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2025年 第51卷 第11期 刊出日期：2025-11-12

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综述

四川省农作物种业发展现状与对策

唐永严, 尹俊杰, 侯青青, 冯俊彦, 李俊, 杨武云, 陈学伟, 胡培松, 万建民

作物学报. 2025, (11):  2845-2859.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53038

摘要 ( 830 )   HTML ( 59 )   PDF (1410KB) ( 589 )  

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作物种质资源作为农业发展的核心要素, 其高效开发利用对推动农业现代化和保障国家粮食安全具有重要的战略意义。近年来, 四川省在种质资源普查、作物种植结构优化、作物产量提升和新品种选育等方面都取得了显著成效, 但仍面临种质资源保存与利用不足、国家级种业创新平台缺乏、科技创新力不足、种业企业竞争力不强等瓶颈。作为国家战略腹地和种业大省, 四川省在维护国家粮食安全格局、驱动农业可持续发展、引领农业科技创新等方面承担着不可替代的使命。鉴于此, 亟需通过强化政策体系顶层设计, 促进种质资源高效利用、推进种业科技创新、完善产学研协同创新机制, 以培育具有核心竞争力的现代化种业企业集群, 加快实现四川省从种业大省向种业强省的转型升级, 切实筑牢国家粮食安全根基。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

单细胞核转录组分析揭示油菜种皮分化过程和种子颜色差异原因

巨建业, 杨柳, 陈浩, 康雷, 夏石头, 刘忠松

作物学报. 2025, (11):  2860-2874.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55030

摘要 ( 619 )   HTML ( 47 )   PDF (17717KB) ( 465 )  

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被子植物的种皮由多层结构和功能各异细胞组成, 不同层细胞表达的基因及其表达特征尚不完全明确, 并且这些具有特定功能的细胞层分化过程仍有待阐明。黄籽油菜比黑籽油菜种皮薄、无色素、木质素含量低, 但是导致种皮差异的原因仍需进一步研究。本研究以甘蓝型黄籽油菜黄矮早和黑籽油菜中双11号为材料, 取开花后25 d的种皮用单细胞核转录组测序技术绘制单细胞转录图谱, 结合拟时序、基因表达差异、基因共表达网络和细胞通讯分析, 解析种皮发育分化过程和种子颜色差异的原因。结果表明, 可以将甘蓝型油菜种皮分为7个细胞亚群, STK基因调控合点端种皮分化先后形成远端种皮OI3、OI2和OI1层外种皮以及II1和II2层内种皮。与黑籽相比, 黄籽II1层原花色素合成基因、OI1层木质素和黄酮醇合成基因、OI3层黏液合成相关基因的表达均显著下调, 而II2层核苷酸和氨基酸代谢相关基因、OI2和OI3淀粉合成相关基因的表达均显著上调。转录因子编码基因TT8和酶编码基因TT3、TT18以及转运蛋白编码基因TT12在II1层共表达调控PA的合成, 同时TT19催化PA与GSH结合增强其水溶性, 而TT10参与PA单体的氧化聚合, 最终由TT12和TT9介导修饰后PA的转运。本研究是首次对植物种皮进行单细胞测序分析, 并揭示了油菜种皮不同细胞群的分化过程和原花色素、木质素和淀粉的细胞分布和积累时期, 从细胞水平阐明了黄籽形成的分子机制。

东南沿海短绒野大豆两种代表性生境自然种群的空间遗传结构特征:种群内取样策略研究

王浩辰, 王克晶, 韩娟, 李向华

作物学报. 2025, (11):  2875-2885.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55022

摘要 ( 409 )   HTML ( 11 )   PDF (4359KB) ( 86 )  

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短绒野大豆为国家二级保护植物, 是我国重要的遗传资源, 对栽培大豆育种有潜在的利用价值。由于自花授粉特性的基因流限制及环境异质性, 短绒野大豆居群内的个体在空间分布格局上往往会出现遗传斑块。为探究短绒野大豆在人为干扰程度低的普通天然居群和干扰程度高的墓地居群中的遗传结构差异, 也为制定受干扰程度不同的居群样本取样策略, 本研究利用24对新开发的物种特异SSR分子标记, 分析了受干扰程度不同的短绒野大豆2个天然居群的遗传多样性和空间遗传结构。结果显示: (1) 干扰程度高的墓地群天然居群(B)平均遗传多样性水平不低于干扰程度低的平地天然居群(A); (2) 空间自相关分析表明, 短绒野大豆居群内个体在遗传背景上存在空间遗传斑块, 2种受干扰程度不同的生境居群遗传斑块大小存在差异: 居群A在17.44 m空间范围内个体有显著亲缘关系, 而居群B在14.59 m空间范围内个体有显著亲缘关系; (3) 空间自相关分析和Mantel检验显示, 人为干扰程度高的居群其植株个体间的遗传亲缘关系在空间距离维度上降低, 空间自相关距离显著缩短; (4) 通过使用Python模拟不同的取样数量, 当Nei氏基因多样性指数、香农信息指数和有效等位基因数均达到居群总体的95%时, 居群A取样至少需要20、30和30株, 而居群B取样需要20、35和50株。根据本文的研究, 建议通常的短绒野大豆种质居群取样时, 取样数量至少保证30株, 株间距离保持15~18 m。

295份国内外小麦种质资源条锈病抗性评价及抗病基因分子检测

焦文娟, 白斌, 谢克莱·依拉木, 张飞飞, 贾秋珍, 耿洪伟, 程宇坤

作物学报. 2025, (11):  2886-2898.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51048

