OFP是一类植物特有的转录因子,在调控植物器官形态建成和响应非生物胁迫等过程发挥重要作用。为了研究大豆OFP转录因子家族成员特征及其在干旱胁迫和盐胁迫中的作用,运用生物信息学方法对大豆OFP家族成员进行鉴定和分析。结果表明:在大豆中共鉴定到41个GmOFP基因,命名为GmOFP-1~GmOFP-41;这些基因不均匀地分布在大豆19条染色体上,编码152~414个氨基酸;亚细胞定位预测大豆OFP蛋白主要定位在细胞核、叶绿体、线粒体中;在大豆OFP蛋白中共鉴定到10个保守基序,其中保守基序1和2存在于所有OFP成员中;系统发育分析将大豆和拟南芥OFP蛋白分为5个亚家族Class Ⅰ~Class Ⅴ,其中大豆OFP家族基因主要分布在Class Ⅰ和Class Ⅲ中;共线性分析发现,大豆基因组OFP成员中有75对基因存在共线性关系,4对基因存在串联重复,仅有2个基因GmOFP-2和GmOFP-39没有共线性关系,表明基因片段复制是导致大豆OFP家族成员增多的主要原因。通过qRT-PCR方法分析了GmOFP基因家族成员在干旱胁迫和盐胁迫处理下的表达模式,结果表明:与对照相比,41个GmOFP基因中有16个GmOFP成员在干旱处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-15、GmOFP-17、GmOFP-32显著上调表达,GmOFP-4、GmOFP-5、GmOFP-6、GmOFP-9、GmOFP-12、GmOFP-21、GmOFP-23、GmOFP-25、GmOFP-26、GmOFP-27、GmOFP-38、GmOFP-39、GmOFP-40显著下调表达;有8个GmOFP成员在盐处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-7、GmOFP-14、GmOFP-31、GmOFP-32、GmOFP-36、GmOFP-40显著上调表达,GmOFP-1、GmOFP-15显著下调表达。综上所述,大豆OFP基因家族在应对干旱胁迫和盐胁迫中可能具有重要功能。

旨在明确外源甜菜碱(GB)对高温干旱复合胁迫(TD)下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合系统的调控机制,为缓解作物极端环境胁迫提供理论依据。以先玉335为材料,于三叶一心期对叶片喷施用不同浓度(0,50,100,200,400 mmol/L)GB溶液,24 h后,通过人工气候箱模拟高温(昼/夜温度40 ℃/28 ℃)并利用20% PEG-6000诱导中度干旱构建复合胁迫环境,探讨GB对TD下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合作用的调控效应。结果表明,100 mmol/L GB显著促进植株生长,与TD处理相比,玉米株高、叶面积、茎叶及根系干质量分别增加27.48%,27.45%,28.33%,78.26%,根冠比提高14.91百分点。在胁迫后5 d,100 mmol/L GB显著增强了抗氧化酶活性,其中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提升69.09%,69.02%,41.81%;同时,丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}^{\bar{.}}_{2}$)和过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低21.92%,6.50%,25.33%。此外,可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量分别提升31.69%,18.98%。光合特性分析显示,GB可有效改善叶绿体基粒和基质类囊体的片层系统结构,从而显著提升复合胁迫下叶片的SPAD值,并减轻胁迫对光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的损伤,具体表现为初始荧光(F0)降低,可变荧光(Fv)和最大荧光(Fm)提高。此外,通过缓解复合胁迫引起的气孔与非气孔限制,100 mmol/L GB处理显著提升了叶片的光合性能,使胁迫后5 d的净光合速率(Pn)增加24.14%。综上,高温干旱复合胁迫下,外源GB可通过提高抗氧化酶活性和细胞渗透调节能力来保护光合系统,从而缓解胁迫伤害并促进玉米幼苗生长。

为明确不同形态氮素与镁肥配施对阴山北麓马铃薯的影响,于内蒙古呼和浩特市开展田间试验,设置2种形态氮素(硝态氮、铵态氮)和2个镁肥用量水平(0,45 kg/hm²),共4个处理,分析不同处理对全生育期马铃薯产量及其构成因素、干物质量、氮含量、镁含量、钾含量、氮积累量、镁积累量、钾积累量、氮素养分效率差异的影响。结果表明,与单施硝态氮相比,硝态氮与镁肥配施显著提高了块茎形成期至收获期马铃薯叶干物质量(21.24%~75.60%)、块茎干物质量(22.04%~62.36%),苗期至收获期全株干物质量(32.54%~70.28%),块茎形成期、淀粉积累期、收获期块茎氮积累量(44.01%~69.84%),全生育期全株镁积累量(37.66%~84.21%),块茎形成期至收获期全株钾积累量(24.30%~54.95%),全生育期氮素吸收效率(30.77%~66.67%),收获期氮肥偏生产力(35.13%)。指标间相关性分析显示,全生育期内,马铃薯干物质量、全株氮积累量、全株镁积累量、全株钾积累量与氮素吸收效率呈显著正相关关系(r均大于0.78);收获期,全株钾含量与产量呈极显著负相关关系(r为-0.78)。主成分分析进一步证实,全生育期不同处理间总变异量高度分散,说明不同形态氮素配施镁肥与不施用镁肥相比具有显著差异。该试验结果能够为阴山北麓马铃薯田间氮肥高效利用与氮镁合理搭配提供新策略。

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

为明确水肥耦合对口感番茄果实品质及滋味物质积累的调控效应,以豫甜优六口感番茄和2442普通番茄为试材,构建6组水肥耦合处理(W1F1:70%~75% ETc+180-90-150 kg/hm²;W1F2:70%~75% ETc+240-120-200 kg/hm²;W1F3:70%~75% ETc+300-150-250 kg/hm²;W2F1:80%~85% ETc+180-90-150 kg/hm²;W2F2:80%~85% ETc+240-120-200 kg/hm²;W2F3:80%~85% ETc+300-150-250 kg/hm²),研究其对设施番茄产量、营养品质、糖酸组分及可溶性固形物动态积累的调控效应。结果表明:灌溉量与施肥量对产量影响极显著,W2处理使豫甜优六和2442分别增产22.3%,19.6%;F3处理下产量最高,分别为33 720,33 480 kg/hm²。品质指标呈现品种特异性响应:豫甜优六维生素C含量在W1F2时最优(0.383 mg/g),2442在W1F3时最优(0.224 mg/g);可溶性蛋白含量受施肥主导,豫甜优六在W2F2处理达峰值(7.02 mg/g)。糖酸组分积累模式存在品种差异:豫甜优六的葡萄糖、柠檬酸和苹果酸均在W2F2处理下最优,果糖在W2F1时最高,糖酸比峰值为8.326(W2F1);而2442的糖酸积累对水分响应较弱,其糖酸比峰值达9.346(W2F2)。可溶性固形物(Brix)呈前期速增、后期平稳的动态特征,W1F2处理表现最佳协同效应,豫甜优六峰值为10.19%,且较W2F1节水12.5%~17.6%、节肥20%。综上,适度水分亏缺配合优化施肥可同步提升产量与品质,豫甜优六适宜高水低肥模式(W2F1),2442适宜高水中肥模式(W2F2)。

探究不同程度干旱胁迫对小麦抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、光合特性以及产量构成的影响,为优化小麦节水生产提供理论依据和技术支撑。于2023—2025年在山东省农业科学院龙口试验田设置重度干旱(I-hd)、中度干旱(I-md)、轻度干旱(I-fd)和适宜水分(I-sm)4种土壤水分梯度,系统分析了不同干旱胁迫下小麦抗氧化酶活性、MDA含量、光合特性以及籽粒产量构成。结果表明:相较于中度和重度干旱,轻度干旱和适宜水分均有利于优化穗数、穗粒数和千粒质量,从而显著提高籽粒产量,增产幅度2 a均值达11.1%~51.0%。轻度干旱和适宜水分下各生育时期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性显著提升,各生育时期叶片MDA含量显著降低,对降低细胞膜脂氧化程度和延缓植株衰老具有重要作用。轻度干旱和适宜水分条件下孕穗、开花和灌浆中期叶片叶面积指数(LAI)、叶绿素相对值(SPAD值)和净光合速率(Pn)均维持在较高水平,为光合速率的提升提供生理基础,而中度及重度干旱条件下上述指标全生育期大幅降低。相关分析表明,抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性与MDA含量呈显著负相关,与光合特性(LAI、SPAD、Pn)及产量构成要素(穗数、穗粒数、千粒质量)呈显著正相关,为保持较高光合能力提供生理保障。综上,轻度干旱与适宜水分均会大幅提高各生育时期叶片SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA等有害物质含量,并且优化叶片LAI和SPAD值进而改善叶片Pn,最终籽粒产量提高11.1%~51.0%。然而,轻度干旱与适宜水分下籽粒产量、抗氧化酶活性及光合特性间差异较小,因此,本研究认为轻度干旱条件下,可通过优化光合特性和叶片抗氧化能力来实现小麦稳产高产,为作物节水生产提供可靠的实践途径。

为探究不同施氮量对甜菜碳氮代谢与产质量形成的影响,试验在内蒙古自治区呼和浩特市内蒙古农业大学科技园区试验地进行,设置5个施氮处理,施氮量分别为0(N0),60(N60),120(N120),180(N180),240 kg/hm²(N240),分析不同处理下甜菜全生育期主要光合生理指标以及碳氮代谢关键酶及其产物的动态变化。结果表明,施氮对甜菜光合特性、碳氮代谢关键酶活性及产物的影响在不同生育期存在显著差异。光合特性上,6月17日、7月2日各施氮处理SPAD值较N0分别提高10.06%~32.45%,4.19%~26.98%;8月20日SPAD值、Fv/Fm以N180处理最高,且9月20日SPAD值和Fv/Fm较高。碳氮代谢关键酶活性方面,N180处理下,7月17日蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)、硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性均最高,较N0分别提高17.20%,20.37%,18.39%,31.30%;9月20日SPS活性、8月5日SS活性最高,分别达15.51,21.59 μg/(g·min)。碳氮代谢物质方面,随着生育进程的推进,块根可溶性糖含量、叶片全氮含量整体呈升高的变化趋势,N180处理在8月5日叶片和块根全氮含量最高,在9月20日叶片可溶性糖含量最高。产质量方面,随着施氮量的增加,块根产量整体呈升高的变化趋势,含糖率整体呈降低的变化趋势;N180处理下块根产量为106.46 t/hm²(较N0提高31.00%),含糖率为13.43%(较N0下降0.63百分点),产糖量最高,为14.30 t/hm²(较N0提高25.11%)。相关性分析表明,碳代谢关键酶(SPS、SS)活性与产糖量整体呈正相关关系,碳代谢物质与产糖量整体呈负相关关系,氮代谢关键酶(NR、GS)活性与产糖量均呈正相关关系,块根全氮含量与产糖量整体呈正相关关系。综上,施氮量为180 kg/hm²时可通过优化甜菜叶片光合性能,促进叶片和块根碳氮代谢的协调,平衡块根产量与含糖率,提高产糖量。

为揭示半干旱区马铃薯在关键生育阶段生长发育及光合特性对不同水分梯度的响应特征,通过开展渍水(土壤含水量保持85%田间持水量)和干旱胁迫(土壤含水量为65%田间持水量时开始持续干旱)的模拟试验,对马铃薯各项生长发育及光合指标进行研究。结果表明,随着生育进程,渍水处理下马铃薯株高、生物量积累与正常灌溉处理相差不大,干旱胁迫下显著降低马铃薯株高生长及生物量的积累,同时干旱胁迫明显降低马铃薯叶片光合特性,其中净光合速率、气孔导度分别下降43%,55%,渍水处理各光合参数(除气孔导度外)与正常灌溉处理无显著差异。干旱胁迫及渍水处理不同程度降低马铃薯叶片的光合能力及对光能的利用,其中渍水条件下马铃薯叶片遇强光时生长发育更易受到抑制,并且降低马铃薯叶片活性,马铃薯叶片在干旱条件下遇弱光时生长发育更易受到抑制,但未降低马铃薯叶片活性。综合分析发现,半干旱区马铃薯在块茎膨大期更易受到干旱胁迫的影响,其次是渍水持续时间较长影响马铃薯的生长发育。

为探究沿淮地区不同类型小麦光合特性、干物质积累分配、产量及品质对不同氮磷钾配比复合肥的响应,选用中科166、烟农999、淮麦43、山农17为试验材料,设置高氮复合肥(N-P₂O₅-K₂O=26-13-7)与等比例复合肥(N-P₂O₅-K₂O=18-18-18)2种复合肥处理,分析了不同复合肥处理对各小麦品种光合特性、干物质积累分配、产量与品质的影响。结果表明:相较于等比例复合肥,高氮复合肥显著提升4个小麦品种的LAI、SPAD值、净光合速率和光化学效率,延缓叶片衰老,延长光合作用时间;同时增加开花和成熟期干物质积累量,优化干物质分配比例,最终使籽粒产量提高4.5%~14.9%,蛋白质和湿面筋含量分别提升了1.36%~8.17%,3.55%~9.36%。不同品种对高氮复合肥的响应程度略有差异,烟农999综合表现最优,其SPAD值和LAI增幅最大,净光合速率和产量均居首位,成熟期籽粒干物质分配比例最高,品质提升显著;中科166产量增幅最大,蛋白含量和湿面筋含量最高;淮麦43籽粒干物质积累量增幅最高;山农17对高氮复合肥响应最弱,但其产量较等比例复合肥仍提升9.3%。综上,高氮复合肥在不同类型小麦光合特性、干物质积累分配、产量及品质上均表现出一定优势,且供试品种烟农999综合表现最优。

