[目的]WUSCHE-相关同源盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)基因家族是植物特有的转录因子家族,在植物生长发育、干细胞分化调控、逆境胁迫响应等过程中扮演重要角色.开展马铃薯WOX基因家族鉴定与功能研究,将为马铃薯遗传改良提供优良基因资源与理论依据.[方法]基于拟南芥、番茄、烟草和水稻WOX蛋白序列,利用HMMER 3.0 和BLASTP鉴定马铃薯WOX基因家族成员,使用MCScanX软件分析WOX基因家族成员在马铃薯种内及种间的共线性,并采用邻接法构建系统发育进化树.利用ExPASy、GSDS等软件分析马铃薯WOX基因家族成员理化性质、基因结构、蛋白motif、启动子区域转录因子结合位点.基于PGSC数据库中马铃薯转录组数据,分析StWOXs在不同组织和非生物胁迫下的表达模式;以可能参与离体再生过程的StWOX5 作为候选基因,利用实时荧光定量PCR技术分析该基因在具有不同离体再生能力的 4 个马铃薯品种(系)再生过程中的表达情况.[结果]鉴定得到 11 个马铃薯WOX基因家族成员,分布在 5 条染色体上,分为WUS、中间和古老共 3 个进化分支,不同分支中StWOXs基因结构、蛋白motif组成、转录因子结合位点类型和数量存在不同程度的差异.表达模式结果表明,马铃薯WOX基因家族成员参与离体再生和非生物胁迫响应,StWOX4/5/11/13在愈伤组织中特异表达,StWUS、StWOX1/3c/4/5/13在甘露醇处理下上调表达,StWOX3a/11 在NaCl处理下上调表达,StWOX4/5/13 在热胁迫中上调表达,且StWOX5 相对表达量与愈伤组织分化率呈正相关.[结论]不同马铃薯WOX基因具有潜在的功能多样性,StWOX5具有促进马铃薯离体再生分化的作用,参与了非生物胁迫反应.

[目的]明确广东省稻水象甲Lissorhoptrus orvzophitus生活史、越冬生境、发生规律及寄主植物和天敌种类,为这一害虫的科学防治提供指导.[方法]2019年3月-2021年4月通过实地调查、室内笼罩饲养观察和卵巢解剖研究稻水象甲在广东的生活史和越冬生境;通过对稻水象甲成虫中肠内容物进行分子检测探明其越冬过渡寄主植物;利用特征序列扩增区(sequence characterized amplified region,SCAR)标记技术明确稻水象甲的主要天敌种类.[结果]2019年3月-2021年4月稻水象甲在广东双季稻区一年发生2代,具有越冬和越夏习性.广东稻水象甲经历一个完整世代需要(140.86±1.05)d,幼虫历期为20 d左右.广东稻水象甲以成虫越冬,越冬生境模式为稻田-过渡带(草地)-沼泽地(水草丰盛),且越冬期稻水象甲成虫卵巢存在滞育现象,发育等级I级.稻水象甲成虫中肠内容物分子检测发现,其越冬期主要的过渡寄主植物为再生稻及李氏禾Leersia hexandra.基于SCAR的PCR结果表明,游猎型蜘蛛沟渠豹蛛Pardosa laura为稻水象甲的主要天敌.[结论]稻水象甲在广东一年发生2个世代,主要于沼泽地中越冬,李氏禾和再生稻为其越冬期的主要过渡寄主,越冬地的主要天敌为沟渠豹蛛.这些发现对广东地区稻水象甲疫情精准防控具有理论指导意义.

当前中国水稻生产面临作物高产优质、资源高效、环境安全等多方面的挑战,生产方式逐步转变为规模化、机械化和轻简化,生产目标由单一的高产转型为“高产、优质、高效、生态、安全”.现简要总结中国水稻栽培技术的变革历程,由最初高产栽培经验的理论总结到现在的高产高效栽培技术体系;阐述绿色高产栽培的内涵,未来水稻栽培需因地制宜地开展模式创新;并介绍三种绿色高效栽培模式(再生稻、双季稻双直播和双水双绿模式)的研究进展.

简易可行的节水减氮栽培措施有利于推动资源节约型和环境友好型水稻栽培技术的发展.本文以两熟制水稻生产模式为对象,研究节水减氮措施对其周年产量、群体质量特征和氮肥利用效率的影响.结果 表明:节水灌溉不降低再生稻模式和双季稻模式的周年产量,节水灌溉2(W3)处理的周年产量分别为8.42和12.71 t·hm-2;与不施氮处理(N0)相比,减氮处理(N2)与当地施氮水平(N1)的周年产量显著增加,但N1和N2处理间的周年产量差异不显著;N2处理的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥吸收利用率均高于N1处理;采用简易的自制PVC指示筒观测稻田土壤耕作层的水层变化,以此确定是否需要人工灌溉,同时再生稻模式和双季稻模式分别减氮24％和20％,能达到水稻生产中减少用水和氮肥用量目的,是一种水稻生产中可行的、简易的节水减氮栽培技术.

