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2025年 第51卷 第1期 刊出日期：2025-01-12

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综述

植物激素对棉花蕾铃脱落的调控研究进展

谢章书, 谢学方, 屠小菊, 刘爱玉, 董合忠, 周仲华

作物学报. 2025, (1):  1-29.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44122

摘要 ( 1243 )   HTML ( 87 )   PDF (4249KB) ( 9252 )  

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棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象, 有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落, 也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量, 国内外现有公开报道多集中于20世纪50、60年代关于乙烯和脱落酸对棉花蕾铃脱落影响的初步发现。结合其他植物的研究结果来看, 蕾铃脱落似乎与生长素、赤霉素和细胞分裂素等促生长类激素的下降以及乙烯和脱落酸等抑制生长类激素的升高密切相关, 激素在植物体内不仅介导新陈代谢过程, 还协调着与信号通路相关的调控因子, 在脱落过程中起着关键作用。本文从植物激素调控入手, 综述了近年来包括脱落区形成和作用的分子调控机制以及各激素在棉花蕾铃脱落以及其他植物(生殖)器官脱落过程中的响应和调控机制等。发现目前以棉花蕾铃脱落为对象的研究非常匮乏, 且多集中于少数激素对棉花生殖生长影响的有限研究, 缺乏对导致蕾铃脱落的深层次机制的探究和解析。因此, 未来研究方向应着重于探究棉花蕾铃脱落的遗传基础、发掘新的抗脱落基因资源和培育抗脱落棉花品种, 同时加强在以棉花为模型植物下, 蕾铃脱落与植物激素调节的关系研究, 为提高棉花产量提供理论依据和技术支持。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

基于GYT双标图综合评价黄河流域中熟杂交棉花区域试验品种

李超, 付小琼

作物学报. 2025, (1):  30-43.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44093

摘要 ( 904 )   HTML ( 27 )   PDF (6043KB) ( 594 )  

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对黄河流域中熟杂交棉花区域试验参试品种进行分析和评价, 可以为品种合理布局和品种性状改良提供科学依据。本研究利用GYT双标图对2022—2023年黄河流域30个参试品种的产量、品质、农艺性状、抗病性进行综合评价, 深入分析皮棉产量与铃重、单株铃数、霜前花率、衣分、第一果枝节位、果枝数、生育期、株高、子指、纤维长度、断裂比强度、马克隆值、伸长率、整齐度、枯萎病指数、黄萎病指数等性状的组合水平, 联合方差分析结果表明, 2年试验中所有性状的基因型效应和环境效应均达到了极显著水平, 大部分基因型与环境互作效应达到了显著或极显著水平, 同时大部分互作效应平方和占比总变异平方和比例大于基因型效应。筛选出中棉所9B07等产量-性状组合优良的品种, 比对照品种中棉所9711适应性更广、丰产性更好, 具有较高的应用推广价值。GYT双标图比GT双标图具有解释的变异比例更高、拟合度更好、分析结果可信度更高等优点, 可以更加直观展示参试品种特点, 为我国作物品种多性状综合评价提供参考。

甘蓝型油菜BnaSLY1基因进化分析及功能研究

李嘉欣, 黄莹, 吴潞梅, 赵伦, 易斌, 马朝芝, 涂金星, 沈金雄, 傅廷栋, 文静

作物学报. 2025, (1):  44-57.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44079

摘要 ( 1498 )   HTML ( 43 )   PDF (20877KB) ( 603 )  

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赤霉素调控植物表皮细胞增长、茎叶伸长以及株型建成。拟南芥SLY1属于F-box蛋白, 它通过靶向泛素化赤霉素信号转导路径的负向调控因子——DELLA蛋白来影响植物生长发育, 然而油菜中BnaSLY1的基因功能尚未揭示。本研究对BnaSLY1进行了表达特征和进化树分析, 利用CRISPR/Cas9技术创制了BnaSLY1不同拷贝数的突变体, 结合RNA-Seq技术对BnaSLY1的生物学功能及其对油菜生长发育的影响进行了研究。结果表明, 甘蓝型油菜Westar中有2个SLY1同源拷贝BnaA01.SLY1和BnaA06.SLY1, 它们表达模式基本相同, 为组成型表达基因, 其蛋白定位在细胞核, 且在不同的油菜品种及十字花科植物间序列保守。与对照相比, 单突bnaa01sly1和bnaa06sly1开花时间推迟, 株高显著降低, 而双突bnasly1还表现出深绿色光叶表型, 叶片厚度增加, 开花期比单突进一步推迟, 株高也进一步降低。RNA-Seq结果显示, 双突与Westar之间的差异表达基因显著富集在生长素信号转导路径以及蜡质合成通路, 多个开花时间相关基因表达也发生显著变化。本研究表明, BnaSLY1除影响植物株高和开花时间等生长发育进程, 还影响表皮蜡质合成, 为探索赤霉素信号转导路径在甘蓝型油菜生长发育中的重要作用奠定了理论基础。

