大规模生产大豆杂交种,利用杂种优势是种质资源创新与品种改良关键所在。通过挖掘和利用大豆雄性不育基因,能够培育出更具优势的大豆品种,从而提升大豆的产量和品质。选用宝泉岭绿大豆(母本)与黑农44(父本)杂交后代出现的雄性不育突变群体作为试验材料。选取大豆可育植株与不育植株的花蕾,对花药与花粉进行细胞学观察,并采用高通量测序平台对大豆可育植株与不育植株的花与花药组织进行转录组测序,对测序结果进行注释、筛选与分析。结果表明,不育植株的绒毡层发育异常,花粉高度不育,是导致雄性不育的重要原因。戊糖和葡萄糖醛酸相互转化途径(ko00040:Pentose and glucuronate interconversions)是影响大豆育性的关键通路,编码果胶甲酯酶(PEM)与果胶裂解酶(PL)基因呈下调表达。差异表达基因蛋白质互作网络表明,果胶裂解酶基因是影响戊糖和葡萄糖醛酸相互转化途径的关键基因。通过对果胶裂解酶含量的测定表明,不育植物花药中果胶裂解酶含量显著降低。qRT-PCR检测结果与RNA-Seq测序结果一致。推测这些基因的下调表达可能引起果胶裂解酶活性下降,从而影响绒毡层发育,导致雄性不育。

为了明确GmPP2C72基因在盐胁迫应答中的功能和耐盐分子机制,对GmPP2C72蛋白进行生物信息学分析,克隆GmPP2C72基因构建植物过表达载体,并利用根癌农杆菌介导的子叶节遗传转化法转化百脉根,分析转基因植株在盐胁迫条件下的表型及生理指标和耐盐相关基因的表达情况。结果表明,GmPP2C72基因含有1个1 206 bp的开放阅读框,编码401 aa,编码蛋白质属于PP2C家族A亚族成员。GmPP2C72基因不具有组织表达特异性,在大豆的各个组织中均有表达,且该基因受盐胁迫诱导表达。成功构建了GmPP2C72基因的过表达载体,并转入百脉根,获得3个转GmPP2C72基因株系。在盐胁迫条件下,与野生型对照相比,3 个转基因株系维持着较好的生长状态,株高和地上部干质量均显著提高。进一步分析发现,3 个转基因株系叶片中叶绿素和脯氨酸含量均显著增加,而相对质膜透性和丙二醛含量均显著降低,且耐盐相关基因LjLEA、LjCOR、LjRD29B和LjP5CS的表达量均显著提升。综上,过表达GmPP2C72基因通过降低膜脂过氧化程度和质膜透性、提高叶片叶绿素和脯氨酸含量及耐盐相关基因的表达量来提高百脉根的耐盐性。

脱落酸(ABA)受体蛋白PYL作为ABA信号转导的起始组分积极参与植物体内ABA介导的信号转导,在调控植株抵御逆境胁迫中具有重要功能。前期研究依据转录组数据筛选出西瓜对盐胁迫负响应的基因Cla97C07G133100.1,命名为ClPYL8。为进一步探讨西瓜脱落酸受体基因ClPYL8的生物学功能,以西瓜TN07011为试验材料,采用生物信息学、亚细胞定位及RT-qPCR等方法对ClPYL8的结构和功能进行解析。结果表明:ClPYL8基因的开放阅读框为702 bp,编码233个氨基酸。蛋白保守结构域预测ClPYL8含有PYR/PYL/RCAR-like保守结构域,属于SPRBCC superfamily超家族。启动子顺式作用元件分析表明,ClPYL8启动子中含有逆境响应、生长素响应、光响应等多种元件。采用无缝克隆技术构建EGFP融合表达载体并转入烟草,结果显示,ClPYL8定位于细胞核和细胞膜。组织特异性(RT-qPCR)分析显示,该基因在种子中的表达量最高,在果实和雌花中的表达量最低;在盐胁迫下,ClPYL8的表达量呈现下调表达趋势;在干旱胁迫下,该基因的表达量呈现先下降后上升的表达趋势;在低温胁迫下,该基因的表达量呈现先上升后下降的表达趋势。综上,ClPYL8积极响应非生物胁迫,可能通过脱落酸信号转导途径调控西瓜的逆境响应,推测其在盐胁迫中可能起负调控作用,在干旱和低温胁迫下可能起正调控作用。

茉莉酸类物质在调控果实成熟和品质形成过程中发挥着重要作用。JAZ蛋白是茉莉酸信号转导通路的核心抑制因子。为研究茉莉酸信号转导关键抑制因子JAZ蛋白在甜樱桃果实成熟和品质调控中的功能,从甜樱桃基因组中鉴定并克隆了PavJAZ1基因,基于生物信息学,分析了其理化性质、蛋白结构、保守结构域分布、启动子顺式作用元件等信息,通过荧光定量PCR分析了其在甜樱桃果实中的表达模式,观察了PavJAZ1蛋白亚细胞定位;此外,借助双分子荧光互补(BiFC)技术验证了PavJAZ1与PavMYC2之间的互作关系。基因鉴定与克隆结果表明,PavJAZ1基因开放阅读框长度为837 bp,编码278个氨基酸,蛋白分子质量为30.09 ku,理论等电点为9.21,不稳定系数为54.14,亲水性系数为-0.564,说明其为碱性亲水蛋白,且蛋白性质不稳定。蛋白序列和结构分析表明,PavJAZ1主要由无规则卷曲和α-螺旋构成,包含Tify和Jas 2个保守结构域,且与其他物种同源性较高,其中与同为蔷薇科李属的桃同源性最高。亚细胞定位观察发现,PavJAZ1蛋白定位于细胞核。表达模式分析表明,随着果实的发育和成熟,PavJAZ1表达量呈现先升高后逐步下降的趋势,暗示其可能在果实不同阶段发挥不同的作用。此外,BiFC结果表明,PavJAZ1可以与PavMYC2在植物体内互作,初步证明其可以参与茉莉酸信号转导。

