超级稻品种南粳5718被列为农业农村部主导品种,在大面积生产中抗倒性表现出色。研究南粳5718的茎秆特性,解析其抗倒伏的分子机制,能够为抗倒伏水稻育种提供新的思路。以抗倒性较强的超级稻品种南粳5718和2个抗倒性较弱品种南粳518和南粳58为材料,比较农艺性状、茎秆特性与抗倒伏的相关性,发现南粳5718抽穗后20 d的株高、重心高度显著低于南粳518和南粳58,倒二节间长度、倒二和倒三节间的直径和茎壁厚度均高于南粳518和南粳58。茎秆结构性和非结构性碳水化合物含量测定结果表明,倒二和倒三节间的纤维素和木质素含量高是导致南粳5718强抗倒性的重要因素。进一步分析发现,3个品种倒二节间纤维素酶活性无显著差异。南粳5718和另外2个品种相比,102个纤维素和木质素合成代谢途径相关基因中只有pPLAⅢα(编码糖蛋白相关磷脂酶A)、CBF诱导因子bHLH002、ILA1(编码丝裂原活化蛋白激酶)和转录因子基因NAC5在编码区存在错义突变。正调控纤维素合成的转录因子MYB61、负调控纤维素合成的细长秆基因SLR1和PIL13、多半乳糖醛酸酶PG3、乙烯响应因子ERF34、矮秆基因DPH1、转录因子MYB7等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。木质素代谢过程中的4-香豆酸:辅酶A连接酶4CL3、MYB转录因子RLM1、对香豆素酯3-羟化酶CYP98A4、NAC转录因子SWN1和苯丙氨酸脱氨酶基因PAL1等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。关键基因在节间的表达差异是南粳5718茎秆高纤维素和木质素含量导致强抗倒性的原因。综上,超级稻南粳5718强抗倒性在茎秆特性上表现为具有较粗的节间直径和较大的茎壁厚度,节间较高的纤维素与木质素含量为其抗倒性提供了物质基础,纤维素和木质素合成通路中关键基因表达差异可能是南粳5718茎秆强抗倒性的主要原因。

旨在基于代谢组与转录组联合分析,阐明不同颜色鲜食玉米籽粒花青素的组分差异及其分子调控机制,为彩色鲜食玉米分子育种提供候选基因与理论依据。以白色WN2000、黄色HN、彩色CN1和黑色HTN188为材料,综合采用代谢组学鉴定花青素相关代谢物并筛选差异代谢物,结合转录组测序获得差异表达基因(DEGs),通过GO注释与KEGG通路富集解析代谢—基因关联,并在花青素生物合成通路中挖掘关键结构基因与转录调控因子。结果表明,代谢组共鉴定49种花青素类代谢物,HTN188中矢车菊素、芍药素和天竺葵素等主要花青素显著积累,表现出更强的色素沉积特征。转录组共获得12 557个DEGs,其中F3H、DFR、UFGT等结构基因及MYB、bHLH等转录因子在高花青素品种中显著上调。相关性分析显示,基因Zm00001d011438的表达量与总花色素苷含量呈显著正相关,提示其可能在籽粒花青素积累中发挥关键作用。综上,基于代谢组与转录组联合分析,描述了不同颜色鲜食玉米籽粒花青素组成及相关基因表达差异,筛选出与花青素生物合成通路相关的结构基因、转录因子及候选基因Zm00001d011438,为后续功能验证与遗传改良研究提供参考。

