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2023年 第49卷 第11期 刊出日期：2023-11-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

大豆芽期耐高温评价方法构建及耐高温种质资源筛选

李佳佳, 龙群, 朱尚尚, 单雅敬, 吴美燕, 鲁云, 支现管, 廖威, 陈浩然, 赵振邦, 苗龙, 高慧慧, 李英慧, 王晓波, 邱丽娟

作物学报. 2023, (11):  2863-2875.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34025

摘要 ( 548 )   HTML ( 58 )   PDF (530KB) ( 1013 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

极端高温事件频增导致大豆生产接连遭受高温热害, 严重影响其产量构成和品质性状。种子在发芽阶段对外界环境变化较为敏感, 温度升高及伴随而来的干旱等现象会影响大豆种子出苗。建立一套科学的大豆芽期耐高温评价方法, 可以为早期耐高温鉴定、耐高温种质选育以及遗传机制研究提供理论基础。本研究以385份大豆种质资源为材料, 利用人工气候培养箱创造高温环境, 于芽期进行高温处理3 d (40℃, 8 h光照/16 h黑暗)。相较于对照(25℃, 8 h光照/16 h黑暗), 高温处理后大豆芽期下胚轴长显著下降10.9% (P<0.05); 根鲜重、根干重和根冠比等指标分别极显著增加了13.10%、22.20%和16.90% (P<0.01), 结果表明, 高温处理会显著影响大豆芽期地上部与地下部生物量的分布。对各性状耐高温系数进行主成分分析, 将11个指标转换成3个主成分因子, 进一步通过隶属函数标准化分析计算获得大豆响应高温胁迫综合评价值(H), 并基于H值对参试品种进行聚类分析。最终将385份种质资源芽期耐高温特性划分为5个等级, 即: I级(耐高温型)、II级(较耐高温型)、III级(中间型)、IV级(高温较敏感型)和V级(高温敏感型), 综合试验中具体表现, 筛选出4个芽期耐高温型大豆品种(H245、H070、H268和H216)。对各项指标逐步回归分析后, 建立大豆芽期耐高温综合评价(H值)预测模型: H = 0.191+0.017X₁-0.007X₂+0.013X₇+0.027X₈-0.009X₁₀ (R²=0.9752), 筛选出下胚轴长(X₁)、主根长(X₂)、下胚轴干重(X₇)、根鲜重(X₈)和简化活力指数(X₁₀) 5个指标可以作为大豆芽期耐高温评价指标。

Maize 6H-60K芯片在玉米实质性派生品种鉴定中的应用分析

田红丽, 张如养, 范亚明, 杨扬, 张云龙, 易红梅, 邢锦丰, 王凤格, 赵久然

作物学报. 2023, (11):  2876-2885.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23066

摘要 ( 310 )   HTML ( 31 )   PDF (1483KB) ( 253 )  

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玉米实质性派生品种鉴定已成为当前种业知识产权保护的热点之一。为加快其精准高效分子鉴定技术的建立, 本文利用多种类型派生品种为研究材料: 京2416与京2416C (两者为遗传背景高度相近的两个自交系), 京724与京72464 (两者为遗传背景相近的两个自交系), 以及由京724与京72464两者构建的893个DH系遗传群体等。研究分析了Maize 6H-60K芯片(包含61,214个SNP位点集合)应用于玉米派生品种鉴定的潜力。结果显示: (1) 京2416与京2416C间存在829个SNP位点差异, GS值(遗传相似度)为98.7%, 56.7%的差异位点集中分布在5号染色体长度约39 Mb区域内。(2) 京724与京72464之间差异位点数目为4912个, GS值为90.1%, 44.8%的差异位点集中分布在3号染色体上。(3) 893个DH系与2个亲本京724及京72464之间的GS值分布均呈现连续性, 其中与京724之间的GS值范围88.0%~97.0%, 平均值为92.6%; 与京72464之间的GS值范围88.3%~98.6%, 平均值为94.5%。(4) 893个DH系进行两两成对比较, 共比较398,278对, 所有DH系之间均有明确的SNP位点差异; GS值最小为87.5%, 最大为99.9%, 平均值为94.3%。结果表明Maize 6H-60K包含的SNP位点集能够精准评估派生、近似或极近似自交系及DH系的遗传背景, 将所有材料一一鉴别明确区分开来, 并具有进一步锁定与派生性状连锁标记的潜力。建议亟需基于Maize 6H-60K SNP位点集合, 利用高效芯片、靶向测序等平台建立玉米实质性派生品种分子鉴定技术规程, 为玉米品种知识产权保护、品种创新等提供技术支撑。

小麦旗叶形态相关性状全基因组关联分析

王睿, 任毅, 程宇坤, 王伟, 张志辉, 耿洪伟

作物学报. 2023, (11):  2886-2901.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21085

摘要 ( 330 )   HTML ( 34 )   PDF (1269KB) ( 331 )  

