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2023年 第49卷 第4期 刊出日期：2023-04-12

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综述

华北平原冬小麦-夏玉米种植体系周年水分高效利用研究进展

张金鑫, 葛均筑, 马玮, 丁在松, 王新兵, 李从锋, 周宝元, 赵明

作物学报. 2023, (4):  879-892.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21034

摘要 ( 688 )   HTML ( 48 )   PDF (931KB) ( 1012 )  

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在保证周年较高产量的同时, 进一步提高水分利用效率是促进华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植体系可持续发展的关键。从20世纪中晚期开始国内学者便从节水灌溉技术创新、灌溉制度优化、替代节水种植制度构建和节水抗旱新品种选育等方面开展了以冬小麦-夏玉米两熟种植体系为核心的周年水分高效利用途径的探索, 取得了重要进展, 显著提高了作物水分利用效率(WUE)。本文综述了华北平原冬小麦-夏玉米种植体系水分高效利用的研究进展, 并提出了通过耕作或播/收期调控冬小麦-夏玉米周年降水与地下水平衡利用, 促进周年水分(灌溉水和降水)高效利用的技术途径, 以充分挖掘华北平原水分生产潜力, 为该区冬小麦-夏玉米种植体系节水高产栽培及节水种植制度建立提供思路和依据。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

BnABCI8影响甘蓝型油菜叶绿体发育

陈晓汉, 王丽琴, 汪华栋, 肖清, 陶保龙, 赵伦, 文静, 易斌, 涂金星, 傅廷栋, 沈金雄

作物学报. 2023, (4):  893-905.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24065

摘要 ( 415 )   HTML ( 74 )   PDF (10158KB) ( 254 )  

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成熟叶绿体是高等植物光合作用的重要场所, 是影响作物产量的重要器官。BnABCI8是ABC转运蛋白I亚族的成员, 在甘蓝型油菜中有2个功能拷贝, 分别是BnA09.ABCI8和BnC09.ABCI8, 其氨基酸序列在不同物种中是非常保守的。表达模式分析发现, BnABCI8在油菜植株各个组织中均有表达, 且在叶和花中表达量较高; 亚细胞定位证明, BnABCI8能够定位在叶绿体中; 表型鉴定发现, BnA09.ABCI8和BnC09.ABCI8的同时突变及BnA09.ABCI8的单突变均会导致黄色的子叶和褪绿的真叶, 且双突变体褪绿更为严重; 透射电镜结果显示, 双突变体中叶绿体不能够形成正常的类囊体膜; BnABCI8的敲除导致叶绿素合成途径相关基因的表达下调, 且叶片中积累了大量的Fe离子。这些结果表明, BnABCI8的突变造成叶绿体结构异常, 叶绿素合成受阻, 叶片中Fe离子大量积累, 而Fe离子的积累又可能会引发一系列的反应如活性氧积累, 细胞死亡和叶绿素降解等, 最终导致了叶色突变。

小麦转录因子TaMYB5-3B与株高和千粒重相关

朱治, 李龙, 李超男, 毛新国, 郝晨阳, 朱婷, 王景一, 常建忠, 景蕊莲

作物学报. 2023, (4):  906-916.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21029

摘要 ( 476 )   HTML ( 43 )   PDF (1500KB) ( 397 )  

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MYB转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究克隆了小麦3B染色体上的TaMYB5-3B基因, 基因组序列全长3005 bp, 其中编码区上游为2112 bp, 编码区为893 bp, 包含2个外显子和1个内含子, 编码一个R2R3-MYB蛋白。序列多态性分析表明, 在TaMYB5-3B的-2048、-1632、-1178、-1156、-504、-461、-433和61 bp处各有1个SNP位点, 分别是G/A转换、G/A转换、G/A转换、T/C转换、C/T转换、A缺失、T缺失和T/A颠换, 这8个SNP位点连锁。基于启动子区SNP-1632的变异开发分子标记, 检测小麦自然群体的基因型, 与表型性状进行关联分析, 结果显示TaMYB5-3B与株高、穗下节长和千粒重显著相关。TaMYB5-3B在群体中有2种单倍型Hap-3B-1和Hap-3B-2, 其中Hap-3B-2是植株较矮、千粒重较高的优异单倍型。在我国的小麦育种历程中Hap-3B-2受到了正向选择, 在育成品种中的频率逐步增加, 但仍然有进一步的应用潜力。研究结果为深入探讨小麦株高和产量的形成机制提供参考, 也为小麦株型和产量分子育种提供了基因资源与选择标记。

甘蓝型油菜SUMO蛋白家族成员鉴定及Bna.SUMO1.C08基因的功能研究

陈慧, 肖清, 汪华栋, 文静, 马朝芝, 涂金星, 沈金雄, 傅廷栋, 易斌

作物学报. 2023, (4):  917-925.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24064

摘要 ( 385 )   HTML ( 29 )   PDF (5922KB) ( 228 )  

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蛋白翻译后修饰对蛋白的功能非常重要。SUMO化修饰就是一种非常重要的蛋白翻译后修饰, 它对植物生长发育的关键过程有很大的影响。甘蓝型油菜作为重要的油料和经济作物在SUMO化修饰方面却鲜有报道。为弥补这一空白, 本研究对甘蓝型油菜中的SUMO化修饰进行了探究。首先通过生物信息学方法在甘蓝型油菜中鉴定到31个SUMO蛋白成员, 分为3类: “典型”群组、“非典型”群组和SUMO-V。然后对甘蓝型油菜中AtSUMO1基因的同源基因Bna.SUMO1.C08进行表达模式分析, 发现该基因在根、叶和角果中表达比较高。亚细胞定位结果发现, Bna.SUMO1.C08蛋白定位于细胞核和内质网中。最后在甘蓝型油菜中过表达Bna.SUMO1.C08基因发现其能够增强植株对PEG胁迫的抵抗能力。本研究为后续甘蓝型油菜中SUMO化修饰的研究奠定了一定的基础。

