植物的生长和生产面临各种生物和非生物胁迫,其中盐胁迫严重影响植物的正常生长发育、品质和产量形成。植物在长期的演化过程中,进化出了适应盐胁迫的形态结构、生理生化反应和遗传基础。在形态结构上,耐盐植物的叶片具有蜡质层、气孔密度低于盐敏感植物,另外具有泌盐或者阻断功能的盐腺、毛状体、盐囊泡、凯氏带等结构;在生理活动调节方面,一方面耐盐植物具有高的酶促和非酶促抗氧化物质,如SOD、CAT、酚类物质等,另一方面耐盐植物具有较高的渗透调节物质含量,或者在盐胁迫下可以合成渗透调节物质,包括有机物质可溶性蛋白和糖以及无机盐离子等;在分子机理方面,SOS途径是研究得最为清晰的离子调控途径,通过SOS1、SOS2和SOS3协同作用维持细胞内Na⁺/K⁺平衡;此外,植物激素及碳代谢途径在植物耐盐过程中亦具有重要作用。本研究通过综述植物耐盐研究进展,探讨耐盐植物在形态结构、生理基础、遗传分子基础和转基因手段在响应盐胁迫的潜在研究重点和方向,有助于研究人员快速找到切入点,逐步完善植物的耐盐机理体系,加快耐盐植物的高效利用。

为探究钙依赖蛋白激酶(CDPK)在小麦生长和逆境应答中的作用,从普通小麦中克隆了TaCDPK17基因,并对其进行了序列结构、表达模式和抗逆功能初步分析。结果表明,TaCDPK17基因编码区长1 701 bp,编码566个氨基酸,具有CDPK家族的典型结构特征,包括1个保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和4个EF手型结构域。对TaCDPK17与其他12种植物的CDPK17进行进化树分析表明,TaCDPK17与禾本科作物,特别是节节麦、大麦的CDPK17序列有较高同源性。TaCDPK17基因启动子区域富含与激素调控、光照响应,以及非生物应答胁迫相关的顺式调控元件,其中,脱落酸(ABA)响应元件(ABRE)和茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA)数量较多。基于实时荧光定量PCR的表达分析结果显示,TaCDPK17受100 μmol/L ABA、100 μmol/L茉莉酸甲酯、20% PEG6000和250 mmol/L NaCl诱导后,表达量有不同程度升高。在2 μmol/L ABA和100 mmol/L NaCl胁迫处理条件下,过表达TaCDPK17的拟南芥种子萌发率显著高于野生型对照。同时,过表达TaCDPK17缓解了ABA或渗透胁迫处理对幼苗根生长的抑制作用。在气孔关闭过程中,过表达TaCDPK17的转基因植物对ABA更敏感,与野生型植物相比,表现出更强的气孔关闭趋势。这些结果表明,TaCDPK17在小麦逆境胁迫和激素信号应答中发挥着重要作用。

丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)作为参与基础代谢的一类重要酶,在植物细胞代谢、光呼吸和防御活动中起重要作用。为了解西瓜中SHMT基因家族生物信息学功能,探究其在非生物胁迫下基因表达特性,进而为西瓜SHMT基因家族的功能开发以及选育西瓜抗逆基因提供基础。采用生物信息学方法鉴定西瓜SHMT家族成员,进一步利用RT-qPCR技术分析ClSHMTs在不同组织和非生物胁迫下的表达模式。结果显示,在西瓜全基因组中,共鉴定到8个ClSHMTs基因家族成员,该家族成员随机分布在6条染色体上,依次命名为ClSHMT1~ClSHMT8。每个基因家族成员的理化性质,如氨基酸数目、分子量、等电点等存在一定的差异。其编码的氨基酸个数为471~585,分子量为51.87~65.00 ku,等电点为6.57~8.52,均为亲水性蛋白;亚细胞定位预测主要分布于线粒体上。基因结构和蛋白保守基序分析显示,ClSHMTs结构由4~15个外显子以及3~14个内含子组成,且均含有SHMT保守结构域。进一步与黄瓜、小麦等6个物种进行系统进化分析可知,50个SHMTs分3个亚族,Group Ⅰ~Ⅲ。启动子顺式作用元件分析显示,ClSHMTs启动子上均含有大量光响应、植物激素、逆境胁迫等元件。表达模式分析显示,6个ClSHMTs在西瓜不同组织中均有表达,其中,ClSHMT1、ClSHMT4、ClSHMT5、ClSHMT8在叶中表达量显著高于其他组织;在低温、干旱和盐胁迫下,ClSHMTs表达丰度各异,但集中为上调表达。综上,本研究对西瓜SHMT基因家族进行系统性分析和下一步ClSHMTs的生物功能开发提供了基础。

温度胁迫是影响菠菜品质和产量的主要非生物胁迫之一,研究菠菜对温度胁迫响应的分子机制对菠菜抗逆育种具有重要意义。为给菠菜抗冷胁迫、热胁迫机制研究提供理论基础,以菠菜耐冷胁迫自交系D3和耐热自交系M10为试验材料,对其在冷胁迫和热胁迫下的转录组和代谢组进行了分析,以期探讨菠菜抗逆的转录和代谢机制。转录组学分析表明,在冷胁迫和热胁迫下,耐冷自交系D3和耐热自交系M10的差异基因富集最多的途径基本相同。代谢组学分析表明,冷胁迫下在基因与基因组数据库(KEGG)富集通路中共同富集在嘧啶代谢、赖氨酸降解通路中;热胁迫下在KEGG富集通路中共同富集在色氨酸代谢,甲苯降解,各种其他次生代谢物的生物合成,甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸的代谢通路中;转录组学和代谢组学联合分析结合基因注释,确定了SpADH(sov2g036390)、SpSHMT(sov1g001130)、SpALDH-1(sov4g007150)为菠菜耐冷胁迫的候选基因,SpALDH-1(sov4g007150)、SpALDH-2(sov1g043320)、SpNPC(sov1g040610)为菠菜耐热胁迫的候选基因,其中,SpALDH-1(sov4g007150)在冷胁迫和热胁迫下都显著表达,可能是菠菜抗逆的相关调控基因。

为探明外源H₂O₂对NaCl胁迫下棉花幼苗的生理调节机制,以棉花品种新陆早48号为供试材料,使用室外盆栽法,设置盐胁迫(NaCl,浓度梯度0,100,200 mmol/L) 和H₂O₂(浓度梯度0,0.005,0.010,0.020,0.050 mmol/L) 两因素随机组合,探究棉花幼苗鲜质量、干质量、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光合气体参数、抗氧化酶活性和渗透调节系统的变化规律。结果表明,外源H₂O₂有效缓解盐胁迫对棉花幼苗生长的抑制效应,提高棉花幼苗叶绿素含量、光合气体参数、叶绿素荧光参数,维持棉花幼苗光合作用正常运行,保证了干物质的积累;同时,外源H₂O₂提高抗氧化酶(POD、APX、CAT)活性,加速清除棉花幼苗体内ROS,降低了电解质渗出率、MDA含量及Pro、游离氨基酸、SS等渗透调节物质含量,提高棉苗抗盐性。其中0.020 mmol/L外源H₂O₂对棉花幼苗所受盐胁迫缓解作用最佳。综上,外源H₂O₂通过提高盐胁迫棉花幼苗光合性能,保持棉花幼苗稳定的光合作用,维持棉花幼苗体内ROS产生与消除的动态平衡,从而提高棉花幼苗对盐胁迫的适应性。

成株期抗叶锈病基因Lr12在生产上具有良好抗性,为Lr12进行精细定位并开发可靠的分子标记,以感病材料Thatcher和含Lr12抗性基因的近等基因系RL6011为亲本杂交产生F₁,进一步自交产生F₂单株和F_2∶3 家系。在田间利用5种强毒力叶锈菌混合小种(PHTT、THKS、THTT、PHTS和PHKS)接种F₂单株和F_2∶3家系进行成株抗叶锈性鉴定和抗性遗传分析。随后利用16K液相芯片对F₂的10个抗病单株和10个感病单株进行基因分型,获得与Lr12紧密连锁的SNP位点,确定抗病基因所在的染色体物理区间,开发SSR分子标记并构建遗传连锁图谱。结果表明,对RL6011(Lr12)/Thatcher的3 494个F₂单株进行抗叶锈性鉴定,抗病单株与感病单株之间的分离比符合3∶1( {\mathrm{\chi }}_{3:1}^2 =0.14;P=0.71)。对685个F_2∶3家系进行抗叶锈性鉴定,抗病单株、抗病杂合单株与感病单株之间的分离比符合1∶2∶1( {\mathrm{\chi }}_{1:2:1}^2= 2.01;P=0.37),表明Lr12为显性基因且群体分离符合单基因遗传规律。通过遗传连锁图谱分析成株期抗叶锈病基因Lr12基因位于SSR分子标记YK12817和YK12928之间,遗传区间为0.38 cM,对应中国春参考基因组(IWGSC.Ref.V1.0)中4BL染色体579.44~581.53 Mb物理范围内共2.09 Mb的物理区间。上述结果为预测候选基因提供了确定的依据。

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKK或MKK)在植物的生长发育与胁迫响应等过程中发挥着重要作用。为了鉴定谷子抗锈病相关的MAPKK基因,为谷子抗锈病机理研究和抗病分子育种提供候选基因,运用生物信息学方法在全基因组水平上鉴定与分析谷子MAPKK基因家族成员(SiMKKs);利用Real-time PCR技术,检测谷子SiMKKs基因在不同组织部位、谷锈菌胁迫与外源激素处理下的表达水平;利用Excel、MEGA、DnaSP分析70份重测序谷子品种中抗锈病相关SiMKKs基因的变异位点和单倍型,结合表型鉴定抗锈病优异单倍型。结果表明,共鉴定到10个谷子SiMKKs成员,分布于5条染色体上,外显子数1~11个不等,编码蛋白质含有331~523个氨基酸;谷子MAPKK基因家族成员分为4组,A和B组包含S/T-X₅-S/T基序,C和D组的SiMKKs不具有该基序,保守基序Motif 1~Motif 6 存在于所有SiMKKs蛋白中;每个SiMKK基因的启动子区均含有防御和胁迫响应、茉莉酸甲酯(MeJA)响应、水杨酸(SA)响应、激发子激活等1~3种生物胁迫相关顺式作用元件。除SiMKK10-1和SiMKK10-3未检测到表达信号外,其余8个SiMKKs基因在不同组织部位、谷锈菌侵染、SA和MeJA处理下均有不同程度的表达。SiMKK4、SiMKK5和SiMKK10-2在孕穗期的根中表达量较高,SiMKK6-1和SiMKK6-2在孕穗期茎中表达量较高;SiMKK4在接种后24 h的抗病反应中上调表达、感病反应中下调表达,其表达与抗病相关;SiMKK4在SA和MeJA激素处理后的16 h内上调表达,之后下调表达,且在SA处理过程中表现持续的表达变化,其余7个SiMKKs基因在SA和MeJA处理中的表达模式也基本一致。SiMKK4基因编码区共分为7个单倍型,Hap_1为优势单倍型,未发现抗病关键变异位点。综上所述,谷子SiMKK4的表达与抗锈病相关,其可能通过SA和MeJA信号途径参与谷子的早期抗病反应。

为了明确氮肥减量后移对黄淮海平原麦-玉两熟体系生产力的调控效应,于2020年6月至2023年6月在山东省农业科学院济南济阳试验基地设置夏玉米、冬小麦周年氮肥试验,分析了传统农户处理(F₄₀₀,周年施氮400 kg/hm²)、周年减氮10%(FN)、周年减氮20%(FH)、周年减氮30%(FL)4种氮肥处理对麦-玉两熟体系籽粒产量、地上部氮素积累特性、氮肥利用效率、收获后0~200 cm 土层土壤硝态氮积累特性的影响,为进一步优化黄淮海平原施氮制度提供依据。结果表明,氮肥后移提高了氮肥减量条件下夏玉米、冬小麦和周年总产,与F₄₀₀和FN处理相比,FL处理3 a均值分别显著提高9.2%~18.1%,13.5%~20.5%,11.1%~19.1%。氮肥后移量改善了麦-玉两熟体系各生育阶段地上部植株氮素积累强度,促进了地上部植株氮素的积累,3 a均值夏玉米季吐丝和成熟期植株氮素积累量FL较F₄₀₀、FN、FH分别显著提高5.7%~12.3%,5.0%~12.8%,籽粒氮素积累量显著提高8.2%~17.2%;冬小麦季,拔节、开花和成熟期FL与FH处理连续3 a地上部氮素积累量显著高于F₄₀₀和FN处理,3 a均值分别提高23.4%~28.1%,20.7%~26.3%,12.6%~20.8%,籽粒氮素积累量FL较F₄₀₀、FN和FH处理分别显著提高16.4%,15.0%和5.8%。优化施氮制度能够改善麦-玉两熟体系氮肥利用效率,其中,夏玉米和冬小麦氮肥吸收效率3 a均值FL较F₄₀₀、FN、FH处理分别显著提高4.8%~57.7%,32.0%~72.4%;氮肥偏生产力夏玉米FL较F₄₀₀和FN处理分别显著提高68.8%,40.4%,冬小麦季FL较F₄₀₀、FN和FH显著提高38.4%~71.8%。4种施氮处理下夏玉米、冬小麦收获后0~40 cm土层均具有较高的土壤硝态氮富集,其中夏玉米3 a均值分别占0~200 cm土层总积累量的40.0%,38.9%,44.9%,42.5%,冬小麦分别占37.3%,36.9%,46.7%,38.3%;随着种植年限的增加,夏玉米和冬小麦收获后传统农户处理(F₄₀₀)和周年减氮10%(FN)处理0~200 cm土层土壤硝态氮较试验起始时均出现了累积效应,而FL和FH施氮处理下实现了土壤硝态氮残留的相对平衡。可见,周年减氮 30%处理下通过增加氮肥后移量,改善了植株氮素积累特性,实现了夏玉米、冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的协同提高,是实现黄淮海平原麦-玉两熟体系籽粒高产、氮肥高效和环境友好的较优施氮制度。

探究内蒙古自治区通辽市牛病毒性腹泻病毒(BVDV)感染毒株主要基因型,为BVDV流行病学及防控提供参考依据。试验前期在内蒙古通辽市某牛场采集腹泻犊牛粪便样品经PCR检测,将BVDV阳性的粪便样品处理后接种到牛肾细胞(MDBK)中进行分离,通过RT-PCR、间接免疫荧光染色对分离株进行鉴定,并对其基因组全长进行测序,根据5'UTR 、N^pro和E2基因序列进行遗传进化分析和基因分型鉴定。结果表明,试验成功分离到一株BVDV毒株,将其命名为NM-21,接种NM-21的MDBK未产生细胞病变,说明该毒株为非细胞病变型(NCP),RT-PCR、间接免疫荧光染色鉴定均为阳性,病毒滴度为10^-3 TCID₅₀/mL。基于基因组全长序列、5'UTR 、N^pro和E2基因序列的同源性和遗传进化分析,分离株NM-21与中国内蒙古自治区毒株NM2103(GenBank登录号ON337882.1)核苷酸同源性最高,为BVDV-1c亚型。

捕光叶绿素a/b结合蛋白在植物光合进程及非生物胁迫响应中发挥着重要的作用。为了研究陆地棉GhLhcb2A1基因特征、表达特性以及在低温和干旱响应中的功能,以冀棉262叶片cDNA为模板进行PCR扩增,获得了GhLhcb2A1基因的CDS全长,通过生物信息学分析了基因及其编码蛋白的基本特征,利用qRT-PCR技术检测了基因的组织表达特性以及低温和干旱响应表达模式,采用病毒诱导的基因沉默技术验证了GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中的功能。研究结果表明,GhLhcb2A1基因CDS全长为798 bp,编码265个氨基酸。GhLhcb2A1在叶片中高表达,在低温和干旱处理的叶片和根中显著上调表达,并在低温和干旱处理3 h的叶片中达到最大值,分别是对照叶片中的17.42,30.03倍,在低温处理6 h和干旱处理12 h的根中达到最大值,分别是对照根中的11.65,65.04倍。亚细胞定位结果表明,GhLhcb2A1蛋白在细胞叶绿体中表达。GhLhcb2A1基因沉默植株与对照植株相比,低温和干旱处理造成的植株失水干枯等表型更严重,叶片积累的丙二醛含量显著升高,脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性则显著降低,说明GhLhcb2A1基因沉默植株对低温和干旱胁迫的抵抗力降低。以上研究表明,GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中发挥正调控的作用。

旨在探讨羧基酯脂肪酶基因(CEL)的单核苷酸多态性与湖羊眼肌面积的相关性。选取1 049只具有准确表型记录且健康的湖羊,屠宰后测定其眼肌面积,采集血液提取基因组DNA,通过PCR和KASPar SNP分型技术对CEL基因进行目的片段扩增和基因分型,并与湖羊眼肌面积进行关联分析,采用RT-qPCR检测CEL基因在湖羊10种组织中的表达情况。结果显示,湖羊CEL基因在不同组织中均有表达,且在十二指肠中表达量最高;该基因存在一个g.4039718 C>T的同义突变,呈中等多态。性状关联分析表明,该多态位点与湖羊的眼肌面积显著关联,TT型个体的眼肌面积显著高于CC型个体。描述性统计结果显示,眼肌面积的变异系数为12.29%,具有较高的选择潜力。相关性分析表明,眼肌面积与体质量、体高、体长、胸围、屠宰率、胴体质量和宰前活质量等生长性状和屠宰性状呈正相关。结果表明,g.4039718 C>T多态位点可作为候选分子标记用于湖羊眼肌面积性状的遗传改良。

为给杂交小麦高产栽培过程中合理的氮肥运筹提供理论依据和技术支撑,研究施氮量对二系杂交小麦产量形成、干物质积累分配、氮素吸收利用以及对小麦肥料氮吸收比例的影响,于2020—2021年以3个二系杂交小麦组合和1个常规品种作为材料,采取裂区设计,氮素处理(¹⁵N标记尿素)为主区,品种为副区,设置N0、N120、N180、N240这4个施氮水平试验,分析测定了开花期和成熟期不同处理下小麦各器官的干物质积累分配、植株氮素吸收利用以及籽粒产量。结果表明,施氮量、组合(品种)对小麦产量和产量构成要素的影响达极显著水平。与常规品种京冬17相比,京麦21、BH9613的平均产量分别增加10.47%,4.07%,主要原因是其穗数和穗粒数较高。氮肥施用显著提高了小麦穗数和穗粒数,但降低了千粒质量。4个组合(品种)增施氮肥均显著提高了小麦开花期和成熟期干物质积累量,开花期小麦各器官干物质量表现为茎秆>叶>穗,成熟期为籽粒>茎秆>颖壳+穗轴>叶。不同施氮量下组合的氮素农学利用率、氮素偏生产力平均值表现为:京麦21>BH9613>京冬17>BH3606,与产量趋势一致。4个组合(品种)的¹⁵N原子百分超、来自肥料氮含量及占比均表现为:籽粒>秸秆,并随着施氮量的增加而显著增加。与京冬17相比,3个杂交组合(品种)来自土壤氮的占比显著提高,从氮利用角度说明杂交小麦耐瘠薄性更强。综合分析,N240施氮量综合表现优于其他施氮量的表现,京麦21和BH9613这2个杂交组合(品种)的综合表现优于对照京冬17。

