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2025年 第51卷 第9期 刊出日期：2025-09-12

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综述

植物光合午休研究进展

高园, 李霞, 魏少博, 田小海, 周文彬

作物学报. 2025, (9):  2253-2265.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53033

摘要 ( 483 )   HTML ( 37 )   PDF (709KB) ( 196 )  

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光合午休是指植物在自然条件下, 在正午出现光合速率下降, 随后逐渐上升的现象。光合午休的发现至今已有百余年历史, 但其形成的确切机制尚不清楚。光合午休不仅影响植物光合生产力, 还对大田作物的产量形成具有重要影响。因此, 深入研究光合午休成因及其生理与分子机制, 对于提高大田作物光合效率、进而提升产量具有重要意义。本文系统回顾了光合午休的发现历程, 综述了环境因子对光合午休形成的影响及其相关生理机制, 并对未来研究进行了展望, 以期为深入研究光合午休及其调控机制提供参考和思路。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

小麦叶片气孔相关性状全基因组关联分析

李璐琪, 程宇坤, 白斌, 雷斌, 耿洪伟

作物学报. 2025, (9):  2266-2284.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51028

摘要 ( 385 )   HTML ( 32 )   PDF (11500KB) ( 175 )  

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小麦气孔是调节光合作用和蒸腾作用的微观孔隙, 对产量有着关键作用, 了解小麦气孔性状的遗传机制, 挖掘关于小麦气孔相关性状的候选基因对于提高小麦产量具有重要意义。本研究以276份冬小麦品种(系)为研究对象, 在正常灌溉和干旱胁迫2个处理下, 对小麦抽穗期和灌浆期的气孔密度、气孔平均面积、气孔所占比等叶片气孔相关性状进行测定, 并结合90K小麦芯片, 对上述3个性状进行全基因组关联分析。研究结果显示, 在不同水分处理条件下, 小麦气孔相关性状在2个时期均表现出较大的表型变异, 变异系数介于0.06至0.28之间。全基因组关联结果显示, 共检测到88个位于除4D的其他20条染色体上与气孔相关性状显著关联的位点(P < 0.001), 其中与气孔平均面积显著相关的稳定遗传位点有4个, 分布于1B, 3A, 6A染色体上, 可解释遗传变异为2.78%~6.55%, 均在正常灌溉下的灌浆期检测到。在抽穗期和灌浆期同时检测到2个与气孔密度显著关联的位点, 其中在正常灌溉下6A染色体上检测到的位点Ex_c69429_328, 可解释表型变异为2.31%~3.06%; 在干旱胁迫下4A染色体上检测到的位点BS00064423_51, 可解释表型变异的4.40%~6.09%。在1A、1B、3A、4A、5A、6A、6D染色体上检测到8个“一因多效”遗传位点, 可解释表型变异的1.25%~7.31%。对贡献率大于5.00%且在2个环境或2个性状以上检测到位点进行单倍型分析, 发现与气孔平均面积和气孔所占比显著相关的wsnp_Ex_rep_c69627_68580121(R²=6.47%)位点存在Hap1、Hap2两个单倍型, 在276份品种(系)中含有Hap1(频率为81.20%)单倍型品种(系)的气孔平均面积显著小于含有Hap2(18.80%)单倍型品种(系)的气孔平均面积(P < 0.05), 不同单倍型在不同麦区的占比不同, 其中单倍型Hap1在西南冬麦区出现的频率最高, 单倍型Hap2则在北部冬麦区出现的频率最高。对2个环境检测到的及“一因多效”的位点进行候选基因的挖掘, 共筛选出9个与小麦气孔性状相关的候选基因, 这些基因在气孔发育、光合作用和抗逆性等方面具有潜在功能, 可作为进一步研究气孔相关性状的重要基因。

中早熟马铃薯‘陇薯20号’高效再生体系建立及抗草铵膦种质创制

贾小霞, 齐恩芳, 文国宏, 马胜, 黄伟, 吕和平, 李建武, 曲亚英, 丁宁

作物学报. 2025, (9):  2285-2294.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54024

摘要 ( 267 )   HTML ( 16 )   PDF (12095KB) ( 86 )  

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为建立中早熟菜用型马铃薯新品种‘陇薯20号’的高效再生体系、创制抗草铵膦新种质, 本研究通过系统分析试管苗茎段在添加不同浓度及其配比6-BA、NAA和GA₃的MS培养基上的胚性愈伤诱导效率与芽再生能力发现, 在MS+1.0 mg L^-1 6-BA+0.5 mg L^-1 NAA+4.5 mg L^-1 GA₃+3%蔗糖的培养基中, 胚性愈伤诱导率(89.83%)与芽分化率(91.81%)最高。利用DNA重组技术构建Bar基因过表达载体, 借助农杆菌介导法转化试管苗茎段, 经2.0 mg L^-1 PPT筛选, 成功获得6个独立转化株系。种植转基因及其未转基因对照株系, 在苗期茎叶喷施有效成分1271 g hm^-2的市售草铵膦后, 未转基因对照株系9 d内完全枯萎死亡, 而转基因株系均表现出稳定的草铵膦抗性; 成熟期表型分析表明, 转基因株系的单株结薯数、单株产量及主要品质性状呈现不同程度分化, 其中S_20-4的单株结薯数、单株产量与块茎淀粉、粗蛋白、还原糖含量等关键品质性状指标均与对照无显著差异, 这说明S_20-4在整合草铵膦抗性的同时成功维持受体品种的产量与品质特性。本研究建立的高效再生体系为‘陇薯20号’的遗传改良奠定了基础, 创制的S_20-4为抗除草剂高产育种提供了可直接应用的候选株系。

渍水胁迫对玉米幼苗根系代谢的影响

蒋环琪, 段奥, 郭超, 黄晓梦, 艾德骏, 刘小雪, 谭静怡, 彭成林, 李曼菲, 杜何为

作物学报. 2025, (9):  2295-2306.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53016

摘要 ( 398 )   HTML ( 7 )   PDF (9159KB) ( 209 )  

