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2025年 第51卷 第12期 刊出日期：2025-12-12

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作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

基于空间转录组技术解析大豆种胚对X射线辐射的响应机制

许睿, 何妙华, 王昊, 李卫, 任杰, 夏志强

作物学报. 2025, (12):  3121-3132.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55043

摘要 ( 741 )   HTML ( 46 )   PDF (4521KB) ( 335 )  

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辐射诱变育种在大豆品种改良中被广泛使用, 但辐射诱变的分子机制尚未完全阐明。空间转录组学作为近几年在各个生物研究领域中的热门技术, 能够解析基因表达的空间异质性, 然而其在辐射诱变大豆种胚研究中的应用尚未见报道。本研究利用空间转录组技术分析X射线辐射处理的大豆种胚基因表达特征及其空间调控模式。结果显示, 未处理和辐射处理的大豆种胚共划分为13个细胞簇(cluster), 并成功构建了其空间转录组图谱。差异表达分析鉴定出各细胞簇中的关键功能基因, 包括参与DNA的合成和修复的GmW82.19G089600和GmW82.16G057600, 响应非生物胁迫的GmW82.06G256600和GmW82.10G206900, 以及参与茎的发育、结构维持、抗逆性及代谢调控的GmW82.13G274300。这些基因的空间表达分析表明, 参与DNA的合成和修复以及非生物胁迫响应的基因在辐射处理的大豆种胚中高表达, 参与茎的发育、结构维持、抗逆性及代谢调控的基因在未处理和辐射处理大豆种胚的上胚轴处均高表达, 说明该基因可能在维持茎组织基本结构和功能中发挥重要作用。GO和KEGG富集分析进一步揭示, 差异基因显著富集于细胞应激响应、DNA转录调控、氧化应激反应及谷胱甘肽代谢等通路, 这些通路在植物逆境适应和胁迫耐受中具有关键作用。本研究通过空间转录组技术揭示了大豆种胚在辐射胁迫下的基因表达变化及其空间分布特征, 识别出多个与DNA修复和胁迫响应相关的关键基因, 反映了辐射对种胚细胞功能状态的影响, 为理解辐射诱变过程中基因表达调控机制提供了基础数据支持。

抗白叶枯病广亲和恢复系的创制及杂交育种应用研究

谢留杰, 段敏, 杨勇, 潘晓飚, 马伯军, 黄善军, 陈析丰

作物学报. 2025, (12):  3133-3143.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.52012

摘要 ( 421 )   HTML ( 23 )   PDF (5216KB) ( 291 )  

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以镇恢084 (Xa7)、IRBB21 (Xa21)、CBB23 (Xa23)、IRBB27 (Xa27)为供体亲本, 开发和利用基因功能性分子标记, 将目标基因导入并聚合到广亲和恢复系F7540中; 采用9个白叶枯病生理小种对改良的恢复系及其轮回亲本进行抗性鉴定; 选择6个抗性改良的恢复系分别与3个籼稻(不育系泰1S、荃9311A、华浙2A)和3个粳稻不育系(春江16A、春江88A、华中2A)杂交, 用菌株浙173和PXO99接种不育系、恢复系和杂交组合, 同时考察亲本和杂交组合的农艺性状。结果表明, 通过多代选育, 共获得9个不同抗性基因组合的导入系; 其中, 恢复系F7540-Xa7- Xa23-Xa27的抗病能力最强, 对9个生理小种均表现为高抗, F7540-Xa7-Xa23和F7540-Xa23对9个生理小种表现为抗或高抗, F7540-Xa7-Xa21和F7540-Xa7-Xa21-Xa27对8个生理小种表现为抗病, F7540-Xa7和F7540-Xa21分别抗7个和2个生理小种, 而F7540-Xa27对所有供试小种均表现为感病。杂交组合接种浙173和PXO99两个生理小种的结果显示, F7540-Xa23和F7540-Xa7-Xa23配组的所有组合均表现为抗病, F7540-Xa7-Xa21与3个粳稻不育系配组的组合均表现为抗病, F7540-Xa21与不育系荃9311A配制的组合表现为抗病。综合考查抗性及农艺性状发现, F7540-Xa23与不育系春江88A和荃9311A配组的杂交组合抗病性好、农艺性状优异, 有较高的育种利用价值。

西藏大麦SSIIa基因自然变异对淀粉组成及特性的影响

刘佳荟, 李雨龙, 王雅茹, 贺宏, 张云书, 吴郁, 曾秀丽, 刘廷辉, 陈国跃, 祁鹏飞, 魏育明, 江千涛

作物学报. 2025, (12):  3144-3156.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51056

摘要 ( 380 )   HTML ( 25 )   PDF (9506KB) ( 168 )  

