西北农林科技大学小麦多组学数据库的构建与应用

本研究在大规模根系转录组分析的基础上,获得406份全球遗传多样性丰富的小麦种质的基因型数据,并通过对18个农艺性状在10个种植环境中的系统调查,获得对应的表型数据。实验室前期评估证实表型与基因型数据可靠,可应用于小麦研究。同时,整合基因型、转录组、表型与栽培环境的气象数据,建立了一个可在网站(https://iwheat.net/resource)自由下载与利用的小麦多组学数据库,为小麦功能基因的挖掘与机理研究提供支持。

陕西省旱区抗逆农作物地方种质资源调查与分析

为了收集、保存和了解陕西省旱区植物种质资源现状,对渭北旱塬和陕北地区的长武、蒲城、安塞、定边、靖边、府谷和神木等7县下辖的21个乡的63个村的农作物地方种质资源进行了系统调查、收集,共收集到农作物地方种质资源1049份。其中,粮食作物及其野生种质资源617份,果树种质资源25份,蔬菜种质资源250份,经济作物地方种质资源共157份,隶属于19科、44属、56种,其中,禾本科和豆科的属和种所占比例最多,分别为9属9种和4属11种。通过对陕西省旱区抗逆农作物种质资源利用现状进行调查和分析,对这些种质资源有效保护和利用提出建议。

基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦(共600个样本,516个基因型)冠层多时相的光谱图像,使用随机蛙跳算法和ReliefF算法筛选出6个条锈病病害严重度的敏感特征:归一化色素叶绿素指数(normalized pigment chlorophyll index,NPCI)、沃尔贝克指数(woebbecke index,WI)、叶绿素红边指数(chlorophyll index rededge,CIrededge)、绿大气抵抗植被指数(green atmospherically resistant index,GARI)、归一化差分植被指数(normalized difference vi,NDVI)、叶绿素绿指数(chlorophyll index green,CIgreen),这些敏感特征在试验群体中的时间序列符合条锈病的发病规律,验证了其作为条锈病发病严重度敏感特征的有效性;基于支持向量机(support vector machine,SVM)算法使用上述敏感特征建立条锈病病害严重度等级分类模型,在测试集的表现中,与使用未经过筛选的原始特征所建立的模型相比在精度、平均准确率、平均召回率和F1分数上分别仅下降6.2%、3.3%、2.7%、4.0%,证明了所筛选敏感特征的有效性;针对一般机器学习算法难以捕捉不同抗性等级样本之间较小的特征变化差异的问题,提出了一种从植被指数时间序列转化生成的二维图像中提取特征实现条锈病抗性等级分类的方法。将敏感特征中能够较好区分不同抗病等级的4个时间序列植被指数(NPCI、GARI、NDVI、WI),通过格拉姆角场方法生成格拉姆角和场图像,并制作成数据集,使用DenseNet121网络进行训练,以实现不同条锈病抗病等级的分类。建立的条锈病抗性等级分类模型中,由NPCI时间序列图像建立的分类模型测试效果最佳,其准确率为0.837,召回率为0.834,F1分数可达0.833,能够较好地实现对群体小麦不同品种(系)的条锈病抗性等级差异的区分,表明基于光谱植被指数时间序列的小麦条锈病抗性等级识别方法可以用于小麦抗病育种中抗性等级的鉴定,并可为其他作物的病害抗性等级鉴定提供一定的参考。