阐明叶面肥不同施氮量对玉米氮素积累转运利用的影响。试验时间为2021—2022年,采用随机区组设计,以玉米品种利禾1号为研究对象,设置不施肥处理(CK)、常规根部施肥处理(CF)、叶面减氮20%处理(LF1)、叶面常规施氮处理(LF2)、叶面增氮20%处理(LF3),分析叶面氮肥不同施用量与不施肥及常规根部施肥对玉米氮素积累转运利用的差异。结果表明,玉米茎氮素积累量和叶氮素积累量随生育期的推进呈先升高后降低的趋势,于抽雄吐丝期达到最大值。单株氮素积累量随生育期的推进逐渐升高,于成熟期达到最大值,LF2处理的单株氮素积累量最高。吐丝期前叶片中氮素分配占比最高,吐丝期后籽粒氮素分配占比逐渐升高,于成熟期达到峰值;CK的籽粒氮素积累占比最低,2021年LF1处理的籽粒氮素分配占比最高,2022年LF3处理的籽粒氮素分配占比最高。氮素转运率和氮素转运对籽粒的贡献率随施氮量的增加先升高后降低,氮素收获指数、氮素利用率随施氮量的增加而降低;2021,2022年LF1处理、LF2处理、LF3处理的氮素利用效率均高于CF处理,且LF1处理的氮素利用率最高。2 a叶面施氮处理的氮素吸收效率均高于CF处理。各处理的穗长、穗粗、穗行数无显著差异,CK的秃尖长最长,各施氮处理的行粒数和百粒质量均大于CK,CF处理的生物产量最高,LF1处理的籽粒产量和收获指数最高,各处理的籽粒产量显著高于CK,收获指数随施氮量的增加而降低。因此,在内蒙古中西部地区玉米以LF1叶面施氮处理下能获得较好的生长效果。

为挖掘枸杞棉蚜对杀虫剂吡虫啉产生抗药性的候选基因,以枸杞棉蚜对吡虫啉的室内抗药性品系和相对敏感性品系为材料,利用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术获得2个品系的转录组数据,通过NCBI数据库进行基因注释,在转录水平上对2个品系的差异基因GO功能及KEGG代谢途径等生物信息学进行分析,采用qRT-PCR技术检测其中8个候选差异基因(CYP6a2、CYP6a13、CYP6k1、CYP6j1、CYP4c1、AChE2、CarE和ALP3)的相对表达情况,并分析了抗药性相关基因的进化关系。经测序及序列拼接,共获得70 101条Unigene(单基因簇),平均长度为654.37 bp,在NR、GO和KEGG数据库中分别注释到29 131,27 861,2 993条Unigene。通过对两品系的差异基因进行NR注释分析,共发现289个差异基因,其中,22个可能与抗药性相关,包括9个解毒酶系基因(CYP6a13、CYP6k1、CYP6j1、CYP4c1和ALP3各1个,CYP6a2和CarE各2个),8个表皮蛋白基因(CP)及其前体(Cuticular protein precursor,CPP),1个靶标酶系基因(Alkaline phosphatase,AChE2),2个转录因子基因(WRKY1、LZTFL1,Leucine zipper transcription factor-like protein 1 gene),1个胰脂肪酶相关蛋白2基因(PLRP2)和1个多抗相关蛋白基因(Multidrug resistance-associated protein,MRP)。定量结果表明,差异基因CYP6a2、CYP6a13、CYP6k1、CYP6j1、CarE和ALP3在抗药性品系的表达量均显著高于敏感性品系。对抗药性相关重要基因CYP、GST、ALP和CP构建系统进化树,通过分析基因的遗传关系,发现枸杞棉蚜与大豆蚜、豌豆蚜的亲缘关系相对较近。获得了枸杞棉蚜对吡虫啉的抗药性与敏感性品系转录组的整体表达模式,筛选到抗药性相关差异表达基因,发现2个品系中87.50%的候选差异基因在转录水平和mRNA水平的表达量变化一致。

绵羊的尾型是由遗传和环境因素相互作用形成的复杂性状,环状RNA(circRNA)与脂肪生成密切相关。为探究circRNA对绵羊尾部脂肪沉积的影响,对绵羊尾部脂肪进行转录组测序并进行样品组间差异表达分析,筛选出与绵羊尾脂相关的候选circRNA,构建绵羊尾部脂肪沉积相关circRNA-miRNA-mRNA 的调控网络图,并对筛选出来的circRNA进行定位,然后对其功能进行验证。结果显示,在2种不同尾型绵羊尾部脂肪组织转录本中共筛选得到679个差异表达circRNA,其中422个上调,257个下调。并对差异circRNA靶基因进行GO和KEGG功能富集分析,涉及了DNA代谢过程、解剖结构发育、分解代谢过程、细胞自噬作用、碳水化合物吸收过程以及脂肪沉积相关的细胞增殖、脂质代谢等众多生物学发育过程。靶基因富集在细胞生长与凋亡过程、细胞运动、运输和分解代谢、信号转导作用、转录翻译以及氨基酸合成代谢等功能,说明这些circRNA可能通过以上众多通路参与绵羊尾部脂肪的沉积过程。对筛选出的差异circRNA_0018采用荧光原位杂交方法进行定位分析并在前体脂肪细胞中进行验证,结果表明,circRNA_0018是真正且稳定的细胞质环状分子,能促进脂肪细胞分化,由此推测,circRNA_0018等可能参与绵羊脂肪沉积和脂质代谢过程。

大豆P34蛋白主要存在于种子中,其上游启动子很可能具有调控下游基因在种子中高表达的特性。为进一步研究大豆P34蛋白基因的组织表达模式及其启动子的调控活性,通过qRT-PCR方法检测大豆P34蛋白基因在大豆不同组织中的表达情况;克隆大豆P34蛋白基因5'端上游序列(GmP34P),生物信息学分析其转录起始位点和顺式元件;构建表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草,检测转基因烟草中GUS的表达。结果表明,P34蛋白基因在大豆种子中的表达量极显著高于根、茎、叶和花的表达量;克隆获得GmP34P序列长度为1 380 bp,预测分析表明,该序列的转录起始位点为第1 342位上的碱基A,序列中含有多种与种子高表达相关的顺式作用元件,如RY element、Skn-1 motif、2S seed protbanapa等;获得含有GmP34P启动子驱动GUS基因的植物表达载体pCAM-GmP34P;通过潮霉素、PCR及RT-PCR筛选阳性转基因植株;对pCAM-GmP34P阳性转基因烟草植株,进行qRT-PCR检测,结果显示,相对于其他组织,GUS基因在转基因烟草种子中的表达量达到极显著差异;GUS组织化学染色结果显示,GmP34P启动子能够调控下游GUS基因在种子中高表达。

为了深入探究lncRNA TCONS_00143126在E.coli型奶牛乳腺炎中的表达模式及其生物学功能,采用奶牛乳腺上皮细胞的cDNA为模板,运用PCR克隆及测序技术来确认lncRNA TCONS_00143126的存在,并进行lncRNA的亚细胞定位分析、预测可能靶向的miRNA及靶基因,并通过KEGG通路富集分析探讨其在奶牛乳腺炎中的潜在作用机制。此外,采用LPS诱导bMECs以构建奶牛乳腺炎体外模型,并通过RT-qPCR技术检测lncRNA TCONS_00143126在LPS诱导bMECs 6,12,24 h的表达情况。结果表明,lncRNA TCONS_00143126是真实存在的,在LPS诱导的bMECs中的表达量显著上调,且主要分布于细胞核中。靶基因预测及KEGG富集分析结果显示,lncRNA TCONS_00143126可能通过靶向的miRNA(bta-miR-133a、bta-miR-193a-5p和bta-miR-375等)和靶基因(IFNE、SLC2A10、MEX3B)来调节JAK-STAT、mTOR和MAPK等炎症信号通路,进而在奶牛乳腺上皮细胞炎症中发挥作用。

对多毛番茄全基因组的Dicer-like(DCL)、Argonaute(AGO)和RNA依赖性RNA聚合酶(RDR)基因家族进行生物信息学和表达模式分析,为深入研究DCL、AGO和RDR基因家族在多毛番茄响应非生物胁迫和病毒感染过程中的功能提供参考。以拟南芥DCL、AGO和RDR基因为参考序列,利用本地Perl语言和Pfam、SMART等软件检索多毛番茄LA1777基因组并确定多毛番茄DCL、AGO和RDR基因家族成员。通过ExPASy、GSDS 2.0、MEGA、Tbtools、SWISS-MODEL等工具对多毛番茄DCL、AGO和RDR家族基因进行生物信息学分析。根据非生物胁迫、番茄褪绿病毒(ToCV)处理和实时荧光定量PCR技术分析该类基因的表达模式。从多毛番茄中鉴定得到7个ShDCL、15个ShAGO和6个ShRDR基因,分别分布在第5,7,6条染色体上,其编码的蛋白与其他植物DCL、AGO和RDR结构相似,均含有该家族特有的保守结构域。系统发育分析表明,这些基因被分为4个亚组,与普通番茄之间具有较高的结构和功能相似性。ShDCL2a、ShDCL2c、ShDCL3、ShDCL4、ShAGO1b、ShAGO3、ShAGO4b、ShAGO5、ShAGO7、ShAGO10a、ShAGO10b、ShRDR1、ShRDR2、ShRDR3a、ShRDR6a和ShRDR6b在多种非生物胁迫和ToCV感染后显著上调表达,推测这些基因在非生物胁迫和病毒侵染过程中发挥着重要作用。

WRKY是植物特有的一类转录因子,在非生物胁迫应答、种子休眠与发芽、生长发育等方面起重要作用。为揭示大豆WRKY转录因子家族中GmWRKY44基因的功能和潜在的分子机制,对大豆Williams 82中GmWRKY44基因进行了生物信息学分析及功能验证。结果表明,GmWRKY44基因CDS全长1 077 bp,编码358个氨基酸;结构预测与进化分析结果显示,其编码的蛋白质二级结构由23.46% α-螺旋、4.75% β-折叠、58.94%无规则卷曲和12.85%延伸链构成,三级结构与二级结构相统一;含一个保守的WRKY结构域,锌指结构为C₂H₂类型,属WRKY IIc亚家族;该基因是拟南芥AtWRKY71的同源基因,相似度为35.56%,两者具有相似的基因结构。RT-qPCR分析表明,GmWRKY44响应盐胁迫,表达量先下降后上升。在盐胁迫下,野生型(Col-0)和GmWRKY44过表达拟南芥株系的萌发率和根长均受到一定程度抑制,但GmWRKY44过表达株系明显优于Col-0。另外,在盐处理后,GmWRKY44过表达株系生长受抑制程度低于Col-0。生理指标分析发现,在盐胁迫下,GmWRKY44过表达株系的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著高于Col-0,而丙二醛(MDA)含量显著低于Col-0。以上表明,GmWRKY44过表达可以提高转基因拟南芥的耐盐性。

作为植物抵御多种逆境胁迫的重要调节因子,植物热激转录因子(Hsf)家族基因数目多,结构、特性和功能复杂多样。植物Hsf不仅通过直接转录调控热激蛋白和相关基因的表达,参与对多种逆境胁迫的响应和适应过程,还介导植物诸多生命活动过程。自20世纪80年代酵母Hsf被首先克隆以来,多个物种的Hsf家族被识别和研究,模式植物番茄和拟南芥Hsf研究比较早且相对深入,研究主要集中在HsfA族,B族研究较少,C族报道更少。随着全球气候变化,极端高温事件频发,已严重威胁小麦、玉米等粮食作物的产量和品质,深入研究作物耐热性机制从而挖掘功能基因、通过生物技术方法改良作物的耐热性,是抵抗高温逆境的关键。大田作物中Hsf家族数目大小不等,基因组复杂,研究起步晚。为此,植物生理与分子生物学研究室从2009年开始对作物Hsf家族基因进行研究,依据最新的基因组信息,确定了家族基因数目及核酸和蛋白质结构特性、明确了家族基因的时空表达特性及其对多种非生物逆境的响应规律。克隆获得多个基因并借助遗传转化和基因编辑技术创制转基因材料和突变体,对其耐热性以及抗逆性调控功能多层面进行了鉴定,并对下游调控机制进行了深入解析。研究不仅丰富了大田作物耐热性调控理论基础,也为作物耐热性研究和生物育种提供优异新种质。目前,关于Hsf的研究主要集中在功能鉴定和对下游基因的转录调控方面,其上游哪些组分通过何种方式介导Hsf参与耐热性调控方面的研究还缺乏证据,机制尚不清楚。基于本研究室多年来对小麦、玉米Hsf家族的研究结果,结合他人的相关研究报道,详述了近年来植物Hsf在抗逆性响应和适应过程中调控功能、机制及其主要研究进展,以期为深入阐明Hsf家族的作用及其调控网络提供理论依据,为耐热生物育种挖掘强效的基因资源和备选位点。

为研究牦牛磷酸酪氨酸互作结构域1基因(PID1)的结构及功能,并探究其在各组织中的表达情况,以桑桑牦牛脂肪组织cDNA为模板克隆桑桑牦牛PID1基因CDS区序列,并对其进行生物信息学分析。同时,采用实时荧光定量PCR方法(RT-qPCR),对牦牛的7个不同组织包括心、肝、脾、肺、肾、背部肌肉及脂肪进行PID1基因表达水平的定量。结果表明,牦牛PID1基因的编码区长度是654 bp,编码217个氨基酸;通过同源性比对,结果发现,牦牛与野牦牛之间的亲缘关系最为接近,相似度达到100%;经过蛋白质分析发现,牦牛PID1蛋白的分子质量约为24.84 ku,理论等电点为6.30。根据不稳定系数计算结果显示,其不稳定性较高(47.96),属于一种不稳定蛋白质。该蛋白内含有1个N-糖基化位点和23个磷酸化位点,无信号肽和跨膜结构。RT-qPCR试验结果表明,在各个组织中都能检测到PID1基因的表达情况,其中在肺部表达量最高。该研究克隆了牦牛PID1基因,并对其蛋白结构进行了分析,同时还研究了该基因在牦牛组织中的表达情况。为进一步探究PID1基因在牦牛脂肪沉积过程中的作用提供了初步数据。

EXORDIUM(EXO)基因在拟南芥中被确定为油菜素内酯(BR)响应基因,通过介导细胞扩张促进植物生长。为探究EXO基因在甘蓝型油菜中的功能以及在花期不同组织中的表达规律,以甘蓝型油菜中双6号为材料,克隆EXO基因的编码区序列命名为BnEXO,并进行生物信息学分析,利用实时荧光定量技术对BnEXO基因在甘蓝型油菜花期根、茎、叶、花瓣、花蕾和角果皮中的相对表达量进行测定。结果表明,BnEXO基因的CDS序列为945 bp,BnEXO为稳定亲水性非跨膜蛋白,属于分泌蛋白,在细胞外表达,蛋白的二级结构以无规则卷曲为主。不同组织中的表达分析结果表明,BnEXO基因在不同组织中的表达量由高到低依次为花瓣、角果皮、花蕾、茎、根、叶,在花瓣中的表达量最高。此外,以拟南芥中8个EXO基因家族成员的蛋白序列为基础,鉴定到20个甘蓝型油菜EXO基因(BnaEXO),11个白菜EXO基因(BraEXO)和11个甘蓝EXO基因(BoEXO)。大多数基因家族成员编码蛋白质为稳定性蛋白,定位在细胞外,长度为271~411个氨基酸,等电点预测为5.76~9.60,分子质量为28.76~46.21 ku。系统发育分析将EXO基因分为EXOA、EXOB、EXOC、EXOD和EXOE共5个亚组,EXOB亚组中成员最少。基因结构分析表明,大多数成员只含有1个外显子,没有内含子,EXO基因家族成员序列具有高度的保守性。甘蓝型油菜中成员的启动子区域顺式元件分析结果表明,BnaEXO基因在植物的生长发育及逆境胁迫中发挥重要作用。

为明确不同时期施硫对强筋小麦产量和光合特性的影响,确定强筋小麦适宜的硫肥施用时间,于2019-2021年2个小麦生长季,以强筋小麦藁优2018为试验材料,设置底施(S60-b)、拔节期追施(S60-j)、开花期追施(S60-a)3个施硫时期,施硫量为60 kg/hm²,以不施硫(CK)为对照,系统研究了不同施硫时期对强筋小麦叶面积指数(LAI)、旗叶叶绿素相对含量(SPAD)、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、产量及构成因素等方面的影响。结果表明,与CK相比,S60-b、S60-j和S60-a处理都能显著提高藁优2018的千粒质量、籽粒最大灌浆速率和产量;2个生长季,千粒质量平均增幅分别为6.23%,4.27%,7.04%,其中花后35 d千粒质量增幅最大,分别为5.51%,3.17%,6.12%。最大灌浆速率增幅分别为2.84%,1.76%,3.49%;单产平均增幅分别为9.20%,2.73%,5.71%。施硫对藁优2018的穗数和穗粒数影响不显著。不同时期施硫处理都会对强筋小麦光合、生理特性有显著影响。S60-b和S60-a处理显著提高了生育中后期叶面积指数、旗叶叶绿素相对含量、花后22 d和29 d旗叶可溶性蛋白含量、花后35 d旗叶可溶性糖含量,上述5个指标增幅分别达26.16%,7.38%,16.90%,55.29%,81.11%以上。综合2 a结果,底施和开花追施硫肥都能够显著提高生育中后期旗叶的LAI,并使旗叶维持较高SPAD值,延缓旗叶衰老,提高了旗叶可溶性蛋白和可溶性糖含量、千粒质量和灌浆末期的灌浆速率,表现出较高的产量。综上,施硫对强筋小麦的产量具有正向调控效应,底施和开花期追施均具有较好的调控效果。

