2025年农科院作物学笔试题（附答案）

2025年农科院作物学笔试题（附答案）一、名词解释（每题5分，共25分）1.源-库-流理论：作物产量形成的核心理论框架，其中“源”指光合产物的生产器官（如叶片），“库”指光合产物的储存器官（如籽粒、块茎），“流”指光合产物从源到库的运输系统（如维管束）。三者动态平衡决定了作物产量潜力，源不足会限制库的充实，库容量小则源的光合产物无法有效转化，流的运输效率直接影响物质分配效率。2.光呼吸：高等植物在光照条件下吸收O₂、释放CO₂的过程，与光合作用伴随发生。其本质是Rubisco酶的双重催化特性（固定CO₂的同时催化O₂与RuBP反应），导致部分光合产物被消耗。光呼吸虽降低光合效率，但在逆境下可保护光合系统免受光损伤，同时参与氮代谢等生理过程。3.品种区域试验：为鉴定新育成或引进作物品种的适应性、抗逆性、产量及品质等性状，在目标种植区域内设置多个生态试验点，按统一方案进行的多地点、多年度田间试验。其目的是确定品种的最适种植区域，为品种审定和推广提供科学依据，是品种从实验室到生产应用的关键验证环节。4.作物生态型：同一物种的不同群体，因长期适应特定生态环境（如气候、土壤、生物因素）而形成的形态、生理、遗传上的稳定差异类型。例如水稻的籼稻与粳稻（温度生态型）、早稻与晚稻（光照生态型），是自然选择与人工选择共同作用的结果，反映了作物对环境的适应性分化。5.杂种优势：两个遗传基础不同的亲本杂交产生的F₁代在生长势、抗逆性、产量、品质等性状上优于双亲的现象。其分子机制涉及显性效应（有害隐性基因被显性基因掩盖）、超显性效应（杂合等位基因互作增强功能）和上位性效应（不同基因座间互作），在玉米、水稻等作物中已大规模应用于杂交种选育。二、简答题（每题10分，共40分）1.简述作物光周期反应的主要类型及其在生产中的应用。答案：作物光周期反应指作物对昼夜长短变化的响应特性，主要分为三类：（1）长日照作物（LDP）：需连续日照长度超过临界日长（通常12-14小时）才能开花，如小麦、油菜、甜菜。若缩短日照会延迟开花，延长则促进。（2）短日照作物（SDP）：需连续日照长度短于临界日长才能开花，如水稻、玉米、大豆。延长日照会延迟开花，缩短则促进。（3）日中性作物（DNP）：开花对日照长度不敏感，如番茄、黄瓜、棉花，在不同日照条件下均可开花。生产应用：①品种引种：北种南引时，长日照作物因日照缩短可能延迟开花（如北方春小麦引至南方需选早熟品种）；短日照作物南种北引因日照延长可能延迟开花（如南方晚稻引至北方需选感光性弱的品种）。②花期调控：通过人工补光或遮光调节开花期，如杂交育种中调整父母本花期相遇；温室栽培中控制光周期实现周年生产（如冬季补光促进长日照作物开花）。③种植制度优化：根据光周期特性搭配作物，如北方春小麦（长日照）与夏玉米（短日照）轮作，提高复种指数。2.简述抗虫育种的主要途径及其生物学原理。答案：抗虫育种通过培育具有抗虫性的作物品种，减少化学农药使用，是可持续农业的重要手段。主要途径及原理如下：（1）形态抗性育种：利用作物形态特征（如叶毛密度、茎秆硬度、蜡质层厚度）阻碍害虫取食或产卵。例如，棉花多茸毛品种可减少棉铃虫产卵；水稻茎秆坚硬品种可抵御二化螟钻蛀。其原理是形态结构形成物理屏障，降低害虫侵害概率。（2）生化抗性育种：利用作物次生代谢物质（如酚类、生物碱、蛋白酶抑制剂）抑制害虫消化或生长。例如，玉米中抗玉米螟的丁布（DIMBOA）可抑制幼虫中肠蛋白酶活性；大豆胰蛋白酶抑制剂（STI）可阻碍害虫对蛋白质的利用。其原理是次生代谢物干扰害虫生理代谢。（3）转基因抗虫育种：通过导入外源抗虫基因（如Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因）赋予作物抗虫性。