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。

为探究秦琼(Q)燕麦和梦龙(M)燕麦在盐碱胁迫处理下根际土壤细菌群落多样性和土壤酶活性相互关系,采用细菌16S rRNA高通量测序技术和土壤酶活比色分析法,对秦琼和梦龙在盐碱胁迫处理0,6,12,24,48 h下根际土壤细菌群落结构和土壤酶活性进行对比分析。结果显示,在门水平上,秦琼根际土壤中放线菌门、变形菌门相对丰度占比高于梦龙。在属水平上,秦琼根际土壤中的芽孢杆菌属、节杆菌属相对丰度占比高于梦龙,但假单胞菌属相对丰度占比低于梦龙。盐碱胁迫48 h后,秦琼根际的土壤多酚氧化酶(S-PPO)、土壤过氧化氢酶(S-CAT)、土壤脱氢酶(S-DHA)、土壤转化酶(S-AI)活性是梦龙的1.32,1.53,1.38,1.28倍。且S-CAT活性与细菌ACE、Chao多样性指数呈显著正相关。秦琼可以通过改变优势菌群的相对丰度占比,影响细菌群落结构变化,提高细菌群落多样性指数与土壤酶活性,而梦龙根际的细菌群落变化不显著。土壤微生物群落多样性是决定燕麦品种耐盐碱能力的重要因素。

盐胁迫对作物的产量和品质造成巨大的威胁,而大麦作为耐盐研究的先锋作物之一,开展其耐盐机理的解析,可为作物耐盐育种提供理论依据。以前期获得的盐敏感裸大麦地方品种B87和耐盐裸大麦地方品种B94为供试材料,在三叶期使用200 mmol/L NaCl处理7 d后,对其地上部组织进行了转录组和代谢组测序,并通过联合分析揭示裸大麦的耐盐性分子机理。结果显示,转录组和代谢组分析中,B87鉴定到了2 240个差异表达基因(DEGs)和198个差异丰度代谢物(DAMs),而B94鉴定到了923个DEGs和232个DAMs。经韦恩分析,耐盐裸大麦品种B94中特异DEGs和特异DAMs分别为480,129个。进而,又对DEGs和DAMs分别进行了GO和KEGG分析,其中B94的DEGs特异显著富集到11个通路,而其DAMs则仅特异显著富集到1个通路。另外,还对转录组和代谢组进行了相关性分析,发现基因与代谢物的变化既存在一致性,也存在不一致性。这些工作不仅丰富了对裸大麦耐盐性分子机理的理解,也为未来裸大麦耐盐育种提供了有价值的线索。

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。

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。

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。

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。

为系统解析WRKY转录因子家族成员在小麦生长发育调控及非生物胁迫应答中的作用,研究了TaWRKY基因在干旱、高盐、低温等逆境条件下的表达模式特征。以普通小麦品种中国春为材料,通过分子克隆技术获得TaWRKY70基因,其编码区全长885 bp,编码294个氨基酸的不稳定亲水性蛋白。生物信息学分析表明,该蛋白具有典型的WRKYGQK保守结构域及C₂HC型锌指结构,符合第Ⅲ类WRKY转录因子的分类特征。通过启动子顺式作用元件分析发现,TaWRKY70启动子区域存在参与茉莉酸甲酯响应、脱落酸响应、乙烯响应等调控元件。基因共表达分析表明,TaWRKY70与小麦对激素响应、对微生物的防御反应、对寒冷等非生物胁迫的应答等多个抗逆过程相关。系统进化树分析表明,TaWRKY70蛋白与大麦、玉米、高粱和谷子等禾本科作物的WRKY70亲缘关系较近。亚细胞定位结果证明,TaWRKY70定位于细胞核,符合转录因子特征。通过表达模式分析发现,TaWRKY70在小麦根、茎、叶、幼穗和籽粒中均有表达,并且在根和叶中表达较高。在非生物胁迫下,TaWRKY70在脱落酸和低温处理下表达下调,在水杨酸、NaCl、PEG6000和高温处理下表达上调。综上,通过克隆小麦TaWRKY70基因并分析其表达模式,为下一步解析TaWRKY70参与小麦抗逆的分子机制提供了基础。

鉴定抗大豆花叶病毒(SMV)相关基因功能,为培育抗SMV品种提供基因资源。以前期构建抗SMV位点qTsmv-3的近等基因系和转基因拟南芥为材料,对6个MATE候选基因在抗SMV侵染过程中的功能进行分析和鉴定。在大豆基因组中预测到128个MATE家族基因,可分成5个亚家族。qTsmv-3位点的6个MATE候选基因均位于第Ⅰ亚家族,根据公共数据显示它们的表达量或表达部位存在显著差异,Glyma.03G005600在地上部叶和茎中整体表达量最高,Glyma.03G005800在地下部根和根瘤中整体表达量最高。qTsmv-3近等基因系接种SMV后,与#NIL-SMC家系相比,GmICS1和GmPR1在#NIL-NC中的表达量分别上调2.40,15.16倍,SMV浓度降低70%,表明qTsmv-3位点的抗性与水杨酸(SA)介导的抗病通路相关。此外,6个MATE候选基因仅有Glyma.03G005300和Glyma.03G005600的表达量在近等基因系间出现显著差异,分别下调表达61.0%,82.1%。综合考虑6个MATE基因的表达模式和对SMV侵染后的响应,Glyma.03G005600可能为qTsmv-3位点的关键候选基因。进一步研究发现,携带Glyma.03G005600的转基因拟南芥(OE_MATE)受UV-B胁迫后,AtICS1和AtPR1的表达量比野生型(WT)分别显著上调4.22,9.12倍,说明Glyma.03G005600能够显著促进或影响SA信号通路上基因的表达。研究结果初步证实Glyma.03G005600是抗SMV位点qTsmv-3的关键调控基因,为克隆抗SMV关键调控基因奠定了基础。

小麦优质亚基7^OE在优质小麦培育方面具有重要作用,虽然针对该优质亚基已开发了高通量的KASP标记,但与由SNP开发的KASP标记不同,仍存在无法有效区分纯合与杂合的问题。为明确7^OE亚基是否纯合的问题,以含有7^OE亚基的津强6号(含7^OE+8^*亚基)和不含7^OE亚基的科农199(含7+9亚基)及其杂交后代为材料,把小麦的Waxy-D1基因作为内参基因,利用KASP标记中使用的通用双色荧光,通过定量PCR检测7^OE基因相对内参基因的相对拷贝数来确定7^OE基因是否存在以及是否纯合,并用相关分子标记对检测结果进行验证。结果表明,含7^OE基因的亲本津强6号相对拷贝数最高,不含7^OE基因的亲本科农199相对拷贝数为0,其杂交F₁相对拷贝数居中,3种类型很容易分开。在其F₂分离群体,7^OE基因的相对拷贝数也很容易分为高、中和0 3种类型,对其中检测为7^OE基因纯合与杂合的基因型进一步用9亚基的PCR标记(能同时检测分别与7亚基和7^OE亚基紧密连锁的9亚基和8^*亚基)进行检测,检测结果完全一致。建立的高通量7^OE通用双色荧光定量PCR标记能准确区分7^OE亚基是否存在以及是否纯合,对促进优质亚基7^OE的分子标记辅助选择具有积极作用。

查尔酮合成酶(CHS)是类黄酮合成途径的关键起始酶,参与合成黄酮、黄酮醇、异黄酮、花青素等代谢物,而这些黄酮类代谢物在植物抗逆方面扮演着重要角色。为了研究CHS在燕麦幼苗响应干旱胁迫中的作用,从前期的全长转录组数据中筛选到1个燕麦CHS基因,命名为AsCHS,并对其进行克隆、生物信息学、亚细胞定位和表达模式分析。结果表明,AsCHS基因编码398个氨基酸,蛋白序列包含CHS家族特异标签序列,是疏水的不稳定蛋白,属非跨膜蛋白,定位于细胞核和细胞质。根据二级结构预测,AsCHS主要包含α-螺旋和无规则卷曲。启动子区顺式作用元件预测表明,该基因含有响应干旱胁迫和多个激素信号途径相关的顺式作用元件。系统进化树显示,AsCHS与黑麦草、早熟禾和南极发草的亲缘关系较近。亚细胞定位表明,AsCHS蛋白定位在细胞核和细胞质。与对照组相比,AsCHS在干旱胁迫下燕麦幼苗不同萌发时间的表达模式由波动表达改变为递增表达,由根中表达量最高改变为在叶中表达量最高,且在叶片中的表达存在显著差异。本研究为揭示AsCHS在燕麦响应干旱胁迫的功能奠定了基础。

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。

大豆萌发阶段遭受低温胁迫会对产量造成巨大影响。为挖掘大豆萌发期低温胁迫响应相关基因,探究大豆萌发期耐低温的生物学过程,对8个萌发期低温耐性存在显著差异材料萌发3 d的种子进行了转录组测序。筛选耐低温材料与低温敏感材料间差异表达基因(DEGs),并对差异表达基因进行GO富集分析、KEGG富集分析和转录因子分析。在15个低温耐性差异对比组中筛选到231个共有差异表达基因,其中159个DEGs在冷敏感大豆中表达上调,72个DEGs在冷敏感大豆中表达下调。GO富集分析结果显示,DEGs主要集中在细胞过程(GO:0009987)、代谢过程(GO:0008152)、生物调节过程(GO:0065007)、对刺激的反应(GO:0050896)、结合(GO:0005488)、转运蛋白活性(GO:0005215)和转录调节剂活性(GO:0140110)等生物学过程。KEGG富集通路分析发现,DEGs主要富集在淀粉和蔗糖代谢通路(ko00500)。参与种子发育的基因Glyma.03G144400、Glyma.19G147200、Glyma.10G027600、Glyma.10G247500、Glyma.20G147600,参与代谢反应的基因Glyma.05G004300、Glyma.17G086400和编码谷胱甘肽氧化酶的基因Glyma.01G219400均在冷敏感材料中上调。在231个差异表达基因中共鉴定出15个转录因子,属于MYB、AP2/ERF、NAC等转录因子家族。说明大豆通过调节多种生物学过程、物质代谢和信号传导来应对萌发期低温胁迫。

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。

探究蓖麻饼粕肥对土壤肥力及花生产量、品质的影响。以东北地区花生品种四粒红为试验材料,开展2 a田间定位试验(2022,2023年),设置不施肥(CK)、施蓖麻饼粕肥(B1:2 520 kg/hm²、B2:5 040 kg/hm²、B3:10 080 kg/hm²)、施化肥(F1:175 kg/hm²、F2:350 kg/hm²、F3:700 kg/hm²)、施牛粪(N1:3 724 kg/hm²、N2:7 448 kg/hm²、N3:14 896 kg/hm²)10个处理,分析不同处理对土壤肥力及花生产量、品质的影响。结果表明,2022,2023年施用蓖麻饼粕肥均能不同程度地改善土壤养分,B3处理可显著降低土壤pH值,土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、碱性磷、速效钾含量提升效果最佳,分别较CK平均提高67.58%,64.56%,70.55%,11.33%,75.76%,149.97%,116.84%;与CK相比,施化肥和牛粪处理土壤有机碳含量分别平均提高5.94%和11.48%,全磷含量分别平均提高16.67%,16.67%,碱性磷含量分别平均提高33.35%和23.94%。B3处理花生单株饱果质量、百果质量、百粒质量优于施化肥和牛粪处理,分别平均提高105.43%,127.91%,19.54%和22.75%,16.79%,24.17%。B3处理花生产量最高,2023年较2022年提高1 876.22 kg/hm²。B1处理提高了花生脂肪、油酸含量并降低了亚油酸和棕榈酸含量,花生脂肪和油酸含量分别较CK平均提高6.07,4.23百分点,亚油酸和棕榈酸含量分别较CK平均降低1.79,0.89百分点。土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生脂肪含量呈显著正相关,土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生产量呈极显著正相关。综上所述,蓖麻饼粕肥可改良土壤,并能够提升花生产量、品质。

