谷子EMS矮秆突变体的产量性状分析

为丰富谷子遗传多样性和突变体库材料,本研究采用1%浓度的甲基硫磺乙酯(EMS)诱变晋谷40号 10 h, 在谷子生育期间对突变体M1和M2代材料进行表型性状调查。结果表明,共获得332株表型差异突变型单株,这些突变体类型主要包括株高、穗型、茎粗、育性、刚毛、抗拿扑净、颖壳色、抽穗期、穗轴、粒色、穗紧实度、抗逆性、穗重等;对数量性状的表型指标进行变异分析,其中株高的变异系数最大,为41.25%,抽穗期的变异系数最小,为11.03%;对20份矮秆突变体材料进行产量性状分析,发现E-13、E-58和E-98可作为矮秆、早熟、高产的材料;突变体中发现褐米色、抗拿扑净等优质、适宜产业化的材料。本研究构建的谷子突变体库具有丰富的突变类型,为谷子分子遗传学和育种提供了优异的基础材料。     

谷子对拔节期弱光胁迫的光合生理响应

为阐述拔节期弱光胁迫降低谷子产量的光合生理机制,以张杂谷5号和晋谷21号为研究对象,在拔节期分别进行30%、60%和85%的遮阴处理15 d,以不遮阴作为对照,探究谷子叶片的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数及产量对其的响应规律。结果表明,遮阴处理降低了2个品种谷子叶片的光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(q P)、非调节性能量耗散量子产量[Y(NO)]、穗长、穗重、穗粒重和产量,却显著提高了胞间CO2浓度(Ci)和调节性能量耗散量子产量[Y(NPQ)]。张杂谷5号的表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)和产量在遮阴30%时显著下降,而晋谷21号在遮阴程度超过60%时才显著变化。总之,拔节期弱光胁迫下,谷子叶片的光合色素含量降低,捕捉利用光能的能力减弱,PSⅡ光化学活性降低,光合作用变弱,最终影响产量;张杂谷5号比晋谷21号对弱光胁迫更为敏感。本研究结果为拔节期通过改善谷子叶片的光合功能来增强抗弱光胁迫以达到稳产指明了方向,并为选育耐弱光胁迫谷子提供了依据。     

水稻叶色突变体ygr的遗传分析与基因定位

叶色突变体是研究水稻叶绿体发育、光合色素合成与降解的理想材料。前期研究在水稻保持系大面积繁殖时发现一株转绿型淡黄叶突变体ygr,为了阐明其叶色调控机理,本试验比较了ygr与野生型的主要农艺性状和光合色素含量,并对该突变体进行了遗传分析和基因定位。结果表明,与野生型相比,ygr的始穗期推迟2 d,株高、单株有效穗数、穗长、穗粒数、结实率和千粒重等主要农艺性状均无显著差异,而苗期和抽穗期的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素等光合色素含量均显著降低。遗传分析表明,ygr叶色突变性状受单隐性核基因控制,暂时将其命名为YGR。以ygr与日本晴杂交的F_2群体作为定位群体,将YGR基因定位在水稻第1号染色体分子标记WY8到WY20之间,其遗传距离分别为0.2 cM和0.5 cM。本研究结果为该基因的克隆和功能分析以及解析其突变机制奠定了基础。     

叶面喷施亚硒酸钠对谷子光合特性及产量构成的影响

以晋谷21号和张杂谷10号为试材,采用大田试验,研究了灌浆期叶面喷施亚硒酸钠(0,2.5,5,7.5,10,12.5,15g·667m-2)对谷子光合特性和产量的影响。结果表明,随着亚硒酸钠喷施浓度的增加,谷子叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ实际光化学效率Y(Ⅱ)、电子传递速率ETR、光化学猝灭系数qP、PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm和PSⅡ潜在活性Fv/Fo均呈先升高后降低的趋势;而胞间CO2浓度(Ci)变化呈现相反趋势。在灌浆期喷施亚硒酸钠对谷子千粒重、穗粒重、穗重影响效果最为显著。与对照相比,叶面喷施7.5g·667m-2的亚硒酸钠溶液,可显著提高谷子叶片中光合色素含量和光合性能,同时提高谷子的产量。     

