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不同降水年型磷肥对旱地冬小麦产量及磷素吸收利用的影响

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中国农业科学 2024年第16期57卷 3192-3206页

作者：贾兵丽李艳行杨文杰于杰苑爱静李宁娜邱炜红王朝辉西北农林科技大学资源环境学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室

【目的】探究不同降水年型及夏闲期降水量下磷肥对旱地小麦产量及磷素吸收利用的影响，为优化管理旱地冬小麦磷肥施用及稳产增产提供理论依据和实践指导。【方法】基于陕西渭北旱塬2018年7月开始的冬小麦磷肥定位试验，设置优化施磷（+... 详细信息

【目的】探究不同降水年型及夏闲期降水量下磷肥对旱地小麦产量及磷素吸收利用的影响，为优化管理旱地冬小麦磷肥施用及稳产增产提供理论依据和实践指导。【方法】基于陕西渭北旱塬2018年7月开始的冬小麦磷肥定位试验，设置优化施磷（+P）和不施磷处理（-P），在不同降水年型下分析磷肥施用对冬小麦产量、降水利用效率、土壤贮水量、磷肥利用效率、冬小麦磷素吸收和土壤磷盈余的影响。【结果】干旱年和平水年小麦产量分别为3 432和4 549 kg·hm-2，而丰水年冬小麦产量可达7 634 kg·hm-2。与-P处理相比，+P处理显著提高小麦产量5.8%。冬小麦产量与年降水量、夏闲期降水量均呈线性加平台相关关系。干旱年，+P处理年降水利用效率和夏闲期降水利用效率显著低于-P处理，分别降低9.5%和8.0%，但在丰水年，+P处理年降水利用效率和夏闲期降水利用效率显著高于-P处理，分别提高13.1%和12.9%。平水年，1 m土层贮水量显著低于干旱年和丰水年，分别降低了10.8%和10.5%；在丰水年，磷肥施用对0—3 m土层贮水量无显著影响；在干旱年和平水年，+P处理表层土壤速效磷含量较-P处理显著增加了29.1%和17.8%；磷肥利用效率随着年降水量和夏闲期降水量的增加而增大，其中丰水年磷肥偏生产力和磷肥农学效率较干旱年分别显著提高74.0%和176.3%。此外，丰水年，+P处理土壤磷盈余最少，与干旱年和平水年相比，分别显著降低了67.9%和62.9%。-P处理土壤磷均亏缺，且丰水年的土壤磷亏缺量显著高于干旱年和平水年。【结论】冬小麦产量及磷素吸收利用在不同降水年型有不同效应，故旱地冬小麦生产中施用磷肥时需要考虑降水量变化。夏闲期降水量和年降水量对小麦产量的影响有相似的规律，因此应当更关注夏闲期降水量，以此来预测目标产量和优化磷肥施用量，保证合理施用磷肥和作物稳产增产。

关键词：旱地冬小麦降水量磷肥优化磷素吸收土壤磷盈余

马铃薯磺肽素基因StPSK4的克隆及其抗病功能分析

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西北植物学报 2024年第8期44卷 1218-1228页

作者：王翔牛洋薛晓菲程声阳卢海彬西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

【目的】探究马铃薯磺肽素基因StPSK4特征及其在马铃薯抗病性中的功能分析,为马铃薯抗病育种提供理论依据。【方法】用生物信息学技术对StPSK4进行系统分析,转录组测序分析StPSK4的组织特异性、生物胁迫和非生物胁迫处理下的表达模式,检... 详细信息

【目的】探究马铃薯磺肽素基因StPSK4特征及其在马铃薯抗病性中的功能分析,为马铃薯抗病育种提供理论依据。【方法】用生物信息学技术对StPSK4进行系统分析,转录组测序分析StPSK4的组织特异性、生物胁迫和非生物胁迫处理下的表达模式,检测StPSK4过表达植株对植物先天免疫反应情况和对青枯菌的敏感性。【结果】StPSK4基因的cDNA全长457 bp,编码100个氨基酸;StPSK4含有信号肽,其高级结构多由α-螺旋和无规则卷曲组成;PSK4的C端含有磺肽素序列DYIYTQ,StPSK4与茄科作物相似性均在80%以上;StPSK4在马铃薯芽和叶柄中高表达,对非生物胁迫(高温、盐)和生物胁迫(青枯菌、疮痂病菌)等响应剧烈;构建并获得过表达StPSK4的转基因马铃薯植株;过量表达StPSK4抑制马铃薯的ROS爆发、防御标记基因表达和对青枯病的抗病性。【结论】StPSK4可以响应高温和青枯病等多种逆境胁迫,过表达StPSK4抑制马铃薯的活性氧爆发、防御标记基因表达和对青枯病的抗性,证实StPSK4抑制马铃薯的抗病功能。

