为了揭示不同品种以及不同器官中内生菌的多样性特征,初步明确内生菌群落结构与宿主品种及器官类型的相关性。以感谷瘟病品种沙湾谷子、冀谷22和抗谷瘟病品种小青谷、石榴子为材料,分别取植株的茎、叶片、叶鞘,通过基于16S rDNA V3—V4区的高通量测序进行微生物多样性分析。结果显示,感病品种与抗病品种内生菌物种组成具有一定差异性,所用供试样本中,门水平优势类群均为变形菌门、放线菌门,拟杆菌门、绿弯菌门、粘菌门、厚壁菌门次之。Alpha多样性分析表明,感病品种(沙湾谷子、冀谷22)叶片内生菌丰富度较高;PCoA分析则表明,器官类型比品种对内生菌群落结构影响更大。物种组成分析表明,感病品种沙湾谷子及冀谷22含有与小青谷、石榴子(抗谷瘟病)差异较大的内生菌群,感谷瘟病品种(沙湾谷子、冀谷22)叶片都具有Entotheonellaeota;抗谷瘟病品种则在叶鞘中均具Hydrogenedentes。明确了感、抗谷瘟病品种谷子及各个品种的不同器官内生菌的多样性及群落结构具有一定差异,器官类型比品种对内生菌群落结构的影响更大。

利用RT-PCR技术从延谷11号谷子中克隆SiPRR73基因,通过系统分析SiPRR73组织表达特异性,对不同光周期处理、不同光温组合处理以及5种非生物胁迫处理的响应特点,揭示光周期、温度对SiPRR73的调控模式及SiPRR73对非生物胁迫的应答模式。结果表明,从延谷11号克隆得到SiPRR73基因2 928 bp的cDNA序列,包含2 283 bp的CDS区,编码760个氨基酸;SiPRR73蛋白与C4家族作物糜子、哈氏黍、高粱、玉米PRR73蛋白具有较近的进化关系。 SiPRR73在顶端第2片叶中表达水平最高,在根、茎、穗部表达水平较低。短日照、长日照条件下该基因均表现光照期表达水平高于黑暗期的特点,且整个营养生长期短日照条件下表达水平明显低于长日照,SiPRR73受光诱导表达和光周期调控。温度决定SiPRR73表达峰的数目,光周期决定SiPRR73表达峰出现的时间,光周期和温度共同参与了SiPRR73的表达调控。PEG和低温胁迫总体上诱导SiPRR73表达,NaCl在胁迫早期诱导该基因表达,后期总体表现为抑制状态,Fe胁迫则早期抑制该基因表达,后期总体诱导其表达,SiPRR73对ABA胁迫的响应特点接近NaCl。以上研究表明,谷子SiPRR73表达具有光依赖性,光周期和温度以互作模式调控SiPRR73表达,推测SiPRR73参与了谷子对不同光温环境的适应性调节过程,并且在应对干旱、低温、ABA、NaCl、Fe胁迫过程中发挥了一定作用。

为了解谷子中SibHLH19的功能,以抗病谷子材料十里香叶片cDNA和基因组DNA为模板,分别克隆到SibHLH19基因的CDS序列和启动子序列,并利用生物信息学在线工具分析了启动子顺式作用元件及生物学特征;采用Real-time PCR技术检测了SibHLH19转录因子在谷子不同组织部位和抗谷锈病过程中的表达丰度变化;利用SDS-PAGE技术分析了该基因原核表达特征。结果表明,SibHLH19转录因子CDS序列全长843 bp,编码280个氨基酸,预测蛋白质分子质量为29.97 ku,理论等电点pI为5.85,编码蛋白质化学式为C₁₂₉₆H₂₀₇₁N₃₉₇O₄₀₀S₁₁,含有一个bHLH保守结构域,属于不稳定亲水性蛋白质。该蛋白质二级结构的最大元件是无规则卷曲,最小元件为β-转角。进化分析表明,SibHLH19与禾本科植物糜子(RLM85279.1)、哈氏黍(PUZ71581.1)和柳枝稷(XP_039835205.1)氨基酸序列的同源性较高,与小麦(KAF7059972.1)、节节麦(XP_040244423.1)同源性最低。启动子顺式作用元件分析表明,该基因启动子区存在多个激素、胁迫等应答元件。组织表达分析表明,该基因主要在谷子苗期表达,并以苗期地上部分表达量最高,孕穗期几乎无表达。在谷子响应谷锈菌生物胁迫反应的24 h内,SibHLH19基因在抗病反应8,16 h上调表达,而感病反应中仅在16 h略微上调表达,其余时间均下调表达,推测SibHLH19在谷子抗锈病反应中起正调控作用。构建的原核表达载体pET30a-SibHLH19经0.1 mmol/L IPTG诱导能表达出表观分子质量约44 ku的SibHLH19融合蛋白。