KRP基因家族作为细胞周期调控的关键因子,通过抑制周期蛋白依赖性激酶(CDK)活性调节细胞分裂与核内复制进程,并参与植物非生物胁迫响应。为探索杜梨PbKRP2的结构特征和对环境胁迫的响应特性,采用逆转录PCR技术进行PbKRP2的基因克隆,并结合生物信息学方法对其序列特征、蛋白互作及亲缘关系等进行分析,通过荧光定量PCR技术检测杜梨PbKRP2的组织表达特性和在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,该基因全长585 bp,包含4个外显子和3个内含子,编码194个氨基酸,含有25个潜在磷酸化位点和1个O-糖基化修饰位点,且在该蛋白C端具有周期蛋白依赖性激酶抑制因子家族特有的CDI结构域;进化树分析显示,杜梨PbKRP2与裸花东京樱花PyKRP2、桃PpKRP2和苹果MdKRP2的亲缘关系较为接近;蛋白质互作网络筛选发现,PbKRP2与10个蛋白存在潜在互作关系,互作蛋白静态结构分析发现,PbKRP2与其靶蛋白PbCDKB1;1和PbCYCD7;1形成空间互作构型;该基因启动子区存在多个响应环境因子与激素信号的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,PbKRP2基因在茎和叶中表达量显著高于根、花瓣和果实,且该基因的转录水平在低温胁迫和ABA处理时持续上调,脱水和盐胁迫下显著下调。综上所述,通过解析PbKRP2的序列特性及其对非生物胁迫的差异化响应模式,为梨抗逆育种及果树遗传改良提供了候选基因。

对黄瓜种质资源果柄长度性状进行评价,挖掘相关变异位点,有助于提高黄瓜品质育种效率。首先对229份黄瓜种质资源开花当天和商品瓜时期果柄长度性状进行评价,再以鉴定出的中长果柄自交系9D6和6457与短果柄自交系MT和6429为亲本分别构建F₂群体,采用QTL-seq对黄瓜果柄长度性状调控基因进行QTL定位,并通过qRT-PCR对候选基因进行表达模式分析和变异位点验证。结果表明,不同种质资源开花当天和商品瓜时期果柄长度呈极显著正相关,开花当天和商品瓜时期果柄长度变异分别为0.4~6.2 cm,0.4~5.3 cm。遗传分析表明,黄瓜果柄长度性状广义遗传力分别为69.4%,94.4%,具有典型的数量性状遗传特征。两套F₂群体中分别检测到开花当天果柄长度相关的QTL位点6,5个,其中5号染色体0.840~7.350 Mb和6号染色体17.735~31.087 Mb的2个QTL区间在两套群体中共定位。在共定位QTL区间内预测到CsPG1 (CsaV3_5G010970)和CsROS1 (CsaV3_6G040410)。中长果柄亲本9D6和6457 CsPG1编码区保守结构域均存在非同义SNP311 C/T;另外,9D6的CsPG1启动子存在9 bp碱基插入,其中包含TATA-box,可能与其开花当天表达量显著高于其他亲本有关。短果柄亲本6429的CsROS1编码区存在3 bp碱基缺失,导致编码蛋白质缺失1个丝氨酸残基。中长果柄亲本9D6和6457的CsROS1编码区存在同义突变SNP3282 T/C,导致偏好密码子UAU变为非偏好密码子UAC。表明CsPG1和CsROS1是黄瓜果柄长的关键候选基因。

从甜荞中分离出FaesANT基因,研究其在同型长花柱(LH)甜荞中的表达模式及功能,揭示其在同型长花柱甜荞花器官发育调控中的作用,为甜荞分子育种与种质创新提供基因资源。结合PacBio SMRT(单分子实时测序)转录测序和RACE技术从甜荞中克隆FaesANT基因全长,石蜡切片结合qRT-PCR技术分析FaesANT基因在同型长花柱甜荞中表达的组织特异性和花芽形态分化过程中表达量的动态变化;并结合同型长花柱甜荞VIGS后花器官的表型解析基因的功能。结果表明:甜荞FaesANT基因全长1 982 bp,包含1 632 bp ORF,编码543个氨基酸,分子系统发育树分析将其聚为真双子叶植物ANT进化系。FaesANT在雄蕊和雌蕊以及幼果中表达量较高,但在三者中的表达量差异不显著,在茎、叶和花被片中仅能检测到微弱转录信号;在花芽分化过程中,FaesANT基因在雌雄蕊原基分化后有明显的表达,并在雄蕊花丝伸长期表达量达到峰值,随着花芽的进一步发育和分化,FaesANT的表达量逐渐下降,至开花时降至最低。在TRV2-FaesANT处理的强表型同型长花柱植株的花表现出雌蕊花柱和雄蕊花丝缩短、雄蕊数量减少,部分雄蕊花药花瓣化,FaesANT基因在这些强表型植株花中的表达量极显著降低。结合FaesANT表达模式和基因沉默后花器官表型分析,推测FaesANT主要参与甜荞花丝和花柱长短调控,同时也参与了甜荞雄蕊数量的调控。

