为了进行苗期转ScALDH21基因棉花的耐盐性鉴定。以新农棉1号的T₄转ScALDH21基因棉花株系为研究材料,分别在大田条盆及温室盆栽条件下进行试验。大田条盆试验中,分别统计0.4%,0.5%,0.6%盐土栽种下转ScALDH21基因与受体棉花的叶绿素含量和存活率,并测定其净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及瞬时水分利用效率;室内盆栽试验中,分别统计NaCl(150 mmol/L)和清水处理下不同棉花株系MDA、POD、木质素、Na⁺、K⁺及Na⁺/K⁺值。结果表明,在盐胁迫条件下,与受体棉植株相比,转ScALDH21基因棉株的存活率上升,叶绿体含量增加,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及瞬时水分利用效率均提高;MDA含量降低,POD活性上升,木质素含量增加。从形态及生理指标层面验证了转ScALDH21基因棉花在苗期提高了植株的耐盐性。

硝态氮是植物吸收氮素的2种主要形式之一,硝酸盐转运蛋白2(NRT2)在土壤中硝酸盐缺乏时发挥主导作用。为探究藜麦NRT2基因家族的特征和表达模式,利用生物信息学方法,对藜麦NRT2基因进行全基因组鉴定,并分析了其编码蛋白、染色体定位、基因结构、系统进化、顺式作用元件、组织表达特异性以及不同氮素水平处理后基因的表达模式。结果表明,藜麦中有15个NRT2基因,分布在7条染色体上,每个成员分别含有1~9个内含子及2~10个外显子,蛋白亚细胞定位预测其均定位在质膜上,为疏水性蛋白。同时,系统进化分析显示,藜麦NRT2蛋白家族属于2个亚家族,与拟南芥的亲缘关系更近。顺式作用元件分析显示,藜麦NRT2家族成员启动子区存在大量与生长发育及逆境胁迫等相关的顺式作用元件。藜麦NRT2基因家族成员在不同组织器官中的表达存在差异,在根、茎、叶中表达量较高。在低氮条件下,藜麦NRT2.4、NRT2.7、NRT2.15表达上调;0,25%N处理后藜麦NRT2.7、NRT2.15的表达量急剧增加。研究结果可为后续藜麦NRT2s基因克隆和功能以及氮素胁迫分析提供参考依据。

为了探究影响花生种皮颜色的关键代谢物及花青素合成酶(ANS)基因,以5种不同种皮颜色的花生品种(系)为材料,对其种皮中花青素代谢物组成、ANS家族基因的表达及其相关性进行分析。结果显示,在5个花生品种(系)种皮中检测到3大类,共19种花青素糖苷类物质,其中黑种皮中最多为17种,白种皮最少仅为4种,表明随着种皮颜色的加深,花青素糖苷类物质种类也逐渐增多。对5个ANS基因表达分析,结果显示,仅有Ahy_Scaffold1g106620的表达量较高,其他4个基因基本不表达或表达量较低。且Ahy_Scaffold1g106620随着种皮颜色加深,表达量显著升高,推测Ahy_Scaffold1g106620是调控花青素合成的关键基因。进一步相关分析结果显示,Ahy_Scaffold1g106620与19种糖苷物质中的12种呈现显著正相关,相关系数为0.54~0.82;而Ahy_A02g006729仅与3种花青素类糖苷物质呈现显著相关性,其他3个基因与种皮中花青素类物质含量无关,结果表明,Ahy_Scaffold1g106620是ANS家族中影响花青素物质积累的关键调控基因。以上研究结果初步发现了影响多彩花生种皮颜色的主要代谢物及ANS家族中关键的调控基因。

为了明确大豆中4个参与豆科植物由根瘤菌侵染到根瘤形成和固氮的所有生物过程,并整合结瘤和结瘤自调控信号动态控制根瘤数目的核心转录因子(NIN)基因异同及其在植物生长过程中的作用,利用生物信息学的方法,对大豆4个GmNINs基因进行了系统进化、蛋白序列分析及基因序列和启动子分析,并利用Real-time PCR进行了组织表达模式验证。结果表明,大豆中4个GmNINs蛋白均属于豆类植物中特异的NIN蛋白家族,定位在细胞核,序列相似,且均具有多个磷酸化位点,蛋白核心三级结构类似而在转角处有较大区别。以上结果说明,大豆4个GmNINs蛋白可能在核心功能上是冗余的,而又在具体的表达模式上具有差异性。对GmNINs基因ATG上游-3 kb启动子序列分析表明,GmNINs启动子序列中除NBS、CYC元件外,还含有如ABRE、DRE1等多种与逆境和激素响应相关的元件。转录组分析及Real-time PCR结果显示,4个GmNINs基因均在根瘤中高表达,并受到高氮环境抑制;均可不同程度的响应高盐与干旱胁迫,其中GmNIN2a与GmNIN2b在响应非生物胁迫上较GmNIN1a与GmNIN1b更加敏感与显著,可能在植物响应非生物胁迫的过程中发挥着重要作用。综上所述,结果揭示了GmNINs除了调控大豆结瘤及根瘤数目外,还参与了大豆根系响应非生物胁迫的过程,这一调节机制的发现为选育优质高产大豆新品种提供关键线索。

为了在宁夏地区筛选高产抗病的优良组合。连续2 a(2020,2021年)对种植于日光温室的50个粉果番茄初配制的杂交组合和2个对照(丰收128和美粉869)利用Dtopsis法进行了组合综合评价,并分别对植物学性状、果实性状、产量性状和抗病性等性状进行描述统计分析。52个杂交组合各果实性状在杂交组合间的差异较大,但熟性较为一致。最优组合为33,该组合的理论产量相比于2个对照2 a都增产20%以上;它对3种病害达中抗等级及其以上,它的硬度达5.0 kg/cm²以上,果肉厚达8.0 cm以上,是1个耐储运的组合。其次为组合47和1,这2个组合的理论产量较大,且47理论产量2 a的增幅达45%以上。组合1为商品性较优的组合,可溶性固形物含量较高硬度较大,且外观品质较好。通过2 a的综合评价最终筛选出组合33、47和1这3个组合适合在宁夏日光温室种植。

为明确莜麦贮藏过程中生理特性和遗传物质的变化规律。以晋燕8号、晋燕17号、坝莜1号为试材,测定了不同贮藏年限莜麦种子的发芽率、发芽势、丙二醛(MDA)含量、过氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性、多酚氧化酶(PPO)活性,镜检统计遗传物质畸变的细胞数量。结果表明:莜麦种子的发芽率、发芽势随着贮藏年限的延长而下降,贮藏8 a坝莜1号降幅最大,分别降低80.84,88.02百分点;莜麦种子MDA的含量随着贮藏年限的延长而增加,贮藏8 a晋燕8号增幅最大,提高5.68倍;莜麦种子SOD、CAT、POD和PPO活性随着贮藏年限的延长而减弱,贮藏8 a坝莜1号减幅最大分别是84.66%,74.38%,54.09%,81.44%;莜麦种子遗传物质发生畸变的细胞数量随着贮藏年限延长而增多,3个品种贮藏8 a平均增加11.87倍。发芽率与MDA含量、SOD活性、CAT活性、POD活性、PPO活性、畸变细胞数量极显著相关(P<0.01),畸变细胞数量与MDA含量、SOD活性、CAT活性、POD活性、PPO活性极显著相关(P<0.01)。坝莜1号耐贮藏最好,晋燕17次之,晋燕8号最差。莜麦种子发芽率、发芽势随着贮藏年限延长而下降,SOD、CAT、POD、PPO活性随着贮藏年限延长而减弱,MDA的含量、畸变细胞数量随着贮藏年限延长而上升;SOD、CAT、POD活性是种子生存的必须酶,但不是种子发芽的关键酶。

传统的分子标记辅助育种技术只对含有大效应基因的性状有效,很难对受微效多基因控制的数量性状进行遗传改良。后来于2001年出现的全基因组选择技术利用高密度分子标记对个体的育种值进行估算,能获得很高的预测准确性,有效解决了微效多基因控制下的复杂性状改良的难题。该技术现已被美国、加拿大、澳大利亚、德国和法国等成功应用于奶牛、猪、羊、玉米、小麦等动植物数量性状的遗传改良,是对传统育种技术的重大革新,也是目前研究与应用的热点。综述了影响全基因组选择准确性的因素和该技术在国内外玉米、小麦、水稻和油菜育种研究中的进展,最后讨论了该技术在应用中存在的问题,以期为未来的作物全基因组选择育种提供参考。

