锌指蛋白是真核生物中被广泛研究的转录因子,在植物生长发育和逆境应答中发挥重要作用。为了揭示大豆锌指蛋白基因功能,从商豆1201中克隆获得GmZAT12基因的CDS全长序列,并对其编码的蛋白质进行生物信息学分析。通过烟草表皮注射系统检测GmZAT12蛋白的亚细胞定位情况,采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术对GmZAT12基因在大豆不同组织和非生物胁迫中的表达模式进行分析。结果表明,GmZAT12全长516 bp,共编码171个氨基酸,分子质量为19.264 28 ku,理论等电点(pI)为9.02;主要构成元件为无规则卷曲和α螺旋;含有20个磷酸化位点,其中以丝氨酸磷酸化位点为主。序列分析结果表明,GmZAT12蛋白含有2个保守的C2H2锌指结构域;亚细胞定位结果显示,GmZAT12蛋白定位于细胞核。qRT-PCR表达分析结果显示,GmZAT12基因在大豆根、叶片和种子中表达量较高,在花和茎中表达量较低;GmZAT12基因受到高温、低温、NaCl和ABA诱导表达,推测该基因可能参与大豆非生物胁迫应答。

赤霉素氧化酶基因(GAox)是赤霉素合成和调控的关键酶,其通过调节植物活性GA水平调控植物株高。为了解析蓖麻赤霉素氧化酶基因(RcGAox),利用生物信息学分析方法对RcGAox进行全基因组鉴定,并分析其理化性质、保守结构域、系统发育、基因上游2 kb启动子区域顺式作用元件预测,通过蓖麻表达数据库以及外源赤霉素和多效唑处理2个蓖麻品种的顶端嫩茎转录组测序分析RcGAox基因表达模式。结果表明:蓖麻共有30个赤霉素氧化酶基因,其中7个RcGA2ox、4个RcGA3ox、19个RcGA20ox,蛋白质分子质量在26.12~44.31 ku,等电点预测值在5.06~7.82,内含子个数为1~2个;蛋白结构域分析保守基序Motif 1、Motif 2、Motif 4存在30条蛋白序列中;系统进化分析将RcGAox基因分为5个不同的亚群:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和C20 GA2ox,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别对应GA2ox、GA3ox、GA20ox;启动子顺式作用元件预测光反应相关的顺式元件数量最多,且在预测区域均匀分布,18个基因含1~2个赤霉素相关元件;蓖麻RcGAox在胚乳、雄花、叶片中特异表达的基因分别有7,2,1个,转录组测序结果有5个基因在嫩茎中表达,推测RcGA2ox7、RcGA20ox1和RcGA20ox14可能是参与赤霉素合成途径来调控蓖麻株高的主要基因,且通过调控植物体内活性赤霉素水平来响应外源激素对株高的作用。

为明确陆地棉细胞分裂素受体基因(GhCRE1)在调控植物生长发育中的功能,为研究陆地棉GhCRE1基因调控种子萌发的分子机理提供材料,进一步从分子水平上提高种子萌发率,通过克隆陆地棉GhCRE1基因,利用基因过表达技术将该克隆片段连接至含Ubiquitin启动子的pCUbi1390载体上构建该基因的过表达载体,同时利用CRISPR/Cas9基因编辑技术设计拟南芥CRE1基因的sgRNA片段,合成sgRNA核苷酸序列,从而构建拟南芥CRE1基因靶向敲除载体。将以上2种载体转化农杆菌,使用花序浸染法,以拟南芥为受体材料创建GhCRE1过表达株系及基因编辑功能缺失突变体。接着利用PCR技术和qPCR技术筛选鉴定获得过量表达的GhCRE1拟南芥株系及CRE1功能缺失的拟南芥株系并收获种子,经过对比统计收获的种子与野生型种子在1/2MS培养基上的萌发势进行表型分析,进一步明确陆地棉GhCRE1基因影响种子萌发的功能。结果显示,本研究成功获得了拟南芥GhCRE1过表达株系及CRISPR基因编辑功能缺失突变体株系,且通过数据整理后发现,在种子萌发第2天时,相比野生型,2个过表达转基因株系萌发势分别提高15%和11%左右,而拟南芥CRE1功能缺失型突变体萌发势降低15%左右。 该研究揭示,GhCRE1基因过表达能显著提高拟南芥萌发速度。

LMI1基因是叶片锯齿状结构发育调控的关键基因。为了研究棉花鸡脚叶发育的机理,通过PCR扩增技术从A基因组棉花亚洲棉石溪亚1号中克隆出GaLMI1-like基因及其启动子序列,大小分别为681,1 439 bp。结构域分析发现,GaLMI1-like蛋白含有与陆地棉中同源基因一样的homeobox结构域,进一步构建了GaLMI1-like基因过表达载体p6MYC-GaLMI1-like,转化拟南芥后验证了GaLMI1-like基因具有调控叶片缺刻表型发育的功能。对启动子序列进行顺式作用元件分析,发现其除了具有CACA-box和TATA-box等基本作用元件外,还具有光响应及根、茎和叶肉特异性表达相关元件。构建了GaLMI1-like启动子的GUS融合表达载体并转化拟南芥,GUS染色结果显示,该启动子能够驱动GUS基因在根中柱、茎和叶片中表达,其中在叶片中染色较深。上述结果表明,GaLMI1-like基因具有调控缺刻叶形成的功能,且此调控棉花叶形发育的功能是通过GaLMI1-like启动子调控其在叶片中强表达实现的。

