荞麦品质育种与高效栽培专题

主持人语荞麦是我国传统的药食两用作物,也是我国土壤贫瘠区、干旱少雨区、冷凉高寒地区的重要粮食作物和农民的主要经济来源,在维护粮食安全、区域稳定、民族团结等方面发挥着重要作用.研究表明,荞麦不仅营养丰富,还富含其他谷物所不具有的芦丁等生物活性物质,对“三高”等多种慢性病有良好的预防和辅助治疗作用,因此近年来荞麦成为广受人们青睐的功能性食品.但是,与主要作物相比,目前荞麦的育种和栽培工作仍以传统模式为主,各种新技术、新方法的应用还显得不足,阻碍了荞麦产业的进一步发展.

基于无人机多光谱的荞麦产量估测研究

荞麦是一种重要的药食兼用作物,传统的产量估测方法往往耗时长且效率较低.无人机多光谱技术可以快速获取植被信息,提高产量估测的效率.以无人机搭载高光谱仪作为遥感技术平台,利用4个荞麦品种3个不同生育时期的多光谱图像,建立了估算荞麦产量的监测模型.结果表明:不同发育苗期作物指数和作物实测产量的相关性均较高,苗期的NDI以及VARI与甜荞2号实测产量的相关性最高.综合考虑,选择苗期建模,甜荞选择作物指数VARI,建立的监测模型(y=1.2694 x+0.351,R^(2)=0.675)最佳;苦荞选择作物指数GNDVI,建立的监测模型(y=6.5459 x-1.604,R^(2)=0.567)最佳.该模型可为荞麦产量遥感监测提供技术支撑.

苦荞EMS突变体库的构建及SCoT标记筛选分析

苦荞属于蓼科荞麦属1年生草本植物,药食两用,营养价值丰富.该研究以苦荞测序品种“品苦1号”为试验材料,利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变技术构建苦荞突变体库,并利用形态观察及目标起始密码子多态性(SCoT)分子标记对突变体进行了筛选分析,主要研究结果为:(1) 0.6%EMS处理12 h为“品苦1号”最佳诱变处理;(2)构建了包含966个株系的苦荞突变体库,M2代11个主要农艺性状主成分分析得到包括籽粒大小因子、籽粒形状因子、植株产量因子、植株表型因子的4大主成分因子;聚类分析将M2代群体按农艺性状的差异分为4大类;(3)利用26条SCoT引物对“品苦1号”诱变M2代群体进行PCR扩增,共得到263条清晰稳定的条带;诱变M2代与野生型之间的遗传距离在0.003 8~0.324 5之间,其中PKM2-803和对照“品苦1号”(CK)间的遗传距离最大,PKM2-097和CK间的遗传距离最小;聚类分析将966份材料分为4大类,与表型分类相似,表明EMS诱变导致苦荞在表型性状及DNA分子水平均发生了变异.

不同种植模式对重庆荞麦产量和发育的影响

荞麦是我国传统的药食两用作物,具有丰富的营养价值和独特的保健作用.近年来,荞麦在重庆地区广泛种植,但其与不同作物轮作的种植模式对荞麦生长和生物特性的影响鲜有报道.本试验以荞麦大豆轮作(A1)、荞麦连作(A2)和荞麦小麦轮作(A3)为主区处理,以酉荞2号(YQ2,B1)、乌克兰大粒荞(W,B2)、酉荞1号(YQ1,B3)和九江苦荞(J,B4)4种不同荞麦品种为裂区处理,在重庆市北碚区进行了为期3年的定位试验,以研究不同种植模式对荞麦产量构成、植株形态和根系指标的影响,主要研究结果为:①荞麦大豆轮作下荞麦籽粒产量高于荞麦小麦轮作处理,高于荞麦连作处理,且轮作使荞麦的单株粒数增加,单株粒重增大,千粒重也随之增加.②同一生育时期,各荞麦品种在轮作模式下荞麦株高、地上部鲜质量和干质量获得最大值.相比于连作,轮作促进荞麦的增高、地上部鲜质量和干质量的增加.③荞麦轮作处理下的根系生物量的积累速率、根平均直径、总根长、总根体积、总根表面积和根尖数均高于连作处理,且在荞麦大豆轮作下能获得最大值.综上,在本试验条件下,荞麦大豆轮作模式有利于促进荞麦生长,提高荞麦产量,适合在重庆地区推广.

