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2024年 第50卷 第6期 刊出日期：2024-06-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

二项分布双边收尾概率和假设检验统计量的几处修正

王建康

作物学报. 2024, (6):  1361-1372.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33057

摘要 ( 268 )   HTML ( 10 )   PDF (349KB) ( 302 )  

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二项分布是广泛存在的一种离散型概率分布。服从二项分布B(n, p)的一个随机变量等于n个相互独立且服从贝努利分布B(1, p)的随机变量之和, 二项分布包含参数p的估计与检验等同于贝努利分布参数p的估计与检验。本文修正常见教科书中有关二项分布双边收尾概率计算和假设检验统计量构建中存在的3处问题。(1) 对二项分布B(n, p)的取值概率p_k(k = 0, 1, ···, n)从小到大排序, 排序后的概率用p_(k)表示, 观测值k的双边收尾精确概率等于$\sum\limits_{i=0}^{k}{{{p}_{(i)}}}$; (2) 二项分布B(n, p)参数p与给定值p₀的差异显著性检验统计量被修正为$u=\frac{\hat{p}-{{p}_{0}}}{\sqrt{\frac{\hat{p}\hat{q}}{n}}}$, 该统计量在大样本条件下近似服从正态分布N(p–p₀, 1); (3) 二项分布B(n₁, p₁)和 B(n₂, p₂)的参数p₁和p₂差异显著性检验统计量被修正为$u=\frac{{{{\hat{p}}}_{1}}-{{{\hat{p}}}_{2}}}{\sqrt{\frac{{{{\hat{p}}}_{1}}{{{\hat{q}}}_{1}}}{{{n}_{1}}}+\frac{{{{\hat{p}}}_{2}}{{{\hat{q}}}_{2}}}{{{n}_{2}}}}}$, 该统计量在大样本条件下近似服从正态分布N(p₁–p₂, 1)。修正后的双边收尾概率是精确值, 不会出现概率大于1的问题。修正后的2个检验统计量无论原假设是否成立, 其大样本近似正态分布的方差均为1, 有利于准确研究备择假设条件下检验统计量的功效。此外, 文中还介绍了小样本条件下二项分布参数的精确检验, 对比分析了准确检验与近似检验的异同; 讨论了修正统计量的理论基础, 给出了小概率和大样本的判定标准, 列出了贝努利分布参数检验与正态分布均值检验的异同。期望读者能够从中了解到假设检验与统计推断作为统计学核心研究内容的全貌。

基于遗传解析新模式的小麦寡分蘖QTL的鉴定和验证

张智源, 周界光, 刘家君, 王素容, 王同著, 赵聪豪, 尤佳宁, 丁浦洋, 唐华苹, 刘燕林, 江千涛, 陈国跃, 魏育明, 马建

作物学报. 2024, (6):  1373-1383.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31051

摘要 ( 236 )   HTML ( 11 )   PDF (5407KB) ( 265 )  

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有效分蘖数可直接影响小麦的成穗数, 与产量关系极为密切。挖掘小麦分蘖数相关数量性状位点, 解析分蘖数与其他重要农艺性状之间的相关性, 可为分子育种提供理论依据。本研究首先提出和建立了“多个环境评价-单个性状深入-综合性状兼顾-友好标记开发-不同背景验证”的遗传解析新模式。进一步利用该模式, 以寡分蘖自然变异植株msf和川农16 (CN16)构建的F₆代重组自交系群体(MC群体)为实验材料, 以多年多点的有效分蘖数作为表型数据, 借助基于16K芯片构建的遗传连锁图谱成功定位和验证了寡分蘖遗传调控位点。QTL定位结果显示, 1A、5A和6D染色体上有4个控制寡分蘖的QTL。其中Qltn.sau-MC-1A为稳定主效的寡分蘖QTL, 解释了13.39%~60.40%的表型变异, 其正效应位点来源于msf。表型分析发现, 携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点株系的有效分蘖数显著少于携带Qltn.sau-MC-1A负效应位点株系的有效分蘖数。相关性分析表明, 有效分蘖数和株高之间存在极显著的正相关, 与千粒重、每穗粒数、每穗粒重、旗叶宽之间存在显著的负相关, 有效分蘖数与旗叶长、开花期之间无显著相关。遗传分析结果表明, Qltn.sau-MC-1A正效应位点显著增加每穗粒数、每穗粒重和千粒重, 但推迟开花期。不同遗传背景下的验证结果表明, 携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点的株系确实能降低有效分蘖数。综上, 本研究建立了一种遗传解析新模式, 并基于此模式解析、定位和验证了一个控制寡分蘖的主效QTL Qltn.sau-MC-1A, 为进一步精细定位和了解分蘖形成机制奠定了基础。

利用野生种Solanum boliviense创制马铃薯抗寒种质

刘园园, 董建科, 应静文, 梅文祥, 程刚, 郭晶晶, 焦文标, 宋波涛

作物学报. 2024, (6):  1384-1393.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34159

摘要 ( 196 )   HTML ( 8 )   PDF (9632KB) ( 278 )  

