当期目录

2023年 第49卷 第10期 刊出日期：2023-10-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

含Pm21基因的次级易位创制及鉴定

张蓝月, 罗江陶, 范超兰, 李亚洲, 姜博, 陈雪, 陈雪姣, 袁中伟, 甯顺腙, 张连全, 刘登才, 郝明

作物学报. 2023, (10):  2603-2612.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21082

摘要 ( 363 )   HTML ( 30 )   PDF (4406KB) ( 378 )  

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小麦-簇毛麦6VS.6AL易位携带抗白粉病基因Pm21, 对我国小麦抗白粉病育种做出了重要贡献。本文对162份四川小麦品种(系)的55K SNP芯片数据分析表明, 25份含6VS.6AL易位染色体, 占15.4%。重组位置和单倍型分析表明, 这些材料的6VS.6AL均为着丝点易位、具有单一来源。根据系谱分析, 92R178为最原始的供体材料。利用由ph1b诱导6VS/6AS部分同源重组形成的, 含Pm21基因的初级易位6VS-6AS.6AL和6AS-6VS.6AL为亲本, 创制了1个含Pm21基因、6VS片段大幅减小的6AS-6VS-6AS.6AL次级易位。根据中国春参考基因组, 该次级易位的2个重组位点, 分别位于6A染色体53.1~53.8 Mb和90.7~92.2 Mb之间, 易位片段大小在36.9~39.1 Mb之间。分子细胞学鉴定表明, ph1b诱导外源易位的同时, 小麦自身的内源染色体也发生了大量易位, 这影响易位系的遗传稳定和育种利用。为了解决这个问题, 建议将ph1b基因突变系以杂合的形式进行长期保存。同时, 在利用ph1b诱导小麦-外源易位的过程中, 尽量减少ph1b纯合状态下的繁殖世代, 以减少小麦内源染色体易位。育种利用时, 应尽快消除小麦内源易位。

玉米籽粒突变体crk4的基因克隆与等位性分析

李萌园, 张文成, 高勇, 秦永田, 薄仕榕, 宋琨洋, 汤继华, 付志远

作物学报. 2023, (10):  2613-2620.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.33004

摘要 ( 373 )   HTML ( 38 )   PDF (2904KB) ( 453 )  

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籽粒突变体是克隆籽粒发育关键基因并解析其遗传调控机制的重要材料。crk4 (crumpled kernel 4)是育种选系过程中发现的籽粒突变体, 与野生型相比, 其籽粒灌浆差、粒重和发芽率显著降低。遗传分析表明该突变由单个隐性核基因控制, 图位克隆将该基因定位于玉米5号染色体614 kb的物理区间内, 该区间包含11个在籽粒中表达的蛋白编码基因。序列分析表明, Zm00001d017427基因的第2个外显子上存在一个由C碱基缺失造成的crk4特异的终止突变。Zm00001d017427编码金属-烟酰胺转运蛋白(Metal-nicotianamine transporter, Sh4-shrunken4/YSL2), 是已报道的籽粒突变体ysl2的等位基因。等位性测验结果表明, crk4是sh4/ysl2的一个新的等位突变体。crk4的鉴定为阐明Sh4基因调控玉米籽粒发育的分子机制提供了新的种质资源。

大豆百粒重稳定QTL qSW20-1定位及对产量和品质的影响

孙建强, 洪慧龙, 张勇, 谷勇哲, 高华伟, 周雅, 曹杰, 祁航, 赵权, 包立高, 陈庆山, 邱丽娟

作物学报. 2023, (10):  2621-2632.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34022

摘要 ( 304 )   HTML ( 21 )   PDF (3615KB) ( 292 )  

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籽粒重量是大豆产量构成的关键因素之一, 克隆主要数量性状基因座(QTL)中控制种子重量的关键基因对提高大豆产量具有重要意义。本研究以齐黄34×东生16构建的325个重组自交系(RIL)为材料, 利用SLAF-seq构建了高密度遗传连锁图谱, 总图距为2945.26 cM, 平均图距为0.47 cM, 结合3个环境百粒重表型, 检测到11个与百粒重相关的QTL。其中, 环境稳定的QTL为qSW20-1, 可解释9.73%~18.10%的表型变异。该QTL的大粒等位基因可显著增加单株粒数和单株粒重, 但对蛋白含量和脂肪含量2个品质性状无不利影响, 区间大小为435.42 kb, 包含36个基因, 通过基因注释和表达模式分析, 预测5个候选基因。本研究结果为大豆增产基因挖掘和分子设计育种奠定了坚实的基础。

利用双向导入系和重组自交系定位和挖掘水稻苗期耐冷QTL和有利等位基因

曹慧敏, 杨贤莉, 王立志, 李苹苹, 翟来圆, 姜树坤, 郑天清, 邱先进, 徐建龙

作物学报. 2023, (10):  2633-2642.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.32007

摘要 ( 313 )   HTML ( 15 )   PDF (578KB) ( 622 )  

