粒质量与粒形是决定水稻产量的关键因素,挖掘相关QTL(基因)对解析籽粒形成机制及指导高产育种具有重要意义。以籼稻昌恢891和粳稻02428构建的BILs群体为材料,利用高密度分子标记遗传图谱,对2个环境下的千粒质量、粒长、粒宽、粒厚和长宽比进行QTL定位研究。结合亲本开花后第5,10,15天的籽粒转录组数据,对QTL区间内的候选基因进行分析。频数分布表明,BILs群体粒质量与粒形呈现数量性状特征,适于QTL定位。在2个环境下,共检测到37个粒质量和粒形相关的QTL,包括海南三亚18个、江西南昌12个,以及两地共同检测到7个。全部QTL分布于水稻第1~5,7,8,11和12号染色体上,其中千粒质量相关7个、粒长相关5个、粒宽相关7个、长宽比相关11个、粒厚相关7个。分析表明,这些QTL的LOD值为2.79~43.10,贡献率为1.36%~46.12%。结合昌恢891和02428开花后第5,10,15天籽粒中差异表达的基因,在37个QTL中共获得28个候选基因,其中,LOC_Os11g10480和LOC_Os11g10100作为重点候选基因,将进行后续深入研究。

为探明长期施肥对双季晚稻产量形成的影响及其生理调控机制,基于进贤红壤稻田化肥长期定位试验(1981年设),选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、两倍氮磷钾肥(HNPK)、有机无机配施(NPKM)4个典型处理,比较了长期施肥后第42年双季晚稻产量、干物质积累、叶绿素动态特征、齐穗期和灌浆期叶片基因表达差异。结果表明,长期施肥下晚稻产量表现为NPKM>HNPK>NPK>CK,其中HNPK和NPKM处理显著高于NPK处理,增幅分别为29.63%,57.18%。与NPK处理相比,NPKM和HNPK处理显著改善晚稻产量构成,有效穗、穗粒数和着粒密度分别增加了16.98%~46.42%,8.68%~15.26%,3.69%~7.37%。在干物质积累方面,与NPK相比,NPKM和HNPK均显著提高了晚稻各时期干物质质量,同时促进了齐穗期至成熟期茎叶干物质向穗的转运。NPKM和HNPK处理各时期叶绿素含量均显著高于CK和NPK处理,其中NPKM处理延缓了灌浆期至成熟期叶绿素的衰减;相关分析表明,长期施肥下晚稻产量与分蘖期至齐穗期干物质积累量(△DM1)和灌浆期至成熟期干物质积累量(△DM3)呈极显著正相关,与灌浆期至成熟期叶片叶绿素减少量(△S3)呈极显著负相关。叶片转录组分析结果表明,长期施肥显著影响晚稻齐穗期、灌浆期叶片基因表达,差异表达基因主要富集于光合作用、碳代谢、氮代谢、信号转导及逆境相关的代谢途径。综上所述,长期施肥调控双季晚稻基因表达,有机无机配施改善了产量构成,促进了早期干物质积累,增强了灌浆期至成熟期茎叶干物质向穗的转运,同时,提高了晚稻各时期叶片叶绿素含量,并延缓了灌浆期后叶片的衰老,对水稻增产起到强源(提高光合生产力)、扩库(增加干物质储存容量)和畅流(促进同化物转运)的作用。

为探究秸秆隔层对盐碱地改良过程中土壤呼吸及有机碳化学结构稳定性的影响,于山东省东营市农高区盐碱地改良试验示范基地设置隔层处理S(35 cm土层处增设5 cm秸秆隔层)和对照处理CK(不设秸秆隔层)2组试验种植苜蓿。通过监测不同处理的土壤呼吸特征,并结合剖面土层土壤pH值、电导率(EC)、有机碳组分含量和化学结构特征进行综合讨论。结果表明:与CK相比,S处理显著提高了苜蓿生长期的土壤呼吸速率,增幅最高可达79.84%;S处理较CK降低了秸秆隔层(35~40 cm)及其上部(0~35 cm)土层的EC,阻导盐分上行;S处理使40~50 cm土层土壤有机碳(SOC)显著增加、颗粒有机碳(POC)和可溶性有机碳(DOC)含量极显著提升,较CK分别提升了16.67%,208.07%,83.41%。40~50 cm土层是土壤有机碳转化的关键土层,对40~50 cm土层土壤有机碳分子结构进行表征发现,S处理较CK降低了DOC中碳的不饱和度(30.60%)和芳香度(4.84%)的加权平均值,降低了DOC中不稳定态碳的占比;S处理增加了POC中烷基碳(10.32百分点)和烷氧碳(8.39百分点)的相对含量,降低了羧基碳(14.24百分点)的相对含量,使POC结构稳定性增强;然而,S处理降低了SOC的烷基碳(3.14百分点)和芳香碳(3.38百分点)占比,增加了烷氧碳(5.17百分点)和羧基碳(1.56百分点)占比,难降解碳比例下降和易降解碳比例上升,使SOC的结构稳定性降低。由相关性分析可知,土壤呼吸的显著增加与关键土层POC和SOC含量分别呈极显著和显著正相关关系,而SOC化学组成中的烷氧碳(易降解碳组分)的增加,使有机碳稳定性降低,是导致土壤呼吸升高的主要原因。综上,增设秸秆隔层在短期内显著提高了土壤呼吸,这与关键土层有机碳化学结构稳定性的降低密切相关,在未来“碳中和”策略下应考虑隔层材料的筛选研究及其长期效应。

香稻种质资源的筛选和香味基因的快速鉴定与利用对香稻遗传育种具有重要意义。为了明确黑龙江省香稻材料的香味类型,提高香稻品种的育种效率,通过对黑龙江省审定推广的180个香稻品种的Badh2基因进行了测序,测序结果共分为2种突变类型,第一种类型为第7外显子8 bp缺失和3处碱基替换(Badh2-E7型),包含177个品种;第二种类型为第2外显子7 bp缺失(Badh2-E2型),仅包含3个品种。针对这2个突变类型设计了2个特异性KASP分子标记,通过180份香稻品种鉴定,分型结果与测序结果一致,同时分别利用五优稻4号(Badh2-E7型香稻)/唯农101(普通粳稻)、松科粳134(Badh2-E2型香稻)/东富114(普通粳稻)杂交构建的2个F₂群体进行了香味基因筛选鉴定,鉴定结果吻合率为100%,验证了KASP分子标记的准确性。进一步利用KASP标记对实验室自行创制、收集的620份粳稻亲本进行了鉴定,共筛选出248份Badh2-E7型香稻材料,同时对现有的1 220份以E7型香稻为亲本的F₇材料进行了分型检测,其中293份材料为香型、906份材料为非香型、21份材料为杂合型;随机抽取香和非香各5份材料进行测序验证,结果验证该KASP分子标记分型正确。为利用分子标记辅助选择方法培育寒地香稻新品种提供了新标记和新材料。

苏云金芽孢杆菌(Bt)能够产生多种杀虫蛋白,是重要的生防资源。为了发掘对鳞翅目害虫高毒力的Bt菌株,缓解害虫抗性压力并扩大资源储备,以河北地区土壤样品中分离的109株Bt菌株为研究对象,通过油镜观察伴孢晶体形状,利用40对通用引物(包括cry、cyt、vip 3种基因型)PCR鉴定所有菌株的基因型。以小菜蛾、斜纹夜蛾等5种鳞翅目害虫为靶标,筛选高杀虫活性菌株,并利用SDS-PAGE分析其晶体蛋白。结果表明,伴孢晶体形状主要是圆球形(90株),少部分为菱形(19株)。杀虫蛋白基因型检出率为93.6%,主要包括29种不同的cry基因型、1种cyt基因型以及3种vip基因型,91株具有至少2种杀虫蛋白基因型的组合,其中26株含有6种以上,多为cry+vip型。室内生测发现19株对小菜蛾等多种鳞翅目害虫的高毒力菌株,主要表达130,65 ku的蛋白,包含杀鳞翅目的cry1类、cry2类、cry15类等基因型,与PCR鉴定结果一致。获得了对鳞翅目害虫广谱、高毒力的Bt菌株,并初步明确了其杀虫基因,对新型Bt产品的开发具有重要意义。

为了探究牦牛Ras相关核蛋白基因(RAN)的结构及生物学功能,解析该基因如何调控牦牛体内细胞增殖和参与蛋白质的合成,以桑桑牦牛肾脏组织cDNA为模板使用RT-PCR技术克隆桑桑牦牛RAN基因CDS区序列,使用多种软件及在线工具对其进行生物信息学分析,并使用qPCR技术检测RAN基因在桑桑牦牛7个组织中的表达情况。结果表明,桑桑牦牛RAN基因CDS区全长651 bp,编码216个氨基酸;通过同源性比对,发现桑桑牦牛与野牦牛和瘤牛之间的亲缘关系最近,相似度达99.2%,与鸡的最远,为86.6%;RAN蛋白分析预测结果显示,该蛋白分子质量24.423 11 ku,理论等电点为7.01,其原子总数为3 449,分子组成为C₁₁₀₉H₁₇₂₅N₂₉₅O₃₁₃S₇。RAN蛋白不存在跨膜结构且无N-糖基化潜在位点,其存在36个磷酸化位点。预测其亲、疏水性及计算不稳定系数,发现该蛋白为稳定型亲水性蛋白。根据亚细胞定位发现,该蛋白存在于牦牛细胞中的高尔基体、线粒体、细胞核和细胞质中;通过预测RAN蛋白结构发现,其高级结构以α-螺旋为主,不包含β-转角。蛋白互作网络结果显示,桑桑牦牛RAN蛋白与RAN结合蛋白1(RANBP1)、RAN结合蛋白2(RANBP2)、RANGTPase激活蛋白1(RANGAP1)等蛋白存在互作关系,其相互间也存在互作关系。RT-qPCR结果显示,桑桑牦牛睾丸组织中RAN基因表达量显著高于其他组织,而在肌肉组织中未检测到表达。综上成功克隆了RAN基因CDS区,并完成其生物信息学分析,同时还研究了该基因在桑桑牦牛组织中的表达情况,发现其在生殖系统的发育、细胞增殖、疾病的预防与控制和参与蛋白质合成等方面发挥重要作用。

