当期目录

2025年 第51卷 第7期 刊出日期：2025-07-12

上一期   

综述

中国花生高产栽培研究进展与展望

万书波, 张佳蕾, 高华鑫, 王才斌

作物学报. 2025, (7):  1703-1711.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55017

摘要 ( 239 )   HTML ( 16 )   PDF (518KB) ( 134 )  

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我国人多地少, 持续提高花生产量是花生栽培的首要目标。建国以来, 我国花生高产栽培技术研究与应用取得了长足的进步, 形成了独具中国特色的花生高产栽培技术体系, 带动了花生整体生产水平的不断提高。回顾和总结我国花生高产栽培历程和经验, 分析和探讨花生持续增产潜力与途径, 有助于进一步提升我国花生高产栽培研究创新能力和整体生产水平。20世纪70年代初期, 通过应用增产效果显著的氮磷化肥施用技术, 产量突破了6000 kg hm^-2; 70年代末, 通过化学调控、地膜覆盖、氮磷钾平衡施肥等关键技术, 产量突破了7500 kg hm^-2; 进入20世纪90年代后, 通过缓控徒长、量化施肥等关键技术, 产量突破了9000 kg hm^-2; 进入新千年后, 通过单粒精播等关键技术, 产量突破了11,250 kg hm^-2; 2023年, 以单粒精播技术为核心, 配套全程可控施肥、“三防三促”群体调控和微生物耦合技术等, 构建高产栽培技术体系创造实打验收12,982 kg hm^-2的全国高产纪录。据推算花生实际生产能力还有较大的提升空间, 培育高潜力品种、充分挖掘土壤生产潜能和构建高质量的群体是未来进一步提高花生产量的主要途径。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

基于QTL定位发现的OsWRI3调控水稻种子的落粒性

杨海洋, 吴林宣, 李博纹, 石翰峰, 袁禧龙, 刘金朝, 蔡海荣, 陈诗怡, 郭涛, 王慧

作物学报. 2025, (7):  1712-1724.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42059

摘要 ( 135 )   HTML ( 8 )   PDF (14313KB) ( 124 )  

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水稻是世界上重要的粮食作物, 落粒性与水稻的产量息息相关。培育适合现代机械化收获且落粒性适中的水稻品种是提高水稻产量的重要策略。然而水稻的落粒性是一个复杂的数量性状且受多方面的影响, 现有理论不能完全解释落粒的现象。因此, 为了挖掘控制水稻落粒的数量性状基因座(quantitative trait loci, QTL)与基因并完善水稻落粒基因的调控网络, 本研究以易落粒的父本YZX和难落粒的母本02428所构建的192个重组自交系(recombinant inbred lines, RIL)为试验材料进行QTL定位。采用直拉法和斜拉法对开花第30天的192份RIL群体材料进行了全面的分析, 以鉴定在不同环境条件下与水稻种子落粒相关的QTL。在不同环境不同方法下共发现19个与落粒相关的QTL。此外, 通过斜拉法鉴定出1个新的共定位QTL qBSH5.2。通过数据库分析、基因表达量分析、转录组与基因序列分析, 在qBSH5.2中挖掘到了OsWRI3。OsWRI3突变体与野生型(wild type, WT)相比, 表现为更难落粒。在扫描电镜下发现, 突变体相较于WT脱落表面更粗糙且存在弹簧状毛刺结构。同时, 我们发现OsWRI3在水稻穗部与离区的表达量与成熟度呈正相关。并且与WT相比突变体的离区中参与乙烯前体合成的基因下调表达。单倍型分析也表明了OsWRI3在调节水稻落粒方面发挥重要的作用, 并且我们挖掘了落粒性适中的优异单倍型组合以适应现代机械化收获。总之, 编码AP2转录因子的OsWRI3的发现不仅为完善与丰富水稻落粒基因调控网络提供了重要的线索, 也为培育适合机械化收获的水稻品种提供了新的遗传资源。

基于BSA-seq技术的块茎芽眼深度QTL定位分析

邵顺伟, 陈卓, 兰振东, 蔡兴奎, 邹华芬, 李晨曦, 唐景华, 朱熙, 张彧, 董建科, 金辉, 宋波涛

作物学报. 2025, (7):  1725-1735.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44201

摘要 ( 114 )   HTML ( 11 )   PDF (5916KB) ( 64 )  

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芽眼深度是马铃薯块茎的重要性状之一, 对马铃薯的外观品质及加工适宜性具有重要影响。为挖掘控制马铃薯芽眼深度的数量性状位点, 本研究以四倍体深芽眼品种“华薯12”为母本、浅芽眼高代品系“天2002-4-5”为父本, 杂交获得F₁代分离群体, 共255份无性系。基于连续2年田间表型观测数据, 分别选取20个深芽眼和20个浅芽眼个体构建混合池, 利用BSA-seq技术进行芽眼深度相关性状的QTL定位, 并结合传统QTL定位方法, 采用完备区间作图法构建遗传连锁图谱, 成功定位到2个与芽眼深度相关的QTL位点。2年表型相关性分析结果表明, 马铃薯块茎芽眼深度主要受遗传因素的控制。10号染色体上qEyd10.1位点的LOD值为4.96, 表型贡献率为14.49%; 3号染色体上qEyd3.1位点的LOD值为3.29, 表型贡献率为10.18%。其中, qEyd3.1与此前报道的芽眼深度调控位点一致, 而qEyd10.1为新发现的QTL。2个位点的加性效应均为负值, 表明降低芽眼深度的等位基因来源于浅芽眼亲本“天2002-4-5”。通过对定位区间内候选基因注释结合芽眼深浅材料基因结构变异分析, 推测Soltu.DM.10G029390.1、Soltu.DM.03G036540.1、Soltu.DM.03G036140.1和Soltu.DM.03G036580.1可能为与芽眼深度相关的候选基因。本研究通过BSA-seq与传统QTL定位相结合的方式, 快速完成了同源四倍体马铃薯中芽眼深度这一数量性状的调控位点定位工作, 并初步确定了4个候选基因, 为进一步完成芽眼深度调控基因的克隆及其遗传机制解析奠定了重要基础, 也为培育具有浅芽眼块茎的四倍体马铃薯新品种提供了参考。

