土壤氮循环酶活性可作为表征土壤肥力水平和氮素转化的重要指标。为明确长期施肥对南方双季稻区稻田根际土壤氮循环酶活性的影响,依托长期(37 a)定位施肥试验田,系统分析了4种施肥处理(不施肥(CK)、单施化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM))根际土壤氮循环相关酶活性以及其与土壤化学性质的相关性。结果表明:OM和RF处理较MF和CK处理显著增加了根际土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量,提高了水稻产量。OM和RF处理根际土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著高于MF和CK处理;RF处理根际土壤羟胺还原酶活性最大,分别比CK、MF和OM处理增加了21.7%,13.0%,8.7%;OM处理根际土壤蛋白酶、固氮酶、硝酸还原酶和氧化亚氮还原酶活性最大,较MF处理分别显著增加了20.0%,26.1%,426.1%,26.7%;CK处理稻田根际土壤一氧化氮还原酶活性显著高于MF、RF和OM处理。相关性分析结果表明,根际土壤硝酸还原酶、固氮酶、氧化亚氮还原酶、脲酶、蛋白酶活性与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量以及水稻产量之间均呈极显著正相关,而根际土壤一氧化氮还原酶与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量和水稻产量之间均呈显著或极显著负相关,表明土壤化学特性、产量与根际土壤氮循环酶活性密切相关。冗余分析(RDA)表明,第一排序轴能解释根际土壤酶活性的93.34%,土壤硝态氮、全氮和有机碳含量是驱动根际土壤氮循环酶活性变化的关键因素。因此,长期采用有机物料(有机肥和秸秆)替代部分化肥通过改善土壤化学和生物学特性,促进土壤氮循环酶活性,达到培肥稻田土壤的效果。

研究施氮量对不同烟草品种上部叶生长发育及碳氮代谢的影响,为生产优质上部烟叶提供参考。采用双因素裂区试验,研究了不同施氮水平(37.5,75.0,112.5 kg/hm²)NC89、云烟87品种上部叶农艺性状、光合特性、叶片组织结构、碳氮代谢关键酶活性及化学成分等指标。随着施氮量的增加,两品种上部叶叶长、叶宽、叶面积、单叶干质量均显著增加,移栽后115 d,高氮处理的NC89和云烟87的叶面积分别比低氮处理显著提高了63.10%,68.43%。增加施氮量提高了NC89叶绿素含量,高氮处理的叶绿素含量比低氮处理高6.67%~37.50%;增加施氮量显著提高了云烟87的净光合速率,移栽后70,80 d尤为显著。移栽后85~115 d栅栏组织、海绵组织、叶片厚度均随施氮量增加而显著增大,低氮和中氮处理的栅栏组织、海绵组织厚度在移栽后95~115 d趋于稳定,而高氮处理仍分别提高了9.82%~14.08%和10.72%~13.72%。随着施氮量的增加,两品种叶片碳含量和C/N显著降低,氮含量显著增加;两品种转化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、谷氨酸合成酶活性升高,高氮处理降低了云烟87淀粉酶活性,提高了NC89淀粉酶活性,移栽后115 d,高氮处理的云烟87比中氮处理显著降低了27.53%,高氮处理的NC89比低氮和中氮处理分别显著提高了33.86%,21.74%。云烟87谷氨酰胺合成酶活性随施氮量增加显著增加,NC89则无规律变化,差异不显著。增加施氮量降低了烤后叶片还原糖和总糖含量,提高了烟碱和总氮含量。同一施氮水平下,云烟87烟碱、总氮、钾含量高于NC89,还原糖、总糖含量(除低氮水平外)及糖碱比、氮碱比低于NC89。不同烟草品种上部叶对施氮量的响应不同,增加施氮量能够促进NC89上部叶片生长发育和碳代谢,降低糖碱比、氮碱比,提高化学成分协调性,但会造成云烟87氮代谢旺盛,难以适时向碳积累代谢转变,延缓叶片衰老,造成云烟87贪青晚熟。

为了明确氮肥减量后移对黄淮海平原麦-玉两熟体系生产力的调控效应,于2020年6月至2023年6月在山东省农业科学院济南济阳试验基地设置夏玉米、冬小麦周年氮肥试验,分析了传统农户处理(F₄₀₀,周年施氮400 kg/hm²)、周年减氮10%(FN)、周年减氮20%(FH)、周年减氮30%(FL)4种氮肥处理对麦-玉两熟体系籽粒产量、地上部氮素积累特性、氮肥利用效率、收获后0~200 cm 土层土壤硝态氮积累特性的影响,为进一步优化黄淮海平原施氮制度提供依据。结果表明,氮肥后移提高了氮肥减量条件下夏玉米、冬小麦和周年总产,与F₄₀₀和FN处理相比,FL处理3 a均值分别显著提高9.2%~18.1%,13.5%~20.5%,11.1%~19.1%。氮肥后移量改善了麦-玉两熟体系各生育阶段地上部植株氮素积累强度,促进了地上部植株氮素的积累,3 a均值夏玉米季吐丝和成熟期植株氮素积累量FL较F₄₀₀、FN、FH分别显著提高5.7%~12.3%,5.0%~12.8%,籽粒氮素积累量显著提高8.2%~17.2%;冬小麦季,拔节、开花和成熟期FL与FH处理连续3 a地上部氮素积累量显著高于F₄₀₀和FN处理,3 a均值分别提高23.4%~28.1%,20.7%~26.3%,12.6%~20.8%,籽粒氮素积累量FL较F₄₀₀、FN和FH处理分别显著提高16.4%,15.0%和5.8%。优化施氮制度能够改善麦-玉两熟体系氮肥利用效率,其中,夏玉米和冬小麦氮肥吸收效率3 a均值FL较F₄₀₀、FN、FH处理分别显著提高4.8%~57.7%,32.0%~72.4%;氮肥偏生产力夏玉米FL较F₄₀₀和FN处理分别显著提高68.8%,40.4%,冬小麦季FL较F₄₀₀、FN和FH显著提高38.4%~71.8%。4种施氮处理下夏玉米、冬小麦收获后0~40 cm土层均具有较高的土壤硝态氮富集,其中夏玉米3 a均值分别占0~200 cm土层总积累量的40.0%,38.9%,44.9%,42.5%,冬小麦分别占37.3%,36.9%,46.7%,38.3%;随着种植年限的增加,夏玉米和冬小麦收获后传统农户处理(F₄₀₀)和周年减氮10%(FN)处理0~200 cm土层土壤硝态氮较试验起始时均出现了累积效应,而FL和FH施氮处理下实现了土壤硝态氮残留的相对平衡。可见,周年减氮 30%处理下通过增加氮肥后移量,改善了植株氮素积累特性,实现了夏玉米、冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的协同提高,是实现黄淮海平原麦-玉两熟体系籽粒高产、氮肥高效和环境友好的较优施氮制度。

捕光叶绿素a/b结合蛋白在植物光合进程及非生物胁迫响应中发挥着重要的作用。为了研究陆地棉GhLhcb2A1基因特征、表达特性以及在低温和干旱响应中的功能,以冀棉262叶片cDNA为模板进行PCR扩增,获得了GhLhcb2A1基因的CDS全长,通过生物信息学分析了基因及其编码蛋白的基本特征,利用qRT-PCR技术检测了基因的组织表达特性以及低温和干旱响应表达模式,采用病毒诱导的基因沉默技术验证了GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中的功能。研究结果表明,GhLhcb2A1基因CDS全长为798 bp,编码265个氨基酸。GhLhcb2A1在叶片中高表达,在低温和干旱处理的叶片和根中显著上调表达,并在低温和干旱处理3 h的叶片中达到最大值,分别是对照叶片中的17.42,30.03倍,在低温处理6 h和干旱处理12 h的根中达到最大值,分别是对照根中的11.65,65.04倍。亚细胞定位结果表明,GhLhcb2A1蛋白在细胞叶绿体中表达。GhLhcb2A1基因沉默植株与对照植株相比,低温和干旱处理造成的植株失水干枯等表型更严重,叶片积累的丙二醛含量显著升高,脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性则显著降低,说明GhLhcb2A1基因沉默植株对低温和干旱胁迫的抵抗力降低。以上研究表明,GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中发挥正调控的作用。

明确不同施氮水平对内蒙古中西部地区玉米田土壤有机氮组分及氮素利用效率的影响,为农田土壤氮素科学管理和现代农业高效可持续发展提供参考。共设置6个施氮水平,分别为N0(0 kg/hm²)、N8(120 kg/hm²)、N12(180 kg/hm²)、N16(240 kg/hm²)、N20(300 kg/hm²)、N24(360 kg/hm²),分析在玉米田播前和收获后不同土层下各施氮水平对土壤全氮、颗粒有机氮、轻组有机氮和重组有机氮含量动态变化规律以及玉米产量、氮素利用效率的影响。结果表明,随土层加深同一施氮水平下,土壤全氮、颗粒有机氮、轻组有机氮和重组有机氮含量呈下降趋势。同一土层下播前土壤全氮含量随施氮水平升高呈上升趋势;收获后N16、N20和N24处理土壤全氮含量显著高于N0、N8和N12处理。播前0~10 cm,10~20 cm,20~40 cm土层N16处理土壤颗粒有机氮含量均最高,分别为0.14,0.13,0.09 g/kg;收获后10~20 cm,20~40 cm,40~60 cm土层最高,分别为0.19,0.10,0.09 g/kg。N16处理土壤轻组有机氮含量增加量最高,为37.27%;N24处理土壤重组有机氮含量增加量最高,为7.35%,其次是N16处理,为6.84%。N16处理玉米生物产量最高,为31 443.50 kg/hm²;玉米经济产量最高,为18 526.47 kg/hm²;氮素利用效率指标随着氮肥施用水平升高而降低,N16处理下氮收获指数最高,为79.20%。综上,240 kg/hm²为内蒙古中西部地区较适宜的氮肥施用水平,在该水平下土壤氮素管理和作物产量较佳。

