生物质热解炭化过程中,有机可挥发组分从固相逸出,冷凝后重新吸附于生物质炭,成为其中的可溶性有机物。生物质炭可溶性有机物化学组成复杂,主要含小分子有机物与芳香类化合物且含有丰富的官能团,具有较高的化学反应活性和生物活性,可显著地改变土壤中养分元素和污染物的形态与有效性,影响土壤微生物组成与丰度,调控作物的生长与健康。依生物质原料和热解条件的差异,生物质炭可溶性有机物的化学结构与生物活性功能也不尽相同。生物质炭可溶性有机物的生物活性意义主要表现为对生物的刺激作用,但部分生物质炭可溶性有机物可能具有一定的潜在毒性风险。通过提取生物质炭可溶性有机物可生产具有生物刺激作用的商品液体有机肥,从而实现生物质炭的分值利用。未来需要进一步加强生物质炭可溶性组分的生物活性或毒性物质的鉴定及其形成机制的研究,这对于生物质炭产品的优化是十分必要的,也是应用生物质炭尽量避免环境风险的要求。
【目的】建立一种批量分析T-DNA插入位点的简单、有效的方法。【方法】提供一种基于高通量测序技术的T-DNA插入位点的分析方法,将其命名为PSORA：Parallel sequencing of one round amplicons。首先对一轮交错式热不对称PCR（TAIL-PCR）的扩增产物进行高通量测序,随后通过生物信息学分析T-DNA插入位点,该方法降低了TAIL-PCR过程中对特异性扩增的要求。PSORA中使用的引物一侧为简并引物,另一侧为T-DNA特异性引物。在特异性引物的5’端设计6 nt的样品标签（Barcode）,用于标记不同的转化事件。所使用的5个转基因烟草株系（L1、L6、L9、L15和L19）由农杆菌介导质粒pBI121转化获得。此外,通过标准PCR对PSORA的结果进行验证。【结果】利用PSORA对5个转基因株系的T-DNA插入位点进行分析,结果显示,L6含2个插入位点（NW_015801367的36 316 bp处和NW_015950898的42 202 bp处）,L9、L15和L19各含1个插入位点（L9的插入位点为NW_015943682的235 969 bp处;L15的插入位点为NW_015802951的60 529 bp处;L19的插入位点为NW_015863435的12 188 bp处）,L1的插入位点未能成功获取。对生物信息学分析结果进行PCR验证,含不同插入位点的转基因株系之间可互为阴性对照,野生型（WT）作为空白对照,结果表明,在各转基因株系中均得到与预期一致的特异性扩增,该结果验证了PSORA的有效性。【结论】PSORA是一种分析T-DNA插入位点的有效方法,可以同时分析多个插入事件,相对于传统的染色体步移方法更简便、快速。
氮是植物生长发育所必需的大量元素之一,豆科植物通过与根瘤菌的共生固氮获得氮素。这种共生关系的建立包括结瘤和固氮两个过程,涉及复杂的互作调控机理,并受环境因素的显著影响。花生与慢生根瘤菌的共生对花生生产尤为重要,具有较多特异和未知的共生机制。本文综述了慢生根瘤菌及其与花生共生的相关内容,具体包括：（1）花生的慢生根瘤菌多样性和基因组功能;（2）花生与慢生根瘤菌的共生机制,包括慢生根瘤菌的裂隙侵染及与花生的共生信号交流,花生的结瘤固氮和根瘤数调控机制;（3）田间环境因素（土壤氮素、pH、温度、水分）对花生结瘤固氮及产量的影响。本文从慢生根瘤菌、慢生根瘤菌与花生的共生以及在花生田间的应用三方面指出目前研究中存在的问题主要为：针对花生的慢生根瘤菌基因组功能研究较少、慢生根瘤菌与花生互作调节机理细节未知、慢生根瘤菌菌剂田间应用利用率差等。基于此,未来研究重点应该集中在花生慢生根瘤菌基因组及基因功能分析;慢生根瘤菌与花生的信号交流、根瘤数调节和营养交换机制;与根瘤固氮规律相配合的化学氮肥合理施用技术、通过合成生物学手段获得适用于花生种植的新型根瘤菌剂等方面。本文为深入了解豆科植物与根瘤菌的共生机制、提高豆科作物结瘤固氮效率和产量、减少化学氮肥施用和改善农业生态环境等提供理论基础。
【目的】水稻是重要的粮食作物，芽期是水稻生长发育过程中最脆弱的时期，直播稻遭遇冷害时发芽率大幅降低，减产严重。深入了解耐冷性的遗传机制，为培育芽期强耐受性水稻品种奠定基础。【方法】以世界范围内14个国家代表性的238份水稻种质资源为试验材料，于2021和2022年在沈阳开展表型鉴定试验，统计不同水稻品种在人工气候培养箱15℃低温条件下第1—10天的发芽率和相对发芽率，利用R语言绘制5—10 d的频率直方图，通过表型丰富度Hill值选择宜作关联分析的天数，将发芽率和相对发芽率表型数据与重测序数据相结合，进行基于混合线性模型MLM（QK）的全基因组关联分析，并对所获得的SNP位点进行耐冷候选基因的预测。【结果】发芽率频数分布直方图和表型丰富度计算结果显示第8天发芽率多态性最好，其Hill值为0.84，高于其他几天发芽率（0.48—0.83），可用于全基因组关联分析;主成分分析结果显示，这些水稻品种可以分为indica、aus、temperate japonica、tropical japonica和aromatic 5个亚群;2个指标进行的GWAS分析检测到3个相同的显著性SNP位点，均位于第4染色体，解释表型的11.9%—25.4%;在上下游各50 kb进行基因搜索，共发现24个相关候选基因，进一步开展LD和单倍型分析，发现LOC_Os04g24840和LOC_Os04g25140的不同单倍型耐冷性之间存在极显著差异。LOC_Os04g24840被编码区SNP分为5个单倍型，且Hap_3的耐冷性显著强于Hap_1;LOC_Os04g25140被编码区SNP分为18个单倍型，且77 bp处的氨基酸变异（S>L）存在籼粳差异。结果表明，编码糖基转移酶的基因LOC_Os04g24840和编码F-box蛋白基因LOC_Os04g25140可能与水稻芽期耐冷性密切相关。【结论】在238份水稻种质资源中共检测到3个与芽期耐冷性显著关联的SNP位点，筛选出2个与水稻芽期耐冷性相关的候选基因。
【目的】MYB基因家族作为植物中最大的转录因子家族之一,在抵御逆境胁迫中发挥着重要的作用。克隆陆地棉MYB转录因子基因GhMYB108,并进行表达分析,验证其在干旱胁迫响应中的作用,为进一步研究GhMYB108调控陆地棉耐旱的分子机制奠定基础。【方法】根据干旱转录组数据分析,确定GhMYB108为干旱响应基因;运用聚合酶链式反应（PCR）从陆地棉根系cDNA中扩增目的基因;对GhMYB108进行基因结构特征、预测基因序列信息以及系统进化关系等生物信息学分析;利用Plant Care网站对获得的基因启动子序列进行分析;在不同逆境胁迫条件下,对GhMYB108的表达特性进行qRT-PCR分析;通过亚细胞定位确定GhMYB108蛋白在细胞中的位置;利用酵母试验验证其转录活性;使用病毒诱导的基因沉默技术（virus induced gene silencing,VIGS）沉默GhMYB108,并用qRT-PCR检测基因沉默效率。观察沉默株系在干旱处理前后的表型变化,并统计存活率,采用试剂盒测定相关生理生化指标;通过对棉花叶片喷施ABA与氟啶酮试验来分析GhMYB108与ABA的关系。【结果】从陆地棉中克隆了GhMYB108（Gh_A10G1563）,其全长879 bp,编码292个氨基酸,其蛋白质相对分子量为33.288 kD,等电点为6.037,多重序列比对和保守结构域分析,发现GhMYB108含有2个高度保守的MYB结合结构域,属于典型的R2R3型MYB转录因子。不同物种亲缘关系分析发现,GhMYB108与AtMYB108、AtMYB78和AtMYB2的同源性较高,属于同一亚族,且已有研究发现AtMYB108、AtMYB78和AtMYB2与干旱或ABA信号通路相关。GhMYB108定位于细胞核,且具有转录激活活性。在干旱和对照植株中,GhMYB108均在根中表达量最高,茎中表达量最低,并且受自然干旱、18% PEG 6000模拟干旱、盐胁迫和低温等非生物胁迫诱导表达。GhMYB108沉默之后,在自然干旱条件下,沉默植株出现临界表型,与对照相比,其萎蔫更严重,且存活率降低,一些生理生化指标也发生显著变化,如叶片失水率加快,丙二醛含量升高,叶片相对含水量和脯氨酸含量减少,过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性降低,且通过DAB与NBT染色发现植物体积累了更多过氧化氢（H2O2）和超氧阴离子（O2-）。通过对棉花叶片喷施激素ABA或氟啶酮发现GhMYB108可受ABA信号的正调控。【结论】GhMYB108正调控棉花抗旱性,且受ABA信号的正调控。
【目的】玉米穗部性状是产量的重要构成因子,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）方法解析玉米杂交种穗部性状的遗传基础、挖掘与穗部性状相关的位点,为功能基因克隆和高产玉米品种培育提供参考。【方法】选用115份来源于陕A群和陕B群的优良玉米自交系和4份国内骨干作为亲本,以基于NCⅡ遗传交配设计获得的442份玉米杂交种为材料构建关联群体,调查2个环境中群体材料的穗长、穗粗、穗行数等8个穗部性状;利用tGBS技术检测亲本基因型,推测出F1杂交种的19 461个高质量SNP,结合杂交种表型和基因型开展基于加性、显性及上位性模型的穗部性状的全基因组关联分析,并利用公共数据库中玉米穗发育相关组织的转录组数据和基因的注释信息预测候选基因。【结果】表型数据分析结果显示,试验群体的8个穗部性状均符合正态分布,表型变异为3.78%—45.25%。方差分析表明,8个穗部性状的环境效应和基因型效应均呈现极显著水平（P<0.001）,广义遗传力为54.15%—68.89%。同时玉米杂交种穗部性状间呈现显著正相关或显著负相关。利用加性和显性模型分别检测到16个和3个显著SNP,上位性模型检测到79个上位性位点。3种模型检测的显著位点累积解释各性状38.21%—60.69%的表型变异,其中,加性模型检测到的显著SNP累积解释的表型变异为0.00—41.26%,上位性模型检测到的位点累积解释的表型变异为15.18%—45.36%。基于加性和显性模型检测的显著SNP的效应分析发现多数位点呈现加性和部分显性效应,仅2个为超显性。进一步分析发现,7个单SNP和5个上位性位点能够解释5%以上的表型变异。根据SNP的位置以及基因的表达信息预测了17个候选基因。【结论】玉米杂交种穗部性状主要受加性、上位性效应影响,显性效应影响较小;加性和显性模型检测的SNP主要表现为加性和部分显性效应,可通过聚合有利等位基因改良目标性状。
提高氮肥利用率,降低农业生产中的氮肥投入,对实现中国提出的“化肥零增长”目标至关重要。氮素可通过植物根部以硝态氮或者铵态氮的形式从土壤中被吸收,并在植物体内转运合成氨基酸、核苷酸等生命必需物质,是农作物生长和产量形成的必要性元素。然而,氮肥过量则会破坏土壤理化性质,导致土壤盐碱化、生态环境污染;减少氮肥用量难以发挥当前水稻、小麦等大田农作物品种的高产潜力,极大地制约了农作物的产量,同时也会过度消耗土壤中的氮素,威胁中国的粮食安全。为提高氮肥利用效率,确保粮食安全,挖掘氮高效基因（如NRT1.1B、OsGRF4等）,通过分子设计育种对当前现有品种进行遗传改良,有助于培育高效利用氮素的水稻新品系,挖掘当前水稻品种的生产潜力,提升中国农业可持续绿色发展水平。本文基于目前水稻研究中挖掘的氮高效基因,根据其功能和特点将其分为四类：NRT/PTR类、AMT类（铵转运蛋白家族）、NLP家族类及其他种类;并对具有潜在育种价值的氮高效基因的利用及当前存在的问题进行分析与展望。
【目的】通过分析陕A群和陕B群选育自交系组配的杂交种产量,评估自交系的配合力,并开展以产量和配合力为目标性状的全基因组关联分析,挖掘产量及其配合力的关联位点,为陕A群和陕B群选育玉米自交系的改良及育种中的应用提供依据。【方法】基于NCⅡ遗传设计,以陕A群和陕B群选育的85份优良玉米自交系为亲本,构建包含246份F1的杂交种群体,在3个环境下进行产量测试,并评估产量的一般配合力和特殊配合力;利用6H90K芯片进行亲本基因型检测,获得63 879个高质量SNP标记,并进行群体遗传特征分析,在杂交种群体推测出高质量SNP标记55 951个,采用加性模型和非加性模型对杂交种产量、一般配合力和特殊配合力开展了全基因组关联分析,并基于B73参考基因组对显著关联SNPs内的基因进行挖掘和功能注释。【结果】3个环境下的产量表现符合正态分布且变异广泛,产量广义遗传力为59.04%,环境效应显著;杂交种产量、一般配合力和特殊配合力三者之间均达到极显著相关性,杂交种产量与特殊配合力的相关性（r=0.95）大于与一般配合力的相关性（r=0.62）;陕A群与陕B群遗传特征具有一定差异,陕A群具有较高的一般配合力。全基因组关联分析分别检测到7、5和9个SNP与杂交种产量、一般配合力和特殊配合力显著相关（-log10(P)>3.86）,其中4个SNP为杂交种产量和特殊配合力共定位,最终锚定了17个关联SNP。对不同性状关联位点的优势等位基因型分析发现,4个GCA关联SNP受加性效应控制,F1产量BLUE关联位点可分为4种表现形式,以显性效应为主,其杂合基因型为最优等位基因型或次优等位基因型。通过功能注释发现,候选基因在玉米生长发育和籽粒建成中特异表达,例如GRMZM2G165828、GRMZM2G057557均与玉米籽粒发育相关。【结论】一般配合力和特殊配合力共同影响杂交种的产量,特殊配合力效应影响更大;一般配合力和特殊配合力具有不同的遗传基础,可通过有利等位基因聚集提高一般配合力。在F1杂交种群体采用全基因组关联分析策略可开展配合力相关遗传解析,挖掘产量及其配合力相关遗传位点,可加速关联位点在分子育种中的应用。
