2025年農科院作物學筆試題（附答案）一、名詞解釋（每題5分，共25分）1.源-庫-流理論：作物產量形成的核心理論框架，其中“源”指光合產物的生產器官（如葉片），“庫”指光合產物的儲存器官（如籽粒、塊莖），“流”指光合產物從源到庫的運輸系統(tǒng)（如維管束）。三者動態(tài)平衡決定了作物產量潛力，源不足會限制庫的充實，庫容量小則源的光合產物無法有效轉化，流的運輸效率直接影響物質分配效率。2.光呼吸：高等植物在光照條件下吸收O?、釋放CO?的過程，與光合作用伴隨發(fā)生。其本質是Rubisco酶的雙重催化特性（固定CO?的同時催化O?與RuBP反應），導致部分光合產物被消耗。光呼吸雖降低光合效率，但在逆境下可保護光合系統(tǒng)免受光損傷，同時參與氮代謝等生理過程。3.品種區(qū)域試驗：為鑒定新育成或引進作物品種的適應性、抗逆性、產量及品質等性狀，在目標種植區(qū)域內設置多個生態(tài)試驗點，按統(tǒng)一方案進行的多地點、多年度田間試驗。其目的是確定品種的最適種植區(qū)域，為品種審定和推廣提供科學依據，是品種從實驗室到生產應用的關鍵驗證環(huán)節(jié)。4.作物生態(tài)型：同一物種的不同群體，因長期適應特定生態(tài)環(huán)境（如氣候、土壤、生物因素）而形成的形態(tài)、生理、遺傳上的穩(wěn)定差異類型。例如水稻的秈稻與粳稻（溫度生態(tài)型）、早稻與晚稻（光照生態(tài)型），是自然選擇與人工選擇共同作用的結果，反映了作物對環(huán)境的適應性分化。5.雜種優(yōu)勢：兩個遺傳基礎不同的親本雜交產生的F?代在生長勢、抗逆性、產量、品質等性狀上優(yōu)于雙親的現象。其分子機制涉及顯性效應（有害隱性基因被顯性基因掩蓋）、超顯性效應（雜合等位基因互作增強功能）和上位性效應（不同基因座間互作），在玉米、水稻等作物中已大規(guī)模應用于雜交種選育。二、簡答題（每題10分，共40分）1.簡述作物光周期反應的主要類型及其在生產中的應用。答案：作物光周期反應指作物對晝夜長短變化的響應特性，主要分為三類：（1）長日照作物（LDP）：需連續(xù)日照長度超過臨界日長（通常12-14小時）才能開花，如小麥、油菜、甜菜。若縮短日照會延遲開花，延長則促進。（2）短日照作物（SDP）：需連續(xù)日照長度短于臨界日長才能開花，如水稻、玉米、大豆。延長日照會延遲開花，縮短則促進。（3）日中性作物（DNP）：開花對日照長度不敏感，如番茄、黃瓜、棉花，在不同日照條件下均可開花。生產應用：①品種引種：北種南引時，長日照作物因日照縮短可能延遲開花（如北方春小麥引至南方需選早熟品種）；短日照作物南種北引因日照延長可能延遲開花（如南方晚稻引至北方需選感光性弱的品種）。②花期調控：通過人工補光或遮光調節(jié)開花期，如雜交育種中調整父母本花期相遇；溫室栽培中控制光周期實現周年生產（如冬季補光促進長日照作物開花）。③種植制度優(yōu)化：根據光周期特性搭配作物，如北方春小麥（長日照）與夏玉米（短日照）輪作，提高復種指數。2.簡述抗蟲育種的主要途徑及其生物學原理。答案：抗蟲育種通過培育具有抗蟲性的作物品種，減少化學農藥使用，是可持續(xù)農業(yè)的重要手段。主要途徑及原理如下：（1）形態(tài)抗性育種：利用作物形態(tài)特征（如葉毛密度、莖稈硬度、蠟質層厚度）阻礙害蟲取食或產卵。例如，棉花多茸毛品種可減少棉鈴蟲產卵；水稻莖稈堅硬品種可抵御二化螟鉆蛀。其原理是形態(tài)結構形成物理屏障，降低害蟲侵害概率。（2）生化抗性育種：利用作物次生代謝物質（如酚類、生物堿、蛋白酶抑制劑）抑制害蟲消化或生長。例如，玉米中抗玉米螟的丁布（DIMBOA）可抑制幼蟲中腸蛋白酶活性；大豆胰蛋白酶抑制劑（STI）可阻礙害蟲對蛋白質的利用。其原理是次生代謝物干擾害蟲生理代謝。（3）轉基因抗蟲育種：通過導入外源抗蟲基因（如Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因）賦予作物抗蟲性。