为解析小麦低温胁迫应答机制并挖掘优异抗寒基因资源,通过转录组测序揭示小麦低温响应的关键调控网络,并对候选基因TaGGCT18-6A进行功能验证。结果表明,4 ℃冷处理诱导小麦幼苗分别产生10 893个(6 h处理)和18 784个(24 h处理)差异表达基因,KEGG富集分析显示,差异基因显著富集于MAPK信号转导及谷胱甘肽代谢等通路。基于谷胱甘肽代谢途径关键基因筛选,克隆获得γ-谷氨酰环转移酶基因TaGGCT18-6A。该基因全长1 772 bp,编码218个氨基酸,其编码蛋白具有典型的GGCT-like超家族结构域及核心结构域ChaC。启动子顺式作用元件分析表明,该基因含低温响应元件(LTR)及脱水响应元件(DRE)等胁迫相关元件;表达模式分析发现,TaGGCT18-6A在4 ℃冷处理下呈持续上调趋势。转基因水稻功能验证表明,过表达株系在-4 ℃低温冻害胁迫下相较野生型对照,OE#1、OE#2和OE#3存活率与生物量显著提高,OE#1和OE#2的株高显著提高,OE#1、OE#2和OE#3相对电导率显著降低。经4 ℃冷处理后,过表达株系渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖)积累量较对照显著增加,丙二醛含量降低;SOD、POD和CAT活性显著上升。以上研究表明,TaGGCT18-6A通过调控谷胱甘肽代谢增强抗氧化能力,进而提高植物低温耐受性,为小麦抗寒分子育种提供理论依据和优异基因资源。

为系统解析WRKY转录因子家族成员在小麦生长发育调控及非生物胁迫应答中的作用,研究了TaWRKY基因在干旱、高盐、低温等逆境条件下的表达模式特征。以普通小麦品种中国春为材料,通过分子克隆技术获得TaWRKY70基因,其编码区全长885 bp,编码294个氨基酸的不稳定亲水性蛋白。生物信息学分析表明,该蛋白具有典型的WRKYGQK保守结构域及C₂HC型锌指结构,符合第Ⅲ类WRKY转录因子的分类特征。通过启动子顺式作用元件分析发现,TaWRKY70启动子区域存在参与茉莉酸甲酯响应、脱落酸响应、乙烯响应等调控元件。基因共表达分析表明,TaWRKY70与小麦对激素响应、对微生物的防御反应、对寒冷等非生物胁迫的应答等多个抗逆过程相关。系统进化树分析表明,TaWRKY70蛋白与大麦、玉米、高粱和谷子等禾本科作物的WRKY70亲缘关系较近。亚细胞定位结果证明,TaWRKY70定位于细胞核,符合转录因子特征。通过表达模式分析发现,TaWRKY70在小麦根、茎、叶、幼穗和籽粒中均有表达,并且在根和叶中表达较高。在非生物胁迫下,TaWRKY70在脱落酸和低温处理下表达下调,在水杨酸、NaCl、PEG6000和高温处理下表达上调。综上,通过克隆小麦TaWRKY70基因并分析其表达模式,为下一步解析TaWRKY70参与小麦抗逆的分子机制提供了基础。

小麦优质亚基7^OE在优质小麦培育方面具有重要作用,虽然针对该优质亚基已开发了高通量的KASP标记,但与由SNP开发的KASP标记不同,仍存在无法有效区分纯合与杂合的问题。为明确7^OE亚基是否纯合的问题,以含有7^OE亚基的津强6号(含7^OE+8^*亚基)和不含7^OE亚基的科农199(含7+9亚基)及其杂交后代为材料,把小麦的Waxy-D1基因作为内参基因,利用KASP标记中使用的通用双色荧光,通过定量PCR检测7^OE基因相对内参基因的相对拷贝数来确定7^OE基因是否存在以及是否纯合,并用相关分子标记对检测结果进行验证。结果表明,含7^OE基因的亲本津强6号相对拷贝数最高,不含7^OE基因的亲本科农199相对拷贝数为0,其杂交F₁相对拷贝数居中,3种类型很容易分开。在其F₂分离群体,7^OE基因的相对拷贝数也很容易分为高、中和0 3种类型,对其中检测为7^OE基因纯合与杂合的基因型进一步用9亚基的PCR标记(能同时检测分别与7亚基和7^OE亚基紧密连锁的9亚基和8^*亚基)进行检测,检测结果完全一致。建立的高通量7^OE通用双色荧光定量PCR标记能准确区分7^OE亚基是否存在以及是否纯合,对促进优质亚基7^OE的分子标记辅助选择具有积极作用。

