禾本科杂粮作物养分高效机理及指标研究进展

我国耕地中低产田面积大,养分缺乏始终是限制作物产量的一个主要因素。谷子、糜子和高粱为我国传统的禾谷类杂粮作物,具有光合效率高,耐旱耐瘠薄的特点,较大宗粮食作物更适应干旱、贫瘠的土壤。然而,养分利用效率研究主要集中在玉米、小麦等主粮作物,小杂粮作物研究进展相对缓慢。本文系统总结了谷子、糜子和高粱氮、磷、钾高效利用的研究结果,归纳了几种杂粮作物养分高效的筛选指标,形态指标包括地上部干重、穗粗、穗重、草重、产量等,生理指标包括氮同化酶活性、磷积累量、光合养分效率等,养分吸收效率主要指标包括根系大小、根系长度、侧根分支和根直径,及可能参与养分高效的候选基因如NRT1、PHR1、钾转运蛋白HAK和钾离子通道蛋白Shaker等。未来可从以下几方面推进杂粮作物养分高效的研究:杂粮作物光合效率高和根系耐旱耐贫瘠的特点;利用转录组学方法深入分析引起杂粮作物光合作用和养分吸收效率的种间和种内变异的机理,特别是与氮组分、磷组分变化相关的机制;分析杂粮作物的根系形态及其主导的根系微生物互作特征对养分高效吸收的影响。这些研究将为培育养分高效高产的杂粮品种和高效栽培技术提供理论基础和指导。

缺钾胁迫下谷子转录组分析及相关基因挖掘

钾是作物生长不可缺少的元素,挖掘提高作物钾吸收能力的基因,增强作物对缺钾的耐受性具有重要的意义。以‘冀谷45’为供试材料,幼苗长至6叶期时进行缺钾胁迫7 d,通过农艺指标及转录组分析挖掘缺钾胁迫的相关基因。结果表明,缺钾胁迫影响谷子的生长发育,株高、叶宽、叶长、茎粗、苗期地上部干重及叶绿素含量低于CK,而根长、根表面积显著增加。转录组分析显示,缺钾胁迫后217个基因表达上调,38个基因表达下调。GO功能富集发现,差异表达基因主要富集于核糖体的结构成分、有机氮化合物代谢过程、蛋白质代谢过程、细胞蛋白质代谢过程、无膜细胞器等类别。KEGG功能富集结果表明,差异表达基因主要富集于核糖体、植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢等19个通路。进而筛选出35个与激素表达显著相关的基因,19个氧化应激相关差异表达基因,10个转录因子家族及11个与转导信号相关的基因,1个与氨基酸及核苷酸的糖代谢相关的基因。候选基因Seita.9G193900属于CYP45084A亚家族,调控S型木质素合成的关键酶;Seita.5G365500属于WRKY家族,调控抗病响应基因PAD3等基因的表达;Seita.3G216900是RNA聚合酶Ⅱ转录亚基37E相关介质——HSPA1s辅助蛋白;Seita.4G286000为几丁内质内切酶基因CHIB,调控糖的合成与酵解。以上结果初步揭示了谷子缺钾胁迫相关基因的转录调控,为谷子耐缺钾相关基因的克隆与功能验证奠定基础。

谷子秸秆水浸提液对5种作物种子萌发及幼苗生长的化感效应分析

从化感作用角度筛选适宜与谷子[Setaria italica(L.) Beauv.]进行间套轮作的农作物,为建立合理的谷子间套轮作体系提供参考依据。采用水提法制备谷子根、茎、叶浸提液,每种浸提液设4个浓度梯度(5、20、40、100 mg·mL^(-1)),以蒸馏水为对照(CK),研究谷子植株三部位浸提液对受体作物绿豆[Vigna radiate(L.)Wilczek]、红豆[Vigna angularis(Willd.) Ohwi et Ohashi]、玉米(Zea mays L.)、小麦(Triticum aestivum L.)和谷子种子萌发、幼苗生长的影响。结果表明,谷子根、茎、叶浸提液对受体作物种子发芽率和幼苗生长均有抑制作用,叶部浸提液抑制作用最强,根部浸提液的抑制作用最弱。随着浸提液浓度增加,其对受体种子的发芽率和幼苗鲜重、根长、芽长抑制作用加重。整体上看,谷子秸秆浸提液对5种作物种子萌发的抑制作用由小到大排序为绿豆<红豆<小麦<谷子<玉米。综合来看,绿豆更适宜与谷子进行间作、套作和轮作。

