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當期目錄

    2017年 第50卷 第2期 刊出日期:2017-01-16
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    大麥籽粒蛋白質及其相關功能成分含量的QTL分析
    楊曉夢,杜娟,曾亞文,普曉英,楊樹明,楊濤,汪祿祥,楊加珍
    中國農業科學. 2017, 50(2):  205-215.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.001
    摘要 ( 204 )   HTML ( 5 )   PDF (3186KB) ( 438 )   收藏
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    【目的】研究大麥籽粒蛋白質與功能成分含量的相關關系及其QTL,為功能大麥遺傳改良、基因克隆及分子輔助育種奠定理論基礎。【方法】以紫光芒裸二棱為母本,Schooner為父本構建包含193個株系的RIL群體,結合SSR技術和QTL IciMappingV3.3軟件構建遺傳連鎖圖譜,借助完全區間作圖法(ICIM)對兩年大麥籽粒蛋白質、總黃酮和γ-氨基丁酸(GABA)含量進行QTL檢測;同時分析蛋白質、總黃酮和GABA含量之間的相關性。【結果】親本及RIL群體籽粒蛋白質、總黃酮及GABA含量表現出較大差異,且呈連續變異正態分布,適宜進行QTL定位。構建了一張全長為2 224.29 cM,兩標記間平均距離為16.48 cM的遺傳連鎖圖譜,包括7個連鎖群,135個標記位點。共檢測到20個QTL,其中,控制蛋白質含量的9個QTL分別定位于1H、2H、4H、6H和7H連鎖群染色體。表型變異率范圍為4.11%—18.86%,解釋表型變異率大于10%的3個主效QTL(13.30%、15.45%和18.86%)分別位于6H和7H染色體。經兩年試驗檢測發現2個相同的QTL位點,分別位于4H BMAG0740—BMAG0808和6H Ebmac0806—GBM1270;控制總黃酮含量的7個QTL分別定位于2H、5H、6H和7H染色體。表型變異率范圍為6.06%—29.01%,解釋表型變異率大于10%的5個主效QTL(10.38%、15.27%、17.55%、24.17%和29.01%)分別位于2H、6H和7H染色體。經兩年試驗檢測發現1個相同的QTL位點,位于7H EBmatc0016—Bmag0206;控制GABA含量的4個QTL分別定位于4H、5H、6H和7H染色體,表型變異率范圍為5.44%—14.87%,最大變異率為14.87%的主效QTL位于7H染色體。控制蛋白質含量與總黃酮含量的基因同位于2H、6H和7H染色體,控制蛋白質含量與GABA含量的基因重合在4H、6H和7H染色體,控制總黃酮含量與GABA含量的基因同位于5H、6H和7H染色體。控制這三種成分的QTL主要位于6H和7H,尤其是6H Ebmac0806—GBM1270影響蛋白質、總黃酮和GABA含量,且加性作用方向一致,有極顯著相關性。相關性分析結果表明,蛋白質、總黃酮與GABA含量之間呈極顯著正相關。【結論】大麥籽粒蛋白質、總黃酮和GABA含量的相關性分析與其部分QTL定位結果一致,揭示了蛋白質和功能成分含量之間緊密的遺傳關系。
    基于優異等位基因的棉花抗黃萎病性狀的分子鑒定
    趙云雷,王紅梅,陳偉,龔海燕,桑曉慧,崔艷利,趙佩
    中國農業科學. 2017, 50(2):  216-227.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.002
    摘要 ( 153 )   HTML ( 2 )   PDF (806KB) ( 361 )   收藏
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    【目的】發掘棉花抗黃萎病相關的優異等位基因,利用優異等位基因對棉花抗黃萎病性狀進行分子檢測,實現對抗病性的快速鑒定和對抗病基因型的直接選擇,有效解決當前抗病性鑒定周期長、抗病性選擇效率低的技術難題。【方法】選用125份陸地棉優異種質,分別采用田間黃萎病病圃鑒定和溫室接種鑒定對材料進行抗黃萎病鑒定,分析材料的抗病性變異;通過篩選前期獲得的與棉花抗黃萎病表型顯著關聯的優異等位基因位點并計算其效應值,分析不同材料中含有的優異等位基因數目及其優異等位基因效應值之和,研究利用優異等位基因位點進行棉花抗黃萎病預測的可行性,并比較基于優異等位基因位點的抗病性分子鑒定與傳統抗病性表型鑒定的相關性。【結果】陸地棉在黃萎病抗性方面表現出廣泛的變異,125份種質材料在田間病圃鑒定條件下和溫室鑒定條件下的抗黃萎病相對病指變化范圍分別為10.10—76.6和17.01—72.63;基于前期的研究結果共篩選到40個抗黃萎病優異等位基因,效應值的變化范圍為-8.20—-0.39,每份材料含有的優異等位基因數目為1—24個,每份材料中的優異等位基因效應值之和的變化范圍為-92.37—-0.86;相關性分析結果表明,每份材料中含有的優異等位基因效應值之和與材料的抗黃萎病相對病指極顯著正相關,病圃鑒定與溫室鑒定條件下兩者的相關系數分別為0.616和0.566;材料的優異等位基因數目與材料的抗黃萎病相對病指極顯著負相關,病圃鑒定與溫室鑒定條件下兩者的相關系數分別為-0.618和-0.535。【結論】棉花種質材料中含有的優異等位基因數目、優異等位基因效應值之和與材料的抗黃萎病相對病指間存在顯著相關性,表明抗黃萎病優異等位基因的累加具有明顯提高抗病性的作用,材料所含有的優異等位基因數目和優異等位基因效應值之和在一定程度上可以反映材料抗病性的強弱,從而實現對抗病性的分子鑒定。
    甘藍型油菜角果長度全基因組關聯分析
    周慶紅,周燦,鄭偉,付東輝
    中國農業科學. 2017, 50(2):  228-239.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.003
    摘要 ( 255 )   HTML ( 12 )   PDF (2180KB) ( 633 )   收藏
