春季低温通常发生在冬小麦孕穗期,导致小麦大幅减产.本研究选用低温反应敏感型小麦品种'皖麦52'和低温反应迟钝型小麦品种'烟农19'作为试验材料,在孕穗期将小麦盆栽置于人工气候室内进行低温处理(-2和0℃),低温处理结束后分别喷施浓度为10、20、30 mg·L-1的6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)溶液,以喷施等量蒸馏水作为对照,探讨孕穗期低温胁迫后喷施6-BA对小麦旗叶部分生理特性、产量和品质的影响.结果表明:与对照相比,外源喷施6-BA处理的小麦幼穗形态较为饱满,小花形态得到改善,穗下节间维管束数目增加;6-BA促进了小麦旗叶可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的积累;过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性提高,丙二醛含量降低.外源喷施6-BA后小麦退化穗数减少,穗粒数和千粒重提高,籽粒蛋白质、湿面筋含量和沉降值增加.综上,外源喷施6-BA可以有效缓解低温胁迫对小麦旗叶和产量造成的影响.在本试验条件下,喷施6-BA溶液对烟农19的缓解效果要高于皖麦52,其中以喷施20 mg·L-1的6-BA溶液对低温胁迫的缓解效果最好.

在"第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"项目中,调查和收集了四川省大豆地方种质资源,鉴定了 192份大豆种质资源的形态特征和主要农艺性状.收集的大豆种质资源来自四川省16个市(州)的41个县(区),集中分布在雅安市、乐山市、广元市、巴中市和泸州市.结果表明,大豆种质资源12个表型性状的变异系数范围在10.11％～57.62％之间,单株粒数的变异系数最大,叶绿素相对含量SPAD值的变异系数最小.相关分析结果表明,株高、茎粗、分枝数、单株荚数、单株粒数之间呈极显著正相关,百粒重与分枝数和单株荚数均呈极显著负相关.主成分分析提取到3个主成分,累计贡献率达76.29％,能够反映大豆种质资源表型性状的大部分信息.聚类分析将192份大豆种质资源划分为4个类群,分别具有高百粒重、多荚、高SPAD值和叶柄长等不同的特征,筛选出7份优异大豆种质资源.此外,四川省大豆种质资源籽粒颜色和籽粒类型丰富.本研究揭示了四川省大豆种质资源表型的遗传多样性,为高产大豆的亲本选择以及专用、特用大豆种质资源筛选提供理论依据.

芒是麦类作物穗部器官的重要组成部分,在提高籽粒产量、促进种子传播和防御虫害等方面具有重要作用.大麦具有丰富的芒型突变体,加之其二倍体的特性,成为麦类作物芒器官形态建成研究的理想作物.本研究报道了一个大麦芒型突变体材料calcaroides,表现为外稃顶端或是稃芒基部异形凸起,形成呈钩状不完全花器结构,属基部钩芒类型.突变体芒较短并伴随抽穗期推迟,株高、穗长和穗粒数显著降低等表型.遗传分析表明,突变体的芒型突变性状受单隐性基因cal-d控制.前期利用cal-d导入系BW106 × Bowman的F2群体,结合简化基因组测序(GBS,genotyping by sequencing)分析,将cal-d基因初步定位于3H染色体.进一步利用来自F2的杂合单株,包括13000株单株的F2∶3群体进行精细定位,最终将cal-d基因定位于3H染色体153～329Mb区间的近着丝粒区域.通过转录组混池测序分析结合大麦基因组和表达谱资源数据库,初步筛选了 9个候选基因.本研究结果为大麦芒型突变基因cal-d的克隆与功能验证奠定了基础,对于解析麦类作物芒的遗传发育机制具有重要的意义.

为探究甘孜九龙古茶树种质资源的分布区域、形态特征和农艺性状的遗传多样性,通过基本统计分析、变异系数、多样性指数、主成分分析和聚类分析,对67份九龙古茶树种质资源的21个质量性状和12个数量性状进行了遗传多样性分析和评价.结果表明:九龙古茶树资源农艺性状变异丰富,除树型和树姿外,质量性状的遗传多样性指数范围为0.17～1.27,平均为0.82,其中以花瓣颜色多样性指数最小,果实形状的多样性指数最大;数量性状变异系数范围为1.38％～29.94％,平均为15.27％,以叶面积的变异系数最高,萼片数的变异系数最低.主成分分析显示,前11个主成分累计贡献率在76.49％,其中叶宽、叶长、叶色和花瓣颜色等性状是九龙古茶树种质资源农艺性状表现出差异的主要因素.21个质量性状聚类分析结果显示,在欧式距离为16.9时,可将67份九龙古茶树种质资源划分为4个类群,聚类结果与海拔高度及地理位置无明显相关性.本次调查的古茶树种质资源中有13份种质位于海拔2400m以上,长势良好,展现出良好的抗寒性和抗旱性.此外,还有2份种质花瓣颜色特异,1份种质籽粒较大且结果率高.研究结果为九龙古茶树种质资源收集、保护和利用奠定一定基础.

