陆地棉Ghkinesin13亚家族基因的克隆及表达特征分析

Kinesin家族是一类马达蛋白,它们能利用ATP水解所释放的能量驱动自身携带物质分子沿着微管运动,在细胞形成、细胞伸长等方面起着关键作用。本研究以拟南芥Atkinesin-13A蛋白序列作为探针序列,利用Blast比对从二倍体雷蒙德氏棉的基因组数据库中发现7个具有较高同源关系的基因。根据基因序列设计引物,利用RT-PCR技术从陆地棉纤维中分离出7个基因。依据7个基因与Atkinesin-13A和Atkinesin-13B的同源性高低,依次将其命名为Gh KIS13A1、Gh KIS13A2、Gh KIS13A3、Gh KIS13B1、Gh KIS13B2、Gh KIS13B3和Gh KIS13B4。生物信息学分析表明,7个Ghkinesin13均含有典型的KISC马达区域、ATP结合位点和微管结合位点,其马达区域属于中央马达。多重序列比对和进化树分析发现,这7个蛋白可被分为2个(Kinesin13A和Kinesin13B)亚类。实时荧光定量PCR结果表明,7个Ghkinesin13亚家族基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中Gh KIS13B4在纤维中优势表达,表明其在纤维发育过程中可能发挥着重要作用。     

Mapping QTL of Fiber Yield and Quality Traits in F2 Populations of Chromosome Segment Substitution Lines from Gossypium hirsutum × Gossypium barbadense

In this study, F₂ populations from two chromosome segment substitution lines MBI7455 and MBI7358, were quantified using SSR to evaluate the parents' genotype and detect QTL related to fiber quality plus yield traits of cotton. Results show that the recurrent parent (CCRI45) hosted 96.70% and 95.60% of chromosome segment substitution in MBI7455 with 12 chromosome segments and in MBI7358 with 16 chromosome substitution segments of Gossypium barbadense, respectively. In the F₂ population, the average rate of chromosome substitution of the recurrent parent (CCRI45) was 96.44%, and the average segments of chromosome substitution of Gossypium barbadense was 13.42, with an average segments of homozygous donor chromosome value of 3.90. Analysis showed 19 fiber quality-related QTL with a phenotypic variance of between 2.52%-13.11% and seven yield traits-related QTL with a range of 2.93%-11.40% phenotypic variance, resulting in a total of 26 QTL. The CSSLs could be used to detect QTL for fiber yield and quality traits, which offer an important foundation for the cotton molecular-assisted breeding.     

Different roles of rhizosphere effect and long-term fertilization in the activity and community structure of ammonia oxidizers in a calcareous fluvo-aquic soil

Ammonia oxidation is a critical step in the soil nitrogen (N) cycle and can be affected by the application of mineral fertilizers or organic manure. However, little is known about the rhizosphere effect on the function and structure of ammonia-oxidizing bacterial (AOB) and archaeal (AOA) communities, the most important organisms responsible for ammonia oxidation in agricultural ecosystems. Here, the potential nitrification activity (PNA), population size and composition of AOB and AOA communities in both the rhizosphere and bulk soil from a long-term (31-year) fertilizer field experiment conducted during two seasons (wheat and maize) were investigated using the shaken slurry method, quantitative real-time polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis. N fertilization greatly enhanced PNA and AOB abundance, while manure application increased AOA abundance. The community structure of AOB exhibited more obvious shifts than that of AOA after long-term fertilization, resulting in more abundant AOB phylotypes similar to Nitrosospira clusters 3 and 4 in the N-fertilized treatments. Moreover, PNA was closely correlated with the abundance and community structure of AOB rather than that of AOA among soils during both seasons, indicating that AOB play an active role in ammonia oxidation. Conversely, the PNA and population sizes of AOB and AOA were typically higher in the rhizosphere than the bulk soil, implying a significant rhizosphere effect on ammonia oxidation. Cluster and redundancy analyses further showed that this rhizosphere effect played a more important role in shaping AOA community structure than long-term fertilization. Overall, the results indicate that AOB rather than AOA functionally dominate ammonia oxidation in the calcareous fluvo-aquic soil, and that rhizosphere effect and fertilization regime play different roles in the activity and community structures of AOB and AOA.     

