外源L-谷氨酸对花后干旱胁迫下小麦干物质积累分配、籽粒灌浆特性及品质形成的调控效应

【目的】谷氨酸(Glu)具有调节植物生长,提高作物抗逆能力的功效。研究外源L-谷氨酸(L-Glu)对灌浆期干旱胁迫下小麦干物质积累分配及转运、光合参数、灌浆特性、农艺性状及品质特性的影响,为进一步研究谷氨酸提高小麦耐旱性奠定理论基础。【方法】以新疆主栽冬小麦品种新冬18号和新冬22号为试验材料,在抽穗期、开花期分别喷施0、2、4 mmol/L的L-Glu溶液,开花后进行大田干旱胁迫(DT)和适水处理(WT)。在开花初期和花后10、20、30天(即灌浆初期、中期、后期),测定了小麦干物质积累分配及转运、光合特性、灌浆特性、农艺性状及品质等相关指标。【结果】外源喷施L-Glu可以显著增加开花后干旱胁迫下地上部总干物质积累量,其中DT-G2、DT-G4处理显著高于DT-G0处理。与DT-G0处理相比,DT-G2和DT-G4处理有效提高了开花后干旱胁迫下干物质积累对籽粒干物质积累的贡献率,新冬18号小麦分别增加24.65%、24.28%,新冬22号小麦分别增加28.44%、16.03%;与DT-G0处理相比,DT-G2、DT-G4处理提高了灌浆期光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))、叶肉瞬时羧化效率(P_(n)/C_(i))及籽粒灌浆平均速率,其中DT-G2、DT-G4处理下新冬18号小麦籽粒灌浆平均速率分别较DT-G0增加15.17%和3.59%,新冬22号小麦分别增加19.92%和14.70%;与DT-G0处理相比,DT-G2处理显著提高了2个小麦品种的千粒重,DT-G4处理显著降低了2个小麦品种的湿面筋含量。【结论】抽穗期、开花期喷施外源L-Glu可以显著增加开花后干旱胁迫下小麦地上部总干物质积累量,降低灌浆后期小麦干物质在营养器官的分配比例,同时提高开花后干旱胁迫下旗叶的光合速率及蒸腾速率,进而促进小麦穗部干物质的分配,提高小麦籽粒的灌浆速率,延长灌浆持续时间,最终在降低干旱胁迫下粒重损失的同时提高籽粒品质。

玉米突变体caspl2b2的耐盐特性评价及转录组分析

盐胁迫敏感突变体是研究作物耐盐遗传基础和分子机制的重要遗传材料。本研究以自交系LY8405和突变体caspl2b2为材料,开展正常生长、盐胁迫条件下苗期表型鉴定和生理生化指标测定分析。结果表明,与LY8405相比,盐胁迫下caspl2b2存活率显著降低,地上部分生长显著受到抑制;地上部Na+离子含量显著升高,丙二醛(MDA)含量显著升高;蒸腾速率、气孔导度及胞间CO_(2)浓度显著升高,净光合速率显著下降。为揭示其盐胁迫下表型差异的分子基础,对LY8405和caspl2b2突变体材料在正常生长和盐胁迫条件下叶片组织进行转录组分析。结果表明,差异表达基因主要富集到谷胱甘肽转移酶活性、谷胱甘肽代谢过程、氧化还原酶活性和细胞稳态等相关途径,其中谷胱甘肽代谢过程最为显著。本研究不仅为作物耐盐遗传基础解析提供了重要的种质资源,也为耐盐基因的挖掘及其遗传调控网络分析奠定了基础。

基于GWAS和WGCNA分析挖掘玉米花期相关候选基因

花期是玉米重要性状之一,解析玉米花期的遗传基础,挖掘玉米花期关键基因,对于选育广适玉米品种具有重要意义。在580份玉米自交系构成的自然群体中,3年种植测定散粉期、吐丝期和散粉吐丝间隔期等3个花期性状,利用分布全基因组的31,826个SNPs(single nucleotide polymorphisms)标记进行全基因组关联分析(genome wide association study,GWAS),结合自交系B73的14个不同发育阶段的转录组数据进行权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),挑选与玉米开花相关的组织特异性模块和关键基因。GWAS在多环境(2个环境以上)下共定位标记14个,挖掘到潜在候选基因10个,WGCNA挖掘到花期潜在候选基因17个,2种方法共同挖掘到候选基因3个。Zm00001d052180编码一个MADS-box转录因子19,Zm00001d016814编码NAC转录因子133,Zm00001d048082编码MADS-box转录因子8,这些基因主要参与调节花序生长发育。研究结果为解析玉米花期遗传基础及分子机制提供参考。