以粳稻品种中花11为背景,构建OsAAP8超表达转基因株系,通过对其农艺性状和品质性状进行检测分析,探究OsAAP8超表达对水稻生长发育和稻米品质的影响,为利用OsAAP8进行优质高产水稻新品种的分子设计育种提供理论依据。结果显示,与转基因阴性对照植株相比,OsAAP8超表达转基因阳性植株的株高显著降低、分蘖数显著减少,单株产量显著降低。品质性状检测结果显示,OsAAP8超表达转基因阳性稻米中谷氨酸含量、苏氨酸含量、必需氨基酸含量、总氨基酸含量、蛋白质含量、直链淀粉含量、胶稠度和糊化温度均显著升高,总淀粉含量和糙米率没有显著变化,游离脂肪酸含量、食味值、精米率和整精米率显著降低。光学显微镜和扫描电镜观察结果显示,OsAAP8超表达转基因阳性稻米的垩白率和垩白度显著升高,垩白面积没有显著变化,淀粉粒的形状和排列方式没有发生明显改变。粒型检测结果显示,OsAAP8超表达转基因阳性稻米的粒长、粒宽和粒厚均未发生显著变化。以上结果表明,OsAAP8超表达不利于水稻生长发育,但能够显著改善稻米的营养品质,这为高品质水稻新品种培育提供重要信息。

TCP家族成员是植物特有的转录因子,在植物生长、代谢活动及逆境应答等关键生物过程中发挥不可或缺的作用。为了解TCP基因家族在花魔芋基因组中的数量、分布和表达等情况,利用生物信息学技术对AkTCP家族基因进行鉴定,分析该家族成员的理化性质、亚细胞定位、共线性、基因结构及进化关系,采用qRT-PCR技术分析响应生物、非生物胁迫的基因表达情况。结果表明,花魔芋全基因组中鉴定出30个TCP家族成员,其蛋白包含135~562个氨基酸残基,分子质量为15.08~57.20 ku,等电点为4.96~11.49,大部分为碱性蛋白,均为不稳定的亲水性蛋白,主要分布在细胞核上,其基因在染色体上不均匀分布。AkTCP共线性基因仅在花魔芋8条染色体中分布,包含4个染色体间共线性事件和5个染色体内共线性事件。AkTCP基因结构较为简单,大部分不含内含子,均含有高度保守的TCP结构域,可分为Class Ⅰ和Class Ⅱ 2个组别,Class Ⅱ又分为CIN和CYC/TB1 2个亚类。启动子顺式作用元件分析结果显示,AkTCP启动子上含有多个生理响应、光响应、植物激素和逆境胁迫响应等元件。qRT-PCR分析结果表明,AkTCP家族成员参与了干旱胁迫、盐胁迫、茉莉酸甲酯和软腐病原菌侵染应答过程并作出积极响应。

为了明晰甘蓝型油菜油脂积累的调控网络,选育高含油量油菜品种。以4个油菜自交系材料开花后25,35,45 d的种子转录组数据为样本,基于转录组和关联分析结合挖掘影响含油量的候选基因。转录组分析检测到1 530个基因在3个不同时期都存在差异表达,其中包括986个上调表达基因和544个下调表达基因。对这些差异表达基因进行GO富集分析,检测到83个油脂合成基因,79个油脂降解基因,21个油脂转运基因和80个转录因子。对差异表达转录因子进一步分析,检测到BnTT8、BnGL2、BnNAC082等基因。结合50份重测序甘蓝型油菜在2 a 3个不同区域的含油量表型,利用全基因组关联分析(GWAS)检测到BnNAC082-A03基因外显子区域的4个SNP与含油量显著关联,并检测到该基因区域存在2个单体型等位基因且BnNAC082-A03_Hap1对应材料的含油量显著高于BnNAC082-A03_Hap2对应材料。利用分析获得的转录组数据构建共表达网络,在子网络中检测到BnNAC082-A03与BnTT8-A09和BnGL2-C06直接相连,形成了影响种子油脂积累的潜在分子调控网络。

为了探究扁蓿豆MrAGL8基因与裂荚性状间的联系。以扁蓿豆为植物材料,利用PCR技术扩增MrAGL8基因并克隆测序,并对该基因进行生物信息学分析、亚细胞定位和不同组织器官的表达分析。结果表明,利用PCR扩增技术克隆获得了长度为711 bp的MrAGL8 cDNA完整编码区。生物信息学分析显示,MrAGL8基因编码236个氨基酸,MrAGL8包含MADS-box和K-box蛋白结构域,预测其蛋白质分子质量为27.39 ku,理论等电点为8.69,带正电氨基酸残基总数为39个,带负电氨基酸残基总数为36个,不稳定系数为48.5。预测蛋白质二级结构包含α-螺旋和β-转角,属于不稳定的亲水碱性蛋白。亚细胞定位分析显示,MrAGL8定位于细胞核中。不同组织器官的表达分析结果显示,MrAGL8在不同组织中的表达量为茎>根>荚果>叶>花,且根和茎与叶、花、荚果的表达量差异显著。结果表明,扁蓿豆MrAGL8基因与荚果开裂相关。