我国主要麦区土壤有效铁锰铜锌丰缺状况评价及影响因素

明确我国主要麦区土壤有效铁锰铜锌含量分布和影响因素,对了解麦田土壤微量元素供应能力、指导小麦丰产与优质生产至关重要。于2016-2021年连续6年,在我国17个小麦主产省/市采集1314份耕层土壤样品,参考中国土壤有效微量元素分级标准,评价了我国麦田土壤有效铁锰铜锌丰缺状况,并采用随机森林方法定量分析了主要土壤化学性质对铁锰铜锌有效性的贡献。结果表明,我国主要麦区土壤有效铁含量介于1.8~612 mg·kg^(-1),平均为49.1 mg·kg^(-1),8.9%的样本未达到缺铁临界值4.5 mg·kg^(-1),且主要集中在北方、西北麦区的山西、陕西、甘肃等地,西南和长江中下游麦区有效铁较高。土壤有效锰介于0.1~176 mg·kg^(-1),平均为22.1 mg·kg^(-1),低于缺锰临界值5 mg·kg^(-1)的样本占6.9%,缺锰土壤分布在西北、北方麦区的山西、陕西、甘肃、内蒙古等地,西南、长江中下游麦区土壤有效锰含量较高。土壤有效铜介于0.1~10.8 mg·kg^(-1),平均为1.9 mg·kg^(-1),仅1.8%样本未达到缺铜临界值0.5 mg·kg^(-1)。土壤有效锌介于0.1~26.0 mg·kg^(-1),平均为1.4 mg·kg^(-1),14.3%的样本低于缺锌临界值0.5 mg·kg^(-1),主要分布在西北和北方麦区的山西、陕西、甘肃、内蒙古等省份,云南、贵州等西南麦区的有效锌较高。土壤基本化学性质中,pH对有效铁、有效锰含量影响最大,有效铁是铜有效性的重要因素,影响有效锌的主要因素是有效磷和有效铜。我国麦田土壤有效铁锰铜锌含量存在较大的区域变异,铁、锰、锌不足主要发生在北方石灰性土壤,南方麦田供应充足,几乎所有麦田土壤有效铜可满足作物铜需求。

旱地石灰性土壤长期施氮提高小麦籽粒中铁铜锌含量

【目的】明确氮肥用量引起的小麦籽粒铁、锰、铜、锌含量变化及土壤作物营养机制,为优化氮肥管理,实现小麦优质丰产提供理论依据。【方法】利用2004年在黄土高原南部陕西杨凌开始的氮肥用量长期定位试验,在施磷(P_(2)O_5) 100 kg/hm^(2)的基础上,设0、80、160、240和320 kg/hm^(2) 5个氮水平,在2013—2016年3个小麦收获期采集小麦植株和土壤样品,测定各器官生物量、铁锰铜锌含量及土壤有效铁锰铜锌含量,采用回归分析方法分析施氮量、小麦籽粒产量和微量元素含量之间的关系,计算获得最高籽粒产量和铁锰铜锌含量及其收获指数的氮肥用量。【结果】与不施氮相比,施氮提高了小麦产量和籽粒铁、铜、锌含量,降低了锰含量。籽粒铁含量与施氮量呈二元一次方程关系,小麦产量达最高(6116 kg/hm^(2))时的施氮量为212 kg/hm^(2),籽粒铁含量达最高(43.9 mg/kg)时施氮量为218 kg/hm^(2),铁收获指数最高时的施氮量为92 kg/hm^(2)。锌铜含量及其收获指数均与施氮量呈线性关系,施氮量每增加100 kg/hm^(2),籽粒铜和锌含量分别提高0.4和3.5 mg/kg。籽粒锰含量与施氮量呈负线性加平台关系,施氮量为57 kg/hm^(2)时,籽粒锰含量达最低37.5 mg/kg。与不施氮相比,施氮处理耕层土壤有效锰含量提高7.8%,有效铁、铜、锌含量无显著变化,平均为5.9,1.3和0.54 mg/kg。【结论】在黄土高原旱地石灰性土壤上,长期施用氮肥提高了冬小麦籽粒铁、铜、锌含量和吸收量,降低了锰含量和吸收量,主要归因于作物吸收量提高及铁向籽粒的分配增强,籽粒锰含量降低主要与产量提高引起的养分稀释效应有关。综合考虑产量和籽粒铁锰铜锌养分含量,该地区实现小麦高产目标5810 kg/hm^(2)时,氮肥用量应为122 kg/hm^(2),在最高产量施氮量212 kg/hm^(2)基础上可减施氮肥42%,此时籽粒铁、锰、铜、锌含量较高,分别为42.1、37.5、4.0和25.1 mg/kg。

不同套作模式对温室连作番茄生长产量及土壤微生物与酶活性的影响

将莴苣和芹菜2种作物分别与番茄套作,研究了套作对番茄生长、产量、品质及根系土壤微生物数量和酶活性的影响,以期明确不同套作模式对番茄连作障碍的影响。结果表明:套作处理可以显著增加连作土壤中微生物总量、细菌数量和细菌/真菌比例,显著降低真菌数量,同时提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性,从而减轻连作对番茄生长的影响,提高番茄产量,缓解番茄连作障碍。

