前期组学分析发现,水稻ERF转录因子OsDERF1响应水分胁迫,为探究该转录因子在水稻水氮耦合下调控水分利用效率提升的机制,进一步分析其在局部根系水分胁迫(PRD)与不同氮素形态耦合条件下的表达模式,以期为水氮耦合下OsDERF1调控水稻水分利用机制的解析提供理论依据。以广东省常规稻品种美香占2号为试验材料,采用3种水分处理(CK、PRD、PEG)与3种铵态氮/硝态氮配比(A100/N0、A0/N100、A50/N50)进行协同处理,分析OsDERF1在水稻根、茎、叶3种组织中的表达模式;通过生物信息学方法解析OsDERF1编码蛋白的结构特征、理化性质等。结果表明,OsDERF1基因编码区全长为732 bp,编码243个氨基酸,其编码蛋白的分子质量为25.97 ku,理论等电点为4.77,不稳定系数为54.36,亲水性平均系数为-0.475,综上特征该蛋白为不稳定亲水蛋白。亚细胞定位结果显示,OsDERF1定位于细胞核,且蛋白序列中含有一个AP2保守结构域,表明OsDERF1属于核转录因子。qRT-PCR结果显示:OsDERF1在水稻根、茎、叶中均有表达,但存在组织表达差异--根部相对表达量显著高于叶片和茎部。进一步分析不同处理对各组织表达的影响发现:根部在PRD-L与A50/N50耦合处理下相对表达量最高。综上所述,OsDERF1转录因子在水稻根部组织中,以PRD与A50/N50氮素形态耦合处理下的相对表达量最高,且胁迫条件下根部的表达量显著高于非胁迫根。据此推测,OsDERF1可能通过根部组织响应水分与氮素双重信号,进而参与水稻干旱胁迫下的分子调控机制。

为探究外源海藻糖在缓解香稻干旱胁迫中的作用机制,以稻花香2号为材料,以15%聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫,设置5,10,15 mmol/L海藻糖喷施处理(T1、T2、T3),以正常供水(CK,清水喷施)和干旱处理(D,清水喷施)为对照,系统分析幼苗生长生理指标时序变化,并结合转录组测序解析其分子调控机制。结果表明:5 mmol/L 海藻糖(T1)处理在胁迫后期(12 d)表现出显著缓解效应,叶片可溶性蛋白和脯氨酸含量分别达5.47,0.132 mg/g,显著高于D处理;抗坏血酸(AsA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性在T1处理下均达峰值,其中SOD、CAT活性较D处理显著提高30.10%,91.84%;超氧阴离子(O₂^-)产生速率和丙二醛(MDA)含量则显著低于D处理,降幅分别为55.10%,14.68%。基于形态与生理指标的Z分综合评价显示,T1处理的综合评价值最高(455.18),较D和CK分别提高184.65%,44.02%。转录组分析表明,T1处理共调控1 451个差异表达基因,显著富集于光合作用-天线蛋白、谷胱甘肽代谢、MAPK信号通路等途径,并上调OsFPPS、OsGSTF1、OsTPP1、OsWRKY69等关键基因表达,下调OsPP2C73等负调控因子。综上,外源5 mmol/L海藻糖可通过增强渗透调节与抗氧化能力,并协同调控ABA信号、MAPK信号通路及内源海藻糖代谢相关基因,有效缓解稻花香2号幼苗干旱胁迫,研究结果为香稻抗旱栽培及海藻糖类抗逆剂开发提供了理论依据与分子靶点。

