不同花生棉花间作配比下的土壤养分、作物产量和收益研究

本试验以花生品种花育36号和棉花品种邯258为材料,研究不同花生棉花间作处理下的土壤养分、产量和收益表现。结果表明,与花生单作相比,花生棉花6∶4间作处理可显著提高土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,而花生棉花4∶2间作和4∶4间作处理则降低土壤有机质、全氮和有效磷含量;与棉花单作相比,花生棉花6∶4间作亦可提高其土壤有机质、有效磷和速效钾含量,且全氮含量降低较小。花生棉花6∶4间作可提高花生单株果重,比单作提高4.22%,但间作对花生百果重、百仁重和出米率影响较小。花生棉花不同间作处理的总收益均高于花生和棉花单作,且以4∶2间作处理的总收益最高,达38025元/hm^(2),其次为6∶4间作处理,为35760元/hm^(2),分别较花生单作提高19.41%和12.30%,较棉花单作分别提高39.59%和31.28%。综合考虑间作对生态效益和经济效益的影响认为,花生棉花6∶4间作为两作物间作的最优配比。

豆科作物氮素高效利用机制研究进展

工业氮肥的使用一定程度上满足了农作物高产的需求,但过量施用带来严重的环境生态问题,如何利用生物固氮提供的绿色高效氮素部分代替工业合成氮肥是当前研究的热点。虽然共生固氮体系效率较高,但肥料氮和根际微生物群落可能对结瘤固氮体系的利用产生消极影响。为此,本文从制约共生固氮体系高效利用的关键因素,即土壤有效氮含量及根际微生物群落入手,梳理了豆科植物-根瘤菌共生体系的建立及其对外源氮的响应以及根际微生物群落与根瘤菌共生效率的关系,总结分析了氮素高效利用的生理分子机制,通过优化调控技术提高氮素利用率,为豆科作物氮素高效利用提供理论支持。

芦笋腋芽一步成苗组培技术研究

本研究通过对外植体及其消毒方法、生根培养激素组合的筛选,建立了芦笋腋芽一步成苗的组培快繁方法。结果表明,以5~10 mm腋芽为外植体,接种在1/2MS+0.05 mg/L NAA+0.1 mg/L KT+1.0 mg/L嘧啶醇+1.0 mg/L IBA+2%蔗糖+0.65%琼脂的培养基上,30天左右即可生根,45天左右根长可达1 cm;再生根可分为3种类型,即从芽基部长出的粗壮肉质根(Ⅰ型)、从愈伤组织上再生的不定根(Ⅱ型)以及从芽基部长出的细长根(Ⅲ型),在确定的最适生根培养基上产生的根主要是Ⅰ型根。培养60天后芽伸长明显,长度可达3~5 cm;培养70天后,将生长健壮的生根苗进行炼苗后移栽,移栽成活率达98%以上。该方法能够为芦笋优异单株的快速繁殖提供解决方案,为规模化生产F1杂种提供技术支撑。

栽培花生两个亚种重组自交系子代的花序特征研究及开花关键基因AhFT家族分析

花序的着生位置和排列方式是栽培花生分类的重要依据。根据主茎上是否着生花序以及花序与营养枝在一级侧枝上的排列方式,将花生栽培种分为连续开花亚种和交替开花亚种。然而,两个亚种杂交后代形成的“中间型”品种的开花特征还不明确。本研究针对这一问题,构建了连续开花型和交替开花型花生杂交的重组自交系遗传群体,并调查了该群体子代的花序类型。研究发现,重组自交系后代可以分为8种类型,除了2种经典的连续开花亚种和交替开花亚种外,其余6种中,主茎是否着生花序与侧枝上花序连续或者交替着生没有相关性,表明一级侧枝花序排列方式与主茎是否存在花序无连锁关系。FloweringlocusT(FT)是植物关键开花激活因子。为了探究FT在花生开花习性和开花调控中的作用,本研究利用花生基因组数据库,鉴定出30个花生FT基因,这些基因可分为5个亚家族,分别为AhFT(AhTSF)、AhMFT、AhBFT、AhATC和AhTFL1亚家族。AhFT-21和AhFT-22在开花期表达较高,可能与花生开花调控密切相关。本研究为深入研究花生开花习性及调控机理奠定了基础。

