为挖掘小麦抗逆基因,研究类钙调素基因在植物抗逆反应的分子机制,利用电子克隆结合RT-PCR的方法克隆小麦类钙调素基因TaCML8-A。生物信息学分析显示,该基因的CDS区全长为519 bp,编码172个氨基酸,包含PTZ00184和FRQ1超家族,含有4个EF-hand结构域,其中包含4个钙离子结合位点;编码蛋白质分子质量为18.31 ku,等电点为4.54,属于酸性蛋白质。亚细胞定位结果显示,TaCML8-A蛋白质在细胞核和细胞膜中均有分布。核苷酸序列比对发现,TaCML8-A与水稻OsCML14亲缘关系最近,相似性为79.17%。qRT-PCR结果显示,在盐、渗透和冷胁迫处理中,TaCML8-A基因在小麦地上部分和根中的表达均上升,表明植物可能通过提高TaCML8-A基因的表达来响应盐、渗透和冷胁迫;热激时TaCML8-A基因在根和地上部分分别受到诱导和抑制,从而发挥不同的功能。从小麦中成功克隆出类钙调素基因TaCML8-A,并进行表达分析,初步推测该基因可能参与调控植物的非生物胁迫,其结果可为后续研究其生物学功能提供基础理论支撑。

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用,以玉米骨干自交系郑58为试验材料,设置200 mmol/L的NaCl溶液、20% PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验,利用qPCR技术,对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析。系统进化树分析结果表明,9个ZmbZIP基因进一步细分为3个亚组。qPCR分析结果表明,8个基因在不同组织器官中表达,ZmbZIP80没有被检测到,其可能是假基因。在人为模拟盐、干旱、低温和氮胁迫条件下,8个ZmbZIP在应答不同胁迫时,呈现不同的表达模式,ZmbZIP37和ZmbZIP53受NaCl胁迫明显诱导,而ZmbZIP49和ZmbZIP79则受到显著抑制;硝态氮缺乏胁迫显著抑制叶片中ZmbZIP37和ZmbZIP53基因表达,ZmbZIP42和ZmbZIP49则受到铵态氮缺乏胁迫的明显诱导。这些结果表明,8个ZmbZIP在玉米抵御逆境胁迫时发挥着广泛的作用;9个ZmbZIP基因在玉米不同组织中和响应不同逆境胁迫时的表达模式明显不同。研究结果可为进一步研究这些基因的生物学功能提供科学数据。

为了开发稳定可靠、操作简便的大豆分子标记,以12份地理来源不同的大豆种质资源为材料,通过基因组10倍深度重测序开发长片段插入/缺失(InDel)标记,并应用2018年黄淮海大豆多点鉴定96份参试品系DNA指纹图谱构建。结果表明,在参试材料中,共检测到插入/缺失片段长度大于20 bp的InDel标记66 561个,平均每条染色体InDel标记的数量为3 262个;位于内含子的InDel占比12.35%,位于基因上游序列和下游序列的InDel占比分别为25.83%,20.44%,位于基因间隔区的InDel占比34.39%,位于外显子的InDel占比0.19%,位于5'-UTR和3'-UTR的InDel占比分别为0.93%和1.51%;片段长度介于20~40 bp的InDel数量为42 453个,41~60 bp为13 044个,61~80 bp为5 034个,81~100 bp为2 285个,大于100 bp为2 413个;从检测到的66 561个InDel位点中,根据插入/缺失片段长度,在基因组中随机选区160个InDel位点,利用引物设计、PCR和琼脂糖凝胶电泳等技术,在55 ℃的退火温度条件下,开发出32个有且仅有2个等位变异、基于1%琼脂糖凝胶电泳技术易于分辨的长片段插入/缺失标记。应用新开发的32个标记,构建了2018年黄淮海大豆多点鉴定96个参试品系DNA指纹图谱,参试的大豆材料纯度为96.84%,没有同物异名现象发生。研究开发的InDel标记稳定可靠、操作简便,可应用于大豆DNA指纹图谱构建、种子纯度检测等工作。

为了克隆山药异戊烯基转移酶基因,预测该基因编码蛋白的结构和特性,并检测该基因在山药珠芽发芽期的表达特征,采用同源克隆的方法克隆山药IPT 基因,使用生物信息学的方法预测蛋白质的序列和结构,通过实时荧光定量PCR检测基因的表达量。结果表明,在山药中克隆到了长为1 398,1 044,1 349 bp的3条核酸序列,依次命名为DoIPT1、DoIPT5a和DoIPT5b,基因登录号依次是:MW353160、MW353016、MW353017,各基因的阅读框长度依次为1 137,861,1 011 bp,编码氨基酸长度分别为378,286,336 aa。分析氨基酸生物信息得知,DoIPTs属于不稳定外在膜亲水性蛋白,DoIPT5b存在2个信号肽,其余无信号肽;3个蛋白的二级结构预测与三级结构模型图相符;DoIPTs的编码区与其他植物的异戊烯基转移酶蛋白高度同源。DoIPTs编码区域显示,DoIPTs N端含有P-loop NTPase结构域GXXGXGKS(T),具有催化形成细胞分裂素的能力。实时荧光定量PCR分析结果表明,在22 ℃无外界水条件下珠芽发芽时表皮中DoIPT5a的表达量最高,在潮湿环境下DoIPT1和DoIPT5b基因的表达量最高;多效唑处理能够使DoIPTs基因的表达上调。结果为进一步研究山药DoIPTs基因的功能奠定了基础。