脂质转移蛋白SiLTP1基因参与谷子耐盐响应初探

孟凡花, 刘敏, 沈傲, 刘炜

作物学报. 2025, (1):  58-67.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44092

摘要 ( 818 )   HTML ( 19 )   PDF (5668KB) ( 455 )  

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土壤盐渍化严重制约农业生产发展, 通过提高植物耐盐性进行盐碱地综合利用, 对于保障粮食安全, 提升农业生产效率具有重要意义。脂质转移蛋白是一类在高等植物中广泛存在的小分子蛋白质, 能够参与植株生长、信号转导以及多种生物和非生物胁迫过程。前期本课题组克隆到一个谷子中编码脂质转移蛋白的基因SiLTP1, 本研究通过构建其原核表达载体和植物双元过表达载体, 获得了该基因的原核表达蛋白及同源转化过表达阳性植株, 经进一步筛选获得4个纯合株系。体外耐盐性试验显示, SiLTP1的原核表达蛋白具有一定耐盐性; 转基因植株苗期耐盐生理指标测定显示, SiLTP1过表达植株在遭受盐胁迫时, 植株体内MDA积累减少, 抗氧化酶含量升高, 可积累更少的过氧化氢, 从而降低胁迫对植株的氧化损伤, 显示基因过表达植株具有更好的耐盐性。本研究结果初步揭示, SiLTP1可正向调控谷子的耐盐性, 其在谷子耐盐抗逆方面具有潜在功能, 为耐盐谷子品种改良及新品种培育提供了理论基础和候选基因资源。

新疆小麦过氧化物酶活性基因TaPod-A1、TaPod-A3和TaPod-D1等位变异及分布规律

刘鑫源, 程宇坤, 王丽丽, 战帅帅, 马孟瑶, 郭玲, 耿洪伟

作物学报. 2025, (1):  68-78.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41034

摘要 ( 744 )   HTML ( 14 )   PDF (1433KB) ( 277 )  

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小麦面粉的颜色是其品质分级的重要指标, 为了使小麦面粉的品质得到进一步提升, 本研究利用位于TaPod-A1、TaPod-A3和TaPod-D1位点基因的功能标记对110份新疆小麦品种(系)进行等位变异基因检测。基因型与表型方差分析结果显示, TaPod-A1、TaPod-A3和TaPod-D1位点的等位变异类型TaPod-A1b (35.5%)、TaPod-A3c (53.6%)和TaPod-D1b (60%)较其他等位变异类型TaPod-A1a (64.5%)、TaPod-A3a (46.4%)和TaPod-D1a (40%)均具有较高的POD活性。在新疆小麦材料中, TaPod-A1、TaPod-A3和TaPod-D1的3个不同基因位点上高POD活性的优异等位变异类型的分布频率均表现为引进品种(系)≈自育品种(系)>地方品种。TaPod-A3b在110份新疆小麦材料中并未检测出, 说明该等位变异为稀有等位变异。具有TaPod-A1、TaPod-A3和TaPod-D1基因等位变异组合品种(系)的平均POD活性高低依次为TaPod-A1b/TaPod-A3c/TaPod-D1b (2836.25 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1b/TaPod-A3c/TaPod-D1a (2796.00 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1b/TaPod-A3a/TaPod-D1b (2520.31 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1a/TaPod-A3c/TaPod-D1b (2473.91 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1a/TaPod-A3a/TaPod-D1b (2407.65 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1b/TaPod-A3a/TaPod-D1a (2339.06 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1a/TaPod-A3c/TaPod-D1a (2320.38 U g^-1 min^-1) > TaPod-A1a/TaPod-A3a/TaPod-D1a (2210.69 U g^-1 min^-1)。其中, 具有TaPod-A1b/TaPod-A3c/TaPod-D1b等位变异基因的活性(2836.25 U g^-1 min^-1)极显著高于具有TaPod-A1a/TaPod-A3a/TaPod-D1a (2210.69 U g^-1 min^-1) (P < 0.01)的品种, 说明具有较多优异等位变异类型的品种具有较高的POD活性。

基于SSR标记的青海蚕豆品种亲缘关系分析与指纹图谱构建

郑栋, 周仙莉, 滕长才, 侯万伟, 张红岩, 刘玉皎

作物学报. 2025, (1):  79-90.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44066

摘要 ( 651 )   HTML ( 14 )   PDF (2262KB) ( 3984 )  

