超级稻品种南粳5718被列为农业农村部主导品种,在大面积生产中抗倒性表现出色。研究南粳5718的茎秆特性,解析其抗倒伏的分子机制,能够为抗倒伏水稻育种提供新的思路。以抗倒性较强的超级稻品种南粳5718和2个抗倒性较弱品种南粳518和南粳58为材料,比较农艺性状、茎秆特性与抗倒伏的相关性,发现南粳5718抽穗后20 d的株高、重心高度显著低于南粳518和南粳58,倒二节间长度、倒二和倒三节间的直径和茎壁厚度均高于南粳518和南粳58。茎秆结构性和非结构性碳水化合物含量测定结果表明,倒二和倒三节间的纤维素和木质素含量高是导致南粳5718强抗倒性的重要因素。进一步分析发现,3个品种倒二节间纤维素酶活性无显著差异。南粳5718和另外2个品种相比,102个纤维素和木质素合成代谢途径相关基因中只有pPLAⅢα(编码糖蛋白相关磷脂酶A)、CBF诱导因子bHLH002、ILA1(编码丝裂原活化蛋白激酶)和转录因子基因NAC5在编码区存在错义突变。正调控纤维素合成的转录因子MYB61、负调控纤维素合成的细长秆基因SLR1和PIL13、多半乳糖醛酸酶PG3、乙烯响应因子ERF34、矮秆基因DPH1、转录因子MYB7等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。木质素代谢过程中的4-香豆酸:辅酶A连接酶4CL3、MYB转录因子RLM1、对香豆素酯3-羟化酶CYP98A4、NAC转录因子SWN1和苯丙氨酸脱氨酶基因PAL1等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。关键基因在节间的表达差异是南粳5718茎秆高纤维素和木质素含量导致强抗倒性的原因。综上,超级稻南粳5718强抗倒性在茎秆特性上表现为具有较粗的节间直径和较大的茎壁厚度,节间较高的纤维素与木质素含量为其抗倒性提供了物质基础,纤维素和木质素合成通路中关键基因表达差异可能是南粳5718茎秆强抗倒性的主要原因。

旨在基于代谢组与转录组联合分析,阐明不同颜色鲜食玉米籽粒花青素的组分差异及其分子调控机制,为彩色鲜食玉米分子育种提供候选基因与理论依据。以白色WN2000、黄色HN、彩色CN1和黑色HTN188为材料,综合采用代谢组学鉴定花青素相关代谢物并筛选差异代谢物,结合转录组测序获得差异表达基因(DEGs),通过GO注释与KEGG通路富集解析代谢—基因关联,并在花青素生物合成通路中挖掘关键结构基因与转录调控因子。结果表明,代谢组共鉴定49种花青素类代谢物,HTN188中矢车菊素、芍药素和天竺葵素等主要花青素显著积累,表现出更强的色素沉积特征。转录组共获得12 557个DEGs,其中F3H、DFR、UFGT等结构基因及MYB、bHLH等转录因子在高花青素品种中显著上调。相关性分析显示,基因Zm00001d011438的表达量与总花色素苷含量呈显著正相关,提示其可能在籽粒花青素积累中发挥关键作用。综上,基于代谢组与转录组联合分析,描述了不同颜色鲜食玉米籽粒花青素组成及相关基因表达差异,筛选出与花青素生物合成通路相关的结构基因、转录因子及候选基因Zm00001d011438,为后续功能验证与遗传改良研究提供参考。

鉴定小麦叶枕控制因子LIGULELESS 2(LG2)并分析其互作蛋白,对探究小麦叶枕器官建成和叶夹角大小调控的分子机制及选育优良株型新品种提供理论依据具有重要意义。首先,通过构建系统发育树,在小麦基因组中鉴定到LG2的2个同源基因,分别命名为TaLG2和TaLG2L,且两者在A、B、D亚基因组均有3个拷贝同源基因,相似性达90%以上;基于转录组数据进行叶枕发育时期和叶片组织特异性表达分析,结果表明,TaLG2和TaLG2L均在叶枕器官中特异表达,且除TaLG2-3A外,其他5个同源基因均在叶枕发育早期S1期特异表达;构建诱饵载体pGBKT7-TaLG2L-1A,进行酵母双杂交(Y2H)筛库,共得到174个阳性克隆,经过测序分析共鉴定到68个小麦TaLG2L-1A的候选互作蛋白;GO功能富集分析显示,这些蛋白主要参与泛素结合、阳离子结合、mRNA结合等过程;进一步利用回转和Y2H一对一互作验证表明,小麦TaLG2L-1A能够分别与生长素响应因子TaARF17和蓝光受体隐花色素TaCRY1发生互作。明确了小麦LG2同源基因的组织特异性表达模式,筛选并获得TaLG2L-1A的关键互作蛋白TaARF17和TaCRY1,揭示了LG2可能通过协同生长素信号和光信号途径调控叶枕器官建成及叶夹角形成的分子机制。

