为了研究菜用大豆有机酸合成机制并为菜用大豆的品质改良提供一定的理论依据,以含有264份菜用大豆种质资源的自然群体为试验材料,分别在2020,2021年采用HPLC法测定该群体的酒石酸、苹果酸和柠檬酸含量,并结合该群体的基因型数据进行全基因组关联分析,鉴定与有机酸含量显著关联的SNP位点及候选基因。2020,2021年供试群体酒石酸平均含量分别为4.13,4.16 mg/g,苹果酸平均含量分别为7.26,8.99 mg/g,柠檬酸平均含量分别为7.12,10.88 mg/g。相关性分析发现,264份材料柠檬酸含量在2020及2021年2 a间呈显著正相关。同时,苹果酸与柠檬酸间呈显著的正相关,相关系数为0.790^*,酒石酸与苹果酸、柠檬酸均呈显著正相关,相关系数分别为0.695^*,0.739^*。结果表明,供试群体不同品种间存在较大差异,具有丰富的遗传多样性,筛选出6份具有较高有机酸含量的特异种质资源,为菜用大豆有机酸品种改良育种提供优秀的材料。基于混合线性模型的GWAS分析,共检测到54,189,43个分别与酒石酸、苹果酸及柠檬酸含量显著相关的SNP位点,同时根据基因功能注释信息,鉴定到3个及5个分别与酒石酸、苹果酸含量显著相关的候选基因。

为研究盐胁迫下壳聚糖促进菜用大豆结瘤机制,探讨了NaCl胁迫下外源壳聚糖对菜用大豆蔗糖代谢及其在根部积累的影响。以菜用大豆品种日本青-快生型根瘤菌HH103共生体为试验材料,采用人工气候箱培养,分析NaCl胁迫下壳聚糖对菜用大豆结瘤与叶、根蔗糖和还原糖积累及蔗糖代谢相关酶活性的影响。结果表明,NaCl胁迫(T2)导致菜用大豆根瘤数、根瘤鲜质量显著(P<0.05)下降,各胁迫时期的平均降幅分别达36.06%和29.91%;使叶和根的蔗糖含量显著(P<0.05)升高、还原糖含量显著(P<0.05)下降;使叶和根的蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性升高,中性转化酶(NI)、酸性转化酶(AI)活性下降。壳聚糖处理(T3)后,根瘤数和根瘤鲜质量在各胁迫时期均显著(P<0.05)升高,平均增幅达T2的26.87%和25.63%;叶、根蔗糖、还原糖含量以及蔗糖代谢相关酶活性均较T2显著(P<0.05)升高,其中叶、根的蔗糖和还原糖含量在各时期的平均增幅分别为11.32%,21.32%和10.22%,11.11%。壳聚糖可通过诱导NaCl胁迫下菜用大豆叶、根蔗糖代谢高水平运转,促进蔗糖向根部转移,进而促进结瘤,这可能是壳聚糖提高NaCl胁迫下菜用大豆结瘤能力的重要原因之一。

土壤重金属污染严重影响中国农业的发展和农产品安全,植物修复是当前广受关注的土壤修复方式,油菜是一种理想的修复植物。为了筛选出适宜作为修复植物的油菜育种材料,采用盆栽试验,以100%营养土环境为对照组Ⅰ,设置不同污染土配比的Ⅱ(25%污染土,75%营养土)、Ⅲ(50%污染土,50%营养土)、Ⅳ(75%污染土,25%营养土)3个污染土环境,分别研究了159-6(自交种)、沣油520(杂交种)和159-6×沣油520(三交种)3种不同杂交类型的甘蓝型油菜在不同配比重金属污染土环境下的生理特性与相关基因表达量的差异。结果发现:在不同重金属污染土配比环境下,159-6×沣油520鲜质量和干质量最高且高于对照组Ⅰ。25%污染土环境下159-6叶绿素含量最高,其余均为159-6×沣油520叶绿素含量最高。除含50%污染土环境下沣油520可溶性蛋白含量最高,其余均为159-6×沣油520可溶性蛋白含量最高。在50%和75%污染土环境下,159-6×沣油520的SOD活性最高,MDA含量低于159-6和沣油520;4个抗重金属相关基因(BnaA08g04000D、BnaA09g24330D、BnNRAMP1和BnPri-miR167a)在159-6×沣油520叶片中的表达量均高于159-6和沣油520;在75%污染土环境下Bna0280620和Bna049040基因在159-6×沣油520叶片中的表达量也高于沣油520和159-6。159-6、沣油520和159-6×沣油520在不同配比的污染土环境下均能正常生长发育;三交油菜159-6×沣油520在含50%和75%污染土环境下的表现更佳。从育种材料的基因型和生物学特性方面进行研究,分析常规材料与杂交材料在重金属抗性方面的差异及不同杂交类型间的差异,发现杂交种优于常规材料,而三交种优于杂交种。

为探究大豆转录因子GRAS家族GmGRAS69基因在植物干旱胁迫中的功能和可能的分子机制。通过氨基酸序列比对和构建系统进化树分析大豆GmGRAS69与其他物种GRAS成员的序列保守性和进化关系。利用荧光定量PCR方法检测GmPP2C69基因在PEG处理的大豆根和叶中的表达模式。接着构建GmPP2C69基因过表达载体,进而利用农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥;在正常培养和干旱处理条件下观察野生型和转基因拟南芥的生长表型,测定单株鲜质量、叶片相对含水量和地上部可溶性糖含量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性及对应的抗氧化酶基因表达水平。结果显示,GmGRAS69基因在PEG处理的大豆植株根和叶中都显著上调,并且在根中响应更显著。此外,成功获得GmGRAS69基因过表达的转基因拟南芥株系,且过表达株系的耐旱性相比野生型拟南芥WT明显增强。干旱处理后,过表达植株鲜质量、叶片相对含水量和可溶性糖含量均显著高于WT;抗氧化酶SOD、POD和CAT活性以及对应基因SOD、POD和CAT的表达水平也显著高于WT。结果表明,大豆GmGRAS69基因在干旱胁迫下表达上调,进而通过激活SOD、POD和CAT抗氧化酶编码基因、增强抗氧化酶活性和增加可溶性糖的积累,赋予转基因植株更强的耐旱性。

FLK(Flowering Locus KH Domain)基因在植物开花调控过程中具有重要的作用,其功能在模式植物拟南芥中已经鉴定。为揭示大豆GmFLK基因功能,从大豆Williams 82中克隆获得GmFLK基因,并对其编码蛋白进行结构分析和生物信息学分析。在烟草叶片中检测该蛋白的亚细胞定位情况,在大豆中分析其表达模式。结果表明,GmFLK基因全长6 806 bp,含有6个外显子,5个内含子,CDS序列长1 341 bp,编码446个氨基酸。蛋白分子量大小为47.031 ku,等电点为5.46。GmFLK蛋白中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲所占比例分别为24.44%,14.80%和60.76%。进化分析结果显示,GmFLK与Glyma.03g248200同源关系最近,其次为苜蓿Medtr7g115340、花生ArahyQL2VNI、 ArahyUPVY9X和拟南芥AtFLK。亚细胞定位结果表明,GmFLK蛋白在细胞核、细胞质和细胞膜中均有表达。GmFLK基因启动子区域含有10类顺式作用元件,其中6类与光反应有关。GmFLK基因在花、叶、根、种子和茎中均有表达,其中在叶和种子中表达相对较高,在花中表达相对较低。GmFLK基因在长日照和短日照条件下表达模式相似,但在一天中不同时间点表达不同,在光照后4 h表达相对较低,在光照后0,12 h表达相对较高,由此推测,大豆GmFLK基因可能参与大豆开花调控途径。

非生物胁迫如干旱、土壤盐碱化等严重影响着农作物的生长发育,农作物产量明显受限。大豆GmRPK2基因与拟南芥抗逆基因AtRPK1高度同源,为探究其抗逆功能和作用机理,构建了GmRPK2基因过表达载体并转化拟南芥筛选获得纯合体。抗逆性检测结果表明,在高盐、PEG和ABA处理下,GmRPK2过表达拟南芥种子的萌发率显著低于野生型,其幼苗阶段根的生长量也明显小于野生型。成株阶段抗逆性检测表明,盐、旱胁迫下过表达拟南芥的生长受抑现象更为明显。为探究其抗逆性降低的内在机理,对GmRPK2过表达拟南芥进行了生理指标检测。结果表明,高盐胁迫后其叶绿素含量明显低于野生型,其丙二醛和电导率则明显较高,DAB染色比野生型更深;旱胁迫后过表达拟南芥的脯氨酸和可溶性糖含量明显较低,失水率明显较高。荧光定量PCR检测发现,GmRPK2基因在拟南芥中过表达后明显抑制了SAD1、P5CS1和ADH1的表达。因此,GmRPK2基因可能通过抑制CDPK抗逆信号转导通路、降低脯氨酸积累和减弱ABA信号传导通路影响拟南芥的抗逆性。

