甘蓝型油菜光叶性状的遗传分析及基因定位

【目的】表皮蜡质是覆盖植物叶片和茎秆等部位的疏水层,在植物抵御逆境方面发挥着重要作用,同时会影响光合作用和生长发育;甘蓝型油菜作为世界上主要的油料作物之一,研究表皮蜡质突变体的遗传机制,为实现油菜高产稳产提供参考。【方法】对油菜光叶突变体M8和普通蜡质叶中双11(ZS11)和C20的叶片表征进行记载,使用便携式植物光合作用测量系统测定叶片光合速率;利用M8和ZS11、C20分别杂交获得2个F1、自交构建2个F2分离群体,用于分析油菜光叶性状的遗传规律;选取M8和ZS11杂交的F2群体中光叶和蜡质叶表型单株分别进行混池,通过集团分离分析法结合靶向测序技术进行基因克隆,结合比较基因组和转录组数据进行候选基因预测,并通过RT-PCR验证候选基因。【结果】甘蓝型油菜光叶表型叶片气孔导度更大、光合效率更高;遗传分析表明M8光叶性状受1对基因控制,光叶相对蜡质叶为隐性。图位克隆将光叶控制基因定位至A08染色体0.134—0.699 Mb物理区间内。进一步分析发现,相比于ZS11,光叶突变体M8中A08染色体0.22—0.58 Mb区间存在大片段缺失,ZS11在该区段中的Bna A08G0006900ZS(Bna A08.SAGL1)可能为光叶的候选基因,该基因编码一个Kelch-F-box蛋白,在ZS11叶片中表达量高而M8中未检测到,该基因缺失可能导致了M8光叶表型。【结论】甘蓝型油菜光叶新突变体M8相比野生型蜡质叶片光合速率更高,该光叶表型受1对隐性基因控制;图位克隆鉴定到光叶性状调控基因为Bna A08.SAGL1,基因缺失产生了光叶表型。

陆地棉重组自交系再生能力和遗传转化效率筛选

转基因工程育种是棉花种质创新的有效手段,为了拓展陆地棉可再生基因型,丰富棉花转基因受体,本研究以湖北省高产阔叶棉品种‘鄂棉22’(E22)为母本、高再生能力的鸡脚叶品种‘豫早1号’(YZ1)为父本,通过单籽传法构建了F9重组自交系群体(YE);利用棉花中比较成熟的IBA+KT(IK)和2,4-D+KT(DK)2种不同激素组合的培养体系,分别对重组自交系群体的164个家系的愈伤组织诱导率(CIF)、愈伤组织继代繁殖力(CSC)、愈伤组织的出胚率(CRE)以及愈伤组织出胚时间(CET)进行比较,共获得12个可再生的阔叶棉家系;利用目前成熟的棉花遗传转化体系对可再生阔叶棉家系进行遗传转化效率分析,同时对其进行田间农艺性状考察,最终获得了一个遗传转化效率为82.9%并且农艺性状更优良的家系YE3。本研究为棉花的遗传转化及基因功能研究拓展了陆地棉基因型种质资源。

有涌现性功能的合成菌群在作物育种上的应用前景

在农业生态系统中,微生物具有丰富多样的复杂生态学功能,这些功能的产生具有涌现性。所谓涌现性,指的是复杂系统中随着系统复杂性增加产生的新特性。有趣的是,虽然涌现性功能源于多物种的共同作用,但是所需物种数量通常较少。这不但为利用合成菌群探究涌现性功能的产生提供了可能,而且还为应用合成菌群改造植物菌群提供了抓手。种子菌群作为植物最早的微生物群落,其所包含的微生物具有多样性相对较低的特点。但是,其在植物共生菌群的演化过程中却具有重要作用。此外,受限于种子干燥、贫营养的微生境条件,生物膜是微生物在种子表面和内部存在的主要形式。因此,本文提出以有涌现性功能的合成微生物群落为种子包衣,或可成为在植物微生物组调控中最关键时间节点、最易于开展阶段的有效干预途径。在此基础上,分别从宿主和菌群角度介绍了调控种子菌群涌现性功能的潜在因素。在智慧农业的场景下,通过与种子芯片技术、无人智能化平台的结合,或可在农田中实现合成菌群的大规模施用和功能动态实时监测,为发掘具有特定功能的合成微生物群落、开展基于种子合成菌群生物膜包衣的应用提供可行途径,进而有望为微生物-作物联合育种技术的发展带来重大变革。