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马铃薯栽培种不耐低温霜冻, 低温直接影响植株和块茎的生长和发育, 进而影响马铃薯的产量。马铃薯野生种抗性资源丰富, S. boliviense等野生种存在丰富的低温霜冻抗性, 它们是改良马铃薯栽培种的重要资源。本研究在对野生种S. boliviense不同株系进行抗寒性鉴定的基础上, 筛选得到综合性状优良的株系BLV29-2 (S. boliviense)并与二倍体栽培种ED25进行杂交和回交, 获得了抗寒性较强的种间杂种材料; 再利用秋水仙素处理部分抗寒性明显改良的种间杂种株系, 对这些加倍株系进行抗寒性和农艺性状鉴定, 结果表明所有加倍材料在株高、花粉粒直径和单个薯重等方面均有显著增加, 大部分材料加倍前后抗寒性无显著变化, 但较栽培种对照显著提升。将加倍株系T-FT073-4-7与优良四倍体栽培种华薯13号进行杂交, 杂交后代自然霜冻评级结果出现抗感分离, 47%材料的抗寒性偏向母本T-FT073-4-7, 显著高于父本栽培种, 进一步结合田间农艺性状筛选出了部分综合性状优良且抗寒性显著改良的育种材料。本研究已成功将二倍体野生种S. boliviense的优良抗寒性导入四倍体栽培种中, 改良了现有栽培种对低温敏感的不足, 为抗寒遗传育种材料的选育和进一步改良奠定了重要基础。

新疆冬小麦籽粒品质性状遗传差异与关联分析

马艳明, 娄鸿耀, 王威, 孙娜, 颜国荣, 张胜军, 刘杰, 倪中福, 徐麟

作物学报. 2024, (6):  1394-1405.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31030

摘要 ( 229 )   HTML ( 15 )   PDF (4566KB) ( 209 )  

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小麦籽粒品质与面粉加工的食品品质密切相关, 是小麦早期品质选择的重要依据。本研究以产自新疆的134个冬小麦地方品种和54个育成品种为材料, 对连续2年种植收获于新疆乌鲁木齐市、新疆伊宁市共计4个试验点的小麦籽粒进行品质检测与全基因组关联分析。结果表明, 7个小麦籽粒品质性状的广义遗传力在62.14%~85.35%之间, 由大到小排序依次为: 硬度(85.35%)>湿面筋含量(78.44%)>出粉率(73.13%)>容重(72.50%)>沉降值(66.70%)>籽粒蛋白质含量(65.24%)>淀粉含量(62.14%)。在4个不同环境下, 7个小麦籽粒品质性状表现为蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值的变异相对较大, 籽粒硬度的变异居中, 淀粉含量、出粉率、容重的变异较小, 多数籽粒品质性状间呈极显著相关性。设定阈值P<0.01, 经关联分析, 7个性状共检测到6605个显著性SNP标记, 可解释6.021%~31.467%的变异。4个环境下检测到2个以上性状共有的多性状位点12个, 可以解释6.233%~17.708%的表型变异。分别是蛋白质含量/沉降值、蛋白质含量/容重共有位点各1个, 分别位于6A、2B上; 蛋白质含量/湿面筋含量共有位点5个, 分别位于3A、1B、6B、7B和7D上; 沉降值/容重/籽粒硬度3个性状共有位点1个, 位于5B上; 蛋白质含量/沉降值/湿面筋含量3个性状共有位点3个, 位于7A、3B和2D上, 蛋白质含量/沉降值/湿面筋含量/容重4个性状共有位点1个, 染色体位置未知。筛选出11个多性状、多环境品质相关基因, 其中TraesCS6B01G347500编码一种储运蛋白, TraesCS1B01G395400编码碳水化合物转运蛋白/糖转运蛋白, TraesCS2D01G246500基因编码具有耐冷、耐盐、节水相关的蛋白ESKIMO1, 可作为候选基因进行等位变异分析和标记开发, 为小麦标记辅助选择育种提供分子工具。

纤毛鹅观草-普通小麦高抗条锈病多年生属间杂种F₁的创制及鉴定

朱明昆, 包俊浩, 庞菁璐, 周诗绮, 方忠艳, 郑文, 张亚洲, 吴丹丹

作物学报. 2024, (6):  1406-1420.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31056

摘要 ( 171 )   HTML ( 6 )   PDF (12180KB) ( 305 )  

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本研究对鹅观草属(Roegneria C. Koch.) 13个物种29份材料进行条锈病田间鉴定和抗条锈病基因检测, 将筛选的抗病材料与小麦进行人工属间杂交, 并对属间杂种F₁进行形态学、细胞遗传学及小麦条锈病抗性检测, 结果显示: 82.76%的材料在田间对条锈病表现中抗以上的抗性, 且均含有5个以上的已知抗条锈病基因的等位基因, 但仍可能存在条锈病抗性新基因; 筛选到的一份高抗条锈病的纤毛鹅观草(Roegneria ciliaris [Trin.] Nevski) ZY11004-R, 将其与5个普通小麦(Triticum aestivum L.)品种进行人工属间杂交, 通过胚拯救的方式成功获得了纤毛鹅观草-普通小麦CSph2a属间杂种F₁; 杂种F₁体细胞染色体条数为35条(基因组组成为StYABD), 花粉母细胞减数分裂I中期染色体多为单价体, 形态特征处于两亲本之间, 但在生活习性上获得多年生的性状, 并表现出高抗条锈病。

玉米ZmGRAS13基因的克隆及功能研究

折萌, 郑登俞, 柯照, 吴忠义, 邹华文, 张中保

作物学报. 2024, (6):  1420-1434.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33060

