单株籽粒丰产甘蓝型油菜理想株型构建研究

为了探明影响油菜单株籽粒产量的株型因素,构建单株籽粒丰产甘蓝型油菜理想株型,对湖南有代表性的3个甘蓝型油菜品种,进行了3个不同肥力的处理,通过无损测量的方式获得了81个植株苗期、初花期、盛花期、角果期等4个生育期的,包括叶面积、角果面积、籽粒产量等在内的11个株型指标,并开展了相关株型研究。对不同生育期相关株型指标进行分析,探明了相关株型指标的基本生长规律。对与籽粒产量相关的株型指标进行了分析,发现不同生育期的诸多株型指标与其呈极显著相关,其中角果期各分枝籽粒产量、角果数、分枝长和角果面积与单株籽粒产量均呈极显著正相关,且各分枝相应株型指标的相关系数呈相似变化规律;分枝数、叶面积、绿叶数、根颈粗和株高与单株籽粒产量均呈极显著正相关性,且相关系数按不同生育期呈现相应的变化规律;分枝高度和分枝相对高度与单株籽粒产量呈极显著负相关,分枝段相对长度与单株籽粒产量呈极显著正相关。分析了单株产量前10%和20%的植株相关特征和生长规律,除分枝高度和分枝相对高度明显降低外,其他株型指标较总体样本相应指标均不同程度地增加,产量前10%样本与产量前20%样本表现出相似规律,只是相应值增加或减少的幅度更大。对不同生育期油菜理想株型特征采取了定性加定量的方式进行描述,理想株型具有“光合器官(叶、角果)表面积大,根颈粗壮、分枝位低、相对抗倒,二次分枝以及相应角果数明显增多”等特征。从光合效能原理、形态结构原理和源、库、流原理等三个方面对油菜理想株型形成的原理进行了分析,并对油菜理想株型的构建策略、应用方法、研究存在不足进行讨论。

稻田不同轮作系统作物产量、效益和氮素吸收及前后作土壤养分动态比较研究

于2012~2013年在江西省油菜主产县(市)开展田间试验,比较研究了稻田不同轮作系统对作物产量、经济效益、养分吸收利用以及土壤养分含量的影响。结果表明:与冬季休闲后种植水稻相比,冬季种植油菜后早、中、晚稻的平均单株有效穗数分别提高了7.54%、2.63%和0.47%,平均单株实粒数分别提高了12.73%、5.82%和0.03%,平均产量分别提高了10.03%、8.75%和4.59%;在6种轮作系统中,以油菜-早稻-晚稻轮作系统的经济效益最高;冬季种植油菜可以提高早稻和中稻的氮、磷、钾素的总积累量和吸收利用率;冬季种植油菜还可以提高稻田土壤的有机质、有效磷和速效钾的含量,降低稻田土壤的pH值。

作物叶面积测量的研究进展

对作物叶面积测量理论和方法进行梳理,综述了基于单叶叶面积、单株叶面积、群体叶面积3个维度进行叶面积测量的研究进展,提出作物叶面积测量的物理原理、数学建模原理、光学特征提取原理的理论分类,从精确度、有损和无损测量2个角度分析了叶面积测量的研究进展,并对叶面积测量技术发展趋势进行展望。

油菜理想株型研究进展

本文定义了油菜理想株型的内涵,强调油菜的多功能性和理想株型的功能特定性。油菜理想株型是实现油菜某种特定功能,有利于相关经济效益最大化所具备的植株形态。阐明了油菜单株株型和群体株型两个维度之间的关系。梳理了油菜株型研究的基本脉络,提出油菜理想株型研究的四个阶段:初级阶段、成熟阶段、数字化阶段和分子生物技术阶段。系统构建了油菜株型的指标体系,株型指标包括了根、茎、叶、分枝、花、角果以及冠层结构形态等。归纳并提出了形态测量法、经验总结法、试验统计法、数字模拟法、栽培调控法和遗传改良法的油菜株型研究方法划分,提出了光合效能原理,形态结构原理,源、库、流原理,作物生理原理的油菜株型研究基本原理分类。介绍了基于籽粒丰产、基于机械直播、基于菜用或饲用、基于观赏性的四种典型油菜理想株型特征和内涵。分析了油菜株型研究存在的不足,并对油菜理想株型的基本特征、建构策略和研究趋势进行了讨论和展望。

