人工抗凋亡蛋白PTD-Bcl-xL能保护多种因素引起的细胞异常凋亡,为了获得高纯度Bcl-xL与PTD(Protein transduction domains)的融合蛋白,首先采用TRIzol法提取SD大鼠肝脏总RNA,将RNA反转录为cDNA,设计引物以cDNA为模板,PCR扩增Bcl-xL基因,构建pUM19-T-Bcl-xL质粒,并对质粒双酶切鉴定和测序鉴定;其次设计包含PTD序列的Bcl-xL引物,以测序正确的pUM19-T-Bcl-xL质粒为模板,PCR扩增PTD-Bcl-xL序列,将扩增序列克隆入pET28a载体,构建PTD-Bcl-xL蛋白的原核表达质粒pET28a-PTD-Bcl-xL,并对pET28a-PTD-Bcl-xL载体双酶切鉴定和测序鉴定;将pET28a-PTD-Bcl-xL重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3),用IPTG诱导表达,并对IPTG诱导融合蛋白表达的浓度和诱导时间进行了优化;SDS-PAGE分析表达蛋白的可溶性情况,在变性条件下用Ni-NTA琼脂纯化融合蛋白;最后用SDS-PAGE、Western Blot及质谱对融合蛋白进行鉴定。结果表明:双酶切pUM19-T-Bcl-xL质粒出现约774 bp大小条带,pUM19-T-Bcl-xL质粒测序结果与NCBI数据库比对序列一致,表明成功构建pUM19-T-Bcl-xL质粒;双酶切pET28a-PTD-Bcl-xL质粒出现约744 bp大小条带,pET28a-PTD-Bcl-xL质粒测序结果与预期序列一致,表明成功构建了pET28a-PTD-Bcl-xL原核表达载体;在IPTG诱导下pET28a-Bcl-xL重组质粒在大肠杆菌BL21(DE3)中表达出36 kDa大小蛋白,最优IPTG诱导浓度为0.1 mmol/L,最佳IPTG诱导时间为6 h;SDS-PAGE电泳显示融合蛋白主要出现在菌液超声后的沉淀里,以包涵体形式表达,经Ni-NTA琼脂纯化获得了高纯度的融合蛋白;Western Blot和质谱鉴定证明IPTG诱导表达蛋白和纯化的融合蛋白为PTD-Bcl-xL蛋白。纯化得到了PTD-BcL-xL融合蛋白,推进了PTD-Bcl-xL蛋白在猪、牛等家畜精液冷冻保存的应用进程。

为了丰富可利用的植物凝集素基因,获得具有较高抗蚜水平的小麦新种质,采用"Gene Shuffling"策略人工合成中国水仙凝集素基因(sNTL),并转化小麦以分析其抗蚜效果。结果表明:根据小麦遗传密码偏好性人工合成了植物凝集素sNTL基因,并构建了sNTL表达载体;用基因枪转化小麦品种中优9507和丰优6号的幼胚愈伤组织,经PPT筛选和分化后,获得T₀植株,对T₀植株进行PCR筛选而获得阳性植株28株。并经过连续PCR检测,表明sNTL基因已经初步与小麦基因组进行整合并且能够稳定表达。对T₂转基因株系进行室内离体叶片抗虫效果分析,结果表明,转sNTL株系使蚜虫致死率达到53.1%~59.4%,其中转基因株系zy9-4的蚜虫致死率最高,比其对照品种中优9507高24.8%,同时其蚜虫增长率最小为22.1%,比对照品种中优9507低了约49.6%;转基因株系fy4-2使蚜虫致死率比对照(丰优6号)高约14.1%,而其蚜虫增长率比对照降低达到33.4%。对T₃转基因株系田间鉴定结果显示,同对照中优9507相比,zy9-4、zy9-8单分蘖蚜虫发生量分别降低51.4%,45.1%,达到显著或极显著水平;fy4-2、fy4-4与对照丰优6号相比,单分蘖蚜虫发生量降低水平分别为58.7%,76.9%。综合室内与田间抗虫鉴定结果证明,利用人工合成的sNTL基因可以有效地提高小麦的抗蚜性。

当前在NCBI中提交的来源于陆地棉的EPSPS基因有2个,随着陆地棉基因组测序结果的公布,为在陆地棉基因组中全面鉴定EPSPS基因的存在提供了便利条件。从陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库中共搜寻获得4个EPSPS同源基因,这4个基因分别分布在A07、A12、D07和D12亚基因组。从这4个基因的核苷酸序列、氨基酸序列和基因结构的比对,构建进化树的系统发育分析以及基因的转录情况研究来看,定位在A07和D07亚基因组的2个基因属于共线性高度同源基因,定位在A12和D12亚基因组的2个基因也是相同的情况。序列比对结果表明,已经在NCBI中提交的2个EPSPS基因分别是定位在A12和D12亚基因组上的基因,研究结果为定位在A07和D07亚基因组上EPSPS基因的克隆和功能研究提供了基础理论依据。

为探讨外源多胺调控鸭梨自交不亲和的生理生化机制,分别以自花授粉和外源亚精胺处理后1~3 d的花柱为试材,测定了不同处理不同时期花粉管生长发育动态,利用双向电泳技术和质谱分析技术分析了外源亚精胺处理前后不同时期鸭梨花柱蛋白的差异表达。结果显示:与对照相比,不同浓度的Spd处理均能极显著促进花粉管生长,0.25 mmol/L Spd处理72 h后可使大量花粉管到达花柱基部;在自交花柱电泳图谱中发现了3种特异蛋白质,A蛋白质MrA=28.0 kDa,pI=5.7;B蛋白质MrB=28.5 kDa,pI=5.7;C蛋白质MrC=22.0 kDa,pI=5.3,这3种特异蛋白质可能与自交不亲和性相关;质谱分析获得了2个较好的蛋白点,分别为推定和假定蛋白。

