植物磺化肽激素受体(PSK receptor,PSKR)在促进植物细胞增殖和非生物胁迫中起着重要作用。为了探讨小麦PSKR的序列特征和生物学功能,采用同源克隆技术,从普通小麦品种晋麦47根组织中克隆出TaPSKR1 3个部分同源基因的cDNA序列,因3个基因分别位于6A、6B和6D染色体上,故分别命名为TaPSKR1-6A、TaPSKR1-6B和TaPSKR1-6D。并且利用生物信息学手段对其基因结构、蛋白理化性质、顺式作用元件、功能结构域及系统进化树进行分析,通过qRT-PCR分析TaPSKR1基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,TaPSKR1-6A、TaPSKR1-6B和TaPSKR1-6D均包含一个外显子,其开放阅读框分别为3 153,3 132,3 156 bp,分别编码1 050,1 043,1 051个氨基酸。生物信息学分析结果表明,TaPSKR1定位在细胞膜上,具有信号肽、跨膜结构域和8个LRRs结构域及胞内激酶结构域,属于PSKR家族成员。系统进化显示,TaPSKR1蛋白与小麦近缘物种及水稻亲缘关系较近,处于同一分支上。实时定量PCR分析结果表明,TaPSKR1基因在根、茎、叶片、穗和种子中均有表达,在根中的表达量极高;逆境胁迫分析表明,干旱和盐胁迫处理下,叶片中TaPSKR1的3个部分同源基因的表达急剧上调,推测TaPSKR1可能在小麦抵抗逆境胁迫过程中起重要的调控作用。

为研究Osp39基因在水稻叶绿体蛋白质输入调控过程中的作用,采用生物信息学方法对水稻的Osp39基因进行了序列搜索和启动子上游元件分析,对其编码的OsP39蛋白进行了同源性比对、结构和性质预测,并分别通过定量PCR和瞬时表达进行了基因的组织表达分析和蛋白质亚细胞定位分析。结果显示,Osp39基因位于水稻5号染色体,基因编码区含11个外显子,无可变剪切方式。Osp39启动子中含有I box、ATCT-motif等多种光响应和叶绿体调节元件,转录分析也显示,在苗期和扬花期,Osp39基因在水稻叶、叶鞘等绿色组织中的转录水平均极显著高于根、花等非绿色组织。OsP39蛋白稳定性好,耐热,分子量约38.7 ku,理论等电点pH值 8.64,共含有361个氨基酸残基,富含甘氨酸,第245-271氨基酸残基形成高度保守的L6 loop区,为OMP85蛋白家族的特征性结构域,空间结构预测显示,OsP39蛋白是富含β-折叠片的β-桶状膜蛋白,亚细胞定位结果显示,OsP39蛋白定位于水稻叶绿体膜。上述结果表明,Osp39是一个叶绿体膜功能相关基因,参与水稻的光响应和叶绿体功能调节。

为探究大豆转录因子GRAS家族GmGRAS69基因在植物干旱胁迫中的功能和可能的分子机制。通过氨基酸序列比对和构建系统进化树分析大豆GmGRAS69与其他物种GRAS成员的序列保守性和进化关系。利用荧光定量PCR方法检测GmPP2C69基因在PEG处理的大豆根和叶中的表达模式。接着构建GmPP2C69基因过表达载体,进而利用农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥;在正常培养和干旱处理条件下观察野生型和转基因拟南芥的生长表型,测定单株鲜质量、叶片相对含水量和地上部可溶性糖含量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性及对应的抗氧化酶基因表达水平。结果显示,GmGRAS69基因在PEG处理的大豆植株根和叶中都显著上调,并且在根中响应更显著。此外,成功获得GmGRAS69基因过表达的转基因拟南芥株系,且过表达株系的耐旱性相比野生型拟南芥WT明显增强。干旱处理后,过表达植株鲜质量、叶片相对含水量和可溶性糖含量均显著高于WT;抗氧化酶SOD、POD和CAT活性以及对应基因SOD、POD和CAT的表达水平也显著高于WT。结果表明,大豆GmGRAS69基因在干旱胁迫下表达上调,进而通过激活SOD、POD和CAT抗氧化酶编码基因、增强抗氧化酶活性和增加可溶性糖的积累,赋予转基因植株更强的耐旱性。

FLK(Flowering Locus KH Domain)基因在植物开花调控过程中具有重要的作用,其功能在模式植物拟南芥中已经鉴定。为揭示大豆GmFLK基因功能,从大豆Williams 82中克隆获得GmFLK基因,并对其编码蛋白进行结构分析和生物信息学分析。在烟草叶片中检测该蛋白的亚细胞定位情况,在大豆中分析其表达模式。结果表明,GmFLK基因全长6 806 bp,含有6个外显子,5个内含子,CDS序列长1 341 bp,编码446个氨基酸。蛋白分子量大小为47.031 ku,等电点为5.46。GmFLK蛋白中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲所占比例分别为24.44%,14.80%和60.76%。进化分析结果显示,GmFLK与Glyma.03g248200同源关系最近,其次为苜蓿Medtr7g115340、花生ArahyQL2VNI、 ArahyUPVY9X和拟南芥AtFLK。亚细胞定位结果表明,GmFLK蛋白在细胞核、细胞质和细胞膜中均有表达。GmFLK基因启动子区域含有10类顺式作用元件,其中6类与光反应有关。GmFLK基因在花、叶、根、种子和茎中均有表达,其中在叶和种子中表达相对较高,在花中表达相对较低。GmFLK基因在长日照和短日照条件下表达模式相似,但在一天中不同时间点表达不同,在光照后4 h表达相对较低,在光照后0,12 h表达相对较高,由此推测,大豆GmFLK基因可能参与大豆开花调控途径。

