禾谷类杂粮作物耐逆和栽培技术研究新进展

禾谷类杂粮作物谷子、高粱、黍稷等是旱作生态农业的主栽作物,也是中国传统农耕文化的载体作物,在膳食结构多样化和人民健康保障方面有着不可或缺的作用。禾谷类杂粮多栽培在旱薄地、盐碱地和粮食主产区的边际田块,品种的耐逆性尤其重要。本文作为本期《中国农业科学》20篇禾谷类杂粮的抗旱耐盐和栽培耕作技术研究文章的导读,在对谷子高粱和黍稷进行概况介绍的基础上,展示了这些文章的核心内容和创新点,比较了这些结果和国内外高度相关的同类文章在关键发现上的异同,以拓展读者的阅读视野,同时对谷子高粱黍稷的抗旱耐逆研究进行了展望。     

专题导读：烟粉虱的有效治理有赖于基础研究

最新一期《自然》杂志（2016年6月23日）推出了中国特辑,中国国家自然基金委员会主任杨卫发文指出,必须提高中国基础研究质量,为经济发展提供长久持续的动力^[1]。而在中国农业科学中,历来有偏应用研究、轻基础研究的倾向,虽然近年来有所改观,但总体依然存在这类思维惯性。其实在农业病虫害治理中,基础研究可以说极大推动了治理理念和技术的发展,如昆虫信息素的准确鉴定决定着田间诱捕效果,昆虫毒理学研究为新农药研发指明方向,害虫的预测预报和检疫有赖于昆虫分类学等等,例子不胜枚举。因此,为了害虫的有效治理,我们必须给予害虫相关的基础研究以必要的重视。 为应对烟粉虱（Bemisia tabaci）在世界范围内的猖獗危害,各国科学科学家进行了大量卓有成效的基础研究和防控工作,每两年召开一次的国际烟粉虱大会极大推动了交流、合作和烟粉虱防控。中国昆虫学家和植保科学家除了在烟粉虱治理方面的贡献外,在基础研究方面也作出了很多杰出的工作,如生物型鉴定^[2-4]和取代机制^[5-6]、B型和Q型在中国的入侵机制^[7-8]、烟粉虱传毒机理^[9]以及烟粉虱不同生物型的取食行为^[10-11]等。这些研究为烟粉虱的监测预警、有效防控、新技术新药剂的研发和治理新措施的制定提供了坚实的理论基础。 中国烟粉虱的基础研究得到了国家各类项目特别国家自然科学基金的大量支持^[12],研究成果除了发表在国际杂志外,国内杂志也不断有烟粉虱相关的基础研究论文发表,特别是Journal of Integrative Agriculture 2012年11卷第2期、《植物保护学报》2016年43卷第1期,出版了“烟粉虱专辑”,体现出中国科学家在烟粉虱研究方面的持续工作和研究成果的不断产出。本期《中国农业科学》（49卷13期）又以“专题”的形式集中发表5篇烟粉虱有关的论文,这既说明了烟粉虱依然是农业生产上的重要害虫,也体现出科学工作者对烟粉虱从基础研究到应用研究的不断努力。这5篇论文各有侧重,其中2篇是关于植物抗性机理的,2篇是关于Q型烟粉虱体内重要酶系和内共生菌的,另外1篇是关于微生物农药联合增效作用的。 在害虫综合治理策略中,植物抗性利用历来是最经济、最环保、最有效的措施。植物抗性机理研究是抗性利用的基础。植物受到害虫危害后的诱导反应是植物抗性的重要表现,也是植物与昆虫协同进化研究的重要内容。本期刘明杨等^[13]报道的B和Q生物型烟粉虱取食所诱导的黄瓜不同生理生化反应,从寄主植物的角度比较了烟粉虱两种生物型的危害特点和寄主适应性,为两种生物型竞争能力的研究提供了新的实验证据,也为针对不同生物型而利用植物抗性提供了理论基础。而蔡冲等^[14]的论文则比较了不同抗性水平的番茄品种对B型烟粉虱危害后的生理反应,为筛选针对B型烟粉虱的番茄抗性品种指明了方向。 针对烟粉虱本身的生理生化和行为反应的研究,是阐明其成灾机理、适应特性和演化发展和选择防控靶标等的基础。溶菌酶（lysozyme）作为首个从昆虫体内纯化的抗菌物质,在多种昆虫中均被发现。于洁等^[15]通过对球孢白僵菌侵染后Q型烟粉虱的转录组数据分析,推断出4个BtLyzs可能参与了烟粉虱对真菌侵染的免疫反应,有可能成为烟粉虱生物防治的潜在新靶标。Cardinium是烟粉虱体内的一种次生内共生菌,张文平等^[16]利用刺吸电位技术（EPG）研究了Q型烟粉虱感染Cardinium品系（C⁺）和未感染品系（C^-）取食行为的差异,从行为学角度揭示两个品系适合度差异的原因和内共生菌的作用。 研发和利用环境友好型生物农药,一直是植保工作者努力的目标并取得了很大进展,但害虫的抗药性是包括生物农药在内的农药品种有效利用的障碍,必须加以克服以延长杀虫剂的使用寿命。阿维菌素在烟粉虱防控中的持续使用,使得Q型烟粉虱对阿维菌素的抗性逐渐增强。李茂业等^[17]研究证明,黄绿绿僵菌Mf96菌株与阿维菌素联合具有协同增效作用,是一项新的防治Q型烟粉虱有效措施。 烟粉虱在世界范围内的大暴发,给农业生产、粮食安全和食品安全带来了严重问题,同时也为我们开展入侵害虫的基础研究和防控研究提供了机遇和材料。随着全球气候变化、国际贸易增多、农业耕作方式变革和保护地种植业的发展,预计外来入侵生物、本地害虫、农药残留等问题会不断增多。开展烟粉虱的基础研究不仅可以为其安全、有效防控提供理论基础和技术支撑,也可以为解决当前和未来面临的病虫害综合治理和持续控制的问题,提供不可多得的借鉴。     

