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當期目錄

    2019年 第52卷 第22期 刊出日期:2019-11-16
      
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    中國農業科學. 2019, 52(22):  0. 
    摘要 ( 77 )   PDF (306KB) ( 78 )   收藏
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    分子遺傳
    禾谷類雜糧作物耐逆和栽培技術研究新進展
    刁現民
    中國農業科學. 2019, 52(22):  3943-3949.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.001
    摘要 ( 302 )   HTML ( 94 )   PDF (378KB) ( 479 )   收藏
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    禾谷類雜糧作物谷子、高粱、黍稷等是旱作生態農業的主栽作物,也是中國傳統農耕文化的載體作物,在膳食結構多樣化和人民健康保障方面有著不可或缺的作用。禾谷類雜糧多栽培在旱薄地、鹽堿地和糧食主產區的邊際田塊,品種的耐逆性尤其重要。本文作為本期《中國農業科學》20篇禾谷類雜糧的抗旱耐鹽和栽培耕作技術研究文章的導讀,在對谷子高粱和黍稷進行概況介紹的基礎上,展示了這些文章的核心內容和創新點,比較了這些結果和國內外高度相關的同類文章在關鍵發現上的異同,以拓展讀者的閱讀視野,同時對谷子高粱黍稷的抗旱耐逆研究進行了展望。

    谷子NADP-ME的鑒定及其對逆境脅迫的響應
    趙晉鋒,杜艷偉,王高鴻,李顏方,趙根有,王振華,成凱,王玉文,余愛麗
    中國農業科學. 2019, 52(22):  3950-3963.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.002
    摘要 ( 146 )   HTML ( 21 )   PDF (6457KB) ( 163 )   收藏
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    【目的】鑒定谷子NADP-ME家族成員,研究不同成員對非生物逆境脅迫的響應,為揭示SiNADP-ME在谷子逆境應答信號途徑中的作用奠定基礎。【方法】 利用生物信息學方法鑒定谷子基因組中的NADP-ME家族成員。采用GSDS2.0、plantCARE、Clustalx、MEGA6.0等軟件及網站ExPASy對鑒定成員蛋白和基因序列進行生物信息學分析。采用qRT-PCR方法檢測SiNADP-ME在苗期不同逆境、不同生育期干旱脅迫及不同光照強度下的表達情況。【結果】 谷子NADP-ME家族由7個成員組成,它們在谷子的第2、3、5、7染色體上呈不均勻分布。保守功能域分析顯示7個基因都含有NADP-ME特征保守功能域。序列比對發現谷子NADP-ME成員之間序列非常保守,相似性較高,7個谷子成員序列一致性為77.30%,而不同物種NADP-ME序列之間相似性為56.52%。序列分析顯示SiNADP-ME1SiNADP-ME4SiNADP-ME5SiNADP-ME6序列較長,分別編碼576、639、652和636個氨基酸,而SiNADP-ME2SiNADP-ME3SiNADP-ME7序列較短,分別編碼213、265和149個氨基酸。基因結構分析顯示SiNADP-ME1有2個可變剪切,SiNADP-ME5有3個可變剪切,其他基因無可變剪切。SiNADP-ME1SiNADP-ME2SiNADP-ME3SiNADP-ME7含內含子較少,而SiNADP-ME4SiNADP-ME5SiNADP-ME6含內含子較多。蛋白參數預測顯示谷子NADP-ME成員間分子量跨度較大,在161.94—725.43 kD,等電點為5.32—8.05,不穩定指數為23.01—45.01,脂肪系數介于89.19—107.77,平均疏水指數介于-0.218—0.004。亞細胞定位預測顯示SiNADP-ME成員主要被定位在葉綠體、線粒體和細胞質中。順式元件分析顯示SiNADP-ME成員啟動子區域主要包括激素類應答、逆境應答、光應答以及其他類生長調控相關的順式元件。聚類分析發現谷子SiNADP-ME基因在單、雙子葉植物分離之前就已存在。不同物種同源基因對在進化樹中廣泛存在揭示它們在進化上可能存在共同祖先,也暗示它們在某些信號通路中可能具有相似的功能。苗期逆境表達分析表明所有谷子SiNADP-ME家族基因表達量在本文應用的4種逆境脅迫下都被明顯誘導。SiNADP-ME1在ABA、低溫、NaCl處理后被誘導的最高相對表達量分別為對照的460.53、411.50和15.24倍;SiNADP-ME6在ABA、低溫、PEG、NaCl處理后被誘導的最高相對表達量分別為對照的211.13、15.21、772.41和643.99倍。進一步分析表明SiNADP-ME1SiNADP-ME6在拔節期、抽穗期和灌漿期干旱脅迫下表達量上調。【結論】 從谷子基因組中鑒定了7個NADP-ME基因家族成員;7個成員間序列非常保守并且都含有NADP-ME基因典型特征結構域;7個谷子NADP-ME家族基因參與了植物非生物逆境應答,特別是SiNADP-ME1SiNADP-ME6可能在ABA、鹽、干旱、低溫等逆境應答信號途徑中起重要作用。

    NaCl處理谷子萌發期種子的轉錄組學分析
    潘教文, 李臻, 王慶國, 管延安, 李小波, 戴紹軍, 丁國華, 劉煒
    中國農業科學. 2019, 52(22):  3964-3975.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.003
    摘要 ( 148 )   HTML ( 15 )   PDF (2396KB) ( 264 )   收藏
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    【目的】谷子具有抗旱、耐貧瘠的特性,逐漸成為研究禾本科作物的模式作物。本研究以前期篩選并獲得的谷子耐鹽品種和敏感品種為材料,通過RNA-Seq測序篩選鑒定谷子的鹽脅迫響應基因,揭示其響應鹽害機制,為培育谷子抗鹽新種質提供理論依據。【方法】 對14個谷子品種進行了萌發期抗鹽篩選。谷子不同品種的種子經150 mmol·L -1NaCl處理萌發培養7 d后,分別統計各品種種子的萌發率、根長和芽長,綜合各項指標鑒定到豫谷2為耐鹽品種、安04為鹽敏感品種。以這兩個品種鹽脅迫前、后萌發期種子為材料,應用RNA-Seq進行轉錄組測定,分析鑒定鹽害下差異表達基因(differentially expression gene,DEG),并對DEG進行GO和KEGG功能富集分析。同時應用qRT-PCR對隨機挑選的15個DEG表達模式進行驗證,并與RNA-Seq結果進行相關性分析。 【結果】 耐鹽品種豫谷2、鹽敏感品種安04種子經鹽脅迫處理后,分別鑒定出2 786個和4 413個DEG;其中,每個品種在NaCl處理前及處理后分別鑒定出1 470和3 826個DEG。GO和KEGG聚類分析顯示,NaCl處理下參與信號轉導、抗氧化、有機酸的合成及轉運以及次生代謝等相關的DEG在谷子萌發期種子應對鹽脅迫響應過程中具有關鍵性的作用,DEG主要集中在脅迫響應、離子的跨膜轉運、氧化還原、次生代謝及有機酸、多胺、苯丙烷的合成等過程。qRT-PCR對15個DEG表達模式的檢測結果與RNA-seq結果相關系數為0.8817。其中編碼離子通道的基因(HKT)、過氧化物酶基因(POD)、黃烷酮-3-羥化酶基因(FL3H)、MYB轉錄因子基因等在豫谷2中表達量較高,顯示其在谷子萌發期種子響應鹽脅迫中可能發揮一定作用。【結論】 谷子耐鹽品種及鹽敏感品種的種子對鹽脅迫的響應程度具有一定的差異性,且品種對鹽害的耐受能力主要與基因對脅迫的響應程度相關,而與DEG的數量相關性不大。