例如，转Cry1Ab基因玉米可表达Bt蛋白，在鳞翅目害虫幼虫取食后破坏其中肠细胞；转CpTI（豇豆胰蛋白酶抑制剂）基因作物可广谱抑制多种害虫消化酶。其原理是外源基因表达产物直接毒杀或抑制害虫。（4）诱导抗性育种：利用作物受虫害后激活的系统抗性（如茉莉酸信号通路），通过选育抗性信号通路敏感的品种，增强虫害诱导的防御反应。例如，某些水稻品种受褐飞虱取食后，茉莉酸合成基因表达上调，促进抗虫物质积累。其原理是强化作物自身的防御信号传导能力。3.分析连作障碍的主要成因及缓解措施。答案：连作障碍指同一作物或近缘作物连续种植后，出现生长受阻、产量下降、品质变劣的现象，成因复杂，主要包括：（1）土壤养分失衡：连作导致作物偏好吸收的养分（如钾、锌）过度消耗，而其他元素（如磷）累积，破坏土壤养分平衡。例如，连作黄瓜导致土壤有效钾含量下降30%以上，影响光合产物运输。（2）土壤微生物区系恶化：长期连作使有益微生物（如菌根真菌、解磷菌）减少，病原菌（如镰刀菌、疫霉菌）积累。例如，连作3年以上的西瓜田，土壤中尖孢镰刀菌数量增加5-10倍，引发枯萎病高发。（3）自毒物质积累：作物根系分泌或残体分解产生的化感物质（如酚酸类、醛类）抑制自身生长。例如，连作大豆根系分泌的对羟基苯甲酸可抑制种子萌发和幼苗根系活力，降低根瘤菌固氮效率。（4）土壤物理性质退化：连作导致土壤团聚体破坏、容重增加、透气性下降。例如，连作水稻田土壤容重从1.1g/cm³升至1.3g/cm³，根系缺氧导致吸收能力下降。缓解措施：（1）轮作与间套作：与非寄主作物轮作（如水稻-油菜轮作减轻土传病害），或间套作豆科作物（如玉米-大豆间作提高土壤氮素），改善微生物区系并平衡养分。（2）生物防治：施用木霉、枯草芽孢杆菌等生防菌抑制病原菌；接种丛枝菌根真菌（AMF）增强根系吸收能力。例如，西瓜田施用哈茨木霉可使枯萎病发病率降低40%。（3）土壤改良：增施有机肥（如猪粪、秸秆还田）提高土壤有机质，改善团粒结构；施用石灰调节酸性土壤（如连作茶园pH<4.5时，每亩施50kg生石灰）；采用深耕打破犁底层，增加土壤透气性。（4）抗性品种选育：通过分子标记辅助选择或基因编辑，培育耐连作品种（如耐自毒物质的大豆品种），降低化感抑制效应。4.列举影响作物水分利用效率（WUE）的主要因素，并说明提高WUE的关键途径。答案：作物水分利用效率（WUE）指单位蒸腾水量生产的干物质量（或产量），影响因素及提高途径如下：主要影响因素：（1）遗传因素：不同作物或品种的WUE差异显著。例如，C4作物（玉米、甘蔗）的WUE比C3作物（小麦、水稻）高30%-50%，因PEPC酶固定CO₂效率高，气孔导度较低，蒸腾量少。（2）环境因素：①光照：强光提高光合速率，但过度光照可能导致气孔关闭（如中午光抑制），降低蒸腾速率，WUE先升后降。②温度：适温（20-30℃）促进光合，高温（>35℃）加剧蒸腾，WUE下降；低温（<10℃）抑制光合酶活性，WUE降低。③大气湿度：空气干燥（低相对湿度）增加蒸腾驱动力（VPD），蒸腾速率上升快于光合速率，WUE下降；高湿度则反之。（3）栽培管理：①灌溉方式：漫灌导致深层渗漏，WUE低；滴灌、喷灌精准供水，减少无效蒸腾，WUE可提高30%以上。②种植密度：密植增加叶面积指数（LAI），提高光合面积，但过度密植导致冠层通风差，蒸腾总量增加，需协调LAI与单株水分需求。提高WUE的关键途径：（1）品种改良：选育高WUE品种，如通过分子标记筛选C4光合途径相关基因（如ppdk、pepc）导入C3作物，或利用耐旱基因（如DREB转录因子）增强水分利用效率。