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。

我国主要麦区小麦籽粒和面粉铁含量的影响因素

[目的]明确主要麦区小麦籽粒铁含量,查明影响籽粒铁向面粉分配的主要因素,为提升我国小麦铁营养提供科学依据。[方法]于2020-2021和2021-2022年两个小麦生长季,在我国17个小麦主产省/区采集424份小麦植株和土壤样品,研究小麦籽粒、面粉和麸皮铁含量与小麦产量和产量构成、土壤pH以及土壤有机质、有效磷、速效钾和有效态微量元素含量的关系。[结果]我国小麦籽粒、面粉和麸皮铁含量平均分别为38.8、13.9和86.7 mg/kg,其中90.3%的籽粒和93.9%的面粉样本铁含量未达到分别为50和21 mg/kg的推荐含量。春麦区,较高的土壤有机质(37.4 g/kg)和全氮(1.90 g/kg)含量提高了土壤铁的有效性,促进了小麦对铁的吸收和铁向籽粒的转移,使得小麦籽粒和面粉铁含量相对较高,分别为41.5和15.4 mg/kg;铁含量适中组小麦收获指数、穗粒数和千粒重分别比低铁组减少13.1个百分点、32.2%和31.3%。旱作区的土壤有机质(19.7g/kg)和有效铁含量(8.9 mg/kg)在4个麦区中最低,不利于小麦对铁元素的吸收和累积,使得籽粒与面粉铁含量较低,分别为39.2和14.3 mg/kg。麦玉区(小麦–玉米区)的小麦产量显著高于其他麦区,受产量“稀释效应”的影响,籽粒和面粉铁含量最低,分别为36.7和12.7 mg/kg。稻麦区(水稻–小麦区),较高的土壤有效铁含量(133.4 mg/kg)和较低的pH值(6.6)使得小麦籽粒铁含量在4个麦区中最高,籽粒中的铁更易于向面粉转移和累积,籽粒与面粉铁含量分别为41.3和15.6 mg/kg;铁含量适中组的小麦穗粒数比低铁组增加了15.7%,千粒重降低了14.7%。[结论]适宜的土壤pH和较高的有机质、全氮及有效铁含量是小麦籽粒和面粉铁含量的关键影响因素。此外,还需通过管理措施优化穗数、穗粒数和千粒重,避免可能的稀释效应。

拟南芥HHP2基因对韧皮部蔗糖装载的调控功能

【目的】探究膜蛋白HHP2在韧皮部蔗糖装载中的作用与机制,为作物增产增效提供理论依据。【方法】利用多种生物信息学分析方法,对HHP2及其同源蛋白序列以及HHP2基因的转录表达谱进行分析,以预测其功能并发掘其他同源蛋白。使用荧光共聚焦显微镜对HHP2蛋白和蔗糖转运蛋白SUC2进行共定位分析,利用荧光共振能量转移试验检测HHP2与SUC2蛋白的互作,通过七叶树苷摄取试验检测HHP2对SUC2蛋白的直接影响。通过实时荧光定量PCR和Western-Blot试验,分析和比较hhp2突变体SUC2基因的转录水平和蛋白水平;利用离子色谱方法分析和比较hhp2突变体的韧皮部蔗糖输出效率;采用AlphaFold和Autodock软件,对HHP2蛋白结构及HHP2和蔗糖分子之间的潜在对接能力进行分析。【结果】HHP2同源蛋白共有5个保守模体和1个保守结构域。HHP2基因在拟南芥叶和茎等蔗糖输出器官中低表达,在根、花和种子等蔗糖需求器官中高表达。在本氏烟草远轴面表皮细胞中瞬时表达HHP2,发现其与SUC2蛋白共定位。HHP2与SUC2蛋白存在互作,且HHP2能抑制SUC2的蔗糖转运活性。HHP2缺失突变分析表明,HHP2是SUC2的负调控因子,HHP2缺失突变导致SUC2转录水平提高至6倍左右,蛋白水平提高至1.3倍左右,hhp2缺失突变体的蔗糖转运效率提高至2倍左右。分子对接分析表明,HHP2可能通过与蔗糖结合发挥其调控功能。【结论】HHP2是SUC2的负调控因子,参与调控植物体内蔗糖的转运与分配,可能是分子育种的潜在靶标。