摘要 ( 651 )   HTML ( 32 )   PDF (1365KB) ( 305 )  

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条锈菌强毒性小种对小麦生产造成巨大威胁, 本研究通过评价295份国内外小麦品种(系)对中国当前条锈菌流行小种与致病类群在苗期和成株期的抗性水平, 分析其可能含有的已知抗条锈基因, 为选育持久抗条锈病新品种及抗病资源的有效利用提供参考。利用条锈菌流行小种CYR32和CYR34对品种(系)进行温室苗期抗性鉴定, 并于2023—2024年在新疆陆港和甘肃清水2个田间环境下, 利用由条锈菌流行小种(CYR32、CYR33、CYR34)、水源致病类群(Su11-4、Su11-5)、贵农22致病类群(G22-14)组成的混合菌进行成株期抗性鉴定。同时利用Yr9、Yr15、Yr17、Yr18、Yr28、Yr29、Yr30、Yr80、Yr81、Yr82、Yr86、YrZH22和YrZH84共13个已知抗条锈病基因紧密连锁的侧翼分子标记或功能标记进行检测。抗性鉴定结果表明, 70份品种(系)苗期对CYR32和CYR34均表现抗病性, Fr03733、矮抗58、济麦22和秦农151四个品种(系)对CYR32和CYR34均表现免疫; 154份品种(系)在2个田间环境中均表现成株期抗性, 43份品种(系)具有环境稳定高抗性; 13份品种(系)苗期对CYR32和CYR34表现抗病, 且成株期高抗CYR32、CYR33、CYR34、Su11-4、Su11-5、G22-14混合菌种。分子检测结果表明, 11份品种(系)聚合4个抗病基因, 39份品种(系)聚合3个抗病基因, 82份品种(系)聚合2个抗病基因, 115份品种(系)含有1个抗病基因, 48份品种(系)未检测到抗性基因, 推测可能携带其他已知或未知条锈病抗性基因。聚合不同Yr基因、抗性稳定的良好抗病性品种(系)可应用到抗病育种研究中。

大豆蛋白质脂肪及脂肪酸组分相关QTL定位

林洋, 史晓蕾, 陈强, 刘兵强, 杨庆, 于慧娟, 闫龙, 武小霞, 杨春燕

作物学报. 2025, (11):  2899-2910.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55024

摘要 ( 563 )   HTML ( 19 )   PDF (1830KB) ( 183 )  

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大豆是重要的粮油作物, 可为人类提供必需蛋白质和脂肪等营养物质。本研究以河北省农林科学院粮油作物研究所构建的“冀豆17×冀豆12” RIL群体为材料, 利用已构建遗传图谱, 通过QTL IciMapping 4.1软件, 对3个环境中的大豆蛋白质、脂肪含量以及5种脂肪酸组分进行QTL定位。分别定位到7个、7个、45个与蛋白质、脂肪、5种脂肪酸组分相关的QTL。这些位点分别分布在除1、7、16号染色体以外的17条染色体上。其中1个与蛋白质含量相关的QTL, 2个与脂肪含量相关的QTL和9个与脂肪酸含量相关的QTL在多个环境中被重复检测到。首次检测到2个与棕榈酸含量有关的QTL位点, 1个与亚麻酸含量有关的QTL位点。这些稳定的主效位点对于分子标记辅助大豆品质改良具有重要意义。

苦荞苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价

葛家豪, 雷欣月, 王清明, 韩慧冰, 李少飞, 王琦璇, 冯佰利, 高金锋

作物学报. 2025, (11):  2911-2922.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51044

摘要 ( 500 )   HTML ( 12 )   PDF (9877KB) ( 183 )  

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土壤磷素的低有效性已经成为了我国苦荞产量提升的重要限制因素。为了综合评价我国苦荞种质资源耐低磷性, 筛选耐低磷性苦荞品种, 本研究以200份苦荞种质资源为材料, 设置正常磷(2.00 mmol L^-1 KH₂PO₄)和低磷(0.05 mmol L^-1 KH₂PO₄) 2个处理, 测量苦荞苗期株高、主根长度、地上部鲜重和根系表面积等17个指标, 利用主成分分析、相关性分析、隶属函数分析和聚类分析等方法对参试苦荞种质的耐低磷性进行综合评价和筛选, 并利用逐步回归分析建立了耐低磷性回归方程。结果表明, 苦荞幼苗各指标在正常磷及低磷处理下均存在较大变异; 通过主成分分析将17个单项指标转换为5个独立的综合指标, 并利用综合指标的隶属函数值计算耐低磷综合评价值D; 进一步采用系统聚类分析法, 根据D值的大小将200份种质资源分成5类: 11份高耐低磷型材料、15份耐低磷型材料、80份中等耐低磷型材料、81份低磷敏感型材料和13份低磷高敏感型材料; 通过逐步回归分析建立苦荞苗期耐低磷性预测模型: D = -0.38+0.07X₁+0.42X₂+0.07X₃+0.06X₄+0.06X₅+0.05X₆+0.08X₇+0.05X₈ (R² = 0.98), 筛选出总根长、总鲜物重、株高、根系投影面积、根尖数、根分叉数、总干物重和根体积可作为苦荞耐低磷性鉴定的指标。本研究构建了苦荞耐低磷性综合评价体系, 筛选出11份高耐低磷型材料和13份低磷高敏感型材料, 为苦荞耐低磷机制研究和选育耐低磷品种提供了重要的理论依据。

