GmYUC12a对大豆侧根发育和抗旱性的调控作用

侧根对作物抗旱具有重要作用,明确Gm YUC12a在大豆侧根生长发育和抗旱中的作用,为探究大豆侧根发育响应干旱的作用机制奠定基础。本文首先分析了徐豆18和徐9302在5%(m/V)聚乙二醇6000模拟干旱胁迫下根系形态特征、根系内源生长素(IAA)含量、IAA合成和信号转导相关基因表达量以及叶片净光合速率(P_(n))和相对含水量(RWC)的变化。干旱胁迫下根系IAA含量、Gm YUC12a、Gm TIR1A和Gm AFB3A表达量变化趋势与侧根数、侧根长、总根长一致,徐9302各项指标均较对照增加,徐豆18则相反,因而徐豆18叶片P_(n)和RWC下降幅度较大。通过发根农杆菌侵染徐9302下胚轴,获得转基因毛状根嵌合植株。干旱胁迫下Gm YUC12a过表达毛状根嵌合体根系IAA含量、Gm TIR1A、Gm AFB3A表达水平、叶片P_(n)和RWC以及侧根数量和长度显著高于空载毛状根嵌合体。与之不同,干旱胁迫下Gm TIR1A、Gm AFB3A过表达毛状根嵌合体侧根数量和长度较空载毛状根复合体无变化,而GmTIR1A和Gm AFB3A同时过表达毛状根嵌合体侧根数量和长度显著增加。可见,干旱胁迫下Gm YUC12a诱导GmTIR1A和Gm AFB3A表达,进而Gm TIR1A和Gm AFB3A协同调控侧根生长发育,提高植株抗旱性。

玉米抗寒性及其在低温条件下优化糖组分能力的相关性研究

【目的】玉米苗期低温会导致幼苗光合、磷等多种养分吸收受抑,物质代谢、分配改变,生长发育迟缓甚至死亡。探究不同耐冷型品种在低温下光合碳的变化、磷吸收及其与耐低温能力的关系,阐明玉米幼苗耐冷性的形成机理,为玉米抗逆栽培提供理论依据。【方法】以前期筛选的近等表型品种德美亚3号(DMY3,耐冷品种)和红单6号(HD6,冷敏感品种)为试验材料,采用盆栽试验,设置低温(15/8℃,昼/夜)和对照(28/22℃,昼/夜)2个处理,分别于低温处理0、1、3、5、7 d后分析植株生物量等表型、叶片碳水化合物含量、磷吸收速率以及叶片花青素含量等生长相关指标的变化及其在不同品种中的差异。【结果】(1)低温处理后两品种株高、根长、鲜重等形态指标均显著低于对照,根冠比增加,处理3—5 d后不同耐低温品种出现显著差异。(2)低温显著增加叶片中蔗糖、葡萄糖、淀粉等碳水化合物含量,低温敏感品种HD6多种糖含量的增幅高于耐低温品种DMY3,但葡萄糖含量增幅低于耐低温品种。(3)低温后,糖分积累形式有向非还原性糖分配增加的趋势,可溶性糖/氨基酸(C/N)、淀粉/可溶性糖比值增加。耐低温品种DMY3的临时性存储糖含量比例(淀粉/蔗糖)、单糖/二糖比例(葡萄糖/蔗糖)要高于低温敏感品种HD6。(4)低温处理后,根系磷吸收速率显著下降,低温敏感品种HD6吸收速率弱于耐低温品种DMY3。(5)随着处理天数延长,磷(Pi)含量逐渐减少,而花青素含量不断增加,同时Pi含量与花青素含量之间存在负相关关系,低温敏感品种比耐低温品种线性关系更强。(6)蔗糖含量增加或淀粉含量减少会影响生物量的积累,也会诱导次生代谢物花青素的生成。【结论】低温导致玉米幼苗磷吸收受抑,叶片中碳水化合物含量及光合碳在主要糖类物质上的分配比例发生显著改变。低温下蔗糖含量的增加是花青素积累的重要因素,淀粉、葡萄糖的升高可能是植株适应低温的主动反应,而蔗糖、可溶性糖、果糖、花青素升高及多形态指标值和Pi含量的降低则是低温下幼苗的不利胁变,低温下前述指标的变化幅度差异均与品种耐低温能力密切相关。