为解析西瓜幼苗高温响应的代谢调控机制,以热敏型D27和耐热型K53西瓜为试材,采用代谢组学结合碳氮代谢生理指标测定方法,探究不同耐热性西瓜材料对高温胁迫的应答差异。结果表明,高温胁迫下2个材料共有7个差异代谢物,不同耐热型材料间差异代谢物达26个;丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路显著激活,L-天冬氨酸、L-谷氨酸含量显著上调。碳代谢方面,耐热型K53可溶性糖、蔗糖、果糖和淀粉含量均显著升高,热敏型D27淀粉含量下降;氮代谢方面,高温抑制硝酸还原酶活性,热敏型D27氨态氮大量积累,耐热型K53通过维持较高谷氨酸合成酶(GOGAT)活性降低氨态氮积累,其GS/GOGAT循环稳定性更强。综上,该研究揭示了氨基酸代谢、碳氮差异调控是西瓜耐热的关键代谢途径,GS/GOGAT循环稳定性是重要耐热机制,为西瓜耐热品种选育及生产效能提升提供理论支撑。

为了破解华北滨海低平原区因土壤盐碱化瘠薄导致夏玉米单产提升受限的难题,于2024,2025年在典型代表区设置涵盖品种、增密、缓控肥料、分次减量追肥及延时收获的综合农艺措施(IAM)、综合农艺措施配施有机肥(IAM+OM)与农户模式(FP)3个处理,研究不同处理对土壤养分与盐分的运移、玉米干物质的积累分配和产量构成的影响,进一步探索综合农艺措施配施有机肥对轻盐碱瘠薄耕地夏玉米的产量提升效应。结果表明:与FP处理相比,IAM+OM处理土壤有机质提高0.20百分点,且达到显著水平。成熟期,IAM+OM处理0~40 cm土层盐分含量较FP处理显著降低0.25百分点。开花期,IAM和IAM+OM处理的土壤硝态氮含量较FP处理分别增加17.9%,35.4%;IAM和IAM+OM处理的SPAD值较FP处理分别显著提高4.9%,5.5%;开花期和成熟期,IAM处理干物质量分别比FP处理增加19.9%,20.6%;花后干物质积累量在IAM处理较FP处理增加20.8%。相较于FP处理,2 a平均 IAM处理收获穗数显著提高9.7%,千粒质量提高8.3%;IAM处理增产11.8%,IAM+OM增产18.1%,均达到显著水平。综合农艺措施配施有机肥(IAM+OM)能显著改善土壤理化性状、增强养分供应、抑制盐分积累,并促进花后干物质积累与产量形成,为华北平原缺水区轻盐碱瘠薄耕地的夏玉米产能提升提供了可行途径。

为探索连作对花生农艺性状、产量和品质性状、根际养分的对话机制,缓解连作障碍对高油酸花生产业的制约。试验选取连作4 a花生田,以适合单粒精播的高油酸花生品种冀农花12号为供试材料,围绕根际养分提升及土壤微生物改良开展试验。设置4种处理:播前土壤增施氧化钙(CaO)600 kg/hm²、生物菌肥(BF)300 kg/hm²、营养拌种剂(N)等3种养分处理和常规施肥(CK)4种处理,分析不同养分处理对高油酸花生连作障碍的影响。结果表明,3种养分处理在花针期和结荚期显著提高了叶片的SPAD值,延缓了植株叶片衰老速度,提高了光合积累效率。CaO处理主茎高度较CK显著增高35.6%,CaO处理聚类的Ⅲ类群体与产量构成因素数据点分布最集中;BF处理提高了结荚期活性根瘤数量和单株根瘤干质量,促进了N、P、K的吸收;N处理在收获后表现出土壤中铵态氮(8.1 mg/kg)、速效磷(9.6 mg/kg)和速效钾(249.3 mg/kg)含量明显低于CK的现象,对品质的影响较小。养分处理均可在一定程度上缓解高油酸花生的连作障碍,其中CaO效果最佳。随着花生种植年限增加,连续增施养分处理可有效缓解连作障碍,在实际生产中应综合考虑种植目标和需求,并采取多因素结合措施来缓解高油酸花生连作障碍,该研究为连作花生土传病害防控技术提供新思路和重要参考。