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苗期低温冷害常造成水稻生长发育受阻, 影响形态建成最终导致减产。鉴定和挖掘优良的耐冷基因, 选育耐冷水稻品种, 是减少冷害造成水稻产量损失的有效措施。本研究以籼稻明恢63和粳稻02428为亲本构建的双向导入系及重组自交系群体为研究材料, 通过人工气候室进行苗期耐冷性鉴定, 考查枯萎度和冷害恢复生长后的存活率, 结合重测序构建的Bin基因型数据, 进行苗期耐冷性QTL定位, 3个群体在1号、4号、5号、7号和12号染色体上共检测到13个与水稻苗期耐冷性相关的QTL, 解释0.36%~13.63%的表型变异。未定位到不同遗传背景下稳定表达的QTL, 但有5个同时影响枯萎度和存活率的QTL被检出, 分别位于1号、5号、7号和12号染色体, 其中位于1号染色体12,732,139~13,202,097 bp和14,445,778~14,585,009 bp及5号染色体14,658,891~15,684,510 bp的3个QTL的LOD值都高于25, 被认为是可靠的主效QTL。结合基因注释、表达谱数据和3K种质资源的苗期耐冷表型数据分析, 推测位于5号染色体区间内影响枯萎度和存活率的基因很可能是已克隆的耐冷基因OsWKRY45, 而1号染色体2个区间的2个基因是新基因位点, 其候选基因分别是LOC_Os01g25540和LOC_Os01g25560。单倍型分析结果表明, LOC_Os01g25540的Hap2、Hap4和Hap9, LOC_Os01g25560的Hap1、Hap8和Hap10为有利单倍型。研究结果将为水稻品种耐冷分子改良提供宝贵的耐冷资源和有利基因。

马铃薯淀粉酶StBAM9互作蛋白的鉴定及其互作机制分析

杜鹃, 彭晓君, 侯娟, 刘腾飞, 刘增, 宋波涛

作物学报. 2023, (10):  2643-2653.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34009

摘要 ( 304 )   HTML ( 34 )   PDF (4525KB) ( 222 )  

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本实验室前期研究表明β-淀粉酶9 (StBAM9)在马铃薯抗低温糖化中具有重要作用, 但其并无β-淀粉酶活性。为了研究StBAM9在马铃薯抗低温糖化中的功能机制, 我们构建了低温贮藏后块茎cDNA酵母双杂交文库, 并以StBAM9蛋白为诱饵, 对其进行了互作蛋白的筛选和分析, 结果显示分别以全长StBAM9和截去转运肽的StBAM9为诱饵筛选到的候选互作蛋白中有12个是共有的。酵母双杂交结果显示有4个蛋白(StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174)与StBAM9互作。进一步通过谷胱甘肽-S-转移酶融合蛋白沉降技术验证表明, 其中的2个蛋白StTPR01660和StTPR4517与StBAM9互作。双分子荧光互补结果显示只有StTPR01660与StBAM9互作于淀粉粒上, 而StTPR01660自身定位于细胞质。因此, 我们推测StBAM9可能通过从细胞质中招募StTPR01660到淀粉粒上发挥淀粉降解的功能。

割手密转录因子SsWRKY1提高甘蔗品种抗旱能力的功能鉴定

沈庆庆, 王天菊, 王俊刚, 张树珍, 赵雪婷, 何丽莲, 李富生

作物学报. 2023, (10):  2654-2664.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24280

摘要 ( 304 )   HTML ( 19 )   PDF (5868KB) ( 146 )  

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SsWRKY1是甘蔗属野生种割手密WRKY家族成员基因, 开展SsWRKY1基因的功能分析, 为研究SsWRKY1参与干旱调控的分子机制提供有价值的信息。本研究利用农杆菌介导转化技术获得SsWRKY1过表达株系和RNAi干扰株系, PEG干旱胁迫处理发现过表达株系受干旱胁迫伤害程度明显轻于非转基因植株, 而干扰表达株系则表现严重的干旱胁迫伤害; 过表达株系脯氨酸(Pro)含量显著增加, 丙二醛(MDA)含量显著下降, 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性出现不同程度的提高, 且胁迫响应基因MAPK级联信号传递基因MAPK、ABA生物合成基因NCED、脯氨酸生物合成基因P5CS、以及ROS清除系统基因SOD、POD、CAT的表达水平明显升高, 说明过表达SsWRKY1能够提高甘蔗应对干旱胁迫的能力。本研究表明, SsWRKY1基因通过激活抗氧化系统和调节胁迫响应基因的方式增强了甘蔗对干旱的抗性, 可作为甘蔗抗性遗传改良的重要基因资源。

甘蔗谷胱甘肽硫转移酶ScGSTF1与P3N-PIPO互作应答甘蔗花叶病毒侵染的研究

杨宗桃, 焦文迪, 张海, 张克闽, 程光远, 罗廷绪, 曾康, 周营栓, 徐景升

作物学报. 2023, (10):  2665-2676.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34020

摘要 ( 345 )   HTML ( 11 )   PDF (5046KB) ( 72 )  

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谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST, EC2.5.1.18)广泛分布于具有细胞结构的生物中。在植物中, GST参与调控生长发育、异生物质解毒及逆境应答。本课题组以甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)编码蛋白P3N-PIPO为诱饵, 从甘蔗(Saccharum spp. hybrid)叶片cDNA酵母文库中筛选到1个GST基因, 并从甘蔗原始栽培种Badila中克隆了该基因, 其开放读码框(open reading frame, ORF)长度为645 bp, 编码214个氨基酸。序列比对及进化树分析表明, 该基因编码蛋白属于GST家族的Phi (F)类型(GSTF), 因此命名为ScGSTF1。进一步的生物信息学分析表明, ScGSTF1不存在跨膜区域, 为稳定的亲水性脂溶蛋白; GST蛋白在单子叶和双子叶植物中及C₃和C₄植物中存在明显的分化。酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验表明, ScGSTF1与SCMV-P3N-PIPO蛋白互作。亚细胞定位试验表明ScGSTF1定位于内质网。实时荧光定量PCR分析表明, ScGSTF1在甘蔗各个组织中显著差异表达, 在第3节间中的表达量最高, 在心叶及根中的表达量最低; SCMV侵染显著性影响ScGSTF1基因的表达水平, 侵染早期上调表达, 随后下调, 但仍保持显著高于对照的水平。

