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2022年 第48卷 第10期 刊出日期：2022-10-12

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综述

发展西南玉米现代生态育种之我见

潘光堂, 杨克诚, 高世斌

作物学报. 2022, (10):  2427-2434.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13065

摘要 ( 594 )   HTML ( 56 )   PDF (295KB) ( 566 )  

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基于基因型与环境互作(G×E)原理, 围绕西南玉米育种生态分区特征、国民经济发展需求、玉米产业发展趋势、育种目标需求变化和育种技术体系创新等多个维度, 本文着重对西南玉米生态育种在新时期的内涵进行了系统总结与阐释, 进一步凝练出以“充分重视和利用(G×E)互作”为核心、以“育种目标产业化、品种类型多元化、品种鉴选特异化、品种布局区域化、品种推广集团化、品种栽培模式化”为主要内容的西南玉米区“现代生态育种”的发展理念, 系统提出选育以“稳产高产、资源高效、环境友好、优质安全、易制种、宜机收”为特征的“低风险、高效新杂交种”新时期育种目标, 集成完善了以“提高新品种的抗病抗逆特性和耐密性为路径, 优良特异育种资源的精细发掘与精准鉴定为前提, 适应不同生态区域育种急需的不同杂优类群优良骨干自交系、特别是热带种质类群优良自交系的培育为关键, 新杂交组合在特定生态区域多年多点生物与非生物强胁迫鉴定选择为重点, 选育和推广特定生态区域资源高效利用、环境友好和玉米生产可持续发展的稳产高产高效新品种为保证”的育种技术体系, 推动西南玉米生产与产业持续健康发展。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

HvLBD19基因对大麦不定根发育的调控

郭宝健, 王爽, 吕超, 王菲菲, 许如根

作物学报. 2022, (10):  2435-2442.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11088

摘要 ( 464 )   HTML ( 52 )   PDF (5864KB) ( 213 )  

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植物LBD基因家族是植物特异的转录因子家族, 在调控植物生长发育和氮素代谢方面起到重要的作用。基因组共线性分析表明, 大麦(Hordeum vulgare L.) HvLBD19基因为水稻ARL1和玉米RTCS基因直系同源基因。基因时空表达分析结果表明, 该基因在不定根中表达丰度最高, 且受外源生长素诱导表达, 所编码蛋白定位于细胞核内。转基因功能验证结果表明, 苗期超表达株系相对于野生型不定根长度增长近1倍, 不定根数目增加40%。本研究初步明确了HvLBD19基因影响大麦不定根发育, 为进一步深入探究大麦HvLBD19基因调控不定根发育的分子机制提供了基础。

利用中国抗源区分强致病力大豆胞囊线虫群体的探讨

练云, 魏荷, 王金社, 张辉, 雷晨芳, 李金英, 卢为国

作物学报. 2022, (10):  2443-2450.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14188

摘要 ( 355 )   HTML ( 15 )   PDF (1031KB) ( 224 )  

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由大豆胞囊线虫(Soybean cyst nematode, Heterodera glycines, SCN)引起的病害是一种世界性大豆病害。随着强致病力大豆胞囊线虫群体X12的出现及LY1线虫群体的合成, 国际通用的Riggs和HG type 2种大豆胞囊线虫生理小种鉴别模式已不能将4号生理小种、X12线虫群体、LY1线虫群体有效区分, 本研究提供了一种区分这3个线虫群体的简易鉴定方法, 为SCN相关研究提供技术支撑。包括以下步骤: 利用感病品种在病土中繁殖备用接种的胞囊; 用兴县灰皮支(ZDD2315)和PI567516C作为鉴别寄主, Lee为感病对照, 接种鉴定; 若兴县灰皮支和PI567516C均表现感病, 表明该病土感染的是X12线虫群体; 若兴县灰皮支表现抗病而PI567516C表现感病, 表明该病土感染的是4号生理小种; 若PI567516C表现抗病, 表明该病土感染的是LY1线虫群体。以上结果表明, 利用我国优异抗源兴县灰皮支和PI567516C 作为鉴别寄主, 能有效区分目前报道的具有强致病力的大豆胞囊线虫4号生理小种、X12和LY1线虫群体。本研究结果对筛选抗源、调查大豆胞囊线虫生理小种分布、线虫致病基因研究有重要意义。

基于杂交群体解析玉米籽粒大小相关性状及其配合力的分子遗传机制

李婷, 王亚鹏, 董远, 郭瑞士, 李冬梅, 唐雅伶, 张兴华, 薛吉全, 徐淑兔

作物学报. 2022, (10):  2451-2462.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13052

摘要 ( 544 )   HTML ( 31 )   PDF (665KB) ( 323 )  

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配合力是育种过程中评价自交系潜力、筛选优良杂交组合的重要指标。籽粒大小相关性状是产量的重要构成因子, 解析籽粒大小相关性状及其配合力的遗传基础有助于高产玉米品种的培育。本研究以NCII遗传交配设计获得的246份玉米杂交组合为材料展开籽粒大小相关性状及其配合力的全基因组关联分析。研究表明, 粒长、粒宽、粒厚3个性状的广义遗传力分别为76.20%、86.52%和81.14%, 各性状与其配合力均呈显著正相关(0.58~0.82)。基于EMMAX (efficient mixed-model association expedited)算法检测到31、21、5个显著的SNP (single nucleotide polymorphism), 它们分别与性状、GCA (general combining ability)和SCA (special combining ability)关联, 其中10个SNP为性状与配合力共定位的。对共定位的SNP进行效应分析, 发现3个为加性效应、4个为部分显性效应、1个为超显性效应。结合公共数据库中基因注释及籽粒发育相关转录组数据, 在共定位、主效SNP位点附近共筛选到17个候选基因, 包括被报道与玉米籽粒发育相关的shrunken1、emp6等。本研究结果有助于进一步解析玉米籽粒大小及其配合力的遗传机制, 可为籽粒大小相关性状的遗传改良提供参考。