甘蓝型油菜磷脂二酰甘油酰基转移酶(BnPDAT1)cDNA的克隆和功能鉴定

磷脂二酰甘油酰基转移酶（phospholipids：diacylglycerol acyltransferase,PDAT1）是植物三酰甘油（triacylglycerol,TAG）合成的关键酶。本文在甘蓝型油菜湘油15号c DNA中克隆到3个PDAT1全长编码序列（coding sequence,CDS）,经比对分别定位于A02、A10、C09染色体,分别命名为Bn PDAT1-A02、Bn PDAT1-A10和Bn PDAT1-C09,其序列长分别为1998、2002和2005 bp,各自编码665、666、667个氨基酸。预测Bn PDAT1基因编码蛋白定位于细胞质膜,具有典型的PDAT1保守结构域。多序列比对和进化分析表明,Bn PDAT1基因编码蛋白与甘蓝、拟南芥、亚麻芥PDAT1蛋白具有较高的同源性。酵母互补实验证实,该基因编码蛋白具有PDAT1酶活性。Bn PDAT1基因在湘油15号中的表达现先上升后降低趋势,在开花后25~30 d达最大值,但3个拷贝的表达变化规律存在差异。

六个甘蓝型油菜油酸脱氢酶(FAD2)假基因的克隆和分析

以甘蓝型油菜湘油15为材料,采用PCR方法克隆并分析了56个FAD2基因克隆和47个FAD2基因cDNA克隆,从中发现6个新的FAD2拷贝。它们与公布的甘蓝型油菜FAD2基因(AY577313)具有87.0%以上的同源性,没有内含子,在开放阅读框中存在1～12个终止密码子,其中有2个拷贝具有转录功能。将这6个FAD2拷贝在酿酒酵母中进行体内表达实验,通过气相色谱检测脂肪酸组成证明其不具备油酸脱氢酶功能,与对照相比,也没有改变酵母体内脂肪酸组成。由此推测这6个FAD2拷贝为假基因。

DOF转录因子AtDof1．7RNA干扰载体的构建及拟南芥的遗传转化

DOF(DNA binding with one finger)转录因子是植物特有的转录因子家族,含有一个独特的富含Cys残基的单锌指DNA结合区域,在植物生长发育中参与多种生物学过程。本研究根据拟南芥AtDof1.7基因(GenBank登录号为AT1G51700)序列设计含有不同酶切位点的特异性扩增引物,以拟南芥总DNA为模板,扩增AtDof1.7基因片段,将AtDof1.7基因正向反向分别插入表达载体的相应位置,构建成AtDof1.7基因的RNA干扰载体pADOF1。利用改良的floral-dip方法将干扰载体pADOF1成功转入野生型拟南芥,经草甘膦抗性筛选和PCR检测获得5株阳性转基因植株。利用RT-PCR技术和气相色谱法分别分析了AtDof1.7基因的表达和种子脂肪酸组成,结果表明,5株转基因植株中AtDof1.7基因的表达量不同程度低于野生型植株,种子油酸含量明显上升,亚麻酸含量明显下降,说明AtDof1.7转录因子与拟南芥种子脂肪酸代谢途径有一定的关系,为进一步研究其在脂肪酸代谢过程中的调控作用以及在油菜中研究该类转录因子的功能奠定了基础。