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。

为明确肥料减施对小麦产量与淀粉粒度分布特征的影响,以小麦品种龙科1109、扬麦25为材料,设置7个施肥处理,不施氮肥(CK)、农户习惯施氮量(三元复合肥750 kg/hm²+追施150 kg/hm²尿素,CF)、缓释肥900 kg/hm²一次性基施(SF900)、缓释肥750 kg/hm²一次性基施(SF750)、缓释肥600 kg/hm²一次性基施(SF600)、缓释肥750 kg/hm²基施+追施150 kg/hm²尿素(S750T)、缓释肥600 kg/hm²基施+追施150 kg/hm²尿素(S600T)。分析不同处理间缓释肥对小麦产量与淀粉粒度分布特征的影响。结果表明,肥料减施条件下,2个茬口小麦穗数先增加后降低、穗粒数降低,千粒质量增加,且均以SF750处理下产量最高;2个茬口小麦湿面筋、蛋白质含量下降,淀粉含量增加;旱茬强、弱势籽粒B型淀粉粒体积、表面积占比先增后降,A型淀粉粒体积、表面积占比先降后增;稻茬B型淀粉粒体积、表面积占比增加,A型淀粉粒体积、表面积占比下降;而对数目百分比无显著影响;2个茬口糊化参数等指标均下降。由此可见,肥料减施主要通过影响胚乳淀粉粒度分布,降低糊化参数等指标,增加籽粒产量及淀粉含量,进而降低蛋白质及湿面筋含量;肥料减施较农户习惯施氮量小麦籽粒产量增加,湿面筋与蛋白质含量增加,淀粉含量下降。

茴香胺5(ANO5)是一种定位于肌膜和肌浆网的多通道膜蛋白,主要在肌膜修复和磷脂争夺中起作用,ANO5基因突变会导致颌骨发育不全以及各种肌肉疾病。为了探讨绵羊ANO5基因的单核苷酸多态性与脂肪沉积性状的关联性,选择健康且系谱清晰的1 005只湖羊公羔群体为研究对象,采用PCR扩增技术和KASPar分型技术对试验群体ANO5基因位点多态性进行检测,并与脂肪沉积性状进行关联分析,并利用qPCR分析ANO5基因在不同组织中的表达水平。结果表明,绵羊ANO5基因在湖羊多种组织中广泛表达,与其他组织相比,ANO5基因在心脏组织中的表达量最高。在绵羊ANO5基因第10内含子中检测到了g.58010 C>T多态位点的3种基因型CC、CT和TT。描述性统计结果表明,肾周脂肪质量与其他脂肪质量的差异最大,变异程度最高。相关分析结果表明,脂肪沉积相关性状与生长性状、饲料效率性状均呈正相关。关联分析结果表明,该多态位点与湖羊肾周脂肪质量及其相关性状呈显著关联。其中,CC基因型个体的肾周脂肪质量及其相对质量均显著低于TT基因型个体。综上所述,绵羊ANO5基因g.58010 C>T突变位点可作为湖羊肾周脂肪沉积性状的候选分子标记。

RNA聚合酶Ⅱ相关因子Paf1(RNA polymerase Ⅱ associated factor 1)复合物是由6个亚基组成的真核生物重要的转录调控因子,其对特定基因的表达调控作用与植物的生长、发育和环境信号响应等生命活动密切相关。为探究小麦Paf1对逆境胁迫的响应特征,采用同源序列比对方法鉴定小麦的各Paf1亚基基因,通过mCherry融合蛋白的过表达和荧光显微观察鉴定各亚基蛋白的亚细胞定位,使用qRT-PCR方法分析各亚基基因对不同逆境胁迫的表达响应。结果表明,小麦Paf1的亚基TaVIP3、TaVIP4、TaVIP5、TaVIP6和TaPHP均由1套部分同源基因编码,其余1个亚基TaVIP2则由2套部分同源基因编码。植物VIP2的N端含有1个长度可变的富含脯氨酸残基区段,小麦的TaVIP2 还特有1个富含谷氨酰胺残基区段。TaVIP2、TaVIP4、TaVIP5和TaVIP6均为细胞核蛋白,而TaVIP3和TaPHP蛋白则可同时分布于细胞质和细胞核。各亚基基因在不同组织中的组成型表达差异模式相似,在叶片中的表达统一受高温胁迫的上调和高盐、干旱胁迫的下调。综上所述,小麦响应逆境胁迫的反应涉及对转录调控因子Paf1亚基基因表达水平的调节。

为了挖掘西瓜果皮硬度关键调控基因,选育耐裂高硬度果皮西瓜品种。以西瓜果皮硬度差异显著的高硬度材料901和低硬度材料BSH为亲本,构建F₂分离群体,采用极端性状混池重测序接合BSA(BSA-seq)方法进行定位,并结合转录组测序(RNA-seq)数据进行关联分析,挖掘果皮硬度关键调控基因。BSA-seq结果表明,SNPs和InDels关联区域交集位于10号染色体1 620 000-3 760 000 bp区间内共2.14 Mb的区段,包含150个候选基因,其中2个非同义突变基因和1个移码突变基因。将BSA-seq测序结果与RNA-seq测序结果进行联合分析发现,共有Cla97C10G187120、Cla97C10G187020、Cla97C10G187430、Cla97C10G187510、Cla97C10G187280和Cla97C10G186540 6个基因相关联,经生物信息学分析,确定Cla97C10G187120基因为西瓜果皮硬度候选基因。实时荧光定量(qRT-PCR)试验结果表明,转录组试验数据可靠,并且候选基因Cla97C10G187120在901中表达较BSH明显降低。本研究为进一步精细定位西瓜果皮硬度调控基因奠定了基础。

为了探索花生高油育种新途径,建立一种直接育成高油花生种质的新方法,采用离体诱变育种技术进行花生高油新种质创制。以吉花9号胚小叶为诱变试材,吉花9号和吉花54为对照试材,以博来霉素作为诱变剂。胚小叶消毒后放置在梯度诱变培养基中,筛选博来霉素诱变半致死浓度,体胚萌发成苗后以无菌花生苗作为砧木采用插接法进行无菌嫁接,嫁接成苗后移栽至田间。对2个已知调控花生脂肪合成基因WRI1进行生物信息学分析,并通过籽粒中WRI1基因表达和诱变植株粗脂肪含量相关性进行试验可行性验证。当博来霉素质量浓度在3 mg/L时,诱变效果最佳。吉花9号突变体IM13-3的粗脂肪含量高于吉花9号(CK₁,试材品种对照)和吉花54(CK₂,高油品种对照)。2个WRI1基因WRI1X2和WRI1X1分别编码366,357个氨基酸,都是不稳定亲水性蛋白。在籽粒中WRI1基因表达量与粗脂肪含量呈显著正相关。率先采用博来霉素作为花生离体诱变诱变剂,通过此离体诱变方法获得吉花9号高油突变体IM13-3,粗脂肪含量为56.64%。测定了高油突变体WRI1基因表达量,与对照品种存在显著差异。证明花生离体诱变方法育种方法可行性。

为探明间作、轮作对连作花生生长、产量及品质的影响,为花生高产栽培提供理论依据,于2022—2023年在河南科技大学试验农场,分别在连作2 a花生和连作11 a花生的基础上,以继续连作花生为对照(分别记为CCP1、CCP2),研究甘薯-花生轮作体系(PSP)和玉米-花生间作、轮作体系(PMP)对花生光合特性、根系特点、干物质积累与分配和产量的影响。结果表明,在花生的结荚期(PSS)和饱果成熟期(PMS),PSP中轮作花生(SRP)较CCP1分别显著提高叶面积指数(LAI)35.08%~53.68%和24.32%~33.52%;PSS和荚果膨大期(PBS),SPAD值增幅为11.93%~18.55%和5.95%~9.63%。PMP中轮作花生(MRP)较CCP2,LAI在PSS和PMS分别提高了46.81%~57.96%和27.00%~61.78%;MRP和间作花生(MIP)较CCP2,SPAD值在PSS、PBS分别提高了3.32%~3.69%,7.50%~8.64%和5.47%~18.37%,15.73%~31.11%。在PSS和PBS,SRP与CCP1相比,净光合速率增幅分别达23.68%~41.31%和26.52%~32.55%,MRP与CCP2相比分别提高了12.77%~17.81%和16.88%~62.07%,均显著增加根长与根尖数,促进PMS花生单株干物质积累及向荚果的分配,产量分别提高了31.42%~47.36%和54.12%~75.09%;MIP与CCP2相比,受玉米遮阴影响,降低花生的LAI、净光合速率、根长、根尖数,并降低了干物质积累量及产量。同时,轮作后提高了花生果仁的油酸含量和油亚比,其中SRP较CCP1的增幅分别为1.63~1.65百分点和6.59%~10.52%,MRP较CCP2的增幅分别为1.95~2.82百分点和9.75%~14.16%。综上,甘薯-花生轮作和玉米-花生轮作较连作花生均能提高花生产量,原因在于其能促进花生根系生长,延缓叶片衰老,提高光合速率,尤其是生育后期的光合速率,从而促进干物质的积累及向荚果的分配,此外还能在一定程度上改善花生品质。

大白菜叶球的抱合方式是决定商品器官外观形状、口感和抗逆性的主要性状。为探究大白菜抱合方式形成的内在分子机理,以叠抱和舒心大白菜为试验材料,克隆得到转录因子BrPIF5基因的全长序列,并进行生物信息学分析,构建植物过表达载体以及利用农杆菌介导转化到烟草,获得阳性转化植株,通过qRT-PCR检测了BrPIF5基因在烟草中的表达水平。结果表明,BrPIF5基因编码的蛋白为亲水性蛋白,具有连续且完整的634 bp开放阅读框,蛋白内共含有210个氨基酸,该蛋白由较多α螺旋结构和无规则卷曲构成,其中存在1个AP2/ERF结构域。BrPIF5蛋白与其余9个基因家族成员共含有1个1号保守基序,且位置相较于其他基因家族成员存在差异,位于蛋白序列前端。系统进化树显示,BrPIF5基因与家族内的SoPIF15、BhPIF1、BoPIF4、AtPIF4和BrPIF4家族成员具有较近的进化关系。通过农杆菌介导的遗传转化方法获得过表达BrPIF5烟草株系,烟草阳性转化株表现出叶片向内卷曲,通过qRT-PCR检测发现,该基因在叠抱类型大白菜中表达量高于舒心大白菜,阳性烟草植株的基因表达量高于对照。进一步证明了BrPIF5基因控制大白菜叶片向内卷曲,从而促进叶球叠抱类型的形成。

土壤氮循环酶活性可作为表征土壤肥力水平和氮素转化的重要指标。为明确长期施肥对南方双季稻区稻田根际土壤氮循环酶活性的影响,依托长期(37 a)定位施肥试验田,系统分析了4种施肥处理(不施肥(CK)、单施化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM))根际土壤氮循环相关酶活性以及其与土壤化学性质的相关性。结果表明:OM和RF处理较MF和CK处理显著增加了根际土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量,提高了水稻产量。OM和RF处理根际土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著高于MF和CK处理;RF处理根际土壤羟胺还原酶活性最大,分别比CK、MF和OM处理增加了21.7%,13.0%,8.7%;OM处理根际土壤蛋白酶、固氮酶、硝酸还原酶和氧化亚氮还原酶活性最大,较MF处理分别显著增加了20.0%,26.1%,426.1%,26.7%;CK处理稻田根际土壤一氧化氮还原酶活性显著高于MF、RF和OM处理。相关性分析结果表明,根际土壤硝酸还原酶、固氮酶、氧化亚氮还原酶、脲酶、蛋白酶活性与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量以及水稻产量之间均呈极显著正相关,而根际土壤一氧化氮还原酶与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量和水稻产量之间均呈显著或极显著负相关,表明土壤化学特性、产量与根际土壤氮循环酶活性密切相关。冗余分析(RDA)表明,第一排序轴能解释根际土壤酶活性的93.34%,土壤硝态氮、全氮和有机碳含量是驱动根际土壤氮循环酶活性变化的关键因素。因此,长期采用有机物料(有机肥和秸秆)替代部分化肥通过改善土壤化学和生物学特性,促进土壤氮循环酶活性,达到培肥稻田土壤的效果。

为探讨西瓜钙依赖蛋白激酶(CDPK)在嫁接以及非生物胁迫环境下的功能,利用RT-PCR技术从西瓜嫁接苗中克隆了ClCDPK(Cla97C01G019720)基因,对其进行了生物信息学分析。进一步根据ClCDPK序列设计带有Kpn Ⅰ和Sal Ⅰ酶切位点的特异引物,进行扩增,双酶切后与pCAMBIA1300连接,成功构建目标基因的表达载体pCAMBIA1300-35S-ClCDPK。利用 RT-qPCR 技术,测定ClCDPK在自根苗(ZG)与嫁接苗(JJ)分别遭受盐、干旱胁迫后的基因表达量。结果表明,ClCDPK基因ORF为1 647 bp,编码548个氨基酸。其蛋白存在STKc_CAMK和FRQ1功能结构域,为亲水性蛋白,亚细胞定位预测该蛋白位于细胞核,对ClCDPK与其他6种植物的CDPK进行进化树分析发现,其与葫芦科甜瓜、南瓜的CDPK亲缘关系较近,蛋白序列同源比对超过92.64%,具有较高的同源性。RT-qPCR表达结果显示,ClCDPK在嫁接苗表达量显著高于自根苗,随着胁迫时间的持续,嫁接苗和自根苗的ClCDPK表达量先升后降,并且同一胁迫处理下,嫁接苗的ClCDPK表达量高于自根苗。试验表明,ClCDPK正响应盐和干旱胁迫,并且嫁接苗抵御胁迫的能力高于自根苗。推测ClCDPK是西瓜响应嫁接的关键因子之一,从而提高了西瓜嫁接苗的抗盐抗旱能力。

为明确大兴安岭沿麓黑土区秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤水分动态变化规律及玉米产量的影响,基于连续6 a耕作定位试验,分析秸秆全量粉碎深翻还田(SCD)、秸秆全量粉碎深松浅翻还田(SSS)、秸秆全量粉碎深松还田(SCS)、秸秆全量粉碎重耙还田(SCR)、秸秆全量粉碎旋耕还田(STR)、秸秆全量粉碎免耕还田(NTS)、秸秆不还田常规耕作(CK)7种耕作方式对2022年和2023年玉米不同生育时期0~60 cm土层土壤水分特征、耗水量、水分利用效率及玉米农艺性状和产量影响的差异。结果表明,2022年和2023年土壤质量含水率呈双峰型变化。0~10 cm土层土壤质量含水率显著高于CK,NTS处理在多个时期土壤质量含水率最高;10~20 cm土层中,SSS、NTS处理拔节期土壤质量含水率低于CK;20~40 cm和40~60 cm土层中,各处理土壤质量含水率较CK均有提升。2022年和2023年,不同生育期除NTS处理外,各处理玉米株高显著高于CK;成熟期SCD处理玉米株高最高,NTS处理最矮。各处理玉米苗期叶面积指数差异较小,拔节期后STR处理叶面积指数最大,大喇叭口期各处理叶面积指数均显著高于NTS处理。除SCS、NTS处理外,各处理干物质积累量均显著高于CK,成熟期SCD处理干物质积累量最高,NTS处理最低。与CK相比,各处理均可提高玉米产量和水分利用效率,但SCD处理显著高于CK。综合各指标分析,大兴安岭沿麓黑土区秸秆全量粉碎深翻还田和秸秆全量粉碎深松浅翻还田2种耕作方式有利于改善土壤结构、提升玉米产量和水分利用效率。

萌发调控是促进甘蓝型油菜快速出苗、齐苗的重要基础,为探索外源蔗糖对甘蓝型油菜种子萌发与幼苗发育的影响,选用早熟油菜品种湘油420进行了不同条件下萌发试验,检测了水分、脱落酸、内源糖及关键基因的表达变化。结果表明: 外源蔗糖延缓湘油420种子萌发启动过程,提高萌发整齐度,在子叶展开后促进子叶转绿、真叶形成,抑制主根过度伸长同时促进侧根发育。外源蔗糖对湘油420种子萌发过程中水分吸收表现先抑制后促进,播种后3 h内抑制水分吸收,并在播种后6 h内解除吸水抑制;萌发过程中种子内ABA含量持续降低,外源蔗糖促进播种后3 h内ABA含量的下降;播种后15~18 h内可溶性总糖含量迅速降低,还原性糖含量在萌发初期随萌发进程增加,外源蔗糖对可溶性总糖含量变化无明显影响,但抑制播种后9 h还原糖的增加、促进播种15 h后还原糖含量增加;萌发过程中2个蔗糖磷酸合酶(BnaSPS)基因BnaC09g37470D和BnaA10g15120D相对表达量在胚根萌出阶段显著降低、子叶转绿后表达回升,外源蔗糖抑制胚根萌出前2个BnaSPS基因表达,在子叶转绿后显著诱导其中BnaC09g37470D基因表达。综上,研究初步揭示了外源蔗糖通过渗透性作用调节吸涨起始阶段水分吸收,通过糖代谢调节萌发阶段种子内源糖利用和幼苗发育初期糖类转化而延缓甘蓝型油菜种子萌发启动、促进吸涨后种子萌发进程而提高种子萌发整齐度、促进幼苗发育的多重作用。

为研究播期对冬小麦产量及产量构成的影响,生长发育及株型结构对积温的响应特征,明确适应气候变化的小麦生育特点及合理株型结构。2017年秋至2019年夏在河北藁城进行大田试验,设置5个播期,9月25日、10月5日、10月15日、10月25日和11月4日。结果表明,10月5-15日播种,冬前≥0 ℃积温410~549 ℃,小麦产量较高,该条件下穗数较高,穗粒数适中;积温过高达733 ℃时,无效分蘖多,分蘖成穗率降低,穗数下降;积温低于279 ℃时,穗数和穗粒数均下降。提出高产稳产小麦冬前个体指标:单株主茎和分蘖数量2.3个,次生根数量2.5条,主茎叶片数4.1片,单棱期越冬。积温对小麦株型结构有明显影响,随播期推迟,旗叶变长、变宽、叶面积增加,倒3叶至倒5叶变窄、叶面积降低,基部茎粗增加,上部1~2节节间增长,下部3~5节节间缩短,株高显著降低。由产量和冬前积温的拟合方程得出,气候变暖背景下高产稳产小麦适期晚播期限为10月8-14日,该条件下冬前积温范围为433~541 ℃,植株冬前生长发育适中,旗叶较小、茎节较短,倒3~5叶较大、茎节稍长,株型结构合理。