青稞早抽穗主效QTL cqHD2H-2的遗传定位及候选基因分析

余鑫莲, 李新, 姚晓华, 姚有华, 白羿雄, 安立昆, 吴昆仑

作物学报. 2022, (10):  2463-2474.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11071

摘要 ( 426 )   HTML ( 18 )   PDF (1532KB) ( 343 )  

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抽穗期是决定青稞品种的种植区域范围和季节适应性的重要农艺性状, 也是青稞成熟早晚的关键标志。在前期实验中, 青稞早抽穗主效QTL cqHD2H-2被定位于青稞2H染色体上约84 Mb的区间内, 为进一步验证该位点的有效稳定性, 本研究对cqHD2H-2进行定位验证及候选基因分析。利用早抽穗青稞品种DZZ与晚抽穗青稞品种KL10构建F₅群体, 在cqHD2H-2区段内开发InDel标记, 共筛选到3个与目标基因紧密连锁的分子标记, 扫描F₅群体中的25株极端早抽穗和25株极端晚抽穗单株, 获得1个侧翼共显性标记, 将cqHD2H-2进一步限定在标记PA22和Va07之间约40 Mb的区间内。该区段通过与大麦及水稻同源共线性比对, 筛选到水稻抽穗期基因DTH8在大麦中的同源基因HORVU2Hr1G087460 (HvNF-YB3)。比较HvNF-YB3基因全长, 发现Hv2H.NF-YB3 (DZZ)与Hv2H.nf-yb3 (KL10)编码区由1个外显子组成, 编码区为750 bp, 启动子区为2116 bp, Hv2H.NF-YB3与Hv2H.nf-yb3启动子区存在3个SNPs。Hv2H.NF-YB3与Hv2H.nf-yb3的表达分析表明, Hv2H.NF-YB3与Hv2H.nf-yb3在转录水平上存在显著差异, Hv2H.NF-YB3与Hv2H.nf-yb3在茎、芒和颖壳组织中均有表达, 但相较于Hv2H.NF-YB3, Hv2H.nf-yb3在各组织中的表达量均显著下降, 且二者随着生育期的推进, 表达量均依次降低。因此, Hv2H.NF-YB3可能在青稞抽穗时间调控中发挥作用。本研究为青稞早抽穗分子标记辅助选择育种体系的建立及目标基因的图位克隆奠定了基础。

豇豆SNP高密度遗传图谱构建及重要农艺性状QTL定位

李建领, 公丹, 王素华, 陈红霖, 程须珍, 熊涛, 王丽侠

作物学报. 2022, (10):  2475-2482.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14187

摘要 ( 503 )   HTML ( 18 )   PDF (266KB) ( 448 )  

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为促进豇豆种质资源的高效利用和新基因发掘, 本研究基于豇豆F₂群体, 利用重测序技术构建了包含2984个bin标记(142,146个SNP)的遗传连锁图谱。该图谱共11个连锁群, 总长1333.48 cM, 平均图距0.45 cM。不同连锁群的长度从84.63~183.15 cM不等, 平均图距从0.27 cM至0.89 cM不等。根据F₂、F₃的表型调查, 利用该图谱共检测到15个QTL, 分别与百粒重、花色、荚长、荚形、荚质、籽粒颜色等14个性状相关。其中荚质、荚长、主茎分枝数等分别检测到1个主效QTL区间, 其余性状检测到多个QTL区间。通过对区间内的基因注释分析, 分别确定了与荚长、单株荚数、籽粒颜色构成等性状相关的候选基因。本研究中QTL分析结果将为豇豆属重要性状的标记辅助选择奠定基础, 而候选基因筛选则有助于深入解析这些性状的遗传机理, 提高豇豆分子遗传学研究水平。

基于SLAF标签测序分析广东省栽培稻种质资源的遗传结构及演化关系

孙炳蕊, 潘大建, 李晨, 江立群, 张静, 吕树伟, 刘清, 毛兴学, 陈文丰, 范芝兰

作物学报. 2022, (10):  2483-2493.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12067

摘要 ( 366 )   HTML ( 19 )   PDF (2272KB) ( 149 )  

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自水稻矮化育种成功以来, 广东的水稻品种在国内的水稻育种中发挥了重要作用。国家“十四五”规划明确提出了我国种业自主创新将以提升核心种源竞争力为目标, 着力加强种质资源保护利用。本研究利用开发的10,610个多态性SLAF标签, 对98份广东省不同时期育成的代表性品种和地方稻种, 开展遗传演化、群体遗传结构及主成分分析, 发现43份老品种和5份地方稻种的遗传基础较宽, 而50份近期育成的新品种的遗传基础较窄; 遗传演化和系谱分析发现, 老品种大多数含有广场13、南特号、矮仔占、塘埔矮和竹印2号的血缘, 而新品种大多含有IR系列品种、粳籼677、广场矮、中籼3588的血缘。这表明自20世纪90年代以来重视了外引材料的利用, 但忽视了对本地优良种质资源的利用。这可能与20世纪70年代三系杂交稻的兴起有关。因此, 为了确立核心种源的竞争地位, 应重点加强本地优良种质资源的鉴评和利用。

