bZIP转录因子广泛存在于植物中,在调节植物生长发育和非生物胁迫应答中起着重要作用。为探究bZIP转录因子在玉米干旱胁迫响应中的功能,在玉米苗期干旱胁迫处理5 d和复水3 d时,利用转录组测序技术对转录因子基因的表达变化进行分析,筛选到一个响应干旱和复水处理的bZIP转录因子(ZmbZIP26),共表达网络分析发现,ZmbZIP26处于网络调节的核心节点位置。ZmbZIP26基因含有558 bp的开放阅读框,编码185个氨基酸,属于亲水性蛋白。蛋白质进化树及保守序列分析发现,ZmbZIP26蛋白与高粱和芒草同源蛋白的同源性较高,而且在同一氨基酸位置上的保守基序相同。启动子顺式作用元件分析表明,ATG上游2 000 bp区域内含有干旱响应元件、激素响应元件和光响应元件等。qRT-PCR分析发现,ZmbZIP26是组成型表达基因,在幼茎、雌穗和根中高表达,且ZmbZIP26基因积极响应干旱、高温、高盐、氮胁迫及恢复正常的过程,可能在植物的抗逆过程中发挥着重要作用。亚细胞定位分析发现,ZmbZIP26属于核蛋白,定位在细胞核上。蛋白质互作预测发现,ZmbZIP26可能与锌指蛋白、丝氨酸蛋白、钙依赖性蛋白、谷胱甘肽转移蛋白等互作构建了一张调控网络,协同调控玉米生长发育和胁迫应答过程。

玉米籽粒发育时期对高温胁迫十分敏感,严重影响玉米的产量和品质。为研究不同耐高温玉米自交系籽粒响应高温胁迫的基因表达差异,在基因水平解析不同玉米种质响应高温胁迫的分子机制,以前期筛选的耐高温自交系XN202和敏感自交系CT110为材料,利用RNA-Seq技术挖掘正常和高温胁迫下授粉后15 d玉米籽粒的差异表达基因(DEG)。与对照相比,XN202和CT110分别检测到1 517,1 012个DEGs,共同的DEGs有142个,包含7个转录因子。不同耐高温玉米自交系的籽粒对高温胁迫的响应存在明显差异,通过基因本体(GO)功能注释和全基因组及代谢途径数据库(KEGG)信号通路富集分析筛选出DNA复制、核小体、微小染色体维持复合物、DNA引物酶-多聚酶α复合体、营养库活性、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等共同参与响应高温胁迫的应答过程。通过生物信息学分析,共有374个DEGs位于已报道的玉米耐高温相关性状QTL区间,其中42个DEGs为已报道的耐高温相关基因。综上所述,高温胁迫下玉米籽粒会形成复杂的细胞保护和防御系统,AP2/ERF、MYB、bHLH、NAC、HSF、HSP等耐高温相关的DEGs可能在分子调控网络中发挥重要作用。

谷胱甘肽硫转移酶基因(GST)可以参与植物应对非生物胁迫的过程。为了解ZmGST在玉米中响应盐和干旱胁迫的能力,以玉米自交系CA66为材料,通过RT-PCR克隆获得ZmGST基因并对该基因进行了生物信息学分析,通过实时荧光定量分析该基因在玉米不同组织以及在模拟干旱和盐胁迫下的相对表达量,构建原核表达载体后进行干旱和盐处理。结果表明,ZmGST基因CDS序列全长为384 bp,编码127 个氨基酸,生物信息学分析结果表明,该基因属于Tau家族,为亲水不稳定蛋白,不存在跨膜结构,存在12 个磷酸化修饰位点,未发现有信号肽,为非分泌型蛋白,亚细胞定位预测ZmGST位于细胞核和细胞质。同源序列结果表明,ZmGST与高粱的亲缘关系最近,与ZmGSTU14基因相似度最高。启动子分析结果发现,含有TC-rich repeats等元件,参与防御和应激反应。实时荧光定量结果显示,ZmGST基因在玉米根中的表达量最高,并受盐胁迫诱导上调表达,在处理24 h 后达到最高。在原核水平的盐和干旱胁迫结果显示,重组质粒pET28a-ZmGST的大肠杆菌菌体在不同盐浓度的培养基中均能正常生长,模拟干旱被抑制。推测ZmGST基因在玉米响应盐胁迫方面有重要作用。

PEPC可催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)生成草酰乙酸(OAA)进入三羧酸循环,对植物的生长发育和逆境适应发挥重要作用。但目前尚无关于PEPC参与植物器官发育的报道。发掘并研究小麦Tappc3A在花发育中的生物学功能,为探究小麦雄蕊同源转化为雌蕊性状的分子机制提供新的线索。通过PCR技术从CM28TP和HTS-1中克隆Tappc3A基因,使用生物信息学工具分析基因序列及系统进化关系,利用qRT-PCR技术分析Tappc3A在小麦幼穗不同发育阶段和不同生殖器官中的表达水平,通过原核表达分析Tappc3A基因编码的蛋白功能是否正常,利用小麦RNA-Seq数据库分析Tappc3A与其他调控花器官发育基因之间的共表达情况。Tappc3A基因的ORF长2 901 bp,编码966个氨基酸残基,具有典型的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPase)保守结构域,N端具有保守的丝氨酸(Ser,S)可逆磷酸化位点(SIDAQLR),C端具有植物型PEPC蛋白特征序列(QNTG),第774位氨基酸为C3植物PEPC典型的丙氨酸。聚类分析也表明,Tappc3A属于C3型PEPC家族。qRT-PCR分析表明,在小麦幼穗发育的3个阶段,二棱期至小花分化期和药隔时期,HTS-1中的Tappc3A基因的表达量高于CM28TP,且Tappc3A在雌蕊(P)和雌蕊化雄蕊(PS)中的表达量显著高于雄蕊(S)。原核表达结果显示,Tappc3A基因编码的蛋白能催化PEP生成OAA,并且在IPTG诱导后活性明显增强。基因共表达分析显示,Tappc3A可能参与了小麦花器官的形态发生。小麦Tappc3A可能参与小麦雌蕊发育,其在雄蕊中的过量表达可能与雄蕊同源转化为雌蕊性状形成有一定的关联。

