芥菜型油菜苗期氮效率相关性状全基因组关联分析

【目的】通过对芥菜型油菜苗期氮效率相关性状进行全基因组关联分析,挖掘与油菜氮效率相关性状显著关联的SNP位点,预测相关候选基因,为揭示油菜氮高效分子机制和创制氮高效种质提供理论依据。【方法】以153份芥菜型油菜品系作为关联群体,设置低氮和正常氮2个处理,每个处理设置3个重复,并在2年(2021和2022年)进行2次完全重复的营养液培养试验。计算植株根冠比和地上部氮含量的相对值(低氮/正常氮),以此作为氮效率相关性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),挖掘氮效率相关候选基因。【结果】芥菜型油菜氮效率相关性状表现出丰富的变异,变异幅度为0.21—2.44,变异系数为22.92%—26.19%。全基因组关联分析检测到45个显著关联的SNP位点,其中,第一次根冠比相对值(relative root-shoot ratio 1,RRSR1)和第二次根冠比相对值(relative root-shoot ratio 2,RRSR2)共同关联到的显著SNP位点有16个,这些位点可解释的表型变异率为10.69%—15.39%。第一次地上部相对氮含量(relative shoot nitrogen concentration 1,RSNC1)和第二次地上部相对氮含量(relative shoot nitrogen concentration 2,RSNC2)共同关联到的显著SNP位点共有29个,可解释的表型变异率为13.22%—23.96%。在显著SNP位点上下游200 kb范围内共筛选出15个与氮效率相关候选基因,包括5个与硝酸盐转运相关的基因(BjuNPF5.8、BjuNRT2.7、BjuNPF2.3、BjuCLCb和BjuNRT1.3)、3个与氮代谢相关的基因(BjuASN3、BjuGLU2和BjuADCS)、4个与生长发育相关的基因(BjuCOBL8、BjuPYL6、BjuSAUR72和BjuUP3)和3个与逆境响应相关的基因(BjuNTP7、BjuJUB1和BjuPYL6)。【结论】共检测到45个与氮效率相关性状显著关联的SNP位点,筛选出15个可能与芥菜型油菜氮效率相关的候选基因。

硝态氮和氨态氮对大豆根瘤固氮的影响

在大豆开花前期追施不同配比的ＮＯ－３－Ｎ与ＮＨ＋４－Ｎ，分析其根瘤固氮酶活性，叶片ＮＲ活性，幼茎段酰脲含量、酰脲相对丰度及全氮含量。结果表明：７种配比的ＮＯ－３－Ｎ与ＮＨ＋４－Ｎ均不同程度地抑制根瘤固氮酶活性，降低幼茎段酰脲含量及酰脲相对丰度。其中，ＮＯ－３－Ｎ∶ＮＨ＋４－Ｎ＝１∶５时，根瘤固氮酶活性相对最高，幼茎段酰脲含量及酰脲相对丰度也最高；ＮＯ－３－Ｎ∶ＮＨ＋４－Ｎ＝１∶０时，根瘤固氮酶活性最低，幼茎段酰脲含量及酰脲相对丰度也最低。所有配比均可提高叶片ＮＲ活性及幼茎段全氮含量，但叶片ＮＲ活性随着ＮＯ－３－Ｎ比例的增加而增高，幼茎段全氮以ＮＨ＋４－Ｎ∶ＮＯ－３－Ｎ＝１∶３的含量最高。

不同氮素生理效率油菜生育后期氮素再分配特性研究

【目的】揭示油菜生育后期氮素再分配与氮素生理效率的关系。【方法】在完全营养液的砂培条件下,采用15N示踪方法,研究了不同氮素生理效率油菜品种生育后期营养体氮素再分配的差异。【结果】与低氮素生理效率品种相比,高氮素生理效率品种的氮素再分配量大,氮素再分配速度先慢后快;向籽粒再分配的氮素量及其比例大,向角果皮再分配的氮素量及其比例小;植株体氮素损失量及其比例小,氮素损失速度慢,这是高氮素生理效率品种氮收获指数高的主要原因之一。比较4个生育期吸收的氮素再分配量及比例表明,蕾苔期吸收的氮素再分配量及其比例最大,角果发育吸收的氮素再分配量及比例最小,苗期和开花期吸收的氮素再分配量及比例位于前二者之间。【结论】生育后期油菜营养体氮素的再分配明显影响其氮素生理效率。