近年来,随着长江中游玉米和再生稻的快速发展,该地区出现了春玉米-晚稻和再生稻等新型的一年两熟制种植模式,为探明其对稻田不同土层(0～5、5～ 10、10～20 cm)土壤活性有机碳、碳库管理指数(CPMI)和作物产量的短期影响,于2017年在湖北省荆州市江陵县三湖农场,采用随机区组设计,设置了早稻-晚稻(DR,对照)、春玉米-晚稻(MR)和再生稻(Rr)3种种植模式.结果 表明:与DR处理相比,MR处理不同程度地降低了稻田不同层次的土壤总有机碳(TOC)含量.对于第一季作物收获后,在不同土层,MR处理较DR和Rr处理显著降低了土壤水溶性有机碳(DOC)含量;而土壤微生物生物量碳(MBC)为MR＞DR＞Rr,土壤易氧化有机碳(ROC)含量为DR＞MR＞Rr.对于第二季作物收获后,各个模式对稻田不同层次的土壤DOC含量和MBC均没有显著影响;但在10～ 20 cm土层,与MR处理相比,DR和Rr处理的土壤ROC含量分别提高了28.22％和47.37％,Rr处理显著高于MR处理.MR处理利于两季作物收获后各个土层碳库活度(CPA)和碳库活度指数(CPAI)的提高;而Rr处理则利于土壤稳态碳和碳库指数(CPI)的提高.从整个稻田不同种植模式系统周年来看,各处理的不同土层土壤C/N差异趋势一致,均是Rr＞DR＞MR;且不同种植模式的周年产量无显著差异.从农业可持续发展的角度来看,在长江中游平原区,Rr模式是一项优异的稻田两熟制种植模式.

研究中国东南区域不同稻作方式对水稻生产过程中稻田温室气体排放特征及其碳足迹的影响,对促进水稻可持续生产有重要意义.本研究以当前推广的常规稻'佳辐占'和杂交中稻'甬优2640,为材料,构建4种适合福建不同生态类型区的稻作模式:1)双季稻,早稻和晚稻均种植佳辐占(D-J);2)早熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植佳辐占(R-J);3)中熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植甬优2640(R-Y);4)单季晚稻,与中熟再生季稻同期抽穗的单季晚稻,种植甬优2640(S-Y).采用密闭静态暗箱观测法和气相色谱法分别收集并检测稻田土壤温室气体排放量,借用生命周期法对不同稻作方式产生的直接和间接温室气体排放总量(即碳足迹)进行数据采集与比较分析.结果表明:不同稻作方式稻田温室气体排放特征均表现为生育前期排放量较低,到孕穗期前后达到高峰后又下降,即全生育期呈前高后低的双峰曲线,其中早稻或头季稻达到的第1个峰值较相应晚稻或再生季稻的第2个峰值高.不同稻作模式稻田温室气体排放总量差异显著.各种植模式全球增温潜势(GWP)表现为:R-Y＞D-J＞S-Y＞R-J,温室气体排放强度(GHGI)表现为:D-J＞S-Y＞R-Y＞R-J;与双季稻模式相比,佳辐占再生稻模式GWP和GHGI分别降低26.1％和14.1％;与同期抽穗的单季晚稻相比,甬优2640再生季稻稻田GWP和GHGI分别降低74.3％和56.7％.不同稻作模式下水稻单位产量碳足迹为0.38～1.08 kg CO2-eq.·kg-1,其中双季稻模式下最高,再生稻模式下甬优2640的单位产量碳足迹最低.不同稻作模式产生的碳足迹主要来源于CH4,其贡献率高达44.2％～71.5％.可见,再生稻种植模式能显著降低水稻全球增温潜势和碳排放强度.选用高产低碳排放的水稻优良品种并配套科学栽培技术,是有效降低稻田CH4排放量和碳足迹、促进再生稻生产可持续发展的关键.

"双改单"背景下,再生稻种植对稳定全国粮食产量具有重要意义.为研究再生稻种植对土壤有机碳及其肥力水平的影响,选取了单季稻、双季稻、再生稻3种稻作模式,并分析了三者土壤化学性质和有机碳化学结构的差异.结果表明:与单季稻相比,再生稻种植显著降低了土壤pH值,但其与双季稻无明显差异;土壤主要养分的含量均呈双季稻田＞再生稻田＞单季稻田的趋势,相对应地,三者的土壤肥力指数分别为0.66、0.47、0.40,且其差异达到了显著水平.不同稻作模式显著影响了土壤有机碳的化学结构,再生稻田中土壤烷基碳的相对含量显著高于单季稻但低于双季稻,而其烷氧碳的相对含量却显著高于双季稻但低于单季稻.再生稻田土壤的烷基碳/烷氧碳比值较单季稻显著提高了 23.81％,但较双季稻则显著降低了30.67％;且该比值与土壤有机碳含量(R2=0.95,P＜0.001)和肥力指数(R2=0.96,P＜0.001)呈显著正相关.综上,再生稻的土壤肥力水平高于单季稻,却显著低于同为两稻模式的双季稻,这与不同稻作模式下的肥料投入、淹水周期和作物养分吸收利用密切相关.