省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室创新能力研究

在分析省部共建国家重点实验室整体发展状况的基础上,以河南农业大学省部共建小麦玉米国家重点实验室为例,重点归纳总结了实验室在公共平台基础性条件完善,科研创新能力提升,应用科技成果突破,高层次人才队伍建设,对外交流合作发展等方面的经验做法及取得的成绩。基于此,提出实验室进一步增强创新能力的相关建议,为其他农业领域的省部共建国家重点实验室创新能力的可持续提升提供参考。

种植密度对黄淮海区域部分玉米品种抗倒能力及产量的影响

为了解种植密度对不同基因型玉米品种的抗倒能力和产量的影响,本研究在2021年和2022年分别设置了6.75万、7.50万、8.25万株/hm^(2)3个密度处理,选用黄淮海区域8个玉米品种作为试验材料。结果表明,8个品种的茎秆抗倒能力随着种植密度的增大,均呈递减趋势。品种和密度互作条件下的相关性分析结果表明,玉米的基部茎粗及基部穿刺强度与茎秆抗倒能力呈密切正相关。灰色关联分析结果表明,8个玉米品种的基部茎粗与茎秆抗倒能力的关联度均较高。2年试验中,在6.75万、7.50万株/hm^(2)处理下新单68的产量均最高,在8.25万株/hm^(2)处理下新单58的产量均最高。综合来看,黄淮海区域玉米育种过程可通过引入具有较强茎秆抗倒能力的种质,提高品种的抗倒能力,并选择适宜的种植密度,提高产量。

基于AquaCrop模型的河南省冬小麦灌溉制度优化研究

为验证AquaCrop模型在河南省的适用性,并探讨冬小麦最优灌溉制度,分别于2016—2018年和2019—2020年,在河南周口进行冬小麦不同灌水频次田间试验,先后校准AquaCrop模型参数和独立验证模型模拟效果,并利用验证后的AquaCrop模型,分析不同降雨年型条件下16种灌溉情景对冬小麦耗水量、蒸腾量、籽粒产量、水分利用效率和灌溉水利用效率的影响。结果表明,冬小麦冠层覆盖度模拟值与实测值的决定系数(R^(2))介于0.84~0.94,一致性指数(d)介于0.93~0.98,均方根误差(RMSE)介于4.7%~9.4%。冬小麦生物量模拟值与实测值的R^(2)介于0.94~0.95,d介于0.93~0.98,RMSE介于2.1~2.2 t/hm^(2)。冬小麦籽粒产量、水分利用效率模拟值与实测值的相对误差(RE)均在10%以内。以籽粒产量和水分利用效率最高为目标,冬小麦的最优灌溉方案为:于干旱年拔节期、开花期和灌浆期,每次灌水75 mm;于平水年拔节期和开花期,每次灌水75 mm;于丰水年拔节期灌水75 mm。

基于机器学习算法的农田挥发氨多传感器阵列检测技术研究

【目的】设计能够快速、低成本、便捷检测农田挥发氨装置。【方法】构建基于二氧化锡(SnO_(2))半导体气体传感器阵列检测系统,并在新鲜空气(氨气质量浓度为0 mg·m^(-3))和氨气质量浓度分别为75.9、151.8、303.6 mg·m^(-3)条件下,以及混合有乙醇的空气、纯乙醇气体(质量浓度为151.8 mg·m^(-3))、混合有氨气的空气和纯氨气气体(质量浓度为151.8 mg·m^(-3))样品下,通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)、K-最近邻算法(K-nearest neighbors,KNN)和支持向量机算法(support vector machine,SVM)对多传感器阵列响应稳态阶段和暂态阶段的数据进行分类处理,分析该系统对不同质量浓度氨气和混合气体环境下氨气的区分效果。【结果】该装置能够明显区分不同质量浓度氨气,稳态阶段的主成分1值超过90%。KNN与SVM算法稳态阶段平均准确率超过97%,暂态阶段平均准确率68%,KNN与SVM平均分类准确率为68%。【结论】该多传感器阵列检测系统不需要等待传感器进入稳态阶段便可以读取数据,有助于农田环境中氨气快速和连续检测。

