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2023年 第49卷 第5期 刊出日期：2023-05-12

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综述

食用豆抗豆象种质创新与遗传改良研究进展

杨晓明, 程须珍, 朱振东, 刘昌燕, 陈新

作物学报. 2023, (5):  1153-1169.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24169

摘要 ( 359 )   HTML ( 53 )   PDF (3435KB) ( 395 )  

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食用豆在耕地质量提升、优化农业生态体系及人类膳食结构改善中发挥着重要作用。豆象是世界性仓储性害虫, 严重影响着食用豆产业的健康发展。国内外在食用豆抗豆象种质鉴定评价和利用方面, 从各种野生资源中鉴定出抗不同豆象的种质材料, 并在豆象抗性遗传学分析、QTL定位和基因挖掘等方面取得显著进展。本文通过对豆象发生和危害规律、抗性鉴定方法、抗性机理研究、抗性种质鉴定与评价、抗性遗传和分子标记以及抗豆象育种方法和品种改良等方面的梳理和总结, 对抗豆象研究存在问题进行讨论和展望, 以期为我国抗豆象种质创新和品种改良提供参考价值。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

水稻种质资源稻瘟病抗性全基因组关联分析

周海平, 张帆, 陈凯, 申聪聪, 朱双兵, 邱先进, 徐建龙

作物学报. 2023, (5):  1170-1183.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22024

摘要 ( 501 )   HTML ( 37 )   PDF (1155KB) ( 586 )  

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稻瘟病是一种对全球水稻生产威胁极大的真菌性病害, 鉴定抗稻瘟病基因并将其导入到现有感病品种改良品种的抗性是控制这种病害的有效途径。本研究利用5个稻瘟病菌株鉴定了212份籼稻和235份粳稻种质资源的苗瘟抗性, 分别筛选到8个和12个抗全部5个菌株的籼稻和粳稻种质材料。采用全基因组关联分析在籼粳混合群体、籼稻和粳稻种质资源中共定位到43个影响水稻苗瘟抗性的QTL, 抗GD00-193、GD08-T19、GD17-CQ16、HB1708和HLJ13-856菌株的QTL分别为9、4、14、14和2个。其中, 12个抗病QTL仅在籼稻亚群中检测到, 7个仅粳稻亚群中检测到, 1个为籼粳2个亚群共同检测到, 说明籼稻抗稻瘟病总体好于粳稻, 而且稻瘟病抗性存在明显的籼粳分化。同时影响水稻对2个及2个以上菌株的抗性或在2个及2个以上群体中同时被定位到的QTL共计11个, 利用候选区间关联分析和单倍型分析鉴定到23个抗病候选基因, 不同抗病候选基因在籼、粳群体中的分布频率不同。研究结果为水稻品种稻瘟病抗性分子改良提供种质资源和有利基因信息及不同抗病基因的育种利用策略。

野生二粒小麦主要农艺特性融入普通小麦的全基因组关联分析

刘佳, 龚方仪, 刘亚西, 颜泽洪, 钟晓英, 陈厚霖, 黄林, 伍碧华

作物学报. 2023, (5):  1184-1196.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21006

摘要 ( 315 )   HTML ( 23 )   PDF (6155KB) ( 164 )  

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野生二粒小麦(Triticum turgidum ssp. dicoccoides)是普通小麦的四倍体祖先种, 具有广泛的基因型变异, 是改良普通小麦的重要种质资源。本研究对不同年份和地点四个环境下的161份野生二粒小麦渗入系材料的株高、分蘖数、小穗数、抽穗期、开花期和千粒重进行表型鉴定, 并利用覆盖全基因组的13,116个DArT标记对各农艺性状进行全基因组关联分析, 以期发掘性状显著关联标记及相关候选基因。本研究共检测到147个与6个农艺性状相关的稳定标记。其中, 一些关联标记与抽穗期和开花期同时相关, 并且在2B染色体上聚集成簇。在野生二粒小麦渗入系群体中共推定了21个与农艺性状相关的候选基因, 其中位于7A染色体与千粒重显著相关的候选基因与细胞周期蛋白有关。这些标记和候选基因可为克隆优异农艺性状相关基因提供重要信息, 从而为野生二粒小麦在普通小麦背景中的遗传改良综合利用提供依据与指导。

初步探究LncRNA在甘蓝型油菜生态型分化中的作用

杨太桦, 杨福权, 郜耿东, 殷帅, 金庆东, 徐林珊, 蒯婕, 汪波, 徐正华, 葛贤宏, 王晶, 周广生

作物学报. 2023, (5):  1197-1210.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24105

摘要 ( 285 )   HTML ( 17 )   PDF (5351KB) ( 131 )  

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甘蓝型油菜是我国重要的油料作物之一, 根据其成花转变过程中对低温春化时间需求的不同分为3种生态型: 春性、半冬性和冬性。前人研究发现, 长链非编码RNA (LncRNA)可在多层面上调控基因的表达, 参与对植物生长发育的调控。在拟南芥中, LncRNA可以通过调控春化途径相关基因的表达来影响开花。本研究以3种生态型甘蓝型油菜为材料, 利用高通量测序技术进行苗期叶片的mRNA和LncRNA测序, 初步探究LncRNA在油菜生态型分化及适应性形成中的作用。3种生态型甘蓝型油菜共差异表达基因的GO及KEGG富集分析表明, 不同生态型甘蓝型油菜之间存在大量基础化合物合成代谢差异, 特别是脂质类化合物。3种生态型甘蓝型油菜中共鉴定获得3775个LncRNA, 其中285个在2个及以上生态型组合中存在差异表达, 涉及到1517个候选靶基因。这些差异表达LncRNA涉及到的靶基因也富集到大量基础化合物合成代谢途径。通过mRNA-LncRNA联合分析, 我们预测到了一个开花基因的调控网络, 包含8个开花基因和23个LncRNA, 涉及到温度和光信号调控通路。通过比较鉴定得到的LncRNA和972个甘蓝型油菜重要农艺性状QTL位置信息发现约90%的LncRNA位点和QTL区间存在重叠, 且差异表达LncRNA和QTL的重叠位点在不同生态型油菜中的分布具有差异。结果说明LncRNA在油菜生态型分化及重要农艺性状形成中具有重要作用。