    谷子類受體蛋白激酶基因SiRLK35在水稻中對鹽脅迫的響應
    李小波,李臻,戴紹軍,潘教文,王慶國,管延安,丁國華,劉煒
    中國農業科學. 2019, 52(22):  3976-3986.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.004
    摘要 ( 101 )   HTML ( 18 )   PDF (1208KB) ( 103 )   收藏
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    【目的】鹽脅迫影響作物的產量和品質,而作物的耐鹽性受特定基因的調控。在前期獲得谷子類受體蛋白激酶基因SiRLK35過表達水稻株系的基礎上,擬結合植株在鹽脅迫下的表型,對部分鹽脅迫指標及響應基因的表達模式進行檢測和驗證,解析谷子SiRLK35參與鹽害響應的可能機制。【方法】 選取谷子SiRLK35過表達水稻株系,分別為過表達株系(over-expression,OE)-1(OE-1)、OE-2和OE-3,以野生型中花11為對照,實時熒光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)檢測各株系中SiRLK35的表達情況;分別用含0、150和200 mmol·L -1 NaCl的MS培養液處理三葉期的對照及轉基因株系幼苗,觀察其表型,統計150 mmol·L -1 NaCl處理3 d后苗長及根長;用150 mmol·L -1 NaCl處理四葉期幼苗,統計處理14 d后材料干重、死亡率和死葉率,對各材料的耐鹽性進行評價;進一步挑選SiRLK35過表達程度高且耐鹽表型好的OE-1株系,利用3,3'-二氨基聯苯胺(3,3'-Diaminobenzidine,DAB)和氮藍四唑(nitrotetrazolium blue chloride,NBT)染色檢測其脅迫下過氧化物積累及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和過氧化物酶(peroxidase,POD)的活性;并對部分鹽害響應基因的表達模式進行檢測。 【結果】 谷子SiRLK35在株系OE-1中的相對表達量最高;150 mmol·L -1NaCl處理3 d幼苗后,中花11苗長和根長的生長受抑制程度均大于SiRLK35過表達株系,其中OE-1的受抑制程度最小;四葉期幼苗經150 mmol·L -1 NaCl處理14 d后,轉基因株系地上部和地下部干重降低幅度均低于對照,且幼苗死亡率和死葉率均低于對照;鹽脅迫下對照過氧化染色反應明顯,O 2-和H2O2的積累均高于過表達植株,SOD和POD抗氧化酶活性均高于對照;部分鹽害響應基因在SiRLK35過表達株系中表現為上調,其中,OsLEA3在鹽處理24 h的相對表達量是對照中的1.9倍。 【結論】 谷子SiRLK35異源轉化水稻獲得的過表達株系對鹽脅迫具有一定的抗性,SiRLK35可通過調控抗氧化酶活性及相關信號途徑,從而參與鹽害響應。

    高粱苗期耐鹽性轉錄組分析和基因挖掘
    董明, 再吐尼古麗·庫爾班, 呂芃, 杜瑞恒, 葉凱, 侯升林, 劉國慶
    中國農業科學. 2019, 52(22):  3987-4001.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.005
    摘要 ( 115 )   HTML ( 19 )   PDF (2300KB) ( 112 )   收藏
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    【目的】探究高粱耐鹽脅迫響應機制,挖掘高粱耐鹽脅迫基因,為高粱耐鹽育種提供理論基礎。【方法】 以高粱感鹽品種L甜和耐鹽品種石紅137為供試材料,采用水培試驗。待高粱植株長至三葉一心期,使用2%NaCl溶液對幼苗進行鹽脅迫,分別設置0(對照)、1和24 h處理,每個處理3次重復。測定不同處理樣品株高、根長、干物重、Na +含量和葉綠素相對含量(SPAD值),并依托Illumina HiSeq 2000平臺進行轉錄組測序分析。利用FPKM方法計算基因表達量,在差異表達基因檢測過程中,將差異表達倍數(fold change)≥2且FDR<0.001作為篩選標準。通過Gene Ontology和KEGG Pathway數據庫對參與高粱不同時間鹽脅迫差異表達基因進行分析注釋。 【結果】 鹽脅迫處理對高粱株高、根長、干物重等性狀無顯著影響,對鈉離子含量和SPAD值影響顯著。石紅137株高、根長、鈉離子含量和SPAD值均高于L甜。轉錄組測序結果鑒定得到已知基因26 628個,新基因866個。石紅137中的差異基因數目高于L甜。石紅137中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三組的差異基因數目分別為375、4 206和3 750個。感鹽品種L甜中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三組的差異基因數目分別為167、2 534和1 612個。GO分析共獲得25個功能注釋,分別為光合作用、細胞物質代謝、翻譯過程以及激素合成等與鹽脅迫相關的差異表達基因。KEGG分析發現鹽脅迫1 h表達差異基因富集在植物激素信號轉導途徑,涉及脫落酸(abscisic acid,ABA)、生長素(auxin,AUX)、細胞分裂素(cytokinin,CTK)、赤霉素(gibberellins,GS)、乙烯(ethylene,ETH)過程等共71個基因。鹽脅迫24 h表達差異基因富集于光合作用相關途徑,涉及Lhca、Lhcb、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PPC)、磷酸核酮糖激酶(phosphorylribonucleic kinase,PRK)等20個基因。類黃酮生物合成代謝途徑差異可能是引起石紅137和L甜的耐鹽能力差異的原因之一,花青素還原酶(anthocyanidin reductase,ANR)和黃酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)參與類黃酮生物合成途徑。【結論】 高粱的鹽脅迫過程是一個復雜的生物過程,依賴于多個基因在復雜網絡中的平衡表達。鹽脅迫條件下,高粱應對環境刺激受到激素信號轉導和光合作用的控制。類黃酮生物合成途徑在耐鹽品種中起到了重要作用。

