禾本科植物内生真菌研究22:Epichloe festucae E2368基因组中非核糖体肽合成酶编码基因的挖掘与分析

[目的]Epichloe内生真菌能够产生抵御牲畜和害虫啃食的生物碱,其中部分生物碱由非核糖体肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)合成。本研究旨在分析E.festucae基因组内的NRPS编码基因,并预测其功能。[方法]以E.festucae E2368菌株基因组数据为对象,综合运用HMMER和全局比对等分析方法以及ClustScan、PKS/NRPS Analysis和NCBI等数据库进行信息比对。[结果]E2368基因组中含有至少19个候选NRPS基因,其中11个未在Epichloe内生真菌中报道。序列比对结果表明候选基因均为子囊菌中已报道的序列,但其中8个基因的功能未知;E2368基因组中存在环孢菌素合成酶基因扩增现象。构建候选NRPS基因所有A结构域氨基酸序列发育树,发现不同NRPS基因的A结构域会聚到同一分枝,而相同NRPS基因的A结构域则分散于不同分枝,说明采用简并引物扩增NRPS基因存在一定的局限性。[结论]对E2368基因组中NRPS基因的挖掘,将有助于解析NRPS基因的多样性,促进对新的天然产物的发现和生物合成途径的认识。

禾本科作物联合固氮研究进展

生物固氮是唯一能将空气中“免费”的氮气转化为化合态氮的生物学过程。一般认为豆科作物具有共生固氮能力,间套种豆科作物已成为补充农田氮素的重要方式。越来越多的证据证明禾本科作物也具有较高的联合固氮潜力,大量联合固氮菌不仅定殖在根际、根内,还可以定殖在植株地上部如茎维管束、叶际中,表明禾本科作物固氮微生物可能为避免复杂的土壤环境,开辟了一条“体内高效固氮”的新途径。本文回顾了近年来玉米、小麦、水稻、甘蔗等禾本科作物在联合固氮部位、调控途径、菌群构建等方向取得的创新进展,重点介绍了固氮菌除了与宿主植物存在互作关系外,还与其他功能细菌、真菌和病毒之间存在潜在的相互作用。基于生物固氮多功能合成菌群在植物营养和促生等领域表现出的巨大应用前景和潜力,提出了当前禾本科作物联合固氮研究的前沿热点和难点,即如何综合利用“自上而下”和“自下而上”策略,筛选关键功能类群并结合基因组尺度代谢模型,构建群落稳定、功能多样、效果显著的合成菌剂,为生物固氮在农业生产中广泛应用提供强有力的技术支撑。

寄生番茄的拟禾本科根结线虫的鉴定及对番茄不同品种的趋性

2019年福建省莆田市番茄‘农科180’品种发生严重的根结线虫病,根尖处根结多呈“靴”状。本研究通过形态学、线虫rDNA-ITS、28S rDNA D2-D3序列分析与特异性引物检测,明确病原线虫种群为拟禾本科根结线虫Meloidogyne graminicola。这是在福建省番茄上首次报道拟禾本科线虫危害番茄。为探讨不同番茄品种对拟禾本科根结线虫的感、抗性,在Pluronic F-127胶体介质中测定该种群2龄幼虫(J 2)对5个番茄品种(农科180’‘仙客1号’‘仙客6号’‘红美人’和‘硬粉8号’)根尖的趋性,结果表明,趋向于‘农科180’的J 2数量显著大于其他4个番茄品种,品种有无Mi基因与J 2趋性无关;室内致病性试验表明,接种后35 d调查,‘农科180’发病率为100%,病情指数为60;‘仙客1号’‘仙客6号’‘红美人’和‘硬粉8号’的发病率分别为53%、40%、33%和27%,病情指数均低于11。研究表明,番茄‘农科180’根尖对J 2具有强烈的吸引性是其感病的原因之一。生产中应重视番茄品种对拟禾本科根结线虫的感抗性差异。

