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    1. 玉米ZCN7在调控花期抗旱性中的作用
    李燕, 陶柯宇, 胡悦, 李永祥, 张登峰, 李春辉, 何冠华, 宋燕春, 石云素, 黎裕, 王天宇, 邹华文, 刘旭洋
    2023, 56 (16): 3051-3061.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.001
    摘要591)   HTML144)    PDF (1718KB)(597)    收藏

    【目的】我国玉米主产区多分布在干旱和半干旱的雨养农业地区,干旱造成的玉米减产严重威胁国家粮食安全。作为异花授粉作物,开花期是玉米对干旱最为敏感的时期,干旱引起的散粉吐丝花期不遇将导致严重的产量损失。因此,挖掘花期抗旱基因,并研究其功能,将为玉米抗旱种质改良和品种培育提供理论支撑和基因资源。【方法】采取生物信息学方法,对玉米基因组中24个ZCN基因(拟南芥FT的同源基因)的同源关系进行分析。利用qRT-PCR和活体GFP荧光成像试验分析ZCN7的组织表达模式。选取118份玉米多样性自交系,在北京(2021和2022年)和新疆乌鲁木齐(2022年)3个环境下开展不同水分处理的玉米开花期性状调查,采用PCR扩增和Sanger测序方法对ZCN7及上下游区域的遗传变异进行检测,利用混合线性模型开展散粉-吐丝间隔的候选基因关联分析获得显著关联的遗传位点,同时,取花期叶片组织进行ZCN7表达量检测,分析显著位点不同单倍型自交系中散粉-吐丝间隔及ZCN7表达量的差别。构建Ubi1:ZCN7的过表达转基因玉米植株,在大田环境开展不同水分处理下的开花期鉴定和产量及相关性状的鉴定,分析ZCN7的花期抗旱功能。【结果】玉米24个ZCN基因被分为15个FT类基因、6个TFL1类基因和3个MFT类基因,编码的蛋白长度为111—193个氨基酸,其中,ZCN7与ZCN8的亲缘关系最近,二者蛋白序列的相似性为83.33%。组织表达分析结果表明,ZCN7在V12期表现出表达峰值,并且ZCN7的启动子在成熟的拟南芥叶片边缘高表达。候选基因关联分析发现位于ZCN7起始密码子前1 001 bp的一个SNP位点具有最显著的关联信号,该位点AA和GG单倍型分别包含78和27个自交系,干旱条件下,A/A单倍型自交系的散粉-吐丝间隔显著小于G/G单倍型,并且A/A单倍型的玉米ZCN7表达量显著高于G/G单倍型。对ZCN7过表达转基因玉米的田间表型鉴定,表明干旱和正常水分条件下转基因玉米的散粉-吐丝间隔均小于野生型,其中,干旱条件下,OE1散粉-吐丝间隔较野生型缩小2.3 d,OE2较野生型缩小2.6 d;并且,在干旱条件下,转基因玉米的单株产量和单株籽粒数均显著高于野生型,而百粒重、粒长、粒宽等性状没有显著差异。【结论】玉米ZCN7正调控玉米的抗旱性,其过表达能够缩短干旱下的散粉-吐丝间隔,并增加籽粒产量。

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    2. 小麦类黄酮的遗传基础与功能性小麦育种应用
    陈杰, 陈伟
    2023, 56 (13): 2431-2442.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.001
    摘要473)   HTML63)    PDF (2776KB)(406)    收藏

    随着人们生活水平的提高,对食物的要求逐渐由“吃饱”向“吃好”以及“吃入营养”“吃出健康”等方向转变。小麦是我国以及世界最重要的粮食作物之一,育种家们认为小麦育种也要从“产量育种”向“品质育种”转变,即产量基本不变的前提下使得小麦籽粒具有特定有益人体健康的“功能性”成分,这些成分一般是小分子代谢物。与之相对应,还进一步提出了“功能性小麦品种”的概念。黄酮类代谢物是目前受到广泛关注的一类物质,由于它能够影响植株表型以及人类健康,该类物质含量也是“功能性小麦”育种的范畴之一。为了更好地促进“功能性小麦”育种,需要使用多种手段解析影响特定“功能性”代谢物含量的分子机理和遗传基础。代谢组学手段与遗传学设计相结合能够高效鉴定影响代谢物含量的基因,然而由于小麦参考基因组信息公布较晚,小麦中这类研究进展相对滞后,导致对于代谢物的遗传基础揭示不足,从而限制其在“功能性小麦”育种中的应用。本文以黄酮类物质为例,概述了解析这类代谢物遗传基础的研究进展,相关研究结果将为以提高黄酮类物质含量为主要目标的“功能性小麦”育种提供分子资源和理论基础,以及为研究其他“功能性”代谢物提供借鉴。与此同时,还初步构想了在相关基础研究积累不足的前提下直接使用代谢组学手段辅助育种的方式,有望在获得育种中间材料的同时“顺便”解析关键遗传因子或者候选基因,从而有效推动“功能性小麦”育种。

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    3. 机器学习在动物基因组选择中的研究进展
    李棉燕, 王立贤, 赵福平
    2023, 56 (18): 3682-3692.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.015
    摘要466)   HTML41)    PDF (570KB)(627)    收藏

    基因组选择是指利用覆盖在全基因组范围内的分子标记信息来估计个体育种值。利用基因组信息能够避免因系谱错误带来的诸多问题,提高选择准确性并缩短育种世代间隔。根据统计模型的不同,基因组选择方法可大致分为基于BLUP(best linear unbiased prediction, BLUP)理论的方法、基于贝叶斯理论的方法和其他方法。目前应用较多的是GBLUP及其改进方法ssGBLUP。准确性是基因组选择模型最常用的评价指标,用来衡量真实值和估计值之间的相似程度。影响准确性的因素可以从模型中体现,大致分为可控因素和不可控因素。传统基因组选择方法促进了动物育种的快速发展,但这些方法目前都面临着多群体、多组学和计算等诸多挑战,不能捕获基因组高维数据间的非线性关系。作为人工智能的一个分支,机器学习是最贴近生物掌握自然语言处理能力的一种方式。机器学习从数据中提取特征并自动总结规律,利用该规律与新数据进行预测。对于基因组信息,机器学习无需进行分布假设,且所有的标记信息都能够被考虑进模型当中。相比于传统的基因组选择方法,机器学习更容易捕获基因型之间、表型与环境之间的复杂关系。因此,机器学习在动物基因组选择中具有一定的优势。根据训练期间接受的监督数量和监督类型,机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等。它们的主要区别为输入的数据是否带有标签。目前在动物基因组选择中应用的机器学习方法均为监督学习。监督学习可以处理分类和回归问题,需要向算法提供有标签的数据和所需的输出。近年来机器学习在动物基因组选择中的应用不断增多,特别是在奶牛和肉牛中发展较快。本文将机器学习算法划分为单个算法、集成算法和深度学习3类,综述其在动物基因组选择中的研究进展。单个算法中最常用的是KRR和SVR,两者都是通过核技巧来学习非线性函数,在原始空间中将数据映射到更高维的核空间。目前常用的核函数有线性核、余弦核、高斯核和多项式核等。深度学习又称为深度神经网络,由连接神经元的多个层组成。集成学习算法则是指将不同的学习器融合在一起进而得到一个较强的监督模型。近十年来,有关机器学习和深度学习的相关文献呈现了指数型的增长,在基因组选择方面的应用也在逐渐增多。尽管机器学习在某些方面存在明显的优势,但其在估计动物复杂性状基因组育种值时仍面临诸多挑战。部分模型的可解释性低,不利于数据、参数和特征的调整。数据的异质性、稀疏性和异常值也会造成机器学习的数据噪声。还有过拟合、大标记小样本和调参等问题。因此,在训练模型时需要谨慎处理每一个步骤。文章介绍了基因组选择传统方法及其面临的问题、机器学习的概念和分类,探讨了机器学习在动物基因组选择中的研究进展及目前存在的挑战,并给出了一个案例和一些应用的建议,以期为机器学习在动物基因组选择当中的应用提供一定参考。

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    4. 自然衰老棉花种子的生理变化及ATP合成酶亚基mRNA的完整性
    宋词, 谷丰序, 邢真真, 张峻铭, 赫文学, 王天波, 王雨露, 陈军营
    2023, 56 (10): 1827-1837.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.001
    摘要453)   HTML112)    PDF (769KB)(309)    收藏

    【目的】种子衰老是一个复杂的生物学过程,以自然衰老的棉花种子为材料,研究种子自然储藏后的生理生化变化及种胚ATP合成酶亚基mRNA的完整性,为进一步揭示种子衰老机理提供依据。【方法】以自然储存3年、5年和新收获的新陆早74号棉花种子为试验材料(以新收获的棉种为对照(CK));分别采用纸间萌发试验、低温恒温干燥法和TTC染色法测定棉花种子的萌发率、吸水力和种子生活力;利用酸碱滴定法测定棉花种子的酸价和呼吸速率,采用植物ATP合成酶酶联免疫分析试剂盒测定种胚ATP合成酶活性,并利用反转录阻断-双引物扩增法分析棉花种胚ATP合成酶αβγεδ亚基mRNA的完整性。【结果】自然储藏会导致种子活力显著降低。与对照相比,自然储存3年和5年后,棉种萌发率由98.7%分别显著降低至84.0%和58.0%(P<0.05);种子吸胀初期(4 h内)吸水力分别比对照显著降低了11.0%和26.9%(P<0.05);TTC染色法检测结果显示种子生活力明显下降,其中,储藏5年的种子仅有胚根部位有少量着色,而子叶等器官未被染色;储藏3年和5年的种子酸价分别较对照显著升高了28.4%和40.0%,表明种子内脂肪类物质发生严重水解;吸胀期间种子呼吸速率和ATP合成酶活性表现出增加趋势(P<0.05),但增幅均显著下降;其中,吸胀24 h后呼吸速率增幅分别较对照降低了33.3%和49.2%,吸胀12 h后ATP合成酶活性增幅则分别较对照降低了17.9%和73.4%;反转录阻断-双引物扩增法分析结果显示,ATP合成酶的α亚基、β亚基、γ亚基和δ亚基mRNA的R值均显著低于对照,而ε亚基mRNA的R值则显著高于对照(P<0.05),说明这5种亚基的mRNA在自然储藏过程中出现不同程度的降解。【结论】延长贮藏时间,将导致棉花种子活力下降;种胚中ATP合成酶亚基mRNA完整性丧失,导致ATP合成酶亚基受损,ATP合成酶活性下降,进而造成ATP合成减少,影响种子萌发能力。这可能是棉花种子衰老的重要原因之一。

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    5. 小麦粒重相关性状的QTL定位及分子标记的开发
    张泽源, 李玥, 赵文莎, 顾晶晶, 张傲琰, 张海龙, 宋鹏博, 吴建辉, 张传量, 宋全昊, 简俊涛, 孙道杰, 王兴荣
    2023, 56 (21): 4137-4149.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.001
    摘要452)   HTML46)    PDF (4065KB)(283)    收藏

    【目的】小麦是世界总产量第二的粮食作物,而粒重是影响小麦产量的重要因素。以和尚头(HST)和陇春23(LC23)衍生的216个家系重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,基于55K SNP基因型数据,针对小麦粒重相关性状进行QTL定位,开发和验证粒长主效QTL的共分离标记,为分子标记辅助选择育种提供参考。【方法】利用小麦55K SNP芯片对亲本和RIL群体进行基因分型,构建高密度遗传连锁图谱,并与中国春参考基因组IWGSC RefSeq v1.0进行相关性分析。基于完备区间作图法对多环境粒重相关性状进行QTL定位;通过对主效QTL进行方差分析,判断不同QTL间的加性互作效应,并分析其对粒重相关性状的影响。同时,根据粒长主效QTL的共分离SNP位点开发相应的竞争性等位基因特异性PCR标记(kompetitive allele specific PCR,KASP),并在242份国内外小麦种质构成的自然群体中进行验证。【结果】构建了和尚头/陇春23 RIL群体的高密度遗传图谱,全长4 543 cM,共包含22个连锁群,覆盖小麦21条染色体,平均遗传距离为1.7 cM。遗传图谱与物理图谱具有显著相关性,Pearson相关系数为0.77—0.99(P<0.001)。共检测到51个粒重相关QTL,其中,有4个为3个及以上环境稳定表达的主效QTL,分布在2D、5A、6B和7D染色体。根据物理区间和功能标记分析主效QTL Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D分别为光周期基因Ppd-D1和开花基因FT-D1,方差分析表明,二者具有显著的互作效应;Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D优异等位基因的聚合显著提高了小麦的千粒重和粒宽。此外,根据粒长主效位点Qgl.nwafu-5A的共分离SNP开发了相应的KASP分子标记AX-111067709,该标记在242份小麦组成的自然群体中与粒长和粒重性状显著相关,在不同环境下能增加粒长3.33%—4.59%(P<0.001)和粒重5.70%—10.35%(P<0.05)。【结论】和尚头(HST)和陇春23(LC23)的粒重相关性状由多个遗传位点控制,其中,Qtkw.nwafu-2D.1Qtkw.nwafu-7D通过加性互作效应可显著提高小麦的千粒重和粒宽。Qgl.nwafu-5A与粒重和粒长具有显著相关性,其共分离分子标记AX-11106770可应用于分子标记辅助选择育种。

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    6. 新疆冬小麦品种资源主要产量性状全基因组关联分析
    马艳明, 娄鸿耀, 张胜军, 王威, 郭营, 倪中福, 刘杰
    2023, 56 (18): 3487-3499.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.001
    摘要416)   HTML43)    PDF (1989KB)(513)    收藏

    目的】高产是小麦育种的永恒主题,利用全基因组关联分析发掘控制小麦产量性状的QTL区段及优异基因,为小麦分子标记辅助选择育种提供理论依据和标记信息。【方法】以新疆本地188个冬小麦品种资源为材料,利用小麦55K SNP芯片进行全基因组扫描,通过对6个不同环境下的株高、穗长、小穗数、可育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽、籽粒长/宽比9个产量相关性状进行表型鉴定,利用6个环境下各性状数据及最佳线性无偏预测(BLUP)数据,基于混合线性模型(MLM)对表型和基因型进行全基因组关联分析。【结果】经主成分分析,将188个材料分为地方品种和育成品种2个亚群;利用6个环境下各性状数据,9个性状共检测到1 309个显著性SNP标记,其中,每个显著性SNP位点可解释7.259%—70.792%的表型变异。利用BLUP数据,9个性状共检测到66个显著性位点,同时与2个性状关联的共有SNP位点有5个,贡献率波动范围为8.498%—21.877%。将同时与2个性状或2个以上环境关联到的重复位点作为稳定的显著性关联位点,9个性状共检测到38个稳定关联位点,包括株高重复位点5个,穗长重复位点10个,小穗数重复位点10个,结实小穗数重复位点6个,穗粒数重复位点6个,千粒重重复位点1个,可解释9.10%—23.81%的表型变异。将这38个位点与已发布小麦基因组位点比对,仅找到3个与本研究关联重复位点位置相近、且有注释基因功能的基因,分别是:2A染色体上与株高关联位点AX-108794050距离相近的TraesCS2A01G448800,与转录因子bHLH71的代谢合成有关;1A染色体上与穗长关联位点AX-110689765距离相近的TraesCS2A01G448800,与蛋白质编码有关;4B染色体上与千粒重关联位点AX-110399975距离相近的TraesCS4B01G031100,与编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶SD1-8有关,参与对细胞增殖与分化的调控。【结论 】检测到38个与小麦产量性状关联的QTL位点,关联的优良等位基因具有降低株高、增加穗长、小穗数、可育小穗数、穗粒数和千粒重的作用。

