草地早熟禾PpSWEET1b基因克隆及功能研究

SWEETs糖转运蛋白是一类在真核生物和原核生物中均存在的促进糖通过细胞膜流动的转运蛋白之一,参与调控植物的生长发育和胁迫响应过程。以草地早熟禾品种蓝月为材料,以叶片cDNA为模板克隆PpSWEET1b基因,采用花序侵染法转化拟南芥,获得了PpSWEET1b拟南芥过表达株系,并研究干旱和低温胁迫对转基因和野生型拟南芥生长、生理及基因表达的影响。结果表明:干旱和低温胁迫下,PpSWEET1b过表达植株生长状态均优于野生型,叶片MDA含量显著低于野生型,但葡萄糖含量较野生型显著增加,抗旱性和抗寒性明显增强;PpSWEET1b过表达植株可能协同SWEET2和SWEET3共同参与了对低温的响应。此外,以叶片DNA为模板克隆了PpSWEET1b基因的启动子序列,顺式作用元件预测发现,其含有多个与胁迫和激素响应、光响应相关的元件。综合以上结果表明,草地早熟禾PpSWEET1b基因在耐旱和耐寒方面发挥着重要作用,可为草坪草抵抗非生物胁迫生物育种提供新的优异基因资源。

不同基因型长穗偃麦草幼胚诱导再生体系的构建和比较研究

长穗偃麦草是一种耐盐碱、高产优质的多年生牧草和生态草,在我国盐碱地改良和滨海地区生态环境建设中占有重要地位,但其生物技术体系尚不成熟。本研究以来源不同的8个长穗偃麦草种质为试验材料,利用组织培养技术开展幼胚再生体系构建,筛选适宜构建遗传转化体系的优异受体材料。结果表明,在改良后的诱导培养基(MS培养基+0.5 g/L L-谷氨酸+0.5 g/L L-脯氨酸+0.3 g/L酶水解酪蛋白+30 g/L麦芽糖+2 mg/L 2,4-D+7 g/L琼脂)上,长穗偃麦草种质培养第3 d形成较小的愈伤组织,培养4周后分化。不同基因型长穗偃麦草在相同培养基上的幼胚愈伤组织诱导率、分化率和再生时间差异显著,其中4号材料的幼胚出愈率高达97.92%,分化率为88.33%,生根率为100.00%,再生时间较短,为56.2 d,可作为长穗偃麦草遗传转化的理想底盘材料。

野牛草种质资源种子生物学特性及萌发特性研究

为探究野牛草(Buchloe dactyloides)种质的变异规律和遗传多样性,筛选优良种质资源,本研究选取50份野牛草种质资源的种子,对其形态特征、质量特征以及萌发特性等不同方面进行研究。结果表明:野牛草种子的生物学性状在不同种质资源间均存在显著性差异(P<0.05),具有丰富的遗传变异和改良潜力。种子各生物学性状之间存在一定的相关性;基于不同性状指标进行聚类50份种质分为3大类群,依此可以筛选出7份性状表现优良的种质材料。当年采收的野牛草各种质资源的种子均具有较高生活力,但在自然条件下其平均出苗率小于10%,存在明显休眠现象。剥除颖苞结构是打破野牛草种子休眠的前提,但去除颖苞的颖果仍需引发剂处理才能大幅度促进种子萌发,其中以去除颖苞结构结合GA_(3)溶液浸种的引发效果最好,且以2000 mg·L^(-1)浓度为最佳,野牛草种子的休眠基本可以完全解除。

