随后逐渐下降后维持在较低的表达水平。通过对离体培养的花生果针施加外源CaCl₂和LaCl₃发现, CaCl₂明显促进花生果针向地性弯曲和AhVDAC的表达, 而LaCl₃则减缓果针弯曲和AhVDAC的表达, 推测Ca²⁺的积累可能促进了AhVDAC的表达, 并通过生物膜上AhVDAC的运输对Ca²⁺进行不对称分布, 从而使得花生果针改变生长方向, 发生向地性弯曲。