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为探究玉米(Zea mays L.)幼苗根系在渍水胁迫下关键代谢物以及代谢途径的变化, 阐明与渍水胁迫相关的代谢通路, 对玉米幼苗进行0、1、4和7 d共4个渍水胁迫时间梯度处理, 采用转录组学测序(RNA sequencing, RNA-seq)和超高效液相色谱质谱联用技术(ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry, UPLC-MS/MS), 筛选与渍水胁迫相关的关键代谢物, 并通过KEGG富集分析探究相关代谢通路。结果显示, 代谢组共标注和定量了1361种差异代谢物, 渍水4 d时根系代谢物变化最为显著, 共有414种代谢物发生变化, 其中372种代谢物含量上升, 42种代谢物含量下降; 代谢物差异倍数排名前20的代谢物均呈现上调趋势, 包括阿魏酸-4-O-葡萄糖苷、2-苯乙醇、7-甲基柚皮素和S-烯丙基-L-半胱氨酸等; 差异显著代谢物的KEGG富集分析结果显示, 黄酮类化合物生物合成、类胡萝卜素生物合成、苯丙素生物合成、植物激素信号转导、ABC转运蛋白、脂肪酸降解、淀粉和蔗糖代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、色氨酸代谢以及糖酵解/糖异生等代谢途径中, 差异基因与差异代谢物较为显著富集。类黄酮生物合成代谢通路与渍水胁迫密切相关, 柚皮素与木犀草素等黄酮类物质, 查尔酮异构酶、黄酮合成酶II与黄酮3',5'-羟化酶/黄酮3'-单氧化酶可能起关键作用。研究结果为探究玉米耐渍胁迫分子机制提供科学支撑与理论依据, 为玉米耐渍育种等相关研究提供理论基础。

马铃薯抗南方根结线虫种质资源筛选及相关生理反应分析

朱锦程, 杨秋华, 程李香, 李文丽, 石明明, 李惠霞, 张峰

作物学报. 2025, (9):  2307-2317.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54001

摘要 ( 228 )   HTML ( 5 )   PDF (3966KB) ( 42 )  

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筛选优异的抗南方根结线虫马铃薯材料, 分析其生理抗性, 为抗南方根结线虫马铃薯品种选育提供理论依据, 丰富抗线虫种质资源。利用根结线虫通用引物D2A/D3B及南方根结线虫特异性引物Inc-K14-F/Inc-K14-R对供试线虫材料进行分子鉴定。54份马铃薯野生种渐渗系和31份普通栽培种通过室内盆栽接种南方根结线虫, 35 d后测定根系南方根结线虫的卵块数量和根结数量, 计算卵块指数(egg index, EI)、根结指数(gall index, GI)及病情指数(disease index, DI), 用于抗病性评价; 初步筛选抗病种质后, 以未接种南方根结线虫的抗(感)材料为对照, 分别在线虫侵入根系的第3天、第7天和第35天, 测定根系木质素、茉莉酸及水杨酸含量, 初步解析抗南方根结线虫马铃薯材料根系的生理反应。结果表明, 85份马铃薯材料根系卵块数量、根结数量、卵块指数和根结指数差异显著, 依病情指数将其分为高抗(1<DI≤2)、中感(4<DI≤5)、感病(5<DI≤6)和高感(DI>6) 4种类型。其中, 野生种渐渗系232-8为高抗材料(DI=1.01); 232-9 (DI=4.02)、315-53 (DI=4.09)和390-10 (DI=4.33)为中感材料; 364-3 (DI=5.17)、19-2 (DI=5.28)、53-1 (DI=5.88)和317-8 (DI=5.88)为感病材料; 其余77份材料为高感材料, DI范围为6.13~74.26, 其中天薯12号的DI最高(74.26)。接种南方根结线虫后, 232-8根系木质素、茉莉酸及水杨酸含量显著高于天薯12号, 其木质素在接种35 d后含量达到最高(476.18 mg g^-1), 茉莉酸及水杨酸含量在接种7 d时达到最高, 分别为10.80 ng g^-1和1623.15 ng g^-1。马铃薯野生种渐渗系232-8为抗南方根结线虫材料, 其根系木质素、茉莉酸及水杨酸含量在线虫侵入后显著升高, 这可能是其形成生理抗性的重要原因。

玉米低温响应基因ZmNTL1和ZmNTL5的鉴定及功能分析

高源, 王宇琦, 姜佳宁, 赵健雄, 王雪贺缘, 王浩宇, 张芮嘉, 徐晶宇, 贺琳

作物学报. 2025, (9):  2318-2329.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53011

摘要 ( 355 )   HTML ( 22 )   PDF (12035KB) ( 128 )  

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低温是限制东北地区玉米产量的主要逆境之一。膜NAC转录因子在植物抵御逆境过程中发挥着重要作用, 探究其功能将为玉米耐低温育种提供一定的理论依据。本研究通过生物信息技术分析了9条玉米NTL基因的分子特性, 利用已发表的玉米低温RNA-seq数据, 发现6个成员在根和叶中同时受到低温诱导显著上调表达。选取蛋白同源性达到80.04%的ZmNTL1与ZmNTL5基因, 采用基因敲除技术构建了该2条基因的双敲材料zmntl1zmntl5。在低温胁迫条件下, zmntl1zmntl5株系的叶片离子渗透率显著高于B104株系; 而其地上部干重和鲜重、地下部干重和鲜重以及叶绿素含量均显著低于B104株系; zmntl1zmntl5株系的O₂^-和H₂O₂含量显著高于B104对照株系, 而GST、SOD、POD和CAT活性均显著低于B104株系。此外, 低温胁迫下ZmGST24、ZmNCED3、ZmDREB1.6和ZmDREB2A基因在zmntl1zmntl5株系中的表达量较B104株系显著降低。综上所述, ZmNTL1与ZmNTL5的缺失降低了植物对低温的耐受性, 表明二者是玉米低温耐受性的正调控因子。本研究为耐冷玉米品种改良和新品种培育提供了重要的理论基础和宝贵的遗传资源。

兼容双平台的玉米糯质基因InDel功能标记开发与应用

朱维佳, 王蕊, 薛英杰, 田红丽, 范亚明, 王璐, 李松, 徐丽, 卢柏山, 史亚兴, 易红梅, 陆大雷, 杨扬, 王凤格

作物学报. 2025, (9):  2330-2340.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53013