施氮对“双低”油菜吸氮特性及氮素生理效率的影响

采用盆栽试验研究施氮对双低油菜吸氮特性及产量的影响。结果表明,植株氮素累积量,施氮处理从苗期到抽苔末期迅速增加,抽苔末期到开花末期下降,开花末期后有所回升,但仍没有超过抽苔末期的氮素累积量;不施氮处理与施氮处理有类似的变化趋势,但变化幅度明显小于施氮处理,而且开花末期后的氮素累积量超过了抽苔末期。无论施氮与否,营养器官含氮量随生育期的进程持续下降,而生殖器官含氮量施氮时持续下降,不施氮时则呈单峰曲线。干物质累积最大速率出现的日期,不施氮处理明显早于施氮处理。氮素生理效率,施氮处理在角果发育期最高,而不施氮处理在开花末期最高。施氮明显增加植株氮素累积量、植株含氮量、生物量及籽粒产量,但氮素生理效率却降低。

玉米生长空间对根系吸收特性的影响

在不供应和补充供应水、氮条件下 ,研究了限制根系生长空间对玉米根系生理特性、植株养分吸收及产量的影响。结果表明 ,限制根系生长空间虽严重影响了根系自身发育 ,降低了根系吸收总面积和TTC还原量 ,但却增加了根系的活跃吸收面积、比吸收表面、比活跃吸收表面 ,并提高了根系的TTC还原强度。这说明在限制根系生长的逆境条件下 ,作物并不是被动地忍受逆境的胁迫 ,而是主动地调节生理代谢过程 ,增强对水分和养分的吸收能力 ,从而减缓逆境的伤害。水、氮供应促进根系生长 ,增加根系吸收面积和活力 ,促进了根系对养分的吸收 ,从而提高了玉米产量 ,并减轻了因限制根系生长所引起的不良影响。

玉米生长量、养分吸收量及氮肥利用率的动态变化

在不同水、氮供应条件下 ,研究了玉米干物质累积、养分吸收及氮肥利用率的变化动态。结果表明 ,植株干物质和养分吸收量 ,随生育期延长而持续增加 ,变化动态可用S曲线方程拟合。对干物质和养分累积方程求导 ,得到了干物质累积和养分吸收速率。玉米生长期间干物质累积速率前期上升快 ,至高峰后缓慢下降。在氮、磷、钾三要素中 ,氮、钾吸收速率高 ,上升快 ,下降也快 ;磷吸收速率低 ,上升慢 ,下降亦慢。养分最大吸收速率出现的时间 ,钾最早 ,氮次之 ,磷最晚 ,但均早于干物质最大累积速率出现时间。氮肥利用率与干物质累积、养分吸收速率有类似变化趋势 ;氮肥最高瞬时利用率与氮素最大吸收速率出现的时间基本一致。灌水明显提高了氮肥累积利用率和瞬时利用率 ;水分和氮素供应虽然增加了养分吸收速率和干物质累积速率 。

根系的吸收作用及土壤水分对硝态氮、铵态氮分布的影响

研究了玉米根系的吸收作用和土壤水分对耕层土壤硝态氮迁移及分布的影响。结果表明,根系发育状况及水分供应明显影响硝态氮的迁移及分布。根系自然生长和灌水处理,距主茎不同距离的各位点硝态氮浓度差异小;而限制根系生长和不灌水处理,则差异较大。距主茎0～10cm范围的耕层土壤中硝态氮含量的变化趋势是由远到近逐渐降低。这种变化趋势与耕层土壤中根系吸收面积的变化趋势相反。限制根系生长时,各位点土壤硝态氮浓度与土壤水分有相当一致的变化规律,说明随着植物吸水硝态氮作为溶质向根表迁移。与硝态氮不同,铵态氮的迁移和分布不受根系发育状况及水分供应的影响。

不同品种油菜氮效率差异及其成因分析

采用盆栽试验，以氮胁迫与正常供氮条件下籽粒产量的比值作为氮效率系数，探讨了不同品种油菜氮效率差异及其生理基础。结果表明，所测定的8个油菜品种氮效率系数的变化范围是0．37～0．69；氮胁迫与正常供氮条件下不同油菜品种植株氮素累积吸收量、生长后期茎叶氮素转运率及氮素生理效率的比值不同，氮效率高的品种，其比值高，反之亦然;在氮素供应水平低的情况下，氮效率高的品种具有较长的根长、较多的侧根、较高的茎叶硝态氮再利用量和叶片硝酸还原酶活性。

小白菜体内硝酸盐累积的生理调控初探

采用砂培和土培试验,研究喷施氯化钾和蔗糖溶液、光照及钼素营养对小白菜体内硝酸盐累积的影响。结果表明,在小白菜生长期叶面喷施蔗糖和氯化钾溶液,均能明显降低体内硝酸盐含量,但不影响其生物量;遮光和缺钼处理明显增加小白菜体内硝酸盐含量,降低根系活力及可食部分产量。缺钼处理还明显降低叶片硝酸还原酶活性。

