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2024年 第50卷 第5期 刊出日期：2024-05-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

大豆根茎过渡区弯曲突变体M_rstz的鉴定与基因定位

苗龙, 舒阔, 李娟, 黄茹, 王业杏, Soltani Muhammad YOUSOF, 许竞好, 吴传磊, 李佳佳, 王晓波, 邱丽娟

作物学报. 2024, (5):  1091-1103.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34142

摘要 ( 397 )   HTML ( 59 )   PDF (8405KB) ( 274 )  

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植物根茎过渡区(root-stem transition zone, RSTZ)将根和茎相互连接, 其发育形态决定了大豆的地上部株型和抗倒伏潜力。本研究通过EMS诱变获得一个RSTZ弯曲或旋转的大豆突变体M_rstz, 其形态特征能够稳定遗传, 是探究大豆茎秆发育规律的特异材料。将该突变体和栽培大豆中黄13杂交构建重组自交系群体, 对群体中直立和弯曲型后代的RSTZ进行解剖结构比较, 发现弯曲型株系比直立型株系的维管形成层较宽、次生木质部细胞层数较多、细胞形状不规则, 表明维管组织分化可能是导致RSTZ形态发生差异的重要因素之一。进一步对化学组分测定发现, 木质素和粗纤维含量越高越不易弯曲。选取RIL群体中弯曲型和直立型2种极端株系进行BSA-Seq, 采用SNP-index和InDel-index关联分析方法鉴定到调控RSTZ形态的关联区域Chr19: 43030943~45849854, 该区间共含有319个基因。结合生物信息学分析、基因注释信息和表达丰度分析筛选到7个候选基因, 分别为Glyma.19G170200、Glyma.19G201500、Glyma.19G187800、Glyma.19G178200、Glyma.19G197000、Glyma.19G179100、Glyma.19G196900。其中, Glyma.19G187800、Glyma.19G178200和Glyma.19G196900在大豆驯化中潜在影响RSTZ形态建成。本研究为解析大豆RSTZ组织形成及其遗传基础提供了材料基础, 并为挖掘调控大豆茎秆发育基因提供新的见解。

水稻雄性不育突变体tpa1的表型鉴定与精细定位

万应春, 班义结, 蒋钰东, 王亚欣, 刘晶晶, 刘晓晴, 程育林, 王楠, 冯萍

作物学报. 2024, (5):  1104-1114.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32043

摘要 ( 372 )   HTML ( 41 )   PDF (18827KB) ( 329 )  

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雄性不育材料是杂交水稻育种的关键。本研究通过甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate, EMS)诱变优良籼稻保持系西农1B, 筛选得到一个雄性不育突变体tpa1。tpa1在营养生长阶段与野生型无差异, 生殖生长阶段表现雄配子不育, 雌配子发育正常。表型观察发现, tpa1花粉完全破碎消失, 花药外壁角质层异常, 花药内壁乌式体排列异常, 胼胝质合成异常, 绒毡层凋亡异常, 且花粉外壁缺失柱状层。遗传分析表明该突变性状受1对隐性核基因控制, 利用突变体tpa1与缙恢10号构建遗传群体, 最终将TPA1基因定位于4号染色体引物标记N9和N11之间, 物理距离为74 kb, 该区间共15个预测基因, 通过重测序仅发现在LOC_Os04g53380的外显子上发生了单碱基替换, 导致了翻译的提前终止, 随后对野生型和突变体tpa1该位点进行测序证实了这一突变, 因此将该基因确定为TPA1的候选基因, TPA1是一个未被报道过的新的雄性不育基因。本研究将为TPA1基因的功能研究奠定基础。

用于玉米品种真实性鉴定的最优核心SNP位点集的研发

田红丽, 杨扬, 范亚明, 易红梅, 王蕊, 金石桥, 晋芳, 张云龙, 刘亚维, 王凤格, 赵久然

作物学报. 2024, (5):  1115-1123.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33052

摘要 ( 391 )   HTML ( 12 )   PDF (2472KB) ( 449 )  

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品种真实性是种子质量监测的一个重要指标。为建立准确可靠、快速简便、高通量、低成本的玉米品种真实性鉴定技术, 本文利用200个核心SNP位点构建的5816个玉米杂交品种, 3274个自交系的指纹数据, 基于遗传算法、品种识别率评估确定了一套高鉴别力的核心SNP位点集, 包含96个SNP位点。这96个SNPs全部位于基因内区域, 相对均匀分布在10对染色体上。采用上述杂交品种和自交系的指纹数据评估显示这96个位点具有较高多态性和品种区分能力, PIC、MAF、DP平均值分别为0.36、0.40、0.60和0.36、0.39、0.48, 对杂交品种、自交系的品种识别率达到99.14%和99.24%。两两样品成对比较结果显示, 99.99%的品种间差异位点数目≥3个, 杂交品种和自交系中96.74%和95.67%的成对比较差异位点数目集中在30~65个和30~60个。基于221个主推杂交品种的40个SSR位点、96个SNP位点的基因型数据分析结果显示, 这2组标记集的鉴定结果具有较高的一致性。综上所述, 本研究报道了一套具有位点数量最少、区分能力最强, 兼容多平台、适于自动化分型等优点的最优核心SNP集。期望位点集将在玉米品种真实性监测、种子质量控制中得到广泛应用, 进而维护玉米种子市场秩序、保障育种者权利以及保护农民利益。