为了深入探究lncRNA TCONS_00143126在E.coli型奶牛乳腺炎中的表达模式及其生物学功能,采用奶牛乳腺上皮细胞的cDNA为模板,运用PCR克隆及测序技术来确认lncRNA TCONS_00143126的存在,并进行lncRNA的亚细胞定位分析、预测可能靶向的miRNA及靶基因,并通过KEGG通路富集分析探讨其在奶牛乳腺炎中的潜在作用机制。此外,采用LPS诱导bMECs以构建奶牛乳腺炎体外模型,并通过RT-qPCR技术检测lncRNA TCONS_00143126在LPS诱导bMECs 6,12,24 h的表达情况。结果表明,lncRNA TCONS_00143126是真实存在的,在LPS诱导的bMECs中的表达量显著上调,且主要分布于细胞核中。靶基因预测及KEGG富集分析结果显示,lncRNA TCONS_00143126可能通过靶向的miRNA(bta-miR-133a、bta-miR-193a-5p和bta-miR-375等)和靶基因(IFNE、SLC2A10、MEX3B)来调节JAK-STAT、mTOR和MAPK等炎症信号通路,进而在奶牛乳腺上皮细胞炎症中发挥作用。

茴香胺5(ANO5)是一种定位于肌膜和肌浆网的多通道膜蛋白,主要在肌膜修复和磷脂争夺中起作用,ANO5基因突变会导致颌骨发育不全以及各种肌肉疾病。为了探讨绵羊ANO5基因的单核苷酸多态性与脂肪沉积性状的关联性,选择健康且系谱清晰的1 005只湖羊公羔群体为研究对象,采用PCR扩增技术和KASPar分型技术对试验群体ANO5基因位点多态性进行检测,并与脂肪沉积性状进行关联分析,并利用qPCR分析ANO5基因在不同组织中的表达水平。结果表明,绵羊ANO5基因在湖羊多种组织中广泛表达,与其他组织相比,ANO5基因在心脏组织中的表达量最高。在绵羊ANO5基因第10内含子中检测到了g.58010 C>T多态位点的3种基因型CC、CT和TT。描述性统计结果表明,肾周脂肪质量与其他脂肪质量的差异最大,变异程度最高。相关分析结果表明,脂肪沉积相关性状与生长性状、饲料效率性状均呈正相关。关联分析结果表明,该多态位点与湖羊肾周脂肪质量及其相关性状呈显著关联。其中,CC基因型个体的肾周脂肪质量及其相对质量均显著低于TT基因型个体。综上所述,绵羊ANO5基因g.58010 C>T突变位点可作为湖羊肾周脂肪沉积性状的候选分子标记。

大豆P34蛋白主要存在于种子中,其上游启动子很可能具有调控下游基因在种子中高表达的特性。为进一步研究大豆P34蛋白基因的组织表达模式及其启动子的调控活性,通过qRT-PCR方法检测大豆P34蛋白基因在大豆不同组织中的表达情况;克隆大豆P34蛋白基因5'端上游序列(GmP34P),生物信息学分析其转录起始位点和顺式元件;构建表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草,检测转基因烟草中GUS的表达。结果表明,P34蛋白基因在大豆种子中的表达量极显著高于根、茎、叶和花的表达量;克隆获得GmP34P序列长度为1 380 bp,预测分析表明,该序列的转录起始位点为第1 342位上的碱基A,序列中含有多种与种子高表达相关的顺式作用元件,如RY element、Skn-1 motif、2S seed protbanapa等;获得含有GmP34P启动子驱动GUS基因的植物表达载体pCAM-GmP34P;通过潮霉素、PCR及RT-PCR筛选阳性转基因植株;对pCAM-GmP34P阳性转基因烟草植株,进行qRT-PCR检测,结果显示,相对于其他组织,GUS基因在转基因烟草种子中的表达量达到极显著差异;GUS组织化学染色结果显示,GmP34P启动子能够调控下游GUS基因在种子中高表达。

作为植物抵御多种逆境胁迫的重要调节因子,植物热激转录因子(Hsf)家族基因数目多,结构、特性和功能复杂多样。植物Hsf不仅通过直接转录调控热激蛋白和相关基因的表达,参与对多种逆境胁迫的响应和适应过程,还介导植物诸多生命活动过程。自20世纪80年代酵母Hsf被首先克隆以来,多个物种的Hsf家族被识别和研究,模式植物番茄和拟南芥Hsf研究比较早且相对深入,研究主要集中在HsfA族,B族研究较少,C族报道更少。随着全球气候变化,极端高温事件频发,已严重威胁小麦、玉米等粮食作物的产量和品质,深入研究作物耐热性机制从而挖掘功能基因、通过生物技术方法改良作物的耐热性,是抵抗高温逆境的关键。大田作物中Hsf家族数目大小不等,基因组复杂,研究起步晚。为此,植物生理与分子生物学研究室从2009年开始对作物Hsf家族基因进行研究,依据最新的基因组信息,确定了家族基因数目及核酸和蛋白质结构特性、明确了家族基因的时空表达特性及其对多种非生物逆境的响应规律。克隆获得多个基因并借助遗传转化和基因编辑技术创制转基因材料和突变体,对其耐热性以及抗逆性调控功能多层面进行了鉴定,并对下游调控机制进行了深入解析。研究不仅丰富了大田作物耐热性调控理论基础,也为作物耐热性研究和生物育种提供优异新种质。目前,关于Hsf的研究主要集中在功能鉴定和对下游基因的转录调控方面,其上游哪些组分通过何种方式介导Hsf参与耐热性调控方面的研究还缺乏证据,机制尚不清楚。基于本研究室多年来对小麦、玉米Hsf家族的研究结果,结合他人的相关研究报道,详述了近年来植物Hsf在抗逆性响应和适应过程中调控功能、机制及其主要研究进展,以期为深入阐明Hsf家族的作用及其调控网络提供理论依据,为耐热生物育种挖掘强效的基因资源和备选位点。

对多毛番茄全基因组的Dicer-like(DCL)、Argonaute(AGO)和RNA依赖性RNA聚合酶(RDR)基因家族进行生物信息学和表达模式分析,为深入研究DCL、AGO和RDR基因家族在多毛番茄响应非生物胁迫和病毒感染过程中的功能提供参考。以拟南芥DCL、AGO和RDR基因为参考序列,利用本地Perl语言和Pfam、SMART等软件检索多毛番茄LA1777基因组并确定多毛番茄DCL、AGO和RDR基因家族成员。通过ExPASy、GSDS 2.0、MEGA、Tbtools、SWISS-MODEL等工具对多毛番茄DCL、AGO和RDR家族基因进行生物信息学分析。根据非生物胁迫、番茄褪绿病毒(ToCV)处理和实时荧光定量PCR技术分析该类基因的表达模式。从多毛番茄中鉴定得到7个ShDCL、15个ShAGO和6个ShRDR基因,分别分布在第5,7,6条染色体上,其编码的蛋白与其他植物DCL、AGO和RDR结构相似,均含有该家族特有的保守结构域。系统发育分析表明,这些基因被分为4个亚组,与普通番茄之间具有较高的结构和功能相似性。ShDCL2a、ShDCL2c、ShDCL3、ShDCL4、ShAGO1b、ShAGO3、ShAGO4b、ShAGO5、ShAGO7、ShAGO10a、ShAGO10b、ShRDR1、ShRDR2、ShRDR3a、ShRDR6a和ShRDR6b在多种非生物胁迫和ToCV感染后显著上调表达,推测这些基因在非生物胁迫和病毒侵染过程中发挥着重要作用。

为研究不同冬播期下强冬性/春性甘蓝型油菜萌动种子和花期不遇的问题,以甘肃农业大学提供的2个强冬性甘蓝型油菜和2个春性甘蓝型油菜为材料,于2022年10月至2023年8月在甘肃农业大学试验田进行试验。于2022年10月11日进行冬性油菜秋播,于2022年12月10日开始每隔20 d进行冬性/春性油菜冬播,于2023年2月8日结束冬播。记录开花期,对各冬播播期下冬性/春性油菜萌动种子每隔20 d进行取样,测定其生理生化并对其春化基因(FLC、VRN2、FRI、FT)的表达特性进行分析。结果显示,冬播时冬性/春性甘蓝型油菜花期相差22~34 d;秋播(10月上旬)冬性油菜与春播(3月上旬)春性油菜花期相差4~7 d;秋播(10月11日)冬性油菜与冬播(12月10日、12月30日、1月19日、2月8日)的春性油菜开花时间接近,且花期重叠时间长达15~20 d。随着播期的推迟,冬播油菜萌动种子中FLC、FRI、FT基因相对表达量下调;VRN2基因相对表达量在春化前期下调,春化后期上调。萌动种子中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,可溶性蛋白(SP)、赤霉素(GA3)、水杨酸(SA)含量在春化前期上升,春化后期下降;随着春化时间增加,油菜萌动种子丙二醛(MDA)、脱落酸(ABA)含量呈上升趋势。

