基于机器学习的马铃薯叶片叶绿素含量估算

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森林回归(RFR)、决策树回归(DTR)构建马铃薯叶绿素含量估算模型。首先分析了植被指数与叶绿素含量之间的相关性,结果表明,在对照处理块茎形成期,CIre、GNDVI、NDVIre、NDWI、GRVI、LCI与叶绿素含量之间的相关系数绝对值在0.5以上,且存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)相关性;在马铃薯其他生育时期,13种植被指数与叶绿素含量之间的相关系数绝对值均在0.5以上,且存在极显著(p<0.001)相关性。然后对MLR、SVR、RFR和DTR等模型的精度进行比较,结果表明:SVR模型在对照处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.89和2.11,块茎膨大期为0.59和4.03,淀粉积累期为0.80和3.18;RFR模型在干旱处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.90和1.57,在块茎膨大期为0.87和2.16,在淀粉积累期为0.63和3.01。该研究为马铃薯叶绿素含量监测提供一种新的方法,后期可根据不同试验处理选择相应的估算模型。

2004-2022年甘肃省审定小麦品种情况分析与展望

为了给甘肃省高产优质小麦新品种的选育提供参考依据,对以甘肃省2004-2022年审定的284个小麦品种的基本情况和抗条锈病性进行了分析,并统计了生育期、株高和产量水平。结果表明,甘肃省近19年审定的小麦品种数量呈现波动上升趋势,育种单位主力为省内科研院所,联合育种呈现波动上升趋势,表明科研工作者对小麦品种选育具有较高的积极性;通过高使用频率直接亲本统计分析,发现甘肃省审定的小麦品种亲本配置组合主要来自主栽品种和人工创制的种质资源,并发现5个高使用频率直接亲本,表明近19年甘肃省审定品种遗传基础较窄;育成品种主要采用的育种方式为杂交育种,且育种方式趋于单一,表明今后要加强创新育种方式;审定的小麦品种以冬小麦为主,其中80.2%集中在陇东泾河上游川塬山地冬小麦区和陇南渭河上游河谷山地冬小麦区,而审定的春小麦97.9%则集中在河西内陆河灌溉春小麦区和陇中干旱川山春小麦区;小麦抗病性方面,审定品种对条锈病的抗性水平相对较好,但年际间波动较大;春小麦生育期年平均增加0.15 d,而冬小麦生育期年平均减少0.46 d;株高年平均降低1.10 cm,平均产量呈逐年上升趋势,年均增长47.25 kg·hm^(-2),其中2012年产量最高,为8 136.2 kg·hm^(-2);千粒重、穗粒数和有效穗数均呈现逐渐上升趋势,但穗粒数变化不大,年均增加0.08粒,千粒重年均增加2.71 g,有效穗数年平均增加1.29个。综上,在后续的育种工作中,可结合不同育种方式,更进一步选育出高产、优质和高抗的小麦新品种。

小麦SUS基因家族鉴定与生物信息学分析

【目的】对小麦蔗糖合成酶(sucrose synthase,SUS)基因家族进行鉴定和生物信息学分析,为探究小麦SUS(TaSUS)基因家族的作用机制提供理论参考。【方法】采用生物信息学方法在小麦全基因组上鉴定TaSUS基因家族成员,并对其系统进化关系、染色体位置、基因结构、保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达模式进行分析。【结果】在小麦基因组中共鉴定到分布于14条染色体上的24个TaSUS基因,可分为3个亚组。TaSUS基因含有多个外显子,但部分基因缺失非翻译区结构。TaSUS基因家族成员启动子区域包含45种顺式作用元件,涉及植物生长发育和逆境胁迫响应。大多数TaSUS基因在小麦穗中显著表达,在叶、茎和根中的相对表达量较低。【结论】研究结果有助于了解小麦SUS基因家族的进化,为后期小麦SUS基因家族的生物功能研究奠定理论基础。