鉴定小麦叶枕控制因子LIGULELESS 2(LG2)并分析其互作蛋白,对探究小麦叶枕器官建成和叶夹角大小调控的分子机制及选育优良株型新品种提供理论依据具有重要意义。首先,通过构建系统发育树,在小麦基因组中鉴定到LG2的2个同源基因,分别命名为TaLG2和TaLG2L,且两者在A、B、D亚基因组均有3个拷贝同源基因,相似性达90%以上;基于转录组数据进行叶枕发育时期和叶片组织特异性表达分析,结果表明,TaLG2和TaLG2L均在叶枕器官中特异表达,且除TaLG2-3A外,其他5个同源基因均在叶枕发育早期S1期特异表达;构建诱饵载体pGBKT7-TaLG2L-1A,进行酵母双杂交(Y2H)筛库,共得到174个阳性克隆,经过测序分析共鉴定到68个小麦TaLG2L-1A的候选互作蛋白;GO功能富集分析显示,这些蛋白主要参与泛素结合、阳离子结合、mRNA结合等过程;进一步利用回转和Y2H一对一互作验证表明,小麦TaLG2L-1A能够分别与生长素响应因子TaARF17和蓝光受体隐花色素TaCRY1发生互作。明确了小麦LG2同源基因的组织特异性表达模式,筛选并获得TaLG2L-1A的关键互作蛋白TaARF17和TaCRY1,揭示了LG2可能通过协同生长素信号和光信号途径调控叶枕器官建成及叶夹角形成的分子机制。

旨在明确外源甜菜碱(GB)对高温干旱复合胁迫(TD)下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合系统的调控机制,为缓解作物极端环境胁迫提供理论依据。以先玉335为材料,于三叶一心期对叶片喷施用不同浓度(0,50,100,200,400 mmol/L)GB溶液,24 h后,通过人工气候箱模拟高温(昼/夜温度40 ℃/28 ℃)并利用20% PEG-6000诱导中度干旱构建复合胁迫环境,探讨GB对TD下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合作用的调控效应。结果表明,100 mmol/L GB显著促进植株生长,与TD处理相比,玉米株高、叶面积、茎叶及根系干质量分别增加27.48%,27.45%,28.33%,78.26%,根冠比提高14.91百分点。在胁迫后5 d,100 mmol/L GB显著增强了抗氧化酶活性,其中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提升69.09%,69.02%,41.81%;同时,丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}^{\bar{.}}_{2}$)和过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低21.92%,6.50%,25.33%。此外,可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量分别提升31.69%,18.98%。光合特性分析显示,GB可有效改善叶绿体基粒和基质类囊体的片层系统结构,从而显著提升复合胁迫下叶片的SPAD值,并减轻胁迫对光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的损伤,具体表现为初始荧光(F0)降低,可变荧光(Fv)和最大荧光(Fm)提高。此外,通过缓解复合胁迫引起的气孔与非气孔限制,100 mmol/L GB处理显著提升了叶片的光合性能,使胁迫后5 d的净光合速率(Pn)增加24.14%。综上,高温干旱复合胁迫下,外源GB可通过提高抗氧化酶活性和细胞渗透调节能力来保护光合系统,从而缓解胁迫伤害并促进玉米幼苗生长。

旨在明确有机肥改良退化黑土的内在作用机制,为该区域化肥减施方案优化与土壤地力长效保育提供科学依据。在2024年玉米田间试验中,设置以下6个施肥处理:CF(常规施肥)、RF(化肥减量20%)、RFH1(化肥减量20%+200 kg/hm²腐植酸肥)、RFH2(化肥减量20%+330 kg/hm²腐植酸肥)、RFO1(化肥减量20%+200 kg/hm²鸡粪有机肥)、RFO2(化肥减量20%+330 kg/hm²鸡粪有机肥)。结果表明:与CF和RF处理相比,RFH2、RFO1和RFO2处理显著降低了土壤容重12.4%~20.7%;所有配施有机肥处理均显著提高土壤结构稳定性,使>0.25 mm水稳性团聚体比例提高了15.9%~39.1%,土壤pH值降低了0.8%~1.2%;与CF和RF处理相比,RFO1和RFO2处理显著提高了土壤碱解氮含量14.6%~28.5%,有机肥处理均显著提升了土壤有效磷和有机质含量,增幅分别为8.7%~36.8%和11.0%~48.9%,其中RFO2处理提升效果最佳。同时,与CF和RF处理相比,RFH2、RFO1和RFO2处理显著提升了土壤脲酶、淀粉酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性18.1%~72.4%。在产量方面,RFH2、RFO1和RFO2处理相比于CF处理提高了玉米产量0.5%~13.9%;有机肥处理相比于RF处理增产16.7%~36.6%,其中RFO2处理产量最高。此外,有机肥处理均提高了肥料偏生产力和农学利用率11.9%~31.1%,其中RFO2处理的氮和磷肥偏生产力显著高于CF和RF处理25.8%~36.6%。综上所述,化肥减量配施有机肥可通过改善土壤理化性质、提升酶活性及肥料利用效率,在维持玉米产量的同时提高肥料利用率,实现黑土保育与粮食生产的协同发展。本试验条件下,化肥减量20%配施330 kg/hm²鸡粪有机肥(RFO2)是退化黑土的最优施肥模式。