小麦类黄酮的遗传基础与功能性小麦育种应用

随着人们生活水平的提高,对食物的要求逐渐由“吃饱”向“吃好”以及“吃入营养”“吃出健康”等方向转变。小麦是我国以及世界最重要的粮食作物之一,育种家们认为小麦育种也要从“产量育种”向“品质育种”转变,即产量基本不变的前提下使得小麦籽粒具有特定有益人体健康的“功能性”成分,这些成分一般是小分子代谢物。与之相对应,还进一步提出了“功能性小麦品种”的概念。黄酮类代谢物是目前受到广泛关注的一类物质,由于它能够影响植株表型以及人类健康,该类物质含量也是“功能性小麦”育种的范畴之一。为了更好地促进“功能性小麦”育种,需要使用多种手段解析影响特定“功能性”代谢物含量的分子机理和遗传基础。代谢组学手段与遗传学设计相结合能够高效鉴定影响代谢物含量的基因,然而由于小麦参考基因组信息公布较晚,小麦中这类研究进展相对滞后,导致对于代谢物的遗传基础揭示不足,从而限制其在“功能性小麦”育种中的应用。本文以黄酮类物质为例,概述了解析这类代谢物遗传基础的研究进展,相关研究结果将为以提高黄酮类物质含量为主要目标的“功能性小麦”育种提供分子资源和理论基础,以及为研究其他“功能性”代谢物提供借鉴。与此同时,还初步构想了在相关基础研究积累不足的前提下直接使用代谢组学手段辅助育种的方式,有望在获得育种中间材料的同时“顺便”解析关键遗传因子或者候选基因,从而有效推动“功能性小麦”育种。

后基因组时代发展抗除草剂作物的机遇及挑战

全球农业正在面临着严峻的挑战,育种技术是种业发展的基础和关键。基因编辑技术是指对目标基因进行定点修饰,实现对特定靶标基片段的删除、插入和替换。利用基因编辑技术可以精准修改目标基因或将某种优良基因引入到作物中产生优良农艺性状,在分子设计育种中具有巨大潜力,对保障粮食安全具有重大意义。杂草危害对作物的产量和品质影响巨大,如何高效、安全、可持续地防治草害一直是研究的热点。目前,全球市场已经出现超过200种的化学除草剂,利用化学方法来防治草害已成为现代化农业的重要组成部分,抗除草剂作物的推广也显著降低了杂草防治成本,但随着抗除草剂作物的大面积推广和长期使用单一除草剂,杂草抗/耐药性和抗性基因逃逸等环境安全问题逐渐被发现。目前,功能基因组学、生物信息学、基因工程技术的发展(特别是基因编辑技术在植物中的广泛应用),为创制抗除草剂作物和新型高效的除草剂系统创造了条件。本文首先介绍抑制植物氨基酸生物合成、植物脂类代谢、植物类胡萝卜素、质体醌和生育酚生物合成途径除草剂的主要作用靶标基因及其作用机制。其次,介绍2种挖掘新型抗除草剂基因与除草剂系统的方法,包括基于CRISPR/Cas系统对作物内源的除草剂抗性基因进行定向突变方法和基于天然产物与生物体在自然界中存在共同进化理论的抗性基因导向方法。同时,介绍3种培育抗除草剂作物方法的研究进展,包括常规育种培育法、转基因育种培育法和基于CRISPR/Cas基因组编辑技术培育法。其中,重点介绍CIRSPR/Cas系统、碱基编辑技术和Prime-editing系统在培育抗除草剂作物中的研究进展。针对抗性杂草的产生及环境安全问题是当前化学防治杂草面临的主要挑战,以及抗除草剂作物所面临的主要挑战是基因逃逸问题。目前,快速发展的基因组编辑技术为后基因组时代发展抗除草剂作物提供了新的解决策略和新的机遇。最后,对除草剂作物的未来进行了展望。