肉桂酸4-羟基化酶(C4H)是黄酮类化合物合成途径中的一个关键酶,在植物抗逆过程中发挥着重要作用。为了解3种药用甘草(乌拉尔、胀果和光果甘草)中C4H基因家族的生物信息学功能,探究其在非生物胁迫下的表达特性及与甘草苷积累的关系,利用生物信息学方法对C4H基因家族成员进行分析,同时结合转录组数据和RT-qPCR验证了解其在非生物胁迫下的表达情况及与甘草苷含量之间的关系。结果显示,在3种药用甘草全基因组中共鉴定出11个C4H基因,分别命名为GuC4H1~3、GiC4H1~3和GgC4H1~5。这些基因在乌拉尔和胀果甘草中分布在2条染色体上,而在光果甘草中分布在3条染色体上。各基因成员虽然在氨基酸数、等电点等理化性质上存在差异,但亚细胞预测均定位于内质网,且含有C端血红素结合域(PFGVGRRSCPG)。表达模式分析显示,11个C4H基因在3种药用甘草的不同组织中均有表达,且非生物胁迫可显著诱导地下部分中的C4H基因上调表达。其中,GgC4H5在盐胁迫24 h表达量最高,是对照组(24 h)的1.68倍;GuC4H3在干旱胁迫2 h表达量最高,是对照组(2 h)的3.03倍。此外,适度的非生物胁迫显著提升了3种甘草地下部分的甘草苷含量。NaCl胁迫2 h,胀果甘草中甘草苷含量增加最显著,是对照组(2 h)的2.92倍;PEG胁迫24 h,光果甘草中甘草苷含量增加最显著,是对照组(24 h)的2.31倍。GgC4H5在盐胁迫下表达与甘草苷含量趋势一致,GuC4H2、GuC4H3、GiC4H2和GiC4H3在干旱胁迫下表达与甘草苷含量趋势一致。因此,这些基因可能是3种药用甘草地下部分响应非生物胁迫并参与甘草苷合成的关键基因。

SAUR基因在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。植物激素ABA与GA₃在植物生长-胁迫应答中发挥关键作用。为了探究水稻OsSAUR23基因是否受ABA和GA₃调控。研究分析了OsSAUR23基因启动子区域的顺式作用元件,并以转OsSAUR23基因拟南芥和野生型拟南芥为试验材料,进行外源激素处理,通过测定其农艺性状、生理指标及与酸生长、ABA通路相关基因的表达情况,明确水稻OsSAUR23基因对ABA和GA₃响应的作用机制。结果表明:OsSAUR23基因的启动子区域含有ABA和GA₃的顺式作用元件,且水稻在ABA和GA₃处理下OsSAUR23基因的表达量显著增加。在农艺性状方面,随着ABA浓度的增加,过表达拟南芥发芽率、根长、株高和鲜质量均受到抑制,但株高和鲜质量均显著高于野生型。使用GA₃处理后,过表达拟南芥发芽率和根长呈现低浓度促进、高浓度抑制的双向调控模式,同时株高和鲜质量均显著高于野生型。在生理指标方面,随着ABA浓度的增加,过表达拟南芥SOD活性呈显著上升趋势,POD活性、CAT活性和MDA含量与野生型相比差异不显著,可溶性蛋白含量与野生型相比显著升高;随着GA₃浓度的增加,过表达拟南芥SOD活性、POD活性增加,CAT活性先升后降,MDA含量先降后升,可溶性蛋白含量与野生型相比显著升高。同时ABA和GA₃处理能促进过表达拟南芥根系等部位pH值下降,但高浓度激素处理会抑制该效应。qRT-PCR结果表明,过表达OsSAUR23显著下调了AtPP2C.D家族基因(AtAPD5、AtAPD6、AtAPD9)的表达,解除对质膜H⁺-ATP的抑制,促进质子外排,最终导致根系等部位pH值下降;同时过表达OsSAUR23导致AtPP2C.A成员表达呈现差异性变化,表明OsSAUR23可能参与协调ABA信号的传导。综上所述,OsSAUR23通过响应ABA和GA₃正向调控植株生长。