（2）优化灌溉：推广非充分灌溉（如调亏灌溉、交替隔沟灌溉），在关键生育期（如小麦拔节期、玉米大喇叭口期）保证水分供应，非关键期适度干旱胁迫，激发作物补偿生长，减少蒸腾耗水。（3）覆盖栽培：采用地膜覆盖（减少土壤蒸发）、秸秆覆盖（降低地表温度，保持土壤湿度），例如玉米地膜覆盖可使土壤蒸发量减少40%，WUE提高20%。（4）养分调控：合理施用氮肥（如分次追施）促进光合产物积累，磷钾肥（如喷施KH₂PO₄）增强根系活力，提高水分吸收效率。研究表明，氮磷配施可使小麦WUE提高15%-20%。三、论述题（每题15分，共30分）1.论述玉米密植高产的生理基础与关键栽培技术。答案：玉米是C4作物，光饱和点高（约1000-1200μmol·m⁻²·s⁻¹），耐密性强，通过增加种植密度（从传统4500株/亩提升至6000-8000株/亩）可显著提高群体光合产量，但需协调个体与群体的关系。生理基础：（1）群体光合优势：密植增加叶面积指数（LAI），扩大光合面积。研究表明，LAI在4-6时，群体光合速率（CAP）达到最大值；超过6则下层叶片光照不足（低于光补偿点），呼吸消耗增加，净光合速率下降。（2）源库协调：密植条件下，单株叶面积减少，但群体总叶面积增加，“源”总量提升；同时，通过选育耐密品种（如紧凑株型、短雄穗、小棒三叶上冲），减少群体内遮荫，提高穗位叶（占籽粒产量70%以上）的光合效率，保障“库”（籽粒）的物质供应。（3）抗逆生理：耐密品种具有较强的茎秆强度（基部节间短粗、厚壁细胞层数多）和根系活力（气生根发达、深层根比例高），可减少倒伏（密植易导致茎倒或根倒）；同时，叶片持绿期长（如“活秆成熟”品种），延长灌浆时间，增加粒重。关键栽培技术：（1）品种选择：选用紧凑或半紧凑型品种（如郑单958、登海605），要求耐密（密度6000株/亩不倒伏）、抗病（抗大斑病、茎腐病）、广适（对光温反应钝感）。（2）合理密植：根据品种特性、土壤肥力确定密度。高肥力田块（有机质>2%）可增至7000-8000株/亩，中低肥力田块（有机质1%-2%）控制在6000-6500株/亩；行距以60cm为宜（宽窄行80cm+40cm可改善通风透光），株距20-25cm。（3）精准施肥：采用“基肥+追肥”模式，基肥施N-P₂O₅-K₂O=15-15-15复合肥40kg/亩；大喇叭口期（10-12叶）追施尿素25kg/亩（占总氮量60%），促进穗分化；花粒期喷施0.2%磷酸二氢钾+0.1%硼砂溶液，防止秃尖。（4）水分管理：关键期（拔节期、大喇叭口期、吐丝期）保持土壤含水量为田间持水量的70%-80%。拔节期缺水导致穗分化受阻，吐丝期缺水（“卡脖旱”）导致雌雄花期不遇，需及时滴灌或喷灌，避免大水漫灌。（5）病虫草害防控：播种前用噻虫嗪+苯醚甲环唑种衣剂包衣，防治地下害虫（地老虎）和苗期病害（丝黑穗病）；大喇叭口期喷施氯虫苯甲酰胺防治玉米螟；杂草防除以苗前封闭（乙草胺+莠去津）为主，苗后补喷烟嘧磺隆（3-5叶期）。2.分析气候变化对小麦生产的影响，并提出适应性策略。答案：气候变化（气温升高、降水变率加大、极端天气频发）对小麦生产的影响具有区域差异性，总体表现为“北扩南减”，但产量稳定性下降。主要影响：（1）生育期缩短：全球变暖使小麦春化阶段和灌浆期缩短。例如，我国黄淮麦区近30年平均气温上升1.2℃，冬小麦生育期缩短7-10天，导致粒重下降（每缩短1天，千粒重减少0.3-0.5g）。（2）高温热害加剧：抽穗至灌浆期（最适温度18-22℃）若遭遇35℃以上高温（持续3天），光合酶（如Rubisco）活性下降，籽粒灌浆速率降低，减产10%-20%。例如，2022年欧洲小麦主产区因极端高温减产15%。