为探究甘蓝型油菜溶血磷脂酸酰基转移酶2(LPAT2)基因的功能,从甘蓝型油菜中PCR 同源克隆了BnaLPAT2的一个拷贝(A07),将其构建过表达载体p35S∷BnaLPAT2-A07和种子特异表达载体pNapin∷BnaLPAT2-A07,利用农杆菌介导法遗传转化甘蓝型油菜中双6号,通过转化植株的PCR检测,分别获得15株和11株转基因阳性植株。经实时荧光定量(Real-time Quantitative PCR,qRT-PCR)检测,过表达T₃油菜多数组织中BnaLPAT2-A07基因的表达量较野生型均有显著提升;而种子特异性表达的T₃油菜各组织中BnaLPAT2-A07基因都集中在种子的发育与成熟期超强表达。索氏抽提法检测到由35S启动子或Napin启动子驱动的BnaLPAT2-A07转基因油菜种子中的含油量较野生型分别提升1.39,2.36百分点。气相色谱法检测转基因油菜的脂肪酸组分结果显示,亚麻酸的含量较野生型分别提升3.13,1.47百分点。研究结果表明,BnaLPAT2-A07基因具有促进甘蓝型油菜种子油脂合成的功能,但BnaLPAT2-A07对亚麻酸特异选择性功能还需进一步验证。

研究水肥一体化下不同施磷量对玉米光合特性、荧光参数及产量的影响,为宁夏地区玉米磷肥高效施用提供理论依据和技术支撑。试验于2019—2020年在宁夏银川平吉堡农场开展,设6个磷素水平,依次为0,60,120,180,240,300 kg/hm²,分别记为P0、P1、P2、P3、P4、P5。分析不同磷肥处理下春玉米叶片光合特性和荧光参数的变化规律及其与产量之间的相互关系。2 a 大喇叭口期,P3较其他处理,叶面积指数(LAI)分别提高了4.21%~12.78%,4.68%~15.60%。磷肥用量在180 kg/hm²时对促进玉米叶面积指数和光合势(LAD)效果最优。2 a全生育期内,相较于不施磷肥处理,P3处理下LAD显著提高14.42%。玉米光合特性对施磷强度的响应不同,随着施磷强度的升高,净光合速率(Pn)均在抽雄期后达到最大值,2 a中的R1期,相较于不施磷肥处理,P3处理下Pn显著提高10.68%。玉米花后(R1)叶片胞间CO₂浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与Pn均呈显著正相关,决定系数(R²)分别为0.926 5,0.889 9,0.832 0。施磷可以提高玉米光系统Ⅱ综合性能指数(PI),2 a中于R1期,PI有最大峰值,相较于其他处理,P3处理下PI分别提高了1.12%~8.50%,8.47%~15.40%。施磷量为180 kg/hm²产量最大,相较于不施磷处理,2 a产量平均提高17.27%。根据产量拟合方程分析表明,施磷量在179.34 kg/hm²时玉米产量达到最大值13 823.84 kg/hm²。Pearson相关性分析表明,适当的叶面积指数(LAI)会显著影响玉米后期产量,光合参数对玉米产量建成均产生极显著影响;主成分分析表明,P3处理对玉米产量优化效果综合得分最高。磷肥的合理运筹能够有效地保证较高的SPAD值、PSⅡ反应中心的活性,提高玉米对光能的捕获与利用,促进光合作用,从而提高玉米的产量。

为了探究硅改性生物炭(MSC)对酸性土壤化学特性、有机碳组分、硅化学形态及有效性和番茄生长的影响,以入侵植物为原料制备生物炭,研究硅改性生物炭对酸性土壤碳、硅化学形态转化及有效性的影响,评估其对番茄植株生长、土壤酶活性的影响。结果表明,硅改性生物炭显著提升土壤pH值、CEC(阳离子交换量)、EC(电导率)、速效磷和速效钾含量,同时提高土壤水溶性钠和铁的含量,以及增强过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,从而提高土壤质量。生物炭改性与未改性均显著增加土壤碳不同组分的含量;与未改性生物炭相比,硅改性生物炭显著增加土壤微生物生物量碳(21.9%)和水溶性有机碳(898.3%)的含量。硅改性生物炭增加土壤有效硅、水溶性硅、游离态硅、活性硅、铁锰结合态硅和无定形硅含量,增幅分别为362.6%,158.9%,18.1%,34.9%,193.8%,74.1%。与此同时,生物炭处理促进番茄植株生长和硅素养分吸收,其中改性生物炭效果更为明显,植株干物质积累、硅含量与吸收量分别增加82.0%,98.9%,261.5%。综上所述,硅改性生物炭显著影响土壤的碳、硅化学形态及转化,增加土壤的有效性和酶活性,从而促进了作物的养分吸收和生长,显示出其在农业生产中具有良好的应用潜力。

为研究不同冬播期下强冬性/春性甘蓝型油菜萌动种子和花期不遇的问题,以甘肃农业大学提供的2个强冬性甘蓝型油菜和2个春性甘蓝型油菜为材料,于2022年10月至2023年8月在甘肃农业大学试验田进行试验。于2022年10月11日进行冬性油菜秋播,于2022年12月10日开始每隔20 d进行冬性/春性油菜冬播,于2023年2月8日结束冬播。记录开花期,对各冬播播期下冬性/春性油菜萌动种子每隔20 d进行取样,测定其生理生化并对其春化基因(FLC、VRN2、FRI、FT)的表达特性进行分析。结果显示,冬播时冬性/春性甘蓝型油菜花期相差22~34 d;秋播(10月上旬)冬性油菜与春播(3月上旬)春性油菜花期相差4~7 d;秋播(10月11日)冬性油菜与冬播(12月10日、12月30日、1月19日、2月8日)的春性油菜开花时间接近,且花期重叠时间长达15~20 d。随着播期的推迟,冬播油菜萌动种子中FLC、FRI、FT基因相对表达量下调;VRN2基因相对表达量在春化前期下调,春化后期上调。萌动种子中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,可溶性蛋白(SP)、赤霉素(GA3)、水杨酸(SA)含量在春化前期上升,春化后期下降;随着春化时间增加,油菜萌动种子丙二醛(MDA)、脱落酸(ABA)含量呈上升趋势。

明确不同施氮水平对内蒙古中西部地区玉米田土壤有机氮组分及氮素利用效率的影响,为农田土壤氮素科学管理和现代农业高效可持续发展提供参考。共设置6个施氮水平,分别为N0(0 kg/hm²)、N8(120 kg/hm²)、N12(180 kg/hm²)、N16(240 kg/hm²)、N20(300 kg/hm²)、N24(360 kg/hm²),分析在玉米田播前和收获后不同土层下各施氮水平对土壤全氮、颗粒有机氮、轻组有机氮和重组有机氮含量动态变化规律以及玉米产量、氮素利用效率的影响。结果表明,随土层加深同一施氮水平下,土壤全氮、颗粒有机氮、轻组有机氮和重组有机氮含量呈下降趋势。同一土层下播前土壤全氮含量随施氮水平升高呈上升趋势;收获后N16、N20和N24处理土壤全氮含量显著高于N0、N8和N12处理。播前0~10 cm,10~20 cm,20~40 cm土层N16处理土壤颗粒有机氮含量均最高,分别为0.14,0.13,0.09 g/kg;收获后10~20 cm,20~40 cm,40~60 cm土层最高,分别为0.19,0.10,0.09 g/kg。N16处理土壤轻组有机氮含量增加量最高,为37.27%;N24处理土壤重组有机氮含量增加量最高,为7.35%,其次是N16处理,为6.84%。N16处理玉米生物产量最高,为31 443.50 kg/hm²;玉米经济产量最高,为18 526.47 kg/hm²;氮素利用效率指标随着氮肥施用水平升高而降低,N16处理下氮收获指数最高,为79.20%。综上,240 kg/hm²为内蒙古中西部地区较适宜的氮肥施用水平,在该水平下土壤氮素管理和作物产量较佳。

前期转录组学分析发现,ZmRAV1为玉米响应干旱胁迫的候选基因,为了深入研究该基因的功能,克隆了ZmRAV1基因,应用生物信息学分析了ZmRAV1的编码序列,并在拟南芥中过表达该基因,通过干旱条件下过表达拟南芥株系表型、生理生化指标的测定验证其功能。结果表明:ZmRAV1基因全长1 176 bp,共编码389个氨基酸,二级结构中无规则卷曲占比最多,是一种不含信号肽、非跨膜的亲水性蛋白。亚细胞定位显示,该基因编码蛋白位于细胞核。ZmRAV1基因在不同物种间具有较高的保守性。从系统发育树上看,ZmRAV1与五节芒同源基因亲缘关系最强,同源性较高。干旱胁迫处理后,萌发期过表达拟南芥株系的根长显著高于野生型(WT)拟南芥,幼苗期野生型经过干旱胁迫后出现枯萎甚至死亡,存活率低于过表达株系,且干旱处理后ZmRAV1过表达株系过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均高于野生型,表明过表达ZmRAV1基因可提高拟南芥对干旱胁迫的抗性。综上所述,通过ZmRAV1基因编码序列的生物信息学分析以及转基因拟南芥株系的生理生化指标测定明确了ZmRAV1在响应干旱胁迫的过程中发挥正向调控的作用。

骨形态发生蛋白6(bmp6)基因对鱼类肌间刺的形成发育具有重要的调控作用。为探究淇河鲫bmp6基因的序列特征和表达特性,通过克隆获得淇河鲫bmp6基因的编码序列(CDS),并进行生物信息学分析;通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测,分析bmp6基因在淇河鲫不同组织和发育时期的表达差异。结果显示,淇河鲫bmp6基因由两部分同源基因各3个等位基因组成,分别是bmp6a-1、bmp6a-2、bmp6a-3和bmp6b-1、bmp6b-2、bmp6b-3,其CDS序列全长分别为1 245,1 257 bp,编码414,418个氨基酸。bmp6a和bmp6b均是含有一个信号肽序列且无跨膜结构的不稳定疏水性分泌蛋白,bmp6a主要分布在线粒体、细胞核和细胞质中,而bmp6b主要分布在细胞核与线粒体上。bmp6a和bmp6b二级结构都以无规则卷曲为主,与三级结构预测的结果一致,且都具有1个TGF-β-rel家族保守结构域。氨基酸序列同源性分析表明,淇河鲫bmp6a氨基酸序列与团头鲂bmp6具有较高的相似性,与哺乳动物的相似性较低,而淇河鲫bmp6b氨基酸序列与鲫鱼和银鲫的bmp6b具有较高的相似性。系统发育树分析显示,淇河鲫bmp6a与鲤鱼bmp6a聚于同一进化支,而淇河鲫bmp6b与鲫鱼和银鲫bmp6b聚于同一进化支。qRT-PCR检测结果表明,bmp6a和bmp6b基因在淇河鲫的脑、肌肉、鳃、脾脏、肠、性腺、肝脏和肾脏组织中均有表达,但在肝脏、鳃组织和肾脏中表达量较高;二者在淇河鲫幼鱼不同发育时期具有相似的表达模式,在肌间刺骨化前,bmp6a和bmp6b的表达量最高,之后随着肌间刺的发育形成,bmp6a和bmp6b的表达量降低。综上,通过克隆获得淇河鲫bmp6基因CDS序列,并进行生物信息学分析和qRT-PCR检测,为进一步创制淇河鲫无肌间刺新品系提供了参考依据。

为比较不同增效氮肥对苹果生长的影响,筛选适宜苹果施用的增效氮肥及施用方法,研究了4种不同增效氮肥对苹果生长、产量、品质及土壤氮素供应能力的影响。试验共设7个处理:不施氮肥(CK)、农民常规施用普通尿素(U)、包膜尿素与普通尿素3∶7掺混(CU1)、基施包膜尿素追施普通尿素(CU2)、控失尿素(KSU)、稳定性尿素(WDU)、腐植酸稳定性尿素(FZU)。在山东栖霞市布设田间试验,供试品种为6年生苹果金冠。结果表明,施用不同增效氮肥可显著促进春梢与秋梢生长,提高叶片SPAD、苹果产量与品质,其中FZU处理较U处理的产量显著提高了8.89%,CU1处理较U处理的果实Vc含量显著提高66.73%,CU1处理对春梢与秋梢的生长量的提高效果最明显。不同增效氮肥可显著提高苹果生育中后期的新梢氮素积累量、果实氮素积累量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮素利用率,其中在花芽分化期、膨果期和成熟期,FZU处理较U处理的新梢氮素积累量分别显著提高37.25%,15.91%,37.85%,CU2处理提高氮素利用率的效果最优。不同增效氮肥可显著提高土壤中 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N、 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N含量,其中FZU处理效果最优。FZU处理能提高开花期和花芽分化期土壤脲酶的活性,WDU与FZU处理可显著降低土壤 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N的硝化作用,减少氮的损失。剖面中FZU处理的 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N集中在20~60 cm深度,与苹果根系在土壤中的分布相符合,降低了 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N淋溶风险。综合分析表明,FZU处理在促进苹果生长、提高苹果产量和改善土壤养分供应能力方面优势明显,为最优处理。

MADS-box转录因子广泛存在于植物中,在生长发育和次生代谢过程中发挥重要作用。为探究MADS-box转录因子家族在辣椒素不同积累时期的表达情况。利用辣椒素不同积累时期转录组数据,鉴定辣椒MADS-box转录因子家族成员,并进行亚细胞定位、保守基序、系统进化树和染色体定位分析,对其功能进行初步分析。结果表明,在辣椒转录组数据中共鉴定出95个MADS-box转录因子;含有105~395个氨基酸;分子质量为11.55~44.46 ku;理论等电点为5.16~10.01;主要在细胞核表达,均含有MADS 保守结构域,系统发育分析表明,MADS蛋白可分为8个亚家族。有73条CaMADS家族成员定位到12条染色体上。差异表达的MADS-box基因有26个,其中6个基因在C1 vs C2时期上调,在C2 vs C3时期下调。基于KEGG富集和蛋白互作预测到CaMADS13可能参与辣椒中木质素的合成。CaMADS24可能参与辣椒素和木质素合成前体香豆酰辅酶A的合成。利用生物信息学分析,鉴定了辣椒MADS-box家族转录因子,为深入研究辣椒素次生代谢中的分子调控机制提供理论基础。

为探讨钙肥和ARC生物菌剂对低钙红壤旱地的改良效应,以花生品种湘花522为试材,设置2个氢氧化钙水平(0,750 kg/hm²,代号Ca₀、Ca₅₀)、3个ARC菌剂水平(0,30,60 kg/hm²,代号A₀、A₂、A₄),共6个处理开展盆栽试验,在花生苗期、花针期、结荚期、饱果成熟期测定0~20 cm耕作层土壤养分、土壤酶活性,收获时测定荚果经济性状及产量。结果表明,单施钙肥及钙与ARC菌剂配施能显著提高各生育时期土壤pH值,而ARC菌剂对其影响小。与CK(Ca₀A₀)相比,Ca₅₀A₂和Ca₅₀A₄显著提高全生育期土壤水解性氮含量和前3个时期土壤有效磷含量;Ca₅₀A₄土壤速效钾含量总体高于CK,且在苗期和结荚期差异达显著水平;Ca₅₀A₀较CK显著提高4个时期土壤交换性钙含量,增幅23.78%~56.21%;施钙处理下土壤钙离子含量显著高于未施钙处理(花针期不显著),且受ARC菌剂影响小;全生育期土壤有机质含量总体稳定,但Ca₅₀A₄、Ca₅₀A₂在各生育时期显著高于CK。土壤蔗糖酶活性各处理在4个时期较CK均有显著提高,且以Ca₅₀A₄增幅最大,为50.79%~162.56%;土壤蛋白酶活性以Ca₅₀A₂在4个时期显著提高,增幅26.58%~244.63%;土壤酸性磷酸酶活性以Ca₅₀A₄、Ca₀A₂在全生育期均有显著提升;各处理土壤过氧化氢酶活性整体呈降低趋势。各处理能不同程度增加花生荚果产量,施钙的增产效应大于ARC菌剂,其中Ca₅₀A₄增产效果最好,单株果质量增幅达12.29%,主要是提高了单株总果数和饱果数。综上,钙肥和ARC生物菌剂配施对提升土壤有效养分含量、激发土壤酶活性、增加花生产量有良好互作效应,且以750 kg/hm²钙肥+60 kg/hm² ARC菌剂(Ca₅₀A₄)效果最好,可为花生绿色高产栽培提供理论依据。

对甜瓜CmPIPs基因家族鉴定和表达模式分析,为进一步探究甜瓜CmPIPs基因家族功能及甜瓜遗传改良提供理论依据和支持。利用TBtools、MEME、MEGA X、Plant-CARE工具对CmPIPs进行生物信息学分析,利用GraphPad Prism 10软件对CmPIP2;7在甜瓜授粉后不同时期中果皮中的表达量以及CmPIPs各成员在不同组织和不同浓度的植物激素处理幼叶中的表达量进行可视化解析。结果显示,CmPIP2;7与CsPIP2;8亲缘关系最近;12个CmPIPs家族成员主要分布在1,3,4,5,9,10,11号染色体上;除CmPIP2;8有3个外显子区,其余成员均有4个外显子区;CmPIPs各成员的启动子区域有多个顺式作用元件,如生长素、赤霉素、脱落酸等激素应答元件;CmPIP2;7在甜瓜的快速生长期以及成熟期的表达量显著上调;CmPIPs各家族成员在甜瓜的不同组织中均有表达;生长素浓度为40.0 μmol/L时,CmPIP2;4表达量显著上调,CmPIP1;1、CmPIP2;1、CmPIP2;2和CmPIP2;3的表达量极显著下调;脱落酸浓度为0.4,4.0,40.0 μmol/L时,CmPIP1;1、CmPIP2;1、CmPIP2;3、CmPIP2;9表达量均显著下调;茉莉酸甲酯浓度为44.640 μmol/L时,CmPIP2;1和CmPIP2;5表达量显著下调,CmPIP2;2、CmPIP2;3、CmPIP2;7、CmPIP2;9表达量显著上调;乙烯利浓度为4.0 mmol/L时,CmPIPs各成员表达量均显著上调。明确了CmPIPs基因家族成员的基因结构、序列特征、进化关系以及共线性关系,对其表达模式进行了解析。

PHR1是平衡植物抗病性与低磷胁迫抗性的关键因子。为研究马铃薯StPHR1基因的性质和功能,探明StPHR1在马铃薯抵抗早疫病菌侵染过程中的作用。以马铃薯为材料,采用PCR技术克隆得到了马铃薯StPHR1基因CDS序列,利用生物信息学软件分析预测StPHR1的结构、理化性质和亲缘关系,随后利用qRT-PCR技术分析StPHR1在早疫病菌侵染马铃薯时和不同激素处理下的表达量,并通过激光共聚焦扫描显微技术进行了蛋白质亚细胞定位分析。结果表明:StPHR1基因CDS全长为1 353 bp,编码450个氨基酸。蛋白分子式为C₂₁₄₇H₃₃₉₉N₅₉₅O₇₁₁S₁₈,分子质量为49.51 ku,理论等电点为5.07,编码亲水性不稳定蛋白,无信号肽,无跨膜结构,二级结构主要由无规则卷曲和α螺旋组成。系统进化树分析发现,StPHR1蛋白与拟南芥的亲缘关系最近;保守结构域分析发现,StPHR1蛋白和其他PHR1一样,在其蛋白C末端同时具有MYB-CC和MYB保守结构域。相对表达量分析发现,StPHR1被茄链格孢和水杨酸显著诱导表达,推测StPHR1可能在茄链格孢侵染马铃薯和水杨酸响应方面起重要作用;亚细胞定位显示,StPHR1蛋白定位于细胞核中。推测StPHR1可能通过其MYB转录因子活性和响应水杨酸参与调控马铃薯对茄链格孢菌的抗性。