RNA生物农药是利用RNA干扰（RNA interference,RNAi）原理,通过抑制生物体重要功能基因的表达,造成有害生物发育停滞或死亡,进而达到病虫害防控的目的。该技术不会改变有害生物的基因组,也不会对生态系统造成不良影响。由于RNA生物农药具有精准、高效、绿色无污染等优势,受到了植物保护专家的重视,将其称为“农药史上的第三次革命”。近年来,随着拜耳公司表达昆虫dsRNA的抗虫玉米MON87411获得多个国家的安全证书,引起各大传统农化公司投入大量人力物力进行布局和产品开发。此外,还吸引了资本市场的关注,涌现了一大批基于RNAi技术进行病虫害防控的新兴公司,极大地加速了RNA生物农药的产业化步伐。随着RNA生物农药的快速发展,必将改变全球农药市场格局,这无疑是一种新的挑战。尽管我国在该领域的研发起步较早,起点也很高,但是,大多数研究主要集中在基础理论,而应用开发相对薄弱,已经远远落后于国际同行。与传统农药相比,RNA生物农药无论是作用机理还是应用开发,均有其独特之处,亟需监管部门建立匹配的研发、应用、生产等技术标准。完善相应的法律法规,对生产进行监督指导,促进我国RNA生物农药的快速发展,降低国际农药巨头在该领域形成技术垄断的风险。基于此,本文系统总结了目前RNA生物农药的国内外研发现状、商业化概况、未来发展趋势及欧美国家针对RNA生物农药相关的法规政策。此外,本文也指出了RNA生物农药在研发以及产业化过程中一些亟需解决的问题,期望为国内RNA生物农药开发与监管提供有益的参考。
【目的】功能性保绿通常被认为是包括玉米在内的主要作物品种的理想性状。挖掘新的控制玉米保绿相关位点和候选基因,为玉米保绿遗传研究提供理论基础。【方法】以150份由许178和K12组配的重组自交系（recombinant inbred lines,RIL）群体为材料,通过Windows QTL Cartographer V2.5的复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对3个保绿相关性状（保绿度（visual stay green,VSG）、吐丝期绿叶数（green leaf number at silking stage,GLNS）和成熟期绿叶数（green leaf number at mature stage,GLNM））进行QTL定位。同时,以139份自然材料组成的关联群体为材料,基于混合线性模型（mixed linear model,MLM）,结合50 790个高质量SNP标记,对这3个性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。【结果】基于CIM,利用单环境下的表型值和最佳线性无偏估计值（best linear unbiased prediction,BLUP）对GLNM、GLNS和VSG进行定位,共检测到37个QTL,分布在除第10染色体以外的其他染色体上,LOD范围为2.58—11.36,表型贡献率为4.34%—22.40%。GLNM、GLNS和VSG性状分别检测到14、12和11个位点。其中,4个遗传稳定的QTL（qGLNS2-1、qVSG1-1、qVSG1-2和qVSG7-1）,在3个及以上不同单环境中同时被检测到。利用MLM对保绿相关性状进行全基因组关联分析,共检测到44个超过阈值线的显著SNP,根据SNP标记在B73参考基因组的物理位置,发现共有15个位点落在连锁分析定位到的QTL区间内。【结论】通过QTL定位和全基因组关联分析共同检测到4个遗传稳定的共定位遗传区段（对应的B73参考基因组V4版物理位置区间为第1染色体6.2—8.2 Mb、第2染色体209.1—221.4 Mb、第6染色体96.8—102.1 Mb、第7染色体4.9—11.4 Mb）,并挖掘到4个与光合作用和抗逆相关的候选基因（Zm00001d006119、Zm00001d018975、Zm00001d006535和Zm00001d036763）。
【目的】 对铃重、衣分、单株铃数和籽指等棉花产量构成因素性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,发掘与其关联的标记位点、优异等位变异及候选基因,为棉花产量的分子育种提供理论依据。【方法】 以408份陆地棉品种（系）资源为材料,利用Cotton SNP 80K芯片,对6个环境的铃重、衣分、单株铃数和籽指4个产量构成因素性状进行基于混合线性模型（mixed linear model,MLM）的全基因组关联分析,检测与产量构成因素性状显著关联的位点、优异等位变异;进一步依据转录组数据的基因表达量,在显著关联的位点侧翼序列1 Mb区间挖掘可能的候选基因。【结果】 4个产量构成因素性状在不同环境下均表现出广泛的表型变异,其中,单株铃数变异系数最大为16.67%—22.66%,各性状的遗传率为48.4%—92.2%;除铃重与衣分间相关性不显著外,其他性状间均呈显著或极显著相关性;基于6个环境各性状表型数据的最佳线性无偏预测值（best linear unbiased prediction,BLUP）,GWAS共检测到分布于基因组的7个区间内23个与目标性状关联的SNP位点,其中,与铃重关联的位点5个,与衣分关联的位点1个,与单株铃数关联的位点9个,与籽指关联的位点8个,有3个位点（TM21094、TM21102和TM57382）同时与多个目标性状关联;鉴定到7个最优SNP位点的优异等位变异,分别为TM21099（TT）、TM57382（GG）、TM78920（CC）、TM53448（TT）、TM59015（AA）、TM43412（GG）和TM69770（AA）;利用转录组数据分析,在基因组的7个区间筛选到158个与产量形成可能的候选基因,GO富集分析和KEGG代谢途径分析发现,候选基因功能类别多样并参与了多种代谢途径。【结论】 在陆地棉品种（系）群体中共鉴定到23个与产量构成因素性状关联的SNP位点,筛选到158个可能与产量性状相关的候选基因。
【目的】明确不同施氮量下春玉米产量形成的光合机制,分析不同施氮量对氮肥利用率、土壤氮素盈余量等的影响,为当地合理施用氮肥,促进春玉米高产高效提供理论参考。【方法】以玉米品种仲玉3号为试验材料,分别于2019、2020年在四川农业大学雅安试验农场的肥效长期定位试验地进行田间试验,设置5个供氮水平,分别为0（不施氮）、90 kg·hm-2（低氮）、180 kg·hm-2（适量氮）、270 kg·hm-2（农民习惯施氮）、360 kg·hm-2（高氮）,记为N0、N1、N2、N3、N4。于拔节期、吐丝期和灌浆期测定叶面积,分别计算叶面积指数、光合势;于灌浆期测定穗位叶净光合速率等光合参数以及吐丝期、灌浆期测定叶绿素含量;吐丝期、灌浆期、收获期测定地上部群体干物质积累量,收获时测定产量,分析各部位氮含量,计算土壤氮素盈余量、春玉米氮素利用效率和施氮经济效益。【结果】（1）春玉米产量随施氮量增加先升后持平,2019、2020两年都是N2处理的产量最高,平均为9 746 kg·hm-2,相较于N0、N1处理分别增产179%、28.7%（P<0.05）,而N2与N3、N4处理间产量无显著差异。两年产量经线性+平台拟合,平台施氮量为134.8 kg·hm-2,平台产量为9 604 kg·hm-2,此时产投比也最高（12.6）。（2）适量施氮（N2）相比不施氮均显著提高穗位叶叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶面积指数和光合势等,继续增施氮肥上述指标无显著差异甚至显著降低。（3）结合光合特性与收获期产量的相关性分析及偏最小二乘法分析表明,春玉米光合势、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶面积指数、叶绿素a+b与产量均呈极显著正相关关系（P<0.01）,且影响春玉米产量的主导因素是叶绿素a+b。（4）收获期籽粒氮素积累量和地上部氮总积累量两年都是随施氮量增加先显著上升,在N2处理后（超过180 kg·hm-2）微弱上升或基本持平;经拟合表明土壤氮素盈余量为0时施氮量为139 kg·hm-2;春玉米氮肥表观利用率两年都是N2处理最高,平均达73.7%,较N1处理提高10.8%（P<0.05）,继续增施氮肥,氮肥表观利用率则显著下降,N3、N4处理氮肥表观利用率相较于N2处理分别降低32.9%和48.1%（P<0.05）。【结论】适量施氮能明显提高春玉米叶片光合性能,延缓穗位叶总叶绿素的降解,延长光合作用持续期,优化总叶绿素、叶面积指数和光合势在春玉米产量形成中的作用。同时,适量施氮能显著增加地上部群体干物质积累量和籽粒产量,促进玉米对氮素的吸收与积累,降低土壤氮素残留,提高氮肥表观利用率。综合产量、施肥经济效益、氮肥表观利用率和氮素盈余量等因素,试验区（四川雅安）氮素投入量为139—180 kg·hm-2能维持春玉米的高产高效目标。
【目的】 通过对高粱种质资源穗部表型多样性与遗传变异规律的研究,筛选高粱优异种质,丰富高粱穗部相关性状的遗传信息,为现有种质资源的保护、高效利用及新品种的选育等提供参考。【方法】 以320份来源于中国各地的高粱种质为供试材料,对其在2个不同生态环境下的12个穗部性状（粒长、粒宽、千粒重、籽粒硬度、籽粒容重、角质率、穗粒重、穗长、穗柄长、穗柄直径、一级枝梗长和一级枝梗数）进行精准鉴定。运用相关性分析、主成分分析、聚类分析等方法对高粱种质资源进行综合评价,并根据综合评价F值及目标性状筛选出不同突出特点的优异高粱种质。【结果】 各数量性状分布频次呈中间高两边低的分布趋势,籽粒硬度、穗粒重和籽粒容重、角质率2年间的频次分布和曲线走势分别在保定和晋中试验点较为相似,多数性状只在一个年份或单个试验点呈正态分布;除穗长和一级枝梗数外,其余性状的均值在同年两点间存在差异;12个穗部性状的平均多样性指数（H'）分布范围为1.72—2.11,其中,籽粒硬度的多样性指数均值最高,一级枝梗长的多样性指数均值最低;籽粒硬度、角质率、穗粒重、一级枝梗长和一级枝梗数的变异系数均高于30.00%;所提取的4个主成分累计贡献率为65.39%;聚类分析将320份种质划分为3个类群,第Ⅰ类可作为筛选工艺（帚）用高粱的种质类,第Ⅱ类适用于粒用（酿造）高粱优异种质的选育,第Ⅲ类为穗部性状表现较差的种质;依据综合得分F值及目标性状筛选出具有不同突出特点的29份优异种质。【结论】 参试高粱种质资源穗部性状表型变异丰富,多样性程度较高;角质率和一级枝梗长的变异系数较高;粒长、粒宽、籽粒硬度、籽粒容重和穗粒重受环境条件影响较大,一级枝梗长相对稳定;筛选出优异种质29份。
【目的】研究液体肥分蘖期减氮侧深施用和常规全量撒施固体肥对香稻关键生育期氮素吸收利用、干物质积累和氮代谢生理影响及其与香稻产量形成的关系,以期为今后华南香稻种植区分蘖期机械化侧深施液体肥提供理论指导和依据。【方法】2019—2020年连续进行2年大田试验,以华南地区种植面积较大的香稻品种玉香油占和象牙香占为供试材料,采用随机区组排列设计。设置了全程不施肥处理（T1）、常规全量撒施肥固体肥处理（T2,总施氮量为150 kg N·hm-2）、液体肥分蘖期减氮10%侧深施处理（T3）和液体肥分蘖期减氮20%侧深施处理（T4）4个处理。研究了不同施肥处理对香稻的产量及其构成因素、氮素吸收利用、干物质积累和氮代谢生理的影响。【结果】（1）2年大田试验中,2个香稻品种均在T3处理下产量最高,且显著高于T1处理。与T2处理相比,T3处理下玉香油占2019年和2020年的产量分别提高1.84%和15.20%,象牙香占2019年和2020年的产量分别提高0.65%和3.71%。这主要与T3处理下具有最高的有效穗数有关。（2）2年大田试验中,在幼穗分化期和抽穗期,2个香稻品种的总干物质积累量、叶面积指数和总氮素积累量普遍在T2处理下最高,T3处理和T2处理间的总干物质积累量和总氮素积累量差异不显著。在成熟期,2个香稻品种的总干物质积累量、叶面积指数和总氮素积累量均在T3处理下最高;对玉香油占而言,2019年成熟期T3处理下的总干物质积累量、叶面积指数和总氮素积累量分别较T2处理增加25.14%、26.57%和21.31%,2020年的相应增幅分别为5.83%、21.80%和46.47%;对象牙香占而言,2019年成熟期T3处理下的总干物质积累量、叶面积指数和总氮素积累量分别较T2处理增加19.95%、3.73%和13.41%,2020年相应增幅为21.17%、1.78%和14.37%。此外,2个香稻品种的氮素吸收利用率和氮素农学利用率也均在T3处理下最高。（3）在幼穗分化期和抽穗期,2个香稻品种在T2处理下较其他处理相比有较高的氮代谢相关酶活性,而成熟期T3处理下2个香稻品种的氮代谢相关酶活性最高。【结论】综合2年大田试验表明,液体肥分蘖期减氮10%侧深施处理较常规全量撒施固体肥处理,在减少氮肥使用的同时能维持生育前期生长发育,提高生育后期总干物质积累量、叶面积指数、氮素利用和氮代谢相关酶活性,最终实现香稻增产。
