甘蓝型冬油菜抗寒性评价及遗传多样性分析

针对不同品种甘蓝型冬油菜抗寒性和遗传多样性存在差异等特点,于2021年采用随机区组设计,结合系统聚类分析法及SSR标记对32份甘肃省生产应用甘蓝型冬油菜与9份陕西中部及江苏省现推广应用甘蓝型冬油菜品种的越冬率及春化特性差异和遗传多样性进行分析,探究其抗寒性差异,分析品种间遗传多样性及亲缘关系。结果表明：甘肃省生产应用甘蓝型冬油菜越冬率高于80%,陕西中部及江苏省甘蓝型冬油菜品种越冬率均小于25%,且抗寒性强弱差异明显;根据春化率高低,参试材料可分为强冬性、冬性、半冬性、弱冬性等4个级别;强冬性材料未现蕾的植株占比高,春播后难以抽薹现蕾进入生殖生长,加权平均薹高随之偏低,抗寒性强;春化率越高,成熟期的加权平均株高越高且抗性越弱,越冬率与春化率呈负相关关系;筛选出的98对多态性高的引物组合共扩增出976个总位点,其中多态性条带750个,多态位点比率达72%,说明其分子遗传水平上的多态性丰富度高,陕西中部及江苏省甘蓝型冬油菜遗传多样性整体高于甘肃省生产应用甘蓝型冬油菜;通过聚类分析,可将甘蓝型冬油菜划分为9类;根据群体遗传结构分析及主成分分析可分为3大类,与抗寒性分类趋于一致。研究成果有望为鉴别甘蓝型冬油菜品种、构建指纹图谱及选择不同生态区适宜品种等研究奠定基础。     

越冬作物覆盖保水效应及对后茬大豆水分利用效率和产量的影响

为探索越冬作物冬油菜(Brassica rape)、冬小麦(Triticum aestivum)、冬豌豆(Pisum sativum)的覆盖保水效应及对后茬大豆的影响,于2019—2020年和2020—2021年生长季,在甘肃省镇原县以地膜覆盖和露地为对照,比较了5种处理的地表覆盖度、耗水特征及后茬大豆水分利用效率和产量的差异,分析了越冬作物耗水量与生物量和地表覆盖度的相关性。结果表明：从出苗期到刈割期,冬小麦生物量分别较冬油菜和冬豌豆显著增加15.6%和130.5%(P<0.05),冬油菜和冬小麦具有更高的地表覆盖度,分别为89.2%和84.4%。冬油菜、冬小麦、冬豌豆的耗水量分别较地膜覆盖和露地增加50.4%和18.6%、150.2%和97.4%、41.6%和11.7%;冬油菜和冬小麦耗水量与生物量的相关系数分别为0.923和0.966,呈显著正相关(P<0.01),与地表覆盖度相关性不显著,冬油菜耗水量与地表覆盖度间有负相关趋势。在相对干旱生长季,冬油菜和冬豌豆耗水量分别较露地减少6.7 mm和7.5 mm,具有保水效应,冬小麦和冬豌豆后茬种植大豆具有更高的籽粒产量,产量水平分别为2 583.3 kg·hm^-2和2 550.4 kg·hm^-2,冬小麦后茬大豆的水分利用效率最高,2 a的平均值为8.3 kg·hm^-2·mm^-1。综合分析地表覆盖度、耗水量、土层水分变化、大豆籽粒产量等因素,在本试验条件下,冬油菜、冬豌豆是西北旱作区冬季农田覆盖和土壤水分保持的有效措施,冬小麦是大豆种植的优势茬口。     