9种禾本科饲料植物在乌兰布和沙漠东缘的适应性及生产性能评价

【目的】筛选对乌兰布和沙漠东缘适应性良好的饲料植物,旨在为挖掘沿黄沙漠地区高产优质牧草资源提供依据。【方法】以巨菌草、玉米、苏丹草、红高粱、‘绿洲1号’、紫象草、甜高粱、高丹草、华南象草9种禾本科饲料植物为研究对象,生长107 d后测定其农艺性状、产量、营养成分及经济效益,并采用灰色关联度分析法对其生产性能进行综合评价。【结果】巨菌草的株高最高,达298.89 cm,其鲜草和干草产量分别为168.18、38.68 t·hm^(-2),显著高于其他植物(P<0.05);9种植物的茎叶比为0.79~3.00,干鲜比为15.29~44.10,其中,紫象草的茎叶比、干鲜比最低;巨菌草单位耗水量下的鲜草产量最高;紫象草的粗蛋白含量最高,甜高粱的粗脂肪含量最高,玉米的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量最低,而巨菌草的木质素含量最低;玉米、红高粱的总可消化养分含量、产奶净能较高;巨菌草净利润最高,为28888元·hm^(-2);生产性能综合评价排名前3位的植物依次为巨菌草、紫象草、甜高粱。【结论】巨菌草产量大、水肥利用率高、经济效益好、生产性能综合评价最高,在沿黄沙漠地区具有较广的推广前景。

青海高寒地区6种多年生禾本科牧草产量及营养价值比较分析

【目的】试验旨在对青海高寒地区人工栽培禾本科多年生牧草进行营养价值评价,以期为高原畜牧业的发展和家畜饲草需求提供参考。【方法】以高寒地区常见的冰草、黑麦草、小黑麦、麦宾草、冷地早熟禾和草地早熟禾为研究对象,选用3头成年公牦牛作为瘤胃液供体动物,通过体外产气法结合牧草产草量评定牧草的营养价值。【结果】①小黑麦的鲜草产量和干草产量均显著高于其他牧草(P<0.05)。小黑麦和麦宾草的干鲜比较低,显著低于其他牧草(P<0.05)。②小黑麦的干物质(DM)和粗蛋白质(CP)含量均显著高于冷地早熟禾和草地早熟禾(P<0.05)。草地早熟禾的粗灰分(Ash)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量均最高。冰草的粗脂肪(EE)含量显著高于其他牧草(P<0.05)。小黑麦的钙(Ca)含量显著高于其他牧草(P<0.05),而磷(P)含量与冰草相同。③小黑麦在24、48和72 h的体外产气量(GP)均显著高于其他牧草(P<0.05),且随时间的推移,各牧草间的产气量呈现上升趋势。④6种栽培牧草体外发酵液的pH范围为6.76~6.98。小黑麦和麦宾草的总挥发性脂肪酸(VFA)、乙酸和丙酸含量与其他牧草间差异显著(P<0.05),小黑麦的丁酸和戊酸含量最高,草地早熟禾的乙丙比显著高于其他牧草(P<0.05)。6种栽培牧草氨态氮(NH 3-N)浓度范围为84.70~112.60 mg/L。冷地早熟禾的体外干物质消化率(IVDMD)显著高于其他牧草(P<0.05)。⑤小黑麦各单位面积营养成分产量最高,均显著高于其他牧草(P<0.05)。【结论】小黑麦的综合生产性能最优,营养价值较高,可以作为青海高寒地区适宜栽培牧草。

水稻和拟禾本科根结线虫互作分子机制研究进展

拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)是水稻(Oryza sativa L)的重要病原物之一,在世界各地的危害严重,极大地影响了水稻的安全生产。解析拟禾本科根结线虫致病和水稻的抗病机制是近年来主要的研究热点,同时也是制定水稻根结线虫防控新策略的主要依据。随着分子生物学和基因组学技术的发展,拟禾本科根结线虫的基因组被破译,多个与线虫致病性相关的基因功能得到解析。同时,在水稻染色体中定位到多个与拟禾本科根结线虫抗性相关的数量性状位点(QTLs),克隆出首个水稻抗根结线虫的基因MG1。此外,水稻为了应对根结线虫的侵染,还能通过调控茉莉酸和乙烯等激素信号通路,激活本身抗病基因的表达调控,从而抑制线虫的致病和寄生。上述研究成果为深入理解拟禾本科根结线虫致病机理及水稻抗根结线虫的作用机制提供了重要依据。本文综述了近年来拟禾本科根结线虫致病机制和水稻应答机制的研究进展,并展望未来拟禾本科根结线虫与寄主互作机制的新方向。

