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2024年 第50卷 第9期 刊出日期：2024-09-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

花生干旱诱导型启动子AhMYB44-11-Pro的克隆与功能分析

刘永惠, 沈一, 沈悦, 梁满, 沙琴, 张旭尧, 陈志德

作物学报. 2024, (9):  2157-2166.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.44018

摘要 ( 360 )   HTML ( 65 )   PDF (9813KB) ( 461 )  

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干旱是严重威胁我国花生产量与品质的主要环境因素之一。为阐明干旱胁迫响应基因AhMYB44-11的调控机制, 揭示其启动子的功能, 本研究从花生基因组中扩增获得该基因的启动子序列AhMYB44-11-Pro, 分别构建全长及5°端部分缺失启动子的GUS融合表达载体, 利用农杆菌介导的遗传转化体系, 分析启动子的活性和表达模式。结果显示, 相比于同源基因AhMYB44-01的启动子, AhMYB44-11-Pro具有更多的MBS、Myb-binding sit等响应干旱胁迫的顺式作用元件; 同时其拟南芥转基因阳性植株经脱水处理后GUS染色加深, GUS酶活性显著增加; 表明启动子的活性受干旱胁迫诱导表达, 证实AhMYB44-11-Pro是一个干旱诱导型启动子。此外, AhMYB44-11-Pro含有种子胚乳特异表达元件和赤霉素响应元件, GUS染色显示在角果发育过程中其活性呈上调趋势, 由此推测AhMYB44-11可能在种子发育尤其是干物质积累过程中发挥重要作用。本研究结果将为全面解析AhMYB44的生物学功能奠定基础, 也为作物抗旱遗传改良提供参考依据。

小麦农家种成株期条锈病抗性QTL定位及其育种效应解析

黄林玉, 张潇月, 李豪, 邓梅, 康厚扬, 魏育明, 王际睿, 蒋云峰, 陈国跃

作物学报. 2024, (9):  2167-2178.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31081

摘要 ( 229 )   HTML ( 21 )   PDF (8479KB) ( 225 )  

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条锈病是世界范围内严重影响小麦产量的重要病害。遗传和育种利用效应不清, 加之不良性状连锁累赘是限制绝大多数已发掘小麦条锈病抗性基因在育种及生产中难以广泛应用的关键。前期研究发现, 小麦农家种红芒麦子对我国当前小麦生产上流行的主要条锈菌生理小种及致病类群具有稳定的成株期抗性。本研究通过构建Avocet S×红芒麦子F₁及F₂和F_2:3家系, 利用分离群体分组分析法(bulked segregation analysis, BSA)并结合小麦55K SNP芯片及外显子测序技术, 在7A和7D染色体上鉴定到2个来自红芒麦子的成株期条锈病抗性主效QTL (QYr.HM-7AL和QYr.HM-7DS), 分别解释了11.64%~15.25%和24.33%~40.58%的表型变异。标记连锁分析、遗传和物理图谱综合分析发现, QYr.HM-7DS与已知成株期条锈病抗性基因Yr18呈高度共线性, 表明该位点抗性效应来源于Yr18; 而QYr.HM-7AL是一个控制小麦成株期条锈病抗性潜在新位点, 并进一步开发了可用于跟踪选择该位点的KASP (kompetitive allele-specific PCR, 竞争性等位基因特异性PCR)分子标记。利用绵麦1618×红芒麦子BC₁F₂遗传改良群体对来自红芒麦子成株期条锈病抗性主效QTL遗传效应及其与产量相关性状协同改良效应进行解析。结果发现, 在绵麦1618遗传背景下, Yr18和QYr.HM-7AL的转育或聚合可显著降低条锈病危害, 且对小麦穗长和分蘖数呈正向效应。上述研究结果表明, 在小麦产量育种中可利用农家种红芒麦子进行成株期条锈病遗传改良。

大豆种质资源苗期耐盐性鉴定评价与筛选

孙现军, 胡正, 姜雪敏, 王世佳, 陈向前, 张惠媛, 张辉, 姜奇彦

作物学报. 2024, (9):  2179-2186.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.44030

摘要 ( 364 )   HTML ( 34 )   PDF (1426KB) ( 344 )  

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土壤盐渍化严重影响大豆品质与产量, 筛选耐盐大豆资源对开展盐碱地综合利用意义重大。为建立大豆苗期耐盐鉴定评价体系, 设置淡水和NaCl含量为0.9%~1.8%的10个等差梯度, 以蛭石为培养基质, 大豆2片真叶始现时开始盐处理。结果表明, 1.2%盐处理16 d时, 不同大豆种质资源耐盐等级四分位差值最大, 是大豆苗期耐盐鉴定评价的最适条件。利用大豆苗期耐盐鉴定评价体系对来自国内外的504份大豆种质资源进行苗期耐盐性鉴定评价, 耐盐等级为1级、2级、3级、4级、5级的大豆资源依次为46份、146份、157份、79份、76份。利用GmSALT3基因的分子标记对1级耐盐资源进行检测, 其中40份(86.96%)大豆材料扩增结果与GmSALT3基因的分子标记结果相符合。为分析大豆苗期鉴定过程中盐胁迫浓度的变化趋势, 确立了土壤含盐量(Y, %)与电导率(X, mS cm^-1)的回归方程: Y=0.278X-0.0618, 预测精准度在95%以上。测定统计了从盐处理开始至调查结束时的培养基质含盐量变化趋势, 培养基质含盐量基本维持在13 mS cm^-1左右。本研究为大豆苗期规模化耐盐性鉴定和培育耐盐新种质提供了技术体系和基础材料。