玉米多叶矮化突变体lyd1的鉴定与基因克隆

苏帅, 刘孝伟, 牛群凯, 时子文, 侯雨微, 冯开洁, 荣廷昭, 曹墨菊

作物学报. 2024, (5):  1124-1135.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33044

摘要 ( 367 )   HTML ( 29 )   PDF (14830KB) ( 321 )  

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玉米株高降低通常是由节间数目减少、节间长度变短或二者共同作用所致。而本研究在基因编辑后代中发现的玉米多叶矮化突变体lyd1却表现为节间数目显著增加, 株高显著降低。lyd1株高仅为93.10 cm, 与野生型KN5585的株高159.95 cm相比, 降低了41.79%, 差异达到极显著水平。然而lyd1叶片数平均达到27.8片, 相较野生型平均17.8片叶, 增加56.18%, 差异达到极显著水平。遗传分析表明, lyd1的突变表型由1对隐性核基因控制, 通过图位克隆将控制多叶矮化性状的基因定位于玉米3号染色体标记Indel10和Indel11之间, 物理距离0.74 Mb。对定位区间内13个基因(不包含假基因)的序列进行测序, 发现仅ZmTE1在第4外显子出现1个A碱基的替换, 其他基因无差异。ZmTE1编码一个RNA结合蛋白, 氨基酸的替换发生在第3个RNA结合结构域内(RRM3), 导致天冬氨酸转变为缬氨酸。突变体lyd1的突变位点与已报道的te1-mum1、te1-mum2、te1-mum3、zm66不同, lyd1的发现为进一步解析玉米叶片和节间发育平衡的遗传机制提供了宝贵的材料。

转录组结合区域关联分析挖掘油菜含油量积累的候选基因

曹松, 姚敏, 任睿, 贾元, 向星汝, 李文, 何昕, 刘忠松, 官春云, 钱论文, 熊兴华

作物学报. 2024, (5):  1136-1146.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34152

摘要 ( 276 )   HTML ( 13 )   PDF (11999KB) ( 243 )  

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油菜(Brassica napus L.)是中国食用植物油的主要来源, 提高种子含油量是增加菜籽油供应最为有效的方法。本研究利用4个油菜自交系授粉后25 d、35 d、45 d的种子转录组数据分析, 筛选出43个与油脂合成相关基因, 其中33个基因持续上调表达, 10个基因持续下调表达, 主要基因包括BnLEC1、BnABI5、BnOLEO4和BnOBAP1a等。同时, 结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据, 检测到与含油量显著相关3个SNP、9个SNP分别定位到BnOBAP1a-A10和BnABI5-A05, 其中BnOBAP1a-A10_Hap1对应材料含油量显著高于Hap2, BnABI5-A05_Hap1对应材料含油量显著高于Hap3。此外, 利用WGCNA构建基因共表达网络发现, BnOBAP1a与BnABI5通过3个转录因子LEC1、HMGB3、HTA11间接相连, 形成了潜在调控的分子网络, 影响种子油脂积累。这些结果有利于我们开发单体型功能标记进一步提高油菜籽含油量。

棉花种质资源萌发期耐盐性鉴定及筛选

李航, 刘丽, 黄乾, 刘文豪, 司爱君, 孔宪辉, 王旭文, 赵福相, 梅拥军, 余渝

作物学报. 2024, (5):  1147-1157.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34148

摘要 ( 406 )   HTML ( 40 )   PDF (699KB) ( 428 )  

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种子萌发期是对盐分较敏感的时期, 测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L^-1 NaCl处理, 对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析, 结果显示盐胁迫下各个性状较对照均存在显著差异; 使用主成分分析、隶属函数分析对棉花种质耐盐性进行综合评价; 对综合评价值D值进行聚类分析, 根据D值的大小将629份种质资源分成5类: 188份耐盐中间型材料、376份耐盐型材料、36份高耐盐型材料、28份盐敏感型材料、1份高盐敏感型材料; 通过逐步回归分析建立棉花萌发期耐盐性评价预测模型: D = 0.277RFW+0.29RGP+0.189RPL+0.387RGR-0.32 (R²=0.992), 筛选出鲜重、下胚轴长、发芽势和发芽率4个指标可作为棉花萌发期耐盐性鉴定的指标。本研究建立了一套精准、高效的耐盐性鉴定体系, 筛选到36份高耐盐材料和1份高敏感材料, 为棉花耐盐机制研究和培育耐盐新品种提供参考。

耐亚磷酸盐除草剂转基因油菜的创建和抗性评价

钟元, 朱天宇, 戴成, 马朝芝

作物学报. 2024, (5):  1158-1171.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34110

摘要 ( 188 )   HTML ( 7 )   PDF (24611KB) ( 277 )  

