Drought and heat stress reduce yield and alter carbon rhizodeposition of different wheat genotypes

Drought and high temperature are major environmental stress factors threatening wheat production during grain filling stage resulting in substantial yield losses. Four wheat genotypes (Suntop, IAW2013, Scout and 249) were planted under two temperature levels (25 and 30°C) and two water levels (15% and 25% soil moisture content). Wheat yield, leaf δ¹³C, plant rhizodeposition, shoot biomass and root traits were examined. Low moisture (drought stress) and high temperature (heat stress) decreased the grain yield of all wheat genotypes, in particular 249, while combined drought and temperature stresses had the most pronounced negative effect on plant biomass and grain yield. Decreasing soil water availability decreased the allocation of plant‐derived C to soil organic carbon (SOC) and to microbial biomass through rhizodeposition. Leaf δ¹³C decreased with increased yield, suggesting that higher yielding genotypes were less water stressed and allocated less C to SOC and microbial biomass through rhizodeposition. Wheat genotypes with lower root/shoot ratios and thinner roots were more efficient at assimilating C to the grain, while genotypes with higher root/shoot ratios and thicker roots allocated more C belowground through rhizodeposition at the expense of producing higher yield. Therefore, improving these traits for enhanced C allocation to wheat grain under variable environmental conditions needs to be considered.     

Agronomic performance of winter wheat grown under highly divergent soil moisture conditions in rainfed and water‐managed environments

Even in the temperate climates of Europe, increasing early season drought and rising air temperature are presenting new challenges to farmers and wheat breeders. Sixteen winter wheat (Triticum aestivum L.) genotypes consisting of three hybrids, six line cultivars and two breeding lines from Germany as well as five line cultivars from France, Austria, Slovakia, Hungary and the Ukraine (referred to as “exotic” lines) have been included in this study. The genetic materials were evaluated over three growing seasons under a range of soil moisture regimes at the three North German sites Braunschweig (irrigated and drought‐stressed), Warmse (rainfed) and Söllingen (rainfed). The average grain yields in the twelve growth environments (water regime × season combinations) ranged from 6.1 to 13.5 t ha^?1. The exotic lines showed little evidence of specific phenological adaptation to drought although they are frequently faced with water scarcity in their countries of origin. The hybrids and German lines exhibited higher regression coefficients (b_i) to environmental means than the exotic lines, indicating particular adaptation to favourable growing conditions. The phenotypical correlations of grain yield between the various environments were high, ranging for instance from 0.6 to 0.8 for the irrigated and drought‐stressed environments at Braunschweig. It is thus expected that in the foreseeable future continued selection aiming at high yield potential will suffice as a means to counter the expected increase in droughts.     

基于无人机多光谱遥感的冬小麦叶绿素含量反演及监测

旨在实现冬小麦各生育期叶绿素含量的准确估测,探究其时空变化规律。利用无人机获取冬小麦越冬期、返青期、拔节期、孕穗期和灌浆期的高分辨率多光谱图像,同时采集地面SPAD数据。选取三类光谱参数建立反演模型,优选出各生育期的最佳预测模型,并定量监测试验区冬小麦叶绿素含量时间变化和空间分布。结果表明：原始波段模型和波段倒数对数模型分别为越冬期及其他生育期叶绿素含量预测的最佳模型,拟合精度R²>0.59;时空分布上,灌浆期前试验区冬小麦叶绿素含量呈南北高、中部低特点,灌浆期则呈北高南低的趋势,叶绿素含量从越冬期到拔节期逐步增加,拔节期到孕穗期开始降低,孕穗期到灌浆期则大幅度降低。本研究建立的倒数对数预测模型,精度较高,且适用于返青到灌浆的4个生育期,对于试验区冬小麦叶绿素含量有较好的时空监测效果。     

遮阴对冀中南优质强筋小麦形态和品质的影响

选用4个适于冀中南种植的优质强筋小麦进行花后遮阴处理,测定了株高和旗叶形态特征、千粒重以及品质性状,研究不同遮阴条件下这些主要形态特征和品质性状的变化。结果表明：与对照(S0)相比,25%遮阴(S1)增加小麦株高,50%遮阴(S2)株高增幅低于S1,藳优2018甚至低于S0；不同品种旗叶对遮阴处理响应不同,师栾02-1和石优20通过增加叶片长度增加旗叶叶面积,藳优5766叶片厚度降低,藳优2018无显著变化；遮阴造成千粒重降低,蛋白含量、沉降值和湿面筋含量品质指标增加,但是面筋指数下降；遮阴对面团流变学特性影响在品种间存在较大差异,遮阴提高石优20和藳优5766的面团形成时间、稳定时间、拉伸能量和最大拉伸阻力,但是降低师栾02-1的面团形成时间、稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力,降低藳优2018面团形成时间、稳定时间和最大拉伸阻力,却增加拉伸面积。优质强筋小麦品质对遮阴的响应有共同点,但也存在品种间差异, 可能是遮阴降低小麦光合速率导致光合产物合成和运输受阻,蛋白含量的相对提高使得不同小麦在遮阴处理中有共性的反应,例如4个小麦品种的蛋白含量和湿面筋含量都增加,同时品种间籽粒的蛋白组成不同,可能是导致粉质参数和拉伸参数存在差异的重要原因。     

