IQM基因家族是Ca²⁺不依赖型钙调素结合蛋白中的重要成员,在植物生长发育以及多种胁迫反应中发挥着重要作用。为了研究玉米IQM基因家族的特征及潜在功能,采用生物信息学的方法在玉米全基因组中鉴定IQM基因,并对其蛋白性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置、基因复制、顺式作用元件、组织特异性表达和多种胁迫下表达模式进行研究。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出11个ZmIQMs基因,根据其在染色体上的位置,将其命名为ZmIQM1~ZmIQM11。ZmIQMs基因分为3个亚家族,亚家族内部基因结构具有相似性,片段复制在玉米IQM基因家族扩增和进化中发挥主要作用。顺式作用元件分析发现,ZmIQMs基因启动子区含有多个与激素和胁迫响应相关的元件。对ZmIQMs基因的表达模式进行研究,发现ZmIQMs基因在不同组织中的表达模式不同,在不同非生物和生物胁迫下,多个ZmIQMs基因表达量发生变化。qRT-PCR结果显示,在干旱胁迫下,ZmIQM3、ZmIQM4和ZmIQM10上调表达;ZmIQM3、ZmIQM4、ZmIQM5、ZmIQM10和ZmIQM11响应小斑病病原菌的侵染。以上结果表明,ZmIQMs基因在胁迫响应中发挥着重要作用。

STAT蛋白是一类在信号传导和基因转录激活方面具有重要作用的转录因子。在植物中STAT基因的表达与高温等非生物胁迫相关。为了研究玉米STAT基因是否参与响应高温胁迫,以耐高温胁迫的Zheng 58和对高温敏感的PH6WC玉米自交系为材料,选取高温和常温2个条件下生长的植株根、茎、叶、花粉和花丝5个部位的组织进行转录组测序。基于测序数据,对玉米STAT基因结构、编码蛋白的理化性质及其在不同玉米材料、不同温度条件下的组织表达模式进行分析。结果表明,在玉米中鉴定到2个STAT基因Zm-STAT1和Zm-STAT2,其中,Zm-STAT1编码的蛋白是疏水蛋白,而Zm-STAT2编码的蛋白是亲水蛋白,它们都具有多个功能位点和磷酸化修饰位点。进一步表达分析发现,以常温为对照,在高温条件下,Zm-STAT1基因在PH6WC的根中、Zm-STAT1基因在Zheng 58的花粉和花丝中表现为上调表达,而Zm-STAT1基因在PH6WC的茎和叶中、Zm-STAT2基因在PH6WC的叶中则表现为下调表达。在2个温度条件下,Zm-STAT2在5个组织中的表达量均显著高于Zm-STAT1,且ZmSTAT2在耐高温胁迫材料Zheng 58的根、茎、花粉和花丝中均受高温诱导,暗示Zm-STAT2基因参与了玉米高温胁迫响应。

泛素化途径是植物响应干旱胁迫的关键信号途径之一。为明确E3泛素连接酶TaSINA101基因响应干旱胁迫的生物学功能,以小麦抗旱优异品种晋麦47为材料,克隆TaSINA61、TaSINA101和TaSINA105基因,利用生物信息学手段分析其序列特征,通过qRT-PCR检测3个基因在PEG-6000、NaCl、低温和ABA处理下小麦根和叶中表达量的变化。通过转基因水稻异源表达TaSINA101,分析TaSINA101响应干旱胁迫过程中的生物学功能。结果表明,TaSINA61、TaSINA101、TaSINA105基因均包含1个内含子和2个外显子,编码的蛋白质均由282个氨基酸组成,启动子区主要包含生长发育调控元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。qRT-PCR表达分析显示,这3个基因在根和叶中均受干旱胁迫等各种非生物胁迫诱导表达。干旱胁迫处理TaSINA101转基因水稻的表型分析发现,转基因水稻株系OE-1、OE-2和OE-3叶片的鲜质量及干质量、最大根长、根系平均直径和叶片相对含水量各项指标均显著低于野生型,而转基因水稻株系OE-1、OE-2叶片相对电导率则显著高于野生型。因此,TaSINA101负调控水稻的干旱胁迫耐受性,为深入解析小麦TaSINA101基因的生物学功能提供了依据。

为探究HBD家族各成员在重要粮食作物小麦中的潜在生物学功能,首先基于生物信息学分析普通六倍体小麦HBD家族成员及其序列特性,其次通过转录组和荧光定量分析其表达模式及功能。结果显示,共鉴定到90个小麦HBD基因,分别包含2~18个外显子和编码111~1 863个氨基酸,据进化关系可分为6个亚组。组织表达模式的结果显示,多数HBD基因在植株的根、茎、穗和籽粒中相对高表达,体现其生物学功能的多样性。这些HBD成员的启动子区域共包含62种顺式作用元件,主要涉及参与胁迫响应的光和激素调控元件。HBD不同成员分别响应多种非生物胁迫,包括磷、盐、低温、高温、干旱和高温干旱协同胁迫,其中,TaHBD23、TaHBD28、TaHBD67、TaHBD78和TaHBD85等在多种胁迫下均显著差异表达,作为胁迫响应的重要候选基因。针对生物胁迫,HBD基因家族响应假禾谷镰刀菌和半透明黄单胞菌胁迫的数量明显少于响应禾谷镰刀菌,暗示其在赤霉菌抗性应答中的关键作用。通过转录组分析在禾谷镰刀菌和水处理的小麦Bobwhite材料中共鉴定到41个表达量发生显著变化的HBD基因,其中10个基因与表达数据库的结果重合。定量分析与转录组数据趋势一致,显示TaHBD28/17、TaHBD67和TaHBD90/84负向响应赤霉菌,而TaHBD39/37、TaHBD45和TaHBD68/79正向响应赤霉菌。

