为探究如何缓解马铃薯生产中由于光照不足带来的影响,以马铃薯品种东农310为试验材料,设置 3 个遮光处理:正常光照(Z₀ ,遮光率为 0)、单层遮光网遮盖处理(Z₁)、双层遮光网遮盖处理(Z₂ )。在马铃薯块茎形成期喷施不同浓度表油菜素内酯(0 mg/L,记作CK;0.02 mg/L,记作E₁;0.10 mg/L,记作E₂)。设置3个测定期,对株高、叶绿素a含量、叶绿素b含量、光合参数、荧光动力学参数、单株产量等指标进行测定分析;并测定植株叶片 12 条LHcb基因相对表达量。结果表明,Z₁条件下较为适合东农310生长,而Z₀条件下产生光抑制,各指标较Z₁降低;Z₂条件下光照不足,各指标较Z₁降低。喷施EBR能够有效提高单株产量,在Z₀条件下E₂处理较CK显著提升32.62%,Z₁条件下E₁、E₂处理分别较CK显著提升48.38%,24.24%,Z₂条件下E₂处理较CK显著提升18.45%;在单株块茎干物质质量方面,Z₀条件下E₂处理较CK提升 27.24%,Z₁条件下E₁、E₂处理较CK提升40.09%,26.56%,且差异显著。遮光程度增加和喷施 EBR 可提高12条LHcb基因相对表达量,有利于叶片提高光能的捕获与利用。

转录因子BnHY5-2与植物抗逆性相关。为揭示甘蓝型油菜转录因子BnHY5-2对盐碱胁迫的响应,主要通过瞬时转化过表达、qRT-PCR分析、亚细胞定位等方法,分析甘蓝型油菜转录因子BnHY5-2对光和盐碱的响应。结果表明,光照处理油菜后,在叶与茎中BnHY5-2基因的表达量均显著高于黑暗条件下,分别为黑暗条件下的29.22,3.15倍,叶片对光的敏感性大于茎,说明叶片是响应光转录因子BnHY5-2的主要部位。在光照条件下应用大连滨海盐碱土种植油菜,处理后BnHY5-2的表达在叶和茎中均显著下调,分别下调53.1%,31.0%;在黑暗条件下应用盐碱处理后BnHY5-2的表达在茎中下调48.2%,而在叶中的表达差异则不显著,表现出器官的差异性,说明叶片对光照条件要求更加严格。在油菜叶片中瞬时过表达BnHY5-2基因时,6个与盐碱相关的候选基因的表达中,有2个(BnNAC32、BnGS)上调表达,分别为原来的1.25,3.28倍;而有4个(Bnamy、BnAsp、BnNHX7、BnTPS)下调表达,分别下降24.8%,25.4%,71.0%,82.0%,同时甜菜碱含量由0.256 mg/g提升至0.573 mg/g,提高了1.24倍,说明过表达BnHY5-2基因会提高油菜的盐碱抗性。亚细胞定位结果显示,转录因子BnHY5-2定位于细胞核中,调控功能基因的表达。因此,BnHY5-2不仅与光信号有关,还参与油菜盐碱抗性。

为促进甘蓝型油菜抗倒伏品种的培育,挖掘甘蓝型油菜茎秆抗倒伏的基因资源,以4份抗倒伏和3份易倒伏种质为材料,取其盛花期下部茎秆测定纤维素、半纤维素、总果胶、原果胶和木质素等5种组分的含量,并对YLS0084(抗倒伏)和YLS1691(易倒伏)的下部茎秆进行转录组测序分析。结果发现,抗倒材料的纤维素和总果胶平均含量极显著高于易倒伏材料;转录组分析共挖掘到7 397个表达量上调和9 438个表达量下调的差异表达基因,这些差异表达基因富集在碳水化合物代谢、翻译、氨基酸代谢和信号转导等通路;通过qRT-PCR验证了9个与油菜抗倒伏相关的基因(BnaA01G0071800ZS、BnaA01G0175700ZS、BnaA01G0205800ZS、BnaA03G0404800ZS、BnaA03G0517200ZS、BnaA05G0431400ZS、BnaA07G0056300ZS、BnaA09G0031300ZS和BnaC05G0128400ZS)在YLS0084中显著上调表达。研究结果证明了甘蓝型油菜茎秆中纤维素和总果胶的含量对抗倒伏起积极作用,并为甘蓝型油菜抗倒伏提供了一定的重要基因资源。

