新农科背景下植物科学与技术专业“产学研协同人才培养模式”的思考与探讨

实现农业现代化是我国社会主义现代化建设进程中的重要目标。从1945年毛泽东在《论联合政府》中提出“农业近代化”任务到20世纪50年代我国明确提出实现农业现代化的目标任务,农业现代化从最初的农业机械化、电气化、水利化、化学化和良种化,逐渐被赋予科技化、智能化、市场化、商品化、产业化、融合化等丰富内涵。

新农科背景下植物科学与技术专业课程思政体系建设探索

乡村振兴战略的提出对植物科学与技术专业的人才培养目标提出更高的要求,在新农科背景下,必须紧紧围绕立德树人的根本任务,与时俱进,做好植物科学与技术专业学生的课程思政教育工作。该文分析当前植物科学与技术专业课程思政教育存在的问题,并积极探索应对的方法和途径,着力提高植物科学与技术专业学生的思想政治教育质量,培养具有知农、爱农、为农高尚情怀,以强农兴农为己任,助力实现乡村振兴目标的社会主义合格建设者和接班人。

无籽西瓜新品种天发黑无籽1号的选育

天发黑无籽1号是以QWM-14(2n=4x=44)为母本、QWF-06(2n=2x=22)为父本杂交选育的三倍体无籽西瓜新品种。该品种中晚熟,在河南春季大棚栽培全生育期105 d左右,果实发育期32~33 d。果实圆球形,果皮纯黑覆浓蜡粉,外形美观,整齐度好;单果质量6~8 kg,667 m^(2)产量4000 kg左右,嫁接栽培667 m^(2)产量5000 kg左右。瓜瓤鲜红色,瓤质硬脆,白秕籽小且少、汁液多;果皮厚度1.2 cm左右,中心可溶性固形物含量(w,后同)12.40%左右,边部10.30%左右。在我国河南、山东和陕西等省均可春季大棚栽培。2018年6月通过农业农村部非主要农作物品种登记。

水通道蛋白与高等植物的耐盐性

水通道蛋白是一类特异的、高效转运水及其它小分子底物的整合膜蛋白,在植物中具有丰富的亚型。水通道蛋白通过转录调控、门控机制、聚合调控、重新定位等多种活性调控方式影响细胞膜系统的通透性,参与调节植物的水分吸收和运输。盐害引起渗透胁迫、离子毒害、活性氧胁迫,影响植物生长;水通道蛋白通过多种调控方式,全程参与植物的盐胁迫应答。结合水通道蛋白的功能特征及盐胁迫对高等植物的影响,综述了水通道蛋白在植物盐胁迫应答过程中的功能,并探讨了水通道蛋白研究的重点方向。

黄萎病菌侵染下陆地棉Dirigent-like蛋白基因表达差异分析

目的发掘陆地棉Dirigent-like蛋白基因家族,明确不同黄萎病抗性品种间该基因家族成员的多态性及表达差异。方法利用Illumina Hiseq 2000测序平台,通过RNA-Seq测序技术,获得黄萎病菌侵染陆地棉抗病品种和感病品种的Dirigent-like蛋白基因家族成员Unigene序列;采用生物信息学软件对其进行核苷酸序列及编码蛋白的多重比对和系统进化分析;针对该家族成员设计特异的quantitative real-time PCR引物,在Applied Biosystems 7500 Real Time PCR System上使用SYBR green PCR试剂盒标记反应产物,棉花Gh ACTIN为内标,采用2-ΔΔCt法分析抗病品种冀79、感病品种TM-1中该基因家族成员在0 h及受侵染1、8、24、48、72和96 h后的表达差异。结果获得12个陆地棉Dirigent-like蛋白基因家族成员;该家族成员分属3个进化群,基因间存在4个保守结构域。其同源基因在D5基因组染色体上,主要集中于第2、3、6、7、9、10、13染色体。陆地棉受黄萎病侵染后,Dirigent-like蛋白基因抗病、感病品种间差异表达,抗病品种冀79受黄萎病菌侵染1 h时上调2倍以上的有Gh DIR4、Gh DIR6、Gh DIR7、Gh DIR9、Gh DIR10和Gh DIR11,其中,Gh DIR9上调6.5倍;侵染8 h时Gh DIR1、Gh DIR4、Gh DIR7和Gh DIR11上调,有2个上调2倍以上;侵染24 h时仅Gh DIR4上调2倍以上;侵染48 h时Gh DIR1、Gh DIR4、Gh DIR7和Gh DIR11上调达到2倍以上;侵染72 h时仅Gh DIR9上调2倍以上,达到6.4倍;侵染96 h时仅Gh DIR4上调2倍以上。感病品种TM-1受侵染1 h时仅Gh DIR7上调2倍以上;受侵染8 h时Gh DIR7上调325倍,Gh DIR10上调2倍以上;侵染24和48 h时Gh DIR4、Gh DIR5、Gh DIR6、Gh DIR7、Gh DIR9、Gh DIR10急剧上调,Gh DIR7、Gh DIR9、Gh DIR10上调10倍以上;受侵染72 h时Gh DIR4和Gh DIR7还保持较高的表达量;侵染96 h时Gh DIR5、Gh DIR6、Gh DIR7、Gh DIR9、Gh DIR10和Gh DIR11保持较高的表达量。由此看出,受黄萎病侵染时抗病种质冀79 Dirigent-like蛋白基因家族成员上调表达要早于感病品种,但是,该基因家族成员在感病品种受侵染8 h后上调倍数远远高于抗病品种,而且到96 h时其表达量还较高;抗病品种上调的Dirigent-like蛋白家族成员Gh DIR4、Gh DIR7、Gh DIR9和Gh DIR11值得关注;Gh DIR6、Gh DIR7、Gh DIR9和Gh DIR10在感病品种TM-1中上调显著。此外,抗病、感病品种间Gh DIR1、Gh DIR3、Gh DIR5、Gh DIR8、Gh DIR10和Gh DIR12存在核苷酸多态性。结论 Dirigent-like蛋白与黄萎病菌侵入后棉花植株的抗性反应相关。