华北夏谷水肥优化管理综合评价

目前水肥优化管理的评价方法难以兼顾产量、经济效益、养分效率、灌溉产出等多项目标,为优化谷子种植水肥管理方案,采用L_(9)(3^(4))正交试验设计,在成熟期取样,测定谷子形态、生物量、产量、养分含量,分析养分收获指数、肥料偏生产力、灌溉产出和经济效益,运用变异系数法和模糊隶属函数法分别确定指标的权重和隶属度,综合评价谷子水肥优化管理。结果表明,在灌溉、氮、磷和钾肥等4个因素中,对产量影响程度排序为:灌溉>氮肥>钾肥,磷肥产量无显著影响。每生产100 kg籽粒产量,平均吸收1.90 kg氮、0.31 kg磷、0.55 kg钾。氮、磷、钾肥和灌溉具有协同效应:灌溉对谷子植株养分分配与累积影响达到极显著水平,氮、磷和钾肥协同影响谷子植株养分分配与累积,氮和钾肥对水分利用率也有显著影响。谷子水肥管理优化需以目标为导向,当以环境友好、资源高效、投入低廉为主要目标时,采纳SF1组合为宜,即水150 t·hm^(-2)·次^(-1),灌溉4次,氮肥150kg·hm^(-2),磷肥75 kg·hm^(-2),钾肥75 kg·hm^(-2),当以高产、高经济效益兼顾某单一资源高效利用为主要目标时,采纳SF9组合为宜,即水450 t·hm^(-2)·次^(-1),灌溉4次,氮肥300 kg·hm^(-2),磷肥150 kg·hm^(-2),钾肥75 kg·hm^(-2)。研究对谷子高效生产具有一定指导价值。

半干旱区‘冀谷31’微集水种植增产机理研究

以夏谷区主栽品种冀谷31为材料,通过测定微集水种植和露地栽培（对照）的农艺性状、经济性状、干物重、光合速率、叶面积系数、土壤水分含量、土壤温度和叶绿素含量,探讨武安市半干旱区微集水种植的增产机理,为该技术在半干旱夏谷区的推广应用提供科学依据。结果表明：微集水种植较对照增产16.28%,土壤水分含量在10～20 cm深度提高10%以上,膜内土壤温度最高升高2.4℃,净光合速率提高15.44%,叶面积指数提高11.5%,SPAD值提高10.07%。因此,微集水种植具有显著增产的作用,其生理机制在于：微集水种植起到了保墒升温作用,促进了植株的生长发育;提高了净光合速率和叶面积指数,促进了根茎叶穗的干物质积累;在此基础上单穗重、穗粒重、出谷率、亩穗数经济性状得到提高;后期提高了功能叶片的叶绿素含量,防止了早衰,减少了秕谷。因此将微集水种植作为半干旱地区谷子生产的主要方式之一具有科学依据,应积极进行推广。

谷子简化栽培增产的生理机制研究

以自育的抗拿捕净谷子新品种冀谷25抗系528-4及其不抗拿捕净同型姊妹系528-5为试验材料。通过测定简化栽培谷子—冀谷25化学处理、撮留苗及正常管理的全生育过程中的各器官的干物质、产量和除草效果,揭示简化栽培不仅能够化学间苗、化学除草,而且有一定增产作用的生理机制。试验结果表明:简化栽培除草效果可达到95%,同时比对照增产8.73%。其增产的生理机制在于:简化栽培处理提早间苗、除草,减少了杂草和多余谷苗的养分和空间竞争,起到了壮苗的作用;简化栽培的生物产量在拔节至抽穗、开花和灌浆至成熟两个关键阶段积累量高于对照,且增长快;简化栽培处理从苗期到拔节根系发育较好,为营养生长和生殖生长的较好发育奠定了良好基础。进入抽穗开花期后,茎秆生长达到峰值,停止伸长,其后下降较快,说明进入生殖生长期后简化栽培的处理物质转化比对照和撮留苗的处理多、快。简化栽培的叶面积在抽穗开花期达到最大后有一个较长的稳定期来进行高光效的光合作用,光合产物转入籽粒较多。在籽粒形成的高峰期灌浆至腊熟期,干物质积累量大,积累速度快,因此穗结实率较高。