番茄属于冷敏感模式植物,在生长过程中极易受冷害进而影响其产量。为进一步揭示番茄植株抗寒的分子机制以及对选育番茄抗寒品种提供理论依据,以蔬菜遗传育种与生物技术实验室种质资源编号25的番茄品种为材料、番茄转录因子SlMYB-related 2为研究对象,基于CRISPR/Cas9基因敲除载体,通过农杆菌转化法转化获得番茄阳性植株;构建VIGS瞬时沉默表达载体,以野生型和未插入目的基因片段的病毒转化植株为对照,将3组植株进行4 ℃(16 h光照/8 h黑暗处理,60%湿度)低温处理后,测定抗冷相关生理指标的含量,比较其耐寒性。结果表明,构建了CRISPR/Cas9基因敲除载体,共获得了CRISPR沉默阳性植株2株;构建了VIGS沉默表达载体,经低温处理后发现,随着低温处理时间的延长,SlMYB-related 2基因转化组番茄植株的脯氨酸和可溶性糖的增长趋势比对照番茄组(野生型携带TRV空载,CK)和野生组(WT)慢,且含量低于CK组和野生组,但丙二醛含量高于CK组和野生组,证明VIGS瞬时表达番茄植株抗寒性显著低于CK组和野生组。通过对基因瞬时沉默表达后番茄植株的抗寒性分析,发现SlMYB-related 2基因在低温胁迫中起到了正调控作用。

为获得扁茎黄芪转录组信息及功能基因表达特征,以扁茎黄芪的幼苗叶片为材料,利用Illumina HiSeq平台进行转录组测序及生物信息学系统分析。结果显示,共获得扁茎黄芪Unigene 19 280条,总长23 472 470 bp,其中GC含量达42.74%,测序质量和组装效果较好。通过Blast分析后,分别有12 541,10 120,9 412,8 953,7 494,5 052条Unigene在Nr、Swiss-Prot、GO、KEGG、KOG、COG数据库获得注释。注释到的扁茎黄芪Unigene同源物种以豆科植物为主,尤其是与其同属蝶形花亚科的鹰嘴豆、蒺藜苜蓿和相思子匹配度较高,分别占31.49%,14.50%,11.65%;扁茎黄芪注释Unigene涉及3个GO类别,354条KEGG代谢通路和25个KOG功能分类,其中富集最多的类别分别为代谢过程、一般功能预测和嘌呤代谢,说明扁茎黄芪幼苗期的叶片细胞具有活跃的新陈代谢活动,基因表达丰富。另外,扁茎黄芪Unigene在KEGG数据库中的感染性疾病类别获得较多注释,表明其植株部位也可能具有药用价值。利用MISA软件挖掘到5 849个SSR位点,SSR出现频率30.34%。扁茎黄芪基因组内SSR位点丰富、类型多样化,单碱基至六碱基重复全部出现,其中单碱基丰度最高,占40.56%,以A/T、AG/CT和AAG/CTT为优势基元。

为定位控制水稻发芽期和芽期耐冷性的QTL,探究其遗传机制,以耐冷性强的粳稻品种彩稻为母本、耐冷性弱的籼稻品种WD为父本杂交衍生的含有189个株系的重组自交系群体为试验材料,以低温胁迫下的相对发芽率、平均发芽天数、成苗率、芽期耐冷级别为鉴定指标,结合978个Bin标记,运用IciMapping 4.2对发芽期和芽期耐冷QTL进行定位分析。结果显示,检测到2对与芽期耐冷有关的上位性QTL,LOD值分别为5.70,5.55,贡献率分别为13.22%,39.87%;此外,还检测到5个与水稻发芽期耐冷相关的QTL、5个与水稻芽期耐冷相关的QTL。这些QTL位于1,3,5,8号染色体上,LOD值为2.55~7.07,表型贡献率为6.41%~17.17%。其中,qLTG3在5个发芽期耐冷性QTL中表型贡献率最高,且与芽期耐冷性相关;qCTP1-2在5个芽期耐冷性QTL中表型贡献率最高;qCTB1、qCTP1-2和qLTG8等3个QTL未见报道。研究检测到的QTL以及上位性QTL,可为后续水稻耐冷性的遗传研究以及改良提供参考。