不同生育期干旱胁迫对马铃薯生长特性、块茎产量和水分利用效率的影响

为了探究马铃薯对不同生育期干旱胁迫的响应,明确马铃薯各生育期的需水特性,本研究以马铃薯栽培品种华颂7号为试验材料,在大田遮雨棚下对马铃薯各生育期进行干旱胁迫处理,研究不同生育期干旱胁迫对马铃薯植株生长、干物质积累、块茎产量及水分利用效率的影响。结果表明,幼苗期干旱胁迫处理(T_(1))后恢复灌水,相较于对照,成熟期马铃薯株高、根长、干物质积累量和水分利用效率显著提高。在产量和产量构成方面,幼苗期干旱胁迫处理后恢复灌水,大薯率较对照显著提高11.00个百分点、小薯率较对照显著降低10.34个百分点,块茎产量较对照显著增加31.34%。块茎形成期和块茎膨大期干旱胁迫处理(T_(2)、T_(3))的块茎产量较CK显著下降58.41%和27.84%,T_(2)处理的大薯率较对照显著降低了25.34个百分点,但T_(3)处理的大薯率、中薯率、小薯率与对照相比无显著差异。相较于对照,淀粉积累期干旱胁迫处理(T_(4))对马铃薯单株干物质积累、块茎产量和产量构成影响不显著。因此,可对华颂7号在幼苗期进行适当干旱胁迫以提高块茎产量和水分利用效率,而在块茎形成期和块茎膨大期应保持充足的水分供应以确保块茎产量的形成,从而达到高产高效的目的。

干旱灌区绿肥对多样化种植小麦玉米产量性能指标的影响

为探究插种豆科绿肥对传统小麦、玉米多样化种植模式产量性能指标的影响,通过配置豆科绿肥构建干旱灌区作物高产技术途径,依托2017年布设的田间定位试验,于2019—2021年对小麦、玉米传统种植模式及配置豆科绿肥后主栽作物叶面积指数(LAI)、叶日积(LAD)、作物生长率(CGR)、籽粒产量(GY)及产量构成要素的响应特征进行研究,明确基于绿肥提升作物多样化水平进而提高作物产量的理论基础。试验设单作玉米(M)、单作小麦(W)一年一收、小麦复种绿肥(W-G)和小麦间作玉米(W||M)一年两收、小麦复种绿肥间作玉米(W-G||M)一年三收共5种作物多样化水平不同的种植模式。结果表明,不同种植系统混合籽粒产量随作物多样化水平的提高而提高,一年两收模式W||M显著高于W和M,W-G显著高于W,一年三收模式W-G||M显著高于W||M和W-G;净占地面积下,两种组分作物籽粒产量随多样化水平的提高而提高。LAI、LAD和主栽作物生育后期CGR等产量性能指标也随作物多样化水平的提高而提高。产量构成要素方面,随作物多样化水平的提高,小麦穗粒数、玉米有效穗数随之提高;W-G在小麦穗粒数和千粒重方面显著高于W。通径分析显示,组分作物小麦主要通过穗粒数的增加而实现增产,组分作物玉米主要通过单位面积有效穗数的增加实现增产。本研究表明,随作物多样化水平的提升,主栽作物籽粒产量和产量性能指标也随之提升,干旱灌区可通过配置豆科绿肥提升种植系统作物多样化水平,从而实现增产。

干旱灌区减量灌水下玉米农艺性状、产量及水肥利用效率对间作绿肥的响应

于2020—2022年采用裂区试验设计,主区设玉米‖箭筈豌豆(M‖V)和单作玉米(SM)2个种植模式,裂区设高量(I3,400 mm)、中量(I2,340 mm)、低量(I1,280 mm)3个灌水水平,探究间作绿肥对减量灌水下玉米农艺性状、产量、土壤全氮含量、水分利用效率(WUE)及氮肥偏生产力(PFPF)的影响。结果表明,与SM相比,M‖V玉米株高、茎粗、穗位高分别增加6.3%~14.3%、5.4%~12.0%和12.5%~22.1%,玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数分别增加5.7%~20.2%、3.7%~13.6%、2.7%~5.9%和6.8%~17.7%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数差异不显著,各指标分别较M‖VI1处理显著增加6.7%~7.7%、4.9%~5.8%、7.7%~11.6%、6.2%~11.3%、2.0%~5.1%、1.0%~2.0%和5.2%~10.3%。M‖V较SM玉米增产效果显著,籽粒产量和生物产量分别提高7.7%~27.9%和5.7%~19.2%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间玉米籽粒产量及生物产量无显著差异,两指标分别较M‖VI1处理显著增加5.7%~15.5%和4.7%~8.0%。M‖V较SM显著增加了0~40 cm土层土壤全氮含量、WUE和PFPF,增幅分别为5.8%~7.9%、12.4%~28.3%和7.7%~27.9%;间作模式下,M‖VI2与M‖VI3处理间PFPF无显著差异,较低灌水处理显著增加5.7%~15.5%,M‖VI2较M‖VI3处理WUE显著增加7.7%~10.8%。相关分析表明,间作箭筈豌豆可通过提升土壤全氮含量改善玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗及穗行数,通过增加穗粒数和千粒重保障中量灌水(340 mm)条件下玉米产量不降低,从而提高水肥利用效率。因此,间作箭筈豌豆结合灌水340 mm可作为河西灌区水资源承载安全范围内的玉米间作绿肥高效生产模式。

