稳定提高粮食产量对保障我国粮食安全至关重要。在耕地面积不断减少和单产增长缓慢的背景下，大力发展春玉米-晚稻轮作模式提高收获频次是增加单位土地面积周年产量的重要途径之一。作为典型的水旱轮作模式，玉米-晚稻系统的周年能量当量产量要高于其他稻作系统，而且该模式下晚稻季的产量水平也要高于一季晚稻。本文介绍了春玉米-晚稻模式的生产现状，全面综述了该轮作模式在土壤理化性质演变、产量和资源利用效率表现以及温室气体排放特征等方面的生产优势，探讨了未来进一步提高玉米-晚稻模式产量及绿色可持续发展的可能途径，以期为该模式的高产技术构建以及生产中的大面积推广提供理论依据。

植物根鞘是根系(尤其根毛区)表面通过分泌物和根毛的黏附作用，与周围土壤颗粒、微生物及有机质结合形成的鞘状复合体，具有保护根尖、富集和活化根际养分、增强植物养分吸收能力等功能；其建成受生物因素(如根际微生物)和非生物因素(如土壤质地、水分及养分状况)影响，在水稻生产中具有提高养分吸收与利用效率、增强逆境适应能力、改善根际微环境等应用潜力。因此，深入研究水稻根鞘建成机制及其与养分吸收、环境响应以及产量形成的内在关系，对于阐明根鞘在水稻生长中的作用机理、推动水稻遗传改良和栽培管理创新具有十分重要的意义。

【目的】本研究旨在通过对水稻OsLRP1(Os01g72490)突变体lrp1的表型鉴定与表达水平分析，探究OsLRP1基因在水稻侧根发育过程中的功能。【方法】首先通过PCR扩增及测序完成lrp1突变体的鉴定。其次，通过生物信息学方法分析OsLRP1蛋白结构、保守结构域、跨膜结构域、信号肽，并通过多序列比对及进化树构建，分析OsLRP1蛋白与其他物种中LRP1蛋白的系统发育关系；通过qRT-PCR技术，检测OsLRP1在水稻不同组织中的表达水平。借助激光共聚焦显微镜，观察OsLRP1蛋白在细胞内的精确定位。然后通过生长素处理实验验证OsLRP1对侧根发育的调控是否受生长素影响。【结果】表型鉴定结果显示，相较于野生型中花11，lrp1侧根原基数目减少32%，侧根数目减少21%；成熟期时，lrp1穗长和百粒重较野生型分别减少12.5%和7.4%；生物信息学分析结果显示OsLRP1基因属于SHI转录因子，编码340个氨基酸。保守结构域分析结果表明，其属于DUF(Domain Of Unknown Function)家族；OsLRP1蛋白无信号肽及跨膜结构。烟草亚细胞定位结果显示OsLRP1蛋白定位于细胞核。qRT-PCR结果显示，OsLRP1在根、茎和叶中均有表达，且在叶中表达量最高。在OsLRP1上游1 kb启动子区域内发现两种生长素响应元件AuxRE，生长素处理实验证实lrp1突变体侧根发育受生长素影 响。【结论】综上所述，OsLRP1依赖生长素信号途径调控水稻侧根发育，参与水稻生长发育及抗逆性，进一步揭示了该基因在水稻侧根发育中的关键作用。

【目的】挖掘鉴定耐冷基因进而选育耐冷品种是解决水稻低温冷害难题的最简单、直接和有效的手段之一。利用Meta-QTL分析可以有效整合不同遗传背景下控制水稻耐冷等农艺性状的基因位点，提高候选基因定位 的精度和可靠性，为水稻耐冷基因的克隆和育种利用提供数据支撑。【方法】本研究收集并整理了38项独立研究中的353个水稻苗期耐冷相关QTL，利用BioMercator 4.2软件对QTL关键信息进行整合分析。并利用GO分析和KEGG分析对鉴定的Meta-QTL进行候选基因挖掘。【结果】共鉴定出了82个Meta-QTL，其中67个(81.71%)的置信区间小于1 Mb，共包含9282个注释基因，包括已报道的25个苗期耐冷基因。利用GO分析筛选出了99、230和119个分别与非生物逆境应答、环境胁迫反应和转录因子相关的基因。进一步利用KEGG富集筛选出27、69和9个分别与非生物逆境应答、胁迫反应和转录因子相关的差异显著性基因。【结论】对353个苗期耐冷QTL进行整合分析鉴定出82个苗期耐冷Meta-QTL，GO分析确定了448个候选基因，KEGG进一步确定了105个差异表达候选基因。上述结果为水稻苗期耐冷的分子标记辅助育种和基因克隆提供有用的信息。