紫苏溶血磷脂酰转移酶基因PfLPAAT的克隆及功能研究

徐华祥, 鲁庚, 郭曦, 李圆圆, 张涛

作物学报. 2022, (10):  2494-2504.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14150

摘要 ( 382 )   HTML ( 16 )   PDF (7568KB) ( 296 )  

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溶血磷脂酰转移酶(Lysophosphatidic acid acyltransferase, LPAAT)是植物甘油三酯生物合成的关键酶, 通过研究紫苏LPAAT基因(PfLPAAT)在油脂积累过程中的功能, 为揭示植物油脂积累的分子机制提供参考。本研究利用RT-PCR法获得PfLPAAT, 采用生物信息学方法分析PfLPAAT的推定蛋白的基本理化性质、跨膜结构域和亚细胞定位等, 并进行同源蛋白的系统发育分析。使用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)方法对PfLPAAT在紫苏不同组织及种子不同发育时期的表达水平进行了分析。构建植物表达载体pCAMBIA1303-PfLPAAT, 通过花序侵染法转化拟南芥, 并对转基因拟南芥种子的含油量及脂肪酸组成进行分析。结果表明PfLPAAT序列长度为1149 bp, 编码382个氨基酸, 推定蛋白的理论等电点为9.60, 分子质量为43.02 kD。生物信息学分析表明, PfLPAAT蛋白在内质网行使功能, 属于PLN02380超家族。qRT-PCR表明, PfLPAAT在紫苏的各组织中均有表达, 其中在叶片和开花后15 d的种子中达到最高水平。与野生型拟南芥相比, 转基因拟南芥种子含油量增加2.04%~13.40%。脂肪酸组成分析结果表明, 油酸、亚油酸、亚麻酸和花生一烯酸的含量显著增加, 棕榈酸、硬脂酸、花生酸、花生二烯酸和芥酸含量降低。紫苏PfLPAAT的过表达不仅可以提高拟南芥种子含油量, 还可以不同程度地提高油脂中不饱和脂肪酸的含量。本研究结果为油料作物紫苏的种质资源挖掘和创新利用提供了新颖候选基因。

中国不同省(市、自治区)糯高粱籽粒酚类物质含量差异分析

王倩, 刘少雄, 柴晓娇, 李海, 张芬, 陆平, 王瑞云, 刘敏轩

作物学报. 2022, (10):  2505-2516.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14161

摘要 ( 686 )   HTML ( 18 )   PDF (1474KB) ( 142 )  

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为全面评估我国高粱主产区糯性高粱籽粒中酚类化合物含量、籽粒颜色与来源地之间的关系, 本研究利用福林酚法、NaNO₂-Al(NO₃)₃-NaOH法、GB/T15686法和香草醛盐酸法分别对来自我国15个省(市、自治区)的92份糯性高粱籽粒中的多酚、黄酮、单宁和缩合单宁进行含量测定。结果表明, 不同糯高粱籽粒中多酚、黄酮、单宁和缩合单宁含量存在显著差异, 变异系数范围为44.68% (单宁)~79.37% (缩合单宁), 平均值分别为1.25%、1.61%、1.41%和0.50%。4种酚类物质的含量与粒色的深浅一致, 均为: 橙黄色>黄色>褐色>红色>白色。不同省(市、自治区)的糯高粱籽粒中的4种酚类物质含量差异显著(P<0.05), 其中广西、贵州、江西和四川等南部和西南部省(自治区)糯高粱籽粒中多酚、黄酮、单宁及缩合单宁含量较高, 辽宁、内蒙古、北京、山东等东北部省(市、自治区)糯高粱籽粒中的4种酚类物质含量较低。主成分分析前3个主成分累计贡献率达91.60%, 其中广西品种糯高粱(00013082)综合性状表现优良。我国糯高粱核心种质中酚类物质含量较为丰富且具有明显的地域差异。

谷子III型PRX基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫下表达分析

马鑫磊, 许瑞琪, 索晓曼, 李婧实, 顾鹏鹏, 姚锐, 林小虎, 高慧

作物学报. 2022, (10):  2517-2532.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14185

摘要 ( 681 )   HTML ( 39 )   PDF (2102KB) ( 532 )  

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III型过氧化物酶(Class III peroxidase, PRX)是植物中特有的过氧化物酶家族, 在植物生长发育以及非生物胁迫中发挥重要作用。谷子作为C₄植物是禾本科抗逆研究的模式植物, 然而目前对于谷子中III型过氧化物酶家族基因功能鲜有报道。为探究谷子III型过氧化物酶基因家族(SitPRXs)在干旱胁迫和ABA诱导下的表达模式, 进行了全基因组表达分析。本研究利用生物信息学方法在谷子全基因组中鉴定出132个III型PRX基因家族成员, 并根据其在染色体上位置顺序依次命名为SitPRX1~SitPRX132。通过对谷子、拟南芥和水稻的系统进化分析将其分为5个亚家族, 基因结构和保守基序分析表明同一亚家族具有较高的保守性。基因复制分析显示, 17个SitPRX基因(13%)存在片段复制, 78个SitPRX基因(59%)存在串联复制, 串联复制事件在SitPRX基因扩增中起重要作用。谷子与拟南芥、水稻和玉米的物种间同源性分析显示谷子中大多数SitPRXs是在双子叶植物和单子叶植物分化后形成的。转录组分析显示, SitPRX基因家族成员在谷子幼苗、根、茎、叶以及圆锥花序中表达存在差异。启动子顺式作用元件分析显示, 79个SitPRXs含有与干旱胁迫响应相关的顺式作用元件, 进一步qRT-PCR分析显示, SitPRX12、SitPRX41、SitPRX81、SitPRX110和SitPRX126受PEG和ABA诱导表达, 表明这些基因可能通过ABA依赖的信号通路来调控和响应干旱胁迫, 可作为进一步研究III型PRX基因家族抗旱功能的候选基因。研究结果为全面解析SitPRX基因结构与生物学功能、抗旱分子机制以及分子育种提供了新信息, 以期为今后培育高效抗逆作物新品种提供思路。