中国禾本科植物一新记录——地中海大麦

本文对在我国新发现的外来入侵植物地中海大麦(Hordeum murinum subsp.leporinum(Link)Arcang.)进行了形态特征描述,也提供该亚种的彩色图和墨线图,编制了亚种检索表以示区别。实地调查发现,本亚种的传播方式主要是车辆、人或动物的携带。评估结果表明,该物种在中国有大面积爆发扩散的潜在危险,需要引起足够重视。

禾本科植物EMS诱变研究进展

EMS是化学诱变中最常用的诱变剂,EMS诱变具有单个碱基点突变率高、成本低、易操作等优点,通过EMS诱变获得突变体可以为育种和基因功能研究提供有利的材料。EMS诱变技术的关键是确定EMS浓度和诱变时间,一般以达到半致死率的浓度和时间为最佳处理组合。禾本科植物中主要以种子为诱变材料,同时花粉、愈伤组织以及依靠营养繁殖的禾本科植物的营养器官也可以作为诱变材料。不同植物材料对EMS的耐受性不同,花粉最敏感,其次是愈伤组织,无性繁殖材料和种子的耐受性较强。突变体的筛选方式包括表型对比筛选、逆境定向筛选和正、反向遗传学筛选。本文综述了近年来EMS诱变技术在禾本科植物育种和基因功能研究中的应用,介绍了EMS的诱变原理、诱变剂浓度、处理时间、诱变处理材料的选择及突变体的筛选,并对未来禾本科植物中的EMS诱变研究进行了展望,为今后禾本科植物的EMS诱变研究提供参考。

水稻拟禾本科根结线虫的发生及抗性基础

水稻是世界主要栽培作物之一,也是世界众多人口的主要食物,但根结线虫病危害给水稻种植带来严重挑战。其中,拟禾本科根结线虫(Meloidogynegraminicola,Mg)是引起水稻根结线虫病的重要线虫病原之一,广泛分布于亚洲、美洲和南非等主要稻田种植区,成为制约水稻安全生产的重要生物因素。此外,在全球气候变暖趋势下,Mg种群结构呈由南向北扩展的趋势。本文综述了Mg在世界范围内的发生、分布、致病机理、抗病种质资源及抗性基因鉴定和当前的防控措施。探讨了未来气候变暖可能影响Mg的发生与分布,今后加强我国稻田Mg发病实时监测对于该病害的绿色防控极为重要。充分利用全基因组测序等技术手段深入挖掘新Mg抗性水稻资源、鉴定新抗性QTL/基因以及培育持久抗性的新品种是未来开展Mg绿色防控的主流方向;同时,探索Mg综合防控策略,将抗性水稻种质资源、生物防控技术和稻田栽培措施等进行组合运用,有助于进一步提高水稻线虫病害的防控效果,以保障我国水稻产业的安全生产。