为探究TaTLP8类甜蛋白在小麦抵御叶锈菌侵染过程中的功能,以小麦近等基因系TcLr26及其轮回亲本Thatcher(Tc)为材料,分别与叶锈菌生理小种260组成不亲和与亲和组合。经生物信息学分析、原核表达、亲和层析、动物免疫,制备了TaTLP8的兔源多克隆抗体,并使用制备的抗体,对小麦与叶锈菌互作的不亲和与亲和组合中TaTLP8的表达情况进行了分析。结果表明,小麦TaTLP8与大麦HvTLP8同源性较高且N-端含有信号肽。以无信号肽区段的TaTLP8基因(TaTLP8-nosp)构建重组质粒pET28a-TaTLP8-nosp,并以0.100 mmol/L的最适浓度IPTG对该蛋白在大肠杆菌BL21中进行诱导表达。以纯化后的TaTLP8-nosp重组蛋白免疫新西兰兔制备了抗体。Western Blotting检测发现,该抗体可与小麦中TaTLP8蛋白特异性结合。使用制备的抗体检测了小麦-叶锈菌不同亲和性组合中TaTLP8的表达水平,发现TaTLP8在不亲和组合中自接种叶锈菌8 h后启动表达,其表达量逐渐升高;在亲和组合中,直至叶锈菌接种后48 h才检测到TaTLP8的蛋白信号,并且其表达水平逐渐下降。总体而言,TaTLP8在不亲和组合中的表达水平高于亲和组合,说明TaTLP8在小麦抵御叶锈菌侵染的过程中可能发挥正调控作用。

为进一步探究小麦的TaGAMyb-B不同等位变异基因对茎秆伸长的作用,利用水稻的农杆菌转化体系、RT-qPCR、组织切片和细胞组织特异性分析等方法系统研究TaGAMyb-B基因不同等位变异中84 bp InDel 的功能。结果发现:在TaGAMyb-B超表达的水稻转基因株系中,该基因在种子、根、茎以及叶中均有表达; 转TaGAMyb-Ba-GFP和TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻T₂种子在应对外界NaCl、GA和甘露醇胁迫处理时,其表现的敏感性为TaGAMyb-Bb-GFP大于TaGAMyb-Ba-GFP;转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻的第一、二和三茎粗,穗长和分蘖数均显著小于转TaGAMyb-Ba-GFP基因型;转基因水稻后代第二茎间的细胞组织切片分析表明:转TaGAMyb-Ba-GFP基因型水稻横切面厚壁组织细胞的平均厚度显著大于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻,并且其厚壁细胞的平均长度极显著小于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻。以上结果表明,TaGAMyb-B不同等位变异中84 bp序列缺失在转基因水稻中除了增加非生物胁迫抗性和抗倒伏性功能外,还显著增加了穗长和分蘖数。

为了研究棉花中AOP2-like(GhAOP2-like)与抗旱耐盐的相关性,根据河北省农林科学院棉花研究所遗传育种研究室前期获得的蛋白质组数据,利用同源克隆法得到了GhAOP2-like的基因序列,用生物信息学方法对GhAOP2-like蛋白的理化性质、结构、亚细胞定位等进行了分析,利用qRT-PCR技术检测了GhAOP2-like的组织特异性表达以及在干旱、盐和激素处理下的表达量变化。结果显示,GhAOP2-like位于D13染色体上,CDS序列长972 bp,编码323个氨基酸。生物信息学分析发现,GhAOP2-like蛋白的分子式为C₁₆₅₄H₂₅₂₅N₄₂₉O₄₇₈S₁₉,理论等电点为5.20,不含信号肽和跨膜结构域,定位于细胞质中。聚类分析结果显示,棉花与其他物种中的AOP序列被明显分成2组,但与木槿中AOP序列关系最近。根据qRT-PCR的结果,发现GhAOP2-like在根、茎、叶和发育中的种子中都表达,但在根中表达量最高,并且在干旱、盐、GA₃、MeJA和ABA处理下上调表达,但在MeJA处理下表达变化最强烈,说明GhAOP2-like可能通过参与茉莉酸信号通路调节根系的生长从而提高陆地棉的抗逆性。