小麦茎秆性状的转录组测序及全基因组关联分析

禹海龙, 吴文雪, 裴星旭, 刘晓宇, 邓跟望, 李西臣, 甄士聪, 望俊森, 赵永涛, 许海霞, 程西永, 詹克慧

作物学报. 2024, (9):  2187-2206.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31076

摘要 ( 305 )   HTML ( 26 )   PDF (4530KB) ( 430 )  

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小麦的茎秆性状与倒伏紧密相关, 发掘其显著关联的基因位点和候选基因, 为解析小麦茎秆性状的遗传机制和分子标记辅助育种提供依据。本研究以黄淮南部地区的192份小麦品种为材料, 利用小麦660K SNP芯片对7个环境成熟期和4个环境灌浆中期的14个茎秆性状进行了全基因组关联分析(GWAS), 同时利用RNA-seq分析了基部前二节间强度和直径的差异表达基因。结果表明, 所有性状的成熟期与灌浆中期的差异均达到极显著水平。与灌浆中期相比, 成熟期的重心高度增幅较大, 基部第二和第三节间长度增加, 其他性状均降低。GWAS共检测出163个与茎秆性状相关的稳定SNP标记(MTA), 其中45个具有基因或蛋白注释, 与转录组联合分析, 共筛选到3个与小麦茎秆性状相关的候选基因。推测候选基因TraesCS5A02G522100通过合成异戊二酸类化合物调节小麦的光合作用以及通过调节固醇的生成提高细胞膜的稳定性和渗透性, 进而促进茎秆的发育, 改善茎秆性状。候选基因TraesCS1D02G390600直接参与小麦茎秆细胞分裂和器官的形成, 使茎秆变粗, 充实度增加。候选基因TraesCS7A02G481800在小麦中通过参与细胞间的信号传递过程, 调控茎秆的发育、应激响应等过程。这些候选基因通过qRT-PCR验证, 其基因的表达趋势与转录组测序所得结果基本一致。

谷子育成品种萌芽期耐冷性综合评价

闫锋, 董扬, 李清泉, 赵富阳, 侯晓敏, 刘洋, 李青超, 赵蕾, 范国权, 刘凯

作物学报. 2024, (9):  2207-2218.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34216

摘要 ( 276 )   HTML ( 22 )   PDF (550KB) ( 222 )  

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黑龙江地处高纬度地区, 谷子播种后萌发期冷害频繁发生, 造成出苗缓慢、出苗不齐、缺苗, 是限制本地区谷子产量和品质的关键性因素, 鉴定谷子耐冷性并筛选耐冷评价指标, 可为耐冷谷子品种选育提供理论依据并对谷子安全生产具有重要意义。以52个谷子育成品种为研究对象, 设置12个萌发期冷胁迫处理, 以发芽率为指标探讨了谷子萌发期耐冷性的适宜鉴定方法。低温胁迫后测量了发芽势、发芽率、发芽指数、芽长、根长、芽鲜重、根鲜重7个指标的耐冷系数, 运用隶属函数分析、主成分分析、相关分析和聚类分析法对参试品种的耐冷性进行了综合评价和归类, 并采用逐步回归分析建立了耐冷性预测回归方程。结果表明, 8℃低温处理7 d, 谷子品种发芽率的变异幅度最大, 能较好地鉴别品种间耐冷性差异, 是谷子萌发期耐冷性鉴定的最适宜条件; 低温胁迫后7个鉴定指标均低28℃对照处理, 但各指标间降低程度不同; 利用主成分分析将7个单项指标转化为3个独立的综合指标, 主成分分析表明, 芽长、芽鲜重和根鲜重最能代表谷子萌发期对低温胁迫后的响应情况, 可作为萌发期耐冷性鉴定的评价指标。通过聚类分析, 将52个谷子品种划分为3类, 筛选出嫩选14、朝谷14、蒙黑谷8号等17个高度耐冷品种, 以及鲁谷7号、晋谷20等15个冷敏感品种, 这些品种可为耐冷育种和谷子生产提供种质基础。

珍珠粟WD40基因家族鉴定及表达特征分析

杨煜琛, 靳雅荣, 骆金婵, 祝鑫, 李葳航, 贾纪原, 王小珊, 黄德均, 黄琳凯

作物学报. 2024, (9):  2219-2236.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34214

摘要 ( 284 )   HTML ( 29 )   PDF (14827KB) ( 333 )  