为了掌握甜荞麦适宜施氮量，研究不同供氮水平对甜荞麦干物质和养分积累及分配影响的规律。采用田间小区试验的方法，设置5个氮素水平N₀、N₁、N₂、N₃和N₄（0，30，60，90，120 kg/hm²），研究了甜荞麦不同器官干物质和养分积累量及分配比例的变化。结果表明，甜荞麦干物质积累总量随着施氮量的增加呈先增后降的趋势，N₂处理干物质积累总量最大，但N₃处理籽粒中干物质积累量和分配比例最大。荞麦籽粒氮、磷和钾含量随着氮肥用量的增加先增后降，N₃处理籽粒中氮、磷、钾养分含量最大；增加施氮量可提高氮、磷和钾在籽粒中的分配比例，但会降低它们在茎和叶中的分配比例。甜荞麦生产100 kg籽粒平均需吸收N 7.09 kg、P₂O₅ 4.15 kg、K₂O 8.74 kg，养分比例为1：0.59：1.24，养分生产效率随着氮肥用量的增加先增后降，N₃处理的氮磷钾养分生产效率均达最高。随着氮肥用量的增加，氮磷干物质生产效率先增后降而后又上升，钾的干物质生产效率逐渐上升，N₄处理的氮磷钾干物质生产效率均达最高。综合考虑干物质和养分积累及分配因素，施氮量90 kg/hm²为甜荞麦适宜氮肥用量。

为研究不同施肥条件对高粱生长、土壤养分、土壤酶活性和微生物的影响，以高粱-玉米轮作体系的高粱作为研究对象进行田间定位试验。结果表明，不同施肥均可显著提高高粱拔节期的株高、茎粗、可见叶片数和叶面积指数，以及高粱产量与单穗粒重（P<0.05）；各处理产量大小排序为IF+M+S > IF+M > M+S > IF > CK，相较于对照，高粱各施肥处理的产量增幅为80.6%~120.7%，均达到显著水平，其中，处理IF+M+S表现最好；无机肥处理（IF）各养分指标均高于不施肥（CK），但增幅不显著；与无机肥处理相比，各有机肥处理（IF+M、IF+M+S、M+S）的土壤养分及有机质含量均有提高，其中IF+M+S处理的全氮、有效磷、速效钾、有机质分别是CK的1.95，10.36，2.01，1.83倍，差异达显著水平（P<0.05）。各施肥处理在各生育时期的土壤酶活性均高于不施肥处理（CK），其中有机无机肥与秸秆配施处理（IF+M+S）表现尤为明显，拔节期和收获期的碱性磷酸酶、收获期的脲酶以及各时期的蔗糖酶活性均显著高于无机肥处理（P<0.05）。通过有机肥或与无机肥配施的方式，均可提高土壤中微生物的群落功能多样性指数及其利用碳源的能力，而且包含有机肥＋秸秆的处理相比于其他有机肥处理，更利于提高土壤微生物多样性。

为探讨科尔沁沙地生境下不同饲用燕麦品种叶片氮素代谢酶活性对施氮量的生理响应及差异，选择饲用燕麦品种牧王和甜燕1号，于燕麦的分蘖期、拔节期、抽穗期、开花期按照15%，40%，25%，20%比例，对燕麦追施0（CK），100，200，300 kg/hm²纯氮，灌浆期取旗叶、倒二叶、倒三叶测定谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸还原酶（NR）、谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）和谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）活性，分析不同饲用燕麦品种在不同施氮量处理下氮素代谢酶活性的差异及与干草产量的关系。结果表明，牧王和甜燕1号饲用燕麦干草产量分别在200，300 kg/hm²施氮水平下达到最大；牧王和甜燕1号饲用燕麦品种在不同部位叶片的GOGAT、GS、NR、GOT、GPT活性均随着施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势，且在N₂₀₀施氮处理下酶活性最强（除N₃₀₀处理倒三叶的GOT）；除N₁₀₀处理的倒三叶GS活性，不同氮肥处理下倒二叶GPT活性外，牧王叶片的GOGAT、NR、GS、GOT和GPT酶活性均高于甜燕1号，表明饲用燕麦品种牧王的氮素同化能力强于甜燕1号，在科尔沁沙地生境下种植牧王追施氮肥的适宜用量为200 kg/hm²，而种植甜燕1号追施300 kg/hm²氮肥可获得较高的干草产量，GOT、GPT活性是筛选氮高效利用饲用燕麦品种的关键酶。

