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2025年 第51卷 第2期 刊出日期：2025-02-12

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综述

油菜耐渍机理解析及遗传改良研究进展

谢伶俐, 李永铃, 许本波, 张学昆

作物学报. 2025, (2):  287-300.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44121

摘要 ( 1123 )   HTML ( 56 )   PDF (1970KB) ( 701 )  

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渍害胁迫是农业生产中重要的非生物逆境之一, 主要通过低氧胁迫、离子毒害等抑制植物生长。油菜对渍害胁迫非常敏感, 任何生育期遭遇渍害胁迫均可导致其生长发育受阻, 进而影响产量和品质。油菜主要通过过量ROS清除、转变能量代谢方式、内源激素调控等响应和适应渍害胁迫。为加快油菜耐渍性遗传改良的步伐, 本文综述了油菜耐渍性改良需求变化、渍害胁迫对油菜生长发育及产量品质的影响、油菜响应渍害胁迫的生理和分子机制, 油菜耐渍抗性改良的主要技术途径, 以期为深入研究油菜耐渍机制和培育耐渍油菜新品种提供理论指导。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

甘薯激酶基因IbHT1的克隆及抗旱性功能鉴定

王语新, 陈天羽, 翟红, 张欢, 高少培, 何绍贞, 赵宁, 刘庆昌

作物学报. 2025, (2):  301-311.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44098

摘要 ( 987 )   HTML ( 50 )   PDF (6978KB) ( 1020 )  

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HT1 (HIGH LEAF TEMPERATURE 1)属于蛋白激酶, 在模式植物拟南芥中主要参与气孔运动, 但其在甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.)中的作用未见相关报道。本研究从甘薯品系徐薯55-2中克隆得到IbHT1基因, 其CDS全长1140 bp, 编码379个氨基酸。IbHT1蛋白具有一个保守的STKc_MAP3K_Like蛋白激酶结构域, 预测分子量大小43.07 kD, 等电点8.83。其基因组全长2796 bp, 含有3个外显子和2个内含子。IbHT1蛋白定位于细胞膜上, 其蛋白全长无转录激活活性。IbHT1基因受20% PEG-6000诱导下调表达。过表达IbHT1基因减弱了甘薯植株的抗旱性, 而RNA干扰该基因显著增强了甘薯植株的抗旱性。通过酵母筛库筛选到与IbHT1蛋白互作的10个蛋白, 由此推测, IbHT1蛋白激酶可能通过与这些蛋白相互作用从而共同参与甘薯抗旱性的调控。

小麦穗粒数QTL分析及其对千粒重多效性评价

雍瑞, 胡文静, 吴迪, 汪尊杰, 李东升, 赵蝶, 尤俊超, 肖永贵, 王春平

作物学报. 2025, (2):  312-323.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41045

摘要 ( 1184 )   HTML ( 49 )   PDF (940KB) ( 459 )  

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小麦穗粒数是典型的数量性状, 与小麦产量密切相关。为进一步挖掘小麦穗粒数的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL), 本研究以扬麦4号/偃展1号衍生的151个重组自交系(recombinant inbred line, RIL) (F₁₀)为材料, 利用小麦55K单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)基因芯片构建高密度遗传图谱, 结合3年4个环境的表型数据对穗粒数性状进行QTL定位分析。在染色体4A、5A和5B上共检测到3个与穗粒数相关的QTL。其中, QGns.yaas-4A和QGns.yaas-5B在2个环境中均能被检测到, 增加穗粒数的效应都来源于扬麦4号, 表型贡献率分别为11.50%~13.27%和5.59%~10.99%, 物理区间分别为703.41~710.25 Mb和77.62~365.60 Mb; QGns.yaas-5A在4个环境中被检测到, 增加穗粒数的效应来源于偃展1号, 表型贡献率为8.99%~11.13%, 物理区间为495.34~512.39 Mb。分析定位结果发现, QGns.yaas-5A增加穗粒数的等位变异(YZ1等位变异)和QGns.yaas-5B上的增加穗粒数的等位变异(YM4等位变异)可显著增加千粒重, 分别增效3.50% (P < 0.05)和4.45% (P < 0.01)。开发了QGns.yaas-4A、QGns.yaas-5A和QGns.yaas-5B的KASP (Kompetitive Allele-Specific PCR)标记, 在自然群体中验证表明, 聚合3个增加穗粒数等位变异的位点具有显著的加性效应, 可增加13.75%的穗粒数。该研究结果为小麦穗粒数分子标记辅助育种提供理论和技术支撑。

多环境下花生含油量遗传及QTL定位分析

胡朋举, 郭颂, 宋亚辉, 金欣欣, 苏俏, 杨永庆, 王瑾

作物学报. 2025, (2):  324-333.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44114

摘要 ( 815 )   HTML ( 15 )   PDF (3174KB) ( 266 )  

