低温下环丙酸酰胺调控棉花内源激素促进噻苯隆脱叶的机制

脱叶催熟是棉花机械采收的前提,但遇低温可导致噻苯隆(TDZ)脱叶效果下降,不能满足机械化采收的要求,本实验室发现环丙酸酰胺(CYC)可显著提高低温下TDZ的脱叶效果,但CYC促进低温下棉花化学脱叶的机制尚不清楚。为此,以中棉425品种为材料,设置2个温度水平(25℃和15℃),清水(CK)、TDZ单剂(T)和TDZ+CYC复配(TC)3种处理方式,分析棉叶脱落过程中离层中内源激素含量变化及相关基因的表达情况。结果表明:低温(15℃)下处理后240 h,T处理棉花脱叶率仅为53.0%,但TC处理的棉叶脱落开始时间较T处理提前24 h且脱落率升高至79.6%。低温下,相较于T处理,TC处理棉叶离层生长素(IAA)运输相关基因(LAX2、PIN1)、IAA响应基因(IAA9、ARF3)表达量显著下降,离层中IAA含量降低;离层乙烯(ET)合成基因(ACS、ACO)表达量升高,ET合成前体ACC含量增加,ET下游信号基因(ERF1B)显著上调表达;茉莉酸(JA)合成相关基因(AOC4)上调表达,离层中JA含量增加。综上,低温下CYC和TDZ复配抑制棉叶离层中IAA运输与信号传导,促进ET、JA合成与ET信号转导,是CYC提高低温下TDZ脱叶效果的主要原因。

江苏省花生生产现状及可持续发展的关键技术

为推动江苏省花生产业可持续发展,本文分析了江苏省花生产业现状,提出了产业发展的技术瓶颈,即省内花生品种不能完全满足生产需求、重茬比例高、病虫害发生逐年加重、机械采收效率不高、绿色低碳高效栽培技术体系有待完善、花生深加工潜力未得到充分开发。并提出了江苏省花生产业发展的关键技术,即优质、高产、抗病、适宜机械化的花生新品种选育、绿色低碳标准化栽培技术建立、农机农艺融合技术和花生精深加工技术。

干旱胁迫下二氢卟吩铁对棉花光合与抗氧化特性的影响

【目的】明确新型植物生长调节剂二氢卟吩铁(iron chlorine e6,ICE6)提高棉花抗旱性的生理机制。【方法】于2021、2022年在防雨棚内进行池栽试验,以早熟棉花品种中棉所425为材料,研究初花期喷施ICE6对干旱胁迫下(连续14 d不灌水)棉花光合与抗氧化特性、生物量及产量的影响。【结果】与正常灌水相比,干旱胁迫下棉花叶片净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、气孔导度、胞间CO_(2)浓度及蒸腾速率分别降低41.5%、37.2%、11.1%、23.1%(2021年)和17.2%、21.7%、9.4%、22.7%(2022年),干旱胁迫下喷施ICE6后则分别降低31.3%、18.6%、4.4%、15.4%(2021年)和6.6%、3.7%、4.2%、11.0%(2022年)。喷施ICE6减缓了干旱造成的棉花光合性能的降低,缩小了干旱胁迫下棉花叶片光饱和点时Pn的降幅,增大了光补偿点时Pn的降幅,显著降低了暗呼吸速率,减缓CO_(2)饱和点时Pn的降幅。干旱胁迫下喷施ICE6能增强叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶活性,降低丙二醛含量。最终,喷施ICE6缩小了干旱胁迫下棉花的生物量及籽棉产量的降幅,但对正常灌水处理的棉花光合作用、抗氧化能力、生物量与籽棉产量影响较小。【结论】干旱胁迫下,喷施ICE6可以显著增强棉花对弱光的利用,减轻光抑制、减弱暗呼吸,增强棉花的抗氧化能力,这是在干旱胁迫下外源ICE6维持棉花生物量、保持籽棉产量水平的生理基础。