为缓解谷子连作障碍,为优化谷子种植模式提供参考,以谷子连作(Si)为对照(CK),设置了谷子-玉米(Si-Zm)、谷子-马铃薯-玉米(Si-St-Zm)、谷子-玉米-大豆(Si-Zm-Gm)和谷子-大豆-马铃薯(Si-Gm-St)4种轮作模式,分析不同轮作模式对谷子关键生育期生理指标、光合特性、农艺性状、产量和白发病发病率的影响。结果表明,与CK相比,Si-St-Zm、Si-Zm-Gm和Si-Gm-St这3种轮作模式下谷子旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性均显著增加,最大增幅分别为45.55 %,41.55 %和109.09 %;Si-Zm-Gm和Si-Gm-St轮作模式下谷子株高、茎粗、根长和根分枝数均显著增加,最大增幅分别为30.48%,30.50%,31.76%和13.79%;Si-Gm-St轮作模式下谷子旗叶H₂O₂和MDA含量均显著减少,最大减少幅度分别为18.78%和47.29%;气孔导度、净光合速率、蒸腾速率和叶绿素相对含量分别显著增加31.94%~101.43%,35.74%~234.00%,16.44%~46.97%和24.15%~66.16%,谷子穗长、千粒质量和产量分别显著增加14.90%,17.09%和10.58%,谷子白发病发病率显著降低12.33%。综上所述,与CK相比,Si-Gm-St模式下谷子旗叶SOD、POD和PPO活性显著增加,光合效率显著提高;谷子产量和抗病能力最高。因此,与Si-Zm、Si-St-Zm和Si-Zm-Gm轮作模式相比,Si-Gm-St轮作模式对缓解谷子连作障碍的效果最好。

为探讨谷子全生育期耐旱性鉴定的有效方法,筛选谷子全生育期耐旱性鉴定指标,加快谷子耐旱育种进程,2019—2020年以30份谷子种质为试材,采用随机不完全区组设计(alpha-格子设计),设干旱胁迫(DS)和正常供水(CK)2个处理,考察相关农艺性状和产量指标的耐旱系数。联合方差分析结果表明,土壤水分环境对千粒质量影响显著,对其他指标影响极显著,基因型对单株穗质量和单株粒质量影响显著,对其他指标影响极显著,基因型与土壤水分环境互作极显著影响谷子的生长性状,对产量性状的影响不显著(千粒质量除外)。在干旱胁迫下,各指标性状值较CK均发生不同程度下降,且各指标性状对干旱胁迫反应的敏感性不同。t检验结果表明,干旱胁迫处理效果显著(千粒质量除外)。GGE双标图解释了数据总变异的71.15%,各指标耐旱系数间存在不同程度的相关性,其中株高、穗长、茎叶干质量和倒二叶叶面积的耐旱系数显著正相关,穗质量、穗粒质量、穗粒数和产量的耐旱系数显著正相关。谷子的耐旱性可以通过不同的农艺性状体现。依据与理想耐旱品种和理想耐旱鉴定指标的距离对供试谷子材料耐旱性和耐旱评价指标进行了排序,其中太选26号、朝谷62号和朝谷13号等材料耐旱性较强,株高和穗质量可作为谷子全生育期耐旱性鉴定首选指标。GGE双标图为谷子耐旱品种选育提供了一个客观有效的新的可视化鉴定方法。