摘要 ( 280 )   HTML ( 4 )   PDF (5555KB) ( 54 )  

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为了实现糯玉米中糯质基因变异类型的快速鉴定、了解其在现代糯玉米育种中的应用情况, 本研究针对wx-D7、wx-D10、wx-124、wx-hAT等4种常见的糯质基因InDel变异开发功能标记, 以普通玉米、糯玉米、甜玉米和甜糯玉米为研究对象, 通过多种分子检测平台验证糯质功能标记的特异性和有效性。结果显示, 4种Waxy功能标记在KASP平台和荧光毛细管电泳平台均能够实现特异性基因分型, 且能够有效区分普通玉米与糯质玉米, 并确定糯玉米中Waxy基因的变异类型。针对玉米自交系, 当检出特异性糯质功能标记时, 可依据4种糯质变异类型确定待测样品的糯质基因单倍型并判断其糯质表型, 对于未检测到4种糯质变异的玉米种质则为非糯性或糯质稀有突变。当待测样本为玉米杂交种时, 可能存在隐性纯合基因型、隐性等位糯性杂合基因型、糯/非糯杂合基因型及显性纯合基因型等4种情况, 依据糯质单倍型结果判定。在检测出的糯玉米中85%以上为wx-D7变异类型, 表明wx-D7为我国当前糯玉米育种中主要的应用类型。同时, 在糯玉米杂交种中发现有D7/D10两种糯质变异类型同时存在的现象, 但糯质自交系中仅存在单一的糯质变异类型, 意味着在糯玉米杂交育种中可通过聚合不同类型的糯质变异实现遗传改良。本研究为糯质基因设计了一套适用于多种分子检测平台的功能标记组合, 为鉴定、筛选玉米糯质性状提供了有效的方案。

青稞HvERF039基因的克隆及功能研究

马娟娥, 姚有华, 姚晓华, 吴昆仑, 崔永梅

作物学报. 2025, (9):  2341-2357.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51011

摘要 ( 366 )   HTML ( 21 )   PDF (16174KB) ( 105 )  

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AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)转录因子在植物非生物胁迫响应中起重要作用, 但青稞中该类基因的功能研究较少。本研究克隆了青稞HvERF039基因, 并通过生物信息学、qRT-PCR、拟南芥异源过表达等方法研究了其在低温胁迫中的功能。生物信息学分析结果显示, HvERF039是具有典型AP2保守结构域的亲水性不稳定蛋白, 其启动子区域含有与光响应、植物激素响应、低温胁迫响应等相关的顺式作用元件。亚细胞定位和转录自激活活性试验表明, HvERF039是一个定位于质膜和细胞核上、具有转录激活活性的转录因子。qRT-PCR分析表明, HvERF039在低温胁迫下显著上调表达, 其在不同组织中均有表达, 且在叶中的表达量最高。低温胁迫下的功能验证结果显示, 拟南芥HvERF039过表达株系的萌发率和存活率显著高于野生型, 且抗逆生理指标离子渗漏率、H₂O₂含量、MDA含量和CAT活性优于野生型。此外, HvERF039与多个逆境胁迫相关蛋白之间存在物理互作关系。本研究表明, HvERF039在青稞低温胁迫响应中具有正调控作用, 为青稞耐低温品种改良提供了新的基因资源。

基于茶树液相功能芯片的白化茶树资源遗传多样性分析

梅飘, 刘丁丁, 叶圆圆, 张晨禹, 丁诗琦, 李亚奇, 王培鑫, 梅菊芬, 马春雷

作物学报. 2025, (9):  2358-2370.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54043

摘要 ( 380 )   HTML ( 0 )   PDF (10060KB) ( 39 )  

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本研究基于自主开发的茶树高密度液相功能芯片对我国主要白化茶树资源进行了基因型检测, 根据遗传相似度结果保留了61份核心样本用于遗传多样性分析。通过进化树和群体遗传结构分析发现, 这些白化茶树资源主要可分为3个类群, 不同类群的分布与样本地理来源和育种背景密切相关。进一步的PCA分析结果表明, 我国的白化茶树资源主要来自浙江省, 其遗传多样性水平同我国保存的丰富种质资源相比, 整体上并不高, 表明白化茶树在育种改良方面还具有较大潜力。随后研究组对30份典型白化茶树资源品质成分进行鉴定发现, 30份白化茶树资源的咖啡碱含量介于2.26%~4.17%, 平均值为3.51%; 氨基酸总含量分布在1.85%~7.54%之间, 平均为4.33%; 儿茶素总量分布范围为8.63%~16.68%, 平均值为13.28%。相比于普通绿色品种, 大部分白化茶树资源具有高氨基酸、低生物碱、低儿茶素的特征, 是制作高品质绿茶的良好原料。综上, 本研究初步阐明了我国主要白化茶树种质资源的遗传结构和遗传多样性水平, 并验证了茶树液相功能芯片在资源和品种鉴定中的可行性, 为白化茶树资源的创新利用和遗传改良提供了理论依据。

小麦苗期耐旱耐盐种质筛选及抗旱耐盐综合评价

胡润慧, 汪军成, 司二静, 张宏, 李兴茂, 马小乐, 孟亚雄, 王化俊, 刘青, 姚立蓉, 李葆春

作物学报. 2025, (9):  2371-2386.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51022

摘要 ( 482 )   HTML ( 17 )   PDF (2526KB) ( 225 )  

