在已构建的结球甘蓝AFLP、SSR和SRAP标记高密度遗传图谱的基础上,运用MapQTL 4.0软件对结球甘蓝F₂群体抽薹、开花时间两性状分别进行QTL定位和分析。最终检测到2个控制甘蓝抽薹时间性状的QTL(qbt-3-2、qbt-9-1),以及一个同开花时间性状相关的QTL(qft-9-1),分别位于连锁群LG3与LG9上,这3个QTL均为增效位点,共解释甘蓝抽薹、开花时间性状变异的17.5%,22.7%;同时得到与QTLs共分离的2个分子标记E46M52-5、me26-em13-1,均可作为辅助选育甘蓝耐抽薹品种的标记使用,这将为结球甘蓝耐抽薹品种的选育提供理论依据。

应用RT-PCR及PCR分离到鲤鱼2个jlGHSR2s基因,jlGHSR2a和2b,分别编码366,367个氨基酸,相似性高达98%,和金鱼、斑马鱼GHSR2的相似性高达95%。jlGHSR2s基因的内含子位于起始密码子793 bp后,2a和2b内含子的长度和序列均存在明显差异。试验首次发现了jlGHSR2a的转录变体(Variant)jlGHSR2a',由选择性剪切靠近内含子的57 bp外显子1和保留靠近外显子2的28 bp内含子构成,编码350个氨基酸,缺失最后2个跨膜区,剪切序列两端碱基为CT-AC。荧光定量RT-PCR结果表明,jlGHSRs在脑和精巢表达量最高,1s在检测的组织均有表达,但2s在其他组织表达量很少。jlGHSRs的转录变体1s'和2a'的表达量与1s和2s有一定的正相关性,但1s/1s'在各组织不一致,比值最高出现在肝脏,其次是肌肉、肠和脑,精巢和卵巢最低。生长对脑中jlGHS-R1s的表达量没有显著影响,但生长慢的个体肝和肠中jlGHSR1s的表达量比生长快的高,1s/1s'也有明显升高;肌肉中则相反,1s/1s'在雄鱼肌肉中减小明显。饥饿使雌鱼脑、雌鱼前肠和雌雄鱼后肠jlGHSR1s的表达量显著降低,对其余组织中的表达则不显著。生长快慢或饥饿对脑中jlGHSR2s的表达量均没有显著影响。结果表明,jlGHSR1s的表达量与生长有明显的相关性。

通过电子克隆技术,获得14-3-3基因的cDNA序列全长,并采用生物信息学方法,借助电子计算机和相关的生物信息学软件,对该基因编码蛋白从基本理化性质、疏水性/亲水性、亚细胞定位、跨膜区结构、信号肽、高级结构及系统发育树分析等进行了预测和分析。该cDNA编码蛋白由257个氨基酸组成,相对分子质量为29.014 5 kDa,亲水性和疏水性比较平衡,定位于细胞质,不存在信号肽,无跨膜螺旋区,且二级结构由6.23%无规则卷曲,66.54%α-螺旋和27.24%延伸链组成。同源比对分析显示,该酶基因编码的氨基酸序列与污叉丝孔菌、双孢菇和木耳等蘑菇类高等真菌中的14-3-3基因所编码的氨基酸序列高度同源。实时荧光定量PCR结果表明,灵芝14-3-3基因在液体静置培养过程中的表达量显著高于振荡培养。

对国内1998-2011年流行的22株H9N2分离株进行病原鉴定和HA基因的序列测定,结合在GenBank中公开的46株国内外H9N2病毒进行序列比对,绘制系统发育树。选取在时间、地点和遗传进化方面具有代表性意义的6株H9N2毒株,分别制备单因子血清,进行鸡胚交叉中和试验,计算不同毒株之间的鸡胚交叉中和指数,确定H9N2不同毒株之间的抗原相关系数,并与其HA基因氨基酸的同源性进行相关比较。以期在分子水平上探讨我国疫苗免疫压力下H9N2禽流感病毒的变异,研究病毒的抗原性变化,探讨HA基因变异对抗原性的影响。结果表明:鸡胚中和指数与HA氨基酸同源性呈显著相关(P<0.01,r=0.639 8),表明在多年的疫苗免疫压力下,H9N2病毒已经在分子水平和抗原性上发生了一定程度的变异。该结果为研制新型的H9N2疫苗提供理论支持。

以高抗大豆胞囊线虫3号生理小种品种灰皮支黑豆(ZDD2315)为父本,高感大豆胞囊线虫3号生理小种品种辽豆15为母本,配制杂交组合,利用分离群体分组分析法将杂交后代分为抗池和感池。采用三氯乙酸/丙酮法提取大豆根系总蛋白质,运用双向电泳和质谱分析技术研究大豆胞囊线虫3号生理小种胁迫下不同抗性大豆杂交后代根系蛋白质组的变化。结果表明:抗池、感池分别有367,372个蛋白点在银染的2-D胶上分离,经ImageMaster 2D Platinum software对2-D胶分析后,以感池为参考胶,抗池有6个蛋白点特异表达,13个蛋白点的含量上调2倍以上,4个蛋白点的含量下调2倍以上,感池有4个蛋白点特异表达。对以上27个差异蛋白点进行MALDI-TOF-MS质谱分析,共鉴定出16个蛋白点,11个蛋白点因匹配率太低未得到鉴定。