二氢卟吩铁对花针期干旱及复水后花生叶片光合特性的影响

为阐明新型植物生长调节剂二氢卟吩铁(ICe6)影响花针期干旱及复水后花生光合特性的生理机制,于2021和2022年在江苏省农业科学院防雨旱棚内进行盆栽试验,研究干旱及复水后ICe6对花生光合特性及干物质积累与分配的影响。结果表明:干旱结束时,干旱胁迫显著降低了花生叶片的光合参数和RuBPCase活性,光合基因AhRuBP相对表达量下调、AhPORA上调,喷施ICe6显著提高干旱植株叶片的净光合速率(P_(n))和蒸腾速率(T_(r)),叶片AhPORA和AhLHCB3的基因相对表达量亦显著上调,叶片干物质分配比例增加,胁迫指数WSI降低。复水后第7天,干旱胁迫植株的光合参数迅速恢复,喷施ICe6的干旱植株的Tr、RuBPCase活性显著大于喷施清水植株,Tr两年增幅为11.7%和20.8%,RuBPCase活性增幅达14.9%和69.9%;AhRuBP基因相对表达量亦显著上调。复水后第20天,喷施ICe6的干旱植株叶绿素a(Chl a)含量、P_(n)、气孔导度(G_(s))、Tr、RuBPCase活性仍显著高于喷施清水处理;喷施ICe6亦显著提升植株的生殖生长,荚果干物质量增加26.7%,荚果干物质分配比例增大15.6%。综上所述,ICe6可以显著提升干旱胁迫下花生叶片的光合性能,并促进复水后花生光合性能的快速恢复。

小麦秸秆还田后茬棉田土壤NO_(3)^(−)-N和酚酸变化对棉苗根系生长的影响

揭示前茬小麦长期秸秆还田后,后茬棉田土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)与酚酸含量的时空变化对棉苗根系生长影响的生理机制,可为完善秸秆还田技术提供理论支撑。试验于2021年与2022年在小麦长期秸秆定位还田地块进行。以棉花品种‘中棉所425’为材料,设置小麦秸秆不还田(CK)与小麦秸秆还田(S)2个处理。结果表明,秸秆还田增加了土壤NO_(3)^(-)-N与酚酸含量,对0~20 cm土层的影响大于20~40 cm;随秸秆还田后时间推移,土壤NO_(3)^(-)-N与酚酸含量呈先增加后降低趋势,且在秸秆还田后24~31 d达到峰值。秸秆还田后31 d前,秸秆还田处理棉株根系活力、根系NO_(3)^(-)-N含量、硝酸还原酶活性、根系生物量和形态指标均显著低于CK处理,31 d后则呈相反趋势。相关分析表明,0~20 cm土壤酚酸含量与根系活力、根系NO_(3)^(-)-N含量、棉花根系长度、直径、表面积和地上部生物量呈显著负相关;不同土层NO_(3)^(-)-N含量与棉苗形态、生理指标及生物量之间呈正相关但未达显著水平。秸秆还田对棉花幼苗生长影响呈“先抑后促”的趋势,秸秆还田后31 d内,酚酸含量的增加降低了棉苗根系活力,阻碍了根系生长,抑制了棉苗对NO_(3)^(-)-N的吸收利用,表明秸秆还田前期对棉株生长的“抑制效应”大于秸秆的“肥料效应”,秸秆还田31 d后,秸秆的“肥料效应”大于酚酸的“抑制效应”,促进棉株根系的生长。

棉花纤维素累积特性的基因型差异及与纤维比强度形成的关系

以14个纤维比强度差异明显的棉花品种为材料,研究了棉纤维素累积特性的基因型差异及与纤维比强度的关系。结果表明,棉株不同果枝部位棉铃的纤维素累积均符合Logistic曲线,棉纤维素累积的5个特征值(纤维素快速累积期的起始、终止时期,最大累积速率及其出现的时期,快速累积持续期)在品种间的变异均较大,与纤维比强度的相关系数存在大小和正负的差异。其中,纤维素最大累积速率和快速累积持续期的变异最大,前者与纤维比强度呈极显著负相关,后者与纤维比强度呈极显著正相关。进一步以纤维素最大累积速率和快速累积持续期为变量,在同样欧氏距离下,基于棉株上、中、下3个果枝部位数据的聚类结果不完全一致,但总体上14个品种可分为纤维素累积快、平缓、中等3种类型,德夏棉1号、科棉1号和美棉33B分别是其中心品种。同时以纤维比强度为变量的聚类分析表明,这3个品种又分别是低强纤维、高强纤维、中等强度纤维3种类型的中心品种。总之,在棉纤维发育过程中,纤维素累积特性存在明显的基因型差异,且高强纤维的形成是以纤维素平缓累积为基础,纤维素累积过快似乎不利于纤维比强度的形成。