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通过建立小麦品种(系)抗旱耐盐评价体系, 筛选抗旱耐盐小麦种质, 以8份不同基因型小麦品种(系)为材料, 采用苗期水培法, 在干旱处理(20% PEG-6000)、盐处理(200 mmol L^-1 NaCl)和双胁迫处理(20% PEG-6000+200 mmol L^-1 NaCl)下, 测定各小麦品种在不同胁迫下的生物量、根系相关指标和生理指标等19个性状表征值, 计算各指标抗旱耐盐胁迫指数, 并利用综合隶属函数法进行主成分分析和聚类分析, 最终评价各小麦抗旱耐盐能力。与正常处理相比, 在3种胁迫条件下, 8份小麦品种叶片相对含水量整体呈下降趋势; 保护酶活性(SOD, POD和CAT)、质膜氧化程度(MDA含量)、脯氨酸含量在各小麦体内整体呈上升趋势; 而可溶性蛋白质含量在不同小麦品种间变化呈下降趋势; 根平均体积、根系表面积、根总长等指标呈上升趋势; 3种处理下, 指标的最高变异系数可达116.86%, 确定叶绿素含量(SPAD)、可溶性蛋白含量(SP)、根系表面积、根平均体积、根总长和根冠比6个指标可以作为评价不同小麦(系)抗旱耐盐能力的鉴定指标, 以此为依据, 对其进行系统聚类分析, 最终得到西农535、陇育11号、兰19、兰天10和陇紫麦1号抗旱性较强; 陇鉴114和西科麦510的耐盐性较强; 西农535和陇育11号在双胁迫处理下的表现性最好。

引进ICARDA小麦苗期根系抗旱性状的全基因组关联分析

李云香, 郭千纤, 侯万伟, 张小娟

作物学报. 2025, (9):  2387-2398.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51019

摘要 ( 316 )   HTML ( 12 )   PDF (5545KB) ( 78 )  

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小麦是世界上重要的粮食作物之一, 干旱会严重影响小麦的生长发育。因此解析小麦干旱相关的遗传基础以及挖掘与抗旱相关的优异基因, 对于保证国家粮食安全具有重要意义。本研究以引进ICARDA的159份小麦为材料, 苗期采用20% PEG-6000模拟干旱环境进行水培试验, 以正常营养液作为对照, 对小麦根部的总根长、根表面积、根体积、根平均直径和根叉数等5个性状进行表型数据统计, 并进行相关性分析, 再结合55K SNP芯片对5个根部性状的抗旱系数进行全基因组关联分析。研究结果表明, 2种处理下, 根部性状表现出丰富的表型变异, 在正常处理下, 变异系数为27.10%~40.46%; 在干旱处理下, 变异系数为24.95%~57.04%。5个根部性状抗旱系数的相关性分析表明, 根平均直径抗旱系数与根表面积抗旱系数、根叉数抗旱系数之间没有明显的相关性, 与总根长抗旱系数呈显著负相关, 其余各性状的抗旱系数之间均呈极显著正相关。全基因组关联分析结果显示, 在P ≤ 0.001水平下共定位到39个与根部性状显著关联的SNP位点, 分布于小麦的1B、1D、2B、3A、3B、3D、4A、4B、4D、5A、5B、6A、6D、7A、7B和7D等16条染色体上, 贡献率为7.12%~14.44%。检测到6个多效应位点, 均与根表面积与总根长显著相关, 分别位于3B和4A染色体上, 贡献率为7.15%~14.44%。将39个显著关联的位点进行候选基因预测, 共获得TraesCS5B01G556300 (编码MYB60)、TraesCS7A01G508700 (编码转录因子WRKY28)、TraesCS2B01G002700 (编码脱水反应元件结合蛋白1C)和TraesCS3D01G055500 (编码14-3-3样蛋白)等12个可能与小麦抗旱相关的候选基因, 这些候选基因可能在小麦抗旱方面具有重要作用。

不同马铃薯品种块茎创伤愈合能力的比较

尹丽娜, 张锐, 陈国欢, 白磊, 李俊, 郭华春, 杨芳

作物学报. 2025, (9):  2399-2411.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54027

摘要 ( 345 )   HTML ( 8 )   PDF (9233KB) ( 65 )  

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马铃薯块茎的创伤愈合能力因品种而异, 本研究以5个四倍体马铃薯栽培品种‘滇薯47号’ (D47)、‘滇薯14023’ (14023)、‘滇薯1208’ (1208)、‘合作88’ (C88)和‘青薯9号’ (Q9)为材料, 观察软木脂和木质素在损伤块茎中的积累, 并测定苯丙烷途径关键酶活性和代谢产物含量, 以及创伤对木栓质合成相关基因相对表达水平的影响, 利用隶属函数法对5个马铃薯品种的创伤愈合能力进行综合评价。结果表明, 5个马铃薯品种损伤块茎中的PAL、4CL、C4H、POD酶活性和StPAL、StPOD、St4CL、StC4H相对基因表达量在愈伤前期(0~2 d)快速积累, 到愈伤中后期(4~8 d)持续增加且达到最大值; 随着创伤时间的增加, 木质素、类黄酮、总酚含量增加, SPP和SPA快速沉积, 形成创伤周皮。在整个创伤愈合过程中, D47的失重率最低, 1208和C88的失重率最高; D47的SPA、SPP和木质素层沉积速度较快, 在创伤后6 d达到最大值, 14023和1208的沉积速度较慢; 此外D47和C88具有较高的PAL、POD和C4H酶活性; StPAL、StPOD、StC4H相对基因表达量在D47和Q9中显著高于其余品种(P < 0.05); 而14023和1208的PAL和POD酶活性较低; D47的木质素、总酚和类黄酮含量在整个创伤愈合过程中较高, 在1208和14023中的积累较低。通过5个马铃薯品种在整个创伤愈合过程中(创伤后0~8 d)的18个创伤愈合指标进行主成分分析, 筛选出失重率、SPA细胞层厚度、SPP细胞层厚度、木质素细胞层厚度及StPAL、StC4H和StPOD相对表达水平作为评价马铃薯创伤愈合能力的代表性指标, 根据隶属函数分析法对不同品种创伤愈合能力综合排序为D47 (3.9808) > Q9 (3.5767) > C88 (3.4663) > 1208 (3.3546) > 14023 (2.0241), 且苯丙烷代谢途径在马铃薯块茎愈合中起重要作用。

大麦干旱胁迫萌发生理及分子机理的差异性与相关性研究

何鹏旭, 姚立蓉, 陈远玲, 闫妍, 张宏, 汪军成, 李葆春, 杨轲, 司二静, 孟亚雄, 马小乐, 王化俊

作物学报. 2025, (9):  2412-2432.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41079

