为了揭示不同品种以及不同器官中内生菌的多样性特征,初步明确内生菌群落结构与宿主品种及器官类型的相关性。以感谷瘟病品种沙湾谷子、冀谷22和抗谷瘟病品种小青谷、石榴子为材料,分别取植株的茎、叶片、叶鞘,通过基于16S rDNA V3—V4区的高通量测序进行微生物多样性分析。结果显示,感病品种与抗病品种内生菌物种组成具有一定差异性,所用供试样本中,门水平优势类群均为变形菌门、放线菌门,拟杆菌门、绿弯菌门、粘菌门、厚壁菌门次之。Alpha多样性分析表明,感病品种(沙湾谷子、冀谷22)叶片内生菌丰富度较高;PCoA分析则表明,器官类型比品种对内生菌群落结构影响更大。物种组成分析表明,感病品种沙湾谷子及冀谷22含有与小青谷、石榴子(抗谷瘟病)差异较大的内生菌群,感谷瘟病品种(沙湾谷子、冀谷22)叶片都具有Entotheonellaeota;抗谷瘟病品种则在叶鞘中均具Hydrogenedentes。明确了感、抗谷瘟病品种谷子及各个品种的不同器官内生菌的多样性及群落结构具有一定差异,器官类型比品种对内生菌群落结构的影响更大。

利用RT-PCR技术从延谷11号谷子中克隆SiPRR73基因,通过系统分析SiPRR73组织表达特异性,对不同光周期处理、不同光温组合处理以及5种非生物胁迫处理的响应特点,揭示光周期、温度对SiPRR73的调控模式及SiPRR73对非生物胁迫的应答模式。结果表明,从延谷11号克隆得到SiPRR73基因2 928 bp的cDNA序列,包含2 283 bp的CDS区,编码760个氨基酸;SiPRR73蛋白与C4家族作物糜子、哈氏黍、高粱、玉米PRR73蛋白具有较近的进化关系。 SiPRR73在顶端第2片叶中表达水平最高,在根、茎、穗部表达水平较低。短日照、长日照条件下该基因均表现光照期表达水平高于黑暗期的特点,且整个营养生长期短日照条件下表达水平明显低于长日照,SiPRR73受光诱导表达和光周期调控。温度决定SiPRR73表达峰的数目,光周期决定SiPRR73表达峰出现的时间,光周期和温度共同参与了SiPRR73的表达调控。PEG和低温胁迫总体上诱导SiPRR73表达,NaCl在胁迫早期诱导该基因表达,后期总体表现为抑制状态,Fe胁迫则早期抑制该基因表达,后期总体诱导其表达,SiPRR73对ABA胁迫的响应特点接近NaCl。以上研究表明,谷子SiPRR73表达具有光依赖性,光周期和温度以互作模式调控SiPRR73表达,推测SiPRR73参与了谷子对不同光温环境的适应性调节过程,并且在应对干旱、低温、ABA、NaCl、Fe胁迫过程中发挥了一定作用。

为了解谷子中SibHLH19的功能,以抗病谷子材料十里香叶片cDNA和基因组DNA为模板,分别克隆到SibHLH19基因的CDS序列和启动子序列,并利用生物信息学在线工具分析了启动子顺式作用元件及生物学特征;采用Real-time PCR技术检测了SibHLH19转录因子在谷子不同组织部位和抗谷锈病过程中的表达丰度变化;利用SDS-PAGE技术分析了该基因原核表达特征。结果表明,SibHLH19转录因子CDS序列全长843 bp,编码280个氨基酸,预测蛋白质分子质量为29.97 ku,理论等电点pI为5.85,编码蛋白质化学式为C₁₂₉₆H₂₀₇₁N₃₉₇O₄₀₀S₁₁,含有一个bHLH保守结构域,属于不稳定亲水性蛋白质。该蛋白质二级结构的最大元件是无规则卷曲,最小元件为β-转角。进化分析表明,SibHLH19与禾本科植物糜子(RLM85279.1)、哈氏黍(PUZ71581.1)和柳枝稷(XP_039835205.1)氨基酸序列的同源性较高,与小麦(KAF7059972.1)、节节麦(XP_040244423.1)同源性最低。启动子顺式作用元件分析表明,该基因启动子区存在多个激素、胁迫等应答元件。组织表达分析表明,该基因主要在谷子苗期表达,并以苗期地上部分表达量最高,孕穗期几乎无表达。在谷子响应谷锈菌生物胁迫反应的24 h内,SibHLH19基因在抗病反应8,16 h上调表达,而感病反应中仅在16 h略微上调表达,其余时间均下调表达,推测SibHLH19在谷子抗锈病反应中起正调控作用。构建的原核表达载体pET30a-SibHLH19经0.1 mmol/L IPTG诱导能表达出表观分子质量约44 ku的SibHLH19融合蛋白。

为缓解谷子连作障碍,为优化谷子种植模式提供参考,以谷子连作(Si)为对照(CK),设置了谷子-玉米(Si-Zm)、谷子-马铃薯-玉米(Si-St-Zm)、谷子-玉米-大豆(Si-Zm-Gm)和谷子-大豆-马铃薯(Si-Gm-St)4种轮作模式,分析不同轮作模式对谷子关键生育期生理指标、光合特性、农艺性状、产量和白发病发病率的影响。结果表明,与CK相比,Si-St-Zm、Si-Zm-Gm和Si-Gm-St这3种轮作模式下谷子旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性均显著增加,最大增幅分别为45.55 %,41.55 %和109.09 %;Si-Zm-Gm和Si-Gm-St轮作模式下谷子株高、茎粗、根长和根分枝数均显著增加,最大增幅分别为30.48%,30.50%,31.76%和13.79%;Si-Gm-St轮作模式下谷子旗叶H₂O₂和MDA含量均显著减少,最大减少幅度分别为18.78%和47.29%;气孔导度、净光合速率、蒸腾速率和叶绿素相对含量分别显著增加31.94%~101.43%,35.74%~234.00%,16.44%~46.97%和24.15%~66.16%,谷子穗长、千粒质量和产量分别显著增加14.90%,17.09%和10.58%,谷子白发病发病率显著降低12.33%。综上所述,与CK相比,Si-Gm-St模式下谷子旗叶SOD、POD和PPO活性显著增加,光合效率显著提高;谷子产量和抗病能力最高。因此,与Si-Zm、Si-St-Zm和Si-Zm-Gm轮作模式相比,Si-Gm-St轮作模式对缓解谷子连作障碍的效果最好。

为探讨谷子全生育期耐旱性鉴定的有效方法,筛选谷子全生育期耐旱性鉴定指标,加快谷子耐旱育种进程,2019—2020年以30份谷子种质为试材,采用随机不完全区组设计(alpha-格子设计),设干旱胁迫(DS)和正常供水(CK)2个处理,考察相关农艺性状和产量指标的耐旱系数。联合方差分析结果表明,土壤水分环境对千粒质量影响显著,对其他指标影响极显著,基因型对单株穗质量和单株粒质量影响显著,对其他指标影响极显著,基因型与土壤水分环境互作极显著影响谷子的生长性状,对产量性状的影响不显著(千粒质量除外)。在干旱胁迫下,各指标性状值较CK均发生不同程度下降,且各指标性状对干旱胁迫反应的敏感性不同。t检验结果表明,干旱胁迫处理效果显著(千粒质量除外)。GGE双标图解释了数据总变异的71.15%,各指标耐旱系数间存在不同程度的相关性,其中株高、穗长、茎叶干质量和倒二叶叶面积的耐旱系数显著正相关,穗质量、穗粒质量、穗粒数和产量的耐旱系数显著正相关。谷子的耐旱性可以通过不同的农艺性状体现。依据与理想耐旱品种和理想耐旱鉴定指标的距离对供试谷子材料耐旱性和耐旱评价指标进行了排序,其中太选26号、朝谷62号和朝谷13号等材料耐旱性较强,株高和穗质量可作为谷子全生育期耐旱性鉴定首选指标。GGE双标图为谷子耐旱品种选育提供了一个客观有效的新的可视化鉴定方法。

为明确内蒙古草原多根葱的抗旱性及抗旱机制。采用盆栽控水法,设置最大田间持水量的75%为对照(CK),25%土壤相对含水量干旱胁迫30 d为处理,在干旱胁迫下对不同来源多根葱根系形态、生理特性及叶片光合特征进行分析。结果表明,四子王旗多根葱在干旱胁迫下与赤峰、鄂尔多斯相比,保持相对较高的根系表面积、根系体积和直径为0~0.5 mm的根长,根系生长受到干旱胁迫的影响相对较小,叶绿体在干旱胁迫下的稳定性相对较好,抗旱性较强;干旱胁迫显著降低了赤峰、鄂尔多斯多根葱地上生物量、地下生物量和总生物量(P<0.05),但对四子王旗多根葱无显著影响(P>0.05)。干旱胁迫处理下多根葱叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度和相对含水量显著下降,叶片细胞质膜相对透性显著上升;干旱胁迫促进了多根葱叶片气孔关闭,降低了蒸腾,减少水分的散失。不同样地多根葱根系特征、相对含水量、叶绿素和光合特性在相同处理下存在一定的差异;四子王旗多根葱受干旱胁迫的影响相对较小,耐旱性较强。

通过鉴定红麻全基因组中WRKY基因家族所有成员,并分析其在盐胁迫下的表达特征,从而为研究WRKY基因家族成员在红麻响应盐胁迫过程中的生物学功能奠定坚实基础。利用生物信息学的方法对红麻全基因组中的WRKY基因家族成员进行鉴定,并对WRKY基因家族各成员的理化性质、系统发育和保守功能域进行分析,同时利用实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫下WRKY基因家族各成员的表达特征。结果表明,共鉴定出33个WRKY基因家族成员,且该基因家族成员不均匀地分布在12条染色体上,每个基因家族成员的理化性质如氨基酸数目、分子质量、理论等电点都存在一定的差异,且每个基因家族成员的氨基酸保守序列WRKYGQK没有发生变异。红麻和拟南芥的WRKY基因家族系统进化树分析表明,33个WRKY家族成员分成了3个类群,GroupⅠ、GroupⅡ、Group Ⅲ,其中Group Ⅲ包含了5个亚组。实时荧光定量PCR技术分析结果表明,盐胁迫诱导表达的WRKY家族成员有26个,其中23个具有正向调控作用,3个具有负向调控作用。共鉴定出红麻WRKY家族成员33个,其中26个WRKY家族成员参与了红麻盐胁迫响应过程。

为了提高玉米产量、减少氮肥施用及提高氮肥利用效率,对氮高效玉米品种进行筛选和推广,研究氮肥管理对不同氮效率玉米品种氮吸收、利用和田间氮平衡的影响,探明氮肥运筹对不同氮效率玉米品种氮素吸收、利用及田间氮平衡的影响对于玉米的高效育种和栽培至关重要,因此,于2015-2016年在川中丘陵区开展了为期2 a的田间试验。结果表明:正红311(ZH311)在吐丝期和成熟期茎鞘和叶片氮分配比例均显著高于先玉508(XY508)。此外,ZH311花后籽粒氮积累量和花后氮籽粒贡献率显著高于XY508,而花前氮转运及花前氮转运贡献率显著低于XY508。氮高效品种ZH311营养器官中较高的氮分配比例使得其各阶段氮积累量均显著高于氮低效品种XY508,吐丝后氮素积累优势较吐丝前更明显。ZH311吐丝后氮的高效积累抑制了其吐丝前氮的转运,使得其吐丝前氮积累的转运率和对籽粒的贡献率均显著低于XY508,且ZH311的氮素吸收效率、氮素回收效率和氮素偏生产力均显著高于XY508。与XY508相比,ZH311根系能更有效地吸收和利用40~80 cm土层中的无机氮,减少氮沉降,显著减少表观氮损失,且2个品种氮素表观损失差异主要来自追肥后。综上所述,氮高效玉米品种ZH311较氮低效品种XY508不仅能提高单位面积产量,而且能减少氮损失,从而降低环境风险。

为探究盐碱胁迫对甘蓝型油菜的生理及分子机制的影响,以甘蓝型油菜华油杂62为试验材料,对油菜种子及幼苗进行不同浓度的复合盐、复合碱及复合盐碱溶液处理,测定种子的发芽率以及甘蓝型油菜叶片中叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶活性等生理指标,以高效液相色谱法测定油菜叶片中甜菜碱积累量,利用qRT-PCR 技术对甜菜碱合成途径中的关键酶基因胆碱单加氧酶基因(CMO)进行分析。结果表明,人工模拟的不同浓度盐碱溶液中,对种子萌发的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐;低浓度盐碱溶液促进油菜叶片叶绿素形成,高浓度盐碱溶液抑制叶绿素形成;盐碱胁迫显著提高了脯氨酸与可溶性糖含量,高盐碱溶液(YJ75,含盐碱75 mmol/L)处理21 d,脯氨酸与可溶性糖含量分别为对照组的65.99,5.21倍;盐碱胁迫增加了丙二醛的含量;盐碱胁迫显著提高了过氧化物酶(POD)活性,与对照组相比,高盐碱(YJ75)溶液处理21 d后的POD含量提高了2.26倍,在复合盐与复合碱处理第14 天,POD含量达到最高值,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化规律不明显,且在盐胁迫过程中发挥作用较低;盐碱胁迫显著提高了关键酶基因CMO的表达量,从而调控甜菜碱的积累量增多。综上,盐碱胁迫对甘蓝型油菜的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐,在高盐碱胁迫下,甘蓝型油菜会大量积累甜菜碱以降低自身所受的伤害。

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-})、铵态氮( {{\mathrm{NH}}_4}^{+})、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明,相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势,其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期,随着酸度增加,叶片氮素积累量显示出下降趋势,其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势,T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期,T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降;茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明,随着土壤酸度的增加,ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调,促进了光呼吸释放 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}还原产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化;ZmGln1.2~ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调,降低了蛋白质分解代谢释放产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达,促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫,但也因此减少了氮积累量,导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

NRL(NPH3/RPT2-Like)是植物所特有的一类光响应蛋白,在向光素信号途径中发挥重要作用。利用生物信息学手段结合qRT-PCR技术,在玉米基因组水平对该家族基因进行鉴定并对其编码蛋白的性质、结构、进化、生育期组织表达和逆境表达进行分析。结果鉴定了31个ZmNRL基因,不均匀地分布于玉米9条染色体上,编码的氨基酸序列长度在464~749个,预测具有叶绿体、细胞核和细胞质等亚细胞定位。依据蛋白保守性将ZmNRL家族划分为四大类,基因结构也具有一定的保守性,多数基因含有4个外显子。基因启动子存在大量脱落酸、茉莉酸、光响应和抗氧化等顺式元件分析,其中G-box和Sp1等两类光相关元件数量较多。ZmNRL家族基因在生育期组织部位表达具有一定的时空特异性,总体表达量不高,仅有ZmNRL2、ZmNRL4、ZmNRL24和ZmNRL29相对高表达。通过生育期组织表达数据共表达及其模块GO富集分析发现,6个ZmNRL基因可通过叶绿体等生物发生及组装生物过程,参与对叶片生长发育的调控。qRT-PCR结果表明,高温处理玉米幼苗ZmNRL12上调表达显著,干旱、盐和病原物接种处理ZmNRL5、ZmNRL7和ZmNRL19基因下调表达。综上,在玉米基因组鉴定出31个ZmNRL基因,该家族基因不仅具有明显的组织表达特异性,而且可参与玉米幼苗对生物和非生物逆境应答。

为了探讨化肥减量配施有机肥对西南地区青贮玉米产量、品质以及土样养分的影响,于2019,2020年以青贮玉米渝青386为研究对象,连续2 a分析了化肥减量配施有机肥对青贮玉米农艺、产量品质以及土壤养分含量和肥料利用率的影响。结果表明,不同施肥处理对青贮玉米产量影响达显著水平,有机肥和缓控肥混施处理产量最高,达55 084.75 kg/hm²,干物质产量达24 192.11 kg/hm²。缓控肥常量和缓控肥减量20%青贮玉米产量差异不显著,表明采用缓控肥可实现化学肥料减施20%。缓控肥常量处理下玉米植株氮、磷、钾积累量均为最大,分别为234.83,173.75,35.72 kg/hm²。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大为166.46 kg/kg,缓控肥减量20%处理下氮素吸收效率最高为0.80 kg/kg,说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米粗脂肪含量最高,有机肥的施用可以提高青贮玉米粗脂肪含量,同时也增加了酸性洗涤纤维的含量。青贮玉米产量与脲酶、过氧化氢酶、有效磷含量呈极显著正相关,相关系数分别为0.845,0.798,0.784。研究表明,在西南地区化肥减量配施有机肥能够显著提高青贮玉米产量和品质,减少化肥成本,增加农民收益,同时还有利于农田生态环境的保护和土壤肥力的可持续利用。