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大麦是世界第四大禾谷类作物和我国藏区农牧民的主要口粮, 其籽粒中淀粉含量高达50%~70%, 是决定产量与品质的核心组分。淀粉含量直接影响籽粒粒重, 而淀粉结构则决定其理化特性与水解性能, 最终影响大麦的加工品质与用途。可溶性淀粉合酶SSIIa是支链淀粉合成的关键酶, 其基因多态性对淀粉结构及功能具有重要调控作用。本研究以165份西藏大麦资源为材料, 通过分子标记鉴定、淀粉组分及理化特性分析, 系统解析了SSIIa基因自然变异对淀粉组成及特性的影响。结果表明, 西藏大麦SSIIa基因存在2种主要自然变异类型(命名为SSIIa¹与SSIIa²)。基于序列差异, 开发了特异性分子标记用于高效基因分型, 发现33 bp缺失是区分SSIIa¹与SSIIa²基因型的共同关键特征。淀粉特性分析显示, 相较于SSIIa¹基因型, SSIIa²基因型材料的直链淀粉含量, B型淀粉粒的平均直径与体积占比, 以及糊化温度均显著升高。本研究揭示了西藏大麦SSIIa基因的自然变异规律及其对淀粉品质关键指标的影响, 为西藏大麦的品质定向改良与功能化利用提供了重要的分子靶点和理论基础。

基于CSSL-Z267的单/双片段代换系的水稻产量性状QTL遗传效应解析与设计育种应用

张瀚, 余金琎, 谭林璐, 张婧泉, 王小董, 谢庄, 谢可盈, 凌英华, 赵芳明

作物学报. 2025, (12):  3157-3170.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.52020

摘要 ( 843 )   HTML ( 13 )   PDF (5291KB) ( 360 )  

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水稻产量性状作为典型的数量性状, 受微效多基因系统调控。将相关基因解析至单片段代换系(SSSL)不仅为深入阐明其分子机制提供了理想研究体系, 更因其克服遗传背景干扰的优势, 为基于SSSL平台的全基因组设计育种奠定了重要基础。本研究以日本晴为遗传背景的染色体片段代换系CSSL Z267 (携带5个供体片段)为材料, 通过构建日本晴/Z267的F₂群体, 成功鉴定出9个调控产量性状的QTL, 并进一步通过遗传解析获得5个单片段代换系(SSSL)和1个双片段代换系(DSSL)。研究发现, S1~S5均携带显著增加粒长和二次枝梗数的正向效应QTL, 同时具有降低粒宽的负向效应QTL。在双片段代换系D1中观察到多对QTL的互作效应: 穗长(qPL6与qPL1)、一次枝梗数(qNPB6与qNPB1)和二次枝梗数(qNSB1与qNSB6)位点聚合均产生正向超亲遗传效应; 粒宽(qGW6与qGW1)和千粒重(qGWT6与qGWT1)位点组合则表现出负向超亲遗传效应; 而粒长(qGL6与qGL1)和株高(qPH6与qPH1)位点组合的遗传效应分别与qGL1和qPH6单一位点相当。遗传效应解析表明, S1与S5的杂交组合可有效选育出株型较高且籽粒细长化的优良株系。本研究系统解析了产量相关QTL的遗传效应, 为阐明其分子机制和推进水稻全基因组设计育种提供了重要理论依据和材料基础。

基于抗旱玉米自交系SL001的抗旱优异基因资源挖掘

魏琦, 何冠华, 张登峰, 李永祥, 刘旭洋, 唐怀君, 刘成, 王天宇, 黎裕, 路运才, 李春辉

作物学报. 2025, (12):  3171-3183.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53024

摘要 ( 793 )   HTML ( 26 )   PDF (5883KB) ( 263 )  

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干旱是玉米生长发育过程中影响最严重的非生物胁迫因素之一, 挖掘玉米抗旱相关基因并将其应用于培育抗旱新品种是解决该问题的有效途径。为了挖掘玉米抗旱关键基因, 本研究利用干旱敏感自交系B73及抗旱自交系SL001开展抗旱表型鉴定, 发现干旱胁迫后SL001较B73的萎蔫程度更小, 复水后的存活率显著高于B73, 且干旱胁迫后SL001相对含水量和净光合速率等表型性状均显著高于B73。通过对B73和SL001不同干旱胁迫条件下的转录组数据分析, 共鉴定出11,240个差异表达基因, 其中4354个基因在中度干旱胁迫和重度干旱胁迫处理时差异表达, 且不在正常水分处理时差异表达。这些基因主要富集于植物激素信号转导途径和植物-病原体互作途径。在这些基因中预测了2个玉米抗旱候选基因Zm00001eb439810、Zm00001eb365420, 并进行了qRT-PCR验证, 结果表明作为抗旱候选基因Zm00001eb439810可能正向调控玉米对干旱胁迫的响应, 而Zm00001eb365420可能负向调控玉米对干旱胁迫的响应。本研究为玉米抗旱提供了重要材料和基因资源。

过表达BnNRT2.3-like对油菜氮素吸收利用及产量的影响

黄绒, 周渠晨, 陈楚铭, 罗倩, 易东, 杜常欢, 黄祥宇, 盛锋, 杜雪竹

作物学报. 2025, (12):  3184-3197.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55032

摘要 ( 722 )   HTML ( 18 )   PDF (6765KB) ( 150 )  

