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种质圃作物种质资源安全保存策略与实践

植物遗传资源学报 2023年第1期24卷 32-43页

作者：卢新雄王力荣辛霞尹广鹍张金梅陈晓玲何娟娟刘运霞中国农业科学院作物科学研究所北京100081 中国农业科学院郑州果树研究所郑州450009

苹果、梨、柑橘、香蕉等果树作物,马铃薯、甘薯、木薯等薯类作物,以及橡胶、椰子、油棕等热带经济作物,需通过植株、块根、块茎、鳞茎、种茎等繁殖体在种质圃进行种植保存,这类作物统称为“种质圃保存作物”或“圃位保存作物”。近40年... 详细信息

苹果、梨、柑橘、香蕉等果树作物,马铃薯、甘薯、木薯等薯类作物,以及橡胶、椰子、油棕等热带经济作物,需通过植株、块根、块茎、鳞茎、种茎等繁殖体在种质圃进行种植保存,这类作物统称为“种质圃保存作物”或“圃位保存作物”。近40年以来,通过建设良好保存设施,构建规范化保存技术和实施资源复份保存,创建了种质圃作物种质资源安全保存策略。随着国家作物种质库新库的试管苗和超低温保存设施的投入使用,我国初步建成了以种质圃为主,集种质圃、试管苗库、超低温库、原生境保护点为一体的保护设施体系,为实现圃位作物种质资源多样性、完整性、安全性的保存和持续利用奠定了可靠保障。至2021年12月,我国43个国家种质圃共收集保存种质资源69,504份,隶属1,469个物种(含亚种),是世界上种质圃保存资源数量最多的国家。本文阐述了种质圃保存作物的繁殖特性,植株安全保存影响因素与技术策略,实践应用及展望等,以期对我国种质圃作物种质资源的安全保存起到促进作用。

关键词：作物种质资源种质圃保存策略安全保存

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基于多源数据的小麦品种产量估测研究

光谱学与光谱分析 2023年第7期43卷 2210-2219页

作者：宋成阳耿洪伟费帅鹏李雷甘甜曾潮武肖永贵陶志强新疆农业大学农学院新疆乌鲁木齐830052 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 新疆农业科学院粮食作物研究所新疆乌鲁木齐830091

小麦产量产前估测关乎农业生产计划制定、粮食安全保障、国家经济和宏观决策。应用无人机能够无损、快速准确、及时高效地估测小麦产量,通过多种机器学习方法充分挖掘无人机多源遥感数据对多个小麦品种进行籽粒产量估测的潜力,明确多源... 详细信息

小麦产量产前估测关乎农业生产计划制定、粮食安全保障、国家经济和宏观决策。应用无人机能够无损、快速准确、及时高效地估测小麦产量,通过多种机器学习方法充分挖掘无人机多源遥感数据对多个小麦品种进行籽粒产量估测的潜力,明确多源数据融合对模型估测精度的提升效果,对于作物田间管理保障小麦高产稳产具有重要意义。以黄淮麦区140个主栽小麦品种为材料开展冬小麦田间试验,采用搭载红绿蓝(RGB)和多光谱传感器的无人机平台对灌浆期的冠层信息进行采集,分别以岭回归、支持向量回归、随机森林回归、高斯过程、k-最邻近算法和Cubist等六种机器学习算法建立单传感器数据以及多源数据融合的产量估测模型,采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(RRMSE)对估算模型进行评价。结果表明,所选取的10个可见光植被指数及13个多光谱被指数特征值均与实测产量呈极显著相关(p多光谱传感器产量估测精度(R^(2)=0.53~0.69)>RGB传感器产量估测精度(R^(2)=0.35~0.51)。多源数据融合相对于RGB数据的R^(2)提高0.17~0.23,平均均方根误差(RMSE)降低0.06~0.09 t·hm^(-2);相对于多光谱数据的R^(2)提高0.01~0.06,RMSE降低0.01~0.03 t·hm^(-2)。Cubist算法与其他5种算法相比,建立的多源数据融合模型产量估测精度最高,R^(2)为0.71,RMSE为0.29 t·hm^(-2)。研究表明,相对于单一传感器数据产量估测模型,多源数据融合能够有效提升冬小麦品种产量的估测精度,并且Cubist算法能相对更好地处理多模态融合数据提高产量预测精度,为预测不同小麦品种的产量提供理论指导。

