Estimation of economic threshold level of alligator weed (Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.) to Tackle Grain quality and yield Losses in Rice

Alligator weed (Alternanthera philoxeroides) is the most troublesome invasive weed in transplanted rice ecosystems worldwide. A two-year field study was conducted to estimate economic threshold levels and the season long competitive effect of six alligator weed densities (0, 2, 4, 8, 16, and 32 plants m^?2) on yield and quality traits of transplanted rice. A gradual linear incline in dry weight of alligator weed was observed with an increase in its density from 2 to 32 plants m^?2. Maximum N (15.93–18.26 kg ha^?1), P (15.10–16.46 kg ha^?1) and K (16.34–17.81 kg ha^?1) uptake by alligator weed was recorded at its density of 32 plants m^?2. More micronutrient loss to the tune of 6.53, 47.92, 19.99, and 38.42 mg kg^?1 for Cu, Fe, Zn, and Mn, respectively was observed at the same density. Increasing density of alligator weed caused more losses in paddy yield (up to 21.37–23.78%), amylose and rice grain protein contents. According to a nonlinear hyperbolic regression model, maximum paddy yield loss of rice at asymptotic value of alligator weed density was 38.8% during 2011 and 42.4% during 2012. Economic threshold value of alligator weed was estimated 1.5 and 1.3 plants per m² during 2011 and 2012, respectively.     

黄淮海夏玉米区玉米籽粒带菌检测分析

【目的】明确黄淮海夏玉米区玉米籽粒带菌量,为玉米安全生产、储藏加工以及检疫提供参考依据。【方法】分别于玉米乳熟期及完熟期,采集黄淮海夏玉米区4个省(河北、河南、山东、安徽)90个市/县的玉米果穗,每个市/县采集表面未发生病症且果穗饱满的玉米穗4个,共采集720个样本。对所有样本进行籽粒外部及内部带菌量及带菌种类的检测,外部检测采用洗涤检测法,通过统计菌落总数与稀释倍数,计算籽粒表面的孢子负荷量及分离到的各菌属的分离比例;内部检测采用PDA平板法,对籽粒外部检测过的10个籽粒消毒后置于PDA平板上进行培养,统计每个籽粒带菌情况,计算籽粒带菌率及各菌属的分离频率。并且对籽粒内部分离频率较大的菌群进行形态学和分子鉴定。【结果】供试样本带菌量较大,乳熟期籽粒孢子负荷量在0—1 886个/粒,均值为439个/粒,籽粒带菌率在0—65.0%,均值为23.6%;完熟期籽粒孢子负荷量在18—2 658个/粒,均值为942个/粒,籽粒带菌率在10.0%—100.0%,均值为59.6%。完熟期带菌量大于乳熟期,但部分地区乳熟期带菌量仍较大。不同地区玉米籽粒带菌量存在差异,河南省的玉米籽粒带菌量较大,安徽省带菌量最少,河北省与山东省居中且差异不明显。玉米籽粒内部以及外部均携带的真菌类群有镰孢菌(Fusarium spp.)、青霉菌(Penicillium spp.)、曲霉菌(Aspergillus spp.)、链格孢菌(Alternaria spp.)、木霉菌(Trichoderma spp.)、根霉菌(Rhizopus spp.)、蠕孢菌(Hel-minthosporium spp.)、毛霉菌(Mucor spp.)。乳熟期籽粒外部和内部镰孢菌的分离比例分别为59.1%和36.1%,说明玉米在乳熟期时即有大量镰孢菌侵入;籽粒外部青霉菌和曲霉菌的分离比例分别为8.9%与0.7%,籽粒内部的分离频率分别为6.0%与1.9%,说明乳熟期青霉菌与曲霉菌也已经开始侵染玉米果穗。完熟期籽粒外部与内部镰孢菌的分离比例分别为71.9%和58.5%,籽粒外部青霉菌和曲霉菌的分离比例分别为17.0%和0.9%,籽粒内部分离频率分别为9.3%和2.6%,说明镰孢菌、青霉菌、曲霉菌为本研究黄淮海夏玉米区玉米籽粒携带的主要真菌。形态与分子鉴定结果显示,镰孢菌属中轮枝镰孢(F.verticillioides)的分离频率为29.7%,层出镰孢(F.proliferatum)的分离频率为25.9%,禾谷镰孢(F.graminearum)的分离频率为1.3%,表明轮枝镰孢为优势菌;青霉菌主要分离到绳状青霉(P.funiculosum)和草酸青霉(P.oxalicum),分离频率分别为5.0%和3.6%;曲霉菌主要为黄曲霉(A.flavus)和黑曲霉(A.niger),分离频率分别为1.4%和1.2%。【结论】表面无症状的玉米籽粒在乳熟期及完熟期均携带大量病原菌,且完熟期带菌量大于乳熟期;镰孢菌在黄淮海夏玉米区的分离频率最大,轮枝镰孢为当地玉米籽粒携带的优势真菌。     