西北黄土区主要作物茬口对土壤理化性质和冬油菜农艺性状的影响

为了探讨不同茬口对土壤肥力及后茬油菜产量的影响,以休闲田为对照,研究了西北黄土区冬油菜、马铃薯、玉米、冬小麦、春小麦、蚕豆等6种主要农作物茬口土壤耕作层肥力效应及其对后茬白菜型冬油菜产量和农艺性状的影响,结果表明：（1）不同作物茬口土壤养分含量总体表现为越冬作物>休闲田>春播作物,除固氮作物蚕豆茬口碱解氮含量较高外,冬油菜茬口土壤营养各项指标、土壤微生物种群结构及土壤物理性状均显著优于其它作物茬口,其有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别比休闲田增加32.6%、12.1%,5.9%、7.2%、11.6%、99.8%、44.2%,其次为蚕豆、冬小麦茬口和休闲田,玉米和春小麦茬口肥力状况较差;与休闲田相比,冬油菜、冬小麦和蚕豆茬口耕层（0~20 cm）土壤容重分别降低10.14%、5.80%和5.80%,而冬油菜茬口土壤总孔隙度、毛管孔隙度和田间持水量分别提高7.33%、4.12%和5.65%,马铃薯、玉米、春小麦茬口均有不同程度下降,冬小麦与蚕豆茬口无明显差异;（2）前茬对白菜型冬油菜农艺性状的影响主要表现在株高、根量、全株角果数、角果粒数及千粒重等指标,其中蚕豆茬口白菜型冬油菜比休闲田增产4.50%,冬小麦茬口与休闲田相当,而马铃薯、玉米、春小麦、冬油菜茬口分别较休闲田减产11.05%、15.04%、16.27%、21.14%。白菜型冬油菜的最佳前茬是豆类作物,休闲田和冬小麦茬口次之,但白菜型冬油菜连作可能会产生自毒作用或病害加重,从而造成显著减产。     

中国芸芥形态特征特性及类型研究

选择不同生态地区的代表性芸芥材料研究表明，我国芸芥形态特征差异明显，可分为全缘叶芸芥（如和田芸芥）与羽状裂叶芸芥2大类型。和田芸芥的植物学形态特征特殊，茎直立，茎杆光滑、无刺毛；基生叶和茎生叶均为完整叶，披针形，叶缘波状，叶脉脉序羽状，茎生叶略小，不抱茎，花蕾顶部光滑或被少量刺毛；花为乳黄色，花瓣上部开展，下部具长爪，具绿色脉纹；角果表面光滑，无毛，平生，紧贴于果轴，四棱状，先端具扁平的剑形喙；果梗粗，略长，种子卵形，灰色，千粒重3 g左右。RAPD分子标记分析表明，和田芸芥与其他材料的遗传距离最大，具有其特征带，聚类分析中，独自成为一类。和田芸芥生育期与其他芸芥相近，无生殖隔离现象。由此推断，和田芸芥可能是我国芸芥种内的一个新类型，其分类地位有待进一步研究确定。     

不同覆盖处理对甘肃中部地区甘蓝型冬油菜越冬率及产量的影响

试验研究了地膜覆盖、土覆盖、农家肥覆盖处理对甘肃中部地区甘蓝型冬油菜的越冬率、生育期、产量的影响。试验结果表明,覆盖处理较露地栽培可缩短总生育期2~11 d,各生育时期也相应缩短。其中地膜覆盖效果最好,可缩短生育期11 d左右,农家肥覆盖与土覆盖处理分别可缩短生育期2 d与5 d。地膜覆盖、土覆盖、农家肥覆盖越冬率分别为95.45%、81.25%、80.77%,露地栽培越冬率为66.67%。覆盖处理较露地栽培的越冬率增加14.1~28.78个百分点。覆盖处理的株高、主花序长度、单株角果数、千粒重、单株产量以及角粒数等性状优于露地栽培。覆盖处理可提高产量,其中地膜覆盖产量达到5 358.3 kg/hm2,土覆盖为3 854.25 kg/hm2,农家肥覆盖产量为3 704.25 kg/hm2,分别较对照增产50.94%、8.57%和4.34%。覆盖对提高土壤温度有良好影响,无论地膜覆盖、土覆盖还是农家肥覆盖,土壤温度均高于露地栽培的处理。根据覆盖栽培越冬保苗效果、增产效果以及农事作业的可操作性,建议甘肃中部地区甘蓝型冬油菜栽培以地膜覆盖和土覆盖为主要覆盖方式。     

干旱胁迫对白菜型冬油菜幼苗生理及农艺性状的影响

通过旱棚盆栽试验,以4个抗旱性不同的白菜型冬油菜品种陇油6号、陇油7号、天油2号、天油4号为材料,用人工控制浇水的方法模拟干旱环境,测定干旱胁迫对其生理生化指标、主要农艺性状的影响。结果表明,随着干旱胁迫时间的延长,4个油菜品种的幼苗叶片叶绿素质量浓度呈现先增加后降低的趋势,相对电导率增大,根系的主根长、侧根数、根系干重、根冠比上升,根系活力下降。干旱胁迫后,抗旱性强的冬油菜品种陇油7号主根长,侧根数多,根干重较重,根冠比大,根系活力稳定;弱抗旱冬油菜品种天油2号主根较短,侧根数少,根干重轻,根冠比小,根系活力变化幅度较大;中抗旱冬油菜品种陇油6号、天油4号各指标居于陇油7号和天油2号之间。     