查尔酮合成酶(CHS)是类黄酮合成途径的关键起始酶,参与合成黄酮、黄酮醇、异黄酮、花青素等代谢物,而这些黄酮类代谢物在植物抗逆方面扮演着重要角色。为了研究CHS在燕麦幼苗响应干旱胁迫中的作用,从前期的全长转录组数据中筛选到1个燕麦CHS基因,命名为AsCHS,并对其进行克隆、生物信息学、亚细胞定位和表达模式分析。结果表明,AsCHS基因编码398个氨基酸,蛋白序列包含CHS家族特异标签序列,是疏水的不稳定蛋白,属非跨膜蛋白,定位于细胞核和细胞质。根据二级结构预测,AsCHS主要包含α-螺旋和无规则卷曲。启动子区顺式作用元件预测表明,该基因含有响应干旱胁迫和多个激素信号途径相关的顺式作用元件。系统进化树显示,AsCHS与黑麦草、早熟禾和南极发草的亲缘关系较近。亚细胞定位表明,AsCHS蛋白定位在细胞核和细胞质。与对照组相比,AsCHS在干旱胁迫下燕麦幼苗不同萌发时间的表达模式由波动表达改变为递增表达,由根中表达量最高改变为在叶中表达量最高,且在叶片中的表达存在显著差异。本研究为揭示AsCHS在燕麦响应干旱胁迫的功能奠定了基础。

为了优良品质稻米的培育,利用来自国内外139份水稻种质资源为材料,对2022-2023年水稻籽粒总蛋白含量进行表型分析,结合全基因组测序(覆盖深度10×)所得255 501个SNP标记,利用一般线性模型进行全基因组关联分析,避免假阳性影响选取阈值最高位置的基因进行单倍型分析,根据前人研究结果和基因功能注释预测水稻籽粒总蛋白含量相关基因,通过实时荧光PCR对预测基因进行相对表达量分析。结果表明,139份水稻籽粒总蛋白含量属于中度变异,变异系数分别为21.66%,20.65%,符合正态分布;通过全基因组关联分析,在2个环境下共获得显著SNPs 55个,分布在1,2,4,5,6,8,11,12号染色体上,其中有16个连续且上下游区间不超过100 kb的SNPs分布于11号染色体;进一步对11号染色体显著SNPs位点的上、下游50 kb(±50 kb)范围内的区间关联性强的基因进行单倍型分析,结合基因功能注释以及灌浆期籽粒相对表达量分析的结果,初步推测LOC_Os11g08460与水稻籽粒总蛋白含量相关,编码Dnak/Hsp70s蛋白家族。综上,利用全基因组关联分析对139份水稻种质资源的总蛋白含量进行候选基因预测及单倍型分析,为稻米品质遗传改良提供新的基因,加速稻米改良的过程。

鉴定抗大豆花叶病毒(SMV)相关基因功能,为培育抗SMV品种提供基因资源。以前期构建抗SMV位点qTsmv-3的近等基因系和转基因拟南芥为材料,对6个MATE候选基因在抗SMV侵染过程中的功能进行分析和鉴定。在大豆基因组中预测到128个MATE家族基因,可分成5个亚家族。qTsmv-3位点的6个MATE候选基因均位于第Ⅰ亚家族,根据公共数据显示它们的表达量或表达部位存在显著差异,Glyma.03G005600在地上部叶和茎中整体表达量最高,Glyma.03G005800在地下部根和根瘤中整体表达量最高。qTsmv-3近等基因系接种SMV后,与#NIL-SMC家系相比,GmICS1和GmPR1在#NIL-NC中的表达量分别上调2.40,15.16倍,SMV浓度降低70%,表明qTsmv-3位点的抗性与水杨酸(SA)介导的抗病通路相关。此外,6个MATE候选基因仅有Glyma.03G005300和Glyma.03G005600的表达量在近等基因系间出现显著差异,分别下调表达61.0%,82.1%。综合考虑6个MATE基因的表达模式和对SMV侵染后的响应,Glyma.03G005600可能为qTsmv-3位点的关键候选基因。进一步研究发现,携带Glyma.03G005600的转基因拟南芥(OE_MATE)受UV-B胁迫后,AtICS1和AtPR1的表达量比野生型(WT)分别显著上调4.22,9.12倍,说明Glyma.03G005600能够显著促进或影响SA信号通路上基因的表达。研究结果初步证实Glyma.03G005600是抗SMV位点qTsmv-3的关键调控基因,为克隆抗SMV关键调控基因奠定了基础。

