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干旱胁迫下冬小麦不同品种萌发特性差异的研究

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作物学报 2024年第6期50卷 1568-1583页

作者：乔志新张杰道王雨郭启芳刘燕静陈蕊胡文浩孙爱清山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室山东泰安271018 山东农业大学生命科学学院山东泰安271018

干旱是影响小麦生产的重要逆境,可以造成萌发成苗质量下降。为了解当前小麦品种在干旱胁迫下的种子萌发特性,采用沙培控水法研究了生产上应用广泛的128个小麦品种的干旱萌发特性;筛选出干旱萌发特性差异显著的6个小麦品种(山农28号(SN28... 详细信息

干旱是影响小麦生产的重要逆境,可以造成萌发成苗质量下降。为了解当前小麦品种在干旱胁迫下的种子萌发特性,采用沙培控水法研究了生产上应用广泛的128个小麦品种的干旱萌发特性;筛选出干旱萌发特性差异显著的6个小麦品种(山农28号(SN28)、长6878(C6878)、烟农19(YN19)、山农23号(SN23)、鑫麦296(XM296)和新麦38(XM38))进行干旱胁迫下种子萌发过程中的生理生化分析。结果表明,根据活力指数的耐旱系数进行聚类分析,将128个小麦品种的干旱萌发特性分为好、较好、中等、较差、差5类。山农28号和长6878等18个干旱萌发特性好的小麦品种种子萌发快,幼苗整齐健壮;新麦38、乐麦185等26个干旱萌发特性差的小麦品种种子萌发慢、萌发时间分散、发芽率低且幼苗整齐度差。进一步对不同干旱萌发特性的小麦品种进行生理生化指标测定表明,干旱萌发特性好的山农28号和长6878干旱萌发前期大分子修复基因TDP1表达水平显著高于对照;干旱萌发前期POD活性也显著高于对照;α-淀粉酶和半胱氨酸蛋白酶活性受干旱影响较小,萌发后期的可溶性蛋白含量显著高于对照。而干旱萌发特性差的鑫麦296和新麦38在干旱胁迫下种胚DNA和蛋白质修复基因表达水平上升相对滞后;在干旱胁迫下的半胱氨酸蛋白酶活性显著降低。上述结果表明,干旱萌发特性好的小麦品种在干旱胁迫下萌发成苗过程中种胚大分子修复能力和种子抗氧化能力强,贮藏物质动员早,最终种子萌发速度快,出苗质量高。

关键词：小麦干旱胁迫种子萌发特性贮藏物质分解转化大分子修复能力抗氧化能力

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用合成生物学改善光合作用的强光抗性

生命科学 2024年第9期 1175-1184页

作者：杨书蕊卢从明山东农业大学生命科学学院小麦育种全国重点实验室

在自然界中，光照强度变化幅度很大，植物不可避免地经常遭受高光胁迫，导致植物叶绿体中活性氧损伤叶绿体DNA、破坏类囊体膜结构、降解光系统核心蛋白，从而严重抑制光合作用。如何保护植物的光系统，并使光合作用在高光逆境下高效运... 详细信息

在自然界中，光照强度变化幅度很大，植物不可避免地经常遭受高光胁迫，导致植物叶绿体中活性氧损伤叶绿体DNA、破坏类囊体膜结构、降解光系统核心蛋白，从而严重抑制光合作用。如何保护植物的光系统，并使光合作用在高光逆境下高效运行，仍然是一个亟待解决的问题。本文从植物光系统光破坏防御机制、光合作用高光抗性相关的合成生物学研究现状和未来提高光合作用高光抗性合成生物学研究方向等三个方面介绍目前的研究进展，并展望未来优化植物光破坏防御系统的研究重点和方向。

关键词：光合作用合成生物学光系统光破坏防御

樱桃叶片发育过程中光系统活性及对激发压抗性变化的研究

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植物生理学报 2024年第8期60卷 1348-1356页

作者：王俊彦张强贾玉枝刘洋张迪张佩莹张馨月孙山张子山山东省果树研究所山东泰安271099 山东农业大学生命科学学院小麦育种全国重点实验室山东泰安271018

超出碳同化利用能力的过剩光能被称为激发压,会导致光抑制。本研究以‘美早’(‘Tieton’)樱桃(Prunus avium)为实验材料,通过820 nm光吸收和叶绿素荧光技术,探究叶片发育过程中光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)的活性及对激发压抗性的... 详细信息