为了明确不同施肥处理下甜高粱不同生育期光合特性的变化规律及最佳施肥方式，采用大田试验，研究了CK、NK、NP、PK、NPK、M（有机肥）、NPKM、1.5NPKM等8个不同施肥处理新高粱3号不同生育阶段的叶片气孔导度（Gs）、胞间CO₂浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、净光合速率（Pn）、叶绿素（SPAD值）以及水分利用效率（WUE）的变化规律及其对产量的影响。结果表明，不同施肥处理下高粱叶片的Pn、Gs、WUE和SPAD值在不同生育阶段的变化，呈先升高后降低的趋势，灌浆期达到峰值。Tr与Ci从开花期-成熟期的变化呈先降低后升高的趋势，在灌浆期为最低值。同一生育阶段不同施肥处理的光合特性有差异，叶片光合特性受施肥处理的影响。NPKM施肥处理成熟期的Tr、Gs、Ci值均比其他处理高，分别为3.64 mmol/（m²·s），328 mmol/（m²·s），439 μmol/mol。相关性分析表明，开花期NPKM处理的Pn与Tr、WUE呈显著正相关，NPK处理的Pn与Gs、Ci呈正相关。所有施肥处理的生物产量显著高于CK，其中NPKM处理生物产量达到94.81 t/hm²，NPKM生物产量比CK、M、1.5NPKM、NK、PK、NPK、NP分别增加97.95%，26.65%，20.24%，19.57%，15.16%，14.98%，11.74%。施肥影响新高粱3号叶片的光合参数并且有利于产量的增加，因此，利用高光效育种来提高生物产量是可行的。使用不同施肥方式来缓解甜高粱连作障碍的过程中应当注重采取不同的肥料配比。综合来看，有机肥、无机肥混合施用（NPKM）可改善光合条件，使产量达到最大值，因此，初步确认NPKM处理是促进干旱区连作高粱生长发育的最佳施肥模式。

为了明确高粱大豆间作体系的间作优势，试验于2018-2019年在山西省汾阳市高粱试验田进行，设置高秆高粱晋杂22单作（G1）、矮秆高粱晋杂34单作（G2）、大豆单作（D）、2行高粱2行大豆间作（2G1∶2D、2G2∶2D）、2行高粱3行大豆间作（2G1∶3D、2G2∶3D）、2行高粱4行大豆间作（2G1∶4D、2G2∶4D）共9个处理，研究不同高粱与大豆间作模式下高粱大豆产量、土地生产力、水分养分利用效率的变化。结果表明，间作高粱的千粒质量、穗粒质量与单作高粱间差异不显著；大豆的结荚数在不同处理间达到显著差异，与单作相比，2G1∶2D、2G2∶2D、2G1∶4D、2G2∶4D间作处理大豆的结荚数分别降低37.89%，32.16%，22.46%，21.51%；高粱与大豆间作体系的土地当量比（LER）和水分当量比（WER）均大于1，表明间作具有土地和水分利用优势；间作体系的养分优势主要表现在氮累积量的增加；2G1∶2D间作处理的LER、WER、氮累积量分别比2G2∶2D间作处理提高8.91%，8.30%，4.56%，2G1∶4D间作处理的LER、WER、氮累积量分别比2G2∶4D间作处理提高10.17%，9.14%，4.35%，在晋杂22大豆间作体系下，2G1∶4D间作处理的LER、WER、氮磷钾累积量均高于2G1∶2D和2G1∶3D间作处理。高粱与大豆间作具有较高的土地生产力、水分及氮素养分利用优势；高秆高粱晋杂22与大豆间作比矮秆高粱晋杂34与大豆间作优势明显；2G1∶4D间作处理是最适宜的高粱和大豆间作配比。

为探究土壤盐胁迫对不同生育时期（拔节期、开花期、成熟期）高粱植株生长及生理特性的影响，在4个盐处理水平（CK：0 g/kg，S3：3 g/kg，S5：5 g/kg，S7：7 g/kg）种植2个耐盐性不同的高粱品种高粱蔗（耐盐）和河农16（盐敏感），比较了2个品种在不同盐处理水平下、不同生育时期植株形态、根系形态、叶片光合特性及抗氧化酶活性的差异。研究结果表明：随盐胁迫程度增加，2个品种的抗氧化酶活性和叶绿素相对含量（SPAD）先升高后降低，抗氧化酶活性在S3处理或S5处理下达到最大值，且该最大值与对照间存在显著差异。2个高粱品种的丙二醛（MDA）含量，随盐处理浓度的增大而升高，在S7处理下显著高于对照，同一处理下耐盐品种高粱蔗的抗氧化酶活性高于盐敏感品种河农16，但丙二醛含量低于盐敏感品种。2个品种的光合能力受到盐胁迫的显著影响，在拔节期，S7处理显著降低了高粱蔗的Pn值，而2个品种的胞间CO₂浓度（Ci）在S7处理下均高于对照。盐胁迫下高粱地上和地下部分生长都受到影响，2个品种的基部茎粗、总根长、根面积、根尖数和分支数在S3处理下达到最大值，基部节长、株高、总根长及根体积在S7处理下达到最低值。2个高粱品种在盐胁迫下籽粒脂肪、淀粉含量下降，单宁含量在低盐处理下显著高于对照，盐胁迫使籽粒品质下降。综上，低盐（3 g/kg）能促进高粱生长，而中盐（5 g/kg）和高盐（7 g/kg）条件对高粱生长有显著的抑制作用，高粱蔗比河农16的耐盐性更强。