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高油是培育优质花生品种的关键指标之一, 揭示多环境下花生含油量的遗传机制, 挖掘提升花生含油量的遗传位点, 为高油花生育种提供依据。本研究以冀花6号和开选01-6构建的重组自交系(RIL)为材料, 在6个环境下对花生含油量进行遗传解析和QTL定位分析。结果显示, RIL群体含油量在6个环境下的偏度和峰度绝对值均小于1, 广义遗传率为0.799, 表明该群体含油量表型变异主要由多基因数量位点决定。共检测到18个与含油量相关的QTL, LOD值为13.62~22.58, 可解释3.18%~14.83%的表型变异, 其中qOC_8-1是最稳定的主效QTL, 增效基因来源于冀花6号。多环境下QTL联合分析结果显示, 共检测到11个与含油量相关的QTL, LOD值为5.59~16.87, 可解释2.32%~7.69%的表型变异, 7个QTL增效基因来源于冀花6号, 4个位点的增效基因来源于开选01-6。此外, 还检测到9对上位性效应QTL, 共涉及13个遗传位点。这些互作QTL位点的LOD值为8.54~10.90, 上位性效应QTL对表型贡献率为1.91%~2.55%。综上表明, 花生含油量受多个遗传位点调控, qOC_8-1是具有育种价值的QTL, 不同遗传位点间存在互作效应。研究结果为今后精细化分子育种工作提供了必要信息。

疣粒野生稻中OgXa13的克隆和功能研究

张正康, 苏延红, 阮孙美, 张敏, 张攀, 张慧, 曾千春, 罗琼

作物学报. 2025, (2):  334-346.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.32006

摘要 ( 689 )   HTML ( 36 )   PDF (9061KB) ( 784 )  

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白叶枯病是水稻生产中最严重的细菌性病害。优良抗病基因的挖掘和育种利用是防治该病害最经济有效的方法。疣粒野生稻(Oryza meyeriana)具有对白叶枯病高抗甚至免疫的特性, 是白叶枯病抗性基因资源的天然宝库。课题组在疣粒野生稻转录组和基因组测序的基础上, 从疣粒野生稻中克隆了水稻白叶枯抗性基因OsXa13的同源基因OgXa13的cDNA和含UTR区域的8908 bp基因组序列。序列分析结果显示, OgXa13基因由5个外显子和4个内含子组成, 与水稻中感病基因OsXa13的基因组结构和核心启动子序列均一致。OgXa13与水稻OsXa13的蛋白序列有21个氨基酸的差异, 其中4个氨基酸的替换差异位于MtN3.1结构域。过表达OgXa13的感病水稻TP309植株白叶枯病的抗性显著增强, 推测氨基酸序列差异导致了OgXa13与OsXa13蛋白功能的不同, OgXa13可作为一个显性白叶枯病抗性基因在育种中利用。利用CRISPR/Cas9敲除日本晴中感病基因OsXa13的T₁代纯合株系对白叶枯病的抗性也明显增强, 表明通过CRISPR/Cas9编辑感病基因OsXa13是改良水稻对白叶枯病抗性的有效途径。该研究为水稻白叶枯病抗性育种提供了有价值的新基因资源和新信息。

水稻矮化多分蘖基因DT1的图位克隆与功能分析

李春梅, 陈洁, 郎兴宣, 庄海民, 朱靖, 杜梓君, 冯浩天, 金涵, 朱国林, 刘凯

作物学报. 2025, (2):  347-357.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42030

摘要 ( 1030 )   HTML ( 32 )   PDF (7462KB) ( 660 )  

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分蘖是影响水稻株型和产量的重要性状。本研究获得一个稳定遗传的矮化多分蘖自然突变体dt1 (dwarf and tillering 1)。此外, dt1突变体穗长、结实率、粒长、粒宽、千粒重、维管束鞘细胞数量及大小较野生型均显著降低。图位克隆证实dt1突变体是由编码独脚金内酯生物合成途径关键酶类胡萝卜素裂解双加氧酶(Carotenoid Cleavage Dioxygenase 7, CCD7)的D17/HTD1 (LOC_Os04g46470)第2个外显子上8 bp的插入导致的, 是一个D17/HTD1的新等位突变。此外, dt1突变体萌发率、根长、根直径均显著降低, 外施独脚金内酯类似物GR24能恢复dt1突变体的这些表型。转录组测序结果显示, dt1突变体有579个基因上调, 506个基因下调。GO分析显示上调基因显著富集在生长素响应、内源刺激响应和激素响应等通路, 下调基因显著富集在胞内碳水化合物代谢和组蛋白甲基化等通路。KEGG分析显示上调基因在植物激素信号转导等通路显著富集, 下调基因在氨基糖和核苷酸糖代谢及二萜生物合成等通路上显著富集。研究结果丰富和拓展了CCD7和独脚金内酯在水稻中的调控作用, 对水稻育种具有重要理论意义。

嗜线虫沙雷氏菌Serratia nematodiphila TG10增强油菜耐盐碱能力

苏晴芳, 孙小钊, 林杨, 付艳苹, 程家森, 谢甲涛, 姜道宏, 陈桃

作物学报. 2025, (2):  358-369.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44091

摘要 ( 890 )   HTML ( 25 )   PDF (16621KB) ( 261 )  

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油菜具有较强的耐盐碱能力, 本研究从天津盐碱土中分离得到一株嗜线虫沙雷氏菌Serratia nematodiphila TG10, 它不仅能够在8% NaCl和pH 10.15的R2A培养基上生长, 还能定殖在油菜根系和根内。在盐胁迫条件下, TG10菌株处理后可以促进拟南芥和油菜生长。含盐1.2%基质土和哈尔滨盐碱土盆栽试验中, TG10处理后可以促进油菜鲜重和干重的增加, Na⁺含量显著下降, K⁺与Na⁺的含量比值增加; 同样在天津盐碱土和吉林盐碱土盆栽试验中, TG10处理后均可显著增加油菜鲜重、叶绿素和脯氨酸的含量。吉林盐碱土盆栽油菜的转录组数据表明, TG10菌株处理后细胞色素P450代谢通路、硫代葡萄糖硫苷生物通路等显著富集, 一些抗逆相关的基因显著上调表达。另外, TG10菌株能抑制油菜病原菌的生长, 诱导油菜抗菌核病和灰霉病。本研究结果表明, 嗜线虫沙雷氏菌S. nematodiphila TG10能增强油菜在不同类型盐碱土中的耐盐能力, 为盐碱地的生物修复提供微生物菌种资源和理论支撑。