花色苷是植物次生代谢过程中产生的黄酮类物质,在花色苷合成途径中,花色苷合成酶催化无色花色苷转化成有色的花色苷,在植物器官着色过程中起重要作用。为了解彩色马铃薯花色苷合成途径中关键酶基因ANS的功能,以红皮红肉的彩色马铃薯品种红美为试验材料,利用RT-PCR技术克隆花色苷合成酶基因,通过生物信息学分析其特性,并将其过表达到拟南芥中进行功能验证。结果显示,该基因cDNA序列长为1 406 bp,包含1 368 bp完整的开放阅读框,编码 455个氨基酸残基。通过生物信息学分析克隆到的基因,并将该基因命名为StANS1a,GenBank登录号为ON512347,其氨基酸序列具有保守的结构域DIOX_N和2OG_FeⅡ_Oxy,分别位于氨基酸序列的52~166位和 215~312位。在拟南芥中过表达StANS1a,通过半定量RT-PCR检测其转录水平,转基因株系中都有StANS1a基因的表达,且表达量较非转基因拟南芥高;通过检测转基因植株中花色苷的含量,发现转基因植株花色苷含量比非转基因植株高2.17%~54.61%,表明StANS1a参与了花色苷的生物合成。同时也证明彩色马铃薯StANS1a基因在花色苷代谢途径中起着重要的作用。

GDSL脂解酶是影响角质层发育的重要基因,克隆黄瓜GDSL脂解酶基因,并分析其表达模式,旨在为黄瓜角质层发育及黄瓜果实光泽的研究奠定基础。根据黄瓜基因组数据库中的参考序列,对黄瓜GDSL脂解酶基因进行克隆,并进行生物信息学分析。利用qRT-PCR技术明确该基因在黄瓜各组织部位中的表达情况。以6份光泽性不同的黄瓜为材料,对该基因序列进行克隆,以明确该基因在不同光泽性黄瓜中的作用。对黄瓜GDSL脂解酶基因启动子进行克隆并分析其作用元件。参照黄瓜基因组数据库设计扩增引物进行PCR扩增,获得CsGDSL基因,CDS长度1 059 bp,编码352个氨基酸,二级结构以无规卷曲(45.45%)与α-螺旋(33.24%)为主;该基因在进化过程中较为保守,与甜瓜CmGDSL亲缘关系最为紧密;在黄瓜花后3 d的子房中表达量较开花0 d的子房高;在6个品种中CsGDSL基因CDS序列保守; CsGDSL基因与逆境胁迫、激素及光等具有响应。获得了CsGDSL脂解酶基因,明确了其在黄瓜不同组织部位中的表达情况,该基因在不同材料中较为保守,由此推测,黄瓜CsGDSL可能影响黄瓜果皮光泽。

中性/碱性转化酶作为植物蔗糖代谢的关键酶,主要参与植物生长发育、逆境胁迫响应等过程。为探究大蒜AsNI对逆境胁迫的响应模式,以乐都紫皮大蒜为试验材料,克隆得到2个中性/碱性转化酶基因,并进行了生物信息学和表达特性分析。结果表明,AsNI1和AsNI2的开放阅读框分别为522,1 203 bp,编码173,400个氨基酸;AsNI1与AsNI2均为亲水性蛋白,预测定位于细胞质,具有Glyco_hydro_100结构域;但二者的氨基酸序列相似性仅为25.75%,AsNI2含有1个糖基化位点,而AsNI1未检测到糖基化位点,二者的亲缘关系较远。蛋白互作网络分析结果表明,AsNI2与AsNI1可能参与不同的生化过程。启动子序列分析发现,AsNI1和AsNI2的启动子区域含有多个与响应相关的顺式作用元件,其中AsNI2启动子的干旱和低温胁迫响应元件个数显著大于AsNI1。通过对启动子转录因子结合位点进行预测发现,二者含有不同种类及数量的结合位点,表明AsNI1和AsNI2可行使不同的基因功能。qRT-PCR检测发现,AsNI的表达具有明显的组织特异性,AsNI1和AsNI2分别在根和鳞茎中表达量最高。同时,逆境胁迫能够诱导AsNI表达,低温和干旱处理下均以AsNI2的响应程度强于AsNI1。其中,低温胁迫以诱导叶片AsNI2的表达为主,干旱胁迫以诱导根系AsNI2的表达为主。通过分析AsNI的序列特征和表达模式,验证了AsNI的抗逆功能。