关键词：马铃薯植物磺肽素 StPSK4 PTI GMI1000

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甘蓝型油菜373S温敏不育基因在可育细胞质背景下的表达

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西北农业学报 2024年第1期33卷 59-68页

作者：王静张东锁董慧孙妍妍王珍珍郭媛胡胜武西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

旨在明确甘蓝型油菜温敏不育系373S温敏不育基因表达与特定细胞质之间的关系。以甘蓝型油菜373S(微粉)为父本,以具有cam细胞质的Shaan2B为母本,杂交、回交及自交得到BC_(1)及F_(2)代群体。结果表明,在上述具有cam细胞质的BC_(1)及F_(2)... 详细信息

旨在明确甘蓝型油菜温敏不育系373S温敏不育基因表达与特定细胞质之间的关系。以甘蓝型油菜373S(微粉)为父本,以具有cam细胞质的Shaan2B为母本,杂交、回交及自交得到BC_(1)及F_(2)代群体。结果表明,在上述具有cam细胞质的BC_(1)及F_(2)中,可育株与不育株的分离比分别符合3∶1与15∶1,表明该群体中不育性状受2对基因控制。分离群体中的不育株表现出温敏不育特征,其不育花形态与373S没有明显差别;与373S比较,该分离群体中的不育植株结实角果数及自交结实率有不同程度的降低,不育期时间率(不育期时间所占百分比)无显著差异;花冠直径、四强花药长度、二弱花药长度无明显差异,花柄长度、花瓣长度、花瓣宽度、四强雄蕊长度、二弱雄蕊长度略有增加。细胞学观察表明,该分离群体中的不育株小孢子的发育过程、染色体形态、胼胝质沉积与373S无明显差异,均在花粉母细胞时期出现异常。本研究成功地将373S温敏不育基因从pol细胞质导入cam细胞质,说明该温敏不育性状是由细胞核内温敏不育基因导致,与细胞质背景无关。

关键词：甘蓝型油菜(Brassica napus L.) 温敏基因细胞质类型雄性不育

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氮肥对垄沟集雨种植谷子氮素利用效率及产量的影响

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中国农业科学 2024年第5期57卷 885-899页

作者：周浩露申朝阳罗新宇黄英惠王可心王云浩高小丽西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室宽城满族自治县农业农村局

【目的】探究垄沟集雨种植模式下谷子的生长、产量对氮肥的响应，以期为黄土高原半干旱区谷子高产高效生产提供理论依据。【方法】于2022—2023年选用陕豫谷3号谷子品种进行大田试验，采用裂区设计，主因素为种植模式(垄沟集雨种植模式... 详细信息