Bna-miR43-FBXL调控模块参与甘蓝型油菜铝胁迫的功能分析

张盈川, 吴晓明玉, 陶保龙, 陈丽, 鲁海琴, 赵伦, 文静, 易斌, 涂金星, 傅廷栋, 沈金雄

作物学报. 2023, (5):  1211-1221.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24079

摘要 ( 237 )   HTML ( 21 )   PDF (1769KB) ( 279 )  

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在酸性土壤中, 铝是制约作物生长和产量的一个重要因素, 如何利用酸性土地意义重大。本研究的对象是前期本课题鉴定到的一个未被报道的miRNA——Bna-miR43。系统地对甘蓝型油菜中Bna-miR43及其靶基因进行生物信息学分析以及表达模式鉴定, 并构建Bna-miR43过表达载体探讨了Bna-miR43-FBXL模块在甘蓝型油菜响应铝胁迫的分子机制。5°-RACE结果表明Bna-miR43在甘蓝型油菜中真实切割BnaA09g03940D、BnaCnng24950D。生物信息学分析表明, BnaA09g03940D、BnaCnng24950D在拟南芥中的同源基因为AT5G27950, 编码含F-box的E3泛素连接酶。qRT-PCR结果显示, Bna-miR43及其靶基因在甘蓝型油菜不同组织以及铝胁迫瞬时处理下的表达水平存在此消彼长的现象。油菜转基因试验表明, Bna-miR43的过表达株系地上部分长势良好, 体内积累了较少的MDA和H₂O₂, 同时转基因植株根系的铝积累量较对照少。本研究结果为甘蓝型油菜中铝胁迫响应提供参考。

花生InDel标记开发及其在含油量QTL定位中的应用

陶顺玉, 吴贝, 刘念, 罗怀勇, 黄莉, 周小静, 陈伟刚, 郭建斌, 喻博伦, 雷永, 廖伯寿, 姜慧芳

作物学报. 2023, (5):  1222-1230.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24140

摘要 ( 262 )   HTML ( 17 )   PDF (701KB) ( 407 )  

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培育高含油量品种是花生重要的育种目标, 开发稳定高效的分子标记对于标记辅助选择花生高含油量品种具有重要价值。本研究针对2个含油量差异显著的亲本徐花13 (高含油量)和中花6号(低含油量), 利用PacBio三代测序技术检测基因组结构变异, 分别从徐花13和中花6号中检测到35,794个和74,703个结构变异。根据双亲结构变异信息, 针对前期定位的含油量区间开发InDel (插入/缺失)标记84个, 其中9个InDel标记的扩增片段证实在双亲间具有多态性。基于RIL (重组自交系)群体中的杂合残余获得的NIL (近等基因系)构建的一个包含1160个单株的F₂群体, 使用9个多态性InDel标记鉴定其基因型, 构建了总长度为149.84 cM的局部遗传连锁图谱。结合F₂群体的含油量表型数据, 将该含油量QTL定位在标记M23至M11之间, 位于A08染色体1.2 Mb区段内。本试验证实了InDel标记开展花生含油量QTL定位的可行性, 其定位的含油量位点及其紧密连锁的InDel标记能够为花生分子标记辅助育种提供理论和技术指导。

基于GYT双标图分析对黄淮海夏玉米区域试验品种综合评价

岳海旺, 韩轩, 魏建伟, 郑书宏, 谢俊良, 陈淑萍, 彭海成, 卜俊周

作物学报. 2023, (5):  1231-1248.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23035

摘要 ( 504 )   HTML ( 11 )   PDF (2278KB) ( 449 )  

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旨在科学准确地对黄淮海夏播玉米区域试验参试品种进行综合评价, 为品种合理布局和区域规划提供理论和实践依据。本研究采用GYT双标图技术对2020—2021年黄淮海夏玉米区域试验22个参试品种的籽粒产量与生育期、收获时籽粒含水量、株高、穗位高、倒伏率、穗长、穗粗、秃尖, 穗粒重和百粒重等农艺性状的组合水平进行综合评价。方差分析表明, 被测农艺性状基因型和环境效应均达到了显著水平(P<0.05), 除穗粗、突尖长度和穗粒重等性状基因型与环境互作效应中无显著差异外, 其余性状基因型与环境互作效应均达到了显著水平。籽粒产量、生育期、收获时籽粒含水量、穗粗、秃尖和百粒重等性状环境效应平方和占总方差平方和最大, 倒伏率的基因型与环境互作效应平方和占总方差平方和最大。农艺性状相关性分析结果表明, 籽粒产量与百粒重、株高、穗位高、穗长、穗粗和生育期呈极显著正相关(P<0.001), 而与突尖长度呈负相关。根据参试品种的理想指数筛选出衡玉868、邯玉1806和宿单908等为产量-性状组合表现优良的品种, 同时也鉴别出陕单685、敦玉291、邯玉17-6601和邯玉573等品种综合表现较差, 对照品种郑单958表现一般。衡玉868较其他参试品种在黄淮海夏玉米区更具有广泛的适应性, 展现出绝对的区域产量优势, 具有广阔的推广前景。与GT双标图相比, GYT双标图显示出前2个主成分解释的变异比例较高、拟合度较好、分析结果可信度较高等优点。本研究运用GYT双标图技术对黄淮海夏玉米参试品种进行品种产量-性状特性分析, 为本区玉米品种综合评价提供借鉴, 也为其他作物品种多性状研究提供了参考。