基于Sentinel-2A的棉花种植面积提取及产量预测

及时、准确预测棉花产量在棉田经营管理、农业决策制定等方面具有重要的价值和意义。为了提高棉花产量预测精度并确定估产的最佳生育时期,该研究利用谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）获取2020年Sentinel-2A的3个时间段影像,采用随机森林（Radom Forest, RF）、支持向量机（Support Vector Machine, SVM）、决策树（Classification and Regression Tree, CART）进行棉花种植区域提取,利用顺序向前选择（Sequential Forward Selection, SFS）和偏最小二乘算法（Partial Least Squares Regression, PLSR）确定棉花产量预测最佳生育时期,最终形成莫索湾垦区棉花产量预测分布图。结果表明,1）RF分类效果最佳,农田与非农田分类总体精度为0.94,Kappa 系数为0.89;棉田与非棉田分类总体精度为0.92,Kappa 系数为0.83。2）红边波段（B6）在3个生育时期中与产量相关性较好,相关系数随着生育时期的递进而增加,分别为0.37、0.47、0.53。3）基于PLSR构建的产量预测模型中,铃期预测效果最佳（决定系数R2=0.62,均方根误差RMSE=625.5 kg/hm2,相对误差RE=8.87%）,优于吐絮期（R2=0.51,RMSE=789.45 kg/hm2,RE=11.06%）和花期（R2=0.48,RMSE=686.4 kg/hm2,RE=9.86%）,铃期为棉花产量预测的最佳生育时期。该研究利用GEE和Sentinel-2A影像数据,为新疆莫索湾垦区棉花种植面积提取及产量预测提供一种新的思路,可为合理水肥配置、精准种植、农作物生长过程监测提供数据支撑。     

Analysis on Variation of Soil Organic Carbon and Total Nitrogen Content and Carbon Storage in the Oasis Cotton Field of Manas River Valley

[目的]为了对绿洲棉田土壤有机碳、全氮的分布状况进行研究。[方法]以天山北坡玛纳斯河流域绿洲棉田为研究区,以弃耕地为对照,采用地统计学方法,研究连续23年种植棉花地的土壤0～30、30～60和60～100 cm土层土壤有机碳和全氮的分布特征。[结果]玛纳斯河流域绿洲棉田土壤有机碳、全氮含量呈垂直分布,且随着土壤深度的增加而降低,并且0～30 cm土层明显高于30 cm以下土层,土壤有机碳储量呈现增加的趋势;弃耕地土壤有机碳、全氮亦呈垂直分布,且随着土壤深度的增加而含量降低,有机碳含量差异明显,并且弃耕地土壤有机碳含量呈逐月下降趋势,而棉田土壤有机碳储量变化呈先减少后增加,即棉花生长初期,0～30和30～100 cm土层有机碳储量降低,到花期最低;而随着棉花进入生殖生长后期,有机碳储量呈现增加趋势;弃耕地有机碳储量因没有植株凋落物的输入而呈现逐月降低的趋势,二者有机碳含量差异明显。[结论]绿洲棉田土壤有机碳、全氮含量明显高于弃耕地,土壤有机碳储量呈现增加的趋势,且主要发生在0~30 cm土层,在30～100 cm土层中有机碳、全氮含量变化差异不大。     

玛纳斯河流域盐渍化弃耕地新垦土地对土壤有机碳及团聚体稳定性的变化分析

[目的]对玛纳斯河流域不同恢复模式下盐渍化弃耕地土壤有机碳及团聚体稳定性的变化特征进行分析.[方法]以玛纳斯河流域为背景,选取典型的重度盐渍化弃耕地为试验区.随着弃耕地变成棉田年限的增加,土壤有机碳（SOC）含量增加,开垦2、5和10年的土壤微生物生物量碳（MBC）和易氧化有机碳（LOC）的含量以及土壤水溶性有机碳（WSOC）和土壤热水溶性有机碳（HWSOC）的含量较弃耕地高.连续人工开垦后SOC和大团聚体（＞1 mm）含量增加,土壤团聚体稳定性增强,其中开垦10年0～5、5～10 cm土层＞1mm团聚体分别占56.9％和56.7％,团粒指数下降至43.9％.[结论]水稳性团聚体的含量与SOC和土壤HWSOC达到0.05水平显著正相关.玛纳斯河流域盐渍化弃耕地新垦土地对绿洲农田土壤HWSOC对维持土壤团聚体稳定性的贡献明显.     