为挖掘胡麻响应干旱胁迫的关键基因并解析其内在分子机理,以期为抗旱品种选育提供理论支持。以胡麻抗旱品种天亚13号根系为材料,采用不同浓度(5%,10%,20%,30%)的聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫。通过分析根长、根粗及干/鲜质量比等生理指标,确定20% PEG为最适胁迫浓度,该浓度处理下上述指标较对照分别显著降低31.63%,30.50%和13.39百分点。在此基础上,利用Illumina转录组测序技术对不同干旱胁迫时间点(8,16,24 h)的根系进行转录组分析,分别鉴定到5 428,5 304和3 603个差异表达基因(DEGs)。KEGG富集分析表明,这些差异表达基因显著富集于碳水化合物代谢途径(12个基因)、甜菜碱生物合成途径(4个基因)及抗氧化防御系统(36个基因)等关键过程。通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证,其表达趋势与RNA-seq结果一致,证实了数据的可靠性。系统揭示胡麻在干旱胁迫下通过协同调控渗透调节物质(如甜菜碱)合成、能量代谢重编程(碳水化合物代谢)以及活性氧清除机制以增强抗旱能力,为胡麻分子设计育种提供了重要的理论依据和候选基因资源。

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

探讨接种丛枝菌根真菌(AMF)对干旱胁迫下药用牡丹凤丹生理特性及活性成分积累的影响,为利用AMF增强药用牡丹抗旱能力及提升其药材品质提供理论依据。以凤丹实生苗为试验材料,设置正常水分(CK)、干旱胁迫(DR)、正常水分下接种AMF(AMCK)及干旱胁迫下接种AMF(AMDR)共4个处理,分别测定植株氧化还原稳态(包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸和可溶性糖含量)、光合特性(包括光合色素含量、光合与叶绿素荧光参数)以及根皮中活性成分(总黄酮、丹皮酚、芍药苷等)含量。结果表明,干旱胁迫导致凤丹植株体内丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)含量分别显著增加了33.53%和50.04%,光合性能受到明显抑制,具体表现为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光合性能指数(PIabs)均显著下降。接种AMF有效缓解上述干旱胁迫引起的不利影响:不仅使SOD活性显著提高6.36%,可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸等渗透调节物质含量分别显著提升23.72%,53.31%和14.70%,并降低活性氧含量,增强细胞膜稳定性,还使光合色素含量以及Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、PIabs等光合荧光相关参数得到显著恢复。此外,在干旱胁迫条件下接种AMF进一步促进了根皮中总黄酮、丹皮酚和芍药苷等次生代谢产物的积累,三者含量较DR处理分别提升18.67%,11.39%和5.17%。综上,AMF能够通过增强凤丹的抗氧化能力、促进渗透调节物质积累、改善光合性能,有效缓解干旱胁迫对植株造成的生理损伤,同时提高根皮中次生代谢物质的含量。

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

为探究秸秆隔层对盐碱地改良过程中土壤呼吸及有机碳化学结构稳定性的影响,于山东省东营市农高区盐碱地改良试验示范基地设置隔层处理S(35 cm土层处增设5 cm秸秆隔层)和对照处理CK(不设秸秆隔层)2组试验种植苜蓿。通过监测不同处理的土壤呼吸特征,并结合剖面土层土壤pH值、电导率(EC)、有机碳组分含量和化学结构特征进行综合讨论。结果表明:与CK相比,S处理显著提高了苜蓿生长期的土壤呼吸速率,增幅最高可达79.84%;S处理较CK降低了秸秆隔层(35~40 cm)及其上部(0~35 cm)土层的EC,阻导盐分上行;S处理使40~50 cm土层土壤有机碳(SOC)显著增加、颗粒有机碳(POC)和可溶性有机碳(DOC)含量极显著提升,较CK分别提升了16.67%,208.07%,83.41%。40~50 cm土层是土壤有机碳转化的关键土层,对40~50 cm土层土壤有机碳分子结构进行表征发现,S处理较CK降低了DOC中碳的不饱和度(30.60%)和芳香度(4.84%)的加权平均值,降低了DOC中不稳定态碳的占比;S处理增加了POC中烷基碳(10.32百分点)和烷氧碳(8.39百分点)的相对含量,降低了羧基碳(14.24百分点)的相对含量,使POC结构稳定性增强;然而,S处理降低了SOC的烷基碳(3.14百分点)和芳香碳(3.38百分点)占比,增加了烷氧碳(5.17百分点)和羧基碳(1.56百分点)占比,难降解碳比例下降和易降解碳比例上升,使SOC的结构稳定性降低。由相关性分析可知,土壤呼吸的显著增加与关键土层POC和SOC含量分别呈极显著和显著正相关关系,而SOC化学组成中的烷氧碳(易降解碳组分)的增加,使有机碳稳定性降低,是导致土壤呼吸升高的主要原因。综上,增设秸秆隔层在短期内显著提高了土壤呼吸,这与关键土层有机碳化学结构稳定性的降低密切相关,在未来“碳中和”策略下应考虑隔层材料的筛选研究及其长期效应。

为解析小麦低温胁迫应答机制并挖掘优异抗寒基因资源,通过转录组测序揭示小麦低温响应的关键调控网络,并对候选基因TaGGCT18-6A进行功能验证。结果表明,4 ℃冷处理诱导小麦幼苗分别产生10 893个(6 h处理)和18 784个(24 h处理)差异表达基因,KEGG富集分析显示,差异基因显著富集于MAPK信号转导及谷胱甘肽代谢等通路。基于谷胱甘肽代谢途径关键基因筛选,克隆获得γ-谷氨酰环转移酶基因TaGGCT18-6A。该基因全长1 772 bp,编码218个氨基酸,其编码蛋白具有典型的GGCT-like超家族结构域及核心结构域ChaC。启动子顺式作用元件分析表明,该基因含低温响应元件(LTR)及脱水响应元件(DRE)等胁迫相关元件;表达模式分析发现,TaGGCT18-6A在4 ℃冷处理下呈持续上调趋势。转基因水稻功能验证表明,过表达株系在-4 ℃低温冻害胁迫下相较野生型对照,OE#1、OE#2和OE#3存活率与生物量显著提高,OE#1和OE#2的株高显著提高,OE#1、OE#2和OE#3相对电导率显著降低。经4 ℃冷处理后,过表达株系渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖)积累量较对照显著增加,丙二醛含量降低;SOD、POD和CAT活性显著上升。以上研究表明,TaGGCT18-6A通过调控谷胱甘肽代谢增强抗氧化能力,进而提高植物低温耐受性,为小麦抗寒分子育种提供理论依据和优异基因资源。

旨在基于代谢组与转录组联合分析,阐明不同颜色鲜食玉米籽粒花青素的组分差异及其分子调控机制,为彩色鲜食玉米分子育种提供候选基因与理论依据。以白色WN2000、黄色HN、彩色CN1和黑色HTN188为材料,综合采用代谢组学鉴定花青素相关代谢物并筛选差异代谢物,结合转录组测序获得差异表达基因(DEGs),通过GO注释与KEGG通路富集解析代谢—基因关联,并在花青素生物合成通路中挖掘关键结构基因与转录调控因子。结果表明,代谢组共鉴定49种花青素类代谢物,HTN188中矢车菊素、芍药素和天竺葵素等主要花青素显著积累,表现出更强的色素沉积特征。转录组共获得12 557个DEGs,其中F3H、DFR、UFGT等结构基因及MYB、bHLH等转录因子在高花青素品种中显著上调。相关性分析显示,基因Zm00001d011438的表达量与总花色素苷含量呈显著正相关,提示其可能在籽粒花青素积累中发挥关键作用。综上,基于代谢组与转录组联合分析,描述了不同颜色鲜食玉米籽粒花青素组成及相关基因表达差异,筛选出与花青素生物合成通路相关的结构基因、转录因子及候选基因Zm00001d011438,为后续功能验证与遗传改良研究提供参考。

为探明长期施肥对双季晚稻产量形成的影响及其生理调控机制,基于进贤红壤稻田化肥长期定位试验(1981年设),选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、两倍氮磷钾肥(HNPK)、有机无机配施(NPKM)4个典型处理,比较了长期施肥后第42年双季晚稻产量、干物质积累、叶绿素动态特征、齐穗期和灌浆期叶片基因表达差异。结果表明,长期施肥下晚稻产量表现为NPKM>HNPK>NPK>CK,其中HNPK和NPKM处理显著高于NPK处理,增幅分别为29.63%,57.18%。与NPK处理相比,NPKM和HNPK处理显著改善晚稻产量构成,有效穗、穗粒数和着粒密度分别增加了16.98%~46.42%,8.68%~15.26%,3.69%~7.37%。在干物质积累方面,与NPK相比,NPKM和HNPK均显著提高了晚稻各时期干物质质量,同时促进了齐穗期至成熟期茎叶干物质向穗的转运。NPKM和HNPK处理各时期叶绿素含量均显著高于CK和NPK处理,其中NPKM处理延缓了灌浆期至成熟期叶绿素的衰减;相关分析表明,长期施肥下晚稻产量与分蘖期至齐穗期干物质积累量(△DM1)和灌浆期至成熟期干物质积累量(△DM3)呈极显著正相关,与灌浆期至成熟期叶片叶绿素减少量(△S3)呈极显著负相关。叶片转录组分析结果表明,长期施肥显著影响晚稻齐穗期、灌浆期叶片基因表达,差异表达基因主要富集于光合作用、碳代谢、氮代谢、信号转导及逆境相关的代谢途径。综上所述,长期施肥调控双季晚稻基因表达,有机无机配施改善了产量构成,促进了早期干物质积累,增强了灌浆期至成熟期茎叶干物质向穗的转运,同时,提高了晚稻各时期叶片叶绿素含量,并延缓了灌浆期后叶片的衰老,对水稻增产起到强源(提高光合生产力)、扩库(增加干物质储存容量)和畅流(促进同化物转运)的作用。

旨在明确内蒙古中部地区秸秆还田减施氮肥对绿豆叶绿素含量、干物质积累及产量的影响,为绿豆栽培中秸秆资源合理利用以及科学施氮提供参考。以科绿1号绿豆品种为试验材料,采用2因素裂区设计,设置2种栽培措施:秸秆还田(ST)和秸秆不还田(NST),4个施氮水平:0(N0),45(N45),90(N90),135(N135)kg/hm²,共8个处理组合,分析各处理对不同时期绿豆叶绿素含量、地上部各器官干物质量以及成熟期主要农艺性状、产量及其构成因素的影响。结果表明,不同时期各处理绿豆叶绿素含量、地上部各器官干物质量、主要农艺性状、产量及其构成因素均表现为 ST + N90 > ST + N135 > ST + N45 > NST + N90 > NST + N135 > NST + N45 > ST + N0 > NST + N0。 ST+N90处理结荚期绿豆叶绿素含量、开花期叶片干物质量、成熟期茎秆干物质量、结荚期豆荚干物质量、成熟期籽粒干物质量、主茎分枝数、主茎节数、荚长、荚宽,单株荚数、单荚粒数、百粒质量、产量均最高,分别较NST+N0增加24.33%,30.56%,26.83%,28.58%,43.85%,6.13%,7.03%,5.62%,16.35%,13.22%,4.45%,8.90%,23.46%。秸秆还田配施90 kg/hm²氮肥处理能够提高绿豆叶绿素含量,促进植株地上部各器官干物质积累,提高产量,是绿豆栽培中较为理想的措施。

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

为探明半干旱雨养农业地区,覆盖措施(如秸秆还田、地膜覆盖)对土壤团聚体和有机碳的影响。以陇中旱地马铃薯-小麦轮作体系为研究对象,系统分析了秸秆碎秆覆盖还田(SR)、秸秆带状覆盖还田(SM)、地膜覆盖(PM)及露地(CK)对土壤有机碳组分(SOC、POC、MAOC)、团聚体稳定性及团聚体碳贡献率的影响,通过评估不同覆盖措施的土壤改良效应,整合土壤有机碳组分动态、团聚体稳定性等关键指标与文献报道的作物生产力及水分利用效率数据,筛选出能够协同提高有机碳和团聚体稳定性的最优覆盖模式。结果表明:马铃薯-小麦轮作中,3种覆盖措施均提高了马铃薯和小麦有机碳含量及团聚体稳定性,以SR处理效果最佳,与CK处理相比,SR和SM处理SOC含量增加了15.38%,7.78%,PM处理的SOC含量无显著变化,SR和SM处理增加了0~20 cm土层中POC含量18.54%,16.62%,PM降低了0~20 cm土层中POC含量3.06%;各处理对MAOC增加整体趋势表现为SR>SM>PM>CK。与CK处理相比,SR和SM处理增加了MWD、GMD、>2 mm团聚体占比及其SOC含量,而PM显著降低了MWD和GMD;SR增加0~20 cm土层中>2 mm粒级SOC富集系数17.26%,SR和SM处理显著增加>2 mm团聚体SOC贡献率。综上所述,在本试验条件下,3种覆盖措施均能增加土壤有机碳含量,而秸秆碎秆覆盖还田在提升土壤有机碳含量和团聚体稳定性方面表现最佳、效果更好,有效提升土壤地力。

为研究不同施氮量对水稻产量、吸氮量、土壤肥力情况的影响,以水稻品种富源4号为试材,在2021—2023年研究不同施氮水平对引黄灌区水稻产量和氮肥利用效率及土壤耕层肥力的影响。施氮360 kg/hm²处理较其他处理产量有显著增加,平均产量9.4 t/hm²,较不施氮处理增加182.94%,较施氮210,240 kg/hm²产量增加40.72%,26.34%。从产量构成因子来看,产量增加主要是穗粒数及有效穗数增加,过量施氮会造成千粒质量降低。对3 a结果进行平均,氮肥利用率以施氮240 kg/hm²处理最高达26.93%,氮肥偏生产力随着施氮量增加而降低。各处理有机质以施氮210 kg/hm²处理平均值最高为18.60 g/kg。各施氮处理较不施氮处理土壤全氮含量增加7.61%~15.67%,随着试验年份增加,施氮360 kg/hm²处理土壤全氮含量降低。施氮360 kg/hm²处理土壤全磷含量逐渐降低,其他施氮处理维持在0.85 g/kg左右。施氮处理随着施氮量增加,全钾含量逐渐降低,施氮360 kg/hm²处理较施氮120,210,240 kg/hm²处理分别降低23.74%,22.16%,8.85%。 土壤速效磷随试验年限呈上升趋势,各处理间随时间变化幅度增加,随着施氮量增加呈先升高后降低趋势,施氮240 kg/hm²处理在2023年较其他处理土壤速效磷显著增加。各处理土壤速效钾随试验年限变化不明显。综合考虑作物产量、氮肥利用率和土壤肥力,施氮240 kg/hm²可平衡环境和生产要求。