为了明确导致薄皮甜瓜果实香味差异的酯类物质及其关键酶活性和基因的相关性,以薄皮甜瓜DX108和DX3-5果实为试验材料,研究了果实酯类代谢物的差异及羧酸酯酶(CXE)和醇酰基转移酶(AAT)活性和基因表达特性。结果表明:薄皮甜瓜果实中共检测到644种代谢物,其中酯类物质114种;成熟果实中共检测到差异代谢物108种,差异的酯类物质23种;与DX3-5相比,DX108成熟果实中酯类物质种类与含量增加明显,表明酯类物质是薄皮甜瓜成熟果实香气形成差异的关键物质;K-均值聚类分析法发现乙酸异戊酯、乙酸2-甲基丁酯、β-苯乙酸乙酯、乙酸对甲酚酯、乙酸己酯、苯乙酸甲酯、邻氨基苯甲酸甲酯和己酸乙酯是造成2个薄皮甜瓜品种成熟果实香味差异的关键酯类物质。此外,果实AAT和CXE活性变化趋势相反,暗示了AAT和CXE协调影响了酯类物质的代谢;随着果实的发育,AAT和CXE基因家族成员的表达特性存在差异,且相关性分析暗示了CmCXE5、CmCXE6和CmAAT5参与了薄皮甜瓜成熟果实中8种差异酯类物质的代谢。由上可知,8种关键酯类物质合成与积累差异是导致2种薄皮甜瓜成熟果实香味差异的重要原因,且CmCXE5、CmCXE6和CmAAT5可能发挥了主要调节作用。

为解决西辽河平原盐碱地耕层较浅、犁底层上移、土壤盐碱化等问题,于2020—2021年在内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗花吐古拉镇开展田间试验。设置2种耕作方式(传统旋耕与粉垄耕作)、2个灌溉定额(2 100,2 700 m³/hm²)以及覆膜与浅埋措施,共6组试验处理,分别为2 100 m³/hm²灌溉定额+传统旋耕+浅埋(CK×NM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+传统旋耕+覆膜(CK×DM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+浅埋(FA×NM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+覆膜(FA×DM)、2 700 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+浅埋(FB×NM)、2 700 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+覆膜(FB×DM)。分析不同灌溉定额下粉垄耕作与覆膜处理对0~40 cm土层土壤性质结构、盐碱含量和玉米产量的影响。结果表明,相较于CK×NM处理,在0~40 cm土层,粉垄耕作+覆膜处理的土壤容重降低8.4%~22.9%、土壤总孔隙度提高4.9~14.8百分点、土壤三相比R值降低34.6%~88.2%,其中,FB×DM处理的土壤容重、总孔隙度、三相比R值分别显著降低20.0%,-13.1百分点和88.2%;20~40 cm土层播种后土壤含水量提高5.5~12.1百分点,7.5~17.5 cm土层的土壤硬度提高33.4%~397.5%,其中,FB×DM处理的土壤含水量、硬度分别显著提高12.1百分点,214.3%;FB×DM处理CO₂通量显著提高496.4%。相较于CK×NM处理,粉垄耕作+覆膜处理降低0~40 cm土层土壤pH值、总碱度、电导率和全盐量,降低幅度分别为0.7%~10.9%,2.5%~67.5%,24.3%~68.7%和10.3%~81.0%。其中,FB×DM处理的土壤pH值、总碱度、电导率和全盐量分别显著降低10.9%,48.2%,59.2%和80.0%。玉米出苗率、穗鲜质量和产量较CK×NM处理分别提高13.2~20.1百分点,52.5%~68.2%和22.4%~45.5%,其中,FB×DM处理的出苗率、穗鲜质量和产量分别显著提高20.1百分点,68.2%和45.5%。综合改良效果和玉米产量考虑,认为2 700 m³/hm²灌溉定额下粉垄耕作+覆膜处理(FB×DM)为西辽河平原盐碱地较为适宜的耕作模式。

为探究播期推迟对小麦生长发育、籽粒产量和品质性状的影响,采用豫农907(YN907)和豫农922(YN922)2个高产优质小麦新品种,设置10月22日(S1,常规播期)、10月31日(S2,迟播9 d)和11月9日(S3,迟播18 d)3个播期,研究迟播对小麦物候期、籽粒产量和面粉品质性状的影响,分析迟播条件下温度特征与小麦产量及品质性状的关系。结果表明,与常规播期相比,YN907和YN922两年度全生育期随播期推迟而缩短,冬前积温、抽穗前日均温及有效积温随播期推迟递减,而抽穗后日均温及有效积温递增,全生育期有效积温呈下降趋势。YN907和YN922在S3处理下两年度全生育期有效积温较S1处理分别降低243.95,222.10 ℃·d(2022—2023),136.30,189.40 ℃·d(2023—2024);产量及构成要素随迟播呈下降趋势,产量降幅达6.45%~17.26%;与常规播期相比,迟播条件下湿面筋含量、蛋白质含量有所提升。气候变暖和农业经营规模化背景下小麦生产中可以利用调整播期以适应温度变化和生产经营模式变革,小麦新品种豫农907和豫农922在10月22日播种产量水平最高,播期推迟至10月31日能维持较高产量水平同时提高籽粒蛋白质含量,播期继续推迟,籽粒蛋白质含量显著提高但会造成产量显著降低。