基于表型性状和SSR分子标记构建甘薯核心种质

陈伊航, 唐朝臣, 张雄坚, 姚祝芳, 江炳志, 王章英

作物学报. 2023, (5):  1249-1261.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24122

摘要 ( 356 )   HTML ( 19 )   PDF (6960KB) ( 192 )  

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为更好地保存、研究和利用甘薯种质资源, 本研究以国家甘薯种质资源圃(广州)保存的1091份甘薯种质为材料, 分别采用欧氏距离和Nei’s距离进行NJ聚类分组, 组内随机取样, 构建核心种质。利用均值、方差、香农多样性指数、变异系数等指标对核心种质的表型性状数据进行代表性评价, 以及利用有效等位基因、Nei’s遗传多样性指数、Shannon’s多样性指数等指标对核心种质的SSR分子标记数据进行代表性评价; 并利用主成分分析对核心种质进行确认。结果表明, 构建的甘薯核心种质包含289份材料, 占全部种质的26.49%; 在P<0.05概率下, 核心种质中表型性状以及SSR分子标记的相关指标与全部种质无显著差异, 且二者的表型频率分布基本一致; 主成分分析表明核心种质具有与全部种质相似的遗传多样性和群体结构。建立的甘薯核心种质很好地代表了全部种质的遗传变异和群体结构, 可为甘薯的品种改良、优良基因挖掘以及种质创新奠定良好基础。

棉花纤维质量指数的构建与WGT双标图分析

许乃银, 王扬, 王丹涛, 宁贺佳, 杨晓妮, 乔银桃

作物学报. 2023, (5):  1262-1271.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24118

摘要 ( 287 )   HTML ( 13 )   PDF (458KB) ( 127 )  

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棉花纤维质量受到多项纤维性状的共同作用和影响, 科学构建纤维综合评价指数有利于客观评价棉花纤维的总体质量水平。本研究采用2019—2021年期间中国纤维质量监测中心在新疆主产棉区的棉纤维质量抽检数据构建了棉纤维质量指数模型, 并采用WGT双标图方法对质量指数进行可视化分析和品种分类评价。结果表明, (1) 棉纤维综合评价指数的构成因子及权重分别为纤维长度(权重为0.451)、整齐度(0.173)、比强度(0.285)、马克隆值(-0.117)和颜色级(-0.526)。(2) 基于纤维品质综合评价指数(CEI)和性状协调指数(TCI)构建了纤维质量指数(FQI), 并筛选出新陆中64、新陆早78和中棉113等综合纤维质量表现最好的品种, 以及新陆早67、新陆早54、酒棉18号和新陆中78等综合纤维质量表现较差的品种。(3) 用WGT双标图实现对纤维品质综合评价指数、性状协调指数和纤维质量指数的可视化分析。(4) 采用WGT双标图分析方法将纤维质量监测抽检的52个棉花品种划分为4个特征明显的品种类型, 其中, I型品种的纤维综合表现最好; II型品种综合表现较差; III型品种性状协调指数表现最好, 其余性状表现差; IV型品种颜色级表现差, 其余性状表现较好。本研究在对主产棉区棉花纤维品质指标广泛抽样的基础上采用逐步回归分析的方法构建了纤维综合评价指数, 并结合性状协调指数建立了纤维质量指数, 同时采用WGT双标图方法实现了可视化分析, 可为科学制定中国棉花纤维质量指数提供理论支持, 也为其他类似的品种多性状数据分析提供了应用范例。

CBL互作蛋白激酶GmCIPK10增强大豆耐盐性

李慧, 路依萍, 汪小凯, 王璐瑶, 邱婷婷, 张雪婷, 黄海燕, 崔晓玉

作物学报. 2023, (5):  1272-1281.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24070

摘要 ( 265 )   HTML ( 14 )   PDF (5454KB) ( 324 )  

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盐胁迫严重威胁大豆产量和品质。类钙调磷酸酶B亚基互作蛋白激酶(CIPKs)在植物应对环境胁迫过程中发挥重要作用。但是, 目前对大豆CIPKs的生物学功能知之甚少。本研究从大豆基因组克隆到GmCIPK10。生物信息学分析结果表明, GmCIPK10属于不含内含子型CIPKs, 包含一个丝氨酸(Ser)/苏氨酸(Thr)蛋白激酶结构域和NAF/FISL基序。表达模式分析结果表明, 在盐(NaCl)、甲基紫精(MV)和过氧化氢(H₂O₂)处理下, GmCIPK10的转录水平升高。在拟南芥和大豆毛状根中过表达GmCIPK10能够提高转基因植株的抗盐性。进一步的生理指标测定发现, 在盐胁迫下, 过表达GmCIPK10能够降低转基因植株中丙二醛(MDA)和H₂O₂积累, 增强抗氧化酶活性以及降低钠离子(Na⁺)/钾离子(K⁺)比值。此外, qRT-PCR分析发现GmCIPK10促进抗氧化和耐盐相关基因表达响应盐胁迫。酵母双杂交、Pull-down和双分子荧光互补试验结果证明GmCIPK10与钙离子(Ca²⁺)感应器GmCBL4相互作用。这些结果为解析CBL-CIPK信号通路在大豆盐胁迫应答的作用提供了参考。

弱筋小麦育种品质选择指标及亲本组配原则

张晓, 陆成彬, 江伟, 张勇, 吕国锋, 吴宏亚, 王朝顺, 李曼, 吴素兰, 高德荣

作物学报. 2023, (5):  1282-1291.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21026

摘要 ( 299 )   HTML ( 18 )   PDF (378KB) ( 268 )  

