为防治水稻干尖线虫病提供理论支持,研究了水稻干尖线虫氨基肽酶基因特征,并对其编码蛋白结构与功能进行分析。基于水稻干尖线虫转录组测序,并通过RACE技术,从水稻干尖线虫中克隆得到了一氨基肽酶基因 Ab-Ampep。生物信息学进行基因分析,原位杂交实验进行表达定位分析。该基因CDS序列全长为2 787 bp,含有2个开放阅读框(ORF)。最长开放阅读框(ORF)大小2 661 bp,可编码886个氨基酸,蛋白分子量为101.74 kDa,理论等电点(PI)为5.78。编码蛋白氨基酸序列中具有2个Zn²⁺结合位点和1个PepN保守结构域,有特征信号序列TIS HE LA H FW,属于谷氨酸锌蛋白(GluZincin)超家族。Ab-Ampep氨基酸序列同挑选的其他9种动物的氨基肽酶氨基酸序列进行多重序列分析,发现功能区域的氨基酸序列较为保守,Ab-Ampep与猪蛔虫(Ascaris suum)的氨基肽酶P(ERG83308.1)蛋白相似度最高为50%。系统进化树分析表明,Ab-Ampep与猪蛔虫(A.suum)的氨基肽酶P(ERG83308.1)蛋白在同一分支上,亲缘关系最近。蛋白质结构分析显示,α-螺旋为Ab-Ampep主要结构元件,能够形成金属离子Zn²⁺结合位点。原位杂交实验显示,经反义链探针处理的线虫在其生殖部位有颜色加深的杂交信号,该基因的表达位置主要在水稻干尖线虫的生殖部位。通过对水稻干尖线虫氨基肽酶基因研究,利用分子技术改造氨基肽酶或寻找氨基肽酶抑制剂,抑制氨基肽酶的表达,影响线虫生长发育,为防治水稻干尖线虫病提供新思路。

为了弄清一个水稻种质类病变性状的发生特点并探明其类病变的遗传特征,以一个籼型地方水稻品种抗白油占为研究对象,采取症状观察、遗传分析及基因定位等方法,结果发现:其于孕穗期开始在植株中部叶片上出现褐色斑点,早晚季种植均出现;遗传分析表明,其类病变由隐性单基因控制,暂命名为lm-(t),并通过SSR和InDel标记将该基因定位于水稻11号染色体长臂。目前,11号染色体上尚未见相关基因的报道,该基因可能是一个新的类病变基因。

为研究bZIP转录因子在苔藓植物中的生物学功能,以东亚砂藓转录组测序获得的一个与bZIP转录因子同源性较高的基因片段为基础,采用RT-PCR技术克隆得到该基因的cDNA全长序列,命名为RjbZIP。该基因cDNA全长为1 477 bp,包含1个1 422 bp的开放阅读框,编码473个氨基酸,预测蛋白分子量为5.114 kDa,等电点为 6.97。RjbZIP蛋白属于不稳定蛋白,无跨膜区和信号肽结构,亚细胞定位于细胞核。该蛋白含有典型的bZIP结构域,该结构域包含一个亮氨酸拉链区,一个碱性结构域和一个谷氨酰胺丰富区。实时荧光定量PCR分析显示,在快速脱水、缓慢脱水和脱水后复水处理过程中,东亚砂藓RjbZIP基因均能被诱导表达,且对脱水后复水的反应更为迅速,推测该基因参与东亚砂藓抵抗逆境胁迫的应答,为后续进一步研究其功能特征奠定了基础。

为了利用基因工程手段改变谷子中氨基酸组成和含量,进而改善谷子营养品质,以谷子栽培品种豫谷1号幼嫩、无病斑的叶片基因组DNA为模板,根据已报道的玉米天冬氨酸转氨酶基因序列,设计1对特异性引物扩增克隆谷子天冬氨酸转氨酶基因部分序列。结果表明,PCR扩增获得约750 bp的目标片段,对该片段进行克隆测序得到一条742 bp的片段,经公共数据库同源搜索发现该序列含有天冬氨酸转氨酶超基因家族特有的保守域,证明所克隆片段为天冬氨酸转氨酶基因。对该基因进行系统进化树分析发现,部分单子叶植物和双子叶植物分别聚类,但是谷子与玉米、甘蔗3个C4作物并没有聚为一类。为进一步揭示谷子天冬氨酸转氨酶的功能奠定了基础。

小麦的加工品质与低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)组成息息相关。为了尽快改良黄淮麦区小麦加工品质,应用STS分子标记与SDS-PAGE相结合的方法对小麦低分子量谷蛋白亚基Glu-A3、Glu-B3与Glu-D3位点的等位基因变异类型进行检测。结果表明:黄淮麦区南片356份小麦品种(系)中共检测到15种Glu-3位点等位变异,Glu-A3位点含Glu-A3a、Glu-A3b、Glu-A3c和Glu-A3d共4种等位变异,其分布频率分别为12.1%,13.5%,41.0%,33.4%;Glu-B3位点含Glu-B3a、Glu-B3b、Glu-B3d、Glu-B3f、Glu-B3g、Glu-B3h、Glu-B3i和Glu-B3j共8种等位变异,其分布频率分别为8.71%,8.99%,23.0%,5.90%,7.30%,3.65%,0.28%,42.1%;Glu-D3位点含Glu-D3a、Glu-D3b和Glu-D3c共3种等位变异,其分布频率分别为40.2%,29.8%,30.0%。等位变异组合Glu-A3c/Glu-B3j/Glu-D3a分布频率最高(10.7%)。通过优质亚基的转育,多个优质亚基的聚合,将有助于改良我国小麦的品质。