黄籽油菜因菜油的外观、品质好等优势深受消费者欢迎,但后代性状分离不稳定,严重影响其大面积应用。为解析黄籽油菜性状分离不稳定的内在原因,探寻黄籽油菜中黄色籽粒和黑色籽粒之间内在生理机制存在的差异,以甘蓝型黄籽油菜(CK)为材料,对其分离后代中的黄色(Y)、黑色(B)籽粒植株的农艺性状、生理生化指标、种皮颜色相关基因等之间的表达差异开展了研究。结果表明:分离后代中,Y的根茎粗和株高均优于CK和B,B的株高分别与CK、Y呈显著差异,B的根茎粗与Y呈显著差异。Y的病害指数为1.97,CK和B的病害指数分别为2.55,3.33,表明Y在抗病性方面优于CK和B。在9—10叶期Y叶片中的丙二醛(MDA)含量最低,花期Y和CK花中的过氧化物酶(POD)活性持续上升,表明黄籽油菜抗逆能力较强。7—8叶期和9—10叶期B和Y中TT18、TT8基因的表达量均高于CK,终花期B和Y中TT18基因的表达量显著低于CK。授粉后28 d Y种子中MYB47基因的表达量最高,分别为CK的5.56倍和B的5.79倍。TT8基因在授粉后21 d的Y中表达量最高,分别为CK和B的3.30,2.29倍。黄籽油菜在含油量、抗逆等方面均有明显优势,因而大力发展黄籽油菜可为提高菜油供应量,解决我国食用油安全提供新思路。

为探究不同冠层光环境下苹果叶肉导度及其关键参数以及光合生化参数的变化,以开心形富士系苹果树为试验材料,对苹果树实施间伐后测定了冠层光环境、光合生化参数和叶片组织结构,以未实施间伐的苹果树为对照(CK)。结果表明,间伐处理比对照的光合有效辐射(PAR)日最大值和日均值的峰值分别提高23%和166%,平均值分别提高43%和123%;间伐处理的吸光系数与光能分配比例的乘积(α·β)和光下暗呼吸速率(R_d)值分别比对照提高了84.62%,56.00%,表观CO₂补偿点(C_i^*)比对照降低了6.67%;采用量化的α·β值计算的叶肉导度(g_m)的平均值处理比对照分别提高9.89%,采用经验的α·β值(0.425)计算的叶肉导度(g_m')的最大值和平均值处理比对照分别提高20.65%,39.38%;处理和对照均表现为g_m'整体高于g_m而出现偏差,处理和对照g_m'比g_m的平均值分别高估54.33%,21.67%;由P_n-C_i(不考虑叶肉导度)、P_n-C_c'(采用α·β经验值)和P_n-C_c(采用α·β量化值)响应曲线拟合得到的V_cmax存在显著差异(处理的V_cmax-Ci和V_cmax-Cc'分别比V_cmax-Cc低估了40.59%,19.85%),且表现为间伐处理显著高于对照(V_cmax-Ci、V_cmax-Cc'和V_cmax-Cc分别提高了11.21%,5.85%,10.69%);J_max和V_tpu的情况与V_cmax类似。叶片解剖结构表明,间伐处理比对照的栅栏组织(PT)厚度和海绵组织(ST)厚度平均值分别显著提高了43.95%,43.31%;间伐处理的PT和ST的面积和周长比对照分别显著提高了43.60%,310.86%和34.73%,115.82%。综上,间伐处理后,苹果冠层受光条件得到改善,叶片结构改变,进而提高了植株的光合效率。

为探究3种外源氨基酸对高温胁迫下番茄幼苗生长发育的影响,以番茄幼苗为试验材料,以常温25 ℃/18 ℃(昼/夜)下清水处理(Control)和高温40 ℃/30 ℃(昼/夜)下清水处理(Heat)为对照,高温下采用5 mmol/L γ-氨基丁酸(GABA)、0.2 mmol/L 5-氨基乙酰丙酸(ALA)和5 mmol/L脯氨酸(Pro)进行叶面喷施处理,测定幼苗的生长表型、抗氧化酶活性、光合参数等指标。结果表明,高温胁迫显著降低了番茄幼苗的株高、茎粗以及生物量积累;与Heat处理相比,高温胁迫下,喷施GABA、ALA和Pro均显著提高了番茄幼苗的株高和茎粗,促进了根系发育,提高了生物量积累和相对生长速率。高温胁迫下,番茄幼苗的叶绿素含量、净光合速率显著下降;ALA处理的叶绿素含量高于其他处理,GABA处理的净光合速率最优。与Heat处理相比,喷施GABA和ALA显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。高温胁迫下,Pro处理叶片的相对电导率和MDA含量最低,基本恢复至常温对照水平。通过聚类分析和主成分分析探究了3种外源氨基酸缓解高温对番茄幼苗生长发育胁迫的机制差异,GABA和ALA主要通过耦合调控幼苗叶绿素含量、抗氧化酶活性,提高光合速率,促进植株生长,从而增强抗高温胁迫能力;而Pro则主要通过降低叶片相对电导率和MDA含量,更倾向于渗透调节。