宁麦36抗甲氧咪草烟矮秆突变体的鉴定及农艺性状分析

桂灵星, 凌溪铁, 唐兆成, 罗文臻, 朱盼珍, 仇泽宇, 张保龙

作物学报. 2025, (11):  2923-2932.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41080

摘要 ( 368 )   HTML ( 7 )   PDF (7012KB) ( 154 )  

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麦田除草剂抗性杂草频发与小麦倒伏风险已成为制约小麦高产稳产的双重挑战。本研究基于甲基磺酸乙酯(EMS)诱变技术创制新型抗除草剂矮秆小麦种质, 利用EMS对冬小麦品种宁麦36进行诱变, 通过乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthetase, ALS)抑制剂类除草剂甲氧咪草烟对M₂代诱变群体进行抗除草剂单株筛选, 结合株高测定, 最终获得2株稳定遗传的矮秆突变体WK120和WK121。2个突变体较野生型宁麦36, 具有较高的甲氧咪草烟抗性, 且株高分别下降37%和29%。ALS基因的基因型鉴定结果表明, WK120和WK121的D亚基因组上的ALS均发生G-A的单点突变, 导致第627位的丝氨酸转变为天冬酰胺。农艺性状及产量相关性状分析表明, 较野生型宁麦36, WK120、WK121的千粒重分别提高4.29%和5.17%, 每穗粒数分别提高1.9%和3.1%, 穗长分别提高1.8%和2.7%。赤霉素(GA₃)处理结果表明, WK120和WK121均属于赤霉素反应敏感型种质。分子标记检测和Sanger测序结果表明, 野生型和突变体中均无已知赤霉素敏感矮秆基因(Rht4、Rht8、Rht9、Rht11和Rht22), 暗示突变体中可能存在新的矮化基因位点。综上, 抗除草剂矮秆型宁麦36不仅对ALS抑制剂类除草剂具有较高的耐受性, 且农艺性状获得改善, 本研究为后续的抗除草剂矮秆小麦品种的培育提供了遗传资源和理论参考。

小麦地方品种蚕老麦成株抗条锈病QTL定位

徐晓伟, 冯晶, 王凤涛, 童朝阳, 张建周, 李春盈, 蔺瑞明

作物学报. 2025, (11):  2933-2943.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51040

摘要 ( 458 )   HTML ( 11 )   PDF (7618KB) ( 168 )  

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小麦条锈病是由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst)引起的一种全球性小麦病害, 对小麦产量和品质造成严重影响。陕西小麦地方品种蚕老麦多年来在不同环境中对条锈菌表现出稳定的成株抗性。为挖掘蚕老麦中的抗性位点, 本研究利用蚕老麦与Taichung 29杂交构建的重组自交系(recombinant inbred line, RIL), 在河北廊坊和四川成都试验地中接种条锈菌, 评估了亲本和RIL群体的最大病情严重度, 其频率分布呈现出连续变化, 符合数量性状抗性特点。利用分离群体分组分析法(bulked segregation analysis, BSA)结合小麦55K SNP芯片及分子标记开发技术, 在蚕老麦中鉴定到1个条锈病成株抗性位点QYr.CLM-2DS, 该位点位于染色体2DS标记32SSR2D-498和32SSR2D-523之间的7.23 cM遗传区间内, 可解释表型变异11.41%~13.08%。通过标记连锁分析、遗传图谱和物理图谱综合分析发现, QYr.CLM-2DS不同于目前染色体2DS上已发表的抗性基因/QTL, 是一个小麦成株期条锈病抗性的新位点, 可用于未来小麦成株期条锈病抗性遗传改良和抗病育种。

25种不同植物RAV家族的鉴定与马铃薯RAV基因分析

李万, 常紫锐, 卢瑶, 沈日敏, 赵永平, 白小东

作物学报. 2025, (11):  2944-2957.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54062

摘要 ( 611 )   HTML ( 19 )   PDF (10408KB) ( 172 )  

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植物容易受到温度、高盐、干旱等各种环境因素的影响, 导致发育不良、降低产量。RAV家族是植物特有的, 与植物生长发育及生物和非生物胁迫抗性密切相关。本研究利用生物信息学方法和多个数据库, 对从藻类到被子植物的25种植物的RAV蛋白(RAVs)进行了鉴定和分析。结果表明, 裸子植物和被子植物中存在较多的RAVs, 苔藓植物和石松植物中存在少量的RAVs, 藻类植物中未发现RAVs。系统发育分析显示, RAVs被分为3个主要分支, Clade I包括从苔藓植物到被子植物的RAVs, 但单子叶植物除外。Clade II只含双子叶植物的RAVs。Clade III由单子叶植物和地钱的RAVs组成。此外, 通过对马铃薯RAVs的进一步分析表明, RAV家族成员数量虽然较少, 但在马铃薯响应非生物胁迫过程中具有重要作用, 也存在显著的功能分化。本研究结果详细鉴定和分析了25种植物中RAVs的性质和特征, 为进一步研究RAVs的功能提供了参考。

21份无芒雀麦种质农艺性状及种子产量的综合评价与优异种质筛选

蒋昂辰, 李琰, 李雨晨, 张晶, 陈爱萍

作物学报. 2025, (11):  2958-2970.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51050

摘要 ( 528 )   HTML ( 4 )   PDF (658KB) ( 158 )  