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为明确弱筋小麦育种高效品质选择指标以及亲本组配原则, 本研究选用7个不同品质类型品种作亲本, 按7×6半双列杂交配制21个组合, 对F₂籽粒主要品质指标进行了遗传分析。结果表明, 不同品质指标的一般配合力(general combining ability, GCA)差异极显著, 其中硬度、SDS沉淀值和溶剂保持力(solvent retention capacity, SRC)效应值大, 蛋白质含量和面筋含量效应值较小; 不同品质指标的特殊配合力(special combining ability, SCA)除蛋白质含量、沉淀值、蔗糖SRC和面筋指数无显著差异, 其余均存在显著或极显著差异; 硬度、SDS沉淀值和SRC一般配合力远大于特殊配合力, 以加性效应的遗传为主。弱筋小麦品质指标一般配合力负向效应显著; 中强筋小麦品质指标一般配合力正向效应显著。硬度、SDS沉淀值、水SRC和碳酸钠SRC, 狭义遗传力分别为91.23%、82.66%、83.81%和83.96%, 遗传力高, 可在早期世代进行选择; 其次是乳酸SRC和蔗糖SRC, 狭义遗传力分别为72.79%和75.26%; 蛋白质含量、湿面筋含量、干面筋含量和面筋指数, 狭义遗传力分别为30.72%、25.62%、32.62%和49.82%, 遗传力较低。对不同组合高代品系品质分析表明, 弱筋/弱筋小麦组合后代籽粒硬度、蛋白质含量、SDS沉淀值和SRC等品质指标最低, 弱筋/强筋小麦组合居中, 强筋/强筋小麦和中筋/强筋小麦组合最高。硬度、SDS沉淀值、水SRC和碳酸钠SRC是弱筋小麦品质育种的高效选择指标; 弱筋小麦品质育种亲本组配, 至少要有一个弱筋品质类型的亲本。

耕作栽培·生理生化

基于夏玉米产量和氮素利用的水氮减量方案优选

李慧, 王旭敏, 刘苗, 刘朋召, 李巧丽, 王小利, 王瑞, 李军

作物学报. 2023, (5):  1292-1304.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23046

摘要 ( 293 )   HTML ( 19 )   PDF (716KB) ( 384 )  

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针对当前夏玉米生产中水氮投入不合理, 缺少综合夏玉米产量、氮素利用及土壤硝态氮含量对水氮优化管理模式评价的问题, 运用层次分析法、熵权法、博弈论组合赋权计算各指标权重, 使用TOPSIS法建立模型对水氮减量方案进行综合评价, 为关中平原夏玉米节水节肥环保增效的生产模式提供理论依据。于2018—2020年在陕西杨凌开展水、氮二因素裂区田间试验。设置3个灌溉处理, 以传统灌水量(800 m³ hm^-2, W2)为对照、在此基础上减50% (400 m³ hm^-2, W1)和减100% (0 m³ hm^-2, W0)。每个灌溉量下设5个施氮梯度, 以传统施氮量(300 kg hm^-2, N300)为对照、在此基础上减25% (225 kg hm^-2, N225)、减50% (150 kg hm^-2, N150)、减75% (75 kg hm^-2, N75)和减100% (0)。分析不同水氮减量处理夏玉米产量、氮素利用及土壤硝态氮含量, 使用TOPSIS法建模选优。与对照W2N300相比, W1N225增产效果最明显, 增产率为5.4%, W2N225、W2N150、W1N150也表现出明显的增产效应, 增产率分别为2.4%、0.7%、0.3%。W1N225、W1N150可以显著提高氮肥农学效率、氮肥回收效率、氮肥偏生产力, 2018年NAE、NRE、NPFP分别比传统模式提高29.7%、16.2%、24.5%, 36.5%、25.4%、28.8%; 2019年分别提高53.4%、36.7%、32.8%, 46.5%、35.2%、47.4%; 2020年分别提高43.6%、37.3%、48.0%, 66.9%、43.1%、54.5%。W1N225、W1N150土壤硝态氮残留量比传统水氮管理模式减少28.6%、53.8%。使用TOPSIS法进行综合评价, 发现氮肥减量25%~50%、灌水减少50%时各指标评价值最高, 水氮减量(中水中肥)优于高水高肥, 高水高肥优于低水低肥, 高水低肥优于低水高肥。通过TOPSIS法模拟寻优得出灌水量为W1 (400 m³ hm^-2)施氮量为200 kg hm^-2时综合评价值最优。因此, 在关中平原灌溉区, 灌水减量50% (400 m³ hm^-2)、施氮减少33.3% (200 kg hm^-2)可以实现关中平原夏玉米生产节水减肥环保增效的目标。

1981—2010年长江中下游地区单季稻生殖生长期对气候变化和技术进步的响应

刘二华, 周广胜, 武炳义, 宋艳玲, 何奇瑾, 吕晓敏, 周梦子

作物学报. 2023, (5):  1305-1315.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22026

摘要 ( 244 )   HTML ( 18 )   PDF (1019KB) ( 382 )  

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作物生殖生长期长度与作物产量和品质密切相关。为深入探究作物生殖生长期长度(reproductive growth period lengths, RGLs)对气候变化和技术进步的响应, 基于1981—2010年长江中下游地区单季稻生殖生长期和气象数据, 量化不同RGLs (孕穗期—抽穗期(booting to heading, BDHD)、抽穗期—乳熟期(heading to milking, HDMS)、乳熟期—成熟期(milking to maturity, MSMD)和孕穗期—成熟期(booting to maturity, BDMD))对平均温度(mean temperature, TEM)、累积降水量(cumulative precipitation, PRE)和累积日照时数(cumulative sunshine duration, SSD)的敏感性, 并分离气候变化和技术进步对不同RGLs的影响。结果表明, 1981—2010年长江中下游地区单季稻BDMD呈延长趋势(0.24 d a^-1), 其中, HDMS延长趋势最明显(0.16 d a^-1)。气候因子中高温和寡照不利于单季稻不同RGLs延长, 其中, TEM对BDHD、HDMS和MSMD变化趋势的平均相对贡献分别为-50.0%、-50.7%和-21.9%, SSD对BDHD、HDMS和MSMD变化趋势的平均相对贡献分别为-47.2%、-48.7%和-67.6%。技术进步弥补了气候变化对不同RGLs变化趋势的不利影响。研究表明, 技术进步可能是当前单季稻稳产高产和趋利避害的主要手段, 未来可以采用较长生殖生长期和耐热性品种来适应持续的气候变化。