拟禾本科根结线虫种群密度与旱稻产量损失的关系

本研究旨在探讨土壤中拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)的初始种群密度对旱稻产量损失的影响。通过室外网室盆栽试验,在旱种旱管模式下测定了土壤不同初始种群密度对旱稻产量和线虫繁殖的影响。研究结果表明,在2~200个卵和二龄幼虫/100 cm^(3)土的初始种群密度下,旱稻根长、根重、株高、分蘖数、穗长、千粒重和单盆谷粒重与土壤线虫初始种群密度呈极显著负相关,符合一元回归方程;旱稻产量随着土壤初始种群密度的增加,其损失率增加,在初始密度为2个卵和二龄幼虫/100 cm^(3)土时,旱稻产量损失率为28.4%,接种密度为200个卵和二龄幼虫/100 cm^(3)土时,损失率最大,为67.8%;随着线虫初始种群密度的增加,线虫的繁殖系数呈现降低的趋势。利用Seinhorst模型,初始线虫种群密度与相对产量的关系式为Y=0.24+0.76(0.3252)(Pi)。在旱种旱管模式下,拟禾本科根结线虫在2~200个卵和二龄幼虫/100 cm^(3)土的初始种群密度下与旱稻产量损失呈极显著正相关,表明拟禾本科根结线虫对旱稻的危害风险性较高。

铜锌复合胁迫下禾本科观赏草的富集、转运效应评价

研究禾本科观赏草在土壤重金属铜、锌复合污染下的富集、转运效应,筛选出耐性品种,为挖掘超富集植物及推动利用植物修复铜、锌污染环境提供参考依据。以9种常见禾本科观赏草作为试验植材,设置5个胁迫梯度,采用盆栽控制法,探究供试观赏草体内铜、锌含量分布状况并分析其对铜、锌的富集能力与转运特征。结果表明,不同供试观赏草吸收重金属铜、锌的能力存在差异;不同部位吸收重金属铜、锌的能力亦差异显著,供试观赏草地上部吸收锌的能力强于地下部,而地下部吸收铜的能力强于地上部。供试观赏草富集、转移锌的能力均强于铜,在锌富集系数、转运系数方面高于铜。采用隶属函数法及Q型聚类分析法,当相对距离为7.5时,可将供试观赏草划分为高、中、低铜锌积累型3类,丽色画眉草、细叶芒综合表现最强且属于高铜锌积累型。

高温火焰对幼龄茶园不同叶龄期禾本科杂草防除效果

为明确高温火焰对幼龄茶园禾本科杂草最佳防治时期,进一步优化茶园高温火焰除草使用技术。利用手推式高温火焰除草机在幼龄茶园禾本科杂草2~3叶期、5~6叶期、>10叶期开展高温火焰除草试验,验证高温火焰对不同叶龄期禾本科杂草防除效果。结果表明,在禾本科杂草2~3叶期、5~6叶期及>10叶期处理后7 d禾本科总株防效为99.05%、98.31%、86.28%,15 d禾本科总株防效为94.68%、81.63%、49.31%,30 d禾本科总株防效为76.16%、74.88%、27.29%。高温火焰对2~3叶期、5~6叶期禾本科杂草防效显著优于>10叶期。高温火焰对禾本科杂草防效随着叶龄期的增大而逐渐下降。以禾本科杂草为优势种的茶园,应在低叶龄期进行防除,增加防效,延长防治持效期。

PEG-6000模拟干旱胁迫对5个禾本科牧草品种幼苗抗氧化酶系统的影响

为探究禾本科牧草苗期对干旱胁迫的响应,筛选出耐旱材料,选取5个禾本科牧草品种为研究对象,采用PEG-6000模拟干旱胁迫对禾本科牧草幼苗进行干旱处理,通过分析牧草幼苗的形态特征和抗氧化酶系统的活性变化,采用隶属函数法综合评价了5个禾本科牧草品种的抗旱性。研究发现,在干旱胁迫下,5个禾本科牧草品种的植株表型和生理特性均受到不同程度影响。不同禾本科牧草品种对干旱胁迫的适应机制是受多指标综合调控的。通过采用隶属函数综合分析,5个禾本科牧草品种的抗旱性强弱顺序依次为:小麦-高峰>燕麦-优牧1号>小黑麦-新麦1代>燕麦-麦多>燕麦-莫妮卡。牧草品种小麦-高峰能在干旱胁迫下保持较高的生长能力,以维持其在逆境中的生长发育,此外还能增加体内的抗氧化酶活性,通过消除活性氧来提高牧草对逆境的抵抗能力。综上所述,牧草品种小麦-高峰表现出更强的抗旱能力,可为培育抗旱型牧草品种提供材料基础,也为人工草地建植、草地生产力的提高和生态修复提供依据。