为进一步探究水稻多胚候选基因OsPE的生物学功能,以粳稻品种日本晴和籼稻品种巴斯马蒂370为研究材料,选取正常生长条件下供试材料的成熟叶片,综合运用生物信息学、RT-PCR、TA克隆、半定量及qPCR等技术鉴定并分析水稻多胚候选基因OsPE的可变剪接体。结果表明,虽然生物信息学分析显示OsPE基因在粳稻中存在3种可变剪接体,在籼稻中无可变剪接体,但通过特异引物进行RT-PCR扩增,结合TA克隆及测序验证,在粳稻品种日本晴中鉴定到了OsPE基因3种可变剪接体的真实存在;在籼稻品种巴斯马蒂370中鉴定到2种新的可变剪接体。同时,半定量及qPCR结果显示:正常生长条件下,供试材料成熟叶片中OsPE基因可变剪接体存在表达差异,依次为OsPEc>OsPEa>OsPEb,且该基因在不同水稻品种中存在相同的表达趋势。最后,水稻OsPE基因编码蛋白进化分析及功能预测分析结果显示:OsPE蛋白在禾本科,尤其是稻属中高度保守(蛋白序列一致性普遍高于99%),有待于进一步研究该基因是否参与调控水稻抗逆响应、细胞分裂及细胞凋亡等生物学功能,而不是调控水稻多胚产生。综上所述,OsPE基因在禾本科,尤其是稻属中高度保守,该基因在粳稻和籼稻中可能有着相同的剪接模式,其可变剪接体在正常生长条件下存在表达差异,但表达趋势相同,OsPEc剪接体在OsPE基因功能发挥中占主导,有待于进一步研究该基因是否参与调控水稻抗逆响应、细胞分裂及细胞凋亡等生物学功能,而不是调控水稻多胚产生。

为探究航天诱变小麦突变体的真伪,以实践十号卫星搭载创制的周麦18 SP₅突变群体为材料,对其籽粒表型进行分析,同时采用42对SSR标记和55K SNP芯片技术对籽粒表型差异较为显著的4个突变体进行真实性鉴定。籽粒表型分析发现,突变群体的千粒质量、粒长差异显著,其中千粒质量变异最为丰富,粒宽差异不显著,且突变群体的平均粒长、粒宽和千粒质量均显著高于野生型,说明航天诱变的有益突变频率较高。SSR标记鉴定发现,突变体ZM18-112与野生型的差异标记为18个,多态性比例高达42.85%,而ZM18-105、ZM18-26和ZM18-7与其野生型的差异标记均不超过3个。SNP芯片鉴定发现,ZM18-112与野生型的差异SNP位点所占比例高达13.3012%,而其他3个突变体与野生型的差异SNP位点所占比例不超过0.7689%。认为突变体ZM18-112是由于异花授粉或机械混杂产生的假突变体,而ZM18-105、ZM18-26和ZM18-7与野生型的遗传背景基本一致,是经过航天诱变而产生的真实突变体。

为了阐明不同抗旱基因对小麦粒质量的影响,以352份黄淮麦区主栽品种(或品系)为试验材料,设置正常灌溉和干旱2个试验处理,从2019-2021年连续3 a进行小麦粒质量数据调查。分别利用1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个抗旱基因的KASP标记对试验材料进行检测,研究不同抗旱基因对小麦粒质量的影响。结果显示,3个基因的KASP标记可以对试验材料进行很好的基因分型,1-fehw3和Cwi-4A基因的KASP标记分型效果比TaDreb-B1基因标记更优。1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因的优势等位基因型分布频率分别为36.9%,41.1%,35.1%。利用1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因进行单独检测时,在不同年份和不同条件下,抗旱基因型与不抗旱基因型品种间千粒质量均未达到显著水平。当以2个基因进行联合检测时,1-fehw3+TaDreb-B1在2019年正常灌溉和2020年干旱2个环境下抗旱基因型较不抗旱基因型千粒质量达到显著水平;1-fehw3+Cwi-4A在2019干旱和2020干旱2个环境下千粒质量达到显著水平;TaDreb-B1+Cwi-4A在2020年干旱环境下千粒质量达到显著水平。当以1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因进行联合检测时,除2020年正常灌溉条件之外其余5个环境下抗旱基因型千粒质量均显著高于不抗旱基因型。结果表明,由于抗旱性是由多基因控制的复杂性状,单个抗旱基因对小麦抗旱性的贡献率较小,但通过分子标记辅助选择手段进行多个基因聚合育种,可以显著提高小麦抗旱性。

针对华北平原北部冬小麦生长发育所需温度与实际环境温度间的矛盾,于2019-2021年连续2个生长季,通过大田试验研究了晚冬早春阶段性升温调控小麦源库性能的作用。首个生长季设置4个阶段性升温处理:1月20日(CT1)、1月26日(CT2)、2月1日(CT3)、2月7日(CT4)增温,3月20日结束增温;第2个生长季设置3个阶段性升温处理:1月25日(CT1)、2月1日(CT2)、2月8日(CT3)增温,3月15日结束增温;2个生长季均以常规生产为对照(CK)。结果表明:增温处理增温阶段积温增加138.1~405.1 ℃,第二生长季CT1拔节-开花日均温降低2.50 ℃,第一生长季开花-成熟日均温降低2.31 ℃,第一生长季提前小麦返青25 d,且延长返青-成熟总天数21 d。第二生长季CT1开花期叶面积指数可显著提高17.6%,旗叶面积可显著提高33.7%。2020-2021生长季花后5 d净光合速率可显著提高11.7%,第一生长季花后CT1旗叶丙二醛含量可显著下降28.0%。在第二生长季中,CT1穗长可显著提高15.7%,粒长显著提高2.3%,花后15 d籽粒灌浆速率则可显著提高41.0%,CT1穗粒数可显著提高8.8粒,千粒质量显著提高2.0 g,产量可显著提高35.8%。由此表明,增温处理提前了小麦返青,小麦源库物质积累的开始时间提前,结束增温措施之后的相对降温,既延长了源库物质积累的总时间,同时又为源库活性的提高准备了条件,且存在增温处理实施时间越早,小麦源库性能提高越多的趋势。

