为了研究 HKT1 在普通小麦及其野生近缘种中的自然多样性,揭示 HKT1 结构与功能的关系,采用克隆测序的方法对38份普通小麦和13份小麦野生近缘种 HKT1 基因组序列进行了分析。在38份普通小麦材料中共发现5种 HKT1 序列,分别命名为 HKT1-1～HKT1-5,其中29份材料仅含有1种类型 HKT1。 而在13份小麦野生近缘种中发现19种 HKT1,其中根据 HKT1 基因组序列预测13种有完整读码框。普通六倍体小麦的核苷酸多样性仅相当于其野生近缘种的23.8%。这些结果表明, HKT1 在小麦基因组中属于多拷贝基因, HKT1 在栽培驯化过程中受到了选择,属于驯化基因。利用中国春小麦缺四体和W7984×Opata85作图群体,将 HKT1 基因定位于7B染色体长臂。

CH5026是携带中间偃麦草抗病基因的渗入系。为了更好地利用CH5026,拓宽小麦抗性育种资源,对其抗条锈性来源和遗传模式进行了分析,对抗性基因进行了染色体定位并构建了遗传连锁图谱。在苗期和成株期对CH5026及其亲本分别接种条锈菌流行小种CYR31、CYR32和CYR33。结果表明,CH5026在苗期和成株期对这3个条锈菌小种均表现出免疫或近免疫,且与其抗性供体TAI7045及其野生亲本中间偃麦草抗病侵染型相似。对其与感病品种(系)的杂交后代F₁、F₂、F_2:3和BC₁群体接种CYR32进行成株期抗性遗传机制分析,证实CH5026对CYR32的抗性由1对显性核基因控制。基因组原位杂交未检测到外源DNA杂交信号。用569对SSR引物对CH5026/台长29的192个F₂群体进行分析,发现3个与抗性基因连锁的SSR标记: Xgwm210、Xwmc382 和 Xgpw7101,抗性基因位点与两翼邻近连锁标记 Xwmc382 和 Xgpw7101 的遗传距离分别为6.0,4.7 cM。利用中国春缺四体、双端体材料将该基因及其连锁标记定位在染色体2AS上。通过基因来源及连锁分子标记多态性比较,这个抗条锈病基因与已知定位于染色体2AS上的抗性基因不同,很可能是一个新的抗条锈病新基因,暂将其命名为 YrCH5026。

高油酸油菜和低油酸油菜对菌核病的抗性存在显著差异,为了弄清其分子机理,以一组高油酸油菜近等基因系自交授粉后20~35 d的种子为材料,分别进行转录组和同位素相对标记与绝对定量技术分析。分析了与抗病相关的氧化磷酸化、植物激素信号转导通路和植物病原体互作3个分类,将注释的基因和蛋白进行关联,并对其中可能与抗病相关的基因进行定量PCR验证。结合前人研究发现,基因表达或蛋白表达发生显著变化的基因gi|260505503(多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白)、gi|226346102(HSR203J类蛋白)、gi|470103214(钙调蛋白类)与抗病相关;而gi|297843222(结合蛋白)、gi|18397961(2-铁,2-硫-铁氧化还原类蛋白)、gi|196052306(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶亚基)、gi|18423437(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶(辅酶)1α-复形5)和gi|297794581(激酶家族蛋白)等基因差异显著。

通过对不同异黄酮含量品种大豆的转录组测序分析,发现 GmNAC011 基因在不同品种间的表达量存在显著差异。为了研究该基因的功能,根据大豆基因组序列设计引物,从大豆根系中克隆到 GmNAC011 基因完整的开放性阅读框(ORF)(Opening reading frame)序列,通过生物信息学对该序列进行分析,结果显示:该基因编码268个氨基酸,蛋白质分子量为31 kDa,理论等电点为8.3。进化树分析发现该蛋白与GmNAC2亲缘关系较近,属于NAC转录因子ATAF1亚家族。通过RT-PCR的方法分析了 GmNAC011 基因与异黄酮合酶基因 GmIFS2 在不同组织中的表达模式,结果显示 GmNAC011 与 GmIFS2 呈现相似的表达趋势,均为在花中表达量相对较低,而在根、茎、叶和荚中的表达量较高;通过酵母单杂交实验发现 GmNAC011 可以与 GmIFS2 基因启动子中的“CGTG”基序结合,这些结果说明了 GmNAC011 基因参与调控 GmIFS2 基因的表达,进而可以调控异黄酮的合成。

为了明确2个小麦抗赤霉病侵入的主效QTL Fhb4 和 Fhb5 的抗性遗传和互作模式,采用土表法并结合扬花期喷洒孢子液接种,以病小穗率(PDS)为鉴定指标,对携带 Fhb4 和 Fhb5 的不同遗传背景的BC₃F₁、BC₃F₂以及抗感对照进行了抗赤霉病侵入的表型鉴定和评价。结果表明, Fhb4 和 Fhb5 在温麦6号和周麦22这2个不同的遗传背景中,PDS表现出杂合基因型和供体亲本望水白基因型的差异不显著,而与轮回亲本基因型之间的差异达到显著水平,抗感分离比经卡方检验符合9:3:3:1的分离比例,其抗性遗传遵循2个独立的遗传因子控制的显性遗传模式;同时, Fhb4 和 Fhb5 抗侵入性效应相当,它们之间存在加性效应,二者累加后的病小穗率显著低于单个 Fhb4 或 Fhb5。因此,在育种实践中对这2个抗赤霉病显性基因的聚合利用将有助于提高育种材料的基础抗性。