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珍珠粟是世界范围重要的谷物, 拥有极强的光合能力和高生产潜力, 较其他作物相比, 珍珠粟具有对贫瘠土壤的耐受性, 能够适应多种非生物胁迫和多样化的环境条件。PgWD40基因家族在植物抵御生物和非生物胁迫以及调控植物生长发育中扮演着重要角色。本研究利用生物信息学方法全面鉴定和分析了珍珠粟中的PgWD40基因家族及其表达模式。研究结果显示, 共鉴定出209个PgWD40基因家族成员, 通过对珍珠粟和水稻的系统进化分析将其归为5个亚家族, 在同一亚族内的成员中, 它们的保守序列和基因结构表现出一定的相似性。此外, 通过对启动子顺式作用元件的分析显示, 176个PgWD40基因与植物的生长和发育相关, 208个PgWD40基因成员含有不同激素胁迫响应的顺式作用元件, 进一步通过转录组数据分析和qRT-PCR分析显示, PMA3G03393.1、PMA4G00558.1、PMA5G02217.1等基因受到盐、热和干旱胁迫的诱导, 表明这些基因可能通过依赖不同激素的信号通路来调控和响应非生物胁迫, 可作为进一步研究PgWD40基因家族耐受性功能的候选基因。并且PgWD40基因家族成员在珍珠粟抽穗期的不同时期存在表达差异。通过基因表达热图以及GO和KEGG等分析, 发现许多PgWD40基因家族成员参与了植物生长发育和籽粒形成的各个阶段。研究结果为全面解析PgWD40基因结构与生物学功能、耐逆性分子机制以及分子育种提供了理论基础, 为今后培育高效抗逆作物新品种提供基因资源。

过表达马铃薯StuPPO9基因对烟草抗旱能力的影响

刘波, 池明, 曹梦琦, 唐达, 杨恒照, 张卫华, 薛聪

作物学报. 2024, (9):  2237-2247.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34178

摘要 ( 251 )   HTML ( 32 )   PDF (5618KB) ( 200 )  

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为鉴定马铃薯多酚氧化酶基因StuPPO9在干旱胁迫响应中的功能, 本研究以利用农杆菌介导法获得的过表达StuPPO9基因的本氏烟草为材料, 通过盆栽试验模拟自然干旱胁迫, 对比转基因株系和空载转化(WT)烟草植株干旱胁迫0 d、3 d、6 d、9 d、12 d的生长形态, 测定叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量和抗氧化酶活性等生理指标以及抗旱相关基因的表达情况。结果表明, 干旱处理后过表达株系叶片的相对含水量、叶绿素、脯氨酸含量以及SOD、POD活性均显著高于WT, 而丙二醛含量则显著低于WT。RT-qPCR分析发现, 活性氧(reactive oxygen species, ROS)清除系统基因SOD、POX, ABA生物合成基因NCED、RD29A, 脯氨酸生物合成基因P5CS以及其他应激反应基因LEA、ADC、SAMDC等的表达量明显升高。本研究表明, StuPPO9基因增强了烟草植株对干旱的耐受性, 为探明StuPPO9基因调控干旱胁迫响应的功能提供理论依据。

北方春大豆品种农艺和品质性状分析与综合评价

聂波涛, 刘德泉, 陈健, 崔正果, 侯云龙, 陈亮, 邱红梅, 王跃强

作物学报. 2024, (9):  2248-2266.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.44004

摘要 ( 278 )   HTML ( 23 )   PDF (1436KB) ( 292 )  

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大豆种质资源是品种改良的关键。本研究对334份我国北方春大豆种质资源的主要农艺性状和品质性状进行了变异分析、相关性分析、聚类分析、主成分分析、分段线性回归分析和逐步多元回归分析。聚类分析结果表明, 可将334份大豆种质划分为4个类群, 其中类群III主要为吉林地区杂交育成大豆品种, 在本地区平均单产高, 抗倒伏能力强, 综合表现较好。主成分分析表明, 5个主成分分别代表产量因素、品质因素、株高因素、分枝与开花因素和开花至成熟时间因素, 累计贡献率达到79.76%。使用DTOPSIS法对大豆品种进行评分, 综合表现最好的是编号36的大豆品种。多元线性逐步回归分析表明, 单株荚数、百粒重、油分、主茎节数、单株粒数对单产影响显著; 油分、单株荚数、分枝数、株高和开花时间对蛋白质影响显著; 蛋白质、百粒重、开花时间、开花至成熟时间、单株荚数和单产对油分影响显著。依据分段线性回归分析, 并综合相关性分析和多元回归方程, 构建高产大豆理想株型为: 主茎节数尽量增加; 五节高8.00~14.70 cm; 单株荚数大于132.83个; 分枝数在6个左右; 开花时间57.16 d左右; 开花至成熟时间大于61.29 d, 整个生育日期控制在霜降期以内; 不倒伏或轻倒; 单株粒数250.43粒左右; 蛋白质38.87%左右; 油分大于19.27%; 百粒重19.45~22.55 g。高产高油大豆理想株型为: 株高113.50~114.45 cm左右; 五节高12.15~14.70 cm; 主茎节数不超过25.15节; 单株荚数132.83~142.65个; 分枝数0~3.00个; 不倒伏或轻倒; 开花时间57.16 d左右; 开花至成熟时间61.29~69.00 d; 单株粒数249.63粒左右; 百粒重19.25~22.55 g。高产高蛋白大豆理想株型为: 株高113.50~114.45 cm左右; 五节高8.00~10.55 cm左右; 主茎节数19.42节左右; 单株荚数132.83~138.96个; 分枝数4.72个左右; 倒伏性可为轻倒; 开花时间63.00 d左右; 开花至成熟时间68.52 d左右; 单株粒数227.54~250.43粒; 百粒重小于19.20 g。本研究揭示了北方春大豆品种具有广泛的遗传背景和丰富的基因潜力, 是优质的大豆育种资源。