为了给筛选萼脊兰内参基因和研究TUB基因的生理功能提供研究基础,对萼脊兰TUB基因片段进行克隆与序列分析。采用CTAB法提取萼脊兰盛花期花瓣总RNA,并运用RT-PCR方法克隆萼脊兰TUB基因序列,长度为1 055 bp,编码351个氨基酸残基,氨基酸序列中存在微管蛋白的保守区域GGGTGSG。序列分析结果表明:与其他已登录物种的TUB基因相比,其核苷酸序列的同源性达75% ～96%,与朵丽蝶兰(JN185665.1)同源性高达96%,氨基酸序列的同源性也在96%以上,且与单子叶植物的同源序列表现出较高的相似性。在GenBank注册,登录号为KP686397。

为验证羊草脂氧合酶同源蛋白基因 LcLHP 与盐胁迫的关系,利用RACE(Rapid amplification of cDNA ends)克隆技术从羊草中克隆得到抗盐碱相关基因脂氧合酶同源蛋白基因(LHP,Lipoxygenase homology protein)的cDNA全长序列,其GenBank登录号为KJ472894。 LcLHP 基因开放阅读框为537 bp,编码178个氨基酸。LcLHP中含有PLAT/LH2结构域,该结构域蛋白家族的许多成员受胁迫诱导。同源性分析显示,LcLHP与互花米草PLAT/LH2家族蛋白脂氧合酶、PLAT植物胁迫结构域包含蛋白等同源性较高,蛋白功能预测显示其N 端可能存在信号肽并可能具有酶功能。RT-PCR分析显示,在一定盐碱胁迫条件下,随着处理试剂Na₂CO₃溶液处理时间的延长, LHP 基因在羊草中的表达量呈单峰趋势,在12 h时达到峰值;构建重组表达载体pGEX-LcLHP 并进行IPTG原核诱导表达培养,获得了GST-LcLHP融合蛋白并用GST抗体进行Western Blot试验得到验证。

为了研究拟南芥CPK10发挥功能的分子机理,通过PCR扩增克隆了 CPK10 基因,将该基因连接到带有FLAG和HA标签的双元串联亲和层析载体上,构建成pCM1307-3FLAG-3HA-CPK10 植物表达载体,进而通过PEG介导转化拟南芥野生型原生质体,表达约10 h,通过Western Blotting检测融合有FLAG和HA标签的CPK10蛋白的表达情况,结果显示,可以分别利用FLAG抗体和HA抗体特异检测到CPK10蛋白的条带。融合蛋白的成功表达,为进一步通过串联亲和纯化技术(TAP)筛选CPK10的互作蛋白奠定基础。

为了创新蓖麻的种质资源,以通篦5号为材料,用0,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06 mol/L的EMS溶液处理去壳的蓖麻种子,处理时间分别设定4,8,12 h,研究不同处理浓度和时间组合对蓖麻种子发芽率和根长的影响。结果表明:用0.04 mol/L的EMS溶液处理4 h,蓖麻种子的相对发芽率为49%,为半致死剂量处理组合,平均主根长10.45 mm。随着处理浓度的增加和处理时间的延长,蓖麻种子的相对发芽率和平均根长均表现下降趋势,处理浓度到0.06 mol/L时,蓖麻种子完全不能萌发;对10个突变体ISSR分子标记分析发现,M₂发生了分子水平的变异,引物P91扩增出的多态性位点达13个。

为揭示不易早衰水稻耐养分胁迫机理,应用蛋白质组学分析技术,对养分胁迫下不易早衰水稻隆平001生育后期叶片蛋白质组差异表达进行了研究。叶片蛋白质图谱经软件Imagemaster 2D Elite 5.0分析,有26个蛋白质发生差异表达,其中17个蛋白质功能经质谱分析(ESI-Q MS/MS)得到鉴定。差异表达蛋白质功能分析显示,养分胁迫下,隆平001叶片中光合及养分再利用相关蛋白质表达量增强,从而满足养分胁迫下植株生长发育的需要,是其具有较强抗养分胁迫的内在机理,而参与活性氧清除及逆境保护相关蛋白质表达量增强,可以保护光合机构免受胁迫伤害,从而对养分胁迫有更强的耐性、不易发生早衰。

为掌握中国油菜品种的黑胫病抗性水平,为抗病育种及品种合理布局提供理论依据。在室内采用子叶穿刺接种法,对35个油菜品种开展了黑胫病的抗性评价及抗病基因推导研究。供试品种中没有发现对病原菌 Leptosphaeria maculans 和 Leptosphaeria biglobosa 表现高抗或免疫的品种,只有3个品种可以兼抗 Leptosphaeria maculans 和 Leptosphaeria biglobosa,但均表现低抗。供试的35个品种对12个菌株共产生了17种反应型,其中12个品种的反应型与鉴别寄主的完全相同,18个品种的反应型与鉴别寄主的非常相近,5个品种的反应型不同于任何鉴别寄主。抗病基因推导,已知的12个黑胫病抗性基因 Rlm1 ～9,Lep R1 ～3 多数以基因组合的形式分布在我国的30个品种中,这些主栽品种可能含有已知的或新的抗病基因。说明现有的油菜种质资源中可能蕴藏着对改良黑胫病抗性具有潜在应用价值的基因资源。

为了探讨八眉猪DRA基因的遗传特性及其在抗病育种和猪-人异种器官移植中的应用前景,采用克隆测序的方法对该基因编码区进行多态性分析,并利用生物信息学方法预测该基因编码氨基酸的理化特性和结构功能,同时对该基因进行同源性分析。结果显示,八眉猪DRA基因编码252 个氨基酸,编码区有5个核苷酸和2个氨基酸变异位点。DRA基因编码产物是一种不稳定的不可溶蛋白,二级结构为混合型,无规则卷曲所占比例最高。蛋白质功能预测结果显示,DRA基因免疫应答几率最高(4.405)。同源性分析发现,八眉猪DRA氨基酸与其他猪种的相似度在98%以上,与人的相似度达到83%,在CD4分子结合部位与人类相应的DRA仅存在1个氨基酸差异,具有在异种移植排斥反应中利用的潜力。研究结果为八眉猪的抗病分子育种和猪-人异种器官移植提供理论依据。

