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2024年 第50卷 第7期 刊出日期：2024-07-12

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综述

中国西南地区旱坡地碳减排研究进展与展望

王谢, 杨琴, 刘禹池, 李芹, 杨勤, 陈冠陶, 岳丽杰, 张建华, 陈新平, 刘永红

作物学报. 2024, (7):  1635-1646.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32029

摘要 ( 386 )   HTML ( 39 )   PDF (310KB) ( 409 )  

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农田生态系统既是碳源, 又是碳汇, 具备很强的减排固碳潜力, 对全球碳循环贡献巨大。西南地区旱坡地长期小规模、碎片化的农业生产方式给区域碳排放带来极大的不确定性。探索西南旱坡地的碳排放特征和减排途径对于改善环境、提升区域农业生产潜力具有重要意义。本研究系统总结了我国西南地区旱坡地农田生态系统主要温室气体(CO₂、N₂O)的产生环节, 探讨了旱坡地固碳减排新材料与新技术的应用效果, 提出了未来西南地区旱坡地的固碳减排策略。(1) 鉴于西南地区旱坡地的区域资源禀赋、产业基础、生产规模、经营方式、生态功能等差异巨大, 应结合地区特殊的农业生产条件, 集成研发适宜的固碳减排措施和监测体系, 探索全球变暖背景下西南旱坡地碳排放过程及其内在机制, 以全面提升地区农业生产应对气候变化的韧性。(2) 鉴于西南地区农作物复种指数较高且作物空间分布斑块化, 应依据国家战略和地方规划, 以绿色高产优质为目标导向, 改进农业生产方式, 优化产业空间布局。(3) 由于西南地区旱坡地碳减排是一个复合过程, 亟需根据今后较长一段时间内区域农业生产的实际结构和功能需求, 有针对性地对各项成熟的减排技术、固碳产品和固碳模式进行优化组合, 形成综合性的固碳减排方案。综上, 本综述期望为进一步研究西南地区旱坡地农田生态系统的碳源和碳汇特征, 以及合理调整农田管理措施提供全面的有效参考。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

强光胁迫对转玉米C₄型ZmPEPC+ZmPPDK基因小麦光合和生理特性的影响

方宇辉, 齐学礼, 李艳, 张煜, 彭超军, 华夏, 陈艳艳, 郭瑞, 胡琳, 许为钢

作物学报. 2024, (7):  1647-1657.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31077

摘要 ( 353 )   HTML ( 37 )   PDF (675KB) ( 274 )  

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为研究转玉米C₄型PEPC (磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因)和PPDK (丙酮酸磷酸双激酶基因)双基因小麦对强光胁迫的光合和生理响应, 以转ZmPEPC+ZmPPDK基因小麦株系PCK30和PCK60及其野生型对照材料(WT)为试验材料, 鉴定了外源基因在转基因小麦中的表达量, 在抽穗期和灌浆期测定正常光强(NL)和强光胁迫(HL)处理下转基因小麦的光合酶活性、叶绿素含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数、活性氧物质含量和抗氧化酶活性。结果表明, 2个转基因株系在转录水平上高效表达了PEPC和PPDK基因。在不同时期NL和HL处理下, 转基因小麦的PEPC、PPDK、NADP-ME和Rubisco的酶活均显著高于WT, 且HL处理下高出WT的幅度更明显。与NL处理相比, 转基因小麦和WT的叶绿素含量在HL处理下显著降低, 但转基因株系的下降幅度更小, 且HL处理下转基因株系的叶绿素含量显著高于WT。两种水平处理下, 转基因小麦PCK30、PCK60的净光合速率(P_n)均显著高于WT, 且HL处理下高出幅度更明显, 抽穗期增幅分别为15.26%和17.57%, 灌浆期为13.41%和15.82%。气孔导度、F_v/F_m、q_p的变化趋势与P_n一致, 胞间二氧化碳浓度的变化趋势与P_n相反。转基因株系在HL处理下产生的活性氧物质和丙二醛含量显著低于WT, 而抗氧化酶变化趋势与之相反。连续2年田间小区产量试验, 转基因小麦PCK30和PCK60平均比WT高8.37%和10.16%。PEPC和PPDK在小麦中的过表达增强了小麦内源的光合酶、光化学效率和抗氧化酶活性, 增强了强光下的叶片细胞膜的稳定性, 保护了光合机构, 维持了较高的光合效率, 从而提高了转基因小麦的耐强光胁迫能力。

通过CRISPR/Cas9建立豌豆基因组大片段敲除体系

黄淑贤, 刘荣, 李冠, 疏琴, 徐斐, 宗绪晓, 杨涛

作物学报. 2024, (7):  1658-1668.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34196

摘要 ( 366 )   HTML ( 26 )   PDF (5683KB) ( 363 )  