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    【目的】挖掘與油菜角果長度性狀顯著相關的SNP位點及候選基因,為揭示油菜角果長度性狀的遺傳基礎和分子機制提供理論依據,為油菜產量分子標記輔助選擇育種奠定基礎。【方法】在江西農業大學試驗地和江西省紅壤研究所試驗地2個環境下考察300份甘藍型油菜自交系的角果長度性狀,利用簡化基因組測序技術(specific locus amplified fragment sequencing,SLAF-seq)對300份甘藍型油菜自交系基因組DNA進行測序并分析,利用獲得的均勻分布于甘藍型油菜基因組上的201 817個群體SNP(single nucleotide polymorphism,SNP)對角果長度性狀進行全基因組關聯分析(genome-wide association study,GWAS),探測與油菜角果長度顯著相關的SNP位點,并基于群體連鎖不平衡分析結果搜尋顯著SNP位點兩側100 kb范圍內的基因,通過BLAST獲得關聯區域內基因的注釋信息,根據注釋信息找出與性狀相關的候選基因。【結果】農大試驗地角果長度表型變異幅度為46.35—107.07 mm;紅壤所試驗地角果長度表型變異幅度為39.41—101.35 mm,兩性狀在2個環境下均表現出廣泛表型變異。通過一般線性模型(general linear model,GLM)關聯分析,農大環境下共檢測到121個角果長度顯著關聯的SNP位點,分布在A04、A06、A08、A09、C02、C03、C06和C09等8條染色體上,其中,A09染色體上分布最多(83個SNP),紅壤所環境下檢測到22個角果長度顯著關聯的SNP位點,其中,1個在C09染色體上,其余21個均分布于A09染色體,在兩地探測到20個一致性SNP位點;通過混合線性模型(mixed linear model,MLM)分析,農大環境下共檢測到5個角果長度顯著關聯的SNP位點,其中,3個SNP位點與紅壤所環境下檢測到3個SNP位點一致,所有位點均位于A09染色體上。對MLM關聯分析得到的顯著SNP位點兩側100 kb區域內基因進行搜尋并進行功能注釋,發現多個候選基因參與調節碳水化合物的運輸與合成、花器官和種子的發育、信號轉導等, 它們可能通過上述功能影響油菜角果的生長,導致角果長度的差異。【結論】通過GLM和MLM兩種分析方法探測到多個與油菜角果長度性狀顯著關聯的基因位點,并在顯著性位點附近搜尋到相關候選基因。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    水稻生長過程中籽粒水分狀態和橫向弛豫特性分析
    邵小龍,汪楠,時小轉,沈飛,宋偉,張強
    中國農業科學. 2017, 50(2):  240-249.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.004
    摘要 ( 199 )   HTML ( 1 )   PDF (503KB) ( 409 )   收藏
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    【目的】基于低場核磁共振(LF-NMR)技術觀察水稻抽穗到成熟過程中籽粒水分狀態的變化,探討淀粉、蛋白質的積累效應對前者的影響,為水稻品質形成規律提供數據參考。【方法】對抽穗后63 d內的“越光”有機稻間隔采樣,測定籽粒的百粒重、硬度、水分含量、淀粉含量和蛋白質含量,比較水稻在抽穗后不同生長時期的整體品質變化,通過LF-NMR測定的橫向弛豫參數定性和定量地分析籽粒中的水分動態,探討水稻品質形成過程與水分狀態的相關聯系。【結果】在抽穗后7—14 d百粒重和淀粉含量增長速率最快,兩者表現極顯著正相關(P<0.01)。籽粒硬度分別與淀粉含量和蛋白質含量都極顯著正相關(P<0.01),與水分含量極顯著負相關(P<0.01)。水分含量在抽穗后7—56 d從57.16%呈指數型下降到22.39%。淀粉含量在抽穗后42 d內呈“S”型曲線增長至50.47 g/100 g濕基。蛋白質含量在抽穗后7—49 d線性地增長至峰值6.56 g/100 g濕基。總體而言,水稻籽粒在抽穗后49 d左右整體品質已經形成。LF-NMR反演圖譜表明在抽穗后7 d內籽粒部分水分往高自由度方向移動。抽穗后7—21 d,反演曲線整體向左遷移,表征流動性最弱“結合水”的T2b峰出現,表征束縛水的T22峰發生峰的分化現象。4種橫向弛豫時間T2b、T21、T22和T23隨生長時期而減小,水稻籽粒中的整體氫質子自由度在逐漸降低。抽穗后21 d左右,“結合水”的峰比例超過束縛水和自由水的峰比例總和。籽粒內的水分含量和橫向弛豫參數(T2b、T21、T22、T23、A2b、A22和A23)都隨生長時期極顯著地變化(P<0.01),而且淀粉和蛋白質積累與前者變化具有極顯著的相關性(P<0.01)。尤其是淀粉充實胚乳細胞,水分子被淀粉顆粒包圍或與其中的親水基團氫鍵作用,使得整體水分狀態向“結合水”的方向遷移。基于對橫向弛豫信號的主成分分析,發現抽穗后42 d內不同生長時期的籽粒水分狀態差異顯著,42 d后整體趨于穩定。【結論】水稻灌漿期間,籽粒內部水分狀態與淀粉和蛋白質的積累顯著相關;“結合水”的比例逐漸上升,束縛水和自由水的比例顯著下降;利用LF-NMR技術可以有效分析抽穗后不同生長時期籽粒的整體水分動態變化。
    堿脅迫對小麥(Triticum aestivum Linn)葉片代謝過程的影響
    郭瑞,周際,楊帆,李峰
    中國農業科學. 2017, 50(2):  250-259.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.005
    摘要 ( 204 )   HTML ( 1 )   PDF (1183KB) ( 500 )   收藏