类猪圆环病毒P1是新发现的一种病原,能引起仔猪出现类似猪断奶后多系统衰竭综合征症状,是目前所知的具有最小基因组的病毒。为了解P1感染范围和基因组分子特征,采用PCR方法扩增P1全基因组,克隆测序后,应用生物信息学进行序列同源性比较及遗传进化分析。结果显示,P1已在我国猪场流行,分离株之间的核苷酸序列同源性为99.1%～100%,可分为2个亚分支;同时免疫组化结果也证实了P1在样品中的分布。

为了克隆猪输血传播病毒2型(TTV2)ORF1基因,构建原核表达载体,在大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达猪TTV2 ORF1蛋白,并对其表达条件进行优化。利用普通PCR从猪TTV2阳性样本中扩增出TTV2 ORF1基因,利用分子克隆的方法将猪TTV2 ORF1基因克隆到原核表达载体pcoldI上,构建表达载体pcold-ORF1,在大肠杆菌中诱导表达带有6个组氨酸标签的ORF1融合蛋白。并对影响重组蛋白表达的3个因素,即诱导时间、诱导温度和IPTG浓度进行优化,确定了pcold-ORF1重组蛋白表达的最佳表达条件。SDS-PAGE分析结果表明,重组蛋白在BL21中高效表达,以包涵体形式表达为主,分子质量约为39 kDa。蛋白表达量随诱导时间增加而有所增加,在15℃时表达量最高,而IPTG浓度对蛋白的表达量没有显著影响。Western Blotting结果表明,重组蛋白与猪TTV2阳性血清特异性反应,具有很好的免疫原性。成功获得TTV2-ORF1基因,构建了原核表达载体并获得高效表达,为TTV的ELISA检测方法的建立提供抗原。且重组蛋白在15℃条件下,加入0.2 mmol/L浓度的IPTG,诱导24 h,表达条件最佳。

丝氨酸羧肽酶(Serine carboxypeptidases,SCPs)是一类在酸性pH环境下参与多肽和蛋白质的加工、修饰与降解等多个重要环节的真核生物蛋白水解酶。根据华北大黑鳃金龟丝氨酸羧肽酶(HoSCP)全长基因序列设计引物,利用PCR方法克隆hoscp基因并分别连接到表达载体pET28b和pPIC9K上,转化大肠杆菌BL21和毕赤酵母GS115,实现了其在原核以及真核体系中的表达。结果显示,HoSCP在原核细胞及酵母细胞中均能稳定表达50 kDa的特异蛋白。HoSCP的成功表达为其在华北大黑鳃金龟体内的活性和生物学功能研究提供了可能。

为获得副猪嗜血杆菌外膜蛋白P5的分段表达产物,并对各片段的免疫学性质进行鉴定。采用生物信息学软件分析Omp P5全长基因,设计3对分段引物,PCR分别从HPS汕头分离株(H0801)Omp P5中扩增出P5F1、P5F2和P5F3基因片段,构建于pET-32a(+)原核表达载体上,并将重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3),用IPTG诱导表达,利用SDS-PAGE分析蛋白表达情况。将蛋白纯化后,利用ELISA及Western Blot分别鉴定其免疫原性及抗原性。结果表明,扩增得到的Omp P5的3个基因片段与预期大小相符合,基因测序结果与GenBank公布的序列一致,经SDS-PAGE分析,3个蛋白表达相对分子质量大小都与预期相符。ELISA和Western Blot分析显示,表达的3个蛋白表现出良好的抗原性和免疫原性。HPS Omp P5的分段表达为进一步研究HPS保护性表位及疫苗鉴定奠定了新的基础。

以自育的57份粳稻新品种(系)为材料,采用分子标记、化学方法、统计学方法等,对供试材料进行Wx-mq基因检测,测定各品种(系)稻米淀粉RVA谱特征值和直链淀粉含量,分析各测定值间的相关性,并分析了不同AC品种(系)的RVA谱特征值差异。结果表明:57份材料均含有Wx-mq基因;各RVA谱特征值间有较好的相关性,峰值黏度、热浆黏度、冷浆黏度之间,及其与峰值时间、回复值之间呈极显著正相关,崩解值与峰值黏度,峰值时间与消减值、回复值呈极显著正相关,糊化温度与热浆黏度、峰值时间呈显著正相关,消减值与峰值黏度、崩解值呈极显著负相关;供试材料的直链淀粉含量分布在5%～12%,集中分布在8%～11%;不同AC品种(系)间的RVA谱不尽相同,随着AC的增加,峰值黏度、热浆黏度、冷浆黏度、回复值、峰值时间与糊化温度均呈增加趋势,崩解值与消减值的变化趋势不明显。AC与热浆黏度、冷浆黏度、回复值和峰值时间呈极显著正相关,与峰值黏度呈显著正相关。结果可进一步扩充利用RVA谱特征值评价稻米蒸煮食味品质的理论依据。