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豌豆是世界上主要食用豆类作物之一, 因其丰富的营养价值和良好的生态价值而受到越来越多的重视。CRISPR/Cas9作为一种生物育种的新型技术手段, 已广泛应用于各种作物的品种改良中, 但在豌豆中的应用报道非常少见。本研究以“中豌6号”品种为试验材料, 采用CRISPR/Cas9技术手段成功地实现了豌豆基因组中Psat01G0240600-T1、Psat03G0303300-T1和Psat03G0304700-T1基因的大片段缺失, 其大片段敲除效率分别是24.1%、13.0%和3.6%。进一步对结果分析发现, 不同靶点的编辑效率相差较大, 并且大片段缺失的效率取决于2个靶点中较低编辑效率的靶点。本研究利用发状根体系探索了CRISPR/Cas9在豌豆中的应用, 首次在豌豆中实现了大片段敲除, 对于豌豆的研究具有重要意义。

两个RIL群体中小麦籽粒品质相关性状QTL定位及KASP标记开发

毕俊鸽, 曾占奎, 李琼, 洪壮壮, 颜群翔, 赵越, 王春平

作物学报. 2024, (7):  1669-1683.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31073

摘要 ( 363 )   HTML ( 18 )   PDF (7073KB) ( 365 )  

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本研究利用小麦55K SNP (55K single-nucleotide polymorphism)芯片和DArT (diversity array technology)标记对Avocet/Chilero和Avocet/Huites构建的两个F₆重组自交系群体(recombinant inbred line, RIL)进行了小麦籽粒蛋白质含量(grain protein content, GPC)、湿面筋含量(wet gluten content, WGC)和沉降值(sedimentation value, SV)的QTL (quantitative trait loci)定位。共鉴定到68个与小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值相关的QTL, 表型贡献率为3.60%~22.53%, 其中, 位于3A(2)、4D、5D(2)、6A(8)和7B染色体上的14个QTL可在多环境下被重复检测到。此外, 在3A、3D、4B、5D、6A(2)和7B染色体上检测到7个QTL簇, 位于3AS染色体9.32~60.01 Mb和6AS染色体38.47~82.95 Mb的稳定QTL簇C3A和C6A.2, 同时与小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值显著相关, 分别解释了6.55%~14.21%和3.83%~22.53%的表型变异。同时, 在2个QTL簇中筛选到16个可能与籽粒蛋白质含量相关的候选基因, 并根据候选基因开发了可供育种利用的KASP标记CGPC-6A-KASP-1和CGPC-6A-KASP-2。本研究为小麦籽粒品质相关性状的遗传改良提供了新的QTL位点和KASP标记, 为分子标记辅助育种提供依据与参考。

长粒香型的超短生育期水稻新品系创制

裴法敬, 张文轩, 张晓, 王昕钰, 彭少兵, 米甲明

作物学报. 2024, (7):  1684-1698.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32044

摘要 ( 344 )   HTML ( 55 )   PDF (7420KB) ( 442 )  

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培育优质、超短生育期的水稻品种对提高长江中下游地区复种指数, 保障我国粮食安全具有重要意义。本研究以超短生育期水稻品系CPPC09-180-28-1-5为母本, 携带香味基因fgr和粒长基因GW7的优质水稻品种象牙香占为父本, 通过杂交、回交并结合全基因组分子标记辅助选择技术培育了3个携带纯合fgr和GW7基因的优质、超短生育期水稻新品系。对新育成品系进行香味鉴定、主要农艺性状考察及稻米品质分析。结果表明, 导入fgr和GW7基因的新品系具有明显香味, 粒长较受体CPPC09-180-28-1-5显著增长, 品质较优。新品系的全生育期85~98 d, 与受体CPPC09-180-28-1-5基本一致, 可作早稻或晚稻在长江中下游稻区进行种植, 提高复种指数。此外, 新育成品系在株高、千粒重以及单株产量等性状较受体CPPC09-180-28-1-5有显著减小, 表明本研究中携带目标基因的2个染色体片段导入对受体CPPC09- 180-28-1-5的主要农艺性状具有显著的影响。本研究可为优质、超短生育期的水稻分子育种提供种质资源和育种策略。

大豆种质资源萌发期耐莠去津鉴定评价及优异种质筛选

李晓菲, 高华伟, 广慧, 石宇欣, 谷勇哲, 齐照明, 邱丽娟

作物学报. 2024, (7):  1699-1709.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34198

摘要 ( 278 )   HTML ( 26 )   PDF (3180KB) ( 364 )  