小麦类病斑突变体lmpa1的早衰特性研究

本研究以小麦品系KD527及其经EMS诱变创制出的类病斑型早衰突变体lmpa1和两者的杂交F1、F2群体为材料,分析其类病斑发生动态、农艺及产量性状,并进行相关光合指标测定与组织化学染色鉴定,以期分析lmpa1发生类病斑早衰的生理生化机制.结果表明,KD527能正常完成生长成熟过程,而lmpa1在生长前期表现正常,挑旗后叶片受光诱导而发生类病斑反应,出现黄褐色类病斑,且随生育期延长,类病斑逐渐蔓延至叶鞘、茎秆和穗部,引发整株早衰直至干枯死亡,导致其产量降低;类病斑发生期间,lmpa1叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著低于KD527(P<0.01),胞间CO_(2)浓度显著高于KD527(P<0.01);总叶绿素量含量明显低于KD527,且二者之间的差异随类病斑发生程度的增加而增大;类病斑发生初期,lmpa1的叶片过氧化氢(H_(2)O_(2))含量及过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均较KD527高,随着类病斑扩散,其CAT、SOD、POD活性急剧下降,H2O2含量急剧增加;组织化学染色分析表明类病斑发生部位出现细胞死亡.本结论为类病斑早衰基因Lmpa1调控小麦早衰发生的生理生化机制研究奠定了理论基础.

河南省抗赤霉病小麦新品种基因型、丰产性、农艺与品质性状测定

【目的】筛选对小麦赤霉病有良好抗性且农艺性状、品质优良的小麦新品种。【方法】选择河南省小麦抗赤霉病组区域试验中参试的5个新品种及2个对照品种,在2019—2020、2020—2021年连续2 a采用单花滴注接种法进行田间赤霉病抗性鉴定,同时利用与Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5、Fhb7功能标记或紧密连锁的分子标记对其进行基因型检测,并对其冬春性、产量构成因素、株高和抗寒性等主要农艺性状,以及蛋白质含量、硬度、湿面筋含量和沉淀值等主要品质性状进行测定。【结果】7个参试品种平均病小穗率为42.2%,平均严重度3.0,参试品种的2 a平均产量为7105.4 kg·hm^(-2),平均分蘖成穗率为42.4%;郑麦113为弱春性,其余小麦新品种均为半冬性品种;参试品种平均全生育期为217 d,抗冬寒性变幅为2~3级,抗春寒性变幅为2~4级,平均株高为76.7 cm,百农207和机麦1号落粒性为3级,属易落粒品种。参试品种蛋白质含量平均值为14.8%,总淀粉含量平均值为61.2%,直链淀粉含量平均值为19.4%,直链淀粉与支链淀粉比值(直/支比)平均值为0.47,糊化温度平均值为88.7℃,硬度指数平均值为58.1,沉淀值平均值为68.4,湿面筋含量和面筋指数的平均值分别为31.5%和54.8。【结论】分子标记检测表明,豫农903、豫农904携带抗赤霉病基因Fhb1,机麦1号、郑麦9134携带Fhb5。郑麦9134、豫农904和豫农9033个半冬性新品种2 a平均产量均优于对照品种百农207,抗寒性和抗倒性也优于对照品种。豫农903、豫农904、郑麦9134综合性状优良,可作为小麦抗赤霉病遗传改良的种质和新品种加以改良利用。

