大豆高光效育种研究

从探索提高C3作物光合效率途径为切入点,在分析作物高光效育种历程阶段的基础上,从大豆高光效育种的总体思路、高光效的光合生理基础、高光效育种理论、高光效高产育种体系、高光效品种选育5个方面讨论了大豆高光效育种.旨在为通过高光效育种途径来提高C3作物光合效率提供理论依据和技术支撑,促进大豆高光效育种的进程.提出了启动C3作物自身C4途径,并将多项高光效功能整合,并与常规育种相结合,可能是提高C3作物光合效率新的突破点,从而确定了大豆高光效育种的总体思路.大豆高光效的光合生理基础是高光效品种的光反应和暗反应过程与常规品种相比都有明显改善,并且它们之问存在密切的连锁相关.大豆高光效育种理论是依据作物遗传育种理论和作物生理学原理构成的.建立在作物生态类型基础上的高光效育种生理遗传基础和高光效的光合生理基础是大豆高光效育种理论基础.依据大豆高光效育种总体思路和理论,通过高光效育种实践建立了大豆高光效高产育种体系,育成了高光敛品种黑农39、黑农40和黑农41.     

扁茎大豆光合生理特性及种质改良研究 Ⅰ.中国扁茎大豆群体条件下结荚鼓粒期光合特性

在群体条件下,扁茎大豆（中国扁茎）结荚鼓粒期光合特性为：光合速率高于高产品种黑农３７,与高光效品种黑农４０相仿;具有高于黑农３７和黑农４０的单株叶面积,截获光能能力强;形成较多光合产物,并能有效地运往茎和花荚中,从而获得高于黑农３７和黑农４０的单株产量。这些光合特性有利于对其进行高光效育种改良。因此我们认为扁茎大豆可以做为高光效育种种质资源加以改造利用。     

高光效大豆品种豆荚解剖学特性

采用光合速率不同的大豆品种黑农37（普通高产品种）、黑农40和黑农41（高光效品种），分别于R3、R4、R5、R6和R7时期取荚进行了解剖学观察。结果表明：1.不同光合类型品种间，豆荚表皮上气孔密度彼此接近，无明显差别；2.豆荚同化组织细胞内叶绿体数目，高光效品种均大于普通高产品种，且在相同品种中豆荚叶绿体分布的密度为豆荚的两端大于豆荚的两面。在R6时期叶绿体的体积高光效品种也大于普通高产品种。叶绿体中基粒的数目也是如此；3. 豆荚两侧维管束密度以及腹、背部导管数目高光效品种均大于普通高产品种。     

扁茎大豆光合生理特性及种质改良研究：Ⅰ.中国扁茎大豆群体条件下 …

在群体条件下，扁茎大豆（中国扁茎）结荚鼓粒期光合特生为例，光合速率高于高产品种黑农３７，与高光效品种黑农４０相仿；具有高于黑农３７和黑农４０的单株叶面积，截获光能强；形成较多光合产物，并能有效地运往茎和花荚中，从而获得高于黑农３７和黑农４０的单株产量，这些光合特性有利于对其进行光效育种改良，因此我们认为扁茎大豆可以做为高光效育种种质资源加以改造利用。     

高光效大豆光合特性的研究

我们对高光效大豆(哈79—9440、哈82—7851、哈82—7799)的光合特性进行了研究。结果表明:(1)不同大豆品种(系)间存在着光合单位密度、光合速率、叶绿体DCIP光还原活性和RUBP羧化酶活性的区别。(2)光合速率同RUBP羧化酶活性密切相关。(3)RUBP羧化酶活性同大豆籽粒产量成正相关。因此,估价某品种的光合能力时,除了要考虑光合速率外,对光能的吸收、传递、转换以及光合环的运转效率也应考虑。尤其值得特别注意的是RUBP羧化酶活性。     

水稻的高光效分子育种

高光效株型和生理育种是水稻分子育种的一大方向.虽然,水稻干物质产量的90%～95%来自光合作用.但其光能利用率却只有1.5%～2.0%.而理论上,水稻理想的光能利用率应达到3.0%～5.0%.因此.通过提高水稻光能利用率来增加产量蕴藏着巨大的潜力,也是最经济有效的途径.本文综述了水稻高光效分子育种的原理和主要途径及水稻高光效遗传育种研究的国内外最新进展.     