为探索副猪格拉瑟菌Lon基因的生物学功能及其对该菌致病力的影响,利用重叠 PCR法扩增得到包含Lon基因上下游同源臂及卡那霉素抗性基因筛选标记的融合基因片段,构建包含该基因片段的重组自杀质粒pToPo-LR-Kana;采用自然转化法将 pToPo-LR-Kana转化至亲本菌株ZJ1208中,通过卡那霉素抗性筛选、PCR和测序鉴定Lon基因缺失菌株ZJ1208-ΔLon;通过生长速率测定、透射电镜观察、抗应激试验、紫外抗性试验、血清抗性试验、生物膜试验、荚膜多糖含量测定以及小鼠毒力试验等对比了野毒株ZJ1208与基因缺失株ZJ1208-ΔLon之间的差异。结果显示,成功获得了Lon基因缺失株 ZJ1208-ΔLon,该基因缺失株菌体明显变长,但与 ZJ1208野毒株生长速度和外膜囊泡数量相似;ZJ1208-ΔLon对渗透压应激、氧化应激及热应激耐受能力明显下降,且对紫外线的抗逆性明显下降;和亲本菌株 ZJ1208相比,ZJ1208-ΔLon的生物膜形成能力相似,荚膜多糖含量升高,但血清抗性显著降低,对小鼠的致死能力显著降低。这表明Lon基因在调节副猪格拉瑟菌多种关键生物功能方面起着极为关键的作用,为进一步解析 Lon基因在副猪格拉瑟菌中的生物学功能提供新的信息。

为了分析酸性土壤对海南绿橙生长代谢和光合作用的影响,并探究其在酸胁迫下的抗氧化调控机制,通过盆栽试验,研究海南绿橙在酸胁迫下的生理代谢变化、抗氧化反应以及关键抗氧化酶调控基因的表达特征。结果表明,强酸性土壤环境下,植株的株高增长量、叶面积与绿橙植株的鲜质量显著下降,其中以pH值 3.5处理的影响最为严重;弱酸性(pH值 6.5)的土壤能够促进植株的生长,表现为各生长指标量的正增长。强酸处理严重影响了绿橙叶片的光合作用和正常的生长代谢,表现为蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)值的下降。pH值3.5酸胁迫24 h后,超氧化物歧化酶(SOD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性分别提升6.60,5.90倍;pH值 3.5处理下,叶片丙二醛(MDA)含量较0 h增加6.47倍,显著高于pH值 6.5处理。主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)表明,酶活性变化与生理生化指标呈显著负相关(R²=0.82);基因表达分析显示,pH值3.5酸胁迫后24,48 h,CsSOD与CsPAL表达量分别达峰值,较0 h分别增加2.33,2.64倍,72 h内持续上调。强酸性土壤通过降低光合色素含量及代谢效率抑制绿橙生长发育;SOD与PAL为响应酸胁迫的关键抗氧化酶,CsSOD和CsPAL基因通过动态调控酶活性抵御酸胁迫。

为明确强筋小麦产量、品质协同提高的适宜播期和播量,以强筋小麦品种科兴3302为试验材料,分别设置2个播期(10月18日(S1)和10月28日(S2))和5个密度(基本苗分别为180×10⁴株/hm²(D180)、225×10⁴株/hm²(D225)、270×10⁴株/hm²(D270)、315×10⁴ 株/hm²(D315)、375×10⁴株/hm²(D375)),于2021—2023年进行大田试验,研究播期和种植密度对小麦植株生理指标、产量及品质的影响。结果表明,小麦叶片叶绿素相对含量(SPAD)随种植密度增加总体呈降低趋势,且多数生育时期在低密度处理下达最大值,随播期推迟,叶片叶绿素相对含量呈上升趋势,表现为S1播期低于S2播期。随着种植密度的增加,归一化植被指数(NDVI)总体呈上升趋势,相较于 S1 播期,S2 播期的 NDVI 值显著降低。穗数与籽粒产量随播期推迟呈下降趋势,随种植密度增加呈上升趋势,其中以 D375 处理下产量最高。随播期推迟,蛋白质含量和湿面筋含量总体呈略微下降趋势,但所有处理的籽粒蛋白质含量均在13.5%以上。小麦籽粒总淀粉含量在S1播期总体随密度增加而降低,在S2播期随密度增加而升高。此外,峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和稀懈值在2个播期下总体上均随密度增加而上升。面团稳定时间、吸水率等参数在不同播期和密度处理下没有明显的变化规律,但均达到强筋小麦标准。综上,在播期S1下,科兴3302种植密度在315×10⁴~375×10⁴株/hm²可实现优质高产。

OFP是一类植物特有的转录因子,在调控植物器官形态建成和响应非生物胁迫等过程发挥重要作用。为了研究大豆OFP转录因子家族成员特征及其在干旱胁迫和盐胁迫中的作用,运用生物信息学方法对大豆OFP家族成员进行鉴定和分析。结果表明:在大豆中共鉴定到41个GmOFP基因,命名为GmOFP-1~GmOFP-41;这些基因不均匀地分布在大豆19条染色体上,编码152~414个氨基酸;亚细胞定位预测大豆OFP蛋白主要定位在细胞核、叶绿体、线粒体中;在大豆OFP蛋白中共鉴定到10个保守基序,其中保守基序1和2存在于所有OFP成员中;系统发育分析将大豆和拟南芥OFP蛋白分为5个亚家族Class Ⅰ~Class Ⅴ,其中大豆OFP家族基因主要分布在Class Ⅰ和Class Ⅲ中;共线性分析发现,大豆基因组OFP成员中有75对基因存在共线性关系,4对基因存在串联重复,仅有2个基因GmOFP-2和GmOFP-39没有共线性关系,表明基因片段复制是导致大豆OFP家族成员增多的主要原因。通过qRT-PCR方法分析了GmOFP基因家族成员在干旱胁迫和盐胁迫处理下的表达模式,结果表明:与对照相比,41个GmOFP基因中有16个GmOFP成员在干旱处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-15、GmOFP-17、GmOFP-32显著上调表达,GmOFP-4、GmOFP-5、GmOFP-6、GmOFP-9、GmOFP-12、GmOFP-21、GmOFP-23、GmOFP-25、GmOFP-26、GmOFP-27、GmOFP-38、GmOFP-39、GmOFP-40显著下调表达;有8个GmOFP成员在盐处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-7、GmOFP-14、GmOFP-31、GmOFP-32、GmOFP-36、GmOFP-40显著上调表达,GmOFP-1、GmOFP-15显著下调表达。综上所述,大豆OFP基因家族在应对干旱胁迫和盐胁迫中可能具有重要功能。

为了探究北方寒旱区白菜型油菜与甘蓝型油菜的越冬率、产量差异,各农艺性状与平均产量之间的相关关系与抗寒优势性状,以45个甘蓝型油菜与22个白菜型油菜品种为研究对象,统计分析了甘蓝型油菜与白菜型油菜的越冬率、平均产量与各农艺性状,挑选并统计了产量水平相近的甘蓝型油菜与白菜型油菜在不同密度种植条件下的产量,比对了甘蓝型油菜与白菜型油菜苗期根系性状的差异。结果表明:67个油菜品种中,白菜型油菜的越冬率平均水平(97.59%)显著高于甘蓝型油菜(65.87%),甘蓝型油菜的产量潜力要高于白菜型油菜。对于能够稳定越冬的白菜型油菜,增加播种密度虽然显著提高了有效株数,但是不能提高产量;而对于甘蓝型油菜,其较低的越冬率限制了有效株数的提高,从而限制了平均产量。目前具有高越冬率的甘蓝型油菜品种越冬后表现出更高分枝部位与结角密度,更少二次分枝数、总分枝数与单株有效角果数的农艺性状。甘蓝型油菜与白菜型油菜根系性状之间的对比显示,膨大的根系、短下胚轴及生长点位于地面以下,是白菜型油菜强抗寒性的优势性状。培育具有白菜型油菜根系性状特点、生长点位于地面以下的耐密甘蓝型油菜,是提高甘蓝型油菜越冬率,促进油菜产量提升,确保油料供给的重要育种方向。

旨在研究华北地区小麦玉米轮作体系下,玉米秸秆还田在培肥地力、提高产能方面的作用,探寻秸秆最佳还田方式和适宜还田量。2021—2023年,在河北省曲周县,通过田间裂区试验,对比了玉米秸秆不同还田方式及用量对小麦生长发育、产量构成及土壤有机质含量的影响。主区设2个处理,分别为秸秆切段还田和秸秆粉碎还田;副区为秸秆还田量,4个水平,分别为当年玉米秸秆量的0,0.5,1.0,1.5倍。研究表明:与秸秆粉碎还田相比,2023年玉米秸秆切段还田小麦产量提高4.3%,穗数提高7.6%,收获指数提高1.4%,均达显著水平;小麦秸秆N含量高0.04百分点,差异显著;小麦地上部N、P吸收量分别显著提高10.8%,14.3%(2022年),但秸秆切段还田显著降低了小麦秸秆K含量,降低0.13百分点(2023年);切段还田能够明显促进小麦越冬前后生长,拔节期NDVI值提高11.9%(2022年);土壤pH值增加0.22个单位(2023年)。随着秸秆还田量的增加,小麦产量和拔节期NDVI值呈现先升后降的趋势,地上部小麦N、P、K吸收量呈现显著下降趋势,土壤有机质呈现持续显著增加趋势。综合小麦生长势和产量,秸秆切段处理适宜还田比例为58%~62%,粉碎处理适宜还田比率为29%~42%。在设置试验条件下,玉米秸秆切段还田在促进小麦生长、提高小麦产量等方面有明显优势;将58%~62%的玉米秸秆进行切段还田,可在小麦玉米轮作区域推广应用。