基于产量相关性状的大麦种质干旱适应性分析

于2019—2021年,通过测定62份大麦(Hordeum vulgare L.)种质在不同灌水条件下的产量相关性状数据,分析了大麦7个产量相关性状与灌水的相关性。结果表明,z1450066w的生育期较短,正常灌水条件下为82.67 d,干旱胁迫下为65.33 d;TRADI70w的穗长较长,正常灌水条件下为7.82 cm,干旱胁迫下为8.11 cm;ZDM5458的产量较高,正常灌水条件下为397.93 g·m^(-2),干旱胁迫下为309.52 g·m^(-2),且3个试验年份均呈增产趋势。依据62份种质在干旱胁迫下产量相关性状适应能力的不同,将其分为5类,I类的有效分蘖、千粒重性状表现较好,II类和III类分别在穗长和株高性状上表现较好,IV类穗粒数、产量性状表现较好,V类的生育期性状表现较好。与正常灌水相比,干旱胁迫下大麦生育期、株高、穗长、有效分蘖、穗粒数和产量分别降低14.25%、11.37%、1.64%、5.68%、7.61%和27.98%。正常灌水下,穗长与株高、千粒重均呈极显著正相关关系,有效分蘖与穗长、生育期和穗粒数分别呈极显著负相关、极显著正相关和显著负相关关系,千粒重、株高与产量均呈极显著正相关关系;干旱胁迫下,穗长与穗粒数、千粒重和产量分别呈显著负相关、极显著负相关和极显著正相关关系,有效分蘖与株高、千粒重分别呈极显著负相关和极显著正相关关系,生育期与千粒重呈极显著正相关关系。同时,筛选出4份抗旱的大麦种质(ZDM5458,GERTROV,ZDM5430,G0401018K-1),其中干旱胁迫下ZDM5458产量较高,GERTROV和ZDM5430穗粒数较多,G0401018K-1有效分蘖较多。

钾肥对干旱胁迫下马铃薯生理特性、产量及品质的影响

为探究干旱胁迫下不同施钾水平对马铃薯生长、光合荧光参数、抗性生理以及产量品质的影响,以‘陇薯7号’为研究对象,采用盆栽控水法进行干旱胁迫,钾肥用量分别为0 g/株(CK)、1.5 g/株(T1)、3.0 g/株(T2)、4.5 g/株(T3)、6.0 g/株(T4),共5个处理,并进行相关性与主成分分析。结果表明:干旱胁迫下施钾有利于马铃薯植株生长,增加株高和茎粗,以T2处理效果最佳;叶绿素a+b含量、净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))和蒸腾速率(T_(r))亦在T2处理最高,分别较CK增加22.50%、62.30%、27.66%和37.98%,而胞间CO_(2)浓度(C_(i))最低;施钾也可以提高马铃薯叶片的最大量子效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(N_(PQ))和脯氨酸(Proline)含量,降低热耗散量子比率(Fo/Fm)和丙二醛(MDA)含量,其中以T2和T3处理效果最明显;同时,施钾处理提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性;T1、T2、T3和T4与CK相比分别增产14.80%、36.38%、24.98%和9.77%,其中T2产量最高,达35209.06 kg·hm^(-2);施钾显著提高干旱胁迫下块茎中淀粉、蛋白质和维生素C含量,T2处理提升效果最优,同时降低还原糖含量,其中T3处理还原糖含量最低。相关性分析结果表明,马铃薯产量与叶片P_(n)显著正相关,淀粉与叶片G_(s)显著正相关。依据主成分得分排序,不同水平钾肥对干旱胁迫的缓解能力为T2>T3>T1>T4>CK。因此,T2处理可更好促进干旱胁迫下马铃薯的生长,增强叶片光合荧光特性、抗氧化能力,减缓叶片衰老速率,进而提高产量改善品质,缓解干旱胁迫的不利影响。

