摘要
随着世界人口的增加，粮食危机逐渐加剧。间作作为一种重要的农艺措施，可有效缓解作物争地矛盾。其中禾谷类作物玉米和豆科类作物大豆间作是农业中一项重要的实践措施。但在该模式下，低位作物大豆受到了来自高位作物玉米遮荫的影响，导致其严重倒伏、分枝发育受到抑制，最终大豆产量下降。本研究在玉米和大豆带状间作系统中，通过两年大田试验，研究了不同种植密度对大豆分枝、生长发育、农艺、生理、分子变化及产量的影响。大豆品种为天龙一号，设置D1、D2和D3（P*P10cm、P*P15cm、P*P20cm）三个种植密度，每平方米有效株数分别为20株、15株和10株，间作记为A1，单作为A2。 结果表明，与低密度相比，高密度A1D1分枝数分别减少了18.76%和27.71%，分枝叶片中净光合速率（Pn）、叶绿素含量和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（RuBP）活性降低，可溶性糖和淀粉含量也降低，表明分枝中叶片的光合生产力受到强烈抑制，叶片中RuBP羧化酶活性及叶绿素浓度降低导致的光合作用降低是其分枝数减少的原因。然而，分枝相关的激素（IAA、CKs、SLs、BR和GA）及其相关基因表达（GA20ox、BRC1、PIN1、D14）也有不同程度的变化。 间作和单作相比，高密度D1的株高增加了70.07%，D2增加了48.82%，D3增加了45.44%。在R5期，D1间作的茎粗分别比D2和D3分别低8.85%和13.54%。不管在单作还是套作下，种植密度对分枝数均有较大影响，单作中D1、D2和D3两年试验的平均分枝数比间作分别高34.87%、35.72%和33.88%。单作和间作下种植密度增加，分枝长度也增加。在R5期，间作与单作比较，D1、D2、D3的分枝长度分别增加了147%、103%和98.03%。此外，较高的种植密度也显著影响了总荚数，间作下D1与D2相比总荚数减少了32.26%，与D3相比减少了53.23%；单作中，D1中的豆荚总数与D2相比减少了22.96%，与D3相比减少了34.73%。高密度下大豆单株产量的降低是由于分枝数和总荚数减少。2020年间作与单作相比，D1、D2、D3分别比单作减产14.12%、18.87%和24.87%。2021年为9.89%、10.93%和19.71%。在这两年中，单作的产量都高于间作。与单作相比，间作的百粒重增加了12.69%，且间作的种子比单作大。 高密度下，生长素生物合成基因GmD14和极性转运相关基因GmPIN1的表达上调，提高了生长素(IAA)含量并促进了生长素极性运输。在间作和单作中，CKs生物合成基因GmIPT3在茎尖表达上调，增加了细胞分裂素(CKs)的含量；分枝中GmD14、GmPIN1、GmGA20ox和GmBRC1表达降低，这降低了分枝中IAA和CKs的含量。而分枝尖端的SL受体基因GmD14和GmBRC1的表达升高，这增加了分枝中独脚金内酯(SLs)的含量。抑制分枝的另一个原因是IAA、CK、GA和BR含量较低且SL较高，这是由于分支尖端中激素相关基因的表达水平所致。此外，在间作和单作中，高密度D1的每公顷总产量均高于D2和D3。我们的研究结果表明，在玉米和大豆带状间作系统中，可通过密植多分枝品种来获得高产。在未来的研究中，需要在一定的种植密度下选择植适宜的大豆株型，以通过增加分枝数来提高大豆产量。
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