晚霜冻胁迫后冬小麦株高降低及其与籽粒产量关系

【目的】探究晚霜冻胁迫对冬小麦株高及其构成因素的影响,阐明株高降低特性及其与节间长、穗长和籽粒产量的内在关系,为晚霜冻害评估指标的建立提供依据。【方法】基于低温室和田间可移动式霜箱2种模拟霜冻手段,分别以冬小麦幼穗发育阶段(小花原基分化、雌雄蕊原基分化、药隔形成、四分体形成和抽穗期)和零下处理温度(-1℃、-3℃、-5℃、-7℃、-9℃和-11℃)为梯度,共开展6期盆栽试验和3期小区试验;在考察植株茎部冻害、测定株高与其构成因素、统计籽粒产量要素的基础上,运用方差分析、回归函数拟合、以及突变检验等方法研究晚霜冻胁迫下株高降低特性,分析各构成因素对株高的贡献、以及株高与籽粒产量的回归关系。【结果】(1)在雌雄蕊原基分化至药隔形成后期,株高随处理温度降低而呈突变性降低特征,处理温度低于-5℃左右时突变开始,且不同植株个体、品种间有一定差异;在同一处理温度下,株高最大降幅出现在药隔形成后期。(2)在雌雄蕊原基分化期、药隔形成前期和药隔形成后期,对株高贡献排前两位的节间分别为倒四节间和倒三节间、倒三节间和倒二节间、倒二节间和倒四节间,其长度均因冻害胁迫而显著缩短,且与株高呈极强显著相关性(P0.001),此时株高亦呈显著降低趋势。(3)株高与穗粒数、千粒重、单株产量之间的回归模型符合幂函数曲线特征,其中,单株产量的降幅随株高降低而呈现先快后慢的变化态势;当单株产量因冻害胁迫降低至1.5 g以下时,其随株高继续降低而不再明显减少,此时穗粒数变化也已不大。【结论】在模拟晚霜冻胁迫条件下,正在伸长或待伸长的冬小麦节间长度与穗长显著缩短;当缩短节间与对株高起主要贡献的节间相一致时,株高显著降低。利用节间缩短特性、以及单株产量和株高降低之间的幂函数关系模型,可为冬小麦生长后期植株倒伏以及产量损失风险评估方法提供新的研究途径。     