干旱环境下油菜籽粒芥酸含量的QTL定位分析

为探讨干旱环境下冬油菜籽粒品质(脂肪酸含量和硫苷)分子遗传机理,以17NTS57(高芥酸)×CY12PXW-6-1(低芥酸)的衍生后代F_(1)、F_(2)、F_(2∶3)等群体为材料,结合天水和定西试点籽粒品质表型,进行干旱环境下籽粒芥酸的遗传定位及选择标记开发。结果表明:利用F_(2∶3)群体在两个试点共检测到油菜芥酸含量QTL位点7个,其中天水试点检测到4个,定西试点检测到3个。天水试点检测到2个主效QTL,即qEATC08.2、qEATC09,分别分布在C08、C09染色体,其表型贡献率在20%以上;qEATA10(天水)和qEADA10(定西)被定位到A10染色体相同区间,在两个试点的表型贡献分别为10.42%和12.70%;qEATC09和qEADC09被定位在C09染色体相同区间,两个试点的表型贡献率分别为20.00%和19.34%,为共定位主效QTL。3个QTL(qEATC08.1(天水)、qEATC08.2(天水)、qEADC07(定西))仅各在一个试点被检测到,其中2个微效修饰位点(qEATC08.1和qEADC07)具有正向加性效应。在A10和C09染色体上定位的qEA.A10和qEA.C09的主效QTL,这些标记可用于干旱条件下油菜籽粒芥酸含量改良的分子标记辅助选择。

马铃薯StNF-YA9基因的生物信息学及其表达分析

NF-Y是一种普遍存在于真核生物中的转录因子,通常以NF-YA/B/C异源三聚体的形式发挥作用,其中NF-YA转录因子通过特异性结合DNA启动子区域的CCAAT box,调控下游靶基因表达以应对胁迫。通过前期对马铃薯NF-Ys基因家族的分析,发现沉默马铃薯StNF-YA9基因,马铃薯对干旱胁迫更为敏感。因此,从马铃薯品种‘Atlantic’中克隆了StNF-YA9基因,生物信息学分析表明该基因总长度为1231 bp,CDS区长723 bp。通过构建StNF-YA9亚细胞定位融合表达载体确定其定位在细胞核中;采用qRT-PCR分析该基因组织和逆境胁迫下表达模式,结果表明其在叶片中相对表达量最高,芽中相对表达量最低,受到聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)和脱落酸(Abscisic acid,ABA)诱导上调表达。研究结果为马铃薯StNF-YA9基因后续功能研究提供理论基础。

甘肃省油菜生产现状、问题及对策

为了推动甘肃省油菜产业高质量发展,从油菜种植面积、油菜籽产量、油菜生产机械化程度、主栽品种类型和主推技术等方面分析了甘肃省油菜生产现状,分析了甘肃省油菜生产中存在的问题,并提出了对策。甘肃省油菜生产存在油菜品种搭配不合理,机械化生产技术与装备落后,绿色生产技术研发、应用不够和油料加工业发展滞后等突出问题。为此,提出了加强政策扶持,引导和推动规模种植,加强适宜机械化收获品种的选育,加快研制和筛选油菜机械化装备,发展产业基础性研究,以及培育加工龙头企业等建议。

不同时期独活不同部位中香豆素类成分积累规律研究

目的:建立采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)法分析独活中香豆素类成分的新方法,明确不同时期、不同部位独活中香豆素类成分含量的动态变化规律。方法:采用GC-MS技术对不同时期独活根、茎、叶中主要成分蛇床子素、花椒毒素、二氢欧山芹醇当归酸酯和二氢欧山芹素等香豆素类化合物进行相对定量测定,分析不同时期、不同部位独活中香豆素类成分含量的动态变化。结果:独活不同部位在不同时期的化合物种类数不同,根于10月收获期时化合物种类数达到最多,茎叶于8月种类数达到最大,根、茎、叶中化合物种类数分别为59种、45种、44种,共有成分有38种,且成分种类间存在差异。结论:首次建立了采用GC-MS法分析独活中香豆素类成分的新方法,研究了香豆素类成分的积累规律,发现独活不同部位化学成分种类和含量存在差异性。此项研究为独活药材的质量控制及高效利用提供一定的科学依据。

