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

为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。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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。

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。

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

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。

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。

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

泛素化途径是植物响应干旱胁迫的关键信号途径之一。为明确E3泛素连接酶TaSINA101基因响应干旱胁迫的生物学功能,以小麦抗旱优异品种晋麦47为材料,克隆TaSINA61、TaSINA101和TaSINA105基因,利用生物信息学手段分析其序列特征,通过qRT-PCR检测3个基因在PEG-6000、NaCl、低温和ABA处理下小麦根和叶中表达量的变化。通过转基因水稻异源表达TaSINA101,分析TaSINA101响应干旱胁迫过程中的生物学功能。结果表明,TaSINA61、TaSINA101、TaSINA105基因均包含1个内含子和2个外显子,编码的蛋白质均由282个氨基酸组成,启动子区主要包含生长发育调控元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。qRT-PCR表达分析显示,这3个基因在根和叶中均受干旱胁迫等各种非生物胁迫诱导表达。干旱胁迫处理TaSINA101转基因水稻的表型分析发现,转基因水稻株系OE-1、OE-2和OE-3叶片的鲜质量及干质量、最大根长、根系平均直径和叶片相对含水量各项指标均显著低于野生型,而转基因水稻株系OE-1、OE-2叶片相对电导率则显著高于野生型。因此,TaSINA101负调控水稻的干旱胁迫耐受性,为深入解析小麦TaSINA101基因的生物学功能提供了依据。

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。

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

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

小麦赤霉病是严重威胁小麦安全生产的真菌性病害,利用分子标记辅助选择聚合抗病基因已成为当前抗赤霉病育种的快速有效策略。为建立小麦抗赤霉病基因的高通量筛选体系、创制抗赤霉病新种质并提升四川小麦赤霉病抗性,利用100K SNP芯片对14个四川小麦品种(系)和3个抗赤霉病种质进行全基因组基因型分析。基于已报道的主效抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5的遗传连锁区间,筛选获得与目标基因连锁(Fhb2、Fhb4)或共分离(Fhb5)的SNP位点,并据此开发特异性KASP标记。结果显示,基于100K SNP芯片,17份小麦品种(系)按遗传相似性可以划分为两大类:含有北方小麦遗传背景的抗病种质NMAS070和NMAS069独立成簇,与四川小麦品种(系)间亲缘关系较远;其余15份品种(系)聚为一类并进一步分为2个亚类。功能基因检测揭示抗病亲本携带赤霉病抗性位点,而农艺亲本则富集产量与品质相关优异等位变异。通过SNP位点筛选,在Fhb2、Fhb4连锁区间及Fhb5共分离区间内共鉴定出8个关键SNP位点,据此成功开发4对Fhb2、2对Fhb4和2对Fhb5的特异性KASP标记。验证试验表明,所有KASP标记均能实现精准分型,并已有效应用于赤霉病抗病分子育种实践。开发的小麦抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5高效KASP标记体系为小麦赤霉病抗性改良提供了重要技术支撑,对提升西南麦区小麦品种赤霉病抗性具有重要应用价值。

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

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

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

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

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

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

为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。

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。

探明盐碱地全幅匀播对冬小麦冠层光能利用特性、干物质积累与转运的影响,阐明其高产高效的生理机制,为冬小麦全幅匀播在黄河三角洲推广提供理论和实践依据。于2022—2024年冬小麦生长季,采用京优368小麦品种为材料,设置全幅匀播和常规条播2种播种方式,分析不同播种方式下产量、干物质积累量、干物质转运量、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率等指标差异,并对其进行相关性分析。全幅匀播下小麦产量和穗数均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高18.35%和46.97%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高18.71%和47.21%。全幅匀播下小麦茎蘖数高于常规条播,2022—2023年全幅匀播显著提高58.83%,2023—2024年全幅匀播极显著提高57.30%。全幅匀播下小麦开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量和花前营养器官干物质转运量均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高75.78%,41.70%,109.69%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高71.23%,40.81%,98.07%。全幅匀播下小麦开花期叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高58.36%,4.11%,47.17%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高59.78%,4.11%,44.00%。综上所述,盐碱地小麦全幅匀播通过塑造合理群体结构和改善种床环境,以提高冠层光能利用性能和茎蘖生产力,有利于植株光合产物形成和单位面积穗数增加,最终实现小麦高产。因此,全幅匀播是黄河三角洲盐碱地冬小麦稳产、高产的较佳播种方式。