为解析芝麻耐铝毒遗传机制,发掘和定位芝麻耐铝毒QTL,采用不同浓度铝离子对地方品种金黄麻和竹山白进行了芽期胁迫处理,确定芽期铝胁迫处理适宜浓度。利用耐铝毒芝麻种质金黄麻和铝敏感芝麻种质竹山白为亲本构建的一个含有180个家系的重组自交系群体,以铝胁迫下芝麻芽期相对根长(RRL)、相对芽长(RSL)和相对苗鲜质量(RSW)作为表型指标,结合通过重测序构建的一个含有1 354个bin标记的高密度遗传图谱,采用复合区间作图法,对芝麻芽期耐铝毒性状进行了QTL定位和候选基因筛选。3个性状在群体中呈显著正相关,共检测到7个QTL,分布于6条染色体上(2,4,6,10,11,13号染色体),其中3个与相对根长相关,2个与相对芽长相关,2个与相对苗鲜质量有关。其中位于2号染色体的2个分别控制相对根长和相对苗鲜质量的QTL区间部分重叠。候选基因分析的结果表明,15个预测基因可能与耐铝胁迫相关,主要参与金属转运、脱毒和金属离子的跨膜结合、GDSL基序酯酶、过氧化物酶体以及生物体内有毒物质的代谢与解毒等生理进程。

为探究大豆种子生活力测定的最适染色条件以及种子萌发期重要生理指标的变化,采用单因素和正交试验设计筛选适用于大豆种子生活力检测的氯化三苯基四氮唑(TTC)染色最佳组合;并分析大豆种子在不同萌发环境下的发芽率和种子内源细胞壁水解酶的变化。单因素分析结果表明,有无吸胀处理对于种子染色至关重要,且低浓度(0.1%)的TTC溶液会显著降低种子的染色率。多因素正交试验结果表明,大豆种子染色的最佳条件是:吸胀时间6 h,TTC浓度1%,染色温度35 ℃,染色时间60 min。该组合下的种子染色率为98.5%。萌发率试验表明,光、暗条件对于萌发进程无显著的影响;高水量下大豆萌发受到抑制,而低水量下种子却有着较高的萌发率;在一定温度范围内,低温可推迟种子萌发,但却提高了种子的最终萌发率。酶活性试验表明,种子在光、暗条件下萌发时,种胚内的纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶和β-半乳糖苷酶活性无显著变化,而木葡聚糖内转糖基酶在光照下的活性却显著高于其在暗环境下的活性。在不同吸胀水量下,纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶活性无显著变化;β-半乳糖苷酶活性随着水量的增加逐渐上升,而木葡聚糖内转糖基酶活性却呈现与之相反的趋势。值得注意的是,萌发温度的升高能够显著增加4种细胞壁水解酶在大豆胚中的活性。综上,TTC染色结果对于快速判断大豆种子生活力,完善大豆种子质量检测技术规程具有重要的实践意义;探索大豆种子在不同萌发条件下的细胞壁水解酶活性有助于揭示双子叶植物种子萌发的机制。

为了探究溶磷解钾真菌黑曲霉Z8对大豆种子萌发及幼苗的促生长作用,测定了接种黑曲霉Z8后大豆种子与幼苗生物量、生理效应、土壤酶活性与土壤微生物变化。结果表明,黑曲霉Z8对大豆种子萌发率无显著影响,但可增加大豆芽的生物量,其中K3处理组总体效果较好;不同浓度菌液对大豆幼苗生物量的影响显著,当菌液浓度为1.0%时,株高、鲜质量、干质量、根长增加,且大豆幼苗叶片光合色素含量较高,此时根尖伸长区细胞体积增加,表明有最佳的生长潜力;盆栽试验的结果表明,接种黑曲霉Z8可显著提高大豆幼苗的株高(19.44%~33.47%)、根长(19.95%~33.50%)、鲜质量(26.67%~86.67%)、干质量(25.00%~87.50%)、可溶性糖(31.67%~47.83%)、可溶性蛋白(21.70%~35.86%)含量,不同处理接菌使大豆植株叶绿素(T4>T3>T2>T1>CK)、超氧化物歧化酶(T4>T3>T1>T2>CK)、过氧化氢酶(T4>T3>T2>T1>CK)、过氧化物酶(T4>T2>T3>T1>CK)含量高于对照组,同时增加了土壤蔗糖酶(T4>T3>T2>T1>CK)、脲酶(T4>T3>T2>T1>CK)、过氧化氢酶(T4>T2>T3>T1>CK)、酸性磷酸酶活性(T2>T1>T3>T4>CK)、中性磷酸酶(T2>T4>T1>T3>CK)、碱性磷酸酶(T4>T3>T2>T1>CK)含量。对土壤微生物数量均有显著的促进效果,使细菌数量增加6.03%~32.66%,真菌数量增加22.22%~62.22%,放线菌数量增加0.67%~20.32%。综上所述,T4处理组对大豆促生效果最好,黑曲霉Z8具有良好的促生功能,可作为大豆种植的生物肥料,对减少化肥应用以及可持续农业发展具有重要的意义。

为了探究影响花生种皮颜色的关键代谢物及花青素合成酶(ANS)基因,以5种不同种皮颜色的花生品种(系)为材料,对其种皮中花青素代谢物组成、ANS家族基因的表达及其相关性进行分析。结果显示,在5个花生品种(系)种皮中检测到3大类,共19种花青素糖苷类物质,其中黑种皮中最多为17种,白种皮最少仅为4种,表明随着种皮颜色的加深,花青素糖苷类物质种类也逐渐增多。对5个ANS基因表达分析,结果显示,仅有Ahy_Scaffold1g106620的表达量较高,其他4个基因基本不表达或表达量较低。且Ahy_Scaffold1g106620随着种皮颜色加深,表达量显著升高,推测Ahy_Scaffold1g106620是调控花青素合成的关键基因。进一步相关分析结果显示,Ahy_Scaffold1g106620与19种糖苷物质中的12种呈现显著正相关,相关系数为0.54~0.82;而Ahy_A02g006729仅与3种花青素类糖苷物质呈现显著相关性,其他3个基因与种皮中花青素类物质含量无关,结果表明,Ahy_Scaffold1g106620是ANS家族中影响花青素物质积累的关键调控基因。以上研究结果初步发现了影响多彩花生种皮颜色的主要代谢物及ANS家族中关键的调控基因。

为了明确大豆中4个参与豆科植物由根瘤菌侵染到根瘤形成和固氮的所有生物过程,并整合结瘤和结瘤自调控信号动态控制根瘤数目的核心转录因子(NIN)基因异同及其在植物生长过程中的作用,利用生物信息学的方法,对大豆4个GmNINs基因进行了系统进化、蛋白序列分析及基因序列和启动子分析,并利用Real-time PCR进行了组织表达模式验证。结果表明,大豆中4个GmNINs蛋白均属于豆类植物中特异的NIN蛋白家族,定位在细胞核,序列相似,且均具有多个磷酸化位点,蛋白核心三级结构类似而在转角处有较大区别。以上结果说明,大豆4个GmNINs蛋白可能在核心功能上是冗余的,而又在具体的表达模式上具有差异性。对GmNINs基因ATG上游-3 kb启动子序列分析表明,GmNINs启动子序列中除NBS、CYC元件外,还含有如ABRE、DRE1等多种与逆境和激素响应相关的元件。转录组分析及Real-time PCR结果显示,4个GmNINs基因均在根瘤中高表达,并受到高氮环境抑制;均可不同程度的响应高盐与干旱胁迫,其中GmNIN2a与GmNIN2b在响应非生物胁迫上较GmNIN1a与GmNIN1b更加敏感与显著,可能在植物响应非生物胁迫的过程中发挥着重要作用。综上所述,结果揭示了GmNINs除了调控大豆结瘤及根瘤数目外,还参与了大豆根系响应非生物胁迫的过程,这一调节机制的发现为选育优质高产大豆新品种提供关键线索。

为探讨花期低温对甘蓝型油菜生长发育及生殖器官发育的影响,以甘蓝型油菜GZ恢(抗冬季寒冷强)和10B(抗冬季寒冷弱)为材料,于初花期在人工气候室进行低温(白天14 h,12 ℃;夜晚10 h,2 ℃)胁迫,设置5个处理时间:1,2,3,4,5 d,正常生长环境(白天14 h,22 ℃;夜晚10 h,18 ℃)为对照,测定了低温胁迫下植株苔茎叶和下部叶生理指标以及不同大小花蕾开放后的花粉活力和柱头可授性。结果表明:两材料在低温处理后植株叶片均表现轻微萎蔫,所有处理植株无明显受损;低温处理后叶片各生理指标变化比较复杂,以过氧化物酶(POD)敏感,多表现为显著升高,下部叶较苔茎叶升高更多,10B较GZ恢升高幅度大。渗透调节物质以可溶性糖(SS)含量变化明显,GZ恢显著增加。丙二醛(MDA)含量显著增加,10B较GZ恢升高更多,下部叶和苔茎叶两材料表现不尽一致。低温处理对两材料大于6.0 mm的花蕾花粉活力受影响均很小。小于3.0 mm的花蕾,胁迫4 d以上后期发育停止最终死亡,胁迫2~3 d花粉活力显著下降,且花蕾越小,花粉活力随处理时间增长降低越多。小于6.0 mm的各级花蕾受低温胁迫后,GZ恢花粉活力多高于10B,以3.0~6.0 mm的花蕾差异明显,因此,认为3.0~6.0 mm花蕾可作为鉴定不同品种花期耐低温指标。柱头可授性表现与花粉活力趋势一致,大于3.0 mm的花蕾低温处理3 d以内柱头可授性不受影响,处理4 d以上柱头可授性降低;小于3.0 mm的花蕾,低温处理3 d以内柱头可授性不同程度降低。这些结果表明,在植株遭受低温胁迫后,小于3.0 mm的花蕾对低温较为敏感,导致花粉活力和柱头可授性降低,甚至败育。