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在油菜的生产过程中, 大量伴生的杂草严重影响了其产量和品质。由于近年来田间抗除草剂杂草数量的增加, 除草剂的选择正在迅速减少, 这影响了未来农业的可持续发展。植物可以通过正磷酸盐(Pi)转运蛋白吸收亚磷酸盐(Phi), 但Phi不能被代谢为作物的磷肥料, 导致植物生长受到抑制。此前, 从罗尔斯通菌属(Raltsonia sp. strain 4506)中分离出了ptxD (phosphite dehydrogenase)基因, 其139位的酪氨酸突变为谷氨酰胺(Y139Q)的突变蛋白ptxD_Q催化Phi转化为Pi的活性显著提高。为了评价ptxD_Q/Phi系统对甘蓝型油菜杂草的防治效果, 本研究获得了带有密码子优化的ptxD (Y139Q, ptxD_Q)基因的转基因甘蓝型油菜。在以Phi为单一磷元素的条件下, ptxD_Q转基因油菜可以正常生长, 体内Pi含量显著提高, 且Pi饥饿响应基因(PT21和PT24等)的表达水平被显著抑制, 说明ptxD_Q在油菜体内可以促使Phi转化为Pi。此外, ptxD_Q转基因油菜具有比野生型油菜和单子叶杂草(狗尾草)更强的生长竞争优势。综上所述, ptxD_Q/Phi是一种有效的油菜磷利用和杂草控制系统, 既可以抑制杂草的生长, 又可以为作物提供充足的Pi营养, 从而提高了农业的可持续性。

陆地棉重组自交系再生能力和遗传转化效率筛选

乐愉, 王涛, 张献龙, 林忠旭

作物学报. 2024, (5):  1172-1180.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34167

摘要 ( 342 )   HTML ( 38 )   PDF (9607KB) ( 335 )  

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转基因工程育种是棉花种质创新的有效手段, 为了拓展陆地棉可再生基因型, 丰富棉花转基因受体, 本研究以湖北省高产阔叶棉品种‘鄂棉22’ (E22)为母本、高再生能力的鸡脚叶品种‘豫早1号’ (YZ1)为父本, 通过单籽传法构建了F₉重组自交系群体(YE); 利用棉花中比较成熟的IBA+KT (IK)和2,4-D+KT (DK) 2种不同激素组合的培养体系, 分别对重组自交系群体的164个家系的愈伤组织诱导率(CIF)、愈伤组织继代繁殖力(CSC)、愈伤组织的出胚率(CRE)以及愈伤组织出胚时间(CET)进行比较, 共获得12个可再生的阔叶棉家系; 利用目前成熟的棉花遗传转化体系对可再生阔叶棉家系进行遗传转化效率分析, 同时对其进行田间农艺性状考察, 最终获得了一个遗传转化效率为82.9%并且农艺性状更优良的家系YE3。本研究为棉花的遗传转化及基因功能研究拓展了陆地棉基因型种质资源。

东北春播区糜子核心种质及其DNA分子身份证构建

丁艺冰, 辛旭霞, 冯智尊, 曹越, 郭娟, Dipak K SANTRA, 王瑞云, 陈喜明

作物学报. 2024, (5):  1181-1192.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34153

摘要 ( 233 )   HTML ( 1 )   PDF (1925KB) ( 347 )  

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本研究以500份东北春播区糜子资源为材料, 利用169个SSR标记, 采用UPGMA聚类分组, 进行分层抽样, 构建核心种质, 同时应用ID Analysis 4.0软件构建分子身份证。利用等位基因数(Na)等遗传多样性衡量指标评估核心种质的遗传差异, 并利用PCOA分析核心种质。结果表明, 对169对SSR引物进行筛选, 发现30对多态性好, 利用30对SSR引物构建的糜子核心种质包含190份材料, 占全部种质的38%, 全部种质与核心种质的均检测出91个等位变异, 保留了100%等位基因; 有效等位基因数为2.2977~2.9975和2.2872~3.0173, 平均值分别为2.8198和2.8297; Shannon多样性指数为0.9532~1.0990和0.9535~1.1162, 平均值为1.0645和1.0667; 观测杂合度为0.3434~0.8037和0.3162~0.7849, 平均值为0.5399和0.5359; 期望杂合度为0.5654~0.6672和0.5645~0.6707, 平均值为0.6448和0.6473; Nei’s基因多样性指数为0.5648~0.6664和0.5628~0.6686, 平均值为0.6441和0.6452; 多态性信息含量为0.6657~0.8356和0.6493~0.8340, 平均值为0.7974和0.7944。全部种质与核心种质的分子标记的相关指标进行t检验, 结果无显著性差异, 且PCOA分析表明核心种质与全部种质具有相似的遗传多样性和群体结构, 同时发现8个SSR标记(RYW5、RYW8、RYW16、RYW28、RYW40、RYW53、RYW62和RYW67)可区分190份核心种质, 构建了东北糜子核心种质的分子身份证。

小麦芽期和苗期耐盐鉴定方法的适用性评价

陈家婷, 白欣, 谷雨杰, 张潇文, 郭慧娟, 常利芳, 陈芳, 张树伟, 张晓军, 李欣, 冯瑞云, 畅志坚, 乔麟轶

作物学报. 2024, (5):  1193-1206.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31049

摘要 ( 348 )   HTML ( 15 )   PDF (5595KB) ( 249 )  