研究氮锌配施下夏玉米籽粒矿质元素含量的变化,为玉米生产上氮锌肥的合理施用提供参考。采用大田小区试验,以郑单958和谷神玉66为材料,设置90,180,225 kg/hm²等3个施氮水平和不喷锌、苗期和拔节期1∶1喷锌、拔节期和大口期1∶1喷锌、大口期喷锌等4个喷锌处理,分析氮锌配施对夏玉米籽粒产量、矿质元素含量和累积量的影响。结果表明,施氮量超过180 kg/hm²,籽粒产量显著下降,而籽粒中Ca、Cu、Fe、Zn含量以及Cu和Fe累积量显著增加,施氮量为180 kg/hm²,N含量和P、K、Mg含量分别达最高和最低;拔节期和大口期1∶1喷锌和大口期喷锌2个处理均能显著提高籽粒产量、N和Zn含量以及N、Mg、Zn、B和Na累积量,但降低了P、K、Ca、B和Na含量;与谷神玉66相比,郑单958产量平均提高了19.3%,且籽粒中K和Fe含量以及K、Ca、B和Na累积量也显著提高。籽粒产量与大多矿质元素含量呈极显著负相关,除Ca与Mg和Zn相关性不显著外,籽粒中Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量之间均达显著或极显著正相关,Zn与N、Mg含量的回归关系均达显著或极显著水平。总之,施用氮肥180 kg/hm²,结合拔节期大口期1∶1叶面喷施锌肥4.5 kg/hm²,能够使玉米籽粒高产稳产,并同步提高籽粒中N和Zn含量及其他矿质元素累积量,达到籽粒产量和矿质元素营养品质同步提高的目的,可在大田中进行推广应用。

为探究拔节期灌溉和追施氮肥对旱地沟播小麦籽粒产量、品质和氮素积累转运的影响,2019年10月至2020年6月,在沟播种植小麦的基础上,于拔节期设置不灌溉不追氮肥(NIND)、全沟灌溉不追氮肥(EFIND)、隔沟灌溉不追氮肥(AFIND)、全沟灌溉追施氮肥(EFITD)、隔沟灌溉追施氮肥(AFITD)5个处理,分析了小麦产量及其构成因素、主要品质指标和地上部氮素积累转运分配特性。结果表明,拔节期灌溉与否、灌溉方式和追施氮肥均可显著调控旱地沟播小麦产量、品质和氮素积累转运特性,且作用效果有叠加效应。与NIND相比,EFIND、AFIND、EFITD、AFITD 的产量分别显著提高46.57%,67.72%,83.71%,95.88%;开花期氮素积累量、花后氮素积累量、花后氮素积累对籽粒氮素的贡献率均显著提高,从而使成熟期氮素积累量分别显著提高25.94%,41.00%,65.86%,82.64%。与NIND相比,EFIND、AFIND和EFITD显著降低小麦品质,而AFITD的品质不降低甚至显著提高。隔沟灌溉较全沟灌溉,开花期氮素积累量无显著差异,花后氮素积累量显著提高,从而使成熟期氮素积累总量和籽粒氮素积累量显著提高,不追施氮肥时产量显著提高,但除沉降值外各品质指标无显著差异,追施氮肥条件下产量和各品质指标均显著改善。追施氮肥与不追氮肥相比,开花期氮素积累量、花前氮素转运量、花后氮素积累量、花后氮素积累对籽粒的贡献率均显著增加,从而使成熟期地上部氮素积累量、籽粒分配比例显著增加,进而使籽粒产量和籽粒氮素积累量显著提高,品质多表现为显著改善,且隔沟灌溉的提质效应较全沟灌溉大。拔节期隔沟灌溉与追施氮肥结合不仅可显著提高开花期和开花后的氮素积累量,而且可显著提高花前氮素向籽粒的转运量,从而显著提高成熟期籽粒氮素积累量和分配比例,最终在提高产量的同时改善品质,是适宜旱地沟播小麦的灌溉施肥方式。

为探明内蒙古不同生态条件下氮肥施用量对玉米关键生育期干物质、氮素积累分配特点及对产量及其构成因素的影响,于2021年在内蒙古包头市土默特右旗、赤峰市松山区喀喇沁旗和巴彦淖尔市五原县3个生态区进行试验。以玉米品种先玉335、郑单958和京科968为试验材料,研究施氮量对玉米不同器官干物质和氮素积累、分配、转运及产量形成的影响。结果表明,生态区和氮肥互作对玉米干物质积累与分配、氮素积累与分配、产量及其构成因素有极显著影响。不同生态区玉米品种各器官干物质所占比重有差异,依次为籽粒>茎秆>苞叶+穗轴>叶片,差异主要表现在吐丝-成熟期阶段。N2水平下,先玉335具有较高的花前干物质积累量,郑单958具有较高的花后干物质积累量。N1水平下,京科968茎秆转运量、茎秆转运率、茎秆贡献率表现较好。不同氮效率玉米品种氮素积累量均随着生育期的推进呈现递增趋势。成熟期氮素在各器官分布表现为籽粒>叶片>苞叶+穗轴>茎秆。不同生态区玉米产量表现为喀喇沁旗>五原县>土默特右旗。土默特右旗N0水平下,产量表现为先玉335>京科968>郑单958;N1与N2水平下,产量表现为郑单958 >京科968>先玉335。五原县与喀喇沁旗在不同氮水平下,产量均表现为郑单958>京科968>先玉335,且品种间差异显著(P<0.05)。可见,氮肥水平对先玉335干物质积累的响应在五原县和土默特右旗较好,京科968和郑单958干物质积累的响应在喀喇沁旗较好。与京科968相比,先玉335、郑单958在生育后期能够更充分的利用氮肥。