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本研究以21份来自不同地区的无芒雀麦材料为对象, 对其农艺性状、种子产量进行研究, 并运用相关性分析、通径分析、主成分分析和隶属函数分析等对21份无芒雀麦进行了综合评价, 旨在为筛选适应新疆地区生态环境且种子高产的无芒雀麦品种奠定基础。结果表明, 种子产量与单序籽粒数、穗长、小穗数、小穗长呈极显著正相关(P < 0.01), 与小穗宽呈显著负相关(P < 0.05)。通径分析表明, 小穗长对种子产量的直接效应最大(0.618), 且与种子产量的相关系数高达0.97, 可作为种子产量评价的关键指标。主成分分析表明, 前3个主成分累积贡献率达到81.57%, 其中第1主成分主要反映了小穗长、穗长和种子产量的信息。基于隶属函数法和D值分析, 筛选出X20、X13和X14三份高产种质材料, 这些材料具有良好的适应性和高产潜力, 适合在新疆地区推广种植。

MeERF6-MePAP2模块响应低温胁迫的分子机制研究

艾力, 李梦桃, 卢发宝, 刘晓晨, 麦伟涛, 周新成, 陈新

作物学报. 2025, (11):  2971-2982.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54025

摘要 ( 442 )   HTML ( 22 )   PDF (13956KB) ( 173 )  

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以木薯品种SC124的自交一代分离群体为研究对象, 通过集团分离分析法(BSA)和基因组重测序, 定位并克隆了MYB类转录因子基因MePAP2。研究发现, MePAP2启动子区域存在一段84 bp的插入缺失, 该插入缺失与紫色叶柄和绿色叶柄性状的分离显著相关, 并与植株在低温环境下的生长势密切相关。进一步以MePAP2启动子为诱饵利用酵母单杂交试验, 筛选到AP2/ERF家族转录因子基因MeERF6, 并通过双荧光素酶试验和活体成像技术确定MeERF6能够直接结合MePAP2启动子并正向调控其转录活性。MeERF6在低温胁迫下的响应时间早于MePAP2, 且其在叶柄组织中的转录活性显著高于其他部位。本研究揭示了MeERF6-MePAP2模块在木薯低温胁迫响应中的分子调控机制, 为培育耐低温木薯新品种提供了重要的理论依据和基因资源。

甘蓝型油菜磷转运蛋白BnaPT48的功能研究

张雯, 李玉, 王创, 石磊, 丁广大

作物学报. 2025, (11):  2983-2995.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55029

摘要 ( 363 )   HTML ( 12 )   PDF (14315KB) ( 180 )  

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磷是植物生长发育必需的大量营养元素之一。油菜作为我国重要的油料作物, 具有需磷多且对缺磷敏感的特性。本研究以在甘蓝型油菜根系中表达丰度高且受缺磷诱导的基因BnaPT48为研究对象, 通过分析其基因表达模式、蛋白亚细胞定位及遗传材料的表型等, 揭示该基因在油菜磷吸收中的作用。研究发现BnaPT48定位于细胞膜, 且在根系各组织中受缺磷显著诱导表达。BnaPT48能回补拟南芥磷吸收突变体(atpt1/2)的表型, 表明BnaPT48能促进植物的磷吸收。在拟南芥中过表达BnaPT48能促进植株在正常磷和低磷条件下的生长。在油菜中过表达BnaPT48, 低磷处理后显著增加地上部干重, 降低子叶中的无机磷浓度, 促进子叶中叶绿素的降解和子叶衰老, 根系无机磷浓度在正常磷时显著增加。本研究揭示了BnaPT48在调控植物磷吸收中的作用, 为甘蓝型油菜磷效率的遗传改良提供了理论基础和基因资源。

抗黄曲霉产毒花生种质的筛选与评价

崔梦杰, 王督, 齐飞艳, 孙子淇, 郭敬坤, 刘华, 黄冰艳, 董文召, 代小冬, 韩锁义, 张新友

作物学报. 2025, (11):  2996-3004.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55027

摘要 ( 413 )   HTML ( 2 )   PDF (1057KB) ( 112 )  

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黄曲霉毒素污染是制约花生产业健康发展的重要因素之一, 而培育抗产毒花生品种是从根本上解决这一问题的有效方式。为评估国内外花生种质的产毒抗性能力, 本研究以侵染抗性鉴定过的320份花生种质为材料, 采用高效液相色谱-质谱联用法(HPLC-MS)测定籽仁中的黄曲霉毒素B₁ (AFB₁)和B₂ (AFB₂)含量, 筛选抗产毒花生种质, 并分析毒素含量与侵染指数、籽仁营养品质之间的相关性, 同时比较不同植物学类型、株型种质间黄曲霉毒素含量之间的差异。研究结果表明, 前期基于320份种质筛选获得的13份稳定抗侵染花生材料中, 黄曲霉毒素B₁含量均显著低于抗产毒对照品种, 其中C203和C206的毒素含量低于10.00 mg kg^-1, 表现为稳定高抗侵染和抗产毒特性。相关性结果表明, 黄曲霉毒素B₁和B₂含量呈极显著正相关(P < 0.001), 侵染指数与毒素含量亦呈极显著正相关(P < 0.001)。此外, 籽仁营养品质性状与黄曲霉毒素含量之间无显著相关性。对不同植物学类型和株型的分析表明, 抗产毒材料在普通型和蔓生型花生种质中占比更高。综上所述, 本研究筛选出13份兼具稳定抗侵染和抗产毒特性的花生种质, 可作为优异抗源用于黄曲霉抗性基因挖掘和抗黄曲霉花生品种的遗传改良。