    不同耐鹽性高粱在鹽逆境下的比較轉錄組分析
    張飛,王艷秋,朱凱,張志鵬,朱振興,盧峰,鄒劍秋
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4002-4015.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.006
    摘要 ( 100 )   HTML ( 11 )   PDF (2192KB) ( 147 )   收藏
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    【目的】土壤鹽漬化是制約作物生產的重要非生物脅迫因子之一,高粱耐鹽性強,進行高粱耐鹽基因挖掘及分子機制研究是開發和利用鹽漬土壤的有效途徑,通過轉錄組測序分析與高粱耐鹽相關的基因調控機制和代謝通路,挖掘高粱耐鹽潛力。【方法】 通過以篩選出的極耐鹽品種八葉齊和鹽極敏感品種PL212為試驗材料,采用盆栽沙培,在播種后20 d(5葉期)采用180 mmol·L -1的 NaCl 溶液漫灌模擬鹽逆境,鹽脅迫48 h后取幼葉,并連同對照(未經過鹽處理)的同期幼苗共4個樣品提取RNA,進行轉錄組測序,采用qRT-PCR方法對測序結果進行驗證。 【結果】 耐鹽和鹽敏感材料分別在鹽漬和非鹽漬處理下的4個樣品間共檢測到1 338個差異表達基因,包括819個上調基因和519個下調基因。聚類分析發現在應答鹽漬脅迫逆境時,5個依賴性氧合酶超家族蛋白、4個富含半胱氨酸的激酶、3個谷胱甘肽S-轉移酶和3個重金屬運輸/解毒超家族蛋白相關基因表現出明顯的上調表達和下調表達,還發現1個K +轉運蛋白基因在耐鹽調節中起著重要作用。GO分析發現在15 418個基因中獲得4 528個有效GO注釋條目,同時耐鹽和鹽敏感材料在遭受鹽逆境時的生物過程、細胞組分和分子功能3個方面均存在較大差異。生物過程中代謝過程、細胞過程耐鹽材料明顯高于鹽敏感材料,耐鹽材料的生理過程中較鹽敏感材料增加了多生物過程和定位這兩個過程,很可能與耐鹽材料鹽抗性較強密切相關。差異基因KEGG分析結果顯示耐鹽和鹽敏感材料在對照和鹽漬脅迫條件下的苯丙烷類生物合成、苯丙氨酸代謝、類黃酮生物合成3個途徑中差異基因表達較多,可能是造成耐鹽和鹽敏感材料耐鹽性差異較大的重要原因。 【結論】 高粱耐鹽調控基因表達涉及生物過程、細胞組分和分子功能多個方面,生物過程和定位這兩個過程是提高高粱耐鹽性的關鍵;苯丙烷類生物合成、苯丙氨酸代謝、類黃酮生物合成3個途徑的基因表達很可能是造成鹽害的重要原因。

    谷子抗銹病反應相關MYB轉錄因子的鑒定與表達
    白輝, 宋振君, 王永芳, 全建章, 馬繼芳, 劉磊, 李志勇, 董志平
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4016-4026.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.007
    摘要 ( 84 )   HTML ( 16 )   PDF (1303KB) ( 82 )   收藏
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    【目的】谷子銹病是影響其產量和品質的重要因素之一。鑒定谷子抗銹病相關的MYB轉錄因子,為谷子抗銹病機理研究奠定基礎。【方法】 利用real-time PCR技術,檢測9個SiMYBs轉錄因子基因在(1)谷子孕穗期根、莖、葉和穗4個部位的表達情況,(2)在谷子抗(resistance,R)、感(susceptibility,S)銹病反應120 h內的表達豐度差異,(3)在植株外接水楊酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)后24 h內的表達變化;比較SiMYBs基因在谷子R、S、SA與MeJA 4種反應中的表達模式;選擇抗病相關SiMYBs基因進行轉錄激活活性檢測和亞細胞定位。【結果】 SiMYB100在葉部表達量最高,其余8個基因均在根部表達量最高,SiMYB074最顯著。5個基因的表達與抗病相關:SiMYB074SiMYB202受銹菌侵染誘導表達,抗病反應早期的表達量明顯高于感病反應;SiMYB041SiMYB177在抗病反應早期下調表達,后期上升至接種前,而感病反應中保持低水平表達;SiMYB100在接種后的48 h內,抗病、感病反應表達模式相反。在響應外源激素SA和MeJA反應中,SiMYBs基因的表達量均發生不同程度的變化。4個基因(SiMYB074SiMYB100SiMYB174SiMYB202)在R、SA與MeJA反應中的表達模式一致,不同于S反應。5個抗病相關SiMYBs基因具有轉錄激活活性,其編碼蛋白質定位于細胞核中。【結論】 鑒定到SiMYB041SiMYB074SiMYB100SiMYB177SiMYB202 5個基因的表達與谷子抗銹病相關;SiMYB074SiMYB100在谷子生長發育和抗病過程中都發揮一定的功能;SiMYB074SiMYB100SiMYB174SiMYB202 4個基因可能通過SA和JA信號途徑參與谷子的早期抗病反應。

    種質資源
    谷子萌發期耐鹽種質篩選及其保護酶系統對鹽脅迫的響應
    秦嶺, 張艷亭, 陳二影, 楊延兵, 黎飛飛, 管延安
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4027-4038.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.008
    摘要 ( 77 )   HTML ( 11 )   PDF (1691KB) ( 102 )   收藏
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    【目的】確定谷子萌發期耐鹽評價指標,篩選萌發期耐鹽種質,并探討不同基因型谷子苗期鹽脅迫對保護酶系統的影響,為谷子大規模耐鹽性鑒定、耐鹽機理的研究提供鑒定方法和優異資源。【方法】 以不同生態區的54份谷子種質為試驗材料,用1.5%NaCl溶液進行鹽脅迫,蒸餾水為對照,采用培養皿發芽法在人工氣候培養箱內進行谷子萌發期耐鹽性鑒定;測定谷子相對發芽勢、相對發芽率、相對胚芽長、相對胚根長、相對胚芽比以及發芽率、鹽害率等指標;通過對指標值的相關性分析、主成分分析和聚類分析,篩選谷子萌發耐鹽評價指標。采用篩選出的3個不同耐鹽性谷子品種,以0.5%NaCl溶液進行苗期鹽脅迫,測定鹽土盆栽條件下苗期葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性。分析鹽脅迫下3個基因型間生理響應機理的差異。【結果】 在1.5%NaCl溶液脅迫下,谷子的相對發芽勢與相對發芽率(r=0.51,P<0.01)、相對胚芽長之間呈顯著正相關(r=0.54,P<0.01);相對胚芽長與相對胚根長呈顯著正相關(r=0.64,P<0.01);發芽率鹽害率與相對發芽勢(r=-0.37,P<0.01)、相對胚芽長(r=-0.51,P<0.01)呈顯著負相關。通過主成分分析將萌發期鹽脅迫處理的6個單項指標轉換成3個彼此獨立的綜合指標;通過隸屬函數分析,得到不同品種萌發期耐鹽性綜合評價值(D值),并通過聚類分析,將54份谷子品種分成高度鹽敏感品種、鹽敏感品種、中度耐鹽品種、耐鹽品種以及高度耐鹽品種5個不同類型。其中,高度耐鹽品種有4個,分別是華北夏谷區的濟谷16、矮88,西北春谷區的隴谷3號和延谷13。苗期鹽土盆栽試驗表明,鹽脅迫條件下谷子葉片SOD、POD、CAT酶活性呈現先上升后下降的趨勢。耐鹽性強品種濟谷16的SOD、POD、CAT酶活性上升幅度顯著大于耐鹽性弱的品種魯谷1號。【結論】 54份谷子種質材料在耐鹽性上存在顯著差異,利用隸屬函數法綜合分析萌發期各指標,全面地評價谷子種質資源萌發期的耐鹽性。不同基因型谷子品種葉片保護酶系統對NaCl脅迫響應能力的差異,可能是由于谷子耐鹽能力不同造成的。