水、氮供应和土壤空间所引起的根系生理特性变化

在限制根系生长的胁迫条件下 ,研究了补充和不补充供应水、氮对玉米根系生理特性及养分吸收的影响。结果表明 ,正常生长条件下 ,水、氮供应促进了根系生长 ,增加了根系吸收总面积、活跃吸收面积和TTC还原量 ,促进了根系对养分的吸收 ,从而提高了产量 ;限制根系生长 ,水分的作用与正常条件下相同 ,氮素的作用则受控于土壤水分。补充灌水增强了氮肥作用 ,供氮促进了根系生长 ,改善了根系生理特性 ,减少了限制根系生长所引起的不良影响 ;不补充灌水限制了氮肥作用的发挥 ,供氮导致了根系生物量和生理特性下降 ,加重了限制根系生长的不良影响。

不同水、氮供应条件下夏玉米养分累积动态研究

在遮雨棚内进行了微区试验,采用不同水、氮素供应研究了玉米N、P、K吸收累积动态。结果表明,植株生物量和N、P、K吸收量,随生育期延长而持续增加;而植株的N、P、K含量,则呈下降趋势。植株生物量和N、P、K吸收量随时间的变化,可用S曲线方程描述。玉米生长期间干物质与养分吸收并非同一速率,前期上升快,至最高峰后缓慢下降。在N、P、K三要素中,N、K吸收速率高,上升快,下降也快;P吸收速率低,上升慢,下降亦慢。养分最大吸收速率出现的时间以K最早,N次之,P最晚。但三者均早于干物质最大累积速率出现的时间。水分和氮素供应增加养分最大吸收速率及养分吸收量,也可增加生育前期的养分含量,但不改变养分累积变化趋势和养分吸收速率的变化趋势。水分和氮素供应促进了营养体养分向子粒的运转,提高了养分在子粒中的分配比例,从而提高了子粒产量。

玉米根系活力及吸收面积的空间分布变化

分别用氯化三苯基四氮唑 ( TTC)还原法和甲基蓝吸附法测定玉米根系活力和吸收面积 ,研究其 0～1 5 cm土层根系的水平分布和离主茎 0～ 2 0 cm范围土壤根系的垂直分布情况。结果表明 ,TTC还原量在离主茎 0～ 2 0 cm的水平方向和离地面 0～ 45 cm的垂直方向上 ,随着离主茎距离的增加和土层深度的加深而降低。TTC还原强度在水平方向上与 TTC还原量的变化趋势类似 ,只是个别生育期 1 5～ 2 0 cm处回升 ;在垂直方向上与 TTC还原量的变化趋势相反 ,随土层深度的加深而增加。同样范围内根系总吸收面积和活跃吸收面积的变化趋势与 TTC还原量相同 ;而比吸收面积和比活跃吸收面积 ,在水平方向上随着离主茎距离的增加而明显增加 。

限根条件下供氮对玉米光合作用有关生理特性的影响

以玉米为供试作物,在遮雨棚内进行了微区田间试验,在不同水分与供氮条件下,分期测定了玉米自由水与束缚水比值和细胞汁液浓度、气孔导度和细胞间隙CO2浓度、核酮糖-1,5二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性和叶绿素含量、以及叶片的光合速率和作物产量,研究供氮对玉米光合作用有关生理特性的影响。结果表明,氮素对光合生理特性的影响受水分供应状况的制约:水分供应较好时,供氮提高了叶片自由水与束缚水比值,降低了叶肉细胞汁液和细胞间隙CO2浓度;增加了气孔导度,提高了RuBPCase活性和叶绿素含量,既有利于改善气孔因素,也有利于改善非气孔因素,显著提高光合速率和作物产量。水分胁迫较轻时,供氮降低了气孔导度,增加了CO2进入气孔的阻力,不利于光合作用,但却提高了叶片自由水与束缚水比值,降低了叶肉细胞汁液和细胞间隙CO2浓度,增加了RuBPCase活性和叶绿素含量。在这种情况下,光合作用的气孔因素受到影响,非气孔因素不但没有减弱,反而有所增强,因而光合速率和产量都有所提高。水分胁迫严重时,供氮不但抑制了光合作用的气孔因素,还更严重地抑制了非气孔因素,导致光合速率和作物产量严重下降。供氮对光合作用影响的水分依赖性为调控氮素营养提供了有力依据。