为克隆水稻蛋白磷酸酶6(PP6)催化亚基基因OsPP6C,并构建该基因的过表达载体以及进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术从水稻中花11叶片cDNA中扩增OsPP6C基因全长,并构建与GUS融合的pBI121-OsPP6CGUS表达载体。通过生物信息学方法分析了OsPP6C蛋白的理化性质、与拟南芥AtPP6C(即AtFyPP)之间的同源性以及不同物种间的系统发育关系,此外,对OsPP6C基因的启动子进行了顺式作用元件分析。结果表明,该基因转录序列包含一个912 bp的开放阅读框,编码303个氨基酸残基,蛋白的分子量约为3.47 kDa,等电点为5.13;具有疏水性,但不存在信号肽,属于非分泌型蛋白。OsPP6C与拟南芥AtFyPP1和AtFyPP3氨基酸序列一致性分别为93.73%和93.40%,系统进化树显示OsPP6C与小麦TaPP6C的亲缘关系最近,而与其他物种亲缘关系相对较远。对该基因启动子中含有的顺式作用元件分析表明,该启动子中除TATA盒和CAAT盒外,还含有多种参与光应答、激素(ABA、乙烯、生长素、MeJA和赤霉素等)应答以及低温、热激和干旱等非生物胁迫因子应答的调控元件。为进一步研究水稻OsPP6C基因的表达特性和功能奠定了基础。

以叶状体总DNA为模板,用3对DNA引物进行PCR扩增,获得了坛紫菜6-磷酸海藻糖合成酶基因(PhTPS)3个重叠的片段,大小分别为1.3,1.1,0.7 kb。用pMD18-T载体克隆这些片段,经测序与序列拼接获得了该基因完整的ORF序列,其长度为2 727 bp。在已经构建条斑紫菜TPS基因原核表达载体pET22b-PyTPS的基础上,用PhTPS基因替代该表达载体中的PyTPS基因,获得了PhTPS基因的原核表达载体pET22b-PhTPS。重组菌BL21(pET22b-PhTPS)经IPTG诱导,SDS-PAGE显示获得了约100 kDa的特异性蛋白条带;目测及OD₆₀₀的测定结果表明重组菌的耐盐性明显高于对照菌,即PhTPS基因的表达提高了重组菌的耐盐性。为利用PhTPS基因进行作物耐盐等抗逆转基因改良提供了依据。

应用ST细胞,从临床上表现为腹泻症状的病死仔猪肠内容物中分离得到一株病毒,并对该病毒进行RTPCR,直接免疫荧光与动物回归等试验,证实该病毒为猪传染性胃肠炎病毒(TGEV),命名为JS2012株。应用PCR方法克隆出其初代(P1TS)与50代(P50TS)的S基因片段,进行序列测定,并将该基因序列与已发表的18个不同来源的TGEV毒株进行同源性和亲缘关系的比较分析。结果表明,各毒株间核苷酸同源性为96.0%～99.9%,氨基酸的同源性为96.5%～99.9%。TGEVJS201PITS株与中国江苏省HN2002株和美国Miller M6亲缘较近,表明不同地区分离毒株的S基因差异不大,而与P1TS相比,P50TS的S基因在1 124～1 129位置有6个碱基的缺失,对比发现,这种变异接近于弱毒株Purdue P115株所发生的变异,提示所发生的缺失可能与病毒毒力的减弱相关。

选取野生型乌苏里貉、红褐色乌苏里貉和吉林白貉各3只为研究对象,利用克隆测序技术,得到长为276 bp的KIT基因第二外显子序列,分析其多态性及与其他物种的同源性。结果显示:红褐色乌苏里貉KIT基因第二外显子与犬、狐、家猫、虎鲸、野猪、马的同源性分别为97%,97%,92%,89%,87%,87%;对野生型乌苏里貉、红褐色乌苏里貉和吉林白貉KIT基因第二外显子序列进行对比分析发现,3种貉序列完全匹配,说明在此处未发生突变。