硅肥和纳米土墒材料配施对苦荞倒伏的影响

硅为地壳中含量第二丰富的元素,其作为肥料施用,对农作物增产具有十分显著的效果.选取苦荞品种酉荞一号作为试验材料,于2019年与2020年进行重复试验,采用随机区组试验设计,设置4个硅肥水平,0(A1)、30 kg/hm^(2)(A2)、60 kg/hm^(2)(A3)和90 kg/hm^(2)(A4)以及3个纳米土墒材料水平,0(B1)、75 kg/hm^(2)(B2)和150 kg/hm^(2)(B3).通过配施不同水平的硅肥和纳米土墒材料,研究其对苦荞倒伏表现、产量及茎秆生理特性的影响,结果表明:①合理配施硅肥和纳米土墒材料可以延后倒伏时期,明显降低苦荞倒伏率和倒伏级别;②施用硅肥和纳米土墒材料可以显著提高苦荞的产量,并且配施硅肥与纳米土墒材料的处理产量提升更为显著,与对照A1B1相比,A3B2处理产量提高了109.82%;③施用硅肥和纳米土墒材料可以提高苦荞茎秆抗折力,显著降低倒伏指数,提高茎秆强度,并且配施硅肥与纳米土墒材料的效果更为显著且稳定;④施用硅肥和纳米土墒材料一定程度上可以降低苦荞重心高、第二节间长度、株高和增加第二节间直径、茎壁厚度、节间充实度,且配施硅肥与纳米土墒材料效果更优;⑤硅肥和纳米土墒材料适当单施或者两者配施有利于苦荞茎秆中硅、木质素、纤维素、半纤维素的积累,从而增强茎秆韧性,降低倒伏的发生,且配施硅肥与纳米土墒材料提升效果优于单施.本试验条件下,配施60 kg/hm^(2)硅肥与75 kg/hm^(2)纳米土墒材料效果最佳,能够有效优化苦荞的茎秆结构,降低倒伏的发生,提高苦荞产量.

苦荞种质资源芦丁含量与SSR标记关联分析

芦丁是一种黄酮类化合物,具有强化血管、抗氧化等生物活性.苦荞籽粒富含芦丁,是重要的药食兼用作物.了解和研究苦荞芦丁含量的遗传规律,开发与苦荞籽粒芦丁含量相关的分子标记对选育高芦丁苦荞种质具有重要意义.本研究以263个苦荞种质资源为材料,检测并统计分析芦丁含量,263个种质籽粒芦丁含量的变幅为0.46%~1.43%,变异系数为21.64%,利用实验室已有的77对SSR标记检测结果,聚类分析将263份苦荞资源分为3个类群,群体结构分析将263份种质划分为3个亚群.亲缘关系分析结果说明材料间亲缘关系较远,对关联分析影响较小.GLM和MLM模型的p值QQ plot图显示两个模型都适用于263份苦荞资源的芦丁关联分析,结果表明:TatG0085,TatG0131,TatG0155,TatG0156,TatG0164,TatG0187,TatG0188,S6763,SWU_Ft029,SWU_Ft177,SWU_Ft394,SWU_Ft420这12对SSR标记与苦荞芦丁含量显著关联,其中TatG0164和SWU_Ft394在两个模型中均与芦丁含量呈显著性关联,与前人研究相比,8个标记可能存在一因多效的功能.该研究结果可以为分子标记辅助选择高芦丁苦荞种质资源及苦荞芦丁含量重要功能基因挖掘提供重要科学依据.

黑皮绿子叶大豆新品种西豆5号的选育

大豆新品种西豆5号是用西豆3号为母本,普通黑豆为父本,通过有性杂交和回交方法,经过8年8代选育而成的高产特色大豆新品种.2002～2003年重庆市区试单产138.2 kg/667 m2,与重庆主推大豆品种渝豆1号（对照）产量相当,较一般黑大豆品种增产30%以上.生育期适中、耐旱性强、外观色泽好、商品价值高、适应性强.2005年通过重庆市农作物品种审定委员会审定,定名西豆5号,适宜重庆市范围及相同生态区推广.