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耐盐鉴定是筛选种质和选育耐盐小麦品种的前提。小麦室内耐盐鉴定方法较多, 涉及不同生育时期和组织器官。为了评估这些方法在生产上的适用性, 本研究选用北方冬麦区5个耐盐品种和5个盐敏感品种为试验材料, 对基于芽期和苗期的7种耐盐鉴定方法(涉及27个测试指标)进行实用性评价。结果显示, 利用小麦种子的发芽相对盐害率不能区分参试耐盐品种和盐敏感品种, 而小麦苗期的叶部盐害指数、根部Na⁺和K⁺流速以及根尖数、根径、叶片K⁺含量的相对盐害率在耐盐和盐敏感品种之间差异显著。综合回归分析结果和可操作性, 明确叶部盐害指数是北方冬麦区适用性较高的耐盐鉴定方法, 可结合根尖数相对盐害率、叶片K⁺含量相对盐害率或根部Na⁺和K⁺流速用于种质筛选或品种选育。本研究从适用程度方面解析和评价了耐盐鉴定方法, 为小麦耐盐育种工作提供参考信息。

o2突变引起糯玉米籽粒淀粉积累差异研究

韩洁楠, 张泽, 刘晓丽, 李冉, 上官小川, 周婷芳, 潘越, 郝转芳, 翁建峰, 雍洪军, 周志强, 徐晶宇, 李新海, 李明顺

作物学报. 2024, (5):  1207-1222.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33046

摘要 ( 246 )   HTML ( 8 )   PDF (6116KB) ( 143 )  

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糯玉米是主要鲜食玉米类型, opaque2 (o2)基因导入可增加籽粒赖氨酸含量, 但同时引起籽粒皱缩、淀粉含量下降等, 限制了其育种应用。为发掘优良糯玉米受体, 以籽粒饱满圆型o2近等基因系(o2-NIL)糯2/wx1wx1o2o2和皱缩型黄糯2/wx1wx1o2o2为研究材料, 通过对鲜食期、成熟期的百粒重和籽粒成分测定, 发现淀粉和可溶性糖含量不同可能是导致2份糯玉米o2-NILs表型差异的主要原因。利用实时荧光定量PCR技术分析, 发现授粉后10~24 d两糯玉米o2-NILs中6个淀粉合成基因动态表达模式不同, 其中Sh1、Sh2、SSIIIa和SBEIIb差异较大。分析胚乳转录组数据, 发现两糯玉米o2-NILs中24个海藻糖和糖基水解酶编码基因和48个o2胚乳修饰基因变化不同, 以上结果表明淀粉合成关键基因前期表达量高, 后期与对照无差异, 且糖代谢基因表达变化有利于淀粉合成可能是糯2/wx1wx1o2o2淀粉含量和百粒重不受o2突变影响, 籽粒性状明显优于黄糯2/wx1wx1o2o2的重要原因, 同时多个胚乳修饰基因的差异表达可能与该结果直接相关。本研究结果可为o2突变体在玉米育种中的应用提供重要参考。

大豆籽粒Ve含量的全基因组关联分析

张红梅, 张威, 王琼, 贾倩茹, 孟珊, 熊雅文, 刘晓庆, 陈新, 陈华涛

作物学报. 2024, (5):  1223-1235.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34202

摘要 ( 278 )   HTML ( 9 )   PDF (9485KB) ( 186 )  

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维生素E (Ve)是大豆油中一种天然抗氧化剂, 是评价大豆油营养价值的重要指标。本研究利用含有264份的大豆自然群体在2021年和2022年测定了籽粒中α-、γ-和δ-生育酚含量, 并进行全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS)。本研究共检测到199个与大豆Ve含量显著关联的SNP位点, 其中9个可在2个环境或者2个性状被重复检测到, 分别位于3号、7号、11号、12号、13号、15号、17号和18号染色体上。其中位于7号染色体上的显著关联信号是控制α-生育酚含量的主效位点, 可在2年环境中被检测到, 表型变异解释率为9.83%。对该位点候选基因进行筛选, 获得一个编码myb转录因子的基因Glyma.07G054000, 可能是这个位点的效应基因。另外, 在12号染色体上得到2个编码γ-生育酚甲基转移酶的基因Glyma.12G014200和Glyma.12G014300, 有可能是影响Ve含量的重要基因。本研究结果有助于解析大豆籽粒Ve含量的遗传基础及其调控机制, 为大豆品质遗传改良奠定了基础。

耕作栽培·生理生化

多元化种植模式下秸秆还田配合水氮管理对水稻产量形成与氮素吸收利用的影响

胡明明, 丁峰, 彭志芸, 向开宏, 李郁, 张宇杰, 杨志远, 孙永健, 马均

作物学报. 2024, (5):  1236-1252.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32039

摘要 ( 267 )   HTML ( 18 )   PDF (382KB) ( 411 )  