    粒用高粱種質中后期抗旱性鑒定篩選與分類指標評價
    王玉斌, 平俊愛, 牛皓, 楚建強, 杜志宏, 呂鑫, 李慧明, 張福耀
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4039-4049.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.009
    摘要 ( 62 )   HTML ( 9 )   PDF (5908KB) ( 64 )   收藏
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    【目的】高粱為世界第五大禾谷類作物,具有多種使用價值。與其他作物相比,高粱具有較強的抗旱能力,但是伴隨全球干旱的加劇,干旱成為限制高粱尤其是粒用高粱生產的主要因素之一,同時,不同品種間抗旱能力差異顯著。通過對粒用高粱材料進行抗旱性鑒定評價,為高粱抗旱性分子機理以及抗旱育種研究奠定基礎。【方法】 以165份粒用高粱為材料,通過干旱(DS)和正常灌溉(NI)2種處理方式,在山西省和海南省兩地開展抗旱試驗。采用大田自然鑒定法,調查株高、穗長、莖粗、葉片持綠性、倒伏率、千粒重、籽粒大小和產量8個主要形態指標。采用綜合抗旱系數(CDTC)、抗旱指數(DI)和隸屬函數(D)進行聚類分析,結合3種方法對材料進行分類,并對抗旱指標進行評價。【結果】 在干旱脅迫下,粒用高粱8個形態指標均出現下降。除葉片持綠性與株高和籽粒大小不相關,抗倒伏性與穗長和籽粒大小不相關外,其余指標均存在一定程度上的相關性。根據3種綜合抗旱評價方法篩選出高抗材料5份(L013、SX44B、SX18-25、SX18-87和L405),敏感材料4份(SX18-46、SX18-82、SX18-96和SX18-73);根據形態指標的相對值和變異系數,兩地試驗都顯示葉片的持綠性、產量、籽粒大小和抗倒伏性,4個指標對干旱較為敏感,且存在信息交叉。主成分分析結果顯示,決定第一主成分的主要是產量、株高和籽粒大小,貢獻率31.841%;決定第二主成分的主要是葉片持綠性和千粒重,貢獻率20.441%;決定第三主成分的主要是莖粗,貢獻率13.557%;決定第四主成分的主要是抗倒伏性,貢獻率11.428%;決定第五主成分的為穗長,貢獻率9.461%。【結論】 粒用高粱中后期干旱脅迫對其主要形態指標均有顯著影響。不同高粱材料間抗旱性差異顯著,結合3種抗旱性綜合評價方法,可以較為準確地評價高粱材料的抗旱性。葉片的持綠性和產量可以作為評價高粱花后抗旱性的主要形態指標。

    生產條件下谷子品種鹽堿耐性的差異及綜合評價
    陳二影, 秦嶺, 楊延兵, 黎飛飛, 王潤豐, 張華文, 王海蓮, 劉賓, 孔清華, 管延安
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4050-4065.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.010
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    【目的】明確生產條件下不同谷子品種的耐鹽堿性差異,確定谷子大田耐鹽堿性鑒定方法和指標。【方法】 以華北夏谷區主推的8個谷子新品種為材料,設置東營濱海鹽堿地條件和濟南試驗地正常條件處理,進行谷子大田耐鹽堿性研究。【結果】 在鹽堿地和對照正常條件下,參試谷子品種產量均表現出顯著差異,變異系數分別為39.1%和13.0%。與對照相比,鹽堿地條件下,各品種產量均顯著降低,產量鹽害率變幅為20.7%—63.4%,變異系數為48.4%;鹽堿地條件下,所有品種單穗重、單穗粒重、千粒重、出谷率、株高、SPAD、地上部同化物質積累量和收獲指數均降低;鹽堿地花前同化物質的轉運量提高,平均增幅為34.4%,花后同化物質的積累量降低,平均降幅為42.7%。產量鹽害率與單穗重(R=-0.937)、單穗粒重(R=-0.933)、干物質重(R=-0.895)、花前同化物質轉運量(R=-0.935)、花前同化物質轉運率(R=-0.880)、花前轉運同化物質對籽粒貢獻率(R=-0.859)、花后同化物質積累量(R=-0.909)和開花期地上部含水量(R=-0.834)均呈顯著負相關,與花后同化物質積累量對籽粒貢獻率(R=0.859)呈極顯著正相關,而與出谷率和千粒重間無顯著相關性。通過主成分分析,確定了單穗重、單穗粒重、干物質重和地上部含水量可以作為耐鹽堿性鑒定指標,且通過主成分分析和隸屬函數進行了谷子耐鹽堿性的綜合評價,濟谷22和濟谷21的綜合得分值最高。【結論】 在鹽堿地條件下,不同谷子品種存在耐鹽堿性差異,單穗重、單穗粒重、干物質重和地上部含水量可以作為大田耐鹽堿性的鑒定指標,濟谷22和濟谷21為耐鹽堿性品種;在鹽堿地條件下,不同谷子品種花前同化物質的轉運量提高,且花前轉運同化物質對籽粒的貢獻率和開花期地上部含水量均與鹽害率呈顯著負相關,因此,提高開花期地上部各器官的含水量和花前轉運同化物對籽粒的貢獻率是提高鹽堿地條件下谷子產量的重要手段。

    糜子資源耐鹽性評價與鹽脅迫生理響應
    袁雨豪, 楊清華, 黨科, 楊璞, 高金鋒, 高小麗, 王鵬科, 陸平, 劉敏軒, 馮佰利
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4066-4078.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.011
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    【目的】評價糜子資源對鹽脅迫的耐受性,探究鹽脅迫下不同耐鹽性糜子品種形態結構變化及生理響應,建立糜子耐鹽性鑒定的指標體系。【方法】 在人工氣候箱內用質量分數1% NaCl溶液脅迫,對100份糜子資源萌發期發芽勢、發芽率、胚芽鞘長、根長、芽長、根重、芽重及苗期生理指標進行測定。運用相關性分析、主成分分析、聚類分析及苗期對鹽脅迫的生理響應進行綜合評價,評估糜子品種對鹽脅迫的耐受性。【結果】 在質量分數1% NaCl脅迫處理下,糜子品種萌發期幼苗芽長小于對照,但不同品種降低幅度存在顯著差異。相關性分析表明,各萌發期指標相對值之間存在顯著或極顯著正相關,與相對鹽害率存在顯著或極顯著負相關。主成分分析結果表明,根鮮重、發芽指數、發芽率在萌發因子中的負荷量較大,可作為萌發期糜子耐鹽性篩選的主要鑒定指標。聚類分析表明,伊選大紅糜、污咀黍、白黍等11個品種為高度耐鹽品種資源,呼盟黑粘糜、小黑黍、臨河雙粒黍、陜78等4個品種為高度鹽敏感品種資源。耐鹽性品種與鹽敏感性品種在形態結構和生理指標上存在較大差異。掃描電鏡觀察發現,隨著鹽脅迫時間的延長,耐鹽性品種葉表面出現鹽囊泡并增多變大,氣孔張開度變化不明顯。鹽敏感性品種氣孔關閉,葉片表面蠟質增多粗糙,氣孔保衛細胞受損破裂出現凋亡。透射電鏡顯示,隨著鹽脅迫時間的增加,耐鹽性品種葉綠體外部形態變化不明顯,在脅迫12 h后仍能維持正常的內部結構。而鹽敏感性品種葉綠體由橢球形或橢球形變成球形且淀粉粒增多,葉綠體外被膜逐漸解體,基粒排列紊亂隨機分布,類囊體膨脹,甚至解體消失。耐鹽性品種相對電導率增加幅度小于鹽敏感性品種,而葉綠素熒光參數(Fv/Fm、Y(Ⅱ)和NPQ)降低幅度小于鹽敏感性品種。【結論】 質量分數1% NaCl溶液可作為糜子萌發期耐鹽性鑒定的適宜鹽濃度。發芽勢、發芽率、發芽指數可作為糜子萌發期耐鹽性鑒定的指標,掃描電鏡下氣孔的狀態、透射電鏡下葉綠體超微結構的變化可作為糜子耐鹽性鑒定的細胞學指標,相對電導率和葉綠素參數可作為糜子耐鹽性鑒定的生理指標。