【目的】在中国大豆品种上建立以苹果潜隐球形病毒（apple latent spherical virus,ALSV）为载体的基因沉默体系,为中国大豆品种的基因功能和遗传育种提供一种简便、省时、易操作的技术体系。【方法】构建以农杆菌介导接种的ALSV病毒侵染性克隆载体。从大豆品种威廉姆斯82（Williams 82）中特异扩增327 bp的八氢番茄红素脱氢酶（GmPDS）基因cDNA片段,插入病毒载体pALSV2。通过农杆菌浸润法将病毒载体导入模式植物本氏烟（Nicotiana benthamiana）,17 d后富集病毒粒子,摩擦接种大豆第一轮真叶,以接种病毒空载作为对照组,持续观察测试大豆植株系统叶表型,并结合逆转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）或荧光定量PCR（qRT-PCR）检测ALSV衣壳蛋白基因（CP）和GmPDS的表达水平。【结果】ALSV﹕GmPDS接种大豆品种威廉姆斯82和南农1138-2,20 d后,前者系统叶未见白化表型,而后者系统叶出现明显的白化表型;qRT-PCR检测结果表明,发生白化的南农1138-2植株中GmPDS的表达水平显著降低,未出现白化表型的威廉姆斯82中GmPDS的表达水平没有出现显著变化。在此基础上,采用相同的方法,测试了ALSV在其他9种大豆品种中诱导GmPDS的沉默效率,发现在南农47、安豆203、祥斗4号、中黄13、山宁29、齐黄34等大豆品种上接种ALSV﹕GmPDS后植株系统叶均产生白化表型,而菏豆12、中黄311和山宁16等3个品种的GmPDS均不能诱导有效沉默。【结论】构建了农杆菌介导的ALSV病毒载体,利用本氏烟扩繁富集ALSV病毒,将提纯的病毒粒体摩擦接种大豆真叶,在多个中国大豆品种上成功建立了基因沉默体系。
【目的】 抽穗期是水稻重要的农艺性状,适时抽穗是确保水稻产量和区域适应性的关键因素。然而,水稻抽穗期调控的基因及其调控网络仍需进一步研究。已知FCS-like锌指蛋白是植物特有且在植物生长发育和逆境响应过程中发挥重要作用的蛋白家族,但其调控植物开花的功能未知。研究OsFLZs在调控水稻抽穗期中的功能,有助于完善水稻抽穗期调控网络,同时为抽穗期遗传育种提供新的理论基础和基因资源。【方法】 根据RGAP数据库公布的基因序列,构建OsFLZ18的过量表达载体和CRISPR-Cas9敲除载体,通过农杆菌介导的遗传转化方法转化日本晴愈伤组织,从而获得相应的水稻转基因植株;利用PCR技术筛选并鉴定OsFLZ18敲除纯合株系;在水稻生长过程中,调查过量表达、敲除植株和日本晴植株的抽穗时间;采用qRT-PCR方法分析OsFLZ18的时空表达模式,昼夜节律性以及OsFLZ18对抽穗期调控基因表达的影响;通过酵母双杂交试验验证OsFLZ18与调控水稻抽穗期关键因子的相互作用。【结果】 OsFLZ18的表达无明显组织特异性,在14 d的幼苗中表达量最高,其次是分蘖期的叶鞘和叶片,以及生殖生长阶段的茎和幼穗;成功构建了OsFLZ18-CRISPR载体,并转入粳稻日本晴中,筛选并鉴定获得2个CRISPR敲除纯合突变体。采用表达量较高的2个OE植株（OE-2和OE-3）以及纯合的敲除植株（CRISPR-21和CRISPR-25）进行抽穗期表型观察。结果发现,在广州自然短日照和自然长日照条件下,OE植株均出现明显的晚花表型,但是CRISPR敲除植株的抽穗时间较野生型无明显差异。qRT-PCR结果表明,在人工短日照条件下,与野生型相比,OE-2植株中Ehd1、Hd3a、RFT1的表达量明显被抑制,但Hd1的表达量没有明显的变化。酵母双杂交试验表明OsFLZ18和正向调控水稻抽穗期的转录因子OsMADS51存在互作。同时,OsFLZ18的表达量存在昼夜节律性,在白天表达量低,夜晚表达量高,并在半夜达到最高值。【结论】 过量表达OsFLZ18可以导致水稻延迟抽穗。
【目的】 评价小麦高温成株期（high temperature adult plant,HTAP）抗条锈病基因Yr52在生产中的应用价值,选育出农艺性状优良并高抗小麦条锈病品系,为充分利用现有高温成株期抗病资源、提高相关产量性状奠定基础。【方法】 通过回交和自交结合分子标记辅助选择育种方法,将小麦抗条锈病基因Yr52转育到轮选987（LX987）、百农矮抗58（AK58）和邯6172（H6172）中。在四川绵阳和陕西杨凌鉴定圃,用小麦条锈菌流行生理小种CYR32、CYR33和CYR34混合侵染,鉴定抗病基因载体品系和受体品种以及它们的高代家系的成株期抗病性。比对中国春参考基因组,结合Yr52两翼SSR分子标记Xcfa2040（6.8 cM-Yr52）和Xbarc182（1.2 cM-Yr52）,在目标基因物理区间内寻找35K SNP芯片标记,并开发成dCAPS和KASP分子标记,对BC2F5:6高代群体进行抗条锈病基因Yr52的检测。【结果】 抗病性鉴定和农艺性状评价表明,在19个具LX987背景的BC2F5:6家系中,抗条锈性表现为高抗（IT=0—3,DS=1%—20%）有11个,中抗（IT=4—6,DS=15%—30%）有8个,平均千粒重（TKW）、每穗穗粒数（KPS）、单株有效分蘖（PTN）、株高（PH）和穗长（SL）分别为45.33 g、46粒、7个、113.26 cm和10.05 cm。4个具AK58背景BC2F5:6家系全部表现高抗（IT=0—3,DS=5%—25%）;平均TKW、KPS、PTN、PH和SL分别为44.67 g、48粒、7个、96.54 cm和10.17 cm。5个具H6172背景的BC2F5:6家系全部表现高抗（IT=0—3,DS=5%—20%）;平均TKW、KPS、PTN、PH和SL分别为43.74 g、49粒、8个、109.72 cm和10.06 cm。分子标记检测结果表明,Yr52两翼连锁的分子标记Xbarc182、Xcfa2040和Xwmc557在后代群体中的检出率分别为78.57%、66.67%和66.67%,并成功开发出1个dCAPS标记Xdcaps-Yr52-1和1个KASP标记Xkasp-Yr52-1,两者在群体中的检出率分别为73.68%和41.67%。通过比较高抗（IT=0—3）与中抗（IT=4—6）水平家系的农艺性状,结果表明,IT在0—3的家系平均TKW（P>0.05）、PTN（P>0.05）和KPS（P<0.05）高于中抗水平的家系。结合各亲本抗病性和农艺性状筛选出PH为80—105 cm、PTN≥6个、KPS≥45粒、TKW≥42 g、SL≥8 cm的材料共5份。【结论】 Yr52仍对当前主要流行小种具有成株期抗性;将Yr52导入中国主栽感病小麦品种中,选育出综合抗病性和农艺性状良好的高代材料可用于培育多基因聚合的品种,丰富抗病基因的多样性,并实现持久利用。
【目的】阐明不同行距和密度对籽粒饲用高粱生长、产量形成、品质及氮磷钾吸收的影响,明确山西农牧交错带饲用高粱适宜的栽培模式,为籽粒饲用高粱栽培技术提供理论依据。【方法】以籽粒饲用高粱新品种辽夏梁1号为材料,于2018和2019年开展田间试验。试验共3个行距,分别为30、50和60 cm,每个行距设4个密度,分别为13.5×104、16.5×104、19.5×104和22.5×104株/hm2,分析不同行距和密度及其交互对抽穗期株高、生物量和养分积累量,收获期产量、养分累积量和品质等影响。【结果】行距和密度及其交互作用显著影响饲用高粱的生长、养分吸收、产量形成和籽粒品质。增加种植密度,抽穗期株高、生物量和养分积累量增加,但抽穗后生物量、收获期生物量和养分积累量以及产量在50和60 cm行距下,随密度增加先增加后降低。产量与收获期生物量、氮积累量及抽穗后生物量显著正相关。50 cm行距下的平均产量、抽穗后生物量、收获期氮磷积累大于60和30 cm行距;行距50 cm、密度16.5×104株/hm2的组合收获期生物量和氮积累量均较高,分别比各处理平均生物量和氮积累量提高3.6%—12.8%和3.6%—18.6%,同时产量也最高,两年分别可达10 814和12 434 kg·hm-2。籽粒中淀粉和蛋白质含量随密度增加呈降低的趋势,但行距对其影响较小;单宁含量随密度增加显著增加,随行距增加也逐渐增加,行距和密度对饲用高粱籽粒单宁含量的影响大于淀粉和蛋白质。行距为50 cm、密度为16.5×104株/hm2处理的单宁含量与平均含量相当。【结论】增加生育期内氮素吸收,提高抽穗后生物量、保障收获期生物量是提高产量的关键。饲用高粱在不同行距下合理调整株距可以提高产量,但影响籽粒品质,尤其是单宁含量,综合饲用高粱产量和品质,行距50 cm、密度16.5×104株/hm2的组合可作为雁门关农牧交错带（辽夏梁1号）的推荐种植方式。
【目的】 与持续淹水灌溉相比,节水灌溉能够提高水分利用率。但是,节水灌溉对水稻产量和品质的影响尚不清楚。本研究采用Meta分析以探明节水灌溉对水稻产量和品质影响的综合效应。【方法】 在本研究中,以持续淹水灌溉为对照,节水灌溉为处理,筛选出了34篇文献,建立了包含263对观测值的数据库。利用Meta分析方法,针对不同试验类型、节水灌溉类型、种植制度、水稻类型、节水灌溉时期、土壤全氮、土壤质地、氮肥施用量及施用次数,探究了节水灌溉对水稻产量和品质的影响。【结果】 从总效应来看,与持续淹水灌溉相比,节水灌溉对水稻产量和品质均无显著影响。从不同的节水灌溉类型来看,与持续淹水灌溉相比,轻度节水灌溉显著提高了稻米糙米率（+0.9%）、精米率（+1.5%）和整精米率（+2.3%）,对水稻产量、垩白粒率、垩白度、长宽比、直链淀粉、胶稠度和蛋白质含量无显著影响;但是,重度节水灌溉显著降低了水稻产量（-22.1%）、糙米率（-2.7%）、精米率（-2.7%）和整精米率（-3.6%）,同时显著增加了稻米垩白粒率（+28.0%）和垩白度（+46.7%）,对稻米长宽比、直链淀粉、胶稠度和蛋白质含量影响不显著。此外,从不同的种植制度来看,与持续淹水灌溉相比,在我国双季晚稻区进行节水灌溉显著降低了稻米蛋白质含量（-9.8%）;而在双季早稻区、中稻区和单季稻区进行节水灌溉对稻米蛋白质含量影响不显著。【结论】 与持续淹水灌溉相比,轻度节水灌溉显著提高了稻米加工品质,对水稻产量、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质影响不显著;重度节水灌溉显著降低了水稻产量、加工品质和外观品质,对蒸煮食味品质和营养品质影响不显著。本研究结果为评估节水灌溉对水稻产量和品质的影响提供了数据支撑。
【目的】通过系统调查TM-1农艺性状及纤维品质,研究芽期和苗期的耐冷性,以及对其在低温胁迫条件下的耐冷相关基因进行实时荧光定量分析,深入挖掘其耐冷机理,为该种质利用提供理论依据。【方法】在田间,以中棉所35为对照,以人工调查方式对TM-1进行表型鉴定,依据国际校准棉花标准（HVICC）测定纤维品质,同时采用卡那霉素筛选和分子鉴定进行Bt检测。以抗冷品种豫2067和冷敏感品种衡棉3号为对照,对TM-1芽期和子叶期进行耐冷性鉴定,4℃低温处理,然后正常条件下恢复生长7 d,调查芽期相对子叶平展率及子叶期植株受胁迫后的冷害级别,计算冷害指数和耐冷指数;使用便携式叶绿素仪进行叶片活体测定,以SPAD值代表相对叶绿素含量;在三叶期进行4℃低温处理24 h,利用实时荧光定量方法进行耐冷相关基因在叶片中的表达测定。【结果】表型鉴定结果显示,TM-1叶片较大,颜色深绿,生育期较长,约135 d,霜前籽棉产量为2 791.50 kg·hm-2,株高94.60 cm,霜前籽棉产量、株高、单株果枝数和单株结铃数均高于中棉所35,其他农艺性状与中棉所35接近,纤维品质中等水平。卡那霉素和试纸检测结果表明TM-1与中棉所35均不含Bt。芽期耐冷性鉴定结果表明,与对照处理相比,TM-1叶片的相对叶绿素含量极显著下降,株高极显著降低,低温胁迫极显著抑制了棉花下胚轴的伸长,并且抑制了叶片叶绿素的合成;低温处理后,TM-1的主根受到了伤害,恢复生长后侧根却比较发达,侧根生长优于对照。TM-1芽期耐冷级别达到高抗冷。苗期抗冷性鉴定结果表明,与对照相比,TM-1的相对叶绿素含量显著下降,株高极显著降低。TM-1子叶期耐冷指数为85.32%,显著高于抗冷材料豫2067,耐冷级别达到抗冷。TM-1三叶期受低温胁迫24 h后,在叶片中,有9个耐冷相关基因上调表达,上调表达倍数显著或极显著高于衡棉3号;其中,脱水素基因在叶片中上调表达,表达倍数与其在豫2067叶片中的表达倍数相近,是衡棉3号叶片中表达倍数的4.69倍,LEA3在TM-1叶片中的上调表达倍数显著高于豫2067和衡棉3号。总之,TM-1属于中晚熟品系,纤维品质中等,不含Bt;芽期和子叶期均比较抗冷,属于比较抗冷的类型;与耐冷相关的基因在TM-1的叶片中受低温诱导表达,拥有特别的表达模式。【结论】TM-1具有稳定的农艺性状,纤维品质达中等水平,不含Bt,可用作转外源基因的良好受体;因为其良好的耐冷特性,TM-1可以作为棉花耐冷性育种改良的重要亲本来源和基因克隆的基因源。