甘肃省小麦地方品种春化光周期基因效应及抗寒性评价

杨芳萍, 郭莹, 田媛媛, 徐玉凤, 王兰兰, 白斌, 展宗冰, 张雪婷, 徐银萍, 刘金栋

作物学报. 2025, (2):  370-382.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41036

摘要 ( 681 )   HTML ( 19 )   PDF (891KB) ( 367 )  

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冬春性和光周期反应是决定小麦适宜种植区域的重要特性。为了解甘肃省小麦地方品种的冬春性和抗寒性, 本研究采用春化基因Vrn-1、Vrn-B3和光周期基因Ppd-D1的分子标记检测其等位变异, 并记载了抽穗期、冬春性和抗寒性。结果表明: (1) 59.6%的材料仅携带1个显性春化等位变异, 除Vrn-D1 (67.4%)外, 其余春化基因显性等位变异主要分布在春麦区, 且频率低(0.5%~11.0%), 携带2个或3个春化显性等位变异组合的品种频率也很低(0.2%~8.9%); 携带全隐性等位变异的频率为19.6%, 从甘肃省西北向东南逐渐升高。光周期基因非敏感等位变异Ppd-D1a的分布频率为17.8%, 且冬麦区高于春麦区。(2) 不同麦区地方品种秋播后, 冬麦区品种较春麦区品种早抽穗; 春播后, 春麦区品种从西部到中部可抽穗的频率增高, 且冬麦区品种的抽穗频率从甘肃省西南向东北降低; 春麦区晚抽穗品种的频率低于冬麦区, 且冬麦区不能正常成熟品种的频率高于春麦区。(3) 春播时显性春化等位变异促进开花的效应Vrn-A1a>Vrn-D1>Vrn-B1, 秋播后春化显性等位变异未表现早抽穗效应; 秋播Ppd-D1b类型, 携带2~3个春化显性等位变异品种的抽穗期晚于携带单个春化显性位点品种, 而Ppd-D1a型品种则相反, 即春化显性等位变异表现加性效应。Ppd-D1a对小麦开花促进作用明显。(4) 依据材料表型鉴定的冬春性与基于春化位点等位变异推测的冬春性的一致性较高, 且从春性到冬性逐渐降低。(5) 冬性强的品种抗寒性不一定都强, 但抗寒性强的品种, 大部分冬性强。

陆地棉D11染色体一个纤维长度主效位点的遗传解析

郭淑慧, 潘转霞, 赵战胜, 杨六六, 皇甫张龙, 郭宝生, 胡晓丽, 录亚丹, 丁霄, 吴翠翠, 兰刚, 吕贝贝, 谭逢平, 李朋波

作物学报. 2025, (2):  383-394.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44049

摘要 ( 699 )   HTML ( 6 )   PDF (2156KB) ( 191 )  

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棉花纤维长度是重要的纤维品质性状指标, 其遗传基础的解析对优质棉品种培育具有重要意义。为了获得具有育种价值的棉花纤维品质相关位点, 本研究采用棉花40K SNP (single-nucleotide polymorphism)芯片, 在陆地棉重组自交系(recombinant inbred line, RIL)群体和自然群体中定位纤维长度相关的QTL (quantitative trait locus)和SNP位点。从Q30-12×05SJ重组自交系群体中定位到4个纤维长度QTL, 分别位于A05、D11和D13染色体上, 从自然群体中鉴定到24个与纤维长度显著相关的SNP位点, 分别位于A01、A03、D05、D11和D12染色体上。综合连锁分析和关联分析的定位结果发现, D11染色体23.99~24.01 Mb区段存在与纤维长度密切关联的重叠区间, 对该定位区间的单倍型进行分析, 发现携带Hap1单倍型的种质纤维长度极显著或显著地长于Hap2单倍型种质, 黄河流域育成的品种中有95.3%携带Hap1单倍型, 西北内陆棉区育成品种中有45.5%携带Hap1单倍型, 其中具有Hap1优异单倍型的西北内陆品种超过一半以上具有黄河流域棉区品种血缘。通过生物信息学分析发现, D11染色体上28.4 kb重叠区域的3个候选基因CML1、DTX51、PCMPE88可能在棉花纤维伸长过程中发挥重要作用。综上所述, 本研究鉴定的Hap1单倍型是一个在棉花纤维品质育种中具有重要应用价值的优异单倍型, 可为解析D11染色体上纤维长度遗传机制和候选基因提供可靠依据。

花生核心种质资源荚果成熟度评鉴及早熟种质筛选

王润风, 李文佳, 廖泳俊, 鲁清, 刘浩, 李海芬, 李少雄, 梁炫强, 洪彦彬, 陈小平

作物学报. 2025, (2):  395-404.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44088

摘要 ( 719 )   HTML ( 13 )   PDF (5784KB) ( 435 )  