为明确短日照诱导对小豆叶片内代谢物质变化的影响,以晚熟品种冀红16为材料,设置10 h光照/14 h黑暗短日照诱导。利用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)技术对小豆叶片短日诱导组(10h14d)和对照组(CK)进行代谢组定量研究。结果表明,2个样本通过定量检测共获得128种显著差异代谢物(上调103,下调25),包括黄酮、氨基酸及其衍生物、有机酸、酚酸类等11大类,数量(占比)分别为49(38.28%),26(20.31%),12(9.38%),10(7.81%)等,均在10%以上。KEGG富集分析发现,128种代谢物质富集在49条代谢通路中,对差异性显著的top 20代谢通路进行分析,发现KEGG主要富集在葡萄糖苷生物合成、氨酰-tRNA生物合成、2-氧代羧酸代谢、异黄酮类生物合成、氰基氨基酸代谢、氨基酸生物合成、黄酮类生物合成等代谢途径中。占比大于10%以上的10条代谢通路中富集代谢物质数量较多的为酸类和酮类且大多上调。综上,酸类和酮类相关代谢物是小豆应答短日照诱导的主要代谢物质,这为优化小豆的种植结构,提高小豆的产量和品质提供理论基础。

棉纤维细胞中的微管及微管结合蛋白对细胞内物质运输及形态建成具有重要调控作用。TOG结构域是调节微管动力学的几个蛋白质家族的重要功能组分,CLASPs则是植物中特有的一类微管结合蛋白,其表达对于微管的动态调整和功能行使十分重要。为了研究Togaram1基因与棉花纤维发育及纤维品质形成的关系,以陆地棉系9和海岛棉新海16为研究材料,克隆获得GhTogaram1与GbTogaram1基因,并对其进行生物信息学分析,同时,利用qRT-PCR技术分析Togaram1基因在不同材料及不同纤维发育时期的表达模式。结果显示,GhTogaram1与GbTogaram1的CDS序列全长均为918 bp,均编码305个氨基酸,但陆地棉和海岛棉之间存在核苷酸和氨基酸序列差异。生物信息学分析表明,Togaram1蛋白属于亲水性蛋白,具有TOG结构域和CLASP-N端结构域,定位于细胞核中。系统进化树和多序列比对表明,GhTogaram1和海岛棉属于同一分支,相似性为99.34%,与二者关系最近的是黄褐棉。qRT-PCR结果表明,Togaram1基因在2种材料纤维发育不同时期(0,5,25 d)相对表达量具有极显著差异;另外,Togaram1基因在HL群体极端子代中纤维发育5 d和10 d具有极显著差异,其中短纤维株系HL-78表达量最高。综上,Togaram1基因在不同棉花材料开花后5 d纤维中优势表达,表明Togaram1基因可能在棉花纤维伸长期发挥作用。随着开花天数的增加,Togaram1基因表达量下降,推测可能是受油菜素甾醇的影响。对Togaram1基因在棉纤维中进行初步的功能验证,为后续Togaram1基因在棉花纤维发育中的研究奠定了基础。

为改善新疆吐鲁番极端高温天气下甜瓜生长、产量和品质,探究喷施调环酸钙(PCa)对高温胁迫下甜瓜生理生长的影响,以蒸馏水(CK)和浓度为20( PCa1),50( PCa2),100( PCa3),150 mg/L( PCa4)的PCa喷施甜瓜叶片,通过对甜瓜光合作用、活性氧含量、抗氧化酶、抗氧化物质、蔓长、茎粗、产量和品质等指标的综合分析,寻找适合该地区高温胁迫下甜瓜叶面喷施PCa的最佳浓度。结果表明,随着PCa浓度增大,甜瓜各时期叶绿素a、叶绿素b、$\mathrm{O}_{2}^{-}$、H₂O₂和茎粗逐渐升高,较CK增幅分别为9.25%~36.29%,4.25%~49.92%,21.45%~334.55%,5.36%~109.41%,2.33%~20.69%;而MDA逐渐降低,较CK降幅为7.37%~48.83%,喷施PCa提高高温胁迫下甜瓜光合作用和活性氧,降低高温对甜瓜生物膜的损害。PCa1、PCa2、PCa3处理较CK提高高温胁迫下甜瓜可溶性蛋白、可溶性糖、PRO、SOD、POD、AsA、GSH、产量、果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,且3个处理各指标综合比较以PCa2处理较好,喷施适宜浓度的PCa显著提高高温胁迫下甜瓜渗透调节物质、抗氧化酶、抗氧化物质及产量品质,提高了甜瓜耐热能力并实现甜瓜增产提质;PCa4处理虽提高甜瓜产量,但却降低了果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,高浓度PCa延迟了甜瓜生长,影响收获时甜瓜品质。因此,生产中PCa2处理是实现高温胁迫下甜瓜耐热增产提质的最佳处理,建议该地区喷施PCa的最适浓度为50 mg/L。

