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基于氮肥运筹下水稻产量与品质协同的农艺生理指标解析

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作物学报 2025年第2期51卷 485-502页

作者：覃金华洪卫源冯向前李子秋周子榆王爱冬李瑞杰王丹英张运波陈松长江大学农学院湖北荆州434025 中国水稻研究所/水稻生物育种全国重点实验室浙江杭州311400

提升水稻产量与品质的协同效应是当前水稻生产面临的重大挑战。深入剖析并清晰界定影响产量与品质协同提升的关键水稻群体特征,对于指导水稻品种的改良和栽培技术的优化具有至关重要的意义。本研究以秀水134(XS134)和黄华占(HHZ)为材料... 详细信息

提升水稻产量与品质的协同效应是当前水稻生产面临的重大挑战。深入剖析并清晰界定影响产量与品质协同提升的关键水稻群体特征,对于指导水稻品种的改良和栽培技术的优化具有至关重要的意义。本研究以秀水134(XS134)和黄华占(HHZ)为材料,分别设置常规固定施氮模式(N0、N1、N2、N3)和基于SPAD阈值的动态施氮模式(RTNM、S34、S37、S40)。通过在水稻关键生育期采集静态与动态农艺生理指标,以及产量和稻米品质数据,采用不同多目标回归预测模型,以深入解析水稻关键农艺生理指标对产量和稻米品质的响应。结果表明:(1)总体上水稻产量与稻米综合指标(GQI)呈互斥关系。随着施氮量的增加,产量逐渐提高,而GQI则呈降低趋势,尤其在固定施氮模式下,这种负相关性更为明显。然而,与固定施氮模式(N2)相比,动态施氮(RTNM)在施氮量减少了32.01%~58.02%的同时,能够稳定水稻产量并提升了GQI3.10%~38.34%(除2022年XS134外),这凸显了动态施氮模式在缓解水稻产量与品质互斥性,并推动两者协同提升方面的潜力。(2)相关性分析表明, 50个静态农艺指标中,有28个指标与水稻产量和GQI均呈显著相关性,占比56.00%。3种“量质”回归模型对水稻产量(R2:0.74~0.83;RMSE:0.40~0.49)和GQI(R2:0.81~0.90;RMSE:0.63~0.88)的预测能力表现出不同程度的准确性。特征重要性解析表明分蘖期的群体生物量是对产量和品质的预测均为正效应(0.09~6.37),而株高、叶面积指数和叶重等在预测产量和品质时出现互斥,这表明在构建水稻产量与品质协同提升的分蘖期群体时,需要在确保群体生物量的基础上,对“量质互斥指标”开展适宜度评估与优化。同时,穗发育期的群体净同化率(NAR)对水稻产量和GQI均呈现出不同程度的正效应值(0.06~1.00),暗示了穗发育阶段水稻的单位叶片光合效率可能是实现二者协同提升的重要群体特征。综上,相较于常规固定施氮模式,基于SPAD阈值的动态施氮策略可在一定程度上实现水稻产量与品质的协同提升;分蘖期干物重和穗发育期NAR可以作为实现这一协同效应的重要参考指标。

关键词：氮肥农艺生理指标产量品质

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水稻穗发育调控的分子机制研究进展

生物技术通报 2025年

作者：刘园园陈析丰钱前高振宇浙江师范大学生命科学学院中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室崖州湾国家种子实验室

水稻是全球主要的粮食作物之一，为全球超过半数人口的基本食粮。有效穗数、穗粒数和千粒重是水稻产量的三大要素，水稻穗发育又是决定穗粒数的重要过程，并与产量的形成有着密切关系。因此，研究水稻穗发育及其分子调控机制可为水稻高... 详细信息