（3）降水分布失衡：北方麦区（如华北）降水增加但季节分配不均，春旱频率降低（3-5月降水增加10%），但暴雨引发的渍害（土壤含水量>85%持续3天）导致根系缺氧，吸肥能力下降；南方麦区（如长江中下游）降水日数减少但强度增大，干旱与湿害交替发生，赤霉病（需连续阴雨）流行风险上升。（4）病虫草害北移：温度升高使害虫越冬北界北移200-300km，如麦蚜在黄淮麦区发生期提前10-15天，繁殖代数增加1-2代；病原菌（如条锈菌）适生区扩大，越夏区向高海拔地区迁移，防控难度加大。适应性策略：（1）品种改良：选育耐逆品种，如早熟品种（缩短生育期避开后期高温）、耐高温品种（如导入HSP70热激蛋白基因）、耐旱品种（根系发达、叶片蜡质层厚）。例如，中国农科院育成的“中麦175”耐高温性强，在35℃高温下灌浆速率仅下降10%（普通品种下降25%）。（2）种植制度调整：北方麦区（如东北）可扩大冬小麦种植（原春麦区因冬季气温升高，冬小麦能够安全越冬），提高复种指数；南方麦区推广“小麦-水稻”水旱轮作，减少湿害和赤霉病发生；黄淮麦区调整播期（适期晚播5-7天），避免冬前旺长导致的冻害。（3）田间管理优化：①抗高温：灌浆期喷施0.5%硫酸锌+0.2%水杨酸溶液，提高叶片抗氧化能力（减少活性氧积累）；采用秸秆覆盖（降低地表温度3-5℃）或喷灌（中午喷水降温2-3℃）。②防渍害：南方麦区推广“深沟高畦”（畦宽2m、沟深30cm），提高排水能力；北方麦区雨后及时中耕松土，破除板结，增加土壤透气性。③病虫草害防控：建立“智能监测+精准防控”体系，利用无人机监测条锈病、赤霉病早期病斑，在发病初期喷施戊唑醇（赤霉病）或三唑酮（条锈病）；采用性诱剂或生物农药（如绿僵菌）防治麦蚜，减少化学农药使用。（4）政策与技术支撑：完善农业保险（将高温热害、暴雨渍害纳入保障范围），推广“气候智慧型农业”技术（如基于卫星遥感的墒情监测系统），建立小麦灾害预警平台（提前7天发布高温、干旱预警），指导农户及时采取应对措施。四、实验设计题（25分）题目：设计一个实验方案，验证“玉米穗位叶（着生于果穗着生节位的叶片）的光合产物对籽粒产量的贡献最大”。要求包含实验材料、处理设置、测定指标、数据统计方法及预期结果。答案：一、实验材料1.供试品种：选择代表性玉米品种（如郑单958，穗位叶明显，生育期120天）。2.实验田：地势平坦、肥力均匀的壤土，前茬为小麦，排灌方便。3.同位素标记：14CO₂（用于光合产物追踪），标记设备（密闭标记箱、钢瓶）。4.其他材料：黑色遮光袋（不透光，用于叶片遮光处理）、便携式光合仪（LI-6800）、烘箱、液闪计数仪、考种工具（电子天平、数粒仪）。二、处理设置（随机区组设计，3次重复）实验设5个处理，分别遮光不同叶位叶片，保留其他叶片正常光照，以不遮光为对照（CK）。具体如下：-T1：遮光穗位叶（果穗着生节位叶片）；-T2：遮光穗位叶上1叶（+1叶）；-T3：遮光穗位叶下1叶（-1叶）；-T4：遮光穗位叶上2叶（+2叶）；-T5：遮光穗位叶下2叶（-2叶）；-CK：所有叶片正常光照。操作方法：于玉米吐丝期（雌穗花丝抽出50%）选择生长一致的植株，每处理标记10株。用黑色遮光袋包裹目标叶位叶片（从叶基到叶尖完全覆盖），袋内衬透气网防止高温灼伤，处理持续至籽粒乳熟期（吐丝后25天）。三、测定指标与方法1.叶片光合速率（Pn）：于遮光处理后5天、15天、25天，用便携式光合仪测定各处理未遮光叶片的Pn（光强1500μmol·m⁻²·s⁻¹，CO₂浓度400μmol·mol⁻¹，温度28℃），评估遮光对其他叶片的补偿效应。2.光合产物分配（14C追踪）：-标记：在吐丝期（处理当天），选择CK植株的穗位叶、+1叶、-1叶、+2叶、-2叶，分别置于密闭标记箱中，通入14CO₂（比活度1.85×10