Genetic effects of Agropyron cristatum 2P chromosome translocation fragments in a wheat background

Agropyron cristatum (2n=4x=28, PPPP) is a wild relative of common wheat which contains a large number of desirable genes that can be exploited for wheat improvement. Wheat–A. cristatum 2P alien translocation lines exhibit many desirable traits, such as small flag leaves, a high spikelet number and density, and a compact plant type. An agronomic trait evaluation and a genetic analysis were carried out on translocation lines and backcross populations of these lines carrying different translocation fragments. The results showed that a translocation fragment from 2PT-3 (2PL) reduced the length of the flag leaves, while translocation fragments from 2PT-3 (2PL) and 2PT-5 (2PL (0.60–1.00)) reduced the width of the flag leaves. A translocation fragment from 2PT-13 (2PS (0.18–0.36)) increased the length and area of the flag leaves. Translocation fragments from 2PT-3 (2PL) and 2PT-8 (2PL (0.86–1.00)) increased the density of spikelets. Translocation fragments from 2PT-7 (2PL (0.00–0.09)), 2PT-8 (2PL (0.86–1.00)), 2PT-10 (2PS), and 2PT-13 (2PS (0.18–0.36)) reduced plant height. This study provides a scientific basis for the effective utilization of wheat–A. cristatum translocation lines.     

低氮胁迫下水稻剑叶转录因子表达变化

 利用Agilent 4×44K芯片全基因组研究低氮胁迫下,2个不同叶绿素含量水稻齐穗期剑叶的转录因子相关基因表达的变化。结果表明,低氮处理与对照相比,超绿水稻沈农196（SN196）剑叶共有53个转录因子相关基因表达发生变化（35个在转录水平下调表达,18个在转录水平上调表达）。丰锦剑叶有27个转录因子相关基因表达发生变化（21个在转录水平下调表达,6个在转录水平上调表达）。低氮胁迫响应转录因子相关基因表现出品种（系）特异性,超绿水稻SN196有48个特异响应,丰锦有22个特异响应。两个水稻品种（系）低氮胁迫响应的转录因子相关基因有5个重叠,其中1个在转录水平上调表达,4个下调表达。低氮胁迫下,水稻剑叶转录因子相关基因的表达发生变化,不同叶绿素含量水稻品种（系）既表现特异性,也存在部分重叠。两个水稻的低氮胁迫响应转录因子基因在染色体上的分布存在差异。     

春季冷害导致的小麦旗叶卷曲现象调研初报

为了系统了解春季冷害导致的小麦旗叶卷曲问题发生情况、影响因素及其对产量影响,笔者于2014年春季冷害发生的背景下在河北省曲周县10个乡镇的120个农民田块对小麦旗叶卷曲情况进行了调查,并利用田间定位实验研究了小麦旗叶卷曲发生与氮磷钾养分供应的关系。结果表明：冷害导致曲周县94.2%的农户麦田发生不同程度的旗叶卷曲现象,平均有11.2%的小麦植株发生旗叶卷曲现象。旗叶卷曲的小麦比旗叶未卷曲的小麦显著降低穗粒数,单穗重平均降低10.6%。小麦旗叶卷曲发生程度随着磷肥用量的增大及植株体内磷含量的增加而显著降低;氮、钾肥料用量及植株氮、钾含量与旗叶卷曲发生程度无明显相关。因此,生产中可通过适当增施磷肥减少因冷害导致的旗叶卷曲状况。     

基于高光谱的小麦旗叶净光合速率的遥感反演模型的比较研究

植物净光合速率是植物生产的基础,是体现植物生长状况的重要生理指标。本文将小麦旗叶高光谱波段反射率进行一阶导数变换后与净光合速率(Pn)进行相关性分析确定敏感波段,分别采用二次多项式逐步回归(QPSR)、偏最小二乘法(PLSR)、BP神经网络法(BPNN)3种方法构建小麦旗叶的净光合速率反演模型,并对3种模型的预测精度进行比较分析。结果表明:(1)将小麦旗叶的原始光谱进行一阶导数变换后与Pn进行相关性分析确定的敏感谱区集中在750~925 nm之间,确定的6个敏感波段分别是:760、761、767、814、815、889 nm;(2)基于QPSR、PLSR、BPNN3种方法以及敏感波段的反射率一阶导数构建的Pn估测模型预测精度都较高,说明用这3种方法以及敏感波段对Pn的估测是可行的,其中模型估算能力顺序为QPSRBPNNPLSR,说明小麦旗叶Pn的最佳高光谱分析模型为小麦叶片750~925 nm反射率一阶导数变化后的QPSR模型。     

