深耕改善砂姜黑土理化性状提高小麦产量

为探明砂姜黑土农田适宜的耕作方式,进一步挖掘砂姜黑土生产潜力,发挥地域资源优势,以周麦27为试验材料,在大田条件下设置免耕、旋耕（15 cm）、深耕（30 cm）3种耕作方式,研究了耕作方式对砂姜黑土农田土壤容重、有机碳含量、无机氮含量以及小麦籽粒产量的影响。结果表明,在小麦苗期和成熟期,3种耕作方式处理间0-10 cm土层土壤容重差异不显著（P〉0.05）,但深耕处理显著降低〉10-30 cm土层土壤容重（P〈0.05）。在小麦苗期、越冬期、拔节期、开花期和成熟期,3种耕作方式对0-20 cm土层土壤有机碳含量的影响规律不明显,但深耕处理明显增加〉20-40 cm土层土壤有机碳含量;〉20-40 cm土层土壤铵态氮含量均为深耕〉旋耕〉免耕。与免耕处理相比,深耕处理通过增加小麦穗粒数和千粒质量,最终促使籽粒产量增加16.33%。综上所述,在该试验条件下,在秸秆还田的基础上,小麦季30 cm深耕处理可以降低土壤容重,增加土壤有机碳含量,进而提高小麦籽粒产量,可作为砂姜黑土农田适宜的耕作方式。

基于近地成像光谱的小麦全蚀病等级监测

小麦全蚀病是检疫性的土传病害,对小麦生产危害极大,对其发生的监测是治理的根本。遥感技术可实时、宏观监测病害发生发展,尤其是成像光谱技术的图谱合一,可精准对病害识别和分类。该文首先通过主成分分析提取不同小麦白穗率的冠层光谱特征;再通过灰色聚类分析方法,研究白穗率等级的可分性;最后利用基于径向基(RBF,radial basis function)核函数的支持向量机对全蚀病害的近地成像高光谱图像进行分类,从而验证近地成像光谱在全蚀病监测上的可行性。研究结果显示:该方法对5种程度的小麦全蚀病白穗率的分类精度均达94%以上,Kappa值大于0.8。研究表明利用该方法,通过近地成像光谱图像可以准确监测小麦全蚀病的病情,对小麦全蚀病的治理有指导意义。

利用单片段代换系测交群体定位玉米产量相关性状的杂种优势位点

杂种优势利用是提高农作物产量与品质的一种重要途径,而明确杂种优势的遗传机制将促进优良玉米新品种的选育,但是截至目前其遗传机制仍不清楚。本研究以玉米自交系lx9801背景的昌7-2单片段代换系为基础材料,利用与自交系T7296的测交群体,对昌7-2和lx9801相应染色体片段与T7296之间存在差异的杂种优势位点进行了分析,共检测出64个不同穗部性状和产量的杂种优势位点(HL),其中23个在2个环境中同时被检测到,包括4个穗长的HL,4个穗粗的HL,4个穗行数的HL,7个行粒数的HL和4个产量的HL,并在多个染色体片段上鉴定出同时包含产量及其构成因子的杂种优势位点,该研究为进一步解析玉米产量杂种优势形成的遗传机制奠定了材料基础。

基于支持向量机模型的冬小麦全蚀病为害等级遥感监测

为了解利用高光谱遥感技术对小麦全蚀病进行有效监测的可行性,对感染不同发病等级全蚀病的冬小麦冠层光谱反射率数据进行采集分析,选取监测敏感波段,在Matlab和Libsvm工具箱支持下,利用支持向量机分类方法构建小麦全蚀病病害等级预测模型。结果表明,在不同程度小麦全蚀病的为害下,小麦冠层光谱反射率存在明显变化。通过对数据分析,选择700~900nm波段作为敏感波段进行训练建立模型的结果最好;经检验,基于此波段构建的预测模型预测值与实际值相关系数可达0.943,均方根达0.63,因此生产上可利用波段光谱特征对小麦全蚀病进行监测。