水稻是全球主要的粮食作物之一，为全球超过半数人口的基本食粮。有效穗数、穗粒数和千粒重是水稻产量的三大要素，水稻穗发育又是决定穗粒数的重要过程，并与产量的形成有着密切关系。因此，研究水稻穗发育及其分子调控机制可为水稻高产育种实践提供理论依据和指导。水稻穗发育的遗传机制和分子调控一直以来就受到育种家们的关注。本文基于国内外对水稻穗发育相关基因及其作用机理的研究进展以及近年来新发现的水稻穗发育调控基因，从水稻分生组织活性维持、花序分生组织向小穗分生组织转换、花器官形成过程和遗传调控方面展开论述。分类介绍了这些基因调控穗发育的分子机制及可能存在的相互作用关系，同时归纳了细胞分裂素、生长素、赤霉素、油菜素内酯等植物激素的信号途径中这些基因如何参与调控水稻穗发育，还进一步探讨了温度、光照、水分和营养元素等环境因素在水稻穗发育过程中的重要作用。在对水稻穗发育的分子调控机制和遗传调控网络展开全面综述的基础上，系统梳理和分析了现阶段水稻穗发育研究存在的棘手问题和相应的解决策略，并就未来水稻穗发育研究领域的关键问题和核心手段作了展望。

关键词：水稻穗发育植物激素环境因素分子机制

群体均匀度同时提升水稻产量和品质的研究进展

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江苏农业学报 2025年第1期41卷 184-191页

作者：唐承翰陈惠哲张玉屏向镜王志刚张义凯王亚梁中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室

水稻群体均匀度是用来衡量水稻植株个体间生长发育差异对群体生长影响的指标,反映植株分蘖发生、穗粒形成和籽粒灌浆等方面的一致性。水稻产量和品质能否同时提升与群体生长密切相关,提高种植均匀度能够有效提高群体均衡性,进而实现产... 详细信息

水稻群体均匀度是用来衡量水稻植株个体间生长发育差异对群体生长影响的指标,反映植株分蘖发生、穗粒形成和籽粒灌浆等方面的一致性。水稻产量和品质能否同时提升与群体生长密切相关,提高种植均匀度能够有效提高群体均衡性,进而实现产量和品质同时提高。产量和品质同时提高的矛盾与氮素利用密切相关,增加氮肥施用量虽然能提高水稻产量,但也提高了籽粒蛋白质含量,进而导致米饭食味变差。减少氮素穗肥施用是改善稻米品质的重要措施,在减少氮素穗肥施用条件下,高种植均匀度群体的个体发育优势明显,群体氮素吸收利用效率增加,达到少施氮肥也能形成大穗、多穗的高产群体的目的。围绕提高群体均匀度的目标,生产上可以采取培育健壮秧苗,合理分布种植空间,定量施用氮肥,培育花后高光效群体等方面的栽培措施更有效地实现水稻产量与品质同时提升。

关键词：水稻群体均匀度产量品质栽培措施

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土壤冻融过程中的水热参数化方案研究进展

高原气象 2025年第1期44卷 1-15页

作者：侯雅李伟平左金清中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象局气候预测研究重点开放实验室/国家气候中心北京100081

冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要... 详细信息

冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制,总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果,包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言,砾石具有高导热率和低热容,有机质具有低导热率和高热容,他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外,砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用,进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明:(1)当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算,其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响,该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性;综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用,对相变过程中土壤导热率变化特征的模拟更符合实际观测。(2)过冷水参数化方案刻画了土壤液态水在0℃以下存在的事实;相变温度方案描述了土壤相变温度低于0℃且不固定的事实;导水阻抗方案考虑了土壤冻结对土壤水分下渗的阻抗作用,改善了对冻土区水文过程的模拟效果。(3)土壤冻融过程伴随着水分的相变和能量的转化,水热耦合方案的发展能够较好地刻画土壤中热力-水文过程的协同变化特征,细化了对冻融过程中水分和能量相互作用的复杂物理机制的描述。(4)等温框架的数值模式通过模拟每层土壤中间深度的冻融过程代表该模式分层的整体特征,导致对冻融深度的严重高估或低估,尤其是对厚度较大的模式深层土壤,冻融锋面计算方案的提出和应用减小了这种模拟偏差。目前土壤冻融参数化方案的不足之处包括:绝大多数数值模式没有考虑土壤盐分导致土壤水的冰点降低这一事实;虽然大部分数值模式考虑了土壤有机质对土壤水、热传输的影响,但是模式中对土壤有机质含量及垂直分布的考虑与植被根系的生长状态脱节;模式模拟的土壤深度不足并且下边界通量为零的假定不符合实际情况。发展土壤溶质传输参数化方案以模拟盐分的分布、刻画植被根系生长过程和土壤有机质的分布特征、考虑深层土壤对浅层的热力学影响并完善数值模式中的下边界条件,这些是未来陆面模式改进土壤冻融过程模拟的可能方向。