14个克氏原螯虾养殖群体遗传多样性分析

克氏原螯虾种苗自繁自育使其种质严重退化。遗传多样性是反映种质退化与否的重要指标之一。为评估我国克氏原螯虾养殖群体的遗传多样性,采集我国江西、浙江、广东和湖北省14个地域的464尾克氏原螯虾养殖群体,利用35个微卫星分子标记分别对其等位基因数、期望杂合度、观测杂合度、多态性信息含量、哈迪-温伯格平衡、遗传距离及群体结构等进行分析。结果显示:14个养殖群体的不同标记位点的等位基因数为2~3个;多态信息含量、平均观测杂合度与期望杂合度分别为0.33~0.43、0.32~0.41与0.36~0.44;各标记位点均存在杂合子缺失而未达到哈迪-温伯格平衡;14个群体可聚类为4个遗传群体,其中香树坝、温州、衢州群体与吉安、天荒坪、递铺群体分别聚为2个遗传群体,龙南群体及其余的群体属于另外2个遗传群体。以上结果表明,我国克氏原螯虾养殖群体仅具有中等遗传多样性,收集和保护遗传多样性较高的克氏原螯虾野生种质资源对其遗传育种具有重要意义。

从头驯化:作物品种设计与培育的新方向

全球气候变化对农业生产带来了巨大挑战。在农业投入减少的前提下如何保障粮食生产持续稳步增长,满足人们吃饱、吃好的需求是亟需考虑的问题。培育高产、稳产、绿色、营养的新型作物品种仍然是解决该挑战的有效措施之一。作物新品种的培育高度依赖育种材料遗传多样性的拓宽和育种技术的创新。从头驯化是一种作物品种创新的全新育种策略,以具有某些优异性状的未驯化、半驯化植物作为底盘物种,通过农艺性状重新设计和驯化基因导入实现野生植物快速驯化,从而满足人类多样化需求。本文回顾了作物驯化、遗传改良历程,阐明了丰富作物多样性的必要性,强调野生植物丰富的遗传多样性对于拓展作物重新设计空间的重要价值,提出育种策略革新是加速作物育种的关键,探讨了通过从头驯化快速培育新型作物品种的可行性和发展前景。

甘蓝型油菜盐胁迫响应基因表达谱分析及共表达网络的构建

甘蓝型油菜是重要的油料作物,而盐胁迫是影响油菜生长发育的主要环境条件之一,可能会造成油菜减产、品质下降甚至死亡。本研究利用半冬性油菜ZS11作为试验材料,对盐胁迫处理0、0.25、0.5、1、3、6、12和24h的叶片和根系组织进行转录组测序,通过测得的90份RNA-seq数据,获得了油菜响应盐胁迫的高分辨率时间动态转录表达谱。相关性分析发现,样本在盐胁迫处理1 h前后具有明显的早期响应与后期响应的聚类差异。利用DESeq2进行差异基因分析,鉴定出根系以及叶片组织响应差异基因分别为20,462个和29,334个,表明油菜叶片组织的响应程度整体上比根系更剧烈。进一步利用WGCNA分别构建根系以及叶片组织响应盐胁迫的基因共表达网络,从中筛选出与盐胁迫早期响应阶段显著相关的tan和yellow模块,以及与盐胁迫后期响应阶段显著相关的green和red模块,对其进行GO富集分析,并从中分别筛选出早期以及后期响应盐胁迫的核心转录因子41个和26个。功能注释显示4个模块中均存在已知的拟南芥同源基因参与不同阶段的盐胁迫响应,还发现BnWRKY46和BnWRKY57等核心基因在505份盐胁迫处理的油菜群体变异数据中具有丰富的SNPs变异和单倍体类型,表明这些核心转录因子可能是油菜响应盐胁迫的关键候选基因。本研究可为甘蓝型油菜耐盐性改良提供可靠的数据参考和候选基因资源。