RNAi干扰油菜Δ^(12)-脂肪酸脱饱和酶基因的表达效果

为进一步研究RNA i介导的Δ12-脂肪酸脱饱和酶(FAD2)干扰基因对油菜内源FAD2基因表达的影响,以油菜肌动蛋白(-βActin)基因为内参照基因,提取转基因油菜幼嫩种子总RNA,通过半定量RT-PCR检测内源FAD2基因的相对表达量。结果表明,T1,T3代转基因种子中FAD2基因的相对表达量与对照相比明显降低。对T3代种子的油酸含量的分析表明,转基因油菜种子中油酸的含量比野生型增加了13.90到32.20个百分点,直接说明RNA i干扰体下调了FAD2基因的表达。因此,种子内源表达的FAD2基因被RNA i干扰体有效沉默,并且产生了能够稳定遗传两代的表型变化。

生长素合成关键酶基因iaaM种子特异表达载体的构建及转基因油菜的获得

生长素是重要的植物激素,它对植物的生长发育具有重要的调控作用,它能诱导营养物质向其含量高的部位运输。通过转基因技术提高内源生长素在油菜种子中的含量,诱导营养物质向种子运输,为提高油菜灌浆速度,增加产量提供了新的研究方向。iaaM基因编码的色氨酸单加氧酶是催化色氨酸(Trp)转变为生长素(IAA)的关键酶,将iaaM基因与油菜(Brassica napusL.)种子发育早期特异性表达的储藏蛋白专一性启动子(Napin)融合并插入植物表达载体pCAMBIA3301中,构建iaaM基因的种子特异表达载体,并经农杆菌介导转化甘蓝型油菜。经PPT抗性筛选、GUS组织化学检测、PCR检测,初步证实外源基因已整合进油菜基因组,获得转基因植株。

综合性大学农学专业新农科建设的思考与举措——以郑州大学为例

持续推进新农科专业建设是涉农高校培养人才的重要举措之一,为国家乡村振兴战略实施提供人才保障。由于各个高校办学类型、办学层次、学科结构等存在差异,结合区域性农业发展对人才需求的不同,涉农高校之间新农科专业建设模式或举措应有所不同,以避免同质化。因此,该文以郑州大学为例,阐述了综合性大学新农科专业建设的思考和具体举措。

棉花类固醇5α-还原酶基因单核苷酸位点的变异效应

为了明确棉花种质资源中类固醇5α-还原酶(Steroid 5 alpha-reductase,DET2)基因单核苷酸多态性,了解核苷酸位点变异对其编码蛋白配体结合域的影响并开发功能分子标记,本研究采用同源基因特异扩增、测序的方法,筛查不同棉花材料的DET2基因编码区突变,分析DET2基因编码蛋白质的三级结构及配体结合位点及其与纤维品质和育性的相关性。结果表明,包含陆地棉、海岛棉、雷蒙德氏棉在内的13份棉属材料DET2基因序列一致性为98.7%,编码区25个碱基易突变位点中有8个位点涉及编码氨基酸变化;该基因编码的蛋白二级、三级结构基本相似,但是配体结合位点差异较大;编码蛋白配体结合域共有8种类型,与品种间SNP组合类型完全相符。DET2基因与棉花纤维品质形成相关,但与育性无关。

油菜茎秆几种发育相关酶的活性对茎秆抗倒伏性的影响

以抗倒伏性不同的2组油菜品种为材料,研究了油菜灌浆后期肉桂醇脱氢酶、β-1,3-葡聚糖酶、蔗糖合成酶和过氧化物酶活性与油菜抗倒伏性的关系。结果表明:灌浆后期抗倒伏品种4种酶的活性均高于倒伏品种,其中:肉桂醇脱氢酶活性在2组材料中均较高,而且差异较小;β-1,3-葡聚糖酶,蔗糖合成酶,过氧化物酶活性在抗倒伏油菜中显著高于其在倒伏油菜中的活性。肉桂醇脱氢酶在灌浆后期对油菜生长有重要作用,β-1,3-葡聚糖酶、蔗糖合成酶、过氧化物酶在抗倒伏性不同的品种间存在差异,这进一步说明油菜茎秆纤维素、木质素的累积特性可能是影响油菜茎秆抗倒的原因之一。