为了探究棉花响应苎麻疫霉菌侵染的关键基因并初步解析其参与互作的分子机制,利用Illumina Hiseq^TM平台对感棉铃疫病棉花种质885系进行了转录组测序和TMT标记定量蛋白组检测,通过差异基因(蛋白)筛选和GO/KEGG富集分析获得响应病原侵染的关键基因,并对关键基因进行生物信息学分析,利用实时荧光定量技术(qPCR)明确关键基因在胁迫环境下的表达模式。结果表明,转录组和蛋白组联合分析共获得50个在基因与蛋白层面均存在显著差异的候选序列;GO和KEGG富集分析显示,差异基因主要富集于植物激素信号转导、植物-病原菌互作、谷胱甘肽代谢以及次级代谢产物生物合成等通路;进一步通过序列比对获得7个候选抗病相关基因,利用qPCR技术对7个候选抗病相关基因检测后发现,Gh_D02G091500、Gh_D06G194600、Gh_A01G241100、Gh_A06G192400和Gh_D09G161000的表达受苎麻疫霉菌诱导,其中棉花硝酸还原酶基因的表达差异倍数最高,差异显著性最为明显,并获得了棉花硝酸还原酶基因全长,命名为GhNIA1。综上,GhNIA1可能是参与棉花-苎麻疫霉菌互作的关键基因,并初步明确了GhNIA1的基因特征,为解析GhNIA1参与棉花抗棉铃疫病分子机制及抗病品种选育奠定了基础。

为明确光信号转导核心bZIP转录因子StHY5基因的基础特征与组织表达模式,以马铃薯栽培种底希瑞为试验材料,克隆了StHY5基因的全长CDS序列,通过生物信息学分析明确序列特征与进化关系,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析在马铃薯不同组织中的表达模式。结果表明,StHY5蛋白由158个氨基酸组成,分子质量为17.32 ku,理论等电点为9.78,StHY5蛋白包含1个基础亮氨酸拉链(bZIP)结构域。StHY5蛋白的二级结构由α-螺旋(占比44.3%)和无规则卷曲(占比55.7%)构成,StHY5蛋白的三级结构以α-螺旋为主,参考模板为鸡CREB3 bZIP蛋白。系统进化树分析显示,StHY5蛋白与茄科植物的HY5蛋白聚为一支,且与辣椒CaHY5蛋白亲缘关系最近。qRT-PCR定量结果表明,StHY5基因在所有组织中均有表达,且表达量差异显著,其中,匍匐茎表达量最高、块茎表达量最低。明确了马铃薯StHY5基因的序列特征与组织表达模式,为后续开展该基因在光信号调控中的功能验证及作用路径分析提供了试验基础。

类黄酮作为大白菜的生物活性物质,具有抗氧化、抗衰老、预防癌症等作用。为探究不同倍体大白菜材料类黄酮积累差异的分子机制,以25份二倍体和25份四倍体大白菜高代纯合自交系为材料,系统比较其总类黄酮含量并筛选极端材料,进而对高、低含量材料进行转录组(RNA-Seq)测序分析。通过 KEGG 富集通路分析鉴定类黄酮化合物生物合成的相关基因,采用RT-qPCR验证差异基因表达模式并构建转录因子调控网络。结果表明,四倍体材料总类黄酮平均含量(10.96 mg/g)略高于二倍体(10.36 mg/g)。RNA-Seq分析表明,二倍体材料比较组之间有11 610个差异基因,四倍体材料比较组之间有6 659个差异基因,其中共有差异基因3 598个。KEGG富集分析在类黄酮和苯丙烷类生物合成通路中鉴定出34个候选基因,筛选出6个关键基因(PAL1、4CL3、CHS3、CHI、CHI3、FLS1)并在高类黄酮含量的二、四倍体材料中上调,其中CHI3在四倍体高类黄酮材料中的表达量显著高于二倍体材料。此外,鉴定出27个bHLH和19个MYB转录因子,调控网络分析显示,MYB网络较bHLH更复杂并占主导地位。通过荧光定量PCR(RT-qPCR)分析显示,所选定6个极端差异基因的表达模式与RNA-Seq中表达趋势一致。筛选出了类黄酮合成途径中的关键结构基因及主要转录因子,发现CHI3对四倍体大白菜材料类黄酮积累有重要作用,为高类黄酮大白菜育种工作提供了候选基因和理论基础。