大豆荚皮的颜色是重要的驯化性状和表型特征,与炸荚习性和躲避捕食关系紧密。大豆荚皮颜色主要由2对等位基因控制,其中棕色荚皮L2基因尚未被鉴定。为了在大豆基因组上对该基因进行鉴定,为大豆棕色荚皮相关基因功能解析和育种应用提供一定的理论基础。以栽培大豆中龙优203(黄色荚皮)和野生大豆FF1235(黑色荚皮)为亲本构建F₂分离群体进行遗传分析。利用F₂群体棕色豆荚和黄色豆荚单株构建混池进行BSA-seq定位分析,并在此基础上进行重组交换单株分析。结果表明,大豆棕色荚皮性状为1对等位基因控制的质量性状。棕色荚皮L2基因关联区域位于3号染色体0~0.75 Mb的区段。进一步开发InDel分子标记进行精细定位,获得具有多态性的InDel引物7对。最终将棕色荚皮位点定位于3号染色体上的Indel-L2-3 ~Indel-L2-6,物理距离为344 kb。定位区间内共有候选基因32个,其中Glyma.03G005700基因注释为异丙基苹果酸聚合酶,与已发现的黑色荚皮基因L1(Glyma.19G120400)高度同源,其功能为将4-羟基丙酮酸转化为红果酸和番石榴酸,可能是调控大豆棕色荚皮形成的关键基因。

为了研究锌指蛋白C₂H₂在大豆胞囊线虫病(SCN)胁迫应答中起到的重要作用,为进一步研究抗大豆胞囊线虫奠定重要基础。利用东农L-10(抗SCN)、黑农37(感SCN)接种SCN3根系转录组数据,筛选出差异表达基因GmC₂H₂-2like。倒置荧光显微镜下观察该GmC₂H₂-2like定位情况,对该基因进行生物信息学分析,克隆并构建其超表达载体转化大豆毛状根,研究其对胞囊线虫病的抗性功能。结果表明,GmC₂H₂-2like编码410个氨基酸残基,分子质量为45.77 ku,等电点为8.73,含47个磷酸化位点,蛋白二级结构含α-螺旋(25.61%)、无规则卷曲(57.32%)、延伸链(13.66%)和β-转角(3.14%)4种结构;亚细胞定位结果发现,其编码蛋白位于细胞核;分析超表达转GmC₂H₂-2like大豆毛状根发现,其根部组织的单位面积胞囊线虫数量显著低于空载体对照,表明GmC₂H₂-2like具有抑制胞囊线虫的功能。

通过筛选甘蓝型油菜绿叶和紫叶突变体叶片中差异表达基因和差异代谢物,为解析花青素合成机理奠定理论基础。对苗期叶片呈紫色的甘蓝型油菜(PL)和叶片呈绿色的甘蓝型油菜ZS11(GL)幼苗表型观察发现,PL在长出2片真叶(3周)时紫色斑驳分布,随着发育紫色逐渐加深,抽薹期后紫色逐渐变浅最终消失(>16周),GL叶片则全时期呈绿色;转录组KEGG分析在第6,13,16周找到2 523个共差异表达基因,上述差异表达基因在花青素合成途径显著富集。与花青素合成相关的24个基因显著差异表达,包括3个MYBL2、1个C4H、1个F3H、2个F3'H、2个TT8、3个DFR、4个ANS、5个UGT、3个TT19,上述基因在第6,13周PL叶片中表达量均高于GL。选取8个差异表达基因进行qRT-PCR验证,结果与转录组分析数据趋势一致。花青素靶向代谢组共检测到50种花青素,其中29种积累差异显著;PL相对于GL有16种花青素积累上调,13种花青素积累下调。PL叶片中多种矢车菊素积累量显著增加,而矮牵牛素积累量显著下降,花青素合成途径中差异表达基因和差异代谢物的表达量均达到显著水平。TT8及其靶基因(DFR、ANS、UGT、TT19)在发育早期(6~13周)的上调促进了PL中以矢车菊素为主的花青素的积累以及矮牵牛素为主的花青素的减少,导致叶片叶色出现差异。而发育后期(13~16周),这些花青素合成基因的下调和花青素的降解可能导致花青素积累的减少,使PL由紫叶转变为绿叶。