白菜型冬油菜RuBisCo蛋白亚基基因rbcL和rbcS的克隆及其在干旱胁迫下的表达

应用双向电泳结合液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析, 筛选得到干旱胁迫下白菜型冬油菜与光合作用相关差异蛋白质RuBisCo小亚基。根据已发表白菜型油菜(Brassica rapa) RuBisCo亚基rbcL和rbcS保守序列设计引物, 采用RT-PCR扩增陇油7号的cDNA, 获得rbcL和rbcS基因开放阅读框, 长度分别为1095 bp和549 bp, 编码364和181个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析结果显示, rbcL与大白菜(Brassica rapa subsp. chinensis)的蛋白质同源性达到99%以上, 其保守序列属于RuBisCo Large超家族, 该蛋白质理论相对分子量及等电点分别为40.29 kDa和6.70, 不稳定指数(instability index, II>40为不稳定蛋白质)为41.67, 属于不稳定蛋白; 脂融指数(aliphatic index)为83.63, 平均亲水性值(grand average of hydropathicity)为-0.232, 属于亲水性蛋白质; 二级结构包括38.74% α-螺旋(alpha helix)、10.99%延伸链(extended strand)及50.27%自由卷曲(random coil); 三级结构具有5个不同的活性口袋。rbcS与甘蓝(Brassica oleracea)蛋白质同源性达到99%, 其保守序列具有rbcS超家族和RuBisCo Small Like超家族, 理论相对分子量为20.32 kDa, 理论等电点为8.23, 不稳定指数为33.66, 属于稳定蛋白质; 脂融指数为74.86, 平均亲水性值为-0.142, 属于亲水性蛋白质; 二级结构包括16.02% α-螺旋、28.73%的延伸链及55.25%自由卷曲; 三级结构具有4个不同的活性口袋。实时荧光定量和半定量分析显示, 干旱胁迫下, 白菜型冬油菜叶片rbcL和rbcS基因表达量下调是光合作用下降的原因。并且, 冬油菜叶片P_n下降与RuBPCase表达抑制和活性降低有关, 非气孔限制是P_n下降的主要因素。     

PEG模拟水分胁迫对白菜型冬油菜幼苗生长及生长特性的影响

采用不同质量分数的聚乙二醇6000(Polyethylene glycol 6000,PEG6000)溶液模拟水分胁迫,研究4种白菜型冬油菜幼苗形态特征及生理生化特性,评判不同品种的抗旱性强弱。结果表明,PEG对4种白菜型冬油菜的成苗率、主根长、苗高、单株鲜质量、相对活力指数有显著的抑制效应;PEG质量分数为5%~15%时,超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性与胁迫质量分数呈正相关关系,在质量分数15%~20%时酶活性出现峰值,达显著性水平(P0.05),随之下降。可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SPr)含量、脯氨酸(Proline)含量、相对电导率、丙二醛(MDA)含量与胁迫质量分数呈显著正相关关系。线性回归分析得到白菜型冬油菜PEG胁迫的半致死质量分数(LC50)为18.2%、半致死相对电导率(EC of LC50)为15.73%。4个品种的抗旱性顺序依次为:陇油6号陇油7号天油7号≥天油5号。     

北方寒旱区白菜型冬油菜抗寒性与抗旱性评价及其关系

【目的】研究冬油菜的抗寒性和抗旱性,探讨抗寒与抗旱之间的关系,为中国北方白菜型冬油菜的改良及抗寒性和抗旱性的综合评价提供可借鉴的方法和理论依据。【方法】分别通过自然降温处理（15℃--5℃）和人工控制水分的方法（干旱胁迫4、7和10 d）分别对6份不同抗寒等级冬油菜摸拟低温和干旱胁迫,分析其形态、生理生化和生长指标的变化,采用隶属函数法、相关性分析法、聚类分析法、主成分分析法对不同品种的抗寒性和抗旱性进行综合评价。【结果】6份冬油菜品种越冬率相差很大（20.1%-94.7%）。抗寒性强的品种植物学形态特征表现为幼苗匍匐贴地生长、生长点洼陷低于地表、叶色深绿色、真叶刺毛多。且低温胁迫之后抗寒生理生化指标变化明显,相对电导率和MDA（丙二醛）含量增加,且抗寒性强的品种增加幅度小;SOD、POD、CAT酶活性升高,可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸等调节性物质含量明显增加,且抗寒性强的品种变化明显,差异显著。随着干旱胁迫时间延长,膜结构首先遭到破坏,相对电导率和MDA含量升高,细胞失水,叶片相对含水量、束缚水/自由水、叶绿素含量降低（光合作用降低）,幼苗苗长、叶片和根鲜干重降低,直到幼苗萎蔫,且抗旱性强的品种变化幅度小,同时抗旱性强的品种叶片保水能力强、土壤耗水少、萎蔫系数小。通过主成分分析,6份冬油菜的抗寒性强弱依次为陇油7号＞陇油6号＞陇油9号＞延油2号＞天油2号＞Vision,而抗旱性强弱依次为陇油6号＞陇油7号＞陇油9号＞延油2号＞Vision＞天油2号。【结论】中国北方寒旱区低温、干旱并存,不同冬油菜品种间抗寒性和抗旱性差异较大,由于产生了交叉适应性,在抵御低温冻害的同时提高了对干旱胁迫的适应性,因此,白菜型冬油菜抗寒性强的品种一般抗旱性也比较强。     