葡萄醛脱氢酶(ALDH2)基因进化、表达及启动子功能的生物信息学分析

【目的】研究葡萄醛脱氢酶ALDH2基因家族中ALDH2B4、ALDH2B8和ALDH2B9 3个成员的进化关系,对其在病原菌侵染、非生物胁迫及激素处理下的表达进行分析,为揭示ALDH2基因在植物逆境胁迫下的作用机理提供理论依据。【方法】运用生物信息学方法,鉴定葡萄ALDH蛋白序列;通过葡萄和拟南芥ALDH2基因的系统发育树、基因结构及同线性分析探讨其进化关系;利用葡萄Affymetrix芯片数据,分析葡萄ALDH2(ALDH2B4、ALDH2B8和ALDH2B9)基因在病原菌侵染、非生物胁迫和激素处理下的表达谱;采用在线软件PlantCARE分析3个葡萄ALDH2基因的启动子元件组成差异。【结果】在葡萄基因组中共鉴定出23个ALDH基因,并发现了ALDH2基因的可变剪接现象。基因结构分析结果表明,3个葡萄ALDH2基因的内含子/外显子组成高度相似,且均是通过大规模基因倍增产生的;仅有ALDH2B4具有剪接变体。葡萄与拟南芥的ALDH2基因位于同线区域,表明葡萄与拟南芥的ALDH2基因具有共同的祖先,ALDH2基因先于植物分化而存在。表达分析结果表明,VvALDH2B8是一个多病原菌和非生物胁迫响应基因,VvALDH2B4是一个渗透胁迫响应基因。葡萄的3个ALDH2基因的启动子区域均含有逆境胁迫响应元件,在VvALDH2B8上还发现了病原菌侵染响应元件Box-W1。【结论】葡萄的3个ALDH2基因虽然具有共同的祖先,但其在逆境条件下的表达差异很大,VvALDH2B8和VvALDH2B4可能在植物抵抗逆境胁迫中起重要作用。

聚乙烯醇微生物降解研究进展

聚乙烯醇(PVA)因具有良好的粘附性、浆膜强韧性和耐磨性而被广泛应用,已成为全球需求量最大的高分子聚合材料之一。因此PVA的降解也受到了关注,对PVA降解微生物的采样环境和筛选方法、降解微生物的存在形式和降解机理研究现状进行疏理,分析降解微生物应用过程中存在的问题和限制因素,并对今后PVA降解微生物的研究发展方向进行展望。

粮食作物养分管理与农业绿色发展

以消耗有限的资源为代价生产足够的粮食,满足日益增长的人口需求,并保证环境安全是人类21世纪面临的重大挑战。我国是世界粮食作物主要产区,小麦、玉米和水稻总产量分别占全球的18%、22%和28%。为支撑粮食生产,消耗了大量养分资源。2014年我国三大粮食作物生产氮磷钾养分消耗分别为1 508、573和374万吨。

陕西化龙山国家级自然保护区鳞翅目昆虫多样性与垂直分布研究

对2017-2019年化龙山国家级自然保护区的鳞翅目昆虫资源进行了详细调查,并分析不同海拔对鳞翅目昆虫物种丰富度的影响。结果表明,化龙山有鳞翅目昆虫35科232属341种,其中尺蛾科、夜蛾科和蛱蝶科种类最为丰富。此外,鳞翅目昆虫在化龙山的物种丰富度随海拔变化呈现“驼峰型”模式,即在中海拔(1500 m)的物种数量、标本数量、辛普森指数(D)以及香农-维纳指数(H′)都达为最大值,分别为189、2114、0.875和2.175,而在低海拔(1000 m)和高海拔(2000 m和2500 m)区域的物种丰富度则较低,分析认为这可能是植被分布、温度条件以及人为活动等因素造成。