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室内生物测定是农作物除草剂耐受性鉴定的常用方法, 已广泛应用于大豆、棉花等作物对草甘膦、氯嘧磺隆等除草剂的耐受性研究, 但莠去津室内生测方法及大豆对莠去津耐受性相关研究鲜见报道。本研究以莠去津对大豆萌发期各单项指标为评价指标, 分析莠去津胁迫条件下大豆发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长等性状的变化, 建立大豆莠去津耐受性室内生测方法, 确定3.5 mL L^-1是大豆萌发期莠去津耐受性筛选的适宜浓度; 对159份大豆种质进行萌发期莠去津耐受性鉴定表明, 各指标相对值的变异系数为发芽相对莠去津胁迫率>相对芽长>相对发芽指数>相对活力指数>相对发芽势>相对发芽率; 根据T值的聚类分析, 将供试种质分为4个莠去津耐性级别, 共鉴定出高耐种质9份、中耐种质50份、低耐种质70份和敏感种质30份; 黄豆、花色豆、垦丰13、南农99-6等9个种质为莠去津耐受性综合能力优异的种质资源。采用多元逐步回归分析法, 建立大豆萌发期耐莠去津评价模型Y = -0.155+0.004X₂+0.001X₃+0.001X₄+0.002X₅ (P=0.000)。本研究为培育耐莠去津育种的亲本选配、后代选择及大豆耐莠去津相关基因挖掘提供了理论依据、材料和技术支撑。

燕麦SNP高密度遗传图谱构建及β-葡聚糖含量QTL定位

韩丽, 汤胜胜, 李佳, 胡海斌, 刘龙龙, 吴斌

作物学报. 2024, (7):  1710-1718.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31060

摘要 ( 243 )   HTML ( 8 )   PDF (698KB) ( 186 )  

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β-葡聚糖是燕麦发挥保健作用的主要功能因子, 提高其含量对优质燕麦生产有着重要意义。为促进高β-葡聚糖燕麦种质资源的有效利用和相关基因发掘, 本研究以高β-葡聚糖品种夏莜麦和低β-葡聚糖品种赤38组配衍生的219个家系RIL8群体为材料, 利用重测序技术构建了包含21个连锁群, 5032个bin标记的遗传连锁图谱, 图谱总长2045.09 cM, 平均图距0.42 cM。利用标准酶法和近红外法对4个环境的RIL群体家系β-葡聚糖含量进行测定, 结合测定结果, 利用完备区间作图法对β-葡聚糖含量进行QTL定位分析, 结果显示不同环境条件下RIL群体β-葡聚糖含量呈正态分布, 并出现超亲后代家系, 4个环境下群体β-葡聚糖含量变异系数介于9.06%~16.63%之间。QTL定位检测到7个与燕麦β-葡聚糖含量相关的QTL, 分布于2D、3D、4C和4D染色体上, 其中贡献率最高为14.73%, 在2个环境中检测到同一个QTL, 其标记区间为Chr4C_mark8361257-Chr4C_mark8384831。研究结果将为燕麦β-葡聚糖分子标记辅助育种提供重要的理论依据。

谷子籽粒类黄酮含量和粒色的QTL定位

秦娜, 叶珍言, 朱灿灿, 付森杰, 代书桃, 宋迎辉, 景雅, 王春义, 李君霞

作物学报. 2024, (7):  1719-1727.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34186

摘要 ( 285 )   HTML ( 14 )   PDF (4016KB) ( 319 )  

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谷子(Setaria italica L.)是我国北方地区重要的粮食作物, 籽粒营养丰富, 且富含多种类黄酮物质, 对生长发育和品质形成发挥着重要作用。目前谷子籽粒类黄酮合成及粒色形成相关调控机制研究较少。分析谷子类黄酮含量及粒色性状相关的QTL, 为类黄酮合成关键基因的精细定位、克隆及功能研究奠定基础, 同时, 也为揭示谷子类黄酮合成及代谢机制和培育富含类黄酮谷子品种提供技术支撑。本研究以红粒色高类黄酮品种金苗红酒谷和黄粒色低类黄酮品种豫谷28为亲本构建的包含150个家系的重组自交系(RIL)群体为试验材料, 在谷子成熟期对籽粒粒色和类黄酮含量相关性状进行分析。同时, 采用复合区间作图法(composite interval mapping, CIM)对粒色和类黄酮含量进行QTL定位与分析, 并对QTL置信区间内的候选基因进行预测。相关性分析表明, 类黄酮含量与粒色呈显著正相关。共定位到4个与类黄酮含量相关和11个与粒色相关的QTL, 分别位于1号、2号、5号、6号、7号、8号和9号染色体上, 单个QTL的表型贡献率为2.01%~29.25%, 6个为主效QTL, 其中, qSC1-2和qFLA1-1、qSC7-1和qFLA7-1、qSC9-3和qFLA9-1为2个性状下共同定位到的QTL。通过基因预测与功能注释, 筛选出QTL置信区间内5个与类黄酮物质合成及代谢相关的候选基因, 表明类黄酮物质的合成、代谢及利用相关基因极有可能控制了这些基因的表达。15个QTL分别聚集于7条染色体上, 基于基因功能注释, 共筛选了5个与谷子类黄酮合成及代谢相关的候选基因, 表明不同QTL位点参与到了共同遗传机制, 并可通过分子标记辅助选择进行类黄酮合成及代谢等有利基因的聚合育种。

东北春播区糜子核心种质的荧光微卫星标记鉴定

丁艺冰, 辛旭霞, 冯智尊, 郭娟, 曹越, 陈喜明, 王晓丹, 曹晓宁, SANTRA Dipak K, 陈凌, 乔治军, 王瑞云

作物学报. 2024, (7):  1728-1739.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34183