阐明不同施氮水平下滨海盐渍稻田水稻秸秆腐解及其养分释放和化学组分变化规律,以期为完善滨海稻区秸秆还田技术,实现滨海区域秸秆资源高效利用,提供科学依据和技术支撑。试验地点位于河北省唐山市曹妃甸区,以水稻秸秆为研究对象,设置4个施氮量水平:N0(0 kg/hm²)、N1(225 kg/hm²)、N2(300 kg/hm²)和N3(375 kg/hm²),进行360 d的秸秆包填埋试验,研究水稻秸秆及其木质纤维素腐解率和氮、磷、钾养分释放特征。结合热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC-MS)技术,探究腐解期秸秆主要化学组分变化规律。结果表明:水稻秸秆可分为快速腐解期(第0~30 天)、腐解减缓期(第30~210天)和腐解缓慢期(第210~360天)3个阶段。360 d后不同施氮量处理下的秸秆平均腐解率为72.5%。增加施氮量可显著提高秸秆腐解率。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆腐解率6.1,7.4,9.2百分点。秸秆碳释放率与秸秆腐解率变化趋势类似,但试验结束后碳释放率仅为43.2%。秸秆养分释放率表现为:钾>磷>氮。秸秆氮、磷和钾快速释放期,分别在秸秆腐解后的第0~30天(38.4%),0~60天(63.7%),0~15天(76.7%)。秸秆氮、磷在腐解期内均出现了富集现象。施氮可显著提高腐解期内秸秆氮的释放,腐解早期(第0~15天)和后期(第150~360天)磷的释放,以及腐解早期(第0~15天)钾的释放。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆氮释放率6.6,11.1,14.7百分点,秸秆磷释放率2.2,4.0,5.6百分点和秸秆钾释放率1.4,2.1,2.8百分点。秸秆木质纤维素腐解率表现为:半纤维素>纤维素>木质素。增施氮肥可显著促进第0~90天秸秆纤维素和半纤维素腐解率,以及第90天后的木质素腐解率。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆纤维素腐解率5.4,7.3,8.4百分点,半纤维素腐解率4.9,6.4,7.4百分点,木质素腐解率2.1,5.1,5.7百分点。2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、羟基丙酮、2,3-二氢苯并呋喃、乙酰丁香酮、丁香酚、正十六烷酸、对甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、愈创木酚、对乙基苯酚和豆甾-3,5-二烯,为腐解期内秸秆残留物的主要(相对含量>1%)化学组分。相关性分析表明,秸秆腐解率、碳释放率及纤维素、半纤维素和木质素腐解率,均与丁香酚、乙酰丁香酮、2,3-二氢苯并呋喃显著正相关,而与羟基丙酮显著负相关;秸秆磷释放率与羟基丙酮显著正相关,而与对乙基苯酚、丁香酚和乙酰丁香酮显著负相关;秸秆钾释放率与对乙基苯酚、丁香酚、乙酰丁香酮和2,3-二氢苯并呋喃显著正相关,而与羟基苯酮显著负相关。综上所述,增施氮肥能够促进滨海盐渍稻田秸秆及其木质纤维素腐解和氮、磷和钾养分的释放。推荐滨海盐渍土秸秆还田10 500 kg/hm²下的优化施氮量为300 kg/hm²。秸秆残余物中对乙基苯酚、丁香酚、乙酰丁香酮、2,3-二氢苯并呋喃、羟基丙酮和豆甾-3,5-二烯,对指示秸秆腐解进程具有重要意义。热裂解气相色谱质谱联用技术,有助于通过监测秸秆残留物化学组分变化,加深对秸秆腐解机制的认识。

为明确气候变暖和有机无机肥配施对大豆生长发育和产量的影响,通过红外辐射增温设备模拟田间增温,设置不同温度水平(T0: 环境温度;T1: 增温2.9 ℃)和不同施肥措施(SF: 单施无机肥;OF:有机无机肥配施),探究增温和有机无机肥配施对大豆干物质积累、光合速率、叶片酶活性和产量的影响。结果表明: 相比于环境温度,增温造成2023—2024年大豆花前和花后生育期分别缩短3~4 d,5~6 d;增温降低盛荚期叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,降低大豆叶面积和净光合速率,导致花后株高和地上部干物质积累分别降低9.0%~13.7%,4.1%~19.3%;相比于单施无机肥,有机无机肥配施显著提高了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,增加了花后光合速率,促进了大豆的生长发育,干物质积累显著增加4.1%~15.3%。硝酸还原酶和谷丙转氨酶活性存在显著交互作用。产量结果表明,增温条件下单株荚数和单株粒数分别下降9.7%~16.6%,13.3%~19.0%,造成产量显著降低13.7%~21.1%;而有机无机肥配施条件下,单株粒数显著增加12.5%,单株荚数显著增加9.9%~10.5%,导致增产7.6%~10.8%。同时,叶面积、光合速率、氮代谢酶活性与产量之间存在显著正相关关系。综上,气候变暖会抑制大豆花后光合特性和地上部生长发育,造成产量下降,而有机无机肥配施一定程度上弥补增温带来的不利影响。

旨在建立一种基于根系分泌物的生防菌筛选体系,筛选具有根际强定殖能力的生防细菌,并利用该体系筛选与菌糠复配防治黄瓜枯萎病的细菌菌株。通过病原菌胁迫和菌糠诱导,调控黄瓜根系分泌物的化学组成,以待测菌株对根系分泌物的趋化性、代谢增殖和生物膜形成等定殖相关因素为定量指标,采用毛细管试验、96孔板培养和生物膜形成测定,实现根际强定殖细菌菌株的高效筛选。结果表明,从黄瓜根际分离的200株细菌对根系分泌物的趋化性、代谢增殖能力和生物膜形成能力存在显著差异。利用该筛选体系,筛选出的贝莱斯芽孢杆菌MTC-5菌株在所有筛选指标中均表现优异。温室试验结果表明,MTC-5菌株与香菇菌糠复配具有更强的根际定殖能力,并在防病和促生上表现出显著的协同增效作用。MTC-5和菌糠的复配菌剂对黄瓜枯萎病的田间防病效果为74.5%,比单独施用菌糠和MTC-5菌株的防效分别超出10.7,24.6百分点。建立了一个基于根系分泌物的高通量生防菌筛选体系,揭示了根系分泌物在细菌招募中的关键作用。基于该体系创制的MTC-5菌株与菌糠的复配菌剂在防治黄瓜枯萎病中展现出显著的协同增效,为生防菌筛选和应用提供了新的思路和技术支持。

肌内脂肪沉积作为影响肉品质(如嫩度、风味和多汁性)的关键因素,其调控机制与长链非编码 RNA(lncRNA)对脂肪生成和脂质代谢的调节密切相关。基于前期研究发现,滩羊肌内脂肪含量显著高于杜泊羊和小尾寒羊,以这3个绵羊品种的背最长肌为研究对象,通过转录组测序筛选差异表达 mRNAs(DE mRNAs)和 lncRNAs(DE lncRNAs)及其相关通路,旨在揭示滩羊高肌内脂肪沉积的分子机制。结果表明:在小尾寒羊和滩羊组筛选出836个DE mRNAs,832个DE lncRNAs,杜泊羊和滩羊组筛选出578个DE mRNAs,700个DE lncRNAs。两组分别取交集共得到226 DE mRNAs,308个DE lncRNAs,通过对308个DE lncRNAs进行靶基因预测,共预测到1 475个靶基因,其中预测到co_expression(共表达)靶基因687个,co_localization(共定位)靶基因有788个;通过对DE mRNAs进行GO和KEGG富集发现,其中与脂肪沉积相关的通路有肌动蛋白细胞骨架调节、催乳素信号通路等,其中FGF14、FGF9等基因被报道参与动物的脂肪代谢过程。通过对预测到的共表达靶基因和共定位靶基因进行GO和KEGG富集分析,发现它们富集到与脂肪代谢的相关通路,如cAMP信号通路、催乳素信号通路、胰岛素信号通路等;通过对通路和功能分析进一步筛选出和脂肪代谢相关的CREBBP、ATP1B3、PPP1R3C、PIK3R1等基因,这些基因在绵羊肌内脂肪沉积方面可能发挥重要调控作用。随机选择的6个DE mRNAs和6个DE lncRNAs的qRT-PCR结果与转录组测序结果趋势一致。

为研究糖原分支酶1(GBE1)基因多态性对坝上长尾鸡肉质风味及质量的影响,采用聚合酶链式反应(PCR)扩增目标片段并结合直接测序法分析GBE1基因的单核苷酸多态性(SNP),再与肉质性状进行相关性分析。结果表明:选取60只坝上长尾鸡作为研究对象,GBE1基因存在4个SNP位点(g.96619229T>C、g.96619243T>G、g.96619350C>T和g.96619544C>T),各位点均存在3种基因型,优势基因型分别为TT、TT、CC和CT。卡方检验表明,4个SNP位点均处于Hardy-Weinberg 平衡状态,多态信息含量(PIC)为0.262,0.262,0.332,0.373,显示出中等水平的多态性(0.25<PIC<0.50)。关联分析显示,在g.96619229T>C位点,携带TC基因型个体的腿肌肉中豆蔻酸含量显著超过TT基因型。同时,CC基因型的腿肌肉L^*平均值也明显高于其他2种基因型。g.96619243T>G位点,TG基因型的豆蔻酸含量高于TT型,而GG基因型腿肌L^*平均值显著高于TT和TG型。g.96619350C>T位点中,CT型豆蔻酸含量和腹脂率优于CC型,但腿肌L^*平均值低于TT型。g.96619544C>T位点的CT基因型脂肪酸含量多项指标显著高于CC型,且CT基因型个体在屠体质量、全净膛质量、腹脂质量和腿肌质量方面表现优于其他基因型,而TT基因型腿肌宰后24 h pH值显著高于CC基因型。连锁不平衡分析表明,前3个SNP位点间存在强连锁关系,识别出6种主要单倍型,优势单倍型为TTC(0.708)。综上,GBE1基因SNP位点与坝上长尾鸡肉质性状显著相关,且3个内含子位点间存在强连锁关系,其单倍型TTC为优质肉质的坝上长尾鸡育种研究提供了参考依据。