239份长果种黄麻种质资源萌发期耐镉性评价及耐镉资源筛选

李阿蕾, 戴志刚, 陈基权, 邓灿辉, 唐蜻, 程超华, 许英, 张小雨, 粟建光, 杨泽茂

作物学报. 2023, (10):  2677-2686.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24207

摘要 ( 274 )   HTML ( 21 )   PDF (870KB) ( 418 )  

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镉污染是重金属污染中最严重的类型之一, 筛选耐镉性强的黄麻种质资源对改良土壤环境有重要意义。为鉴定评价长果种黄麻种质资源萌发期耐镉性, 本研究对239份来源不同的长果种黄麻种质萌发期进行0 mg L^-1、5 mg L^-1和25 mg L^-1镉胁迫处理, 测定计算发芽率、发芽势、根长、芽长、发芽指数、活力指数和相对镉害率等7个指标, 结果显示对照组和处理组的7个指标间存在不同程度的差异。采用主成分分析、隶属函数分析和系统聚类分析等综合分析方法对长果种黄麻萌发期耐镉性进行综合评价, 将239份长果种黄麻种质资源依据D值大小划分成5类: 镉敏感型材料72份、镉较敏感材料52份、中度耐镉材料56份、耐镉材料50份、高耐镉材料9份, 其中以CoODKCG为代表的9份高耐镉材料可作为长果种黄麻耐镉育种的优异种质资源。通过逐步回归分析方程建立 5 mg L^-1与25 mg L^-1胁迫下长果种黄麻耐镉性综合评价数学模型: D₁ =0.029 + 0.060×GR + 0.036×GI + 0.122×VI + 0.066× RL + 0.148×BL + 0.047×RCDR ( R₁²=0.833 ), D₂=0.064 + 0.098×GR + 0.146×GI + 0.133×VI + 0.113×RL + 0.087×BL + 0.056×RCDR ( R₂²=0.801 ) 。结合主成分分析、相关性分析和逐步回归分析筛选出发芽指数、活力指数和根长作为长果种黄麻萌发期综合耐镉鉴定指标。本研究为长果黄麻耐镉品种的培育和优异基因资源的挖掘奠定了基础。

江苏裸大麦种质资源遗传多样性和群体结构分析

李赢, 刘海翠, 石吕, 石晓旭, 韩笑, 刘建, 魏亚凤

作物学报. 2023, (10):  2687-2697.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.31006

摘要 ( 320 )   HTML ( 17 )   PDF (3272KB) ( 435 )  

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长江中下游及沿海地区曾是我国裸大麦的两大产区之一, 其中以江苏省面积最大, 是全国裸大麦重要生产基地。研究江苏裸大麦种质资源的遗传多样性和群体结构, 对于拓宽现有裸大麦资源的遗传基础、挖掘丰富优异等位变异、提高裸大麦育种效率具有重要意义。本研究利用38对SSR标记对230份江苏裸大麦材料和其他7个来源的109份裸大麦材料进行了遗传多样性分析, 共检测到242个等位变异, 平均每对引物检测到的等位基因数和有效等位基因数分别为6.3684个和3.0932个, 平均Shannon's多样性指数和Nei's基因多样性指数分别为1.2189和0.5857。多态性信息含量均值为0.5486, 具有高度多态性。按照来源划分群体, 江苏裸大麦群体观测到的等位基因数最多为5.4737个, 有效等位基因数为2.5347个, 平均Shannon's多样性指数、Nei's多样性指数和多态性信息含量(PIC)值为0.9551、0.5004和0.4593。群体间和群体内的遗传变异是导致裸大麦间产生遗传多样性的主要原因, 裸大麦群体间发生遗传分化的主要原因是基因流。不同群体间的遗传分化系数和遗传距离与地理位置的远近没有明确相关性。聚类分析、群体结构分析和主成分分析将裸大麦资源均分为4组, 聚类结果可相互佐证且与地理位置相关性不明显。群体结构分析表明, 江苏裸大麦群体在4个类群均有分布, 与其他群体分化明显。339份材料中295份材料Q值≥0.6, 大部分裸大麦材料血缘比较单一。

花生蔗糖含量与蛋白质和含油量的相关性分析及蔗糖含量QTL定位

郭建斌, 成良强, 李威涛, 刘念, 罗怀勇, 丁膺宾, 喻博伦, 陈伟刚, 黄莉, 周小静, 雷永, 廖伯寿, 姜慧芳

作物学报. 2023, (10):  2698-2704.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24251

摘要 ( 317 )   HTML ( 14 )   PDF (392KB) ( 521 )  

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随着食用型花生市场规模的日益扩大, 食用花生的品质特性备受关注。甜味是影响食用花生风味和口感的重要指标, 而花生甜味主要来源于蔗糖。提高蔗糖含量是培育食用型花生的关键, 定位蔗糖含量相关的QTL, 将为花生高糖分子育种奠定基础。但提高蔗糖可能对蛋白质和含油量有影响。本研究以徐花13和中花6号为亲本构建的重组自交系群体(RIL)为材料, 分析了蔗糖与蛋白质和含油量的关系, 并对蔗糖含量进行了QTL定位。结果表明, 蔗糖含量与蛋白质含量无显著相关性, 而与含油量呈极显著负相关; RIL群体中蔗糖含量变异广泛, 变异范围为14.33~61.42 mg g^-1; 筛选出2份高蛋白低脂肪中等含糖量的材料。通过该群体的遗传连锁图, 在3个环境下共检测到10个QTL, 分布在6条染色体上, 贡献率为4.56%~12.25%。其中, qSUCA07能在3个环境下被重复检测到。本研究为蔗糖含量精细定位和培育性状优良的食用型花生品种提供了重要信息。

田间条件下不同棉花品种叶片响应化学脱叶剂噻苯隆的转录组分析

朱继杰, 王士杰, 赵红霞, 贾晓昀, 李妙, 王国印

作物学报. 2023, (10):  2705-2716.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24261

