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2026年 第52卷 第3期 刊出日期：2026-03-12

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综述

热带Suwan种质在我国玉米种质改良中的创新与利用

郭向阳, 涂亮, 王栋, 刘鹏飞, 王安贵, 易强, 任洪, 李刚, 祝云芳, 吴迅, 蒋喻林, 田丰, 陈泽辉

作物学报. 2026, (3):  655-664.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.53075

摘要 ( 830 )   HTML ( 46 )   PDF (5719KB) ( 650 )  

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Suwan等热带玉米种质具有遗传多样性丰富、抗逆性强、配合力高等优点, 能够有效拓宽我国玉米遗传基础, 对抗逆育种和强优势杂交组合选育具有重要意义。然而, 该类种质在温带地区表现出感光性强、生育期延迟和营养生长过旺等特性, 严重限制了其直接应用。为突破这一瓶颈, 本文从“热带-温带种质融合与驯化”的视角出发, 综述了Suwan种质的起源与遗传特征, 梳理了在长日照环境下的驯化策略、温热人工合成群体构建方法及南北穿梭育种的实践成效。在此基础上, 热带种质的光温敏感性显著改善, 加速了优异等位基因向温带玉米中的导入, 为实现温热玉米种质的高效融合与遗传创新提供了理论依据与方法支持, 从而进一步拓宽和丰富了我国玉米种质遗传基础。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

马铃薯UDP-糖基转移酶基因StUGT52的克隆及功能验证

汪玲, 胡好, 宋家凤, 程洁蓝, 陈颖, 郑婷婷, 吕钊彦, 朱晓彪, 侯华兰

作物学报. 2026, (3):  665-676.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.54111

摘要 ( 441 )   HTML ( 29 )   PDF (1325KB) ( 299 )  

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UDP-糖基转移酶基因广泛参与植物生长和抗逆性的调节, 是糖基转移酶中最大的一个家族。马铃薯作为我国重要的菜粮兼用型作物, 其生长和产量受到盐胁迫的严重影响。目前, 参与马铃薯盐胁迫响应的UGT基因及其机制尚不明晰。本研究通过分析前期的马铃薯盐胁迫转录组数据, 从马铃薯中克隆得到StUGT52基因, 该基因CDS全长1488 bp, 编码495个氨基酸。蛋白序列分析显示, StUGT52为不稳定的亲水性蛋白, 与番茄SlLS1-like和茄子SpLS1-like的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR (RT-qPCR)分析表明, StUGT52基因受盐胁迫显著诱导。StUGT52蛋白主要定位于细胞质和细胞核中。利用农杆菌蘸花法转化拟南芥, 获得7个异源表达StUGT52基因的转基因株系。在盐胁迫处理条件下, 转基因株系种子发芽率和根长均显著高于野生型, F_v/F_m值和可溶性糖含量也显著高于野生型株系, 而离子泄漏率、MDA和O₂^?累积均显著低于野生型株系, 表明StUGT52基因通过促进渗透调节物质累积, 并抑制活性氧产生, 减轻膜脂氧化损伤, 进而提升转基因拟南芥的耐盐性。研究结果为进一步探究StUGT52基因在马铃薯盐胁迫应答中的功能奠定了理论基础, 为耐盐性作物遗传改良提供了新的基因资源。

小麦GSK激酶TaSK41的功能分析及互作蛋白的筛选

李灿, 张喜伟, 朱博涛, 张沛沛

作物学报. 2026, (3):  677-687.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.51081

摘要 ( 359 )   HTML ( 25 )   PDF (980KB) ( 228 )  

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植物糖原合成激酶3 (GSK3)家族成员SK41在籽粒发育和粒重形成过程中发挥重要作用。为进一步探究TaSK41调控小麦籽粒发育的生物学功能及其潜在的分子机制, 本研究分析了TaSK41在不同组织中的表达模式、亚细胞定位、过表达TaSK41水稻的籽粒表型, 以及与TaSK41相互作用的蛋白。qRT-PCR分析表明, TaSK41在各个组织中均有表达, 其中在穗部、早期发育的籽粒、子房以及种皮中的表达量较高。亚细胞定位显示, TaSK41-GFP融合蛋白主要定位于细胞质和细胞核中。TaSK41过表达转基因水稻株系的千粒重显著降低, 粒长和粒宽均显著减小。通过酵母双杂交系统筛选小麦籽粒cDNA文库, 共获得17个可能与TaSK41相互作用的候选蛋白。进一步对TaSK41与调控籽粒发育相关基因TaARF4和TaBSK3的全长互作验证, 结果显示, TaSK41能够与小麦生长素响应因子TaARF4的全长蛋白发生相互作用。利用荧光素酶互补系统在体内对其互作关系进行了验证, 结果表明, TaSK41-nLUC与TaARF4-cLUC共转化烟草叶片, 可观察到荧光信号, 这表明它们在体内确实存在互作关系。本研究结果为深入解析TaSK41调控小麦粒重形成的分子机制提供了重要理论依据。

大麦NAC基因家族鉴定分析及HvNAC38的耐盐功能验证

牛丽, 王勇胜, 王长杰, 张宏, 孟亚雄, 李葆春, 杨轲, 马小乐, 姚立蓉, 司二静, 王化俊, 汪军成

作物学报. 2026, (3):  688-707.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.51062

摘要 ( 547 )   HTML ( 42 )   PDF (1672KB) ( 258 )  