为解析花生荚果响应水分胁迫的分子机制,利用盆栽试验并结合转录组学分析,以正常供水处理为对照,系统探究了花针期阶段性干旱和渍涝胁迫对花生产量、品质及基因表达的影响。结果表明,干旱和渍涝胁迫均显著降低花生荚果产量(降幅分别为26.43%和77.69%)及籽仁粗脂肪含量(降幅分别为9.46, 6.71百分点)。转录组分析进一步表明,干旱胁迫组与对照组、渍涝胁迫组与对照组分别鉴定出1 525,1 382个差异表达基因,且两类差异表达基因均以表达下调为主,其中,干旱胁迫抑制了花生荚果中与脂质和脂肪酸代谢相关的6个关键代谢过程,其中88.38%的基因表达呈下调趋势,揭示了脂质代谢紊乱可能是干旱导致花生产量和品质下降的主要原因。渍涝胁迫则主要通过下调催化活性、跨膜运输、氧化还原及次生代谢物的生物合成等相关基因的表达,干扰荚果的代谢与防御功能。此外,KEGG富集分析结果显示,代谢途径和次生代谢物生物合成通路在2种水分胁迫下均受到显著影响。关键基因qRT-PCR验证结果与RNA-seq数据一致,证实了转录组结果的可靠性。综上,从转录组层面阐明了花生荚果响应水分胁迫的分子基础,明确脂质代谢紊乱是干旱胁迫导致花生产量下降、品质变劣的主要原因,而花生主要通过调控荚果中氧化还原及代谢相关通路基因的表达,以应对渍涝胁迫带来的不利影响。

为解析小麦低温胁迫应答机制并挖掘优异抗寒基因资源,通过转录组测序揭示小麦低温响应的关键调控网络,并对候选基因TaGGCT18-6A进行功能验证。结果表明,4 ℃冷处理诱导小麦幼苗分别产生10 893个(6 h处理)和18 784个(24 h处理)差异表达基因,KEGG富集分析显示,差异基因显著富集于MAPK信号转导及谷胱甘肽代谢等通路。基于谷胱甘肽代谢途径关键基因筛选,克隆获得γ-谷氨酰环转移酶基因TaGGCT18-6A。该基因全长1 772 bp,编码218个氨基酸,其编码蛋白具有典型的GGCT-like超家族结构域及核心结构域ChaC。启动子顺式作用元件分析表明,该基因含低温响应元件(LTR)及脱水响应元件(DRE)等胁迫相关元件;表达模式分析发现,TaGGCT18-6A在4 ℃冷处理下呈持续上调趋势。转基因水稻功能验证表明,过表达株系在-4 ℃低温冻害胁迫下相较野生型对照,OE#1、OE#2和OE#3存活率与生物量显著提高,OE#1和OE#2的株高显著提高,OE#1、OE#2和OE#3相对电导率显著降低。经4 ℃冷处理后,过表达株系渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖)积累量较对照显著增加,丙二醛含量降低;SOD、POD和CAT活性显著上升。以上研究表明,TaGGCT18-6A通过调控谷胱甘肽代谢增强抗氧化能力,进而提高植物低温耐受性,为小麦抗寒分子育种提供理论依据和优异基因资源。

为研究不同施氮量对水稻产量、吸氮量、土壤肥力情况的影响,以水稻品种富源4号为试材,在2021—2023年研究不同施氮水平对引黄灌区水稻产量和氮肥利用效率及土壤耕层肥力的影响。施氮360 kg/hm²处理较其他处理产量有显著增加,平均产量9.4 t/hm²,较不施氮处理增加182.94%,较施氮210,240 kg/hm²产量增加40.72%,26.34%。从产量构成因子来看,产量增加主要是穗粒数及有效穗数增加,过量施氮会造成千粒质量降低。对3 a结果进行平均,氮肥利用率以施氮240 kg/hm²处理最高达26.93%,氮肥偏生产力随着施氮量增加而降低。各处理有机质以施氮210 kg/hm²处理平均值最高为18.60 g/kg。各施氮处理较不施氮处理土壤全氮含量增加7.61%~15.67%,随着试验年份增加,施氮360 kg/hm²处理土壤全氮含量降低。施氮360 kg/hm²处理土壤全磷含量逐渐降低,其他施氮处理维持在0.85 g/kg左右。施氮处理随着施氮量增加,全钾含量逐渐降低,施氮360 kg/hm²处理较施氮120,210,240 kg/hm²处理分别降低23.74%,22.16%,8.85%。 土壤速效磷随试验年限呈上升趋势,各处理间随时间变化幅度增加,随着施氮量增加呈先升高后降低趋势,施氮240 kg/hm²处理在2023年较其他处理土壤速效磷显著增加。各处理土壤速效钾随试验年限变化不明显。综合考虑作物产量、氮肥利用率和土壤肥力,施氮240 kg/hm²可平衡环境和生产要求。

为探明有机肥部分替代化肥对青东黄土高原土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响,利用2022年建立的有机肥部分替代化肥马铃薯(青薯9号)连作田间定位试验,研究了有机肥部分替代化肥对青东黄土高原马铃薯农田土壤生态化学计量特征的影响,试验共设置不施肥(CK)、100%化肥(T1)、30%有机肥+70%化肥(T2)、50%有机肥+50%化肥(T3)、70%有机肥+30%化肥(T4)5个处理,测定土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量及土壤-微生物量生态化学计量学特征。结果表明,相比2022年,2023年各施肥处理的土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量均表现为增加趋势,而不施肥处理则呈降低趋势。不同土层间,各指标含量均随土层深度增加而逐渐降低。不同处理间,按各指标含量高低排序均为T3>T4>T2>T1>CK。在0~30 cm土层,T3处理下土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量比CK平均分别提高6.88%,17.65%,17.88%,84.71%,77.01%,65.67%,80.07%,54.91%。而各土层的土壤C∶N和C∶P均为CK处理最高。在4种施肥处理中,土壤C∶N、微生物量C∶N和C∶P均表现为T3处理最低;除2023年0~10 cm土层外,各土层土壤C∶P也表现为T3最低,而T1处理微生物量N∶P在所有施肥处理中最低。随土层加深土壤C∶N和C∶P呈升高趋势。相关性分析表明,有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷相互之间均呈极显著正相关关系。综上,有机肥替代化肥不仅能够提高土壤养分和土壤微生物量含量,还能使土壤生态化学计量学特征产生改变,且以50%有机肥+50%化肥配施处理效果最好。

探究马铃薯基因StEXLB1a的表达模式和功能,为后续马铃薯病害的抗性研究提供理论依据。在东北农业大学植物资源与分子生物学实验室前期研究基础上,以马铃薯大西洋品种为材料,克隆了StEXLB1a基因并对其进行了生物信息学、表达模式和抗病功能初步分析。结果表明:StEXLB1a基因cDNA全长序列768 bp,编码255个氨基酸,注释显示其属于扩展蛋白家族基因。亚细胞定位显示,该蛋白定位于细胞壁上。在马铃薯不同组织中,StEXLB1a基因在叶中表达量最高,根和地上茎其次,在花和块茎中最低。在激素(吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸)、逆境(高温、低温、盐、干旱)和真菌病害干腐病(燕麦镰孢菌)、细菌病害软腐病(胡萝卜软腐欧文氏菌)及青枯病(茄科雷尔氏菌)等多种胁迫处理下,StEXLB1a基因的表达量在各个处理中均有显著变化。获得过表达转基因马铃薯植株后,接种干腐病致病菌燕麦镰孢菌,转基因比野生型植株叶片受到病菌的侵染严重。过表达植株中的活性氧清除系统相关酶活性发生显著变化,POD、SOD活性受到抑制,MDA含量高于野生型植株,植株受损程度加重。分析结果表明,过表达StEXLB1a的转基因马铃薯植株相较野生型对干腐病的抗病性下降。

过氧化氢酶(CAT)在植物抵抗外界生物胁迫中发挥着重要作用。为了探究StCAT1与StCAT3基因在马铃薯抗早疫病菌侵染过程中的作用,通过RT-PCR方法克隆得到了StCAT1与StCAT3的cDNA,测序结果表明,这2个基因的全长均为1 479 bp,均编码493个氨基酸。通过构建系统发育树发现,StCAT1与番茄的SlCAT1有高度同源性,StCAT3与番茄SlCAT3还有彭氏番茄的SpCAT3有高度同源性。茄链格孢侵染马铃薯6 d后,StCAT1显著上调约3.9倍,StCAT3显著上调约8.7倍。进一步构建了StCAT1与StCAT3共沉默载体,利用VIGS技术对StCAT1与StCAT3进行瞬时共沉默,利用qRT-PCR筛选获得了StCAT1与StCAT3有效共沉默马铃薯株系VIGS-3。对马铃薯沉默株系接种早疫病菌,沉默株系的叶片病斑面积显著大于对照组,其与对照组相比增大42%,表明StCAT1与StCAT3共沉默后可降低马铃薯植株的早疫病抗性。同时,利用DAB染色法测定了共沉默株系叶片的H₂O₂水平,发现沉默株系的H₂O₂含量显著高于对照组,共沉默株系叶片的DAB染色强度是对照组的3.8倍。上述结果表明,StCAT1与StCAT3可通过调节H₂O₂水平介导马铃薯对早疫病的抗性,为揭示StCAT1与StCAT3在马铃薯抗早疫病中的分子调控机制奠定理论基础。

为探讨STAT3基因单核苷酸多态性与绵羊泌乳性状的关联性,选择414只泌乳期奶绵羊为试验对象,用RT-qPCR技术检测STAT3基因在乳腺等7个组织中的表达,用Sanger测序技术检测STAT3基因单核苷酸多态性,用五引物扩增受阻突变体系(PARMS)技术对其进行分型,并分析该基因核苷酸序列变异对绵羊泌乳性状的影响。RT-qPCR结果发现,STAT3基因在肺脏中表达量最高,肝脏和乳腺组织次之,脾脏中最低。在绵羊STAT3基因中共鉴定到c.22+537 C/T、c.22+658 C/T、c.318+126 C/G、c.417+360 G/A和c.417+395 T/C 5个新的SNPs,每个SNPs位点均检测到3种基因型。相关性分析发现,c.318+126 C/G位点处的CC型个体的乳脂率高于GG型个体,c.22+537 C/T位点处的CC型、c.22+658 C/T位点处的CC型、c.417+360 G/A位点处的GG型以及c.417+395 T/C位点处的TT型个体均具有较高的乳脂率和干物质含量。单倍型组合H1H7对乳脂率、干物质含量以及灰分含量有显著正效应,H1H2个体的日均泌乳量比H1H7提高了0.266 kg。综上,筛选到5个STAT3基因的核苷酸变异位点,可为奶绵羊泌乳性状的分子选种提供理论依据。