中国退耕还草的土壤碳固持效应及影响因素

基于检索1950-2016年发表在中国知网、Google Scholar、Web of Science等数据库的文章,筛选出关于我国退耕还草工程与土壤有机碳的文献123篇(126个研究地点)。基于筛选文献,提取了农田和恢复草地的土壤有机碳含量、土壤有效养分含量、恢复时间和气候等数据735条,旨在探究我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响及其主导因素。结果表明:1)农田恢复为草地后,土壤有机碳含量呈先下降后上升趋势(时间拐点约为第6年),整体上退耕还草工程使土壤有机碳含量提高了19.8%。2)土壤有机碳的正响应随土壤深度增加而减弱,且深度超过1 m时其正响应不明显。3)土壤有效氮是影响土壤有机碳恢复的主要因素,而土壤有效磷和植物功能群对其影响不大。4)沿着增加的水分梯度,土壤有机碳的恢复效果由负变正,转变阈值为25.15 (干旱指数)。总体而言,我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响为正效应,此效应受环境梯度和恢复时间的共同影响。本研究能够为我国土地利用变化背景下土壤碳库管理的相关决策提供科学依据。

内蒙古荒漠草原东部植被指标动态变化及其与气候变化的关系

本研究以内蒙古荒漠草原东部的苏尼特右旗为研究区域,利用2003—2013年草原植被高度、覆盖度、鲜草和干草产量等植被指标动态变化数据,结合水热等重要气候因子,分析了区域植被指标时空动态变化与气候因子变化趋势,并对植被指标动态变化与气候变化最佳模型进行评价与筛选。结果表明,该区域气温和降水量整体呈“冷干化”趋势,植被覆盖度、高度、草产量与降水量呈正相关关系,与气温呈负相关关系;降水量对荒漠草原植被影响更大。植被年最大高度、覆盖度、草产量与水热因子存在时滞效应。植被高度、鲜草产量、干草产量与水热因子最优拟合模型均为二项式模型,植被覆盖度与水热因子最优拟合模型为幂指数模型。

野牛草碳氮磷密度分配特征

为探究不同野牛草(Buchloe dactyloides)种质资源在同一种植条件下生物量和碳(Carbon, C)、氮(Nitrogen, N)、磷(Phosphorus, P)元素的分配规律,本研究以40份野牛草种质资源为研究对象,通过分析种植一年的野牛草的生物量和C,N,P含量及密度特征,发现地上生物量和C密度均是地下的两倍左右,地上N,P密度略小于地下部分,这说明野牛草N,P养分优先供应给根系,生物量和C养分优先分配给地上部分。通过因子分析将野牛草C,N,P密度及比值等18个指标浓缩成4个因子,聚类分析将野牛草种质资源分为5类,C,N,P密度及比值特征相近、地理种源相近的种质资源大多被分在同一组,其中HC-16,5-1B,71-10A,7-1C,A,8-1A,53-2A,63-5B,26-3A这9个种质资源在种植条件一致的情况下表现良好,均具有较高的C,N,P含量及较大的生物量,抗逆性较好,适宜应用于多种生境环境推广种植。

光暗周期对野牛草生长及生理影响

为了探索野牛草(Buchloe datyloides)生长最适光周期,本研究选取两个野牛草品种‘Sundancer’和‘Texoka’,设置3个不同光周期处理,光照/黑暗分别为12 h/12 h、16 h/8 h、22 h/2 h。对株高、地上生物量、匍匐茎数量、叶茎形态学及生理指标测定分析,结果表明:1)光照时间的延长对野牛草株高、地上生物量积累和匍匐茎数量均有促进作用,且在光照/黑暗为22 h/2 h处理下促进效果最明显。2)形态学上,光照/黑暗为22 h/2 h处理下叶片较宽且维管束密度大,茎杆叶鞘较其他处理更为紧密。3)延长光照时间有利于野牛草可溶性糖和淀粉等光合产物的积累,三者在光照/黑暗为22 h/2 h处理下积累量显著高于其他处理(P <0.05)。根据上述结果并结合隶属函数法综合分析,结果表明,光照/黑暗为22 h/2 h处理更有利于野牛草的营养生长。研究结果对于阐明野牛草对光周期的反应机理、加速新品种培育提供理论参考。