为了研究异源过表达Atvip1基因的高粱对盐碱胁迫的耐受性及相应生长情况，采用NaHCO₃∶Na₂CO₃为5∶1，75 mmol/L，pH值9.63的盐碱胁迫液在高粱三叶一心期处理，在胁迫0，4，12，24，72，120 h对根系的生长指标、叶绿素含量、抗氧化酶活性以及MDA含量进行测定。结果表明：异源过表达Atvip1基因能缓解盐碱胁迫对高粱幼苗生长的伤害，可使幼苗根表面积和根体积增大，根尖数和分叉数增多，高粱主根褐化出现较晚且症状轻，侧根发生早且数量多，在72 h后仍能保证新叶正常伸展，对地上部生长影响较轻。过表达Atvip1基因可提高转基因高粱根系抗O₂^-·活力，降低MDA的含量，抗氧化酶活性增强；胁迫早期（4~12 h），SOD、CAT和GR作用明显；胁迫中期（24~72 h），所有酶均发挥作用；胁迫后期（120 h），CAT和GSH-PX起重要作用。盐碱胁迫差异转录组分析中，差异表达基因COG分析表明，防御机制在不同时间段中占比较大，获得抗氧化酶相关差异表达基因42个。异源过表达Atvip1基因可通过缓解盐碱胁迫对光合作用和生长发育的影响，降低活性氧破坏及膜损伤来提高转基因高粱对盐碱胁迫的抗性。

分蘖是与农作物产量相关的重要农艺性状之一，分蘖对于谷子产量的提高具有重要意义，但是目前谷子分蘖遗传分子机制还不清楚。利用简化基因组测序技术（RAD-seq），以2个F₂群体（命名为Cross AJ和Cross HC）为研究对象，分别对2个F₂群体的543个和131个单株及其亲本进行RAD-seq，利用MSTmap和WinQTLCart 2.5软件进行遗传图谱构建和QTL分析，结果共鉴定出8个控制分蘖相关的QTL。其中，利用Cross AJ共鉴定了6个QTL，分别为qAJTN1、qAJTN5、qAJTN7-1、qAJTN7-2、qAJTN7-3和qAJTN9，可解释表型变异0.7%~9.8%；利用Cross HC群体共鉴定了2个QTL，分别为qHCTN5和qHCTN7，可解释表型变异1.4%~8.3%。在这8个QTL中，qAJTN1、qAJTN5、qAJTN7-2、qAJTN9和qHCTN5为该研究新鉴定的位点，其余3个QTL（qAJTN7-1、qAJTN7-3和qHCTN7）与前人研究结果相一致。另外，通过将亲本的测序结果与参考基因组进行比对，搜索插入缺失位点InDel（Insertion-deletion），新开发了谷子分蘖相关QTL（qAJTN7-3和qHCTN7）紧密相关的InDel标记。结果为谷子分蘖机制的研究奠定一定基础，所开发的分子标记对于分蘖型谷子的分子标记辅助育种具有重要意义。

为了探索地膜覆盖技术对谷子生长发育及产量的影响，明确地膜增产机理，为夏谷区节水栽培提供技术支持。试验于2015年在石家庄栾城郄马试验站进行，采用裂区试验设计，主区为覆膜方式（不覆膜和覆膜），副区为品种（冀谷19、冀谷36和冀谷38），测定了不同处理谷子抽穗期植株形态特征、旗叶SPAD值、旗叶净光合速率、产量及其构成，并对各指标进行了相关性分析。结果表明：覆膜与不覆膜相比，谷子顶三叶叶面积增加了12.83~26.36 cm²，叶绿素SPAD值增加了8.2%~17.1%，净光合速率增加了34.9%~44.5%，产量增加7.3%~10.8%。各品种间产量表现为冀谷36显著高于冀谷19和冀谷38，覆膜显著提高了谷子产量，以冀谷38提高得最多。与产量显著正相关的是倒二叶叶面积、旗叶净光合速率、顶三叶叶面积和；倒一叶（旗叶）叶面积与单穗粒重及穗长显著正相关。因此，覆膜技术通过提高抽穗期顶部叶片特别是旗叶的生长及生理状况，进而影响穗部的发育，最终影响谷子产量。