小麦田禾本科杂草防治药剂筛选

以陕西省宝鸡市陈仓区为例,在对不同生境的麦田禾本科杂草发生种类调查基础上,开展用药时期及药剂防治试验。结果表明,陈仓区川道和塬区麦田的优势禾本科杂草为节节麦,丘陵和山区麦田优势杂草为野燕麦。冬前防除以3%甲基二磺隆可分散油悬浮剂30 mL/667 m^(2)与15%炔草酯微乳剂30 mL/667 m^(2)混用的效果最好,株防效达93.73%;春季防除以15%炔草酯30 mL/667 m^(2)、和5%唑啉草酯乳油60.0 mL/667 m^(2)效果较好,杂草防效分别为90.91%和85.46%。安全性调查显示,5种试验药剂在推荐剂量下对小麦均安全,应加强小麦田禾本科化学防除力度,冬前用药杂草防除效果明显优于春季施药,以期为小麦田禾本科杂草防治提供科学依据。

6种禾本科植物GEF基因家族鉴定与抗旱性分析

小G蛋白介导的鸟嘌呤三核苷酸磷酸/鸟嘌呤二核苷酸磷酸(GTP/GDP)信号通路对于植物抗性十分重要,鸟嘌呤核苷酸交换因子(Guanine Nucleotide Exchange Factor, GEF)可对多种小G蛋白进行调节。植物基因组中包括BIG(Brefeldin A-inhibited Guanine Nucleotide Exchange Protein)和GBF(Golgi Brefeldin A-Resistant Guanine Nucleotide Exchange Factor)两类GEF基因,目前,这些GEF基因的系统性鉴定与表达分析尚不明确。因此,本研究采用基因家族鉴定的方法,对禾本科GEF基因家族进行比较分析。结果表明:从6种禾本科(水稻Oryza sativa、小麦Triticum aestivum、节节麦Sorghum bicolor、高粱Aegilops tauschii、谷子Setaria italica、玉米Zea mays)基因组中获得58个GEF基因,分布于45条不同的染色体上。系统发育分析表明,禾本科GEF基因家族包含5个亚家族(BIG1/4、BIG2/3、BIG5、GNL2、GNON),并且存在单拷贝以及基因选择性保留特性。共线性分析进一步确定禾本科GEF基因存在复杂的演化历程。干旱表达结果显示,GEF基因家族在不同禾本科植物、不同亚家族以及拷贝水平上均已产生抗旱性分化。本研究结果将为禾本科作物的抗旱基因筛选提供基础。

精[口恶]唑甘草胺对稻田禾本科杂草活性的影响及其对水稻的安全性

精[口恶]唑甘草胺(glyamifop)是新研发的稻田禾本科杂草苗后茎叶处理除草剂,为研究其对稻田禾本科杂草杀草谱和活性的影响及其对水稻的安全性,2019—2020年在室内测定了精[口恶]唑甘草胺作茎叶处理对稻田常见禾本科杂草千金子、稗、马唐、碎米知风草、牛筋草的活性以及对水稻的安全性。在水稻3叶期将8%精[口恶]唑甘草胺OD 120~480 g a.i./hm^(2)喷施于5个水稻品种(镇稻18、华占、太湖糯、镇粳优8614、镇籼优382)田中,验证其对直播稻田禾本科杂草的防除效果。结果表明,精[口恶]唑甘草胺对千金子、稗、马唐、碎米知风草、牛筋草幼苗的ED 50值分别为1.01、2.93、13.18、65.54、>100 g a.i./hm^(2)。施药后14 d,8%精[口恶]唑甘草胺OD 120~480 g a.i./hm^(2)对水稻株高和鲜重的抑制率分别为1.28%~17.70%和0.55%~29.12%,对常规水稻品种(镇稻18、华占、太湖糯)的抑制率相对较低,对杂交水稻(镇粳优8614、镇籼优382)的抑制率较高。在2019、2020年,目测8%精[口恶]唑甘草胺OD 84.0~208.8 g a.i/hm^(2)对水稻生长没有明显影响;施药后的增产率分别为45.39%~61.72%、45.52%~91.89%,且施药量越高,增产幅度越大;施药后40 d,对千金子的防效分别为86.0%~99.47%、81.99%~93.93%,对稗的株防效分别为70.02%~88.70%、80.33%~94.89%。由此可见,精[口恶]唑甘草胺对千金子、马唐的活性和防除效果均优于目前生产上大面积应用的[口恶]唑酰草胺,因而精[口恶]唑甘草胺可以104.4~124.8 g a.i./hm^(2)施药量用于直播稻田禾本科杂草的防除。