关键词：无人机遥感小麦估产光谱指数纹理特征

增密对春玉米籽粒胚乳淀粉粒度分布与黏度参数的影响

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中国农业科学 2023年第9期56卷 1646-1657页

作者：路梦莉张雅婷任红王土金韩一鸣李文阳李从锋安徽科技学院农学院中国农业科学院作物科学研究所

【目的】密植是提升玉米高产栽培的主要措施之一，同时密度对玉米淀粉形成具有显著影响。因此分析增加种植密度（增密）条件对不同类型春玉米籽粒胚乳淀粉粒度分布与黏度参数，对玉米淀粉品质改善具有重要意义。【方法】于2019和2020年... 详细信息

【目的】密植是提升玉米高产栽培的主要措施之一，同时密度对玉米淀粉形成具有显著影响。因此分析增加种植密度（增密）条件对不同类型春玉米籽粒胚乳淀粉粒度分布与黏度参数，对玉米淀粉品质改善具有重要意义。【方法】于2019和2020年在吉林省公主岭试验基地进行大田试验，选用先玉335、郑单958、农华101等8个东北区域主推玉米品种为试验材料，设置67 500和97 500株/hm2 2个种植密度，以衍射粒度分析仪以及黏度分析仪测定不同处理籽粒淀粉粒度分布与黏度参数，用近红外分析仪测定玉米相关品质，并进行相关分析，明确增密对春玉米籽粒胚乳淀粉粒度分布与黏度参数的影响。【结果】随着种植密度的增加，玉米籽粒产量与淀粉含量均显著增加，同时密度提高显著增加了大型（>17μm）淀粉粒体积、表面积、数目百分比，而在小型（研究发现，增密后玉米淀粉峰值黏度、低谷黏度、稀懈值、最终黏度均显著提高。相关分析结果表明，玉米籽粒淀粉含量、产量和黏度参数等与小型淀粉粒体积百分比呈负相关，与中型（3—17μm）淀粉粒体积百分比呈显著或极显著负相关，与大型(>17μm)淀粉粒呈显著或极显著正相关。【结论】玉米增密主要是通过影响胚乳淀粉粒度分布，即增加大型淀粉粒比例，降低中、小型淀粉粒比例，进而提高了玉米籽粒产量、淀粉含量及黏度参数。

关键词：玉米淀粉含量粒度分布黏度参数种植密度

一个CRISPR/Cas9-VQR基因编辑系统的构建

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作物学报 2019年第6期45卷 848-855页

作者：陈凯孙国梁宋高原李爱丽谢传晓毛龙耿帅锋中国农业科学院作物科学研究所

CRISPR/Cas9系统是一种广泛应用于细菌、酵母、动物和植物中的基因组定点编辑技术,但该编辑系统的使用范围受PAM(proto-spacer-motif)位点NGG的限制。本研究通过突变Streptococcus pyogenes Cas9(SpCas9)编码氨基酸(1135位的天冬氨酸D... 详细信息

CRISPR/Cas9系统是一种广泛应用于细菌、酵母、动物和植物中的基因组定点编辑技术,但该编辑系统的使用范围受PAM(proto-spacer-motif)位点NGG的限制。本研究通过突变Streptococcus pyogenes Cas9(SpCas9)编码氨基酸(1135位的天冬氨酸D突变成缬氨酸V,1335位的精氨酸R突变为谷胱氨酸Q,1337位的苏氨酸T突变为精氨酸R,命名该突变子为Cas9-VQR)改造其识别PAM为NGA的位点以扩大其使用范围。并使用玉米Ubi启动子启动Cas9-VQR基因、优化SpCas9的密码子、加入保守的核定位信号序列、增加单子叶植物中保守的3′UTR序列和使用水稻U6启动子启动gRNA来修饰该编辑系统。结果表明Cas9-VQR系统能够识别PAM为NGA的位点,并进行有效的切割。体外酶切活性检测结果表明Cas9-VQR的切割效率为5%~70%。水稻转化检测结果表明Cas9-VQR的切割效率约为27.5%~70.5%,平均切割效率为46.23%。本研究拓宽了CRISPR/Cas9系统在作物中的使用范围,特别是NGA PAM位点较高的作物。

