发展玉豆带状复合种植,保障国家粮食安全

农业是国家基础性产业。随着人口的增长、城市的发展、耕地面积的下降、生态环境的日趋恶化,农业正面临严峻的挑战。据《中国的粮食问题》白皮书,至2030年,我国粮食需求总量将达6.4亿吨左右,供需矛盾非常突出。目前,四大粮食作物中小麦、稻谷由净出口转为净进口,玉米产需缺口迅速扩大,大豆缺口巨大。而玉米和大豆属于粮油饲兼用作物,占粮食和饲料粮需求的49%和95%,且两作物争地矛盾是长期困扰我国粮食安全的一大难题。

基于间套作弱光胁迫下作物源库协调与产量研究进展

光能在作物进行光合作用和籽粒产量形成中起着重要作用。随着我国种植结构和区划的调整,间套作种植模式在一些适宜地区得到广泛应用,增加了农田生产力。然而,间套作种植方式下,由于受高位作物荫蔽影响,低位作物在某一生长阶段常常处于弱光胁迫环境中。弱光胁迫不仅会引起作物生长发育不良,而且会制约作物产量的提升。本文以间套作荫蔽环境下的大豆源库关系为例,综述了弱光胁迫调节作物源库器官生长发育的国内外研究现状;阐述了源库协调与作物产量之间的关系以及现有间套作作物产量研究概况与存在的不足;探讨了未来间套作种植下作物在源库关系与产量研究的发展方向。

西南地区玉米-大豆带状套作成本及综合效益分析

为了探究玉米-大豆带状套作模式在西南地区的推广价值,采用比较分析法和主成分分析法,对4种种植模式,即玉米-大豆带状套作(SRI)、玉米-大豆单行套作(RI)、单作玉米(MM)和单作大豆(MSB)的产量、产值、成本、成本构成及综合效益进行了分析。与单作相比,SRI模式显著提高土地复种指数,提高了土地利用率,具有良好的产出效果,不同地区SRI模式的平均纯收益为13422.17元/hm^(2),较RI、MM和MSB模式分别高24.15%、32.86%和554.98%;SRI总成本为13252.70元/hm^(2),较MM和MSB模式分别高31.99%和100.72%,较RI模式低1.87%。总成本中用工费用所占的比例最高,较MM和MSB模式分别增加21.51%和76.28%,较RI模式低2.85%;就综合效益而言,川南-仁寿、川中-乐至和川西-雅安地区的SRI模式综合效益排名均位于各地区第一,川南和川中丘陵地区的综合效益最好,其次为川西盆周山区。玉米-大豆带状套作模式是西南地区提高经济效益和综合效益较为理想的种植模式,其在丘陵地区的推广价值要高于盆周山区。

净、套作下大豆茎秆和籽粒糖氮动态规律研究

碳氮代谢是影响作物产量和品质的主要因素之一,在糖氮运输和储存过程中茎秆起着重要作用。以南豆12和南豆20为供试材料,在净、套作下分析不同生育时期大豆茎秆及籽粒中可溶性糖、氮含量变化规律,明确种植模式对大豆茎秆和籽粒碳氮的影响。结果表明,随着生育时期的推进,南豆12和南豆20茎秆可溶性糖和氮含量在净、套作条件下均呈现"低-高-低"的趋势,糖氮比呈现"低-高"的趋势。大豆从苗期至盛花期,茎秆可溶性糖、氮及糖氮比在净套作条件下差异显著(P<0.05),但从盛荚期至完熟期差异不显著(P>0.05)。净、套作模式下大豆籽粒可溶性糖、氮含量及糖氮比差异极显著(P<0.01),但品种间差异不显著。通过相关性分析,大豆盛花期到鼓粒期茎秆可溶性糖、氮含量及糖氮比与籽粒可溶性糖、氮含量及糖氮比相关性达到显著水平(P<0.05),特别是氮和糖氮比,相关系数最大值达到0.85。这些结果为明确糖氮由茎秆到籽粒的运输规律和套作大豆合理种植栽培参数提供理论支撑。