水稻黄叶突变体光合特性的日变化

对水稻黄叶突变体黄玉B及其亲本龙特甫B孕穗期的光合速率和叶绿素荧光参数的日变化所进行的研究表明:(1)在自然日照条件下,当光强上升到1043.4μmol/m2.s时,野生型出现光饱和点并表现出光抑制现象,而突变体没有出现光饱和点;(2)在野生型出现光抑制阶段(12:00—14:00),突变体的光合速率(Pn)、PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光量子效率(фPSⅡ)、非循环光合电子传递速率(ETR)和热耗散(NPQ)均高于野生型。突变体在强光条件下(PFD>1149.2μmol/m2.s)能有效利用光能并耗散过剩光能,其对强光光响应能力优于野生型亲本。     

谷豆覆膜条带种植技术及其光合水分变化研究

通过谷豆条带种植技术、谷子覆膜穴播栽培技术、大豆膜际条播栽培技术的进一步集成, 形成一套新的高产高效种植模式.该模式发挥了3种技术的优势, 能够充分利用自然光热资源, 明显改善谷子和大豆的光合、呼吸及水分交换环境.谷子光合速率(Pn)分别比普通条带谷子和单作谷子提高19.2%、32.4%, 气孔导度(Cleaf)分别提高6.3%、42.2%, 蒸腾速率(E)与单作谷子相近; 大豆光合速率分别比普通条带大豆和单作大豆提高5.6%、56.1%, 蒸腾速率分别提高3.1%、46.1%, 气孔导度分别提高31.3%、148.9%; 谷子水分利用效率(WUE)分别比普通条带谷子和单作谷子提高32.3%和31.9%, 大豆水分利用效率分别比普通条带大豆和单作大豆提高2.6%和7.0%.模式总产量显著高于单作大豆, 与单作谷子相近, 比普通谷豆条带种植模式高17.7%; 总效益比单作谷子增加1 413.75元·hm-2, 比单作大豆和普通谷豆条带种植模式分别增加2 242.5元·hm-2、1 542.0元·hm-2.模式具有显著的增产、增收、节水效果.     

水稻黄叶突变体黄玉B的碳代谢特性

以黄叶突变体黄玉B及其野生型亲本龙特甫B为材料,对光合色素与可溶性糖含量、RuBP羧化酶(RuBPCase)、蔗糖合成酶(SS)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、干物质及有机碳积累量等碳代谢相关指标进行了测定。与龙特甫B相比,黄玉B叶片光合色素含量显著下降,但Chla/b和Car/Chl值显著增高。在分蘖期,黄玉B叶片可溶性糖含量、RuBPCase、SS和SPS活性显著高于龙特甫B,而在开花期均显著降低;开花前黄玉B单株有机碳积累量和干重均显著高于龙特甫B,但开花后则显著低于龙特甫B。这些结果说明黄玉B的碳代谢具有开花前旺盛而开花后缓慢的特性,很大程度上不同于龙特甫B。本研究揭示了黄玉B农艺性状和单株产量表现的碳代谢成因,为其生产应用提供了理论依据。     

水稻双剑叶突变体的表型、遗传分析及BR应答

从浙江省主栽晚粳稻品种浙粳22的辐照突变体库中,发现1株分蘖穗穗颈节上着生2片叶片的突变体,多代种植性状稳定,且不受环境条件影响。鉴定结果表明该突变体是由于倒1节间显著缩短所致,其籽粒比野生型略短,剑叶净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度等光合作用参数均低于野生型;突变表型受1对隐性基因控制,对外源油菜素内酯(BR)敏感。RT-PCR结果表明,部分BR合成和代谢相关基因在突变体和野生型中的表达量有差异,推测该突变基因与BR合成和代谢相关。     

