转phyA基因棉花纯合株系筛选及其对土壤有机磷的利用能力

 为了获得转植酸酶基因（phyA）棉花高代纯合株系并验证其利用土壤中有机态磷的能力,对实验室获得的转phyA基因T₄代材料进行了PCR筛选,在水培条件下研究了纯合株系植株根际分泌的植酸酶活性,并在田间进行了植株磷含量和棉花产量性状分析。结果表明,在PCR筛选的4个株系中,有2个株系为纯合株系,其后代均为PCR阳性植株。在以植酸盐为唯一磷源条件下,高表达phyA的转基因株系的植酸酶活性较野生型增加了1.5倍,不同生育时期转基因株系植株叶片磷含量中L6株系增加最多,苗期、现蕾期、花铃期和吐絮期分别增加了4.5%,5.95%,5.45%和8.73%。     

来源黑曲霉WP1的两种植酸酶基因的克隆及序列比较

为了获得高产植酸酶菌株,利用PCR技术,从黑曲霉WP1中克隆出2种植酸酶基因phyA和phyB,分别命名为ehrA1、phyB1.phyA1,长1 346 bp,成熟肽序列不含内含子,共编码448个氨基酸;phyB1基因长1 560 bp,基因序列含有3段内含子,共编码460个氨基酸.phyA1,和phyB1序列同源性很低,只有21.12%.二者都含有1个植酸酶基因保守序列RHGXRXP;但phyA1含2个HD保守序列,phyB1只含有1个.将黑曲霉WP1植酸酶phyA1和phyB1的基因序列在国际基因库中注册,注册号分别为:DQ650711;DQ836360.     

能以植酸为唯一磷源生长的转基因甘蓝型油菜

由于难溶性矿物磷酸盐和有机磷的大量存在,土壤总磷虽高,但多数土壤缺乏有效磷,这是世界范围内农业生产的主要限制因素之一。土壤中有机磷的存在形式主要是植酸,为了提高土壤有效磷供给,利用根癌农杆菌菌株LBA4404,通过两步再生方法将植物表达载体pBINPR-phyI中含有的带胞外分泌信号肽序列的植酸酶基因转入油菜品种中双6号中,并获得转基因油菜56株,转化效率0.16%~9.20%。分子检测和酶活性检验表明,植酸酶基因已导入中双6号,转基因植株能有效表达植酸酶基因并向根外分泌植酸酶,转基因植株能以植酸为唯一磷源正常生长,非转基因植株则不能。结果表明,转基因植株根系分泌大量高活性植酸酶有助于土壤中有机磷释放出有效磷供植物利用;利用基因工程技术提高植物对土壤闭蓄态有机磷利用效率的前景是可期待的。     

能以植酸磷为唯一磷源生长的转基因甘蓝型油菜

由于难溶性矿物磷酸盐和有机磷的大量存在,土壤总磷虽高,但多数土壤缺乏有效磷,这是世界范围内农业生产的主要限制因素之一。土壤中有机磷的存在形式主要是植酸,为了提高土壤有效磷供给,利用根癌农杆菌菌株LBA4404,通过两步再生方法将植物表达载体pBINPR-phyI中含有的带胞外分泌信号肽序列的植酸酶基因转入油菜品种中双6号中,并获得转基因油菜56株,转化效率0.16%~9.20%。分子检测和酶活性检验表明,植酸酶基因已导入中双6号,转基因植株能有效表达植酸酶基因并向根外分泌植酸酶,转基因植株能以植酸为唯一磷源正常生长,非转基因植株则不能。结果表明,转基因植株根系分泌大量高活性植酸酶有助于土壤中有机磷释放出有效磷供植物利用;利用基因工程技术提高植物对土壤闭蓄态有机磷利用效率的前景是可期待的。     

转植酸酶基因玉米phyA2基因标准质粒分子构建及其检测应用

质粒分子以其良好的适应性被较多地用作转基因标准材料的替代品。本文根据转植酸酶基因玉米phyA2基因设计引物与探针,并构建了一种包含phyA2基因片段(243 bp)和内标基因片段(178 bp)的质粒分子pPZ。选取不同转基因模板DNA作用于phyA2特异性引物,PCR结果显示只有转植酸酶基因玉米出现131 bp的目的条带;选取不同转基因作物检测体系作用于质粒分子pPZ,只有以pPZ DNA为模板时出现目的条带(131 bp和88 bp)。同时采用pPZ质粒分子和转基因玉米阳性基因组DNA为标准对4个转植酸酶基因玉米混合样品(3.0%、1.0%、0.5%和0.1%)进行定量检测,t检验表明,2种标准产生的斜率、线性相关系数和定值结果没有显著差异。这些结果表明,pPZ质粒分子可以作为转植酸酶基因玉米替代品用于定性和定量检测。     