茎瘤芥在生长发育过程中会受到非生物逆境胁迫的影响,导致产量降低。ABA作为植物逆境激素,在调控植株响应非生物逆境胁迫过程中具有重要作用。BjuEAR1-1是ABA信号通路中负调控因子EAR1的同源基因,其突变体ear1表现出对ABA超敏感的表型。因此,探究BjuEAR1-1的生物学功能,可为茎瘤芥抵抗不良环境的调控机制提供方向,也为有效利用基因资源培育耐逆稳产的茎瘤芥新品种提供重要的理论依据。以永安小叶为试验材料,采用PCR方法克隆BjuEAR1-1基因编码序列,采用酶切酶连方法构建植物过表达载体35S∷PTF101-GFP-BjuEAR1-1,采用烟草叶片瞬时转化技术对BjuEAR1-1的亚细胞定位情况进行分析,并对BjuEAR1-1基因启动子顺式元件进行分析,最后采用荧光定量PCR方法,检测BjuEAR1-1在不同非生物逆境胁迫处理下及不同组织器官的基因表达模式。烟草亚细胞定位结果表明,BjuEAR1-1定位于细胞核和细胞质中;BjuEAR1-1在茎瘤芥的根、茎、叶、花、种荚和膨大茎中均有表达,在根中表达量最高;BjuEAR1-1的表达水平显著受低温和ABA诱导,盐胁迫处理下BjuEAR1-1的表达水平与对照组没有显著性差异。BjuEAR1-1在细胞核和细胞质中发挥生物学功能,并且BjuEAR1-1调控茎瘤芥对于低温和ABA的响应。

为解析西瓜果皮硬度不同的相关分子机制,挖掘西瓜果皮硬度相关的关键基因提供理论基础,以生育期相似但果皮硬度差异显著的高硬度(901)4-1-1-M和低硬度BSH为试验材料,选取果皮硬度差异最大时期即西瓜授粉30 d后的果皮,利用Illumina HiSeq^TM测序平台进行转录组测序分析,采用实时荧光定量的PCR技术对测序结果进行验证。结果显示,转录组测序共筛选获得1 085个差异表达基因,其中,上调表达基因555个,下调表达基因530个。GO富集分析表明,1 085个差异表达基因显著富集在细胞组分、分子功能和生物过程中的细胞壁、细胞外围、外部封装结构、胞外区、四吡咯骨架、氧化还原酶活性、转移酶活性、果胶酯酶活性等功能类别。KEGG富集分析表明,Cla97C04G075800、Cla97C02G044950、Cla97C09G165820、Cla97C10G195660、Cla97C01G025380等19个差异基因被注释富集程度最高的苯丙烷代谢通路,该路径最终形成木质素、5羟基愈创木酚木质素、愈创木酚木质素和对羟基苯酚木质素代谢物,qRT-PCR和转录组测序数据相关系数R²为0.791,证明转录组试验数据可靠,从转录水平解释了(901)4-1-1-M和BSH西瓜果皮硬度存在差异的原因。

为了进一步了解启动子在甘蓝型油菜FIL基因(BnaFIL)表达调控中的作用,根据甘蓝型油菜基因组数据,以甘蓝型油菜叶片提取的DNA为模板,对甘蓝型油菜BnaFIL基因的启动子序列pBnaFIL进行克隆,长度为1 326 bp。采用PlantCARE在线分析软件对该启动子序列进行生物信息学序列分析,结果表明,该序列含有参与光反应的部分保守DNA模块以及CAAT-box和TATA-box等核心启动子必备元件,与分生组织表达有关的顺式作用的调控元件CAT-box以及光敏反应元件。通过该启动子序列替换pBI121植物表达载体上的CaMV35S启动子,使该启动子与GUS基因融合获得pBnaFIL-GUS表达载体,将载体通过农杆菌花序浸染的方法转入拟南芥中,获得了早花启动子重组质粒阳性转基因株系和晚花启动子重组质粒阳性转基因株系。之后对转基因拟南芥植株进行GUS染色分析,对启动子的表达效果进行了检测,最终在不同的转基因拟南芥植株中均发现了GUS基因的表达。结果表明,早花材料与晚花材料中启动子表达强弱存在差异,早花材料启动子的驱动基因表达效果比晚花材料启动子的驱动效果要好,由此推断,启动子的驱动效果对油菜开花早晚进行了调控,导致FIL基因在不同材料中的表达效果不一致。