摘要 ( 216 )   HTML ( 6 )   PDF (1930KB) ( 193 )  

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优异种质资源是糜子新品种选育和产业发展的基础。本研究以190份东北春播区糜子核心种质为材料, 利用前期构建的SSR标记在5°端标注荧光, 进行PCR扩增和毛细管电泳。根据毛细管电泳检测的片段有无采用“0/1”表示, 利用ID Analysis4.0进行区分, 使用PopGene、PowerMarker、MEGA、Structure、NTSYS进行遗传多样性分析。试验结果表明, 3个荧光SSR标记组合(RYW3+RYW6+RYW28)可区分190份材料, 共检测出等位变异73个, 平均为24.3333; 有效等位基因数(N_e)为5.4728 (RYW3)~15.8922 (RYW6), 平均为9.6496; 检出Shannon多样性指数(I)为2.0851 (RYW3)~2.9457 (RYW6), 平均为2.4896; 观测杂合度(H_o)为0.7529 (RYW6)~0.9574 (RYW28), 平均为0.8876; 期望观测杂合度(H_e)为0.8194 (RYW3)~0.9398 (RYW6), 平均为0.8765; Nei’s基因多样性指数(Nei)为0.817 3(RYW3)~0.9371 (RYW6), 平均为0.8741; 多态性信息含量(PIC)为0.8656 (RYW3)~0.9722 (RYW6), 平均为0.9198。基于UPGMA将190份资源划分为3个群组。基于Structure的遗传结构分析(K=3)将糜子核心种质分为3个类群, 来源于东北地区的4个基因库(黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古的一部分)。基于主成分分析将材料分为4个类群, 与地理来源一致。利用在线二维码技术(https://cli.im/)构建了190份东北糜子核心种质的DNA分子身份证。

马铃薯绿原酸调控因子的筛选与功能鉴定

周洪源, 杨慧芹, 罗威, 石振明, 马玲

作物学报. 2024, (7):  1740-1749.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34185

摘要 ( 274 )   HTML ( 26 )   PDF (8499KB) ( 406 )  

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马铃薯是世界第三大粮食作物。绿原酸是马铃薯中最主要的酚类化合物, 也是马铃薯抗虫抗病的物质基础之一, 但过量绿原酸会影响薯块的口感。因此, 培育地上部分高绿原酸含量而薯肉中低绿原酸含量的品种能很好的兼顾马铃薯抗病性及品质口感的需求。为了明确马铃薯中绿原酸的分子调控机制, 本研究以绿原酸合成关键酶基因StHQT的启动子序列为诱饵, 进行酵母单杂交文库筛选, 鉴定出一个AT-hook基因家族的转录因子StAHL。进一步对StAHL的生物信息学特征、表达模式、蛋白质产物的亚细胞定位等信息进行了系统分析, 并利用酵母单杂交和双荧光素酶报告试验等方法验证了StAHL与StHQT启动子之间的转录活性。结果表明StAHL基因的表达没有组织特异性, 但根与花中的表达量相对较高, 其蛋白产物包含AT-Hook、DUF296两个保守结构域, 且定位于细胞核中。StAHL蛋白能直接作用于StHQT的启动子序列, 并抑制其转录活性, 表明StAHL可能通过抑制StHQT的表达来抑制马铃薯中绿原酸的积累。研究结果为全面揭示马铃薯绿原酸生物合成的分子机制奠定了基础, 为马铃薯精准育种提供了分子靶标。

亚麻LuWRI1a在旱盐胁迫响应中的功能分析

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

作物学报. 2024, (7):  1750-1761.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34171

摘要 ( 253 )   HTML ( 16 )   PDF (10561KB) ( 338 )  

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AP2/ERF转录因子家族参与植物对生物和非生物胁迫响应的调控。前期我们从亚麻中克隆了一个WRINKLED1的同源基因LuWRI1a, 蛋白序列分析发现, LuWRI1a包含2个AP2的DNA结合域, 属于AP2/ERF转录因子家族。对LuWRI1a的顺式作用元件进行分析发现, pLuWRI1a包含响应光、干旱、低温和激素等多个非生物胁迫应激元件。本研究以亚麻栽培品种陇亚10号和LuWRI1a过表达转基因纯合株系为试验材料, 用200 mmol L^-1 NaCl营养液和25% PEG营养液模拟盐胁迫和干旱胁迫处理。结果表明, 在盐胁迫和干旱胁迫处理后, 转基因植株的相对株高、主根长度、侧根数目及叶片数均升高; 3种抗氧化酶的活性均显著高于对照, 而MDA含量低于对照; 非生物胁迫响应基因LuAREB、LuDREB、LuLEA和LuNCED的表达水平均上调。通过探究LuWRI1a在逆境胁迫下的生物学功能发现, LuWRI1a通过抵抗盐胁迫和干旱胁迫对亚麻生长的抑制, 增强活性氧清除能力、减轻膜脂的氧化损伤, 激活逆境胁迫响应基因的表达等途径, 增强了亚麻的耐逆性。综上所述, LuWRI1a可能是一个多功能基因, 它不仅参与脂肪酸合成代谢途径, 还有可能参与植物非生物胁迫信号途径。本研究为亚麻耐逆品种改良提供了新的基因资源。