不同品种(品系)棉花对盐胁迫的生理响应及耐盐性评价

以耐盐棉花品种中H177、耐盐棉花品系中J0710与盐敏感棉花品种新陆早74、盐敏感棉花品种中J0102为试验材料,通过田间微区控制试验,研究土壤盐胁迫对不同棉花品种(品系)生理生化特性的影响并开展相应的耐盐性评价。结果表明,耐盐棉花品种(品系)的叶片脯氨酸含量显著高于盐敏感棉花品种(P<0.05),前者为后者的1.31~4.14倍,但耐盐棉花品种(品系)的丙二醛含量显著低于盐敏感棉花品种(P<0.05),前者仅为后者的52.73%~66.26%;耐盐棉花品种(品系)的叶片SPAD值和光合参数(净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率)明显大于盐敏感棉花品种;耐盐棉花品种(品系)茎中Na^+含量、根中Na^+含量、茎中K^+含量、地上部分的K^+/Na^+整体上高于盐敏感棉花品种。耐盐棉花品种(品系)能保持较高的光合能力,并能维持K^+/Na^+平衡,同时能够减缓丙二醛含量的增加,增强棉株的耐盐性。通过主成分分析和灰色关联度分析得出,对棉花进行耐盐性评价时可将光合指标、SPAD值和抗氧化酶活性作为重要的鉴定指标。由评价结果得出,在供试的棉花品种(品系)中,中H177苗期的耐盐性较好。

减氮配施缓释氮肥对棉田土壤酶活性和氮素吸收利用的影响

为探明减氮配施缓释氮肥对棉田土壤酶活性和氮素吸收利用的影响,通过试验研究减氮、配施不同比例缓释氮肥对棉花土壤理化性质、酶活性、无机氮含量、氮肥利用率及棉花产量的影响。试验选用“新陆早64号”棉花品种,设置2种施氮方式,分别为常规全施尿素(T2)和缓释氮肥与尿素不同比例配施(US),配施处理按照施氮量设3个水平,分别为不减氮U_(0.8)S_(0.2)(T3)、U_(0.6)S_(0.4)(T4),减氮20%U_(0.6)S_(0.2)(T5)、U_(0.4)S_(0.4)(T6),减氮40%U_(0.4)S_(0.2)(T7)、U_(0.2)S_(0.4)(T8),不施氮肥(T1)为对照,共8个处理。对棉花不同生育期内土壤的理化性质、酶活性、无机氮含量及成熟期棉花氮素含量和产量进行测定与分析,并计算氮肥利用率。结果表明:与常规全施尿素相比,配施缓释氮肥能显著提高土壤含水量和全氮含量,其中,以缓释氮肥与尿素4∶6配施(T4)处理的土壤含水量最大,较常规全施尿素(T2)在棉花苗期、蕾期、花期、铃期和吐絮期分别提高了14.07%,11.05%,7.58%,6.22%,6.65%;T4处理的土壤全氮在花期显著高于常规全施尿素(T2)处理,达到1.24 g/kg。减氮20%配施缓释氮肥(T5、T6)处理各生育时期的土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、碱性磷酸酶活性和铵硝态氮含量与常规全施尿素(T2)间无显著差异,减氮20%配施缓释氮肥(T5、T6)处理成熟期土壤脲酶活性与硝态氮含量较不减氮T4处理分别减少了28.20%,26.40%和11.13%,8.32%。此外,减氮20%(T5、T6)处理的氮肥利用率显著高于常规全施尿素(T2)处理,分别为62.09%和62.43%,产量及其构成因素与常规全施尿素(T2)间无显著差异。综上,减氮20%配施缓释氮肥(T5、T6)处理与常规全施尿素(T2)处理相比土壤酶活性、无机氮含量及产量差异不显著,氮肥利用率显著高于T2处理,可以确保棉花全生育期的氮素供给,避免氮素的大量浪费,达到棉花高产及氮肥高效利用的目的。