低氮条件下超级杂交稻苗期根系特征的变化及与其高氮素积累的关系

作物根系在氮素吸收与分配中起着重要作用。本研究选用2个根系特征具有差异的水稻品种黄华占(Huanghuazhan, HHZ,常规稻)和扬两优6号(Yangliangyou 6, YLY6,超级杂交稻),在水培条件和2个氮素浓度(低氮,lownitrogen,LN;高氮,highnitrogen,HN)处理下,研究根系形态和解剖结构特征的变化及其与LN下氮素积累的关系。与HN处理相比, LN处理下HHZ总氮积累量显著下降了19.7%, YLY6没有显著下降;YLY6根干重、总根长、根表面积、根尖数分别显著增加了41.3%、57.1%、74.9%和20.6%,而HHZ没有显著变化。与HN处理相比, LN处理下YLY6的根直径和根皮层面积分别显著增加了12.4%和24.2%,而HHZ根直径和根皮层面积、中柱直径分别显著降低了12.0%、21.9%和11.4%。LN处理下,YLY6根系铵转运蛋白基因AMT2;1、AMT2;3、AMT3;1、AMT3;2的表达量分别显著增加了195.6%、29.3%、314.9%和388.9%,谷氨酰胺合成酶基因GS1;1表达量增加了158.2%, HHZ中这5个基因的表达量没有显著变化。LN下总氮积累量与根系性状显著正相关(根厚壁组织厚度除外),与部分铵转运和同化相关基因的表达量显著正相关。这些结果表明超级杂交稻YLY6幼苗在LN下根系特征变化有利于增加氮积累。选育根系对减氮表现出有利变化的水稻品种应是绿色水稻生产的一个重要途径。

玉米果穗相关性状QTL定位及重要候选基因分析

玉米果穗相关性状与产量直接相关,其遗传基础解析对于指导玉米遗传改良意义重大。本研究对3年6个环境下的168份高代回交重组自交系(AB-RILs)的穗长、穗行数和百粒重等8个性状进行表型鉴定,结合玉米10 K芯片产生的覆盖全基因组的11,407个SNP(Single Nucleotide Polymorphisms)标记对8个性状进行QTL定位。共鉴定到32个与8个果穗性状相关的QTL,其中包含5个环境一致性的QTL,3个多效性QTL。进一步利用507份关联群体的基因型与表型数据对主效QTL候选区间进行关联分析,鉴定到19个可能与果穗性状相关的重要候选基因,结合候选基因的进化分析和表达分析等,初步确定其中4个为关键候选基因。以上结果为玉米育种中果穗性状的遗传改良提供了重要的标记信息,同时也为果穗性状相关基因克隆提供指导。

稻油系统周年产量差及形成因素探究: 以湖北省武穴市为例

明确农户水平稻油系统的产量差及进一步增产的限制因素对保障我国粮油安全具有重要作用。本研究以我国典型稻油系统生产区湖北省武穴市为研究对象,采用作物模型与田间调查相结合的方法评估了该地区稻油系统周年产量差,并使用单因素方差分析和条件推断树综合比较了农户在土壤条件和管理措施上的差异,以探究该地区限制稻油系统产量进一步增长的主要栽培因素及可行的增产途径,为因地制宜地缩小产量差提供新思路。结果表明:(1)武穴市水稻季和油菜季的潜在产量分别为11.79 t hm^(-2)和4.43 t hm^(-2),按照水稻和油菜籽粒的能量当量换算系统周年能量后,稻油系统的最高周年潜在能量为284 GJ hm^(-2)。水稻季和油菜季的平均实际产量分别为8.11 t hm^(-2)和1.82 t hm^(-2),系统平均实际周年能量为165 GJ hm^(-2)。该地区稻油系统的平均周年相对产量差(产量差与潜在产量的比值)为42%,其中油菜季(59%)比水稻季(31%)具有更大的产量提升空间。相较于湖北省和长江流域的平均水平,武穴市稻油系统周年潜在能量相近,而周年实际能量分别低13%和5%,导致该地区的产量差相对较大,其中分别有83%和61%的农户相对产量差大于湖北省和长江流域平均水平。(2)该地区周年产量较低的农户具有以下主要特征:土壤为沙壤土,耕层较浅;水稻季虫草害防治效果差,水稻季肥料做底肥一次施用且轻施氮、钾肥;油菜季重施肥料,且油菜机收损失较大。(3)武穴市89%的农户选择种植常规稻品种黄华占,其实际产量已达到该品种潜在产量的90%左右;种植油菜品种的种类较多且产量差异较大。综上,武穴市稻油系统仍具有较大的增产空间;缩小当地稻油系统产量差的技术措施包括:适当深耕提高土壤生产力;油菜季选择当地适宜的高产油菜品种;水稻季加强推广高产优质杂交稻品种,重点关注增加水稻用种量,提高直播密度和播种时的封闭除草,系统周年施肥管理上应降低油菜季而提高水稻季的肥料用量,水稻季仅施底肥的农户适当增施追肥等。