绿洲灌区春小麦光能利用与水分生产效益对秸秆还田方式的响应

李盼, 陈桂平, 苟志文, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 柴强

作物学报. 2023, (5):  1316-1326.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21037

摘要 ( 221 )   HTML ( 15 )   PDF (567KB) ( 367 )  

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针对干旱灌区作物生产中光资源浪费和水分生产效益低等问题, 研究不同秸秆还田方式对春小麦光能利用率、灌溉水生产力及经济效益的影响, 以期为该区筛选适宜春小麦生产的秸秆还田方式提供依据。2014—2016年, 在甘肃省武威绿洲农作基地以春小麦秸秆还田为研究对象, 传统翻耕无秸秆还田为对照, 设4个处理, 包括免耕25~30 cm高茬收割秸秆覆盖(NTSM)、免耕25~30 cm高茬收割秸秆立茬(NTSS)、传统翻耕25~30 cm高茬收割秸秆还田(CTS)、传统翻耕无秸秆还田(CT, 对照), 以期为该区筛选适宜春小麦生产的秸秆还田方式提供依据。结果表明, 秸秆还田(NTSM、NTSS、CTS)较CT提高平均叶面积指数(MLAI)达到14.6%~17.2%、10.4~11.9%、7.3%~9.4%, 提高总叶日积(LAI-D)达到14.6%~17.6%、9.2%~12.3%、8.3%~9.8%, NTSM较NTSS提高MLAI与LAI-D分别为6.6%~7.1%和5.9%~7.2%, NTSM处理利于扩大春小麦光合源。NTSM、NTSS较CT降低了春小麦孕穗期之前MLAI与LAI-D分别为6.1%~7.6%、4.6%~9.8%和6.0%--7.6%、8.1%~10.4%; 相反, NTSM、NTSS较CT提高了春小麦孕穗期之后MLAI分别为38.9%~45.1%、30.7%~32.6%, 春小麦灌浆期至成熟期LAI-D分别提高37.0%~47.5%、28.6%~33.9%, 且NTSM较NTSS提高MLAI与LAI-D分别为6.2%~9.4%和6.5%~10.1%, NTSM有效调节了春小麦生育期内光合源动态关系, 利于花后籽粒灌浆。NTSM、NTSS、CTS较CT春小麦分别增产18.6%~27.3%、16.6%~24.9%、10.2%~18.7%, 光能利用率分别提高7.8%~12.2%、6.5%~11.2%、6.2%~8.4%, 单方灌溉水利用效率分别提高18.6%~27.3%、16.6%~24.9%、10.2%~18.7%, 以NTSM增产与提高水热利用效率幅度较大, 具有高效利用土壤水热资源的优势。同时, NTSM、NTSS较CT总投入减少6.5%~7.3%, 总产值提高11.4%~19.3%和8.6%~17.2%, 纯收益提高32.2%~41.5%和27.8%~37.6%, NTSM因较少的资源投入和较高的经济效益而获得较高的产投比和单方灌溉水效益, NTSM较CTS与CT产投比提高14.2%~16.9%与19.1%~28.8%, 单方灌溉水效益提高16.5%~23.1%与32.2%~41.5%。因此, 免耕25~30 cm高茬收割秸秆覆盖是河西绿洲灌区提高春小麦光能利用和灌溉水生产效益的理想秸秆还田方式。

长三角水稻-油菜周年两熟温光资源分配与利用特征

陶玥玥, 盛雪雯, 徐坚, 沈园, 王海候, 陆长婴, 沈明星

作物学报. 2023, (5):  1327-1338.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22033

摘要 ( 266 )   HTML ( 14 )   PDF (768KB) ( 310 )  

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为提升长江流域水稻-油菜周年产量潜力和资源利用效率, 2017—2021年于江苏苏州布置田间定位试验, 以中熟晚粳水稻-垄作摆栽油菜传统模式为对照, 对比研究了新型迟熟中粳水稻-直播油菜模式干物质产量、水稻籽粒产量、温光资源分配和利用特征及经济效益。结果表明, 与常规模式相比, 新型模式油菜季温和光生产效率分别显著提高了24.1%和20.6%, 水稻季温、光生产效率无显著变化。新型模式下油菜干物质产量显著提高了18.2%, 但水稻籽粒和干物质产量分别显著下降了17.6%和15.5%。常规模式中水稻和油菜两季积温分配率分别为63.9%和36.1%, 积温比值为1.77; 新型模式周年积温量减少588℃, 其中水稻积温减少483℃, 油菜季周年积温分配率增加了1.8%, 两季积温比值下降为1.64。新型模式较常规模式增加周年效益31.4%, 提高油菜种植效益2.2倍, 而降低水稻种植效益17.4%。由此, 以迟熟中粳水稻搭配后季直播油菜新型模式, 可显著提高了油菜季产量、温光生产效率与经济效益, 提升周年种植效益。在兼顾粮饲安全和经济效益的前提下, 新型水稻-油菜模式可作为长期单一化水稻、油菜或小麦两熟制轮作模式之一。

硅素穗肥优化滨海盐碱地水稻矿质元素吸收分配提高耐盐性

韦海敏, 陶伟科, 周燕, 闫飞宇, 李伟玮, 丁艳锋, 刘正辉, 李刚华

作物学报. 2023, (5):  1339-1349.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22031

摘要 ( 215 )   HTML ( 12 )   PDF (2270KB) ( 430 )  