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为明确青海蚕豆育成品种、高代品系和骨干亲本的群体结构与亲缘关系, 本研究利用46对多态性和稳定性好、重复性高的SSR引物对36个青海蚕豆主栽品种(品系)进行群体遗传学分析并构建了指纹图谱。结果表明, 通过毛细管电泳检测, 在46对引物中检测到262个等位位点, 各引物检测的多态性等位位点数(Na)为2~15, 平均等位位点数为5.696个, 平均每个位点检测到的有效等位基因数为2.988个, 范围为1.180~9.257; Shannon指数的变化范围为0.287~2.444, 均值为1.210; 多态性信息含量(polymorphism information content, PIC)值变化范围为0.141~0.883, 均值为0.553, 揭示了青海蚕豆品种丰富的遗传多样性。系统聚类将36份材料划分为4个亚群, 第I、II、III、IV亚群分别包括24、4、7、1份材料; 群体结构与主坐标分析将材料划分为2个亚群, 亚群I和亚群II分别包括17和19份材料, 与聚类分类结果有一定程度的交叉重合, 厘清了青海蚕豆主栽品种的群体遗传结构与亲缘关系。在此基础上, 筛选出4对核心引物, 构建了36份材料的指纹图谱, 并将相关信息储存在二维码中。青海蚕豆主栽品种指纹图谱的构建不仅为青海蚕豆品种鉴定提供了有效工具, 也为今后青海蚕豆品种亲本选配和新品种权保护提供了技术支撑。

苗草专用型大麦品种鉴定及全基因组关联分析

马敏虎, 常华瑜, 陈朝燕, 仁增, 刘廷辉, 邢国芳, 郭刚刚

作物学报. 2025, (1):  91-102.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41028

摘要 ( 732 )   HTML ( 20 )   PDF (4097KB) ( 249 )  

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苗草工厂为实现草食动物的饲草周年供应提供了新的解决方案。针对苗草生产的品种需求, 本研究对124份中国大麦育成品种(系)与种质开展了苗草转化率鉴定和生物量调控位点发掘。结果显示, 大麦种子萌动后, 水培条件下苗草生物量呈指数增长趋势并在7 d后进入平台期。在植物工厂条件下, 鉴定出冬青16、扎青6号等10个高苗草转化率品种且分析发现苗草生物量与籽粒千粒重呈一定的负相关。进一步通过全基因组关联分析, 共鉴定到12个苗草生物量相关QTL位点, 从中预测出8个调控苗草生物量的候选基因。本研究不仅为大麦苗草工厂化生产筛选出高转化率品种, 同时也为苗草专用型大麦品种的遗传改良奠定了基础。

基于甘蔗及其近缘属参考基因组开发SSR标记及数据库

匡博文, 韦妳, 刘金典, 陈美燕, 毛兴洁, 段维兴, 杨细平

作物学报. 2025, (1):  103-116.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44056

摘要 ( 970 )   HTML ( 39 )   PDF (7762KB) ( 345 )  

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甘蔗(Saccharum spp. hybrid)是重要的糖料和能源作物。甘蔗基因组复杂, 群体遗传学研究相对落后。目前, 甘蔗参考基因组仍有待完善。利用甘蔗及其近缘属参考基因组开发甘蔗SSR标记及数据库有助于推动甘蔗群体遗传学的研究。本研究基于3个甘蔗种(割手密种、热带种和栽培种)和2个甘蔗近缘种(芒和高粱)的基因组进行SSR检测, 统计各基因组SSR的数量和类型, 挑选多态性好的SSR标记对104份甘蔗及近缘属种质材料进行遗传多样性分析。在5个物种的基因组中共鉴定到了1,860,645个SSR, 以单核苷酸、二核苷酸和三核苷酸重复单元类型为主。基因组间SSR的共线性信息显示, 甘蔗栽培种和其他物种间的亲缘关系由近到远为: R570、热带种、割手密种、芒、高粱; 基于SSR及InDels标记的甘蔗种质资源的遗传多样性分析显示, 斑茅92-105最先被单独划分, 割手密种为一个类群, 大茎野生种和热带种分为一个类群, 栽培种为一个类群。最后, 围绕5个基因组鉴定的SSR以及引物等相关信息, 开发了一个基于Web界面的甘蔗SSR数据库。本研究为甘蔗研究和育种提供了重要的分子工具。

绿豆R2R3-MYB转录因子家族鉴定及其类黄酮合成调控基因的筛选

郭飞翔, 李春霞, 周爽, 郭彬彬, 张均, 马超

作物学报. 2025, (1):  117-133.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44077

摘要 ( 1526 )   HTML ( 26 )   PDF (14409KB) ( 486 )  