甘薯耐低钾基因型苗期筛选及综合评价

刘明, 范文静, 赵鹏, 靳容, 张强强, 朱晓亚, 王静, 李强

作物学报. 2023, (4):  926-937.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24080

摘要 ( 447 )   HTML ( 29 )   PDF (517KB) ( 688 )  

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为建立甘薯苗期耐低钾能力评价体系, 筛选耐低钾和低钾敏感型甘薯材料, 通过水培试验设置了低钾胁迫(0 mmol L^-1 K₂O)和正常钾处理(10 mmol L^-1 K₂O), 对来自国内外不同薯区的214份甘薯品种(系)材料进行培养, 收集生物量、钾积累量、钾含量、钾利用效率等11个性状表征值, 计算各指标耐低钾胁迫指数。利用综合隶属函数法, 进行主成分分析、回归分析和聚类分析, 综合评价各甘薯材料耐低钾能力。结果表明, 不同甘薯材料在2个钾水平下的生物量和钾吸收利用特征均有明显差异; 低钾胁迫下地上部干重(SB)、地上部干物质增加量(SBI)、根系干物质增加量(RBI)、总干物质增加量(PBI)、地上部钾积累量(KAS)、根钾积累量(KAR)、总钾积累量(KAP)、地上部钾含量(KCS)和根系钾含量(KCR)等9个指标与正常钾处理相比均降低29%以上, 而根冠比(RSR)和钾生理利用效率(KUE)分别提高29.63%和120.56%。低钾胁迫下, 不同甘薯材料的SB、SBI、PBI、KAS、KAP、KCS、KCR和KUE等8个指标的变异系数均高于正常钾处理。对11个指标的耐低钾胁迫指数进行主成分分析, 选择了3个主成分, 累计方差贡献率达82.86%; 11个指标的耐低钾敏感指数均与耐低钾综合评价值(Y)极显著相关。选择了SBI、RBI、PBI、KAS、KAR、KAP等6个指标作为筛选评价指标, 根据聚类热图分析将214份甘薯材料划分为耐低钾型、中间型和不耐低钾型; 方差分析表明, 耐低钾型品种与其他类型品种相比具有较高的耐低钾胁迫指数, Y值也排列前位, 验证了聚类结果的准确性。综合本研究结果, SBI、RBI、PBI、KAS、KAR、KAP等6个指标可作为甘薯苗期耐低钾能力筛选的首选指标; 筛选出甘薯苗期耐低钾能力最强的6个品种, 分别为济紫薯18号、广紫薯2号、龙薯710、泰中6号、胜利百号、龙薯9号。

花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析

孙全喜, 苑翠玲, 牟艺菲, 闫彩霞, 赵小波, 王娟, 王奇, 孙慧, 李春娟, 单世华

作物学报. 2023, (4):  938-954.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24066

摘要 ( 639 )   HTML ( 54 )   PDF (5306KB) ( 253 )  

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SWEET (sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白, 在植物生长发育、响应生物/非生物逆境胁迫等生理过程发挥重要作用。目前, 尚未见花生SWEET基因相关报道。本研究首次全基因组挖掘了花生SWEET基因, 对其分子特征及表达模式进行了细致分析。结果表明, 栽培种花生和2个祖先野生种基因组分别存在55、25、28个SWEET基因, 随机不均匀分布在各染色体上。来源于野生种和栽培种的同源基因在染色体位置相近, 但也存在个别缺失, 这验证了花生野生种和栽培种的进化关系, 也暗示了基因组复制加倍过程中存在同源基因的丢失或扩张。基因内含子-外显子数目和位置以及启动子中顺式作用元件种类和数量均存在差异, 暗示了花生SWEET基因生物学功能的多样性。系统进化分析将花生SWEET基因分为4个亚家族Clade I~Clade IV, 同一亚家族同一分支的基因具有相似的外显子-内含子结构。分析Clevenger等组织表达谱发现部分基因表现为组织优势表达, 这为深入了解SWEET基因行使功能部位提供了参考。此外, 基于课题组前期发表的干旱和高盐胁迫转录组分析和RT-qPCR验证, 我们挖掘出AhSWEET3a和AhSWEET4e等响应花生干旱或高盐胁迫的基因, 功能有待进一步鉴定。研究结果为下一步深入分析花生SWEET基因功能提供了理论参考。

木薯MYB转录因子基因MeMYB60表达特征分析及其互作蛋白筛选

徐子寅, 于晓玲, 邹良平, 赵平娟, 李文彬, 耿梦婷, 阮孟斌

作物学报. 2023, (4):  955-965.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24089

摘要 ( 541 )   HTML ( 26 )   PDF (5997KB) ( 717 )  

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Myeloblastosis (MYB)类转录因子在植物对非生物胁迫的响应过程中起重要调控作用。本研究在分析栽培木薯MYB家族成员表达模式的基础上, 筛选并克隆到了一个R2R3-MYB转录因子基因MeMYB60。基因表达特性分析表明, 该基因在叶片特异表达, 受干旱、低温负调控, 同时对ABA处理也有响应。启动子活性分析发现, MeMYB60可以在保卫细胞表达, 预示着该转录因子基因的表达可能与木薯气孔开闭调节有关。MeMYB60编码蛋白主要定位于细胞核中, 具有转录激活活性, 其转录激活结构域在蛋白C端第194~343氨基酸残基范围内。以MeMYB60蛋白N端第1~194氨基酸残基片段为诱饵, 从干旱胁迫后木薯叶片的cDNA文库中筛选到18种可能与MeMYB60互作的蛋白, 酵母双杂确定了MeCatlase1和MeCatalase2分别与MeMYB60存在互作关系。本研究为深入研究转录因子MeMYB60在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。

小麦幼苗活性LTR反转录转座子筛选及其对非生物胁迫的响应

周宾寒, 杨竹, 王书平, 方正武, 胡赞民, 徐兆师, 张迎新

作物学报. 2023, (4):  966-977.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21023