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NAC基因家族是植物中一类重要的转录因子家族, 在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面均发挥关键作用。本研究以前期实验室通过多组学联合分析筛选出的耐盐候选基因HORVU3Hr1G014090为研究对象, 对大麦NAC基因家族成员进行全基因组鉴定及生物信息学分析, 并对所有成员进行盐胁迫下的表达模式分析和qRT-PCR验证, 通过亚细胞定位确定候选基因在细胞内的具体位置, 最后过表达拟南芥以验证其功能。结果显示, 共鉴定到116个HvNACs基因, 分布在7条染色体上, 将耐盐候选基因HORVU3Hr1G014090命名为HvNAC38; HvNACs可分为6个亚族, 其中3对基因存在片段复制, 分别为HvNAC19和HvNAC57、HvNAC32和HvNAC85、HvNAC14和HvNAC58; 理化性质分析发现, HvNACs氨基酸数为112~894, 分子量为12,782.78~99,779.03 Da, 等电点为4.20~10.54, 不稳定系数为21.9~70.6, 亲水性平均值为-1.029~ (-0.264); HvNACs启动子上存在多个与抗逆相关的结合基序, 共鉴定到5个结构域和超家族, 分别为NAM结构域、PHA03378超家族、PTZ00449超家族、PHA03052超家族和PHA03247超家族; HvNACs共有41个顺式作用元件, 有18个成员无内含子结构; 107个HvNACs基因对盐胁迫有响应, 选择其中8个成员的表达量进行验证, 结果与转录组数据趋势基本一致; 亚细胞定位结果显示HvNAC38定位在细胞核, 与预测结果一致; 在拟南芥中过表达HvNAC38基因后, 通过表型与生理指标综合分析, 验证该基因可提高拟南芥的耐盐性。本研究为探索大麦耐盐机制与提高作物抗逆性的研究提供了参考。

甘蓝型春油菜早花基因BnCRY2功能位点KASP标记的开发及应用

王楚锐, 李开祥, 赵志, 肖麓, 唐国永, 赵志刚, 徐亮, 杜德志, 柳海东

作物学报. 2026, (3):  708-721.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.55055

摘要 ( 411 )   HTML ( 17 )   PDF (3157KB) ( 107 )  

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通过前期对早花位点BnaC08cqDTF的候选基因BnCRY2的克隆发现, 其等位基因第3外显子存在一个A/G的SNP, 根据该SNP开发了相应的KASP标记BN900449, 进一步利用上述标记及与早花位点qFT.A02-1和qFTA10紧密连锁的4个标记(多重PCR标记PB05、PB06和KASP标记A015348、K000272)对497份甘蓝型油菜自然群体进行早花基因型鉴定, 结果显示, 3个位点均可将自然群体分成花期显著差异的2组, 且含双位点品系的平均开花时间早于单位点品系; 从中筛选出分别含有BnaC08cqDTF、qFTA10、qFT.A02-1位点的资源各3份, 不同单位点资源两两杂交进行位点聚合, 结合分子标记辅助选择创建特早熟资源41份, 这些资源比亲本早开花3~4 d; 从中筛选出初花期较早且品质双低的品系195, 连续2年在高海拔区5点进行测产试验, 结果表明, 2年平均产量比高海拔春油菜区白菜型主栽品种浩油11号增产23.07%。该研究不仅拓宽了特早熟甘蓝型春油菜种质资源创建的思路, 也为特早熟高产优质油菜品种的培育提供了亲本支撑。

甘蔗CLC基因家族鉴定与表达分析

杨宗桃, 杨婷, 王禹童, 艾静, 李燕烨, 刘家勇, 邓军, 赵勇, 张跃彬

作物学报. 2026, (3):  722-734.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.54105

摘要 ( 443 )   HTML ( 25 )   PDF (1618KB) ( 227 )  

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氯离子通道(chloride channel, CLC)基因家族在植物液泡硝酸盐储存过程中发挥关键作用, 但其在复杂基因组作物甘蔗中尚未被系统鉴定。本研究基于割手密(Saccharum spontaneum)基因组数据, 鉴定出29个SsCLC基因, 分布于21条染色体上, 可分为6个亚族(Group a、Group c、Group d、Group e、Group f和Group g)。基因结构和motif分析表明该家族成员较为保守。共线性分析显示, SsCLC基因家族主要通过全基因组/片段复制事件扩增, 并受到纯化选择。启动子顺式作用元件分析表明, SsCLC富含激素响应(50.00%)、生长发育(42.86%)及胁迫响应(7.14%)等相关元件。以割手密82-1及其3个杂交后代为材料, 农艺性状调查显示杂交后代在茎径、叶长、锤度、鲜重和干重上均显著优于亲本; 转录组与qRT-PCR分析发现, 75.86%的SsCLC基因(22/29)在杂交种根中表达上调。本研究首次系统鉴定了SsCLC基因家族, 揭示了其在杂交种根中普遍上调的表达模式与优良农艺性状密切相关, 为解析甘蔗“高贵化”过程中的氮素高效利用机制提供了重要基因资源。

裸大麦籽粒β-葡聚糖含量近红外预测模型的建立

李赢, 石晓旭, 刘海翠, 石吕, 薛亚光, 魏亚凤

作物学报. 2026, (3):  735-745.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.51073

摘要 ( 346 )   HTML ( 5 )   PDF (1394KB) ( 114 )  