为明确宽幅精播条件下小麦高产高效的适宜基本苗密度,于 2018-2019 年和 2019-2020 年在山东兖州大田试验条件下设置 4 种基本苗密度处理:90×104株·hm-2(D1)、180×104株·hm-2(D2)、270×104株·hm-2(山东高产田常用基本苗密度,D3)、360×104株·hm-2(D4),研究基本苗密度对小麦光合特性、衰老特性以及籽粒产量和水分利用效率的影响.结果表明:与D1、D4处理相比,D2处理显著改善了灌浆期间小麦旗叶光合特性,提高了旗叶和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白质含量,降低了旗叶和根系丙二醛(MDA)含量,延缓了旗叶和根系衰老;与D1、D3、D4处理相比,D2处理显著提高了 0～40 cm土层小麦根长、根表面积和根体积.2018-2019 年和2019-2020 年,与D1、D3、D4处理相比,D2处理的籽粒产量分别提高11.8%、2.5%、6.4%和 22.7%、5.7%、17.1%,水分利用效率分别提高 9.2%、8.8%、14.2%和21.1%、6.2%、21.5%.综上,基本苗密度为180×104株·hm-2的D2处理通过提高小麦灌浆期旗叶光合特性,改善小麦根系形态,延缓了植株衰老,籽粒产量和水分利用效率最高,是山东宽幅播种高产麦田的最优处理.

大麦(Hordeum vulgare L.)的芒是其穗部小花的外稃上端延伸出的针状特化结构,内部有绿色组织细胞和维管组织.芒在大麦的防御、光合作用、籽粒自然脱落后在土壤中的固着和萌发出土等方面均具有重要作用.在禾谷类作物中,大麦是少数仍保留着芒结构的栽培作物,在自然群体中其形态变异丰富.研究大麦芒形态的遗传调控与变异分布,具有重要的理论与应用价值.本研究鉴定了 1个大麦的钩芒突变体M7966,通过分离群体遗传分析证实该突变由单个显性遗传位点控制;随后利用遗传群体的分离单株混池测序分析,定位和克隆了引起钩芒表型的目标基因HvKMOX3.在突变体中,该基因第4内含子中的一处305 bp序列原位重复与钩芒突变表型共分离;HvKNOX3为homeobox类转录因子,在发育早期1～1.5 cm长的幼穗及播种后35 d的穗轴中特异性表达,在大麦泛基因组包含的20个品种间保守性高,仅在其外显子区域发现少数核苷酸序列变异,其余序列变异均位于非编码区域.通过设计共显性分子标记对我国不同地区来源的238份栽培大麦地方品种进行了基因型鉴定,结果发现该305 bp突变在西藏地方品种中具有较高的分布比例,为钩芒突变起源于喜马拉雅地区的理论假设提供了证据.

小麦籽粒大小和形态是决定产量的主要因素之一,挖掘籽粒大小和形态性状的关联位点,筛选相关候选基因对于提高小麦产量具有重要意义.本研究以国内外具有代表性的300份冬小麦自然群体为研究材料,对千粒重、粒长、粒宽、粒厚、籽粒长宽比、籽粒面积、籽粒周长、籽粒形状和籽粒饱满度等9个籽粒性状进行表型鉴定,利用小麦90 K SNP芯片进行基因型采集,通过混合线性模型(MLM+Q+K)对籽粒大小和形态性状进行全基因组关联分析.研究结果表明,小麦籽粒大小和形态性状表现出丰富的表型变异,变异系数范围3.80％～26.06％,广义遗传力在56.25％～91.98％之间.通过GWAS检测出66个与籽粒大小和形态相关的稳定关联位点(P≤0.001),分布在除3D、4D、5D外的18条染色体上,可解释3.74％～14.34％的表型变异.检测到37个与两个及以上籽粒性状关联的一因多效位点,其中3B染色体的BS00022512_51标记同时与4个籽粒性状(粒长、粒宽、粒厚和籽粒长宽比)关联,具有最大的表型贡献率(7.06％～14.34％),6D染色体的wsnp_Ex_c4480_8055475标记同时与除粒厚、籽粒形状和籽粒饱满度以外的6个籽粒性状关联,表型贡献率为3.81％～8.25％.将 BS00022512_51和wsnp_Ex_c4480_8055475标记进行单倍型分析,发现位于6D染色体上的wsnp_Ex_c4480_8055475位点存在GC-Hap1、AT-Hap2和AC-Hap3三种单倍型,单倍型GC-Hap1为籽粒较大的高千粒重单倍型.3种单倍型的整体分布频率分别为65.58％、32.25％和2.17％,单倍型GC-Hap1在中国4个冬麦区品种(系)中被大量选育.对37个一因多效位点进行发掘,筛选到9个籽粒大小和形态性状相关的候选基因.