为了实现酿造高粱氮肥合理高效利用，以晋杂22号为试验品种，研究了6种氮肥施用量（0，75，150，225，300，450 kg/hm²）对酿造高粱产量和氮素利用率的影响。结果表明，在施氮0~450 kg/hm²，施用氮肥有效地增加了高粱产量和净利润，但随着施氮量的增加产量先升高后降低，其关系可表示为y=-0.037x²+17.759x+5 874.41（R²=0.878 1）。随着施氮量的增加高粱氮肥偏生产力和氮肥利用率显著降低；氮素吸收效率逐渐降低；氮素利用效率大体呈下降趋势；当施氮量为225 kg/hm²时，高粱产量、净利润最大，极显著高于不施氮处理，增产率达37.64%；氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别为9.96，36.42 kg/kg，氮肥利用率可达到38.70%，且氮平衡为3.07，大体上满足氮素平衡。综合分析各项指标，施氮量为225 kg/hm²是酿造高粱晋杂22号实现高产、高效益、较高氮肥利用率的适宜氮量。

为探究RPM1在高粱抗病过程中的作用,以高粱抗黑穗病品种SX44B为材料,采用同源克隆法获得一个高粱SbRPM1基因。生物信息学分析结果显示:该基因的cDNA全长2 802 bp,预测共编码933个氨基酸。该基因编码蛋白的理论分子质量为106.1 ku,等电点为7.11,为亲水性蛋白质;该蛋白无跨膜结构,亚细胞定位在细胞质中。保守结构域分析显示,SbRPM1蛋白含有RX-CC-like、NB-ARC和LRR结构域,属于NLRs受体蛋白家族中的CNL类蛋白。系统发育关系分析表明,SbRPM1蛋白与南荻RPM1蛋白亲缘关系最近。通过实时荧光定量PCR技术检测SbRPM1基因的表达模式,结果表明,该基因在叶和花序中表达量较高,其次是根,在茎中表达量最低。在接种丝黑穗病原菌后24~72 h抗病品种中SbRPM1基因的表达显著上调,表明该基因受病原菌诱导表达,在高粱抗病反应中扮演着重要角色。首次在高粱中克隆得到SbRPM1基因CDS序列,解析了该基因的结构、性质与表达的特征。

为得到一种鉴别糯质谷子的分子标记方法，用于优质谷子糯质资源的利用及糯质品种的选育。通过对糯性谷子十里香与梗性谷子豫谷1号配制的F₂群体的F₃种子胚乳进行碘液检测，结果显示：深蓝色与棕红色胚乳单株数的比例符合3：1，说明糯质对梗质是由单基因控制的隐性性状。利用糯质分型引物对十里香基因组进行PCR扩增和产物测序，结果表明，十里香的糯性是由Ⅳ型糯质基因控制，即由TSI-2转座子插入到淀粉合成酶基因（Si006103m）内元1形成。根据该糯质基因设计出2对InDel标记引物waxy-TSI2/int1和waxy-int1-1F/4R，扩增谷子基因组DNA，若waxy-TSI2/int1引物组合能扩增出984 bp的扩增片段，并且waxy-int1-1F/4R引物组合不能扩增出540 bp的扩增片段，则该材料为含Ⅳ型糯质基因的糯质谷子。最后，利用该标记组合从100份谷子资源中鉴定到2份属于Ⅳ型糯质基因控制的糯质材料。可见，该标记组合可以准确鉴别谷子Ⅳ型糯质基因。