摘要 ( 433 )   HTML ( 16 )   PDF (14488KB) ( 143 )  

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LTR (长末端重复, long terminal repeat)反转录转座子占小麦基因组的60%以上, 筛选小麦基因组中具有转座活性的LTR反转录转座子, 并分析其在非生物胁迫下的响应, 对研究反转录转座子在小麦抗逆境胁迫中的作用具有重要意义。本研究通过生物信息学分析, 从转座子数据库(TREP database)中筛选出4个具有完整结构的LTR反转录转座子Fatima、Wis、Angela和Babara; 同时利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)、甲基化特异PCR (methylmion specific PCR, MSP)和转座子展示(transposon display, TD)技术分别分析了它们在盐、ABA、H₂O₂和干旱等处理的小麦幼苗期(二叶一心)叶和根中的表达水平、甲基化水平和转座活性变化。结果表明, 这4个反转录转座子在正常条件下均存在基础水平的转录, 并且能够响应上述4种胁迫而发生转录水平的变化, 且在相同胁迫条件下表达水平变化趋势一致。Fatima、Angela和Babara在非生物胁迫处理下表达水平的提高与其甲基化水平的降低有关, Wis则相反。反转录转座子LTR序列含有胁迫响应顺式作用元件, 但在非生物胁迫条件下顺式作用元件对这4个反转录转座子的调控作用不显著。与叶相比, 这4个反转录转座子在根中对胁迫的响应程度更高, 且在盐和ABA处理下转座活性更强。本研究将有助于进一步揭示LTR反转录转座子对非生物胁迫的响应规律, 为进一步研究利用反转录转座子进行小麦抗逆育种的遗传改良积累资料。

棉花中不同植物病毒介导的VIGE体系的研究

雷建峰, 李月, 代培红, 赵燚, 尤扬子, 贾建国, 赵帅, 曲延英, 刘晓东

作物学报. 2023, (4):  978-987.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24071

摘要 ( 538 )   HTML ( 18 )   PDF (5331KB) ( 198 )  

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植物病毒介导sgRNA的传递与表达相比传统转化完整的编辑载体进行基因编辑具有巨大优势, 因为sgRNA的表达可以伴随着病毒的复制和移动而快速扩增、累积, 从而产生高效的基因编辑效率。为在棉花中开发应用更多植物病毒介导的基因编辑系统(virus-induced genome editing, VIGE)。本研究以超表达Cas9 (Cas9-OE)棉花作为VIGE受体, 在棉花中分别建立了棉花叶皱缩病毒(cotton leaf crumple virus, CLCrV)和烟草脆裂病毒(tobacco rattle virus, TRV)介导的VIGE系统。首先CLCrV和TRV介导的VIGE均可以靶向敲除棉花GhBsrk1和GhMAPKKK2基因A亚组和D亚组基因组序列, 验证了这2个系统的可行性和有效性。进一步量化这2个系统对GhBsrk1和GhMAPKKK2基因的编辑效率结果发现, CLCrV和TRV介导的VIGE均能够产生高效的基因编辑效率, 并且2种系统基因编辑效率不存在显著差异。本研究还探究了使用棉花内源U6启动子和拟南芥U6启动子驱动sgRNA对VIGE基因编辑效率的影响。结果显示, 这2个启动子介导的VIGE均能够产生高效的基因编辑效率, 并且基于这2种启动子介导的VIGE系统基因编辑效率不存在显著差异。以上结果预示着可以开发更多的植物病毒载体应用于棉花基因编辑的研究, 进而获得高效的sgRNA筛选体系。

过表达LrAN2基因对马铃薯中花青素和糖苷生物碱含量的影响

李红艳, 李洁雅, 李响, 叶广继, 周云, 王舰

作物学报. 2023, (4):  988-995.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24082

摘要 ( 325 )   HTML ( 13 )   PDF (1281KB) ( 624 )  

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目前对马铃薯(Solanum tuberosum L.)中MYB基因参与的花青素研究较为深入, 但对影响马铃薯品质和安全的糖苷生物碱(steroidal glycoalkaloids, SGAs)在不同组织中的变化规律及调控机制尚不完全清楚。LrAN2是黑果枸杞(Lycium ruthenicum)中的MYB基因, 与黑果枸杞果实中花青素的积累有关。本研究以野生型大西洋、2种转LrAN2大西洋株系(LrAN2oe#66和LrAN2oe#200)为试验材料, 检测不同组织中的花青素和SGAs含量, 并对SGAs生物合成相关基因的表达量分析。pH示差法检测花青素发现, 仅在转基因植株(LrAN2oe#200)叶片中检测到一定量的花青素(12 mg 100 g^-1 FW)。高效液相色谱-串联质谱法检测SGAs发现, 3个材料不同组织SGAs含量变化为叶片>薯皮>薯肉。薯皮中的SGAs含量无显著性差异; 薯肉中LrAN2oe#66的SGAs含量较对照降低、LrAN2oe#200对照显著增加1.3倍, 但未超出安全标准(0.2 mg g^-1 FW); 叶片中LrAN2oe#66的SGAs含量较对照增加1倍、LrAN2oe#200较对照显著增加3.8倍。qRT-PCR分析基因表达量发现, StHMG1和StSGT2基因受到LrAN2基因的调控在转基因植株中显著上调。本研究结果对马铃薯植株中花青素含量的积累具有指导意义, 为进一步解析马铃薯资源中花青素及SGAs的调控机制提供理论依据。

StEFR1正调控马铃薯对晚疫病的抗性

张卫娜, 余慧芳, 安珍, 柳文凯, 康益晨, 石铭福, 杨昕宇, 张茹艳, 王勇, 秦舒浩

作物学报. 2023, (4):  996-1005.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24062

摘要 ( 323 )   HTML ( 9 )   PDF (4198KB) ( 126 )  