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R2R3-MYB转录因子家族在植物次生代谢物合成、胁迫应答和生长发育等生命过程起着重要的调控作用。本研究基于生物信息学鉴定了绿豆(Vigna radiata L.)全基因组水平的R2R3-MYB转录因子, 并对其理化性质、系统进化、染色体定位、启动子顺式作用元件及基因结构做了预测分析; 此外, 转录组数据和实时荧光定量PCR (Quantitative Real-time PCR, RT-PCR)分析该转录因子在不同组织、逆境胁迫下的表达模式; 并基于相关分析及蛋白互作网络, 筛选到可能参与调控绿豆类黄酮生物合成的R2R3-MYB成员。结果表明, 共鉴定到168个R2R3-MYB成员, 其中145个分布于11条染色体, 23个成员染色体信息未知; 大多数R2R3-MYB含有3个外显子, 编码99~1645个氨基酸, 均为亲水性蛋白; 系统进化将绿豆R2R3-MYB基因家族分为30个亚组(V1~V30), 不同亚组成员的基因结构存在差异; 共线性分析表明, 片段复制事件均进行了纯化选择; 启动子顺式作用元件分析表明, 绿豆R2R3-MYB基因启动子区含有大量激素响应、胁迫响应及少量的类黄酮合成响应等元件; 基因表达分析表明, 在叶片、叶柄、下胚轴和籽粒种皮中表达量较高的成员分别占15.5%、16.1%、16.1%和10.7%。RT-PCR分析发现, 几乎所有的R2R3-MYB家族成员在低温胁迫下的相对表达量显著下调, 不同成员对逆境胁迫有不同的响应模式。蛋白互作与相关性分析可知, VrMYB6、VrMYB77、VrMYB93这3个基因可能参与了绿豆类黄酮生物合成的调控。

甘蓝型油菜漆酶基因家族成员表达模式及与茎秆抗折力的关联分析

徐林珊, 郜耿东, 王宇, 王家星, 杨吉招, 武亚瑞, 张宵寒, 常影, 李真, 谢雄泽, 龚德平, 王晶, 葛贤宏

作物学报. 2025, (1):  134-148.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44035

摘要 ( 839 )   HTML ( 21 )   PDF (16594KB) ( 485 )  

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漆酶是一种含铜的多酚氧化酶家族, 在植物中主要参与木质素合成以及抵御各种逆境胁迫。本研究对甘蓝型油菜漆酶基因(BnaLACs)家族成员进行鉴定, 通过氨基酸数量、分子量、等电点、不稳定系数以及脂溶性系数等指标衡量其理化性质。后对其染色体位置、进化关系、基因结构、组织部位表达模式等进行预测和分析。结果表明, 甘蓝型油菜基因组共有53个BnaLACs家族成员, 基本为碱性、稳定蛋白, 大多数BnaLACs定位在液泡膜和细胞外。基因结构分析发现, BnaLACs结构较为保守。组织部位表达模式分析表明, 除花药外, BnaLACs在各组织部位均有表达, 其中在根、种子、角果皮和茎秆中表达量较高。分析茎秆中BnaLAC4s表达模式发现, BnaA05G0074200ZS与甘蓝型油菜抗倒性显著相关; 单倍型分析表明, 包含BnaA05G0074200ZS两种单倍型的品系间抗倒性、木质素含量均存在显著差异。研究结果将为进一步解析甘蓝型油菜漆酶基因家族功能及茎秆抗倒伏机制奠定基础。

耕作栽培·生理生化

有机肥替代化肥氮对谷子氮素累积、产量及品质的影响

王媛, 许佳茵, 董二伟, 王劲松, 刘秋霞, 黄晓磊, 焦晓燕

作物学报. 2025, (1):  149-160.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44085

摘要 ( 1075 )   HTML ( 30 )   PDF (1109KB) ( 556 )  

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有机肥部分替代化肥是一种实现化肥减量的可持续农业生产措施。本研究于2020和2021连续2年以“沁黄2号”为供试材料, 设不施氮(CK)、常量化肥氮(NPK)、有机肥替代25%化肥氮(25% M)、有机肥替代50%化肥氮(50% M)、有机肥替代75%化肥氮(75% M)和有机肥替代100%化肥氮(100% M) 6个处理, 研究不同替代率对谷子产量构成和氮素吸收的影响, 并分析氮素吸收调控小米米色、糊化特性和类胡萝卜素组分的效应, 明确谷子生产中有机肥最佳替代率。结果表明, 2年中较低的有机肥替代化肥氮率显著提高了谷子植株氮素累积, 但随着替代率的持续增加, 植株氮素累积量呈降低趋势, 最终影响谷子产量和小米品质。2020年, 25% M处理显著提高了谷子地上部氮素累积量, 较NPK处理提高9.6%; 2021年, 25% M处理谷子地上部氮素累积量、生物量、穗粒数和产量达到最高, 较NPK处理分别提高6.1%、12.0%、15.4%和12.0%。50% M处理显著影响了小米的米色、糊化特征和类胡萝卜素含量, 与NPK相比, 小米籽粒红绿值、橘色值、支链淀粉含量、总淀粉含量、小米糊化最终黏度、叶黄素含量、玉米黄质含量和黄色素含量的增幅分别可达6.0%、6.0%、7.4%、4.3%、7.8%、20.7%、17.4%和2.8%。但有机肥完全替代化肥降低了谷子地上部氮素吸收、地上部生物量、穗粒数及谷子产量, 也抑制了小米叶黄素和玉米黄质含量的提升。2年均表现出谷子地上部氮吸收量与小米单粒重、直链淀粉含量和小米糊化回升值呈显著的负相关。且2021年谷子地上部氮吸收量还与小米总淀粉含量、蛋白质含量、小米粉糊化峰值黏度和小米黄色素含量呈显著的负相关, 与小米糊化峰谷黏度呈显著的正相关。综上, 施氮总量120 kg hm^-2下, 有机肥替代25%~50%化肥氮能通过促进植株氮素的吸收, 实现产量、米色、蒸煮特性及类胡萝卜素的协同提升, 为谷子化肥减量和提质增效生产提供技术支撑。