马铃薯PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

贾小霞, 齐恩芳, 马胜, 黄伟, 郑永伟, 白永杰, 文国宏

作物学报. 2022, (10):  2533-2545.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14183

摘要 ( 762 )   HTML ( 39 )   PDF (1785KB) ( 458 )  

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作为关键信号分子, 脱落酸(ABA)通过其核心信号通路PYLs-PP2Cs-SnRK2s广泛调控植物的生长发育和逆境响应过程, PYLs蛋白作为ABA信号传导的核心组件, 在ABA信号传导中发挥着不可替代的作用。为探究PYLs (PYR/PYL/RCARs) 基因在马铃薯中的进化以及表达模式, 本研究从马铃薯全基因组‘DM-v 6.1’共鉴定到17个StPYLs基因, 并对其分布、蛋白理化性质、系统进化、基因结构特征以及基因表达模式进行了分析。结果表明, 17个StPYLs基因不均匀分布在8条染色体上, 其氨基酸大小在163~231 aa之间, 等电点在4.5~8.6之间, 相对分子量在18.71~25.29 kD之间。根据基因结构和蛋白的系统发育特征, StPYL家族成员共分为3个亚组, motif 1存在于本家族所有基因中, 说明它在StPYLs的进化过程中较为保守。基因表达模式分析表明, StPYL家族成员具有明显的组织表达特异性, 且除StPYL1在外源激素(BAP、ABA和IAA)和非生物胁迫(高温、盐和干旱)下均上调表达外, 其余基因存在功能分化, 不同胁迫下的表达模式各异。本研究结果为进一步阐明StPYLs基因在马铃薯中的功能奠定了理论基础。

苎麻CCRs基因家族3类成员的生化特性与表达差异

唐映红, 刘芳, 陈建荣, 毛凯权, 李辉, 万海清

作物学报. 2022, (10):  2546-2559.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14148

摘要 ( 524 )   HTML ( 12 )   PDF (12090KB) ( 219 )  

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肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)是木质素生物合成的关键酶, 在植物中多以基因家族形式存在。本研究通过苎麻转录组信息, 筛选并克隆了4个苎麻CCR基因家族成员(BnCCR、BnCCR-1、BnCCR-2和BnCCR-3)。序列分析结果发现4个BnCCRs可以分为3类, BnCCR属于bona fide CCR类群, BnCCR-1为CCR类似蛋白, 而BnCCR-2和BnCCR-3序列在NADPH结合功能域、催化三联体以及CCR底物结合位点上均与bona fide CCR都有差异, 形成了苎麻中一个新的CCR类群。跨膜结构分析显示, BnCCR含有1个跨膜螺旋区, 其他3个BnCCRse无跨膜螺旋区。结构分析显示, 4个BnCCRs的二级和三级结构存在差异, BnCCR-2同源建模模板不同于其他3个BnCCRs。时空表达谱分析发现, BnCCR在快速生长期的木质部具有较高表达水平, 而BnCCR-2在快速生长期的韧皮部具有非常高的表达水平。体外酶活测定进一步研究发现, BnCCR具有典型的bona fide CCR催化活性和底物适应性, 而BnCCR-2的表现不同于典型CCR的底物适应性, 对肉桂酰CoA和芥子酰CoA表现出结合特异性。因此, 苎麻中BnCCR参与木质素的生物合成, 而BnCCR-2是具有不同于典型CCR结构、组织表达和体外生化功能的一个新类群, BnCCR-2可能不参与或并不仅仅参与木质素的生物合成, 这为研究CCR蛋白家族的进化提供了新的参考。

耕作栽培·生理生化

玉米籽粒乳线比例变化与灌浆和干燥过程的关系

李红燕, 周林立, 高尚, 薛军, 明博, 赵如浪, 王克如, 谢瑞芝, 侯鹏, 王永宏, 李少昆

作物学报. 2022, (10):  2560-2566.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13054

摘要 ( 619 )   HTML ( 25 )   PDF (1189KB) ( 795 )  

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为明确玉米乳线比例与籽粒含水率、籽粒灌浆进程的关系, 为玉米田间收获期决策提供指标依据。本研究于2017年至2018年在宁夏回族自治区银川市永宁县对共计9种春播玉米品种开展观测调查。连续采集吐丝后20~80 d内的果穗中部横切面图像, 测定果穗中部籽粒含水率和百粒干重。利用基于图像辅助的玉米籽粒乳线比例测定工具, 获取不同时期、品种果穗籽粒的乳线比例信息。回归分析结果显示, 在品种和年际间, 乳线比例、籽粒含水率以及灌浆进程的变化略有差异, 但规律一致。玉米乳线比例与籽粒含水率呈极显著的线性关系, 回归方程为y = -0.2572x + 52.482; 玉米乳线比例与籽粒灌浆进程的关系符合极显著的Richards曲线关系, 回归方程为y = 99.65/ [1+exp(2.45-0.07x)]^(1?3.70)。籽粒乳线比例的变化与一定范围内的籽粒含水率和灌浆进程密切相关, 可以作为不同类型玉米收获期的田间评价指标之一。