摘要 ( 391 )   HTML ( 14 )   PDF (3051KB) ( 425 )  

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噻苯隆是棉花脱叶的主要化学药剂, 在实现棉花机械采收中发挥了关键作用。目前, 噻苯隆在大田环境下诱导棉花叶片脱落的分子调控机制研究较少。本研究以噻苯隆敏感型品种(冀丰914)和不敏感型株系(04-1685)为材料, 测定叶片的乙烯、细胞分裂素和脱落酸含量, 同时利用RNA-seq技术, 分析噻苯隆处理后0 d、1 d、3 d、5 d叶片的基因表达变化, 利用WGCNA (Weighted gene coexpression network analysis)分析筛选基因共表达模块, 利用GO和KEGG分析基因功能。结果表明, 冀丰914的乙烯、细胞分裂素和脱落酸含量在处理后1 d达到最高, 04-1685的激素含量在处理后3 d达到最高。通过RNA-seq筛选到33,283个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs), 通过WGCNA分析, 分别筛选到2个和3个与激素和样本高度相关的模块, 模块内的基因主要参与非生物胁迫响应、昼夜节律、物质代谢等过程。通过分析植物激素、胁迫响应、昼夜节律等主要过程相关基因的表达量发现, 激素相关基因在敏感型品种冀丰914中的表达量更高, 其中乙烯信号响应基因在处理后5 d内均保持在较高的表达水平, 脱落酸信号响应基因在处理后1 d内保持较高的表达水平, 细胞分裂素代谢相关基因在处理后1 d内表达量很低, 处理后3 d和5 d的表达量急剧增加。处理后1 d和3 d, 热激蛋白基因(HSP70、HSP90、ATJ3)、钙稳态调控基因(CRT3、NCL)和节律基因(LNK2、APRR9、CCA1)显著下调表达, 节律基因(ARR8)上调表达。大田环境下喷施噻苯隆, 在引起激素含量变化的同时, 可能破坏了植物的昼夜节律、降低对非生物胁迫的应激能力, 从而加速叶片衰老和脱落。本研究为丰富噻苯隆诱导叶片脱落的分子调控机制提供了更多思路。

玉米GST31基因的克隆与表达分析

孙兰兰, 麻荣慧, 薛飞, 杨慕菡, 徐洪乐, 苏旺苍, 鲁传涛, 吴仁海

作物学报. 2023, (10):  2717-2726.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23080

摘要 ( 312 )   HTML ( 13 )   PDF (2539KB) ( 512 )  

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为探究ZmGST31基因的序列特征及除草剂与安全剂对基因表达模式的影响, 本研究以玉米品种“郑单958”为试验材料, 利用反转录PCR (RT-PCR)技术克隆该基因, 分析其核苷酸和编码蛋白序列特性, 并利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术研究其在玉米根茎叶以及除草剂烟嘧磺隆(nicosulfuron, NS)和安全剂双苯噁唑酸(isoxadifen-ethyl, IE)单施和共施24 h、48 h的表达情况。结果显示: ZmGST31编码序列(CDS)长为765 bp, 可编码一个分子式为C₁₂₇₆H₂₀₂₁N₃₃₁O₃₅₃S₄, 氨基酸大小为254个氨基酸, 分子量为27.78 kD, 等电点为6.60的稳定疏水性蛋白。该蛋白主要定位于细胞质, 且无信号肽和跨膜结构, 含有保守的GST_C_Tau结构域和GST_N_Tau结构域, 属于Tau亚家族, 与扫帚黍(Dichanthelium oligosanthes) GSTU17蛋白具有较高的相似性。蛋白互作预测结果显示, ZmGST31与10个蛋白存在互作, 其中包括2个谷胱甘肽合成酶(glutathione synthetase)和5个谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase)。ZmGST31启动子区含有大量的光响应和多种激素响应相关元件。qRT-PCR结果显示ZmGST31在玉米苗期不同部位中均有表达, 其中根中表达量最高, 其次是叶片, 茎最低。除草剂烟嘧磺隆和安全剂双苯噁唑酸处理均能诱导ZmGST31基因在玉米的地上部分中表达, 其诱导作用在处理24 h时最强。本研究表明, ZmGST31的表达受除草剂烟嘧磺隆与安全剂双苯噁唑酸调控, 可能在玉米除草剂毒性降解或安全剂介导的除草剂毒性降解中发挥重要作用。

川渝大豆生育期性状的全基因组关联分析

杨豪, 向仕华, 刘丽, 宁可君, 杨雪, 舒英杰, 何庆元

作物学报. 2023, (10):  2727-2737.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24210

摘要 ( 256 )   HTML ( 5 )   PDF (7598KB) ( 130 )  

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生育期是大豆品种适应生态环境进化的结果, 对产量和农艺性状都有重要影响。解析南方, 特别是挖掘川渝地区大豆生育期相关遗传位点并筛选出候选基因, 能为该地区大豆育种奠定一定的理论基础。以川渝地区227份大豆品种或资源为试验材料, 利用135个SSR标记和107,081个有效SNPs标记进行基因分型, 分别考察及统计了2016年安徽凤阳和四川自贡、2018年安徽凤阳3个环境的营养生长期、生殖生长期、全生育期以及营养生长/生殖生长期比值。川渝大豆4个性状的表型分布整体呈正态分布, 遗传变异受品种、环境和环境互作的显著影响。通过全基因关联分析, 使用SSR标记共检测到51个与生育期性状显著关联的位点, 使用SNP标记检测到70个与生育期性状显著关联的位点。其中在2个以上的环境下同时被检测的区域有: 位于13号染色体BLK_29175719-29275719和BLK_30878620_30978620, 14号染色体BLK_48763386_48863386以及16号染色体BLK_10093551_10293551区块, 在这4个区域内预测到11个与植物生长发育有关的可能候选基因, 同源基因预测表明6个与生育调控相关, 进一步的单倍型分析表明有3个基因单倍型在生育期性状表型上存在显著差异, 分别是Glyma.13g177600、Glyma.13g178500和Glyma.13g195200。