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研究多元化种植模式下, 不同前茬秸秆还田与水氮管理对水稻产量形成、干物质积累分配及氮素吸收利用的影响。2018—2019年以杂交稻F优498为材料, 采用三因素裂裂区设计, 主区设置油菜-水稻(P_y)、小麦-水稻(P_x)、青菜-水稻(P_q) 3种种植模式秸秆还田, 裂区设置常规淹水灌溉(W₀)和干湿交替灌溉(W₁) 2种水分管理方式, 裂裂区设置不施氮处理(N₀)、常规施氮处理(N₁)、精量减氮处理(N₂) 3个施氮水平, 分析测定了拔节期、齐穗期和成熟期不同处理下秸秆还田的腐解率、氮素释放率、水稻各器官的干物质积累分配、植株氮素吸收利用以及籽粒产量。结果表明, P_y的平均产量分别较P_x、P_q增加2.55%、13.99%, 主要原因是其有效穗数和千粒重较高; P_y可促进各营养器官干物质和氮素积累, 有利于干物质分配、提高茎鞘氮素贡献率和氮肥利用率, P_y各时期的平均干物质积累总量、氮素积累总量分别比P_x和P_q增加5.25%、7.48%和14.60%、17.30%, P_y的氮肥偏生产力较P_q显著增加24.90%, 但P_y的秸秆腐解率和氮素释放率较低。3种模式下W₁处理的水稻产量分别比W₀处理增加5.10% (P_y)、1.76% (P_x)和4.80% (P_q), W₁处理可促进秸秆腐解和氮素释放, 促进干物质积累和氮素吸收转运, 有利于P_y和P_x模式下的干物质分配, 进而提高氮肥利用率。同一秸秆还田和水分管理下, N₂处理可促进秸秆腐解和氮素释放, 有利于干物质分配和氮素转运, 提高了齐穗期、成熟期茎鞘和叶片氮素积累量, 进而提高氮肥利用率, N₂处理的产量、干物质积累量较N₁处理略有下降, 但二者差异不显著。综合考虑分析, 油-稻种植模式下, 油菜秸秆还田配合干湿交替灌溉与精量减氮(120 kg hm^-2)有利于干物质积累分配、氮素吸收转运, 进而提高氮肥农学利用率、氮肥偏生产力, 并可节约20%氮肥投入, 实现水稻稳产高效生产。

江苏省滨海盐碱地籼粳杂交稻产量优势形成特征

耿孝宇, 张翔, 刘洋, 左博源, 朱旺, 马唯一, 汪璐璐, 孟天瑶, 高平磊, 陈英龙, 许轲, 戴其根, 韦还和

作物学报. 2024, (5):  1253-1270.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32034

摘要 ( 270 )   HTML ( 9 )   PDF (349KB) ( 348 )  

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旨在探明滨海盐碱地大田条件下籼粳杂交稻产量优势形成特征。2021—2022年, 在江苏省滨海盐碱地择取中度盐碱地(medium saline-alkali soil, MS, 土壤电导率平均2.7 dS m^-1)和重度盐碱地(high saline-alkali soil, HS, 土壤电导率平均7.2 dS m^-1)两类典型田块, 以籼粳杂交稻(甬优2640和甬优4949)、常规粳稻(南粳9108和淮稻5号)、杂交籼稻(丰优香占和Y两优372) 3种类型水稻品种为试材, 探究实地条件下盐胁迫对不同类型品种产量及其形成特征的影响。与中度盐碱地相比: (1) 重度盐碱地下各类型品种的穗数、每穗粒数、结实率和千粒重均显著低于中度盐碱地。中度和重度盐碱地下, 籼粳杂交稻的产量均显著高于常规粳稻和杂交籼稻, 这主要是由于其较高的每穗粒数。(2) 重度盐碱地下各类型品种关键生育期(拔节、抽穗和成熟期)的群体茎蘖数及茎蘖成穗率均显著下降。中度和重度盐碱地下, 常规粳稻和杂交籼稻关键生育期的群体茎蘖数及茎蘖成穗率均高于籼粳杂交稻。(3) 重度盐碱地下各类型品种关键生育期的干物重均显著下降。中度及重度盐碱地下, 籼粳杂交稻抽穗期和成熟期干物重、拔节期—抽穗期和抽穗—成熟期作物生长速率均显著高于常规粳稻和杂交籼稻。重度盐碱地下各类型品种的收获指数呈上升趋势。籼粳杂交稻在重度盐碱地下的收获指数高于常规粳稻和杂交籼稻。(4) 重度盐碱地下各类型品种关键生育期的叶面积指数、播种期—拔节期、拔节期—抽穗期和抽穗期—成熟期光合势均显著下降。中度和重度盐碱地下, 籼粳杂交稻成熟期叶面积指数和抽穗期—成熟期光合势均显著高于常规粳稻和杂交籼稻, 抽穗期—成熟期叶面积指数衰减率则呈相反趋势。(5) 重度盐碱地下各类型品种株高、上三叶叶长和叶宽、叶片SPAD值和光合速率均显著下降。中度和重度盐碱地下, 籼粳杂交稻上三叶叶长和叶宽、叶片SPAD值和光合速率均高于常规粳稻和杂交籼稻。本研究结果表明, 滨海盐碱地实地条件下, 盐胁迫显著影响水稻产量及其形成特征。与常规粳稻和杂交籼稻相比, 籼粳杂交稻在滨海盐碱地仍具有较高的产量优势, 这主要得益于其较高的每穗粒数; 此外, 较高的作物生长速率、较大的上三叶叶面积及其较强的叶片持绿性也是籼粳杂交稻在滨海盐碱地具有较好产量优势的重要特征。