高粱抗蚜虫SSR体系的建立

以抗蚜高粱———河农16为试材,采用单因素筛选的方法,摸索SSR反应体系中各个影响因素的浓度和用量,然后采用完全随机试验,进行优化组合,最终获得适宜高粱抗蚜虫基因定位的SSR体系。其中TaqDNA聚合酶0 3μL(5u μL),10×PCRBuffer(Mg2+)2 0μL,引物1 5μL(10μmol L),模板DNA60ng。利用该体系进行扩增,所得谱带清晰、稳定、非特异性带少。

两个谷子新不育系几个性状的配合力评价和遗传力分析

以谷10A和谷11A作为不育材料,以来自不同生态区的谷子品种作为恢复材料,采用不完全双列杂交方法分析了这两个新谷子不育系和不同生态区恢复系的配合力和遗传力,为选育不育系和选配强优组合提供依据。结果表明:①不育系谷10A的一般配合力较高,恢复系中一般配合力较高的有K1011、日朝谷、晋谷21、冀谷26、大同28、冀谷24。谷10A与锦谷14、大同28组合的特殊配合力较高;不育系谷11A的一般配合力虽然不高,但是其与日朝谷、冀谷26、K1011组合的特殊配合力较高。②遗传力分析表明:株高、产量、千粒重、穗长这些性状的遗传力在F1群体中较高,受环境影响较小,对这些性状进行选择是有效的;单穗重、穗直径、穗粒重、千粒重、产量的狭义遗传力较低,说明显性效应和上位性效应在F1群体中对这些性状有很大影响;而株高和穗长这两个性状在F1群体中主要是基因累加效应贡献大。

华北夏谷区优质高产谷子品种联合鉴定与评价

为筛选适宜冀鲁豫3省种植的优质高产谷子品种,在冀鲁豫3省设置5个试验点,对来自华北夏谷区6家谷子育种单位的15个谷子品种进行了联合鉴定与评价。结果表明：适宜冀鲁豫华北夏谷区种植的优质高产品种为豫谷18、冀谷36、豫谷20、冀谷37、H549（黄）、沧谷5号、衡谷13号、冀谷38,增产幅度9.76%~19%,增产显著。

微垄膜侧沟播对夏播谷子根系及产量的影响

针对夏播谷子80%以上种植于旱地、产量低而不稳的问题,采用随机区组设计,研究了微垄膜侧沟播对谷子根系生长发育和产量的影响,结果表明:微垄膜侧沟播对谷子根系的生长发育和产量具有显著的促进作用,微垄膜侧沟播的总根长、总表面积、总体积、根尖数、根直径均显著高于对照,分别较对照增加了14.63%、21.59%、31.59%、11.44%、12.39%。产量增加44.59%,产量与根长、总表面积、总体积、根尖数、根干物重、根直径具有显著的正相关关系,发达的根系是微垄膜侧沟播技术增产的根源。

饲草专用谷子品种冀草谷1号选育及栽培技术研究（英文）

[目的]解决生产上缺少饲草专用型谷子品种的问题。[方法]利用野生大谷莠子为原始材料，经多年多代的系统选育，育成饲用谷子品种冀草谷1号（S724）。[结果]冀草符1号具有如下突出特性：1、粗蛋白含量高。谷草粗蛋白含量高，品质检测结果表明，粗蛋白含量达9.81％；2、鲜草、干草产量高，专家田间检测平均鲜草产量58308．15kg/hm2，较对照饲草。2号（35763kg/m2）增产58.29％；干草产量15922.65kg／hm2较对照饲草2号（11548.05kg/hm2）增产37．88％；3、生物学特性，幼苗绿色，生育期122d，株高198．22cm．穗长23．65cm，茎叶比1．43，干鲜比37．86，种子产量3383．4kg／hm2；有分蘖．一般2-3个、[结论]该品种适宜在华北地区农闲田夏播或内蒙等地春播饲用，适合机械化收割加大椎广力度，可促进饲用谷子产业化开发。