关键词： CRISPR/Cas9-VQR 定点突变 PAM 基因突变

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藜麦营养组分与加工品质的相关性分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第6期55卷 655-663页

作者：李进才朱凯莉刘梦杰郭慧敏杨修仕任贵兴天津大学化工学院天津300350 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 中国农业科学院麻类研究所长沙410205

为探究藜麦的营养组分含量对其加工品质特性的影响,本研究选择主要营养组分含量存在较大差异的10份藜麦为实验材料,对其总淀粉、直链淀粉、总蛋白质、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和粗脂肪的含量进行测定,分析藜麦粉的糊化特性,并... 详细信息

为探究藜麦的营养组分含量对其加工品质特性的影响,本研究选择主要营养组分含量存在较大差异的10份藜麦为实验材料,对其总淀粉、直链淀粉、总蛋白质、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和粗脂肪的含量进行测定,分析藜麦粉的糊化特性,并对藜麦饭的质构特性和感官品质进行分析评价,相关性分析结果表明:多种营养组分含量对藜麦加工品质特性均有显著影响(p研究初步明确了藜麦中不同营养组分含量与加工品质特性间的关系,可为不同加工用途藜麦的原料选择及品种选育提供参考.

关键词：藜麦淀粉蛋白质糊化特性质构特性感官评价

基于温带和热带玉米群体全基因组FST和XP-EHH的选择信号检测

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中国农业科学 2019年第4期52卷 579-590页

作者：杨宇昕邹枨中国农业科学院作物科学研究所

【目的】玉米起源于热带地区,经过自然和人工选择,广泛的种植于温带地区。开花是玉米生长发育的中心环节,也是热带玉米向温带环境种植的主要适应性性状。鉴定玉米在驯化过程中出现的受选择基因区段,并进一步挖掘开花候选基因,为玉米的... 详细信息

【目的】玉米起源于热带地区,经过自然和人工选择,广泛的种植于温带地区。开花是玉米生长发育的中心环节,也是热带玉米向温带环境种植的主要适应性性状。鉴定玉米在驯化过程中出现的受选择基因区段,并进一步挖掘开花候选基因,为玉米的群体改良、开花遗传机理解析提供数据支撑。【方法】首先单独分析30份温带玉米自交系和21份热带玉米自交系的单倍型数据,通过过滤高缺失和等位基因频率较低的变异位点,得到高质量的SNP(single nucleotide polymorphism)标记,利用SnpEff软件对温带和热带玉米群体的基因组多态性位点进行了功能预测。其次过滤得到同时存在于温带和热带玉米的高质量SNP标记,对温带和热带玉米的基因型数据进行主成分分析(principle component analysis,PCA)以确定其群体结构,之后利用群体分化指数(fixationindex,F)和群体间扩展单倍型纯合度(cross population extended haplotype homozygosity,XP-EHH)法分析温带和热带玉米群体间的选择信号分布情况,选择F和XP-EHH值的top 1%为阈值,筛选得到受选择位点。通过对SNP进行功能注释得到温热带玉米群体受到选择的基因。利用agriGO工具对候选驯化基因进行功能富集分析。利用相关的生物信息学数据库对候选基因进行功能注释,进一步鉴定玉米驯化过程中的开花候选基因。【结果】通过对温热带玉米群体的高测序深度的SNP进行分析,发现热带玉米群体的SNP数目为14 123 408个,温带玉米群体的SNP数目为8 791 673个,鉴定到的SNP主要分布于基因间区。2个群体中均存在的SNP标记数目是204 752个。主成分分析表明温带和热带玉米可以显著的分为两个类群。F选择信号的top 1%是0.3593,共鉴定到557个候选驯化基因,XP-EHH选择信号法的top 1%是3.2681,共鉴定到1 913个候选基因。鉴定到多个候选基因与玉米的开花调控密切相关,包括ZmCCT9、COL1、GRMZM2G387528。如ZmCCT9抑制开花基因ZCN8的表达,导致玉米在长日照环境下出现晚花表型,是一个重要的开花调控基因;COL1与开花促进因子FT蛋白互作,加速玉米开花以适应长日照环境;GRMZM2G387528的功能注释揭示该基因是一个光敏色素互作因子,与光周期基因ZmphyB1互作。【结论】热带玉米群体具有更高的遗传多态性,筛选到一系列参与了热带玉米和温带玉米的分化候选基因,并且重点挖掘了参与其中的玉米开花调控相关基因。