Effect of Methanol on Photosynthesis and Chlorophyll Fluorescence of Flag Leaves of Winter Wheat

Photosynthesis and chlorophyll a fluorescence parameters, photochemical efficiency of PS II （Fv/Fm）, photochemical quenching of PS II （qP）, nonphotochemical quenching of PS II （NPQ）, maximum activity of PS II （Fv/Fo） as well as electron transport rate （ETR）, and quantum yield of PS II （ФPS II） were measured on flag leaves of the winter wheat treated by methanol at different concentrations. The results revealed that photosynthesis was greatly improved by methanol, as indicated by higher photosynthetic rates and stomatal conductance. The enhancement effect of methanol on photosynthesis was maintained for 3-4 days. Different methanol concentration treatments also increased intercellular CO2 concentration and transpiration rates. No significant decline was found in Fv/Fm, Fv/Fo, and ФPS II, which revealed no photoinhibition during methanol application in different methanol concentrations. Methanol showing no apparent inhibitory effects indicated higher potential photosynthetic capacity of flag leaves of winter wheat. However, the increase in photosynthesis was not followed by an increase in the photosynthetic activity （Fv/Fm）, and fluorescence parameters did not indicate an improvement in intercellular CO2 concentration and PS II photochemical efficiency compared with the control, thereby encouraging us to propose that lower leaf temperatures caused by applied methanol would reduce both dark respiration and photorespiration （most importantly）, thus, increasing net CO2 uptake and photosynthetic rates.     

底肥分层条施对冬小麦旗叶衰老和光合特性、籽粒产量和肥料利用率的影响

【目的】 针对黄淮海地区冬小麦生产中肥料撒施或埋深过浅导致肥料利用率低的问题,探索水浇地麦田底肥施用方式对冬小麦籽粒产量和肥料利用率的影响,以期为该地区冬小麦高产和肥料的高效利用提供理论依据和技术支撑。【方法】 于2016—2018年冬小麦生长季,在水浇地大田条件下,设置5 种肥料施用方式：全生育期不施肥（T1）;底肥单层条施于地表下8、16 和24 cm土层深处 （T2、T3 和 T4）;底肥按1﹕2﹕3 分为3份,分别条施于地表下8、16 和24 cm 土层深处（T5）。研究不同施肥方式对冬小麦旗叶衰老和光合特性、籽粒产量和肥料利用率的影响。【结果】 随着底肥条施深度的增加,冬小麦花后旗叶超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性、可溶性蛋白含量、最大光化学效率（Fv/Fm）和实际光化学效率（ΦPSⅡ）均提高,气孔导度（G s）增大,净光合速率（P n）提高,丙二醛（MDA）含量降低。底肥分层条施处理（T5）与底肥24 cm单层条施处理（T4）相比,开花后旗叶衰老、荧光和光合特性差异不明显,但籽粒产量和肥料农学效率显著提高,增幅分别为5.4%—6.5%和26.8%—72.9%,这与其在较高成穗数条件下仍保持较高的穗粒数和千粒重有关。【结论】 水浇地麦田,底肥按1﹕2﹕3的比例分层条施可以在获得较高成穗数的基础上,延缓冬小麦旗叶衰老、改善旗叶光合能力,增加穗粒数、千粒重和籽粒产量,促进肥料高效利用。     

不同生育时期施氮对冬小麦旗叶衰老和粒重的影响

研究了高产条件下,冬小麦春季二棱期、雌雄蕊原基形成期、四分体形成期和开花期施氮78.75kg/hm#+2对旗叶衰老及产量因素和籽粒蛋白质含量的影响。结果表明,四分体形成期和雌雄蕊原基形成期施氮提高了旗叶衰老初期可溶性蛋白质含量和衰老后期的光合作用速率,降低了叶片衰老期间细胞膜质过氧化水平及叶片衰老后期脱落酸积累量,延长了籽粒线性增重阶段持续时间,显著提高了粒重和籽粒产量。     