西北干旱灌区不同地膜覆盖利用方式对玉米水分利用的影响

【目的】资源型缺水严重制约干旱灌区的农业生产,传统玉米生产模式地膜投入量大。在极端高温和生态环境污染的挑战日益加剧的情境下,探讨通过免耕地膜重复利用维持较高水分利用的可行性,以期为构建试区地膜减量玉米高效生产技术提供理论支撑。【方法】2017—2018年,在甘肃河西绿洲灌区,设置免耕地膜重复利用(免耕覆膜,NM)、秋免耕春覆膜(少耕覆膜,RM)与传统耕作每年覆盖新膜(传统覆膜,对照,CM)3种地膜覆盖利用方式,研究其对玉米田土壤水分利用的影响,以期为优化试区玉米高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】NM与RM处理较CM处理提高玉米播种时0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为7.8%与5.1%,这为玉米播种创造良好的土壤水分环境。玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期,NM处理较CM处理提高0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为5.0%与4.7%,弥补了灌浆期玉米植株旺盛生长对土壤水分的大量需求。与CM处理相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期的耗水量,降低了玉米吐丝—灌浆初期的耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期的耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系。虽然NM处理较RM与CM处理提高了玉米吐丝期之前的棵间蒸发量,分别为11.7%与26.0%,提高棵间蒸发量占耗水量的比例(E/ET),分别为13.4%与19.9%,但是NM处理较RM与CM处理降低了玉米吐丝期之后的棵间蒸发量,分别为9.2%与19.4%,降低E/ET,分别为9.7%与20.7%,说明NM处理有利于增强玉米吐丝期之后土壤水分的有效利用。因而,在地膜减投与免耕措施下,NM处理获得与RM及CM处理相当的籽粒产量与水分利用效率。【结论】在西北干旱灌区,应用免耕地膜重复利用并没有导致玉米产量和水分利用效率的降低,具有稳定产量及水分利用效率的作用,是玉米生产中地膜减投的可行措施。

干旱灌区春小麦水分利用特征对绿肥与麦秸协同还田的响应

【目的】明确绿肥与麦秸协同还田对春小麦(Triticum aestivum L.)水分利用特征的影响,对干旱灌区应用绿肥构建小麦水分高效可持续生产模式具有重要支撑作用。【方法】本研究采取随机区组试验设计,以麦后休闲(W)为对照,设置了麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田(W-NTGS)、麦后免耕播种绿肥+绿肥单一还田(W-NTG)、麦后浅旋灭茬播种绿肥+绿肥单一还田(W-TG)3个处理,对小麦耗水特征、籽粒产量、水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(WUEi)进行了研究。【结果】复种绿肥较麦后休闲显著增加了小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量,其中W-NTGS处理小麦播前0—10、10—20、20—30、30—50 cm土层的土壤贮水量,分别较W-NTG处理增加了22.1%、30.2%、21.5%和11.1%,较W-TG处理增加了26.2%、33.2%、26.5%和16.4%;而W-NTG与W-TG处理间小麦播前0—110cm的土壤贮水量均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲分别使小麦耗水量、棵间蒸发量和蒸散比平均减少7.0%—7.1%、11.7%—20.1%和5.2%—15.9%,在复种绿肥中,W-NTGS处理小麦耗水量较W-NTG处理在2021年减少6.4%,较W-TG处理在2020和2021年平均减少6.1%;W-NTGS处理小麦棵间蒸发量分别较W-NTG、W-TG处理平均减少9.7%和13.6%,蒸散比分别降低6.2%和11.3%,W-NTG与W-TG处理间的耗水量、棵间蒸发量、蒸散比均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲使小麦籽粒产量增加6.4%—16.8%,其中W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理平均增加6.6%和9.8%,W-NTG与W-TG处理间的小麦籽粒产量差异不显著。与麦后休闲相比较,复种绿肥使小麦WUE、WUEi分别提高11.9%—30.7%和6.4%—16.8%,复种绿肥之间相比较,W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理的WUE平均提高10.9%和16.8%,WUEi平均提高6.6%和9.8%,W-NTG与W-TG处理间的WUE和WUEi差异不显著。【结论】麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田(W-NTGS)可显著增加小麦播前0—50 cm土壤贮水量,减少小麦季土壤水分的无效损耗,从而在减少小麦耗水量的同时增加籽粒产量,最终显著提高农田水分利用效率和灌溉水利用效率,可作为干旱灌区小麦复种绿肥水分高效利用推荐技术。