甘薯谷胱甘肽S-转移酶基因IbGSTU7的克隆及功能分析

尹雨萌, 王雁楠, 康志河, 乔守晨, 卞倩倩, 李亚蔚, 曹郭郑, 赵国瑞, 徐丹丹, 杨育峰

作物学报. 2025, (7):  1736-1746.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44141

摘要 ( 86 )   HTML ( 3 )   PDF (10022KB) ( 67 )  

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本研究通过分析前期的薯皮色变异转录组数据, 克隆得到IbGSTU7基因, 该基因开放阅读框(ORF)全长660 bp, 编码219个氨基酸。蛋白序列分析表明, IbGSTU7为酸性、亲水性、稳定性蛋白, 且与甘薯近缘野生种Ipomoea triloba的亲缘关系最近, 定位于细胞质中。通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)对IbGSTU7基因的表达特征进行分析发现, IbGSTU7在甘薯主要组织中均有表达, 且在薯皮中的表达量最高。此外, 干旱、盐胁迫以及外源脱落酸(ABA)均可诱导IbGSTU7基因上调表达。通过农杆菌转化法对IbGSTU7在甘薯中进行过表达发现, 过表达植株的薯皮花青苷含量以及花青苷合成途径相关基因IbPAL与IbUFGT的表达量均显著提高。同时, PEG模拟干旱胁迫下过表达植株表现出更强的抗旱性, 鲜重和根长显著高于野生型对照, 过氧化氢(H₂O₂)含量显著降低, 活性氧(ROS)清除相关基因IbMDHAR和IbPOD显著上调表达。本研究为进一步探索IbGSTU7基因在甘薯花青苷积累和干旱胁迫应答中的功能提供了新的理论支撑。

大豆分枝数QTL定位及候选基因筛选

胡蒙, 沙丹, 张晟瑞, 谷勇哲, 张世碧, 李静, 孙君明, 邱丽娟, 李斌

作物学报. 2025, (7):  1747-1756.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44221

摘要 ( 102 )   HTML ( 2 )   PDF (1762KB) ( 98 )  

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大豆是重要的粮饲兼用作物。分枝数是影响大豆产量的重要农艺性状之一。本研究以少分枝大豆品种中黄35与多分枝品种中黄13杂交衍生的RIL F_2:7-8群体为材料, 结合重测序基因型数据构建的高密度遗传连锁图谱, 采用QTL IciMapping完备复合区间定位方法, 在5个种植环境下定位与分枝数相关的QTL。结果显示, 在2号、6号、18号和19号染色体上共定位到6个与分枝数相关的QTL。其中位于2号染色体的qVBN02-1在2个环境中均被检测到, 平均解释16.07%的表型变异, 为新发掘的分枝数稳定主效QTL。该位点区间遗传距离为0.3 cM, 物理距离为261.37 kb, 包含29个注释基因。经QTL区间内双亲错义SNP筛选, 发掘出22个分枝数潜在候选基因。GO注释分析显示, 这些基因编码的蛋白涉及多个影响植物生长发育的重要过程。本研究不仅为大豆株型改良提供了分子标记靶位点, 也为精细定位大豆分枝数关键基因奠定了基础。

基于近红外快速检测技术的谷子淀粉多样性分析及模型构建

王若楠, 张颖星, 于筱菡, 刘少雄, 王跃, 薛亚鹏, 辛旭霞, 张莉, 刘敏轩

作物学报. 2025, (7):  1757-1768.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44194

摘要 ( 89 )   HTML ( 2 )   PDF (2280KB) ( 78 )  

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建立谷子种质资源品质性状的快速、高效检测对挖掘具有优异品质性状的资源具有重要意义。本研究选取来自于国内外不同生态区谷子种质资源657份, 采用双波长法测定种子的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量, 在此基础上选择550份种质用Unscrambler X 10.4化学计量软件构建直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的近红外模型, 利用标准正常化结合散射处理(SNV and Detrend)和一阶导数处理参数对原始光谱进行预处理, 用偏最小二乘法(PLS)构建光谱模型。试验结果表明, 657份谷子种质的直链淀粉含量为2.99%~22.40%, 平均值为16.25%; 支链淀粉含量为52.77%~76.09%, 平均值为59.56%; 总淀粉含量为62.53%~83.31%, 平均值为75.81%; 直支比为0.04~0.40, 平均值为0.28。国外种质的直链淀粉和总淀粉的变异系数最高, 分别为30.08%、5.07%; 与国内种质相比, 国外种质的平均总淀粉含量最低, 平均值为75.19%, 幅度范围为64.65%~ 82.38%。国内5个生态区谷子种质的淀粉含量差异明显, 内蒙古高原区直链淀粉、总淀粉和直支比的变异系数最高, 分别为29.40%、4.07%、30.77%; 东北春谷区种质的支链淀粉的变异系数最高, 为6.00%; 南方谷子栽培区种质的直链淀粉、支链淀粉、总淀粉和直支比的变异系数最低, 分别为8.21%、4.40%、2.97%和10.71%。本研究筛选出的高直支比和高支链淀粉含量在前5名的材料均来自于华北夏谷区、黄土高原区和东北春谷区, 其中黄土高原区二毛尖的直支比和直链淀粉最高(0.40、22.40%), 华北夏谷区半芒红谷的支链淀粉含量最高(76.09%)。直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的近红外预测模型校正相关系数(R²_cal)分别为0.910、0.848和0.717, 交叉验证决定系数(R²_cv)分别为0.902、0.830和0.675, 外部验证决定系数(R²_val)分别为0.903、0.826和0.702, 定标标准误差(SEC)分别为1.156、1.234和1.367, 交叉检验标准误差(RMSECV)分别为1.208、1.288和1.471, 验证标准偏差(RMSEP)分别为1.130、1.260和1.649, 外部验证相对分析误差(RPD)分别为3.415、2.539和1.765, 最佳因子分别为9、10、10。研究表明, 国内外不同生态区的谷子种质在淀粉含量上呈显著多样性, 且本研究开发的近红外光谱(NIRS)模型可用于预测谷子的直链淀粉和支链淀粉含量, 总淀粉含量虽然可以粗略预测, 但仍需进一步的调整和优化以提高准确性。