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    7. 秸秆还田与施氮对耕层土壤有机碳储量、组分和团聚体的影响
    郭戎博, 李国栋, 潘梦雨, 郑险峰, 王朝辉, 何刚
    2023, 56 (20): 4035-4048.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.009
    摘要414)   HTML28)    PDF (599KB)(412)    收藏

    【目的】秸秆还田配施氮肥的固碳研究结果存在争议,为此展开本研究,旨在揭示秸秆还田配施氮肥对农田土壤固碳能力的影响以及固碳机理,为秸秆还田配施氮肥固碳研究提供依据。【方法】依托11年的长期定位试验,采用裂区设计,主处理为秸秆处理方式(还田与不还田),副处理为3个施氮水平,分别为不施氮(N0)、施氮 168 kg·hm-2(N168)、336 kg·hm-2(N336,过量施氮)。【结果】施用氮肥较不施氮肥小麦增产14.4%—19.5%,秸秆还田对产量影响不显著。秸秆还田显著提高土壤碳累积投入量70.8%(P<0.05),但对土壤有机碳储量影响不显著。与不施氮相比,施用氮肥分别显著提高土壤碳累积投入量和土壤有机碳储量7.7%—8.5%(P<0.05)和4.7%—8.1%(P<0.05)。施用氮肥显著提高土壤固碳速率32.7%—56.1%(P<0.05),过量施氮(N336)显著提高土壤固碳效率51.8%(P<0.05);秸秆还田显著降低了土壤固碳效率30.9%(P<0.05)。施氮和秸秆还田均能提升土壤碳库容量,N0和N168处理已经达到碳饱和状态。秸秆还田后土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EO)含量分别提高4.6%、11.2%、4.5%。与不施氮(N0)相比,施氮(N168)和过量施氮(N336)的DOC分别提高14.1%、29.5%;MBC分别平均降低14.0%、28.0%;EO分别提高8.2%和11.5%。秸秆还田有利于土壤DOC/SOC、微生物熵的提高。施用氮肥有利于DOC/SOC的提升,但降低了微生物熵。秸秆还田与施用氮肥均对土壤EO/SOC没有影响。秸秆还田和施氮均有利于大团聚体(>0.25 mm)的提升,秸秆还田显著提升了大团聚体的有机碳含量5.2%。秸秆不还田下团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随着氮水平增加表现出先提高后降低的趋势,还田下则表现为随氮水平的增加而增加,秸秆还田分别提升团聚体MWD和GMD 8.8%和7.5%,施用氮肥相较不施氮对MWD和GMD分别提升14.1%—22.7%和16.8%—23.4%。秸秆还田和施氮均能提高有机碳在大团聚体的分布。【结论】秸秆还田配施氮肥可以通过增加碳投入量,提高活性有机碳含量,降低微生物活性,提高团聚体对有机碳的保护来提高耕层碳储量。

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    8. 覆盖作物对我国粮食作物的产量效应及影响因素的Meta分析
    马佳玉, 王涛, 刘小利, 王丽, 张学成, 王文涛, 孔繁盛, 黄学郡, 王子怡, 王彦东, 甄文超
    2023, 56 (10): 1871-1880.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.005
    摘要409)   HTML37)    PDF (2214KB)(372)    收藏

    【目的】明确种植覆盖作物对我国主要粮食作物产量的影响,探究覆盖作物对粮食作物产量效应的影响因素,为覆盖作物在我国的科学应用与推广提供理论依据。【方法】以常规休耕为对照,以休耕期种植覆盖作物为处理,系统收集1980—2022年公开发表的文献137篇,建立含有903组种植覆盖作物对我国主要粮食作物产量及影响因素的数据库,采用Meta分析的方法定量化种植覆盖作物对粮食作物产量的影响,并通过Meta回归研究覆盖作物对粮食产量效应的影响因素。【结果】相比于休耕,覆盖作物处理下粮食作物的产量显著提高了12.2%,其中,小麦、水稻和玉米分别增产了9.5%、11.9%和19.6%。另外,冬季和夏季种植覆盖作物的粮食产量分别增加了9.5%和12.4%,并且豆科覆盖作物的增产效果较好,为12.9%(二月兰为14.2%,紫云英为11.8%,苕子为9.5%,豌豆为7.8%,大豆为7.4%),十字花科次之,为9.3%(油菜为7.0%),禾本科最差,为8.3%(黑麦草为7.9%),值得注意的是不同覆盖作物的混播增产效果最好,为17.3%。此外,种植年限和日照时数显著增加了覆盖作物的粮食增产效应,并且在高纬度地区,高的降水和温度增加了覆盖作物的粮食增产效应,而在低纬度地区,高的降水和温度降低了覆盖作物的粮食增产效应。【结论】休耕期采用混播的方式种植覆盖作物,有助于提高粮食作物的产量,能够减少地表的裸露并充分利用光热水土等资源,尤其在北方的夏季和南方的冬季休耕期种植更为适宜。

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    9. 基于分子标记技术玉米抗粗缩病种质资源的筛选与应用
    王江浩, 王立伟, 张动敏, 郭瑞, 张全国, 李兴华, 魏剑锋, 宋炜, 王宝强, 李荣改
    2023, 56 (10): 1838-1847.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.002
    摘要387)   HTML59)    PDF (2438KB)(267)    收藏

    【目的】利用与3个玉米抗粗缩病位点qMrdd2Rmrdd6qMrdd8紧密连锁的分子标记筛选高抗玉米粗缩病自交系,并进行杂种优势类群分类和配合力分析,为玉米抗粗缩病品种的快速高效选育提供依据和方法。【方法】将抗病自交系K36与感病自交系S221杂交,从F2开始,采用单粒传的方法构建一个包括263个F9家系的重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体;在不同种植环境下,对RILs进行抗病性鉴定,同时,采用与3个抗病位点qMrdd2Rmrdd6qMrdd8紧密连锁的分子标记5FR、6W53和IDP25K进行基因型分型,筛选出抗病且农艺性状优良家系;利用Maize56K SNP芯片对包括优良家系在内的24份玉米自交系进行基因型分型,根据Roger’s算法计算优良家系与其他骨干自交系之间的遗传距离,并在构建聚类图的基础上进行杂种优势类群划分;同时利用优良家系与不同类群的自交系测交配制杂交组合,在田间进行配合力测定和抗病性鉴定,筛选出抗病且杂种优势强的组合。【结果】自交系K36在qMrdd2Rmrdd6qMrdd8等3个抗性位点处均为抗病性纯合基因型,自交系S221均为感病性纯合基因型。RILs群体的263个家系在粗缩病抗性遗传组成上分为21种基因型,3个位点均为抗性纯合基因型家系的病情指数(DSI)最小(0.281),均为感病性纯合基因型家系的DSI最大(0.776),这与抗、感性亲本的DSI表现一致(0.257和0.623);2个位点为感病性纯合基因型时,1个位点为抗病性纯合基因型的DSI由小到大的位点是Rmrdd6(0.396)、qMrdd8(0.478)和qMrdd2(0.654),结果表明,Rmrdd6抗病性最强,qMrdd8次之,qMrdd2最弱。筛选出的3个抗性位点纯合基因型家系JR2136与其他23份自交系的遗传距离变化范围为0.2234—0.2895,平均值为0.2612,与之遗传距离最小的自交系是C413,最大的是Chang7-2。根据聚类分析结果,将JR2136划分在瑞德群,与属于黄改群的自交系H92和H521配制出抗病强的优势组合,分别比郑单958增产7.01%和7.80%,表明JR2136与属于黄改群的自交系之间具有良好的配合力。【结论】玉米自交系K36对粗缩病的抗性由qMrdd2Rmrdd6qMrdd8等3个基因控制、呈数量遗传特征且具有基因累加效应,具有3个抗性纯合基因型的玉米品种抗病性最强。开发的与3个位点紧密连锁的分子标记在抗病品种选育和抗性种质资源筛选上具有实用价值,利用分子标记进行辅助选择和基因聚合的方法选育抗病性强的优势组合应用于生产切实可行。

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    10. 有机物料与化肥长期配施对小麦玉米轮作潮土细菌群落和酶活性的影响
    张灵菲, 马垒, 李玉东, 郑福丽, 魏建林, 谭德水, 崔秀敏, 李燕
    2023, 56 (19): 3843-3855.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.011
    摘要387)   HTML28)    PDF (1745KB)(529)    收藏

    【目的】研究有机物料与化肥长期配施对土壤细菌群落和酶活性的影响,揭示土壤养分、胞外酶活性与细菌群落之间关系,为制定潮土区小麦玉米轮作制度下长期且合理的施肥策略提供理论依据。【方法】连续10年的定位试验,设置不施肥 (NF)、单施化肥(NPK)、化肥配合秸秆还田(NPKS)、50%的化肥配施6 000 kg·hm-2猪粪(NPKP)和50%的化肥配施6 000 kg·hm-2牛粪(NPKC)等5个处理。【结果】(1)有机物料与化肥长期配施(NPKS、NPKP和NPKC)可显著提高土壤肥力和胞外酶活性,其中NPKC处理提升效果最为显著,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量和碱性磷酸酶活性较NPK处理提升幅度为13.8%—15.4%、9.7%—15.5%、7.2%—15.9%、13.6%—38.5%和2.5%—13.1%。(2)有机物料与化肥长期配施显著改变了细菌群落结构和组成。与NPK处理相比,小麦季NPKS处理显著上调物种为AggregatilineaParachlamydia,NPKP处理显著提高PseudomonasNonomuraeaFlexilinea丰度,NPKC处理仅Luteitalea丰度显著升高。玉米季NPKS处理显著上调的物种为PhycisphaeraSyntrophothermus,NPKP处理显著提高Gemmatimonas丰度;NPKC处理AquipuribacterDesulfosoma丰度显著升高。(3)功能预测结果表明,长期有机物料与化肥配施较单施化肥对土壤碳、氮循环功能有促进作用,尤其NPKC处理对硝化作用、尿素溶解、芳香族化合物的降解、木聚糖分解、纤维素降解作用均有较强的影响。(4)蒙特尔分析表明,土壤pH是潮土细菌群落结构和生态功能的主要调控因素。【结论】有机物料与化肥长期配施(尤其是化肥配施牛粪)可提高土壤肥力和胞外酶活性,增加有益菌群丰度,显著改变细菌群落结构和组成,有利于碳、氮、磷循环,从而促进潮土形成适合作物和细菌生长的环境。

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    11. 基于16K SNP芯片的小麦株高QTL鉴定及其遗传分析
    姚琦馥, 陈黄鑫, 周界光, 马瑞莹, 邓亮, 谭陈芯雨, 宋靖涵, 吕季娟, 马建
    2023, 56 (12): 2237-2248.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.001
    摘要383)   HTML51)    PDF (829KB)(551)    收藏

    【目的】株高与产量之间关系密切。进一步挖掘具有育种利用价值的小麦株高数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),并解析株高QTL对产量相关性状的遗传效应,为分子育种提供理论依据。【方法】以田间自然变异株msf为母本、小麦品种川农16为父本杂交衍生的F6代重组自交系群体(MC群体)为试验材料,于2020—2022年在四川省温江区、崇州市和雅安市试验基地进行2年5个生态环境点的种植和株高表型鉴定。使用16K SNP芯片所构建的高质量、高密度遗传连锁图谱定位株高性状。同时,利用株高主效QTL侧翼标记的基因型分析其正效应位点对于产量相关性状的遗传效应,评估主效QTL对产量提升的潜力。【结果】定位结果显示,分别在1A、3D、4D、5A和7B染色体共鉴定到8个控制株高的QTL。其中,定位到2个稳定的主效QTL:QPh.sau-MC-1AQPh.sau-MC-5A,分别解释9.09%—25.56%和3.91%—13.09%的表型变异率,其正效应位点均来源于川农16。加性效应分析发现同时携带QPh.sau-MC-1AQPh.sau-MC-5A正效应位点株系的株高显著高于仅携带单一正效应位点或没有携带任何正效应位点的株系。相关性分析发现,株高与有效分蘖数之间存在极显著的正相关性,与旗叶宽之间存在显著的负相关性,而与每穗粒数、每穗粒重、千粒重、旗叶长和开花期之间无显著相关性。遗传效应分析发现,QPh.sau-MC-1A正效应位点极显著增加有效分蘖数(56.51%),显著减少每穗粒数(-11.26%)、每穗粒重(-13.04%)、千粒重(-5.47%)和旗叶宽(-2.85%),促进开花期提前(-0.61%)。QPh.sau-MC-5A正效应位点显著增加有效分蘖数(10.57%)、每穗粒重(4.32%)和千粒重(2.92%),延迟开花期(1.07%)。【结论】在5A染色体定位到1个株高主效QTL—QPh.sau-MC-5A,其正效应位点显著提高有效分蘖数、每穗粒重及千粒重,对产量提高可能有积极效应。

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    12. 籼型血缘渗入对北方粳稻产量和品质的影响
    徐海, 李秀坤, 芦佳浩, 姜恺, 马玥, 徐正进, 徐铨
    2023, 56 (22): 4359-4370.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.001
    摘要381)   HTML64)    PDF (4344KB)(319)    收藏

    【目的】 分析籼型血缘渗入对粳稻品种产量和品质的影响,为优化籼型血缘利用的北方粳稻育种方案提供理论基础和基因组资源。【方法】以籼粳交重组自交系(RIL)及从黑龙江省、辽宁省、山东省和江苏省收集的74份不同年代粳稻主栽品种为试材,结合基于Illumina HiSeq2500平台的全基因组高通量测序和多地表型调查,分析籼型血缘对北方粳稻产量和品质的影响,并使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对籼型血缘渗入所引入的不利基因进行基因敲除。【结果】分析RIL发现籼型血缘与穗长、粒长呈显著正相关,与碾磨品质呈负相关,其中,与整精米率达到显著水平。籼型血缘在江苏省与直链淀粉含量呈显著负相关,与粗蛋白含量呈显著正相关。籼型频率与粒形的相关性随着纬度的增加而增强,而与穗长和整精米率的相关性随着纬度的增加而减弱。通过调查粳稻主要稻区不同年代主栽品种,发现籼型血缘渗入位置和比例并不是均匀分布在12条染色体上,在第1、10、11和12染色体上,籼型血缘分布较多。江苏省和辽宁省主栽品种的籼型血缘显著高于黑龙江省和山东省,而且2000年后育成的品种籼型血缘显著高于2000年之前的品种。各粳稻区不同年代主栽品种籼型血缘渗入显著增加了每穗粒数,籼型血缘渗入区域中包含多个抗性和育性相关基因。在盐丰47的第5染色体上有一段籼型血缘渗入片段,包含籼型粒型调控基因GS5和籼型垩白调控基因Chalk5,增加了盐丰47的千粒重,但影响了其垩白性状。应用CRISPR/Cas9技术敲除盐丰47的Chalk5,纯合基因编辑植株的粒形与盐丰47相似,其垩白性状得到了显著改善。【结论】籼型血缘渗入主要通过增加每穗粒数增加粳稻产量潜力,但对碾磨品质有负面影响。通过全基因组高通量测序挖掘品种不良等位基因,结合CRISPR/Cas9基因编辑打破籼粳杂交育种中的遗传累赘是一种高效的育种辅助手段,可以针对目标性状进行快速准确的改良。