利用生物信息学软件对Henan-09-03株乙型脑炎病毒(JEV)病毒E蛋白(囊膜蛋白)进行生物信息学分析、预测,为研究JEV的E蛋白基因工程疫苗提供依据。结果表明:E蛋白的分子质量为53 kDa,等电点是7.75,消光系数是66 515,不稳定系数为27.05,疏水平均值为-0.007,无信号肽,有2个跨膜区、27个蛋白修饰位点、5个二硫键、15个蛋白质结合位点,二级结构为α-β混合型、三级结构以同源四聚体形式存在。

为将改造合成的抗虫基因(Cry1Ac-w)导入玉米基因组,以玉米杂交组合PA×PB的胚性愈伤组织为外植体,用双丙氨磷作为抗性愈伤组织的筛选剂,通过农杆菌介导法获得了82个再生植株。经标记基因(bar)和目的基因(Cry1Ac-w)的PCR检测,其中19株为阳性,即为推断的转 Cry1Ac-w 基因抗虫玉米。 对其中2株(w₁和w₂)进行目的基因单酶切的Southern杂交分析,发现w₁和w₂分别为单位点和双位点插入,这也进一步证实目的基因已经整合入玉米基因组中。用Bt-Cry1Ab/Ac金标免疫试纸条进行蛋白质表达的检测,初步证实目标Cry1Ac-w蛋白在玉米中得到表达。

黄烷酮-3-羟基转移酶(F3H)是植物黄酮合成途径上游的一个关键酶,它催化黄烷酮C3位羟化,形成二氢黄酮醇。 构建长叶红砂 RtF3H3 基因酵母表达载体,为进一步研究 RtF3H3 基因功能奠定基础。基于高通量转录组测序结果,利用RT-PCR技术克隆获得长叶红砂 F3H3 (RtF3H3, GenBank登录号LC055546)基因,其开放阅读框长1 014 bp, 编码338个氨基酸,推测蛋白分子量为38.46 kDa,理论等电点为 5.7。通过定量RT-PCR研究发现, RtF3H3 在茎中表达量较高,在根和叶中表达量较低。不同程度NaCl(100,300,500 mmol/L)和不同时间UV(12,24,36 h)胁迫都能诱导 RtF3H3 基因表达量升高。另外,构建了 RtF3H3 基因酵母表达载体,为进一步研究 RtF3H3 基因功能奠定基础。

由小麦叶锈菌引起小麦叶锈病是我国小麦重要病害之一。为研究小麦叶锈菌流行群体的毒力构成和亲缘关系,利用IGS(Intergenic spacer)特殊引物(L318和5SK)对71个小麦叶锈菌IGS进行扩增检测。结果表明小麦叶锈菌小种间的IGS存在多样性,但多样性与小种毒力之间不存在直接相关性,和小种的区域性有一定的相关性。进一步对差异带型进行分析,获得IGS-1、IGS-2的序列。IGS在小麦叶锈菌种内存在多态性,这有益于开发和建立IGS分子标记,并为研究锈病流行群体结构和追溯年度流行的病原来源,以及该病菌的生物学进化提供依据。同时利用IGS可以预测病害发生的流行群体,进而有针对性的种植抗病品种来防治叶锈病大发生。

绝大多数观赏山茶花属于设施栽培植物,因环境湿热易造成病虫害出现,导致观赏价值降低,影响种植效益。为了提高抗虫性,根据山茶同源序列设计特异性引物,利用同源克隆和3',5'-RACE技术,从杜鹃红山茶嫩叶组织中克隆出半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cysteine proteinase inhibitor,CPI)基因,命名为CaCPI,基因全长579 bp,开放阅读框306 bp,编码101个氨基酸,分子量为11.078 kDa,等电点pI=6.72。利用实时荧光定量PCR方法对杜鹃红山茶根、茎、叶中该基因的表达特性进行分析,结果表明,CaCPI基因在叶中的表达量较高,其次为茎,在根中表达量较低,比较显示叶的表达量分别约为茎的1.53倍,根的1.61倍。转基因烟草分析表明,过量表达CaCPI基因后,转基因烟草中目的基因表达量提高了55.84~174.83倍,并且转基因植株抗蚜虫能力获得提高,接虫5 d后植株上的蚜虫绝大多数死亡,累积死亡率约为90.75%,高达野生型的5.14倍。

为了筛选兔出血症病毒(RHDV)衣壳蛋白(VP60)的特异性单抗,并进一步分析单抗识别表位的分布情况,将重组杆状病毒rAcV-Bac-VP60 接种Sf9昆虫细胞,收获细胞培养物,电镜观察显示重组VP60蛋白获得有效表达,并 可组装成病毒样粒子(VLPs)。将RHDV VLPs作为免疫原与等量弗氏佐剂乳化,免疫BALB/c小鼠,取脾细胞与SP2/0 骨髓瘤细胞融合,经3次亚克隆后,获得11株能稳定分泌抗RHDV VLPs抗体的阳性杂交瘤细胞株。间接ELISA、IFA和Western Blot鉴定结果表明,这11株单克隆抗体均能够特异地识别RHDV VLPs和天然RHDV。11株单抗均为IgG1,其中1D4和3F7的轻链为Lambda型,其余均为Kappa型。截短表达结果显示,单抗5A3针对RHDV VP60的NTA区,5F3针对RHDV VP60的S区,单抗1B8、1D4、3D11、3F7、4C2、4G2、5G2、5H3和6B2针对RHDV VP60的P区。研究为RHDV VLPs抗原表位的鉴定和RHDV结构功能的研究奠定了基础,同时为RHDV的检测和新型疫苗研究提供物质基础。