农杆菌介导的小麦成熟胚遗传转化影响因素分析

为解决农杆菌介导的小麦成熟胚遗传转化效率较低的难题,以春小麦Bobwhite成熟胚为外植体,分析植物激素、愈伤组织预培养时间、侵染时间和共培养阶段干燥处理对小麦成熟胚愈伤组织遗传转化的影响,并在遗传转化处理中辅以3个组织再生相关基因(TaSERK1、TaSERK2、TaNiR)的qRT-PCR分析。结果表明,愈伤组织预培养阶段添加适量的2,4-D和Picloram均可诱导成熟胚愈伤组织的形成,但是2mg·L^(-1)Picloram培养基中愈伤组织的胚萌发率为20.78%,远高于2,4-D诱导的胚萌发率(11.38%);共培养阶段对农杆菌侵染的愈伤组织进行干燥处理能适当提高愈伤组织的转化效率;qRT-PCR分析发现再生相关基因TaNiR相对表达量的增加能适当提高愈伤组织的转化率。

白菜同源多倍体减数分裂期联会复合体蛋白ZYP1的细胞学分析

为解析多倍体植物减数分裂期同源染色体的正常配对和联会的细胞学机制,以白菜同源多倍体为研究对象,利用免疫荧光分析技术,解析了联会复合体相关蛋白ZYP1在减数分裂前期I过程中的细胞学行为。结果表明:与二倍体相比,白菜同源多倍体减数分裂期同源染色体联会、配对及分离过程基本正常,联会复合体蛋白ZYP1抗体荧光信号变化趋势基本一致,但ZYP1免疫荧光信号显著增强。因此,与二倍体相比,同源多倍体植物很可能通过增强联会复合体蛋白ZYP1的表达水平,以协调同源染色体的正常联会与配对,进而保证多倍体植物的正常减数分裂过程。

VIGS基因沉默技术在作物基因功能研究中的应用与展望

随着作物基因组测序工作的陆续完成,大量影响作物重要农艺性状的基因功能等待挖掘。由于缺少高效的遗传转化方法,多种作物的基因功能研究进展缓慢。病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术不依赖遗传转化,通过病毒载体接种即可在当代植物体内实现对靶向基因的沉默。VIGS技术因其起效时间快、沉默效率高、操作成本低、便于高通量和应用植物范围广等特点,被越来越多地应用于不同作物基因功能和代谢通路解析的反向遗传学研究中。介绍了VIGS的技术原理及其发展过程,系统归纳了VIGS在不同作物中的应用,总结和讨论了现有VIGS应用的局限性以及影响其沉默效率的几个关键因素,并对VIGS技术在未来植物生物学研究中的应用进行了展望,以期为VIGS技术的进一步应用和发展提供参考。

同源多倍化对拟南芥减数分裂前期Ⅰ过程的影响

为研究同源多倍化对拟南芥减数分裂前期Ⅰ过程的影响,以哥伦比亚生态型(Columbia)二倍体拟南芥为试验材料,经0.2%秋水仙素加倍处理,利用流式细胞仪和细胞学方法鉴定倍性,获得同源多倍体拟南芥;分析同源多倍体拟南芥的形态特征,利用荧光显微观察不同倍性拟南芥的减数分裂前期Ⅰ过程,并利用荧光定量PCR技术分析与减数分裂前期Ⅰ过程相关的基因的表达变化。结果表明,与二倍体拟南芥相比,在细胞学水平上,不同倍性拟南芥的减数分裂过程基本一致;在分子水平上,多倍化对拟南芥减数分裂产生一定影响,同源重组相关基因的表达量呈现上调或下调的变化,且功能相关或有相互作用关系的基因的表达量变化趋势相似。

杀雄剂SQ-1诱导玉米雄性不育效果研究

[目的]分析杀雄剂SQ-1对玉米的杀雄效果。[方法]对5个不同的玉米品种(浚单22、德农20、吉祥一号、郑单958、蠡玉)在散粉前7 d喷施浓度为5 kg/hm^2的SQ-1处理,利用离体萌发法、碘-碘化钾染色法和TTC染色法3种方法分别鉴定花粉活力,并对比分析其穗型、顶端雄穗育性以及植株整体生长情况。[结果]经SQ-1处理的玉米植株,其穗小且籽粒少,顶端雄穗花粉数量少且活力差,花粉粒活性变弱。[结论]SQ-1对玉米花粉有较显著的杀雄效果,可以作为玉米化学杀雄的有效途径之一。