为了明确气候变化和有机肥配施对土壤氮素转化的影响,于2023年6-11月在安徽合肥进行大豆田间试验,利用红外辐射增温设备模拟田间增温,设置2个温度水平(T0:环境温度;T1:增温)和2种施肥模式(SF:单施无机肥;OF:有机肥配施),通过分析土壤理化性质、硝化势和氨氧化细菌(AOB)与古菌(AOA)对硝化势的相对贡献率、反硝化能力和N₂O/(N₂O+N₂)产物比以及土壤呼吸,结合相关酶活性的测定研究增温和有机肥配施对硝化和反硝化过程的影响及其驱动因子。结果表明,增温显著降低了土壤含水率(2.3百分点)、有机碳(22.7%)、全磷(23.8%)和铵态氮含量(17.5%),而显著提高了硝态氮含量(52.8%);有机肥配施使土壤含水率、有机碳、全磷和铵态氮分别显著提高了1.2百分点,26.5%,31.3%,17.0%。增温显著提高了土壤呼吸(26.4%)、硝化势(31.7%)、AOB贡献率(16.4百分点)、反硝化能力(49.1%)以及N₂O/(N₂O+N₂)产物比(10.5百分点);而有机肥配施使硝化势、AOA贡献率、反硝化能力以及N₂O/(N₂O+N₂)产物比分别显著降低了39.3%,18.2百分点,24.7%,16.2百分点。增温和有机肥配施均显著提高了土壤脲酶、亚硝酸还原酶及羟胺还原酶活性;同时,相关分析结果表明,硝态氮含量、脲酶、亚硝酸还原酶及羟胺还原酶活性与AOB贡献率和反硝化能力呈显著正相关。综上,增温提高了土壤硝态氮含量以及脲酶、亚硝酸还原酶、羟胺还原酶的活性,进而增加了AOB硝化贡献、反硝化能力和N₂O/(N₂O+N₂)产物比,导致N₂O损失增加;而有机肥配施可以提高土壤养分,调节AOA和AOB在硝化过程中的作用,减小AOA贡献率、反硝化能力以及N₂O/(N₂O+N₂)产物比,降低N₂O损失,在一定程度上缓解增温的不利影响。

为深入解析调控超甜玉米秸秆蛋白质含量的遗传基础,基于玉米56K基因芯片,采用BLINK模型定位控制超甜玉米秸秆蛋白质含量的主要SNP位点及预测候选基因。结果表明:在超甜玉米收获期,其秸秆蛋白质含量为12.63~30.29 g/kg,平均值为20.76 g/kg,呈正态分布;GWAS共关联定位到调控超甜玉米秸秆蛋白质含量6个显著SNP位点,这些位点分布于第1,4和6号染色体上,其贡献率为10.07%~18.17%,其中位于6号染色体的Affx-115330268的贡献率最高。在显著关联位点上下游200 kb的置信区间内,共检测到184个候选基因,其中已注释基因34个,占比为18.48%;通过GO功能注释和KEGG通路富集分析,候选基因主要参与生物调节、细胞过程、催化活性等生物过程,并富集于类固醇生物合成、色氨酸代谢、光合作用-天线蛋白等通路。基于文献查找比对发现,6个(GRMZM2G141473、GRMZM2G007854、GRMZM2G111319、 GRMZM2G121024、 GRMZM2G010353、 GRMZM2G049547)调控超甜玉米秸秆蛋白质的关键基因,其主要参与蛋白质和酶合成等途径。

土壤盐渍化是影响农田生产力提高的重要制约因素。针对滨海盐化土壤质量差、生产力低等问题,设置盆栽试验,探究不同用量和配比的有机土壤调理剂施用对滨海盐化农田大豆生长及土壤性状的影响。结果表明,综合分析SOD、CAT、MDA等抗盐生理指标状况来看,T3(乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=10:1)、T5(乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=20:1)处理改善效果较好;综合对比前期和中期长势来看,以T5处理长势状况较好,其次是T2(乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=5:1)处理;干物质积累量和养分吸收方面以T16(乳糖肽用量900 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=15:1)、T17(乳糖肽用量900 kg/hm²,乳糖肽:肌醇=20:1)与T2处理较好,明显高出对照处理;偏生产力和农学效率在T2处理均最高,为1.11,0.87 g/kg,同时复配比例在5:1~15:1时改善土壤水溶性离子的效果较好。综合来看,以乳糖肽用量225 kg/hm²,乳糖肽与肌醇复配比例为5:1~10:1的T2和T3处理在节省成本投入,保持改良效果方面最佳。

旨在探究氮肥减施配施有机肥对香梨园0~60 cm土壤碳氮含量变化以及香梨产量、品质的影响,提出最佳氮肥减施用量与有机肥配比。以10~12 a生库尔勒香梨树为试验材料,连续3 a设置常规施氮(表示为N,300 kg/hm²)处理,3个氮肥减施处理(分别表示为N1、N2、N3,较常规施氮处理减少10%,20%,30%)配施2个有机肥处理(表示为OF1、OF2,施用羊粪22 500,33 750 kg/hm²),并形成氮肥减施配施有机肥处理:N1F1、N2F1、N3F1、N1F2、N2F2、N3F2,对库尔勒香梨园土壤碳氮含量、土壤碳氮比以及香梨产量、品质进行测定与分析。结果表明:N1F1、N1F2、N2F2、N3F2显著促进香梨园土壤全碳、有机碳、无机碳、微生物量碳(SMBC)及硝态氮、铵态氮含量,提高土壤碳氮比和香梨果实中的可溶性糖、维生素C的含量,降低香梨果实中的总酸含量,并对产量无显著影响;N2F1对土壤硝态氮、铵态氮含量有显著促进作用,对香梨产量和品质无显著影响;N3F1显著抑制土壤碳组分含量以及香梨产量,并降低果实中可溶性糖含量。土壤硝态氮、铵态氮、有机碳、无机碳、全氮、全碳、SMBC、微生物量氮(SMBN)与香梨品质呈现显著或极显著正相关关系,土壤C/N与香梨产量、品质呈现显著或极显著负相关关系,其中土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮对香梨产量、品质的作用更为显著,在后续的施肥处理中,通过促进土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量,调节土壤C/N,更好地提高库尔勒香梨产量,提升果实品质。10~12 a生库尔勒香梨树的经营过程中,在常规施氮的基础上减氮20%~30%,同时配施有机肥33 750 kg/hm²处理,有利于调节土壤碳氮含量,增加香梨品质,降低化肥施用量,减少土壤污染,保证土壤环境健康。

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

为明确气候变暖和有机无机肥配施对大豆生长发育和产量的影响,通过红外辐射增温设备模拟田间增温,设置不同温度水平(T0: 环境温度;T1: 增温2.9 ℃)和不同施肥措施(SF: 单施无机肥;OF:有机无机肥配施),探究增温和有机无机肥配施对大豆干物质积累、光合速率、叶片酶活性和产量的影响。结果表明: 相比于环境温度,增温造成2023—2024年大豆花前和花后生育期分别缩短3~4 d,5~6 d;增温降低盛荚期叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,降低大豆叶面积和净光合速率,导致花后株高和地上部干物质积累分别降低9.0%~13.7%,4.1%~19.3%;相比于单施无机肥,有机无机肥配施显著提高了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性,增加了花后光合速率,促进了大豆的生长发育,干物质积累显著增加4.1%~15.3%。硝酸还原酶和谷丙转氨酶活性存在显著交互作用。产量结果表明,增温条件下单株荚数和单株粒数分别下降9.7%~16.6%,13.3%~19.0%,造成产量显著降低13.7%~21.1%;而有机无机肥配施条件下,单株粒数显著增加12.5%,单株荚数显著增加9.9%~10.5%,导致增产7.6%~10.8%。同时,叶面积、光合速率、氮代谢酶活性与产量之间存在显著正相关关系。综上,气候变暖会抑制大豆花后光合特性和地上部生长发育,造成产量下降,而有机无机肥配施一定程度上弥补增温带来的不利影响。

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

明确滴灌水肥一体化条件下施磷量对新疆密植高产玉米生长、产量形成和磷肥利用率的影响机制,以期为新疆玉米高产稳产和化肥减量增效绿色可持续提供理论依据。试验于2023—2024年在新疆奇台农场玉米高产示范基地开展,在滴灌水肥一体化条件下设置不施磷肥(P₀)、纯磷60 kg/hm²(P₆₀)、 90 kg/hm²(P₉₀)、120 kg/hm²(P₁₂₀)、150 kg/hm²(P₁₅₀)和180 kg/hm²(P₁₈₀,CK)6个施磷水平,分析了密植滴灌水肥一体化玉米的叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、干物质积累、收获指数(HI)、穗部性状、产量及产量构成的变化,明确了施磷量对新疆密植滴灌玉米产量和磷肥利用率的影响。结果表明,在滴灌水肥一体化分次施磷条件下,2 a玉米产量随施磷量的增加均呈先增加后趋于平稳的趋势,在P₁₂₀处理时产量达到最大(18.79~20.94 t/hm²)。施磷量可显著影响玉米的千粒质量和穗粒数。施磷量主要影响了玉米果穗秃尖的长度,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较果穗秃尖长差异不显著。玉米关键生育期的LAI随磷肥用量的增加表现出先上升后平稳的变化趋势,其中吐丝期P₁₂₀处理下玉米的LAI最大为7.56~7.81,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较LAI差异不显著,与P₁₂₀处理相比,P₀处理显著降低了21.54%。此外,P₁₂₀处理的玉米花前、花后干物质累积量与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较差异不显著,较P₀分别提高了37.91%,93.88%。综上所述,滴灌水肥一体化分次施磷显著影响了密植滴灌玉米的LAI、LAD、花前与花后干物质积累以及HI,缩短秃尖长度,提高了穗粒数和千粒质量进而提高玉米产量和磷肥利用效率,实现了玉米产量和磷肥利用效率的协同提高。

为探究牛粪源炭基有机肥替代部分化肥对夏玉米田N₂O排放的影响及其调控机制,于2023—2024年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站开展大田小区试验。试验设置4种施肥处理:CF,常规施用氮磷钾化肥;COF1、COF2和COF3分别为牛粪源炭基有机肥等氮量替代15%,30%,45% CF处理中的化学氮肥量。研究分析了不同施肥模式对夏玉米田N₂O排放、植株氮素吸收、土壤理化性质、氮循环相关功能基因丰度及产量的影响。结果表明:(1)与CF相比,COF1、COF2与COF3处理N₂O累积排放量分别显著降低39.4%,42.5%,43.8%;COF1与COF2在减排的同时,植株氮素吸收量分别提高45.9%,24.5%,产量分别增加10.6%,11.7%;(2)COF1与COF2显著促进土壤水稳性团聚体(WSA)形成(分别较CF增加12.7%,16.5%),并降低反硝化关键功能基因(norB、norC、narH)丰度,同时增强硝酸盐异化还原成铵(DNRA)过程基因(napA、napB等)表达,促进土壤硝态氮与铵态氮积累;(3)COF1与COF2提高根系生物量及根-叶系统中硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶的活性,从而协同促进植株氮素吸收利用。相关分析进一步表明,土壤WSA形成与关键反硝化基因(norB/C、narH)丰度呈显著负相关,而与植株氮吸收、根系生物量及植株氮代谢酶活性呈显著正相关。综上,牛粪源炭基有机肥替代15%~30%化肥可通过促进水稳性土壤团聚体形成直接抑制反硝化过程并降低N₂O排放,同时通过增强植株氮素吸收能力与DNRA途径可与反硝化过程竞争底物硝态氮间接调控农田N₂O减排。

为探讨优化基肥追肥比例结合氮肥用量对烤烟氮代谢和氮素吸收利用的影响,以烤烟品种粤烟97为试验材料,设置常规基追比6∶4+常规氮肥用量(CK)、基追比4∶6+常规氮肥用量(T1)、基追比4∶6+氮肥减量10%(T2)、基追比4∶6+氮肥减量20%(T3)、基追比4∶6+氮肥减量30%(T4)等5个处理,分析不同基追比结合氮肥用量对烤烟氮代谢、光合特性、干物质积累与氮素吸收、氮肥利用率及氮素平衡的影响。结果表明:基追比优化为4∶6后,谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷草转氨酶(AST)、Fd-谷氨酸合成酶(Fd-GOGAT)等氮代谢关键酶活性均高于传统基追比6∶4的处理,结合减氮处理的氮代谢酶活性有所降低,其中减氮10%的T2处理与CK差异不大,但减氮20%~30%的T3、T4处理降低幅度较大,与CK差异显著。基追比优化为4∶6后,烤烟的光合速率、SPAD、干物质和氮素积累都明显增加,尤其是在大田生长后期处理间差异显著。基追比优化为4∶6后,烤烟的氮肥吸收利用效率大幅提高,氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮素当季回收率和氮肥经济利用效率分别比CK增加20.68%,6.89%,4.06,3.78百分点,结合氮肥减量各处理的土壤氮素平衡率比CK分别下降17.04~33.36百分点。综上所述,在南方烟区,将基追肥比例从6∶4优化为4∶6,可以促进烤烟大田中后期氮代谢,改善光合特性,增加物质积累和氮素吸收,提高氮肥利用率,结合肥料减量10%还可减少肥料投入,降低土壤氮素盈余,防范环境风险。

为明确玉米总叶片数与穗上叶片数的遗传特性,揭示其对玉米产量潜力、生物量积累及抗倒伏性的调控作用,开展控制玉米叶片数的 QTL 定位及基因挖掘的试验。利用SLAF-seq 技术对昌7-2和PHB1M及其138份F_2∶3家系进行高通量测序,结合60 000(E1),120 000(E2)株/hm² 2个种植密度处理下的叶片数表型数据进行QTL定位,并对定位结果进行基因挖掘。结果表明,分布在8号染色体上的2个总叶片数QTL为主效QTL,贡献率分别为 16.96%和23.08%,加性效应值为负值;3个穗上叶片数的QTL分布在2号和4号染色体,加性效应值为正值,分布在4号染色体的2个QTL为主效QTL,贡献率分别为10.18%和14.75%;总叶片数和穗上叶片数的QTL分布在不同染色体区域,可能受到相对独立的遗传调控。基因功能分析发现,筛选到的基因参与碳水化合物代谢和植物激素信号转导途径等,同时筛选到部分转录因子。本研究结果为进一步揭示玉米叶片数的遗传基础提供更丰富的理论支持,为分子标记辅助育种提供靶点。