为探明半干旱雨养农业地区,覆盖措施(如秸秆还田、地膜覆盖)对土壤团聚体和有机碳的影响。以陇中旱地马铃薯-小麦轮作体系为研究对象,系统分析了秸秆碎秆覆盖还田(SR)、秸秆带状覆盖还田(SM)、地膜覆盖(PM)及露地(CK)对土壤有机碳组分(SOC、POC、MAOC)、团聚体稳定性及团聚体碳贡献率的影响,通过评估不同覆盖措施的土壤改良效应,整合土壤有机碳组分动态、团聚体稳定性等关键指标与文献报道的作物生产力及水分利用效率数据,筛选出能够协同提高有机碳和团聚体稳定性的最优覆盖模式。结果表明:马铃薯-小麦轮作中,3种覆盖措施均提高了马铃薯和小麦有机碳含量及团聚体稳定性,以SR处理效果最佳,与CK处理相比,SR和SM处理SOC含量增加了15.38%,7.78%,PM处理的SOC含量无显著变化,SR和SM处理增加了0~20 cm土层中POC含量18.54%,16.62%,PM降低了0~20 cm土层中POC含量3.06%;各处理对MAOC增加整体趋势表现为SR>SM>PM>CK。与CK处理相比,SR和SM处理增加了MWD、GMD、>2 mm团聚体占比及其SOC含量,而PM显著降低了MWD和GMD;SR增加0~20 cm土层中>2 mm粒级SOC富集系数17.26%,SR和SM处理显著增加>2 mm团聚体SOC贡献率。综上所述,在本试验条件下,3种覆盖措施均能增加土壤有机碳含量,而秸秆碎秆覆盖还田在提升土壤有机碳含量和团聚体稳定性方面表现最佳、效果更好,有效提升土壤地力。

为明确不同形态氮素与镁肥配施对阴山北麓马铃薯的影响,于内蒙古呼和浩特市开展田间试验,设置2种形态氮素(硝态氮、铵态氮)和2个镁肥用量水平(0,45 kg/hm²),共4个处理,分析不同处理对全生育期马铃薯产量及其构成因素、干物质量、氮含量、镁含量、钾含量、氮积累量、镁积累量、钾积累量、氮素养分效率差异的影响。结果表明,与单施硝态氮相比,硝态氮与镁肥配施显著提高了块茎形成期至收获期马铃薯叶干物质量(21.24%~75.60%)、块茎干物质量(22.04%~62.36%),苗期至收获期全株干物质量(32.54%~70.28%),块茎形成期、淀粉积累期、收获期块茎氮积累量(44.01%~69.84%),全生育期全株镁积累量(37.66%~84.21%),块茎形成期至收获期全株钾积累量(24.30%~54.95%),全生育期氮素吸收效率(30.77%~66.67%),收获期氮肥偏生产力(35.13%)。指标间相关性分析显示,全生育期内,马铃薯干物质量、全株氮积累量、全株镁积累量、全株钾积累量与氮素吸收效率呈显著正相关关系(r均大于0.78);收获期,全株钾含量与产量呈极显著负相关关系(r为-0.78)。主成分分析进一步证实,全生育期不同处理间总变异量高度分散,说明不同形态氮素配施镁肥与不施用镁肥相比具有显著差异。该试验结果能够为阴山北麓马铃薯田间氮肥高效利用与氮镁合理搭配提供新策略。