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本研究旨在阐明硅素穗肥调控盐碱地水稻抽穗期矿质元素分配的作用机制。以常规粳稻淮稻5号为材料, 于2019年和2020年在江苏沿海大丰盐碱地(盐分3.4 g kg^-1, pH 8.3)开展大田试验, 设置3个硅肥用量(0、60和100 kg hm^-2), 于幼穗分化期随穗肥施入。结果表明: (1) 硅素穗肥促进抽穗期植株养分吸收, 提高成熟期干物质量和产量, 与Si0相比, Si60平均增产4.3%, Si100平均增产8.6%; (2) 硅素穗肥优化了水稻不同部位K⁺、Na⁺分配, 提高水稻叶片、上部叶鞘、中下部茎秆K⁺含量, 降低穗、上部叶片、叶鞘、茎秆Na⁺含量, 提高各部位的K⁺/Na⁺, 进而提高离子稳态; (3) 硅素穗肥促进叶片大量元素N、P、Ca、Mg和微量元素Fe、Mn的积累, 与Si0相比, 硅素穗肥显著提高了16.5%的P含量、18.5%的Mg含量、22.4%的Ca含量、19.8%的Fe含量, 缓解盐碱胁迫对水稻叶片的不利影响。综上所述, 硅素穗肥优化了盐碱胁迫下水稻矿质元素的吸收分配, 减轻幼嫩器官盐胁迫程度, 促进叶片多种有益元素积累, 促进水稻养分吸收, 且100 kg hm^-2效果最佳。

绿洲灌区麦后复种绿肥并还田对翌年玉米根系性状及水分利用效率的影响

王玉珑, 于爱忠, 吕汉强, 吕奕彤, 苏向向, 王鹏飞, 柴健

作物学报. 2023, (5):  1350-1362.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23036

摘要 ( 263 )   HTML ( 9 )   PDF (686KB) ( 312 )  

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针对西北干旱绿洲灌区麦后休闲期长, 水分蒸发量大、水资源利用率不高等问题, 研究了绿肥不同还田方式对玉米根系性状和水分利用效率的影响及其相互关系, 以期为构建区域水资源高效利用种植模式提供理论依据和技术支撑。2020至2021年基于田间定位试验, 研究了绿肥全量翻压(tillage with full quantity of green manure incorporated in the soil, TG), 绿肥地表覆盖免耕(no-tillage with full quantity of green manure mulched on soil surface, NTG), 绿肥地上部移除根茬翻压(tillage with root incorporated in the soil and above ground green manure removed, T), 绿肥地上部移除免耕(no-tillage with above ground manure removed, NT)和传统翻耕、休闲(conventional tillage and leisure, CT) 5个处理对轮作玉米土壤贮水量、玉米根系性状和水分利用效率的影响。结果表明, 绿肥地表覆盖免耕和绿肥全量翻压处理显著提高了0~110 cm土层土壤贮水量; 与CT相比, NTG和TG的全生育期平均土壤贮水量分别提高14.0%~15.0%和8.8%~12.0%。绿肥地表覆盖免耕和绿肥全量翻压处理显著提高了玉米根长、根表面积、根体积和根干重; 与CT相比, NTG和TG的根长分别提高20.7%~26.0%和19.9%~28.5%; 根表面积分别提高43.0%~52.9%和41.3%~58.7%; 根体积分别提高45.7%~46.7%和40.6%~46.7%; 根干重分别提高48.0%~51.5%和41.9%~50.2%。绿肥地表覆盖免耕和绿肥全量翻压处理显著提高了玉米籽粒产量和水分利用效率; 与CT相比, NTG和TG的籽粒产量分别提高15.4%~34.3%和19.1%~32.0%, NTG和TG的水分利用效率分别提高19.5%~39.2%和20.5%~34.8%。玉米拔节期、大喇叭口期和吐丝期的根长、根表面积与土壤贮水量均呈显著正相关, 根长、根表面积、根体积、根干重与水分利用效率均呈显著正相关。因此, 在干旱绿洲灌区绿肥地表覆盖免耕和绿肥全量翻压处理有利于改善土壤水分条件, 优化玉米根系生长, 从而提高产量和水分利用效率; 其中, 绿肥地表覆盖免耕处理效果突出, 可作为该区适宜的绿肥还田方式。

黄淮海区域现代夏玉米品种产量与资源利用效率的差异分析

刘昕萌, 程乙, 刘玉文, 庞尚水, 叶秀芹, 卜艳霞, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 任昊, 刘鹏

作物学报. 2023, (5):  1363-1371.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23050

摘要 ( 298 )   HTML ( 14 )   PDF (840KB) ( 402 )  

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品种改良对夏玉米单产的提升有重要贡献, 但目前对现代夏玉米品种间产量形成差异的原因尚不明确。本研究在商河国家农作物品种展示示范中心设置大田试验, 选用我国黄淮海区域近年来审定或将要审定的390个玉米品种, 于玉米完熟期进行植株取样, 测定不同品种产量及其构成因素、完熟期干物质积累与分配、氮素的积累、分配与利用以及光温利用效率, 探究不同夏玉米品种的产量及资源利用效率的差异及其形成原因。不同品种的夏玉米产量存在显著差异, 收获穗数、穗粒数和千粒重对产量的直接通径系数分别为0.57、1.00和0.88, 表明品种间产量差异主要由穗粒数的变化影响。植株的干物质和氮素的积累与分配均对夏玉米产量有极显著影响, 与籽粒产量<7 t hm^-2的品种相比, 7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~10.0、10.0~11.0和>11.0 t hm^-2产量范围内的品种植株群体总干物质积累量分别提高了12.25%、20.52%、29.61%、40.11%和54.04%; 籽粒氮素积累量分别提高了16.62%、24.85%、38.45%、48.42%和68.41%; 籽粒干物质分配比例分别增加了5.11%、9.93%、13.32%、15.51%和17.94%, 籽粒氮素分配比例分别增加了4.09%、7.24%、7.37%、7.31%和10.91%; 籽粒光能利用效率分别提高了12.50%、21.25%、30.00%、41.25%和55.00%; 籽粒温度利用效率分别提高了11.36%、20.45%、29.55%、39.77%和53.41%。高产玉米品种通过提高玉米群体干物质和氮素积累量, 增加籽粒干物质及氮素分配比例, 提高植株氮素和光温利用效率, 促进产量构成三因素的协同提升, 特别是穗粒数的提升, 从而实现夏玉米高产高效生产。