为探明外源褪黑素(MT)对大豆幼苗耐盐性的调节作用,筛选出不同盐胁迫下适宜的施用浓度。以大豆品种田友-2986为试验材料,设置3个盐浓度(低盐S₃:3 g/L、中盐S₅:5 g/L、高盐S₇:7 g/L )和6个MT浓度(M₀:0 μmol/L、M₁:25 μmol/L、M₂:50 μmol/L、M₃:75 μmol/L、M₄:100 μmol/L、M₅:150 μmol/L ),分析了大豆幼苗形态参数、生物量、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量。随着盐胁迫程度的增大,大豆幼苗的根系形态参数、生物量、根冠比、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量降低,丙二醛含量增加。低盐(S₃)和中盐(S₅)胁迫下,外施50 μmol/L MT大豆根系总长度、侧根数、SOD和POD较不施加分别提高了52.30%,19.98%,74.10%,40.03%(低盐)和68.52%,19.24%,81.72%,37.42%(中盐);高盐(S7)胁迫下,外施75 μmol/L MT分别提高了71.17%,19.11%,80.79%和27.01%。盐胁迫下,外源25~100 μmol/L 的MT不同程度上促进了大豆幼苗生长,提高耐盐性。隶属函数综合评价表明,在低、中盐胁迫下,50 μmol/L MT的缓解盐害效果最好;高盐胁迫下,MT这一适宜浓度在75 μmol/L。MT缓解大豆幼苗盐害主要在于它提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,降低了丙二醛含量,从而缓解了盐胁迫下大豆的氧化胁迫和渗透胁迫。

为了探究铁离子对向日葵大丽轮枝菌生物学特性及致病力的影响,在培养基中外源添加铁离子后,对大丽轮枝菌的生长速度、产孢量、微菌核数量、粗毒素分泌量、细胞壁降解酶活性以及致病力进行了测定。结果表明,外源添加不同浓度的铁离子后,菌丝的生长速度和产孢量均呈现出递增趋势,相比对照,添加80 μmol/L的铁离子后大丽轮枝菌的生长速度最快,菌落直径为68.81 mm,增长率为21.40%;产孢量为2.58×10⁷个/mL,增长率为21.13%;微菌核数量也随着外源添加铁离子浓度的增加而增多,在培养5 d后,相比对照,其涨幅为51.53%;粗毒素分泌量在添加80 μmol/L的铁离子后,增幅近1倍;细胞壁裂解酶活性随着外源铁离子浓度的增加而增强,并在80 μmol/L时达到最强。此外,随着培养基中铁离子浓度的增加,大丽轮枝菌的致病力也相应增强,表现在当外源添加的铁离子浓度由0 μmol/L增加至80 μmol/L时,病情指数由35.00提高至62.20,增长率为77.71%。综上所述,外源添加铁离子不仅能够加速大丽轮枝菌的生长,促进产孢和微菌核的形成,还能够增强大丽轮枝菌的致病力。

为探究芥菜型油菜AHK家族蛋白的结构特征及其与粒质量性状相关的调控功能,采用生物信息学方法对芥菜型油菜AHK家族成员进行了全基因组鉴定、理化性质、系统发育树、蛋白结构、启动子顺式元件和不同组织表达谱等分析。结果表明,在芥菜型油菜基因组中共鉴定到19条BjAHK蛋白序列,系统发育树分析将BjAHK家族成员分为了4个分支,即G1(BjAHK2~BjAHK4)、G2(BjAHK5)、G3(BjAHK1)和G4(BjCKI1)。功能结构域研究发现,BjAHK家族成员具有6个核心基序(Motif1~Motif6),与HisKA、HATPase_c和REC保守结构域相对应,其中BjAHK1~BjAHK4和BjCKI1蛋白的N端含有较为保守的跨膜结构域,可能与其跨膜作用功能有关。不同组织表达谱研究发现,细胞分裂素受体蛋白基因(BjAHK2~BjAHK4)为泛表达基因,且在根组织中表达量最高。结合已有的芥菜型油菜粒质量性状转录组数据,成功挖掘出4个可能参与粒质量性状调控的基因BjA07.AHK3、BjB03.AHK3、BjA10.AHK5和BjB05.AHK5。其中,BjA07.AHK3和BjB03.AHK3可能正向调控种子发育,而BjA10.AHK5和BjB05.AHK5则负向调控。结合BjAHK基因家族分析和转录组测序结果,推测BjAHK3和BjAHK5基因在调控芥菜型油菜种子发育方面发挥重要功能。