为深入研究CIPK基因家族在应对非生物胁迫应答等过程中的分子机制,探究非生物胁迫下草地早熟禾CIPK32基因的作用。以草地早熟禾午夜Ⅱ号为试验材料,应用RT-PCR技术克隆CIPK32基因,分析该基因在不同组织部位及不同非生物胁迫条件下的表达规律。并通过NCBI-CDD、SWISS-MODEL等在线软件对编码氨基酸序列进行蛋白结构、同源比对等生物信息学分析。结果表明:草地早熟禾CIPK32基因序列ORF为1 320 bp,共编码439个氨基酸。预测CIPK32蛋白相对分子质量为50.28 ku,等电点6.82,蛋白质分子式为C₂₂₄₉H₃₅₇₄N₆₀₈O₆₆₅S₁₆,属于不稳定亲水性蛋白。草地早熟禾CIPK32含有典型STKc_SnRK3和CIPK_C结构域,与山羊草(XP_020198391.1)、黑麦草(XP_047091407.1)、大麦(XP_044980943.1)编码氨基酸同源性较高,并含有酰胺化位置、N-糖基化位点、N-肉豆蔻酰化位点等多个结合位点。草地早熟禾CIPK32基因的表达水平呈现组织特异性,叶部>茎部>根部。干旱胁迫下该基因呈现先上调后下降的趋势,10% PEG6000处理16 h为最高值,是0 h的6.2倍;随着NaCl浓度的升高显著促进该基因的表达,200 mmol/L NaCl是0 mmol/L NaCl的6.9倍;低浓度NaNO₃及低浓度KH₂PO₄(0.1 mmol/L KH₂PO₄)环境均可促进CIPK32基因的表达。综上所述,草地早熟禾CIPK32基因具有组织特异性,干旱、盐、氮素和磷素胁迫均能诱导CIPK32基因的表达。CIPK基因家族在非生物胁迫中具有潜在的作用。

为了研究菜用大豆有机酸合成机制并为菜用大豆的品质改良提供一定的理论依据,以含有264份菜用大豆种质资源的自然群体为试验材料,分别在2020,2021年采用HPLC法测定该群体的酒石酸、苹果酸和柠檬酸含量,并结合该群体的基因型数据进行全基因组关联分析,鉴定与有机酸含量显著关联的SNP位点及候选基因。2020,2021年供试群体酒石酸平均含量分别为4.13,4.16 mg/g,苹果酸平均含量分别为7.26,8.99 mg/g,柠檬酸平均含量分别为7.12,10.88 mg/g。相关性分析发现,264份材料柠檬酸含量在2020及2021年2 a间呈显著正相关。同时,苹果酸与柠檬酸间呈显著的正相关,相关系数为0.790^*,酒石酸与苹果酸、柠檬酸均呈显著正相关,相关系数分别为0.695^*,0.739^*。结果表明,供试群体不同品种间存在较大差异,具有丰富的遗传多样性,筛选出6份具有较高有机酸含量的特异种质资源,为菜用大豆有机酸品种改良育种提供优秀的材料。基于混合线性模型的GWAS分析,共检测到54,189,43个分别与酒石酸、苹果酸及柠檬酸含量显著相关的SNP位点,同时根据基因功能注释信息,鉴定到3个及5个分别与酒石酸、苹果酸含量显著相关的候选基因。

为给小麦耐渍稳产栽培提供参考,以扬麦25和宁麦13为材料,在拔节期设置了短期轻度渍水(SL,3 d土表下10 cm水层)、短期重度渍水(SS,3 d土表上2 cm水层)、长期轻度渍水(LL,12 d土表下10 cm水层)、长期重度渍水(LS,12 d土表上2 cm水层)处理以及对照处理(CK,保持土壤相对含水量70%~75%),研究了不同程度渍水对不同土层根系干质量和活力、地上部生长、籽粒产量及其构成的影响。结果显示,扬麦25较宁麦13具有显著高的籽粒产量、千粒质量、根系干质量、0~40 cm土层根系活力和根冠比。相比CK,SL和SS减少籽粒产量13.44%~22.45%,LL和LS减产显著增加至28.76%~37.26%,其中SL与SS间、LL与LS间籽粒产量差异均不显著。短期渍水仅轻度减少根冠生长量,且0~20 cm土层根系维持高活力,20~60 cm土层根系活力亦可恢复。长期渍水显著减少根系干质量,导致根冠生长失衡,且根系活力降低,难以恢复;上三叶易早衰,以倒三叶最明显。结果显示,渍水发生后尽快降低水位有助于土壤表层根系维持生长生理活性,降低叶片早衰风险,保障籽粒灌浆光合物质需要。

理想株型可以显著提高作物产量,但谷子中株型性状与产量性状之间的关系还不清楚。旨为谷子株型育种提供理论基础和种质资源,以矮宁黄×晋谷21号杂交自交构建的126个F₆重组自杂交系(RIL)群体为材料,在长治、榆次和大同3个生态环境条件下,对10个株型性状(株高、主茎长度、穗长、穗下节长、穗粗、分蘖数、节数、旗叶长、旗叶宽和旗叶面积)和3个产量性状(穗质量、穗粒质量和千粒质量)进行表型鉴定,基于最佳线性无偏估计(BLUE)进行相关性分析、偏相关分析、主成分分析、逐步回归分析和聚类分析。表型变异分析结果表明,双亲的株高和主茎长度在3个生态环境下均呈极显著差异,穗下节长和节数在2个生态环境下呈显著或极显著差异,穗长、穗粗、穗质量、穗粒质量和分蘖数在单一生态环境下呈显著或极显著差异。RIL群体中,株型和产量性状变异丰富,频率分布近似正态分布,13个性状的变异系数为6.86%~31.71%,除榆次的主茎长度外,其他性状在各生态环境下均存在双向超亲分离现象。相关性分析和偏相关性分析结果发现,穗质量、穗粒质量与株高、主茎长度、穗长、穗下节长和节数呈极显著正相关,而与分蘖数呈极显著负相关,穗质量与旗叶长呈显著正相关。主成分分析将13个性状简化为4个主成分,累计贡献率可达93.938%。多元回归分析结果显示,拟合度R²为0.614,主茎长度、穗长、分蘖数是影响穗质量的主要因素。聚类分析将RIL群体划分为7类,其中第Ⅴ类群包括3份材料,产量最高,株高中等,综合性状好,可作为今后谷子株型育种的骨干亲本。