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    【目的】闡明堿脅迫對小麥葉片離子平衡、初生及次生代謝產物的影響及其涉及的代謝途徑,討論其生長代謝變化規律及應答機制。【方法】以普通小麥(Triticum aestivum Linn)為材料,采用盆栽試驗利用NaHCO3﹕Na2CO3=1﹕1混合模擬不同鹽度堿脅迫條件,在苗期連續脅迫12 d后測定葉片生長、光合、離子和代謝產物。【結果】當堿脅迫強度超過小麥自身調節能力時,葉片中Na+含量劇增,加上高pH危害,造成葉綠體遭到破壞、葉綠素含量降低、光系統Ⅱ活性受抑制、氣孔導度及碳同化能力急劇下降,最終導致生長率降低。堿脅迫下Na+大量增加的同時陰離子明顯減少,造成葉片內負電荷虧缺和pH不穩定,導致離子平衡遭到破壞,進而引起一系列代謝途徑的協變反應。通過GC-MS檢測出73個代謝物,主要包括碳水化合物、氨基酸、有機酸等,其中,分別有25和48個代謝物在中度和重度堿脅迫下發生明顯改變。主成分分析(PCA)結果顯示全部樣本均分布在95%的置信區間內,2個主成分得分達到89%。單因素方差分析表明,與對照組比較,在高濃度堿脅迫下發生的顯著性變化明顯高于低濃度堿脅迫。堿脅迫導致5種參與三羧酸(TCA)循環和6種參與糖酵解途徑的代謝物含量明顯降低,且引起大部分氨基酸(谷氨酸、丙氨酸、γ-氨基丁酸、天冬氨酸等)和糖類及多元醇(果糖、蔗糖、塔羅糖、肌醇等)大量降低。與此同時,堿脅迫誘導小麥有機酸大量積累,隨脅迫強度的增加而上升,這種現象可能是小麥被動的適應調節過程,主要用于維持離子平衡并調節pH濃度。【結論】堿脅迫引起了TCA循環、糖酵解途徑、卡爾文循環、莽草酸途徑、細胞膜脂代謝、轉氨基反應和γ-氨基丁酸(GABA)途徑等代謝網絡系統廣泛變化,暗示了堿脅迫不僅對糖類、氨基酸類、脂肪和蛋白質合成代謝過程造成負面影響,而且限制C-N轉變過程影響植物對N素的利用,造成營養匱乏抑制植物生長發育。
    干旱脅迫對小麥不同品種胚乳淀粉結構和理化特性的影響
    宋霄君,張敏,武雪萍,趙城,石劍,張玉春,劉希偉,蔡瑞國
    中國農業科學. 2017, 50(2):  260-271.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.006
    摘要 ( 201 )   HTML ( 1 )   PDF (524KB) ( 465 )   收藏
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    【目的】全面了解干旱脅迫對小麥不同品種胚乳淀粉組成、粒度分布、糊化特性以及晶體特性的影響,揭示小麥淀粉結構與理化特性的內在關系。【方法】2013—2015年度以小麥品種京冬8(JD8)、河農825(HN825)、冀麥585(JM585)、農大211(ND211)為試驗材料,設節水灌溉(W)和旱作(D)2種處理,研究干旱脅迫對小麥胚乳淀粉結構及其理化特性的影響。【結果】干旱脅迫顯著抑制了小麥胚乳淀粉的積累,但對小麥淀粉直/支比的影響不顯著。小麥胚乳淀粉粒體積、表面積和數目分布均呈雙峰曲線變化,干旱脅迫對淀粉粒粒度分布的影響因基因型和粒徑大小的不同而存在差異,其中對粒徑<5 μm淀粉粒的表面積、數目分布影響最大。干旱脅迫未改變小麥胚乳淀粉的晶體類型,但顯著提高了小麥淀粉的結晶度,對小麥淀粉X-衍射圖譜中各尖峰強度的影響因品種和衍射角的不同而存在差異。干旱脅迫顯著提高了小麥淀粉的低谷黏度和糊化溫度,延長了糊化時間,但顯著降低了小麥淀粉的峰值黏度和稀懈值,對終結黏度和回生值的影響存在基因型差異。相關分析表明,小麥胚乳淀粉結晶度與總淀粉和直鏈淀粉含量呈顯著負相關,與支鏈淀粉呈顯著正相關。總淀粉含量與峰值黏度呈顯著正相關。直鏈淀粉含量與峰值黏度和稀懈值呈顯著正相關,與糊化溫度呈顯著負相關。支鏈淀粉含量與糊化特性的相關性不顯著,而淀粉直/支比僅與糊化時間呈顯著負相關。小麥胚乳淀粉中粒徑5 μm10 μm的淀粉粒體積百分比與終結黏度和回生值均分別呈顯著、極顯著負相關,而粒徑>15 μm的淀粉粒與終結黏度和回生值均呈顯著正相關。小麥淀粉粒體積分布與結晶度的相關性不顯著。小麥淀粉糊化峰值黏度和稀懈值與結晶度分別呈極顯著和顯著負相關,而糊化溫度與結晶度呈顯著正相關。【結論】干旱脅迫改變了小麥胚乳淀粉組分、粒度分布、結晶度及其主要糊化參數。小麥胚乳淀粉結構與晶體特性和糊化特性之間均存在明顯的相關性,表明干旱對小麥淀粉結構的影響,間接影響了其理化特性,因此,可以通過調節水分條件來生產一定品質的小麥。
    植物保護
    30個重要小麥生產品種抗葉銹性基因分析
    閆曉翠,李在峰,楊華麗,張換換,Gebrewahid Takele Weldu,姚占軍,劉大群,周悅
    中國農業科學. 2017, 50(2):  272-285.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.007
    摘要 ( 160 )   HTML ( 8 )   PDF (1218KB) ( 528 )   收藏
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    【目的】小麥葉銹病是影響中國小麥產量的重要病害之一,培育持久抗病品種可以經濟、有效地控制該病害。論文通過基因推導結合系譜分析、分子標記及成株抗病鑒定對小麥生產品種中抗病基因進行鑒定,從而確定小麥品種中所攜帶的抗病基因。【方法】選用18個小麥葉銹菌菌系(PHGQ、THJT、PHJT、KHJS、PHJS、THTT?、KHHT、FHRT、FHJQ、PHTT、THTT?、PHTT、FHTR、FHHT?、FHHT?、TGGT、FHTT、FGMT)接種36個已知抗葉銹病基因載體品種和中國的30個小麥生產品種進行苗期抗葉銹病基因推導,進一步利用9個與已知抗病基因緊密連鎖的特異性標記進行標記檢測,同時系譜分析法確定供試小麥品種中所攜帶的已知抗葉銹病基因。為了鑒定小麥品種的成株抗性基因,在2014—2015和2015—2016年度將30個小麥品種、慢銹對照品種SAAR和感病對照品種鄭州5389種植于河北農業大學小麥試驗田和河南周口黃泛區農場試驗田,田間用混合生理小種(FHRT、THTT、THJT)接種進行成株抗葉銹性鑒定,進一步運用軟件IBM SPSS Statistics 19.0進行方差分析(ANOVA),根據苗期與成株期的侵染型排除具有主效抗性基因的品種,將田間最終嚴重度(當達到發病高峰時調查的嚴重度為最終嚴重度,final disease severity,FDS)明顯小于或與慢銹對照SAAR無顯著差異的作為慢銹品種,從而篩選出表現慢銹的小麥品種。