例如，轉Cry1Ab基因玉米可表達Bt蛋白，在鱗翅目害蟲幼蟲取食后破壞其中腸細胞；轉CpTI（豇豆胰蛋白酶抑制劑）基因作物可廣譜抑制多種害蟲消化酶。其原理是外源基因表達產物直接毒殺或抑制害蟲。（4）誘導抗性育種：利用作物受蟲害后激活的系統(tǒng)抗性（如茉莉酸信號通路），通過選育抗性信號通路敏感的品種，增強蟲害誘導的防御反應。例如，某些水稻品種受褐飛虱取食后，茉莉酸合成基因表達上調，促進抗蟲物質積累。其原理是強化作物自身的防御信號傳導能力。3.分析連作障礙的主要成因及緩解措施。答案：連作障礙指同一作物或近緣作物連續(xù)種植后，出現生長受阻、產量下降、品質變劣的現象，成因復雜，主要包括：（1）土壤養(yǎng)分失衡：連作導致作物偏好吸收的養(yǎng)分（如鉀、鋅）過度消耗，而其他元素（如磷）累積，破壞土壤養(yǎng)分平衡。例如，連作黃瓜導致土壤有效鉀含量下降30%以上，影響光合產物運輸。（2）土壤微生物區(qū)系惡化：長期連作使有益微生物（如菌根真菌、解磷菌）減少，病原菌（如鐮刀菌、疫霉菌）積累。例如，連作3年以上的西瓜田，土壤中尖孢鐮刀菌數量增加5-10倍，引發(fā)枯萎病高發(fā)。（3）自毒物質積累：作物根系分泌或殘體分解產生的化感物質（如酚酸類、醛類）抑制自身生長。例如，連作大豆根系分泌的對羥基苯甲酸可抑制種子萌發(fā)和幼苗根系活力，降低根瘤菌固氮效率。（4）土壤物理性質退化：連作導致土壤團聚體破壞、容重增加、透氣性下降。例如，連作水稻田土壤容重從1.1g/cm3升至1.3g/cm3，根系缺氧導致吸收能力下降。緩解措施：（1）輪作與間套作：與非寄主作物輪作（如水稻-油菜輪作減輕土傳病害），或間套作豆科作物（如玉米-大豆間作提高土壤氮素），改善微生物區(qū)系并平衡養(yǎng)分。（2）生物防治：施用木霉、枯草芽孢桿菌等生防菌抑制病原菌；接種叢枝菌根真菌（AMF）增強根系吸收能力。例如，西瓜田施用哈茨木霉可使枯萎病發(fā)病率降低40%。（3）土壤改良：增施有機肥（如豬糞、秸稈還田）提高土壤有機質，改善團粒結構；施用石灰調節(jié)酸性土壤（如連作茶園pH<4.5時，每畝施50kg生石灰）；采用深耕打破犁底層，增加土壤透氣性。（4）抗性品種選育：通過分子標記輔助選擇或基因編輯，培育耐連作品種（如耐自毒物質的大豆品種），降低化感抑制效應。4.列舉影響作物水分利用效率（WUE）的主要因素，并說明提高WUE的關鍵途徑。答案：作物水分利用效率（WUE）指單位蒸騰水量生產的干物質量（或產量），影響因素及提高途徑如下：主要影響因素：（1）遺傳因素：不同作物或品種的WUE差異顯著。例如，C4作物（玉米、甘蔗）的WUE比C3作物（小麥、水稻）高30%-50%，因PEPC酶固定CO?效率高，氣孔導度較低，蒸騰量少。（2）環(huán)境因素：①光照：強光提高光合速率，但過度光照可能導致氣孔關閉（如中午光抑制），降低蒸騰速率，WUE先升后降。②溫度：適溫（20-30℃）促進光合，高溫（>35℃）加劇蒸騰，WUE下降；低溫（<10℃）抑制光合酶活性，WUE降低。③大氣濕度：空氣干燥（低相對濕度）增加蒸騰驅動力（VPD），蒸騰速率上升快于光合速率，WUE下降；高濕度則反之。（3）栽培管理：①灌溉方式：漫灌導致深層滲漏，WUE低；滴灌、噴灌精準供水，減少無效蒸騰，WUE可提高30%以上。②種植密度：密植增加葉面積指數（LAI），提高光合面積，但過度密植導致冠層通風差，蒸騰總量增加，需協(xié)調LAI與單株水分需求。提高WUE的關鍵途徑：（1）品種改良：選育高WUE品種，如通過分子標記篩選C4光合途徑相關基因（如ppdk、pepc）導入C3作物，或利用耐旱基因（如DREB轉錄因子）增強水分利用效率。（2）優(yōu)化灌溉：推廣非充分灌溉（如調虧灌溉、交替隔溝灌溉），在關鍵生育期（如小麥拔節(jié)期、玉米大喇叭口期）保證水分供應，非關鍵期適度干旱脅迫，激發(fā)作物補償生長，減少蒸騰耗水。