为研究不同施氮量对水稻产量、吸氮量、土壤肥力情况的影响,以水稻品种富源4号为试材,在2021—2023年研究不同施氮水平对引黄灌区水稻产量和氮肥利用效率及土壤耕层肥力的影响。施氮360 kg/hm²处理较其他处理产量有显著增加,平均产量9.4 t/hm²,较不施氮处理增加182.94%,较施氮210,240 kg/hm²产量增加40.72%,26.34%。从产量构成因子来看,产量增加主要是穗粒数及有效穗数增加,过量施氮会造成千粒质量降低。对3 a结果进行平均,氮肥利用率以施氮240 kg/hm²处理最高达26.93%,氮肥偏生产力随着施氮量增加而降低。各处理有机质以施氮210 kg/hm²处理平均值最高为18.60 g/kg。各施氮处理较不施氮处理土壤全氮含量增加7.61%~15.67%,随着试验年份增加,施氮360 kg/hm²处理土壤全氮含量降低。施氮360 kg/hm²处理土壤全磷含量逐渐降低,其他施氮处理维持在0.85 g/kg左右。施氮处理随着施氮量增加,全钾含量逐渐降低,施氮360 kg/hm²处理较施氮120,210,240 kg/hm²处理分别降低23.74%,22.16%,8.85%。 土壤速效磷随试验年限呈上升趋势,各处理间随时间变化幅度增加,随着施氮量增加呈先升高后降低趋势,施氮240 kg/hm²处理在2023年较其他处理土壤速效磷显著增加。各处理土壤速效钾随试验年限变化不明显。综合考虑作物产量、氮肥利用率和土壤肥力,施氮240 kg/hm²可平衡环境和生产要求。

为探究氮硒肥配施对油用亚麻非结构性碳水化合物、产量及品质的影响,以陇亚11号为供试材料,采用田间二因素裂区试验,研究了氮肥(N0:0 kg/hm²、N1:75 kg/hm²、N2:150 kg/hm²)和硒肥(Se:0 g/hm²、Se1:30 g/hm²、Se2:60 g/hm²)配合施用对旱地油用亚麻非结构性碳水化合物、产量及品质的影响。结果表明:随生育进程的推进,油用亚麻茎秆和叶片可溶性糖含量均逐渐降低,茎秆淀粉含量则相反。同一硒肥水平下,施氮显著提高了茎叶可溶性糖含量、淀粉含量、干物质积累量、分枝数、有效果数、果粒数、产量及籽粒蛋白质和油酸含量,在N2水平下达最高,且成熟期增幅较大。不同施氮水平下,N1和N2配施硒肥显著增加了茎叶可溶性糖含量和淀粉含量,提高了干物质积累量、分枝数、有效果数、果粒数、千粒质量、籽粒产量、籽粒蛋白质含量、含油率、油酸和木酚素含量。各处理中,N2Se1处理显著提高了成熟期茎叶可溶性糖、淀粉含量和干物质积累量,且有效果数、果粒数和千粒质量均显著高于其他处理,其中较N2Se0处理显著增加了12.35%,3.89%,4.18%,籽粒油酸含量较其他处理显著高出2.44%~25.64%,籽粒产量达1 700.50 kg/hm²。综上,150 kg/hm²氮肥与30 g/hm²硒肥配施可显著增加试区油用亚麻茎叶非结构性碳水化合物含量和干物质积累量,提高籽粒产量和油酸含量,改善品质。

为探明有机肥部分替代化肥对青东黄土高原土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响,利用2022年建立的有机肥部分替代化肥马铃薯(青薯9号)连作田间定位试验,研究了有机肥部分替代化肥对青东黄土高原马铃薯农田土壤生态化学计量特征的影响,试验共设置不施肥(CK)、100%化肥(T1)、30%有机肥+70%化肥(T2)、50%有机肥+50%化肥(T3)、70%有机肥+30%化肥(T4)5个处理,测定土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量及土壤-微生物量生态化学计量学特征。结果表明,相比2022年,2023年各施肥处理的土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量均表现为增加趋势,而不施肥处理则呈降低趋势。不同土层间,各指标含量均随土层深度增加而逐渐降低。不同处理间,按各指标含量高低排序均为T3>T4>T2>T1>CK。在0~30 cm土层,T3处理下土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量比CK平均分别提高6.88%,17.65%,17.88%,84.71%,77.01%,65.67%,80.07%,54.91%。而各土层的土壤C∶N和C∶P均为CK处理最高。在4种施肥处理中,土壤C∶N、微生物量C∶N和C∶P均表现为T3处理最低;除2023年0~10 cm土层外,各土层土壤C∶P也表现为T3最低,而T1处理微生物量N∶P在所有施肥处理中最低。随土层加深土壤C∶N和C∶P呈升高趋势。相关性分析表明,有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷相互之间均呈极显著正相关关系。综上,有机肥替代化肥不仅能够提高土壤养分和土壤微生物量含量,还能使土壤生态化学计量学特征产生改变,且以50%有机肥+50%化肥配施处理效果最好。