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花生是我国重要的油料作物和经济作物, 早熟是花生重要的育种目标, 早熟种质资源是早熟育种的基础。然而, 受花生无限开花和地下结果的影响, 花生成熟度鉴定难度大, 花生种质早熟性鉴定技术缺乏。本研究优化和完善了花生荚果成熟度鉴定方法, 通过荚果成熟度指数、成熟荚果比例、荚果平均灰度值等指标精准评鉴了390份花生核心种质资源的荚果成熟度, 发现3个指标鉴定出的成熟度结果一致性较高, 均可有效区分花生不同种质的荚果成熟度。相关性结果表明, 花生荚果成熟度在不同季节间的相关系数为0.48~0.54, 表明光温环境对花生种质成熟度的影响较大; 荚果成熟度与花期之间的相关系数为-0.32~ -0.59, 表明花期是影响花生早熟性的重要因素; 荚果成熟度与单株出仁率之间相关系数为0.29~0.48, 表明荚果成熟度的高低对产量有较大影响。综合3个成熟度指标, 发掘出早熟种质28份, 其中包括4份在不同光温环境下均表现为早熟的种质: ICGV95057、ICG4601、82-56②和桂花26。研究为开展花生早熟遗传改良及相关研究提供了宝贵的资源。

耕作栽培·生理生化

灌浆前期低温弱光复合处理对水稻产量和品质的影响

胡雅杰, 郭靖豪, 丛舒敏, 蔡沁, 徐益, 孙亮, 郭保卫, 邢志鹏, 杨文飞, 张洪程

作物学报. 2025, (2):  405-417.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42032

摘要 ( 829 )   HTML ( 25 )   PDF (1586KB) ( 546 )  

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以软米粳稻南粳9108和常规粳稻淮稻5号为供试材料, 通过人工气候室设置梯度温度模拟水稻灌浆前期(齐穗至穗后20 d)温度动态递减变化, 设置灌浆前期动态低温和低温弱光处理, 并以室外温光作为对照(CK), 研究灌浆前期低温弱光对水稻产量及其构成、干物质生产和稻米品质的影响。结果表明: 与CK相比, 灌浆前期低温和低温弱光处理均降低水稻产量, 低温弱光处理减产显著。灌浆前期低温弱光处理降低结实率和千粒重导致减产; 低温处理降低结实率, 而千粒重有所增加。与CK相比, 灌浆前期低温和低温弱光处理均降低水稻成熟期干物质重和穗部干重, 叶和茎鞘干物质积累量较高; 倒一叶、倒二叶和倒三叶SPAD值均呈上升趋势, 表现为低温弱光>低温>CK; 剑叶的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先增加后降低趋势, 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性呈增加, 丙二醛(MDA)含量和H₂O₂含量较高。就稻米品质而言, 与CK相比, 灌浆前期低温处理下稻米加工品质和外观品质变优, 而低温弱光处理下稻米加工品质变劣。与CK相比, 灌浆前期低温处理下直链淀粉含量增加, 胶稠度下降, 蛋白质含量降低, 食味值降低; 而低温弱光处理下直链淀粉含量降低, 胶稠度下降, 蛋白质含量增加, 食味值降低。因此, 灌浆前期低温和低温弱光均降低稻米食味品质。

喷施6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)对授粉后高温胁迫下夏玉米籽粒灌浆及产量的影响

辛雨宁, 任昊, 王洪章, 梁明磊, 于涛, 刘鹏

作物学报. 2025, (2):  418-431.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43021

摘要 ( 822 )   HTML ( 22 )   PDF (1310KB) ( 489 )  

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近年来, 夏玉米生长过程中频发的授粉后高温显著抑制籽粒灌浆, 降低产量。6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)能够提升作物抵抗逆境胁迫的能力。本研究为探明授粉后高温胁迫下喷施6-BA对夏玉米籽粒灌浆过程的影响及其生理机制, 以耐热型夏玉米品种郑单958 (ZD958)和热敏感型品种先玉335 (XY335)为材料, 采用人工搭建高温棚模拟授粉后高温, 研究喷施6-BA对授粉后高温胁迫下籽粒灌浆特性、淀粉积累与相关酶活性及内源激素水平的影响。结果表明, 与对照相比, 授粉后高温显著降低穗粒数, 同时通过降低籽粒中淀粉合成相关酶的活性抑制淀粉积累; 改变内源激素水平, 抑制籽粒灌浆, 最终降低粒重(12.68%~15.21%)和产量(18.24%~22.35%), 其中XY335的降幅大于ZD958。授粉后高温胁迫下喷施6-BA增加穗粒数, 同时通过提高籽粒中蔗糖合成酶、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、颗粒结合淀粉合成酶、可溶性淀粉合成酶和淀粉分支酶活性, 促进淀粉积累; 通过增加籽粒中玉米素核苷、吲哚-3-乙酸和脱落酸含量, 降低赤霉素含量, 有效缓解高温胁迫对籽粒中内源激素的不利影响, 提高籽粒灌浆速率, 延长灌浆持续时间, 最终显著增加粒重(9.27%~11.18%)和产量(13.19%~15.47%), 其中对XY335的缓解作用更为明显。综上所述, 喷施6-BA能够有效改善玉米籽粒灌浆过程, 促进淀粉积累, 同时调节内源激素水平, 减轻授粉后高温对粒重和产量的不利影响。