【目的】探究垄沟集雨种植模式下谷子的生长、产量对氮肥的响应，以期为黄土高原半干旱区谷子高产高效生产提供理论依据。【方法】于2022—2023年选用陕豫谷3号谷子品种进行大田试验，采用裂区设计，主因素为种植模式(垄沟集雨种植模式，R；传统平作种植模式，T)，副因素为施氮量(0 kg·hm-2,N0;60 kg·hm-2,N1;135 kg·hm-2,N2;210 kg·hm-2,N3)，在不同种植模式下测定谷子旗叶净光合速率、叶绿素相对含量、各生育时期地上部群体干物质积累量、氮素积累量，以及成熟期农艺性状和产量，并计算氮素利用率。【结果】同一施氮量下，与传统平作种植模式相比，垄沟集雨种植模式下谷子旗叶的净光合速率、叶绿素相对含量在降雨较多的2022年仅灌浆期有所提高，在降雨较少的2023年抽穗期、开花期、灌浆期则均有提高，两年间垄沟集雨种植模式均增强了谷子生育中后期的光合能力，延缓叶片衰老；谷子地上部群体干物质积累量、氮素积累量在2022年的拔节期、灌浆期、成熟期有所提高，在2023年各生育时期均有增加，且N1、N2、N3间均无显著性差异，地上部干物质积累量、氮素积累量分别提高了0.6%—39.5%、0.9%—51.1%；籽粒氮素积累量、花后氮素积累量、花后氮素对籽粒贡献率在两年间均有显著增加，满足了谷子全生育期的养分需求，改善了传统平作种植模式下谷子生育后期氮肥供应不足问题；氮肥偏生产力在两年间均有增加，分别提高了3.7%—14.3%、2.8%—27.6%，氮肥农学利用效率在2022年于210 kg·hm-2施氮量下略有降低，氮肥农学利用效率、氮肥利用效率在2023年施氮量超过135 kg·hm-2时均有所降低，三者均随施氮量的增加而降低；谷子穗粗、单穗重在两年间均有提高，穗长则有所下降；产量在两年间均有显著性提高，分别增加了3.7%—14.3%、2.8%—27.6%，在降雨较少的2023年增产效果更为显著，且当施氮量超过60 kg·hm-2时，产量无显著性增加。【结论】在黄土高原半干旱区，垄沟集雨种植模式配施60—135 kg·hm-2氮肥更有利于谷子氮素利用和产量形成。

关键词：谷子垄沟集雨种植氮素利用产量黄土高原

基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

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农业工程学报 2024年第4期40卷 155-165页

作者：苏宝峰刘砥柱陈启帆韩德俊吴建辉西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学农学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室杨凌712100

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... 详细信息

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。

关键词：无人机遥感机器学习深度学习小麦条锈病多光谱成像 DenseNet121

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小麦高代系的抗旱性状筛选与抗旱性评价

干旱地区农业研究 2024年第1期42卷 14-22页

作者：宋璐杏张闪闪李玹乔朋放毕起陈亮胡银岗西北农林科技大学农学院/旱区逆境生物学国家重点实验室/中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100

于2020—2021年度和2021—2022年度两个生长季,在杨凌抗旱棚(DS)、杨凌农作一站(YAS)和乾县试验站(QX)3个环境下分别测定了43份和20份小麦高代系的8个农艺性状及8个产量性状,通过计算抗旱指数评价各性状对小麦抗旱指标的贡献率,同时利... 详细信息

于2020—2021年度和2021—2022年度两个生长季,在杨凌抗旱棚(DS)、杨凌农作一站(YAS)和乾县试验站(QX)3个环境下分别测定了43份和20份小麦高代系的8个农艺性状及8个产量性状,通过计算抗旱指数评价各性状对小麦抗旱指标的贡献率,同时利用隶属函数法、聚类分析等方法进行综合分析,筛选抗旱性强的小麦高代系。结果表明,在干旱胁迫环境(DS)下,小麦的农艺性状和产量性状均受到不同程度的抑制。基于各性状对小麦抗旱指数的贡献度,筛选出生物量、产量、小穗数和千粒重等作为评价小麦抗旱性的重要指标。通过抗旱性综合评价值D和聚类分析将供试小麦品种(系)分为高抗旱、抗旱、中等抗旱、干旱敏感和干旱高敏感5个等级,两年度鉴定出21-1、21-34、21-39、21-18、21-2和22-17共6份高抗旱小麦品系。

关键词：小麦抗旱指数农艺性状产量性状聚类分析

我国主要麦区小麦籽粒和面粉铁含量的影响因素

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植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 627-640页

作者：孙蕊卿党海燕佘文婷王星舒褚宏欣王涛丁玉兰徐隽峰王朝辉西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

[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... 详细信息

[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。

关键词：小麦籽粒面粉麸皮铁含量土壤pH 有效铁

谷子不同发育时期株高性状的变化及动态QTL定位

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中国农业科学 2024年第18期57卷 3533-3550页

作者：刘得隆李世如王传星郭淑青马智秀武泳江韩慧冰李玉洁张盼盼杨璞西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室榆林学院生命科学学院

【目的】株高是对谷子产量提升具有重要作用的性状。研究不同生育时期谷子株高的动态变化，鉴定控制株高QTL位点及效应，为谷子株型育种提供理论依据。【方法】以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在... 详细信息