为揭示萌发期不同水稻的抗旱性机理,以水稻旱敏感材料(Calrose、京宁10号、山形86)和抗旱性材料(Farry、松粳3号、宁粳36)为研究对象,开展了模拟干旱胁迫(15% PEG-6000)对不同水稻萌发种子生长指标、生理指标及相应基因表达量的影响研究。结果表明:正常条件下,旱敏感和抗旱性材料萌发种子各生长指标、抗逆相关基因表达量之间无显著差异;但生理指标有明显变化,表现为不同材料间超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖(SS)和过氧化氢(H₂O₂)含量无显著差异,旱敏感性材料山形86的丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$)含量显著高于其他材料;抗旱性材料宁粳36的过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)含量显著高于其他材料。干旱胁迫下,相比于旱敏感性材料,抗旱性材料萌发种子的相对发芽势(RGP)、相对芽长(RSL)、萌发期抗旱指数(GDRI)和活力指数(VI)分别增加了0.03~0.07百分点,0.32~0.39百分点,0.12~0.18百分点和92.41%~108.39%;抗旱性材料萌发种子中MDA和活性氧($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$、H₂O₂)含量分别降低了2.54%~61.64%,19.60%~46.30%和35.61%~62.02%;渗透调节物质(Pro、SS、SP)含量分别增加了5.93%~18.29%,1.08%~7.97%和3.47%~6.03%;抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性分别提高17.29%~33.12%,15.24%~76.06%和14.68%~18.61%;脯氨酸合成关键基因OsP5CS、抗氧化酶合成基因(OsALM1、OsPOX1、OsCATC)的相对表达量分别上调了2.66%~182.31%,57.14%~513.27%,0.38%~109.06%和63.39%~184.25%。综合分析表明,干旱胁迫抑制了水稻种子的萌发,影响了萌发期种子中的生理特性及其相应基因的表达。干旱胁迫下,无论是抗旱性材料还是旱敏感性材料,活力指数(VI)、过氧化物酶(POD)以及过氧化物酶合成基因(OsPOX1)是影响水稻种子萌发的关键指标。除以上指标外,可溶性蛋白(SP)、脯氨酸合成基因(OsP5CS)、过氧化氢酶基因(OsCATC)是影响抗旱性材料的其他关键指标,相对芽长(RSL)、过氧化氢(H₂O₂)、超氧化物歧化酶基因(OsALM1)是影响旱敏感性材料的其他关键指标。

为研究盐胁迫下壳聚糖促进菜用大豆结瘤机制,探讨了NaCl胁迫下外源壳聚糖对菜用大豆蔗糖代谢及其在根部积累的影响。以菜用大豆品种日本青-快生型根瘤菌HH103共生体为试验材料,采用人工气候箱培养,分析NaCl胁迫下壳聚糖对菜用大豆结瘤与叶、根蔗糖和还原糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响。结果表明,NaCl胁迫(T2)导致菜用大豆根瘤数、根瘤鲜质量显著(P<0.05)下降,各胁迫时期的平均降幅分别达36.06%和29.91%;使叶和根的蔗糖含量显著(P<0.05)升高、还原糖含量显著(P<0.05)下降;使叶和根的蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性升高,中性转化酶(NI)、酸性转化酶(AI)活性下降。壳聚糖处理(T3)后,根瘤数和根瘤鲜质量在各胁迫时期均显著(P<0.05)升高,平均增幅达T2的26.87%和25.63%;叶、根蔗糖、还原糖含量以及蔗糖代谢相关酶活性均较T2显著(P<0.05)升高,其中叶、根的蔗糖和还原糖含量在各时期的平均增幅分别为11.32%,21.32%和10.22%,11.11%。壳聚糖可通过诱导NaCl胁迫下菜用大豆叶、根蔗糖代谢高水平运转,促进蔗糖向根部转移,进而促进结瘤,这可能是壳聚糖提高NaCl胁迫下菜用大豆结瘤能力的重要原因之一。

为探究南方长期不同施肥对双季玉米土壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响,依托江西进贤35 a旱地红壤长期定位试验,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥和新鲜猪粪配施(NPKM)、单施新鲜猪粪(OM)4个处理,测定双季玉米成熟期0~20 cm,20~40 cm土层土壤养分、微生物生物量碳、氮和酶活性并分析了微生物生物量碳、氮和酶活性与土壤养分的相关性。结果表明,长期施肥(NPK、NPKM和OM)显著提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性,春玉米时期,0~40 cm土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较CK分别提升了67.05%~159.15%,3.33%~62.37%;过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了0.22%~79.71%,9.82%~59.51%,8.73%~82.37%,66.67%~538.89%;秋玉米时期,0~40 cm土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较CK分别提升了36.30%~136.72%,17.09%~47.29%;过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了7.41%~74.55%,22.69%~57.39%,18.85%~58.98%,51.70%~216.67%,其中,以NPKM处理的提升效果最佳。总体上,0~20 cm土层土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于20~40 cm,秋玉米时期土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于春玉米时期。NPKM和OM处理还可以显著提高土壤pH值、有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、碱解氮和速效钾等养分,长期增施有机肥后土壤磷素累积明显,而NPK处理则加速了土壤酸化。各施肥处理均可以显著提高玉米产量(P<0.05),较CK比增加了1.04~15.07倍。综上,有机无机配施(NPKM)是提升土壤养分、微生物生物量、酶活性和产量的最佳培肥措施。