低氮胁迫下外源色氨酸对高粱幼苗根系伸长的调控作用

李邦, 刘春娟, 郭俊杰, 武宇昕, 邓志成, 张敏, 崔彤, 刘畅, 周宇飞

作物学报. 2023, (5):  1372-1385.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24133

摘要 ( 274 )   HTML ( 16 )   PDF (4320KB) ( 188 )  

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低氮胁迫促进高粱根系伸长, 但其具体的生理机制仍不清晰。为解析高粱根系在低氮胁迫下伸长的生理机制, 本试验选用高粱耐低氮自交系(398B)和氮敏感自交系(CS-3541)为材料, 研究低氮胁迫下高粱根系伸长的物质和能量代谢基础。结果表明, 与正常氮相比, 低氮胁迫显著促进了398B和CS-3541根长及根尖细胞长度, 398B表现出更长的根长; 低氮胁迫后1、5和10 d, 398B和CS-3541根系中内源色氨酸含量显著增加; 应用RNA-seq技术对2个高粱自交系低氮胁迫后根系样品进行差异表达基因鉴定, 结果发现色氨酸代谢途径的有关基因参与了低氮下高粱根系的伸长。进一步利用外源色氨酸处理发现, 外源色氨酸通过增加生长素含量, 激活了质膜H⁺-ATPase的活性, 促进质膜酸化, 提高了能量代谢相关酶活性及ATP含量, 从而诱导了根系的能量代谢, 促进了低氮胁迫下高粱根系的伸长。而且, 外源色氨酸对低氮胁迫下398B的作用效果更好。综上所述, 低氮胁迫处理激活了内源色氨酸在高粱根系伸长中的关键作用, 依赖色氨酸途径合成的生长素及协同提高的能量代谢是促进低氮下高粱根系伸长的生理机制。

等碳量添加生物炭和秸秆对烟田土壤呼吸及净碳收支的影响

符云鹏, 刘天, 李耀鑫, 柳渊博, 王静, 金佳威, 蒋伟峰, 刘咏艳, 杨洋, 云菲

作物学报. 2023, (5):  1386-1396.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24054

摘要 ( 219 )   HTML ( 6 )   PDF (636KB) ( 382 )  

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研究生物炭和秸秆添加对烟田生态系统土壤呼吸及碳收支的影响, 阐明生物炭、秸秆以及二者配施处理烟田的固碳效应。2020—2021年, 设置常规施肥(CK)、常规施肥+2.25 t hm^-2生物炭-C (T1)、常规施肥+2.25 t hm^-2秸秆-C (T2)、常规施肥+1.125 t hm^-2生物炭-C＋1.125 t hm^-2秸秆-C (T3) 4个处理, 对不同组分土壤呼吸及土壤主要环境因子、土壤碳增量、作物净初级生产力固碳量以及进行农业生产造成的碳排放进行了测定。结果表明, 添加秸秆、秸秆与生物炭配施处理烤烟生育期内土壤呼吸累计排放碳量显著高于对照(P<0.05), 提升幅度分别为21.40%~35.45%、5.90%~9.89%; 添加生物炭、秸秆处理土壤自养呼吸占比分别较对照提高6.35%~7.34%、3.21%~5.97%, 生物炭与秸秆配施处理仅2021年较对照提升3.91%。添加生物炭、秸秆提高了生育期内土壤温度和水分, 单施生物炭处理土壤水分显著提高了1.93%~7.07%。土壤主要环境因子中, 土壤温度对土壤呼吸速率影响最大, 二者呈极显著正相关; 添加秸秆、生物炭与秸秆配施处理土壤呼吸速率与土壤湿度呈显著正相关。各处理生态系统固碳量均为正值, 表示为“碳汇”, 其中添加生物炭不仅可增加净初级生产力(NPP)固碳量以及土壤固碳量, 还可降低烟草生长季内土壤呼吸累积碳排放量, “碳汇”能力最强。因此, 施用生物炭是降低烟田土壤呼吸碳排放, 增强烟田生态系统“碳汇”能力的最佳途径。

花期前后干旱胁迫对复水后夏玉米光合特性与产量的影响

张俊杰, 陈金平, 汤钰镂, 张锐, 曹红章, 王丽娟, 马梦金, 王浩, 王泳超, 郭家萌, KRISHNA SV Jagadish, 杨青华, 邵瑞鑫

作物学报. 2023, (5):  1397-1409.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23003

摘要 ( 350 )   HTML ( 27 )   PDF (1382KB) ( 365 )  

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花期前后干旱是影响黄淮海地区夏玉米产量下降的重要因素之一。于2020—2021年开展池栽控制性试验, 以中科玉505为试验材料, 在开花前后28 d内设置4个水分梯度, 包括100%作物蒸散量ET_C (CK)、70% ET_C (干旱胁迫WD1)、40% ET_C (WD2)和0 ET_C (WD3), 研究花期前后干旱胁迫对夏玉米复水后的光合特性、干物质积累与分配以及产量的影响。结果表明: 干旱胁迫处理复水后夏玉米光合性能没有恢复, 表现为叶片SPAD值、净光合速率和群体叶面积指数、光合势、净同化速率低于对照, 植株干物质积累因此受阻, 导致籽粒库容能力下降。干旱胁迫处理使开花吐丝间隔期延长1~3 d, 籽粒败育率增加, 行粒数和百粒重降低, 尤其是WD3的败育率在2020—2021年分别显著增加220.71%和100.73%, WD1、WD2和WD3的产量在2020—2021年分别减产14.52%、36.69%、39.83%和19.62%、45.18%、54.42%。综上所述, 花期前后干旱胁迫在复水后, 玉米的光合性能仍受到抑制, 进而影响光合同化物的积累与分配, 最终导致库容量和产量显著下降。