不同棉花品种纤维比强度形成的温度敏感性差异机理研究

【目的】研究纤维比强度形成存在温度敏感性差异的2个棉花品种纤维发育生理特性对低温的响应差异。【方法】选用纤维比强度形成存在温度敏感性差异的2个品种(科棉1号:温度弱敏感型品种,苏棉15:温度敏感型品种),通过分期播种,使相同果枝部位棉铃发育处于不同的温度条件,研究低温对棉花纤维发育相关物质含量和酶活性的影响。【结果】正常播期条件下,棉纤维发育期日均最低温为24.0和25.4℃,棉纤维中蔗糖合成酶活性高,β-1,3-葡聚糖酶活性低,蔗糖转化率和纤维素含量均较高,最终纤维比强度最高;晚播所致的低温(棉纤维发育期日均最低温低于21.1℃)则显著影响棉纤维发育,蔗糖转化率、纤维素含量、β-1,3-葡聚糖含量均下降,纤维发育相关酶活性中蔗糖合成酶活性下降、β-1,3-葡聚糖酶活性上升,导致纤维比强度降低。2个纤维比强度形成存在温度敏感性差异的棉花品种纤维发育生理特性对低温的响应存在差异,温度敏感型品种(苏棉15)的蔗糖转化率、纤维素含量及酶活性(蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶)在因播期形成的不同温度间的变化幅度明显大于温度弱敏感型品种(科棉1号)。【结论】低于21.1℃的日均最低温影响棉纤维发育及纤维比强度形成,不同棉花品种纤维发育相关的物质含量、酶活性对低温的响应存在差异,这可能是导致纤维比强度存在温度敏感性差异的主要原因之一。

盐胁迫对作物根系的影响及基因工程改良

近年来土壤盐渍化已成为现代农业面临的主要问题之一,盐胁迫影响植物的生长发育。根系是摄取养分与水分的主要载体,直接与土壤接触,最先受到盐胁迫等逆境的影响,进而引起地上部生长发育受抑制。但由于根系生长环境的特殊性和自身遗传的复杂性,根系改良的难度较大。本文综述了盐胁迫对根系形态和生理的影响以及通过基因工程改良盐胁迫下根系性状的相关进展,以期为作物根部耐盐机制的解析和盐胁迫下作物根系的改良提供参考。

两个棉花品种纤维发育关键酶活性变化特征及其与纤维比强度的关系

选择棉纤维比强度差异明显的2个品种,研究了棉纤维发育关键酶(蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶)活性的变化特征及其与纤维比强度的关系。结果表明,棉纤维发育过程中蔗糖合酶、β-1,3-葡聚糖酶活性变化特征在生化和mRNA转录水平上均存在明显的差异,影响纤维素的沉积特性及纤维比强度。高强纤维品种(科棉1号,平均比强度为35cNtex-1)的蔗糖合酶和β-1,3-葡聚糖酶活性及其基因表达量和维持高表达时间均高于低强纤维品种(德夏棉1号,平均比强度为26cNtex-1)。其中,高强纤维品种蔗糖合酶的基因表达量铃龄25d时明显高于低强纤维品种,而β-1,3-葡聚糖酶的基因表达量则在铃龄10～25d高于低强纤维品种。在纤维素形成过程中,高强纤维品种的纤维素累积平缓且纤维素累积持续期长于低强纤维品种,品种间差异程度受棉株果枝部位影响。在棉纤维发育过程中,Expansin、β-1,4-葡聚糖酶的基因表达量随铃龄的增加呈下降趋势(铃龄20d时表达量显著下降),这与棉纤维形成过程(铃龄25d前伸长较快,随后趋于停止)一致,且高强纤维品种维持高表达时间长与其纤维伸长期较长相吻合。

油菜素内酯对NaCl胁迫下棉花幼苗生理特性的影响

该试验采用水培方法,探讨外施油菜素内酯对NaCl胁迫下棉花幼苗叶片光合速率、根系活力、叶片和根系抗氧化酶活性等生理指标的影响。结果显示:NaCl胁迫下棉花幼苗叶片光合速率下降、MDA含量上升、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性降低,外施油菜素内酯可提高NaCl胁迫下棉花叶片中抗氧化酶活性、降低MDA含量、增强叶片光合能力;NaCl胁迫下棉花根系活力降低、MDA含量上升、SOD和CAT活性升高,外施油菜素内酯对根系活力、MDA含量、内源保护酶活性则影响较小。表明,油菜素内酯通过提高叶片抗氧化酶活性,减轻叶片膜脂过氧化程度,提高叶片光合性能,从而有效缓解盐胁迫对棉花叶片的伤害。

