粒质量与粒形是决定水稻产量的关键因素,挖掘相关QTL(基因)对解析籽粒形成机制及指导高产育种具有重要意义。以籼稻昌恢891和粳稻02428构建的BILs群体为材料,利用高密度分子标记遗传图谱,对2个环境下的千粒质量、粒长、粒宽、粒厚和长宽比进行QTL定位研究。结合亲本开花后第5,10,15天的籽粒转录组数据,对QTL区间内的候选基因进行分析。频数分布表明,BILs群体粒质量与粒形呈现数量性状特征,适于QTL定位。在2个环境下,共检测到37个粒质量和粒形相关的QTL,包括海南三亚18个、江西南昌12个,以及两地共同检测到7个。全部QTL分布于水稻第1~5,7,8,11和12号染色体上,其中千粒质量相关7个、粒长相关5个、粒宽相关7个、长宽比相关11个、粒厚相关7个。分析表明,这些QTL的LOD值为2.79~43.10,贡献率为1.36%~46.12%。结合昌恢891和02428开花后第5,10,15天籽粒中差异表达的基因,在37个QTL中共获得28个候选基因,其中,LOC_Os11g10480和LOC_Os11g10100作为重点候选基因,将进行后续深入研究。

香稻种质资源的筛选和香味基因的快速鉴定与利用对香稻遗传育种具有重要意义。为了明确黑龙江省香稻材料的香味类型,提高香稻品种的育种效率,通过对黑龙江省审定推广的180个香稻品种的Badh2基因进行了测序,测序结果共分为2种突变类型,第一种类型为第7外显子8 bp缺失和3处碱基替换(Badh2-E7型),包含177个品种;第二种类型为第2外显子7 bp缺失(Badh2-E2型),仅包含3个品种。针对这2个突变类型设计了2个特异性KASP分子标记,通过180份香稻品种鉴定,分型结果与测序结果一致,同时分别利用五优稻4号(Badh2-E7型香稻)/唯农101(普通粳稻)、松科粳134(Badh2-E2型香稻)/东富114(普通粳稻)杂交构建的2个F₂群体进行了香味基因筛选鉴定,鉴定结果吻合率为100%,验证了KASP分子标记的准确性。进一步利用KASP标记对实验室自行创制、收集的620份粳稻亲本进行了鉴定,共筛选出248份Badh2-E7型香稻材料,同时对现有的1 220份以E7型香稻为亲本的F₇材料进行了分型检测,其中293份材料为香型、906份材料为非香型、21份材料为杂合型;随机抽取香和非香各5份材料进行测序验证,结果验证该KASP分子标记分型正确。为利用分子标记辅助选择方法培育寒地香稻新品种提供了新标记和新材料。

为研究OsASL1.1基因的表达特性及在干旱胁迫响应中的作用,分析OsASL1.1蛋白的亚细胞定位和OsASL1.1基因启动子区顺式作用元件,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析OsASL1.1基因在脱落酸(ABA)、甘露醇、聚乙二醇6000(PEG6000)下的表达模式,同时以Kitaake为背景采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Cas9-OsASL1.1突变体,分析突变体的突变类型,并对突变体进行ABA敏感性和抗旱性分析。结果表明,OsASL1.1蛋白主要在质体中表达。OsASL1.1基因启动子区含有低温响应、植物激素(ABA、生长素)响应等顺式作用元件,其中,ABA响应顺式作用元件(ABRE)有5个。OsASL1.1基因受ABA、甘露醇、PEG6000诱导表达。获得了Cas9-6和Cas9-12两个纯合的突变类型,Cas9-6有17 bp的插入,导致翻译提前终止;Cas9-12有12 bp的缺失,导致缺失4个氨基酸。ABA处理下,Cas9-OsASL1.1突变体和野生型的主根伸长都受到了抑制,但Cas9-OsASL1.1突变体受到的抑制程度低于野生型。150 mmol/L甘露醇处理下,Cas9-6和Cas9-12突变体的存活率均显著低于野生型,以Cas9-6的存活率最低。综上,Cas9-OsASL1.1突变体对ABA的敏感性降低,对干旱的抗性降低,即OsASL1.1 基因功能丧失降低了水稻对ABA的敏感性和抗旱性。

近年来,我国南方地区农田土壤酸化现象日益严重,导致土壤中铝离子活性增强,对作物生长产生明显毒害作用,为挖掘油菜耐铝毒相关性状基因位点,以耐铝毒品种R248与铝毒敏感品种S120杂交得到的F₂群体为试验材料,通过表型鉴定构建铝毒耐受性极端混池,并采用BSA-seq法进行QTL定位分析。表型鉴定结果表明,F₂群体的铝毒耐受性呈连续性正态分布;通过基因组测序、变异位点筛选及性状关联研究,在A07、C02、C03和C08 4条染色体上鉴定出4个显著影响铝毒耐受性的遗传区域,区间总长度为0.73 Mb,含98个基因;根据富集分析结果和基因注释信息,预测BnaA07g35600D、BnaA07g35660D、BnaA07g35700D、BnaA07g35710D和BnaC03g39670D参与油菜耐铝毒激素的合成与运输;BnaC03g39840D参与细胞壁果胶甲酯酶合成;BnaC03g39750D和BnaC08g20580D为含MYB结构的转录因子;BnaC03g39850D和BnaC03g39980D参与氨基酸代谢,这些基因与油菜铝毒耐受性的相关性较大,为后续开展耐铝毒相关基因的分离鉴定及其分子机制解析提供了重要依据。