从新疆北部石河子棉区分离纯化得到15个棉花黄萎病菌菌系,对其生物学培养特征、致病力、致病类型以及ISSR遗传变异进行了分析。菌株培养特征表明,在供试15个菌株中,菌丝型菌株最多,其次是菌核型,中间型最少,3种类型分别占60%,26.7%,13.3%。以2个棉花品种为寄主,室温人工接种鉴定菌株的致病力,结果表明,供试菌株存在明显的致病力分化,按照平均病情指数将供试菌株划分为强、中、弱3个类型,分别占73.3%,26.7%,0%。特异性引物(ND1/ND2和D1/D2)PCR检测结果显示,供试菌系中落叶型菌系有5个,占33.3%,非落叶型菌系有10个,占66.7%,其中落叶型菌株的平均致病力高于非落叶型。菌株ISSR指纹分析表明供试菌株间遗传变异较大,进一步分析发现,ISSR遗传分化与致病力具有一定的相关性。研究结果还发现,菌株XJ-1和XJ-6遗传相似系数在99%以上,但其致病力存在明显差异;同一病株上存在不同菌落形态和致病力的2个菌株XJ-8-1和XJ-8-2,但遗传相似系数在95%以上,这都充分表明了新疆石河子棉花黄萎病菌致病力分化与遗传变异关系的复杂性,为棉花黄萎病抗病育种以及综合防治提供了重要的理论参考。

为明确玉米群体的遗传变异性,利用SSR分子标记技术,采用12株叶片混合、每个群体5个混合样本提取DNA的最优取样方法,对12个玉米群体及6个对照自交系进行遗传多样性分析,试验筛选出86对SSR适宜引物,共扩增出391条多态性带,每个位点上的等位基因数为2～11条,平均5.67条,以GD值0.67为基准,划分为6个类群。蒙A群、蒙B群、中综5号、黄早4为第一类,蒙C群、蒙群1、掖478为第二类,蒙群2、蒙群4、C群1、C群2、Mo17为第三类,蒙群3、C群3、中综7号、B73为第四类,丹340和齐319各单独为一类,该结果与产量SCA效应分析划分结果基本一致。

从棉花转BT-CPTI双价抗虫基因后代中选育了核不育种质98-8A,采用表型观察、自交和测交手段,对其植株表型、花器、育性特征及其遗传规律进行了系统分析。花器官形态观察表明,不育株花柱长和花柱外露长度均明显高于同质系的正常可育株,花丝明显萎缩,不育株花药无花粉粒出现,而子房直径及花药数量没有明显差异;对不育株与可育株姊妹交后代及可育株自交后代遗传分析表明,该雄性不育性受隐性单基因控制;等位性检测显示,98-8A的不育基因与已知的473A(ms14/msc1)、1355A(ms2/msc2)、阆A(ms15/msc3)等3个不育基因为非等位基因。不育株与常规多品种杂交分析表明,98-8A的一般配合力与特殊配合力均较高,且衣分高、纤维品质较好,暗示有较好的应用前景。

利用SSR分子标记对玉米自交系08-641(R08)不同选择方向回交改良得到的79个BC2F4后代的遗传多样性进行分析。结果表明,利用44对具有清晰多态性的引物共检测到272个多态性等位基因位点,其中有123个位点在回交后代株系中被检测到而在轮回亲本中缺失;以种子形状和颜色不像R08为标准选择得到的回交后代株系,基因型与R08的相似程度总体低于以种子形状和颜色类似R08为标准选择得到的回交后代株,且其变异范围更广。可见不同选择方向所得回交后代选系的遗传变异存在一定的差异。因此,在回交过程中采用多向选择的策略,可能有利于提高回交改良的育种效率。

水稻稻瘟病是最具毁灭性的病害之一,严重地影响水稻的高产和稳产。在病原菌侵染水稻时,附着胞的形成对稻瘟病菌的致病性起着关键作用。研究证实一种P型ATP酶(P-ATPase)参与了附着胞的形成。在病原菌与寄主的互作过程中,寄主的一些小分子物质可以进入病原菌中,达到抗病原菌侵染的目的。以稻瘟菌致病关键的P-ATPase基因MgAPT2第一外显子上特异性好的232 bp的区域作为干扰片段,正反向插入干扰载体中,通过农杆菌介导,转化到感稻瘟病水稻品种日本晴中,通过苗期稻瘟病接种鉴定和MgAPT2基因的表达检测,结果表明:转基因植株稻瘟病抗性得到增强且稻瘟病菌MgAPT2基因的表达量下降,为水稻抗稻瘟病种质资源的创新提供了新思路。

粟弯孢霉叶斑病为谷子重要的叶部病害,为了解钙调磷酸酶信号途径在粟弯孢霉叶斑病菌中的功能,对粟弯孢霉叶斑病菌钙调磷酸酶基因进行了克隆和初步分析。通过简并PCR法扩增获得了粟弯孢霉叶斑病菌钙调磷酸酶催化亚基ClCna和调节亚基ClCnb基因的同源片段,并利用RACE技术获得了ClCna和ClCnb基因序列同源片段的全长cDNA序列。粟弯孢霉叶斑病菌ClCna和ClCnb基因编码的蛋白与其他病原真菌钙调磷酸酶蛋白具有很高的同源性,ClCna基因编码的蛋白含有钙调素结合位点、钙调磷酸酶调节亚基结合位点和自身抑制调节位点,而ClCnb基因编码的蛋白含有4个钙离子结合位点。利用钙调磷酸酶特异性抑制剂环孢素A处理粟弯孢霉叶斑病菌分生孢子,发现分生孢子的萌发率明显下降。利用实时荧光定量PCR方法分析粟弯孢霉叶斑病菌中ClCna和ClCnb基因在非生物胁迫下的表达模式,在山梨醇和氯化钠胁迫下都是诱导表达,因此,推测这2个基因可能在粟弯孢霉叶斑病菌的逆境胁迫及孢子萌发中起重要的作用。