【目的】叶片是水稻最重要的光合作用器官。筛选和鉴定水稻叶色突变体，有利于探究叶绿体发育与光合作用的分子调控机制。【方法】在金粳818背景的基因编辑后代中获得一个黄叶转绿突变体818-6-8，并对其进行表型鉴定、遗传分析、基因定位和转录组分析。【结果】与野生型相比，突变体三叶期前叶片明显黄化，并伴随叶绿素含量显著降低；第4叶开始，突变体开始转绿并逐渐表现为与野生型无异。突变体中叶绿体数量较少、类囊体形态和基粒片层结构异常。818-6-8黄叶性状受1对隐性核基因控制。突变位点被定位于5号染色体2.29 Mb的区间内，分析并筛选得到20个候选基因。突变体中2090个基因表达量发生显著改变，其中1343个上调，747个下调；差异表达基因显著富集在叶绿体组织等生物学过程、叶绿体等细胞组分。突变体中多个叶绿素合成和叶绿体发育相关基因表达发生改变。【结论】本研究完成了突变体818-6-8的目标基因定位与转录组分析，为下一步目标基因克隆和叶绿体发育分子调控机理解析提供支持，为景观稻育种提供优异种质资源。

【目的】分蘖角度是水稻株型的重要组成部分，直接影响水稻的种植密度并最终影响水稻产量。挖掘和研究新的调控水稻分蘖角度QTL/基因并应用于株型改良，是提高水稻产量的有效方式之一。【方法】本研究利用印度粳稻品种M494和籼稻品种中9B杂交并自交衍生的重组自交系(Recombinant inbred lines，RILs)群体为试 验材料，于2021至2023年在中国水稻研究所浙江省富阳与海南省陵水试验基地种植，基于重测序法构建的高密度Bin图谱进行水稻分蘖角度QTL定位与分析。【结果】3年共检测到9个QTL，分布于1、3、9、11和12号染色体上，单个QTL可解释的表型贡献率介于2.54%～57.00%，加性效应均来源于大分蘖角度亲本M494。其中主效分蘖角度QTL qTA9-1定位在9号染色体的20.71−20.80 Mb区间，物理图谱区间为86.36 kb，且在2021与2022年重复被检测到，贡献率最高可达57.00%，该区间覆盖已克隆分蘖角度基因TAC1。RT-PCR结果表明TAC1在大分蘖角度株系M109中的表达量显著高于小分蘖角度株系M67。进一步测序分析发现，与qta9-1基因型株系M67相比，qTA9-1基因型株系M109中TAC1在第4内含子的3’剪接位点发生了C到T的突变，为已报道的TAC1功能性SNP位点，推测qTA9-1即为TAC1。2021和2022年在3号染色体15.20−16.00 Mb区间重复检测到1个新的控制分蘖角度的QTL，其与主效分蘖角度QTL qTA9-1存在上位性互作；在12号染色体21.10−22.02 Mb区间重复检测到1个调控水稻分蘖角度的微效QTL位点。【结论】本研究利用M494和Z9B杂交构建的RIL群体，结合高密度遗传图谱，共检测到9个分蘖角度相关QTL，包括已克隆基因TAC1，在3号染色体检测到1个新的分蘖角度QTL。上述结果为进一步开展水稻分蘖角度基因的精细定位和水稻品种株型的遗传改良提供了理论基础和基因资源。

【目的】土壤盐碱化是一个影响我国农业生产的重要非生物胁迫因素，挖掘水稻耐盐相关性状基因/QTL对保障盐碱地水稻的安全生产至关重要。【方法】以耐盐性差异较大的矮格拉和徐稻10号为亲本构建定位群体，利用田间和室内水培进行耐盐性鉴定，利用水稻1 K mGPS SNP芯片对定位群体进行基因分型，结合表型数据和基因型数据，利用QTL IciMapping 4.2软件进行QTL定位。【结果】通过QTL定位分析，最终鉴定出22个耐盐相关QTL，其中单株产量QTL 10个，每穗粒数QTL 4个，根长QTL 2个，根干质量QTL 6个，这些QTL位于水稻1、6、8、10、11和12号染色体上，LOD值为4.04~9.65，表型贡献率为3.37%~15.52%。根据新发现QTL(qST11)定位区间内的基因注释、与拟南芥的同源基因比对、时空表达分析和序列分析，最终筛选到1个编码羟基类固醇脱氢酶的候选基因LOC_Os11g30560 (OsHSD1)。【结论】在本研究检测到的22个QTL中，11个为已知耐盐性基因位点，11个是新鉴定位点。同时，本研究对新鉴定耐盐QTL(qST11)进行了候选基因分析，为进一步开展耐盐基因的克隆和遗传调控的解析奠定了基础。