探究翻耕深度和有机肥用量对潮土麦田光合特性、产量形成的影响,为潮土或相近土壤类型下小麦高产稳产提供理论依据和技术支撑。于2022-2024年小麦季,在山东省德州市齐河县的典型潮土区麦田开展双因素裂区试验,主区为2种翻耕深度,包括15~20 cm(D1)与30~35 cm(D2);副区为3种有机肥施用量,分别为800(L),1 200(M),1 600 kg/hm²(H)。分析了不同翻耕深度与有机肥施用量下潮土麦田光合特性、地上部干物质积累特性、产量构成。D2M和D2H较其他处理均利于提高小麦产量及构成要素,穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量的2 a均值分别显著提高了5.5%~8.5%,3.5%~12.1%,6.7%~13.2%和6.6%~12.8%。D2M和D2H处理还通过提升各生育时期的地上部干物质积累速率,不同程度地提升了拔节、开花与成熟期小麦地上部干物质积累量,较其他处理2 a均值分别提高了9.0%~22.1%,8.9%~25.8%和10.7%~24.3%。与D1翻耕深度相比,D2处理进一步提升了有机肥对各生育时期叶片SPAD的促进作用,且D2M和D2H处理在灌浆中期至后期时仍能保持较高的叶绿素含量;在M和H有机肥用量下,D2翻耕深度各生育时期叶片Pn均显著高于D1,在拔节、孕穗、开花、灌浆中期和灌浆后期,2 a均值分别显著提高12.0%~16.7%,13.7%~16.8%,13.8%~19.7%,20.2%~25.8%,24.6%~44.8%;相同有机肥用量条件下,叶片LAI 在2种耕作深度间的差异随着生育进程的推进逐渐增加,在开花和灌浆中期均以D2M和D2H表现最佳,2 a均值分别提高13.2%~27.2%,13.4%~29.4%。D2M和D2H处理均能改善植株光合特性和地上部干物质积累能力,进而优化产量构成要素实现小麦产量的大幅提升,但因D2M和D2H处理在各指标间差异均不显著,因此,基于资源节约的前提,认为翻耕深度30~35 cm和有机肥用量1 200 kg/hm²组合即可实现潮土麦田籽粒高产。

研究干旱对花生农艺及生理生化性状的影响,并探究抗旱分级方法,筛选花生抗旱品种。以27个花生种质为试验材料,播后30 d测定花生干旱胁迫下农艺性状指标,并通过相关性分析、主成分分析、聚类分析和隶属函数法等相结合的方法进行抗旱性分级,选取抗旱型花生冀农花3号(JNH3)、中间型L231、敏旱型L236进行生理生化指标测定和显微结构观察,对不同抗旱型进行鉴定,获得不同抗旱性花生种质。结果表明:不同环境下干旱处理后主茎高降幅为2.26%~34.06%,第一对侧枝长降幅为1.11%~57.20%,主茎基粗降幅为1.54%~38.36%,根冠比降幅为65.01%~92.83%。据综合加权隶属函数将花生材料聚类为抗旱型、中间型和敏旱型3类,其中中间型和敏旱型花生上述性状较对照均达到显著水平。干旱胁迫下花生功能叶片ROS升高,通过NBT、DAB染色,发现不同抗旱类型花生ROS差异表达,其中NBT和DAB染色由浅到深均为冀农花3号、L231和L236,符合抗旱型分类。不同抗旱型花生各项酶活指标和渗透调节物质含量与对照相比均有显著提高,POD活性冀农花3号提高42.71%,L231提高26.04%,L236提高20.59%,不同品种间差异均达到显著水平,CAT活性趋势与上述一致。SOD活性冀农花3号提高48.01%,L231提高63.49%,L236提高73.15%,不同品种间差异均达到显著水平;MDA活性趋势与上述一致。脯氨酸含量冀农花3号提高1.10倍,L231提高1.07倍,L236提高1.03倍;可溶性糖含量冀农花3号提高44.06%,L231提高31.54%,L236提高38.62%,不同品种间差异均达到显著水平。干旱胁迫下花生根系生长受限,根总长和根总面积显著降低,根尖细胞部分坏死,程度由浅至深分别为冀农花3号、L231和L236。

探讨欧李果实发育成熟过程中钙摄取与吲哚乙酸(IAA)及有机酸代谢的关系,为欧李的进一步研究和应用提供依据。以内蒙古地区高钙和低钙2种钙素水平欧李果实为试验材料,研究果实发育成熟过程中(幼果期、硬核期、着色膨大期、硬熟期、完熟期)果实钙摄取能力及IAA和有机酸代谢的变化规律,并进行相关性分析。结果表明,水溶钙的摄取能力在欧李果实发育成熟过程中持续增强,尤其在完熟期时摄取活性、摄取速率和摄取量均大幅上升;果胶钙的摄取能力在幼果期至硬核期较强,果实发育中后期摄取能力下降,至完熟期时摄取活性、摄取速率和摄取量均显著下降;活性钙和总钙的摄取能力变化规律均趋向于与果胶钙相似。在果实发育成熟过程中,2种钙素水平欧李果实中的IAA含量表现为先升高后降低,幼果期和硬核期含量显著高于其他时期。苹果酸脱氢酶(NAD-MDH)活性、苹果酸含量和有机酸总量均整体表现为明显上升,硬熟期达到最高;苹果酸酶(NADP-ME)活性整体表现为下降;柠檬酸含量均表现为先升高后降低,硬核期达到最高。相关性分析表明,高钙和低钙欧李果实中IAA含量及有机酸代谢各指标与不同形态钙摄取能力各指标之间存在不同程度的相关性,其中IAA含量与总钙的摄取能力呈正相关;NAD-MDH活性、苹果酸含量和有机酸总量与总钙的摄取能力呈负相关;NADP-ME活性和柠檬酸含量与总钙的摄取能力呈正相关。欧李果实发育成熟过程中钙摄取与IAA含量和有机酸代谢有关,果实发育前期高水平的IAA和柠檬酸含量对钙的摄取有明显促进作用;果实发育后期苹果酸合成代谢增强对钙的摄取有抑制作用。