为给甘肃高山细毛羊生长标记候选基因的筛选提供参考依据,研究了绵羊GH基因第3内含子突变对甘肃高山细毛羊生长性状可能产生的影响。采用PCR-SSCP技术检测甘肃高山细毛羊及其与特克赛尔、邦德和澳洲美利奴羊的杂交品种GH基因第3内含子多态性,分析GH基因第3内含子突变对羔羊初生重、3月龄重、断奶重及日增重的影响。结果表明,甘肃高山细毛羊及其杂种羔羊GH基因第3内含子第98 bp处有一个C>T突变,共有AA、AB和BB 3种基因型,甘肃高山细毛羊和对照组杂种羊的GH基因第3内含子PIC值均为0.25~0.50,为中度多态。其中BB型为优势基因型。等位基因存在与缺失对体重及日增重的关联分析表明,存在等位基因B的甘肃高山细毛羊的3月龄重、断奶重及日增重均显著或极显著高于缺失等位基因B的个体(P<0.05或P<0.01),缺失等位基因A的特甘细绵羊在初生重、断奶重及日增重方面显著高于存在等位基因A的个体(P<0.05)。邦甘细绵羊中,存在等位基因B的个体3月龄重、断奶重、日增重均显著高于等位基因B缺失个体。相关性分析表明,甘肃高山细毛羊不同基因型与初生重间关联度不显著,BB型甘肃高山细毛羊3月龄重和断奶重均显著高于AA型(P<0.05),AA型甘肃高山细毛羊日增重与BB型也显著相关(P<0.05)。对照组中,特甘细羊BB型的初生重、断奶重及日增重均显著或极显著高于AA型特甘细(P<0.05或P<0.01)。邦甘细、澳甘细不同基因型与体重及日增重均无相关性(P>0.05)。结果显示GH基因第3内含子可作为甘肃高山细毛羊生长标记候选基因。

为研究克隆黄淮白山羊耳部皮肤成纤维细胞(cGSF)的体外培养及其生物学特性。通过组织块接种培养法和胰蛋白酶消化法均可以获得原代cGSF,但在接种培养24 h后,组织块法收获的细胞贴壁率和细胞量要明显高于胰酶消化法。就生长特征而言,cGSF的生长曲线也呈现典型“S”型,到达指数增长期、平台期的时间分别为第3,6天,早于普通黄淮白山羊的皮肤成纤维细胞(GSF),后者分别为第4,8天。cGSF原代(P0)、第2代(P2)、第8代(P8)细胞的染色体数目异常率均高于相同代数的GSF。在相同转染条件下,cGSF在转染pEGFP-N1后,再经G418筛选亦可形成克隆点,扩增获得阳性细胞系。总之,源自克隆山羊的体细胞体外生长、转基因后的生物学特征有别于普通动物分离得到的细胞系。因此,利用来自克隆动物的体细胞开展研究,选择分离培养、纯化、转基因方法时需要适当调整。

为探讨小麦株高(PH)分子数量性状遗传及其 QTL 与水分环境互作关系,以冬小麦重组近交系群体(RIL)(陇鉴 19(耐旱)×Q9086(水分敏感))120 个株系为试验材料,采用条件复合区间作图法对 4 个环境不同水分条件下株高进行 QTL 定位分析。结果表明,小麦 RIL 群体株高对水分环境反应敏感,群体中各株系呈现广泛变异和超亲分离,属于微效多基因控制的复杂数量性状,易受水分环境影响。共检测到 19个和 45对控制株高的加性 QTL(A-QTL)和上位性QTL(AA-QTL),分布在除3D 以外的其他 20条染色体上。这些 A-QTL 和 AA-QTL 表达通过正向或负向调控影响株高表型变异, 贡献率分别为0.47%～7.14%和0.34%～2.93%。发现了 2 个多环境均能稳定表达的 A- QTL(Qph.acs-5A.1 和 Qph.acs-7A.1),以及 2 个 A-QTL 热点区域(Xbarc1072~XBarc167(2B)和Xksum253~Xbarc164(5B))。 所检测到的 A-QTL 和 AA-QTL 与干旱胁迫环境互作普遍负向调控株高表型。加性效应和上位性效应是决定小麦株高的主要遗传因子。在干旱胁迫条件下,这种遗传主效应均不同程度降低株高表型。可为小麦抗旱遗传改良和分子标记辅助选择育种奠定理论基础。

香味是稻米食味品质的主要性状之一,为培育无抗性选择标记基因的优质香稻新品系,以携带有超双元载体 O_SBADH2 -RNAi的农杆菌菌株EHA105介导,将 O_SBADH2 基因的RNA干扰结构和潮霉素抗性选择标记(HPT)基因同时导入优质粳稻武育粳3号成熟胚来源的愈伤组织中,经过在含有潮霉素的培养基上筛选和分化,获得了54个独立转化子,其中36个转化子同时含目的基因和 HPT 基因,共转化频率为66.7%;从这些转化子的后代中共筛选获得25个去除 HPT 基因的转化子,去标记频率为69.4%;通过KOH法等4种方法进行香味的鉴定,获得15个具有香味的株系。实时定量PCR分析结果表明,具香味株系中的 O_SBADH2 基因的表达受到了明显抑制,进一步证明了香味的产生是由于 O_SBADH2 基因被干扰而引起。农艺性状调查表明,抑制 O_SBADH2 基因的表达对水稻产量相关性状,包括株高、千粒质量、穗粒数和结实率影响不明显。