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β-葡聚糖具有调节血糖、降血脂、抗肿瘤、抗氧化等功效, 是裸大麦的重要品质指标之一。建立裸大麦籽粒β-葡聚糖含量近红外预测模型, 无损、快速地对低世代裸大麦材料籽粒β-葡聚糖含量进行测定, 可显著提高裸大麦育种效率。本研究采集了215份裸大麦籽粒的近红外光谱, 使用酶法测定了β-葡聚糖含量, 根据光谱扫描结果和蒙特卡洛交叉验证法剔除异常样本10个, 利用SPXY法将剩余样本划分为校正集和验证集。使用归一化、一阶导数、二阶导数等14种方法对光谱进行预处理, 使用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和主成分回归(PCR)算法构建裸大麦籽粒β-葡聚糖含量的近红外预测模型, 其中二阶导数处理的SVM模型预测效果最好。结合连续投影算法(SPA)、无信息变量剔除法(UVE)、竞争性自适应重加权采样法(CARS)、变量迭代空间收缩法(VISSA)、自举软收缩法(BOSS)和迭代保留信息变量法(IRIV) 6种特征变量筛选方法对二阶导数处理的SVM模型进行优化。其中CARS-SD-SVM模型的校正决定系数(R²_C)、校正标准偏差(RMSEC)、外部验证决定系数(R²_P)、验证标准偏差(RMSEP)和相对分析误差(RPD)分别是0.859、0.272、0.877、0.237和2.790, 模型预测效果最佳, 且可靠性较高, 适用于裸大麦籽粒β-葡聚糖含量的分析, 在裸大麦优质育种和品质分析中具有广泛的应用价值。

山西省小麦地方品种的染色体多样性及遗传效应分析

侯洁, 付朵朵, 武海峰, 郝宇琼, 郑兴卫, 武棒棒, 周凯, 李晓华, 郑军, 赵佳佳

作物学报. 2026, (3):  746-763.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.51077

摘要 ( 376 )   HTML ( 9 )   PDF (1844KB) ( 118 )  

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染色体变异是物种形成和品种演化的重要途径。为深入研究小麦地方品种的染色体多样性, 阐明染色体变异对农艺性状的影响, 采用Oligo-FISH鉴定了152份具有代表性的山西小麦地方品种的核型, 并分析了染色体变异对农艺性状的影响。结果表明, 山西小麦地方品种染色体多样性较丰富, 具有15种结构变异和1种数目变异, 以及108种多态类型, 涉及59个存在缺失变异(PAVs)和25个拷贝数变异(CNVs)。就基因组而言, B基因组除5B染色体外均涉及易位, 染色体结构变异率最高, 为56.7%; A基因组多态类型最多, 为50种; 整体上以A基因组的多态性信息指数(PIC)最高, 其次为B基因组, D基因组最小。地方品种间染色体PIC、基因多样性以及遗传距离受亲缘关系和生态分布的影响, 所有品种整体上可分为8个类群。麦区间染色体变异类型多样; 同名品种的染色体变异和多态类型存在差异, 结合0.1K和16K芯片进一步确定了其遗传差异性。山西小麦地方品种农艺性状变异丰富, 变异系数为6.33%~32.95%; 除穗长、穗下节间和穗粒数外, 各性状变异系数均以北部春麦区较大, 遗传多样性高。表型效应分析发现22个染色体变异与农艺性状有关, 其中PAV.2A-g1可显著增加穗长, PAV.2A-g1和PAV.2B-r8对小穗数具有正效应, PAV.6A-g6和PAV.6B-g11与粒重呈显著正相关, 这些染色体变异在今后的应用研究中潜力较大。研究结果有助于深入了解山西小麦地方品种的遗传多样性, 可为分子标记辅助育种提供新的标记类型。

玉米ZmPFK基因家族全基因组鉴定及响应胁迫表达分析

孟成, 王哲

作物学报. 2026, (3):  764-779.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.53047

摘要 ( 644 )   HTML ( 23 )   PDF (3780KB) ( 206 )  

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磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)是糖酵解途径中的关键调控酶, 作为该代谢过程的限速酶, 它主导着细胞内葡萄糖代谢的速率。与此同时, 己糖激酶不仅能够作为糖受体启动下游糖信号传导, 还可整合多种外界信号, 进而激活其他信号转导途径, 参与调节植物对外界环境变化的响应机制。系统分析玉米PFK家族成员在基因组上的分布、结构、进化以及表达特性, 对于深入研究该家族的生物学功能具有重要意义。本研究基于玉米B73 (RefGen_v4)基因组信息以及转录组数据等, 通过生物信息学手段对玉米B73自交系磷酸果糖激酶(PFK)家族成员进行全基因组鉴定并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、启动子顺式作用元件以及表达特性进行了分析。结果表明, 玉米B73自交系共有20个PFK家族成员, 它们主要分为ATP依赖性的磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)和焦磷酸盐依赖性的磷酸果糖激酶(phosphotransferase, PFP), 且不均匀的分布于各个染色体上。共线性分析表明, 玉米PFK基因与单子叶植物水稻(Oryza sativa)具有多对同源基因, 而与双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)不存在直系同源基因。启动子顺式作用元件预测表明, PFK基因具有一些与生长发育和逆境响应的结合元件。转录组数据以及qRT-PCR表明, 各成员在组织表达与胁迫处理下存在不同的表达水平, 并且发现了多个响应非生物胁迫(盐胁迫、干旱胁迫、热胁迫和冷胁迫)与生物胁迫(玉蜀黍平脐蠕孢菌、玉蜀黍凸脐蠕孢菌和禾谷镰孢胁迫)的ZmPFK基因, 表明该家族成员在响应逆境胁迫中具有重要作用。将重组质粒ZmPFK10-pET32a转入大肠杆菌BL21中, 诱导表达后的重组菌株ZmPFK10-pET32a在700 mmol L^-1 NaCl和45℃高温条件下的生长情况优于对照菌株。蛋白互作网络预测与富集分析发现, 与ZmPFK蛋白存在互作的3个核心蛋白均参与糖酵解活动。上述结果为PFK家族成员的生物学功能研究提供了理论基础。