氮肥用量对迟直播早熟油菜产量及氮素利用效率的影响

为了探讨江西省双季稻区冬闲稻田早熟油菜高效生产及合理高效的氮肥调控模式,以早熟杂交油菜丰油730和早熟常规油菜1358为试验材料,于2012^(-2)013年在江西省油菜主产县(市)设置10个田间试验和7个施氮处理(N0、N90、N120、N150、N180、N210和N240,数字表示纯氮用量,单位为kg·hm^(-2))。通过大田试验,研究不同氮肥用量对江西双季稻区冬闲稻田早熟油菜干物质积累、产量构成因素、产(油)量、效益及氮素吸收和利用等影响。结果表明:早熟油菜单产比较低,早熟杂交品种丰油730单产比早熟常规品系1358高,合理氮肥施用(N180)条件下各试验点平均增产显著,产量分别达1 700kg·hm^(-2)和1 500kg·hm^(-2)左右;与对照(不施氮)相比,施氮显著提高了油菜产(油)量、干物质累积量和效益,两个早熟品种平均产(油)量增幅均在75%以上,效益增幅达80%以上;但当施氮量高于180kg·hm^(-2)(即N210和N240),氮肥的增产效应不显著,产油量和经济效益则明显降低。采用线性加平台回归模型对产量和施氮量关系进行拟合,结果发现,丰油730和1358各试验点肥效模型的拟合均达到显著水平。在各个试验点的推荐用氮量上,丰油730为157~224kg·hm^(-2),1358为159~199kg·hm^(-2)。两个早熟品种施氮150kg·hm^(-2)处理和180kg·hm^(-2)处理间氮肥农学利用率(ANUE)差异未达到显著水平,与其他处理间氮肥农学利用率(ANUE)差异均达到显著水平,且显著高于其他处理。因此,利用双季稻区冬闲稻田种植早熟油菜来扩大种植面积可迅速增加油菜籽总产,江西双季稻区冬闲稻田早熟迟直播油菜施纯氮150~180kg·hm^(-2)能较好地协调油菜高效生产与氮肥合理利用的统一。

施氮量与花期水分胁迫对不同氮效率油菜产量性能及氮肥利用效率的影响

为了明确花期水分胁迫下施氮对油菜产量形成、产量性能及氮肥利用效率的影响,以2个氮高效基因型(Monty和湘油15)和2个氮低效基因型(R210和Bin270)为供试材料,在不同氮水平(低氮0.05 g/kg,中氮0.2 g/kg,高氮0.4 g/kg),研究了花期水分胁迫下氮肥对不同氮效率基因型油菜产量、产量性能及氮肥利用效率的影响。结果表明,水分胁迫明显抑制了油菜的产量、产量性能和氮素吸收利用能力;就不同施氮量看,少量或过量施氮影响油菜产量及产量性能,所有供试材料的单株角果数、干物质量、收获指数和产量在中氮(0.2 g/kg)处理效果表现最好;水分对油菜生长发育的影响大于氮素养分,氮高效基因型对水分胁迫具有一定的减缓作用;适量供氮能够减轻水分胁迫对油菜生长发育的影响,氮高效基因型较氮低效基因型对水分和氮素胁迫具有更强的适应性。

控释氮肥用量对早熟油菜产量及氮素吸收利用的影响

为给控释氮肥在双季稻区早熟油菜生产上大面积应用提供依据,研究控释氮肥用量对早熟油菜产量及氮素吸收利用的影响,以早熟常规油菜"1358"为材料,于2012-2013年在江西省油菜主产县(市)设置6个田间试验,调查控释氮肥用量对早熟油菜产量、产油量及氮素吸收利用的影响。结果表明,控释氮肥施肥效应与普通氮肥施肥效应均有随施氮量的增加而增产的趋势。等量控释氮肥一次性基施比普通尿素分次施用增产,甚至适量降低控释氮肥用量也能达到普通氮肥合理施用量的产量水平,同时提高了氮肥利用率。在180kg/hm^2施氮水平下,控释氮肥一次性基施较普通尿素分次施用(底施60%,苗期施20%和抽薹期施20%)显著增产,油菜籽粒增产7.64%,产油量提高8.30%,氮肥利用率增加2.27个百分点。江西省双季稻区早熟油菜最适控释氮肥施用量为150kg/hm^2。

甘蓝型油菜油酸脱氢酶基因(fad2)多个拷贝的发现及分析

以甘蓝型油菜湘油15为材料,随机挑选56个来自基因组的fad2基因克隆、47个来自幼苗整株的fad2基因cDNA克隆和9个授粉27d后种子中fad2 cDNA克隆进行双向测序。基因组中56个fad2序列的碱基同源性为91.0%～99.9%,从中得到11个差异序列,即11个不同的fad2基因拷贝。将其翻译成氨基酸序列发现,6个拷贝在编码区中出现多个终止密码子,另外5个的同源性为90.60%～99.74%,与47个来自幼苗整株的fad2基因cDNA序列进行比较,发现fad2基因没有内含子。从种子中的9个fad2 cDNA克隆序列中找到2个有差异的cDNA,它们的编码区中没有终止密码子,说明在种子中有多个fad2基因表达。基因组中的11个拷贝根据同源性可分成两组,命名为fad2I和fad2II。RT-PCR分析发现在授粉27d的种子中fad2I有较强表达,fad2II没有表达;但在叶片中两者都有表达。