为明确氮素供应对土壤养分特征及夏玉米氮、磷、钾养分吸收利用差异的影响。在上茬冬小麦施氮量240 kg/hm²的大田条件下,夏玉米季设置4 个施氮水平(N0:不施氮;N1:90 kg/hm²;N2:195 kg/hm²;N3:300 kg/hm²),以仓玉76品种为材料,通过对地上部茎秆、叶片、穗轴干质量、土壤速效养分、植株不同器官氮磷钾含量及累积量、氮素利用效率和籽粒产量的测定与计算,研究施氮量对不同性状的影响及相关关系。结果表明:在施氮0~195 kg/hm²,茎、叶、穗轴干质量随氮量增加而上升;增加施氮量显著提高0~20 cm,20~40 cm的土壤硝态氮含量;相同土层速效磷、钾影响无显著变化。不同施氮量下,茎、叶、穗轴和籽粒的氮含量、植株氮累积量存在显著差异,其中籽粒氮累积量占植株地上部氮素总累积量的59.4%~63.5%;施氮量对茎、叶、穗轴和籽粒的磷钾含量影响较小,植株磷钾累积量受干质量的正调控;氮素投入超过195 kg/hm²,氮肥农学效率显著降低。采用直线加平台模型模拟产量与施氮量的关系表明,施氮量高于189 kg/hm²,籽粒产量不再增加。因此,兼顾经济效益与农业生态效益,结合试验和模型模拟结果,最优氮素投入量控制在189~195 kg/hm²。

为了解氮肥不同施用量对春麦豌豆间作、春麦单作、豌豆单作土壤特性的影响,探讨春麦豌豆间作、春麦单作、豌豆单作的最佳氮肥施用量,设置春麦豌豆间作(SI)、春麦单作(SS)、豌豆单作(PS)3种种植方式以及0(N0),90(N1),180(N2),270 kg/hm²(N3)4个施氮量,于播后85 d测定土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶、谷氨酰胺酶、磷酸酶5个酶的活性和土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、有机碳5种土壤养分含量。结果表明,施氮(N2、N3)提高了PS土壤蔗糖酶活性(65.51%,57.88%),N2水平达到最大值,4个氮水平下, SI种植模式的蔗糖酶活性比PS显著提高31.25%~94.07%;N3处理显著提高了β-葡萄糖苷酶活性(17.81%);施氮提高了SS、SI土壤脲酶活性,且在N2水平达到最高,相同施氮水平下SI>SS>PS; N2显著提高SS、SI、PS土壤谷氨酰胺酶活性(分别提高26.95%,67.05%,55.03%);SS、SI、PS土壤磷酸酶均在N2水平达到最高,且SI显著高于SS和PS(分别提高128.35%,337.21%);施氮能提高土壤碱解氮、全磷、有效磷含量,其中碱解氮与有效磷在N2水平达到最高。土壤蔗糖酶与脲酶、磷酸酶活性均极显著相关,与有效磷含量显著相关;土壤脲酶活性与磷酸酶活性、碱解氮含量极显著正相关,与全氮、有效磷含量显著正相关;土壤磷酸酶活性与全氮、有效磷含量极显著正相关,与碱解氮显著正相关;土壤全氮含量与碱解氮极显著正相关;氮处理与种植模式对土壤脲酶、谷氨酰胺酶活性和磷酸酶存在极显著交互作用,对土壤全磷、有效磷含量存在显著交互作用。综上,180 kg/hm²为最佳施氮量,同等施氮量水平下间作优于单作。

不同土地利用方式的土壤磷素循环特征存在差异性,土壤有机磷在酶解作用下的生物转化是磷素循环过程的重要环节。外源碳氮的投入可能改变土壤磷素的生物转化,对于提高土壤磷素生物活性具有关键作用。为研究外源C、N对不同土地利用方式土壤有机磷和胞外酶活性的影响,采用设施菜田、粮田、草地、森林4种不同土地利用方式的土壤,分别设置对照(CK)、葡萄糖(G,500 mg/kg土壤)、硝酸钾(N,300 mg/kg土壤)、葡萄糖和硝酸钾(GN,500 mg/kg葡萄糖土壤和300 mg/kg硝酸钾土壤)4个处理,进行室内培养试验,研究外源碳氮添加对土壤有机磷和速效磷含量及磷酸酶活性的影响。结果表明:与CK处理相比,添加碳源显著提高了菜田和森林土壤有机磷含量,分别提高了89.7%,40.6%;添加氮源,菜田土壤速效磷增加了14.2%,森林土壤速效磷降低了14.0%;与对照CK相比,添加碳源草地和森林土壤中碱性磷酸酶活性分别降低35.9%,25.5%,但其对菜田和粮田土壤中的碱性磷酸酶活性无显著影响;同时添加外源碳氮相较于CK处理增加了4种土壤的β-葡萄糖苷酶活性,且在菜田和草地土壤中差异显著;在添加碳源的基础上,氮源添加降低草地和森林土壤CO₂累积排放量分别达19.7%,16.5%,但对菜田和粮田土壤的CO₂累积排放量无显著影响。综上所述,在菜田、粮田土壤中,外源碳氮投入后土壤胞外酶活性提升,将有机磷更多地矿化为无机磷,土壤有机碳的含量为影响有机磷在土壤中矿化的主要因素;在草地、森林土壤中,外源碳氮的投入降低了碱性磷酸酶的活性,减缓了有机磷的矿化过程,因此,磷酸酶的活性为影响该土壤有机磷矿化的主要因素。