土壤增施氮肥对棉蕾Bt杀虫蛋白表达量影响及氮代谢机制

李涵佳, 李远, 刘震宇, 张晨霞, 徐泽, 吴天凡, 陈媛, 张祥, 陈源, 陈德华

作物学报. 2022, (10):  2567-2574.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14205

摘要 ( 406 )   HTML ( 19 )   PDF (285KB) ( 125 )  

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为明确土壤增施氮肥对Bt棉生殖器官棉蕾杀虫蛋白表达量影响, 2017—2018年于扬州大学遗传生理重点实验室以Bt棉常规品种泗抗1号(SK-1)、杂交品种泗抗3号(SK-3)为材料, 在常规施氮量300 kg hm^-2基础上, 设计施氮量分别增加25%、50%、75%、100%的处理, 探讨土壤增施氮肥对Bt棉棉蕾中杀虫蛋白表达量的影响及其氮代谢生理机制。结果表明, 2个类型品种棉蕾中Bt杀虫蛋白含量均随增施氮量提高呈先增加后降低的趋势, 与对照相比, 施氮量增加25%~100%, 棉蕾Bt蛋白增加4.5%~132.7%, Bt蛋白的最大含量基本出现在常规施氮1.50~1.75倍(450~525 kg hm^-2)。氮代谢生理机制则表明, 棉蕾中可溶性蛋白(soluble protein, SP)含量、游离氨基酸(free amino acid, AA)含量、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(glutamic oxalacetic transaminase, GOT)活性和谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)活性的变化趋势与Bt蛋白含量表现一致, 而蛋白质分解关键酶(蛋白酶、肽酶)活性则随施氮量的增加呈下降趋势。因此, 在常规施氮基础上适量增施氮肥有利于棉蕾Bt蛋白的合成, 进而提高抗虫性。

施氮对不同结瘤特性花生土壤固氮菌多样性和群落组成的影响

孙棋棋, 郑永美, 于天一, 吴月, 杨吉顺, 吴正锋, 吴菊香, 李尚霞

作物学报. 2022, (10):  2575-2587.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.14174

摘要 ( 467 )   HTML ( 26 )   PDF (1143KB) ( 453 )  

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施氮对豆科作物土壤固氮菌的影响机理尚不明确。深入研究施氮对花生土壤固氮菌的影响, 对花生田高效施氮和农业可持续发展具有重要意义。本研究以结瘤(花育22)和不结瘤(BL)花生为材料, 设置N0 (不施氮, 0 kg hm^-2)、N60 (减量施氮, 60 kg hm^-2)、N120 (常量施氮, 120 kg hm^-2)和N180 (过量施氮, 180 kg hm^-2) 4个施氮水平, 探讨不同施氮水平对不同结瘤特性花生土壤固氮菌的影响。采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术, 以nifH基因为标靶, 分析土壤固氮菌丰度、多样性和群落组成。结果表明: (1) 施氮显著提高土壤氮组分含量, N120结瘤花生土壤中微生物量氮和可溶性有机氮显著高于不结瘤花生。不结瘤花生荚果产量随施氮水平呈线性增加, 而结瘤花生产量不受施氮影响。(2) 施氮条件下, 不结瘤花生土壤nifH拷贝数显著降低, 而结瘤花生土壤nifH拷贝数随施氮水平增加先降低后增加。(3) 施氮对不结瘤花生土壤固氮菌多样性先抑制后促进, 而施氮对结瘤花生土壤固氮菌多样性呈先促进后抑制的模式, 并在N120达到最大值。(4) 施氮显著改变不结瘤花生土壤固氮菌群落组成, 不同施氮水平优势属分别为nonrank_Bacteria (N0)、unclassified_Cyanobacteria (N60)、nonrank_Bacteria (N120)和Skermanella (N180), 硝态氮是影响处理间土壤固氮菌群落组成差异的唯一显著因素; 结瘤花生土壤各施氮水平固氮菌群落组成相似, 除N120外, 均以unclassified_Proteobacteria和Skermanella占优。不结瘤与结瘤花生土壤固氮菌对施氮水平截然不同的响应可能是由于二者分别受到不同氮源的影响(肥料氮vs.根瘤固氮)。本研究中120 kg hm^-2是对土壤固氮和花生生产最优的施氮水平。

玉/豆间作产量优势中补偿效应和选择效应的角色

赵建华, 孙建好, 陈亮之, 李伟绮

作物学报. 2022, (10):  2588-2596.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13063

摘要 ( 602 )   HTML ( 21 )   PDF (518KB) ( 455 )  