以花生栽培品种04D893×79266杂交,经多代自交获得包含142个家系的F_6∶7重组自交系群体为材料,分别在2011-2012年2个环境条件(E1和E2)下种植,对荚果和籽仁的6个产量相关性状进行遗传模型分析并进行其遗传参数的估算。结果表明,单果质量的遗传符合2对主基因遗传模型,主基因遗传率2年平均为45.97%;单仁质量的遗传符合3对主基因遗传模型,主基因遗传率平均为67.54%;果壳厚度的遗传符合3对主基因遗传模型,主基因遗传率平均为63.24%;果长的遗传均符合3对主基因遗传模型,主基因遗传率平均为81.14%;果宽的遗传符合2对主基因遗传模型,主基因遗传率平均为59.83%;单株生产力的遗传符合2对主基因遗传模型,主基因遗传率平均为21.76%。

为验证花粉管通道法进行蓖麻转基因研究的可行性,优化花粉管通道法导入方式及导入时间,为花粉管通道法转基因技术在蓖麻分子育种的应用提供参考依据。采用荧光显微观察对蓖麻品种通蓖5号人工授粉后花粉萌发及花粉管生长情况进行了研究,结果表明,花粉管通道法转化蓖麻的最佳时间为授粉后6～24 h。利用花粉管通道技术,将含有GUS基因的植物双元表达载体pPZP221SGN导入蓖麻品种通蓖5号。对85株T₀植株进行PCR检测,得到10株阳性转化植株,阳性率约为11.8%。

以菜用大黄根尖为材料,探讨不同取材时间、预处理溶液、解离时间对菜用大黄根尖染色体制片的影响,并对2个菜用大黄品种RAMB和RO进行了核型分析,以期为菜用大黄的起源、演化及遗传育种提供一定理论依据。结果表明,在上午8:00取材,用冰水混合物预处理24 h,然后在60℃条件下用1 mol/L HCl解离15 min,最后用改良石碳酸品红染色3～5 min,此时染色体制片效果最佳;RAMB和RO的染色体数目均为2n=44,其核型公式分别为2n=4x=44=36m+8sm和2n=4x=44=32m+12sm,核型均为1B型,核型不对称系数分别为57.46%和58.60%,核型对称程度均较高,这表明菜用大黄在进化中处于比较原始类型。

以杂交籼稻品种冈优527为试材,于幼穗形成期设置短期轻度水分胁迫(Short and light water stress,SLS)、长期轻度水分胁迫(Long and light water stress,LLS)、短期重度水分胁迫(Short and heavy water stress,SHS)以及长期重度水分胁迫(Long and heavy water stress,LHS)4个水分处理,并以习惯水层灌溉(Traditional flooding,TF)为对照。研究复水后水稻叶片光合特性、干物质积累与运转。试验结果显示:在幼穗形成期水分胁迫后,水稻叶面积、叶绿素a/b、SPAD值、净光合速率均降低;短期轻度水分胁迫(SLS)处理复水后叶面积、叶绿素a/b、SPAD值、净光合速率均远远高于对照,同时茎鞘物质转化率和输出率也都高于其他水分处理。结果说明:在幼穗形成期,经过短期轻度干旱复水后,叶绿素、光合速率、叶面积等能迅速恢复甚至激发更高的光合水平,表现为后期干物质积累多、转运高,能达到节水的效果。

选取抗TuMV的8407、河304和感TuMV的冠291和春月黄为试验材料,于苗期接种TuMV-C₄,接种后测定24 d内叶片中超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)这3种过氧化氢代谢相关酶的活性以及过氧化氢H₂O₂的含量。结果表明:接种TuMV后,POD、CAT的活性及H₂O₂含量的变化在不同材料之间存在明显差异。抗病材料在接种后,POD、CAT的活性及H₂O₂含量虽有变化,但均能逐渐恢复正常;感病材料在接种后,POD、CAT的活性及H₂O₂含量均有较大变化,且始终无法恢复正常。总体而言,叶片中的和CAT与大白菜的TuMV抗性关系较为紧密,其次是POD,而SOD与TuMV抗性的关系不大。