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

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

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

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

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。

探究棉花GhERF14基因与尖孢镰刀菌致病力的关系,解析尖孢镰刀菌致病分子机制,初步探究棉花GhERF14基因对枯萎病的响应及对相关抗病基因的调控作用,为培育抗枯萎病的棉花新品种提供一定的理论依据。利用基因克隆、病毒诱导基因沉默(VIGS)构建了GhERF14 基因非保守结构域干扰载体pTRV2-GhERF14,通过实时荧光定量(qRT-PCR)技术和VIGS技术,研究枯萎病菌胁迫和激素处理后,GhERF14和下游与木质素(Lignin)、乙烯(ET)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)相关基因,抗氧化酶基因及病程相关蛋白(PR)基因的表达特征,分析其在棉花抗病过程中的作用,表明抑制GhERF14基因的表达可显著降低茉莉酸、水杨酸以及乙烯合成及信号通路相关基因的表达。利用VIGS 技术将 GhERF14 基因沉默后,棉株对枯萎病菌更敏感,表明GhERF14在尖孢镰刀菌致病及宿主-病原体互作过程中可能发挥着重要的作用。

为分析禽腺病毒血清4型(FAdV-4)感染鸡肝癌细胞(LMH)后环状RNA(circRNA)的表达谱变化,进一步研究circRNA在FAdV-4感染过程中的调控作用,以FAdV-4感染的LMH和未感染细胞为对象进行转录组测序,对差异表达circRNA进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,通过实时荧光定量 PCR(qRT-PCR)对随机挑选的5个circRNA进行验证。结果表明,感染组和未感染组的circRNA分布于绝大多数染色体上,且长度主要集中在300~1 000 bp。差异表达分析筛选出72个circRNA,32个circRNA表达水平显著上调,40个circRNA表达水平下调。GO功能分析,差异circRNA来源基因主要富集在细胞过程、代谢过程、催化活性和核酸结合转录因子活性等进程。KEGG通路分析显示,差异表达circRNA主要富集在Notch信号通路、RNA降解和MAPK信号通路。qRT-PCR结果表明,被验证的5个circRNA表达水平与测序结果趋势一致,进一步验证了测序结果的可靠性。本研究对FAdV-4感染LMH细胞的circRNA表达谱进行分析,并筛选出差异表达的circRNA,为探究circRNA在FAdV-4感染过程中的功能及宿主与FAdV-4互作机制提供数据支持。

为探明施氮量对花后弱光胁迫下软质小麦氮素吸收与转运特性、氮肥利用效率及产量品质形成的影响机制,在盆栽条件下,以软质小麦品种荃麦725(QM725)为材料,采用¹⁵N示踪法,试验共设置2个氮素水平,即N1(N 120 kg/hm²)、N2(N 180 kg/hm²),每个施氮水平下于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置2个遮光处理,即CK(不遮光),SH(遮光30%)。分析施氮量与花后弱光条件下软质小麦籽粒产量和品质之间的形成关系,研究不同氮肥用量对花后弱光条件下软质小麦氮素积累、转运及籽粒产量与品质的影响。结果表明,与对照相比,N1和N2条件下,花后弱光处理显著降低了开花期植株以及成熟期营养器官氮素积累量,且来源于肥料氮的比例显著高于土壤氮,而成熟期籽粒氮素积累量来源于土壤氮的比例显著高于肥料氮,其肥料氮在相同施氮量条件下,基施氮肥比例大于追施氮肥。在相同弱光处理条件下,N2较N1相比,提高了开花期肥料氮积累量、成熟期总氮与肥料氮积累量和成熟期籽粒总氮、肥料氮与土壤氮积累量。在N1和N2处理水平条件下,随着花后光照强度的降低,小麦氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率、穗粒数、千粒质量和籽粒产量均显著下降。软质小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其积累量随着氮肥用量的增加显著提高。但在相同施氮量条件下,弱光胁迫降低了籽粒淀粉含量、蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫显著影响了软质小麦植株氮素积累,降低了小麦花后营养器官贮藏物质向籽粒的转运效率,导致营养器官对籽粒的贡献率降低,从而不利于植株整体的氮素转运效率。随着施氮量的提高,小麦的氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率及氮素利用效率均显著提升。在相同施氮量N1和N2处理条件下,花后弱光胁迫显著降低了软质小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量,进而影响了粒质量的形成,从而导致产量降低。