黄土旱区土壤C/N调控对谷子根系形态及产量的影响

为明确土壤C、N配施调控旱地谷子根系形态构建及产量形成的关联机制,研究以晋谷21谷子品种为试验材料,采用大田试验（处理小区面积30 m²）,设置不同C/N调控处理：CK（N 21.7 kg/hm²);A（N 21.7 kg/hm², C 6.7 kg/hm²）;B（N 32.7 kg/hm², C 6.7 kg/hm²）;C（N 43.3 kg/hm², C 6.7 kg/hm²）;D（N 54.3 kg/hm², C 6.7 kg/hm²）,N为含量为46%的尿素,C为玉米秸秆生物炭,系统调查了谷子根系形态指标体系和产量构成因子的变化规律。试验结果表明：①土壤CN合理配施可以有效增加谷子的产量,增产效果以处理C最为显著,较CK 处理显著增加44.9%;②同等生物炭施用水平下,充足或过量的N会抑制根系伸长下扎,但有助于根系的横向生长和体积膨大,处理B对根系总长、总表面积、总体积都有显著的促进作用,分别提升4.75%、13.92%、17.02%。③同等生物炭施用水平下,增施氮肥会减少土壤含水量,其中B处理较CK处理土壤水分含量显著降低4.2%;④增加氮素的施用可以有效促进谷子在抽穗期和灌浆期的根系生长发育,促进根系干物质的积累,与CK处理相比,A、B、C三个处理抽穗期和灌浆期谷子根系的干物质都显著性增加,增幅分别为28.13%、35.93%和24.75%,灌浆期增幅分别为36.83%、46.35%、49.52%;⑤配施生物炭可有效调控土壤电导率和土壤温度随作物生育期和气候环境的变化而变化,与CK相比,B处理显著降低土壤电导率19.5%,D处理显著提升了3%的土壤温度,对根系形态发育和功能发挥具有显著影响。综上所述,合理的CN配施调控可以通过改善土壤水肥环境,优化根系空间分布格局和功能,实现谷子产量和水分利用效率同步提升。     

冀北冷凉山区糜黍种植密度及施肥优化模式研究

糜黍是糜子和黍子的通称。由于糜黍具有抗旱、耐热、耐盐碱的特性,因此决定着它在旱作农业中占有重要地位。利用二次通用旋转组合设计筛选试验_^[1],研究冀北糜黍亩留苗密度及化肥用量,从中筛选出最佳的标记条件。结果表明：冀北山区各品种糜黍适宜播期为5月中下旬至6月初,最适种植密度为60万/hm_²,最适行距为宽窄行20～40 cm。适量施肥,氮肥 ( N )、磷肥 ( P2O5 )、钾肥 ( K2O )各45 kg/hm_²为宜,增产显著。     