【目的】株高是对谷子产量提升具有重要作用的性状。研究不同生育时期谷子株高的动态变化，鉴定控制株高QTL位点及效应，为谷子株型育种提供理论依据。【方法】以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在陕西榆林和陕西米脂2个环境下种植YRRIL群体并分别在苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期等5个时期测定各家系的株高性状表型值，结合YRRIL群体的遗传连锁图谱，对谷子株高性状在不同生育时期进行遗传分析和动态QTL定位，鉴定控制谷子株高的非条件QTL和条件QTL。在此基础上，以基因本体论（GO）富集和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析方法对重要QTL进行候选基因预测。【结果】在整个生育期谷子株高增长趋势呈“S”型曲线，拔节期至孕穗期，株高生长速度较快，是株高发育的关键阶段。2个环境下，不同时期群体各家系株高均表现连续分布。2个环境5个时期共检测到86个与株高相关的QTL，分布在谷子基因组全部9条染色体上。包含48个非条件QTL和38个条件QTL，非条件QTL表型贡献率为1.13%—17.49%，其中6个能够在2个生育时期重复检测到，其余均只在一个生育时期检测到；条件QTL表型贡献率为1.97%—14.69%，其中1个能够在2个生育阶段重复检测到，其余均只在一个生育阶段检测到。非条件QTL和条件QTL分析中均不存在能够在3个及以上时期均能检测的QTL。2个环境下非条件QTL和条件QTL分析共检测到12个主效QTL，其中6个QTL为本研究新发现的主效位点。对主效QTL区间内的基因结合同源基因功能注释预测分析，筛选出14个可能与谷子株高相关的候选基因，其中Seita.1G242300.1、Seita.6G110200.1和Seita.7G143300.1等均能直接调控株高发育。【结论】2个环境下，谷子整个生长发育过程中检测到大量QTL参与株高性状的表型调控，79个（91.86%）在其中1个时期起作用，7个（8.14%）在其中2个时期起作用，不存在3个及以上时期均检测到的QTL，有12个主效QTL。利用非条件和条件分析方法检测到的QTL各占55.81%和44.19%,16个（18.60%）既是非条件QTL又是条件QTL。不同时期控制株高发育的QTL效应不同，其中苗期较小，拔节期至抽穗期普遍较大。

关键词：谷子重组自交系群体株高株型 QTL 候选基因

波斯小麦Cypa35-3成株期抗白粉病基因定位

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麦类作物学报 2024年第1期44卷 1-6页

作者：范建忠王永福程小方张敏徐晓敏杨晓莹陈春环吉万全王亚娟西北农林科技大学农学院陕西杨凌712100 旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

源自苏联的波斯小麦Cypa35-3对陕西关中地区白粉菌优势小种表现为成株期高抗白粉病。为明确Cypa35-3抗白粉病基因所在染色体位置及其抗白粉病基因的遗传规律,利用Cypa35-3与高感白粉病的加拿大二粒小麦Flavescens进行杂交,在成株期自然... 详细信息

源自苏联的波斯小麦Cypa35-3对陕西关中地区白粉菌优势小种表现为成株期高抗白粉病。为明确Cypa35-3抗白粉病基因所在染色体位置及其抗白粉病基因的遗传规律,利用Cypa35-3与高感白粉病的加拿大二粒小麦Flavescens进行杂交,在成株期自然发病条件下对亲本及其杂交F_(1)、F_(2)、F_(2)∶3群体进行白粉病抗性评价与遗传分析;选用分布于A、B染色体组14对染色体上共计601对SSR标记,利用分离群体分组分析法(BSA)对Cypa35-3的F_(2)群体进行多态性标记筛选。结果表明,Cypa35-3的成株期白粉病抗性受1对显性基因控制,暂命名为PmCypa35-3。通过群体筛选,获得4对位于1B染色体上的SSR标记,分别为Xbarc81、Xcfd48、Xbarc61、Xbarc302,其中Xbarc81、Xcfd48位于PmCypa35-3两侧,遗传距离分别为25.2 cM、8.6 cM。由此将成株期抗白粉病基因PmCypa35-3初步定位于1B染色体。通过与1B染色体上及波斯小麦中正式命名的抗白粉病基因的基因来源和标记位置进行对比,发现PmCypa35-3与它们均不相同,推测PmCypa35-3可能是一个新的小麦成株期抗白粉病基因,可作为小麦抗病育种的新抗源。

关键词：波斯小麦抗白粉病基因 SSR标记分子作图