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马铃薯晚疫病是毁灭性卵菌病害, 对我国乃至全球的农业生产造成巨大的经济损失。本试验结合生物信息学分析、表达模式和功能验证, 分析了LRR-RLK家族成员StEFR1调控晚疫病抗性的作用和潜在的调控机制。进化分析表明, StEFR1与拟南芥中功能已知的AtEFR序列相似度为53.9%。接种晚疫病菌3 d和elf18处理3 h, ‘大西洋’离体叶片中StEFR1的表达分别上调至对照的1.87倍和2.31倍。瞬时过表达StEFR1的叶片受到晚疫病菌侵染时抗性增强, 表现在叶片病斑面积较对照减小, 而叶片细胞活性较对照增强。此外, 与野生型相比, 过表达StEFR1的叶片中3个PTI标记基因、SA和JA信号通路相关基因差异表达, 且呈不同程度的显著上调, 而ET信号通路相关基因的表达量无明显变化。综上所述, StEFR1参与晚疫病菌诱导的PTI抗性, 且调控SA和JA激素信号相关基因的表达, 对晚疫病起正调控作用。本文为深入研究StEFR1调控晚疫病免疫反应的分子机制奠定了基础, 并为晚疫病分子育种研究提供重要参考。

基于BSA-seq技术对豌豆花色基因的精细定位

严昕, 项超, 刘荣, 李冠, 李孟伟, 李正丽, 宗绪晓, 杨涛

作物学报. 2023, (4):  1006-1015.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24055

摘要 ( 585 )   HTML ( 46 )   PDF (3876KB) ( 414 )  

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BSA-seq技术在挖掘农艺性状相关的新基因中已被广泛应用, 随着豌豆首个参考基因组问世, 将BSA-seq技术结合豌豆基因组的基因定位策略势在必行。本研究利用紫花亲本G0004562、白花亲本G0002930以及F₂群体, 通过BSA-seq技术对豌豆花色基因进行初步定位, 获得31.42 Mb定位区间, 再通过设计InDel分子标记分析进一步缩小定位区间, 最终将目标基因定位在包含19个基因的0.99 Mb区间内, 通过基因注释信息推测出Psat6g060480.1为豌豆花色候选基因。本研究结果验证了BSA-seq技术快速高效定位豌豆花色基因的可行性, 为利用该技术挖掘豌豆其他重要农艺性状相关基因奠定了基础。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

甘蓝型油菜长链烷烃合成相关基因的克隆及其与BnCER1-2的互作

柏成成, 姚小尧, 王雨璐, 王赛玉, 李金莹, 蒋有为, 靳舒荣, 陈春杰, 刘渔, 魏星玥, 徐新福, 李加纳, 倪郁

作物学报. 2023, (4):  1016-1027.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24037

摘要 ( 339 )   HTML ( 13 )   PDF (4783KB) ( 157 )  

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长链烷烃是甘蓝型油菜角质层蜡质的优势组分, 在阻止植株的非气孔性水分散失中起主要作用。BnCER1-2催化甘蓝型油菜长链烷烃的生物合成, 但BnCER1-2是否通过与其他蛋白互作调控长链烷烃合成还不清楚。前期通过甘蓝型油菜蜡质差异材料转录组筛选获得4个长链烷烃合成相关基因BnCER3.a10、BnCER3.c02、BnCYTB5B.c09、BnCER1-L2.a05。本研究克隆了这4个基因的编码序列, 序列分析表明BnCER3.a10/c02和BnCER1-L2.a05前体蛋白具有典型的脂肪酸羟化酶与WAX2 C末端结构域, 而BnCYTB5B.c09具有Cyt_B5蛋白家族保守结构域。亚细胞定位结果表明, BnCER3.a10/c02、BnCYTB5B.c09和BnCER1-L2.a05均定位于细胞内质网, 与BnCER1-2共定位。双分子荧光互补(bimolecular fluorescent complementation, BiFC)与萤火素酶互补试验(luciferase complementation assay, LCA)检测结果表明, BnCER3.a10、BnCYTB5B.c09、BnCER1-L2.a05与BnCER1-2蛋白存在相互作用, 而BnCER3.c02与BnCER1-2蛋白不互作。实时荧光定量PCR结果显示, 与BnCER1-2的表达模式一致, BnCER3.a10和BnCYTB5B.c09主要在甘蓝型油菜茎/叶中表达, 并受干旱胁迫诱导显著上调。BnCER3.a10在NaCl与低温胁迫下表达量显著减少, 其中BnCER3.a10受MeJA、ACC诱导显著下调, BnCYTB5B.c09表达受ABA诱导上调。BnCER1-L2.a05在花中的表达量最高, 在茎和叶片中的表达量最低, 在干旱、低温及NaCl胁迫下转录水平均显著下降, 其中SA诱导BnCER1-L2.a05表达上调, 而MeJA诱导其表达下调。蜡质差异材料荧光定量PCR结果证实, BnCER3.a10与BnCYTB5B.c09在高蜡(烷)油菜中的表达量显著高于低蜡(烷)油菜, 而BnCER1-L2.a05则呈相反变化。综合分析认为, BnCER3.a10和BnCYTB5B.c09可能通过与BnCER1-2互作而促进甘蓝型油菜长链烷烃的生物合成, BnCER1-L2.a05可能通过与BnCER1-2互作负调控长链烷烃的合成。

耕作栽培·生理生化

冀中地区高密种植条件下棉花药前群体大小和成熟度与化学脱叶催熟效果的关系

孟璐, 杜明伟, 黎芳, 齐海坤, 路正营, 徐东永, 李存东, 张明才, 田晓莉, 李召虎

作物学报. 2023, (4):  1028-1038.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24104

摘要 ( 348 )   HTML ( 11 )   PDF (456KB) ( 178 )  