旨在开发一款高效适配茄科作物的双碱基编辑工具,以突破现有碱基编辑系统在茄科作物中适配性差、编辑效率低等问题。研究将核酸酶功能部分丧失的 Cas9 缺口酶(nCas9)与高效腺嘌呤脱氨酶 ABE8e、优化型胞嘧啶脱氨酶 sdd7-mini 及尿嘧啶糖基化抑制剂 UGI 等元件进行融合,依据茄科作物的启动子偏好性和密码子使用频率进行系统性优化,最终构建双碱基编辑器 TPDBE-S。在番茄和茄子原生质体瞬时转化试验中,该编辑器表现出极高的编辑效率。在本氏烟草稳定转化体系中,通过靶向 PDS 基因验证,5 个阳性转基因家系中有 4 个出现明显白化表型,证实其稳定编辑能力。该编辑器的编辑窗口与 ABE8e和 sdd7-mini的特性高度一致,且对茄科作物密码子偏好性和启动子活性的优化显著提升了编辑效率与适配性。TPDBE-S 的构建采用模块化设计,基于 tRNA 自切割机制的多靶点表达盒可通过一步基因合成实现快速组装,成本低且操作简便。该工具填补了茄科作物专用双碱基编辑空白。

为明确玉米总叶片数与穗上叶片数的遗传特性,揭示其对玉米产量潜力、生物量积累及抗倒伏性的调控作用,开展控制玉米叶片数的 QTL 定位及基因挖掘的试验。利用SLAF-seq 技术对昌7-2和PHB1M及其138份F_2∶3家系进行高通量测序,结合60 000(E1),120 000(E2)株/hm² 2个种植密度处理下的叶片数表型数据进行QTL定位,并对定位结果进行基因挖掘。结果表明,分布在8号染色体上的2个总叶片数QTL为主效QTL,贡献率分别为 16.96%和23.08%,加性效应值为负值;3个穗上叶片数的QTL分布在2号和4号染色体,加性效应值为正值,分布在4号染色体的2个QTL为主效QTL,贡献率分别为10.18%和14.75%;总叶片数和穗上叶片数的QTL分布在不同染色体区域,可能受到相对独立的遗传调控。基因功能分析发现,筛选到的基因参与碳水化合物代谢和植物激素信号转导途径等,同时筛选到部分转录因子。本研究结果为进一步揭示玉米叶片数的遗传基础提供更丰富的理论支持,为分子标记辅助育种提供靶点。

为探究马铃薯钼辅因子硫化酶基因(LOS5)的结构和功能,以紫彩3号马铃薯为试验材料,采用PCR技术克隆获得马铃薯StLOS5基因,并对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、酵母逆境表型观察以及干旱胁迫下表达模式分析。结果表明,马铃薯StLOS5基因CDS区全长2 460 bp,编码819个氨基酸,分子质量为91.50 ku,理论等电点为6.78,亲水系数为-0.268,属于亲水性蛋白。系统进化分析显示,马铃薯StLOS5蛋白与番茄LOS5同源性最高,可能具有相似的功能。在其启动子区域检测到多个与非生物胁迫相关的顺式作用元件。亚细胞定位显示,StLOS5主要定位于细胞核。酵母逆境表型观察试验结果显示,StLOS5具有提高渗透胁迫耐受性的能力。荧光定量PCR分析结果表明,StLOS5的表达具有组织特异性,且在叶片中含量较高,并在干旱胁迫下能够快速响应,8%聚乙二醇处理12 h后叶片表达量达到峰值。以上结果表明,StLOS5在马铃薯响应干旱胁迫过程中具有一定作用。

水通道蛋白(AQPs)主要负责水分子的跨膜运输,参与植物生长发育和响应环境胁迫等过程。旨在从大蒜中克隆编码质膜内在蛋白(PIP)和液泡膜内在蛋白(TIP)的基因AsPIP1;1和AsTIP2;1,分析其序列特征,并探究它们在盐胁迫条件下的表达模式,以评估其在大蒜耐盐性中的潜在功能。利用RT-PCR技术从大蒜中克隆了AsPIP1;1和AsTIP2;1基因,利用生物信息学方法对克隆基因的开放阅读框、编码氨基酸序列及保守结构域等进行分析,并通过荧光定量PCR检测AsPIP1;1和AsTIP2;1基因在不同组织和盐胁迫条件下的表达特性。结果发现,AsPIP1;1和AsTIP2;1基因的开放阅读框分别为867,747 bp,编码288,248个氨基酸,具有NPA保守基序。AsPIP1;1和AsTIP2;1在大蒜叶片和根部高表达,盐胁迫环境能强烈诱导这2个基因转录水平的改变。且AsPIP1;1和AsTIP2;1可能与其他AQPs蛋白、细胞壁相关蛋白、转运蛋白相互作用,以适应盐胁迫环境。这些结果表明,AsPIP1;1和AsTIP2;1基因可能参与大蒜植株响应盐胁迫的过程。