为研究成都平原油菜-水稻轮作体系下不同秸秆用量对土壤活性有机碳组分及碳循环酶活性的影响,于2017—2020年开展连续3 a的田间定位试验,分析秸秆不还田对照(CK)、常规化肥(NPK)、常规化肥+1/2量秸秆(SR1)、常规化肥+全量秸秆(SR2)、常规化肥+2倍秸秆(SR3)5个处理下土壤理化性质、活性有机碳组分含量、碳循环酶活性及其相互间的相关性。结果表明:相比试验前,秸秆还田能有效改善土壤理化性状,提高土壤速效氮、磷、钾等养分含量;与CK处理相比,秸秆还田处理的土壤有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳以及微生物量碳含量分别显著提升了5.05%~8.55%,18.40%~36.80%,35.76%~66.93%,27.20%~52.10%,且均表现为秸秆用量越大活性有机碳组分含量越高。另一方面,与CK和NPK处理相比,3个秸秆还田处理土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性均显著提升;其中SR2处理下的土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶活性值最高,比SR1处理分别显著高出16.25%,8.49%,14.69%,SR3处理下的过氧化氢酶活性最高,比SR1处理显著高出25.10%。相关性分析可知,土壤SOC、活性有机碳组分及碳循环酶活性之间均呈现显著正相关。由此可见,在成都平原稻-油轮作体系下,实行全量秸秆还田是提高土壤活性有机碳组分含量及碳循环相关酶活性、促进土壤质量正向提升的最佳选择。

为了筛选鉴定适宜我国南方地区种植的早熟油菜新品种,利用AMMI 模型分析了国家油菜区域试验早熟组14份参试品种的丰产性并用GGE双标图方法探讨了这些品种在8个试验点的稳产性,同时还测定了代表性品种的越冬期生物学指标和光合参数,以期解释南方早熟油菜丰产性形成的气候和生理成因。试验结果表明,参试品种的丰产性差异较大,其中S0013的平均产量居第一位(2 191.021 kg/hm²),而282081的产量最低(1 328.512 kg/hm²),仅为前者的60%。联合方差分析结果显示,来源于环境(E)的平方和占主导地位(82.27%),而来源于基因型(G)的平方和占比最小(4.93%);来源于基因型与环境的互作(G×E)虽然偏小(10.17%)但仍然达到极显著水平。利用AMMI模型可解释G×E互作平方和的92.63%。品种的丰产性主要受降雨量影响,而品种的稳定性主要与气温有关。14个参试品种的稳定性从高到低依次为:黔杂ZW9001>黔杂J9002> C868>05V11>黔杂J9001> WB203>川杂09NH014> S0013>云油杂2号>杂1613>08SH60>282081>荣华906>131(CK);其中,S0013、C868和WB203产量最高,而282081的产量最低。各试点鉴别力依次为:玉溪>保山>吉安>南昌(宜春)>桂林>长沙>安顺。阳光131在桂林试验点的越冬期单株鲜质量最高,净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO₂浓度(Ci)也较高并且与小区产量的相关系数较大,表明较强的光合作用可促进丰产性的形成。通过AMMI模型和GGE双标图对参试油菜品种和不同试点进行了较为全面的评估,为早熟油菜新品种选育及试点选择提供参考依据。

为了探索施氮肥对大豆孢囊线虫病的控制效果,进行了不同施肥水平的盆栽试验和田间试验,以分析氮肥对大豆孢囊线虫卵孵化和繁殖的影响,及其对大豆生长和产量的影响。盆栽试验设置了0.016,0.032,0.048,0.064 g/kg土壤4个施氮水平,分析土壤淋溶液和根系浸出液对卵孵化及线虫繁殖的影响;田间试验设置了22.50,56.25,67.50,78.75 kg/hm² 4个施氮水平,分析不同氮肥水平对孢囊减退率的影响,盆栽试验和田间试验均以不施用氮肥作为空白对照。室内盆栽试验结果表明,施氮肥后的土壤淋溶液和根系浸出液都可以显著提高卵孵化抑制率,0.032,0.064 g/kg土的土壤淋溶液中大豆孢囊线虫卵孵化抑制率较高,分别为34.21%,29.31%;0.064 g/kg土的根系浸出液中大豆孢囊线虫卵孵化抑制率最高,达55.09%,与对照相比有显著差异。田间试验表明,适量施用氮肥可以显著提高孢囊减退率,增加大豆产量。使用56.25 kg/hm²氮肥处理对线虫的防治效果最好且增产率最高,孢囊减退率达25.29%,增产率可达14.75%;而对照区孢囊数量增加了30.77%。因此,适当增施氮肥对大豆孢囊线虫病具有较好的抑制作用,可提高大豆产量和品质,该方法是一种防治大豆孢囊线虫经济安全的方法。

为探究大豆GmPP2C89基因在植物非生物胁迫响应和适应过程中的功能,利用转录组数据和荧光定量PCR方法检测GmPP2C89基因在NaCl、PEG和甘露醇处理下的表达模式;接着分析GmPP2C89基因启动子上响应非生物胁迫的顺式作用元件,并根据元件的分布克隆不同长度的启动子构建融合GUS载体,获得对应的转基因拟南芥,通过GUS染色分析启动子对NaCl、PEG和甘露醇处理的响应。构建GmPP2C89基因过表达的转基因拟南芥,在正常条件和NaCl处理条件下测定根长、叶片MDA含量和电解质渗透率以及盐胁迫相关基因(SOD、POD、CAT、RD26、RD29A和RD29B)的表达水平。结果显示,NaCl、PEG和甘露醇处理均导致大豆GmPP2C89基因表达水平显著上调;在其启动子区含有较多ABRE、DRE、G-box、MBS、MYB、MYC和TC-rich repeats等参与非生物胁迫响应的顺式作用元件,并且该启动子对NaCl处理具有更强的响应。此外,在盐处理条件下,转基因拟南芥GmPP2C89-OX根长显著大于WT,而MDA含量和电解质渗透率显著低于WT,耐盐性明显增强;抗氧化酶基因(SOD和POD)和ABA途径关键基因RD29B在GmPP2C89-OX中的表达水平显著高于WT。结果表明,大豆GmPP2C89基因受NaCl、PEG和甘露醇诱导表达上调,GmPP2C89过表达可通过激活抗氧化途径和ABA途径增强转基因拟南芥的耐盐性。

锌指蛋白是真核生物中被广泛研究的转录因子,在植物生长发育和逆境应答中发挥重要作用。为了揭示大豆锌指蛋白基因功能,从商豆1201中克隆获得GmZAT12基因的CDS全长序列,并对其编码的蛋白质进行生物信息学分析。通过烟草表皮注射系统检测GmZAT12蛋白的亚细胞定位情况,采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术对GmZAT12基因在大豆不同组织和非生物胁迫中的表达模式进行分析。结果表明,GmZAT12全长516 bp,共编码171个氨基酸,分子质量为19.264 28 ku,理论等电点(pI)为9.02;主要构成元件为无规则卷曲和α螺旋;含有20个磷酸化位点,其中以丝氨酸磷酸化位点为主。序列分析结果表明,GmZAT12蛋白含有2个保守的C2H2锌指结构域;亚细胞定位结果显示,GmZAT12蛋白定位于细胞核。qRT-PCR表达分析结果显示,GmZAT12基因在大豆根、叶片和种子中表达量较高,在花和茎中表达量较低;GmZAT12基因受到高温、低温、NaCl和ABA诱导表达,推测该基因可能参与大豆非生物胁迫应答。

为明确豇豆轻斑驳病毒江苏分离物的基因组结构特征,阐明其分类地位及进化特点,选择采自江苏的CpMMV大豆分离物作为研究对象,针对病毒基因组序列设计了4对特异性引物,以病样总RNA反转录后获得的cDNA为模板,通过分段法对其基因组序列片段进行了PCR扩增,扩增产物克隆至T载体经验证后进行序列测定,获得的序列片段经拼接组装得到病毒全基因组序列。序列分析结果显示,CpMMV江苏分离物基因组核苷酸序列全长8 194 bp,编码6个蛋白,5'端和3'端各含有一个非编码区(UTR),长度分别为72,117 nt;在编码的6个蛋白中,CP与其他分离物之间的同源性较高(96.5%~100.0%),相对保守;而RdRp(81.1%~98.2%)、TGB1(81.0%~97.0%)、TGB3(80.9%~95.6%)同源性相对较低,在不同分离物中表现较好的多样性;基于全基因组序列的系统进化分析结果显示,江苏分离物与已公开的其他CpMMV分离物同源性较高,共同聚类到一个大分支上,其中与中国安徽分离物同源性最高(98.2%),与海南分离物次之(96.0%),而与美国、巴西、印度、墨西哥、肯尼亚等国外分离物同源性相对较低(<82.7%)。这些研究结果表明,CpMMV江苏分离物与其他CpMMV分离物具有类似的基因组结构特征,在系统进化上,江苏分离物与国内分离物近缘而与国外分离物远缘。