不同海拔生态区花生含油量和蔗糖含量的差异及蔗糖含量关联分析

郭建斌, 原小燕, 符明联, 陈伟刚, 罗怀勇, 刘念, 黄莉, 周小静, 姜慧芳, 廖伯寿, 雷永

作物学报. 2025, (11):  3005-3012.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55021

摘要 ( 349 )   HTML ( 3 )   PDF (600KB) ( 155 )  

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含油量、蔗糖含量分别是油用型、食用型花生最为关键的品质性状。高海拔冷凉地区是扩大花生种植面积, 提升花生产能的重要途径。为探究不同海拔生态区对花生含油量和蔗糖含量的影响, 本研究在低海拔地区的武汉和高海拔地区的昆明2个环境下, 连续2年分别种植404份花生资源材料, 并对含油量和蔗糖含量进行测定分析。结果表明, 高海拔地区种植的花生含油量降低、蔗糖含量升高, 且蔗糖含量升高幅度(205.26%)远大于含油量降低幅度(2.37%)。通过比较分析, 在低海拔武汉种植条件下, 所有材料的含糖量均低于5% (高糖标准), 仅有3份材料在高、低海拔条件下表现为高油或接近高油(含油量≥55%), 可作为高海拔地区油用型品种培育的优良亲本。不同类型和不同籽粒大小材料的含油量和蔗糖含量受不同海拔生态区的影响不同, 大粒材料的含油量、蔗糖含量受海拔生态区的影响大于小粒材料。此外, 对292份材料的蔗糖含量进行了关联分析, 共检测到4个与蔗糖含量极显著关联的SSR标记, 解释5.85%~7.68%的表型变异, 分别位于A09、B01、B05和B09染色体上。与前期含油量关联分析结果进行比较, 发现与含油量显著关联的标记pPGPseq8D9也位于A09染色体上, 但位置不同, 分别位于A09染色体的10.45 Mb和119.60 Mb处。海拔影响含油量、蔗糖含量等主要品质指标, 因此生产上要重视高海拔生态区对花生含油量和蔗糖含量的影响。高海拔地区是发展食用型花生的优势区域, 种植的花生蔗糖含量大幅度提高, 但高海拔地区发展油用型花生应重点选择稳定高油的品种以减少高海拔生态区对含油量的影响。

耕作栽培·生理生化

少耕及有机肥配施对河西绿洲灌区青贮玉米×拉巴豆系统土壤理化特性及作物产量的影响

李海龙, 柴强, 樊志龙, 殷文, 范虹, 何蔚, 孙亚丽, 张明龙, 胡发龙

作物学报. 2025, (11):  3013-3025.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53030

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针对河西绿洲灌区青贮玉米化肥投入高、土壤理化性质恶化、产量低等问题, 本研究通过探明不同耕作方式及有机肥与无机肥配施比例对青贮玉米×拉巴豆系统土壤理化特性及产量的影响, 以期为该区土壤健康管理和农牧业高效发展提供科学依据。试验于2023—2024年在武威绿洲农业综合试验站开展, 采用裂区设计, 主区为2种耕作方式: 传统翻耕(秋深犁春耙覆膜, CT)、少耕(秋免耕春旋耕, RT); 副区为4种有机无机肥配施比例: 100%化肥(F1)、75%化肥+25%有机肥(F2)、50%化肥+50%有机肥(F3)、25%化肥+75%有机肥(F4)。结果表明, 与CTF2相比, RTF2土壤容重降低0.2%、pH降低0.5%, 土壤有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾含量分别提高4.1%、4.5%、4.6%、5.3%、7.8%、7.0%、4.2%、3.1%; 与RTF1相比, RTF2土壤容重降低0.4%、pH降低0.6%, 土壤有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾含量分别提高4.3%、2.7%、2.1%、4.1%、6.9%、7.0%、5.0%、8.3%; 此外, RTF2饲草产量、能量产量较CTF2分别提高6.4%、6.7%, 较RTF1分别提高9.6%、10.2%。Mantel检验表明, 土壤理化性质(pH、容重除外)与饲草产量和能量产量均呈显著正相关。随机森林模型进一步发现, 土壤pH、有机质、全钾、硝态氮、铵态氮、速效磷是影响饲草产量的主要预测因子。SEM结果表明, 耕作方式和施肥制度通过提高全量养分间接影响速效养分含量, 从而促进饲草产量的提升, 进而影响能量产量。因此, 少耕结合75%化肥+25%有机肥可通过改善土壤质量来提高青贮玉米×拉巴豆系统产量, 是绿洲灌区青贮玉米高效生产适宜采用的耕作方式和施肥制度。

灌溉方式和种植密度优化协同提高夏玉米产量和水分利用效率

崔栋, 王同超, 杨松林, 任佰朝, 高英波, 于宁宁, 张吉旺

作物学报. 2025, (11):  3026-3037.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53025