为探明不同覆盖措施对西北旱作区冬小麦土壤水热状况及产量的影响,以康庄974冬小麦为供试材料,于2022年9月至2023年7月在通渭县旱作循环农业试验示范基地设置麦秆带状覆盖3行(M3)、4行(M4)、5行(M5)3个不同覆盖度处理和地膜覆盖(PM)处理,以露地(CK)作为对照的试验,结果表明:覆盖较CK显著提高全生育期0~200 cm土壤贮水量,麦秆覆盖平均提高13.22%,提高幅度M3>M4>M5,PM提高19.65%;覆盖增墒效应随生育期推进逐渐增大,成熟期增幅37.53~87.76 mm;随土层加深而减少,0~20 cm增幅5.10~9.48 mm;覆盖显著降低全生育期总耗水量和总耗水强度,覆盖对阶段耗水量和阶段耗水强度的影响以生育后期最明显。麦秆覆盖较CK显著降低全生育期0~25 cm土壤温度1.60~2.70 ℃,M3降幅最大;期间最大降幅出现在灌浆期,为3.67 ℃,土层间最大降幅出现在5 cm,为3.01 ℃;PM较CK显著增加全生育期0~25 cm土壤温度1.50 ℃,以越冬期、5 cm增幅最大,分别为2.20,1.79 ℃。麦秆覆盖在越冬期、拔节期、成熟期7:00增温,其他时间具有增温和降温双重效应;PM除灌浆期、成熟期14:00降温外,其他时间均增温。M5、PM的产量和水分利用效率较CK分别提高8.67%,26.49% 和0.96,2.94 kg/(hm²·mm);覆盖对产量要素的影响以穗数最明显(CV=17.67%)。产量与穗数(r=0.754^**)、WUE(r=0.891^**)、土壤温度(r=0.723^**)呈极显著正相关,与穗粒数呈显著正相关(r=0.522^*)。综上,麦秆覆盖可实现生态和经济效益双赢,M5增产效果更佳。

通过分析开产与未开产康乐黄鸡肝脏组织转录组表达谱,筛选出开产相关候选基因和关键通路,为研究鸡肝脏基因调控开产性状分子机理提供理论基础,为康乐黄鸡选种选育提供一定参考。选取154日龄已开产(H组)、未开产(L组)各3个个体的肝脏组织,采用TRIzol法提取总RNA,利用Illumina测序平台进行转录组测序,筛选2组个体的差异表达基因;对差异表达基因进行功能富集和蛋白互作分析;随机选取9个候选基因,在9个个体肝脏中,进行qRT-PCR验证。一共检测到21 465个基因在肝脏组织表达,共筛选出227个差异表达基因,其中48个表达上调,179个表达下调。qRT-PCR验证结果表明,9个基因在2组个体肝脏中表达量变化趋势与RNA-Seq结果基本一致,且在H、M(即将开产)和L 3组个体中呈现表达量依次递减或递增的趋势。初步确定了6个开产性状相关候选基因,分别是VTG1、VTG2、VTG3、APOV1、RBP、RNF186。5条关键信号通路分别是脂肪消化吸收、胆固醇代谢、ECM-受体相互作用、雌激素信号通路、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢。综上,初步确定了6个康乐黄鸡开产性状相关候选基因,5条关键信号通路。