棉花MNP标记位点开发及其在DNA指纹图谱构建中的应用

艾莎, 李莎, 方治伟, 李论, 李甜甜, 高利芬, 陈利红, 肖华锋, 万人静, 闫多子, 武星廷, 彭海, 韩瑞玺, 周俊飞

作物学报. 2024, (9):  2267-2278.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34163

摘要 ( 219 )   HTML ( 20 )   PDF (6754KB) ( 157 )  

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棉花是重要的经济作物, 棉属植物基因组复杂, 分子标记开发困难且滞后于其他二倍体农作物。本研究利用多态性好、准确性高的MNP (multiple nucleotide polymorphisms, MNP)标记法, 构建我国棉花主栽品种指纹图谱, 为品种鉴定、遗传多样性分析、分子育种等提供技术指导和数据支撑。本研究根据现有棉花基因组数据开发了940个MNP位点, 对98份棉花样品进行多重PCR扩增, 构建文库并测序, 提取每个样品中940个MNP标记的基因型, 构建棉花品种指纹图谱。对98个样品进行两两比对, 获得每2个样品之间的遗传差异。利用遗传差异比例对98个棉花样品绘制系统发育树。940个MNP位点在98份棉花样品中均获得有效扩增产物, 扩增产物长度分布在163~274 bp, 平均长度270 bp。在98份样品中平均区分度(discriminative power, DP)为0.46, 任意2个品种间两两比较遗传差异, 平均有410.26个MNP位点存在差异, 平均差异为44.84%。从98份棉花品种的系统发育树可以看出, 利用MNP标记可以依据地理分布将其分为3个类群, 大致分布于黄河流域、长江流域和新疆地区。本研究开发的940个MNP标记可以对棉花品种进行精准分型, 利用940个棉花MNP标记构建的98份棉花品种DNA指纹图谱, 可为品种鉴定、品种权保护及种质创新提供技术支撑。

联合全基因组关联和转录组分析筛选玉米拟轮枝镰孢穗腐病的抗性候选基因

叶靓, 朱叶琳, 裴琳婧, 张思颖, 左雪倩, 李正真, 刘芳, 谭静

作物学报. 2024, (9):  2279-2296.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.33049

摘要 ( 342 )   HTML ( 24 )   PDF (15220KB) ( 471 )  

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玉米是我国第一大粮食作物, 实现玉米的高产稳产对于我国粮食安全、农业稳定有重要意义。穗腐病是一种严重危害全球玉米的真菌性病害, 会造成玉米大幅减产和品质劣变。本研究选用我国玉米穗腐病的优势致病菌拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides), 对241份来源广泛的玉米自交系进行2年田间人工接种抗性鉴定, 同时利用20,586个高质量SNP标记通过全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS), 鉴定拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点; 在此基础上选取对拟轮枝镰孢穗腐病表现高抗和高感的玉米自交系各1份, 其籽粒在室内接种拟轮枝镰孢, 通过对3个不同侵染时间的籽粒进行转录组测序(RNA-seq), 分析抗感材料差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)及其富集情况; 结合GWAS和RNA-seq结果, 共同定位筛选抗病候选基因。主要研究结果如下: (1) 综合2年田间抗性鉴定结果, 筛选到4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系, 其中含有热带血缘的玉米种质对拟轮枝镰孢穗腐病表现出更好的抗性。(2) 2年GWAS分析共检测到26个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点, 其中有18个位点位于前人定位到的QTL范围内。(3) RNA-seq结果表明, 抗感材料对病原菌的响应基因不同。与感病材料相比, 抗病材料均显示出更多的DEGs, 且都有更多的上调基因; 在抗感材料特异性DEGs共同富集的GO条目和KEGG通路中, 抗病材料中富集到的DEGs占比显著多于感病材料; 一些与植物防御病原菌相关的条目和通路也仅在抗病材料中被特异富集。(4) 在GWAS检测到的显著关联位点上下游100 kb范围内筛选与转录组DEGs共同定位到的候选基因, 结果16个基因被GWAS和RNA-seq同时检测到; 根据这些基因的蛋白功能及相关文献报道, 从中预测到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因。综上所述, 本研究筛选出4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系, 来自热带、亚热带的玉米种质可以作为抗逆性品种选育的研究重点; 对抗感玉米自交系响应拟轮枝镰孢侵染的DEGs及其相关抗病机制进行了初步解析, 联合GWAS和RNA-seq共定位到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因, 研究结果为玉米穗腐病抗性基因的克隆验证与抗性品种的培育提供了一定的理论依据。

马铃薯TIFY基因家族的全基因组鉴定及表达分析

祁稼民, 许春苗, 肖斌

作物学报. 2024, (9):  2297-2309.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34193

摘要 ( 303 )   HTML ( 21 )   PDF (1311KB) ( 332 )  