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竞争和补偿是间作体系产量优势发挥的主要生态学原理之一。于2017—2020年在甘肃张掖开展田间试验, 试验包括3个玉米/豆科间作体系, 即玉米/豌豆(maize/pea, M/P)、玉米/蚕豆(maize/faba bean, M/F)、玉米/大豆(maize/soybean, M/S), 4个单作种植体系, 即单作豌豆(sole pea, SP)、单作蚕豆(sole faba bean, SF)、单作大豆(sole soybean, SS)、单作玉米(sole maize, SM)。通过测定单间作条件下作物产量, 分析间作作物增产率、豆科对玉米竞争力(aggressivity, A)、间作体系土地当量比(land equivalent ratio, LER)、净效应(net effect, NE)、补偿效应(complementarity effect, CE)和选择效应(selection effect, SE), 以明确补偿效应和选择效应在3个间作体系产量优势发挥中的角色。结果表明: 4年平均, M/P、M/F和M/S的LER分别为1.30、1.31和1.13, 大豆偏土地当量比小于0.5, 豌豆和蚕豆偏土地当量比大于0.5, 玉米偏土地当量比均大于0.5; 豌豆、蚕豆和大豆的增产率分别为53.3%、81.4%和-14.9%, 与之间作的玉米增产率分别为13.0%、-5.8%和32.3%; 豌豆和蚕豆相对玉米的竞争力大于0, 大豆相对玉米的竞争力小于0; M/P和M/F的补偿效应显著高于M/S, 而M/S的选择效应显著高于M/P和M/F; LER与补偿效应显著正相关, 与选择效应显著负相关; 豆科作物增产率与补偿效应显著正相关, 与选择效应显著负相关; 玉米增产率与选择效应显著正相关; 综上, M/P和M/F的产量优势主要来源于补偿效应, M/S体系产量优势主要来源于选择效应。

播期对长江下游不同类型晚稻品种产量的影响及其与水稻全育期温光资源配置间关系

冯向前, 殷敏, 王孟佳, 马横宇, 刘元辉, 褚光, 徐春梅, 章秀福, 王丹英, 张运波, 陈松

作物学报. 2022, (10):  2597-2613.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.12072

摘要 ( 583 )   HTML ( 42 )   PDF (2930KB) ( 617 )  

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为研究晚稻品种在不同播期处理下的产量、生理特征及温光配置情况, 探索长江下游地区适宜晚粳稻的品种类型及其适宜播期。以大面积推广的2个籼稻为对照、以7个常规粳稻和3个籼粳杂交稻为材料, 在当地晚稻可用播种期内(6月中旬至7月上旬)均匀设置播期[即0 d (I)、+T d (II)、+2T d (III)、+3T d (IV)、+4T d (V)], 研究晚稻随播期的推迟在产量、生育期和干物质积累等生理特征上的差异。结果表明, 随着播期推迟, 籼稻全生育期略有延长, 主要源于灌浆期的延长; 粳稻随播期推迟, 其灌浆期亦有所延长, 但由于营养生长期缩短幅度较大, 导致全生育期略有缩短; 不同晚稻品种类型间, 随着播期的推迟, 籼粳杂交稻和常规粳稻产量略有波动。其中常规粳稻在5个播期下产量[(8.0±0.5) t hm^-2]表现基本平稳, 差异不显著; 籼粳杂交稻先产量增加后降低, 2019年和2020年分别在播期IV和播期III达到峰值, 最高为11.0 t hm^-2和9.1 t hm^-2; 籼稻品种随着播期的推迟产量明显降低。同时, 不同品种类型间产量差异随播期推迟逐渐增大, 产量差从0.5 t hm^-2增大到5.1 t hm^-2; 播期变化对产量构成因子的影响各有不同。随着播期延迟, 有效穗数有所增加, 每穗粒数和结实率不同程度降低, 而千粒重无显著变化; 不同播期下主成分分析表明: 随着播期推迟, 品种特征差异从库源协同性差异, 逐渐演化为库源协同性叠加温光资源配置差异, 再演变为后期低温耐性差异。综上所述, 长江下游稻区晚籼稻应适当早播, 充分利用前期温光资源, 通过足穗达到高产。相对于籼稻, 粳稻拥有较强的播期适应性。在前茬作物收获较晚的情况下, 选择籼粳杂交稻品种更具产量保障, 而选择最佳播期可使籼粳杂交稻产量最大化。

浅埋滴灌下不同滴灌量对玉米花后碳代谢和光合氮素利用效率的影响

杨恒山, 张雨珊, 葛选良, 李维敏, 郭子赫, 郭暖

作物学报. 2022, (10):  2614-2624.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13061

摘要 ( 410 )   HTML ( 18 )   PDF (723KB) ( 281 )  