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

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

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

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

为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。

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

旨在基于组学数据筛选与康乐黄鸡8周龄体质量性状相关的重要候选基因,为康乐黄鸡生长性状的分子标记辅助育种提供理论基础,为完善地方鸡种分子选育方法、加快品种选育进展提供关键的基础数据。以434只康乐黄鸡为研究对象,测定8~22周龄体质量,采用基因芯片技术对康乐黄鸡8周龄体质量性状进行全基因组关联分析,筛选显著关联SNP位点。寻找位于每个显著SNP周围2 Mb区域内的候选基因,对候选基因进行GO和KEGG功能分析。结合前期转录组测序数据、文献数据,筛选与康乐黄鸡8周龄体质量性状相关的关键候选基因。共检测到2个显著关联SNPs,分别位于2号染色体(131 485 613 bp)和4号染色体(60 413 848 bp),筛选到118个候选基因。基因功能注释结果表明,视黄酸代谢过程为最显著富集的生物学过程,脂肪酸降解、酪氨酸代谢和药物代谢-细胞色素P450等12个通路为显著性富集通路。初步确定基因OXR1、RSPO2、EIF3E、TRHR、BMPR1B、ADH1C、MTTP、LAMTOR3、PPP3CA、PDLIM3可作为康乐黄鸡8周龄体质量性状的关键候选基因。研究初步确定了2个与康乐黄鸡8周龄体质量性状显著关联的SNP位点,以及10个关键候选基因。

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

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

IQM基因家族是Ca²⁺不依赖型钙调素结合蛋白中的重要成员,在植物生长发育以及多种胁迫反应中发挥着重要作用。为了研究玉米IQM基因家族的特征及潜在功能,采用生物信息学的方法在玉米全基因组中鉴定IQM基因,并对其蛋白性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置、基因复制、顺式作用元件、组织特异性表达和多种胁迫下表达模式进行研究。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出11个ZmIQMs基因,根据其在染色体上的位置,将其命名为ZmIQM1~ZmIQM11。ZmIQMs基因分为3个亚家族,亚家族内部基因结构具有相似性,片段复制在玉米IQM基因家族扩增和进化中发挥主要作用。顺式作用元件分析发现,ZmIQMs基因启动子区含有多个与激素和胁迫响应相关的元件。对ZmIQMs基因的表达模式进行研究,发现ZmIQMs基因在不同组织中的表达模式不同,在不同非生物和生物胁迫下,多个ZmIQMs基因表达量发生变化。qRT-PCR结果显示,在干旱胁迫下,ZmIQM3、ZmIQM4和ZmIQM10上调表达;ZmIQM3、ZmIQM4、ZmIQM5、ZmIQM10和ZmIQM11响应小斑病病原菌的侵染。以上结果表明,ZmIQMs基因在胁迫响应中发挥着重要作用。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

植物钠氢反转运蛋白(NHX,Na⁺/H⁺ antiporter)在植物钠钾离子平衡、细胞pH值调节中起重要的作用。为探究黑麦耐盐性与NHX的关系,通过生物信息学流程对黑麦的NHX基因进行鉴定与分析,结合RT-qPCR技术对ScNHXs在盐胁迫下的表达模式进行检测,为探究NHX基因在黑麦中的潜在功能以及黑麦耐盐基因挖掘等研究提供参考信息。共鉴定获得10个黑麦NHX基因家族成员(ScNHX1~ScNHX10),系统进化树分析表明,其可分为Vac和Endo 2个亚家族,分别包含4,6个基因。其编码蛋白理化性质分析表明,分子质量为27.92~59.72 ku,氨基酸数目为253~546 aa,等电点为5.17~8.81,大多数蛋白属于酸性蛋白,均未预测到信号肽存在但均具有跨膜结构,亚细胞定位预测ScNHXs定位于质膜和液泡中。空间结构预测显示,其二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成。基因结构和motif分析发现,ScNHXs的外显子数为13~24,且均具有保守的Na⁺/H⁺交换结构域。此外,顺式作用元件分析表明,ScNHXs启动子区域中均发现众多与激素响应以及非生物胁迫响应等生物过程相关的元件。黑麦转录组数据分析发现,在黑麦的不同组织中ScNHXs表达模式存在明显差异。RT-qPCR分析表明,ScNHXs对不同浓度NaCl胁迫有不同程度的响应,并且在较长时间内能够持续响应盐胁迫。综上所述,ScNHXs可能参与黑麦对盐胁迫的生物调节相关过程。