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化学脱叶催熟是棉花机械采收的前提, 棉田药前群体大小和成熟度等显著影响脱叶催熟效果。本文于2016—2017年在河北省河间市开展研究, 采用不同品种(中棉所60、欣抗4号)、种植密度(90,000、120,000株 hm^-2)和播期(4月20日、5月10日)塑造不同的群体, 在此基础上应用50%噻苯·乙烯利悬浮剂(T·E)进行化学脱叶催熟, 考察各因素对化学脱叶催熟效果的影响, 并应用Spearman偏相关分析药前叶片数、吐絮率和叶铃比与药后脱叶率、残留叶片数及药后吐絮率的关系。结果表明, 品种间的药前叶片数、吐絮率和叶铃比无显著差异; 与90,000株 hm^-2相比, 120,000株 hm^-2的药前叶片数多、吐絮率低; 晚播棉的药前叶片数和叶铃比高于早播棉、吐絮率则低于早播棉。T·E的脱叶效果较好, 2年药后21 d的脱叶率均高于90%、脱叶率药效接近或超过90%, 残留叶片数为8.1~23.3片 m^-2; 不同品种、密度和播期的脱叶率相当, 但2017年120,000株 hm^-2和晚播的残留叶片数分别多于90,000株 hm^-2和早播。T·E的催熟效果欠佳, 2年药后21 d的吐絮率低于70%、吐絮率药效不足25%; 不同品种和密度的吐絮率相当, 但晚播棉的吐絮率低于早播棉。相关分析结果表明, 药后7、14、21 d的脱叶率和药效及残留叶片数与药前叶片数、吐絮率和叶铃比无关, 但药后7、14、21 d的吐絮率与药前叶片数呈显著负相关(r = -0.393 ~ -0.432)、与药前吐絮率呈显著正相关(r = 0.558 ~ 0.862), 吐絮率药效也与药前吐絮率呈显著正相关。综上, 黄河流域棉区高密群体(90,000~120,000株 hm^-2)的化学脱叶效果较好, 且与药前群体大小和成熟度等的关系较小; 而化学催熟不充分, 药后21 d的吐絮率达不到机采要求的95%, 且对药前群体大小和成熟度的依赖性较强。通过合理密植和适期播种控制群体、促进早熟是改善棉花化学催熟效果的关键。

侧深施肥下水稻高产形成的根系形态及其生理变化特征

张晨晖, 章岩, 李国辉, 杨子君, 查莹莹, 周驰燕, 许轲, 霍中洋, 戴其根, 郭保卫

作物学报. 2023, (4):  1039-1051.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22023

摘要 ( 456 )   HTML ( 28 )   PDF (414KB) ( 657 )  

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水稻侧深施肥是均匀地将肥料深施在秧苗一侧土壤根际的一种不对称局部施肥技术, 具有减肥增产、提高肥料利用率和减少劳动力投入等优点, 然而侧深施肥下水稻根系特征及其与产量形成的关系尚不清楚。本试验以丰粳1606和南粳9108为材料, 设置普通尿素常规施肥(conventional fertilization with common urea, CF)、缓释肥减氮15%表施(conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, CFCR)、普通尿素减氮15%侧深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of common urea, SDCU)和缓释肥减氮15%侧深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, SDCR) 4种氮处理, 研究不同施肥方式对水稻根系形态结构和生理特征以及产量的影响。结果表明: (1) SDCR处理水稻产量最高, 其次分别为CF和CFCR处理, 而SDCU处理产量最低; (2) SDCR处理显著提高了不同生育时期总根长、根尖数、根表面积和根体积; (3) SDCR处理降低了不同生育时期根系的皮层横截面积、皮层细胞层数和不定根直径, 提高了根系中柱直径, 但对皮层生活细胞面积和通气组织面积影响不显著; (4)与CF处理相比, SDCR处理显著提高了根系活力; 根系氮代谢酶在生育期内呈现先上升后下降趋势, 抽穗期达到峰值, 其中SDCR处理下不同生育时期水稻根系谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性最高。因此, 缓释肥侧深施肥可改善根系形态、结构和生理特征, 增强根系吸收养分和水分能力, 防止后期植株早衰, 从而提高水稻产量, 达到提高肥料利用效率, 实现减氮增产的目的。

麦秸覆盖还田对大豆耕层物理性状及产量形成的影响

吴宗声, 徐彩龙, 李瑞东, 徐一帆, 孙石, 韩天富, 宋雯雯, 吴存祥

作物学报. 2023, (4):  1052-1064.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24051

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黄淮海是我国优质高蛋白大豆主产区, 但前茬小麦秸秆严重制约着该地区的大豆生产。本试验通过研究秸秆免耕覆盖还田下大豆耕层温度、含水量、容重、团粒结构等耕层物理性状以及大豆产量构成因素, 试图解析免耕配合秸秆覆盖还田对耕层结构及大豆产量的调控机制, 为黄淮海地区大豆高产耕作模式的选择提供理论依据。采用裂区试验设计, 主区为肥料处理, 设施肥(F: 225 kg hm^-2)与不施肥(NF); 副区为秸秆处理, 设免耕秸秆不还田(SR)、免耕秸秆覆盖还田(SM)和免耕秸秆粉碎还田(SC)。结果表明: (1) 免耕配合秸秆覆盖还田对耕层的影响主要集中在0~10 cm内。(2) SM与SC较SR耕层温度分别下降0.21℃和0.17℃, 土壤含水量分别增加13.18%和9.07%; SM较SR与SC土壤容重分别下降2.61%和2.87%, 耕层固相占比分别降低2.60%和3.01%, >2 mm土壤团聚体分别增加6.84%和3.14%。(3) SM与SC较SR单株荚数分别增加22.41%和9.49%, 单株粒数分别增加18.20%和7.51%, 百粒重分别增加1.18%和2.40%, 单株产量分别增加39.16%和18.07%, 单位面积产量分别增加11.56%和5.43%; SM较SC增产效果显著, 施肥对秸秆还田的增产效果具有促进作用。综上所述, 麦茬夏大豆免耕覆秸精量播种技术在大豆耕层环境优化与促进产量形成方面具有显著优势。