为了明确大豆症青对大豆产量的具体影响,针对导致大豆症青的主要危害因子,设置不同的处理,筛选鉴定65份大豆品种(系)的抗性,分析不同大豆症青危害因子对大豆产量及主要农艺性状的影响。结果表明,不同的大豆品种(系)对大豆症青危害因子的抗性程度具有差异,T2处理的症青敏感品种(系)数最少,有53份,占总数的81.54%;T4处理的症青敏感品种数最多,有58份,占总数的89.23%。T4和T5复合危害因子处理的平均症青率较对照增加的幅度(263.87%~281.57%)比单个危害因子的幅度大(117.82%~151.58%)。大豆症青不同危害因子的处理对大豆主要农艺性状的影响达到显著水平。与对照相比,7个主要农艺性状中,主茎节数的5个处理变化幅度均最小,平均降幅为7.71%,单株症青荚数的变化幅度均最大,平均增幅为83.52%;从损失率来看,3个产量相关性状中,百粒质量的5个处理与对照相比,其损失率均最小,平均损失率为8.70%,单株粒质量的5个处理损失率均最大,平均损失率为52.51%。综上,研究明确了大豆症青不同危害因子的处理对大豆产量及主要农艺性状的影响是显著的,其中对单株粒质量的影响最大。

油菜具备耐受镉(Cd)污染同时安全生产的潜力。为了给利用油菜进行Cd污染农田的生态修复与安全利用提供理论支持,利用24个全国冬油菜区广泛种植的油菜品种为材料,于2020年10月在湖南省湘潭市农业科学研究所实验基地,采用田间小区试验考察了不同油菜品种根、主茎、分枝、叶、角果皮、籽粒在低浓度污染农田(全Cd含量0.54 mg/kg,有效Cd含量0.23 mg/kg)中对Cd的积累差异。在不同小区土壤中有效Cd含量无显著差异的情况下,油菜成熟期不同组织对Cd的吸收和积累存在差异,其中叶片中平均Cd含量最高,根、茎和角果皮次之;籽粒中Cd含量最低,低于国家规定的食品污染物标准(0.1 mg/kg)。不同油菜品种根中Cd含量无显著差异,但在主茎、分枝、角果皮和籽粒中Cd含量存在差异。对不同品种组织中转运系数进行统计,结果表明,不同油菜品种之间转运系数存在差异,在庆油1号中,叶片、角果皮的转运系数较高,但在籽粒中相对较低,沣油737、扬油9号在分枝和叶片中较高,在籽粒中处于中等。对油菜收获部分单株总 Cd 含量进行分析,结果表明,华杂62、庆油1号等品种总 Cd 含量高且籽粒Cd 含量低。因此,油菜具有富集Cd的能力,华杂62、庆油1号等品种具备修复农田土壤轻度Cd污染同时安全生产的潜力。

为了能够更加清晰地了解我国寒旱区冬油菜抗寒性研究进展,对寒旱区冬油菜育种与生产提供理论支撑。从选择指标与方法、遗传规律、选育方法、筛选效果、种质分类、分子机理研究等6个方面和选育方法、育成品种、品种的抗寒性分级和品种的适应性筛选等4个方面分别对冬油菜的抗寒性、抗寒性品种的研究进展进行了归纳总结。在分析研究存在的问题的基础上,提出了多途径创制种质资源、综合评价筛选出核心种质、开展抗寒机理研究和分子设计育种创新体系建设、构建育种体系多途径开展抗寒性品种选育、综合筛选提高品种的适应性、推行配套栽培技术促进品种产量水平的发挥提高效益等6项措施,以期促进我国寒旱区油菜的发展。