为探究稻茬小麦壮苗培育和高产栽培途径,在水稻秸秆全量还田条件下研究了耕翻(PR)、旋耕(RR)和免耕(NT)3种耕作方式对冬前麦苗主茎和分蘖生长生理和成熟期单穗产量的影响。结果表明,耕翻方式下越冬始期茎蘖数分别比旋耕和免耕方式下高1.5%,12.8%,差异显著(P<0.05);单株叶面积和干质量分别达到94 cm²和787 mg,均显著高于免耕(P<0.05)。相比免耕,耕翻显著提升了小麦苗期主茎、第一、第二和第三分蘖顶部全展叶片的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性,明显促进了二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)、磷酸丙糖异构酶(TPI)活性和叶绿素相对含量(SPAD值),并促进了蔗糖合成酶(SS-Ⅱ)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性和叶片可溶性糖含量的提高(P<0.05);并且显著提高了主茎、第二和第三分蘖的叶片氮含量(P<0.05)。此外,耕翻和旋耕方式还增加了主茎、第一和第二分蘖的叶面积和干质量。表明耕翻较旋耕和免耕方式更有利于协同提升苗期主茎和低位分蘖的氮代谢、糖代谢和光能利用水平,进而增加光合生产能力,形成壮苗。而旋耕对碳氮代谢和光合能力的提升高于免耕,但弱于耕翻。耕翻下主茎穗的穗粒数、单粒质量和旋耕差异不显著,但二者均显著高于免耕(P<0.05)。耕翻下第一和第二分蘖的穗粒数显著高于旋耕和免耕(P<0.05),但耕翻与旋耕间第一、二和三分蘖穗的单粒质量和单穗质量差异不显著(P>0.05)。由此可见,通过耕翻方式可提升稻茬小麦冬前幼苗的主茎、第一、二分蘖的糖氮代谢和光合生理活性,形成壮苗个体,促进了单穗生产力尤其是穗粒数的增加。

为了探究影响茎秆强度的关键因素,筛选在小麦“强秆育种”中有价值的亲本资源,以72份小麦品种(系)为材料,首先综合小麦开花期、灌浆期、乳熟期3个生育时期的茎秆强度进行所有材料的聚类分组,在此基础上进一步分析这些小麦材料茎秆横切面的显微结构和木质素、纤维素含量的遗传变异及其与茎秆强度的相关性,明确与茎秆强度相关的关键性状;利用主成分分析提取茎秆横切面显微结构的主因子、计算综合因子得分,进一步结合木质素、纤维素含量进行聚类分析,从而综合评价不同小麦品种(系)茎秆强度相关性状的表现。结果显示,开花期—灌浆期,小麦茎秆强度变弱的同时,机械组织厚度也出现了显著减少;薄壁组织厚度、机械组织厚度、大维管束面积、木质素和纤维素含量在强茎秆强度小麦中远高于弱茎秆强度小麦;相关分析同样显示,机械组织厚度、大维管束面积、木质素和纤维素含量与茎秆强度呈显著或极显著相关性。最后将茎秆显微结构的主成分综合因子得分和木质素、纤维素含量作为3个变量进行聚类分析,共筛选出18份在茎秆显微结构和生化指标方面表现突出的小麦材料,其可作为小麦“强秆育种”的重要遗传资源。

为研究施氮方式和行距配置对水稻冠层结构和产量的影响,以沈稻9号为材料,于2019—2020年进行田间试验,采用两因素裂区设计,主区设不施氮肥(A₀)、农户方式(A₁)、底氮减施(A₂)、底氮后移(A₃)4种氮肥管理方式,副区设常规方式(行距30 cm,B₁)、缩行增密(行距25 cm,B₂)、宽窄行(行距40 cm+20 cm,B₃)3种行距配置,运用大田切片法,研究不同施氮方式和行距配置下水稻各层叶面积指数(LAI)、光合有效辐射、剑叶光合特性和产量的差异。结果表明,施氮方式与行距配置对产量有极显著影响,且存在交互作用,在A₃B₂组合下,产量达到最高,为9.85 t/hm²。与A₁、A₂相比,A₃处理单位面积颖花数提高4.31%~10.55%,结实率提高2.87~4.09百分点,使剑叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)分别提高了4.84%~9.12%,14.08%~15.71%,11.33%~15.83%;同时,A₃具有较高的光合有效辐射截获率和群体叶面积指数。与B₁、B₃相比,B₂可以增加单位面积颖花数和群体叶面积指数,增幅分别为7.57%~9.97%,4.29%~20.43%,光合有效辐射截获率达88.99%。综合产量、光合特性和冠层结构的表现,施氮方式为底氮后移结合行距为25 cm为本试验的最优组合,能有效提高单位面积颖花数、结实率、千粒质量,改善群体结构,促进高产形成。

为探究2种灌浆充实调节剂对大穗型水稻品种弱势籽粒灌浆充实的影响及其作用机制,采用大田试验,以大穗型水稻品种交源优216为试验材料,研究了抽穗开花期喷施灌浆充实调节剂(禾立丰和新美洲星)对水稻弱势籽粒灌浆充实、内源激素含量、灌浆充实相关miRNA及其靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因表达量的影响。结果表明,2种灌浆充实调节剂禾立丰和新美洲星显著提高了交源优216的产量、弱势籽粒千粒质量、灌浆速率及灌浆起始势,弱势籽粒千粒质量与对照(清水处理)相比分别提高了16.07%和15.89%;且弱势籽粒中IAA含量在花后9,15,21 d显著增加,Z+ZR含量在花后9,21 d显著增加。禾立丰处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j和miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白的基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;而正调控籽粒灌浆充实的类萌发素蛋白基因OsGLP3在花后6 d显著上调,蔗糖-淀粉代谢关键酶基因在花后6,12 d显著上调。新美洲星处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j、miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;正调控籽粒灌浆充实的OsGLP3和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达量在花后6,12 d显著上调。相关分析结果表明,弱势籽粒灌浆速率与miR1432、OsGF14f的表达量呈显著负相关关系,而与IAA含量呈显著正相关关系。因此,禾立丰和新美洲星可能是通过调节灌浆前中期灌浆充实相关miRNA及靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达量,进而提高激素IAA和Z+ZR含量,促进弱势籽粒灌浆充实。