研究不同减氮增效措施对麦玉轮作体系潮土氨挥发和作物产量的影响,为合理施肥及农业环境保护提供指导。长期减氮增效试验于2016年开始在河南许昌潮土区定位试验站开展,设置不施氮肥对照(CK),常规施氮肥(100N),减氮20%(80N),以及减氮20%配合秸秆还田(80NS)、硝化抑制剂(80NI)、生物炭(80NB)共6个处理,2021-2022年间测定土壤理化性质、氨挥发特征和麦玉产量。结果表明,小麦季,80NS、80NI和80NB处理pH值较100N处理显著提高;80NS和80NB处理的有机质含量较80N处理显著提高,土壤容重较CK处理显著降低。小麦基肥期,80NS、80NI和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低28.71%,35.61%和22.99%;小麦追肥期,80NS和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低14.94%,17.58%,80NS和80NI处理的氨挥发累积量较80N显著提高22.27%,27.69%。整个小麦生育期,不同施氮处理氨挥发累积量占施氮量的1.31%~2.47%,其中100N>80NB>80NS>80NI>80N。玉米季,与100N处理的氨挥发累积量相比,80N和80NS处理分别显著降低37.14%,29.63%,80NI处理显著增加60.83%;与80N处理相比,80NI和80NB处理的氨挥发累积量显著增加155.79%,44.05%。玉米生育期氨挥发累积量占施氮量的5.81%~14.86%,其中80NI>100N>80NB>80NS>80N。小麦产量结果表明,与100N处理相比,80N处理显著减产16.67%,而80NS、80NI和80NB处理产量无显著降低。玉米产量数据表明,100N处理与4个减氮处理间均无显著差异。综上,在试验潮土减氮20%的基础上增施硝化抑制剂、秸秆和生物炭,均可有效提高土壤肥力、稳定小麦产量,但硝化抑制剂和生物炭显著提高玉米季氨挥发累积量,生产中需要特别注意。

为探明施氮量对花后弱光胁迫下软质小麦氮素吸收与转运特性、氮肥利用效率及产量品质形成的影响机制,在盆栽条件下,以软质小麦品种荃麦725(QM725)为材料,采用¹⁵N示踪法,试验共设置2个氮素水平,即N1(N 120 kg/hm²)、N2(N 180 kg/hm²),每个施氮水平下于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置2个遮光处理,即CK(不遮光),SH(遮光30%)。分析施氮量与花后弱光条件下软质小麦籽粒产量和品质之间的形成关系,研究不同氮肥用量对花后弱光条件下软质小麦氮素积累、转运及籽粒产量与品质的影响。结果表明,与对照相比,N1和N2条件下,花后弱光处理显著降低了开花期植株以及成熟期营养器官氮素积累量,且来源于肥料氮的比例显著高于土壤氮,而成熟期籽粒氮素积累量来源于土壤氮的比例显著高于肥料氮,其肥料氮在相同施氮量条件下,基施氮肥比例大于追施氮肥。在相同弱光处理条件下,N2较N1相比,提高了开花期肥料氮积累量、成熟期总氮与肥料氮积累量和成熟期籽粒总氮、肥料氮与土壤氮积累量。在N1和N2处理水平条件下,随着花后光照强度的降低,小麦氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率、穗粒数、千粒质量和籽粒产量均显著下降。软质小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其积累量随着氮肥用量的增加显著提高。但在相同施氮量条件下,弱光胁迫降低了籽粒淀粉含量、蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫显著影响了软质小麦植株氮素积累,降低了小麦花后营养器官贮藏物质向籽粒的转运效率,导致营养器官对籽粒的贡献率降低,从而不利于植株整体的氮素转运效率。随着施氮量的提高,小麦的氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率及氮素利用效率均显著提升。在相同施氮量N1和N2处理条件下,花后弱光胁迫显著降低了软质小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量,进而影响了粒质量的形成,从而导致产量降低。

探究蓖麻饼粕肥对土壤肥力及花生产量、品质的影响。以东北地区花生品种四粒红为试验材料,开展2 a田间定位试验(2022,2023年),设置不施肥(CK)、施蓖麻饼粕肥(B1:2 520 kg/hm²、B2:5 040 kg/hm²、B3:10 080 kg/hm²)、施化肥(F1:175 kg/hm²、F2:350 kg/hm²、F3:700 kg/hm²)、施牛粪(N1:3 724 kg/hm²、N2:7 448 kg/hm²、N3:14 896 kg/hm²)10个处理,分析不同处理对土壤肥力及花生产量、品质的影响。结果表明,2022,2023年施用蓖麻饼粕肥均能不同程度地改善土壤养分,B3处理可显著降低土壤pH值,土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、碱性磷、速效钾含量提升效果最佳,分别较CK平均提高67.58%,64.56%,70.55%,11.33%,75.76%,149.97%,116.84%;与CK相比,施化肥和牛粪处理土壤有机碳含量分别平均提高5.94%和11.48%,全磷含量分别平均提高16.67%,16.67%,碱性磷含量分别平均提高33.35%和23.94%。B3处理花生单株饱果质量、百果质量、百粒质量优于施化肥和牛粪处理,分别平均提高105.43%,127.91%,19.54%和22.75%,16.79%,24.17%。B3处理花生产量最高,2023年较2022年提高1 876.22 kg/hm²。B1处理提高了花生脂肪、油酸含量并降低了亚油酸和棕榈酸含量,花生脂肪和油酸含量分别较CK平均提高6.07,4.23百分点,亚油酸和棕榈酸含量分别较CK平均降低1.79,0.89百分点。土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生脂肪含量呈显著正相关,土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生产量呈极显著正相关。综上所述,蓖麻饼粕肥可改良土壤,并能够提升花生产量、品质。