水稻脆秆褐穗突变体fb1的鉴定与基因定位

为鉴定新的脆杆突变体,从籼型水稻恢复系缙恢10号的甲基磺酸乙酯(EMS)诱变体库中鉴定了一个全生育期植株变脆且开花后稻穗呈褐色的突变体,暂命名为脆秆褐穗突变体fb1,对其进行了机械强度、光合色素含量、木质素和纤维素含量等测定,并开展了遗传分析和基因定位等研究。结果表明,与野生型相比,fb1茎秆和叶片的最大载荷分别下降了43.3%和63.1%,茎秆的纤维素和木质素含量分别为野生型的76.5%和66.6%,叶片的纤维素和木质素含量则分别为野生型的91.0%和95.5%,均显著降低。开花前,fb1的穗部性状与野生型相比无变化,开花后颖壳逐渐褐化,成熟后呈灰褐色。fb1的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别为野生型的74.8%、90.5%和85.3%,均呈显著或极显著下降。遗传分析表明,该性状受一对隐性核基因调控,基于西农1A/fb1的F2群体,利用SSR等分子标记最终将调控基因FB1精细定位在第1染色体SSR标记RM1268和RM11669之间42 kb的物理范围内,包含7个注释基因。该研究结果不仅为FB1基因的图位克隆奠定了基础,也为植物细胞壁发育分子机理研究和新能源水稻育种提供了材料。     

外源GA_3处理对矮秆大豆突变体光合特性的影响

矮秆品种具有改善株型、抗倒伏和高产等优点。以大豆东农42及其矮秆突变体东泽11为试验材料,于7月1日至8月20日每隔10d进行浓度为100mg·L-1外源GA3处理,探讨外源GA3对矮秆突变体与野生型株高生长、叶片光合特性以及光合产物的影响。结果表明,GA3处理均促进了矮秆突变体与野生型株高的生长,且对矮秆突变体株高的促进率高于野生型,100mg·L-1GA3处理使矮秆突变体恢复野生型植株表型。外源GA3处理,矮秆突变体叶片蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、叶绿素、可溶性蛋白质、淀粉含量增加,光合速率、可溶性糖、蔗糖含量降低;野生型叶片蒸腾速率、气孔导度、叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖、蔗糖含量增加,光合速率、胞间CO2浓度、淀粉含量降低。     

谷豆分带种植对谷子生理过程的影响

谷豆分带种植,能改变田间小气候,使气温升高,光照增强,CO₂浓度增大,从而引起谷子体内一系列 生理变化,扩大了绿叶面积,减小了气孔阻力,有利于光合作用和蒸腾作用的进行;促进了呼吸作用,加强了根系活性,提高了植株对光能和水分的利用率;增加了体内干物质积累量,加速了物质向穗部运转,提高了收获指数,因而能高产高效。     

平流层辐射对谷子生长发育及后代性状的影响

平流层辐射对谷子的营养生长及后代性状的变异有显著影响。试验结果表明:经高空气球搭载的谷子,种子发芽势比对照提高21.1％,株高比对照降低6.8cm。叶片长度的生长动态呈双峰曲线,叶片长度和宽度与对照的差值由下到上呈正弦曲线,旗叶的面积、穗重均明显高于对照。SP_2分离群体中产生了各种各样具有隐性性状的突变体,SP_3大穗型株系性状相对稳定,在穗长、穗重、种子蛋白质含量和脂肪含量上表现出有选育价值的稳定变异。     

水淹胁迫下绣球光合响应机制的研究

为探究绣球对水淹胁迫的光合响应及适应机制,以盆栽的绣球品种无尽夏新娘和银边为试验材料,利用浸盆法进行水淹处理30 d,测定其比叶质量、光合参数和叶绿素荧光参数。结果表明,水淹胁迫后,2个绣球品种的暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP)均有所提高,而净光合速率(Pn)、光饱和点(LSP)、胞间CO₂浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均下降;表明水淹胁迫导致绣球叶片气孔关闭,光合能力降低,呼吸能耗加强,不利于有机物积累;无尽夏新娘的表观量子效率、光化学效率和电子传递速率均降低,尤其是电子传递速率降低超过69%,表明非气孔限制因素是其Pn降低的主要原因;但无尽夏新娘比叶质量升高约44%,提高了资源利用效率,且其光化学反应耗能降低69%,将叶片吸收光能向热耗散等光系统Ⅱ(PSⅡ)调节性能量耗散途径分配的比例提高,削弱过剩激发能在反应中心的积累,从而保护光合机构免受破坏;银边的电子传递速率有所降低,约31.5%,但其表观量子效率和光化学效率均无明显变化,说明其PSⅡ反应中心未受损,Pn降低主要是气孔限制因素,且其叶片吸收光能主要向非光化学反应耗散途径分配,升高约26.5%,这可能是其通过PSⅡ循环电子传递消耗了过剩光能,从而保证了光合机构的正常运行。本研究结果为绣球的园林应用提供了新思路。     