高效表达黑曲霉PhyA基因改善白三叶草对有机态磷的利用

利用子叶下胚轴为外植体，通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) Ti质粒介导遗传转化途径，建立了高效表达黑曲霉PhyA基因的白三叶草转基因系。PCR和Southern印迹结果表明，PhyA基因已整合到转基因植株的基因组中。Northern印迹结果表明，部分转基因系中的PhyA基因具有高表达水平。此外，PhyA基因表达的植酸酶在Patatin信号肽的引导下具有分泌至细胞间隙和根际的能力。与未转基因对照相比，在以植酸盐为唯一磷素供源的条件下，高表达PhyA的转基因系植株的磷素累积量、鲜重和干重显著增加。证明外源转化黑曲霉PhyA基因能显著增强白三叶草利用有机态磷的能力。     

根际启动肥能够提高棉花磷效率和产量

【目的】探索磷肥条施和硫酸铵诱导根际酸化促进棉花根系生长、磷肥利用效率和产量的效应与技术原理。【方法】通过3年田间定位试验,在等量N、P养分投入条件下比较了磷肥全部作基肥、磷肥和硫酸铵作种肥条施、磷肥作种肥条施并配合滴施硫酸铵等调控根际过程的措施对棉花根系长度、根际pH、磷吸收及产量的效应。【结果】与磷肥作基肥、生育期滴施尿素的传统方法(对照)相比,施启动肥(即重过磷酸钙(P_2O_5)34.5kg·hm~(-2)和硫酸铵(N)7.5 kg·hm~(-2)作种肥条施)可促进棉花苗期的根系在施肥区(10～20 cm)增生,根长密度和根表面积分别比对照增加了114.3%和93.7%;同时,硫酸铵诱导根际土壤pH降低了0.41个单位,促进棉花苗期磷吸收和生长。在此基础上,花铃期进一步滴施硫酸铵可促进10～20 cm土层棉花根系生长,根际pH降低0.64个单位,提高了氮、磷的吸收量。3年平均的棉花籽棉产量比对照增加11.9%,氮肥偏生产力和磷肥当季利用率比传统施肥方法分别提高了28.5%和9.2个百分点。增加磷肥作种肥用量对棉花根系生长和菌根侵染无明显促进作用但可提高氮、磷肥效率和棉花产量。【结论】膜下滴灌棉花种植体系中,磷肥和硫酸铵作种肥条施并结合花铃期滴施硫酸铵能有效调节棉花根际pH、提高磷肥效率和棉花产量。     

不同谷子品种耐低磷能力研究

为探索不同谷子品种耐低磷能力,以10个谷子品种为试验材料,设置不施磷(LP)与施P_2O_550kg/hm~2(CK)2个处理,研究低磷胁迫对不同谷子品种根、苗生长及根际土壤酶活性的影响和谷子对磷吸收的利用效率。结果表明,低磷较对照处理,根长增长-11.43%~28.57%(仅龙谷26降低),根系活力降低50.36%~73.14%,生物量降低6.29%~18.55%,根际土壤磷酸酶活性增长4.64%~19.97%,磷吸收量降低30.78%~37.14%,磷利用效率增长29.26%~37.38%,低磷对谷子根系性状的影响大于对地上部性状的影响。低磷胁迫下,不同谷子品种间生长及磷吸收利用的差异均较大,济谷13、济谷11的耐低磷能力相对较强,龙谷26的耐低磷能力较弱。     

施肥对烤烟生长及根际土壤磷钾养分的影响?

为研究不同施肥处理对烟苗生长和根际磷钾养分的影响,采用根箱培养技术,设置有机肥、化肥、有机无机配施、不施肥（对照）4种施肥处理。结果表明,在有机无机配施的处理中,烟苗的生物量、磷钾吸收量均高于其他处理,比对照分别提高了1.2倍、1.5倍和1.7倍。在烟苗根系附近,土壤有效磷钾的含量低于远根区,说明烟苗的吸收速率大于土壤供应速率,合理施肥成为调节烤烟根区磷钾营养的重要手段。根际Ca-P和O-P含量比较稳定,为土壤潜在磷源。有机无机配施提高了烟苗根际有效磷的含量,近根区的Al-P、Fe-P显著降低,酸性磷酸酶活性显著提高,说明有机无机配施增强了烟苗利用Al-P、Fe-P和有机磷的能力。在生产实践中,提倡化肥与有机肥的合理配合施用,对于保持土壤养分的持续供应、提高磷钾利用效率、促进烟苗的生长发育和生产优质烤烟有重要的意义。     