新疆桃实生优选单株果实品质比较

以7个不同新疆桃种质资源为试材,比较其实生优选单株的果实品质,明确新疆桃实生优选单株的果实品质优劣,以期为新疆桃产业的发展提供新的种质资源。结果表明:7个新疆桃种质的单果质量范围在125.39~198.89 g,种质间差异较大,‘毛桃四号’‘毛桃一号’‘毛桃三号’单果质量显著高于其它种质;7个新疆桃种质的可溶性固形物含量在9.88%~13.95%,除了‘油桃二号’其它种质的可溶性固形物含量均超过了12%;7个新疆桃种质的可溶性糖含量范围在5.43%~13.91%,种质间差异较大,‘毛桃四号’的可溶性糖含量显著高于其它种质;可滴定酸含量范围在0.57%~1.74%,种质间差异较大,‘毛桃五号’‘油桃一号’的可滴定酸含量显著高于其它种质,7个新疆桃种质呈现出多样化的果实形状、颜色、风味。结合外在品质和内在品质综合分析,‘毛桃四号’的果实品质综合性状表现最好,可以在新疆地区推广运用。

全生育期咸水滴灌对土壤盐分累积和棉花生长的影响

通过研究不同灌溉水盐度和施氮量对土壤可溶性盐离子、土壤元素、酶活性、棉花生长和产量的影响,分析三者之间的关系。试验设置3种灌溉水盐度,即:0.35 dS·m^(-1)(淡水,FW)、4.61 dS·m^(-1)(微咸水,BW)和8.04 dS·m^(-1)(咸水,SW);施氮量分别为0 kg·hm^(-2)(N0)和360 kg·hm^(-2)(N360)。结果表明:(1)与淡水灌溉相比,微咸水和咸水灌溉显著降低棉花生物量和籽棉产量;与不施氮处理相比,施氮处理显著增加棉花生物量和籽棉产量。(2)随灌溉水盐度增加,Na^(+)、Ca^(2+)、Cl-和Ca含量显著增加,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、Mg^(2+)、Na、Ni、Co、Cr、K、Fe、Se和Cu含量显著降低;在施氮条件下,Na^(+)、Ca^(2+)、Cl-和SO_(4)^(2-)含量显著增加,HCO_(3)^(-)、Mg^(2+)、K^(+)、P、K、Ca、Fe、Se、Zn、Al和Mg含量显著降低。(3)随灌溉水盐度增加,蔗糖酶、过氧化氢酶、脱氢酶、多酚氧化酶、羟胺还原酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性显著降低,硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性显著增加;施氮显著增加土壤酶活性。综合分析,咸水灌溉降低了土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脱氢酶、多酚氧化酶、羟胺还原酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性,使得籽棉产量降低,咸水中的可溶性盐分离子Cl-、SO_(4)^(2-)、Na^(+)和Ca^(2+)是酶活性变化的主要驱动因子。