不同密度条件下3种类型谷子品种产量及其构成要素变化特征研究

以群体个体并重夺高产型谷子新品种"冀谷26"和靠个体夺高产的单秆大穗型品种"泥里拽"、"聊农4号",靠群体夺高产的密植型品种"豫谷5号"、"冀谷14"为材料,试验研究了不同密度条件下谷子产量及其构成要素的变化。结果表明:靠个体夺高产的单秆大穗型品种谷子产量及其构成要素成穗率、单穗重、穗粒重、结实性均对密度反应敏感;靠群体夺高产的密植型品种对密度反应表现为产量敏感,单穗重、穗粒重比较敏感,成穗率、出谷率不敏感;群体个体并重夺高产品种表现为产量对密度反应不敏感,成穗率、出谷率比较敏感,单穗重、穗粒重敏感;3种类型品种单位面积穗数对密度反应都很敏感。在最适宜密度下群体个体并重夺高产型品种"冀谷26"产量水平明显高于另外两个类型品种,说明群体个体并重夺高产品种自身调节能力较强,丰产性、稳产性突出,代表今后育种的方向。     

胞质抗除草剂谷子发育及与敏感型常规品种的差异

以对除草剂敏感的常规品种“豫谷2号”为对照,试验研究抗除草剂谷子“0971”的生长发育特点结果表明,“0971”苗期发育慢,抽穗晚,但后期发育加快,并很快与“豫谷2号”各性状相持平。由于灌浆速度慢和灌浆时间短,“0971”穗干物质量明显处于劣势。     

不同生态区骨干谷子品种表型鉴定与遗传分析

骨干谷子品种对谷子产业发展发挥了重要的作用,为了解其优异性状遗传基础及利用价值,选用来源于不同生态区的12个骨干谷子品种,进行表型鉴定和遗传差异分析。结果表明,12个来源于不同生态区的骨干品种在株高、穗长、穗粗、穗下节间长、单穗重、生育期以及黄色素含量等方面差异较大。79对SSR多态性标记共检测到258个多态性变异位点,平均3.265 8个;SSR标记多态性(PIC)的变幅为0.141 1~0.711 6,平均为0.510 1;其中PIC>0.5的SSR标记有50对,占多态性标记的63.3%。12份材料的遗传距离变幅为0.140 2~0.801 1,平均为0.473 7;来自华北夏谷区的豫谷1号和沧谷4号遗传距离最近,而沧谷4号和来自内蒙高原的地方品种金香玉距离最远;总体而言,华北夏谷区品种和西北早熟春谷区品种遗传距离相对较大。相似性系数为0.594时,12个品种可聚为两类,华北夏谷区的豫谷1号、矮88、冀谷19号、沧谷4号和济谷12聚为一类,来自西北春谷早熟区、晚熟区和东北春谷区的7个品种聚为一类,聚类分析结果和品种的生态类型具有较高的一致性。群体结构分析和聚类分析的结果相似,华北夏谷区品种和春谷区品种之间存在基因交流。总之,不同生态区来源品种间遗传差异较大,同一生态区来源品种遗传差异较小;华北夏谷区骨干品种之间遗传差异较春谷区品种遗传差异相对较小;华北夏谷区品种和西北早熟春谷区品种间遗传差异较大,丰富华北夏谷区遗传变异,应加强与西北早熟春谷区品种之间的交流。本研究结果为优异谷子品种培育及种质资源利用提供了一定依据。     