耕作栽培·生理生化

新育成超短生育期品系在双季稻双直播下的产量表现及农艺特性

潘想成, 杨国栋, 符迎迎, 王昕钰, 熊渠, 徐乐, 彭少兵

作物学报. 2023, (10):  2738-2752.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22065

摘要 ( 328 )   HTML ( 19 )   PDF (669KB) ( 656 )  

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为探究新育成超短生育期品系在双季稻双直播模式下的产量表现及关键的高产农艺特性, 本研究以超短生育期新品系CPPC18和4个对照品种(湘早籼6号、早籼615、中早39和两优152)为供试材料, 2021年在湖北黄冈进行双季稻双直播的小区试验和生产示范, 测定冠层光照拦截、干物质积累、倒伏特性、产量和产量构成因子等农艺性状。试验结果表明, 超短生育期新品系在双季稻双直播模式下早晚兼用的单季生育期在95 d以内, 周年生育期为180~183 d, 这比湘早籼6号早晚兼用增加7~9 d, 而比早籼615早晚兼用和中早39与两优152早晚搭配分别缩短4~8 d和16~22 d。在小区试验中, 超短生育期新品系CPPC18的周年产量相比其他品种增加7.2%~14.6%, 达到14.9 t hm^-2。超短生育期新品系较高的周年产量主要得益于其早季较强的早发特性和晚季较高的单位面积颖花数、结实率和收获指数。此外, 超短生育期新品系具有比其他品种更强的抗倒伏能力, 这主要得益于其较低的株高、重心高度和弯曲力矩。在生产示范中, 超短生育期新品系的周年产量同样表现出明显优势, 相比其他对照品种增产12.7%~ 21.6%。综上所述, 超短生育期新品系CPPC18能够满足华中地区双季稻双直播高产稳产要求, 具有良好的推广前景。

不同水分条件下施磷对冬小麦穗花发育及产量的影响

张艳艳, 关涵文, 刘淋茹, 贺利, 段剑钊, 王晨阳, 郭天财, 冯伟

作物学报. 2023, (10):  2753-2765.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21079

摘要 ( 382 )   HTML ( 28 )   PDF (3824KB) ( 410 )  

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为明确不同水分条件下施磷对冬小麦穗花发育成粒的调控效应, 于2020—2022年以重穗型品种周麦16和多穗型品种豫麦49-198为试验材料, 设置3种水分处理(重度干旱W0、中度干旱W1、正常水分W2)和2种磷素水平(不施磷肥P0、施磷肥P1), 利用解剖镜观察小花发育进程, 并测定干物质、可溶性糖含量、氮素含量、磷素含量、产量及其构成因素, 研究不同水分条件下施磷对冬小麦可孕小花发育动态、营养物质的吸收与转运及产量的影响。结果表明, 干旱影响小花的发育和结实, 阻碍了地上部干物质合成及对营养物质的吸收, 显著降低了产量。施磷肥可以促进穗花良好发育, 有效减少小花的退化和败育, 在开花前18 d至开花期, 施磷促进了两小麦品种穗及营养器官的干物质量和氮磷含量、穗部可溶性糖含量、正常水分下营养器官的可溶性糖含量、以及可溶性糖和磷含量的穗/营养器官比值, 而干旱胁迫下营养器官的可溶性糖含量以及氮含量的穗/营养器官比值则呈现相反的趋势。与不施磷肥相比, 施磷处理在3种水分条件下穗粒数与产量均显著提高, 两品种一致, 穗粒数的增幅为7.21%~20.97% (周麦 16)和7.56%~21.84% (豫麦49-198), 产量增幅为13.41%~29.32% (周麦16)和12.66%~29.76% (豫麦49-198), 其中以中度干旱效果最明显。品种间比较, 重穗型品种的穗粒数和产量高于多穗型品种, 而穗数则相反。施磷对穗数和千粒重的影响有所不同, 穗数在重度干旱下施磷处理间差异不显著, 而在中度干旱和正常水分下处理间差异显著, 千粒重在3种水分条件下施磷处理间差异均不显著。可见, 在干旱胁迫下施磷可以促进地上部营养物质生产及同化, 优化可溶性糖、氮及磷素在穗部的分配, 为穗花发育提供充足营养以减少可孕小花退化, 从而提高穗粒数和产量, 其中中度干旱下调控效果最好。研究结果为通过施磷肥缓解干旱胁迫对小麦生长带来的不利影响提供了理论依据和技术支撑。

不同生态区高粱籽粒产量和品质对氮肥施用的响应

刘秋霞, 董二伟, 黄晓磊, 王劲松, 王媛, 焦晓燕

作物学报. 2023, (10):  2766-2776.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34004

摘要 ( 282 )   HTML ( 8 )   PDF (1122KB) ( 313 )  