干湿交替灌溉(节水栽培)水稻较传统淹灌栽培表现出较高的生产潜力,其高产形成除因土壤水分改变有关外,可能还与根区水分变化引起的土壤氮素形态改变有关.该研究于2016年通过设置传统淹灌(W1)和干湿交替灌溉(W2)水分处理,以及氮素形态配比[硝态氮:氨态氮=100:0(N1)、50:50(N2)和0:100(N3)]处理,并通过温室盆栽试验探讨水分与氮素形态互作对水稻花期光合生理及产量形成的影响.结果表明:(1)W 2水分处理产量及其构成因子、光合生产能力、收获指数、氮素收获指数以及氮素籽粒生产效率均显著高于W1处理,其N素累积量略低于W1处理.(2)在不同氮素形态之间,N2处理的产量水平显著高于N3和N1处理,这主要是N2处理加强了水稻物质转运以及光合生产能力,其中叶片含氮量和N素浓度提高可能是N2处理呈现出高光合性能的重要原因.(3)氮素利用效率以N1处理最高,随后依次分别为N2和N3处理.研究发现,土壤水分与氮素形态对促进水稻产量、产量构成因子、收获指数等形成均存在显著的互作效应,且W2 N2处理的效应较其他处理更明显.

选用2个品质类型和成熟期不同的新疆主栽小麦品种'新春11号'和'新春39号',分别进行花后灌浆早期高温(花后5~8 d,32 ℃,T1)和中期高温(花后15~18 d,38 ℃,T2)处理,分析花后高温对小麦籽粒发育及淀粉晶体的影响.结果显示:(1)T1处理明显降低了两品种籽粒长度和粒重,而 T2处理显著影响籽粒宽度和厚度;高温处理虽然降低了籽粒灌浆速率,但两品种灌浆最大峰值出现时间均在花后18 d.(2)T1处理对小麦籽粒A型淀粉粒形态的影响较大,中熟品种'新春11号'的A型淀粉粒表面在花后10 d时可观察到微孔,在花后15~20 d时其粒径明显小于同期对照,在花后20~25 d时淀粉粒表面压痕增多且A、B型淀粉粒表面出现明显缢缩;而早熟品种'新春39号'淀粉粒形态和粒径大小受花后高温的影响相对较小.(3)两品种在不同高温处理下,其淀粉粒晶体特性衍射峰出现的位置相同,但淀粉粒的尖峰强度不同,表明高温胁迫不影响淀粉粒的晶体类型,但可能改变了淀粉粒内部的层状结构.研究表明,花后早期高温不仅对小麦籽粒外部形态有较大的影响,同时也影响到籽粒内部淀粉粒的形态和晶体的特性.

硒在华南稻区酸性土壤中极易被固定使其有效性较低.本研究旨在通过盆栽试验,探明施用硒肥对水稻根际和非根际土壤硒有效性的影响.结果表明:施硒能提高水稻产量,增加籽粒硒含量;水稻根际土壤中水溶态硒、交换态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机物-硫化物结合态硒和残渣态硒含量均低于非根际土壤.各施硒处理之间,根际和非根际土壤中硒的迁移系数没有显著差异;施硒对根和叶片之间硒的迁移系数也没有显著影响,但是施硒提高了叶片和籽粒之间硒的迁移系数.施用0.5 mg·kg-1硒增加了水稻根系有机酸的分泌,而施用1.0、5.0 mg·kg-1硒则降低了有机酸的分泌.根系有机酸的分泌对根际土壤pH值影响不大,根际土壤pH值反而高于非根际土壤,但施硒显著降低了根际土壤pH值.随着施硒水平的提高,根际土壤黏土矿物(高岭石)的红外吸收光谱不断增强.施入土壤中的硒多转化为水稻难以吸收利用的形态,且不易向根际移动.根系分泌的有机酸也并不是通过影响土壤pH值来提高土壤硒的有效性.