    高粱抗炭疽病資源篩選及病情與產量損失的關系
    徐婧,姜鈺,胡蘭,劉可杰,徐秀德
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4079-4087.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.012
    摘要 ( 52 )   HTML ( 6 )   PDF (1353KB) ( 33 )   收藏
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    【目的】針對高粱炭疽病(Colletotrichum sublineolum)在生產上突發流行問題,以利用寄主抗病性控制病害為目的,在人工接種條件下篩選高粱抗炭疽病資源,明確病害嚴重度與產量損失關系,為高粱抗炭疽病育種和田間病害產量損失評估提供科學依據和指導。【方法】 2016—2017年連續2年以高粱炭疽病菌(C. sublineolum)菌株SY-1為供試菌株,采用人工接種方法對74份國內外高粱種質資源抗高粱炭疽病特性進行測定和評價;利用已知對高粱炭疽病抗性不同的20份高粱資源作為供試材料,在人工接種條件下測定病害不同程度所造成的產量損失,并采用相關分析的方法分析高粱主要產量性狀與炭疽病為害程度之間的關系。【結果】 從供試的74份資源中,篩選出表現高度抗病(highly resistant,HR)資源21份,占鑒定資源總數的28.38%;抗病(resistant,R)資源12份,占鑒定資源總數的16.22%;中度抗病(moderately resistant,MR)資源26份,占鑒定資源總數的35.14%;感病(susceptible,S)資源8份,占鑒定資源總數的10.81%;高度感病(highly susceptible,HS)資源7份,占鑒定資源總數的9.46%。病害嚴重程度與產量損失關系研究結果表明,高粱炭疽病對高粱單穗粒重和千粒重影響顯著,不同病情級別間的穗粒重及千粒重損失率差異顯著;病害嚴重程度(1—9級)間的穗粒重損失率幅度為0.37%—78.00%,千粒重損失率為0.03%—44.43%。相關分析表明,高粱穗粒重及千粒重損失率與病害級別均呈指數相關,隨著病害級別的升高,高粱穗粒重及千粒重損失率逐漸升高,且穗粒重損失率比千粒重損失率升高更快。病害嚴重度與癥狀表現關系密切,高度抗病(1級)資源的病株葉片上有不規則圓形小斑點,無分生孢子盤產生;抗病(3級)資源的病株葉片上有不規則圓形及橢圓形小型病斑,有零星分生孢子盤;中抗(5級)資源植株葉片上有大量不規則圓形、橢圓形斑點,有黑色分生孢子盤和孢子形成,穗枝梗亦有橢圓形斑點;感病(7級)資源植株葉片上有不規則圓形、橢圓形、長條形病斑,有大量黑色分生孢子盤和孢子形成,穗部枝梗病斑明顯,部分葉片枯死,個別植株近于死亡。高度感病(9級)資源植株葉片上病斑連片,有大量黑色分生孢子盤和孢子,穗部枝梗病斑較多,大部分葉片枯死,植株近于死亡。【結論】 篩選出21份高抗資源,明確了高粱炭疽病病情級別與高粱產量損失呈指數相關,隨著病害級別的增高,高粱穗粒重及千粒重損失率相應升高。此外,高粱炭疽病不同病情級別相對應病害癥狀明顯不同。

    山西谷子核心資源群體結構及主要農藝性狀關聯分析
    王海崗,溫琪汾,穆志新,喬治軍
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4088-4099.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.013
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    【目的】分析山西谷子地方品種遺傳多樣性和群體遺傳結構,篩選與谷子農藝性狀相關聯的分子標記,為谷子雜交組合親本選配及分子標記輔助育種提供依據。【方法】 利用96對SSR標記對595份山西谷子核心資源進行全基因組掃描,采用PowerMarker 3.25軟件分析群體遺傳多樣性,利用STRUCTURE 2.3.4軟件分析群體遺傳結構,使用TASSEL 2.1軟件中GLM(general linear model,Q)和MLM(mixed linear model,Q+K)2種方法,進行表型和標記關聯分析。【結果】 96對SSR引物共擴增出828個等位變異,平均每對引物擴增到8.6個,變化范圍為2—26;基因多樣性指數變化范圍為0.005—0.941,平均為0.610;多態信息量變化范圍為0.005—0.938,平均為0.577;各位點雜合度變化范圍為0—0.050,平均位點雜合度僅為0.016。群體結構分析將595份核心資源分為3個亞群。4 560個SSR位點成對組合中,共線性組合和非共線性組合之間都存在一定的連鎖不平衡。D′統計概率(P<0.01)支持的LD成對位點1 955個,占全部位點組合的42.9%,D′平均值為0.23。通過GLM方法共檢測到12個極顯著性位點(P<0.01),表型變異解釋率為2.34%—13.94%,平均為6.33%,貢獻率較高的等位變異位點是CAAS2050(R 2=13.94%)和B153(R 2=11.36%);通過MLM方法共檢測到9個極顯著性位點(P<0.01),表型變異解釋率為2.80%—9.22%,平均為5.16%,貢獻率較高的等位變異位點是P89(R 2=9.22%)和P3*(R 2=8.28%);2種方法共同檢測到的極顯著性位點有7個。 【結論】 利用SSR標記分析了595份山西谷子核心資源的遺傳多樣性和群體遺傳結構。2種關聯分析模型中,GLM方法關聯到12個標記與節數、株高、頸長、莖粗、穗長、穗粗、碼數、碼粒數、蛋白質含量9個性狀相關;MLM方法關聯到9個標記與節數、頸長、葉寬、莖粗、穗粗、碼數、碼粒數、千粒重8個性狀相關。

    利用EST-SSR評估糜子資源遺傳差異
    石甜甜, 何杰麗, 高志軍, 陳凌, 王海崗, 喬治軍, 王瑞云
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4100-4109.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.014
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    【目的】用微衛星標記分析糜子種質資源(國內外6個不同生態區)的遺傳多樣性水平,揭示不同來源糜子種質資源的親緣關系和遺傳結構差異,便于對糜子資源分類和優異種質的篩選利用。【方法】 用144個(高、低堿基序列重復分別為64和80個)SSR標記評估96份國內外(國內、國外分別為71和25份)糜子資源;用PowerMarker 3.25和PopGen 1.32計算遺傳多樣性參數,用MEGA 5.0和Structure 2.2進行遺傳距離和結構聚類,用Ntsys 2.11進行主成分分析。【結果】 144個EST-SSR標記共檢測出368個觀測等位變異(Na),每個位點檢測到等位變異2—3個,平均為2.5556個;觀測雜合度(Ho)為0.4070(RYW15)—0.9789(RYW85),平均為0.8288;期望雜合度(He)為0.4369(RYW59)—0.6693(RYW58),平均為0.5535;Nei's基因多樣性指數(Nei)為0.4344(RYW59)—0.6653(RYW58),平均為0.5505;多態性信息含量(PIC)為0.1811(RYW68)—0.7508(RYW58),平均為0.4279。Shannon多樣性指數(I)為0.6474—1.0956,平均為0.8415。就6個生態區材料的遺傳多樣性參數而言,北方春糜子區材料的PIC值和Shannon多樣性指數最高,西北春夏糜子區材料最低。就不同生態區糜子種質間的遺傳距離和遺傳一致度而言,不同生態區糜子種質間的遺傳距離為 0.0111—0.1425,遺傳一致度為 0.8672—0.9889,北方春糜子區和黃土高原春夏糜子區間遺傳距離最小和遺傳一致度最高,西北春夏糜子區和華北夏糜子區間遺傳距離最大。基于UPGMA聚類將試驗材料劃歸3個類群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。類群Ⅰ主要為北方春糜子區材料;類群Ⅱ主要為國外材料;類群Ⅲ主要為北方春糜子區和黃土高原春夏糜子區材料;基于Structure聚類將糜子資源劃歸4個群組,紅色群組,主要為北方春糜子區和黃土高原春夏糜子區材料,代表北方和黃土高原基因庫;綠色群組,主要為北方春糜子區材料,代表北方基因庫;藍色群組,主要包括黃土高原春夏糜子區材料,代表黃土高原基因庫;黃色群組,代表國外基因庫。就各分類群的遺傳多樣性參數而言,群組Ⅱ的PIC值最大(0.4606),群組Ⅳ最小(0.3539);主成分分析將試材劃歸6類,與其地理來源一致。【結論】 144個SSR標記可以準確評估96份糜子資源的遺傳變異,基于不同依據劃分的類群與6個生態區材料的地理來源基本一致,北方春糜子區材料的遺傳多樣性較豐富。