基于染色体片段置换系的野生稻粒长QTL——qGL12的精细定位

【目的】利用野生稻染色体片段置换系以及次级群体,精细定位与水稻粒长相关的QTL,发掘野生稻中影响粒长的新基因,为水稻育种提供遗传材料和基因资源。【方法】利用中国农业科学院作物科学研究所野生稻实验室已构建的野生稻染色体片段置换系群体,定位到一个与粒长相关的QTL——qGL12。在此基础上,选择粒长与受体亲本9311差异显著,且携带qGL12片段的置换系CSSL141与9311回交构建次级分离群体,设计区间内分子标记引物,筛选交换单株,结合粒型表型分析与基因型鉴定,对qGL12进行精细定位。通过扫描电子显微镜检测颖壳细胞,观察细胞的长宽变化,对定位区间内的基因进行基因注释以及测序分析,预测候选基因。【结果】根据整套置换系多个环境下的表型鉴定,qGL12初定位于第12染色体标记RM28621附近;选取携带qGL12的置换系CSSL141作为精细定位的亲本,CSSL141携带4个野生稻导入片段,在多年多点的田间试验中,CSSL141粒长、粒宽、粒重均明显高于9311;利用构建的CSSL141/9311 F2群体将qGL12定位于第12染色体标记RM5479与RM28621之间,影响粒长、粒宽以及粒重,对粒长的贡献率最高,为44.61%。在定位区间内设计了7个多态性分子标记引物,选择目标区间基因型杂合的植株种植F3,通过筛选交换单株,结合交换单株的基因型与表型,将qGL12定位于RM5479与RM28586之间50 kb区间内,为进一步缩短定位区间,在此区间内设计了4个多态性分子标记引物,选择交换单株种植下一代,筛选后得到20株交换单株,结合交换单株基因型与籽粒表型,最终将qGL12定位到第12染色体15.69 kb区间,该区间内有3个候选基因,其中Os12g39650编码一种微管蛋白,Os12g39660编码一种质膜钙转运ATP酶,Os12g39670尚未有明确功能,通过测序分析发现,Os12g39650、Os12g39660在编码区内存在变异;对亲本以及后代交换单株的颖壳细胞进行电镜扫描,发现9311颖壳细胞的长度与宽度均比CSSL141小,CSSL141/9311 F4代群体中,目标区间为野生稻基因型的交换单株颖壳细胞的长度与宽度均比目标区间为9311基因型的交换单株大,表明qGL12通过调控颖壳细胞的大小影响水稻粒长。【结论】利用野生稻染色体片段置换系,将野生稻粒长QTL——qGL12定位于第12染色体15.69 kb区间内,通过调控水稻颖壳细胞的大小影响粒长。该区间内有3个基因。来自野生稻的Os12g39650与Os12g39660与栽培稻等位基因相比,存在自然变异,确定为qGL12的候选基因。     

玉米品种穗部性状差异及其对籽粒脱水的影响

【目的】玉米籽粒脱水速率快、收获期含水率低是适宜机械粒收品种的基本要求。穗部性状是玉米遗传基础的直观表现,与籽粒脱水有较紧密的联系,探寻二者之间的关系、明确影响籽粒脱水速率的关键指标,对于适宜机械粒收品种的选育和筛选具有重要意义。【方法】本研究以黄淮海夏玉米区当前主推的22个品种为研究对象,按苞叶、籽粒、穗轴和穗柄等部位将穗部性状分为41个指标参数,于2015—2016年进行连续观测,并与衡量籽粒脱水快慢的5个参数(生理成熟前籽粒脱水速率、生理成熟后籽粒脱水速率、籽粒总脱水速率、生理成熟期籽粒含水率和收获期籽粒含水率)进行相关分析。【结果】41个穗部指标在品种间均存在极显著差异,其中部分指标与籽粒脱水特征密切相关。苞叶长度与生理成熟后籽粒脱水速率显著负相关,与收获期籽粒含水率显著正相关;"苞叶长度/果穗长度"与生理成熟后籽粒脱水速率显著负相关;果穗夹角与籽粒总脱水速率显著正相关;穗轴生理成熟期含水率与籽粒生理成熟期、收获期含水率均呈极显著正相关关系;穗粒数与生理成熟前籽粒脱水速率、总脱水速率分别达到极显著、显著水平的负相关关系;"果穗长度/行粒数"与籽粒生理成熟前、后和总脱水速率分别呈显著或极显著正相关关系,与收获期籽粒含水率呈显著负相关关系;生理成熟期百粒干重与籽粒含水率呈显著负相关关系;而穗部其他性状与籽粒脱水速率、生理成熟期和收获期籽粒含水率均无显著相关性。【结论】黄淮海区域现有玉米品种穗部性状差异较大,苞叶短、穗轴生理成熟期含水率低、果穗夹角大、穗粒数少、籽粒小等穗部特征有利于籽粒脱水,可为适宜机械粒收品种的筛选和选育提供参考。     