豆科作物AOX基因鉴定及其在普通菜豆响应非生物胁迫中的表达模式研究

闫知兰, 赵芹, 常甜达, 王一鸣, 王碧辉, 王鹏, 黄春国, 张会, 王利祥, 郝晓鹏, 赵波

作物学报. 2025, (7):  1769-1783.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44170

摘要 ( 76 )   HTML ( 3 )   PDF (10084KB) ( 59 )  

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交替氧化酶(alternative oxidase, AOX)是一种重要的线粒体末端氧化酶, 在植物抵御非生物胁迫中扮演着关键角色。豆科作物作为植物蛋白的重要来源, 在农业可持续发展中发挥着重要作用。然而, 近年来频发的极端气候对豆科作物的产量和品质造成了严重影响, 提高其耐逆性已成为亟待解决的问题。本研究对大豆、普通菜豆、宽叶菜豆和绿豆4种豆科作物的AOX基因家族进行了系统性的鉴定和分析, 包括蛋白结构、理化性质、启动子顺式作用元件, 以及普通菜豆AOX基因在多种非生物胁迫下的表达模式。家族成员鉴定发现, 大豆、普通菜豆、宽叶菜豆和绿豆分别包含4个、3个、3个和3个AOX基因, 亲缘关系分析将其划分为3个不同的亚族。顺式作用元件分析结果显示, 豆科作物AOX基因启动子区域存在很多响应激素和逆境胁迫的顺式作用元件。对普通菜豆AOX基因在不同非生物胁迫下的表达模式进行分析发现, 其AOX同源基因对不同非生物胁迫刺激响应存在差异, 表现出多样的时序变化模式。其中, PvAOX1A;2受多种非生物胁迫的诱导显著上调表达。而PvAOX2;2_2受盐胁迫和高温胁迫诱导显著上调表达, PvAOX2;2_1受冷胁迫诱导显著上调表达。综上, 普通菜豆AOX基因可能在其应答非生物胁迫中发挥着重要作用。本研究相关结果不仅为深入探究豆科作物AOX基因的生物学功能提供了重要线索, 也为普通菜豆耐逆性的分子改良提供了潜在的靶基因。

山西小麦醇溶蛋白多样性及其对面粉品质效应研究

王天译, 杨绣娟, 赵佳佳, 郝宇琼, 郑兴卫, 武棒棒, 李晓华, 郝水源, 郑军

作物学报. 2025, (7):  1784-1800.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41082

摘要 ( 69 )   HTML ( 4 )   PDF (11436KB) ( 51 )  

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山西省小麦种质资源丰富, 以抗旱性强和品质优异而著称, 但醇溶蛋白多样性研究不足。为阐明山西小麦醇溶蛋白多样性及其对面粉品质的效应, 采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定了421份山西小麦的醇溶蛋白谱带组成, 分析了不同谱带对面粉品质的效应。结果表明, 421份材料醇溶蛋白多态性整体上较高, 具有91种谱带类型, 共分离出8585条谱带, 平均每个品种含有20.39条, 品种间谱带数量变异范围为15~27条, 基于遗传距离的聚类, 所有品种可分为5大类。醇溶蛋白多态性信息含量、基因多样性以及遗传距离受品种亲缘关系和生态分布的影响, 除不同麦区间的种质谱带数量存在差异外, 育成品种平均谱带数量高于地方品种, 水地品种高于旱地品种, 育成品种的谱带多样性随育种年代呈先升后降的趋势。山西小麦同名地方品种的醇溶蛋白谱带数量和多样性均有差异, 存在同名同种和同名异种的现象; 进一步发现地方品种小红皮是由多个纯系组成的混合群体, 有3种不同的醇溶蛋白单元型。相关性分析发现34条谱带与5项面粉理化性质相关, 58条谱带与12项面粉加工品质相关, 正效应谱带为15条, 其中迁移率为23.4和64.1的谱带可分别提高吸水率2.0%和2.1%, 谱带45.2可提高湿面筋含量0.9%, 14.1、43.3和65.4等13条谱带可以提高粉质质量, 其中谱带65.4的效应最高, 可以提高11.3%, 14.1、20.6和43.3等谱带可同时提高面团形成时间和稳定时间; 25条谱带与黏度特性显著相关, 呈正相关的谱带共9条, 其中谱带76.8效应最高, 可提高最低黏度、峰值黏度和最终黏度的21.7%、12.8%和20.0%, 具有多效应谱带48条, 这些谱带在今后的应用研究中潜力较大。本研究有助于深入认识山西小麦种质资源遗传及演化, 可以为小麦品质定向改良育种提供有价值的信息。

全基因组关联分析定位与挖掘小麦氮高效基因

赵超男, 王金凤, 张玉, 张丽, 李瑞琦, 王鹏飞, 李鸽子, 张宏军, 虞波, 康国章

作物学报. 2025, (7):  1801-1813.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41086

摘要 ( 134 )   HTML ( 7 )   PDF (5114KB) ( 65 )  