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小麦旗叶是进行光合作用的主要功能叶, 对产量有着重要贡献。为了解小麦旗叶形态的遗传机制, 挖掘旗叶形态相关性状的候选基因, 本研究采用300份小麦品种(系), 结合90K SNP基因芯片对5种环境下正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)条件下的旗叶长、宽、面积进行全基因组关联分析。结果表明, 旗叶长、宽、面积在2种水分处理下表现出显著差异(P<0.05), 在不同的环境下表现出丰富的表型变异, 变异系数为0.07~0.23。全基因组关联分析(genome- wide association study, GWAS)结果显示, 共检测到37个与旗叶长、宽、面积显著相关的稳定遗传位点, 分布于1D、2A、2B、3A、3D、4A、5A、5B、6A、6B、7A、7B染色体上, 单个SNP位点可解释遗传变异为3.70%~9.05%, 其中正常灌溉下检测到22个稳定遗传位点, 干旱胁迫下检测到15个稳定遗传位点。2种处理下共同检测到的稳定遗传位点有8个, 位于2B、3A、5A、6A、7A、7B染色体上。在2B、3A、6A、7A染色体上检测到5个同时与多个性状相关联的稳定遗传位点。对稳定遗传且贡献率较大的标记处进行单倍型分析, 发现与旗叶长显著相关的Kukri_ c1406_275 (R²=9.05%)标记存在FLL-Hap1、FLL-Hap2和FLL-Hap3三种单倍型, 与旗叶面积显著相关的wsnp_ bq170165A_Ta_1_1 (R²=7.88%)标记同样存在FLA-Hap1、FLA-Hap2和FLA-Hap3三种单倍型。结合表型分析, 在300份冬小麦品种(系)中含有FLL-Hap1 (出现频率为77.78%)或FLL-Hap2 (18.89%)单倍型品种(系)的旗叶长显著高于含有FLL-Hap3 (3.33%)单倍型品种(系)的旗叶长, 含有FLA-Hap1 (48.19%)单倍型品种(系)的旗叶面积显著高于含有FLA-Hap2 (30.80%)或FLA-Hap3 (21.01%)单倍型品种(系)的旗叶面积(P<0.05)。不同单倍型在不同冬小麦品种(系)中分布不同, 单倍型FLL-Hap1在国外品种(系)占比较大, 单倍型FLL-Hap2、FLL-Hap3分别在北部冬麦区和西南冬麦区占比较大。单倍型FLA-Hap1和FLA-Hap2分别在西南冬麦区和北部冬麦区出现频率较高, 单倍型FLA-Hap3在所有冬麦区无较高出现频率。对多环境下检测到的稳定遗传位点进行候选基因挖掘, 筛选出5个与旗叶形态相关的候选基因, 这些候选基因可作为旗叶相关性状重要基因。

芸薹属同源异源六倍体(B^cB^cC^cC^cC^oC^o)染色体片段缺失的鉴定及其在色泽形成基因定位中的应用

邱杰, 王泰, 蔡博伟, 段圣省, 徐林珊, 陈晓迪, 王晶, 葛贤宏, 李再云

作物学报. 2023, (11):  2902-2912.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24287

摘要 ( 186 )   HTML ( 17 )   PDF (2902KB) ( 92 )  

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多倍化导致物种的基因组趋于复杂, 基因拷贝数增多, 为性状的遗传解析及基因定位、功能分析带来挑战。染色体片段缺失往往导致相应的表型变化, 而控制这些表型的基因就位于缺失片段内。根据这个原理可以利用染色体缺失品系迅速、准确地将相关基因定位于特定染色体上/染色体区段内。本研究以紫株、黄花埃塞俄比亚芥(Brassica carinata, B^cB^cC^cC^c, 2n=34)为母本与绿株、白花芥蓝(Brassica oleracea, C^oC^o, 2n=18)杂交合成同源异源六倍体(B^cB^cC^cC^cC^oC^o)。在杂种幼胚培养、加倍过程中, 同一个幼胚愈伤组织中分化出2种表型不同的六倍体植株: 紫株、淡黄花与绿株、白花。细胞学观察、荧光原位杂交、基因组重测序分析表明与紫株相比, 绿株基因组B04染色体存在大片段缺失。转录组分析表明, 缺失区段内的DFR基因以及位于参考基因组B03染色体上的MYB90基因可能为控制紫株六倍体紫色形成的关键基因; 而位于缺失区段内的Z-ISO以及CRTISO2则是控制黄色花瓣形成的关键基因。

一个玉米ZmMs7复等位基因突变体的遗传分析与分子鉴定

曹枭雄, 刘伊凡, 周玉强, 王婧, 吴宇锦, 王红武, 李坤, 刘小刚, 黄长玲, 刘志芳, 郭晋杰, 胡小娇

作物学报. 2023, (11):  2913-2922.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.33002

摘要 ( 240 )   HTML ( 30 )   PDF (3669KB) ( 362 )  

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我们在自然群体中发现了一个玉米雄性不育突变体(male sterile mutant), 命名为ms20s1。该突变体雄花育性彻底丧失, 花药干瘪皱缩, 没有花粉形成。细胞学分析发现, 与野生型相比, ms20s1突变体花药在S11期表现出明显的药室收缩, 绒毡层细胞肿胀, 小孢子破裂的表型, 表明ms20s1突变体绒毡层细胞程序性死亡出现异常, 且花粉败育。遗传分析表明该不育性状受单个隐性核基因控制。为克隆目标基因, 以ms20s1为母本分别与不同自交系杂交构建F₂定位群体, 利用靶向测序技术(GBTS)分析群体基因型, 将基因定位于7号染色体124.95~128.47 Mb之间, 进一步精细定位将该区间缩小到0.68 Mb。生物信息学分析发现, 该区间存在一个已知基因ZmMs7。ZmMs7基因编码PHD-finger转录因子, 在绒毡层发育和花粉外壁的形成过程中发挥重要作用。等位测验分析发现ms20s1为ZmMs7基因的等位突变体。基因测序结果表明ms20s1突变体在外显子区存在多处序列变异, 与所报道的ZmMs7基因已知突变体ms7-6007和ms7gl的突变方式不同, 证明ms20s1是一个新的ZmMs7基因等位突变体。突变体ms20s1的发现与鉴定为探讨玉米核雄性不育的分子机制以及育种应用提供了新的材料。

马铃薯苗期耐碱性鉴定方法及86份种质资源耐碱性综合评价

赵朋, 陈广侠, 张宴萍, 杨晓慧, 刘芳, 董道峰

作物学报. 2023, (11):  2923-2934.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24278