为了明晰甘蓝型油菜油脂积累的调控网络,选育高含油量油菜品种。以4个油菜自交系材料开花后25,35,45 d的种子转录组数据为样本,基于转录组和关联分析结合挖掘影响含油量的候选基因。转录组分析检测到1 530个基因在3个不同时期都存在差异表达,其中包括986个上调表达基因和544个下调表达基因。对这些差异表达基因进行GO富集分析,检测到83个油脂合成基因,79个油脂降解基因,21个油脂转运基因和80个转录因子。对差异表达转录因子进一步分析,检测到BnTT8、BnGL2、BnNAC082等基因。结合50份重测序甘蓝型油菜在2 a 3个不同区域的含油量表型,利用全基因组关联分析(GWAS)检测到BnNAC082-A03基因外显子区域的4个SNP与含油量显著关联,并检测到该基因区域存在2个单体型等位基因且BnNAC082-A03_Hap1对应材料的含油量显著高于BnNAC082-A03_Hap2对应材料。利用分析获得的转录组数据构建共表达网络,在子网络中检测到BnNAC082-A03与BnTT8-A09和BnGL2-C06直接相连,形成了影响种子油脂积累的潜在分子调控网络。

为解决西辽河平原盐碱地耕层较浅、犁底层上移、土壤盐碱化等问题,于2020—2021年在内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗花吐古拉镇开展田间试验。设置2种耕作方式(传统旋耕与粉垄耕作)、2个灌溉定额(2 100,2 700 m³/hm²)以及覆膜与浅埋措施,共6组试验处理,分别为2 100 m³/hm²灌溉定额+传统旋耕+浅埋(CK×NM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+传统旋耕+覆膜(CK×DM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+浅埋(FA×NM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+覆膜(FA×DM)、2 700 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+浅埋(FB×NM)、2 700 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+覆膜(FB×DM)。分析不同灌溉定额下粉垄耕作与覆膜处理对0~40 cm土层土壤性质结构、盐碱含量和玉米产量的影响。结果表明,相较于CK×NM处理,在0~40 cm土层,粉垄耕作+覆膜处理的土壤容重降低8.4%~22.9%、土壤总孔隙度提高4.9~14.8百分点、土壤三相比R值降低34.6%~88.2%,其中,FB×DM处理的土壤容重、总孔隙度、三相比R值分别显著降低20.0%,-13.1百分点和88.2%;20~40 cm土层播种后土壤含水量提高5.5~12.1百分点,7.5~17.5 cm土层的土壤硬度提高33.4%~397.5%,其中,FB×DM处理的土壤含水量、硬度分别显著提高12.1百分点,214.3%;FB×DM处理CO₂通量显著提高496.4%。相较于CK×NM处理,粉垄耕作+覆膜处理降低0~40 cm土层土壤pH值、总碱度、电导率和全盐量,降低幅度分别为0.7%~10.9%,2.5%~67.5%,24.3%~68.7%和10.3%~81.0%。其中,FB×DM处理的土壤pH值、总碱度、电导率和全盐量分别显著降低10.9%,48.2%,59.2%和80.0%。玉米出苗率、穗鲜质量和产量较CK×NM处理分别提高13.2~20.1百分点,52.5%~68.2%和22.4%~45.5%,其中,FB×DM处理的出苗率、穗鲜质量和产量分别显著提高20.1百分点,68.2%和45.5%。综合改良效果和玉米产量考虑,认为2 700 m³/hm²灌溉定额下粉垄耕作+覆膜处理(FB×DM)为西辽河平原盐碱地较为适宜的耕作模式。

为探究播期推迟对小麦生长发育、籽粒产量和品质性状的影响,采用豫农907(YN907)和豫农922(YN922)2个高产优质小麦新品种,设置10月22日(S1,常规播期)、10月31日(S2,迟播9 d)和11月9日(S3,迟播18 d)3个播期,研究迟播对小麦物候期、籽粒产量和面粉品质性状的影响,分析迟播条件下温度特征与小麦产量及品质性状的关系。结果表明,与常规播期相比,YN907和YN922两年度全生育期随播期推迟而缩短,冬前积温、抽穗前日均温及有效积温随播期推迟递减,而抽穗后日均温及有效积温递增,全生育期有效积温呈下降趋势。YN907和YN922在S3处理下两年度全生育期有效积温较S1处理分别降低243.95,222.10 ℃·d(2022—2023),136.30,189.40 ℃·d(2023—2024);产量及构成要素随迟播呈下降趋势,产量降幅达6.45%~17.26%;与常规播期相比,迟播条件下湿面筋含量、蛋白质含量有所提升。气候变暖和农业经营规模化背景下小麦生产中可以利用调整播期以适应温度变化和生产经营模式变革,小麦新品种豫农907和豫农922在10月22日播种产量水平最高,播期推迟至10月31日能维持较高产量水平同时提高籽粒蛋白质含量,播期继续推迟,籽粒蛋白质含量显著提高但会造成产量显著降低。

IQM基因家族是Ca²⁺不依赖型钙调素结合蛋白中的重要成员,在植物生长发育以及多种胁迫反应中发挥着重要作用。为了研究玉米IQM基因家族的特征及潜在功能,采用生物信息学的方法在玉米全基因组中鉴定IQM基因,并对其蛋白性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置、基因复制、顺式作用元件、组织特异性表达和多种胁迫下表达模式进行研究。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出11个ZmIQMs基因,根据其在染色体上的位置,将其命名为ZmIQM1~ZmIQM11。ZmIQMs基因分为3个亚家族,亚家族内部基因结构具有相似性,片段复制在玉米IQM基因家族扩增和进化中发挥主要作用。顺式作用元件分析发现,ZmIQMs基因启动子区含有多个与激素和胁迫响应相关的元件。对ZmIQMs基因的表达模式进行研究,发现ZmIQMs基因在不同组织中的表达模式不同,在不同非生物和生物胁迫下,多个ZmIQMs基因表达量发生变化。qRT-PCR结果显示,在干旱胁迫下,ZmIQM3、ZmIQM4和ZmIQM10上调表达;ZmIQM3、ZmIQM4、ZmIQM5、ZmIQM10和ZmIQM11响应小斑病病原菌的侵染。以上结果表明,ZmIQMs基因在胁迫响应中发挥着重要作用。

研究不同减氮增效措施对麦玉轮作体系潮土氨挥发和作物产量的影响,为合理施肥及农业环境保护提供指导。长期减氮增效试验于2016年开始在河南许昌潮土区定位试验站开展,设置不施氮肥对照(CK),常规施氮肥(100N),减氮20%(80N),以及减氮20%配合秸秆还田(80NS)、硝化抑制剂(80NI)、生物炭(80NB)共6个处理,2021-2022年间测定土壤理化性质、氨挥发特征和麦玉产量。结果表明,小麦季,80NS、80NI和80NB处理pH值较100N处理显著提高;80NS和80NB处理的有机质含量较80N处理显著提高,土壤容重较CK处理显著降低。小麦基肥期,80NS、80NI和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低28.71%,35.61%和22.99%;小麦追肥期,80NS和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低14.94%,17.58%,80NS和80NI处理的氨挥发累积量较80N显著提高22.27%,27.69%。整个小麦生育期,不同施氮处理氨挥发累积量占施氮量的1.31%~2.47%,其中100N>80NB>80NS>80NI>80N。玉米季,与100N处理的氨挥发累积量相比,80N和80NS处理分别显著降低37.14%,29.63%,80NI处理显著增加60.83%;与80N处理相比,80NI和80NB处理的氨挥发累积量显著增加155.79%,44.05%。玉米生育期氨挥发累积量占施氮量的5.81%~14.86%,其中80NI>100N>80NB>80NS>80N。小麦产量结果表明,与100N处理相比,80N处理显著减产16.67%,而80NS、80NI和80NB处理产量无显著降低。玉米产量数据表明,100N处理与4个减氮处理间均无显著差异。综上,在试验潮土减氮20%的基础上增施硝化抑制剂、秸秆和生物炭,均可有效提高土壤肥力、稳定小麦产量,但硝化抑制剂和生物炭显著提高玉米季氨挥发累积量,生产中需要特别注意。

为探明施氮量对花后弱光胁迫下软质小麦氮素吸收与转运特性、氮肥利用效率及产量品质形成的影响机制,在盆栽条件下,以软质小麦品种荃麦725(QM725)为材料,采用¹⁵N示踪法,试验共设置2个氮素水平,即N1(N 120 kg/hm²)、N2(N 180 kg/hm²),每个施氮水平下于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置2个遮光处理,即CK(不遮光),SH(遮光30%)。分析施氮量与花后弱光条件下软质小麦籽粒产量和品质之间的形成关系,研究不同氮肥用量对花后弱光条件下软质小麦氮素积累、转运及籽粒产量与品质的影响。结果表明,与对照相比,N1和N2条件下,花后弱光处理显著降低了开花期植株以及成熟期营养器官氮素积累量,且来源于肥料氮的比例显著高于土壤氮,而成熟期籽粒氮素积累量来源于土壤氮的比例显著高于肥料氮,其肥料氮在相同施氮量条件下,基施氮肥比例大于追施氮肥。在相同弱光处理条件下,N2较N1相比,提高了开花期肥料氮积累量、成熟期总氮与肥料氮积累量和成熟期籽粒总氮、肥料氮与土壤氮积累量。在N1和N2处理水平条件下,随着花后光照强度的降低,小麦氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率、穗粒数、千粒质量和籽粒产量均显著下降。软质小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其积累量随着氮肥用量的增加显著提高。但在相同施氮量条件下,弱光胁迫降低了籽粒淀粉含量、蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫显著影响了软质小麦植株氮素积累,降低了小麦花后营养器官贮藏物质向籽粒的转运效率,导致营养器官对籽粒的贡献率降低,从而不利于植株整体的氮素转运效率。随着施氮量的提高,小麦的氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率及氮素利用效率均显著提升。在相同施氮量N1和N2处理条件下,花后弱光胁迫显著降低了软质小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量,进而影响了粒质量的形成,从而导致产量降低。