向日葵是我国重要的油料作物,具有较强的耐盐性,但主产区盐渍化加重制约了向日葵的生产。为揭示向日葵苗期耐盐相关性状的耐盐机制,挖掘与向日葵苗期耐盐性显著相关的SNP位点及候选基因,以124份向日葵种质资源为材料,在250 mmol/L NaCl胁迫条件下,对株高、叶面积、地上部分鲜质量、地下部分鲜质量、SPAD值5个性状进行全基因组关联分析及耐盐位点/基因的挖掘。结果表明:在盐胁迫14 d时,苗期相对株高、相对叶面积、相对地上部分鲜质量、相对地下部分鲜质量和相对SPAD值5个性状指标均发生了显著变异,呈正态分布,影响最明显的为相对地下部分鲜质量和相对叶面积(变异系数46.57%以上);利用全基因组关联分析获得18个显著关联的SNP位点,其中Chr35448-18789497在多个耐盐相关性状中均被检测到;在上下游各80 kb进行基因搜索,筛选到45个相关候选基因;通过对关联位点区间进行扫描和基因注释分析,发掘出4个可能与向日葵苗期耐盐性状相关的候选基因。通过对向日葵进行苗期耐盐性状的全基因组关联分析,获得了与苗期耐盐性状显著关联的SNP位点,发掘出耐盐性相关的候选基因,为后续开展耐盐基因的验证奠定了基础。

为充分发挥叶面肥在提升大豆产量方面的效应,研究了叶面肥喷施次数和时期对大豆生长、光合、产量及品质的影响。结果表明,F1(始花期喷施)相比F2(始荚期喷施)和F3(始粒期喷施)有利于提高单株鲜叶质量、单株干叶质量、根鲜质量、根干质量、根鲜质量生长速率、根干质量生长速率和群体干物质积累速率,喷施2次叶面肥F4(始花期+始荚期)、F5(始花期+始粒期)、F6(始荚期+始粒期)在改善上述指标方面优于喷施1次叶面肥处理F1、F2和F3。喷施1次叶面肥以F2最利于增加叶绿素含量和光合速率,而冠层光合有效辐射以F1最高;喷施2次叶面肥的叶绿素含量、光合速率和冠层光合有效辐射以F4最高,其中F4鼓粒期叶绿素含量和冠层光合有效辐射分别比F1、F2和F3显著增加了8.22%,7.08%,9.89%和9.25%,13.36%,16.78%。喷施2次叶面肥相比喷施1次可显著提高大豆群体干物质量,喷施1次和2次叶面肥相比CK产量增幅分别为82.34~327.86 kg/hm²,318.91~463.98 kg/hm²。喷施2次相比喷施1次叶面肥虽有利于提高大豆籽粒蛋白质含量,但效果不显著,始花期+始荚期喷施叶面肥最利于提高蛋白质含量。综合来看,喷施1次叶面肥以始花期喷施最利于改善大豆生长、光合特性和产量,而始荚期喷施最利于改善蛋白质含量,喷施2次叶面肥以始花期+始荚期喷施效果最好。

为了分析酸性土壤对海南绿橙生长代谢和光合作用的影响,并探究其在酸胁迫下的抗氧化调控机制,通过盆栽试验,研究海南绿橙在酸胁迫下的生理代谢变化、抗氧化反应以及关键抗氧化酶调控基因的表达特征。结果表明,强酸性土壤环境下,植株的株高增长量、叶面积与绿橙植株的鲜质量显著下降,其中以pH值 3.5处理的影响最为严重;弱酸性(pH值 6.5)的土壤能够促进植株的生长,表现为各生长指标量的正增长。强酸处理严重影响了绿橙叶片的光合作用和正常的生长代谢,表现为蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)值的下降。pH值3.5酸胁迫24 h后,超氧化物歧化酶(SOD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性分别提升6.60,5.90倍;pH值 3.5处理下,叶片丙二醛(MDA)含量较0 h增加6.47倍,显著高于pH值 6.5处理。主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)表明,酶活性变化与生理生化指标呈显著负相关(R²=0.82);基因表达分析显示,pH值3.5酸胁迫后24,48 h,CsSOD与CsPAL表达量分别达峰值,较0 h分别增加2.33,2.64倍,72 h内持续上调。强酸性土壤通过降低光合色素含量及代谢效率抑制绿橙生长发育;SOD与PAL为响应酸胁迫的关键抗氧化酶,CsSOD和CsPAL基因通过动态调控酶活性抵御酸胁迫。