类胡萝卜素是自然界中分布最为广泛的一大类色素,赋予植物花、果实等器官鲜艳的色彩,其合成过程中含有多种代谢酶基因。为了揭示黄皮西葫芦类胡萝卜素积累的分子机制,为进一步研究西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的功能奠定基础,首先基于西葫芦基因组数据库对西葫芦类胡萝卜素合成代谢家族基因进行全基因组鉴定;进一步利用已公开发表的相关转录组数据筛选、qRT-PCR验证并克隆类胡萝卜素合成代谢关键酶基因。结果表明,在西葫芦基因组数据库中共发现48个类胡萝卜素代谢酶基因成员;根据Sweet REBA和Lady Godiva这2种不同颜色果皮材料不同发育时期果肉的转录组数据筛选出类胡萝卜素关键酶基因PSY1和LCYE2等在不同颜色果实发育时期存在显著性差异表达。qRT-PCR定量分析结果显示,除PSY1基因0 d和LCYE2基因2 d外,PSY1、LCYE2基因在黄皮西葫芦不同发育时期果皮中的相对表达量显著高于白皮西葫芦对应时期。对白皮西葫芦和黄皮西葫芦果皮PSY1和LCYE2等基因的全长CDS分别进行克隆、测序分析发现,白皮西葫芦和黄皮西葫芦2个材料的PSY1基因均比西葫芦参考基因组预测编码区序列多了一个51 bp的外显子,与已经公开的PSY基因序列(GenBank登录号:XM_023695146.1)一致;而LCYE2基因均与参考基因组无显著差异。系统进化树分析也表明,西葫芦PSY1与克隆报道的中国南瓜PSY(JN176311.1)同源,相似性高达98.80%。

为缓解谷子连作障碍,为优化谷子种植模式提供参考,以谷子连作(Si)为对照(CK),设置了谷子-玉米(Si-Zm)、谷子-马铃薯-玉米(Si-St-Zm)、谷子-玉米-大豆(Si-Zm-Gm)和谷子-大豆-马铃薯(Si-Gm-St)4种轮作模式,分析不同轮作模式对谷子关键生育期生理指标、光合特性、农艺性状、产量和白发病发病率的影响。结果表明,与CK相比,Si-St-Zm、Si-Zm-Gm和Si-Gm-St这3种轮作模式下谷子旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性均显著增加,最大增幅分别为45.55 %,41.55 %和109.09 %;Si-Zm-Gm和Si-Gm-St轮作模式下谷子株高、茎粗、根长和根分枝数均显著增加,最大增幅分别为30.48%,30.50%,31.76%和13.79%;Si-Gm-St轮作模式下谷子旗叶H₂O₂和MDA含量均显著减少,最大减少幅度分别为18.78%和47.29%;气孔导度、净光合速率、蒸腾速率和叶绿素相对含量分别显著增加31.94%~101.43%,35.74%~234.00%,16.44%~46.97%和24.15%~66.16%,谷子穗长、千粒质量和产量分别显著增加14.90%,17.09%和10.58%,谷子白发病发病率显著降低12.33%。综上所述,与CK相比,Si-Gm-St模式下谷子旗叶SOD、POD和PPO活性显著增加,光合效率显著提高;谷子产量和抗病能力最高。因此,与Si-Zm、Si-St-Zm和Si-Zm-Gm轮作模式相比,Si-Gm-St轮作模式对缓解谷子连作障碍的效果最好。

为明确大豆节间木质素积累规律,深入理解木质素积累与大豆植株抗倒伏间的关系,进而为调控大豆植株表型和抗倒伏大豆新品种选育提供参考依据,选取具有代表性的有限生长习性品种Charleston,按照20,35株/m² 的2种密度种植桶栽大豆,在2种不同密度下测定主茎的木质素含量,分析Charleston主茎第3节间的细胞伸长区(EZ)和次生细胞壁成熟区(MZ)木质素含量、在木质素合成过程中的4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)、苯丙氨酸转氨酶(PAL)、肉桂酸脱氢酶(CAD)等关键酶活性以及对应基因的表达量。手工切片及分光光度计测定的结果表明,大豆主茎木质素含量由形态学上端向下端逐渐增加。低密度处理主茎中的木质素含量高于高密度。无论是高密度还是低密度处理,单一节间(茎3)木质素含量均为MZ>EZ;低密度处理茎中4CL、PAL、CAD的活性高于高密度处理。2个密度处理下茎中4CL、PAL、CAD活性变化规律较为一致,与基因表达结果相符合。大豆植株主茎中木质素含量受到木质素合成途径中的多种酶调控。木质素合成的关键酶基因多以基因家族形式存在,同一基因家族中的酶基因在同一物种植株的相同部位表达存在差异,同一基因在同一物种的不同组织和器官中的表达情况也不尽相同。