为研究茄子萼片覆刺形成的分子机制,以萼片多刺纯合茄子材料24C01为母本,无刺材料24C02为父本,配制遗传群体,F₂萼片覆刺分离呈正态分布。从F₂中分别挑选30株多刺和30株无刺单株,构建刺性状极端混池,利用BSA-seq结合图位克隆技术,将萼片刺基因SmPL定位在6号染色体上131.4 kb区间内。对该区间12个基因进行表达分析,其中仅Smechr0602815.1、Smechr0602817.1和Smechr0602821.1在两亲本间存在差异表达。重测序分析发现,Smechr0602815.1在24C02上存在非同义突变,位于编码区第1 066 bp(G-A),造成谷氨酸突变成赖氨酸;Smechr0602821.1在24C02上存在片段缺失。基于上述序列差异,开发出与无刺基因连锁的KASP标记,对100份不同类型茄子材料检测的符合率均达96%以上,可用于无刺茄子性状基因型的快速鉴定,加快无刺茄子育种进程。

为探索山西连翘道地性形成的分子机制,基于连翘基因组数据,采用生物信息学方法对连翘UGT基因家族成员进行了全基因组鉴定和特征分析;并利用不同产地连翘转录组数据和实时荧光定量PCR技术分析了连翘UGTs基因在不同产地和不同组织中表达模式。结果表明,在连翘全基因组中共鉴定到170个家族成员,该家族成员不均匀地分布在14条染色体上,分别命名为FsUGT1~FsUGT170;其编码的蛋白分子质量为11.16~56.77 ku,等电点为4.70~9.18,其中,大多数为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,FsUGTs蛋白主要定位于叶绿体和细胞质中。系统进化树分析发现,连翘UGT基因家族可划分为15个亚组;共线性分析发现,23个FsUGTs和拟南芥的20个UGTs组合形成31种共线性关系。基因结构、蛋白质基序和保守结构域分析显示,FsUGTs基因具有1~7个外显子和0~6个内含子,编码的蛋白均具有PSPG保守结构域。启动子顺式作用元件分析发现,FsUGTs基因启动子区域含有多个光响应、植物激素响应、生物和非生物胁迫以及生长发育相关等元件。基因表达模式分析发现,FsUGT4和FsUGT145在山西连翘中的表达量显著高于河南和陕西,并在连翘叶中的表达量显著高于花和果实。综上,研究结果鉴定了170个连翘UGT基因家族成员,并筛选得到2个在山西连翘高表达并推测与连翘苷合成相关的基因FsUGT4和FsUGT145。

百合鳞茎膨大对百合栽培与育种具有重要意义,PLETHORA(PLT)转录因子在植物器官膨大中起关键调控作用。以穿梭百合(Tresor)为材料,探究LaPLT5基因在其鳞茎膨大过程中的作用机制。通过分析穿梭百合小鳞茎S1~S5时期的转录组数据,筛选出可能参与鳞茎膨大的LaPLT5基因,利用克隆技术从鳞茎cDNA中克隆该基因,结合生物信息学手段预测其编码蛋白质的结构特征,采用qRT-PCR技术分析LaPLT5在鳞茎膨大过程中的表达模式,通过病毒诱导的基因沉默(VIGS)及瞬时过表达技术验证该基因在鳞茎膨大中的功能。结果表明,LaPLT5基因全长1 500 bp,编码499个氨基酸,其中39个氨基酸残基带有正电荷,38个氨基酸残基带有负电荷,蛋白质相对分子质量为53 754.25,不稳定系数为40.77,蛋白亲水性平均值为0.56,为不稳定的疏水性蛋白。qRT-PCR检测显示,LaPLT5在穿梭百合鳞茎的中层鳞片中表达量最高,小鳞茎中表达量次之,且在小鳞茎膨大的S2~S4时期表达量持续升高。VIGS沉默LaPLT5后,小鳞茎的直径、周径和质量均极显著高于对照组,而瞬时过表达LaPLT5的结果则与之相反,说明LaPLT5负调控穿梭百合小鳞茎的膨大。基于LaPLT5沉默后百合小鳞茎细胞数目增多但面积变小的表型,qRT-PCR分析显示,细胞壁松弛相关基因LaPME34、LaXTH1和LaXTH6表达极显著下调;而细胞分裂的正向调控基因LaEBP1和LaANT1表达极显著上调,负调控基因LaCKX4表达极显著下调,表明LaPLT5可能通过协调细胞壁重塑和细胞分裂相关基因的表达,共同调控小鳞茎细胞的膨大与分裂。综上,LaPLT5参与穿梭百合小鳞茎的膨大过程,且对小鳞茎膨大起负调控作用。