小麦条锈菌转录因子PsSte12的克隆及生物学分析

【目的】克隆小麦条锈菌PsSte12基因,明确其序列特征、转录活性及其在小麦条锈菌侵染过程中的相对表达量。【方法】采用RT-PCR方法,从小麦条锈菌中获得PsSte12基因,利用生物信息学分析其序列特征,实时定量PCR技术检测其在小麦条锈菌不同侵染阶段的表达特征;借助酵母单杂交系统解析该基因的转录活性。【结果】克隆到1个小麦条锈菌基因PsSte12,该基因序列含有1个全长2 553bp的开放阅读框;基因组DNA序列含有4个内含子,分别位于开放阅读框第281,429,1 512,1 584位,长度分别为73,79,66和68bp。该基因编码蛋白含850个氨基酸,75个正电荷残基和90个负电荷残基。PsSte12与小麦秆锈菌、杨树锈菌、小麦赤霉菌及构巢曲霉菌中同源序列的相似性分别为87.9%,61.53%,24.3%和25.2%;PsSte12在小麦条锈菌侵染后24和36h大量表达,相对表达量分别为对照的61倍和123倍;PsSte12具有转录活性,其N端为转录激活区。【结论】成功克隆了小麦条锈菌STE类型转录因子PsSte12,证实其具有转录活性,在小麦条锈菌侵染早期诱导表达,推测其参与了小麦条锈菌的侵染过程。

秸秆还田与施氮对耕层土壤有机碳储量、组分和团聚体的影响

【目的】秸秆还田配施氮肥的固碳研究结果存在争议,为此展开本研究,旨在揭示秸秆还田配施氮肥对农田土壤固碳能力的影响以及固碳机理,为秸秆还田配施氮肥固碳研究提供依据。【方法】依托11年的长期定位试验,采用裂区设计,主处理为秸秆处理方式(还田与不还田),副处理为3个施氮水平,分别为不施氮(N0)、施氮168 kg·hm^(-2)(N168)、336 kg·hm^(-2)(N336,过量施氮)。【结果】施用氮肥较不施氮肥小麦增产14.4%—19.5%,秸秆还田对产量影响不显著。秸秆还田显著提高土壤碳累积投入量70.8%(P<0.05),但对土壤有机碳储量影响不显著。与不施氮相比,施用氮肥分别显著提高土壤碳累积投入量和土壤有机碳储量7.7%—8.5%(P<0.05)和4.7%—8.1%(P<0.05)。施用氮肥显著提高土壤固碳速率32.7%—56.1%(P<0.05),过量施氮(N336)显著提高土壤固碳效率51.8%(P<0.05);秸秆还田显著降低了土壤固碳效率30.9%(P<0.05)。施氮和秸秆还田均能提升土壤碳库容量,N0和N168处理已经达到碳饱和状态。秸秆还田后土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EO)含量分别提高4.6%、11.2%、4.5%。与不施氮(N0)相比,施氮(N168)和过量施氮(N336)的DOC分别提高14.1%、29.5%;MBC分别平均降低14.0%、28.0%;EO分别提高8.2%和11.5%。秸秆还田有利于土壤DOC/SOC、微生物熵的提高。施用氮肥有利于DOC/SOC的提升,但降低了微生物熵。秸秆还田与施用氮肥均对土壤EO/SOC没有影响。秸秆还田和施氮均有利于大团聚体(>0.25 mm)的提升,秸秆还田显著提升了大团聚体的有机碳含量5.2%。秸秆不还田下团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随着氮水平增加表现出先提高后降低的趋势,还田下则表现为随氮水平的增加而增加,秸秆还田分别提升团聚体MWD和GMD 8.8%和7.5%,施用氮肥相较不施氮对MWD和GMD分别提升14.1%—22.7%和16.8%—23.4%。秸秆还田和施氮均能提高有机碳在大团聚体的分布。【结论】秸秆还田配施氮肥可以通过增加碳投入量,提高活性有机碳含量,降低微生物活性,提高团聚体对有机碳的保护来提高耕层碳储量。