黄籽油菜因菜油的外观、品质好等优势深受消费者欢迎,但后代性状分离不稳定,严重影响其大面积应用。为解析黄籽油菜性状分离不稳定的内在原因,探寻黄籽油菜中黄色籽粒和黑色籽粒之间内在生理机制存在的差异,以甘蓝型黄籽油菜(CK)为材料,对其分离后代中的黄色(Y)、黑色(B)籽粒植株的农艺性状、生理生化指标、种皮颜色相关基因等之间的表达差异开展了研究。结果表明:分离后代中,Y的根茎粗和株高均优于CK和B,B的株高分别与CK、Y呈显著差异,B的根茎粗与Y呈显著差异。Y的病害指数为1.97,CK和B的病害指数分别为2.55,3.33,表明Y在抗病性方面优于CK和B。在9—10叶期Y叶片中的丙二醛(MDA)含量最低,花期Y和CK花中的过氧化物酶(POD)活性持续上升,表明黄籽油菜抗逆能力较强。7—8叶期和9—10叶期B和Y中TT18、TT8基因的表达量均高于CK,终花期B和Y中TT18基因的表达量显著低于CK。授粉后28 d Y种子中MYB47基因的表达量最高,分别为CK的5.56倍和B的5.79倍。TT8基因在授粉后21 d的Y中表达量最高,分别为CK和B的3.30,2.29倍。黄籽油菜在含油量、抗逆等方面均有明显优势,因而大力发展黄籽油菜可为提高菜油供应量,解决我国食用油安全提供新思路。

研究干旱对花生农艺及生理生化性状的影响,并探究抗旱分级方法,筛选花生抗旱品种。以27个花生种质为试验材料,播后30 d测定花生干旱胁迫下农艺性状指标,并通过相关性分析、主成分分析、聚类分析和隶属函数法等相结合的方法进行抗旱性分级,选取抗旱型花生冀农花3号(JNH3)、中间型L231、敏旱型L236进行生理生化指标测定和显微结构观察,对不同抗旱型进行鉴定,获得不同抗旱性花生种质。结果表明:不同环境下干旱处理后主茎高降幅为2.26%~34.06%,第一对侧枝长降幅为1.11%~57.20%,主茎基粗降幅为1.54%~38.36%,根冠比降幅为65.01%~92.83%。据综合加权隶属函数将花生材料聚类为抗旱型、中间型和敏旱型3类,其中中间型和敏旱型花生上述性状较对照均达到显著水平。干旱胁迫下花生功能叶片ROS升高,通过NBT、DAB染色,发现不同抗旱类型花生ROS差异表达,其中NBT和DAB染色由浅到深均为冀农花3号、L231和L236,符合抗旱型分类。不同抗旱型花生各项酶活指标和渗透调节物质含量与对照相比均有显著提高,POD活性冀农花3号提高42.71%,L231提高26.04%,L236提高20.59%,不同品种间差异均达到显著水平,CAT活性趋势与上述一致。SOD活性冀农花3号提高48.01%,L231提高63.49%,L236提高73.15%,不同品种间差异均达到显著水平;MDA活性趋势与上述一致。脯氨酸含量冀农花3号提高1.10倍,L231提高1.07倍,L236提高1.03倍;可溶性糖含量冀农花3号提高44.06%,L231提高31.54%,L236提高38.62%,不同品种间差异均达到显著水平。干旱胁迫下花生根系生长受限,根总长和根总面积显著降低,根尖细胞部分坏死,程度由浅至深分别为冀农花3号、L231和L236。

Metacaspase(MC)是一种精氨酸/苏氨酸特异性蛋白酶,研究表明其在细胞程序性死亡中发挥作用。为探究 MC家族基因在甘蓝型油菜基因组中的分布及其是否响应干旱胁迫,对甘蓝型油菜MC家族基因成员的理化性质、系统发育、基因结构、保守结构域、顺式作用元件及干旱(PEG6000)和脱落酸(ABA)胁迫下的表达模式进行系统分析。共鉴定到25个BnMC基因,染色体定位显示,25个BnMC分布于13条染色体上,17个成员定位于细胞核,7个成员定位在细胞质;系统进化树将BnMC分为2个大类(Ⅰ型和Ⅱ型),4个分支(Group A、Group B、Group C和Group D),同一分支的BnMC具有相似的基因结构和保守基序分布。MC家族基因的核心启动子区包含的顺式作用元件有光响应元件、植物激素响应元件、植物生长发育响应元件和胁迫响应元件,非生物胁迫响应相关的所有顺式作用元件中,脱落酸响应元件(ABRE)数目最多,为79个,所有成员都含有该元件。转录组学结果分析发现,干旱胁迫后BnMC10、BnMC22、BnMC1、BnMC12、BnMC8的表达量上调,BnMC4和BnMC5表达下调。qRT-PCR检测显示,BnMC10、BnMC8、BnMC1、BnMC12在根和叶中均有表达,且受PEG6000和ABA诱导上调,其中BnMC1受诱导上调最为显著。综上所述,甘蓝型油菜响应干旱胁迫涉及对MC家族基因的表达水平调控。

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。

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。

小麦条锈病是由小麦条锈菌引起的重大病害,严重威胁我国粮食安全。夏孢子是条锈菌繁殖、传播和侵染的关键介质,但其产孢相关基因的调控机制尚不清楚。筛选并验证小麦条锈菌侵染前期高表达的候选基因PsCON6的功能,为解析其致病机制提供新线索。通过同源克隆从小麦条锈菌中获取PsCON6基因,利用qRT-PCR分析其在侵染前期的表达模式。通过生物信息学技术分析预测PsCON6蛋白的氨基酸序列、保守结构域及理化性质。通过寄主介导的基因沉默(BSMV-HIGS)技术瞬时沉默PsCON6,检测寄主活性氧面积、病原菌菌丝长度与面积及病原菌生物量。通过瞬时表达确定PsCON6蛋白的亚细胞定位。PsCON6在小麦条锈菌侵染前期显著高表达,其编码的蛋白含2个conidiation-specific protein 6保守结构域,由83个氨基酸组成。HIGS沉默PsCON6后,寄主活性氧水平显著升高,病原菌菌丝长度和面积显著减少,但孢子量未受显著影响。亚细胞定位表明,PsCON6定位于细胞膜。结果表明,PsCON6可能参与调控小麦条锈菌的菌丝生长过程,但对夏孢子形成无直接影响,其功能可能存在冗余,为揭示条锈菌致病机制提供了新靶点,并为后续深入解析其分子机制奠定了基础。

前期研究发现大麦条纹病菌β-葡萄糖苷酶基因PgβGlu4在侵染阶段高表达,为了深入研究该基因的功能,构建PCE2-EGFP-PgβGlu4的亚细胞定位载体转化水稻原生质体,观察PgβGlu4在水稻组织中的定位;同时构建PgβGlu4基因RNAi载体,利用CaCl₂-PEG4000介导法制备QWC原生质体进行遗传转化;通过检测突变株的营养生长和致病性对PgβGlu4基因功能进行了分析。PgβGlu4与不同病原菌同源蛋白序列的进化树分析显示,PgβGlu4与小麦黄斑叶枯病菌具有较近的亲缘关系;亚细胞定位结果显示,PgβGlu4主要在细胞核与细胞膜中表达;经潮霉素验证得到4株PgβGlu4基因突变体;qRT-PCR分析结果表明,4个RNAi突变株PgβGlu4基因表达量较野生株分别下降了66.31%,68.60%,54.37%,69.89%;突变株菌落直径显著小于野生株,侵染大麦后发病率较野生株侵染组分别降低了56.69,52.76,47.43,53.30百分点;干扰突变株侵染后大麦叶片叶绿素相对含量为30.3~35.0,3个干扰突变株系侵染组大麦显著高于野生组;PgβGlu4基因沉默前后侵染大麦对其株高影响显著。结果表明,PgβGlu4基因参与调控大麦条纹病菌生长发育及其致病性。

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。

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。

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。

向日葵是我国重要的油料作物,具有较强的耐盐性,但主产区盐渍化加重制约了向日葵的生产。为揭示向日葵苗期耐盐相关性状的耐盐机制,挖掘与向日葵苗期耐盐性显著相关的SNP位点及候选基因,以124份向日葵种质资源为材料,在250 mmol/L NaCl胁迫条件下,对株高、叶面积、地上部分鲜质量、地下部分鲜质量、SPAD值5个性状进行全基因组关联分析及耐盐位点/基因的挖掘。结果表明:在盐胁迫14 d时,苗期相对株高、相对叶面积、相对地上部分鲜质量、相对地下部分鲜质量和相对SPAD值5个性状指标均发生了显著变异,呈正态分布,影响最明显的为相对地下部分鲜质量和相对叶面积(变异系数46.57%以上);利用全基因组关联分析获得18个显著关联的SNP位点,其中Chr35448-18789497在多个耐盐相关性状中均被检测到;在上下游各80 kb进行基因搜索,筛选到45个相关候选基因;通过对关联位点区间进行扫描和基因注释分析,发掘出4个可能与向日葵苗期耐盐性状相关的候选基因。通过对向日葵进行苗期耐盐性状的全基因组关联分析,获得了与苗期耐盐性状显著关联的SNP位点,发掘出耐盐性相关的候选基因,为后续开展耐盐基因的验证奠定了基础。

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。

为探究外源硅肥对小麦抗倒性、生长、产量及品质的影响,以垦麦58为试验材料,设置4个硅肥处理:基施硅肥15 kg/hm²(Si1)和30 kg/hm²(Si2)、拔节期追施硅肥15 kg/hm²(Si3)和30 kg/hm²(Si4),以不施硅肥为对照。测定了灌浆期小麦茎秆抗倒伏能力、植株生长、产量及品质相关指标。结果表明,Si4处理显著降低小麦株高、重心高度和基部第2节间长度;Si3处理基部第2,3节间厚度增加14.7%以上;Si2和Si4处理的基部第2,3节间充实度增加8.6%~18.7%,抗折力提高12.4%~49.2%,但对节间粗度和干质量影响较小。外源硅肥提高了拔节期叶绿素含量(SPAD),对分蘖、成穗、地上部干物质积累、收获指数、产量及主要品质指标无显著影响。综上,外源硅肥通过降低株高、重心高度和基部节间长度,增加基部节间厚度、充实度和抗折力,改善了茎秆质量,增强了茎秆抗倒性,同时提高了叶绿素含量,对小麦生长、产量和品质无不利影响。硅肥基施或拔节期追施均可。

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。

为了优良品质稻米的培育,利用来自国内外139份水稻种质资源为材料,对2022-2023年水稻籽粒总蛋白含量进行表型分析,结合全基因组测序(覆盖深度10×)所得255 501个SNP标记,利用一般线性模型进行全基因组关联分析,避免假阳性影响选取阈值最高位置的基因进行单倍型分析,根据前人研究结果和基因功能注释预测水稻籽粒总蛋白含量相关基因,通过实时荧光PCR对预测基因进行相对表达量分析。结果表明,139份水稻籽粒总蛋白含量属于中度变异,变异系数分别为21.66%,20.65%,符合正态分布;通过全基因组关联分析,在2个环境下共获得显著SNPs 55个,分布在1,2,4,5,6,8,11,12号染色体上,其中有16个连续且上下游区间不超过100 kb的SNPs分布于11号染色体;进一步对11号染色体显著SNPs位点的上、下游50 kb(±50 kb)范围内的区间关联性强的基因进行单倍型分析,结合基因功能注释以及灌浆期籽粒相对表达量分析的结果,初步推测LOC_Os11g08460与水稻籽粒总蛋白含量相关,编码Dnak/Hsp70s蛋白家族。综上,利用全基因组关联分析对139份水稻种质资源的总蛋白含量进行候选基因预测及单倍型分析,为稻米品质遗传改良提供新的基因,加速稻米改良的过程。