密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响

丁树启, 程彤, 王弼琨, 于德彬, 饶德民, 孟凡钢, 赵胤凯, 王晓慧, 张伟

作物学报. 2025, (1):  161-173.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44065

摘要 ( 1095 )   HTML ( 26 )   PDF (1131KB) ( 527 )  

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密植是挖掘优良大豆品种生产潜力的有效途径, 但对于育种时间跨度长达百年的大豆品种而言, 其对密植的响应差异仍不清楚。为明晰密植对不同年代大豆品种群体光合生产和产量形成的影响, 以1930s—2020s育成的50个大豆品种为试验材料, 探究了不同年代大豆品种(1930s—1940s、1950s—1960s、1970s—1980s、1990s—2000s和2010s—2020s)在不同密度水平(常规密度200,000株 hm^-2和高密度300,000株 hm^-2)下叶面积指数(LAI)、叶面积指数增长率(LGR)、光合势(LAD)、干物质积累、作物生长率(CGR)、下部叶片衰老和产量的响应差异。结果表明, 随着育成年代的推进, 大豆群体光合生产能力和产量均逐渐提升。与老品种(1930s—1940s, 1950s—1960s和1970s—1980s)相比, 新品种(1990s—2000s和2010s—2020s)在高密度下表现出更好的生长状态。新品种在高密度下的叶面积指数(LAI)增幅更大, 盛荚期(R4)的LAI的增幅依次为17.79%和23.06%, 盛荚—鼓粒期(R4—R6)的LAI衰减更缓慢, LAD增幅更大。在R6期, 新品种在高密度下的干物质积累增幅更大, 依次为25.28%和28.96%, 其CGR也显著增加(P < 0.05), 依次为21.66%和25.38%; 此外, 新品种在高密度下下部叶片黄叶节位上移量和叶片SPAD值的降幅较小, 表现出较强的抗衰老特性。在产量方面, 新品种在高密度下单位面积粒数和荚数增幅较大, 百粒重降幅较小, 产量显著(P < 0.05)提升, 其产量增幅依次为4.49%和5.04%。综上, 生育初期, 新品种在高密度下表现出较强的“源”增加能力, 其叶源值高且稳定, 光能截获量大, 干物质积累多, 促进籽粒“库”快速发育; 而生育后期, 其叶面积指数衰减速度较慢, 群体光合能力强, 籽粒灌浆充分, 因而显著提高单位面积粒数和荚数, 从而弥补百粒重的微降, 实现大豆产量显著提升。

干湿交替灌溉与植物生长调节剂对水稻光合特性及内源激素的影响

赵黎明, 段绍彪, 项洪涛, 郑殿峰, 冯乃杰, 沈雪峰

作物学报. 2025, (1):  174-188.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.32055

摘要 ( 884 )   HTML ( 30 )   PDF (1137KB) ( 381 )  

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为探明干湿交替灌溉与植物生长调节剂(plant growth regulators, PGRs)对水稻光合特性、内源激素及产量的影响。采用盆栽与大田相结合方式, 以龙粳31为试验材料, 设置轻干湿交替灌溉(MI)和重干湿交替灌溉(HI) 2种灌溉处理, 于分蘖盛期和剑叶展叶期喷施已酸二乙氨基乙醇酯(diethyl aminoethyl caproate, DA)、6-苄氨基腺嘌呤(6-benzylaminoadenine, BA)和BA (分蘖盛期)+DA (剑叶展叶期) 3种PGRs, 并设置清水对照, 探究干湿交替灌溉、PGRs及互作下干物质积累、光合特性、内源激素及产量差异。结果表明, 与HI相比, MI显著增加了抽穗后叶面积、叶面积指数、SPAD值及净光合速率, 提高了剑叶与籽粒IAA、GA₃和ZR含量, 降低了ABA含量, 增加了干物质积累及茎鞘物质转运能力, 并在改善节间性状基础上增加了结实率、每穗粒数及粒重, 增产5.30% (盆栽)和5.11% (大田)。与CK相比, 喷施BA+DA显著提高了抽穗后剑叶净光合速率、干物质积累及茎鞘物质转运能力, 提高了剑叶与籽粒IAA、GA₃和ZR含量, 增加了千粒重、结实率、收获指数、每穗粒数和粒重, 增产6.60% (盆栽)和6.05% (大田), 其次是BA。干湿交替灌溉与PGRs互作对叶面积指数、内源激素含量、每穗粒数及千粒重存在显著影响, 其中MI×(BA+DA)处理更有助于维持抽穗后绿叶功能持续期, 提高叶片SPAD值、叶面积、叶面积指数和净光合速率, 增强干物质积累及茎鞘物质转运能力, 提高叶片与籽粒IAA、GA₃和ZR含量, 促进同化物向籽粒输出, 并在稳定穗数基础上增加了千粒重、每穗粒数和粒重, 提高了结实率和收获指数, 实现产量较其他处理及CK增幅3.17%~12.57% (盆栽)和3.14%~11.55% (大田), 而HI×(BA+DA)处理可实现MI×CK产量效果。综上所述, 干湿交替灌溉配合喷施BA+DA可作为本区域水稻高产高效生产环节中的一种节水化控栽培组合措施。