    栽培生理
    根際鹽分差異性分布對高粱幼苗生長發育的影響
    張華文,王潤豐,徐夢平,劉賓,陳二影,黃瑞冬,周宇飛,王海蓮
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4110-4118.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.015
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    【目的】鹽堿地鹽分含量在土壤表層的分布通常是不均勻的,研究不均勻鹽脅迫條件下高粱幼苗生長發育和生理生化指標的變化,可為鹽堿地高粱栽培和鹽堿地高效開發利用提供理論依據。【方法】 利用分根法將高粱根系均勻分成2部分,并分別置于不同濃度(mmol·L -1)NaCl中,設置對照為無鹽脅迫(記作0/0,下同)、不均勻鹽處理(0/200、50/150)和均勻鹽處理(100/100),在人工氣候室培養14 d后取樣,測量生物量、葉面積、SPAD值、根系形態、滲透調節物質、抗氧化酶活性和光合參數等性狀,研究分根鹽脅迫條件下高粱生長發育的變化規律。 【結果】 不均勻鹽脅迫和均勻鹽脅迫均嚴重影響了高粱幼苗的生長發育,顯著降低了高粱幼苗鮮重、干重和葉面積,對葉片的光合能力、抗氧化酶活性和滲透調節物質均有一定程度的影響。然而,不均勻鹽處理50/150和0/200的單株干重比均勻鹽處理提高了21.19%和62.71%,單株鮮重提高了35.39%和86.44%,葉面積提高了13.22%和88.66%;50/150處理低鹽一側根系鮮重和干重分別是高鹽一側的1.90倍和2.10倍,0/200處理無鹽一側根系鮮重和干重分別是鹽脅迫一側的3.02倍和3.75倍。同樣,不均勻鹽處理對局部根系形態影響顯著,低鹽或無鹽一側根系生長明顯增加,50/150和0/200處理低鹽一側的根系長度、根系體積、根尖數和分支數顯著高于高鹽或有鹽脅迫一側根系,進而不均勻鹽脅迫條件下整個根系的根系長度、根系體積、根尖數和分支數都高于均勻鹽脅迫處理,其中0/200處理的各項指標與均勻鹽處理差異均達到顯著性水平(P<0.05)。葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性在不均勻鹽脅迫條件下顯著升高(P<0.05);不均勻鹽處理的葉片滲透調節性物質脯氨酸(PRO)和可溶性糖(SS)含量顯著高于均勻鹽處理,丙二醛(MDA)含量顯著下降(P<0.05)。不均勻鹽處理條件下植株光合能力相對于均勻鹽處理也得到顯著改善,主要體現在顯著升高的光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr);相較于均勻鹽處理,在不均勻鹽處理條件下50/150、0/200的熒光參數實際光化學效率(ΦPSⅡ)、最大光化學效率(Fv/Fm)和電子傳遞效率(ETR)分別提高了5.64%和19.00%、9.25%和18.89%、1.93%和6.89%,其中0/200處理的ΦPSⅡ和Fv/Fm與100/100處理的差異達到顯著性水平(P<0.05)。【結論】 不均勻鹽處理和均勻鹽處理對高粱幼苗生長均產生抑制,但在不均勻鹽脅迫條件下,由于低鹽或無鹽一側根系補償性增長,整個根系形態得到改善,葉片抗氧化酶活性、滲透調節能力和光合能力均有一定程度提高,因而緩解鹽脅迫對高粱幼苗的危害。

    外源一氧化氮對鹽脅迫下高粱種子萌發及淀粉轉化的影響
    尹美強,王棟,王金榮,蘭敏,趙娟,董淑琦,宋喜娥,ALAMSher,原向陽,王玉國,溫銀元
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4119-4128.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.016
    摘要 ( 68 )   HTML ( 6 )   PDF (481KB) ( 61 )   收藏
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    【目的】探討外源一氧化氮(NO)對鹽脅迫下高粱種子萌發過程的生理生化調節作用,為揭示甜高粱種子的萌發生理及其化學調控提供理論依據。【方法】 以晉甜08-1為試材,用NaCl濃度(mmol·L -1)為0、50、100、150、200、300和400 的溶液培養高粱種子,通過萌發率確定高粱種子萌發期的耐鹽適宜濃度、半致死濃度和極限濃度。用0.05、0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mmol·L -1硝普鈉(SNP,NO供體)在25℃黑暗條件下浸種12 h,以150 mmol·L -1的NaCl模擬鹽脅迫,在培養36 h統計發芽勢,72 h統計發芽率,在5 d時取樣測定脯氨酸、丙二醛含量及淀粉轉化相關指標。采用二硝基水楊酸法測定淀粉酶活性和還原性糖,蒽酮法測定可溶性糖和淀粉含量,茚三酮顯色法測定脯氨酸含量,硫代巴比妥酸顯色法測定丙二醛含量。通過對高粱種子發芽率、發芽勢及種子吸脹、淀粉酶活性、淀粉及糖含量、脯氨酸等指標進行測定分析,研究外源一氧化氮對鹽脅迫下高粱種子萌發及淀粉轉化的影響。 【結果】 NaCl脅迫下高粱種子的萌發受到明顯抑制,NaCl濃度大于100 mmol·L -1時高粱種子的萌發率顯著降低,150 mmol·L -1 NaCl處理時高粱種子的萌發率為63.17%,400 mmol·L -1 NaCl完全抑制高粱種子萌發。0.05 mmol·L -1的SNP處理能夠緩解鹽脅迫對種子萌發的抑制,種子發芽勢、發芽率、發芽指數分別比對照高14.44%、12.22%和18.07%(P<0.05);SNP處理使高粱種子中脯氨酸和可溶性糖含量分別增加18.97%和41.43%,從而降低滲透勢,促進種子吸水,緩解NaCl造成的滲透脅迫,丙二醛含量顯著降低,較NaCl單獨處理降低了17.79%。SNP處理還能迅速提高鹽脅迫下種子淀粉酶活性,在處理后第1天時就比NaCl處理提高了17.20%,加速淀粉的降解,顯著增加可溶性糖和還原性糖含量。在處理的第5天時,SNP+NaCl處理淀粉含量比NaCl處理降低19.17%,可溶性糖和還原性糖的含量分別提高了41.4%和41.0%,差異顯著(P<0.05),這為種子萌發提供能量,提高高粱種子萌發期的抗鹽性。 【結論】 外源NO可調節高粱種子萌發期的淀粉酶活性和滲透調節能力,提高其對鹽脅迫的抵抗能力,促進種子的萌發。