玉米ZmEREB46基因调控耐渍性功能探究

为鉴定和发掘玉米渍水胁迫抗性基因,克隆玉米ERF家族成员ZmEREB46(Zm00001d015759)基因,同时对该基因进行重测序分析、功能变异位点鉴定以及表达模式分析,并进一步在模式植物拟南芥中初步探究ZmEREB46参与耐渍的功能。结果显示,ZmEREB46编码1个AP2/EREBP类转录因子;相较于耐渍自交系A3237,ZmEREB46基因编码区及启动子区在渍水敏感自交系A3239中分别存在1个G/A的转换以及1个911 bp片段插入,911bp片段的插入显著抑制了渍水敏感自交系A3239中ZmEREB46基因的表达;亚细胞定位结果显示,ZmEREB46定位在细胞核中;荧光定量PCR结果显示,ZmEREB46受渍水胁迫诱导上调表达,渍水处理8 h后ZmEREB46在耐渍自交系A3237中的表达量是渍水敏感自交系A3239中的2倍。结果表明,ZmEREB46在拟南芥中过量表达提高了拟南芥苗期的耐渍性。

玉米籽粒发育突变体emp35的表型分析与基因定位

为解析玉米籽粒形成的遗传基础,探究Emp35基因在玉米籽粒发育中的作用,对籽粒缺陷突变体empty pericarp35(emp35)进行表型鉴定、胚乳细胞显微观察、胚乳贮藏物质含量测定及图位克隆。结果显示:突变体籽粒发育缓慢,明显小于同期发育的正常籽粒,成熟籽粒干瘪呈空皮状;胚乳细胞显微观察发现emp35的胚和胚乳发育严重滞后,胚乳细胞中线粒体结构异常;淀粉和蛋白质积累减少;F_(2)代分离果穗上正常籽粒与发育缺陷籽粒呈3∶1分离,表明籽粒缺陷表型由单个隐性核基因突变所致。采用集团分离分析法(bulked segregant analysis,BSA)将Emp35定位于第8染色体127.90~163.36 Mb区间,在该区间内开发了4个InDel标记,连锁作图将Emp35精细定位于139571117~146176858区间。

基于深度学习的小麦抗旱相关根系表型原位测量与分析

根系是植物吸收水分的主要通道,根系表型与植物抗旱能力息息相关。为了快速准确地获取小麦根系表型指标,利用土培根盒法进行了小麦干旱胁迫实验,共采集18个时间点的根系时序图像。设计了一套基于深度学习的根系图像处理与分析流程,针对土壤遮蔽引起的断根问题,提出了一种融合目标检测网络和沙漏注意力网络的检测-修复两阶段断根修复方法,以修复根系断裂区域,并通过多尺度训练和自适应迭代法提高修复精度和鲁棒性。提取了小麦在干旱胁迫和对照处理下的根面积、总根长、根宽、根深、根宽深比、根密度6个表型性状,分析了小麦根系对干旱胁迫的表型响应。结果显示,干旱胁迫下,小麦会有更低的根系生物量、更深的根系扎根深度及更分散的根系构型。同时计算了小麦根系干旱胁迫耐受性指数,结合主成分分析法,对小麦品种的抗旱能力进行了描述和排序。