为探究水杨酸(SA)对盐碱胁迫下红芸豆幼苗的生理调控作用,并为山西典型盐碱区红芸豆抗逆栽培提供依据,以红芸豆为试材,采用NaCl、Na₂SO₄、NaHCO₃、Na₂CO₃配比为1∶9∶9∶1的复合盐碱体系模拟盐碱胁迫,设置0 (CK),20,40,60,80 mmol/L共5个盐碱浓度梯度对红芸豆进行盐碱胁迫处理,以筛选最佳盐碱胁迫处理浓度。然后,基于筛选出的盐碱浓度进行胁迫处理的同时施加20,40,60 μmol/L 3个浓度的SA处理,以研究SA对盐碱胁迫下红芸豆幼苗的缓解效应。结果表明,40 mmol/L盐碱胁迫下,红芸豆生长受到显著的抑制,但未达到致死性重度胁迫水平,为最佳盐碱胁迫浓度,该浓度胁迫可诱发红芸豆早期幼苗氧化损伤,抑制养分吸收和转运,并提高精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)活性,导致腐胺(Put)过量积累。在40 mmol/L盐碱胁迫下,外源施加40 μmol/L的SA后,红芸豆幼苗叶片和根系的丙二醛(MDA)含量分别降低37.63%,39.76%;过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低38.71%,21.13%;超氧阴离子(O₂^-)含量分别降低40.00%,52.17%;根系活力提高56.14%。幼苗叶片和根系的Na含量均显著降低,而K、Cu、Ca、Fe元素含量均显著增加。此外,外源施加40 μmol/L SA还可降低盐碱胁迫下红芸豆幼苗的ADC与ODC活性,增加S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)活性,并促进Put向Spd和Spm转化,进而增强植株的抗氧化能力与离子稳态调控能力。综上,外源水杨酸可通过激活抗氧化系统、优化多胺代谢、促进矿质元素吸收与分配,有效缓解复合盐碱胁迫对红芸豆幼苗的生理伤害。

为探究不同浓度γ-氨基丁酸(GABA)对樱桃番茄营养品质和抗氧化活性的影响,以樱桃番茄为试材,于第3穗花后15 d开始叶面喷施不同浓度GABA(0,5,10,20,40 mmol/L,分别记为:CK、G5、G10、G20和G40)溶液,探究施用γ-氨基丁酸对樱桃番茄营养品质、内源GABA及抗氧化活性等指标的影响。结果表明:外源GABA处理可以显著提高樱桃番茄营养品质和抗氧化能力。随着处理浓度升高,可溶性糖、总酚、总黄酮含量和糖酸比不断增大,维生素C、可溶性糖、糖酸比等营养品质指标均在G40处理下达到最大值;G40处理下的总酚含量和总黄酮含量显著高于除G20外的其他处理,较CK分别提高了24.26%,91.75%;G40处理下樱桃番茄的番茄红素含量最高,较CK显著提高了85.96%。内源GABA含量随处理浓度升高呈先升高后降低趋势,在G20处理达到最大值,较对照显著提高了101.85%,但G20处理与G40处理无显著差异;DPPH自由基清除活性与FRAP抗氧化能力同步增强,均在G40处理达到最大值,显著高于CK。经相关性分析,可以得出樱桃番茄抗氧化能力与总酚含量、总黄酮含量、番茄红素均呈极显著正相关关系。综上可得,外源GABA(G40处理)可作为一种绿色高效手段提升樱桃番茄果实营养品质及抗氧化活性。

为探究氧化石墨烯作为新型纳米材料对植物生长发育和果实品质的影响,以Micro-Tom番茄为研究对象,测定其在不同氧化石墨烯浓度水平下的种子萌发率、幼苗株高与茎粗、光合作用效率、果实产量、抗氧化酶活性,以及可溶性固形物、番茄红素、维生素C含量等内含物质积累情况,并评估氧化石墨烯应用于农林业领域的安全性。结果表明,氧化石墨烯质量浓度为50,100,200 mg/L时均能促进种子萌发并提高种子萌发率和胚根长度,其中,氧化石墨烯质量浓度为200 mg/L时效果最佳。氧化石墨烯质量浓度为50,100 mg/L时还可有效增加植株生物量,提升光合作用效率,增强植株内抗氧化酶活性,同时提高单果鲜质量和产量。尤为重要的是氧化石墨烯质量浓度为50 mg/L时还可显著提升果实维生素C含量,证实其具有改善番茄果实营养价值的潜力。安全性评估结果显示,氧化石墨烯处理后的番茄植株各组织中均未检测到氧化石墨烯的存在,表明其在促进番茄植株生长的同时并无显著残留,具有良好的生物安全性。因此,适宜质量浓度的氧化石墨烯(50 mg/L)可作为一种高效且相对安全的植物生长促进剂,实现番茄产量与果实品质的协同提升。

为揭示半干旱区马铃薯在关键生育阶段生长发育及光合特性对不同水分梯度的响应特征,通过开展渍水(土壤含水量保持85%田间持水量)和干旱胁迫(土壤含水量为65%田间持水量时开始持续干旱)的模拟试验,对马铃薯各项生长发育及光合指标进行研究。结果表明,随着生育进程,渍水处理下马铃薯株高、生物量积累与正常灌溉处理相差不大,干旱胁迫下显著降低马铃薯株高生长及生物量的积累,同时干旱胁迫明显降低马铃薯叶片光合特性,其中净光合速率、气孔导度分别下降43%,55%,渍水处理各光合参数(除气孔导度外)与正常灌溉处理无显著差异。干旱胁迫及渍水处理不同程度降低马铃薯叶片的光合能力及对光能的利用,其中渍水条件下马铃薯叶片遇强光时生长发育更易受到抑制,并且降低马铃薯叶片活性,马铃薯叶片在干旱条件下遇弱光时生长发育更易受到抑制,但未降低马铃薯叶片活性。综合分析发现,半干旱区马铃薯在块茎膨大期更易受到干旱胁迫的影响,其次是渍水持续时间较长影响马铃薯的生长发育。