为给大麦遗传研究和优质育种提供理论依据,以20对二棱啤酒大麦株高近等基因系为材料,研究近等基因系中半矮秆基因uzu对籽粒千粒质量、粒长、粒宽、粒厚和长宽比的影响及籽粒性状的相关性。结果表明:在20对近等基因系中,籽粒千粒质量在高秆基因系(无半矮秆基因uzu)和矮秆基因系(含半矮秆基因uzu)之间差异达显著或极显著水平,即半矮秆基因uzu降低了籽粒的千粒质量,亦降低了粒长和长宽比,但对籽粒的粒宽、粒厚作用并不明显。近等基因系之间的籽粒性状差异较大。相关分析表明:在高秆近等基因系中,籽粒千粒质量之间差异最为显著;千粒质量与粒宽、粒厚呈极显著正相关,与粒长呈显著相关,且与粒宽相关性最大,而与籽粒长宽比呈极显著负相关。在矮秆近等基因系中,籽粒千粒质量同样差异最为显著;千粒质量与粒长、粒宽、粒厚均存在极显著正相关,且与粒长相关性最大,而与籽粒的长宽比则无显著相关。

为进一步揭示显性核不育亚麻不育分子机理,以显性核不育亚麻不育株分离的可育花蕾和不育花蕾为研究材料,采用实时定量PCR技术和原位杂交技术,开展了 G-E07-830、G-E07-330 和 G-E07-100 这3个花蕾发育相关基因在亚麻花蕾中的时空表达模式。结果表明:原位杂交中 G-E07-830、G-E07-330 和 G-E07-100 基因在亚麻可育和不育花蕾绒毡层中表达特异性信号;实时定量PCR得出在早期不育亚麻花蕾中表达量显著大于其他发育时期的花蕾。

蓖麻种子大小因品种不同差异很大,目前尚未见与蓖麻种子大小性状发育相关的分子生物学研究。以32个不同大小的蓖麻种子作为研究材料,用U25(5⁵)均匀试验设计法对种子大小性状的RAPD-PCR反应体系和条件进行优化。最佳反应体系为:25 μL体系中10×Buffer 2.7 μL、dNTP 2.4 μL、Mg²⁺ 2.4 μL、DNA 1.7 μL、引物 1.9 μL、 Taq polymerase 2.0 μL、ddH₂O 11.9 μL。最佳反应条件为:94 ℃ 150 s;94 ℃ 45 s,39 ℃ 65 s,72 ℃ 90 s,35个循环;72 ℃ 10 min;4 ℃ 保存。用SB-002引物(碱基序列(5'-3'):TGCCGAGCTG),采用最佳的反应体系和条件在最大粒蓖麻种子中筛选到一个差异条带,测序结果在NCBI中进行比对,发现与高产粳稻基因组DNA、mRNA或cDNA同源性达到100%,因此推断所获差异条带与蓖麻种子产量有关,为蓖麻种子大小性状相关分子机理研究奠定了基础。

为了提高农杆菌介导的黄瓜遗传转化效率,以亚洲生态型长春密刺、欧洲生态型Poinset76和Marketmore76 3种黄瓜为材料,筛选了适合遗传转化最佳的基因型,并通过改变培养基固化剂、添加抗氧化剂和有机添加物的方式对遗传转化体系进行优化。结果发现,3种基因型黄瓜中,长春密刺的抗性芽诱导分化表现最佳,而Poinset76和Marketmore76稍差;在脱乙酰吉兰糖胶为固化剂的培养基上,3种基因型的抗性芽诱导率比以琼脂粉为固化剂的培养基诱导率分别高28.21,19.71,15.39个百分点;共培养基中添加50 mg/L抗氧化剂α-硫辛酸时,长春密刺抗性芽诱导率最高达66.67%,平均芽分化数最高达1.32;在选择培养基中添加1.5 g/L的有机添加物水解酪蛋白,长春密刺抗性芽诱导率和平均芽分化数最高,分别为67.15%和1.42。此外,在前人建立的农杆菌介导的遗传转化体系的基础上,得到了以长春密刺为遗传转化的最适基因型,脱乙酰吉兰糖胶为培养基固化剂,共培养基中添加50 mg/L α-硫辛酸或选择培养基中添加1.5 g/L水解酪蛋白的优化遗传转化体系,极显著提高了外植体抗性芽诱导率和平均芽分化数,推动了黄瓜转基因进程。

为获得性状稳定、高产的碱性蛋白酶菌株,采用平板诱变法对产碱性蛋白酶菌株进行诱变处理。结果表明,采用牛奶平板法及Folin测酶活法从鸡粪土样获得产碱性蛋白酶出发菌株。该菌株经亚硝基胍(NTG)诱变并利用利福平抗性株筛选获得蛋白酶活力为出发菌株34,65倍的2个变异株。因此,利用亚硝基胍作为诱变剂可产生高产酶菌株。