采用人工模拟干热风方法,对灌浆期冬小麦进行重度干热风(重)、轻度干热风(轻)和无干热风(CK)平行对比试验。结果发现:重度干热风对旗叶光合速率(A_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)的胁迫指数(SI)为0.88,0.68,0.83,轻度干热风对A_n、T_r和G_s的SI为0.32,0.19,0.39;在重-轻-CK 3个梯度上,G_s-A_n和G s-T_r均有极显著正相关关系;轻干热风对胞间CO₂浓度(C_i)无显著影响,重干热风下C_i显著升高。综合分析认为:轻、重干热风对灌浆期旗叶光合蒸腾均有显著抑制作用,重干热风抑制作用要显著强于轻干热风;干热风引起气孔部分闭合G_s减小是光合蒸腾受抑制的主要原因,重干热风下光合还明显受到非气孔限制;非气孔因素是导致同等干热风条件下光合受抑制程度大于蒸腾的原因。

以冬小麦青麦7号为材料,设置7个不同滴灌制度处理,即按照小麦生育期分别进行不灌水(CK1)、漫灌(CK2)、滴1水(W1)、滴2水(W2)、滴3水(W3)、滴4水(W4)和滴5水(W5),初步研究了不同滴灌制度对冬小麦光合速率及水分利用效率的影响。结果表明:与CK1和CK2相比,滴4水和滴5水花后旗叶SPAD值、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著升高,胞间CO₂浓度(Ci)显著降低;各滴灌处理中,花后0～30 d,随着滴灌次数的增加,小麦旗叶SPAD值、Pn、Gs和Tr表现为:W4>W5>W3>W2>W1,W4处理维持较高的光合速率;各处理之间产量差异显著,表现为:W4>CK2>W5>W3>W2>W1>CK1;滴4水的水分利用效率(22.23 kg/(mm·hm²)),显著高于其他处理。综合考虑光合及产量因素,在本半湿润易旱区条件下,以起身水+拔节水+开花水+灌浆水(滴4水)为节水高产最优滴灌制度。

芸豆是一种经济价值颇高的杂粮作物,忌连作,但是由于目前我国可耕地面积日益减少,适宜芸豆种植的土地也不断减少,芸豆连作现象较为普遍,因此,研究芸豆连作对土壤环境的影响势在必行。本试验以小黑芸豆为供试材料,以轮作为对照,研究芸豆连作对耕层土壤养分含量和土壤酶活性变化,结果表明:连作抑制了0～20 cm耕层过氧化氢酶、碱性磷酸酶、多酚氧化酶、脲酶、蔗糖酶的活性,降低了土壤有机质、氮、磷含量和有效性,并降低了土壤pH值,且土壤酶活性和土壤养分含量存在显著相关性(P<0.01);连作对土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶活性影响主要在开花期,对其他酶活性的影响在开花至结荚期。由于连作导致芸豆籽粒产量较轮作降低了29.4%,因此,芸豆生产上应尽量避免连作,进行轮作倒茬,以实现高产优质。

以粳稻(郑稻18)和籼稻(绵优838)为试验材料,采用水培、盆栽及田间试验相结合,研究了水稻不同生育期对精恶唑禾草灵的敏感性及生理反应。在水稻萌发期,精恶唑禾草灵对粳稻和籼稻胚根生长的抑制中浓度(IC₅₀)分别为0.168 7,0.163 7μg/mL,表明二者在芽期对精恶唑禾草灵均较为敏感。在水稻2～3叶期喷施精恶唑禾草灵后15,30 d,籼稻的IC₅₀分别为279.56,173.49μg/mL,而试验剂量下(12.5～400μg/mL)粳稻生长抑制率低于30%,表明粳稻对精恶唑禾草灵有较高的耐药性。在粳稻4～5叶期喷施精恶唑禾草灵,结果显示,18.45 a.i g/hm²剂量对禾本科杂草防除效果较好,且对水稻生长基本没有影响,因此,田间使用精恶唑禾草灵时需要严格控制使用剂量。精恶唑禾草灵对粳稻和籼稻GSH-Px、SOD、CAT、POD等保护酶系的影响各不相同,表明2种水稻在解毒及应对精恶唑禾草灵胁迫机制上存在着差异。

以4种经过人工老化处理不同类型(单秆型白芝麻、分枝型白芝麻、单秆型黑麻和分枝型黑芝麻)芝麻种子为试验材料,采用标准发芽试验、电导率测定、MDA含量测定、POD活性测定和TTC还原量等方法进行种子活力测定,研究老化处理对芝麻种子生理生化的影响,并与模拟田间出苗率进行相关性分析,以确定不同类型芝麻种子活力检测的适宜方法。结果表明:芝麻种子老化过程中,发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、TTC还原量和POD活性逐渐下降,MDA含量逐渐增加,电导率变化趋势材料间不一致;不同种质的抗老化能力存在差异。单秆型白芝麻种子活力检测的适宜方法为发芽率和电导率测定;分枝型白芝麻种子活力检测的适宜方法是发芽率、电导率测定、MDA含量测定、POD活性测定和TTC还原量测定;单秆型黑芝麻种子活力检测的适宜方法是发芽率和POD活性测定;分枝型黑芝麻种子活力检测的适宜方法是发芽率和TTC还原量测定。芝麻在42～43℃、100%RH条件下,人工老化处理的最佳时间为72 h。