为探究盐碱胁迫对甘蓝型油菜的生理及分子机制的影响,以甘蓝型油菜华油杂62为试验材料,对油菜种子及幼苗进行不同浓度的复合盐、复合碱及复合盐碱溶液处理,测定种子的发芽率以及甘蓝型油菜叶片中叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶活性等生理指标,以高效液相色谱法测定油菜叶片中甜菜碱积累量,利用qRT-PCR 技术对甜菜碱合成途径中的关键酶基因胆碱单加氧酶基因(CMO)进行分析。结果表明,人工模拟的不同浓度盐碱溶液中,对种子萌发的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐;低浓度盐碱溶液促进油菜叶片叶绿素形成,高浓度盐碱溶液抑制叶绿素形成;盐碱胁迫显著提高了脯氨酸与可溶性糖含量,高盐碱溶液(YJ75,含盐碱75 mmol/L)处理21 d,脯氨酸与可溶性糖含量分别为对照组的65.99,5.21倍;盐碱胁迫增加了丙二醛的含量;盐碱胁迫显著提高了过氧化物酶(POD)活性,与对照组相比,高盐碱(YJ75)溶液处理21 d后的POD含量提高了2.26倍,在复合盐与复合碱处理第14 天,POD含量达到最高值,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化规律不明显,且在盐胁迫过程中发挥作用较低;盐碱胁迫显著提高了关键酶基因CMO的表达量,从而调控甜菜碱的积累量增多。综上,盐碱胁迫对甘蓝型油菜的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐,在高盐碱胁迫下,甘蓝型油菜会大量积累甜菜碱以降低自身所受的伤害。

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-})、铵态氮( {{\mathrm{NH}}_4}^{+})、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明,相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势,其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期,随着酸度增加,叶片氮素积累量显示出下降趋势,其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势,T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期,T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降;茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明,随着土壤酸度的增加,ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调,促进了光呼吸释放 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}还原产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化;ZmGln1.2~ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调,降低了蛋白质分解代谢释放产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达,促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫,但也因此减少了氮积累量,导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

为了给作物持续高产下科学施用磷肥提供依据,采用1978年以来土壤有效磷变化的大数据分析、不同时段磷肥定位试验、大面积磷肥产量效应试验等方法分析了冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷变化、土壤和肥料磷的产量效应。结果表明,冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷含量平均为22.43 mg/kg,表现为太行山山麓平原﹥冲积平原。1996-1999年,太行山山麓平原、冲积平原区供试土壤有效磷含量分别为15.09,11.90 mg/kg,冬小麦P₂O₅用量180 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦分别为83.9%,75.8%,夏玉米分别为83.3%,89.7%。冬小麦秸秆还田下,土壤磷收支表观平衡分别为盈余52.8%,55.4%。2010-2012年,太行山山麓平原土壤有效磷27.22 mg/kg,冬小麦、夏玉米P₂O₅用量分别为108,60 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦为84.6%,夏玉米为90.1%。小麦秸秆不还田下,土壤磷收支表观平衡:冬小麦盈余6.7%,夏玉米亏缺47.1%。基于2002-2006年,2012-2016年多点大面积磷肥在冬小麦、夏玉米上的效应函数计算出最高产量P₂O₅用量:冬小麦分别为107.3,125.1 kg/hm²,夏玉米分别为52.0,58.9 kg/hm²。过量施用磷肥连续种植3 a 6茬,土壤积累磷均表现出显著的增产效应。冬小麦-夏玉米轮作秸秆还田下,冬小麦、夏玉米推荐P₂O₅用量分别为90~100,30 kg/hm²;秸秆不还田分别为100~120,45 kg/hm²。

为明确畦灌条件下不同灌水时期和灌水次数对冬小麦产量形成及水分利用的调控效应,于2018-2019年,2019-2020年开展大田试验,设置4个补灌处理:出苗后整个生育期间不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+开花水(W2)、返青水+拔节水+开花水(W3)。结果表明,在播种期水分管理一致的条件下,2个年度冬小麦单位面积穗数、穗粒数均随着补灌次数的增加而增加,处理间差异达到了显著水平;千粒质量年度间差异较大,且与花前同化物输入籽粒量呈显著正相关。2018-2019年,W3处理的籽粒产量达到了10 100.05 kg/hm²,与W2处理之间差异不显著,但均显著高于其他处理;2019-2020年,W3处理的籽粒产量为9 604.00 kg/hm²,显著高于其他补灌处理,水分利用效率和灌溉水效益则显著低于其他补灌处理。W1与W2处理水分利用效率差异不显著,但均高于其他处理。相关分析表明,籽粒产量与花后同化物输入籽粒量及花后同化物对籽粒的贡献率均呈显著正相关。综上所述,小麦生育期灌水时期和次数应结合播种期的土壤墒情和关键生育时期的降水量综合考虑,在播种期足墒条件下,补灌拔节水和开花水可实现产量与水分利用效率的协同提高。

明确籽粒建成期高温胁迫下氮素对玉米籽粒发育的调控效应,对合理施肥、缓解高温危害、实现玉米丰产稳产具有重要意义。以热敏感品种先玉335(XY335)和耐热品种郑单958(ZD958)为材料,设高温处理(T)和对照(CK),研究不同施氮量(90,180,270 kg/hm²,分别记为N90、N180、N270)对籽粒建成期高温胁迫玉米籽粒发育及产量的影响。结果表明,高温胁迫打破了玉米籽粒内源激素间的平衡,使得2个玉米品种的N180和N270的籽粒脱落酸(ABA)含量、郑单958的N180和N270的生长素(IAA)含量降低;上部籽粒可溶性酸性蔗糖转化酶(SAI)活性降低,籽粒体积膨胀及干物质积累受阻,败育率增加,穗粒数减少,进而导致产量显著降低。热敏感品种先玉335受高温胁迫的影响程度高于耐热品种郑单958。随施氮量增加,高温对玉米籽粒发育的负面影响加剧。高温胁迫下,与低氮(N90)处理相比,中氮(N180)、高氮(N270)处理下,先玉335和郑单958籽粒ABA/GA₃降低,IAA和ZR含量升高,籽粒体积和干物质减少更加严重,败育率分别显著增加25.55,29.31百分点和15.45,24.49百分点,穗粒数分别显著降低42.89%,52.68%和20.95%,35.25%,产量分别显著降低44.29%,52.04%和26.41%,39.94%。可见,合理的施氮量(N90)可以缓解高温对玉米籽粒发育的不利影响,减少产量损失。