DRA 基因属BoLA家族Ⅱ类基因,编码Ⅱ类抗原分子的α链,其第2外显子编码的抗原结合区在抗原呈递中发挥重要作用。以天祝白牦牛、大通牦牛、甘南牦牛和普通牛为研究对象,利用PCR-SSCP的方法对BoLA-DRA基因第2外显子及第2内含子多态性进行了检测。结果表明,DRA基因第2外显子区检测到197位T >C和116位G >A突变,对应A、B和C 3种等位基因,PIC值为0.249 ～0.424,为中度多态。第2内含子区发现1个A >G、1个T >C突变和1个C >T突变,对应a、b、c和d 4种等位基因,PIC值为0.389 ～0.515,为中度及高度多态。聚类分析表明,牦牛DRA基因第2外显子区碱基序列与普通牛以及山羊的同源性最高,系统进化情况与它们亲缘关系远近一致。

为探明Ghrelin及其受体Ghsr-1a在早期胚胎发育中的作用,以小鼠体内受精、体外受精和孤雌激活胚胎为研究对象,在其体外发育过程中添加不同浓度Ghrelin,观察胚胎发育效率;通过免疫荧光染色和荧光定量PCR,观察不同时期胚胎中Ghsr-1a的变化。结果表明,体内受精胚体外发育中添加0.1 ng/mL Ghrelin显著降低了囊胚率(P <0.05),添加1 ng/mL的Ghrelin 显著降低了小鼠体外受精胚的囊胚率 (P <0.05)。在体内受精胎中, Ghsr-1a 的mRNA表达水平在4细胞显著高于其他时期(P <0.05);体外受精胚中, Ghsr-1a 的mRNA水平在8细胞前无明显差异,桑椹胚和囊胚显著下降(P <0.05)。在孤雌激活胚胎中, Ghsr-1a 的mRNA表达水平从2细胞到8细胞显著降低,之后到囊胚期开始显著升高,其蛋白表达模式与mRNA表达模式相反。Ghsr-1a在体内受精和体外受精胚胎中的表达相似,囊胚期表达量最低。结果提示,Ghrelin能够抑制体内和体外受精胚的体外发育,不同来源胚胎 Ghsr-1a mRNA和蛋白表达模式均不相同。 研究结果为进一步探索Ghrelin在胚胎发育中的作用机制提供了试验基础。

为了探究大豆异黄酮通过瘦素减重的作用机制,建立食源性肥胖大鼠模型,后进行低、中、高剂量(50,150,450 mg/kg)大豆异黄酮干预,并每周定期称量记录体重,采用苏丹Ⅲ染色、SABC免疫组织化学法和核酸原位杂交法,观察大豆异黄酮对肥胖大鼠体重、腹部脂肪细胞形态和下丘脑弓状核及垂体α-MSH、POMC mRNA、Ob-Rb mRNA表达的影响。结果显示,标准对照大鼠α-MSH在弓状核、垂体神经部和中间部均大量表达,POMC mRNA在弓状核和垂体仅少量表达,Ob-Rb mRNA仅在弓状核表达,同时肥胖大鼠3种因子表达均显著降低;大豆异黄酮干预后肥胖大鼠体重降低,腹部脂肪细胞面积缩小且形态分布明显改善,同时α-MSH、POMC mRNA、Ob-Rb mRNA表达增多。表明大豆异黄酮可能通过减少脂储、增加Ob-Rb表达从而促进具有抑食作用的POMC及其裂解物α-MSH产生,从而改善大鼠瘦素抵抗状态,发挥减重作用。

为了鉴定类猪圆环病毒P1 VP1蛋白能否在体外自组装成病毒样颗粒(VLPs),首先PCR扩增P1 ORF1 基因,利用pFastBac^TM1载体构建重组质粒,通过脂质体转染在Sf9细胞中表达P1 ORF1 基因。然后通过RT-PCR技术及Western Blot分别从转录和蛋白质水平上鉴定该基因的表达,应用透射电镜观察该蛋白质是否形成了VLPs。结果显示,转染Sf9细胞后,第5天开始出现细胞病变;从接毒细胞中提取总RNA,经Recombinant DNaseⅠ处理除去基因组DNA后,RT-PCR能够扩增出362 bp的目的片段;收获接毒后72 h的细胞,Western Blot分析显示,P1 ORF1 重组病毒样品能够与抗P1 VP1单抗发生特异性反应;电镜观察发现,该蛋白在Sf9细胞中形成了近椭圆形的包涵体。利用杆状病毒表达载体系统成功地在Sf9细胞中表达了类猪圆环病毒P1的 ORF1 基因,并证实在本试验条件下P1 VP1蛋白不能自组装成VLPs,为进一步研究P1 VP1蛋白的免疫学特性奠定基础。

为揭示高表达转玉米C₄-PEPC 基因水稻在低氮条件下的光合表现,采用高表达转玉米C₄-PEPC 基因水稻(PC) 与原种Kitaake(WT)为试验材料,通过盆栽试验,分别测定不同的氮素条件下(中氮300 kg/hm²,低氮65 kg/hm²), 开花后不同天数的SPAD值,光合参数以及碳氮关键酶活性。并在开花后50 d收获植株,记录产量因子。结果表明:低氮处理下的PC相对于WT来说,在开花后14,28 d,其净光合速率分别提高了13.10%(P <0.05)和29.29%(P <0.05)。同时,Rubisco羧化酶在开花后14,28 d时活性分别提高了67.86%和52.63%(P <0.05);硝酸还原酶在14,28 d时的活性分别提高79.49%(P <0.05)和17.96%;谷氨酰胺合成酶仅在开花后28 d时活性提高28.48%(P <0.05)。 但是通过对产量进行分析,在低氮条件下,并未发现PC的产量与WT有明显差异。可见,PC通过诱导碳氮的关键酶活性的提高维持低氮条件下高净光合速率。