小麦骨干亲本周8425B抗条锈病优异基因在其衍生品种中的遗传解析

周8425B是黄淮海麦区应用较广泛的矮秆大穗、抗病抗逆小麦骨干亲本,解析周8425B衍生品种的条锈病抗性遗传表现及其携带的抗条锈病基因遗传传递信息对新品种选用具有重要价值。本研究以条锈病强毒力生理小种条中34(CYR34)单一菌种对收集的222份周8425B衍生品种进行苗期条锈病抗性鉴定,以CYR34为主的混合菌种对衍生品种进行成株期条锈病抗性鉴定,利用周8425B携带的抗条锈病基因YrZH84、YrZH84.2、Yr30、YrZH22和Yr9紧密连锁的分子标记对衍生品种进行基因型检测。研究结果表明,周8425B苗期和成株期对目前强毒力优势菌种CYR34均表现高抗条锈病。在222份周8425B的衍生品种中,2年表现稳定成株期抗病的衍生品种有昌麦9号、济研麦10、百农4199、赛德麦7号和郑麦103等14份,占比6.3%;表现稳定全生育期抗病的衍生品种有周麦11、周麦22、周麦26、周麦36、兰天36、存麦16和郑品麦8号等52份,占比23.4%。周8425B衍生品种主要通过周麦11、周麦12、周麦13、周麦15、周麦16和周麦17等6个子一代再次衍生到子二代。子一代中周麦16和周麦13由于具有较好的农艺性状直接衍生出较多品种,周麦12与周麦13培育出子二代周麦22衍生出45个子三代,周麦11培育出矮抗58衍生出54个子三代。周8425B携带的YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30和Yr9在衍生后代中的频率分别为34.7%、14.9%、41.9%、66.2%和67.1%。仅携带其中1个抗病基因的衍生品种以携带YrZH84的平均严重度最低,为15.4%;聚合2个抗病基因的衍生品种中,以携带YrZH84+YrZH22的平均严重度最低,为20.0%;聚合3个抗病基因的衍生品种中,以携带YrZH84+YrZH22+Yr9的平均严重度最低,为17.2%;聚合4个抗病基因的衍生品种中,携带YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为16.9%,携带YrZH84.2+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为38.4%。苗期以携带全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因组合的衍生品种的抗病性较好。研究结果为中国小麦骨干种质周8425B的持续改良利用提供了条锈病基因信息,鉴定出对强毒力生理小种CYR34表现抗病的衍生新种质,为我国小麦抗条锈病遗传育种提供了参考。

磷肥施用方式对黄淮地区夏玉米土壤磷素有效性及产量的影响

为探究黄淮地区适宜的磷肥施用方式,通过开展大田试验对4种磷肥施用方式(常规撒施(P1)、分层施(P2)、条施(P3)、穴施(P4))下玉米不同生育时期干物质积累量、根系形态指标、不同土层土壤速效磷含量及磷酸酶活性、玉米产量及其构成因素进行测定分析。结果表明,不同施磷方式下,P2、P4处理的穗长和行粒数较P1处理显著提高22.57%,16.81%和15.19%,7.60%,P2、P3、P4处理穗粒数较P1处理分别显著提高25.26%,13.86%,17.00%,但P2处理单位面积穗数较P1处理显著降低15.30%,最终P2、P4处理产量较P1分别显著提高15.20%,10.79%。根系性状中,施磷方式显著影响了根长、根表面积、根体积、根尖数,其中P2和P4处理的根长较P1处理显著提高30.41%,33.75%;P2处理根表面积相较于P1处理显著提高23.77%,P4处理根表面积相较于P1和P3处理显著提高29.60%,21.70%;P2和P4处理下的根体积和根尖数较P1和P3处理均显著提高。对土壤速效磷含量分析表明,三叶期10~20 cm的土层中,P2和P4处理速效磷含量较P1显著提高;成熟期,0~20 cm土层中P2、P3、P4处理土壤速效磷含量较P1处理发生不同程度降低,20~30 cm土层中P4处理较P1处理发生显著降低。相关性分析表明,三叶期10~20 cm土层中酸性磷酸酶活性与土壤速效磷含量呈显著正相关,P2和P4处理在该土层下酸性磷酸酶活性和土壤速效磷含量均较高,有利于土壤中的磷素转化为玉米可吸收态。综上所述,磷肥分层施和穴施较传统撒施能提高玉米生育前期土壤中磷素有效性,促进根系生长发育,进而提高夏玉米产量,为黄淮地区较适宜的玉米磷肥施用方式。

基于BSA-seq技术对乌拉尔图小麦条锈病抗病基因的初步定位

【目的】发掘和克隆小麦条锈病抗病基因,为小麦条锈病抗病育种提供遗传基因资源。【方法】以乌拉尔图小麦为材料,通过接种鉴定筛选具有条锈病抗性的材料,利用正向遗传学和混合分组测序分析法(BSA-seq)在乌拉尔图小麦材料中鉴定新的条锈病抗病基因位点。【结果】通过接种鉴定筛选到6个具有小麦条锈病抗性的乌拉尔图小麦材料,通过构建杂交群体结合BSA-seq技术在其中1个抗病材料TuW1中鉴定出1个新的条锈病抗病基因位点,定位于7AS染色体的0~35.2 Mb区间。【结论】通过正向遗传学结合BSA-seq技术在乌拉尔图小麦中鉴定到1个新的条锈病抗病基因位点,为小麦条锈病抗病育种提供了基因资源。