外源ABA对稻米外观品质的影响分析

在水稻齐穗期进行外源ABA处理,以探索ABA对水稻稻米外观品质的影响。结果表明:在水稻齐穗期,叶面喷施外源ABA溶液,对米粒的粒长、粒型、垩白粒率、透明度等稻米的外观品质有所改良,使稻米的商品品质得以提高。

重庆市春大豆品种在不同播季性状相关性分析

以重庆市10个春大豆品种为材料,通过分季播种,研究了各主要农艺性状在春播、夏播和秋播间的相关关系。结果表明:春大豆农艺性状如营养生长期、株高、主茎分枝数等在春播和夏播条件下存在显著或极显著相关;主茎分枝数、单株产量、营养生长期、百粒重在春播和秋播条件下存在显著或极显著相关;表明在夏播、秋播条件下进行春大豆育种对这些主要农艺性状的选择效果较好,而对其他性状的选择效果不佳。

外源ABA对稻米蒸煮品质的影响分析

于水稻齐穗期进行外源ABA处理,以探索ABA对稻米蒸煮品质的影响。结果表明:水稻齐穗后,叶面喷施外源ABA溶液,稻米的蒸煮品质有一定改良,使稻米的商品品质有所提高。

黑皮大豆新品种“西豆5号”

黑皮大豆新品种“西豆5号”生育期适中、耐旱性强、外观色泽好、商品价值高、适应性强，2005年通过重庆市农作物品种审定委员会审定。

黑皮绿子叶大豆新品种西豆5号的选育

根据重庆市“退三、进四、改六”的粮油结构调整的总体目标，发展优质特色大豆良种对于实施农业产业化、促进广大农民增收、改良培肥土壤．发展生态农业、持续农业，改善人们食物结构等方面具有十分重要的意义。因此，选育、推广适合重庆市种植的特色高产大豆成为重庆市大豆育种的一个重要方向。

荞麦茎秆解剖结构和木质素代谢及其与抗倒性的关系

以抗倒伏能力不同的4个荞麦品种研究表明,荞麦茎秆抗倒伏能力与茎秆解剖结构和木质素代谢密切相关。倒伏率与茎秆抗折力参数(r=–0.907,P<0.01)、木质素含量(r=–0.844,P<0.01)、机械组织厚度(r=–0.881,P<0.01)、茎壁厚度(r=–0.947,P<0.01)、维管束面积(r=–0.846,P<0.01)、机械组织层数(r=–0.806,P<0.05)和大维管束数目(r=–0.709,P<0.05)呈显著负相关,而与倒伏指数(r=0.842,P<0.01)呈显著正相关。木质素含量与苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(r=0.984,P<0.01)、4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)活性(r=0.927,P<0.01)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性(r=0.862,P<0.01)呈显著正相关。茎秆木质素含量、机械组织层数、机械组织厚度、茎壁厚度、大维管束数目和维管束面积可以作为荞麦茎秆抗倒伏能力的重要评价指标。茎秆木质素含量高、机械组织层数多、机械组织和茎壁厚、大维管束数目多且维管束面积大的荞麦品种,其茎秆抗折力参数大、倒伏指数小、抗倒伏能力强。