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硝酸盐转运蛋白2 (NRT2)是一种高亲和硝酸盐转运蛋白, 在植物硝酸盐的吸收和转运过程中发挥重要作用。本研究利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)鉴定到响应低氮胁迫的关键基因BnNRT2.3-like, 对其进行生物信息学分析, 构建BnNRT2.3-like过表达载体, 获得转基因植株, 通过盆栽试验对油菜成熟期的重要农艺性状进行观察和分析, 并在油菜苗期测定其氮素积累量、氮素利用效率、叶绿素含量、氮素利用相关基因表达量以及硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性。结果表明, BnNRT2.3-like蛋白分子量为61.87 kD, 等电点为9.08, 具有MFS超家族和NNP家族基因的典型特征。与野生型相比, BnNRT2.3-like过表达植株的株高、千粒重和单株籽粒产量分别提高9.1%、20.0%和62.1%, 有效分枝高度、主轴有效长度、主轴有效角果数、全株有效角果数、每角果长度、平均每角果粒数均显著提高。在低氮处理下, 过表达油菜与野生型相比主根长平均增加1.22 cm, 植株鲜重增加0.633 g, 地上部和根部干重分别增加55.0%和13.6%, 单株总干重增加42.1%; 地上部氮积累量较野生型增加17.0%。此外, 在低氮胁迫下, 过表达植株苗期的氮素积累量、氮素利用效率、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及叶绿素含量与野生型相比均显著提高, 氮素利用相关基因BnNPF4.6、BnNPF6.3-like和BnAMT1.1a在叶片中表达水平上升而在根中显著降低。因此, 过表达BnNRT2.3-like可以增强油菜对低氮胁迫的耐受性, 提高油菜产量性状, 为提高油菜氮素利用效率提供了种质资源及理论依据。

薏苡VQ4基因的克隆及耐盐性初步分析

王玉娇, 王永乐, 添长久, 郁春旺, 吕佳斌, 朱加保

作物学报. 2025, (12):  3198-3210.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54052

摘要 ( 398 )   HTML ( 10 )   PDF (37014KB) ( 153 )  

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VQ蛋白是一类含有“VQ”保守结构域的植物特异性蛋白家族, 因在非生物胁迫响应和生长发育中发挥重要作用备受关注。本研究以“皖薏2号”为材料, 利用生物信息学分析手段、荧光定量PCR技术、亚细胞定位、酵母双杂试验等对薏苡VQ4进行分子特征鉴定; 通过酵母异源表达和过表达拟南芥验证其对盐胁迫的响应。结果表明, ClVQ4的开放阅读框长度为594 bp, 编码197个氨基酸, 并且ClVQ4是等电点为6.43的不稳定亲水性蛋白。顺式作用元件分析结果发现, ClVQ4基因启动子序列含有多个激素响应元件和逆境胁迫响应元件。ClVQ4基因的表达受到茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)的诱导, 其表达量在盐胁迫下显著上调。亚细胞定位和酵母双杂结果表明, ClVQ4蛋白主要定位于细胞核和细胞膜中, 并且可以和薏苡WRKY30相互作用, 同时可以和其他VQ蛋白相互作用形成异源二聚体。在NaCl处理下, 酿酒酵母异源表达ClVQ4基因可以提高酵母的存活率。在盐胁迫下, ClVQ4过表达拟南芥的萌发率和根长均显著高于野生型, 且各转基因株系中POD、SOD和CAT活性均显著高于野生型, 而MDA含量显著低于野生型。

不同耐荫性谷子对遮阴的生理响应及转录组分析

朱灿灿, 李君霞, 景雅, 付森杰, 秦娜, 王春义, 代书桃, 魏昕, 张程炀

作物学报. 2025, (12):  3211-3223.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54045

摘要 ( 768 )   HTML ( 11 )   PDF (1033KB) ( 180 )  

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为研究不同耐荫性谷子对遮阴胁迫的响应机制, 本研究以豫谷29 (YG29)和保谷25 (BG25)为试验材料, 于灌浆期搭建遮阴网进行遮阴处理, 分析2个谷子品种的产量性状、光合色素、光合作用、抗氧化酶活性以及转录组学差异。结果表明, 遮阴胁迫显著降低了2个谷子品种的产量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度, 显著增加了叶绿素a和叶绿素b含量, 增强了POD、SOD和CAT活性; 与BG25相比, YG29在遮阴条件下具有更高的产量、叶绿素含量、净光合速率和抗氧化酶活性, 更低的叶绿素a/b值, 表现出较强的耐荫性。转录组分析发现, BG25和YG29中分别有2961个和2966个响应遮阴胁迫的差异表达基因; BG25和YG29的差异基因分别显著富集在24个和16个GO类别、13条和6条KEGG通路, 2个品种共同显著富集的通路有光合作用-天线蛋白、卟啉与叶绿素代谢、苯丙素生物合成和氰基氨基酸代谢。对关键代谢通路上基因进行分析发现, 与BG25相比, 遮阴下YG29中叶绿素降解相关基因NOL、HCAR、SGR、PPH和RCCR的表达量较低, 碳固定相关基因RBC、RCA、PEPC、MDH、GAPC、FBA和抗氧化酶相关基因PRX、CAT的表达量较高, 这些基因可能在谷子耐荫中发挥重要作用。

马铃薯CEP基因家族鉴定及StCEP2小肽调控马铃薯不定根生长和耐盐性的功能分析

张慧敏, 党亚茹, 桑佳男, 焦文静, 孙春怡, 庄佳牧, 魏玉树, 张超, 田鹏, 刘柏林, 宋银

作物学报. 2025, (12):  3224-3237.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54063

摘要 ( 438 )   HTML ( 23 )   PDF (7804KB) ( 208 )  