氮肥运筹对迟播油菜产量及抗倒性的影响

秦梦倩, 黄威, 陈敏, 宁宁, 何德志, 胡兵, 夏起昕, 蒋博, 程泰, 常海滨, 王晶, 赵杰, 汪波, 蒯婕, 徐正华, 周广生

作物学报. 2025, (2):  432-446.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44094

摘要 ( 807 )   HTML ( 23 )   PDF (1123KB) ( 233 )  

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长江流域稻油、稻稻油轮作茬口矛盾突出, 油菜播种期推迟导致生长发育缓慢、产量偏低, 合理的氮肥运筹是促进迟播油菜冬前生长、提高迟播油菜产量的重要措施。本试验以品种华油杂137为材料, 在湖北武汉、黄冈进行大田裂区试验, 设置N0: 0 kg hm^-2, N1: 150 kg hm^-2, N2: 225 kg hm^-2, N3: 300 kg hm^-2 4个施肥水平; S1: 基施, S2: 基施∶3叶期追施(5∶5), S3: 基施∶5叶期追施(5∶5) 3个施肥方式, 研究不同施氮量及施肥方式对迟播油菜生长发育、产量及抗倒性的影响。结果表明, 随施氮量增加, 武汉试点和黄冈试点油菜的产量呈先升后稳定的趋势, 在N2和N3处理间籽粒产量差异不显著, 武汉试点和黄冈试点在N2处理下分别比N1增加了20.76%和15.02%; 根颈粗、绿叶数、干物重及产量构成因子也表现为先增加后趋于稳定; 基部抗折力和上部抗折力呈先升后降的趋势, 但基部倒伏指数和上部倒伏指数随施氮量增加而增加, 表明增施氮肥后加剧倒伏风险, 降低抗倒伏能力; 氮肥利用率也随施氮量增加表现先增后降的趋势, 在N2处理下, 相较于N1处理武汉和黄冈试点的增幅为24.60%和42.20%, 相较于N3处理武汉和黄冈试点的增幅分别为11.58%和9.04%。随施肥方式的变化, 油菜产量呈先升后降的趋势, 武汉试点、黄冈试点产量在S2条件下比S1增加了11.72%、11.92%, 比S3增加了6.16%、6.66%; 武汉试点和黄冈试点的根颈粗、绿叶数、干物重及产量构成因子均在S2处理下达到最大值; 武汉试点和黄冈试点的基部抗折力、上部抗折力均呈先升后降的趋势, 且均在N2S2处理下达到最大; 武汉试点和黄冈试点的基部倒伏指数、上部倒伏指数呈上升趋势, 均在N3S3处理下达到最大, 这表明在N3S3条件下其抗倒伏能力较差, 倒伏风险较大; 氮肥偏生产力、氮肥贡献率、氮肥农学利用率及氮肥利用率均在S2处理下达到最大值。本试验中氮肥用量及施用方式处理间的产量差异较小, 氮肥用量与施肥方式之间的互作效应未达到显著效果。综上所述, 从产量、抗倒伏性等因素考虑, N2S2 (基施112.5 kg hm^-2 + 3叶期追施112.5 kg hm^-2)是迟播油菜最佳氮肥施用方式。本研究结果可为长江流域迟播油菜氮肥施用提供理论依据与技术支撑。

磷肥用量对油稻轮作系统作物产量与磷素吸收量及其稳定性的影响

王崇铭, 陆志峰, 闫金垚, 宋毅, 王昆昆, 方娅婷, 李小坤, 任涛, 丛日环, 鲁剑巍

作物学报. 2025, (2):  447-458.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44104

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油菜-水稻轮作是我国长江流域主要水旱轮作模式, 其高产稳产对保障粮油安全至关重要。施用磷肥是油稻种植的常用技术, 为探究磷肥对油菜-水稻轮作系统生产力及其稳定性的作用, 利用2016—2023年在长江中游地区开展连续7年的田间定位试验(试验设置0、45、90、135和180 kg P₂O₅ hm^-2共5个磷肥用量处理), 对油菜和水稻的产量与磷素吸收量及其稳定性、系统能值及其生产力风险进行分析。结果表明, 施磷均显著提高油菜和水稻产量, 对油菜的增产效果显著高于水稻, 油菜增产2.3~12.5倍, 在磷肥用量90 kg hm^-2时达到最高水平, 主要通过增加单株角果数水平提高产量, 其次是千粒重和每角粒数; 水稻增产4.4%~17.1%, 在磷肥用量45 kg hm^-2时达到最高水平, 一定程度上通过单株有效穗数和每穗实粒数提高产量。油菜和水稻地上部磷素积累量随着磷肥用量的增加而增加, 油菜地上部积累量增加5.0~11.8倍, 水稻增加22.9%~46.2%, 轮作周年增加50.2%~118.8%, 随着磷肥用量的增加, 油菜磷肥回收利用率(PRE)在磷肥用量45~90 kg hm^-2, 水稻在45 kg hm^-2时达到最高水平, 继续增加磷肥用量PRE下降。施磷显著提高油菜产量稳定性, 在磷肥用量45 kg hm^-2时达到最高水平, 产量稳定性与磷素积累量、单株角果数、每角粒数的稳定性呈显著正相关关系; 水稻整体产量与磷素积累量稳定性水平高于油菜, 磷肥投入对其无显著影响。施磷可显著提高系统周年能值产量和稳定性, 磷肥用量分别在油菜季90 kg hm^-2和水稻季45~90 kg hm^-2时达到最高水平, 使系统在稳产的基础上达成高产的目标。综上所述, 当油菜季磷肥用量为90 kg hm^-2、水稻季磷肥用量为45 kg hm^-2时可在保证系统能值产量达到最高水平的同时兼顾系统稳定性和提高磷肥利用效率, 是油稻轮作系统磷肥最佳推荐用量。