为探明间作、轮作对连作花生生长、产量及品质的影响,为花生高产栽培提供理论依据,于2022—2023年在河南科技大学试验农场,分别在连作2 a花生和连作11 a花生的基础上,以继续连作花生为对照(分别记为CCP1、CCP2),研究甘薯-花生轮作体系(PSP)和玉米-花生间作、轮作体系(PMP)对花生光合特性、根系特点、干物质积累与分配和产量的影响。结果表明,在花生的结荚期(PSS)和饱果成熟期(PMS),PSP中轮作花生(SRP)较CCP1分别显著提高叶面积指数(LAI)35.08%~53.68%和24.32%~33.52%;PSS和荚果膨大期(PBS),SPAD值增幅为11.93%~18.55%和5.95%~9.63%。PMP中轮作花生(MRP)较CCP2,LAI在PSS和PMS分别提高了46.81%~57.96%和27.00%~61.78%;MRP和间作花生(MIP)较CCP2,SPAD值在PSS、PBS分别提高了3.32%~3.69%,7.50%~8.64%和5.47%~18.37%,15.73%~31.11%。在PSS和PBS,SRP与CCP1相比,净光合速率增幅分别达23.68%~41.31%和26.52%~32.55%,MRP与CCP2相比分别提高了12.77%~17.81%和16.88%~62.07%,均显著增加根长与根尖数,促进PMS花生单株干物质积累及向荚果的分配,产量分别提高了31.42%~47.36%和54.12%~75.09%;MIP与CCP2相比,受玉米遮阴影响,降低花生的LAI、净光合速率、根长、根尖数,并降低了干物质积累量及产量。同时,轮作后提高了花生果仁的油酸含量和油亚比,其中SRP较CCP1的增幅分别为1.63~1.65百分点和6.59%~10.52%,MRP较CCP2的增幅分别为1.95~2.82百分点和9.75%~14.16%。综上,甘薯-花生轮作和玉米-花生轮作较连作花生均能提高花生产量,原因在于其能促进花生根系生长,延缓叶片衰老,提高光合速率,尤其是生育后期的光合速率,从而促进干物质的积累及向荚果的分配,此外还能在一定程度上改善花生品质。

为了探究硅改性生物炭(MSC)对酸性土壤化学特性、有机碳组分、硅化学形态及有效性和番茄生长的影响,以入侵植物为原料制备生物炭,研究硅改性生物炭对酸性土壤碳、硅化学形态转化及有效性的影响,评估其对番茄植株生长、土壤酶活性的影响。结果表明,硅改性生物炭显著提升土壤pH值、CEC(阳离子交换量)、EC(电导率)、速效磷和速效钾含量,同时提高土壤水溶性钠和铁的含量,以及增强过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,从而提高土壤质量。生物炭改性与未改性均显著增加土壤碳不同组分的含量;与未改性生物炭相比,硅改性生物炭显著增加土壤微生物生物量碳(21.9%)和水溶性有机碳(898.3%)的含量。硅改性生物炭增加土壤有效硅、水溶性硅、游离态硅、活性硅、铁锰结合态硅和无定形硅含量,增幅分别为362.6%,158.9%,18.1%,34.9%,193.8%,74.1%。与此同时,生物炭处理促进番茄植株生长和硅素养分吸收,其中改性生物炭效果更为明显,植株干物质积累、硅含量与吸收量分别增加82.0%,98.9%,261.5%。综上所述,硅改性生物炭显著影响土壤的碳、硅化学形态及转化,增加土壤的有效性和酶活性,从而促进了作物的养分吸收和生长,显示出其在农业生产中具有良好的应用潜力。

研究水肥一体化下不同施磷量对玉米光合特性、荧光参数及产量的影响,为宁夏地区玉米磷肥高效施用提供理论依据和技术支撑。试验于2019—2020年在宁夏银川平吉堡农场开展,设6个磷素水平,依次为0,60,120,180,240,300 kg/hm²,分别记为P0、P1、P2、P3、P4、P5。分析不同磷肥处理下春玉米叶片光合特性和荧光参数的变化规律及其与产量之间的相互关系。2 a 大喇叭口期,P3较其他处理,叶面积指数(LAI)分别提高了4.21%~12.78%,4.68%~15.60%。磷肥用量在180 kg/hm²时对促进玉米叶面积指数和光合势(LAD)效果最优。2 a全生育期内,相较于不施磷肥处理,P3处理下LAD显著提高14.42%。玉米光合特性对施磷强度的响应不同,随着施磷强度的升高,净光合速率(Pn)均在抽雄期后达到最大值,2 a中的R1期,相较于不施磷肥处理,P3处理下Pn显著提高10.68%。玉米花后(R1)叶片胞间CO₂浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与Pn均呈显著正相关,决定系数(R²)分别为0.926 5,0.889 9,0.832 0。施磷可以提高玉米光系统Ⅱ综合性能指数(PI),2 a中于R1期,PI有最大峰值,相较于其他处理,P3处理下PI分别提高了1.12%~8.50%,8.47%~15.40%。施磷量为180 kg/hm²产量最大,相较于不施磷处理,2 a产量平均提高17.27%。根据产量拟合方程分析表明,施磷量在179.34 kg/hm²时玉米产量达到最大值13 823.84 kg/hm²。Pearson相关性分析表明,适当的叶面积指数(LAI)会显著影响玉米后期产量,光合参数对玉米产量建成均产生极显著影响;主成分分析表明,P3处理对玉米产量优化效果综合得分最高。磷肥的合理运筹能够有效地保证较高的SPAD值、PSⅡ反应中心的活性,提高玉米对光能的捕获与利用,促进光合作用,从而提高玉米的产量。

为明确Zn(Ⅱ)2Cys6转录因子基因VDAG_04814对大丽轮枝菌的生长发育及致病过程中的作用。利用聚乙二醇介导的同源重组构建VDAG_04814基因敲除突变体。将野生型菌株和突变体菌株分别接种至添加过氧化氢、氯化钠、氯化钾、山梨醇、十二烷基硫酸钠、刚果红的PDA培养基以及铺有无菌玻璃纸的培养基,分析其抗氧化胁迫、盐胁迫、渗透胁迫、细胞壁细胞膜完整性胁迫的水平和菌株穿透能力;测定其致病力,检测马铃薯植株中真菌生物量。经潮霉素筛选和PCR验证,正确的敲除转化子可扩增到上下游各1 500 bp及敲除片段序列全长4 500 bp的DNA条带。ΔVDAG_04814菌株生长速度缓慢、黑色素形成能力降低;在添加过氧化氢、氯化钠、氯化钾的氧化胁迫和盐胁迫培养基上,ΔVDAG_04814相较于野生型菌株受到的抑制率更高;在添加山梨醇的渗透胁迫培养基上,ΔVDAG_04814的生长抑制率显著低于野生型菌株;在添加十二烷基硫酸钠、刚果红的细胞壁细胞膜完整性胁迫培养基中生长并没有受到抑制;在铺有无菌玻璃纸培养基上,ΔVDAG_04814没有菌落长出,而野生型菌株有正常形态的菌落长出;致病力测定表明,ΔVDAG_04814菌株的致萎程度较野生型菌株显著下降,致萎指数为47.22~55.56。综合上述结果,VDAG_04814基因能够调控大丽轮枝菌的生长发育、抗胁迫能力、穿透能力以及对马铃薯的致病力,可为马铃薯黄萎病的防控提供新靶点。

探究内蒙古自治区通辽市牛病毒性腹泻病毒(BVDV)感染毒株主要基因型,为BVDV流行病学及防控提供参考依据。试验前期在内蒙古通辽市某牛场采集腹泻犊牛粪便样品经PCR检测,将BVDV阳性的粪便样品处理后接种到牛肾细胞(MDBK)中进行分离,通过RT-PCR、间接免疫荧光染色对分离株进行鉴定,并对其基因组全长进行测序,根据5'UTR 、N^pro和E2基因序列进行遗传进化分析和基因分型鉴定。结果表明,试验成功分离到一株BVDV毒株,将其命名为NM-21,接种NM-21的MDBK未产生细胞病变,说明该毒株为非细胞病变型(NCP),RT-PCR、间接免疫荧光染色鉴定均为阳性,病毒滴度为10^-3 TCID₅₀/mL。基于基因组全长序列、5'UTR 、N^pro和E2基因序列的同源性和遗传进化分析,分离株NM-21与中国内蒙古自治区毒株NM2103(GenBank登录号ON337882.1)核苷酸同源性最高,为BVDV-1c亚型。