【目的】我国于1979—1987年进行了第二次土壤普查（以下简称“二普”）,2005—2017年进行了农田耕层土壤养分调查。两次调查均为地面采样量大的全国性调查。两次调查生成数据是我国目前最精细的土壤资源与质量时空数据。通过地统计检验方法,探讨我国在这两次调查中所获土壤质量数据的地统计检验特征,为这些数据用于表征土壤资源与质量时空分布状况,及其在其他行业和研究领域的应用提供参考。【方法】检验方法是在我国东、南、西、北、中不同地域选取7个代表性类型区,提取7片区在两次调查中获得的土壤剖面点和耕层采样点0—20 cm土层的土壤有机质含量。选择土壤有机质含量作为检验指标的原因之一是有机质含量是最重要土壤质量性状之一,其二该要素可量化表达。剖面点数据源于二普对典型土壤类型的剖面采样,采样特征为优先选取典型土壤类型,全国完成了10万个0—100 cm剖面分层采样、化验。经数据整合和多要素匹配,有6万个剖面点获得坐标。耕层采样点数据源于2005—2017年农田耕层养分调查,采样为网格化均衡分布的大样本量,全国完成了1 000万个有GPS定位坐标的耕层样本。每片区含土壤剖面点500—1 300个,耕层采样点50 000—250 000个。用普通克里格插值方法进行地统计分析和检验。对每片区剖面点和耕层采样点数据分别随机选取80%数据作为训练样本集建模,20%作为验证样本集。将验证样本预测值与实测值进行线性回归,计算R 2（决定系数）和RMSE（均方根误差）,以此评价两组数据表达土壤要素空间分布特征的可靠性和误差。【结果】剖面数据的地统计检验显示,7片区二普剖面点数据表达的有机质含量分布状况可靠性均达极显著水平,但校验集预测值与实测值相关性较差,R 2值较低,为0.223—0.380,RMSE较高。2005—2017年耕层采样点数据地统计检验显示,通过网格化均衡分布和大样本量的地面采样,耕层采样点所获有机质含量分布图的可靠性和预测精度优于剖面点数据,R 2提高,RMSE下降。两组数据地统计结果还显示：尽管相隔30年,两时段调查展现的土壤有机质含量有一定变化,但两组数据反映的各片区土壤有机质含量空间分布总体规律相似。【结论】当土壤调查为网格化均衡分布的大样本量采样时,就表征土壤要素空间分布特征而言,其可靠性和精度较好;二普生成大比例尺土壤专题图数据（土壤图,有机质含量图,pH图,土壤氮、磷、钾养分含量图）和2005—2017年农田耕层养分调查数据均源于网格化均衡分布的大样本量地面调查,可靠性和精度优于二普剖面点数据。但剖面点含数据类别多,具有点坐标,也有可靠的土壤专题图表达,对了解多类别土壤要素空间分布特征极具价值。二普与农田耕层点养分调查间隔约30年,两时段数据有利于了解土壤质量时空演变。本研究还显示,获取精细土壤质量数据需要进行大样本量地面调查和采样,对于表征土壤类型、土体构造等稳定性要素而言,若地面采样量较小,将难以获得可靠性和精度优于二普的数据。从实际需求和我国已有工作基础考虑,今后土壤调查重点可考虑以土壤功能调查或缺区补漏调查为主。
【目的】通过研究不同滴灌施肥模式对玉米产量、养分吸收、土壤氮素平衡、水分利用效率及经济效益的影响,以期为吉林省半干旱区滴灌玉米的生产提供理论依据。【方法】于2018—2019年在吉林省松原市民乐村进行田间试验,设置5个处理,即覆膜滴灌水肥一体化（DFM）、浅埋滴灌水肥一体化（DF）、浅埋滴尿素处理（DIU）、浅埋滴水处理（DI）和农民习惯施肥处理（FP）,于玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期采集植株样品,分为茎秆、叶片和籽粒三部分,测定干物质积累量及氮、磷、钾含量,分析玉米关键生育时期植株养分吸收利用特性。在玉米播种前和收获后采集0—100 cm土层土样分析土壤氮素平衡情况,采集玉米播种前和收获后0—200 cm土层土样测定土壤含水量,分析玉米水分利用效率。【结果】滴灌施肥处理（DFM、DF、DIU和DI）两年玉米的平均产量显著高于农民习惯施肥处理10.3%—20.6%,在干旱年份（2018年）的增产幅度（13.7%—27.9%）大于多雨年份（2019年）的增产幅度（7.2%—13.7%）,还提高了成熟期玉米氮、磷、钾积累量,提高幅度分别为15.7%—31.7 %（P<0.05）、11.0%—35.6%（P<0.05）和5.2%—20.9%,尤其提高了吐丝后氮、磷、钾的吸收量,分别提高63.1%—95.2%（P<0.05）、11.6%—63.0%和40.0%—110.0%（P<0.05）;水分利用效率显著提高了21.8%—33.9%,降低氮素表观损失量13.8%—92.0%。覆膜滴灌（DFM）与浅埋滴灌（DF）处理相比,在干旱年份显著提高了玉米产量和水分利用效率,而在多雨年份差异不显著,覆膜滴灌显著降低了土壤氮素表观损失量74.2%,二者净收益无显著性差异,DFM处理的产投比显著低于DF处理。在浅埋滴灌条件下,DF处理与DIU处理间的玉米产量、氮素表观损失量和水分利用效率差异均不显著;DF处理成熟期的干物质积累量和磷钾积累量显著高于DIU处理;DF处理与DIU处理的净收益和产投比均无显著性差异;DI处理在干旱年份的玉米产量显著高于FP处理13.7%,在多雨年份并不显著,还显著提高了成熟期的氮磷积累量和吐丝后的氮钾积累量,DI处理的净收益与FP处理无显著性差异,但产投比显著低于FP处理。【结论】滴灌施肥模式在半干旱区可提高玉米产量、成熟期氮磷钾积累量和水分利用效率,降低土壤氮素表观损失量,在干旱年份效果显著。覆膜滴灌技术在干旱年份优势大于浅埋滴灌,但产投比显著低于浅埋滴灌技术。浅埋滴尿素模式的产量、水分利用效率、净收益和产投比与浅埋滴灌水肥一体模式相比均无显著性差异,成本较低的浅埋滴尿素模式简化了生产环节,还可达到一定的增产效果。综上所述,在本试验条件下,浅埋滴尿素模式是适宜吉林省半干旱区玉米生产的滴灌施肥技术。
【目的】流感病毒是一种人兽共患病原,常引起大流行,给人类健康造成巨大威胁,且流感病毒易发生变异,能不断逃逸宿主细胞的免疫反应,对现有抗流感药物产生耐药性,因此寻找抵抗流感的新方法迫在眉睫。研究通过探索NMRAL1(NmrA-like family domain-containing protein 1)对流感病毒复制的影响,并揭示其发挥作用的分子机制,为抗流感药物研发提供潜在靶点。【方法】采用siRNA干扰技术在A549细胞中下调表达NMRAL1,并通过Western Blot检测siRNA干扰后NMRAL1的表达水平;在下调表达NMRAL1的细胞中,分别感染A/Anhui/2/2005 (AH05) (H5N1)和A/WSN/33 (H1N1) 两株不同亚型流感病毒,利用蚀斑试验检测感染病毒后24和48 h细胞上清中的病毒滴度。为确定NMRAL1影响流感病毒复制的具体阶段,在HEK293T细胞中瞬时转染NMRAL1-Myc-pCAGGS质粒过表达NMRAL1,通过双荧光素酶报告系统检测过表达NMRAL1对流感病毒聚合酶活性的影响;使用免疫荧光技术对流感病毒NP蛋白进行染色,通过激光共聚焦试验观察下调表达NMRAL1对感染病毒后3、4、5、6和8 h NP蛋白在被感染细胞中的定位情况的影响,判断下调表达NMRAL1是否影响流感病毒的入核和出核过程;利用Western Blot检测下调表达NMRAL1对流感病毒各病毒蛋白表达的影响和对流感病毒激活I型干扰素通路下游IFN刺激基因（ISGs）表达的影响,利用间接免疫荧光试验进一步研究NMRAL1对流感病毒复制的影响。【结果】Western Blot检测发现NMRAL1 siRNA能显著下调NMRAL1表达,在下调表达NMRAL1的A549细胞中分别感染H5N1和H1N1病毒,并通过蚀斑试验检测感染病毒后细胞上清中的病毒滴度,结果显示在下调表达NMRAL1的细胞中,感染流感病毒后24和48 h收取的细胞上清中病毒滴度显著下降,表明NMRAL1能促进不同亚型流感病毒的复制;为进一步探索NMRAL1调控流感病毒复制的具体机制,利用双荧光素酶报告系统检测流感病毒聚合酶活性,发现过表达NMRAL1对流感病毒聚合酶活性无明显影响;激光共聚焦试验结果显示下调NMRAL1表达不影响NP蛋白的入核和出核过程,同时Western Blot检测表明下调NMRAL1表达不影响各病毒蛋白的表达;但荧光定量PCR试验结果显示下调NMRAL1表达能够促进流感病毒感染诱导的IFN-β mRNA水平上升,且Western Blot检测发现下调表达NMRAL1促进I型干扰素通路下游的MxA和IFITM3抗病毒蛋白的表达,与此同时,间接免疫荧光试验结果显示下调NMRAL1表达可显著抑制流感病毒复制。【结论】在流感病毒感染过程中,NMRAL1不影响流感病毒的入侵以及转录翻译过程,而是通过抑制I型干扰素通路激活从而抑制MxA、IFITM3等抗病毒因子的表达,最终促进流感病毒复制。研究证实宿主因子NMRAL1正调控流感病毒的复制,丰富了参与流感病毒复制的宿主因子网络。
【目的】建立和优化苦荞愈伤组织遗传转化体系,为苦荞基因功能验证及分子育种提供研究工具。【方法】以苦荞品种“西荞二号”为材料,对苦荞愈伤遗传转化条件进行优化,包括苦荞外植体类型、诱导愈伤的激素比例、继代培养基的激素比例及农杆菌类型。利用苦荞类黄酮生物合成关键酶基因FtCHS1的过表达验证优化后的遗传转化体系。通过PCR筛选和荧光观察鉴定阳性株系,采用紫外分光光度法和高效液相色谱法（high performance liquid,HPLC）测定花青素及黄酮醇支路代谢物含量,使用实时荧光定量PCR分析类黄酮合成相关基因的表达,比较FtCHS1过表达愈伤组织与对照组的差异。【结果】苦荞诱导愈伤组织的最佳外植体为下胚轴,其最适诱导培养基为MS+0.8 mg·L-1 6-BA+3.5 mg·L-1 2,4-D,诱导率达72%;最优继代培养基为MS+3 mg·L-1 6-BA+1 mg·L-1 KT,愈伤组织增殖率与增殖系数分别为98%和1.09;转化过程中的最佳农杆菌是GV3101,转化效率达31.3%;FtCHS1过表达愈伤组织中,花青素、芦丁和杨梅素的含量显著高于对照（P<0.05）,山奈酚和槲皮素的含量极显著高于对照组（P<0.01）;外源FtCHS1的过表达对转基因愈伤组织中5个内源同源基因FtCHSs的表达水平没有影响（P>0.05）,而FtCHI、FtF3H、FtFLS1、FtFLS2、FtFLS3和FtDFR1等黄酮合成途径关键酶基因均上调表达（P<0.05）。此外,特异性正调控黄酮醇合成的转录因子基因FtMYB5和FtMYB6上调表达,而花青素合成抑制子基因FtMYB8的表达降低（P<0.05）。【结论】建立了苦荞愈伤组织遗传转化体系,过表达FtCHS1的苦荞愈伤组织通过上调黄酮合成相关基因的表达增加类黄酮物质的积累。
【目的】 马铃薯块茎质地综合评价有利于对马铃薯加工品质性状的细分和准确定位用途,辅助马铃薯品种的选择和选育,同时加快马铃薯产品的开发。【方法】 以主栽马铃薯品种块茎为材料,采用穿刺、二次压缩（texture profile analysis,TPA）和剪切3种质构检测模式分析块茎质构参数：穿刺距离、穿刺起始力、穿刺速度、压缩形变量、压缩速度、压缩间隔时间、压缩起始力、剪切起始力和剪切速度;根据最佳质构测试参数测定8个不同品种块茎质地参数,分析质地参数间的相关性和块茎品质评价最佳质地参数。【结果】 鲜块茎穿刺最优参数：探头型号为圆柱金属探头（TMS 2 mm Steel）,穿刺距离为2 mm,起始力为2.5 N,检测速度为50 mm·min-1;TPA压缩最优测试因素（鲜/熟）：鲜、熟块茎圆柱体样品直径和高度均为10—15 mm,检测探头的选择对鲜块茎质地无显著差别,熟块茎最优探头型号为圆柱铝制探头（TMS 36.0 mm Aluminum Cylinder）;最优参数（鲜/熟）：形变量50%/60%,检测速度60 mm·min-1/80 mm·min-1,间隔时间6 s/10 s,起始力均为0.7 N;剪切最优参数（鲜/熟）：长方体样品（30 mm×15 mm×10 mm）,探头型号为轻型单刀探头（TMS Perspex Knife Edge）,检测速度均为60 mm·min-1,起始力为1 N/0.5 N。不同品种块茎相关性分析表明,弹性与薯皮脆性存在显著相关性,与穿刺和剪切其他质地参数之间均无显著相关性;鲜块茎穿刺、TPA压缩与剪切质地参数之间均存在显著或极显著正相关性（0.410—0.959）;熟块茎TPA压缩和剪切质地参数之间均存在显著或极显著正相关性（0.441—0.952）。【结论】 穿刺、TPA压缩和剪切质构检测模式适合鲜块茎质地品质的客观评价,其中,薯皮硬度、薯皮脆性、TPA硬度、内聚性、咀嚼性和剪切硬度可作为比较鲜块茎质地差异的重要参数;TPA压缩和剪切质构检测模式适合熟块茎质地品质的客观评价,其中,TPA硬度、粘附性、内聚性、弹性、咀嚼性和剪切硬度可以作为比较熟块茎质地差异性的重要参数。