小麦种质资源茎基腐病抗性鉴定及定位分析

采用小米培养基接种法对163份当前推广的小麦种质资源进行室内和田间茎基腐病抗性鉴定。结果表明,没有鉴定出高抗和免疫的小麦材料,但是不同材料的抗性能被明显区分,群体抗性整体上呈现正态分布趋势,室内鉴定病情指数分布在13.28~83.33之间,田间鉴定病情指数分布在10.27~73.89之间。室内和田间鉴定结果较稳定,两环境病情指数的相关系数为0.79,说明室内鉴定结果可较好反映田间抗性情况。全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association study)显示,显著SNP广泛分布于小麦各条染色体上,其中2A上最多,集中在725~763 Mb区段内。进一步集群分离分析法(BSA,bulked segregant analysis)结果显示,显著SNP集中在2A上的730~750 Mb区段内。综合来看,小麦2A染色体上730~750 Mb区段内可能存在显著调控小麦茎基腐病的抗性基因。本研究能够为小麦茎基腐病抗性材料筛选及抗病位点挖掘提供重要的参考意义。

轮耕模式对黄淮海冬小麦—夏玉米两熟区农田土壤改良效应

目的针对黄淮海地区长期采用单一土壤旋耕作业存在的弊端,研究由秸秆覆盖深松、秸秆还田旋耕和秸秆还田深耕组成的不同轮耕模式对黄淮海两熟区农田的土壤改良效应。【方法】连续6年定位实施5种轮耕模式:连年旋耕(CRT,CK)、连年深松(CST)、连年深耕(CDT)、深耕/旋耕(DT/RT)和深耕/旋耕/旋耕(DT/RT/RT),研究各轮耕模式对冬小麦-夏玉米农田土壤三相比R值、土壤有机碳储量、全氮储量、土壤酶活性、土壤呼吸速率和作物经济效益的影响。【结果】轮耕模式、耕层深度、年份对土壤三相比R值、土壤有机碳储量、全氮储量和酶活性存在显著或极显著影响。与连年旋耕相比,连年深松模式有利于表层土壤有机碳储量、氮储量、土壤脲酶和蔗糖酶活性的积累,而连年深耕、深耕/旋耕和深耕/旋耕/旋耕轮耕模式有利于增加10—40 cm土层的有机碳储量、氮储量、土壤脲酶和蔗糖酶活性,促进土壤营养均匀分布。随着轮耕年限的增加,0—40 cm土层的R值呈整体降低趋势,而土壤有机碳储量、全氮储量呈整体增加趋势,其中深耕/旋耕和深耕/旋耕/旋耕轮耕模式表现更为明显。与试验开展前相比,秸秆全量还田下的连年旋耕、连年深松、连年深耕、深耕/旋耕和深耕/旋耕/旋耕模式在0—40 cm土层的R值分别降低20.8%、33.1%、29.5%、29.7%和30.7%,有机碳储量分别增加6.4%、14.5%、16.0%、20.6%和23.8%,全氮储量分别增加3.1%、11.1%、11.6%、13.3%和15.7%。轮耕模式对土壤呼吸速率存在极显著影响,与连年旋耕相比,连年深松、连年深耕、深耕/旋耕和深耕/旋耕/旋耕模式冬小麦季的土壤呼吸速率分别提高20.7%、19.3%、13.7%和9.2%,夏玉米季分别提高19.1%、18.1%、15.2%和10.4%。但与连年深耕相比,深耕/旋耕和深耕/旋耕/旋耕模式冬小麦季的土壤呼吸速率分别显著降低5.9%和9.6%,夏玉米季分别降低3.3%和7.3%。其中,深耕/旋耕/旋耕模式冬小麦季的土壤呼吸速率比深耕/旋耕降低4.1%,夏玉米季降低4.3%。轮耕模式、年份及其交互对作物产量和经济效益存在极显著影响。对5种轮耕模式6年的作物周年产量和经济效益综合分析,以深耕/旋耕模式最高,但与深耕/旋耕/旋耕模式的作物产量和经济效益差异均不显著。深耕/旋耕/旋耕、深耕/旋耕、连年深耕和连年深松的周年产量比连年旋耕分别增加18.9%、21.4%、12.9%和15.7%,其经济效益比连年旋耕分别增加31.9%、36.2%、20.3%和25.4%。【结论】深耕/旋耕/旋耕轮耕模式能够改善耕层结构,增加土壤耕层碳氮储量和根区酶活性,且显著降低农田碳排放量,增产增收效果明显,为黄淮海地区冬小麦-夏玉米两熟制农田适宜的轮耕模式,其次是深耕/旋耕轮耕模式。