为探索印度南瓜四倍体诱变方法,增加南瓜新的种质资源,以印度南瓜自交系M10-13-09为试材,秋水仙碱、氨磺乐灵为诱变剂对印度南瓜种子进行处理,获得同源四倍体印度南瓜,并从形态及一些生理指标上比较二倍体和四倍体的差异。发现诱变剂秋水仙碱最佳浓度为2.0 mg/mL,氨磺乐灵最佳浓度为0.05 mg/mL,其诱变率分别为0.33%和0.83%,染色体加倍后的数目为2n=4x=80,诱变剂氨磺乐灵比秋水仙碱诱变效果更好。与印度南瓜二倍体相比较,四倍体叶片变小、变厚,雌花开花节位明显降低,雄花花丝变粗,花冠颜色变深,多绒毛,生育期延长,果实表面色肋变宽,颜色变深;四倍体种子横径为1.0 cm,增加66.7%,纵径为1.2 cm,增加20%,颜色变深,发芽能力差,单果平均种子数目从122.0减少为30.3。四倍体南瓜伤流量大幅增加,光合效率增高90%,蒸腾速率增加20%,根系活力强于二倍体,果实生物总黄酮的含量增加50%。

为建立高效稳定的玉米再生体系,以玉米幼胚为受体材料,研究了基因型对胚性愈伤组织诱导率的影响以及适宜玉米幼胚生长的诱导培养基、继代培养基、分化培养基及生根培养基。结果表明,基因型可显著影响胚性愈伤组织诱导率,H99×A188的诱导率最高(45.28%);N6培养基适合用于胚性愈伤组织的诱导同时也适合继代培养;激素组合为MS+6-BA 1.0 mg/L+KT 2.0 mg/L的分化培养基出苗率和转化率最高,易成活;1/2MS培养基附加IBA 1.0 mg/L 和1.0 g/L活性炭适合于生根培养。

为了揭示甘蓝型油菜正反交后代两者间光合特性差异的规律,为进行油菜高光效育种提供依据,以19对不同基因型的甘蓝型油菜正交、反交组合及其亲本为试验材料,对正、反交组合间叶片的净光合速率值、叶绿素含量、杂种优势、亲子相关性等进行了比较,结果表明:正交组合的叶片净光合速率、叶绿素含量分别比对应反交组合高-8.93%～25.33%,-7.37%～8.70%,平均分别高2.34,1.26个百分点,分别有10,11个正交组合高于对应反交组合;19对组合中分别有10,11个正交组合的净光合速率、叶绿素含量的超标优势、中亲优势和超亲优势高于对应反交组合;正、反交组合叶片净光合速率、叶绿素含量均与母本、父本、中亲值、高亲值、低亲值呈极显著或显著正相关,且与高亲的相关性大于与低亲的相关性;母本对正交组合叶片净光合速率、叶绿素含量的直接作用(0.622和0.579)大于对反交组合的直接作用(0.463和0.325)。

为LED光源在园艺栽培中的应用积累经验,用自制LED光源,研究了不同光质及组合对番茄幼苗生长及生理特性的影响。结果表明:单色、双色和三色光质处理番茄幼苗,单色光质的蓝光、绿光处理更有利于提高番茄幼苗株高;除红光、黄光处理外均有利于番茄幼苗茎粗、鲜质量、干质量和壮苗指数的提高;处理红蓝光比1:1、红蓝紫光比5:3:2处理壮苗指数最优,可作为番茄培育壮苗的首选光源。所有光质处理均未提高番茄幼苗的CAT活性。黄光、红蓝光比3:2、红蓝紫光比5:3:2和5:4:1、红蓝绿光比5:3:2和5:4:1这6种处理有利于提高番茄幼苗POD活性,并以红蓝绿光比5:3:2最优。红蓝光比4:1、红蓝黄光比5:3:2和5:4:1、红蓝紫光比5:3:2这4种处理有利于提高番茄幼苗SOD活性。隶属函数法综合评价来看,红蓝紫光比5:3:2处理位列第一,可作为促进番茄幼苗生长的最优光质组合。

为了探明超级稻在不同分蘖阶段的最适控水程度,以广东省主推超级稻品种玉香油占为材料,于2014年在华南农业大学农场进行田间试验。在水稻分蘖数达到不同的2个阶段分别设置2个水分梯度处理,研究了分蘖至拔节期控水处理对超级稻叶片抗氧化酶活性、渗透调节物质含量和光合特性等的影响,以及对产量构成因素和最终产量的影响。结果表明:分蘖期适度控水(控制0~20 cm土层平均土壤相对含水率为(60±5)%能够提高处理期间早季玉香油占叶片SOD、POD、CAT和晚季SOD、POD等抗氧化酶活性;也能够提高早晚季处理期间叶片脯氨酸等渗透调节物质含量;同时,还能够降低叶片MDA含量。分蘖期适度控水在复水后能够显著提高叶片净光合速率等光合特性,同时还能够减少无效分蘖数、提高后期叶面积指数,促进籽粒灌浆和光合产物的积累,进而提高成穗率、穗粒数和结实率,显著提高产量。因此,在玉香油占分蘖期控制0~20 cm土层平均土壤相对含水率为(60±5)%能够达到节水、高效栽培的目的。

为探究不同群体特征对烤烟生育期光合生产及产量和品质的影响,以云烟87为材料,通过设置不同播期与种植密度来构建不同烤烟群体,分别在烟株移栽后各生育时期完成光合生产相关指标测定及对烤后烟叶进行经济性状分析。结果表明:随着播期的推迟,烤烟大田期缩短,群体干物质积累量降低,叶面积系数(LAI)、光合势(LAD)降低,净同化率(NAR)、作物生长率(CGR)在现蕾-成熟期显著提高,16 500株/hm²种植密度下成熟期烟株群体干物质积累量最高,降低种植密度可显著提高烟株中部干物质积累量、NAR、群体平均叶倾角(MLIA)、烟叶均价、中上等烟比例和中部烟比例,但会降低LAI、LAD、CGR、消光系数(K);种植密度过大会导致烤烟中上等烟比例、中部叶比例降低。当播种期为11月24日左右、植烟密度为16 500株/hm²时,能有效改善烤烟在生育期的群体光合生产各项指标,前期物质生产量适宜,中后期适时缓增,干物质总量大且部位分配合理,其经济性状较优,有效缓解烤烟等级结构及部位结构矛盾。