秸秆与生物炭对棉田碱性土壤NH_(3)挥发与N_(2)O排放的影响

为探究秸秆和秸秆生物炭连续添加5 a后对土壤氨(NH_(3))挥发和氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,并确定合理的秸秆还田措施,以降低碱性棉田氮损失。本研究基于等碳量输入,设置秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田、秸秆生物炭翻埋和不还田对照共4个处理,氮磷钾肥统一施用。结果表明:秸秆生物炭翻埋下土壤NH_(3)挥发和N_(2)O排放分别较不还田对照显著降低27.3%和56.7%,主要归因于生物炭显著抑制土壤羟胺还原酶与硝酸还原酶活性,增加棉花氮吸收量,也与生物炭自身的强吸附能力有关。而秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田分别较对照增加NH3挥发37.2%和21.2%,但减少N2O排放17.1%和38.3%,这两种秸秆还田方式均显著促进土壤有机氮矿化和羟胺还原酶活性,抑制硝酸还原酶活性。冗余分析(RDA)结果表明羟胺还原酶和棉花氮吸收是土壤NH3挥发和N_(2)O排放的主要影响因子,解释率分别为64.8%和20.1%。研究表明,秸秆生物炭翻埋对NH_(3)和N_(2)O减排的综合效果优于秸秆,是碱性棉田土壤值得推荐的氮减排措施。

蕾铃脱落对棉花果枝叶光合产物积累及“源”潜力的影响

【目的】棉花蕾铃脱落率常超过60%,蕾铃脱落后的果枝叶常作为“辅助源”对其邻位铃的发育起重要作用。探明棉花果枝叶在其对位蕾铃脱落后作为“辅助源”的潜力及其变化趋势,丰富棉花产量形成的“源-库”调控理论,为棉花补偿性生长的栽培管理提供理论依据。【方法】以中棉425为材料于2021年分2个播期(5月10日、6月1日)在江苏南京(118°50′E,32°02′N)南京农业大学牌楼试验站开展田间试验,研究果枝韧皮部阻断条件下,去库(化学法阻断第四、五、六果枝第一果节“蕾-对位叶”系统与主茎连接的韧皮部,同时去除该系统蕾/花,模拟蕾铃脱落条件)后棉花果枝叶形态特征、气体交换参数、碳氮物质及内源激素含量等叶片源能力相关指标的变化。【结果】(1)去库处理显著增加了果枝叶中果糖、蔗糖、淀粉、纤维素含量,却显著降低了其葡萄糖含量。随着时间的推延,去库后1 d,淀粉的增幅最大,纤维素增幅则主要在去库后3 d明显变大;去库后5 d,蔗糖、纤维素、淀粉的增幅较大。(2)去库后,糖分更多地以非还原性糖形式积累;光合产物更多地向淀粉形式分配;多聚糖/低聚糖呈先降低后升高的趋势,而果枝叶C/N则呈现先升高后下降的趋势。(3)去库处理显著降低了果枝叶净光合速率和叶绿素含量。(4)果枝叶局部呈现紫红色且花青素含量较对照升高了约2倍。(5)去库后,果枝叶中ABA含量呈上升趋势且显著高于对照,IAA含量呈先上升后下降的趋势;GA3含量在去库处理后显著低于对照,而JA与SA含量则显著高于对照。(6)果枝叶内源激素动态平衡在去库后改变,ABA/IAA、JA/IAA呈现先减小后增大的趋势,而ABA/GA3、JA/GA3则不断增大。【结论】蕾铃脱落后,果枝叶中糖分积累和分配形式及内源激素信号发生显著改变,并对其叶源能力产生显著影响。短期内(1—3 d),果枝叶中糖类物质整体含量增加,尤其是非还原性糖累积幅度较大,源能力快速增强;但随着时间推移,源能力增强幅度下降,同时叶片有早衰趋势,叶绿素降解加速。即蕾铃脱落后,脱落蕾铃的果枝叶对其邻位铃的“辅助源”功能短期内(3 d左右)快速上升,之后快速下降,后期其对邻位铃发育的贡献很小。