种植密度对不同生育期玉米品种光温资源利用率和产量的影响

吴希, 王家瑞, 郝淼艺, 张宏军, 张仁和

作物学报. 2023, (4):  1065-1078.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23032

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探究不同生育期玉米光温利用、物质生产和产量形成对密度的响应, 以期为陕北灌区春玉米密植高产高效栽培提供理论依据。试验于2019—2020年以东单60 (中晚熟)和大丰30 (中早熟)为试验材料, 设置45,000 (D1)、60,000 (D2)、75,000 (D3)和90,000 (D4)株 hm^-2 4个种植密度, 测定了叶面积指数、冠层光分布、物质生产与转运、光温利用和产量及其构成等指标。结果表明, 大丰30和东单60分别在90,000株 hm^-2和75,000株 hm^-2密度下达到最高产量18,787.5 kg hm^-2和16,953.0 kg hm^-2, 较低密度分别提高了37.7%和41.4%, 且高产下大丰30籽粒含水率较东单60低11.5%。随着种植密度的增加, 群体叶面积指数明显提高, 上部冠层光能截获率显著增大, 而中部冠层光能截获率显著下降且东单60降低幅度高于大丰30, 下部冠层光能截获率无显著差异。对于光能辐射利用而言, 大丰30花前截获的光合有效辐射和光能利用率较东单60分别高7.9%、高1.7%; 大丰30花后截获的光合有效辐射和光能利用率较东单60分别低9.5%、高14.9%, 根据光能利用效率和种植密度的相关关系表明增密对提高大丰30的光能辐射利用率更显著。在D4密度下, 中早熟品种大丰30较晚熟品种东单60生育期平均缩短了4.3 d, 大丰30的平均有效积温较东单60少25.3℃, 而积温利用率提高了25.3%, 达到最大干物质积累速率所需积温较东单60少; 东单60和大丰30的花前干物质累积量及花后转运率较D1分别提高了26.7%、34.6%和43.7%、55.8%, 且大丰30的花后干物质累积量和花后干物质转运率较东单60分别高14.5%和12.3%。可见, 中早熟品种大丰30密植下重塑群体结构, 改善中部冠层光能截获, 增加干物质增长速率和提前干物质达到最大增大速率时期, 促进干物质的累积与转运, 提高了光温资源利用效率, 实现该区春玉米高产高效; 同时收获时籽粒较低的含水率, 适宜籽粒机收。

小麦豌豆间作对群体光合特性和生产力的影响

吴香奇, 刘博, 张威, 杨雪妮, 郭子艳, 刘铁宁, 张旭东, 韩清芳

作物学报. 2023, (4):  1079-1089.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21022

摘要 ( 350 )   HTML ( 18 )   PDF (820KB) ( 454 )  

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为探究小麦和豌豆间作对群体光合特性和生产力的影响, 本研究于2019—2021年在陕西关中地区开展田间试验, 设置4行小麦+2行豌豆(W4P2)、2行小麦+2行豌豆(W2P2)两种条带种植处理, 以单作小麦(CKW)和单作豌豆(CKP)为对照, 分析了小麦和豌豆叶片净光合速率(P_n)、群体光合速率(CAP)、干物质累积及群体生产力等指标。结果表明: 与单作相比, W2P2和W4P2间作处理显著提高了小麦叶片SPAD和P_n, 但豌豆叶片SPAD和P_n不同程度降低。小麦与豌豆间作显著提高了花前群体光合速率, W4P2的CAP较其对照群体光合CAP_CK42(2/3CAP_CKW+1/3CAP_CKP)增加6.2%~8.0%, 而W2P2处理的CAP较其对照群体光合CAP_CK22(1/2CAP_CKW+1/2CAP_CKP)增加6.2%~8.5%。与CKW相比, W4P2和W2P2间作处理单位面积小麦干物质积累能力显著增强, 成熟期有效穗数和穗粒数显著提高, 籽粒产量分别提高7.8%~9.4%和18.9%~19.0%; 而与CKP相比, 两间作处理的豌豆干物质积累和产量构成指标表现减弱趋势, 籽粒产量分别降低9.9%~12.2%和6.8%~9.0%。竞争力评价表明, W4P2和W2P2间作处理土地当量比均高于1 (W4P2: 1.02; W2P2: 1.06), 表明小麦和豌豆间作提高了作物群体产量优势, 且优势作物小麦相较于豌豆的侵占力在W2P2间作模式(0.27)高于W4P2 (0.20)。综上, 在小麦和豌豆间作系统中, 窄带型(W2P2)相较于宽带型(W4P2)通过提高优势作物小麦的光合能力能够提高群体光合速率, 促进群体对光资源的利用, 进一步挖掘了复合群体生产优势。

施氮量对甘薯块根膨大过程中淀粉含量及特性的影响

吴世雨, 陈匡稷, 吕尊富, 徐锡明, 庞林江, 陆国权

作物学报. 2023, (4):  1090-1101.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24087

摘要 ( 432 )   HTML ( 25 )   PDF (977KB) ( 370 )  