基于无人机多光谱数据和氮素空间分异的玉米冠层氮浓度估算

郝琪, 陈天陆, 王富贵, 王振, 白岚方, 王永强, 王志刚

作物学报. 2025, (1):  189-206.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43015

摘要 ( 1265 )   HTML ( 28 )   PDF (9939KB) ( 1218 )  

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作物冠层氮素营养的遥感诊断对指导作物精准施氮, 提高作物氮效率和产量具有重要意义。本研究针对玉米冠层纵深大影响无人机估算氮浓度精度的问题, 基于2022年和2023年不同氮肥运筹处理下田间无人机多光谱数据和氮浓度实测数据, 分析玉米冠层氮浓度空间分布特征, 并利用随机森林算法确定估算冠层氮浓度的有效叶层。进一步结合随机森林算法和多光谱植被指数构建有效叶层氮浓度估算模型, 最终将有效叶层氮浓度转换到冠层尺度实现冠层氮浓度的估算。结果表明: (1) 九叶展期和大喇叭口期玉米冠层氮浓度表现为上层叶片>中层叶片>下层叶片, 吐丝期和乳熟期表现为中层叶片>上层叶片>下层叶片。(2) 各时期估算冠层氮浓度的有效叶层分别为下层、中层、中层和中层。与支持向量回归模型相比, 随机森林回归估算冠层氮浓度的精度较高。(3) 结合随机森林算法, 基于有效叶层氮浓度估算冠层氮浓度的平均RMSE、NRMSE和MAE分别为0.10%、4.41%和0.07%, 而直接基于植被指数估算冠层氮浓度的平均RMSE、NRMSE和MAE分别为0.19%、9.00%和0.15%。综上, 玉米冠层氮浓度存在空间分异特征, 估算冠层氮浓度时考虑基于随机森林和植被指数估算的有效叶层氮浓度能明显提高冠层氮浓度的估算精度。本研究确定的考虑空间分异的冠层氮浓度估算框架可为玉米氮素营养实时诊断提供理论支撑。

减氮及有机肥替代对旱地冬小麦干物质积累、转运、分配和产量的影响

张军, 胡川, 周起晖, 任开明, 董誓言, 刘傲寒, 吴金芝, 黄明, 李友军

作物学报. 2025, (1):  207-220.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41025

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探究减氮及有机肥替代对旱地冬小麦产量形成和经济效益的影响, 为实施化肥减量和有机肥替代提供理论和技术依据。2021—2023年度, 基于2019年开始设置在黄土高原和黄淮海平原交汇处典型旱地冬小麦产区(河南洛宁和河南孟津)的定位试验, 研究了冬小麦干物质积累转运分配特性、氮肥干物质生产效率、产量及其构成要素和经济效益。试验设置不施氮肥(NN)、农户施氮(FN)、基于FN减氮20% (RN)和RN基础上20%氮肥用有机肥替代(OSN) 4个处理。结果表明: (1) 与FN相比, RN处理降低了小麦拔节期、开花期和成熟期的干物质积累量、花前干物质转运量以及成熟期茎鞘、穂轴+颖壳和籽粒的干物质分配量, 但对籽粒产量无显著影响。(2) 与FN和RN相比, OSN处理提高了各生育阶段的氮肥干物质生产效率, 从而增加了拔节期、开花期、成熟期的干物质积累量, 而且提高了花前干物质转运量、花后干物质积累量、花后干物质积累量对籽粒的贡献率, 进而使成熟期地上部各器官的干物质分配量均得到显著提高, 最终使籽粒产量分别显著增加15.03%和17.12%, 经济效益增加3.84%和4.23%。(3) 小麦产量与花前干物质转运量、花后干物质积累量和花后干物质积累量对籽粒的贡献率呈极显著正相关, 与花前干物质转运量对籽粒的贡献率呈极显著负相关。综上, 在雨养条件下, 小麦季施氮量为172 kg hm^-2 (夏休闲-冬小麦)和192 kg hm^-2 (夏玉米-冬小麦)的基础上, OSN处理提高了氮肥干物质生产效率, 增加各生育时期的干物质积累量, 其花前干物质转运量和花后干物质积累量的协同增加使其获得了最高产量, 实现增产增收, 适宜在产量水平为5000 kg hm^-2的雨养旱地冬小麦高产栽培中应用。