土壤水分对柿树光合光响应特性的影响

采用CIRAS-2便携式光合仪测定不同土壤水分条件下2年生柿树叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度等光合生理参数的光响应过程,探讨柿树光合光响应特性对土壤水分的响应规律。结果表明：土壤水分对柿树的光合生理参数影响显著,随着土壤水分的降低,净光合速率、表观量子效率先升后降,光补偿点先降后升,光饱和点呈下降趋势;维持柿树高光合作用和高水分利用效率的适宜土壤相对含水量为48.8%～76.7%,适宜的光照强度为800～2 000μmol/（m2·s）;柿树对强光利用能力较强,而对弱光的利用效率较低;在土壤相对含水量为48.8%时,柿树光合作用主要受气孔限制,而土壤相对含水量降低到25.5%时,柿树光合作用转变为非气孔限制,通过对气孔、非气孔因素的判定,可知柿树是一种抗旱性非常强的植物。研究结果可为柿树的节水高产栽培提供理论依据。     

钛对小麦旗叶光合功能及穗部性状的影响

研究了钛对小麦旗叶某些光合功能和穗部性状的影响。结果表明,钛能提高小麦旗叶的叶绿素和类胡萝卜素含量、PSⅡ活性、PSⅡ原初光能转化效率以及潜在光合作用量子转化效率;加速小麦的灌浆进程,促进穗粒数和千粒重的增加,有利于提高小麦产量。由于钛能改善植物的光合功能和作物产量的构成因素,因此,钛制剂在农业生产上将有良好的应用前景。     

施氮量对穗期高温胁迫下玉米叶片光合生理及产量的影响

  【目的】  探究不同施氮量对玉米穗期高温胁迫下光合生理及产量的影响,为合理施氮实现玉米抗逆稳产提供理论依据。  【方法】  2020—2021年开展人工模拟高温田间试验。以耐热型品种郑单958 (Zhengdan 958) 和热敏感型品种先玉335 (Xianyu 335) 为材料;设置3个施氮量,分别为低氮 (N 90 kg/hm2,N90)、中氮 (N 180 kg/hm2,N180) 和高氮 (N 270 kg/hm2,N270)。在玉米第11片叶展开期至抽雄期进行高温处理 (HT),分别持续12天 (2020年) 和9天 (2021年),以田间自然生长的植株为对照 (CK),处理期间高温和对照的日最高温度均值分别为41.9℃、35.9℃ (2020年) 和40.8℃、37.7℃ (2021年),昼夜温差均值分别为19.3℃、13.0℃ (2020年) 和18.1℃、14.8℃ (2021年),调查两个品种穗位叶的光合色素含量、光合参数、叶绿素荧光参数、光合酶活性、籽粒产量及产量构成因素,分析温度、品种和施氮量三者之间的互作效应。  【结果】  1) 高温胁迫提高了两个玉米品种穗位叶的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 (PEPCase) 和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 (Rubisco) 活性,降低了穗位叶光合色素含量、净光合速率 (P_n)、叶绿素荧光参数和产量,高温对热敏感型品种先玉 335的影响大于耐热型品种郑单 958。 2) 在对照条件下,两个品种的光合色素含量、P_n、最大光化学效率 (F_v/F_m)、PEPCase活性、Rubisco活性、籽粒产量及产量构成因素随着施氮量的增加而增加;在高温条件下,则随施氮量增加呈先升后降趋势,均以N180处理最高。3) 品种、温度、施氮量及温度×施氮量的互作效应对光合性能指标和产量均具有极显著影响 (P<0.01)。与对照相比,高温条件下3个氮肥用量中N270处理的各项指标降幅最大,说明在高温条件下高氮加剧了玉米穗位叶光合性能减弱,加深了高温危害,且先玉 335表现更明显。4) 相关分析表明,两个品种的产量与穗粗、穗粒数、光合色素含量、P_n、F_v/F_m、实际光化学效率 (YⅡ)、表观电子传递速率 (ETR) 和光化学淬灭系数 (qP) 均呈极显著正相关 (P<0.01),穗粗、穗粒数与各光合生理指标均呈极显著正相关 (P<0.01)。因此,光合性能下降引起穗粒数减少,进而导致产量下降。  【结论】  第11片叶展开期至抽雄期高温胁迫可显著抑制玉米光合生理,降低产量。合理的施氮量 (N 180 kg/hm2) 可以缓解高温胁迫,提高光合生理活性,增加籽粒产量,而高氮 (N 270 kg/hm2) 会增加高温造成的产量损失。