耕作栽培·生理生化

一体化旱耕整地泡田模式对稻田还原性物质和机插秧早期生长的影响

程爽, 邢志鹏, 田超, 胡群, 魏海燕, 张洪程

作物学报. 2024, (7):  1762-1775.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32053

摘要 ( 234 )   HTML ( 17 )   PDF (789KB) ( 127 )  

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针对稻麦轮作地区稻田耕整地质量不高以及还原性物质积累不利于机插秧早期生长等问题, 探讨了应用一体化旱耕整泡田模式促进机插秧早期高质量生长的可行性。于2021—2022年在江苏省宿迁市泗洪县试验基地设置3种耕整地模式: 一体化旱耕整地+泡田模式(Treatment 1, T1)、旱旋+泡田+水旋整地模式(Treatment 2, T2)、泡田+水旋整地模式(Treatment 3, T3), 测定了稻田土壤氧化还原电位、不同土层还原性物质含量和机插稻生长早期根系和地上部性状。结果表明, 土壤氧化还原电位以T1最高, 在最低点较T2和T3分别提高19.3%~24.7%和31.6%~41.1%。不同耕整地模式显著影响了0~5 cm和5~10 cm土层内还原性物质总量、活性还原性物质、亚铁离子和二价锰离子的含量。其中, 相较于T2和T3的均值, T1在0~5 cm和5~10 cm土层内活性还原性物质含量分别降低31.9%~37.6%和22.6%~23.5%, 亚铁离子含量分别降低30.5%~40.3%和25.3%~27.3%。这一结果主要与T1显著降低了0~5 cm和5~10 cm土层的土壤容重, 并提高了相应土层的土壤总孔隙度有关。机插秧根系性状(总根数、根干重、根系氧化力)和地上生长(茎蘖数、干物质积累量)均以T1最高, T2次之, T3最低。相比较于T2和T3的均值, 移栽后30 d条件下T1的总根数增加9.6%~32.9%, 根干重增加19.5%~53.8%, 根系氧化力增加27.3%~34.7%, 茎糵数增加9.0%~15.4%, 干物质积累量增加30.7%~44.7%。相关性分析表明, T1条件下机插秧早期的高质量生长主要是由于0~5 cm土层内还原性物质含量的降低, 特别是活性还原性物质和亚铁离子含量的显著降低(P<0.05)。综上, 在稻麦轮作地区应用一体化旱耕整地泡田模式有助于降低稻田土壤中还原性物质含量, 促进机插秧早期高质量生长。

土壤调理剂对滨海盐碱地土壤盐分含量及夏玉米产量的影响

韩笑晨, 张贵芹, 王亚辉, 任昊, 王洪章, 刘国利, 林佃旭, 王子强, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘鹏

作物学报. 2024, (7):  1776-1786.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33069

摘要 ( 269 )   HTML ( 22 )   PDF (622KB) ( 219 )  

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研究不同类型土壤调理剂对滨海盐碱地夏玉米田0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤盐分含量、玉米根系形态和籽粒产量的影响, 为滨海盐碱地区夏玉米田适宜土壤调理剂的选用提供理论依据。试验于2022—2023年夏玉米季在山东省滨州市滨海盐碱型农田进行。采用完全随机区组设计, 以不施土壤调理剂为对照(CK), 设置3种不同类型的土壤调理剂, 分别为硅钙钾镁型调理剂(T1)、硅钙钾镁沸石型调理剂(T2)和硅钙钾镁聚丙烯酰胺(PAM)型调理剂(T3)。研究不同类型土壤调理剂对0~40 cm土层土壤盐分含量、玉米根系形态、叶面积指数、地上部干物质积累量、氮素积累量及籽粒产量的调控效应。结果表明, 与CK相比, 玉米拔节期(V6) T1、T3处理20~30 cm土层土壤总盐含量和Na⁺含量分别降低6.88%和23.00%、28.82%和17.44%, 土壤HCO₃^-含量分别升高10.97%、5.66%; 吐丝期(R1) T2处理10~40 cm土层土壤总盐含量、Na⁺含量分别平均降低9.07%、14.11%, 土壤HCO₃^-含量平均升高21.35%。土壤总盐含量降低有利于根系和地上部生长。与CK相比, 吐丝期T1、T2和T3处理0~40 cm土层玉米单株平均根系长度分别提高17.56%、74.83%和33.53%; T2和T3处理单株平均根系表面积分别提高33.35%和27.44%, 单株平均根系干重分别提高14.58%和11.93%。与CK相比, T1、T2和T3处理显著提高了玉米的叶面积指数, 植株地上部干物质积累量以及氮素积累量, 最终提高了夏玉米产量。2022年T1、T2和T3处理籽粒产量分别提高3.81%、8.22%和4.72%; 2023年分别提高8.08%、18.88%和15.95%。综合分析可知, 本试验条件下硅钙钾镁沸石型调理剂可有效降低玉米吐丝期土壤盐分含量, 减轻盐分胁迫, 促进玉米根系生长和对氮素的吸收, 增加地上部氮素积累量和干物质积累量, 显著增加籽粒产量, 是滨海盐碱地降低盐碱胁迫促进夏玉米生长的最佳土壤调理剂类型。