尿素与液态脲甲醛缓释氮肥配施对棉花生长与氮素吸收利用的影响

研究不同施氮水平下,尿素与液态脲甲醛缓释氮肥不同比例配施对棉花生长发育、干物质积累量、棉花各器官氮素积累量、氮肥利用率以及产量的影响,为新疆滴灌棉田高产施氮管理提供理论依据。试验选用棉花品种新陆早64号,设置2种施氮方式,分别为常规全施尿素(T2)和尿素与缓释氮肥不同比例配施(US);配施处理按照施氮量设3个水平,分别为不减氮U0.8S0.2(T3)和U0.6S0.4(T4)、减氮20%U0.6S0.2(T5)和U0.4S0.4(T6)、减氮40%U0.4S0.2(T7)和U0.2S0.4(T8),不施氮肥(T1)为对照,共8个处理。分别在苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期对棉花株高、SPAD值、干物质累积量进行测定,并分析植株氮素积累量、氮肥利用率和单株产量。结果表明:尿素与缓释氮肥配施可以促进棉花的生长发育和产量,不减氮水平下T4处理棉花的株高、SPAD值、植株干物质积累量和单株产量达到最大,T4处理棉花单株产量较T1和T2处理分别显著提高了54.09%和26.50%(P<0.05);在减氮20%水平下,T5与T6处理的棉花株高和SPAD值差异均不显著,且T5、T6处理的棉花单株产量及其构成因素与常规全施尿素T2处理也无显著差异,可实现减氮不减产;减氮40%水平下,T7与T8处理在棉花生长发育及产量间均无显著差异。同时,尿素与缓释氮肥配施有利于提高棉花的氮素吸收利用,不减氮水平下T4处理的氮素农学效率和氮素偏生产力在各处理间达到最大,分别为8.73和24.86 kg/kg;T5、T6处理的氮素表观利用率显著高于T2处理(P<0.05),分别为62.09%和62.44%;减氮40%水平下,配施缓释氮肥比例较高的T8处理氮素表观利用率较T7处理高8.51%。综上:T4和T5处理均能显著增加棉花氮肥利用率,有利于棉花生长发育及单株产量的提高,是本试验中棉花高产高效的最佳配施比例。

北疆春小麦-青贮玉米优化施氮量配置下土壤微生物对后茬不同施氮频次的响应

本文以北疆春小麦-青贮玉米种植模式为研究对象,在前后茬作物最优施氮量配置基础上,研究后茬不同施氮频次处理对土壤酶活性和土壤微生物多样性及作物产量的影响,以确定能使青贮玉米高产、氮素高效利用的最优施氮频次。结果表明:(1)施氮频次对土壤过氧化氢酶和脲酶活性随时间的变化趋势没有影响。不同施氮频次处理两种土壤酶活性变化趋势分别为:随后茬青贮玉米生长发育,土壤过氧化氢酶活性逐渐降低,土壤脲酶活性则先升后降。(2)前茬作物是否施氮对后茬作物土壤酶活性影响显著:在前茬不施氮条件下,土壤过氧化氢酶活性和土壤脲酶活性均随后茬施氮频次的减少而降低;而在前茬适量施氮条件下,则变化趋势基本相反,土壤过氧化氢酶活性随后茬施氮频次减少而增强,土壤脲酶活性则先升后降,最高为NW1NC1TC2(后茬施氮3次),其次为NW1NC1TC3处理(后茬施氮2次)。(3)前茬适量施氮能增加土壤微生物多样性、丰富度。(4)就产量而言,在前茬不施氮条件下,后茬青贮玉米的产量随施氮频次的减少而增大;在施氮频次相同的情况下,前茬小麦适量施氮后茬青贮玉米处理的产量更高。综合上述,本试验条件下,前后茬均适量施氮、后茬施氮2次的处理(NW1NC1TC3)土壤酶活性相对较高,对应产量最高,故后茬青贮玉米施氮2次为宜。

玉米株高和穗位高的全基因组关联分析

以580份遗传多样性丰富的玉米自交系为关联群体,利用分布于全基因组的31826个单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNPs)分别对株高和穗位高性状3年表型值及BLUE(Best Linear Unbiased Esti⁃mate)值进行全基因组关联分析。结果表明,4个环境下共检测到58个显著性SNPs,共定位的SNPs有6个,其中3个与株高显著关联,4个与穗位高显著关联。在共定位显著标记440 kb范围内,共检测到76个关联基因,其中66个有基因描述,53个基因在GO(Gene Ontology)富集分析中得到分类,可归类到20类生物过程、10类分子功能以及8类细胞组成。综合基因功能注释和GO富集分析结果,预测了7个可能与株高和穗位高性状有关的候选基因。