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挖掘小麦氮高效的种质和基因资源, 揭示其分子机制和遗传效应, 是当前小麦氮效率研究的重要内容和目标。本研究以255份不同小麦品种组成的自然群体为试验材料, 对每个品种1叶1心幼苗分别进行低氮(low nitrogen, LN, 0.05 mmol L^-1 NO₃^-)和充足供氮(sufficient nitrogen, SN, 1.00 mmol L^-1 NO₃^-) 2个水培条件处理, 培养28 d后, 在低氮和充足供氮处理下测定17个表型指标, 通过对55K SNP芯片进行质控过滤筛选出38,215个高质量单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNPs)位点,结合FarmCPU、MLM以及MLM+Q+K模型进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。该群体在LN和SN水平下17个表型指标比值(LS, LN/SN)的频率分布均呈正态分布, 对17个LS指标进行全基因组关联分析, 共检测到1161个显著位点(P≤0.001), 发现有103个标记至少在2个模型中同时被检测到, 有8个SNP至少关联了4个性状, 其中AX-110548993 (3B)和AX-111802919 (4D)为新位点。2个新位点上下游5 Mb范围区间内含有267个候选基因, 其中位于4D染色体上的SNP AX-111802919包括3个直接参与或调控氮吸收转运的候选基因: TraesCS4D02G361500编码硝酸盐转运蛋白(NRT1.1), TraesCS4D02G362100编码锌指蛋白CONSTANS-LIKE 1, TraesCS4D02G362800编码1个GATA转录因子蛋白。

近二十年国审冬小麦品种的产量与品质性状变化趋势研究

吴柳格, 陈坚, 张鑫, 邓艾兴, 宋振伟, 郑成岩, 张卫建

作物学报. 2025, (7):  1814-1826.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41093

摘要 ( 141 )   HTML ( 3 )   PDF (1039KB) ( 130 )  

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分析近二十年北方冬麦区与南方冬麦区国审冬小麦品种产量和品质变化及性状之间的相关性, 旨在明确品种更替过程中冬小麦产量和品质的变化趋势, 为未来高产优质小麦育种和栽培技术创新提供重要参考。收集并整理2000—2024年北方冬麦区与南方冬麦区1187个国审冬小麦品种数据, 将其按品质类型分为强筋、中强筋、中筋与弱筋4种类型, 并对其产量及构成因素、品质指标等进行了分析。自2017年起, 2个麦区国审冬小麦品种数量显著增加; 均以中筋品种为主。北方冬麦区的中强筋品种产量高于强筋和中筋品种, 南方冬麦区的中强筋品种产量高于弱筋品种。北方冬麦区品种的生育期显著缩短, 产量随时间显著增加, 以中强筋品种增幅最大, 为0.14 t hm^-2, 中强筋品种的蛋白质和湿面筋含量年均分别减少0.07%和0.15%, 强筋和中强筋品种的稳定时间年均分别增加0.27 min和0.25 min; 南方冬麦区中强筋和中筋品种产量显著增加, 中筋品种的湿面筋含量和稳定时间年均分别增加0.22%和0.07 min。在北方冬麦区, 强筋和中强筋品种的穗粒数与产量的相关性最高。中筋品种的千粒重与产量的相关性最高。强筋和中强筋品种的蛋白质含量与湿面筋、稳定时间和拉伸面积均呈正相关。在南方冬麦区, 中强筋和中筋品种的穗数与产量呈显著正相关, 弱筋品种穗粒数与产量呈正相关。北方冬麦区冬小麦通过统筹提高产量构成三因素, 进一步提高产量和品质; 南方冬麦区中强筋和中筋小麦的穗数是提高产量的关键因素, 弱筋小麦则通过增加穗粒数并优化栽培管理以保持较低的蛋白质含量, 从而提升产量并确保加工适应性。在未来气候变化的背景下, 如何实现产量与品质的协同提升, 是我国小麦育种和优质栽培创新亟待解决的重要科技问题。

转录因子ZmMYB153通过ABA信号调节气孔运动增强玉米苗期抗旱性

张建鹏, 王国瑞, 别海, 叶飞宇, 马晨晨, 梁小菡, 鲁晓民, 尚霄丽, 曹丽茹

作物学报. 2025, (7):  1827-1837.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43028

摘要 ( 104 )   HTML ( 3 )   PDF (3930KB) ( 83 )  

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干旱影响玉米的生长与发育, 最终导致产量损失。为挖掘玉米抗旱关键基因并解析其抗旱分子机制, 从玉米干旱-复水转录组中鉴定到1个响应干旱胁迫基因GRMZM2G050550, 命名为ZmMYB153。基因进化树及亚细胞定位分析发现, ZmMYB153蛋白与其他物种中的同源蛋白具有高度的相似性, ZmMYB153定位在细胞核中。组织表达模式分析显示, 该基因在叶片中的表达量最高。PEG模拟干旱条件下, ZmMYB153基因的表达水平显著上升。脱落酸(abscisic acid, ABA)处理条件下, 该基因的表达呈现出先升后降的趋势。通过分析干旱胁迫下不同抗旱强度自交系中ZmMYB153基因的表达量, 发现该基因在强抗旱玉米自交系郑6722 (Z6722)中的表达量显著高于其在中抗旱玉米自交系B73中的表达量。为进一步验证ZmMYB153基因的生物学功能, 利用转基因技术获得该基因的过表达株系。干旱胁迫后, 与野生型(wild type, WT)相比, 过表达ZmMYB153植株(overexpression line-1, OE-1; overexpression line-2, OE-2)具有较高的叶片相对含水量(relative water content, RWC), 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)和过氧化氢酶(catalase, CAT)等氧化酶酶活性, 具有较低的离子渗透率以及丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量。通过观察干旱条件下的叶片气孔状态, 发现过表达ZmMYB153株系的气孔闭合程度显著高于WT, 失水率显著低于WT。这些结果表明, ZmMYB153基因具有正向调节玉米响应干旱胁迫的功能。干旱胁迫下的ZmNYB153过表达株系中ABA信号通路相关基因ZmABI1和ZmPYL10的表达水平被显著上调或者下调, 气孔运动相关基因ZmSLAC1的表达量显著高于WT。综上所述, ZmMYB153基因可能通过参与ABA信号途径, 调节叶片气孔活动, 从而影响植物的干旱耐受性。