基于BSA-seq技术定位玉米籽粒花青素关联基因

张超, 郭欢, 李忠玲, 岳淑宁, 赵娜

作物学报. 2026, (3):  780-789.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.53051

摘要 ( 503 )   HTML ( 17 )   PDF (717KB) ( 222 )  

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花青素作为鲜食玉米的表型之一, 使其具有更高的营养价值和经济价值。为了研究玉米籽粒中花青素的关联基因, 本研究利用连续自交多代的黑糯和白糯玉米作为亲本材料构建获得F₂代分离群体。于F_2:3统计玉米籽粒颜色表明, 黑白粒占比表现为极显著差异。利用BSA-seq技术对黑粒和白粒的表型混池样本进行基因组测序, 挖掘花青素积累的关联基因。通过表型和基因测序联合分析, 玉米籽粒中花青素合成的关联基因片段主要位于6号染色体的107.9 ~113.2 Mb区域内。候选区域内共注释到116个基因, 其中包括53个非同义突变基因, 17个移码突变基因。通过基因注释信息分析, 推测出花青素结构基因Zm00001eb276450 (ANR)、转录因子基因Zm00001eb276870 (WD40)和Zm00001eb276640 (MYB)可能为玉米籽粒中花青素关联的候选基因。该研究结果为进一步完善玉米籽粒花青素关联基因的功能解析奠定了重要基础, 也为快速筛选花青素鲜食玉米新品种提供了参考基因。

玉米苞叶数目转录组分析及候选基因鉴定

马亮, 马璐, 张舒钰, 章慧敏, 王仁明, 宋旭东, 张振良, 冒宇翔, 陆虎华, 陈国清, 郝德荣, 周广飞

作物学报. 2026, (3):  790-801.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.53058

摘要 ( 405 )   HTML ( 14 )   PDF (4426KB) ( 180 )  

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苞叶数目是衡量玉米品种是否适宜机械直收籽粒的重要性状之一。为研究玉米苞叶数目形态建成的代谢路径及调控基因, 本研究以多苞叶数目自交系YD97和少苞叶数目自交系YD132为材料, 对7叶期和吐丝期的苞叶组织进行转录组测序。以YD97为对照, YD132为样品, 共检测到4089个差异表达基因, 其中1979个基因上调表达, 2150个基因下调表达。K-means分析将差异表达基因分为8个聚类。GO富集分析表明, 差异表达基因主要与刺激响应、氨基酸转运、生长素响应、分枝形态建成、氮化合物代谢过程和细胞周期等相关。KEGG富集分析发现, 差异表达基因主要富集于光合作用、植物激素信号转导、淀粉与蔗糖代谢和马达蛋白等途径。其中, 植物激素信号转导途径, 尤其是生长素信号转导途径, 在玉米苞叶数目形态建成中发挥重要作用。此外, 将转录组结果与QTL定位结果联合, 结合候选基因关联分析和25个玉米自交系苞叶组织的实时荧光定量PCR分析, 鉴定到2个玉米苞叶数目候选基因, Zm00001eb156610和Zm00001eb275220, 分别编码谷氨酸合成酶2和蛋白质S-酰基转移酶。研究结果有助于玉米苞叶数目的分子机制解析和遗传改良。

OsST41调控水稻苗期耐盐性的功能分析

覃奕琰, 付瑶, 苏畅, 李娜, 徐静茹, 程笑然, 张琪, 赵明辉

作物学报. 2026, (3):  802-812.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.52023

摘要 ( 525 )   HTML ( 22 )   PDF (1186KB) ( 296 )  

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水稻是我国第一大粮食作物, 其产量易受土壤盐碱化影响。本课题组前期通过全基因组关联分析(GWAS)定位到水稻耐盐候选基因OsST41。本研究克隆了OsST41 (Os07g0598200)基因, 通过生物信息学分析发现, 该基因编码序列全长747 bp, 编码248个氨基酸, OsST41蛋白含有F-box保守结构域, 并与拟南芥中调控非生物胁迫响应的EDL3蛋白同源。亚细胞定位结果表明, OsST41蛋白定位于细胞核。qRT-PCR分析显示, OsST41基因在水稻的各生育时期均有表达, 并于苗期盐胁迫后在叶片中的表达量显著升高。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建OsST41基因敲除突变体。耐盐性分析发现, OsST41基因敲除突变体耐盐性显著下降, 盐胁迫条件下突变体的Na⁺/K⁺显著高于野生型。生理指标检测结果发现, 盐胁迫下突变体丙二醛含量显著高于野生型, 超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和脯氨酸(Pro)含量均低于野生型。qRT-PCR结果显示, 抗氧化相关酶编码基因OsALDH22A1和OsGPX5的表达水平在突变体中显著降低。这些结果表明, 突变体抗氧化系统受损, 活性氧(ROS)清除能力减弱。本研究初步揭示了OsST41基因参与调控水稻耐盐性, 为进一步解析水稻OsST41响应盐胁迫的分子调控机制奠定了基础。

耕作栽培·生理生化

甘薯高氮徒长的生理机制和转录组分析研究

于永超, 刘明, 靳容, 赵鹏, 张强强, 王静, 朱晓亚, 唐忠厚

作物学报. 2026, (3):  813-824.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.54109

摘要 ( 368 )   HTML ( 12 )   PDF (1915KB) ( 157 )  