由猪流行性腹泻病毒(PEDV)引起的高度接触性胃肠道传染病对我国养猪业造成巨大的经济损失。为建立PEDV抗体检测方法及N蛋白的功能研究奠定基础,通过噬菌体展示技术针对PEDV N蛋白进行筛选获得其特异性的纳米抗体(Nb)。利用前期制备的N蛋白免疫羊驼,采集其外周血并分离淋巴细胞,提取细胞总RNA,反转录为cDNA,通过PCR扩增重链抗体重链可变区(VHH),插入pCANTAB5E-ccdb载体,电转化至ER2738感受态细胞,构建VHH噬菌体展示文库;随后,以PEDV N蛋白作为靶向蛋白,对文库进行4轮淘选获得阳性噬菌体,将其克隆至pET-30a 载体,表达纯化后通过间接ELISA、Western Blot鉴定Nb的结合力和特异性。结果显示,羊驼经5次免疫后,抗体效价达到1∶25 600。构建的噬菌体展示文库库容为4.72×10⁸,丰度为4.3×10¹⁰ cfu/mL,阳性率为93.75%。经过4轮筛选,获得16株氨基酸序列不同的Nb,随后验证了Nb45与PEDV N蛋白具有良好特异性和结合能力。研究筛选获得了PEDV N蛋白特异性Nb,为PEDV检测方法的建立和基础研究提供生物材料。

为探讨西瓜钙依赖蛋白激酶(CDPK)在嫁接以及非生物胁迫环境下的功能,利用RT-PCR技术从西瓜嫁接苗中克隆了ClCDPK(Cla97C01G019720)基因,对其进行了生物信息学分析。进一步根据ClCDPK序列设计带有Kpn Ⅰ和Sal Ⅰ酶切位点的特异引物,进行扩增,双酶切后与pCAMBIA1300连接,成功构建目标基因的表达载体pCAMBIA1300-35S-ClCDPK。利用 RT-qPCR 技术,测定ClCDPK在自根苗(ZG)与嫁接苗(JJ)分别遭受盐、干旱胁迫后的基因表达量。结果表明,ClCDPK基因ORF为1 647 bp,编码548个氨基酸。其蛋白存在STKc_CAMK和FRQ1功能结构域,为亲水性蛋白,亚细胞定位预测该蛋白位于细胞核,对ClCDPK与其他6种植物的CDPK进行进化树分析发现,其与葫芦科甜瓜、南瓜的CDPK亲缘关系较近,蛋白序列同源比对超过92.64%,具有较高的同源性。RT-qPCR表达结果显示,ClCDPK在嫁接苗表达量显著高于自根苗,随着胁迫时间的持续,嫁接苗和自根苗的ClCDPK表达量先升后降,并且同一胁迫处理下,嫁接苗的ClCDPK表达量高于自根苗。试验表明,ClCDPK正响应盐和干旱胁迫,并且嫁接苗抵御胁迫的能力高于自根苗。推测ClCDPK是西瓜响应嫁接的关键因子之一,从而提高了西瓜嫁接苗的抗盐抗旱能力。

为探究钙依赖蛋白激酶(CDPK)在小麦生长和逆境应答中的作用,从普通小麦中克隆了TaCDPK17基因,并对其进行了序列结构、表达模式和抗逆功能初步分析。结果表明,TaCDPK17基因编码区长1 701 bp,编码566个氨基酸,具有CDPK家族的典型结构特征,包括1个保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和4个EF手型结构域。对TaCDPK17与其他12种植物的CDPK17进行进化树分析表明,TaCDPK17与禾本科作物,特别是节节麦、大麦的CDPK17序列有较高同源性。TaCDPK17基因启动子区域富含与激素调控、光照响应,以及非生物应答胁迫相关的顺式调控元件,其中,脱落酸(ABA)响应元件(ABRE)和茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA)数量较多。基于实时荧光定量PCR的表达分析结果显示,TaCDPK17受100 μmol/L ABA、100 μmol/L茉莉酸甲酯、20% PEG6000和250 mmol/L NaCl诱导后,表达量有不同程度升高。在2 μmol/L ABA和100 mmol/L NaCl胁迫处理条件下,过表达TaCDPK17的拟南芥种子萌发率显著高于野生型对照。同时,过表达TaCDPK17缓解了ABA或渗透胁迫处理对幼苗根生长的抑制作用。在气孔关闭过程中,过表达TaCDPK17的转基因植物对ABA更敏感,与野生型植物相比,表现出更强的气孔关闭趋势。这些结果表明,TaCDPK17在小麦逆境胁迫和激素信号应答中发挥着重要作用。

为探究不同灌溉方式与氮肥运筹对双季晚稻生长发育、产量形成与氮肥利用率的影响,于2022-2023年,在湖南益阳市赫山区,以Y两优911为试材,设2种灌溉方式(W1.淹水灌溉;W2.湿润灌溉)和3种氮肥运筹(N1:基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2;N2:基肥∶蘖肥∶穗肥=3∶4∶3,N3:基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1),不施氮肥为对照(CK1.淹水灌溉;CK2.湿润灌溉),测定各处理组合下水稻的叶面积指数、叶片SPAD值、干物质积累量、产量形成及氮素利用率。结果表明,与W1相比,W2处理下水稻LAI在生育前期LAI较低,生长中后期W2处理LAI整体表现较高;SPAD值以W1处理较高,但生育后期SPAD值差异不显著;在相同的灌溉条件下,与N1相比,N2、N3处理能够延缓水稻生育后期LAI与SPAD值的下降;W2处理能显著提高水稻干物质积累量,较W1处理增加6.61%~16.37%,氮肥运筹下生育前中期干物质量以N1较高,生育后期干物质量以N1、N3较高;W2模式比W1模式增产7.59%~10.47%;2种灌溉模式下均以N3处理产量表现最佳,W2N3处理要比其他处理增产3.24%~14.53%,W2N3处理虽然有效穗数较低,但穗粒数、结实率、千粒质量有所提高,从而使产量提高;2 a间,氮素总积累量、氮肥吸收利用率以W2N2与W2N3较高,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力与氮素收获指数均为W2N3较高,氮肥生理利用率以W1N3处理较高。综上,灌溉方式和氮肥运筹显著影响水稻产量和氮素吸收利用,以W2(湿润灌溉)耦合N3(基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1)的氮肥运筹方式更有利于水稻干物质的积累、产量的提高和氮肥的高效利用,既能满足高产,也能起到节水的作用,为最佳水肥耦合方式。

为了明确旱作及限水灌溉条件下密度对冬小麦群个体结构特征和产量的影响,以济麦22为试验材料,于2022-2023年度在石家庄市藁城试验站开展试验,设置4个密度水平,分别为基本苗180万(D180),300万(D300),420万(D420),540万/hm²(D540),每个密度下设置2个灌溉水平,分别为全生育期不灌水(W0)和拔节期灌溉1水(W1),比较分析了各处理叶(旗叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶)和非叶绿色器官(穗、芒、茎鞘)面积及面积指数、干物质积累与运转、光合有效辐射截获率、水分利用效率(WUE)和产量的差异。结果表明,随着密度增加,各叶层叶面积和非叶绿色器官面积均呈下降趋势。叶和非叶绿色器官面积指数均以D300处理最高,且均显著高于D540处理。各处理花后干物质对籽粒产量的贡献率均达70%以上,与D540处理相比,降低密度减少了花前干物质转运量,但增加了花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率。随着密度增加,WUE呈先升高后降低趋势,以D300处理最高,在W0和W1处理下较其余密度处理增幅分别为1.2%~14.4%和2.5%~12.7%。与W0处理相比,W1处理增加了各密度叶和非叶绿色器官面积,延缓了叶片衰退,提高了冠层光合有效辐射截获率,产量增幅为28.1%~39.7%。本试验条件下,D300处理提高了叶和非叶绿色器官面积及面积指数,增加了冠层光合有效辐射截获率和花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率,该密度在W0和W1处理下的产量分别较其余密度高2.4%~6.6%和0.3%~9.7%,是此次试验的最优密度处理。

成株期抗叶锈病基因Lr12在生产上具有良好抗性,为Lr12进行精细定位并开发可靠的分子标记,以感病材料Thatcher和含Lr12抗性基因的近等基因系RL6011为亲本杂交产生F₁,进一步自交产生F₂单株和F_2∶3 家系。在田间利用5种强毒力叶锈菌混合小种(PHTT、THKS、THTT、PHTS和PHKS)接种F₂单株和F_2∶3家系进行成株抗叶锈性鉴定和抗性遗传分析。随后利用16K液相芯片对F₂的10个抗病单株和10个感病单株进行基因分型,获得与Lr12紧密连锁的SNP位点,确定抗病基因所在的染色体物理区间,开发SSR分子标记并构建遗传连锁图谱。结果表明,对RL6011(Lr12)/Thatcher的3 494个F₂单株进行抗叶锈性鉴定,抗病单株与感病单株之间的分离比符合3∶1( {\mathrm{\chi }}_{3:1}^2 =0.14;P=0.71)。对685个F_2∶3家系进行抗叶锈性鉴定,抗病单株、抗病杂合单株与感病单株之间的分离比符合1∶2∶1( {\mathrm{\chi }}_{1:2:1}^2= 2.01;P=0.37),表明Lr12为显性基因且群体分离符合单基因遗传规律。通过遗传连锁图谱分析成株期抗叶锈病基因Lr12基因位于SSR分子标记YK12817和YK12928之间,遗传区间为0.38 cM,对应中国春参考基因组(IWGSC.Ref.V1.0)中4BL染色体579.44~581.53 Mb物理范围内共2.09 Mb的物理区间。上述结果为预测候选基因提供了确定的依据。