【結果】基因推導、系譜分析結合標記檢測結果表明,30個小麥生產品種中有4個品種(鄂恩5號、鄂麥14、陜229和西農979)含有抗病基因Lr1,10個品種(鄂恩1號、鄂恩5號、鄂恩6號、貴農16、陜225、陜354、陜715、陜合6號、陜麥509和陜農7859)攜帶有抗病基因Lr26,2個品種(陜225和小偃81)經分子標記檢測含有慢銹抗病基因Lr46,另外還有3個品種(西農979、陜229和貴農16)可能含有基因Lr13,所有供試品種均不含Lr9、Lr10、Lr19、Lr20、Lr24和Lr34抗病基因。根據2年2點的田間抗葉銹病鑒定篩選出18個表現慢銹的品種,且方差分析結果表明各品種間和地點間差異均極顯著,年份間差異顯著,品種與地點間、品種與年份間差異均極顯著,而品種與重復間和重復間均不顯著,這表明小麥葉銹病抗性的表達受基因型和環境互作共同影響。【結論】30個小麥品種中共檢測到Lr1、Lr26、Lr13和Lr46等4個抗葉銹病基因,其中Lr46為成株抗病基因,通過田間抗性鑒定共檢測出18個品種可能攜帶成株慢銹基因,所有慢銹材料中可能含有未知成株抗葉銹病基因,需要進一步進行遺傳鑒定。
    反枝莧對棉花的密度競爭作用
    李淑英,朱加保,路獻勇,葉泗洪,馬艷,馬小艷,程福如
    中國農業科學. 2017, 50(2):  286-298.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.008
    摘要 ( 134 )   HTML ( 2 )   PDF (539KB) ( 282 )   收藏
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    【目的】反枝莧是世界性惡性雜草之一,為安徽省沿江棉區主要雜草,而棉花對雜草競爭十分敏感。論文旨在明確反枝莧對棉花的密度競爭影響,為棉田雜草反枝莧的綜合防治提供理論依據。【方法】2013—2015年在安徽省安慶市試驗地,采用添加系列試驗方法,棉花密度保持不變,設置8個反枝莧密度(0、0.125、0.25、0.5、1、2、4、8株/m)與棉花全生育期競爭,研究不同反枝莧密度競爭對棉花生長、子棉產量及其構成因素、纖維品質的影響。【結果】隨著反枝莧密度增加,反枝莧株高、莖直徑逐漸減小;相對于0.125株/m的反枝莧,反枝莧莖直徑分別于1株/m(2013年和2014年)、0.5株/m(2015年)顯著降低12.0%—18.6%;反枝莧株高則在2015年于0.5株/m顯著減少24.2%。3年數據平均,單位面積反枝莧生物量由1 156.9 kg·hm-20.125株/m)逐漸增加到7 524.0 kg·hm-2(8株/m),較高密度反枝莧種內競爭明顯。隨著反枝莧與棉花競爭時間的延長,反枝莧株高于52—83 DAE(出苗后天數,days after emergence)逐漸超過棉花的,莖直徑于18—70 DAE逐漸大于棉花的。在棉花成熟期,反枝莧株高比棉花高35.6—128.2 cm,反枝莧莖直徑比棉花粗9.9—24.8 mm。反枝莧在株高和生物量上對棉花具明顯優勢。隨著反枝莧密度增加,棉花株高變化不明顯,莖直徑明顯減小;棉花單株鈴數、果枝數和單鈴重顯著減少,衣分也有一定程度減小。1株/m的雜草密度導致棉花單株果枝數減少4.63%—69.18%,鈴數減少20.81%—84.98%,單鈴重減少3.04%—20.36%,衣分減少1.54%左右。引起子棉產量顯著減產的反枝莧密度分別是0.125株/m(2013年)和0.25株/m(2014年和2015年),導致子棉減產14.0%—33.7%;子棉產量損失率與反枝莧密度符合雙曲線模型,據此可預測子棉減產50%的反枝莧密度為0.2—2.8株/m。在反枝莧與棉花競爭91 DAE,0.125—0.5株/m反枝莧可顯著減少棉花單株果枝數和鈴數。在部分年份,棉纖維的上半部平均長度、馬克隆值及斷裂比強度隨反枝莧密度增加有減小的趨勢,且差異顯著。【結論】在安徽省沿江棉區,當反枝莧與棉花全生育期競爭時,對反枝莧及棉花的株高影響不明顯,對兩者的莖直徑產生顯著影響;隨著競爭時間的延長,反枝莧的株高和莖直徑逐漸大于棉花的;因而反枝莧在株高和生物量上對棉花具有競爭優勢。反枝莧苗期是其防治關鍵期。當反枝莧密度逐漸增加時,其種內競爭逐漸增強。反枝莧生物量易受環境條件影響,隨著反枝莧密度增加,單位面積反枝莧生物量增加,對棉花生長和產量的抑制作用明顯增強。反枝莧競爭主要通過影響棉花單株鈴數和單鈴重而減少棉花產量。推測本地區導致子棉減產5%的反枝莧密度為0.011—0.090株/m。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    不同降水年型和施磷水平對小麥產量的效應
    胡雨彤,郝明德,付威,趙晶,王哲
    中國農業科學. 2017, 50(2):  299-309.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.009
    摘要 ( 167 )   HTML ( 4 )   PDF (705KB) ( 691 )   收藏
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    【目的】水肥是黃土旱塬小麥產量提高的兩大限制因子。探討長期定位施肥下不同降水年型和施磷水平對黃土高原旱作小麥產量效應,可為不同降水年型下合理施用磷肥和提高旱塬小麥產量提供理論依據。【方法】以黃土高原30年長期磷肥定位試驗為基礎,并將冬小麥生育年降水劃分為干旱年型、平水年型和豐水年型,深入分析不同降水年型和施磷水平對小麥產量、產量構成因素及磷肥貢獻率的影響。【結果】干旱年型下各處理的小麥產量、千粒重、穗粒數、公頃有效穗數與平水年型相比呈降低趨勢,豐水年型下則呈增加趨勢;與平水年型相比,干旱年型的肥料貢獻率呈增加趨勢,豐水年型的肥料貢獻率呈降低趨勢;干旱年型、平水年型、豐水年型以及30年均值中,隨施磷水平的提高,小麥產量、千粒重、穗粒數呈現出先增后降的趨勢;公頃有效穗數在干旱年型呈現先增后降的趨勢,平水年型、豐水年型和30年均值中呈直線上升變化;磷肥貢獻率在干旱年型呈現先增后降的趨勢,平水年型呈現直線上升變化,豐水年型呈現直線下降變化。進一步對各處理的產量與產量構成因素相關分析可知,不同降水年型和施磷水平處理主要通過調控公頃有效穗數進而影響小麥產量,公頃有效穗數與干旱年型、平水年型、豐水年型和連續種植30年產量的偏回歸系數分別為0.713、0.294、0.692和0.643。【結論】不同降水年型和施磷水平對小麥產量具有顯著調控效應,不同降水年型下施磷水平在125—137 kg·hm-2時小麥增產效果較好,且以連續種植30年施磷131 kg·hm-2處理的增產效果最佳;降水年型和施磷水平主要通過調控小麥產量構成三因素中的公頃有效穗數而影響小麥產量。