为挖掘胡麻响应干旱胁迫的关键基因并解析其内在分子机理,以期为抗旱品种选育提供理论支持。以胡麻抗旱品种天亚13号根系为材料,采用不同浓度(5%,10%,20%,30%)的聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫。通过分析根长、根粗及干/鲜质量比等生理指标,确定20% PEG为最适胁迫浓度,该浓度处理下上述指标较对照分别显著降低31.63%,30.50%和13.39百分点。在此基础上,利用Illumina转录组测序技术对不同干旱胁迫时间点(8,16,24 h)的根系进行转录组分析,分别鉴定到5 428,5 304和3 603个差异表达基因(DEGs)。KEGG富集分析表明,这些差异表达基因显著富集于碳水化合物代谢途径(12个基因)、甜菜碱生物合成途径(4个基因)及抗氧化防御系统(36个基因)等关键过程。通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证,其表达趋势与RNA-seq结果一致,证实了数据的可靠性。系统揭示胡麻在干旱胁迫下通过协同调控渗透调节物质(如甜菜碱)合成、能量代谢重编程(碳水化合物代谢)以及活性氧清除机制以增强抗旱能力,为胡麻分子设计育种提供了重要的理论依据和候选基因资源。

旨在明确外源甜菜碱(GB)对高温干旱复合胁迫(TD)下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合系统的调控机制,为缓解作物极端环境胁迫提供理论依据。以先玉335为材料,于三叶一心期对叶片喷施用不同浓度(0,50,100,200,400 mmol/L)GB溶液,24 h后,通过人工气候箱模拟高温(昼/夜温度40 ℃/28 ℃)并利用20% PEG-6000诱导中度干旱构建复合胁迫环境,探讨GB对TD下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合作用的调控效应。结果表明,100 mmol/L GB显著促进植株生长,与TD处理相比,玉米株高、叶面积、茎叶及根系干质量分别增加27.48%,27.45%,28.33%,78.26%,根冠比提高14.91百分点。在胁迫后5 d,100 mmol/L GB显著增强了抗氧化酶活性,其中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提升69.09%,69.02%,41.81%;同时,丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}^{\bar{.}}_{2}$)和过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低21.92%,6.50%,25.33%。此外,可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量分别提升31.69%,18.98%。光合特性分析显示,GB可有效改善叶绿体基粒和基质类囊体的片层系统结构,从而显著提升复合胁迫下叶片的SPAD值,并减轻胁迫对光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的损伤,具体表现为初始荧光(F0)降低,可变荧光(Fv)和最大荧光(Fm)提高。此外,通过缓解复合胁迫引起的气孔与非气孔限制,100 mmol/L GB处理显著提升了叶片的光合性能,使胁迫后5 d的净光合速率(Pn)增加24.14%。综上,高温干旱复合胁迫下,外源GB可通过提高抗氧化酶活性和细胞渗透调节能力来保护光合系统,从而缓解胁迫伤害并促进玉米幼苗生长。

探究不同程度干旱胁迫对小麦抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、光合特性以及产量构成的影响,为优化小麦节水生产提供理论依据和技术支撑。于2023—2025年在山东省农业科学院龙口试验田设置重度干旱(I-hd)、中度干旱(I-md)、轻度干旱(I-fd)和适宜水分(I-sm)4种土壤水分梯度,系统分析了不同干旱胁迫下小麦抗氧化酶活性、MDA含量、光合特性以及籽粒产量构成。结果表明:相较于中度和重度干旱,轻度干旱和适宜水分均有利于优化穗数、穗粒数和千粒质量,从而显著提高籽粒产量,增产幅度2 a均值达11.1%~51.0%。轻度干旱和适宜水分下各生育时期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性显著提升,各生育时期叶片MDA含量显著降低,对降低细胞膜脂氧化程度和延缓植株衰老具有重要作用。轻度干旱和适宜水分条件下孕穗、开花和灌浆中期叶片叶面积指数(LAI)、叶绿素相对值(SPAD值)和净光合速率(Pn)均维持在较高水平,为光合速率的提升提供生理基础,而中度及重度干旱条件下上述指标全生育期大幅降低。相关分析表明,抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性与MDA含量呈显著负相关,与光合特性(LAI、SPAD、Pn)及产量构成要素(穗数、穗粒数、千粒质量)呈显著正相关,为保持较高光合能力提供生理保障。综上,轻度干旱与适宜水分均会大幅提高各生育时期叶片SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA等有害物质含量,并且优化叶片LAI和SPAD值进而改善叶片Pn,最终籽粒产量提高11.1%~51.0%。然而,轻度干旱与适宜水分下籽粒产量、抗氧化酶活性及光合特性间差异较小,因此,本研究认为轻度干旱条件下,可通过优化光合特性和叶片抗氧化能力来实现小麦稳产高产,为作物节水生产提供可靠的实践途径。

