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中国农业科学
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路文如

半月刊

0578-1752

zgnykx@mail.caas.net.cn

010-82109808 82106279

100081

北京中关村南大街12号

中国农业科学/Journal Scientia Agricultura SinicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为综合性农牧业科学学术刊物。主要发表我国农牧业科学在基础理论和应用技术方面的学术论文、重要科研成果和专题报告及各学科研究进展综述等。主要栏目有作物栽培的理论与实践、作物育种与品种资源、生物技术、植保、土肥、畜牧、兽医、研究简报等。读者对象为农牧业科技工作者、农业院校师生和农业管理干部。
正式出版
收录年代

    种子萌发与穗发芽

    董慧雪王际睿
    1215-1219页
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    水杨酸引发提高低温下水稻种子萌发活力的生理与分子效应

    陈兵先张琪戴彰言周旭...
    1220-1236页
    查看更多>>摘要：[目的]研究水杨酸(SA)引发对低温下水稻种子萌发活力的影响及生理响应,揭示SA引发对脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)代谢途径相关基因以及细胞壁松弛基因的诱导模式,为水稻种子低温萌发研究提供理论依据.[方法]以籼型三系杂交水稻泰丰优 208 种子为材料,通过种子引发处理,分析SA对种子低温萌发活力及生理的影响,并通过qRT-PCR技术分析ABA、GA和扩展蛋白基因响应SA引发的表达模式.[结果]低温(15℃)显著推迟水稻种子萌发进程.在低温下萌发1 d种子中,其内源SA浓度是常温(28℃)下的1.7倍;但对于5 d的幼苗而言,低温下的SA浓度仅为常温下浓度的0.6%.SA引发可有效提高种子在低温下的萌发活力,尤其以 2 000 μmol·L-1 SA效果最为显著,该浓度显著提高了低温下种子的发芽指数、活力指数、芽长、根长、鲜重和干重,其中活力指数分别为未引发种子(CK1)和水引发种子(CK2)的3和2倍.在生理指标方面,SA 引发提高了低温萌发过程中种子的可溶性糖、脯氨酸以及活性氧含量,增加了总淀粉酶、β-淀粉酶、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低了丙二醛(MDA)含量.与CK1 相比,2 000 μmol·L-1 SA引发将种子ABA含量降低了79%,同时将IAA和GA1 含量增加了32.2%和2.66倍.在基因表达方面,对于2 000 μmol·L-1 SA引发的种子,ABA合成基因OsNCED2和OsNCED3的表达量分别比CK1 降低了94.26%和90.24%;而ABA分解基因OsABA8'ox2和OsABA8'ox3的表达量分别为CK1 的 5.9 和 3.9 倍.与CK1 相比,SA引发显著上调了GA合成基因OsCPS1、OsKAO和OsGA20ox1的表达量,并显著下调GA分解基因OsGA2ox2和OsGA2ox6的表达量.在几个候选的细胞壁松弛因子扩展蛋白基因中,除了OsEXPB11外,其余几个同源基因均在一定程度上被引发而上调表达.与CK1 相比,2 000 μmol·L-1 SA引发分别使OsEXPA2、OsEXPB4和OsEXPB6的表达量上调12.2、5.9和6.1 倍.[结论]SA引发可显著缓解低温对于水稻种子萌发和幼苗生长的影响.可能是由于SA提高SOD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA的产生,增加可溶性糖和脯氨酸的含量,进而增强种子和幼苗对于低温的耐受能力.另一方面,SA引发通过降低种子内源ABA含量,增加GA1 含量,增强总淀粉酶和β-淀粉酶活性,促进细胞壁松弛相关基因的表达,从而促进低温下的种子萌发和幼苗生长.

