种子休眠与萌发调控的研究进展

休眠使植物种子能够为萌发安排时间,直到环境条件变得有利于幼苗的存活与生长。种子的休眠特性具有重要的生态适应性意义和显著的农业价值。植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)是种子休眠与萌发的关键因素,处于休眠状态的成熟种子含有高水平的ABA和低水平的GA;ABA诱导和维持种子休眠,而GA拮抗ABA的作用和促进种子萌发。萌发延迟-1 (DOG1)是种子休眠的主要调控因子,与ABA协同作用延迟萌发。DOG1通过与PP2C ABA过敏感萌发(AHG1/AHG3)结合以增强ABA的信号转导,以及抑制AHG1的作用以增加ABA的敏感性和强加种子休眠。印记基因在受精前后受到表观遗传机制的调控,与种子休眠的建立与释放密切相关。近年来,种子休眠的调控研究取得了显著的进展。本文综述了植物激素ABA和GA对种子休眠与萌发的控制, DOG1调控种子休眠的作用机制,以及种子休眠与萌发的表观遗传调控,并提出了在本领域需要进一步研究的科学问题,以期为深入理解种子休眠与萌发的分子机制、抗穗萌发育种以及促进休眠种子的萌发提供参考。

22个芍药品种种籽功能性成分分析

以22个芍药品种为试验材料,探究其出仁率、出油率以及种籽中籽油、籽粕和种皮中的功能性成分和含量。结果表明,通过超临界流体萃取仪提取芍药籽油,测得参试品种出油率为15.96%~26.62%,平均为22.12%;经气相色谱-质谱联用仪分析表明,参试芍药籽油中的脂肪酸主要为油酸、亚麻酸、亚油酸、硬脂酸、棕榈酸等,籽油中的总不饱和脂肪酸超过85%,营养价值和保健功能较高,具有开发利用的潜力;芍药籽油榨取后副产物籽粕中总黄酮、芍药苷和粗蛋白的含量分别为7.78 mg/g、24.85 mg/g和16.92%,种皮中总黄酮和白藜芦醇的含量分别为107.30和3.11 mg/g。综上所述,籽粕和种皮既可作为功能性营养保健品的原料开发利用,也可作为新型高营养饲料使用,表明芍药具有较高的综合利用潜力,能够为相关产业的发展提供重要参考。

气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics,Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。

不同成熟期对花椰菜种子活力及相关生理生化指标的影响

花椰菜种子收获时常依据经验进行,易导致采收时期不当,对种子质量造成较大的影响。为研究花椰菜杂交种子成熟期与种子活力的关系,确定适宜的种子收获期,本研究以花椰菜品种瓯松60天为材料,分析了授粉后40、45、50、55、60、65 d不同成熟期种子物理性状、种子活力和抗氧化酶活性等指标变化。结果表明,随着种子成熟期延长,种子含水量、鲜种子千粒重呈降低趋势,种子浸泡液电导率和丙二醛(MDA)含量先降低后趋于稳定,规定水分千粒重、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、发芽率、发芽势、活力指数、苗高、根长先增加后趋于稳定。不同授粉后天数之间比较结果表明,授粉后55、60、65 d,活力指数、苗高和根长差异不显著,但均显著高于50 d;规定水分千粒重、SOD活性、POD活性、MDA含量、电导率在授粉后55 d趋于稳定。回归分析结果表明,活力指数与鲜种子千粒重、种子含水量、MDA含量、电导率显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)线性负相关,与SOD和POD活性极显著线性正相关(P<0.01)。活力指数、SOD活性、POD活性、MDA含量、电导率与种子发育天数符合二项式函数变化:y_(活力指数)=-0.131x2+16.957x-344.480,y_(SOD活性)=-0.020x2+2.668x-10.420,y_(POD活性)=-0.112x2+14.417x-368.610,y_(MDA含量)=0.113x2-13.771x+433.780,y_(电导率)=0.088x2-10.319x+338.680,达显著或极显著水平,可用来预测不同发育天数种子的活力、保护酶清除活性氧自由基能力和细胞膜结构的完整性。综上,授粉后55 d,瓯松60天种子已达可采收程度,发芽率98%,规定水分千粒重4.364 g,种子活力和种子生理也趋于稳定,且对幼苗生长没有影响,还可降低种子易落粒损失风险。本研究结果为花椰菜杂交种子适时采收提供了理论依据。

交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75°时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120、150和180 kg/hm~2时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。