小麦赤霉病是严重威胁小麦安全生产的真菌性病害,利用分子标记辅助选择聚合抗病基因已成为当前抗赤霉病育种的快速有效策略。为建立小麦抗赤霉病基因的高通量筛选体系、创制抗赤霉病新种质并提升四川小麦赤霉病抗性,利用100K SNP芯片对14个四川小麦品种(系)和3个抗赤霉病种质进行全基因组基因型分析。基于已报道的主效抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5的遗传连锁区间,筛选获得与目标基因连锁(Fhb2、Fhb4)或共分离(Fhb5)的SNP位点,并据此开发特异性KASP标记。结果显示,基于100K SNP芯片,17份小麦品种(系)按遗传相似性可以划分为两大类:含有北方小麦遗传背景的抗病种质NMAS070和NMAS069独立成簇,与四川小麦品种(系)间亲缘关系较远;其余15份品种(系)聚为一类并进一步分为2个亚类。功能基因检测揭示抗病亲本携带赤霉病抗性位点,而农艺亲本则富集产量与品质相关优异等位变异。通过SNP位点筛选,在Fhb2、Fhb4连锁区间及Fhb5共分离区间内共鉴定出8个关键SNP位点,据此成功开发4对Fhb2、2对Fhb4和2对Fhb5的特异性KASP标记。验证试验表明,所有KASP标记均能实现精准分型,并已有效应用于赤霉病抗病分子育种实践。开发的小麦抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5高效KASP标记体系为小麦赤霉病抗性改良提供了重要技术支撑,对提升西南麦区小麦品种赤霉病抗性具有重要应用价值。

泛素化途径是植物响应干旱胁迫的关键信号途径之一。为明确E3泛素连接酶TaSINA101基因响应干旱胁迫的生物学功能,以小麦抗旱优异品种晋麦47为材料,克隆TaSINA61、TaSINA101和TaSINA105基因,利用生物信息学手段分析其序列特征,通过qRT-PCR检测3个基因在PEG-6000、NaCl、低温和ABA处理下小麦根和叶中表达量的变化。通过转基因水稻异源表达TaSINA101,分析TaSINA101响应干旱胁迫过程中的生物学功能。结果表明,TaSINA61、TaSINA101、TaSINA105基因均包含1个内含子和2个外显子,编码的蛋白质均由282个氨基酸组成,启动子区主要包含生长发育调控元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。qRT-PCR表达分析显示,这3个基因在根和叶中均受干旱胁迫等各种非生物胁迫诱导表达。干旱胁迫处理TaSINA101转基因水稻的表型分析发现,转基因水稻株系OE-1、OE-2和OE-3叶片的鲜质量及干质量、最大根长、根系平均直径和叶片相对含水量各项指标均显著低于野生型,而转基因水稻株系OE-1、OE-2叶片相对电导率则显著高于野生型。因此,TaSINA101负调控水稻的干旱胁迫耐受性,为深入解析小麦TaSINA101基因的生物学功能提供了依据。

肌肉生成依赖于各种细胞内外的信号和因子的相互调控,通过组织和细胞水平探究肌细胞增强因子2A(MEF2A)表达量与其启动子甲基化的调控关系,为关岭牛的遗传发育提供理论参考。以关岭牛为试验对象,首先对关岭牛组织MEF2A表达量与其启动子甲基化水平联合分析。其次,将MEF2A基因的干扰和超表达载体转染至关岭牛原代成肌细胞内,分析MEF2A表达量变化对其启动子甲基化水平的影响。 结果表明,关岭牛犊牛各组织MEF2A表达量高于成年牛,而犊牛组织MEF2A甲基化率低于成年牛,DNMT1表达量趋势与之一致。此外,MEF2A表达量升高导致其甲基化率降低,降低MEF2A表达量则导致其甲基化率升高。从组织和细胞两方面证实关岭牛MEF2A基因表达水平与其甲基化率呈负相关,为遗传标记辅助牛的遗传改良提供了理论依据。

为分析禽腺病毒血清4型(FAdV-4)感染鸡肝癌细胞(LMH)后环状RNA(circRNA)的表达谱变化,进一步研究circRNA在FAdV-4感染过程中的调控作用,以FAdV-4感染的LMH和未感染细胞为对象进行转录组测序,对差异表达circRNA进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,通过实时荧光定量 PCR(qRT-PCR)对随机挑选的5个circRNA进行验证。结果表明,感染组和未感染组的circRNA分布于绝大多数染色体上,且长度主要集中在300~1 000 bp。差异表达分析筛选出72个circRNA,32个circRNA表达水平显著上调,40个circRNA表达水平下调。GO功能分析,差异circRNA来源基因主要富集在细胞过程、代谢过程、催化活性和核酸结合转录因子活性等进程。KEGG通路分析显示,差异表达circRNA主要富集在Notch信号通路、RNA降解和MAPK信号通路。qRT-PCR结果表明,被验证的5个circRNA表达水平与测序结果趋势一致,进一步验证了测序结果的可靠性。本研究对FAdV-4感染LMH细胞的circRNA表达谱进行分析,并筛选出差异表达的circRNA,为探究circRNA在FAdV-4感染过程中的功能及宿主与FAdV-4互作机制提供数据支持。

为改善新疆吐鲁番极端高温天气下甜瓜生长、产量和品质,探究喷施调环酸钙(PCa)对高温胁迫下甜瓜生理生长的影响,以蒸馏水(CK)和浓度为20( PCa1),50( PCa2),100( PCa3),150 mg/L( PCa4)的PCa喷施甜瓜叶片,通过对甜瓜光合作用、活性氧含量、抗氧化酶、抗氧化物质、蔓长、茎粗、产量和品质等指标的综合分析,寻找适合该地区高温胁迫下甜瓜叶面喷施PCa的最佳浓度。结果表明,随着PCa浓度增大,甜瓜各时期叶绿素a、叶绿素b、$\mathrm{O}_{2}^{-}$、H₂O₂和茎粗逐渐升高,较CK增幅分别为9.25%~36.29%,4.25%~49.92%,21.45%~334.55%,5.36%~109.41%,2.33%~20.69%;而MDA逐渐降低,较CK降幅为7.37%~48.83%,喷施PCa提高高温胁迫下甜瓜光合作用和活性氧,降低高温对甜瓜生物膜的损害。PCa1、PCa2、PCa3处理较CK提高高温胁迫下甜瓜可溶性蛋白、可溶性糖、PRO、SOD、POD、AsA、GSH、产量、果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,且3个处理各指标综合比较以PCa2处理较好,喷施适宜浓度的PCa显著提高高温胁迫下甜瓜渗透调节物质、抗氧化酶、抗氧化物质及产量品质,提高了甜瓜耐热能力并实现甜瓜增产提质;PCa4处理虽提高甜瓜产量,但却降低了果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,高浓度PCa延迟了甜瓜生长,影响收获时甜瓜品质。因此,生产中PCa2处理是实现高温胁迫下甜瓜耐热增产提质的最佳处理,建议该地区喷施PCa的最适浓度为50 mg/L。

探究翻耕深度和有机肥用量对潮土麦田光合特性、产量形成的影响,为潮土或相近土壤类型下小麦高产稳产提供理论依据和技术支撑。于2022-2024年小麦季,在山东省德州市齐河县的典型潮土区麦田开展双因素裂区试验,主区为2种翻耕深度,包括15~20 cm(D1)与30~35 cm(D2);副区为3种有机肥施用量,分别为800(L),1 200(M),1 600 kg/hm²(H)。分析了不同翻耕深度与有机肥施用量下潮土麦田光合特性、地上部干物质积累特性、产量构成。D2M和D2H较其他处理均利于提高小麦产量及构成要素,穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量的2 a均值分别显著提高了5.5%~8.5%,3.5%~12.1%,6.7%~13.2%和6.6%~12.8%。D2M和D2H处理还通过提升各生育时期的地上部干物质积累速率,不同程度地提升了拔节、开花与成熟期小麦地上部干物质积累量,较其他处理2 a均值分别提高了9.0%~22.1%,8.9%~25.8%和10.7%~24.3%。与D1翻耕深度相比,D2处理进一步提升了有机肥对各生育时期叶片SPAD的促进作用,且D2M和D2H处理在灌浆中期至后期时仍能保持较高的叶绿素含量;在M和H有机肥用量下,D2翻耕深度各生育时期叶片Pn均显著高于D1,在拔节、孕穗、开花、灌浆中期和灌浆后期,2 a均值分别显著提高12.0%~16.7%,13.7%~16.8%,13.8%~19.7%,20.2%~25.8%,24.6%~44.8%;相同有机肥用量条件下,叶片LAI 在2种耕作深度间的差异随着生育进程的推进逐渐增加,在开花和灌浆中期均以D2M和D2H表现最佳,2 a均值分别提高13.2%~27.2%,13.4%~29.4%。D2M和D2H处理均能改善植株光合特性和地上部干物质积累能力,进而优化产量构成要素实现小麦产量的大幅提升,但因D2M和D2H处理在各指标间差异均不显著,因此,基于资源节约的前提,认为翻耕深度30~35 cm和有机肥用量1 200 kg/hm²组合即可实现潮土麦田籽粒高产。

为探讨不同生化黄腐酸(BFA)用量对苏打盐碱土改良效果及玉米生长的影响机制,采用盆栽试验,以内蒙古自治区典型苏打盐碱土为供试土壤,玉米东单181为供试品种,设置4个BFA用量梯度(0 g/kg,CK;2 g/kg,FA2;4 g/kg,FA4;8 g/kg,FA8),研究不同BFA用量对土壤养分、微生物多样性、玉米耐盐性及生物量等指标的影响。结果表明,相较于CK处理,土壤pH值随BFA用量的增加而降低,土壤有效磷含量在施用BFA后出现显著提高,但FA2、FA4、FA8 这3种处理之间在播种后30,62,80 d差异不显著。 土壤含盐量随着BFA用量增加而提高,增幅为23.30%~89.32%。土壤交换性钾含量随BFA用量增加而提高,而交换性钙含量逐步下降。土壤中<0.053 mm的粉黏粒组分在FA2、FA4、FA8处理下,分别较CK处理降低了6.49,9.92,13.97百分点,0.053~0.250 mm团聚体比例分别增加了5.90,8.99,13.75百分点,0.250~2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.55,0.87,0.21百分点,>2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.04,0.06,0.01百分点。 土壤微生物多样性在施用BFA后较CK处理明显提高,但FA8处理低于FA4处理。玉米地上、地下部钠钾比在FA2、FA4处理下均小于CK,而FA8处理提高了玉米地上部钠钾比。FA2、FA4处理玉米在生长中后期生物量有显著增加,而FA8处理下生物量显著下降。综合来看,施用2 g/kg或4 g/kg生化黄腐酸对降低苏打盐碱土碱性,提高土壤有效磷含量,改善土壤结构,提高土壤微生物多样性和提高玉米耐盐性与生物量具有积极作用,超出此用量范围会显著提高土壤含盐量,抑制玉米生长。