耕作栽培·生理生化

离子锌和纳米锌对马铃薯生理特性、产量及品质的影响

李秋云, 李世贵, 范军亮, 刘昊天, 赵晓斌, 吕硕, 王艳浩, 岳云, 张宁, 司怀军

作物学报. 2025, (7):  1838-1849.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44219

摘要 ( 97 )   HTML ( 5 )   PDF (1174KB) ( 107 )  

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为探究不同种类锌肥及施用方式对马铃薯生长发育、产量和品质的影响, 以马铃薯“陇薯14号”为供试品种, 于2023和2024年进行大田试验, 设置CK (不施锌肥)、T1 (ZnSO₄·7H₂O基施, 30 kg hm^-2)、T2 (0.3% ZnSO₄·7H₂O+ 0.05%尿素混合溶液喷施)、T3 (10 mg L^-1纳米锌拌种)、T4 (20 mg L^-1纳米锌拌种)和T5 (喷施10 mg L^-1纳米锌) 6个处理。结果表明, 与不施锌肥(CK)相比, 在块茎形成期和膨大期, 离子锌和纳米锌显著提高叶片叶绿素相对含量值(SPAD); 在块茎膨大期和淀粉积累期, 离子锌和纳米锌处理的净光合速率(P_n)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著增高, 各处理的马铃薯丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量均降低; 在块茎膨大期, 离子锌和纳米锌处理的块茎干物质积累量与CK相比均显著增加。与CK相比, 施锌处理的马铃薯产量和大中薯率均有提高, 喷施10 mg L^-1纳米锌处理的马铃薯的增产幅度最高, 在2024年达到52,947.25 kg hm^-2。此外, 喷施10 mg L^-1纳米锌处理的淀粉含量、维生素C含量、块茎锌含量和块茎锌积累量较CK显著提高。综上所述, 喷施10 mg L^-1纳米锌和0.3% ZnSO₄·7H₂O+0.05%尿素混合溶液处理可以促进马铃薯生长, 提升光合特性、抗氧化酶活性和品质, 研究结果可为马铃薯锌肥的合理施用策略提供科学依据。

镁肥用量对油菜产量和镁吸收量及因冻害减产程度的影响

李炳霖, 叶晓磊, 肖红, 肖国滨, 吕伟生, 刘君权, 任涛, 陆志峰, 鲁剑巍

作物学报. 2025, (7):  1850-1860.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44174

摘要 ( 81 )   HTML ( 7 )   PDF (879KB) ( 59 )  

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长江流域冬油菜主产区一半以上土壤缺镁, 影响油菜生长发育和籽粒产量, 并可能加剧冻害对油菜的危害。为探究科学施镁肥对提高油菜产量和抗寒性的影响, 本研究基于2022/2023和2023/2024年在江西进贤及湖北武穴开展的不同镁肥用量(0、15和45 kg hm^-2 MgO)的田间试验, 以2022/2023年作参考, 对比了2023/2024年遭受低温冻害天气后的油菜籽产量及其构成因子、不同部位生物量、镁含量和地上部镁累积量等指标。结果表明, 与不施镁肥处理相比, 随着镁肥用量的增加, 油菜籽产量呈上升趋势(增幅为6.2%~34.9%), 同时施用镁肥降低了因低温冻害导致的产量损失(降幅为1.3%~8.9%)。与2022/2023季相比, 2023/2024季油菜地上部生物量和镁累积量平均降低了38.0%~47.4%和41.2%~50.6%, 施镁肥有效缓解了低温冻害对植株生物量的不利影响(降幅为4.0%~9.4%), 同时增加了油菜地上部的镁累积量(增幅为16.9%~46.0%)。施用镁肥主要通过减少低温冻害对直播油菜收获密度和每角粒数的不利影响来提高籽粒产量, 而对于移栽油菜而言, 则通过有效保证植株的单株角果数来提升油菜产量, 从而减轻低温冻害造成的影响。综上, 油菜遭受冻害后其产量和镁累积量显著下降, 施用镁肥可有效缓解低温冻害的不利影响, 且当镁肥用量为45 kg hm^-2 MgO时, 油菜增产及对低温冻害的抵抗效果最佳。

基于改进SIFT算法的田间作物根系图像拼接方法研究

向梓薇, 王韵博, 颜小飞

作物学报. 2025, (7):  1861-1873.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53008

摘要 ( 66 )   HTML ( 3 )   PDF (16788KB) ( 23 )  

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获取根系信息对研究作物养分吸收和水分利用效率具有重要意义。目前常用的微根管方法虽然能够获取根系图像, 但难以将分散拍摄的局部根系图像整合为连续的根系分布图, 限制了根系表型特征的连续提取和定量分析。因此, 本文基于课题组自主研制的根系图像自动监测管道机器人, 提出了一种高效、快速的根系图像拼接方法, 实现对根系全景图像的构建。首先, 利用机器人系统自动采集根系图像, 并采用Gamma校正和CLAHE算法增强图像的亮度和局部对比度; 然后基于改进SIFT算法设置重叠区域边界, 并利用自适应阈值筛选高响应特征点, 同时引入PCA降维方法降低计算复杂度; 最后, 使用多波段融合技术实现无缝拼接。试验选取3组玉米不同生长阶段的根系图像, 并将改进SIFT算法与传统特征提取算法(ORB、SURF、SIFT)进行对比。结果显示,预处理图像的平均对比度和平均信息熵分别提升19%和15%; 改进SIFT算法的正确匹配率较ORB、SURF、SIFT算法分别提升91.7%、35.9%和24.3%, 平均时间效率提升1.12倍、11.57倍和1.11倍。此外, 为验证本文所提方法的稳定性和鲁棒性, 设置了5组不同放缩比例的尺度变换试验。结果表明,改进SIFT算法在平均重叠面积和百分比2项指标上均达到最高值。综上, 该方法应用于根系图像自动监测管道机器人系统中, 可高效拼接根系图像, 为后续根系表型分析奠定基础。