关键词：土壤冻融过程参数化方案土壤导热率土壤水文参数冻融锋水热耦合

环境智能高产稳产作物设计：问渠哪得清如许，唯有源头活水来

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遗传 2025年

作者：李作尧娄焕昌黎舒佳中国科学院遗传与发育生物学研究所种子创新全国重点实验室

2024年12月14日，Cell杂志在线发表了许操团队题为“Engineering source–sink relations by prime editing confers heat-stress resilience in tomato and rice”的研究论文，报道了环境智能型高产稳产作物设计育种关键核心技术重大突破。该研究针对高温逆境导致的番茄落花落果、品质低下，水稻和小麦瘪壳、玉米秃尖等引起主要粮食和蔬菜作物大幅减产的农业生产实际问题，创建了环境智能高产稳产育种技术体系，创制了顺境能高产、逆境可稳产的作物新种质，为突破单产提升瓶颈和育种同质化导致遗传瓶颈提供了全新路径和系统解决方案。相关报道认为，环境智能型高产稳产育种技术体系建立是生物育种领域重大突破性进展，引领生物育种进入一个崭新的时代[1～3]。

关键词：

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优质稻蒸谷米品质特性研究

中国粮油学报 2025年

作者：陈嘉馨胡丽琴周传名李莉舒傲李蓓蕾曹放波黄敏陈佳娜湖南农业大学作物生理与分子生物学教育部重点实验室湖南农业大学水稻国家工程研究中心湖南省作物研究所

为探明优质稻进行蒸谷处理后的品质特性，本研究比较了30个优质稻品种在不同蒸谷处理下(蒸煮10 min和蒸煮20 min)的稻米品质特性、米饭质构特性和米饭淀粉消化特性。结果表明，在稻米品质特性方面，与常规稻谷相比，蒸谷米的精米率、整... 详细信息

为探明优质稻进行蒸谷处理后的品质特性，本研究比较了30个优质稻品种在不同蒸谷处理下(蒸煮10 min和蒸煮20 min)的稻米品质特性、米饭质构特性和米饭淀粉消化特性。结果表明，在稻米品质特性方面，与常规稻谷相比，蒸谷米的精米率、整精米率、蛋白质含量、消减值、峰值时间和糊化温度均显著提高；总淀粉含量、支链淀粉含量、峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值均显著降低。在米饭质构特性方面，蒸谷米的内聚性和回复性显著降低，蒸煮20 min处理硬度显著升高，而蒸煮10 min处理下的硬度没有明显变化。在米饭淀粉消化特性方面，蒸谷米的葡萄糖生成速率(Glucose production rate， GPR)显著降低。相关性分析表明，GPR与硬度(r = -0.42)、直链淀粉含量(r = -0.38)、支链淀粉含量(r = 0.51)显著相关，直链淀粉含量、支链淀粉含量和硬度是影响GPR关键指标。总体而言，蒸煮10 min处理相对兼顾了口感，又可以在一定程度上降低GPR；蒸煮20 min处理是进一步降低GPR的有效方法。

关键词：优质稻蒸谷米蒸谷处理葡萄糖生成速率

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水稻抗稻瘟病基因克隆及其育种应用研究进展

生命科学 2025年

作者：肖宁吴云雨王如意赵均良余玲高鹏郝泽芸宁约瑟李爱宏江苏里下河地区农业科学研究所/国家水稻产业技术体系扬州试验综合站生物育种钟山实验室中国农业科学院植物保护研究所/植物病虫害综合治理全国重点实验广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻科学技术重点实验室/广东省水稻工程实验室