海岛棉纤维品质优良,并具有抗逆性强、抗黄萎病等优点。将海岛棉的优异基因用于陆地棉的遗传改良,实现海陆棉遗传重组,一直是棉花种质资源创新和利用研究的重要课题之一。本研究对海陆棉基因组水平上的常规遗传重组杂交技术、外源海岛棉DNA导入的基因枪法和花粉管通道法、利用染色体水平上的置换系技术的方法、特点和应用进行了综述。回顾了在应对种间遗传障碍时,遗传学家及育种家进行的多种遗传重组技术策略上的尝试。通过育种家们建立的携带有海岛棉染色体基因的陆地棉背景的染色体置换系,可望筛选出能被育种家直接利用的、稳定的、综合性状好的、或具有优异特性的种质材料,以期对今后海陆棉优异种质创制和利用研究起到促进作用,进而加快棉花育种进程。

为探索适宜环渤海低平原地区的微灌水肥一体化技术灌溉模式,于2014-2015年和2015-2016年,在同一试验地重点分析了微灌方式下冬小麦研究对小麦植株成穗比例、穗部变异、产量及耗水特征影响,设置了5个微灌处理试验,“限水稳产”模式设2个灌水处理(分别为T1、T2处理);“节水高产”模式设2个灌水处理(分别为T3、T4处理)。T5处理为微灌模式下足水处理和1个畦灌对照处理T6。结果表明:微灌模式处理小麦成1穗组比例、2穗组比例高于传统畦灌,成3穗组、4穗组比例显著低于传统畦灌;微灌模式增加了小麦植株成1、2穗能力,单穗质量整齐度明显高于畦灌模式;2014-2015年,T3处理小麦产量最高,其次为T4处理,二者产量略高于畦灌对照和T5处理,T3处理水分利用效率最高,略高于T2 处理,显著高于其他处理,较畦灌模式增加23.0%。2015-2016年,小麦产量T6>T5>T3>T4>T2>T1,其中T6显著高于T1、T2处理,较其他处理无显著差异,水分利用效率以T3处理最高,较畦灌增加40.3%,综合考虑节本增效、节水生态方面,微喷带灌溉模式下春灌2水的灌水模式(拔节水、开花水)为最佳灌水处理。

为明确杂交小麦群体调控对源库系统的影响,以二系杂交小麦品种京麦6号为研究对象,从群体结构、物质积累、产量构成等方面分析杂交小麦群体源库特征。结果表明,在源系统方面,增加密度可提高群体物质积累,但花后物质积累与密度增加未表现出同步增长关系,中高密度处理花后物质积累量无显著差异,花后物质积累比例、花后物质生产力随密度增加基本呈降低趋势,花前贮藏物质转移率和贡献率基本表现为先上升后降低的趋势。在库系统方面,杂交小麦库容建成受密度影响不显著,库容量与产量呈极显著正相关关系,中低密度条件下穗叶比值、粒叶比值等较高,杂交小麦具备群体库容大而稳、库源比例高的特性;随播种密度的增加,杂交小麦产量呈单峰曲线变化,在225×10⁴~375×10⁴/hm²播种条件下较高。构建合理源库系统,应用库源比例高、源功能强而持续、分蘖成穗能力高、贮藏物质再分配利用效率高的品种,采取控制种植密度、适度减少投入的栽培策略,有利于实现杂交小麦花后“增源、强源”目标,构建源库系统平衡群体,对杂交小麦产量进一步提升具有特殊重要意义。

针对华北平原冬小麦-夏玉米1年2熟长期复种连作导致的低效益、高碳排问题,以及面临保障口粮安全的艰巨任务,基于冬小麦-夏玉米轮作模式,加入甘薯和大豆形成粮薯、粮豆2年轮作模式,以期构建适宜该区域的稳粮、高效、生态种植制度。试验于2019年10月-2021年10月在河北省农林科学院宁晋基地进行,以冬小麦-夏玉米→冬小麦-夏玉米(麦玉模式)为对照,设置冬小麦-夏玉米→冬闲-春甘薯(粮薯模式)和冬小麦-夏玉米→冬小麦-夏大豆(粮豆模式)2种轮作模式,同时进行年际内重复,即冬闲-春甘薯→冬小麦-夏玉米和冬小麦-夏大豆→冬小麦-夏玉米。分析各轮作模式周年当量产量、碳排放和碳足迹差异。结果表明:与麦玉模式相比,粮薯模式的周年当量产量平均增加了29.10%,而粮豆模式的周年当量产量平均降低了6.03%。粮薯和粮豆模式显著降低了由农资生产、运输等过程导致的间接排放,主要降低了由化学氮肥和灌溉耗电导致的碳排放,比对照模式分别降低了40.5%和14.9%。与对照模式相比,粮薯和粮豆模式由氮肥施用导致的N₂O直接排放量分别降低50.0%和32.4%,氨挥发间接排放量分别降低50.0%和29.6%,氮淋洗间接排放分别降低50.0%和26.4%。麦玉模式、粮薯和粮豆模式的周年总碳排放分别为13 361.4,7 468.2,10 315.0 kg/hm²。粮薯和粮豆模式的周年总碳排放比对照模式分别降低了44.1%和22.8%。与对照模式相比,粮薯和粮豆模式的单位面积碳足迹分别降低了44.1%和22.8%,单位生物量碳足迹分别降低了29.7%和9.4%。综上,将甘薯和大豆加入基于麦玉模式的轮作系统中可降低系统周年碳足迹。因此,从农田系统减排角度,粮薯和粮豆轮作模式可作为华北地区部分替代传统麦玉轮作的理论推荐模式。

为了建立基于氯酸盐的大麦氮高效筛选体系,探究氯酸盐处理对大麦幼苗的影响,并鉴定出对氯酸盐反应有差异的大麦种质材料,用于将来的大麦氮高效分子机理研究和育种。以18个上海地方品种和3个主栽品种为供试材料,在人工气候室进行水培试验,分别设置2 mmol/L KNO₃(CK)和2 mmol/L KClO₃处理,处理4 d后,测定大麦幼苗的苗高、根长、地上部和根干质量。结果表明:氯酸盐对大麦苗期生长有明显的抑制作用,特别是苗高和干质量。方差分析表明,所有性状在氯酸盐处理和正常培养(对照)下都呈极显著差异,并且处理和品种间,所有性状也均存在极显著的互作。不同指标的变异系数表明,不管是氯酸盐处理还是正常供氮条件下,根长和干质量的变异系数相对较大,而苗高的变异系数相对较小。相关性分析也表明,这些形态学指标在2种条件下都呈正相关关系。基于苗高和地上部干质量的氯酸盐敏感度对供试材料的区分总体上相似,但也有区别。苗高和地上部干质量对氯酸盐的反应可以作为筛选大麦氮高效的指标,并且基于苗高和地上部干质量的氯酸盐敏感度都认为,B104、B002、B053、B092和B068在对氯酸盐最敏感的6个品种里,说明这5个大麦品种氮素利用率可能比较高,而B016、B006和B008则都在对氯酸盐最不敏感的6个品种里面,说明这3个大麦品种氮素利用率可能比较低。

为了明确增密对玉米源库关系的影响特点,选用郑单958和金秋119为试验材料,设置4.5万,6.0万,7.5万,9.0万,12.0万株/hm² 5个不同的种植密度,探讨不同品种玉米花期植株形态、冠层光合特性、粒库建成对增密的响应特征及变化关系。结果显示:增加种植密度,株高、穗位高、穗位系数显著增加;基部第Ⅲ节间直径、消光系数(k)、单株叶面积、穗位叶面积等显著降低;穗位叶净光合速率、穗位叶光合能力和穗粒数变化趋势同上;增密对不同品种玉米的影响总体表现一致。种植密度从4.5万株/hm²增加到12万株/hm²,郑单958和金秋119穗位叶面积分别降低20.63%和12.30%,穗位叶光合能力降低33.76%和33.31%,穗粒数降低21.55%和36.07%。进一步建立了穗位叶光合能力、穗粒数与种植密度的线性关系,从线性关系可以看出,种植密度每增加1×10⁴株/hm²,郑单958穗位叶光合能力降低0.076 μmol/s、穗粒数降低13.03粒,金秋119穗位叶光合能力降低0.088 μmol/s、穗粒数降低27.93粒;从线性斜率看出,相对于郑单958,金秋119叶源与粒库对增密较为敏感,且2个品种的差异主要表现在粒库建成上;此外,此线性模型可应用于增密对玉米冠层光合特性与粒库建成的模拟预测上,为玉米适度增密丰产提供参考。综上,增源扩库是夏玉米增密增产的关键。