【目的】明确新疆小麦、玉米化肥利用效率现状,进一步优化养分管理,提高化肥利用效率,为新疆乃至全国粮食安全提供基础数据和技术支撑。【方法】2018—2020年,在新疆主要粮食种植区开展72个田间试验（小麦40个、玉米32个）,设置氮磷钾（NPK）、无氮（PK）、无磷（NK）、无钾（NP）4个处理,3次重复,分析新疆当前施肥条件下小麦、玉米的养分吸收,氮、磷、钾肥产量反应,农学效率,肥料利用率等特征。【结果】（1）新疆小麦氮（N）、磷（P2O5）、钾肥（K2O）平均施用量分别为233.1、128.0和75.5 kg·hm-2,玉米氮、磷、钾肥平均施用量分别为254.9、148.0和67.8 kg·hm-2。（2）小麦NPK处理平均产量为7 504 kg·hm-2,氮、磷、钾肥的平均产量反应分别为2 206 kg·hm-2（500—3 795 kg·hm-2）、2 016 kg·hm-2（288—4 230 kg·hm-2）和1 362 kg·hm-2（105—2 910 kg·hm-2）,施氮、磷、钾肥的平均增产率分别为45.0%、39.7%和23.0%;玉米NPK处理平均产量为13 715 kg·hm-2,氮、磷、钾肥的平均产量反应分别为4 657 kg·hm-2（1 559—6 900 kg·hm-2）、1 942 kg·hm-2（473—4 699 kg·hm-2）和1 297 kg·hm-2（113—5 440 kg·hm-2）,施氮、磷、钾肥的平均增产率分别为52.2%、21.2%和15.5%。玉米施氮肥的产量反应明显高于小麦。（3）NPK处理中,每形成100 kg小麦籽粒需氮（N）2.7 kg（1.7—4.0 kg）、磷（P2O5）0.8 kg（0.4-1.3 kg）、钾（K2O）2.1 kg（1.2—3.9 kg）;每形成100 kg玉米籽粒需氮（N）2.1 kg（1.5-2.9 kg）、磷（P2O5）0.8 kg（0.4-1.2 kg）、钾（K2O）2.1 kg（0.7—3.4 kg）。（4）新疆小麦氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为9.6、15.9和18.7 kg·kg-1,磷、钾肥显著高于氮肥;玉米氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为18.7、13.4和18.1 kg·kg-1,氮、钾肥显著高于磷肥。玉米氮肥的农学效率高于小麦,磷、钾肥的农学效率两种作物差异不大。（5）新疆小麦氮、磷、钾肥的平均利用率分别为41.4%、21.8%和45.2%;玉米氮、磷、钾肥的平均利用率分别为46.9%、20.5%和49.6%。小麦、玉米的氮、钾肥利用率均显著高于磷肥。【结论】当前新疆小麦、玉米产量水平较高,氮、磷、钾肥利用效率已处于较高水平,氮、钾肥的利用率显著高于磷肥。小麦、玉米对缺氮最为敏感,其次对缺磷,缺钾的减产幅度最低。当前新疆小麦、玉米的氮肥施用量较合理,施钾量不足,小麦存在过量施磷。今后需加大小麦、玉米的钾肥投入,减少小麦的磷肥投入。
【目的】重复序列是真核生物基因组中重要组成部分,对物种进化、基因遗传变异、转录调控等具有重要作用。研究旨在揭示牛亚科物种重复序列特征,研究转座子和串联重复序列间的进化关系,为牛亚科物种重复序列的研究提供理论支撑。【方法】以普通牛、瘤牛、牦牛、水牛、野牛以及大额牛6个牛亚科物种的基因组序列为研究对象,利用TRF和RepeatMasker软件对6个牛亚科物种基因组中的串联重复序列（tandem repeats sequence,TRs）和转座子（transposable elements,TEs）进行鉴定,并通过本地BLAST比对,分析两类重复序列间的相似性,单位点（single-locus TRs, slTRs）和多位点串联重复序列（mutiple-locus TRs, mlTRs）以及转座子内部的串联重复特征。【结果】（1）6个牛亚科物种中,重复序列在普通牛中的比例最高,为49.13%,其次为水牛46.82%、大额牛46.66%、瘤牛42.70%、野牛42.36%、牦牛42.34%;其中转座子在基因组中的比例为40.57%—45.71%,高于串联重复序列的比例（1.50%—3.42%）。（2）串联重复序列中,mlTRs的比例（76%—99%）显著高于slTRs（1%—24%）,表明mlTRs为6个牛亚科物种中串联重复序列的主要组成。（3）TE-derieved的串联重复序列分析表明,TRs中43%—84%的序列来源于转座子,其中多位点串联重复序列可高达94%。（4）TRs-related 转座子及其活性分析表明,与TRs具有相似性的转座子主要来自非长末端重复序列（non-Long Terminal Repeats, non-LTR）,包括SINE（Short Interspersed Nuclear Element, SINE）和长末端重复序列（Long Interspersed Nuclear Element, LINE）,其中SINE/Core-RTE（主要为BOV-A2）的数量（14 423—24 193）和相对丰度（4.06%—6.77%）最高,被认为是牛亚科物种中最年轻且最具活力的转座子。（5）转座子的串联重复特征分析表明,BovB在0—600 bp,L1_BT在1 500—2 700 bp的序列分别发生了大量的串联重复,与consensus序列的一致性分别达93%和87%以上,且两段区域均为非编码区。【结论】重复序列在牛亚科物种中具有相似的分布特征, non-LTR是牛亚科物种TRs-related TEs的重要来源,且SINE/Core-RTE（主要为BOV-A2）为牛亚科物种最年轻且最具活力的转座子;同时串联重复序列又可作为转座子内部结构的组成部分,表明串联重复序列与转座子在基因组的进化过程相互影响、相互作用。
【目的】周8425B是中国小麦重要骨干亲本之一,小偃81是李振声院士选育的高产、优质、多穗型品种。千粒重是影响小麦产量的重要因素,发掘周8425B和小偃81的千粒重及相关性状的QTL,并分析不同生态区小麦品种所含QTL的单倍型与千粒重的关系,发掘优异单倍型,为不同生态区提高小麦产量及分子辅助育种提供基因型参考。【方法】以周8425B×小偃81衍生的重组自交系群体（F8）为研究对象,分别于2015和2016年在陕西杨凌（早晚播）进行田间种植,收获后对籽粒相关性状进行测量。利用90K芯片标记构建的高密度遗传图谱对3个环境下的千粒重、籽粒长、籽粒宽和籽粒厚进行QTL定位。同时,针对稳定的主效QTL开发相应的KASP分子标记,并以479份国内外小麦种质组成的自然群体为材料进行分子检测,结合自然群体的千粒重等性状进行关联分析;此外,从479份小麦中挑选出106份含有660K芯片基因型数据的当前黄淮麦区推广的小麦品种,以主效QTL置信区间的差异SNP为基础,进行目标QTL定位区间的单倍型分析,从而判断黄淮麦区中陕西、河南和山东种质材料中的优势类群。【结果】QTL定位结果显示,3个环境下共在8条染色体上检测到22个QTL,表型变异解释率（PVE）范围为4.77%—19.95%,12个位点为主效QTL（PVE>10%）,其中Qkgw.nwafu-6B可能为新QTL。4A、6A、6B、7D染色体上的QTL在多个环境中被检测到,其中,4A和7D染色体处QTL与已报道的相关位点位置相同或接近。6A染色体上的QTL区间包含已知千粒重基因TaGW2-6A,根据TaGW2-6A的分子功能标记检测结果,周8425B和小偃81同时含有TaGW2-6A,此外,基于单倍型分析结果,二者存在于不同的类群中,因此,该位点不同于TaGW2-6A,也可能为新的QTL。单倍型分析结果显示,Qkgw.nwafu-6A总共分为5种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6A_h1,其在3个地点千粒重数据均高于其他单倍型;Qkgw.nwafu-6B总共分为8种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6B_h6,在河南两点千粒重数据较高,推测含有这两类单倍型的材料为优势类群。此外,针对Qkgw.nwafu-6B开发出共分离的KASP标记,并在479份材料组成的自然群体显著性检测中证明该位点与千粒重表型显著相关。【结论】Qkgw.nwafu-6A和Qkgw.nwafu-6B可能为新的与千粒重相关的主效QTL位点,6A_h1和6B_h6为优势单倍型,开发了一个与Qkgw.nwafu-6B共分离的分子标记KASP_IWA349,可用于分子标记辅助育种。
综述了果树种质资源与遗传育种研究进展及若干问题的理解与思考,主要结果如下：1.中国虽然是柑橘、苹果、梨、桃、龙眼、枇杷、香蕉、猕猴桃、李、杏、枣和柿等多种果树的起源演化中心（之一）,是世界上最大的果树资源国,但野生种质和名特优地方品种的发掘、创新与利用有待进一步加强。2.按照遗传变异的来源,果树常规育种主要有杂交育种和芽变选种两个途径;果树杂种一代广泛分离,每一次育种都选择杂种优势最强的基因型,通过无性繁殖成为新的营养系品种,并在生产上长期利用,而显性、超显性和上位性3大假说是杂种优势形成的主要遗传基础;对‘富士’和‘鲁丽’苹果、‘玫瑰香’葡萄及‘山农酥’梨等新品种及其亲本主要性状分析发现,选择具有互补性状的品种作为杂交亲本,并选择遗传背景复杂的品种作为杂交母本,是果树杂种优势高效利用及其亲本选择选配的重要结论;杂交育种是根据产业的品种需求确定育种目标,进行亲本选择与选配,培育双亲性状互补、杂种优势明显的新品种,而芽变选种是利用体细胞自然突变及其表观遗传对生产上的主栽品种个别性状进行修缮和改良;因此,杂交育种和芽变选种有机结合是解决果树产业品种问题的重要技术途径。3.面对国家乡村振兴的战略需求及关于“坚持凭能力、实绩、贡献评价人才,克服唯学历、唯资历、唯论文等倾向”的人才评价机制改革,深度解读了农业科技人员必须坚持“理论与技术创新并重及良种良法配套”的科研思路及其经典案例。
【目的】量化山东省冬小麦产量差及氮肥利用效率差,分析产量差和效率差之间的关系,明确环境、栽培条件及生理因素对产量差的贡献,探讨协同缩差增效的可能途径,为冬小麦产量差缩减和资源利用效率提升提供理论依据。【方法】本试验于2016—2020年在山东济宁、德州、烟台和淄博4市进行,综合肥料投入、播种密度和灌溉水平等管理措施,设置了超高产水平（SH）、高产高效水平（HH）、农户水平（FP）和基础产量水平（ISP）4种模式,定量分析不同产量水平冬小麦产量差和氮肥利用效率差,分析产量差和效率差之间关系,讨论产量差和效率差形成的影响因素及缩差增效的可能途径。【结果】当前山东冬小麦高产纪录与SH、SH与HH、HH与FP以及FP与ISP之间的产量差分别为2 729.1、674.3、1 042.9和4 349.8 kg·hm-2,SH与HH、HH与FP之间的氮肥偏生产力差分别为-13.54和15.67 kg·kg-1;产量和氮肥偏生产力之间存在着二次抛物线关系。当前降水、光温等不可控因素和肥水投入等可控因素对产量差的贡献率分别为31.16%和68.84%。结果显示,平均叶面积指数（MLAI）、平均净同化率（MNAR）、单位面积穗数（EN）和粒重（GW）差与SH和HH之间的产量差呈显著正相关关系;而收获指数（HI）、穗粒数（GN）和粒重（GW）差与HH和FP之间的产量差呈显著正相关。SH和HH处理较FP处理有更高的地上部生物量、单株分蘖数以及分蘖成穗率。【结论】当前山东省冬小麦农户产量只实现了最高纪录产量的64.34%,通过优化水肥投入量、提高追肥比例、增施有机肥和锌肥等栽培措施可使冬小麦产量差缩减23.46%,氮肥偏生产力提高56.99%。花后物质生产能力仍然是小麦产量提升的限制因素,在保证花后光合同化的同时,提高花前物质的再转运以提高收获指数是农户模式向高产高效发展的有效途径。