外源物质浸种对迟播油菜越冬期抗寒性及产量的影响

王先领, 姜岳, 雷贻忠, 肖胜男, 厍惠洁, 段圣省, 黄铭, 蒯婕, 汪波, 王晶, 赵杰, 徐正华, 周广生

作物学报. 2024, (5):  1271-1286.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34134

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确保迟播油菜产量是压减长江流域双季稻区冬闲田的关键, 提高越冬期抗寒性、促进冬前干物质积累是增加迟播油菜产量的有效途径。播前外源物质浸种是提高越冬期抗寒性, 促进冬前快速生长的有效措施。试验选用早熟品种华油杂137, 设置清水(CK), 0.01 mmol L^-1、0.05 mmol L^-1、0.10 mmol L^-1的甜菜碱(T1-1、T1-2、T1-3), 0.1 mmol L^-1、0.5 mmol L^-1、1.0 mmol L^-1的脯氨酸(T2-1、T2-2、T2-3), 0.03%、0.15%、0.30%的过氧化氢(T3-1、T3-2、T3-3), 0.001 mmol L^-1、0.01 mmol L^-1、0.05 mmol L^-1的苹果酸(T4-1、T4-2、T4-3), 25 mg L^-1、100 mg L^-1、300 mg L^-1的氧化纳米锌(T5-1、T5-2、T5-3), 0.5 mmol L^-1、1.0 mmol L^-1的多胺(T6-1、T6-2)浸种处理后, 于2021—2023年开展田间试验, 研究不同外源物质及浓度浸种对迟播油菜越冬期抗寒性及产量的影响。结果表明, 不同外源物质和不同浓度浸种处理影响迟播油菜出苗率, 部分处理如T3-3、T4-2、T5-3与CK相比显著提高, 提高幅度分别达到19.2%、15.3%、17.3%。部分外源物质浸种也显著提高了迟播油菜抗寒性, 其机制一方面是提高抗氧化系统中过氧化物酶、过氧化氢酶活性和谷胱甘肽含量, 减少活性氧、过氧化氢及丙二醛含量, 另一方面是增加可溶性糖、脯氨酸、苹果酸、多胺、甘露醇等渗透调节物质含量, 提高膜联冷应答蛋白激酶含量从而提高抗寒性。叶片抗寒性的增加有利于越冬期叶片生物量的积累, 有效分枝数增加, 单株角果数增加, 从而促进产量的提高。另外, 对筛选出的9个正向指标和3个负向抗寒性指标进行综合评价, 结果表明, 2年平均产量排序和抗寒性综合评价值排序结果基本一致, 产量较高、抗寒性较强的浸种处理为T5-3、T5-2、T2-3、T1-2。该研究可为长江流域迟播油菜冬前壮苗培育、提高越冬期抗寒性提供理论与技术支撑, 为迟播油菜抗逆稳产、促进冬闲田开发利用提供依据。

稻油系统周年产量差及形成因素探究: 以湖北省武穴市为例

曹馨元, 杜明利, 王宇诚, 陈欣华, 陈佳欣, 凌霄霞, 黄见良, 彭少兵, 邓南燕

作物学报. 2024, (5):  1287-1299.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32030

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明确农户水平稻油系统的产量差及进一步增产的限制因素对保障我国粮油安全具有重要作用。本研究以我国典型稻油系统生产区湖北省武穴市为研究对象, 采用作物模型与田间调查相结合的方法评估了该地区稻油系统周年产量差, 并使用单因素方差分析和条件推断树综合比较了农户在土壤条件和管理措施上的差异, 以探究该地区限制稻油系统产量进一步增长的主要栽培因素及可行的增产途径, 为因地制宜地缩小产量差提供新思路。结果表明: (1) 武穴市水稻季和油菜季的潜在产量分别为11.79 t hm^-2和4.43 t hm^-2, 按照水稻和油菜籽粒的能量当量换算系统周年能量后, 稻油系统的最高周年潜在能量为284 GJ hm^-2。水稻季和油菜季的平均实际产量分别为8.11 t hm^-2和1.82 t hm^-2, 系统平均实际周年能量为165 GJ hm^-2。该地区稻油系统的平均周年相对产量差(产量差与潜在产量的比值)为42%, 其中油菜季(59%)比水稻季(31%)具有更大的产量提升空间。相较于湖北省和长江流域的平均水平, 武穴市稻油系统周年潜在能量相近, 而周年实际能量分别低13%和5%, 导致该地区的产量差相对较大, 其中分别有83%和61%的农户相对产量差大于湖北省和长江流域平均水平。(2) 该地区周年产量较低的农户具有以下主要特征: 土壤为沙壤土, 耕层较浅; 水稻季虫草害防治效果差, 水稻季肥料做底肥一次施用且轻施氮、钾肥; 油菜季重施肥料, 且油菜机收损失较大。(3) 武穴市89%的农户选择种植常规稻品种黄华占, 其实际产量已达到该品种潜在产量的90%左右; 种植油菜品种的种类较多且产量差异较大。综上, 武穴市稻油系统仍具有较大的增产空间; 缩小当地稻油系统产量差的技术措施包括: 适当深耕提高土壤生产力; 油菜季选择当地适宜的高产油菜品种; 水稻季加强推广高产优质杂交稻品种, 重点关注增加水稻用种量, 提高直播密度和播种时的封闭除草, 系统周年施肥管理上应降低油菜季而提高水稻季的肥料用量, 水稻季仅施底肥的农户适当增施追肥等。