为明确强筋小麦产量、品质协同提高的适宜播期和播量,以强筋小麦品种科兴3302为试验材料,分别设置2个播期(10月18日(S1)和10月28日(S2))和5个密度(基本苗分别为180×10⁴株/hm²(D180)、225×10⁴株/hm²(D225)、270×10⁴株/hm²(D270)、315×10⁴ 株/hm²(D315)、375×10⁴株/hm²(D375)),于2021—2023年进行大田试验,研究播期和种植密度对小麦植株生理指标、产量及品质的影响。结果表明,小麦叶片叶绿素相对含量(SPAD)随种植密度增加总体呈降低趋势,且多数生育时期在低密度处理下达最大值,随播期推迟,叶片叶绿素相对含量呈上升趋势,表现为S1播期低于S2播期。随着种植密度的增加,归一化植被指数(NDVI)总体呈上升趋势,相较于 S1 播期,S2 播期的 NDVI 值显著降低。穗数与籽粒产量随播期推迟呈下降趋势,随种植密度增加呈上升趋势,其中以 D375 处理下产量最高。随播期推迟,蛋白质含量和湿面筋含量总体呈略微下降趋势,但所有处理的籽粒蛋白质含量均在13.5%以上。小麦籽粒总淀粉含量在S1播期总体随密度增加而降低,在S2播期随密度增加而升高。此外,峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和稀懈值在2个播期下总体上均随密度增加而上升。面团稳定时间、吸水率等参数在不同播期和密度处理下没有明显的变化规律,但均达到强筋小麦标准。综上,在播期S1下,科兴3302种植密度在315×10⁴~375×10⁴株/hm²可实现优质高产。

为探究行距与矮壮素处理对晋东南地区谷子抗倒伏特性及产量的影响,以晋谷21为材料,采用两因素随机区组设计。试验设3个行距水平(30,40,50 cm,分别记为D30、D40、D50)和3个矮壮素处理(喷施清水(CK)、六叶期喷施1次(T1)、六叶期和八叶期各喷施1次(T2)),两因素交叉共形成9个处理,研究不同处理对谷子茎秆性状、倒伏率、产量及其构成因素的影响。结果表明:在不同行距条件下喷施矮壮素均能显著增强谷子茎秆抗折力,显著降低株高、茎秆重心高度和田间倒伏率。其中,D40+T2处理的茎秆抗折力最高,达94.59 N;且株高(161.53 cm)、茎秆重心高度(80.3 cm)和田间倒伏率(16.31%)均为最低。在产量方面,随着行距增加,CK、T1和T2处理的产量均呈递减趋势,其中D30+T1处理的产量最高,为4 923.83 kg/hm²。相关性分析表明,在不同行距与矮壮素处理下,谷子产量与株高、穗部性状多呈正相关,而与倒伏率始终呈负相关,表明通过优化行距与矮壮素可有效调控关键农艺性状。综上,通过优化行距配置并配合适宜矮壮素处理,可在保证产量的同时有效降低倒伏风险,其中,D30+T1处理的综合表现最佳,可在晋东南地区谷子种植中进行推广。

为探明长期施肥对双季晚稻产量形成的影响及其生理调控机制,基于进贤红壤稻田化肥长期定位试验(1981年设),选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、两倍氮磷钾肥(HNPK)、有机无机配施(NPKM)4个典型处理,比较了长期施肥后第42年双季晚稻产量、干物质积累、叶绿素动态特征、齐穗期和灌浆期叶片基因表达差异。结果表明,长期施肥下晚稻产量表现为NPKM>HNPK>NPK>CK,其中HNPK和NPKM处理显著高于NPK处理,增幅分别为29.63%,57.18%。与NPK处理相比,NPKM和HNPK处理显著改善晚稻产量构成,有效穗、穗粒数和着粒密度分别增加了16.98%~46.42%,8.68%~15.26%,3.69%~7.37%。在干物质积累方面,与NPK相比,NPKM和HNPK均显著提高了晚稻各时期干物质质量,同时促进了齐穗期至成熟期茎叶干物质向穗的转运。NPKM和HNPK处理各时期叶绿素含量均显著高于CK和NPK处理,其中NPKM处理延缓了灌浆期至成熟期叶绿素的衰减;相关分析表明,长期施肥下晚稻产量与分蘖期至齐穗期干物质积累量(△DM1)和灌浆期至成熟期干物质积累量(△DM3)呈极显著正相关,与灌浆期至成熟期叶片叶绿素减少量(△S3)呈极显著负相关。叶片转录组分析结果表明,长期施肥显著影响晚稻齐穗期、灌浆期叶片基因表达,差异表达基因主要富集于光合作用、碳代谢、氮代谢、信号转导及逆境相关的代谢途径。综上所述,长期施肥调控双季晚稻基因表达,有机无机配施改善了产量构成,促进了早期干物质积累,增强了灌浆期至成熟期茎叶干物质向穗的转运,同时,提高了晚稻各时期叶片叶绿素含量,并延缓了灌浆期后叶片的衰老,对水稻增产起到强源(提高光合生产力)、扩库(增加干物质储存容量)和畅流(促进同化物转运)的作用。