燕麦红芸豆带状间作的产量效应及根系形态与土壤酶活性

张辰煜, 葛军勇, 褚俊聪, 王星宇, 赵宝平, 杨亚东, 臧华栋, 曾昭海

作物学报. 2025, (2):  459-469.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41019

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为明确豆禾间作系统的产量及其与作物根系和土壤酶学特性的关系。于2020—2021年在河北省张北县开展了2年大田试验, 以燕麦单作、红芸豆单作为对照, 研究了燕麦和红芸豆带状间作模式的产量效应、根系特征以及土壤酶活性。结果表明, 2年试验中, 间作模式的土地当量比分别为1.07和1.08, 且燕麦的偏土地当量比为0.63和0.72。间作模式的净收益与2种单作相比差异不显著, 但产投比均大于单作模式。间作燕麦在拔节期根长、根表面积、根体积在0~10 cm和10~20 cm两个土层均低于单作, 但在灌浆期均高于单作; 间作红芸豆根系形态参数在2个土层随生育期进程均由优势逐渐变为劣势。间作对燕麦各时期土壤酶活性的影响不显著, 但显著提高了红芸豆开花期和鼓粒期0~10 cm和10~20 cm两个土层土壤C、N和ALP获取酶活性。偏最小二乘路径分析显示, 燕麦的产量主要受到根系特性影响, 而红芸豆主要受土壤酶活性影响。由此可见, 燕麦‖红芸豆模式有更高的经济效益, 可以提升系统生产力, 且燕麦和红芸豆产量变化作用路径不同。

土壤调理剂与缓释氮肥对小麦干物质积累及产量的影响

梁淼, 李盼, 赵连豪, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚, 柴强, 殷文

作物学报. 2025, (2):  470-484.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41046

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针对河西绿洲灌区小麦生产中氮肥投入高、产量不稳定等问题, 通过研究不同施氮水平下土壤调理剂配施缓释氮肥对小麦地上干物质积累动态与产量的影响, 为构建河西绿洲灌区减氮小麦的高产高效栽培技术提供实践依据。本研究于2022—2023年在河西绿洲灌区进行, 采用裂区设计, 主区为: 凹凸棒(A)、生物炭(B)和无调理剂(C); 裂区为2种氮肥类型: 传统化学氮肥(T)和缓释氮肥(S); 裂裂区为2个施氮水平: 常规施氮量(N2: 180 kg hm^-2)和减量施氮30% (N1: 126 kg hm^-2), 通过测定小麦不同生育阶段的干物质积累量、开花前后干物质转运量、籽粒产量和生物产量, 量化最大增长速率及其出现时间, 明确不同土壤调理剂配施缓释氮肥对小麦干物质积累特性及产量的影响。结果表明, N1较N2降低小麦地上部干物质积累量10.4%, 缓释氮肥较传统化学氮肥提高小麦地上部干物质积累量7.0%, 与无调理剂相比, 凹凸棒和生物炭提高小麦地上部干物质积累量为7.8%与10.9%。结合土壤调理剂、氮肥类型与施氮量三因素, 凹凸棒配施缓释氮肥结合常规施氮减量30% (ASN1)与生物炭配施缓释氮肥结合常规施氮减量30% (BSN1), 分别较无调理剂配施传统化学氮肥结合常规施氮量(CTN2)提高出苗后45~95 d小麦干物质积累量9.0%与10.7%, 提高出苗后45~90 d小麦干物质积累速率9.7%与12.6%。拟合结果表明, ASN1、BSN1较CTN2推迟小麦干物质最大增长速率出现时间为3.1 d与4.2 d, 提高小麦干物质最大增长速率为6.3%与8.1%。ASN1与BSN1提高了小麦开花前后干物质对籽粒的贡献率, ASN1、BSN1较CTN2增产6.8%与8.5%, 其增产主要源于穗粒数和千粒重的提高。BSN1较ASN1提高小麦穗粒数、千粒重为7.8%与8.1%, 从各方面来看, BSN1的增产优势更为突出。因此, 生物炭配施缓释氮肥可作为西北灌区节氮30%时小麦产量提升的有效措施。

基于氮肥运筹下水稻产量与品质协同的农艺生理指标解析

覃金华, 洪卫源, 冯向前, 李子秋, 周子榆, 王爱冬, 李瑞杰, 王丹英, 张运波, 陈松

作物学报. 2025, (2):  485-502.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42024