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。

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。

为了针对禽戊型肝炎病毒(aHEV)建立一种快速、准确的抗体检测方法,以大肠杆菌原核表达系统表达的CaHEV-GDSZ01株的ORF2蛋白作为包被抗原,对相关反应条件进行优化后确定其最佳工作条件,以建立检测aHEV鸡血清抗体的间接ELISA 方法,并对该方法进行特异性、敏感性和重复性试验,与Western Blot方法进行对比后,初步应用于检测鸡临床血清样本。结果显示,ORF2蛋白被成功表达、纯化,并经Western Blot试验证实,可与aHEV阳性鸡血清发生特异性反应,建立的ELISA的最佳反应条件为:ORF2蛋白以200 ng/孔4 ℃包被过夜(12 h),5%脱脂乳37 ℃封闭1~2 h,血清1∶1 600稀释、室温孵育1 h,兔抗鸡IgY-HRP 1∶5 000稀释、37 ℃孵育90 min,TMB底物37 ℃显色20 min后终止。该ELISA方法可检出稀释51 200倍后的aHEV阳性血清,且不与NDV、AIV-H5、AIV-H9、ALV、REV和MDV等其他鸡源性病毒的阳性血清发生交叉反应;批内、批间重复性试验的变异系数均小于10%,与Western Blot方法的总体符合率达95.12%。通过该方法检测广东不同地区养鸡场的临床血清样本,总阳性率达66.34%。成功建立了一种操作简便、有效,且特异性、灵敏性和重复性均良好的aHEV血清学检测方法,可为基层监测、防控aHEV的感染提供一定的技术支持。

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。

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。

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。

为了深入挖掘稻曲病菌真菌病毒的多样性,以从海南省患病水稻样本中分离到的1株稻曲病菌异常菌株Uv263为试验材料,鉴定该菌株中潜在的真菌病毒,解析真菌病毒基因组结构与功能的关系。结果表明,Uv263菌株被1种新型真菌病毒侵染,命名为Ustilaginoidea virens RNA virus 7(UvRv7)。UvRV7为双链RNA病毒,全长5 082 bp,GC含量为60.29%。UvRV7编码的开放阅读框1编码外壳蛋白(CP),开放阅读框2编码RNA依赖的RNA聚合酶(RdRP)。BlastP比对表明,UvRV7的RdRP氨基酸序列与病毒Thelebolus microsporus totivirus 1的RdRP氨基酸序列的相似性最高,为48.49%。基于UvRV7的RdRP氨基酸序列的多重比对结果表明,UvRV7的RdRP序列共包含8个保守基序,其中在第Ⅵ个基序中鉴定到1个RdRP保守结构域中最典型的GDD基序。系统发育分析表明,UvRV7与Thelebolus microsporus totivirus 1的亲缘关系最近,并且与单分体病毒科中维多利亚病毒属的典型成员形成了1个进化分支。基因组特征和进化分析结果均表明,UvRV7是维多利亚病毒属中一个新发现的真菌病毒种类。透射电镜观察表明,UvRV7形成1个约45 nm的球状病毒粒子。水平传播和垂直传播试验也表明,UvRV7可以通过分生孢子高效垂直传播,并且在营养体亲和的菌株间高效水平传播。综上所述,阐明了稻曲病菌中新报道的单分体病毒UvRV7的全基因组结构特征及其进化关系。

为了研究不同施肥处理对香稻产量、品质和香气的影响,以青香优19香为研究对象,分别设置了撒施复合肥(T1)、6 cm深施复合肥(T2)、撒施尿素(T3)、6 cm深施尿素(T4)和不施肥处理(T5)5种施肥处理,于2022,2023年探究不同施肥方式对香稻产量、品质、香气以及生理特性的影响。试验结果表明,不同施肥处理对香稻的产量和品质均有影响。深施肥处理(T2和T4)下香稻的产量显著高于撒施肥处理(T1和T3)。另外,T2和T4处理下香稻产量在2022,2023年分别比T5处理高出19.61%和20.03%,39.57%和32.28%。在叶片净光合速率方面,深施肥处理显著提高了香稻叶片的净光合效率,与T5处理相比,在2022,2023年,净光合效率在T2和T4处理下分别提高了25.69%,15.95%和17.83%,11.28%。此外,在深施肥处理下,香稻的2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)含量、2-AP合成相关前体物质含量和主要酶活性均有所提高。相较于T5处理,T2的2-AP含量显著增加,在2022,2023年分别达到了161.31,180.17 μg/kg。另外,深施肥处理下,香气前体物质含量和主要酶活性也显著提高。其中,在2022,2023年,T2处理香稻籽粒的脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸以及1-吡咯啉含量分别提高了9.90%,10.08%,4.38%和8.13%,8.26%,6.06%,同时吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脱氢酶活性分别提高了8.72%,27.79%和5.52%,30.91%。综上所述,深施肥处理能够显著提高香稻的产量、品质、叶片净光合速率并促进2-AP的生物合成。

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。

克隆小麦籽粒超氧化物歧化酶(SOD)基因,开发与SOD活性相关的竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记,对选育高SOD活性小麦品种具有重要意义。根据基因ID,设计特异性引物克隆得到TaSOD-B1基因gDNA序列;在小麦基因组遗传变异及Ensembl Plants数据库比对得到单核苷酸多态性(SNP)位点,开发与小麦SOD活性密切相关的KASP标记,并通过287份来自国内外冬小麦品种(系)SOD活性与基因型间的相关性分析进行标记的实用性验证。利用6对特异性引物扩增中国春品种TaSOD-B1基因片段,拼接得到5B染色体上的TaSOD-B1基因,基因全长为6 491 bp,包含1 650 bp的开放阅读框(ORF),共编码549个氨基酸,预测分子质量为60.80 ku,由12个外显子及11个内含子构成,内含子符合典型的GT-AG结构。基于TaSOD-B1基因第1外显子的第44碱基处经测序验证确实存在的差异位点开发KASP标记,检测结果表明,等位变异类型为TaSOD-B1a的基因型为AA,与高SOD活性相关,用荧光基因FAM(显示为蓝色)标记;等位变异类型为TaSOD-B1b的基因型为GG,与低SOD活性相关,用荧光基因HEX标记(显示为红色)。对287份国内外冬小麦品种(系)进行检测发现,不同基因型的SOD活性差异达到显著水平。基于TaSOD-B1序列成功开发出1组与SOD活性相关,并可用于SOD活性遗传改良的KASP标记。

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。

为探究HBD家族各成员在重要粮食作物小麦中的潜在生物学功能,首先基于生物信息学分析普通六倍体小麦HBD家族成员及其序列特性,其次通过转录组和荧光定量分析其表达模式及功能。结果显示,共鉴定到90个小麦HBD基因,分别包含2~18个外显子和编码111~1 863个氨基酸,据进化关系可分为6个亚组。组织表达模式的结果显示,多数HBD基因在植株的根、茎、穗和籽粒中相对高表达,体现其生物学功能的多样性。这些HBD成员的启动子区域共包含62种顺式作用元件,主要涉及参与胁迫响应的光和激素调控元件。HBD不同成员分别响应多种非生物胁迫,包括磷、盐、低温、高温、干旱和高温干旱协同胁迫,其中,TaHBD23、TaHBD28、TaHBD67、TaHBD78和TaHBD85等在多种胁迫下均显著差异表达,作为胁迫响应的重要候选基因。针对生物胁迫,HBD基因家族响应假禾谷镰刀菌和半透明黄单胞菌胁迫的数量明显少于响应禾谷镰刀菌,暗示其在赤霉菌抗性应答中的关键作用。通过转录组分析在禾谷镰刀菌和水处理的小麦Bobwhite材料中共鉴定到41个表达量发生显著变化的HBD基因,其中10个基因与表达数据库的结果重合。定量分析与转录组数据趋势一致,显示TaHBD28/17、TaHBD67和TaHBD90/84负向响应赤霉菌,而TaHBD39/37、TaHBD45和TaHBD68/79正向响应赤霉菌。

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。

STAT蛋白是一类在信号传导和基因转录激活方面具有重要作用的转录因子。在植物中STAT基因的表达与高温等非生物胁迫相关。为了研究玉米STAT基因是否参与响应高温胁迫,以耐高温胁迫的Zheng 58和对高温敏感的PH6WC玉米自交系为材料,选取高温和常温2个条件下生长的植株根、茎、叶、花粉和花丝5个部位的组织进行转录组测序。基于测序数据,对玉米STAT基因结构、编码蛋白的理化性质及其在不同玉米材料、不同温度条件下的组织表达模式进行分析。结果表明,在玉米中鉴定到2个STAT基因Zm-STAT1和Zm-STAT2,其中,Zm-STAT1编码的蛋白是疏水蛋白,而Zm-STAT2编码的蛋白是亲水蛋白,它们都具有多个功能位点和磷酸化修饰位点。进一步表达分析发现,以常温为对照,在高温条件下,Zm-STAT1基因在PH6WC的根中、Zm-STAT1基因在Zheng 58的花粉和花丝中表现为上调表达,而Zm-STAT1基因在PH6WC的茎和叶中、Zm-STAT2基因在PH6WC的叶中则表现为下调表达。在2个温度条件下,Zm-STAT2在5个组织中的表达量均显著高于Zm-STAT1,且ZmSTAT2在耐高温胁迫材料Zheng 58的根、茎、花粉和花丝中均受高温诱导,暗示Zm-STAT2基因参与了玉米高温胁迫响应。

β-淀粉酶(BAM)在植物体内参与多种生物学过程的调控,并能对激素与非生物胁迫等多种外界刺激做出响应。为了解玉米BAM家族的特征和表达模式,利用生物信息学方法,对玉米BAM基因家族成员进行了全基因组鉴定,并分析了其编码蛋白、染色体定位、基因结构、顺式作用元件、共线性、组织表达特异性以及模拟雹灾和施用褪黑素处理后基因的表达模式。结果表明,在玉米中鉴定出16个ZmBAM成员且均具有典型的Glyco_hydro_14结构域,且大多数为亲水蛋白。系统发育分析显示,ZmBAM蛋白可分为3个类群,相同类群具有相似的基因结构及基序分布。顺式作用元件分析表明,大部分ZmBAM基因的表达可能与植物激素、非生物胁迫和光反应等相关。共线性分析结果显示,玉米与拟南芥和大豆BAM基因家族有一定的同源性,与水稻亲缘关系更近。qRT-PCR分析发现,在模拟雹灾胁迫下,大部分基因呈上调趋势,施用褪黑素后显著上调,为进一步揭示玉米BAM基因家族在响应非生物胁迫中的功能提供了参考依据。

小麦作为全球主要粮食作物之一,其生长发育、产量及品质常受非生物胁迫制约。为应对非生物胁迫,小麦进化出信号感知、信号传导及基因表达调控等一系列响应机制维持细胞稳态、保护生物大分子功能。干旱胁迫会导致小麦渗透调节物质与抗氧化物质积累、光合速率下降及形态结构改变,其分子机制主要包括活性氧(ROS)信号、激素信号及基因表达调控等途径。盐碱胁迫则会抑制种子萌发与幼苗生长,造成光合作用受阻、渗透调节失衡、离子平衡紊乱及膜脂氧化;小麦可通过激活盐超敏感(SOS)信号通路、钙离子信号、激素信号及基因表达调控来增强耐盐性。极端温度胁迫会抑制光合作用、引发膜脂氧化并促使渗透调节物质积累,其调控机制主要涉及激素信号、转录激活及表观遗传调控。本研究综述了小麦应对干旱、盐碱及极端温度胁迫的响应机制,并展望未来研究方向:聚焦多胁迫交叉互作机制,挖掘复合胁迫响应基因;将抗逆性状整合到高产优质遗传背景中,实现理想株型与抗逆性的协同改良;推动生物技术与常规育种方法深度融合,提升育种效率。旨在为小麦非生物胁迫抗性遗传改良提供理论支撑与技术参考。