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    13. 基于表型性状的高粱育种材料遗传多样性分析及综合评价
    张一中, 张晓娟, 梁笃, 郭琦, 范昕琦, 聂萌恩, 王绘艳, 赵文博, 杜维俊, 柳青山
    2023, 56 (15): 2837-2853.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.001
    摘要360)   HTML63)    PDF (644KB)(556)    收藏

    【目的】 解析高粱育种材料的表型性状变异规律和遗传多样性,探讨育种材料的综合评价方法,筛选高粱优异种质,为高粱种质创新与新品种选育提供重要依据。【方法】 以263份不同来源的高粱种质为供试材料,2015—2016年在山西榆次对其17个表型性状进行鉴定,采用Shannon-Wiener's多样性指数计算表型性状的遗传多样性,综合运用相关分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归等方法对高粱种质进行综合评价,并根据综合评价F值及目标性状筛选出高粱优异种质。【结果】 263份高粱育种材料具有较高的遗传多样性,不同性状的多样性指数分布范围为0.497—2.075,其中,穗形的多样性指数最小,穗柄长的多样性指数最大。不同年份7个数量性状的变异系数有所变化,变幅最小的是生育期,其次是穗长;变幅最大的是单穗粒重,其次是茎粗。育种材料综合评价表明在累计贡献率高于80%时,共发现11个主成分;利用隶属函数法计算表型综合值(F值),高粱育种材料的表型性状综合值(F值)平均为0.464,恢复系L28的F值最高(0.581),保持系72B/DORADO双的F值最低(0.330)。通过逐步回归建立了12个性状(主脉色、穗型、穗形、芒性、颖壳包被度、粒形、株型、茎粗、穗长、单穗粒重、千粒重和生育期)作为自变量的回归方程,可以作为高粱育种材料表型性状的综合评价指标。基于F值进行聚类,将263份供试材料分为6个类群,其中,第Ⅳ类群的33份材料农艺性状优良,平均F值最高,可作为材料创新及杂交育种的亲本材料。【结论】 参试高粱种质表型性状遗传变异较为丰富,遗传多样性高,采用多元统计分析方法综合评价高粱种质是可行的;筛选出优异种质33份。

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    14. PPR蛋白响应植物非生物胁迫的研究进展
    李程, 路凯, 王才林, 张亚东
    2023, 56 (24): 4801-4813.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.001
    摘要350)   HTML65)    PDF (499KB)(270)    收藏

    非生物胁迫是造成全球粮食减产的主要因素之一。研究植物逆境相关蛋白的功能及应答机制,对于提高作物抗逆性具有重要意义。三角状五肽重复(PPR)蛋白属于高等植物中最大的核编码蛋白家族,因其包含高度特异性的PPR基序而得名。依据基序类型及其排列,PPR蛋白可分为P和PLS两类,PLS类蛋白又可以根据其羧基末端的结构域进一步分为PLS、E、E+、DYW等亚类。PPR蛋白广泛分布于陆生植物中,主要定位于叶绿体和线粒体,亦有少数定位于细胞核中。作为序列特异性RNA结合蛋白,PPR蛋白参与植物RNA加工的多个方面,包括RNA编辑、RNA剪接、RNA稳定和RNA翻译。PPR蛋白在植物的整个生命进程中发挥多种重要作用,但对其在植物抗逆性中的作用机制还不清楚。本文在总结已有报道的非生物胁迫相关PPR蛋白定位和功能的基础上,重点综述了PPR蛋白参与调控植物非生物胁迫的作用机制(包括转录后调控和逆行信号),并对其进行讨论。转录后调控与PPR蛋白参与RNA转录后的修饰作用有关,其一般被认为通过结合RNA并调节细胞器RNA代谢来调控逆境相关基因的表达,从而影响植物抗逆性。逆行信号方面,PPR蛋白的损伤导致线粒体或叶绿体功能受损,然后产生各类逆行信号(如ROS),进而调控相关基因表达,抵御逆境。然而,由于质体中的逆行信号会受到许多环境因素的影响,这些因素部分还未明确,导致PPR蛋白在逆行信号中的作用机制仍有很多问题有待阐明。此外,PPR蛋白存在一因多效性,部分蛋白在作用于抗逆性的同时,还会对植物的生长和生殖产生重要影响。最后,本文阐述了利用PPR蛋白作为RNA编辑工具的研究现状,探讨了目前PPR蛋白响应植物非生物胁迫方面尚待解决的问题及研究前景,提出了未来研究仍需关注的重点和难点,为深入研究PPR蛋白的功能和作物非生物胁迫抗性育种提供参考。

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    15. 二氢卟吩铁对小麦渍水胁迫耐性的影响
    楚燕蒙, 毛颖超, 蔡剑, 周琴, 戴廷波, 王笑, 姜东
    2023, 56 (10): 1848-1858.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.003
    摘要336)   HTML36)    PDF (509KB)(228)    收藏

    【目的】渍水胁迫是影响长江中下游麦区小麦产量提高的主要逆境因子之一。提高小麦耐渍性是实现该区域小麦稳产和增产的重要目标。本研究从植株光合色素含量、光合机构稳定、植株抗氧化能力等角度,明确二氢卟吩铁提高小麦对开花期渍水胁迫耐性的生理机制,为小麦抗渍栽培提供理论和技术支撑。【方法】以扬麦16为材料,通过设置开花期、灌浆期喷施3个浓度(0.0875、0.126、0.194 mmol·L-1)的二氢卟吩铁,筛选能够显著提高小麦产量的二氢卟吩铁适宜使用时期和浓度,在此基础上研究二氢卟吩铁施用对开花期渍水胁迫下小麦耐性的影响。【结果】与对照相比,不同浓度二氢卟吩铁在开花期喷施对小麦的增产幅度高于灌浆期喷施处理。研究发现开花期喷施浓度为0.126 mmol·L-1二氢卟吩铁处理(A2)可显著提高小麦花后干物质积累量,通过提高千粒重,增加籽粒产量。基于此探究二氢卟吩铁对小麦耐渍性的影响。开花期渍水胁迫显著降低了小麦叶片叶绿素含量、净光合速率和花后干物质积累量与转运率,导致籽粒产量下降。但在渍水胁迫下与未喷施处理相比,开花期喷施浓度为0.126 mmol·L-1二氢卟吩铁(AW2)处理表现出较高的光合色素含量、光系统Ⅱ稳定性、净光合速率,并且提高了抗氧化酶活性,降低了O2-产生速率、H2O2含量,降低了丙二醛含量积累,减轻了渍水胁迫导致的细胞膜脂过氧化伤害,有效缓解了渍水胁迫导致的小麦减产。【结论】开花期喷施0.126 mmol·L-1二氢卟吩铁可显著提高小麦产量,并通过减缓开花期渍水胁迫下植株衰老进程,减轻对光合机构损伤、增强抗氧化酶活性,减轻细胞膜脂过氧化伤害,提高小麦叶片光合能力,降低了减产幅度,增强小麦对渍水胁迫的耐性。

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    16. 山西小麦苗期耐低磷特性及遗传分析
    卫乃翠, 陶金博, 苑名杨, 张彧, 开梦想, 乔玲, 武棒棒, 郝宇琼, 郑兴卫, 王娟玲, 赵佳佳, 郑军
    2024, 57 (5): 831-845.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.001
    摘要336)   HTML31)    PDF (5434KB)(259)    收藏

    【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏,而小麦不同基因型间的磷效率差异很大,因此,鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料,在正常磷(0.2 mmol·L-1)、中度低磷(0.1 mmol·L-1)和低磷胁迫(0.01 mmol·L-1)3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重,最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查,运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性,在此基础上,分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征,并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同,磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化,与根部生长情况比较,地上部生长受磷浓度变化影响小;磷浓度降低会抑制地上部生长,地上部干重和鲜重显著降低,而低磷促进了根系生长,根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标,D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升,2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势,2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R 2>10%的稳定位点,其中,1A_5450745502B_4892797996A_1668996586A_273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力,筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。

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    17. 棉花纤维优势表达基因GhSLD1启动子的克隆和功能分析
    刘芳, 徐梦贝, 王巧玲, 孟倩, 李桂名, 张宏菊, 田惠丹, 徐凡, 罗明
    2023, 56 (19): 3712-3722.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.002
    摘要326)   HTML34)    PDF (2559KB)(318)    收藏

    【目的】棉花纤维是棉花的主要经济产品,是由胚珠外珠被表皮细胞经极性伸长和次生壁加厚而成的单细胞。棉花纤维细胞是最长的植物细胞之一,是研究植物细胞生长发育的理想材料。鉴定纤维细胞特异或优势表达启动子可为纤维发育的基础研究提供控制目标基因表达的调控序列,为改良纤维性状的分子育种提供依据。【方法】克隆纤维细胞优势表达基因GhSLD1的启动子,通过启动子序列分析网站PlantCARE分析克隆序列中包含的重要顺式调控元件。根据部分重要顺式调控元件的分布,对克隆启动子片段进行5′-端删除,共获得4个启动子片段,并构建了相应的植物表达载体。利用构建的植物表达载体进行烟草和棉花的遗传转化,通过转基因烟草和棉花的分子鉴定明确转基因植株。并检测转基因植株不同组织器官、纤维细胞不同发育时期的GUS活性。【结果】克隆获得最长启动子片段为2 900 bp,除了包含多个启动子必备转录调控元件外,还包含多个脱落酸响应元件、厌氧诱导元件、茉莉酸甲酯响应元件、油菜素内酯响应元件、种子特异调控元件、胁迫响应元件和MYB转录因子结合位点。通过5′-端删除获得长度分别为2 900(GhSLD-P1)、2 178(GhSLD1-P2)、1 657(GhSLD1-P3)和1 232 bp(GhSLD-P4)4个启动子片段,经分子鉴定,获得4个片段的转基因烟草,在转基因烟草中,GhSLD-P1GhSLD1-P2GhSLD1-P3不表达,而GhSLD-P4广泛表达,表达强度与CaMV 35S启动子相似。GhSLD1-P3GhSLD-P4差异序列中包含4个脱落酸响应元件、2个油菜素内酯响应元件和3个MYB结合位点,这些顺式调控元件可能与GhSLD1-P1GhSLD1-P2GhSLD1-P3在转基因烟草中不表达有一定关系。经分子鉴定,获得GhSLD1-P2转基因棉花。GhSLD1-P2在转基因棉花纤维中优势表达,在转基因花粉中有较低的表达,在其他组织器官中几乎不表达。在纤维细胞的生长发育过程中,GhSLD1-P2在纤维细胞早期生长阶段(5 DPA)表达较低,在纤维细胞伸长期(10—15 DPA)表达水平相对较高,在纤维细胞次生壁合成期(20—30 DPA)表达水平有所降低。【结论】GhSLD1-P4启动子是一个广泛表达启动子,GhSLD1-P2启动子是一个纤维细胞优势表达启动子,在纤维细胞伸长期表达量相对较高。可应用于棉花纤维发育相关基因的功能研究和改良纤维性状的分子育种。

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    18. 吉林省玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的构建及应用
    张茗起, 王蕊, 张春宵, 孙擘, 任洁, 李淑芳, 王璐, 朱少喜, 张江斌, 施昕晨, 王海杰, 张云龙, 田红丽, 赵怡锟, 匡猛, 王元东, 易红梅, 李晓辉, 王凤格
    2024, 57 (2): 236-249.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.002
    摘要323)   HTML36)    PDF (9255KB)(251)    收藏

    【目的】 农作物种质资源具有重要的战略地位。吉林省玉米种质资源库主要存储具有北方春玉米区特色的种质资源。鉴于在传统农作物种质资源管理过程中难以获取真实身份信息的现状,利用分子标记技术构建种质资源分子身份证可以有效鉴定种质资源真实身份,强化种质资源的分类管理。通过深度发掘吉林省玉米种质资源库的优异资源,推动共享利用。【方法】 以吉林省玉米种质资源库中的2 918份玉米种质资源为研究对象,采用玉米品种鉴定检测标准中推荐的40对SSR标记,以及61 214个SNP标记来构建其分子身份证。根据获得的分子身份证信息将种质资源划分为核心、同近源、异质和群体等类进行管理,并进一步针对核心种质进行遗传多样性分析。【结果】 为2 918份种质资源构建了SSR分子身份证,为除异质性种质外的2 502份种质资源构建了SNP分子身份证。分别制定了玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的建设规范。其中,SSR分子身份证由40个SSR位点指纹转化为三位数字和一位字母的编码组合构成,并以二维码形式存储;SNP分子身份证由61 214个SNP位点指纹转化为可视化的条形码。根据样品纯合度和指纹特异性等特征,将样品划分为1 561份核心类、705份同近源类、416份异质类及236份群体类种质资源。遗传多样性分析表明,以旅大红骨群、黄改群为代表的国内种质资源是该库的主要种质资源,占全部核心种质资源的64.38%。【结论】 提出了玉米种质资源分子身份证构建流程,为吉林省玉米种质资源库2 918份种质资源构建了全部的SSR分子身份证和2 502份SNP分子身份证;建立了核心、同近源、异质、群体四类种质资源筛选方案,实现了种质资源的分类管理。

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    19. 利用CRISPR/Cas9技术编辑MODD增强水稻休眠性
    郭乃辉, 张文忠, 圣忠华, 胡培松
    2024, 57 (2): 227-235.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.001
    摘要320)   HTML42)    PDF (2256KB)(196)    收藏

    【目的】 休眠是水稻重要的农艺性状。适当的休眠可以抑制水稻的穗发芽现象,是确保产量和品质的关键因素。然而,水稻休眠调控的基因及其调控网络仍需进一步研究。已知基因MODD编码未知功能的蛋白,负向调控水稻脱落酸信号和抗旱性,但其调控水稻休眠的功能未知。研究MODD在调控水稻休眠中的功能,有助于完善水稻休眠调控网络,同时为抗穗发芽遗传育种提供新的理论基础和种质资源。【方法】 根据RGAP数据库公布的基因序列,构建MODD的CRISPR-Cas9敲除载体,通过农杆菌介导的遗传转化方法转化中花11(ZH11)愈伤组织,从而获得水稻转基因植株;利用PCR扩增、测序技术及qRT-PCR技术筛选并鉴定MODD敲除纯合系;根据2个突变系(KO-1和KO-2)的CDS得到突变系的氨基酸序列,然后,用DNAMAN对比ZH11和2个突变系(KO-1和KO-2)的蛋白序列;利用Linux系统筛选出MODD在水稻中的同源基因;取开花后35 d的种子,调查ZH11和敲除系的发芽率;利用酵母单杂和LUC试验验证MODD的上游基因。【结果】 查找到水稻中有6个MODD的同源基因,分别为LOC_Os07g41160LOC_Os03g30570LOC_Os03g53630LOC_Os04g35430LOC_Os03g17050LOC_Os06g01170;成功构建了敲除载体,并转入ZH11中,获得2个纯合突变系(KO-1和KO-2);qRT-PCR结果表明,2个突变系(KO-1和KO-2)的MODD表达量显著降低;蛋白序列分析表明,KO-1和KO-2的移码突变造成了蛋白翻译的提前终止;发芽率结果显示,2个突变系(KO-1和KO-2)的发芽率在吸水第3天比ZH11分别显著降低了15%和15%;之后差异逐渐扩大,在第6天差异达到最大,比ZH11分别显著降低35%和35%;2个突变系(KO-1和KO-2)的穗发芽现象显著低于ZH11;酵母单杂试验结果表明,在酵母中,ABI5可以结合MODD的启动子区域,并且进一步把结合范围缩小至300 bp以内;LUC结果显示,加入ABI5的荧光值是单独加NONE空载荧光值的2.6倍,说明ABI5可以激活MODD的表达。【结论】 敲除MODD可以增加种子的休眠,MODD可能通过ABA信号途径调控种子休眠。