玉米/大豆间作条件下作物根系对氮素的吸收利用

通过田间栽培试验,研究玉米/大豆间作及相应单作不同时期作物地上部干质量、作物吸氮量、作物根际土壤脲酶活性、作物根际土壤细菌数量动态变化差异。结果表明:间作玉米吸氮量、根际脲酶活性、根际细菌数量、地上部干质量分别比单作玉米显著增加37.61%,33.54%,55.76%,27.92%。间作大豆根际脲酶活性、根际细菌数量分别比单作大豆显著增加41.3%,43.08%。间作大豆吸氮量、地上部干质量比单作大豆降低11.93%,11.19%,差异不显著。说明间作促进玉米生长。     

基于磷肥施用深度的夏玉米根层调控提高土壤氮素吸收利用

良好的根系构型能够促进作物高效获取土壤养分。基于磷肥施用深度的根层调控技术可以优化夏玉米根系的时空分布并促进其与土壤水分、养分供应的空间匹配性,为通过玉米根系挖潜实现节肥增效提供理论与技术支撑。本试验以不施磷肥处理为对照(CK),设置距离地表-5 cm (P5)、-10 cm (P10)、-15 cm (P15)和-20 cm (P20)深度施用磷肥处理,分析各处理对夏玉米根系分布、植株生长及产量形成、氮素吸收、积累与转运的影响。结果表明,磷肥适当深施显著促进夏玉米根系生长,根干重、根长密度、根系表面积和根体积均显著增加,整体表现为P15P10P20P5CK。随着磷肥施用深度的增加,深层玉米根系显著增加。P15和P20处理根干重所占比重,在20～40cm土层分别为12.3%和12.1%;在40～60 cm土层分别为6.7%和6.9%。根系分布深度的增加促进了对土壤氮素的吸收,深施磷肥处理各土层中尤其是20cm以下土层土壤氮素含量显著降低。根系分布的优化同时促进了植株氮素积累与转运, P15处理较P5处理氮素吸收效率、氮积累量、转运量及氮肥偏生产力2年平均分别提高14.5 kg kg–1、19.2%、48.9%和6.4kgkg–1,籽粒产量2年平均增产16.4%。在本试验条件下,磷肥集中施用在-15cm处理,能显著促进夏玉米深层土壤根系的生长,扩大根系养分利用空间,增加根系对深层土壤氮素的吸收,促进植株氮素积累及转运,提高其生产力,最终提高产量。     

转BADH基因玉米植株的获得及其耐盐性分析

采用超声波辅助花粉介导植物转基因方法, 将甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因导入玉米自交系郑58, 获得了耐盐性强的转基因玉米植株。经卡那霉素抗性初筛、PCR扩增、Southern blot杂交分析, 证明BADH基因已导入转化植株并整合到其基因组中。用不同浓度的NaCl溶液对T₂代转基因玉米植株与对照进行盐胁迫处理, 结果表明, 转BADH基因玉米植株表现出一定的抗逆性, 生长状况明显优于对照; 根据非转化苗对NaCl的反应以及生长状况, 确定250 mmol L^-1 NaCl溶液为玉米幼苗耐盐性筛选的适宜浓度; 依据此临界浓度下形态指标和生理生化指标的测定结果, 与对照相比, 转基因植株的株高提高10.94%~25.7%, 鲜重增加8.62%~18.2%, 干重增加9%~18.18%, 相对电导率降低37.21%~58.14%, 叶绿素含量增加15.89%~90.65%, 超氧化物歧化酶(SOD)活性提高64.92%~148.29%, 丙二醛(MDA)含量减少26.97%~48.05%。综上所述, 转入甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因提高了玉米的耐盐性。这是首例将BADH基因导入优良玉米自交系郑58的报道。超声波辅助花粉介导法是一种经济、高效、实用和无基因型依赖性的植物基因转化方法。     