为系统研究果实硬度相关基因,通过基因组重测序BSA方法定位果实硬度关联区间,并根据其对应的参考基因组共线性区段和基因注释信息预测候选基因,为下一步基因克隆奠定基础。以稳定遗传的软肉自交系C18与硬肉自交系LE4杂交,F₂后代的果实硬度分离呈正态分布。在F₂群体中分别选取30株软肉和30株硬肉单株构建极端混合池,对混合池样本和双亲材料分别开展30×和10×覆盖度的全基因组重测序。重测序共获得1 891 040个单核苷酸多态性(SNPs)标记及376 603个插入缺失(InDels)标记,用于果实硬度性状的全基因组定位。BSA定位峰值位于茄子第6号染色体,从72 610 411到75 329 951 bp,共计2.71 Mb。根据通路富集和基因功能注释,筛选到候选基因Smechr0601726.1 和Smechr0601735.1。综上,通过基因组重测序BSA分析可知,茄子果实硬度可能由2个重要的候选基因进行调控,Smechr0601726.1编码多聚半乳糖醛酸酶基因,与果实硬度直接相关;Smechr0601735.1与抗坏血酸和阿糖二酸代谢密切相关,编码抗坏血酸过氧化物酶,与果实发育和硬度形成有关,可以延缓果实软化。

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。

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。

为探究3种外源氨基酸对高温胁迫下番茄幼苗生长发育的影响,以番茄幼苗为试验材料,以常温25 ℃/18 ℃(昼/夜)下清水处理(Control)和高温40 ℃/30 ℃(昼/夜)下清水处理(Heat)为对照,高温下采用5 mmol/L γ-氨基丁酸(GABA)、0.2 mmol/L 5-氨基乙酰丙酸(ALA)和5 mmol/L脯氨酸(Pro)进行叶面喷施处理,测定幼苗的生长表型、抗氧化酶活性、光合参数等指标。结果表明,高温胁迫显著降低了番茄幼苗的株高、茎粗以及生物量积累;与Heat处理相比,高温胁迫下,喷施GABA、ALA和Pro均显著提高了番茄幼苗的株高和茎粗,促进了根系发育,提高了生物量积累和相对生长速率。高温胁迫下,番茄幼苗的叶绿素含量、净光合速率显著下降;ALA处理的叶绿素含量高于其他处理,GABA处理的净光合速率最优。与Heat处理相比,喷施GABA和ALA显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。高温胁迫下,Pro处理叶片的相对电导率和MDA含量最低,基本恢复至常温对照水平。通过聚类分析和主成分分析探究了3种外源氨基酸缓解高温对番茄幼苗生长发育胁迫的机制差异,GABA和ALA主要通过耦合调控幼苗叶绿素含量、抗氧化酶活性,提高光合速率,促进植株生长,从而增强抗高温胁迫能力;而Pro则主要通过降低叶片相对电导率和MDA含量,更倾向于渗透调节。

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。

探讨欧李果实发育成熟过程中钙摄取与吲哚乙酸(IAA)及有机酸代谢的关系,为欧李的进一步研究和应用提供依据。以内蒙古地区高钙和低钙2种钙素水平欧李果实为试验材料,研究果实发育成熟过程中(幼果期、硬核期、着色膨大期、硬熟期、完熟期)果实钙摄取能力及IAA和有机酸代谢的变化规律,并进行相关性分析。结果表明,水溶钙的摄取能力在欧李果实发育成熟过程中持续增强,尤其在完熟期时摄取活性、摄取速率和摄取量均大幅上升;果胶钙的摄取能力在幼果期至硬核期较强,果实发育中后期摄取能力下降,至完熟期时摄取活性、摄取速率和摄取量均显著下降;活性钙和总钙的摄取能力变化规律均趋向于与果胶钙相似。在果实发育成熟过程中,2种钙素水平欧李果实中的IAA含量表现为先升高后降低,幼果期和硬核期含量显著高于其他时期。苹果酸脱氢酶(NAD-MDH)活性、苹果酸含量和有机酸总量均整体表现为明显上升,硬熟期达到最高;苹果酸酶(NADP-ME)活性整体表现为下降;柠檬酸含量均表现为先升高后降低,硬核期达到最高。相关性分析表明,高钙和低钙欧李果实中IAA含量及有机酸代谢各指标与不同形态钙摄取能力各指标之间存在不同程度的相关性,其中IAA含量与总钙的摄取能力呈正相关;NAD-MDH活性、苹果酸含量和有机酸总量与总钙的摄取能力呈负相关;NADP-ME活性和柠檬酸含量与总钙的摄取能力呈正相关。欧李果实发育成熟过程中钙摄取与IAA含量和有机酸代谢有关,果实发育前期高水平的IAA和柠檬酸含量对钙的摄取有明显促进作用;果实发育后期苹果酸合成代谢增强对钙的摄取有抑制作用。

富含半胱氨酸类受体激酶作为受体激酶重要亚家族,在植物生长发育中发挥关键作用。旨在解析GhCRK26基因与棉花纤维发育的关系,为棉花纤维品质改良提供理论基础。选用陆地棉系9和海岛棉新海16,采集纤维发育不同时期样本及根、茎、叶组织。通过qRT-PCR分析GhCRK26基因表达模式;利用PCR技术克隆GhCRK26基因;借助生物信息学工具构建系统发育树,预测蛋白理化性质、跨膜结构及信号肽;运用PlantCare数据库分析启动子顺式作用元件;通过亚细胞定位试验明确蛋白定位。结果表明,GhCRK26基因在2个品种开花后10,20,30 d的表达量呈现极显著差异;在系9中叶片的表达水平最高,在新海16中,茎与叶的表达量未表现出显著差异。成功克隆获得2 049 bp的CDS序列,编码682个氨基酸。进化树显示,GhCRK26蛋白与野西瓜苗亲缘关系最远,与夏威夷棉、海岛棉最近;该蛋白为亲水不稳定蛋白,含跨膜结构和信号肽;启动子区鉴定到茉莉酸甲酯和脱落酸响应元件;亚细胞定位证实其定位于细胞膜。以上研究为进一步深入解析GhCRK26基因在纤维发育中的功能提供了依据。

TCP家族成员是植物特有的转录因子,在植物生长、代谢活动及逆境应答等关键生物过程中发挥不可或缺的作用。为了解TCP基因家族在花魔芋基因组中的数量、分布和表达等情况,利用生物信息学技术对AkTCP家族基因进行鉴定,分析该家族成员的理化性质、亚细胞定位、共线性、基因结构及进化关系,采用qRT-PCR技术分析响应生物、非生物胁迫的基因表达情况。结果表明,花魔芋全基因组中鉴定出30个TCP家族成员,其蛋白包含135~562个氨基酸残基,分子质量为15.08~57.20 ku,等电点为4.96~11.49,大部分为碱性蛋白,均为不稳定的亲水性蛋白,主要分布在细胞核上,其基因在染色体上不均匀分布。AkTCP共线性基因仅在花魔芋8条染色体中分布,包含4个染色体间共线性事件和5个染色体内共线性事件。AkTCP基因结构较为简单,大部分不含内含子,均含有高度保守的TCP结构域,可分为Class Ⅰ和Class Ⅱ 2个组别,Class Ⅱ又分为CIN和CYC/TB1 2个亚类。启动子顺式作用元件分析结果显示,AkTCP启动子上含有多个生理响应、光响应、植物激素和逆境胁迫响应等元件。qRT-PCR分析结果表明,AkTCP家族成员参与了干旱胁迫、盐胁迫、茉莉酸甲酯和软腐病原菌侵染应答过程并作出积极响应。

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。

旨在从cDNA文库中筛选潜在与番茄褪绿病毒(ToCV)外壳蛋白(CP)互作的蛋白,探究ToCV的侵染机制及CP在侵染过程中的功能,以应对当前越夏、秋延后番茄生产中因番茄褪绿病毒病大肆传播而致使番茄产量和品质严重受影响的状况。以感染ToCV的Moneymaker番茄品种作为试验材料,采用Gateway技术构建感染ToCV的番茄核体系酵母cDNA文库,并构建酵母双杂交诱饵载体pGBKT7-CP(CP-BD)。以CP为诱饵蛋白,通过核体系酵母文库筛选出上百种参与多种生理过程的潜在互作蛋白,并进一步通过一对一的酵母双杂交验证以及NCBI BLAST比对确定与ToCV CP互作的相关蛋白。构建了核体系酵母文库,初级文库总克隆数为1.60×10⁷,重组率达100%,平均插入片段长度超过1 000 bp;次级文库总克隆数同样为1.60×10⁷,重组率为100%,平均插入片段长度大于1 000 bp,达到质量标准,满足后续酵母杂交试验的条件。由文库筛选得到的ToCV CP互作蛋白涵盖了细胞过程、生物调节、细胞物质运输等类别,其中在病毒复制和运输、侵染宿主细胞以及调节宿主细胞的代谢和细胞周期等生物过程相关的蛋白数量较多。此外,还涉及蛋白质结合、核酸结合、水解酶活性等相关蛋白,其中RNA酶最为丰富,在病毒侵染过程中发挥重要作用。最终确定了HSPs、DnaJ与TCPs等30种与ToCV CP互作的蛋白,为后续深入研究ToCV的侵染机制及CP在侵染过程中的功能奠定了良好基础。

以粳稻品种中花11为背景,构建OsAAP8超表达转基因株系,通过对其农艺性状和品质性状进行检测分析,探究OsAAP8超表达对水稻生长发育和稻米品质的影响,为利用OsAAP8进行优质高产水稻新品种的分子设计育种提供理论依据。结果显示,与转基因阴性对照植株相比,OsAAP8超表达转基因阳性植株的株高显著降低、分蘖数显著减少,单株产量显著降低。品质性状检测结果显示,OsAAP8超表达转基因阳性稻米中谷氨酸含量、苏氨酸含量、必需氨基酸含量、总氨基酸含量、蛋白质含量、直链淀粉含量、胶稠度和糊化温度均显著升高,总淀粉含量和糙米率没有显著变化,游离脂肪酸含量、食味值、精米率和整精米率显著降低。光学显微镜和扫描电镜观察结果显示,OsAAP8超表达转基因阳性稻米的垩白率和垩白度显著升高,垩白面积没有显著变化,淀粉粒的形状和排列方式没有发生明显改变。粒型检测结果显示,OsAAP8超表达转基因阳性稻米的粒长、粒宽和粒厚均未发生显著变化。以上结果表明,OsAAP8超表达不利于水稻生长发育,但能够显著改善稻米的营养品质,这为高品质水稻新品种培育提供重要信息。

为了探究重要香菇种质资源及其杂交子代的遗传演化和分子差异,以8个香菇主栽品种、6个杂交新品种和2个野生菌株为材料,利用全基因组重测序技术,基于SNP数据进行遗传多样性和群体结构分析。结果表明,野生菌株Y5和Y6的SNP数量远高于主栽品种,分别为158 659,149 422个,处于独立的遗传距离聚类分支;而香菇主栽品种及其杂交子代SNP数量和亲缘关系比较接近,SNP数量为97 295~105 627,遗传距离为0.001 2~0.055 3,处于同一个聚类分支。主栽品种及其杂交子代分支可以分为6组近缘种,分别为早熟品种L18和868组,早熟白面品种RX11、QK212和0912组,中熟硬质品种808、LX1和168组,808、L18和868的杂交子代品种JX15和JX3组,JX15和JX3的杂交子代品种JXB5和JXB15组,0912和JXB5的杂交子代品种E14和E36组。群体结构和主成分分析显示香菇种质资源可分为4个亚群,第一类为RX11、QK212和0912及其杂交子代品种E14和E36;第二类为主栽品种LX1、168、808及其杂交子代JX15、JX3,遗传信息或遗传背景非常接近;第三类为L18、868及其经过多次遗传改良的优质杂交菌株JXB5和JXB15,处于栽培品种和野生菌株的过渡状态,并且偏向于栽培品种;第四类为野生菌株YX5和YX6,与栽培菌株区分较为明显。明确了香菇菌株之间的遗传差异,为后续杂交育种的亲本选择和杂交组合配对奠定了基础。