为了获得毒蛋白含量低的蓖麻转基因新材料,以毒蛋白A链基因被共抑制的转基因蓖麻植株的T₀、T₁、T₂种子为研究对象,对种子中的毒蛋白含量进行测定。结果表明,采用磷酸盐提取法、BCA试剂盒、UVwin5紫外软件V5.1.0、BandScan蛋白定量分析软件相结合的方法,测定种子中毒蛋白含量,获得了2个共抑制后稳定遗传的材料,即T₂-9-1、T₂-15,毒蛋白A链含量均为0,毒蛋白B链含量分别为对照通蓖5号的77.63%,83.38%。这2个材料可以作为低毒蛋白含量的蓖麻材料进行推广。

为了探究HSPB6对牦牛肉嫩度的影响,分析了牦牛HSPB6基因的分子特征,并利用荧光定量PCR技术检测了HSPB6 mRNA在牦牛和黄牛背最长肌中的表达量。结果表明,牦牛HSPB6基因含有一个504 bp的开放性阅读框,编码167个氨基酸,属于亲水性蛋白;二级结构主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链以及无规卷曲组成;牦牛HSPB6蛋白与水牛、普通牛相似度较高。荧光定量PCR研究表明,牦牛背最长肌中HSPB6基因mRNA表达水平显著高于黄牛(P<0.01),说明HSPB6基因较高的表达量可能是造成牦牛肉剪切力较高的原因,为牦牛肉嫩化的分子机制研究奠定了理论基础。

为研究棉花CBF2基因在植物抗逆中的作用,构建了pCAMBIA1300-AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T植物互补表达载体,并对拟南芥cbf2突变体进行遗传转化。以新海16 cDNA为材料,采用PCR的方法克隆4个棉花CBF2基因,同时克隆拟南芥CBF2基因启动子AtCBF2P和终止子AtCBF2T,并将这些基因与pBluescript SK载体连接,构建pBluescript SK-AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T中间过渡载体,用Sac Ⅰ和BamH Ⅰ双酶切中间载体,获得AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T核心片段,将此片段插入到pCAMBIA1300表达载体中,构建pCAMBIA1300-AtCBF2P-GbCBF2-AtCBF2T植物互补表达载体。以拟南芥cbf2突变体为材料,采用农杆菌介导的方法进行遗传转化,获得转棉花CBF2基因群体。获得转基因株系后,将为筛选出棉花的CBF2抗冻负调控基因及棉花抗逆分子育种奠定基础。

为了研究催化活性半胱氨酸Cys¹⁵⁴、Cys¹⁵⁸残基对小麦细胞质甘油醛-3-磷酸脱氢酶(TaGAPC)蛋白酶活性的影响,利用重叠延伸PCR法分别将这2个位点的半胱氨酸突变成丝氨酸,并分别连入pET28a(+)原核表达载体。在25℃条件下, TaGAPC及其定点基因TaCys154S/TaCys158S经0.25 mmol/L IPTG诱导后高效表达,SDS-PAGE电泳检测结果显示,目标重组蛋白均为可溶性且大小约为40 kDa,与预测结果一致。在此基础上,经超声波破菌及镍柱纯化获得3种纯化重组蛋白。这为后续TaGAPC及其定点突变体蛋白酶活性测定及活性位点分析提供试验材料。

旨在快速改良武运粳29196的稻瘟病抗性。采用定向回交育种策略,运用分子标记辅助选择技术和花药培养技术,快速改良武运粳29196的稻瘟病抗性。以籼稻品种谷梅4号为稻瘟病抗性基因Pigm(t)的供体,以高产易感稻瘟病的品系武运粳29196为受体,在连续回交和自交过程中,利用与Pigm(t)紧密连锁的InDels标记S95477和S29742进行分子标记辅助选择。在BC₂F₁世代,进行花药培养,获得185个双单倍体群体(DH群体),从中筛选出82个含有Pigm(t)基因的改良株系。在经过对农艺性状、稻瘟病抗性的系统鉴定与稻米品质性状测定后,发现改良株系DH036和DH158的综合性状与武运粳29196已十分相近,且稻米品质有所提升,保持了武运粳29196丰产性的同时,稻瘟病抗性有了明显的提高。利用定向回交、花药培养和分子标记辅助选择相结合的技术体系,可明显提高稻瘟病抗性改良的预见性和准确性,缩短育种年限、加快育种进程。新育成的武运粳29196抗性改良系,为稻瘟病抗性育种提供了重要的遗传资源。

为进一步探究春化基因VRN1在小麦发育进程中的功能,利用荧光定量PCR分析了VRN1基因在不同发育特性小麦品种新春2号、京841中的表达情况。结果表明,随着生育进程的推进, VRN1基因在新春2号叶片和茎尖中表达量均呈上升趋势, VRN1基因在京841叶片中呈波动上升趋势,在茎尖中表达量趋于0;以pFGC5941载体为基础构建含有VRN1反向重复序列的RNA干扰载体,利用农杆菌介导的茎尖转化法转化新春2号获得了再生植株,并通过PCR法检测获得了转基因阳性植株,为从分子水平上实现小麦发育特性遗传改良和创育小麦新种质奠定了基础。