为了研究旱地条件下不同地理来源小麦品种及同一来源高低产小麦品种的产量和氮磷钾积累利用差异,以来源于中国(58个)、CIMMYT(国际玉米小麦改良中心,42个)和国外其他地区(65个)的165个品种(品系)为材料,分析了小麦产量、产量构成因素,以及成熟期氮磷钾积累分配利用和需求特征。结果表明,与国外其他品种相比,CIMMYT品种的籽粒产量、穗粒数、千粒质量以及氮、磷、钾生理效率分别显著提高21.3%,39.1%,26.4%,33.2%,22.6%,36.1%,中国小麦品种分别提高10.5%,18.1%,24.3%,29.4%,12.1%,24.3%,但二者的穗数,茎叶氮、磷、钾积累量,百千克籽粒需氮磷钾和干物质量均显著降低,且CIMMYT品种的增降幅均高于中国品种。同一地理来源下高产品种较低产品种,中国品种的产量、穗数、穗粒数和生物量分别显著提高122.4%,38.7%,39.3%和96.1%,CIMMYT品种的产量、穗数和生物量分别显著提高97.6%,68.2%和71.7%,国外其他品种的产量、穗数、穗粒数、千粒质量和生物量分别显著提高157.2%,33.0%,43.6%,35.9%和76.4%;中国品种的地上部和籽粒氮磷钾积累量分别显著提高98.8%,101.0%,83.7%和118.8%,104.7%,131.2%,氮磷钾吸收效率显著提高93.6%,84.6%,70.3%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高102.8%,109.5%,75.9%,但百千克籽粒需钾、干物质量显著降低16.8%,11.1%;CIMMYT品种的氮磷钾吸收效率显著提高68.5%,71.4%,63.6%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高79.2%,81.7%,76.5%,但百千克籽粒需氮、磷量分别显著降低10.7%,10.3%;国外其他品种的氮磷钾生理效率显著提高34.7%,30.2%,60.6%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高73.0%,110.8%,52.1%,但百千克籽粒需氮、磷、钾、干物质量显著降低26.7%,23.6%,36.8%,24.7%。综上,不同地理来源小麦品种的产量及其氮磷钾吸收利用特征多表现出了显著差异,CIMMYT品种具有较高的穗粒数、千粒质量、收获指数、籽粒氮积累量、磷钾生理效率,国外其他品种具有较高的穗数、茎叶氮磷钾积累量、地上部氮钾积累量、氮钾吸收效率、百千克籽粒需干物质和氮磷钾量,中国品种的多数指标居于二者之间。同一地理来源高产品种较低产品种提高了产量构成因素、收获指数和氮磷钾吸收效率,但籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量也显著提高,在以高产高养分含量为目标的生产体系中应适当增加氮磷钾投入量。

为明确有机肥全量替代化肥对茶园土壤氮素肥力的影响机制。依托5 a茶园有机肥替代化肥试验,选取单施化肥(CF)和全量施用有机肥(OF)为处理,研究了以单施化肥(CF)对照,有机肥全量替代化肥对雨季和旱季茶园土壤理化性质、机械稳定性团聚体组成、团聚体无机氮分布特征的影响,并分析了团聚体无机氮分布的影响因素。结果表明:与CF处理相比,OF处理提高了雨季和旱季表层(0~20 cm)土壤pH值、有机质含量及全氮含量,2个处理雨季土壤pH值差异不显著(P>0.05);在雨季,OF处理下茶园表层土壤阳离子交换量、铵态氮和硝态氮含量低于或显著(P<0.05)低于CF处理,旱季则表现为OF处理显著高于CF处理(P<0.05),分别高27.02%,58.97%,266.84%。不同处理对0.25~2.00 mm和<0.25 mm团聚体质量百分比和GWD有显著影响(P<0.05);与CF处理相比,OF处理提高了0.25~2.00 mm团聚体质量百分比和GWD,降低了<0.25 mm团聚体质量百分比;季节对<0.25 mm团聚体质量百分比有显著影响(P<0.05)。不同处理团聚体铵态氮和硝态氮含量均表现为:<0.25 mm团聚体最高,0.25~2.00 mm团聚体次之,>2.00 mm团聚体最低;雨季OF处理各级团聚体铵态氮和硝态氮含量低于或显著低于(P<0.05)CF处理,而旱季OF处理显著高于CF处理(P<0.05);与雨季相比,旱季显著降低了CF处理下各级团聚体铵态氮和硝态氮含量(P<0.05),增加或显著(P<0.05)增加了OF处理下>2.00 mm团聚体铵态氮含量和各级团聚体硝态氮含量;不同处理下团聚体铵态氮和硝态氮储量占比均表现为0.25~2.00 mm团聚体最高(51.70%,51.14%),>2.00 mm团聚体次之(34.59%,35.51%),<0.25 mm团聚体最低(13.71%,13.34%);与CF处理相比,OF处理显著降低了雨季和旱季<0.25 mm团聚体铵态氮储量占比和旱季<0.25 mm团聚体硝态氮储量占比(P<0.05),显著提高了雨季0.25~2.00 mm团聚体铵态氮储量占比和旱季0.25~2.00 mm团聚体硝态氮储量占比(P<0.05)。相关性分析表明,茶园土壤团聚体铵态氮含量主要受土壤pH值、阳离子交换量和全氮含量的影响,茶园土壤团聚体硝态氮含量主要受土壤pH值、有机质含量和全氮含量的影响;进一步RDA分析表明,土壤pH值和阳离子交换量是土壤机械稳定性团聚体无机氮分布的主要影响因子。综上,茶园有机肥全量替代化肥有利于提高土壤有机质含量,协调雨季和旱季土壤氮素供应,促进大团聚体的形成和土壤无机氮的积累。