为探究大豆GmPP2C89基因在植物非生物胁迫响应和适应过程中的功能,利用转录组数据和荧光定量PCR方法检测GmPP2C89基因在NaCl、PEG和甘露醇处理下的表达模式;接着分析GmPP2C89基因启动子上响应非生物胁迫的顺式作用元件,并根据元件的分布克隆不同长度的启动子构建融合GUS载体,获得对应的转基因拟南芥,通过GUS染色分析启动子对NaCl、PEG和甘露醇处理的响应。构建GmPP2C89基因过表达的转基因拟南芥,在正常条件和NaCl处理条件下测定根长、叶片MDA含量和电解质渗透率以及盐胁迫相关基因(SOD、POD、CAT、RD26、RD29A和RD29B)的表达水平。结果显示,NaCl、PEG和甘露醇处理均导致大豆GmPP2C89基因表达水平显著上调;在其启动子区含有较多ABRE、DRE、G-box、MBS、MYB、MYC和TC-rich repeats等参与非生物胁迫响应的顺式作用元件,并且该启动子对NaCl处理具有更强的响应。此外,在盐处理条件下,转基因拟南芥GmPP2C89-OX根长显著大于WT,而MDA含量和电解质渗透率显著低于WT,耐盐性明显增强;抗氧化酶基因(SOD和POD)和ABA途径关键基因RD29B在GmPP2C89-OX中的表达水平显著高于WT。结果表明,大豆GmPP2C89基因受NaCl、PEG和甘露醇诱导表达上调,GmPP2C89过表达可通过激活抗氧化途径和ABA途径增强转基因拟南芥的耐盐性。

为了给作物持续高产下科学施用磷肥提供依据,采用1978年以来土壤有效磷变化的大数据分析、不同时段磷肥定位试验、大面积磷肥产量效应试验等方法分析了冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷变化、土壤和肥料磷的产量效应。结果表明,冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷含量平均为22.43 mg/kg,表现为太行山山麓平原﹥冲积平原。1996-1999年,太行山山麓平原、冲积平原区供试土壤有效磷含量分别为15.09,11.90 mg/kg,冬小麦P₂O₅用量180 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦分别为83.9%,75.8%,夏玉米分别为83.3%,89.7%。冬小麦秸秆还田下,土壤磷收支表观平衡分别为盈余52.8%,55.4%。2010-2012年,太行山山麓平原土壤有效磷27.22 mg/kg,冬小麦、夏玉米P₂O₅用量分别为108,60 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦为84.6%,夏玉米为90.1%。小麦秸秆不还田下,土壤磷收支表观平衡:冬小麦盈余6.7%,夏玉米亏缺47.1%。基于2002-2006年,2012-2016年多点大面积磷肥在冬小麦、夏玉米上的效应函数计算出最高产量P₂O₅用量:冬小麦分别为107.3,125.1 kg/hm²,夏玉米分别为52.0,58.9 kg/hm²。过量施用磷肥连续种植3 a 6茬,土壤积累磷均表现出显著的增产效应。冬小麦-夏玉米轮作秸秆还田下,冬小麦、夏玉米推荐P₂O₅用量分别为90~100,30 kg/hm²;秸秆不还田分别为100~120,45 kg/hm²。

为了探究玉米抗寒过程中涉及的关键调控网络和基因,明确对低温胁迫响应的关键调控通路和基因,为后续深入研究鲜食玉米抗寒胁迫的分子机制奠定基础,以耐寒品种闽甜6855为研究材料,利用转录组技术对其受5 ℃低温胁迫24,48,72 h后的基因表达情况进行分析。PCA结果显示,重复间样本可以显著聚集在一起,且处理样本与CK样本显著分开。差异分析结果显示,闽甜6855在低温处理前后差异基因为4 000~7 000个,而不同时长低温处理样本间差异基因较少,为100~2 000个,表明低温是引起基因差异的主要因素,且对低温胁迫的响应主要在前期。KEGG注释分析结果显示,差异基因在植物激素信号转导和MAPK上存在显著富集,表明这2个信号通路积极响应抗寒胁迫。此外,在植物病原菌互作和植物昼夜节律调控通路差异基因也出现了显著富集,暗示着在生物和非生物胁迫的通路上也存在着重叠或共有调控途径,而调控昼夜节律的基因在植物适应低温环境的过程中起着关键的调节作用。

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。

分蘖期和拔节—孕穗期是水稻产量构成要素中穗数和穗粒数形成的2个关键生育时期,氮素影响分蘖成穗和穗粒数的形成,细菌是土壤氮素循环的重要参与者。以高产水稻品种Y两优900和早丰优69为试验材料,通过设置2个氮肥施用比例(基蘖肥和穗粒肥比例分别为7:3和6:4),分析了分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌数量、群落特征的差异,及其与水稻产量、土壤氮素的关系。结果表明,水稻的分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌群落结构存在差异;分蘖期和拔节—孕穗期稻田土壤细菌优势菌门是变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门等。分蘖期绿弯菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高6.16百分点,酸杆菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高2.65百分点;拔节—孕穗期的变形菌门相对丰度比分蘖期高0.69百分点,拟杆菌门相对丰度比分蘖期高1.09百分点。相关性分析发现,水稻产量与分蘖期土壤细菌数量呈显著负相关关系,而与拔节—孕穗期土壤细菌数量和全氮含量均呈显著正相关关系;有效穗数与分蘖期土壤细菌数量呈显著正相关关系,穗粒数与分蘖期、拔节—孕穗期的氨氧化潜势均呈显著正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明,稻田土壤细菌群落结构受多种因素共同影响,分蘖期土壤的铵态氮和拔节—孕穗期土壤的氨氧化潜势是显著影响稻田土壤细菌群落结构的2个环境因子。FAPROTAX功能预测进一步说明,分蘖期7:3处理的反硝化功能增强,其中Y两优900土壤细菌的反硝化功能最强。因此,分蘖期土壤细菌数量的增加可提高水稻有效穗数。拔节—孕穗期土壤细菌参与的氨氧化作用可促进水稻穗粒数的增加。高产水稻品种Y两优900和早丰优69在不同施氮比例下,产量、有效穗数和穗粒数的形成与土壤细菌数量、群落组成及其生态功能关系密切。

赤霉素途径是植物开花调控中的一条重要途径。为了解赤霉素途径相关基因在萝卜开花调控中的作用,利用生物信息学方法对萝卜赤霉素生物合成和信号转导相关基因的结构、理化性质、染色体分布、启动子顺式作用元件和组织特异性表达进行了分析,并对不同开花期萝卜材料中这些基因的表达水平进行了实时荧光定量 PCR检测。结果表明,萝卜基因组含有46个赤霉素生物合成和信号转导相关基因,CPS、KS、KO、KAO、GA20OX、GA3OX、GA2OX、GAI、RGA、RGL、GID1、SKP2分别有2,1,2,2,9,5,12,1,1,4,3,4个,它们不均匀分布于9条染色体上,其编码蛋白质分子质量为21.32~127.80 ku,等电点为4.72~9.04;基因结构和保守结构域分析发现,这46个基因的外显子数为1~21个不等,且一些保守基序为大部分基因所共有。启动子顺式作用元件分析表明,这46个基因的启动子含有与光、赤霉素、生长素、ABA、SA、低温、干旱等响应的顺式作用元件。利用萝卜基因表达数据库分析发现,这46个基因在不同组织和不同发育时期的表达量不同;实时荧光定量PCR检测表明,这些基因在早开花材料心里美萝卜和晚开花材料野萝卜中的表达量有明显差异,暗示其可能与萝卜的生殖生长有较密切的关系。

锌指蛋白是真核生物中被广泛研究的转录因子,在植物生长发育和逆境应答中发挥重要作用。为了揭示大豆锌指蛋白基因功能,从商豆1201中克隆获得GmZAT12基因的CDS全长序列,并对其编码的蛋白质进行生物信息学分析。通过烟草表皮注射系统检测GmZAT12蛋白的亚细胞定位情况,采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术对GmZAT12基因在大豆不同组织和非生物胁迫中的表达模式进行分析。结果表明,GmZAT12全长516 bp,共编码171个氨基酸,分子质量为19.264 28 ku,理论等电点(pI)为9.02;主要构成元件为无规则卷曲和α螺旋;含有20个磷酸化位点,其中以丝氨酸磷酸化位点为主。序列分析结果表明,GmZAT12蛋白含有2个保守的C2H2锌指结构域;亚细胞定位结果显示,GmZAT12蛋白定位于细胞核。qRT-PCR表达分析结果显示,GmZAT12基因在大豆根、叶片和种子中表达量较高,在花和茎中表达量较低;GmZAT12基因受到高温、低温、NaCl和ABA诱导表达,推测该基因可能参与大豆非生物胁迫应答。

研究不同覆膜方式下,施氮量对春玉米产量、氮素积累和氮肥利用效率的影响,为贵州高海拔区春玉米覆膜种植高效施氮管理提供理论依据,于2018-2019年开展田间试验,采用裂区设计,主区为不同覆膜方式(宽膜和窄膜),副区为5个施氮水平 (0,80,160,240,320 kg/hm²),研究不同覆膜方式及施氮量对春玉米产量、氮素积累、转运特征及利用效率的影响。结果表明,覆膜方式和施氮量及其互作显著提高春玉米产量,宽膜覆盖使春玉米增产17.8%,且显著增加了氮素积累量,促进了吐丝前积累氮素的再转移,从而显著提高了籽粒氮素积累量,并使氮素利用效率(NUTE)、氮素吸收效率(NUPE)、氮肥农学效率(AEN)、氮肥偏生产力(NPFP)、氮肥利用率(NUE)分别增加4.9%,21.4%,23.5%,12.2%和4.23百分点。施氮实现了春玉米籽粒产量和植株氮素积累量的协同增长,且能够显著影响氮素吸收、积累和转运。增施氮肥能有效促进提高吐丝后氮素转运量及其对籽粒的贡献率,但降低了春玉米氮肥利用效率,NDGPE(氮素干物质生产率)、NHI(氮收获指数)、NUTE、NUPE、NUE、AEN、NPFP均随施氮量的增加而明显下降,达到极显著水平。通过回归分析不同覆膜方式下的最佳产量和施氮量,宽膜覆盖比窄膜覆盖处理减少施氮55 kg/hm²,产量增加12.3%。宽膜覆盖和适宜施氮量相结合,有利于植株氮素积累和吸收利用,从而实现高产和高氮肥生产力,达到节肥增产。综合考虑春玉米籽粒产量、氮素累积、转运及氮肥利用效率,贵州高海拔及类似生态区春玉米宽膜覆盖种植的合理施氮量为160 kg/hm²,其产量可达11 404.3 kg/hm²。

为研究不同类型水稻对镉(Cd)胁迫差异的原因,以镉敏感籼稻恢复系昌恢891(CH891)和镉耐受粳稻品种02428为材料,选取种子萌发后,连续镉处理3 d的和未进行镉处理的幼芽,使用高通量Illumina HiSeq 4000测序技术进行RNA-Seq分析,共得到539 524 490个有效读长,与参考基因组的比对率在94.81%~96.82%,GC含量均在49%以上。通过比较分析,共检测到7 204个差异表达基因(DEGs),其中在CH891中特异表达的基因(SCR3)有849个,02428中特异表达的基因(RCR3)有676个,2个品种均有表达但表达量存在差异的基因(CCR3)有770个。KEGG和GO富集通路分析表明,异黄酮生物合成、磷酸肌醇代谢、黄酮类生物合成和花青素生物合成途径在SCR3中显著富集,细胞核、自噬调节和胰岛素抗性途径在RCR3中显著富集,α-亚麻酸代谢、吞噬体、柠檬烯和蒎烯降解和脂肪酸降解途径在CCR3中显著富集。结果表明,Cd处理后,次级代谢过程主要在CH891中富集,蛋白质代谢主要在02428中富集,综上所述,CH891和02428响应的代谢路径存在差异,控制这些代谢路径的分子机制可能是造成不同水稻镉胁迫差异的主要原因。

蛋白激酶是植物逆境防御机制中重要的核心成分,植物蛋白激酶SnRK2是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,可通过磷酸化途径在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。分析草地早熟禾蛋白激酶基因SnRK2.4在非生物胁迫下的表达规律,旨在揭示其在逆境调控中的作用,以优质的冷季型草坪草草地早熟禾为试材,利用RT-PCR方法克隆得到SnRK2.4基因,其包含一个1 092 bp开放阅读框区,编码363个氨基酸序列,利用生物信息学分析其分子特征,并采用实时荧光定量PCR方法观测不同组织部位、非生物胁迫下该基因表达模式。结果表明,草地早熟禾SnRK2.4属于SRK/SAPK 家族,包含典型的STKc_SnRK2结构域,酪氨酸激酶磷酸化位点、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性位点等功能域,其与二穗短柄草同源性最高。实时荧光定量PCR结果表明,草地早熟禾SnRK2.4基因表达水平存在组织特异性,穗部表达量最高,根、茎、叶中无显著差异,草地早熟禾SnRK2.4基因积极响应干旱、盐、低氮、低磷、ABA、BR等非生物胁迫。

为探究不同类型超级稻动态株型特点及差异,为华南稻区超级稻育种和栽培提供理论指导,选用华南稻区4个超级杂交稻组合、2个超级常规稻品种和2个优质超高产常规稻为供试材料,于秧苗期、分蘖盛期、幼穗第二次枝梗原基分化期、始穗期和成熟期,考查株叶形态、单位面积干物质量及产量。结果表明,供试材料的株高、单株平均茎蘖数、叶片形态、单位面积干物质量和产量构成因素等5个方面动态株型指标具有明显的季节生态特点。在生长发育前期和中期,除上部3片功能叶的开张角度外,其他各项指标超级杂交稻组合均显著高于超级常规稻品种。单位面积有效穗数、穗粒数、千粒质量、经济系数和单位面积产量,杂交稻组合显著高于常规稻品种;但是常规稻品种的穗长和结实率极显著高于杂交稻组合。因此,早晚兼用型优质超高产水稻育种的动态株型构建,要求苗期早生快发、中后期生物产量大、成熟期收获指数高,其中常规稻品种需要培育品种早生快发特性、提高生物产量、保持高结实率的前提下适当提高千粒质量和穗粒数,杂交稻组合则要进一步提高结实率。

为了探究水稻油菜素内酯不敏感1相关受体激酶1前体物质OsBAK1P对水稻相关农艺性状的影响。通过以中花11粳稻品种为材料,根据基因所设计的特异性引物从水稻穗部cDNA中扩增得到CDS片段大小为651 bp的目的序列片段;通过酶切酶连的方法成功构建了PTCK303-OsBAK1P过表达载体和PTCK303-OsBAK1P RNA干扰载体;用农杆菌EHA105菌株转化表达正确的载体质粒并利用基因CDS扩增引物检测菌落筛选出阳性农杆菌克隆;再利用农杆菌遗传转化法侵染中花11粳稻品种的愈伤组织从而获得转基因植株;最后,相比较于中花11挑选2个表型相似的过表达、RNA干扰的T₁转基因植株测定并分析株高、穗长、叶夹角等农艺性状的变化和萌发初期的根长、胚芽鞘长度的变化以及对芸苔甾内酯(BL)的响应程度。结果表明,OE-OsBAK1P转基因水稻植株株高矮化,穗长变短,叶片夹角下降,种子萌发后根长增长而幼苗长度缩短,叶片对BL的响应不敏感;而RNAi-OsBAK1P转基因水稻植株株高增加,穗长变长,叶片夹角增加,种子萌发后根长缩短而幼苗长度增长,叶片对BL的响应敏感。综上,这些结果为改变水稻植株结构进而增加籽粒产量提供理论支持并可能为后续研究OsBAK1和前体物质OsBAK1P的其他功能提供参考。

播期和密度是影响玉米产量的2个关键因素。为明确不同玉米品种在黄淮海地区对夏播播期和密度的响应特征,以中农大788和科河699为试验材料,设置6月10日、17日、24日3个播期,以及67 500(A),75 000(B),82 500(C)株/hm² 3个播种密度,调查其生育进程、形态指标、产量及产量构成因素。结果表明,随着播期推迟,玉米吐丝前的生育进程加快,籽粒灌浆期延长,第3播期(6月24日)的籽粒无法正常成熟。晚播(第3播期)相较于早播(第1播期即6月10日),中农大788穗位高和科河699株高、穗位高均显著增加,2个品种茎粗均显著减小;2个品种空秆率和倒伏率均随播期推迟而增加;中农大788主要由于千粒质量降低,导致产量降低21.8%,科河699穗数、穗粒数、千粒质量均显著降低,导致减产41.3%。密度C较密度A,2个品种株高、穗位高、空秆率、倒伏率均显著增加,茎粗则显著减小。中农大788在密度B获得最大产量且显著高于密度A,分别为12 450,11 097 kg/hm²。随密度增加科河699空秆率增加,导致穗数并未显著增加,穗粒数减少,密度C较密度A产量显著降低,分别为7 548,9 464 kg/hm²。播期密度互作仅对倒伏率有极显著影响,对植株形态指标、空秆率、产量及产量构成因素影响不显著。综合来看,中农大788平均产量高于科河699,前者在晚播和高密条件下空秆和倒伏率低,产量更稳定。实际生产中,夏玉米应尽量早播,晚播可通过选择适宜的品种减少产量损失,选育耐密品种是增密增产的关键。

为了筛选出适宜晋东南地区种植的最佳旱地番茄轮作作物,设置番茄轮作玉米(LVZm)、西葫芦(LVCp)、花生(LVAh)、葱(LVAf)、秋葵(LVAe)、黄瓜(LVCs)以及番茄连作(LLLe,CK)7种模式处理,测定后茬番茄品质指标(可溶性糖、有机酸、糖酸比、硝酸盐、Vc、可溶性蛋白、可溶性固形物、番茄红素)、产量指标(单果质量、产量)以及根际土壤真菌ITS1区域土壤微生物群落结构和多样性变化。结果表明,子囊菌是7个处理中的优势菌门,其余菌的种类与丰度存在较大差异;LVCs、LVZm、LVAh、LVAe这4种轮作模式可提高土壤真菌多样性指数,而LVCp轮作模式会降低土壤真菌多样性指数。LVZm轮作模式口感较佳;LVAe轮作模式、LLLe(CK)连作模式的Vc含量最高;可溶性蛋白含量没有显著差异;可溶性固形物含量以LLLe连作模式、LVCp轮作模式较高;LVCp轮作模式番茄红素含量最高;LVAe轮作模式硝酸盐含量最高。LVAe、LVCp轮作模式产量较LLLe(CK)显著提高,且LVCp轮作模式单果质量较LLLe(CK)显著增加。主成分分析(PCA)结果表明,不同作物轮作品质、产量综合得分从高到低为LVCp>LVAe> LLLe> LVAh>LVAf>LVZm>LVCs。综上所述,不同作物的轮作会改变土壤真菌群落结构,影响真菌多样性及后茬番茄品质与产量,综合各因素认为,西葫芦、秋葵是较为适宜晋东南地区番茄生长的优势轮作作物。