    水稻低温胁迫种子引发水杨酸生理指标基因表达

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    小麦穗发芽抗性机制及抗性育种研究

    董慧雪陈倩郭晓江王际睿...
    1237-1254页
    查看更多>>摘要：穗发芽是禾本科作物籽粒在收获前于高湿环境下的穗上发芽现象,严重影响小麦的产量与品质.种子休眠水平是影响小麦穗发芽抗性的主要因素,而往往驯化作物的籽粒休眠水平低,导致栽培小麦普遍比其野生祖先种更易发生穗发芽.小麦穗发芽主要受外源环境(温度、湿度等)和内源植物激素(GAs、ABA、IAA、MeJA、ET、BR)的调控.已鉴定出一批抗穗发芽材料,并克隆了一系列调控穗发芽抗性的关键基因,如PM19、MFT、MKK3、Myb10-3D、Vp1等.通过分子标记辅助选择、人工合成小麦和CRISPR/Cas9基因编辑技术,已成功创制了抗穗发芽小麦新材料.本文综述了小麦穗发芽抗性的遗传机制及抗性育种研究的最新进展,未来仍需继续挖掘关键穗发芽抗性基因,以生物育种的方法培育抗穗发芽小麦新品种.

    小麦穗发芽种子休眠激素育种改良

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    人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率

    刘泽厚王琴叶美金万洪深...
    1255-1266页
    查看更多>>摘要：[目的]小麦穗发芽是影响小麦产量和品质的重要限制因子.具有抗穗发芽特性的人工合成小麦和地方品种是改良栽培小麦穗发芽抗性的重要基因资源,通过分子标记辅助选择转育人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性位点,评价人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽小麦新材料,为小麦穗发芽抗性育种提供数据和材料支撑.[方法]以抗穗发芽的人工合成小麦SYN792和四川地方品种涪陵须须麦为母本,以穗发芽敏感品种川麦45为轮回亲本,构建2个BC1F7 群体.2017年,通过整穗发芽鉴定法对2个BC1F7 群体的1 796个株系进行穗发芽表型初筛,然后利用与人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点连锁的SSR标记进行分子标记选择,筛选出整穗发芽率(SGR)小于 35%且携带PHS-3D和PHS-A1抗性位点的导入系;2018和2019年,连续2年对初筛选出的PHS-3D和PHS-A1导入系进行整穗发芽率、籽粒发芽指数(GI)和产量相关性状鉴定,其中,籽粒发芽鉴定试验设置 25℃(18GI)和 32℃(19GI)2 个发芽温度.通过不同环境下穗发芽抗性和产量数据,分析人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽且综合性状好的优异导入系.[结果]经整穗发芽鉴定初筛,从 1 796 个衍生系中筛选出SGR值小于 35%的株系 537 个;进一步对筛选出的537 个株系进行分子标记检测,发现332个株系导入了人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点,包括人工合成小麦导入系 73 个、地方品种导入系 259 个;地方品种PHS-A1导入系的频率显著高于人工合成小麦PHS-3D导入系.2018和 2019年通过对 332个穗发芽抗性位点导入系穗发芽鉴定发现,不同年份穗发芽指标间均呈极显著正相关,穗发芽指标SGR和GI表现出相对稳定的趋势;人工合成小麦和地方品种导入系的3个穗发芽指标平均值(18GI、18SGR和19SGR)均低于 23%,差异不显著.不同发芽温度导入系的 GI 值差异较大,发芽温度 32℃时,人工合成小麦PHS-3D导入系的 GI值显著低于地方品种PHS-A1导入系.筛选出的73个人工合成小麦导入系中,红粒系穗发芽指标值均低于白粒系;其中,11个人工合成小麦白粒导入系表现中抗及以上抗性水平,14 个红粒导入系在不同发芽温度时GI值均低于 35%.2 年产量相关性状分析表明,人工合成小麦PHS-3D导入系的千粒重显著高于地方品种PHS-A1导入系,而穗粒数显著小于地方品种PHS-A1导入系.根据产量性状和穗发芽抗性表现,筛选出 23 个穗发芽抗性和综合性状均较好的优异导入系,包括 7 个人工合成小麦PHS-3D导入系、16 个地方品种PHS-A1导入系;人工合成小麦优异导入系中有 2 个白粒导入系穗发芽抗性中抗以上,2个红粒导入系不同发芽温度的GI值均低于 25%,表现出稳定的穗发芽抗性.[结论]人工合成小麦和地方品种均可用于改良现代栽培小麦穗发芽抗性,利用地方品种进行穗发芽抗性育种改良效率优于人工合成小麦;但人工合成小麦导入系的穗发芽抗性的稳定性优于地方品种导入系.筛选出的 23 个人工合成小麦和地方品种导入系是小麦穗发芽抗性和产量性状改良的重要基因资源;特别是人工合成小麦白粒导入系(编号5201)和红粒导入系(编号5497 和5505)是非常有育种利用价值的穗发芽抗性育种亲本材料.