关键词：玉米选择信号群体分化指数群体间扩展单倍型纯合度开花基因

多粒小麦种质普冰10696的幼穗发育特性分析

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植物遗传资源学报 2022年第1期23卷 139-146页

作者：郑永胜王丽媛王晖张晗王穆穆王东建刘伟华李汝玉李立会山东省农业科学院作物研究所济南250100 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

小麦-冰草远缘杂交后代品系普冰10696具有多粒的遗传特性。为深入了解其多粒性状形成的发育进程,本研究以多粒品系普冰10696和黄淮冬麦区主推品种为供试材料,通过解剖学和统计学方法比较小花分化、退化和结实的动态进程差异,进一步解析... 详细信息

小麦-冰草远缘杂交后代品系普冰10696具有多粒的遗传特性。为深入了解其多粒性状形成的发育进程,本研究以多粒品系普冰10696和黄淮冬麦区主推品种为供试材料,通过解剖学和统计学方法比较小花分化、退化和结实的动态进程差异,进一步解析冰草多花多粒的特性,为多粒基因型材料在育种中的应用提供理论参考。农艺性状比较结果显示,普冰10696的多粒特性来自小穗粒数的提高,并且未降低千粒重。幼穗发育特性分析表明,普冰10696的幼穗分化具有启动早和持续时间长的发育特性;普冰10696的小花发育具有分化速率快、退化慢的特性,能够进入四分体期并最终结实的小花明显增多。普冰10696的幼穗和小花发育特性是决定普冰10696多粒的基础。

关键词：普通小麦穗发育穗粒数小花分化

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六种重要玉米病害病原名称的厘定

中国农业科学 2018年第18期51卷 3497-3507页

作者：王晓鸣中国农业科学院作物科学研究所

真菌、细菌、病毒等引起的病害是玉米生产的重要威胁。在中国,玉米种植地域广,种植区生态类型多,病害种类复杂,常见病害有30余种。中国的玉米病害研究历史不足百年,从事研究的专业人员也较少,导致玉米病害知识的传播受到一定影响,其表... 详细信息