禾本科-豆科作物复合种植模式下化学除草的研究现状及展望

禾本科(Gramineae)-豆科(Leguminosae)作物复合种植模式是世界公认的可持续发展的种植模式,该复合种植模式能够增加作物产量、增强作物抗逆性和改善农田生态环境。玉米(Zea mays)-大豆(Glycine max)间(套)是该复合种植模式的典型代表。《国务院办公厅关于加快转变农业发展方式的意见》([2015] 59)号文件明确指出,在黄淮海地区推广玉米(Zea mays)-花生(Arachis hypogaea)间(套)作和玉米(Zea mays)-大豆(Glycine max)间(套)作,在西南地区推广玉米-大豆间(套)作。近年来,该种植模式发展势头良好,受到农民广泛认可。然而,禾本科、豆科作物复合种植模式包括单子叶、双子叶两种作物。在该复合种植模式下,使用化学除草剂除草面临着一定的困难。本研究围绕禾本科-豆科作物复合种植模式下化学除草剂的使用,介绍了在不同禾本科、豆科作物复合种植模式下,田间杂草的发生情况,简述了化学除草剂的使用现状,探讨了如何能够解决该复合种植模式下杂草危害;展望了今后在禾本科、豆科作物复合种植模式下几种除草方式。通过研究进展的综述为禾本科-豆科作物在复合种植模式下对化学除草剂的使用研究提供依据。

套作大豆根腐病与玉米茎腐病致病镰孢菌的相互侵染关系研究

【目的】明确玉米-大豆带状套作栽培下大豆根腐病与玉米茎腐病的相互作用关系。【方法】以套作大豆根腐病和玉米茎腐病的致病镰孢菌为供试菌株,采用高粱粒接种法、孢子悬液注射接种法和茎刺伤接种法,检测套作大豆根腐病与玉米茎腐病镰孢菌对两种寄主的相互侵染致病性。【结果】大豆根腐病层生镰孢菌F.proliferatum、禾谷镰孢菌F.graminearum、尖孢镰孢菌F.oxysporum、燕麦镰孢菌F.avenaceum、F.commnue和木贼镰孢菌F.equiseti均能侵染玉米根部,引起幼苗发病,但致病力存在差异,以禾谷镰孢菌的致病力最强,病情指数高达85%,且玉米株高和根鲜重与对照相比显著降低;同时,玉米茎腐病禾谷镰孢菌也能侵染大豆茎秆和根部,导致侵染组织变褐坏死,病情指数达78%以上。【结论】在玉米-大豆带状套作栽培下,以禾谷镰孢菌为代表的镰孢菌作为玉米茎腐病和大豆根腐病的重要致病菌能够相互侵染两种寄主,具有加重套作栽培下两种病害的潜在风险,为该栽培模式下镰孢菌相关病害的综合防治提供理论依据。

活性氧调控豆科植物早期结瘤的研究进展

活性氧(reactive oxygen species, ROS)是一类具有高反应活性的氧衍生物,包括超氧阴离子(·O2—)、羟自由基(·OH)、过氧羟自由基(·HO2)以及过氧化氢(H2O2)等。植物在进行有氧代谢或遭遇生物与非生物胁迫时会产生ROS,它不仅仅是有氧代谢的有毒副产物,同时能作为信号分子调节体内代谢过程,对抗外界环境。豆科植物形成根瘤时同样会产生ROS,这种ROS的变化区别于病原体入侵,而是作为一种信号物质参与结瘤过程。结瘤因子(nodfactor,NF)诱导下ROS的产生参与了浸染线形成时细胞壁的重建、植物基质糖蛋白(matrixglycoprotein,MGP)的交联和肌动蛋白微丝的成核和延长过程。细胞质膜NADPH氧化酶(respiratoryburstox-idase homologue, RBOHs)是共生过程中ROS产生的主要途径, Rboh基因的过表达会促进根瘤菌浸染和根瘤形成,同时根瘤中的共生微粒体数量增加,固氮效率提高,而表达受抑制后会减少ROS的产生,同时下调结瘤相关基因RIPs、NIN、ENOD2的表达,抑制固氮酶活性。此外, ROS时空上的变化与Ca2+相关联,协同调控根系结瘤。ROS的产生是植物与微生物早期的识别信号,通过认识ROS在早期结瘤过程中的作用有助于我们进一步理解共生关系建立的特异性。本文就ROS在早期结瘤过程中的产生及其发挥的作用做了综述,指出ROS通过直接或间接作用诱导结瘤基因的表达,是豆科植物根瘤形成以及功能固氮的重要信号分子。