专题导读：作物连作障碍的克服——难解的问题

作物连作是近代商品化生产不得已而为之的生产方式,它会劣化土壤而导致作物生长发育障碍。在土地复种指数高、作物连作严重条件下,作物连作障碍已成为农业可持续发展的重大问题之一^[1-3]。 作物连作障碍是指同一作物或近缘作物连作以后,即使在正常栽培管理的情况下,也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象。其主要是由土壤劣变导致的,具体可归纳为5个方面：①土壤养分失衡;②土壤有害生物积聚;③土壤理化性状恶化;④来自植物的对土壤有害物质的积累;⑤土壤微生物区系劣变^[4]等。 可发生连作障碍的作物种类较多,玉米、小麦、水稻、大豆、棉花、甘蔗、烟草以及中草药、蔬菜、瓜果、花卉等均会发生连作病害。目前,中国危害程度高的连作地块面积大于10%,其中规模化种植区发生面积一般超过20%;连作障碍导致当季作物损失巨大,占20%—80%,严重的几乎绝产,每年造成的经济损失可达数百亿元;同时还降低了农产品的安全性。因此,克服作物连作障碍是农业可持续发展的当务之急。虽然,目前尚未找到根治方法,但研究表明,可以通过以下措施使作物连作障碍得以缓解^[5-9]：（1）选用抗病品种或砧木。目前国内外已育成一批可供选用的不同作物抗病品种;同时也选育出一些抗病嫁接砧木,通过嫁接技术来克服作物土传病害,应用效果显著。（2）改善栽培制度。主要采用轮作,如粮-菜轮作、不同科间的粮-粮轮作和菜-菜轮作等,也包括作物同对抗植物（即具有通过释放抗菌物质来抑制病原菌功能的植物）和净化植物（即能够吸附土壤中过剩盐分的植物）等的轮作。（3）生物防治。其目的主要是调节土壤中的微生物,如通过增施蚓粪等生物有机肥或接种有益微生物等,增加土壤中有益微生物数量,以竞争营养和空间等途径抑制其他有害菌的繁殖^[10]。（4）土壤消毒。即采用物理、化学等方法实施土壤消毒处理,可快速、高效杀灭土壤中的真菌、细菌、线虫、杂草等。（5）调节土壤pH。对于酸化土壤,采用增施消石灰或石灰氮等方法调节土壤酸度,从而可调节土壤营养有效性和土壤微生物区系,防止土壤劣变。（6）增施有机肥或有机物料。目的是为了保持较好的土壤团粒结构,维持均衡的土壤营养的有效性和微生物区系,以保持土壤健康。 不同作物连作障碍的主导原因不同,因此,不同作物连作障碍研究的侧重点也不同。目前作物连作障碍研究尽管较多,但对连作障碍机理的研究仍是重点之一。研究的技术手段和研究方法也在不断进步,从传统的土壤理化性质测定、稀释平板法测定微生物数量^[11]、应用同位素技术^[12]检测根系分泌物等,到微生物区系的定性PCR-DGGE^[13-14]技术、高效液相色谱^[15]和核磁共振波谱法^[16]对根系分泌物的测定、定量PCR法^[17]对特定微生物定量分析、高通量测序技术^[18]进行微生物分类及多样性分析等,使研究从定性向定量发展。 目前,土壤理化性状和土壤微生物环境的相互作用,根系分泌物与植物营养自调,根系分泌物与土壤微生物的关系,特别是利用高通量测序等技术研究连作土壤微生物群落结构,仍然是研究的热点。而根系分泌物与环境污染的关系,根系分泌物在土壤中的去向,以及根系分泌物的种类与病原菌增殖的关系等问题将是今后研究的新热点。根际自生细菌的应用已经成为一个新的研究方向,目前,正在采用转基因技术,改造根际自生细菌,以改变土壤微生物结构,消除连作造成的微生物结构的破坏,以便有效防治土传病虫害^[19]。 随着现代科学技术的发展和农业栽培管理体系的不断完善,作物连作障碍必将得到进一步缓解,作物生产定能达到经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一,但许多作物彻底根治连作障碍仍是难题。另外应该指出的是,目前通常所说的作物连作障碍,不仅单纯是连作障碍,而且也包含不科学施肥导致土壤劣变引起的作物障碍,也就是说,即便轮作,随着种植年限的延长,也会不同程度地引发作物生育障碍。目前,尚未分清作物连作障碍和施肥不良障碍各自所占份额,尚需进一步解决,只有这样,才能更好地针对原因采取防控措施。本专题将从不同作物连作对土壤微生物的影响及差异蛋白表达分析等方面探索连作障碍产生机理,并提出相应的防治措施,旨在为连作障碍的研究提供一些参考。     