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针对黄淮海地区夏玉米生产面临的水资源短缺与高产需求矛盾, 本研究旨在探究灌溉方式与种植密度对产量及水分利用效率(WUE)的调控机制。试验于2023—2024年在山东省泰安市进行, 设置常规畦灌方式(BI)和滴灌方式(DI) 2种灌溉方式和8个种植密度(D1: 15,000株 hm^-2; D2: 30,000株 hm^-2; D3: 45,000株 hm^-2; D4: 60,000株 hm^-2; D5: 75,000株 hm^-2; D6: 90,000株 hm^-2; D7: 105,000株 hm^-2; D8: 120,000株 hm^-2), 采用裂区试验设计, 系统研究滴灌条件下种植密度对夏玉米产量形成和水分利用效率的影响。主要研究结果表明: (1) DI处理通过优化水肥时空供应, 使玉米群体的产量和WUE明显提升, 分别较BI处理提升7.5%和15.3%; (2)作物蒸散量(ET_c)、土壤蒸发量(E)和作物蒸腾量(T_r)与种植密度均呈非线性函数关系, 密度增加显著降低土壤蒸发量占蒸散量的比例(E/ET_c); (3)随着种植密度的增加, 产量和WUE呈抛物线曲线变化, DI处理通过局部湿润减少水分无效蒸发, 缓解了高密度下的水分竞争, 而BI处理因全田湿润易增加土壤水分蒸发, 造成水资源的无效损失, 其最高产量所对应的种植密度(82,700株 hm^-2)显著低于DI处理(93,300株 hm^-2)。可见, 在滴灌方式下采用90,000株 hm^-2的种植密度, 可实现夏玉米产量与WUE同步提升, 所以本研究建议在黄淮海地区种植夏玉米时, 采用滴灌方式与种植密度90,000株 hm^-2的组合模式。

马铃薯茎秆、叶片原位降解过程中的微生物群落演化规律

曾豫, 郭华春, 杨勇涛, 王玉龙, 何安乐, 王琼, 白磊, 李俊, 张锐

作物学报. 2025, (11):  3038-3051.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54054

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为探究马铃薯秸秆不同部位腐解特征、养分释放特性以及秸秆微生物群落结构变化特点, 本试验采用尼龙网袋法, 以未还田的新鲜茎秆、叶片以及整株秸秆作为对照, 分别设置马铃薯茎秆腐解处理(S)、叶片腐解处理(L)以及整株腐解处理(W); 在埋入土壤后第30、60、90和120天时进行取样, 分析不同处理的腐解特征、养分释放规律以及秸秆微生物群落结构的差异。结果表明, 茎秆、叶片、整株的累积腐解率均表现为先快后慢, 0~30 d叶片的腐解率最高, 为67.96%, 整株、茎秆的腐解率分别为52.43%和40.22%。各处理养分累积释放率均为K>P>N, 120 d时叶片N素释放率最高、茎秆P素释放率最高。此外, 各处理细菌、真菌α多样性均呈先升后降的变化趋势, 且在90 d时达到最高峰值; 其中, 细菌的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota), 相对丰度分别为34.57%~62.44%、10.64%~33.79%; 真菌的优势菌门为子囊菌门(Ascomycota), 相对丰度为87.35%~99.77%。叶片、整株腐解能显著提高放线菌门相对丰度, 而茎秆腐解对厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度提升效果显著。在属水平上, 细菌的优势菌属为unclassified_f__Rhizobiaceae、德沃斯氏菌属(Devosia)、戈登氏菌属(Gordonia), 相对丰度分别为2.31%~13.57%、2.29%~10.27%、0.29%~11.07%; 真菌的优势菌属为Gibellulopsis、unclassified_f__Plectosphaerellaceae、小不整球壳属(Plectosphaerella), 相对丰度分别为10.56%~59.85%、8.29%~44.16%、8.92%~44.88%。相关性分析结果表明, 黄色类固醇杆菌属(Steroidobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)等细菌属与秸秆累积腐解率呈极显著正相关, 与秸秆养分呈显著负相关; 而阔足柄孢壳菌属(Zopfiella)、节丛孢属(Arthrobotrys)等真菌属与秸秆累积腐解率呈极显著正相关, 与秸秆养分呈极显著负相关。综上, 叶片在0~30 d内腐解效果最佳, 整株、茎秆在60~120 d内腐解效果较好; 各处理90 d内均能增加微生物群落丰富度、多样性以及物种数目。与细菌菌属相比, 真菌菌属在促进秸秆腐解和养分释放方面表现出更强的优势。

基于产量反应和农学效率的棉花智能化推荐施肥方法研究

哈丽哈什·依巴提, 张炎, 李青军, 徐新朋, 何萍

作物学报. 2025, (11):  3052-3064.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54022

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针对新疆棉花生产中缺乏先进高效的推荐施肥方法和不合理施肥带来的肥料利用率低的现状, 本研究以1996—2019年新疆主要植棉区21个植棉县的414个棉花田间肥料试验为基础, 建立养分管理大数据库。采用QUEFTS模型模拟棉花最佳养分需求量, 并分析土壤基础养分供应、肥料的农学效率与产量反应之间的相关关系, 在此基础上构建施肥模型, 并开发了适用于新疆棉花生产的养分专家系统。为验证该系统的应用效果, 于2017—2021年在新疆主要棉花种植区开展田间验证试验。试验共设6个施肥处理, 分别为棉花养分专家系统推荐施肥(NE), 基于NE推荐施肥基础上的不施氮肥、不施磷肥和不施钾肥, 农民习惯施肥(FP)和当地的优化推荐施肥(ST), 调查了棉花产量、肥料利用效率和经济效益。QUEFTS模型模拟棉花养分吸收结果表明, 每生产1 t籽棉地上部所需氮、磷和钾养分分别为27.7、6.2和29.3 kg。施用氮、磷和钾肥的平均产量反应分别为1624、1096和804 kg hm^-2, 平均相对产量分别为0.7、0.8和0.8, 平均农学效率分别为6.8、8.5和16.7 kg kg^-1。田间验证结果显示, 与FP处理相比, NE处理分别减施氮、磷、钾肥40.7%、60.1%和10.7%; 与ST处理相比, NE处理分别减施氮、磷肥30.3%和38.0%, 增施钾肥10.8%。与FP和ST相比, NE处理的棉花产量分别增加了365 kg hm^-2和92 kg hm^-2, 经济效益分别增加了4302元 hm^-2和1094元 hm^-2, 氮、磷和钾肥回收率分别提高了18.8和11.8、14.2和11.5、13.4和6.0个百分点, 氮和磷肥农学效率分别增加了3.5 kg kg^-1和2.2 kg kg^-1、7.2 kg kg^-1和4.4 kg kg^-1, 钾肥农学效率分别减少了1.6 kg kg^-1和0.6 kg kg^-1。综上所述, 基于产量反应和农学效率构建的智能化新疆棉花养分专家系统, 能够为每块地提供个性化的施肥方案。连续多点的田间试验结果充分证明, 该方法优化了肥料用量与养分配比, 提高了棉花产量和肥料利用率, 增加了经济效益, 是适用于新疆棉花生产的推荐施肥新方法。