为了比较与小麦穗发芽抗性相关分子标记的有效性以及在白粒小麦品种中筛选出抗穗发芽的基因型材料,选择已报道的2个与穗发芽抗性相关的标记Tamyb10D和TaDFR-B,对2套白粒小麦试材(78,103份)的穗发芽抗性进行综合筛选。结果表明:标记Tamyb10D可有效地用于白粒小麦穗发芽抗性筛选,而标记TaDFR-B不适用于白粒小麦品种(系)材料的穗发芽抗性筛选的鉴定。通过分子标记Tamyb10D的筛选结果和发芽指数的评价,结合以前用分子标记Vp1B3的检测结果,在103份试材中筛选出5份具有高抗穗发芽基因型材料(GI<10%),分别是:阆中白麦子、万县白麦子、陪陵须须白麦、川362和小白玉花,其单倍型分别是:Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bc;在另外一套(78份)试材中筛选出10份具高抗有穗发芽基因型材料(GI<10%),分别为西农6028、克群、百农3217、开封124、郑州742、西昌5762、小偃5号、克壮、许跃6号和武农99,其单倍型均为Tamyb10D/Vp-1Bc。

为研究脱水素在植物早期胚胎发育中的作用和机理,采用显微操作技术获得烟草卵细胞并构建其cDNA文库,从中筛选到一个脱水素基因NtDEH1。通过RACE技术获得该基因全长,基因组测序结合生物信息学分析表明该基因拥有一段长度为651 bp的完整开放阅读框和一段535 bp的内含子,编码由217个氨基酸残基组成的蛋白质,其理论等电点为5.27,属于酸性蛋白,且具有一定的亲水性。氨基酸序列比对分析发现在许多物种比如绒毛状烟草、林烟草、甜辣椒、番茄、马铃薯和丹参中都具有与NtDEH1蛋白非常类似的保守的同源序列,均具有SK₂型脱水素特征。借助Genome walking技术获取NtDEH1基因约1706 bp的5'侧翼序列,使用小叶烟草瞬时表达系统检测到其具有较强的启动子活性。该研究为进一步了解脱水素基因NtDEH1在植物生殖发育中的具体功能打下基础。

为了研究葡萄抗逆基因(CAN70200.1)的表达特性,采用PCR技术从葡萄中克隆了CAN70200.1基因上游一段长度为1354 bp的启动子片段,命名为P_CAN。采用PlantCARE和PLACE启动子在线预测工具分析表明,P_CAN启动子序列具有CAAT-box、TATA-box基本的顺式作用元件和一些参与非生物胁迫、光和植物激素应答相关的顺式作用元件。为验证启动子的表达特性,将P_CAN启动子连接到pCAMBIA1391Z载体GUS基因的上游,构建成植物表达载体p1391Z-CAN,并通过农杆菌介导法转化烟草,经PCR鉴定,获得转基因植株。对转基因烟草植株进行逆境胁迫处理发现,在干旱处理120 min后,P_CAN启动子活性达到最强;而4℃低温处理30~60 min时,P_CAN启动子活性达到最强,表明P_CAN启动子具有低温和干旱胁迫诱导表达特性。

为探索甘蔗条纹花叶病毒与甘蔗的互作机制,利用酵母双杂交技术筛选与SCSMV互作的甘蔗因子基因,利用PCR技术克隆了SCSMV的HC-Pro、P3N-PIPO、CP和VPg的编码区,构建到酵母双杂交诱饵载体pGBKT7上,获得了pGBKT7-HC-Pro、pGBKT7-P3N-PIPO、pGBKT7-CP和pGBKT7-VPg 4个诱饵载体。结果显示,将重组质粒转化酵母Y2HGold酵母菌株后,酵母菌株在SD/-Trp平板上生长良好,表明重组诱饵质粒表达产物对酵母细胞无毒性;在SD/-Trp/X-α-gal平板上长出白色菌落未变蓝,在SD/-Leu、SD/-Trp/-Ade、SD/-Trp/-His和SD/-Trp/X-α-gal/AbA平板上不能生长,表明重组诱饵质粒表达产物对MEL1、ADE2、HIS3和AUR1-C报告基因无自激活作用。构建的诱饵表达载体可以作为诱饵用于文库筛选,为探索SCSMV侵染机制和发病机理奠定了基础。

为阐明大穗型籼稻品系R1126稻谷籽粒性状的遗传机制,以其与粳稻日本晴构建的重组自交系F₁₀为材料,通过连续2年田间种植并测定各株系的籽粒粒长、粒宽和粒厚等表型性状,结合利用SSR和SFP等分子标记构建的遗传图谱,对控制该群体的稻谷粒形性状进行了QTL分析。2年试验共检测到10个控制粒长、粒宽和粒厚性状的QTL,其中qGL3-1、qGL3-2和qGL9这3个粒长QTL,以及qGW2和qGW5这2个粒宽QTL在2年试验中能被重复检测;而粒厚性状在2年试验中检测到5个QTL,但均只在1年试验中出现。根据连锁的分子标记信息, qGL3-2、qGW2和qGW5可能分别与已报道的主要粒形基因GS3、GW2和GW5等位;而qGL3-1和qGL9可能为新的粒长QTL,且在2年试验中具有很好的重演性和稳定性,两者的加性效应均能使粒长增加0.2 mm以上,对于改善稻谷外观品质性状具有较好的潜在应用价值。

探讨水杨酸(SA)对低钾胁迫下番茄幼苗生理指标及基因表达的影响,为研究SA和低钾胁迫之间的关系奠定重要的理论基础。研究喷施不同浓度(0.10,0.25,0.50,1.00 mmol/L)的SA对低钾胁迫下番茄幼苗氧化酶活性及基因表达的影响。结果表明,在低钾处理下喷施0.25 mmol/L的SA,番茄幼苗中Chl、Pro的含量、CAT、APX、POD、SOD的活性与对照组相比明显增加,MDA含量则明显降低。同时采用荧光定量PCR对幼苗叶片中的APX、CAT、POD与SOD基因表达模式进行分析,发现这4个基因的表达量在处理48,96 h后明显增加。推测在低钾胁迫下喷施0.25 mmol/L SA能促进APX、CAT、POD与SOD基因的表达,进而降低活性氧ROS的积累,增强番茄幼苗对低钾胁迫的抗性。