“作物栽培学总论”的引导教学与课程思政

“作物栽培学”是一门紧密联系实践的学科,存在课时数少、理论知识量大、学生专业背景不一致等问题。针对课程特点,深入了解学生背景基础上,开展兴趣引导教学。结合实践案例分析,使学生加深理论知识理解。通过作物个性和共性,探索作物生长发育规律及其与环境互作关系。相关知识点上阐释国家惠农政策,分析国家对农业的重视,对乡村振兴的决心。传达国家在“三农”问题上实现脱贫攻坚的意志。牢记让自己成为合格农业科技人才肩负起乡村振兴的时代重任。

2021年黄淮地区夏玉米南方锈病流行因素分析及防控对策

黄淮地区是我国夏玉米重要产区,近年来由多堆柄锈菌Puccinia polysora Underw.引起的玉米南方锈病的发生与流行已成为黄淮地区玉米产量的主要限制因素,2021年玉米南方锈病在我国黄淮玉米产区大面积暴发流行,危害损失之严重历年罕见。本文介绍了2021年度黄淮地区玉米南方锈病的发生危害情况,分析了暴发流行的主要因素,并提出了今后的防控对策。

外源褪黑素对干旱胁迫下玉米幼苗根系发育及生理生化特性的影响

为研究喷施外源褪黑素对玉米幼苗抗旱性的效果,探究褪黑素缓解干旱胁迫的作用机理。以玉米品种郑单985作为供试材料,采用水培试验,使用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,探究干旱胁迫下不同浓度(0、10、50、100μmol·L^(-1))褪黑素对玉米幼苗生长、根系构型及分级特征、光合特性、抗氧化能力和渗透调节物质含量等指标的影响,采用隶属函数值法对不同处理下玉米幼苗的抗旱性进行综合评价。结果表明:与不施褪黑素处理相比,喷施50μmol·L^(-1)褪黑素效果最优,玉米幼苗的株高、地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重、茎耐受指数和根耐受指数均显著增加;玉米幼苗的总根长(RL)、根表面积(SA)、根体积(RV)和根尖数(RT)均显著增加,RL的Ⅰ级(RD 0~0.5 mm)、SA的Ⅰ和Ⅱ级(RD 0.5~1.0 mm)、RV的Ⅰ和Ⅱ级均显著提高,其中50μmol·L^(-1)褪黑素处理中的根系Ⅰ级径级区间的RL和SA占该处理根系的总比例最高,达到82.40%和47.32%;地上部丙二醛(MDA)含量显著降低了20.17%;地上部可溶性蛋白含量增加至最大,地下部可溶性蛋白含量显著升高了49.14%;光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)分别增加了85.83%和32.81%;地上部和地下部超氧化物歧化酶(SOD)活性、地上部过氧化物酶(POD)活性、地上部过氧化氢酶(CAT)活性和地上部抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均显著升高;干旱胁迫下4个处理的抗旱性强弱排序为50μmol·L^(-1)(MT50)>10μmol·L^(-1)(MT10)>100μmol·L^(-1)(MT100)>0μmol·L^(-1)(MT0),即MT50处理的抗旱性最强。外源喷施50μmol·L^(-1)褪黑素有效调节了玉米幼苗地上部和地下部的抗氧化酶活性和渗透调节能力,减少了MDA含量,提高了地上部的光合作用能力,调节了玉米幼苗地上部和地下部的可溶性蛋白含量、抗坏血酸(As A)含量、谷胱甘肽(GSH)含量、SOD活性、POD活性、APX活性和CAT活性,提高了玉米幼苗地上部和地下部的生物量和伸长量,减轻了干旱胁迫对根系构型的影响,提高了玉米幼苗的抗旱性,为研究褪黑素缓解干旱胁迫的作用机理提供了理论依据。