小麦谷氨酰胺合成酶同工酶转录特点及其启动子序列分析

谷氨酰胺合成酶是小麦氮同化关键酶,分为胞液型和质体型(TaGS2)两类,其中胞液型TaGS又分为TaGS1、TaGSr和TaGSe。为了研究异源六倍体小麦A、B、D染色体组TaGS同工酶表达差异及调控机制,本项目利用三代测序技术测定了TaGS同工酶基因转录水平,依据中国春基因组序列克隆了豫麦49的12个TaGS同工酶启动子,并对其序列进行了分析。结果表明,TaGS1主要由6B染色体基因转录,TaGSe和TaGSr主要由4D染色体基因转录,TaGS2主要由2D染色体基因转录,不同TaGS同工酶转录起始位点距起始密码子ATG的距离不同。启动子元件分析显示,6B染色体上的TaGS1启动子有较多W-box、AC-I、ABRE、as-1和茉莉酸甲酯等响应元件,4D染色体上的TaGSe启动子有较多胁迫响应转录因子(MYB、MBS、LTR等)结合元件和植物生长素响应元件,4D染色体上的TaGSr启动子有较多WRE3等转录因子结合元件,2D染色体上的TaGS2启动子有较多A-box、WRE3、ARE及AT富集区。不同TaGS同工酶启动子顺式元件种类、数目及排列顺序均不同,为进一步研究GS同工酶调控机制奠定了基础。

农田生态系统中土壤有机碳与团聚体相互作用机制的研究进展

土壤有机碳和土壤结构是衡量土壤地力的重要指标,同时也是影响土壤稳定性和生产力的主要因素。土壤有机碳对团聚体的形成和稳定具有重要作用,而土壤团聚结构对土壤有机碳的累积与分解具有显著影响。回顾了有机碳影响团聚体形成稳定作用的模式模型;归纳了土壤团聚体对有机碳累积的保护作用机制。在总结土壤有机碳和土壤团聚体相互作用机制的基础上,探讨了农田管理措施对土壤有机碳和团聚体的影响,并概括了目前国际上相关研究的新技术。并在此基础上,提出了在该领域研究中存在的问题,以期为中国土壤地力的持续提升研究提供参考。

小麦谷氨酰胺合成酶基因可变剪接分析

谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)是植物氮素同化的关键酶,小麦(Triticum aestivum L.)GS由12个核基因编码,即TaGS1;1-6A/6B/6D、TaGS1;2-4A/4B/4D、TaGS1;3-4A/4B/4D和TaGS2-2A/2B/2D。利用单分子测序技术获得了TaGS基因的全长转录本,发现TaGS1;1-6A有1种可变剪接转录本、TaGS1;1-6B有2种可变剪接形式;与正常转录本编码的TaGS相比,TaGS1;1-6A-1的Gln_synt_N结构域部分缺失,TaGS1;1-6B-3缺少Gln_synth_gly_rich_site结构域;TaGS1;1-6B-4是新鉴定的转录本,编码缺少Gln_synth_gly_rich_site和Gln_synth_cat_dom结构域的GS蛋白。进一步研究了氮肥对不同氮效率小麦品种可变剪接转录本表达的影响,发现氮高效品种YM49叶片TaGS1;1-6A-1表达水平显著高于氮低效品种XN509,且随着氮肥增加而升高;YM49根系TaGS1;1-6A-1表达随供氮量增加而升高,XN509却呈现相反趋势。TaGS1;1-6B-3在YM49和XN509中有相似的表达趋势,高浓度NO3-促进TaGS1;1-6B-3在叶片中表达,却抑制其在根中的表达;高浓度NH4+抑制TaGS1;1-6B-3在叶片中表达,但在根中表达影响较小。TaGS1;1-6B-4主要在低氮条件下表达,NH4+浓度不影响其在YM49根中的表达。了解TaGS基因可变剪接有助于阐明TaGS同工酶在小麦氮代谢中的功能。