蛋白质组学及植物蛋白质组学研究进展

随着功能基因组学研究的深入进入了蛋白质组学的研究。阐述了蛋白质组学和植物蛋白质组学的概念及研究的技术手段、应用,同时综述了蛋白质组学和植物蛋白质组学研究的策略和趋势。

氮肥用量对稻田迟直播油菜产量、效益及氮素吸收和利用的影响

以＂赣油杂5号＂为试验材料,通过大田试验研究氮肥用量对江西双季稻区迟直播油菜产量、效益、花后干物质转移及氮肥吸收和利用的影响。结果表明：与对照（不施氮）相比,施氮显著提高了油菜产量和效益,增产幅度在49.65%~66.75%,效益增幅达50%以上,但当施氮量高于180 kg/hm2,增施氮肥的增产效应不显著,经济效益、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率则明显降低;N150处理与N90和N120处理间氮肥农学利用率（ANUE）差异均未达到显著水平,N150与N180、N210和N240处理间氮肥农学利用率（ANUE）差异达到显著水平,且显著高于N180、N210和N240处理。因此,为达到同步实现油菜高产和氮肥高效利用,较好地协调油菜高效生产与氮肥合理利用的统一,江西双季稻区迟直播油菜生产适宜施氮量为150~180 kg/hm2。

甘蓝型油菜PIN家族基因的鉴定与生物信息学分析

PIN家族基因是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件,PIN基因编码生长素输出蛋白,介导生长素在植物体的运输,然而在基因组较复杂的甘蓝型油菜中缺乏系统研究。本研究运用生物信息学方法在甘蓝型油菜全基因组数据库筛选甘蓝型油菜PIN家族基因,对鉴定出的29个Bn PINs基因开展拷贝数变异、分子特征、跨膜结构域、保守基序、染色体定位、系统进化树构建、PIN蛋白二级结构及三级结构预测等研究,结合高通量转录组测序进行低氮胁迫下的转录水平分析。结果表明,甘蓝型油菜PIN家族基因拷贝数明显多于拟南芥、甘蓝和白菜所具有的PIN家族基因数量;Bn PINs蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白,含有保守的N末端结构域,二级结构与拟南芥PIN蛋白相似;系统进化选择能力分析表明,Bn PINs基因与甘蓝和白菜PIN家族基因进化关系相近。转录组测序表明,Bn PIN1s、Bn PIN2s、Bn PIN3s基因主要在甘蓝型油菜根部表达且受长期低氮(72 h)诱导,Bn PIN6s和Bn PIN8s基因主要在地上部表达,低氮会抑制Bn PIN6s表达。本研究结果为进一步研究甘蓝型油菜PIN家族基因生物学功能尤其是在响应低氮胁迫中的功能奠定基础,为已知大量数据的其他物种家族基因生物信息学研究提供参考。

甘蓝型油菜种质苗期氮素营养效率的鉴定与评价

为建立快速简便高效的油菜氮素营养效率的鉴定与评价方法,温室盆栽条件下设置土壤低氮(0.05g/kg)、中氮(0.2g/kg)和高氮(0.3g/kg)3个水平,测定了75份不同生态类型甘蓝型油菜种质的苗期形态性状及氮素吸收效率(NAE)和氮素利用效率(NUE)。结果表明:苗期各性状在不同氮素水平下对氮的敏感性不同,3个不同氮处理水平下单株根表面积的变异程度均表现为最大,低氮胁迫加大了种质间的差异。油菜种质氮素营养效率间存在明显的基因型差异,表现为高效和低效的较少,表现中效类型的种质最多;NAE和NUE间的相关性未达显著水平。以NAE作为氮素营养效率指标来鉴定与评价种质间苗期氮素营养效率差异应选择在低氮处理下,以单株地上干重和根冠比为间接指标进行选择效果明显。以NUE作为氮素营养效率指标来鉴定与评价种质间苗期氮素营养效率差异应选择在高氮处理下,以单株地上干重为间接指标进行选择效果明显。