为了探索马铃薯小G蛋白StRab5b与花青素合成之间的关系,利用农杆菌介导的遗传转化,将StRab5b基因在马铃薯中超表达后,研究StRab5b基因对马铃薯花青素含量和PAL 活性的影响。结果表明,超表达StRab5b基因显著增加了马铃薯叶片、茎段和薯块中的花青素含量。与对照相比,转基因马铃薯植株StRab5b-L2、StRab5b-L3和StRab5b-L5叶片花青素含量分别增加了42%,24%,54%,茎段中花青素含量分别增加了59%,37%,32%,薯块中花青素含量分别增加了118%,82%,105%;同时,StRab5b基因对植物花青素合成关键酶PAL活性也有促进作用,与对照相比,转基因马铃薯植株StRab5b-L2、StRab5b-L3和StRab5b-L5叶片PAL活性分别增加了88%,63%,66%,茎段中PAL活性分别增加了48%,38%,31%,薯块中PAL活性分别增加了98%,78%,64%。综上所述,小G蛋白StRab5b通过调控PAL活性,增加了马铃薯中花青素的含量。

为建立莴苣品种DNA分子快速鉴定技术体系,选择8个表型差异大、不同类型的莴苣品种,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳从245对引物中初筛出81对引物,对初筛引物添加荧光标记,另选择90个有代表性的莴苣品种,利用毛细管电泳复筛出22对核心引物,依据扩增片段大小为各引物选择了相应的参照样品,采集了233个莴苣品种的DNA指纹数据。结果表明,22对核心引物在233个莴苣品种中共检测到269个等位基因,每对引物检测到等位基因为4~22个,平均为12.23个,PIC值为0.37~0.89,平均为0.73。聚类分析结果表明,233个供试品种主要划分为茎用和叶用两大类群,叶用类群中结球莴苣聚成一类,半结球莴苣趋于聚成一类,散叶莴苣难以聚成一类。对核心引物未能区分开的6组15个品种进行田间种植对比鉴定,3对品种表型性状无明显差异被判定为相同品种,表型性状有明显差异的品种大部分性状表达状态相同或相近,为近似品种,表明分子指纹聚类结果与基于表型的分类结果基本一致。此外,8组24个同名品种均能从分子上进行区分。利用筛选出的22对核心引物构建了233个莴苣品种的指纹数据库,建立了通用于茎用莴苣和叶用莴苣的品种鉴定技术体系,可用于莴苣品种和种质资源快速鉴定、遗传多样性分析和DUS测试辅助筛选近似品种等工作。

旨在分析滩羊与杜泊羊和小尾寒羊肉品质变化和肌肉内基因的表达情况,初步揭示它们肉质性状差异的分子机理,为其他绵羊品种选育与改良提供理论依据。通过对8月龄杜泊羊、滩羊和小尾寒羊的肉品质分析比较,并采用Illumina HiSeq^TM 4000平台对背最长肌组织进行转录组测序和分析,挖掘它们肉质性状差异的相关调控基因。结果显示:共筛选出820个差异表达基因,其中杜泊羊与滩羊之间99个,杜泊羊与小尾寒羊之间436个,滩羊与小尾寒羊之间552个。对差异基因进行GO功能富集分析结果显示,各比较组分别显著富集在224,517,657个GO条目中;KEGG通路富集分析表明,DEGs富集在cAMP、MAPK、AMPK、嘌呤代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸和脂肪酸代谢以及糖酵解/异生等信号通路,进一步筛选出FOS、PLA2G4E、LPIN1、AMPD1、AMPD3、NT5C1A、GPI、PFKM和PKM等与肉品质调控和风味物质代谢有关的候选基因。对随机挑选的几个差异基因进行实时荧光定量PCR验证,结果显示,与转录组测序结果表达趋势一致,说明测序结果可靠,研究获得的这些差异基因可作为宁夏优质肉羊新品种(系)培育的基础资料。

为探明糯小麦籽粒淀粉组分和理化特性对灌水的响应,在大田条件下,采用裂区设计,主区为2个糯小麦品种(临糯88,软质;晋麦99号,硬质),副区为3种灌水处理(S₁,越冬水;S₂,越冬水+拔节水;S₃,越冬水+拔节水+灌浆水),同时以不灌水作为CK,分析灌水对2个糯小麦籽粒产量、淀粉含量、淀粉组分、粒径分布、面粉糊化特性及品质的影响,并对其进行相关性分析。结果表明,随灌水次数增加2个糯小麦品种籽粒产量及其构成因素均提高,2 a平均S₃处理下较S₁和S₂处理下临糯88分别增产 63.59%和 9.02%,晋麦99号分别增产 64.15%和 6.95%;S₂处理下2个糯小麦品种淀粉含量均最高,临糯88、晋麦99号较CK分别提高1.75,5.54百分点;临糯88支链淀粉含量随灌水增加先升后降,S₂处理显著高于其他处理,晋麦99号支链淀粉含量随灌水增加而降低,S₁处理显著高于其他处理;淀粉直/支则与之相反。供试品种淀粉粒的粒径分布为1.0~45.7 μm,其数目分布呈单峰曲线变化,体积和表面积分布均呈双峰曲线变化,随灌水次数增加,B型淀粉粒数目先升后降,面粉糊化温度先降后升,峰值时间前移,但均以S₂灌水处理最显著;蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值均随灌水次数增加而降低。本试验条件下,灌越冬水+拔节水在稳产的同时,可提高临糯88的淀粉含量、B型淀粉体积比例,降低淀粉直/支比;灌越冬水+拔节水+灌浆水在高产的同时,可降低晋麦99号的淀粉直/支比,改善硬质糯小麦的糊化特性。灌水能有效调控糯小麦籽粒淀粉组分和粒度分布,从而改变了淀粉的理化性质。

CYP79B2是拟南芥中调控生长素合成的有关基因,通过克隆普通白菜CYP79B2的同源基因BrcCYP79B2-1,分析其在不同组织及时期的表达情况,研究其对普通白菜春化开花的调控作用机理,旨在为后续普通白菜生长素编码基因的功能验证奠定理论基础。通过qRT-PCR方法从普通白菜中克隆到CYP79B2的同源基因,命名为BrcCYP79B2-1,利用生物信息学方法对其蛋白的结构、理化性质和亲缘关系进行分析,并利用qRT-PCR方法分析其在普通白菜中不同组织和生育期的表达量。结果表明,BrcCYP79B2-1基因编码序列全长为1 623 bp,编码540个氨基酸;对其蛋白质的理化分析结果表明,蛋白质分子质量为60.849 73 ku,理论等电点为8.71。与其他物种的氨基酸序列进行比对发现,BrcCYP79B2-1在十字花科植物中高度保守,且与芜菁同源性最高,达99.52%;采用qRT-PCR分析普通白菜不同器官的表达量发现,BrcCYP79B2-1在根中的表达量最高,在叶中次之,而在花蕾中的表达量最低;分析幼苗在低温处理0,10,15,16 d的表达发现,BrcCYP79B2-1在低温处理第10天,即营养生长期的表达量达到峰值,而在花芽分化期的表达量有所降低,说明该基因的表达与低温春化有关,可以影响花芽分化。

为探讨花期低温对甘蓝型油菜生长发育及生殖器官发育的影响,以甘蓝型油菜GZ恢(抗冬季寒冷强)和10B(抗冬季寒冷弱)为材料,于初花期在人工气候室进行低温(白天14 h,12 ℃;夜晚10 h,2 ℃)胁迫,设置5个处理时间:1,2,3,4,5 d,正常生长环境(白天14 h,22 ℃;夜晚10 h,18 ℃)为对照,测定了低温胁迫下植株苔茎叶和下部叶生理指标以及不同大小花蕾开放后的花粉活力和柱头可授性。结果表明:两材料在低温处理后植株叶片均表现轻微萎蔫,所有处理植株无明显受损;低温处理后叶片各生理指标变化比较复杂,以过氧化物酶(POD)敏感,多表现为显著升高,下部叶较苔茎叶升高更多,10B较GZ恢升高幅度大。渗透调节物质以可溶性糖(SS)含量变化明显,GZ恢显著增加。丙二醛(MDA)含量显著增加,10B较GZ恢升高更多,下部叶和苔茎叶两材料表现不尽一致。低温处理对两材料大于6.0 mm的花蕾花粉活力受影响均很小。小于3.0 mm的花蕾,胁迫4 d以上后期发育停止最终死亡,胁迫2~3 d花粉活力显著下降,且花蕾越小,花粉活力随处理时间增长降低越多。小于6.0 mm的各级花蕾受低温胁迫后,GZ恢花粉活力多高于10B,以3.0~6.0 mm的花蕾差异明显,因此,认为3.0~6.0 mm花蕾可作为鉴定不同品种花期耐低温指标。柱头可授性表现与花粉活力趋势一致,大于3.0 mm的花蕾低温处理3 d以内柱头可授性不受影响,处理4 d以上柱头可授性降低;小于3.0 mm的花蕾,低温处理3 d以内柱头可授性不同程度降低。这些结果表明,在植株遭受低温胁迫后,小于3.0 mm的花蕾对低温较为敏感,导致花粉活力和柱头可授性降低,甚至败育。

为研究成都平原油菜-水稻轮作体系下不同秸秆用量对土壤活性有机碳组分及碳循环酶活性的影响,于2017—2020年开展连续3 a的田间定位试验,分析秸秆不还田对照(CK)、常规化肥(NPK)、常规化肥+1/2量秸秆(SR1)、常规化肥+全量秸秆(SR2)、常规化肥+2倍秸秆(SR3)5个处理下土壤理化性质、活性有机碳组分含量、碳循环酶活性及其相互间的相关性。结果表明:相比试验前,秸秆还田能有效改善土壤理化性状,提高土壤速效氮、磷、钾等养分含量;与CK处理相比,秸秆还田处理的土壤有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳以及微生物量碳含量分别显著提升了5.05%~8.55%,18.40%~36.80%,35.76%~66.93%,27.20%~52.10%,且均表现为秸秆用量越大活性有机碳组分含量越高。另一方面,与CK和NPK处理相比,3个秸秆还田处理土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性均显著提升;其中SR2处理下的土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶活性值最高,比SR1处理分别显著高出16.25%,8.49%,14.69%,SR3处理下的过氧化氢酶活性最高,比SR1处理显著高出25.10%。相关性分析可知,土壤SOC、活性有机碳组分及碳循环酶活性之间均呈现显著正相关。由此可见,在成都平原稻-油轮作体系下,实行全量秸秆还田是提高土壤活性有机碳组分含量及碳循环相关酶活性、促进土壤质量正向提升的最佳选择。

为探究滴灌水肥一体化条件下施氮量和施氮时期组合对夏玉米穗位叶叶片光合特性、衰老特性、籽粒灌浆特性及产量的影响,选用夏玉米品种郑单958为试材,设置了210 kg/hm²条件下,拔节期、大喇叭口期和开花期追肥处理(A1),拔节期、大喇叭口期追肥处理(A2),拔节期、开花期追肥处理(A3);180 kg/hm²条件下,拔节期、大喇叭口期和开花期追肥处理(A4),拔节期、大喇叭口期追肥处理(A5),拔节期、开花期追肥处理(A6);并设置传统畦灌为对照(CK),总施氮量为240 kg/hm²,CK1在拔节期一次性追施氮肥,CK2在拔节期和大喇叭口期分别追施氮肥,共计8个处理。结果表明,A1、A4处理与CK1相比,在夏玉米生育后期维持了LAI、SPAD值的同时,亦显著提高了抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性,且有效抑制了过氧化物MDA的含量,从而延缓了其叶片的衰老进程,保护了叶片细胞功能结构。因此,该处理下的夏玉米在其生育后期维持了高效的光合特性,促进了籽粒灌浆速率,进而增加了穗粒数和千粒质量,使得玉米产量得以显著提高。A1和A4处理产量差异不显著,但A4相比A1施氮量降低14.3%,减少了氮肥的投入,节约了投入成本,为试验的推荐处理。

为了挖掘雄性不育种质资源,鉴定雄性育性基因,为玉米雄性不育化制种提供基础材料。以玉米雄性不育突变体x50为试验材料,研究突变体雄性不育表型,构建x50与自交系Mo17的F₁和F₂群体,确定突变体x50雄性不育性状的遗传模式。以F₂群体为材料,应用图位克隆技术定位雄性育性基因X50,通过基因等位性测验确定候选基因。结果显示,与野生型相比,雄性不育突变体x50花药不能从颖壳露出,花药体积较小且萎蔫,无成熟花粉粒形成。F₁群体植株均表现为雄性可育,F₂群体植株出现雄性育性分离,可育植株与不育植株分离比例符合3∶1,说明突变体x50不育性状受1对隐性核基因控制。通过图位克隆方法将雄性育性基因X50定位于玉米第2染色体分子标记2-4901与2-4963之间,物理区间为237.42~241.39 Mb。定位区间内候选基因分析发现,区间存在玉米雄性不育基因ZmMs33。以ms33纯合突变体ms33-6029和ms33-6052分别与x50杂合型+/x50杂交,杂交后代可育植株与不育植株分离比例符合1∶1,表明x50是ZmMs33基因一个等位突变体。玉米雄性不育突变体x50的鉴定为玉米杂交种子生产和ZmMs33基因功能研究提供了种质材料。

潞玉13是由山西农业大学谷子研究所育成的优良玉米品种。该品种抗旱性好、耐逆性强,社会效益显著。为比较杂交种潞玉13亲本1572和海921抗旱耐逆特性,采用20% PEG模拟干旱对潞玉13杂交种及双亲种子的萌发和幼苗生长相关参数进行了比较,结果表明,在正常条件下,潞玉13、1572和海921发芽参数无显著差别,但干旱条件下的发芽率、发芽势、发芽指数、萌发抗旱指数均受到抑制,而海921受抑制程度显著高于1572和潞玉13,揭示1572种子活力明显高于海921,在干旱胁迫下有较高的发芽率和发芽优势,对干旱有较强的适应能力。随后选取逆境应答关键基因ZmCIPK16和ZmSAM1,用荧光实时定量PCR方法研究它们在1572和海921自交系苗期不同非生物逆境胁迫以及不同生育期干旱胁迫下的表达情况,结果显示,ZmCIPK16和ZmSAM1广泛参与了1572和海921苗期干旱、盐、低温、高温和ABA以及在不同生育期的干旱应答,相比较在自交系1572中能更积极参与对干旱等逆境的响应。这些结果揭示自交系1572是优良的抗旱耐逆种质,可能在杂交种潞玉13抗旱耐逆方面贡献大于自交系海921。

为探究CaMADS6表达量与辣椒花器官发育之间的关系,以辣椒不育系9704A和保持系9704B为试验材料,克隆CaMADS6进行生物信息学预测,并分析该基因在两系中的时空表达特性。结果表明,从9704A和9704B中克隆得到的CaMADS6编码区序列一致,序列长744 bp,编码247个氨基酸残基。CaMADS6蛋白相对分子量为28.67 ku,理论等电点为8.98,为亲水性蛋白,无跨膜结构,二级结构中α螺旋占57.49%、延伸链占8.91%、无规则卷曲占28.74%。CaMADS6与辣椒CaFUL2同源性100%,蛋白结构域具有典型的MADS-box特征;CaMADS6在两系各发育时期不同器官中均有表达,表达量大小均为花蕾中最高、其次为叶和茎,根中几乎不表达。9704A茎中CaMADS6表达量在苗期、花蕾期和成株期3个发育时期中均显著低于9704B茎中的表达量,叶中CaMADS6表达量在成株期极显著低于9704B叶中表达量。花蕾中CaMADS6表达量在花蕾期和成株期均极显著高于9704B花蕾中表达量,分别为9704B的2.2,3.5倍;CaMADS6在两系植株花器官不同部位均能表达,表达量由大到小依次为花萼、花冠、子房、花药,其中9704A花萼和花冠中CaMADS6表达量极显著或显著低于9704B,分别为9704B花萼、花冠中CaMADS6表达量的66%,83%,花药中CaMADS6表达量为9704B表达量的34倍,两者差异极显著,推测CaMADS6基因在花药中的异常表达与辣椒雄性不育密切相关。