通过采取不同的常规育种策略和小孢子培养、分子标记辅助选择等现代生物技术,研究了提高甘蓝型油菜萝卜质不育恢复系改良效率的方法。结果表明,在甘蓝型油菜萝卜质不育恢复系杂交转育过程中,采用杂交后代与萝卜质不育系杂交,可使杂交后代分离群体中不具备恢复基因的单株在花期表现出来,无须测交即可进行选择;杂交后代通过小孢子培养,可将稳定纯合时间由传统自交8个世代缩短到3个世代;通过萝卜特异分子标记辅助选择可大大提高选择的精度,减少筛选所需的人力、土地和时间,选择效率提高90%。试验筛选出19个在萝卜质不育恢复系中能够扩增出单一、易于辨别的谱带的SCAR标记引物,其中10个引物在现有的甘蓝型油菜萝卜质不育恢复系中均能检测出特异标记。筛选出的甘蓝型油菜萝卜质不育恢复系的特异分子标记与前人研究存在差异,标记相似系数为48.28%~93.10%。通过分子标记无法区分高硫甙和低硫甙恢复系,选育低硫甙萝卜质不育恢复系还需要借助品质分析仪。成功筛选得到6个甘蓝型油菜低芥酸、低硫甙、抗寒、结角正常、农艺性状优良的萝卜质不育恢复系,为将甘蓝型油菜萝卜质不育杂种优势应用于我国油菜生产奠定了基础。

对新选的玉米EMS诱变系进行遗传评价是对其展开利用研究的前提。以19份玉米EMS诱变系为试材,利用表型分析和玉米品种鉴定技术规程SSR标记法(NY/T1432-2014),研究各诱变系与相应基础试材间的遗传差异,结果表明:在考察的20个性状中,与基础试材相比,诱变系K305Y1403、K305Y1409、K305Y1411和K305Y1415有9个性状达到显著或极显著差异;R08Y1425、R08Y1423、R08Y1429分别有17,13,12个性状达到显著或极显著差异,与相应基础试材差异较大。40对SSR引物,平均每对引物在来源于K305与R08的诱变系中,检测出的等位基因个数平均分别为3.8,4.2个,扩增出的基因型个数平均分别为1.90,2.15个;每个位点的多态性信息量(PIC)分别为0~0.76和0~0.88,平均PIC分别为0.20和0.28;与基础材料间的遗传相似系数分别为0.790~0.918和0.707~0.884,平均分别为0.862和0.809;各诱变系与相应基础试材的遗传差异位点数均在2个或2个以上。综上可知,该19份新选诱变系与相应基础试材间存在真实的遗传差异,可继续开展其遗传利用研究。

为了进一步验证GhWRKY44 (登录号:KJ801807)基因在烟草异位表达后的功能,构建了CaMV35S启动子调控、Nos为终止子的棉花抗枯萎病相关基因(GhWRKY44)的过表达载体;电击法将其导入农杆菌GV3101,菌液PCR筛选鉴定阳性菌株,采用农杆菌介导法转化烟草;T₀转化植株经卡那霉素筛选、PCR检测后,随机从转基因T₀中选取5株进行RT-PCR检测,均为阳性株,说明GhWRKY44基因不仅整合到烟草基因组中而且还能正常转录。对过表达GhWRKY44基因的转基因烟草T₁株系进行实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析。结果表明,在正常生长情况下, PR5和NPR1的表达量在转GhWRKY44株系中明显增加,枯萎病菌侵染后,在转GhWRKY44株系中, PR1a、PR2和NPR1的表达量迅速增加,明显高于野生型株系,而PR5的表达量则低于野生型株系,说明该目的基因能在烟草中异位表达并能激活病程相关蛋白基因的表达,但其功能仍需进一步研究。

为了获得最优柑橘黑斑病病原菌柑橘叶点霉菌ISSR-PCR反应体系,利用单因素试验法对反应体系中的5个因素(Mg²⁺、dNTP、引物、Taq DNA聚合酶和模板DNA)分别设置了不同的浓度梯度进行反应体系的优化。结果表明,在20μL反应体系中,含有1.5 mmol/L的Mg²⁺、0.15 mmol/L的dNTP、0.3μmol/L的引物、25 ng DNA模板、0.5 U Taq DNA聚合酶为最优。利用优化的ISSR-PCR反应体系对不同地理来源的21株柑橘叶点霉菌菌株进行扩增。结果表明,已建立的体系稳定可靠。柑橘叶点霉菌ISSR-PCR反应体系的建立为利用ISSR分子标记技术对柑橘叶点霉菌进行遗传分析奠定了基础。

为阐明鹅Calm1基因结构特征及其表达规律。克隆四川白鹅Calm1基因编码区序列并进行生物信息学分析,应用实时荧光定量PCR技术检测鹅不同等级卵泡和不同组织中Calm1基因的相对表达量。鹅Calm1基因编码区序列全长为450 bp,编码149个氨基酸,其氨基酸序列与原鸡相似性为99%。鹅大脑中Calm1表达量显著高于其他组织(P<0.05)。Calm1在不同等级卵泡组织中均有表达,F2级卵泡中Calm1表达量是小白卵泡(Small white follicles,SWF)的1.76倍(P<0.05),且显著高于F5、F4、F3和F1级卵泡(P<0.05);在排卵后卵泡(Postovulatory follicle,POF)组织中,POF1级卵泡组织中Calm1表达量显著高于POF2、POF3和POF4级卵泡(P<0.05);卵巢组织中Calm1的表达量,是小白卵泡的1.75倍(P<0.05)。Calm1是高度保守、广泛表达的蛋白质,Calm1可能通过影响卵泡细胞增殖和类固醇激素合成来参与调控动物繁殖。