水稻关键光合功能因子及高光效育种途径刍议

概述了在育种实践中被用以评价水稻光合特性的关键功能因子,分析了水稻高光效育种面临的主要问题,在总结高光效育种研究取得的进展及结合未来高光效育种的发展方向上,指出理想株型培育、提高杂种优势利用水平、外源有利基因导人是水稻高光效和高产育种的有效途径。     

高光效大豆光合速率与主要光合生理指标及农艺性状的关系

为明确不同大豆品种叶片在3个关键的生殖生长时期4个主要光合生理指标对光合速率(Pn)的影响;明确高光效大豆品种的Pn高于低光效大豆品种的诸多影响因素;明确大豆叶片的Pn与几个农艺性状之间的密切关系.选用4个光合速率不同的大豆品种(两个高光效品种:黑农40、黑农41;一个中光效品种:黑农37;一个低光效品种:黑农26)于大豆的始荚期(R3)、始粒期(R5)、鼓粒期(R6)测定上述4个品种的光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr),并且通过Pn.Tr的观察值推算出水分利用率(WUE=Pn/Tr).通过多元相关分析,研究了Cond等光合生理指标对Pn的影响,以及光合速率与农艺性状的相关性.结果表明:不同光合能力的大豆品种叶片的Pn在R3、R5、R6期分别与Cond、Tr呈极显著正相关;与Ci在3个生育时期大多呈微弱负相关;与WUE在R5期呈极显著正相关,在R3、R6期大多呈微弱正相关.但是,高光效品种在Pn与Cond、Ci、Tr及WUE的相关性方面比低光效品种密切.R5期大豆叶片的Pn与收获指数呈正相关,但不同光合水平大豆品种的Pn与单株重、单株粒重的相关性存在差异.     

大豆资源光合气体交换参数的变异

光合作用是决定作物产量的重要因素.光合气体交换参数则是表示植物光合能力的常用指标.在盆栽条件下,利用LI-6400光合仪测定了162份大豆品种(系)R6时期的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率等光合气体交换参数.参数间的相关分析表明4个光合参数间存在极显著正相关关系.参数的变异特点分析表明,4个光合气体交换参数在品种(系)间存在极显著的遗传差异,变幅较大,且呈现典型的数量性状分布特点,育种潜力较大.以光合速率作为选择指标,筛选了15份优异种质,为今后高光效育种提供了基础材料.     

大豆高光效种质与高产品种源库平衡研究──Ⅰ．去叶、荚对光合速率和干物质积累的影响

研究结果表明，大豆子Ｒ３和Ｒ６期去掉不同自次叶、荚，至Ｒ６和Ｒ６期，存留叶片的光合作用和干物质积累均出现了强的补偿作用．高光效种质的补偿能力、源库平衡能力大于高产品种．去掉不同层次的叶、荚，不但影响本层次的源库单位，而且对另一源库单位也产生强烈的影响．高光效育种，应在选育单叶高光合能力和转化系数的同时，重视叶面积指数和生物产量的选择．     

水稻理想株型育种新动向(英文)

 中国的水稻科学家在50和60年代改善了水稻的株型而提高了水稻的产量。70年代以来则利用_1杂种优势,兴起了杂交稻,两方面似乎都达到了每公顷8～9吨产量的平台倘要达到更高的单产,将在保持合理的谷草比率之下提高生长量,研究工作应该着重于:(1)增加叶面积;(2)提高单位叶面积的光合效率;和(3)改进耐肥抗倒性。这就需要理想株形与有利优热相组合籼粳稻杂交育种将有可能适应这一目的。籼稻叶片的高密度气孔有可能与粳稻的紧凑株型、较高的比叶重、较高的单位叶面积的叶绿素含量和较高的含氮量及RUBPC含量结合,所有这些性状都有利于密植和有利于提高叶片的光合效率及生长量。籼粳稻杂交育种将可能育成理想株形并同时提高生长优势。     