砂姜黑土区秸秆还田与肥料配施对夏玉米生育和产量的影响

为探索在苏北平原砂姜黑土区推广小麦秸秆还田技术,以‘苏玉23’为材料,通过设置小麦秸秆不还田、小麦秸秆还田和有机肥、常规肥配施等5种处理方式,研究了其对玉米出苗、茎秆形态、干物质积累分配和产量及其构成因素的影响。结果表明：小麦秸秆不还田+不施肥料(T0)对玉米出苗质量、植株生长发育、干物质积累分配、穗部性状和产量及其构成因素均造成不利影响。小麦秸秆还田+肥料配施处理(T2、T3、T4)能显著改善当季玉米的出苗质量和幼苗素质,有利于植株的正常发育。与对照化肥处理相比,小麦秸秆还田+常规施肥(T2)虽能改善玉米出苗质量和茎秆形态,但对玉米穗部特征和产量有不利影响。T2处理缩短穗长,降低千粒重6.7%,导致减产8.4%;而小麦秸秆还田+有机肥配施或优化施肥处理(T3、T4)均有促进作用,出苗素质显著提高,其中以小麦秸秆还田+优化施肥处理(T4)效果最显著。与对照(T1)相比,T4处理的穗粒数和千粒重分别增加24.0%和6.7%,增产5.8%。播种后15天,T4处理的出苗率达到77.9%,比对照增加4.9%,出苗均匀度提高14.4%,为玉米增产提供了保障。可见,砂姜黑土区小麦秸秆还田能改善当季玉米的出苗质量、促进玉米植株的生长发育,有利于干物质向籽粒转移,配施有机肥和优化施肥能显著提高玉米产量,其中以优化施肥效果更佳。     

土壤容重对高产玉米根系生长的影响及调控研究

不同土壤容重不同,其稳定性也不同。土壤容重的变化会引起土壤调节水、气、热能力的变化,提高土壤的自动调节能力可以使土壤肥力水平得以提高并满足植物对生长因子的持续需求。为研究土壤物理性质对玉米高产稳产的影响机理,以耕地棕壤为试验材料,采用盆栽方法,研究不同容重对玉米根系生长指标的影响,并进一步研究了施用不同有机肥量及模拟不同耕作深度对玉米根系生长的调控效果。结果表明:在设计容重范围内,容重增加,根系生长指标都表现为下降,容重大于1.2 g/m3时,不同处理根系生长指标差异显著;当容重大于1.3 g/cm3时,不同处理根系活力差异显著。施用有机肥对高容重土壤调控效果更好,有机质含量为4%与5%的处理差异减小,低容重土壤在所设计的有机质水平内调控效果也都较好。耕层厚度增加可以提高根系生长参数,但与对照相比,差异不显著。所以,对于紧实结构性较差的土壤,改善其调节能力应该通过增施有机肥的方法,紧实结构较好的土壤考虑使用耕翻的办法。     

不同膜上遮挡措施对旱地玉米土壤理化性状及产量的影响

Aiming at the phenomenon of premature senescence of plants under long-term maize plastic film mulching in rainfed and arid regions in Northwest China, adding cooling measures on mulched maize were taken to study the effects of soil temperature change on maize yield formation and analysis the changes of soil physical and chemical properties in topsoil of maize from the perspective of never changing the water conserving function of plastic film, which would provide the theoretical reference for the analysis of the early senescence in the later growth stage of ordinary plastic film maize. This experiment design using Shaandan 609 (SD 609) as tested materials, based on a 2-year field experiment, compared with the effects of three modes, ordinary plastic film mulch + black sunshade net (A), ordinary plastic film mulch + straw (B) and ordinary plastic film mulch (C) on soil temperature, soil nutrients, dry matter mass accumulation yield and water and fertilizer use efficiency in yield. The results were as follows: (1) Adding coverings on plastic film mulching (black sunshade net, straw) can effectively decrease the soil temperature and compactness, especially early stage of maize growth. (2) Compared with the control treatment C, cooling treatment A and treatment B significantly increased the content of organic matter, total nitrogen and total potassium in the later stage of maize growth, and the average partial fertilizer productivity increased by 7.24% and 6.97%, respectively. (3) Cooling treatments can delay the attenuation of green leaf area in the later stage of maize growth, improve the accumulation rate of dry matter and increase the kernel weight of maize. Compared with treatment C, the 2-year average maize yields of cooling treatment A and treatment B were increased by 6.39% and 5.93% and the average water use efficiency by 8.17% and 7.67%, respectively. In rainfed and arid regions in Northwest China, properly reducing the temperature under the film of mulched maize are helpful to improve soil physical and chemical properties, promote the accumulation of dry matter and the formation of yield and improve the high utilization efficiency of fertilizer and water.     

