密度行距协调油菜机收产量和抗倒性的生理分子机制

Plant density and row spacing have played a vital role in regulating yield and lodging resistance among agronomic practices. The appropriate plant density and row spacing resulted in structural changes and increase in radiation use efficiency that optimize both the seed yield and lodging resistance without other inputs. Our early study found that the yield and lodging resistance also could be increased and were in harmony under the optimal plant density in combination with row spacing. But it is lack of related mechanism research. In this study, different plant density and row spacing arrangements with two varities of different structure were setted to invesgate the carbohydrates, enzyme activities, proteomic changes and genes expressions by molecular biology techniques. Through this research, the physiology and molecular mechanism to coordinating yield and lodging resistance in rapeseed will be revealed as affected by the density and the row spacing; and help to enrich the theory for yield and lodging resistance formation. It will also provide the theoretical basis for breeding cultivars with high yield and lodging resistance and exploring simple cultivation techniques in rapeseed production.

密度和行距配置是调控产量和抗倒性形成的重要栽培措施，可在不增加其他投入前提下，通过株型结构的改善，合理利用光能，提高作物产量与抗倒性。本课题组前期研究发现，油菜合理的密度和行距配置，可在提高油菜抗倒性的同时提高产量，协调了倒伏和高产之间的矛盾，但尚缺乏相关机理研究。本研究选择株型结构差异显著的2个油菜品种，设置不同的密度和行距配置试验，通过碳同化物质/酶活检测、蛋白质组和qPCR等方法，探索关键物质含量、酶活性、蛋白表达量和编码基因表达差异。通过本项目的研究，不但可从生理与分子层面系统揭示密度和行距配置协调油菜机收产量和抗倒性的作用机理，还有助于丰富油菜产量和抗倒性形成理论，为选育高产抗倒油菜品种和探索油菜轻简栽培技术提供理论依据。

倒伏是进一步提高油菜产量和机械收获作业效率的主要限制因素，研究协同提高油菜产量和抗倒性的栽培技术及生理机制，可为提高油菜生产水平提供理论与技术支撑。2016-2017选用华杂62、2017-2018选用华杂62（常规株型）和品系1301（紧凑株型）设置密度15×104株/hm2（D1）、30×104株/hm2（D2）、45×104株/hm2（D3）为主区，行距15cm（R15）、25cm（R25）、35cm（R35）为副区。结果表明：与传统密度行距配置相比，在增加密度缩小行距后，不同株型品种均能通过促进苗期单株叶片氮代谢，同时增加叶片SPAD值、群体光合叶面积、群体根系生物量，提高了根系活力实现增产。与D1R25相比，D3R15下，华杂62 在2016-2017、2017-2018产量增加19.00%、22.53%，倒伏指数下降15.03%、10.80%；1301产量增加31.98%，倒伏指数增加25.47%。增密缩行后，群体光能利用率显著增加，花期对产量影响最大。与D1R25相比， D3R15下两品种花期茎秆中与光合作用相关蛋白苯丙烷类代谢相关蛋白表达量上调，茎秆Rubisco、SPS、FBP、POD活性增强，蔗糖、淀粉和木质素含量增加；纤维素合成相关蛋白（A0A078I4D9）、β-1,3-葡聚糖酶活性和纤维素含量在华杂62中上调，在品系1301下调，与茎秆倒伏指数变化趋势相反，是密度行距配置影响不同株型油菜倒伏的关键过程。叶片中HZ62有7个与光合作用，糖代谢相关蛋白下调；1301筛选到6个与光合作用、糖代谢相关差异蛋白，其中4个上调，2个下调。叶片Rubisco、SPS活性，淀粉、蔗糖和可溶性糖含量在HZ62中显著下降，在 1301 中显著升高；FBPase、SuSy活性在两品种中均显著降低。紧凑株型品种在增加密度缩小行距后，叶片多数参与碳代谢关键蛋白表达量增加、酶活性及碳同化物含量增加，而常规株型品种则相反，可见与常规株型相比，紧凑株型最适密度还可进一步提高。