分子标记辅助选育高产高油酸花生新品种舜花14号

舜花14号是以普通油酸含量的花育19号作母本及轮回亲本,高油酸花生开农176作父本,经TaqMan探针及KASP分子标记辅助选育而成的高产高油酸大花生品种。2019年开始参加山东省高油酸花生联合体新品种多点比较试验,荚果平均产量5601.90kg/hm^(2),较对照花育25号平均增产8.33%。2022年单粒精播高产攻关试验实打验收荚果产量9728.40kg/hm^(2),首创高油酸花生实打验收山东省高产纪录。品种籽仁蛋白质含量26.4%,含油量50.67%,油酸含量80.6%,亚油酸含量2.99%,O/L比值26.96。2022年9月通过国家非主要农作物品种登记,登记编号:GPD花生(2022)370149。

不同氮和钙肥用量对黑花生产量和品质的影响

黑花生因富含花青素而深受消费者青睐。为了探索黑花生高产优质的适宜氮肥和钙肥用量,本研究以黑花生品种济花黑1号为研究对象,设置不同的施氮量和施钙量处理,分析比较不同处理下农艺性状、荚果成熟饱满度、产量和品质的差异。结果表明,施氮120~360 kg/hm^(2)和施钙300~600 kg/hm^(2),花生荚果产量分别较不施氮和不施钙对照增产5.95%~15.56%和5.40%~10.39%,N240和Ca450处理产量最高。氮和钙促进了花生营养生长,提高了单株结果数、单株饱果数、饱果率、百果质量、百仁质量和出米率。N120和N240处理的荚果产量和成熟饱满度差异较小,且均显著高于对照;Ca450处理的荚果产量和成熟饱满度显著高于对照,在钙处理中表现最优;最优用量之后继续增施氮肥和钙肥不利于荚果发育和产量形成。施氮和施钙提高了花生籽仁蛋白质、脂肪、总氨基酸、精氨酸等营养物质含量,增加了油酸含量和O/L比值,降低了饱和脂肪酸(硬脂酸和棕榈酸)含量,提高了黑花生的营养品质和保健价值。施氮120 kg/hm^(2)和施钙450 kg/hm^(2)是黑花生高产优质高效栽培的优选施肥方案。研究结果为黑花生氮肥和钙肥合理应用提供了依据。

LEC1等转录因子基因在花生小种子突变体种子发育过程中的表达分析

花生突变体ssm1与其对照亲本鲁花11号(LH11)相比,种子皱缩变小,百仁重、单株生产力和含油量显著降低。为了探究导致该突变体种子变小且含油量降低的原因,本试验研究了种子发育关键转录因子基因LCE1等在突变体ssm1及其对照LH11合子受精及种子发育不同阶段的表达情况。结果表明,AhLEC1在花生未受精子房(DBP0)时期表达量较低,且在ssm1和对照LH11中无明显差异,在受精后的子房(DBP1)和入土10 d(DAP10)和20 d(DAP20)种子中表达量上调,并且在LH11中的表达量极显著高于突变体ssm1;转录因子基因AhFUS3、AhABI3、AhAGL15和AhWRI1在ssm1中表达均有不同程度下调。其中,与脂肪酸合成和糖酵解关系密切的AhWRI1基因在ssm1中的表达量显著下调。因此推测,ssm1中AhLEC1基因的表达量显著下调,影响AhFUS3、AhABI3和AhWRI1等基因的表达,进而导致ssm1种子胚胎发育和油脂积累的异常。

植物叶色变异的分子机理研究进展

植物叶色变异是自然界中较常见的现象。植物主要靠叶片进行光合作用,叶片颜色变化会直接影响植物的光合作用,进而可能导致植物生长发育不良甚至死亡,造成减产。另一方面,不同的叶片颜色变异是园艺植物多样性的来源之一,能显著提高植物的观赏价值和经济价值。因此,研究叶片颜色变异的机理一直是植物发育学研究的重要课题。影响植物叶片颜色的因素有很多,本文主要从叶绿素代谢、类胡萝卜素代谢、花青素代谢和环境因素等方面综述了植物叶片颜色变化的分子机理,并总结了叶色突变体在作物以及观赏植物中的应用,为植物遗传改良提供参考。