为探讨东北典型黑土种植密度与钾肥用量对玉米干物质积累转运、产量及钾素利用效率的影响,在吉林省公主岭市,通过连续2 a定位试验,研究了不同密度(D1:5.5×10⁴株/hm²,D2:7.0×10⁴株/hm²,D3:8.5×10⁴株/hm²)和钾肥用量(K0、K40、K80、K120和K160)对玉米干物质积累转运、钾素利用效率及产量的影响。结果表明,种植密度和钾肥用量的交互作用对玉米干物质积累的影响达到显著或极显著水平,其中D2密度下K120处理干物质最大积累速率和平均积累速率均为最高,并且干物质转运量和转运贡献率维持在较高水平。相同密度下,钾素回收率、农学利用率和偏生产力均随施钾量增加呈下降趋势,相同施钾量下均以D2密度最高。相同施钾量下,玉米产量以D2密度最高,2 a玉米平均产量较D1和D3分别提高6.9%,3.0%,相同密度下,施钾均显著提高了玉米产量,其中D1密度下施钾量增至80 kg/hm²后增幅不再显著;D2和D3密度下施钾量增至120 kg/hm²后增幅不再显著。通过线性加平台模型得出,D1、D2和D3密度下适宜施钾范围分别为72~80 kg/hm²,104~115 kg/hm²,105~116 kg/hm²。而D2处理钾肥用量在较D1处理提高44.5%以及与D3处理相持平条件下,玉米产量分别提高9.8%,3.2%。钾素回收率分别提高4.1,4.9百分点。综上,在东北典型黑土区,以玉米种植密度70 000 株/hm²,钾肥用量104~115 kg/hm²较为适宜。

旨在探索华北地区有机肥替代氮肥的比例,以及替代后产量稳定的生理基础和替代后增喷液态氮肥的效果,以期为该区冬小麦氮肥减量高产高效技术提供依据。2020-2022年在河北宁晋进行小麦田间试验,设置8个处理。T1,不施氮,单施化学磷钾肥;T2,单施化学氮磷钾肥(对照);T3-T7,有机肥分别替代T2处理20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,有机肥替代T2处理100%的氮肥+起身期喷施液态氮肥。结果表明,有机肥替代率29.5%~66.7%和100%替代率+液态氮处理小麦产量较高,与对照相当,该施肥条件下多数时期叶面积指数和叶片SPAD值也较高,这是有机肥替代化肥后产量稳定的生理基础。有机肥替代率大于40%小麦品质较高,尤其40%替代率处理的稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力较对照分别提高了17.8%,23.5%,9.1%。对照、40% 和100%替代率+液态氮肥处理氮效率指标大多表现较优,籽粒吸氮量、氮肥效率和氮素吸收效率较高。有机肥替代氮肥能明显增加起身-灌浆期0~80 cm和成熟期0~60 cm土壤硝态氮含量,使土壤硝态氮出现表聚现象,替代率越高该层次土壤硝态氮含量越高;有机肥替代氮肥能明显降低成熟期80~100 cm土壤硝态氮含量,从而降低雨季氮素淋溶风险。综上,40% 替代率和100%替代率+液态氮肥处理小麦产量、品质、氮效率俱佳,效益显著。

为了进一步明确结球甘蓝抗黑腐病性状的遗传基础,选育优质抗病品种,以结球甘蓝高抗黑腐病1号生理小种材料4674为父本,高感材料4673为母本,杂交获得F₁,F₁自交获得152个单株的F₂群体。采用苗期喷雾法对F₂群体进行接病,12~14 d后,按照甘蓝苗期鉴定方法对F₂群体进行表型鉴定。从404个分子标记中筛选得到175个多态性好且条带清晰的标记。随后,使用这175个分子标记对F₂群体进行基因型检测和遗传连锁图谱的构建。最后,结合抗病性表型鉴定数据和遗传图谱对甘蓝抗黑腐病性状的QTL进行标记定位。结果表明:有154对分子标记连锁到9条染色体上,其中包括110对InDel标记和44对SSR标记,覆盖长度714.29 cM,标记间平均图距4.64 cM。共定位到7个QTL位点,其中有3个为主效位点,分别是qBR-7-2、qBR-7-3和qBR-4-3,位于7号染色体的CG842110~CG842482及M29~M39标记间和4号染色体上的CD838151~BOE417,LOD值分别为5.75,3.20,3.47,可解释的表型贡献率分别为16.0%,9.2%,10.0%。