为了更好地开发和利用糯玉米色素,以西星黄糯6号、西星赤糯1号、紫糯208、西星黑糯1号为材料,测定籽粒发育过程中类胡萝卜素和花色苷含量的变化及成熟期营养物质的含量,分析籽粒色素含量与营养特性之间的关系。结果表明,随着籽粒发育,糯玉米类胡萝卜素与花色苷含量呈单峰曲线变化。品种间比较,成熟期时花色苷和色素含量表现为西星黑糯1号 >紫糯208 >西星赤糯1号 >西星黄糯6号,类胡萝卜素含量则表现为西星黄糯6号 >西星赤糯1号 >紫糯208 >西星黑糯1号。相关分析表明,花色苷和色素含量与粗淀粉、粗脂肪、葡萄糖和蔗糖含量呈正相关,与粗蛋白和可溶性蛋白含量呈负相关;类胡萝卜素与各营养物质之间的关系恰好相反。可见,糯玉米籽粒颜色越深,色素和花色苷含量越高,类胡萝卜素含量越低,糯玉米籽粒色素与其营养特性之间存在非常密切的关系。

为了研究硝酸盐胁迫对玉米幼苗生长相关酶活性的影响,在前人研究工作的基础上以郑58、郑单958和昌7-2为研究材料,采用溶液培养方法,在不同浓度硝酸盐胁迫下,对3个品种的幼苗进行硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、超氧化物歧化酶活性的测定。揭示了玉米幼苗在适宜、高、低浓度硝酸盐供应条件下3种酶活性的变化。结果显示:硝酸盐浓度2.00 mmol/L时,根系和叶片的超氧化物歧化酶活性较低,说明该浓度范围可以作为玉米幼苗适宜培养浓度。低(0.02,0.20 mmol/L)、高(10.00,20.00 mmol/L)浓度硝酸盐条件下,SOD活性明显上升,杂交系郑单958体内SOD活性明显高于亲本郑58和昌7-2品种 (P< 0.05),说明郑单958品种在胁迫条件下有较高的自我保护作用。低硝酸盐浓度(0.02,0.20 mmol/L)时,随着硝酸盐供应浓度的增加硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性增强;高硝酸盐浓度(10.00,20.00 mmol/L)时,硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性下降。叶片NR活性下降程度小于根系,说明硝酸盐供应变化对根系影响较大。父本昌7-2对硝酸盐的还原作用明显弱于母本郑58和子代郑单958,尤其在胁迫条件下存在显著差异(P值均 <0.05)。谷氨酰胺合成酶的变化趋势与硝酸还原酶活力基本相似。

为了探讨多胺提高玉米抗涝性的机制,以2个抗涝性不同的玉米品种(郑单958,抗涝性较弱;浚单22,抗涝性较强)为材料,设置正常处理、涝胁迫处理、涝胁迫+亚精胺(1 mmol/L)3个处理,分别在处理0,2,4,6 d取幼苗根测定相对电解质渗漏率、无氧呼吸酶活性(乳酸脱氢酶(LDH)、丙酮酸脱羧酶(PDC)和乙醇脱氢酶(ADH))、代谢产物(乙醇和乳酸)和亚精胺(Spd)含量,并测定幼苗相对干物质增长速率,研究了亚精胺对涝胁迫下玉米幼苗根系呼吸代谢的调控效应。结果表明:在正常生长情况下,2个玉米品种幼苗根系中无氧呼吸酶活性、代谢产物和亚精胺含量均无明显变化,且在2个品种间无明显差异;涝胁迫处理后,2个玉米品种幼苗根系中无氧呼吸酶活性以及乙醇、乳酸、亚精胺含量增加,且抗性较弱的郑单958的LDH活性和乳酸含量增加幅度大于抗性较强的浚单22,而抗性较强的浚单22的ADH活性和乙醇、亚精胺含量增加幅度大于抗性较弱的郑单958;涝胁迫+亚精胺处理后,2个玉米品种幼苗根系中PDC、ADH活性以及乙醇、Spd 含量升高,LDH活性和乳酸含量下降,且抗性比较弱的郑单958的变化幅度大于抗性比较强的浚单22。结果显示,亚精胺与涝胁迫下玉米幼苗根系的呼吸代谢之间存在密切关系,亚精胺一方面可以通过提高玉米幼苗根系中无氧呼吸代谢酶PDC和ADH活性以及增加乙醇和Spd含量减少有害物质乙醛对细胞的伤害;另一方面可以通过降低LDH活性抑制乳酸的过量产生,避免细胞质的过度酸化,降低细胞膜的伤害,从而缓解涝胁迫对玉米幼苗造成的伤害,促进干物质的积累和玉米幼苗的生长。