为研究Toll样受体2(TLR2)在水禽如鸭先天免疫中的作用,利用荧光定量PCR分析dTLR2 mRNA在1~10周龄鸭免疫器官中表达水平以及大肠杆菌、沙门氏菌感染后血液中dTLR2 mRNA表达变化,初步解析dTLR2在鸭抗感染中的可能作用;通过体外表达鸭dTLR2胞外段,并免疫家兔获得特异性抗体以期为鸭dTLR2免疫应答研究提供生物素材。结果表明,dTLR2 mRNA在不同周龄鸭免疫器官中都有表达,脾脏和胸腺组织中,表达量在不同周龄有显著或极显著变化,但在法氏囊组织中,各周龄间表达变化差异不显著;鸭感染大肠杆菌或者沙门氏菌后,第1天及第2天感染组表达量显著高于对照组,但在第3天时,感染组和对照组表达量差异不显著。研究分析dTLR2编码基因,预测胞外区段并设计引物,构建pET28a-TLR2重组表达质粒,重组表达dTLR2-His融合蛋白。经SDS-PAGE检测表明,重组蛋白成功高效表达,分子质量约29 ku。重组蛋白经镍柱纯化并透析后免疫家兔制备抗血清;所获家兔免疫抗血清能特异性的识别重组TLR2蛋白和组织中内源性TLR2蛋白。鸭dTLR2 mRNA组织中表达分析及多克隆抗体的成功制备将为进一步研究dTLR2的生物学功能提供生物素材。

为检测汶上芦花鸡CDKN2A基因SNP位点,并对该基因进行生物信息学及其在皮肤组织中的表达规律分析。研究基于江苏省家禽科学研究所资源保护与评价课题组前期组装的汶上芦花鸡高质量染色体水平基因组,将其与鸡参考基因组(GRCg7b)比对获得CDKN2A基因SNP位点,采用MassARRAY核酸质谱技术对其进行多态性检测和基因分型;运用生物信息学软件预测CDKN2A基因调控序列,及其编码蛋白质理化性质和结构特征;采用转录组和实时荧光定量方法分析该基因在汶上芦花鸡不同时期皮肤组织中的表达情况。结果表明,汶上芦花鸡CDKN2A序列总长度为9.854 kb,CDS全长183 bp,共编码60个氨基酸,在该基因及其上下游1 kb序列范围内共发现41个SNP,其中4个为新发现的SNP,分别位于基因下游和内含子区,第1外显子上发现2个错义SNP:V9D和C10R,41个SNP中34个SNP在汶上芦花鸡群体中检出率在91%以上,但基本均为纯合突变型,无多态存在;汶上芦花鸡CDKN2A基因上游2 kb区域内预测到8个启动子和5个CpG岛,启动子区包含Sp1、MEB-1、YY1、C/EBPα和AP-2α等12种转录因子结合潜在位点,该基因编码蛋白分子质量为7.30 ku,理论等电点为12.82,为带正电荷的、不稳定亲水性蛋白,亚细胞定位主要在线粒体中,无信号肽区域和信号肽剪切位点,共存在8个潜在磷酸化位点,不存在糖基化位点,含有典型的TRP_2(瞬时受体电位离子通道Ⅱ)保守结构域,其二级和三级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主,并与MDM2、NPM1、USP36蛋白存在相互作用;汶上芦花鸡1~35日龄CDKN2A基因在其背部皮肤中的表达呈上升趋势。

EXORDIUM(EXO)基因在拟南芥中被确定为油菜素内酯(BR)响应基因,通过介导细胞扩张促进植物生长。为探究EXO基因在甘蓝型油菜中的功能以及在花期不同组织中的表达规律,以甘蓝型油菜中双6号为材料,克隆EXO基因的编码区序列命名为BnEXO,并进行生物信息学分析,利用实时荧光定量技术对BnEXO基因在甘蓝型油菜花期根、茎、叶、花瓣、花蕾和角果皮中的相对表达量进行测定。结果表明,BnEXO基因的CDS序列为945 bp,BnEXO为稳定亲水性非跨膜蛋白,属于分泌蛋白,在细胞外表达,蛋白的二级结构以无规则卷曲为主。不同组织中的表达分析结果表明,BnEXO基因在不同组织中的表达量由高到低依次为花瓣、角果皮、花蕾、茎、根、叶,在花瓣中的表达量最高。此外,以拟南芥中8个EXO基因家族成员的蛋白序列为基础,鉴定到20个甘蓝型油菜EXO基因(BnaEXO),11个白菜EXO基因(BraEXO)和11个甘蓝EXO基因(BoEXO)。大多数基因家族成员编码蛋白质为稳定性蛋白,定位在细胞外,长度为271~411个氨基酸,等电点预测为5.76~9.60,分子质量为28.76~46.21 ku。系统发育分析将EXO基因分为EXOA、EXOB、EXOC、EXOD和EXOE共5个亚组,EXOB亚组中成员最少。基因结构分析表明,大多数成员只含有1个外显子,没有内含子,EXO基因家族成员序列具有高度的保守性。甘蓝型油菜中成员的启动子区域顺式元件分析结果表明,BnaEXO基因在植物的生长发育及逆境胁迫中发挥重要作用。

植物的生长和生产面临各种生物和非生物胁迫,其中盐胁迫严重影响植物的正常生长发育、品质和产量形成。植物在长期的演化过程中,进化出了适应盐胁迫的形态结构、生理生化反应和遗传基础。在形态结构上,耐盐植物的叶片具有蜡质层、气孔密度低于盐敏感植物,另外具有泌盐或者阻断功能的盐腺、毛状体、盐囊泡、凯氏带等结构;在生理活动调节方面,一方面耐盐植物具有高的酶促和非酶促抗氧化物质,如SOD、CAT、酚类物质等,另一方面耐盐植物具有较高的渗透调节物质含量,或者在盐胁迫下可以合成渗透调节物质,包括有机物质可溶性蛋白和糖以及无机盐离子等;在分子机理方面,SOS途径是研究得最为清晰的离子调控途径,通过SOS1、SOS2和SOS3协同作用维持细胞内Na⁺/K⁺平衡;此外,植物激素及碳代谢途径在植物耐盐过程中亦具有重要作用。本研究通过综述植物耐盐研究进展,探讨耐盐植物在形态结构、生理基础、遗传分子基础和转基因手段在响应盐胁迫的潜在研究重点和方向,有助于研究人员快速找到切入点,逐步完善植物的耐盐机理体系,加快耐盐植物的高效利用。

为探明外源H₂O₂对NaCl胁迫下棉花幼苗的生理调节机制,以棉花品种新陆早48号为供试材料,使用室外盆栽法,设置盐胁迫(NaCl,浓度梯度0,100,200 mmol/L) 和H₂O₂(浓度梯度0,0.005,0.010,0.020,0.050 mmol/L) 两因素随机组合,探究棉花幼苗鲜质量、干质量、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光合气体参数、抗氧化酶活性和渗透调节系统的变化规律。结果表明,外源H₂O₂有效缓解盐胁迫对棉花幼苗生长的抑制效应,提高棉花幼苗叶绿素含量、光合气体参数、叶绿素荧光参数,维持棉花幼苗光合作用正常运行,保证了干物质的积累;同时,外源H₂O₂提高抗氧化酶(POD、APX、CAT)活性,加速清除棉花幼苗体内ROS,降低了电解质渗出率、MDA含量及Pro、游离氨基酸、SS等渗透调节物质含量,提高棉苗抗盐性。其中0.020 mmol/L外源H₂O₂对棉花幼苗所受盐胁迫缓解作用最佳。综上,外源H₂O₂通过提高盐胁迫棉花幼苗光合性能,保持棉花幼苗稳定的光合作用,维持棉花幼苗体内ROS产生与消除的动态平衡,从而提高棉花幼苗对盐胁迫的适应性。

盐碱胁迫已成为制约我国农业生产的重要因素之一,探索农作物耐盐分子机理,对作物育种具有重要的理论价值和实际应用价值。旨在克隆玉米中的ZmMPI基因,转化玉米植株。首先通过qRT-PCR对盐碱溶液处理下植株中的ZmMPI表达量变化进行分析,之后利用DNAMAN软件对ZmMPI蛋白序列进行多重比较分析同时利用MEGA 7.0软件构建系统发生树,并利用一系列软件对ZmMPI进行生物信息学分析。最后利用分子克隆技术,成功克隆ZmMPI基因的编码序列,构建植物过表达载体并利用农杆菌介导的遗传转化方法转化玉米自交系B104,在基因组水平、转录水平以及蛋白质水平对过表达转基因植株鉴定,分析其表达量变化。结果表明,ZmMPI基因的表达量受盐碱胁迫后整体呈现出先上升后下调的趋势;ZmMPI蛋白序列比较结果相似率为64.15%,系统发生树显示,ZmMPI与玉米(小颖大刍草亚种) ABA34115.1同源性最高,该蛋白含有一个蛋白结构域Potato_inhibit,有α螺旋结构、无规则卷曲结构和β转角结构,偏疏水性,预测潜在的磷酸化位点有10个;对获得的49个转化事件鉴定结果显示,其中有13个过表达转基因株系中的ZmMPI基因在基因组水平能正常表达,有10个过表达转基因株系中的ZmMPI基因能正常转录、翻译。最终获得10个能够正常转录翻译的过表达转基因株系,为进一步探究ZmMPI基因响应盐碱胁迫的分子机制奠定基础。