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TIFY家族是植物所特有的包含保守TIFY结构域(TIF [F/Y]XG)的转录因子基因家族, 在调节植物发育、响应非生物胁迫和植物激素方面具有重要作用。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平共鉴定出了26个StTIFY家族成员, 根据系统发育特征和蛋白结构将StTIFY分为4大亚家族, 其中JAZ亚家族分为了5个亚组。串联重复和片段重复事件在马铃薯TIFY基因家族的扩张中起主要作用。通过共线性分析发现, StTIFY与双子叶植物番茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis)、甘蓝(Brassica oleracea)分别有21对、5对和6对直系同源基因, 而和单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)则分别只有1对和3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, TIFY基因和ZML亚家族的2个基因在13个组织部位均有较高的表达量, 而其余成员则呈现组织表达特异性。同时我们进一步分析了StTIFY基因对非生物胁迫以及激素处理的响应, 发现有19个基因响应非生物胁迫(干旱/盐/热), 其中分别有3个和2个基因同时响应3种和2种非生物胁迫; 有5个基因在BAP、ABA、IAA和GA₃处理下差异表达。利用qPCR进一步检测了在干旱胁迫条件下抗旱品种和水分敏感品种中4个候选基因的表达量, 结果发现这4个基因在2个品种的落花期显著差异表达。本研究为了解StTIFY基因家族的特征, 深入分析StTIFY家族成员在马铃薯响应激素信号和抵御非生物胁迫的功能提供了理论依据。

耕作栽培·生理生化

杂交水稻不同穗萌程度种子质量差异与穗萌分级研究

贾舒涵, 何璨, 陈敏, 刘家欣, 胡伟民, 胡晋, 关亚静

作物学报. 2024, (9):  2310-2322.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.32049

摘要 ( 219 )   HTML ( 7 )   PDF (4225KB) ( 254 )  

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研究不同穗萌程度种子质量, 对科学划分穗萌级别, 优化穗萌指标计算方法至关重要。本试验以钱优0508 (Qianyou 0508, QY0508)、Y两优689 (Y Liangyou 689, YLY689)两个籼型杂交水稻品种为材料, 测定穗上不同穗萌程度种子的发芽指标, 以及可溶性糖、可溶性蛋白含量等生理指标, 以此评估不同穗萌程度水稻种子的发芽质量。同时, 采用自然晾干和38℃烘干2种方式干燥穗萌种子, 并将种子在低温和水淹2种逆境条件下发芽, 探究实际生产中不同干燥处理对已穗萌种子质量的影响, 及不同穗萌程度种子萌发抗逆能力的差异。此外, 由于水稻种子通常在蜡熟末期至完熟初期为最佳收获期, 期间均可能遭遇不良气候条件导致种子穗萌, 因此本研究对不同成熟时期的穗萌种子质量也进行了探讨。通过鉴定穗上不同萌动程度的种子质量, 提出了新的水稻穗萌分级方法, 即完整饱满未萌动种子为0级, 胚根凸起但稃壳未开裂的种子为1级, 胚根露出且可见长度不足2 mm的种子为2级, 胚根可见长度大于2 mm的种子为3级。与0级种子相比, 1~3级穗萌种子的发芽率均显著下降, 不正常幼苗率显著增加, 在低温、水淹逆境下, 该现象更明显。相对而言, 38℃烘干方式对种子质量的影响较自然晾干小, 而授粉后35 d (35 DAP)成熟度高的种子发生穗萌后对种子质量影响较授粉后25 d (25 DAP)成熟度低的种子小。本研究经过对不同穗萌程度种子质量的研究, 提出了新的穗萌分级方法, 对准确评估田间水稻穗萌水平有重要价值。

有机物料投入对滨海盐碱地土壤理化性状和夏玉米产量形成的影响

张贵芹, 王洪章, 郭新送, 朱福军, 高涵, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘鹏, 任昊

作物学报. 2024, (9):  2323-2334.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.43002

摘要 ( 230 )   HTML ( 16 )   PDF (575KB) ( 320 )  

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探究不同有机物料投入对滨海盐碱地土壤理化性质及玉米生长发育的调控作用, 为滨海盐碱地夏玉米生产提供理论依据。试验于2021—2022年夏玉米生长季在山东省滨州市无棣县滨海盐碱型农田进行。有机物料类型及用量分别为腐植酸(3000 kg hm^-2, HA)、生物炭(15,000 kg hm^-2, BC)、生物有机肥(15,000 kg hm^-2, BO), 以不添加有机物料为对照(CK), 探究0~40 cm土层土壤容重、总孔隙度、田间持水量、pH值、电导率及总有机碳含量的变化, 分析不同有机物料投入对玉米地上部干物质积累和产量形成的影响。结果表明, 腐植酸、生物炭和生物有机肥的施用均可在一定程度上改善盐碱土理化性质。3种有机物料连续处理能有效降低表层土壤容重, 增加土壤总孔隙度和田间持水量; 可显著降低0~10 cm土层pH, 分别平均降低0.17、0.08和0.20。连续施用2年后, 腐植酸显著降低0~40 cm土层电导率, 平均降低32.74%; 3种有机物料显著增加0~20 cm土层中总有机碳的含量, 其中生物炭处理能显著增加57.99%。腐植酸和生物有机肥处理显著增加夏玉米地上部干物质积累量和产量; 连续使用2年后腐植酸处理产量显著增加了11.01%, 表现较好。综上所述, 本试验条件下腐植酸施用后能改善土壤物理结构、降低0~10 cm土层pH、提高土壤中有机碳含量、显著降低土壤电导率, 促进夏玉米地上部干物质积累、提高籽粒产量, 且连续施用2年后较CK增加纯收益。故而腐植酸可作为改良滨海盐碱地土壤理化性状、促进夏玉米生长发育的有机物料。生物有机肥的施用可改善土壤理化性状, 但仍需进行定位试验以验证其长期经济效应。