为阐明长期不同施肥条件下灌漠土剖面全氮和水解氮的变化特征及演变规律,探讨提升灌漠土地力和合理施肥的模式,依托1982年建立的土壤肥料长期定位试验,以2003,2022年0~200 cm剖面土壤为试验材料,测定其土壤全氮和水解氮含量,同时对不同施肥处理1,10,20,30,40 a后耕层土壤全氮和水解氮含量动态变化进行分析,研究长期不同施肥处理土壤剖面氮素养分分布特征、变化特点及演变特征。结果表明,不同施肥处理土壤全氮和水解氮含量均随土壤深度的增加而逐渐降低,长期有机肥配施化肥能够显著增加表层土壤全氮含量,同一时期增施有机肥处理的表层土壤水解氮含量显著高于不施有机肥。长期单施氮肥处理下,各土壤剖面的全氮含量与不施肥处理趋于一致。长期不同施肥方式下土壤水解氮与全氮之间均呈显著正相关,且施有机肥处理下土壤全氮每增加1.00 g/kg,水解氮则相应增加71.57 mg/kg。综上,长期有机肥配施化肥可显著提高土壤全氮和水解氮含量,提高土壤氮素肥力,而不施肥或偏施氮肥都会导致土壤氮素肥力降低。可见,有机无机配施是灌漠土区土壤培肥的有效措施。

研究硅肥对增温稻田甲烷(CH₄)厌氧氧化与氧化亚氮(N₂O)还原耦合过程的影响效应,为探索稻田温室气体双减排的新途径提供科学依据。设置夜间常温不施硅(CK)、夜间增温不施硅(NW)、夜间常温施硅(Si)和夜间增温施硅(NW+Si) 4个田间处理。采集上述处理后的耕层土壤,在不同气体底物(¹³CH₄、¹³CH₄+N₂O、N₂O)添加条件下进行厌氧培养,采用同位素标记法结合定量PCR技术,研究增温和施硅对稻田N₂O驱动的CH₄厌氧氧化过程的影响效应。结果表明,NW稻田N₂O驱动的CH₄厌氧氧化速率为3.99 nmol/(g·d),与CK稻田无显著差异;Si稻田中该氧化速率仅为1.90 nmol/(g·d),显著低于CK和NW+Si稻田,表明施硅对常温稻田CH₄厌氧氧化与N₂O还原的耦合过程具有抑制作用,而夜间增温对该过程则无显著影响。添加¹³CH₄+N₂O处理下4个稻田的mcrA基因数量达到3.53×10⁷~8.19×10⁷拷贝/g,比¹³CH₄处理高24%~35%,而厌氧pmoA基因则在这2个处理之间无显著差异,说明CH₄厌氧氧化古菌可能直接参与了¹³CH₄氧化和N₂O还原的耦合过程。nosZ Ⅱ基因拷贝数与N₂O驱动的CH₄氧化速率呈显著正相关,表明nosZ Ⅱ型微生物可能在N₂O驱动的CH₄氧化过程中发挥重要作用。与常温稻田不同,施硅对增温稻田的CH₄厌氧氧化与N₂O还原耦合过程并无抑制作用,CH₄厌氧氧化古菌和nosZ Ⅱ型N₂O还原菌可能参与了该耦合过程。

小麦赤霉病是严重威胁小麦安全生产的真菌性病害,利用分子标记辅助选择聚合抗病基因已成为当前抗赤霉病育种的快速有效策略。为建立小麦抗赤霉病基因的高通量筛选体系、创制抗赤霉病新种质并提升四川小麦赤霉病抗性,利用100K SNP芯片对14个四川小麦品种(系)和3个抗赤霉病种质进行全基因组基因型分析。基于已报道的主效抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5的遗传连锁区间,筛选获得与目标基因连锁(Fhb2、Fhb4)或共分离(Fhb5)的SNP位点,并据此开发特异性KASP标记。结果显示,基于100K SNP芯片,17份小麦品种(系)按遗传相似性可以划分为两大类:含有北方小麦遗传背景的抗病种质NMAS070和NMAS069独立成簇,与四川小麦品种(系)间亲缘关系较远;其余15份品种(系)聚为一类并进一步分为2个亚类。功能基因检测揭示抗病亲本携带赤霉病抗性位点,而农艺亲本则富集产量与品质相关优异等位变异。通过SNP位点筛选,在Fhb2、Fhb4连锁区间及Fhb5共分离区间内共鉴定出8个关键SNP位点,据此成功开发4对Fhb2、2对Fhb4和2对Fhb5的特异性KASP标记。验证试验表明,所有KASP标记均能实现精准分型,并已有效应用于赤霉病抗病分子育种实践。开发的小麦抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5高效KASP标记体系为小麦赤霉病抗性改良提供了重要技术支撑,对提升西南麦区小麦品种赤霉病抗性具有重要应用价值。