为探究神经生长因子(NGF)的基因功能,明确其在草原红牛不同组织中的表达及其对牛骨骼肌卫星细胞(bSMSCs)成肌分化的影响,采集草原红牛各组织,克隆并获得 NGF基因完整 CDS 区,并进行生物信息学及组织表达分析。从新生牛犊后肢的深层组织中分离bSMSCs,免疫荧光染色检测bSMSCs特异性标志物Pax7,Desmin和MyoD1的表达,并利用血清撤离法在体外使用2%的马血清诱导bSMSCs成肌分化,并检测了在分化的不同时期NGF基因mRNA和蛋白的表达规律。结果表明,草原红牛NGF基因 CDS 区长度为 726 bp,编码 241 个氨基酸;其氨基酸序列与家鼠、红鹿及绵羊位于一个分支,同源性较高,亲缘关系较近。NGF 蛋白分子质量约为26.67 ku,分子式为C₁₁₇₉H₁₈₆₁N₃₄₉O₃₃₉S₁₀,理论等电点为 9.72,半衰期为 30 h,NGF 蛋白为水溶性蛋白;NGF蛋白存在信号肽,是分泌蛋白;共存在 42 个潜在的磷酸化位点及3 个N-糖基化位点。NGF 蛋白二级结构由 α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲组成,并与三级结构预测结果一致。NGF基因在草原红牛不同组织中的表达量存在显著差异,在肝脏中最高,其次为肾脏和瘤。NGF基因在bSMSCs成肌分化过程中的表达是持续上调的,并在分化第7天呈显著性差异表达。成功克隆草原红牛NGF基因CDS区,并建立了NGF基因的组织表达谱,明确了NGF基因在bSMSCs成肌分化过程中的表达规律。

克隆青海湖裸鲤MSTN基因的全长cDNA序列,明确该基因在青海湖裸鲤不同组织中的表达特性,以及在不同鲤科鱼类肌肉组织中的表达差异,为探讨青海湖裸鲤生长缓慢的分子机制提供基础数据。采用5'RACE和3'RACE技术克隆获得青海湖裸鲤MSTN基因全长cDNA序列,通过生物信息学方法分析其序列特征,并利用RT-qPCR技术检测该基因在青海湖裸鲤不同组织及不同鲤科鱼类肌肉组织中的差异性表达。结果表明:青海湖裸鲤MSTN基因cDNA序列全长为2 168 bp,其中开放阅读框长度为1 128 bp,可编码375 个氨基酸,以ATG为起始密码子,TGA为终止密码子,预测编码蛋白含有70 个苏氨酸(Thr)磷酸化位点。系统发育分析显示,青海湖裸鲤MSTN基因与其他鲤科鱼类同源基因聚为一支,亲缘关系较近。qPCR结果表明,MSTN在青海湖裸鲤的鳃、肾脏、肝脏、心脏、脑、肌肉及皮肤组织中均有表达但在脑和肌肉组织中表达量较高。不同鲤科鱼类中,MSTN基因在青海湖裸鲤和花斑裸鲤中的表达量相对较高,在草鱼、鲫鱼、武昌鱼表达量相对较低。成功克隆获得青海湖裸鲤MSTN基因的全长cDNA序列,明确了其序列特征与进化地位,揭示了该基因在青海湖裸鲤不同组织及不同鲤科鱼类间的表达差异。