小区播种机锥体投种器分种均匀性的试验研究

为了提高小区播种机锥体分种器分种均匀性和自动化水平,解决传统小区播种机作业时分种不均匀、人工投种作业强度大、投种器水平度难以持续稳定调节等问题,设计了一种基于现有手动调节水平的自动调平投种装置。首先,为确保投种器分种均匀性与作业的稳定性,对投种器的结构进行设计;然后,对种子的落种过程进行理论分析,确定了关键部件结构;最后,利用SPSS25.0软件设计三因素三水平试验,分析了影响投种器分种均匀性的主要因素,结果表明:各因素对投种器分种均匀性影响程度的主次顺序为锥体角度、导种管直径、漏斗口直径。最优参数条件下分种时,投种器分种均匀性较好,能够满足小区播种机投种器分种作业的需求。研究结果可为小区播种机分种均匀性问题的深入研究提供参考。

甘蔗健康种苗双芽段槽带式种植机排种性能优化研究

甘蔗健康种苗种植技术是提高单产水平和品质、降低生产成本的有效措施之一,而目前国内甘蔗种植装备不成熟,直接限制了这一技术的推广和应用。为此,以有序排列的甘蔗健康种苗双芽段蔗种为研究对象,对团队研发的2CZD-2A型半自动双芽甘蔗种植机排种性能进行优化,设计了高频电磁振动自动喂入器与仿形排种同步驱动器。利用Solid Edge ST5三维软件建模进行仿真分析,建立试验台进行多因素正交组合试验,采集数据并利用SPSS进行处理建立回归方程,运用Design Expert绘制响应曲面,分析因素之间交互作用,利用MatLab进行参数优化,最终进行田间试验验证。研究结果表明:同步驱动机构增加了排种均匀度,当带轮转速为10r/s、振动幅度为18.5mm、行进速度为0.65m/s时,排种均匀度达到94.18%,与优化结果偏差小于5%,满足设计要求;高频振动与动力源振动无干涉,验证了振动器梳理方案的可行性,可为全自动种植机的研发提供参考。

不同产地文冠果籽特性及其籽油理化指标差异分析

目的研究不同产地文冠果种子特性及籽油的脂肪酸组成。方法从全国11个省(区)收集21份文冠果材料,对其形态特征和种仁含油率等指标进行测定,进一步采用CO_(2)超临界萃取技术提取文冠果籽油,利用气相色谱-质谱法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)检测其脂肪酸组成及相对含量。结果不同产地文冠果种子的横径和纵径差异不大,但千粒重、种仁重和种仁出油率有显著差异。其中,山东省临沂市所产的文冠果种仁含油量为最高,达50.49%。文冠果籽油中共检测出棕榈酸、亚油酸、油酸、硬脂酸、二十碳一烯酸、芥酸和神经酸7种脂肪酸。不同产地籽油中单不饱和脂肪酸含量在35.06%~55.96%之间,多不饱和脂肪酸在32.60%~64.64%之间,不饱和脂肪酸含量差异显著。结论文冠果籽油中不饱和脂肪酸含量较高,还含有少见的功能性神经酸,是营养价值很高的一种木本油料作物。综合分析种子形态和脂肪酸组成,发现内蒙古赤峰和山东临沂地区的文冠果种子千粒重、种仁出油率和不饱和脂肪酸含量高于其他地区,品质较优。

离心式高速玉米精量排种器T形槽型孔设计与试验

针对离心式高速玉米精量排种器双粒种子并排填充导致重播严重的问题,该研究提出利用型孔槽对称凸台结构降低玉米种子并排填充概率的方法,设计了一种T形槽型孔。通过构建充种阶段玉米种子的力学模型,并结合玉米种子的形状特征确定了T形槽型孔基本结构参数。借助EDEM离散元仿真软件,以型孔槽前端长度、型孔槽后端面倾斜角以及型孔槽底部倾斜角为因素,以合格指数、重播指数与漏播指数为评价指标,设计二次正交旋转回归组合仿真试验。仿真试验结果表明:在作业速度18 km/h条件下,型孔槽前端长度为9.31 mm,型孔槽后端面倾斜角为43.37°与型孔槽底部倾斜角为70.5°时,排种质量最优,排种合格指数、重播指数与漏播指数分别为94.03%、1.72%与4.25%。台架验证试验结果表明:作业速度为15 km/h时,T形槽型孔的合格指数最高为95.16%,在此作业速度下,排种器的重播指数为1.42%,漏播指数为3.42%,满足高速精量播种要求;作业速度在12~21 km/h内时,T形槽型孔的平均合格指数为94.77%,相较于矩形槽型孔提升了3.13个百分点,相较于蹄型槽型孔提升了1.80个百分点,T形槽型孔的平均重播指数为2.06%,相较于矩形槽型孔降低了3.41个百分点,相较于蹄型槽型孔降低了2.49个百分点。该研究可为离心式高速玉米精量排种器优化提供参考。