为培育和筛选耐盐碱花生品种,扩大盐碱地利用面积,以50个花生品种为材料,利用盆栽方式设置0,0.4%,0.8%,1.2%等4个盐碱梯度,进行耐盐碱品种筛选。结果表明,在萌发期0.8%盐碱胁迫下,50个品种种子在耐盐碱特性上分化明显,有8个品种的发芽率和发苗势仍保持在90%,85%以上。对苗期各生理指标评价结果显示,根部指标和地上部性状在低浓度(0.4%)盐碱胁迫下变化不大,但在中(0.8%)、高(1.2%)浓度胁迫下呈现不同程度下降趋势,降低幅度分别为22%~54%,30%~56%。此外,叶绿素指标随着盐碱浓度升高呈上升趋势,上升幅度为12%~13%。采用优异指数对花生综合评价结果显示,在0.4%,0.8%,1.2%浓度的盐碱胁迫下,分别有23,5,0个品种表现为优异。从相关性上分析,萌发期和苗期的耐盐碱胁迫之间无显著相关性,表明萌发期和苗期抗性分属不同的耐盐碱机制。以上研究结果得出结论:在盆栽条件下,中等浓度(0.8%)盐碱适合用于花生耐盐碱能力的筛选;根据综合优异指数,筛选获得5份耐盐碱花生品种,分别是:冀花572、唐3432、冀农花31、易花16和豫花191,为耐盐碱花生品种推广和培育提供了依据和种质资源。

为探讨油用向日葵农艺性状与产量之间的关系,选出适合河北气候及种植模式的优质高产油用向日葵新品种,对本单位杂交获得的39个油用向日葵杂交种的14个性状进行了遗传多样性分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析。研究结果表明:不同性状的变异系数为2.50%~32.37%。其中,单盘粒质量变异系数最大,为32.37%,变异幅度为16.77~113.78 g。生育期变异系数最小,为2.50%。产量与百粒质量、单盘粒数、单盘粒质量、籽粒容重、株高呈极显著正相关,与籽粒面积、籽粒周长、籽粒长度呈显著正相关;株高与百粒质量、籽粒面积、籽粒周长、籽粒长度、籽粒宽度、籽粒容重呈极显著正相关,与单盘粒质量呈显著正相关。主成分分析将不同品种农艺性状分成4个主成分,可将其归纳为籽粒性状因子、产量因子、生育期和形态因子、籽粒容重因子,累积贡献率达81.939%。卡方距离为1.05时,39份材料被划分为4个类群,其中第Ⅰ类群包含23份材料,与主成分分析散点图的第Ⅰ类群特点相同,籽粒性状和产量性状优良。综合以上数据分析,在高产油用向日葵选育过程中,从选择潜力来看,应重点考虑单盘粒质量、单盘粒数、盘径、株高、百粒质量等性状对产量的影响。

为探究芝麻苗期氮吸收、转运及利用规律,以2个氮效率差异芝麻品种郑芝HL05(ZZ,氮高效)和缅甸高产者(MD,氮低效)为材料,通过水培试验设置正常(CK,17.86 mmol/L)和低氮(LN,0.2 mmol/L)2个氮浓度处理,比较不同氮效率芝麻在根系形态、氮吸收转运利用、氮代谢指标及相关基因表达等方面的差异。结果表明,不同氮浓度处理下,氮高效品种ZZ的根系形态指标、生物量、氮积累量、氮代谢相关酶活性、根系氮利用效率总体上均高于MD。低氮胁迫显著降低了芝麻的生物量、氮积累量及叶片氮代谢相关酶活性,提高了植株的根系形态指标、根系活力、根冠比、氮生理利用效率、根系干物质利用效率和氮利用效率。其中,氮高效品种ZZ的生物量、氮积累量、转运系数、根系氮生理利用效率和氮利用效率分别是MD的2.48,1.08,1.73,2.36,2.65倍。实时荧光定量PCR结果显示,低氮胁迫下,氮高效品种中,参与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}吸收、转运和再分配的相关基因SiNPF6.3a/b、SiNPF4.6a、SiNRT2.4a/b、SiNRT2.5、SiNPF7.3a/b和SiNPF2.13在叶片中均上调表达,且基因的表达量均高于氮低效品种。综上所述,低氮胁迫下,氮高效芝麻品种苗期具有较为发达的根系和较高的氮素同化、转运及再分配能力,从而获得较高的氮素积累量和氮利用效率。