探讨不同种植密度条件下化控措施对玉米叶片衰老及产量的影响,为东北春玉米化控栽培增产提供理论和试验依据。选用东农253为玉米试验品种,设置5万,6万,7万,8万株/hm²这4个密度,在拔节期叶面喷施玉黄金(主要成分为胺鲜酯和乙烯利)。结果表明,7万株/hm²的种植密度条件下,玉黄金处理后的产量最高,达到13 290.95 kg/hm²。合理密植是获得高产的保障,化控剂的增产作用以密度增加为前提;随密度增加,清水处理株高逐渐增加,单株干质量降低,而玉黄金的使用降低了株高,增加了干质量,为获得高产创建了条件。随密度的增加,清水处理叶片SPAD值降幅增加,叶片的衰老程度增加,玉黄金处理后能增加叶片持绿性,延缓衰老。在叶片衰老过程中,清水处理随密度增加抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性降低,MDA含量增加,可溶性蛋白含量降低,玉黄金处理较清水处理抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性增强,MDA含量降低,可溶性蛋白含量增加。7万株/hm²密度处理下的相关分析和通径分析结果表明,各因子对叶片衰老的作用大小为:清水处理中MDA >可溶性蛋白 >CAT >SOD >POD,玉黄金处理中MDA >可溶性蛋白 >SOD >POD >CAT。在密植条件下,植物生长调节剂玉黄金的施用对增强玉米生育后期叶片抗衰老能力和提高玉米产量具有重要的应用价值。

干旱是人类面临的日益频繁的气候问题,揭示干旱对紫花苜蓿光合作用的影响有助于阐明紫花苜蓿的营养品质对干旱的响应规律。以2种不同抗旱性紫花苜蓿品种金皇后(抗旱)及三得利(不抗旱)为试验材料,设正常供水(CK)、轻度干旱(LS)、中度干旱(MS)和重度干旱(SS)4个处理,研究了初花期干旱胁迫对2种紫花苜蓿主要光合特征的影响。结果表明:干旱胁迫下两品种的Pn、Gs、Ci及Tr均呈下降趋势,Ls呈上升趋势,WUE呈先上升后下降趋势,Chla、Chl(a+b)及Chla/b含量均呈先升高后降低的趋势,且金皇后在轻度干旱胁迫下Pn下降不显著。干旱胁迫下叶绿素初始荧光(Fo)明显升高,而φPSⅡ、ETR和Fv/Fm出现不同程度的降低,Fv/Fo先增高后降低,在重度干旱胁迫下变化幅度较大。轻度干旱胁迫下紫花苜蓿会产生一定的应激反应来维持较高的光合速率,复水后地上生物量有所增加,说明适度干旱可以使紫花苜蓿产生超补 偿效应促进生长。在不同干旱处理下金皇后表现出更强的抗旱性。

针对高产夏玉米进一步提高产量存在的“群体数量”和“个体质量”的现实矛盾,于2013-2014年度采用大田试验,以常规种植为对照,研究了不同冗余器官去除对夏玉米产量和光合特性的影响,旨在探索在“群体数量”的基础上进一步提高“个体质量”的方法。结果表明,去除雄穗和下部叶片提高了玉米穗位叶净光合速率和最大籽粒灌浆速率,促进了营养器官干物质向籽粒的转移,千粒质量显著提高。去除雄穗可改善冠层光照条件,去除下部叶片可以延长植株活跃灌浆时间和降低田间耗水量,在缺水年份还可以减缓水分胁迫的负面作用。去除雄穗、去除下部叶片和去雄去叶等3个去冗余处理丰水年可使产量分别提高12.3%,2.6%,3.0%;缺水年去叶、去雄去叶的产量分别提高6.1%和8.8%,去除雄穗则不能增产。去除冗余叶片较常规对照耗水量减少34.5 ~42.5 mm,水分利用效率提高14.3% ~17.2%。 在玉米生产中,去除雄穗或下部叶片可以作为高产条件下进一步提高夏玉米产量的一种方法。

为了探索谷子萌芽期抗旱性相关指标,筛选抗旱谷子品种,采用PEG渗透剂模拟干旱胁迫,测定萌发抗旱指数、活力抗旱指数、相对发芽势、相对发芽率、相对胚芽长和相对胚根长6个指标,对20个谷子品种进行抗旱性鉴定。结果表明:活力抗旱指数、相对发芽率、相对发芽势、相对胚芽长和相对胚根长与萌发抗旱指数呈极显著正相关(相关系数分别为0.867^{* *},0.995^{* *},0.997^{* *},0.762^{* *},0.680^{* *}),可以作为谷子萌芽期抗旱性鉴定的指标。其中,相对发芽势和相对发芽率可以作为萌芽期抗旱性鉴定的一级指标;活力抗旱指数可以作为萌芽期抗旱性鉴定的二级指标;相对胚芽长和相对胚根长可以作为萌芽期抗旱性鉴定的三级指标。抗旱性评价结果表明,在20个谷子品种中,长农40、 晋中208、长生08-2、汾选446、复12、保200302、郑12、长生08-1这8个品种的萌发抗旱指数分别为0.917 3,0.920 5,0.865 1,0.869 9,0.836 6,0.831 3,0.843 0,0.979 5,抗旱性较好。

为了筛选抗穗发芽品系,利用 Vp-1 基因的STS标记 Vp1B3 检测了来自河南省新乡市的新麦系列小麦新品系112个,并于收获期进行了室内整穗发芽试验,结果表明,112个小麦品系中 Vp-1Ba (感穗发芽)、 Vp-1Bb (抗穗发芽)和 Vp-1Bc (抗穗发芽)基因型的频率分别为60.71%,0.89%和38.39%,以 Vp-1Ba 基因型为主。 Vp-1Ba 基因型品系穗发芽率(24.42%)极显著高于 Vp-1Bc 基因型品系(16.55%)。同一亲本组合选育出的品系的穗发芽率有很大差异,但 Vp-1 基因类型基本一致。同一 Vp-1 类型品系间的穗发芽率有很大差异,故在使用 Vp1B3 标记时需要与整穗发芽法结合使用。