稻麦复种模式下氮肥与稻秸互作对小麦产量和N₂O排放影响及推荐施肥研究

陆汝华, 王文轩, 曹强, 田永超, 朱艳, 曹卫星, 刘小军

作物学报. 2024, (5):  1300-1311.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31035

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优化氮肥施用和秸秆还田技术为途径的农业管理措施被认为是提升农业可持续性的有效手段, 然而当前关于氮肥和秸秆还田对小麦产量和N₂O排放影响的研究仍十分有限。为此, 本研究基于2000—2022年发表的关于长江中下游流域氮肥和秸秆投入下小麦产量和N₂O排放变化的文献, 运用随机森林建模, 定量分析氮肥和秸秆还田对小麦产量和N₂O排放的影响, 并结合情景设置进行了特定地点的小麦产量和N₂O排放模拟, 同时评估了碳排放强度(CEE)和净生态系统经济效益(NEEB)。结果表明, 建立的区域尺度小麦产量与N₂O排放对氮秸互作响应的随机森林模型, 验证结果R²分别为0.66和0.65, RMSE分别为0.70和1.11。结果表明施氮量和土壤有机质是影响小麦产量和N₂O排放的重要因素。综合来看, 达到最大产量所需的氮肥量为208~212 kg hm^-2, 达到最小CEE所需的氮肥量为113~130 kg hm^-2, 达到最高的NEEB所需的氮肥量为202~205 kg hm^-2, 其中在6.75 t hm^-2的秸秆投入下施用202 kg hm^-2的氮肥可以获得最高的生态收益1.37万元。优化氮肥和秸秆投入具备减少作物碳排放强度并获得最大净生态环境效益的潜力。

不同覆盖措施对土壤水热状况及春玉米产量和水分利用效率的影响

王永亮, 胥子航, 李申, 梁哲铭, 白炬, 杨治平

作物学报. 2024, (5):  1312-1324.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33025

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为提高黄土高原东部河谷平原春玉米水分利用效率, 探究最适宜该地区春玉米种植的地表覆盖措施, 基于连续7年长期定位试验, 于2021—2022年开展田间试验, 共选取无覆盖(CK)、地膜覆盖(plastic film mulching, FM)以及秸秆覆盖(straw mulching, SM) 3个处理, 研究不同覆盖措施对土壤水热状况及春玉米产量和水分利用效率的影响, 系统分析了2年试验期土壤水分与温度动态变化及春玉米各阶段水分生产力, 为该地区春玉米水肥高效提供利于农业可持续发展的科学管理措施。结果表明: 与无覆盖处理相比, 地膜覆盖具有增温效应, 2年内土壤温度提高0.72~2.63℃; 秸秆覆盖具有降温效应, 2年内土壤温度降低0.20~1.51℃。与无覆盖处理相比, 地膜与秸秆覆盖处理均可改善春玉米生长前期土壤含水量, 并驱动土壤“湿干交替”现象促进水分吸收, 提高水分利用效率, 实现增产。虽然地膜覆盖处理改善了前期土壤含水量, 促进春玉米前期生长发育, 但会导致根系生长过浅, 不利于生长后期水分利用, 甚至植株存在倒伏风险(2021年倒伏率高达72.14%), 影响产量形成。与地膜覆盖处理相比, 秸秆覆盖处理驱动土壤“湿干交替”时表现出更强水分缓冲力, 协调春玉米各阶段生长发育, 生长后期水分利用效率显著提高25.17%~ 34.71%, 并降低倒伏风险。2年平均数据显示, 与地膜覆盖处理相比, 秸秆覆盖处理产量与水分利用效率显著提高8.55%和10.23%, 经济效益显著提高12.57%。综上所述, 秸秆覆盖可作为该地区春玉米水肥高效可持续利用的科学管理措施。

条带垄覆对西南黄壤坡耕地径流和高粱水分利用的影响

陈玉章, 吴松果, 卢成霖, 李瑞, 龚利娟, 文悦, 宁佳欣, 吴宇涵

作物学报. 2024, (5):  1325-1340.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.24226