基于特征波段选择和机器学习的小麦白粉病高光谱遥感监测

白粉病严重危害小麦生长及制约产量形成,精确监测该病害对精确防控及保障国家粮食安全具有重要意义。在小麦孕穗、开花和灌浆期使用地物高光谱仪获取小麦冠层光谱数据,利用一阶导数(FD)、二阶导数(SD)、对数变换(LOG)、倒数变换(1/R)和连续去除法(CR)对原始光谱(OR)进行光谱变换,基于CARS算法和SPA算法相结合对五种变换的光谱数据和原始光谱进行特征波段提取,进而利用偏最小二乘回归(PLSR)、岭回归(RR)和高斯过程回归(GPR)建模方法确立小麦白粉病病情指数(mDI)监测模型。结果表明,一阶导数在Pearson相关性、两波段优化组合以及机器学习方法建模中,综合表现最好,是一种处理病害光谱数据的较好预处理方法。经过光谱数据变换后,再使用CARS-SPA算法可以更有效的提取特征波段,特征波段为411、450、476、543、561、594、624、671、726、780、835和950 nm。在不同机器学习建模方法对比中,高斯过程回归(GPR)模型表现最佳,其次为岭回归(RR)和偏最小二乘法回归(PLSR)。其中,一阶导数结合GPR模型的估算精度最高,建模集和验证集的平均R^(2)为0.805,RMSE和MAE分别为2.532和2.164,相较于OR-GPR模型,R^(2)提升12%,RMSE和MAE分别降低19.6%和17.6%,表明GPR模型在小麦白粉病监测中具有良好的估算能力。可见,使用一阶导数预处理光谱数据,采用CARS-SPA结合算法提取特征波段,再利用高斯过程回归建模方法能够提升小麦白粉病遥感监测精度。研究结果为实现遥感监测作物病害提供了思路与方法。

不同分子量黄腐酸对冬小麦生长和养分吸收利用的影响

【目的】黄腐酸在作物生产中有较为显著的促生、抗逆作用,但黄腐酸的结构复杂、分子量分布宽,影响其效果的稳定性。因此,我们研究了不同分子量黄腐酸对冬小麦生长和养分吸收利用的影响。【方法】采用生物半透膜将黄腐酸按分子量分为<3000 D (W1)、3000~10000 D (W2)和>10000 D (W3) 3个等级,对其进行结构分析,并进行冬小麦盆栽试验。在小麦拔节期将黄腐酸溶液施入土壤中,每个分子量的黄腐酸均设置0(CK)、10 (C1)、25 (C2)、50 (C3) mg/kg共4个施用量。在冬小麦开花期和成熟期采集植株样品和土壤样品,测量生物量、产量和养分含量等指标。【结果】结构分析表明,W1和W2的芳香烃饱和度更低,含氧官能团更多,侧链更发达,并且具有更高的亲水性。与对照相比,施用不同分子量黄腐酸均显著提高了冬小麦籽粒产量(21.62%~49.06%)、籽粒铁浓度(62.81%~100.67%)、籽粒氮累积量(19.47%~38.49%),提高了氮吸收效率(10.67%~19.66%)和氮肥偏生产力(21.63%~49.07%)。施用W1,以上各指标随黄腐酸施用量的增加而降低;施用W2,各指标随着黄腐酸施用量的增加而升高;施用W3,各指标随着黄腐酸施用量的增加呈现先增加后降低的趋势。施用3个分子量黄腐酸显著促进了冬小麦花前积累的干物质和氮素向籽粒转运,其中干物质转运量提高24.30%~40.27%,干物质转运效率提高20.21%~33.57%,氮转运量提高20.12%~51.22%,氮转运效率提高8.44%~22.90%。冬小麦产量、肥料偏生产力以及籽粒氮累积量均与黄腐酸的O/C原子比、H/C原子比、氧含量、氮含量、亲水性指数和碳水化合物碳含量呈显著正相关。聚类分析结果显示施用黄腐酸显著影响冬小麦各测定指标,与对照存在明显不同,分属于不同聚类。【结论】不同分子量的黄腐酸均能显著提高冬小麦的生物量、籽粒产量、养分吸收和利用效率,并能显著提高籽粒铁含量,有利于改善小麦籽粒营养。分子量影响着黄腐酸的有效剂量,分子量<3000 D的黄腐酸含氧功能团多,亲水性高因而活性高,在低施用量(10 mg/kg)下的效果最佳,而中、高分子量的黄腐酸需要较高的剂量来保证其有益效果。