为筛选出适合快速冷驯化条件下稻水象甲成虫荧光定量PCR的内参基因,并分析快速冷驯化低温胁迫下海藻糖合成酶基因(LoTPS)的表达模式,从稻水象甲转录组数据库中筛选出10个具有完整开放阅读框的待选内参基因,以稻水象甲成虫为试验材料,通过实时荧光定量PCR测定内参基因在不同快速冷驯化条件下的表达水平,通过常用的内参基因稳定性分析方法ΔCt法和geNorm、NormFinder和BestKeeper等软件综合评价待选的10个内参基因表达的稳定性,测定稻水象甲海藻糖合成酶基因在不同快速冷驯化条件下的表达变化,分析其与低温的相关性。试验结果表明,在ΔCt法分析中RPS18表达丰度最高,geNorm软件分析中较稳定表达的内参基因是RPS18和G6DPH,G6DPH在NormFinder软件分析中是表达最稳定的内参基因,BestKeeper软件分析表明,RPL13和α-tubulin表达较稳定,综合以上各分析方法得出RPS18基因在快速冷驯化条件下的稳定性较高。以RPS18为内参基因进一步分析LoTPS基因在快速冷驯化条件下的表达模式发现,LoTPS基因表达量在快速冷驯化条件下有所增加,各冷驯化处理均高于对照。因此,内参基因RPS18在稻水象甲成虫体内表达相对稳定,可以作为稻水象甲不同快速冷驯化条件下的内参基因,低温胁迫促进了在快速冷驯化条件下海藻糖合成酶基因的上调表达,且随着冷驯化时间的延长而表达量增加。

为了挖掘小麦响应草铵膦胁迫下的关键基因,解析关键基因及其家族成员染色体分布、表达模式等,以冬小麦津农6号为研究对象,喷施不同浓度的草铵膦,观察其药后表型;提取胁迫处理0,3,9 h的小麦叶片总RNA,进行转录组测序,筛选关键基因并对其表达量、结构及表达模式进行分析。结果表明:转录组分析发现草铵膦胁迫诱导TraesCS4A02G044000基因上调表达,序列分析表明,该基因位于小麦第4同源基因A基因组。蛋白结构域分析可知,该基因编码蛋白存在1个信号肽、1个DUF568结构域和1个b561结构域。此外,在该基因家族成员中挖掘出12个同时含有DUF568和b561结构域的基因,位于第4,5,7同源群,其中位于第4同源群A、B、D染色体的TraesCS4D02G265000、TraesCS4B02G265100和TraesCS4A02G044000基因在草铵膦胁迫诱导下显著上调表达,该3个基因均编码细胞色素b561。编码细胞色素b561的TraesCS4A02G044000及其同源基因在草铵膦胁迫下显著上调,表明b561在小麦受到草铵膦胁迫后产生了积极的响应,参与了草铵膦在小麦体内的代谢。

为探究蚜虫体内携带的病毒种类,采集江苏地区豆蚜田间种群,鉴定种类后,提取豆蚜总RNA,以片段化的mRNA为模板构建测序文库,利用宏病毒组测序技术检测分析豆蚜体内的病毒种类,并对获得的2个新病毒进行检测鉴定。结果显示,测序数据经拼接、比对和分类注释,最终共得到病毒序列177条,与24种病毒序列一致或同源性较高,包括5种植物病毒(属于5个病毒科)和19种昆虫病毒(涉及9个科和6种暂未分类病毒);对植物病毒中测序丰度最高的种类进行基因检测,获得序列经Blast比对,与其同源性较高的病毒均来自细胞质弹状病毒属,并且它们具有相同的保守区,确定该病毒为一种新的细胞质弹状病毒,暂命名为Aphis craccivora associated rhabdovirus(AcARV);基于病毒L蛋白系统进化分析显示,AcARV与水稻条纹花叶病毒(RSMV)构成最小分支,说明这2种病毒在进化上最为近缘;鉴定的多数昆虫病毒种类在蚜虫中鲜有报道;通过RT-PCR和蛋白免疫印迹在豆蚜体内均检测出昆虫病毒(HiPV)衣壳蛋白VP1,证实了HiPV对豆蚜的感染,这是首次在蚜虫体内发现HiPV,HiPV豆蚜分离物VP1基因与日本、江苏灰飞虱分离物核苷酸同源性分别为95.5%,99.0%。研究结果表明,豆蚜体内携带多种植物病毒,并含有一种新的弹状病毒AcARV,同时,豆蚜体内昆虫病毒种类非常丰富,HiPV可感染蚜虫。