    小麦人工合成小麦地方品种穗发芽产量相关性状

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    小麦发芽对面粉质量与加工产品品质的影响

    梁王壮唐雅楠刘佳荟郭晓江...
    1267-1280,中插1-中插9页
    查看更多>>摘要：[目的]小麦在收获季节若遇连续的阴雨天气,将会导致籽粒萌动,甚至发芽,从而影响小麦的产量和品质.将正常小麦与发芽小麦以不同比例混合、制粉,评价其对加工成品的烘焙/蒸煮品质的影响,探讨利用轻微程度芽麦的可能性,为减少粮食损失提供参考.[方法]基于郑麦 583(郑 583)和科成麦 6 号(科 6)制备含芽麦比例分别为 30%、50%和 100%的混合小麦.以降落值、沉降值、干面筋含量、湿面筋含量、面团形成时间和面团稳定时间评估混合小麦面粉的劣化程度;从感官评分及品质参数综合评估混合小麦面粉制作的面包、饺子皮、馒头、海绵蛋糕、面条和饼干的烘焙或蒸煮特性.[结果]随着芽麦占比的增加(30%、50%和100%),郑583面粉的面团形成时间呈先增加再降低的趋势,面团稳定时间逐渐降低;但科6的 2个参数变化趋势均为先降低再增加,最后降低;2个品种面粉的降落数值、湿面筋含量、干面筋含量和沉降值指标均呈逐渐降低的趋势.郑583馒头的比容先增加后降低,科6馒头的比容逐渐降低;郑583海绵蛋糕的比容逐渐增加,科6海绵蛋糕的比容保持不变.2个品种的面包比容、饼干面积、面条蒸煮损失、饺子汤浑浊参数(A*)均呈相同的梯度变化.与郑 583 和科 6 的对照(无芽麦)相比,100%芽麦占比的郑 583、科 6 的面包比容分别降低 11.33%和 17.44%,饼干面积分别增加 24.10%和 7.49%,面条蒸煮损失率分别增加 29.85%和 9.69%,饺子汤A*值分别增加 8.93%和 13.32%.当芽麦占比为30%时,2个品种所制作的面包、馒头和饺子皮均出现显著劣化,郑583面条也出现显著劣化;当芽麦占比达到50%时,2 个品种的海绵蛋糕和饼干出现显著劣化;当芽麦占比达100%时,科6的面条也表现为显著劣化.[结论]发芽小麦严重影响面包、饺子皮、馒头、海绵蛋糕、面条和饼干的蒸煮或烘焙特性.不同品种小麦受影响也有差异,但是总体趋势一致.当发芽程度较轻时,对饼干和蛋糕的加工品质影响较小.