土壤中过量的盐碱会抑制红小豆植株的正常生长发育,造成产量和品质的下降。芽期是植物生命周期中最脆弱的阶段之一,提高芽期的耐盐碱性对于确保整个生长周期内作物的健康生长尤为重要。探究褪黑素对盐碱胁迫下芽期红小豆的缓解机制,选用红小豆品种龙小豆5号作为试验材料。试验设置了以蒸馏水为对照(CK),以及3个处理组,分别为混合盐碱溶液SA和褪黑素溶液MT以及MT+SA(在SA基础上添加浓度为100 μmol/L的褪黑素溶液)。与SA相比,MT+SA处理能够显著促进红小豆芽期的生长。红小豆的抗氧化酶活性、可溶性蛋白以及可溶性糖含量也显著增加。红小豆中ROS含量、MDA含量、H₂O₂含量显著降低。在转录组学分析方面,SA与对照(CK)对比、MT+SA与SA对比,分别产生了9 111,4 662个差异表达基因(DEGs)。CK vs SA处理组中有4 487个上调基因和4 624个下调基因;MT+SA与SA处理组中有1 800个上调基因和2 862个下调基因。对差异基因进行GO富集分析发现,主要富集在代谢过程、生物调节、转录调节活性、转运活性、催化活性等方面;通过KEGG富集分析确定的主要通路为map00940、map00941和map00943。对这3个通路中识别出的差异基因进行qRT-PCR验证,结果显示,qRT-PCR与RNA-seq的表达趋势一致,从而证实了RNA-seq数据的可靠性。综上所述,基于表型、生理、转录组数据以及qRT-PCR数据的研究结果,发现褪黑素对芽期红小豆在抵御盐碱胁迫时有显著作用。

探讨接种丛枝菌根真菌(AMF)对干旱胁迫下药用牡丹凤丹生理特性及活性成分积累的影响,为利用AMF增强药用牡丹抗旱能力及提升其药材品质提供理论依据。以凤丹实生苗为试验材料,设置正常水分(CK)、干旱胁迫(DR)、正常水分下接种AMF(AMCK)及干旱胁迫下接种AMF(AMDR)共4个处理,分别测定植株氧化还原稳态(包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸和可溶性糖含量)、光合特性(包括光合色素含量、光合与叶绿素荧光参数)以及根皮中活性成分(总黄酮、丹皮酚、芍药苷等)含量。结果表明,干旱胁迫导致凤丹植株体内丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)含量分别显著增加了33.53%和50.04%,光合性能受到明显抑制,具体表现为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光合性能指数(PIabs)均显著下降。接种AMF有效缓解上述干旱胁迫引起的不利影响:不仅使SOD活性显著提高6.36%,可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸等渗透调节物质含量分别显著提升23.72%,53.31%和14.70%,并降低活性氧含量,增强细胞膜稳定性,还使光合色素含量以及Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、PIabs等光合荧光相关参数得到显著恢复。此外,在干旱胁迫条件下接种AMF进一步促进了根皮中总黄酮、丹皮酚和芍药苷等次生代谢产物的积累,三者含量较DR处理分别提升18.67%,11.39%和5.17%。综上,AMF能够通过增强凤丹的抗氧化能力、促进渗透调节物质积累、改善光合性能,有效缓解干旱胁迫对植株造成的生理损伤,同时提高根皮中次生代谢物质的含量。