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKK或MKK)在植物的生长发育与胁迫响应等过程中发挥着重要作用。为了鉴定谷子抗锈病相关的MAPKK基因,为谷子抗锈病机理研究和抗病分子育种提供候选基因,运用生物信息学方法在全基因组水平上鉴定与分析谷子MAPKK基因家族成员(SiMKKs);利用Real-time PCR技术,检测谷子SiMKKs基因在不同组织部位、谷锈菌胁迫与外源激素处理下的表达水平;利用Excel、MEGA、DnaSP分析70份重测序谷子品种中抗锈病相关SiMKKs基因的变异位点和单倍型,结合表型鉴定抗锈病优异单倍型。结果表明,共鉴定到10个谷子SiMKKs成员,分布于5条染色体上,外显子数1~11个不等,编码蛋白质含有331~523个氨基酸;谷子MAPKK基因家族成员分为4组,A和B组包含S/T-X₅-S/T基序,C和D组的SiMKKs不具有该基序,保守基序Motif 1~Motif 6 存在于所有SiMKKs蛋白中;每个SiMKK基因的启动子区均含有防御和胁迫响应、茉莉酸甲酯(MeJA)响应、水杨酸(SA)响应、激发子激活等1~3种生物胁迫相关顺式作用元件。除SiMKK10-1和SiMKK10-3未检测到表达信号外,其余8个SiMKKs基因在不同组织部位、谷锈菌侵染、SA和MeJA处理下均有不同程度的表达。SiMKK4、SiMKK5和SiMKK10-2在孕穗期的根中表达量较高,SiMKK6-1和SiMKK6-2在孕穗期茎中表达量较高;SiMKK4在接种后24 h的抗病反应中上调表达、感病反应中下调表达,其表达与抗病相关;SiMKK4在SA和MeJA激素处理后的16 h内上调表达,之后下调表达,且在SA处理过程中表现持续的表达变化,其余7个SiMKKs基因在SA和MeJA处理中的表达模式也基本一致。SiMKK4基因编码区共分为7个单倍型,Hap_1为优势单倍型,未发现抗病关键变异位点。综上所述,谷子SiMKK4的表达与抗锈病相关,其可能通过SA和MeJA信号途径参与谷子的早期抗病反应。

为了探讨不同类型高粱茎秆蜡粉含量变化规律，根据物理学的色差原理，首次采用色差法，对高粱蜡粉进行测定。结果表明，不同类型高粱之间茎秆的蜡粉含量有明显的差异，同一类型不同基因型间也不同；饲草高粱茎秆自上而下各节段的蜡粉含量呈现出高-低-高的变化趋势，中间茎节的蜡粉含量与全株混合蜡粉含量总平均值最接近，可代表全株的蜡粉含量；不同类型高粱进入各生育期的时间和持续天数不同，同一生育期内蜡粉累积量也不同，饲草高粱为抽穗期 > 开花期 > 乳熟期 > 蜡熟期 > 完熟期，甜高粱为乳熟期 > 抽穗期 > 开花期 > 蜡熟期 > 完熟期，开花期与整个生育期平均蜡粉含量最接近，可代表整个生育期的蜡粉含量；不同类型高粱在同一个生育期内蜡粉日变化呈单峰曲线，蜡粉含量的峰值出现在13：00时；高粱蜡粉与茎秆糖锤度部分呈极显著负相关。研究表明，遗传因素导致不同类型高粱茎秆蜡粉含量存在显著差异并且含量变化具有规律性，为选育高蜡粉含量品种从而提升高粱抗逆性提供科学参考。

旨为揭示不同品种以及不同器官中内生菌的多样性特征,初步明确内生菌群落结构与宿主品种、器官类型及病害抗感特性的相关性。选取抗赤霉病的冀谷22、红谷、陇谷11号和感赤霉病的小青谷、石榴子、嫩选16号共6个谷子品种,取其根、茎、叶片、叶鞘、成熟谷穗,提取DNA,针对16S rDNA V3—V4区域,进行PCR扩增,基于Miseq高通量测序平台,对样本进行微生物多样性分析。感病品种与抗病品种内生菌物种组成具有明显差异。供试样本在门水平上的优势种群为变形菌门和放线菌门,其次是拟杆菌门和厚壁菌门,粘菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和梭杆菌门相对丰度较低。Alpha多样性分析表明,抗病品种的叶片、成熟谷穗群落丰富度较高,叶片、根、成熟谷穗多样性较高;而感病品种则是根和茎群落丰富度较高,茎和叶鞘多样性相对较高;PCoA分析则表明,器官类型比品种对内生菌群落结构影响更大。物种组成分析表明,谷子内生菌群的多样性受到不同品种及不同器官的影响,不同器官所含内生菌种类相差较大。感病品种小青谷、石榴子和嫩选16与抗病品种冀谷22、红谷和陇谷11的内生菌群多样性差异较大,抗病品种在叶鞘时期都具有NB1-j菌门,成熟谷穗都具有酸杆菌门。明确了不同品种、不同器官对谷子内生菌的多样性及群落结构的影响,器官类型比品种对内生菌群落结构的影响更大。