    殘膜對農田土壤養分含量及微生物特征的影響
    張丹,劉宏斌,馬忠明,唐文雪,魏燾,楊虎德,李俊改,王洪媛
    中國農業科學. 2017, 50(2):  310-319.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.010
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    【目的】探究殘膜對土壤養分含量和生物學特征的影響,明確產生危害的土壤殘膜強度限值,為中國殘膜污染防治工作提供理論支撐。【方法】于2011—2015年在甘肅張掖設置0(CK)、150 kg·hm-2(T1)、300 kg·hm-2(T2)、450 kg·hm-2(T3)以及600 kg·hm-2(T4)殘膜梯度試驗,并測定不同殘膜強度下土壤理化性狀、微生物量碳氮、微生物群落豐度以及土壤酶活性等關鍵指標。【結果】殘膜對土壤含水量、有機質(SOM)、全氮(TN)、銨態氮(NH4+-N)、硝態氮(NO3--N)、有效磷(Olsen-P)的影響較大,隨著殘膜強度的增加,土壤含水量顯著增加(P<0.05),而SOM、TN、NO3--N以及Olsen-P顯著降低(P<0.05),NH4+-N則表現出先升高后降低的變化趨勢。低殘膜強度下,土壤微生物量碳(MBC)和土壤微生物量氮(MBN)含量增加,但高殘膜強度(T3和T4)則會顯著降低土壤微生物量(MBC和MBN)及微生物群落豐度(吸光值平均變化率、豐富度、Shannon指數、Simpson指數以及McIntosh指數)(P<0.05)。土壤酶活性隨殘膜強度的變化趨勢同微生物量碳氮含量基本一致,殘膜強度為300—450 kg·hm-2時,土壤中α-葡萄糖苷酶(AG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、纖維素酶(CBH)、木聚糖酶(BXYL)以及幾丁質酶(NAG)活性普遍較高,殘膜強度為600 kg·hm-2時土壤酶活性顯著降低(P<0.05)。【結論】農田土壤中低量殘膜存在下可通過保水作用提高土壤微生物活性及其豐富度,而當殘膜強度超過450 kg·hm-2時,土壤微生物量、微生物群落豐度和土壤酶活性顯著降低;同時,長期殘膜作用下會降低土壤SOM、TN、NH4+-N、NO3--N以及Olsen-P含量,引起土壤養分退化。因此,對于中國地膜殘膜污染較嚴重的地區,應加大殘膜防治工作力度,降低殘膜引起的土壤退化風險。
    園藝
    基于COS Marker分析柑橘屬及其近緣、遠緣屬植物的遺傳與進化
    王炯,龔桂芝,彭祝春,李一兵,王艷杰,洪棋斌
    中國農業科學. 2017, 50(2):  320-331.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.011
    摘要 ( 184 )   HTML ( 1 )   PDF (759KB) ( 386 )   收藏
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    【目的】研究柑橘屬及其近緣、遠緣屬種質資源的遺傳多樣性及親緣關系,為柑橘類果樹的遺傳和進化關系提供新的視點,也為遺傳育種以及種質資源深入的收集、保護及評價利用提供新工具和參考。【方法】下載Phytozome網站公布的全部克里邁丁Conserved ortholog sequences,并在NCBI中與測序甜橙序列比對,獲得具有Gap的序列,從中設計60對COS引物,篩選并利用多態性標記對柑橘屬及其近緣、遠緣屬植物進行擴增檢測,通過Structure、PowerMarker和GenAlEx等軟件進行數據分析。【結果】從設計引物中篩選出譜帶清晰、穩定性好、具有多態性且分布在柑橘不同連鎖群的引物25對,對45份柑橘屬及其近緣、遠緣屬種質資源進行擴增檢測,共得到584條譜帶,平均每對引物約為23.36條;基因多樣性為0.26—0.88,平均0.49;PIC為0.26—0.87,平均0.48。群體遺傳結構分析顯示,在K=9時,群體結構圖清晰地揭示了柑橘屬及其近緣、遠緣屬植物間的遺傳組成關系,可區分為寬皮柑橘類群、柚類群、枸櫞類群、大翼橙類群、金柑類群、枳及澳沙檬澳圓檬類群、花椒類群、黃皮酒餅簕九里香類群以及印度野橘和莽山野柑雜合類群,類群關系與聚類分析結果總體比較一致。UPGMA聚類分析顯示,COS Marker能夠明確地區分柑橘屬及其近緣、遠緣屬種質資源,柑橘屬在較高分類層次與金柑屬、枳屬、澳沙檬屬、澳圓檬屬、花椒屬以及黃皮、酒餅簕、九里香等近、遠緣植物分離;在柑橘屬內,枸櫞和大翼橙類首先聚類,然后與寬皮柑橘、柚類等其他柑橘屬植物聚類;寬皮柑橘類群里,道縣野橘、岑溪酸橘等半野生寬皮柑橘與椪柑等栽培寬皮柑橘可以明確區分,而莽山野柑和印度野橘不在本類群。【結論】根據甜橙和克里邁丁基因測序信息設計的COS引物,在柑橘近、遠緣屬植物中均能獲得有效擴增,能夠有效區分柑橘屬及其近緣、遠緣屬種質資源;莽山野柑和印度野橘的遺傳組成表現雜合,聚類分析中與寬皮柑橘距離比較遠,可能并非寬皮橘類群最原始類型。
    果品主要真菌毒素污染檢測、風險評估與控制研究進展
    李志霞,聶繼云,閆震,張曉男,關棣鍇,沈友明,程楊
    中國農業科學. 2017, 50(2):  332-347.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.012
    摘要 ( 226 )   HTML ( 1 )   PDF (528KB) ( 858 )   收藏