CO₂浓度升高条件下球孢白僵菌定殖对玉米生长及产量的影响

董伟进, 张亚封, 李启云, 路杨, 张正坤, 隋丽

作物学报. 2025, (7):  1874-1886.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53001

摘要 ( 61 )   HTML ( 3 )   PDF (1011KB) ( 38 )  

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球孢白僵菌(Beauveria bassiana)作为昆虫病原真菌, 能够在植物体内定殖, 既促进植物生长, 又增强其抗生物和非生物胁迫能力。大气CO₂浓度呈现逐年上升的态势, 这一变化不仅深刻影响着植物个体的生长发育和生理生化过程, 还在微观层面调控着植物与微生物之间复杂的互作关系。然而, 在CO₂浓度升高条件下, 球孢白僵菌定殖对植物生长发育、产量以及籽粒品质的影响, 目前仍缺乏系统且深入的研究。本研究以玉米(Zea mays)为试验对象, 设置(400±50) μmol mol^-1的正常CO₂浓度和(600±50) μmol mol^-1的高CO₂浓度2个梯度, 研究球孢白僵菌定殖对玉米农艺性状、干物质积累、产量和籽粒品质的作用, 并分析各因素相关性。研究结果表明, 在2种不同CO₂浓度条件下, 经球孢白僵菌定殖的玉米植株株高、茎粗增长显著, 生物量积累也有所提升; 在产量和品质方面, 球孢白僵菌定殖同样表现出增产提质的优势。进一步分析显示, 在高CO₂浓度条件下, 球孢白僵菌定殖对玉米的正向促进作用更为显著。综上, CO₂浓度升高条件下, 球孢白僵菌定殖能够使玉米生理适应性和生态稳定性增强, 资源利用效率提高, 对产量和品质产生积极影响。本研究为理解微生物-植物互作提供新视角, 也为未来农业可持续发展提供新思路。

有机肥替代化肥对绿洲灌区甜玉米产量、品质及氮素利用的影响

霍建喆, 于爱忠, 王玉珑, 王鹏飞, 尹波, 刘亚龙, 张冬玲, 姜科强, 庞小能, 王凤

作物学报. 2025, (7):  1887-1900.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43062

摘要 ( 82 )   HTML ( 4 )   PDF (1000KB) ( 63 )  

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针对西北灌区化学氮肥施用量高、利用率低等问题, 探究有机肥替代部分化学氮肥对甜玉米产量、品质及氮素利用的影响, 以期为绿洲灌区甜玉米高产优质生产提供理论依据。田间试验于2023—2024年在武威绿洲农业试验站进行, 设置5个不同的有机肥替代梯度处理(传统施肥, CK; 有机肥替代10%化肥, M1; 有机肥替代20%化肥, M2; 有机肥替代30%化肥, M3; 有机肥替代40%化肥, M4)对甜玉米产量、品质和氮素积累、分配及利用效率的影响。与CK处理相比, M2处理甜玉米鲜穗和鲜籽粒产量分别提高4.51%和6.31%, 穗粒数和千粒重分别提高2.65%和7.01%, 籽粒蛋白质、淀粉、可溶性糖和维生素C含量分别提高14.18%、8.67%、8.83%和19.75%, 同时该处理降低了茎秆中的中、酸性洗涤纤维含量, 提高了茎秆粗蛋白、粗脂肪含量及相对饲用价值。与CK相比, M2处理促进了玉米根系生长, 提高了开花期和采收期植株地上部氮素积累量, 并保证氮素在籽粒中的分配比例。此外, M2处理显著提高了鲜穗、鲜籽粒氮肥偏生产力和氮素吸收效率, 较CK处理分别提高4.64%、6.41%和20.05%。相关性分析表明, 甜玉米鲜穗、鲜籽粒产量与根系生物量、植株氮素积累量、氮素利用各指标呈显著正相关, 籽粒蛋白质含量、茎秆粗蛋白含量与氮肥偏生产力、氮素吸收效率、氮素收获指数呈显著正相关。随机森林模型进一步显示, 鲜穗氮肥偏生产力、千粒重、根系生物量、氮素收获指数、穗粒数是影响甜玉米鲜穗和鲜籽粒产量的关键因素。综上所述, 有机肥替代20%化肥能够优化甜玉米根系生长, 促进氮素的积累分配及高效利用, 实现产量与品质协同提升, 可作为绿洲灌区甜玉米高产优质生产的合理有机无机配施制度。

秸秆还田与微生物菌剂配施对冬小麦旗叶碳氮代谢及产量形成的影响

陈如雪, 孙丽芳, 张芯源, 牟海萌, 张永新, 袁丽雪, 彭仕乐, 王壮壮, 王永华

作物学报. 2025, (7):  1901-1913.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51006

摘要 ( 68 )   HTML ( 2 )   PDF (4062KB) ( 82 )  

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探究秸秆还田与微生物菌剂配施对冬小麦碳氮代谢、干物质生产及籽粒产量的影响及其相互关系, 旨在阐明其对冬小麦产量的调控效应, 为冬小麦绿色高产栽培提供技术支撑和参考依据。于2021—2023年连续2年设置微耕机旋耕掩埋秸秆还田(T1)、秸秆配施商品微生物菌剂+微耕机旋耕掩埋还田(T2)、秸秆配施真菌-细菌复合微生物菌剂(侧孢短杆菌WPL-3、黑曲霉BLH-22、哈茨木霉GZX-3)+微耕机旋耕掩埋还田(T3)和秸秆不还田(CK) 4个处理池栽对比试验, 重点研究其对冬小麦碳氮代谢、干物质生产及产量的影响。秸秆还田和微生物菌剂配施处理组合均能提高冬小麦产量, 优化产量构成因素。T3处理平均产量最高, 较T2、T1和CK分别提高5.47%、10.41%和15.27%, 穗粒数和千粒重均显著高于CK和T1。与CK和T1处理相比, T3处理开花及花后的碳代谢SPS和SS酶活性及氮代谢NR和GS酶活性均显著提高, 成熟期干物质积累总量和籽粒干重亦显著增加。秸秆还田协同真菌-细菌复合微生物菌剂(T3)处理显著提高冬小麦产量, 其多途径调控机制主要是哈茨木霉-侧孢短杆菌协同调控, 加速秸秆腐解, 提升碳氮代谢关键酶活性(与T2相比, 酶活性呈提高趋势但差异未达显著水平), 优化冬小麦“源-流-库”动态关系, 强化籽粒灌浆物质基础, 促使花后干物质向籽粒转移效率提高18.4% (与T2相比, 转移效率提升3.1个百分点), 最终产量较T2处理显著提高5.47%。因此, 相较于商品菌剂处理(T2), 秸秆还田协同真菌-细菌复合微生物菌剂(T3)处理可作为黄淮南部冬小麦绿色高产栽培的可靠技术方案。