摘要 ( 280 )   HTML ( 29 )   PDF (463KB) ( 589 )  

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我国土地盐碱化问题十分严重, 盐碱地面积达1亿公顷, 其中可利用盐碱地约0.33亿公顷。选育耐盐碱农作物新品种是提高盐碱地利用率的有效手段。马铃薯耐盐碱研究集中在耐盐性, 而耐碱性研究相对较少。本研究对5个马铃薯品种(系)组培苗在不同浓度NaHCO₃模拟碱胁迫下的株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率指标进行测定, 统计不同浓度碱胁迫下各指标的变异系数, 结合有效生长率, 确定了马铃薯组培苗耐碱性鉴定最适浓度为5 mmol L^-1 NaHCO₃。对86个马铃薯品种(系)进行5 mmol L^-1 NaHCO₃碱胁迫, 测定株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率指标耐碱系数, 通过主成分分析和隶属函数转换, 得出耐碱性综合评价A值, 中薯3号A值最低, 北方008 A值最高。耐碱性综合评价聚类分析结果表明86份马铃薯品种(系)可分为5组, 其中强耐碱马铃薯品种(系)为北方008、SDP632、SDP562、SDP274、SDP869和SDP750。通过逐步回归分析建立了耐碱性综合评价A值与各表型指标耐碱系数之间的回归方程, A = 0.214X₁ + 0.341X₂ + 0.398X₃ - 0.177X₄ - 0.026, 4个自变量依次为株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率的耐碱系数。本研究建立的马铃薯组培苗耐碱性综合评价体系有助于马铃薯种质资源耐碱性初步评估, 筛选出的碱胁迫敏感与高耐受种质材料为进一步研究马铃薯耐碱胁迫分子调控机理和抗碱胁迫育种奠定了基础。

基于BSA-seq方法挖掘大豆再生相关候选基因

赵宇晶, 张滨烁, 苏安玉, 于振海, 李佳欢, 林洋, 张艳婷, 武小霞, 赵莹

作物学报. 2023, (11):  2935-2948.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24276

摘要 ( 288 )   HTML ( 20 )   PDF (6503KB) ( 438 )  

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转基因生物育种技术可以定向改良大豆品种, 为大豆定向育种提供一种新思路。为寻找与大豆再生相关的基因, 探索大豆再生规律、提高遗传转化效率, 本研究利用再生能力强材料东农50、再生能力弱材料Keburi及其子代RIL群体的200份材料进行大豆器官发生试验, 比较不同基因型之间再生能力的差异, 筛选出极端材料各20份, 后通过BSA-seq (bulked segregant analysis sequencing)技术对大豆再生候选基因进行初步定位, 共获得88.04 G的clean data, 平均测序深度为20.03×, 定位到2 Mb区间, 利用GO等数据库对区间内基因进行富集分析, 差异表达基因主要富集在纤维素微纤维组织、植物型细胞壁组织或生物发生等20个条目中, 其中被显著富集的植物型细胞壁组织或生物发生条目中共有6个基因, 对6个基因进行组织表达量分析, 在丛生芽伸长期间表达水平较高, 说明其在大豆再生过程中发挥作用, 可能为影响大豆再生的关键基因。本研究为大豆再生机制研究提供了重要的候选基因信息与必要的材料基础。

亚麻PLA1基因家族的鉴定及表达分析

赵丽蓉, 李雯, 王利民, 齐燕妮, 李闻娟, 谢亚萍, 党照, 赵玮, 张建平

作物学报. 2023, (11):  2949-3295.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24224

摘要 ( 247 )   HTML ( 14 )   PDF (7753KB) ( 183 )  

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磷脂酶A1 (Phospholipase A1, PLA1)在植物生长发育及胁迫反应中发挥着重要作用, 但目前关于PLA1在亚麻中的鉴定与表达特征尚未见报道。本研究利用生物信息学方法对包括亚麻在内的7个物种PLA1基因家族进行鉴定, 分析了亚麻PLA1 (LuPLA1)的序列特征、系统进化关系、顺式作用元件、共线性关系及其复制事件, 并利用转录组数据分析了其在不同遗传背景、不同器官中的表达模式, 利用qRT-PCR分析了其在不同组织、不同发育时期及胁迫处理下的表达模式。结果表明, 在亚麻、拟南芥、玉米、水稻、大豆、蓖麻及木薯基因组中分别鉴定到14、21、15、20、41、18和35个PLA1成员; LuPLA1基因分布于8条染色体上。序列特征分析发现, 除LuPLA1-7和LuPLA1-10外, 其他家族成员都具有内含子且多数含有1个内含子; LuPLA1蛋白序列长度为388~1759 aa, 等电点为5.99~9.19, 分子量为41.55~192.61 kD, 均为亲水性蛋白, 大多数定位于液泡, 含有4~25个Motif。系统进化分析将PLA1蛋白分为4个分支, 其中第IV分支PLA1成员数量最多。共线性分析表明, LuPLA1在拟南芥、玉米、水稻、木薯及大豆中均具有同源基因且与大豆、木薯的同源基因最多。LuPLA1家族成员中共有2对基因发生串联复制, 7对基因发生片段复制, 且都经历了纯化选择。转录组分析发现大多LuPLA1成员表现为器官特异性表达。LuPLA1启动子区含大量激素与逆境响应相关元件, qRT-PCR分析进一步证实LuPLA1基因受激素、干旱、高盐、低温及高温诱导表达。其中LuPLA1-1受IAA诱导表达; LuPLA1-1和LuPLA1-6受NAA诱导表达; LuPLA1-1、LuPLA1-5和LuPLA1-6受GA₃诱导表达; LuPLA1-12/14受NaCl和PEG诱导表达; 除LuPLA1-2/4外, 其余基因均受高温诱导表达; 所有LuPLA1受低温诱导表达, 对低温的响应最为明显。本研究为进一步解析LuPLA1基因家族的功能奠定了基础。