为明确河套灌区麦后复种油菜绿肥适宜播种时期,分别于2019年在内蒙古自治区巴彦淖尔市杭锦后旗和2022年在鄂尔多斯市达拉特旗开展田间试验。杭锦后旗试验点从2019年7月26日-8月15日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,分别于7月26日、7月31日、8月5日、8月10日和8月15日播种;同样达拉特旗试验点从2022年7月22日-8月11日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,以此研究不同播期对油菜绿肥生物量、养分含量及养分积累量的影响。结果表明,两试验点虽然生物量水平和气候条件有所差异,但整体趋势均表现为随着播期的推迟而下降;与第Ⅰ期播种相比,第Ⅴ期播种油菜生物量分别下降90.3%和75.4%,两点生育期内油菜平均活动积温、有效积温和日照时数分别下降469.9 ℃、409.9 ℃和179.1 h。同时于第Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期播种时,与施肥投入养分量(N 27.3 kg/hm²、P₂O₅ 34.5 kg/hm²)相比,油菜翻压还田养分量均高于投入量,且碳和钾还田量至少达到1 800,200 kg/hm²。因此,综合考虑油菜绿肥生物量以及还田养分量,河套灌区小麦收获后油菜可以适时早播,充分利用光温资源,促进油菜生长和养分积累。为达到5 t/hm²以上油菜还田量及获得更高的养分还田量,油菜生育期内应至少接受活动积温1 300 ℃、有效积温1 100 ℃以及有效日照时数640 h。

为了研究GRAS转录因子在大豆胞囊线虫(SCN)胁迫应答中起到重要的作用,将抗病品种东农L-10和感病品种黑农37分别接种SCN 3号生理小种。品红染色确定接虫成功后,提取植株根部进行转录组测序分析。整理共得到20个与SCN相关的候选基因。对编码蛋白的二、三级结构、磷酸化位点、亲水性和疏水性、启动子信息、基因进化关系等进行生物信息学分析研究。取植株的不同组织部位,根、茎、叶提取mRNA并反转录cDNA,对重点的候选基因进行RT-PCR。结果显示:该家族基因与MYB和MYC转录因子存在密切的关系。基因编码蛋白主要以α-螺旋、无规则卷曲为主,二级结构和三级结构高度一致;蛋白为可溶性蛋白,磷酸化位点以丝氨酸为主,RT-PCR表明在植物的不同组织部位均存在一定的表达量,主要以根部为主,在相同的大豆胞囊线虫胁迫下,抗病品种中GRAS表达量显著高于感病品种。上述结果表明,GRAS转录因子为SCN相关的抗性基因,为抗病胁迫响应应答反应提供了重要的基因来源。

植物NADPH氧化酶Rbohs是活性氧(ROS)的主要来源,参与植物的生长、发育、抗逆和植物-微生物的互作等多种生理过程。为探索Rbohs在共生固氮中的功能和作用机制,克隆了1个大豆Rbohs基因家族成员GmRbohL,利用分子生物学、细胞生物学和遗传学等方法,分别对基因的表达模式、蛋白质的亚细胞定位及基因的功能进行了研究。结果显示:GmRbohL基因受根瘤菌诱导,在大豆根和根瘤中特异性高表达。亚细胞定位分析发现,该基因编码蛋白GmRbohL是一种膜蛋白。构建了GmRbohL的植物基因沉默(RNAi)载体,利用发根农杆菌K599介导的大豆毛根转化法,得到转基因毛状根。GmRbohL的基因沉默导致转基因毛状根的根瘤数量明显减少,ROS的产生也受到了抑制。根瘤器官发生阶段根瘤菌的侵染事件明显减少,结瘤标志基因的表达水平也随GmRbohL表达量的降低而降低。根瘤组织切片显示,GmRbohL的基因沉默显著减少了根瘤侵染区共生体的数量,根瘤的固氮酶活性也相应降低。以上数据表明,GmRbohL的基因沉默降低了ROS的产生水平,显著抑制了大豆的共生结瘤过程。推测GmRbohL可能在大豆根瘤的器官发生以及固氮功能调控方面发挥重要的正调控作用。

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。