行距配置和种植密度对棉花干物质生产及产量的影响

辛明华, 秘雅迪, 王国平, 李小飞, 李亚兵, 董合林, 韩迎春, 冯璐

作物学报. 2025, (1):  221-232.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.34189

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行距配置和种植密度是影响棉花产量和品质的重要因素。当前新疆棉花种植主要采用宽窄行配置, 也有等行距配置方式, 但对这两种方式的认识尚存在争议。为此, 本研究以中棉所88号为供试材料, 采用裂区设计, 行距配置(等行距和宽窄行)为主区, 种植密度12×10⁴株 hm^-2 (D1)、16×10⁴株 hm^-2 (D2)和18×10⁴株 hm^-2 (D3)为裂区, 开展了2年大田试验, 比较研究了行距配置和密度对棉花群体生长发育、干物质积累和分配、以及产量和纤维品质的影响。结果表明, 中等密度(16×10⁴株 hm^-2)下等行距和宽窄行处理组合的叶面积指数(LAI)增速、LAI峰值, 以及吐絮期生殖器官生物量的分配比例均高于其他处理组合, 且二者无显著差异。各处理组合间的棉花群体生长率(CGR)、净同化率(NAR)和棉铃生长率(BGR)均无显著差异。2年平均, 中等密度下等行距和宽窄行处理组合的籽棉产量相当, 纤维品质指标也无显著差异。表明在中等密度下, 无论采用等行距还是宽窄行种植模式, 均能达到理想的产量和品质。本研究为新疆棉花行距配置和密度选择提供了科学依据。

西北绿洲灌区玉米叶片衰老特征对不同地膜覆盖利用方式的响应

王丽萍, 李盼, 赵连豪, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚, 柴强, 殷文

作物学报. 2025, (1):  233-246.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43022

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西北绿洲灌区玉米传统生产模式中大量使用地膜伴随着生态环境污染严重, 且在极端高温下玉米出现叶片早衰。针对该现象, 通过免耕一膜2年覆盖利用技术探讨延缓玉米叶片衰老并增加玉米产量的可行性, 以期为构建西北绿洲灌区地膜减量玉米高效生产技术提供理论支撑。2013年在西北绿洲灌区设置免耕一膜2年覆盖利用(NTP)、秋免耕春覆膜(RTP)和传统每年覆新膜(对照, CTP) 3种处理(本文采用2021—2023数据), 探究玉米叶片光合源、持绿特性、细胞抗氧化酶活性和渗透调节物质含量对不同地膜覆盖利用方式的响应。结果表明, NTP和RTP可有效调节玉米生育期内光合源和叶片持绿性能的动态关系, 维持生育后期较大的叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、叶片持绿性(SG)和叶绿素相对含量(SPAD), 有利于延缓叶片衰老。与CTP相比, NTP玉米出苗后75~120 d的LAI、LAD、SG和SPAD分别提高15.1%~16.1%、14.8%~15.5%、7.2%~9.2%和11.3%~11.7%, RTP分别提高12.4%~13.0%、11.5%~12.4%、10.0%~17.6%和6.0%~6.7%。同时, 通过单株绿色叶面积的拟合, 发现NTP和RTP较CTP叶片衰老时间平均推迟了5.8~7.0 d和6.2~7.7 d, 这可能是由于NTP和RTP有助于增强玉米大喇叭口期—灌浆期叶片的抗氧化能力和细胞渗透调节作用。玉米出苗后60~105 d, NTP较CTP叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)活性分别提高17.6%~20.0%、28.4%~34.4%、6.7%~8.4%和8.3%~10.9%, RTP较CTP分别提高11.3%~11.7%、16.9%~18.2%、4.4%~6.1%和5.8%~7.7%。此外, 与CTP相比, NTP与RTP可溶性蛋白和脯氨酸含量分别提高35.9%~43.9%和29.5%~31.8%, 20.7%~31.7%和17.4%~20.4%, 丙二醛含量分别降低26.0%~27.8%和17.5%~25.9%。NTP对抗氧化酶和渗透调节物质的影响更大, NTP较CTP增产5.2%~6.0%。免耕一膜2年覆盖利用技术是西北灌区在实现资源减投条件下, 有效延缓玉米叶片衰老且增加产量的适宜措施。

研究简报

马铃薯转录因子StFBH3对非生物逆境胁迫的响应分析

宋倩娜, 宋慧洋, 李京昊, 段永红, 梅超, 冯瑞云

作物学报. 2025, (1):  247-259.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44044