耐亚磷酸盐除草剂转基因油菜的创建和抗性评价

在油菜的生产过程中,大量伴生的杂草严重影响了其产量和品质。由于近年来田间抗除草剂杂草数量的增加,除草剂的选择正在迅速减少,这影响了未来农业的可持续发展。植物可以通过正磷酸盐(Pi)转运蛋白吸收亚磷酸盐(Phi),但Phi不能被代谢为作物的磷肥料,导致植物生长受到抑制。此前,从罗尔斯通菌属(Raltsonia sp.strain 4506)中分离出了ptxD(phosphite dehydrogenase)基因,其139位的酪氨酸突变为谷氨酰胺(Y139Q)的突变蛋白ptxD_(Q)催化Phi转化为Pi的活性显著提高。为了评价ptxD_(Q)/Phi系统对甘蓝型油菜杂草的防治效果,本研究获得了带有密码子优化的ptxD(Y139Q,ptxD_(Q))基因的转基因甘蓝型油菜。在以Phi为单一磷元素的条件下,ptxD_(Q)转基因油菜可以正常生长,体内Pi含量显著提高,且Pi饥饿响应基因(PT21和PT24等)的表达水平被显著抑制,说明ptxD_(Q)在油菜体内可以促使Phi转化为Pi。此外,ptxD_(Q)转基因油菜具有比野生型油菜和单子叶杂草(狗尾草)更强的生长竞争优势。综上所述,ptxD_(Q)/Phi是一种有效的油菜磷利用和杂草控制系统,既可以抑制杂草的生长,又可以为作物提供充足的Pi营养,从而提高了农业的可持续性。

长粒香型的超短生育期水稻新品系创制

培育优质、超短生育期的水稻品种对提高长江中下游地区复种指数,保障我国粮食安全具有重要意义。本研究以超短生育期水稻品系CPPC09-180-28-1-5为母本,携带香味基因fgr和粒长基因GW7的优质水稻品种象牙香占为父本,通过杂交、回交并结合全基因组分子标记辅助选择技术培育了3个携带纯合fgr和GW7基因的优质、超短生育期水稻新品系。对新育成品系进行香味鉴定、主要农艺性状考察及稻米品质分析。结果表明,导入fgr和GW7基因的新品系具有明显香味,粒长较受体CPPC09-180-28-1-5显著增长,品质较优。新品系的全生育期85~98 d,与受体CPPC09-180-28-1-5基本一致,可作早稻或晚稻在长江中下游稻区进行种植,提高复种指数。此外,新育成品系在株高、千粒重以及单株产量等性状较受体CPPC09-180-28-1-5有显著减小,表明本研究中携带目标基因的2个染色体片段导入对受体CPPC09-180-28-1-5的主要农艺性状具有显著的影响。本研究可为优质、超短生育期的水稻分子育种提供种质资源和育种策略。

宛氏拟青霉提取物与阿维菌素配施对番茄根结线虫病的防治效果

为明确宛氏拟青霉提取物(ZNC)对番茄根结线虫病的防治潜力,采用盆栽试验,以清水为对照,研究ZNC(0.5、1.0μg·株-1灌根)、阿维菌素(5 mg·株-1底施处理)及两者配施对番茄生长和果实品质的影响及其对根结线虫病的防治效果。结果显示,与清水处理相比,ZNC能够显著提高番茄根质量,降低根结数量,同时能够显著增加番茄的叶长、叶宽,提高番茄的株高和地上部鲜质量,还可提升植株抗氧化能力和果实品质;与阿维菌素配施对番茄根结线虫病防效可达88.89%,显著高于阿维菌素单施,同时番茄生长状况和果实品质得到提升。表明ZNC能够促进番茄生长,与阿维菌素配施后可提高番茄根结线虫病的防治效果。