为了探讨化肥减量配施有机肥对西南地区青贮玉米产量、品质以及土样养分的影响,于2019,2020年以青贮玉米渝青386为研究对象,连续2 a分析了化肥减量配施有机肥对青贮玉米农艺、产量品质以及土壤养分含量和肥料利用率的影响。结果表明,不同施肥处理对青贮玉米产量影响达显著水平,有机肥和缓控肥混施处理产量最高,达55 084.75 kg/hm²,干物质产量达24 192.11 kg/hm²。缓控肥常量和缓控肥减量20%青贮玉米产量差异不显著,表明采用缓控肥可实现化学肥料减施20%。缓控肥常量处理下玉米植株氮、磷、钾积累量均为最大,分别为234.83,173.75,35.72 kg/hm²。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大为166.46 kg/kg,缓控肥减量20%处理下氮素吸收效率最高为0.80 kg/kg,说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米粗脂肪含量最高,有机肥的施用可以提高青贮玉米粗脂肪含量,同时也增加了酸性洗涤纤维的含量。青贮玉米产量与脲酶、过氧化氢酶、有效磷含量呈极显著正相关,相关系数分别为0.845,0.798,0.784。研究表明,在西南地区化肥减量配施有机肥能够显著提高青贮玉米产量和品质,减少化肥成本,增加农民收益,同时还有利于农田生态环境的保护和土壤肥力的可持续利用。

为实现西辽河平原春玉米持续稳产和养分资源高效利用,探索春玉米减氮增效新途径。以常规追施尿素(CK1,570 kg/hm²)为对照,设置不同比例减施尿素梯度和相应配施尿素硝酸铵溶液(UAN)处理分别为N1U处理(225 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN)、N2U处理(375 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN),研究浅埋滴灌减施尿素配施UAN对春玉米物质积累、氮效率和产量的影响。结果表明:与CK处理相比,N2U处理在总氮投入量减少25.12%的条件下春玉米产量不减少;N1U处理总氮投入量减少51.42%,产量显著下降。N2U处理总干物质积累量亦显著高于CK处理,吐丝期、完熟期分别增加12.84%~16.40%和6.05%~9.76%;完熟期总氮积累量相比CK增加20.55%~42.29%。N2U处理适量减少总氮投入量25.12%的条件下春玉米产量不降低,具有较好的高产高效优势,是西辽河平原同等地力条件下春玉米浅埋滴灌模式较合理的施肥方式。

为明确湖南双季稻区水稻生产适宜的施氮水平和灌溉方式,采用随机区组设计,以陵两优942和领优华占分别为早晚稻材料,设置N1~N3共3个施氮水平(早晚稻均分别为150,120,0 kg/hm²)和W1~W3共3个灌溉方式(早晚稻均分别为水层灌溉W1、湿润灌溉W2、干湿交替灌溉W3),研究不同水肥协同处理对双季杂交稻农艺性状及产量的影响。结果表明:增施氮肥能显著提高水稻SPAD值,但在早晚稻上整体呈N1和N2的SPAD值相近,而灌溉方式呈W3既能使早晚稻保持较高SPAD,也能避免后期贪青晚熟;水稻叶面积指数(LAI)在一定程度上同施氮量呈正比,在早稻(全生育期)和晚稻(生育前期)N1和N2之间的LAI值相近,但在晚稻(生育后期)N1高于N2,而灌溉方式对早晚稻LAI值影响较小,主要以W3略高;增施氮肥能显著促进水稻干物质量的积累,除早稻(乳熟期)单株干物质量呈N2高于N1和晚稻(齐穗期)呈N1高于N2外,早晚稻其余时期的单株干物质量呈N1和N2相近,整体上说明减氮并不会显著降低水稻单株干物质量,灌溉方式对早稻影响较小,对晚稻影响较大,整体早晚稻单株干物质量以W3增长效果较好,W2其次;增施氮肥能显著提高水稻理论、实际产量和有效穗数,但其在N1和N2表现效果相近,早晚稻N1、N2的实际产量相较对照组N3,增幅分别为53.21%~59.64%,21.65%~32.68%,说明早稻减氮增产效果明显,晚稻减氮效果增产不佳主要是因为高氮并非常规晚稻施氮水平,而灌溉方式对产量及产量构成因素均不存在显著性差异。水肥协同下N2W2、N2W3处理能使早晚稻获得较高的叶片SPAD和LAI,干物质积累和产量及产量构成因素下早稻以N2W3处理表现效果俱佳,晚稻以N1W3处理效果较好。综上,早稻以N2W3处理既能满足高产,也能起到节肥节水的作用;晚稻N2W3处理虽然在SPAD和LAI表现较好,但其干物质积累、产量表现不及N1W3处理,所以晚稻以N1W3处理增产效果明显。因此,从经济和生态效益来看,在干湿交替方式下,早稻以施氮量为120 kg/hm²、晚稻以150 kg/hm²、能充分发挥水肥互作效应,它们增产潜力俱佳,更利于水稻生长发育和提高产量。