为了探究夏玉米粒位效应对增密的响应及其碳氮代谢特征,2020—2021年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站,通过设置不同密度处理(PD1:6.0万株/hm²;PD2:7.5万株/hm²;PD3:9.0万株/hm²)的大田试验,研究了增密对玉米不同粒位籽粒灌浆与碳氮代谢生理特征的影响。结果显示,增密对弱势粒灌浆影响较为明显,其灌浆速率和粒质量差异呈现时间分别自授粉后20~25 d和30~35 d开始。弱、强势粒粒质量比随着种植密度的增加明显降低,与PD1相比,PD3处理的弱、强势粒粒质量比平均降低8.45%。增密明显降低了单株干物质积累量,主要归因于花后干物质积累量的明显降低。通过对弱、强势粒碳氮代谢生理相关指标的分析表明,增密加剧了玉米弱、强势粒间淀粉和蛋白含量差异,同时也加剧了玉米灌浆中期弱、强势粒间蔗糖磷酸合成酶(SPSase)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGase)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性的差异,这主要与增密明显降低弱势粒SPSase、ADPGase和GS活性有关;综上所述,增密通过明显降低弱势粒灌浆充实而加剧玉米的粒位效应,增密限制玉米弱势粒灌浆一方面与其降低花后干物质积累有关;另一方面与其明显影响弱势粒碳氮代谢酶SPSase、ADPGase和GS活性密切相关。

为了研究芍药ACS基因的功能,应用RACE技术从芍药切花品种桃花飞雪中克隆了PlACS基因cDNA序列,利用生物信息学方法对其编码的蛋白质进行了综合分析;以pET32a为骨架,构建了PlACS基因的原核表达载体,建立了PlACS蛋白高效的原核表达体系。结果表明,PlACS cDNA全长1 752 bp(GenBank登录号JX512359),共编码492个氨基酸,具有7个保守结构域及活性位点K₂₇₈;分子进化分析表明,PlACS和牡丹ACS亲缘关系最近;二级结构预测发现,PlACS蛋白由α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲组成,四者比例分别为40.04%,16.26%,6.91%和36.79%;同源建模显示,PlACS蛋白以同源二聚体形式存在。PlACS蛋白最佳诱导表达条件为基因工程菌菌体密度A₆₀₀达0.2时,在菌液中加入终浓度为0.1 mmol/L的IPTG,在37 ℃诱导2 h。PlACS重组蛋白高效原核表达体系为后续通过变复性获得有生物学活性的PlACS蛋白及其酶学功能鉴定奠定基础。

前期通过矮秆高粱和本地玉米远缘杂交成功选育出矮秆dwarf-12,经过前人研究该矮秆基因可能由br2控制,由于无不良性状,为了利用、发掘优良的矮秆自交系,又将dwarf-12和本地白玉米杂交,选育出优良矮秆自交系d8227,前人将得到的矮秆玉米材料d8227经过与不同高度的玉米组合,鉴定出具有较好的配合力,为增加矮秆玉米种质资源,提高玉米产量,对其进行深入的研究。以d8227和dwarf-12为研究材料,比较矮秆亲本和子代之间的主要农艺性状差异,观察茎秆细胞学差异;用d8227和4个不同背景自交系进行遗传交配设计,分析矮秆基因的遗传模式;构建定位群体,用BSA方法,进行高通量测序,对矮秆基因进行初步定位,并对定位区间已知的矮秆材料进行等位性鉴定,明确目标基因与已知基因的关系。结果表明,d8227株高比亲本株高增加9.35%,穗位增加31.50%,d8227叶片减少,茎节长度增加,d8227的穗质量、行粒数、百粒质量、穗长、粒深比dwarf-12增加52.21%,5.26%,23.76%,6.93%,12.02%;利用石蜡切片方法,用显微镜观察d8227和dwarf-12穗上、穗位、穗下的横切、纵切细胞特征,d8227纵切细胞排列松散,细胞明显伸长;dwarf-12细胞排列有规则、紧凑,经过测量细胞面积,d8227穗位、穗下细胞面积显著高于dwarf-12,这主要是由于d8227细胞伸长导致。通过遗传分析,矮秆基因为隐性单基因,基因初步定位,将矮秆基因定位于1号染色体190~215 Mb,选取区间已经定位的矮秆玉米进行等位性鉴定,2 a种植结果表明,d8227与123d、Na360不是等位基因,可能与125d、123d为等位基因,需要后续精细定位和深入研究。综合来看,d8227是一个性状优良的中等矮秆材料,具有育种潜力,但还需进行精细定位等深入研究来判断其利用价值。

为了解香瓜茄果实主要类黄酮成分以及不同栽培种间类黄酮物质的代谢差异,以我国当前主栽的淡椭圆形果实(LOF)和甜圆形果实(SRF)2个香瓜茄栽培种类型为对象,对成熟果实进行转录组和代谢组联合分析。结果表明,香瓜茄果实中类黄酮组分共鉴定出9类二级代谢产物,41种三级代谢产物,黄酮醇含量最高。具有显著差异的代谢物有21种,主要分布在黄烷醇类、黄酮碳糖苷等6类二级代谢物质中。LOF的二氢黄酮、黄烷醇类、异黄酮的含量高于SRF,而黄酮醇等其他类黄酮化合物则在SRF中含量较高。RNA-seq分析共鉴定出与类黄酮代谢相关的基因503条,其中类黄酮合成通路上游的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、黄烷酮-3-羟化酶(F3H)等关键基因表达在LOF中较SRF均上调,而黄酮醇合成酶基因(FLS)表达则在SRF中高于LOF。根据转录组的结果,4个类黄酮合成酶的表达趋势与RT-PCR的检测结果一致。研究结果表明,在不同香瓜茄资源LOF和SRF中存在大量的类黄酮化合物及其合成酶基因,但不同类黄酮成分及其合成代谢相关酶在不同资源含量均存在差异。

为发掘小麦品质性状相关数量性状位点(QTL),以小麦骨干亲本百农AK58和碧蚂4号衍生的包含248个株系的重组自交系群体为材料,利用4个环境获得的蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量、沉降值和延伸性等品质参数及已构建的单核苷酸多态性(SNP)高密度遗传连锁图谱进行QTL定位。通过完备区间作图法共检测到60个品质性状相关QTL,分布于除6B以外的20对小麦染色体上。有21个QTL可以在2个或2个以上环境中被检测到,其中15个QTL的增效基因来自百农AK58,6个QTL的增效基因来自碧蚂4号。4A染色体上116.4~139.0 cM(629.36~701.53 Mb)是一个QTL簇,该区段同时定位了与蛋白质含量(QGpc.his-4A-2)、湿面筋含量(QWgc.his-4A-2)、沉降值(QSv.his-4A)和延伸性(QEx.his-4A)相关的QTL。分析重组自交系群体中1BL/1RS易位对品质性状的影响,发现1BL/1RS易位有助于提高籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值,对淀粉含量有一定的负效应,推测1BL/1RS易位系对品质性状的作用可能和其遗传背景相关。

传统的分子标记辅助育种技术只对含有大效应基因的性状有效,很难对受微效多基因控制的数量性状进行遗传改良。后来于2001年出现的全基因组选择技术利用高密度分子标记对个体的育种值进行估算,能获得很高的预测准确性,有效解决了微效多基因控制下的复杂性状改良的难题。该技术现已被美国、加拿大、澳大利亚、德国和法国等成功应用于奶牛、猪、羊、玉米、小麦等动植物数量性状的遗传改良,是对传统育种技术的重大革新,也是目前研究与应用的热点。综述了影响全基因组选择准确性的因素和该技术在国内外玉米、小麦、水稻和油菜育种研究中的进展,最后讨论了该技术在应用中存在的问题,以期为未来的作物全基因组选择育种提供参考。

为探索豫北潮土地区适宜的耕作模式,在2016-2019年小麦季设置3 a一周期的5种耕作模式组合,即连续旋耕(RT-RT-RT)、深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT)、深耕-旋耕-条旋耕(DT-RT-SRT)、深耕-条旋耕-条旋耕(DT-SRT-SRT)和深耕-条旋耕-旋耕(DT-SRT-RT),测定并分析不同耕作模式下小麦生育期光合特性、土壤速效养分含量及籽粒产量。结果表明,与RT-RT-RT相比,轮耕处理的小麦光合特性有所改善,净光合速率、气孔导度以DT-SRT-RT处理较佳,平均增幅分别为10.85%,7.83%;DT-SRT-RT叶绿素含量的增加随生育期的推进逐渐明显,在灌浆期较RT-RT-RT 显著提高16.52%;与RT-RT-RT相比,轮耕处理提高了0~50 cm土层土壤速效氮、磷、钾含量。此外,DT-SRT-RT小麦穗数、穗粒数、千粒质量和产量均高于RT-RT-RT,较RT-RT-RT增产14.64%。相关分析表明,小麦净光合速率与小麦产量呈正相关,在开花期达极显著水平;表层土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量总体上均与小麦产量呈显著正相关。总的来说,在豫北潮土地区,实施轮耕可提高小麦生育期光合速率、土壤速效养分含量和产量及其构成因素,其中以DT-SRT-RT效果最佳。

为探究不同干旱胁迫时间处理下,二倍体马铃薯材料对干旱胁迫响应的分子机制,挖掘抗旱相关基因。以高抗旱二倍体资源A90为试验材料,利用转录组测序技术对PEG-6000胁迫下不同时间的差异表达基因进行分析,通过GO富集、KEGG通路分析与转录因子预测参与马铃薯干旱胁迫响应的差异表达基因,初步挖掘抗旱调控关键基因;并通过RT-qPCR对3个抗旱候选基因进行逆境胁迫表达分析。结果表明:A90在20%PEG-6000胁迫处理3,6,24 h与对照相比,共有2 519个差异表达基因,这些基因主要富集在植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢、苯丙烷生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化等抗旱相关过程中。并且显著富集在通路上的340个共差异表达基因中有53个基因注释到了RLKs、AP2/ERF和Tify等15个转录因子家族中,其中StST/K1、StERF1和StTify1的表达量较高,有可能是抗旱调控关键基因。基因StST/K1和StERF1受到干旱和低温胁迫主要在材料的根和叶中上调表达,基因StERF1在盐胁迫下在材料的根、茎和叶中均上调表达;基因StTify1在受到干旱在材料的茎和叶中上调表达,受到盐胁迫在材料的根、茎和叶中均上调表达,但在低温胁迫下只在材料的茎中下调表达。由此说明,筛选出的3个基因均能够对干旱、盐和低温胁迫产生响应,可为今后马铃薯抗旱分子育种中相关抗旱候选基因研究提供一定的理论基础。

为降低青梗菜硝酸盐含量,在采收前对其进行断营养处理。生理分析发现,断营养5 d青梗菜产量无明显变化,但根、叶柄和叶片的硝酸盐含量分别降低了49.77%,23.90%,33.39%。转录组比较发现,断营养5 d青梗菜根、叶柄和叶片分别鉴定出301,2 270,2 271个差异表达基因(DEGs)。基因本体论(GO)分析表明,这些DEGs均主要富集在氮(N)代谢、碳(C)代谢和活性氧(ROS)代谢过程中。在N代谢过程中,根、叶柄和叶片硝酸盐摄取转运蛋白NPF7.2基因下调表达;叶柄和叶片NPF7.2的上游调控因子ERF104下调表达;叶片硝酸盐再转运蛋白NPF2.13和NPF1.1基因上调表达;根和叶片硝酸盐同化关键酶谷氨酰胺合成酶(GS)基因上调表达。在C代谢过程中,叶柄和叶片蔗糖合成关键酶磷酸蔗糖合酶(SPS)基因上调表达。在ROS代谢过程中,根的超氧化物歧化酶(SOD)基因和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因上调表达;叶柄和叶片细胞色素P450、过氧化物酶体和脂肪氧化酶下调表达;叶片过氧化氢酶(CAT)基因和过氧化物酶(POD)基因上调表达。综上,在青梗菜采收前5 d进行断营养处理,不仅可以保证产量不受影响,还可以降低硝酸盐含量,提高品质。

为了研究腐植酸在葡萄上的应用方法,探明腐植酸等碳替代有机肥的最佳比例,连续2 a采用小区试验以纯化肥施肥模式为对照(CK处理),在农民习惯施肥(FFP处理)的基础上,设置3个腐植酸等碳替代有机肥比例:10%碳量替代(T1处理)、20%碳量替代(T2处理)、30%碳量替代(T3处理),研究其对葡萄产量、品质、土壤养分等指标的影响,采用主因素分析的方法筛选最佳的替代比例。结果表明,连续2 a T2处理的产量最高,但与T3处理无显著差异。T1、T2、T3处理单穗质量和单粒质量显著高于CK处理,但与FFP处理无显著差异;综合来看,腐植酸替代有机肥处理的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量均优于其他处理。通过相关性分析可知,土壤速效钾、有机质、酸性磷酸酶与葡萄产量呈极显著正相关。土壤有效磷、速效钾、有机质、酸性磷酸酶均与葡萄的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量呈极显著正相关,说明腐植酸等碳替代有机肥是通过调控上述土壤指标以实现葡萄增产提质;通过主因素分析可知,2019,2020年均有2个特征值大于1的主因素,2个主因素方差累积贡献率达到88.864%~91.470%,且T2处理连续2 a综合得分最高。综合来看,采用腐植酸等碳量替代20%的有机肥为最佳比例。

为明确杜梨赤霉素受体(GID1)的生物学功能,以杜梨为试材,通过同源克隆方法得到PbGID1s基因,利用生物信息学分析软件构建基因结构并设计靶位点;利用酶切-连接方法将带有靶点的sgRNA表达盒构建至CRISPR/Cas9表达载体上;通过农杆菌介导方法,将CRISPR/Cas9表达载体转化至杜梨子叶中。结果表明,在杜梨基因组中克隆得到4个PbGID1s,分别命名为PbGID1b-1、PbGID1b-2、PbGID1c-1、PbGID1c-2,基因结构分析显示该家族基因均由2个外显子和1个内含子组成;氨基酸序列比对发现,PbGID1s均具有GID1家族所特有的HGG和GXSXG保守结构域;将含有5个靶位点的sgRNA表达盒成功构建至pYLCRISPR/Cas9P_35S-N植物表达载体上,可同时对该家族4个基因进行编辑;杜梨遗传转化试验结果表明,共计浸染595粒杜梨子叶,获得抗性芽176个,阳性植株33株,转化效率达到5.55%。成功构建了可以同时靶向杜梨PbGID1s家族基因的CRISPR/Cas9载体,通过农杆菌介导,成功将该载体转化至杜梨子叶,并获得阳性植株。

为探究北方冬麦区小麦品种春化基因组成与冬春性的关系,以北方冬麦区271份小麦主栽品种为试验材料,通过分子标记对4个主效春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1和Vrn-B3的组成和分布进行检测,并在海南省三亚市观察田间抽穗情况,同时结合资料记载调查其冬春性特性。分子标记检测结果显示,4个显性等位基因中Vrn-D1(占27.7%)在供试品种中分布频率最高,且呈现由南向北逐渐降低趋势;显性等位基因Vrn-B1在该麦区小麦材料中分布频率较低(占3.0%);所检测材料中均不含显性等位基因Vrn-A1和Vrn-B3;该麦区小麦春化基因组合主要为vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3。通过对供试小麦材料进行冬春性分析,发现部分含有显性等位基因Vrn-D1的材料需要春化才能开花结实,而包含显性等位基因Vrn-B1的小麦材料对春化的需求明显较弱。4个显性春化基因中,只有显性等位基因Vrn-D1和Vrn-B1在所检测的北方冬麦区小麦品种中有分布,且显性等位基因Vrn-B1对小麦春化发育特性的作用强于Vrn-D1。

为探明多穗型与大穗型品种穗粒特征形成的规律,提高水稻产量,以多穗型品种岳优9113(Y9113)和大穗型品种天优华占(TYHZ)、五丰优T025(WT025)为试验材料,在常规大田试验条件下开展试验,探明多穗型与大穗型品种幼穗分化阶段主茎茎鞘、主茎功能叶和主茎幼穗各器官的碳氮代谢特征及产量构成差异。结果表明:大穗型品种的主茎茎鞘、功能叶和幼穗的碳代谢关键酶活性(SPS和AMS)、氮代谢关键酶活性(NR和GS)、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量在幼穗分化主要阶段均呈现出高于或显著高于多穗型品种的现象。其中在第2次枝梗及颖花原基分化期(粒数迅速增加),五丰优WT025的功能叶可溶性蛋白含量、幼穗的可溶性糖含量和GS活性较岳优9113分别显著高6.77%,35.07%,20.10%,天优华占的主茎茎鞘SPS活性和幼穗GS活性较岳优9113分别显著高46.72%和7.81%;在花粉母细胞减数分裂期(颖花易发生退化,粒数下降),五丰优T025的功能叶可溶性蛋白含量、主茎的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量较岳优9113分别显著高9.88%,21.20%,16.20%,天优华占的主茎茎鞘可溶性糖含量和功能叶SPS活性较岳优9113分别显著高14.67%和28.55%。在该试验条件下得出,与多穗型品种相比,幼穗分化期较强的碳氮代谢水平是大穗型品种形成大穗的机制之一。

为了筛选鉴定适宜我国南方地区种植的早熟油菜新品种,利用AMMI 模型分析了国家油菜区域试验早熟组14份参试品种的丰产性并用GGE双标图方法探讨了这些品种在8个试验点的稳产性,同时还测定了代表性品种的越冬期生物学指标和光合参数,以期解释南方早熟油菜丰产性形成的气候和生理成因。试验结果表明,参试品种的丰产性差异较大,其中S0013的平均产量居第一位(2 191.021 kg/hm²),而282081的产量最低(1 328.512 kg/hm²),仅为前者的60%。联合方差分析结果显示,来源于环境(E)的平方和占主导地位(82.27%),而来源于基因型(G)的平方和占比最小(4.93%);来源于基因型与环境的互作(G×E)虽然偏小(10.17%)但仍然达到极显著水平。利用AMMI模型可解释G×E互作平方和的92.63%。品种的丰产性主要受降雨量影响,而品种的稳定性主要与气温有关。14个参试品种的稳定性从高到低依次为:黔杂ZW9001>黔杂J9002> C868>05V11>黔杂J9001> WB203>川杂09NH014> S0013>云油杂2号>杂1613>08SH60>282081>荣华906>131(CK);其中,S0013、C868和WB203产量最高,而282081的产量最低。各试点鉴别力依次为:玉溪>保山>吉安>南昌(宜春)>桂林>长沙>安顺。阳光131在桂林试验点的越冬期单株鲜质量最高,净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO₂浓度(Ci)也较高并且与小区产量的相关系数较大,表明较强的光合作用可促进丰产性的形成。通过AMMI模型和GGE双标图对参试油菜品种和不同试点进行了较为全面的评估,为早熟油菜新品种选育及试点选择提供参考依据。