为阐明长期不同施肥条件下灌漠土剖面全氮和水解氮的变化特征及演变规律,探讨提升灌漠土地力和合理施肥的模式,依托1982年建立的土壤肥料长期定位试验,以2003,2022年0~200 cm剖面土壤为试验材料,测定其土壤全氮和水解氮含量,同时对不同施肥处理1,10,20,30,40 a后耕层土壤全氮和水解氮含量动态变化进行分析,研究长期不同施肥处理土壤剖面氮素养分分布特征、变化特点及演变特征。结果表明,不同施肥处理土壤全氮和水解氮含量均随土壤深度的增加而逐渐降低,长期有机肥配施化肥能够显著增加表层土壤全氮含量,同一时期增施有机肥处理的表层土壤水解氮含量显著高于不施有机肥。长期单施氮肥处理下,各土壤剖面的全氮含量与不施肥处理趋于一致。长期不同施肥方式下土壤水解氮与全氮之间均呈显著正相关,且施有机肥处理下土壤全氮每增加1.00 g/kg,水解氮则相应增加71.57 mg/kg。综上,长期有机肥配施化肥可显著提高土壤全氮和水解氮含量,提高土壤氮素肥力,而不施肥或偏施氮肥都会导致土壤氮素肥力降低。可见,有机无机配施是灌漠土区土壤培肥的有效措施。

为了探究NBS-LRR类基因RPM1在茄属植物抗黄萎病中的作用,以茄属中的野生茄-蒜芥茄为材料,在其转录测序的基础上,克隆RPM1基因同源序列,分析该序列编码蛋白的理化性质、分子结构,构建进化树,以及在烟草中进行亚细胞定位,同时检测蒜芥茄不同部位中RPM1基因的相对表达量,以及在接种大丽轮枝菌(黄萎病病原菌的一种)后4个时间点(0,24,48,72 h)的相对表达量。结果发现,在蒜芥茄中RPM1基因(命名为SsRPM1)序列全长2 772 bp,编码 924 个氨基酸。SsRPM1蛋白总分子质量为105.99 ku,是不存在跨膜结构的碱性亲水蛋白,该蛋白主要由α螺旋和无规卷曲构成,包括LRR、NBC和CC 3种结构域,欧白英RPM1蛋白与其亲缘性关系最近;在烟草中的亚细胞定位发现该蛋白位于细胞膜上;SsRPM1基因在蒜芥茄的不同器官(根、茎、叶)中均有表达,其中茎的相对表达量最高,其次是叶,最后是根。在接种大丽轮枝菌后,总体上看,对照组和接菌处理组的SsRPM1基因表达情况皆呈现先上升后下降的趋势,在24 h最高。与对照组相比,接菌处理组的基因相对表达量较低,暗示蒜芥茄SsRPM1是响应黄萎病胁迫的负调控基因。

探索氨基酸水溶肥对芹菜叶绿素含量、比例的影响,及其对叶绿素代谢相关基因表达的调控作用,以期为高品质富色素芹菜生产中氨基酸水溶肥叶面肥的合理施用提供理论依据。以宁芹1号为材料,设置不同浓度氨基酸水溶肥叶面喷施处理,测定叶片及叶柄叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量并分析,通过荧光定量PCR(RT-qPCR)测定叶绿素代谢有关基因相对表达水平。氨基酸水溶肥对本芹叶绿素积累及相关基因相对表达水平的影响与处理浓度及叶片部位有关,500 μL/L氨基酸水溶肥处理可促进叶片和叶柄中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量增加,降低叶柄中叶绿素a/b,诱导叶绿素合成相关基因(AgHEMA、AgHEMB、AgCHLM、AgPOR及AgCAO)表达并显著下调各降解相关基因(AgPAO及AgPPH)表达水平;1 000 μL/L氨基酸水溶肥处理在一定程度上阻碍叶绿素积累,提高叶片中叶绿素a/b,显著下调各叶绿素合成相关基因及叶绿素降解相关基因AgPPH的表达水平。适宜浓度的氨基酸水溶肥叶面肥可调控叶绿素代谢相关基因表达水平,提高芹菜苗期叶绿素含量。

涝害胁迫严重影响大豆生产,为探讨涝害胁迫对大豆生长发育的影响,解析其响应机制,以淮北地区种植的4个大豆种质为试验材料,通过模拟三叶期涝害处理,结合产量、生理指标和转录组学分析探究大豆耐涝机制。研究表明,涝害胁迫显著降低涝害敏感品种徐豆18的干物质积累和氮吸收效率,单株产量损失30.23%,而耐涝品种淮豆13单株产量只损失16.77%,通过稳定根系氮吸收和维持根系干物质积累表现出较强适应性。转录本测定结果表明,涝害胁迫后耐涝品种淮豆13差异表达基因显著富集于次生代谢产物的生物合成、光合系统和抗氧化相关通路;而涝害敏感型徐豆18差异表达基因主要富集于激素转导、光合作用、过氧化物酶体等相关通路等。共鉴定到148个在耐涝与敏感品种间存在显著表达差异的涝害胁迫响应基因(DEGs),主要富集在光合作用、次生代谢物和脂肪酸代谢途径,转录因子包含AP2/ERF-ERF、C3H、ARR-B、NAC、WRKY等,综上筛选到次生代谢途径中可能存在与耐涝特性相关的转录因子或基因。

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。

为探明人工光源植物工厂中不同光质对番茄幼苗生长、光合特性及抗氧化酶活性的影响,在光强为200 μmol/(m²·s)的条件下,以蓝光LED为对照,在蓝光的基础上分别添加光强一致的绿光、红光、远红光和紫外线,探究不同光质组合处理下番茄幼苗的生长、光合以及抗氧化系统等指标的变化。结果表明,与对照蓝光处理相比,蓝光+远红光处理的番茄幼苗株高显著增加了34.54%。蓝光+红光处理的番茄幼苗的茎粗以及干鲜质量与对照相比均显著提高,分别提高了39.27%,25.58%,22.20%。蓝光+绿光处理下的番茄植株气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度均高于其他处理。蓝光+红光处理下叶片的PS Ⅱ有效光化学量子产量、PS Ⅱ实际光化学量子产量、qP光化学猝灭系数均显著最高,比对照分别提高了4.30%,0.97%,1.87%。此外,蓝光+绿光、蓝光+红光处理显著提高植株的抗氧化酶活性,同时显著降低植株的丙二醛、活性氧自由基和过氧化氢含量。其中,蓝光+红光处理下的番茄幼苗丙二醛含量与对照相比显著下降了50.64%,而超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶活性则显著上升了15.44%,25.00%,21.65%。综上所述,蓝光+红光照射不仅有利于番茄幼苗壮苗培育,而且有利于提高叶片PS Ⅱ活性,进而提高光合性能,同时蓝光+红光还可以使番茄植株维持较高的抗氧化酶水平,提高番茄植株的抗氧化能力。

研究2个甜樱桃砧穗组合对NaCl的生理响应差异,探究不同甜樱桃砧穗组合对盐胁迫响应的生理机制,为甜樱桃耐盐砧木筛选及盐碱地栽培提供依据。结果表明,NaCl处理促进了2个甜樱桃砧穗组合植株叶片中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等渗透调节物质的积累,以甜樱桃品种美早(M)分别嫁接在吉塞拉6号(G6)和考特(KT)砧木上的一年生植株为试验材料,采用盆栽模拟NaCl胁迫,测定渗透调节物质含量、抗氧化酶活性及光合气体交换参数,随着NaCl处理浓度的升高,M/G6的可溶性糖含量先增后减,M/KT持续增加;M/KT在150 mmol/L NaCl处理下的脯氨酸含量增幅(6.11倍)显著高于M/G6(1.74倍)。MDA含量和SOD活性均随着NaCl处理浓度的升高而增加,而M/G6的POD活性在100 mmol/L时达峰值,显著高于M/KT。随着NaCl处理浓度的升高,2个甜樱桃砧穗组合植株叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)逐渐降低,而胞间CO₂浓度(Ci)逐渐升高,非气孔限制为2个砧穗组合叶片Pn下降的主要因素。综上所述,M/G6在中等盐胁迫(100 mmol/L)下的耐盐性更优,依赖可溶性糖积累和POD活性增强缓解氧化损伤;M/KT在高盐胁迫(150 mmol/L)下通过脯氨酸积累和SOD活性升高来维持渗透平衡。综合评价认为,实际生产中,轻度盐渍土可选择M/KT,中等盐渍土推荐M/G6。

花青素合酶(ANS)是植物花青素合成过程中的关键酶,可以将无色的花色苷催化成红色、橙色、蓝色等不同颜色的花青素。为了探究ANS基因调控菊苣叶色的分子机制,首先对该基因进行生物信息学分析,随后选取红色结球型菊苣(印地欧)和绿色菊苣(普那)为材料,克隆得到菊苣ANS基因(CiANS),并对该基因在这2个材料中的氨基酸序列及蛋白结构进行了差异分析,最后对ANS基因的组织特异表达和蛋白的亚细胞定位进行了检测,并对ANS蛋白进行了原核表达。结果显示,CiANS与莴苣及栽培菊苣的ANS亲缘关系最近,Motif分析发现,CiANS蛋白基序在不同植物中均较为保守。2种菊苣中ANS的克隆结果表明,ANS基因全长均为1 068 bp,编码355个氨基酸,具有9个差异氨基酸,但在预测的三级结构上并未表现出明显的差异。qRT-PCR结果显示,CiANS基因在不同组织中均有表达,但在叶片中表达量最高,并且红色的结球菊苣中CiANS基因的表达水平显著高于绿色的普那菊苣。亚细胞定位结果显示,CiANS蛋白定位于细胞质和细胞核中。CiANS蛋白在原核载体上诱导表达后大小共为45 ku,与预期蛋白大小一致。综上所述,菊苣叶色差异的形成很可能与ANS基因的表达量差异有关,研究结果为解析菊苣叶色分子调控网络及花青素代谢遗传改良提供了理论依据。

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。

明确苦瓜黑腐病病原并筛选高效生防芽孢杆菌,为科学防治苦瓜黑腐病提供理论基础。采用组织分离法对苦瓜黑腐病菌的病原进行分离纯化,并进一步依据柯赫法则验证分离病原菌的致病性。通过形态学观察和分子系统发育分析对病原菌进行鉴定。以代表菌株NCKG8.2-4为供试病原,通过拮抗试验比较枯草芽孢杆菌斯氏亚种TEB-1、解淀粉芽孢杆菌 SWB-2、地衣芽孢杆菌 SWB-1、贝莱斯芽孢杆菌 SB023、多粘类芽孢杆菌 SWP-1对苦瓜黑腐病菌的拮抗效果,进一步通过无细胞发酵液梯度抑菌试验,评价拮抗效果最佳菌株发酵液对病原菌的抑菌效果。结果表明,NCKG8.2-4为引起苦瓜黑腐病的病原菌,其ITS、β-Tubulin和GAPDH片段与瓜拟多隔孢的一致性均为100%;且基于β-Tubulin或GAPDH序列的系统发育分析,将其分别与瓜拟多隔孢聚在一支。拮抗试验结果显示,贝莱斯芽孢杆菌SB023对苦瓜黑腐病菌NCKG8.2-4的菌落生长抑制区域最大;同时平板抑菌效果随SB023无细胞发酵液含量的增加而增加,PDA中添加9%的无细胞发酵液对病原菌NCKG8.2-4的抑菌率高达93.7%,其EC₅₀为3.48%。明确了苦瓜黑腐病的病原为瓜拟多隔孢,贝莱斯芽孢杆菌SB023菌株对该病病原具有高效抑菌效果。

为探究马铃薯miR7997家族响应晚疫病原菌侵染的分子机制,以马铃薯Desiree为试验材料,对马铃薯miR7997家族序列特征、靶基因预测、表达模式和Stu-miR7997与靶基因在晚疫病胁迫下的表达特性进行分析。结果表明:马铃薯miR7997家族由3个成员Stu-miR7997a/b/c组成,分布于2条染色体上,成熟体序列高度保守,其中Stu-miR7997a/b成熟体序列完全相同;Stu-miR7997s前体序列均可形成典型的茎环二级结构,最小折叠自由能为-37.00~-49.50 kcal/mol,成熟体均位于前体5'端臂上,Stu-miR7997c在序列长度和功能元件分布上与Stu-miR7997a/b明显不同;启动子分析显示,Stu-miR7997s含光响应、激素响应、转录因子响应及胁迫防御相关元件。靶基因预测结果显示,Stu-miR7997家族共鉴定出19条靶基因,绝大多数靶基因受Stu-miR7997家族共同调控;组织特异性表达测定结果显示,Stu-miR7997s在马铃薯的各组织部位中均有不同程度的表达,Stu-miR7997a/b在茎中表达量最高,Stu-miR7997c在根部表达量最高。晚疫病致病疫霉侵染后,Stu-miR7997家族均显著下调表达,其靶基因转录因子MYB92、NAD(P)H-醌氧化还原酶及果胶裂解酶基因的表达显著上调,Stu-miR7997家族可能通过负调控靶基因表达,间接影响马铃薯的抗病反应,为进一步研究马铃薯miR7997基因家族在马铃薯抗晚疫病中的作用机制提供理论基础。