为明确不同施氮量下高产粳稻在产量形成的关键时期光合生理特性的差异,在盆栽条件下,选取3个中粳(武育粳3号、南粳45、02102)和4个晚粳(武运粳7号、南粳44、南粳46、南粳5055),在开花后不同天数,研究了不同施氮量下(150.0 kg/hm²:LN、300.0 kg/hm²:MN、450.0 kg/hm²:HN)剑叶光合作用对光强和二氧化碳(CO₂)响应曲线,氮代谢关键酶如硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)谷氨酸脱氢酶(GDH),抗氧化酶和非酶系统的抗氧化能力以及耐光氧化表现等,并在收获期考察其产量构成因子。结果表明:超级稻中粳南粳45和晚粳南粳44在LN、MN和HN的单株产量分别比对照武育粳3号和武运粳7号有所提高;随着施氮量的增加,水稻对高光强的利用能力增强,并可缓解开花后35 d剑叶的最大净光合速率(Maximum net photosynthetic rate,P nmax)的下降;而供试材料在LN或者MN下,在高CO₂浓度下可通过提高表观羧化效率(Apparent carboxylation efficiency,ACE),达到与HN的P nmax,提高CO₂浓度有利于减氮;开花前期氮代谢相关酶活性诱导增加,后期超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)的活性诱导增加以缓解后期光氧化,其中超级稻南粳44和南粳45在不同的氮素处理下,均具有中等耐光氧化和耐荫的特性。相关性分析表明,花后7 d的叶片的光合能力与千粒质量有关,而花后35 d,功能叶片的抗氧化能力则影响其结实率。可见,超级粳稻南粳44和南粳45在中等氮素下,可通过开花前期诱导NR和开花后期抗氧化能力增强,最大限度地发挥其叶片的光合功能,从而表现稳产高产。今后兼顾选择具有高光合特性的水稻品种,将是实现水稻高产和减氮统一的有效途径。

为了研究灌水对黄淮海地区冬小麦碳氮代谢、产量及水分利用效率的影响,以5个黄淮海主栽冬小麦品种为材料,在田间进行试验,分析了灌水次数对冬小麦可溶性蛋白含量、硝酸还原酶活性、可溶性糖含量及全氮含量的调控效应。结果表明:随着灌水次数的减少,硝酸还原酶活性、可溶性糖和全氮含量、可溶性糖转运率均降低,碳氮比增加,穗粒数、千粒质量和单位面积穗数降低,花后14 d之后可溶性蛋白含量呈降低趋势;与正常灌水(W3)相比,灌2次水(W2)和灌1次水(W1)分别减产11.37%和30.80%,其中周麦18减产最大为14.69%和37.44%,矮抗58减产最少为9.19%和26.97%;W3、W2处理下周麦18的水分利用效率最大,分别为27.6,28.9 kg/(hm²·mm),豫农202最小,分别为21.8,23.9 kg/(hm²·mm),在W1处理下矮抗58的水分利用效率最大(26.1 kg/(hm²·mm)),豫农202最小(21.5 kg/(hm²·mm))。5个冬小麦抗旱指数表现为矮抗58>郑麦366>豫麦49>豫农202>周麦18。

通过室内入渗试验,研究了膜孔灌条件下不同氮肥的转化特性。结果表明,施入铵态氮肥后土壤铵态氮含量在膜孔中心垂向表层0～5.5 cm内变化,再分布15 d土壤铵态氮损失了68%,再分布20 d铵态氮基本完全转化;随再分布时间的延长,硝态氮的含量在土壤表层10 cm范围内逐渐增加,在10 cm以下,硝态氮的含量7 d前先增大再减小,7 d后一直增大。施入硝态氮肥后,硝态氮含量7 d内变化很小,7～10 d内明显减少,10 d以后减少缓慢。施入尿素后,土壤中铵态氮在5 d后达到峰值,20 d后下降至土壤的本底值;而土壤硝态氮一直平稳升高,于施肥20 d后达到最大值;土壤铵态氮含量和硝态氮含量均沿着远离膜孔中心的方向逐渐减小。

大量投入的有机肥所释放的氮素在菜田氮素推荐中不容忽视,但目前缺乏相关的有机氮矿化速率用于指导菜田施肥。本研究汇总最近10年来我国华北平原菜田田间试验资料,分析了根据植物吸收法计算的菜田土壤及有机肥中的有机氮素表观净矿化的结果,比较其季节性差异。结果表明,设施和露地菜田有机肥氮素矿化的季节性差异明显,设施菜田中冬春茬和秋冬茬每周土壤有机氮素矿化平均速率分别为2.9,6.2 kg/hm²,而露地菜田分别为3.6,0.6 kg/hm²;设施菜田中冬春茬和秋冬茬每周有机肥氮素矿化平均速率分别为3.6,3.2 kg/hm²,露地菜田分别为1.8,-0.3 kg/hm²;菜田土壤有机肥氮素当季释放比例介于-14.9%～34.9%。分析表明,氮素淋洗影响了对有机氮素矿化的准确估算,有机肥氮素表观矿化量与其总氮投入量及其与土壤氮素盈余没有显著相关。另外,季节性土壤温度差异又是有机氮素矿化关键的影响因素。