为了进一步了解启动子在甘蓝型油菜FIL基因(BnaFIL)表达调控中的作用,根据甘蓝型油菜基因组数据,以甘蓝型油菜叶片提取的DNA为模板,对甘蓝型油菜BnaFIL基因的启动子序列pBnaFIL进行克隆,长度为1 326 bp。采用PlantCARE在线分析软件对该启动子序列进行生物信息学序列分析,结果表明,该序列含有参与光反应的部分保守DNA模块以及CAAT-box和TATA-box等核心启动子必备元件,与分生组织表达有关的顺式作用的调控元件CAT-box以及光敏反应元件。通过该启动子序列替换pBI121植物表达载体上的CaMV35S启动子,使该启动子与GUS基因融合获得pBnaFIL-GUS表达载体,将载体通过农杆菌花序浸染的方法转入拟南芥中,获得了早花启动子重组质粒阳性转基因株系和晚花启动子重组质粒阳性转基因株系。之后对转基因拟南芥植株进行GUS染色分析,对启动子的表达效果进行了检测,最终在不同的转基因拟南芥植株中均发现了GUS基因的表达。结果表明,早花材料与晚花材料中启动子表达强弱存在差异,早花材料启动子的驱动基因表达效果比晚花材料启动子的驱动效果要好,由此推断,启动子的驱动效果对油菜开花早晚进行了调控,导致FIL基因在不同材料中的表达效果不一致。

为明确大豆节间木质素积累规律,深入理解木质素积累与大豆植株抗倒伏间的关系,进而为调控大豆植株表型和抗倒伏大豆新品种选育提供参考依据,选取具有代表性的有限生长习性品种Charleston,按照20,35株/m² 的2种密度种植桶栽大豆,在2种不同密度下测定主茎的木质素含量,分析Charleston主茎第3节间的细胞伸长区(EZ)和次生细胞壁成熟区(MZ)木质素含量、在木质素合成过程中的4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)、苯丙氨酸转氨酶(PAL)、肉桂酸脱氢酶(CAD)等关键酶活性以及对应基因的表达量。手工切片及分光光度计测定的结果表明,大豆主茎木质素含量由形态学上端向下端逐渐增加。低密度处理主茎中的木质素含量高于高密度。无论是高密度还是低密度处理,单一节间(茎3)木质素含量均为MZ>EZ;低密度处理茎中4CL、PAL、CAD的活性高于高密度处理。2个密度处理下茎中4CL、PAL、CAD活性变化规律较为一致,与基因表达结果相符合。大豆植株主茎中木质素含量受到木质素合成途径中的多种酶调控。木质素合成的关键酶基因多以基因家族形式存在,同一基因家族中的酶基因在同一物种植株的相同部位表达存在差异,同一基因在同一物种的不同组织和器官中的表达情况也不尽相同。

为探究盐碱胁迫对甘蓝型油菜的生理及分子机制的影响,以甘蓝型油菜华油杂62为试验材料,对油菜种子及幼苗进行不同浓度的复合盐、复合碱及复合盐碱溶液处理,测定种子的发芽率以及甘蓝型油菜叶片中叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶活性等生理指标,以高效液相色谱法测定油菜叶片中甜菜碱积累量,利用qRT-PCR 技术对甜菜碱合成途径中的关键酶基因胆碱单加氧酶基因(CMO)进行分析。结果表明,人工模拟的不同浓度盐碱溶液中,对种子萌发的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐;低浓度盐碱溶液促进油菜叶片叶绿素形成,高浓度盐碱溶液抑制叶绿素形成;盐碱胁迫显著提高了脯氨酸与可溶性糖含量,高盐碱溶液(YJ75,含盐碱75 mmol/L)处理21 d,脯氨酸与可溶性糖含量分别为对照组的65.99,5.21倍;盐碱胁迫增加了丙二醛的含量;盐碱胁迫显著提高了过氧化物酶(POD)活性,与对照组相比,高盐碱(YJ75)溶液处理21 d后的POD含量提高了2.26倍,在复合盐与复合碱处理第14 天,POD含量达到最高值,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化规律不明显,且在盐胁迫过程中发挥作用较低;盐碱胁迫显著提高了关键酶基因CMO的表达量,从而调控甜菜碱的积累量增多。综上,盐碱胁迫对甘蓝型油菜的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐,在高盐碱胁迫下,甘蓝型油菜会大量积累甜菜碱以降低自身所受的伤害。

为了在生理和分子水平上初步揭示向日葵对黄萎病的抗性机制,以抗(SC89)、感(LD5009)黄萎病的向日葵品种为材料,测定接种大丽轮枝菌毒素后H₂O₂含量、ROS清除酶(SOD、CAT、POD和PAL)的活性以及抗病信号通路关键基因转录水平的变化。结果表明,接种6 h后H₂O₂在抗病品种SC89中迅速升高,分别在接种大丽轮枝菌毒素12,36 h达到最高值0.55,0.60 μmol/g,随后开始下降,而感病品种中虽然在接种12 h后有一个小的峰值0.17 μmol/g,但是积累水平远远低于抗病品种;ROS清除酶SOD、CAT、POD和PAL活性表现为,抗病品种SC89接种大丽轮枝菌毒素后都在短时间内迅速达到峰值,随后逐渐降低,而感病品种LD5009的峰值低于抗病品种,而且呈现出峰值滞后的现象。同时,接种后抗病信号路径相关基因如Pr5(JA)、Pal(SA)以及ROS清除酶基因如Sod、Sco和Cat转录水平表现为,接种后抗病品种SC89被显著上调。这些结果表明,SA、JA以及H₂O₂等信号分子在向日葵抗黄萎病过程中均发挥着重要的作用。

为探讨外源油菜素内酯对冻害胁迫条件下拔节期小麦生理特性、转录水平及生长的影响,选用半冬性小麦品种百农207为材料,采用0.1 mg/L的2,4-表油菜素内酯(EBR)浇施拔节期小麦,研究冻害胁迫下小麦叶绿素含量(SPAD值)、丙二醛(MDA)含量、相对电导率、游离脯氨酸(Pro)含量、抗逆相关基因表达量、幼穗受冻率、籽粒产量、千粒质量及干物质质量的变化。结果表明,冻害胁迫前,对照组与处理组的SPAD值、MDA含量和相对电导率无显著差异,而Pro含量处理组显著低于对照组;在冻害胁迫后,与对照相比,外施EBR显著降低了小麦叶片的MDA含量和相对电导率,提高了SPAD值和Pro含量。冻害胁迫48 h,处理组小麦植株叶片抗逆相关基因SOD、POD、CAT、P5CS和WCS120的相对表达量均显著高于对照;冻害胁迫后,与对照组相比,处理组植株幼穗受冻率显著降低,比对照降低了20.93百分点,而籽粒产量、千粒质量和干物质质量显著增加,分别增加了19.38,2.37,54.40 g。综上,小麦拔节期外施EBR可以通过降低叶片MDA含量,提高Pro含量、叶绿素含量以及抗逆相关基因SOD、POD、CAT、P5CS和WCS120的表达量,从而提高小麦的抗冻性,减轻低温冻害对冬小麦造成的产量损失。

采用大田试验,研究绿肥油菜还田时期对不同施氮量下春玉米产量及对土壤养分的影响规律,以期为华北平原春玉米减氮增效提供理论依据。采用裂区设计,主区绿肥油菜还田时期分别为无绿肥油菜冬闲田(G0)、始花期(G1)、盛花期(G2)和荚果期(G3),裂区施氮量分别为0 (N0),135(N135),270(N270),405(N405),540 kg/hm²(N540)。收获期五点取样法取土测定土壤养分含量,玉米考种测产。与G0相比,G2处理因春玉米穗粒数均值显著增加5.59%而增产5.89%,G1处理2020年增产6.37%,其中穗粒数增幅8.37%,但G1和G2百粒质量与G0无显著差异;G3处理2020年因穗粒数与百粒质量均值降低2.62%,6.40%,导致减产8.43%;春玉米产量随施氮量增加显著增加;G1、G2和G3处理下,春玉米产量在施氮量为N405、N270和N405时达最高,分别为10 961.21,11 253.34和10 331.12 kg/hm²。线性加平台模型分析可知,G1和G2处理可以保证产量稳定在10 000 kg/hm²以上,实现氮肥减施7.89%~41.45%,2020年G3处理减氮10.53%,产量降低6.27%。与G0相比,G1和G2处理显著提高了土壤有机质、碱解氮含量,增幅分别为8.28%和4.12%,11.17%和12.77%。G1、G2和G3处理土壤全氮含量2019年显著增加6.01%,5.86%,8.00%;G1、G2和G3处理土壤全磷和有效磷含量比G0处理显著降低;处理间全钾含量无差异,但G1和G2处理增加了土壤速效钾含量,2020年G3处理含量比G0降低3.41% (P<0.05)。各土壤养分含量随施氮量呈先增加后降低的趋势,在N270达峰值。综上所述,绿肥油菜于始花期至盛花期还田,可以提高土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,产量稳定在10 000 kg/hm²以上,氮肥减施7.89%~41.45%,实现华北平原春玉米生产稳产减氮增效的目的。