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

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

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

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

旨在比较分析国内地方猪种八眉猪和引入猪种大白猪两品种猪泌乳期的乳成分、血清生化指标及泌乳相关基因Leptin、LF的表达水平。选取健康状况良好,体况基本一致,胎次、配种期和分娩期接近(3 d内)的纯种八眉猪和大白猪各6头,于八眉猪和大白猪分娩(即泌乳第1天)、泌乳第7,14,21,28天,分别采集八眉猪和大白猪乳汁50 mL,血清及全血样本各2 mL,用于测定乳汁营养成分和血清中碱性磷酸酶(ALP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)、甘油三酯(TG)、尿素氮(BUN)、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)等指标,及Leptin、LF基因的表达情况。结果表明,泌乳第1天除了乳脂(Fat)外,八眉猪初乳中酪蛋白(CS)、总蛋白(TP)、总固形物(TS)、非脂乳固体(SNF)、乳糖(L)、游离脂肪酸(FFA)含量和酸度(Acidity)均极显著高于大白猪;八眉猪泌乳第21天的CS、TP、Fat、TS、SNF和L含量极显著低于大白猪。两猪种血清生化指标在泌乳期呈现不同的变化趋势,八眉猪在泌乳第1天,ALT、AST、GLB、BUN以及TG含量显著高于大白猪,而ALP、ALB含量显著低于大白猪。泌乳第1天,Leptin基因和LF基因在八眉猪和大白猪之间差异不显著,但自第7天起,大白猪Leptin基因表达量均极显著高于八眉猪,八眉猪LF基因表达水平均极显著高于大白猪。总的来说,2种猪的乳营养成分随泌乳期的延长呈下降趋势,Leptin基因和LF基因的表达量很有可能与2种猪的产奶量和乳品质有关,有待进一步验证。

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

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

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

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

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

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

为探究柔嫩艾美耳球虫顶膜抗原-1(AMA1)对感染柔嫩艾美耳球虫雏鸡的免疫保护效果,将AMA1基因扩增产物连接到表达载体pET-32a(+)上构建重组质粒pET-32a(+)-AMA1,并转入大肠杆菌BL21(DE3)来表达重组蛋白。将108只雏鸡随机分为6组,每组3个重复,每个重复6羽,包括不免疫不攻虫组(阴性组)、不免疫攻虫组(阳性组)、弗氏佐剂对照组及12.5,25.0,50.0 μg rEtAMA1免疫组,分别于14,21日龄肌肉注射不同浓度的重组蛋白,28日龄口服感染5×10⁴个柔嫩艾美耳球虫孢子化卵囊,35日龄处死试验鸡,以体增质量、盲肠病变评分、卵囊产量、免疫器官指数、细胞因子及抗体水平来评价重组AMA1蛋白的免疫保护效果。结果显示,各组间的平均增质量差异不显著;25.0 μg及50.0 μg rEtAMA1组的盲肠病变计分较阳性组分别显著降低了53%和41%;12.5,25.0,50.0 μg rEtAMA1组的克粪便卵囊数量(OPG)分别较阳性组显著减少16%,27%,54%;50.0 μg rEtAMA1组的法氏囊指数较阳性组显著提高27%;25.0,50.0 μg rEtAMA1组的胸腺指数均显著高于阳性组,分别增加了25%,22%;各组的脾脏指数无显著差异;在二免后7 d,12.5 μg和25.0 μg rEtAMA1组的细胞因子IL-2和IFN-γ含量均显著高于阴性组,50.0 μg rEtAMA1组血清总IgG含量较阴性组显著增加47%,且二免后含量明显高于首免后。综上,重组AMA1蛋白能够减轻盲肠病变,减少球虫卵囊产量和促进免疫器官发育,提高血清细胞因子和抗体水平,对感染柔嫩艾美耳球虫雏鸡具有一定的免疫保护效果。