为了从转录水平阐明小麦品质调控的分子机制,通过对石麦15籽粒进行⁶⁰Co-γ辐射诱变获得了2个诱变品系(A94和A261),对石麦15、A94和A261开花后第7,14,21,28天的发育籽粒进行了转录组测序,同时测定了其面粉的吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度和粉质质量指数。结果表明,2个诱变品系的粉质参数均优于石麦15。24个发育籽粒样品经转录组测序,数据过滤和注释后,共得到26 714个基因。与石麦15相比,A94在4个时间点分别有1 042,258,301,366个差异表达基因(DEGs),A261分别有 2 178,248,117,959个差异表达基因。KEGG富集结果表明,DEGs主要参与淀粉和蔗糖代谢通路和内质网蛋白加工;GO富集显示,DEGs主要参与了糖原生物合成过程、造粉体等生物学过程。通过对这些通路和生物学过程中的差异基因分析,推测2个诱变品系品质提高的原因包括灌浆早期蔗糖和淀粉合成与代谢相关基因上调、中后期错误折叠蛋白的降解、蛋白和淀粉积累调控基因的差异表达等。

旨为分析秸秆还田配施菌肥对红花产量及土壤养分有效性的影响,以红花品种豫红花1号为研究对象,采用红花-玉米一年两熟制的种植方法,设置6个施肥处理:空白(T1)、秸秆还田(T2)、秸秆+枯草芽孢杆菌菌肥(T3(125 kg/hm²)、T4(250 kg/hm²))、秸秆+胶质芽孢杆菌菌肥(T5(125 kg/hm²)、T6(250 kg/hm²))。结果表明,2023,2024年连续秸秆还田配施菌肥对土壤氮磷钾化学计量特征及产量影响显著。在土壤化学计量特征方面,提升土壤全氮(TN)均以T5处理最佳,提升土壤全磷(TP)、全钾(TK)均以T3处理最佳,提升土壤有机质(SOM)均以T4处理最佳,2 a间土壤N∶P、K∶P、N∶K差异显著,但升降规律基本相同,各处理受限因子均为N、P元素。在产量方面,提升花丝产量均以T4处理最佳,2 a分别提升了62.53%,52.99%;提升花籽产量以T4、T5处理效果显著,2 a中T4分别提升了7.51%,8.81%,T5分别提升了8.28%,8.59%。土壤TN、N∶P、N∶K、花丝与花籽产量呈极显著正相关,土壤TN、SOM与花丝产量之间呈显著或极显著正相关。综合来看,2 a连续秸秆还田配施菌肥中T3处理提升土壤氮磷钾及有机质含量方面效果最佳,各处理土壤均受到N、P元素限制;T4处理在提升红花花丝、花籽综合产量方面效果最为显著。

为探究速激肽3受体基因(TACR3)功能及其编码产物神经激肽B受体(NK3R)在甘加型藏羊输卵管和子宫中的表达与分布,以发情周期和乏情期甘加型藏羊下丘脑、输卵管和子宫组织为样本,通过巢式PCR反应克隆TACR3基因编码区序列(CDS),利用STRING蛋白质互作数据库、基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)预测分析TACR3互作蛋白的生物学功能;通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、蛋白免疫印迹(WB)和免疫组织化学(IHC)方法分析TACR3基因及其编码蛋白NK3R在甘加型藏羊发情周期和乏情期输卵管和子宫的分布及表达规律。结果显示,甘加型藏羊TACR3基因开放阅读框全长1 95 bp,编码464个氨基酸,未发现信号肽结构,存在7次跨膜结构;TACR3可能参与神经肽信号通路、GnRH信号通路和钙信号通路等生物学过程。TACR3编码的NK3R蛋白主要表达在输卵管的黏膜上皮、纤毛细胞、分泌细胞和子宫的子宫腺、基质细胞中。输卵管中TACR3 mRNA在发情后期表达量最高,NK3R蛋白在发情期表达量最高;子宫中TACR3 mRNA和蛋白均在发情后期表达量最高。结果表明,TACR3基因在动物进化中较为保守,不同发情时期的输卵管和子宫组织均有TACR3 mRNA及蛋白表达,其可能在甘加型藏羊生殖过程中发挥重要作用。

旨在克隆奶山羊沉默信息调节因子2相关酶7基因(SIRT7)并进行生物信息学分析,检测该基因在奶山羊不同组织中的表达规律及其对奶山羊乳腺上皮细胞乳脂合成的影响。结果表明,通过设计SIRT7基因引物,成功克隆奶山羊SIRT7基因序列1 376 bp,编码区长1 203 bp,编码400个氨基酸,与绵羊同源性最高。SIRT7是亲水性蛋白,不含信号肽和跨膜结构,二级结构有无规则卷曲、α-螺旋、延伸链和β-转角。qRT-PCR结果显示,SIRT7基因在奶山羊肝脏组织中的相对表达量最高,在其他组织中也有一定的表达量。构建SIRT7基因过表达载体pcDNA3.1-SIRT7,将其转染至奶山羊乳腺上皮细胞中,与空载体对照组相比,过表达组SIRT7基因mRNA水平上调约33倍。SIRT7基因过表达后,乳脂代谢相关基因中硬脂酰辅酶A去饱和酶基因(SCD1)表达量显著降低,抗原分化簇36基因(CD36)、二酰基甘油酰基转移酶1基因(DGAT1)、固醇调节元件结合蛋白1基因(SREBP1)的表达量极显著降低;细胞中甘油三酯含量显著降低;细胞核周脂滴聚集量明显减少。因此,SIRT7基因抑制奶山羊乳腺上皮细胞的脂质代谢,为进一步探索SIRT7在奶山羊乳腺上皮细胞中的调控机制奠定基础。

为揭示MYL2基因在牦牛肌肉发育与高原适应性中的作用机制,探索其对牦牛肉品质和生产性能的潜在影响,对帕米尔牦牛MYL2基因进行了克隆与组织表达分析。通过克隆其编码区(CDS)并进行生物学功能预测和不同组织表达谱分析,进一步明确MYL2基因的功能特征。采用实时荧光定量PCR(RT-qRCR)技术,对帕米尔牦牛的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、胰腺以及背最长肌进行MYL2基因表达水平的定量。结果表明,帕米尔牦牛MYL2基因CDS区的长度为501 bp,编码166个氨基酸。同源性比对发现,帕米尔牦牛MYL2基因与野牦牛的亲缘关系最近,相似度可达到100%,与鸡的亲缘关系最远。蛋白分析结果发现,其蛋白分子式C₈₄₂H₁₃₁₃N₂₁₉O₂₆₁S₇,分子质量为18.904 42 ku,理论等电点为4.831;不稳定系数为28.3,表明该蛋白属于稳定蛋白;该蛋白存在1个 N-糖基化潜在位点和15处潜在磷酸化位点;此外,该蛋白结构中不包含跨膜结构和信号肽,主要定位于细胞质膜和细胞壁上;二级结构主要由93个α-螺旋(占比56.02%)、60个无规则卷曲(占比7.83%)和13个β-折叠(占比36.14%)构成。RT-qPCR结果表明,MYL2基因在帕米尔牦牛心脏和背最长肌组织中表达量极显著高于其他组织,提示该基因可能在心肌功能维持与骨骼肌生长过程中发挥关键调控作用。结合蛋白功能预测结果推测,MYL2基因可能通过调控肌肉结构蛋白的表达,参与牦牛心肌与骨骼肌的发育,有助于牦牛在高寒低氧环境中维持良好的运动与产热能力,增强高原适应性。

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。

研究硅肥对增温稻田甲烷(CH₄)厌氧氧化与氧化亚氮(N₂O)还原耦合过程的影响效应,为探索稻田温室气体双减排的新途径提供科学依据。设置夜间常温不施硅(CK)、夜间增温不施硅(NW)、夜间常温施硅(Si)和夜间增温施硅(NW+Si) 4个田间处理。采集上述处理后的耕层土壤,在不同气体底物(¹³CH₄、¹³CH₄+N₂O、N₂O)添加条件下进行厌氧培养,采用同位素标记法结合定量PCR技术,研究增温和施硅对稻田N₂O驱动的CH₄厌氧氧化过程的影响效应。结果表明,NW稻田N₂O驱动的CH₄厌氧氧化速率为3.99 nmol/(g·d),与CK稻田无显著差异;Si稻田中该氧化速率仅为1.90 nmol/(g·d),显著低于CK和NW+Si稻田,表明施硅对常温稻田CH₄厌氧氧化与N₂O还原的耦合过程具有抑制作用,而夜间增温对该过程则无显著影响。添加¹³CH₄+N₂O处理下4个稻田的mcrA基因数量达到3.53×10⁷~8.19×10⁷拷贝/g,比¹³CH₄处理高24%~35%,而厌氧pmoA基因则在这2个处理之间无显著差异,说明CH₄厌氧氧化古菌可能直接参与了¹³CH₄氧化和N₂O还原的耦合过程。nosZ Ⅱ基因拷贝数与N₂O驱动的CH₄氧化速率呈显著正相关,表明nosZ Ⅱ型微生物可能在N₂O驱动的CH₄氧化过程中发挥重要作用。与常温稻田不同,施硅对增温稻田的CH₄厌氧氧化与N₂O还原耦合过程并无抑制作用,CH₄厌氧氧化古菌和nosZ Ⅱ型N₂O还原菌可能参与了该耦合过程。

灌浆期干旱会严重影响谷子植株后期生长发育和籽粒的形态建成、产量和品质。为解析灌浆期干旱对谷子后期生长发育以及籽粒的影响,以及为谷子淀粉调控分子机制对干旱胁迫的响应提供理论研究基础,以晋谷21号为材料,研究了灌浆期干旱胁迫对谷子田间农艺性状和籽粒品质的影响,同时用荧光实时定量PCR分析了淀粉合成途中关键基因SiAGPase1(葡萄糖焦磷酸化酶基因)和SiSSS1(淀粉合成酶基因)对干旱的响应情况。结果表明,谷子许多农艺性状受灌浆期干旱胁迫的显著影响,包括单株鲜质量、根鲜质量、单穗鲜质量、单穗质量、穗粒质量、千粒质量、主茎直径、穗下节间长度以及叶绿素含量、结实率、穗码密度等性状。品质分析表明,籽粒的峰值黏度、最终黏度以及脂肪、粗蛋白含量在干旱胁迫下会明显下降,胁迫越严重,降低程度越大。基因表达分析表明,SiAGPase1和SiSSS1基因在灌浆期受到干旱胁迫时表达量急剧变化,揭示SiAGPase1和SiSSS1在干旱胁迫下调控植物体内淀粉分解与籽粒中淀粉积累的平衡过程中发挥积极作用以适应植物对干旱胁迫响应。

bHLH(Basic helix-loop-helix)转录因子家族是植物中广泛存在的超基因家族,能结合靶基因启动子上的顺式作用元件,从而广泛参与植物生长发育、次生代谢调控、信号转导和胁迫应答等各种生理生化过程。棉花作为世界上最重要的经济作物之一,枯/黄萎病、低温、高温、盐碱、干旱和重金属等胁迫严重影响棉花产量和纤维品质。同时,随着植棉效益的不断下降,棉籽和次生代谢物等副产品的高值化利用对提高棉花综合利用价值更具有关键意义。本研究对bHLH转录因子在棉花纤维、花药、色素腺体等组织器官发育及体细胞胚胎发生、株型调控、生物/非生物胁迫应答等生命活动中功能的研究进展进行了总结,并对深入解析bHLH转录因子生物学功能,提高棉籽油、棉籽蛋白、棉酚、花青素、棉籽维生素、花蜜等棉花副产品利用价值的应用前景进行了展望,这将为深入阐明bHLH转录因子在棉花生长发育等过程中的功能以及提升棉副产品的综合利用价值提供参考。