施肥量和留苗密度对谷子杂交种张杂谷8号产量及主要农艺性状的影响

为解决部分谷子杂交种"库"、"源"失调,生育后期易脱肥,产量潜力得不到充分发挥的问题,以张杂谷8号为试验材料,采用裂区试验设计,其中,主处理为施肥量,设6个水平(拔节期沟施KCl150 kg/hm2+尿素75 kg/hm2,抽穗前沟施尿素150 kg/hm2;拔节期沟施KCl 150 kg/hm2+尿素75 kg/hm2,抽穗前沟施尿素225 kg/hm2;拔节期沟施KCl 150 kg/hm2+尿素75 kg/hm2,抽穗前沟施尿素300 kg/hm2;拔节期沟施KCl 225 kg/hm2+尿素150 kg/hm2,抽穗前沟施尿素150 kg/hm2;拔节期沟施KCl 225 kg/hm2+尿素150 kg/hm2,抽穗前沟施尿素225 kg/hm2;拔节期沟施KCl 225 kg/hm2+尿素150 kg/hm2,抽穗前沟施尿素300 kg/hm2);副处理为留苗密度,设5个水平(22.50万株/hm2、26.25万株/hm2、30.00万株/hm2、33.75万株/hm2、37.50万株/hm2)。研究不同施肥量与留苗密度对张杂谷8号主要农艺性状和产量的影响,旨为建立谷子杂交种夏播高产栽培技术体系奠定基础。结果表明:施肥量对穗长和穗直径有显著影响,对产量有极显著影响,对株高和单位面积穗数影响不大;留苗密度对穗长、穗直径、单位面积穗数和产量有极显著影响,对株高影响不大。在相同密度条件下,随着施肥量的增加,谷子穗长、穗直径和产量增加;在相同施肥量条件下,随着留苗密度的增加,穗长和穗直径减小,单位面积穗数和产量增加,其中密度在30.00万～37.50万株/hm2范围内对产量影响不显著。综合施肥和密度互作试验产量结果,认为在冀中南夏播最利于发挥张杂谷8号产量潜力的栽培方式为:在30.00万～37.50万株/hm2留苗密度下,拔节期施KCl225 kg/hm2+尿素150 kg/hm2、抽穗前施尿素225 kg/hm2。

谷子农机农艺结合生产技术规程（英文）

针对目前谷子生产农机农艺不配套造成的生产效率低、损失率大、产量低等问题,河北省农林科学院谷子研究所将地膜覆盖技术和机械化生产技术进行集成,形成了谷子农机农艺结合生产技术;并对其中的生产整地、施肥、品种选择、播种、中耕施肥、收获等环节进行技术规范,促进农机与农艺的配套,提高谷子机械化、生产化水平,力争达到轻简化生产,节约劳动力成本,预期推广前景广阔。

栽培方式对简化栽培品种冀谷25生长发育的影响

以河北省农林科学院谷子研究所自育的抗拿捕净谷子新品种冀谷25抗系528-4及其不抗拿捕净同型姊妹系528-5为试验材料,通过测定简化栽培谷子新品种冀谷25化学处理、撮留苗以及正常管理的全生育过程中的农艺性状指标,揭示不同栽培方式对冀谷25生长发育的影响。结果表明:简化栽培不仅能够化学间苗和除草,而且对冀谷25根、茎、叶和穗部的生长发育起到了很大的促进作用。简化栽培除草效果可达到95.43%,产量较对照增加8.73%。