为研究不同氮素水平下接种大豆根瘤菌对大豆生长和结瘤固氮的影响,以大豆品种Williams 82为试验材料,采用蛭石法种植,设置无氮、低氮和高氮3种浓度的硝酸盐处理,接种USDA110大豆根瘤菌,研究不同氮素水平对大豆结瘤及氮含量的影响。结果表明,不同施氮水平对根瘤数目、根瘤干质量和根干质量都有不同程度的影响,施加高氮营养液会抑制大豆结瘤,而无氮处理则促进了大豆结瘤;根干质量呈现相反的变化趋势,无氮处理的根干质量最小,高氮处理的根干质量最大。不同施氮水平下,大豆不同器官氮含量在接菌和不接菌间表现出不同的变化趋势;高氮处理下的氮素含量显著高于低氮、无氮处理,不同器官氮含量整体表现出叶>根>茎的现象;不同氮水平条件下,不同叶位叶绿素值(SPAD值)在接菌与不接菌间无明显差异。叶形态指标的测定结果显示,高氮处理下叶面积、叶周长、叶长和叶宽均显著高于无氮处理;无氮接菌后叶面积和叶周长显著大于无氮不接菌处理,表明接菌不仅促进了根生长,还刺激了叶片增大。由此可知,不同氮素水平下,接种根瘤菌对大豆幼苗的结瘤固氮和生长发育的变化规律不同,适当增施氮素营养、配合根瘤菌剂的使用可促进大豆生长发育及氮素利用吸收。

为了探究不同浓度外源褪黑素对冷驯化后低温胁迫下马铃薯幼苗生长的影响,以云南主栽马铃薯品种合作88为材料,采用人工模拟低温胁迫(4 ℃ 14 d ,-2 ℃ 12 h)的方法,研究了不同外源褪黑素浓度(50,100,150 μmol/L)对低温胁迫下马铃薯幼苗生长及活性氧代谢系统的影响,以探讨外源MT缓解低温胁迫对马铃薯幼苗伤害的可行性。结果表明,与低温胁迫的马铃薯幼苗相比:50 μmol/L MT处理的幼苗的存活率提高了38.89百分点,株高和茎粗分别提高了2.92%,1.86%,SS、SP和Pro的含量分别增加了12.66%,13.80%,1.96%,POD和CAT的活性分别提高了29.24%,351.62%;100 μmol/L MT处理的幼苗的株高和茎粗分别提高了16.97%,2.82%,MDA和H₂O₂的含量分别降低了19.35%,0.48%,POD和CAT的活性分别提高了55.44%,213.56%,GSH的含量提高了13.61%;150 μmol/L MT处理的幼苗的存活率提高了27.78百分点,株高和茎粗分别提高了5.62%,13.20%,MDA的含量降低了9.45%,Pro的含量增加了38.70%,SOD、POD和CAT的活性分别提高了52.61%,25.25%,300.94%,AsA和GSH的含量分别提高了3.48%,3.97%。表明施加外源MT后可以不同程度的通过促进幼苗的生长、降低叶片的MDA和H₂O₂含量、促进SS、SP、Pro的积累、提高SOD、POD、CAT的活性、增加AsA和GSH的含量,从而缓解低温胁迫对马铃薯幼苗的伤害,进而提高马铃薯幼苗的抗低温胁迫的能力。综上,50 μmol/L MT处理可较优得提高马铃薯幼苗在低温胁迫下的抗逆性。

归纳不同施肥条件下土壤养分和微生物量碳氮磷(CNP)化学计量特征及与之相关的酶活性变化,从施肥制度与土壤中养分平衡的关系着手制定出更加合理的施肥措施。通过数据整合分析,收集已公开发表施肥土壤中CNP化学计量比和酶活性变化的相关中、英文文献,提取有效数据,然后进行数据分析,通过绘制森林图明确土壤和微生物量CNP化学计量特征及土壤酶活变化对不同施肥方式的响应。结果表明:单一化肥、复合肥和化肥有机肥配施处理中C/N平均值分别为14.1,14.8和23.2,C/P分别为20.4,15.3和14.8,N/P分别为5.03,4.43和3.10。不同施肥措施下MBC/MBN和MBN/MBP无显著差异,MBC/MBP值排序为:化肥有机肥配施>单一化肥>复合肥。不同施肥制度均能提高土壤蔗糖酶、磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性,其中化肥配施有机肥效果最为显著。化肥配施有机肥时蔗糖酶活性增幅可高达100%。化肥有机肥配施能够显著影响土壤中CNP化学计量比,增强微生物活动,促使微生物释放更多有利于土壤养分矿化的酶,是农业生产中提高作物产量并保证土壤健康的有效途径;土壤酶活性受到土壤肥力状况和微生物过程的共同制约,CNP化学计量比与土壤酶活性存在一定相关性,而这同时也受到土地利用类型、土壤酸碱度和轮作制度等因素的影响。土壤养分-微生物-酶活性体系的研究可以为农田系统优化施肥管理提供一定的理论依据。