为探讨优化基肥追肥比例结合氮肥用量对烤烟氮代谢和氮素吸收利用的影响,以烤烟品种粤烟97为试验材料,设置常规基追比6∶4+常规氮肥用量(CK)、基追比4∶6+常规氮肥用量(T1)、基追比4∶6+氮肥减量10%(T2)、基追比4∶6+氮肥减量20%(T3)、基追比4∶6+氮肥减量30%(T4)等5个处理,分析不同基追比结合氮肥用量对烤烟氮代谢、光合特性、干物质积累与氮素吸收、氮肥利用率及氮素平衡的影响。结果表明:基追比优化为4∶6后,谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷草转氨酶(AST)、Fd-谷氨酸合成酶(Fd-GOGAT)等氮代谢关键酶活性均高于传统基追比6∶4的处理,结合减氮处理的氮代谢酶活性有所降低,其中减氮10%的T2处理与CK差异不大,但减氮20%~30%的T3、T4处理降低幅度较大,与CK差异显著。基追比优化为4∶6后,烤烟的光合速率、SPAD、干物质和氮素积累都明显增加,尤其是在大田生长后期处理间差异显著。基追比优化为4∶6后,烤烟的氮肥吸收利用效率大幅提高,氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮素当季回收率和氮肥经济利用效率分别比CK增加20.68%,6.89%,4.06,3.78百分点,结合氮肥减量各处理的土壤氮素平衡率比CK分别下降17.04~33.36百分点。综上所述,在南方烟区,将基追肥比例从6∶4优化为4∶6,可以促进烤烟大田中后期氮代谢,改善光合特性,增加物质积累和氮素吸收,提高氮肥利用率,结合肥料减量10%还可减少肥料投入,降低土壤氮素盈余,防范环境风险。

为探究秸秆隔层对盐碱地改良过程中土壤呼吸及有机碳化学结构稳定性的影响,于山东省东营市农高区盐碱地改良试验示范基地设置隔层处理S(35 cm土层处增设5 cm秸秆隔层)和对照处理CK(不设秸秆隔层)2组试验种植苜蓿。通过监测不同处理的土壤呼吸特征,并结合剖面土层土壤pH值、电导率(EC)、有机碳组分含量和化学结构特征进行综合讨论。结果表明:与CK相比,S处理显著提高了苜蓿生长期的土壤呼吸速率,增幅最高可达79.84%;S处理较CK降低了秸秆隔层(35~40 cm)及其上部(0~35 cm)土层的EC,阻导盐分上行;S处理使40~50 cm土层土壤有机碳(SOC)显著增加、颗粒有机碳(POC)和可溶性有机碳(DOC)含量极显著提升,较CK分别提升了16.67%,208.07%,83.41%。40~50 cm土层是土壤有机碳转化的关键土层,对40~50 cm土层土壤有机碳分子结构进行表征发现,S处理较CK降低了DOC中碳的不饱和度(30.60%)和芳香度(4.84%)的加权平均值,降低了DOC中不稳定态碳的占比;S处理增加了POC中烷基碳(10.32百分点)和烷氧碳(8.39百分点)的相对含量,降低了羧基碳(14.24百分点)的相对含量,使POC结构稳定性增强;然而,S处理降低了SOC的烷基碳(3.14百分点)和芳香碳(3.38百分点)占比,增加了烷氧碳(5.17百分点)和羧基碳(1.56百分点)占比,难降解碳比例下降和易降解碳比例上升,使SOC的结构稳定性降低。由相关性分析可知,土壤呼吸的显著增加与关键土层POC和SOC含量分别呈极显著和显著正相关关系,而SOC化学组成中的烷氧碳(易降解碳组分)的增加,使有机碳稳定性降低,是导致土壤呼吸升高的主要原因。综上,增设秸秆隔层在短期内显著提高了土壤呼吸,这与关键土层有机碳化学结构稳定性的降低密切相关,在未来“碳中和”策略下应考虑隔层材料的筛选研究及其长期效应。

为探究秦琼(Q)燕麦和梦龙(M)燕麦在盐碱胁迫处理下根际土壤细菌群落多样性和土壤酶活性相互关系,采用细菌16S rRNA高通量测序技术和土壤酶活比色分析法,对秦琼和梦龙在盐碱胁迫处理0,6,12,24,48 h下根际土壤细菌群落结构和土壤酶活性进行对比分析。结果显示,在门水平上,秦琼根际土壤中放线菌门、变形菌门相对丰度占比高于梦龙。在属水平上,秦琼根际土壤中的芽孢杆菌属、节杆菌属相对丰度占比高于梦龙,但假单胞菌属相对丰度占比低于梦龙。盐碱胁迫48 h后,秦琼根际的土壤多酚氧化酶(S-PPO)、土壤过氧化氢酶(S-CAT)、土壤脱氢酶(S-DHA)、土壤转化酶(S-AI)活性是梦龙的1.32,1.53,1.38,1.28倍。且S-CAT活性与细菌ACE、Chao多样性指数呈显著正相关。秦琼可以通过改变优势菌群的相对丰度占比,影响细菌群落结构变化,提高细菌群落多样性指数与土壤酶活性,而梦龙根际的细菌群落变化不显著。土壤微生物群落多样性是决定燕麦品种耐盐碱能力的重要因素。