真菌、细菌、病毒等引起的病害是玉米生产的重要威胁。在中国,玉米种植地域广,种植区生态类型多,病害种类复杂,常见病害有30余种。中国的玉米病害研究历史不足百年,从事研究的专业人员也较少,导致玉米病害知识的传播受到一定影响,其表现之一就是我国在一些玉米病害病原名称的采用上存在明显混乱,已被弃用的旧病原名称还在普遍应用。这种现状影响了玉米病害科学研究信息在国内和国际上的正常交流。本文梳理了瘤黑粉病、丝黑穗病、红叶病、北方炭疽病、圆斑病、黑束病6种玉米病害病原学名的历史变迁,重点结合近年在形态学和分子系统分类学等方面的研究进展,明确了这6种病害病原在目前应该采用的正确名称。(1)玉米瘤黑粉病病原无论是形态学和分子生物学都有别于Ustilago属物种的特征,已恢复其名称为1912年命名的Mycosarcoma maydis(DC.)Bref.(玉蜀黍瘿黑粉菌),曾被广为采用的Ustilago maydis(DC.)Corda(玉蜀黍黑粉菌)成为异名;(2)基于Sporisorium属与Sphacelotheca在寄主科选择上的差异以及对玉米丝黑穗病致病菌的形态学、寄主病害特征和多基因序列分析的结果,Sporisorium reilianum(J.G.Kühn)Langdon&Fullerton.(丝孢堆黑粉菌)被确定为玉米丝黑穗病病原的正确名称,而Sphacelotheca reiliana(J.G.Kühn)Clinton成为异名之一。由于Sporisorium reilianum种内存在对玉米和高粱的致病性分化,玉米致病菌又可称为Sporisoriumreilianum f.***.zeae(丝孢堆黑粉菌玉米专化型);(3)普遍认为大麦黄矮病毒(Barley yellow dwarf virus,BYDV)引起玉米红叶病,但近年通过对致病病毒的测序,明确了多种病毒和株系是该病的病原。在中国,引起玉米红叶病的为马铃薯卷叶病毒属(Polerovirus)的小麦黄矮病毒-GPV(Wheat yellow dwarf virus-GPV)和玉米黄矮病毒-RMV(Maize yellow dwarf virus-RMV);(4)尽管在形态学方面有许多相似性,但通过多基因序列的比较研究,证明Kabatiella属完全有别于Aureobasidium属,因此,玉米北方炭疽病病原的学名应该采用Kabatiella zeae Narita et Hiratsuka(玉蜀黍球梗孢),Aureobasidium zeae(Narita et Hiratsuka)Dingley作为异名处理;(5)分生孢子呈蠕孢状的真菌经历了数次属的变化,但形态学、基因序列信息、生活史、次生代谢物等特征的研究表明,引起玉米圆斑病的病原Bipolaris zeicola(G.L.Stout)Shoemaker(玉米生平脐蠕孢)是一个独立的物种,其无性态名称的保留得到了国际真菌命名委员会的同意;(6)对物种名称Cephalosporium acremonium的长期混乱使用使得其已经失去了纯粹种的含义,而Acremonium拥有150余个种并对应多个有性态属,已经成为了一个庞杂属。大量的分子生物学特征研究揭示了Acremonium属的异质性,以分子特征和形态学结合的方法,重新划分和新建了相关的属,Sarocladium strictum(W.Gams)Summerbell(直帚枝杆孢)成为了玉米黑束病病菌的新种名,而Cephalosporium acremonium Corda和Acremonium strictum Gams是其异名。

关键词：玉米病原名称厘定

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中国农业生物多样性保护进展概述

生物多样性 2021年第2期29卷 167-176页

作者：郑晓明杨庆文中国农业科学院作物科学研究所北京100081

农业生物多样性是农业安全生产的基础条件和农业可持续发展的战略资源。中国自20世纪50年代就开始重视农业生物多样性的保护,建立了较为完善的法律法规等保障体系,并在农业生态系统、物种和遗传多样性3个层面采取了一系列保护措施,基本... 详细信息

农业生物多样性是农业安全生产的基础条件和农业可持续发展的战略资源。中国自20世纪50年代就开始重视农业生物多样性的保护,建立了较为完善的法律法规等保障体系,并在农业生态系统、物种和遗传多样性3个层面采取了一系列保护措施,基本形成了异位保存和原生境保护相互补充的保护体系,取得了显著的保护成效。本文概述了中国近70年来农业生物多样性保护在法律法规和保护机制、保护规划、保护体系和能力建设方面取得的进展,指出我国农业生物多样性保护面临着未与国际国内发展战略相适应、保护体系不完整、保护能力不足等问题,并提出完善我国农业生物多样性保护体系、促进农业生态系统服务功能系统化、加快农业生物多样性主流化进程以及加强能力建设等相关建议。

关键词：农业生物多样性法律法规可持续发展生态系统服务能力建设