小麦根中NADP-脱氢酶系统关键酶活性与根系活力和产量的关系分析

【目的】在黄淮平原典型农田氮肥减施条件下,探索决定小麦根系活力的关键脱氢酶种类及酶活性变化及其对籽粒产量的影响。【方法】采用大田试验方式,运用裂区设计,主处理为施氮量,设0（N0）,135（N1）,157.5（N2）,180（N3）,202.5（N4）,225（N5）kg·hm^-2 6个施氮水平,副处理为半冬性品种矮抗58和周麦27号。对小麦越冬期、返青期、拔节期、挑旗抽穗期、灌浆期和蜡熟期根中异柠檬酸脱氢酶（NADP-ICDH）、NADP-苹果酸酶（NADP-ME）、戊糖磷酸途径总脱氢酶（G6PDH+6PGDH）活性与根系活力（改良TTC法）和产量间的关系进行分析。【结果】小麦关键生育时期根系活力呈“高-低-高-低”变化,NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性变化均表现为先上升后下降的趋势,灌浆后活性变化不明显。越冬前后,不同施氮处理间根中NADP-脱氢酶系统关键酶活性表现为不施氮处理（N0）大于施氮处理（N1-N5）;拔节-抽穗期,NADP-脱氢酶系统关键酶活性和根系活力均表现为施氮处理（N1-N5）显著高于不施氮（N0）处理,随着施氮水平逐步降低不同酶活性随之降低,与N5处理相比,N4处理NADP-ICDH和NADP-ME的活性未达显著水平,同时（G6PDH+ 6PGDH）活性和根系活力降幅最少。施氮量显著影响小麦籽粒产量及其构成因素,与不施氮处理（N0）相比,施氮处理（N1-N5）下的单位面积成穗数、穗粒数显著提高。综合两年度产量平均值可知,N5处理下籽粒产量最高,达9 238.02 kg·hm^-2,N4处理次之,较N5处理仅下降0.3%且差异未达显著水平。进一步分析表明,不同生育时期根中NADP-ICDH、NADP-ME与（G6PDH+6PGDH）三者之间呈显著或极显著正相关关系;NADP-脱氢酶系统关键酶活性与根系活力呈正相关关系,其中生育中、后期达显著或极显著水平;根系活力及NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性与产量呈显著或极显著正相关关系。通径分析表明,两年度NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性在拔节期和挑旗抽穗期对产量有较大的正向作用;挑旗抽穗期根系活力对产量的直接作用较小,但其通过NADP-ME和戊糖磷酸途径总脱氢酶（G6PDH+6PGDH）活性对产量所产生的间接正向作用较大,因而根系活力对产量的影响达极显著水平。【结论】本试验条件下,综合考虑NADP-脱氢酶系统关键酶活性和根系活力变化及籽粒产量表现,黄淮平原麦田施氮水平由N5减至N4水平当是最佳选择。NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性与采用改良TTC法测定的“根系活力”密切相关,其中NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性对根系活力影响最大,实践中可通过分子育种手段和有效栽培措施实现NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）在根中的高表达以提高小麦根系活力。     

基于品种熟期和籽粒脱水特性的机收粒玉米适宜播期与收获期分析

【目的】规模化生产条件下,需要兼顾产量和效率的协同提高。通过合理配置不同熟期品种及播期,能够延长播种和收获的机械作业时间,提高机械利用效率和玉米生产效率。【方法】本研究于2015—2017年,选用KWS9384、新玉77和M751 3种不同熟期的主栽玉米品种,观测籽粒含水率变化动态,建立基于授粉后积温(≥0℃)的籽粒含水率预测模型,结合当地气象数据,分析不同品种的播种与收获时期。【结果】结果表明,不同熟期品种的产量和适播期不同。早熟品种KWS9384适宜播期和收获期更长,但产量较晚熟品种低;晚熟品种新玉77和M751产量高,但满足生理成熟及脱水至适宜机械粒收含水率的时间更长。通过早熟品种和晚熟品种的搭配,可以有效延长玉米播种及机械粒收的作业时间;早播晚熟品种、晚播早熟品种的配置方案,能够较好地协调产量和籽粒脱水的关系。【结论】通过分析不同品种适宜播种期及其相应的适宜收获期,提出了高产高效协同生产目标下的品种和播期配置原则,实现特定生态和生产条件下机具利用效率和效益的最大化,为相关技术需求的研究和应用提供思路。     