超出碳同化利用能力的过剩光能被称为激发压,会导致光抑制。本研究以‘美早’(‘Tieton’)樱桃(Prunus avium)为实验材料,通过820 nm光吸收和叶绿素荧光技术,探究叶片发育过程中光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)的活性及对激发压抗性的变化规律。PSⅠ、PSⅡ活性随樱桃叶片发育逐渐增加,幼叶PSⅠ活性远低于PSⅡ,表明PSⅡ比PSⅠ发育更早。对樱桃叶片进行持续强光或重复短脉冲光处理,分别诱导PSⅡ、PSⅠ发生光抑制,从而检测PSⅡ和PSⅠ对激发压的抗性。结果表明,随叶片发育,PSⅡ对激发压的抗性逐渐增加然后保持稳定;PSⅠ对激发压的抗性则先下降而后上升。因此,本研究表明在樱桃叶片发育过程中,PSⅠ和PSⅡ活性及对激发压抗性的发育均不是同步的,PSⅠ和PSⅡ的光保护机制可能是相对独立的。樱桃叶片发育过程中PSⅠ对激发压抗性的变化与P700氧化比例(P700+)和质体醌还原程度(F_(s)/F_(m))无关。影响樱桃叶片发育过程中光系统对激发压抗性变化的机制还有待进一步研究。

关键词：樱桃叶片发育光系统Ⅰ 光系统Ⅱ 激发压抗性

长期定位耕作模式对小麦^(13)C同化物分配和籽粒产量形成的影响

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应用生态学报 2024年第4期35卷 926-932页

作者：王庆源陈甜于振文张振张永丽石玉山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

明确长期定位耕作模式对小麦籽粒产量的影响及其生理原因,可为小麦的高产高效生产提供理论依据与技术支撑。以济麦22为试验材料,研究了连续14年旋耕(R)、少免耕(S)和隔两年深松+少免耕(SS)3种耕作模式对小麦植株冠层光截获、同化物转运... 详细信息

明确长期定位耕作模式对小麦籽粒产量的影响及其生理原因,可为小麦的高产高效生产提供理论依据与技术支撑。以济麦22为试验材料,研究了连续14年旋耕(R)、少免耕(S)和隔两年深松+少免耕(SS)3种耕作模式对小麦植株冠层光截获、同化物转运分配和籽粒产量形成的影响。结果表明:小麦叶面积指数在开花后14~28 d表现为SS处理显著高于其他处理;开花后21 d, SS处理小麦冠层的上层和中层光合有效辐射截获率和截获量均显著高于R和S处理;开花后同化物对籽粒的贡献率和^(13)C同化物在籽粒中的分配比例表现为SS处理均显著高于其他处理,且最大灌浆速率和平均灌浆速率均显著高于其他处理;SS处理的千粒重较R和S处理分别提高了8.7%和9.6%,籽粒产量较R和S处理分别提高了14.2%和19.4%。SS处理显著改善了小麦冠层的光能利用,促进了干物质的积累和转运,提高了籽粒灌浆速率,增加了粒重,获得了最高的籽粒产量,是本试验条件下的最优耕作模式。

关键词：耕作模式光截获 ^(13)C同化物籽粒灌浆籽粒产量

氮磷钾施用量对小麦旗叶^(13)C同化物分配、籽粒淀粉积累和肥料利用的影响

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应用生态学报 2024年第4期35卷 933-941页

作者：单晓宇魏庆薪于振文张永丽石玉山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

探明节水补灌下华北平原小麦生产中氮磷钾肥的适宜施用量及其生理机制,可为小麦高产高效生产中制定合理的施肥方案提供理论依据。本研究设置4个氮(N)磷(P_(2)O_(5))钾(K_(2)O)施用量,分别为:0、0、0 kg・hm^(-2)(F_(0)),180、75、60kg·h... 详细信息