水稻是我国的主要粮食作物，由稻瘟菌侵染引起的稻瘟病是危及粮食安全的主要病害之一。长期的应用实践表明，利用抗性基因培育抗病品种是防控稻瘟病最经济、有效和环保的途径。本文概述了稻瘟病抗病基因克隆进展，综述了近期稻瘟病抗病... 详细信息

水稻是我国的主要粮食作物，由稻瘟菌侵染引起的稻瘟病是危及粮食安全的主要病害之一。长期的应用实践表明，利用抗性基因培育抗病品种是防控稻瘟病最经济、有效和环保的途径。本文概述了稻瘟病抗病基因克隆进展，综述了近期稻瘟病抗病基因育种进展以及面临的主要问题与挑战，提出加大种质资源稻瘟病抗性鉴定和创新智能设计育种新策略等下阶段重点研究方向。

关键词：水稻稻瘟病抗病基因抗病育种稻瘟菌

镉低积累水稻品种德粳5号选育及西南低纬平丘区粳稻育种思考

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中国稻米 2025年第1期31卷 109-111,119页

作者：李昭祥秦俭杨莉罗婧蒋开锋唐彬四川省农业科学院水稻高粱研究所/四川省农业科学院德阳分院/农业农村部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室/国家水稻改良中心泸州分中心四川德阳618000

本文介绍了德粳5号选育过程、特征特性及栽培技术要点,讨论了西南低纬平丘区粳稻育种路线。德粳5号是四川省农业科学院水稻高粱研究所通过系谱法选育而成的适宜西南低纬平丘区种植的中熟常规粳稻新品种,具有耐高温、优质、籽粒镉低积累... 详细信息

本文介绍了德粳5号选育过程、特征特性及栽培技术要点,讨论了西南低纬平丘区粳稻育种路线。德粳5号是四川省农业科学院水稻高粱研究所通过系谱法选育而成的适宜西南低纬平丘区种植的中熟常规粳稻新品种,具有耐高温、优质、籽粒镉低积累等特性。该品种于2023年通过四川省农作物品种审定委员会审定。

关键词：粳稻优质耐高温镉低积累

行距配置和种植密度对棉花干物质生产及产量的影响

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作物学报 2025年第1期51卷 221-232页

作者：辛明华秘雅迪王国平李小飞李亚兵董合林韩迎春冯璐中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室河南安阳455000 中国农业科学院西部农业研究中心新疆昌吉831100

行距配置和种植密度是影响棉花产量和品质的重要因素。当前新疆棉花种植主要采用宽窄行配置,也有等行距配置方式,但对这两种方式的认识尚存在争议。为此,本研究以中棉所88号为供试材料,采用裂区设计,行距配置(等行距和宽窄行)为主区,种... 详细信息

行距配置和种植密度是影响棉花产量和品质的重要因素。当前新疆棉花种植主要采用宽窄行配置,也有等行距配置方式,但对这两种方式的认识尚存在争议。为此,本研究以中棉所88号为供试材料,采用裂区设计,行距配置(等行距和宽窄行)为主区,种植密度12×104株hm^(–2) (D1)、16×104株hm^(–2) (D2)和18×104株hm^(–2) (D3)为裂区,开展了2年大田试验,比较研究了行距配置和密度对棉花群体生长发育、干物质积累和分配、以及产量和纤维品质的影响。结果表明,中等密度(16×10^(4)株hm^(–2))下等行距和宽窄行处理组合的叶面积指数(LAI)增速、LAI峰值,以及吐絮期生殖器官生物量的分配比例均高于其他处理组合,且二者无显著差异。各处理组合间的棉花群体生长率(CGR)、净同化率(NAR)和棉铃生长率(BGR)均无显著差异。2年平均,中等密度下等行距和宽窄行处理组合的籽棉产量相当,纤维品质指标也无显著差异。表明在中等密度下,无论采用等行距还是宽窄行种植模式,均能达到理想的产量和品质。本研究为新疆棉花行距配置和密度选择提供了科学依据。

关键词：棉花单双行配置密度生长指标干物质积累与分配产量及品质

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