旨为分析秸秆还田配施菌肥对红花产量及土壤养分有效性的影响,以红花品种豫红花1号为研究对象,采用红花-玉米一年两熟制的种植方法,设置6个施肥处理:空白(T1)、秸秆还田(T2)、秸秆+枯草芽孢杆菌菌肥(T3(125 kg/hm²)、T4(250 kg/hm²))、秸秆+胶质芽孢杆菌菌肥(T5(125 kg/hm²)、T6(250 kg/hm²))。结果表明,2023,2024年连续秸秆还田配施菌肥对土壤氮磷钾化学计量特征及产量影响显著。在土壤化学计量特征方面,提升土壤全氮(TN)均以T5处理最佳,提升土壤全磷(TP)、全钾(TK)均以T3处理最佳,提升土壤有机质(SOM)均以T4处理最佳,2 a间土壤N∶P、K∶P、N∶K差异显著,但升降规律基本相同,各处理受限因子均为N、P元素。在产量方面,提升花丝产量均以T4处理最佳,2 a分别提升了62.53%,52.99%;提升花籽产量以T4、T5处理效果显著,2 a中T4分别提升了7.51%,8.81%,T5分别提升了8.28%,8.59%。土壤TN、N∶P、N∶K、花丝与花籽产量呈极显著正相关,土壤TN、SOM与花丝产量之间呈显著或极显著正相关。综合来看,2 a连续秸秆还田配施菌肥中T3处理提升土壤氮磷钾及有机质含量方面效果最佳,各处理土壤均受到N、P元素限制;T4处理在提升红花花丝、花籽综合产量方面效果最为显著。

探究马铃薯基因StEXLB1a的表达模式和功能,为后续马铃薯病害的抗性研究提供理论依据。在东北农业大学植物资源与分子生物学实验室前期研究基础上,以马铃薯大西洋品种为材料,克隆了StEXLB1a基因并对其进行了生物信息学、表达模式和抗病功能初步分析。结果表明:StEXLB1a基因cDNA全长序列768 bp,编码255个氨基酸,注释显示其属于扩展蛋白家族基因。亚细胞定位显示,该蛋白定位于细胞壁上。在马铃薯不同组织中,StEXLB1a基因在叶中表达量最高,根和地上茎其次,在花和块茎中最低。在激素(吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸)、逆境(高温、低温、盐、干旱)和真菌病害干腐病(燕麦镰孢菌)、细菌病害软腐病(胡萝卜软腐欧文氏菌)及青枯病(茄科雷尔氏菌)等多种胁迫处理下,StEXLB1a基因的表达量在各个处理中均有显著变化。获得过表达转基因马铃薯植株后,接种干腐病致病菌燕麦镰孢菌,转基因比野生型植株叶片受到病菌的侵染严重。过表达植株中的活性氧清除系统相关酶活性发生显著变化,POD、SOD活性受到抑制,MDA含量高于野生型植株,植株受损程度加重。分析结果表明,过表达StEXLB1a的转基因马铃薯植株相较野生型对干腐病的抗病性下降。

过氧化氢酶(CAT)在植物抵抗外界生物胁迫中发挥着重要作用。为了探究StCAT1与StCAT3基因在马铃薯抗早疫病菌侵染过程中的作用,通过RT-PCR方法克隆得到了StCAT1与StCAT3的cDNA,测序结果表明,这2个基因的全长均为1 479 bp,均编码493个氨基酸。通过构建系统发育树发现,StCAT1与番茄的SlCAT1有高度同源性,StCAT3与番茄SlCAT3还有彭氏番茄的SpCAT3有高度同源性。茄链格孢侵染马铃薯6 d后,StCAT1显著上调约3.9倍,StCAT3显著上调约8.7倍。进一步构建了StCAT1与StCAT3共沉默载体,利用VIGS技术对StCAT1与StCAT3进行瞬时共沉默,利用qRT-PCR筛选获得了StCAT1与StCAT3有效共沉默马铃薯株系VIGS-3。对马铃薯沉默株系接种早疫病菌,沉默株系的叶片病斑面积显著大于对照组,其与对照组相比增大42%,表明StCAT1与StCAT3共沉默后可降低马铃薯植株的早疫病抗性。同时,利用DAB染色法测定了共沉默株系叶片的H₂O₂水平,发现沉默株系的H₂O₂含量显著高于对照组,共沉默株系叶片的DAB染色强度是对照组的3.8倍。上述结果表明,StCAT1与StCAT3可通过调节H₂O₂水平介导马铃薯对早疫病的抗性,为揭示StCAT1与StCAT3在马铃薯抗早疫病中的分子调控机制奠定理论基础。