干湿交替灌溉和施氮量对粳稻光合特性和氮素吸收利用的影响

付景, 马梦娟, 张骐飞, 段居琦, 王越涛, 王付华, 王生轩, 白涛, 尹海庆, 王亚

作物学报. 2024, (7):  1787-1804.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32056

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水分和氮素对水稻叶片光合特性和氮素吸收利用有重要影响, 但在干湿交替灌溉条件下, 水、氮是如何影响水稻叶片和根系氮代谢酶活性、产量和氮素吸收利用的仍不清楚。探明这一问题对于协同提高产量和氮肥利用效率有重要意义。本研究以超级稻品种南粳9108为材料, 大田种植, 设置全生育期常规灌溉(conventional irrigation, CI)和干湿交替灌溉(alternate wetting and drying irrigation, AWD) 2种灌溉方式及5个施氮水平, 不施氮(N0)、施氮90 kg hm^-2 (N1)、施氮180 kg hm^-2 (N2)、施氮270 kg hm^-2 (N3)和施氮360 kg hm^-2 (N4)。结果表明, 与CI相比, AWD增加了水稻主要生育时期叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量, 提高了叶片净光合速率, 并显著增加了叶片中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性, 显著降低了过氧化物酶、内肽酶活性和丙二醛含量, 显著提高了根系中氮代谢酶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶活性; AWD的产量较CI平均增加了10.4%。AWD显著提高了氮素转运量、氮素转运率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力, 产量和氮肥利用率均以AWD+N3处理组合的最高。因此, 轻度干湿交替灌溉配合一定的施氮量, 可以充分发挥水、肥效应, 促进根系和叶片的氮代谢水平, 提高叶片光合特性, 协调地下地上部生长, 有利于水稻产量和氮肥利用率的协同提高。

施氮水平对沙质土壤油莎豆氮磷钾累积、分配及产量的影响

曹秭琦, 赵小庆, 张向前, 王建国, 李娟, 韩云飞, 刘丹, 高艳华, 路战远, 任永峰

作物学报. 2024, (7):  1805-1817.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34187

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探讨了沙质土壤条件下不同氮肥施用水平对油莎豆干物质及养分累积、分配和产量的影响, 为沙质土壤条件下油莎豆合理施用氮肥提供理论依据。以油莎豆品种“中油莎1号”为试验材料, 采用大田试验, 设不施氮(N0)、低氮(N1)、中氮(N2)、高氮(N3) 4个施氮水平, 分析不同氮肥施用水平对油莎豆干物质及养分累积、分配和产量的影响。结果表明, 随生育期的推进油莎豆茎叶、根、块茎干物质累积量的变化趋势均呈上升趋势。在块茎形成期前油莎豆主要以地上部茎叶营养生长为主, 块茎形成期后生长中心逐渐向地下部块茎转移, 至收获期块茎干物质累积分配比例高达43.34%~51.00%。2年N2水平块茎干物质累积量及分配比例均高于其他水平, 较其他施氮水平平均提高17.50%和4.00%。油莎豆对氮、钾需求量较大, 磷较少。收获期油莎豆氮、磷、钾累积量表现为块茎>茎叶>根, 块茎成为油莎豆氮磷钾最终的贮藏器官。N2水平下油莎豆氮、磷、钾累积吸收量在整个生育期内一直呈较高水平, 特别是块茎在收获期的氮、磷、钾分配比例分别达到47.09%、65.82%和56.40%。N2水平下, 油莎豆地上部生物量、地下部生物量、千粒重、块茎产量均高于其他水平, 较其他施氮水平平均提高5.57%、7.40%、15.83%和18.12%。在沙质土壤栽培条件下, 油莎豆氮施肥量以150 kg hm^-2较为适宜。

油菜籽粒叶绿素降解速率对菜籽油关键品质的影响

闫子恒, 王先领, 邵东李, 郜耿东, 宁宁, 贾才华, 蒯婕, 汪波, 徐正华, 王晶, 赵杰, 周广生

作物学报. 2024, (7):  1818-1828.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34117