早熟油菜不同生育时期对肥料氮的吸收和分配

为探讨早熟油菜对肥料氮的吸收和分配差异,以期为双季稻区早熟油菜合理施肥提供依据。以早熟常规油菜"1358"为试验材料,应用15N示踪方法,通过盆栽试验研究早熟油菜不同生育时期对肥料氮的吸收和分配规律。结果表明:早熟油菜不同生育期植株氮素总积累量整体偏低,施用基肥、苗肥和薹肥后影响器官的N素分配,其N素代谢及分配中心在不同时期相一致。在油菜的整个生育期中,叶片的氮素累积量高于茎秆和根,植株各器官中N素总量随着生育进程呈先升后降的趋势,生殖器官的N素积累量则呈逐增趋势,初花期的氮素累积量最高,3个处理初花期的氮素累积量分别为1.34,0.82,1.35 mg/株;基肥和薹期追施对早熟油菜后期生长和籽粒灌浆非常重要。

甘蓝型油菜种质氮素营养效率的鉴定及评价指标筛选

为建立甘蓝型油菜种质氮素营养效率的鉴定及评价方法,筛选合理的次级评价指标和氮素营养高效基因型,在田间小区试验条件下设置低氮(45kg/hm^2)、中氮(180kg/hm^2)和高氮(270kg/hm^2)3个施氮水平,测定了416份不同生态类型甘蓝型油菜种质植株性状及氮素吸收效率(NAE)、氮素利用效率(NUE)和氮收获指数(NHI)。各性状在不同氮素水平下对氮的敏感性不同,低氮下第一次有效分枝数的变异程度最大,单株籽粒重次之;中氮和高氮处理水平下单株籽粒重的变异程度均表现为最大,低氮胁迫加大了种质间的差异。油菜种质氮素营养效率基因型间差异明显,表现中效类型的种质最多,高效和低效的较少。油菜种质间成熟期NAE的鉴定与评价应选择在低氮处理下,以单株籽粒重、单株地上干重和株高为间接指标进行选择效果明显;油菜种质间成熟期NUE的鉴定与评价应选择在高氮处理下,以单株地上干重、第一次有效分枝数、单株籽粒重和每角粒数为间接指标进行选择效果明显;油菜种质间成熟期NHI的鉴定与评价应选择在低氮处理下,以单株籽粒重、单株地上干重和茎基粗为间接指标进行选择效果明显。

氮肥追施时期对油菜产量、效益及氮素吸收利用的影响

为推荐双季稻区油菜合理施肥时期,以中熟偏早油菜品种"赣油杂5号"为试验材料,于2010~2011年通过大田试验研究氮肥不同追施时期对油菜产量、效益及氮素吸收利用的影响。结果表明:不同追施时期条件下,N_(150)处理下仅追施1次氮肥的平均株高要高于N_(180)处理下仅追施1次氮肥的平均株高,而N_(150)处理下追施2次氮肥的平均株高要低于N180处理下追施2次氮肥的平均株高;多次追施比一次性全部追施油菜籽粒含油量高。N_(150)水平下各处理籽粒产量之间的差异均未达显著水平。在N_(180)水平下,腊肥+薹肥追施时期处理与其他增施腊肥处理籽粒产量之间的差异未达显著水平外,与其他处理均达显著水平,腊肥+薹肥处理油菜籽粒产量最高,效益最好;苗肥+薹肥追施时期处理的氮肥利用率、氮肥农学利用率、氮素吸收效率都最高。此外,双季稻区油菜生产第一次氮肥追施可适当延后。

不同甘蓝型油菜基因型氮营养效率差异的研究

通过田间小区试验,研究了江西省5个基因型油菜间的氮营养效率差异。结果表明:5个油菜品种的籽粒产量、生物产量、收获指数、氮效率和氮响应度在不同氮肥处理下均表现出明显的基因型差异;根据氮效率和氮响应度将5个油菜基因型分为4种类型,其中中双11号属于H-H型,湘杂油743属于L-L型,赣油杂5号和丰油730属于H-L型,蓉油10号属于L-H型;氮累积量不能反映氮效率类型,而氮利用效率和氮收获指数均能较好地反映氮效率类型。

油菜抗菌核病机制研究进展

菌核病严重影响油菜产量。开展油菜菌核菌致病机理研究可为选育高抗菌核病油菜品种提供理论基础。综述了油菜菌核菌的病原学特征、菌核菌致病机理、寄主应答以及油菜抗菌核菌分子机制的研究进展,并对油菜菌核菌致病机理所面临的问题和研究趋势进行了总结和展望。