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

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

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

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

为改善新疆吐鲁番极端高温天气下甜瓜生长、产量和品质,探究喷施调环酸钙(PCa)对高温胁迫下甜瓜生理生长的影响,以蒸馏水(CK)和浓度为20( PCa1),50( PCa2),100( PCa3),150 mg/L( PCa4)的PCa喷施甜瓜叶片,通过对甜瓜光合作用、活性氧含量、抗氧化酶、抗氧化物质、蔓长、茎粗、产量和品质等指标的综合分析,寻找适合该地区高温胁迫下甜瓜叶面喷施PCa的最佳浓度。结果表明,随着PCa浓度增大,甜瓜各时期叶绿素a、叶绿素b、$\mathrm{O}_{2}^{-}$、H₂O₂和茎粗逐渐升高,较CK增幅分别为9.25%~36.29%,4.25%~49.92%,21.45%~334.55%,5.36%~109.41%,2.33%~20.69%;而MDA逐渐降低,较CK降幅为7.37%~48.83%,喷施PCa提高高温胁迫下甜瓜光合作用和活性氧,降低高温对甜瓜生物膜的损害。PCa1、PCa2、PCa3处理较CK提高高温胁迫下甜瓜可溶性蛋白、可溶性糖、PRO、SOD、POD、AsA、GSH、产量、果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,且3个处理各指标综合比较以PCa2处理较好,喷施适宜浓度的PCa显著提高高温胁迫下甜瓜渗透调节物质、抗氧化酶、抗氧化物质及产量品质,提高了甜瓜耐热能力并实现甜瓜增产提质;PCa4处理虽提高甜瓜产量,但却降低了果实可溶性固形物和果实可溶性糖含量,高浓度PCa延迟了甜瓜生长,影响收获时甜瓜品质。因此,生产中PCa2处理是实现高温胁迫下甜瓜耐热增产提质的最佳处理,建议该地区喷施PCa的最适浓度为50 mg/L。

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

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

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

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

研究不同减氮增效措施对麦玉轮作体系潮土氨挥发和作物产量的影响,为合理施肥及农业环境保护提供指导。长期减氮增效试验于2016年开始在河南许昌潮土区定位试验站开展,设置不施氮肥对照(CK),常规施氮肥(100N),减氮20%(80N),以及减氮20%配合秸秆还田(80NS)、硝化抑制剂(80NI)、生物炭(80NB)共6个处理,2021-2022年间测定土壤理化性质、氨挥发特征和麦玉产量。结果表明,小麦季,80NS、80NI和80NB处理pH值较100N处理显著提高;80NS和80NB处理的有机质含量较80N处理显著提高,土壤容重较CK处理显著降低。小麦基肥期,80NS、80NI和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低28.71%,35.61%和22.99%;小麦追肥期,80NS和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低14.94%,17.58%,80NS和80NI处理的氨挥发累积量较80N显著提高22.27%,27.69%。整个小麦生育期,不同施氮处理氨挥发累积量占施氮量的1.31%~2.47%,其中100N>80NB>80NS>80NI>80N。玉米季,与100N处理的氨挥发累积量相比,80N和80NS处理分别显著降低37.14%,29.63%,80NI处理显著增加60.83%;与80N处理相比,80NI和80NB处理的氨挥发累积量显著增加155.79%,44.05%。玉米生育期氨挥发累积量占施氮量的5.81%~14.86%,其中80NI>100N>80NB>80NS>80N。小麦产量结果表明,与100N处理相比,80N处理显著减产16.67%,而80NS、80NI和80NB处理产量无显著降低。玉米产量数据表明,100N处理与4个减氮处理间均无显著差异。综上,在试验潮土减氮20%的基础上增施硝化抑制剂、秸秆和生物炭,均可有效提高土壤肥力、稳定小麦产量,但硝化抑制剂和生物炭显著提高玉米季氨挥发累积量,生产中需要特别注意。