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CEP (C-terminally encoded peptide)编码一类在C-末端附近具有保守基序的分泌小肽, 属于多成员的基因家族, 在调控植物根系生长、氮素营养及逆境胁迫中起重要作用。本研究对马铃薯(Solanum tuberosum) CEP基因(StCEP)家族成员进行了鉴定, 并对StCEP家族成员的理化特征、保守基序、系统进化关系和启动子顺式作用元件进行了分析; 利用RNA-seq数据分析了StCEP家族成员在马铃薯不同组织以及响应不同环境信号的表达模式, 并筛选受盐胁迫显著诱导的StCEP基因; 最后利用外源施加合成StCEP小肽的方法对StCEP小肽的耐盐性功能进行了验证。结果表明, 在马铃薯基因组中共鉴定到11个StCEP家族成员, 分布在4条不同的染色体上, 其编码的蛋白含有1~9个数目不等的CEP基序; StCEP家族成员与拟南芥、番茄CEP成员相互嵌合形成2个大的分支, 各分支分别包含21个和26个CEP成员; 马铃薯与拟南芥之间仅存在1对CEP基因共线性关系, 而与亲缘关系较近的番茄之间存在12对CEP基因共线性关系; StCEP基因的启动子区域主要包括光响应、激素响应、植物生长发育响应和逆境胁迫响应的顺式作用元件; StCEP基因的表达具有明显的组织特异性且受氮素、激素(BAP、IAA、GA₃和ABA)、不同生物(致病疫霉、BABA和BTH)与非生物(NaCl)逆境因子的诱导; 外施StCEP2小肽可以促进马铃薯不定根的生长并增强马铃薯的耐盐性。本研究为后续深入解析StCEP基因家族成员在马铃薯生长发育与响应环境信号过程中的功能提供了参考信息。

基于16K芯片的野生二粒小麦渗入系BAd7-209籽粒蛋白含量QTL定位

王哲, 胡燕灵, 龚方仪, 易睿, 赵书宏, 刘睿琴, 刘雨杭, 张甜, 张亚洲, 郑有良, 刘登才, 黄林, 伍碧华

作物学报. 2025, (12):  3238-3250.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51009

摘要 ( 653 )   HTML ( 12 )   PDF (5223KB) ( 117 )  

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为探究缺乏功能性NAM-B1基因的野生二粒小麦渗入系BAd7-209拥有高籽粒蛋白含量(grain protein content, GPC)的遗传基础, 本研究以BAd7-209 (川农1号饲草麦)为父本, 分别与低蛋白含量的高产弱筋小麦品种川育27 (CY27)和川农16 (CN16)杂交构建重组自交系(recombinant Inbred Line, RIL) F_6:8定位群体和F₆验证群体, 进行高籽粒蛋白含量的QTL定位分析。连续2年4个环境及最佳线性无偏预测下的均值, BAd7-209的GPC达15.35%, 极显著高于CY27的12.30%, 千粒重(thousand-grain weight, TGW)达46.08 g, 极显著低于CY27的50.53 g, RIL群体的平均GPC和TGW分别为14.01%和52.02 g, 均显著高于其母本和父本, 表明BAd7-209的高GPC和CY27的高TGW优异特性均高效地传递到了RIL群体中, 有效避免了浓度效应对GPC客观评价的干扰。通过16K SNP芯片分析共检测出5个与GPC相关的QTL, 可解释9.68%~29.17%的表型变异。其中, 来源于BAd7-209的新主效位点QGPC.sicau- YZ-6BS贡献率变异幅度为9.68%~29.17%, 开发的KASP (kompetitive allele specific PCR, KASP)标记证明携带该增效位点株系的GPC在所有环境下和不同遗传背景下均极显著高于不携带该位点的株系, 在定位和验证群体中平均增幅分别达17.89%和41.20%。同时, 从RIL定位群体中选育到13个品质、农艺、抗病综合性状优良的小麦新种质, 其GPC和TGW分别高达13.99%~18.08%和45.20~57.69 g。这些基因资源对优质高产小麦遗传研究与育种应用具有重要意义。

花生ω-3脂肪酸脱氢酶基因在拟南芥中异源表达及转录组分析

许静, 毕竞男, 殷祥贞, 赵健鑫, 赵旭红, 潘丽娟, 陈娜, 姜骁, 马俊卿, 殷冬梅, 迟晓元

作物学报. 2025, (12):  3251-3265.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55005

摘要 ( 568 )   HTML ( 8 )   PDF (4664KB) ( 89 )  

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ω-3脂肪酸脱氢酶(ω-3 FAD)催化亚油酸合成α-亚麻酸。亚麻酸为多元不饱和脂肪酸, 对人体的成长及发育、免疫反应等具有保健功能。为了探究ω-3 FAD在花生生长发育中的作用, 本研究从花生中克隆了4个ω-3脂肪酸脱氢酶基因AhFAD3a、AhFAD3c、AhFAD7a和AhFAD7d, 并将它们共转化到拟南芥中。结果表明, 转基因拟南芥异源表达株系种子的脂肪酸组分与野生型存在较大差异, 总脂肪酸含量均显著增加, 增幅为4.50%~9.00%。亚细胞定位分析表明, AhFAD3a和AhFAD3c定位于内质网上, AhFAD7a和AhFAD7d定位于叶绿体中。GO注释和KEGG富集结果显示, 差异表达的基因富集在多种生物学代谢进程, 包括脂质代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢等, 11个上调表达基因富集在α-亚油酸代谢通路, 共筛选到15个差异表达基因参与脂肪酸代谢途径。研究结果为花生脂肪酸代谢的分子机制提供理论基础, 为花生品质的遗传改良提供了新线索。