水、氮供应对玉米伤流及其养分含量的影响

以玉米为供试作物,在遮雨棚内进行了微区田间试验,研究了不同水、氮供应玉米的伤流量,伤流液中的硝态氮、铵态氮、游离氨基酸及磷、钾含量,以及对植株氮、磷、钾等养分含量和吸收量的影响。结果表明,供水明显增加伤流量和伤流液中硝态氮、铵态氮、游离氨基酸及磷、钾含量。水分充足或水分胁迫较轻时,伤流量及其养分含量随施氮增加而增加;水分胁迫严重时,则减少。在不同水、氮供应条件下,植株氮、磷、钾养分含量及吸收量具有相同的变化趋势。

硝态氮与氨态氮对大豆幼苗生长及氮素积累的影响

无论是ＮＯ－３－Ｎ，还是ＮＨ＋４－Ｎ使用单一氮源大豆幼苗长势均不如二者混合。以ＮＯ－３－Ｎ或混合氮为氮源时，幼苗生长受ｐＨ值影响较小，而以ＮＨ＋４－Ｎ为氮源时，ｐＨ７．５时幼苗生长明显优于ｐＨ５．５。在本试验设计的七种氮素形态配比中，大豆茎叶全氮含量高低的顺序为ＮＯ－３－Ｎ∶ＮＨ＋４－Ｎ３∶１＞５∶１＞１∶１＞１∶３＞１∶５＞１∶０＞０∶１，与株高及鲜重的顺序相一致。随着营养液中ＮＯ－３－Ｎ比例的增加，茎叶中硝态氮含量增加；同样随着营养液中ＮＨ＋４－Ｎ比例的增加。

羟基喜树碱抑制肺癌A549细胞的体外增殖并下调Bcl-2基因的表达

目的研究羟基喜树碱对肺癌A549细胞生长抑制、细胞周期和细胞凋亡的影响。方法羟基喜树碱处理A549细胞后用吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)染色观察细胞形态学变化,琼脂糖凝胶检测DNA片段化,用流式细胞仪测定其对细胞周期影响。利用Annexin V-FITC/PI检测细胞凋亡,RT-PCR检测凋亡相关基因Bcl-2的表达变化。结果 A549细胞经羟基喜树碱作用,提取DNA进行琼脂糖凝胶电泳可见梯状条带。经AO/EB染色,荧光显微镜下观察到早期凋亡细胞细胞核被染成绿色,呈碎片状,晚期凋亡细胞核染色质为橘红色并呈固缩状或圆珠状,细胞周期S期由20%升高到60%。经1μmol/L羟基喜树碱处理24 h后,流式细胞术显示A549细胞的凋亡率为18.11%,明显高于对照组细胞凋亡率(0.09%,P<0.05)。经羟基喜树碱作用后,A549细胞Bcl-2基因表达下调70%(P<0.05)。结论羟基喜树碱可以明显抑制A549细胞增殖,诱导其凋亡,并下调Bcl-2基因表达,提示Bcl-2下调参与了羟基喜树碱对A549细胞的抑制作用。

大豆共生固氮与叶片全氮含量之间关系的研究

:研究了在不同配比的NO3- -N与NH4 +-N下大豆根瘤的生长及根瘤固氮酶活性和叶片全氮含量的变化。结果表明 :7种配比的NO3- -N与NH4 +-N均降低根瘤鲜重 ,抑制根瘤固氮酶活性 ,但提高叶片全氮含量。叶片全氮含量与根瘤鲜重。

覆膜条件下冬小麦根系生理特性及其空间分布变化

覆膜条件下测定了冬小麦的根系活力与吸收面积,研究其空间分布情况。结果表明,在水平方向上,TTC还原量和TTC还原强度均随着离主茎距离的增加而减少;在垂直方向上,TTC还原量随着土层深度的加深而递减,TTC还原强度,返青期由上而下递减,开花期则上下土层无差异。根系总吸收面积和活跃吸收面积,在水平方向和垂直方向的变化与TTC还原量相同。覆膜处理并没有改变以上各指标的空间分布状态。但返青期水平方向的比吸收面积和比活跃吸收面积的变化趋势随覆盖地膜与否而不同,不覆膜处理由近到远递减,覆膜处理则无差异。返青期比吸收面积和比活跃吸收面积的垂直方向变化以及开花期二者的水平和垂直方向变化均无明显差异。根系活力与根系总吸收面积、活跃吸收面积呈极显著正相关。

不同节位玉米叶片硝态氮含量及硝酸还原酶活性

以春玉米为试验材料,研究了不同节位叶片硝态氮含量和硝酸还原酶活性的变化。结果表明,硝态氮含量,生育前期上部节位高于下部节位,生育后期上部节位则低于下部节位。不同节位叶片硝酸还原酶活性,各生育期有一致的变化趋势,即由基部向上逐渐升高,直到上数第3～4节位达最高值,此后有所下降。不同生育期硝态氮含量和硝酸还原酶活性,变化最明显是中部节位(下数5～8)叶片。