WRKY转录因子是植物非生物胁迫反应中的重要调节子。荞麦耐贫瘠,磷利用率较高。为了探究WRKY基因在荞麦磷饥饿反应中可能的调节作用,以苦荞麦为材料,采用逆转录PCR方法,从低磷处理的根RNA样品中获得了FtWRKY6基因的编码序列。FtWRKY6 cDNA长1 572 bp,编码524个氨基酸,含有2个典型的WRKY保守结构域,锌指类型为C₂H₂,归属于第Ⅰ类WRKY,与绿茶CsWRKY24在氨基酸水平上的同一性较高(55.5%)。拟南芥原生质体瞬时表达分析表明,FtWRKY6定位于细胞核中;酵母单杂交试验表明,FtWRKY6具有转录激活活性。实时荧光定量PCR分析表明,在根中FtWRKY6的表达受低磷和3种重要的低磷反应相关激素—吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)和细胞分裂素(CTK)显著诱导。上述结果提示,FtWRKY6具有转录因子的基本结构与生化特征,在根中可能通过IAA、GA、CTK信号通路的交互作用介导苦荞麦在低磷条件下的响应过程。

明确籽粒建成期高温胁迫下氮素对玉米籽粒发育的调控效应,对合理施肥、缓解高温危害、实现玉米丰产稳产具有重要意义。以热敏感品种先玉335(XY335)和耐热品种郑单958(ZD958)为材料,设高温处理(T)和对照(CK),研究不同施氮量(90,180,270 kg/hm²,分别记为N90、N180、N270)对籽粒建成期高温胁迫玉米籽粒发育及产量的影响。结果表明,高温胁迫打破了玉米籽粒内源激素间的平衡,使得2个玉米品种的N180和N270的籽粒脱落酸(ABA)含量、郑单958的N180和N270的生长素(IAA)含量降低;上部籽粒可溶性酸性蔗糖转化酶(SAI)活性降低,籽粒体积膨胀及干物质积累受阻,败育率增加,穗粒数减少,进而导致产量显著降低。热敏感品种先玉335受高温胁迫的影响程度高于耐热品种郑单958。随施氮量增加,高温对玉米籽粒发育的负面影响加剧。高温胁迫下,与低氮(N90)处理相比,中氮(N180)、高氮(N270)处理下,先玉335和郑单958籽粒ABA/GA₃降低,IAA和ZR含量升高,籽粒体积和干物质减少更加严重,败育率分别显著增加25.55,29.31百分点和15.45,24.49百分点,穗粒数分别显著降低42.89%,52.68%和20.95%,35.25%,产量分别显著降低44.29%,52.04%和26.41%,39.94%。可见,合理的施氮量(N90)可以缓解高温对玉米籽粒发育的不利影响,减少产量损失。

为解析西瓜果皮硬度不同的相关分子机制,挖掘西瓜果皮硬度相关的关键基因提供理论基础,以生育期相似但果皮硬度差异显著的高硬度(901)4-1-1-M和低硬度BSH为试验材料,选取果皮硬度差异最大时期即西瓜授粉30 d后的果皮,利用Illumina HiSeq^TM测序平台进行转录组测序分析,采用实时荧光定量的PCR技术对测序结果进行验证。结果显示,转录组测序共筛选获得1 085个差异表达基因,其中,上调表达基因555个,下调表达基因530个。GO富集分析表明,1 085个差异表达基因显著富集在细胞组分、分子功能和生物过程中的细胞壁、细胞外围、外部封装结构、胞外区、四吡咯骨架、氧化还原酶活性、转移酶活性、果胶酯酶活性等功能类别。KEGG富集分析表明,Cla97C04G075800、Cla97C02G044950、Cla97C09G165820、Cla97C10G195660、Cla97C01G025380等19个差异基因被注释富集程度最高的苯丙烷代谢通路,该路径最终形成木质素、5羟基愈创木酚木质素、愈创木酚木质素和对羟基苯酚木质素代谢物,qRT-PCR和转录组测序数据相关系数R²为0.791,证明转录组试验数据可靠,从转录水平解释了(901)4-1-1-M和BSH西瓜果皮硬度存在差异的原因。

胴体生长发育是影响山羊养殖效益的重要评价指标,旨在通过RNA-Seq技术挖掘不同性别贵州白山羊生长发育的关键候选基因,为贵州白山羊生长发育研究提供理论依据,以同等饲养水平条件下贵州白山羊为研究对象,测定2周龄不同性别贵州白山羊的屠宰性能指标,通过背最长肌转录组分析,筛选差异表达基因,分析相关基因的信号通路,最后通过RT-qPCR对筛选的基因进行验证。结果表明,测序得到的Raw reads进行过滤后,6个样本共得到78.99 Gb Clean Data,单个样本获得Clean reads 在83 030 104~95 739 024条,各样本与参考基因组的比对效率在93.75%~94.79%,共获得25 089个表达基因,筛选差异表达基因共获得1 077个差异基因,其中194个为新发现转录本基因,发现的差异基因中563个在公羊背最长肌中表达显著上调,514个表达显著下调。对获得的1 077个差异基因进行GO功能富集分析,其中587个为显著富集(Q-value≥0.05),主要分为三大类35个亚类。KEGG信号通路分析发现,这些差异基因共参与243条信号通路,其中参与PI3K/AKT信号通路相关的基因最为富集,共注释到32个基因,其中17个注释基因显著上调,1个显著下调,且在该通路中COL4A1和COL4A2基因编码蛋白共表达估值最高,ITGAV基因编码蛋白互作最为丰富。筛选出6个与贵州白山羊背最长肌生长发育相关的差异表达基因进行验证,其中FHL3、WFIKKN2、SOX6基因在公羊背最长肌中为上调基因,QSOX2、MYH2、LAP基因为下调基因,RT-qPCR结果显示,这6个候选基因的mRNA表达趋势与转录组测序结果一致,且差异均较为显著(P<0.05),表明测序结果可靠。基于RNA-Seq技术筛选出不同性别贵州白山羊背最长肌的差异表达基因1 077个,其中194个为新发掘转录本基因,筛选的差异表达基因及PI3K/AKT信号通路与贵州白山羊背最长肌生长发育相关。

RPP13是一种能够通过识别病原物效应子诱发植物免疫反应的典型R基因。植物病毒学实验室前期对马铃薯纺锤块茎类病毒(PSTVd)所侵染的5个马铃薯品种进行了转录组测序分析,发现RPP13基因在5个马铃薯品种中均上调。为了研究该基因在马铃薯中是否与PSTVd抗性相关,应用DNAMAN 8.0软件对转录组测序所得到的RPP13上调基因序列进行序列比对分析,选取其共同的保守区域作为沉默对象,构建了以该保守区域为臂,马铃薯体细胞胚发生激酶类似受体基因(SERK1)(登录号为EF175216)内含子为环的茎环结构反向重复序列RNAi载体pROKⅡ-RPP13,通过冻融法将pROKⅡ-RPP13载体转入农杆菌LBA4404中,应用农杆菌介导的马铃薯遗传转化方法转化马铃薯品种民丰红,以苗龄28 d的健康马铃薯叶片为材料,经过预培养2 d、农杆菌浸染10 min、黑暗条件下共培养2 d,应用抗性筛选培养基诱导生根、生芽,将再生植株进行PCR检测,筛选得到3株阳性转基因植株;以马铃薯的ef1a基因作为内参基因,利用实时荧光定量PCR技术检测马铃薯转化植株中RPP13基因的表达量。结果表明:所获得的3株转基因植株中RPP13基因的表达量与未转基因的对照相比具有显著差异,在所获得的RNAi转基因马铃薯植株中,RPP13基因表达量的降低幅度为35%~60%。

为了对大麦气孔发育转录因子基因HvMUTE的功能进行初步鉴定,并对其生物学特性及表达模式进行分析,通过生物信息学分析、PCR扩增及qRT-PCR等方法来对大麦气孔发育转录因子基因HvMUTE进行研究。由于大麦G1614为大麦MOREX品种的姊妹系,且大麦MOREX品种公布了参考基因组数据,所以通过将短穗二柄草BdMUTE基因同大麦G1614基因组进行序列同源比对,得到大麦HvMUTE基因序列。从大麦材料G1614幼芽中的第1片叶片中取样,克隆得到大麦HvMUTE基因651 bp的编码区。生物信息学分析结果表明, HvMUTE蛋白是位于细胞核中的无明显亲水疏水性的不稳定蛋白质,并且其蛋白质三维结构含有螺旋-环-螺旋(HLH)结构。系统进化树分析结果表明,HvMUTE蛋白同小麦和山羊草的MUTE-Like蛋白亲缘关系较近。qRT-PCR结果显示,在干旱条件下,HvMUTE基因表达量无明显变化,这一结果同前人研究有所不同,猜测与大麦为单子叶植物,气孔结构中存在副卫细胞同双子叶植物气孔结构形态不同有关。

为筛选猪总产仔数和产活仔数性状关键SNP分子标记或候选基因,采用Illumina porcine 50K芯片对同一猪场186头加系大白猪能繁母猪开展了全基因组SNP扫描,后又对扫描结果进行了质量控制、Beagle填充和SNP基因型分型,结合这些试验猪的表型性状测定和群体结构分析结果,进行全基因组关联分析(GWAS)。群体结构分析结果表明,试验所用的加系大白猪样本未出现群体分层现象;在18对(36条)常染色体上一共得到36 867个有效SNP标记,用于试验猪的GWAS分析。GWAS结果表明,这些加系大白猪所有胎次总产仔数共显著关联到2个SNP,分别为seq-rs323899658和seq-rs329781338,其中seq-rs329781338 SNP又注释到3个基因,分别为SSBP1、WEE2和KIAA1147。产活仔数共显著关联到7个SNP,分别为seq-rs81238474、seq-rs321377412、seq-rs340736313、seq-rs80782154、seq-rs81244816、seq-rs81467772和seq-rs329781338,这7个SNP中有5个SNP有基因注释,共注释到22个基因,分别为EphA1、TAS2R60、FAM131B、CLCN1、CASP2、TMEM139、TRBV21OR9-2、PRSS2、TRBV19、TRBV24-1、U6、SSBP1、WEE2、KIAA1147、NKX2-8、ALKBH3、HSD17B12、U6、HOMER2、WHAMM、FSD2和SCARNA15。候选基因GO功能和KEGG通路分析结果表明,这些基因GO功能中最显著的生物学过程为多生物过程的调控、分子功能为非跨膜/跨膜蛋白酪氨酸激酶活性,KEGG通路为错配修复。结合GWAS和基因功能注释结果,WEE2和EphA1基因可作为提高加系大白猪总产仔数和产活仔数的关键候选基因。

多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIPs)在植物抵御病原菌侵染的过程中具有重要的作用。从尖孢镰刀菌抗性百合野生种岷江百合中分离得到一个PGIP基因及其启动子。LrPGIP的开放阅读框长度为1 008 bp,编码一个含有335个氨基酸残基的蛋白质,并具有7个富含亮氨酸重复结构域。LrPGIP与油棕、椰子、林烟草的PGIP同源性较高,分别为91%,94%,86%,且与单子叶植物海枣、粗柄象腿蕉、油棕、椰子的PGIP蛋白亲缘关系更近。LrPGIP在根、茎、叶、花、鳞片中均有表达,在根中的表达量最高,在鳞片中的表达量最低。LrPGIP的表达水平受尖孢镰刀菌的诱导,在接种尖孢镰刀菌后72 h表达量最高。植物信号分子水杨酸、茉莉酸甲酯、乙烯利、过氧化氢均诱导LrPGIP表达。LrPGIP受乙烯利诱导后的表达量最高,茉莉酸甲酯次之。LrPGIP启动子片段的长度为706 bp,具有激素以及胁迫响应等多个顺式作用元件。将LrPGIP启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因的表达框转入烟草表达,GUS活性明显受尖孢镰刀菌、交链格孢侵染以及氯化汞、氯化钠胁迫的诱导,同时还响应茉莉酸、水杨酸等防卫相关植物激素。氯化汞处理后的GUS活性上调幅度最大,其次是交链格孢和乙烯利。可见,LrPGIP启动子活性受植物激素、生物及非生物胁迫的诱导。上述结果表明,LrPGIP可能是岷江百合抵御尖孢镰刀菌侵染的重要抗病基因。

为明确木醋液改良再植病土壤的作用机理,以苹果砧木-八棱海棠为试材,通过田间试验研究木醋液处理对植株生长的影响以及7月和10月土壤主要理化性质和酶活性,基于Illumina高通量测序分析植株根际土壤微生物多样性的变化。结果表明:与对照相比,100倍木醋液灌根后,八棱海棠幼苗株高、地径和叶面积年增长量均有显著提高。木醋液灌根处理显著提高了再植病土壤主要养分含量和酶活性,其中7月土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的含量分别为CK1的1.31,1.38,1.20,1.60,1.65倍,10月分别为CK2的1.12,1.03,1.58,1.40,1.25倍,且均有显著差异;7月和10月蔗糖酶和脲酶活性均显著增加。木醋液提高了夏秋两季根际土壤微生物多样性。7月和10月对照和木醋液处理,根际细菌前5优势门均为变形菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门和棒状杆菌门;在属水平上主要为uncultured_bacterium_c_Subgroup_6、uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae、uncultured_bacterium_o_Rokubacteriales、RB41和MND1。根际真菌前5优势门均为子囊菌门、担子菌门、被孢霉门、壶菌门和球囊菌门;在属水平上主要为枝孢属、被孢霉属、土赤壳属、久浩酵母属和镰刀菌属。由相关性网络图可知,根际有益细菌RB41和uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae及致病真菌镰刀菌属和土赤壳属与其他种群呈负相关。木醋液灌根可提高苹果再植土壤养分和酶活,增加土壤微生物多样性,改善土壤微生物群落结构,有利于促进植株生长,增强植株抗性,减轻再植病的危害。

为获得具有和天然蛋白质类似功能与活性的COVID-19核衣壳蛋白并应用于实际检测中,首先根据Bac-to-bac昆虫表达系统和人工合成的COVID-19核衣壳蛋白(N蛋白)序列,将pFastBac^TMHTB载体上的酶切位点BamH Ⅰ和Xba Ⅰ分别加入上下游引物,利用PCR技术对N基因进行扩增,先后连接T-Vector pMD19(simple)载体与pFastBac^TMHTB载体,并获得重组质粒pMD19-T(simple)-COV19-N和pFastBac^TMHTB-COV19-N,最终在DH10Bac细胞中构建重组杆粒DH10Bac-pFastBac^TMHTB-COV19-N并使其在昆虫细胞Sf9内进行表达,获得重组蛋白后进行SDS-PAGE和WB分析。通过PCR方法成功扩增N基因,构建的重组质粒pMD19-T(simple)-COV19-N经PCR和双酶切鉴定均证明正确,在DH10Bac细胞内构建的重组杆粒DH10Bac-pFastBac^TMHTB-COV19-N通过PCR鉴定得到预期2条带,大小分别为2 430,3 690 bp,证明成功得到重组杆粒,用该重组杆粒转染Sf9昆虫细胞,同时设立重组GFP蛋白对照组,转染120 h后分别收集重组N蛋白与重组GFP蛋白并制样;分别进行SDS-PAGE和WB分析,使用HRP-His标记抗体验证转染成功且重组N蛋白与重组GFP蛋白均在Sf9细胞内顺利表达,试验结果与预期相符,重组N蛋白条带大小约为46 ku。该试验成功构建了呼吸道冠状病毒N基因真核表达载体,并在昆虫细胞内成功表达,为建立ELISA检测方法等相关研究提供试验基础。

提高种植密度目前仍是玉米增产的主要途径,但增加密度会影响群体光照,易导致叶片早衰,研究胺鲜酯(DA-6)与矮壮素(CCC)复配对密植下玉米叶片光合作用强度及时间的调控效应对玉米密植增产具有重要意义。2018-2019年,选用郑单958为大田试验材料,设置2个种植密度(6.75万,9.00万株/hm²)、2个复配剂喷施浓度(0 mg/L DA-6+0 g/L CCC和15 mg/L DA-6+2 g/L CCC),于玉米7片展叶期全株喷施,研究复配剂调控后不同种植密度下玉米群体的叶面积指数(LAI)、比叶质量(SLW)、叶片光合性能、抗氧化能力及产量差异,以期为化学调控剂在玉米密植增产中应用提供理论依据。结果表明,玉米密度由6.75万株/hm²升高到9.00万株/hm²后,玉米LAI升高,在吐丝后期SLW提高。喷施复配剂的低密度群体LAI降低,而高密度群体无明显变化,与喷施清水相比,复配剂处理提高叶片SLW,但差异不显著;密植后,穗位叶SPAD值和光合作用强度明显下降,叶绿素荧光参数受到负面影响;复配剂处理的密植群体穗位叶SPAD值提高,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度总体上显著升高,最大荧光、可变荧光和最大光量子效率增加,而初始荧光下降。密植后,叶片相对衰老速率增加,抗氧化酶活性降低,而活性氧和丙二醛过量积累,可溶性蛋白含量下降。复配剂处理的密植群体叶片相对衰老速率下降,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性总体上显著升高,活性氧和丙二醛含量总体上显著降低,可溶性蛋白含量升高。密植对玉米雌穗农艺性状产生负面影响,但由于种植群体量升高,所以产量未受到显著影响,喷施复配剂后,玉米穗位叶的光合能力及时间得到提升,因此穗部性状得到改善,产量明显增加,2018,2019年复配剂处理的高密度群体比未处理群体产量分别提高14.61%和6.64%。综上,复配剂通过提高玉米群体光合能力和延长光合作用时间来提高物质积累量,从而增加玉米籽粒产量。