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    果品在生產、貯運過程中易發生真菌性病害,不但可引起腐爛或腐敗,帶來嚴重的經濟損失,部分霉菌還可能產生真菌毒素對人體健康造成潛在危害。真菌毒素是一類由絲狀真菌在適宜條件下產生的有毒次級代謝產物,是繼農藥殘留、重金屬污染后,影響果品質量安全的又一類關鍵風險因子,具有強毒性。大量研究表明,真菌毒素可致DNA損傷,低濃度下即可對人和動物健康造成危害,使肝臟、腎臟和胃腸道發生病變,并且可致癌、致畸、致突變等,研究真菌毒素的污染狀況,進行精準檢測、風險評估和控制,對于果品質量安全研究具有重要意義。展青霉素(Patulin,PAT)、黃曲霉毒素(Aflatoxins,AF)、鏈格孢毒素(Alternaria toxins)和赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)是存在于果品中的主要真菌毒素種類,國際癌癥研究機構(IARC)分別將PAT、AFB1、AFM1和OTA列為第3類、1類、2B類和2B類致癌物質。通常果品中檢出的真菌毒素含量極低,因此對檢測方法的要求較高,目前主要的分析方法有薄層色譜法、高效液相色譜(含質譜聯用)技術、氣相色譜(含質譜聯用)技術、毛細管電泳技術等,但往往由于化學結構和性質各異,無法采用一種標準方法完成對所有真菌毒素的定量測定。因此,篩選準確、高效、快速的檢測方法也是該領域當今的研究熱點。迄今為止,已有80個國家和地區制定了果品中真菌毒素的限量標準來保護消費者健康,但均未涉及鏈格孢霉毒素。許多國家均不同程度地開展了真菌毒素風險評估研究,基于毒理學數據的評估結果表明,大多情形下通過果品攝入的真菌毒素水平極低,不會對居民健康產生危害。果品中的真菌毒素可采用化學、物理、生物等方法進行防治、降解和控制,但無法將被真菌毒素污染后產品中的毒素完全脫除,果品中真菌毒素污染重在“防”而非“除”。 本文從果品中主要真菌毒素的種類、污染狀況、毒性、檢測方法、限量標準、風險評估及控制技術等方面進行概述,同時,對果品中真菌毒素的重點研究方向進行了展望,以期為該領域研究者提供參考。
    貯藏·保鮮·加工
    湖南省主要早秈稻品種揮發性物質種類及含量
    宋偉,胡婉君,徐宗季,劉兵,樊艷,倪陽,楊慧萍
    中國農業科學. 2017, 50(2):  348-361.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.013
    摘要 ( 177 )   HTML ( 8 )   PDF (717KB) ( 259 )   收藏
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    【目的】比較湖南省不同品種早秈稻主要揮發性物質種類及其含量的差異,探討利用稻谷揮發性成分指標對不同品種稻谷進行表征和區分的可能性,為稻谷儲藏、稻米加工及其品質管理提供參考。【方法】采用頂空固相微萃取和氣質聯用技術(HS-SPME/GC-MS)對早秈稻揮發性物質進行定性和定量檢測,用主成分分析法(PCA)對稻谷中揮發性成分進行分析。【結果】12種稻谷共檢測出265種揮發性物質,根據質量不小于80,篩選出125種主要物質,包括烴類56種,醇類12種,醛類13種,酮類14種,酸酯類19種和雜環類11種;其中烷烴類、烯烴類、芳香烴類、醇類、醛類、酮類、酸酯類和雜環類占揮發性物質總量的平均比例分別為26.907%、8.417%、7.308%、5.810%、9.628%、18.626%、13.926%和6.819%,變異系數分別為19.98%、38.22%、34.67%、41.12%、28.57%、38.81%、20.13%和34.33%。所有品種均檢測到高含量的6,10,14-三甲基-2-十五烷酮。某些品種含有獨特的物質,貝殼杉-15-烯只在株兩優819和早優中檢測到,僅有特早含有甜沒藥烯;異植物醇、四氫薰衣草醇和香茅醇分別是株兩優819、特早和早優特有的醇類物質;只有早秈87含有高含量的二羥基苯乙酮;苯甲酸三硅酯僅在早優中出現,中早39特有氯甲酸正壬基酯,僅在株兩優819和早秈51-4中檢測到氯甲酸正辛酯。主成分分析結果表明:烯烴類、烷烴類、醛類和雜環類是稻谷揮發性物質的主要影響因子,烯烴類、烷烴類、醛類和雜環類的貢獻率分別為35.878%、19.267%、18.727%、13.596%,累計貢獻率為87.467%。其中烯烴類可以區分品種湘矮45、湘早32、早秈87、早秈89、早秈51-4、株兩優819、特早、中早39、早優;烷烴類可以鑒別品種早秈89、早秈87、早51-4和特早;醛類可以明顯區分出品種株兩優819和早秈51-4;雜環類能鑒別品種早秈51-4、早秈24和特早。【結論】湖南省早秈稻的揮發性物質種類和含量存在明顯差異,通過主成分分析可以找出稻谷特征揮發性物質并區分不同品種稻谷。
    不同干燥方式對苦瓜營養與品質特性的影響
    鄧媛元,湯琴,張瑞芬,張雁,劉磊,魏振承,馬永軒,張名位
    中國農業科學. 2017, 50(2):  362-371.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.014
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    【目的】研究不同干燥加工方式對苦瓜營養成分含量、抗氧化活性及品質特性的影響,為苦瓜干燥加工的工業化生產方式優選提供理論依據。【方法】以營養成分(多糖、維生素C、總酚、總黃酮、類胡蘿卜素含量)、總抗氧化能力(ORAC)、感官特征(色澤、硬度)和微觀結構為評價指標,研究真空冷凍干燥、日曬干燥、熱泵干燥、熱風干燥、微波干燥和真空熱干燥共6種干燥方式對苦瓜營養成分、抗氧化活性、感觀和質構品質的影響。【結果】在營養成分與抗氧化活性方面,除真空冷凍干燥外,其余5種干燥方式下苦瓜中多糖提取率無顯著降低;熱泵干燥多糖含量最高為29.22 mg·g-1 DW,微波干燥最低為16.91 mg·g-1 DW。干燥后Vc、總酚、總黃酮、類胡蘿卜素含量和ORAC值均有所下降。熱泵干燥Vc含量最高,微波最低,分別為84.81和6.64 mg·100 g-1。熱風干燥總酚和總黃酮含量最高,分別為32.04 mg GAE·g-1和7.44 mg CE·g-1;真空冷凍干燥最低,分別為14.14 mg GAE·g-1和0.36 mg CE·g-1。熱泵干燥類胡蘿卜素含量最高,日曬最低,分別為0.86和0.11 mg·g-1 DW。熱泵、微波和真空熱干燥ORAC值均較高,分別為226.44、224.66、244.10 μmol TE·g-1;真空冷凍干燥最低,為113.23 μmol TE·g-1。在感觀品質方面,加熱干燥會引起苦瓜的褐變,真空冷凍干燥可以較好的保持苦瓜的色澤;熱泵干燥葉綠素a和b含量最高,日曬干燥含量最低;日曬干燥苦瓜硬度最高,真空冷凍最低。掃描電鏡觀察微觀結構發現真空冷凍和真空熱干燥苦瓜呈現蜂窩狀松散結構,熱風、熱泵和日曬干燥苦瓜組織結構緊縮,微波干燥組織破裂,但無明顯收縮。【結論】不同干燥方式對苦瓜營養與品質特性的影響差異較大。綜合比較,熱泵和熱風干燥苦瓜營養成分與抗氧化活性損失較小,真空冷凍干燥苦瓜色澤和質構特征較好,日曬和微波干燥苦瓜的綜合品質相對較差。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    忍冬藤提取物對兔離體腸平滑肌的舒張作用及其機制