探究棉花GhERF14基因与尖孢镰刀菌致病力的关系,解析尖孢镰刀菌致病分子机制,初步探究棉花GhERF14基因对枯萎病的响应及对相关抗病基因的调控作用,为培育抗枯萎病的棉花新品种提供一定的理论依据。利用基因克隆、病毒诱导基因沉默(VIGS)构建了GhERF14 基因非保守结构域干扰载体pTRV2-GhERF14,通过实时荧光定量(qRT-PCR)技术和VIGS技术,研究枯萎病菌胁迫和激素处理后,GhERF14和下游与木质素(Lignin)、乙烯(ET)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)相关基因,抗氧化酶基因及病程相关蛋白(PR)基因的表达特征,分析其在棉花抗病过程中的作用,表明抑制GhERF14基因的表达可显著降低茉莉酸、水杨酸以及乙烯合成及信号通路相关基因的表达。利用VIGS 技术将 GhERF14 基因沉默后,棉株对枯萎病菌更敏感,表明GhERF14在尖孢镰刀菌致病及宿主-病原体互作过程中可能发挥着重要的作用。

病毒诱导的基因沉默(VIGS)是一种转录后基因沉默技术,广泛应用于植物基因功能研究。然而,到目前为止,国内关于建立甘蓝VIGS基因沉默体系的报道较少。旨在甘蓝上建立以八氢番茄红素脱氢酶基因(Phytoene desaturase,PDS)作为有效视觉指示基因、病毒载体PCVA/PCVB介导的基因沉默体系。以甘蓝、大白菜和萝卜为植物材料,通过构建PCVA-PDS载体,对甘蓝PDS进行沉默。通过构建PCVA/PCVB-PDS-GFP转化农杆菌,并采用注射法侵染甘蓝和烟草叶片下表皮细胞、真空负压侵染甘蓝幼苗,结合实时荧光定量PCR技术,研究病毒介导的基因沉默体系在甘蓝中的适用性,并将该体系应用于另外2个具有代表性的十字花科作物—大白菜和萝卜。结果表明,载体PCVA/PCVB-PDS-GFP转化的农杆菌侵染甘蓝及烟草叶片细胞后,细胞膜可以观察到荧光出现;通过真空负压侵染甘蓝幼苗14 d后,新生叶片出现光漂白现象,并呈现范围逐渐扩大的趋势;实时荧光定量PCR分析显示,PDS同源基因在试验组中的相对表达量较对照组分别下降3.2,1.7倍;侵染大白菜和萝卜幼苗后,观察到大白菜和萝卜的叶脉及部分叶片出现白化现象,同时伴随一定程度的叶面卷曲。综上所述,通过对PDS基因沉默后甘蓝叶片出现光漂白现象,证明病毒介导的基因沉默体系在甘蓝植株中实现了有效的复制和传播,大白菜萝卜叶片出现白化也表明,VIGS系统同样可以应用于其他十字花科作物,进一步扩展了该沉默系统的应用范围。甘蓝VIGS沉默体系的建立,为十字花科作物相关基因功能研究提供了理论基础。

脂肪储存诱导跨膜蛋白2 (FITM2) 在调节脂质储存和骨骼肌能量代谢中发挥着重要作用。为了扫描绵羊FITM2基因多态性,探究其与湖羊生长性状的关系,选取1 128只健康无病、表型记录准确的湖羊为试验群体,以绵羊FITM2基因为研究对象,首先运用qPCR技术对FITM2基因在不同组织中的表达差异进行分析,其次通过PCR扩增、Sanger测序和AQP基因分型技术对绵羊FITM2基因多态性进行检测,并与生长性状进行关联分析。研究结果表明,FITM2基因在湖羊不同组织中均有表达,其中在尾脂中的表达水平最高,且显著高于其他组织。FITM2基因多态性检测结果显示,在FITM2基因第1内含子中存在g.72704027 C>T突变位点。关联分析结果表明,CC基因型个体的100,120日龄体质量、140,160日龄体高、80,120,140,160日龄体长、100日龄胸围均显著高于TT基因型个体。综上,绵羊FITM2基因g.72704027 C>T突变位点可作为与湖羊生长性状相关的候选分子标记,为湖羊的遗传育种工作提供理论基础。

为探究BnMLP2基因在苎麻抗旱过程中的作用,通过分析苎麻转录组数据,以中苎1号为材料得到了编码苎麻金属硫蛋白的BnMLP2基因。从苎麻转录组数据中筛选并克隆BnMLP2基因,进行生物信息学分析,包括序列比对、结构域预测及亚细胞定位预测。利用荧光定量PCR技术,测定BnMLP2基因在苎麻不同组织中的表达情况,并探究其在干旱胁迫下的表达变化。将BnMLP2基因导入拟南芥中,构建转基因植株。在干旱胁迫条件下,比较转基因拟南芥与野生型拟南芥的表型、生理生化指标差异,以及抗逆相关基因的表达情况。结果表明,苎麻BnMLP2基因开放阅读框全长共243 bp,编码80个氨基酸。BnMLP2与苹果MT或MLP的氨基酸序列亲缘关系最近,同属于金属硫蛋白家族成员;带有PFAM01439结构域,属于Ⅱ类金属硫蛋白;预测定位于细胞质。BnMLP2基因在苎麻各组织中均表达,并且BnMLP2的表达受干旱显著诱导,尤其在茎中的表达量最高。在干旱胁迫下,转BnMLP2拟南芥相较于野生型表现出更强的抗旱能力,具体表现为根长和鲜质量显著增加,表现出更强的抗氧化酶和γ-GCL活性,积累了更多的脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、植物螯合态(PCs)来调节细胞内的离子稳态,转基因株系丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)的含量显著低于野生型,约为野生型的55%,80%。此外,转基因拟南芥在干旱条件下钠离子和钾离子的含量最高为野生型的4.4,1.4倍。BnMLP2的过表达能诱导3个抗逆相关基因AtMT1a、AtNCED3、AtWRKY40的表达量提高,最高分别是野生型的1.5,1.9,2.8倍。上述结果表明,BnMLP2基因能够提高拟南芥对干旱胁迫的耐受能力。

通过分析开产与未开产康乐黄鸡肝脏组织转录组表达谱,筛选出开产相关候选基因和关键通路,为研究鸡肝脏基因调控开产性状分子机理提供理论基础,为康乐黄鸡选种选育提供一定参考。选取154日龄已开产(H组)、未开产(L组)各3个个体的肝脏组织,采用TRIzol法提取总RNA,利用Illumina测序平台进行转录组测序,筛选2组个体的差异表达基因;对差异表达基因进行功能富集和蛋白互作分析;随机选取9个候选基因,在9个个体肝脏中,进行qRT-PCR验证。一共检测到21 465个基因在肝脏组织表达,共筛选出227个差异表达基因,其中48个表达上调,179个表达下调。qRT-PCR验证结果表明,9个基因在2组个体肝脏中表达量变化趋势与RNA-Seq结果基本一致,且在H、M(即将开产)和L 3组个体中呈现表达量依次递减或递增的趋势。初步确定了6个开产性状相关候选基因,分别是VTG1、VTG2、VTG3、APOV1、RBP、RNF186。5条关键信号通路分别是脂肪消化吸收、胆固醇代谢、ECM-受体相互作用、雌激素信号通路、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢。综上,初步确定了6个康乐黄鸡开产性状相关候选基因,5条关键信号通路。

为探明不同覆盖措施对西北旱作区冬小麦土壤水热状况及产量的影响,以康庄974冬小麦为供试材料,于2022年9月至2023年7月在通渭县旱作循环农业试验示范基地设置麦秆带状覆盖3行(M3)、4行(M4)、5行(M5)3个不同覆盖度处理和地膜覆盖(PM)处理,以露地(CK)作为对照的试验,结果表明:覆盖较CK显著提高全生育期0~200 cm土壤贮水量,麦秆覆盖平均提高13.22%,提高幅度M3>M4>M5,PM提高19.65%;覆盖增墒效应随生育期推进逐渐增大,成熟期增幅37.53~87.76 mm;随土层加深而减少,0~20 cm增幅5.10~9.48 mm;覆盖显著降低全生育期总耗水量和总耗水强度,覆盖对阶段耗水量和阶段耗水强度的影响以生育后期最明显。麦秆覆盖较CK显著降低全生育期0~25 cm土壤温度1.60~2.70 ℃,M3降幅最大;期间最大降幅出现在灌浆期,为3.67 ℃,土层间最大降幅出现在5 cm,为3.01 ℃;PM较CK显著增加全生育期0~25 cm土壤温度1.50 ℃,以越冬期、5 cm增幅最大,分别为2.20,1.79 ℃。麦秆覆盖在越冬期、拔节期、成熟期7:00增温,其他时间具有增温和降温双重效应;PM除灌浆期、成熟期14:00降温外,其他时间均增温。M5、PM的产量和水分利用效率较CK分别提高8.67%,26.49% 和0.96,2.94 kg/(hm²·mm);覆盖对产量要素的影响以穗数最明显(CV=17.67%)。产量与穗数(r=0.754^**)、WUE(r=0.891^**)、土壤温度(r=0.723^**)呈极显著正相关,与穗粒数呈显著正相关(r=0.522^*)。综上,麦秆覆盖可实现生态和经济效益双赢,M5增产效果更佳。