为了探明铝胁迫对西瓜光合特性的影响。以西瓜品种早蜜王(ZM)、早春红玉(HY)为材料,研究不同浓度铝(0,250,500,1 000,1 500 μmol/L)处理下西瓜幼苗生长指标、叶绿素含量、光合特性及叶绿素荧光参数的变化。随铝浓度升高,铝处理对两西瓜品种幼苗根长及生物量的影响基本都表现为“先促后抑”,且对ZM的抑制作用较HY更明显。对光合作用的影响主要有以下3个方面:铝处理下HY叶绿素含量均高于对照,ZM叶绿素含量仅在低浓度(250 μmol/L)铝处理下高于对照;HY叶绿素a/b随铝浓度升高呈下降趋势;Al³⁺≤500 μmol/L的铝处理下,ZM气孔导度、胞间CO₂浓度、净光合速率、蒸腾速率受影响程度较HY明显,在Al³⁺≥1 000 μmol/L处理下,HY、ZM的4个参数均呈降低趋势。在大于250 μmol/L的铝处理下,两西瓜品种在铝胁迫下荧光参数变化表现为:初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、潜在光化学活性(Fv/Fo)、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际量子产量Y(Ⅱ)下降,非光化学猝灭(NPQ)上升,光化学猝灭(qP)与PSⅡ 电子传递速率(ETR)降低。HY较ZM耐铝在荧光参数变化上表现为:低浓度胁迫(250 μmol/L)下,Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm更加稳定;电子传递速率受铝处理影响较小,非光化学猝灭(NPQ)在不同浓度铝处理下较为恒定,即能够维持恒定的光保护能力。

为了探讨非石灰性潮土长期施肥对小麦-玉米氮素利用及产量品质的影响,基于连续进行36年的长期定位施肥试验,利用¹⁵N示踪法研究了长期施有机肥及其配施氮肥对小麦-玉米氮素吸收利用及产量品质的影响。结果表明:长期施用低量有机肥(M₁)氮素利用率最高为53.15%,其次为低有机肥配施低氮(M₁N₁)处理51.52%,分别比对照(CK)增加了24.33%,20.51%;长期施用高量有机肥配施高量氮肥(M₂N₂)处理,氮素残留率最高为40.07%,其次为高量有机肥配施低量氮肥(M₂N₁)为37.07%,分别比CK增加了42.5%,31.83%;单施低量有机肥(M₁)处理的氮素损失率最低为10.84%,比CK减少了69.56%;施用高量有机肥配施高量氮肥(M₂N₂)小麦-玉米蛋白质含量最高,分别为15.76%,10.88%,比CK增加了14.29%,10.52%;施用高量有机肥配施高量氮肥(M₂N₂)小麦-玉米产量最高,分别比CK增加了500%,428.44%。

为提高冬小麦籽粒营养品质,利用莱阳长期定位施肥试验第26,36年产出的冬小麦籽粒,研究了长期单施有机肥及其配施化学氮肥对冬小麦籽粒蛋白质、淀粉、粗脂肪等主要品质指标的影响。结果表明,随施氮量的增加,蛋白质和氨基酸含量上升,而淀粉和粗脂肪含量下降。与不施肥(CK)或单施有机肥(M₁、M₂)相比,有机无机配施(M₁N₁、M₁N₂、M₂N₁、M₂N₂)蛋白质和氨基酸含量分别提高15.2% ~43.9%,10.4% ~56.7%;谷氨酸在氨基酸组分中含量最高,脯氨酸受氮肥施用影响程度最大。在同一有机肥投入水平下,低量化学氮肥投入处理的淀粉、粗脂肪含量高于高量化学氮肥投入处理;在等氮量投入下,有机肥供氮比例越大越有利于提高冬小麦淀粉、粗脂肪含量。研究表明,以提高蛋白质含量为生产目的时,应多施氮并提高化肥氮所占比例,而以淀粉和粗脂肪为目的时,应提高有机肥所占比例。

为探讨直播旱种和秸秆还田方式对水稻产量和品质的影响,以扬稻6(籼稻)和扬粳4038(粳稻)为材料进行直播,设置麦秸秆掩埋水种、麦秸秆覆盖旱种、麦秸秆掩埋旱种和常规水种(秸秆不还田,对照)4种处理。结果表明:同常规水种相比,掩埋水种产量增加,增加幅度为10.2% ~11.5%,同对照差异显著;掩埋旱种和覆盖旱种产量都有不同程度的降低,降低幅度为3.0% ~6.6%,与对照差异不显著。掩埋水种、掩埋旱种和覆盖旱种均改善了稻米的加工品质、外观品质和蒸煮食味品质及RVA最高黏度和崩解值。秸秆还田后籽粒灌浆中后期剑叶光合速率、根系氧化力和籽粒中蔗糖合酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性的提高可能是掩埋旱种、掩埋水种和覆盖旱种获得较高产量和品质改善的重要原因。

为明确淮北地区玉米生产的适宜秸秆覆盖量,研究了不同秸秆覆盖量M0(0 kg/hm²)、M1(3 000 kg/hm²)、M2(6 000 kg/hm²)、M3(9 000 kg/hm²)、M4(12 000 kg/hm²)、M5(15 000 kg/hm²)和M6(18 000 kg/hm²)对玉米生长、光合和产量的影响。结果表明,玉米节间长和株高随秸秆覆盖量的增加呈先增加后下降的趋势,并以M4最高。适宜的秸秆覆盖量可显著增加玉米叶绿素密度和单株绿叶面积,但当秸秆覆盖水平增加到一定程度,不同秸秆覆盖量效果间的差异不再明显。玉米群体干物重受秸秆覆盖的影响明显,并以M4处理最高,分别比M0和M6在大喇叭口期、吐丝期、灌浆中期和成熟期增加了24.6%,17.2%,13.7%,8.6%和2.0%,2.3%,1.9%,0.8%。玉米各叶绿素荧光参数受秸秆覆盖的影响明显,M4处理的叶绿素荧光参数Fm、Fv/Fm、Φ_psⅡ和ETR显著高于M0,而Fo却显著低于M0。玉米产量随秸秆覆盖量的增加呈先增加后下降的趋势,并以M4最高,M0最低,分别为10 186.8,9 365.1 kg/hm²。相关分析表明,叶绿素密度、单株绿叶面积、群体干物重、实际光化学效率与产量皆呈显著直线正相关关系。研究得出,淮北地区玉米适宜的秸秆覆盖量为12 000 kg/hm²,秸秆覆盖量过高和过低皆不利于增产。