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

为确定不同边行优势玉米品种与大豆复合种植的优势带型,在河南省许昌市建安区和周口市商水县2个不同生态区开展试验,以前期筛选出的边行优势强的玉米品种MC121和登海3206(DH3206)、边行优势弱的玉米品种豪玉16(HY16)和MY73,及大豆品种金豆99(JD99)为试验材料,设置大豆玉米6∶4(6S4M)和4∶2(4S2M)2种带型模式,以单作大豆(CKS)及玉米(CKM)为对照,研究边行优势不同的玉米品种在不同带型模式下各行植株农艺性状、单株干质量、产量及其构成因素的变化,比较土地当量比(LER)的差异。结果表明,两生态区4个玉米品种在2种带型配置构成的16个处理中,12个处理的LER大于1,玉米品种HY16和MY73在各试验点各带型配置下的LER均大于1。边行优势强的品种MC121和DH3206的LER在4S2M带型配置下高于6S4M带型配置,边行优势弱的品种HY16的LER在6S4M带型配置下高于4S2M,而MY73相反。在两试验点6S4M模式下,边行优势强的玉米品种DH3206,茎粗、冠层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素a和叶绿素b含量随边行增加而降低;MC121底层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素b含量随边行增加而降低。建安区和商水县两试验点边行优势强的玉米品种MC121、DH3206边2行产量较边1行分别降低23.71%,27.00%和20.03%,9.05%,边2行单株干质量较边1行分别显著下降15.87%,19.93%和13.82%,24.56%;边行优势弱的玉米品种边1行产量及单株干质量与边2行均无显著差异。综上,相同带型配置下边行优势弱的品种LER均值高于边行优势强的品种,复合种植中玉米产量与单作的差异受玉米品种类型影响较大。筛选和搭配适宜玉米品种对提升大豆玉米带状复合种植产量和效益至关重要。

为探究不同解磷细菌组合接种的解磷效果及其对玉米生长和磷素吸收的影响,以3株分类地位和解磷能力均存在差异的菌株-弗雷德里克斯堡假单胞菌P4-5、水稻节杆菌P5-41和阿氏芽孢杆菌P3-50为研究对象,以不接种处理为空白对照(CK),设置单接种P4-5(Pf)、单接种P5-41(Ao)、单接种P3-50(Ba)、双接种P4-5和P5-41(Pf×Ao)、双接种P4-5和P3-50(Pf×Ba)、双接种P5-41和P3-50(Ao×Ba)、组合接种P4-5、P5-41和P3-50(Pf×Ao×Ba)处理,利用盆栽试验分析不同接种处理对玉米根系形态、地上部生长、磷素吸收及菌株吲哚乙酸(IAA)分泌能力的影响。结果表明,与CK相比,接种解磷细菌均可显著提高玉米茎粗、叶片SPAD值、地上部生物量、吸磷量,同时也显著激活了根际碱性磷酸酶活性(单接种Pf和Ba处理除外),降低了土壤有效磷含量(单接种Ba处理除外)。其中,组合接种Pf×Ao×Ba处理整体表现最优,能够分泌高浓度的IAA,优化玉米根系形态(增加根长、体积、表面积及根尖数),还能显著提高根际碱性磷酸酶活性,促进土壤有机磷矿化,进而高效促进玉米生长和磷素吸收。综上,复合接种Pf×Ao×Ba处理可通过分泌IAA优化玉米根系形态(增加根系长度、体积、表面积及根尖数),提升碱性磷酸酶活性有效活化土壤有机磷的双重机制,显著促进玉米生长并改善磷营养状况。

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

为解析花生荚果响应水分胁迫的分子机制,利用盆栽试验并结合转录组学分析,以正常供水处理为对照,系统探究了花针期阶段性干旱和渍涝胁迫对花生产量、品质及基因表达的影响。结果表明,干旱和渍涝胁迫均显著降低花生荚果产量(降幅分别为26.43%和77.69%)及籽仁粗脂肪含量(降幅分别为9.46, 6.71百分点)。转录组分析进一步表明,干旱胁迫组与对照组、渍涝胁迫组与对照组分别鉴定出1 525,1 382个差异表达基因,且两类差异表达基因均以表达下调为主,其中,干旱胁迫抑制了花生荚果中与脂质和脂肪酸代谢相关的6个关键代谢过程,其中88.38%的基因表达呈下调趋势,揭示了脂质代谢紊乱可能是干旱导致花生产量和品质下降的主要原因。渍涝胁迫则主要通过下调催化活性、跨膜运输、氧化还原及次生代谢物的生物合成等相关基因的表达,干扰荚果的代谢与防御功能。此外,KEGG富集分析结果显示,代谢途径和次生代谢物生物合成通路在2种水分胁迫下均受到显著影响。关键基因qRT-PCR验证结果与RNA-seq数据一致,证实了转录组结果的可靠性。综上,从转录组层面阐明了花生荚果响应水分胁迫的分子基础,明确脂质代谢紊乱是干旱胁迫导致花生产量下降、品质变劣的主要原因,而花生主要通过调控荚果中氧化还原及代谢相关通路基因的表达,以应对渍涝胁迫带来的不利影响。

阐明不同施氮水平下滨海盐渍稻田水稻秸秆腐解及其养分释放和化学组分变化规律,以期为完善滨海稻区秸秆还田技术,实现滨海区域秸秆资源高效利用,提供科学依据和技术支撑。试验地点位于河北省唐山市曹妃甸区,以水稻秸秆为研究对象,设置4个施氮量水平:N0(0 kg/hm²)、N1(225 kg/hm²)、N2(300 kg/hm²)和N3(375 kg/hm²),进行360 d的秸秆包填埋试验,研究水稻秸秆及其木质纤维素腐解率和氮、磷、钾养分释放特征。结合热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC-MS)技术,探究腐解期秸秆主要化学组分变化规律。结果表明:水稻秸秆可分为快速腐解期(第0~30 天)、腐解减缓期(第30~210天)和腐解缓慢期(第210~360天)3个阶段。360 d后不同施氮量处理下的秸秆平均腐解率为72.5%。增加施氮量可显著提高秸秆腐解率。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆腐解率6.1,7.4,9.2百分点。秸秆碳释放率与秸秆腐解率变化趋势类似,但试验结束后碳释放率仅为43.2%。秸秆养分释放率表现为:钾>磷>氮。秸秆氮、磷和钾快速释放期,分别在秸秆腐解后的第0~30天(38.4%),0~60天(63.7%),0~15天(76.7%)。秸秆氮、磷在腐解期内均出现了富集现象。施氮可显著提高腐解期内秸秆氮的释放,腐解早期(第0~15天)和后期(第150~360天)磷的释放,以及腐解早期(第0~15天)钾的释放。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆氮释放率6.6,11.1,14.7百分点,秸秆磷释放率2.2,4.0,5.6百分点和秸秆钾释放率1.4,2.1,2.8百分点。秸秆木质纤维素腐解率表现为:半纤维素>纤维素>木质素。增施氮肥可显著促进第0~90天秸秆纤维素和半纤维素腐解率,以及第90天后的木质素腐解率。与N0处理相比,N1、N2和N3处理,分别提高秸秆纤维素腐解率5.4,7.3,8.4百分点,半纤维素腐解率4.9,6.4,7.4百分点,木质素腐解率2.1,5.1,5.7百分点。2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、羟基丙酮、2,3-二氢苯并呋喃、乙酰丁香酮、丁香酚、正十六烷酸、对甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、愈创木酚、对乙基苯酚和豆甾-3,5-二烯,为腐解期内秸秆残留物的主要(相对含量>1%)化学组分。相关性分析表明,秸秆腐解率、碳释放率及纤维素、半纤维素和木质素腐解率,均与丁香酚、乙酰丁香酮、2,3-二氢苯并呋喃显著正相关,而与羟基丙酮显著负相关;秸秆磷释放率与羟基丙酮显著正相关,而与对乙基苯酚、丁香酚和乙酰丁香酮显著负相关;秸秆钾释放率与对乙基苯酚、丁香酚、乙酰丁香酮和2,3-二氢苯并呋喃显著正相关,而与羟基苯酮显著负相关。综上所述,增施氮肥能够促进滨海盐渍稻田秸秆及其木质纤维素腐解和氮、磷和钾养分的释放。推荐滨海盐渍土秸秆还田10 500 kg/hm²下的优化施氮量为300 kg/hm²。秸秆残余物中对乙基苯酚、丁香酚、乙酰丁香酮、2,3-二氢苯并呋喃、羟基丙酮和豆甾-3,5-二烯,对指示秸秆腐解进程具有重要意义。热裂解气相色谱质谱联用技术,有助于通过监测秸秆残留物化学组分变化,加深对秸秆腐解机制的认识。

旨在研究华北地区小麦玉米轮作体系下,玉米秸秆还田在培肥地力、提高产能方面的作用,探寻秸秆最佳还田方式和适宜还田量。2021—2023年,在河北省曲周县,通过田间裂区试验,对比了玉米秸秆不同还田方式及用量对小麦生长发育、产量构成及土壤有机质含量的影响。主区设2个处理,分别为秸秆切段还田和秸秆粉碎还田;副区为秸秆还田量,4个水平,分别为当年玉米秸秆量的0,0.5,1.0,1.5倍。研究表明:与秸秆粉碎还田相比,2023年玉米秸秆切段还田小麦产量提高4.3%,穗数提高7.6%,收获指数提高1.4%,均达显著水平;小麦秸秆N含量高0.04百分点,差异显著;小麦地上部N、P吸收量分别显著提高10.8%,14.3%(2022年),但秸秆切段还田显著降低了小麦秸秆K含量,降低0.13百分点(2023年);切段还田能够明显促进小麦越冬前后生长,拔节期NDVI值提高11.9%(2022年);土壤pH值增加0.22个单位(2023年)。随着秸秆还田量的增加,小麦产量和拔节期NDVI值呈现先升后降的趋势,地上部小麦N、P、K吸收量呈现显著下降趋势,土壤有机质呈现持续显著增加趋势。综合小麦生长势和产量,秸秆切段处理适宜还田比例为58%~62%,粉碎处理适宜还田比率为29%~42%。在设置试验条件下,玉米秸秆切段还田在促进小麦生长、提高小麦产量等方面有明显优势;将58%~62%的玉米秸秆进行切段还田,可在小麦玉米轮作区域推广应用。

为了明晰甘蓝型油菜油脂积累的调控网络,选育高含油量油菜品种。以4个油菜自交系材料开花后25,35,45 d的种子转录组数据为样本,基于转录组和关联分析结合挖掘影响含油量的候选基因。转录组分析检测到1 530个基因在3个不同时期都存在差异表达,其中包括986个上调表达基因和544个下调表达基因。对这些差异表达基因进行GO富集分析,检测到83个油脂合成基因,79个油脂降解基因,21个油脂转运基因和80个转录因子。对差异表达转录因子进一步分析,检测到BnTT8、BnGL2、BnNAC082等基因。结合50份重测序甘蓝型油菜在2 a 3个不同区域的含油量表型,利用全基因组关联分析(GWAS)检测到BnNAC082-A03基因外显子区域的4个SNP与含油量显著关联,并检测到该基因区域存在2个单体型等位基因且BnNAC082-A03_Hap1对应材料的含油量显著高于BnNAC082-A03_Hap2对应材料。利用分析获得的转录组数据构建共表达网络,在子网络中检测到BnNAC082-A03与BnTT8-A09和BnGL2-C06直接相连,形成了影响种子油脂积累的潜在分子调控网络。

为解决设施土壤碳氮平衡及减排问题,通过田间试验,研究了夏填闲甜玉米与生物炭协同对设施土壤氮吸收减排及碳减排的影响。试验设计4个处理,即对照(T1)、填闲作物(T2)、生物炭(T3)、填闲作物+生物炭(T4)。结果表明:T4处理的玉米干生物量和氮吸收量分别比T2处理提高10.18%和9.49%;T3、T4处理的表层土壤有机碳较试验前分别增加25.26%和50.01%,T4处理的表层全氮降低10.13%,C/N升至14.9;T4处理的60~80 cm与80~100 cm土层硝态氮较试验前分别下降13.02%与5.68%,降幅显著高于其他处理;T4处理的非根际微生物量碳、氮较T1分别增加26.00%和20.33%,根际增幅低于非根际;CO₂排放量以T4处理最低,为603.90 mg/m³,较T1降低24.61%。综上,填闲甜玉米与生物炭协同显著促进氮吸收,提高微生物量碳氮,减少碳氮淋失与排放,改善土壤C/N,为设施农田夏季休闲期碳氮管理提供理论依据支撑。