    发芽小麦面粉质量烘焙品质蒸煮品质感官评分质构参数

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    冬小麦水分利用效率相关驱动因子及其预测模型构建

    高晨凯刘水苗李煜铭赵志恒...
    1281-1294页
    查看更多>>摘要：[目的]水分利用效率能够综合反映冬小麦生长适宜度和能量转化效率,筛选并探究冬小麦各生育时期响应标准化水分利用效率(WP*)的驱动因子,构建相关驱动因子的 WP*预测模型,对黄淮海平原冬小麦水分利用效率监测及水资源高效利用具有重要意义.[方法]以冬小麦为研究对象,设置3个水分处理,包括水分亏缺处理(W1):35 mm和(W2):48 mm,对照处理(W3):68 mm,获取冬小麦拔节期、孕穗期和灌浆期的冠层温度参数、生理指标和标准化水分利用效率(WP*).通过逐步回归和通径分析筛选各生育时期响应WP*变化的主要驱动因子,探究WP*与相关驱动因子间关系,最后采用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)方法构建各生育时期基于驱动因子的WP*预测模型.[结果]较对照处理(常规灌溉),水分亏缺处理下冬小麦冠层温度参数、生理指标和WP*均表现出显著差异.基于逐步回归方法筛选出了各生育时期响应WP*的主要驱动因子,并采用通径分析得到各驱动因子响应WP*敏感程度排序,即拔节期依次为冠层温度极差(MTD)、气孔导度(Gs)、叶片含水量(LWC)和POD;孕穗期依次为冠层相对温差(CRTD)、等效水厚度(EWT)、可溶性糖含量(SSC)和作物水分胁迫指数(CWSI);灌浆期依次为SSC、冠层温度标准差(CTSD)、LWC和Gs.最后,采用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)基于筛选后的驱动因子构建了各生育时期WP*预测模型,其中以SVM构建的孕穗期WP*预测模型精度最优,R 2cal(R 2val)、RMSEcal(RMSEval)和nRMSEcal(nRMSEval)分别为0.945(0.926)、0.533 g·m-2(0.580 g·m-2)和2.844%(3.075%).[结论]通过筛选冬小麦各生育时期响应WP*的相关驱动因子信息及构建冬小麦水分利用效率预测模型,为黄淮海平原冬小麦水分精准监测与管理提供了理论基础.

    冬小麦标准化水分利用效率(WP*)驱动因子通径分析支持向量机

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    小麦玉米间作氮肥后移利于减少土壤蒸发提高水分利用效率

    任强徐珂樊志龙殷文...
    1295-1307页
    查看更多>>摘要：[目的]针对绿洲灌区小麦玉米间作水分高效利用潜力挖掘不足,制约多熟种植稳定发展的问题,拟通过探明不同氮肥后移比例对小麦玉米间作耗水特性及水分利用的影响,为绿洲灌溉区水分高效利用麦玉间作模式创建提供理论依据.[方法]试验于2020-2021年在甘肃农业大学绿洲农业综合试验站开展,设小麦玉米间作、单作小麦和单作玉米3种种植模式,针对玉米设不施氮(N0)、氮肥后移 20%(N1)、氮肥后移 10%(N2)和传统施氮氮肥不后移(N3)4 个处理,间作玉米和单作玉米各施氮处理下总施氮量分别为210 和360 kg·hm-2,研究不同种植制度及氮肥后移比例对小麦和玉米的土壤蒸发、耗水特性及水分利用的影响.[结果]小麦、玉米独立生长阶段间作处理的棵间蒸发量大于单作,间作小麦棵间蒸发较单作小麦增大 15.9%—16.7%,间作玉米棵间蒸发较单作玉米增大 5.4%—14.7%,麦玉共生期间作棵间蒸发量较单作加权降低4.6%—6.1%;全生育期棵间蒸发总量表现为:小麦玉米间作最大、单作玉米次之、单作小麦最小,在间作模式中,氮肥后移20%处理棵间蒸发量较传统施氮降低6.5%,且小麦带棵间蒸发量较玉米带增大12.6%—17.3%,是间作系统棵间蒸发的主要来源.间作系统中氮肥后移20%和后移10%处理全生育期耗水量较传统施氮分别降低34.3 和18.9 mm,E/ET与传统施氮差异不显著.间作系统籽粒产量较单作加权平均提高21.1%—39.0%,间作系统氮肥后移20%处理籽粒产量较传统施氮提高28.8%,其中间作小麦、间作玉米氮肥后移20%处理较传统施氮分别提高24.3%、30.8%.间作种植模式氮肥后移处理水分利用效率较单作加权平均显著提高 15.0%、12.3%,其中氮肥后移 20%处理较传统施氮提高 35.9%,氮肥后移 10%处理较之提高 19.3%.[结论]小麦玉米间作种植模式结合氮肥后移20%能减少土壤蒸发和全生育期耗水量,提高产量和水分生产力,是绿洲灌区小麦玉米间作高产高效生产可采用的施氮制度.

