为了明确GmPP2C72基因在盐胁迫应答中的功能和耐盐分子机制,对GmPP2C72蛋白进行生物信息学分析,克隆GmPP2C72基因构建植物过表达载体,并利用根癌农杆菌介导的子叶节遗传转化法转化百脉根,分析转基因植株在盐胁迫条件下的表型及生理指标和耐盐相关基因的表达情况。结果表明,GmPP2C72基因含有1个1 206 bp的开放阅读框,编码401 aa,编码蛋白质属于PP2C家族A亚族成员。GmPP2C72基因不具有组织表达特异性,在大豆的各个组织中均有表达,且该基因受盐胁迫诱导表达。成功构建了GmPP2C72基因的过表达载体,并转入百脉根,获得3个转GmPP2C72基因株系。在盐胁迫条件下,与野生型对照相比,3 个转基因株系维持着较好的生长状态,株高和地上部干质量均显著提高。进一步分析发现,3 个转基因株系叶片中叶绿素和脯氨酸含量均显著增加,而相对质膜透性和丙二醛含量均显著降低,且耐盐相关基因LjLEA、LjCOR、LjRD29B和LjP5CS的表达量均显著提升。综上,过表达GmPP2C72基因通过降低膜脂过氧化程度和质膜透性、提高叶片叶绿素和脯氨酸含量及耐盐相关基因的表达量来提高百脉根的耐盐性。

肉桂酸4-羟基化酶(C4H)是黄酮类化合物合成途径中的一个关键酶,在植物抗逆过程中发挥着重要作用。为了解3种药用甘草(乌拉尔、胀果和光果甘草)中C4H基因家族的生物信息学功能,探究其在非生物胁迫下的表达特性及与甘草苷积累的关系,利用生物信息学方法对C4H基因家族成员进行分析,同时结合转录组数据和RT-qPCR验证了解其在非生物胁迫下的表达情况及与甘草苷含量之间的关系。结果显示,在3种药用甘草全基因组中共鉴定出11个C4H基因,分别命名为GuC4H1~3、GiC4H1~3和GgC4H1~5。这些基因在乌拉尔和胀果甘草中分布在2条染色体上,而在光果甘草中分布在3条染色体上。各基因成员虽然在氨基酸数、等电点等理化性质上存在差异,但亚细胞预测均定位于内质网,且含有C端血红素结合域(PFGVGRRSCPG)。表达模式分析显示,11个C4H基因在3种药用甘草的不同组织中均有表达,且非生物胁迫可显著诱导地下部分中的C4H基因上调表达。其中,GgC4H5在盐胁迫24 h表达量最高,是对照组(24 h)的1.68倍;GuC4H3在干旱胁迫2 h表达量最高,是对照组(2 h)的3.03倍。此外,适度的非生物胁迫显著提升了3种甘草地下部分的甘草苷含量。NaCl胁迫2 h,胀果甘草中甘草苷含量增加最显著,是对照组(2 h)的2.92倍;PEG胁迫24 h,光果甘草中甘草苷含量增加最显著,是对照组(24 h)的2.31倍。GgC4H5在盐胁迫下表达与甘草苷含量趋势一致,GuC4H2、GuC4H3、GiC4H2和GiC4H3在干旱胁迫下表达与甘草苷含量趋势一致。因此,这些基因可能是3种药用甘草地下部分响应非生物胁迫并参与甘草苷合成的关键基因。

为探究水杨酸(SA)对盐碱胁迫下红芸豆幼苗的生理调控作用,并为山西典型盐碱区红芸豆抗逆栽培提供依据,以红芸豆为试材,采用NaCl、Na₂SO₄、NaHCO₃、Na₂CO₃配比为1∶9∶9∶1的复合盐碱体系模拟盐碱胁迫,设置0 (CK),20,40,60,80 mmol/L共5个盐碱浓度梯度对红芸豆进行盐碱胁迫处理,以筛选最佳盐碱胁迫处理浓度。然后,基于筛选出的盐碱浓度进行胁迫处理的同时施加20,40,60 μmol/L 3个浓度的SA处理,以研究SA对盐碱胁迫下红芸豆幼苗的缓解效应。结果表明,40 mmol/L盐碱胁迫下,红芸豆生长受到显著的抑制,但未达到致死性重度胁迫水平,为最佳盐碱胁迫浓度,该浓度胁迫可诱发红芸豆早期幼苗氧化损伤,抑制养分吸收和转运,并提高精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)活性,导致腐胺(Put)过量积累。在40 mmol/L盐碱胁迫下,外源施加40 μmol/L的SA后,红芸豆幼苗叶片和根系的丙二醛(MDA)含量分别降低37.63%,39.76%;过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低38.71%,21.13%;超氧阴离子(O₂^-)含量分别降低40.00%,52.17%;根系活力提高56.14%。幼苗叶片和根系的Na含量均显著降低,而K、Cu、Ca、Fe元素含量均显著增加。此外,外源施加40 μmol/L SA还可降低盐碱胁迫下红芸豆幼苗的ADC与ODC活性,增加S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)活性,并促进Put向Spd和Spm转化,进而增强植株的抗氧化能力与离子稳态调控能力。综上,外源水杨酸可通过激活抗氧化系统、优化多胺代谢、促进矿质元素吸收与分配,有效缓解复合盐碱胁迫对红芸豆幼苗的生理伤害。