不同氮磷钾配比对黄土丘陵沟壑区谷子产量及肥料利用率的影响

采用“3414”试验设计研究了不同氮磷钾配比对黄土丘陵沟壑区谷子产量及肥料利用率的影响。结果表明氮、磷、钾肥配合施用能显著提高谷子产量。氮（N）、磷（P）、钾（K）施肥量与产量数学模型为Y = \{229.04\} + 10.02N - 0.35N + 11.19P - 0.54P + 15.14K - 5.68K - 3.23NP + 1.35NK + 3.99PK。谷子氮磷钾的最佳施肥量分别为：N5.62 kg/667 m²,P\-2O\-5 2.77 kg/667 m² ,K\-2O 2 .81 kg/667 m²,谷子理论产量为300.78 kg/667 m²。     

喷施新型腐植酸对谷子籽粒产量和品质的影响

为探究灌浆初期喷施新型腐植酸对谷子产量和品质的影响,以清水喷施为对照（NC）,设置腐植酸低（0.75 L/hm², 600×,LC）,中 （3.75 L/hm², 120× ,MC）,高（7.50 L/hm², 60× ,HC）3个浓度梯度,在谷子灌浆初期喷施于叶面,测定产量、穗部性状以及籽粒蛋白质、氨基酸、脂肪、碳水化合物、直链淀粉、黄色素、总黄酮、多酚等多个指标,分析谷子产量及营养品质的变化。结果表明：1） 灌浆初期叶面喷施新型腐植酸可以通过增加千粒重来增加产量,各处理的谷子产量增加幅度由高到低为HC>MC>LC>NC,MC和 HC处理分别比NC增产18.5%和19.4%,谷子增产的最适新型腐植酸浓度介于60~120 ×。2） 灌浆期喷施新型腐植酸可改善谷子籽粒品质,显著提高蛋白质、氨基酸、黄色素、多酚含量（P<0.05）。3）通过主成分分析对不同处理的多个品质指标进行综合分析,总得分由高到低为MC>LC>HC>NC,中浓度（3.75 L/hm², 120×,MC）处理对品质提升效果最好。综上,叶面喷施新型腐植酸可以提升谷子产量,改善籽粒品质,中浓度处理综合表现最好。     

山东黍稷品种资源初步研究

<正> 黍稷(Panicum miliaceum L.),禾本科黍属。起源于我国北方,栽培历史悠久。其营养丰富,用途广泛,可食用、药用、工业用,并具有突出的抗旱力及耐盐、生育期短等特点。山东是我国黍稷主产区之一,在漫长的栽培历史中,形成了极其丰富的黍稷品种资源。开展黍稷品种资源研究,旨在摸清山东黍稷品种资源的类型与分布,为国家提供种     

浅析干旱区主要造林树种生长情况调查研究

通过对中部干旱地区适宜栽植的造林树种根据适地适树原则,究其适应性和多年引种驯化、抗旱造林试验等方面综合考虑,在定西市巉口林业试验场(定西市林业科学研究所)引种驯化、良种繁育、抗旱造林基础上,经多年观测和总结提炼,选择适宜当地生长、抗旱抗寒、耐瘠薄的优良造林树种,以丰富当地树种资源。并筛选适宜当地栽植的10多个树种进行生态调查,并提出在造林绿化中应注意问题,进而解决造林树种单一、群落不够稳定等缺陷^[1],为干旱区的荒山绿化和造林适地适树提供了科学依据。     

河南省谷子品种资源抗谷瘟病鉴定初报

<正> 谷瘟病是我省谷子的主要病害之一。利用抗病品种是控制谷瘟病的有效措施。选育抗病亲本,首先必须选育抗病亲本,而确定抗病亲本则必须先通过抗病鉴定,查清品种资源的抗性,掌握可供利用的抗源材料。为此目的,1983—1984年对本省谷子品种资源于苗期接种,进行了抗谷瘟病鉴定。一、材料和方法参加鉴定的品种是我院现存的谷子品种     

优质谷子产业化与新品种选育的持续发展

优质谷子实行产业化,打破分散的种植、加工、经营格局,走规模发展,集约经营之路.坚持从源头抓起,做好品种的选育、推广、回收、销售一条龙,是黄土高原旱作农业的发展方向.     