小麦条锈病是由小麦条锈菌引起的重大病害,严重威胁我国粮食安全。夏孢子是条锈菌繁殖、传播和侵染的关键介质,但其产孢相关基因的调控机制尚不清楚。筛选并验证小麦条锈菌侵染前期高表达的候选基因PsCON6的功能,为解析其致病机制提供新线索。通过同源克隆从小麦条锈菌中获取PsCON6基因,利用qRT-PCR分析其在侵染前期的表达模式。通过生物信息学技术分析预测PsCON6蛋白的氨基酸序列、保守结构域及理化性质。通过寄主介导的基因沉默(BSMV-HIGS)技术瞬时沉默PsCON6,检测寄主活性氧面积、病原菌菌丝长度与面积及病原菌生物量。通过瞬时表达确定PsCON6蛋白的亚细胞定位。PsCON6在小麦条锈菌侵染前期显著高表达,其编码的蛋白含2个conidiation-specific protein 6保守结构域,由83个氨基酸组成。HIGS沉默PsCON6后,寄主活性氧水平显著升高,病原菌菌丝长度和面积显著减少,但孢子量未受显著影响。亚细胞定位表明,PsCON6定位于细胞膜。结果表明,PsCON6可能参与调控小麦条锈菌的菌丝生长过程,但对夏孢子形成无直接影响,其功能可能存在冗余,为揭示条锈菌致病机制提供了新靶点,并为后续深入解析其分子机制奠定了基础。

明确苦瓜黑腐病病原并筛选高效生防芽孢杆菌,为科学防治苦瓜黑腐病提供理论基础。采用组织分离法对苦瓜黑腐病菌的病原进行分离纯化,并进一步依据柯赫法则验证分离病原菌的致病性。通过形态学观察和分子系统发育分析对病原菌进行鉴定。以代表菌株NCKG8.2-4为供试病原,通过拮抗试验比较枯草芽孢杆菌斯氏亚种TEB-1、解淀粉芽孢杆菌 SWB-2、地衣芽孢杆菌 SWB-1、贝莱斯芽孢杆菌 SB023、多粘类芽孢杆菌 SWP-1对苦瓜黑腐病菌的拮抗效果,进一步通过无细胞发酵液梯度抑菌试验,评价拮抗效果最佳菌株发酵液对病原菌的抑菌效果。结果表明,NCKG8.2-4为引起苦瓜黑腐病的病原菌,其ITS、β-Tubulin和GAPDH片段与瓜拟多隔孢的一致性均为100%;且基于β-Tubulin或GAPDH序列的系统发育分析,将其分别与瓜拟多隔孢聚在一支。拮抗试验结果显示,贝莱斯芽孢杆菌SB023对苦瓜黑腐病菌NCKG8.2-4的菌落生长抑制区域最大;同时平板抑菌效果随SB023无细胞发酵液含量的增加而增加,PDA中添加9%的无细胞发酵液对病原菌NCKG8.2-4的抑菌率高达93.7%,其EC₅₀为3.48%。明确了苦瓜黑腐病的病原为瓜拟多隔孢,贝莱斯芽孢杆菌SB023菌株对该病病原具有高效抑菌效果。

肌肉生成依赖于各种细胞内外的信号和因子的相互调控,通过组织和细胞水平探究肌细胞增强因子2A(MEF2A)表达量与其启动子甲基化的调控关系,为关岭牛的遗传发育提供理论参考。以关岭牛为试验对象,首先对关岭牛组织MEF2A表达量与其启动子甲基化水平联合分析。其次,将MEF2A基因的干扰和超表达载体转染至关岭牛原代成肌细胞内,分析MEF2A表达量变化对其启动子甲基化水平的影响。 结果表明,关岭牛犊牛各组织MEF2A表达量高于成年牛,而犊牛组织MEF2A甲基化率低于成年牛,DNMT1表达量趋势与之一致。此外,MEF2A表达量升高导致其甲基化率降低,降低MEF2A表达量则导致其甲基化率升高。从组织和细胞两方面证实关岭牛MEF2A基因表达水平与其甲基化率呈负相关,为遗传标记辅助牛的遗传改良提供了理论依据。