为探究马铃薯miR7997家族响应晚疫病原菌侵染的分子机制,以马铃薯Desiree为试验材料,对马铃薯miR7997家族序列特征、靶基因预测、表达模式和Stu-miR7997与靶基因在晚疫病胁迫下的表达特性进行分析。结果表明:马铃薯miR7997家族由3个成员Stu-miR7997a/b/c组成,分布于2条染色体上,成熟体序列高度保守,其中Stu-miR7997a/b成熟体序列完全相同;Stu-miR7997s前体序列均可形成典型的茎环二级结构,最小折叠自由能为-37.00~-49.50 kcal/mol,成熟体均位于前体5'端臂上,Stu-miR7997c在序列长度和功能元件分布上与Stu-miR7997a/b明显不同;启动子分析显示,Stu-miR7997s含光响应、激素响应、转录因子响应及胁迫防御相关元件。靶基因预测结果显示,Stu-miR7997家族共鉴定出19条靶基因,绝大多数靶基因受Stu-miR7997家族共同调控;组织特异性表达测定结果显示,Stu-miR7997s在马铃薯的各组织部位中均有不同程度的表达,Stu-miR7997a/b在茎中表达量最高,Stu-miR7997c在根部表达量最高。晚疫病致病疫霉侵染后,Stu-miR7997家族均显著下调表达,其靶基因转录因子MYB92、NAD(P)H-醌氧化还原酶及果胶裂解酶基因的表达显著上调,Stu-miR7997家族可能通过负调控靶基因表达,间接影响马铃薯的抗病反应,为进一步研究马铃薯miR7997基因家族在马铃薯抗晚疫病中的作用机制提供理论基础。

前期研究发现大麦条纹病菌β-葡萄糖苷酶基因PgβGlu4在侵染阶段高表达,为了深入研究该基因的功能,构建PCE2-EGFP-PgβGlu4的亚细胞定位载体转化水稻原生质体,观察PgβGlu4在水稻组织中的定位;同时构建PgβGlu4基因RNAi载体,利用CaCl₂-PEG4000介导法制备QWC原生质体进行遗传转化;通过检测突变株的营养生长和致病性对PgβGlu4基因功能进行了分析。PgβGlu4与不同病原菌同源蛋白序列的进化树分析显示,PgβGlu4与小麦黄斑叶枯病菌具有较近的亲缘关系;亚细胞定位结果显示,PgβGlu4主要在细胞核与细胞膜中表达;经潮霉素验证得到4株PgβGlu4基因突变体;qRT-PCR分析结果表明,4个RNAi突变株PgβGlu4基因表达量较野生株分别下降了66.31%,68.60%,54.37%,69.89%;突变株菌落直径显著小于野生株,侵染大麦后发病率较野生株侵染组分别降低了56.69,52.76,47.43,53.30百分点;干扰突变株侵染后大麦叶片叶绿素相对含量为30.3~35.0,3个干扰突变株系侵染组大麦显著高于野生组;PgβGlu4基因沉默前后侵染大麦对其株高影响显著。结果表明,PgβGlu4基因参与调控大麦条纹病菌生长发育及其致病性。

为探讨STAT3基因单核苷酸多态性与绵羊泌乳性状的关联性,选择414只泌乳期奶绵羊为试验对象,用RT-qPCR技术检测STAT3基因在乳腺等7个组织中的表达,用Sanger测序技术检测STAT3基因单核苷酸多态性,用五引物扩增受阻突变体系(PARMS)技术对其进行分型,并分析该基因核苷酸序列变异对绵羊泌乳性状的影响。RT-qPCR结果发现,STAT3基因在肺脏中表达量最高,肝脏和乳腺组织次之,脾脏中最低。在绵羊STAT3基因中共鉴定到c.22+537 C/T、c.22+658 C/T、c.318+126 C/G、c.417+360 G/A和c.417+395 T/C 5个新的SNPs,每个SNPs位点均检测到3种基因型。相关性分析发现,c.318+126 C/G位点处的CC型个体的乳脂率高于GG型个体,c.22+537 C/T位点处的CC型、c.22+658 C/T位点处的CC型、c.417+360 G/A位点处的GG型以及c.417+395 T/C位点处的TT型个体均具有较高的乳脂率和干物质含量。单倍型组合H1H7对乳脂率、干物质含量以及灰分含量有显著正效应,H1H2个体的日均泌乳量比H1H7提高了0.266 kg。综上,筛选到5个STAT3基因的核苷酸变异位点,可为奶绵羊泌乳性状的分子选种提供理论依据。

为了明确PRKAA1基因在山羊肌内前体脂肪细胞脂质沉积中的作用,通过RT-PCR方法克隆山羊PRKAA1基因的完整CDS区,并开展生物信息学分析;利用双酶切法构建PRKAA1基因过表达载体,并转染山羊肌内前体脂肪细胞。通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测PRKAA1基因在幼年期与青年期背最长肌的表达水平,同时检测前体脂肪细胞在诱导分化过程中PRKAA1基因的表达水平及脂代谢相关基因的表达。采用油红O染色法对PRKAA1基因在脂滴形成过程中的作用进行了观察和研究。研究结果表明,山羊PRKAA1基因的核苷酸序列总长为2 520 bp。其中,5'非翻译区(UTR)包含3 bp,编码区(CDS)长达1 680 bp,而3'非翻译区(UTR)则为837 bp,该基因所编码的蛋白质由559个氨基酸残基组成。山羊PRKAA1基因的亲缘关系分析结果显示,绵羊被确定为其最近的亲缘物种,其次是牛、猪、海豚、人、小鼠、大鼠,而鸡是亲缘关系最远的物种。PRKAA1基因在9月龄背最长肌中的表达水平低于2月龄的,诱导分化前体脂肪细胞过程中均存在表达,且在第6天达到最高。在过表达PRKAA1基因的试验中,山羊肌内前体脂肪细胞脂滴含量显著减少。此外,与脂肪代谢相关的基因,如SREBP1-c、FASN、ACC、AGPAT6、PLIN1、ATGL、ACOX1表达均显著下调,且其变化具有统计学意义。然而,DGAT1、DGAT2、LPL和HSL这几个基因的表达水平并未表现出显著变化。这些结果表明,PRKAA1基因的过表达可能通过多种代谢途径影响脂质沉积,具体而言,它能够抑制脂肪酸的从头合成、降低脂肪的合成速率,并提高脂肪的降解速率。这些机制共同作用,从而抑制山羊肌内前体脂肪细胞中的脂质沉积。