Peptaibols是由真菌非核糖体肽合成酶(NRPS)合成的多肽抗菌素,能够抑制多种病原菌,促进植物生长和诱导细胞凋亡。为了深入探究木霉菌非核糖体肽类抗菌素合成的调控机制,为通过基因工程来提高Peptaibols产量提供帮助。通过设计引物,克隆长枝木霉菌非核糖体肽合成酶基因NP249 的上游启动子区域,然后构建到一个具有绿色荧光蛋白基因(GFP)融合表达载体,验证基因NP249的启动子。以长枝木霉菌总DNA为模板,使用引物249-1B和249-4X,通过PCR技术扩增克隆到了NRPS的启动区域,全长1 204 bp。通过启动子NP249替代载体上GFP启动子,分别用BamH Ⅰ和XmaⅠ酶切pCX-62载体和启动子片段,T₄连接酶连接,构建GFP融合载体pCX-62-NP249-GFP。通过限制性内切酶介导的转化技术转化(REMI)木霉菌原生质体,得到的转化子转到含潮霉素的培养基上进行筛选,得到潮霉素抗性转化子Z249,进一步通过荧光显微镜检测转化子,转化子Z249能检测到GFP荧光。克隆到的启动子能启动GFP表达,具备启动子功能。

旨在深入了解荷斯坦奶牛脂肪酸结合蛋白4(FABP4)的分子功能,及其在不同组织中的表达规律。以荷斯坦奶牛的乳腺组织为cDNA模板,通过PCR扩增荷斯坦奶牛FABP4基因的编码区序列(Coding sequence,CDS),并进行生物信息学分析;利用qRT-PCR技术检测了FABP4基因在小肠、肝脏、乳腺、心脏、子宫、肾脏及卵巢组织中的mRNA相对表达水平。结果表明,荷斯坦奶牛FABP4基因编码区序列长399 bp,编码133个氨基酸,蛋白质二级结构以β-折叠为主。FABP4蛋白为稳定亲水性蛋白,无跨膜结构和信号肽剪切位点。通过氨基酸同源性分析发现,牛FABP4与绵羊和山羊之间的亲缘关系最近;核质定位表明,FABP4基因可能在细胞质中发挥重要功能。利用STRING对FABP4进行蛋白互作分析发现,与FABP3、PPARG、LIPE等脂质相关蛋白密切相关。qRT-PCR结果显示,FABP4在泌乳中期奶牛的各组织中均有表达,但在奶牛乳腺组织中表达量最高,显著高于其他组织(P<0.05)。本研究为后续深入研究荷斯坦奶牛中FABP4的生物学功能及乳脂调控机制提供了重要的理论依据。

为正确区分青海湖裸鲤和花斑裸鲤,向科学研究及偷捕鱼货物的司法鉴定提供相应的数据支撑。对青海湖裸鲤和花斑裸鲤的线粒体基因组进行测序和生物信息学分析。此外,基于36种鲤科鱼类的线粒体全基因组序列用最大似然法(ML)构建鲤科鱼类系统发育树。结果表明,青海湖裸鲤线粒体基因组全序列全长为16 720 bp,包括13个蛋白编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和1个D-Loop控制区,整个青海湖裸鲤线粒体基因组的核苷酸组成为28.68%A、27.29%T、18.16%G及25.87%C,AT偏向性显著(55.97%)。花斑裸鲤线粒体基因组全序列全长为16 760 bp,包括13个蛋白编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和1个D-Loop控制区,整个花斑裸鲤线粒体基因组的核苷酸组成为28.63%A、27.22%T、18.26%G及25.88%C,同样具有明显的AT偏向性(55.85%)。青海湖裸鲤和花斑裸鲤线粒体基因组所有蛋白编码基因以ATG作为起始密码子,绝大多数蛋白编码基因以TAG或TAA作为终止密码子,少数以不完全密码子(T--)作为终止密码子,所有的tRNA基因均能形成典型的三叶草结构。系统发育分析结果显示,裸鲤属所有物种都聚为一个类群,并与光倒刺鲃、大理裂腹鱼和扁吻鱼的亲缘关系较近。该研究基于线粒体基因组的系统发育分析未将青海湖裸鲤和花斑裸鲤准确区分,但为重新建立更清晰的鲤科鱼类分类体系奠定了基础。

为了探究LEPR基因在两栖类的生物学功能,利用嗜水气单胞菌感染东北林蛙建立炎症模型,分析LEPR基因在细菌感染后的表达情况。首先利用RT-PCR技术克隆LEPR基因并进行生物信息学分析,再构建Ah感染的东北林蛙炎症模型;通过苏木精-伊红染色法(HE染色)观察感染后组织病理变化,并利用qRT-PCR技术分析生理状态和感染状态LEPR基因的组织表达规律差异,最后结合免疫组织化学染色对肾脏、皮肤和肌肉等组织中LEPR蛋白表达变化进行检测。结果显示,获得东北林蛙LEPR基因序列长度为3 604 bp,其开放读码框为3 405 bp,共编码1 134个氨基酸;亚细胞定位显示,LEPR蛋白质为具有一次跨膜结构域的膜蛋白;同源性分析证实东北林蛙与两栖类同源性在52.6%以上,表明LEPR的保守程度较低;基于qRT-PCR结果显示,LEPR mRNA在健康东北林蛙心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、皮肤、肌肉和胃等8种组织中均有表达,在皮肤组织中的相对表达量显著高于其他组织;Ah感染后LEPR基因在不同组织中显著上调,但应答时间和水平有所差异;免疫组织化学结果表明,肾脏、皮肤和肌肉LEPR蛋白表达量变化趋势与qRT-PCR结果基本一致。皮肤组织中LEPR基因应答强烈,也说明其可能参与感染过程,为进一步扩展两栖类LEPR基因的免疫学功能研究奠定了基础。