为揭示MYL2基因在牦牛肌肉发育与高原适应性中的作用机制,探索其对牦牛肉品质和生产性能的潜在影响,对帕米尔牦牛MYL2基因进行了克隆与组织表达分析。通过克隆其编码区(CDS)并进行生物学功能预测和不同组织表达谱分析,进一步明确MYL2基因的功能特征。采用实时荧光定量PCR(RT-qRCR)技术,对帕米尔牦牛的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、胰腺以及背最长肌进行MYL2基因表达水平的定量。结果表明,帕米尔牦牛MYL2基因CDS区的长度为501 bp,编码166个氨基酸。同源性比对发现,帕米尔牦牛MYL2基因与野牦牛的亲缘关系最近,相似度可达到100%,与鸡的亲缘关系最远。蛋白分析结果发现,其蛋白分子式C₈₄₂H₁₃₁₃N₂₁₉O₂₆₁S₇,分子质量为18.904 42 ku,理论等电点为4.831;不稳定系数为28.3,表明该蛋白属于稳定蛋白;该蛋白存在1个 N-糖基化潜在位点和15处潜在磷酸化位点;此外,该蛋白结构中不包含跨膜结构和信号肽,主要定位于细胞质膜和细胞壁上;二级结构主要由93个α-螺旋(占比56.02%)、60个无规则卷曲(占比7.83%)和13个β-折叠(占比36.14%)构成。RT-qPCR结果表明,MYL2基因在帕米尔牦牛心脏和背最长肌组织中表达量极显著高于其他组织,提示该基因可能在心肌功能维持与骨骼肌生长过程中发挥关键调控作用。结合蛋白功能预测结果推测,MYL2基因可能通过调控肌肉结构蛋白的表达,参与牦牛心肌与骨骼肌的发育,有助于牦牛在高寒低氧环境中维持良好的运动与产热能力,增强高原适应性。

为分析禽腺病毒血清4型(FAdV-4)感染鸡肝癌细胞(LMH)后环状RNA(circRNA)的表达谱变化,进一步研究circRNA在FAdV-4感染过程中的调控作用,以FAdV-4感染的LMH和未感染细胞为对象进行转录组测序,对差异表达circRNA进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,通过实时荧光定量 PCR(qRT-PCR)对随机挑选的5个circRNA进行验证。结果表明,感染组和未感染组的circRNA分布于绝大多数染色体上,且长度主要集中在300~1 000 bp。差异表达分析筛选出72个circRNA,32个circRNA表达水平显著上调,40个circRNA表达水平下调。GO功能分析,差异circRNA来源基因主要富集在细胞过程、代谢过程、催化活性和核酸结合转录因子活性等进程。KEGG通路分析显示,差异表达circRNA主要富集在Notch信号通路、RNA降解和MAPK信号通路。qRT-PCR结果表明,被验证的5个circRNA表达水平与测序结果趋势一致,进一步验证了测序结果的可靠性。本研究对FAdV-4感染LMH细胞的circRNA表达谱进行分析,并筛选出差异表达的circRNA,为探究circRNA在FAdV-4感染过程中的功能及宿主与FAdV-4互作机制提供数据支持。

为了针对禽戊型肝炎病毒(aHEV)建立一种快速、准确的抗体检测方法,以大肠杆菌原核表达系统表达的CaHEV-GDSZ01株的ORF2蛋白作为包被抗原,对相关反应条件进行优化后确定其最佳工作条件,以建立检测aHEV鸡血清抗体的间接ELISA 方法,并对该方法进行特异性、敏感性和重复性试验,与Western Blot方法进行对比后,初步应用于检测鸡临床血清样本。结果显示,ORF2蛋白被成功表达、纯化,并经Western Blot试验证实,可与aHEV阳性鸡血清发生特异性反应,建立的ELISA的最佳反应条件为:ORF2蛋白以200 ng/孔4 ℃包被过夜(12 h),5%脱脂乳37 ℃封闭1~2 h,血清1∶1 600稀释、室温孵育1 h,兔抗鸡IgY-HRP 1∶5 000稀释、37 ℃孵育90 min,TMB底物37 ℃显色20 min后终止。该ELISA方法可检出稀释51 200倍后的aHEV阳性血清,且不与NDV、AIV-H5、AIV-H9、ALV、REV和MDV等其他鸡源性病毒的阳性血清发生交叉反应;批内、批间重复性试验的变异系数均小于10%,与Western Blot方法的总体符合率达95.12%。通过该方法检测广东不同地区养鸡场的临床血清样本,总阳性率达66.34%。成功建立了一种操作简便、有效,且特异性、灵敏性和重复性均良好的aHEV血清学检测方法,可为基层监测、防控aHEV的感染提供一定的技术支持。

旨在探讨氯甲基蛋氨酸(MMC)对脂多糖(LPS)诱导的仔猪空肠上皮细胞IPEC-J2凋亡及相关蛋白表达的影响,并解析其潜在的作用机制。通过设立空白组、模型组(LPS处理)和试验组(MMC+LPS处理),分析MMC对LPS诱导的IPEC-J2细胞的活力、凋亡率、迁移数及凋亡相关蛋白的影响。结果显示,试验组相较于模型组,细胞活力显著提升了18%,迁移数极显著提升了约2倍,凋亡率极显著降低了40%。MMC抑制了LPS诱导的JNK通路激活,表现为p-JNK蛋白表达水平极显著下降25.5%。进一步分析表明,MMC显著降低了促凋亡蛋白Cleaved-caspase-3和BAX的表达,分别下降了31.5%,26.3%,同时显著提高了抗凋亡蛋白BCL-2的表达水平。综上,氯甲基蛋氨酸通过调控凋亡相关蛋白表达、抑制JNK通路激活,有效缓解LPS诱导的IPEC-J2细胞凋亡,为氯甲基蛋氨酸在猪肠道健康保护中的应用提供了科学依据。