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    20. 贵州香禾糯地方稻种资源表型遗传多样性分析与综合评价
    李欢, 鄢小青, 杨占烈, 谭金玉, 黎小冰, 陈能刚, 吴荣菊, 陈惠查, 阮仁超
    2023, 56 (11): 2035-2046.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.001
    摘要320)   HTML58)    PDF (1446KB)(448)    收藏

    【目的】分析贵州传统特色地方稻种资源香禾糯种质的表型遗传多样性,筛选表型综合评价指标,构建可靠的综合评价模型,为香禾糯特色优异种质的发掘和选育提供理论支撑。【方法】以286份来源于贵州黔东南州的香禾糯种质为研究对象,测定其13个表型性状。综合运用遗传多样性指数、主成分分析结合隶属函数法、回归分析等多元统计方法,对香禾糯种质进行表型遗传多样性分析和综合评价。【结果】香禾糯种质具有较高的表型遗传多样性,13个表型性状的变异系数为6.79%(谷粒宽)—30.73%(单株有效穗),多样性指数(H')为2.484(谷粒长宽比)—2.996(剑叶宽)。相关性分析表明,各性状间显著或极显著相关,主成分分析将13个单项指标转换为7个独立的综合指标,贡献率为8.44%—23.14%,累计贡献率达90.29%。通过隶属函数法计算表型综合评价D值显示排名前5的品种综合性状最优;13个表型中有11个性状与D值显著相关。利用逐步回归分析建立表型评价数学模型,Y=-0.249+0.119X5+0.395X13+0.071X6-0.161X3+0.108X10+ 0.170X2+0.110X9F =2 800.200,R 2=0.986),筛选出7个表型综合评价指标。基于D值进行系统聚类,将286份种质划分为4类,各类群间性状差异明显,特点突出。第Ⅰ类综合性状最优,具有高产潜力,包含38份资源;第Ⅱ类综合性状一般,结实率较高,包含103份资源;第Ⅲ类综合性状较差,生育期较长,包含94份资源;第Ⅳ类综合性状最差,包含51份资源。【结论】贵州香禾糯稻种资源表型遗传多样性丰富;采用多元统计分析方法综合评价香禾糯种质是可行的;相同条件下构建的回归方程,可量化评价香禾糯种质的综合表现,且穗实粒数、谷粒宽、结实率、单株有效穗、剑叶长、株高和单株产量可作为鉴评指标;鉴选出早禾、糯禾-12、90天禾、苟东-1、糯禾-11等综合性状协调的优异种质,可供香禾糯品种遗传改良与水稻育种利用。

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    21. 基于毒性表型和基因型的主要冬繁区小麦条锈菌群体遗传分析
    高新培, 赵鋆, 刘博凡, 郭一, 康振生, 詹刚明
    2023, 56 (14): 2629-2642.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.001
    摘要307)   HTML37)    PDF (1592KB)(374)    收藏

    【目的】明确中国主要冬繁区小麦条锈菌群体毒性结构和遗传多样性,为冬繁区及黄淮海麦区小麦条锈病的防控及小麦抗性基因的合理布局提供参考依据。【方法】从四川盆地、湖北和河南南部等主要冬繁区采集并分离得到148个小麦条锈菌菌株,利用中国鉴别寄主和单基因系鉴别寄主进行毒性表型鉴定;并利用17对KASP-SNP引物对菌株进行标记,完成基因型分析。【结果】基于中国鉴别寄主共鉴定出14个已知小种和63个未知致病类型,其中CYR34(16.2%)、G22-14(12.2%)、CYR32(6.8%)、CYR33(5.4%)为优势小种(致病类型);基于单基因系鉴别寄主鉴定得到113个小种(致病类型),其中race1(7.4%)、race2(3.4%)、race3(3.4%)为优势小种(致病类型)。贵农22类群是中国冬繁区小麦条锈菌群体的最大流行类群,供试条锈菌均不侵染携带Yr5Yr15的单基因系品种。单基因系毒性鉴定及分子标记均显示CYR34和G22-14的毒性表型及基因型呈现多样化,表明这两个优势小种内部存在高度分化。基于两套鉴别寄主的毒性数据聚类显示,四川盆地与湖北南部条锈菌群体相似,而湖北西北部与河南南部条锈菌群体相似;基于KASP-SNP分子数据的遗传聚类显示,四川盆地、湖北南部条锈菌群体与湖北西北部、河南南部条锈菌群体基因型存在分化;Structure分析显示四川盆地、湖北南部群体主要有2种遗传背景,湖北西北部、河南南部群体主要有一种遗传背景;群体遗传分化分析显示四川盆地条锈菌群体与河南南部条锈菌群体二者Fst值最大,为0.118,遗传差异最大且遗传分化明显;湖北西北部群体与河南南部群体遗传分化程度最小,Fst值为0.010;基因流分析得到湖北西北部群体与河南南部群体之间的Nm值为25.236,Nm>4,二者存在较大的基因流,湖北西北部和河南南部群体与四川盆地群体之间的Nm值分别为2.923和1.864,均存在较小的基因流;遗传多样性分析结果表明,四川盆地、湖北南部地区条锈菌群体遗传多样性水平均较高,湖北西北部、河南南部条锈菌群体遗传多样性水平较低。上述结论均支持四川盆地、湖北南部群体同湖北西北部、河南南部群体存在遗传分化。【结论】单基因系鉴别寄主能够精准地进行中国小麦条锈菌小种鉴定;中国主要冬繁区的小麦条锈菌群体存在不同来源。

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    22. 气候平均态和极端态变化对东北玉米气象产量的影响
    张文婧, 赵锦, 崔文倩, 黎满耀, 李娥, 弓晓雅, 杨晓光
    2023, 56 (10): 1859-1870.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.004
    摘要300)   HTML39)    PDF (2016KB)(220)    收藏

    【目的】东北地区是我国主要的粮食生产基地,近年来受到气候变化的显著影响,研究气候平均态和极端态变化对东北作物产量的影响,对区域粮食稳产、高产和国家粮食安全具有重要意义。【方法】以东北玉米为研究对象,通过筛选影响玉米产量的主要气候因子,分析东北地区1980—2018年的气候平均态和极端态变化对81个县域的玉米产量产生的影响。【结果】(1)东北玉米生长期内的平均温度、生长度日(GDD)、高温度日(HDD)整体均呈上升趋势,上升速率分别为0.34 ℃·(10 a)-1、47.07 ℃·d·(10 a)-1、5.15 ℃·d·(10 a)-1;降雨量呈下降趋势,下降速率是7.0 mm·(10 a)-1;平均温度、生长度日和高温度日呈现自东北向西南递增的空间分布特征,降雨量呈现自西北向东南递增的空间分布特征。(2)东北玉米气象产量在1980—1999年间呈增长趋势,增速为80.93 kg·hm-2·a-1;在2000—2018年间呈减少趋势,速率为46.25 kg·hm-2·a-1,在空间分布上呈现由中部向四周递增趋势,其中高值区集中在黑龙江省东部,辽宁省变化最为稳定,且波动范围稳定在中间区域。(3)通过多元线性回归模型可知,在1980—2018年间,HDD对气象产量贡献最大,且作用效果为负效应,即极端态高温对东北玉米产量影响最大,并且造成玉米减产;GDD产生正效应,即温度平均态使玉米产量增加,GDD累积值越大,增产越多;降雨量产生负效应,而温度和降雨量的交互项对东北玉米产量有正效应。【结论】在1980—2018年间气候平均态和极端态变化及对东北玉米气象产量的影响表现为温度的平均态、极端态整体均呈现上升趋势,降雨量平均态呈现下降趋势,极端态高温和降雨量平均态导致东北玉米产量减少,平均态温度使东北玉米产量增加,且极端态高温对玉米产量影响程度最大。在未来东北玉米的种植管理上,要充分利用温度平均态并尽量降低极端态高温带来的危害以保障玉米高产稳产。

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    23. 水稻Pi9位点6个稻瘟病抗性基因特异分子标记的开发及应用
    杨好, 黄衍焱, 易春霖, 石军, 谭楮湉, 任文芮, 王文明
    2023, 56 (21): 4219-4233.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.007
    摘要291)   HTML26)    PDF (4029KB)(237)    收藏

    【目的】水稻Pi9位点由多个串联的同源NLR基因组成,从中已克隆了超过10个优良的稻瘟病抗性基因。论文旨在鉴别水稻亲本Pi9位点抗性基因的组成,促进该位点基因快速、精准地应用于水稻抗性育种。【方法】对比Pi9位点已克隆抗性基因的序列,从中发掘各基因特异的核苷酸位点;然后将各目标基因分别与数据库(Rice Resource Center)中的155个水稻基因组进行比对分析,进一步从中筛选出特异最强的核苷酸位点,用于Pi2Piz-tPi9Pi9-type5PigmRPid4 6个抗性基因特异分子标记的开发;以24个抗稻瘟病单基因系、阳性对照和110个四川盆地水稻亲本为鉴定对象,通过优化PCR扩增条件、测序或基因组数据分析检验分子标记鉴定结果的准确性。由于该位点基因的同源性较高、基因间常常拥有一些相同的特异位点,导致许多抗性基因很难用一对分子标记进行精准鉴定,因此采用多对分子标记共同鉴定的方式;另外许多特异位点为单碱基差异,因此需要对差异位点旁的碱基进行特异突变,使引物的3′端具有两个碱基的错配,以提高PCR扩增的特异性。【结果】最终为6个Pi9位点的抗性基因开发了有效的分子标记,发现32.09%的参试水稻材料含有Pi9位点抗性基因。Pi9Pid4PigmRPiz-tPi2Pi9-type5分别存在于1、7、8、14、23和33个水稻材料中,其中Pi9仅存在于单基因系中。这些抗性基因通常两个或多个组合在一起,同时存在于一个水稻材料中。其中Pi9-type5往往与Pi2Piz-t成对出现,仅在成恢993、HR2168和绵恢365 3个亲本中单独存在。雨恢38含有的Pi9位点抗性基因最多,分别有Pi2Pi9-type5PigmRPid4。川谷B、川农4B、内香6B和双1B中均同时含有Piz-tPigmRPid4 3个抗性基因。千乡654B中含有Piz-tPid4两个抗性基因。【结论】为Pi9位点的6个同源稻瘟病抗性基因开发了特异的分子标记,明确了四川盆地110个水稻亲本Pi9位点的抗性基因组成,揭示了Pi9位点抗性基因丰富的组合形式,为水稻育种的抗原选择提供了明确参考。

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    24. 绿色肥料缘起、现状与发展趋势
    武志杰, 张丽莉, 石元亮, 魏占波, 李东坡, 宫平, 李杰, 张蕾, 王玲莉, 武开阔, 薛妍, 宋玉超, 崔磊
    2023, 56 (13): 2530-2546.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.008
    摘要283)   HTML23)    PDF (558KB)(527)    收藏

    “创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念是“十四五”乃至更长时期内我国发展思路、方向和着力点的集中体现。农业的绿色发展是贯彻新发展理念的重要环节,对形成人与自然和谐共生、保障食品安全和营造宜居环境均具有重要的作用。肥料作为最大的外源投入品和生产资料,对农产品数量、质量和农业生态环境作用巨大,影响深远,在农业绿色发展中具有举足轻重的地位。然而传统肥料的不合理施用造成了土壤质量退化、环境污染、农产品品质下降等问题,迫切需要肥料产品的转型和升级,绿色投入品的研制应运而生,而“绿色肥料”也在这个大背景下被提出。绿色肥料概念或定义:应用质量安全原料,低碳环保工艺,采用物理-化学-生物改性增效技术生产和使用的,具有养分高效均衡、减排环保、培肥地力沃土功能的一类肥料。绿色肥料种类主要分为以下五类:养分高效型绿色肥料;固碳培肥型绿色肥料;增效及提高养分转化效率型绿色肥料;养分均衡型绿色肥料;增值型绿色肥料。如何实现化肥的绿色转型、有机肥资源高效低成本利用,主要有四方面建议。(1)依靠市场机制,加强顶层设计,构建肥料绿色制造新体系;(2)以养分资源综合管理为核心,促进有机-大量元素-中微量元素肥料平衡协调发展;(3)充分发挥科研平台作用,大力发展智能化绿色肥料产品;(4)融合现代传感和信息技术,全面推进绿色高效的精准施肥。本文就绿色肥料提出的背景、概念和内涵、种类、特征进行概述,并对未来发展方向进行探讨,以期对今后我国肥料产业的绿色转型和农业的绿色发展提供借鉴。

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    25. 基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势关键指标无损监测
    王伟康, 张嘉懿, 汪慧, 曹强, 田永超, 朱艳, 曹卫星, 刘小军
    2023, 56 (21): 4175-4191.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.004
    摘要277)   HTML24)    PDF (2299KB)(355)    收藏

    【背景】近年来随着遥感技术的快速发展,实时无损监测作物生长状况已成为当前研究热点,遥感获取的农情信息将为实现大面积作物精确管理提供指导。在众多遥感监测平台里,无人机因其操作简单、使用成本低等特点而受到广泛关注,无人机搭载多光谱相机可以快速获取作物的长势信息。【目的】尝试将固定翼无人机多光谱影像纹理信息与光谱信息结合,探究“图谱”信息对水稻长势指标的监测效果。【方法】通过开展两年涉及不同播期、品种、播栽方式、施氮水平的水稻田间试验,在水稻关键生育期使用固定翼无人机搭载Sequoia多光谱相机获取水稻冠层遥感影像,同步进行地上部破坏性取样以获取水稻叶面积指数(LAI)、地上部生物量(AGB)和植株氮含量(PNC)等农学指标,采用简单线性回归、偏最小二乘回归和人工神经网络回归算法,构建基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势指标监测模型,比较分析光谱纹理信息在不同模型中的监测效果。【结果】利用简单线性回归方法探究了植被指数(VI)、单波段纹理特征与水稻LAI、AGB和PNC间的定量关系,结果表明植被指数与LAI和AGB之间有较强的相关性,表现最好的植被指数为CIRE和NDRE,R 2分别为0.80和0.76,但对于PNC的监测,植被指数并未达到理想的效果,表现最好的RESAVI和NDRE与PNC的决定系数仅为0.13。通过简单线性回归进一步发现单波段的纹理特征在对水稻生长指标的监测中表现并不理想;为进一步分析影像纹理对上述3个指标的监测效果,参照植被指数的构建方法构建了归一化纹理指数(NDTI)、比值纹理指数(RTI)和差值纹理指数(DTI),通过相关性分析发现新构建的纹理指数(TI)相较于单波段纹理特征对水稻生长指标的监测精度有所提升,但效果并未好于植被指数。为实现光谱与纹理间的结合,采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法,以VI、VI+TI为不同的输入参数组合进行水稻LAI、AGB和PNC的监测模型构建,结果表明采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法与简单线性回归相比模型的监测精度均得到了大幅提升,以VI+TI为输入变量,采用人工神经网络构建的模型在模型验证中取得了最佳效果,LAI模型的验证R 2由0.75提升至0.86,AGB和PNC的模型验证R 2也分别由0.72和0.26提升至0.92和0.86,同时模型的RMSE均显著降低。【结论】利用固定翼无人机采集水稻冠层多光谱影像,通过人工神经网络算法融合光谱和纹理信息能够有效提升水稻LAI、AGB和PNC的监测精度,该研究结果将为快速大面积作物长势监测提供理论依据。