为解决西辽河平原盐碱地耕层较浅、犁底层上移、土壤盐碱化等问题,于2020—2021年在内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗花吐古拉镇开展田间试验。设置2种耕作方式(传统旋耕与粉垄耕作)、2个灌溉定额(2 100,2 700 m³/hm²)以及覆膜与浅埋措施,共6组试验处理,分别为2 100 m³/hm²灌溉定额+传统旋耕+浅埋(CK×NM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+传统旋耕+覆膜(CK×DM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+浅埋(FA×NM)、2 100 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+覆膜(FA×DM)、2 700 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+浅埋(FB×NM)、2 700 m³/hm²灌溉定额+粉垄耕作+覆膜(FB×DM)。分析不同灌溉定额下粉垄耕作与覆膜处理对0~40 cm土层土壤性质结构、盐碱含量和玉米产量的影响。结果表明,相较于CK×NM处理,在0~40 cm土层,粉垄耕作+覆膜处理的土壤容重降低8.4%~22.9%、土壤总孔隙度提高4.9~14.8百分点、土壤三相比R值降低34.6%~88.2%,其中,FB×DM处理的土壤容重、总孔隙度、三相比R值分别显著降低20.0%,-13.1百分点和88.2%;20~40 cm土层播种后土壤含水量提高5.5~12.1百分点,7.5~17.5 cm土层的土壤硬度提高33.4%~397.5%,其中,FB×DM处理的土壤含水量、硬度分别显著提高12.1百分点,214.3%;FB×DM处理CO₂通量显著提高496.4%。相较于CK×NM处理,粉垄耕作+覆膜处理降低0~40 cm土层土壤pH值、总碱度、电导率和全盐量,降低幅度分别为0.7%~10.9%,2.5%~67.5%,24.3%~68.7%和10.3%~81.0%。其中,FB×DM处理的土壤pH值、总碱度、电导率和全盐量分别显著降低10.9%,48.2%,59.2%和80.0%。玉米出苗率、穗鲜质量和产量较CK×NM处理分别提高13.2~20.1百分点,52.5%~68.2%和22.4%~45.5%,其中,FB×DM处理的出苗率、穗鲜质量和产量分别显著提高20.1百分点,68.2%和45.5%。综合改良效果和玉米产量考虑,认为2 700 m³/hm²灌溉定额下粉垄耕作+覆膜处理(FB×DM)为西辽河平原盐碱地较为适宜的耕作模式。

为探明有机肥部分替代化肥对青东黄土高原土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响,利用2022年建立的有机肥部分替代化肥马铃薯(青薯9号)连作田间定位试验,研究了有机肥部分替代化肥对青东黄土高原马铃薯农田土壤生态化学计量特征的影响,试验共设置不施肥(CK)、100%化肥(T1)、30%有机肥+70%化肥(T2)、50%有机肥+50%化肥(T3)、70%有机肥+30%化肥(T4)5个处理,测定土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量及土壤-微生物量生态化学计量学特征。结果表明,相比2022年,2023年各施肥处理的土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量均表现为增加趋势,而不施肥处理则呈降低趋势。不同土层间,各指标含量均随土层深度增加而逐渐降低。不同处理间,按各指标含量高低排序均为T3>T4>T2>T1>CK。在0~30 cm土层,T3处理下土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷含量比CK平均分别提高6.88%,17.65%,17.88%,84.71%,77.01%,65.67%,80.07%,54.91%。而各土层的土壤C∶N和C∶P均为CK处理最高。在4种施肥处理中,土壤C∶N、微生物量C∶N和C∶P均表现为T3处理最低;除2023年0~10 cm土层外,各土层土壤C∶P也表现为T3最低,而T1处理微生物量N∶P在所有施肥处理中最低。随土层加深土壤C∶N和C∶P呈升高趋势。相关性分析表明,有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和微生物量碳、氮、磷相互之间均呈极显著正相关关系。综上,有机肥替代化肥不仅能够提高土壤养分和土壤微生物量含量,还能使土壤生态化学计量学特征产生改变,且以50%有机肥+50%化肥配施处理效果最好。

旨在明确有机肥改良退化黑土的内在作用机制,为该区域化肥减施方案优化与土壤地力长效保育提供科学依据。在2024年玉米田间试验中,设置以下6个施肥处理:CF(常规施肥)、RF(化肥减量20%)、RFH1(化肥减量20%+200 kg/hm²腐植酸肥)、RFH2(化肥减量20%+330 kg/hm²腐植酸肥)、RFO1(化肥减量20%+200 kg/hm²鸡粪有机肥)、RFO2(化肥减量20%+330 kg/hm²鸡粪有机肥)。结果表明:与CF和RF处理相比,RFH2、RFO1和RFO2处理显著降低了土壤容重12.4%~20.7%;所有配施有机肥处理均显著提高土壤结构稳定性,使>0.25 mm水稳性团聚体比例提高了15.9%~39.1%,土壤pH值降低了0.8%~1.2%;与CF和RF处理相比,RFO1和RFO2处理显著提高了土壤碱解氮含量14.6%~28.5%,有机肥处理均显著提升了土壤有效磷和有机质含量,增幅分别为8.7%~36.8%和11.0%~48.9%,其中RFO2处理提升效果最佳。同时,与CF和RF处理相比,RFH2、RFO1和RFO2处理显著提升了土壤脲酶、淀粉酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性18.1%~72.4%。在产量方面,RFH2、RFO1和RFO2处理相比于CF处理提高了玉米产量0.5%~13.9%;有机肥处理相比于RF处理增产16.7%~36.6%,其中RFO2处理产量最高。此外,有机肥处理均提高了肥料偏生产力和农学利用率11.9%~31.1%,其中RFO2处理的氮和磷肥偏生产力显著高于CF和RF处理25.8%~36.6%。综上所述,化肥减量配施有机肥可通过改善土壤理化性质、提升酶活性及肥料利用效率,在维持玉米产量的同时提高肥料利用率,实现黑土保育与粮食生产的协同发展。本试验条件下,化肥减量20%配施330 kg/hm²鸡粪有机肥(RFO2)是退化黑土的最优施肥模式。

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

为了探究北方寒旱区白菜型油菜与甘蓝型油菜的越冬率、产量差异,各农艺性状与平均产量之间的相关关系与抗寒优势性状,以45个甘蓝型油菜与22个白菜型油菜品种为研究对象,统计分析了甘蓝型油菜与白菜型油菜的越冬率、平均产量与各农艺性状,挑选并统计了产量水平相近的甘蓝型油菜与白菜型油菜在不同密度种植条件下的产量,比对了甘蓝型油菜与白菜型油菜苗期根系性状的差异。结果表明:67个油菜品种中,白菜型油菜的越冬率平均水平(97.59%)显著高于甘蓝型油菜(65.87%),甘蓝型油菜的产量潜力要高于白菜型油菜。对于能够稳定越冬的白菜型油菜,增加播种密度虽然显著提高了有效株数,但是不能提高产量;而对于甘蓝型油菜,其较低的越冬率限制了有效株数的提高,从而限制了平均产量。目前具有高越冬率的甘蓝型油菜品种越冬后表现出更高分枝部位与结角密度,更少二次分枝数、总分枝数与单株有效角果数的农艺性状。甘蓝型油菜与白菜型油菜根系性状之间的对比显示,膨大的根系、短下胚轴及生长点位于地面以下,是白菜型油菜强抗寒性的优势性状。培育具有白菜型油菜根系性状特点、生长点位于地面以下的耐密甘蓝型油菜,是提高甘蓝型油菜越冬率,促进油菜产量提升,确保油料供给的重要育种方向。

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

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

为探明实现芝麻进一步增产的调控途径,选用豫芝ND837为材料,设置施用三元复合肥(M1:675 kg/hm²)、三元复合肥与生物有机肥配施(M2:三元复合肥405 kg/hm²、生物有机肥4 500 kg/hm²)2个处理,研究了有机肥和化肥配施对芝麻冠层垂直分布上不同部位冠层光合特性及产量形成的调控效应。结果表明,M2处理显著增加了植株上、中、下3个部位的叶面积指数,提高了上部和中部叶片的光合有效辐射截获率(PARi),但降低了下部的PARi。M2处理显著提高了各部位的光合速率、SPAD值和光合势,从而显著增加了各部位及总的干物质积累量。这使得上部和中部单株蒴数分别增加10.99%,7.55%,千粒质量分别增加5.69%,4.96%,籽粒产量分别增加16.77%,10.61%,总产量增加289.42 kg/hm²,增幅达14.43%。综上所述,与传统单施化肥相比,生物有机肥与化肥配施能够提高芝麻冠层各部位的光合能力,特别是上部冠层的光合效率,从而提升整个冠层的光合效率,最终带来更高的产量。

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

为探究播期推迟对小麦生长发育、籽粒产量和品质性状的影响,采用豫农907(YN907)和豫农922(YN922)2个高产优质小麦新品种,设置10月22日(S1,常规播期)、10月31日(S2,迟播9 d)和11月9日(S3,迟播18 d)3个播期,研究迟播对小麦物候期、籽粒产量和面粉品质性状的影响,分析迟播条件下温度特征与小麦产量及品质性状的关系。结果表明,与常规播期相比,YN907和YN922两年度全生育期随播期推迟而缩短,冬前积温、抽穗前日均温及有效积温随播期推迟递减,而抽穗后日均温及有效积温递增,全生育期有效积温呈下降趋势。YN907和YN922在S3处理下两年度全生育期有效积温较S1处理分别降低243.95,222.10 ℃·d(2022—2023),136.30,189.40 ℃·d(2023—2024);产量及构成要素随迟播呈下降趋势,产量降幅达6.45%~17.26%;与常规播期相比,迟播条件下湿面筋含量、蛋白质含量有所提升。气候变暖和农业经营规模化背景下小麦生产中可以利用调整播期以适应温度变化和生产经营模式变革,小麦新品种豫农907和豫农922在10月22日播种产量水平最高,播期推迟至10月31日能维持较高产量水平同时提高籽粒蛋白质含量,播期继续推迟,籽粒蛋白质含量显著提高但会造成产量显著降低。

干旱是限制粳稻产量的重要因素之一,探究萌发期粳稻的耐旱性遗传机制,筛选耐旱候选基因,挖掘其优异单倍型,为解析粳稻萌发期耐旱机制及开发相关分子标记提供理论基础。采用西北粳稻核心种质资源139份为材料,15% PEG-6000模拟干旱胁迫露白后的粳稻种子,测定相对发芽率、相对根长等6个耐旱相关指标,并结合255 501个高质量单核苷酸多态性(SNPs),运用一般线性模型(GLM)、混合线性模型(MLM)和固定与随机效应循环概率统一模型(FarmCPU)开展全基因组关联分析(GWAS),并结合耐旱表型数据进行单倍型分析,进而挖掘潜在的候选基因。结果表明,6个耐旱指标均值呈正态分布,且变异系数为3.43%~56.25%,其中以相对根芽干质量变异系数最大,与相对根长、相对芽长、相对根芽鲜质量间均呈显著正相关。结合高密度SNPs,对6个耐旱性状进行全基因组关联分析,共检测到1 164个不同的SNPs,其中379个被视为高可信度SNP位点,6个被视为数量性状核苷酸(QTNs)。整合这些位点的上下游50 kb区间,共筛选出14个显著SNPs位点,对应14个可信的QTL候选区间,且主要与相对根芽干质量显著关联。通过数据库进一步预测分析14个区间内的基因,并以外显子具有错义突变为标准,筛选到了编码地衣酶-2前体的LOC_Os03g56130基因。结合耐旱表型,对该基因进行单倍型分析,发现5个外显子错义突变组成了4种单倍型,其中Hap.2的相对根芽干质量显著高于其他单倍型,为优异单倍型。这些研究表明,LOC_Os03g56130为粳稻萌发期耐旱性相关的潜在候选基因。

大规模生产大豆杂交种,利用杂种优势是种质资源创新与品种改良关键所在。通过挖掘和利用大豆雄性不育基因,能够培育出更具优势的大豆品种,从而提升大豆的产量和品质。选用宝泉岭绿大豆(母本)与黑农44(父本)杂交后代出现的雄性不育突变群体作为试验材料。选取大豆可育植株与不育植株的花蕾,对花药与花粉进行细胞学观察,并采用高通量测序平台对大豆可育植株与不育植株的花与花药组织进行转录组测序,对测序结果进行注释、筛选与分析。结果表明,不育植株的绒毡层发育异常,花粉高度不育,是导致雄性不育的重要原因。戊糖和葡萄糖醛酸相互转化途径(ko00040:Pentose and glucuronate interconversions)是影响大豆育性的关键通路,编码果胶甲酯酶(PEM)与果胶裂解酶(PL)基因呈下调表达。差异表达基因蛋白质互作网络表明,果胶裂解酶基因是影响戊糖和葡萄糖醛酸相互转化途径的关键基因。通过对果胶裂解酶含量的测定表明,不育植物花药中果胶裂解酶含量显著降低。qRT-PCR检测结果与RNA-Seq测序结果一致。推测这些基因的下调表达可能引起果胶裂解酶活性下降,从而影响绒毡层发育,导致雄性不育。

粒质量与粒形是决定水稻产量的关键因素,挖掘相关QTL(基因)对解析籽粒形成机制及指导高产育种具有重要意义。以籼稻昌恢891和粳稻02428构建的BILs群体为材料,利用高密度分子标记遗传图谱,对2个环境下的千粒质量、粒长、粒宽、粒厚和长宽比进行QTL定位研究。结合亲本开花后第5,10,15天的籽粒转录组数据,对QTL区间内的候选基因进行分析。频数分布表明,BILs群体粒质量与粒形呈现数量性状特征,适于QTL定位。在2个环境下,共检测到37个粒质量和粒形相关的QTL,包括海南三亚18个、江西南昌12个,以及两地共同检测到7个。全部QTL分布于水稻第1~5,7,8,11和12号染色体上,其中千粒质量相关7个、粒长相关5个、粒宽相关7个、长宽比相关11个、粒厚相关7个。分析表明,这些QTL的LOD值为2.79~43.10,贡献率为1.36%~46.12%。结合昌恢891和02428开花后第5,10,15天籽粒中差异表达的基因,在37个QTL中共获得28个候选基因,其中,LOC_Os11g10480和LOC_Os11g10100作为重点候选基因,将进行后续深入研究。

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

为了明确GmPP2C72基因在盐胁迫应答中的功能和耐盐分子机制,对GmPP2C72蛋白进行生物信息学分析,克隆GmPP2C72基因构建植物过表达载体,并利用根癌农杆菌介导的子叶节遗传转化法转化百脉根,分析转基因植株在盐胁迫条件下的表型及生理指标和耐盐相关基因的表达情况。结果表明,GmPP2C72基因含有1个1 206 bp的开放阅读框,编码401 aa,编码蛋白质属于PP2C家族A亚族成员。GmPP2C72基因不具有组织表达特异性,在大豆的各个组织中均有表达,且该基因受盐胁迫诱导表达。成功构建了GmPP2C72基因的过表达载体,并转入百脉根,获得3个转GmPP2C72基因株系。在盐胁迫条件下,与野生型对照相比,3 个转基因株系维持着较好的生长状态,株高和地上部干质量均显著提高。进一步分析发现,3 个转基因株系叶片中叶绿素和脯氨酸含量均显著增加,而相对质膜透性和丙二醛含量均显著降低,且耐盐相关基因LjLEA、LjCOR、LjRD29B和LjP5CS的表达量均显著提升。综上,过表达GmPP2C72基因通过降低膜脂过氧化程度和质膜透性、提高叶片叶绿素和脯氨酸含量及耐盐相关基因的表达量来提高百脉根的耐盐性。