旨在为梅乐葡萄优质生产和精准施肥提供理论基础,通过对各生育期、不同组织部位矿质元素含量的测定,并依据果实酚类物质所形成的品质指数进行营养诊断分析。利用Topsis分析法,计算果实酚类物质的综合品质指数,即CI值,通过比较不同生育期各组织各矿质元素含量与CI值的相关性,确定营养诊断因子;采用CND法对高优品质指数的果园进行划分,对低优果园进行营养诊断。结果表明,蓬莱产区梅乐葡萄叶片、叶柄与果实各矿质元素间存在显著的协同与拮抗关系。转色期果实N、成熟期果实P、转色期果实K、转色期叶片Ca、盛花期花序Mg、转色期果实Fe、盛花期叶片Mn、成熟期果实Zn、盛花期叶柄Cu、转色期叶柄B、盛花期叶片Mo被选为植株营养诊断因子。高优园的品质指数拐点值为0.735 5,其中有7个果园满足此条件,占总体样本的14.58%。依据高优园植株矿质元素含量范围确定营养诊断因子的适宜值分别为:N(8.85~11.81)mg/g、P(1.98~4.26)mg/g、K(14.97~20.70)mg/g、Ca(35.57~68.83)mg/g、Mg(3.69~15.51)mg/g、Fe(70.96~103.26)mg/kg、Mn(166.20~277.67)mg/kg、Zn(10.71~20.27)mg/kg、Cu(9.54~14.90)mg/kg、B(11.44~17.07)mg/kg、Mo(0.69~1.60)mg/kg。低优园营养诊断表明,其植株的K、Ca、Mn、Mg表现偏低。以获得最高果实品质指数为目标,每公顷建议施肥量分别为N 62.25 kg、P₂O₅ 46.50 kg、K₂O 0.00 kg、CaO 56.25 kg、MgO 46.50 kg。Ca和Mg肥施应采用少量多次的原则;加强果园水肥管理,提高树体对K元素吸收;通过叶面喷施,适当补充缺乏的Mn元素。

为了探讨玉米对灰斑病胁迫的生理生化响应,采用田间自然接种法,以2个自交系K365(抗)和K169(感)以及2个杂交种正红431(抗)和正红532(感)为试验材料,研究灰斑病对不同抗性玉米自交系及杂交种叶片光合作用、活性氧含量、抗氧化酶活性以及内源激素含量的影响。灰斑病胁迫导致玉米叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均下降,其中除Ci以外,抗病材料的3项光合指标下降程度未达显著水平,具体为K365的Pn、Gs和Tr分别下降24.41%,25.00%,4.20%,正红431的Pn、Gs和Tr分别下降11.53%,21.43%,0.06%,而感病材料的3项光合指标下降程度达显著水平,具体为K169的Pn、Gs和Tr分别下降59.32%,95.28%,80.18%,正红532的Pn、Gs和Tr分别下降85.39%,69.60%,56.77%;同时灰斑病胁迫可使玉米叶片的过氧化氢(H₂O₂)含量、过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、水杨酸(SA)含量、茉莉酸(JA)含量均上升,其中抗病材料能激发更高的POD、SOD和CAT活性,维持相对稳定的H₂O₂含量,更合理的调节SA和JA含量,能够保持内源激素的平衡。抗病材料可能通过合理积累SA、JA等信号分子来调控抗氧化系统,使其在感病后期体内仍维持较高水平的防御酶活性来更有效清除多余的H₂O₂,同时调节叶片的内源激素平衡使其适应灰斑病带来的影响,从而增强玉米的抗病性。

为了深入了解亚麻种质产量相关性状的遗传变异,以229份亚麻种质为材料,利用广义线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)的关联分析,以挖掘亚麻产量相关性状显著关联的SSR标记。结果表明,呼和浩特地区种植亚麻种质株高((58.40±5.67)cm)、单株果数((17.50±3.50)个)和单株粒质量((0.55±0.15)g)的平均值最大;在集宁地区分枝数((5.00±1.25)个)、果粒数((6.52±2.67)粒)和千粒质量((5.58±1.48)g)平均值最大。7个产量相关性状的表型变异系数为11.18%~18.29%。广义遗传力从大到小依次为千粒质量>果粒数>单株粒质量>株高>单株果数>分枝数>工艺长度。群体结构K=4时,229份亚麻种质分为4个群体。30对SSR引物共扩增出365条带,与亚麻7个产量相关性状进行GLM关联分析共检测到36个SSR标记,表型变异的解释率为1.15%(Lu146)~7.75%(Lu747);MLM关联分析共检测到23个SSR标记,表型变异的解释率为2.26%(Lu203a)~7.16%(Lu291)。在GLM和MLM下,单株粒质量、单株果数和分枝数同时检测到了Lu203a和Lua125a标记,分别分布在第12,2号染色体上。亚麻SSR标记能够很好地关联到产量相关性状,具有一定的解释率。

为明确畦灌条件下不同灌水时期和灌水次数对冬小麦产量形成及水分利用的调控效应,于2018-2019年,2019-2020年开展大田试验,设置4个补灌处理:出苗后整个生育期间不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+开花水(W2)、返青水+拔节水+开花水(W3)。结果表明,在播种期水分管理一致的条件下,2个年度冬小麦单位面积穗数、穗粒数均随着补灌次数的增加而增加,处理间差异达到了显著水平;千粒质量年度间差异较大,且与花前同化物输入籽粒量呈显著正相关。2018-2019年,W3处理的籽粒产量达到了10 100.05 kg/hm²,与W2处理之间差异不显著,但均显著高于其他处理;2019-2020年,W3处理的籽粒产量为9 604.00 kg/hm²,显著高于其他补灌处理,水分利用效率和灌溉水效益则显著低于其他补灌处理。W1与W2处理水分利用效率差异不显著,但均高于其他处理。相关分析表明,籽粒产量与花后同化物输入籽粒量及花后同化物对籽粒的贡献率均呈显著正相关。综上所述,小麦生育期灌水时期和次数应结合播种期的土壤墒情和关键生育时期的降水量综合考虑,在播种期足墒条件下,补灌拔节水和开花水可实现产量与水分利用效率的协同提高。

为了探究褪黑素在小麦与叶锈菌互作中的作用,以小麦品种洛夫林10(简称L10)与叶锈菌生理小种260组成不亲和组合为研究对象,通过外源注射甲基紫精(甲基紫精作为一种氧化剂诱发产生超氧阴离子,可以有效增加活性氧的含量),诱导产生活性氧,利用褪黑素清除活性氧的能力确定褪黑素最佳作用浓度;然后在小麦幼苗叶片中注射褪黑素并接种叶锈菌生理小种260,通过DAB染色观察H₂O₂含量变化;通过Rohringer染色检测HR面积;通过测定小麦过氧化物酶和过氧化氢酶活性,探究外源注射褪黑素对小麦抗氧化能力的影响;通过以上研究以明确褪黑素在小麦与叶锈菌互作中的作用。结果表明:外源注射甲基紫精引起的活性氧增加,其清除最适的褪黑素注射浓度为10 μmol/L。对不亲和组合的DAB染色结果显示,注射10 μmol/L褪黑素后,叶锈菌侵染诱发的小麦叶片H₂O₂积累量少于对照组,表明褪黑素参与了H₂O₂清除作用; Rohringer染色结果表明,经过外源性褪黑素处理后小麦HR细胞面积减小,有效增强了对叶锈菌的抗性。此外,外源注射褪黑素提高了抗氧化酶POD和CAT的活性,表明小麦的抗氧化能力获得显著提升。试验结果表明,外源注射褪黑素参与了小麦抗叶锈菌过程中活性氧的清除,提高了小麦的抗病能力。

麦根腐平脐蠕孢是玉米根腐病的重要病原菌之一,旨为建立一种基于环介导等温扩增技术(LAMP)的麦根腐平脐蠕孢快速检测方法。首先,根据麦根腐平脐蠕孢参与黑色素生物合成途径的Brn1基因部分序列设计了一套LAMP检测引物;然后,针对该引物组筛选了其最佳反应温度,检测了LAMP反应的特异性和灵敏度,并以人工接种麦根腐平脐蠕孢的玉米根腐病病株为样本评价了LAMP检测方法的效果。结果表明,本研究设计的引物组在61~68 ℃条件下均能实现对靶标基因的扩增,其中以66 ℃为最佳反应温度;在特异性检测中,引物组能从10种分离自玉米根腐病样本的主要病原真菌DNA中特异性地检测出麦根腐平脐蠕孢;在灵敏度检测中,对携带靶基因Brn1的质粒DNA最低检测限是10 copies/μL,在此检测限浓度下,25 min左右即可实现扩增;在对玉米根腐病样本检测中,在1 pg/μL的玉米根组织DNA中即可检测出麦根腐平脐蠕孢。建立的麦根腐平脐蠕孢LAMP检测方法具有较强的特异性和较高的灵敏度。

为了揭示南方根结线虫MiPDCD6蛋白抑制番茄PTI免疫的分子机理,以番茄品种新金丰1号 MiPDCD6超表达苗为试验材料,以番茄品种新金丰1号组培苗为对照,通过转录组测序技术分别对番茄MiPDCD6超表达苗和对照苗进行转录组测序。 以番茄栽培品种Heinz 1706基因组作为参考基因组进行对比,利用FPKM法计算基因表达量,设定参数(|log₂ FC|>1且P<0.05)筛选差异表达基因。利用Gene Ontology(GO)数据库进行差异表达基因GO功能富集分析,统计每个GO term中的差异表达基因数目,计算出基因富集的显著性,找出富集显著的功能条目。利用KEGG数据库对差异表达基因进行Pathway富集分析,超几何分布检验方法计算每个Pathway中差异表达基因富集的显著性。以FDR和基因数量来衡量KEGG的富集程度。结合基因差异表达分析和功能富集分析,研究MiPDCD6蛋白对番茄PTI免疫相关通路基因的影响。结果发现:在超表达MiPDCD6番茄植株中,与野生型番茄相比,MiPDCD6过表达番茄植株中有2 366个差异表达基因(DEGs),其中1 354个上调基因,1 012个下调基因。 这些DEGs中,通过GO和KEGG注释,植物激素信号转导(sly04075)、植物-病原互作(sly04626)、植物MAPK信号通路(sly04016)和丙环素生物合成(sly00940)等KEGG通路中富集到大量的差异表达基因。SA生物合成途径包括ICS和PAL,MiPDCD6过表达番茄植株中SA合成通路PAL1和PAL-like基因以及SA信号转导途径TGA9、TGA10-like和PR1a2基因均显著下调,表明MiPDCD6基因可能抑制SA合成,从而抑制植物PTI免疫。

为了探讨1-甲基环丙烯(1-MCP)对红星苹果贮藏品质、生理以及电子鼻特性的影响,以红星苹果为研究对象,测定1-MCP处理后常温贮藏(20±1)℃过程中果实呼吸速率、乙烯释放速率、内在品质及外观色泽和电子鼻响应情况。结果表明:随着贮藏时间延长,红星苹果采后呼吸速率、乙烯释放速率升高,分别于10,15 d达峰值后降低。同时,果实硬度下降、可滴定酸含量降低,SSC先升高后降低;果皮a^*值、b^*值、C^*值和ΔE^*值升高。1-MCP处理抑制红星苹果贮藏期呼吸速率和乙烯释放速率,延缓果实硬度、SSC和TA含量下降,同时抑制果皮a^*值、b^*值、C^*值和ΔE^*值升高。电子鼻检测表明,1-MCP处理明显减少了硫化物和萜烯类化合物(W1W)、氮氧化合物(W5S)、有机硫化物和芳香族化合物(W2W)、甲基类芳香物(W1S)以及醇类和醛酮芳香化合物(W2S)的生成。判别分析(LDA)能区分不同贮藏时期对照和1-MCP果实的电子鼻感应值。载荷分析表明,W1W、W5S、W2W、W1S和W2S等5个传感器对区别不同贮藏时期对照和1-MCP处理的贡献较大。1-MCP处理可延缓红星苹果软化,使其保持较低的固酸比,对于维持常温贮藏下果实风味和色泽具有显著效果;但1-MCP降低了果实电子鼻敏感传感器的响应值,在一定程度上减少了挥发性物质的生成。相关分析表明,红星苹果电子鼻敏感探头响应值与果实品质显著相关,为电子鼻作为红星苹果快速无损检测提供了依据。

旨在对猪细小病毒1型(PPV1)突变株生物学特性进行分析。对采自山东不同地区养猪场的67份流产胎儿组织样品进行PPV的分离和培养,经电镜观察和IFA试验进行鉴定,通过Overlap PCR对分离株进行全基因序列扩增,SnapGene V4进行序列拼接和比对,利用DNAMAN V6对基因组末端5'UTR和3'UTR二级结构进行展示和比较,应用MEGA V7进行遗传进化分析,最后利用多步生长曲线绘制对分离株在易感细胞内的增殖能力进行比较。共分离得到3株病毒,均鉴定为PPV1型毒株,分别命名为SDPV1、SDPV2和SDPV3,GenBank登录号分别为ON924737、ON924738和ON924739;3个分离株全基因序列长度基本一致,其中5'-UTR序列高度保守,呈Y型结构;而3'-UTR呈U型结构,个别碱基有所差异;VP2氨基酸序列中有5个非同义突变位点,分别为T20A、R82K、Q226E、D366N和K407N,为国内毒株首次发现。生长曲线显示,突变株生长趋势相对较快,与PPV-QN株相比,最高滴度相差10倍。报道了包含新型变异位点的PPV毒株的基因组特征。

原花青素是植物中广泛存在的一类黄酮类化合物,是人类膳食的重要营养成分,在防治病虫害方面也发挥着重要作用,花青素还原酶(ANR)是合成原花青素的关键酶。以大果球红花品种为材料,克隆得到2个CtANR基因。生物信息学分析表明,CtANR2和CtANR3的编码区分别为1 020,1 023 bp,对应基因组序列中均含有5个外显子和4个内含子,第1个外显子长度不同,其余4个外显子长度一致,内含子长度差异较大。CtANR2和CtANR3基因编码蛋白质的氨基酸数目分别为339,340个,二级结构都主要由α-螺旋和无规则卷曲构成,都属于水溶性蛋白,但CtANR2蛋白不稳定,而CtANR3为稳定的亲水性蛋白。此外,2个蛋白质都不存在信号肽和跨膜结构,可能定位于细胞外。序列比对及系统进化分析表明,CtANR2和CtANR1同源性最高,亲缘关系最近,3个CtANR蛋白与菊科植物ANR蛋白进化关系最近,与茄科、锦葵科和桑科植物ANR蛋白也同属一个大分支。组织特异性表达分析发现,CtANR2和CtANR1组织表达模式相似,都是在花中的表达量最高,初期果球表达量最低,而CtANR3则在苞片中表达量最高,根和初期果球中表达量最低。三者在不同激素胁迫下呈现出不同的表达模式,CtANR2和CtANR1在不同激素处理后表达量均下降,而CtANR3在5种激素处理后表达量均有不同程度的升高。以上结果表明,红花3个CtANR基因可能在红花不同发育阶段及抵抗非生物胁迫中有不同的分工。

综合利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因芯片技术,聚合主效R基因Pigm和非R基因bsr-d1,以改良优良食味水稻品种水晶3号的稻瘟病抗性。首先利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,以Bsr-d1为靶基因构建重组表达载体并通过农杆菌介导法转化水晶3号,筛选获得无T-DNA元件的bsr-d1纯合突变体,包括T插入、G插入、GA缺失、CGCA缺失和CGCAGA缺失5种突变类型。以无T-DNA成分的bsr-d1纯合突变体为母本、以携带Pigm基因的金玉1号为父本杂交、回交、自交,并利用分子育种芯片同时进行Pigm基因和背景辅助选择,最终获得抗病基因(同时携带bsr-d1和Pigm基因)纯合,且背景回复率均在96%以上的水晶3号改良株系(SJ3-G1、SJ3-G2、SJ3-G3、SJ3-G4、SJ3-G5)。稻瘟病抗性鉴定结果表明,各改良株系对稻瘟病生理小种GUY11的叶瘟抗性与野生型相比均显著提高;接种稻瘟病菌后,改良株系叶片中POD活性显著低于野生型对照,H₂O₂含量则显著高于野生型对照。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术结合基因芯片技术获得了同时携带bsr-d1和Pigm基因的抗稻瘟病水晶3号改良系。