（3）覆蓋栽培：采用地膜覆蓋（減少土壤蒸發(fā)）、秸稈覆蓋（降低地表溫度，保持土壤濕度），例如玉米地膜覆蓋可使土壤蒸發(fā)量減少40%，WUE提高20%。（4）養(yǎng)分調控：合理施用氮肥（如分次追施）促進光合產物積累，磷鉀肥（如噴施KH?PO?）增強根系活力，提高水分吸收效率。研究表明，氮磷配施可使小麥WUE提高15%-20%。三、論述題（每題15分，共30分）1.論述玉米密植高產的生理基礎與關鍵栽培技術。答案：玉米是C4作物，光飽和點高（約1000-1200μmol·m?2·s?1），耐密性強，通過增加種植密度（從傳統(tǒng)4500株/畝提升至6000-8000株/畝）可顯著提高群體光合產量，但需協(xié)調個體與群體的關系。生理基礎：（1）群體光合優(yōu)勢：密植增加葉面積指數（LAI），擴大光合面積。研究表明，LAI在4-6時，群體光合速率（CAP）達到最大值；超過6則下層葉片光照不足（低于光補償點），呼吸消耗增加，凈光合速率下降。（2）源庫協(xié)調：密植條件下，單株葉面積減少，但群體總葉面積增加，“源”總量提升；同時，通過選育耐密品種（如緊湊株型、短雄穗、小棒三葉上沖），減少群體內遮蔭，提高穗位葉（占籽粒產量70%以上）的光合效率，保障“庫”（籽粒）的物質供應。（3）抗逆生理：耐密品種具有較強的莖稈強度（基部節(jié)間短粗、厚壁細胞層數多）和根系活力（氣生根發(fā)達、深層根比例高），可減少倒伏（密植易導致莖倒或根倒）；同時，葉片持綠期長（如“活稈成熟”品種），延長灌漿時間，增加粒重。關鍵栽培技術：（1）品種選擇：選用緊湊或半緊湊型品種（如鄭單958、登海605），要求耐密（密度6000株/畝不倒伏）、抗?。勾蟀卟?、莖腐?。?、廣適（對光溫反應鈍感）。（2）合理密植：根據品種特性、土壤肥力確定密度。高肥力田塊（有機質>2%）可增至7000-8000株/畝，中低肥力田塊（有機質1%-2%）控制在6000-6500株/畝；行距以60cm為宜（寬窄行80cm+40cm可改善通風透光），株距20-25cm。（3）精準施肥：采用“基肥+追肥”模式，基肥施N-P?O?-K?O=15-15-15復合肥40kg/畝；大喇叭口期（10-12葉）追施尿素25kg/畝（占總氮量60%），促進穗分化；花粒期噴施0.2%磷酸二氫鉀+0.1%硼砂溶液，防止禿尖。（4）水分管理：關鍵期（拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期）保持土壤含水量為田間持水量的70%-80%。拔節(jié)期缺水導致穗分化受阻，吐絲期缺水（“卡脖旱”）導致雌雄花期不遇，需及時滴灌或噴灌，避免大水漫灌。（5）病蟲草害防控：播種前用噻蟲嗪+苯醚甲環(huán)唑種衣劑包衣，防治地下害蟲（地老虎）和苗期病害（絲黑穗病）；大喇叭口期噴施氯蟲苯甲酰胺防治玉米螟；雜草防除以苗前封閉（乙草胺+莠去津）為主，苗后補噴煙嘧磺?。?-5葉期）。2.分析氣候變化對小麥生產的影響，并提出適應性策略。答案：氣候變化（氣溫升高、降水變率加大、極端天氣頻發(fā)）對小麥生產的影響具有區(qū)域差異性，總體表現為“北擴南減”，但產量穩(wěn)定性下降。主要影響：（1）生育期縮短：全球變暖使小麥春化階段和灌漿期縮短。例如，我國黃淮麥區(qū)近30年平均氣溫上升1.2℃，冬小麥生育期縮短7-10天，導致粒重下降（每縮短1天，千粒重減少0.3-0.5g）。（2）高溫熱害加?。撼樗胫凉酀{期（最適溫度18-22℃）若遭遇35℃以上高溫（持續(xù)3天），光合酶（如Rubisco）活性下降，籽粒灌漿速率降低，減產10%-20%。例如，2022年歐洲小麥主產區(qū)因極端高溫減產15%。