不同抗倒性甜荞茎秆木质素合成关键酶基因的表达分析

【目的】测定不同抗倒伏能力甜荞品种在不同时期的茎秆木质素含量及其相关合成酶基因表达量,探讨甜荞茎秆木质素合成积累的关键时期及其关键酶基因,为甜荞抗倒伏育种提供理论依据。【方法】用简并引物扩增得到基因CAD、CCR、F5H、COMT和CCOAOMT的部分CDS序列,在NCBI数据库中进行比对分析;用紫外分光光度法测定4个不同抗倒性甜荞品种在分枝期、盛花期和乳熟期茎秆基部第2节间木质素含量;用荧光定量PCR(q RT-PCR)方法分析木质素合成途径中9个相关基因PAL、4CL、C4H、C3H、CAD、CCR、F5H、COMT和CCOAOMT的表达,用2-△△CT法计算其相对表达量。用Microsoft Excel 2003整理数据和作图,用SPSS 19软件进行方差分析和相关性分析。【结果】扩增得到CAD、CCR、F5H、COMT和CCOAOMT的CDS序列可用于设计后续荧光定量引物。甜荞茎秆木质素含量从分枝期到乳熟期逐渐增加,不同抗倒性品种间,高抗倒伏品种木质素含量在各个时期均显著高于易倒伏品种。基因PAL、4CL、C4H和CCR表达量在品种间和时期间均差异显著或极显著,CCOAOMT在品种间不显著,时期间显著,F5H在品种间差异显著,时期间不显著,C3H、CAD和COMT在品种和时期间差异均不显著。从分枝期到乳熟期,各品种的PAL、4CL、C4H、CAD、CCOAOMT、F5H和CCR表达量均先增后减,在盛花期达最大值,高抗倒伏品种表达量显著高于易倒伏品种;从分枝期到盛花期COMT表达量逐渐下降,易倒伏品种表达量显著高于高抗倒伏品种,乳熟期高抗倒伏品种显著高于易倒伏品种;从分枝期到乳熟期C3H表达量无明显变化规律。木质素含量与PAL、4CL、C4H、CCOAOMT、CAD和CCR基因表达量呈显著正相关,与C3H呈负相关,与COMT在分枝期和盛花期呈负相关,乳熟期呈正相关,与F5H呈正相关。【结论】木质素含量与甜荞茎秆倒伏密切相关,抗倒伏能力强的甜荞品种其茎秆木质素含量高;盛花期是甜荞茎秆木质素合成积累的关键时期;PAL、4CL、C4H、CAD、CCOAOMT和CCR是甜荞茎秆木质素合成的关键酶基因。

播期、施肥量和种植密度对糯小麦‘1718WX’的品质、产量及产量构成因素的影响

为探明糯小麦‘1718WX’在重庆地区的高产栽培技术,采用三因素裂-裂区试验,研究不同播期、施肥量和种植密度对糯小麦产量和品质的影响.结果表明,产量随着播期的推迟呈先增加后下降的趋势,随施肥量、种植密度的增加先增加后下降,播期、施肥量和种植密度对产量的影响均达到极显著水平.播期对株高、单穗粒数和有效穗数的影响达到极显著,对千粒质量影响达到显著;施肥量对单穗粒数影响不显著,对其他主要农艺性状的影响达到显著或极显著;种植密度对千粒质量和有效穗数影响达到显著,对株高和单穗粒数影响不显著.品质性状方面,蛋白质和面筋含量随着播期的推迟而增加,随着施肥量的增加而增加,种植密度对品质性状无显著影响.在本试验条件下,A2B2C2处理组合符合糯小麦高产优质栽培措施,即以播期11月5日,施肥量300kg/hm2,种植密度1.80×106苗/hm2为宜.

基于卷积神经网络结合图像处理技术的荞麦病害识别

荞麦病害的发生极大地影响了荞麦的品质和产量,对病害的监测是确保荞麦产业健康发展的重要措施。该研究利用深度学习中卷积神经网络的多层特征提取方式,对荞麦病害的特征进行抽取,然后根据特征进行分类,最终实现对荞麦病害的判别。首先采用一种最大稳定极值区域(MSER,Maximally Stable Extremal Regions)和卷积神经网络(CNN,ConvolutionalNeuralNetwork)结合的方法对荞麦发病区域进行检测,实现了病害区域与非病害区域的分离,准确定位病灶位置;然后在传统卷积神经网络框架上,通过提升网络宽度,约束参数量,加入了两级inception结构,对成像环境复杂,低质量荞麦图像准确地进行特征抽取。同时,为了降低采样过程中光照的影响,采用基于余弦相似度的卷积代替传统的卷积运算,对于光照不均的荞麦叶片也能够进行较好的病害识别。最后,为了验证该研究所提方法的有效性,建立一个包含8种荞麦病害图像的数据集,结果表明采用MSER和CNN结合的区域检测与两级inception识别框架的方法,对于荞麦是否发病判别的精确率、召回率、以及精确率和召回率加权调和平均值分别达到了97.54%,96.38%,97.82%;对于具体病害的识别其均值为84.86%,85.78%,85.40%。该方法在识别精度和速度方面具有良好的性能,为实现荞麦病害的自动识别提供了重要的技术支持。