不同氮利用效率小麦品种TaNRT/TaNPF家族基因表达特点

王露露, 仪子博, 王浩哲, 能芙蓉, 马新明, 张志勇, 王小纯

作物学报. 2023, (11):  2966-2977.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21063

摘要 ( 276 )   HTML ( 12 )   PDF (3172KB) ( 311 )  

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氮素是小麦生长发育的必需元素之一, NO₃^--N是小麦从土壤中获取氮的主要形式。NRT/NPF家族基因编码膜转运蛋白, 主要参与植物NO₃^--N吸收、运输及分配。为了解小麦NRT/NPF家族基因与氮素利用的关系, 选用氮高效小麦品种周麦27 (ZM27)和氮低效品种矮抗58 (AK58), 利用二代测序技术, 研究了不同氮水平(N120、N225、N330)开花期TaNRT/TaNPF家族基因在旗叶中的表达特点。结果表明, 二代测序鉴定到386个TaNRT/TaNPF家族基因; 与AK58相比, ZM27在氮减量(N120)、正常(N225)、过量(N330)条件下差异表达基因分别为27、16和23个, 上调表达基因分别为16 (59.26%)、12 (75%)和19 (82.61%)个; 减氮条件下ZM27有7个特异下调表达基因, 氮过量条件下TaNPF8.1表达量最高, 且显著上调1.5倍。可见, TaNRT/TaNPF家族基因表达水平受施氮量及品种调控。利用小麦网络数据库分析发现TaNRT/TaNPF家族基因表达具有组织特异性及染色体偏好性, 旗叶表达量最高的TaNPF8.1定位于3A染色体, 根系特异表达的TaNRT2.2和TaNRT3.1主要分布于6号染色体, 茎秆特异表达的TaNPF4.5主要分布在2号染色体。qRT-PCR分析显示TaNRT/TaNPF基因表达特点与二代转录组及网络数据结果一致。TaNPF8.1、TaNPF4.5和TaNRT3.1蛋白互作分析发现, NO₃^--N转运可能还需要转录因子MYB、叶绿素A-B结合蛋白、伴侣蛋白等协同参与, 为进一步研究TaNRT/TaNPF家族表达与氮素吸收利用的关系奠定了基础。

马铃薯PAL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下和块茎花色素苷合成中的表达分析

朱金勇, 刘震, 曾钰婷, 李志涛, 陈丽敏, 李泓阳, 史田斌, 张俊莲, 白江平, 刘玉汇

作物学报. 2023, (11):  2978-2990.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24247

摘要 ( 261 )   HTML ( 11 )   PDF (1835KB) ( 231 )  

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苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase, PAL)是苯丙烷代谢途径的限速酶和关键酶, 在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下, 利用BlastP和HMM 3.1鉴定到8个PAL基因家族成员, 利用ExPASy、CELLO、PlantCARE等在线工具, 对PAL基因家族成员的进行生物信息学分析。利用PGSC数据库下载的RNA-seq数据, 分析了StPALs在双单倍体(DM)马铃薯不同组织部位和非生物胁迫下的表达模式。对3个不同颜色马铃薯块茎组织(皮和肉)进行RNA-seq, 以及利用3个不同颜色块茎杂交子代的薯肉进行qPCR分析。结果表明, 8个StPALs分布在3、5、9和10号染色体上, 它们与烟草(Nicotiana tabacum) PAL的亲缘关系较近。StPAL基因成员的启动子区域内含有多个顺式元件, 包括光响应、逆境胁迫响应、激素响应、生长发育相关和转录因子调控的多种顺式元件。StPAL2在匍匐茎中特异表达, StPAL3/5/8在块茎和匍匐茎中特异表达, StPAL3在甘露醇处理下下调表达, StPAL3和StPAL8在热胁迫中上调表达。它们可能参与了马铃薯块茎的发育和非生物胁迫响应。5个StPALs (StPAL3/4/5/6/8)基因在彩色薯肉中均上调表达, 可能参与马铃薯薯肉中花色素苷的生物合成。这些结果为进一步了解StPAL基因家族特征, 深入分析StPALs基因在马铃薯中的功能提供了理论依据。

甘蓝型油菜BnKNOX基因家族的鉴定与分析

陈吴钧, 刘江栋, 蒋凯旋, 王幼平, 蒋金金

作物学报. 2023, (11):  2991-3006.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34027

摘要 ( 265 )   HTML ( 12 )   PDF (5181KB) ( 277 )  

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植物特异的KNOTTED-LIKE HOMEOBOX (KNOX)蛋白属于转录调控因子家族, 该家族在植物生长发育过程和各种胁迫应答中发挥着重要的作用。KNOX蛋白中存在4个保守的结构域: TALE (three amino acid loop extension)类型的HD (homeodomain)、ELK结构域, 以及2个亚结构域KNOX1和KNOX2。目前, 甘蓝型油菜的BnKNOX基因家族还未有系统的研究报道。本研究通过生物信息学分析鉴定获得甘蓝型油菜的36个BnKNOX家族成员。通过序列比对和系统发育树分析, 将其分为3个亚家族(I、II和M类)。进化分析表明, 全基因组复制(whole genome duplication, WGD)和片段复制(segmental duplication)是BnKNOX基因家族扩张的主要动力。基于甘蓝型油菜不同发育时期组织/器官的RNA-seq分析发现, 该基因家族的BnKNAT25/26/29/30在胚乳和种子发育过程中特异表达, 而BnKNAT31/32/34在成熟种子中高表达。通过BnKNOX家族的顺式作用元件分析和非生物胁迫条件下的表达模式分析, 本文鉴定获得17个响应干旱和渗透胁迫的BnKNOX成员。