为了研究腐植酸在葡萄上的应用方法,探明腐植酸等碳替代有机肥的最佳比例,连续2 a采用小区试验以纯化肥施肥模式为对照(CK处理),在农民习惯施肥(FFP处理)的基础上,设置3个腐植酸等碳替代有机肥比例:10%碳量替代(T1处理)、20%碳量替代(T2处理)、30%碳量替代(T3处理),研究其对葡萄产量、品质、土壤养分等指标的影响,采用主因素分析的方法筛选最佳的替代比例。结果表明,连续2 a T2处理的产量最高,但与T3处理无显著差异。T1、T2、T3处理单穗质量和单粒质量显著高于CK处理,但与FFP处理无显著差异;综合来看,腐植酸替代有机肥处理的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量均优于其他处理。通过相关性分析可知,土壤速效钾、有机质、酸性磷酸酶与葡萄产量呈极显著正相关。土壤有效磷、速效钾、有机质、酸性磷酸酶均与葡萄的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量呈极显著正相关,说明腐植酸等碳替代有机肥是通过调控上述土壤指标以实现葡萄增产提质;通过主因素分析可知,2019,2020年均有2个特征值大于1的主因素,2个主因素方差累积贡献率达到88.864%~91.470%,且T2处理连续2 a综合得分最高。综合来看,采用腐植酸等碳量替代20%的有机肥为最佳比例。

为研究长期不同施肥方式对黄泥田土壤团聚体组成、总有机碳及其组分的影响,进而明确黄泥田土壤肥力提升的最佳施肥方式,以金衢盆地黄泥田长期定位施肥试验为基础,设置无肥、单施化肥、化肥配施牛粪和化肥配施秸秆4个处理。结果表明,化肥与牛粪配施处理>0.250 mm团聚体百分含量最高,在0~15 cm和15~30 cm较不施肥对照分别提高了7.1,11.0百分点;而化肥配施秸秆与单施化肥处理之间在水稳性团聚体组成上没有显著差异。此外,化肥与牛粪配施处理较单施化肥处理显著提高了表层土壤总有机碳、颗粒态有机碳含量,增幅分别为18.7%,98.7%。表层土壤中POC/SOC由大到小为:化肥配施牛粪>化肥配施秸秆>单施化肥≈无肥。与单施化肥处理相比,化肥配施牛粪或秸秆处理提高了1 030 cm^-1相对吸收峰强度,说明有机无机配施处理下土壤碳以多糖类相对含量更高。综合考虑,化肥配施牛粪在改善土壤结构和提升土壤碳库方面效果最佳。

为明确木醋液改良再植病土壤的作用机理,以苹果砧木-八棱海棠为试材,通过田间试验研究木醋液处理对植株生长的影响以及7月和10月土壤主要理化性质和酶活性,基于Illumina高通量测序分析植株根际土壤微生物多样性的变化。结果表明:与对照相比,100倍木醋液灌根后,八棱海棠幼苗株高、地径和叶面积年增长量均有显著提高。木醋液灌根处理显著提高了再植病土壤主要养分含量和酶活性,其中7月土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的含量分别为CK1的1.31,1.38,1.20,1.60,1.65倍,10月分别为CK2的1.12,1.03,1.58,1.40,1.25倍,且均有显著差异;7月和10月蔗糖酶和脲酶活性均显著增加。木醋液提高了夏秋两季根际土壤微生物多样性。7月和10月对照和木醋液处理,根际细菌前5优势门均为变形菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门和棒状杆菌门;在属水平上主要为uncultured_bacterium_c_Subgroup_6、uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae、uncultured_bacterium_o_Rokubacteriales、RB41和MND1。根际真菌前5优势门均为子囊菌门、担子菌门、被孢霉门、壶菌门和球囊菌门;在属水平上主要为枝孢属、被孢霉属、土赤壳属、久浩酵母属和镰刀菌属。由相关性网络图可知,根际有益细菌RB41和uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae及致病真菌镰刀菌属和土赤壳属与其他种群呈负相关。木醋液灌根可提高苹果再植土壤养分和酶活,增加土壤微生物多样性,改善土壤微生物群落结构,有利于促进植株生长,增强植株抗性,减轻再植病的危害。