为解决设施土壤碳氮平衡及减排问题,通过田间试验,研究了夏填闲甜玉米与生物炭协同对设施土壤氮吸收减排及碳减排的影响。试验设计4个处理,即对照(T1)、填闲作物(T2)、生物炭(T3)、填闲作物+生物炭(T4)。结果表明:T4处理的玉米干生物量和氮吸收量分别比T2处理提高10.18%和9.49%;T3、T4处理的表层土壤有机碳较试验前分别增加25.26%和50.01%,T4处理的表层全氮降低10.13%,C/N升至14.9;T4处理的60~80 cm与80~100 cm土层硝态氮较试验前分别下降13.02%与5.68%,降幅显著高于其他处理;T4处理的非根际微生物量碳、氮较T1分别增加26.00%和20.33%,根际增幅低于非根际;CO₂排放量以T4处理最低,为603.90 mg/m³,较T1降低24.61%。综上,填闲甜玉米与生物炭协同显著促进氮吸收,提高微生物量碳氮,减少碳氮淋失与排放,改善土壤C/N,为设施农田夏季休闲期碳氮管理提供理论依据支撑。

为评估微生物菌剂对土壤微生物数量和理化性质的影响,以北京市平谷区田间桃和盆栽桃为研究材料,探讨了微生物菌剂贝莱斯芽孢杆菌BPC6(B)、利迪链霉菌(S)及其复配菌剂(BS)对土壤微生物和理化特性的影响。研究结果表明,施用菌剂B、BS和S均能显著影响田间土壤的微生物数量,有效提升细菌、真菌和放线菌丰度。此外,添加微生物菌剂还能提高田间土壤养分的利用效率,提高土壤有机质、总碳、总氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮、速效钾、总磷和有效磷的含量,而对总钾含量未产生显著影响。其中,施用菌剂B、BS和S后对桃收获期土壤营养指标的影响为:较对照组,土壤碱解氮含量分别显著提高11.89%,15.19%和35.27%,速效钾含量分别显著提高35.58%,22.92%和41.75%,有效磷含量分别显著提升37.97%,3.65%和62.60%。相关性分析结果表明,土壤微生物数量受多种环境因子调控,其与速效钾含量呈显著正相关关系,表明速效钾可能是驱动土壤微生物数量变化的关键因子之一。田间试验结果表明,微生物菌剂S提高土壤肥力效果最显著,复配菌剂BS次之,而菌剂B效果相对较弱。盆栽试验进一步表明,微生物菌剂在提高土壤碱解氮水平方面有重要作用。较对照组,菌剂B、BS和S使盆栽桃中蟠100号土壤碱解氮含量分别显著提高15.65%,16.67%和13.45%;菌剂BS和S引起中桃14号土壤有效氮含量分别显著提升13.65%和18.13%。综合分析表明,微生物菌剂能够增加土壤微生物数量、提升土壤肥力,为桃绿色生产提供科学支持和实践参考。

旨在揭示小麦叶锈菌分泌的效应蛋白Pt2567在小麦叶锈菌致病中发挥的作用,为明确效应蛋白与寄主的互作机制奠定基础。采用烟草瞬时表达技术、细菌Ⅲ型分泌系统、qRT-PCR和寄主诱导的基因沉默(HIGS)技术对效应蛋白Pt2567开展亚细胞定位、抑制BAX(小鼠Bcl-2家族促死亡蛋白)试验、对胼胝质沉积和活性氧积累的影响研究及Pt2567功能的初步分析。结果表明,效应蛋白Pt2567在烟草中定位于细胞核,可以在烟草上抑制BAX诱导的细胞程序性死亡(PCD)。与对照组相比,在TcLr28中过表达效应蛋白Pt2567显著增强了胼胝质的沉积;在TcLr28上,效应蛋白Pt2567过表达24 h后提高了活性氧的积累。与对照相比,在接种生理小种THTT的TcLr28上沉默效应蛋白Pt2567降低了TcLr28抗病性,小麦叶锈菌夏孢子堆数量增多,激光共聚焦组织观察发现沉默效应蛋白Pt2567后病原菌发育进程加快。这些结果均表明,效应蛋白Pt2567在TcLr28中起正调控作用,推测效应蛋白Pt2567是Lr28的候选无毒基因。

苏云金芽孢杆菌(Bt)能够产生多种杀虫蛋白,是重要的生防资源。为了发掘对鳞翅目害虫高毒力的Bt菌株,缓解害虫抗性压力并扩大资源储备,以河北地区土壤样品中分离的109株Bt菌株为研究对象,通过油镜观察伴孢晶体形状,利用40对通用引物(包括cry、cyt、vip 3种基因型)PCR鉴定所有菌株的基因型。以小菜蛾、斜纹夜蛾等5种鳞翅目害虫为靶标,筛选高杀虫活性菌株,并利用SDS-PAGE分析其晶体蛋白。结果表明,伴孢晶体形状主要是圆球形(90株),少部分为菱形(19株)。杀虫蛋白基因型检出率为93.6%,主要包括29种不同的cry基因型、1种cyt基因型以及3种vip基因型,91株具有至少2种杀虫蛋白基因型的组合,其中26株含有6种以上,多为cry+vip型。室内生测发现19株对小菜蛾等多种鳞翅目害虫的高毒力菌株,主要表达130,65 ku的蛋白,包含杀鳞翅目的cry1类、cry2类、cry15类等基因型,与PCR鉴定结果一致。获得了对鳞翅目害虫广谱、高毒力的Bt菌株,并初步明确了其杀虫基因,对新型Bt产品的开发具有重要意义。