为明确河北省、山东省和河南省的花生果腐病病原菌种类及组成,以三地花生主产区的果腐病病果为材料,采用组织分离法对病原菌进行分离纯化,通过菌株形态学特征观察及rDNA-ITS、TEF-1α基因序列分析进行分类鉴定;选取7株代表性菌株(RF1-7),采用菌饼接种花生籽仁、孢子悬浮液侵染新鲜荚果试验,依据柯赫氏法则验证其致病性。结果表明,分离纯化获得307株真菌,其中以镰刀菌属为优势菌群,占比达63.52%。三省份的病原真菌种类呈现地域性差异,河北省以新孢镰刀菌为主要病原菌,山东省以尖孢镰刀菌为优势种,河南省则以茄腐镰刀菌占比最高,分离比例分别占镰刀属菌株的50.75%,57.15%,47.67%。供试的7株菌株均能侵染花生籽仁及新鲜荚果,但致病力表现不同,其中新孢镰刀菌在籽仁与荚果侵染试验中发病率均达100%。除与范特尼镰刀菌侵染发病率无显著差异外,新孢镰刀菌引起的发病率均显著高于其余5个供试菌株,且受侵染的籽仁和荚果呈现典型的感病症状,表明该菌株具有更强的致病潜力。首次系统揭示了冀鲁豫三省花生果腐病病原菌的种类特征及致病力差异,研究结果可为制定区域性花生果腐病精准防控策略提供理论依据,对保障我国北方花生产业可持续发展具有重要意义。

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

香稻种质资源的筛选和香味基因的快速鉴定与利用对香稻遗传育种具有重要意义。为了明确黑龙江省香稻材料的香味类型,提高香稻品种的育种效率,通过对黑龙江省审定推广的180个香稻品种的Badh2基因进行了测序,测序结果共分为2种突变类型,第一种类型为第7外显子8 bp缺失和3处碱基替换(Badh2-E7型),包含177个品种;第二种类型为第2外显子7 bp缺失(Badh2-E2型),仅包含3个品种。针对这2个突变类型设计了2个特异性KASP分子标记,通过180份香稻品种鉴定,分型结果与测序结果一致,同时分别利用五优稻4号(Badh2-E7型香稻)/唯农101(普通粳稻)、松科粳134(Badh2-E2型香稻)/东富114(普通粳稻)杂交构建的2个F₂群体进行了香味基因筛选鉴定,鉴定结果吻合率为100%,验证了KASP分子标记的准确性。进一步利用KASP标记对实验室自行创制、收集的620份粳稻亲本进行了鉴定,共筛选出248份Badh2-E7型香稻材料,同时对现有的1 220份以E7型香稻为亲本的F₇材料进行了分型检测,其中293份材料为香型、906份材料为非香型、21份材料为杂合型;随机抽取香和非香各5份材料进行测序验证,结果验证该KASP分子标记分型正确。为利用分子标记辅助选择方法培育寒地香稻新品种提供了新标记和新材料。

利用免疫信息学方法设计一种预防猪大肠杆菌感染的多表位疫苗,阻断产肠毒素大肠杆菌(ETEC)菌株与仔猪肠道上皮细胞的黏附和定植以预防仔猪腹泻。通过免疫信息学工具对ETEC的黏附素987P和F18的B细胞抗原表位、Th细胞表位、CTL细胞表位进行预测,筛选出优势表位。将优势表位按照3种不同表位排列顺序通过Linker 连接成多表位疫苗,并对其抗原性、致敏性以及三级结构进行预测。结果显示,共筛选出7个优势表位。抗原性试验显示,融合多肽Ⅰ的抗原性为1.069 2;融合多肽Ⅱ的抗原性为1.089 2;融合多肽Ⅲ的抗原性为1.050 7,都具有良好的抗原性。过敏性试验结果显示,融合多肽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都无过敏性。三级结构结果显示,3种融合多肽结构表位的暴露性都较好,容易和抗体结合,并且在蛋白分子的构象中都符合要求。此外,还根据不同的规则,排列了3种氨基酸序列,并按照乳酸菌密码子嗜好性,反向翻译为核苷酸序列,插入至pET28a质粒中,分别获得了pET28a-9F1、pET28a-9F2和 pET28a-9F3质粒。

旨在利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功构建TRIM21基因敲除的稳定人宫颈癌细胞(HeLa)系。首先,针对TRIM21基因设计并合成了2个特异性的sgRNA(sgRNA1和sgRNA2),通过PCR扩增和无缝克隆技术将其分别克隆至LentiCRISPRv2载体中。随后,利用电转染法将编辑载体转染至HeLa细胞中,并通过嘌呤霉素筛选获得成功整合编辑载体的单克隆细胞系。经Western Blot验证和扩大培养,获得了稳定敲除TRIM21的HeLa细胞系。基于该细胞系,进一步探究了TRIM21在调控Ⅰ型干扰素信号通路中的作用。试验结果表明,TRIM21敲除显著抑制了细胞内MDA5、MAVS和IRF3的表达水平,同时抑制了IRF3的磷酸化,揭示了TRIM21在Ⅰ型干扰素信号通路中的重要调控作用。成功构建的TRIM21敲除HeLa细胞系为深入研究TRIM21调控病毒增殖机制及其在先天免疫应答中的作用提供了可靠的细胞模型;通过优化试验方法,证实了电转染法在构建基因敲除细胞系中的高效性和稳定性,为其他基因敲除细胞系的构建提供了技术参考。

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

旨在挖掘新的与株高相关且具有育种应用价值的主效QTL,筛选可用于分子标记辅助育种的优异基因位点,为小麦株型改良、抗倒伏能力提升及高产育种提供理论依据和分子资源。以株高性状存在差异的小麦品种安农1589和轮选6号为亲本,所构建的162份DH群体株高性状差异显著,以此作为试验材料,利用小麦55K SNP芯片对DH群体进行全基因组基因型分型,分子标记筛选与构建高密度遗传连锁图谱,结合3 a 6个环境的群体株高田间表型鉴定数据,开展小麦株高性状全基因组QTL定位挖掘研究。结果表明,采用完备区间作图对株高性状进行QTL定位,共鉴定到4个多环境下稳定存在的主效QTL,分别定位于4B、4D、5D和6D染色体上,单个QTL可解释7.08%~39.31%的表型变异。其中,位于4B染色体的Qph.ahau-4B在全部6个环境及最佳线性无偏预测(BLUP)分析中均能稳定检测到,可分别解释28.65%~39.31%的表型变异,该位点物理区间为20.61~22.26 Mb,侧翼标记分别为AX-109018264和AX-109968140,加性效应为-9.34~-8.68 cm,效果显著且遗传稳定性强,属于尚未报道的新的稳定主效矮秆QTL位点。综上,通过多个环境下的田间表型数据与遗传定位分析,成功在 4B 染色体区段获得一个多个环境下均稳定存在的小麦株高主效 QTL。

超级稻品种南粳5718被列为农业农村部主导品种,在大面积生产中抗倒性表现出色。研究南粳5718的茎秆特性,解析其抗倒伏的分子机制,能够为抗倒伏水稻育种提供新的思路。以抗倒性较强的超级稻品种南粳5718和2个抗倒性较弱品种南粳518和南粳58为材料,比较农艺性状、茎秆特性与抗倒伏的相关性,发现南粳5718抽穗后20 d的株高、重心高度显著低于南粳518和南粳58,倒二节间长度、倒二和倒三节间的直径和茎壁厚度均高于南粳518和南粳58。茎秆结构性和非结构性碳水化合物含量测定结果表明,倒二和倒三节间的纤维素和木质素含量高是导致南粳5718强抗倒性的重要因素。进一步分析发现,3个品种倒二节间纤维素酶活性无显著差异。南粳5718和另外2个品种相比,102个纤维素和木质素合成代谢途径相关基因中只有pPLAⅢα(编码糖蛋白相关磷脂酶A)、CBF诱导因子bHLH002、ILA1(编码丝裂原活化蛋白激酶)和转录因子基因NAC5在编码区存在错义突变。正调控纤维素合成的转录因子MYB61、负调控纤维素合成的细长秆基因SLR1和PIL13、多半乳糖醛酸酶PG3、乙烯响应因子ERF34、矮秆基因DPH1、转录因子MYB7等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。木质素代谢过程中的4-香豆酸:辅酶A连接酶4CL3、MYB转录因子RLM1、对香豆素酯3-羟化酶CYP98A4、NAC转录因子SWN1和苯丙氨酸脱氨酶基因PAL1等基因的相对表达量在南粳5718和南粳58之间存在显著差异。关键基因在节间的表达差异是南粳5718茎秆高纤维素和木质素含量导致强抗倒性的原因。综上,超级稻南粳5718强抗倒性在茎秆特性上表现为具有较粗的节间直径和较大的茎壁厚度,节间较高的纤维素与木质素含量为其抗倒性提供了物质基础,纤维素和木质素合成通路中关键基因表达差异可能是南粳5718茎秆强抗倒性的主要原因。

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

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

为明确强筋小麦产量、品质协同提高的适宜播期和播量,以强筋小麦品种科兴3302为试验材料,分别设置2个播期(10月18日(S1)和10月28日(S2))和5个密度(基本苗分别为180×10⁴株/hm²(D180)、225×10⁴株/hm²(D225)、270×10⁴株/hm²(D270)、315×10⁴ 株/hm²(D315)、375×10⁴株/hm²(D375)),于2021—2023年进行大田试验,研究播期和种植密度对小麦植株生理指标、产量及品质的影响。结果表明,小麦叶片叶绿素相对含量(SPAD)随种植密度增加总体呈降低趋势,且多数生育时期在低密度处理下达最大值,随播期推迟,叶片叶绿素相对含量呈上升趋势,表现为S1播期低于S2播期。随着种植密度的增加,归一化植被指数(NDVI)总体呈上升趋势,相较于 S1 播期,S2 播期的 NDVI 值显著降低。穗数与籽粒产量随播期推迟呈下降趋势,随种植密度增加呈上升趋势,其中以 D375 处理下产量最高。随播期推迟,蛋白质含量和湿面筋含量总体呈略微下降趋势,但所有处理的籽粒蛋白质含量均在13.5%以上。小麦籽粒总淀粉含量在S1播期总体随密度增加而降低,在S2播期随密度增加而升高。此外,峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和稀懈值在2个播期下总体上均随密度增加而上升。面团稳定时间、吸水率等参数在不同播期和密度处理下没有明显的变化规律,但均达到强筋小麦标准。综上,在播期S1下,科兴3302种植密度在315×10⁴~375×10⁴株/hm²可实现优质高产。

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

为探究水杨酸(SA)对盐碱胁迫下红芸豆幼苗的生理调控作用,并为山西典型盐碱区红芸豆抗逆栽培提供依据,以红芸豆为试材,采用NaCl、Na₂SO₄、NaHCO₃、Na₂CO₃配比为1∶9∶9∶1的复合盐碱体系模拟盐碱胁迫,设置0 (CK),20,40,60,80 mmol/L共5个盐碱浓度梯度对红芸豆进行盐碱胁迫处理,以筛选最佳盐碱胁迫处理浓度。然后,基于筛选出的盐碱浓度进行胁迫处理的同时施加20,40,60 μmol/L 3个浓度的SA处理,以研究SA对盐碱胁迫下红芸豆幼苗的缓解效应。结果表明,40 mmol/L盐碱胁迫下,红芸豆生长受到显著的抑制,但未达到致死性重度胁迫水平,为最佳盐碱胁迫浓度,该浓度胁迫可诱发红芸豆早期幼苗氧化损伤,抑制养分吸收和转运,并提高精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)活性,导致腐胺(Put)过量积累。在40 mmol/L盐碱胁迫下,外源施加40 μmol/L的SA后,红芸豆幼苗叶片和根系的丙二醛(MDA)含量分别降低37.63%,39.76%;过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低38.71%,21.13%;超氧阴离子(O₂^-)含量分别降低40.00%,52.17%;根系活力提高56.14%。幼苗叶片和根系的Na含量均显著降低,而K、Cu、Ca、Fe元素含量均显著增加。此外,外源施加40 μmol/L SA还可降低盐碱胁迫下红芸豆幼苗的ADC与ODC活性,增加S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)活性,并促进Put向Spd和Spm转化,进而增强植株的抗氧化能力与离子稳态调控能力。综上,外源水杨酸可通过激活抗氧化系统、优化多胺代谢、促进矿质元素吸收与分配,有效缓解复合盐碱胁迫对红芸豆幼苗的生理伤害。

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

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

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

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

丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)是一种保守的磷酸吡哆醛依赖性酶,催化丝氨酸与甘氨酸间的可逆转换,同时也是核苷酸生物合成、叶酸和氨基酸代谢所必需的酶,在植物发育过程中起重要作用,亦可以提高作物抵御逆境胁迫的能力。天津农学院园艺园林学院吴颖课题组前期对西瓜在低温胁迫下进行转录组、代谢组联合分析,发现ClSHMT8在低温胁迫下表达量显著上调,推测该基因正调控西瓜的低温胁迫,深入探究西瓜ClSHMT8的生物学功能及在低温和盐胁迫中的调控机制。以西瓜自交系TN07011为材料,利用RT-PCR方法克隆ClSHMT8并进行生物信息学分析,构建过表达载体,转化拟南芥,对T₃转化株系分别采用低温和盐胁迫处理,通过表型和生理指标测定,探究ClSHMT8在非生物胁迫中的功能。结果表明:ClSHMT8全长1 749 bp,编码582个氨基酸,NCBI-CDD保守域预测显示该蛋白具典型SHMT结构域。系统进化树分析表明,该蛋白与黄瓜、苦瓜的同源蛋白的亲缘关系较近。将ClSHMT8在拟南芥中异源表达,共获得3个T₃株系,发现T₃拟南芥与野生型比较莲座叶面积增加、开花期提前、种子粒径亦显著高于野生型。在低温和盐胁迫下,T₃植株的可溶性蛋白(SP)、叶绿素(Chl)含量和过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性均显著高于野生型,而丙二醛(MDA)含量显著低于野生型。综上表明,ClSHMT8不仅能够正调控植株的生长发育,还可提高植株对非生物胁迫的耐受性,对拟南芥响应非生物胁迫环境具有重要作用。