摘要 ( 305 )   HTML ( 5 )   PDF (4877KB) ( 64 )  

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干旱是大麦(Hordeum vulgare L.)生长发育中面临的重要逆境, 可对种子萌发期、开花期等各个生长阶段造成不可逆影响。为了探究干旱胁迫下不同大麦种质资源的萌发特性, 本试验采用蛭石控水法对54份大麦种质资源萌发特性进行研究。将54份种质资源干旱萌发特性分为好、较好、中等、较差和差5类, 干旱萌发特性中等的种质资源占比最高(37.04%)。E02703897和ZDM5430等7份干旱萌发特性好的种质资源, 种子萌发速度快, 出苗整齐且幼苗健壮; 08京134和资源136-21490058等6份萌发特性差的种质资源, 种子发芽率较低, 萌发时间分散, 幼苗整齐度差。进一步筛选出干旱萌发特性差异显著的6份种质资源E02703897、ZDM5430、7DCADA、Z1920057W、菲特36和资源69-G231M004M进行干旱胁迫下种子萌发过程中生理生化指标、DNA损伤修复分析。结果表明, 干旱萌发特性好的大麦种质资源在干旱萌发中期HVFPG基因表达量与干旱萌发前期HVOGG1基因表达量低于干旱萌发特性差的种质资源。萌发特性好的种质资源干旱萌发前期和中期POD活性受干旱影响较小; 萌发前期SOD、半胱氨酸蛋白酶活性受干旱影响较小; 干旱萌发6 h可溶性糖含量与对照相比无显著差异。萌发特性差的种质资源干旱萌发中期POD活性极显著低于对照, 菲特36干旱萌发过程中可溶性糖含量均极显著低于对照。综上结果表明, 干旱萌发特性好的种质资源在干旱萌发过程中DNA损伤程度小、抗氧化能力和物质转化能力强, 种子萌芽速度快, 幼苗生长质量好。

耕作栽培·生理生化

长江中下游两类型糯稻高产群体动态特征及超高产形成规律

郭保卫, 王旺, 王开, 王岩, 曾鑫, 景秀, 王晶, 倪新华, 许轲, 张洪程

作物学报. 2025, (9):  2433-2453.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.52003

摘要 ( 303 )   HTML ( 3 )   PDF (2007KB) ( 97 )  

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探究糯稻超高产群体特征及形成规律, 为糯稻超高产栽培提供理论指导。本研究以常规粳型糯稻扬粳糯2号和籼粳杂交糯稻沭优糯82、沭优糯85为试验材料, 研究分析不同糯稻高产(HY)、更高产(HRY)、超高产(SHY) 3种群体光合物质生产与转运、群体结构、抗倒伏特性与产量等特征, 阐明糯稻超高产群体特征及形成规律。结果表明, (1) 与HY、HRY群体相比, 糯稻SHY群体的群体颖花量极显著高于HY与HRY群体, 千粒重和结实率与HY、HRY群体无显著差异。糯稻SHY群体具有大穗型特征, 总颖花量高(常规粳型糯稻43,000×10⁴ hm^-2以上、籼粳杂交糯稻60,000×10⁴ hm^-2以上), 并保持稳定的千粒重和结实率。(2) 有效临界叶龄期至拔节期糯稻不同产量等级群体的叶面积指数和光合势、群体净同化率基本无显著差异, 抽穗期至成熟期各时期的叶面积指数、各光合势和群体净同化率, 均表现为SHY群体> HRY群体> HY群体, 而叶面积衰减率呈相反趋势, 且三群体间同时期的各指标均差异极显著; (3) 有效临界叶龄期和拔节期各群体的干物质积累量无显著差异, 抽穗期至成熟期SHY群体的干物质积累量均显著或极显著高于HRY与HY群体; 有效临界叶龄期至拔节期及蜡熟期至成熟期, 各产量等级的干物质积累速率均无显著差异; 拔节期至乳熟期两阶段, SHY群体的干物质积累速率均极显著高于HRY与HY群体, 而乳熟期至蜡熟期阶段, 常规粳型糯稻的干物质积累速率各群体间无显著差异, 籼粳杂交糯稻SHY群体的干物质积累速率显著高于HRY与HY群体。(4) 随着产量等级的提高, 上三叶叶长变大, 叶开角、叶基角、披垂度变小, 株高增大, 株型更加挺拔, 基部第一、第二、第三节间略微增长增粗, 显著增厚, 抗折力显著增强, 除常规粳型糯稻第三节间外, 倒伏指数显著降低, 抗倒伏能力增强。(5) 糯稻群体产量与抽穗期叶面积指数、抽穗期和成熟期干物质重、净积累量均呈极显著正相关, 与成熟期叶面积指数呈显著正相关。糯稻超高产群体拥有较大穗型的安全库容量(常规粳型糯稻颖花量≥ 43,000×10⁴ hm^-2、籼粳杂交糯稻颖花量≥ 60,000×10⁴ hm^-2), 为超高产群体提供库容基础; 强大的穗后光合势、光合生产能力显著提高糯稻超高群体后期光合物质生产量; 抽穗期后挺拔的株型与粗壮的茎秆形成较高的粒叶比, 有利于增加干物质的高效积累与转运, 以保障糯稻超高产群体安全稳定的充实。

小麦AL型细胞质雄性不育系与同型保持系穗花发育时期代谢物变化比较研究

孔德真, 桑伟, 聂迎彬, 李伟, 徐红军, 李江博, 刘鹏鹏, 田笑明

作物学报. 2025, (9):  2454-2466.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51016

摘要 ( 239 )   HTML ( 0 )   PDF (966KB) ( 67 )  