黄腐酸添加量对低氮胁迫下小麦生长和根系形态的影响

【目的】黄腐酸(FA)是腐植酸中分子量较小、活性最大的组分,作为一种生物刺激素,FA可以促进植物生长,提高植株的抗逆性。研究黄腐酸不同添加量对低氮胁迫下小麦生长及根系形态的影响,为小麦减氮增效提供实践和理论参考。【方法】以小麦品种‘鑫华麦818’为材料进行了水培试验。将营养液氮浓度调节为硝态氮0.1 mmol/L模拟低氮胁迫(LN),并分别设置FA添加量0、30、60、90、120 mg/L,即LN-FA0、LN-FA30、LN-FA60、LN-FA90、LN-FA120,共5个处理;以正常供氮营养液(硝态氮4 mmol/L)为对照(NN)。分析了小麦根系形态、植株生物量、植株氮浓度、氮累积量、叶片氮代谢关键酶活性等指标。【结果】与LN-FA0相比,LN-FA30、LN-FA60、LN-FA90和LN-FA120处理的地上部生物量分别提高了16.31%、23.18%、26.75%和35.16%,LN-FA120的地上部生物量与正常氮处理已无显著差异;LN-FA30、LN-FA60和LNFA90总根长增加了35.00%~44.67%,根表面积增加了39.93%~95.42%,根体积增加了55.38%~144.61%,根尖数增加了62.88%~90.12%,主根长增加了26.29%~31.71%(P≤0.05)。将根系按照直径划分为4个等级,FA处理主要促进了小麦Ⅰ~Ⅲ级根系的生长。与LN-FA0相比,4个FA处理均显著提高了小麦地上部氮累积量、根系氮吸收效率和地上部氮分配比例,显著提高了小麦叶片谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性。上述全部指标,除地上部生物量外,FA的提升效果均随FA添加量增加至90 mg/L达到最高值,FA120则不同程度地降低了对各指标的提升效果。【结论】低氮胁迫下,适宜黄腐酸添加量可显著促进小麦Ⅰ~Ⅲ级根系的生长,提高总根长、主根长、根表面积、根体积和根尖数,进而显著提高小麦根系氮吸收效率以及在地上部的氮分配率,并通过提高低氮叶片的GOGAT和GDH活性增强植株氮代谢,促进地上部生物量积累。黄腐酸添加量在30~90 mg/L范围内,效果随黄腐酸添加量的增加而增强,当添加量达到120 mg/L时,其对小麦根系各指标和氮代谢酶活性的作用减小,但却获得了最大的地上部生物量,其原因还需继续研究。