StvacINV1负调控马铃薯的耐旱性

巩慧玲, 林红霞, 任小丽, 李彤, 王晨霞, 白江平

作物学报. 2023, (11):  3007-3016.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34015

摘要 ( 206 )   HTML ( 25 )   PDF (2724KB) ( 103 )  

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植物液泡酸性转化酶不可逆的催化蔗糖转化为葡萄糖和果糖, 在植物的生长和发育及其逆境适应中扮演重要的角色。马铃薯液泡转化酶基因StvacINV1参与调控薯块的糖化, 但其是否参与对干旱胁迫的调控尚不清楚。本研究以马铃薯品种‘Atlantic’和‘Russet Burbank’的StvacINV1 RNA干扰表达的转基因株系及其野生型为材料, 采用停止浇水进行自然干旱处理, 研究StvacINV1对马铃薯植株耐旱性的调控机制。结果表明干旱胁迫引起马铃薯叶片StvacINV1的表达量及其液泡酸性转化酶活性显著降低; 与野生型相比, 干旱胁迫下StvacINV1干扰效率高的转基因株系植株不易失水萎蔫、离体叶片的失水率低, MDA含量低且叶片的相对水分含量高, 由此表明StvacINV1干扰效率高的转基因株系的耐旱性高于野生型, 即StvacINV1负调控马铃薯的耐旱性; 进一步的分析表明, 干旱胁迫下StvacINV1干扰效率高的转基因株系的气孔开度和气孔导度显著低于野生型, 水分利用率显著高于野生型, 因此推测StvacINV1可能通过介导气孔的关闭来调节马铃薯植株的耐旱性; 干旱胁迫下StvacINV1干扰株系的蔗糖含量显著高于野生型, 且外源高浓度蔗糖处理可诱导气孔的关闭, 因此推测StvacINV1可能通过其底物蔗糖参与调控气孔的关闭; 外源ABA诱导的气孔关闭过程中, StvacINV1干扰株系比野生型更敏感。综上所述, 干旱胁迫下StvacINV1通过介导气孔的关闭负调控马铃薯植株的耐旱性, StvacINV1可能通过其所催化的底物蔗糖参与调控气孔的关闭, StvacINV1也参与ABA介导的气孔关闭。本研究为选育既耐糖化(块茎)又耐干旱的马铃薯品种提供理论依据。

波兰小麦在青藏高原饲用性能的评价

赵彩霞, 沈吉成, 尹淑香, 叶发慧, 杨淼思, 刘瑞娟, 刘德梅, 张怀刚, 沈裕虎, 陈文杰

作物学报. 2023, (11):  3017-3028.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.31003

摘要 ( 176 )   HTML ( 8 )   PDF (728KB) ( 161 )  

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青藏高原是世界典型的高寒牧区, 气候寒冷干燥, 生态环境脆弱, 天然草原初级生产力水平低下, 人工草场现有适宜草种单一, 品质较差, 难以满足放牧家畜的营养需求, 急需筛选和培育适宜该地区种植的优质饲用作物。本研究对40份波兰小麦饲用相关性状进行了测定, 运用熵权法对测定指标进行了权重确定, 采用灰色关联度进行了综合评价, 以期筛选出适宜青藏高原等高寒牧区种植的波兰小麦优异饲用种质资源。主要研究结果如下: (1) 供试材料籽粒产量权重最高为7.04%, 开花期鲜草产量次之为6.98%, 同时籽粒和鲜草产量变异系数(%)均较高, 分别为28.57%和22.26%; (2) 饲用品质分析表明, 供试波兰小麦植株、籽粒中粗蛋白含量均较高, 分别为23.86%和20.28%, 植株ADF、NDF含量较低; (3) 关联分析表明, 综合评价较高的3个品种分别为来自阿根廷的9号、来自埃塞俄比亚的18号和来自罗马尼亚的20号, 其中20号综合评价最高为0.635, 18号为0.617, 9号为0.607。上述综合评价较高、饲用性状较突出的材料可作为筛选和培育青藏高原等高寒牧区高蛋白含量优质禾本科牧草的良好供试材料。

水稻卷叶等位突变体e202的鉴定和基因精细定位

周文期, 强晓霞, 李思雨, 王森, 卫万荣

作物学报. 2023, (11):  3029-3041.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22061

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良好的叶片形态是保证作物产量因素之一, 一定程度的卷曲能够使水稻叶片保持直立、不下垂, 有利于改善群体的受光面积, 使其接收更多的光能, 提高光合利用率。利用EMS诱变水稻中花11成熟种子, 从M₂后代中筛选到一个叶片内卷、挺直的突变体, 命名为e202。通过表型鉴定, 发现e202表现出多种缺陷表型, 与野生型中花11相比, 不定根数目减少、根长变短, 圆锥花序发育异常, 小花形态、花药、花粉形态有畸形, 育性极显著降低, 叶绿素含量显著升高, 气孔密度降低。树脂切片观察叶片结构, 与对照相比, 由于泡状细胞数目的增加和体积的减小, 导致叶片的卷曲。同时切片观察花药, e202中仅形成极少数花粉粒, 导致育性降低。我们通过图位克隆技术将候选基因定位到第10染色体440 kb的物理区域内, 对区间内基因分析和测序发现Os10g0562700 (LOC_Os10g41310)基因第4个外显子上, 第1935位置缺失了1个碱基G, 导致后续氨基酸错乱, 蛋白翻译提前终止。综上表明, e202是REL2的一个新等位突变体, 本研究为揭示REL2参与水稻叶片卷曲和花的发育等提供了一定的理论基础。