    王慧,張海娟,李志東
    中國農業科學. 2017, 50(2):  372-379.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.015
    摘要 ( 125 )   HTML ( 1 )   PDF (1191KB) ( 655 )   收藏
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    【目的】胃腸平滑肌過度收縮可引起腹痛腹瀉等臨床常見的疾病。目前,臨床上對治療胃腸平滑肌過度收縮的藥物主要以西藥為主,如鈣離子通道阻斷藥硝苯地平和抗膽堿藥阿托品等,硝苯地平長期使用可引起負性肌力和負性傳導的現象,而阿托品由于其不良反應較大,在臨床應用中受到一定的限制。因此,開發具有有效防治胃腸平滑肌痙攣、低毒、低殘留的天然中草藥意義重大。試驗以兔離體小腸平滑肌為研究對象,利用豐富的忍冬藤資源,研究忍冬藤提取物對兔離體小腸平滑肌收縮的影響,并探討其作用機制。【方法】采用兔離體小腸平滑肌試驗,應用BL-420E生物機能實驗系統,觀察忍冬藤提取物對正常狀態下兔離體小腸平滑肌自發性收縮的影響;進而使用工具藥乙酰膽堿、組胺和氯化鋇致兔小腸痙攣性收縮后,觀察忍冬藤提取物對其痙攣性收縮的影響;為研究忍冬藤提取物抑制兔離體小腸平滑肌收縮的作用機制,應用IP3受體阻斷劑肝素(HP)、肌漿網ryanodine受體阻斷劑釕紅(RR)和一氧化氮合酶抑制劑左旋硝基精氨酸甲酯(L-NAME),探明忍冬藤提取物對兔離體小腸平滑肌作用的機制。【結果】忍冬藤提取物可濃度依賴性抑制兔離體小腸平滑肌自發性收縮,藥物濃度在7.5 g·L-1時可顯著抑制兔離體小腸平滑肌收縮的頻率(P<0.05),藥物濃度在5g·L-1時可極顯著抑制兔離體小腸平滑肌收縮的振幅(P<0.05);工具藥乙酰膽堿、組胺和氯化鋇可顯著誘導兔小腸平滑肌收縮的振幅,忍冬藤提取物可顯著抑制由乙酰膽堿、組胺和氯化鋇誘導的兔離體小腸平滑肌收縮的頻率(P<0.05),可極顯著抑制兔離體小腸平滑肌收縮的振幅(P<0.01)。IP3受體阻斷劑肝素能增強忍冬藤提取物舒張兔離體小腸平滑肌收縮的作用(P<0.01),而肌漿網ryanodine受體阻斷劑釕紅對忍冬藤提取物舒張兔小腸平滑肌的作用無明顯影響(P>0.05)。左旋硝基精氨酸甲酯能夠部分阻斷忍冬藤提取物舒張兔離體小腸平滑肌收縮的作用(P<0.01)。【結論】忍冬藤提取物可顯著抑制兔離體小腸平滑肌收縮的頻率和振幅,其機制可能與增加一氧化氮濃度,抑制IP3受體介導的內鈣釋放有關,但對肌漿網ryanodine受體途徑引起的內鈣釋放無關。
    非編碼RNA對哺乳動物精子發生過程的調控
    陳瑞,于帥,陳曉旭,杜健,朱振東,潘傳英,曾文先
    中國農業科學. 2017, 50(2):  380-390.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.016
    摘要 ( 178 )   HTML ( 4 )   PDF (390KB) ( 647 )   收藏
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    精子發生始于精原干細胞(spermatogonial stem cells, SSCs),SSCs一部分自我更新,另一部分首先分裂形成Asingle(As)型精原細胞,進而形成Aparied(Apr)型精原細胞和Aaligned(Aal)型精原細胞;隨后,Aal型精原細胞再發育為A1-A4型精原細胞、中間型精原細胞以及B型精原細胞;B型精原細胞有絲分裂可形成初級精母細胞,經歷前細線期、細線期、偶線期、粗線期,再經減數分裂形成次級精母細胞;當圓形精子細胞形成之后,則經細胞核濃縮等過程形成晚期的細長型成熟精子,隨之最終變形成為精子。這一復雜的生理過程需要相關基因的適時表達,并受到轉錄和轉錄后水平的調控。研究表明,多種類型的非編碼RNA (ncRNAs)在精子發生過程中發揮著重要作用。ncRNAs包括微小RNAs (miRNAs)、與Piwi蛋白相互作用的RNAs (piRNAs)、長鏈非編碼RNAs (lncRNAs)、環狀RNAs(circRNAs)以及內源性小干擾RNAs (endo-siRNAs)等。這些ncRNAs的表達具有細胞組織特異性和發育階段特異性,可從時間和空間上精確調控精子發生的整個過程。miRNAs是一類長約21—25 nt的內源性非編碼單鏈RNA分子,廣泛存在于各種生物中,其形成至少需要Drosha和Dicer等兩種RNA酶的參與,可降解靶mRNA或抑制靶mRNA翻譯,對SSCs干性的維持、自我更新和分化的調控以及生殖細胞減數分裂和精子發生過程具有重要的調控作用。此外,精子發生過程中,在生殖細胞不同階段所表達的基因也可調控miRNAs的生成加工過程。piRNAs是2006年發現的一種新的小RNA,長度約24—32nt,其作用與Dicer酶無關,能夠與生殖細胞特異性蛋白Piwi蛋白家族成員結合,進而行使生物學功能,其主要表現為:在表觀遺傳水平和轉錄后水平沉默轉座子、反轉座子等基因組移動遺傳元件,維持生殖細胞自身基因組穩定性和完整性,調控生殖細胞增殖、減數分裂及精子發生過程。LncRNAs是一類長度大于200 nt的ncRNAs,其生成加工過程與mRNA類似,并且與mRNA有著相似的結構。不同來源的lncRNAs可通過轉錄前與轉錄后多種機制進而調控SSCs的干性及分化,并且調控生殖細胞凋亡。有些lncRNAs還可調控miRNAs的表達,進而調控精子發生過程。circRNAs是區別于傳統線性RNA的一類新型RNA,在不同物種中具有保守性,在組織及不同發育階段呈特異性表達。其生成加工方式與其序列相關,同一基因位點可通過選擇性環化產生多種circRNAs進而發揮功能。研究表明,circRNAs可結合miRNAs從而調控生精過程。相對于其他ncRNAs,endo-siRNAs的生成加工方式更為簡單,并有著與miRNAs相同的作用方式,在精子發生和雄性生殖中扮演著重要角色。文章結合最新的研究進展,綜述了幾種ncRNAs的生成及其在精子發生過程中的調控作用,旨在為精子發生過程中ncRNAs的進一步研究提供參考。