基于松嫩平原苏打盐碱土有机肥长期改良试验,以未施用有机肥为对照(CK),研究不同改良年限(4,11,15,20 a)对土壤胶体组分、土壤有机碳组分及土壤有机无机复合程度的影响。结果表明,随着改良年限的增加,土壤水分散组胶体(G₀)含量显著降低(P<0.05),而土壤钙结合的复合体(G₁)含量显著增加(P<0.05),土壤铁铝氧化物结合的复合体(G₂)含量及(G₀+G₁+G₂)含量并无显著性变化;G₀、G₁和G₂组有机碳含量随改良年限的增加均呈增加趋势。与CK相比,施用有机肥处理显著提升了土壤有机碳和重组有机碳含量(P<0.05),并分别在4,11 a处理中达到最大值。改良年限在11 a及以上处理的复合体对土壤固碳的总贡献率为35.51%~54.64%。相对于CK,施用有机肥处理的苏打盐碱土有机无机复合程度均有不同程度提高,改良11 a及以上处理其增幅明显。综上所述,长期施用有机肥促进了苏打盐碱土水分散组胶体向水稳性复合体转化,显著增加了复合体对土壤固碳的贡献率,也显著提升了土壤的有机无机复合程度。

为了选择适合稻茬弱筋小麦高产优质生产的合理施肥模式,以弱筋小麦宁麦13、皖西麦0638为供试品种,设置不施肥(CK)、常规施肥复合肥+尿素(T1)、缓释掺混肥料(T2)、控失肥(T3)、腐殖酸复合肥(T4)、小麦配方肥(T5),在养分供应量相同的条件下,分析对稻茬弱筋小麦干物质分配及转运、灌浆、产量及品质的影响。结果表明:缓释掺混肥料与小麦配方肥较常规施肥能显著提高干物质在籽粒中的分配量及比例、花后干物质转运量并且提高小麦籽粒灌浆速率、延长有效灌浆天数、增加粒质量。缓释掺混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麦配方肥处理较常规施肥均能显著提高小麦籽粒产量,施用缓释掺混肥料和小麦配方肥增产效果显著,显著增加有效穗数及千粒质量,产量分别较常规施肥增产9.27%~24.30%,11.64%~22.98%。缓释掺混肥料2 a间两品种较常规施肥处理氮肥农学效率平均提高23.14%,36.88%,小麦配方肥2 a两品种较常规施肥平均提高36.31%,39.35%。小麦配方肥处理2个供试小麦品种籽粒品质均达到国家弱筋小麦标准。综上所述,小麦配方肥可作为试验地区稻茬弱筋小麦高产优质生产的施肥模式之一,或适当降低缓释掺混肥料的施用量作为稻茬弱筋小麦的高产优质生产施肥模式之一。

为了明确冬小麦春季限灌1水条件下的最佳灌溉时期,降低限水灌溉对冬小麦群个体质量的不利影响,选用多穗型冬小麦品种藁优2018为材料,设置5个灌溉时期处理,分别在春2叶、春3叶、春4叶、春5叶和春6叶(旗叶)露尖时灌溉(T2~T6),以全生育期不灌水处理作对照(W0),研究不同叶龄期灌水对冬小麦开花后各叶层叶面积指数(LAI)、叶绿素相对含量(SPAD)、群体光合速率、干物质积累转运及产量的影响。结果表明,在春季仅灌1水的条件下,与春2叶—春4叶龄灌水相比,推迟至春5叶—春6叶龄灌溉可显著延缓小麦开花后冠层总叶面积指数的衰退,花后0~10 d,20~30 d的LAI衰退速率分别降低58.93%,14.37%。其中,在花后0~10 d主要表现为晚灌水处理倒3叶、倒4叶和倒5叶的LAI和SPAD衰退速率显著下降,在花后20~30 d主要表现为旗叶和倒2叶的衰退速率显著下降。T5和T6处理较早灌水处理灌浆前期、中期和后期的群体光合速率分别提高19.89%,35.86%,56.08%,花后干物质积累量和花前干物质向籽粒的转运量都有所增加,最终籽粒产量和收获指数分别提高9.73%,18.64%。综上,在本试验年度春季限灌1水的条件下,春5叶或春6叶露尖时灌溉有利于延缓叶片衰退,提高群体光合生产能力和籽粒产量。

为探究不同灌溉和垄作种植方式对旱地马铃薯水分利用效果和产量的影响,明确适宜旱地马铃薯产量和水分利用效率同步提高的耕作和灌溉处理组合模式,进一步为旱作马铃薯生产效能提供理论依据,于2019—2020年连续2个马铃薯生长季,在山西省岚县地区,以并薯26号为材料,设置水力驱动带状喷灌(G₁)和滴灌(G₂)2种灌溉处理和常规垄型种植(M₁)、凹型垄面种植(M₂)和露地平作种植(M₃)3种种植方式的二因素试验,深入研究灌溉方式与垄作种植相互效应对旱地马铃薯水分利用和产量的影响。结果表明,灌溉方式与垄作种植对旱地马铃薯田耗水特性、水分利用效率及产量均具有明显的调控作用;M₂处理较M₁和M₃处理显著增加土壤水分利用效率,提高自然降水和灌溉水的利用率;在G₁处理下,M₁和M₂处理水分利用效率、产量分别比M₃处理增加了14.08%,13.58%和23.28%,21.92%;在G₂处理下,M₁和M₂处理水分利用效率、产量分别比M₃处理增加了11.88%,11.50%和22.05%,20.45%,且以凹型垄作+水力驱动带状喷灌处理组合G₁M₂产量最高;相同垄作处理下,G₁处理的水分利用效率和产量最高。综合考虑,灌溉方式和垄作种植对旱地马铃薯水分利用效率和产量的调控效应,凹型垄面种植+水力驱动带状喷灌处理组合(G₁M₂)可作为适宜山西旱地马铃薯产量和水分利用效率同步提高的灌溉与耕作处理组合模式。