为了开发稳定可靠、操作简便的大豆分子标记,以12份地理来源不同的大豆种质资源为材料,通过基因组10倍深度重测序开发长片段插入/缺失(InDel)标记,并应用2018年黄淮海大豆多点鉴定96份参试品系DNA指纹图谱构建。结果表明,在参试材料中,共检测到插入/缺失片段长度大于20 bp的InDel标记66 561个,平均每条染色体InDel标记的数量为3 262个;位于内含子的InDel占比12.35%,位于基因上游序列和下游序列的InDel占比分别为25.83%,20.44%,位于基因间隔区的InDel占比34.39%,位于外显子的InDel占比0.19%,位于5'-UTR和3'-UTR的InDel占比分别为0.93%和1.51%;片段长度介于20~40 bp的InDel数量为42 453个,41~60 bp为13 044个,61~80 bp为5 034个,81~100 bp为2 285个,大于100 bp为2 413个;从检测到的66 561个InDel位点中,根据插入/缺失片段长度,在基因组中随机选区160个InDel位点,利用引物设计、PCR和琼脂糖凝胶电泳等技术,在55 ℃的退火温度条件下,开发出32个有且仅有2个等位变异、基于1%琼脂糖凝胶电泳技术易于分辨的长片段插入/缺失标记。应用新开发的32个标记,构建了2018年黄淮海大豆多点鉴定96个参试品系DNA指纹图谱,参试的大豆材料纯度为96.84%,没有同物异名现象发生。研究开发的InDel标记稳定可靠、操作简便,可应用于大豆DNA指纹图谱构建、种子纯度检测等工作。

为研究不同氮素水平下接种大豆根瘤菌对大豆生长和结瘤固氮的影响,以大豆品种Williams 82为试验材料,采用蛭石法种植,设置无氮、低氮和高氮3种浓度的硝酸盐处理,接种USDA110大豆根瘤菌,研究不同氮素水平对大豆结瘤及氮含量的影响。结果表明,不同施氮水平对根瘤数目、根瘤干质量和根干质量都有不同程度的影响,施加高氮营养液会抑制大豆结瘤,而无氮处理则促进了大豆结瘤;根干质量呈现相反的变化趋势,无氮处理的根干质量最小,高氮处理的根干质量最大。不同施氮水平下,大豆不同器官氮含量在接菌和不接菌间表现出不同的变化趋势;高氮处理下的氮素含量显著高于低氮、无氮处理,不同器官氮含量整体表现出叶>根>茎的现象;不同氮水平条件下,不同叶位叶绿素值(SPAD值)在接菌与不接菌间无明显差异。叶形态指标的测定结果显示,高氮处理下叶面积、叶周长、叶长和叶宽均显著高于无氮处理;无氮接菌后叶面积和叶周长显著大于无氮不接菌处理,表明接菌不仅促进了根生长,还刺激了叶片增大。由此可知,不同氮素水平下,接种根瘤菌对大豆幼苗的结瘤固氮和生长发育的变化规律不同,适当增施氮素营养、配合根瘤菌剂的使用可促进大豆生长发育及氮素利用吸收。

为了获得向日葵列当生防菌株,以田间采集的具有褐色枯斑的列当植株为样本,利用柯赫氏法则对采自内蒙古、河北和新疆共11个不同地点的29份列当枯斑病的样本进行了分离和鉴定。结果表明,新疆北屯农十师183团和188团地块及呼和浩特市武川县西海子村地块中采集的病样上分离得到尖孢镰刀菌和茄病镰刀菌;巴彦淖尔市乌拉特前旗西小召镇、五原县葵博园和临河区永利村的病样中分离得到尖孢镰刀菌和木贼镰刀菌;而乌兰察布市四子王旗公合成村和西圪旦村及化德县105省道边地块中样本中鉴定出尖孢镰刀菌、茄病镰刀菌、木贼镰刀菌和层出镰刀菌;鄂尔多斯市东胜区采集的样本中只分离得到尖孢镰刀菌;河北张家口市康保县的样本中只分离得到轮枝镰刀菌。上述分离得到的菌株在向日葵列当上回接后都能够致病的结果预示,镰刀属的真菌是引起向日葵列当枯斑病的病原菌,但尖孢镰刀菌是引起列当枯斑病的优势致病菌。致病力分化的研究结果表明,上述分离获得的镰刀菌均能够侵染向日葵和列当,但其致病力存在一定的差异,主要表现在分离寄主上的致病力强于其他寄主的特点。基于致病力分化的结果,筛选出3株具有生防潜力的尖孢镰刀菌菌株GHC 1-2、XXZ-9和HD 1-1用于防控列当对向日葵的寄生。

为了进一步挖掘芝麻株高相关基因，为适机收芝麻新品种选育提供理论指导，以冀航芝1号和DW607为亲本构建F₂群体，并构建以株高为目标性状的极端混池，利用BSA-seq技术，采用ED和Δ（SNP-index或InDel-index）2种方法挖掘株高相关的染色体区段，注释区段内的基因信息，利用GO和KEGG等数据库分析注释基因的功能。结果发现，亲本之间共获得298 634个SNP和76 360个InDel，混池之间共获得24 048个SNP和9 630个InDel；基于SNP标记的ED方法关联到5个染色体区段，ΔSNP-index方法关联到3个染色体区段，两者的交集有3个；基于InDel标记的ED方法关联到5个染色体区段，ΔInDel-index方法关联到8个染色体区段，两者的交集有8个；4个染色体区段同时被SNP和InDel标记关联到，共注释到330个基因，比对到的前20个KEGG通路主要包括植物激素信号转导和能量代谢；GO富集结果表明，有18个基因参与生长素响应，可能是参与株高调控的关键基因。

为了充分挖掘野生大豆种质资源中的高蛋白基因及其连锁标记，以来自中国、韩国和日本，涵盖第4，5，6，7，8熟期组的508份野生大豆种质资源为材料，通过全基因组关联分析挖掘与野生大豆中高蛋白基因相关的SNP。参试材料蛋白含量数据从美国农业部种质资源信息网下载，为2 a利用凯氏定氮法测定蛋白含量数据平均值，基因型数据从Soybase网站下载，利用Illumina公司大豆50K芯片（SoySNP50K BeadChip含有52 041个SNP标记）检测获得。结果表明，参试材料蛋白含量呈正态分布，介于38.1%~56.9%，平均48.1%，标准差2.71%。遗传结构分析将参试材料划分为3组，分别包含271，111，126份材料。基于混合线性模型的关联分析，共检测到与蛋白含量相关的SNP位点74个，散布在19条染色体的60个单倍型区段内。显著性SNP位点LOD平均值为3.47，SNP位点BARC_1.01_Gm_01_54656209_A_G的LOD值最大，为5.18。根据显著性SNP位点富集程度，确定第11号染色体常染色质区15 128 832~15 253 199 bp、第12号染色体异染色质区26 842 687~27 818 244 bp的单倍型区段为本研究中的2个蛋白含量显著性相关区段，命名为HAP_11_1和HAP_12_1。HAP_11_1中，SNP位点BARC_1.01_Gm_11_15167305_G_A的LOD值最大，为3.80，可解释遗传变异为2.88%。HAP_12_1中，SNP位点BARC_1.01_Gm_12_27563620_C_T的LOD值最大，为4.12，可解释遗传变异为3.23%。为野生大豆高蛋白基因育种利用提供了检测标记，为野生大豆高蛋白基因克隆提供了线索。

为筛选耐低钙种质，有效利用酸性红壤，扩大花生种植面积，在南方地区典型酸性低钙土壤（pH值5.44，交换性钙376.0 mg/kg，水溶性钙11.2 mg/kg），采用大田试验研究了不施钙和施钙（CaO）750 kg/hm²处理对105份不同地域来源花生种质资源的形态性状、叶绿素含量（SPAD值）、产量及其构成因子等24项指标及其耐低钙系数的影响。结果表明：与施钙相比，不施钙处理花生出苗率、SPAD值、荚果产量、单株饱果数、单株总果数、出仁率、荚果饱满度及籽仁品质等均有不同程度降低，其中荚果产量和空果率差异达到显著水平。通过主成分分析，可以将24项评价指标的耐低钙系数降维为8个主成分，累计贡献率为78.001%，对各主成分的贡献率大小以单株产量（26.396%）和饱果数率（24.951%）最高，表明不施钙单株产量和饱果数率最能代表不同花生品种对低钙的响应状况。以花生相对产量和产量耐低钙系数为特征变量，通过聚类分析可将105个品种的耐低钙性划分为5个等级：极强耐低钙、强耐低钙、中度耐低钙、敏感和高敏感，各类型所占品种比例分别为1.90%，0.95%，18.10%，78.10%，0.95%，说明我国绝大部分花生种质资源对低钙敏感，但也存在极强和强耐种质，这为开展耐低钙生态育种奠定了良好种质资源基础。