侧深施肥通过优化叶片功能与氮素积累来提高大豆产量

徐一帆, 徐彩龙, 李瑞东, 吴宗声, 华建鑫, 杨琳, 宋雯雯, 吴存祥

作物学报. 2024, (9):  2335-2346.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.44015

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肥料为作物提供必要的营养元素, 促进光合作用的进行, 推动作物的生长和产量形成。黄淮海平原是我国优质大豆主要产区, 优化该地区施肥技术对于提高大豆单产, 缓解我国大豆进口压力具有重要意义。本试验设置不施肥(no fertilization, F0)、侧深施肥(side deep fertilization, F1)、等距施肥(equidistant deep fertilization, F2)和地表撒施(surface fertilization, F3) 4个处理, 研究不同施肥方式下大豆叶片生理指标、物质积累和产量构成的变化规律, 旨在阐明施肥方式与大豆生产的相互关系, 为黄淮海地区大豆绿色高效生产提供理论支撑。结果表明, F1处理增加了大豆荚粒期叶片的光系统II潜在光化学量子产量(F_v/F_m)、光系统II实际光化学效率[Y(II)]、电子传递速率(ETR)和光化学荧光淬灭系数(q_P); 相较于其他处理, F1处理大豆生育后期叶片的Y(II)增加3.61%~22.86%。在抗氧化代谢方面, F1处理显著提高了大豆叶片的SOD和CAT活性, 与其他处理相比, 鼓粒后期F1处理叶片SOD和CAT活性分别提高6.32%~35.34%和1.93%~50.55%, 进而促进了叶片净光合速率的提升(29.42%~70.10%)。F1处理光合功能的改善提升了生育中后期干物质(1.17%~101.18%)和氮素(1.01%~88.14%)的积累, 为产量的增加奠定基础。施肥方式的改变(F1、F2处理)显著提高了大豆产量, 较F3处理分别提高了10.66%和6.55%。进一步分析发现, 大豆叶片F_v/F_m、Y(II)、P_n、SOD和CAT活性与单株荚数、单株粒数和产量均呈显著正相关。综上, 侧深施肥增强了大豆叶片后期抗氧化系统的功能, 提升光合与物质积累, 优化产量构成, 促进大豆增产。

种植季节对高直链淀粉水稻品种淀粉消化特性的影响

胡丽琴, 肖正午, 方升亮, 曹放波, 陈佳娜, 黄敏

作物学报. 2024, (9):  2347-2357.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.42006

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为探究早季与晚季不同种植季节对高直链淀粉水稻消化特性的影响, 本研究以6个高直链淀粉水稻为供试品种, 于2020—2021年进行早、晚季种植, 通过体外消化模拟方法结合气象数据, 研究高直链淀粉水稻在早季种植时和晚季种植时的淀粉消化特性的差异。结果表明, 高直链淀粉水稻在早季种植时, 灌浆期平均温度和平均辐射量比晚季种植分别高16.1%和10.1%。总葡萄糖生成量(total glucose production, TGP)和葡萄糖生成速率(glucose production rate, GPR)比晚季种植时分别降低4.1%和10.0%, 而活跃消化时间(active digestion duration, ADD)增加7.8%。与晚季种植相比, 高直链淀粉水稻在早季种植时直链淀粉增加3.1%, 蛋白质降低8.5%。稻米RVA谱特征值中峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度、回复值和糊化温度分别增加34.4%、29.7%、51.6%、26.2%、20.6%和1.3%, 而消减值降低2.6%。相关性分析表明, GPR与直链淀粉含量、峰值黏度、最低黏度和最终黏度呈显著负相关关系, 相关系数分别为-0.429、-0.558、-0.662和-0.439, 与蛋白质含量呈显著正相关关系, 相关系数为0.565。直链淀粉含量、峰值黏度、最低黏度都与灌浆期的日平均温度和日平均太阳辐射呈显著正相关关系, 蛋白质与灌浆期的日平均温度和日平均太阳辐射呈显著正相关关系。由此可知, 高直链淀粉水稻品种在早季种植后, 灌浆期日平均温度及日平均太阳辐射量增加, 导致直链淀粉含量、峰值黏度、最低黏度和最终黏度增加, 蛋白质含量降低, 进而导致淀粉消化速率变慢。本研究结果可为高直链淀粉水稻品种淀粉消化快慢的栽培调控提供理论依据。

高密度直播对油菜冷榨菜籽油品质的影响

张琪祺, 陈杰昌, 蒯婕, 汪波, 王晶, 徐正华, 赵杰, 赵思明, 贾才华, 周广生

作物学报. 2024, (9):  2358-2370.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34210

摘要 ( 168 )   HTML ( 9 )   PDF (530KB) ( 172 )  