陕西省不同年代旱地冬小麦光合与产量特征变化及其相互关系研究

为明确陕西省不同年代旱地冬小麦品种光合特征变化规律及其对产量的影响,选择曾在该省推广种植的20世纪40年代至21世纪初8个不同年代旱地冬小麦品种(蚂蚱麦,1940s;碧蚂1号,1950s;丰产3号,1960s;泰山1号,1970s;小偃6号,1980s;陕229,1990s;长武134,2000s;长旱58,2010s)为材料,设置正常供水和干旱胁迫两个水分处理,进行盆栽种植试验,对小麦不同生育期光合特征进行测定,并在收获期考种测产。结果表明,无论是干旱胁迫还是正常供水处理下,现代小麦品种(长武134和长旱158)花前旗叶净光合速率和单株叶面积都表现出显著优势,并与千粒重和产量呈显著正相关;但品种间花后光合特征差异减小,这对于现代小麦产量的提升可能产生了一定的限制作用;不同生育时期和不同水分处理下,旗叶蒸腾速率与种植年代之间相关性并不一致;干旱胁迫条件下,孕穗期和花后3d的旗叶水分利用效率都随品种更替呈明显上升的趋势;现代小麦品种在干旱处理下旗叶净光合速率等光合特征、千粒重等产量因素的优势受到影响,最终导致其产量增幅下降。未来应进一步提升现代小麦的光合优势,尤其是花前叶片净光合速率及叶面积的优势,并进一步提高千粒重,这将会是陕西省小麦节水高产和抗旱稳产的重要手段。     

不同年代育成大豆叶片氮含量的变化及其与净光合速率的关系

为了解大豆品种遗传改良过程中叶片氮含量的变化及其与净光合速率的关系,对吉林省1923年-2004年间育成的21个大豆品种的叶片氮含量和光合特性进行了研究。结果表明,叶片氮含量与育成年代在R2期和R6期呈极显著或显著正相关,但在R4期呈不显著负相关。在R2期和R6期,大豆品种间叶片单位叶面积氮含量增长率明显大于净光合速率增长率,导致了氮素光合利用效率与育成年代呈极显著或显著负相关;在R4期,现代品种叶片单位叶面积氮含量低于老品种,而净光合速率仍高于老品种,导致了氮素光合利用效率与育成年代呈显著正相关。叶片氮含量高,叶绿素含量就高,净光合速率也高,但氮素光合利用效率却低;可将R4期氮素光合利用效率作为高产品种选育的一个指标。       

干旱条件下冷型小麦叶片气体交换特性研究

通过两年试验，对干旱条件下不同温型小麦开花至成熟期间群体冠层温度，光合作用，叶片气体交换等生理特性进行了较为系统的分析。结果表明，不同温型小麦在籽粒灌浆期间的冠层温度，净光合速率，蒸腾速率，气孔导度均有明显差异，冷型小麦具有明显的优势，特别在籽粒灌浆后期，抗旱小麦具有冷型小麦一致的特点。因此，在旱地小麦栽培和育种工作中，重视冷型材料的选择和运用，对提高旱地小麦的产量和品质具有重要意义。     

航天诱变对大豆品种光合性状的影响

为明确航天诱变对大豆品种(系)及后代光合性状的影响,于2006年秋太空搭载黑农48、黑农44、哈2291 -Y大豆品种(系),对航天诱变的各世代材料进行光合速率等性状的跟踪研究.结果表明:航天诱变对大豆的光合性状产生影响,各品种后代的光合速率(Pn),气孔导度(Cond),胞间CO2浓度(Ci),气孔阻力(Rs)有不同...     