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为探明浅埋滴灌下不同滴灌量对玉米花后碳代谢和光合氮利用效率的影响, 以传统畦灌常规灌量(4000 m³ hm^-2)为对照, 设置浅埋滴灌传统畦灌常规灌量40% (W1: 1600 m³ hm^-2)、50% (W2: 2000 m³ hm^-2)和60% (W3: 2400 m³ hm^-2) 3个处理, 研究浅埋滴灌下不同滴灌量玉米产量和花后叶源特性、光合特性、光合碳代谢关键酶活性、光合氮素利用效率、非结构性碳水化合物含量的变化特征。结果表明, 2018—2020年玉米籽粒产量W3与CK差异不显著, W2和W1均显著低于CK, 3年产量平均降低3.91%和11.18%; 滴灌下W3产量与W2差异均不显著, 但显著高于W1, 3年平均产量分别较W1增加17.56%、9.06%和9.56%。开花期W3和CK瞬时光合利用率、瞬时水分利用效率和瞬时羧化速率均较高且二者差异均不显著, W1均最低, 气孔限制值的表现则相反。叶源特性和光合碳代谢相关酶活性花后30 d至成熟期W1和W2均低于W3, W3优于CK, 其中, 单株叶面积、比叶重、穗位叶叶绿素含量和光合势W3较CK平均提高了20.29%、3.03%、14.80%和21.37%, 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶、丙酮酸磷酸双激酶、苹果酸酶、苹果酸脱氢酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性W3分别较CK提高19.66%、12.53%、10.67%、21.17%和11.72%。花后至花后50 d, CK和W3光合氮素利用效率均较高且二者差异不显著, 其中花后20 d至50 d CK和W3均显著高于W1, 花后50 d至成熟期W3分别较CK、W2和W1提高3.24%、3.29%和7.40%。花后50 d至成熟期W3蔗糖最高且与CK、W1的差异显著, W3分别较W2、CK和W1提高11.31%、14.02%和43.48%; 花后30 d至成熟期W3可溶性糖含量均最高, W3分别较W2、CK和W1提高14.06%、17.78%和34.20%; 花后50 d至成熟期CK淀粉含量最高且与W3的差异不显著, CK分别较W3、W2和W1提高8.01%、14.52%和26.69%。由此可见, 浅埋滴灌下灌量达传统畦灌常规灌量60%时, 玉米花后叶源特性较好, 光合碳代谢酶活性较强, 光合氮素利用效率、非结构性碳水化合物含量和产量均较高, 可为玉米合理灌溉和节水稳产提供理论指导。

不同年代玉米品种籽粒产量形成对种植密度的响应

王利青, 于晓芳, 高聚林, 马达灵, 胡树平, 郭怀怀, 刘爱业

作物学报. 2022, (10):  2625-2637.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13057

摘要 ( 504 )   HTML ( 28 )   PDF (884KB) ( 530 )  

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为了明确不同年代玉米品种的光合和灌浆特性对增加种植密度的响应差异, 为玉米合理增密增产提供理论依据。本研究以我国1970s—2010s五个在生产中大面积种植的玉米品种为材料, 设置了4.5万株 hm^-2和10.5万株 hm^-2两个种植密度, 进行3年大田试验。对不同种植密度下, 各年代玉米品种的产量及其构成因素、叶片光合性能和籽粒灌浆特性等指标进行对比分析。结果表明, 在低种植密度下, 2010s品种(登海618, Denghai 618, DH618)吐丝后穗位叶SPAD值、吐丝-吐丝后50 d穗位叶P_n和籽粒平均灌浆速率均较1970s—2000s品种显著提高了2.18~12.05、0.57~4.88 μmol CO₂ m^-2 s^-1和0.02~0.09 g kernel^-1 d^-1, 活跃灌浆期显著延长了2.62~4.74 d, 从而使其粒重和产量显著增加(P<0.05)。增密后, 1970s和1980s品种产量降低, 1990s品种产量变化不显著, 而2000s和2010s品种产量显著增加, 且2010s品种产量增加幅度最大, 达到2.11 t hm^-2。进一步对光合性能、灌浆特性与百粒重和产量等指标的相关分析表明, 高种植密度下2010s品种的百粒重对活跃灌浆期依赖程度增大(r=0.70), 其在吐丝期、乳熟期和成熟期均较1970s—2000s品种保持相对高的SPAD (提高了6.42%~41.92%), 延缓了叶片衰老, 使花后玉米叶片仍维持较高的光合势(leaf area duration, LAD)和吐丝后30~50 d的P_n (提高了1.09%~88.95%), 从而积累了较多的光合产物, 促使活跃灌浆期延长8.73%~15.80%, 平均灌浆速率增加了3.39%~24.33%, 进而维持了相对稳定的百粒重。

种植方式与施氮对西北旱区饲草作物产量、品质和水分利用的影响

魏正业, 张海星, 石薇, 常生华, 张程, 贾倩民, 侯扶江

作物学报. 2022, (10):  2638-2653.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13053

摘要 ( 365 )   HTML ( 22 )   PDF (761KB) ( 299 )  

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间作和施氮是提高饲草作物产量和品质的重要措施, 然而, 在西北旱区青贮玉米-豆科作物间作系统的适宜施氮量尚不明确。本试验采用二因素随机区组设计, 设置3个种植方式(青贮玉米-拉巴豆间作, silage corn/Dolichos lablab intercropping, SL; 青贮玉米-秣食豆间作, silage corn/fodder soybean intercropping, SF; 青贮玉米单作, silage corn monoculture, S)和4种施氮水平(N1: 0 kg hm^-2; N2: 120 kg hm^-2; N3: 240 kg hm^-2; N4: 360 kg hm^-2)。分析种植方式和施氮水平对饲草作物产量、品质和水分利用的影响, 探索适宜西北旱区的玉-豆间作组合及施氮量。结果表明, 与S处理相比, 2019年和2020年SL处理的干草产量分别显著增加8.94%和8.68%, 水分利用效率分别显著增加12.28%和8.90%。间作较单作显著提高了饲草作物的粗蛋白和粗灰分含量, 显著降低了淀粉和中性洗涤纤维含量。施氮处理较不施氮显著提高了饲草作物的干草产量、粗蛋白、淀粉和粗脂肪含量, 显著降低了中性和酸性洗涤纤维含量, 而对粗灰分含量无显著影响。2019年N2、N3和N4的干草产量较N1分别显著增加30.30%、56.19%和53.95%, 2020年分别显著增加22.02%、60.54%和51.83%。N3和N4的WUE显著高于N1和N2, 而N3与N4无显著差异。所有处理中, SL-N3获得了最高的2年平均干草产量(33.10 t hm^-2)、粗蛋白含量(10.01%)和水分利用效率(62.50 kg hm^-2 mm^-1)。综上所述, SL-N3是一种适合西北旱区青贮玉米生产的种植管理模式。