为明确河北省山前平原小麦-玉米轮作体系周年适宜施氮量,通过22 a的田间定位试验,分析不施氮(N0)、小麦施氮150 kg/hm²+玉米75 kg/hm²(N1)、小麦250 kg/hm²+玉米150 kg/hm²(N2)、小麦350 kg/hm²+玉米225 kg/hm²(N3)4个施氮量处理对作物产量、周年能量产量、氮素累积量、氮肥回收利用率等的影响。结果表明,氮肥施用显著提升了麦玉轮作体系作物产量与周年能量产量。相较N0处理,施氮处理小麦年均增产2 857.81~3 226.11 kg/hm²;玉米年均增产2 302.37~2 611.64 kg/hm²。各施氮处理较N0处理周年能量产量年均可增加74.59~84.30 GJ/hm²,增幅为56.54%~64.15%。N2处理的周年可持续性指数最优,较N1、N3处理分别提高2.56%,0.21%,产量稳定性指数则分别下降0.14,1.77百分点,N3处理显著降低麦玉轮作体系的产量稳产性。施氮显著提升小麦、玉米地上部年均氮素累积量,与N0相比施氮处理小麦、玉米单季及轮作周年的氮素累积量分别显著提高128.14%~165.83%,32.66%~54.19%,68.10%~95.78%。随着施氮量递增,氮肥回收利用率显著下降,小麦季N1、N2、N3处理氮肥回收利用率分别为64.65%,49.96%,32.66%;玉米季N1、N2、N3处理氮肥回收利用率为73.45%,59.00%,36.34%。综合产量、氮素利用率与可持续性,提出河北省山前平原区麦玉轮作体系小麦和玉米的适宜施氮量分别为233.49~247.42 kg/hm²,145.35~150.89 kg/hm²,轮作周年适宜施氮量为378.84~398.31 kg/hm²,可实现作物产量与经济效益双盈,且周年产能稳定。

为明确河南省不同产量水平小麦的产量构成和氮磷钾吸收利用特征,于2023-2025年在位于河南省安阳市4个县区的78个农户田块取样调查,按照籽粒产量的高低分成低产、中产、高产3组,比较了产量构成、氮磷积累和转运特性以及氮磷钾吸收、生产效率。结果表明,高产组的籽粒产量分别较低、中产组高23.6%~53.5%,10.6%~24.2%,主要原因是高产组较低中产组显著提高了生物量,且较低产组提高了穗数和千粒质量,较中产组提高了低产年份的穗数。与低产组相比,中高产组开花期和成熟期氮积累量、开花期磷积累量和花前氮磷转运量在2 a中均显著提高,其他氮磷积累和转运特性无显著变化或仅在1 a中有显著变化。高产组较中产组,生物量显著增加13.4%~24.4%,产量构成因素除2024-2025年度穗数显著增加8.6%外无显著差异。在产量较高的2023-2024年度,高产组花后磷积累量、花后磷积累量贡献率和百千克籽粒需磷量较中产组分别显著降低106.7%,15.1百分点,11.5%。在产量较低的2024-2025年度,高产组较中产组,开花期、成熟期以及花后的氮积累量、开花期和成熟期磷积累量分别显著提高39.5%,27.3%,17.0%,37.3%,27.3%,花前氮转运量、花前氮转运量贡献率和花前磷转运量分别显著提高33.4%,3.2百分点,36.6%;磷钾吸收效率分别显著提高46.3%,17.1%。相关性分析结果表明,产量与穗数、穗粒数、千粒质量、生物量、开花期和成熟期氮积累量、花前氮转运量以及花前磷转运量在2 a中均达到显著正相关。综合来看,穗数、千粒质量、生物量、开花期和成熟期氮积累量以及花前氮磷转运量高是河南省小麦高产的重要特征。