摘要 ( 236 )   HTML ( 21 )   PDF (18106KB) ( 359 )  

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GRAS家族是植物特有的一类转录因子, 在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。探究玉米(Zea mays L.) GRAS家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmGRAS13基因(Zm00001eb401210), 利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR (qPCR)等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及逆境胁迫下表达模式等进行分析。生物信息学分析结果显示, 该基因编码序列全长为1638 bp, 编码545个氨基酸; ZmGRAS13蛋白不具有跨膜结构, 分子量为60.79 kD, 理论等电点为5.86, 具有GRAS家族所特有的保守结构域。对基因启动子上游2 kb序列进行分析, 发现该序列含有与逆境胁迫、激素响应及光响应等相关的顺式作用元件。qPCR分析表明, ZmGRAS13基因在玉米不同组织中均有表达, 且茎中的表达量最高; 同时该基因在不同非生物胁迫处理条件下均有不同程度的诱导表达。玉米原生质体瞬时表达实验表明, ZmGRAS13蛋白定位于细胞核。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、茉莉酸(jasmonic acid, JA)和水杨酸(salicylic acid, SA)的1/2 MS固体培养基上, 转ZmGRAS13基因拟南芥株系的根长均显著长于野生型拟南芥; 在土壤中, 高盐和干旱处理下转基因拟南芥株系较野生型拟南芥生长状态更好, 且绿叶率高于野生型。转ZmGRAS13基因拟南芥与野生型相比, 抗逆生理指标MDA含量降低、叶绿素含量增加、POD和CAT活性增强, 且差异均显著。由此推测, ZmGRAS13基因可能参与玉米生长发育调控和对逆境胁迫应答及激素信号转导途径。本研究为进一步解析ZmGRAS13在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

玉米果穗相关性状QTL定位及重要候选基因分析

郑雪晴, 王兴荣, 张彦军, 龚佃明, 邱法展

作物学报. 2024, (6):  1435-1450.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33061

摘要 ( 295 )   HTML ( 11 )   PDF (3768KB) ( 192 )  

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玉米果穗相关性状与产量直接相关, 其遗传基础解析对于指导玉米遗传改良意义重大。本研究对3年6个环境下的168份高代回交重组自交系(AB-RILs)的穗长、穗行数和百粒重等8个性状进行表型鉴定, 结合玉米10 K芯片产生的覆盖全基因组的11,407个SNP (Single Nucleotide Polymorphisms)标记对8个性状进行QTL定位。共鉴定到32个与8个果穗性状相关的QTL, 其中包含5个环境一致性的QTL, 3个多效性QTL。进一步利用507份关联群体的基因型与表型数据对主效QTL候选区间进行关联分析, 鉴定到19个可能与果穗性状相关的重要候选基因, 结合候选基因的进化分析和表达分析等, 初步确定其中4个为关键候选基因。以上结果为玉米育种中果穗性状的遗传改良提供了重要的标记信息, 同时也为果穗性状相关基因克隆提供指导。

马铃薯ARM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

刘震, 陈丽敏, 李志涛, 朱金勇, 王玮璐, 齐喆颖, 姚攀锋, 毕真真, 孙超, 白江平, 刘玉汇

作物学报. 2024, (6):  1451-1466.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34121

摘要 ( 211 )   HTML ( 22 )   PDF (12948KB) ( 288 )  

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ARM蛋白重复序列(Armadillo repeats)广泛存在于高等植物中, 它们参与多种细胞过程, 如信号转导、核转运以及对多种生物/非生物胁迫的响应。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下鉴定出了54个马铃薯ARM基因家族成员(StARMs), 它们不均匀的分布在12条染色体上。根据其蛋白结构和系统发育特征, 将54个StARMs分为3个亚家族。片段重复事件在马铃薯ARM基因家族的扩展中起主要作用。共线性分析发现, StARMs与番茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis)、甘蓝(Brassica oleracea)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)分别有51对、17对、25对、6对和10对直系同源基因, 这些基因均在纯化选择下进化。RNA-seq数据分析发现, 4个StARM基因在匍匐茎中特异表达, 2个StARM基因在根和心皮中特异表达, 1个StARM基因在块茎中特异表, 还有一些StARM基因参与了马铃薯对生物/非生物胁迫的响应。此外, 本研究对3个不同颜色马铃薯块茎组织(薯皮和薯肉)进行了RNA-seq测序, 分析了54个StARMs在不同颜色马铃薯块茎组织中的表达模式, 并利用qPCR分析了StARMs 在3个不同颜色块茎杂交子代薯肉中的相对表达量, 筛选出了4个可能参与马铃薯块茎花色素苷生物合成的候选基因。本研究为进一步了解StARM基因家族的特征, 深入分析StARM基因在马铃薯抵御生物/非生物胁迫和调控块茎花色素苷生物合成中的功能提供了理论依据。

Bacillus velezensis G-1·脂肽悬浮种衣剂的制备及其对高粱丝黑穗病菌的防侵染效果

孙美红, 王彩琴, 王蓉, 白文斌, 高振峰

作物学报. 2024, (6):  1467-1485.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34174

摘要 ( 132 )   HTML ( 3 )   PDF (28618KB) ( 126 )  