夜间低温对白菜型冬油菜光合机构的影响

【目的】探讨夜间低温对白菜型冬油菜叶片光合机构的影响机理及品种间差异。【方法】采用人工气候室内模拟夜间低温对白菜型冬油菜幼苗叶片气孔形态、叶绿体超微结构、光合特性及产物分配与积累的影响。【结果】昼/夜温度为20℃/10℃时,与弱抗寒品种天油2号相比,超强抗寒品种陇油7号生长点较低,株型匍匐,叶色深,叶绿素含量、胞间CO₂ 浓度（C_i）、叶片净光合速率（P_n）处于同一显著水平。当夜间温度降至5℃处理7 d后,不同抗寒品种气孔导度（G_s）、C_i、P_n下降,叶绿素含量、根/冠升高,表明低夜温下不同品种均有更多光合产物被优先输送到根部;天油2号叶片叶缘、叶尖呈卷曲状或水渍斑状,表现明显冻害症状,陇油7号叶色加深,叶片平展,生长点下陷,未见冻害;夜温降低处理后白菜型冬油菜叶片叶绿素均升高,不同品种叶绿素升高幅度明显不同,天油2号比对照升高6.0%,陇油7号升高9.6%;此时,天油2号大部分气孔关闭或半关闭,其叶片胞间C_i高于陇油7号,G_S、P_n显著低于陇油7号,表明在夜间温度为5℃时,天油2号光合作用受到显著抑制,非气孔限制是引起其光合效率降低的主要原因;而陇油7号在5℃低夜温条件下,叶片气孔大部分仍保持开放,叶片P_n、C_i虽略有下降,但与对照（昼夜温度为20℃/10℃）处于同一显著水平,在5℃低夜温条件下仍保持较高的光合能力。昼/夜温度为20℃/10℃时,白菜型冬油菜叶绿体紧贴细胞内壁整齐排列,基粒片层垛堞整齐紧密,基质片层整齐有序,叶绿体外形呈梭状或单面凹透镜形,内含淀粉颗粒,陇油7号淀粉粒数量和直径均大于天油2号;当昼/夜温度降为20℃/-5℃时,天油2号下部叶片已全部干枯,持绿叶片叶出现水渍状冻害,陇油7号心叶深绿色,下部叶变黄,但叶片平展,叶面呈块状泛红;天油2号相邻叶绿体融合、叶绿体外膜破裂、释放出內溶物,基粒溶解、基质片层断裂,叶绿体膜有序结构完全损坏;陇油7号叶绿体外膜完整清晰,保持部分基粒结构,基质片层结构较完整,其内仍有少量淀粉粒存在;-5℃低夜温处理后冬油菜不同品种C_i升高,叶绿素含量、G_s、P_n下降;但不同品种叶绿素含量、气体交换参数等存在显著差异,天油2号叶绿素含量显著低于陇油7号,其P_n迅速降低到0.210 μmol CO₂·m^-2·s^-1,比对照下降256.2%,陇油7号P_n为0.434 μmolCO₂·m^-2·s^-1,是天油2号的2.06倍,在-5℃低夜温处理后陇油7号仍有较高的光合速率;陇油7号根/冠显著高于天油2号,表明陇油7号更多光合物质被优先输送到根部保存。【结论】低夜温造成白菜型冬油菜叶绿体光合膜结构损伤,引起叶片P_n降低,昼/夜温度为20℃/5℃时,P_n的下降主要与气孔限制相关,而昼/夜温度为20℃/-5℃时,P_n下降主要由非气孔限制引起。