覆膜、沟垄作对旱作农田玉米产量和水分利用的叠加效应

为了揭示黄土高原半干旱区玉米(Zea mays L.)种植中覆膜、沟垄作的增产作用和水分利用特征, 布设大田定位试验, 包括全覆膜沟垄作、全覆膜平作、半覆膜平作和不覆膜平作4个处理。结果发现, 连续3个平水年中, 全膜沟垄作集成了全覆膜与沟垄作的优点, 产生明显的叠加效应, 较半膜平作分别增产2282.9、2460.2和2765.5 kg hm^-2, 增产率为32.3%、49.8%和46.5%。其中, 全覆膜的贡献分别为59.3%、90.3%和20.9%, 沟垄作的贡献分别为40.7%、9.7%和79.1%。叠加效应中全覆膜与沟垄作对产量的贡献呈此消彼长态势, 连作前两年, 全覆膜的作用大于沟垄作, 连作第3年, 沟垄作的作用大于全覆膜。玉米的水分利用效率, 全膜沟垄作较半膜平作的增幅为10.6%~25.2%。在同等降水条件下, 全覆膜沟垄作、全覆膜平作处理播前土壤贮水量较不覆膜平作增幅分别达6.3%~15.1%和3.5%~11.5%。收获期土壤贮水量明显低于不覆膜平作, 降幅达6.0%~12.9%和4.7%~7.5%。随着连作年限的增长, 土壤贮水量呈递减趋势, 连作第2、第3年收获期全覆膜沟垄作、全覆膜平作较连作开始土壤贮水量分别降低37.1%、44.0%和35.5%、40.9%, 连作第2年全覆膜沟垄作在50~200 cm出现干燥化现象, 第3年各处理30~200 cm土层均出现干燥化现象。综上所述, 全覆膜沟垄作具有明显的增产和提高水分利用效率的作用, 但其较高的产量以高耗水为代价, 在连续低降水条件下, 3年玉米连作会导致土壤干燥化, 存在生态安全风险。     

不同氮敏感性粳稻品种的氮代谢与光合特性比较

本文旨在探明不同氮敏感性粳稻品种氮代谢与光合特性。以2个氮敏感高产品种淮稻5号和连粳7号, 2个氮钝感品种宁粳1号和扬粳4038为材料, 设置0和200 kg hm^-2 2个施氮水平, 研究其产量、氮肥利用效率以及地上部生理性状的变化特点。结果表明, 在2种施氮水平下, 氮敏感品种的产量和氮肥利用效率显著高于氮钝感品种。与氮钝感品种相比, 氮敏感品种具有较高的光合速率和氮素积累, 较强的氮代谢酶活性和较高的光合氮素利用效率, 抽穗期茎叶中积累较多的可溶性糖和淀粉, 抽穗至成熟期茎鞘中非结构性碳水化合物向籽粒转运率较高。表明氮敏感品种在较低施氮量下具有较高的生理活性和物质生产效率; 这些特征可作为筛选高产氮敏感水稻品种的重要生理指标。     

黄淮海夏玉米品种脱水类型与机械粒收时间的确立

黄淮海一年两熟模式下玉米成熟和熟后籽粒脱水的热量资源紧缺, 是制约机械粒收在该区域发展的关键因素。本文尝试建立黄淮海一年两熟制地区玉米机械粒收适宜品种筛选和以授粉至生理成熟积温和生理成熟期籽粒含水率为指标, 运用双向平均法将参试品种划分为晚熟高含水率(I)、早熟高含水率(II)、早熟低含水率(III)和晚熟低含水率(IV)4种类型。基于玉米生长进程及籽粒含水率动态测试, 估算不同品种播种至适宜机械粒收含水率(28%、25%)所需活动积温, 以黄淮海区夏玉米常年播种日期为起点, 结合历史气象资料的累积计算, 利用地统计分析技术明确不同类型品种适宜机械粒收的时空分布规律, 建立适宜机械粒收时期的预测方法, 为机械粒收在黄淮海区域推广提供指导。选择27个主推品种, 播种至籽粒含水率下降到28%、25%所需要积温分别为, 类型I 2982°C d、3118°C d, 类型II 2770°C d、2873°C d, 类型III 2729°C d、2845°C d, 类型IV 2860°C d、2980°C d。类型III品种降至28%、25%含水率时间分别较类型II品种早2~3 d、约2 d, 较类型IV品种早7~9 d、7~10 d, 较类型I品种早13~17 d、16~17 d。各类型品种籽粒由28%含水率降至25%水平, 所需时间约6~8 d。在当前玉米种植模式及下茬小麦适期播种条件下, 黄淮海南部的豫南、皖北地区, 各类玉米品种均能满足籽粒脱水至适宜机械粒收含水率的要求, 而在黄淮海北部、关中西部以及山东半岛地区, 现有品种很难降至适宜含水率, 需通过选择早熟和籽粒脱水快的适宜品种加以实现。本研究建立的以积温预测籽粒含水率动态变化及其适宜机械粒收时间的预测方法, 为各地合理配置玉米粒收品种、确定适宜机械粒收时间提供了可行的技术方法。