【目的】叶绿素荧光可反映盐胁迫下植物光合机构防御机制的受害程度和抗逆性。通过分析盐胁迫对不同耐盐性粳稻种质叶绿素荧光特性的影响,揭示其诱导动力学特征,初步阐明叶绿素荧光相关基因调控粳稻种质苗期耐盐性的机制,为耐盐水稻品种筛选和培育提供理论依据。【方法】以8份耐盐、8份盐敏感粳稻种质为试验材料,于苗期在水培条件下分别测定两组种质0 mmol·L-1和125 mmol·L-1 NaCl胁迫3 d、6 d的叶片叶绿素荧光参数。通过主成分分析筛选关键指标,利用隶属函数和标准差系数赋予权重法综合评价各种质资源耐盐性,获得典型耐（敏）盐种质开展叶绿素荧光相关基因OsHCF222和OsABCI7的表达特异性分析。【结果】与对照（CK,0 mmol·L-1 NaCl 3 d、6 d）相比,盐胁迫（125 mmol·L-1 NaCl 3 d、6 d）可显著降低粳稻种质的最大荧光产量（Fm）、原初光能转化效率（Fv/Fm）。与CK相比,耐盐种质的非光化学荧光淬灭系数（NPQ）和可变荧光的非光化学猝灭系数（qN）在盐胁迫3 d时显著降低,初始荧光产量（Fo）在盐胁迫6 d显著升高;盐敏感种质的光化学淬灭系数（qP）和qN在盐胁迫3 d时显著降低,实际光化学量子产量（Y）、NPQ、表观光合电子传递速率（ETR）在盐胁迫3 d、6 d时极显著降低。盐胁迫下Fm、Fv/Fm、Y、NPQ和ETR与耐盐级别（STS）均呈极显著正相关,且在耐、敏盐种质间差异显著。通过主成分分析将8个叶绿素荧光参数转换为2个主成分,累积贡献率88.018%;结合各因子载荷大小筛选出Fm、Fv/Fm、Y、NPQ和ETR 5个关键指标,可将16份粳稻种质明确划分为耐盐组和盐敏感组两类。以两个主成分的隶属函数结合权重处理并累加计算盐胁迫下叶绿素荧光特性综合评价值D（DCF）,并依此获得16份粳稻种质排名。采用Kinetic模式测定盐胁迫和正常生长（CK）条件下耐盐种质Cigalon、Bertone和盐敏感种质新竹8号、幸实的叶绿素荧光诱导动力学曲线。在CK条件下,4份粳稻种质表现为相似的曲线形状,斜率较大,P峰出现时间基本相同;盐胁迫下,随着盐胁迫时间的延长,盐敏感种质的P峰迅速降低,M峰和曲线斜率逐渐变小;耐盐种质仍维持较高的P峰,M峰和曲线斜率与CK相比无明显变化。通过对综合排名第1的耐盐种质Cigalon和排名第16的盐敏感种质幸实NaCl胁迫不同时间叶绿素荧光相关基因OsHCF222和OsABCI7的qPCR分析,结合叶绿素含量、耐盐相关叶绿素荧光参数的动态变化和相关分析,初步明确了OsHCF222和OsABCI7的差异表达与粳稻种质苗期耐盐性的关系。【结论】不同耐盐性粳稻种质的叶绿素荧光参数对盐胁迫的响应不尽相同,Fm、Fv/Fm、Y、NPQ和ETR与水稻苗期耐盐性密切相关;OsHCF222和OsABCI7的表达量直接影响了粳稻种质苗期耐盐性;在耐盐粳稻中,NPQ和Fv/Fm起关键作用,Fm可能在调节盐敏感粳稻耐盐性中发挥重要作用。
【目的】与常规稻相比,杂交稻具有更高的产量潜力。但是,对杂交稻和常规稻在氮素利用率上的差异尚存争议。本研究采用Meta分析以明确杂交稻对产量和氮素利用率的影响。【方法】以常规稻为对照,杂交稻为处理,筛选出56篇文献,建立了包含367对观测值的数据库。利用Meta分析方法,针对不同杂交稻类型、氮肥施用量及施用次数、土壤全氮、土壤碳氮比和土壤质地,探究了杂交稻对产量和氮素利用率的影响。【结果】与常规稻相比,杂交稻显著提高了产量（+11%）和生物量（+14%）,而对收获指数无显著性影响。在各氮肥施用水平下,与常规稻相比,杂交稻均显著提高了产量;然而,随着氮肥施用量的增加,杂交稻的增产优势显著降低。另外,与常规稻相比,杂交稻显著提高了氮素吸收（+8.1%）、氮素生理利用率（+2.9%）和氮素回收率（+3.6个单位）。【结论】与常规稻相比,杂交稻能够提高产量和氮素利用率。本研究为评估杂交稻的推广应用对我国水稻产量和氮素利用率的影响提供了数据支撑。
【目的】进一步挖掘小麦穗长具有利用价值的数量遗传位点（QTL）,同时深入探究穗长与其他重要农艺性状之间的遗传关系,为精细定位和分子辅助选择育种奠定基础。【方法】以20828为母本、SY95-71为父本,构建126份F7代重组自交系群体。将亲本及其重组自交系分别于2016—2017年和2017—2018年生长季种植在中国四川省成都市温江区试验基地、中国四川省崇州市试验基地、中国四川省雅安市试验基地以及孟加拉国库尔纳市试验田,调查7个不同环境下的穗长表型。利用基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱进行非条件QTL的定位,并分析其效应。分别以株高、穗茎长、每穗小穗数和千粒重为条件,对定位到的主效QTL进行条件QTL分析,分析穗长与它们的遗传关系。【结果】通过非条件QTL定位到13个穗长QTL,分别位于1A、1D、2B、2D、4B、6D和7A染色体,LOD值为2.79—6.19,贡献率为5.35%—12.77%。其中,定位到3个稳定遗传的主效QTL：QSl-sau-2SY-2B、QSl-sau-2SY-2D.5和QSl-sau-2SY-4B,贡献率分别为6.54%—11.72%、10.16%—12.57%和5.35%—10.92%。这三个主效QTL在多环境分析中也可以检测到。进一步聚合分析表明,聚合QSl-sau-2SY-2B、QSl-sau-2SY-2D.5和QSl-sau-2SY-4B增效位点的株系穗长表型显著长于聚合任意2个主效QTL或仅含单个主效QTL增效位点的株系。同时,发现QSl-sau-2SY-2B对于株高、穗茎长、每穗小穗数和千粒重均没有显著影响,QSl-sau-2SY-2D.5对于千粒重有显著影响,达到3.98%,而对于株高、穗茎长和每穗小穗数没有显著影响,QSl-sau-2SY-4B对于株高和穗茎长有极显著影响,分别达到-12.28%和-22.26%,而对于每穗小穗数和千粒重没有显著影响。条件QTL分析结果表明,在QTL水平上,QSl-sau-2SY-2B与株高和穗茎长无关,但受到每穗小穗数和千粒重的影响,QSl-sau-2SY-2D.5与穗茎长、每穗小穗数和千粒重无关,但受到株高的影响,QSl-sau-2SY-4B与穗茎长和千粒重无关,但受到株高和每穗小穗数的影响。【结论】定位到3个控制穗长且稳定遗传的主效QTL——QSl-sau-2SY-2B、QSl-sau-2SY-2D.5和QSl-sau-2SY-4B。其中,QSl-sau-2SY-2B可能为新的QTL,独立于株高和穗茎长遗传。
【目的】通过研究洱海流域植烟土壤养分时空变异特征,实现对该区域植烟土壤肥力分级评价及其空间可视化的目标,进而为洱海流域烟田养分分区管理、平衡施肥、农业面源污染防控等提供科学依据。【方法】以2011—2013年、2018年和2020年洱海流域植烟区964个土壤样品为研究对象,采用地统计学和地理信息系统（Geographic Information Systems,GIS）技术探究养分的时空变异特征和区域分布格局,并采用Fuzzy综合评价法对植烟区土壤肥力进行定量评价。【结果】2011—2020年洱海流域植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾的均值为7.3、59.6 g·kg-1、3.5 g·kg-1、54.4 mg·kg-1、192.0 mg·kg-1,均表现为中等变异。植烟土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量丰富,丰缺等级处于中上等级及以上的区域面积占比分别为85.2%、93.8%、94.5%及78.8%,存在明显的区域变异性。植烟土壤肥力处于I—V级的区域面积占比分别为8.4%、25.0%、40.3%、23.3%、3.0%。洱海流域植烟土壤整体偏碱性,pH值呈现出洱海北部高于南部的现状;有机质和全氮含量高值区主要分布于洱海北部和西部;有效磷含量高值区以斑块状分布在洱海北部、东部和西部;速效钾含量高值区呈片状分布在洱海北部和东部。【结论】洱海流域植烟土壤整体肥力较高,III级及以上高肥力区主要分布在洱海北部和东部。同时,洱海北部和西部植烟土壤氮磷元素含量丰富,区域内存在农业面源污染风险。
【目的】探究玉米-大豆套作种间距离对土壤环境及根系空间分布的影响,以期为作物根系调控养分高效吸收提供理论依据。【方法】采用单因素随机区组试验设计,设置5种根系互作方式,其中玉米-大豆套作种间距分别为30 cm（MS30）、45 cm（MS45）、60 cm（MS60）,单作玉米行间距100 cm（MM100）,单作大豆行间距100 cm（SS100）,研究玉米-大豆套作下土壤理化性状及根系空间分布的变化规律。【结果】玉米蜡熟期（R4）至成熟期（R6）、大豆始粒期（R5）至成熟期（R8）,套作处理日平均土壤氧气含量、土壤呼吸速率随种间距离增加呈先增后减趋势;其中玉米土壤氧气含量MS45处理最高,MS30处理最低,而套作后的土壤呼吸速率均显著低于单作;大豆土壤呼吸速率以MS45处理最高,较SS100处理高130.00%,而套作后的土壤氧气含量均低于单作。与单作相比,套作玉米土壤中>5 mm水稳性团聚体含量、套作大豆土壤中5—2 mm水稳性团聚体含量、土壤NO- 3-N显著增加,其中均以MS45处理最高,较单作分别显著增加19.26%、4.49%、18.07%。共生期间,与单作相比,套作各处理玉米、大豆根系空间分布呈非对称性,套作玉米根系横向能延伸到大豆行的空间下方,纵向能下扎生长更深,套作大豆根系明显偏向大豆带生长,套作玉米和大豆根长、根表面积、根体积、根干重低于单作;玉米收获后,套作大豆根系恢复生长,在水平和垂直方向上进一步延伸,其中MS45处理的根体积高于单作。通过PCA分析,土壤养分含量和水稳性团聚体指标与根系形态参数呈正相关关系【结论】玉米-大豆带状套作合理的种间距离会促进土壤大团聚体的形成,增加土壤氧气含量,改善土壤通气环境及土壤养分状况,优化作物根系空间分布,促进根系生长发育。
【目的】由大豆花叶病毒（soybean mosaic virus,SMV）引起的大豆花叶病是世界性大豆病害之一,利用病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing,VIGS）技术研究GmSZFP在大豆与SMV互作过程中发挥的功能,为深入探讨其分子机制奠定基础。【方法】以大豆品种冀豆7号与SMV毒株SC-8、N3组成的亲和、不亲和组合为试验材料,运用生物信息学预测GmSZFP的分子结构特征;以酵母转录激活试验检测其转录因子活性;借助实时定量PCR（RT-qPCR）验证GmSZFP在大豆与SMV互作中转录水平的表达特征;结合VIGS技术探究GmSZFP在大豆与SMV互作过程中的功能。【结果】通过PCR克隆GmSZFP的CDS区,序列全长为1 071 bp;氨基酸序列分析和酵母转录激活试验发现GmSZFP为C2H2型锌指蛋白转录因子,且具有转录激活活性;RT-qPCR结果显示,GmSZFP受SMV的强烈诱导,在亲和组合与不亲和组合中的表达模式不同,在不亲和组合中,GmSZFP呈先上升后下降的表达趋势,其表达水平明显高于亲和组合,若在接种病毒前给叶片预注射咪唑,GmSZFP的表达水平降低,并与亲和组合相近,说明GmSZFP在转录水平响应SMV的侵染并受胞内H2O2信号调控;利用VIGS技术沉默GmSZFP后,发现接种部位胼胝质的积累水平较对照大大降低,RT-qPCR检测胼胝质合酶基因GmGSL7c和GmGSL12b的表达量较对照降低,胼胝质水解酶基因BG的表达量较对照增加;在基因沉默植株叶片上点接种SMV后72 h,病毒向外扩散至2 mm,在96 h时病毒扩散至3 mm,而对照组叶片在接种点外始终未能检测到SMV外壳蛋白CP的表达;摩擦接种SMV后10 d,在基因沉默植株的上位叶表现出花叶、失绿和卷曲等感病症状,并检测到CP的表达,说明沉默GmSZFP后,SMV在胞间扩散和长距离运输的能力均增强。【结论】大豆GmSZFP是典型的C2H2型单锌指蛋白,GmSZFP在大豆抵抗SMV侵染过程中发挥正调控作用。
【目的】开花是植物营养生长转向生殖生长的重要标志,对植物的生物量有重要的影响。紫花苜蓿作为世界上最重要的饲草作物之一,其产量和品质与开花时间密切相关。紫花苜蓿的最佳刈割时期是初花期,此时产量和品质最佳。前期获得一个与花期相关的编码基因HMG-Y,通过分析其结构及表达模式,探究其在开花调控途径中的功能,为揭示开花调节机制提供理论基础。【方法】同源克隆MsHMG-Y,并对其进行多序列比对和进化树分析。利用qRT-PCR检测不同组织和不同开花时期该基因的表达水平;分析MsHMG-Y受光照、赤霉素（GA3）、水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）诱导后的表达模式;观察过表达MsHMG-Y紫花苜蓿的表型,并分析开花促进因子与抑制因子的表达水平。【结果】MsHMG-Y与蒺藜苜蓿MtHMG-Y相似性最高,亲缘关系最近。组织特异性分析显示,MsHMG-Y在花、茎、叶中均有表达,其中,在父本和母本中均为花中表达量最高,叶中表达量最低;在早花表型父本的初花期表达量最高,在晚花表型母本的花芽分化期相对表达量最高。光周期分析表明,延长光照到16 h后,MsHMG-Y表达水平下调,延长光照到28 h后,MsHMG-Y表达水平持续低于对照组,说明该基因受光诱导后下调表达。外施50 μmol·L-1 GA3、100 μmol·L-1 SA、100 μmol·L-1 MeJA后,与对照组相比,MsHMG-Y表达水平均上调,其中,GA3诱导1 h时表达量最高,为对照的3.5倍;SA诱导6 h时表达量最高,为对照的24倍;MeJA诱导3 h时表达量最高,为对照的11倍,说明该基因受3种激素诱导。表型观察发现,与对照相比,过表达MsHMG-Y紫花苜蓿开花较晚,促进开花相关基因的表达水平均下调,抑制开花相关基因的表达水平均上调,其中,表达量变化显著的有促进开花基因MsPHYA、MsGI和MsFTa1,分别降低了4.9、3.9和2.8倍,抑制开花基因MsTEM1和MsSVP的表达量分别提高了2.5和1.9倍。【结论】MsHMG-Y受光周期及外源激素GA3、SA和MeJA的诱导表达。MsHMG-Y对延迟苜蓿开花的调控机制有重要作用。