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研究不同生态区高粱产量和品质对氮肥施用的响应, 分析生态区影响高粱产量形成机制, 对高粱产区优化和促进高粱产业发展具有重要意义。本研究以11个高粱品种为研究材料, 于2020和2021年在山西朔州和晋中开展田间试验, 研究2个生态区高粱抽穗期和收获期的干物质量和氮素积累量、籽粒产量和产量构成以及籽粒品质对氮的响应, 分析高粱籽粒产量形成与物质积累的关系。结果表明: 除2021年不施氮(即连续2年不施氮)处理外, 其他处理朔州试验点高粱产量高于晋中, 施氮和不施氮处理平均增产幅度分别为8.6%~26.7%和13.8%。氮肥施用降低千粒重, 但提高了高粱穗粒数, 穗粒数对产量的相对贡献率达97%; 同一施氮条件下朔州试验点穗粒数显著高于晋中。整体来看2个试验点抽穗期干物质和氮素积累量分别高达收获期的51.93%和68.86%, 且抽穗期干物质量和氮素积累量与籽粒产量均呈显著的一元二次回归关系, 表明提高抽穗期干物质积累对高粱产量形成至关重要; 而不施氮时, 抽穗后干物质量形成也显著影响籽粒产量。与晋中试验点相比, 朔州试验点抽穗期干物质和氮素积累量分别增加40.17%~61.47%和15.72%~47.03%, 而抽穗后干物质和氮素积累量小于晋中试验点, 这说明朔州试验点较高产量的形成与抽穗期干物质和氮素积累量密切相关。此外, 除连续2年不施氮处理外, 朔州试验点高粱籽粒淀粉和单宁含量高于晋中试验点, 但蛋白质含量相对较低。昼夜温差不同可能是导致2个生态区产量品质差异的重要原因。综上可知, 朔州冷凉区高粱产量显著高于晋中温暖半湿润区, 提高高粱抽穗前干物质和氮素积累量对籽粒产量形成十分关键, 冷凉区较大的昼夜温差有利于抽穗前干物质和氮素积累, 促进籽粒产量提高。

迟播和密度对不同油菜品种抗倒伏及产量的影响

巩若琳, 宋波, 杨志叶, 路丽静, 董军刚

作物学报. 2023, (10):  2777-2792.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24248

摘要 ( 398 )   HTML ( 44 )   PDF (6231KB) ( 259 )  

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研究迟播和密度对油菜抗倒伏及产量的影响, 为油菜机械化生产提供理论及技术支撑。以陕油28、秦优28及秦优7号为供试品种, 分别设置3个播期(T1: 9月24日、T2: 10月1日、T3: 10月8日)和3个密度(D1: 22.5万株 hm^-2、D2: 45.0万株 hm^-2、67.5万株 hm^-2)处理, 分析其产量及构成因素、倒伏相关指标、茎秆主要成分含量及显微结构等指标。结果表明: (1) T1、T2下, 随种植密度增加, 3个品种单株产量均下降, 群体产量均先增后降, 倒伏指数均先降后增, 维管束与茎秆横截面积均下降, 维管束面积/茎秆横截面积、茎秆木质素与纤维素含量均先增后降, D2时群体产量最大, 倒伏指数最小, 产量与抗倒伏能力协同增加。迟播条件(T3)下, 随密度增加, 3个品种单株产量、倒伏指数、茎秆木质素及纤维素含量、地上部鲜重、维管束面积及茎秆横截面积及二者之比均显著下降, 群体产量及抗倒性增强, 木质素含量与茎秆抗倒伏能力显著正相关, 群体产量及材料抗倒能力在D3时达最大值。与正常播期(T1)相比, 迟播条件(T3)下, 各密度下, 3个品种单株角果数、每角粒数、单株产量及群体产量、地上鲜重、倒伏指数均显著下降, 但抗倒伏能力增强。(2) 正常播期(T1)下, 3个品种群体产量最高时, 种植密度均为45.0万株 hm^-2。迟播(T3)后, 密度67.5万株 hm^-2时3个品种产量均最高, 其中陕油28的耐密性与耐迟播性最佳。综上所述, 迟播条件下, 选择耐密及耐迟播品种, 并适度增加密度, 可弥补单产不足, 显著提高茎秆木质素及纤维素含量、增强油菜抗倒伏能力, 有效协调高产与倒伏间的矛盾, 通过以密补迟实现迟播油菜高产抗倒。

麦后复种绿肥翻压还田结合减氮对土壤水热特性及玉米产量的影响

王鹏飞, 于爱忠, 王玉珑, 苏向向, 柴健, 李悦, 吕汉强, 尚永盼, 杨学慧

作物学报. 2023, (10):  2793-2805.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23074

摘要 ( 283 )   HTML ( 4 )   PDF (747KB) ( 564 )  

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为了寻求西北灌区集约农田可持续发展的生态高效氮肥管理制度, 本文通过复种绿肥还田结合氮肥调控, 重点从土壤水热特性及玉米产量的角度分析研究, 以期为区域发展节氮增效农业提供理论依据。于2020—2021年在武威绿洲农业试验站开展田间试验, 研究了绿肥还田结合减量施氮(绿肥还田结合减量施氮0, N100; 绿肥还田结合减量施氮10%, N90; 绿肥还田结合减量施氮20%, N80; 绿肥还田结合减量施氮30%, N70; 绿肥还田结合减量施氮40%, N60)对玉米田土壤水热特性及玉米产量的影响。结果表明, N80处理可提高玉米田0~110 cm土层土壤含水量, 而且还合理调节0~25 cm土壤温度, 在播种期, N80处理较N70、N60处理土壤温度提高0.6~0.8℃, 土壤积温提高22~32℃, 有利于玉米出苗; 在吐丝期至灌浆期, N80处理较N100、N90处理土壤温度降低0.5~0.8℃, 土壤积温降低29~41℃, 有效避免了玉米根系及叶片发生早衰, 同时N80处理在增温和降温阶段的变化幅度小于其他处理, 稳温效果较好; 且该条件下玉米籽粒产量相较于传统施氮处理未下降。通过相关性分析表明玉米籽粒产量与土壤温度间呈显著正相关关系, 而与土壤水分间无显著相关关系。因此, 麦后复种绿肥翻压还田结合减量施氮20%可作为西北绿洲灌区发展蓄水调温的合理氮肥管理制度。