    黑色全膜覆蓋對高粱根區土壤溫濕度的影響及雜草抑制效應
    張建華,郭瑞峰,曹昌林,白文斌
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4129-4138.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.017
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    【目的】在雨養旱作地區,土壤溫度、水分和耕作措施是影響作物生長和產量的重要因素。明確雨養旱作區高粱生產中全膜覆蓋對高粱根區土壤環境條件的影響及對雜草的抑制效應,為促進高粱增產奠定基礎。【方法】 在山西省農業科學院高粱研究所修文試驗基地,以高粱品種晉糯3號為材料,采用順序排列設計,于2017和2018年分別開展黑色全膜覆蓋、白色全膜覆蓋和裸地栽培試驗,分析不同處理對高粱根區0—15 cm土壤日地溫、0—200 cm土層土壤含水率、雜草的抑制效應和高粱生長、產量及效益的影響。【結果】 黑色全膜覆蓋能有效提高高粱各生育期耕層土壤溫度,與白色全膜覆蓋處理相比,0—15 cm土壤日地溫平均降低1.14℃(P<0.05);同時,黑色全膜覆蓋具有與白色全膜覆蓋基本相同的保墑效果,各土層土壤平均含水率略高于白色全膜覆蓋區,較裸地平均提高1.89個百分點,并可顯著(P<0.05)提高裸地0—160 cm土層的土壤含水率。黑色全膜覆蓋顯著降低高粱田間雜草發生量,對闊葉雜草和禾本科雜草的株防效和鮮重防效分別達96%和93%以上,防效優于白色全膜覆蓋(P<0.05),具有更為徹底的雜草防控作用。黑色全膜覆蓋對高粱出苗率、穗長、一級枝梗數、穗粒數等性狀無明顯影響,但對高粱株高、株高整齊度、生育期、千粒重、產量及效益有影響。黑色全膜覆蓋60 d高粱的株高及株高整齊度高于白色全膜覆蓋;黑色全膜覆蓋生育期與裸地基本相當,而白色全膜覆蓋生育期較短,較裸地縮短4—6 d;黑色全膜覆蓋千粒重、產量顯著(P<0.05)高于白色全膜覆蓋和裸地處理,2017和2018年千粒重較白色全膜覆蓋分別增加3.72%和3.78%,較裸地分別增加6.95%和7.06%;產量較白色全膜覆蓋分別提高6.72%和6.94%,較裸地分別提高19.27%和20.03%;2017和2018年黑色全膜覆蓋較白色全膜覆蓋分別增收1 529.82和1 599.76元/hm 2,較裸地分別增收3 025.38和3 215.52元/hm 2。 【結論】 建議在雨養旱作區高粱生產中,采用黑色全膜覆蓋替代白色全膜覆蓋,促進高粱高產。

    糜子綠豆間作模式下糜子光合物質生產及水分利用效率
    宮香偉,黨科,李境,羅艷,趙冠,楊璞,高小麗,高金鋒,王鵬科,馮佰利
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4139-4153.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.018
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    【目的】探索不同間作系統對糜子光合物質生產及水分利用的影響,篩選適于西北旱作農業區糜子與綠豆最佳間作模式,以期為糜子高產高效生產及生態環境保護提供依據。【方法】 于2017—2018年連續2個作物生長季,在陜西榆林小雜糧試驗示范站設置4種間作模式,包括2行糜子間作2行綠豆間作(2P2M)、4行糜子間作2行綠豆間作(4P2M)、4行糜子間作4行綠豆間作(4P4M)、2行糜子間作4行綠豆間作(2P4M),單作糜子(SP)和單作綠豆(SM)作為對照,研究不同糜子綠豆間作系統下糜子地上葉片光合特性和葉綠素熒光參數、地下土壤水分分布和利用效率,分析糜子產量效益。【結果】 與單作糜子相比,間作處理使開花期糜子旗葉葉綠素相對含量、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率分別增加2.9%—13.5%、5.0%—32.3%、1.3%—6.3%和2.1%—8.7%,2P4M和2P2M處理使其達到最大值,提高了糜子葉片光合物質生產能力;糜子//綠豆顯著增加糜子旗葉光系統Ⅱ的最大光化學效率(Fv/Fm)、光化學淬滅系數(qL)及實際光化學效率(ΦPSII),降低非光化學淬滅系數(NPQ),使其間作糜子增強對光能的捕獲和轉化能力,減少無效的漏光損失和熱量損耗,提高對高光的利用能力。間作復合系統降低糜子土壤含水量,且中層(60—140 cm)土壤含水量的降低幅度明顯高于上層(0—40 cm)與下層(160—200 cm),這與復合群體作物根系深淺搭配具有直接關系。間作有利于提高糜子的水分利用效率,2年間2P2M、4P2M、4P4M和2P4M處理平均分別比單作增加11.5%、2.3%、20.8%和30.1%,促使水分利用最大化;間作處理下的糜子生物量和產量也顯著上升,4P2M間作模式下的產量比單作增加6.7%,2P4M間作模式下的產量比單作增加36.8%,增產效果明顯,且間作綠豆作為劣勢作物產量降低幅度較小,所創造出的土地利用率最大。【結論】 糜子與綠豆間作能夠增強糜子地上光合物質生產能力,延緩葉片衰老,同時改善西北旱作農業區糜子地下土壤水分利用環境,提高農田土地和水分生產力。2P4M間作模式具有最高的土地生產力和水分利用效率優勢,適合于西北旱作農業區推廣應用。

    播期對糜子農藝性狀及淀粉理化性質的影響
    羅艷, 屈洋, 楊清華, 張偉麗, 宮香偉, 李境, 高小麗, 高金鋒, 楊璞, 王鵬科, 馮佰利
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4154-4165.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.019
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    【目的】分析不同播期對糜子籽粒性狀、農藝性狀和籽粒淀粉理化性質的影響,為后續機理研究提供依據。【方法】 采用盆栽試驗,以陜糜1號為試驗材料,設置4月20日(B1)、5月10日(B2)、5月30日(B3)、6月20日(B4)4個播期,全生育期保持土壤充足供水。系統研究糜子成熟期農藝性狀指標、籽粒性狀及籽粒淀粉理化性質,分析不同播期下糜子株高、穗長、穗柄長、穗分枝數、千粒重、籽粒長/寬/圓度等農藝性狀指標,研究淀粉晶體結構,粒徑分布、直鏈淀粉含量以及淀粉的熱焓特性及糊化特性的變化,總結淀粉的直鏈淀粉含量、熱焓特性及糊化特性與形態指標、粒徑分布及粒徑參數的相關性。【結果】 隨著播期的推遲,糜子的株高、穗長、穗柄長極顯著增加,主莖分蘗、分枝顯著減少,穗二級分枝數和籽粒粒寬顯著降低。籽粒淀粉粒徑分布均呈雙峰分布,且與其他播期相比,B1播期下粒徑>28 μm顆粒的比例最高(25.5%),5—28 μm顆粒的比例最低(67.5%)。播期不影響糜子淀粉的晶體類型,但是影響了X-射線衍射圖譜的衍射峰強度。B1播期的直鏈淀粉含量(1.3%)極顯著高于其余播期處理(0.18%—0.53%)。不同播期的籽粒淀粉的熱焓特性相關指標中,糊化起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)和終值溫度(Tc)整體呈現出先增加后降低的趨勢,而熱焓值(ΔH)沒有顯著差異。不同播期下的糜子淀粉糊化特性各項指標均呈現顯著性差異,其中,B3的峰值黏度(Pv)、谷值黏度(Tv)、最終黏度(Fv)和破損值(BD)顯著高于其余處理,而回生值(SB)及糊化溫度(PT)顯著低于其他處理。隨著播期的推遲,糜子淀粉的峰值黏度和破損值呈現先增加再減少的趨勢,B1淀粉的熱糊穩定性最強,B3淀粉的冷糊穩定性最強,但熱糊穩定性最差,B2淀粉的冷糊穩定性最差,B4的冷糊、熱糊穩定性均處于中間水平。【結論】 適宜的播期可以提供充分滿足糜子生長需要的光、溫條件。早播使糜子籽粒千粒重顯著增加,籽粒更加飽滿,且籽粒淀粉的平均粒徑增加,具有較高的直鏈淀粉含量,更加適合加工熱食,具有更高的營養價值。播期不影響淀粉的晶體類型,但是影響淀粉的X-射線的衍射峰強度,也會影響糊化特性等指標。