中国禾本科植物内生真菌研究——东营市盐碱地区的禾本科植物内生真菌的检测与分布特征

从山东省东营地区的东营市郊、孤岛和马场的盐碱地采集了 644 个禾本科草本植物样品,通过镜检确认,所有采样地区采集的植物样品中都含有内生真菌,内生真菌含有率和地区、植物种类等有关。和其他地区相比,盐碱地区禾本科植物的种类和分布数量明显减少,在全部样品中,盐碱程度高的地区内生真菌偏少。在Roegnaria属的各个草种中,内生真菌检出率对盐碱程度变化的反应有所不同。研究发现,在高盐碱环境中检测到的内生真菌的生物学特性将是一个有趣的课题。

18%噁唑酰草胺·噁嗪草酮乳油防除直播水稻田一年生禾本科杂草效果研究

为明确18%噁唑酰草胺·噁嗪草酮乳油对直播水稻田一年生禾本科杂草的防除效果及其对水稻的安全性。参照GB/T 17980.40—2000《农药田间药效试验准则(一)》于2023年在水稻2.5~4叶期,禾本科杂草2~4叶期采用茎叶喷雾法开展大田试验。试验结果显示18%噁唑酰草胺·噁嗪草酮乳油有效成分用药量108.0~135.0 g a.i./hm^(2),可有效防除稗草、马唐、千金子等一年生禾本科杂草,药后30 d株和鲜重防效分别为89.07%~92.51%和92.00%~94.13%。18%噁唑酰草胺·噁嗪草酮乳油能够有效防除直播水稻田一年生禾本科杂草,且对水稻生长安全,杀草速度较快。

基于塔基修复的多年生禾本科牧草生产性能及营养品质综合评价

【目的】筛选出适宜宁夏半干旱区塔基修复的多年生禾本科牧草品种。【方法】采用单因素随机区组试验设计,测定披碱草、鸭茅、猫尾草、无芒雀麦、扁穗冰草和黑麦草的生产性能和营养价值。【结果与结论】猫尾草干草产量最高(4 042.20 kg·hm~(-2))、粗蛋白含量最高(11.48%),酸性、中性洗涤纤维含量最低,相对饲喂价值最高,为158.72,营养品质优良。根据主成分综合分析得出,排名从高到低分别为:猫尾草>黑麦草>鸭茅>无芒雀麦>扁穗冰草>披碱草。综上,猫尾草的生产性能和营养价值均表现最佳,适宜在宁夏半干旱区塔基修复中推广种植。

青藏高原西北部发现新的禾本科披碱草属植物:多支披碱草Elymus multiramosus

青海大学青藏高原草种质资源创新与利用团队在德令哈市北部山区发现了一种禾本科披碱草属新物种——多支披碱草Elymus multiramosus Y.C. Zhang, sp. nov。近日,这一发现公开发表在国际植物分类学期刊《PhytoKeys》上。该新物种的发现进一步丰富了青藏高原地区的植物多样性,而且其复穗状花序特征对研究禾本科植物的花序演化具有重要启示。披碱草属植物在高寒草地牧草领域具有较高的开发利用价值,此次发现新物种将有利于今后根据其相关特性为牧草品种改良和资源开发带来新的研究方向和实现创新突破。