【目的】在西北干旱地区水资源短缺与光照资源丰富的特殊地缘条件下，为解决如何提高资源综合利用的问题，探讨农田土壤水分与作物光合作用间的关系，旨在形成土壤水分-光照互补机制，从而促进资源的可持续利用。【方法】于2019−2021年，分别在宁夏引黄灌区3个典型试验点开展水稻大田试验。以传统充分灌溉为对照(CK)，设置不同水分水平的滴灌处理，分析不同程度水分胁迫对水稻关键生育阶段光合作用、关键生长指标及产量构成的影响。【结果】水分胁迫降低水稻光合速率和蒸腾速率，并对产量构成产生负面影响，但能提高水分利用效率。其中，净光合速率最大值出现在孕穗期，水分胁迫处理较CK显著下降4.5%~26.6%；最小值出现在乳熟期，水分胁迫较CK显著下降4.2%~46.9%。蒸腾速率最大值在孕穗期，水分胁迫处理较CK显著下降2.2%~16.8%；蒸腾速率最小值在苗期，水分胁迫处理较CK显著下降7.5%~40.7%，水分胁迫处理水稻株高、秸秆高度、秸秆干质量、饱籽率、千粒重、产量较CK分别下降2.2%~24.3%、0.3%~12.6%、0.8%~11.6%、0.5%~7.9%、0.3%~9.2%、2.3%~71.5%。但耗水量下降33%~46%，轻度胁迫产量水平上的水分利用效率比CK提高1.9%~21.5%，单叶水平水分利用效率较CK下降2.1%~6.8%。说明轻度水分胁迫能够在降低水分消耗的同时维持较高产量，有助于提高水资源的利用率。利用TOPSIS模型引入信息量权重法和熵权法对不同水分胁迫处理进行评价，发现水分下限占田间持水量的90%~100%可以实现产量、品质和水分利用效率的最优化。【结论】在干旱和半干旱地区，应进一步推广精准调控的非充分灌溉策略，以充分挖掘水稻的抗旱潜力。这是节水型农业的有效手段，减少水资源消耗，同时维持稳定的粮食生产。

【目的】研究头季机收后同一时期内不同时间施用叶面氮肥(FNF)对再生季水稻生理特性、产量和品质的影响，为再生稻增产提质提供科学依据。【方法】头季稻机收后，在高肥力(HF)和低肥力(LF)田块采用大田裂 区双因素试验设计。其中，碾压状况为主区，包括碾压和非碾压两个处理；FNF施用时间为副区，包括机收后当日喷施清水(CK)，以及机收后1 d(D1)、3 d(D3)、7 d(D7)喷施FNF，测定再生季生理特性指标、产量和品质，阐明叶面施氮时间对再生季稻米产量及品质的影响。【结果】FNF能显著提高再生季叶片SPAD、干物质量、叶面积指数和有效穗数。在HF和LF两种条件下，FNF均能通过提高有效穗数进而提高产量25.6%~82.8%，非碾压区不同FNF喷施时间处理间无显著差异，但是有效穗数都较CK显著增加16.7%~30.6%，产量显著增加25.6%~36.7%。碾压区随着喷施时间的推迟增产效果逐渐降低，D1处理后在两种肥力条件下有效穗数分别显著提高61.5%和62.5%、产量分别显著提高74.9%和82.8%。FNF主要通过提高整精米率和降低垩白率提高再生季稻米品质，与CK相比，非碾压区施FNF处理整精米率显著提高9.5%~17.8%，垩白率显著降低8.1%~15.3%；碾压区施FNF处理整精米率显著提高15.0%~17.9%，垩白率显著降低9.2%~15.7%。【结论】头季机收后施叶面氮肥能有效提高再生季产量和品质，碾压区受喷施时间影响明显，以机收后当日喷施效果最好；非碾压区受喷施时间影响不明显，机收后7日内均可喷施。