不同气候年型下耕作覆盖对宁南旱区土壤水热及马铃薯产量的影响

赵富贵, 张龙, 李丹, 韩固, 王楠, 侯贤清

作物学报. 2023, (10):  2806-2819.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24209

摘要 ( 243 )   HTML ( 8 )   PDF (879KB) ( 96 )  

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为探讨宁夏南部地区不同气候年型下耕作结合覆盖措施对旱作农田土壤水分、温度和马铃薯产量形成的影响, 于2014—2016年设置不同耕作(免耕、深松、翻耕)和覆盖(不覆盖、玉米秸秆、塑料地膜)双因素裂区定位试验。结果表明, 地膜覆盖对0~25 cm土壤温度有增温效应, 秸秆覆盖有降温效应; 2014年(正常年)免耕秸秆覆盖降低马铃薯苗期至块茎膨大期土壤温度效果最佳, 较翻耕不覆盖显著显著降低3.5℃。秸秆覆盖下0~200 cm层土壤贮水量最高; 深松、免耕土壤贮水量均高于翻耕; 深松秸秆覆盖增加苗期至块茎膨大期土壤贮水量效果最佳, 较翻耕不覆盖在正常年和高温年分别显著增加15.80%、20.77%。在正常年免耕地膜覆盖出苗率最高, 较翻耕不覆盖显著增加24.12%; 在高温年免耕秸秆覆盖出苗率最高, 较翻耕不覆盖显著增加19.32%。将马铃薯地上部生物量进行Logistic生长模拟后发现, 在正常年免耕秸秆覆盖快速生长持续期和干物质最大积累参数最高, 干物质最大积累速率较翻耕不覆盖显著增加15.80%, 在高温年深松秸秆覆盖快速生长持续期和干物质最大积累速率最高, 干物质最大积累速率较翻耕不覆盖显著增加24.28%。所有处理中, 在正常年免耕秸秆覆盖马铃薯产量最高, 较翻耕不覆盖显著增加51.82%, 在高温年深松秸秆覆盖产量最高, 较翻耕不覆盖显著增加62.08%。正常年块茎形成期的土壤水分、温度对马铃薯产量形成的影响最大, 而高温年现蕾期的土壤水分、温度对马铃薯产量形成的影响最大。可见, 深松或免耕结合秸秆覆盖能改善宁南旱区土壤水热环境, 促进马铃薯生长发育, 进而实现作物显著增产。

秸秆还田配施氮肥对土壤性质及玉米水氮利用效率的影响

李荣, 勉有明, 侯贤清, 李培富, 王西娜

作物学报. 2023, (10):  2820-2832.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23065

摘要 ( 286 )   HTML ( 9 )   PDF (537KB) ( 408 )  

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为探讨宁夏扬黄灌区秸秆还田配施不同氮肥用量对土壤理化性质、玉米产量及水氮利用效率的影响, 在玉米秸秆全量还田条件下, 通过3年大田试验设置3种纯氮施用水平[150 kg hm^-2 (N1)、300 kg hm^-2 (N2)、450 kg hm^-2 (N3)], 以不施氮肥为对照(CK), 研究了秸秆还田配施氮肥对灰钙土土壤容重、水分、养分和玉米产量及水氮利用效率的影响。结果表明, 秸秆还田配施氮肥可改善耕层(0~40 cm)土壤容重和孔隙状况, 以N2和N3处理效果较优, 平均土壤容重分别较CK显著降低5.1%和7.3%, 土壤总孔隙度分别显著提高7.0%和10.0%。施氮可提高耕层土壤有机碳和全氮含量, 土壤碳氮比随施氮量的增加而降低, 以N2和N3处理效果较好。N2处理对提高耕层土壤速效养分含量最佳, 其土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较CK显著提高18.8%、19.0%、17.2%。秸秆还田条件下施氮肥能改善玉米产量性状和显著提高籽粒产量、生物产量和收获指数, 以N2处理效果最佳, 平均较CK显著增产38.0%。对3年玉米籽粒产量与施纯氮量关系进行拟合发现, 施氮量为285.2 kg hm^-2时, 可使实现玉米籽粒产量最高。与CK相比, N2处理对提高玉米水分利用效率最优(38.1%); N1和N2处理的氮肥农学效率(12.2~12.4 kg kg^-1)和氮肥利用率较高(34.5%~39.2%)。因此, 从氮肥用量减施、玉米丰产和水氮高效利用角度考虑, 施纯氮量250~300 kg hm^-2可改善宁夏扬黄灌区灰钙土理化性质, 增强土壤蓄水能力, 对提高玉米产量和水氮利用效率效果较好, 建议在秸秆还田过程中配合应用。

研究简报

匀播和条播小麦产量及干物质积累对春季灌水量的响应

于慧玲, 阚茗溪, 徐哲莉, 马瑞琦, 刘阿康, 王德梅, 王艳杰, 杨玉双, 赵广才, 常旭虹

作物学报. 2023, (10):  2833-2844.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21069

摘要 ( 272 )   HTML ( 10 )   PDF (715KB) ( 339 )  