为探究不同浓度γ-氨基丁酸(GABA)对樱桃番茄营养品质和抗氧化活性的影响,以樱桃番茄为试材,于第3穗花后15 d开始叶面喷施不同浓度GABA(0,5,10,20,40 mmol/L,分别记为:CK、G5、G10、G20和G40)溶液,探究施用γ-氨基丁酸对樱桃番茄营养品质、内源GABA及抗氧化活性等指标的影响。结果表明:外源GABA处理可以显著提高樱桃番茄营养品质和抗氧化能力。随着处理浓度升高,可溶性糖、总酚、总黄酮含量和糖酸比不断增大,维生素C、可溶性糖、糖酸比等营养品质指标均在G40处理下达到最大值;G40处理下的总酚含量和总黄酮含量显著高于除G20外的其他处理,较CK分别提高了24.26%,91.75%;G40处理下樱桃番茄的番茄红素含量最高,较CK显著提高了85.96%。内源GABA含量随处理浓度升高呈先升高后降低趋势,在G20处理达到最大值,较对照显著提高了101.85%,但G20处理与G40处理无显著差异;DPPH自由基清除活性与FRAP抗氧化能力同步增强,均在G40处理达到最大值,显著高于CK。经相关性分析,可以得出樱桃番茄抗氧化能力与总酚含量、总黄酮含量、番茄红素均呈极显著正相关关系。综上可得,外源GABA(G40处理)可作为一种绿色高效手段提升樱桃番茄果实营养品质及抗氧化活性。

明确滴灌水肥一体化条件下施磷量对新疆密植高产玉米生长、产量形成和磷肥利用率的影响机制,以期为新疆玉米高产稳产和化肥减量增效绿色可持续提供理论依据。试验于2023—2024年在新疆奇台农场玉米高产示范基地开展,在滴灌水肥一体化条件下设置不施磷肥(P₀)、纯磷60 kg/hm²(P₆₀)、 90 kg/hm²(P₉₀)、120 kg/hm²(P₁₂₀)、150 kg/hm²(P₁₅₀)和180 kg/hm²(P₁₈₀,CK)6个施磷水平,分析了密植滴灌水肥一体化玉米的叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、干物质积累、收获指数(HI)、穗部性状、产量及产量构成的变化,明确了施磷量对新疆密植滴灌玉米产量和磷肥利用率的影响。结果表明,在滴灌水肥一体化分次施磷条件下,2 a玉米产量随施磷量的增加均呈先增加后趋于平稳的趋势,在P₁₂₀处理时产量达到最大(18.79~20.94 t/hm²)。施磷量可显著影响玉米的千粒质量和穗粒数。施磷量主要影响了玉米果穗秃尖的长度,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较果穗秃尖长差异不显著。玉米关键生育期的LAI随磷肥用量的增加表现出先上升后平稳的变化趋势,其中吐丝期P₁₂₀处理下玉米的LAI最大为7.56~7.81,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较LAI差异不显著,与P₁₂₀处理相比,P₀处理显著降低了21.54%。此外,P₁₂₀处理的玉米花前、花后干物质累积量与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较差异不显著,较P₀分别提高了37.91%,93.88%。综上所述,滴灌水肥一体化分次施磷显著影响了密植滴灌玉米的LAI、LAD、花前与花后干物质积累以及HI,缩短秃尖长度,提高了穗粒数和千粒质量进而提高玉米产量和磷肥利用效率,实现了玉米产量和磷肥利用效率的协同提高。

为探究长期施用不同有机肥后土壤磷素累积特征及其在剖面中的分布规律,通过田间长期定位试验,探讨了持续施用不同用量畜禽粪便有机肥和污泥堆肥条件下,土壤剖面中磷素的分布特征与运移规律。结果表明:连续11 a施用高量(每年施用60 t/hm²)猪粪、鸡粪和污泥后,其带入的磷可明显迁移到30~60 cm土层,施用中、高量(每年施用45,60 t/hm²)的猪粪、鸡粪有机肥和污泥堆肥可使有效磷迁移到60~90 cm土层。施用不同种类有机肥11 a后,耕层土壤磷素活化系数呈明显上升的趋势,且高用量与低用量之间的差异达到显著水平;不同有机肥处理下土壤磷素活化系数的大小顺序为:猪粪有机肥处理>鸡粪有机肥处理>污泥堆肥处理。施用鸡粪、猪粪有机肥和污泥堆肥后耕层土壤有效磷含量与磷投入量间符合线性加平台回归模型。有机肥等磷量投入条件下,猪粪和鸡粪有机肥处理对耕层土壤有效磷的贡献明显高于污泥堆肥处理;当磷投入量大于7.14 t/hm²时,施用猪粪有机肥对耕层土壤有效磷的贡献明显高于施用鸡粪。土壤剖面中全磷和有效磷含量分别与有机碳含量呈极显著正相关关系,在0~90 cm剖面中土壤有机碳与磷可能存在共迁移。