小麦分蘖相关性状是小麦株型的重要特征,是决定植株结构并影响籽粒产量的重要因素。为了解小麦在不同水分条件下分蘖相关性状的遗传及其抗旱作用,并挖掘分蘖相关性状的位点,以240份小麦品种(系)为研究对象,通过对正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)2种处理条件下的分蘖角度、有效分蘖数和单位面积产量的表型鉴定及抗旱性综合评价,结合90K基因芯片,进行相关性状的全基因组关联分析(GWAS),以期发现分蘖相关性状遗传位点并筛选优异种质材料。分蘖角度、有效分蘖数及单位面积产量在2种水分处理下表现出显著差异,变异系数为0.07~0.33。依据D值进行综合抗旱性评价,结果表明,中优206抗旱性表现最好。共检测到54个与分蘖角度等性状显著相关的稳定遗传位点,分布于除3D、4D和5D以外染色体上;在2种处理下共同检测到相同稳定位点有3个,分别在2B、4B和6B染色体上;另外,在不同性状中共同检测到4个“一因多效”位点,分别在2B、2D和5B染色体上。同时,对2B染色体分蘖角度显著相关的Ra_c491_902(R²=5.45%~17.91%)进行单倍型分析表明,存在TA-Hap1、TA-Hap2和TA-Hap3 3个单倍型,其中含有TA-Hap1单倍型品种(系)主要来源于黄淮冬麦区。对不同处理下检测到的稳定遗传位点进行候选基因筛选,共筛选出5个与分蘖角度相关的候选基因。对在Ra_c491_902上筛选出的基因进行基因注释得出,可能是编码细胞色素P450家族蛋白基因,可作为调控分蘖角度、植株抗旱以及防御等重要基因,探究基因与表型之间的关联,为小麦分蘖角度遗传机制奠定基础。

为了探究评估SpCas9-NG在玉米基因组编辑中的应用潜力,以叶绿素合成关键基因ZmSCD作为编辑对象,该基因缺失会使苗出现白化现象,以此直观评估编辑效率。依据SpCas9和SpCas9-NG分别识别的5'-NGG-3'和5'-NG-3' PAM序列的规则,在ZmSCD的第2和第3外显子上设计了靶点后,成功将靶点序列构建至SpCas9及SpCas9-NG敲除载体上,再利用农杆菌介导的遗传转化方法将敲除载体导入玉米自交系KN5585中,将愈伤组织培养至分化出叶片组织时,统计白化苗率,以此得出不同编辑器的编辑效率,并对白化苗提取基因组后进行测序。通过3轮遗传转化SpCas9分别获得76,125,28个愈伤组织,SpCas9-NG获得100,69,30个愈伤组织。结果显示,SpCas9的3轮遗传转化的基因编辑效率分别为14.47%,13.60%,10.71%,SpCas9-NG编辑效率分别为12.00%,10.14%,13.33%;对其白化苗测序结果显示,均在靶点附近获得重叠峰。结果表明,SpCas9-NG在玉米中的编辑效率与传统SpCas9相似,显示出同样的基因编辑能力;相比之下,SpCas9-NG具备更宽泛的PAM序列适应性,这意味着它的靶点设计能力更为灵活,允许在玉米基因组中实现更加精准和多样化的编辑。

探究马铃薯基因的表达模式,为后续研究基因对马铃薯病害的抗性影响提供理论依据。以马铃薯为试验材料,克隆获得3个马铃薯内源小G蛋白基因StRac5、StRac7、StRac13,并对其进行生物信息学分析和表达模式分析。结果表明,StRac5、StRac7、StRac13与拟南芥和水稻中的小G蛋白含有相似的保守序列,均属于ROP蛋白。StRac5和StRac13的蛋白结构域与拟南芥AtRop1、AtRop3、AtRop5、AtRop6及水稻OsRac5、OsRac6、OsRac7相同,StRac7与拟南芥AtRop9的蛋白结构域相同。系统进化树分析表明,StRac7属于第Ⅱ类,与拟南芥AtRop9遗传距离最近;StRac13属于第Ⅲ类,与拟南芥AtRop7遗传距离最近;StRac5属于第Ⅳ类,与水稻OsRac5和OsRac6遗传距离最近。在马铃薯不同组织中,StRac5、StRac7、StRac13基因的相对表达量均为叶>根>茎;与其在茎中表达量比较,StRac5、StRac7和StRac13在叶中的表达量分别增加了1 222.4%,2 531.3%,468.2%;接种晚疫菌后,StRac5、StRac7和StRac13基因的相对表达量均出现先升高后降低的趋势,StRac5和StRac13基因的相对表达量在接菌24 h后较0 h分别上调了62.2%,40.4%,StRac7基因的相对表达量在接菌72 h后较0 h上调了827.8%;经过ABA、SA、GA和6-BA处理后,StRac5、StRac7、StRac13基因的相对表达量呈现下调的趋势;JA和IAA处理后,StRac5、StRac7、StRac13基因的相对表达量呈现上调的趋势。因此,StRac5、StRac7和StRac13基因能够响应马铃薯晚疫病的侵染,在不同组织和不同激素处理下表达模式也存在一定差异。

为探究提升豫南黄褐土地力的良好施肥模式,研究了黄褐土上不同施肥处理下小麦-玉米轮作系统的稳产高产特征及其与土壤养分的关系。基于2012年开始的长期定位试验,设置不施肥(CK)、施用化肥(NPK)、化肥配施粪肥(NPKM)和化肥配施秸秆(NPKS)共4个处理,采集成熟期植株、土壤样品,测定作物产量与土壤有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾养分含量。结果表明,与CK处理相比,各施肥处理作物产量均显著提高,小麦季产量提高53.70%~64.50%,玉米季产量提高44.54%~58.31%,其中NPKM处理的产量最高(小麦8 162.61 kg/hm²、玉米8 836.33 kg/hm²),NPKS处理与NPKM处理无显著差异;NPKM处理的产量可持续性指数(SYI)最高,其小麦季和玉米季SYI值分别为0.84,0.82;作物产量及其SYI值均表现为NPKM>NPKS>NPK>CK,表明化肥配施有机物料可显著提高作物产量及其可持续性。同时,不同施肥处理均可不同程度提高土壤养分含量,其中NPKM处理提升效果最为显著;分析作物产量与土壤养分关系发现,作物产量与土壤有机碳(SOC)、碱解氮以及有效磷含量呈极显著正相关,其中与SOC相关性最为显著;随着SOC含量提升,作物SYI值呈现先升高后稳定的趋势,其拐点为15.15 g/kg。综上,化肥配施粪肥可显著提高作物产量和土壤养分,并维持较高的作物产量可持续性,是实现黄褐土生态区土壤-作物系统可持续生产的推荐施肥模式。

为检测汶上芦花鸡CDKN2A基因SNP位点,并对该基因进行生物信息学及其在皮肤组织中的表达规律分析。研究基于江苏省家禽科学研究所资源保护与评价课题组前期组装的汶上芦花鸡高质量染色体水平基因组,将其与鸡参考基因组(GRCg7b)比对获得CDKN2A基因SNP位点,采用MassARRAY核酸质谱技术对其进行多态性检测和基因分型;运用生物信息学软件预测CDKN2A基因调控序列,及其编码蛋白质理化性质和结构特征;采用转录组和实时荧光定量方法分析该基因在汶上芦花鸡不同时期皮肤组织中的表达情况。结果表明,汶上芦花鸡CDKN2A序列总长度为9.854 kb,CDS全长183 bp,共编码60个氨基酸,在该基因及其上下游1 kb序列范围内共发现41个SNP,其中4个为新发现的SNP,分别位于基因下游和内含子区,第1外显子上发现2个错义SNP:V9D和C10R,41个SNP中34个SNP在汶上芦花鸡群体中检出率在91%以上,但基本均为纯合突变型,无多态存在;汶上芦花鸡CDKN2A基因上游2 kb区域内预测到8个启动子和5个CpG岛,启动子区包含Sp1、MEB-1、YY1、C/EBPα和AP-2α等12种转录因子结合潜在位点,该基因编码蛋白分子质量为7.30 ku,理论等电点为12.82,为带正电荷的、不稳定亲水性蛋白,亚细胞定位主要在线粒体中,无信号肽区域和信号肽剪切位点,共存在8个潜在磷酸化位点,不存在糖基化位点,含有典型的TRP_2(瞬时受体电位离子通道Ⅱ)保守结构域,其二级和三级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主,并与MDM2、NPM1、USP36蛋白存在相互作用;汶上芦花鸡1~35日龄CDKN2A基因在其背部皮肤中的表达呈上升趋势。

春化是冬小麦生长发育过程中特有且必需的生理阶段,决定了冬小麦的生态适应性和产量。本研究简要概述了冬小麦春化作用的生产应用价值;通过对小麦春化作用关键基因TaVRN1、TaVRN2和TaVRN3的结构、功能及其调控网络进行总结分析,认为研究TaVRN1的表观遗传学调控是小麦春化作用机制解析的核心工作;结合现有的TaVRN1表达调控的研究,重点介绍了小麦春化需求差异的成因,冬季长期低温感知的机制,春化后越冬记忆及越冬记忆重置的研究进展,以及春化作用对小麦耐寒性调控、小穗发育、分蘖等农艺性状的影响。此外,本研究针对春化作用中未解决的科学问题进行了总结,并且对小麦春化作用未来的研究方向进行了讨论,为小麦高产快速育种的研究提供了参考建议。

为探究土壤磷水平和外源菌剂对玉米根际土壤功能(土壤理化性质、土壤酶活和丛枝菌根真菌(AMF)组成和结构)的调节作用,采用大田试验的方式,通过设置低磷和正常磷2个水平与接种丛枝菌根真菌、解磷细菌(PSB)、AMF-PSB和不接种外源菌CK 4种处理的双因素交互试验来研究这2种因素对玉米不同生育期内根际土壤指标的影响。结果表明:玉米拔节期和吐丝期,土壤全磷含量在正常磷水平+AMF处理条件下最高,而拔节期和成熟期,土壤有效磷含量在正常磷水平+AMF处理条件下最高;玉米拔节期和吐丝期,碱性磷酸酶活性在低磷水平+AMF处理条件下最高,且该酶活性在低磷水平+AMF处理和低磷水平+PSB处理高于正常磷水平下的各处理;低磷水平下,全磷含量和有效磷含量在接种外源菌处理条件下高于CK处理,且提高率高于正常磷水平下对应处理组间的增量;低磷水平下,土壤pH值在接种外源菌处理条件下低于CK处理,正常磷水平在拔节期也低于CK处理;低磷水平下,最高观测AMF群落OTUs数目和α多样性指数出现在CK处理,而正常磷水平下,CK处理的观测OTUs数目和α多样性指数较AMF处理和PSB处理低;非度量多维尺度分析表明,土壤AMF群落组成和结构受接种外源菌种类的趋同调节。综上,中国北方低磷碱性玉米田接种AMF和PSB菌剂,能改善土壤理化性质,提高土壤碱性磷酸酶活性,但会增加土壤AMF间的竞争排除。

为了明确旱作及限水灌溉条件下密度对冬小麦群个体结构特征和产量的影响,以济麦22为试验材料,于2022-2023年度在石家庄市藁城试验站开展试验,设置4个密度水平,分别为基本苗180万(D180),300万(D300),420万(D420),540万/hm²(D540),每个密度下设置2个灌溉水平,分别为全生育期不灌水(W0)和拔节期灌溉1水(W1),比较分析了各处理叶(旗叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶)和非叶绿色器官(穗、芒、茎鞘)面积及面积指数、干物质积累与运转、光合有效辐射截获率、水分利用效率(WUE)和产量的差异。结果表明,随着密度增加,各叶层叶面积和非叶绿色器官面积均呈下降趋势。叶和非叶绿色器官面积指数均以D300处理最高,且均显著高于D540处理。各处理花后干物质对籽粒产量的贡献率均达70%以上,与D540处理相比,降低密度减少了花前干物质转运量,但增加了花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率。随着密度增加,WUE呈先升高后降低趋势,以D300处理最高,在W0和W1处理下较其余密度处理增幅分别为1.2%~14.4%和2.5%~12.7%。与W0处理相比,W1处理增加了各密度叶和非叶绿色器官面积,延缓了叶片衰退,提高了冠层光合有效辐射截获率,产量增幅为28.1%~39.7%。本试验条件下,D300处理提高了叶和非叶绿色器官面积及面积指数,增加了冠层光合有效辐射截获率和花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率,该密度在W0和W1处理下的产量分别较其余密度高2.4%~6.6%和0.3%~9.7%,是此次试验的最优密度处理。

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)作为类黄酮与木质素的主要生物合成酶,与植物黄酮类化合物的形成存在紧密的联系。为了探索甘草4CL基因家族与异甘草素的合成、积累的关系,测定甘草在干旱胁迫后,异甘草素的含量,及甘草4CL基因家族表达特性和生物信息学分析,了解异甘草素积累特性与甘草4CL基因的关系。结果显示,异甘草素主要积累在甘草根中,且干旱胁迫能显著提升甘草根中的异甘草素含量,在聚乙二醇(PEG)胁迫2 h后的含量是对照组(0 h)的3.91倍。干旱胁迫可诱导地下部分中的Gu4CL基因上调,Gu4CL2、Gu4CL4和Gu4CL5经PEG胁迫诱导后表达量较高,而Gu4CL2在PEG胁迫后上调最为明显,Gu4CL2表达与异甘草素含量变化相似。Gu4CL基因的生物信息学分析显示,11个基因都有2个保守的多肽基序BoxⅠ(SSGTTGLPKGV)和BoxⅡ(GEICIRG),并且11个基因分布在11个Scaffold片段上。启动子顺式作用元件分析发现,Gu4CL2、Gu4CL4和Gu4CL5基因较其他Gu4CL基因包含更多的脱落酸和茉莉酸响应元件。因此,干旱胁迫可能诱导茉莉酸、脱落酸的合成,调控甘草根中Gu4CL2、Gu4CL4和Gu4CL5基因的表达,提升异甘草素的积累。

为进一步探究高粱籽粒和茎秆产量的遗传规律,运用粒用高粱忻粱52和苏丹草TS 185作为亲本进行杂交并得到F₂及F_2∶3群体,利用115对多态性引物对430份F₂群体使用区间作图法构建遗传连锁图谱,以LOD值等于3作为阈值。结果表明,分蘖数、叶片数、茎粗、穗长、株高、茎秆鲜质量、整株鲜质量、着壳率、穗质量、千粒质量、单穗粒质量、单穗粒数12个农艺性状共检测到86个QTL。在1号染色体sam17164-sam15397区间定位到茎秆鲜质量的QTL;在2号染色体Xcup64-Xcup26区间定位到分蘖数的QTL,Xtxp019-sam01138区间定位到叶片的QTL,Xcup26-Xtxp080区间定位到茎秆鲜质量的QTL;在3号染色体sam44791-sam33751区间定位到穗长的QTL;在7号染色体sam39622-sam43980区间定位到着壳率的QTL;在8号染色体sam10491-sam17740区间定位到整株鲜质量的QTL;在10号染色体sam710901b-sam59778区间定位到分蘖数的QTL,以上这些都是新检测到的位点。

研究施氮量对不同烟草品种上部叶生长发育及碳氮代谢的影响,为生产优质上部烟叶提供参考。采用双因素裂区试验,研究了不同施氮水平(37.5,75.0,112.5 kg/hm²)NC89、云烟87品种上部叶农艺性状、光合特性、叶片组织结构、碳氮代谢关键酶活性及化学成分等指标。随着施氮量的增加,两品种上部叶叶长、叶宽、叶面积、单叶干质量均显著增加,移栽后115 d,高氮处理的NC89和云烟87的叶面积分别比低氮处理显著提高了63.10%,68.43%。增加施氮量提高了NC89叶绿素含量,高氮处理的叶绿素含量比低氮处理高6.67%~37.50%;增加施氮量显著提高了云烟87的净光合速率,移栽后70,80 d尤为显著。移栽后85~115 d栅栏组织、海绵组织、叶片厚度均随施氮量增加而显著增大,低氮和中氮处理的栅栏组织、海绵组织厚度在移栽后95~115 d趋于稳定,而高氮处理仍分别提高了9.82%~14.08%和10.72%~13.72%。随着施氮量的增加,两品种叶片碳含量和C/N显著降低,氮含量显著增加;两品种转化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、谷氨酸合成酶活性升高,高氮处理降低了云烟87淀粉酶活性,提高了NC89淀粉酶活性,移栽后115 d,高氮处理的云烟87比中氮处理显著降低了27.53%,高氮处理的NC89比低氮和中氮处理分别显著提高了33.86%,21.74%。云烟87谷氨酰胺合成酶活性随施氮量增加显著增加,NC89则无规律变化,差异不显著。增加施氮量降低了烤后叶片还原糖和总糖含量,提高了烟碱和总氮含量。同一施氮水平下,云烟87烟碱、总氮、钾含量高于NC89,还原糖、总糖含量(除低氮水平外)及糖碱比、氮碱比低于NC89。不同烟草品种上部叶对施氮量的响应不同,增加施氮量能够促进NC89上部叶片生长发育和碳代谢,降低糖碱比、氮碱比,提高化学成分协调性,但会造成云烟87氮代谢旺盛,难以适时向碳积累代谢转变,延缓叶片衰老,造成云烟87贪青晚熟。

DNA损伤会对植物的生长发育造成严重的影响,NBS1是参与损伤修复的重要基因,为研究NBS1与其可变剪切体NBS1-3之间的功能差异。根据NBS1和NBS1-3基因序列分别设计特异性引物,以野生型拟南芥叶片RNA反转录得到的cDNA第一链为模板,克隆NBS1和NBS1-3,对2个基因序列和蛋白质三维结构进行分析。同时,创制了NBS1、NBS1-3过表达株系,获得突变体nbs1纯合株系,并检测NBS1基因在NBS1及NBS1-3过表达植株的相对表达量。为进一步阐明NBS1与可变剪接体NBS1-3之间的功能差异,用0.6 mmol/L甲基黄酸甲酯(MMS)对野生型、nbs1突变体和过表达植株进行处理,观察损伤面积。定量检测结果显示,NBS1基因在NBS1及NBS1-3过表达植株的表达量均高于野生型。根尖PI染色结果表明,0.6 mmol/L MMS处理后,nbs1突变体植株相对损伤面积最大,而NBS1-3过表达植株相对损伤面积最小,其次依次为NBS1过表达植株和野生型。因此,在DNA损伤修复方面,NBS1-3可能比NBS1发挥更大的作用。