明确滴灌水肥一体化条件下施磷量对新疆密植高产玉米生长、产量形成和磷肥利用率的影响机制,以期为新疆玉米高产稳产和化肥减量增效绿色可持续提供理论依据。试验于2023—2024年在新疆奇台农场玉米高产示范基地开展,在滴灌水肥一体化条件下设置不施磷肥(P₀)、纯磷60 kg/hm²(P₆₀)、 90 kg/hm²(P₉₀)、120 kg/hm²(P₁₂₀)、150 kg/hm²(P₁₅₀)和180 kg/hm²(P₁₈₀,CK)6个施磷水平,分析了密植滴灌水肥一体化玉米的叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、干物质积累、收获指数(HI)、穗部性状、产量及产量构成的变化,明确了施磷量对新疆密植滴灌玉米产量和磷肥利用率的影响。结果表明,在滴灌水肥一体化分次施磷条件下,2 a玉米产量随施磷量的增加均呈先增加后趋于平稳的趋势,在P₁₂₀处理时产量达到最大(18.79~20.94 t/hm²)。施磷量可显著影响玉米的千粒质量和穗粒数。施磷量主要影响了玉米果穗秃尖的长度,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较果穗秃尖长差异不显著。玉米关键生育期的LAI随磷肥用量的增加表现出先上升后平稳的变化趋势,其中吐丝期P₁₂₀处理下玉米的LAI最大为7.56~7.81,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较LAI差异不显著,与P₁₂₀处理相比,P₀处理显著降低了21.54%。此外,P₁₂₀处理的玉米花前、花后干物质累积量与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较差异不显著,较P₀分别提高了37.91%,93.88%。综上所述,滴灌水肥一体化分次施磷显著影响了密植滴灌玉米的LAI、LAD、花前与花后干物质积累以及HI,缩短秃尖长度,提高了穗粒数和千粒质量进而提高玉米产量和磷肥利用效率,实现了玉米产量和磷肥利用效率的协同提高。

为探究长期施用不同有机肥后土壤磷素累积特征及其在剖面中的分布规律,通过田间长期定位试验,探讨了持续施用不同用量畜禽粪便有机肥和污泥堆肥条件下,土壤剖面中磷素的分布特征与运移规律。结果表明:连续11 a施用高量(每年施用60 t/hm²)猪粪、鸡粪和污泥后,其带入的磷可明显迁移到30~60 cm土层,施用中、高量(每年施用45,60 t/hm²)的猪粪、鸡粪有机肥和污泥堆肥可使有效磷迁移到60~90 cm土层。施用不同种类有机肥11 a后,耕层土壤磷素活化系数呈明显上升的趋势,且高用量与低用量之间的差异达到显著水平;不同有机肥处理下土壤磷素活化系数的大小顺序为:猪粪有机肥处理>鸡粪有机肥处理>污泥堆肥处理。施用鸡粪、猪粪有机肥和污泥堆肥后耕层土壤有效磷含量与磷投入量间符合线性加平台回归模型。有机肥等磷量投入条件下,猪粪和鸡粪有机肥处理对耕层土壤有效磷的贡献明显高于污泥堆肥处理;当磷投入量大于7.14 t/hm²时,施用猪粪有机肥对耕层土壤有效磷的贡献明显高于施用鸡粪。土壤剖面中全磷和有效磷含量分别与有机碳含量呈极显著正相关关系,在0~90 cm剖面中土壤有机碳与磷可能存在共迁移。

为探究不同解磷细菌组合接种的解磷效果及其对玉米生长和磷素吸收的影响,以3株分类地位和解磷能力均存在差异的菌株-弗雷德里克斯堡假单胞菌P4-5、水稻节杆菌P5-41和阿氏芽孢杆菌P3-50为研究对象,以不接种处理为空白对照(CK),设置单接种P4-5(Pf)、单接种P5-41(Ao)、单接种P3-50(Ba)、双接种P4-5和P5-41(Pf×Ao)、双接种P4-5和P3-50(Pf×Ba)、双接种P5-41和P3-50(Ao×Ba)、组合接种P4-5、P5-41和P3-50(Pf×Ao×Ba)处理,利用盆栽试验分析不同接种处理对玉米根系形态、地上部生长、磷素吸收及菌株吲哚乙酸(IAA)分泌能力的影响。结果表明,与CK相比,接种解磷细菌均可显著提高玉米茎粗、叶片SPAD值、地上部生物量、吸磷量,同时也显著激活了根际碱性磷酸酶活性(单接种Pf和Ba处理除外),降低了土壤有效磷含量(单接种Ba处理除外)。其中,组合接种Pf×Ao×Ba处理整体表现最优,能够分泌高浓度的IAA,优化玉米根系形态(增加根长、体积、表面积及根尖数),还能显著提高根际碱性磷酸酶活性,促进土壤有机磷矿化,进而高效促进玉米生长和磷素吸收。综上,复合接种Pf×Ao×Ba处理可通过分泌IAA优化玉米根系形态(增加根系长度、体积、表面积及根尖数),提升碱性磷酸酶活性有效活化土壤有机磷的双重机制,显著促进玉米生长并改善磷营养状况。