我国乡土草选育的现状、关键科学问题及发展方向

乡土草是重要的草类植物种质资源,具有抗逆性强、适应性广、类型多样等特性。可经过人工栽培和驯化选育为草类植物新品种,也可利用其优异基因资源,创制和改良现有的牧草品种。乡土草是我国畜牧业发展和生态修复的重要物质基础,但目前我国乡土草品种匮乏、种子产量低,已成为制约草种业发展的“卡脖子”问题。本文从三个方面综述了我国乡土草育种现状:(1)我国乡土草资源丰富,但亟待加强收集、保存与利用;(2)我国具有自主知识产权的乡土草品种匮乏;(3)乡土草驯化选育以常规育种为主,分子育种发展滞后。基于研究现状和发展前沿笔者认为未来应重点关注:(1)乡土草抗逆(抗寒、抗旱、抗盐碱)、高产(草产量、种子产量、落粒、裂荚、开花期等)、优质(粗蛋白含量、香豆素含量、消化率等)性状的精准鉴定;(2)乡土草抗逆、落粒、休眠、萌发、结实率等重要农艺性状形成的分子机理和调控网络;(3)乡土草新品种与土壤、家畜和微生物的互作机制等关键科学问题。围绕以上科学问题开展乡土草抗逆、高产和优质等性状形成的生物学基础研究并建立现代高效育种和繁育技术体系有助于加速选育具有我国自主知识产权的乡土草新品种,促进其推广应用,攻克草种业“卡脖子”问题,保障国家的食物安全和生态安全。

施氮量对野牛草物质积累及氮素利用效率的影响

本研究以野牛草(Buchloe dactyloides)‘Sundancer’和‘Texoka’两个品种为试验材料,分别设置不施氮(N0),施氮量500 mg·kg^(-1)(N_(1))、1500 mg·kg^(-1)(N_(2))、2500 mg·kg^(-1)(N_(3))和5000 mg·kg^(-1)(N_(4))5个处理,旨在探究施氮量对野牛草物质积累和氮素利用效率(NUE)的影响,为野牛草氮肥管理提供理论依据。结果表明:相较于缺氮环境,施氮量500mg·kg^(-1)为最佳施氮量,野牛草叶绿素、还原糖、可溶性蛋白、硝态氮、铵态氮、总氮、总碳含量和生物量显著提高(P<0.05)。当施氮量超过500 mg·kg^(-1)时,硝态氮、铵态氮、总氮、总碳含量和生物量略有提高,但NUE显著下降(P<0.05)。当施氮量超过2500 mg·kg^(-1)时,还原糖、硝态氮含量和生物量显著降低(P<0.05),抑制野牛草生长和物质积累。野牛草对低氮环境的耐受能力较强,在缺氮环境中可能通过大量积累淀粉、可溶性糖等物质来提高抗逆性。在相同施氮量下,‘Texoka’品种的生产能力和氮素利用效率比‘Sundancer’更高。

不同苗后茎叶除草剂对野牛草初建草坪杂草的防效及安全性评价

为有效防除野牛草(Buchloe dactyloides)草坪杂草、提高野牛草建坪质量,以野牛草初建草坪为研究对象,在对杂草谱构成与生物学特性调查的基础上,对不同苗后茎叶除草剂的杂草的防除效果及对野牛草的安全性进行了比较分析。结果表明:施药后第15天,灭草松和乙羧氟草醚对阔叶杂草的株防效较高,分别为88.76%和88.30%,苯唑草酮对禾本科杂草的株防效最高,为90.02%;第30天,苯唑草酮对阔叶杂草和禾本科杂草的鲜重防效均最高,分别为97.89%和89.51%。二氯吡啶酸对野牛草株高生长影响最小,株高抑制率为7.11%,新生匍匐茎为1.6个;氯氟吡氧乙酸异辛酯和精噁唑禾草灵对野牛草生长影响较大,株高抑制率均超过50%,其中精噁唑禾草灵严重抑制新生匍匐茎的形成。综合杂草防效及对野牛草的安全性,以苯唑草酮为野牛草最适除草剂。