豆科植物结瘤固氮及其分子调控机制的研究进展

作为人类重要的蛋白质和脂肪来源,以花生、大豆为代表的豆科植物是世界范围内农业生态系统的重要组成部分,而氮肥的合理施用是保证其稳产增产的主要因素。豆科植物能够通过与根瘤菌形成共生关系结瘤固氮,从而可以减少氮肥使用量。豆科植物的结瘤过程受到信号传递系统的调控。其中,硝酸盐信号作为信号分子来调控包括豆科植物结瘤自主调控和氮代谢途径在内的关键基因表达。研究发现许多基因参与豆科植物结瘤固氮调控,例如NIN、HAR1、NORK、NSP_(2)等。豆科植物结瘤固氮的研究加深了人们对共生固氮的理解,为非豆科植物固氮改造奠定了基础,并为减少作物对氮肥的依赖和实现农业生产的可持续发展提供了新思路。调节豆科植物的结瘤平衡,充分利用豆科植物的固氮作用,探索最佳施氮量,有利于实现作物生产效益的最大化。本文根据国内外的相关研究,从以下四个方面进行综述:(1)豆科植物结瘤的分子调控机制;(2)豆科植物固氮的分子调控机制;(3)硝酸盐对豆科植物结瘤固氮的调控;(4)豆科植物固氮在生产中的应用。并对今后豆科植物结瘤固氮的研究趋势进行了展望。

盐胁迫下不同花生品种的类黄酮含量和抗氧化酶活性

花青素等黄酮类物质,既是人体所需的营养保健成分,也是介导植物适应逆境胁迫的重要代谢物。以3个不同种皮颜色的花生品种为研究对象,在苗期以150 mmol/L的NaCl进行盐胁迫处理,测定植株性状、类黄酮含量和抗氧化酶活性,分析不同品种的抗氧化能力和耐盐性。结果表明,盐胁迫抑制了株高、叶面积和生物量,3个品种的耐盐系数从高到低依次为济花黑1号、济花红1号、远杂9102。与远杂9102相比,济花红1号和济花黑1号MDA含量相对较低。盐胁迫显著提高了济花红1号和济花黑1号根系的SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性。济花红1号和济花黑1号根系类黄酮含量和在盐胁迫下的相对值大于远杂9102。相关分析表明,相对类黄酮含量和MDA含量与耐盐系数显著相关,类黄酮与SOD活性、MDA含量、株高和叶面积相对值极显著相关。盐胁迫引起济花红1号和济花黑1号类黄酮大量积累,激活了抗氧化保护能力,可有效降低MDA的积累,减轻氧化损伤,缓解盐胁迫对植株生长的抑制作用。研究结果为筛选和推广耐盐碱的彩色花生提供了依据。

基于转录组学和代谢组学解析氮调控花生结瘤固氮的机理

花生是一种重要的豆科作物,能与根瘤菌共生固氮,但该过程受到土壤中氮素的严格调控,施氮量过高时会形成“氮阻遏”效应。目前关于氮素调控花生结瘤固氮机理的研究较少。本研究以花育22号为试验材料,设置90 kg/hm^(2)氮处理和对照(不施氮),统计根瘤数、测定固氮酶活性并进行转录组学、代谢组学及双组学联合分析。结果表明,施氮处理显著减少根瘤数,降低根瘤固氮酶活性。经转录组分析,共鉴定出3123个差异表达基因,富集在生物过程、细胞组成和分子功能三大类;从中筛选出13个与氮调控花生结瘤固氮有关的基因,分别编码生长素应答蛋白和响应因子、鸟氨酸脱羧酶、天冬酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、苹果酸脱氢酶、苹果酸酶等。经液相色谱串联质谱法分析,共鉴定到201种差异代谢物,包括酚酸、黄酮、氨基酸等共12大类物质,其中黄酮类代谢物占比最高,约占19.9%。通过对转录组学和代谢组学的联合分析发现,氮素主要通过植物激素信号转导、次生代谢物生物合成、氮代谢等途径调控花生结瘤固氮。本研究结果可为深入研究氮素调控花生结瘤固氮的分子机理提供信息基础。