西红花CCD家族基因序列分析及表达特性

西红花苷属于脱辅基类胡萝卜素化合物,是中国传统珍贵药材西红花(藏红花)的主要活性成分。CCDs(类胡萝卜素裂解双加氧酶)是催化玉米黄质形成西红花苷等脱辅基类胡萝卜素的重要酶,为了解西红花CCD家族基因的差异,本研究从NCBI数据库中检索获得11个西红花CCD家族基因,对基因序列及表达特性进行分析。结果表明,西红花CsCCD家族基因包括CCD1、CCD4、CCD7、CCD8 4个亚基因家族,各个亚家族的基因序列较为保守、编码的蛋白质三维结构存在差异。通过表达分析发现不同CsCCD基因在不同花器官中的表达特性存在明显差异,这一结果与通过转录组测序得到的CsCCD基因表达水平相符。推测不同CsCCD基因在西红花苷合成过程中的功能存在差异。

不同棉种油菜素内酯合成酶基因DET2序列分析

油菜素内酯（Brassinosteroid,BRs）是一类较晚发现的植物激素,在植物生长发育[1-4]以及提高植物抗逆性[5-7]方面起着重要作用。油菜素内酯生物合成酶催化菜油甾醇转化为菜油甾烷醇[8],DET2是油菜素内酯生物合成酶基因。研究结果表明,DET2的突变将导致植物出现黄化、矮化等特征[7]。

Effects of Brassinosteroid on Salinity Tolerance of Cotton

[Objective] In order to study the effects of brassinosteroid on salinity toler- ance of cotton. [Method] Three application modes （leaf application, root application and leaf/root application） of brassinosteroid for cotton under NaCI stress were de- signed to understand the effects of brassinosteroid on Na＋ and CI- accumulation, osmotic adjustment substance （proline） and biomass accumulation of cotton under NaCI stress. [Result] NaCI inhibited the growth of cotton seedlings. Compared with the control group, the biomass of cotton seedlings was decreased, Na＋ and CI- contents, MDA content and proline content were increased in cotton under NaCI stress. Under the NaCI stress, three application modes of brassinosteroid significant- ly improved the biomass, chlorophyll content in leaves, root activity and proline content; while Na~ and CI- content, MDA content were decreased. The enhancement of root activity and root physiological functions were more marked in root application and leaf/root application treatments than in leaf/root application treatment. [Conclu- sion] Three application modes of brassinosteroid all could alleviate the NaCI injuries on cotton, but root application and root/leaf application modes of brassinosteroid for cotton under NaCI stress are superior to the leaf application.

陆地棉油菜素内酯信号基因GhBES1家族的鉴定及表达分析

BES1基因是植物激素油菜素内酯信号转导过程中的重要转录因子,为了解陆地棉油菜素内酯信号基因Gh BESI家族,通过对陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库的全面分析和鉴定,获得21个GhBES1基因,这些基因分布在不同的亚基因组,有9对基因在A亚组和D亚组上存在对应关系,AD亚组对应基因序列一致性高于95%。根据进化分析,21个GhBES1基因分为4个亚家族,除了亚家族Ⅲ,其他3个亚家族在拟南芥中均有对应基因;除了亚家族Ⅳ基因和亚家族Ⅱ中GhBES1-1基因外,其他GhBES1基因均有2个外显子。亚细胞定位结果表明,21个GhBES1蛋白主要定位到细胞核、细胞质等部位,其中7对基因的蛋白亚细胞定位完全一致。GhBES1基因在根、茎、叶、顶端分生组织中均有表达,但不同亚家族基因在不同组织中的表达水平存在差异。研究结果为棉花GhBES1基因家族功能的深入研究奠定了基础。

雌雄栝楼的差异及其性别决定机制研究进展

为了解栝楼雌雄株的差异,从植株形态、生理、性别相关多态性标记等方面对雌、雄栝楼进行了比较,综述了其他雌雄异株植物性别决定机制的研究进展,为雌雄栝楼的性别鉴定和研究提供参考依据。

转油菜素内酯合成基因DET2烟草对NaCl胁迫的反应

通过农杆菌介导法,将含有油菜素内酯合成基因DET2的植物表达载体pCAMBIA2301-DET2转入烟草,获得转基因烟草植株。用T1代转基因阳性株进行耐NaCl试验,结果显示,NaCl胁迫下转基因烟草、非转基因对照烟草的出苗率、幼苗鲜重、株高及根长均随NaCl浓度增加而下降。但在相同NaCl浓度下,转基因植株鲜重、株高及根长均明显高于非转基因对照烟草,并且转基因植株的丙二醛(MDA)含量低于非转基因植株,诱导蛋白基因P5CS表达高峰出现时间晚于非转基因植株。说明DET2的表达提高了烟草的耐NaCl能力。