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提升水稻产量与品质的协同效应是当前水稻生产面临的重大挑战。深入剖析并清晰界定影响产量与品质协同提升的关键水稻群体特征, 对于指导水稻品种的改良和栽培技术的优化具有至关重要的意义。本研究以秀水134 (XS134)和黄华占(HHZ)为材料, 分别设置常规固定施氮模式(N0、N1、N2、N3)和基于SPAD阈值的动态施氮模式(RTNM、S34、S37、S40)。通过在水稻关键生育期采集静态与动态农艺生理指标, 以及产量和稻米品质数据, 采用不同多目标回归预测模型, 以深入解析水稻关键农艺生理指标对产量和稻米品质的响应。结果表明: (1) 总体上水稻产量与稻米综合指标(GQI)呈互斥关系。随着施氮量的增加, 产量逐渐提高, 而GQI则呈降低趋势, 尤其在固定施氮模式下, 这种负相关性更为明显。然而, 与固定施氮模式(N2)相比, 动态施氮(RTNM)在施氮量减少了32.01%~58.02%的同时, 能够稳定水稻产量并提升了GQI 3.10%~38.34% (除2022年XS134外), 这凸显了动态施氮模式在缓解水稻产量与品质互斥性, 并推动两者协同提升方面的潜力。(2) 相关性分析表明, 50个静态农艺指标中, 有28个指标与水稻产量和GQI均呈显著相关性, 占比56.00%。3种“量质”回归模型对水稻产量(R²: 0.74~0.83; RMSE: 0.40~0.49)和GQI (R²: 0.81~0.90; RMSE: 0.63~0.88)的预测能力表现出不同程度的准确性。特征重要性解析表明分蘖期的群体生物量是对产量和品质的预测均为正效应(0.09~6.37), 而株高、叶面积指数和叶重等在预测产量和品质时出现互斥, 这表明在构建水稻产量与品质协同提升的分蘖期群体时, 需要在确保群体生物量的基础上, 对“量质互斥指标”开展适宜度评估与优化。同时, 穗发育期的群体净同化率(NAR)对水稻产量和GQI均呈现出不同程度的正效应值(0.06~1.00), 暗示了穗发育阶段水稻的单位叶片光合效率可能是实现二者协同提升的重要群体特征。综上, 相较于常规固定施氮模式, 基于SPAD阈值的动态施氮策略可在一定程度上实现水稻产量与品质的协同提升; 分蘖期干物重和穗发育期NAR可以作为实现这一协同效应的重要参考指标。

氮素水平对北方优良食味粳米品质及精碾磨粉颗粒特性的影响

闫秉春, 万雪, 钟敏, 刘宇奇, 赵艳泽, 姜红芳, 刘雅, 刘惠玲, 马沁春, 高继平, 张文忠

作物学报. 2025, (2):  503-515.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42019

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为探究氮素对粳米食味品质、营养品质和精碾磨粉特性的影响, 以不同食味粳稻品种沈农9816、秋田小町、北粳3号和盐粳476为试验材料, 设置0 kg hm^-2 (N0)、50 kg hm^-2 (N1)、100 kg hm^-2 (N2)和200 kg hm^-2 (N3) 4个氮素水平, 研究了氮素水平对不同食味稻米品质与精碾磨粉颗粒形态特征的影响及其相互关系。结果表明: (1) 稻米食味值表现为秋田小町>盐粳476>北粳3号>沈农9816, 在不同氮素水平下表现一致。(2) 随着氮素水平的提高, 除秋田小町外, 不同粳稻品种的食味品质(蒸煮食味值、外观、黏度、胶稠度)、支链淀粉A链、B1链含量均显著降低, 硬度、直链淀粉含量和蛋白组分含量显著提高; 峰值黏度、热浆黏度、最终黏度呈降低趋势, 崩解值、消减值、糊化温度受氮素影响较小; 精碾磨粉表面由光滑变为粗糙, 颗粒粒径变大、数量增多呈堆积状, 并伴随裂痕和空隙现象发生。(3) 相关分析表明, 氮素水平与与蒸煮食味品质(黏度、外观和食味值)、RVA特征值谱(峰值黏度、热浆黏度、最终黏度)均呈极显著负相关, 但与硬度及精碾磨粉表面颗粒粒径呈极显著正相关; 精碾磨粉表面颗粒粒径与蒸煮食味品质(食味值、外观)、RVA特征值谱(黏度、峰值黏度、热浆黏度及最终黏度)呈极显著负相关, 但与硬度呈显著正相关。综合来看, 食味值高的品种对氮素响应较弱, 且精碾磨粉表面特性稳定, 进而保证了其食味品质的稳定性。

气候变暖对冬油菜产量、品质及重要农艺性状的影响

陈于婷, 丁晓雨, 许本波, 张学昆, 徐劲松, 殷艳

作物学报. 2025, (2):  516-525.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44074

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长江中游流域是我国最重要的油菜主产区, 为探明气候变暖下降雨和气温时空变化对我国油菜生产的影响规律, 本研究利用油菜主栽品种华油杂12 (国家油菜区试长江中游组对照品种), 在长江中游6个主产区开展10年定点试验, 同时记录试验点的气象数据, 并在此基础上分析了重要生育时期降雨量、气温等气象变化与产量等性状的关系。结果表明, 近10年来, 长江流域降雨时空分布发生明显变化, 全年平均降雨量显著减少。其中播种期降雨增加且波动较大, 苗期、花期和成熟期降雨减少趋势明显, 角果期降雨较稳定。近10年来长江流域气温发生明显变化, 6个油菜主产区的全年平均气温显著上升, 播种期和冬季苗期气温下降约2℃, 抽薹期和成熟期气温年度间波动剧烈, 花期气温上升2℃以上。多元回归分析发现, 播种期、花期和角果期降雨量与产量呈显著负相关, 10年间油菜出现3次显著减产, 分别减产9.6%、12.8%、6.7%。典型相关分析发现, 播种期降雨量和苗期平均气温与单株角果数呈显著负相关, 与每角粒数、千粒重呈显著正相关; 播种期和角果期降雨量, 及播种期、苗期、抽薹期、花期和角果期平均气温与菌核病发病率呈显著正相关。针对降雨和气温时空变化趋势, 建议生产上提高品种耐渍性和耐迟播能力, 改善农田排灌能力, 强化菌核病等次生灾害防控, 最大程度降低渍涝影响, 保障油菜高产稳产。