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甘薯是我国重要的粮食与经济作物, 高氮环境下容易茎叶旺长而造成产量和品质的降低。本研究以不易徒长的品种徐薯32号和易徒长的品种徐紫薯8号为试验材料, 设置不同施氮肥水平(0、80和200 kg hm^-2)处理, 测定甘薯徒长表型和碳氮含量变化, 通过转录组测序进行相关代谢途径和徒长候选基因挖掘分析, 并对测序结果进行RT-qPCR验证。结果表明, 与徐薯32号相比, 高氮处理下徐紫薯8号的地上部生长更加旺盛, 块根产量显著降低, 徒长情况严重。高氮处理使2个品种茎尖的氮含量增加而可溶性糖含量降低, 碳氮代谢途径的基因表达量显著提高, 徐紫薯8号茎尖的碳氮代谢变化更加显著, 地上部易受高氮影响。转录组测序表明, 正常施氮和高氮处理间存在差异表达基因3852个, 对2个品种共同筛选到的1174个差异表达基因进行GO与KEGG通路富集分析, 发现差异基因在损伤响应、茉莉酸响应、氨基酸代谢、玉米素生物合成等途径被显著富集, 不同甘薯品种对高氮可能存在共同的响应机制。相同处理下, 徐薯32号和徐紫薯8号间差异表达基因共6998个, 对高氮处理筛选到而正常施氮未筛选到的1186个差异表达基因进行GO与KEGG通路富集分析, 发现差异基因在类异戊二烯代谢、激素应答、细胞色素P450、氮代谢、玉米素生物合成等途径被显著富集, 进一步筛选到6个甘薯高氮徒长的候选基因(g9506.t1、g14945.t1、g37255.t1、g25587.t1、g7821.t1和g18076.t1)。本研究为解析甘薯高氮徒长的生理机制提供了理论支持, 也为选育耐高氮甘薯品种提供了基础。

溴乙烷与赤霉素协同处理破除马铃薯块茎休眠的机理初探

张宇, 刘芳, 蔡诚诚, 杨小华, 吉阿么石扎, 杨元军, 王西瑶

作物学报. 2026, (3):  825-838.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.54104

摘要 ( 331 )   HTML ( 6 )   PDF (1232KB) ( 133 )  

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马铃薯是重要的粮食作物, 块茎休眠的及时破除有助于提高出苗整齐度和产量。前期研究表明, 溴乙烷(BE)可有效打破休眠, 但处理后芽体生长缓慢, 限制了其应用效果。因此, 为提高催芽效率, 本研究探索BE与赤霉素(GA₃)协同处理对马铃薯块茎休眠破除及后续芽生长的影响。并选取处理后第7天的BE处理组、BE+GA₃处理组和清水处理组(CK) 3组样品, 进行转录水平差异分析。结果显示, BE+GA₃联合处理在缩短休眠期、提高块茎发芽率的同时显著增强芽生长变化。BE处理组与CK组相比, 差异基因主要富集于植物激素信号转导、MAPK信号通路及植物-病原体互作等胁迫应答相关代谢路径, 而BE+GA₃处理组与CK组差异基因则显著富集于碳水化合物代谢、DNA复制、代谢通路及次生代谢物生物合成通路等代谢相关通路。此外, 与CK组相比, BE+GA₃处理组的IAA通路(AUX/IAA、GH3)及GA通路(GIB1、TF)关键基因显著上调, 而ABA通路(ABI1/2、PP2C)关键基因明显下调, 表明该组合调控了与休眠发芽密切相关的激素信号通路。最后, 本研究利用高效液相色谱检测方法对不同处理的激素含量进行测定发现, BE+GA₃处理显著提高了GA₃和IAA含量, 降低了ABA含量, 使ABA/GA值处于较低水平。综上, BE与GA₃协同通过调控激素信号传导与代谢通路, 提高块茎体内IAA和GA₃含量, 降低ABA含量, 有效促进马铃薯块茎的休眠破除与芽生长, 揭示了其互补机制, 为马铃薯休眠调控提供了理论依据与实践指导。

外源褪黑素通过协调光反应与暗反应增强玉米苗期的耐热性

李新浩, 邢梦柯, 周梓惠, 李思烨, 任昊, 王洪章, 赖华江

作物学报. 2026, (3):  839-856.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.53044

摘要 ( 673 )   HTML ( 15 )   PDF (6056KB) ( 193 )  

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近年来, 频发的极端高温天气严重制约了我国玉米生产。外源褪黑素(Met)通过提高抗氧化能力来增强作物的抗逆性, 但其对热胁迫下玉米叶片碳同化能力及原初光化学效率的影响机制鲜有报道。本研究以热敏感型玉米品种先玉335 (XY)和耐热型玉米品种登海605 (DH)为材料, 于玉米6叶期进行热胁迫(38℃/28℃)处理, 探究外源Met对光合响应特征和荧光动力学曲线的影响。结果显示, 与清水处理相比, 外源Met促进了热胁迫下玉米叶片中可溶性糖和脯氨酸的积累, 提高了植株含水量。Met还提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 减少了氧化胁迫和丙二醛(MDA)含量。这些改善效应降低了K相(300 μs)和L相(200 μs)的相对荧光, 缓解了热胁迫对放氧复合体的损伤和电子传递阻碍, 并提高了单位面积PSII反应中心数量。XY和DH的最大光化学效率(?_Po)在Met处理下分别提高29.1%和17.2%。此外, 与清水处理相比, 外源Met改善了热胁迫下玉米叶片核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的活性, 尤其是在敏感品种XY中。光合响应参数显示, Met处理下, XY和DH的最大光合效率(P_nmax)分别提高了38.6%和30.8%, 光合能力(P_c)分别提高了30.2%和19.2%, 并降低了光呼吸速率(R_p), 提高了光饱和点(I_sat)、CO₂饱和点(C_isat)和最大羧化效率(V_cmax)。研究表明, 外源Met增强了叶片的渗透调节能力和抗氧化能力, 协同改善了光反应和暗反应, 缓解了热胁迫对玉米苗期净光合速率(P_n)的影响和对植株生长的损伤。