深松耕作条件下滴灌对冬小麦花后干物质积累及灌浆特性的影响

张妍妍, 李迎, 刘栩辰, 黄超, 吕佳宁, 周海佳, 马守田, 秦安振, 高子乐, 吴光辉, 陈丹, 姬夏楠, 刘战东

作物学报. 2025, (11):  3065-3079.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51036

摘要 ( 413 )   HTML ( 6 )   PDF (3781KB) ( 724 )  

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华北平原农业机械化的发展和应用造成的农田土壤压实、犁底层加厚等情况限制了作物生长。深松耕作能够打破犁底层, 提高土壤耕作层环境, 促进作物生长, 但由于部分地区不合理的灌溉制度弱化了其改土效果。本试验在深松(ST)和旋耕(RT)耕作下采用灌水下限为田持70%的畦灌处理, 明确深松耕作对冬小麦干物质积累的促进作用; 并在深松耕作下分别设置田持的70% (DI-H)、60% (DI-M)和50% (DI-L) 3个滴灌灌水下限, 达到下限时进行灌水, 以ST处理为对照, 分析深松耕作条件下滴灌不同灌水下限对冬小麦花后干物质积累和籽粒灌浆特性的影响, 探究深松耕作下最佳灌水制度。结果表明, 与RT相比, ST处理可显著提升花后干物质积累量和促进籽粒灌浆, 促进花后干物质积累持续时间(T_dry)和籽粒灌浆持续时间(T_grain)分别延长5.15 d和0.87 d, 并提高花后干物质积累速率和籽粒灌浆速率, 促进成熟期生物量增加9.7%。在深松耕作下, 与ST处理相比, DI-H处理花后干物质积累持续时间(T_dry)增加15.05 d, 但花后平均干物质积累速率(B_mean)降低0.10 t hm^-2 d^-1, 导致二者之间花后干物质积累量无显著差异, 而籽粒灌浆持续时间(T_grain)延长2.56 d, 籽粒重提高22.1% (P < 0.05); DI-M处理T_dry增加8.45 d, B_mean未发生显著变化, 花后干物质积累量增加15.7% (P < 0.05), T_grain延长3.64 d, G_max增加0.18 mg 粒^-1 d^-1, 籽粒重提高20.9% (P < 0.05); 但DI-L处理则导致T_dry和T_grain均缩短, 较ST相比分别缩短5.22 d和3.27 d, G_mean和B_mean分别降低0.06 mg 粒^-1 d^-1和0.05 t hm^-2 d^-1, 导致生物量和籽粒重分别降低17.6%和12.3% (P < 0.05)。TOPSIS综合评价结果表明, DI-M处理综合得分最高, 因此认为田持的60%水分下限为深松耕作条件下冬小麦滴灌最优灌水制度。该研究为深松耕作条件下合理灌溉制度的制定提供了理论依据和技术支撑。

氮肥运筹提高旱作玉米籽粒产量和品质的光合生理机制

丁潮, 杜常亮, 谢军红, 孟浩峰, 王林林, 周永杰, 李泽坤, 李玲玲

作物学报. 2025, (11):  3080-3095.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53012

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针对陇中旱农区玉米生产中氮肥用量及施肥时期不合理等问题, 明确施氮水平和施肥时期对旱作玉米光合生理、产量和品质的影响, 探究氮肥运筹提高玉米籽粒产量及品质的光合生理机制。本研究依托始于2012年的长期定位试验, 于2022—2023年采集数据。试验采用裂区设计, 主区设4种施氮水平(N0: 0 kg hm^-2、N1: 100 kg hm^-2、N2: 200 kg hm^-2、N3: 300 kg hm^-2); 副区设2个施肥时期及分配比例(T1: 1/3基肥+2/3拔节肥、T2: 1/3基肥+1/3拔节肥+1/3大喇叭口肥)。结果表明: (1) 氮肥施用显著提高了玉米叶面积指数、光合势和叶绿素相对含量, 而N2T1、N2T2、N3T1和N3T2处理间平均叶面积指数和总光合势无显著差异。(2) N3T1和N3T2处理在玉米拔节期至大喇叭口期净光合速率、气孔导度和蒸腾速率较高, 但乳熟期至蜡熟期净光合速率和气孔导度均低于N2T1和N2T2处理, 乳熟期N2T1和N2T2较N3T2净光合速率分别提高12.78%和18.81% (P < 0.05)。(3) 氮肥施用显著提高了玉米叶片单位面积氮含量, N2T1和N2T2处理叶片单位面积氮含量与N3T1、N3T2处理无显著差异, 但光合氮利用效率较N3T1和N3T2分别提高16.85%和26.44% (P < 0.05)。(4) 玉米籽粒产量与施氮量线性拟合, T1与T2追肥时期下最佳施氮量与本研究中N2 (200 kg hm^-2)水平较为接近, N2T1和N2T2处理籽粒产量较其他处理分别提高5.75%~142.53%和13.32%~159.91%; 增加氮肥用量提高了玉米籽粒蛋白质含量, 降低了籽粒淀粉含量。(5) 相关性分析表明, 籽粒产量及蛋白质含量与净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈显著正相关 (P < 0.05); 主成分分析表明, N1T1与N3T1处理间部分解释变量无显著差异, N2T1与N2T2处理玉米光合生理特性、籽粒产量及品质的综合表现均大于其他处理, 过量施氮降低了生育后期光合性能和光合氮利用效率, 进而降低玉米籽粒产量和品质。因此, 在陇中旱农区玉米生产中, 200 kg hm^-2施氮量按1/3基肥+2/3拔节肥施肥能有效提高玉米生育期内光合源, 维持较高的绿叶面积及光合性能, 在增强光合速率的同时降低了光合氮利用效率的衰减。综合产量及品质, 200 kg hm^-2施氮水平按1/3基肥+2/3拔节肥的方式施用是实现旱作玉米优质高产的氮肥管理措施。