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    26. 小麦抗条锈病和白粉病的遗传及育种
    李顺达, 兰彩霞
    2024, 57 (1): 1-3.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.001
    摘要275)   HTML62)    PDF (251KB)(205)    收藏
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    27. 长期定位条件下栽培模式对麦田土壤理化性质和氮素平衡的影响
    郭鑫虎, 马静, 李仲峰, 初金鹏, 徐海成, 贾殿勇, 代兴龙, 贺明荣
    2023, 56 (12): 2262-2273.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.003
    摘要275)   HTML35)    PDF (510KB)(266)    收藏

    【目的】基于2009—2010小麦生长季开始设置的长期定位试验,研究栽培模式对土壤理化性质、冬小麦氮素营养指数、麦田氮素供需平衡状况、氮素吸收利用和籽粒产量的影响,以期为进一步优化土壤-作物系统综合管理模式提供理论指导。【方法】试验共设置当地农户模式(T1)、农户基础上的改良模式(T2)、不计生产成本的高产更高产模式(T3)和土壤-作物系统综合管理模式(T4)4个栽培模式。【结果】历经13个小麦-玉米生长季后,T1、T2、T3、T4模式小麦播前容重分别降低6.21%、9.80%、12.25%和13.56%,有机质含量分别提高21.88%、26.80%、32.05%和36.39%,全氮含量分别提高34.16%、12.38%、39.60%和20.79%,碱解氮含量分别提高47.85%、48.87%、74.49%和62.21%,速效磷含量分别提高62.73%、36.56%、297.93%和68.68%,速效钾含量分别提高14.36%、40.00%、221.20%和59.60%。0—100 cm土层无机氮积累量分别提高了33.96%、10.32%、52.77%和19.49%。pH分别从最初的7.50下降至6.28、6.68、5.35和6.64。2020—2022生长季4个栽培模式间籽粒产量和氮素的吸收利用差异显著。与T1模式相比,T2、T3、T4模式的籽粒产量分别提高14.14%、27.65%、22.52%,氮素利用率分别提高54.80%、19.97%、49.15%,氮肥利用率分别提高72.95%、37.54%、48.15%,氮素表观损失量分别降低49.76%、11.62%、44.14%,氮素表观损失率分别降低24.63%、11.62%、26.68%。T4模式开花期的整株和成熟期的穗子处于氮素供需平衡。【结论】历经13个小麦-玉米生长季后,4个栽培模式0—20 cm土层土壤酸化趋势明显,表层土壤容重降低,有机质、全氮、速效氮磷钾养分含量升高,0—100 cm土层无机氮积累量相应升高。与其他3种模式相比,T4模式更有利于实现土壤理化性状、小麦籽粒产量和氮素吸收利用的协同改善,但其氮肥利用率仍有待进一步提高,且在现有基础上仅通过降低施氮量无法实现其产量和氮素吸收利用的进一步协同优化。

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    28. 非洲猪瘟疫苗的研发策略与应用前景:可行性和可能性
    王涛, 罗瑞, 孙元, 仇华吉
    2023, 56 (11): 2212-2222.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.014
    摘要270)   HTML25)    PDF (572KB)(679)    收藏

    非洲猪瘟(African swine fever, ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus, ASFV)感染猪而引起的一种烈性传染病,强毒株急性感染死亡率可高达100%。当前,ASF全球流行与危害不断加剧。该病自2018年传入我国后,经过3年多的流行,最初暴发的基因Ⅱ型ASFV强毒株,已演化出弱毒株。2021年又出现了基因I型低毒力ASFV的流行,使我国ASF防控和根除面临的形势更加严峻和复杂。作为传染病防控的有效利器,ASF疫苗的研发受到政府、生猪养殖、疫苗制造企业和科学界的广泛关注。随着相关科研经费的不断加大,近年来基于灭活、减毒、亚单位、病毒载体和DNA等疫苗研发策略,在ASF疫苗研究中取得空前进展,加深了对ASF疫苗研发与评价的科学认知。当前,部分ASF疫苗候选株已经或即将进入临床试验阶段,应用前景较为乐观,但仍有一些问题亟待解决。本文结合国内外ASF疫苗最新研究成果与观点,系统总结了不同疫苗研发策略的优势和劣势及其面临的技术瓶颈,现有ASF疫苗候选株的科学评价,并对未来安全高效ASF疫苗的发展方向与挑战,以及ASF疫苗的应用前景进行了讨论,以期为业内人士提供参考。

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    29. 农业温室气体排放统计核算体系的规范化建设
    张卫建, 尚子吟, 张俊, 严圣吉, 邓艾兴, 张鑫, 郑成岩, 宋振伟
    2023, 56 (22): 4467-4477.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.009
    摘要269)   HTML12)    PDF (463KB)(360)    收藏

    农业是人类的衣食之源,也是人为温室气体(Greenhouse Gas,GHG)排放(尤其是甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O))及其减排的重要部门。开展科学规范的GHG统计核算,不仅是农业碳排放清单编制、碳减排交易核验、碳减排补贴以及低碳农产品认证等工作的基础,也是农业减排固碳政策制定和技术选用及行动方案落实的决策依据。为此,在系统梳理国内外农业GHG统计核算相关规范和方法及标准的基础上,本文针对现有统计制度体系不健全、计量方法不完善和核算结果不确定等问题,就农业GHG统计核算体系建设提出以下建议。首先,健全和完善统计核算制度体系,明确责任主体。在我国现有的农业统计和面源污染监测报告等体系基础上,加强统计监测(Monitoring,M)、报告(Reporting,R)和核验(Verifying,V)的MRV体系建设,优化调整现有政策与机构安排,明晰农业GHG统计核算和减排固碳行动的责任主体。其次,补充和完善统计核算标准和方法。结合国际最新的标准和方法以及我国农业生产实际与发展规划,对我国农业领域相关标准和方法进行补充与完善。比如补充生物炭施用、生态农场、高标准农田建设和秸秆综合利用等农业综合固碳和光伏农场能源替代,以及石灰和尿素施用、反刍动物饲养和农区淡水养殖等GHG排放的统计核算标准与方法;修订间接排放的统计核算标准与方法,并针对农业减排固碳开发新的CCER(Chinese Certified Emission Reduction)方法学。第三,加强数据库更新与升级。通过科技创新和数据积累,并结合田间监测和模型估测等,对现有基础数据、活动数据和排放因子数据等进行更新升级。另外,还需开发统计核算标准与方法配套的应用软件,开展科普宣传和技术培训与应用示范。本文可以为农业温室气体排放清单编制指南的修订提供参考,为农业碳减排交易的核验和低碳农产品认证的碳足迹评价体系构建等提供支撑。

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    30. 施氮量和种植密度对两冬小麦品种抗倒性能和籽粒产量的影响
    牟海萌, 孙丽芳, 王壮壮, 王宇, 宋一凡, 张荣, 段剑钊, 谢迎新, 康国章, 王永华, 郭天财
    2023, 56 (15): 2863-2879.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.003
    摘要268)   HTML17)    PDF (1133KB)(355)    收藏

    【目的】 探讨基因型与施氮量和种植密度三因子对小麦植株抗倒性能和籽粒产量的互作调控效应,明确与品种生物学特性相匹配的氮密优化组合模式,为冬小麦稳产丰产及抗逆应变栽培提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2020—2022年连续2年在河南省焦作市设置品种、施氮量和种植密度三因子互作的大田裂裂区试验,以品种为主区,选择抗倒性存在差异的2个小麦品种鑫华麦818和新麦26;以施氮量为副区,设置不施氮(N0)、180 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)、300 kg·hm-2(N3)、360 kg·hm-2(N4)5个水平;以种植密度为副副区,设置225万株/hm2(D1)、375万株/hm2(D2)、525万株/hm2(D3)3个水平。重点研究分析品种、施氮量、种植密度三因子组合对小麦茎秆解剖结构、田间倒伏率和籽粒产量的影响。【结果】 施氮量和种植密度对两小麦品种维管束结构均具有显著调控作用,且大维管束的数目、面积以及大小维管束的数目比、面积比与茎壁厚度和茎秆抗折力呈显著正相关,而小维管束面积则与茎壁厚度呈显著负相关。两品种相比,鑫华麦818较新麦26的大维管束数目多且面积大,小维管束数目相当而面积较小。这可能是鑫华麦818抗倒性能优于新麦26的解剖学基础。同一种植密度下,两小麦品种大维管束数目和面积均表现为随施氮量的增加呈先增后减的变化趋势,以N3处理的大维管束数目最多、面积最大,N3处理下鑫华麦818和新麦26的大维管束数目和面积较最小值处理的平均增幅分别为14.61%、15.80%和16.18%、20.10%,小维管束的数目和面积呈相似变化。同一施氮水平下,两品种大维管束均以低密度D1处理数目最多、面积最大,与最小值高密度D3相比,D1处理下,鑫华麦818和新麦26的大维管束数目和面积平均增幅分别为6.14%、5.20%和8.95%、11.42%。【结论】 施氮量240 kg·hm-2搭配种植密度225万株/hm2的氮密调控组合D1N2处理有利于改善维管束结构特征,协调大小维管束发育,增加大维管束的数目和面积,增大2种维管束的数目比和面积比,增加基部节间茎壁厚度,提高植株茎秆抗倒性能,能够实现冬小麦抗倒性能及产量的同步提升,可作为豫北高产灌区冬小麦高产高效栽培的适宜氮密组合模式。

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    31. 冬小麦籽粒主要品质性状的全基因组关联分析
    董一帆, 任毅, 程宇坤, 王睿, 张志辉, 时晓磊, 耿洪伟
    2023, 56 (11): 2047-2063.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.002
    摘要264)   HTML35)    PDF (3371KB)(502)    收藏

    【目的】小麦籽粒品质是影响小麦加工品质和营养价值的重要因素。挖掘与小麦籽粒品质性状显著关联的位点及候选基因,为拓宽对小麦品质性状遗传机理的理解和分子标记辅助优质小麦育种提供依据。【方法】通过对来自国内外259份冬小麦品种(系)的蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量、沉降值和籽粒硬度等5个品质性状进行测定,并结合90K SNP芯片进行全基因组关联分析,将定位到的显著性关联位点进行单倍型分析。【结果】5个性状均符合正态分布且在不同环境间均表现出丰富的变异,沉降值的变异系数最大(20.11%—24.42%)。各性状在基因型、环境、基因型×环境间均呈现出极显著差异(P<0.001),广义遗传力为0.77—0.84。通过全基因组关联分析,共检测到44个与5个性状显著关联(P<0.001)的位点,分布在除1D和3D染色体外的其他19个连锁群。在2个及以上的环境中均稳定存在的位点18个,涉及蛋白质含量(12个)、湿面筋含量(9个)、淀粉含量(11个)、沉降值(12个)和籽粒硬度(7个)等5个性状,能解释遗传变异的4.27%—10.98%。其中13个为多效应位点,与蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和淀粉含量等性状相关联的多效应位点最多(7个)。位于2B、2D和3A染色体的GENE-0762_631IAAV7742RAC875_c66845_466位点同时在2个环境和BLUP值下被检测到,表型贡献率的范围为4.32%—7.07%。通过对多环境下存在且表型贡献率高的多效应位点进行单倍型分析,在5D染色体的D_GDS7LZN02F4FP5_176位点发掘到与蛋白质含量、沉降值和淀粉含量等性状显著相关的Hap1、Hap2、Hap3和Hap4等4个不同单倍型,其中,Hap1是高淀粉含量单倍型(P<0.001),而Hap2和Hap3均为高蛋白质含量和沉降值的单倍型(P<0.05),4个单倍型分别占74.22%、16.21%、6.92%和2.65%。对不同来源冬小麦的单倍型分布频率进行分析,其中,高蛋白质含量和沉降值单倍型Hap2的分布频率由高到低为黄淮冬麦区>北部冬麦区>国外品种>长江中下游冬麦区>西南冬麦区。对稳定遗传的位点进行候选基因的挖掘,筛选到10个可能与小麦籽粒品质相关的候选基因。【结论】检测到18个与籽粒品质性状显著关联的稳定位点,鉴定到4个不同单倍型,筛选出10个与籽粒品质相关的候选基因。

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    32. 小麦穗长QTL鉴定及其遗传分析
    姚琦馥, 周界光, 王健, 陈黄鑫, 杨瑶瑶, 刘倩, 闫磊, 王瑛, 周景忠, 崔凤娟, 蒋云, 马建
    2023, 56 (24): 4814-4825.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.002
    摘要261)   HTML40)    PDF (2683KB)(172)    收藏

    【目的】穗长在决定小麦穗的构造和产量潜力方面具有重要作用。挖掘具有育种利用价值的小麦穗长数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),并解析其遗传效应,为分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以自然突变体msf和川农16构建的198份F6代重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体(MC群体)作为研究材料,于2020—2021和2021—2022年生长季,在四川温江区、崇州市和雅安市(2021WJ、2022WJ、2021CZ、2022CZ和2021YA)进行试验,对5个环境下的穗长进行表型鉴定。利用基于16K SNP芯片构建的高质量遗传连锁图谱对穗长性状位点进行定位。另外,根据穗长主效QTL侧翼标记的基因型分析主效位点对产量相关性状的遗传效应,从而评估其对产量提升的潜力。【结果】共鉴定到14个控制穗长发育的QTL,主要分布在1A(1个)、1B(1个)、2B(1个)、3D(3个)、4A(1个)、4D(2个)、5A(1个)、5B(1个)、7A(1个)、7B(1个)和7D(1个)染色体。其中,QSl.sau.1A在4个环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值中被检测到,可解释6.46%—20.12%的表型变异率,定位于1A染色体侧翼标记1A_12082541A_10060497间,被视为主效QTL。QSl.sau.1A的正效应位点来源于亲本msf。在多环境QTL分析结果中也检测到QSl.sau.1A,表明其受环境影响较小,为主效且稳定表达的QTL。QSl.sau.1A的效应在2个具有不同遗传背景的验证群体中得到进一步验证。除旗叶长无显著变化以外,携带QSl.sau.1A正效应位点株系的每穗籽粒数(12.68%)、每穗粒重(14.99%)、千粒重(5.79%)、旗叶宽(2.94%)和小穗数(1.48%)显著增加,花期(0.61%)显著提前,而株高(-6.47%)和有效分蘖数(-36.11%)显著减少。【结论】在1A染色体定位到1个主效且稳定的穗长位点。QSl.sau.1A正效应位点显著提高穗粒数、穗粒重、千粒重和小穗数,具有一定的育种价值。