耕作栽培·生理生化

光强和氮肥互作对南方软米粳稻灌浆结实期碳氮代谢影响及其与产量品质间关系

陈心怡, 朱盈, 马中涛, 张明月, 魏海燕, 张洪程, 刘国栋, 胡群, 李光彦, 许方甫

作物学报. 2023, (11):  3042-3062.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22054

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以南方软米粳稻南粳9108和扬农香28为材料, 设置2个光强处理和4种氮肥处理, 其中光强处理于结实期展开, 分为100%自然光照强度(L1)和50%自然光照强度(L2), 氮肥处理为生长中后期不施氮肥(N1), 分别于倒六叶(N2)、倒四叶(N3)、倒二叶(N4)期一次性施用氮肥, 研究了不同光照强度、氮肥施用时期及光氮互作条件下水稻结实期碳氮代谢差异及其对产量和品质的影响。结果表明, 结实期光强减弱, 剑叶净光合速率下降7.35%~42.36%、叶片中蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)酶活性下降, 叶片C/N比下降3.98~6.49, 光合产物向籽粒输送减少, 籽粒中淀粉(包括直链淀粉)含量降低, 同时叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)活性增强, 植株含氮率提升, 蛋白质含量相对增加, 不利于产量和优良品质的形成。中后期施用氮肥后, 叶片中碳氮代谢关键酶活性显著提高、叶片的衰老减缓, 水稻的灌浆结实期延长, 有利于产量的提升。随中后期氮肥施用时期推迟, 氮代谢愈发旺盛, 籽粒中蛋白质含量相对明显增加, 导致淀粉与蛋白质、直链淀粉与蛋白质的比值均下降, 食味值下降。本试验条件下, 正常光照配合倒四叶施用氮肥处理(L1~N3)能够协同提高叶片碳氮代谢关键酶活性, 使得光合产物和含氮化合物以适宜的比例向籽粒输送, 最终籽粒中淀粉与蛋白质的比值在11.43~12.03之间, 直链淀粉与蛋白质的比值在1.34~1.50之间, 米饭的硬度低, 黏度、平衡性高, 食味好, 可同时获得高产和优质。

镁肥用量对油菜籽产量及品质的影响

叶晓磊, 耿国涛, 肖国滨, 吕伟生, 任涛, 陆志峰, 鲁剑巍

作物学报. 2023, (11):  3063-3073.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34051

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我国冬油菜主产区土壤缺镁严重, 为明确镁肥施用在油菜增产提质上的作用, 于2020/2021和2021/2022油菜种植季在江西进贤和湖南安仁开展田间试验, 共设置0、15、30、45和60 kg MgO hm^-2 5个镁肥施用量。研究了镁肥用量对油菜籽产量及其构成因子、籽粒镁含量、含油率和脂肪酸组成的影响。结果表明, 施镁显著增加了油菜籽粒产量(增幅为12.0%~77.1%), 当镁肥用量为21.4~45.6 kg MgO hm^-2时菜籽产量达到最高。与不施镁肥相比, 施镁使油菜单株角果数、每角粒数和千粒重分别增加了5.0%~64.7%、1.8%~19.6%和7.1%~8.7%, 但对收获密度影响不显著。施镁后籽粒镁含量增幅为5.0%~30.3%, 含油率增加了0.63~5.11个百分点, 蛋白质含量下降了1.45~2.34个百分点, 籽粒含水率和硫甙含量则无明显变化。镁肥施用显著增加了单位面积籽粒产油量(14.4%~83.4%)和蛋白产量(9.8%~68.1%), 当镁肥用量为30~45 MgO hm^-2时产油量达到最高。从脂肪酸组成来看, 施镁对籽粒油酸含量和亚麻酸含量有提升作用, 增幅分别为4.4%~16.0%和3.8%~40.8%, 但降低了亚油酸含量, 降幅为1.2%~10.1%, 对其他脂肪酸组分的影响则较小。综上, 施镁有利于提高油菜产量及其构成因子(单株角果数、每角粒数、千粒重)、籽粒含油量及不饱和脂肪酸含量, 实现产量和品质的协同提升。当镁肥用量为30~45 MgO hm^-2时产量与产油量均达到较高水平。

浅埋滴灌下水氮运筹对春玉米根系衰减特性及产量的影响

张玉芹, 杨恒山, 张瑞富, 李从锋, 提俊阳, 葛选良, 杨镜宏

作物学报. 2023, (11):  3074-3089.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.33009