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油菜籽粒中的叶绿素是阻碍高品质菜籽油生产的关键因素。压榨制油时叶绿素进入菜籽油, 菜籽油叶绿素含量高不仅外观品质差, 且易引发光氧化反应。因此, 提高籽粒成熟过程中叶绿素降解速率, 对改善菜籽油外观及营养品质具有重要意义。试验利用281份来自国内外的栽培品种、品系组成的自然群体, 在武汉试验点连续进行2年田间小区试验, 考察油菜籽粒叶绿素降解速率、油脂外观及营养品质等指标, 分析籽粒叶绿素降解与千粒重、含油量、油脂色泽、抗氧化能力等指标的内在联系, 以期为优质菜籽油原料的生产提供理论与技术支撑。结果表明, 不同品系籽粒叶绿素降解速率存在差异, 供试群体品系间存在广泛变异; 相关性分析显示, 籽粒叶绿素降解速率与种子千粒重、含油量无显著相关性, 与菜籽油叶绿素含量显著负相关; 菜籽油叶绿素含量与菜籽油红值、黄值及过氧化值显著正相关, 与菜籽油抗氧化能力显著负相关, 籽粒叶绿素降解速率快的类别, 菜籽油色泽更浅, 菜籽油过氧化值较低且具有较高的总酚含量与抗氧化能力; 花后40 d, 叶绿素降解快的品系籽粒POR酶的活性低于叶绿素降解慢的品系, 但花后53 d PAO酶的活性高于叶绿素降解慢的品系, 因此籽粒成熟后期叶绿素降解速率快, 种子叶绿素含量低。

长江流域冬油菜需水量及水分盈亏特征分析

谢雄泽, 谢捷, 褚乾梅, 尹羽丰, 余小红, 王盾, 冯鹏

作物学报. 2024, (7):  1829-1840.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34190

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基于长江流域冬油菜优势产区11个省、2个直辖市共计129个城市近20年的逐日气象数据, 采用经验公式、FAO推荐的改进HS数据模型和作物系数分别计算各城市冬油菜全生育期及各生育阶段有效降水量及需水量, 并对水分盈亏指数及多年旱涝灾害发生频率进行分析。结果表明, 长江流域冬油菜在各生育阶段有效降水量均呈由东南向西北递减的带状分布特征, 其中鄱阳、洞庭两湖平原及杭嘉湖平原有效降水量充沛, 长江中下游干流南北沿岸地区有效降水量适中, 秦岭—淮河一线、四川盆地及云贵高原有效降水量偏少; 各生育阶段的需水量呈现西南高、东南中、西北低的分布特征, 其中云南省需水量最高, 长江中下游平原需水量适中, 秦岭—淮河一线、四川盆地、贵州省需水量最低; 多年水分盈亏空间分布特征表现为长江中下游干流南北沿岸地区水分供应适中, 秦岭—淮河一线、四川盆地、云贵高原水分供应不足; 水分盈亏年代演变特征表现为苗期长江上游旱灾多发、涝灾偶发, 中下游涝灾多发、旱灾偶发, 其他生育阶段长江上游旱灾频发, 中下游旱灾多发、涝灾偶发的特征。为有效保障长江流域冬油菜各生育阶段的适当水分供应, 在苗期阶段, 长江上游地区应注意适量灌溉、中下游地区应注意及时排涝; 其他生育阶段, 长江上游地区应注意充分灌溉, 中下游干流北岸城市应注意适时灌溉, 中下游干流南岸城市应注意适时排涝, 以促进长江流域冬油菜高产稳产, 保障国内油菜籽原料稳定供应。

施磷对夏花生产量品质、光温生理特性及根系形态的影响

杨启睿, 李岚涛, 张铎, 王雅娴, 盛开, 王宜伦

作物学报. 2024, (7):  1841-1854.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34161

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探究不同施磷水平对夏花生产量、品质及磷素积累动态、光温生理特性和根系形态影响效应, 为花生高效科学施用磷肥提供理论支持。2021—2022年在河南省温县布置磷肥用量田间试验, 供试品种为“豫花22”, 设P₂O₅ 0、30、60、90、120 kg hm^-2 5个磷肥用量处理。于成熟期测定夏花生荚果产量和品质指标, 并分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期测定叶片SPAD值、冠层光合有效辐射和冠层温度, 采集植株样品分析植株磷素积累量和根系形态。结果表明, 随施磷量增加, 2年夏花生荚果产量均呈“线性+平台”趋势变化, 适宜施磷量分别为94 kg hm^-2和95 kg hm^-2, 施磷处理2年平均增产23.68%。成熟期籽粒粗蛋白、含油量和氨基酸含量均随施磷量增加呈“先升高后趋于稳定”趋势变化。与不施磷相比, 施磷90 kg hm^-2时籽粒粗蛋白、含油量和氨基酸含量2年度平均增幅分别为11.06%、3.89%和11.58%, 效果显著。通过Logistic方程对夏花生磷素积累量进行非线性回归拟合, 得出施磷处理通过提高夏花生磷素最大积累速率(V_m)和平均积累速率(\bar{V}), 延长快速积累期(Δt)与活跃积累期(T_aas), 进而提高磷素最大积累量(Y_m); 适量施磷提高各部位磷素吸收积累量, 促进磷素向荚果中分配。夏花生冠层最高温、最低温与平均温均随施磷量的增加显著降低; 叶片SPAD值与冠层光合有效辐射量(APAR)和分量(FPAR)在施磷90 kg hm^-2时显著增加; 施磷处理夏花生耕层总根长、根平均直径、根体积和根表面积分别平均增加48.50%、16.25%、37.80%和21.88%。磷肥利用率和偏生产力随施磷量增加逐渐降低, 农学效率呈先升高后降低的变化趋势。合理施磷可显著提高夏花生产量、改善品质, 促进磷素积累利用并显著改善生育期光温生理性能。本试验条件下夏花生推荐施磷量为90 kg hm^-2。