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为探究施氮量对甘薯块根膨大过程中淀粉含量及特性的影响, 以‘心香’和‘商薯19’为试验材料, 设置0 kg hm^-2 (CK)、57.5 kg hm^-2 (N1)、115 kg hm^-2 (N2) 3个氮肥(N)处理在栽插当日施用。在栽插后60、80、100、120和140 d取样, 研究了施加氮肥后甘薯块根膨大过程中淀粉的含量、糊化特性、流变特性、凝胶质构特性及淀粉酶活性的变化规律。结果表明, (1) 在块根膨大过程中, 施用氮肥可显著提高2个甘薯品种淀粉含量。块根膨大前期施氮显著降低‘心香’淀粉糊化特性的最低黏度、最终黏度和消减值, 后期显著降低‘商薯19’淀粉糊化特性的最低黏度、最终黏度和消减值, 显著提高‘心香’淀粉糊化特性的最低黏度、最终黏度和消减值; (2) 3个处理下, 淀粉凝胶硬度和咀嚼性随块根的膨大逐渐降低。在块根膨大后期, N2处理可显著提升2个品种的淀粉凝胶硬度; (3) 2个品种淀粉凝胶呈现弹性性质, N1、N2处理可提高‘心香’的储能模量和损耗模量, 降低‘商薯19’的储能模量和损耗模量; (4)块根膨大前期, 施氮降低2个品种α-淀粉酶和β-淀粉酶活性, 但是块根膨大后期提高。因此, 施氮量会对甘薯块根膨大过程中淀粉含量及特性产生显著影响。‘商薯19’在115 kg hm^-2施氮量下, 栽插后120 d时进行收获, 有利于甘薯淀粉加工。合理施氮、适时收获有利于甘薯淀粉的积累及其品质提升。

基于RGB颜色空间评价马铃薯块茎绿化程度

王硕, 鲍天旸, 刘建刚, 段绍光, 简银巧, 李广存, 金黎平, 徐建飞

作物学报. 2023, (4):  1102-1110.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24078

摘要 ( 319 )   HTML ( 9 )   PDF (3207KB) ( 334 )  

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马铃薯是世界上最重要的作物之一, 块茎作为马铃薯的商品器官, 块茎绿化严重影响马铃薯商品品质, 造成大量的资源浪费。建立一种方便快捷的块茎绿化评价方法, 对于马铃薯种质资源鉴定和块茎品质评价具有重要意义。本研究基于提取块茎颜色空间特征, 结合RGB颜色空间色差分析, 对15个马铃薯四倍体和二倍体品种(系)材料的绿化趋势和绿化程度进行了系统评价。供试材料块茎在25℃条件下, 125 μmol m^-2 s^-1光照强度下, 中薯2号、中薯18号、中薯19号、Atlantic、Favorita和Kondor的绿化速度较快, HS66的绿化速度较慢。在光照处理9 d后, 块茎色差值趋于稳定, 在光照处理13 d后, 不同品种绿化程度差异明显, 其中Favorita的绿化程度最大, 中薯28号的绿化程度最小。本研究建立的基于RGB颜色空间的马铃薯块茎绿化评价方法能够准确区分不同品种(系)的绿化速度和绿化程度, 该方法简便、高效, 结果可靠, 为精准评价块茎绿化程度并进行相关分析提供了技术方法参考。

多样性混合间栽对水稻根际细菌群落结构与功能的影响

唐文强, 张文龙, 朱晓乔, 董必正, 李勇成, 杨楠, 张耀, 王云月, 韩光煜

作物学报. 2023, (4):  1111-1121.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22001

摘要 ( 404 )   HTML ( 30 )   PDF (923KB) ( 422 )  

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为了明确水稻多样性混合间栽对稻瘟病防治及根际细菌群落结构和功能的影响, 利用Illumina Hiseq测序技术, 对筛选的高防治效果(E=54.48%)组合(汕优63||黄壳糯)和低防治效果(E=14.12%)组合(合系39||黄壳糯)分别在间栽和净栽下进行水稻根际土壤细菌16S rRNA测序分析。结果表明, 多样性间栽系统中水稻根际共检测到土壤细菌37门116纲244目384科689属, 绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)为主要细菌优势类群, 相对丰度均在15%以上。Alpha多样性分析显示, 高防效组合在间栽条件下可显著提高水稻根际细菌群落香农指数和Chao1指数(P<0.05), 而低防效组合无差异(P>0.05)。ANOSIM及PCoA分析发现, 净栽条件下各品种根际细菌群落结构差异显著(r = 0.48, P<0.01), 间栽后高防效组合和低防效组合根际细菌群落结构无显著差异(P>0.05), 即间栽增加了组配品种间细菌群落结构的相似性。细菌优势类群组成结果表明, 与净栽相比高防效组合中汕优63根际中酸杆菌门(Acidobacteriota)相对丰度显著降低, 放线菌门(Actinobacteriota)和厚壁菌门(Firmicutes)显著上升, 黄壳糯各优势菌门无显著差异; 低防效组合中合系39根际中Patescilbacteria显著下降, 黄壳糯芽单胞菌门(Gemmatimonadota)显著上升。PICRUSt2功能预测表明, 间栽系统中主栽品种次生代谢产物的合成相对丰度显著下降, 间栽品种转录、辅酶和维生素的代谢相对丰度显著上升。综上, 高防效组合通过混合间栽, 能改善水稻根际菌群多样性、细菌群落结构及功能, 从而有效降低稻瘟病病害发生, 为利用改良土壤微生物提高植物抗病性提供应用途径和多样性间栽防治病害理论提供数据支撑。

研究简报

“十三五”国家东华北春玉米区域试验品种抗病性评价

栾奕, 白岩, 卢实, 李磊鑫, 王德强, 高婷婷, 石洁, 杨洪明, 路明

作物学报. 2023, (4):  1122-1131.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23031

摘要 ( 398 )   HTML ( 6 )   PDF (659KB) ( 387 )  