关于吉林省直播稻育种的几点思考

因直播稻与移栽稻的播期及栽培措施等存在不同,两者在抽穗期、产量及产量构成因素等诸多农艺性状上均存在显著差异。为更好提升直播稻产量并培育直播配套品种,笔者从直播稻的生育期及物候期、种子应具备的特征特性、产量结构及品种农艺性状、品种抗性、育种体系等方面提出几点思考。

玉米种子真空冷冻干燥微观实验研究及模型分析

目的 探究真空冷冻干燥技术对玉米种子的影响。方法 基于光学显微镜成像及真空冷冻干燥技术探究各冻干条件(冻结终温、升华干燥温度、解析干燥温度)对玉米种子细胞微观结构的影响。对比分析细胞形态学参数(当量直径、周长、面积、圆度)和含水率的变化规律,建立真空冷冻干燥条件与细胞形态学参数变化率之间关联的数学拟合模型。结果 细胞形态学参数变化率和含水率与冻结终温呈负相关趋势,随升华干燥和解析干燥温度的升高呈现先减少后增大的趋势,且升华干燥温度对玉米种子形态学参数变化率影响最大。在冻结终温为-25℃、升华干燥温度为5℃、解析干燥温度为40℃下,含水率(12.81%)最低。在细胞的当量直径(9.2%)、周长(8.4%)、面积(17.68%)的变化率最小且圆度(1.78%)小于4%时,干燥效果最好。采用二次多项式模型,决定系数R2均接近于1,FSSE和FRMSE均接近0。结论 该数学模型能较好地描述各真空冷冻干燥条件对玉米种子细胞形态学参数的影响,可在一定范围内对玉米米种子真空冷冻干燥后的品质进行控制。

玉米免耕播种机振动特性及对排种器排种性能的影响

为研究玉米免耕播种机振动特性以及振动对排种器漏播指数和重播指数的影响,搭建一套由振动加速度传感器、电荷放大器、USB采集卡组成的播种作业振动测试系统,在玉米免耕播种机免耕地表作业时进行振动测试采集播种作业的振动信号。因田间工作环境复杂,使用经典滤波法中的IIR滤波器滤除所采集振动信号中其他高频干扰信号,对田间采集振动信号进行时域分析,均方值作为时域分析指标值。结果表明:振动加速度均方根随着作业速度和旋耕机转速的增加呈线性增加,旋耕机转速和作业速度是引起玉米免耕播种机振动的主要因素,影响顺序为:旋耕机转速>作业速度。使用二次积分法对田间采集信号进行分析,得出播种机作业时最大振动位移为16.004mm,对振动信号进行频域分析,使用直接法求出功率谱密度。结果表明:玉米免耕播种机振动频率主要在0~100Hz之间,频率分布与旋耕机转速影响较大。根据田间振动信号所得工作参数搭建振动试验台,以播种机振动频率、振动幅值、作业速度为试验因素,合格指数、漏播指数为评价指标进行3因素3水平响应面试验。结果表明:作业速度、振动幅值和振动频率对合格指数和漏播指数影响较为显著。各因素对合格指数影响顺序为:振动幅值、作业速度、振动频率;各因素对漏播指数影响顺序为:振动幅值、振动频率、作业速度。研究结果可为降低玉米免耕播种机振动和优化指夹式排种器提供理论参考。

不同密度单粒精播对花生开花动态及结实特性的影响

为探讨不同密度单粒精播对花生开花动态及结实特性的影响,以普通大花生品种花育25为材料,在行距相同的条件下设置4个处理,包括单粒播分别为株距9 cm、12 cm和15 cm,折合播种密度分别为27.8万株·hm^(-2)(S9)、20.8万株·hm^(-2)(S12)和16.7万株hm-2(S15)3个处理,和双粒播27.8万株·hm^(-2)(D18,穴距18 cm)1个处理,研究不同密度单粒精播对花生开花习性、果针形成、荚果发育动态、结实范围及产量的影响。结果表明,与双粒播相比,不同密度单粒播均可不同程度地促进花生早开花、多开花,增加有效果针数,促进荚果发育,低密度条件下,效果最为显著;从群体指标看,20.8万株·hm^(-2)的单粒精播模式下,花生开花数、有效果针数、结果数最多,荚果体积最大,荚果饱满度高,产量水平最高。不同密度单粒精播改变了花生的结实范围和荚果空间分布,密度降低,结实范围增加,但不同处理荚果干重(95%以上)仍主要分布在半径6.0 cm以内的空间范围内,密度20.8万株·hm^(-2)(株距12.0 cm)的单粒精播条件下,结实范围与半株距接近,更有利于群体间荚果的均匀分布。