为促进冬绿肥在华北地区进一步推广种植,采用田间长期定位试验,以冬季闲田为对照,设置了二月兰、毛叶苕子、黑麦草和冬油菜4个冬绿肥处理,研究不同冬绿肥对土壤有机磷磷素含量的变化及玉米磷吸收的影响。结果表明,不同冬绿肥处理在7 a间,土壤全磷、有效磷含量变化趋势相同,毛叶苕子相对其他处理增加土壤全磷最多,年均增长率达8.07%;冬油菜相对其他处理增加土壤有效磷含量最多,年均增长率达48.34%。不同冬绿肥与春玉米轮作对土壤中各形态有机磷含量影响不同,2019年,活性有机磷含量最高的是黑麦草处理和冬油菜处理,均为12.64 mg/kg;中等活性有机磷含量最高的是冬油菜处理,为41.64 mg/kg;中稳性有机磷含量最高的是黑麦草处理,为18.73 mg/kg;对于高稳性有机磷来说,冬油菜处理显著高于其他处理,二月兰、毛叶苕子和黑麦草处理显著低于冬闲和冬油菜处理;冬油菜与春玉米轮作可促进土壤中有机磷向活性及中等活性有机磷转化。冬绿肥翻压7 a后,冬油菜处理的玉米籽粒含磷量0.39 mg/kg为各处理中最高。玉米籽粒含磷量与各形态有机磷的相关系数大小依次为MLOP(0.952^**)>LOP(0.816^**)>MROP(0.122)>HROP(-0.064)。

为研究引入豆角的轮作模式对设施土壤硝态氮淋失的影响及机理,2018—2020年采用田间定位试验对比番茄-甜瓜、豆角-甜瓜、番茄-豆角3种轮作模式下设施土壤硝态氮淋失量的变化特征,并探讨驱动硝态氮淋失差异的关键因子。结果表明,相对于传统番茄-甜瓜轮作,引入豆角的轮作模式显著降低硝态氮淋失,其中,番茄-豆角轮作2 a总硝态氮淋失量比番茄-甜瓜显著下降39.74%,豆角-甜瓜轮作硝态氮淋失量比番茄-甜瓜降低6.32%。3种轮作模式中,番茄-豆角环境效益最佳,为推荐种植模式。Spearman相关分析表明,设施土壤硝态氮淋失量受0~100 cm土壤储水量、硝态氮累积量和温度影响最大,呈极显著正相关;与0~100 cm有机碳储量和全氮累积量显著正相关,与0~60 cm土壤pH值显著负相关。与传统番茄-甜瓜轮作相比,推荐种植模式(番茄-豆角)主要通过显著降低0~100 cm土壤储水量、硝态氮和全氮累积量并提高土壤pH值,从而改变土壤理化性质,以及缓解氮淋失敏感季节有机氮矿化等作用引起的背景氮淋失从而改变氮循环过程等途径降低硝态氮淋失。

为了探究旱直播水稻品质在不同有机肥处理下的变化规律,于2018—2020年,以龙粳31为试验材料,设置6种处理,即:零肥(N0)、常规施肥(NPK)、生物炭+常规施肥(OF1)、海藻生物有机肥+常规施肥(OF2)、基施旺生物有机肥+常规施肥(OF3)、凹凸棒有机肥+常规施肥(OF4),研究不同有机肥处理下旱直播水稻加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质的变化差异。结果表明:3 a间,有机肥处理的稻米整精米率高于NPK和N0,与NPK相比,OF1~OF4分别提高2.64,1.78,1.06,2.53百分点;垩白度以OF2最高,为1.82%,较NPK增加0.11百分点,但OF1、OF3、OF4垩白度低于NPK,平均分别降低0.26,0.41,0.51百分点;各处理的精米粒长、粒宽和长宽比无显著差异;2019—2020年,与NPK相比,有机肥处理增加了稻米蛋白质含量,而直链淀粉含量却呈降低趋势;2 a间,OF1、OF2、OF3、OF4蛋白质含量平均分别为8.99%,9.13%,9.08%,9.16%,较NPK分别增加0.54,0.68,0.63,0.71百分点;而OF1、OF2、OF3、OF4直链淀粉含量平均分别降低了0.20,0.64,0.69,0.38百分点;与NPK相比,有机肥施入初期可提高旱直播稻米光泽、味道、口感和食味评分值,但长期施用有机肥将导致旱直播稻米蒸煮食味品质变差;2019—2020年,NPK处理的稻米食味评分值平均为72.70,与NPK相比,OF1、OF2、OF3、OF4均不同程度地降低了稻米的香气、光泽、味道、口感和食味评分值,食味评分值分别降低5.53%,6.40%,3.71%,3.23%,但有机肥增加了稻米的完整性。综上,长期施用有机肥能改善旱直播稻米的加工品质和外观品质,提高营养品质,但不利于蒸煮食味品质的形成并且会降低直链淀粉含量。