长江中游地区不同钾肥用量对油菜生物量、产量和养分吸收利用的影响

2021~2022年在长江中游地区湖北省武汉市江夏区开展田间试验,研究不同氯化钾施用量对油菜苗期及成熟期生物量、产量和养分吸收分配的影响。试验设置6个氯化钾施用量处理,分别为K_(0)(K_(2)O 0 kg/hm^(2))、K_(30)(K_(2)O30 kg/hm^(2))、K_(60)(K_(2)O 60 kg/hm^(2))、K_(90)(K_(2)O 90 kg/hm^(2))、K_(120)(K_(2)O 120 kg/hm^(2))和K_(150)(K_(2)O 150 kg/hm^(2))。结果表明,在一定范围内,随着钾肥用量的提高,油菜苗期以及成熟期各部位生物量和产量显著增加,其中最高增产量和增产率分别为1199.6 kg/hm^(2)和57.2%。当施钾量超过120 kg/hm^(2)后油菜生物量和产量均不再显著增加。油菜苗期以及成熟期各部位钾含量随着钾肥用量的增加而显著提高,氮含量均无显著变化,但成熟期籽粒中的磷含量随着施钾量的提高而显著增加。钾肥偏生产力随着钾肥用量的提高而显著降低,但钾肥农学利用率、生理利用率、表观利用率以及收获指数均在施钾量为90 kg/hm^(2)时达到最大,随后逐渐减小。经济效益分析表明施钾量为120 kg/hm^(2)时产投比和净收入达到最大,再继续增加钾肥用量经济效益反而会降低,结合线性加平台方程拟合结果该地区实现经济效益最大化的推荐施钾量为114.6 kg/hm^(2)。综上,合理施用钾肥能够显著提升油菜生物量、氮、磷和钾等养分积累量,提升株高、一级分枝数和角果数,实现增产和最大经济效益。

玉米典型叶部病害高光谱识别及其烈度分类

[目的/意义]近年来,玉米叶部病害发生日趋加重且呈现混发现象,严重威胁玉米产量和品质。但目前鲜有研究对叶部病害种类识别及其烈度分类进行结合,无法满足实际场景中玉米不同病害及不同烈度混发下的病害防控需求。[方法]提出一种基于高光谱技术实现玉米典型叶部病害种类识别及其烈度分类的方法,通过挖掘玉米大斑病、小斑病和南方锈病3种叶部病害的光谱特性,优选敏感特征构建基于病害发展全阶段(包含病害所有烈度)和病害单一烈度下的病害种类识别模型;进一步地,针对玉米叶部单一病害构建烈度分类模型,以期实现对不同叶部病害的全过程识别与病害烈度分类。[结果和讨论]3种玉米叶部病害在550~680 nm的可见光、740~760 nm的红边、760~1000 nm的近红外和1300~1800 nm的短波红外处其光谱变化显著。基于此提取的光谱特征能够有效捕捉病害特异性信息。基于病害发展全阶段构建的病害种类识别模型最优总体精度(Overall accuracy,OA)达77.51%,Macro F_(1)达0.77;而基于病害单一烈度下的病害种类识别模型精度随着病害烈度的增加而升高。在病害发展阶段处于重度烈度时,病害种类识别模型最优精度达95.06%,Macro F_(1)达0.94。此外,研究构建的3种玉米叶部病害烈度分类模型最优精度均超过70%,其中大斑病烈度分类效果最好(OA=86.25%,Macro F_(1)=0.85)。[结论]基于高光谱数据能够有效实现玉米典型叶部病害种类识别及其烈度分类,为大范围作物病害监测提供研究基础及理论依据,助力精准防控与绿色农业。

基于多维组学数据的玉米农艺和品质性状预测研究

基因组选择是利用覆盖基因组的高密度标记对未知表型进行预测并选择的技术。在植物中,利用该技术可对不同作物性状进行早期选择,保留优势个体,节约田间管理和表型鉴定成本,大大加快育种进程。本研究使用rrBLUP和LASSO两种统计模型,基于基因组、转录组和代谢组数据对玉米的农艺性状和品质性状进行了基因组预测。研究发现,对于不同组学数据而言,其预测能力高低依次为基因组、转录组、代谢组数据。对于不同性状而言,品质性状的预测能力高于农艺性状。对于rrBLUP和LASSO两种模型而言,基于基因组数据预测时所有性状均是rrBLUP为最优预测模型;基于转录组数据预测时有53种性状是以rrBLUP为最佳预测模型, 2种性状以LASSO为最佳预测模型;基于代谢组数据,有43种性状以rrBLUP为最佳预测模型, 12种性状以LASSO为最佳预测模型。此外,还发现用不同系谱材料进行预测时,热带玉米预测温带玉米,其效果略优于温带玉米预测热带玉米。而对于品质性状,不同系谱间材料的预测精度高于同一系谱内。本研究系统评估了各种组学数据和不同统计模型对玉米农艺及品质性状预测能力的差异,为未来玉米重要性状的基因组育种提供了理论依据。