干旱灌区麦后复种绿肥与施氮水平对小麦光合性能与产量的影响

【目的】探究绿肥还田对不同施氮水平下绿洲灌区小麦产量性能指标的影响,为建立基于绿肥与化学氮肥减量配施的小麦绿色生产模式提供理论指导。【方法】2018-2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置单作小麦(W)和麦后复种毛叶苕子(W-G)2种种植模式;副区为5种施氮水平,分别为不施氮肥(N_(0))、55%氮肥(N_(1))、70%氮肥(N_(2))、85%氮肥(N_(3))、100%氮肥(N_(4)),其中100%氮肥为农户传统春小麦施氮水平180 kg·hm^(-2)。测定小麦全生育期叶面积指数、光合势、净同化速率以及成熟期籽粒产量及其构成因素,以期为该区优化小麦种植模式和施氮水平提供依据。【结果】麦后复种毛叶苕子(W-G)较单作小麦(W)显著提高小麦全生育期的平均叶面积指数(MLAI)和光合势(LAD),提高幅度分别为9.5%-19.7%和9.7%-21.0%;适量减施氮肥有利于提高小麦MLAI和LAD,以N_(3)最突出,W-G-N_(3)处理较W-N_(3)和W-N_(4)处理MLAI分别提高4.1%-15.4%和8.8%-17.5%,总光合势分别提高4.6%-9.2%和16.8%-18.8%。麦后复种毛叶苕子降低了小麦全生育期的平均净同化率(MNAR),较单作小麦降低幅度为17.7%-17.8%;W-G-N_(3)处理较W-N_(3)和W-N_(4)处理降低MNAR,幅度分别为16.4%-17.5%和26.5%-40.1%。麦后种植翻压毛叶苕子和适量减施氮肥提高了小麦籽粒产量,W-G-N_(3)处理较W-N_(3)及W-N_(4)处理分别增产6.9%-16.7%和7.9%-13.6%。灰色关联分析及相关性分析表明,麦后复种毛叶苕子且搭配适宜施氮量使作物高产主要是因为平均叶面积指数、总光合势及产量构成因素的协同提高。【结论】麦后复种毛叶苕子配施85%氮肥促进了营养器官生长,有利于籽粒库的建成、扩大和充实,从而获得高产。因此,W-G-N_(3)处理是绿洲灌区优化小麦产量性能指标而获得高产的理想种植模式及施氮水平。

干旱灌区小麦间作玉米麦后复种绿肥的可持续性分析

【目的】针对干旱灌区传统生产模式的资源利用率和产投比低等问题,研究小麦间作玉米集成麦后复种绿肥的光能利用率、灌溉水生产力及经济效益表现,结合试区常规种植模式,评价不同种植模式的可持续性,对于干旱灌区农业生产的节本增收有重要指导意义。【方法】2018-2020年,在河西绿洲灌区设置田间定位试验,研究了不同种植模式(春小麦间作玉米小麦收后复种绿肥(W-G//M)、春小麦间作玉米(W//M)、春小麦复种绿肥(W-G)、单作玉米(M)、单作春小麦(W))对生产系统叶日积、籽粒产量、光能利用率、灌溉水生产力以及经济效益的影响,综合以上相关指标,对各种植模式的可持续性进行评价。【结果】随着试验年度的延长,春小麦收后复种绿肥能显著提高主栽作物全生育期的总叶日积。W-G//M较W//M的叶日积提高了7.7%-7.8%。间作较单作以及麦后复种绿肥模式均能提高主栽作物籽粒产量,但同时也提高了生产成本的投入。2018和2019年,W-G//M处理和W//M处理的混合籽粒产量无显著差异,而2020年,W-G//M处理较W//M处理的籽粒产量提高了8.7%。W-G//M处理较M、W-G和W处理的纯收益分别提高16.7%-26.5%、78.5%-132.2%和35.9%-78.8%。2018年,W-G//M较W//M处理的纯收益降低了7.2%,但是2019和2020年,二者的纯收益无显著差异,且产投比也具有相似的趋势。复种绿肥能显著提高作物光能利用率,W-G//M处理较W//M处理的光能利用率提高了7.2%-14.1%;W-G处理较W处理的光能利用率提高了23.5%-52.1%。W-G处理较W处理的灌溉水生产力显著降低,降低了48.6%-54.3%(灌溉水利用效率)和30.9%-39.8%(单方灌溉水经济效益),而W-G//M处理和W//M处理的灌溉水生产力无显著差异。综合3年试验结果,W-G//M处理较其余4个处理的可持续性显著提高。【结论】在干旱绿洲灌区,间作以及麦后复种绿肥能提高主栽作物籽粒产量和经济效益,且灌溉水生产力和光能利用率也随之提高,进而使得该模式的可持续性提高,因此,春小麦间作玉米结合小麦收后复种绿肥技术可作为提高资源利用以及农民收益的可持续种植模式。