土壤重金属污染严重影响中国农业的发展和农产品安全,植物修复是当前广受关注的土壤修复方式,油菜是一种理想的修复植物。为了筛选出适宜作为修复植物的油菜育种材料,采用盆栽试验,以100%营养土环境为对照组Ⅰ,设置不同污染土配比的Ⅱ(25%污染土,75%营养土)、Ⅲ(50%污染土,50%营养土)、Ⅳ(75%污染土,25%营养土)3个污染土环境,分别研究了159-6(自交种)、沣油520(杂交种)和159-6×沣油520(三交种)3种不同杂交类型的甘蓝型油菜在不同配比重金属污染土环境下的生理特性与相关基因表达量的差异。结果发现:在不同重金属污染土配比环境下,159-6×沣油520鲜质量和干质量最高且高于对照组Ⅰ。25%污染土环境下159-6叶绿素含量最高,其余均为159-6×沣油520叶绿素含量最高。除含50%污染土环境下沣油520可溶性蛋白含量最高,其余均为159-6×沣油520可溶性蛋白含量最高。在50%和75%污染土环境下,159-6×沣油520的SOD活性最高,MDA含量低于159-6和沣油520;4个抗重金属相关基因(BnaA08g04000D、BnaA09g24330D、BnNRAMP1和BnPri-miR167a)在159-6×沣油520叶片中的表达量均高于159-6和沣油520;在75%污染土环境下Bna0280620和Bna049040基因在159-6×沣油520叶片中的表达量也高于沣油520和159-6。159-6、沣油520和159-6×沣油520在不同配比的污染土环境下均能正常生长发育;三交油菜159-6×沣油520在含50%和75%污染土环境下的表现更佳。从育种材料的基因型和生物学特性方面进行研究,分析常规材料与杂交材料在重金属抗性方面的差异及不同杂交类型间的差异,发现杂交种优于常规材料,而三交种优于杂交种。

旨在对合作猪StAR基因CDS区进行克隆及生物信息学分析,采用RT-qPCR方法检测StAR基因在不同组织中的表达量,以揭示其功能。结果发现,合作猪StAR基因CDS区长858 bp,编码285个氨基酸,与猪参考序列相比,第572位点处的A突变为G,导致第191位的赖氨酸突变成精氨酸,为错义突变,第791位点处插入1个碱基C,后续的20个氨基酸发生改变,导致移码突变;蛋白分子量90.95 ku,理论等电点8.87;消光系数33 835,不稳定系数41.49;含1个N-糖基化位点,二级结构主要由α螺旋和无规则卷曲构成,二级结构与三级结构基本一致;合作猪与猪、绵羊和黄牛StAR基因核苷酸序列相似性分别为99.77%,90.45%,91.78%;进化树结果显示,合作猪与猪亲缘关系最近,表明StAR基因编码序列具有种属特异性;StAR蛋白是不稳定的亲水性蛋白,无信号肽和跨膜区;StAR基因在脾、肾、肺等组织中均有表达,睾丸表达量较高,表明可能与合作猪睾丸发育有关。

旨在鉴定牛circMYH8以及探究其对牛肌原代细胞增殖的调控作用。设计合成circMYH8的divergent primer及convergent primer 2组引物,分别以牛背最长肌cDNA、RNase R处理的牛背最长肌cDNA以及牛背最长肌gDNA为模板进行PCR扩增,通过测序及琼脂糖凝胶电泳进行环状RNA鉴定;对circMYH8进行不同发育时期骨骼肌RT-qPCR分析、核质分离试验以及RNase R耐受性试验;构建及合成circMYH8的过表达载体及干扰片段,并转染至牛肌原代细胞中,通过RT-qPCR、Western Blot、EdU、流式细胞术等手段探究了circMYH8对牛肌原代细胞增殖表型的影响。结果表明,测序及琼脂糖凝胶电泳证实circMYH8为环状RNA;RT-qPCR分析显示,circMYH8在牛骨骼肌发育早期高表达,核质分离试验结果显示,circMYH8在细胞核和细胞质中都有表达,RNase R耐受性试验表明,circMYH8的稳定性高于其线性转录物;过表达circMYH8抑制了增殖标志基因的表达,EdU活性降低,而抑制circMYH8促进了增殖标志基因的表达,EdU活性上升,S期细胞比例上升。结果表明,牛circMYH8能显著抑制牛肌原代细胞增殖。