为了解齐口裂腹鱼的种质特性,为其种质鉴定提供理论依据。采用传统形态学方法观测样品形态特征,借助聚丙烯酰胺凝胶电泳法观测齐口裂腹鱼心脏、肌肉、眼晶状体、肝脏和肾脏的乳酸脱氢酶(LDH)和苹果酸脱氢酶(MDH)。结果表明:齐口裂腹鱼的主要形态特征:体长,稍侧扁;口下位,横裂,吻钝圆;下颌前缘具锐利的角质,吻须和口角须各1对,口角须位于吻须后方;背鳍鳍式D.ⅲ-8,样本鱼背鳍不分枝鳍条柔弱,其后缘光滑或仅有少数锯齿痕;胸鳍鳍式P.i-18~20,腹鳍鳍式V.i-9~10,臀鳍鳍式A.ⅲ-5,臀鳍和肛门两侧各具一排大鳞;鳔2室,后室较前室长;腹膜黑色;脊椎骨总数为4+40~45;下咽齿3行,齿式为2·3·5/5·3·2。齐口裂腹鱼LDH和MDH同工酶的表达具有组织特异性,不同组织同工酶的表达与其执行生理功能密切相关;肝脏LDH的表达由3个基因即LDHA、LDHB和LDHC编码,其中LDHC编码的酶带偏向阴极。眼晶状体中的LDH酶带条数为5条,表达稳定,建议将眼晶状体LDH作为齐口裂腹鱼种质鉴定时的生化遗传标记。

脱落酸(ABA)受体蛋白PYL作为ABA信号转导的起始组分积极参与植物体内ABA介导的信号转导,在调控植株抵御逆境胁迫中具有重要功能。前期研究依据转录组数据筛选出西瓜对盐胁迫负响应的基因Cla97C07G133100.1,命名为ClPYL8。为进一步探讨西瓜脱落酸受体基因ClPYL8的生物学功能,以西瓜TN07011为试验材料,采用生物信息学、亚细胞定位及RT-qPCR等方法对ClPYL8的结构和功能进行解析。结果表明:ClPYL8基因的开放阅读框为702 bp,编码233个氨基酸。蛋白保守结构域预测ClPYL8含有PYR/PYL/RCAR-like保守结构域,属于SPRBCC superfamily超家族。启动子顺式作用元件分析表明,ClPYL8启动子中含有逆境响应、生长素响应、光响应等多种元件。采用无缝克隆技术构建EGFP融合表达载体并转入烟草,结果显示,ClPYL8定位于细胞核和细胞膜。组织特异性(RT-qPCR)分析显示,该基因在种子中的表达量最高,在果实和雌花中的表达量最低;在盐胁迫下,ClPYL8的表达量呈现下调表达趋势;在干旱胁迫下,该基因的表达量呈现先下降后上升的表达趋势;在低温胁迫下,该基因的表达量呈现先上升后下降的表达趋势。综上,ClPYL8积极响应非生物胁迫,可能通过脱落酸信号转导途径调控西瓜的逆境响应,推测其在盐胁迫中可能起负调控作用,在干旱和低温胁迫下可能起正调控作用。

茉莉酸类物质在调控果实成熟和品质形成过程中发挥着重要作用。JAZ蛋白是茉莉酸信号转导通路的核心抑制因子。为研究茉莉酸信号转导关键抑制因子JAZ蛋白在甜樱桃果实成熟和品质调控中的功能,从甜樱桃基因组中鉴定并克隆了PavJAZ1基因,基于生物信息学,分析了其理化性质、蛋白结构、保守结构域分布、启动子顺式作用元件等信息,通过荧光定量PCR分析了其在甜樱桃果实中的表达模式,观察了PavJAZ1蛋白亚细胞定位;此外,借助双分子荧光互补(BiFC)技术验证了PavJAZ1与PavMYC2之间的互作关系。基因鉴定与克隆结果表明,PavJAZ1基因开放阅读框长度为837 bp,编码278个氨基酸,蛋白分子质量为30.09 ku,理论等电点为9.21,不稳定系数为54.14,亲水性系数为-0.564,说明其为碱性亲水蛋白,且蛋白性质不稳定。蛋白序列和结构分析表明,PavJAZ1主要由无规则卷曲和α-螺旋构成,包含Tify和Jas 2个保守结构域,且与其他物种同源性较高,其中与同为蔷薇科李属的桃同源性最高。亚细胞定位观察发现,PavJAZ1蛋白定位于细胞核。表达模式分析表明,随着果实的发育和成熟,PavJAZ1表达量呈现先升高后逐步下降的趋势,暗示其可能在果实不同阶段发挥不同的作用。此外,BiFC结果表明,PavJAZ1可以与PavMYC2在植物体内互作,初步证明其可以参与茉莉酸信号转导。

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

探究马铃薯基因StEXLB1a的表达模式和功能,为后续马铃薯病害的抗性研究提供理论依据。在东北农业大学植物资源与分子生物学实验室前期研究基础上,以马铃薯大西洋品种为材料,克隆了StEXLB1a基因并对其进行了生物信息学、表达模式和抗病功能初步分析。结果表明:StEXLB1a基因cDNA全长序列768 bp,编码255个氨基酸,注释显示其属于扩展蛋白家族基因。亚细胞定位显示,该蛋白定位于细胞壁上。在马铃薯不同组织中,StEXLB1a基因在叶中表达量最高,根和地上茎其次,在花和块茎中最低。在激素(吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸)、逆境(高温、低温、盐、干旱)和真菌病害干腐病(燕麦镰孢菌)、细菌病害软腐病(胡萝卜软腐欧文氏菌)及青枯病(茄科雷尔氏菌)等多种胁迫处理下,StEXLB1a基因的表达量在各个处理中均有显著变化。获得过表达转基因马铃薯植株后,接种干腐病致病菌燕麦镰孢菌,转基因比野生型植株叶片受到病菌的侵染严重。过表达植株中的活性氧清除系统相关酶活性发生显著变化,POD、SOD活性受到抑制,MDA含量高于野生型植株,植株受损程度加重。分析结果表明,过表达StEXLB1a的转基因马铃薯植株相较野生型对干腐病的抗病性下降。

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

为探究长期施用不同有机肥后土壤磷素累积特征及其在剖面中的分布规律,通过田间长期定位试验,探讨了持续施用不同用量畜禽粪便有机肥和污泥堆肥条件下,土壤剖面中磷素的分布特征与运移规律。结果表明:连续11 a施用高量(每年施用60 t/hm²)猪粪、鸡粪和污泥后,其带入的磷可明显迁移到30~60 cm土层,施用中、高量(每年施用45,60 t/hm²)的猪粪、鸡粪有机肥和污泥堆肥可使有效磷迁移到60~90 cm土层。施用不同种类有机肥11 a后,耕层土壤磷素活化系数呈明显上升的趋势,且高用量与低用量之间的差异达到显著水平;不同有机肥处理下土壤磷素活化系数的大小顺序为:猪粪有机肥处理>鸡粪有机肥处理>污泥堆肥处理。施用鸡粪、猪粪有机肥和污泥堆肥后耕层土壤有效磷含量与磷投入量间符合线性加平台回归模型。有机肥等磷量投入条件下,猪粪和鸡粪有机肥处理对耕层土壤有效磷的贡献明显高于污泥堆肥处理;当磷投入量大于7.14 t/hm²时,施用猪粪有机肥对耕层土壤有效磷的贡献明显高于施用鸡粪。土壤剖面中全磷和有效磷含量分别与有机碳含量呈极显著正相关关系,在0~90 cm剖面中土壤有机碳与磷可能存在共迁移。

为了应对河北省低平原区强筋小麦生产中面临水资源短缺与氮肥过量问题,研究节水减氮栽培模式对强筋小麦籽粒产量和品质的影响并进行评价,为该区强筋小麦的育种和栽培管理提供参考。于2016-2018年在沧州开展田间试验,以常规处理(CK:灌水1 500 m³/hm²,施氮240 kg/hm²)为对照,设置节水(W1:750 m³/hm²;W0:0 m³/hm²)和减氮(N-:120 kg/hm²;N0:0 kg/hm²)2组试验,分析13个强筋小麦品种的产量及品质响应。结果表明,节水试验,处理W1和W0较CK分别显著减产20.8%,38.0%,W0较W1显著减产21.6%,3个供试品种表现出较强的抗旱节水特性;处理W1使面团稳定时间显著延长了8.25 min,而W0导致蛋白质含量显著降低了1.0百分点,面粉吸水率显著下降了2.25百分点。减氮处理N-较CK减产3.7%但氮肥吸收利用效率显著提高了9.80百分点,处理N0较CK和N-分别显著减产15.8%,12.6%;处理N-面团稳定时间和拉伸面积分别提升了0.6 min,0.35 cm²,处理N0蛋白质含量显著降低了0.8 百分点,其余品质指标均有降低。主成分分析显示,W1处理品质综合得分最优(W1>CK>W0),减氮处理中CK>N->N0,师栾02-1、藁优5218、藁优5766和藁优2018在各处理中品质表现稳定,可作为优异育种材料。结论表明,在河北低平原区,适度水分胁迫(W1)虽减产但改善部分品质性状;氮肥减半(N-)可维持产量稳定并显著提高氮肥吸收利用效率且不影响品质。强筋小麦产量与品质间、不同品质指标间对水氮调控的响应均存在异步性,在品种选育和栽培管理中通过多目标协同优化实现产量与品质的平衡提升。

为研究果实转色期植物生长调节剂处理对新疆自育品种葡萄果实品质及果实裂果特性的影响。以新疆葡萄瓜果所选育的优良鲜食葡萄品种新郁、新雅为试材,喷施 5 mg/L GA₃+5 mg/L 6-BA,设置转色期及每隔14 d喷施1次(T1)、2次(T2)、3次(T3)3个处理,通过对葡萄果实品质基础指标及裂果率测定,筛选出最佳喷施方案;使用ELISA试剂盒测定葡萄果皮细胞壁组成物质(果胶、原果胶、纤维素、半纤维素)的含量以及PG、PEP、PL、CE等关键酶活性,实时荧光定量PCR技术检测PG、PEP、PL、CE基因表达量的变化。结果显示,T3处理下,新郁、新雅2个品种果糖、葡萄糖组分均显著增加,新郁酒石酸、苹果酸含量显著降低,固酸比显著提升,裂果率分别降低40.7,24.0百分点;该处理下转色后期至成熟期与对照相比,PG、PEP、PL、CE代谢相关酶活性降低,对应相关基因表达量也下降,果胶、原果胶、纤维素、半纤维素细胞壁组分物质含量增加,从而影响果实裂果率。综上,转色后连续3次喷施GA₃+6-BA处理果实品质提升,转色后期通过负调控PG、PL基因的表达,降低了PG、PME、PL活性,增加了原果胶含量;转色后期及成熟期负调控CE基因的表达,降低CE活性,增加半纤维素含量;原果胶及半纤维素含量的增加,稳定了细胞壁结构,增强了果皮机械性能,降低裂果率。

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

为系统地分析青花菜BolMYC2的序列特征、表达模式,探究该基因在青花菜应对软腐病致病菌侵染时的作用,以青花菜cDNA为模板进行PCR扩增,克隆BolMYC2基因的编码序列,利用生物信息学软件分析BolMYC2蛋白的基本性质,构建BolMYC2-EGFP融合表达载体瞬时转化本氏烟草,分析BolMYC2蛋白亚细胞定位情况,利用qRT-PCR技术分析BolMYC2在青花菜不同组织部位转录表达特征以及软腐病致病菌胁迫条件下BolMYC2转录表达特征。结果表明:BolMYC2基因CDS序列长度为1 833 bp,编码蛋白含有610个氨基酸,理论分子质量为66.297 ku,理论等电点为5.21。BolMYC2为不稳定亲水蛋白,无跨膜结构和信号肽。保守结构域分析表明,BolMYC2蛋白含有MYC转录因子家族保守结构域bHLH-MYC_N和bHLH_SF。系统进化树分析表明,BolMYC2蛋白与抱子甘蓝亲缘关系较近。对BolMYC2启动子顺式作用元件分析表明,其含有参与光响应、激素响应、胁迫应答的顺式作用元件和多个MYB、MYC、WRKY转录因子识别元件。亚细胞定位结果表明,BolMYC2定位于细胞核。BolMYC2在叶片和种子中呈现高表达,并且在青花菜受到软腐病菌侵染胁迫后其表达水平呈现先下降后上升趋势,暗示BolMYC2在青花菜响应生物胁迫中发挥重要作用。

为明确不同施氮处理对芸豆光合特性及产量的影响,于2023,2024年以芸豆品种英国红为试验材料,设置0(N0),45(N45),90(N90),135(N135)kg/hm²4个氮肥处理,分析不同施氮处理对芸豆叶面积指数、叶绿素相对含量、地上部干物质量、产量、产量构成因素和种植效益的影响。结果表明,在施用0~135 kg/hm²氮肥处理下,芸豆光合特性、地上部干物质量和产量随着氮肥水平的增加而提高,各指标在N135和N90处理下显著高于N45和N0处理。N135处理下芸豆叶面积指数、叶绿素相对含量、地上部干物质量、单株荚数、单荚粒数、百粒质量和产量均最高,较N0处理分别提高14.71%~19.09%, 15.06%~19.45%, 25.37%~51.58%, 13.62%~18.20%, 8.50%~10.11%, 12.11%~16.35%和16.94%~18.03%,其中芸豆的平均产量为3 202.99 kg/hm²;N90处理次之,较N0处理的增幅分别为12.18%~17.15%, 13.87%~17.97%, 17.51%~31.45%, 12.03%~16.37%, 6.32%~7.91%, 9.88%~13.69%和16.23%~17.77%。N90处理下芸豆种植净利润最高,为45 596.85元/hm²,其次为N135处理,较N0处理分别提高16.63%和16.56%。施用氮肥通过增加叶片叶面积指数和叶绿素相对含量来提高光合特性,促进干物质积累,从而提高产量和种植效益。N135处理下芸豆产量最高,N90处理次之;N90处理下,芸豆净利润最高。综合芸豆产量和利润而言,90 kg/hm²氮肥处理(N90)是保证芸豆稳产高产、实现种植利润最大化的氮肥施用量,可以在内蒙古中部地区推广应用。