探明盐碱地全幅匀播对冬小麦冠层光能利用特性、干物质积累与转运的影响,阐明其高产高效的生理机制,为冬小麦全幅匀播在黄河三角洲推广提供理论和实践依据。于2022—2024年冬小麦生长季,采用京优368小麦品种为材料,设置全幅匀播和常规条播2种播种方式,分析不同播种方式下产量、干物质积累量、干物质转运量、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率等指标差异,并对其进行相关性分析。全幅匀播下小麦产量和穗数均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高18.35%和46.97%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高18.71%和47.21%。全幅匀播下小麦茎蘖数高于常规条播,2022—2023年全幅匀播显著提高58.83%,2023—2024年全幅匀播极显著提高57.30%。全幅匀播下小麦开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量和花前营养器官干物质转运量均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高75.78%,41.70%,109.69%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高71.23%,40.81%,98.07%。全幅匀播下小麦开花期叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高58.36%,4.11%,47.17%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高59.78%,4.11%,44.00%。综上所述,盐碱地小麦全幅匀播通过塑造合理群体结构和改善种床环境,以提高冠层光能利用性能和茎蘖生产力,有利于植株光合产物形成和单位面积穗数增加,最终实现小麦高产。因此,全幅匀播是黄河三角洲盐碱地冬小麦稳产、高产的较佳播种方式。

植物钠氢反转运蛋白(NHX,Na⁺/H⁺ antiporter)在植物钠钾离子平衡、细胞pH值调节中起重要的作用。为探究黑麦耐盐性与NHX的关系,通过生物信息学流程对黑麦的NHX基因进行鉴定与分析,结合RT-qPCR技术对ScNHXs在盐胁迫下的表达模式进行检测,为探究NHX基因在黑麦中的潜在功能以及黑麦耐盐基因挖掘等研究提供参考信息。共鉴定获得10个黑麦NHX基因家族成员(ScNHX1~ScNHX10),系统进化树分析表明,其可分为Vac和Endo 2个亚家族,分别包含4,6个基因。其编码蛋白理化性质分析表明,分子质量为27.92~59.72 ku,氨基酸数目为253~546 aa,等电点为5.17~8.81,大多数蛋白属于酸性蛋白,均未预测到信号肽存在但均具有跨膜结构,亚细胞定位预测ScNHXs定位于质膜和液泡中。空间结构预测显示,其二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成。基因结构和motif分析发现,ScNHXs的外显子数为13~24,且均具有保守的Na⁺/H⁺交换结构域。此外,顺式作用元件分析表明,ScNHXs启动子区域中均发现众多与激素响应以及非生物胁迫响应等生物过程相关的元件。黑麦转录组数据分析发现,在黑麦的不同组织中ScNHXs表达模式存在明显差异。RT-qPCR分析表明,ScNHXs对不同浓度NaCl胁迫有不同程度的响应,并且在较长时间内能够持续响应盐胁迫。综上所述,ScNHXs可能参与黑麦对盐胁迫的生物调节相关过程。

RNA聚合酶Ⅱ相关因子Paf1(RNA polymerase Ⅱ associated factor 1)复合物是由6个亚基组成的真核生物重要的转录调控因子,其对特定基因的表达调控作用与植物的生长、发育和环境信号响应等生命活动密切相关。为探究小麦Paf1对逆境胁迫的响应特征,采用同源序列比对方法鉴定小麦的各Paf1亚基基因,通过mCherry融合蛋白的过表达和荧光显微观察鉴定各亚基蛋白的亚细胞定位,使用qRT-PCR方法分析各亚基基因对不同逆境胁迫的表达响应。结果表明,小麦Paf1的亚基TaVIP3、TaVIP4、TaVIP5、TaVIP6和TaPHP均由1套部分同源基因编码,其余1个亚基TaVIP2则由2套部分同源基因编码。植物VIP2的N端含有1个长度可变的富含脯氨酸残基区段,小麦的TaVIP2 还特有1个富含谷氨酰胺残基区段。TaVIP2、TaVIP4、TaVIP5和TaVIP6均为细胞核蛋白,而TaVIP3和TaPHP蛋白则可同时分布于细胞质和细胞核。各亚基基因在不同组织中的组成型表达差异模式相似,在叶片中的表达统一受高温胁迫的上调和高盐、干旱胁迫的下调。综上所述,小麦响应逆境胁迫的反应涉及对转录调控因子Paf1亚基基因表达水平的调节。

为了探究黑土区保护性耕作技术对土壤养分和酶活性等指标及生态化学计量特征的影响。采用3 a定位试验的方法,以翻耕(A-A)为对照,研究旋耕(B-B)、常规免耕(C-C)、原茬免耕覆秸(0-0)处理下黑土全量养分(土壤有机碳、全氮、全磷含量)和β-D-葡萄糖苷酶(βG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、N-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)活性及其生态化学计量特征值的变化。结果表明:原茬免耕覆秸较翻耕显著增加了土壤有机碳、全氮、全磷含量;除C/N外,原茬免耕覆秸C/P、N/P均高于翻耕。旋耕和常规免耕的土壤有机碳和全氮含量较翻耕相对减少,C/N、C/P、N/P值均在第2年显著降低。与翻耕相比,原茬免耕覆秸处理下4种酶活性均显著提高,旋耕ACP和βG在第3年比翻耕分别显著提高了22.05%,50.00%。旋耕、常规免耕和原茬免耕覆秸均显著增加了土壤酶C/P。供试耕作方式下土壤酶活性的矢量角度均小于45°,表明该试验区土壤微生物可能受到N的限制;酶矢量长度随年限增加明显提高,表明受C限制的程度增强。主成分、灰色关联度及相关性分析的结果显示,免耕覆秸对于土壤养分含量和酶活性影响最为显著。综上,原茬免耕覆秸技术措施对活化土壤养分和酶活性以及维持土壤生态的稳定具有良好的改善效果。

阐明叶面肥不同施氮量对玉米氮素积累转运利用的影响。试验时间为2021—2022年,采用随机区组设计,以玉米品种利禾1号为研究对象,设置不施肥处理(CK)、常规根部施肥处理(CF)、叶面减氮20%处理(LF1)、叶面常规施氮处理(LF2)、叶面增氮20%处理(LF3),分析叶面氮肥不同施用量与不施肥及常规根部施肥对玉米氮素积累转运利用的差异。结果表明,玉米茎氮素积累量和叶氮素积累量随生育期的推进呈先升高后降低的趋势,于抽雄吐丝期达到最大值。单株氮素积累量随生育期的推进逐渐升高,于成熟期达到最大值,LF2处理的单株氮素积累量最高。吐丝期前叶片中氮素分配占比最高,吐丝期后籽粒氮素分配占比逐渐升高,于成熟期达到峰值;CK的籽粒氮素积累占比最低,2021年LF1处理的籽粒氮素分配占比最高,2022年LF3处理的籽粒氮素分配占比最高。氮素转运率和氮素转运对籽粒的贡献率随施氮量的增加先升高后降低,氮素收获指数、氮素利用率随施氮量的增加而降低;2021,2022年LF1处理、LF2处理、LF3处理的氮素利用效率均高于CF处理,且LF1处理的氮素利用率最高。2 a叶面施氮处理的氮素吸收效率均高于CF处理。各处理的穗长、穗粗、穗行数无显著差异,CK的秃尖长最长,各施氮处理的行粒数和百粒质量均大于CK,CF处理的生物产量最高,LF1处理的籽粒产量和收获指数最高,各处理的籽粒产量显著高于CK,收获指数随施氮量的增加而降低。因此,在内蒙古中西部地区玉米以LF1叶面施氮处理下能获得较好的生长效果。

为探究花椰菜抗病品种与感病品种在接种黑腐病菌后的转录组差异,挖掘与花椰菜抗黑腐病相关的基因,以花椰菜感病品种Y1-2和抗病品种EC-247为研究对象,分别提取接种黑腐病菌0,1,3,5 d的花椰菜叶片总RNA,利用Illumina RNA-Seq测序平台进行高通量无参转录组测序,采用实时荧光定量PCR技术对部分差异表达基因进行验证,筛选抗病相关的差异基因并对其表达量进行分析。结果显示,4个时间点与感病品种相比,抗病品种共有6 355个基因表现出显著差异;KEGG富集分析发现,在这些差异表达基因富集通路中,与植物抗病性紧密相关的通路受到关注,其中47个基因与植物-病原菌互作相关,61个基因参与植物激素信号传导途径;对这些相关基因的表达量进行聚类分析发现,植物-病原菌互作途径中1个CDPK基因、4个CML基因、1个PTK基因、1个CaM基因、1个RLK基因和1个SGT1基因,植物激素信号传导途径中3个生长素响应蛋白基因、1个TIFY基因、1个吲哚-3-乙酸酰胺合成酶基因、2个油菜素唑抗性蛋白基因和1个Shaggy相关的蛋白激酶zeta基因,在抗病品种中的表达量显著高于感病品种,并且抗感品种不同时间点的表达模式表明其积极响应病原菌侵染。综上,这些差异基因可能与花椰菜抗病相关,为花椰菜抗病分子育种提供了重要的基因资源和科学依据。

前期转录组学分析发现,ZmRAV1为玉米响应干旱胁迫的候选基因,为了深入研究该基因的功能,克隆了ZmRAV1基因,应用生物信息学分析了ZmRAV1的编码序列,并在拟南芥中过表达该基因,通过干旱条件下过表达拟南芥株系表型、生理生化指标的测定验证其功能。结果表明:ZmRAV1基因全长1 176 bp,共编码389个氨基酸,二级结构中无规则卷曲占比最多,是一种不含信号肽、非跨膜的亲水性蛋白。亚细胞定位显示,该基因编码蛋白位于细胞核。ZmRAV1基因在不同物种间具有较高的保守性。从系统发育树上看,ZmRAV1与五节芒同源基因亲缘关系最强,同源性较高。干旱胁迫处理后,萌发期过表达拟南芥株系的根长显著高于野生型(WT)拟南芥,幼苗期野生型经过干旱胁迫后出现枯萎甚至死亡,存活率低于过表达株系,且干旱处理后ZmRAV1过表达株系过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均高于野生型,表明过表达ZmRAV1基因可提高拟南芥对干旱胁迫的抗性。综上所述,通过ZmRAV1基因编码序列的生物信息学分析以及转基因拟南芥株系的生理生化指标测定明确了ZmRAV1在响应干旱胁迫的过程中发挥正向调控的作用。