为了探讨牛病毒性腹泻病毒(BVDV)非结构蛋白NS3(P80),并获得具有较高免疫原性的NS3重组蛋白,利用生物信息学研究方法对NS3蛋白氨基酸进行序列分析;经PCR技术扩增NS3基因序列;通过无缝克隆技术构建pET-22b(+)-NS3重组表达质粒,将其转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中,诱导其表达 NS3 重组蛋白并提纯;通过Western Blotting方法检测其反应原性;将获得的较高纯度的NS3重组蛋白免疫BABL/c小鼠,收集血清,ELISA方法分别检测血清中IgG、IgG1和IgG2a抗体水平;最后通过病毒中和试验检测其中和病毒的能力。结果表明:NS3蛋白氨基酸序列中无信号肽和跨膜区,二级结构主要以无规则卷曲为主,且NS3氨基酸序列中含有优势抗原表位;利用PCR和无缝克隆技术成功构建了pET-22b(+)-NS3重组表达载体,经诱导表达获得了较高纯度的NS3重组蛋白,大小约为75 ku,与理论大小相符;Western Blotting结果表明,NS3重组蛋白具有较高的反应原性;ELISA检测NS3重组蛋白免疫后的小鼠能够产生高水平的IgG、IgG1和IgG2a抗体,结果显示,免疫组小鼠产生的抗体水平极显著高于PBS阴性对照组(P<0.01);血清中和抗体水平也极显著高于PBS阴性对照组(P<0.01)。总之,成功获得了纯度高且具有免疫原性的NS3重组蛋白。

剩余采食量(RFI)是用于评价家畜饲料利用效率的重要指标之一,其受消化代谢、肠道免疫、运动及下丘脑采食中枢等多种因素调控。lncRNA是一类参与众多生物学过程的非编码RNA分子,在疾病等表型研究中得到广泛研究,但有关下丘脑lncRNA表达特征及其与牛采食量调控存在何种联系仍不明确。旨在筛选下丘脑中与RFI相关的lncRNA,探究lncRNA与饲料利用率之间的调控关系。选择极端高、低RFI安格斯牛为材料,采集下丘脑组织样本,经总RNA提取、文库构建及高通量测序后开展RFI相关差异表达lncRNA筛选及调控通路分析。共鉴定出105个差异表达lncRNA,其中46个lncRNA在LRFI组下调,59个上调,这些差异lncRNA预测靶基因主要富集于线粒体相关的氧化磷酸化及生热作用等通路;同时上述通路中相关基因(ATP酶、呼吸链复合物)主要与差异表达lncRNA(LNC_006637、LNC_007569、LNC_012079、LNC_005449)相关;蛋白互作网络分析构建的网络中的一些基因(NDUFA4、SDHD、UQCRH)也已被报道为与家畜饲料效率相关。以上结果表明,牛剩余采食量相关的下丘脑组织可能主要通过生热作用及氧化磷酸化信号通路对机体线粒体功能及能量利用进行调节,但这需要更多的细胞试验进行验证。

为探究GJB6和PRKAA1基因对槐山羊繁殖性能的影响,以122只不同产羔数的槐山羊群体为研究对象,参照NCBI数据库中山羊GJB6和PRKAA1基因参考序列设计引物,利用PCR与测序技术扫描GJB6和PRKAA1基因单核苷酸多态性(SNP),并进行遗传多态性、群体遗传参数分析和基因型与产羔数的关联分析。结果表明,在GJB6基因中检测到2个SNP位点:g.50694819 C>T和g.50694816 T>C,均为同义突变;在PRKAA1基因中检测到3个SNP位点:g.33691489 T>C、g.33693395 A>T和g.33693100 T>C,均位于非编码区。GJB6基因g.50694819 C>T位点和PRKAA1基因g.33693100 T>C位点为低度多态;GJB6基因g.50694816 T>C位点、PRKAA1基因g.33691489 T>C和g.33693395 A>T位点为中度多态。卡方检验结果表明,5个SNP位点均处于Hardy-Weinberg平衡。基因型与产羔数的关联分析结果表明,GJB6基因2个SNP的各个基因型间槐山羊产羔数的差异不显著,不适用于槐山羊群体的多羔性状选育。PRKAA1基因g.33691489 T>C位点的TC基因型个体产羔数显著高于CC基因型,g.33693395 A>T位点AT基因型个体产羔数显著高于AA、TT基因型(P<0.05),且g.33691489 T>C和g.33693395 A>T位点呈现强连锁平衡状态(D'>0.8,r²>0.33)。单倍型关联分析结果显示,PRKAA1基因TCA单倍型个体的产羔数显著高于CTA、CTT、TTA单倍型个体的产羔数(P<0.05)。因此,槐山羊PRKAA1基因g.33691489 T>C位点TC基因型与g.33693395 A>T位点AT基因型以及TCA单倍型个体具有较高的产羔数,可作为槐山羊产羔数选育的潜在分子标记。

为挖掘与绵羊生长性状相关的分子标记基因,探究DLK1多态性与绵羊生长性能之间的关联性。以240头不同品种绵羊(甘肃高山细毛羊、蒙古羊、藏绵羊和小尾寒羊各50头,滩羊40 头)为试验对象,分别测定不同品种各年龄段绵羊生长性能指标;采集绵羊血液,提取DNA,运用PCR-SSCP方法结合DNA测序技术分析不同品种绵羊DLK1基因多态性;SPSS 20.0软件分析不同基因型与各绵羊品种不同年龄段生长性能之间的相关性。结果表明,不同品种绵羊DLK1基因均具有多态性,其中共检测到2个等位基因(A和B)和3种基因型(AA、AB和BB),优势等位基因和基因型分别为B和AB;DLK1基因第5内含子30 412 bp处发生G→A单个碱基突变;G30412A突变位点与绵羊1月龄和3月龄的体质量和胸围具有显著相关性(P<0.05),且BB基因型个体表型优于AA基因型个体,突变位点与绵羊体长和体高无相关性(P>0.05)。总之,不同品种绵羊DLK1基因均存在第5内含子上G30412A突变位点,该位点显著影响绵羊1,3月龄的体质量和胸围,其可作为选择甘肃地方绵羊品种生产性状的候选基因。