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针对西南区坡耕地季节性干旱突出、降水径流损失大、高粱低产低效益等问题。2020—2021年, 在黔西南山区以前茬种植春玉米的7°黄壤缓坡耕地为研究对象, 研究了横坡种植模式(作物行向与坡向垂直)下传统露地平作(CK)、条带垄覆地膜(RFM)和条带垄覆玉米整秆(RSM) 3种不同处理对径流、以及高粱耗水特性、水分利用效率、产量和纯收效益的影响。结果表明, 与CK相比, 在横坡垄作模式下, RFM和RSM处理高粱生育期内的降雨径流深度分别平均显著下降27.3%和42.1%, 纳水系数分别平均增加9.5和14.6个百分点。2个条带垄覆横坡种植较CK显著增加高粱生育期的耗水量, 其中拔节至抽穗阶段、灌浆至成熟阶段耗水量与产量分别呈显著(r = 0.51^*)和极显著(r = 0.81^**)正相关。与CK相比, RFM、RSM显著增加高粱成熟期生物量、穗粒数和千粒重, 籽粒产量分别平均显著增加8.5%和6.2%, 但水分利用效率分别平均显著下降12.6%和21.4%。主要原因是, 条带垄覆可显著增加高粱全生育期0~100 cm土壤贮水量, 提高拔节至抽穗、灌浆至成熟阶段的耗水量, 促进了高粱植株的生长发育和产量形成, 且高粱秸秆产量的增幅(21.4%)显著高于籽粒产量增幅(7.3%), 秸秆产量的大幅增加虽然降低了水分利用效率, 但秸秆产量的增加是籽粒增产的重要保障。RSM处理的纯收益和产投比分别平均较CK增加2962.9元 hm^-2和2.3%, 而RFM处理由于增加了劳动强度、机械和地膜投入, 导致纯收益和产投比分别平均较CK下降1502.6元 hm^-2和32.6%。因此, 条带垄覆玉米整秆横坡种植在显著提高降水有效性的同时, 可实现产量和纯收益双增的目的, 是西南黄壤旱坡耕地高粱增产增收的可行模式。

研究简报

氮钾减量配施对甘薯产量和品质的影响

杨春菊, 唐道彬, 张凯, 杜康, 黄红, 乔欢欢, 王季春, 吕长文

作物学报. 2024, (5):  1341-1350.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34147

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基于重庆地区土壤肥力及施肥水平, 在保证作物稳产、优质的情况下, 探讨氮钾减量配施对甘薯产量、品质、养分利用和土壤肥力的影响, 以期确定本地区甘薯是否存在减肥空间以及适宜的减量配施策略。2021—2022年连续2年在重庆市北碚区歇马街道西南大学薯类作物研究所开展田间试验, 采用双因素随机区组试验设计, 氮、钾各三水平, 分别以常规施N量为126.00 kg hm^-2 (A1), 减施10% (A2)和20% (A3); 常规施K₂O量96.00 kg hm^-2 (B1), 减施5% (B2)和10% (B3)。试验结果表明, 一定程度的氮钾减量配施不会造成甘薯产量的显著下降, 氮肥减施达到20% (A3)甘薯单株结薯数显著降低, A3较A1显著减产9.25%。氮肥减施10%和20%分别较A1的块根可溶性糖含量显著增加了0.25%和0.36%, 钾肥减施10%则较B1的可溶性糖含量显著增加了0.47%。但氮钾减量配施对甘薯块根淀粉率和可溶性蛋白含量存在不利影响。综上所述, 相较于本地常规施氮钾量, 减氮10% (A2)配合减钾5% (B2), 即施氮量为119.70 kg hm^-2、施钾量为86.40 kg hm^-2, 不会降低渝薯198产量和土壤酶活性, 可作为本区域甘薯生产中的推荐施肥量。

水稻OsCNGC10基因抗倒伏性以及抗旱性功能研究

朱忠林, 文月, 周棋, 巫燕飞, 杜雪竹, 盛锋

作物学报. 2024, (5):  1351-1360.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32027

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环核苷酸门控离子通道是一种配体门控的阳离子通道, 存在于动物和植物体内, 是真核生物信号级联反应的重要组成部分。本研究利用水稻环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channel, OsCNGC10)基因, 构建了超表达载体 pU1301-CNGC10-Flag和双靶点敲除载体pRGEB32-CRISPR/cas9-cngc10, 通过农杆菌介导的遗传转化法获得敲除和过表达材料, 并从T₂代中分离到纯合植株oscngc10-2及OE-CNGC10-6。转基因植株茎秆特性以及抗倒伏性分析表明, 突变体oscngc10-2茎秆强度和抗倒伏性增强; 茎秆细胞壁组织切片以及组织成分分析则表明突变体oscngc10-2植株抗倒伏性增强是由于茎秆细胞壁茎壁厚度、薄壁组织细胞丰度以及木质素含量增加所致; 过表达OsCNGC10降低了茎秆壁厚、茎秆木质素含量以及茎秆细胞壁细胞丰度, 敲除OsCNGC10增加了茎秆木质素含量且增加了茎秆细胞壁薄壁细胞丰度, 初步证明OsCNGC10与水稻茎秆细胞壁成分合成相关, 负调控水稻抗倒伏性; T₂代田间试验结果表明, 与野生型相比, 突变体oscngc10-2植株的株高、有效穗、穗长、穗粒数、结实率、千粒重和单株产量等农艺性状显著提升; 苗期干旱胁迫实验结果表明, 在干旱胁迫下, OsCNGC10基因缺陷型植株体内丙二醛(MDA)含量积累速度加快, 且无法形成足够的游离脯氨酸, 而过表达OsCNGC10植株在遭受干旱胁迫时, 体内游离脯氨酸(Pro)含量大量升高, 且MDA积累速度相对变慢, 初步说明OsCNGC10正向调控水稻苗期抗旱性。本研究结果表明水稻OsCNGC10可能在水稻抗倒伏及抗旱方面有潜在功能, 为培育抗倒伏且高产的水稻新品种提供了理论基础和新的种质资源。