研究简报

小麦品系CH7034中耐盐QTL定位

张潇文, 李世姣, 张晓军, 李欣, 杨足君, 张树伟, 陈芳, 常利芳, 郭慧娟, 畅志坚, 乔麟轶

作物学报. 2022, (10):  2654-2662.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11074

摘要 ( 514 )   HTML ( 22 )   PDF (2597KB) ( 199 )  

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鉴定小麦耐盐种质对于充分利用盐碱地和保障粮食安全具有重要意义。CH7034是本实验室自育的1份小麦耐盐品系, 为了明确其耐盐性遗传规律和控制位点, 利用CH7034与盐敏感品种SY95-71的重组自交系群体进行QTL分析。基于SNP芯片数据和盐害指数(salt injury index), 在2A、2D、4B和5A染色体上共检测出6个QTL, 分别为QSI.sxau_2A、QSI.sxau_2D、QSI.sxau_4B.1、QSI.sxau_4B.2、QSI.sxau_5A.1和QSI.sxau_5A.2。其中, QSI.sxau_5A.1在3次盐胁迫试验中均能被检测到, 具有最高的表型变异解释率(15.73%~20.18%), 且不同于5AL染色体上已报道的其他耐盐位点。在QSI.sxau_5A.1区间开发并整合了7个SSR标记, 将LOD峰值进一步确定在SSR-D1处。基于转录组数据库, 从QSI.sxau_5A.1区段内筛选了12个响应盐胁迫的高置信基因。研究结果为CH7034耐盐位点的精细定位乃至克隆奠定了基础, 也为小麦耐盐品种选育提供了新种质和分子标记。

水分和腐植酸对燕麦籽粒产量和β-葡聚糖含量的协同提升效应

李英浩, 王琦, 赵宝平, 柳妍娣, 米俊珍, 武俊英, 刘景辉

作物学报. 2022, (10):  2663-2670.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.11084

摘要 ( 312 )   HTML ( 11 )   PDF (722KB) ( 371 )  

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为明确水分和腐植酸协同作用对燕麦的增产提质效应, 本试验以蒙农大燕1号和内燕5号燕麦品种为研究对象, 分别设置旱作和有限灌溉2个水分处理, 分析喷施腐植酸对燕麦叶片光合特性、籽粒产量和β-葡聚糖含量的影响。结果表明: 孕穗和开花期喷施腐植酸后可以显著提高燕麦叶片的光合特性, 与灌水条件下相比, 蒙农大燕1号叶片的光合速率在旱作条件下的提高幅度更大, 提高了31.78%~123.72%, 而内燕5号在旱作和灌水条件下增幅基本一致; 在旱作条件下喷施腐植酸后两品种籽粒产量和β-葡聚糖含量均显著提高, 尤其以内燕5号的提高幅度更大, 分别提高了5.60%~74.68%和11.24%~19.56%; 与旱作处理相比, 在灌水条件下喷施HA, 两品种籽粒β-葡聚糖含量提高幅度更大, 分别提高了11.30%~33.29%和7.76%~43.81%。通过各指标之间的相关性分析, 蒙农大燕1号品种叶片的光合速率与籽粒β-葡聚糖含量、穗长、单穗小穗数、单穗粒重、千粒重及籽粒产量呈显著正相关关系, 籽粒产量与穗长、单穗小穗数、单穗粒重、千粒重呈显著正相关关系, 籽粒β-葡聚糖与单穗小穗数、千粒重和籽粒产量呈显著正相关关系(P<0.05), 而内燕5号品种籽粒β-葡聚糖含量与各产量构成因子正相关, 但未达到显著水平。综上说明, 水分和腐植酸协同作用可有效改善燕麦叶片的光合性能, 并且协同提高籽粒产量和β-葡聚糖含量。

绿洲灌区小麦秸秆还田与耕作措施对玉米产量的影响

王玉珑, 于爱忠, 吕汉强, 王琦明, 苏向向, 柴强

作物学报. 2022, (10):  2671-2679.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.13058

摘要 ( 284 )   HTML ( 22 )   PDF (557KB) ( 232 )  

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针对西北干旱绿洲灌区玉米长期连作导致其产量提高受限的关键问题, 基于田间定位试验, 研究了秸秆还田/秸秆不还田和耕作措施(传统翻耕、免耕)对玉米产量的影响。结果表明, 前茬小麦秸秆还田和耕作措施对玉米干物质积累量与叶面积指数均有显著影响, 且二者的互作效应显著。从玉米全生育期平均来看, 秸秆还田较秸秆不还田显著提高了玉米干物质积累量与叶面积指数, 分别提高4.2%~8.2%和7.1%~13.0%; 与免耕处理相比, 传统翻耕显著提高了玉米干物质积累量与叶面积指数, 分别提高20.2%~24.1%和11.0%~16.0%。秸秆还田和耕作措施对玉米籽粒产量及产量构成因素影响显著, 但二者的互作效应不显著。秸秆还田较秸秆不还田、传统翻耕较免耕玉米籽粒产量分别提高21.9%和20.0%, 其主要原因是提高了穗数。因此, 在干旱绿洲灌区小麦秸秆还田结合传统翻耕有利于提高玉米叶面积指数, 促进干物质积累, 进而提高玉米籽粒产量。