为解决氮肥施用过量引起地下水硝酸盐含量超标问题,通过连续10年的氮肥定位试验,研究太行山前平原区不同氮肥用量对小麦-玉米轮作体系中0~200 cm剖面土壤硝态氮残留量和作物产量的影响,结果表明,2004-2014年间小麦、玉米平均产量与氮肥用量间呈显著的二次抛物线关系,施氮量为246 kg/hm²时小麦获最高产量6 555 kg/hm²。施氮量为159 kg/hm²时玉米获最高产量8 860 kg/hm²。氮肥用量与0~100,100~200 cm剖面土壤硝态氮残留量分别符合显著的线性相关。连续10年施用氮肥量最高的处理(小麦-玉米轮作周年施氮量为575 kg/hm²)0~100, 100~200 cm土壤硝态氮残留量分别达到449.05,580.63 kg/hm²。小麦、玉米最高产量时(周年施氮量为405 kg/hm²), 0~100,100~200 cm剖面土壤硝态氮残留量分别为320.79,408.43 kg/hm²。每个轮作周年减少氮肥用量30%~44%,连续10年后0~100,100~200 cm剖面土壤硝态氮残留量分别降低28.56%~42.34%和29.66%~44.64%。综合考虑作物产量和地下水硝酸盐污染风险,提出太行山前平原中等肥力水平的地块,小麦-玉米轮作周年氮肥用量应控制在400 kg/hm²以下。适宜的氮肥用量既可保证作物产量又能明显降低土壤硝态氮的残留。

为阐明氮、钾营养及其交互作用对甘薯分根结薯期根系分化及叶片酶活性的影响,采用砂培研究方法,设氮钾正常供给(正常)、多氮(N)、多钾(K)和氮钾配施(NK)4个处理。探讨了氮、钾及其交互作用对甘薯苗期养分吸收、农艺学性状、根系发育、硝酸还原酶(NR)、蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和腺苷二磷酸焦磷酸化酶(ADPGPPase)的影响。结果表明,与氮钾正常供给处理相比,N处理显著提高了甘薯地上和地下部氮吸收量、SPAD值、叶片数、叶面积;N处理总根长、根表面积、根体积、平均直径和NR活性、SS活性和SPS活性分别提高了5.9%,12.1%,1.9%,3.6%,14.1%,13.6%,19.5%,而ADPGPPase活性降低了7.1%;另外N处理块根比例减少7.9%,中等根(徒耗养分的根)分化比例升高7.7%。与氮钾正常供给处理相比,K处理显著提高了地上和地下部氮吸收量,且K处理根系活力、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、SS活性、SPS活性、ADPGPPase活性分别提高了16.2%,28.2%,10.1%,39.3%,12.6%,14.9%,20.1%,14.5%;氮钾配施(NK)处理须根和块根分化比例升高0.2%和12.4%,中等根(徒耗养分的根)分化比例降低12.6%。与N和 K处理相比,氮钾配施(NK)处理能够调控甘薯苗期地上和地下部生物量比例(T/R值),同时提高须根和块根分化比例,显著促进了薯块的膨大。双因素分析表明,氮钾配施(NK)对地上和地下部氮钾含量、根系活力、根平均直径、NR活性、SPS活性、ADPGPPase活性均存在显著的正交互效应。从地下部根系形态和地上部酶学变化两方面揭示氮钾交互机制,为甘薯高产优质栽培提供理论依据。

针对目前板栗产量效应和养分分配等问题研究尚少,通过3年肥料定位试验研究了燕山花岗片麻岩区6年生板栗树产量对氮磷钾的响应及其树体、果实养分分配规律。研究得出氮磷钾对板栗生长影响为:与-N、-K处理比较,NPK处理板栗叶面积分别增加20.2%,27.4%,单叶片叶鲜质量分别增加6.7%,13.7%,差异均达到显著水平。与-P处理相比叶面积、鲜质量均无显著变化。氮磷钾对板栗产量的影响为:与-N、-P、-K处理比较,NPK处理单株栗蓬数分别增加23.3%,50.5%,50.2%,空蓬率分别降低4.8,6.7,3.5个百分点,单蓬粒数分别增加0.7,0.5,0.5个,板栗产量分别增加56.3%,42.2%,39.8%,差异均达到显著水平。氮磷钾去向:地上部吸收氮磷钾按100%计算,枝干和叶片分别占70.2%,85.9%,70.2%,板栗果实(栗蓬和栗果)分别占29.8%,14.1%,29.8%。果实中栗果(栗仁、栗皮)氮、磷和钾吸收量分别占板栗果实吸收总量的41.2%,69.2%,67.7%。在未曾扰动片麻岩区板栗树施用氮、磷、钾肥均显著增加板栗产量,施用氮肥主要通过增加单株栗蓬数和单蓬粒数、降低空蓬率增产;施用磷肥通过降低空蓬率、钾肥通过增加单株栗蓬数增产,氮磷钾对板栗增产贡献率为N、K>P。