脱水处理对中国无忧花种子萌发的影响

为探讨中国无忧花Saraca dives种子的脱水敏感性和顽拗性,以成熟种子为材料,研究了脱水处理对种子萌发的影响。将中国无忧花种子进行风干脱水处理,测定种子的千粒重、含水量、发芽率及丙二醛(MDA)、可溶性糖含量、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性。结果显示:脱水程度越高,种子的发芽率逐渐降低;丙二醛含量快速上升,后来由于可溶性糖的渗透调节及激活SOD、CAT等酶保护系统,其含量逐渐下降但仍维持在较高水平。脱水后期,由于膜系统被破坏和酶保护系统超过极限,对种子造成了严重伤害。中国无忧花主要分布在热带、亚热带地区;种子千粒重高;含水量高;具有明显脱水敏感性。这些特征表明:中国无忧花种子为典型的顽拗性种子,在种子储存和生产繁育中应予以重视。

34份狼尾草萌发期抗旱性综合评价

为评价狼尾草抗旱能力,筛选优异资源,以34份狼尾草材料为对象,研究其PEG-6000胁迫下种子发芽特性,采用隶属函数法和聚类分析对狼尾草抗旱性进行综合评价。结果表明,5%的PEG-6000浓度处理下,狼尾草的发芽率、萌发指数、发芽指数较对照显著增加,表现为促进效应;随着干旱胁迫的增加,各材料发芽受抑作用明显。狼尾草胚芽长和胚根长随PEG浓度的增加呈逐渐下降趋势,其中胚芽较胚根对干旱更敏感。依据测定指标差异程度和变异系数,表明15%的PEG-6000是狼尾草萌发期抗旱性鉴定的适宜浓度。在此浓度处理下,34份狼尾草综合评价值在0.027~0.942之间,其中LW31最高,LW29最低。通过聚类分析所有材料被分为3类,其中LW4、LW9、LW11、LW31、LW42、LW20-2和LW21-1属抗旱材料,可作为狼尾草抗旱性新品种选育的基础材料。

水平圆盘式大豆单粒精密排种器的设计与试验

为了实现大豆单粒精密播种,设计了一种水平圆盘大豆单粒精密排种器,并对其工作原理进行了分析。依据大豆种子的物理参数,对排种盘的型孔尺寸、直径等参数进行了计算分析,确定型孔尺寸的长、宽和高分别为9、5、9mm。为了得到排种器的最佳性能,以排种器转速、大豆品种为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,利用EDEM软件进行仿真试验,结果表明:当排种器最佳转速为40r/min时,排种合格率均大于96.4%,重播率小于2%,漏播率小于1.7%。在最佳参数下,进行台架试验验证,结果表明:当排种器转速为40r/min时,3个品种的大豆种子的排种合格率均大于96.5%,重播率小于2%,漏播率小于1.7%,能够满足大豆单粒精密播种的要求。

丘陵山区轻筒型油菜种-肥同播同施集排装置设计与试验

针对丘陵山区等小田块油菜种植区域缺乏轻简集成的油菜播种机排种与排肥装置问题,设计了一种油菜种-肥同播同施集排装置。阐明了集排装置工作过程,确定了排种滚筒与排肥滚筒主要结构参数,分析了肥层控制板位置对排种量与排肥量匹配性的影响。应用EDEM仿真开展了油菜种-肥同播同施集排装置排种与排肥性能试验,建立了肥层控制板位置与排肥量的关系模型,试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20~50 r/min时,集成式种肥滚筒转速与排种速率、排肥速率均为线性关系,肥层控制板与竖直方向间夹角在22°~38°内增大时,排肥速率在1709.63~2484.31 g/min内逐渐增加;应用DEM-CFD耦合仿真分析了辅助输送气流对导种管内种子速度和受力的影响,结果表明:导种管与竖直面间倾斜角为10°~70°时,采用辅助输送气流可实现种子加速经导种管排出,避免种子滞留。台架验证试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20~50 r/min时,总排种量稳定性变异系数不高于0.92%、各行排种量一致性变异系数不高于3.64%、种子破损率不高于0.04%、总排肥量稳定性变异系数不高于1.21%、各行排肥量一致性变异系数不高于4.41%,可实现油菜排量一定时,通过调节肥层控制板与竖直方向间夹角,满足不同排肥量需求。田间试验结果表明:油菜各行株数一致性变异系数为9.25%、总株数稳定性变异系数为7.16%,满足油菜精量播种要求。