高油酸和普通花生萌发期抗旱筛选评价体系的建立

马群, 王志昊, 闫磊, 李瑜娇, 王佳琪, 李钊, 刘巍, 艾鑫, 马迁驰, 王晓光, 钟超, 任婧瑶, 刘喜波, 赵姝丽, 张鹤, 赵新华, 蒋春姬, 王婧, 于海秋

作物学报. 2025, (12):  3266-3280.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55011

摘要 ( 463 )   HTML ( 20 )   PDF (1156KB) ( 157 )  

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干旱是限制东北地区花生生产的主要非生物胁迫之一, 培育抗旱品种是最有效的解决途径。为探究干旱胁迫对高油酸和普通花生萌发的影响及不同花生品种萌发期的抗旱性, 本研究以15.0%、17.5%和20.0% 3种不同浓度的PEG-6000对发芽的种子进行处理(对照不添加PEG), 筛选不同花生品种最适宜的抗旱处理浓度, 并测定花生萌发期多项抗旱性相关指标, 通过主成分分析、回归分析及聚类分析等方法, 对萌发期指标进行抗旱性综合评价。结果表明: (1) 不同PEG-6000处理下, 15.0%处理下各品种种子在萌发阶段的性状并未受到显著抑制, 20.0%处理下大多数品种的各个性状抗旱系数均受到显著抑制, 因此17.5%可以作为不同花生品种种子萌发期抗旱性筛选鉴定的适宜浓度。(2) 主成分分析将花生萌发期干旱胁迫下的8个单项指标转化为3个相互独立的综合指标。利用隶属函数法和综合评价D值对38份花生品种抗旱性强弱进行排序。(3) 系统聚类法将19份普通和高油酸花生品种划分为抗旱性极强、抗旱性强、抗旱性中等、抗旱性弱4个类群, 各类群材料分别为4份、11份、12份、11份, 分别占总数的10.5%、28.9%、31.6%、28.9%。(4) 通过逐步回归分析建立最优回归方程, 其中发芽率、活力指数、根鲜重、根干重4个指标可以作为花生萌发期抗旱鉴定的最优指标。

耕作栽培·生理生化

滴灌条件下水肥调控对马铃薯产量品质和水肥利用率的影响

李保成, 韩云飞, 张乐, 杜二小, 伞薪潼, 刘新雨, 任永峰, 张德健, 李娟, 张海峰

作物学报. 2025, (12):  3281-3291.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54044

摘要 ( 444 )   HTML ( 15 )   PDF (1498KB) ( 219 )  

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针对阴山北麓地区因水肥配置不合理导致马铃薯的产量、品质和水肥利用率降低的问题, 研究不同水肥供应对马铃薯产量、品质和水肥利用率的影响, 为区域马铃薯高产优质和水肥管理优化提供理论依据。本试验于2022—2023年在呼和浩特市武川县开展, 参试马铃薯品种为大丰10号, 试验采用裂区设计, 以3个灌溉水平(W1: 1800 m³ hm^-2; W2: 1440 m³ hm^-2; W3: 1080 m³ hm^-2)作主区, 3个施肥水平(F1: N-P₂O₅-K₂O=300-240-300 kg hm^-2; F2: N-P₂O₅-K₂O=240-192-240 kg hm^-2; F3: N-P₂O₅-K₂O=180-144-180 kg hm^-2)作裂区, 分析马铃薯产量、品质和水肥利用率对不同水肥配置的响应差异。结果表明, 适当地减少水肥供应可提高马铃薯产量, 改善块茎品质和促进块茎对水肥资源高效利用, 其中W2F2处理下马铃薯产量、商品薯率、淀粉含量、维生素C含量、粗蛋白含量和水分利用率最优, 与常规灌水施肥处理W1F1相比, 分别提高9.07%~10.79%、1.22%~4.08%、4.39%~4.86%、3.28%~8.87%、1.78%~11.92%和3.47%~5.84%; W3F1处理下还原糖含量最高, 较W1F1处理高18.18%~19.05%; W2F3处理下肥料偏生产力最高, 较W1F1处理高47.46%~47.60%。采用主成分分析对不同处理进行综合评价发现, W2F2处理的得分最高, 2022年和2023年得分分别为3.002和3.481。为进一步明确最适的灌水量和施肥量, 以综合评价值为因变量, 灌水量和施肥量为自变量, 建立回归方程。当评价值最优时, 灌水量为1518.15 m³ hm^-2~1533.93 m³ hm^-2, 施肥量为(N-P₂O₅-K₂O) 262.52-210.02-262.52 kg hm^-2~274.63-219.71-274.63 kg hm^-2, 表明在阴山北麓地区, 采用该水肥管理模式不但有利于促进马铃薯产量、品质和水肥利用率协同提升, 还可节水14.83%~15.66%、减肥8.57%~12.49%。

玉米配置不同豆科作物对间作体系产量稳定性的影响

王彦婷, 逄蕾, 赵建华, 郑浩飞, 麻文浩

作物学报. 2025, (12):  3292-3303.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53036

摘要 ( 1023 )   HTML ( 17 )   PDF (938KB) ( 204 )  