探讨矮秆油菜干物质与氮素积累分配对种植密度的响应及其与高秆品种的差异，以期为矮秆油菜合理密植提供参考依据。盆栽条件下，选用矮秆油菜MJ01（V1）和高秆油菜川油36（V2），设置2种密度（2，4株/盆）处理，研究密度对矮秆油菜干物质及氮素积累分配的影响及其与高秆油菜的差异。结果显示：加大种植密度，提高了矮秆油菜地上部植株干物质和氮素积累，增加了干物质、氮素在茎秆中的分配比例，降低了干物质、氮素在角果壳和籽粒中的分配比例。与高秆油菜相比，矮秆油菜地上部植株干物质和氮素积累较低，干物质和氮素在籽粒中的分配比例相对较高。矮秆油菜与高秆油菜之间的籽粒产量并无显著差异。增加种植密度，矮秆油菜氮收获指数略有升高，经济系数和氮生理利用效率则呈下降趋势。相同密度下，矮秆油菜的经济系数、氮收获指数和氮生理利用效率均大于高秆油菜，但差异均不显著。与高秆油菜相比，矮秆油菜的地上部植株干物质和氮素积累较低，经济系数、氮收获指数和氮生理利用效率较高，并且在适宜种植密度下矮秆油菜也可获得较高的籽粒产量。

为明确油菜茎秆强度相关性状在不同时期的变化特点及其与农艺性状间的关系，以四川地区茎秆强度不同的10份甘蓝型油菜自交系为研究材料，对茎秆强度相关性状间和茎秆强度相关性状与主要农艺性状进行相关性分析。茎秆强度相关性状间的相关分析结果表明：成熟期为油菜茎秆研究的最适时期。在这一时期，穿刺强度和抗折强度呈极显著正相关（r=0.78^**），壁厚与穿刺强度、抗折强度和纤维素含量均呈极显著正相关（r=0.73^**，0.67^**，0.58^**），但纤维素含量与木质素含量呈显著负相关（r=-0.48^*）。通过对茎秆强度相关性状与主要农艺经济性状进行相关性分析，结果表明：壁厚和穿刺强度均与株高呈极显著正相关（r=0.73^**，0.60^**），而茎粗与一次分枝数和单株产量间呈显著正相关（r=0.66^*，0.53^*），与角果长度呈显著负相关（r=-0.65^*）。结果表明，甘蓝型油菜茎秆强度相关性状间关系密切，且对茎秆强度相关性状的改良不会造成经济价值的巨大损失。

为了解高油酸花生的养分吸收和利用规律，以高油酸花生品种和普通花生品种为研究对象，在整个生育期内取样，测定花生各部位干物质量和养分含量、计算各生育时期氮、磷、钾养分积累量，明确高油酸花生干物质积累及氮、磷、钾养分吸收、利用规律，为指导花生生产提供理论依据。结果表明：高油酸花生的整个植株及不同器官干物质积累变化规律与普通花生基本一致，呈先升高后降低趋势，但高油酸花生根系干物质量高于普通花生，而茎叶则相反，总干物质量显著低于普通花生约6.86%。高油酸花生与普通花生氮、磷、钾的吸收积累趋势一致，氮、磷二者的积累自出苗至荚果成熟期呈直线上升，最终收获时稍有下降；而钾至花期（播后69 d）达到最大值，后趋于平缓。不同器官氮、磷、钾积累趋势也大致相同，但高油酸花生根系的氮、磷、钾积累量显著高于普通花生。花生全生育期氮、磷、钾的需求量表现为氮>钾>磷。播后39 d，氮磷钾平均需求量分别为54.57，12.43，52.99 kg/hm²。播后39~69 d，氮磷钾养分的需求量分别为87.18，22.62，99.10 kg/hm²。播后69~109 d，钾需求量很少，氮磷养分的需求量分别为88.48，33.49 kg/hm²。根、茎、叶中的部分养分在花期后会转移到荚果，氮、磷、钾养分的转移量均表现为叶>茎>根。花生荚果中来自营养器官转移的氮量比例为33.31%，而磷仅为17.43%，钾却高达87.84%。总之，花生营养生长期较大的生物量是生殖生长期荚果形成的重要物质基础，在花生实际生产中，应根据不同花生品种养分的需求及积累分配特点，适时合理施肥，以达到养分资源高效利用和花生高产的目的。

为了探究不同氮水平下茶树/大豆间作对茶叶品质成分及其土壤养分的影响。通过盆栽试验，设置了4个氮水平（N0：0 g/kg，N1：0.25 g/kg，N2：0.50 g/kg，N3：1.00 g/kg）和茶树/大豆间作、茶树单作2种种植模式，8个处理。结果表明：与单作相比，茶树/大豆间作显著提高茶叶氨基酸、咖啡碱及可溶性糖的含量，降低了茶多酚的含量，改善了茶叶的营养品质以及产量；显著提高了土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾以及有机质的含量，改善了土壤的肥力状况。此外，在茶树/大豆间作系统中，与常规施氮水平（N2）下的单作相比，氮肥减施1/2（N1）并未显著降低茶叶产量和品质成分含量，还有效改善了土壤的肥力。相关性分析表明，茶叶品质成分与土壤各营养成分的丰缺显著相关，以有效磷的影响最大。本试验条件下，茶树/大豆间作系统具有在减施氮肥而维持茶叶产量、品质和改良土壤养分的潜力。

探究茶与大豆间作条件下根系土壤微生物群落代谢功能多样性的变化特征，有助于进一步了解茶园间作生态系统高产优质的机制。通过田间试验，设置茶树单作、大豆单作和茶树/大豆间作3种种植模式，运用Biolog技术分析土壤微生物群落代谢功能多样性的变化。结果表明，与单作模式相比，茶-大豆间作提高了土壤微生物群落的碳源平均利用率（AWCD），在120 h分别显著提高了11.52%，12.99%。茶-大豆间作提高了土壤微生物群落对糖类、氨基酸类、羧酸类及胺类等4类碳源的利用强度，并且提高了土壤微生物多样性指数。主成分分析表明，茶树与大豆间作主要通过改变土壤微生物群落对糖类、羧酸类碳源利用的模式来改善土壤微生物群落的代谢多样性。本试验条件下，茶与大豆间作改变了根际微生物的群落组成，改善了根际微生物群落功能多样性。

为了筛选出对大豆花叶病毒（SMV）病具有抗性的大豆新品系，以1 108份新选育的大豆品系为材料，人工接种SMV优势株系SC3和SC7，通过调查发病率和病情指数以考察其抗性，同时分析其亲本来源和抗性。结果显示，有356和326份大豆品系对SMV株系SC3和SC7分别表现高抗，占比为32.13%，29.42%，同时对这2个株系均表现高抗的品系有252份，占22.75%。相关性分析结果显示，SC3和SC7发病率与病情指数呈极显著正相关（r=0.942和r=0.956）。线性回归结果显示，SC3和SC7发病率与其病情指数呈线性关系，线性关系显著，其发病率可以分别解释其病情指数变异的88.75%，91.47%。从亲本来源可以看到，母本来源于河北育成的品系数最多，有97份；父本来源于国外育成的品系数最多，为85份。抗性分析显示，来源于河北的母本抗性的病情指数相对较低，其后代品系平均发病率和病指指数也均相对较低。研究结果为SMV病情预测和大豆抗病育种提供了参考。

为探明耐铬（Ⅲ）油菜内生菌BNC-Q菌株对铬（Ⅲ）处理的生理生化反应性特点，以BNC-Q菌株为研究对象，进行了菌种鉴定以及铬（Ⅲ）处理反应性分析等试验。16S rDNA PCR分析结果表明，BNC-Q菌株为阿氏芽孢杆菌。铬（Ⅲ）胁迫培养试验结果表明，BNC-Q对铬（Ⅲ）耐受较强，可在5 mmol/L铬（Ⅲ）浓度条件下保持繁殖能力，可被不高于2 mmol/L的铬（Ⅲ）促进生长繁殖。蛋白质表达分析试验结果表明，经2 mmol/L铬（Ⅲ）处理后，BNC-Q可特异表达出一条约40 ku大小的蛋白质条带。抗氧化性分析试验结果表明，2 mmol/L铬（Ⅲ）处理对BNC-Q菌株清除DPPH自由基的能力基本无影响，但其对超氧阴离子自由基（O₂^-·）和羟基自由基（·OH）的清除率分别由63.7%，63.5%上升到91.1%，85.2%。综上所述，BNC-Q菌株为阿氏芽孢杆菌，对铬（Ⅲ）耐受性较强，可被铬（Ⅲ）诱导表达约40 ku的特异蛋白，铬（Ⅲ）诱导处理可显著提高其清除超氧阴离子自由基和羟基自由基的能力。研究结果可为重金属铬的生物修复研究提供一定的基础。