为研究结缕草抗逆分子机制,报道了沟叶结缕草一个低温响应基因ZmCOR410的抗逆功能。基于转录组数据克隆获得了ZmCOR410 基因,采用实时定量PCR技术检测了其表达的低温响应模式,将其转化拟南芥中和酵母中鉴定了其抗逆功能。结果表明,ZmCOR410 基因编码区序列长927 bp,编码308个氨基酸,为酸性脱水素。在同源基因的系统进化树中ZmCOR410蛋白与耐旱性强的无芒隐子草和弯叶画眉草的同源基因亲缘关系最近。在基因组中,ZmCOR410基因编码区上游1 700 bp范围内有4个DRE顺式元件核心序列,其mRNA在低温胁迫下显著积累。转化了ZmCOR410基因的拟南芥,叶片抗冻能力增强,植株在干旱和高温胁迫下的存活率提高。转化了ZmCOR410基因的酵母细胞抗高温能力增强。结果说明,ZmCOR410 基因的表达产物在冷冻、高温和干旱胁迫下对细胞起保护作用,将有利于沟叶结缕草度过不良环境。

为明确陆地棉细胞分裂素受体基因(GhCRE1)在调控植物生长发育中的功能,为研究陆地棉GhCRE1基因调控种子萌发的分子机理提供材料,进一步从分子水平上提高种子萌发率,通过克隆陆地棉GhCRE1基因,利用基因过表达技术将该克隆片段连接至含Ubiquitin启动子的pCUbi1390载体上构建该基因的过表达载体,同时利用CRISPR/Cas9基因编辑技术设计拟南芥CRE1基因的sgRNA片段,合成sgRNA核苷酸序列,从而构建拟南芥CRE1基因靶向敲除载体。将以上2种载体转化农杆菌,使用花序浸染法,以拟南芥为受体材料创建GhCRE1过表达株系及基因编辑功能缺失突变体。接着利用PCR技术和qPCR技术筛选鉴定获得过量表达的GhCRE1拟南芥株系及CRE1功能缺失的拟南芥株系并收获种子,经过对比统计收获的种子与野生型种子在1/2MS培养基上的萌发势进行表型分析,进一步明确陆地棉GhCRE1基因影响种子萌发的功能。结果显示,本研究成功获得了拟南芥GhCRE1过表达株系及CRISPR基因编辑功能缺失突变体株系,且通过数据整理后发现,在种子萌发第2天时,相比野生型,2个过表达转基因株系萌发势分别提高15%和11%左右,而拟南芥CRE1功能缺失型突变体萌发势降低15%左右。 该研究揭示,GhCRE1基因过表达能显著提高拟南芥萌发速度。

通过探索河北山前平原区有机肥替代氮肥的配比,以期为该区小麦氮肥减量增效技术提供依据。在河北永年博远农场连续2 a进行大田试验,设置5个有机肥和无机肥组配处理。结果表明,有机肥替代20%和40%的化肥,可显著提高穗粒数和产量,较高氮处理和节氮处理产量提高4.0%以上,穗粒数增加3.6~5.6粒。籽粒品质指标大多为替代率20%和40%的处理和节氮处理较优,主要为稳定时间增加2.2~2.7 min,拉伸面积增大10.5~17.5 cm²,最大拉伸阻力增大28.0~75.5 EU。氮效率各项指标大多为替代率20%的处理较优,其中氮肥效率、氮素利用效率和氮收获指数较高氮处理分别提高109.3%,9.3%,11.3%,较节氮处理分别提高6.9%,8.5%,8.3%。有机肥不同比例替代化肥,0~20 cm土壤硝态氮均出现“表聚现象”,含量增加,较节氮处理高38.5%以上;20~40 cm土壤硝态氮则表现为节氮处理和高氮处理显著较高。20%有机肥替代氮肥小麦产量和品质俱佳,显著改善0~40 cm土壤硝态氮含量,提高小麦对氮素吸收利用,环境效益显著。

旨在筛选西门塔尔牛与安格斯牛肾周脂肪的差异表达基因,分析2个品种牛血清指标差异,以期对肾周脂肪的脂质代谢和内分泌功能进行解析,为牛品种选育打下基础。选取相同月龄的西门塔尔牛和安格斯牛各3头,饲喂前采集空腹血液分离血清进行血清生化指标测定;屠宰后,采取相同大小的肾周脂肪,提取总RNA后进行转录组测序分析,使用DEGseq方法对各个样品的基因表达水平进行差异检测,对差异表达基因进行GO分析和KEGG分析,并使用实时荧光定量PCR验证测序结果。结果表明,安格斯牛血清中白蛋白(ALB2)、尿素氮(UREAL)和葡萄糖(GLUC3)含量显著低于西门塔尔牛(P<0.05),甘油三酯(TRIGL)含量显著高于西门塔尔牛(P<0.05)。转录组结果显示,2个品种牛肾周脂肪间的差异表达基因为1 743,其中1 361个基因上调表达,382个基因下调表达。差异表达基因GO功能富集结果显示,差异基因显著富集到52个生物学功能,主要与细胞过程和细胞有关;KEGG富集结果显示,差异表达基因主要在Fat digestion and absorption、cAMP、PPAR和Rap1等信号通路显著富集,最终筛选出与脂质代谢相关的基因SCD5、APOA4、PTX3、OLR1和PRKCZ。通过实时荧光定量PCR测定差异基因的相对表达量,结果显示,测序结果和实时荧光定量PCR结果一致,说明测序结果可靠,研究获得的差异基因可作为肉牛品种培育的基础资料。

为选育优质抗稻瘟病保持系软华B,以携带稻瘟病抗性基因Pi46和Pi2的优质籼稻H281作为供体亲本、以软华B为轮回亲本,利用分子标记辅助选择(MAS)技术结合系谱选育法,聚合2个外源基因以改良保持系软华B。对性状稳定的改良株系进行稻瘟病抗性鉴定、稻米品质分析等。通过回交及多代自交,并结合分子标记检测,获得以软华B为遗传背景且含有2个纯合目标基因的BC₁F₆群体2个、BC₂F₅群体2个、BC₃F₄群体2个。田间自然诱发鉴定结果表明,不同回交世代改良材料在自然病圃均抗稻瘟病;育性鉴定结果显示,回交世代对不育系的不育度为52.7%~100.0%;农艺性状考查及米质分析表明,改良株系基本保留了软华B的主要农艺性状和稻米品质特性。SNP基因芯片分析结果显示,BC₁F₆的背景回复率为74.42%~77.77%,BC₂F₅的背景回复率为86.42%~87.75%,BC₃F₄的背景回复率为92.27%~92.59%。利用连续回交、自交和分子标记辅助选择等技术可有效聚合多个抗性基因,获得抗稻瘟病的新保持系,快速实现保持系软华B的分子改良,为选育抗病、优质的杂交稻组合提供良好的亲本材料。

为探究大豆种子生活力测定的最适染色条件以及种子萌发期重要生理指标的变化,采用单因素和正交试验设计筛选适用于大豆种子生活力检测的氯化三苯基四氮唑(TTC)染色最佳组合;并分析大豆种子在不同萌发环境下的发芽率和种子内源细胞壁水解酶的变化。单因素分析结果表明,有无吸胀处理对于种子染色至关重要,且低浓度(0.1%)的TTC溶液会显著降低种子的染色率。多因素正交试验结果表明,大豆种子染色的最佳条件是:吸胀时间6 h,TTC浓度1%,染色温度35 ℃,染色时间60 min。该组合下的种子染色率为98.5%。萌发率试验表明,光、暗条件对于萌发进程无显著的影响;高水量下大豆萌发受到抑制,而低水量下种子却有着较高的萌发率;在一定温度范围内,低温可推迟种子萌发,但却提高了种子的最终萌发率。酶活性试验表明,种子在光、暗条件下萌发时,种胚内的纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶和β-半乳糖苷酶活性无显著变化,而木葡聚糖内转糖基酶在光照下的活性却显著高于其在暗环境下的活性。在不同吸胀水量下,纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶活性无显著变化;β-半乳糖苷酶活性随着水量的增加逐渐上升,而木葡聚糖内转糖基酶活性却呈现与之相反的趋势。值得注意的是,萌发温度的升高能够显著增加4种细胞壁水解酶在大豆胚中的活性。综上,TTC染色结果对于快速判断大豆种子生活力,完善大豆种子质量检测技术规程具有重要的实践意义;探索大豆种子在不同萌发条件下的细胞壁水解酶活性有助于揭示双子叶植物种子萌发的机制。

为了探究SBP1基因在植物自交不亲和方面的重要作用,以二倍体马铃薯野生种为材料,利用RT-PCR技术克隆获得马铃薯野生种 SpSBP1(登录号:MZ803088)的cDNA全长序列,并对其进行生物信息学分析及 CRISPR/Cas9载体构建。结果显示,SpSBP1基因的cDNA全长为1 176 bp,包含92 bp的5'非编码区和163 bp的3'非编码区,其最大开放阅读框为921 bp,编码306个氨基酸。蛋白结构域分析显示,SpSBP1蛋白包括Smc超家族结构域以及RING finger和Zinc finger结构域。蛋白同源序列比对及系统进化树分析显示,马铃薯野生种SpSBP1与马铃薯野生种ScSBP1的同源性最高,其次为花烟草。生物信息学分析显示,SpSBP1分子质量为34.731 44 ku,理论等电点pI为5.10,推测得出该蛋白为酸性不稳定亲水性蛋白。二级结构预测该蛋白主要由α螺旋和无规则卷曲所构成。同时该蛋白属于非分泌蛋白且不存在跨膜结构。从二倍体马铃薯野生种中克隆出了SpBP1基因,同时成功构建了CRISPR/Cas9载体,并进行了遗传转化试验。

为了探讨华红、华月苹果经不同货架温度结合1-MCP处理在货架期间质地性状的差异和变化规律,以期确定苹果适宜的货架温度和时间,以华红和华月为试验材料,采用物性分析仪质地多面分析法(TPA)和穿刺试验,测定果肉弹性、胶黏性、咀嚼性、果肉硬度、破裂功、破裂力、破裂位移、屈服功、屈服力和屈服位移等10个质地性状,并对这些指标采用因子分析法,将原始指标降维,从而使用1个综合指标评价经1-MCP(1.0 μL/L)处理后,放置于5,10,15,20 ℃的货架温度下对华红和华月苹果质地性状的保持效果。结果表明,经1-MCP处理可延长华红、华月果实质地性状的货架期,尤其对华红果实效果更佳;相同处理温度下,经1-MCP处理的2个品种果实下降幅度显著小于未经处理组的降幅,可大约减少10%。相关性分析表明,苹果果实的质地指标之间均存在极显著正相关性,但紧密程度存在一定差异。经因子分析并基于特征值大于1的原则,提取了2个主因子,累计方差贡献率为91.194%,根据各主因子代表性指标,依次命名为穿刺因子F₁、TPA因子F₂,方差贡献率分别为79.870%,11.324%,根据主因子得分可知,未经处理的华红果实最适宜货架温度为5 ℃,经处理的果实温度为15 ℃;而华月果实未经处理最适宜的货架温度为10 ℃,经1-MCP处理果实的适宜货架温度为5,10 ℃。华红果实CK组在最适宜货架温度5 ℃下可存放8 d,处理组在货架温度15 ℃下可延长至16 d;华月果实CK组和处理组都可选择10 ℃的货架温度,均可存放16 d。

赤霉素氧化酶基因(GAox)是赤霉素合成和调控的关键酶,其通过调节植物活性GA水平调控植物株高。为了解析蓖麻赤霉素氧化酶基因(RcGAox),利用生物信息学分析方法对RcGAox进行全基因组鉴定,并分析其理化性质、保守结构域、系统发育、基因上游2 kb启动子区域顺式作用元件预测,通过蓖麻表达数据库以及外源赤霉素和多效唑处理2个蓖麻品种的顶端嫩茎转录组测序分析RcGAox基因表达模式。结果表明:蓖麻共有30个赤霉素氧化酶基因,其中7个RcGA2ox、4个RcGA3ox、19个RcGA20ox,蛋白质分子质量在26.12~44.31 ku,等电点预测值在5.06~7.82,内含子个数为1~2个;蛋白结构域分析保守基序Motif 1、Motif 2、Motif 4存在30条蛋白序列中;系统进化分析将RcGAox基因分为5个不同的亚群:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和C20 GA2ox,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别对应GA2ox、GA3ox、GA20ox;启动子顺式作用元件预测光反应相关的顺式元件数量最多,且在预测区域均匀分布,18个基因含1~2个赤霉素相关元件;蓖麻RcGAox在胚乳、雄花、叶片中特异表达的基因分别有7,2,1个,转录组测序结果有5个基因在嫩茎中表达,推测RcGA2ox7、RcGA20ox1和RcGA20ox14可能是参与赤霉素合成途径来调控蓖麻株高的主要基因,且通过调控植物体内活性赤霉素水平来响应外源激素对株高的作用。

为探究甘蔗 PROTEOLYSIS 1(PRT1)基因与黑穗病菌的互作关系,以甘蔗割手密种和栽培品种为研究对象,通过RT-PCR技术对ScPRT1 (GenBank 登录号:MT747433)基因进行克隆,生物信息学分析、定量PCR、亚细胞定位和基因共表达网络分析。生物信息学分析表明,该基因的cDNA全长为1 621 bp,包含一个长度为1 260 bp,编码419个氨基酸的完整开放读码框;其编码蛋白的分子量为46.56 ku,为酸性、不稳定的亲水蛋白,无信号肽,具有核定位信号;该蛋白包含2个RING结构域和1个ZZ结构域;ScPRT1蛋白的高级结构元件多为无规则卷曲。定量PCR 结果显示,ScPRT1在皮、叶片、芽中的表达量相差不大,在蔗髓中表达量最高。同时该基因的表达受脱落酸胁迫后显著上调;受黑穗病菌胁迫后,在甘蔗抗黑穗病品种中上调表达,在感黑穗病品种中下调表达,都达到了显著水平。亚细胞定位结果揭示,ScPRT1定位于细胞核。寄主甘蔗和病原黑穗病菌的基因共表达网络中,与甘蔗ScPRT1共表达的黑穗病菌基因中,有3个为N端具有芳香族氨基酸残基的黑穗病菌效应蛋白,这暗示它们之间存在直接的相互作用。以上结果表明,ScPRT1在甘蔗激素信号传导以及响应黑穗病菌侵染过程中发挥重要作用。

为进一步挖掘甲基丁香酚合成相关酶基因,解析北细辛次生代谢途径,根据北细辛转录组数据库信息,筛选和克隆了AhOMT1基因,并进行了相应的生物信息学分析及原核表达分析。结果表明,AhOMT1基因包含的开放阅读框为1 089 bp,编码362个氨基酸,理论分子质量为40.23 ku,等电点为5.34,AhOMT1蛋白为亲水性蛋白,无跨膜结构,无信号肽序列;AhOMT1基因具有二聚化结构域与甲基转移酶结构域,AhOMT1与催化类黄酮、丁香酚类化合物的O-甲基转移酶的同源性较高;构建pET-32b-AhOMT1原核表达载体,成功诱导表达约60 ku的重组蛋白;确定了最佳诱导条件是0.2 mmol/L IPTG,16 ℃诱导16 h,该诱导条件下的重组蛋白多以可溶性蛋白形式存在;使用Ni²⁺树脂分离纯化AhOMT1蛋白,以200 mmol/L咪唑洗脱可得到最大量的蛋白。该研究首次克隆了北细辛AhOMT1基因,构建原核表达载体,筛选出AhOMT1蛋白最佳诱导条件。

为探讨硅酸钠增强马铃薯黑痣病抗性的分子机制,将硅酸钠诱导马铃薯转录组中表达量较高的基因StWRKY11进行克隆和生物信息学分析。从马铃薯中提取总RNA,并利用RT-PCR方法扩增该基因并克隆,通过生物信息学相关软件对其进行结构预测及分析。结果表明,从马铃薯大西洋中克隆了阅读框为1 005 bp的StWRKY11基因,编码334个氨基酸,表达蛋白分子式为C₃₀₁₃H₅₀₂₃N₁₀₀₅O₁₂₆₀S₁₉₉,分子质量为81.867 94 ku,理论等电点(pI)为5.09,原子总数为10 500。表达蛋白含有一个典型的WRKYGQK保守结构域,锌指结构为CX₅CX₂₃HXH,属于第二类Ⅱd亚家族;表达的为疏水稳定性蛋白,无跨膜区和信号肽结构域,二级结构元件是α-螺旋、延伸链、β-折叠和无规卷曲,其中无规则卷曲比例最高,达61.68%,共有29个磷酸化位点,可能定位于细胞核内。启动子上游具有与抗性胁迫响应相关的顺式调控元件及与生长发育和激素响应顺式作用调控元件。该基因与马铃薯StWRKY5基因的亲缘关系较近,编码蛋白的氨基酸同源性达到95%。

硝态氮是植物吸收氮素的2种主要形式之一,硝酸盐转运蛋白2(NRT2)在土壤中硝酸盐缺乏时发挥主导作用。为探究藜麦NRT2基因家族的特征和表达模式,利用生物信息学方法,对藜麦NRT2基因进行全基因组鉴定,并分析了其编码蛋白、染色体定位、基因结构、系统进化、顺式作用元件、组织表达特异性以及不同氮素水平处理后基因的表达模式。结果表明,藜麦中有15个NRT2基因,分布在7条染色体上,每个成员分别含有1~9个内含子及2~10个外显子,蛋白亚细胞定位预测其均定位在质膜上,为疏水性蛋白。同时,系统进化分析显示,藜麦NRT2蛋白家族属于2个亚家族,与拟南芥的亲缘关系更近。顺式作用元件分析显示,藜麦NRT2家族成员启动子区存在大量与生长发育及逆境胁迫等相关的顺式作用元件。藜麦NRT2基因家族成员在不同组织器官中的表达存在差异,在根、茎、叶中表达量较高。在低氮条件下,藜麦NRT2.4、NRT2.7、NRT2.15表达上调;0,25%N处理后藜麦NRT2.7、NRT2.15的表达量急剧增加。研究结果可为后续藜麦NRT2s基因克隆和功能以及氮素胁迫分析提供参考依据。