叶锈病和白粉病是世界范围内小麦上的主要病害,培育和种植抗病品种是防治这两种病害最经济有效的方法。为了明确1 200份小麦主栽品种(系)中抗叶锈病基因Lr21的分布情况,利用小麦抗叶锈病基因Lr21紧密连锁的分子标记对1 200份小麦主栽品种(系)进行检测,发现23个小麦主栽品种(系)中含有抗叶锈病基因Lr21。利用其他已报道的小麦抗叶锈病基因分子标记对23份小麦材料进行检测,发现藁优2018含有Lr20基因,矮丰8号、京冬22、中麦175、鲁原205和唐Y958含有Lr37基因,济南17含有Lr46基因,未检测到含Lr9、Lr10、Lr19、Lr24或Lr34的小麦品种(系)。分别利用小麦叶锈菌和小麦白粉菌流行小种对23份含有Lr21的小麦主栽品种(系)进行抗病性鉴定,7个小麦主栽品种(系)对叶锈菌和白粉菌同时表现抗性,出现频率为30.43%;6个小麦主栽品种(系)对叶锈菌和白粉菌同时表现感病,出现频率为26.09%。总之,筛选了含有抗叶锈病基因Lr21的小麦主栽品种(系),进一步明确了这些含Lr21的主栽品种(系)中其他抗叶锈病基因的存在情况,评价了它们对叶锈和白粉菌的抗性。

苏云金芽孢杆菌(Bt)能够产生多种杀虫蛋白,是重要的生防资源。为了发掘对鳞翅目害虫高毒力的Bt菌株,缓解害虫抗性压力并扩大资源储备,以河北地区土壤样品中分离的109株Bt菌株为研究对象,通过油镜观察伴孢晶体形状,利用40对通用引物(包括cry、cyt、vip 3种基因型)PCR鉴定所有菌株的基因型。以小菜蛾、斜纹夜蛾等5种鳞翅目害虫为靶标,筛选高杀虫活性菌株,并利用SDS-PAGE分析其晶体蛋白。结果表明,伴孢晶体形状主要是圆球形(90株),少部分为菱形(19株)。杀虫蛋白基因型检出率为93.6%,主要包括29种不同的cry基因型、1种cyt基因型以及3种vip基因型,91株具有至少2种杀虫蛋白基因型的组合,其中26株含有6种以上,多为cry+vip型。室内生测发现19株对小菜蛾等多种鳞翅目害虫的高毒力菌株,主要表达130,65 ku的蛋白,包含杀鳞翅目的cry1类、cry2类、cry15类等基因型,与PCR鉴定结果一致。获得了对鳞翅目害虫广谱、高毒力的Bt菌株,并初步明确了其杀虫基因,对新型Bt产品的开发具有重要意义。

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

为探究行距与矮壮素处理对晋东南地区谷子抗倒伏特性及产量的影响,以晋谷21为材料,采用两因素随机区组设计。试验设3个行距水平(30,40,50 cm,分别记为D30、D40、D50)和3个矮壮素处理(喷施清水(CK)、六叶期喷施1次(T1)、六叶期和八叶期各喷施1次(T2)),两因素交叉共形成9个处理,研究不同处理对谷子茎秆性状、倒伏率、产量及其构成因素的影响。结果表明:在不同行距条件下喷施矮壮素均能显著增强谷子茎秆抗折力,显著降低株高、茎秆重心高度和田间倒伏率。其中,D40+T2处理的茎秆抗折力最高,达94.59 N;且株高(161.53 cm)、茎秆重心高度(80.3 cm)和田间倒伏率(16.31%)均为最低。在产量方面,随着行距增加,CK、T1和T2处理的产量均呈递减趋势,其中D30+T1处理的产量最高,为4 923.83 kg/hm²。相关性分析表明,在不同行距与矮壮素处理下,谷子产量与株高、穗部性状多呈正相关,而与倒伏率始终呈负相关,表明通过优化行距与矮壮素可有效调控关键农艺性状。综上,通过优化行距配置并配合适宜矮壮素处理,可在保证产量的同时有效降低倒伏风险,其中,D30+T1处理的综合表现最佳,可在晋东南地区谷子种植中进行推广。

肉桂酸4-羟基化酶(C4H)是黄酮类化合物合成途径中的一个关键酶,在植物抗逆过程中发挥着重要作用。为了解3种药用甘草(乌拉尔、胀果和光果甘草)中C4H基因家族的生物信息学功能,探究其在非生物胁迫下的表达特性及与甘草苷积累的关系,利用生物信息学方法对C4H基因家族成员进行分析,同时结合转录组数据和RT-qPCR验证了解其在非生物胁迫下的表达情况及与甘草苷含量之间的关系。结果显示,在3种药用甘草全基因组中共鉴定出11个C4H基因,分别命名为GuC4H1~3、GiC4H1~3和GgC4H1~5。这些基因在乌拉尔和胀果甘草中分布在2条染色体上,而在光果甘草中分布在3条染色体上。各基因成员虽然在氨基酸数、等电点等理化性质上存在差异,但亚细胞预测均定位于内质网,且含有C端血红素结合域(PFGVGRRSCPG)。表达模式分析显示,11个C4H基因在3种药用甘草的不同组织中均有表达,且非生物胁迫可显著诱导地下部分中的C4H基因上调表达。其中,GgC4H5在盐胁迫24 h表达量最高,是对照组(24 h)的1.68倍;GuC4H3在干旱胁迫2 h表达量最高,是对照组(2 h)的3.03倍。此外,适度的非生物胁迫显著提升了3种甘草地下部分的甘草苷含量。NaCl胁迫2 h,胀果甘草中甘草苷含量增加最显著,是对照组(2 h)的2.92倍;PEG胁迫24 h,光果甘草中甘草苷含量增加最显著,是对照组(24 h)的2.31倍。GgC4H5在盐胁迫下表达与甘草苷含量趋势一致,GuC4H2、GuC4H3、GiC4H2和GiC4H3在干旱胁迫下表达与甘草苷含量趋势一致。因此,这些基因可能是3种药用甘草地下部分响应非生物胁迫并参与甘草苷合成的关键基因。

为探究不同浓度γ-氨基丁酸(GABA)对樱桃番茄营养品质和抗氧化活性的影响,以樱桃番茄为试材,于第3穗花后15 d开始叶面喷施不同浓度GABA(0,5,10,20,40 mmol/L,分别记为:CK、G5、G10、G20和G40)溶液,探究施用γ-氨基丁酸对樱桃番茄营养品质、内源GABA及抗氧化活性等指标的影响。结果表明:外源GABA处理可以显著提高樱桃番茄营养品质和抗氧化能力。随着处理浓度升高,可溶性糖、总酚、总黄酮含量和糖酸比不断增大,维生素C、可溶性糖、糖酸比等营养品质指标均在G40处理下达到最大值;G40处理下的总酚含量和总黄酮含量显著高于除G20外的其他处理,较CK分别提高了24.26%,91.75%;G40处理下樱桃番茄的番茄红素含量最高,较CK显著提高了85.96%。内源GABA含量随处理浓度升高呈先升高后降低趋势,在G20处理达到最大值,较对照显著提高了101.85%,但G20处理与G40处理无显著差异;DPPH自由基清除活性与FRAP抗氧化能力同步增强,均在G40处理达到最大值,显著高于CK。经相关性分析,可以得出樱桃番茄抗氧化能力与总酚含量、总黄酮含量、番茄红素均呈极显著正相关关系。综上可得,外源GABA(G40处理)可作为一种绿色高效手段提升樱桃番茄果实营养品质及抗氧化活性。

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

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

探究基肥减量条件下喷施水杨酸(SA)对马铃薯生理和产量的影响,以期为激素调控提高马铃薯产量提供技术参考。以马铃薯品种东农310为试验材料,田间试验采用随机区组方法,设置常规基肥(T1)、基肥减量50%(T2)、基肥减量50%+喷施6.9 mg/L SA(T3)、基肥减量50%+喷施13.8 mg/L SA(T4)、基肥减量50%+喷施27.6 mg/L SA(T5)5个处理,分别于块茎形成前期、块茎形成后期、块茎增长期和淀粉积累期测样,测定植株株高、茎粗、叶绿素相对含量、光合参数、荧光动力学参数、冠层覆盖度及产量等。结果表明,在减肥处理下,喷施水杨酸能够促进马铃薯生长和提高单位面积产量。在同一时期的4个SA处理中,T3、T4处理可以提高马铃薯植株株高、茎粗、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光化学猝灭系数(qP)、淀粉含量;T4、T5处理可以提高马铃薯冠层覆盖度、Fv/Fm、潜在最大相对电子传递速率(ETRmax)、半饱和光强(Ik)。喷施不同浓度 SA对减肥处理下马铃薯块茎产量有明显影响,T1、T3、T4、T5处理显著高于T2,提高了36.74%,27.35%,29.83%,22.96%。单株结薯数以T1处理最高,T4其次,二者差异不显著,T1、T3、T4处理较T2提高33.47%,28.28%,30.29%。单株产量T1、T3、T4、T5处理较T2提高35.19%, 27.87%, 28.76%, 23.39%。商品薯率T3、T4较T2提高3.67,3.72百分点,差异显著。综上所述,在基肥减量50%处理下外源SA可提高马铃薯叶片的Pn、Tr、Gs,提高单位面积产量,块茎形成前期喷施13.8 mg/L SA可有效缓解基肥减量对马铃薯生长和产量造成的不利影响。

为了探究盐胁迫对设施黄瓜生长发育及品质的影响,2023-2024年度在北京市农林科学院蔬菜研究中心连栋玻璃温室内,以中农126号黄瓜为试验材料,在开花期开始进行盐处理,设置在营养液中添加0(对照),25,50,100 mmol/L NaCl共4个处理,分析不同浓度NaCl处理对设施黄瓜生长发育、光合特性、抗氧化酶活性、果实品质及产量的影响。结果表明:随着NaCl浓度的升高,黄瓜株高降低,茎粗差异不显著,叶面积减小;叶片光合色素含量和净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)逐渐降低;胞间CO₂浓度(Ci)逐渐升高;非光化学猝灭系数(NPQ)则呈先增后降的趋势,在T2处理下最高。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性均呈现先增加后降低趋势,除SOD外,POD、CAT活性均在25 mmol/L NaCl浓度处理下最高,与CK相比,分别提高38.73%和95.18%;H₂O₂含量逐渐升高。随着NaCl浓度增加,瓜长缩短且瓜头部变尖,果实畸形率有所增加。维生素C含量呈先增后减的变化趋势,且在T1处理下表现最好,显著优于对照组。可溶性固形物含量在各处理间无显著差异;盐处理致使黄瓜产量显著降低,较之对照,下降38.89%~81.35%。基于产量与品质的综合评估,建议中农126号黄瓜采用25 mmol/L NaCl处理,可显著改善果实品质。后续研究将着重优化栽培技术,在保障品质的同时提高植株耐盐性,实现产量提升,为优质黄瓜生产提供技术支持。

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

对黄瓜种质资源果柄长度性状进行评价,挖掘相关变异位点,有助于提高黄瓜品质育种效率。首先对229份黄瓜种质资源开花当天和商品瓜时期果柄长度性状进行评价,再以鉴定出的中长果柄自交系9D6和6457与短果柄自交系MT和6429为亲本分别构建F₂群体,采用QTL-seq对黄瓜果柄长度性状调控基因进行QTL定位,并通过qRT-PCR对候选基因进行表达模式分析和变异位点验证。结果表明,不同种质资源开花当天和商品瓜时期果柄长度呈极显著正相关,开花当天和商品瓜时期果柄长度变异分别为0.4~6.2 cm,0.4~5.3 cm。遗传分析表明,黄瓜果柄长度性状广义遗传力分别为69.4%,94.4%,具有典型的数量性状遗传特征。两套F₂群体中分别检测到开花当天果柄长度相关的QTL位点6,5个,其中5号染色体0.840~7.350 Mb和6号染色体17.735~31.087 Mb的2个QTL区间在两套群体中共定位。在共定位QTL区间内预测到CsPG1 (CsaV3_5G010970)和CsROS1 (CsaV3_6G040410)。中长果柄亲本9D6和6457 CsPG1编码区保守结构域均存在非同义SNP311 C/T;另外,9D6的CsPG1启动子存在9 bp碱基插入,其中包含TATA-box,可能与其开花当天表达量显著高于其他亲本有关。短果柄亲本6429的CsROS1编码区存在3 bp碱基缺失,导致编码蛋白质缺失1个丝氨酸残基。中长果柄亲本9D6和6457的CsROS1编码区存在同义突变SNP3282 T/C,导致偏好密码子UAU变为非偏好密码子UAC。表明CsPG1和CsROS1是黄瓜果柄长的关键候选基因。

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

为鉴定番茄枯萎病菌种类,筛选出番茄抗枯萎病砧木品种,探索抗病砧木对酶活性和根际可培养微生物数量的影响。结果表明:河北省番茄栽培面积较大的定兴地区枯萎病菌为尖孢镰孢菌番茄专化型生理小种3。采用伤根浸根法筛选出TMS150和金鹏8号2个枯萎病高抗砧木品种,欧砧006和CFH-27 2个抗病砧木品种。整体来看,抗病品种提高了超氧化物歧化酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性,与根际土壤潜在有益微生物(细菌、放线菌、生防菌、硝化细菌、氨化细菌、固氮菌和纤维素分解菌)丰度呈正相关性,与真菌数量呈负相关性。该结果对于蔬菜抗病砧木品种选育与病害防控提供理论依据。