旨在明确有机肥改良退化黑土的内在作用机制,为该区域化肥减施方案优化与土壤地力长效保育提供科学依据。在2024年玉米田间试验中,设置以下6个施肥处理:CF(常规施肥)、RF(化肥减量20%)、RFH1(化肥减量20%+200 kg/hm²腐植酸肥)、RFH2(化肥减量20%+330 kg/hm²腐植酸肥)、RFO1(化肥减量20%+200 kg/hm²鸡粪有机肥)、RFO2(化肥减量20%+330 kg/hm²鸡粪有机肥)。结果表明:与CF和RF处理相比,RFH2、RFO1和RFO2处理显著降低了土壤容重12.4%~20.7%;所有配施有机肥处理均显著提高土壤结构稳定性,使>0.25 mm水稳性团聚体比例提高了15.9%~39.1%,土壤pH值降低了0.8%~1.2%;与CF和RF处理相比,RFO1和RFO2处理显著提高了土壤碱解氮含量14.6%~28.5%,有机肥处理均显著提升了土壤有效磷和有机质含量,增幅分别为8.7%~36.8%和11.0%~48.9%,其中RFO2处理提升效果最佳。同时,与CF和RF处理相比,RFH2、RFO1和RFO2处理显著提升了土壤脲酶、淀粉酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性18.1%~72.4%。在产量方面,RFH2、RFO1和RFO2处理相比于CF处理提高了玉米产量0.5%~13.9%;有机肥处理相比于RF处理增产16.7%~36.6%,其中RFO2处理产量最高。此外,有机肥处理均提高了肥料偏生产力和农学利用率11.9%~31.1%,其中RFO2处理的氮和磷肥偏生产力显著高于CF和RF处理25.8%~36.6%。综上所述,化肥减量配施有机肥可通过改善土壤理化性质、提升酶活性及肥料利用效率,在维持玉米产量的同时提高肥料利用率,实现黑土保育与粮食生产的协同发展。本试验条件下,化肥减量20%配施330 kg/hm²鸡粪有机肥(RFO2)是退化黑土的最优施肥模式。

为探明半干旱雨养农业地区,覆盖措施(如秸秆还田、地膜覆盖)对土壤团聚体和有机碳的影响。以陇中旱地马铃薯-小麦轮作体系为研究对象,系统分析了秸秆碎秆覆盖还田(SR)、秸秆带状覆盖还田(SM)、地膜覆盖(PM)及露地(CK)对土壤有机碳组分(SOC、POC、MAOC)、团聚体稳定性及团聚体碳贡献率的影响,通过评估不同覆盖措施的土壤改良效应,整合土壤有机碳组分动态、团聚体稳定性等关键指标与文献报道的作物生产力及水分利用效率数据,筛选出能够协同提高有机碳和团聚体稳定性的最优覆盖模式。结果表明:马铃薯-小麦轮作中,3种覆盖措施均提高了马铃薯和小麦有机碳含量及团聚体稳定性,以SR处理效果最佳,与CK处理相比,SR和SM处理SOC含量增加了15.38%,7.78%,PM处理的SOC含量无显著变化,SR和SM处理增加了0~20 cm土层中POC含量18.54%,16.62%,PM降低了0~20 cm土层中POC含量3.06%;各处理对MAOC增加整体趋势表现为SR>SM>PM>CK。与CK处理相比,SR和SM处理增加了MWD、GMD、>2 mm团聚体占比及其SOC含量,而PM显著降低了MWD和GMD;SR增加0~20 cm土层中>2 mm粒级SOC富集系数17.26%,SR和SM处理显著增加>2 mm团聚体SOC贡献率。综上所述,在本试验条件下,3种覆盖措施均能增加土壤有机碳含量,而秸秆碎秆覆盖还田在提升土壤有机碳含量和团聚体稳定性方面表现最佳、效果更好,有效提升土壤地力。

为明确不同形态氮素与镁肥配施对阴山北麓马铃薯的影响,于内蒙古呼和浩特市开展田间试验,设置2种形态氮素(硝态氮、铵态氮)和2个镁肥用量水平(0,45 kg/hm²),共4个处理,分析不同处理对全生育期马铃薯产量及其构成因素、干物质量、氮含量、镁含量、钾含量、氮积累量、镁积累量、钾积累量、氮素养分效率差异的影响。结果表明,与单施硝态氮相比,硝态氮与镁肥配施显著提高了块茎形成期至收获期马铃薯叶干物质量(21.24%~75.60%)、块茎干物质量(22.04%~62.36%),苗期至收获期全株干物质量(32.54%~70.28%),块茎形成期、淀粉积累期、收获期块茎氮积累量(44.01%~69.84%),全生育期全株镁积累量(37.66%~84.21%),块茎形成期至收获期全株钾积累量(24.30%~54.95%),全生育期氮素吸收效率(30.77%~66.67%),收获期氮肥偏生产力(35.13%)。指标间相关性分析显示,全生育期内,马铃薯干物质量、全株氮积累量、全株镁积累量、全株钾积累量与氮素吸收效率呈显著正相关关系(r均大于0.78);收获期,全株钾含量与产量呈极显著负相关关系(r为-0.78)。主成分分析进一步证实,全生育期不同处理间总变异量高度分散,说明不同形态氮素配施镁肥与不施用镁肥相比具有显著差异。该试验结果能够为阴山北麓马铃薯田间氮肥高效利用与氮镁合理搭配提供新策略。