为从分子水平研究甘肃境内典型养殖模式下甘肃高山细毛羊、小尾寒羊、藏羊、蒙古羊和滩羊5个绵羊品种的PRKAG3基因多态性与屠宰性能和肉品质的相关性,探讨以PRKAG3为候选基因,提高绵羊屠宰性能和肉品质的可能性。采用PCR-SSCP技术对5个绵羊品种的PRKAG3基因外显子4,5和内含子4多态性进行检测,并就PRKAG3基因多态性与9月龄屠宰性能和肉品质进行相关性分析。结果表明,在PRKAG3基因2689 bp处发生了A>G的突变,位于第4内含子第23 bp处,表现出3种基因型,AA、AB和BB。纯合度(Ho)分别为0.67,0.69,0.76,0.69,0.59,杂合度(He)分别为0.3333,0.3061,0.2449,0.3077,0.4082,有效等位基因(Ne)分别为1.62,1.66,1.69,1.48,1.79,多态信息含量(PIC)分别为0.31,0.32,0.33,0.27,0.34。除藏羊外其他4个绵羊品种均处于Hardy-Weinberg平衡状态。关联分析表明,5个绵羊品种PRKAG3基因此变异位点的3个基因型间失水率性状差异显著(P<0.05);BB基因型个体的胴体重显著高于AA型(P<0.05),滩羊为极显著(P<0.01),BB基因型个体的眼肌面积显著大于AA型(P<0.05)(藏羊除外)。因此说明PRKAG3基因可作为候选基因用于绵羊产肉性能和肉品质的分子标记辅助选择。

为了探明杂草稻胁迫对栽培稻产量的影响及其生理原因,以杂草稻JS-Y1和栽培稻南粳44为材料,通过田间试验研究不同密度杂草稻(0,4,8,12,16株/m²)胁迫对栽培稻拔节期、抽穗期和灌浆中期光合性能、叶绿素荧光参数、透光率、膜脂过氧化和保护酶活性及产量的影响。结果表明:与对照相比,随着杂草稻发生密度的增加,杂草稻胁迫不同程度抑制了栽培稻不同生育期生理指标,影响栽培稻正常的生理功能,杂草稻的存在对栽培稻和杂草稻的共生群体的透光率造成了影响,在距地面20,50,80 cm和穗下10 cm,较对照分别降低54.03%~72.49%,39.68%~61.57%,48.98%~54.40%,38.07%~56.76%,达显著水平,叶片叶绿素含量、光合参数、PSⅡ的实际光化学效率(Ф_PSⅡ)和光化学淬灭系数(qP),以及膜脂过氧化酶活性,均随着栽培稻生育进程和杂草稻密度的增加而呈逐渐降低的趋势,在灌浆中期尤为明显;与对照(杂草稻发生密度为0)相比,杂草稻发生密度为4,8,12,16株/m²时,栽培稻产量分别下降了16.73%,43.01%,66.61%,83.24%,达显著差异。说明不同密度杂草稻胁迫时,影响了栽培稻群体的透光率,造成地上光合能力下降,栽培稻叶片细胞膜系统受到破坏是造成栽培稻产量降低的重要生理原因。

为探究白菜型与甘蓝型冬油菜抗寒机理差异的原因。以8个抗寒性不同的冬油菜品种为材料,采用大田试验和盆栽试验相结合的方法,待油菜长至5~6片真叶时,大田试验进行植物学形态,干物质积累量的测定,盆栽试验按24℃→10℃→5℃→0℃→-5℃→-10℃各48 h依次降温处理后测定生理生化指标。结果表明,白菜型冬油菜冬前生长点洼陷,幼苗匍匐生长,干物质积累主要集中在地下部分,其中白菜型冬油菜地下部鲜质量与地下部干质量较甘蓝型冬油菜平均增加了236.1%,263.0%,说明抗寒性强的冬油菜能够在营养生长阶段将光合有机产物优先运输到地下部,建立庞大的根系,为安全越冬提供代谢能量。随着温度的变化,不同类型冬油菜的生理生化活性有较大的差异,-5℃时陇油7号SOD活性较CK增加了10.7%,0℃时陇油7号CAT、POD活性较CK分别增加了24.7%,28.6%,而0℃时白菜型冬油菜SP含量较甘蓝型冬油菜平均增加了32.3%,-10℃时白菜型冬油菜的SS含量较甘蓝型冬油菜平均增加了71.4%,-10℃甘蓝型冬油菜MDA含量较白菜型冬油菜平均增加了52.8%,这说明抗寒性强的品种在低温条件下能够保护自身免受损伤,其中CAT、POD、SP是抵抗冷害的保护性物质,SOD、SS是抵御冻害的保护性物质。白菜型冬油菜比甘蓝型冬油菜在形态学及生理水平上都具有明显的优势,形态学上的优势使其有利于抵御极端低温天气,提供维持越冬及冬后返青所需的代谢能量;生理水平上,低温胁迫后保护性酶活性、调节性物质含量增加,能够有效地保护细胞膜结构,MDA含量减少,可以缓解低温对冬油菜叶片的伤害,从而保证高越冬率,为北方白菜型与甘蓝型冬油菜抗寒性研究提供理论依据。