为明确不同类型玉米品种青贮产量对种植模式的反应,以苍郁338(CY338,稀植品种)和农大372(ND372,耐密品种)为试验材料,于 2023,2024 年设置常规种植模式(CT)、1∶1∶2模式(1∶1∶2)、双株模式(DP)和40+80模式(40+80)共计4个模式在大田环境下开展试验。结果表明:生育期内玉米植株、单穗干质量(干产)逐渐增加,鲜质量(鲜产)逐渐下降,不同模式对玉米干鲜质量及产量影响差异较大,其中干鲜质量表现为CT>40+80>1∶1∶2>DP,而采用DP模式和1∶1∶2模式植株产量显著高于其他模式,全穗产量年度间差异较大,CT模式(2023)和DP模式(2024)下的全穗产量最高,1∶1∶2模式下次之。品种间单株、单穗干鲜质量以CY338显著高于ND372,而产量反之,年度变化基本一致。两品种的植株和单穗干鲜质量对种植模式的反应均表现为CT模式最高,DP模式最低。其他模式下,除了2023年ND372植株干鲜质量以外,品种干鲜质量均表现为40+80模式高于1∶1∶2模式。而品种的产量对种植模式的反应与干鲜质量差异较大,40+80模式不利于2个品种植株及全穗高产,采用DP模式和1∶1∶2模式植株产量高于其他模式,且除了降雨较多的2023年ND372以外,试验年度内两品种均以DP模式最高;2个品种的全穗产量除了降雨较少的2024年CY338以DP模式最高,1∶1∶2模式次之以外,其他年份及品种的最高产量均以CT模式最高。因此,种植模式改变了品种的植株及穗部性状,选择具有较高耐密性玉米品种可实现植株与全穗青贮产量的提高,以植株青贮为主要收获目标前提下采用DP模式可实现产量的大幅度提升(多雨年耐密品种选择1∶1∶2模式),以全穗青贮为主要收获目标时采用CT模式(少雨年份稀植品种采用DP模式)可获得较高的收获效益。

为了明确导致薄皮甜瓜果实香味差异的酯类物质及其关键酶活性和基因的相关性,以薄皮甜瓜DX108和DX3-5果实为试验材料,研究了果实酯类代谢物的差异及羧酸酯酶(CXE)和醇酰基转移酶(AAT)活性和基因表达特性。结果表明:薄皮甜瓜果实中共检测到644种代谢物,其中酯类物质114种;成熟果实中共检测到差异代谢物108种,差异的酯类物质23种;与DX3-5相比,DX108成熟果实中酯类物质种类与含量增加明显,表明酯类物质是薄皮甜瓜成熟果实香气形成差异的关键物质;K-均值聚类分析法发现乙酸异戊酯、乙酸2-甲基丁酯、β-苯乙酸乙酯、乙酸对甲酚酯、乙酸己酯、苯乙酸甲酯、邻氨基苯甲酸甲酯和己酸乙酯是造成2个薄皮甜瓜品种成熟果实香味差异的关键酯类物质。此外,果实AAT和CXE活性变化趋势相反,暗示了AAT和CXE协调影响了酯类物质的代谢;随着果实的发育,AAT和CXE基因家族成员的表达特性存在差异,且相关性分析暗示了CmCXE5、CmCXE6和CmAAT5参与了薄皮甜瓜成熟果实中8种差异酯类物质的代谢。由上可知,8种关键酯类物质合成与积累差异是导致2种薄皮甜瓜成熟果实香味差异的重要原因,且CmCXE5、CmCXE6和CmAAT5可能发挥了主要调节作用。

为探究猪流行性腹泻病毒(PEDV)在猪小肠上皮细胞(IPEC-J2)中的繁殖适应性,并评估虎杖水提取物对其体外抑制作用,通过细胞毒性试验和Western Blot试验,评估不同胰酶浓度、不同时间对IPEC-J2细胞活性以及PEDV N蛋白在细胞内表达的影响;再通过TCID₅₀、实时荧光定量PCR和Western Blot等方法检测病毒滴度、PEDV N基因转录水平及N蛋白的表达量;使用CCK-8法检测虎杖水提取物对IPEC-J2细胞增殖活力的影响;进一步通过实时荧光定量PCR和Western Blot试验,检测虎杖水提取物对PEDV N基因和N蛋白表达的抑制作用,以及探究虎杖水提取物对PEDV生命周期各个阶段的影响。结果表明,当胰酶浓度为2 μg/mL时,胰酶对细胞无影响,此时PEDV展示出最佳的繁殖适应性,且36 h后达到最高毒力值;虎杖水提取物浓度低于100 μg/mL时在12 h,24 h无细胞毒性。虎杖水提取物在All-treatment Co-treatment、Post-treatment 3种加药方式下显著抑制N基因表达,并呈剂量依赖显著抑制PEDV N基因mRNA和N蛋白的表达;虎杖水提取物主要在病毒生命周期中复制增殖阶段对PEDV N基因有显著抑制效果,在其他阶段无明显抑制作用。综上,2 μg/mL胰酶浓度对PEDV繁殖适应性最佳,并且虎杖水提取物在体外有显著的抑制PEDV效果,主要作用于PEDV生命周期的复制增殖阶段。

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。

研究咸淡混合水喷灌对夏玉米生长发育及产量的影响,对缓解淡水资源短缺,促进非常规水资源利用,保障夏玉米生产具有重要意义。在河北省黑龙港流域中部平原区开展连续2 a的田间试验,揭示淡水喷灌、2 g/L咸淡混合水喷灌及3 g/L咸淡混合水喷灌对夏玉米根系分布、光合特性及产量的影响。结果表明:2 a 2 g/L咸淡混合水喷灌0~60 cm土层全生育期平均根干质量密度较淡水喷灌降低了7%~9%,但差异不显著,而3 g/L喷灌显著降低了19%~26%。相比于淡水喷灌,2 a 2,3 g/L咸淡混合水喷灌对叶片光合特性均有不利影响,尤其是3 g/L咸淡混合水喷灌,其净光合速率、气孔导度和光能利用效率分别显著降低了29%~37%,40%~49%和29%~35%,严重影响叶片光合能力。2020年2 g/L咸淡混合水喷灌叶面积指数较淡水喷灌降低了15%,但差异不显著,3 g/L咸淡混合水喷灌叶面积指数显著降低了28%;2021年,全生育期内不同处理间的夏玉米叶面积指数无显著差异。对于株高,2 a全生育期不同处理间均无显著差异。2 g/L咸淡混合水喷灌对2 a夏玉米产量均无显著影响,3 g/L咸淡混合水喷灌2020年的夏玉米产量显著降低了9%。不同处理间的夏玉米穗数、穗粒数及百粒质量均无显著差异。综上所述,咸淡混合水喷灌矿化度不超过2 g/L可以保障该地区夏玉米正常生长发育及产量供应。

KRP基因家族作为细胞周期调控的关键因子,通过抑制周期蛋白依赖性激酶(CDK)活性调节细胞分裂与核内复制进程,并参与植物非生物胁迫响应。为探索杜梨PbKRP2的结构特征和对环境胁迫的响应特性,采用逆转录PCR技术进行PbKRP2的基因克隆,并结合生物信息学方法对其序列特征、蛋白互作及亲缘关系等进行分析,通过荧光定量PCR技术检测杜梨PbKRP2的组织表达特性和在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,该基因全长585 bp,包含4个外显子和3个内含子,编码194个氨基酸,含有25个潜在磷酸化位点和1个O-糖基化修饰位点,且在该蛋白C端具有周期蛋白依赖性激酶抑制因子家族特有的CDI结构域;进化树分析显示,杜梨PbKRP2与裸花东京樱花PyKRP2、桃PpKRP2和苹果MdKRP2的亲缘关系较为接近;蛋白质互作网络筛选发现,PbKRP2与10个蛋白存在潜在互作关系,互作蛋白静态结构分析发现,PbKRP2与其靶蛋白PbCDKB1;1和PbCYCD7;1形成空间互作构型;该基因启动子区存在多个响应环境因子与激素信号的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,PbKRP2基因在茎和叶中表达量显著高于根、花瓣和果实,且该基因的转录水平在低温胁迫和ABA处理时持续上调,脱水和盐胁迫下显著下调。综上所述,通过解析PbKRP2的序列特性及其对非生物胁迫的差异化响应模式,为梨抗逆育种及果树遗传改良提供了候选基因。

Hedgehog(Hh)信号通路在多种生物的生长和发育过程中发挥重要作用,Smoothened(Smo)蛋白作为Hh信号通路的关键受体,是Hh信号转导的核心调控因子。为探究Smo蛋白在蜜蜂体内的功能及其调控机制,并深入解析蜜蜂嗅觉信号转导的分子机制,利用大肠杆菌BL21表达系统表达并纯化了Smo蛋白,并以纯化的Smo蛋白为抗原免疫新西兰白兔,制备了高活性和高特异性的Smo蛋白多克隆抗体。进一步采用免疫荧光技术检测了Smo蛋白在西方蜜蜂触角中的表达定位。结果显示,经大肠杆菌诱导表达后,重组Smo蛋白在83.72 ku处富集出明显目标条带,与预测的分子质量大小一致,表明诱导表达成功;SDS-PAGE分析结果显示,经富集纯化后,获得了高浓度的重组Smo蛋白洗脱液,表明Smo蛋白的纯化效果良好。ELISA检测结果显示,制备的Smo蛋白抗体效价达到1∶364 500,表现出较高的免疫活性。免疫荧光结果显示,Smo蛋白在西方蜜蜂触角中广泛表达,尤其在毛形感器中高表达。研究成功制备了高纯度、高效价且特异性强的Smo蛋白多克隆抗体,并明确了Smo蛋白在西方蜜蜂触角中的表达定位。

为探究不同冠层光环境下苹果叶肉导度及其关键参数以及光合生化参数的变化,以开心形富士系苹果树为试验材料,对苹果树实施间伐后测定了冠层光环境、光合生化参数和叶片组织结构,以未实施间伐的苹果树为对照(CK)。结果表明,间伐处理比对照的光合有效辐射(PAR)日最大值和日均值的峰值分别提高23%和166%,平均值分别提高43%和123%;间伐处理的吸光系数与光能分配比例的乘积(α·β)和光下暗呼吸速率(R_d)值分别比对照提高了84.62%,56.00%,表观CO₂补偿点(C_i^*)比对照降低了6.67%;采用量化的α·β值计算的叶肉导度(g_m)的平均值处理比对照分别提高9.89%,采用经验的α·β值(0.425)计算的叶肉导度(g_m')的最大值和平均值处理比对照分别提高20.65%,39.38%;处理和对照均表现为g_m'整体高于g_m而出现偏差,处理和对照g_m'比g_m的平均值分别高估54.33%,21.67%;由P_n-C_i(不考虑叶肉导度)、P_n-C_c'(采用α·β经验值)和P_n-C_c(采用α·β量化值)响应曲线拟合得到的V_cmax存在显著差异(处理的V_cmax-Ci和V_cmax-Cc'分别比V_cmax-Cc低估了40.59%,19.85%),且表现为间伐处理显著高于对照(V_cmax-Ci、V_cmax-Cc'和V_cmax-Cc分别提高了11.21%,5.85%,10.69%);J_max和V_tpu的情况与V_cmax类似。叶片解剖结构表明,间伐处理比对照的栅栏组织(PT)厚度和海绵组织(ST)厚度平均值分别显著提高了43.95%,43.31%;间伐处理的PT和ST的面积和周长比对照分别显著提高了43.60%,310.86%和34.73%,115.82%。综上,间伐处理后,苹果冠层受光条件得到改善,叶片结构改变,进而提高了植株的光合效率。