谷子新品种冀谷35及其轻简化配套栽培技术

冀谷35是河北省农林科学院谷子研究所以抗拿捕净育种材料K359为母本、抗咪唑乙烟酸育种材料M4-1为父本,采用非转基因的远缘杂交方法育成的兼抗咪唑乙烟酸和拿捕净除草剂的谷子新品种,是国内外第1个兼抗咪唑乙烟酸和拿捕净2种除草剂的谷子新品种,2015年1月通过全国谷子品种鉴定委员会鉴定（国品鉴谷2015002）。因其能通过化学间苗、化学除草实现简化栽培,又称懒谷4号。

优质简化栽培谷子新品种冀谷31

谷子生产一直以来依赖人工间苗、人工除草,不仅劳动繁重,而且极易发生苗荒草荒,导致严重减产甚至绝收,这种落后的生产方式不适合现代农业的要求,成为制约谷子规模化、产业化生产的瓶颈难题。

矮壮素和缩节胺对谷子杂交种生长发育和产量的调控效应

以谷子杂交种张杂谷11为试材，采用随机区组试验设计，以喷施清水为对照，研究了50％矮壮素溶液喷施浓度2．0、3．0、4．0 mL／L以及25％缩节胺溶液喷施浓度2．0、2．5、3．0 mL／L对谷子杂交种生长发育、产量和光合作用的影响。结果表明：喷施矮壮素可降低谷子株高，提高鞘茎粗、生物产量、单位面积穗数、穗重、穗粒重和出谷率，增强植株抗倒性，增加谷子灌浆期叶片净光合速率、叶面积系数以及乳熟期功能叶片的叶绿素含量，且增产效果显著，适宜施用浓度为2．0～3．0 mL／L；缩节胺具有矮化植株，提高单位面积穗数和产量的调控效应，适宜施用浓度为2．5 mL／L；矮壮素对促进谷子植株生长发育和增加产量的调控效应优于缩节胺。

不同剂量40%乙烯利对谷子催熟增产效应的研究

以河北省主推谷子品种冀谷31为研究对象,设置5个不同的40%乙烯利剂量梯度(1 200、1 500、1 800、2 250和3 000 mL/hm2),在乳熟期喷施,分析了不同剂量40%乙烯利对谷子催熟和增产效果的影响。结果表明:40%乙烯利对谷子具有催熟和增产作用,随着喷施剂量的增大,单穗重、穗粒重、出谷率和产量均大致呈抛物线型的变化趋势,谷草含水量和叶绿素含量均大致呈直线型下降的变化趋势。40%乙烯利用于谷子催熟增产的最适宜剂量为2 250 mL/hm2,不仅对谷子叶片失绿和植株失水的催熟效果较好,且产量最高。本研究为乙烯利应用于配合谷子联合收割机收获奠定了理论基础。

糯质白米谷子新品种冀谷30的选育研究

为推动谷子产业化发展和满足市场多元化需求,河北省农林科学院谷子研究所采用目标性状基因库育种法育成了国内外第1个糯质白米谷子新品种冀谷30。该品种2008年通过了全国谷子品种鉴定委员会鉴定。其突出特点是:(1)将糯质与白米性状聚合到一起,填补了以前生产上没有糯质白米谷子品种的空白,其支链淀粉含量达97.67%,较河北省农林科学院谷子研究所以前育成的糯质黄米谷子品种粘谷1号(支链淀粉含量95.33%)高2.45%;(2)米面均粘,改变了以前糯质谷子品种面粘而米不粘的状况;(3)产量达到了生产应用水平,国家区试产量与高产对照豫谷5号基本持平。

不同粒色谷子品系的鸟害程度研究

针对目前谷子生产上鸟害严重的问题,以褐粒谷子品系冀谷31和冀谷19为试验材料,以黄粒品系和红粒品系为对照,测定了不同粒色谷子品系鸟害的产量损失率和鸟饲食用率。结果表明:褐粒谷子品系冀谷31和冀谷19的产量损失率和鸟饲食用率均极显著<黄粒品系和红粒品系。证实了褐粒谷子品系冀谷31和冀谷19具有明显的鸟害轻的特点,其鸟害轻的主要原因在于粒色。本研究结果可为抗鸟害谷子品种的选育研究提供参考。