甘肃省马铃薯区试品种产量性状和环境鉴别力评价分析

为筛选甘肃省2018—2019年马铃薯(Solanum tuberosum L.)品种区域试验中丰产、稳产和适应性强的品系,同时评价试点的代表性和鉴别力,本研究收集整理2018—2019年在甘肃省安定区、秦州区、渭源县、永昌县、临夏县、庄浪县6个试点种植的各育种单位育成的15个品系的产量数据,用主效可加互作可乘模型(AMMI)和基因型与环境互作分析模型(GGE)联合对产量进行基因型与环境互作分析,评价品系的丰产性、稳定性、适应性和环境的鉴别力。方差分析结果表明,马铃薯品系的产量在基因型效应(G)、环境效应(E)和互作效应(G×E)中均呈现极显著差异(P<0.01),环境效应平方和占总方差平方和最大,其次是基因型效应,互作效应占比最小。AMMI分析结果显示,丰产稳产的品系是0730-185;品系凯薯2号、0730-156和0730-185在永昌县的适应性较好,庄薯8号在安定区的适应性较好,GN-99、W1在渭源县的适应性较好,GN-99、GN-122和W1在临夏县的适应性较好;AMMI环境的鉴别力由强到弱依次为2018年的永昌县、2018年的安定区、2019年的临夏县等。GGE分析结果显示,丰产稳产的品系是GN-99;品系凯薯2号在永昌县的适应性最好,品系GN-122在渭源、安定区、秦州区、庄浪县、临夏县适应性最好;GGE环境的鉴别力由强到弱依次为2018年的永昌县、2019年的临夏县、2019年的安定区等。利用AMMI模型和GGE模型共同对甘肃省马铃薯区域试验的产量数据联合分析可以更好地评价并筛选优良品种。两种模型对基因型丰产性分析的准确性取决于其解释变异的大小,AMMI对基因型稳定性和环境鉴别力的分析优于GGE,GGE对基因型适应性分析优于AMMI。两种模型鉴定出高产稳产品种(系)有GN-99和0730-185;高适应性的品系试点组合有GN-122-临夏县、GN-122-庄浪县、GN-122-秦州区、GN-122-安定区、GN-122-渭源县、凯薯2号-永昌县;环境的鉴别力最好的两个试点为永昌县、安定区,其他试点均属于以上两试点的品种生态亚区。本研究结果为马铃薯新品种推广和后续的区域试验提供了参考。