为检测和鉴定引起西藏日喀则地区的辣椒根腐病病原菌种类,2024年7—9月从西藏日喀则白朗县巴扎乡彭仓村、桑珠孜区聂日雄乡盘孔村、江孜县达孜乡德吉村和拉孜县拉孜镇玉哲村4个区域采集了16份辣椒感病植株样品。采用常规组织分离法对发病部位进行病原菌分离与培养后得到25株病原真菌,利用显微形态学观察将分离物代表菌株分为LJ1、LJ2和LJ3 共3类真菌分离物。结合分子生物学方法及系统发育树构建,将LJ1类病原菌鉴定为镰孢菌属茄病镰孢菌,LJ2类病原菌为丝核菌属立枯丝核菌AG-4菌丝融合群的HGⅠ亚群(Rhizoctonia solani AG 4 HG-Ⅰ),LJ3类病原菌为镰孢菌属尖孢镰孢菌。采用幼苗刺伤接种法进行病原菌致病性评价,3类真菌分离物均能够侵染辣椒幼苗造成根腐病,且尖孢镰孢菌致病性最强。日喀则各地辣椒根腐病病原菌优势菌有差异,尖孢镰孢菌是优势致病菌,分离频率为52.0%;茄病镰孢菌分离频率为32.0%;立枯丝核菌分离频率为16.0%。西藏日喀则地区的辣椒根腐病是由尖孢镰孢菌、茄病镰孢菌和立枯丝核菌AG-4菌丝融合群的HGI亚群复合侵染导致,茄病镰孢菌和立枯丝核菌AG-4菌丝融合群的HGI亚群均是首次在西藏被分离鉴定。

为揭示魔芋感染白绢病对魔芋防御酶活性及接种部位叶际微生态的影响,利用防御酶活性试剂盒(分光光度计法)和高通量测序技术分别对魔芋接种齐整小核菌(Sr)后魔芋叶柄过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)和几丁质酶(CHI)活性及叶际细菌和真菌群落结构及其多样性进行了研究。结果表明,魔芋接种Sr后防御酶活性均显著提高,其中CAT和PPO活性在接种Sr第3天达到峰值,分别为对照组的6.34,5.29倍,POD活性持续显著提高,至第6天时活性为对照组的36.98倍,SOD活性接种Sr后约为对照组的1.91倍,CHI活性接种Sr后约为对照组的5倍。叶际微生物组分析表明,与健康魔芋相比,魔芋接种Sr后叶柄叶际细菌群落的多样性与丰富度指数无显著差异,但丰富度指数呈持续下降的趋势;魔芋接种Sr第1天叶柄叶际真菌群落的多样性与丰富度指数无显著差异,接种Sr第3天真菌群落多样性指数无显著差异,丰富度指数显著降低,接种Sr第6天多样性指数和丰富度指数均显著降低。健康魔芋叶柄叶际细菌群落优势菌群为未分类的肠杆菌科、动性微杆菌属和假单胞菌属,真菌群落优势菌群为茎点壳孢属、小不整球壳属、枝孢霉属;接种Sr第1天魔芋叶柄叶际细菌群落优势菌群为肠杆菌科和泛菌属,至接种Sr第3天和第6天叶际细菌群落优势菌群为产碱杆菌科,而真菌群落优势菌群则变为核盘菌属。接种Sr和健康魔芋叶柄叶际细菌群落功能通路主要包括次生代谢物合成途径、多样性环境下的微生物代谢、ABC运输和双元组分系统等代谢途径。健康魔芋叶柄叶际真菌群落主要包含内生真菌-粪腐生物-地衣寄生物-凋落物腐生物-植物病原菌-土壤腐生物-木腐生菌(31.29%)、植物病原菌(27.68%)、动物病原菌-内生真菌-地衣寄生菌-植物病原菌-木腐生菌(20.27%)等10类功能类群,随着接种Sr时间的延长真菌功能类群逐渐单一,真菌-叶腐生菌-地衣寄生菌-地衣化植物病原菌-木腐生菌功能类群相对丰度持续增加。联合分析表明,POD、PPO、CAT和CHI活性与多数叶际细菌呈正相关;POD和CAT活性与部分叶际真菌呈负相关,POD和SOD活性与小核菌属呈正相关。