为研究辣椒CaWRKY30转录因子与番茄斑萎病毒互作的响应机制,以辣椒湘研11为试验材料,通过RNA提取、RT-PCR、切胶纯化及克隆等试验获得CaWRKY30编码序列。生物信息学分析结果表明,CaWRKY30全长1 122 bp,编码373个氨基酸,该基因编码的蛋白含有1个WRKY保守结构域和1个C₂H₂结构域,属于典型的Ⅱ(e)亚家族成员。系统发育分析表明,与马铃薯StWRKY22氨基酸序列的亲缘关系最近。本氏烟叶片亚细胞定位试验发现,CaWRKY30在本氏烟幼苗中定位于细胞核和细胞膜,并且导致细胞膜加厚。实时荧光定量PCR分析结果表明,观察番茄斑萎病毒机械摩擦接种辣椒后的病毒积累量,发现病毒积累量在接种1~14 d逐渐上升,在接种后14 d处于最大值,接种14 d后病毒积累量逐渐下降;同时,CaWRKY30受番茄斑萎病毒接种后诱导,在接种病毒1~14 d CaWRKY30表达量上调,14 d达到峰值,14 d以后表达量逐渐下降。综上,获得了CaWKRY30转录因子基因序列,该转录因子定位于细胞核和细胞膜,并初步阐述了辣椒CaWRKY30转录因子在番茄斑萎病毒胁迫下的表达趋势。

为了在生理和分子水平上初步揭示向日葵对黄萎病的抗性机制,以抗(SC89)、感(LD5009)黄萎病的向日葵品种为材料,测定接种大丽轮枝菌毒素后H₂O₂含量、ROS清除酶(SOD、CAT、POD和PAL)的活性以及抗病信号通路关键基因转录水平的变化。结果表明,接种6 h后H₂O₂在抗病品种SC89中迅速升高,分别在接种大丽轮枝菌毒素12,36 h达到最高值0.55,0.60 μmol/g,随后开始下降,而感病品种中虽然在接种12 h后有一个小的峰值0.17 μmol/g,但是积累水平远远低于抗病品种;ROS清除酶SOD、CAT、POD和PAL活性表现为,抗病品种SC89接种大丽轮枝菌毒素后都在短时间内迅速达到峰值,随后逐渐降低,而感病品种LD5009的峰值低于抗病品种,而且呈现出峰值滞后的现象。同时,接种后抗病信号路径相关基因如Pr5(JA)、Pal(SA)以及ROS清除酶基因如Sod、Sco和Cat转录水平表现为,接种后抗病品种SC89被显著上调。这些结果表明,SA、JA以及H₂O₂等信号分子在向日葵抗黄萎病过程中均发挥着重要的作用。

为明确豇豆轻斑驳病毒江苏分离物的基因组结构特征,阐明其分类地位及进化特点,选择采自江苏的CpMMV大豆分离物作为研究对象,针对病毒基因组序列设计了4对特异性引物,以病样总RNA反转录后获得的cDNA为模板,通过分段法对其基因组序列片段进行了PCR扩增,扩增产物克隆至T载体经验证后进行序列测定,获得的序列片段经拼接组装得到病毒全基因组序列。序列分析结果显示,CpMMV江苏分离物基因组核苷酸序列全长8 194 bp,编码6个蛋白,5'端和3'端各含有一个非编码区(UTR),长度分别为72,117 nt;在编码的6个蛋白中,CP与其他分离物之间的同源性较高(96.5%~100.0%),相对保守;而RdRp(81.1%~98.2%)、TGB1(81.0%~97.0%)、TGB3(80.9%~95.6%)同源性相对较低,在不同分离物中表现较好的多样性;基于全基因组序列的系统进化分析结果显示,江苏分离物与已公开的其他CpMMV分离物同源性较高,共同聚类到一个大分支上,其中与中国安徽分离物同源性最高(98.2%),与海南分离物次之(96.0%),而与美国、巴西、印度、墨西哥、肯尼亚等国外分离物同源性相对较低(<82.7%)。这些研究结果表明,CpMMV江苏分离物与其他CpMMV分离物具有类似的基因组结构特征,在系统进化上,江苏分离物与国内分离物近缘而与国外分离物远缘。

在建立T-DNA插入突变体库的基础上,为筛选出致病力明显下降的突变体并明确其插入位点信息,对突变体的培养表型和致病性差异进行测试,研究结果为进一步阐明尖孢镰刀菌致病分子机制奠定基础。在前期构建的T-DNA插入突变体库中,采用PCR检测筛选了300株T-DNA插入突变体,观察和测定菌落形态、生长速率、产孢量、遗传稳定性等生物学性状,用海棠胚根接种法比较突变体致病力差异,对筛选到的致病力明显减弱的突变体进行插入位点侧翼序列分析及Southern杂交分析。结果显示,283个供试突变体都已插入目的基因,并伴有绿色荧光。将T-DNA插入突变体连续转接培养5代后,在含潮霉素B的培养基上能稳定遗传,且菌落形态和颜色无明显改变;在对283株突变体进行致病性测定中,87.9%的突变菌株致病力减弱,在致病力减弱的突变体中,HS2-520、HS2-1016和HS2-2109几乎丧失了致病性。选取8株致病力明显减弱的突变体进行Southern杂交分析,结果显示,其中6株突变体为单拷贝插入菌株,1株为双拷贝插入菌株。对这8株突变体进行了TAIL-PCR侧翼序列扩增,经公司测序,与野生菌株HS2基因组序列比对后获得12条侧翼序列,明确了其中3条侧翼序列为尖孢镰刀菌序列。获得致病力明显减弱的单拷贝插入突变体6株,明确了其中2株突变体的插入位点侧翼序列信息。