高温对不同大豆品种干物质积累和糖代谢的影响

赵翔, 李佳宜, 李爽, 韩文辉, 黄俊霞, 姚兴东, 张惠君, 王海英, 谢甫绨

作物学报. 2026, (3):  857-865.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.55054

摘要 ( 443 )   HTML ( 10 )   PDF (794KB) ( 201 )  

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高温是限制大豆生长发育的主要因素之一, 探究不同生育时期高温对大豆干物质积累和糖代谢的影响, 有助于揭示高温对大豆产量影响的生理机制, 以期为选育耐高温大豆品种提供理论依据。本试验在盆栽条件下选用高温不滞育品种辽豆24和高温滞育品种SN22-15, 进行不同生育时期的高温处理试验, 测定了植株的干物质积累、光合指标和糖类含量等。不同生育时期高温处理下辽豆24的叶色值、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、以及茎秆、叶片、叶柄和豆荚的干物质重量均显著高于SN22-15; 在R1和R3时期进行高温处理, 辽豆24各部位的可溶性糖含量、蔗糖含量、淀粉含量均显著高于SN22-15; 在V4、R1和R3时期进行高温处理, 辽豆24的单株荚数、单株粒数和单株粒重均显著高于SN22-15, 尤其在R3时期高温处理会导致SN22-15的产量大幅度下降。过高的温度会影响大豆叶片光合作用, 抑制光合产物的形成, 造成干物质积累和糖分积累减少, 最终导致产量下降。辽豆24对高温不敏感, 只有在R3时期遇到高温时其干物质积累、糖代谢以及产量才会受到一定的影响; 而SN22-15对高温敏感, 不同生育时期遇高温时, 其干物质积累、糖代谢以及产量均会受到影响, 尤以R3时期受影响最大。试验表明, 在育种过程中应选育合适的生育期品种, 避免因始荚期遇高温而造成产量下降。

减氮配施有机肥对机插稻产量形成与氮素利用的影响

刘宁, 樊平, 王成, 陈琪琪, 成庆悦, 铁夏娜, 汤菁莎, 刘彬彬, 谢鸿堃, 王嘉悦, 施园青, 马均

作物学报. 2026, (3):  866-880.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.52013

摘要 ( 484 )   HTML ( 19 )   PDF (986KB) ( 237 )  

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为探究减氮配施有机肥对机插杂交稻产量形成及其相关特性的影响, 本研究以籼型杂交稻F优498为材料, 采用二因素裂区设计, 主区设不施有机肥(Mo)和施有机肥(Mc, 有机肥1500 kg hm^-2) 2种施肥方式; 副区为减氮处理, 在常规施化学氮肥180 kg hm^-2 (N₃, CK)的基础上, 设置减氮25% (N₂)、减氮50% (N₁)和不施氮肥(N₀) 4个施氮水平, 通过测定产量、光合特性、干物质积累、氮素转运及利用效率等指标, 明确减氮配施有机肥的协同增效机制。结果显示, 与Mo相比, Mc处理提高了光合叶面积指数和光合势, 叶绿素含量下降速率减缓, 有效延缓叶片衰老, 提高光合能力。适量减氮配施有机肥能够优化群体构成, 有效穗数、穗粒数及千粒重显著提升, 配施有机肥下减氮25% (McN₂)处理产量最高, 2年平均较单施化肥(MoN₃)增产6.04%。减氮配施有机肥处理下, 成熟期干物质积累量与氮素积累量均表现为N₂ > N₃ > N₁ > N₀。同时, 与MoN₃相比, McN₂的氮素干物质生产效率、氮肥表观利用率、生理利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力均有所提高。表明, 减氮25%配施有机肥通过协同优化物质积累分配与氮素高效转运, 来提升光合产物向籽粒的定向供应能力, 构建“足源大库”群体, 实现机插稻高产与氮肥高效利用的平衡, 为绿色丰产栽培提供了理论支撑。

不同结瘤特性花生品种氮素累积、产量及品质特性对氮肥用量的响应

于天一, 王春晓, 肖丽, 钟召迪, 王宣仓, 赵勇, 路亚, 吴月, 吴正锋

作物学报. 2026, (3):  881-894.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.55050

摘要 ( 393 )   HTML ( 10 )   PDF (1576KB) ( 118 )  

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氮肥减施是提升花生根瘤固氮能力与氮素利用效率的关键措施。花生品种间结瘤固氮特性迥异, 本研究旨在探讨不同结瘤性状花生品种氮素吸收利用的差异。于山东省3个试验基点(望城、任城、茌平)开展为期2年的大田试验, 设置120 kg hm^-2 (N120)、60 kg hm^-2 (N60)和0 kg hm^-2 (N0) 3个梯度氮肥水平, 比较了普通结瘤品种(CNV)与不结瘤品种(NNV)在氮素累积、氮素利用效率、产量及品质方面对氮肥用量的响应差异。结果表明, 随氮肥投入递减, 不结瘤品种的植株不同部位氮含量、氮素累积量、产量及籽仁蛋白质含量均呈下降趋势; 与N120处理相比, N60处理的整株氮素累积量、产量和籽仁蛋白质含量分别平均降低18.98%、17.30%和10.69%, N0处理分别平均降低25.13%、13.97%和11.40%。相比之下, 普通结瘤品种的上述指标在不同氮肥处理下基本保持稳定。Pearson相关分析显示, 不结瘤品种各器官氮积累量与其产量、籽仁蛋白质含量间均存在显著正相关; 而普通结瘤品种氮素累积量与此二者关联甚微。上述结果表明, 相较于普通结瘤品种, 不结瘤品种的产量、品质及氮素累积对氮肥的响应更为敏感。在花生生产中, 应适度削减氮肥投入, 充分发挥根瘤固氮潜能, 来提升根瘤固氮效率。