    研究簡報
    水分脅迫對不同抗旱性砧木嫁接番茄生長發育及水氣交換參數的影響
    張志煥,韓敏,張逸,王允,劉燦玉,曹逼力,徐坤
    中國農業科學. 2017, 50(2):  391-398.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.017
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    【目的】干旱是威脅農業生產的主要氣象因素,合理利用作物抗旱種質資源是生物節水的重要內容。通過研究水分脅迫對不同抗旱性砧木嫁接番茄生長發育及水氣交換參數的影響,探討番茄采用抗旱性砧木進行嫁接栽培實現生物節水的可行性。【方法】試驗采用裂區設計,主區為番茄嫁接苗處理,分別為接穗‘金棚1號’自根苗(J)、抗旱性強的砧木‘606’嫁接苗(J/T)和水分敏感的砧木‘112’嫁接苗J/S),副區為土壤水分處理,土壤相對含水量分別為80%、60%和40%。番茄采用盆栽稱重法控制土壤水分,于植株盛果期測定展開功能葉片的色素、水勢及水氣交換參數,并計算瞬時水分利用效率,同時分析不同處理的番茄產量及果實品質。【結果】嫁接番茄的產量顯著高于自根番茄,尤以抗旱性較強的J/T嫁接苗為高,抗旱性較弱的J/S嫁接苗次之,二者單株產量分別比J自根苗高17.50%、11.00%;果實縱經、橫經、硬度、Vc和番茄紅素含量也均以J/T顯著高于J和J/S。抗旱性不同的J/T、J/S嫁接番茄葉片色素含量、光合速率、葉片水勢、蒸騰速率和水分利用效率均顯著高于J,13﹕00時,嫁接苗J/T、J/S的水分利用效率分別比自根苗J高15.16%和7.52%,J/T顯著高于J/S。不同土壤含水量下番茄產量存在顯著差異,表現為80%>60%>40%,而果實品質指標如可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C和番茄紅素等品質指標則相反;隨干旱脅迫程度的增加,嫁接番茄的增產效果愈加明顯,且以J/T表現優于J/S,二者在土壤相對含水量80%條件下,分別較自根苗J增產7.47%和4.71%,而在40%條件下增產率分別達38.04%和22.35%;番茄葉片色素含量、光合速率、葉片水勢及蒸騰速率均隨水分脅迫加劇而顯著降低;水分利用效率則以土壤含水量60%的處理較高,40%和80%較低。【結論】采用抗旱性較強的番茄砧木‘606’進行嫁接栽培,其果實產量較高,品質較好,葉片光合速率及葉片水分利用效率等均較高,特別在水分脅迫條件下表現尤為突出,說明采用抗旱性較強的砧木進行番茄嫁接栽培,可以在一定程度上實現生物節水的目標。
    湖南省雙季稻產量差時空分布特征
    郭爾靜,楊曉光,王曉煜,張天一,黃晚華,劉子琪,Tao Li
    中國農業科學. 2017, 50(2):  399-412.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.018
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    【目的】湖南省是中國主要的雙季稻種植區之一,2014年湖南水稻總產量位居全國第一,在中國秈稻生產中占重要地位。研究湖南省雙季稻區早稻和晚稻潛在產量特征,明確潛在產量、實際產量以及產量差時空分布特征。【方法】論文基于湖南省1981—2010年氣候資料、水稻作物資料、土壤資料及產量統計資料,對ORYZA v3進行調參和驗證,選用決定系數(R2)、D指標、均方根誤差(RMSE)、歸一化均方根誤差(NRMSE)、平均絕對誤差(MAE)等評價指標來評價模型調參驗證的結果。然后利用調參驗證后的ORYZA v3模型并結合ArcGIS軟件模擬分析湖南省雙季稻的潛在產量時空分布特征,再結合雙季稻實際產量,分析早稻和晚稻產量差絕對值及相對值過去30年的時間變化趨勢及空間分布特征,明確研究區域雙季稻的產量可提升空間。【結果】(1)調參驗證后的ORYZA v3模型對研究區域早稻和晚稻的出苗—穗分化、出苗—開花、出苗—成熟的天數以及產量具有較好模擬效果,可用于湖南雙季稻潛在產量模擬研究。(2)1981—2010年間湖南省早稻和晚稻潛在產量呈北高南低的空間分布特征,高值區為研究區域中部的武岡和邵陽等地,低值區為南部的丘陵地區;研究區域內東部地區雙季稻潛在產量穩定性略高于西部地區,早稻潛在產量穩定性高于晚稻。研究時段內早稻和晚稻潛在產量隨時間呈降低趨勢,且晚稻潛在產量降低速率更快。(3)研究區域內雙季稻產量差空間分布差異較大。研究區域內北部地區早稻和晚稻產量差最大,表明該地區雙季稻產量有較大的可提升空間;西南部地區雙季稻產量差小于北部地區,且早稻產量差最小而晚稻產量差相對較大,即西南部地區晚稻產量可提升空間大于早稻。研究時段內湖南省早稻和晚稻產量差均呈縮小趨勢,且晚稻的產量差縮小速率大于早稻。【結論】氣候變化背景下平均氣溫的升高使得雙季稻潛在產量呈現下降趨勢,同時品種的改進、栽培技術進步及生產投入增加,實際產量不斷增加,研究時段內除個別站點(道縣、沅江等)外早稻和晚稻的產量差均呈減小趨勢。研究表明湖南省雙季稻區內早稻產量差普遍高于晚稻且其隨時間縮小的速率小于晚稻,這是由于早稻生長季內日照時數增加對早稻生長發育和產量形成的正效應可以部分抵消溫度升高的負效應。同時,早稻產量差呈現增加趨勢的站點多于晚稻,因此湖南省雙季稻產區早稻產量提升空間較晚稻大。
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