为了探讨植物生长调节剂对甘薯产量和激素含量的影响,以济薯18、徐薯18和商薯0110为试验材料,在开始进入块根膨大期时(移栽后第35天),叶面喷施矮壮素·DA-6合剂和烯效唑,观察植物生长调节剂对不同生长类型甘薯的产量、光合作用和叶片、块根中的激素含量的影响。结果表明,植物生长调节剂处理促进同化物向根部的转运,提高了块根的产量。其中每hm²喷施1500 mL矮壮素·DA-6合剂处理显著提高了3个品种的产量,225 g烯效唑处理显著提高了济薯18和徐薯18的产量。调节剂处理对不同类型甘薯光合作用的影响不同,矮壮素·DA-6合剂处理显著提高了徐薯18的光合速率,而对济薯18和商薯0110的光合速率的提高没有达到显著水平,烯效唑处理对甘薯叶片的光合作用没有显著影响。烯效唑处理降低了3个甘薯品种的叶片IAA含量,显著降低了济薯18膨大中期的GA₃和叶片ZR含量,降低了徐薯18膨大后期的块根ZR和ABA含量;增加了济薯18和徐薯18膨大中、后期的叶片ABA含量、膨大前、中期块根IAA含量以及整个商薯0110膨大期的块根IAA含量。矮壮素oDA-6合剂处理显著降低了济薯18膨大中期的叶片IAA、膨大后期的块根和叶片ZR含量,降低了徐薯18膨大前期叶片IAA、ZR、ABA、块根ZR含量以及降低了商薯0110膨大前期的叶片GA₃和后期的ZR含量;增加了济薯18膨大前期的块根ABA、GA₃、叶片ZR、中期的叶片ABA和整个膨大期的块根IAA含量,增加徐薯18膨大前期的叶片ZR、中期的块根GA₃和ZR含量、叶片IAA、ABA、后期的块根IAA含量,增加了商薯0110膨大期的块根ZR、ABA、中期的叶片ZR、后期的叶片GA含量。植物生长调节剂处理部分改变了甘薯内源激素的变化动态,促进了地上部同化物向块根的转运,提高了甘薯的块根产量,植物生长调节剂对甘薯光合作用的影响因品种类型而异,并不是影响甘薯块根产量的主要因素。

为了明确一氧化氮(NO)和过氧化氢(H₂O₂)与玉米弯孢菌叶斑病抗性的关系,及作为信号分子调控玉米抵御弯孢菌感染过程中的生理机制。以对玉米弯孢菌叶斑病具有不同抗性的3个玉米种质478、齐319、农大108为试材,外源施用硝普钠(SNP)、2-4,4,5,5-苯-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(cPTIO)、过氧化氢(H₂O₂)、抗坏血酸(AsA),和接种玉米弯孢病菌,比较植株病情指数、NO和H₂O₂含量及寄主防御酶活性的变化。结果表明:外施一定浓度的NO供体硝普钠(SNP)和H₂O₂均可减缓玉米弯孢叶斑病菌侵染进程,降低感病率和平均病情指数,并且能够不同程度地提高植株防御酶活性,尤其抗性弱的玉米种质478植株内过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)和β-1,3-葡聚糖酶(Glu)的活性,诱发了玉米过敏性坏死反应;接种玉米弯孢菌后3个玉米种质叶片中NO和H₂O₂含量均有猝发现象,而NO和H₂O₂的清除剂cPTIO和AsA在一定程度上能够提高玉米植株感病率和病情指数。NO和H₂O₂是玉米弯孢菌叶斑病抗病的重要信号分子,可提高POD、CAT、SOD、PAL和Glu病程相关蛋白活性,进而增强玉米对弯孢菌的抗性。

为了解新疆野苹果盐胁迫下的生理特性,以新疆野苹果实生幼苗为试材,设置6个NaCl梯度(0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%)处理4 h和0.4%NaCl溶液处理7个时间梯度(0,4,8,12,16,20,24 h),采样测定其叶片中脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、叶绿素(Chl)和可溶性糖含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的变化。结果表明:叶片中脯氨酸的含量在NaCl浓度为0.6%时和NaCl浓度为0.4%处理12 h时,达到峰值,分别比对照提高了63.1%和27.0%。随着盐浓度的升高和盐胁迫时间的延长,丙二醛的含量呈现出逐渐增加的趋势。叶绿素变化呈现出先降低后升高再降低的趋势,所有处理中,叶绿素含量均低于正常水平。可溶性糖含量、SOD和POD的活性均呈现先上升到达峰值后再下降的趋势。新疆野苹果幼苗在盐胁迫下可通过积累脯氨酸和可溶性糖,提高SOD和POD的活性,以减缓盐胁迫对植株的伤害且具有一定的耐盐性。

为研究北方粳稻穗重指数及其与产量品质的关系,以东北地区近年来育成的水稻品种(品系)为试材,分别在辽宁、吉林和黑龙江进行比较试验,提出用穗重指数(PWI,单穗重与每穴穗数之比)反映穗数与穗(穗粒数和千粒质量)的关系。结果表明,试材平均穗重指数0.155 g/穗,99%置信区间为[0.109,0.200],据此将参试材料划分为穗重型、中间型和穗数型。穗重指数与产量、穗粒数及决定穗粒数的穗部性状(一二次枝梗数、二次枝梗粒率)、穗颈及倒2节间大小维管束数、株高、叶面积指数、上部三叶长宽呈显著或极显著正相关,与单位面积穗数和剑叶基角显著或极显著负相关,穗重型品种产量显著高于穗数型品种。穗重指数与加工品质、营养品质、食味及相关指标显著负相关,与外观品质无明显关系,穗数型品种品质明显优于穗重型品种。穗重指数是综合反映穗数与穗大的明显指标。在稳定单穗重的基础上,适当降低穗重指数,可能是进一步提高产量、改善品质的有效途径。