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bHLH (basic helix-loop-helix)作为植物界第二大类转录因子, 在植物应对环境胁迫响应中起着重要的调控作用。探究马铃薯(Solanum tuberosum L.) bHLH家族基因功能将为马铃薯改良和育种提供一定的理论依据。本研究克隆了马铃薯StFBH3基因(Gene ID: 102582309), 利用qPCR技术分析了不同逆境胁迫下StFBH3基因表达模式, 结果表明, StFBH3基因在马铃薯根和叶中的表达量较高, 且该基因的表达受渗透、高盐和脱落酸(abscisic acid, ABA)诱导; 以过表达StFBH3基因的马铃薯试管苗为材料, 在分别含有不同浓度甘露醇(mannitol)、NaCl和ABA的MS培养基中, 过表达StFBH3马铃薯株系的叶绿素含量显著高于野生型, 根长显著长于野生型。在干旱和高盐处理下, 土壤栽培的过表达马铃薯株系较野生型表现较强的耐受性, 叶片相对含水量、叶绿素含量和过氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于野生型。qPCR分析发现, 干旱和盐胁迫处理下相关基因(KAT1)的表达量在过表达马铃薯株系中较野生型显著降低。以上结果表明, StFBH3基因可能在马铃薯对渗透、干旱和高盐等胁迫响应中起正向调控作用。本研究也为StFBH3基因在马铃薯中的生物学功能深入理解提供一定的参考依据。

青稞分蘖角度的QTL定位

杨景发, 余鑫莲, 姚有华, 姚晓华, 王蕾, 吴昆仑, 李新

作物学报. 2025, (1):  260-272.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.31086

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分蘖角度是青稞株型的主要构成因素, 在提高青稞产量与抗倒伏性中发挥着极为重要的作用。为解析青稞分蘖角度的遗传机制, 本研究以青稞品种‘达章紫’ (株型松散)和‘昆仑10号’ (株型紧凑)为亲本构建的RIL群体为材料, 基于高密度遗传图谱, 在多环境中进行青稞分蘖角度的QTL定位, 并利用RIL群体衍生的剩余杂合系, 对鉴定到的主效QTL qTA7H-1进行精细定位。在青稞7条染色体上共检测到9个控制分蘖角度的QTL, 解释表型变异为6.41%~33.57%, 其中, qTA3H-1和qTA7H-1为多环境共检测的主效QTL, 平均加性效应分别为5.42° (增效)和-3.87° (减效); 在减效QTL qTA7H-1初定位区间筛选到4个剩余杂合体, 自交衍生F_8:9近等基因系, 在置信区间内加密设计14对分子标记对RHL群体极端单株进行检测, 利用获得的5种交换类型单株, 将qTA7H-1进一步界定在PC08 (32,252,397)与PA10 (41,790,765)约9.54 Mb的物理区间内。本研究初步揭示调控青稞分蘖角度的遗传因子, 为开展分蘖角度性状的遗传改良与分子设计育种奠定了基础。

玉米大豆间作对喀斯特区土壤理化性质及微生物碳代谢特征的影响

钱玉平, 宿兵兵, 高吉星, 阮粉花, 李亚伟, 茅林春

作物学报. 2025, (1):  273-284.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43010

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为探明喀斯特区玉米大豆带状复合种植对土壤理化性质及微生物群落结构多样性的影响, 本研究设置玉米大豆间作(MSI)、玉米单作(MM)和大豆单作(SM) 3种模式, 采用Biolog-ECO微孔培养法, 旨在揭示玉米大豆种植模式对土壤微生物碳源代谢活性、多样性以及土壤性质的影响及其机制。结果表明, 与MM及SM相比, MSI土壤微生物群落丰富度指数(McIntosh index)分别显著提高了11.90%和58.40%, 平均颜色变化率(average well color development, AWCD)分别显著增加了24.50%和80.10%, 羧酸类、氨基酸类和酚酸类碳源的平均相对吸光度分别显著提高了34.50%、63.70%和61.80%; 碳源代谢指纹图谱表明, MSI模式中土壤微生物通过提高衣康酸的代谢活性进而增加了对羧酸类碳源的利用, 通过提高L-苯丙氨酸、L-苏氨酸和甘氨酰-L-谷氨酸的代谢活性从而增加了氨基酸类碳源利用, 通过提高吐温40、吐温80和肝糖的代谢活性从而增加了对多聚类碳源的利用; 同时, MSI处理土壤SOC分别较MM和SM显著提高8.50%和72.84%, NH₄⁺-N和TN含量分别较SM处理显著增加46.70%和33.30%; 主成分分析表明, 提取的2个主成分解释了碳源利用总变异的79.69%, 种植模式对碳源代谢的综合利用能力表现为MSI>MM>SM, 其中MSI土壤微生物群落对羧酸类、氨基酸类和多聚类代谢利用能力最强; 冗余分析则表明, 显著影响碳源代谢利用的2个环境因子分别是TN (53.50%)和SOC (30.90%), 其中TN促进了羧酸类和氨基酸类碳源的代谢利用, SOC加强了胺类和酚酸类碳源的利用。综上可见, 玉米大豆间作模式土壤微生物碳代谢的偏好性主要由微生物群落结构多样性引起, 同时又受土壤全氮和有机质含量的调控, 表明微生物群落结构与土壤理化因子间的互作可能是大豆玉米复合种植增产增效的一个关键因素。