为解决梅州烤烟生产中氮钾肥利用效率低和不合理施肥技术造成的烟叶品质下降问题,在梅州平远研究了不同施肥模式下氮钾在土壤中的变化规律和烤烟中的积累、分配规律,比较了不同施肥模式氮钾肥利用效率以及烤后烟叶产量和品质,以期筛选出适宜梅州烟区的施肥模式。以云烟87为材料,设7个处理:①氮钾肥全部基施(对照,NK1);②氮钾肥用量为NK1的90%,50%基施、50%追施;③氮钾肥用量为NK1的70%,30%基施、70%追施;④基肥不施氮钾肥,追肥应用氮肥实时管理技术(Real-time nitrogen management,RTNM);⑤氮钾肥基肥用量为NK1的30%,追肥应用RTNM模式;⑥不施氮钾肥;⑦氮钾肥用量同NK1,不施有机肥。追肥应用RTNM技术的烟株氮、钾积累量更高。氮素和钾素在烟株的分配比例均为叶大于茎。烤烟移栽后追施氮肥和钾肥可提升其农学利用率、偏生产力、吸收利用率和收获指数;处理5的氮、钾肥农学利用率分别比对照高38.71%,37.99%,吸收利用率比对照高34.24%,27.52%。处理5的产量、产值最高,分别比对照高20.66%,28.39%,烤后B2F和C3F化学成分协调性好。 氮钾肥为“基肥+RTNM追肥”的施肥模式氮、钾肥利用效率更高,产量和品质更好,适宜在梅州产区烟叶生产中应用。

为了探究出适合山东地区苜蓿的最优生态种植模式,合理利用土地,在苜蓿轮作小麦地、苜蓿复种冬牧70黑麦地与苜蓿连作地3种种植模式下,采用定期采集土壤样品,测定土壤的水分、容重、总孔隙度、pH值、有机质含量、碱解氮及全氮含量的方法,研究了3种模式下土壤表层结构的变化及养分的消耗和利用情况。研究结果表明,苜蓿轮作模式与苜蓿连作和复种相比:可以明显降低土壤容重,0~30 cm土壤平均总孔隙度增加7.716%;可以降低土壤酸碱度,除5月份20~30 cm土层高于AA处理0.805,6月份10~20,20~30,0~30 cm土层高于AR处理1.413,0.673,0.569外,其余时间整体略低于其他处理;可以提高有机质和碱解氮的含量、有效性及活化率。复种与苜蓿连作相比,整个生长期中容重、总孔隙度、pH值差异不显著,但是其土壤水分、全氮含量显著高于其他2种种植模式,有机质的积累也高于苜蓿连作。综合比较,在改善土壤结构、改良土壤酸碱度方面,轮作> 复种≈连作;在养分方面,恢复土壤含水量、提高固氮能力上,复种> 轮作> 连作;在提高氮活化率方面,轮作> 复种> 连作;在提高有机质含量方面轮作、复种改良效果无显著差异,表现为轮作≈复种> 连作。因此,建议对多年连作的苜蓿田进行适时的轮作或复种,以改善土壤质量、提高作物的产量与品质。

为揭示品种间质体色素降解量和中性致香物质存在差异的原因。研究了3个烤烟品种烟叶衰老过程中质体色素降解和衰老相关指标的变化规律,测定了烤后烟叶中性致香物质含量,并探讨了不同品种烟叶衰老相关指标、质体色素降解量与质体色素降解产物含量的关系,结果表明,质体色素的降解和降解产物的含量与烟叶的衰老特性有关。衰老速度快的品种,烟叶可溶性蛋白降解量大,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性低,脂氧合酶(LOX)活性高和丙二醛(MDA)含量高,类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)基因表达量高,质体色素的总降解量大,烤后烟叶质体色素降解产物含量高,与衰老慢的品种相比差异明显。中性致香物质总量与叶绿素和类胡萝卜素总降解量、可溶性蛋白降解量、LOX活性、CCD表达量、MDA含量均达到极显著或显著正相关;与SOD、POD、CAT活性呈极显著负相关。衰老期间烟叶质体色素降解量对质体色素总降解量的影响大于烘烤期间。因此,在烟叶衰老过程中提高烟叶衰老程度和衰老速度对烟叶质体色素降解和中性致香物质的形成至关重要。

为了探明不同耕层构造对春玉米产量形成和生长发育特征的影响,在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站长期定位试验,设置了虚实并存耕层、全实耕层、全虚耕层、上虚下实耕层(CK)4种耕层结构,利用2011-2014年数据研究了不同耕层构造对春玉米产量形成及生长发育特征的影响。结果表明,4年平均产量虚实并存耕层与上虚下实耕层和全实耕层差异显著,分别增产17.64%,6.79%。无论在枯水年还是丰水年,虚实并存耕层构造增产的主要原因是百粒质量的提高。在干旱年份,特别是2014年遭遇严重伏旱的情况下,全实耕层表现出了一定的增产效果;枯水年(2011年)和丰水年(2012年)单株干物质虚实并存耕层比上虚下实耕层分别增加7.19%,7.88%;在干旱年份(2011年)耕层构造并不能促进株高和茎粗的增加,丰水年苗期(2012年)能够促进茎粗的增加。2011,2012年SPAD全生育期平均值虚实并存耕层比上虚下实耕层分别增加2.66%,3.94%;在枯水年(2011,2014年)虚实并存耕层和全实耕层的光合速率高于上虚下实耕层,在丰水年(2013年)虚实并存耕层和全虚耕层的光合速率高于上虚下实耕层。综合分析认为,虚实并存耕层是提高春玉米产量和改善作物生长发育特征的最优耕层结构;研究结果可为辽西旱作农业区合理耕层构建、确定适宜的耕作技术和实现作物的高产稳产提供参考。