当前在作物生产中氮磷资源的不合理利用严重威胁环境,为了探讨华北山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系合理的氮磷配合措施,在几年水氮(水磷)定位试验基础上对氮磷吸收与利用状况进行了分析。试验为小麦-玉米周年轮作种植,设水氮和水磷试验,水分为主区,施氮(磷)量为副区,裂区试验设计。水分设置限水和适水2个处理,周年设置6个施氮水平,小麦+玉米氮肥用量分别为0+0,60+60,120+120,180+180,240+240,300+300 kg/hm²;3个施磷水平,小麦季磷肥用量分别为75,150,225 kg/hm²,玉米季不施磷。结果表明,施氮(磷)可提高作物地上部分吸氮(磷)量,小麦和玉米全年施氮量240 kg/hm²即可达到较高的地上部总吸氮量,限水和适水下施氮量分别为218.7,243.5 kg/hm²才能保证氮素盈余量为零。小麦和玉米全年施磷量75～150 kg/hm²可达到较高的地上部总吸磷量,但限水和适水下施磷量分别为49.4,69.9 kg/hm²才能保证磷素盈余量为零。冬小麦对氮和磷的生产效率低于夏玉米,限水和适水下百千克籽粒吸氮量小麦分别为2.4,2.3 kg,平均为夏玉米的1.42倍;百千克籽粒吸磷量小麦均为0.61 kg,平均为夏玉米的1.23倍。当限水和适水下土壤全氮含量分别达0.102%和0.097%、全磷含量分别达0.213%和0.209%时土壤即可保持养分盈余量为零。土壤水分含量较高使植株对氮磷的吸收量也较高,但百千克籽粒吸氮(磷)量却表现出相反的趋势。在华北山前平原区小麦玉米轮作体系周年施氮量218.7～243.5 kg/hm²、施磷量49.4～69.9 kg/hm²可实现氮磷盈余量为零。

在不同的施肥模式下,探讨有机无机配合施用对设施黄瓜产量、氮素吸收、硝态氮在土壤中的累积和淋溶的影响,明确在设施条件下黄瓜种植过程中有机肥和氮肥的最佳配施量。通过田间小区试验,结合原位土渗漏装置,进行植株、土壤和渗漏水的采集和测定进行研究。结果表明,采用有机无机肥料配合施用,黄瓜产量平均增加12.1%,增收7.1%,其中施用低量氮肥处理(OM+N₁PK)的增产和增收效果更佳;采用有机无机配合施肥处理可显著增加果实中氮的累积量,单纯增加氮肥的施用只会增加植株中氮的累积量,果实中未见增加;有机无机肥料配合施用能显著降低灌溉水和硝态氮的渗漏量,在氮肥用量相同的条件下,分别可降低14.2%和26.6%;施氮量较高的处理(OM+N₂PK),硝态氮在各土层出现了明显的累积。因此,有机无机肥料配合施用应适当减少化学氮肥的用量,在本试验条件下采用OM+N₁PK施肥模式为最佳。

为研究菇渣、草炭和蛭石混合基质化处理产物对番茄苗期发育特性的影响,将菇渣经基质化处理后,与草炭、蛭石原料复配进行番茄基质育苗试验,菇渣基质化处理产物的添加比例分别为0,33%,50%,67%,于播种后25,45,65 d对番茄幼苗成活率及发育指标进行检测。统计分析表明,复配基质处理T1、T2和T5番茄幼苗的成活率均为100%,高于CK 3.3%,处理T3和T4 的番茄幼苗成活率分别低于CK 23.4%和33.4%。对45 d番茄幼苗株高、茎粗和根系的发育指标进行比较,T3和T4各项指标均显著低于CK,也显著低于T1、T2和T5。但随着番茄幼苗发育至65 d,T3、T4根长指标显著高于CK,株高和茎粗指标与CK基本无显著差异,T1、T2和T5茎粗和根长指标与CK相比无显著差异,株高指标高于CK。研究表明,T1处理(菇渣: 草炭: 蛭石=1 : 1 : 1)培育幼苗的各项发育指标优于其他处理的幼苗,随着复配基质中菇渣基质化处理产物的添加比例增高,对番茄幼苗发育初期根系的发育可能产生一定的抑制作用,从而影响幼苗地上部生物量的积累。在番茄幼苗发育后期,增加菇渣基质化处理产物的添加比例可以显著促进番茄幼苗根系的发育,提高幼苗地上部生物量的累积。

为了探明滴灌量对冬小麦水分利用效率和籽粒品质影响,在大田条件下,以青麦7号为材料,设置了7个不同灌溉量处理,即全生育期无灌水(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),研究了不同滴灌量对冬小麦的水分利用效率和品质的影响。结果表明:与CK1相比,滴灌处理W3和W4显著改善了冬小麦品质,提高了小麦容重、出粉率、面筋值和沉降值等,处理W3和W4的稳定时间、峰值黏度和低谷黏度、糊化温度、拉伸面积也高于其他处理,提高了小麦的筋力和烘焙品质;同时,随着滴灌量的增加,滴灌处理的产量和水分利用效率先升高后降低,W3和W4表现出最大值。在本试验条件下,综合冬小麦水分利用效率及品质表现,以灌拔节水、开花水和灌浆水的W3处理(90 mm)为最优滴灌量。