为研究高粱、玉米残体腐解特征及腐解进程中秸秆腐解微生物群落功能多样性的变化,设置残体类型(高粱茎叶、玉米茎叶、高粱根系、玉米根系)、土壤类型(潮褐土、黄壤土)、氮处理(调节碳氮比、不调节)3个变量,通过2次试验分析不同腐解条件下残体的腐解特征(干物质降解率、碳矿化特征、纤维素、半纤维素和木质素的降解率),并使用BIOLOG-ECO板分析秸秆腐解微生物群落代谢多样性。结果表明,高粱、玉米残体腐解速率均表现出前期快后期慢的特征,表明在相同土壤和氮处理条件下,残体干物质降解率及碳矿化速率表现为高粱茎叶>玉米茎叶>高粱根系>玉米根系;由第2次试验可知,潮褐土条件下腐解60 d,高粱茎叶+N处理、玉米茎叶+N处理的干物质降解率分别为55.50%,48.00%,而高粱根系+N处理和玉米根系+N处理的干物质降解率分别为31.25%,16.75%。在相同土壤和氮处理条件下,同一作物根系的半纤维素、纤维素的降解率低于茎叶,腐解90 d,潮褐土条件下高粱根系+N处理对半纤维素、纤维素降解率分别比高粱茎叶+N处理降低了23.70,18.80百分点。对秸秆腐解微生物代谢多样性的分析表明,腐解30 d秸秆腐解微生物代谢活性最高,腐解90 d微生物代谢活性最低;与30 d相比,在腐解第1天,秸秆腐解微生物群落对胺类、酚酸类代谢能力较低,第90天秸秆腐解微生物群落对碳水化合物、氨基酸类、多聚物类代谢能力均明显降低。由此可见,在该试验条件下,高粱残体比玉米残体更易腐解,调节碳氮比可在一定程度上加速残体腐解,秸秆腐解30 d微生物代谢多样性最高。

为研究TaRanGAP2在小麦抵抗叶锈菌侵染的HR诱发中的作用,阐明小麦抗叶锈病分子机制,为小麦抗叶锈病育种给予分子水平的指导。以小麦近等基因系TcLr26及其轮回亲本Tc分别与叶锈菌生理小种260组成不亲和组合(TcLr26×260)及亲和组合(Tc×260),生物信息学分析发现,TaRanGAP2 的CDS全长为1 665 bp,编码554个氨基酸,对其保守结构域进行分析发现TaRanGAP2基因编码的蛋白属于Ran GTPase家族;利用RT-qPCR技术检测TaRanGAP2在这2个组合中的表达情况,发现在不亲和组合中TaRanGAP2表达量出现显著上调;利用烟草瞬时转化系统进行亚细胞定位检测发现TaRanGAP2定位于细胞质;利用病毒诱导的基因沉默技术沉默TaRanGAP2基因表达,在接种叶锈菌后与未沉默植株相比,TaRanGAP2基因沉默植株叶片的单侵染点HR面积显著增大,HMC数量显著增多;结果说明TaRanGAP2基因在小麦抵抗叶锈菌侵染的寄主过敏性反应发生具有重要作用。

MLO基因作为感病因子在调控寄主植物对白粉病的应答反应中发挥着重要作用。为明确苦瓜McMLO1基因在白粉病胁迫下的基因功能,以苦瓜自交系K24为材料对该基因进行了克隆、生物信息预测及表达分析。结果表明,McMLO1基因全长4 019 bp,包含15个外显子,其中CDS序列长为1 707 bp,编码568个氨基酸。ProtParam预测显示,McMLO1蛋白的分子质量为65.40 ku,理论等电点为9.36,属不稳定亲水蛋白,主要位于细胞膜上;McMLO1蛋白包含一个由477个氨基酸组成的MLO保守结构域,其二级结构主要由无规则卷曲和α-螺旋组成。氨基酸多重序列比对和系统进化分析表明,McMLO1与黄瓜MLO蛋白的同源性较高。qRT-PCR检测结果发现,McMLO1在叶片中的表达量显著高于根、茎、果实等组织。白粉病接种后,McMLO1基因的表达量显著提高,并在6 h达到峰值,推测该基因参与了苦瓜对白粉病侵染的早期应答反应。

为了获得向日葵列当生防菌株,以田间采集的具有褐色枯斑的列当植株为样本,利用柯赫氏法则对采自内蒙古、河北和新疆共11个不同地点的29份列当枯斑病的样本进行了分离和鉴定。结果表明,新疆北屯农十师183团和188团地块及呼和浩特市武川县西海子村地块中采集的病样上分离得到尖孢镰刀菌和茄病镰刀菌;巴彦淖尔市乌拉特前旗西小召镇、五原县葵博园和临河区永利村的病样中分离得到尖孢镰刀菌和木贼镰刀菌;而乌兰察布市四子王旗公合成村和西圪旦村及化德县105省道边地块中样本中鉴定出尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌、木贼镰刀菌和层出镰刀菌;鄂尔多斯市东胜区采集的样本中只分离得到尖孢镰刀菌;河北张家口市康保县的样本中只分离得到轮枝镰刀菌。上述分离得到的菌株在向日葵列当上回接后都能够致病的结果预示,镰刀属的真菌是引起向日葵列当枯斑病的病原菌,但尖孢镰刀菌是引起列当枯斑病的优势致病菌。致病力分化的研究结果表明,上述分离获得的镰刀菌均能够侵染向日葵和列当,但其致病力存在一定的差异,主要表现在分离寄主上的致病力强于其他寄主的特点。基于致病力分化的结果,筛选出3株具有生防潜力的尖孢镰刀菌菌株GHC 1-2、XXZ-9和HD 1-1用于防控列当对向日葵的寄生。

