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。

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。

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。

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。