【目的】明确无人机高效减量喷洒农药与氮肥对机插稻产量形成与能效的影响，提出氮肥农药减量适配无人机作业效率的最佳模式，为无人机肥药综合生产模式提供理论基础和实践依据。【方法】设置无人机飞行速度与肥药综合减施随机区组试验，2种无人机飞行速度分别为5.0 m/s (F1)和5.5 m/s (F2)；4种氮肥农药同比例减施处理分别为氮肥农药综合常规用量处理(N1)、减量10% (N2)、减量20% (N3)、减量30% (N4)，并设人工常规氮肥农药处理(CK1)和不施肥药处理(CK2)为对照，研究无人机飞行速度与氮肥农药综合减施处理对机插稻产量、群体质量及能效的影响，并探讨无人机肥药综合生产模式下机插稻产量形成与能效间的关系。【结果】与CK1处理相比，F1N1、F2N1、F1N2和F2N2处理增产1.22%~1.96%，各处理产量差异不显著且对病害防治效果均达84%以上。尤其是F1N2和F2N2处理，在肥药减量10%条件下，群体干物质转运量、转运率和氮素转运量、转运率增加了1.73%~13.24%，氮肥偏生产力、氮肥吸收利用率和氮素收获指数分别增加12.48%~12.89%、17.84%~18.75%、1.86%~2.30%，能量产出、净能量、能量利用效率分别增加0.54%~0.66%、0.98%~1.11%、5.47%~5.52%。同一肥药模式下，无人机飞行提速10%电能耗量增加5.19%~10.11%，但缩短了劳动力工作时间，可补偿电能成本，净收益以F2N2处理8848.94 元/hm2最高。表明无人机提速10%配合氮肥农药减量10% (F2N2处理)，在保障净收益的基础上提高工作效率和节省生产成本(劳动力)，达到节本增效，为本研究氮肥农药减量适配无人机作业效率的最佳生产模式。【结论】提高无人机作业速度10%且配合氮肥农药综合减量10%模式，可驱动机插稻通过优化模式补偿机制实现产量、生态、能效的协同优化，达到节肥节药丰产高效的协同统一，为水稻全程机械化绿色生产提供了理论与技术支撑。

【目的】针对单行星架轮系式钵苗移栽机构存在的取植苗动作难以兼顾而影响移栽质量的问题，提出一种与传统移栽机构旋转方式相反且输入、输出不等周期的分段式变传动比轮系机构。【方法】首先，构建了不完全齿轮组连续啮合角度条件方程，求解分段式不完全齿轮组实现连续啮合所需运动参数；而后，将非圆齿轮的不等速传动比和分段不完全齿轮的三次高幅值波动传动比组合，获得钵苗移栽机构实现环扣轨迹所需的多次不等幅传动比，并建立含不完全齿轮组的非圆齿轮行星轮系移栽机构运动学模型，编写了基于Matlab的移栽机构辅助设计程序；同时，结合水稻钵苗移栽农艺要求，通过人机交互方式优选得到了一组可实现大位移慢取秧(取苗环扣47mm)、大植苗角(植苗角度80.6°)的环扣状钵苗移栽轨迹的机构参数。【结果】最后，对机构的仿真结果和理论计算数据进行对比分析，结果表明不完全齿轮组各项参数满足要求，且机构的运动轨迹及姿态与理论基本一致。【结论】通过样机试验，测量得到的取苗角为20.95°，植苗角度为80.3°，验证了组合式变传动比移栽机构设计的可行性。

【目的】南方水稻机械化直播后稻种播于土壤表面，受气候和生态环境影响，直播水稻全苗难和群体生长均匀性差。【方法】基于粉状有机物料同步覆盖稻种原理，开展凸轮-顶板排施装置理论分析，确定了凸轮、排施转轮、物料推板和排施装置关键部件参数，设计了一种粉状有机物料排施装置，并开展了台架试验，试制加工了一台粉状有机物料同步覆盖水稻直播机，并通过田间试验验证了工作性能。【结果】对于粉状有机物料[有机肥、育秧基质、营养土A、营养土B(营养土A和有机肥2∶1混合)]而言，排施装置在转速33~118 r/min条件下，排量变异系数均低于7.80%，排量稳定性良好；受物料特性影响，随着转速增大，覆盖厚度会逐渐减小，但覆盖厚度稳定；排施育秧基质时，覆盖厚度变异系数波动范围较大，为9.41%~18.67%；排施有机肥、营养土A和营养土B时，覆盖厚度变异系数均小于15%，均符合粉状有机物料同步覆盖稻种的农艺要求；构建了覆盖厚度回归方程，拟合度均高于0.95。田间试验结果表明，对于中嘉早17与五丰优286而言，覆盖处理较不覆盖处理平均出苗率分别提高了19.59%和22.65%。【结论】该装置可提高水稻机械化种植水平，为粉状有机物料同步覆盖水稻机械直播整机设计提供参考。