为辅助青麻叶大白菜的抗病育种研究,以青麻叶大白菜秋绿60种子为试验材料,比较了5种接种方法(菌土法、密封菌土法、蘸根法、注射法、浸种法)不同土壤pH值、菌液浓度、光照及根系分泌物等接种条件对人工接种效果的影响。结果发现,菌土法与其他接种方法相比效果更好、更稳定,浸种法效果最差。在土壤pH值为酸性时更易发病,且pH值达到6.5时,病情指数最高;每g土接种0.050 g病根是最适宜的接种浓度;光照对病害的发生有促进作用;番茄和抗、感根肿病的白菜根系分泌物均能促进病害的发生。因此,在青麻叶大白菜的人工接种试验中可采用以上最佳接种方法及条件提高接种效果。

为了验证养分吸收机制模型对作物根系磷吸收模拟的适用性和有效性,以玉米和大豆为研究对象,通过盆栽试验获取15个与土壤、根形态、根生理和水分相关的模型参数,采用NST 3.0软件对玉米和大豆地上磷吸收进行模型模拟和验证。结果表明,随着培养时间的延长,玉米和大豆磷吸收模拟值呈现指数曲线增长的趋势。在45 d的培养期间,玉米具有比大豆更高的磷吸收。对模拟值和实测值进行比较发现,NST模型能够较好地模拟玉米对土壤磷的吸收,但对大豆磷吸收的模拟值偏低。回归分析结果表明,磷吸收模拟值和实测值存在显著的回归关系(P<0.05),模拟磷吸收解释了实测磷吸收70.22%的信息,说明模拟的磷吸收在很大程度上能够代表2个种类的磷吸收。总体来说,NST模型能够很好地模拟玉米和大豆的磷吸收。

采用湿润育秧,研究了不同育秧方式(秧盘不垫铺麻纤维膜育秧和秧盘垫铺麻纤维膜育秧)和育秧肥不同施用方式(100%秧土混施、50%秧土混施+50%秧土底部撒施、100%秧土底部撒施)下水稻机插秧苗的形态、干质量、根系活力、植株可溶性糖和硝态氮含量、发根力,以探索秧盘垫铺麻纤维膜结合育秧肥底部撒施应用于水稻机插育秧的可行性,以进一步改进麻纤维膜水稻机插育秧技术。结果表明,秧盘垫铺麻纤维膜明显提高了水稻机插秧苗素质,相比秧盘未垫铺麻纤维膜的处理,秧盘垫铺麻纤维膜处理的秧苗表现为秧苗壮实,秧苗根冠比、根系活力、植株可溶性糖含量、发根力均有所提高。育秧肥底部供应提高了秧苗地下部生物量和根冠比,提高了秧苗植株可溶性糖含量而降低了硝态氮含量。随着育秧肥底部撒施比例的增加(从100%秧土混施到100%秧土底部撒施),秧盘未垫铺麻纤维膜秧苗的单株地下部干质量提高了69.2%,根冠比增大了60.3%,可溶性糖含量增加了38.6%,硝态氮含量降低了8.2%;秧盘垫铺麻纤维膜秧苗的单株地下部干质量提高了6.8%,根冠比增加了2.6%,可溶性糖含量增加了41.3%,硝态氮含量降低了7.8%。水稻秧苗根系活力和发根力均在育秧肥50%秧土混施+50%秧土底部撒施方式下达到最高值。研究表明,相比混施于育秧土中,育秧肥底部撒施可以提高水稻机插秧苗素质,可与麻纤维膜很好地结合起来应用于水稻机插育秧。

为解决生产中氮肥过度施用造成的资源浪费和环境污染问题,选择适宜的玉米氮高效品种至关重要。在不同施氮水平下,对不同基因型玉米籽粒发育及氮效率的差异进行了比较,采用田间试验,对屯玉99(TY)、潞玉19(LY)、先玉335(XY)3个玉米品种在4个施氮水平N0、N1、N2、N3(0,80,160,240 kg/hm²)条件下的籽粒发育和氮效率进行对比分析。结果表明,各品种玉米的籽粒干质量与氮含量差异在N3水平下最大,依次表现为N3> N2> N0> N1;随着施氮量的增加,双高效型先玉335和高氮高效型屯玉99籽粒发育速率加快,籽粒干质量和籽粒氮含量在各生长时期都有明显增加,增施氮肥可以有效提高其氮肥利用率,促进氮在玉米植物体内的转移;低氮高效型潞玉19在低氮(N0、N1)水平下保持较高的产量,但随施氮量的增加,其籽粒干质量和氮含量无明显变化,产量甚至有所降低,导致氮利用效率降低。双高效型先玉335在低氮和高氮条件下都有较好的产量,是适合广泛种植的玉米品种;低氮高效型潞玉19适合在贫瘠土壤和施氮条件不良的条件下种植。

以早稻株两优4024、金优402和晚稻H优159、金优207为试材分析了不同施氮水平对双季稻(早稻、晚稻)产量及群体特性的影响。施氮水平设置为120,150,180,225 kg/hm²(分别记作N₁、N₂、N₃、N₄),考察各处理的产量及其形成和分蘖动态、剑叶SPAD值、剑叶光合速率以及干物质积累等变化指标。结果表明:早稻株两优4024、金优402和晚稻H优159、金优207各处理产量均呈N₁、N₄、N₂、N₃依次增加的变化趋势;4个供试组合在分蘖盛期的总生物量呈N₁、N₂、N₃、N₄依次增大的变化趋势,在齐穗后13 d、成熟期4个组合的总生物量均呈N₁、N₄、N₂、N₃依次增大的变化趋势;相关分析发现,齐穗后13 d、成熟期的叶干质量、茎鞘干质量、穗干质量、根系干质量、地上部干质量、生物总量和剑叶光合速率与产量之间均呈显著或极显著正相关。试验结果说明,在120~180 kg/hm²,增加施氮量有利于双季稻取得高产;增加施氮量可促进分蘖盛期干物质的积累,但过量施氮会影响生长后期干物质的积累;齐穗后较大的生物总量和较高的剑叶光合速率有利于双季稻取得高产。