为筛选出双穗型糯玉米新品种万彩糯88适宜的种植密度,发掘其生产潜力,采用不同大田种植密度试验,探讨重要植株性状、双穗率、产量及其产量构成性状对种植密度的响应。结果表明,随着种植密度的增加,株高、穗位高、双穗抽丝间隔期和第2穗抽丝散粉间隔期均随之增加,第1穗抽丝散粉间隔期和植株双穗率则降低;种植密度通过对双穗抽丝间隔期、第1穗抽丝散粉间隔期和第2穗抽丝散粉间隔期间接或直接影响双穗率。除穗行数和第1穗穗长外,种植密度对第1,2果穗产量及其产量构成性状影响显著或极显著。种植密度从30 000株/hm²增加到60 000株/hm²,第1穗果穗产量、总果穗产量、第1穗籽粒产量和总籽粒产量分别增加5 366.10,3 465.98,3 302.85,2 165.60 kg/hm²,第2穗果穗产量和籽粒产量分别降低1 900.12,1 137.25 kg/hm²。种植密度为48 000,54 000,60 000 株/hm²时,总鲜果穗产量和总鲜籽粒产量差异不显著,均极显著高于其余种植密度。综合以上研究结果,新品种万彩糯88适宜种植密度为48 000株/hm²,可初步作为大田种植的推荐密度。

为明确灌浆期高温胁迫对不同耐热型夏玉米品种叶片衰老及产量的影响,以高温敏感型品种先玉335和耐高温型品种郑单958为供试材料,于2019-2020年进行田间试验,在玉米吐丝后12~25 d搭设简易塑料增温棚进行高温胁迫处理,对照为田间自然温度处理,研究灌浆期高温对玉米叶片衰老与产量的影响。2 a结果表明,吐丝后12~25 d高温胁迫显著降低了夏玉米千粒质量和产量,其中高温处理下郑单958产量较对照降低18.8%,19.3%,千粒质量较对照降低23.4%,9.1%;高温处理下先玉335产量较对照降低29.4%,26.3%,千粒质量较对照降低20.1%,14.2%。灌浆期高温促进叶片衰老,2 a结果表明,郑单958叶片衰老速率在高温处理下显著增加76.4%,140.6%,先玉335增加135.1%,139.6%。高温处理下两品种的花后光合势较对照降低17.7%~36.5%,穗位叶光合速率降低20.0%~42.9%。相关分析结果表明,高温处理显著增加了夏玉米的叶片衰老速率,与产量呈负相关但不显著(P= 0.064 7);花后光合势、光合速率、SPAD值显著降低,与产量呈显著正相关(P< 0.05)。灌浆期高温胁迫显著加速玉米叶片衰老,导致玉米粒质量降低并减产,而耐高温型玉米品种比高温敏感型玉米品种具有更高的调节能力,能减轻高温胁迫导致的玉米减产。

为了研究播种方式和微咸水灌溉对水稻生长、产量和品质的影响。于2019-2020年以盐丰47为试验材料,采用裂区试验设计,以灌溉方式为主区,播种方式为副区进行相关研究。其中,灌溉方式包括淡水灌溉(F)和微咸水灌溉(B)2种方式,播种方式包括旱直播(D)、水直播(W)和移栽(T)3种方式。研究发现,水直播有利于提高水稻高度,旱直播有利于促进水稻单株叶面积和干物质量的积累,并且微咸水灌溉明显降低了上述农艺性状。在淡水灌溉条件下,移栽方式下的水稻产量在2019,2020年分别比旱直播高749.93,713.58 kg/hm²,尽管其产量也比湿直播高,但两者间差异不显著。在微咸水灌溉条件下,水直播的产量要高于移栽,但产量差异也不显著。研究显示,微咸水灌溉通过降低产量构成因素造成了水稻产量的降低。水直播的加工品质、外观品质和蛋白质含量都明显高于移栽。但微咸水灌溉促使加工品质、外观品质和口感的降低。因此,微咸水灌溉和直播方式的配合使用显著降低了水稻的产量和品质,在今后的研究中应加强对适合水直播的耐盐水稻品种的选育。

为探究大豆种子生活力测定的最适染色条件以及种子萌发期重要生理指标的变化,采用单因素和正交试验设计筛选适用于大豆种子生活力检测的氯化三苯基四氮唑(TTC)染色最佳组合;并分析大豆种子在不同萌发环境下的发芽率和种子内源细胞壁水解酶的变化。单因素分析结果表明,有无吸胀处理对于种子染色至关重要,且低浓度(0.1%)的TTC溶液会显著降低种子的染色率。多因素正交试验结果表明,大豆种子染色的最佳条件是:吸胀时间6 h,TTC浓度1%,染色温度35 ℃,染色时间60 min。该组合下的种子染色率为98.5%。萌发率试验表明,光、暗条件对于萌发进程无显著的影响;高水量下大豆萌发受到抑制,而低水量下种子却有着较高的萌发率;在一定温度范围内,低温可推迟种子萌发,但却提高了种子的最终萌发率。酶活性试验表明,种子在光、暗条件下萌发时,种胚内的纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶和β-半乳糖苷酶活性无显著变化,而木葡聚糖内转糖基酶在光照下的活性却显著高于其在暗环境下的活性。在不同吸胀水量下,纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶活性无显著变化;β-半乳糖苷酶活性随着水量的增加逐渐上升,而木葡聚糖内转糖基酶活性却呈现与之相反的趋势。值得注意的是,萌发温度的升高能够显著增加4种细胞壁水解酶在大豆胚中的活性。综上,TTC染色结果对于快速判断大豆种子生活力,完善大豆种子质量检测技术规程具有重要的实践意义;探索大豆种子在不同萌发条件下的细胞壁水解酶活性有助于揭示双子叶植物种子萌发的机制。

为了探究溶磷解钾真菌黑曲霉Z8对大豆种子萌发及幼苗的促生长作用,测定了接种黑曲霉Z8后大豆种子与幼苗生物量、生理效应、土壤酶活性与土壤微生物变化。结果表明,黑曲霉Z8对大豆种子萌发率无显著影响,但可增加大豆芽的生物量,其中K3处理组总体效果较好;不同浓度菌液对大豆幼苗生物量的影响显著,当菌液浓度为1.0%时,株高、鲜质量、干质量、根长增加,且大豆幼苗叶片光合色素含量较高,此时根尖伸长区细胞体积增加,表明有最佳的生长潜力;盆栽试验的结果表明,接种黑曲霉Z8可显著提高大豆幼苗的株高(19.44%~33.47%)、根长(19.95%~33.50%)、鲜质量(26.67%~86.67%)、干质量(25.00%~87.50%)、可溶性糖(31.67%~47.83%)、可溶性蛋白(21.70%~35.86%)含量,不同处理接菌使大豆植株叶绿素(T4>T3>T2>T1>CK)、超氧化物歧化酶(T4>T3>T1>T2>CK)、过氧化氢酶(T4>T3>T2>T1>CK)、过氧化物酶(T4>T2>T3>T1>CK)含量高于对照组,同时增加了土壤蔗糖酶(T4>T3>T2>T1>CK)、脲酶(T4>T3>T2>T1>CK)、过氧化氢酶(T4>T2>T3>T1>CK)、酸性磷酸酶活性(T2>T1>T3>T4>CK)、中性磷酸酶(T2>T4>T1>T3>CK)、碱性磷酸酶(T4>T3>T2>T1>CK)含量。对土壤微生物数量均有显著的促进效果,使细菌数量增加6.03%~32.66%,真菌数量增加22.22%~62.22%,放线菌数量增加0.67%~20.32%。综上所述,T4处理组对大豆促生效果最好,黑曲霉Z8具有良好的促生功能,可作为大豆种植的生物肥料,对减少化肥应用以及可持续农业发展具有重要的意义。