氮肥与钾肥运筹对弱筋小麦籽粒产量、品质的影响

赵佳雯, 李子洪, 欧星雨, 王伊朗, 丁小飞, 梁乐瑶, 丁文金, 张海鹏, 马尚宇, 樊永惠, 黄正来, 张文静

作物学报. 2025, (7):  1914-1933.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41067

摘要 ( 80 )   HTML ( 3 )   PDF (2847KB) ( 83 )  

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探究氮肥和钾肥运筹对弱筋小麦产量、品质的影响, 为弱筋小麦优质高产提供理论依据。于2022—2024年小麦生长季, 以白湖麦1号和皖西麦0638为试验材料, 设置4个施氮水平N0 (0 kg hm^-2)、N10 (150 kg hm^-2)、N12 (180 kg hm^-2)、N14 (210 kg hm^-2), 3个施氮基追比F1 (8︰2)、F2 (7︰3)、F3 (6︰4); 钾肥150 kg hm^-2, 分为一次性基施(K1)和基追比5︰5 (K2) 2个处理, 研究了对弱筋小麦茎蘖动态、干物质积累与转运、氮素积累、产量及其构成要素、籽粒蛋白质含量和湿面筋含量的影响。结果表明: 氮肥与钾肥运筹显著影响弱筋小麦的生长发育, 小麦茎蘖动态、干物质积累与转运、植株氮素积累均随施氮量和追氮比例的增加而增加, 相同施氮量和追氮比例下, 钾肥追施较一次性基施的茎蘖数、干物质积累量更高, 且施氮量、追氮比例和钾肥追施处理对弱筋小麦千粒重、穗粒数、穗数及其产量的影响也显著, 随施氮量和追氮比例的增加而增加, 在相同施氮量和追氮比例下, 钾肥追施较一次性基施的小麦千粒重、穗粒数、穗数及产量更高, 而弱筋小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量也随施氮量和追氮比例的增加而增加。在符合国家优质弱筋小麦标准的施肥模式中, N12K2F2处理较N12K1F2处理的开花期、成熟期干物质积累量分别平均增加7.3%、12.3%; 花后干物质生产量、花后对籽粒产量贡献率分别平均增加19.0%、7.7%; 氮素积累量平均提高13.5%; 且N12K2F2处理较N0K2处理的小麦千粒重、穗粒数、穗数、产量分别平均增加6.7%、86.8%、25.1%、152.7%, 较N12K1F2处理的千粒重、穗粒数、穗数、产量分别平均增加1.6%、5.5%、4.6%、12.6%。综上所述, 施氮量为180 kg hm^-2、基追比7︰3、钾肥拔节期追施处理是本试验条件下弱筋小麦量质协优的最佳施肥模式。

湖北省一季稻发育期对气候变化的响应

王芬, 吴东丽, 张全军

作物学报. 2025, (7):  1934-1948.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42038

摘要 ( 80 )   HTML ( 5 )   PDF (4133KB) ( 91 )  

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为了深入研究一季稻发育期及发育期长度(growth periods lengths, GLs)对气候变化的响应, 基于1991— 2020年湖北省5个农业气象观测站发育期观测数据和逐日气象数据, 分析了湖北省一季稻发育期及GLs的变化特征, 量化了发育期及GLs变化对日平均气温、日平均地温、气温日较差、相对湿度、降水量、日照时数的敏感性。结果表明, 1991—2020年湖北省一季稻发育期以推后趋势为主(平均2.97 d 10 a^-1), 即每10年平均推后2.97 d, 其中成熟期推后趋势最明显(4.99 d 10 a^-1)。GLs以延长的趋势为主(3.22 d 10 a^-1), 其中分蘖—拔节延长趋势最明显(8.17 d 10 a^-1)。发育期及其长度的变化对日平均气温敏感性最高。其中日平均气温与移栽、返青、分蘖、拔节相关系数分别为-0.59、-0.45、-0.47和-0.49 (P < 0.05)。日平均气温对拔节—孕穗、孕穗—抽穗、抽穗—乳熟、生殖生长期的敏感系数分别为7.79、7.62、5.69和9.17。研究表明, 影响湖北省一季稻发育期的主导气候因子是气温、地温和气温日较差, 而相对湿度、降水和日照时数作用较小。然而气候因子也只能解释发育期及其长度变异的48.22%, 可以推测除气候因子外, 一季稻发育期及其长度变化可能还受到品种更换、技术进步及栽培管理方式变化等因素的综合影响, 未来的研究可以考虑量化这些因素的贡献率。

研究简报

基于耐性指数的青稞苗期耐低氮种质筛选及不同氮效率类型综合评价

文璇, 钟秀丽, 王尚文, 金涛, 彭君, 刘恩科

作物学报. 2025, (7):  1949-1958.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41075

摘要 ( 80 )   HTML ( 5 )   PDF (933KB) ( 73 )  