土壤盐渍化是影响农田生产力提高的重要制约因素。针对滨海盐化土壤质量差、生产力低等问题,设置盆栽试验,探究不同用量和配比的有机土壤调理剂施用对滨海盐化农田大豆生长及土壤性状的影响。结果表明,综合分析SOD、CAT、MDA等抗盐生理指标状况来看,T3(乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=10:1)、T5(乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=20:1)处理改善效果较好;综合对比前期和中期长势来看,以T5处理长势状况较好,其次是T2(乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=5:1)处理;干物质积累量和养分吸收方面以T16(乳糖肽用量900 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=15:1)、T17(乳糖肽用量900 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=20:1)与T2处理较好,明显高出对照处理;偏生产力和农学效率在T2处理均最高,为1.11,0.87 g/kg,同时复配比例在5:1~15:1时改善土壤水溶性离子的效果较好。综合来看,以乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽与肌醇复配比例为5:1~10:1的T2和T3处理在节省成本投入,保持改良效果方面最佳。

为探究牛粪源炭基有机肥替代部分化肥对夏玉米田N₂O排放的影响及其调控机制,于2023—2024年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站开展大田小区试验。试验设置4种施肥处理:CF,常规施用氮磷钾化肥;COF1、COF2和COF3分别为牛粪源炭基有机肥等氮量替代15%,30%,45% CF处理中的化学氮肥量。研究分析了不同施肥模式对夏玉米田N₂O排放、植株氮素吸收、土壤理化性质、氮循环相关功能基因丰度及产量的影响。结果表明:(1)与CF相比,COF1、COF2与COF3处理N₂O累积排放量分别显著降低39.4%,42.5%,43.8%;COF1与COF2在减排的同时,植株氮素吸收量分别提高45.9%,24.5%,产量分别增加10.6%,11.7%;(2)COF1与COF2显著促进土壤水稳性团聚体(WSA)形成(分别较CF增加12.7%,16.5%),并降低反硝化关键功能基因(norB、norC、narH)丰度,同时增强硝酸盐异化还原成铵(DNRA)过程基因(napA、napB等)表达,促进土壤硝态氮与铵态氮积累;(3)COF1与COF2提高根系生物量及根-叶系统中硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶的活性,从而协同促进植株氮素吸收利用。相关分析进一步表明,土壤WSA形成与关键反硝化基因(norB/C、narH)丰度呈显著负相关,而与植株氮吸收、根系生物量及植株氮代谢酶活性呈显著正相关。综上,牛粪源炭基有机肥替代15%~30%化肥可通过促进水稳性土壤团聚体形成直接抑制反硝化过程并降低N₂O排放,同时通过增强植株氮素吸收能力与DNRA途径可与反硝化过程竞争底物硝态氮间接调控农田N₂O减排。

为明确水肥耦合对口感番茄果实品质及滋味物质积累的调控效应,以豫甜优六口感番茄和2442普通番茄为试材,构建6组水肥耦合处理(W1F1:70%~75% ETc+180-90-150 kg/hm²;W1F2:70%~75% ETc+240-120-200 kg/hm²;W1F3:70%~75% ETc+300-150-250 kg/hm²;W2F1:80%~85% ETc+180-90-150 kg/hm²;W2F2:80%~85% ETc+240-120-200 kg/hm²;W2F3:80%~85% ETc+300-150-250 kg/hm²),研究其对设施番茄产量、营养品质、糖酸组分及可溶性固形物动态积累的调控效应。结果表明:灌溉量与施肥量对产量影响极显著,W2处理使豫甜优六和2442分别增产22.3%,19.6%;F3处理下产量最高,分别为33 720,33 480 kg/hm²。品质指标呈现品种特异性响应:豫甜优六维生素C含量在W1F2时最优(0.383 mg/g),2442在W1F3时最优(0.224 mg/g);可溶性蛋白含量受施肥主导,豫甜优六在W2F2处理达峰值(7.02 mg/g)。糖酸组分积累模式存在品种差异:豫甜优六的葡萄糖、柠檬酸和苹果酸均在W2F2处理下最优,果糖在W2F1时最高,糖酸比峰值为8.326(W2F1);而2442的糖酸积累对水分响应较弱,其糖酸比峰值达9.346(W2F2)。可溶性固形物(Brix)呈前期速增、后期平稳的动态特征,W1F2处理表现最佳协同效应,豫甜优六峰值为10.19%,且较W2F1节水12.5%~17.6%、节肥20%。综上,适度水分亏缺配合优化施肥可同步提升产量与品质,豫甜优六适宜高水低肥模式(W2F1),2442适宜高水中肥模式(W2F2)。