为明确玉米与紫茎泽兰的种间竞争关系,探索紫茎泽兰的植物替代防控方略,继而实现粮食作物生产与杂草防控相结合。通过大田试验,研究不同耕作与紫茎泽兰割除方式及玉米种植密度等农艺栽培措施对玉米与紫茎泽兰竞争效应的影响,分析了2种植物生长、对光照和水肥的竞争能力及玉米产量与产值,以期探索紫茎泽兰的植物替代控制途径与策略。结果表明,免耕条件下,在紫茎泽兰空隙间直播玉米处理,紫茎泽兰仍为优势种群,玉米生长和产量均受到明显抑制,而刈割和拔除紫茎泽兰后直播玉米处理区的玉米转为优势种群,其对光照和水肥的竞争能力强,显著抑制紫茎泽兰的发生密度和株高及其对水肥的消耗。耕作条件下,玉米替代种植技术对紫茎泽兰的防除效果均达100%,而且玉米种植株距为25 cm时籽粒产量达到最高,平均为9 774.0 kg/hm²。可见,通过合理的耕作等农艺栽培措施,采用玉米替代技术可有效防控紫茎泽兰,并产生较好的生态价值,对于研发有效的综合防控外来入侵性恶性杂草紫茎泽兰的技术,具有一定理论与实践指导意义。

为探究不同保护性耕作措施对亚麻生长期间土壤耕层水分含量、纤维和籽粒产量、种植成本和麻农收益的影响,在光热丰富但干旱少雨的云南宾川县开展了亚麻田间试验。结果表明,与常规耕作处理相比,研究中设计的9种不同的保护性耕作方式,均可以显著提高亚麻生育期间农田耕层土壤的含水量,并在一定水平上提高亚麻的株高、茎粗、工艺长度、分枝数、单株蒴果数、单株茎质量;与常规耕作处理相比,不同保护性耕作处理对亚麻籽粒和纤维的增产效果不显著,但是在综合产量上看,完全免耕、不开沟、用厢沟边碎土盖种厚度不大于0.5 cm处理增产效果最佳,较常规耕作籽粒增产272 kg/hm²,纤维增产123 kg/hm²。因此,在光热丰富,但是干旱少雨的宾川及具有类似气候的地区,保护性耕作可以作为亚麻种植的良好选择,适宜的保护性耕作可以提高亚麻纤维和籽粒的产量,并可以降低亚麻种植成本,从而提高麻农种植收益。

为探讨减氮增密对高粱光合作用、干物质积累与转运特征及产量的影响,2017-2018年选用杂交糯高粱品种晋渝糯3号为供试材料,大田试验,设置常氮常密(CK)、常氮增密(T1)、减氮常密(T2)、减氮增密(T3)4 个处理,测定高粱抽穗期叶绿素含量(SPAD)和叶面积指数(LAI)、干物质积累与转运、产量及其构成因素。结果表明,与CK相比,减施氮肥降低抽穗期高粱顶三叶的SPAD和LAI,增加密度虽然降低顶三叶的SPAD,却能显著提高LAI。随生育进程的推进,高粱群体干物质积累量呈递增趋势,拔节期后迅速增加,成熟期积累最大。减少施氮量,提高高粱叶和茎鞘的花前干物质转运率及其转运量对籽粒的贡献率,但降低群体干物质积累量和花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率。增加密度显著提高高粱群体干物质积累量、叶和茎鞘花前干物质的转运量、转运率及对籽粒的贡献率,但显著降低了花后干物质对籽粒的贡献率。增加密度,降低单穗质量和千粒质量,但显著增加高粱籽粒产量。减氮处理降低高粱单穗质量和千粒质量,但减氮下常密产量下降,增密产量却显著增加。与CK相比,T1和T3处理2 a平均产量分别显著增加8.43%和7.92%,但两处理间无显著性差异。因此,晋渝糯3号在重庆地区宜采用减氮增密模式种植,即施氮150 kg/hm²,密度12.75 万株/hm²,有利于实现高粱的高产高效和节氮栽培。

为了探究不同田间持水量对马铃薯根系生长的影响,提高西北地区马铃薯产量。于2018在大田遮雨棚内进行,以马铃薯品种海斯薯为试验材料,采用膜下滴灌的灌溉方式。根据不同田间持水量梯度设置6个处理(分别为T1:85%~95%、T2:75%~85%、T3:65%~75%、T4:55%~65%、T5:45%~55%和T6:不灌水处理),研究不同田间持水量对马铃薯根系特性、产量及其相关性的影响。结果表明,随着田间持水量的下降根系分布逐渐加深,在田间持水量大于45%,根系主要分布在垄面0~10 cm处;当田间持水量小于45%时,根系主要分布在垄侧20~40 cm处。持水量高于65%处理下的块茎产量和大薯率高于其他处理,补偿效应显著(P<0.05);其中,持水量75%~85%处理下产量最高,平均产量为884.06 g/株,较T6处理增产257.61%。相关性分析发现,田间持水量与垄面根长、根表面积、大薯率和块茎产量呈显著(P<0.05)正相关,垄面根系长度和表面积与马铃薯块茎产量显著正相关(P<0.05)。综上所述,田间持水量大于65%时,能显著提高垄面的根长、根表面积和产量,其中,持水量75%~85%处理下产量最高。

为了探讨菌根真菌与铁皮石斛穴盘苗之间的共生关系,旨在筛选出影响穴盘苗生长的最佳优良共生真菌菌株。以几种不同的兰科菌根真菌和铁皮石斛穴盘苗为试验材料,进行接菌共生培养研究,比较不同菌株对接种共生穴盘苗的影响,结果表明:穴盘苗PS1、PS2、PS3处理的平均鲜质量增长率分别比对照高15.7,7.4,19.7百分点,与对照相比差异均达极显著水平(P<0.01);穴盘苗PS1、PS2、PS3 、PS5处理的根增长率分别比对照高44.4,43.6,30.2,33.4百分点,与对照相比较差异达极显著水平(P<0.01)。同属于瘤菌根菌属的D4菌株在整个培养过程中一直表现出抑制作用,D5菌株培养后期的促进作用比前期更明显。从叶绿素含量变化情况也可看出,除了D4以外其他菌株可明显增加叶绿素的形成,促进穴盘苗生长。筛选出的最佳优良菌株为D1菌株、D2菌株(未知)和D3菌株,它们对铁皮石斛穴盘苗生长有明显促进作用,即将应用于后续铁皮石斛组培苗的移栽驯化。

为了探究不同光照时长对工业大麻生殖生长及主要次生代谢物积累的影响,以工业大麻品种龙6扦插雌株群体为试验材料,设定 8,10,12 h 3个光照射时长,对营养生长28 d的工业大麻进行处理,调查工业大麻株高增量、节数、有效分枝、叶面积及产量变化,检测CBD、THC、CBDA和CBDV 4类大麻素含量,研究分析开花期光照时长改变对工业大麻生长发育及大麻素积累的影响。结果发现,农艺性状中,工业大麻株高增长量、叶面积、节数和产量易受光照时长改变影响,且这4类指标与光照时长呈正相关,表现为12 h光照时长处理生长最快,而有效分枝数不易受光照时长改变的影响;大麻素含量调查结果显示,CBD、CBDV和THC 3类大麻素含量都易受光照时长改变影响,这3类大麻素在进行光照时长处理后变化趋势一致,含量不断上升,至收获期时含量最高,且这3类大麻素积累量也与光照时长呈正相关,仅有CBDA在进行光照时长处理后呈现下降趋势。结果显示,此次试验条件下12 h光照时长最适宜工业大麻生长,且CBD、CBDV和THC这3类大麻素积累量最高,证实了光环境中光照时长是影响工业大麻生长发育和药用品质的重要因素。