（3）降水分布失衡：北方麥區(qū)（如華北）降水增加但季節(jié)分配不均，春旱頻率降低（3-5月降水增加10%），但暴雨引發(fā)的漬害（土壤含水量>85%持續(xù)3天）導致根系缺氧，吸肥能力下降；南方麥區(qū)（如長江中下游）降水日數減少但強度增大，干旱與濕害交替發(fā)生，赤霉?。ㄐ柽B續(xù)陰雨）流行風險上升。（4）病蟲草害北移：溫度升高使害蟲越冬北界北移200-300km，如麥蚜在黃淮麥區(qū)發(fā)生期提前10-15天，繁殖代數增加1-2代；病原菌（如條銹菌）適生區(qū)擴大，越夏區(qū)向高海拔地區(qū)遷移，防控難度加大。適應性策略：（1）品種改良：選育耐逆品種，如早熟品種（縮短生育期避開后期高溫）、耐高溫品種（如導入HSP70熱激蛋白基因）、耐旱品種（根系發(fā)達、葉片蠟質層厚）。例如，中國農科院育成的“中麥175”耐高溫性強，在35℃高溫下灌漿速率僅下降10%（普通品種下降25%）。（2）種植制度調整：北方麥區(qū)（如東北）可擴大冬小麥種植（原春麥區(qū)因冬季氣溫升高，冬小麥能夠安全越冬），提高復種指數；南方麥區(qū)推廣“小麥-水稻”水旱輪作，減少濕害和赤霉病發(fā)生；黃淮麥區(qū)調整播期（適期晚播5-7天），避免冬前旺長導致的凍害。（3）田間管理優(yōu)化：①抗高溫：灌漿期噴施0.5%硫酸鋅+0.2%水楊酸溶液，提高葉片抗氧化能力（減少活性氧積累）；采用秸稈覆蓋（降低地表溫度3-5℃）或噴灌（中午噴水降溫2-3℃）。②防漬害：南方麥區(qū)推廣“深溝高畦”（畦寬2m、溝深30cm），提高排水能力；北方麥區(qū)雨后及時中耕松土，破除板結，增加土壤透氣性。③病蟲草害防控：建立“智能監(jiān)測+精準防控”體系，利用無人機監(jiān)測條銹病、赤霉病早期病斑，在發(fā)病初期噴施戊唑醇（赤霉?。┗蛉蛲l銹?。?；采用性誘劑或生物農藥（如綠僵菌）防治麥蚜，減少化學農藥使用。（4）政策與技術支撐：完善農業(yè)保險（將高溫熱害、暴雨漬害納入保障范圍），推廣“氣候智慧型農業(yè)”技術（如基于衛(wèi)星遙感的墑情監(jiān)測系統(tǒng)），建立小麥災害預警平臺（提前7天發(fā)布高溫、干旱預警），指導農戶及時采取應對措施。四、實驗設計題（25分）題目：設計一個實驗方案，驗證“玉米穗位葉（著生于果穗著生節(jié)位的葉片）的光合產物對籽粒產量的貢獻最大”。要求包含實驗材料、處理設置、測定指標、數據統(tǒng)計方法及預期結果。答案：一、實驗材料1.供試品種：選擇代表性玉米品種（如鄭單958，穗位葉明顯，生育期120天）。2.實驗田：地勢平坦、肥力均勻的壤土，前茬為小麥，排灌方便。3.同位素標記：14CO?（用于光合產物追蹤），標記設備（密閉標記箱、鋼瓶）。4.其他材料：黑色遮光袋（不透光，用于葉片遮光處理）、便攜式光合儀（LI-6800）、烘箱、液閃計數儀、考種工具（電子天平、數粒儀）。二、處理設置（隨機區(qū)組設計，3次重復）實驗設5個處理，分別遮光不同葉位葉片，保留其他葉片正常光照，以不遮光為對照（CK）。具體如下：-T1：遮光穗位葉（果穗著生節(jié)位葉片）；-T2：遮光穗位葉上1葉（+1葉）；-T3：遮光穗位葉下1葉（-1葉）；-T4：遮光穗位葉上2葉（+2葉）；-T5：遮光穗位葉下2葉（-2葉）；-CK：所有葉片正常光照。操作方法：于玉米吐絲期（雌穗花絲抽出50%）選擇生長一致的植株，每處理標記10株。用黑色遮光袋包裹目標葉位葉片（從葉基到葉尖完全覆蓋），袋內襯透氣網防止高溫灼傷，處理持續(xù)至籽粒乳熟期（吐絲后25天）。三、測定指標與方法1.葉片光合速率（Pn）：于遮光處理后5天、15天、25天，用便攜式光合儀測定各處理未遮光葉片的Pn（光強1500μmol·m?2·s?1，CO?濃度400μmol·mol?1，溫度28℃），評估遮光對其他葉片的補償效應。2.光合產物分配（14C追蹤）：-標記：在吐絲期（處理當天），選擇CK植株的穗位葉、+1葉、-1葉、+2葉、-2葉，分別置于密閉標記箱中，通入14CO?（比活度1.85×10