以棉花GhMYB113基因为对象,旨在探究其在棉花黄萎病抗性中的功能。GhMYB113编码249个氨基酸,分子质量29.07 ku,等电点6.46。通过系统进化和亚细胞定位分析,发现其与大豆GmMYB113同源性最高,且定位在细胞核。接着利用实时荧光定量PCR(qPCR)分析其表达模式,发现根组织中表达量最高,且受大丽轮枝菌、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)诱导表达升高,暗示其参与抗病反应。通过VIGS技术沉默GhMYB113后,发现植株叶片花青素累积量显著减少,花青素合成途径基因表达降低,表明GhMYB113正调控棉花花青素合成。进一步通过GUS酶报告系统,验证其可激活GhDFR启动子。最后对沉默植株接菌分析,发现其病害症状严重,病情指数值高,病株率增加,茎组织内部褐化现象严重,真菌生物量显著高于对照植株,证实GhMYB113正调控棉花黄萎病抗性。综上所述,GhMYB113在棉花花青素合成及抗黄萎病方面发挥重要作用,为棉花抗病育种提供了理论依据。

为探究神经生长因子(NGF)的基因功能,明确其在草原红牛不同组织中的表达及其对牛骨骼肌卫星细胞(bSMSCs)成肌分化的影响,采集草原红牛各组织,克隆并获得 NGF基因完整 CDS 区,并进行生物信息学及组织表达分析。从新生牛犊后肢的深层组织中分离bSMSCs,免疫荧光染色检测bSMSCs特异性标志物Pax7,Desmin和MyoD1的表达,并利用血清撤离法在体外使用2%的马血清诱导bSMSCs成肌分化,并检测了在分化的不同时期NGF基因mRNA和蛋白的表达规律。结果表明,草原红牛NGF基因 CDS 区长度为 726 bp,编码 241 个氨基酸;其氨基酸序列与家鼠、红鹿及绵羊位于一个分支,同源性较高,亲缘关系较近。NGF 蛋白分子质量约为26.67 ku,分子式为C₁₁₇₉H₁₈₆₁N₃₄₉O₃₃₉S₁₀,理论等电点为 9.72,半衰期为 30 h,NGF 蛋白为水溶性蛋白;NGF蛋白存在信号肽,是分泌蛋白;共存在 42 个潜在的磷酸化位点及3 个N-糖基化位点。NGF 蛋白二级结构由 α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲组成,并与三级结构预测结果一致。NGF基因在草原红牛不同组织中的表达量存在显著差异,在肝脏中最高,其次为肾脏和瘤。NGF基因在bSMSCs成肌分化过程中的表达是持续上调的,并在分化第7天呈显著性差异表达。成功克隆草原红牛NGF基因CDS区,并建立了NGF基因的组织表达谱,明确了NGF基因在bSMSCs成肌分化过程中的表达规律。

克隆青海湖裸鲤MSTN基因的全长cDNA序列,明确该基因在青海湖裸鲤不同组织中的表达特性,以及在不同鲤科鱼类肌肉组织中的表达差异,为探讨青海湖裸鲤生长缓慢的分子机制提供基础数据。采用5'RACE和3'RACE技术克隆获得青海湖裸鲤MSTN基因全长cDNA序列,通过生物信息学方法分析其序列特征,并利用RT-qPCR技术检测该基因在青海湖裸鲤不同组织及不同鲤科鱼类肌肉组织中的差异性表达。结果表明:青海湖裸鲤MSTN基因cDNA序列全长为2 168 bp,其中开放阅读框长度为1 128 bp,可编码375 个氨基酸,以ATG为起始密码子,TGA为终止密码子,预测编码蛋白含有70 个苏氨酸(Thr)磷酸化位点。系统发育分析显示,青海湖裸鲤MSTN基因与其他鲤科鱼类同源基因聚为一支,亲缘关系较近。qPCR结果表明,MSTN在青海湖裸鲤的鳃、肾脏、肝脏、心脏、脑、肌肉及皮肤组织中均有表达但在脑和肌肉组织中表达量较高。不同鲤科鱼类中,MSTN基因在青海湖裸鲤和花斑裸鲤中的表达量相对较高,在草鱼、鲫鱼、武昌鱼表达量相对较低。成功克隆获得青海湖裸鲤MSTN基因的全长cDNA序列,明确了其序列特征与进化地位,揭示了该基因在青海湖裸鲤不同组织及不同鲤科鱼类间的表达差异。