花生全程可控施肥理论与技术

本文针对花生的施肥现状,在明确花生生长发育需肥特点的基础上,提出花生全程可控施肥技术,建立花生简化、可控、高效、生态施肥与高效高产技术体系,实现花生不同生育期、地下分布差异的针对性施肥,促进植株抗性、荚果产量提高,同时降低氮肥等化学肥料的施用量,达到减肥、增效的目的,实现土壤的生态修复和土壤耕地的可持续性发展。

丛枝菌根真菌(AMF)对盐碱地花生根系土壤微生物的影响

为探究丛枝菌根真菌(AMF)对花生根系微生物群落结构和多样性的影响,本试验通过接种AMF探究其对花生根外、根围、根表、根际和根内微生物的影响。结果表明,接种AMF菌剂后花生根系土壤细菌和真菌的群落结构发生明显变化,物种丰富度均提高;细菌和真菌优势菌群中不同类别的比例发生了变化,比例增加最大的为放线菌门和子囊菌门。接种AMF菌剂能明显改变细菌和真菌群落显著差异物种,在细菌中差异较大的为芽单胞菌属和变形菌纲,在真菌中差异较大的为接合菌门和子囊菌门。本研究可为进一步筛选优良菌根菌、制备优良复合生物菌剂提供理论基础。

赤霉素与萘乙酸处理对芦笋种子萌发的影响

芦笋种子萌发时间长,萌发期间极易受环境条件影响。为了探究不同种类激素对芦笋种子萌发的影响,以不同浓度赤霉素(GA_(3))和萘乙酸(NAA)浸泡处理芦笋种子,对比分析不同处理间种子发芽率、发芽势、活力指数等发芽参数指标的变化。结果表明,GA_(3)可显著提高芦笋种子的发芽率、发芽势、发芽指数和种子活力指数,尤其是增加发芽早期的萌发指标,并且随GA_(3)浓度增加,各参数均呈先增加后降低趋势。GA_(3)浓度400 mg/L对芦笋种子萌发促进作用最大,相比于对照(CK),其发芽率提高8.09%,发芽势、发芽指数、种子活力指数分别提高86.44%、45.61%和59.08%,发芽稳定期较对照减少4天;GA_(3)浓度大于400 mg/L时,各项发芽指标均开始下降。NAA浸种显著抑制芦笋种子萌发和胚根生长,延缓种子发芽时间,且随NAA浓度增加和发芽时间延长其抑制作用越来越明显。本研究条件下,400 mg/L GA_(3)浸种最有利于芦笋种子萌发。该研究结果可为芦笋标准化育苗提供一定技术依据。

转录组和代谢组分析钙调控花生结瘤固氮的机理

作为一种重要的豆科作物,花生能与根瘤菌共生固氮,该过程受到钙元素的调控。目前,关于钙调控花生结瘤固氮的机理少有报道。本研究以花育22号为试验材料,对CaO处理组和对照组的花生根系进行转录组、代谢组以及双组学联合分析。转录组分析共鉴定出2313个差异表达基因,主要富集在代谢途径,包括精氨酸和脯氨酸代谢等。基于液相色谱串联质谱法进行的代谢组分析共鉴定出48种差异代谢物,包括黄酮、氨基酸、酚酸等12大类物质。研究表明,CaO处理使花生根系的精氨酸和组氨酸含量增加,对根瘤菌的趋化作用增强,有利于根瘤菌侵染,进而促进结瘤。花生根瘤中编码谷氨酸合成酶/谷氨酰胺合成酶的基因上调,有利于NH_(3)被同化为谷氨酰胺,这可能与钙促进根瘤固氮有一定相关性;根瘤中编码蔗糖合酶和苹果酸脱氢酶的基因上调,固氮所需的能量增加可能是钙促进根瘤固氮的另一原因。本研究结果将为深入研究钙调控花生结瘤固氮的分子机理提供信息基础。

BRs在植物响应非生物胁迫中的作用

油菜素甾体(brassinosteroids,BRs)是植物界普遍存在的一类多羟基化的植物甾体激素,不仅调节植物的生长发育过程,还参与植物对生物和非生物胁迫的响应。概述了BRs的生物合成途径以及信号转导途径,重点阐述了BRs参与非生物胁迫应答的分子机制,展望了BRs未来的研究方向,为深入理解BRs介导的非生物胁迫调控网络、提高作物抵抗非生物胁迫的能力提供理论依据。