不同节水灌溉方式对东北稻区水稻产量和群体质量的影响

叶凡, 李帅, 李思宇, 陈云, 窦超银, 刘立军

作物学报. 2026, (3):  895-907.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.52029

摘要 ( 544 )   HTML ( 21 )   PDF (866KB) ( 262 )  

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水资源短缺是东北黑土区水稻生产的重要限制因子, 推广应用节水灌溉技术对缓解当地用水紧张与水稻可持续发展有重要意义。本试验以常规粳稻龙粳31为材料, 于2023—2024年在黑龙江省佳木斯市建三江七星农场田间栽培条件下, 系统比较分析浅湿灌溉(SWI)、干湿交替灌溉(AWD)和控制灌溉(CI) 3种典型节水灌溉方式对水稻产量和群体质量的影响。结果表明: (1) 与常规水层灌溉(CF)相比, SWI、AWD和CI显著降低灌溉水用量, 节水率分别为9.5%~18.9%、12.2%~23.4%和17.0%~26.8%; 产量分别提高10.5%~11.2%、7.4%~13.5%和2.11%~2.25%; 灌溉水利用效率分别提高21.7%~29.9%、22.3%~39.8%和22.0%~29.2%。SWI与AWD增产显著主要得益于总颖花量显著增加。与SWI相比, AWD节水效果更加明显。(2) SWI和AWD处理的茎蘖成穗率、高效叶面积指数、粒叶比、茎鞘非结构性碳水化合物(NSCs)的累积与转运效率、花后干物质积累、根系伤流量与根系活力等群体质量指标均不同程度优于CF。此外, 上述两处理还提高了叶片SPAD值和抗氧化酶活性并降低了丙二醛(MDA)含量。综上, SWI和AWD可在大幅度节约灌溉用水的前提下, 优化水稻群体质量指标, 显著提高水稻产量, 研究结果为推进我国东北黑土稻区的节水灌溉策略提供了理论依据。

氮肥减施协同绿肥过腹还田可降低青海高原小麦农田温室气体排放

李晓龙, 严清彪, 李正鹏, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 韩梅, 柴强

作物学报. 2026, (3):  908-921.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.51054

摘要 ( 422 )   HTML ( 11 )   PDF (2181KB) ( 238 )  

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针对青海高原及高寒地区小麦生产氮肥施用量高、温室气体排放量大等问题, 探究绿肥不同还田方式及小麦季不同施氮量对小麦农田温室气体排放和产量的影响, 为该区小麦可持续生产提供理论依据和技术支撑。试验于2023—2024年在青海大学农林科学院试验站进行, 采用裂区试验设计, 主区为小麦季3个施氮水平: 常规施氮(225 kg hm^-2, N2)、减施氮肥30% (158 kg hm^-2, N1)和不施氮(0 kg hm^-2, N0); 裂区基于上一年度绿肥设置3种还田方式: 地上部移除仅根茬还田(RR)、地上部过腹联合根茬还田(SDRR)、地上部及根茬全量还田(RROS)。结果表明, 减氮30%结合绿肥过腹+根茬还田(N1SDRR)处理显著降低温室气体排放: CO₂排放总量较减氮30%全量还田(N1RROS)降低4.2%; N₂O排放总量、CH₄吸收总量较N1RROS降低19.1%、提升15.8%; 全球增温潜势(GWP)较N1RROS降低5.0%。N1SDRR处理小麦籽粒产量较N1RROS提高4.1%, 温室气体排放强度(GHGI)较N1RROS降低14.6%, 实现减排稳产。此外, N1SDRR处理土壤有机质、铵态氮含量较N1RROS提升9.1%、22.8%, 土壤硝态氮含量较N1RROS降低10.0%; 土壤蔗糖酶、脲酶活性较N1RROS分别提高3.2%、7.8%, 但土壤亚硝酸还原酶、硝酸还原酶活性分别降低11.9%、5.7%, 表明该模式通过提升土壤有机质、调控铵/硝态氮平衡同步降低温室气体排放并维持生产力。随机森林模型进一步表明, 土壤蔗糖酶、籽粒产量及土壤有机质是调控温室气体排放强度的关键因子, 优化施氮与绿肥还田方式会对土壤碳、氮含量产生影响, 可显著降低单位产量碳排放。因此, 氮肥减施30%结合绿肥地上部过腹联合根茬还田可改善土壤理化因子和酶活性, 有效降低温室气体排放, 稳定小麦籽粒产量, 是青海高原及高寒地区小麦农田稳产减排的适宜管理措施。

基于高光谱成像的烟叶主要化学成分无损检测与可视化

杨月, 张新新, 贺增辉, 李瑞东, 潘昱洁, 李嘉康, 杜薇, 徐大勇, 堵劲松

作物学报. 2026, (3):  922-935.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.54100

摘要 ( 494 )   HTML ( 7 )   PDF (1067KB) ( 176 )  