研究了大田条件下氮肥水平(常规施氮肥(187.5 kg/hm²)、减氮28%(135.0 kg/hm²)和不施氮肥(0 kg/hm²)对不同基因型水稻(粤晶丝苗2号、桂香占、华优8305和天优998)的源库特性的影响。结果表明,减氮不会导致华南早晚兼用型水稻产量显著降低在于其能维持或促进水稻的源库协调性。与常规施氮比较,减氮28%有利于提高粤晶丝苗2号、桂香占及华优8305的产量,增幅分别为11.99%,5.51%,6.46%,主要归因于减氮28%能增强后期叶片光合或茎鞘转运而有利于稳定高产形成。减氮28%有利于提高粤晶丝苗2号和桂香占库容和粒叶比,提高华优8305库容有效充实度,而对天优998无显著影响。

基于长期养分定位试验平台,研究了长期养分亏缺条件下夏玉米的光合特征,结果表明:缺P和缺K会导致初始荧光Fo的增加,缺P、缺N会导致最大光化学量子效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、电子传递效率(ETR)降低,而缺K对其无显著影响。光合速率的大小变化表现出和Φ_PSⅡ、ETR相似的规律,缺K的情况下光合速率与全NPK相比并没有显著降低,而缺N和缺P的处理光合速率明显降低,尤其是缺P处理,下降了32.86%。通过对光合速率和Φ_PSⅡ、ETR分别进行相关性分析和回归分析发现,光合速率和Φ_PSⅡ、ETR有着显著的线性相关,相关系数分别为0.986和0.988。通过对光响应曲线和CO₂响应曲线的分析,缺N对最大光合速率、饱和光强和饱和CO2浓度的影响要大于缺P的影响。

为探索适宜的秸秆还田量与氮肥耦合量,大田条件下设置2个氮用量和5个秸秆还田量处理,研究了小麦灌浆期旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、饱和蒸汽压亏缺(Vpdl)日变化及产量组成。结果表明,不同的秸秆还田量配施氮肥显著提高了小麦旗叶光合能力,且随氮供应量增加小麦旗叶Pn增加。随秸秆还田量增加,小麦光合指标和产量呈先升后降的趋势,更高的氮供应可以容纳更多的秸秆还田量。6 000 kg/hm²秸秆量配施氮肥150 kg/hm²和9 000 kg/hm²秸秆量配施氮肥225 kg/hm²是合适的秸秆还田与氮肥耦合量。

在67 500,82 500株/hm²密度水平下,以常规等行距种植方式为对照,比较分析不同缩行宽带种植方式(三行一带、四行一带、五行一带)对夏玉米碳、氮代谢与氮素利用效率的影响。结果表明,缩行宽带种植方式成熟期地上部总氮累积量、氮收获指数均高于对照等行距种植方式,其中三行一带、四行一带、五行一带种植方式地上部总氮累积量分别高于对照16.2%,16.9%,20.0%。籽粒产量较等行距种植方式均有不同程度增加,并达到显著水平。本研究中,成熟期地上部总氮量、叶片氮转运量与籽粒产量呈显著正相关,说明成熟期较高的地上部总氮积累、叶片高氮转运量可促进籽粒产量提高。而成熟期叶片C/N与籽粒产量呈显著负相关,各处理中,三行一带种植方式在低密度和高密度条件下成熟期叶片C/N均最低,而对照等行距种植方式值最高。

光能利用效率(RUE)的提高是增加玉米产量非常重要的因素。夏玉米不同种植模式对产量和RUE均有一定的影响,为了探讨不同种植模式如何通过改善RUE进而提高玉米产量,试验研究了不同行距种植对玉米产量及光能利用率的影响。试验于2012年在中科院栾城试验站进行,选用该区域普遍使用的先玉335和郑单958 2个品种,设20 cm+100 cm,40 cm+40 cm,60 cm+60 cm,40 cm+80 cm 4个行距水平,除了40 cm+40 cm密度为6.2×10⁴株/hm²,其他密度均为7.5×1010⁴株/hm²。结果表明:郑单958的叶面积系数在60 cm+60 cm处理下比其他3个处理高5%～20%,先玉335高5%～17%;整个生育期内两品种60 cm+60 cm行距处理RUE高于其他处理10%～30%;在整个生育期内先玉335 60 cm+60 cm行距处理总干物质量比其他3个种植模式高15%～22%,郑单958高17%～25%;两品种60 cm+60 cm的行距处理玉米收获指数、干物质量的转移率也显著高于其他处理,从而利于提高产量。分析表明,太阳辐射和积温是影响夏玉米产量的主要气象因素,而夏玉米光能利用率明显受到积温的影响。