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为筛选出可有效抑制高粱丝黑穗病菌侵染高粱根部组织的生防微生物与天然产物, 并在此基础上开发出便于在生产上推广应用的微生物悬浮种衣剂。本研究以晋杂2001号高粱为试验材料, 选择试验室保藏的3株优秀抗病细菌和脂肽物质, 首先通过种子萌发和活体侵染率测定试验明确了不同拮抗细菌和脂肽物质对高粱丝黑穗病菌的防侵染效果和较优使用浓度, 随后以优选菌株和脂肽物质为活性成分进行了悬浮种衣剂配方优化、种衣剂较优使用量及贮藏稳定性研究, 并在盆栽条件下测定了悬浮种衣剂对高粱丝黑穗病菌的防侵染效果。研究结果表明: Bacillus velezensis G-1及其次级代谢产物(脂肽)对高粱丝黑穗病菌侵染高粱根部组织具有良好抑制效果, 较优使用浓度分别为1.0×10⁹ cfu mL^-1和600 μg mL^-1, 且对晋杂2001号高粱种子萌发无显著抑制作用(P > 0.05); B. velezensis G-1·脂肽悬浮种衣剂的较优配方为菌株G-1悬浮液(1.0×10¹¹ cfu mL^-1) 5 mL、脂肽物质(8 mg mL^-1) 5 mL、羧甲基纤维素钠4 g、海藻酸钠0.6 g、分散剂MF 4 g、 FeSO₄·7H₂O 0.2 g、MgSO₄·7H₂O 1 g、K₂HPO₄·3H₂O 0.5 g、色浆4 g, 水补足100 g; B. velezensis G-1·脂肽悬浮种衣剂的较优使用量为25 g包装1 kg高粱种子, 且对高粱丝黑穗病菌的盆栽侵染抑制率为87.74%; 此外, B. velezensis G-1·脂肽悬浮种衣剂还对高粱幼苗生长表现出较好促生作用, 并具有良好贮藏稳定性, 常温下避光贮藏12个月后防侵染效果仅下降1.63%。说明B. velezensis G-1·脂肽悬浮种衣剂在高粱丝黑穗病绿色防控技术推广应用中具有良好应用前景。

南疆陆地棉农艺性状与皮棉产量性状的遗传贡献及决策系数分析

李长喜, 董占鹏, 关永虎, 刘金伟, 李航, 梅拥军

作物学报. 2024, (6):  1486-1502.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34157

摘要 ( 164 )   HTML ( 3 )   PDF (306KB) ( 218 )  

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研究陆地棉亲本及F₁组合农艺性状与皮棉产量性状的遗传, 为育种工作者对某些性状的选择和改良提供参考依据。采用加性-显性及其与环境互作的遗传模型对130个陆地棉品种(系)及其206个F₁组合的4个农艺性状和4个产量性状的观察结果进行了遗传贡献分析和决策系数分析。分析结果显示, 这些性状具有丰富的遗传多样性, 亲本的8个性状的变异系数在5.54%~50.83%之间, F₁组合则在3.96%~55.87%之间。农艺性状(除第一果枝节位对衣分外)对产量性状的加性贡献率均达到极显著水平(贡献率在4%~100%), 五瓣铃率和株高对单株铃数和铃重的加性贡献率和显性 × 环境互作贡献率均达0.01以上的正向极显著水平。遗传效应中受加性效应控制有第一果枝高度、株高、五瓣铃率、铃重和衣分, 其中衣分为最大。株高除加性效应较小外, 其显性效应、加性 × 环境互作效应、显性 × 环境互作效应和互作广义遗传率均为最大。确定了提高陆地棉杂交种后代单株皮棉产量的主要决策性状和限制性状。陆地棉变异系数幅度较大; 五瓣铃率和株高对提高单株铃数和铃重起着更为重要的作用; 单株铃数、铃重和衣分是提高单株皮棉产量的主要决策性状。

不同马铃薯淀粉含量差异的转录组学解析

赵娜, 刘宇曦, 张朝澍, 石瑛

作物学报. 2024, (6):  1503-1513.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34172

摘要 ( 226 )   HTML ( 13 )   PDF (10656KB) ( 327 )  

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淀粉是马铃薯重要的品质性状之一, 广泛应用于食品、医药、石油化工等行业, 市场上对高淀粉马铃薯品种的需求逐年提高。为探究马铃薯块茎淀粉积累特性及调控的关键基因, 本研究通过RNA测序分析, 分别对高、低淀粉含量马铃薯品种大西洋(DXY)、定薯1号(DS1)的匍匐茎(a)、块茎膨大前期(b)、块茎膨大中期(c)、块茎膨大后期(d)及成熟期(e)进行转录组谱分析, 5个时期共获得9494个差异表达基因(DEGs), 结合功能注释发现差异基因主要富集在结合绑定和催化活性等分子功能中, 代谢通路分析发现差异基因主要富集在碳水化合物途径中, 其中有137个DEGs与淀粉和蔗糖代谢相关。筛选获得9个调控淀粉合成关键基因, 其中蔗糖合酶基因PGSC0003DMG400013547在大西洋整个生育期表达量较高, 且在各时期表达量均高于定薯1号; 果糖激酶基因PGSC0003DMG400026916在a、b时期大西洋的表达量显著高于定薯1号; 定薯1号中淀粉酶基因PGSC0003DMG400009891、PGSC0003DMG400001549和葡聚糖内切-1,3-β-葡萄糖苷酶基因PGSC0003DMG400024642、PGSC0003DMG400003181分别在c和e时期表达量显著高于高淀粉品种大西洋。上述基因可能是参与淀粉的合成与积累的关键调控基因。本研究为不同类型马铃薯品种块茎淀粉代谢调控机制研究提供参考。