为明确不同还田方式下白三叶腐解特征和养分释放规律以及对茶叶产量和品质的影响,寻求绿肥最佳的还田方式,为白三叶在茶园的合理利用提供技术依据。采用尼龙网袋法,在茶园模拟白三叶在翻压(T1)、割覆(T2)和自然枯死(T3)3种还田方式下的腐解特征和氮、磷、钾、碳等养分释放规律,并同时进行小区试验分析茶园间作白三叶3种不同还田方式对茶叶产量和品质的影响。结果表明,茶园间作白三叶3种还田方式下在160 d后的累积腐解率为73.4%~89.8%,快慢表现为T1> T2> T3,其中T1和T2处理呈现先快后慢的特点,T1处理:0~10 d为快速期,10~160 d为缓慢期,T2处理:0~20 d为快速期,20~160 d为缓慢期,而T3处理腐解时间滞后,从第40天开始腐解,后期保持较快的腐解速率;养分释放率和释放量表现为T1>T2、T3,氮、磷、钾、碳4种养分释放都较彻底,其中钾释放最彻底,氮、磷次之,碳最少,在160 d后钾、氮、磷、碳的累积释放率分别为95.1%~99.7%,75.3%~95.6%,86.4%~93.9%,69.5%~91.6%;白三叶还田后能提高夏秋茶产量,夏茶和秋茶分别比CK提高了9.4%~27.0%,5.9%~28.2%,改善茶叶品质,提高夏秋茶水浸出物和氨基酸含量,分别高出CK 0.7%~4.2%,2.0%~17.0%,降低夏茶酚氨比,降幅为0.9%~12.0%。因此,综合考虑腐解速率、养分释放量以及对茶叶产量和品质等因素,茶园间作白三叶还田方式优先推荐翻压还田(T1处理)。

在葡萄生长发育过程中,常常面临干旱、盐、热及冷胁迫等非生物胁迫影响。其中,干旱胁迫是抑制葡萄营养生长与生殖生长最重要的非生物胁迫之一。尽管葡萄属于较为耐旱的果树作物,但我国主要葡萄栽培区域约一半地区属于干旱及半干旱气候,在这些地区干旱胁迫往往威胁到葡萄的正常生长,是制约葡萄产业发展的主要因素之一。为了保障我国葡萄的健康发展,目前,针对干旱胁迫对葡萄影响的研究、合理灌溉制度的制定、抗旱品种的选育已成为近年来的研究热点。介于干旱胁迫对葡萄较为广泛的影响,为了应对干旱胁迫,葡萄进化出了一系列调控机制来平衡干旱胁迫带来的影响,本研究首先从葡萄耗水规律分析了葡萄不同生育期对水分的需求程度,其次,分析干旱胁迫对光合作用、渗透调节、活性氧调节的影响,从生理角度探讨了干旱胁迫对葡萄主要理化指标的影响,且通过对干旱胁迫下对葡萄果实的品质与产量进行分析,综述了干旱胁迫对葡萄果实品质的影响,并对如何合理利用干旱胁迫提升葡萄品质等问题,以及进一步研究葡萄响应干旱胁迫的分子机制进行了展望。

近年来,消费者对园艺植物优良口感品质的需求明显上升。口感品质是园艺产品质量的重要组成部分,是影响消费者决策的重要因素之一,已经成为近年来研究的热点。涩味是一种主要特征为口腔内持续的收敛、皱缩、粗糙和干燥的口感,在多数园艺植物中都有体现,是影响园艺植物口感品质的重要因素。分析园艺植物涩味的物质成分及涩味的产生原理与影响因素对改善园艺植物风味口感和提升园艺产品销量具有重要意义。本研究介绍了涩味物质的种类和分布,在园艺植物中涩味物质以单宁等多酚类物质最为常见,多分布于果实的果皮和叶片中。而涩味物质与口腔唾液蛋白质发生络合和沉淀现象是涩味口感产生的原因,且不同的涩味物质与口腔内蛋白质的结合能力和程度不同导致涩感强度不同。同时,分别梳理了果树、茶和蔬菜等主要园艺植物涩味研究进展,并分析和总结了环境因子和外源化学物质对园艺植物中多酚类主要涩味物质的影响,以期为开展园艺植物涩味方面的进一步研究提供参考和依据。

为明确长期施肥对山东潮土固碳潜力和作物产量的影响,以冬小麦-夏玉米轮作体系为研究对象,通过28 a定位施肥试验研究长期施肥下潮土固碳特征及其作物产量效应,提出不同肥力水平山东潮土有机碳提升策略。试验采用裂区设计,包括单施化肥和有机无机肥配施两大主处理,化肥区处理分别为不施肥、氮、氮磷、氮钾、磷钾、氮磷钾、减量氮磷钾、增量氮磷钾;有机肥区处理为化肥区处理基础上分别增加等量有机肥。结果表明,有机肥处理土壤累积碳投入量和固碳速率分别比化肥处理高2.47,4.29倍。有机肥处理土壤有机碳投入量为155.6~193.2 t/hm²,固碳速率为0.25~2.18 t/(hm²·a),化肥处理土壤有机碳投入量为39.5~100.5 t/hm²,固碳速率为4.15~5.49 t/(hm²·a)。其中,化肥区和有机肥区均是增量氮磷钾处理碳储量最高、固碳速率最快。随着外源碳的累积投入量增加,土壤有机碳呈线性增加,当投入量小于120 t/hm²时,土壤有机碳的存储能力为18.4%~20.6%;当投入量在120~200 t/hm²时,土壤有机碳的存储能力为11.5%。外源碳累积投入量小于100 t/hm²时,土壤固碳效率为11.7%;外源碳累积投入量100~200 t/hm²时,土壤固碳效率为4.3%。土壤有机碳含量与小麦和玉米产量之间均呈极显著相关关系,潮土土壤有机碳提升1 g/kg,作物总产量可增加414.5 kg/hm²(小麦和玉米产量可分别增加208.4,184.8 kg/hm²)。在保证土壤肥力和作物产量条件下,建议山东潮土累积有机碳投入量为150 t/hm²较为合适。

为探讨氮肥用量及氮肥基施与拔节期追施比例对弱筋小麦产量、品质与氮肥效率的影响,明确弱筋小麦适宜氮肥运筹措施,选用弱筋小麦品种鄂麦580为试验材料,设置氮肥用量试验和氮肥基追比试验,其中氮肥用量试验设0,90,135,180,225 kg/hm² 5个处理,氮肥基追比试验设10∶0,7∶3,5∶5,3∶7 4个处理,通过测定分析不同处理下小麦叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、产量及产量构成因素、氮肥利用率和品质等指标,研究不同氮肥运筹模式下弱筋小麦产量、氮肥效率和品质的变化。结果显示,合理氮肥运筹可有效提高小麦光合能力,延缓叶绿素衰减,提高产量和氮肥利用率,改善小麦品质。随施氮量的增加小麦产量呈先升后降的趋势,在施氮量为180 kg/hm²,基追比为7∶3时产量最高为5 903.0 kg/hm²。在施肥量相同的情况下,随着追肥比例的增加小麦氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率呈先增后降趋势,在基追比为7∶3时3项指标均达最大值分别为:37.6%,32.8 kg/kg,12.0 kg/kg。不同的氮肥运筹模式对小麦品质指标有明显影响,籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量和稳定时间均随氮肥用量的增加及氮肥的后移呈现增加趋势。综合光合特性指标、产量及产量构成指标,氮素利用率和弱筋小麦品质性状指标,施氮量为180 kg/hm²且基追比为7∶3为弱筋小麦产量、品质及氮肥利用效率协同最佳的氮肥运筹模式。

合理减氮运筹是解决我国农田氮素损失量大、利用率低等问题的重要途径。为明确减少氮肥投入是否能维持油后密植棉花的产量。以洞庭湖区油后直播棉田为研究对象,比较2 a氮肥减量深施下棉花的产量、主茎叶光合特性、氮肥利用率等差异特征,分析氮肥减量深施的可行性,为油后直播棉田施肥管理措施的制定提供科学依据。于2018-2019年,在湖南省常德市湖南省棉花科学研究所茅湾基地开展了氮肥减量深施试验,设置了5个氮肥施用量处理(0,90,180,270,360 kg/hm²)和2个施肥深度处理(5,15 cm),于棉花主要生长时期取样测定了主茎功能叶净光合速率、可溶性糖及淀粉含量、地上部分植株生物量以及各部分NPK含量,研究氮肥减量深施处理对油后密植棉花的产量、光合特性、地上部分植株生物量、NPK积累与分配规律的影响。结果表明,随施氮量的增加,棉花中后期主茎功能叶净光合速率、可溶性糖和淀粉含量、以及棉株NPK累积量均呈先升后降的变化趋势,均在270 kg/hm²时最高;而氮肥表观利用率、农学利用率、偏生产力与生产效率则相反;另外,相同施氮量条件下,深施15 cm处理的各项指标均高于浅施5 cm处理。合理减少氮肥用量,并配合深施处理利于棉株营养器官和生殖器官生物量积累与平衡,以及氮、磷、钾吸收和分配,以促进产量与品质的提高。基于油后密植模式,推荐棉花以施氮量180~224 kg/hm²,施肥深度15 cm为宜。