旨为明确海河平原春季限水灌溉对冬小麦根系生长及籽粒产量的影响,对减少灌溉用水、提高水分利用效率具有重要的意义。以石麦22为供试材料,设置传统春季2次灌溉(W2)、春季1次灌溉(W1)和春季不灌溉(W0)3个灌水次数处理,其中W1基于春季3,4,5,6叶龄(3L、4L、5L、6L)设置4个单次灌溉时间处理。结果表明,与W2相比,W0和W1产量分别降低54.6%,24.4%,W1在4L灌溉产量最高,产量构成降低效应不显著。限水灌溉降低了冬小麦总根质量密度和根长密度,在开花期W1总根质量密度显著降低17.2%,W0总根质量密度、根长密度分别显著降低47.5%,35.1%。并且W1条件下,4L的根总根质量密度和根长密度最大。根系的垂直分布显示,减少灌溉次数增加了根系在40 cm以下土层的分布,但W1随着灌溉时间的推迟,深层土壤的根系分布减少,根系活力增加。其中,在开花期,4L在120~160 cm土层、160~200 cm土层、200~240 cm土层比6L分别显著高出28.8%,14.2%,36.5%。限水灌溉条件下根系特征和产量的相关性和通径分析表明,拔节—开花期总根质量密度和根长密度对产量有正效应,3L和4L处理开花期总根长密度对产量的直接贡献最大。总体来讲,4L处理在拔节—开花期的根系总量较高,并且增加了40~240 cm深层根系分布和根系活力,穗数和穗粒数较高,有利于缓解限水灌溉导致的冬小麦产量的降低,可作为海河平原冬小麦限水灌溉有效方式。

为了筛选适宜宁夏引黄灌区设施西瓜适宜的水氮组合,试验设计不同水氮处理,研究水氮互作对西瓜叶片SPAD值、果实品质、产量和氮素吸收及利用等影响。结果表明,W1N4、W2N3、W2N4、W3N3、W3N4处理的SPAD值较高,施氮量为N2、N3时品质较佳,W3N4处理产量最高,为76 565.36 kg/hm²,较其他处理显著增加8.34%~37.57%;相比较其他灌水水平,灌水量为W1时,设施西瓜灌溉水分利用效率较高,其中,W1N3、W1N4处理灌溉水分利用效率较高,分别达到43.91,45.32 kg/m³,较其他处理显著增加14.00%~56.40%;W3N4处理果实氮积累量和总氮积累量显著最高,较其他处理分别增加22.75%~192.36%,17.00%~123.39%;W3N2处理氮肥偏生产力与氮肥利用率显著最高,氮肥偏生产力较其他处理显著增加11.00%~343.68%,氮肥当季利用率比其他处理提高了3.34~10.02百分点。相关性分析表明,SPAD值、中心可溶性固形物含量、Vc、产量、灌溉水分利用效率、氮积累量相互间均呈显著正相关,与氮肥偏生产力、氮肥利用率之间均呈显著负相关;边缘可溶性固形物含量与植株氮积累量呈正相关,与氮肥偏生产力、氮肥利用率呈负相关。总之,施氮量为N2(80 kg/hm²)、N3(160 kg/hm²)时设施西瓜品质较好,灌水量W3(2 200 m³/hm²)与施氮量N4(240 kg/hm²)组合的增产效果最佳,高灌水量与高施氮量互作有利于西瓜吸收氮素,而低施氮量与高灌水量互作有利于氮肥的利用。

为探明减氮增密对再生稻产量形成特性的影响,以杂交稻品种创两优669为材料,在3个施氮水平(N1:180 kg/hm²;N2:153 kg/hm²;N3:126 kg/hm²)与2个株行距(M1:20.0 cm×16.7 cm;M2:16.7 cm×16.7 cm)条件下开展了2 a大田试验。结果表明,减氮降低再生稻叶面积指数(LAI),但合理减氮范围内增密可提高主季和再生季的LAI,互作处理N1M2与N2M2的LAI 较高;减氮和增密均降低再生稻叶片SPAD值,但密度影响不显著;减氮导致干物质质量下降,而增密可显著提高干物质质量,互作处理N1M2与N2M2干物质质量较高。减氮降低再生稻产量,但在合理减氮范围内增密可提高产量,互作处理N1M2与N2M2产量较高。减氮显著降低主季有效穗数、穗粒数和再生季再生率、有效穗数,但增密对穗数有弥补作用,合理减氮增密(N2M2)能够协调产量构成因素的关系,从而获得较高产量。相关分析表明,合理减氮增密主要通过提高主季和再生季的LAI和干物质质量,提高主季的有效穗数和穗粒数以及再生季的有效穗数,进而提高再生稻产量。综合来看,减氮增密处理N2M2(施N 153 kg/hm²、株行距16.7 cm×16.7 cm)可以节氮15%,并可获得较高产量。

土壤有机碳和腐殖质组分受土壤自身质量、施肥管理措施等因素的影响,为明确长期化肥施用对不同土层土壤有机碳(SOC)和土壤腐殖质组分含量的调控效果,在山东莱阳43 a(2021年)长期定位施肥试验,选择低量氮肥(N1)、高量氮肥(N2)、高量氮肥配施磷肥(NP)、高量氮肥配施钾肥(NK)、高氮配施磷钾肥(NPK)和不施肥对照(CK)6个处理。结果表明,与CK相比,N1能够显著提高0~5 cm的SOC含量,其增幅为22.84%,单施氮肥处理能够显著提高5~10 cm的SOC含量,N1、N2的增幅分别为20.94%,28.60%,N1能够显著提高10~20 cm的SOC含量,增幅为17.05%,而其他处理无显著变化。化肥施用能够改变土壤腐殖质组分含量,与CK相比,N1可以显著提高10~20 cm和20~30 cm土层胡敏酸(HA)的含量,增幅分别为22.86%,40.49%,而0~10 cm土层无显著变化;NP可以显著提高0~5 cm,5~10 cm土层富里酸(FA)含量,增幅分别为89.44%和124.63%,NK可以显著提高10~20 cm土层FA的含量,增幅为100.22%,NPK可以显著提高20~30 cm土层FA的含量,增幅为107.48%;N1可以显著提高0~5 cm土层胡敏素(Hu)的含量,增幅为69.34%,N2可以显著提高5~10 cm土层Hu的含量,增幅为66.18%,N1可以显著提高10~20 cm土层Hu的含量,增幅为79.50%,而20~30 cm土层无显著变化。综上表明,在本试验条件下,长期施用化肥可以有效提高非石灰性潮土的土壤有机碳的固定、改变土壤腐殖质组分,且不同的施肥策略影响存在较大差异,其中单施氮肥处理的固碳量效果较好。

摘要:四倍体小麦是普通小麦的祖先种,也是重要的粮食作物。发掘四倍体小麦抗病种质并鉴定其携带的抗病基因,旨在为小麦新品种选育提供新抗源。TDI-1是栽培二粒小麦,在多年的田间种植过程中表现出对白粉病免疫的表型。为了确定TDI-1携带的抗病基因,为小麦白粉病抗性遗传提供理论依据,首先将其与表现为感白粉病表型的硬粒小麦TDU-1进行杂交并构建了遗传群体,然后对亲本及其杂交F₁、F₂、F_2:3群体进行了白粉菌小种E09接种试验和抗病性分析,最后利用混合分离群体分析法(BSA)对抗白粉病基因进行了定位。结果表明,TDI-1在苗期对E09表现为感病,在成株期对E09表现为抗病;TDI-1和TDU-1的F₁植株在成株期对E09表现为抗病;F₂群体中,表现为抗病的单株数和感病的单株数的比例符合3:1($χ_{3:1}^{2}$= 0.11,P=0.74);F_2:3家系中,纯合抗病、抗病性分离、纯合感病的家系数目之比符合1:2:1($χ_{1:2:1}^{2}$= 0.47,P=0.79),表明TDI-1成株期白粉病抗性由1个显性基因控制,暂将其命名为PmTDI-1。对TDI-1和TDU-1及其杂交后代F₂群体进行分子标记筛选,发现4个位于2A染色体短臂上的分子标记Xwmc407、NRM-2AS29、NRM-2AS45和NRM-2AS84与PmTDI-1紧密连锁,其中,NRM-2AS45和NRM-2AS84位于两侧,遗传距离分别为1.8,4.6 cM。由此,将成株期抗白粉病基因PmTDI-1初步定位于2A染色体短臂上。研究结果显示,从四倍体小麦TDI-1中鉴定到1个新的显性成株抗白粉病基因PmTDI-1。