外源壳聚糖对干旱胁迫下玉米根系构型分级及生理参数的影响

【目的】探究施用壳聚糖对干旱胁迫条件下玉米生长及根系构型分级的影响,寻求可提高玉米抵抗干旱胁迫能力的有效途径。【方法】以玉米品种郑单985作为供试材料,采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫的水培试验,待玉米长至两叶一心时,施加不同质量浓度(0、25、50、100、200、400 mg·L^(-1))的壳聚糖,测定玉米生长相关指标、叶绿素含量和光合参数、丙二醛(MDA)、抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量,并将根系构型按根系直径进行分级,比较其变化特征,通过计算不同处理玉米幼苗生理指标的平均隶属函数值进行抗旱性综合评价。【结果】与干旱处理相比,当壳聚糖质量浓度为100 mg·L^(-1)时,株高、地上部鲜质量、地下部干质量、光合速率(P n)、气孔导度(G s)、胞间二氧化碳摩尔分数(C i)、地上部抗坏血酸、地下部抗坏血酸和地上部谷胱甘肽含量指标均达到最大,分别显著提高了14.47%、85.61%、66.67%、90.10%、38.89%、106.99%、49.52%、25.54%和18.42%;Ⅲ级径级区间的根长(RL)、根表面积(SA)和根体积(RV)在壳聚糖质量浓度为100 mg·L^(-1)时显著提高。【结论】PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,不同质量浓度外源壳聚糖的施用可以有效改善玉米幼苗在干旱胁迫下的生长。相对其他壳聚糖处理,100 mg·L^(-1)外源壳聚糖的施加较大幅度地减少了丙二醛含量,提高了抗坏血酸和谷胱甘肽含量,增强了玉米幼苗的抗氧化系统,提高了Pn、Gs、Ci、叶绿素含量、植株干鲜质量,提高了Ⅲ级径级区间的RL、SA和RV,增强了玉米幼苗对干旱胁迫的耐受性。

玉米穗部性状QTL定位及上位性效应分析

为从分子水平上解析玉米穗长、穗粗和籽粒深度的遗传基础,以豫82×豫87-1衍生的一套重组近交系(RIL)群体为材料,通过多点的表型鉴定,采用SNP标记构建的遗传连锁图谱进行QTL定位及上位性效应分析。结果表明,在穗部3个性状中共检测到的18个相关QTL,并且与环境的互作均不显著。在这些QTL中,位于第1染色体调控穗长的q EL1-1和第2染色体调控粒深的q KD2-1、q KD2-2,分别解释表型变异的6.21%和10.11%、8.90%。上位性效应分析结果表明,共检测到3对位点间互作,互作效应为1.23%~6.49%,其中有1对位点互作达到显著水平。本研究为进一步图位克隆相关关键基因及分子标记辅助育种提供了重要的参考价值。

不同水分条件下施磷对冬小麦穗花发育及产量的影响

为明确不同水分条件下施磷对冬小麦穗花发育成粒的调控效应,于2020—2022年以重穗型品种周麦16和多穗型品种豫麦49-198为试验材料,设置3种水分处理(重度干旱W0、中度干旱W1、正常水分W2)和2种磷素水平(不施磷肥P0、施磷肥P1),利用解剖镜观察小花发育进程,并测定干物质、可溶性糖含量、氮素含量、磷素含量、产量及其构成因素,研究不同水分条件下施磷对冬小麦可孕小花发育动态、营养物质的吸收与转运及产量的影响。结果表明,干旱影响小花的发育和结实,阻碍了地上部干物质合成及对营养物质的吸收,显著降低了产量。施磷肥可以促进穗花良好发育,有效减少小花的退化和败育,在开花前18d至开花期,施磷促进了两小麦品种穗及营养器官的干物质量和氮磷含量、穗部可溶性糖含量、正常水分下营养器官的可溶性糖含量、以及可溶性糖和磷含量的穗/营养器官比值,而干旱胁迫下营养器官的可溶性糖含量以及氮含量的穗/营养器官比值则呈现相反的趋势。与不施磷肥相比,施磷处理在3种水分条件下穗粒数与产量均显著提高,两品种一致,穗粒数的增幅为7.21%~20.97%(周麦16)和7.56%~21.84%(豫麦49-198),产量增幅为13.41%~29.32%(周麦16)和12.66%~29.76%(豫麦49-198),其中以中度干旱效果最明显。品种间比较,重穗型品种的穗粒数和产量高于多穗型品种,而穗数则相反。施磷对穗数和千粒重的影响有所不同,穗数在重度干旱下施磷处理间差异不显著,而在中度干旱和正常水分下处理间差异显著,千粒重在3种水分条件下施磷处理间差异均不显著。可见,在干旱胁迫下施磷可以促进地上部营养物质生产及同化,优化可溶性糖、氮及磷素在穗部的分配,为穗花发育提供充足营养以减少可孕小花退化,从而提高穗粒数和产量,其中中度干旱下调控效果最好。研究结果为通过施磷肥缓解干旱胁迫对小麦生长带来的不利影响提供了理论依据和技术支撑。