研究简报

甘薯β淀粉酶基因IbBAM₄₈₈₂₉的功能解析

张顺杰, 吴维泰, 冉禧玥, 赵梓含, 韩永辉, 吴正丹, 张凯

作物学报. 2025, (11):  3096-3104.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54028

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甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.)块根中的β-淀粉酶可以分解淀粉产生糖组分, 影响甘薯的干率、甜度、口感, 进而影响其经济价值。鉴定甘薯中关键β-淀粉酶基因, 解析其功能, 可为甘薯品质和适口性改良奠定重要基础。本研究针对前期甘薯转录组数据筛选到的块根发育过程中差异表达的β-淀粉酶候选基因IbBAM₄₈₈₂₉, 通过RT-qPCR分析其在甘薯不同部位的表达模式; 构建pCAMBIA1300-IbBAM₄₈₈₂₉-GFP表达载体, 瞬时转化本氏烟草进行亚细胞定位分析; 采用Gateway技术构建pEarleyGate101-IbBAM₄₈₈₂₉超量表达载体, 通过蘸花法转入拟南芥野生型Col-0中进行异源表达和功能鉴定。结果表明, IbBAM₄₈₈₂₉在甘薯块根中的表达量较低, 而在叶柄和叶片中的表达量较高。亚细胞定位结果显示, IbBAM₄₈₈₂₉可能定位于细胞质和叶绿体中。异源表达IbBAM₄₈₈₂₉基因的拟南芥植株与野生型相比生长无明显差异, 转基因株系营养生长和开花表现正常。异源表达IbBAM₄₈₈₂₉基因的拟南芥叶片中的淀粉含量、可溶性糖含量和种子千粒重均显著提高, 但根尖淀粉含量无明显差别。推测IbBAM₄₈₈₂₉在叶片淀粉代谢过程发挥重要作用, 可能通过加速淀粉代谢产生促进气孔开放的渗透活性代谢物, 进而促进气孔开放, 提高光合产物的积累。

甘蓝型油菜响应碱胁迫的基因表达差异分析

赵慧霞, 郭彦丽, 郑渝泠, 何棱, 陈锐, 王珊珊, 曾长立, 邹珺, 沈金雄, 傅廷栋, 刘小云, 万何平

作物学报. 2025, (11):  3105-3118.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55026

摘要 ( 839 )   HTML ( 28 )   PDF (7519KB) ( 212 )  

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为了研究碱胁迫条件下不同油菜材料的差异表达基因，为耐碱油菜品种选育和耐碱胁迫的分子机制探究提供参考，本研究选取耐碱油菜华油杂62 (H62)和不耐碱油菜中双11改良系(ZS11)为试验材料，设置对照和0.10% Na₂CO₃胁迫处理，利用RNA-Seq技术对萌发期的地上部和地下部的基因表达进行分析，通过生物信息学方法对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究，筛选可能参与碱胁迫调控的基因，了解油菜萌发期响应碱胁迫的分子机制。结果表明，与对照相比，0.10% Na₂CO₃胁迫下H62和ZS11地上部和地下部生长均显著受到抑制。转录组分析显示，在0.10% Na₂CO₃胁迫处理下，H62和ZS11地下部分别筛选出1860个和6358个上调表达基因，以及952个和6747个下调表达基因；H62和ZS11地上部分别筛选出3776个和5385个上调表达基因，以及1336个和3051个下调表达基因。ZS11的地上部与地下部差异表达基因(deferentially expressed genes, DEGs)数量均显著多于H62，尤其是地下部差异更大。GO和KEGG富集分析显示，2个品种中的DEGs显著富集于不同的GO功能与KEGG通路，表明其响应机制存在差异。H62主要通过谷胱甘肽代谢、醛固酮代谢、丙酮酸盐代谢、三羧酸循环和类黄酮合成等通路响应碱胁迫。ZS11碱胁迫后，离子通路、钾离子跨膜转运、ABC转运因子、DNA复制和蛋白酶体等通路发生显著变化。本研究通过建立耐碱/敏感油菜品种(系)的特异性转录调控图谱，揭示油菜萌发期耐碱胁迫的核心代谢通路及品种(系)特异性调控机制，为耐碱种质创制提供了关键候选基因和理论依据。