旨在探究氮肥减施配施有机肥对香梨园0~60 cm土壤碳氮含量变化以及香梨产量、品质的影响,提出最佳氮肥减施用量与有机肥配比。以10~12 a生库尔勒香梨树为试验材料,连续3 a设置常规施氮(表示为N,300 kg/hm²)处理,3个氮肥减施处理(分别表示为N1、N2、N3,较常规施氮处理减少10%,20%,30%)配施2个有机肥处理(表示为OF1、OF2,施用羊粪22 500,33 750 kg/hm²),并形成氮肥减施配施有机肥处理:N1F1、N2F1、N3F1、N1F2、N2F2、N3F2,对库尔勒香梨园土壤碳氮含量、土壤碳氮比以及香梨产量、品质进行测定与分析。结果表明:N1F1、N1F2、N2F2、N3F2显著促进香梨园土壤全碳、有机碳、无机碳、微生物量碳(SMBC)及硝态氮、铵态氮含量,提高土壤碳氮比和香梨果实中的可溶性糖、维生素C的含量,降低香梨果实中的总酸含量,并对产量无显著影响;N2F1对土壤硝态氮、铵态氮含量有显著促进作用,对香梨产量和品质无显著影响;N3F1显著抑制土壤碳组分含量以及香梨产量,并降低果实中可溶性糖含量。土壤硝态氮、铵态氮、有机碳、无机碳、全氮、全碳、SMBC、微生物量氮(SMBN)与香梨品质呈现显著或极显著正相关关系,土壤C/N与香梨产量、品质呈现显著或极显著负相关关系,其中土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮对香梨产量、品质的作用更为显著,在后续的施肥处理中,通过促进土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量,调节土壤C/N,更好地提高库尔勒香梨产量,提升果实品质。10~12 a生库尔勒香梨树的经营过程中,在常规施氮的基础上减氮20%~30%,同时配施有机肥33 750 kg/hm²处理,有利于调节土壤碳氮含量,增加香梨品质,降低化肥施用量,减少土壤污染,保证土壤环境健康。

建立细小果胶杆菌和多样果胶杆菌快速灵敏的分子检测技术为马铃薯茎腐病的快速检测、早期诊断、传播途径与动态奠定技术基础。通过对细小果胶杆菌特异性位点基因10748与多样果胶杆菌特异性位点基因1602序列进行分析,利用 Primer 3与NEB网站引物设计软件进行实时荧光定量PCR与LAMP引物设计,经过特异性验证、反应条件优化与灵敏度验证对引物进行筛选并进行样品检测。设计并筛选出细小果胶杆菌与多样果胶杆菌实时荧光定量PCR引物XX3-F/R与DY1-F/R,对人工接种病原菌植物样本DNA检测灵敏度分别达到10,1 pg/μL,对病原菌gDNA检测灵敏度均达到0.1 pg/μL。设计出细小果胶杆菌与多样果胶杆菌LAMP引物,检测灵敏度与实时荧光定量PCR检测技术相同。建立起关于马铃薯气生茎腐病菌细小果胶杆菌与多样果胶杆菌的实时荧光定量PCR与LAMP检测技术,均可对细小与多样果胶杆菌侵染的马铃薯茎部与块茎以及带菌果蝇进行检测。

前期通过CRISPR/Cas9文库筛选技术已鉴定出细胞色素P450氧化还原酶(POR)是促进黄曲霉毒素B1(AFB1)诱导肝细胞毒性的关键宿主因子。为进一步阐明POR蛋白在AFB1介导肝细胞损伤中的作用机制,基于已公布的人源POR基因序列,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,设计了2条靶向POR基因外显子5(exon 5)的sgRNA并克隆至lentiCRISPRv2载体,经慢病毒包装感染至THLE-2人肝细胞,用有限稀释法筛选单克隆细胞,并通过脱靶测序、RT-qPCR和Western Blotting在mRNA及蛋白水平验证敲除效率。结果表明:V2-sgRNA-POR-1可有效敲除POR基因,且筛出的单克隆细胞中POR蛋白的转录与翻译水平均显著下降。进一步采用不同浓度的AFB1(100,200,400,800 μmol/L)处理THLE-2野生型细胞24,48,72 h,CCK-8法细胞活力测定结果显示,AFB1对肝细胞的毒性具有明显的浓度和时间依赖性,其中200 μmol/L处理48 h为最适染毒条件[IC₅₀(48 h)=(200.55±44.49)μmol/L]。在相同暴露条件下,POR敲除细胞株对AFB1诱导的细胞死亡表现出显著的耐受性,细胞活力明显高于野生型细胞。综上,POR蛋白在AFB1介导的肝细胞毒性过程中发挥关键促进作用,敲除POR可显著增强细胞对AFB1的抵抗能力。

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。

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。

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。