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。

通过克隆尖孢镰刀菌亚麻专化型FolSid1基因,确定该基因在镰刀菌中的生物学功能以及蛋白定位。通过与尖孢镰刀菌近缘菌同源比对,克隆得到FolSid1的基因序列,基于同源重组原理,使用Split Marker法构建含有潮霉素抗性基因(hph)的基因缺失盒,通过PEG介导法转入野生型原生质体中,获得基因敲除突变体(ΔFolSid1),对突变菌株做表型鉴定和致病力分析,分析该基因在尖孢镰刀菌亚麻专化型中的功能。构建含有FolSid1基因的绿色荧光表达载体pZESH1,对FolSid1-EGFP融合蛋白进行亚细胞定位。结果表明,FolSid1基因序列全长5 392 bp,含有3个内含子。与野生型和外插入突变体相比,尽管敲除突变体ΔFolSid1分生孢子形态和大小没有不同,但产量显著下降;形态学观察发现,敲除突变体的生长速度明显减慢;亚麻试验显示,缺失突变体的致病力明显降低;基因的亚细胞定位试验显示,FolSid1蛋白主要定位于菌丝细胞的细胞膜上。FolSid1基因能够调控尖孢镰刀菌亚麻专化型的菌丝营养生长、分生孢子发生且对亚麻具有致病性。

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

探究翻耕深度和有机肥用量对潮土麦田光合特性、产量形成的影响,为潮土或相近土壤类型下小麦高产稳产提供理论依据和技术支撑。于2022-2024年小麦季,在山东省德州市齐河县的典型潮土区麦田开展双因素裂区试验,主区为2种翻耕深度,包括15~20 cm(D1)与30~35 cm(D2);副区为3种有机肥施用量,分别为800(L),1 200(M),1 600 kg/hm²(H)。分析了不同翻耕深度与有机肥施用量下潮土麦田光合特性、地上部干物质积累特性、产量构成。D2M和D2H较其他处理均利于提高小麦产量及构成要素,穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量的2 a均值分别显著提高了5.5%~8.5%,3.5%~12.1%,6.7%~13.2%和6.6%~12.8%。D2M和D2H处理还通过提升各生育时期的地上部干物质积累速率,不同程度地提升了拔节、开花与成熟期小麦地上部干物质积累量,较其他处理2 a均值分别提高了9.0%~22.1%,8.9%~25.8%和10.7%~24.3%。与D1翻耕深度相比,D2处理进一步提升了有机肥对各生育时期叶片SPAD的促进作用,且D2M和D2H处理在灌浆中期至后期时仍能保持较高的叶绿素含量;在M和H有机肥用量下,D2翻耕深度各生育时期叶片Pn均显著高于D1,在拔节、孕穗、开花、灌浆中期和灌浆后期,2 a均值分别显著提高12.0%~16.7%,13.7%~16.8%,13.8%~19.7%,20.2%~25.8%,24.6%~44.8%;相同有机肥用量条件下,叶片LAI 在2种耕作深度间的差异随着生育进程的推进逐渐增加,在开花和灌浆中期均以D2M和D2H表现最佳,2 a均值分别提高13.2%~27.2%,13.4%~29.4%。D2M和D2H处理均能改善植株光合特性和地上部干物质积累能力,进而优化产量构成要素实现小麦产量的大幅提升,但因D2M和D2H处理在各指标间差异均不显著,因此,基于资源节约的前提,认为翻耕深度30~35 cm和有机肥用量1 200 kg/hm²组合即可实现潮土麦田籽粒高产。

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

为探讨不同生化黄腐酸(BFA)用量对苏打盐碱土改良效果及玉米生长的影响机制,采用盆栽试验,以内蒙古自治区典型苏打盐碱土为供试土壤,玉米东单181为供试品种,设置4个BFA用量梯度(0 g/kg,CK;2 g/kg,FA2;4 g/kg,FA4;8 g/kg,FA8),研究不同BFA用量对土壤养分、微生物多样性、玉米耐盐性及生物量等指标的影响。结果表明,相较于CK处理,土壤pH值随BFA用量的增加而降低,土壤有效磷含量在施用BFA后出现显著提高,但FA2、FA4、FA8 这3种处理之间在播种后30,62,80 d差异不显著。 土壤含盐量随着BFA用量增加而提高,增幅为23.30%~89.32%。土壤交换性钾含量随BFA用量增加而提高,而交换性钙含量逐步下降。土壤中<0.053 mm的粉黏粒组分在FA2、FA4、FA8处理下,分别较CK处理降低了6.49,9.92,13.97百分点,0.053~0.250 mm团聚体比例分别增加了5.90,8.99,13.75百分点,0.250~2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.55,0.87,0.21百分点,>2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.04,0.06,0.01百分点。 土壤微生物多样性在施用BFA后较CK处理明显提高,但FA8处理低于FA4处理。玉米地上、地下部钠钾比在FA2、FA4处理下均小于CK,而FA8处理提高了玉米地上部钠钾比。FA2、FA4处理玉米在生长中后期生物量有显著增加,而FA8处理下生物量显著下降。综合来看,施用2 g/kg或4 g/kg生化黄腐酸对降低苏打盐碱土碱性,提高土壤有效磷含量,改善土壤结构,提高土壤微生物多样性和提高玉米耐盐性与生物量具有积极作用,超出此用量范围会显著提高土壤含盐量,抑制玉米生长。