MeLAZY1c基因调控木薯株型的初步研究

望嘉翔, 郁雪婷, 李梦桃, 麦伟涛, 陈新, 王文泉

作物学报. 2024, (6):  1514-1524.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34154

摘要 ( 158 )   HTML ( 9 )   PDF (22863KB) ( 219 )  

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IGT基因家族参与作物株型的调控, LAZY属于IGT的亚家族。以拟南芥6个LAZY成员氨基酸序列为“种子”在木薯基因组中进行比对, 在木薯中共鉴定到8个LAZY基因, 其中MeLAZY1c与调控分枝角度的AtLAZY1高度同源。基于此, 本研究以MeLAZY1c为研究对象, 利用qRT-PCR分析发现MeLAZY1c在茎中转录水平最高, GUS染色显示pMeLAZY1c在维管束中染色较深。在MeLAZY1c启动子中发现8个光响应/调节元件, 随后发现黑暗能显著抑制其表达水平。同时对MeLAZY1c进行基因编辑, 获得纯合编辑株系19个, 炼苗移栽后观测表型, 发现melazy1c突变体植株与SC8野生型相比, 其主茎呈现匍匐生长, 并且弯曲部位茎外皮细胞形态扭曲变形且大小不一致, 近地侧1 mm处细胞数目约是远地侧细胞数量的1.5倍, 表明MeLAZY1c在木薯直立/匍匐生长建成方面发挥着重要作用。

耕作栽培·生理生化

侧深施控释氮肥运筹方式对水稻产量、NH₃挥发和温室气体排放的影响

郭松, 郭慧婷, 张裕梁, 钱紫慧, 王子君, 路佳明, 汪源, 赵灿, 王维领, 张洪程, 杨凤萍, 霍中洋

作物学报. 2024, (6):  1525-1539.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32036

摘要 ( 263 )   HTML ( 16 )   PDF (1220KB) ( 353 )  

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为建立机插稻高产低碳减排的控释氮肥施用技术, 以迟熟中粳南粳9108、泰香粳1402为材料, 选用控释期100 d、43%树脂包膜缓释氮肥与46%速效尿素为氮肥, 分别设置基穗氮肥比例为10:0 (NM1)、8:2 (NM2)、7:3 (NM3)与6:4 (NM4)不同运筹方式处理, 基肥采用侧深施肥方法, 控释氮肥与速效尿素比例均为5:5, 穗氮肥为尿素, 并设置常规施肥(FFT)与不施氮肥(0N)对照处理, 研究不同氮肥运筹方式对水稻产量、NH₃挥发和温室气体排放的影响。结果表明: 与FFT处理相比, 侧深施控释氮肥推迟NH₃挥发峰值出现, 避免分蘖期NH₃挥发峰值产生, 穗期追施尿素后的NH₃挥发通量和平均NH₃挥发通量显著降低, NH₃累积损失总量降低25.33%~48.76%, NH₃排放系数降低29.14%~60.81%, 单位产量NH₃排放强度显著降低29.60%~56.01%。与FFT处理相比, 侧深施控释氮肥分蘖期和抽穗后的CH₄排放通量显著降低, 搁田期和穗期追施尿素后的N₂O排放通量显著降低, CH₄排放累积总量降低20.20%~55.04%, CH₄减排率随基穗氮肥比例变小而降低, N₂O排放累积总量降低25.56%~61.56%, N₂O减排率表现为NM1>NM3>NM2>NM4, GWP和GHGI分别降低20.96%~53.35%、25.91%~55.40%。品种间NH₃挥发和温室气体规律一致, 减排效果均表现为NM1>NM3>NM2>NM4。综合考虑经济、生态效益, NM1处理氨挥发和温室气体减排效果最佳, 且比NM3和FFT处理减少施肥次数1~2次, 利于水稻绿色轻简规模化生产; NM3处理增产率最高且NH₃挥发和温室气体减排效果仅次NM1, 实现丰产减排协同进行。综上, 本文探索出一套适配迟熟中粳减排增产的控释氮肥施肥方式, 重点发现“轻简+减排”型施肥方式NM1和“丰产+减排”型施肥方式NM3。

施氮量对滴灌水稻根系形态构型和分形特征的影响

唐清芸, 杨晶晶, 赵蕾, 宋志文, 王国栋, 李玉祥

作物学报. 2024, (6):  1540-1553.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32040

摘要 ( 233 )   HTML ( 13 )   PDF (6367KB) ( 328 )  