种植密度对不同小麦品种茎秆形态特征、化学成分及抗倒性能的影响

[目的]本文旨在明确不同种植密度下小麦品种的抗倒性能差异,为小麦生产中品种选择及其合理密植提供依据。[方法]采用两因素裂区设计,主区为8个小麦品种,副区为2个密度处理,分析小麦茎秆形态结构、化学成分及抗倒伏能力的差异。[结果]小麦种植密度由基本苗300万·hm-2增加到450万·hm-2,小麦株高、基部节间长度及重心高度分别增加1.77%、6.11%和3.59%,基部节间直径及节间壁厚分别降低5.56%和10.25%,茎秆纤维素、半纤维素和木质素含量分别降低4.14%、7.60%和13.68%,机械强度下降17.59%,倒伏指数上升14.77%,最终导致倒伏率及倒伏程度显著上升,增幅达295.08%和53.57%。从品种来看,‘矮抗58’和‘洛麦23’的植株较矮,重心高度较低,基部节间长度较短,节间直径和节间壁厚较大,茎秆中纤维素、半纤维素和木质素含量较高,机械强度较大,倒伏指数较小,‘矮抗58’未发生倒伏现象,‘洛麦23’发生少量倒伏,产量也较高;‘烟优361’的植株和重心高度较高,节间直径和节间壁厚较小,茎秆中纤维素、半纤维素和木质素含量最低,机械强度最小,倒伏指数最大,倒伏率和倒伏程度最高,产量中等。相关分析表明:化学成分中纤维素、半纤维素和木质素含量均与抗倒性能显著相关,木质素含量对抗倒伏的贡献最大。[结论]密度过大不能达到增产效果,反而增加了倒伏概率。‘矮抗58’和‘洛麦23’的植株较矮,重心高度较低,基部节间粗短,结构性碳水化合物含量较高,抗倒性能较好,产量较高,适宜种植。

不同小麦品种物质积累转运与抗倒性差异及其对多效唑的响应

为明确不同小麦品种物质积累转运与抗倒性的关系及其对多效唑的响应,采用二因素裂区设计,以小麦品种(矮抗58、良星66、济麦22、烟农19、安农0305、皖麦29、偃展4110和新麦20)为主区,以多效唑喷施时期(倒五叶期、倒四叶期、倒三叶期和对照)为副区,研究不同小麦品种干物质积累与分配和植株抗倒伏能力的差异及喷施多效唑对其的调控作用。结果表明,矮抗58的营养器官花前贮藏物质的转运量、转运效率及其对籽粒的贡献率均最小,抗倒伏能力最强。皖麦29和良星66在茎鞘中积累的干物质较多,花前营养器官贮藏物质的转运量和花后干物质积累量均较高,产量较高,抗倒性也较强。多效唑对小麦物质积累运转的影响及抗倒性的增加效果均以在倒五叶期喷施效果最好,其次为倒四叶期。与对照相比,倒五叶多效唑处理下,营养器官花前贮藏物质的转运量及其对籽粒贡献率的降幅分别为4.59%～26.03%和5.99%～30.38%,成熟期叶片、茎鞘和穗轴+颖壳的干物质积累量的增幅分别为17.33%～31.98%、19.07%～38.62%和7.14%～39.23%,花后干物质的积累量及其对籽粒贡献率的增幅分别为0.19%～25.35%和3.28%～14.63%,重心高度的降幅为4.66%～8.15%,机械强度和抗倒伏指数的增幅分别为11.30%～36.79%和10.68%～46.58%。综上,皖麦29和良星66的产量高,抗倒性好。多效唑能同步增加成熟期干物质在籽粒和茎鞘中的积累量和茎鞘的干物质分配比例,实现小麦高产和抗倒性间的协调,适宜喷施时期为倒五叶时期。本研究结果为小麦抗倒伏栽培提供了理论依据和技术支持。