    间作氮肥后移棵间蒸发产量水分利用效率

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    玉米ACO基因家族生物信息学及表达模式分析

    王程泽张燕付伟贾京哲...
    1308-1318页
    查看更多>>摘要：[目的]对玉米 1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶ACO基因家族进行全基因组鉴定,分析其在玉米不同器官和不同发育时期以及响应外源激素和病菌侵染中的表达模式,为明确玉米ACO基因家族功能打下基础.[方法]利用生物信息学方法,在玉米B73 自交系基因组中鉴定ACO,对其基因结构、蛋白质理化性质、家族成员间的亲缘关系以及保守基序进行分析,利用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)技术分析ZmACO基因家族的表达模式.[结果]除ZmACO11 外,ZmACO家族成员均具有Fe2+离子结合位点和底物抗坏血酸结合位点.系统发育分析显示,ZmACO2与ScACO在同一分支,亲缘关系较近,Bootstrap值达 98.基因表达分析表明,ZmACO2、5、9、15、20、35在各发育时期均活跃表达,且在叶片中呈优势表达,因此选择上述 6 个基因进行下一步检测.喷施乙烯利后,上述 6 个基因的表达均有所波动,其中ZmACO2的表达量受影响较大,变化幅度在 8 倍左右.在乙烯利处理的 0-24 h内这 6 个基因的表达量存在波动,但在处理后 24 h,6 个基因的表达量均接近 0.水杨酸处理后,ZmACO5的表达量受影响较大,变化倍数在 2倍左右.其他基因的表达量在处理后 24 h均接近 0.ZmACO9、35在 3-12 h的表达量存在波动,ZmACO2、15、20表达量呈下调趋势.在响应生物胁迫方面,接种玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)后,ZmACO5、9的表达量变化幅度最大,在接种后第 10 天,这两个基因的表达量分别升至对照组的 50 和 60 倍.接种玉米小斑病菌(Cochlibolus heterostrophus)后,ZmACO5的表达量变化幅度较大,变化倍数在 40-90 倍.接种立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)后,ZmACO5、35表达量变化幅度最大,在病菌接种的第 3 天达到 200 倍.[结论]ZmACO2、5、20、35在玉米生长发育过程中表达变化最活跃;施加外源乙烯利和水杨酸可以对ZmACO的表达水平造成显著影响.病菌侵染玉米后ZmACO的表达水平产生显著变化,与生物胁迫应答关系密切.