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为明确高密植对冷榨菜籽油品质的影响, 本研究选用6个株型差异较大的油菜品种(系), 采用45万株 hm^-2和75万株 hm^-2 2个密度种植, 油菜成熟后收获籽粒冷榨, 分析菜籽油理化指标、脂肪酸组成和典型脂质伴随物的含量。结果表明, 与45万株 hm^-2相比, 在75万株 hm^-2密度条件下, 6个油菜品种(系)籽粒含油量、菜籽油叶绿素含量、红值、过氧化值和酸价增加, 均值分别为4.67%、65.28%、22.16%、30.36%和7.23%, 但均符合国标一级菜籽油质量标准; 不饱和脂肪酸含量增加幅度为0.02%~4.26%, 类胡萝卜素和极性总酚含量增加幅度分别为0.52~4.54 mg kg^-1和1.18~12.06 mg 100 g^-1; 川油20和华油杂62两品种冷榨菜籽油中的生育酚和植物甾醇含量均有提升。综合评价结果表明, 不同株型油菜冷榨食用油品质形成对不同种植密度的响应规律不同, 不同高度和叶型油菜在75万株 hm^-2种植密度下的冷榨菜籽油品质优于45万株 hm^-2, 其中川油20和华油杂62在75万株 hm^-2密度下的综合品质较优。本研究结果可为油菜密植、优质菜籽油原料的品种选育及生产提供参考。

夏直播棉花产量与冠层微环境的关系

彭杰, 谢晓麒, 张钊, 姚晓芬, 邱深, 陈丹丹, 顾晓娜, 王玉洁, 王晨晨, 杨国正

作物学报. 2024, (9):  2371-2382.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34205

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夏直播棉花能够在较短生育期内获得与常规模式相当的产量, 但其产量高效形成的机理及其与冠层微环境的关系仍不清楚。因此, 本试验采用完全随机区组设计, 设置6个种植密度(7.50株 m^-2、8.25株 m^-2、9.00株 m^-2、9.75株 m^-2、10.50株 m^-2和11.25株 m^-2), 于2022—2023年在湖北武汉进行了大田试验。采用温湿度仪记录从现蕾到拔杆期间冠层温度和湿度, 冠层分析仪测定结铃期冠层不同高度光辐射强度, 手工收获计产。结果表明, 棉花产量随种植密度增加先升后降, 其中9.75株 m^-2最高(籽棉3246.5 kg hm^-2、皮棉1203.2 kg hm^-2), 2年平均较7.50株 m^-2提高(15.0%和17.8%)。冠层日均温、最高温、最低温随种植密度增加而降低, 而冠层相对湿度、最高湿度、最低湿度随种植密度增加而增加。冠层透光率, 水平方向呈“V”型分布, 棉行中间最大; 垂直方向中下部(离地10~50 cm)随种植密度增加而减小, 上部(离地50~70 cm)随种植密度增加而增大。群体叶面积指数随种植密度增加先升后降, 其中9.75株 m^-2最高, 2年平均为2.6。相关分析表明, 棉花产量随冠层日均温和最高温升高而降低, 随冠层相对湿度和最高湿度增加而增加; 随冠层中下部透光率增大而减小, 随上部透光率增加而增大。综上, 棉花夏直播种植模式, 适当增加种植密度(9.75~11.25株 m^-2)有利于提高单位面积成铃数, 改善冠层微环境, 如冠层透光率70 cm处85%以上, 50 cm处37%~40%, 30 cm处14%~16%, 10 cm处9%以下, 冠层温度26.5~27.0℃, 冠层湿度74%~77%, 从而提高棉花产量。

叶面喷施硅制剂对滨海盐碱地夏玉米叶片光合性能及籽粒产量的影响

孙照华, 任昊, 王洪章, 王子强, 姚海燕, 辛爱美, 赵斌, 张吉旺, 任佰朝, 刘鹏

作物学报. 2024, (9):  2383-2395.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.43001

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硅是作物生长的有益元素, 有助于缓解作物遭受的盐胁迫。本试验以大田试验种植的登海605为试验材料, 分别于小喇叭口期(V9)、大喇叭口期(V12)和抽雄期(VT)进行喷施硅制剂(8 g L^-1 SiO₂)处理, 并以同期喷施等量清水为对照, 旨在探讨不同时期叶面喷施硅制剂对滨海盐碱地夏玉米叶片光合性能及籽粒产量的影响, 为滨海盐碱地夏玉米抗逆增产提供理论依据。结果表明, 与对照相比, 不同时期喷施叶面硅制剂, 均能够显著增加盐碱地夏玉米叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性, 降低丙二醛(MDA)含量, 缓解光合器官的损伤和光合色素的降解; V9、V12、VT期叶面喷施硅制剂处理R6期, 叶面积指数2年平均分别提高6.28%、7.16%、6.66%, 2023年R3期叶绿素含量分别提高6.62%、7.52%、7.47%。喷施硅制剂提高了叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)以及胞间CO₂浓度(C_i); V9、V12、VT期叶面喷施硅制剂处理R3期P_n两年平均分别提高11.64%、11.73%、16.39%。光合速率提升促进了干物质积累及其向籽粒的转运, R6期干物质积累量分别提高8.46%、8.88%、9.67%, 穗粒数和千粒重显著提高, 最终籽粒产量在2022年和2023年分别提升了7.24%、10.47%、12.94%和6.23%、7.99%、11.25%; 综上, 本试验条件下, 滨海轻中度盐碱地夏玉米生产过程中以VT期喷施叶面硅制剂的增产效果最佳, 主要是缓解了氧化胁迫、提升了光合性能、促进了干物质积累与转运。