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为探明浅埋滴灌下水氮运筹对春玉米产量及吐丝后根系衰减特性的影响, 2017—2020年在通辽市科尔沁区农牧业高新科技示范园区, 以传统畦灌常规施氮(W: 4000 m³ hm^-2, N: 300 kg hm^-2)为对照(CK), 以滴灌定额为主处理, 设传统畦灌常规灌量40% (W1: 1600 m³ hm^-2)、50% (W2: 2000 m³ hm^-2)、60% (W3: 2400 m³ hm^-2) 3个水平, 以施氮量为副处理, 设常规施氮量50% (N1: 150 kg hm^-2)、70% (N2: 210 kg hm^-2)和常规施氮量(N3: 300 kg hm^-2) 3个水平, 测定不同水氮运筹下春玉米产量的变化, 2019年和2020年采用BTC-100微根监测系统对春玉米吐丝后0~50 d时段内0~100 cm土层的根系进行定点连续动态监测。结果表明, 春玉米产量连续4年均为W3N3显著高于CK, 与W3N2、W2N3、W2N2处理差异不显著, 氮肥农学效率连续4年均为W3N2较高。与CK相比, 浅埋滴灌W3N3 0~60 cm土层根长密度、总根表面积和根系平均直径增加, 80~100 cm土层根长密度降低, 总根表面积和根系平均直径差异较小; 吐丝后0~50 d根长密度、总根表面积和根系平均直径衰减幅度较CK低, 其中20~40 cm土层根长密度吐丝后0~50 d时段W3N3 2年分别降低10.29%和8.83%, CK分别降低了15.04%和14.08%, 平均根系衰减率W3N3较CK降低5.23%和4.43%。浅埋滴灌下, 根长密度、总根表面积和根系平均直径W3N3、W3N2高于其他处理, 且吐丝后0~50 d时段内0~60 cm土层衰减幅度较低, 80~100 cm土层差异较小; 吐丝后0~50 d时段内0~100 cm土层平均根系衰减率W3N3与W3N2差异不显著, W3N2较W2N2和W1N2 2年分别低5.68%、5.44%和9.75%、11.98%, 较W3N1低7.16%和6.77%。方差分析表明, 滴灌量和施氮量对产量和氮肥农学效率均有显著影响, 滴灌量对吐丝后0~50 d时段内0~60 cm土层根长密度、总根表面积和平均根系衰减率影响显著, 施氮量对吐丝后0~50 d时段内0~60 cm土层根长密度、吐丝后0~30 d时段内0~60 cm总根表面积和吐丝后0~50 d时段内0~40 cm土层平均根系衰减率影响显著。综上, 浅埋滴灌下W3N3和W3N2 0~60 cm土层根长密度、总根表面积和根系平均直径较高, 且吐丝后0~50 d时段内降低幅度小, 平均根系衰减率低, 二者产量差异不显著, 但W3N2氮肥农学效率更高, 推荐W3N2为西辽河平原灌区玉米节水高产高效栽培适宜的水氮管理模式。

播期、密度对带状间作大豆茎叶生长及产量形成的影响

高超, 陈平, 杜青, 付智丹, 罗凯, 林萍, 李易玲, 刘姗姗, 雍太文, 杨文钰

作物学报. 2023, (11):  3090-3099.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.34029

摘要 ( 297 )   HTML ( 25 )   PDF (1428KB) ( 390 )  

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基于西南地区油菜收获后大豆-玉米带状间作种植存在的弱光环境、品种和密度筛选等问题, 选择2个不同熟期的品种南夏豆25号(ND25, 中晚熟, 多分枝)、齐黄34 (QH34, 早熟, 少分枝), 分析播期(2021年, S1: 5月17日, S2: 5月27日, S3: 6月6日; 2022年, S1: 5月10日, S2: 5月25日, S3: 6月9日)及密度(D1: 81,000株 hm^-2, D2: 101,000株 hm^-2, D3: 140,000株 hm^-2, D4: 171,000株 hm^-2)对带状间作大豆茎叶生长及产量形成的影响。结果表明: 同一密度, 随着播期的推迟, 2个品种始粒期的叶面积指数逐渐减小, 冠层内部透光率逐渐增加, ND25对荚的分配比率逐渐增加, 倒伏率逐渐降低, QH34对荚的分配比率逐渐减少, 倒伏率逐渐增加; 同一播期, 随着密度的增加, 2个品种始粒期的叶面积指数逐渐增加, 透光率逐渐减小, 对荚的干物质分配比率逐渐减少, 倒伏率逐渐上升。光环境及干物质分配差异对不同品种的产量影响不同, ND25同一密度不同播期间, S3>S2>S1, 同一播期不同密度间, D1>D2>D3>D4, ND25品种S3播期D1密度产量最优, 为1752.89 kg hm^-2; QH34同一密度不同播期间, S1>S2>S3, 同一播期不同密度间, D3>D2>D1>D4, QH34品种S1播期D3密度产量最优, 为1538.64 kg hm^-2。因此, 中晚熟品种应适当晚播, 早熟品种应适当早播, 多分枝品种适度稀植, 少分枝品种适度密植, 各品种通过播期、密度协同可提高大豆产量。

氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响

周琦, 李岚涛, 张露露, 苗玉红, 王宜伦

作物学报. 2023, (11):  3100-3109.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21070

摘要 ( 315 )   HTML ( 25 )   PDF (2505KB) ( 455 )  

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探究施氮量和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响, 利用生态场理论揭示不同小麦群体竞争力差异及其与产量的关系, 明确冬小麦适宜的氮肥用量和播种量, 为冬小麦高产高效生产提供依据。2020年10月至2022年6月于河南省温县设置冬小麦氮肥用量和播种量双因素交互田间试验, 研究了施氮量(0、90、180、270、360 kg N hm^-2)和播种量(135、180、225、270 kg hm^-2)对冬小麦籽粒产量、氮积累量等的影响, 测定小麦株高、冠幅和单株分蘖等生长发育指标, 计算个体生态势和群体生态场并分析其与产量间关系。结果表明, 两年取得最高产量的播种量均为225 kg hm^-2, 施氮量分别为270 kg hm^-2和180 kg hm^-2, 较其他处理平均增产7.5%和18.1%; 施氮后小麦氮积累量提高57.3%, 生态势提高72.7%; 提高播种量后群体茎蘖数提高34.7%, 单株小麦发育水平下降, 生态势下降11.4%。施氮量和播种量通过共同影响株高和冠幅影响生态势影响距离, 其他处理较135 kg hm^-2播种量不施氮处理影响距离提高23.0%。冬小麦群体生态场面积与产量呈一元二次函数关系, 施氮和提高播种量, 冬小麦群体生态场面积分别提高116.7%和52.5%。本试验条件下, 通过氮肥用量和播种量调控冬小麦群体发育质量, 控制群体竞争力, 构建了理想群体, 实现了冬小麦高产与高效生产; 冬小麦氮密优化组合施氮量239.8 kg hm^-2、播种量228.7 kg hm^-2, 具有适宜的生态场和理想群体, 产量较高, 可在豫北地区推广应用。