不同基因型大麦苗期对干旱胁迫的响应及HvPIPs基因表达特征分析

为研究不同基因型大麦苗期对干旱胁迫的响应,挖掘优质抗旱的大麦种质资源,以4份不同基因型大麦(2个高抗品种ZDM5430和ZDM5458,2个干旱敏感型品种7DCADA和IL^(-1)2)为材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱条件,综合分析不同品种大麦的苗期抗旱性差异;并通过对不同品种根系进行PIPs实时定量分析,研究水通道蛋白AQPs基因与干旱胁迫之间的应答关系。结果表明,持续干旱胁迫会使大麦生长变缓,各处理苗长、根长、叶含水量和根含水量都呈下降趋势,其中,4个品种的大麦叶含水量在干旱胁迫14 d时下降最为显著,与对照相比,其降幅分别为29.14%、52.64%、21.67%和72.15%。干旱胁迫对大麦苗期干物质积累量和根冠比的影响较小,各处理间差异不显著;但持续干旱后,抗旱品种ZDM5430的根冠比呈上升趋势,在胁迫7、14、21 d时较CK分别增加了4.92%、42.86%和21.05%。随着胁迫时间的延长,大麦旗叶叶绿素含量和根系活力也呈下降趋势,其中ZDM5430和ZDM5458较对照组降幅较小,说明抗旱品种的形态指标、叶绿素含量及根系活力受干旱胁迫的影响较小。通过PIPs相对表达量分析发现,在相同处理条件下,4个不同品种的大麦根系HvPIPs的变化趋势基本相似,2个亚家族的基因在干旱胁迫后大多呈上调趋势,仅HvPIP1;1、HvPIP1;2、HvPIP2;1和HvPIP2;5有下降趋势,其中ZDM5430和ZDM5458这2个品种的表达量显著高于7DCADA和IL-12;表明该基因参与了大麦对干旱胁迫的适应性调控过程,且其在抗旱型品种中的表达量显著高于在干旱敏感型品种中。

长期间作及免耕对土壤物理性状及作物产量的影响

针对西北绿洲灌区长期传统覆膜耕作造成土壤结构的稳定性下降、地膜残留过多和土壤质量下降等问题,研究覆膜免耕与禾豆间作种植模式对土壤物理性质和作物产量的影响,以期为试区优化耕作方式和作物种植模式提供理论支撑。田间试验于2013—2020年在河西绿洲灌区进行,设置传统耕作覆膜(CT)、覆膜免耕(NT)2种耕作措施;单作豌豆(P)、单作玉米(M)、玉米间作豌豆(M//P)3种种植模式,2019年和2020年玉米收获后测定土壤物理性状和作物产量等相关指标。结果表明:(1)0~30 cm土层≥0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径(MWD)、土壤容重和土壤总孔隙度在NT与CT处理间存显著差异,NT较CT≥0.25 mm水稳性团聚体含量提高2.02%~7.76%、MWD提高19.4%~26.0%、土壤容重降低1.31%~1.57%、总孔隙度增加1.97%~2.28%;(2)NT处理下,不同种植模式间存在显著差异,M//P分别较P和M处理水稳性大团聚体含量增加12.60%~20.11%和7.05%~11.55%,MWD分别较P和M处理增加9.61%~12.44%和4.01%~8.01%,土壤容重平均降低2.97%和1.98%,土壤孔隙度分别增加4.50%和2.98%;(3)耕作方式对作物产量影响不显著,但种植模式对玉米籽粒产量有显著影响,单位面积间作玉米籽粒产量在2种耕作措施下分别较单作玉米增加29.41%~31.68%,31.92%~33.38%。覆膜免耕下禾豆间作种植模式是该区域改善土壤物理性状、提高作物产量、实现资源高效利用的有效农艺措施。

基因组时代-麦类基因组学研究现状及趋势

麦类作物主要包括普通小麦、大麦、黑麦、燕麦及小黑麦等物种,伴随着人类文明超过一万年,作为主粮以及能源物质,在人类生活中扮演着不可或缺的角色。为了实现农业现代化,研究主要麦类作物就尤为重要。麦类作物普遍具有复杂庞大的参考基因组(序列大小大于5.1G,80%的重复序列),相比于水稻、玉米等作物来说,基因组学的研究内容相对滞后。但是随着测序技术的快速发展,测序成本的大大降低,国内外麦类作物的研究迈入了基因组学的全新时代,推动了分子细胞学、群体遗传学、表观基因组学、泛基因组学等方面的研究并取得了重大突破。人们对于麦类作物的基因组变异和遗传选择有了更深刻的认知,为研究麦类作物的起源与演变、品种改良以及优异等位变异、结构变异和优良性状基因的克隆等提供了科学的理论依据和指导。本文就近些年来基因组学时代主要麦类作物的研究现状及趋势进行概述,结合国际前沿动态,对本领域后基因组时代的研究热点提出了展望。