不同基因型大豆苗期与成熟期耐荫性探究

为探讨玉米-大豆带状复合间套作荫蔽条件下不同大豆的耐荫特性,筛选出适宜带状间套作模式利用的大豆品种,以59个大豆品种的7个苗期性状和10个成熟期性状为研究对象,通过室内模拟玉米-大豆套作模式,以及大田设置大豆净作和玉米-大豆带状间作两种模式,进行大豆苗期和成熟期耐荫性评价。结果表明,采用隶属函数法分别计算大豆苗期和成熟期的综合耐荫性评价值(D),可利用系统聚类的方法根据D值大小将59个大豆分为3类,第一类是强耐荫类型,第二类是中度耐荫类型,第三类是弱耐荫类型。在玉米-大豆带状间作和套作模式下,分别筛选出两个时期耐荫性一致、抗倒性好且产量较高的材料,包括强耐荫材料油春1112,中度耐荫材料圣育25、南农G906、华豆43、南农99-6和南农1823。

不同结瘤品种和行间距对套作大豆根瘤生长及物质积累与分配的影响

在玉米/大豆套作模式下,采用2因素随机区组设计,研究不同玉米/大豆间距(45、60、75 cm,依次记为IS45、IS60、IS75)和不同结瘤特性的大豆品种(弱结瘤:贡选1号;强结瘤:南豆25号)对大豆根瘤生长、干物质积累和分配的影响。结果表明:从三节期到盛花期,随着玉米/大豆间距的增大,大豆受玉米的荫蔽影响减小,根瘤数目和干质量增加;在始粒期大豆的根瘤数目和干质量达到最大值,表现为IS60>IS75>IS45;相较于弱结瘤品种,强结瘤品种的根瘤数目较少,根瘤干质量较大。从三节期到盛花期,大豆干物质积累总量随玉米/大豆间距的缩小而减少,主要分配在茎秆和叶片;强结瘤品种茎秆和叶片的干物质积累量及干物质积累总量小于弱结瘤品种。从始粒期到成熟期,大豆干物质积累总量迅速增加,茎秆和叶片的分配率降低,荚果的分配率增大,强结瘤品种在成熟期玉米/大豆间距为60 cm时达到最大值。强结瘤品种各营养器官的输出率和贡献率较高,其平均产量比弱结瘤品种高2.94%,IS60处理的平均产量分别比IS45和IS75高9.77%和2.67%。相对于弱结瘤品种,强结瘤品种产量的提高主要通过提高单荚粒数和百粒质量来实现。

山东间作大豆产量与主要农艺性状关联分析

为明确间作大豆的性状表现,筛选适宜间作的高产、稳产性大豆品种,本研究在玉米大豆间作模式下,对50份大豆材料在两年的产量与11个主要农艺性状进行相关性及灰色关联度分析,并采用GGE双标图法进行品种适应性及稳产性分析。结果表明:50份材料的主要农艺及产量性状的变异系数为6.87%~77.32%,广义遗传力为0.62~0.97,且生育期、营养生长期、百粒重等9个性状的广义遗传力均大于0.8;相关性分析表明,单株产量与茎粗(0.75**)、生育期(0.76**)呈极显著正相关,其次为株高、主茎节数、分枝数、底荚高、营养生长期、百粒重、单株荚数、单株粒数;灰色关联度分析表明,单株产量与各农艺性状的关联顺序为茎粗>生育期>营养生长期>单株荚数>百粒重>底荚高>单株粒数>分枝数>主茎节数>株高>生殖生长期;GGE双标图法表明汾豆79、中作J7018和皖豆30为适宜间作的高产、稳产性较好的品种。

施氮量对玉米/大豆套作系统土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

为揭示玉米/大豆套作体系下土壤氮素转换的调控机理和根际微生态效应,以种植模式为主因素[设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS)3种处理],以玉米、大豆施氮总量(玉米、大豆施氮比例为3∶1)为副因素[设不施氮(NN,0 kg?hm^(-2))、减量施氮(RN,180 kg?hm^(-2))和常量施氮(CN,240 kg?hm^(-2))3个处理],研究了玉米/大豆套作系统下不同施氮量对作物根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:与相应单作相比,套作下玉米根际土壤真菌、放线菌数量分别提高25.37%和8.79%;套作大豆根际土壤真菌、放线菌、固氮菌数量高于单作大豆;套作玉米根际土壤蛋白酶、脲酶活性和套作大豆根际土壤蛋白酶活性均显著升高。各施氮水平间,减量施氮下玉米、大豆根际土壤真菌数量较常量施氮和不施氮均有所提高;施氮提高了玉米、大豆根际土壤放线菌数量;大豆根际土壤固氮菌数量以减量施氮最高,比不施氮和常量施氮高17.78%和5.67%;玉米根际土壤蛋白酶活性、脲酶活性和大豆根际土壤脲酶活性均以减量施氮为最高。适宜的施氮量不仅能增加玉米/大豆套作土壤中真菌、放线菌、固氮菌的数量,还能提高土壤蛋白酶、脲酶活性,调节土壤氮素的转化,促进玉米/大豆对土壤中氮素的吸收,实现节能增效。