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氮素是作物生长发育的关键营养元素, 但在旱地土壤中常常缺乏, 这会对青稞的生长和经济产量产生负面影响, 因此, 筛选耐低氮和氮高效的青稞种质资源是提高氮素利用效率的有效途径。本研究以143份青稞种质为材料, 采用苗期水培法进行试验, 设置正常氮素处理(5.0 mmol L^-1)和低氮胁迫处理(0.1 mmol L^-1)。通过测定不同氮处理下的农艺性状及氮素利用相关的10个指标, 结合主成分分析、氮效率综合值和聚类分析, 全面评价不同青稞种质的耐低氮能力。结果表明, 1) 低氮处理下青稞苗期的茎叶鲜重、根系鲜重、茎叶干重、根系干重、植株干重、氮含量和氮积累量均显著降低, 而根冠比、氮利用效率及其吸收效率均显著增加; 2) 青稞的各性状在不同氮素水平下表现出一定程度的变异性, 变异系数的范围介于14.01%~49.80%之间, 且均达到10.00%以上; 3) 对不同氮素水平下青稞的12个测定指标进行了主成分分析, 在正常氮和低氮处理下, 各自提取了3个主成分, 且其累计贡献率分别达到了91.91%和93.13%; 4) 结合性状的变异性、相关性和主成分分析确定了氮效率综合评价指标。然后通过氮效率综合值与耐性指数结合筛选出了黑青稞(ZDM04507)、贡觉1号(ZDM0468)、达兴(ZDM04284)、尼玛麻(ZDM04643)、白青稞(ZDM04480)、扎仁(ZDM05597)和灰四棱(ZDM04469) 7份耐低氮青稞种质。

免耕轮作对减氮小麦产量下降的补偿效果

武斌, 曹永刚, 胡发龙, 殷文, 樊志龙, 范虹, 柴强

作物学报. 2025, (7):  1959-1968.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41078

摘要 ( 66 )   HTML ( 3 )   PDF (931KB) ( 51 )  

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针对河西绿洲灌区小麦生产连作普遍、氮肥施用量大等问题, 开展轮作结合免耕对减量施氮小麦产量的影响研究, 以期为优化小麦栽培管理提供依据。2022—2023年, 通过裂区试验, 重点研究前茬玉米及其处理方式(免耕留茬、翻耕)对减量施氮小麦干物质累积特性、产量及其构成因素的影响, 试验主区为免耕轮作小麦(NTRW)、翻耕轮作小麦(CTRW)、翻耕连作小麦(CTCW) 3种种植方式, 裂区设小麦225 kg hm^-2 (常规, N1)和180 kg hm^-2 (减氮20%, N2) 2个施氮水平。结果表明, 轮作较连作可提高小麦籽粒产量及生物产量, 且轮作能有效补偿氮肥减施引起的产量下降负效应, 与免耕结合能进一步强化补偿效应。与CTCW相比, NTRW、CTRW籽粒产量分别提高31.7%、17.3%, 生物产量分别提高15.3%、10.3%; 氮肥减施20%后籽粒产量及生物产量分别降低6.2%、3.7%。但CTRWN2较CTCWN1籽粒产量和生物产量分别提高5.8%和4.6%, 且NTRWN2较CTCWN1籽粒产量和生物产量分别提高21.9%、11.6%。与CTCW相比, NTRW、CTRW孕穗期—成熟期的CGR分别提高22.4%、13.6%, 全生育期V_mean分别提高15.0%、10.2%; 氮肥减施20%后CGR及V_mean分别降低3.8%、3.6%。但CTRWN2较CTCWN1的CGR和V_mean分别提高6.3%、4.5%, 且NTRWN2较CTCWN1的CGR和V_mean分别提高19.3%、11.6%。与CTCW相比, NTRW、CTRW穗粒数分别提高12.0%、4.7%, 收获指数分别提高14.4%、6.5%, 穗数分别提高5.0%、8.0%; 氮肥减施20%后穗粒数、收获指数、穗数分别降低2.5%、2.9%、2.3%。但CTRWN2较CTCWN1的穗数提高4.3%, 穗粒数、收获指数差异不显著, 且NTRWN2较CTCWN1穗粒数、收获指数分别提高10.3%、9.3%, 穗数差异不显著。因此, 在河西绿洲灌区, 免耕轮作小麦结合180 kg hm^-2施氮量是该区适宜推广利用的小麦节氮增产有效措施。

谷子m⁶A甲基转移酶基因SiMTA1的启动子序列特征和基因表达模式分析

沈傲, 刘敏, 倪迪安, 刘炜

作物学报. 2025, (7):  1969-1978.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44210

摘要 ( 64 )   HTML ( 1 )   PDF (1672KB) ( 109 )  

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MTA作为植物m⁶A甲基转移酶之一, 主要参与RNA的甲基化修饰, 同时还可与其他酶相互作用, 影响胚胎发育, 在植物的生长发育中扮演着关键角色。本研究通过拟南芥甲基转移酶序列同源比对, 得到谷子SiMTA1基因(accession no. PQ801843), 该基因DNA序列全长4239 bp, CDS序列2121 bp, 包含706个氨基酸残基。对其核苷酸及蛋白序列进行生物信息学分析、并解析其启动子顺式作用元件, 通过qRT-PCR方法对SiMTA1在时空表达和各种胁迫及激素处理下的表达模式进行研究。结果显示, SiMTA1具有MT-A70结构域, 即N⁶-腺苷-甲基转移酶(MTase)的S-腺苷甲硫氨酸(SAM)结合亚基; 二级结构预测显示, SiMTA1主要是由无规则卷曲和α-螺旋组成; SiMTA1启动子包含多种胁迫和植物激素信号应答元件; SiMTA1在孕穗期的茎节部的表达量较高; 盐、干旱、生长素、细胞分裂素等均可诱导SiMTA1表达。本研究通过对谷子中甲基转移酶基因SiMTA1启动子特性及其在正常及胁迫条件下时空表达模式的研究发现, SiMTA1可能在谷子发育及胁迫和植物激素响应过程中发挥作用。研究结果为后续谷子耐逆品种的改良及新品种培育提供了理论依据及候选基因资源。