农机作业服务能提升小麦生产技术效率吗?——基于2007—2017年省级面板数据的实证分析

为了解农机作业服务的作用效果，基于中国15 个小麦主产省(自治区)2007—2017年面板数据，采用随机前沿生产函数对小麦生产技术效率进行估算，并运用Tobit模型分析影响小麦生产技术效率的因素，研究农机服务对技术效率的影响并解释其作用机制。结果表明:2007—2017年小麦生产技术效率逐年递增，各省间存在显著差异，且起点低的省份技术效率增长速度明显快于领先的省份，区域间不平衡逐步缩小；农机投入对小麦技术效率有显著正向影响，主要通过替代效应、技术效应及分工效应等路径优化小麦生产要素配置，获得小麦技术效率的提高。基于研究结论，提出建议如下:规范农机服务市场，健全农机社会化服务体系；优化农机补偿机制，提升政策作用的时效性。     

不同育成年份冬小麦苗期根冠生物量分配

为探讨品种更替过程中小麦苗期根冠生物量分配的演变趋势,以历年来黄淮海麦区大面积推广种植的22个冬小麦品种为研究对象,采用砂培的方法进行幼苗培养,分析小麦种子萌发后不同时间根、冠生长及生物量分配的变化规律。结果表明:冬小麦种子萌发后第3天幼苗根数在品种间无显著差异,第9天、第15天随着品种更替的进行呈现出显著下降的趋势,现代品种初生根数目显著低于早期品种。在第3天、第9天、第15天,小麦苗期幼苗生长随品种更替呈现不同的变化趋势,芽长显著下降,但根长无显著差异。可见,冬小麦苗期芽干质量在品种改良过程中未发生明显变化,而根干质量和根冠比呈现出显著下降的趋势,冬小麦苗期现代品种地上部分分配到更多的生物量。     

小麦赤霉病生防菌DZSG23的抗病机制

课题组前期从健康杜仲叶片中分离得到1株内生细菌枯草芽孢杆菌DZSG23,此菌可以较好地防控小麦赤霉病。为明确芽孢杆菌DZSG23在小麦中的定殖与强化抗病机制研究,利用抗生素标记法分析了DZSG23菌体在小麦组织中的定殖情况,采用荧光定量PCR技术检测不同生育期小麦穗部PR-1、AOS、ACOI等基因的表达水平变化。结果表明,DZSG23可在苗期小麦植株和小麦穗表面稳定定殖;DZSG23浇灌接种苗期小麦后的第34天,DZSG23在苗期小麦植株的根、茎和叶中的定殖量分别达到1.437×10⁶ CFU·g^-1、3.285×10³ CFU·g^-1和2.377×10³ CFU·g^-1;DZSG23喷施小麦穗表面15 d后,穗表面菌群密度仍可达7.146×10³ CFU·g^-1。此外,诱导系统抗性(ISR)信号通路研究表明,拮抗菌DZSG23可以诱导PR-1和AOS基因的上调表达,表明拮抗菌DZSG23引入小麦后可诱导小麦的水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)信号通路,增强其抗病性。     

331份四川小麦品种(系)在甘肃陇南抗条锈性表现及利用价值

2014年-2017年度先后对331份四川省小麦生产品种(系)在温室进行苗期人工接种条锈菌混合菌鉴定和甘谷试验站大田成株期分别接种CYR32、CYR33、CYR34、G22-14、中4-1和混合菌鉴定,同时在甘谷试验站和汪川良种场两地进行自然诱发鉴定。结果发现:在人工接种条件下,苗期、成株期表现抗病的分别有‘XK201465’等36份和‘XK20132’等72份材料,分别占10.88%和21.75%;有‘XK62483’等11份材料全生育期表现抗病,占3.32%;两地三年自然诱发鉴定发现,仅有‘XK20132’等5份材料在两地均表现抗病,有‘川农17’等30份材料具有慢条锈性。对供鉴材料在甘肃陇南的利用前景进行了分析。     

增密减氮对弱筋小麦‘宁麦13’产量和品质的影响

为实现弱筋小麦优质稳产,解决当前弱筋小麦存在品质稳定性差的问题。本试验以弱筋小麦‘宁麦13’为试材,结合方差分析等方法研究增密减氮对弱筋小麦的产量、群体质量指标以及籽粒品质的影响。结果表明,在240 kg/hm²施氮水平条件下,随着密度的增加,小麦LAI、干物质积累量均呈先增加后下降的趋势,密度超过240×10⁴/hm²会导致LAI、干物质积累量、产量下降。在240×10⁴/hm²密度条件下,施氮量超过240 kg/hm²会导致小麦叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量下降。适当的增密减氮有利于提高弱筋小麦的优质稳产,而过量增密减氮则会导致小麦产量下降,品质不稳定。为实现产量和品质的最优化,生产上推荐采用种植密度为240×10⁴/hm²,施氮量为180 kg/hm²,氮肥运筹为7:1:2:0的栽培模式。     

小麦幼苗根系生理特性和解剖结构对根际pH的响应

为探讨根际pH 对冬小麦根系生长的影响，以半冬性小麦品种''矮抗58''（AK58）和''百农4199''（BN4199）为材料，采用水培试验，设置3个pH 水平（4.0、6.5、9.0，以6.5为对照），研究根际pH 对冬小麦根系抗氧化酶系统的影响及根系解剖结构对pH 的响应。结果表明：酸碱胁迫下，植株地上部及根系生物量、抗氧化酶活性较对照下降，且酸胁迫较碱胁迫下降幅度大。两品种根冠比表现为pH 4.0＜pH 6.5＜pH 9.0，丙二醛（MDA）含量表现为pH 6.5＜pH 9.0＜pH 4.0。与对照相比，两品种碱性条件下根系结构受损较小，而酸性条件下受损较大。相关分析表明地上部和根系干物质积累量与抗氧化酶活性呈显著正相关，与根系MDA含量呈极显著负相关。可见，酸碱胁迫下，保持较高的抗氧化酶活性有利于保持根系生长，从而提高小麦适应不良根际环境的能力。