黑龙江省谷糜病毒病的鉴定

试验证明 ,谷糜病毒病毒原的传毒介体为灰飞虱 (L aodel phax striatella Fallen) ,不能经卵传毒 ,生物学测定及田间调查表明 ,该病毒病的症状在谷糜上略有不同 ,二者均表现为矮化、丛生、花叶、后期叶片变红 ,这与小麦丛矮病显著不同 ;谷子还表现硬穗症状。寄主范围与小麦丛矮病一致。EL ISA及免疫电镜测定结果表明 ,该病毒与小麦丛矮病的抗血清呈阳性反应 ,结果证实该病毒为小麦丛矮病毒 (WRSV) ,又称北方禾谷花叶病毒 (NCMV)。     

粳性糜子淀粉与小米淀粉理化性质的比较

以7种粳糜为试验材料,小米为对照,采用碱提取法制备淀粉,研究粳糜与小米淀粉理化性质的差异.结果表明,粳糜淀粉颗粒与小米淀粉相似,大多呈棱角圆滑的多面体型,颗粒粒径为4.32-11.04μm,淀粉晶型为A型,结晶度为35.625%-40.050%,比小米淀粉(32.58%±0.96%)高;粳糜淀粉的平均冻融析水率(52.1%)与小米淀粉(53.5%±0.24%)相似,冻融稳定性差;粳糜淀粉的峰值黏度(均值0.953 Pa·s)小于小米淀粉(1.169 Pa·s),抗老化能力(0.595 Pa·s)高于小米淀粉(1.144 Pa·s),但糊化温度(78.296℃)比小米淀粉(76.20℃)高;粳糜淀粉凝胶的硬度(1018.1 g)和弹性(0.86 mm)大于小米淀粉凝胶,黏聚性(0.39)小于小米淀粉凝胶(0.43).     

谷子突变体研究进展

谷子是在我国种植历史最悠久的主要杂粮作物之一,伴随谷子基因组测序的完成,研究谷子的功能基 因将成为谷子研究的热点。谷子属C4植物,并且与水稻的基因组共线性高等特性亦会增加对谷子的研究热情。构建 谷子功能基因组饱和的突变体库,既能为谷子功能基因研究提供基础材料,亦能为谷子功能基因组和转录组学的解 析打下基础。通过化学因素和辐射因素诱发构建突变体库的方法是获得谷子突变体库主要的有效手段。通过阐述构 建谷子突变体库的目的和意义,综述了诱变技术在创造谷子突变体和功能基因组研究中的应用。     

Protection of millet crops against weeds

It is shown that millet crops in growing regions are infested with a wide range of dicotyledonous weed species in various combinations. The biologically most acceptable herbicides of the available set registered for the crop are Elant EC, Magnum WG, and Dicopur Top SL. Improvement of the assortment assumes the use of combined herbicides with a broadened spectrum of active ingredients.     

Optimization of millet and buckwheat leaf surface area

The optimal development of the leaf area of millet and buckwheat plants is determined in field experiments with the local application of fertilizers in various doses and combinations on chernozem soils in the steppe zone of the Southern Urals. The maximum millet leaf area of 37400 m²/ha is noted in the heading stage with the application of N₉₀P₉₀ and that of buckwheat 36200 m²/ha in the flowering stage with the application of P₆₀.     

谷子动态育种方法的应用

动态育种方法是广大育种工作者近几年探索出的实用性较强的谷子育种方法,是以对光温反应不敏感的品种资源为基础,选择纬度、海拔高度差异较大的地点,进行异地循环选择,进一步驯化,改造后代的适应性,选育出适应性较强的品种。许多品种都是由动态育种方法选育而成,如豫谷1号,豫谷2号,豫谷5号,豫谷13号等。     

谷子WRKY转录因子基因家族分析

[目的]谷子是抗旱研究的模式植物,谷子基因组测序的完成,为分离鉴定谷子抗旱基因提供了便利,WRKY基因参与植物非生物胁迫应答,在植物抗旱方面也发挥重要作用。为分离鉴定谷子WRKY类抗旱转录因子基因,从而为谷子抗旱机理研究和抗旱育种提供参考。[方法]采用生物信息学方法,对谷子转录因子SiWRKY基因家族进行了分离鉴定和表达分析。[结果]我们发现,谷子基因组中存在103个WRKY基因,分布在谷子的9条染色体上,根据在染色体上的位置命名为SiWRKY1-SiWRKY103。[结论]80%的谷子WRKY基因在干旱胁迫后上调表达,表明其参与谷子抗旱机制,为植物抗旱研究提供了候选基因。     

长治市小米质量可追溯体系研究

以山西太行沃土农业产品有限公司为例,介绍了小米质量可追溯体系现状,探讨了其取得的效益,分析了其存在的问题,并提出了发展建议,以期为保证长治市农产品质量安全提供科学参考。