为了明确鲜食型甘薯干物质及养分积累分配规律与施氮之间的关系,以鲜食型甘薯(YS25和LS9)为试材,通过盆栽试验研究了不同施氮量对鲜食型甘薯干物质及氮、磷、钾养分积累与分配特性的影响。结果表明,在同一生育期内随着施氮水平的提高,两鲜食型甘薯品种藤蔓干物质及N、P₂O₅、K₂O的积累量均随之增加,而薯块干物质及N、P₂O₅、K₂O的积累量却表现出先增加后降低的趋势,且过量施氮会降低其在薯块的分配率。随施氮量的增加,两鲜食型品种甘薯形成100 kg薯干需吸收的养分量也逐渐增加,且K₂O> N> P₂O₅。总体来说,LS9的N、P₂O₅、K₂O生产效率及干物质生产效率较高,YS25的养分生产效率及干物质生产效率较低,说明LS9为养分生理利用高效率品种,YS25为养分生理利用低效率品种。两鲜食型甘薯品种的养分生产效率和干物质生产效率对施氮的反应基本一致,即施氮显著降低其养分生产效率和干物质生产效率。

为研究富集植物秸秆对超富集植物的化感作用,通过盆栽试验,研究了镉污染条件下,土施4种镉富集植物(小飞蓬、碎米荠、旱莲草和豆瓣菜)秸秆对牛膝菊生长及镉积累的影响。结果表明:与未施用相比,施用小飞蓬和碎米荠秸秆提高了牛膝菊根系、茎秆、叶片、地上部分及整株生物量,也提高了牛膝菊株高和抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性,但施用旱莲草和豆瓣菜秸秆则降低了牛膝菊的生物量、株高和抗氧化酶活性。施用小飞蓬、碎米荠、旱莲草和豆瓣菜秸秆均提高了牛膝菊地上部分镉含量,分别比未施用提高了12.01%,9.55%,22.03%,5.39%,但只有施用小飞蓬和碎米荠秸秆的牛膝菊地上部分镉积累量高于未施用 (分别比未施用提高了35.78%和11.77%)。施用小飞蓬和碎米荠秸秆提高了土壤过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性和土壤蔗糖酶活性,而施用旱莲草和豆瓣菜秸秆则降低了土壤酶活性。因此,土施小飞蓬和碎米荠秸秆均能提高牛膝菊对镉污染土壤的修复能力,以小飞蓬秸秆的效果最佳。

为了给防治番茄连作障碍提供科学依据,通过室内培养法,研究了石灰氮、炭化玉米芯和稻壳的加入对含有自毒物质土壤的土壤酶活性和微生物数量的影响。结果表明:番茄叶片腐解过程中含有邻苯二甲酸、鞣酸、香草酸等酚酸化合物,番茄叶片在腐解过程中自毒物质含量呈现由低到高,再逐渐降低的规律,25 d自毒物质含量达到高峰。试验发现,自毒物质对多酚氧化酶活性有一定的促进作用,对脲酶、酸性磷酸酶以及蛋白酶活性均有不同程度的抑制作用,同时自毒物质能够抑制细菌的数量增加,提高真菌的数量。添加石灰氮不能缓解自毒物质对4种土壤酶的影响,但石灰氮可以降低土壤中细菌和真菌的数量,并能提高土壤B/F值。添加2.5%炭化玉米芯和稻壳后缓解了番茄叶片腐解物对土壤酶活性、土壤中细菌、真菌的数量及B/F值的影响,大大降低了自毒物质的毒害作用。相比而言,炭化玉米芯的缓解效果更为明显。

为提高绿色木霉Tr9701的发酵速率,实现其有效开发,对绿色木霉Tr9701液体培养过程中不同胞外酶活性和还原糖含量的动态变化进行了研究。结果表明,在25 ℃、110 r/min恒温振荡培养条件下,绿色木霉菌丝体生物量在第6~10天达到峰值;发酵液pH值在第6~10天发生转折逐渐上升,后基本保持平稳;胞外蛋白、胞外还原糖分别在第6,12天达到峰值,胞外愈创木酚氧化酶及多酚氧化酶活性以5 ~6 d为一个周期呈现曲线式的增强;其胞外淀粉酶、胞外羧甲基纤维素酶等酶的活性在培养前期有明显升高,且其液体发酵产羧甲基纤维素酶活性明显高于淀粉酶和蔗糖转化酶。为实现绿色木霉Tr9701规模发酵技术,应在其液体发酵过程中,依据菌丝体生物量、胞外酶和还原糖等动态变化确定其相应的发酵周期。

为明确炭基肥在马铃薯生产上的应用效果,以克新1号品种为材料,采用随机区组设计,研究了大田条件下0(CK),300(M₁),600(M₂),900(M₃),1 200(M₄) kg/hm²炭基肥及等量N、P、K化肥(H₁、H₂、H₃、H₄)对马铃薯田0 ～40 cm土层土壤容重、孔隙度和养分的影响。结果表明,随着土壤深度的增加,土壤容重逐渐增大,土壤孔隙度逐渐降低,养分含量降低;各施肥处理均有利于改善土壤结构和养分含量,与CK相比,随着施肥量的增加各层土壤容重降低,总孔隙度、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量增加。等量氮磷钾条件下,施炭基肥的土壤容重的降低幅度和孔隙度增加幅度明显高于化肥处理;施炭基肥处理的养分含量随生育期的推进呈低—高—低的变化,而施化肥处理却逐渐降低,苗期施化肥处理的土壤养分含量高于施炭基肥的处理,块茎增长期和成熟收获期则是施炭基肥处理的土壤养分含量均高于施化肥的处理。在该试验条件下,炭基肥施用量为1 200 kg/hm²时马铃薯田土壤理化性质最优,可作为阴山北麓地区马铃薯种植的推荐施肥量。