旨在探究氮肥减施配施有机肥对香梨园0~60 cm土壤碳氮含量变化以及香梨产量、品质的影响,提出最佳氮肥减施用量与有机肥配比。以10~12 a生库尔勒香梨树为试验材料,连续3 a设置常规施氮(表示为N,300 kg/hm²)处理,3个氮肥减施处理(分别表示为N1、N2、N3,较常规施氮处理减少10%,20%,30%)配施2个有机肥处理(表示为OF1、OF2,施用羊粪22 500,33 750 kg/hm²),并形成氮肥减施配施有机肥处理:N1F1、N2F1、N3F1、N1F2、N2F2、N3F2,对库尔勒香梨园土壤碳氮含量、土壤碳氮比以及香梨产量、品质进行测定与分析。结果表明:N1F1、N1F2、N2F2、N3F2显著促进香梨园土壤全碳、有机碳、无机碳、微生物量碳(SMBC)及硝态氮、铵态氮含量,提高土壤碳氮比和香梨果实中的可溶性糖、维生素C的含量,降低香梨果实中的总酸含量,并对产量无显著影响;N2F1对土壤硝态氮、铵态氮含量有显著促进作用,对香梨产量和品质无显著影响;N3F1显著抑制土壤碳组分含量以及香梨产量,并降低果实中可溶性糖含量。土壤硝态氮、铵态氮、有机碳、无机碳、全氮、全碳、SMBC、微生物量氮(SMBN)与香梨品质呈现显著或极显著正相关关系,土壤C/N与香梨产量、品质呈现显著或极显著负相关关系,其中土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮对香梨产量、品质的作用更为显著,在后续的施肥处理中,通过促进土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量,调节土壤C/N,更好地提高库尔勒香梨产量,提升果实品质。10~12 a生库尔勒香梨树的经营过程中,在常规施氮的基础上减氮20%~30%,同时配施有机肥33 750 kg/hm²处理,有利于调节土壤碳氮含量,增加香梨品质,降低化肥施用量,减少土壤污染,保证土壤环境健康。

旨在明确内蒙古中部地区秸秆还田减施氮肥对绿豆叶绿素含量、干物质积累及产量的影响,为绿豆栽培中秸秆资源合理利用以及科学施氮提供参考。以科绿1号绿豆品种为试验材料,采用2因素裂区设计,设置2种栽培措施:秸秆还田(ST)和秸秆不还田(NST),4个施氮水平:0(N0),45(N45),90(N90),135(N135)kg/hm²,共8个处理组合,分析各处理对不同时期绿豆叶绿素含量、地上部各器官干物质量以及成熟期主要农艺性状、产量及其构成因素的影响。结果表明,不同时期各处理绿豆叶绿素含量、地上部各器官干物质量、主要农艺性状、产量及其构成因素均表现为 ST + N90 > ST + N135 > ST + N45 > NST + N90 > NST + N135 > NST + N45 > ST + N0 > NST + N0。 ST+N90处理结荚期绿豆叶绿素含量、开花期叶片干物质量、成熟期茎秆干物质量、结荚期豆荚干物质量、成熟期籽粒干物质量、主茎分枝数、主茎节数、荚长、荚宽,单株荚数、单荚粒数、百粒质量、产量均最高,分别较NST+N0增加24.33%,30.56%,26.83%,28.58%,43.85%,6.13%,7.03%,5.62%,16.35%,13.22%,4.45%,8.90%,23.46%。秸秆还田配施90 kg/hm²氮肥处理能够提高绿豆叶绿素含量,促进植株地上部各器官干物质积累,提高产量,是绿豆栽培中较为理想的措施。

为探究不同施氮量对甜菜碳氮代谢与产质量形成的影响,试验在内蒙古自治区呼和浩特市内蒙古农业大学科技园区试验地进行,设置5个施氮处理,施氮量分别为0(N0),60(N60),120(N120),180(N180),240 kg/hm²(N240),分析不同处理下甜菜全生育期主要光合生理指标以及碳氮代谢关键酶及其产物的动态变化。结果表明,施氮对甜菜光合特性、碳氮代谢关键酶活性及产物的影响在不同生育期存在显著差异。光合特性上,6月17日、7月2日各施氮处理SPAD值较N0分别提高10.06%~32.45%,4.19%~26.98%;8月20日SPAD值、Fv/Fm以N180处理最高,且9月20日SPAD值和Fv/Fm较高。碳氮代谢关键酶活性方面,N180处理下,7月17日蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)、硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性均最高,较N0分别提高17.20%,20.37%,18.39%,31.30%;9月20日SPS活性、8月5日SS活性最高,分别达15.51,21.59 μg/(g·min)。碳氮代谢物质方面,随着生育进程的推进,块根可溶性糖含量、叶片全氮含量整体呈升高的变化趋势,N180处理在8月5日叶片和块根全氮含量最高,在9月20日叶片可溶性糖含量最高。产质量方面,随着施氮量的增加,块根产量整体呈升高的变化趋势,含糖率整体呈降低的变化趋势;N180处理下块根产量为106.46 t/hm²(较N0提高31.00%),含糖率为13.43%(较N0下降0.63百分点),产糖量最高,为14.30 t/hm²(较N0提高25.11%)。相关性分析表明,碳代谢关键酶(SPS、SS)活性与产糖量整体呈正相关关系,碳代谢物质与产糖量整体呈负相关关系,氮代谢关键酶(NR、GS)活性与产糖量均呈正相关关系,块根全氮含量与产糖量整体呈正相关关系。综上,施氮量为180 kg/hm²时可通过优化甜菜叶片光合性能,促进叶片和块根碳氮代谢的协调,平衡块根产量与含糖率,提高产糖量。