棉花S-腺苷蛋氨酸脱羧酶基因(GhSAMDC2/3/4)的克隆及其诱导表达分析

利用电子克隆结合RT-PCR技术克隆获得陆地棉(Gossypium hirsutum L.)S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(S-adenosylmethionine decarboxylase,SAMDC)基因家族3个基因,分别命名为Gh SAMDC2、Gh SAMDC3和GhSAMDC4。序列分析显示,该基因c DNA包含的upstream ORF(u ORF)和main ORF(m ORF)为植物SAMDC基因特征ORF,其中m ORF长度分别为1068 bp、1110 bp和1032 bp,分别编码355、369和343个氨基酸。聚类分析表明,Gh SAMDC2/3蛋白与可可树(Theobroma cacao)SAMDC聚为一类,且Gh SAMDC2与GhSAMDC3蛋白亲缘关系最近;Gh SAMDC4与拟南芥At SAMDC4聚为一类。实时荧光定量PCR分析表明,Gh SAMDC2在茎中表达相对较高,随着纤维发育其表达量不断增加,在纤维发育后期其表达量达到最高;Gh SAMDC2/3/4在不同的胁迫条件下表现出不同的表达模式,Gh SAMDC2受低温和干旱胁迫诱导最强烈,Gh SAMDC3响应盐胁迫显著,Gh SAMDC4受ABA诱导强烈。上述结果为进一步研究棉花SAMDC基因功能奠定了一定基础。     

农田水分监测与决策支持系统的实现

农田水分的实时采集、传输与处理是精细农业中实现节水灌溉的重要环节，而长期困扰该环节的一个技术瓶颈是实时数据的分布式采集与联动式决策的一体化处理。该文提出了一种基于GSM和FSK技术的农田水分监测与决策支持系统解决方案。该系统采用AT89C51单片机、嵌入式MCU结合TC35T模块、FSK模块和传感器组成数据采集终端，通过FSK调制技术实现不同采集单元间的分布式数据通讯。采集到的数据通过GSM网络传至PC监控机，经水分决策支持系统将决策结果以SMS短信形式发送到用户手机上。该系统在新疆兵团111农场70 hm²滴灌棉田得到应用，实现了农田水分实时监测、数据无线远程传输与灌溉科学决策的智能化管理。该系统的实现为大范围、多测点无人值守农田进行数据采集、传输和处理提供了一套可行的技术框架。     

缩节胺(DPC)对不同密度下棉花冠层结构特征与产量性状的影响

在新疆气候生态条件下,设置适量化调和超量化调方式,每个化调下设3个种植密度,研究了化学调节剂(DPC)对不同密度棉花冠层结构及产量的影响.结果表明:随密度增加,两种化调量下均表现叶面积指数(LAI)增大、叶倾角(MFA)变大,株型变紧凑;但密度过大,群体散射辐射透过系数(TR)小,造成生育后期群体光合速率(CAP)较快...     

外源一氧化氮对棉花种子吸胀期间耐冷性和发芽能力的影响

 选用对温度敏感性不同的棉花品种为试验材料,研究外源一氧化氮供体硝普钠（SNP）对棉花种子吸胀期间的耐冷性及发芽力的影响。结果表明,一氧化氮引发处理棉花种子,能提高低温胁迫期间胚内过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化酶（APX）活性,以及可溶性蛋白质和脯氨酸（Pro）含量,降低了相对电导率及丙二醛（MDA）含量,同时显著提高发芽率,并显著缩短发芽时间。低温吸胀48 h后,与对照相比,SNP处理后种子的发芽率平均提高29.85%,发芽时间平均缩短3 d。因此,一氧化氮处理能提高棉花种子吸胀期间的耐冷性,提高低温胁迫下种子发芽能力。