建立绿盲蝽取食胁迫下赤霞珠冬芽防御反应的蛋白质组学双向电泳技术体系,旨在为后续筛选和分析差异蛋白相关研究提供参考。选取赤霞珠葡萄冬芽,分别设置绿盲蝽取食胁迫和空白对照试验,于24 h 后采集样品用液氮带回,-80 ℃冻存;利用TCA-丙酮法、TCA-丙酮法+酚抽提法提取粗蛋白干粉;利用CBB G-250染色法进行蛋白质浓度测定;确定上样量及凝胶染色技术。扫描得到凝胶图像,进行对比分析。结果显示,利用不同蛋白质提取方法均可获得双向电泳所需粗蛋白,采用TCA-丙酮法获取的粗蛋白量明显多于TCA-丙酮法+酚抽提法;2种方法所提取的全蛋白浓度差异较大,TCA-丙酮法操作更为简便,蛋白丢失少。不同上样量对双向电泳图谱效果的影响差异显著,400 μg蛋白上样量比800 μg所得的凝胶图片上的蛋白点清晰,易于分离。考马斯亮蓝染色结果表明,R-350更适用于葡萄冬芽全蛋白双向凝胶电泳技术。利用TCA-丙酮法抽提蛋白,400 μg蛋白上样,pH值 4~7 NL 17 cm 的IPG胶条,G-350热染色双向电泳技术体系得到的赤霞珠冬芽全蛋白凝胶图谱,符合绿盲蝽取食诱导赤霞珠防御反应产生防御蛋白的检测要求。

为探究鼠伤寒沙门菌sRNA STnc1220的分子特征、生物学功能及对细菌毒力的影响,通过PCR扩增了鼠伤寒沙门菌sRNA STnc1220基因,分析了其分子特征,利用TargetRNA2网站预测STnc1220基因可能调控的靶基因;利用λ-Red 同源重组技术构建沙门菌(STM)-基因缺失突变株,并与亲本SL1344比较,对其生长特性、生化特性、遗传稳定性、生物被膜(BF)形成能力、在不同应激环境中(pH值、H₂O₂、高盐和乙醇胁迫环境)的适应性、通过黏附侵染巨噬细胞和小鼠感染试验对致病力进行研究。结果显示,STnc1220 基因全长73 bp、其上游5'-UTR存在-10和-35启动子结合位点,预测其潜在的靶基因为barA基因;试验成功构建缺失株STM-ΔSTnc1220,且具有良好的遗传稳定性;与SL1344亲本株相比,缺失株的生长速度、生化特性及生物被膜形成能力没有发生改变;在pH=4.8,pH=9和H₂O₂条件下生长速率差异不显著,但在4% NaCl环境下,缺失株在7 h后生长速率明显高于亲本株,在3.8%乙醇环境中缺失株在对数期的生长速率显著升高(P<0.05);其对巨噬细胞中黏附和侵袭能力极显著降低(P<0.01),小鼠LD₅₀显著升高,对小鼠的肝脏和脾脏的病理损伤致病力减弱。表明STnc1220基因在环境适应性和毒力调控中发挥了重要的作用。为阐明鼠伤寒沙门菌的致病机制提供理论依据。

为了克隆黏虫丝氨酸蛋白酶的全基因序列,并进行原核表达,以黏虫为研究对象,利用RT-PCR扩增丝氨酸蛋白酶的部分基因,进而通过RACE技术,得到丝氨酸蛋白酶全基因,通过Blast等软件对获得基因序列和推导的蛋白质序列进行分析,并利用大肠杆菌表达系统对其进行表达。结果表明,成功克隆黏虫丝氨酸蛋白酶全基因,将其命名为MsPG,序列全长2 010 bp,开放阅读框为1 593 bp,编码530个氨基酸,蛋白质分子质量为67.6 ku,等电点为7.63,且具有含6个半胱氨酸的clip结构域,推测其为clip型丝氨酸蛋白酶。MsPG氨基酸序列与其他鳞翅目昆虫序列一致性在70.00%~91.92%,其中与烟芽夜蛾(GenBank登录号:PCG78401.1)序列一致性最高,达到91.92%。成功构建重组质粒pET30a(+)-MsPG,其在大肠杆菌原核表达系统中0.1 mmol/L IPTG诱导下的最佳表达温度是25 ℃。综上,黏虫丝氨酸蛋白酶MsPG具有丝氨酸蛋白酶家族保守的功能位点,且能够在体外进行原核表达。

旨在研究低蛋白日粮对山羊胴体品质和肌肉氨基酸与脂肪酸组成以及肌源性调节因子基因表达的影响。选取24头生长期湘东黑山羊母羊,随机分为正常蛋白日粮组(CON组,CP:10.77%,n=12)与低蛋白日粮组(LP组,CP:5.52%,n =12),预试期25 d,正试期45 d。结果表明,LP组肌肉屠宰后24 h的肉色L^*值显著升高,而肌肉pH值和失水率等无显著差异;骨骼肌Ⅰ型、Ⅱ型肌纤维比例无显著差异,仅LP组半腱肌肌纤维总平均横截面积呈现降低的趋势;LP组股外侧肌中缬氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸及总必需氨基酸的含量显著降低,异亮氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、精氨酸和总氨基酸含量呈现下降趋势;半腱肌中谷氨酸的含量显著降低,苏氨酸和丝氨酸的含量呈现下降趋势; LP组半腱肌中二十碳二烯酸和二十二烯酸的含量显著降低;外侧肌中总多不饱和脂肪酸、油酸、花生四烯酸的含量显著降低;背最长肌中油酸的含量显著降低; LP组半腱肌 MYOD基因表达显著下调。综上表明,饲喂低蛋白日粮不影响肌纤维类型的转化与横截面积;日粮蛋白质缺乏会降低骨骼肌中氨基酸的沉积,同时减少肌肉多不饱和脂肪酸的沉积,影响山羊肌肉风味。