为探索中国樱桃果实的耐贮性,减少采后果实腐烂率,延长其贮藏寿命。以中国樱桃黑珍珠为供试材料,于花后7 d喷施不同浓度的CaCl₂、氨基酸钙及糖醇钙,研究钙处理对采后果实在贮藏期的内外品质及几种保护酶的影响,并筛选出最适宜黑珍珠樱桃采前喷施的钙肥及其浓度。结果表明:随贮藏时间延长,樱桃果实的硬度、百果质量及可溶性糖(SS)、可滴定酸(TA)、可溶性蛋白(SP)、Vc、β-胡萝卜素含量呈下降变化趋势;腐烂率、相对电导率(REC)及MDA含量呈逐渐增加的变化趋势;可溶性固形物(TSS)含量和SOD、POD、PPO活性呈先上升后下降的变化趋势。贮藏期内各外源钙处理的樱桃果实的营养物质和水分损耗、PPO活性、MDA的积累量均低于CK;而SOD和POD活性均高于CK,叶面钙肥提高了黑珍珠樱桃的耐贮性,延长其贮藏寿命。隶属函数综合评价得出1 500倍糖醇钙对果实保鲜效果最佳。采前喷施钙肥能提高樱桃果实的硬度和品质,提高抗氧化酶活性,从而实现延长樱桃贮藏期,1 500倍糖醇钙处理对黑珍珠樱桃果实的保鲜效果最佳,可在生产中推广应用。

为探究采用有机废硫酸低温炭化技术制备的新型生物炭基磺化复合肥的施用效果,以小顶八寸参为供试胡萝卜品种,盐化潮土为供试土壤,采用盆栽试验的方法,设置5种复合肥及其加炭复合肥配方处理,共11个处理,对比研究了5种炭基复合肥配方对胡萝卜产量及土壤养分含量的影响。结果表明:施肥显著促进了胡萝卜肉质根鲜质量增产,其中12-6-10硫基生物炭基复合肥处理的胡萝卜肉质根生物量鲜质量最高,鲜质量达到了313.85 g/株,10-5-20氯基复合肥处理的胡萝卜产量最低。与普通复合肥相比,5种生物炭基复合肥对胡萝卜肉质根鲜质量均有显著的增产效果,增产幅度为2.1%~11.3%,而且不同程度地提高了胡萝卜氮、磷、钾素养分累积量。另外,在减少氮、磷、钾养分施用量15%的情况下,施用炭基复合肥可维持全量常规复合肥的土壤速效氮、磷、钾供应水平,个别时期养分仍然有显著增加的情况。施用生物质磺化炭基肥可降低胡萝卜生长前期土壤pH值,各施肥处理对胡萝卜成熟期土壤pH值无显著性差异。与普通复合肥相比,施用生物质磺化炭基肥可降低胡萝卜生长前期土壤pH值,提高胡萝卜氮、磷、钾素养分累积量和土壤速效氮、磷、钾供应水平,有利于胡萝卜增产。

研究旱作区果园土壤水肥管理模式效应,为优化苹果园水肥管理、实现水肥最佳匹配提供依据。在甘肃陇东旱作区苹果园,选择水肥膜一体(T1)、垄膜集雨+沟内覆草(T2)、施肥枪“肥水一体”(T3)等3种主要模式,以传统清耕果园土壤施肥(T4)为对照,测定分析苹果园土壤有机质和矿质营养、叶绿素和叶片养分含量及果实品质特征。结果表明,旱作区苹果园0~60 cm土壤中,不同水肥管理模式土壤有机质、全氮和碱解氮、全磷和有效磷以及速效钾含量均随土壤深度增加呈递减趋势,且递减幅度逐渐减弱;浅层(0~20 cm)土壤有机质和矿质养分含量显著高于中、下层(20~60 cm)土壤;不同水肥模式、土壤深度全钾含量均较高,表现出明显的土壤养分浅层富集和土壤富钾特征。苹果幼果期、果实膨大期和果实成熟期土壤全氮、全磷和全钾含量降幅均显著低于碱解氮、有效磷和速效钾等速效养分。不同水肥模式土壤矿质养分的消耗程度不同,浅层土壤表现更加明显。在0~20 cm土壤中,T4(CK)幼果期和果实膨大期土壤有机质含量均显著高于其他处理模式,而果实成熟期又显著降低,表明清耕管理土壤保肥及养分持续供应能力较低。不同水肥管理模式下,苹果幼果期和果实膨大期叶绿素含量变化较大,T3幼果期叶绿素a、b和总叶绿素含量显著高于T1和T4,但与T2差异不显著。不同模式不同时期叶片矿质营养含量差异均不显著;叶片全氮和全磷含量随苹果生育进程呈下降趋势,而叶片钾含量呈“升-降”态势;至果实成熟期叶片氮、磷、钾含量达到最低。T2的可溶性糖、总糖和固酸比均显著高于其他处理;VC含量显著高于T4,但与T1和T3差异不显著。旱作区苹果园推广应用“垄膜集雨+沟内覆草”技术措施,能显著改善果实品质。

为川泽泻栽培提供科学生态种植施肥方案,探究生物有机肥和无机肥配施对川泽泻农艺性状和产量的影响。采用“3414”试验设计,考察分析川泽泻全株13个农艺性状和产量。研究发现,有机肥能显著促进泽泻叶片数增加;有机肥和化肥配施可促进泽泻叶片生长和块茎膨大,显著提高产量。处理4(X₂Y₀Z₂)的川泽泻地上部分农艺性状,如叶片数、叶宽、叶片干质量和株高表现最佳。处理14(X₂Y₁Z₁)的川泽泻地下部分农艺性状表现更佳,如块茎鲜质量和干质量、块茎宽和长等,其产量最高为2 386 kg/hm²。通过聚类分析发现,有机无机肥配施主要影响川泽泻块茎鲜质量和干质量、产量、块茎宽、块茎高、叶长、叶宽。并且发现产量和块茎宽能划分为同一类指标,二者极显著正相关,相关系数为0.97。因而川泽泻块茎宽可被选为预测产量、选种的一个主要农艺性状指标。通过灰色关联度和DTOPSIS 法综合评价各处理材料,综合产量和典型农艺性状最佳处理为处理14,最佳处理为生物有机肥150 kg/hm²、尿素420 kg/hm²、过磷酸钙200 kg/hm²、硫酸钾(K₂SO₄≥51.0%)240 kg/hm²、硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)7.5 kg/hm²、硼酸(H₃BO₃)9.5 kg/hm²、钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)0.075 kg/hm²。综合本研究结果可知,有机肥和无机肥配施可以有效促进川泽泻生长,增加其药材产量。

探究酒糟有机肥对湄潭翠芽茶叶的施用效果,为酒糟有机肥在湄潭翠芽生产中的科学施用和推广应用提供理论依据。采用田间试验研究连续2 a施用酒糟发酵有机肥(不施肥,CK;常规施肥,FP;酒糟有机肥750 kg/hm²,JZ1;酒糟有机肥2 250 kg/hm²,JZ2;酒糟有机肥3 750 kg/hm²,JZ3;酒糟有机肥9 000 kg/hm²,JZ4)对茶叶产量、产量构成、品质和养分积累的影响。结果表明:与FP处理相比,施用酒糟有机肥使鲜茶产量提高了2.58%~7.52%(2020年)和0.67%~11.92%(2021年),干茶产量提高了5.18%~13.90%(2020年)和4.21%~19.62%(2021年),以JZ3处理产量最优;酒糟有机肥提高了茶叶的芽密度和百芽质量,而且使茶叶中氨基酸含量提高了2.35%~12.60%(2021年),并且降低了茶叶中的酚氨比,有利于改善茶叶品质;与FP处理相比,施用酒糟有机肥的施用还提高了茶叶的氮、磷、钾素养分积累综合来看,施用酒糟有机肥能够实现湄潭翠芽茶叶增产提质,可推荐酒糟有机肥2 250~3 750 kg/hm²作为湄潭翠芽茶叶冬季基肥的最适施用量。