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烟叶的化学成分是决定其香气、风味与吸食质量的关键因素, 利用高光谱成像(hyperspectral Imaging, HSI)技术能够实现烟叶主要化学成分的快速、无损检测与可视化。本研究选取云南不同产区、不同等级的240份烟叶样本为研究对象, 采集967.05~2561.33 nm范围内的高光谱图像, 提出一种结合光谱差值与超像素聚类的感兴趣区域(region of Interest, ROI)提取方法, 有效剔除背景、叶脉及不规则结构干扰。光谱数据经标准正态变量变换(standard normal variate, SNV)与一阶导数(first derivative, FD)联合处理后, 采用主成分分析(principal component analysis, PCA)进行特征降维, 并基于偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)对烟碱、总糖、还原糖、总氮、钾和氯6种成分进行统一建模。结果表明, SNV+FD预处理能有效提升模型性能, 其中烟碱、总糖、还原糖和总氮的交叉验证决定系数(coefficient of determination for cross-validation, Q²)均超过0.89, 交叉验证均方根误差(root mean square error of cross-validation, RMSECV)最低达0.09; 在20个独立样本测试中, 6种成分的预测决定系数(coefficient of determination for prediction, R²)分别为0.930、0.908、0.854和0.915, 平均相对偏差(relative difference, RD)小于5%, 相对预测偏差(residual prediction deviation, RPD)均高于2.5, 验证了模型的稳定性与预测能力。基于所建模型实现了烟叶主要化学成分的可视化分布, 揭示了各成分在叶片不同区位的异质性特征。本研究提出的ROI提取与建模方法能够有效实现烟叶主要化学成分的无损检测与可视化, 可为烟叶品质评价与精细化加工提供技术支撑。

研究简报

基于饭豆基因资源的小豆远缘杂交群体抗豆象QTL定位

刘长友, 王珅, 时会影, 沈颖超, 孙蕾, 王彦, 张志肖, 苏秋竹, 田静, 范保杰

作物学报. 2026, (3):  936-944.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.54053

摘要 ( 265 )   HTML ( 6 )   PDF (2328KB) ( 70 )  

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豆象是危害小豆(Vigna angularis)等食用豆类的主要仓储害虫, 而栽培小豆缺乏抗豆象种质资源。近缘栽培种饭豆(Vigna umbellata)大多表现出抗豆象。本研究通过构建饭豆与小豆的远缘杂交群体, 挖掘抗豆象基因资源, 为小豆抗豆象育种提供理论支撑。以抗豆象饭豆F021和感豆象小豆白红2号为亲本, 通过幼胚拯救获得F₁植株, 采用单粒传法构建包含178个株系的F₈代重组自交系群体(RIL)。利用3095个SSR标记筛选亲本间多态性位点, 构建遗传连锁图谱。结合2年人工接种绿豆象表型鉴定(以种子被害率为指标), 采用区间作图法(IM)定位抗豆象QTL位点并分析其遗传效应。结果表明, 亲本白红2号种子被害率均为100% (感豆象), 饭豆F021种子被害率分别为19.2%和23.4% (抗豆象); RIL群体种子被害率呈连续分布, 符合数量性状遗传特征。筛选获得503个多态性SSR标记(小豆来源标记多态性最高, 达33.7%), 构建的遗传连锁图谱包含262个标记, 分布于11个连锁群, 总长634.90 cM, 标记间平均遗传距离3.43 cM, 比较基因组分析显示与小豆基因组共线性良好。联合2年表型数据分析共检测到9个抗豆象QTL, 其中3个为稳定QTL (QUmbr2.1/2.2、QUmbr4.1/4.2、QUmbr11.1/11.2), LOD值介于2.93~6.56, 表型贡献率为8.3%~17.0%; 所有QTL加性效应均为负值, 表明饭豆等位基因显著降低种子被害率。本研究通过远缘杂交群体定位饭豆抗豆象QTL, 证实饭豆可作为小豆抗豆象育种的优异基因供体, 并为分子标记辅助选择提供了关键标记资源。

野生燕麦和栽培燕麦的代谢组学分析

郭颖, 张大效, 陈美霖, 陈冠宇, 刘建民, 杨晓虹, 韩冰

作物学报. 2026, (3):  945-956.  doi:10.3724/SP.J.1006.2026.51045

摘要 ( 337 )   HTML ( 8 )   PDF (4901KB) ( 119 )  

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本研究采用广泛靶向代谢组学方法分析了野生燕麦和栽培燕麦抽穗后15 d的叶片代谢产物差异。野生燕麦和栽培燕麦共检出代谢物1821种, 其中差异代谢物318种, 包括酚酸类(65种)、黄酮类化合物(59种)和氨基酸及其衍生物(34种)等共13类。通过测定各代谢物的相对含量显示, 种类最多的为黄酮类化合物, 相对含量最多的为氨基酸及其衍生物。异鼠李素-7-O-葡萄糖苷(蔓菁苷)与芹菜素-7-O-(2''-葡萄糖醛酸基)葡萄糖醛酸苷2种代谢物为野生燕麦特有; 3'-葡萄糖基-6,7-二羟基-N-甲基-苄基四氢异喹啉、葡萄糖基丁香酸、肉豆蔻油酸等7种代谢物为栽培燕麦特有; 已检测到的咖啡酸苯乙酯、红景天苷和白杨素等均具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗菌作用, 其在野生燕麦中的含量均高于栽培燕麦。在野生燕麦和栽培燕麦中共检测到14种燕麦生物碱, 其中13种燕麦生物碱均在地方品种裸燕麦中含量最高。本研究将为野生燕麦的科学引种、综合开发利用提供参考。