为明确不同品质类型花生籽仁品质对施氮量的响应差异,以高油型品种远杂9102(YZ9102)、高蛋白型品种驻花2号(ZH2)和普通型品种豫花23(YH23)为材料,设置0,75,150,225,300 kg/hm² 5个施氮水平,研究施氮量对籽仁营养品质、功能成分及挥发性风味成分的影响。结果表明,施氮量显著影响花生籽仁蛋白质含量及产量,3个品种蛋白质含量及产量均随施氮量增加呈先升高后趋于平稳的趋势,以225 kg/hm²处理综合表现最优;蛋白质含量及产量在不同品种间差异显著,均以ZH2最高。施氮量显著影响含油量和油分产量,随施氮量增加,含油量总体下降,油分产量先升高后趋于平稳或略降,以150 kg/hm²处理较优;含油量和油分产量在不同品种间差异显著,均以YZ9102最高。油酸和亚油酸占比对施氮量响应明显,当施氮量为0~150 kg/hm²时,油酸和亚油酸占比变化较大,继续增加施氮量后趋于稳定。蔗糖含量主要受品种影响,以YH23最高,施氮量对其影响不显著。功能成分方面,白藜芦醇含量随施氮量增加而下降,而白藜芦醇产量呈先升高后降低的趋势,YZ9102和ZH2以施氮量150 kg/hm²最优,品种间白藜芦醇含量及产量均以ZH2最高;毛蕊异黄酮含量具有明显生育时期和品种差异,在花后90 d迅速升高,YH23毛蕊异黄酮含量在75 kg/hm²处理下最高。GC-IMS共鉴定出47种挥发性风味成分,与不施氮处理相比,施氮量75 kg/hm²处理下,酯类和部分醇类成分表现出较明显响应,涉及乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯、1-戊醇等化合物;施氮量150 kg/hm²处理下,醛、酮、醇及部分含氮杂环类化合物均表现出较明显响应,涉及2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、乙酰氧基乙醇、四甲基吡嗪、吡啶、 2-甲基丁醇等成分;施氮量225 kg/hm²处理下,部分高保留时间或特殊气味相关化合物表现出较明显响应,涉及二甲基二硫醚、2-乙基呋喃、乙苯、邻二甲苯、正丁基环己烷、2,3-二氢肉桂酸乙酯、丁酸等成分。品种间比较,YZ9102以脂质氧化相关醛、醇、酮类响应突出,ZH2以酯类、醇类和甜香型酮类响应明显,YH23以杂环类、含硫类及特殊气味相关成分表现出较明显响应。综上,花生籽仁品质对施氮量的响应具有指标和品种差异,施氮量225 kg/hm²适宜蛋白品质提升,150 kg/hm²适宜油脂品质调控,功能成分和风味品质需结合品种特性优化施氮水平。

为建立一种适用基层快速、简单的检测牛病毒性腹泻病毒(BVDV)的方法,将BVDV 5'UTR作为靶标区域,设计重组酶介导等温扩增(RAA)引物、探针及crRNA,构建并优化RAA-CRISPR/Cas12a检测体系,对反应条件、灵敏性、特异性及重复性进行评价,同时用RT-qPCR对100份粪便、30份血液、30份耳缘组织临床样本进行检测。结果显示,引物F3R2在43 ℃条件下RAA扩增效率最佳,CRISPR/Cas12a体系中最佳crRNA与Cas12a浓度分别为25.0,12.5 nmol/L。特异性研究表明,该方法能够特异性检测到BVDV-1a和BVDV-1b亚型,与BVDV-2 及其他常见牛病毒性腹泻的病原均无交叉反应。该方法对重组质粒标准品的最低检测限为2.1 copies/μL。重复性研究表明,批内、批间变异系数分别为 2.6%~5.8% 和 2.5%~5.5%,重复性良好。临床样本检测结果为BVDV-1b亚型感染,RT-qPCR符合率粪便样品为96%,血液样品为100%,耳缘组织样品为100%,一致性良好。综上,建立的BVDV RAA-CRISPR/Cas12a检测方法灵敏性高、特异性强,可为BVDV的现场快速检测提供可靠的技术支撑。

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。