生物炭和秸秆还田对微咸水滴灌棉田土壤真菌群落结构多样性的影响

微咸水灌溉增加土壤盐分,改变土壤环境,进而影响土壤真菌的结构和多样性.在长期微咸水灌溉的基础上,分别添加生物炭和秸秆(采用等碳量设计,分别为3.7 t·hm^(-2) 和6 t·hm^(-2) ),探究生物炭和秸秆对土壤理化性质和真菌群落结构多样性的影响.结果表明:与不施生物炭和秸秆(对照)相比,生物炭施用显著增加土壤的pH、全碳、速效钾和速效磷含量,但显著降低土壤电导率,降低幅度为20.71%;秸秆处理显著增加土壤的速效钾和速效磷含量,但显著降低土壤容重和电导率,降低幅度为4.17%和64.50%.生物炭和秸秆处理对真菌群落Chao1指数和ACE指数有增加趋势,对Shannon指数和Simpson指数有降低趋势.土壤优势真菌门类为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门和球囊菌门;优势真菌属为毛壳菌属、赤霉菌属、镰刀菌属、Idriella和被孢霉属.施加生物炭和秸秆提高子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、球囊菌门和毛壳菌属的相对丰度;但降低壶菌门、赤霉菌属和Idriella的相对丰度.LEfSe分析表明,施用生物炭和秸秆还田降低真菌群落潜在生物标志物数量.RDA结果显示,土壤真菌群落结构与EC_(1:5)和TN显著相关.微咸水灌溉给土壤带来了不利影响,其中EC和TN是驱动土壤真菌群落结构变化的主要因子,土壤真菌群落通过生物炭和秸秆对土壤的改良作用来适应盐胁迫环境.

生物炭和菌肥对土壤镉形态和棉花镉吸收的影响

【目的】为了明确生物炭和菌肥修复石灰性土壤镉(Cd)污染的效果,探寻适宜石灰性土壤重金属Cd修复技术。【方法】采用盆栽的试验方法,研究施用3%的生物炭(B3)和1.5%的菌肥(M1.5)对不同外源Cd浓度(0、1、2、4 mg kg^(-1))石灰性土壤的pH值、Cd形态分布、酶活性以及棉花各器官Cd含量的影响。【结果】结果表明,生物炭和菌肥均能显著提高土壤的p H,但随着培养时间的延续添加改良剂处理的土壤的pH值呈现出下降的趋势:生物炭和菌肥的施用均能降低土壤可交换态Cd比例,提高土壤残渣态Cd比例,与对照相比,生物炭和菌肥处理下可交换态Cd的含量分别下降了18.42%~48.46%和15.21%~50.19%。生物炭和菌肥的添加显著提高土壤酶活性,其中蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶的最大增幅分别为89.1%、140.1%、39.7%和38.1%,菌肥处理总体优于生物炭处理。生物炭和菌肥的施用降低了植株各器官Cd含量,其中生物炭处理各器官中Cd含量最大降幅为34.0%,菌肥处理下最大降幅为39.5%。相关性和主成分结果表明,可交换态Cd与土壤酶活性呈显著负相关(P<0.05),与植株根、茎和叶Cd含量呈现出显著的正相关(P<0.05)。【结论】生物炭和菌肥作为土壤重金属钝化剂能够通过影响Cd的形态分布,从而缓解Cd对土壤酶活性的影响,降低棉花对Cd的吸收。总体来看,施加1.5%菌肥较3%生物炭在石灰性土壤Cd污染修复的效果更优。

小黑麦茉莉酸诱导蛋白基因TwRIP1克隆与生物信息学分析

干旱是作物生长过程经常遭遇的非生物胁迫因素之一。为探究小黑麦应激干旱胁迫机制、挖掘小黑麦抗逆基因,本研究采用RT-PCR技术从六倍体小黑麦中克隆到了一个干旱诱导上调表达的茉莉酸诱导蛋白基因,命名为TwRIP1,其开放阅读框为852 bp,编码283个氨基酸,其蛋白Tw RIP1具有核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating protein,RIP)保守功能域,预测其蛋白分子量为30 kD,理论等电点为9.52。Tw RIP1预测结构中α螺旋占42.76%、延伸链占14.84%、β转角占3.18%,无规则卷曲占39.22%。氨基酸序列系统进化树显示,TwRIP1与野生二粒小麦核糖体失活蛋白和乌拉尔图小麦茉莉酸诱导蛋白同源性最高。在正常以及干旱胁迫条件下TwRIP1基因在小黑麦根与叶中的表达水平均显著高于茎与籽粒,在干旱胁迫下TwRIP1的表达量显著上调。本实验为进一步研究小黑麦TwRIP1其基因功能奠定了基础,并对理解小黑麦抗旱机制提供了一定的理论依据。