不同引发处理对金铁锁陈年种子萌发的影响

用次氯酸钠(NaOCl)、聚乙二醇(PEG)和H_(2)O引发处理金铁锁种子,研究不同处理对金铁锁种子萌发的影响。结果表明:经NaOCl消毒处理的陈年金铁锁种子,置于20℃的恒温条件下,其发芽指数最高,发芽率和发芽势相对也高;水引发处理18 h的金铁锁种子发芽率和发芽势均最高,分别为33.50%和25.10%,处理24 h其发芽指数显著高于其他处理,但其根长、苗长、幼苗鲜重差异不明显;PEG引发处理与其浓度有关,0.5%PEG引发处理比1.0%PEG和2.0%PEG处理更能促进金铁锁种子萌发,用0.5%PEG处理6~18 h能够明显提高陈年金铁锁种子的发芽率、发芽势和发芽指数,从而也可提高其出苗速度,使种苗整齐。

基于改进凹点分割的小麦播种籽粒落种分布在线检测方法

针对播种性能参数人工计算效率低及在线检测软件缺乏等问题,提出了一种基于图像处理的小麦播种时籽粒落种分布在线检测方法,建立了基于连通区域面积和轮廓周长的粘连种子判据,创建了改进凹点分割粘连种子方法,对分割后的种子进行计数与坐标定位,实现落种均匀度、准确度和离散度的计算检测。搭建了落种分布检测装置并开发了检测软件,试验结果表明:在不同播量、播种行进速度条件下,改进凹点分割算法平均准确率均在95%以上,相比凹点分割算法平均准确率有明显提高,说明该方法对种子颗粒总数识别准确率较高;随着播量增加,种子粘连概率提高,出现假凹点几率增大,算法准确率降低;随着播种行进速度增加,图像中种子变形和失真几率增加,导致部分粘连种子难以分割或错误分割,算法准确率亦降低;播量及播种行进速度对落种均匀度、准确度、离散度的影响不显著,与人工计算测量结果吻合,表明了该落种分布检测方法的可行性。

大豆地方种质资源鲜籽粒可溶性糖含量的全基因组关联分析

【目的】可溶性糖含量是鲜食大豆重要的品质性状之一,研究大豆鲜籽粒可溶性糖含量的遗传变异,深入解析可溶性糖含量的遗传机制,为鲜食大豆种质创新及品质育种提供依据。【方法】利用来自东北大豆生态区、北方大豆生态区、黄淮海大豆生态区和南方大豆生态区的133份大豆地方种质,在2021年连江春季、福清春季和秋季3个环境下对鲜籽粒可溶性糖含量进行表型测定,结合82187个高质量SNP标记,基于混合线性模型MLM(Q+K)对可溶性糖含量进行全基因组关联分析,挖掘可溶性糖含量显著相关的SNP位点,并以显著SNP位点为中心,两端各扩展119.07 kb连锁不平衡衰减距离为候选区间,根据候选区间内基因的注释和组织表达信息预测候选基因。【结果】3个环境下,鲜籽粒可溶性糖含量的变异范围为3.37—33.84 mg·g^(-1),遗传变异系数为24.59%—32.69%,可溶性糖含量遗传率为68.14%。通过全基因组关联分析,连江春季、福清春季和秋季3个环境下分别检测到与鲜籽粒可溶性糖含量显著关联的SNP有6、8和22个,表型变异解释率为12.43%—29.27%,以表型变异解释率较高的9个显著SNP位点所在的候选区间进行搜索,共获得86个基因,结合基因注释和组织表达信息,进一步筛选到9个候选基因,主要涉及转录因子、糖蛋白家族和糖类合成转运等生物学过程。其中,Glyma.01g016500、Glyma.13g042100、Glyma.16g131800和Glyma.16g155300在大豆种子及荚中表达水平较高,可作为大豆鲜籽粒可溶性糖的最具潜力候选基因。【结论】通过全基因组关联分析,检测到36个与鲜籽粒可溶性糖含量显著关联的SNP,进一步筛选出9个候选基因可能参与大豆鲜籽粒可溶性糖含量的调控,其中,Glyma.01g016500、Glyma.13g042100、Glyma.16g131800和Glyma.16g155300可作为调控大豆鲜籽粒可溶性糖含量的关键目标基因。