为探究高温胁迫对不同耐热型西瓜自交系的影响,以热敏感型(D27)和耐热型 (K53)西瓜幼苗为试验材料,在42 ℃高温胁迫下持续处理48 h,每12 h取样测定分析幼苗的表型、组织结构、光合特性、抗氧化酶活性和渗透调节物质等生理指标。结果显示,在高温胁迫后,耐热型K53的叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和组织紧密度均比热敏感型D27大;D27栅海比的下降幅度大于K53。随着高温胁迫时间的增加,2个自交系的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均下降,胞间CO₂浓度(Ci)上升;且D27的变化幅度大于K53。在4个光合色素含量中,高温胁迫下,不同处理时间耐热型均高于热敏感型。2个自交系的超氧化物歧化酶活性(SOD)、过氧化物酶活性(POD)随着高温胁迫时间的增加均先升后降,24 h酶活性最大,且K53的酶活性均显著高于D27。高温胁迫后,2个自交系的相对电导率均升高,K53的相对电导率上升幅度小于D27;D27的丙二醛(MDA)含量降低;K53的MDA含量升高后降低。随着高温胁迫的时间增加,24 h时K53的可溶性蛋白含量和脯氨酸含量(Pro)均显著高于D27。综上所述,耐热型K53较热敏感型D27具有较强的抵抗高温胁迫能力。

当前,传统育种手段已经不能完全满足棉花市场及生产的需求,可以利用分子生物技术来加快棉花品种的更新,转录因子为棉花基因功能研究和遗传育种提供了重要的帮助。MYB转录因子家族作为最大的转录因子家族之一,在多种植物中存在,并且在植物的生长发育过程中行使着多种功能。MYB转录因子具有很高的研究价值,在模式植物中的功能已经得到较为深入的研究,但在非模式植物,特别是棉花中的研究仍然较为有限,大多集中在陆地棉中。为进一步了解MYB转录因子,对部分植物及棉花中MYB转录因子的相关研究进展进行了综述,主要涵盖了它们的分类依据、结构特点、进化方式以及在响应生物及非生物胁迫、棉花纤维发育和次生代谢等方面的作用,并对目前已知的棉花MYB转录因子的相关功能进行了分析。通过对这些内容的综述,有助于加深我们对棉花MYB转录因子的了解,为后续研究不同棉种中MYB转录因子以及深入研究它们的功能和机制提供了重要的参考。

为探究不同灌溉方式与氮肥运筹对双季晚稻生长发育、产量形成与氮肥利用率的影响,于2022-2023年,在湖南益阳市赫山区,以Y两优911为试材,设2种灌溉方式(W1.淹水灌溉;W2.湿润灌溉)和3种氮肥运筹(N1:基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2;N2:基肥∶蘖肥∶穗肥=3∶4∶3,N3:基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1),不施氮肥为对照(CK1.淹水灌溉;CK2.湿润灌溉),测定各处理组合下水稻的叶面积指数、叶片SPAD值、干物质积累量、产量形成及氮素利用率。结果表明,与W1相比,W2处理下水稻LAI在生育前期LAI较低,生长中后期W2处理LAI整体表现较高;SPAD值以W1处理较高,但生育后期SPAD值差异不显著;在相同的灌溉条件下,与N1相比,N2、N3处理能够延缓水稻生育后期LAI与SPAD值的下降;W2处理能显著提高水稻干物质积累量,较W1处理增加6.61%~16.37%,氮肥运筹下生育前中期干物质量以N1较高,生育后期干物质量以N1、N3较高;W2模式比W1模式增产7.59%~10.47%;2种灌溉模式下均以N3处理产量表现最佳,W2N3处理要比其他处理增产3.24%~14.53%,W2N3处理虽然有效穗数较低,但穗粒数、结实率、千粒质量有所提高,从而使产量提高;2 a间,氮素总积累量、氮肥吸收利用率以W2N2与W2N3较高,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力与氮素收获指数均为W2N3较高,氮肥生理利用率以W1N3处理较高。综上,灌溉方式和氮肥运筹显著影响水稻产量和氮素吸收利用,以W2(湿润灌溉)耦合N3(基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1)的氮肥运筹方式更有利于水稻干物质的积累、产量的提高和氮肥的高效利用,既能满足高产,也能起到节水的作用,为最佳水肥耦合方式。

为探索芝麻机收种植模式,达到高产、稳产、农机农艺深度融合的种植目标,以抗落粒芝麻新品种豫芝ND837为试材,采用二因素裂区试验,主区为种植模式,设宽窄行(Z1,宽行60 cm、窄行20 cm)、四行一带(Z2,行距30 cm、带间距60 cm)、八行一带(Z3,行距30 cm、带间距60 cm)和等行距种植(Z4,行距30 cm),副区为密度,设18.0(M1),22.5(M2),27.0(M3),31.5万株/hm²(M4),研究种植模式和密度对芝麻光合特性、生物量、产量和机收特性的影响,为芝麻全程机械化生产提供理论依据和技术指导。结果表明,种植模式和密度对芝麻光合特性、物质积累、产量和机收特性均有显著影响。在同一种植模式下,随种植密度的增加,净光合速率、SPAD值、单株生物量逐渐下降,表现为其大小M1>M2>M3>M4,群体生物量呈先增加后下降的变化趋势;不同种植模式间,净光合速率、SPAD值、单株生物量和群体生物量大小均表现为Z1>Z2>Z3>Z4;在种植模式和密度的共同影响下,Z1M1的净光合速率和SPAD值最大,单株生物量也以Z1M1最高,为59.76 g/株,群体生物量和籽粒产量以Z1M3最高,分别为13 032.97,1 719.87 kg/hm²。随种植密度的提高,植株整齐度趋于一致,茎秆直径减少,单株结蒴能力降低,成熟期倒伏率也逐渐降低,大小表现为M1>M2>M3>M4;不同种植模式间,倒伏率大小总体表现为Z1>Z2>Z3>Z4;在种植模式和密度的共同影响下,Z3M1倒伏率最高为17.51%,Z4M4最低为7.97%。在设置试验条件下,Z1M3处理芝麻产量水平最高,成熟期农艺性状和机收特性较佳。

研究不同生物反应堆处理对设施黄瓜根际土壤细菌群落结构及多样性的影响,旨在为黄瓜根际土壤改良和设施土壤可持续利用提供理论依据和现实基础。以16S rRNA基因V3-V4区为基础,设置原始温室土壤(CK),未经处理的黄瓜根际土壤100(CK1),200 d(CK2),玉米秸秆生物反应堆处理100(S1),200 d(S2)的根际土壤,羊粪生物反应堆处理100(M1),200 d(M2)的根际土壤7个处理,使用Illumina Miseq高通量测序技术对不同生物反应堆处理下的设施黄瓜进行根际土壤细菌群落多样性、结构、理化性质分析。结果表明,土壤样品经测序后共得到6 344个OTUs,主要隶属于39门315目980属;M2处理可提高黄瓜根际土壤细菌丰富度,并显著增加细菌群落多样性。在门水平上,玉米秸秆生物反应堆处理和羊粪生物反应堆处理土壤细菌门水平优势种群结构相似,其中放线菌门和变形菌门是优势菌门;在属水平上,norank_f_JG30-KF-CM、节杆菌属、norank_f_norank_o_Gaiellales、norank_f_67-14、芽球菌属、Gaiella、火山岩海球菌属(Marmoricola)在不同处理之间有显著差异;从细菌群落丰度组成情况来看,M2处理和S2处理在一定程度上提高了黄瓜根际部分有益细菌类群相对丰度;RDA分析表明,土壤细菌群落受土壤环境因子的影响显著,铵态氮含量(P=0.015)、全钾含量(P=0.002)、速效钾含量(P=0.005)对细菌群落影响显著。因此,M2处理可提高设施黄瓜根际土壤细菌丰富度、增加细菌群落多样性、改变细菌群落结构,有利于设施黄瓜根际土壤的改良。

为探究花椰菜抗病品种与感病品种在接种黑腐病菌后的转录组差异,挖掘与花椰菜抗黑腐病相关的基因,以花椰菜感病品种Y1-2和抗病品种EC-247为研究对象,分别提取接种黑腐病菌0,1,3,5 d的花椰菜叶片总RNA,利用Illumina RNA-Seq测序平台进行高通量无参转录组测序,采用实时荧光定量PCR技术对部分差异表达基因进行验证,筛选抗病相关的差异基因并对其表达量进行分析。结果显示,4个时间点与感病品种相比,抗病品种共有6 355个基因表现出显著差异;KEGG富集分析发现,在这些差异表达基因富集通路中,与植物抗病性紧密相关的通路受到关注,其中47个基因与植物-病原菌互作相关,61个基因参与植物激素信号传导途径;对这些相关基因的表达量进行聚类分析发现,植物-病原菌互作途径中1个CDPK基因、4个CML基因、1个PTK基因、1个CaM基因、1个RLK基因和1个SGT1基因,植物激素信号传导途径中3个生长素响应蛋白基因、1个TIFY基因、1个吲哚-3-乙酸酰胺合成酶基因、2个油菜素唑抗性蛋白基因和1个Shaggy相关的蛋白激酶zeta基因,在抗病品种中的表达量显著高于感病品种,并且抗感品种不同时间点的表达模式表明其积极响应病原菌侵染。综上,这些差异基因可能与花椰菜抗病相关,为花椰菜抗病分子育种提供了重要的基因资源和科学依据。

为了解析绣球WRKY转录因子家族的成员特征及其在绣球叶斑病应答中的作用,利用生物信息学方法,对绣球无尽夏基因组中的WRKY家族成员进行全基因组鉴定,并系统分析了蛋白质理化特征、基因结构、系统进化、共线性和家族成员在多主棒孢菌侵染下的表达模式。结果表明:绣球全基因组中共鉴定到84个非冗余的HmWRKY成员,均属于亲水性蛋白,在绣球18条染色体上呈现不均匀分布,编码氨基酸112~1 046个;所有成员可分为3个亚组,即Group Ⅰ~Group Ⅲ,均含有WRKYGQK和C2H2组成的DNA结合域;HmWRKY成员的序列长度变化较大,从512 bp到40 338 bp,并且检测到8个存在共线性的基因对,Ka/Ks的比值均小于1,说明HmWRKY家族在进化中趋于纯化选择;同时,18个HmWRKY成员在绣球叶斑病菌侵染后表现出显著差异表达的特性,其中9个上调表达、9个下调表达。以上结果表明,HmWRKY基因在绣球响应叶斑病中可能具有重要作用。

极长链脂肪酸延伸酶3(ELOVL3)主要参与合成极长链脂肪酸(VLCFA),在脂肪酸代谢过程中扮演重要角色。旨为克隆九龙牦牛ELOVL3基因的蛋白编码序列,构建ELOVL3基因真核表达载体,并预测分析其生物学功能,通过PCR技术扩增九龙牦牛ELOVL3基因的CDS区序列,并通过同源重组将其插入到pcDNA3.1载体中以构建重组质粒。采用限制性酶切及PCR技术验证重组质粒,结合测序结果,利用在线预测软件分析其蛋白编码序列的生物学功能。另外,针对ELOVL3基因在mRNA水平和蛋白水平的表达量,进行qPCR和Western Blot检测。结果表明:九龙牦牛ELOVL3基因的蛋白编码序列全长813 bp,共编码270个氨基酸;酶切、PCR及测序鉴定,确认成功构建pcDNA3.1-ELOVL3 真核表达载体。生物信息学分析结果显示,ELOVL3基因编码蛋白属于疏水性蛋白,共有6个跨膜结构域及27个磷酸化位点。系统发育树显示,与九龙牦牛亲缘关系最近的是普通牛,最远的是原鸡。此外,ELOVL3基因在九龙牦牛肺脏组织中表达量最高。

为研究植物生长调节剂对春玉米冠层-根系的协同调控特性,进一步揭示植株抗倒机理,于2021—2022年以玉米品种迪卡159和先玉335为试验材料,在75 000,90 000株/hm² 2个种植密度下,设置植物生长调节剂处理(PGR)和清水对照(CK),分析比较了不同处理下的冠层结构、茎秆基部节间性状、根系形态特征和伤流液理化指标。结果显示,PGR对玉米冠层和根系均有调控作用。PGR处理后,植株株高、穗位高和重心高度降低,穗位以上叶片叶倾角增大,植株穗位层无截取散射(DIFN)平均增加23.59%,穗下层DIFN平均增加18.60%,基部节间茎秆质量显著提高。同时PGR处理下0~40 cm土层根条数、根长和根系干质量增加,地表以下10 cm处的根幅增大,根系伤流量和养分流量增加,根系形态和运输能力明显优化。伤流液中CTK和IAA的流量增加,GA的流量减少。PGR通过对冠层-根系的协同调控,有效地减少了茎折和根倒的发生,玉米的田间倒伏率从13.43%降低到6.47%,玉米产量平均增加了16.10%,从而实现稳产高产。

扩展蛋白(EXP)可以调节细胞壁组分间松弛度和增强细胞壁的柔韧性,在植物适应环境胁迫过程中起着关键作用。为探究蓝花耧斗菜EXP家族成员特征及其在盐胁迫下表达模式,挖掘蓝花耧斗菜耐盐基因,利用生物信息学方法对蓝花耧斗菜AcEXP家族进行全基因组鉴定及分析,并通过RNA-seq表达数据和qRT-PCR分析其在盐胁迫下的表达模式。结果表明,蓝花耧斗菜全基因组包含27个EXP基因,分布于6条染色体及1个scaffold上;蛋白质二级结构以β-折叠和无规则卷曲为主;27个EXP均定位于细胞壁。系统发育树显示,AcEXP家族成员被划分为4个亚家族(EXPA、EXPB、EXLA、EXLB),同一亚族成员具有相似的基因结构和蛋白保守基序。AcEXP的启动子区域富含多个植物激素响应元件和胁迫响应元件。利用转录组数据,对盐胁迫下AcEXP的表达模式分析表明,21个EXP响应盐胁迫,在根系和叶片中的表达模式存在差异。AcEXPA8/9/12,AcEXPB1、AcEXLB1、AcEXLB2在叶片和根系中均差异表达,且qRT-PCR结果进一步验证了AcEXP基因在盐胁迫下的表达模式。该研究全面分析了蓝花耧斗菜EXP基因家族成员的基本特征及在盐胁迫下的表达变化,初步证明AcEXPA8/9/12、AcEXPB1、AcEXLB1、AcEXLB2参与了盐胁迫应答过程并作出积极响应。

为加速粉果番茄新品种选育,利用CRISPR/Cas9技术编辑SlMYB12基因快速创制粉果番茄新种质。在番茄红色果实调控基因SlMYB12的第一个外显子区域选取2个片段作为靶序列构建CRISPR/Cas9双元表达载体,以红果番茄R18-10C为试验材料,通过农杆菌介导的叶盘转化法进行遗传转化,利用特异引物筛选无转基因成分的纯合突变体植株,并对其相关农艺性状和果实营养品质进行调查分析。经测序检测发现共获得了3种不同变异类型的纯合突变体,均属于碱基缺失导致的移码突变。与野生型红果番茄相比,SlMYB12基因编辑的突变体植株生长正常,植株高度、单果质量、单株产量、果实可溶性固形物含量、番茄红素含量等性状无显著差异,但其成熟果实表现为粉色,果皮中柚皮素查尔酮含量显著降低。综上所述,利用CRISPR/Cas9技术成功编辑番茄MYB12基因,获得了稳定遗传的粉果番茄新种质。

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。

为克隆锦绣黄桃漆酶基因PpLAC7序列,分析PpLAC7基因序列信息及其在果肉褐变中的作用。以锦绣黄桃为试材,采用同源克隆方法从锦绣黄桃中获得漆酶基因PpLAC7的cDNA序列。采用生物信息学软件对PpLAC7基因的启动子元件、蛋白质理化性质、蛋白质二级、三级结构、系统发育进化树和同源氨基酸序列比对进行分析。此外还对PpLAC7基因进行亚细胞定位以及在果肉褐变过程中的表达规律进行了分析。生物信息学分析表明,PpLAC7的启动子区域含有光响应元件、茉莉酸响应元件、干旱响应元件、种子特异性调控等元件。PpLAC7基因全长为1 692 bp,其蛋白质共编码563个氨基酸,分子质量为61.867 ku,总原子数为8 621个,亲水系数为-0.028,理论等电点为5.95,不稳定指数为 36.48,脂溶性指数为 87.26。PpLAC7蛋白的α-螺旋、延长链、β-转角、无规则卷曲分别 占 氨 基 酸 总 数 的 14.74%,28.77%,6.22%,50.27%。进化树结果显示,PpLAC7基因与苹果MdLAC7基因具有较高的同源性,PpLAC7基因的氨基酸序列同样含有3个典型的铜离子结构域。亚细胞定位结果表明,PpLAC7定位于内质网。PpLAC7基因在锦绣黄桃果肉褐变过程中呈大量上调表达。结合锦绣黄桃果肉褐变指数与PpLAC7表达量的关系,推测PpLAC7可能在锦绣黄桃果肉褐变过程中起重要的作用。

为了深入探究TaMAPK5在小麦与叶锈菌互作过程中发挥的功能,克隆了TaMAPK5基因的CDS区,构建了原核表达载体pET28a-TaMAPK5,转化到大肠杆菌表达菌株BL21(DE3)中,对目的蛋白诱导表达的异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)最佳浓度、诱导时间和诱导温度进行了探索,并通过Ni-NTA亲和层析对目的蛋白进行了纯化,将纯化后的重组蛋白免疫新西兰兔制备TaMAPK5多克隆抗体。结果表明,TaMAPK5的CDS区全长为1 110 bp,TaMAPK5重组蛋白在16 ℃经终浓度为0.050 mmol/L的IPTG诱导48 h效果最好。将该重组蛋白作为抗原免疫新西兰兔,成功制备了可以特异性识别TaMAPK5的多克隆抗体,抗体效价为1∶51 200。Western Blot结果表明,在小麦与叶锈菌不亲和组合中TaMAPK5受叶锈菌侵染诱导表达。成功表达、纯化了TaMAPK5重组蛋白并制备了其多克隆抗体,揭示了TaMAPK5蛋白可能正调控小麦抵抗叶锈菌侵染反应。