棉纤维细胞中的微管及微管结合蛋白对细胞内物质运输及形态建成具有重要调控作用。TOG结构域是调节微管动力学的几个蛋白质家族的重要功能组分,CLASPs则是植物中特有的一类微管结合蛋白,其表达对于微管的动态调整和功能行使十分重要。为了研究Togaram1基因与棉花纤维发育及纤维品质形成的关系,以陆地棉系9和海岛棉新海16为研究材料,克隆获得GhTogaram1与GbTogaram1基因,并对其进行生物信息学分析,同时,利用qRT-PCR技术分析Togaram1基因在不同材料及不同纤维发育时期的表达模式。结果显示,GhTogaram1与GbTogaram1的CDS序列全长均为918 bp,均编码305个氨基酸,但陆地棉和海岛棉之间存在核苷酸和氨基酸序列差异。生物信息学分析表明,Togaram1蛋白属于亲水性蛋白,具有TOG结构域和CLASP-N端结构域,定位于细胞核中。系统进化树和多序列比对表明,GhTogaram1和海岛棉属于同一分支,相似性为99.34%,与二者关系最近的是黄褐棉。qRT-PCR结果表明,Togaram1基因在2种材料纤维发育不同时期(0,5,25 d)相对表达量具有极显著差异;另外,Togaram1基因在HL群体极端子代中纤维发育5 d和10 d具有极显著差异,其中短纤维株系HL-78表达量最高。综上,Togaram1基因在不同棉花材料开花后5 d纤维中优势表达,表明Togaram1基因可能在棉花纤维伸长期发挥作用。随着开花天数的增加,Togaram1基因表达量下降,推测可能是受油菜素甾醇的影响。对Togaram1基因在棉纤维中进行初步的功能验证,为后续Togaram1基因在棉花纤维发育中的研究奠定了基础。

为探究氮硒肥配施对油用亚麻非结构性碳水化合物、产量及品质的影响,以陇亚11号为供试材料,采用田间二因素裂区试验,研究了氮肥(N0:0 kg/hm²、N1:75 kg/hm²、N2:150 kg/hm²)和硒肥(Se:0 g/hm²、Se1:30 g/hm²、Se2:60 g/hm²)配合施用对旱地油用亚麻非结构性碳水化合物、产量及品质的影响。结果表明:随生育进程的推进,油用亚麻茎秆和叶片可溶性糖含量均逐渐降低,茎秆淀粉含量则相反。同一硒肥水平下,施氮显著提高了茎叶可溶性糖含量、淀粉含量、干物质积累量、分枝数、有效果数、果粒数、产量及籽粒蛋白质和油酸含量,在N2水平下达最高,且成熟期增幅较大。不同施氮水平下,N1和N2配施硒肥显著增加了茎叶可溶性糖含量和淀粉含量,提高了干物质积累量、分枝数、有效果数、果粒数、千粒质量、籽粒产量、籽粒蛋白质含量、含油率、油酸和木酚素含量。各处理中,N2Se1处理显著提高了成熟期茎叶可溶性糖、淀粉含量和干物质积累量,且有效果数、果粒数和千粒质量均显著高于其他处理,其中较N2Se0处理显著增加了12.35%,3.89%,4.18%,籽粒油酸含量较其他处理显著高出2.44%~25.64%,籽粒产量达1 700.50 kg/hm²。综上,150 kg/hm²氮肥与30 g/hm²硒肥配施可显著增加试区油用亚麻茎叶非结构性碳水化合物含量和干物质积累量,提高籽粒产量和油酸含量,改善品质。

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。

为充分发挥叶面肥在提升大豆产量方面的效应,研究了叶面肥喷施次数和时期对大豆生长、光合、产量及品质的影响。结果表明,F1(始花期喷施)相比F2(始荚期喷施)和F3(始粒期喷施)有利于提高单株鲜叶质量、单株干叶质量、根鲜质量、根干质量、根鲜质量生长速率、根干质量生长速率和群体干物质积累速率,喷施2次叶面肥F4(始花期+始荚期)、F5(始花期+始粒期)、F6(始荚期+始粒期)在改善上述指标方面优于喷施1次叶面肥处理F1、F2和F3。喷施1次叶面肥以F2最利于增加叶绿素含量和光合速率,而冠层光合有效辐射以F1最高;喷施2次叶面肥的叶绿素含量、光合速率和冠层光合有效辐射以F4最高,其中F4鼓粒期叶绿素含量和冠层光合有效辐射分别比F1、F2和F3显著增加了8.22%,7.08%,9.89%和9.25%,13.36%,16.78%。喷施2次叶面肥相比喷施1次可显著提高大豆群体干物质量,喷施1次和2次叶面肥相比CK产量增幅分别为82.34~327.86 kg/hm²,318.91~463.98 kg/hm²。喷施2次相比喷施1次叶面肥虽有利于提高大豆籽粒蛋白质含量,但效果不显著,始花期+始荚期喷施叶面肥最利于提高蛋白质含量。综合来看,喷施1次叶面肥以始花期喷施最利于改善大豆生长、光合特性和产量,而始荚期喷施最利于改善蛋白质含量,喷施2次叶面肥以始花期+始荚期喷施效果最好。

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。

为筛选不同尾型绵羊尾部脂肪组织之间的差异表达mRNAs、miRNAs和lncRNAs,构建参与调控绵羊尾部脂肪沉积的重要竞争性内源RNA(ceRNA)调控网络,随机选取2岁(24月龄)杜泊羊和天津大尾羊各3只,取尾部脂肪组织进行H&E染色和全转录组测序,运用生物信息学筛选差异表达的RNAs,并进行靶基因预测和功能富集,从调控脂质沉积的角度,进一步分析其调控网络和靶向关系。结果表明,天津大尾羊尾部脂肪细胞面积显著大于杜泊羊尾部脂肪细胞;杜泊羊和天津大尾羊尾部脂肪组织存在差异表达的mRNAs共有1 156个(403个上调表达,753个下调表达),差异表达的miRNAs共有72个(其中46个上调表达,26个下调表达),差异表达的lncRNAs共392个(142个上调表达,250个下调表达);同时,差异表达lncRNAs预测到靶基因216个,这些靶基因参与四氢叶酸代谢过程、GAIT复合体、辅酶分解代谢过程等与脂代谢相关生物学过程以及甘油酯代谢、生物素代谢、脂肪消化和吸收及磷脂酰肌醇信号系统等信号通路;通过预测差异表达的mRNAs和lncRNAs与miRNAs的靶向关系,成功构建一个与绵羊尾脂沉积密切相关的ceRNA网络,其中24个lncRNAs和6个miRNAs被预测可以调控PROX1、LPL及LRP1B与脂代谢密切相关的基因。综上,PROX1、LPL和LRP1B在绵羊尾脂沉积中发挥关键作用,预测到MSTRG.9916.7等4个lncRNAs通过PROX1正向调节脂肪代谢,MSTRG.7563.1和MSTRG.4729.1通过LPL正向调节脂肪代谢。

Aux/IAA基因家族成员编码的蛋白通过调节生长素(IAA)信号转导途径调控植物的胚胎形成、种子发育等多种发育过程。为探究Aux/IAA基因家族在枣胚发育过程中的作用,利用胚高度可育枣品种灰枣和胚低度可育枣品种孔府酥脆枣的转录组数据,对影响枣胚发育过程的Aux/IAA基因家族的关键基因进行生物信息学分析和功能验证。结果表明,经过基因克隆获得了一个长度为1 731 bp的Aux/IAA基因家族的基因序列,编码362个氨基酸。蛋白质结构预测显示,其二级结构以无规则卷曲为主,且具有典型的IAA9蛋白保守域,将其命名为ZjIAA9。同源性分析结果显示,ZjIAA9与红栎中的RGQ29_009000、栓皮栎中的CFP56_014209亲缘关系较近。通过农杆菌介导的叶盘法转基因获得了Micro-Tom小番茄转基因植株。对Micro-Tom小番茄转基因植株的生长素含量进行测定后发现,转基因植株果肉的IAA含量高于未转基因植株,表明ZjIAA9可能参与生长素的生物合成。与野生型相比,转基因植株的表现为无籽或少籽状,表明枣ZjIAA9可能参与调控枣胚胎发育过程。

为研究OsASL1.1基因的表达特性及在干旱胁迫响应中的作用,分析OsASL1.1蛋白的亚细胞定位和OsASL1.1基因启动子区顺式作用元件,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析OsASL1.1基因在脱落酸(ABA)、甘露醇、聚乙二醇6000(PEG6000)下的表达模式,同时以Kitaake为背景采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Cas9-OsASL1.1突变体,分析突变体的突变类型,并对突变体进行ABA敏感性和抗旱性分析。结果表明,OsASL1.1蛋白主要在质体中表达。OsASL1.1基因启动子区含有低温响应、植物激素(ABA、生长素)响应等顺式作用元件,其中,ABA响应顺式作用元件(ABRE)有5个。OsASL1.1基因受ABA、甘露醇、PEG6000诱导表达。获得了Cas9-6和Cas9-12两个纯合的突变类型,Cas9-6有17 bp的插入,导致翻译提前终止;Cas9-12有12 bp的缺失,导致缺失4个氨基酸。ABA处理下,Cas9-OsASL1.1突变体和野生型的主根伸长都受到了抑制,但Cas9-OsASL1.1突变体受到的抑制程度低于野生型。150 mmol/L甘露醇处理下,Cas9-6和Cas9-12突变体的存活率均显著低于野生型,以Cas9-6的存活率最低。综上,Cas9-OsASL1.1突变体对ABA的敏感性降低,对干旱的抗性降低,即OsASL1.1 基因功能丧失降低了水稻对ABA的敏感性和抗旱性。

为探究马铃薯中StIMPα的功能,以马铃薯克星一号为材料,通过PCR技术成功克隆了StIMPα2基因。生物信息学分析结果表明,该基因的编码区(CDS)全长为1 590 bp,其编码的蛋白含有IMPα家族的典型结构域。系统进化树分析显示,StIMPα2与拟南芥中的AtIMPα-1和AtIMPα-2亲缘关系最近,暗示其功能的保守性。此外,对StIMPα2启动子序列的分析发现,其区域内含有多种与生物及非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。为进一步明确其细胞内定位,构建了StIMPα2-GFP融合表达载体,并通过农杆菌介导的瞬时转化法在本氏烟草叶片中进行表达。激光共聚焦显微镜观察结果显示,GFP荧光信号特异性地富集于细胞核,证实StIMPα2是一个定位于细胞核的蛋白。表达模式分析发现,StIMPα2的表达受低温、高盐、干旱等非生物胁迫以BTH的显著诱导。在功能验证方面,通过农杆菌浸润法在本氏烟草中过表达StIMPα2,并接种马铃薯致病疫霉。病理学表型分析显示,与对照相比,过表达StIMPα2的烟草叶片其病斑面积显著减小;同时,通过实时荧光定量PCR检测致病疫霉生物量,也证实了StIMPα2过表达植株中的致病疫霉生物量显著降低。综上所述,StIMPα2是一个受多种生物与非生物胁迫诱导表达的核定位蛋白,并通过正调控植物免疫反应来增强对致病疫霉的抗性。

为明确短日照诱导对小豆叶片内代谢物质变化的影响,以晚熟品种冀红16为材料,设置10 h光照/14 h黑暗短日照诱导。利用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)技术对小豆叶片短日诱导组(10h14d)和对照组(CK)进行代谢组定量研究。结果表明,2个样本通过定量检测共获得128种显著差异代谢物(上调103,下调25),包括黄酮、氨基酸及其衍生物、有机酸、酚酸类等11大类,数量(占比)分别为49(38.28%),26(20.31%),12(9.38%),10(7.81%)等,均在10%以上。KEGG富集分析发现,128种代谢物质富集在49条代谢通路中,对差异性显著的top 20代谢通路进行分析,发现KEGG主要富集在葡萄糖苷生物合成、氨酰-tRNA生物合成、2-氧代羧酸代谢、异黄酮类生物合成、氰基氨基酸代谢、氨基酸生物合成、黄酮类生物合成等代谢途径中。占比大于10%以上的10条代谢通路中富集代谢物质数量较多的为酸类和酮类且大多上调。综上,酸类和酮类相关代谢物是小豆应答短日照诱导的主要代谢物质,这为优化小豆的种植结构,提高小豆的产量和品质提供理论基础。