为阐明GmWRKY50转录因子在大豆与大豆花叶病毒（SMV）互作过程中的作用机制，以大豆叶片的RNA为模板，利用PCR技术克隆了GmWRKY50基因的编码区全长，利用MEGA 7.0软件对不同物种中GmWRKY50的相似氨基酸序列进行比对并进行系统进化树分析，通过原核表达技术，构建pColdⅡ-GmWRKY50重组质粒，转化大肠杆菌BL21后，利用IPTG对带有His标签的GmWRKY50重组蛋白进行诱导，经Ni-NTA柱对重组蛋白进行纯化，收集纯化后的重组蛋白进行多克隆抗体的制备，通过Western Blotting检测GmWRKY50在SMV侵染前后的表达水平变化。结果表明，GmWRKY50基因的CDS全长为495 bp，编码165个氨基酸，在N端含有一个WRKY结构域，属于WRKY DNA-binding结构域蛋白。序列比对及系统进化树分析表明，大豆GmWRKY50与拟南芥AtWRKY50同源关系最近；IPTG浓度为0.5 mmol/L，诱导时间为4 h，重组蛋白的诱导效果良好，利用镍离子亲和纯化获得与His蛋白标签融合的目的蛋白，具有较高的可溶性。以融合蛋白为抗原制备的多克隆抗体可以特异性结合GmWRKY50蛋白，GmWRKY50蛋白在不亲和组合中受SMV侵染诱导而上调表达，为进一步研究转录因子GmWRKY50在大豆抵御SMV侵染过程中的功能奠定了基础。

为了解油用向日葵应对干旱胁迫的脱落酸代谢差异基因挖掘及分子调控机理，对正常供水（CK）和干旱胁迫（T）处理下的油用向日葵进行了高通量转录组测序及生理特性测定。结果表明，脱落酸（ABA）含量在干旱胁迫8 d最高，为23.55 ng/mL，在受到干旱胁迫4，8 d时的脱落酸含量均高于0 d。对差异表达基因进行筛选，在干旱胁迫8，16 d，通过与CK比较，处理组较CK显著上调表达的差异基因数分别为940，1 743个，显著下调表达的基因数分别为1 752，3 037个。由KEGG、GO功能注释可知，在干旱胁迫16 d较8 d的基因种类更丰富，其中参与生物过程的最多，参与细胞组分的次之，参与分子功能的最少，KEGG注释到的主要代谢通路有植物MAPK信号传导途径、植物激素信号转导、甘油磷脂代谢等。对干旱胁迫8 d条件下与激素相关的基因进行分析，共找到差异表达基因39个，并有7个基因与脱落酸代谢相关；参与脱落酸代谢的转录因子为ABF2、SAPK2、PP2C、AHG1、PYL2、SAPK3均呈上调表达，并表现出受到干旱胁迫的表达量高于CK。本研究挖掘到油用向日葵干旱胁迫下的ABA代谢相关上调差异基因7个，脱落酸代谢过程（PYR/PYL→PP2C→SnRK2→ABF）中涉及的转录因子均表现为上调，说明植物在遭受干旱胁迫时，会通过脱落酸等激素的积累以抵御干旱胁迫。

为了探究芝麻苗期对高温胁迫的生理响应机制，以郑太芝3号（耐热性）和SP19（热敏性）2种不同基因型的芝麻品种为材料，在高温45℃下持续处理10 d，以30℃处理为对照，分析幼苗的生长表型、抗氧化能力、光合参数并观察气孔和叶绿体的显微结构。结果显示，随着胁迫时间延长，供试材料的株高、叶长、叶宽、相对含水量、叶绿素含量、Fv/Fm、φPS Ⅱ、ETR （Ⅱ）、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）均下降，相对电导率、活性氧和丙二醛含量显著提高，且SP19品种变化幅度大于郑太芝3号。高温处理后，供试材料的抗氧化酶（超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶）活性均高于对照，且郑太芝3号酶活性高于SP19品种。显微结构观察发现，高温胁迫10 d，供试材料气孔的开度均减小，其中SP19品种气孔完全闭合，而郑太芝3号气孔不完全闭合；同时，叶绿体变圆，向胞内移动，基粒堆积加厚，片层断裂以及嗜锇颗粒增加，而郑太芝3号叶绿体的结构稳定性高于SP19。综上所述，抗氧化酶活性、膜脂过氧化程度、叶绿体结构稳定性以及保持光系统Ⅱ（PS Ⅱ）活性的高低是影响芝麻幼苗耐热性的关键因素。

为探明不同光周期的成花效应及其与激素、生长间的关系，以秋菊红面为试材，设置5个光周期处理，以南京夏季自然光周期（长日照）为对照，测定光合色素（叶绿素a、b和类胡萝卜素）、生长指标（株高、茎粗、叶片数）、根系活力、不同时期发育历时及内源激素（现蕾、破蕾、初绽、初花、盛花及初萎期）、切花品质（花径、单株花数、花青素）。结果表明，长日照菊花生长最旺盛，植株高大粗壮，光合色素含量高；7 h/17 h，8 h/16 h光合色素含量低、长势最差，易倒伏，由于受到光胁迫，根系活力较高；10 h/14 h植株矮化匀称。开花响应与内源激素息息相关，与IAA、GA₃呈反比，与ZT、ABA呈正比。7 h/17 h、8 h/16 h和长日照菊花花期均严重推迟，长日照由于生长充分，切花大且多但萎蔫快，7 h/17 h、8 h/16 h由于营养生长不足，菊花小且少、花青素含量低，切花品质最差；10 h/14 h最先开始花芽分化，花序发育周期短、盛花产出早且持续时间长，由于生长状况良好，切花品质也较高。光周期对花芽分化启动、花蕾形成过程影响最大，舌状花瓣的展开虽也受光周期影响，但对花期的提前不起决定作用。由此可见，10 h/14 h下菊花在生长形态、花序发育周期、切花质量方面表现最佳，最适合夏季南京地区菊花的促花栽培，待菊花破蕾显色后移至长日照正常开花。

为明确花生花针期灌溉的具体时间和合理制定花生灌溉制度。在防雨旱棚条件下，设置花生花针期不同时间灌溉处理，即分别在播种后20，25，30，35，40，45，50 d进行灌溉，测定花生主茎高、侧枝长、叶面积等农艺生长指标，干物质积累特征及产量的表现。结果表明：花生花针期灌溉时间的先后显著影响花生的生长发育特性及干物质积累。随着花针期灌水时间的推后，受土壤水分胁迫的影响，花生主茎较矮，侧枝较短，干物质积累量较少；但灌溉复水后，主茎、侧枝迅速生长，干物质积累迅速增长。收获时，主茎高、侧枝长、分枝数在各处理之间无显著差异，平均为59.06 cm、62.72 cm、6.34个，但播种后30 d灌溉处理主茎最高，侧枝最长，植株干质量和果干质量最高。播种后30 d灌溉处理的产量（6 415.25 kg/hm²）、百果质量（298.59 g）、百仁质量（112.41 g）均最高，其他处理比其低4.59%~22.87%，10.55%~22.59%，4.92%~16.84%。初花期灌溉可以保证开花盛期较高的土壤含水量，从而使花生花量集中，单株结果数多，荚果整齐饱满，百果质量和百仁质量高，产量增加。花生花针期灌溉的最佳灌溉时间是开花初期，最好不要早于开花前7 d，不要晚于开花后7 d，即播种后30 d左右，提前或延迟灌溉，均会造成开花盛期土壤含水量的亏缺，影响最终产量的形成。

为明确不同生育时期花生根际土壤微生物群落结构变化对盐胁迫的响应，以花育25为试验材料，采用盆栽试验设置3个盐胁迫梯度处理，研究盐胁迫对花生产量的影响，通过高通量测序技术分析盐胁迫下花生开花期和收获期根际土壤微生物群落结构变化。结果表明：在不同盐胁迫处理下花生根际微生物组成基本相似，但其多样性和丰富度在开花期和收获期有明显差异。高盐胁迫下开花下针期根际细菌群落多样性和丰富度较高，而收获期土壤根际微生物种类丰富度和多样性均降低；不同胁迫处理花生根际土壤的优势菌门均为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、疣微菌门、拟杆菌门和Patescibacteria。盐胁迫明显提高了蓝细菌门及γ-变形菌纲、疣微菌纲、拟杆菌纲的相对丰度，尤以开花下针期明显；样本层级聚类结果显示，花生根际微生物菌群多样性差异受花生生长发育阶段和盐胁迫强度影响较大，盐胁迫处理下同一生育时期样本各聚为一类；KEGG代谢功能基因分析表明，所有处理菌群涉及碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素的代谢等功能基因丰度富集，而涉及信号转导、脂质代谢、复制和修复、异种生物的生物降解和代谢、其他氨基酸的代谢、折叠分类和降解等功能的丰度较低。盐胁迫处理使涉及物质和能量代谢、膜运输、翻译复制和修复以及信号转导等优势细菌功能基因丰度增加，花生百果质量和百仁质量降低，从而降低花生产量。因此，盐胁迫对花生根际细菌群落结构的变化和花生产量影响较大，通过改良土壤微生物环境来提高花生盐胁迫耐受性，为盐碱地区发展花生生产提供理论依据。