西红花苷的生物合成及CCD家族基因研究进展

西红花苷属于脱辅基类胡萝卜素化合物,是中国传统珍贵药材西红花(藏红花)的主要活性成分。为解析西红花苷合成途径及明确参与该途径的基因功能,本文系统综述了西红花苷的结构特征、生物合成过程及前体物质、西红花苷合成过程中类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)家族基因(CCD1、CCD4、CCD7、CCD8)的功能及表达特征等方面的研究进展。指出了西红花苷合成途径及关键基因现阶段研究中存在的问题,认为随着分子生物学技术的发展,更多参与西红花苷合成途径的基因将被挖掘鉴定,有助于明确西红花苷合成途径。

油菜素内酯基因BAS1根系表达载体的构建及烟草的遗传转化

为使油菜素内酯基因BAS1在根系特异表达。首先构建含有根系启动子Tob RB7的根系表达载体p CAMBIA2301-RB7-rbc。再将获得的油菜素内酯失活基因BAS1与其整合,得到BAS1基因的根系特异表达载体p CAMBIA2301-RB7-BAS1-rbc,通过农杆菌侵染转入烟草。经PCR和RT-PCR验证,目的基因BAS1已成功转入烟草,并在根系表达,转基因植株中根系油菜素内酯受体激酶基因BRI1的表达受到影响。

播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系

试验于2005年在江苏徐州(117°11′E,34°15′N)、2007年在河南安阳(114°13′E,36°04′N)进行,设置正常播期(4月25日)和晚播(5月25日)两个播期,研究播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系。结果表明,晚播显著影响棉铃(铃壳、棉籽、纤维)生物量和氮的累积与分配,进而影响铃重、棉纤维和棉籽品质形成。与正常播期比较,晚播条件下有以下变化:(1)棉株中部果枝棉铃铃期日均温下降,2005、2007年分别由24.8℃降至20.8℃、24.1℃降至19.4℃。(2)铃壳生物量升高、氮累积量下降;棉籽、棉纤维生物量和氮的快速累积起始时间推迟,累积速率峰值降低且出现时间晚,导致棉籽和棉纤维生物量和氮的累积量降低;棉纤维氮累积速率峰值出现时间早于生物量,棉籽则相反。(3)铃壳生物量和氮的累积量所占整个棉铃中的比率上升,棉籽生物量和氮的分配系数降低;棉纤维生物量的分配系数降低,但棉纤维氮的分配系数变化较小。(4)铃重、棉纤维比强度和棉籽蛋白质、油含量显著降低。综上所述,中部果枝棉铃在晚播条件下,铃期日均温降低导致光合产物和氮素向纤维和棉籽中的分配及铃壳的再转运过程受阻,棉籽和纤维的生物量和氮累积量降低,最终铃重降低、棉纤维和棉籽品质变劣。

麦棉套作棉花根际非根际土壤微生物和土壤养分

在麦棉套作栽培模式下,设置不隔根、纱网隔根和塑膜隔根3种麦棉套种方式,研究麦棉套作对棉花根际和非根际土壤微生物数量、活性和土壤养分(全氮、有效磷和速效钾)含量的影响,结果表明:麦棉套作有利于棉花根际与非根际土壤细菌的增殖,盛蕾期不隔根处理棉花根际土壤与非根际土壤细菌数量分别是塑膜隔根处理的2·57和2·81倍。但麦棉套作不利于土壤真菌和放线菌的增殖。细菌在土壤微生物区系中占99·9%。所以,麦棉套作显著提高了棉花土壤微生物数量,同时也增强了微生物活性。麦棉共处期纱网隔根处理棉花土壤全氮、有效磷、速效钾含量显著高于不隔根处理和塑膜隔根处理,证明麦棉套作系统中小麦根系分泌物与脱落物的存在对棉花土壤养分含量的增加有明显的促进作用,即存在种间营养补偿效应。而共处期不隔根处理套作棉土壤养分含量总体上显著低于隔根处理的现象则反映出小麦根系对棉花土壤养分的竞争作用大于其对棉花土壤养分的促进作用。小麦收获后,小麦根系对棉花养分的竞争作用解除,不隔根处理棉花土壤养分含量显著高于塑膜隔根和纱网隔根处理。