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为探究玉米配置不同豆科作物对间作体系产量及其稳定性的影响, 于2017年在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站进行4年大田试验, 试验为单因素随机区组设计, 设玉米‖豌豆(maize ‖ pea, M‖P)、玉米‖蚕豆(maize ‖ faba bean, M‖F)及玉米‖大豆(maize ‖ soybean, M‖S) 3种间作模式及配对作物单作, 测定籽粒产量并计算超产率、相对相互作用指数及作物产量稳定性等相关指标。结果表明, 3种玉米‖豆科作物均能提高豆科作物产量稳定性, 其中玉米‖大豆时体系产量稳定性最高, 间作蚕豆较单作产量稳定性增幅最高。通过计算豆科作物产量稳定性发现, 间作较单作提高蚕豆产量稳定性184.18%, M‖P和M‖S较单作产量稳定性有所提高但未达显著水平。分析玉米产量稳定性发现, M‖P中间作玉米较单作产量稳定性降低62.21%, M‖F和M‖S中玉米较单作产量稳定性均有所提高, 但并无显著差异。玉米‖豆科作物有显著间作产量优势, 其中M‖S中玉米增产最高, 豆科作物中蚕豆增产最高。具体而言, 玉米‖豆科作物较单作加权产量平均提高16.71%, 其中M‖S、M‖P和M‖F分别增产27.02%、16.75%和6.80%。相较单作豆科作物, 间作蚕豆、豌豆增产, 大豆减产, 总体表现为蚕豆>豌豆>大豆, 分别为82.24%、71.48%和-14.63%。不同间作体系玉米超产率表现为M‖S>M‖P>M‖F, 分别为32.92%、13.47%和0.30%。计算相对相互作用指数发现, M‖P、M‖F和M‖S的玉米相对相互作用指数(relative interaction index-maize, RIIM)值分别为0.05、-0.01和0.14, 豆科作物相对相互作用指数(relative interaction index-legumes, RIIL)值分别为0.25、0.28和-0.08; 在M‖S中玉米较大豆具有竞争优势, M‖F中蚕豆为优势作物, 而M‖P中豌豆和玉米表现为相互促进作用。同时研究发现时间生态位分离程度与豆科作物超产率和RIIL呈正相关, 与RIIM呈负相关; 体系超产率与RIIM呈极显著正相关, 玉米和豆科作物的超产率与RIIM和RIIL均呈极显著正相关。因此, 在河西走廊中部, 玉米‖大豆是保障作物高产、稳产的多样化种植模式。

磷肥用量对迟播油菜产量形成及磷肥利用效率的影响

秦梦倩, 宁宁, 程泰, 李康丽, 张新贝, 赵鑫月, 张哲, 赵杰, 蒯婕, 王晶, 汪波, 徐正华, 周广生

作物学报. 2025, (12):  3304-3316.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55040

摘要 ( 703 )   HTML ( 15 )   PDF (3661KB) ( 179 )  

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为明确磷肥用量对迟播油菜产量形成及磷肥利用效率的影响, 本试验以品种华油杂137为材料, 连续2年在武汉进行磷肥用量单因素试验。结果表明: 施用磷肥显著增加迟播油菜产量, 单株角果数是迟播油菜产量的主要影响因子(P < 0.05)。2年试验结果中产量分别比对照P0处理提高了16.83%~24.63%和22.99%~34.68%, 单株角果数分别比P0处理提高了14.51%~37.46%和26.35%~53.83%。油菜株高、根颈粗、角果层厚度、有效分枝高度、分枝数、磷含量、磷积累量、干物重及抗倒伏能力均呈现先增加后稳定的趋势, 在P3 (120 kg hm^-2)、P4 (150 kg hm^-2)处理时无显著差异。随着磷肥用量的增加, 磷肥利用率呈现先增后减的趋势, 在P2 (90 kg hm^-2)处理达到最大; 磷肥偏生产力随磷肥用量增加而下降; 磷肥农学利用率在P2、P3处理下达到最佳; 磷肥贡献率在P3和P4处理下达到最佳。综上所述, 施磷提高了迟播油菜的产量、干物质重、抗倒伏能力和磷肥利用效率, 但继续增加磷肥用量时, 磷肥的利用效率降低, 同时对产量、干物质重及抗倒伏能力无显著影响。因此, 在保证油菜稳产、抗倒的前提下, 磷肥用量在P3水平时利于提高迟播油菜产量、抗倒伏能力和磷肥利用效率。

基于Planet Scope卫星及无人机多光谱影像的宝鸡峡灌区种植结构信息提取

罗珍, 杨妮, 尚晓晖, 余心城, 朱婧怡, 杨光, 胡笑涛

作物学报. 2025, (12):  3317-3330.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.53031

摘要 ( 424 )   HTML ( 7 )   PDF (11520KB) ( 96 )  