为探究BnMLP2基因在苎麻抗旱过程中的作用,通过分析苎麻转录组数据,以中苎1号为材料得到了编码苎麻金属硫蛋白的BnMLP2基因。从苎麻转录组数据中筛选并克隆BnMLP2基因,进行生物信息学分析,包括序列比对、结构域预测及亚细胞定位预测。利用荧光定量PCR技术,测定BnMLP2基因在苎麻不同组织中的表达情况,并探究其在干旱胁迫下的表达变化。将BnMLP2基因导入拟南芥中,构建转基因植株。在干旱胁迫条件下,比较转基因拟南芥与野生型拟南芥的表型、生理生化指标差异,以及抗逆相关基因的表达情况。结果表明,苎麻BnMLP2基因开放阅读框全长共243 bp,编码80个氨基酸。BnMLP2与苹果MT或MLP的氨基酸序列亲缘关系最近,同属于金属硫蛋白家族成员;带有PFAM01439结构域,属于Ⅱ类金属硫蛋白;预测定位于细胞质。BnMLP2基因在苎麻各组织中均表达,并且BnMLP2的表达受干旱显著诱导,尤其在茎中的表达量最高。在干旱胁迫下,转BnMLP2拟南芥相较于野生型表现出更强的抗旱能力,具体表现为根长和鲜质量显著增加,表现出更强的抗氧化酶和γ-GCL活性,积累了更多的脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、植物螯合态(PCs)来调节细胞内的离子稳态,转基因株系丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)的含量显著低于野生型,约为野生型的55%,80%。此外,转基因拟南芥在干旱条件下钠离子和钾离子的含量最高为野生型的4.4,1.4倍。BnMLP2的过表达能诱导3个抗逆相关基因AtMT1a、AtNCED3、AtWRKY40的表达量提高,最高分别是野生型的1.5,1.9,2.8倍。上述结果表明,BnMLP2基因能够提高拟南芥对干旱胁迫的耐受能力。

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

甘蓝枯萎病是由尖孢镰刀菌黏团专化型(FOC)引起的土传真菌病害,严重影响甘蓝产量和品质。为了明确该病原菌中转录因子SNT2的生物学功能,利用同源重组和原生质体转化技术,成功获得了尖孢镰刀菌中SNT2基因敲除突变体ΔSNT2,并对其表型和致病力进行了分析。结果表明:尖孢镰刀菌中SNT2编码1 529个氨基酸,具有与DNA结合的SANT结构域,蛋白归属亲水性蛋白质。与野生型菌株相比,ΔSNT2突变体菌丝生长速率降低且分隔明显增加,分生孢子产孢量显著下降。基于外源胁迫结果显示,ΔSNT2在1 mol/L 山梨醇的渗透压胁迫中表现不敏感,但对0.1% H₂O₂、2 mol/L NaCl和0.05% 刚果红(CR)的氧胁迫、盐胁迫和细胞壁胁迫的耐受性降低,同时致病力测定结果表明,接种ΔSNT2突变体的病情指数显著低于接种野生型,SNT2的缺失导致尖孢镰刀菌致病力显著下降。综上,转录因子SNT2在病原菌与寄主互作过程中对于维持细胞壁的完整性具有重要作用,同时参与调控尖孢镰刀菌的生长发育和致病力。

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

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。

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

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。