为小麦持续节水增产增效提供理论帮助和科学依据,在人工防雨玻璃篷下研究了9种灌水方式(不同灌水时期和灌水量组合)对小麦根系、光合、品质及产量的影响。结果表明,小麦的总根长、总体积、总表面积、平均直径和总根尖数皆以W1处理(全生育期水分充足)最高,拔节期和抽穗期灌水可获得与W1相当的根系性状。小麦冠层叶绿素密度灌1水下以W2(拔节期45 mm)和W3(抽穗期45 mm)灌水处理最高。总灌水量相同,增加灌水次数对小麦光合的影响不大,拔节期和抽穗期灌水组合是灌2水下最佳灌水时期组合。抽穗期灌水与其他生育期灌水处理相比,利于提高蛋白质含量;W1处理的淀粉含量、湿面筋含量和沉降值最高,其次为W2,且二者间的差异不显著。W1的穗数、穗粒数、千粒质量和产量最高,其次为W2,分别比W0(全生育期不灌水)显著增加了3.2%,5.4%,6.1%,15.3%和2.1%,4.3%,5.6%,10.9%,且总灌水量相同,灌1水的增产效果可优于或相当于灌2水和灌3水的效果。相关分析表明,根系总体积、总表面积、平均直径、总根尖数与光合速率、冠层叶绿素密度、千粒质量、产量皆呈显著或极显著正相关关系。研究得出,拔节期和抽穗期灌水最利于小麦根系、光合、品质及产量的改善;灌水总量相同,增加灌水次数的效果不明显。

为了探讨不同秸秆还田条件对土壤有机碳与腐殖物质含量的影响,利用连续进行6年的莱阳潮土区长期定位秸秆还田试验,研究了小麦-玉米秸秆还田条件下,施用氮肥以及不施肥或单施有机肥对土壤有机碳及腐殖物质的影响。结果表明,在供试的5个处理中,两季秸秆还田施肥处理(WCN)的有机碳以及腐殖物质含量最大,为最优处理。主要效应从大到小依次是氮肥、有机肥、秸秆还田+氮肥、秸秆还田。与对照(CK)相比,氮肥与秸秆配施大幅增加土壤胡敏酸(HA)、胡敏素(HM)、富里酸(FA)含量并使之处于稳定水平上,与单施有机肥相比,随着年限增加,秸秆与氮肥配施(WN、WCN)能够显著增加土壤腐殖质各组分含量,其中两季秸秆还田施氮肥(WCN)处理增幅最显著。通过对不同秸秆还田模式下土壤有机碳、腐殖质含量变化趋势的研究,表明秸秆还田与氮肥配施能够提高土壤有机碳含量,提高土壤腐殖质品质。

为了探讨节水灌溉下土壤微生物特性和土壤酶活性的变化特征及其与土壤养分之间的关系,在华北平原旋耕条件下,研究了不同灌溉处理(常规灌溉W1、节水灌溉W2和无灌溉W3,冬小麦全生育期总灌溉量分别为150,75,0 mm)对冬小麦田土壤微生物量氮、基础呼吸、土壤酶活性和土壤养分的影响。结果表明:减少灌溉量可显著降低土壤微生物量氮和土壤基础呼吸。随着灌溉量的减少,β-葡萄糖苷酶和多酚氧化酶活性随之降低;而W3可显著提高脲酶活性。土壤含水量随灌溉量的减少而降低。水分胁迫可显著提高土壤有机碳和硝态氮含量,但有降低铵态氮含量的趋势。相关性分析可知,土壤微生物量氮与土壤铵态氮含量显著正相关。β-葡萄糖苷酶和多酚氧化酶活性均与土壤含水量和铵态氮含量显著正相关,β-葡萄糖苷酶活性与有机碳含量显著负相关;脲酶活性与有机碳和硝态氮含量显著正相关,而与土壤含水量显著负相关。可见土壤微生物特性和土壤酶活性受灌溉处理调控,并且与土壤C、N养分的循环转化关系密切。

为了实现小麦/玉米高产高效生产,采用田间小区试验方法,研究了不同氮肥管理措施对小麦/玉米产量、氮素利用及农田氮素平衡的影响。结果表明,小麦季在农民常规施肥的基础上适当减少追氮量不会对小麦产量产生明显影响,在施氮总量195 kg/hm²基础上配施调控剂处理小麦增产8.3%~24.6%,氮肥偏生产力、表观利用率和农学效率及氮肥贡献率均得到相应提高。在玉米季,以一次性基施适量氮肥同时配施抑制剂的氮肥管理方案为最佳,在施氮240 kg/hm²水平上与不添加抑制剂等氮量一次性基施和基追结合处理相比,增产幅度分别为7.4%~9.6%和13.9%~16.2%,氮肥贡献率、肥料偏生产力和农学效率亦得到显著提高;经过一个轮作周期后,农田土壤氮素盈余量为63.94~126.83 kg/hm²。在总施氮量435 kg/hm²的情况下,与单施尿素相比较,配施氮素调控剂的氮素盈余量降低了27.4%~44.2%,其中脲酶与硝化抑制剂配施效果最佳。但在总施氮量480 kg/hm²的情况下,即使施用了氮素调控剂,氮素平衡盈余率仍在20%以上,存在较大的环境风险。