旨在探究DEAD-box解旋酶21(DDX21)对猪传染性胃肠炎病毒(TGEV)复制的调控作用。首先通过蛋白免疫印迹(Western Blot)分析了TGEV 感染对 DDX21表达的影响;进一步构建了猪DDX21真核表达质粒以及建立稳定敲低DDX21的PK-15细胞系,运用荧光定量PCR(RT-qPCR)、蛋白免疫印迹、间接免疫荧光(IFA)和半数细胞培养物感染量(TCID₅₀)探究外源过表达DDX21及敲低 DDX21 对 TGEV体外复制的调控作用;构建一系列DDX21截短突变体真核表达质粒,鉴定了DDX21调控TGEV增殖的关键功能域。Western Blot分析显示,在TGEV WH-1株感染早期,PK-15细胞内源性DDX21蛋白的表达水平显著上调; RT-qPCR、Western Blot、IFA和TCID₅₀试验显示,超表达DDX21可以显著提高TGEV N 基因的mRNA水平、N蛋白的表达及病毒滴度,且呈剂量依赖性,其601—784 aa区域是其影响TGEV复制的关键;与阴性对照相比,在相应DDX21敲低细胞系中TGEV的增殖显著被抑制,而回补试验逆转了DDX21敲低细胞系中TGEV的滴度。该研究首次揭示了猪DDX21对TGEV增殖的促进作用并鉴定了其调控TGEV复制的关键结构域,为今后研究DDX21蛋白的功能及TGEV的致病机理提供了理论依据。

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。

类钙调素蛋白(CMLs)是植物中的Ca²⁺感受器之一,参与植物的生长发育和适应环境变化的过程。为了解大蒜CML的序列特征及其对渗透胁迫的响应,从大蒜品种苍山四六瓣中克隆得到AsCML15和AsCML42基因,并对其在干旱以及盐胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,AsCML15和AsCML42基因开放阅读框长度分别为498,543 bp,编码165,180个氨基酸残基。AsCML15和AsCML42分别含有4,3个EF-hand结构域。AsCML42与拟南芥AtCML42和AtCML43在进化关系上更为接近,而AsCML15与拟南芥AtCML15、AtCML16亲缘关系较近。荧光定量PCR结果表明,AsCML15和AsCML42在鳞茎、叶片、根都有表达,且均能被200 mmol/L NaCl和15% PEG6000所诱导。AsCML15和AsCML42基因可能参与了大蒜抵御盐胁迫和干旱胁迫的过程,可进一步鉴定其生物学功能。

草甘膦是目前使用最广泛的广谱灭生性除草剂,培育耐草甘膦作物将有助于改善农田杂草化学防控效果、减少用药量和简化防控措施。为充分挖掘小麦耐草甘膦基因位点,利用来自黄淮麦区的484份种质资源进行草甘膦耐药性鉴定,根据小麦15K SNP芯片数据,采用全基因组关联分析的方法,挖掘与小麦草甘膦耐药性相关QTL。结果显示,不同年代培育的小麦品种草甘膦耐药性的变化趋势缓慢,草甘膦耐受性未显著提升;根据表型鉴定结果,筛选出黄淮麦区耐草甘膦小麦种质材料3份,即河农130、冀麦782和泰山23号;利用全基因组关联分析方法,检测到与小麦草甘膦耐药等级显著相关的QTL 7个,包含19个显著性SNPs,分布于小麦1A(0.00~30.48 Mb)、1B(6.57~30.57 Mb)、1D(0.00~22.98 Mb)、4A(656.09~680.09 Mb)、5A(508.19~532.19 Mb)、6A(54.56~85.09 Mb)和6D(12.02~36.02 Mb)染色体上;位于小麦1A和6A染色体上的2个QTL qGlyT-1A和qGlyT-6A是小麦耐草甘膦的主效位点,共包含16个可能与小麦耐草甘膦相关的基因。

为了揭示冬黑麦应对低温胁迫的生理机制,以冬牧70黑麦和白BK-1黑麦为供试材料,研究对比了这2个品种在冬前抗寒锻炼期和翌年初春返青期叶片及分蘖节的渗透调节物质、抗氧化酶活性等生理变化。结果表明,抗寒锻炼期黑麦主要通过在叶片和分蘖节中积累渗透调节物质来提高耐寒性,其间半致死温度逐渐降低,土壤封冻时白BK-1半致死温度达到-9.93 ℃,较冬牧70低1.95 ℃。白BK-1叶片及分蘖节部位的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量升高幅度大于冬牧70,这些生理途径在提高白BK-1对冬季低温的耐受力中发挥重要作用。对返青期黑麦的研究发现,随着低温胁迫时间的延长,黑麦丙二醛含量先增后减,黑麦通过增加渗透调节物质含量,提高叶片抗氧化酶活性,来抵御返青期低温。白BK-1受到返青期低温的损伤较轻,恢复生长后丙二醛含量低于冬牧70;此外,2种黑麦恢复生长后在分蘖节积累了较高含量的脯氨酸和可溶性蛋白,为返青后生长发育提供较为充足的营养物质。

探究不同农作模式对玉米生长发育、光合作用、叶片结构及产量的影响,为优化河西绿洲灌区耕作栽培措施和创建玉米高效种植模式提供理论依据。试验设置免耕(NT)与传统翻耕(CT)2种耕作方式,小麦玉米间作(W/M)、麦后插播冬油菜玉米轮作(W-G→M)、小麦玉米轮作(W-M)3种种植模式,共6个处理。结果表明,与CT相比,NT玉米株高、茎粗和叶面积分别增加6.83%,4.10%,3.97%,间作玉米干物质量高于轮作但差异不显著;叶片色素随生育期呈先增后减的趋势,表现为NT叶绿素a、b与类胡萝卜素较CT分别高11.93%,22.41%,13.43%,且差异显著;NT叶片净光合速率(Pn)与胞间CO₂浓度(Ci)较CT分别高9.17%,3.81%,CT处理气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)较NT分别高9.95%,1.48%;NT玉米叶片结构较优,叶肉细胞多且排列有序,维管束清晰可见,花环结构较大,栅栏组织与海绵组织丰富,NT叶片较CT厚2.51%,且差异显著;NT玉米较CT增产8.02%,间作产量收益大于轮作(LER>1)。研究发现,免耕玉米生长发育、叶片结构及产量均优于传统耕作,间作比轮作更有利于增产,故可将免耕小麦间作玉米作为该区主要的农作模式进行推广。

为提高生物炭在盐碱地的适用性,研究改性生物炭对盐碱地的作用效果及微生态机理。通过2 a的大田试验,设置普通生物炭、富氮改性生物炭、富磷改性生物炭3种处理,3种生物炭用量分别为4.5,7.5,15.0 t/hm²,研究作物产量性状、土壤理化性质、土壤微生物多样性的响应情况。结果发现,添加生物炭可以改良土壤盐碱地,其中富氮改性生物炭和富磷改性生物炭效果更突出。生物炭可以提高盐碱地作物产量,降低土壤含盐量,改善土壤结构,降低土壤容重。3种生物炭影响并不一致,其中15.0 t/hm²磷改性生物炭对作物增产效果最好,其产量为(8.92±0.12)t/hm²,比对照组提高了110%。生物炭影响土壤微生物多样性,普通生物炭增加了土壤微生物多样性,但磷改性生物炭降低土壤微生物多样性。随着生物炭施用量的增加,土壤理化性质对土壤微生物和植物结构关系受到影响,三者之间的联系被削弱。综上,推荐施用15 t/hm²磷改性生物炭用于改善盐碱农田生态系统。

为研究TaHis基因对小麦赤霉病的抗性机制,首先克隆了TaHis基因全长编码序列,构建了pGBKT7-TaHis诱饵载体,通过酵母双杂交技术对赤霉病诱导的小麦穗部酵母双杂交文库进行筛选,获得互作蛋白后利用酵母双杂交技术和双分子荧光互补技术验证蛋白质之间的互作,并利用RT-qPCR技术对抗感小麦材料中TaHis互作蛋白的赤霉病诱导表达模式进行分析。结果表明,成功构建了pGBKT7-TaHis诱饵载体,经过酵母双杂交文库筛选后,在四缺选择培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade)上获得了18个酵母单克隆。测序后Blast分析发现,共获得5个可能与TaHis互作的蛋白质,其中在6个酵母单克隆中均鉴定到富含丝氨酸/精氨酸的mRNA剪接因子SR45a类蛋白(TaSR)编码序列。以百农4299为材料,克隆了TaSR基因全长编码区,并构建了pGADT7-TaSR载体,酵母双杂交试验表明,pGADT7-TaSR和pGBKT7-TaHis共转化的酵母细胞在四缺培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade/X-α-Gal/AbA)上可以生长且显蓝色,表明TaSR和TaHis在酵母细胞中直接互作;构建了YC-TaHis、YN-TaSR载体,双分子荧光互补试验表明,共转化YC-TaHis和YN-TaSR的烟草细胞中产生强烈荧光信号,进一步验证了TaSR与TaHis的互作。RT-qPCR分析显示,TaSR 在抗性材料百农4299中受赤霉病诱导后上调表达,在感病材料百农607中受赤霉病诱导后下调表达,表明TaSR基因表达量与小麦赤霉病抗性呈正相关。综上,小麦TaSR与TaHis存在相互作用,且TaSR基因表达量与小麦赤霉病抗性呈正相关。