发掘并定位小麦品种中携带的抗病基因能为小麦新品种选育提供抗源、基因及标记。以阿富汗小麦地方品种KU3067及Apav构建的BC₁F₅群体为材料,在河北保定环境进行苗期和成株期抗叶锈性鉴定,并开展抗病基因定位研究。苗期鉴定结果显示,KU3067对3个供试叶锈菌生理小种表现为高感,Apav表现为高抗,148个BC₁F₅群体植株的抗感分离比符合1对基因的遗传模式,分子标记分析证实Apav中的基因为已知抗叶锈基因Lr13。成株期鉴定结果显示,KU3067、Apav均表现为高抗,后代群体呈现连续性分布,符合数量性状的特点,结合群体的DArT-Seq数据分析共定位到5个抗叶锈数量性状位点(QTL)。来自Apav的Lr13在2个环境中检测到,分别解释了51.60%,25.08%的表型变异;Lr67来自KU3067,解释了4.98%~7.30%的表型变异;来自Apav的QLr.hebau-2AS解释了6.68%的表型变异,可能为新的位点;来自Apav的QLr.hebau-5DL.1和来自KU3067的QLr.hebau-5DL.2分别解释了23.74%,8.41%的表型变异,均推测为新位点。明确了KU3067/Apav群体在保定环境下的抗性表现特征,定位了包括Lr13、Lr67以及3个潜在新抗叶锈QTL,并开发了紧密连锁的分子标记,为我国小麦抗叶锈病育种提供了重要的基因资源和标记。

为明确小麦叶锈菌效应因子Pt6647的表达特性及在寄主致病中的作用,以前期筛选获得的高表达候选效应子Pt6647为研究对象,采用PCR技术进行基因克隆,利用NCBI数据库进行序列比对分析,通过信号肽预测与功能验证分析其分泌特性,借助亚细胞定位技术确定其细胞内分布,并应用实时荧光定量PCR技术检测其在侵染过程中的表达模式。结果显示,成功克隆获得长度为765 bp的Pt6647开放阅读框(ORF);该基因在8个小麦叶锈病菌生理小种中高度保守,仅存在2个氨基酸变异;该效应子由254个氨基酸组成,其N端1—18 位氨基酸被证实为具有分泌功能的信号肽;亚细胞定位显示,全长的Pt6647定位于细胞膜,而去除信号肽的截短体(Pt6647^Δsp)则定位于细胞核、细胞质和细胞膜;表达模式分析表明,Pt6647在叶锈菌侵染小麦后36 h表达量达到高峰。成功克隆并鉴定了小麦叶锈菌效应子Pt6647,其特异性的亚细胞定位和侵染早期的表达高峰表明效应子Pt6647在病原菌侵入寄主植物早期发挥关键作用。

为明确河北省、山东省和河南省的花生果腐病病原菌种类及组成,以三地花生主产区的果腐病病果为材料,采用组织分离法对病原菌进行分离纯化,通过菌株形态学特征观察及rDNA-ITS、TEF-1α基因序列分析进行分类鉴定;选取7株代表性菌株(RF1-7),采用菌饼接种花生籽仁、孢子悬浮液侵染新鲜荚果试验,依据柯赫氏法则验证其致病性。结果表明,分离纯化获得307株真菌,其中以镰刀菌属为优势菌群,占比达63.52%。三省份的病原真菌种类呈现地域性差异,河北省以新孢镰刀菌为主要病原菌,山东省以尖孢镰刀菌为优势种,河南省则以茄腐镰刀菌占比最高,分离比例分别占镰刀属菌株的50.75%,57.15%,47.67%。供试的7株菌株均能侵染花生籽仁及新鲜荚果,但致病力表现不同,其中新孢镰刀菌在籽仁与荚果侵染试验中发病率均达100%。除与范特尼镰刀菌侵染发病率无显著差异外,新孢镰刀菌引起的发病率均显著高于其余5个供试菌株,且受侵染的籽仁和荚果呈现典型的感病症状,表明该菌株具有更强的致病潜力。首次系统揭示了冀鲁豫三省花生果腐病病原菌的种类特征及致病力差异,研究结果可为制定区域性花生果腐病精准防控策略提供理论依据,对保障我国北方花生产业可持续发展具有重要意义。