研究简报

不同玉米自交系的单倍体育种性能研究

陈琛, 付修义, 陈传永, 吴珊珊, 张华生, 张春原, 陈绍江, 赵久然, 王元东

作物学报. 2025, (2):  526-533.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43024

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单倍体育种技术在玉米商业化育种中得到广泛应用, 对亲本自交系的单倍体育种性能评价是提升单倍体育种效率的重要手段之一。本研究对来源于不同杂种优势群的17个自交系的单倍体诱导、鉴别与加倍性能进行系统评价。结果表明, 瑞德种质在单倍体诱导和鉴别方面均具有明显优势, 其平均单倍体诱导率和鉴别准确率分别可达12.23%~15.31%和95.27%~96.37%。不同自交系间平均单倍体诱导率与平均单穗单倍体数差异显著, 平均单倍体诱导率变异范围为9.68%~17.51%, 平均单穗单倍体数变异范围为8.44~23.66粒。郑58和B73的单倍体化学加倍性能较高, 郑58的DH生产效率高达74.36%, 而B73的单倍体平均结实数最高, 为53.80粒。综合单倍体诱导、鉴别和加倍性能进行聚类分析发现, 郑58、京1110、京724和JG296在单倍体育种性能方面均处于较高水平, Mo17、4F1和齐319则均处于较低水平。相关结果有助于单倍体育种流程设计, 并为提升单倍体育种效率奠定基础。

秸秆还田和施磷量对豫西旱地小麦土壤酶活性和产量形成的影响

王鹏博, 张冬霞, 乔唱唱, 黄明, 王贺正

作物学报. 2025, (2):  534-547.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41030

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为了明确秸秆还田和施磷量对豫西旱地小麦土壤酶活性和产量形成的影响规律, 2020年10月至2022年6月, 以洛旱22为材料, 采用裂区试验设计, 主区为玉米秸秆还田: 秸秆不还田(S0)、秸秆全量还田(S1), 副区为施磷量: P0 (0 kg hm^-2)、P1 (75.0 kg hm^-2)、P2 (112.5 kg hm^-2)、P3 (150.0 kg hm^-2)和P4 (187.5 kg hm^-2), 测定了土壤酶活性以及小麦干物质转运特征、籽粒灌浆动态和产量及其构成因素。结果表明, 0~20 cm与20~40 cm土层中土壤速效磷含量及土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性, 以及小麦籽粒最大灌浆速率(V_max)、最大灌浆速率出现时间(T_max)、灌浆速率达到最大时的籽粒生长量(W_max)、平均灌浆速率(V_mean)、灌浆渐增期持续时间(T₁)以及快增期持续时间(T₂)在同一施磷水平下均表现为S1高于S0, 在同一秸秆还田处理下均随施磷水平的提高呈先升后降趋势, 总体表现为P3处理最高。同一施磷量下, 花后干物质同化量及其对籽粒的贡献率也均表现为S1高于S0, 且在最高的P3处理分别显著提高38.67%和5.76%。秸秆还田和施磷量互作对土壤速效磷含量、土壤酶活性、小麦干物质转运特征、籽粒灌浆动态和产量的影响均达显著水平, 且多在S1P3处理达到最大值。S1P3与S0P3相比, 前后两年度土壤速效磷含量及土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性分别显著提高5.32%、5.04%、10.30%、2.92%和7.37%、3.88%、11.64%、3.31%。秸秆还田和增施磷肥均能提高小麦穗数、穗粒数、千粒重和产量, 且除千粒重外同一秸秆还田下均随施磷量的提高呈先升后降趋势。S1P3与S0P3相比, 小麦穗数和产量在2020—2021年度分别提高4.74%和3.78%, 在2021—2022年度分别提高9.06%和4.51%, 且2021—2022年度的穗粒数也提高5.25%。综上, 秸秆还田配施150 kg hm^-2磷肥(S1P3)是豫西旱地及其类似生态区小麦适宜种植方式。

花生主茎节间和侧枝节间长度的关联作图及候选基因分析

赵斐斐, 李少雄, 刘浩, 李海芬, 王润风, 黄璐, 余倩霞, 洪彦彬, 陈小平, 鲁清, 曹玉曼

作物学报. 2025, (2):  548-556.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44090

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花生主茎节间和侧枝节间长度是影响单株产量的重要农艺性状。本研究以390份花生自然群体为研究材料, 在花生成熟期分别测量主茎与侧枝的第一、第二、第三节间长度。选用GAPIT3.0软件中的混合线性模型(PCA+K模型)进行全基因组关联分析。结果显示, 主茎、侧枝节间长度基本符合正态分布, 主茎节间与侧枝节间存在显著正相关。检测到63个主茎节间、侧枝节间长度相关位点。根据关联情况, 找到3个显著性关联位点和位点簇。在A04_57397319挖掘到1个与前人共定位的显著性关联位点, 并在该处预测到5个候选基因。本研究结果有助于解析花生主茎节间和侧枝节间的遗传基础和调控机制, 为指导花生株型改良奠定基础。