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。

为了探究解偶联蛋白3(UCP3)在民猪不同组织中的表达情况以及对民猪前脂肪细胞中线粒体相关基因和ATP合成酶相关基因表达的影响,采集1月龄民猪的背部脂肪组织作为研究材料,通过酶消化法分离前脂肪细胞进行体外培养,同时采集腋下脂肪、胸部脂肪、背部脂肪、腹股沟脂肪、肾周脂肪和肌内脂肪构建组织表达谱。通过体外转染UCP3基因的过表达载体或干扰片段的方法,采用实时荧光定量PCR技术检测MCU家族基因(MCU、MICU1、MICU2)、ATP合成酶(ATP5B、ATP5E)和1,4,5-三磷酸肌醇受体1型基因(ITPR1)的表达情况以及不同脂肪组织中UCP3基因的表达情况。结果显示:采用酶消化法可以在背部脂肪组织中快速获得足量的前脂肪细胞,细胞边缘折光性良好,边界清晰,形态与成纤维细胞相似。UCP3基因在不同脂肪组织中均有表达,在背部脂肪组织中表达量最高,在腹股沟脂肪中表达量最低。过表达UCP3基因后,MCU家族基因和ITPR1基因表达水平显著升高,ATP5B基因表达水平显著下降。干扰UCP3基因后,MCU家族基因和ITPR1基因表达水平显著降低,ATP合成酶基因表达水平显著升高。结果说明:UCP3基因在不同脂肪组织中存在表达差异,可促进MCU家族基因和ITPR1基因表达、抑制ATP5B基因表达。

为探究花青素糖基转移酶基因(UFGT)在甜荞花色苷生物合成中的作用,以甜荞贵红1号为材料,基于同源比对分析,筛选并克隆得到1条UFGT基因序列,命名为FeUFGT1。对FeUFGT1进行生物信息学分析,并构建过表达载体转入拟南芥花青素3-O-糖基转移酶突变体(atugt78d2)中分析其功能。结果表明,FeUFGT1开放阅读框为1 404 bp,编码467个氨基酸残基,推测其分子质量51.46 ku,理论等电点为4.97。FeUFGT1蛋白不存在信号肽和跨膜区,含有植物糖基转移酶家族典型结构域(GT-B型),并且在C末端具有植物UGT家族成员特有的PSPG-box。进化分析表明,FeUFGT1蛋白与罗汉果的3-O-葡萄糖基转移酶UGT74AC1亲缘关系最近。在白花品种丰甜1号和红花品种贵红1号2个品种盛花时期的花瓣中,红花中FeUFGT1的表达量约为白花中的3.7倍,差异显著。突变体恢复试验表明,FeUFGT1能够恢复拟南芥突变体atugt78d2缺乏花色苷积累的表型,具有催化花色苷生成的功能。

NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)基因是胁迫信号转导网络中重要的调节因子,克隆蓖麻NAC基因,研究其分子特征及表达特性,旨在为研究蓖麻NAC基因的潜在功能提供数据支持。采取RT-PCR技术克隆通篦5号的RcNAC100-like基因并分析其分子特征,包括生物信息学、亚细胞定位、表达模式和转录激活域分析。结果表明,RcNAC100-like基因的cDNA全长1 244 bp,包含1 086 bp的CDS,共推导361个氨基酸,该蛋白质的不规则卷曲和α-螺旋结构较多,是1个亲水的、非分泌性蛋白质;系统进化分析结果表明,RcNAC100-like蛋白质与木薯和橡胶树NAC蛋白质的亲缘关系最近,且motif组成及位置高度相似;RcNAC100-like蛋白的亚细胞定位结果与预测结果一致,定位在细胞核;RcNAC100-like启动子的顺式作用元件预测结果显示,该区域有多个环境响应类元件和生长发育类相关元件;基因表达模式分析结果表明,RcNAC100-like基因有组织表达特异性,在根中的相对表达量最高;另外,该基因能够对不利环境(干旱、盐、冷和ABA胁迫)迅速做出反应并积极地表达,说明RcNAC100-like基因可能是蓖麻对逆境响应的关键基因;转录激活试验结果表明,RcNAC100-like转录因子在酵母中具有转录激活活性。综上,RcNAC100-like基因可能在蓖麻的抗逆境过程中发挥重要作用。

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA 等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

为了改良桃农1B和桃农1A的苗瘟抗性,以携带广谱持久抗稻瘟病基因Pigm的中国地方水稻品种谷梅4号为供体亲本,先后以三系保持系桃农1B及其不育系桃农1A为受体亲本,利用与Pigm紧密连锁共显性DNA标记T9E3开展辅助选择育种。T9E3在桃农1B或桃农1A基因组中的PCR扩增条带约为2 000 bp,而对谷梅4号基因组的扩增产物大小为926 bp,多态性稳定;采用来自国内外不同稻区的32份稻瘟菌菌株室内接种苗瘟,桃农1B和桃农1A抗性频率均为9.38%,谷梅4号与改良系抗性频率均为90.63%;田间天然病圃鉴定桃农1B和桃农1A苗瘟8级,而改良系和供体亲本谷梅4号苗瘟均为0级。通过T9E3辅助选择、田间病圃筛选和室内接种鉴定,初步获得了3份高抗稻瘟病的改良不育系(桃农1A-Pigm-1─桃农1A-Pigm-3)及其保持系(桃农1B-Pigm-1─桃农1B-Pigm-3),进一步通过不育特性、农艺性状与产量结构调查分析,从中遴选出1个高抗稻瘟病、不育性稳定、包颈率低、农艺产量性状优良的优异不育系桃农1A-Pigm-2及其配套保持系桃农1B-Pigm-2。桃农1A-Pigm-2不育度和不育株率均为100%,典败花粉约占60%、圆败花粉约占40%,柱头外露率高达71.1%,包颈粒率仅为33.6%;桃农1B-Pigm-2播始历期为69 d,株高76.2 cm,主穗穗长28.1 cm,单株有效穗数15.8穗,单穗总颖花数115.3个,千粒质量27.7 g。实现了桃农1A和桃农1B苗瘟抗性及其他性状的综合改良,为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。

为了研究玉米茎秆性状与茎秆弹性和耐密性形成的相关性,进一步揭示植株抗倒伏机理,选用6个抗倒性不同的玉米品种为材料,设置了6.0万,7.5万,9.0万株/hm² 共3个种植密度,以田间茎秆拉倒角度为弹性评价指标,与植株和基部节间的形态特征,节间的解剖结构、物质积累量和力学特征进行相关性分析。结果表明,玉米株高、穗位高、基部节间长、粗、表皮厚度、硬皮组织厚度、维管束总数、小维管束鞘面积、单位长度鲜质量、干质量和各组分含量、穿刺和压折强度对茎秆拉倒角度有显著或极显著的影响,其中节间粗(r=0.521^**)和单位长度干质量(r=0.562^**)的影响最大。种植密度越大,节间粗、硬皮组织厚度、维管束总数、单位长度鲜质量、干质量、各组分含量、穿刺和压折强度越小或越少,茎秆的弹性越差,抗倒性越弱。不同品种间的茎秆性状存在显著差异,粒收1、创玉107、京农科728和MC278与弹性相关的性状优于其他品种,且随着密度的增大变幅较小,故茎秆弹性和耐密性较强。节间粗和单位长度干质量等性状对拉倒角度即有显著影响,增密后这些性状的变幅决定了茎秆的耐密性。

为明晰缓释氮肥不同施用量下玉米光合日变化特征及生长发育规律,利用光响应曲线拟合,以期为农牧交错区春玉米丰产栽培和氮肥高效利用提供理论依据。以广德5号为研究对象,在2018年长期定位试验基础上,于2019,2020年分别测定分析了玉米抽雄—吐丝期穗位叶在N 0(N0,CK),120(N8),180(N12),240 (N16),300(N20),360(N24) kg/hm² 6个氮肥梯度下的SPAD值、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率、蒸腾速率日变化、光响应曲线及干物质积累规律。2 a结果表明,随着氮肥施用量的增加,玉米穗位叶SPAD值和净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化呈先增加后降低的趋势,均以N16处理最高,且胞间二氧化碳浓度最低。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈单峰曲线变化趋势。光响应曲线拟合分析得出,N16处理的最大净光合速率最高,2019,2020年N16处理分别比N0、N8、N12、N20、N24处理提高37.48%,29.51%,31.85%,18.17%,37.32%和80.04%,59.73%,50.30%,6.42%,62.51%。全株干物质及穗部干物质积累与最大净光合速率、SPAD值呈极显著正相关。综合分析得出,内蒙古西部地区最适宜的氮肥施用量为240 kg/hm²。

为了研究黄淮北部不同冬小麦品种(系)类型的产量与氮素利用、转运和积累的差异,在2021—2022年,2022—2023年分别对黄淮北部麦区29,26个供试冬小麦品种(系)的产量性状和氮素利用效率进行了调查和分析。通过聚类分析,将小麦分成高产型、中高产型、中产型和低产型4种类型。分别在开花期和成熟期对小麦的茎、叶、穗和籽粒(成熟期)进行氮含量测定,分析氮素利用特性相关参数与产量之间的关系。结果表明,2021—2023年高产型、中高产型、中产型和低产型品种(系)间的平均产量差异显著,其中,高产型品种的公顷穗数显著高于其他3种类型。在开花期,各器官的氮积累量和分配率大小表现为茎鞘>叶片>穗;在成熟期,各器官的氮积累量大小表现为籽粒>茎鞘>穗>叶片。不同品种小麦花后氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以高产型品种(系)较高,且花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率大于花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率。氮素利用效率、氮素收获指数、开花期氮素积累量和成熟期氮素积累量与小麦籽粒产量呈显著正相关。因此,可通过不同品种的氮素吸收转运规律及分配特点进行水肥管理,或者选育氮素利用效率高的小麦品种,以实现小麦高产、高效生产。