行距和种植方式对小麦光合特性和产量的影响

张振, 何建宁, 石玉, 于振文, 张永丽

作物学报. 2024, (9):  2396-2407.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.31071

摘要 ( 256 )   HTML ( 24 )   PDF (862KB) ( 297 )  

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为研究不同行距对宽幅精播小麦产量和干物质积累与转运的影响, 阐明其高产高效的生理机制, 给宽幅精播技术在黄淮海平原的进一步推广提供理论依据和技术支撑, 于2017—2019小麦生长季, 以‘济麦22’为试验材料, 在20 cm (R1)、25 cm (R2)和30 cm (R3) 3个行距下, 设置宽幅精播(K)和常规条播(T)两种种植方式, 分析不同行距下宽幅精播种植与常规条播种植对小麦旗叶光合特性、干物质积累与分配和旗叶¹³C同化物分配特性差异。结果表明: 在相同种植方式下, R2处理下小麦的旗叶净光合速率, 开花期和成熟期干物质积累量, 花后干物质在籽粒中的分配量和贡献率, 籽粒产量均显著高于行距R1和R3处理; 在R2行距下, K处理灌浆期叶面积指数、光合有效辐射截获率和开花后14、21和28 d旗叶净光合速率和蒸腾速率显著高于T处理, 两年度K处理通过增加穗数和粒重使得籽粒产量较T处理提高8.67%; ¹³C示踪结果显示, R2K处理旗叶¹³C同化物在籽粒的分配量和分配比例显著高于其他处理; R2K处理开花期和成熟期干物质积累量和单茎质量、开花后干物质向籽粒的分配量和对籽粒的贡献率最高, 均显著高于其他处理, 获得了最高的籽粒产量。综上所述, 行距25 cm、宽幅精播种植方式是本试验条件下小麦高产高效的最佳种植模式。

研究简报

以甘蓝下胚轴为外植体的再生体系优化

赵美, 刘一玮, 石翔天, 李亚俐, 申树林, 尹能文, 赵会彦, 傅鹰, 曲存民

作物学报. 2024, (9):  2408-2414.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.34204

摘要 ( 203 )   HTML ( 13 )   PDF (1632KB) ( 181 )  

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针对甘蓝组织培养过程中再生体系难度大, 培养效率低的问题, 本研究以白花芥蓝下胚轴为外植体, 对离体培养关键影响因素——无菌苗光/暗培养时间、NaClO消毒时间、激素配比对甘蓝种子、不定芽分化及再生的影响进行了比较分析。结果表明, 75%无水乙醇40 s+5% NaClO 15 min消毒后, 将种子暗培养3 d, 再光培养3 d, 无菌苗生长最好; 预培养时培养基最佳激素组合是0.05 mg L^-1 NAA (α-萘乙酸)+4 mg L^-1 6-BA (6-苄氨基嘌呤); 筛选培养基的最佳激素组合为0.05 mg L^-1 NAA+4 mg L^-1 6-BA+250 mg L^-1 Cb (羧苄青霉素), 愈伤发生率91.1%, 不定芽分化率57.3%; 生根培养基MS+30 g L^-1蔗糖+7 g L^-1琼脂+0.1 mg L^-1 NAA+0.1%活性炭, 不定根产生数量多, 获得植株根系发达、生长势强。本研究建立的甘蓝组织培养优化体系能快速获得再生植株, 有助于加速甘蓝良种的繁育与评价。

干旱灌区绿肥对多样化种植小麦玉米产量性能指标的影响

刘志鹏, 苟志文, 柴强, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 王琦明

作物学报. 2024, (9):  2415-2424.  doi:10.3724/SP.J.1006.2024.41005

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为探究插种豆科绿肥对传统小麦、玉米多样化种植模式产量性能指标的影响, 通过配置豆科绿肥构建干旱灌区作物高产技术途径, 依托2017年布设的田间定位试验, 于2019—2021年对小麦、玉米传统种植模式及配置豆科绿肥后主栽作物叶面积指数(LAI)、叶日积(LAD)、作物生长率(CGR)、籽粒产量(GY)及产量构成要素的响应特征进行研究, 明确基于绿肥提升作物多样化水平进而提高作物产量的理论基础。试验设单作玉米(M)、单作小麦(W)一年一收、小麦复种绿肥(W-G)和小麦间作玉米(W||M)一年两收、小麦复种绿肥间作玉米(W-G||M)一年三收共5种作物多样化水平不同的种植模式。结果表明, 不同种植系统混合籽粒产量随作物多样化水平的提高而提高, 一年两收模式W||M显著高于W和M, W-G显著高于W, 一年三收模式W-G||M显著高于W||M和W-G; 净占地面积下, 两种组分作物籽粒产量随多样化水平的提高而提高。LAI、LAD和主栽作物生育后期CGR等产量性能指标也随作物多样化水平的提高而提高。产量构成要素方面, 随作物多样化水平的提高, 小麦穗粒数、玉米有效穗数随之提高; W-G在小麦穗粒数和千粒重方面显著高于W。通径分析显示, 组分作物小麦主要通过穗粒数的增加而实现增产, 组分作物玉米主要通过单位面积有效穗数的增加实现增产。本研究表明, 随作物多样化水平的提升, 主栽作物籽粒产量和产量性能指标也随之提升, 干旱灌区可通过配置豆科绿肥提升种植系统作物多样化水平, 从而实现增产。