大豆品种磷素积累和利用效率的基因型差异

在酸性红壤的立培条件下，16个南方春大豆品种磷积累量存在极显著差异。不施磷处理，品种间磷积累量最高的比最低的增加48．3％；施磷处理则增加33．9％。施磷后品种间磷积累量增加15．75～21．97mg／株，磷肥利用率为10．9％～15．6％。大豆磷积累量与品种生育期相关性不显著，但不施磷条件下与苗期叶片酸性磷酸酶活性是显著正相关。不施磷时，品种间籽粒产量磷利用效率相差143．73mg／mgP，生物学产量磷利用效率相差406.78mg／mgP；施磷时，分别相差64．51mg／mgP和110．95mg／mgP。     

高产春大豆豆荚与叶片的光合性能研究

以黑农38等6个不同基因型大豆为材料,在鼓粒期对豆荚和叶片的面积在主茎上垂直分布、荚皮和叶片的叶绿素含量、光合速率等生理参数进行了研究.结果表明:高产春大豆在鼓粒期间荚面积为叶片面积的19.83%～35.44%,荚皮叶绿素含量为叶片的5.67%～8.20%,荚的真光合速率为叶片的13.32%～55.98%.黑农38的荚面积占叶面积百分比值、叶片的真光合速率均最高,分别为34.85%、26.4μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1);豆荚的真光合速率以吉育67最高,为8.48μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1),石豆2号最低,为2.24μmol CO_2·m~(-2)·s~(-1).荚的主要光合生理参数基因型之间的差异大.要进一步提高大豆产量,应发挥鼓粒期荚的光合潜力.     

冬小麦叶片显微结构和光合特性与产量的关系

为了解冬小麦叶片显微结构和光合特性与产量的关系,采用大田跟踪对比调查方法,对8个高产冬小麦品种的叶片显微结构、光合特征及产量性状进行分析。结果表明,小麦不同叶位叶片主要由规则环状细胞组成,各叶位叶片规则细胞的平均环数为1.7~4.5环。随叶位升高,叶肉细胞平均环数及上表皮和下表皮气孔密度均有增加的趋势。各品种旗叶叶绿素含量最大峰值出现在5月10日前后;旗叶可溶性蛋白含量变化与叶绿素含量变化相似,最大值陆续出现在5月7-20日。各品种叶片叶肉细胞平均环数和平均光合速率均以旗叶最高。但品种间光合势、叶源量的差异与叶肉细胞和叶绿素含量并不完全一致。品种间产量性状的差异主要表现在生物产量与经济系数上。生物产量与倒2叶光合势呈显著正相关,与倒3叶光合势呈极显著正相关。综上可见,光合性能好且光合产物能够有效转运进入籽粒,是小麦品种获取高产的必要特征。     

Variations in physiological,biochemical, and structural traits of photosynthesis and resource use efficiency in maize and teosintes (NADP-ME-type C4)

C₄ plants show higher photosynthetic capacity and resource use efficiency than C₃ plants. However, the genetic variations of these traits and their regulatory factors in C₄ plants still remain to be resolved. We investigated physiological, biochemical, and structural traits involved in photosynthesis and photosynthetic water and nitrogen use efficiencies (PWUE and PNUE) in 22 maize lines and four teosinte lines from various regions of the world. Net photosynthetic rate (P_N) ranged from 32.1 to 46.5 μmol m^?2 s^?1. P_N was positively correlated with stomatal conductance, transpiration rate, and chlorophyll, nitrogen and soluble protein contents of leaves, but not with specific leaf weight. P_N was positively correlated with the activities of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase and the C₄-acid decarboxylases, NADP-malic enzyme and phosphoenolpyruvate carboxykinase, but not with the activity of phosphoenolpyruvate carboxylase. Leaf structural traits (stomatal parameters, leaf thickness, and interveinal distance) were not correlated with P_N. These data suggest that physiological and biochemical traits are involved in the genetic variation of P_N, but structural traits are not directly involved. PWUE is in the lower class of values reported for C₄ plants, whereas PNUE is in the highest class of values reported for C₄ plants. PNUE was negatively correlated with leaf nitrogen content but not significantly correlated with P_N. PWUE was not correlated with δ¹³C values of leaves, indicating difficulty in using δ¹³C values as an indicator of PWUE of maize. In general, teosinte lines showed lower P_N but higher PWUE than maize lines.