棉花叶片响应高温的差异与夜间淀粉降解密切相关

叶片对光合产物的转运输出是其源能力的重要体现,高温胁迫导致的源能力不足是棉花减产降质的重要原因之一。为探究棉花对位叶光合产物输出能力对短期高温胁迫的响应及其在不同热敏感性品种间的差异,本研究以耐热型棉花品种PHY370WR和热敏感型棉花品种苏棉15为材料,于2015—2016年在南京农业大学牌楼试验站进行盆栽试验,在棉花花铃期设置持续5 d的温度处理[对照日均温为26℃(CK,昼夜温度循环为30/22℃),高温处理日均温为34℃(HT,昼夜温度循环为38/30℃)],在高温胁迫5 d和胁迫解除后5 d对叶片光合产物输出能力和光合产物含量进行研究。结果表明,高温胁迫5 d显著降低棉花铃重,提高对位叶比叶重,耐热型棉花品种PHY370WR铃重降低幅度及比叶重升高幅度均较热敏感型棉花品种苏棉15低。^(13)C标记光合产物的结果表明,高温5 d显著降低棉花叶片光合产物的输出效率,与CK相比,苏棉15的降幅为22.1%,下降斜率为-2.48,显著高于PHY370WR的降幅15.7%和下降斜率-1.82;恢复5 d后棉花叶片光合产物输出效率降低幅度变小,但品种间差异由高温5 d时的6.4%增加为胁迫解除后5 d的10.2%,且苏棉15的恢复斜率仅为0.44,远小于PHY370WR的0.89。此外,与高温5 d时相比,恢复5 d后蔗糖含量日变化幅度的品种间差异减小,而淀粉含量日变化幅度品种间差异表现为增大,与碳水化合物输出效率的趋势一致,相关性分析亦表明,高温胁迫5 d及恢复5 d时淀粉含量日变化幅度与碳水化合物输出效率相关性更显著。通过大田试验和盆栽试验确定淀粉最大、最小含量出现时间,在此基础上进一步分析发现,在高温胁迫5 d及胁迫恢复后5 d,淀粉日最小(夜间)含量升高幅度品种间差异较日最大(白天)含量降低幅度更为显著,且恢复后5 d时品种间差异较高温5 d时显著增大。综上,热敏感性差异的棉花叶片碳水化合物输出效率对高温胁迫响应的差异不仅表现在胁迫发生时,更表现在胁迫解除后;耐热型棉花品种PHY370WR的叶片在高温胁迫发生时及胁迫恢复后表现出更强的抵御高温逆境能力及更好的恢复能力,与其夜间淀粉降解能力即叶片最小(夜间)淀粉含量增加幅度较小密切相关。

H2O2浸种和播期对油菜越冬期前后光合作用、糖代谢及生长的影响

[目的]本文旨在明确H 2O 2浸种和播期对低温胁迫下油菜光合作用、糖代谢及生长的影响。[方法]以‘南农油4号’为试验材料,采用盆栽试验,研究0.05%H 2O 2浸种和播期(B1:2017年10月5日,B2:2017年10月25日)对越冬期前后油菜生物量、光合作用及糖代谢相关指标的影响。[结果]低温降低了油菜光合能力,其中第1播期(B1)油菜光合能力下降程度大于第2播期(B2)。温度下降初期,B1油菜叶片糖代谢旺盛,各糖分含量均显著提高;随着温度降低,各糖分含量降低。B2油菜叶片糖代谢活动随温度降低减慢,各糖分含量下降。H 2O 2浸种降低了B1油菜光合能力及糖代谢水平,对生长表现为抑制效应,气温回升后期生物量积累减少12.2%;而对B2油菜光合能力具有促进作用,通过增强糖代谢相关酶活性及糖分含量使糖代谢活动更加旺盛,生长加快,气温回升后期生物量积累显著增加,增幅为44.1%。[结论]H 2O 2浸种处理对越冬期前后不同播期的油菜生长作用不同,对B1油菜生长表现为抑制效应;对B2油菜,通过增强越冬期光合作用及糖代谢水平促进生物量的积累,对油菜生长表现为促进作用。综上,生产上H 2O 2浸种技术可应用于晚播油菜。