黄瓜白粉病是危害黄瓜生产的主要病害之一,制约了黄瓜的安全生产。定位黄瓜抗白粉病相关基因,有助于理解黄瓜对白粉病抗性的遗传规律和分子机制,也为抗病育种提供了多样化的基因资源。以黄瓜抗病自交系QK和感病自交系QG为亲本,构建了QK×QG的 F₁、F₂ 群体。采用极端性状混池重测序(BSA-seq)的方法对黄瓜白粉病抗性基因进行初步定位,结合转录组数据和基因注释信息对抗病表型关联区间进行缩短,发掘序列变异,筛选关键基因。人工接种结果显示:F₁ 植株全部表现感病,说明白粉病杭性可能由隐性基因控制;F₂群体表现出从抗病到感病的连续正态分布。利用BSA-seq、SNP-Index 方法和QTG-seq法,分析结果的交集为5号染色体的19—21 Mb区段,该区段共有77个注释基因在样本间存在SNP差异,其中非同义突变共有33个。转录组测序(RNA-seq)结果显示,感病材料中共有309个上调基因,697个下调基因。在5号染色体的候选区段内有13个基因的表达量在接病后差异显著,基于差异表达基因和BSA分析结果将该区段内的候选基因缩减为3个,其中仅LOC101207011基因内检测到SNP突变。候选基因LOC101207011是由第656位的Val突变为了Leu,实时荧光PCR也验证该基因与黄瓜抗白粉病具有连锁关系。

为研究起垄高度对植烟土壤热量状况、根系生长和烟叶耐熟性的影响,以烤烟品种粤烟97为供试材料,于2022-2023年开展2 a大田试验,设置垄高30 cm(CK)、垄高38 cm(T1)、垄高46 cm(T2)3个处理,分析不同起垄高度下土壤温度和热通量、根系外观形态和生长指标、根系活力、烟叶耐熟性相关指标的变化。结果表明,土壤日温差变化随土层深度变化,土壤表层的日温差最大。增加垄高可提高植烟土壤平均温度0.4~1.8 ℃,提高土壤热通量4~56 W/m²。2 a 试验中,垄高38 cm的根系长度比垄高30 cm增加的最大幅度达27.26%,根干质量增加最大幅度26.21%,根系活力提高最大幅度14.97%,差异显著。与垄高30 cm相比,垄高38 cm的可溶性蛋白质含量、过氧化物酶活性、细胞膜稳定指数增加最大幅度达17.99%,27.82%,9.05百分点(2022年)和10.23%,12.44%,8.16百分点(2023年),丙二醛含量降低最大幅度为 24.84%,44.43%。相关性分析显示,根系活力与丙二醛含量呈显著负相关,根系长度和根干质量与丙二醛含量呈极显著负相关,过氧化物酶活性则与根系生长指标呈显著或极显著正相关,可溶性蛋白质含量与根系长度呈显著正相关。综上所述,增加垄高有利于改善植烟土壤热量状况,促进根系生长,提高根系活力,增强叶片抗氧化能力,提高烟叶耐熟性。垄高38 cm是南方烟区促进根系生长、提高烟叶耐熟性的适宜起垄高度。

查尔酮合酶(CHS)是调控植物类黄酮通路早期生物合成的重要结构基因,在植物生长发育和逆境响应中发挥作用。前期通过表达量分析,在马铃薯CHS家族中筛选到花青素生物合成关键基因StCHS4和StCHS5。为进一步探究马铃薯StCHS4和StCHS5在类黄酮和花青素生物合成中的功能,首先利用在线网站分析StCHS4和StCHS5蛋白结构,之后以pRI101双元表达载体为基础,通过同源重组法构建35S∷StCHS4-GFP和35S∷StCHS5-GFP植物过表达载体,并将重组载体转化至农杆菌GV3101菌株中。利用本氏烟草进行瞬时转化,明确StCHS4和StCHS5蛋白亚细胞定位情况。以红花烟草为试验材料,分别进行瞬时超表达和稳定遗传转化,分析StCHS4和StCHS5基因过表达后总类黄酮和总花青素的含量变化。结果表明:StCHS4和StCHS5蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,StCHS4为不稳定的亲水蛋白,StCHS5为稳定的亲水蛋白。StCHS4和StCHS5分别与辣椒CHS和番茄CHS1亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示,StCHS4和StCHS5蛋白均在细胞质和细胞膜中表达。烟草瞬时超表达中,StCHS4和StCHS5基因在注射3~5 d显著促进花青素累积。分别获得3个阳性烟草转基因株系,与野生型相比,转基因植株中StCHS4和StCHS5显著高表达,总类黄酮和总花青素含量均高于野生型。StCHS4-OE3和StCHS5-OE1转基因植株中的总类黄酮含量显著提升,StCHS5-OE1和StCHS5-OE2中花青素含量分别提高89%,131%。上述结果表明,StCHS4和StCHS5是马铃薯类黄酮通路中关键CHS基因,过表达可促进花青素与类黄酮生物合成。

为进一步了解光合作用关键基因的作用,获得了玉米光合作用暗反应限速酶编码基因ZmC₄NADP-ME的功能缺失突变体(zmC₄nadp-me)。通过构建不同物种同源基因的进化树,表明ZmC₄NADP-ME及其同源基因在大多数植物中都是以多拷贝的形式存在,且不同同源基因间的表达模式不同。对zmC₄nadp-me的表型分析发现,与野生型相比,zmC₄nadp-me整株呈黄绿色,光照条件下,苗期叶片很快干枯死亡。对zmC₄nadp-me叶片的叶绿素荧光分析发现,Y(Ⅱ)及电子传递速率ETR(Ⅱ)显著降低,Y(NPQ)变化较小;但Y(NO)值显著升高;对zmC₄nadp-me的PS Ⅰ吸收能力(P700)进行测定后发现,zmC₄nadp-me电子传递速率ETR(Ⅰ)和实际光电子效率Y(Ⅰ)均出现了大幅下降,并且伴随着光照强度的增强,差距越来越显著;光照强度小于870 μmol/(m²·s)时,zmC₄nadp-me的Y(ND)大于对照,当光照强度大于227 μmol/(m²·s),zmC₄nadp-me的Y(NA)也开始逐渐大于WT。以上结果表明,ZmC₄NADP-ME对植物生长发育是必需的,当该基因被破坏后,PSⅡ遭到了严重胁迫,而且在任何光照强度下,植株都无法通过提高Y(NPQ)来缓解这种抑制。同时,说明当光照低于一定强度时,来自PSⅠ电子供体侧的抑制可能是造成PSⅠ抑制的原因之一,而随着光照的增强,PSⅠ电子受体侧的抑制逐渐成为抑制PSⅠ的重要因素。

为了探究黑土区保护性耕作技术对土壤养分和酶活性等指标及生态化学计量特征的影响。采用3 a定位试验的方法,以翻耕(A-A)为对照,研究旋耕(B-B)、常规免耕(C-C)、原茬免耕覆秸(0-0)处理下黑土全量养分(土壤有机碳、全氮、全磷含量)和β-D-葡萄糖苷酶(βG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、N-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)活性及其生态化学计量特征值的变化。结果表明:原茬免耕覆秸较翻耕显著增加了土壤有机碳、全氮、全磷含量;除C/N外,原茬免耕覆秸C/P、N/P均高于翻耕。旋耕和常规免耕的土壤有机碳和全氮含量较翻耕相对减少,C/N、C/P、N/P值均在第2年显著降低。与翻耕相比,原茬免耕覆秸处理下4种酶活性均显著提高,旋耕ACP和βG在第3年比翻耕分别显著提高了22.05%,50.00%。旋耕、常规免耕和原茬免耕覆秸均显著增加了土壤酶C/P。供试耕作方式下土壤酶活性的矢量角度均小于45°,表明该试验区土壤微生物可能受到N的限制;酶矢量长度随年限增加明显提高,表明受C限制的程度增强。主成分、灰色关联度及相关性分析的结果显示,免耕覆秸对于土壤养分含量和酶活性影响最为显著。综上,原茬免耕覆秸技术措施对活化土壤养分和酶活性以及维持土壤生态的稳定具有良好的改善效果。

探究不同梯度减氮对库尔勒香梨叶生产能力的影响。设置不施肥处理(CK)、不施氮肥处理(N0)、常规施肥处理(N)以及3个氮肥减量梯度(N1、N2、N3分别较常规施肥用氮量减少10%,20%,30%),共计6个处理。以多年施肥试验为基础,比较不同施肥方式下叶养分含量、净光合速率、叶绿素荧光、叶绿素含量、叶面积指数及产量。施氮肥能显著提高叶片和枝条养分含量,提升叶片叶绿素含量、叶面积指数、净光合速率、叶绿素荧光以及产量,显著提高果实中可溶性固形物和维生素C(VC)含量。与完全施氮相比,减氮10%对叶片和枝条养分含量、叶绿素荧光、净光合速率、叶绿素含量、叶面积指数以及果实可溶性固形物、VC、石细胞、总酸含量影响不显著,减氮10%~20%对果园产量无显著影响,且能使其维持在正常范围水平。净光合速率、叶绿素荧光参数、产量与叶片、枝条中氮、磷、钾、铁、锰、铜、锌含量呈显著正相关。根据试验结果和分析,推荐10~12 a树龄的库尔勒香梨氮肥减施用量范围为在完全施氮(300 kg/hm²)基础上减氮10%~20%(240~270 kg/hm²),作为香梨园最佳减施氮肥用量。

为筛选适宜新疆奇台县种植的酿酒高粱品种,同时为新疆地区高粱新品种的选育及推广提供参考依据,2020-2022年对省外引入的20个高粱新品种进行了生育期、农艺性状及产量进行比较,同时分别对籽粒淀粉、赖氨酸、单宁、可溶性总糖、粗蛋白、粗灰分、粗纤维等营养品质进行了鉴定,分析了各品种的丰产性和稳产性。结果表明,不同高粱品种的生育期、农艺性状、产量和营养成分不一致,品种及种植年限之间有差异。20个品种的平均生育期为84~146 d,株高为68.44~250.46 cm,其中属于极早熟特矮品种有龙杂18和龙杂20等2个品种,株高150 cm以下适合于机械化栽培的矮秆品种有凤杂4、辽糯11、吉杂124、吉杂127、辽杂37、辽粘3、冀酿3号、晋杂34、晋糯3、通杂108、锦杂109、赤杂106、金糯粮5等13个品种。晚熟高秆品种只有红缨子1个品种。平均产量为4 364.32~13 779.84 kg/hm²,锦杂109产量最高,沈杂5产量最低。籽粒品质在各品种之间存在差异,其中辽杂10号淀粉含量高达759.93 g/kg,而晋杂34单宁含量最低1.80 g/kg。综上,考虑生育期、农艺性状、产量及品质等特性,参试品种锦杂109属于矮杆、中熟品种产量为最高、稳产性最好、综合表现为最佳,可作为适合机械化栽培的首选品种在奇台地区进行推广种植。

为探究不同水稻品系稻米淀粉组成成分含量差异及其米饭消化速率的变化。采用体外酶消化法分析了126个籼稻品系稻米直链淀粉(AC)、总淀粉(TS)、快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量,并从中选取AC、SDS和RS含量明显差异的18个品系,分析了米饭消化速率与预测血糖生成指数(eGI)。结果表明:不同品系稻米淀粉含量差异很大,AC为4.29%~25.58%,平均为10.43%,TS含量为71.69%~82.45%,平均为77.73%,RDS含量为43.31%~57.47%,平均为50.07%,SDS含量为18.96%~32.56%,平均为25.26%,RS含量为0.59%~4.87%,平均为2.39%。不同水稻品系eGI值与淀粉组分含量存在一定相关性,高AC品系的eGI值明显低于低AC的品系,但发现低AC品系滇谷2030和低SDS含量品系滇盘3429的eGI值也低。SDS含量高品系的eGI值低于SDS含量低品系,但也存在SDS含量低品系的eGI值也低的情况。高含量RS品系的eGI值显著低于低RS含量品系。所有品系米饭在餐后30 min内消化速率快,糖释放量最多,到60 min后持续下降,AC、SDS和RS含量高品系稻米的eGI值普遍低于相应淀粉含量低的品系。不同水稻品系米饭消化速率差异很大,除了受到其AC、SDS、RS含量因素影响外,还可能受到其他因素影响。研究结果可为培育低GI品种提供数据参考。

为探究外源24-表油菜素内酯(EBR)对盐胁迫下枸杞幼苗生理特性的影响,以宁夏枸杞宁杞7号为试验材料,设置0 mmol/L NaCl+蒸馏水喷叶(CK)、150 mmol/L NaCl+蒸馏水喷叶(N0)、150 mmol/L NaCl+0.005 mg/L EBR(T1)、150 mmol/L NaCl+0.050 mg/L EBR(T2)、150 mmol/L NaCl+0.500 mg/L EBR(T3)5个处理,分别在盐胁迫第7,14,21天测定幼苗株高、基径、地上生物量、地下生物量、叶绿素含量、光合参数、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量。结果表明,与N0处理相比,T1、T2、T3处理枸杞幼苗株高、基径、地上生物量和地下生物量,叶片光合色素,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和渗透调节物质含量均显著升高,胞间CO₂浓度(Ci)和丙二醛(MDA)含量均显著降低,其中,T2处理效果最佳。盐胁迫第21天,与N0处理相比,T2处理枸杞幼苗株高、基径、地上生物量和地下生物量分别增加23.63%,15.45%,17.70%和47.06%;Chla、Chlb和Chla+b含量分别增加10.68%,12.31%和6.57%;Pn、Tr、Gs分别增加55.53%,27.83%和9.76%,Ci降低14.42%;SOD、POD和CAT活性分别提高13.23%,20.10%和9.31%;MDA含量降低35.28%;脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分别增加45.17%,86.54%和57.00%。综上所述,外源适宜浓度EBR可以促进盐胁迫下枸杞幼苗生长,提高枸杞幼苗光合能力、抗氧化酶活性,增加渗透调节物质含量,缓解盐胁迫对枸杞幼苗的伤害,提高枸杞的耐盐性,其中,外源0.050 mg/L EBR效果最佳。

为分析安徽六安地区新型鹅星状病毒(GAstV)的变异情况并表达其VP27-VP34蛋白,从六安某养殖场采集鹅痛风病料,经RT-PCR检测为阳性后,首先对鹅胚传代培养分离病毒,其次对分离毒株进行动物回归试验、全基因组扩增测序及遗传进化分析;随后,将分离株的VP27-VP34序列克隆至pCold-TF载体进行诱导表达,并将纯化后的重组蛋白免疫6 周龄雌性 BALB/c 小鼠制备多克隆抗体。通过间接免疫荧光(IFA)检测多克隆抗体特异性,利用琼脂扩散法检测血清抗体效价。结果表明,从临床病料样本中分离到 1 株鹅星状病毒,命名为 AH-2021 株。动物回归试验可见雏鹅心脏、肝脏表面尿酸盐沉积明显,肾脏发白、肿胀。遗传进化结果显示, AH-2021 株属于GAstV-1,与GenBank中的其他GAstV-1相似性为98.0%~99.0%。重组表达载体pCold-TF-VP27-VP34经 IPTG 诱导获得了目的蛋白,SDS-PAGE显示,重组蛋白分子质量约为110 ku,主要以上清形式存在。IFA试验结果显示,制备的多克隆抗体能够特异性识别新型鹅星状病毒,琼脂扩散结果显示,抗体效价可达 1:16。综上所述,从临床痛风雏鹅中分离鉴定到 1 株新型鹅星状病毒 AH-2021 株,动物回归试验表明,新型鹅星状病毒是导致雏鹅痛风的病原,制备了VP27-VP34 融合蛋白的多克隆抗体。

为研究枸杞LbaHY5基因的性质及功能,探明LbaHY5在枸杞果实发育中的作用,以宁夏枸杞宁杞1号为试材,采用生物信息学、亚细胞定位及qRT-PCR等方法对LbaHY5的结构和功能进行初步分析,结果表明:LbaHY5开放阅读框全长为483 bp,编码160个氨基酸,分子质量为17.52 ku,等电点为9.69,属于亲水性蛋白。保守结构和多序列比对分析显示,LbaHY5蛋白含有bZIP结构域,属于bZIP家族成员。进化树分析表明,枸杞LbaHY5蛋白与茄科植物如番茄、马铃薯等的HY5蛋白高度同源。此外,启动子分析表明,该基因启动子区域富含多种功能元件,这些元件分别与光信号、激素信号以及非生物胁迫应答等过程相关。亚细胞定位结果显示,LbaHY5蛋白定位在细胞核上。qRT-PCR检测发现,LbaHY5基因在花中表达量最高,茎中最低,且在果实发育时期表达量呈现逐渐上升趋势。研究表明LbaHY5可能参与枸杞花器官和果实生长发育。

为探究广藿香Trihelix家族基因PatASIL2的序列特征、亚细胞定位及表达模式,以广藿香转录组获得的ASIL2基因序列设计特异性引物,以广藿香cDNA为模板,克隆PatASIL2基因,随后对其进行生物信息学分析;构建PatASIL2-EGFP融合蛋白表达载体并转化拟南芥原生质体,检测PatASIL2的亚细胞定位;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析PatASIL2基因在广藿香不同组织、外源茉莉酸甲酯(MeJA)喷施及非生物胁迫(盐胁迫、干旱胁迫、冷胁迫)下的表达情况。结果显示,PatASIL2含长度为1 035 bp的开放阅读框,编码344个氨基酸。PatASIL2不具有跨膜结构和信号肽,属于不稳定的亲水蛋白,含有41个丝氨酸磷酸化位点和1个Myb_DNA-bind_4保守结构域。系统进化分析显示,PatASIL2归类到Trihelix转录因子家族的SIP1亚家族,与芝麻SiASIL2同源性较高。亚细胞定位结果表明,PatASIL2为细胞核定位蛋白。qRT-PCR结果表明,PatASIL2在广藿香的嫩叶、成熟叶、老叶、根和茎中都有表达,尤其在老叶中的表达量最高;在MeJA处理后,PatASIL2基因的表达量在12~24 h显著升高;盐胁迫下,PatASIL2基因的表达量在3~24 h显著升高;在干旱胁迫下,PatASIL2基因的表达量在24 h显著升高;在冷胁迫下,PatASIL2基因在12 h表达量显著升高。

西葫芦的裸仁种子在籽用西葫芦的加工中具有很大的天然优势。为探究西葫芦种子无壳性状的遗传机制,以西葫芦高代自交系种子有壳17pu10(P₁)和种子无壳17pu08(P₂)为亲本,构建F₁(P₁×P₂)、F₂和BC₁群体,对后代群体的西葫芦种子性状进行鉴定。结果发现,后代群体的西葫芦有壳种子与无壳种子的数目比例符合3∶1分离比,表明西葫芦种子无壳性状受到单基因调控,且种子无壳基因表现为隐性。利用籽用西葫芦BC₁群体对无壳基因进行初步定位,结果表明,籽用西葫芦无壳基因定位于标记InDel3157329和InDel3724121之间,遗传距离分别为1.4,2.6 cM,该区间物理距离为0.6 Mb。对该区间内的24个基因进行注释和功能分析发现,有4个基因直接或间接参与细胞壁、纤维素和木质素的生物合成;进一步分析这4个基因表达量的差异,发现只有Cp4.1LG12g04350、Cp4.1LG12g04370在种子发育时期表达量存在显著差异。由此推测,Cp4.1LG12g04350或Cp4.1LG12g04370为控制无壳性状的候选基因。此外,还开发出与无壳基因连锁的InDel标记,可作为西葫芦无壳性状鉴定的标记,以加快优质西葫芦种子无壳品种的选育。