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病害是影响玉米生产的重要生物逆境, 培育抗病品种是玉米病害防控最为经济、有效和环保的策略。本研究以我国“十三五”期间国家东华北春玉米区域试验(中早熟、中熟和中晚熟3个熟期组)中724份(次)参试品种的病害鉴定数据进行分析, 病害包括玉米大斑病、丝黑穗病、禾谷镰孢茎腐病、灰斑病和禾谷镰孢穗腐病。结果表明, 5种病害抗性级别以中抗和感病为主, 中早熟、中熟和中晚熟组的这2个级别分别占总数的82.94%、84.12%和72.46%; 中晚熟组抗性强于中熟和中早熟, 中早熟、中熟和中晚熟组达到中抗(MR)以上的品种分别占总数的50.24%、56.37%和69.33%, 其中, 达高抗(HR)的分别占4.52%、4.41%和7.84%, 达抗(R)的分别占8.73%、10.59%和18.88%; 大斑病和灰斑病的抗原较为缺乏, 均无高抗品种, 中早熟组达到抗(R)以上水平的病害排序从高到低是禾谷镰孢茎腐病、丝黑穗病、禾谷镰孢穗腐病、灰斑病和大斑病, 中熟组排序是禾谷镰孢穗腐病、禾谷镰孢茎腐病、丝黑穗病、灰斑病和大斑病, 中晚熟组排序是禾谷镰孢穗腐病、禾谷镰孢茎腐病、丝黑穗病、大斑病和灰斑病; 年际间鉴定结果受气候环境影响较大, 2020年总体表现较差; 中早熟、中熟和中晚组5种病害同时达到中抗(MR)以上的品种分别占2.78%、6.37%和15.67%, 但最终仅有1个品种(承玉88)通过审定, 说明高产抗病绿色玉米品种选育难度较大, 建议设立抗病绿色玉米品种试验组别, 强化抗病绿色玉米品种审定标识, 有效快速推动绿色品种的选育与推广。本研究明确了近年来我国东华北春玉米试验品种的主要病害抗性水平, 为今后品种选育、审定与推广提供参考依据, 从而支撑我国玉米种业绿色发展。

小麦种质资源苗期耐盐性鉴定评价

孙现军, 姜奇彦, 胡正, 李宏博, 庞斌双, 张风廷, 张胜全, 张辉

作物学报. 2023, (4):  1132-1139.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21021

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土壤盐渍化是影响小麦生长的重要非生物胁迫之一, 筛选培育耐盐小麦种质资源对开展盐碱地综合利用具有重要意义。本研究以19份杂交小麦和2份常规品种为试验材料, 以蛭石为培养基质, 设置NaCl含量分别为0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%的6个处理, 从播种时开始盐胁迫处理, 分析测定生长相关的11项指标。采用多元统计分析方法对小麦种质资源进行苗期耐盐性评价, 结果表明, 在1.2%盐处理下, 小麦种质资源大多数指标的耐盐系数四分位差最大, 因此, 1.2%盐被认为是耐盐鉴定最适浓度; 利用主成分分析方法可将11项调查指标的耐盐系数简化为3个主成分; 通过主成分贡献率和隶属函数分析进一步将3个主成分值简化成综合评价指标D值; 根据D值利用聚类分析将21份小麦种质资源划分为5类, 对应高耐、耐盐、中耐、敏感和高敏5个耐盐级别, 苗期耐盐鉴定表明13份杂交小麦的综合评价D值高于捷麦19与济麦22; 结合逐步回归分析获得11个调查指标耐盐系数与D值的最优回归方程: D = -0.743+0.779×PLL+0.372×TNL+1.273×PH+0.336×PLC+0.279×RL+0.558×RDW, 由此回归方程可知倒二叶叶长(PLL)、总叶片数(TNL)、株高(PH)、倒二叶叶绿素(PLC)、根长(RL)和根干重(RDW)可作为1.2%持续盐胁迫下小麦种质资源苗期鉴定评价指标。

基于高产与高效条件下鲜食玉米鲜食大豆带状间作田间配置技术优化

舒泽兵, 罗万宇, 蒲甜, 陈国鹏, 梁冰, 杨文钰, 王小春

作物学报. 2023, (4):  1140-1150.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23013

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为了明确西南地区鲜食玉米鲜食大豆带状间作的高产与利于机械化实现高效的田间配置技术, 以2个株高差异较大的鲜食玉米品种为材料, 采用两因素裂区设计, 综合分析2种带宽(高产带宽2 m和宜机械化高效带宽2.4 m)与玉米种植密度(37,500、45,000、52,500和60,000株 hm^-2)对鲜食玉米-大豆带状间作系统中群体产量、商品品质及种植效益的影响, 明确了高产高效最优田间配置。结果表明, 鲜食玉米产量受玉米密度的影响更显著, 而鲜食大豆产量主要受带宽的影响。带宽和玉米密度显著影响鲜食玉米商品品质, 随着带宽增加, 矮秆玉米品种一级果穗率2年平均降低25.78%, 秃尖长2年平均增加9.55%, 高秆玉米品种则一级果穗率降低11.76%, 秃尖长增加17.54%; 随着玉米密度增加, 2种带宽下矮秆和高秆玉米品种一级果穗率均显著降低, 秃尖长均显著增加, 2019年2 m带宽下矮秆和高秆玉米种植密度从52,500株 hm^-2增至60,000株 hm^-2, 一级果穗率分别降低46.16%、27.78%, 秃尖长分别增加19.44%、14.17%, 2.4 m带宽下则一级果穗率分别降低25.01%、23.60%, 秃尖长分别增加16.46%、11.53%。带宽、密度对鲜食大豆2粒荚率和3粒荚率的影响达显著水平, 随着带宽增加, 带状间作大豆2粒和3粒荚率均显著增加, 与矮秆和高秆玉米品种间作的大豆2粒荚率和3粒荚率2年平均分别增加7.94%和18.88%、8.10%和16.71%; 随玉米密度增加, 大豆2粒和3粒荚率均显著降低, 2019年玉米密度从52,500株 hm^-2增至60,000株 hm^-2, 高秆玉米间作大豆2粒荚率降幅为6.19%~9.09%, 3粒荚率降幅为11.94%~14.39%。通过主成分综合评价得分和DTOPSIS法综合评价结果表明, 高产和高效带宽下, 矮秆和高秆玉米品种带状间作鲜食大豆均以52,500株 hm^-2和45,000株 hm^-2玉米密度各性状接近理想值, 综合性状表现好, 种植效益分别可实现8.44万元 hm^-2和10.09万元 hm^-2。