不同荞麦品种抗倒伏能力与根系及茎秆性状的关系

以抗倒性不同的2个荞麦品种为材料,观测了不同时期根系和茎秆性状指标以及茎秆抗折力参数和倒伏指数的变化,探讨抗倒伏能力与根系及茎秆性状的关系.不同荞麦品种间倒伏指数和茎秆抗折力参数存在差异;在根系性状中,倒伏指数与根粗呈极显著负相关(r=-0.999,p<0.01),与侧根数目和根系干鲜比呈显著负相关(r=-0.985,-0.988,p<0.05),而与主根长呈极显著正相关(r=0.999,p<0.01),与根体积和最长侧根长呈不显著的正相关(r=0.918,0.842,p>0.05);在茎秆性状中,倒伏指数与茎秆质量呈显著负相关(r=-0.973,p<0.05),与第1节间长呈极显著正相关(r=0.999,p<0.01),而与根冠比和第1节间粗呈不显著的负相关(r=-0.827,-0.855,p>0.05).研究表明:根系粗壮,根系干鲜比大,侧根数目多,茎秆质量大,茎秆第1节间长度较短的荞麦品种,其倒伏指数小,茎秆抗折力参数大,抗倒伏能力强.

不同播期、播种量和施肥量对甜荞信农1号春播产量及农艺性状的影响

为探明适合重庆地区春播种植甜荞的栽培技术,以信农1号为材料,采用3种播期(主区)、3种播种量(裂区)和3种施肥量(再裂区)的3因素裂-裂区试验,研究不同播期、播种量和施肥量对甜荞产量及主要农艺性状的影响。结果表明,播期对产量和千粒重有极显著影响,对株高有显著影响,对主茎节数、分枝数、单株粒数、单株粒重无显著影响;播种量对产量有显著影响,对主要农艺性状的影响不显著;施肥量对产量、株高、主茎节数、分枝数、单株粒数、单株粒重有极显著影响,对千粒重影响不显著。对产量与主要农艺性状的相关性分析表明,产量与株高、分枝数、单株粒数、单株粒重呈极显著正相关,与主茎节数呈显著正相关,而与千粒重呈不显著的正相关。在重庆地区春播种植甜荞时,以播期为3月5日,播种量为67.5kg/hm2,施肥量为225kg/hm2较好。

甜荞株高和茎粗的遗传分析

甜荞极易倒伏,而株高和茎粗是影响甜荞倒伏的重要性状。以高秆健壮品种酉荞2号和矮秆纤细品种乌克兰大粒荞为亲本配制正、反交组合,P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2群体株高和茎粗的遗传分析表明,株高和茎粗的最适遗传模型均为2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型。株高正交组合中2对主基因加性效应均为-1.39,显性效应分别为-6.59和-7.91,B_1、B_2和F_2群体主基因遗传率分别是45.73%、63.49%和81.12%,多基因遗传率分别是27.41%、0.95%和0;反交组合中2对主基因加性效应值均为-1.63,显性效应分别为-7.03和-4.19,B_1、B_2和F_2群体中主基因遗传率是41.51%、66.18%和81.81%,多基因遗传率分别是11.19%、0和0。茎粗正交组合中2对主基因加性效应均为0.03,显性效应分别为-0.50和-0.08,B_1、B_2和F_2群体中主基因遗传率分别是37.26%、48.80%和72.10%,多基因遗传率分别是11.18%、0和0;反交组合中2对主基因加性效应均为-0.15,显性效应分别为-0.30和-0.16,B_1、B_2和F_2群体中主基因遗传率是76.22%、47.12%和82.51%,多基因遗传率分别为0、14.53%和0。可见,株高的主基因+多基因遗传率在80%以上,可在低世代进行选择;茎粗的主基因+多基因遗传率在80%以下,采取合理的栽培措施可以提高荞麦抗倒伏能力。