为探索在优良肥力基础上由高产作物一熟替代两熟生产的技术可行性与突破途径,设置垄作覆膜、垄作裸地、平作覆膜、平作裸地(对照)4种处理,监测了旱地春玉米不同水分管理措施下干物质和氮生产及其转运、分配特征。结果表明,华北旱地春玉米干物质累积进程表现典型的“S”曲线型,后期缓速增长期出现以茎秆为中心的干物质再度累积特征;抽雄前植株干物质累积达全生育期的47.02%～53.96%,转运至籽粒达到9.99%～25.22%;其中,苞叶与穗轴积累的干物质转运率高达25.22%～47.48%。覆膜使春玉米抽雄期前干物质累积较对照高17.19%～23.61%,干物质快速累积期比对照提前6.4 d,但线性累积持续期却缩短1.5～2.5 d。春玉米氮素累积表现蜡熟期后对土壤氮素的再度高速吸收且以茎秆为中心的氮素富集特征;株体蓄贮氮素总量的43.08%～48.05%转入籽粒,对籽粒的贡献率达49.01%～52.61%;其中,苞叶与穗轴转运率最高,达自身氮素储存量的65.89%～71.40%。垄作覆膜处理苗期茎叶氮素积蓄量较对照高101.08%,生育前期氮素蓄存茎叶、生育后期转运籽粒的“前蓄后转”效应,促进籽粒库容构建,使垄作覆膜玉米增产9.47%。华北旱地一熟种植,促发了玉米蜡熟期后的干物质和氮素生产,释放了玉米高产潜力;而覆膜处理加速了玉米干物质与氮素生产进程,但缩短了干物质线性累积持续期;旱地春玉米进一步高产的突破,需要以籽粒为核心的更大库容品种的突破。

为了确立河西走廊干旱半干旱绿洲农业马铃薯科学种植的最佳灌溉策略,通过大田试验研究了调亏灌溉对绿洲膜下滴灌马铃薯全生育期不同器官生物量分配、产量和水分利用的影响。根据马铃薯不同生育期进行不同程度的水分调亏设5个水分调亏处理和1个对照,分别为块茎形成期轻度(55%～65%田间持水量,FC,Field capacity)水分调亏处理WD1,块茎膨大期轻度(55%～65%FC)水分调亏处理WD2,淀粉积累期轻度(55%～65%FC)调亏处理WD3,块茎形成期中度(45%～55%FC)调亏处理WD4,膨大期中度(45%～55%FC)水分调亏处理WD5及全生育期充分(65%～75%)供水对照CK。研究结果表明:不同生育期水分调亏均可导致马铃薯茎、叶干质量降低,块茎干质量在整个生育期呈逐步上升趋势,块茎形成期调亏处理复水后各器官干质量明显增大,块茎膨大期调亏处理复水后块茎干质量增长缓慢,茎和叶干质量开始下降。块茎形成期轻度水分调亏和中度水分调亏对马铃薯产量影响较小,而块茎膨大期水分调亏对马铃薯薯块产量影响较大,调亏程度越大,减产越严重。马铃薯不同生育期水分调亏对阶段耗水量影响较大,调亏程度越大,耗水量较充分灌溉差异越显著(P<0.05)。块茎形成期轻度调亏处理(WD1)水分利用效率最高,比全生育期充分供水处理(CK)、淀粉积累期轻度调亏处理(WD3)和块茎膨大期中度调亏处理(WD5)分别提高14.3%,30.00%,38.00%。因此,马铃薯膜下滴灌调亏可影响各器官干物质质量,有利于水分利用效率的提高。且相较于全生育期充分供水处理CK,块茎形成期轻度调亏在产量略有降低(降低5.30%)的情况下能够显著性提高水分利用效率(提高14.3%)和灌溉水分利用效率(提高18.51%)。

为研究硫酸盐、硒酸盐和钨酸盐对甘蓝型油菜钼吸收及钼转运子的影响,通过溶液培养试验,研究了不同竞争离子对甘蓝型油菜生长及钼含量的影响及对预测钼酸盐转运基因表达的影响。结果表明,缺硫处理显著降低单株干物质重和地上部硫含量,同时提高了地上部和地下部钼含量。施硒处理对钼含量影响不大,施钨处理显著降低了钼含量,说明钨对钼吸收具有更高的抑制作用。同时发现,缺钼处理对硫含量没有显著影响。另外,通过测定拟南芥 MOT1 和 MOT2 同源基因在甘蓝型油菜中表达可以看出,相对于 Bol001439 和 Bal035189,基因 Bra007781、 Bol020963 和 Bra011159 整体在地上部和地下部都具有较高的表达水平。 Bra007781、 Bol020963 和 Bra011159 主要在地上部表达。 Bol001439和Bal035189 具有较低的表达,但是缺钼显著影响了根部表达。相对于+Se,+W处理对 BnMOT1s 表达量具有较高的影响,对 BnMOT2s 具有低的影响。推测 Bra007781、Bol001439 是钼高亲和转运子, Bol020963 和 Bra011159 是钼低亲和转运子, Bra035189 不参与钼转运,而 ST5; 1 是一个硫酸盐和钼酸盐共转运子。通过竞争离子对油菜钼营养进行研究且首次对甘蓝型油菜上钼酸盐转运基因进行推测。