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获取高分辨率的农作物种植结构图对保障粮食安全和优化农业政策具有重要意义。但在实际应用中, 利用多源遥感数据提取作物种植结构时, 面临光谱分辨率差异导致的星机协同性难题, 以及卫星影像中混合像元对面积信息提取的干扰。本研究探索了基于无人机多光谱数据和Planet Scope卫星遥感数据提取作物种植结构的方法, 以宝鸡峡灌区的小麦、玉米、葡萄和猕猴桃为研究对象, 开展空间分布与面积信息提取研究。本研究首先通过计算卫星与无人机像元的波段反射率比值, 校正卫星光谱波段, 从而精细化作物分布的提取阈值; 其次通过机器学习算法对无人机影像进行分类, 获取卫星混合像元中的作物纯净面积比例; 最后基于遗传算法优化的随机森林模型, 构建混合像元中植被指数与面积权重的量化关系。结果表明, 多源遥感方法获取的作物分布图(6 m分辨率)中, 重合像元数量较仅使用卫星影像下降35.75%, 这一结果说明多源遥感数据可有效缓解“异物同谱”问题。其中, 小麦和玉米的面积信息提取效果最优, 相较于单时相卫星影像, 典型区域中小麦和玉米的面积相对误差率分别降低19.17%和38.49%; 整体来看, 小麦、玉米、葡萄、猕猴桃的面积相对误差率分别为-4.83%、0.51%、6.55%、8.79%。本研究提出的从无人机到卫星跨尺度协同观测方法, 为灌区主要作物种植管理措施制定提供了技术与数据保障, 为作物空间分布与面积信息提取从田块尺度向灌区尺度扩展提供新思路, 有助于促进灌区的精准农业技术发展。

生长调节剂吲哚丁酸对移栽棉苗成活及生长发育的影响

丁俊沣, 许映飞, 张祥, 陈媛, 陈德华

作物学报. 2025, (12):  3331-3341.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54042

摘要 ( 429 )   HTML ( 5 )   PDF (636KB) ( 143 )  

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棉花基质轻简育苗技术可大幅降低劳动强度, 但移栽后常因基质持水性差导致棉苗成活率低、缓苗期长, 制约其推广应用。为探索提高棉苗移栽成活率和促进早发的有效途径, 本研究以泗抗3号为材料, 于2022—2024年在基质苗一叶一心期时, 叶面喷施不同浓度(0、20、40、60、80、100 mg L^-1)的植物生长调节剂吲哚丁酸(IBA), 系统分析IBA对棉苗栽后成活、缓苗期及生长发育的影响。结果表明, IBA浓度为20 mg L^-1时, 移栽棉苗成活及生长发育效果最佳。与对照(喷清水, CK)相比, 喷施20 mg L^-1 IBA显著提高棉苗移栽成活率至99.0%左右, 缓苗期缩短2~3 d。移栽后15 d, 其单株根量增加15.3%~19.5%, 根系活性表面积增加7.0%~10.6%, 株高增高13.1%~31.6%。此外, 喷施20 mg L^-1 IBA显著促进氮、磷、钾养分的吸收积累, 增幅分别为19.6%~22.1%、7.2%~34.2%和22.1%~31.3%; 吐絮期营养器官和生殖器官干重分别增加13.3%~16.2%、20.3%~24.3%, 最终籽棉产量提高8.5%~10.0%。因此, 在棉花基质苗一叶一心期, 叶面喷施20 mg L^-1 IBA能有效保障棉苗移栽后近乎完全成活, 显著缩短缓苗时间, 加速根系重建与植株生长, 增强养分吸收积累能力, 并最终提高产量。该技术为棉花轻简育苗移栽的高效、稳产提供了重要技术支撑。

有机无机肥配施对甘薯产量、品质及硒吸收的影响

磨冬枝, 刘芃君, 徐桂娣, 陈泽炀, 谭雪明, 黄英金, 程建峰, 曾研华

作物学报. 2025, (12):  3342-3356.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.54055

摘要 ( 633 )   HTML ( 11 )   PDF (1099KB) ( 156 )  

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本研究旨在探究土壤富硒条件下有机无机肥配施对不同类型甘薯产量、品质及硒吸收的影响, 明确定量有机肥(6×10³ kg hm^-2)施用下无机化肥的最佳配比量, 为甘薯富硒高效栽培提供理论依据。于2023—2024年, 以鲜食型甘薯“心香”与淀粉型“商薯19”为供试品种进行2年大田试验, 在富硒土壤上(0.37 mg kg^-1)设置有机无机肥配施改良活化土壤处理, 包括100%化肥+有机肥、70%化肥+有机肥、50%化肥+有机肥、30%化肥+有机肥、单施化肥、单施有机肥与不施肥7个处理, 分析收获期甘薯器官硒含量、块根产量与品质特性。结果表明, 富硒土壤下, 随着有机无机肥配施中无机化肥用量的减少, 供试甘薯品种块根产量呈先上升后下降的趋势。在50%化肥配施处理下2种不同类型甘薯均可获得较高的块根产量, 且块根硒含量及积累达到峰值。施用100%化肥配施有机肥可提高甘薯块根蛋白质含量与可溶性糖积累, 但同时增加淀粉的糊化焓, 不利于淀粉的糊化; 而30%、50%化肥配施有机肥则有利于增加两品种的淀粉含量。此外, 50%、70%化肥配施有机肥处理可提升不同类型甘薯淀粉峰值黏度与崩解值, 且降低淀粉消减值, 有利于改善甘薯口感。综合来看, 50%化肥配施有机肥可协同提升不同类型甘薯块根产量与品质, 且兼顾硒含量。

氮肥用量对油菜籽粒内生微生物及籽粒品质的影响

庄玥茗, 宋毅, 陈航航, 陆志峰, 廖世鹏, 李小坤, 丛日环, 任涛, 鲁剑巍

作物学报. 2025, (12):  3357-3368.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.55033