钾是植物需要的大量元素之一,钾元素对植物的生长发育起着重要的作用,但农业生产中存在钾肥使用量不足和利用率不高的问题。该研究分析了自1965年以来国内外钾营养的研究论文,梳理形成以下5个方面的内容。第一,概述了钾的概况、在我国的分布问题和钾资源的缺乏问题;第二,总结了钾的营养功能,提高抗逆性、提高产量和品质等三大功能;第三,介绍了钾素营养诊断的概念、原则、实施方法,强调了钾素营养诊断的重要性,并对近年钾素营养诊断的研究现状进行分析和总结;第四,先后对钾的吸收部位、影响植物吸收钾的因素以及植物运输钾的途径和方法进行描述,并对钾元素如何在植物体内发挥作用的几个典型理论体系进行论述;第五,重点分析了钾营养的性状遗传的相关研究,一方面,总结了钾营养的遗传学特征(植物的钾营养基因型的差异性是受遗传控制的;植物的钾营养性状既受单基因的控制也受多基因的遗传),另一方面,概况了近期钾营养遗传在分子水平上的相关研究,发现钾营养性状遗传在分子层次上的相关研究集中在基因水平和蛋白水平两方面。总而言之,从钾素的概况及其重要作用、钾素营养诊断、钾的吸收与转运和钾营养的性状遗传5个方面综述了近年来植物钾营养利用及性状研究的状况,提出利用现代生物技术和植物耐低钾的遗传特性来改良、培育新品种的观点。

为探究苹果各器官不同部位的RNA提取和病毒检测效果,以携带3种病毒的苹果植株为试验材料,采用吸附柱法提取苹果的花(雌蕊、花药、花丝、花瓣、花萼、花托和花柄)、叶片(叶柄、叶肉和叶脉)、果实(果柄、果皮、果肉、果核、种皮和胚乳)和枝条(韧皮部)4个器官共17个组织部位的总RNA,利用常规RT-PCR对不同部位进行病毒检测,并采用实时荧光定量PCR分析病毒在不同部位的相对含量。结果表明,苹果不同器官的RNA提取效果存在差异,叶片的浓度最高,其次是花和枝条,果实的浓度最低。花药、花丝、花柄在花中提取效果较好、胚乳和叶柄分别在果实和叶片中提取效果最好。除胚乳外,其余16个组织部位均能检测出3种苹果病毒。定量分析表明,苹果病毒在花中的相对含量最高,在雌蕊、种皮和叶柄中的相对含量分别高于花、果实和叶片的其他组织部位。此外,3种病毒在果实和叶片的不同组织部位的含量变化趋势相似,在花的不同组织部位的分布存在一定的差异。

为了明确苹果园种植长柔毛野豌豆对土壤微生物群落结构的影响,以自然生草为对照,采用高通量测序技术分析山东省7个地区苹果园种植长柔毛野豌豆及同一果园不同物候期的土壤微生物群落结构变化,并进行生草土壤微生物群落结构与理化性质的相关性分析。结果表明,7地区种植长柔毛野豌豆处理的绿僵菌属相对丰度均高于对照,其中东营地区的差异最大;除邹城外,其余6地区种植长柔毛野豌豆处理的镰刀菌属相对丰度均低于对照;除荣成外,其余6地区种植长柔毛野豌豆处理的赤霉属相对丰度均低于对照;在邹城和龙口地区,种植长柔毛野豌豆处理的链格孢属相对丰度均低于对照。同一果园不同苹果物候期的微生物群落结构分析发现,种植长柔毛野豌豆处理在苹果花期土壤中的曲霉相对丰度远低于自然生草;坐果期的镰刀菌和曲霉相对丰度均低于自然生草;果实膨大期的芽孢杆菌属相对丰度较高;成熟期的慢生根瘤菌相对丰度较高,赤霉菌、枝孢属和平脐蠕孢菌相对丰度均远低于自然生草。苹果园种植长柔毛野豌豆,在不同地区和同一果园不同物候期对果园土壤微生物群落结构的影响并不相同,但均可提高土壤有益细菌的相对丰度,同时降低病原真菌的相对丰度,有助于改良果园土壤微生态环境,促进果树健壮栽培。

明确不同品种谷子内生细菌群落组成特征,揭示与白发病抗性相关的关键物种,为利用内生细菌防治谷子白发病提供理论依据。对3种抗白发病和3种感白发病谷子植株的第一节茎与最高节茎组织进行DNA提取和样品中细菌16S rDNA高通量测序,并对内生细菌的群落组成进行分析。结果发现,在各分类水平下,从第一节茎到最高节茎内生细菌种类在抗病、感病谷子样品中分别表现为基本稳定与明显下降的2种不同趋势,且抗病谷子内生细菌群落的物种组成均较感病谷子丰富。得到重要内生细菌门19种:对普遍存在于抗病、感病谷子样品第一节茎中的内生细菌进行比较得到抗病谷子特有内生细菌门2种;对抗病、感病谷子样品各自全部内生细菌进行比较得到抗病谷子特有内生细菌门16种以及抗病谷子相对丰度较大的优势类群2种。可见,不同谷子品种以及不同部位内生细菌群落组成具有差异,抗病较感病谷子内生细菌种类丰富,其中抗病谷子特有的内生细菌门以及相对丰度大的优势细菌门对谷子白发病可能具有生物防治作用,值得进一步研究。

玉米茎腐病(CSR)对玉米产量和品质危害巨大。为尽快展开玉米茎腐病的有效防治,将吉林省玉米茎腐病的优势致病菌禾谷镰孢,与14株从玉米根际土壤中分离得到木霉菌株分别进行平板对峙试验。观察木霉对禾谷镰孢的抑制作用,筛选得到抑制效果较好的菌株CCTH-2和CCTH-6。复筛通过这2株木霉的发酵液、易挥发性代谢产物、难挥发性代谢产物对禾谷镰孢的抑制效果和对其他病原真菌的抑制效果,最终筛选到一株具有良好防效的木霉菌株CCTH-2;CCTH-2经过形态学和分子生物学鉴定显示,为哈茨木霉,并对其生物学特性进行初步研究。结果表明,平板对峙培养条件下CCTH-2对禾谷镰孢抑制率为82.83%,其发酵液、易挥发代谢物和难挥发代谢物对禾谷镰孢的抑制率为36.56%,46.75%,32.48%,具有显著抑制效果。生物学特性试验显示,CCTH-2菌落生长和产孢的最适培养基为PDA,最适温度为25 ℃,最适光照条件为全光照,外源添加Fe²⁺有利于CCTH-2的生长发育,并且CCTH-2具有一定的适应环境酸碱度和盐含量变化的能力。因此,可以确认哈茨木霉CCTH-2是一株有着良好防效且潜力巨大的生防菌。

为了确定灰葡萄孢致病基因BcPDR1与病菌MAPK途径基因BcBMP1和BcBMP3之间的关系,利用实时荧光定量PCR技术,分析BcPDR1基因突变体中BcBMP1、BcBMP3的表达情况以及BcBMP1、BcBMP3基因RNAi突变体中BcPDR1的表达情况;在突变体ΔBcpdr1背景下,构建了BcBMP1和BcBMP3过表达的菌株ΔBcpdr1/BcBMP1-OE和ΔBcpdr1/BcBMP3-OE,并对过表达菌株的表型特征和致病能力进行分析。结果发现,BcPDR1基因突变体BCt89和ΔBcpdr1中BcBMP1、BcBMP3的表达水平显著优于野生型菌株和回复菌株,BcBMP1、BcBMP3基因RNAi突变体中BcPDR1的表达水平显著低于野生型;过表达菌株ΔBcpdr1/BcBMP1-OE和ΔBcpdr1/BcBMP3-OE的菌落形态、菌丝形态、生长速率、产孢量和致病力均与突变体ΔBcpdr1表现明显的不同,而更接近野生型BC22。结果表明,灰葡萄孢BcPDR1与BcBMP1、BcBMP3的表达水平密切相关,BcPDR1负调控BcBMP1、BcBMP3的表达,而BcBMP1、BcBMP3正调控BcPDR1的表达。