    不同肥力條件下施肥對粒用高粱產量、品質及養分吸收利用的影響
    王勁松,董二偉,武愛蓮,白文斌,王媛,焦曉燕
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4166-4176.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.020
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    【目的】研究土壤肥力、施肥及其互作對高粱產量、品質及養分利用的影響,為不同肥力條件下高粱施肥提供理論依據。【方法】 從連續6年長期定位試驗的不施肥、氮磷鉀配施、氮磷鉀結合有機肥和秸稈還田3個處理采集土壤,分別代表低肥力(LSF)、中肥力(MSF)和高肥力(HSF),每個肥力水平設不施肥(NF)和施肥(CF)2個處理,在溫室進行盆栽試驗。籽粒成熟后每盆單獨收獲測產,測定并計算地上部及籽粒的氮磷鉀養分含量、土壤氮磷鉀養分依存率及氮磷鉀肥養分利用效率,分析各處理對籽粒中淀粉、單寧及蛋白質含量的影響。【結果】 土壤基礎肥力顯著影響高粱地上部生物量和籽粒產量,但施肥后LSF、MSF和HSF 3個處理具有相同的生物量和產量。土壤基礎肥力對籽粒淀粉含量沒有顯著影響,不施肥時LSF、MSF及HSF籽粒淀粉含量為67.99%—69.33%;但施肥降低高粱籽粒淀粉含量,隨土壤基礎肥力的升高,影響更為明顯,HSF的CF處理淀粉含量僅為60.75%,比NF處理降低了九個百分點;土壤基礎肥力對直鏈淀粉和支鏈淀粉比值沒有影響。不施肥時LSF籽粒單寧含量最高,達13.69 g·kg -1,MSF和HSF的籽粒單寧含量分別為10.67和10.78 g·kg -1;施肥降低了LSF和HSF處理籽粒單寧含量,降幅達30%;盡管隨土壤基礎肥力提升籽粒蛋白質含量增加,但不施肥處理蛋白質含量較低,為50.98—68.54 g·kg -1;施肥顯著提高了籽粒蛋白質含量,施肥后LSF、MSF和HSF處理的籽粒蛋白質含量分別為108.13、118.13和117.19 g·kg -1。土壤基礎肥力顯著影響了土壤地力和肥料對籽粒產量貢獻率,LSF、MSF和HSF肥力下施肥對產量的貢獻率分別為90.2%、51.7%和8.5%。不施肥時隨土壤基礎肥力提升,籽粒和秸稈中氮磷鉀含量增加;與對應土壤基礎肥力比較,施肥提高了籽粒和秸稈中氮磷鉀養分吸收量,以HSF為例籽粒和秸稈中氮的吸收量分別由319.42和481.63 mg/盆增至597.11和924.92 mg/盆,造成了養分的奢侈吸收,降低了氮磷鉀的收獲指數,而在LSF和MSF情況下施肥提高了氮磷鉀的收獲指數。 【結論】 施肥能使低肥力土壤獲得最大產量潛力;土壤基礎肥力影響籽粒產量,但對籽粒淀粉、單寧和蛋白質含量的影響遠遠小于施肥;低肥力不施肥籽粒淀粉和單寧含量最高,高肥力施肥明顯降低籽粒淀粉和單寧含量;施肥對籽粒蛋白質含量的影響遠大于土壤肥力。施肥提高低土壤肥力植株氮磷鉀收獲指數,降低了高肥力養分收獲指數,低肥力土壤合理施肥能實現籽粒高粱產量和品質的協同提高。

    施肥位置及施肥量對雜交谷子干物質累積、轉運和產量的影響
    李永虎,曹夢琳,杜慧玲,郭平毅,張海穎,郭美俊,原向陽
    中國農業科學. 2019, 52(22):  4177-4190.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.021
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    【目的】研究氮、磷、鉀施肥量和施肥位置對雜交谷子干物質累積、轉化和產量的影響,為雜交谷子高產高效種植和研發輕簡化栽培技術提供理論依據。【方法】 試驗于2016—2017年在山西中部太谷縣的山西農業大學創新園區進行,以張雜谷10號為試驗材料,選擇氮、磷、鉀施用量、施肥水平距離和施肥深度5個因素,采用五因素五水平二次回歸正交旋轉組合設計,進行地膜覆蓋田間小區試驗。所有肥料全部作為底肥,氮肥為含46%N的尿素,磷肥為含16%P2O5的過磷酸鈣,鉀肥為含50%K2O的硫酸鉀。在谷子拔節、抽穗、開花、成熟期取有代表性的3穴植株用于測定干物質積累量,10月上旬收獲,脫粒風干后稱重、計產,用以研究施肥量和施肥位置對谷子不同生育時期干物質累積、轉運和產量的影響。【結果】 (1)較高的產量水平需要較高的氮、磷、鉀供肥水平,且磷鉀比例相對較高。(2)對谷子干物質累積的影響依次為氮>磷>鉀>施肥水平距離>施肥深度;對谷子干物質轉運的影響依次為鉀>施肥深度>磷>氮>施肥水平距離,對谷子產量的影響依次為氮>磷>鉀>施肥深度>施肥水平距離。(3)氮、磷對谷子各個時期干物質累積均有極顯著影響,營養生長階段氮磷交互作用為負,生殖生長階段氮磷交互作用為正。(4)隨著生育時期的推移,鉀、施肥水平距離、施肥深度對干物質累積的影響由負變正,且影響程度不斷增大,最佳施肥位置與播種位置的距離先增大后減小。(5)5個因素與不同生育時期干物質累積、轉運和產量的回歸關系極顯著,擬合程度較高,可用于實際生產預測。【結論】 山西省中部地膜覆蓋條件下,張雜谷10號產量大于8 000 kg·hm -2的各因素取值的95%置信區間為施肥水平距離16.80—18.75 cm、施肥深度20.80—23.75 cm、施N 225 kg·hm -2、施P2O5136.35—153.63 kg·hm -2、施K2O 93.56—108.63 kg·hm -2

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