为探究表油菜素内酯（EBR）对辣椒镉抗性的作用机制，以晋椒503为试验材料，在苗期进行高浓度镉（100 μmol/L）胁迫，对喷施不同浓度EBR的辣椒幼苗各项生理性指标和抗逆相关基因进行了比较。结果表明，高浓度的镉离子可下调辣椒幼苗的生物量、光合色素含量、抗氧化物酶活性、抗坏血酸（AsA）-谷胱甘肽（GSH）循环的清除效率，上调辣椒DHAR、GR、MDHAR、CAT和WRKY25基因表达量；施加100 μmol/L的EBR可以激活DHAR、MDHAR和WRKY25等基因的表达，增加辣椒幼苗的生物量，增加叶片中光合色素含量，提高过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性，提高AsA-GSH循环系统还原态与氧化态的比例，进而降低了O₂^-· 产生速率和H₂O₂含量；高浓度的镉离子虽然可以激活GR、CAT和DHAR基因表达，但却抑制了相应酶的活性，阻碍了辣椒对重金属正常的响应路径，从而造成了严重的生理胁迫。适宜浓度的EBR可通过对转录因子和酶活性的调控有效缓解镉胁迫对辣椒幼苗的毒害，提升辣椒的耐镉能力。

为促进绿肥在天津地区进一步推广种植，采用田间试验，以春季闲田为对照，种植并翻压了9个春油菜品种，研究不同品种春油菜对土壤钾素含量及玉米氮代谢的影响。结果表明：不同品种春油菜生物量及养分含量间存在差异，其中，中油肥1901（7 716.50 kg/hm²）、1804（6 577.02 kg/hm²）、1907（6 457.03 kg/hm²）品种油菜生物量高于其他供试品种。2 a间，土壤全钾、速效钾含量变化趋势相同，其中，中油肥1901、1804、1907品种春油菜处理不同时期土壤全钾及速效钾含量高于其他供试品种，且2020年各处理土壤全钾及速效钾含量均高于2019年。3个品种后茬玉米整株吸钾量及公顷玉米总吸钾量均高于其他供试品种，且相比于2019年，2020年不同春油菜处理玉米整株吸钾量增加了15.70%~24.34%。2 a间不同春油菜处理穗位叶NR、GS活性分别增加了2.16~14.22 nmol/（min · g），0.99~2.30 μmol/（h · g），玉米穗位叶NR、GS活性排在前3位的处理与玉米整株吸钾量结果相同。种植并翻压春油菜后茬玉米产量增加了10.02%~33.47%，是CK的1.09~1.41倍，2 a间产量最高为15 700.94 kg/hm²（2020年中油肥1901）。由通径分析可知，穗位叶硝酸还原酶活性对玉米籽粒蛋白质含量起主要直接作用，间接作用中，叶片蛋白质含量通过叶片硝酸还原酶活性对玉米籽粒蛋白质贡献最大。由相关分析可知，油菜全钾、土壤钾素、玉米吸钾量、玉米叶片氮代谢关键酶及玉米叶片蛋白质含量、玉米籽粒蛋白质含量间呈显著和极显著正相关。

为探究氮、镁胁迫对油菜苗期养分累积及氮同化途径的影响，以油菜品种中双11为材料，通过营养液设置正常对照（CK）、低氮（-N）、低镁（-Mg）和低氮低镁（-N-Mg）4个处理，分析氮、镁胁迫对油菜苗期氮、镁吸收累积及氮同化关键酶活性的影响及差异。结果表明：氮、镁缺乏显著抑制油菜苗期地上部生长，与对照相比，-N、-Mg和-N-Mg 3种处理地上部生物量分别显著降低68.49%，35.49%，69.71%。-N处理刺激根系生长，根冠比显著增加；-Mg处理抑制根系生长，根冠比显著降低。并且氮、镁交互对油菜氮、镁吸收累积均有显著影响，-N处理油菜根部镁含量及累积量显著增加，而-Mg处理油菜地上部氮含量及累积量显著降低；缺镁会导致油菜NH₄⁺含量显著提升，并且-N-Mg对油菜氮、镁吸收累积影响的主要效应来自氮的缺乏。进一步比较不同处理下氮同化关键酶活发现，与对照相比，-N处理油菜新叶、老叶中NR、GS活性均显著降低，根部NR、GS和GOGAT活性均显著降低；-Mg处理GS活性也显著下降，但是降幅小于-N处理，而NR和GOGAT活性显著升高。综上所述，氮、镁缺乏对油菜苗期氮、镁积累存在交互作用，低氮胁迫会降低油菜苗期氮的吸收积累继而抑制植株氮同化；低镁胁迫可以通过提高铵态氮、NR和GOGAT活性来促进氮在无机氮间以及无机氮向有机氮的同化。

了解异源四倍体甘蓝型油菜中AMT基因家族的功能，为进一步克隆和利用基因改良甘蓝型油菜的氮素利用效率和铵毒抗性提供一定的理论基础。利用生物信息学的方法鉴定出20个BnaAMTs基因，其中14个为AMT1亚家族成员，6个为AMT2亚家族成员，它们不均匀地分布在油菜的12条染色体上。进化与保守基序分析结果表明，BnaAMTs蛋白亚家族内的蛋白质序列保守性较高，但亚家族之间的差异较大。BnaAMTs基因在油菜不同组织中的表达谱显示，该基因家族表达具有组织特异性。利用转录组测序结果分析发现，根部在供应高浓度的铵态氮和硝态氮时，BnaA7.AMT1；3表达量最高；在硝态氮缺乏条件下，BnaA5.AMT1；1表达量最高；在上述几种处理下，BnaC6.AMT1；1都是地上部表达量最高的拷贝。在缺硼或缺磷条件下，油菜BnaAMTs基因整体呈现表达上升的趋势；但在盐胁迫条件下，表达量下降；镉胁迫对BnaAMTs基因的表达影响较小。这些基因可能在铵态氮与其他必需营养元素的互作、镉胁迫、盐胁迫等逆境响应中发挥一定的作用；并为进一步深入解析甘蓝型油菜AMT家族基因的分子功能奠定了基础。

为提高华北地区土壤有机质含量，改善有机质品质，合理开发利用绿肥资源提供理论依据和数据支撑。采用田间小区试验，通过沙维诺夫法分级和焦磷酸钠-氢氧化钠提取法对华北地区不同春油菜翻压下土壤结合形态腐殖质、土壤团聚体粒径分布及稳定性等进行了研究。结果表明，与春闲对照相比，翻压不同春油菜品种可提高土壤各结合形态腐殖质、大团聚体含量，提高土壤松紧比、松稳比，提高> 5 mm粒径碳富集系数，提高团聚体对土壤有机质的贡献率。其中，土壤松结态腐殖质、稳结态腐殖质及紧结态腐殖质均以中油肥1901增加最多，比对照分别增加了138.61%，60.22%，67.44%；松紧比以中油肥1907提高最多，较对照提高43.94%；松稳比以中油肥1901提高最多，较对照提高49.43%。不同春油菜品种翻压后土壤大团聚体数量提高较多的是中油肥1901和中油肥1907，显著高于其他品种，>5 mm粒径碳富集系数以中油肥1901增加最多，土壤有机质贡献率也是中油肥1901最大。

为了准确高效的筛选抗根肿病材料，提高甘蓝型油菜根肿病抗性育种效率。通过对甘蓝型油菜抗病亲本的Crr1基因与感病亲本中相应的同源基因LOC103834349进行测序，寻找SNP位点，针对第1 486-1 487上的非同义突变位点，开发了一套精准检测抗感根肿病基因型的竞争性等位基因特异性PCR（Kompetitive Allele Specific PCR，KASP）标记。利用该KASP标记对来自42个F₂群体的771个单株进行分型检测，其中315个单株含有纯合感病基因型GG，322个单株含有纯合抗病基因型AA，134个单株含有杂合等位基因型GA。其中对编号为2033的F₂群体中125株材料的KASP分型情况进行χ²检测，其中纯合抗病基因型AA 30株，纯合感病基因型GG 33株，杂合基因型GA 62株，经χ²检测，抗病材料与感病材料符合3∶1理论值，抗病纯合基因型、抗病杂合基因型与感病纯合基因型的比值符合1∶2∶1理论值，说明该抗病位点为显性单基因抗病位点。结合田间表型检测鉴定，AA分型和杂合的GA分型单株田间检测均为抗病表型，GG分型均为感病表型，KASP分型结果与田间鉴定结果一致。比对结果说明该KASP标记对根肿病抗、感植株进行正确分型，表明基于Crr1基因和LOC103834349的SNP位点开发的KASP标记可以准确高效的应用于油菜抗根肿病材料的分子标记辅助选择育种。

为了提高华北地区土壤磷素有效性，减少化肥磷素的投入，开展了不同春油菜翻压对土壤供磷能力及对后茬玉米磷吸收影响的研究。结果表明，与春季闲田相比，翻压春油菜可以显著增加土壤磷素含量（P<0.05），提高土壤供磷能力。供试玉米品种中，中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907的生物量较高、每公顷玉米含磷量也较大，翻压后土壤中全磷、速效磷、碱性磷酸酶含量均高于剩余其他试验品种（中油肥1、中油肥2、中油肥1802、中油肥1903、中油肥1904、中油肥1906）；翻压春油菜土壤后茬玉米百粒质量和产量均高于春季闲田，且中油肥1804（（44.60±1.89） g，（15 321.82±2 150.29） kg/hm²）、中油肥1901（（44.81±0.68） g，（15 634.70 ±1 201.92） kg/hm²）和中油肥1907（（43.69±1.78） g，（12 931.07±2 787.86） kg/hm²）处理玉米百粒质量和产量显著高于其他处理，因此，推选中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907为华北地区适宜种植的春油菜品种。