摘要 ( 407 )   HTML ( 8 )   PDF (5375KB) ( 108 )  

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为探究不同氮肥施用对油菜籽粒内生微生物和籽粒品质的影响, 利用油菜氮肥用量的田间定位试验, 选取0、180、360 kg hm^-2 3个氮肥用量, 分别定义为N0 (氮缺乏)、N180 (氮适中)、N360 (氮过量)。利用16S rRNA和ITS高通量测序技术测定收获期油菜籽粒内生微生物群落组成, 同时测定油菜品质指标, 建立不同氮肥施用量下油菜籽粒内生微生物与籽粒品质性状之间的联系。结果表明, 氮肥用量显著影响了细菌多样性, 真菌多样性响应不显著; 不同处理下细菌和真菌群落组成的差异主要体现在物种属水平相对丰度的变化; 施氮显著降低细菌和真菌网络复杂性。不同氮肥施用油菜籽粒品质存在显著差异, 施氮显著降低籽粒含油率, 与N0相比, N180和N360处理下籽粒含油率分别下降5.2%和10.7%。Mental test结果表明, 油菜籽粒细菌群落组成与千粒重间呈极显著相关, 真菌群落结构与籽粒含油率和C/N间存在极显著关系。随机森林分析表明, 籽粒内生微生物中Corynebacterium属、Propionibacterium属、Naganishia属、Rhodotorula属、Sebacina属成员可较好地预测籽粒油含量。综上所述, 氮肥施用能显著调控油菜籽粒内生微生物群落和籽粒品质, 籽粒内生微生物与籽粒品质密切相关, 这项研究拓展了我们对养分管理策略调节植物相关微生物组的结构和功能的认识, 为未来利用植物-微生物组相互作用来改善作物品质提供了科学依据。

研究简报

基于“标准差系数加权法”的水稻全生育期耐盐碱鉴定与资源筛选

孙现军, 于太飞, 胡正, 申鑫萍, 戈文艺, 姜雪敏, 王世佳, 于思佳, 武书羽, 韩龙植, 张辉, 姜奇彦

作物学报. 2025, (12):  3369-3376.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.52010

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在盐碱地上种植适生的水稻种质资源是有效利用盐碱地的主要途径之一, 水稻全生育期耐盐碱鉴定评价对精准筛选耐盐碱种质资源起着关键作用。为全面评价水稻种质资源在0.5%盐碱处理下全生育期的耐盐碱能力, 本研究每隔7~10 d调查一次, 采用“标准差系数加权法”综合多次调查数据, 对水稻种质资源进行耐盐碱鉴定评价。该方法操作步骤如下: 首先将种质资源的耐盐等级重新赋值, 分别将1级、3级、5级、7级、9级的耐盐等级依次赋值为0、1、2、3、4; 然后以每次调查时材料间重新赋值的标准差为动态权重系数, 对水稻种质资源多次调查的耐盐等级进行加权平均计算; 最后依据加权平均值计算出各材料的盐害指数, 综合判定供试水稻种质资源的耐盐等级。利用上述鉴定方法对来自国内外的1200份水稻种质资源进行耐盐碱鉴定评价发现, 耐盐等级为1级、2级、3级、4级、5级的水稻种质资源数量依次为32份、437份、396份、301份和34份, 其中1级耐盐碱材料占比2.67%。结合0.3%盐碱胁迫下的水稻种质资源全生育期耐盐碱鉴定评价结果分析表明, “R223” “12-1819” “大粮317” “秭归糯” “恩恢1899” 5份水稻种质资源依据耐盐碱表型(0.5%盐碱处理下)和依据产量判定的耐盐等级(0.3%盐碱处理下)均为1级。筛选出的兼顾耐盐碱表型好和产量耐盐指数高的耐盐碱水稻资源, 为后续深入研究水稻耐盐碱机制以及培育耐盐碱水稻新品种提供了宝贵的种源创新基础。

8份无芒雀麦种质资源的草产量与营养品质的综合评价

李琰, 李雨晨, 于爱萍, 陈爱萍

作物学报. 2025, (12):  3377-3386.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.51039

摘要 ( 379 )   HTML ( 23 )   PDF (788KB) ( 125 )  

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为筛选出适合新疆地区种植的高产优质无芒雀麦材料, 本研究于2022—2024年在新疆地区开展连续3年的田间试验, 系统评价了8份不同来源无芒雀麦种质资源的适应性表现。通过农艺性状观测、草产量测定和品质分析, 结合聚类分析、灰色关联度综合评价方法筛选出适宜当地种植的优良种质资源。结果表明, 13个性状的变异系数范围为3.87%~12.02%, 其中干草产量的变异系数最大。从农艺性状来看, 株高和茎粗均随种植年份的增加而显著提高。草产量随种植年限的增加呈先升后降的趋势, 2023年达到峰值, 其中W3在2022—2024年累积产量高于其他种质。品质分析表明, 3年的粗蛋白含量范围为9.14%~13.51%, 粗脂肪和粗灰分含量均在2022年达到最高, 除W7和W8外, 其他种质的中性洗涤纤维含量逐年上升。通过灰色关联度分析, W3的综合评分最高(0.7163), 适合作为新疆地区无芒雀麦育种的优选种质。