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    33. 基于APSIM模型模拟分析气候变化对不同熟性北方冬小麦生长和产量的影响
    史鑫蕊, 韩百书, 王紫芊, 张媛铃, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 高志强, 郝兴宇
    2023, 56 (19): 3772-3787.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.006
    摘要255)   HTML11)    PDF (615KB)(368)    收藏

    【目的】开展气候变化对冬小麦生长发育和产量影响研究,为未来气候变化下小麦可持续生产提供依据。【方法】利用2017—2020年度控制气室中不同温度和[CO2]处理下的良星99(晚熟品种)和中科2011(早熟品种)冬小麦生长发育、土壤及气象数据,对APSIM(agricultural production systems simulator)模型进行校验,然后,以1986—2005年为基准年份,利用校验好的APSIM模型对未来不同气候条件下(RCP 4.5和RCP 8.5)的冬小麦产量、产量构成和生育期进行模拟,分析气候变化和极端高温对不同熟性冬小麦品种生产潜力的影响。【结果】APSIM模型能较好地模拟不同温度和[CO2]处理下2个品种冬小麦的生育期、产量和生物量,模拟值与实测值的R2均高于0.614,nRMSE均低于10.6%,叶面积指数(LAI)的模拟效果相对较差。从长期模拟结果来看,不同气候条件下,2个品种小麦的播种-拔节天数均较基准年份缩短,且早熟品种小麦播种-拔节缩短的天数小于晚熟品种,2个品种拔节-成熟天数均无明显变化。相较基准年份,未来RCP条件下,2个品种小麦的实际产量和潜在产量均增加,且2100s时段RCP 8.5条件下的产量和潜在产量最高,早熟品种的产量和潜在产量相较晚熟品种增产更明显。与基准年份相比,未来RCP条件下,生育前期2个品种小麦的LAI均升高,但早熟品种LAI变化更明显,生育后期晚熟品种的LAI明显降低,而早熟品种的LAI无明显差异;未来RCP条件下,2个品种的地上部生物量均增加,早熟品种生物量增长更明显。不同RCP条件下,极端高温对2个品种冬小麦产量和千粒重均有一定的负面影响,且开花期极端高温对千粒重的影响最大。与正常年份相比,极端高温年份晚熟品种2100s时段RCP 8.5条件下的千粒重和产量明显降低,籽粒数也略有降低。与正常年份相比,未来RCP条件下,极端高温均明显降低了早熟品种的千粒重,但籽粒数略有升高,因此,极端高温年份早熟品种产量降低不明显。【结论】冬小麦早熟品种更能适应未来气候变化,而选育适宜的小麦品种是应对未来气候变化的有效措施之一。

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    34. 棉花苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价
    米热扎提江·喀由木, 西尔艾力·吾麦尔江, 李晓曈, 王香茹, 贵会平, 张恒恒, 张西岭, 董强, 宋美珍
    2023, 56 (21): 4150-4162.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.002
    摘要250)   HTML29)    PDF (2662KB)(222)    收藏

    【目的】建立棉花品种(系)耐低磷能力评价体系,筛选耐低磷型棉花种质和评价不同磷效率类型,为研究棉花耐低磷生理机制和挖掘耐低磷基因奠定基础。【方法】以来自国内外不同棉区的140份棉花品种(系)为材料,采用水培试验方法,在低磷(10 μmol·L-1 KH2PO4)和正常磷(500 μmol·L-1 KH2PO4)处理下,测定各棉花品种生物量、根系相关指标和磷效率相关指标等21个性状表征值,计算各指标耐低磷胁迫指数。利用综合隶属函数法,进行主成分分析、回归分析和聚类分析,对各棉花品种进行耐低磷能力的划分,综合评价各棉花品种耐低磷能力和磷效率类型。【结果】与正常磷处理相比,低磷处理下,供试棉花品种的总磷积累量、总磷含量、地上部干重和总干物重等指标的均值降幅较大,而根平均直径、比根面积、根尖数和磷素利用效率等指标的均值会有所上升;低磷处理下,各指标变异系数范围为6.04%—47.79%,比根尖密度、根尖数、比根长和根平均直径等根系指标变异系数较正常磷处理均提高,变异系数分别为47.49%、42.13%、40.19%和19.16%;对21个指标的耐低磷胁迫指数进行主成分分析,6个主成分的累计方差贡献率达77.21%,利用隶属函数法计算综合耐低磷综合评价值(D);采用多元回归分析方法,建立D值回归方程,确定6个耐低磷性鉴定指标并进行系统聚类,将不同棉花品种(系)划分为耐低磷型、中间型、低磷敏感型3类。【结论】筛选出棕絮1号、鲁原343、LambrightGL-N、巴西014、南丹里湖大棉、苏远1028和gL2g13等品种为耐低磷型棉花品种,陕2812、FJA、孝2168和东兰那亭大花等品种的耐低磷能力较差,为低磷敏感型;确定总干物重、磷素利用效率、地下部鲜重、总根长、根系表面积和总磷积累量作为棉花耐低磷能力评价的指标。

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    35. 小麦穗长主效QTL—qSl-2D的遗传和育种选择效应解析
    董继梓, 陈林渠, 郭浩儒, 张梦宇, 刘志霄, 韩磊, 田赵飒爽, 徐宁浩, 郭庆杰, 黄振洁, 杨傲宇, 赵春华, 吴永振, 孙晗, 秦冉, 崔法
    2023, 56 (20): 3917-3930.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.001
    摘要250)   HTML33)    PDF (1330KB)(153)    收藏

    【目的】通过对小麦穗长稳定主效QTL进行遗传及育种选择效应分析,明确其对产量性状的遗传效应,评价其未来育种应用潜力,为后续基因挖掘和小麦分子育种提供依据。【方法】利用科农9204×京411构建的重组自交系(recombinant inbred lines derived from the cross of Kenong 9204 and Jing 411,KJ-RIL)群体定位到一个多环境稳定表达的穗长主效QTL,命名为qSl-2D;利用双亲靶区间序列差异InDel位点开发出2个与该QTL紧密连锁的分子标记;结合分子标记及55K芯片基因型数据,分别进行基于KJ-RIL、MY-F2、NILs及自然作图群体的产量相关性状遗传效应分析;基于自然作图群体基因分型,分析qSl-2D单倍型在各麦区及不同年代的育种选择效应。【结果】QTL定位结果表明,qSl-2D可在7/10组环境数据中被检测到,可解释4.02%—10.10%的表型变异。其中,5/10组环境数据的LOD峰值均位于608.75 Mb处。遗传效应分析结果表明,qSl-2D增效等位基因型在4个群体遗传背景下均能显著增加穗长。此外,其在大部分群体背景下对穗粒数、株高有正向效应,而对千粒重、穗粒重和单株产量有负向效应。对KJ-RIL群体株高进一步分析发现,qSl-2D增效等位基因型对株高效应未达到显著水平的原因在于其对除穗下节间长以外的各节间长都有降秆效应;qSl-2D单倍型分析结果表明,长穗单倍型Hap-AA-GG在不同麦区中选择利用率差异较大,在北部冬麦区中选择利用率最高,占比24%;而短穗单倍型Hap-CC-CC在大部分麦区中占比30%以上。此外,随着年代的递进,qSl-2D长穗单倍型选择利用率逐渐降低,而短穗单倍型一直保持较高的选择利用率。【结论】定位到一个稳定主效的穗长QTL——qSl-2D,其增效等位基因型可在不同遗传背景下显著增加穗长,同时对其他产量相关性状有一定的遗传效应。靶区段开发的紧密连锁分子标记可用于小麦穗长及相关产量性状的遗传改良。

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    36. 不同产区纽荷尔脐橙橘园果实综合品质评价与适宜区域筛选
    陈志敏, 陈晓林, 谭振华, 陈兆星, 谌丹丹, 马岩岩, 郑永强, 易时来, 吕强, 谢让金
    2023, 56 (10): 1949-1965.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.011
    摘要250)   HTML38)    PDF (1220KB)(201)    收藏

    【目的】建立我国不同纽荷尔脐橙产区果实品质综合评价模型,阐明不同产区果实品质综合等级和对应的气象特征,为我国柑橘生态环境适应性和品种适地栽培提供一定的参考依据。【方法】于我国不同生态环境的23个纽荷尔脐橙果园,通过测定果实外观、内在品质指标,运用相关分析、主成分分析及聚类分析筛选出核心指标,分别结合层次分析法、主成分权重法及模糊综合评价建立果实品质综合评价算法模型,结合感官品质评价确定最佳算法模型和果实等级划分阈值,并对算法模型进行验证,同时探明不同产区纽荷尔脐橙果实品质综合等级和对应生态因子特征。【结果】23个纽荷尔脐橙果园的果实综合品质表现出明显的区域特征,赣南、湘南可溶性固形物及固酸比高;湘西、长江中上游外观综合色泽好、可滴定酸高。各品质指标间呈不同程度相关,主成分分析结合聚类分析筛选出5个核心指标为综合色泽指数、单果重、可溶性固形物、固酸比、维生素C含量;同时,筛选出与感官品质指数拟合度最佳的果实品质综合评价模型为层次分析法模型:Y(综合值)= 0.06×综合色泽指数+0.26×单果重+0.16×可溶性固形物含量+0.42×固酸比+0.11×维生素C含量(标准化值)。利用上述模型将不同产区纽荷尔脐橙果园果实品质综合指标进行排序,确定等级划分阈值:≥0.60为一等果园,主要集中于赣南、湘南及粤东区域,具有活动积温、有效积温、日照时数及地表温度最高的特征;0.45—0.60为二等果园,主要集中在桂北、闽西,表现为热量积累和降雨量较高的特征;0.30—0.45为三等果园,主要包含湘西及长江中上游区域,具备降雨量和热量积累都偏少的特征;<0.30为四等果园,主要分布在浙南,拥有降雨量最多的特征。【结论】通过主成分分析进行柑橘果实品质综合核心指标筛选,结合各主成分特征值实现判断矩阵自动赋值,构建的纽荷尔脐橙果实综合评价层次分析法模型效果最佳,且不同等级的果园生态因子差异明显。上述结果为构建基于不同生态环境柑橘品种适应性的“适地适栽”决策系统研发提供了算法和数据支持。

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    37. 高效GFPuv荧光筛选基因编辑载体的改造及其在马铃薯遗传转化中的应用
    杜静雅, 陈凯园, 普金, 周会英, 祝光涛, 张春芝, 杜慧
    2023, 56 (11): 2223-2236.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.015
    摘要247)   HTML27)    PDF (3831KB)(710)    收藏

    【目的】转基因技术的发展离不开筛选标记的完善与创新,其中的可视化筛选标记在转基因中的应用越来越广泛。近年来,经过突变获得的增强型黄绿荧光蛋白(an enhanced Yellow Green Fluorescent like Protein (eYGFP) under ultraviolet (UV),eYGFPuv(GFPuv))在365 nm紫外光线下能够发出强烈且稳定的绿色荧光,便于观察。构建GFPuv荧光筛选的基因编辑载体,并在马铃薯遗传转化中进行应用验证,为GFPuv荧光筛选在马铃薯转化中广泛应用提供技术支持,同时为后期利用基因组编辑技术创制马铃薯雄性不育系奠定基础。【方法】利用同源重组技术将GFPuv表达框架和基因编辑元件Cas9_sgRNA依次与pCAMBIA2300载体连接,并进行农杆菌介导的烟草瞬时转化试验;通过发根农杆菌Ar qual和MSU440转化马铃薯茎段,在便携紫外灯下观察,并统计荧光根;利用改造载体构建了6个马铃薯花药发育保守基因的编辑载体,通过发根农杆菌体系转化2种马铃薯材料,验证转化效率和编辑效率;利用改造载体对马铃薯进行遗传转化。【结果】成功构建了GFPuv荧光筛选的基因编辑载体pCAMBIA2300MGFPuv-sgRNACas,瞬时转化烟草证实GFPuv表达框架能正常表达;2种发根农杆菌的转化均筛选到绿色荧光的毛状根,加入卡那霉素(kanamycin,Kan)显著提高阳性荧光根的比例,2种菌的转化效率差异不大,但MSU440的发根形成速度更快;6个马铃薯花药发育保守基因的编辑载体在2种马铃薯材料中的转化效率和编辑效率是一致的,但不同靶位点的编辑效率差异较大;改造载体遗传转化马铃薯证实GFPuv荧光可用于马铃薯愈伤组织和再生苗的筛选。【结论】发根农杆菌遗传转化体系是基因编辑效率验证的重要途径,GFPuv荧光可用于马铃薯转化的筛选。

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    38. 我国冬油菜北移的现状、问题与对策
    刘自刚, 魏家萍, 崔俊美, 武泽峰, 方彦, 董小云, 郑国强
    2023, 56 (15): 2854-2862.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.002
    摘要246)   HTML28)    PDF (480KB)(309)    收藏

    20世纪50年代以来,随着甘蓝型冬油菜的引入与推广应用,长江流域各主产区很快完成甘蓝型冬油菜替代白菜型油菜的变革;80年代后期,随着抗寒育种的不断突破,甘蓝型冬油菜种植区不断向北延伸,我国黄淮河流域、渭河流域、渭北旱塬等主产区,也相继完成甘蓝型冬油菜北移替代。我国冬油菜成功北移的实质是甘蓝型冬油菜的北移,即甘蓝型冬油菜抗寒品种替代原产区白菜型冬油菜的过程,甘蓝型冬油菜的替代变革与北移,极大促进和起始了我国冬油菜产业跨越式发展。白菜型冬油菜北移面临截然不同的问题,自1955年开始尝试北移以来,北移被同时期甘蓝型春油菜引种替代变革终止;在之后的尝试北移中,单纯强调了品种抗寒性,而忽视了北移区降水进一步减少、更需耐旱品种的实际情况,冬油菜北移技术分析与研发存在主导方向性偏差,导致技术输出不符合产业实际需求的问题,以至于北移实践开展数十年以来,至今未能在传统产区以外形成稳定冬油菜种植区,近年来,原种植区面积也持续萎缩,半个多世纪的白菜型冬油菜北移成效甚微。在现实生产中以水分限制为主、旱寒叠加逆境是白菜型冬油菜北移面临的难题,比较效益低是产业发展陷入困境的主导因素。近年育成的强抗寒甘蓝型冬油菜可在北方寒旱区稳定越冬,替代原白菜型品种,可大幅提升冬油菜产量、品质、种植效益等,是强冬性区冬油菜突破产业困境的希望。本文回顾了我国冬油菜替代变革与北移历史,对冬油菜北移现状、成就、存在的问题进行了梳理,分析了白菜型冬油菜产业发展与北移困境产生的原因,提出以推动甘蓝型冬油菜替代变革来应对我国强冬性区冬油菜产业发展挑战的建议。