花生产量相关性状与气象因子多环境相关性分析

姜骁, 许静, 潘丽娟, 陈娜, 王通, 江晓东, 殷祥贞, 杨珍, 禹山林, 迟晓元

作物学报. 2023, (11):  3110-3121.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24218

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花生(Arachis hypogea L.)是重要的经济和油料作物, 提高花生产量对保障油料安全和农民增收具有积极作用。2013—2016年, 本研究利用11个花生品种共77环境的花生产量相关性状数据和气象数据, 分析了花生产量相关性状与气象因子的相关性。研究发现, 主茎高和侧枝长与平均气温、全生育期光照时数、平均昼夜温差和平均风速极显著相关; 分枝数与全生育期≥10℃活动积温和平均昼夜温差极显著相关; 单株结果数和单株饱果数与全生育期光照时数和全生育期降水量极显著相关; 荚果产量与全生育期≥10℃活动积温、全生育期降水量、平均昼夜温差和平均气温极显著相关。本研究对指导各地规划花生种植期、提高花生产量具有重要指导意义。

研究简报

玉米小籽粒突变体mn-Mu的基因克隆与转录组分析

丁孟丽, 王茹茵, 施栋晟, 李莹博, 雷洁, 陈洪宇, 申清文, 王桂凤

作物学报. 2023, (11):  3122-3130.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23076

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玉米籽粒大小是影响产量形成的关键因素。本研究鉴定了一个转座子随机插入的小籽粒突变体mn-Mu; 该突变体相较野生型籽粒变小、种皮皱缩、淀粉含量下降, 而醇溶蛋白含量升高。石蜡切片观察发现mn-Mu突变体胚乳发育迟缓, 胚乳基底转移层细胞发育缺陷。遗传分析表明mn-Mu是由隐性单基因控制的突变, 通过图位克隆将突变基因定位在2号染色体57.83~61.91 Mb的区间, 其中已克隆的编码细胞壁转化酶的Zm00001d003776 (Miniature 1, Mn1)基因在第5个外显子上存在一个1442 bp的转座子插入。等位测试证实, mn-Mu为一个新的Mn1基因等位突变体。转录组分析表明, Mn1基因功能缺失影响碳水化合物代谢、储藏物质积累、糖基转移酶活性、细胞壁生物合成和细胞周期调控等生物学过程。本研究鉴定的新的mn1等位突变体为深入解析籽粒发育的分子调控网络提供了新的遗传材料。

绿肥还田量结合氮肥减施对绿洲灌区小麦产量和氮素吸收利用的影响

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

作物学报. 2023, (11):  3131-3140.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.31017

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针对甘肃河西绿洲灌区小麦生产中产量提高受限、氮素利用率低等问题, 分析绿肥还田配施化学氮肥对小麦产量形成及氮素吸收利用的影响, 为优化小麦施氮制度提供理论依据。2021至2022年, 在河西绿洲灌区开展小麦复种毛叶苕子田间试验, 以传统施氮不复种绿肥为对照(G0N1), 设置: 不施氮不复种绿肥(G0N0); 绿肥7500 kg hm^-2+氮肥减量15% (G1N2); 绿肥15,000 kg hm^-2+氮肥减量15% (G2N2); 绿肥22,500 kg hm^-2+氮肥减量15% (G3N2); 绿肥30,000 kg hm^-2+氮肥减量15% (G4N2); 绿肥7500 kg hm^-2+氮肥减量30% (G1N3); 绿肥15,000 kg hm^-2+氮肥减量30% (G2N3); 绿肥22,500 kg hm^-2+氮肥减量30% (G3N3); 绿肥30,000 kg hm^-2+氮肥减量30% (G4N3), 分析了绿肥还田量和化学氮肥减量的组合效应对小麦氮素吸收积累及籽粒产量的影响。结果表明, 绿肥还田30,000 kg hm^-2配合化学氮肥减量15% (G4N2)在提高作物产量的同时促进了氮素高效利用。与G0N1相比, G4N2处理籽粒产量和氮素利用效率分别提高8.2%、45.4% (P<0.05)。G4N2较G2N2、G4N3、G3N3籽粒产量分别提高25.6%、19.1%和15.5%, 氮素利用效率分别提高28.9%、8.4%和24.3%, G1N2、G1N3与G0N1无显著差异。G4N2处理较G0N1收获指数、氮肥偏生产力及氮素收获指数分别提高36.8%、43.8%、33.9% (P<0.05), 较G3N2、G2N2、G4N3、G3N3分别平均提高15.0%~26.3%、9.6%~29.2%和5.6%~11.2%。小麦开花期和成熟期, G4N2处理地上部氮素积累量较其他处理平均提高22.5%、13.9%, 氮素营养指数较其他处理平均提高38.1%、37.4% (P<0.05)。同时, 与G0N1相比, G4N2处理茎和叶的氮素转运量平均提高35.8%、20.4%, 氮素转运率平均提高26.6%、23.3%, 氮素转运对籽粒的贡献率平均提高29.1%、25.7% (P<0.05)。综上所述, 河西绿洲灌区绿肥还田30,000 kg hm^-2配合化学氮肥减量15%相比传统施氮不复种绿肥能够有效协调小麦地上部氮素的积累及向籽粒的转运, 提高氮素利用效率, 促进小麦增产。