【目的】 秧苗富锌是发挥水稻锌-镉拮抗效应的一种新模式,研究不同水稻品种对秧苗富锌降镉效应的响应差异及潜在机制,为该模式的推广应用奠定基础。【方法】 选择武运粳21号、浙粳优1578、黄华占、徽两优丝苗等4个品种开展水培富锌和盆栽验证试验,研究不同品种锌富集的动态特征及移栽后水稻组织对镉的吸收转运差异,通过分析根系相关镉转运基因的表达状况探究秧苗富锌降镉效应的种间差异机制。【结果】 锌培养对水稻秧苗的生长发育无明显影响,但不同品种幼苗锌富集能力差异明显,浙粳优1 578幼苗锌积累量（230 μg/株）最高,武运粳21号次之（124 μg/株）,黄华占和徽两优丝苗相对较低（85.1—95.0 μg/株）。浙粳优1578幼苗根系镉转运基因对富锌较为敏感,OsZIP7表达下调48.7%,OsZIP1表达上调81.3%;武运粳21号幼苗根系OsIRT1和OsZIP7表达分别下调35.9%和35.0%,OsZIP1表达上调31.1%;而黄华占和徽两优丝苗幼苗根系镉转运基因对富锌较不敏感。秧苗富锌使分蘖期武运粳21号根系和茎叶镉浓度分别下降26.7%和36.7%;浙粳优1578根系和茎叶镉浓度分别下降32.0%和40.0%,根系-茎叶镉转运系数显著下降12.0%。秧苗富锌使武运粳21号、浙粳优1578和黄华占糙米镉含量分别下降37.5%、36.7%和25.3%,而对徽两优丝苗糙米镉含量无明显影响,表明秧苗富锌对水稻降镉效应存在明显的种间差异。相关分析显示,糙米Cd浓度与茎叶Cd浓度呈显著正相关,而茎叶Cd浓度与根系和茎叶Zn浓度呈显著负相关,表明水稻内部Zn、Cd拮抗作用明显。根系和茎叶Zn浓度均与OsZIP7和OsIRT1的相对表达量呈显著负相关,与OsZIP1的相对表达量呈显著正相关关系,表明秧苗富锌主要通过调控根系OsZIP1、OsZIP7和OsIRT1的表达,从而间接影响糙米镉含量。【结论】 不同品种幼苗根系镉转运基因对富锌的响应差异明显,浙粳优1578和武运粳21号较为敏感,故而糙米镉含量下降幅度高于其他品种。
【目的】针对绿洲灌区覆膜玉米氮素需求前移，后期脱肥问题，通过探讨氮肥后移对间作玉米光合生理特性及产量的影响，以期揭示间作玉米产量形成的光合机制。【方法】2019—2021年，在河西绿洲灌区以玉米为试验材料，采用裂区试验设计，主因素为种植模式，设玉米间作豌豆和单作玉米2个水平，副因素为3个施氮制度（氮肥后移20%，氮肥后移10%，常规施氮不后移），研究氮肥后移及间作模式下，玉米的光合生理特性和产量表现。【结果】与常规施氮不后移相比，氮肥后移20%和氮肥后移10%处理下间作玉米籽粒产量分别提高28.5%、13.8%，生物产量分别提高23.8%、12.5%;单作玉米籽粒产量分别提高29.7%、13.3%，生物产量分别提高19.6%、10.3%。相同占地面积下，间作较单作玉米籽粒产量增加33.2%—35.1%，生物产量增加26.8%—31.5%。同时，氮肥后移20%和氮肥后移10%处理较常规施氮不后移提高了间作群体籽粒产量27.2%、12.9%。说明，间作较单作模式可提高玉米产量，且氮肥后移处理较常规施氮促进了间作产量的提高。与单作模式相比较，间作玉米可保持较高的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，较低的胞间CO2浓度，且氮肥后移处理具有促进作用。氮肥后移20%、氮肥后移10%较常规施氮不后移处理玉米净光合速率分别提高12.8%、6.0%;气孔导度分别提高14.0%、6.9%;蒸腾速率分别提高20.5%、9.5%;胞间CO2浓度分别降低29.8%、13.1%。间作模式下，氮肥后移20%、氮肥后移10%处理玉米全生育期叶片相对叶绿素含量（SPAD值）较常规施氮不后移处理分别提高7.5%、3.7%。主成分分析结果表明，氮肥后移和间作主要通过提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶片相对叶绿素含量和降低胞间CO2浓度来增加玉米产量。【结论】氮肥后移20%（玉米拔节期追肥36 kg·hm-2+吐丝后15 d追肥108 kg·hm-2）有利于间作玉米光合特性提高，从而促进玉米增产。
【目的】 随着全球气候变暖，高温严重威胁粮食安全，发掘耐热基因资源是培育耐高温新品种和消除高温危害最直接的绿色生态途径，也是阐明耐热生理生化和分子遗传机理的基础。【方法】 构建苗期耐热性鉴定评价方法，以热敏感品种周南稻和强耐热品种赣早籼58号杂交衍生的重组自交系（recombinant inbred lines，RIL）群体为研究材料，利用高通量测序技术对亲本和RIL群体进行全基因组测序；依据171个家系的基因型数据，利用滑动窗口法将SNP信息转换成Bin基因型，预测染色体上的重组断点，构建RIL群体高密度BinMap遗传图谱，结合耐热表型数据，运用QTL IciMapping软件完备复合区间ICIM的作图方法，进行高温胁迫下幼苗存活率和耐热等级QTL分析。【结果】 构建了一张包含3 321个Bin标记高密度遗传图谱，各染色体Bin标记数为159—400个，标记间平均物理距离为106 kb；利用逐步高温胁迫方式鉴定亲本和RIL家系幼苗耐热表型，高温胁迫下，幼苗存活率和耐热等级存在极显著负相关性，且幼苗存活率与籼型基因频率存在显著正相关性，籼型基因频率越高，耐热性越好，RIL群体表型性状呈现双峰连续分布，苗期耐热性可能受少数几个主效QTL调控；共检测到12个苗期耐热性相关的QTL，其中，调控幼苗存活率和耐热等级的QTL分别有8和4个，幼苗存活率和耐热等级相关QTL存在遗传重叠现象，形成调控耐热性的主效QTL簇qHTS2、qHTS7和qHTS8，三者在调控苗期高温抗逆中具有重要作用，其中，qHTS7为新发现主效QTL，对增强苗期耐热性具有较强的功效。【结论】 构建了一张包含3 321个Bin标记的高密度分子遗传图谱，解析了耐热品种赣早籼58号苗期耐热基因，鉴定出3个苗期耐热调控关键QTL簇，发掘了一个新主效QTL簇qHTS7，基于高密度遗传图谱高效获取目标区段及候选基因，筛选出8个苗期耐热性调控的关键目标基因。
养分高效管理是农业绿色发展的重大需求。随着农业规模化经营和耕作栽培技术的发展，养分管理技术与施肥机具之间农机农艺不匹配的问题日益明显，如何实现养分管理中农艺技术与农机操作的有机结合，成为农业绿色发展亟需解决的关键问题。本文分析了我国养分管理农机农艺结合技术的研究现状及发展方向，提出高效施肥技术需要用适宜的施肥机械作保障，肥料新产品研发需要新的施肥机械，栽培耕作方式变革对农业机械产生新的需求，施肥机械化需要智能化提升，同时肥料产品和施肥技术研发需要考虑机械的可行性。针对东北春玉米、华北冬小麦-夏玉米及南方水稻种植体系的主要养分管理特点，阐述了我国在玉米启动肥及种肥同播技术、玉米秸秆覆盖条带耕作技术、小麦机械化追肥技术、水稻机械化侧深施肥技术及机械化变量施肥技术等方面的研究进展，对如何促进农机农艺结合、提升我国农田养分管理技术水平提出了建议。
【目的】 玉米孢囊线虫（Heterodera zeae）为孢囊线虫属定居型半内寄生线虫,可侵染多种禾本科作物的根部,玉米孢囊线虫的发生和传播扩散将会对我国玉米生产造成严重威胁。本研究旨在建立玉米孢囊线虫的快速分子检测体系,以期从近缘属种可以准确地检测出玉米孢囊线虫,为玉米孢囊线虫的监测预警和防控打下技术基础。【方法】 从我国河南、河北、甘肃、山东、湖南、广西和北京共收集20个玉米孢囊线虫近缘属种群体作为供试线虫;选取13条含有10个碱基的随机引物,采用RPAD技术对供试孢囊线虫进行多态性分析,筛出玉米孢囊线虫特异性RPAD片段,并将其转化为玉米孢囊线虫SCAR-PCR引物;采用PCR方法测试玉米孢囊线虫特异性引物的准确性以及检测技术体系的稳定性、灵敏度和实效性。【结果】 通过RAPD比对分析,发现随机引物OPA03能在玉米孢囊线虫基因组DNA中扩增出一条468 bp的特异性片段;将该片段回收测序,根据片段序列信息,利用Primer 5.0设计一对特异性引物HzF1/HzR1;特异性检测结果表明,HzF1/HzR1仅在玉米孢囊线虫群体中扩增出大小为393 bp的特异性片段,其他5种16个孢囊群体（禾谷孢囊线虫、菲利普孢囊线虫、大豆孢囊线虫、旱稻孢囊线虫和甜菜孢囊线虫）和4个其他种群（水稻干尖线虫、马铃薯腐烂茎线虫、落选短体线虫和咖啡短体线虫）均没有扩增出目的条带;以含有玉米孢囊线虫的混合种群孢囊DNA为模板时,特异性引物HzF1/HzR1也能扩增出来单一明亮的393 bp的特异片段,而不含玉米孢囊线虫的混合种群不能扩增出该片段;该体系实现了玉米孢囊线虫准确、稳定的检测目的;对建立的玉米孢囊线虫快速检测技术体系灵敏度和实用范围测试,表明该检测体系对玉米孢囊线虫单个孢囊和单条幼虫均有灵敏的检测能力,检出值不低于1/2 000个孢囊和1/80条2龄幼虫。【结论】 本研究建立的玉米孢囊线虫SCAR-PCR快速分子检测技术,可用于玉米孢囊线虫单一样本和混合种群的快速检测,对玉米孢囊线虫的孢囊和2龄幼虫均有灵敏的检测能力,检测引物特异性强,检测方法便捷稳定,灵敏度高。
【背景】辣椒作为一种在世界范围内普遍栽培的蔬菜,具有喜温不耐热的特性。随着近些年极端高温天气出现日渐频繁,热胁迫已经成为影响辣椒生产的主要环境因素之一,明确辣椒的耐热机制进而培育耐热品种对辣椒生产具有重要的意义。【目的】热激转录因子HsfA2在植物耐热性中发挥重要作用,筛选辣椒CaHsfA2上游的转录因子,并分析后者在辣椒耐热性形成中的作用,为进一步阐明辣椒耐热分子机制提供理论依据。【方法】以CaHsfA2起始密码子上游的955 bp启动子序列为诱饵,利用酵母单杂交（Y1H）技术,筛选CaHsfA2的上游转录因子,并通过Y1H点对点杂交、双荧光素酶报告系统（Dual-Luciferase）与萤火素酶互补技术（LCA）进一步验证二者之间的互作关系。利用qRT-PCR技术分析热胁迫下CaHsfA2上游转录因子在辣椒耐热品系‘R9’中的动态表达模式;利用基因瞬时表达技术分析上游转录因子的亚细胞定位;利用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）分析CaHsfA2上游转录因子的耐热功能。【结果】筛选获得了CaHsfA2上游转录因子CaBES1,验证了二者的互作关系,通过分析双荧光素酶报告系统的结果及CaBES1沉默辣椒植株中CaHsfA2的表达量发现,转录因子CaBES1对CaHsfA2具有转录抑制作用。亚细胞定位结果表明,CaBES1在细胞膜和细胞核上均有表达,热胁迫处理后细胞核内的荧光信号增强,符合其发挥生物学功能时由细胞质向细胞核转移的特性;动态表达模式分析表明,热胁迫下,CaBES1表达水平呈现先降低后升高的变化趋势,这也说明CaBES1可以响应热信号,为下一步对其耐热功能研究提供了支撑。辣椒CaBES1被沉默后,通过对比分析沉默植株和对照植株的表型、相对电导率、叶绿素含量等指标发现,CaBES1的沉默表达提高了CaHsfA2表达量并增强了辣椒的耐热性。【结论】CaBES1通过负调控CaHsfA2表达而抑制辣椒的耐热性。