20%烯·戊·恶种衣剂研制及对大豆镰孢根腐病的防效

为研制一种防治大豆镰孢根腐病的高效、低毒种衣剂,采用菌丝生长速率法测定了96%烯效唑(uniconazole)原药、97%戊唑醇(tebuconazole)原药、98%恶霉灵(hymexazol)原药对引起大豆根腐病的禾谷镰孢、尖镰孢和腐皮镰孢的毒力,筛选最佳复配配比。利用湿研磨法制备种衣剂,并进行室内盆栽苗验证。结果表明:烯效唑、戊唑醇和恶霉灵的配比为3∶1∶16时,对供试3种镰孢菌均表现为增效作用。室内盆栽苗验证试验结果表明,播种前,采用20%烯·戊·恶悬浮种衣剂1.0～2.0 g/kg处理大豆种子对大豆发芽和出苗没有显著影响,并可降低株高,且各浓度处理对大豆尖镰孢和腐皮镰孢根腐病的相对防效均达83.3%以上,对尖镰孢根腐的防效高于5%戊唑醇悬浮种衣剂,对腐皮镰孢和禾谷镰孢根腐病与5%戊唑醇悬浮种衣剂防效相当。本研究开发的20%烯·戊·恶悬浮种衣剂为进一步开展大豆根腐病田间化学防治及推广应用奠定了基础。

净作和套作下大豆贮藏蛋白11S、7S组分相对含量的QTL分析

大豆贮藏蛋白的7S组分和11S组分占蛋白质总量的70%左右,其含量直接与大豆种子的加工品质、营养品质及功能特性密切相关。目前,在玉米-大豆带状套作模式下11S和7S组分的相对含量会如何变化尚不明确。本研究以南豆12和九月黄为亲本所构建的重组自交系(RILs)群体为材料,结合已构建的SNP高密度遗传图谱,在不同环境(E1:2017年仁寿;E2:2017年雅安;E3:2016年仁寿)的净作及套作下,对控制贮藏蛋白组分含量的相关性状进行QTL分析。结果表明,在不同的环境和种植方式下,亲本和RIL群体的大部分贮藏蛋白11S、7S组分相对含量差异显著或极显著;检测到10个相关QTL,分布于9条染色体,表型贡献率为5.63%~9.68%。通过注释信息,在定位到的QTL区段中初步筛选出65个与贮藏蛋白质含量相关的候选基因。上述结果为大豆品质育种提供了理论参考。

大豆根腐病致病镰孢菌的多重PCR检测技术

为建立大豆根腐病镰孢菌的多重PCR检测方法,以四川大豆根腐病致病菌包括尖孢镰孢菌、腐皮镰孢菌、禾谷镰刀菌和木贼镰孢菌为对象,设计镰孢菌翻译延伸因子基因EF-1α的种特异引物,建立多重PCR扩增体系,并进行优化与验证。结果表明:25μL体系为最优镰孢菌多重PCR扩增体系,4种镰孢菌等体积混合DNA 4.0μL,各镰孢菌特异正向引物1.0μL,共用反向引物4.0μL,最佳退火温度为54℃,当循环30次时,能清晰地扩增出各镰孢菌EF-1α条带,对4种镰孢菌混合DNA的检测灵敏度可达0.1 ng/μL。室内环境样本验证结果表明,依据EF-1α扩增片段大小,该体系能够特异地检测出大豆黄化苗与致病镰孢菌混合样本中的镰孢菌,但无法从其它真菌的DNA中扩增获得目的片段。表明基于EF-1α基因特异引物建立的镰孢菌多重PCR检测技术可快速、特异地检测大豆根腐病镰孢菌。

LED单波长杀虫灯对玉米—大豆套作共生期主要昆虫的诱杀效果

以LED单波长杀虫灯为研究对象,研究5个不同波长LED杀虫灯对玉米-大豆套作共生期害虫及其天敌的诱捕效果。结果表明,共生期主要害虫以鳞翅目草螟类(以桃蛀螟为主)、鞘翅目金龟类、半翅目叶蝉类和蝽类等为主,筛选获得395 nm、401 nm和405 nm波长LED杀虫灯对害虫防治效果好,且对天敌种群影响较小。同时发现,不同波长LED杀虫灯下主要害虫的诱集动态存在差异。