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为明确新型播种方式立体匀播条件下小麦干物质积累及对水分的利用情况, 挖掘播种方式节水潜力。本试验于2020—2021年冬小麦生长季在石家庄和北京2个试点进行同步试验, 以中筋节水型小麦“轮选103”为供试品种, 采用裂区试验设计, 主区设3个灌水量: 600 m³ hm^-2 (W₁)、900 m³ hm^-2 (W₂)和1200 m³ hm^-2 (W₃); 副区为立体匀播(S₁)和常规条播(S₂)两种播种方式, 从产量构成、物质积累与转运、水分利用角度研究不同播种方式下小麦对春季灌水量的响应差异, 为小麦节水生产提供理论依据和技术支撑。结果表明: 相同灌水量条件下, 立体匀播产量高于常规条播, 主要是其叶面积指数(LAI)较高, 且随着生育进程的推进变化较为稳定; 同时, 匀播小麦功能叶的光合性能优于条播, 利于合成更多的有机物, 使得匀播小麦各器官的干物质积累量和花后光合积累量均高于条播, 提高水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE), 表现出较好的产量优势。当灌水量为600 m³ hm^-2 (W₁)时, 匀播较条播产量增加最多, 为832.0 kg hm^-2, 增幅为9.89%, 茎鞘、叶片和穗的干物质量匀播较条播平均增加25.15%、27.64%和18.68%, WUE和IWUE分别显著提高11.16%和9.92%; 播种方式间的最大相对生长速率在灌水量为900 m³ hm^-2 (W₂)时差异最大, 匀播较条播快0.021~0.025 g 株^-1 d^-1, 在该灌水量下干物质积累最大相对生长速率出现的时间(t_m)提前, 快速生长期持续的天数(Δt)最短, 且石家庄试点出现的时间早于北京试点; 花后光合积累量在灌水量为1200 m³ hm^-2 (W₃)时匀播显著高于条播, 匀播较条播平均增产4.37%。灰色关联度分析表明, 两试点匀播小麦的穗数、千粒重与产量密切相关, 而条播小麦的净光合速率与产量的关联度较高。总体分析发现, 相同灌水量下, 与常规条播相比, 匀播小麦通过提高LAI延长高值持续期, 或者提高净光合速率, 或者促进干物质积累而提高产量, 尤其在较低的灌水量条件下, 选用匀播播种方式, 可在相同的灌水投入下, 高效利用水量, 从而获得较高的产量, 增加效益。因此, 匀播方式更适合生产中灌水条件不足的地区, 可以充分发挥其高效节水功能。

叶喷有机硒对黑糯玉米硒吸收及籽粒花青素和铁锰铜锌的影响

黄婷苗, 詹昕, 陆乃昆, 乔月静, 陈杰, 杨珍平, 高志强

作物学报. 2023, (10):  2845-2853.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.33005

摘要 ( 282 )   HTML ( 3 )   PDF (528KB) ( 406 )  

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探索黑糯玉米硒吸收利用和籽粒营养品质对叶面喷施有机硒肥的响应, 对生产中合理施用硒肥, 进而支撑山西“特” “优”农业高质量发展具有重要意义。本研究以品种晋鲜糯8号为试验材料, 于2020—2021年连续2年在山西晋中黑糯玉米典型种植区开展田间试验, 设置一次喷施不同用量有机硒0、6和12 g Se hm^-2, 以及喷施量12 g Se hm^-2条件下分2次喷施, 共4个处理, 研究叶喷有机硒对黑糯玉米产量、硒吸收利用、籽粒花青素和铁锰铜锌含量的影响。结果表明, 喷硒量和喷硒次数对黑糯玉米鲜食期籽粒产量和成熟期地上部各器官干物质量无影响。相比不喷硒, 喷硒可提高鲜食期籽粒和成熟期地上部各器官硒含量、硒积累。喷硒12 g Se hm^-2时, 籽粒硒含量达到满足人体硒营养需求的最低目标值100 μg kg^-1, 增幅最大, 介于110~181 μg kg^-1。成熟期, 植株各器官硒积累从高到低依次为叶片、籽粒、茎秆、苞叶、穗轴。喷硒12 g Se hm^-2, 分2次喷施的平均籽粒硒强化指数和籽粒硒回收率分别为6.95 (μg kg^-1) (g hm^-2) ^-1和2.4%, 优于1次喷施。同时, 鲜食期籽粒花青素和铁锰锌含量也最高, 2年平均值分别为209、27.9、15.9和22.8 mg kg^-1, 但各处理间籽粒铜含量无差异。因此, 兼顾硒吸收利用和籽粒营养品质同步提升, 该区黑糯玉米生产中叶喷有机硒肥用量至少应不低于12 g Se hm^-2, 且分2次喷施效果较优。

基于留一交叉验证法的APSIM-Maize产量模拟

杨雪宁, 张永强, 张选泽, 马宁, 张俊梅

作物学报. 2023, (10):  2854-2860.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23064

摘要 ( 271 )   HTML ( 8 )   PDF (3403KB) ( 260 )  

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作物生长模型APSIM广泛应用于作物估产和农业生产管理中, 在观测数据有限的情况下, 开展留一交叉验证是提高模型模拟能力的关键途径。本研究以内蒙古十大孔兑地区春玉米为研究对象, 量化分析了APSIM-Maize模型模拟2012—2019年间玉米产量对关键参数的敏感性, 并根据参数敏感性强弱对APSIM-Maize模型进行交叉验证与参数率定, 提高了模型模拟能力。主要结果为: (1) 影响春玉米产量的敏感性参数由强到弱依次是: 蒸腾效率系数、辐射利用效率、开花到成熟的积温、出苗到拔节的积温、开花到灌浆的积温、潜在灌浆速率、光周期和最大穗粒数; (2) 交叉验证时, APSIM-Maize模型各参数变异系数在1.06%~23.32%之间波动, 总体上模型参数变异性小, 可靠性高; (3) APSIM-Maize模型经过参数率定后的模拟产量与实测产量具有较好的一致性(R² = 0.72, RMSE = 401.5 kg hm^-2), 模型在十大孔兑地区春玉米产量的评估中表现出较好的适应性。本研究为在农田试验数据有限情况下提高模型率定参数的可靠性提供了新的研究思路和科学依据。