旨在获得CIDEB、CIDEC基因的CDS,检测该家族基因在山羊不同组织中的表达量,预测其互作蛋白,为进一步揭示CIDE家族基因在脂代谢中的调控网络提供参考。主要利用RT-PCR克隆获得山羊CIDEB、CIDEC基因序列并利用在线工具分析CIDE家族蛋白的生物学特性,并预测其互作蛋白。利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测了CIDE家族基因在山羊不同组织中的表达水平,并检测各互作蛋白在其表达水平最高的组织中的表达量,利用SPSS分析其表达量之间的相关性。克隆获得了CIDEB基因CDS区660 bp,共编码219个氨基酸,CIDEC基因CDS区714 bp,编码237个氨基酸。进化树分析显示,山羊CIDEA、CIDEB、CIDEC均与绵羊亲缘关系最近。RT-qPCR检测发现CIDEA、CIDEB、CIDEC基因分别在山羊瘤胃、肝脏、小肠中表达量最高。CIDEA与DFFB和ELOVL3在瘤胃中的表达量具有极显著相关性(P<0.01),与DIO2、TMEM26、PRDM16、PLIN1具有显著相关性(P<0.05)。CIDEB与DFFA和SDR39U1在肝脏中的表达量具有显著相关性(P<0.05)。CIDEC与PLIN2、GPLD1、ADIPOQ在小肠中的表达量具有显著相关性(P<0.05)。通过分析发现了与CIDE家族表达量具有相关性的基因,可为进一步揭示CIDE基因在脂质代谢中的作用及其调控网络提供理论基础,且CIDE家族蛋白均为脂滴相关蛋白,也可为进一步研究精确的脂滴形成机制提供参考。

旨在探究羊口疮病毒ORFV118蛋白对山羊睾丸支持细胞周期、凋亡以及诱导机体免疫应答相关的4种细胞因子(IL-1β、IL-6、IFN-γ和TNF-α)表达水平的影响。在ORFV118基因克隆基础上,成功构建真核表达载体pEGFP-ORFV118;将pEGFP-ORFV118转染山羊睾丸支持细胞,Western Blot 鉴定ORFV118蛋白表达的正确性;流式细胞仪检测ORFV118基因对细胞周期及凋亡的影响;RT-qPCR检测细胞周期相关基因CDK2和P21、凋亡相关基因Bax、Bcl-2、Caspase3、Caspase7、P53和BCL2L11的mRNA的表达水平,并利用RT-qPCR和ELISA方法检测免疫相关的细胞因子表达的变化。结果显示,成功扩增ORFV118基因,全长为309 bp。ORFV118蛋白的表达阻滞了细胞的DNA合成期(S期),促进了DNA合成后期(G2/M期)且下调基因CDK2的mRNA表达水平;可抑制细胞的凋亡作用,且下调促凋亡基因Caspase3、Caspase7、SOCS2的mRNA表达水平;对细胞因子IL-1β和IFN-γ呈不同程度的抑制作用,而对IL-6和TNF-α呈促进作用。

为研究效应蛋白Hcp2b在禽致病性大肠杆菌(APEC)感染雏鸡过程中对脾脏的转录组学影响,利用兽医病理生物学与疫病防控安徽省重点实验室构建保存的hcp2b基因缺失株Δhcp2b及回复株Chcp2b肌肉注射7日龄雏鸡(以AE17菌株为阳性对照),感染24 h后采集精神沉郁的雏鸡脾脏检测组织载菌量并制作病理切片。选取缺失株Δhcp2b及野生株AE17感染脾脏组织进行转录组学测序,采用Real-time PCR进行测序结果鉴定;而后对差异表达基因进行GO分析、KEGG通路富集分析。结果显示,野生株AE17、缺失株Δhcp2b及回复株Chcp2b在脾脏组织载菌量差异不明显。组织切片观察发现,野生株AE17和缺失株Δhcp2b脾脏均出现组织间隙扩大,有充血现象出现。转录组学分析发现,缺失株Δhcp2b感染雏鸡脾脏后,诱导了脾脏基因mRNA的差异表达,筛选到515个差异表达基因(330个基因下调表达,185个基因上调表达)。Real-time PCR结果发现,Δhcp2b感染雏鸡后,脾脏中IL22、TNFRSF6B、TNFRSF8基因mRNA表达量下调,与测序结果变化趋势一致。GO分析发现,感染24 h雏鸡脾脏差异基因富集在膜、膜的组成、细胞外间隙部分等条目。KEGG分析发现,脾脏差异基因显著富集在内质网蛋白质加工过程的信号通路中。hcp2b基因对APEC在定植脾脏无影响,hcp2b通过影响机体免疫器官中脾脏的内质网蛋白质加工过程的信号通路来参与致病过程。