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旨在探明水稻在膜下滴灌下根系形态、构型、氮利用效率变化及其与分形维数的关系。于2021—2022年, 以氮高效品种(T-43)和氮低效品种(垦-26)为材料, 设置滴灌(drip irrigation, DI)、淹灌(flooding irrigation, FI) 2种方式与4种施氮水平(0、150、300和450 kg hm^-2)的盆栽试验。基于盒维数法结合根系图像分形分析程序计算根系形态的分形维数和分形丰度, 研究滴灌及施氮对水稻产量、氮素利用效率、根系形态、构型、分形维数、分形丰度的影响。结果表明, (1) 在相同施氮水平下, 与淹灌相比, 滴灌处理下T-43和垦-26细根百分比、根长密度(root length density, RLD) β值、氮肥农学利用效率(nitrogen agronomic efficiency, NAE)显著提高(分别为6.8%~14.5%和9.9%~17.2%、0.65%~5.45%和0.32%~3.43%、12.1%~22.4%和12.2%~20.5%); >0.5 mm RLD、0~40 cm土层表面积密度(surface area density, SAD)和根体积密度(RLD)、分形维数(fractal dimension, FD)、分形丰度(fractal abundance, FA)显著降低, 造成产量降低(3.8%~37.4%和7.6%~48.3%)。(2) 滴灌模式下, 施氮显著提高了水稻根系FD和FA, T-43在施氮量为300 kg hm^-2时, FD和FA最高(分别为1.55和14.07); 垦-26在施氮量为450 kg hm^-2时最高(分别为1.62和14.78)。(3) 相关分析表明, FD、FA与直径0.1~0.3 mm RLD、0~10 cm土层根长和根质量密度、产量、氮素稻谷生产效率呈显著正相关, 与30~40 cm土层表面积密度呈显著负相关。因此, 在滴灌条件下, 氮高效品种“T-43”配施300 kg hm^-2氮肥, 能够增加细根根长密度比例, 优化表层根系形态分布, 提高根系分形维数和丰度, 进而实现滴灌水稻产量和氮肥利用效率协同提高。

关键栽培措施对菜籽油综合品质的影响

宁宁, 余新颖, 秦梦倩, 娄洪祥, 王宗铠, 王春云, 贾才华, 徐正华, 王晶, 蒯婕, 汪波, 赵杰, 周广生

作物学报. 2024, (6):  1554-1567.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34135

摘要 ( 229 )   HTML ( 13 )   PDF (714KB) ( 274 )  

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为明确关键栽培措施对菜籽油品质的影响, 本研究以“湘杂油518”和“大地199”为材料, 分别在武汉和兰州进行播期、密度及氮肥处理单因素试验, 籽粒成熟后收获冷榨, 测定菜籽油色泽、过氧化值、极性总酚及甾醇含量等关键品质指标, 综合评价各处理下菜籽油品质。结果表明: 本试验条件下, 播期、密度、氮肥均显著影响菜籽油关键品质指标, 但各指标在两品种、两试验点间的变化规律不尽相同。两试点、两品种均在早播条件下菜籽油的油酸含量较高, 且均随播期推迟, 色泽加深, 叶绿素含量升高, 综合品质下降。两试点的湘杂油518品种在D2密度(4.5×10⁵ hm^-2)下的菜籽油的酸价较低, 极性总酚、总植物甾醇和总生育酚含量较高, 综合品质较好。两试点的大地199品种则随密度增加菜籽油叶绿素含量增加, 色泽加深, 亚油酸含量降低, 综合品质下降。两试点、两品种均在低氮下(120 kg hm^-2)有较高的籽粒含油量和出油效率, 且均随施氮量的增加菜籽油色泽加深, 综合品质下降。主成分分析表明, 播期对菜籽油综合品质的影响大于种植密度和施氮量处理, 酸价、叶绿素、极性总酚、抗氧化能力和总植物甾醇是影响菜籽油的关键品质指标; 相关性分析表明, 籽粒含油量与出油效率显著正相关, 叶绿素、类胡萝卜素与菜籽油色泽均呈显著正相关, 极性总酚与抗氧化性显著正相关。综上所述, 生产中适期早播、减少氮肥用量、降低种植密度, 可提高压榨菜籽油品质。本试验结果可为高品质菜籽油优质原料的生产提供技术支撑。

干旱胁迫下冬小麦不同品种萌发特性差异的研究

乔志新, 张杰道, 王雨, 郭启芳, 刘燕静, 陈蕊, 胡文浩, 孙爱清

作物学报. 2024, (6):  1568-1583.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31037

摘要 ( 307 )   HTML ( 38 )   PDF (2411KB) ( 342 )  

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干旱是影响小麦生产的重要逆境, 可以造成萌发成苗质量下降。为了解当前小麦品种在干旱胁迫下的种子萌发特性, 采用沙培控水法研究了生产上应用广泛的128个小麦品种的干旱萌发特性; 筛选出干旱萌发特性差异显著的6个小麦品种(山农28号(SN28)、长6878 (C6878)、烟农19 (YN19)、山农23号(SN23)、鑫麦296 (XM296)和新麦38 (XM38))进行干旱胁迫下种子萌发过程中的生理生化分析。结果表明, 根据活力指数的耐旱系数进行聚类分析, 将128个小麦品种的干旱萌发特性分为好、较好、中等、较差、差5类。山农28号和长6878等18个干旱萌发特性好的小麦品种种子萌发快, 幼苗整齐健壮; 新麦38、乐麦185等26个干旱萌发特性差的小麦品种种子萌发慢、萌发时间分散、发芽率低且幼苗整齐度差。进一步对不同干旱萌发特性的小麦品种进行生理生化指标测定表明, 干旱萌发特性好的山农28号和长6878干旱萌发前期大分子修复基因TDP1表达水平显著高于对照; 干旱萌发前期POD活性也显著高于对照; α-淀粉酶和半胱氨酸蛋白酶活性受干旱影响较小, 萌发后期的可溶性蛋白含量显著高于对照。而干旱萌发特性差的鑫麦296和新麦38在干旱胁迫下种胚DNA和蛋白质修复基因表达水平上升相对滞后; 在干旱胁迫下的半胱氨酸蛋白酶活性显著降低。上述结果表明, 干旱萌发特性好的小麦品种在干旱胁迫下萌发成苗过程中种胚大分子修复能力和种子抗氧化能力强, 贮藏物质动员早, 最终种子萌发速度快, 出苗质量高。