干旱胁迫下紫花苜蓿叶片代谢组分析及气孔调节物质的筛选

为阐明干旱胁迫下紫花苜蓿叶片的代谢变化,筛选并鉴定影响叶片蒸腾和气孔的物质为开发苜蓿气孔剂提供理论依据,本研究采用超高效液相色谱串联质谱法对不同程度脱水胁迫处理的紫花苜蓿‘雷达克之星’(Medicago sativa L.‘Ladak+’)叶片进行代谢组测定,分析外源差异代谢物对苜蓿蒸腾和气孔开度的影响。结果表明,干旱导致苜蓿叶片碳氮代谢失衡,脱落酸、愈伤酸含量显著增加,谷胱甘肽循环增强和渗透调节物质明显积累使苜蓿的抗氧化能力和渗透调节能力提高。外源棉子糖能够促进紫花苜蓿叶片气孔关闭,并且棉子糖与脱落酸有协同作用,促进脱落酸诱导的气孔关闭;维生素B6能够促进气孔打开,并且维生素B6与脱落酸有拮抗作用,抑制脱落酸诱导的气孔关闭。总之,干旱引起苜蓿叶片中多种代谢物含量变化,其中棉子糖、维生素B6对苜蓿叶片气孔有调控作用。

淡紫灰链霉菌gCLA4对猕猴桃溃疡病预防效果及抑菌活性成分分离鉴定

为明确分离自黄瓜叶片的内生淡紫灰链霉菌gCLA4菌株(gCLA4)对猕猴桃溃疡病预防效果及其抗菌活性物质,通过室内离体枝条接种及田间喷淋树干的方法评价其预防效果;借助“生物活性追踪”方法,采用离子交换树脂吸附、凝胶柱层析、质谱、核磁共振波谱分析手段对gCLA4的抑菌活性物质进行分离鉴定。室内离体枝条和田间树干喷施结果表明,gCLA4菌株发酵液对猕猴桃溃疡病的防效分别为83.43%和71.07%,明显优于市场对照生防菌剂解淀粉芽孢杆菌Ba168 WP和枯草芽孢杆菌WP。室内分析鉴定显示其主要抑菌成分为链丝菌素F。皿内抑菌结果表明,链丝菌素F与商品中生菌素原药对病菌的抑制效果差异不显著,抑菌圈直径分别为20 mm和22 mm,大于gCLA4发酵滤液的抑菌圈直径16 mm。综上可见:gCLA4对猕猴桃溃疡病防控效果显著,其活性成分链丝菌素F,具有溃疡病绿色防控生物药剂开发应用的巨大价值和潜力。

不同基因型小麦冻害无人机遥感高通量表型

为了实现田间条件下小麦抗冻性状相关的数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)分析,该研究针对4个试验地491份小麦核心种质资源的抗冻性状,基于无人机多光谱遥感提出了一种高通量表型方法。首先通过光谱植被指数对小麦抗冻性状进行评估,基于机器学习分类算法使用16个光谱植被指数特征构建了小麦冻害评价模型,并完成了光谱特征相关性分析及对评价模型的贡献率分析。对比随机森林(random forests,RF)、分布式梯度增强(extreme gradient boosting,XGBoost)、梯度提升决策树(gradient boosting decision tree,GBDT)及支持向量机(support vector machine,SVM)算法建立的小麦冻害等级评价模型,结果表明,使用XGBoost建立的评价模型准确率最高,达67.94%;16个光谱特征相关性及其对评价模型的贡献率分析表明,简化冠层叶绿素含量指数(simplified canopy chlorophyii content index, SCCCI)对小麦抗冻表型鉴定的贡献率最大。其次,使用SCCCI作为小麦抗冻表型,结合通过全基因组关联分析检测小麦抗冻相关QTL,检测到3个已被证明与抗冻性状相关的QTL,证明了基于无人机获取的光谱特征可以作为小麦抗冻表型定性定量分析指标,可提供小麦抗冻性状遗传解析必需的表型信息。小麦冻害的无人机遥感高通量表型方法的提出促进了小麦抗冻基因功能解锁。