为探究有机肥对胡麻生理生长和根际细菌群落的影响,探索旱地胡麻的绿色高产栽培技术,基于大田试验,以坝选三号为材料,研究4个不同施肥处理(T0:不施;T1:低量牛粪;T2:中量牛粪;T3:高量牛粪)对胡麻生理生长、氮素利用、干物质积累的影响,解析根际细菌群落多样性、群落组成、共现网络和代谢途径变化,探讨驱动细菌群落差异的环境因素。结果表明,T3处理胡麻产量较高,与对照相比,该施肥条件下株高、单株有效蒴果数、千粒质量和氮肥利用效率指标也最高,这是施用有机肥后产量稳定的生理基础。胡麻根际土壤细菌的多样性和丰富度受有机肥施用的显著影响,根际细菌菌群结构也存在显著差异。胡麻根际细菌的菌群结构受有机质、全氮、速效钾的影响,不同处理胡麻根际细菌均具有相同的优势菌群,但各优势菌群的相对丰度存在较大差异。胡麻根际以变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为优势菌门。变形菌门和放线菌门随着有机肥施用量的增加而增加,放线菌门随有机肥施用量的增加而降低。WGCNA分析鉴定15个共表达模块,其中Red和Pink模块与有机质(OM)显著正相关。有机肥的施用增加了细菌网的复杂度,结合WGCNA分析鉴定出7个关键OTUs。综上,有机肥的施用促进了胡麻的生长,改变了胡麻根际土壤的细菌群落结构和网络复杂度。

为研究Toll样受体2(TLR2)在水禽如鸭先天免疫中的作用,利用荧光定量PCR分析dTLR2 mRNA在1~10周龄鸭免疫器官中表达水平以及大肠杆菌、沙门氏菌感染后血液中dTLR2 mRNA表达变化,初步解析dTLR2在鸭抗感染中的可能作用;通过体外表达鸭dTLR2胞外段,并免疫家兔获得特异性抗体以期为鸭dTLR2免疫应答研究提供生物素材。结果表明,dTLR2 mRNA在不同周龄鸭免疫器官中都有表达,脾脏和胸腺组织中,表达量在不同周龄有显著或极显著变化,但在法氏囊组织中,各周龄间表达变化差异不显著;鸭感染大肠杆菌或者沙门氏菌后,第1天及第2天感染组表达量显著高于对照组,但在第3天时,感染组和对照组表达量差异不显著。研究分析dTLR2编码基因,预测胞外区段并设计引物,构建pET28a-TLR2重组表达质粒,重组表达dTLR2-His融合蛋白。经SDS-PAGE检测表明,重组蛋白成功高效表达,分子质量约29 ku。重组蛋白经镍柱纯化并透析后免疫家兔制备抗血清;所获家兔免疫抗血清能特异性的识别重组TLR2蛋白和组织中内源性TLR2蛋白。鸭dTLR2 mRNA组织中表达分析及多克隆抗体的成功制备将为进一步研究dTLR2的生物学功能提供生物素材。

为揭示水稻孕穗期的抗旱机理,以6份由南方野生稻和展颖野生稻构建的单片段代换系(SSSLs)及其亲本华粳籼74(HJX74)为试验材料,进行盆栽干旱处理,测定干旱处理0,5,10 d和复水5 d后的6个生化指标和结实期后的11个农艺性状,并结合相关性分析、主成分分析对7个材料的耐旱能力进行综合评价。结果表明,干旱胁迫条件下7个材料之间的农艺性状存在极显著差异,材料M78-1与HJX74在相对穗长、相对空粒数、相对穗粒数存在极显著差异,M148与HJX74在相对瘪粒数存在极显著差异,M107与HJX74在相对穗长和相对二次枝梗数存在极显著差异;在孕穗期鉴定到6个耐旱QTLs,包括相对穗长(qRPL1-1、qRPL2-1)、相对二次枝梗数(qRNSB2-1)、相对瘪粒数(qRNDG11-1)、相对空粒数(qRNEG1-1)和相对穗粒数(qRGNP1-1),分布在1,2,11号染色体上。超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性在干旱5 d后分别增加3.76%~18.20%,31.88%~100.00%,而丙二醛浓度降低41.07%~81.65%;干旱10 d后SOD和POD的活性出现下降趋势,分别降低9.20%~48.53%,44.74%~79.79%,而丙二醛浓度相比于干旱5 d出现显著升高;脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质在处理5,10 d阶段持续上升,复水5 d后各生化指标基本恢复正常水平。综合分析结果显示,在干旱胁迫下相对结实率、POD和脯氨酸的特征向量和贡献率最大,表明这3种指标更能代表水稻孕穗期的耐旱情况。综上,干旱胁迫会影响水稻孕穗期各项农艺性状与生化指标,同时水稻也会调节自身代谢过程响应干旱胁迫。

旨在评估生物有机肥对向日葵黄萎病的防治效果及其对植株生长与抗病性的影响,并探讨其在可持续农业中作为病害防控措施的可行性。通过室内盆栽试验进行了生物有机肥在不同浓度和处理条件下对向日葵黄萎病病原菌及其对向日葵生长和抗病性影响的研究。结果表明,生物有机肥处理可显著降低向日葵黄萎病的病情指数,较对照组减少14.57%,室内相对防效为28.54%。施用生物有机肥显著促进了向日葵的生长发育,将田间土与有机肥按50:1比例混合后,向日葵出苗率提高8.67百分点,幼苗株高、茎粗和鲜质量等生长指标均显著增加。进一步研究显示,不同浓度的生物有机肥发酵滤液对黄萎病菌的菌落生长和孢子萌发具有显著抑制作用,且抑制效果随发酵液稀释倍数增加而减弱;同时,有机肥挥发性物质能够显著抑制微菌核的形成。在防病机制方面,生物有机肥发酵滤液可通过刺激向日葵植株产生诱导抗性进而增强植株的抗病能力。生理指标测定表明,发酵滤液诱导了活性氧(H₂O₂)爆发,增强了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,减少了丙二醛(MDA)的积累,同时提高了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性,显著增强了向日葵的抗病性。研究揭示了生物有机肥对向日葵黄萎病的防治潜力及其促进植物健康生长的双重功能,为优化生物有机肥配方和提升农业生产中病害防控策略提供了理论依据和试验支持。

为探究热休克蛋白60(HSP60)对双峰驼不同发育阶段睾丸及排卵前后卵巢、子宫及输卵管的影响及调控作用,以双峰驼睾丸为材料,克隆HSP60的CDS区序列,利用ProParam及MEGA 7.0等软件对其进行生物信息学分析,利用聚合酶链式反应(PCR)、苏木精和伊红(H&E)染色、免疫组织化学法(IHC)、实时荧光定量PCR(qPCR)及蛋白免疫印迹(Western Blot)等探究其表达规律。克隆结果显示:HSP60的编码区(CDS)长度为1 722 bp,编码537个氨基酸,双峰驼HSP60基因与单峰驼及羊驼的核苷酸和氨基酸序列同源性较近。qPCR结果显示:HSP60在双峰驼不同发育阶段睾丸中均有表达,且性成熟后(3,5,7岁)睾丸中的表达水平显著高于3月龄;排卵前后卵巢、子宫及输卵管中均有HSP60的mRNA表达,且排卵后卵巢和子宫中的mRNA水平显著高于排卵前,而在输卵管中排卵前后无显著差异。Western Blot结果表明:HSP60在不同发育阶段睾丸中的表达趋势与mRNA水平相似,随着年龄的递增蛋白表达水平升高;而排卵后卵巢、子宫及输卵管中HSP60的蛋白水平显著高于排卵前。免疫组织化学法显示:HSP60蛋白主要定位于双峰驼的睾丸支持细胞、间质细胞及部分生精细胞,卵巢的颗粒细胞,子宫内膜的腺细胞以及肌细胞等。结果表明,HSP60参与双峰驼睾丸发育及精子生成过程,同时参与诱导排卵及减数分裂的调控过程。

ACA作为Ca²⁺-ATPase的亚家族成员之一,在维持植物细胞内Ca²⁺浓度平衡以及调节植物生长发育响应非生物胁迫等方面发挥着重要的作用。为进一步了解生菜ACA基因家族功能,运用生物信息学方法对生菜ACA基因家族成员进行鉴定与分析。结果表明:在生菜中共鉴定到17个ACA基因,命名为LsACA1~LsACA17;LsACA基因不均匀地分布在8条染色体上;亚细胞定位预测结果表明,LsACA蛋白全部定位于细胞质膜;LsACA基因家族成员之间的内含子数量差异较大(0~32个),LsACA蛋白共鉴定到15个保守结构域,氨基酸数量为21~50个;二级结构占比情况为:α-螺旋>无规则卷曲>延伸链>β-折叠;根据系统发育分析将LsACA蛋白分为5个亚家族Group Ⅰ~Group Ⅴ;根据共线性分析发现,6对基因存在片段复制,其共线性基因对的Ka/Ks均小于1,说明在进化中以纯化选择为主。通过qRT-PCR方法分析了LsACA基因家族成员在不同钙离子浓度处理下的表达模式,结果表明:与对照相比,低钙处理的钙敏感型品种宝石绿中有12个LsACA基因表达量极显著下调,而钙不敏感型品种耶罗有9个LsACA基因表达量极显著上调,1个LsACA基因表达量显著上调。研究鉴定了生菜ACA基因家族成员,并进行了生物学分析,揭示了LsACA基因家族成员的特征。

为了给姊妹系材料的有效利用提供理论指导,加速小麦安农1687品种的推广,为小麦新品种的遗传改良提供参考。以小麦安农1687及其姊妹系和双亲为材料,通过对小麦材料的田间农艺性状进行表型鉴定和利用55K芯片对小麦材料进行基因型鉴定相结合的方法,同时借助SPSS分析数据和RIdeogram包绘图发现双亲和部分姊妹系组合在穗长这一性状上存在极显著差异,亲本安农1106和西农822、姊妹系系Q6、系8和系105、系133在19条染色体上共存在909个差异SNP位点,5B染色体上包含500个,富集在5B染色体物理位置的63~87 Mb和400~410 Mb区间内。对区间内的候选基因进行克隆测序,发现编码生长素诱导蛋白的2个基因TraesCS5B01G225000和TraesCS5B01G058700的CDS区在双亲和姊妹系组合间分别存在着5个错义突变和2个错义突变,造成了氨基酸的改变,同时基因TraesCS5B01G225000的突变导致密码子变为终止密码子TGA,氨基酸合成终止。因此,推测这2个基因可能对于小麦穗长有着一定的影响。

为明确Zn(Ⅱ)2Cys6转录因子基因VDAG_04814对大丽轮枝菌的生长发育及致病过程中的作用。利用聚乙二醇介导的同源重组构建VDAG_04814基因敲除突变体。将野生型菌株和突变体菌株分别接种至添加过氧化氢、氯化钠、氯化钾、山梨醇、十二烷基硫酸钠、刚果红的PDA培养基以及铺有无菌玻璃纸的培养基,分析其抗氧化胁迫、盐胁迫、渗透胁迫、细胞壁细胞膜完整性胁迫的水平和菌株穿透能力;测定其致病力,检测马铃薯植株中真菌生物量。经潮霉素筛选和PCR验证,正确的敲除转化子可扩增到上下游各1 500 bp及敲除片段序列全长4 500 bp的DNA条带。ΔVDAG_04814菌株生长速度缓慢、黑色素形成能力降低;在添加过氧化氢、氯化钠、氯化钾的氧化胁迫和盐胁迫培养基上,ΔVDAG_04814相较于野生型菌株受到的抑制率更高;在添加山梨醇的渗透胁迫培养基上,ΔVDAG_04814的生长抑制率显著低于野生型菌株;在添加十二烷基硫酸钠、刚果红的细胞壁细胞膜完整性胁迫培养基中生长并没有受到抑制;在铺有无菌玻璃纸培养基上,ΔVDAG_04814没有菌落长出,而野生型菌株有正常形态的菌落长出;致病力测定表明,ΔVDAG_04814菌株的致萎程度较野生型菌株显著下降,致萎指数为47.22~55.56。综合上述结果,VDAG_04814基因能够调控大丽轮枝菌的生长发育、抗胁迫能力、穿透能力以及对马铃薯的致病力,可为马铃薯黄萎病的防控提供新靶点。

旨在分析禽戊型肝炎病毒(aHEV)CaHEV-GDSZ01株ORF2蛋白的结构和生物学功能等,并利用大肠杆菌原核表达系统表达ORF2重组蛋白及制备抗ORF2蛋白多克隆抗体,验证重组蛋白的免疫原性和反应原性等。利用生物信息学软件对CaHEV-GDSZ01株ORF2蛋白的理化性质、结构和功能等方面进行分析;通过酶切、连接pET-32a(+)载体与CaHEV GDSZ01株的ORF2基因,构建pET-32a-ORF2-His和pET-32a-ORF2原核表达质粒,并转化至DE3感受态细胞中进行诱导表达,分析其表达形式;ORF2重组蛋白经切胶纯化,利用Western Blot试验验证其反应原性后,免疫新西兰大白兔以获得兔抗ORF2蛋白多克隆抗体,并通过Western Blot方法对多抗进行鉴定分析、利用间接ELISA方法进行抗体效价检测。生物信息学分析结果显示,CaHEV-GDSZ01株的ORF2蛋白为亲水性的、不稳定的蛋白,且其存在信号肽的概率高达93.59%,其二级结构主要以无规则卷曲为主,具备结合抗体的结构条件,其保护性抗原整体预测评分则表明ORF2蛋白具备良好的免疫原性。试验成功构建了ORF2重组原核表达质粒,并成功诱导表达了目的蛋白,经SDS-PAGE试验和Western Blot试验显示,诱导表达的蛋白主要为非可溶性蛋白,并具有良好的反应原性;而制备的兔源抗 aHEV ORF2蛋白多克隆抗体的效价为1∶102 400,且能特异性识别免疫原ORF2蛋白、非免疫原ORF2-His蛋白和截短的sORF2蛋白。以上结果初步分析了ORF2蛋白的理化性质和部分生物学功能,成功表达了aHEV ORF2蛋白,制备了抗ORF2蛋白的兔源多克隆抗体。

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,普遍存在无机盐分含量高、有机质匮乏、土壤肥力低等问题,这严重影响了我国粮食安全。因此,需要改善盐碱土壤状况、提升土壤肥力,并为我国粮食安全提供更可靠的保障。在我国,秸秆作为一种重要的农业有机废弃物,秸秆的资源化利用已成为农业可持续发展的重要组成部分。其中,秸秆还田作为一项核心措施被广泛推广。经大量研究表明,通过将其合理还田可以有效地改善土壤的结构,增加土壤的有机碳含量,提高土壤的肥力。目前,秸秆资源如何在盐碱土壤上高效利用从而使盐碱土壤有机碳得到提高是我国农业现在面临的重大课题。因此,本研究从秸秆不同还田方式、还田量等方面进行概述来探究其对盐碱地土壤有机碳库及组分的影响。在此基础上,提出秸秆还田技术存在的不足并找到其解决办法。在实践中,采取适当的处理措施来实现秸秆还田对盐碱地的改良。此外,进行盐碱地研究不仅是对特定土壤环境的深入分析,更是一项涉及多学科交叉的复杂系统工程。在这一过程中,必须充分考虑到各种因素,包括但不限于土地管理、水文地质、生态系统、农业经济等。通过这样的努力,才能更加深入地理解盐碱地的特性,为改善和利用这些宝贵资源提供科学依据和技术支持。

为了探究马铃薯捕光色素结合蛋白基因的功能,对捕光色素结合蛋白基因StCP24(LOC102586836)进行生物信息学分析,并用农杆菌介导法将其转入马铃薯品种东农310中,获得转基因马铃薯株系。在不同光照强度条件下培育无性系转基因株系和对照,测定植株的生长指标、叶片生理指标、荧光参数和基因相对表达量等,通过超微结构观察明确该基因对叶绿体形态的影响。生物信息学分析结果表明,StCP24蛋白为亲水性蛋白,StCP24基因的启动子中包含光响应、防御和应激反应等元件;系统发育分析表明,马铃薯StCP24基因编码的氨基酸与栽培种番茄中StCP24基因编码的氨基酸亲缘关系最近。在不同光照强度处理下,转基因株系的茎粗、叶面积、叶片质量、根长、叶绿素a含量、叶绿素b含量、Fv/Fm、ETR、ETRmax、qP显著高于野生型对照。StCP24基因的过量表达可以使类囊体质粒片层堆叠得更加紧密且堆叠程度更高。综上,StCP24基因过量表达可以增加叶片中叶绿素a含量、叶绿素b含量,提高光合作用光反应中电子传递速率,促进转基因马铃薯植株生长。

为了解PsbS蛋白在烟草中的表达特征,从烟草品种K326的cDNA中克隆了NtPsbS基因全长序列,利用DNAMAN软件对水稻、番茄、大豆等7种作物PsbS蛋白的氨基酸序列与NtPsbS蛋白的氨基酸序列进行比对,并使用MEGA 11软件采用邻接法建立系统发育树对其进行遗传进化分析;利用qRT-PCR技术检测烟草不同生育时期NtPsbS基因的组织表达水平;构建pS1300-PsbS-GFP植物表达载体研究其成熟蛋白亚细胞定位特性;对烟草品种K326进行各类非生物胁迫处理,研究该基因在非生物胁迫条件下的表达模式。结果表明,NtPsbS基因全长825 bp,编码274个氨基酸;NtPsbS蛋白与番茄SlPsbS蛋白相似性最高,达到91%;NtPsbS在旺长期和成熟期烟草品种K326的叶、根、茎、种子等部位均有表达,在叶片中表达量最高;成熟NtPsbS蛋白定位于烟草叶绿体内;NtPsbS在盐胁迫、冷胁迫及脱落酸ABA处理下表达量均显著升高。综上所述,NtPsbS基因在不同生育时期的烟草叶片中表达量最高,对盐胁迫、冷胁迫及脱落酸ABA处理均有响应,说明该基因可能参与烟草体内抗盐、抗冷胁迫及ABA代谢通路,为后续开展NtPsbS基因的功能特性解析提供了参考。