【目的】探究不同种植模式和施氮水平下玉米大豆的叶片持绿、光合和系统产量特性。【方法】通过田间定位试验研究种植方式(玉米单作(MM)、大豆单作(SS)、玉米套作(IM)、大豆套作(IS))和施氮水平(不施氮(NN)、减量施氮(RN：180 kg N·hm-2)、常量施氮(CN：240 kg N·hm-2))对玉米大豆叶片持绿、光合特性以及其干物质积累和系统产量的影响。【结果】玉米产量随施氮量增加而增加,大豆产量随施氮增加先增后降;RN下,IM的籽粒干物质积累量最大,玉米大豆套作系统的总产量最高,系统生产力指数（SPI）最大。套作下各作物的叶片持绿期更长,光合特性指标均较单作稳定,且在籽粒形成期优于单作;各施氮水平下,套作处理的绿叶百分比均显著高于单作,IM的最大绿叶衰减速率出现天数比MM的分别晚7 d、5 d和1 d;IS的则比SS的分别晚7 d、0 d和11 d。相比单作,套作可以显著降低各施氮水平下玉米叶片的平均衰减速率,延长最大衰减速率出现天数,降低绿叶衰减程度。各作物的光合速率表现为套作高于单作,减量施氮高于常量施氮。玉米R2期,IM的叶片光化学淬灭系数（Qp）比MM的高12.78%,非光化学淬灭系数（NPQ）则低21.30%;NPQ随施氮水平的增加而降低,RN比NN降低了17.11%。套作SPAD值波动幅度弱于单作,且呈稳定上升趋势;玉米R2期,IM比MM高34.52%,大豆R2和R6期,IS分别比SS高10.39%、29.48%;RN的SPAD值最高,玉米R2期,IMRN处理比IMNN处理高17.46%,MMRN处理比MMNN处理高35.02%;大豆R6期,ISRN处理比ISNN和ISCN处理分别高7.71%、6.67%,SSRN处理比SSCN处理高10.03%。【结论】减量施氮下,玉米大豆套作显著延长了叶片的持绿期;花后叶片的光合速率、PSⅡ光合机构功能、叶绿素都保持在较高的水平且比单作稳定,籽粒干物质积累增强,充分发挥了玉米的生产潜力并增加了大豆产量,使得套作系统总产量显著提高。
【目的】黄淮海夏玉米区高温胁迫频发、重发、持续期延长显著影响籽粒产量。本文以不同耐热型玉米品种为材料,探明大喇叭口期（V12）和开花期（VT）高温胁迫对两类品种叶片光合特性、碳同化物积累、分配和籽粒产量的影响。【方法】本研究以耐热型品种郑单958（ZD958）和热敏感型品种先玉335（XY335）为材料,以同时期适宜温度处理（昼32℃12 h/夜22℃12 h）为对照,使用自动控温控湿的高温棚模拟田间自然增温效果,设置V12期、VT期高温胁迫处理（昼38℃12 h/夜28℃12 h）,比较高温胁迫后夏玉米叶面积指数（LAI）、碳代谢酶活性、光合速率、碳同化物积累和分配的动态变化特征,明确夏玉米物质生产性能及籽粒产量对高温胁迫的响应机制。【结果】高温胁迫后,两品种的LAI、碳代谢酶活性、净光合速率和干物质积累量均显著降低,ZD958和XY335的LAI、RuBP羧化酶活性、PEP羧化酶活性、净光合速率和干物质积累量比其对照分别降低了2.98%—4.21%、40.38%—54.46%、16.88%—30.60%、18.14%—25.49%、12.83%—19.38%和3.80%—5.07%、56.56%—76.16%、26.33%—33.66%、22.37%—34.62%、22.07%—26.72%,VT期高温胁迫的降幅大于V12期。高温胁迫后,夏玉米叶片蒸腾速率显著升高,但叶片水分利用效率显著下降。高温下两品种的13C同化量均显著降低,V12期高温胁迫后,ZD958和XY335的13C同化量分别降低了18.48%和22.82%,籽粒中13C同化量占比降低。高温胁迫显著降低穗粒数,千粒重虽有小幅提高,但籽粒产量显著降低。与适宜温度相比,V12期高温胁迫后ZD958穗粒数和产量分别降低了62.53%和45.87%;VT期高温胁迫后穗粒数和产量分别降低了70.53%和66.89%;V12期高温胁迫后XY335穗粒数和产量分别降低了70.50%和62.87%;VT期高温胁迫后分别降低了85.41%和80.61%;VT期高温胁迫降幅大于V12期高温胁迫,XY335的降幅大于ZD958。【结论】高温胁迫降低了夏玉米叶面积指数、叶片RuBP和PEP羧化酶活性,显著降低叶片光合速率和干物质生产性能。高温下穗粒数显著减少,抑制了碳同化物从叶片和茎秆向籽粒的转运,最终导致籽粒产量降低。VT期高温胁迫效应大于V12期,热敏感型品种XY335的降幅显著大于耐热型品种ZD958。
【目的】 针对我国高纬度寒冷地区玉米收获期籽粒含水率普遍偏高,制约机械粒收技术高效推广应用的关键问题,本研究在大田条件下,将不同熟期玉米品种按一定比例间作,以期明确不同熟期品种间作对春玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的调控效应。【方法】 以生育期长短不同的品种郑单958（ZD958）、先玉335（XY335）和益农玉10（YNY10）为试验材料,采用两因素随机区组设计,设置生育期长的品种与生育期短的品种间作,即ZD958与YNY10间作（Z‖Y）、XY335与YNY10间作（X‖Y）2个水平;设置6种间作幅宽（行数）比例,即6﹕6、4﹕4、2﹕2、1﹕1、0﹕1、1﹕0,比较分析了不同处理组合条件下玉米籽粒灌浆、脱水特性及产量的变化规律。【结果】 随间作比例的减小,生育期长的品种生理成熟和收获期的籽粒含水率降低,生理成熟前、生理成熟后的籽粒平均脱水速率及总脱水速率呈加快趋势,平均灌浆速率（Gmean）、籽粒最大灌浆速率（Gmax）、灌浆速率达到最大值的粒重（Wmax）逐渐增加,灌浆速率达到最大时需要的天数（Tmax）、籽粒活跃灌浆期（D）逐渐缩短,产量和百粒重增加明显（P<0.05）;生育期短的品种则表现为生理成熟和收获期籽粒含水率增加,脱水速率下降,Gmean、Gmax、Wmax不断减小,Tmax、D略有延长,产量和百粒重有下降趋势但变化未达显著水平。同时,间作复合群体收获期籽粒平均含水率较晚熟品种单作显著降低,其中Z‖Y-（6﹕6—1﹕1）收获期籽粒平均含水率较ZD958单作2年平均显著降低了6.44%—7.29%;X‖Y-（6﹕6—1﹕1）收获期籽粒平均含水率较XY335单作显著降低了4.30%—4.75%。从间作复合群体的籽粒平均产量来看,随间作比例的下降籽粒平均产量有增加趋势,且与生育期短的品种YNY10单作相比,Z‖Y-（6﹕6—1﹕1）、X‖Y-（6﹕6—1﹕1）的籽粒平均产量都有所增加,2年增幅比例分别达5.12%—6.49%和1.87%—2.96%,且以Z‖Y处理的增幅明显;而Z‖Y和X‖Y处理的籽粒平均产量与生育期长的品种单作无显著差异。【结论】 密植栽培条件下,不同熟期玉米品种间作显著促进了生育期长的品种籽粒最大灌浆速率和粒重提高,籽粒活跃灌浆期缩短,以及籽粒总脱水速率加快,有效降低了收获时田间复合群体平均籽粒含水率,实现了玉米籽粒高产稳产与高效脱水协同发展。
【目的】CIPK是植物响应逆境胁迫信号通路中一类重要的蛋白激酶,可与CBL形成CBL-CIPK复合物,启动细胞内相关应答基因的表达而应对各种非生物胁迫。发掘并研究紫花苜蓿MsCIPK基因响应非生物胁迫的分子机理,有助于揭示紫花苜蓿抗逆生物学基础,为紫花苜蓿抗逆育种提供新的基因资源。【方法】通过PCR技术克隆MsCIPK2,使用生物信息学工具分析基因序列,利用qRT-PCR技术分析MsCIPK2,以及与其互作的4个CBL基因（MsCBL2、MsCBL6、MsCBL7和MsCBL10）在紫花苜蓿各组织中的表达水平,在烟草叶片表皮细胞中,瞬时表达pCAMBIA1302-GFP-MsCIPK2融合表达载体,通过激光共聚焦显微镜观察进行亚细胞定位,利用酵母双杂交技术分析MsCIPK2与4个MsCBLs蛋白互作情况,利用发根农杆菌诱导紫花苜蓿产生过量表达MsCIPK2的毛状根,利用qRT-PCR技术分析转基因毛状根株系中相关基因的表达水平。【结果】通过PCR扩增获得MsCIPK2片段,该基因CDS为1 230 bp,编码409个氨基酸,具有典型的CIPK家族的ATP结合位点、激活环、NAF motif和PPI motif等结构域。MsCIPK2在紫花苜蓿根中表达量最高,在花中表达量最低。亚细胞定位结果显示,MsCIPK2蛋白定位于内质网。酵母双杂交试验结果显示,MsCIPK2蛋白与MsCBL2、MsCBL6、MsCBL7和MsCBL10蛋白具有相互作用,且与MsCBL10蛋白相互作用较强。MsCBL2、MsCBL6和MsCBL10在紫花苜蓿根中表达量最高,MsCBL7在荚中表达量最高。qRT-PCR结果表明,过量表达MsCIPK2的毛状根中响应非生物胁迫基因ATPase、P5CS、CYP705A5、COR47、HAK5和RD2的表达量均明显上调。在200 mmol·L-1 NaCl和20%PEG处理条件下,与对照相比,过量表达MsCIPK2毛状根的丙二醛含量降低,SOD活性、脯氨酸含量和可溶性糖含量增高。【结论】紫花苜蓿MsCIPK2与MsCBLs蛋白互作,主要在根中表达并响应盐和干旱胁迫,过量表达MsCIPK2可以提高紫花苜蓿的耐盐性和耐旱性,MsCIPK2可作为提高紫花苜蓿抗逆育种的候选基因。
自19世纪末100多年以来各国实施的土壤调查可分为四类,分别为土壤分类调查、农田土壤基础地力调查与评价、科学施肥与耕地保育所需农田化学性状采样调查和以土壤环境质量为主题的调查。土壤分类调查是近代各国最早开展,也是在全球最广泛实施的土壤调查,主要目的是弄清成土过程导致的土壤资源类别差异及其分布特征。由于自然条件下成土过程可达数万年,分类调查的主要产出——土壤图和各类土壤典型剖面理化性状表,具有很长的时效性,广泛用于各研究领域。各发达国家在20世纪完成全国性分类调查之后,未再进行新的、全国性的土壤分类调查。中国在全国第二次土壤普查中通过较高密度地面采样完成的大比例尺土壤图和与之匹配的10余万个典型剖面数据表,精度和指标丰富度超过许多发达国家分类调查成果,可供科学界和各行业长久使用。在人均耕地资源紧缺的中欧国家,为满足土地管理部门和农民对更方便、好懂的农田土壤质量指标的需求,20世纪中叶以来,通过高密度地面采样,进行了农田土壤基础地力调查与评价,为每个田块建立了具有官方认证性质的农田土壤百分价指标和基础地力底档。这一调查结果广泛用于土地与农田管理、税收、农业补贴、农田租赁、交易、借贷、保险等行业,成为各行业不可缺少的农田土壤质量百年基础数据。中国人均耕地面积较中欧国家更少,但至今农地管理中土壤质量信息短缺,难以实现耕地数量与质量的合并管理,需要探索与中国经济、社会制度和社会发展相适应的农田基础地力调查、评价方法与运行机制,为每个田块建立精准、可靠、科学、可长期使用的基础地力底档。对施肥推荐及耕地保育所需农田化学性状采样调查的总结显示,发达国家已将该类调查纳入科学施肥和耕地保育技术支撑体系。对于提高农民科学施肥技术水平,构建并保障技术支撑体系运行,比开展全国性农田土壤养分普查更为重要。多年来,中国土壤肥料领域从基础研究到农民田间应用的全链条中,应用技术与农技推广两个环节比较薄弱。中国至今尚未发布适合各地农民田间应用的分区、分类、量化科学施肥与耕地保育技术指标,也缺少能对农民进行针对性指导的智能化手段。在占中国作物总播种面积 23.6%的蔬菜、水果、花卉等经济作物农田上,农民过量施肥情形严重,影响产量和农民经济效益,并导致农业面源污染。弥补技术支撑体系中的短板成为合理施肥和提升耕地质量的关键。20世纪末以来,为了解土壤和环境污染与变化,科学制定控制对策和检验控制效率,各国陆续启动了环境主题的土壤调查。随着3S和大数据技术发展,新的土壤调查普遍采用数字土壤制图方法替代传统人工制图。而准确界定调查目标,全面了解与调查目标相关的研究进展,了解可用的相关基础图件和辅助信息,在此基础上确定地面采样原则、采样密度、采样土层深度、需要采集的其他辅助信息,是未来科学实施各类土壤调查的关键,可收到事半功倍效果。
【目的】微波遥感因具有全天时、全天候数据获取的特点,在多云雨的中国南方水稻识别研究中表现出巨大潜力。本研究通过对比Sentinel-1SAR遥感数据和Sentinel-2光学遥感数据用于水稻遥感制图的效果,分析光学和SAR遥感数据对于单双季稻识别结果的一致性,并探索水稻识别的最优SAR影像特征。【方法】本研究使用Sentinel-1/2卫星数据,基于面向对象的随机森林分类算法和Google Earth Engine平台,提取洞庭湖平原4个典型水稻种植区的单双季稻空间分布。通过比较9种不同传感器和特征组合场景的分类精度和分类结果统计指标,并计算NDVI和SAR特征时序（VH、VV、VH/VV）的R2和DTW距离,分析识别单双季稻的最优SAR特征,评估光学和SAR遥感数据对于单双季稻识别结果的一致性。【结果】VH、VV和VH/VV时序识别单双季的总体精度分别为90.42%、82.08%和88.33%,而联合VH和VH/VV时序识别单双季稻的总体精度可达91.67%。VH（VH/VV、VV）时序与单双季稻NDVI时序的R2和DTW距离分别为0.870（0.915、0.986）、4.715（1.896、5.506）（单季稻）和0.597（0.783、0.673）、2.396（1.839、3.441）（双季稻）。较高的R2和较低的DTW距离说明单双季稻的VH/VV时序与NDVI时序相关度更高,可以较好地反映单双季稻的生长周期规律。同时,VH可以较好地反映单双季稻移栽期的淹水特征。基于光学数据和SAR数据在6个时间窗口的特征（S-2：NDVI、EVI、LSWI;S-1：VH、VH/VV）识别单双季稻的总体精度分别为91.25%和90.00%,识别结果面积相关性可达95.70%。【结论】SAR遥感数据与光学遥感数据水稻识别结果一致性较高。应用Sentinel-1在多云雨区识别单双季稻具有巨大潜力,VH和VH/VV后向散射系数时序是识别水稻的优质特征。研究结果为多云多雨区使用SAR数据进行特征优选以高精度识别单双季稻提供了重要技术支撑。