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    39. 未来气候变化对中国马铃薯种植气候适宜性的影响
    张志良, 和志豪, 茹晓雅, 蒋腾聪, 何英彬, 冯浩, 于强, 何建强
    2023, 56 (18): 3530-3542.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.004
    摘要246)   HTML24)    PDF (5463KB)(342)    收藏

    目的】马铃薯作为中国第四大主粮作物,其适宜性评价对保障国家粮食安全具有重要意义。本研究基于气候数据,构建集成物种分布模型预测中国未来时期马铃薯气候适宜区,为优化中国马铃薯种植提供重要科学参考。【方法】利用6种全球气候模式(global climate models,GCMs)未来气候数据驱动5种物种分布模型(species distribution models,SDMs),集成模拟预测未来4种温室气体排放情景(ssp126、ssp245、ssp370、ssp585)下,中国历史上(1970—2000年)和4个未来时期(2021—2040、2041—2060、2061—2080、2081—2100年)的马铃薯气候适宜区时空分布特征。【结果】(1)最湿月份的降水量、最暖月份的最高温度,以及最冷季度的平均温度是影响中国马铃薯气候适宜度的主要气象因子,对模拟结果的贡献率分别为54.7%、21.4%和18.1%。(2)4种温室气体排放情景下对于各适宜等级区域的预测结果变化基本一致,都呈现适宜区、低适宜区面积变大而高适宜区面积变小的趋势,仅在海南、西藏、新疆等地局部存在种植气候不适宜区。马铃薯适宜种植区(适宜区和高适宜区)的面积在各种情况下均超过50%。(3)在未来各时期马铃薯种植低适宜区和适宜区面积将大幅增加,而高适宜区面积则呈下降趋势,各适宜等级区域面积总体依旧保持:适宜区>低适宜区>高适宜区。(4)随着温室气体排放等级的提高,中国马铃薯高适宜区将大幅减小。从空间分布上看,中国马铃薯种植高适宜区主要以东北地区、甘肃地区、新疆西部,以及西南部分区域为主;从时间顺序上看,陕西北部、长江中下游区域、内蒙古中西部等区域受未来气候变化影响较大,马铃薯气候适宜度减小趋势明显。【结论】利用构建的集成物种分布模型预测了未来时期中国马铃薯气候适宜区时空分布特征。根据模型模拟结果,建议东北、甘肃、西南等地区可以作为未来马铃薯的主要种植区域,新疆等地区可以作为主要发展区域,其他地区应按照当地情况优先发展其他粮食和经济作物。

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    40. 猪ECR1-Like免疫黏附功能对PAMs捕获GFP-E. coli的影响
    张峥, 凌小雅, 范阔海, 孙娜, 孙盼盼, 孙耀贵, 李宏全, 尹伟
    2023, 56 (19): 3905-3916.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.016
    摘要241)   HTML8)    PDF (1411KB)(182)    收藏

    【目的】探讨猪红细胞类Ⅰ型补体受体(erythrocyte complement receptor type 1-like, ECR1-like)免疫黏附功能是否能够促进猪肺泡巨噬细胞(porcine alveolar macrophages, PAMs)捕获致敏基因工程菌(GFP-Escherichia coli, GFP-E. coli),以期阐释猪红细胞免疫的分子机理及红细胞免疫在机体先天免疫中的作用。【方法】利用流式细胞术、菌落平板计数及RT-PCR技术检测PAMs捕获的GFP-E. coli的水平,分析猪ECR1-like免疫黏附对PAMs捕获GFP-E. coli的影响;运用流式细胞术、细胞免疫荧光化学技术检测猪ECR1-like免疫黏附的致敏GFP-E. coli被PAMs移除后,猪红细胞免疫黏附功能的变化及猪ECR1-like数量的变化。【结果】流式细胞术检测发现猪红细胞黏附组较空白对照组中的PAMs平均荧光强度显著提高(P<0.001),且PAMs阳性细胞率也显著提高(P<0.05);菌落涂板计数发现红细胞黏附组较空白对照组PAMs捕获GFP-E. coli情况显著增强(P<0.05);RT-PCR检测发现,红细胞黏附组PAMs中GFP-E. coli的相对数量显著高于空白对照组(P<0.01);进一步阻断猪红细胞表面的CR1-like,流式细胞术检测发现PAMs平均荧光强度降低至256 301.56±9 208.85(P<0.001),PAMs阳性细胞率降低至(88.32±0.92)%(P>0.05),菌落平板计数发现PAMs捕获GFP-E. coli情况减弱为(136 666±8 818)CFU/mL(P<0.05),RT-PCR检测发现PAMs中GFP-E. coli的相对数量显著减少(P<0.01);利用细胞流动循环互作技术发现:猪红细胞免疫黏附致敏GFP-E. coli的平均荧光强度由循环前2 892.18±47.76降至2 407.43±141.78(P<0.05),阳性细胞率由循环前(20.58±0.36)%降至(17.39±0.23)%(P<0.001),黏附水平显著低于循环前,与此同时,间接免疫荧光试验结果显示:试验组循环后猪ECR1-like平均荧光强度由循环前344.33±37.92降低至291.56±11.99(P<0.05),阳性细胞率由(30.20±1.24)%减少至(28.27±0.64)%(P<0.05)。【结论】猪ECR1-like通过免疫黏附功能促进了PAMs对致敏GFP-E. coli的捕获。PAMs移除猪红细胞表面黏附的致敏GFP-E. coli后,猪红细胞的活性CR1-like减少,免疫黏附功能下降。

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    41. 玉米腐霉茎腐病生防木霉菌株的筛选、鉴定及防治效果分析
    郭宁, 孙华, 马红霞, 刘树森, 张海剑, 石洁, 郑晓娟, 董跃广
    2023, 56 (22): 4453-4466.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.008
    摘要238)   HTML23)    PDF (5215KB)(303)    收藏

    【目的】 筛选对玉米腐霉茎腐病病原菌具有抑制作用的木霉(Trichoderma spp.)菌株,明确其分类地位以及对腐霉茎腐病的防治效果和抑菌机理,为腐霉茎腐病生防制剂的研发提供菌种资源。【方法】采用菌丝生长速率法测试候选木霉菌株对肿囊腐霉(Pythium inflatum)、强雄腐霉(P. arrhenomanes)和芒孢腐霉(P. aristosporum)的抑制作用,筛选拮抗菌株;通过形态学和分子生物学特性确定Tr21菌株的分类地位;采用常规抑菌方法观察Tr21对腐霉菌丝形态的影响;采用溴化丙啶(PI)染液检测法及对不同处理时间菌丝上清液中蛋白和核酸吸光值的检测,分析Tr21发酵液对腐霉菌细胞膜通透性的影响;通过不同浓度Tr21发酵滤液浸种试验,检测Tr21发酵滤液对玉米种子发芽性状的影响;通过温室盆栽试验和田间人工接种试验,明确Tr21对腐霉茎腐病的防治效果。【结果】从实验室保存的109株木霉菌中,筛选到7株木霉菌对肿囊腐霉、强雄腐霉和芒孢腐霉具有拮抗活性,抑制率均>60%,其中Tr21菌株对3种腐霉菌的抑制率达到100%,其5×、10×和20×稀释液对3种腐霉菌的抑制率均达到100%。50×稀释液对3种腐霉菌的最低抑制率也达到55.56%。经形态学和分子生物学鉴定,Tr21为非洲哈茨木霉(T. afroharzianum)。显微镜观察显示Tr21发酵滤液能够造成腐霉菌菌丝变粗、菌丝分枝增多、节点缩短、断裂、内含物溢出等畸形现象。PI荧光染色试验显示Tr21发酵滤液导致3种腐霉菌的细胞膜受损,PI染液更易穿透受损的细胞膜进入到菌丝体内,使菌丝染成红色。核酸、蛋白泄露试验发现发酵滤液处理过的菌丝吸光值变化较大,处理5 h后,肿囊腐霉、芒孢腐霉和强雄腐霉菌丝的OD260均增加了0.08,OD280分别增加了0.10、0.11和0.10,表明腐霉菌菌丝细胞膜受损或其完整性被破坏,导致菌丝内含物外溢。不同浓度Tr21发酵滤液对玉米种子的发芽性状无影响,且当Tr21发酵滤液浓度为20×稀释液时对玉米种子的萌发和生长促进效果最好。盆栽试验结果表明,Tr21发酵滤液浓度为5×稀释液时,对3种腐霉茎腐病的室内防治效果最佳,分别为60.67%、63.15%和59.66%。用Tr21的5×稀释液进行种子处理,当药种质量比例为1﹕100时,对腐霉茎腐病的防治效果最高,达82.25%。【结论】获得一株有效防治玉米腐霉茎腐病的木霉菌株Tr21,经鉴定该菌为非洲哈茨木霉,该菌株发酵滤液可导致腐霉菌菌丝畸形、断裂、细胞膜受损、内含物溢出等,是一株具有开发前景的生防微生物。

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    42. 温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响
    张亚林, 蒋艳, 赵丽红, 冯自力, 冯鸿杰, 魏锋, 周京龙, 朱荷琴, 马峙英
    2023, 56 (23): 4671-4683.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.009
    摘要237)   HTML14)    PDF (2708KB)(231)    收藏

    【目的】解析不同温度对棉花黄萎病发生的影响以及调控寄主防御反应的机理,揭示温度对病原菌和寄主的双重作用,为该病害的绿色防控和温度调控研究提供理论依据。【方法】以棉花抗病品种中植棉2号(ZZM2)、感病品种冀棉11(JM11)为试验材料,采用室内实验与病圃实验相结合,设置恒定温度(22、25、28和32 ℃)、自然变温两个处理,检测温度对大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)生长、侵染定殖、棉花黄萎病发生的影响;通过调查活性氧(ROS)爆发、过氧化氢(H2O2)含量、胼胝质积累、防御相关基因表达水平等植物防御相关指标,解析温度调控棉花寄主防御反应的机制。【结果】在培养基上,25 ℃是大丽轮枝菌菌丝生长最适温度,22—28 ℃范围内适宜产孢;与培养基相比,不同棉花品种的叶片提取液对大丽轮枝菌生长均有促进作用,感病品种JM11促进作用更强;当温度为25—28 ℃时,ZZM2和JM11植株黄萎病发生均较重,低温22 ℃、高温32 ℃均不利于黄萎病发生。同时,在25 ℃处理下,棉花中大丽轮枝菌侵染定殖能力强,感病品种JM11比抗病品种ZZM2更易受到大丽轮枝菌的侵染,与棉花黄萎病病情指数的结果基本一致;进一步,温度显著影响了棉花寄主防御反应:与22—28 ℃相比,无论是否接种大丽轮枝菌,ZZM2和JM11在32 ℃处理下产生的ROS爆发更强烈;在25 ℃处理下,ZZM2和JM11叶片中H2O2含量最低;在32 ℃处理下,ZZM2和JM11叶片胼胝质积累量较高,分别为817、575个/mm2,是未接菌对照的2.04、1.80倍;棉花叶片中PALPODPPO防御相关基因在25—28 ℃处理下表达量降低,低于22、32 ℃处理。【结论】温度对大丽轮枝菌生长、寄主防御反应具有双重作用,进而影响棉花黄萎病发生。其中无论恒定温度、自然变温,25—28 ℃均有利于大丽轮枝菌在棉花中侵染定殖,显著降低寄主防御反应,导致棉花黄萎病严重发生。

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    43. 不同抗旱性春小麦根系生长对干旱胁迫的响应及滴灌复水补偿效应
    王荣荣, 陈天鹏, 尹豪杰, 蒋桂英
    2023, 56 (24): 4826-4841.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.003
    摘要234)   HTML45)    PDF (1109KB)(200)    收藏

    【目的】研究不同干旱敏感型春小麦根系生长对阶段干旱胁迫的形态及生理响应差异,阐明新疆滴灌条件下春小麦的抗旱节水生理机制,为新疆麦区进一步节水高产提供科学依据。【方法】2021—2022年采用土柱栽培法,以强抗旱性品种新春6号和弱抗旱性品种新春22号为材料,分蘖和拔节期分别设置轻度(T1和T3,60%—65% FC,FC为田间持水量)、中度(T2和T4,45%—50% FC)干旱胁迫处理后滴灌复水,以常规滴灌为对照(CK,75%—80% FC),研究生育前期干旱胁迫下根系形态特征(根长密度(RLD)、根体积密度(RVD))、抗氧化系统(丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD))、渗透物质(脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS))及根系活力的时空变化特征,分析滴灌春小麦根系生长对干旱-复水的补偿效应。【结果】随干旱胁迫程度增加,根长密度和根体积密度呈先增后降的变化趋势,轻度干旱(T1和T3)条件下,显著增加了20—60 cm土层的根长密度和根体积密度。各土层根系丙二醛含量随着胁迫程度的加剧呈上升趋势,而SOD、POD、脯氨酸及可溶性糖均随干旱程度加剧呈先升后降趋势,并随土层加深逐渐增大。T1处理复水后,根系形态特征、抗氧化酶活性、渗透物质、根系活力均达到最大值,进而提高产量,较其余处理增加2.77%—19.58%。逐步回归分析表明,根体积密度和可溶性糖是决定产量的重要因素,根长密度、SOD和可溶性糖是对新春6号抗旱性影响较为显著的指标,根长密度、丙二醛含量以及POD是对新春22号抗旱性影响较为显著的指标。【结论】春小麦在分蘖和拔节期维持60%—65%田间持水量,滴灌复水后会增加根系在20—60 cm土层的分配比例,提高根系清除活性氧及渗透调节能力,延缓根系衰老,改善根系生理特性,进而提高产量。

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    44. 冬油菜主产区近40年土壤基本理化性质变化特征
    霍润霞, 张哲, 李雯萍, 张洋洋, 廖世鹏, 任涛, 李小坤, 陆志峰, 丛日环, 鲁剑巍
    2023, 56 (23): 4696-4705.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.011
    摘要232)   HTML22)    PDF (722KB)(230)    收藏

    【目的】探究近40年长江流域冬油菜主产区土壤基本理化性质的变化,明确冬油菜种植区耕地土壤综合肥力变化特征,以期为长江流域中低产田保育和土壤肥力改良提供科学依据。【方法】通过收集整理近40年国内外公开发表的文献及硕士、博士论文数据,分析长江流域冬油菜种植区土壤基础性质的时序变化特征,评估土壤综合肥力变化及其与土壤基础理化性质的相关性。【结果】1981—1990年长江流域冬油菜主产区耕层土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH均值分别为18.54 g·kg-1、1.16 g·kg-1、8.60 mg·kg-1、42.90 mg·kg-1和6.26,2016—2020年这些指标的均值分别为25.60 g·kg-1、1.41 g·kg-1、18.66 mg·kg-1、108.98 mg·kg-1和6.31,40年来长江流域冬油菜区土壤基础理化性质得到很大程度的改善。其中土壤有机质、全氮年均增幅分别为1.2%和0.7%,土壤有效磷、速效钾含量年均增幅达3.0%和4.0%,土壤pH则在近40年内保持稳定(不同时段平均值范围6.21—6.45)。基于改进的内梅罗指数法评估表明,IFI(土壤综合肥力指数)值逐年上升,其中2001—2020年IFI均值较1981—2000年显著提高14.8%—30.4%。土壤有机质、pH、全氮、有效磷、速效钾与IFI呈极显著正相关性,通径分析表明土壤速效钾是影响冬油菜区IFI最大的指标,其次是土壤全氮和有效磷。【结论】近40年来长江流域冬油菜主产区的土壤基础理化性质和综合肥力显著提高。发展油菜种植有利于提高长江流域农田土壤生产力,是长江流域中低产田地力提升的有效途径。