H2O2浸种对晚直播油菜生长及产量的影响

H2O2浸种能够促进低温胁迫下油菜种子的物质代谢,为适应直播油菜不同播期生产需求,研究H2O2浸种对不同播期油菜生长发育的影响,提高晚直播油菜产量。2017年以南农油4号为材料,设置播期(早播10月5日,晚播10月25日)和0.05%的H2O2浸种两个因素,采用露天盆栽试验观察油菜在越冬期的光合特性及全生育期生长发育动态。结果表明:(1)晚播使油菜苗期延长而蕾薹期缩短,初花前可利用积温从1349.5℃·d减少至1095.5℃·d,导致油菜营养生长期干物质积累减少,而生殖生长期活动积温升高,相比早播的1042.5℃·d升高为1119.5℃·d。由于晚播生育期缩短,活动积温减少,干物质积累降低,最终显著减产8.3%。(2) H2O2浸种处理对早播油菜萌发出苗及地上部生物量无显著影响,但显著抑制了地下部生物量及光合能力,降低了越冬期干物质积累,继而影响后期产量形成,最终造成油菜显著减产,降幅为10.9%。(3) H2O2浸种处理促进了晚播油菜萌发出苗,增大叶面积,促进了油菜干物质积累使产量显著升高,增幅为15.7%。因此在油菜晚直播条件下,可通过H2O2浸种处理以提高产量。

玉米穗位叶衰老进程及其适宜指示性指标研究

【目的】探寻可精确指示玉米穗位叶衰老进程的优良方法及适宜性指标,明确玉米穗位叶衰老进程,为玉米精确高效栽培技术发展提供理论参考。【方法】于2020年春、夏两季在江苏大丰(33°12′N,120°28′E)稻麦原种场开展田间试验,以苏玉29(SY29)为材料,基于不同施氮量(0、67.5、136.5、205.5、274.5、343.5 kg N·hm^(-2))构建6个叶氮浓度差异群体(N1—N6)。采用Logistic模型对吐丝后12种与玉米穗位叶衰老相关的形态及生理指标的变化动态进行拟合,对比分析不同衰老相关指标指示衰老进程的精准性。【结果】Logistic公式y=(a-d)/(1+(x/c)^(b))+d对12种叶衰老相关指标变化动态的拟合趋势、拟合度R^(2)整体优于前人所用Logistic公式y=a/(1+e-b(x-c))。基于多指标分析,春、夏玉米穗位叶衰老启动分别发生在吐丝后18.8—29.1(x=25.8)d、17.5—28.2(x=23.9)d,快速衰老发生在吐丝后30.5—37.9(x=34.4)d、28.0—35.7(x=31.8)d,衰老终止发生在吐丝后40.6—54.1(x=45.9)d、38.3—47.0(x=42.1)d。春、夏玉米由吐丝至衰老启动的25.8 d、23.9 d内有效积温分别为392.9℃和477.6℃;春、夏玉米由衰老启动至衰老终止的20.1 d、18.2 d内有效积温分别为360.0℃和284.0℃。基于指标分类分析,相同衰老阶段内,生理指标所指示的衰老特征时间的正态分布σ值大于形态指标,春、夏玉米结果一致。丙二醛(MDA)、总叶绿素、叶绿素a、果糖、葡萄糖含量及蒸腾速率(T_(r))所指示衰老特征时间的变异系数(CV)均小于5%;MDA、总叶绿素、果糖、葡萄糖含量及净光合速率(P_(n))所指示衰老特征时间与各阶段时间均数的均方根误差(RMSE)均小于2。【结论】Logistic公式y=(a-d)/(1+(x/c)^(b))+d可作为准确拟合叶衰老指标动态变化的数学工具。春、夏玉米穗位叶分别在吐丝后26 d、24 d左右开始衰老,于34 d、32 d左右衰老速度达到峰值,于46 d、42 d左右进入功能性死亡的末端衰老阶段,有效积温是影响玉米穗位叶衰老进程重要因素。MDA、总叶绿素、果糖、葡萄糖含量是表征玉米穗位叶衰老进程的优良指标。