探明节水补灌下华北平原小麦生产中氮磷钾肥的适宜施用量及其生理机制,可为小麦高产高效生产中制定合理的施肥方案提供理论依据。本研究设置4个氮(N)磷(P_(2)O_(5))钾(K_(2)O)施用量,分别为:0、0、0 kg・hm^(-2)(F_(0)),180、75、60kg·hm^(-2)(F_(1)),225、120、105 kg·hm^(-2)(F_(2)),270、165、150kg·hm^(-2)(F_(3)),各处理均于小麦拔节期和开花期将0~40cm土层土壤相对含水量补灌至70%,研究小麦旗叶光合能力、^(13)C同化物分配、籽粒淀粉积累和肥料利用的差异。结果表明:F_(1)处理的小麦旗叶叶绿素相对含量、光合和叶绿素荧光参数、^(13)C同化物在各器官的分配量以及籽粒淀粉合成相关酶活性、淀粉积累量均显著高于F_(0),是其籽粒产量比F_(0)提高20.9%的重要生理基础。F_(2)和F_(3)处理上述指标及产量与F_(1)处理相比无显著增加,但肥料(氮/磷/钾)偏生产力和农学效率分别降低了17.5%~58.4%和12.7%~50.7%。综上,本试验在节水补灌条件下,F能够促进小麦旗叶光合同化物生产和籽粒淀粉积累,获得了较高的籽粒产量和肥料利用率。

关键词：小麦氮磷钾施用量 ^(13)C同化物分配淀粉积累肥料利用

隔两年深松配合条旋耕显著提升冬小麦的氮素吸收利用效率和产量

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植物营养与肥料学报 2024年第5期30卷 863-872页

作者：王庆源于振文石玉张永丽张振山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

【目的】探究耕作方式对小麦氮代谢和氮素利用效率的影响,为小麦高产高效生产提供理论依据。【方法】长期定位试验位于山东省济宁市兖州区小孟镇,始于2007年,供试冬小麦品种为‘济麦22’。设置常年翻耕(PT)、常年旋耕(RT)、常年条旋耕(... 详细信息

【目的】探究耕作方式对小麦氮代谢和氮素利用效率的影响,为小麦高产高效生产提供理论依据。【方法】长期定位试验位于山东省济宁市兖州区小孟镇,始于2007年,供试冬小麦品种为‘济麦22’。设置常年翻耕(PT)、常年旋耕(RT)、常年条旋耕(ST)和隔两年深松+条旋耕(STS)4个处理。2023年在小麦开花期和成熟期采集植株样品,测定各器官含氮量。在开花后0~28天,每隔7天取一次样,测定旗叶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性以及游离氨基酸和可溶性蛋白含量。于成熟期,调查产量及其构成因素,并计算氮素利用效率。【结果】与PT、RT和ST处理相比,STS处理提高了小麦旗叶硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性、游离氨基酸与可溶性蛋白含量,增加了开花期植株各部位和成熟期籽粒的氮素积累量、花前氮素转运量和转运率以及花后氮素吸收量对籽粒的贡献率,提高了氮素吸收效率、籽粒氮素利用效率、氮素收获指数和氮肥偏生产力。其中,成熟期籽粒氮素积累量增加了8.53%~30.15%,籽粒氮分配比例增加了4.59%~14.06%,千粒重和产量分别提高了4.20%~9.96%和7.83%~18.39%,氮肥偏生产力提高了7.85%~18.40%。【结论】隔两年深松+条旋耕(STS)的耕作方式可提高小麦氮代谢相关酶活性,增强氮素的吸收和同化能力,提高氮素利用效率,同时增加小麦籽粒产量。

关键词：耕作方式小麦氮代谢氮素利用效率产量

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水氮运筹对小麦光合物质生产和产量的影响

应用生态学报 2024年第6期35卷 1564-1572页

作者：崔振坤于振文石玉张永丽张振山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高。本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0~40 cm土层土壤相对含水量均分别补灌至65%(W_(1))、75%(W_(2))和85%(W_(3));副区... 详细信息

黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高。本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0~40 cm土层土壤相对含水量均分别补灌至65%(W_(1))、75%(W_(2))和85%(W_(3));副区为4个施氮量:施纯氮0(N_(0))、150(N_(1))、180(N_(2))和210(N_(3))kg·hm^(-2),分析不同水氮运筹方式对小麦花后光合物质生产能力、籽粒产量和水氮利用效率的影响。结果表明:小麦产量随灌溉水平和施氮量的提高呈增加趋势,W_(2)N_(2)处理具有较高的籽粒产量,为9103.53 kg·hm^(-2);继续增加水氮投入对小麦产量无显著影响。在相同施氮量条件下,与W_(1)相比,W_(2)条件下小麦花后冠层光截获率、叶绿素相对含量和实际光化学效率分别平均提高了4.5%~6.0%、19.7%~28.2%和7.5%~9.8%,与W_(3)相比均无显著差异。同一灌溉水平下,N_(2)处理花后干物质积累量较N_(0)和N_(1)处理分别平均增加80.1%~88.9%和16.7%~22.2%,与N_(3)处理间无显著差异。小麦灌溉水利用效率和氮肥偏生产力均表现为随灌溉水平和施氮量的增加而降低,W_(1)、W_(2)和W_(3)处理下小麦灌溉水利用效率分别为16.23、11.01和7.91 kg·hm^(-2)·m^(-3),N_(1)、N_(2)和N_(3)处理下氮肥偏生产力分别为50.8%、48.4%和42.5%。综上,在测墒补灌条件下,综合考虑小麦产量和水氮利用效率,小麦拔节期和开花期0~40 cm土层土壤相对含水量均补灌至75%协同施氮180 kg·hm^(-2)(W_(2)N_(2))是该地区小麦节水节肥、高产高效的最优水氮运筹方式。

关键词：冬小麦光合物质生产干物质转运产量高产高效

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宽幅精播与行距对小麦耗水特性和产量的影响

应用生态学报 2024年第7期35卷 1833-1842页

作者：何建宁张振石玉于振文山东农业大学农学院/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室/小麦育种全国重点实验室山东泰安271018

宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确。本研究于2017—2019年小麦生长季,以‘济麦22’为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm 3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性... 详细信息

宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确。本研究于2017—2019年小麦生长季,以‘济麦22’为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm 3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响。结果表明:宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0~20和20~40 cm土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2%~23.9%、8.7%~25.1%、10.7%~29.9%和7.3%~27.6%、8.0%~38.5%、15.2%~32.7%;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理。综上,本试验条件下采用基本苗180~270株·m^(-2)、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式。

关键词：冬小麦宽幅播种根系生理特性耗水特性籽粒产量水分利用效率

补灌条件下施磷量对小麦不同茎蘖^(13)C同化物分配及其成穗的影响

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应用生态学报 2024年第4期35卷 942-950页

作者：惠凯善冉庆赏石玉张振于振文张永丽山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

为明确补灌条件下促进小麦分蘖发生成穗和磷肥高效利用的适宜施磷量及其生理机制,以‘济麦22’小麦品种为供试材料,设置低磷(90 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(1))、中磷(135 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(2))和高磷(180 kg P_(2)O_(5)·hm^(... 详细信息

为明确补灌条件下促进小麦分蘖发生成穗和磷肥高效利用的适宜施磷量及其生理机制,以‘济麦22’小麦品种为供试材料,设置低磷(90 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(1))、中磷(135 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(2))和高磷(180 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(3))处理,以不施磷为对照(P_(0)),各处理拔节期和开花期土壤相对含水量均补灌至70%,测定了小麦分蘖节面积和内源激素含量、各蘖位分蘖发生数、光合参数、^(13)C同化物在各茎蘖的分配、籽粒产量及磷肥偏生产力。结果表明:与P_(0)和P_(1)相比,P_(2)显著提高了小麦分蘖节面积、反式玉米素(tZ)含量、主茎最上部展开叶光合参数、单株总茎蘖数和^(13)C同化物在各茎蘖的分配量,单株成穗数分别增加0.51和0.36个,籽粒产量分别增加40.3%和13.2%;P3处理下,小麦分蘖数增加,但单株成穗数减少,籽粒产量和磷肥偏生产力降低。中磷处理(135 kg·hm^(-2))为本试验补灌条件下小麦高产高效的适宜磷肥用量。

关键词：小麦施磷量分蘖成穗籽粒产量磷肥偏生产力