为明确山羊边缘区B细胞和B1细胞特异性蛋白(MZB1)在山羊的肌内脂肪分化中起到的调控作用,首先克隆山羊 MZB1 基因实际序列,并对序列进行生物信息学分析获得相关生物学特征;随后利用实时荧光定量PCR(qPCR)绘制山羊 MZB1 组织与细胞时序表达谱;最后转染山羊MZB1过表达质粒至细胞内并进行诱导分化,通过形态学观察及 qPCR 等试验确定过表达山羊MZB1基因对该分化过程的影响。结果表明:山羊MZB1基因序列全长共计860 bp,CDS 区长度为570 bp;山羊 MZB1 基因共编码189 aa;山羊MZB1蛋白属于酸性蛋白且带负电,该蛋白在细胞中可以稳定存在。山羊心脏、肝脏等8个组织均检测到山羊MZB1表达且在脾脏中表达量最高。在油酸诱导山羊肌内脂肪细胞分化72 h后,山羊MZB1表达量极显著高于诱导分化前。山羊 MZB1过表达增加山羊肌内脂肪细胞中的脂滴数量和大小;FASN、PPARγ、C/EBPα、SREBP1、C/EBPβ表达水平极显著上调。以上结果表明,MZB1促进山羊肌内脂肪细胞分化,且这种促进作用可能通过上调脂肪分化标志基因PPARγ、C/EBPα、C/EBPβ,脂肪酸合成标志基因SREBP1、FASN的表达来实现。

为研究姜黄素(CUR)通过调控自噬改善转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导的奶牛子宫内膜上皮细胞系(BEND)上皮-间充质转化(EMT)的作用机制,使用不同浓度TGF-β1(2.5,5.0,10.0 ng/mL)诱导EMT模型;应用Western Blot检测不同浓度姜黄素(5,10,20 μmol/L)对TGF-β1诱导的BEND EMT相关蛋白和自噬相关蛋白表达的影响;免疫荧光检测细胞EMT相关蛋白(E-cadherin、N-cadherin、α-SMA)的表达水平;使用自噬抑制剂氯喹(CQ)(10 μmol/L)处理BEND,检测EMT相关蛋白和自噬相关蛋白的表达。TGF-β1诱导的BEND中E-cadherin、Beclin-1和LC3蛋白表达水平显著降低,N-cadherin、α-SMA和P62蛋白表达水平显著上升;而姜黄素处理能够显著增加E-cadherin、Beclin-1、LC3蛋白表达水平,显著降低N-cadherin、α-SMA和P62蛋白表达水平;CQ处理后相较于姜黄素处理能够显著增加N-cadherin、α-SMA、P62和LC3蛋白表达水平,显著降低E-cadherin和Beclin-1蛋白表达水平。姜黄素可以通过促进自噬改善TGF-β1诱导的BEND EMT功能。

为明确中国大鲵Galectin-3基因的分子生物学特征以及染菌前后的表达模式,通过RT-PCR技术对大鲵Galectin-3基因进行了扩增,通过生物信息学技术分析其理化性质和蛋白结构,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测了嗜水气单胞菌侵染前后中国大鲵不同组织中Galectin-3的表达情况。结果表明,大鲵Galectin-3基因CDS区长度为351 bp,编码116个氨基酸,理论等电点(pI)为5.87,相对分子质量为13.53 ku,为稳定的亲水蛋白,定位于细胞质;结构分析显示,大鲵Galectin-3蛋白含有一个GLECT结构域;系统发育进化树显示,大鲵Galectin-3氨基酸序列与双条吻蚓的亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示,大鲵Galectin-3在所测各组织中均有表达,且在皮肤中的相对表达量最高;在大鲵肝脏、肌肉、肠和肾脏组织中,嗜水气单胞菌感染12 h,Galectin-3的相对表达量显著上升并达到最高值;而在大鲵脾脏和皮肤组织中,嗜水气单胞菌感染48 h,Galectin-3的相对表达量显著上升并达到最高值。综上,在外源菌的侵染下大鲵Galectin-3基因在早期积极响应表达,揭示Galectin-3基因可能参与了大鲵的免疫调控作用。