水稻回交群体剑叶性状综合评价及QTL定位

【目的】通过对水稻剑叶性状的综合评价,明确剑叶相关性状间及与6个农艺性状的关系。检测剑叶相关性状的QTL,为优良株型品种选育,剑叶性状基因的精细定位和克隆奠定基础。【方法】以日本优质粳稻品种越光和葡萄牙粳稻地方种Bertone构建的回交群体两个世代为实验材料,利用BC₃F₁群体基因型构建遗传连锁图谱;测定亲本和BC₃F₂群体各株系剑叶SPAD、剑叶长、剑叶宽,计算剑叶长宽比、剑叶面积;利用隶属函数和标准差系数赋予权重法获得剑叶性状综合评价值(D值),分析其与6个农艺性状间的关系。分别利用单标记分析(SPA)和区间作图(IM)检测水稻剑叶相关性状QTL。【结果】在抽穗灌浆期,两亲本剑叶SPAD值呈现先升高后降低的动态变化。BC₃F₂群体的5个剑叶相关性状变异丰富,总体表现趋向轮回亲本越光。4个剑叶形态性状间相关性均达到极显著水平,与剑叶SPAD的相关性不显著。主成分和逐步线性回归分析表明剑叶宽、剑叶SPAD、剑叶长、剑叶面积是影响剑叶综合评价值(D值)的主要因子。高D值株系的株高、穗长、茎基粗和单株产量均极显著高于低D值株系,两者的分蘖数和有效穗数差异不显著。共检测到18个控制剑叶性状的QTL,分布在水稻第1、4、7和8染色体上,贡献率分布范围为4.00%~28.00%(SPA)和3.41%~27.00%(IM),除qFLSPAD1之外的17个QTL增效基因均来自Bertone。在第8染色体上的RM22720-RM404区间发现1个QTL簇,含6个主效QTL,分别为qFLL8.1、qFLL8.2、qFLA8.1、qFLA8.2、qD8.1和qD8.2。【结论】获得了剑叶宽、剑叶SPAD、剑叶长和剑叶面积4个评价剑叶性状的关键指标;明确了剑叶性状与单株产量之间的正相关关系;检测到18个剑叶相关性状QTL,位于第8染色体RM22720-RM404区间的QTL簇,是影响剑叶性状的1个重要染色体区域。     

田间小麦叶片无损监测方法的实现及旗叶几何表型定量

[目的]对田间小麦叶片进行无损监测,从数字图像处理的途径探讨田间小麦旗叶几何表型的测试方法,以期建立小麦旗叶几何表型与氮肥管理的关系。[方法]以宁麦13为试验材料,对其进行不同的氮肥处理,并采用数码相机及辅以数字图像处理的技术手段,探讨小麦旗叶的叶面积、长度和平均宽度与施氮量的关系。[结果]肥料处理是影响小麦旗叶几何表型的重要环境因子,不同的氮处理可令旗叶面积变化达4倍,小麦旗叶长度也可从15.87 cm增长到25.33 cm,因此小麦旗叶几何表型是鉴定前期肥料供应量的显著特征。旗叶表型与氮处理之间的高精度拟合关系表明该无损检测技术是研究小麦田间表型、氮肥及环境因子响应规律的可靠技术手段。[结论]该研究表明使用带标尺刻度的动态背景板数字图像处理技术是获取田间无柄及小叶作物几何表型的有效手段,其为田间条件下作物叶片器官生长动态的无损监测提供了一个可行的技术方案。     

根区限制及氮营养对杂交小麦生长的影响

To study the physiological effects of small root zone, plants of a hybrid wheat variety (Triticum aestivum L. cv. Meiyou 4) were grown in small pots (1 litre) or large pots (8 litre) with low nitrogen (50 mg kg^-1 soil) and high nitrogen (200 mg kg^-1 soil). Restricting root zone decreased dry weight of plants at the stages of stem elongation and flowering, compared to those of control plants grown in the large pots (P<0.01). Spraying of 6-benzylaminopurine (50 μmol L^-1) increased dry weight of plants and chlorophyll concentration in leaves. Restriction of root zone decreased the concentrations of total nitrogen, chlorophyll and soluble protein in the flag leaf and accelerated senescence of the leaves. Supply of high nitrogen delayed senescence of the flag leaf. The results suggested that the shortage of nutrients, especially nitrogen deficiency, was the primary reason for the decreased growth of plant in the treatment of root zone restriction.