密度与氮素对夏播棉氮素吸收利用的影响

徐泽, 吴莘玲, 刘震宇, 李涵佳, 冷鑫华, 吴天凡, 陈媛, 张祥, 陈德华

作物学报. 2024, (6):  1584-1596.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34123

摘要 ( 149 )   HTML ( 6 )   PDF (427KB) ( 201 )  

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为明确密度氮素对夏播棉氮素吸收利用的影响, 2019—2020年于扬州大学遗传生理重点实验室以特早熟品种中棉所425为材料, 2019年采用裂区设计, 以密度为主处理, 设60,000株 hm^-2、90,000株 hm^-2、120,000株 hm^-2 3个水平, 以施氮量为副区, 设施纯氮0 kg hm^-2、90 kg hm^-2、150 kg hm^-2、210 kg hm^-2 4个水平; 2020年采用单因素随机区组设计, 设置生产对照CK (90,000株 hm^-2; 180 kg hm^-2氮素), 在120,000株 hm^-2密度下, 设施纯氮0 kg hm^-2、90 kg hm^-2、150 kg hm^-2、210 kg hm^-2 4个水平, 研究密度与氮素处理对此种植方式下产量及其构成以及氮素吸收利用的影响。结果表明, 在120,000株 hm^-2密度下配合施氮150 kg hm^-2夏播棉籽棉产量显著提高, 达4147.8~5119.2 kg hm^-2; 生殖器官干物重达2605.6~2863.6 kg hm^-2且占比达50%以上; 生殖器官氮素积累量显著增加, 达45.97~60.70 kg hm^-2; 氮素利用率显著提高, 氮肥回收利用率达42.58%~44.17%, 氮肥农学利用率达7.16~21.34 kg (kg N)^-1, 氮素生理利用率达19.16~24.03 kg (kg N)^-1, 氮肥偏生产力达21.12~34.13 kg (kg N)^-1, 回归分析进一步表明氮肥回收利用率、氮肥农学利用率、氮素生理利用率与产量呈显著以上水平线性正相关; 喷施脱叶催熟剂前吐絮率达43.59%~60.76%, 喷施脱叶催熟剂后可达到正常吐絮的要求。因此, 高密中氮配合有利于夏播棉氮素的吸收利用, 可为棉花高产高效和减氮提供技术支撑。

盐胁迫对油菜生理特征和菜籽产量品质的影响

王龙, 李静, 钱晨, 林国冰, 李亦扬, 杨光, 左青松

作物学报. 2024, (6):  1597-1607.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34137

摘要 ( 220 )   HTML ( 13 )   PDF (494KB) ( 307 )  

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为了探明盐胁迫对油菜产量品质和生理特征的影响机制, 本研究以浙油50为材料, 于2020—2022年油菜生长季在盐城大丰盐碱地进行试验, 分别设置低盐和高盐处理, 研究油菜碳氮同化、光合特征、抗逆生理以及菜籽产量品质的变化。结果表明, 相比低盐处理, 高盐处理下油菜初花期各器官干物质积累降低18.46%~35.67%, 成熟期降低20.92%~46.03%; 高盐处理提高了初花期根和叶片的干物质分配比例, 降低了茎枝的分配比例, 提高了成熟期根和茎枝的分配比例, 降低了果壳和籽粒的分配比例。此外, 高盐处理降低初花期和成熟期各器官碳氮积累, 降低了茎枝和叶片的碳氮转运效率, 表明盐胁迫抑制油菜碳氮同化和花后养分转运, 最终导致籽粒产量降低; 另一方面, 高盐处理下各器官C/N显著降低, 表明盐胁迫对碳素同化的抑制程度强于氮素, 导致籽粒品质改变, 使籽粒蛋白质含量提高8.23%, 油分含量降低4.42%。高盐较低盐显著降低初花期叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾系数、瞬间羧化效率, 提高胞间CO₂浓度和水分利用效率, 表明盐胁迫对油菜光合的影响可能主要归因于非气孔限制。与低盐相比, 高盐下油菜H₂O₂和MDA含量增加27.41%和42.33%, SOD活性、CAT活性、AsA含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量分别上升65.54%、22.85%、29.68%、9.75%和16.84%。由此认为, 盐胁迫通过抑制油菜碳氮同化和限制光合, 降低籽粒产量, 改变籽粒品质, 同时油菜可以提高抗氧化和渗透调节能力来适应盐胁迫环境。

研究简报

不同施磷水平对甘薯硒吸收、分配和转化的影响

孙一鸣, 田侠, 王少霞, 刘庆

作物学报. 2024, (6):  1608-1615.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34158

摘要 ( 139 )   HTML ( 6 )   PDF (422KB) ( 213 )  