研究简报

甘蔗类钙调素ScCML13与SCMV运动蛋白P3N-PIPO的互作研究

玉泉馨, 杨宗桃, 张海, 程光远, 焦文迪, 曾康, 罗廷绪, 黄国强, 王璐, 徐景升

作物学报. 2024, (7):  1855-1866.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34191

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类钙调素(Calmodulin-like, CML)是植物特有的钙信号感受器蛋白之一, 参与植物生长发育和响应外界环境信号转导。甘蔗(Saccharum spp. hybrid)中CML应答甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)侵染尚未见报道。本研究从甘蔗热带种Badila (S. officinarum)中克隆了一个CML基因, 命名为ScCML13。该基因开放读码框(open reading frame, ORF)长度为519 bp, 编码172 aa。生物信息学分析表明, ScCML13属于稳定的亲水脂溶蛋白, 无跨膜结构域, 有4个结合Ca²⁺的EF-hand结构域; 系统进化树分析表明, 该蛋白在单子叶和双子叶植物中及单子叶C₃和C₄植物中具有明显分化; 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, ScCML13与SCMV的运动蛋白P3N-PIPO互作。亚细胞定位试验表明ScCML13定位于内质网和细胞核。共定位试验发现ScCML13会干扰SCMV-P3N-PIPO的质膜(plasma membrane)或胞间连丝(plasmodesmata)定位。实时荧光定量PCR (Real Time Quantitative PCR, RT-qPCR)分析发现, ScCML13基因主要在甘蔗叶片中表达, 在节间和根中的相对表达量低; ScCML13基因在感染SCMV后2 h显著上调, 随后下调至与对照组相比的水平, 而在感染后期上调。

叶绿体标记在玉米种质资源快速分组中的应用分析

王蕊, 孙擘, 张云龙, 张茗起, 范亚明, 田红丽, 赵怡锟, 易红梅, 匡猛, 王凤格

作物学报. 2024, (7):  1867-1876.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33063

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叶绿体标记具有遗传保守性高且不受核基因重组干扰等特点, 适于对玉米种质资源进行分类管理。本研究基于Maize6H-60K芯片对玉米叶绿体标记筛选获得叶绿体分组候选位点, 使用上述位点对3549份玉米种质资源进行聚类分析, 将玉米种质资源划分为B、D、H、C、T共5个类群。通过基因型信息对比筛选出29个叶绿体分组特异标记(Varietal Chloroplast Panel, VCP)并设计KASP引物。开发兼容芯片、KASP平台的快速分组分析算法, 算法结果与聚类分析一致。挑选5个类群特异位点利用序贯法对种质资源进行快速分组检测, 构建玉米种质资源快速分组方法, 减少了95%的检测量, 为玉米种质资源提供一种新型高效的分组管理方法。

拔节期渍水对软质小麦淀粉粒度分布与糊化特性的影响

陈娟, 杨婷婷, 闫素辉, 雍玉东, 张士雅, 李文阳

作物学报. 2024, (7):  1877-1884.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31072

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为明确拔节期渍水对软质小麦淀粉粒度分布与糊化特性的影响。在大田条件下, 于2021—2023年, 选用软质小麦品种华成麦1688和荃麦725为试验材料, 设对照(CK)和渍水(WL) 2种处理, 在小麦拔节期进行连续10 d的渍水处理, 研究拔节期渍水对软质小麦淀粉粒度分布及黏度参数的影响及其相互关系。结果表明, 与对照相比, 拔节期渍水胁迫通过降低小麦穗数、穗粒数及千粒重, 从而降低小麦产量, 籽粒湿面筋含量、蛋白质含量显著降低, 淀粉含量显著增加。拔节期渍水胁迫抑制了小麦胚乳B淀粉的产生和生长, 使小麦B型淀粉粒体积、表面积及数目百分比显著降低, 其中主要影响2.8~10.0 μm的淀粉粒; A型淀粉粒体积、表面积百分比显著增加, 以影响其中10.0~22.0 μm的淀粉粒为主, 渍水胁迫对A型淀粉粒数目百分比无显著性影响。渍水胁迫后, 面粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、稀懈值及回升值显著增加。可见, 拔节期渍水胁迫改变了小麦淀粉粒度分布, 通过降低B型淀粉粒占比, 增加A型淀粉粒占比, 进而增加峰值黏度等黏度参数, 最终影响小麦籽粒品质。