磷对花生氮素吸收和利用的影响

磷是植物必需营养元素之一,以多种方式影响作物氮吸收、利用。花生属于豆科作物,氮素营养来源包括土壤、肥料和根瘤固氮。本研究以山东省主推品种花育22号(大花生)和花育20号(小花生)为材料,设置5个施磷(P2O5)水平(0、45、90、135和180 kg hm–2),利用15N示踪技术,进行了2年桶栽试验。结果表明,施磷提高了两花生品种肥料氮、土壤氮及根瘤固氮积累量,其中根瘤固氮积累量的增幅大于土壤氮和肥料氮,年份和品种间表现基本一致;随施磷量增加,根瘤数量、鲜重及根瘤固氮积累比例呈增加趋势,土壤氮、肥料氮积累比例呈降低趋势;施磷量在45～90 kg hm–2范围内,氮肥利用效率、荚果氮素利用效率及产量均呈增加趋势,施磷量超过90 kg hm–2,上述三指标呈降低趋势或不再增加;磷肥农学效率随施磷量增加而降低;根瘤固氮积累量与荚果产量、植株全氮积累量呈极显著正相关,与土壤氮、肥料氮积累比例及氮素荚果利用效率呈极显著负相关。根瘤固氮积累比例与土壤氮和肥料氮积累量、供氮比例及氮肥利用率呈极显著负相关。综上,施磷能增加花生根瘤固氮供氮量及供氮比例,降低对肥料氮和土壤氮的依赖,但过量施磷不利于氮、磷效率和产量的提高。45～90 kg hm–2 (P2O5)为花生适宜施磷量。     

外源脱水应答转录因子CBF4基因转化玉米的获得

用PCR方法克隆了拟南芥脱水应答转录因子CBF4基因,以逆境诱导表达基因rd29A的启动子为驱动,构建了逆境诱导表达载体pBAC146。用基因枪转化法转化玉米优良自交系的幼胚和胚性愈伤组织,轰击后的愈伤组织经过筛选、分化和植株再生过程,共获得36棵转基因植株。经PCR、PCR-Southern和Southern检测表明,外源目的基因已成功整合到部分转基因玉米株系的基因组中。人工干旱处理下,抗旱生理指标测定显示,一个转基因株系的脯氨酸含量和叶绿素含量比野生型对照提高一倍,间接表明转基因株系的抗旱能力在某种程度上有所提高。     

增施有机肥提升作物耐盐能力研究

旨在找到提升作物耐盐能力的技术方法。应用桶栽实验研究4 种有机肥于不同水分条件下对盐渍土栽培冬小麦和夏玉米生长发育、生理生态及产量的影响。施用有机肥可有效改善土壤环境,其中禾宜佳有机肥使土壤中总氮、有机质、总菌数分别提高了8.4%、16.7%、55.8%,效果最佳。在土壤含水量高时,施用有机肥可使盐胁迫下小麦、玉米叶片叶绿素含量分别提高约6.9%、5.1%左右;使小麦、玉米生物量最高分别增加60.0%和51.2%;不同有机肥使冬小麦净光合作用最大提高20.8%;冬小麦穗粒数提高了44.4%、千粒重增加24.9%,产量提高61.9%。在土壤含水量低时,以上指标也均有所增加,但增幅不及高含水量下明显。土壤含水量高时,增施有机肥有利于作物在高盐土壤中生长;水分含量低时,增施某些含盐量高的有机肥可能造成土壤盐浓度增加反而增大了对作物危害。在高水分条件下增施有机肥增产效果更佳。     

不同氮磷配比对白蜡生长和土壤性状的影响

采用“3414”不完全试验方案,研究不同氮磷配比对黄河三角洲滨海盐碱地3年生白蜡的生长和土壤性质的影响。结果表明,不同氮、磷肥配比对白蜡的胸径和树高生长具有显著影响,所有施肥处理的胸径和树高增长率均显著高于无肥对照处理,以N2P2处理的增长率最高,其次为处理N2P1。氮对白蜡生长的促进作用要明显大于磷。施用氮、磷肥后,白蜡叶片的氮、磷、钾含量和光合速率、气孔导度均有明显提高。氮、磷肥施入后明显提高了土壤有效氮和有效磷含量,一定程度上增加了土壤有效钾和有机质含量,但对土壤pH和盐分含量未表现出明显影响。采用二元二次方程对白蜡的施肥效应进行分析,结果表明,当N用量为0.159 kg/株、P2O5用量为0.0181 kg/株时,白蜡的胸径增长率最大。在本试验条件下,白蜡的最佳经济效益施肥量分别为N 0.159 kg/株和P2O5 0.0176 kg/株。