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研究小麦AL型细胞质雄性不育系与同型保持系穗花发育不同时期代谢组物质变化的关系, 为外源激素诱导细胞质雄性不育育性转换提供应用理论依据。本研究选用不育系AL-22A和同型保持系AL-22B为试验材料, 用国际法测定不育系套袋自交结实率。在穗发育二棱期、小花原基分化期、雌雄蕊原基分化期、药隔期、四分体期、单核中位期、单核靠边期、二核期、三核期等9个时期取穗样检测。采用液相色谱-质谱联用仪测定5种植物内源激素含量、过氧化物酶(POD)活性、活性氧(ROS)含量、ATP含量及非靶向代谢组学分析代谢物变化。不育系套袋自交结实率为0, 达到全不育水平; 在穗分化多个发育时期不育系与保持系比较, ABA含量高于保持系, IAA、ZR、GA3含量低于保持系, MeJA含量在穗分化二棱期至四分体期低于保持系, 单核期以后高于保持系; 在激素平衡关系中, IAA/ABA比值在不育系穗发育各期表现低于保持系, 不育系激素比值异常增高或降低均可能引发细胞质雄性不育, 其中ABA和MeJA含量增高对激素比值变化的影响最大; 生理代谢物ATP和ROS在不育系和保持系穗发育各期表现差异不显著, 在穗分化二棱期至四分体期保持系POD活性均显著高于不育系, 二核期和三核期不育系POD活性高于保持系; 非靶向代谢组研究发现, 雌雄蕊原基分化期和单核中位期不育系代谢物下调数目多于保持系, 其他时期不育系上调代谢物数目多于下调数目, 并且达到差异显著。对不育系和保持系穗发育各时期非靶向代谢物表达数目进行聚类分析, 可将其分为早期(I~III)、中期(IV~VI)、晚期(VII~IX) 3大类群, 穗发育不同时期代谢物数目的差异导致了小麦的育性变化; 代谢通路富集分析发现, 代谢物差异主要集中在小花分化期、药隔期、四分体期、单核靠边期、三核期, 代谢物主要以羧酸代谢、次级代谢为主。对小麦育性发育影响较大的时期为早中期(II~IV)和中后期(VI~VIII), 不同内源激素之间的平衡关系和代谢差异物数量异常可能是导致小麦细胞质雄性不育的主要原因。本研究为进一步揭示小麦细胞质雄性不育穗花发育的生理代谢机制以及探索AL型细胞质雄性不育系从不育转变为生理性可育提供了理论和应用依据。

秸秆还田和施磷量对旱地小麦籽粒淀粉及其合成相关酶活性的影响

杨颖聪, 张俊豪, 唐一哲, 乔唱唱, 王鹏博, 黄明, 徐国伟, 王贺正

作物学报. 2025, (9):  2467-2484.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51027

摘要 ( 283 )   HTML ( 21 )   PDF (606KB) ( 70 )  

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为明确秸秆还田和施磷量对旱地小麦籽粒淀粉品质和相关酶合成的影响, 以洛旱22为材料, 采用裂区试验, 主区为玉米秸秆还田处理, 分别为秸秆不还田(S0)、秸秆全量还田(S1), 副区为施磷量, 设5个水平分别为0 kg hm^-2 (P0)、75.0 kg hm^-2 (P1)、112.5 kg hm^-2 (P2)、150.0 kg hm^-2 (P3)、187.5 kg hm^-2 (P4), 研究了秸秆还田和施磷量对小麦籽粒产量、淀粉及其相关酶活性的影响。结果表明, 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, 相同秸秆还田处理下均随施磷量的提高呈先升后降趋势, 且除千粒重外均表现为P3最高。2个年度, 小麦产量在S1P3处理下较S1P0分别提高了35.70%与49.32%; 小麦籽粒直链淀粉、支链淀粉、总淀粉的含量随生育时期推进均呈持续升高趋势, 随施磷量的提高均呈先升后降趋势, 总体上在P3水平达到最大。在同一施磷水平下, 小麦籽粒直链淀粉、支链淀粉含量均表现为S1大于S0处理。2021—2022年度秸秆还田和施磷的互作效应对支/直淀粉比例在花后5~20 d有显著或极显著的影响; 2022—2023年二者的互作仅对花后5 d支/直淀粉比例有显著影响。2年度, 随生育时期的推进, 各处理籽粒蔗糖合成酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、束缚性淀粉合成酶活性均表现为先增后降趋势, 而籽粒磷酸蔗糖合成酶呈持续降低趋势。无论秸秆还田与否, 腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶与束缚性淀粉合成酶活性均随施磷水平的升高表现为先增后降趋势, 总体在P3处理最高。综上, 秸秆还田配施磷150 kg hm^-2 (S1P3)是本试验条件下小麦最适种植方式。

滴灌条件下不同水溶肥种类和配比对鲜食甘薯产量和品质的影响

张海燕, 解备涛, 董顺旭, 张立明, 段文学

作物学报. 2025, (9):  2485-2500.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54021

摘要 ( 276 )   HTML ( 3 )   PDF (1372KB) ( 50 )  

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为探讨滴灌条件下氮磷钾不同配比对鲜食甘薯产量和品质的影响, 在山东省平阴县和泗水县, 以鲜食型甘薯品种济薯26和烟薯25为试验材料, 设置4个处理: (1) 基施复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O = 15∶15∶15) 450 kg hm^-2 (CK); (2) 栽后20 d、50 d和80 d各滴施水溶肥(N∶P₂O₅∶K₂O = 16∶6∶36) 150 kg hm^-2 (F1); (3) 栽后20 d、50 d和80 d各滴施水溶肥 (N∶P₂O₅∶K₂O = 8∶12∶35) 150 kg hm^-2 (F2); (4) 栽后20 d滴施水溶肥(N∶P₂O₅∶K₂O = 16∶6∶36) 150 kg hm^-2 + 栽后50 d和80 d各滴施水溶肥(N∶P₂O₅∶K₂O = 8∶12∶35) 150 kg hm^-2 (F3), 研究了滴灌条件下不同水溶肥处理对鲜食甘薯植株干重、块根产量、块根淀粉和可溶性糖含量的影响。结果表明, 水溶肥处理的产量和商品薯率均显著高于对照, 不同水溶肥处理的产量和商品薯率均为F2 > F3 > F1。济薯26在平阴试验点F1、F2和F3处理的产量分别比对照增产10.04%、28.60%和19.23%, 在泗水试验点分别比对照增产10.88%、29.55%和21.29%; 烟薯25在平阴试验点F1、F2和F3处理的产量分别比对照增产7.62%、27.79%和20.12%, 在泗水试验点分别比对照增产8.52%、29.17%和19.90%。甘薯生长中后期, F2处理的蔓长、叶片数、地上部干重均显著低于其他处理, 块根干重均显著高于其他处理。F2处理的淀粉含量显著低于其他处理, 可溶性糖含量显著高于其他处理。因此, 在本试验条件下(土壤速效氮含量≤80 mg kg^-1), 栽后20 d、50 d和80 d各滴施水溶肥(N︰P₂O₅︰K₂O = 8︰12︰35, 腐植酸≥3%) 150 kg hm^-2 (F2处理)为最优施肥处理。