为研究纳米硒对热应激下虹鳟血清抗氧化指标和免疫指标的影响,选取平均体质量约80 g的8月龄虹鳟600尾,随机分为3组,其中,对照组饲喂基础日粮,处理组分别饲喂添加了5,10 mg/kg纳米硒的日粮,在虹鳟适宜生长水温(18 ℃)条件下饲喂9 d在24 ℃ (虹鳟产生热应激)下热应激48 h;分别在热应激前(18 ℃,0,3,6,9 d)和热应激(24 ℃,4,8,12,24,48 h)每组随机取10尾鱼,采集血清,测定抗氧化和免疫指标。结果发现,相比对照组添加纳米硒显著提高了血清总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)和球蛋白(GLB)含量;热应激下谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)的含量降低,过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)的含量升高,纳米硒提高了GSH-Px、SOD和CAT含量,降低了MDA含量;热应激使对照组血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素-1β(IL-1β)的含量逐渐升高,5 mg/kg纳米硒组在热应激4 h相比对照组TNF-α和IL-1β的含量显著提高,热应激12 h相比对照组IL-1β的含量显著降低;免疫球蛋白M(IgM)在热应激4 h含量下降,热应激12 h含量上升,补体3(Complement 3,C3)的含量在热应激下逐渐下降,纳米硒则显著提高了IgM和C3的含量。综上,饲粮中添加纳米硒可提高热应激下虹鳟血清抗氧化和免疫指标,且相比10 mg/kg添加量,添加5 mg/kg纳米硒对机体的保护能力更强。

为探究猕猴桃AcWRKY70转录因子在不同抗病性品种中响应猕猴桃溃疡病胁迫的作用机制,以抗性病品种徐香和高感病品种红阳猕猴桃叶片cDNA为模板克隆AcWRKY70基因,并对红阳AcWRKY70基因序列特征进行分析,对编码蛋白进行系统进化分析及亚细胞定位预测。通过RT-qPCR分析AcWRKY70基因的组织特异性,不同抗性猕猴桃品种对丁香假单胞杆菌猕猴桃致病变种(Psa)和水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)处理下表达模式的差异。结果显示,红阳AcWRKY70基因序列总长906 bp(GenBank登录号:MW881147),开放阅读框885 bp,编码294个氨基酸;含有典型的WRKYGQK保守结构域,锌指结构为C2-HC,属于WRKY家族第Ⅲ类组,亚细胞定位预测表明,其定位于细胞核,系统进化树分析表明,其与茶树亲缘关系最近。红阳和徐香AcWRKY70基因均在叶片中表达量最高。在Psa处理下,12 h徐香品种AcWRKY70基因相对表达量迅速上升至对照的80.58倍;而在红阳中48 h该基因相对表达水平上升至最高。在SA与Psa(SA+Psa)和MeJA与Psa(MeJA+Psa)共同处理下,12 h徐香AcWRKY70基因相对表达量达到最高;而红阳AcWRKY70基因分别在72,24 h表达量达到最大。AcWRKY70基因在猕猴桃抗病胁迫方面具有一定作用,不同抗性的猕猴桃品种中响应病原菌的抗性机制可能存在较大差异。

为了探究C型凝集素(C-type lectin)家族成员在合浦珠母贝机体内的作用及表达模式,为进一步解析合浦珠母贝PfCLEC17A的免疫应答机制,通过 RACE 技术克隆获得合浦珠母贝C型凝集素基因PfCLEC17A;利用生物信息学方法分析了PfCLEC17A的分子特征,并通过荧光定量PCR检测PfCLEC17A基因在合浦珠母贝的鳃、外套膜、闭壳肌、性腺、血液、足和肝胰腺等组织及溶藻弧菌感染后在肝胰腺中的表达情况。结果显示,从合浦珠母贝中克隆获得新的C型凝集素基因PfCLEC17A,cDNA全长为699 bp,其中开放阅读框(ORF)长534 bp,编码178个氨基酸残基,含有一个CTL结构域。系统进化树分析表明,合浦珠母贝与其他贝类的PfCLEC17A基因聚集在一个分支。实时荧光定量 PCR 结果显示,PfCLEC17A在合浦珠母贝的鳃、外套膜、闭壳肌、性腺、血液、足和肝胰腺等各个组织中均有表达,其中在肝胰腺中的相对表达量最高且显著高于在其他组织中的相对表达量。肝胰腺作为软体动物重要的免疫器官,暗示PfCLEC17A基因可能参与机体免疫过程。藻弧菌感染 1 h 后,合浦珠母贝PfCLEC17A基因表达水平显著升高并达到最大值,说明该基因参与弧菌等微生物刺激的早期反应。综上所述,PfCLEC17A基因参与合浦珠母贝的免疫应激反应,具有一定的免疫功能。

为解决农村年轻劳动力迁移减少和人口老年化所导致的对粮食作物生产积极性大幅度降低的问题,探究投入劳动力更少的水稻种植方式和与之相配套的高产品种的种植模式已迫在眉睫。通过2017—2019年的大田试验比较了当前常见且易于推广的2种种植方式,以及筛选了便于购买的早稻品种14个和晚稻品种12个,其种植方式为模拟机插秧和机直播,研究不同种植方式对不同早晚稻品种的生育期、产量、干物质积累量的影响。结果表明,直播能够比移栽缩短生育期,其中早稻直播平均生育期较移栽缩短7 d,晚稻平均缩短8 d,且直播的生育期比移栽的波动范围更小,表现更为稳定;每年全年年均产量均表现为直播显著高于移栽,其中2017年高出29.71%,2018年高出12.37%,2019年高出7.15%,并发现产量和不同时期的干物质积累量会受品种、种植方式和年度的极显著影响;通过线性回归协方差检验可知,产量与干物质积累量均存在正相关性,表现为产量随着干物质积累量增加而增加,其直播方式的线性回归的决定系数(R²)均高于移栽方式。综合比较得出,早晚稻种植方式中均以直播方式表现更佳,筛选出了与直播方式配套的稳定高产(3 a大田产量表现均较高)早稻品种株两优829(产量为6.02~10.90 t/hm²)、煜两优4156(6.49~10.22 t/hm²)和稳定高产晚稻品种五优308(10.43~12.65 t/hm²),筛选出的早晚稻品种生育期长短适中,能有效衔接实现早晚稻高产种植。

茎瘤芥在生长发育过程中会受到非生物逆境胁迫的影响,导致产量降低。ABA作为植物逆境激素,在调控植株响应非生物逆境胁迫过程中具有重要作用。BjuEAR1-1是ABA信号通路中负调控因子EAR1的同源基因,其突变体ear1表现出对ABA超敏感的表型。因此,探究BjuEAR1-1的生物学功能,可为茎瘤芥抵抗不良环境的调控机制提供方向,也为有效利用基因资源培育耐逆稳产的茎瘤芥新品种提供重要的理论依据。以永安小叶为试验材料,采用PCR方法克隆BjuEAR1-1基因编码序列,采用酶切酶连方法构建植物过表达载体35S∷PTF101-GFP-BjuEAR1-1,采用烟草叶片瞬时转化技术对BjuEAR1-1的亚细胞定位情况进行分析,并对BjuEAR1-1基因启动子顺式元件进行分析,最后采用荧光定量PCR方法,检测BjuEAR1-1在不同非生物逆境胁迫处理下及不同组织器官的基因表达模式。烟草亚细胞定位结果表明,BjuEAR1-1定位于细胞核和细胞质中;BjuEAR1-1在茎瘤芥的根、茎、叶、花、种荚和膨大茎中均有表达,在根中表达量最高;BjuEAR1-1的表达水平显著受低温和ABA诱导,盐胁迫处理下BjuEAR1-1的表达水平与对照组没有显著性差异。BjuEAR1-1在细胞核和细胞质中发挥生物学功能,并且BjuEAR1-1调控茎瘤芥对于低温和ABA的响应。

高转录活性籽粒特异性启动子可调控目的基因在植物籽粒中特异性、高水平表达。为发掘玉米籽粒特异性启动子,以公开发表的玉米表达谱芯片数据为切入点,筛选出籽粒优势表达基因GRMZM2G006585,克隆其编码区上游约2 000 bp的DNA序列,命名为PZm2G006585。利用在线网站New PLACE和PlantCARE对其进行启动子顺式作用元件分析,发现其含有E-box、P-box等多个籽粒特异性相关元件,初步认为所克隆编码区上游序列为玉米来源的籽粒特异性启动子。为验证其功能,构建该启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表达载体并进行植物遗传转化。转基因水稻的GUS组织化学染色结果表明,该启动子驱动外源基因表达模式为籽粒特异、胚优势表达;转基因拟南芥单拷贝株系T₃种子中GUS活性检测结果显示,PZm2G006585驱动的GUS活性为909.52 nmol/(min·mg)。籽粒特异性启动子PZm2G006585的发掘和功能验证为驱动目标基因在玉米、水稻等单子叶植物籽粒中特异性表达提供了候选启动子资源。

为了探究类钙调蛋白基因家族成员在蓖麻体内的作用及表达模式,在蓖麻体内挖掘家族基因CML42,并对其进行克隆与表达分析。以哲蓖三号植株为试验材料,克隆获得RcCML42完整编码区序列(CDS),利用生物信息学方法对RcCML42基因序列进行分析,包括编码氨基酸、蛋白分子量及等电点、跨膜结构域、氨基酸序列一致性等内容。通过荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,检测RcCML42基因在蓖麻植株根、茎、叶位置不同时间点的特异性表达情况。结果显示,RcCML42 CDS长度为597 bp,编码198个氨基酸,含有3个EF-hand钙结合结构域。蛋白分子量为22.27 ku,等电点为4.55,不存在跨膜结构域。氨基酸序列一致性分析表明,RcCML42与巴西橡胶树一致性最高,达86.84%。qRT-PCR结果显示,RcCML42基因在蓖麻根、茎、叶组织中均有表达,在经NaCl处理后,RcCML42在根中的表达量呈现先下降后上升的趋势。RcCML42在茎中12 h高度表达,在叶中为8 h高度表达。且在茎中的表达量显著高于其在根、叶中的表达。CML是植物体内最重要的一类钙感受器,通过与钙调素结合蛋白结合进而对植物细胞进行调控。当植物受到环境中NaCl侵害时,CML可以参加体内钙离子的调节,进而减轻盐胁迫对植物体的损害。综上,推测RcCML42在盐胁迫条件下的蓖麻信号转导中起重要作用。

为明确秦川牛CDS1基因的编码序列、分子特征及其在不同组织的表达特点,以秦川牛为研究对象,利用PCR扩增技术克隆CDS1基因的全编码区序列,利用生物信息学方法分析其全编码区的序列特征,以GAPDH为内参基因,采用qRT-PCR技术检测CDS1基因在脑、睾丸、胰、肺、脾、肾、瘤胃、背最长肌、肝、肌内脂肪和心组织中的表达水平。结果显示,秦川牛CDS1基因编码区为1 392 bp,编码464个氨基酸,CDS1基因在不同物种间具有较高的保守性,且与瘤牛的同源性最高;CDS1基因编码蛋白为疏水性不稳定跨膜蛋白,主要由α-螺旋及不规则卷曲构成;亚细胞定位分析表明,CDS1蛋白主要分布于内质网和线粒体;蛋白互作分析表明,其与PGS1、PPAPDC1系列、CDIPT、PLD系列、CRLS1等与磷脂合成相关的核糖蛋白存在相互作用,提示CDS1基因参与调节磷脂的合成代谢过程;组织表达分析表明,CDS1基因在各个组织均有广泛表达,且在睾丸中表达量最高,在脑的表达水平也较高,二者均显著高于其他组织的表达水平,在心的表达量最低。

旨在对羊口疮病毒(ORFV)ORFV113蛋白进行转录动力学分析、真核表达及亚细胞定位研究。使用DNAStar软件对ORFV-JS株ORFV113基因进行序列比对分析;在阿糖胞苷(Arac)存在(Arac+)或不存在(Arac-)的情况下,于ORFV感染Hela细胞后多个时间点(2,4,6,12,24 h)收获细胞,提取细胞总RNA,逆转录 PCR(RT-PCR)扩增ORFV113基因,确定ORFV113的动态转录水平;以ORFV-JS株基因组为模板,PCR扩增ORFV113基因,将其亚克隆到真核表达载体pEGFP-N1中,构建pEGFP-ORFV113重组质粒,经酶切、测序鉴定正确后,使用脂质体Lipofectamine 3000瞬时转染pEGFP-N1质粒和pEGFP-ORFV113重组质粒至HEK293细胞,通过Western Blotting 鉴定ORFV113-EGFP融合蛋白的表达;将pEGFP-N1质粒和pEGFP-ORFV113重组质粒瞬时转染Hela细胞,24 h后使用Hoechst 33342对细胞核染色,倒置荧光显微镜下观察ORFV113蛋白的亚细胞定位。结果表明,ORFV-JS株ORFV113基因全长627 bp,在ORFV毒株中高度保守,属于ORFV早期基因;成功构建了pEGFP-ORFV113重组质粒,ORFV113-EGFP融合蛋白在HEK293细胞中成功表达,大小为60~70 ku,比预测分子量大10~20 ku,预示ORFV113蛋白发生了翻译后修饰;亚细胞定位研究表明,ORFV113蛋白主要定位在Hela细胞的胞质中。综上,本研究成功地对ORFV113蛋白进行了转录动力学分析、真核表达及亚细胞定位。

以华北平原南部两熟作物的搭配为研究对象,在玉米、大豆和花生3种前茬作物的磷常规施用水平基础上,同时设置不施磷肥的磷匮乏水平,同期检测收获后土壤的养分含量及后茬小麦产量及籽粒养分累积量,为华北平原一年两熟制的作物搭配提供理论依据。结果表明,对前茬作物收获后土壤养分而言,在不施磷肥情况下土壤全磷含量表现为大豆前茬处理较高,花生前茬处理与常规施肥处理含量相近;土壤速效磷含量整体表现为花生前茬处理较高;土壤硝态氮和铵态氮含量均表现为大豆前茬处理最高。对后茬小麦而言,小麦千粒质量和产量及小麦籽粒氮、磷累积量和氮肥偏生产力在不施磷肥下均表现为花生前茬处理较高,分别较玉米前茬处理提高0.60%,6.19%,15.46%,18.11%和6.21%,较大豆前茬处理提高2.18%,7.30%,17.66%,13.40%和7.30%。综上,在低磷水平下,为了保证土壤养分平衡,选择花生作为小麦前茬作物是华北平原南部两熟区作物搭配的较优模式。

为将雄性不育基因应用于甜玉米杂交制种中,达到降低劳动成本且保证种子纯度的目的。以来源于甜玉米自交系K78的雄性不育自发突变体male sterility 2020 (ms2020)为材料,构建ms2020与甜玉米自交系M08的F₁及相应的F₂遗传群体,通过表型鉴定、遗传分析和基因定位研究ms2020甜玉米雄性不育突变体。表型鉴定结果表明:F₁群体均表现为雄性可育,F₂群体出现了育性分离。不育植株能够正常抽雄,但花药不开裂、散粉异常,花药变小且颜色淡黄;1% I₂-KI染色发现不育植株的花药内包含不能正常着色的败育花粉粒。遗传分析结果表明:育性正常植株与不育植株的比例符合3∶1,表明ms2020雄性不育突变体是由单基因控制的隐性突变体。利用BSA技术,初步将目的基因定位在7号染色体短臂上;随后利用初定位区间内的20对SSR标记对不育基因进行定位,将不育基因精细定位在标记S1和W10之间,物理距离为11.30 kb。该区间内包含Zm00001d018802和Zm00001d018803 2个注释基因;通过候选基因功能分析,推测已报道为玉米雄性不育基因的编码谷氧还蛋白的Zm00001d018802 (ZmMs22/ZmMSCA1)基因可能是导致ms2020雄性不育的关键候选基因。本研究鉴定了ms2020甜玉米雄性不育突变体的败育特征和遗传特性,为甜玉米雄性不育化杂交制种提供了材料;同时,本研究定位到突变体的关键候选基因,为进一步解析其雄性不育的分子机制奠定了基础。

旨在利用高通量测序技术对松辽黑猪和长白猪背最长肌组织样本进行mRNA测序和差异分析,筛选影响猪肌肉生长、肉质和脂肪沉积的关键基因,从而为猪肉品质研究提供新的参考信息。采集6头松辽黑猪和6头长白猪的背最长肌组织样本,提取其RNA,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术对mRNA进行测序,并对获得的reads进行比对、注释和差异表达分析,用NOISeq筛选出差异表达基因并进行相关生物学功能富集分析。结果表明,从2个猪种间共筛选出了664个差异表达基因,其中,364个基因在松辽黑猪中高表达,300个基因在长白猪中高表达。通过对差异表达基因进行生物学功能分析,筛选出LPIN1、FADS1、FADS2、PLIN2、PPARGC1A、PRKAG2和ACSL1等基因参与脂类代谢和肌肉发育相关的调控,相关通路为脂肪酸代谢、PPAR信号通路、AMPK信号通路、胰岛素信号通路和脂肪细胞因子信号通路等。