建立细小果胶杆菌和多样果胶杆菌快速灵敏的分子检测技术为马铃薯茎腐病的快速检测、早期诊断、传播途径与动态奠定技术基础。通过对细小果胶杆菌特异性位点基因10748与多样果胶杆菌特异性位点基因1602序列进行分析,利用 Primer 3与NEB网站引物设计软件进行实时荧光定量PCR与LAMP引物设计,经过特异性验证、反应条件优化与灵敏度验证对引物进行筛选并进行样品检测。设计并筛选出细小果胶杆菌与多样果胶杆菌实时荧光定量PCR引物XX3-F/R与DY1-F/R,对人工接种病原菌植物样本DNA检测灵敏度分别达到10,1 pg/μL,对病原菌gDNA检测灵敏度均达到0.1 pg/μL。设计出细小果胶杆菌与多样果胶杆菌LAMP引物,检测灵敏度与实时荧光定量PCR检测技术相同。建立起关于马铃薯气生茎腐病菌细小果胶杆菌与多样果胶杆菌的实时荧光定量PCR与LAMP检测技术,均可对细小与多样果胶杆菌侵染的马铃薯茎部与块茎以及带菌果蝇进行检测。

旨在探究桑桑牦牛PFN3基因(Profilin 3)的结构与理化指标,并利用qPCR检测RPL8基因在各组织中的表达情况,为挖掘牦牛PFN3基因的生物学功能提奠定理论基础。以心脏组织cDNA为模板,克隆牦牛PFN3基因的CDS区序列并检测该基因在不同组织中的表达。并使用多种软件和在线工具进行生物信息学分析。结果表明:桑桑牦牛PFN3基因编码区全长为414 bp,共有3个开放阅读框,编码137个氨基酸;通过分析牦牛PFN3蛋白显示,脂肪族系数为101.75,理论等电点9.04,不稳定指数37.22,该蛋白属于稳定的疏水蛋白;该蛋白存在4处潜在磷酸化位点,没有信号肽和跨膜区;氨基酸组成中甘氨酸(Gly)占比最高,为14.6%;亚细胞定位发现,PFN3蛋白在细胞质、细胞核和线粒体内的占比分别为43.5%,30.4%和26.1%;同源性比对发现,桑桑牦牛与野牦牛同源性最近,与非洲疣猪和欧亚野猪的亲缘关系最远;对互作蛋白进行KEGG通路富集分析,发现这些蛋白主要富集在肌动蛋白细胞骨架调控、Rap1信号通路、聚焦黏附、沙门菌感染和肌萎缩侧索硬化等通路中。qPCR结果显示,桑桑牦牛PFN3基因在直肠组织中表达最高,显著高于其他组织,在心脏中表达最低。

前期通过CRISPR/Cas9文库筛选技术已鉴定出细胞色素P450氧化还原酶(POR)是促进黄曲霉毒素B1(AFB1)诱导肝细胞毒性的关键宿主因子。为进一步阐明POR蛋白在AFB1介导肝细胞损伤中的作用机制,基于已公布的人源POR基因序列,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,设计了2条靶向POR基因外显子5(exon 5)的sgRNA并克隆至lentiCRISPRv2载体,经慢病毒包装感染至THLE-2人肝细胞,用有限稀释法筛选单克隆细胞,并通过脱靶测序、RT-qPCR和Western Blotting在mRNA及蛋白水平验证敲除效率。结果表明:V2-sgRNA-POR-1可有效敲除POR基因,且筛出的单克隆细胞中POR蛋白的转录与翻译水平均显著下降。进一步采用不同浓度的AFB1(100,200,400,800 μmol/L)处理THLE-2野生型细胞24,48,72 h,CCK-8法细胞活力测定结果显示,AFB1对肝细胞的毒性具有明显的浓度和时间依赖性,其中200 μmol/L处理48 h为最适染毒条件[IC₅₀(48 h)=(200.55±44.49)μmol/L]。在相同暴露条件下,POR敲除细胞株对AFB1诱导的细胞死亡表现出显著的耐受性,细胞活力明显高于野生型细胞。综上,POR蛋白在AFB1介导的肝细胞毒性过程中发挥关键促进作用,敲除POR可显著增强细胞对AFB1的抵抗能力。

探讨Wnt/β-catenin信号通路激活剂(LiCl)与抑制剂(MSAB)对C₂C₁₂细胞中该信号通路的作用,以及该通路被激活或抑制后对C₂C₁₂细胞增殖和成肌分化的作用。以C₂C₁₂细胞作为模型,采用不同浓度LiCl(0,15,25 mmol/L)及IWR-1、MSAB(0,15,25 μmol/L)对细胞处理并诱导成肌分化,通过Western Blotting技术检测经典Wnt/β-catenin信号通路相关因子及细胞增殖和成肌分化标志基因蛋白的表达。结果表明,15 mmol/L LiCl对Wnt信号通路中β-catenin蛋白表达没有显著影响,而25 mmol/L LiCl能够促进C₂C₁₂细胞内β-catenin、Pax7、MyOG和MyHC的表达。IWR-1对β-catenin蛋白表达无显著影响,而15,25 μmol/L MSAB对β-catenin蛋白表达具有抑制作用,其中15 μmol/L MSAB的抑制效果尤为显著,明显降低了C₂C₁₂细胞内β-catenin、Pax7、MyOG和MyHC的表达水平。综上,25 mmol/L LiCl与15 μmol/L MSAB可分别有效激活和抑制C₂C₁₂细胞内Wnt信号通路,并对C₂C₁₂细胞增殖和成肌分化产生影响。