为了探究牦牛Ras相关核蛋白基因(RAN)的结构及生物学功能,解析该基因如何调控牦牛体内细胞增殖和参与蛋白质的合成,以桑桑牦牛肾脏组织cDNA为模板使用RT-PCR技术克隆桑桑牦牛RAN基因CDS区序列,使用多种软件及在线工具对其进行生物信息学分析,并使用qPCR技术检测RAN基因在桑桑牦牛7个组织中的表达情况。结果表明,桑桑牦牛RAN基因CDS区全长651 bp,编码216个氨基酸;通过同源性比对,发现桑桑牦牛与野牦牛和瘤牛之间的亲缘关系最近,相似度达99.2%,与鸡的最远,为86.6%;RAN蛋白分析预测结果显示,该蛋白分子质量24.423 11 ku,理论等电点为7.01,其原子总数为3 449,分子组成为C₁₁₀₉H₁₇₂₅N₂₉₅O₃₁₃S₇。RAN蛋白不存在跨膜结构且无N-糖基化潜在位点,其存在36个磷酸化位点。预测其亲、疏水性及计算不稳定系数,发现该蛋白为稳定型亲水性蛋白。根据亚细胞定位发现,该蛋白存在于牦牛细胞中的高尔基体、线粒体、细胞核和细胞质中;通过预测RAN蛋白结构发现,其高级结构以α-螺旋为主,不包含β-转角。蛋白互作网络结果显示,桑桑牦牛RAN蛋白与RAN结合蛋白1(RANBP1)、RAN结合蛋白2(RANBP2)、RANGTPase激活蛋白1(RANGAP1)等蛋白存在互作关系,其相互间也存在互作关系。RT-qPCR结果显示,桑桑牦牛睾丸组织中RAN基因表达量显著高于其他组织,而在肌肉组织中未检测到表达。综上成功克隆了RAN基因CDS区,并完成其生物信息学分析,同时还研究了该基因在桑桑牦牛组织中的表达情况,发现其在生殖系统的发育、细胞增殖、疾病的预防与控制和参与蛋白质合成等方面发挥重要作用。

为探索副猪格拉瑟菌Lon基因的生物学功能及其对该菌致病力的影响,利用重叠 PCR法扩增得到包含Lon基因上下游同源臂及卡那霉素抗性基因筛选标记的融合基因片段,构建包含该基因片段的重组自杀质粒pToPo-LR-Kana;采用自然转化法将 pToPo-LR-Kana转化至亲本菌株ZJ1208中,通过卡那霉素抗性筛选、PCR和测序鉴定Lon基因缺失菌株ZJ1208-ΔLon;通过生长速率测定、透射电镜观察、抗应激试验、紫外抗性试验、血清抗性试验、生物膜试验、荚膜多糖含量测定以及小鼠毒力试验等对比了野毒株ZJ1208与基因缺失株ZJ1208-ΔLon之间的差异。结果显示,成功获得了Lon基因缺失株 ZJ1208-ΔLon,该基因缺失株菌体明显变长,但与 ZJ1208野毒株生长速度和外膜囊泡数量相似;ZJ1208-ΔLon对渗透压应激、氧化应激及热应激耐受能力明显下降,且对紫外线的抗逆性明显下降;和亲本菌株 ZJ1208相比,ZJ1208-ΔLon的生物膜形成能力相似,荚膜多糖含量升高,但血清抗性显著降低,对小鼠的致死能力显著降低。这表明Lon基因在调节副猪格拉瑟菌多种关键生物功能方面起着极为关键的作用,为进一步解析 Lon基因在副猪格拉瑟菌中的生物学功能提供新的信息。

沙福芽孢杆菌ST7菌株具有较强的锰氧化活性,其中多铜氧化酶(MCO)蛋白家族基因BSL056-RS03010 (cotA)在锰胁迫下的表达量显著上调,可能参与Mn(Ⅱ)氧化,使菌株具有较强的锰耐受能力。为了验证沙福芽孢杆菌多铜氧化酶cotA基因的锰氧化能力,克隆cotA基因并构建表达载体,通过转化大肠杆菌进行异源表达,研究cotA 基因过表达对大肠杆菌锰氧化活性及锰去除率的影响,从而验证cotA基因功能,为构建高效锰氧化菌株治理锰污染提供技术手段。利用PCR、RT-qPCR和SDS-PAGE等方法克隆沙福芽孢杆菌ST7 cotA基因,连接到pET28a(+)表达载体,转化大肠杆菌BL21(DE3),经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达,并测定cotA 基因转化菌株的生长曲线、锰耐受浓度、锰氧化活性和锰去除率。基因克隆和序列分析显示,沙福芽孢杆菌ST7 cotA基因编码区为1 533 bp,编码510 aa,分子质量约为58.8 ku。重组质粒pET28a-cotA在大肠杆菌BL21(DE3)细胞中表达量显著上调且不抑制菌体生长,在0,250,1 000 mg/L锰胁迫条件下,cotA基因高效表达并呈现时间与浓度依赖性。重组菌株的锰氧化活性较对照组提高0.9倍,锰耐受浓度提高1.0倍。沙福芽孢杆菌CotA蛋白具有锰氧化活性,cotA基因的过表达提高大肠杆菌细胞对Mn(Ⅱ)的氧化活性、耐受能力和去除效率,对构建高效cotA基因的锰氧化菌株治理锰污染具有重要意义。