    玉米ACO基因家族实时荧光定量PCR基因表达乙烯利水杨酸玉米大斑病菌玉米小斑病菌立枯丝核菌

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    拮抗青枯雷尔氏菌的放线菌筛选及其防病作用

    廖鑫琳郭鑫杨季学邵嘉朱...
    1319-1334页
    查看更多>>摘要：[目的]青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是烟草的主要病害.本研究从不同生境的土壤中筛选出对青枯雷尔氏菌有较强拮抗作用的放线菌,探究其对青枯雷尔氏菌的生理特征影响以及对烟草青枯病的防治效果,为进一步开发防病微生物菌剂提供理论依据.[方法]利用共培养法和牛津杯法筛出目标放线菌后,通过形态学研究、生理生化试验和多基因系统发育分析对目标菌株进行菌种鉴定.通过 96 孔板法测定目标放线菌粗浸膏对青枯雷尔氏菌的最低抑菌浓度(MIC).粗浸膏对青枯雷尔氏菌处理后,检测青枯雷尔氏菌的生长动态变化,并用扫描电子显微镜观察其形态的变化;通过测定 β-半乳糖苷酶活性和碘化丙啶(PI)荧光试验以及傅里叶变换红外光谱观察对细胞膜通透性和膜成分的影响;通过测定胞外多糖(EPS)、胞内活性氧(ROS)等探究目标放线菌株对青枯雷尔氏菌的影响.并通过盆栽试验测定目标放线菌株对烟草青枯病的防治效果.[结果]根据形态特征、生理生化试验结果和测序结果,将筛选得到的目标放线菌Sa-21 菌株鉴定为雷帕链霉菌(Streptomyces rapamycinicus),对青枯雷尔氏菌的抑菌圈直径达47.9 mm.Sa-21菌株粗浸膏抑制青枯雷尔氏菌的最低抑菌浓度为0.5 μg·mL-1,对菌体增殖也有明显的抑制作用,并且试验范围内随着粗浸膏浓度的升高抑制作用增强.扫描电子显微镜观察到粗浸膏处理后的青枯雷尔氏菌菌体结构发生改变,导致菌体出现穿孔和皱缩等现象,试验范围内随着粗浸膏浓度的升高,破裂菌体数量增加,皱缩程度增强,并且粗浸膏处理后,碘化丙啶可以穿过细胞膜与胞内物质结合发出荧光,且 β-半乳糖苷酶活性显著增加,说明处理后的青枯雷尔氏菌细胞膜通透性提高.进一步研究发现,粗浸膏处理可导致青枯雷尔氏菌胞内活性氧积累,胞外多糖产量下降,说明对细胞膜造成了一定程度的损伤.盆栽防病试验表明,先接种病原菌后喷施发酵滤液 10 倍稀释液的处理对烟草青枯病的相对防治效果为 67.61%,而先喷施发酵滤液 10 倍稀释液再接种的处理对烟草青枯病的相对防治效果为85.89%.[结论]链霉菌Sa-21能抑制青枯雷尔氏菌菌体增殖、破坏细胞膜结构,对烟草青枯病有较好的防治效果,具有一定的开发潜力和应用价值.

    青枯雷尔氏菌雷帕链霉菌放线菌生物防治

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    施钾对夏花生产量、品质及光温生理特性的影响

    杨启睿李岚涛张潇张倩...
    1335-1349页
    查看更多>>摘要：[目的]探究不同施钾水平对夏花生产量、品质及生育期钾素积累动态、光温生理特性和根系形态的影响,为花生合理施钾提供科学依据.[方法]2021-2022年在河南省温县进行钾肥用量田间试验,供试品种为豫花22,设施钾量0(K0)、45 kg·hm-2(K45)、90 kg·hm-2(K90)、135 kg·hm-2(K135)和180 kg·hm-2(K180)5个处理,于成熟期测定夏花生荚果产量和品质,并分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期测定叶片SPAD值、冠层光合有效辐射和冠层温度,分析植株钾积累量和根系形态.[结果]随施钾量增加,两年度花生荚果产量可分别用"线性+平台"和"一元二次方程"拟合,适宜施钾量分别为164 和 135 kg·hm-2,施钾处理平均增产 17%.成熟期籽粒粗蛋白、含油量和氨基酸含量均随施钾量增加呈先升高后趋于稳定趋势.与不施钾相比,施钾处理籽粒粗蛋白、含油量和氨基酸含量两年度平均增幅分别为 7.85%、3.98%和 13.97%,效果显著.运用Logistic方程对夏花生钾素积累量进行非线性回归拟合,得出施钾主要提高了花生钾素最大积累速率(Vmax)和平均积累速率(Vmean),推迟吸收峰值的出现(Tmax),延长快速积累期(Δt)与活跃积累期(Taas),促进夏花生持续快速生长发育.此外,各生育时期冠层最高温、最低温与平均温度均随施钾量的增加显著降低;施钾 135 kg·hm-2可显著增加花生叶片SPAD值与冠层光合有效辐射量(APAR)和分量(FPAR),并对根系形态具有积极影响.[结论]合理施钾可显著提高夏花生产量、改善品质、促进钾素积累利用并显著改善生育期光温生理性能.本试验条件下夏花生推荐施钾量为 135-160 kg·hm-2.

    夏花生施钾量产量品质冠层温度

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