控释肥替代普通尿素对旱作高粱干物质积累分配、产量和品质的影响

付江鹏, 柳发财, 闫宝琴, 王永栋, 李利利, 魏玮, 周英霞

作物学报. 2025, (9):  2501-2513.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54002

摘要 ( 328 )   HTML ( 10 )   PDF (781KB) ( 68 )  

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控释肥替代普通尿素是一种实现化肥减量提质增效的轻简化施肥策略。试验于2022—2023年在陇东黄土高原典型旱塬区泾川县高平镇进行, 供试高粱品种为吉杂127, 设不施氮肥(CK)、习惯常规尿素纯氮用量(CU240)、控释氮肥不同的减氮比例(减量施氮0, CRU240; 减量施氮10%, CRU216; 减量施氮20%, CRU192; 减量施氮30%, CRU168; 减量施氮40%, CRU144)共7个处理, 研究控释肥替代普通尿素对高粱干物质积累分配特征、产量和品质的影响。试验结果表明, 随着生育进程的推进, 各处理干物质积累速率(DMAR)呈先升后降的趋势, 在拔节至抽穗期达到峰值。基于Logistic方程拟合的不同处理高粱干物质积累动态模型拟合度较高, 其R²在0.949~0.985之间。增施氮肥降低了茎鞘和叶片中的转运量, 而对高粱成熟期干物质向穗部的转运量有显著的促进作用, 其中CRU240和CRU216处理穗部干物质分配比例较CU240处理平均提高1.78%和0.94%。在开花前, 与CU240处理相比, CRU168和CRU144处理的花前干物质转运量(DMR)、花前干物质转运率(DMRE)、花前干物质转运对籽粒干物质积累贡献率(DMRCG)均显著降低, 而与CRU240、CRU216、CRU192处理间无显著差异。在开花后, CRU240、CRU216、CRU192处理花后干物质积累量(DMA)与CU240处理差异不显著, 其中CRU192处理DMA较CRU168和CRU144处理分别提高8.86%和14.15%。产量以CRU240处理的最高, 较CRU168和CRU144处理分别显著增产19.36%、33.01%。高粱产出以CRU240处理最高, 并且随着控释氮肥减量高粱产出呈降低趋势, CRU216、CRU192、CRU168和CRU144处理的高粱产出较CRU240处理平均降低3.63%、8.83%、16.20%和24.82%。籽粒蛋白质含量以CRU240处理最高, 较CRU168和CRU144处理平均分别显著增加19.92%、20.70%。淀粉含量随控释氮肥减量呈增加趋势。各处理间单宁含量无显著差异。通径分析表明, 穗粒重和千粒重是实现高粱增产稳产的重要因素。综上, 与常规尿素用量相比, 控释尿素减量10%~20%处理有利于干物质的积累、分配和转运, 保证稳产高产, 提高经济效益, 可作为旱作高粱获得高产优质的推荐施氮量。

玉米‖紫花苜蓿间作群体光分布特征及对植物性状和产量的影响

杨姝, 白伟, 蔡倩, 杜桂娟

作物学报. 2025, (9):  2514-2526.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53004

摘要 ( 374 )   HTML ( 13 )   PDF (1925KB) ( 101 )  

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为明确玉米‖紫花苜蓿间作群体光资源利用机制, 筛选适宜东北旱作农业区适宜的最优行比配置方式, 本研究于2021—2022年在典型旱作农业区辽宁阜新设置了2行玉米间作2行紫花苜蓿(2M2A)、2行玉米间作4行紫花苜蓿(2M4A)、4行玉米间作4行紫花苜蓿(4M4A)、玉米单作(M)和紫花苜蓿单作(A)5个试验处理的田间定位试验。研究了间作模式对玉米‖紫花苜蓿间作群体光分布及植物性状和产量的影响。结果表明: 玉米‖紫花苜蓿间作系统中紫花苜蓿冠层PAR明显小于玉米冠层; 玉米群体光环境因间作模式而得到改善, 间作玉米穗位层透光率较单作玉米提高28.8%~178.4%, 底层的透光率亦大于单作, 但与单作差异不显著; 紫花苜蓿群体光环境因间作模式变差, 间作紫花苜蓿冠层透光率较单作紫花苜蓿降低21.4%~59.2%, 底层透光率降低40.3%~50.3%; 与单作玉米相比, 间作玉米灌浆期的茎粗和单株叶面积增大, 果穗长度显著增加, 果穗直径略有增加, 秃尖长度略有减小; 间作玉米通过显著提高穗数和穗粒数显著提高了产量, 增产幅度为13.29%~28.22%; 间作紫花苜蓿干草产量较单作降低20.91%~ 49.20%。总之, 间作模式改变了玉米‖紫花苜蓿间作群体的光分布, 适宜的行比配置可以平衡玉米‖紫花苜蓿对光的竞争, 改善植物性状, 提高产量。3种间作模式相比较, 2M4A土地当量比(1.01)最高, 有一定的间作优势, 其纯效益比单作玉米和单作苜蓿分别提高0.8%和10.5%; 4M4A土地当量比为1.00, 没有间作优势, 其纯效益比单作玉米和单作苜蓿分别提高1.9%和11.8%。综合考虑间作优势和纯效益2个指标, 2M4A是东北旱作农业区适宜的间作模式。