胴体生长发育是影响山羊养殖效益的重要评价指标,旨在通过RNA-Seq技术挖掘不同性别贵州白山羊生长发育的关键候选基因,为贵州白山羊生长发育研究提供理论依据,以同等饲养水平条件下贵州白山羊为研究对象,测定2周龄不同性别贵州白山羊的屠宰性能指标,通过背最长肌转录组分析,筛选差异表达基因,分析相关基因的信号通路,最后通过RT-qPCR对筛选的基因进行验证。结果表明,测序得到的Raw reads进行过滤后,6个样本共得到78.99 Gb Clean Data,单个样本获得Clean reads 在83 030 104~95 739 024条,各样本与参考基因组的比对效率在93.75%~94.79%,共获得25 089个表达基因,筛选差异表达基因共获得1 077个差异基因,其中194个为新发现转录本基因,发现的差异基因中563个在公羊背最长肌中表达显著上调,514个表达显著下调。对获得的1 077个差异基因进行GO功能富集分析,其中587个为显著富集(Q-value≥0.05),主要分为三大类35个亚类。KEGG信号通路分析发现,这些差异基因共参与243条信号通路,其中参与PI3K/AKT信号通路相关的基因最为富集,共注释到32个基因,其中17个注释基因显著上调,1个显著下调,且在该通路中COL4A1和COL4A2基因编码蛋白共表达估值最高,ITGAV基因编码蛋白互作最为丰富。筛选出6个与贵州白山羊背最长肌生长发育相关的差异表达基因进行验证,其中FHL3、WFIKKN2、SOX6基因在公羊背最长肌中为上调基因,QSOX2、MYH2、LAP基因为下调基因,RT-qPCR结果显示,这6个候选基因的mRNA表达趋势与转录组测序结果一致,且差异均较为显著(P<0.05),表明测序结果可靠。基于RNA-Seq技术筛选出不同性别贵州白山羊背最长肌的差异表达基因1 077个,其中194个为新发掘转录本基因,筛选的差异表达基因及PI3K/AKT信号通路与贵州白山羊背最长肌生长发育相关。

为了明确APOC3基因在山羊肌内脂肪细胞分化中的作用,采用RT-PCR技术克隆山羊APOC3基因序列,并通过在线软件进行生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术检测山羊APOC3基因在各组织和不同分化阶段的肌内脂肪细胞中的表达规律;在利用双酶切法构建山羊APOC3过表达载体的基础上,利用油红O染色确定山羊APOC3基因过表达对肌内脂肪细胞脂滴聚集的影响,同时利用qPCR方法检测成脂分化标志基因mRNA的相对表达水平,进而明确其可能发挥作用的途径。结果表明,获得山羊APOC3的ORF区长294 bp,编码97个氨基酸,功能结构域区在第23-88个氨基酸处。山羊APOC3在心脏、肝脏、脾脏等14个组织中均有表达,且在肝脏中的表达量最高;山羊APOC3在诱导分化48 h表达量最高,极显著高于分化前;过表达山羊APOC3后肌内脂肪细胞中脂滴积聚增多,成脂分化标志基因SREBP1和CEBPβ的相对表达水平极显著上调,PPARγ的相对表达水平显著上调,而Pref-1相对表达水平显著下调。结果表明,山羊APOC3可能通过上调SREBP1、CEBPβ、PPARγ及下调Pref-1来发挥作用促进肌内脂肪细胞的分化。

为研究纳米硒对热应激下虹鳟血清抗氧化指标和免疫指标的影响,选取平均体质量约80 g的8月龄虹鳟600尾,随机分为3组,其中,对照组饲喂基础日粮,处理组分别饲喂添加了5,10 mg/kg纳米硒的日粮,在虹鳟适宜生长水温(18 ℃)条件下饲喂9 d在24 ℃ (虹鳟产生热应激)下热应激48 h;分别在热应激前(18 ℃,0,3,6,9 d)和热应激(24 ℃,4,8,12,24,48 h)每组随机取10尾鱼,采集血清,测定抗氧化和免疫指标。结果发现,相比对照组添加纳米硒显著提高了血清总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)和球蛋白(GLB)含量;热应激下谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)的含量降低,过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)的含量升高,纳米硒提高了GSH-Px、SOD和CAT含量,降低了MDA含量;热应激使对照组血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素-1β(IL-1β)的含量逐渐升高,5 mg/kg纳米硒组在热应激4 h相比对照组TNF-α和IL-1β的含量显著提高,热应激12 h相比对照组IL-1β的含量显著降低;免疫球蛋白M(IgM)在热应激4 h含量下降,热应激12 h含量上升,补体3(Complement 3,C3)的含量在热应激下逐渐下降,纳米硒则显著提高了IgM和C3的含量。综上,饲粮中添加纳米硒可提高热应激下虹鳟血清抗氧化和免疫指标,且相比10 mg/kg添加量,添加5 mg/kg纳米硒对机体的保护能力更强。