研究简报

小麦G2-like转录因子家族基因鉴定与表达模式分析

贾玉库, 高宏欢, 冯健超, 郝紫瑞, 王晨阳, 谢迎新, 郭天财, 马冬云

作物学报. 2023, (5):  1410-1425.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21036

摘要 ( 393 )   HTML ( 14 )   PDF (7556KB) ( 514 )  

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Golden2-Like (G2-like)转录因子, 是属于MYB类转录因子中GARP超家族的成员, 在调节叶绿体发育中起重要作用。本研究利用生物信息学方法对小麦G2-like基因进行了全基因组鉴定, 并对其理化性质、亚细胞定位、启动子顺式作用元件及对非生物胁迫和激素的响应模式进行了分析。从小麦中共鉴定出87个G2-like基因, 不均匀的分布在小麦21条染色体上, 系统发育分析将这些基因分为14个亚族。蛋白质二级结构预测表明, 小麦G2-like基因的氨基酸序列均以α螺旋和随机卷曲为主要结构。启动子顺式作用元件分析表明其上游2 kb区域含有7种(P-box、SpI、LTR、ABRE、MBS、TGA-element和AE-box)与逆境胁迫诱导相关顺式作用元件。其中Ta3AG2-like19含有顺式调控元件结合位点最多, 一共有18个结合位点。qRT-PCR验证发现, Ta3AG2-like19、Ta3AG2-like20、Ta4AG2-like29和Ta6AG2-like52在PEG和盐胁迫下以及GA、IAA和ABA激素诱导下表达量显著上调, 这些基因可能介导了小麦对多种非生物逆境的响应。

一个水稻脆秆突变体bc21的鉴定和基因定位

戴文慧, 朱琪, 张小芳, 吕沈阳, 项显波, 马涛, 陈宇杰, 朱世华, 丁沃娜

作物学报. 2023, (5):  1426-1431.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22025

摘要 ( 222 )   HTML ( 11 )   PDF (1653KB) ( 264 )  

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利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼稻Kasalath获得一个脆秆突变体bc21。表型分析发现, 该突变体的茎秆及叶片均易折断, 且该脆性表型在苗期开始表现, 至成熟期时最显著。茎秆机械强度分析表明, bc21茎秆的抗折力、拉伸力显著下降。树脂切片及扫描电镜观察发现, bc21茎秆的厚壁组织细胞空隙增多, 细胞壁明显变薄。茎秆细胞壁组分含量分析表明, 与野生型相比, bc21的纤维素含量降低36.60%, 半纤维素和木质素含量分别升高23.08%和26.06%。经遗传分析得出, bc21的脆性性状由隐性单基因控制。利用SSR标记和自行设计的STS标记将BC21基因定位于水稻第6号染色体STS标记STS2和STS3之间约52.9 kb的范围内, 该区间内没有已报道的水稻脆性相关基因, 表明BC21可能是1个新的水稻脆秆基因, 为进一步揭示水稻茎秆机械强度的调控机制提供了材料支撑。

盐胁迫下不同甘薯品种的转录组测序分析

张小红, 彭琼, 鄢铮

作物学报. 2023, (5):  1432-1444.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24143

摘要 ( 352 )   HTML ( 24 )   PDF (3788KB) ( 344 )  

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为了获得甘薯耐盐转录组序列信息, 挖掘差异表达基因及其相关代谢途径, 本文以盐胁迫处理0 d、3 d和6 d的耐盐甘薯品种‘榕薯819’以及不耐盐甘薯品种‘榕薯910’的叶片为材料, 借助高通量测序技术进行转录组测序分析。结果表明, 2个品种共获得157,252条Unigenes, 平均组装长度为576 bp。其中有83,264条Unigenes在七大数据库中得到注释, 占总数的52.95%。NR注释分类结果显示, 在牵牛花(Ipomoea nil)中比对到同源序列的Unigenes最多, 共43,620条, 占总数的57.05%。Unigenes在KOG数据库中的注释主要富集在普通功能预测(8752个)、信号转导机制(5067个)以及翻译后修饰、蛋白转换、分子伴侣(4471个)中。差异表达分析显示, 在‘榕薯819’中, 盐处理3 d和6 d的样品差异表达基因数分别为323个和3752个, 共参与了33个GO功能分类项和302条KEGG代谢通路。在‘榕薯910’中, 差异表达基因数则分别为5554个和7395个, 共参与了50个GO功能分类项, 涉及了329条KEGG代谢通路。以部分差异表达基因的转录组数据为基础, 进行了表达量热图绘制。结果显示, 注释到淀粉和蔗糖代谢途径的7个差异表达β-葡萄糖苷酶基因均表现为在耐盐品种中上调, 在不耐盐品种中下调; 注释到Ca²⁺信号途径的7个类钙调素基因中, 有2个在耐盐品种中特异上调, 5个在不耐盐品种中特异下调。差异表达转录因子表达量热图显示, IbERF1仅在耐盐品种中特异表达, IbNAC3、IbNAC11、IbERF3和IbERF4仅在不耐盐品种中特异表达, 而IbNAC29在耐盐品种中下调表达, 在不耐盐品种中上调表达。综上分析, 甘薯耐盐转录组获得的Unigenes数量较大, 序列信息丰富, 盐胁迫下获得的差异表达基因及高丰度转录因子可能在甘薯抵御盐胁迫过程中发挥着重要作用。