研究简报

烟草脂类合成关键基因NtLPAT的功能验证

吉白璐, 孙艺文, 刘万峰, 钱亚新, 蒋彩虹, 耿锐梅, 刘旦, 程立锐, 杨爱国, 黄立钰, 李晓旭, 蒲文宣, 高军平, 张强, 文柳璎

作物学报. 2025, (9):  2527-2537.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44216

摘要 ( 314 )   HTML ( 11 )   PDF (16722KB) ( 60 )  

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溶血磷脂酰基转移酶(LPAT)是负责催化溶血磷脂酸(LPA)和脂肪酰基-辅酶A (Acyl-CoA)酯化生成磷脂酸(PA)合成途径的关键酶, 尚不清楚烟草中LPAT的基因功能。本研究从K326中克隆得到NtLPAT基因, 利用CRISPR/Cas9技术获得NtLPAT敲除植株ntlpat, 对其农艺性状和抗病性以及外观质量进行鉴定, 结合脂质组、转录组分析NtLPAT的功能。结果表明, NtLPAT受青枯病菌和黑胫病病菌的诱导。ntlpat株高降低, 对黄瓜花叶病毒病(CMV)与青枯病的抗性提高。脂质组分析表明, ntlpat中甘油酯代谢发生了重排, 三酰甘油含量显著降低, 组成类囊体膜的甘油糖脂含量(MGDG, DGDG)随之上升, 并且鞘脂和磷脂酰肌醇含量也发生变化。转录组分析表明, ntlpat的光合作用、碳固定代谢、鞘脂合成和磷脂酰肌醇信号转导途径的相关基因发生重编程, 因此推测NtLPAT具有脂酰基转移酶活性, 调控三酰甘油的从头合成途径, 并参与细胞信号传导, 影响烟草的生长和对CMV、青枯病菌的抗性, 研究结果为挖掘烟草株型及抗性改良提供基因资源和试验依据。

基于烹饪方式及回生温度筛选低升糖马铃薯品种(系)

卓峰琦, 唐振三, 雷雨俊, 程李香, 赵甜甜, 吕汰, 杨晨, 张峰

作物学报. 2025, (9):  2538-2546.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54023

摘要 ( 291 )   HTML ( 2 )   PDF (4830KB) ( 19 )  

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探究马铃薯块茎烹饪方式及糊化淀粉回生温度对血糖指数的影响, 筛选优异低升糖品种, 为营养导向型品种的选育提供依据。试验以20份国内外主栽品种及高代品系为供试材料, 经烘焙、微波与蒸制加工后测定熟化块茎总淀粉、直链淀粉、膳食纤维含量及40℃、30℃与20℃回生温度下快(慢)速消化淀粉、抗性淀粉和血糖指数, 并进行差异比较及稳定性分析。结果表明, 烹饪加工后块茎总淀粉、抗性淀粉和可溶性膳食纤维含量与生块茎相比, 分别显著下降1.21% FW、8.06% FW和1.32% FW; 快(慢)速消化淀粉和不可溶性膳食纤维含量分别显著上升4.75% FW、3.20% FW和5.63% FW。相较于烘焙和蒸制加工, 微波加工后块茎血糖指数最低(69.52)。块茎血糖指数、快速消化淀粉含量随回生温度40~20℃降低显著下降, 抗性淀粉含量显著升高, 20℃回生温度处理下块茎血糖指数及快速消化淀粉含量最低, 分别为72.99、5.74% FW, 抗性淀粉含量最高(7.01% FW)。血糖指数与快速消化淀粉(r = 0.90)、慢速消化淀粉含量(r = 0.43)呈显著正相关, 与抗性淀粉(r = -0.58)和膳食纤维含量(r = -0.34)呈显著负相关。马铃薯品种Lucinda经烘焙、微波和蒸制加工后在40~20℃回生温度下血糖指数最低且稳定, 为65.26。烹饪加工后快(慢)速消化淀粉含量是影响血糖指数的主要因素, 糊化淀粉中快(慢)速消化淀粉向抗性淀粉转变速度取决于回生温度。微波加工方式是降低马铃薯块茎血糖指数的烹饪方式, 基于不同烹饪方式及回生温度筛选得到的低升糖马铃薯品种是Lucinda。

基于HRM技术开发水稻抗条纹叶枯病基因STV11功能标记

王婵, 吴莹莹, 李文奇, 李霞, 王芳权, 周彤, 杨杰

作物学报. 2025, (9):  2547-2556.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42051

摘要 ( 302 )   HTML ( 17 )   PDF (12683KB) ( 100 )  

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水稻条纹叶枯病是一种由灰飞虱传播的重要病害, 对水稻(Oryza sativa L.)生产造成威胁, 其病原为水稻条纹叶枯病毒(rice stripe virus, RSV)。为了加快水稻条纹叶枯病抗性品种选育进程, 本研究旨在开发可以快速准确鉴定水稻条纹叶枯病抗性基因的功能标记, 有助于提高水稻种质改良的效率。STV11是从籼稻Kasalath中鉴定的条纹叶枯病抗性基因。根据Kasalath型条纹叶枯病基因STV11^KAS的6个碱基缺失的功能性多态性序列差异, 通过NCBI查找克隆序列(登录号: LOC_Os11g30910), 针对其第773~779位核苷酸在抗感品种上的差异序列, 设计基于高分辨率熔解曲线(high-resolution melting curve, HRM)的功能性分子标记stvHRM-3。进一步, 对所检测品种的目标片段的PCR产物进行测序分析以验证鉴定结果, 并对部分江苏省试验品种进行抗条纹叶枯病表型和基因型的分析。通过HRM-PCR检测结合测序分析, 筛选了STV11基因1个功能区域的功能标记stvHRM-3。利用stvHRM-3对包括江苏省晚粳组区试、迟熟中粳预试材料以及育种中间材料、部分品种资源等在内的520份粳稻材料的STV11基因型进行检测。结果发现, 217份水稻材料为抗病基因型; 294份材料为感病基因型; 9份材料为抗感杂合基因型。基于功能标记鉴定为抗病基因型的材料均表现出高抗或抗病表型特征。基于HRM-PCR技术开发的基因功能标记stvHRM-3可以快速高通量鉴定水稻STV11不同基因型, 具有潜在的育种应用价值。