分析谷子成花素基因（Hd3a）在不同光周期条件下的表达规律，旨在揭示成花素基因在光周期调控谷子开花过程中扮演的角色。首先利用生物信息学方法获得位于谷子4号染色体的成花素基因序列（Seita.4G067600），命名为SiHd3a，然后根据基因序列设计1对特异引物，提取谷子农家种黄毛谷总RNA，利用RT-PCR技术克隆得到黄毛谷SiHd3a基因cDNA序列，其长度为792 bp，包含一个537 bp的CDS区，编码178个氨基酸；预测SiHd3a蛋白的分子质量为19.74 ku，等电点为6.82，初步判断其为亲水蛋白；蛋白质的二级结构中无规则卷曲所占比例最高（43.26%），其次为延伸链（β-折叠，29.21%）、α螺旋（16.29%）、β转角（11.24%）；亚细胞定位分析发现，SiHd3a蛋白定位在细胞质和细胞间质；基于Hd3a蛋白序列进化分析发现，谷子与野生黍、玉米、高粱之间的亲缘关系比较近，聚在一组，而与水稻亲缘关系较远。半定量PCR发现， SiHd3a基因在短日照条件下表现为昼夜节律性表达，在早晨6：00、中午12：00各有1个表达峰，而在长日照条件下基因24 h内表现稳定表达水平。推测谷子SiHd3a基因长、短日照条件下昼夜表达模式的差异是导致其光周期敏感性的可能原因。

为深入研究液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白在植物耐盐中的作用，以耐盐苦荞麦品种川荞1号为材料，利用同源克隆方法得到NHX基因，命名为FtNHX1，并在GenBank中注册，登录号为KY438929；序列分析表明，该基因开放阅读框1 662 bp，共编码553个氨基酸，预测蛋白分子量61.24 kDa，等电点5.15。系统进化树分析表明，FtNHX1与拟南芥（AtNHX1）、水稻（OsNHX1）和小麦（TaNHX1）的亲缘关系较近，氨基酸同源率分别为60.22%，58.95%和57.30%；荧光定量PCR分析表明，随着NaCl胁迫浓度的增加，FtNHX1基因在苦荞麦根部、茎基部和叶片的相对表达量极显著增加，150 mmol/L NaCl胁迫下增加幅度最大，分别比对照增加了254.10%，311.35%和256.18%；NaCl胁迫下FtNHX1基因在苦荞麦根部、茎基部和叶片的平均表达量分别比对照增加了109.46%，145.67%和155.94%，茎基部和叶片的平均表达量较高，说明苦荞麦FtNHX1基因的表达明显受盐胁迫诱导和调节，FtNHX1基因与苦荞麦的耐盐性有密切联系。

克隆谷子雄性不育材料1066A的不育基因，分析不育基因与可育基因存在的突变位点，为揭示谷子雄性不育分子机制、利用分子标记辅助选择方法选育多用途的不育材料奠定基础。利用谷子全基因组测序数据及前人不育基因定位结果克隆谷子雄性不育材料1066A的雄性不育基因，发掘导致不育的突变位点，旨在为从分子水平揭示谷子不育机制、利用分子标记辅助选择方法选育多用途的不育材料奠定基础。首先利用生物信息学方法从豫谷1号6号染色体找到1个雄性不育基因位点（Si015780m.g），该基因全长5 027个碱基，编码479个氨基酸，且位于前人用分子标记定位的基因组区间内。根据豫谷1号不育基因序列设计2对特异引物在雄性不育材料1066A的基因组DNA进行PCR扩增。将扩增产生的2个基因组片段进行拼接后在谷子不育材料1066A中获得2 561 bp的基因序列，包含了下游部分编码区。通过对豫谷1号、张谷、1066A的不育基因部分编码序列及推定的蛋白质序列进行比对分析，结果发现谷子不育材料1066A的不育基因编码序列存在3处突变：2处单碱基替换和1处单碱基插入，这3处突变导致谷子不育材料1066A的不育基因蛋白的第402，403个氨基酸由异亮氨酸和亮氨酸替换成缬氨酸和异亮氨酸，同时导致其不育基因编码的蛋白在第466个氨基酸处发生提前终止。3处突变中2处氨基酸替换对编码蛋白的功能影响不大，因此，认为谷子不育材料1066A的不育基因蛋白翻译提前终止可能是导致其产生不育的原因。