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    45. 麦后复种绿肥及配施不同水平氮肥对小麦产量、品质及氮素利用的影响
    张文霞, 李盼, 殷文, 陈桂平, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚
    2023, 56 (17): 3317-3330.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007
    摘要232)   HTML19)    PDF (587KB)(349)    收藏
    【目的】 针对甘肃省河西地区春小麦种植氮肥投入量大、肥源单一、氮素利用率低及小麦品质差的问题,探究适宜的绿肥与减量配施氮肥的栽培技术对春小麦籽粒产量、品质及氮素吸收利用的影响,以期为河西灌区春小麦高产、优质和绿色生产方式提供理论依据。【方法】 试验于2019—2021年在甘肃武威河西绿洲灌区进行,试验采用裂区设计方法,主区设单作小麦(W)和麦后复种豆科绿肥(W-G)两种种植模式;副区为5种施氮水平:农户传统施氮100% N肥(180 kg·hm-2,N4)、传统施氮的85% N肥(N3)、传统施氮的70% N肥(N2)、传统施氮的55% N肥(N1)及不施氮肥(N0)。【结果】 麦后复种绿肥结合施氮85%(W-G-N3)可显著提高小麦籽粒和生物产量,W-G-N3较单作小麦模式下施氮85%(W-N3)和传统施氮(W-N4)籽粒产量分别提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%,W-G-N3较W-N3与W-N4生物产量分别提高11.3%(2020)与5.2%—11.6%(2020—2021),籽粒产量提高幅度大于生物产量,因而,W-G-N3处理具有较高的收获指数,较W-N3和W-N4收获指数分别提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同时,W-G-N3可通过增加籽粒蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量改善营养品质,其中W-G-N3较W-N3蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量分别提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%;W-G-N3较W-N4蛋白质含量提高8.9%—12.4%,但W-G-N3与W-N4处理沉降值和湿面筋含量差异不显著。此外,W-G-N3较W-N3和W-N4有利于促进小麦吸收氮素及转化为籽粒产量,其中植株吸氮量分别提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%,氮肥利用率分别提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%,氮肥偏生产力分别提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%;W-G-N3处理也可补偿减氮造成的氮肥农学效率的降低,较W-G-N4氮肥农学效率提高74.2%—80.0%。相关分析表明,麦后复种绿肥配合适量减氮通过促进氮素吸收利用而增加籽粒产量,同时又可显著改善籽粒营养品质。【结论】 麦后复种绿肥结合传统施氮量的85%(153 kg·hm-2)模式是河西绿洲灌区增加春小麦产量、改善籽粒品质和提高氮肥利用效率的适宜种植模式和施氮水平。
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    46. 大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位
    曹杰, 谷勇哲, 洪慧龙, 吴海涛, 张霞, 孙建强, 包立高, 邱丽娟
    2023, 56 (14): 2643-2659.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.002
    摘要230)   HTML21)    PDF (3120KB)(430)    收藏

    【目的】揭示种子发育过程中种皮花青素(anthocyanin)的含量变化以及导致泰兴矮脚红(TXAJH)红色种皮的主要花青素成分;定位控制花青素合成积累的关键基因,为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础。【方法】利用超高效液相色谱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-ESI-MS/MS)检测黄色种皮大豆绥农14(SN14)和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量,分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分;利用SN14和TXAJH杂交构建的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体进行分离群体分组混合分析(bulked segregant analysis,BSA),初步定位红色种皮相关基因的候选区域,在此基础上,结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因;最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况。【结果】检测SN14和TXAJH 4个发育阶段的种皮,共发现12种花青素。在成分上,总花青素的聚类分析表明,TXAJH与SN14之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异。在含量上,种子发育过程中,SN14种皮花青素的含量逐渐下降,而TXAJH种皮的含量迅速升高并保持稳定,种皮显色后,二者的花青素含量呈现极显著差异,在成熟阶段,TXAJH种皮花青素的含量是SN14的200倍以上。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,Cy-3-glu)、芍药花素-3-O-葡萄糖苷(Peonidin-3-O-glucoside,Pn-3-glu)和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷(Petunidin-3-O-glucoside,Pt-3-glu)是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因。BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第8染色体上,长度为8.66 Mb。利用27个多态性标记进行连锁分析得到10种单倍型,最终将候选区间缩小至702 kb。该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共37个,其中,Glyma.08g059900编码MYB转录因子,Glyma.08g061300Glyma.08g063900编码bHLH转录因子,它们可能参与花青素的生物合成调控;Glyma.08g062000编码花青素还原酶1,可以将花青素转化为原花青素(proanthocyanidin,PA)。基因表达分析结果表明,候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14与TXAJH中的表达模式相似,均为前者低于后者。种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性。【结论】SN14与TXAJH的种皮花青素组成存在差异,TXAJH红色种皮呈现红色可能是Cy-3-glu、Pn-3-glu和Pt-3-glu积累的结果。预测Glyma.08g059900Glyma.08g061300Glyma.08g062000Glyma.08g063900为红色种皮候选基因,其中Glyma.08g059900Glyma.08g061300Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用。

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    47. “稻-稻-油”生产模式下短生育期冬油菜品种选育与推广现状分析
    李荣德, 何平, 罗莉霞, 史梦雅, 侯乾, 马振国, 郭瑞星, 成洪涛
    2024, 57 (5): 846-854.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.002
    摘要230)   HTML16)    PDF (449KB)(134)    收藏

    近年来,我国食用植物油自给率不到31%,进口依赖度高。油菜是唯一的冬季油料作物,适宜种植区域广泛,是我国重要的食用植物油来源。扩种油菜是保障国家食用油安全的重要举措。充分利用南方双季稻区冬闲田,推广“稻-稻-油”三熟制生产模式是扩种油菜的重要途径。适宜“稻-稻-油”生产模式的区域主要分布在我国湖南、江西、广西和湖北等省的双季稻区,约有187万hm2的潜力面积。根据温光资源条件,3个适宜区域即温光资源宽松区、温光资源紧平衡区和温光资源约束区均要求油菜品种生育期在180 d左右,10月中下旬播种,4月中下旬收获,才能适宜南方双季稻接茬。从2013年到2022年国家油菜品种试验情况来看,共有75个油菜新品种参加早熟组试验,平均生育期为169.3—185.3 d,平均单产1 635.90—2 228.55 kg·hm-2,其中,有22个品种增产显著。截至2023年5月底,登记生育期在190 d以内,适宜在“稻-稻-油”模式区域种植的短生育期冬油菜品种共有72个,均为甘蓝型双低油菜品种,以杂交品种为主。在品种推广应用上,经相关省份调查,阳光131、丰油730、沣油320、沣油847、赣油杂906、圣光127、湘油420、景油69、沣油112、华油杂652、赣油杂1009等11个品种在“稻-稻-油”生产区有较大的推广应用面积,在2022年的推广面积均为135 hm2以上。现有品种的生育期能够基本满足温光资源宽松区的要求,但在温光资源紧平衡区和约束区生育期仍然偏长。聚焦油菜扩种增产增效,未来还需要强化政策资金保障,组织开展短生育期冬油菜品种培育联合攻关,提高温光资源宽松区品种的产量,缩短温光资源紧平衡区和约束区品种的生育期。同时,还需加强短生育期油菜品种良种良法配套技术的研究与推广,做好早稻、晚稻和油菜品种的搭配,从完善农业社会化服务、扩展油菜种植农业保险、增加油菜种植资金补贴等方面入手,保障农民收益,提高农民“稻-稻-油”模式生产积极性。

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    48. 大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究
    熊楚雯, 郭智滨, 周强华, 程艳波, 马启彬, 蔡占东, 年海
    2024, 57 (3): 442-453.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.03.002
    摘要229)   HTML21)    PDF (2288KB)(120)    收藏

    【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆(Glycine max)是重要的粮食和油料作物,也为喜磷作物,缺磷则影响其产量与品质。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控,是否参与大豆低磷胁迫响应尚未深入研究。以耐低磷野生大豆BW69为材料,克隆获得耐低磷基因GsNAC1并对其表达特性及功能进行分析,为深入解析GsNAC1调控大豆低磷胁迫及其机制奠定基础。【方法】从野生大豆BW69克隆GsNAC1的全长序列,并通过生物信息学分析探究其编码氨基酸序列的特征。随后,利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)对其组织表达模式进行分析,并通过激光共聚焦显微镜观察其编码蛋白的亚细胞定位。此外,通过大豆遗传转化试验,获得转基因株系并进行表型分析。最后,通过转录组联合分析来鉴定转基因植株中与低磷胁迫相关的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。【结果】成功克隆获得GsNAC1,编码区全长876 bp,通过构建系统发育树发现GsNAC1与AtATAF1的序列相似性为62.46%,与Williams 82参考基因组的GmNAC1序列没有差异;进一步的亚细胞定位结果显示,GsNAC1定位于细胞核;基于qRT-PCR技术,发现GsNAC1在大豆的根、茎、叶、顶端、花和豆荚均有表达,在根部的相对表达量最高,且受到低pH和低磷诱导表达显著上调。通过水培法和土培法进行表型试验,在低磷处理下,与野生型(WT)相比,转基因株系鲜重根冠比、总根长、根表面积、根体积和磷含量均显著高于WT。结合转录组测序数据进行分析,发现GsNAC1可能通过促进GmALMT6GmALMT27GmPAP27GmWRKY21等基因表达增强其对低磷胁迫的耐受性。【结论】GsNAC1受低pH和低磷诱导表达上调,过量表达GsNAC1可以显著增强大豆对低磷胁迫的耐受性,在低磷胁迫反应中起促进作用。GsNAC1可能通过调控下游基因表达增强大豆对酸性低磷胁迫的耐受性。

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    49. 近30年来我国小麦和玉米秸秆资源时空变化特征及还田减肥潜力
    刘淑军, 李冬初, 黄晶, 曲潇林, 马常宝, 王慧颖, 于子坤, 张璐, 韩天富, 柳开楼, 申哲, 张会民
    2023, 56 (16): 3140-3155.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.008
    摘要229)   HTML22)    PDF (1219KB)(447)    收藏

    【目的】我国拥有丰富的小麦和玉米秸秆资源,明晰我国小麦、玉米秸秆产量和养分资源量及还田减肥潜力的时空变化特征,可为推进秸秆资源利用和化肥减施提供决策依据。【方法】以农业农村部1988-2019年在全国小麦玉米区的土壤长期监测数据为基础,分析我国各地区不同年份的小麦玉米秸秆和养分资源量及还田减肥潜力。【结果】2010s全国小麦和玉米秸秆年均量分别达到1.62×108和4.23×108 t,比1990s增加0.16×108和2.04×108 t;秸秆NPK总养分资源年均量分别达到278.19×104和901.08×104 t,比1990s增加27.97×104和434.82×104 t,均以华北增量最高。30年来全国小麦秸秆及养分资源呈先降后增的趋势,玉米呈增长趋势。第一阶段(1990s—2000s)和第二阶段(2000s—2010s)小麦秸秆资源年变化速率分别为-42.47×104和205.10×104 t·a-1,N、P和K的养分资源年变化速率分别为-0.26×104、-0.03×104、-0.44×104 t·a-1和1.27×104、0.14×104、2.11×104 t·a-1;第一阶段和第二阶段玉米秸秆资源年变化速率分别为397.82×104和1643.60×104 t·a-1,N、P和K的养分资源年变化速率分别为3.46×104、0.56×104、4.46×104 t·a-1和14.30×104、2.30×104、18.41×104 t·a-1。80%以上的小麦秸秆及其养分资源分布在华北和长江中下游,以华北最高(0.93×108 t,NPK 160.31×104 t),西南最低(0.09×108 t,NPK 16.05×104 t);70%左右的玉米秸秆及其养分资源分布在东北和华北,以东北最高(1.39×108 t,NPK 296.96×104 t),长江中下游最低(0.21×108 t,NPK 44.40×104 t)。全国小麦秸秆还田的N、P和K养分单位面积年均当季释放量分别为21.1、3.0和62.3 kg·hm-2,以华北最高,西南最低;玉米秸秆还田的N、P和K养分单位面积年均当季释放量分别为48.6、10.6和97.7 kg·hm-2,以西北最高,西南最低。近30年来,全国单位面积小麦和玉米秸秆还田的养分年均当季释放量持续稳定增加,小麦秸秆还田的N、P、K养分相当于化肥年均施用量的比例分别为9.13%—10.82%、4.26%—6.43%、88.02%—111.86%,玉米秸秆分别为22.99%—24.37%、16.04%—28.67%、150.29%—181.42%。【结论】我国小麦和玉米秸秆还田可满足作物生长的钾素需求,可减少约10%—20%氮肥、5%—20%磷肥的施用,充分利用秸秆资源,是实现化肥减施增效的重要保障。

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    50. 气候变化背景下中国玉米产区开花期高温时空分布特征
    付真真, 祝光欣, 刘志娟, 郭世博, 李娥, 杨晓光
    2023, 56 (14): 2686-2700.   DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.014.005
    摘要226)   HTML26)    PDF (5588KB)(217)    收藏

    【目的】全球气候变暖背景下,极端高温频发将会对农作物生产造成潜在威胁,因此,基于多种高温指标综合评估作物生长季高温时空分布特征对制定有效的灾害风险管理和适应措施至关重要。【方法】以我国玉米潜在种植区为研究区域,基于第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP6)中2个共享社会经济情景(Shared Socioeconomic Pathways,SSP1-2.6和SSP5-8.5)下1981—2060年的逐日最高气温资料和玉米生育期资料,分析了基准时段(1981—2014年)和未来(2015—2060年)玉米开花期高温强度(HSI)、高温持续时间(AHSD)和累积高温度日(HDD)的时空变化特征。【结果】1981—2014年玉米开花期HSI、AHSD、HDD在黄淮海夏玉米区和西北灌溉玉米区最大(区域均值分别为32.3和33.8 ℃、8.4和9.8 d、22.9和40.3 ℃·d)。受气候变暖影响,未来气候情景下,特别是在SSP5-8.5气候情景下,我国玉米开花期高温发生范围扩大、强度增加,HSI和AHSD增加最大的区域为北方春播玉米区,SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下,HSI的增加趋势分别为0.97和1.16 ℃·(10a)-1,AHSD的增加趋势分别为0.73和1.11 d·(10a)-1。全区HDD增加最大的区域为黄淮海夏玉米区,SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下增加趋势分别为2.68和5.26 ℃·d·(10a)-1。【结论】未来我国玉米开花期高温发生范围将扩大、强度将增加;且应重点关注黄淮海夏玉米区和北方春播玉米区的开花期高温,前者主要由于基础温度高,后者主要由于增温幅度较大。可通过选用抗高温品种、调整播种窗口、采用水肥及化学调控等综合措施降低高温威胁。

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