旱地高产小麦品种籽粒氮含量与产量形成及氮磷钾吸收分配的关系

【目的】明确高产小麦品种间籽粒氮含量差异及其与产量形成和氮磷钾养分吸收、转移及分配的关系,为旱地高产高氮含量的优质小麦品种选育和小麦丰产优质绿色生产的养分管理提供依据。【方法】于2017—2022年,以14个产量相近、籽粒氮含量差异显著的高产小麦品种为供试材料,在陕西黄土高原旱地连续5年开展田间试验,研究小麦籽粒氮含量差异及其与产量、产量三要素和各器官氮磷钾养分含量的关系,并分析高产高籽粒氮含量小麦品种的生物量累积、产量构成和氮磷钾吸收、转移及分配对施肥的响应。【结果】小麦品种的籽粒氮含量与千粒重显著正相关,籽粒千粒重每增加1.0 g,籽粒氮含量增加0.3 g·kg^(-1)。高产小麦品种间籽粒氮含量差异显著,高氮品种籽粒含氮量平均为24.9 g·kg^(-1),比低氮品种(21.5 g·kg^(-1))高16%。高产高氮品种产量、生物量和穗数在施氮和施磷后增加幅度均高于低氮品种。高产高氮小麦品种籽粒含磷量和茎叶含钾量在不同施肥条件下均高于低氮品种,籽粒和地上部氮磷钾吸收量在施氮和施磷后增幅均高于低氮品种。高产高氮品种颖壳向籽粒转移氮的能力高于低氮品种,茎叶向籽粒和颖壳转移钾的能力却低于低氮品种,施氮后茎叶向籽粒和颖壳转移钾的能力大幅下降。施氮、磷和钾均有利于提高高产高氮小麦品种地上部向茎叶的钾素分配。【结论】高产小麦品种间籽粒氮含量存在显著差异,其中高籽粒氮含量品种的千粒重、籽粒含磷量和茎叶含钾量较高,茎叶向籽粒和颖壳转移钾的能力低,籽粒和地上部氮磷钾吸收量对施氮和施磷响应更敏感。因此,在高产的基础上,选育高籽粒氮含量的优质小麦品种,应关注高千粒重、磷向籽粒和钾素向茎叶转移分配能力强的材料,在生产中应注意磷钾与氮的协同供应,以提高小麦籽粒氮含量。

长期施氮条件下小麦铁锰累积及其与土壤养分的关系

【目的】研究长期施用氮肥条件下小麦铁锰吸收累积规律及其与土壤养分之间的关系,进一步探讨基于产量及小麦铁锰营养的氮肥调控策略,为合理优化氮肥施用和改善小麦营养品质提供科学依据。【方法】基于旱地冬小麦的氮肥长期定位试验,设置5个施氮水平0、80、160、240、320 kg·hm^(-2),研究不同氮水平条件下小麦籽粒铁锰含量及其与产量、铁锰吸收分配规律、土壤养分及各形态铁锰的关系。【结果】施氮显著提高了冬小麦产量、地上部铁含量、籽粒铁含量,降低了地上部和籽粒的锰含量。与对照相比,氮肥供应超过160 kg·hm^(-2)时,小麦产量及籽粒铁含量不再继续增加,分别保持在5857—6598 kg·hm^(-2)和40.2—42.2 mg·kg^(-1),而籽粒锰含量保持较低水平,为30.4—35.3 mg·kg^(-1)。氮肥施用显著降低了土壤pH,提高了土壤中铁、锰元素的松结有机态及铁元素的锰氧化物结合态比例,增加了土壤中铁、锰的生物有效性。相关分析结果表明,小麦籽粒铁含量与产量、生物量、收获指数、穗数、穗粒数、铁收获指数显著正相关,与籽粒锰含量显著负相关;与土壤锰氧化物结合态铁显著正相关;与残渣态铁显著负相关。小麦籽粒锰含量与产量、生物量、收获指数、穗数、穗粒数、籽粒吸铁量、铁收获指数显著负相关,与地上部吸锰量显著正相关;与土壤各种形态锰不相关。【结论】西北旱区石灰性土壤中长期施氮可提高土壤铁的有效性、促进小麦对铁的吸收及铁向籽粒的分配,进而提高籽粒铁含量;施氮虽然提高了土壤锰的有效性,但显著抑制了小麦对锰的吸收,最终导致小麦籽粒锰含量降低。此外,当供磷水平一致时,土壤长期缺乏氮素供应可能导致小麦籽粒铁含量较低,而锰含量过高。综合考虑产量、籽粒铁锰元素营养品质及环境经济效益,西北旱区石灰性土壤小麦氮肥施用量建议控制在160 kg·hm^(-2),过量施用氮肥无助于继续提高产量及品质。