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为了探明叶面喷施硒条件土壤施磷对甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.)硒吸收、分配和转化的影响, 于2021和2022年在山东莱阳市开展连续2年的田间试验。采用裂区试验设计, 主区纯硒用量分别为0 g hm^-2 (Se₀)和150 g hm^-2 (Se₁), 副区P₂O₅施用量分别为0 kg hm^-2 (P₀)、75 kg hm^-2 (P₁)、225 kg hm^-2 (P₂), 测定甘薯各器官干物质量、总硒和有机硒含量并计算硒利用率。结果表明, 施磷可显著增加甘薯不同器官干物质量, 施硒对不同器官干物质量的影响不显著。施磷可显著提高甘薯块根中硒含量和硒累积量, 与不施磷(P₀)相比, 施用低磷(P₁)可使施硒条件下块根硒含量和硒累积量平均增加19.54%和27.74%, 施用高磷(P₂)可使施硒条件下块根硒含量和硒累积量平均增加40.24%和52.64%。施硒条件下施磷还可提高甘薯块根中的硒分配率和硒利用率, 施用低磷(P₁)和施用高磷(P₂)块根硒分配率较不施磷(P₀)平均提高7.77和12.46个百分点, 硒利用率平均提高1.81和3.36个百分点, 施磷对甘薯全株硒利用率影响不显著。施磷提高了甘薯块根中总硒含量的同时, 还提高了块根中有机硒含量, 但对块根中有机硒占总硒的比例影响不显著。综上所述, 富硒甘薯生产中, 适量增加施磷量可以提高甘薯不同器官干物质量, 增加块根中的总硒和有机硒含量, 提高硒利用率, 但应避免过量施磷带来的环境风险。

绿洲灌区增密对水氮减量玉米产量的补偿机制

王菲儿, 郭瑶, 李盼, 韦金贵, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚, 殷文, 陈桂平

作物学报. 2024, (6):  1616-1627.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33054

摘要 ( 145 )   HTML ( 5 )   PDF (906KB) ( 191 )  

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针对河西绿洲灌区水资源短缺、玉米田氮肥施用量高等生产生态问题, 在节水减氮条件下, 分析增加种植密度补偿水氮减量导致玉米减产的效应, 为水氮节约型玉米高效生产提供理论依据与技术支撑。基于2016年布设的裂裂区田间试验, 主区为2种灌水定额: 灌水减量20% (W1, 3240 m³ hm^-2)和传统灌水(W2, 4050 m³ hm^-2), 裂区为2种施氮量: 减量施氮25% (N1, 270 kg hm^-2)和传统施氮(N2, 360 kg hm^-2), 裂裂区为3种玉米密度: 传统种植密度(D1, 7.50万株 hm^-2)、增密30% (D2, 9.75万株 hm^-2)和增密60% (D3, 12.00万株 hm^-2), 通过测定2020—2021年玉米籽粒产量和生物产量, 分析干物质积累及其分配、转运特征, 量化产量构成因素, 明确增密对水氮减量玉米产量的补偿效应及机制。研究表明, 减水、减氮降低了玉米籽粒产量和生物产量, 而增密30%能够补偿因水氮同步减量造成的产量负效应, 且维持较高的施氮量有利于玉米增产节水。W1N1D1 (减量灌水减量施氮及传统密度)较W2N2D1 (对照: 传统灌水传统施氮及传统密度)籽粒产量和生物产量分别降低9.1%~15.0%与10.0%~11.0%, 但W1N1D2 (减量灌水减量施氮及增密30%)与W2N2D1差异不显著。W1N2D2 (减量灌水传统施氮及增密30%)较W2N2D1籽粒和生物产量分别提高12.9%~15.4%与6.4%~12.0%。增密30%能够补偿水氮同步减量造成玉米减产的主要原因是W1N1D2能增加玉米穗数, 进而提高玉米灌浆初期至成熟期干物质积累量和苗期到大喇叭口期群体生长速率及花前转运率。增密30%在灌水减量和传统施氮条件下促进玉米增产的主要原因是W1N2D2可增加玉米穗数, 提高玉米生育期干物质积累量与群体生长速率, 促进穗部干物质分配, 提高花前转运量、转运率及转运贡献率。因此, 增密30%是绿洲灌区水氮同步减量玉米稳产高产的可行措施, 是氮肥不减但减水20%玉米节水增产有效举措。

水稻OsCYP22互作蛋白的筛选及验证

张小芳, 朱琪, 华芸堰, 贾黎惠莹, 邱士优, 陈宇杰, 马涛, 丁沃娜

作物学报. 2024, (6):  1628-1634.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32041

摘要 ( 251 )   HTML ( 15 )   PDF (2924KB) ( 345 )  

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为了探究水稻亲环素家族基因OsCYP22的功能, 构建OsCYP22酵母双杂交诱饵载体, 并利用水稻酵母双杂交cDNA文库筛选与OsCYP22相互作用蛋白。自激活试验结果表明, OsCYP22诱饵载体无自激活活性, 也对酵母细胞无毒性。通过对酵母双杂交文库的筛选, 共得到38个阳性菌落, 结合测序结果和生物信息学的方法筛选到20个可能与OsCYP22相互作用的蛋白。进一步对OsCYP22分别与调控植物根系生长相关基因OsCSN5和OsRUB1的全长互作验证, 结果显示OsCSN5与OsCYP22在酵母中相互作用。这为深入研究OsCYP22的生物学功能提供了理论依据。