为了探明葡萄抗霜霉病基因的抗病机制,分别以感病品种玫瑰香和抗病品种摩尔多瓦叶片为试材,离体接种葡萄霜霉病菌,在光照培养箱中培养。用JEOL-6360型扫描电子显微镜观察霜霉菌侵染不同品种叶片后的发育情况,并利用MGISEQ-2000高通量测序平台对2个品种进行转录组测序及差异表达基因分析。结果表明,玫瑰香在接种4 d后叶片背面出现肉眼可见的白色霉层,病斑随时间延长面积增大,叶片正面相应位置出现褪绿黄斑,而在摩尔多瓦叶片上仅在接种点处有少量黑斑。电镜观察结果显示,玫瑰香叶片上病原菌孢子侵入气孔,萌发长出新的孢子囊梗,释放出孢子,在叶片上繁殖;摩尔多瓦叶片上的孢子囊数量少,大部分气孔关闭,气孔周围有少量孢子、菌丝和组织碎片分布。转录组数据共获得约664.86 Mb高质量序列,与玫瑰香相比,在摩尔多瓦中检测到5 095个差异表达基因,其中2 975个为上调表达基因,2 120个为下调表达基因。GO分析显示,差异表达基因主要富集在生物学途径(代谢过程、细胞过程、对刺激的反应和生物调节类别)、细胞组分(细胞、膜、膜组分和细胞器)和分子功能(催化活性和组装、转运体活性、转录调节因子活性)三大类。KEGG分析差异表达基因,主要富集在植物病原菌互作途径和MAPK信号转导途径等通路中。选取其中9个可能与葡萄抗病性相关的基因,qRT-PCR结果表明,9个候选基因在葡萄响应霜霉菌侵染过程中发挥一定的作用。

精子发生是一个复杂的过程,目前家禽的精子发生机制尚未彻底阐明。因此,鉴定调控种公鸡精子发生的候选基因,对于探究家禽的精子发生机制具有重要意义。对8只海兰褐公鸡的睾丸与附睾样本进行miRNA测序,筛选差异表达miRNA并对其进行靶基因预测和功能分析。结果表明,在睾丸和附睾样本中共检测到718个miRNA,其中109个miRNA差异表达。这些差异表达的miRNA中有40个在睾丸组织中显著上调,69个在附睾组织中显著上调。对差异表达miRNA进行靶基因预测并取交集,共得到11 077个靶基因,其中在睾丸组织中上调差异表达miRNA的靶基因有4 784个,在附睾组织中上调差异表达miRNA的靶基因有6 293个。对差异表达miRNA的靶基因进行功能分析,GO富集分析结果表明,睾丸和附睾中靶基因主要富集于细胞过程的负调节、细胞生物合成过程的调节、生物合成过程的调节等生物学过程。KEGG分析结果表明,与精子发生相关的靶基因显著富集于MAPK信号通路。本研究发现miR-31、miR-499、miR-375和miR-34c可能是调控鸡精子发生的候选基因。

利用生物信息学方法分析鸡ITGB1基因结构及其编码蛋白理化性质,结构位点及细胞定位等,旨在进一步探究该基因功能与潜在用途。同时从GenBank中下载鸡、鹅、鸭、火鸡、人、猪、兔、小鼠、大鼠、绵羊、黑猩猩11个物种的ITGB1基因CDS序列为材料,对该11个物种的ITGB1蛋白序列进行同源性和系统进化分析。结果表明,该基因CDS区长度为2 412 bp,共编码803个氨基酸,其相对分子质量为88 618.48,理论等电点为5.14;其是一个亲水性的稳定蛋白,有信号肽;蛋白二级结构上,含有162个α-螺旋, 459个无规则卷曲,182伸展条和一个跨膜结构。鸡ITGB1基因的编码蛋白经同源性比对,发现其与鹅、火鸡、鸭的ITGB1蛋白高度同源。利用生物信息学方法对ITGB1基因及其表达的蛋白进行研究,有助于理解该基因在鸡这一物种上的相关作用,为进一步开发利用鸡ITGB1基因进行禽业生产、禽病防控以及分子育种提供了参考依据。

旨在探究非洲猪瘟(ASFV)病毒感染猪肺泡巨噬细胞后在体内的作用方式。以感染ASFV的猪肺泡巨噬细胞(PAMs)的mRNAs和microRNAs测序数据为基础,利用生物信息学软件对数据进行处理,得到了一批差异表达基因;利用基因功能富集和对应蛋白互作解析生物学通路;再利用mRNAs和microRNAs的互作方式确认重要的靶标关系。结果表明:ASFV改变了PAMs中1 181个基因的表达量;主要调控宿主在能量代谢过程(如脂质分解、有机羟基化合物代谢、碳水化合物分解代谢、一元羧酸代谢),以及细胞周期过程(如有丝分裂细胞周期过程、细胞周期相变、细胞周期的正向调控);ASFV还引起了PAMs中25个microRNAs的差异表达,包括病毒相关的miR-27b-3p、miR-193a-3p、miR-132等;而miR-27b-3p作为表达丰度最高的差异microRNA,它与一些重要的差异基因(如PLK2、HSP90AA1等)存在着靶标关系,进而调控机体免疫和细胞周期相关通路。综上所述,ASFV感染PAMs后的作用方式包括破坏宿主在能量代谢和细胞周期方面的稳态,以及打破了机体microRNAs调节平衡;其中miR-27b-3p等小RNAs可以作为ASFV研究的靶向分子。

为了更好地保护和利用盆周山地猪这一遗传资源,利用猪50K SNP芯片,对盆周山地猪保种群内所含的152头健康种猪进行了SNP检测,利用Plink软件计算群体的多态性标记比例、期望杂合度、观测杂合度,SNeP(V1.1)软件计算有效群体含量;利用Plink软件构建状态同源(IBS)矩阵,Gamatrix(V2)软件构建基因组关系G矩阵;利用Mega X(V10.0)分析盆周山地猪保种群家系结构;利用Plink软件计算每个样本的连续性纯合片段(ROH)个数和长度,并计算基于ROH的近交系数。结果表明,整个盆周山地猪保种群体的多态性标记比例为0.660 1,有效群体含量为7.4头;群体期望杂合度为0.289 2、观测杂合度为0.294 7;群体平均IBS遗传距离为(0.234 1± 0.027 3),公猪的平均IBS距离为(0.228 0±0.033 5);现有群体大致可分为5个包含公猪的家系和1个不含公猪的家系,家系A和D的公猪数量相对较少;在盆周山地猪保种群中共发现ROH片段3 737个,含21~25个ROH的个体数量占比最多(32.24%),ROH长度在100~200 Mb的个体数量占比最多(42.11%),群体平均近交系数为0.085。综上所述,盆周山地猪保种群体遗传多样性较丰富,但部分个体间存在较大的近交风险,群体家系较少,个别家系内公猪个体数量少,存在血统流失风险。

为了了解拉萨裂腹鱼的生化遗传特性,丰富拉萨裂腹鱼种质资源研究的内容。借助聚丙烯胺凝胶对拉萨裂腹鱼5种组织(心脏、眼睛晶状体、肌肉、肝脏和血清)中的乳酸脱氢酶(LDH)、5种组织(心脏、眼睛晶状体、肌肉、肝脏和肾脏)苹果酸脱氢酶(MDH)以及肝脏醇脱氢酶(ADH)进行了电泳分析。研究结果表明:所测样本鱼心脏、眼睛晶状体、肌肉、肝脏和血清中的LDH酶带数分别为:6~10条,8~10条,4~7条,0~7条和1~7条,LDH-C基因只在肝脏中表达;心脏、眼睛晶状体、肌肉、肝脏和肾脏中MDH酶带数分别为6~7条,2~6条,5~7条,5条和3~5条;肝脏ADH酶带数为3条。拉萨裂腹鱼的LDH和MDH同工酶系统具有组织特异性和个体差异性。组织特异性主要体现在酶带数目和表达活性程度不同两方面,与各组织执行生理功能密切相关。拉萨裂腹鱼同工酶个体差异性可能是其漫长的进化过程中为了能适应特殊生境的需要。