干旱是限制粳稻产量的重要因素之一,探究萌发期粳稻的耐旱性遗传机制,筛选耐旱候选基因,挖掘其优异单倍型,为解析粳稻萌发期耐旱机制及开发相关分子标记提供理论基础。采用西北粳稻核心种质资源139份为材料,15% PEG-6000模拟干旱胁迫露白后的粳稻种子,测定相对发芽率、相对根长等6个耐旱相关指标,并结合255 501个高质量单核苷酸多态性(SNPs),运用一般线性模型(GLM)、混合线性模型(MLM)和固定与随机效应循环概率统一模型(FarmCPU)开展全基因组关联分析(GWAS),并结合耐旱表型数据进行单倍型分析,进而挖掘潜在的候选基因。结果表明,6个耐旱指标均值呈正态分布,且变异系数为3.43%~56.25%,其中以相对根芽干质量变异系数最大,与相对根长、相对芽长、相对根芽鲜质量间均呈显著正相关。结合高密度SNPs,对6个耐旱性状进行全基因组关联分析,共检测到1 164个不同的SNPs,其中379个被视为高可信度SNP位点,6个被视为数量性状核苷酸(QTNs)。整合这些位点的上下游50 kb区间,共筛选出14个显著SNPs位点,对应14个可信的QTL候选区间,且主要与相对根芽干质量显著关联。通过数据库进一步预测分析14个区间内的基因,并以外显子具有错义突变为标准,筛选到了编码地衣酶-2前体的LOC_Os03g56130基因。结合耐旱表型,对该基因进行单倍型分析,发现5个外显子错义突变组成了4种单倍型,其中Hap.2的相对根芽干质量显著高于其他单倍型,为优异单倍型。这些研究表明,LOC_Os03g56130为粳稻萌发期耐旱性相关的潜在候选基因。

为深入解析调控超甜玉米秸秆蛋白质含量的遗传基础,基于玉米56K基因芯片,采用BLINK模型定位控制超甜玉米秸秆蛋白质含量的主要SNP位点及预测候选基因。结果表明:在超甜玉米收获期,其秸秆蛋白质含量为12.63~30.29 g/kg,平均值为20.76 g/kg,呈正态分布;GWAS共关联定位到调控超甜玉米秸秆蛋白质含量6个显著SNP位点,这些位点分布于第1,4和6号染色体上,其贡献率为10.07%~18.17%,其中位于6号染色体的Affx-115330268的贡献率最高。在显著关联位点上下游200 kb的置信区间内,共检测到184个候选基因,其中已注释基因34个,占比为18.48%;通过GO功能注释和KEGG通路富集分析,候选基因主要参与生物调节、细胞过程、催化活性等生物过程,并富集于类固醇生物合成、色氨酸代谢、光合作用-天线蛋白等通路。基于文献查找比对发现,6个(GRMZM2G141473、GRMZM2G007854、GRMZM2G111319、 GRMZM2G121024、 GRMZM2G010353、 GRMZM2G049547)调控超甜玉米秸秆蛋白质的关键基因,其主要参与蛋白质和酶合成等途径。

为确定不同边行优势玉米品种与大豆复合种植的优势带型,在河南省许昌市建安区和周口市商水县2个不同生态区开展试验,以前期筛选出的边行优势强的玉米品种MC121和登海3206(DH3206)、边行优势弱的玉米品种豪玉16(HY16)和MY73,及大豆品种金豆99(JD99)为试验材料,设置大豆玉米6∶4(6S4M)和4∶2(4S2M)2种带型模式,以单作大豆(CKS)及玉米(CKM)为对照,研究边行优势不同的玉米品种在不同带型模式下各行植株农艺性状、单株干质量、产量及其构成因素的变化,比较土地当量比(LER)的差异。结果表明,两生态区4个玉米品种在2种带型配置构成的16个处理中,12个处理的LER大于1,玉米品种HY16和MY73在各试验点各带型配置下的LER均大于1。边行优势强的品种MC121和DH3206的LER在4S2M带型配置下高于6S4M带型配置,边行优势弱的品种HY16的LER在6S4M带型配置下高于4S2M,而MY73相反。在两试验点6S4M模式下,边行优势强的玉米品种DH3206,茎粗、冠层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素a和叶绿素b含量随边行增加而降低;MC121底层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素b含量随边行增加而降低。建安区和商水县两试验点边行优势强的玉米品种MC121、DH3206边2行产量较边1行分别降低23.71%,27.00%和20.03%,9.05%,边2行单株干质量较边1行分别显著下降15.87%,19.93%和13.82%,24.56%;边行优势弱的玉米品种边1行产量及单株干质量与边2行均无显著差异。综上,相同带型配置下边行优势弱的品种LER均值高于边行优势强的品种,复合种植中玉米产量与单作的差异受玉米品种类型影响较大。筛选和搭配适宜玉米品种对提升大豆玉米带状复合种植产量和效益至关重要。