土壤–根系–微生物系统中影响氮磷利用的一些关键协同机制的研究进展

根际是养分进入作物系统的门户,也是土壤-根系-微生物相互作用的微域。根际界面过程决定了氮磷养分的供应强度和有效性,最终影响了氮磷养分的利用效率和作物生产力。近年来,国内外在揭示农田土壤-根系-微生物系统中不同界面的养分转化、吸收和运输机制方面取得了一些新进展。在不同时空尺度上分析了影响土壤氮磷转化微生物组成的影响因子;研究了丛枝菌根系统形成的信号机制及其对氮磷吸收的基因调控机制;从信号网络、根系质子分泌和根构型的角度系统揭示了作物根系应对根际环境氮磷养分供应的形态和生理响应机制。未来针对根际氮磷高效利用问题,需要深入研究土壤-根系-微生物不同界面的协同机制和调控原理,在根际微域和土壤团聚体尺度开展微生物食物网及其关键功能微生物分布格局和演替规律的研究;揭示根构型对根系–微生物协同结构和功能的影响,研究养分缺乏条件下根内质子分泌和关键转运蛋白对根系生长和养分吸收的调控机制;针对粮食作物,研究根系-微生物对话中已知信号物质(如独脚金内酯和N-酰基高丝氨酸内酯)和新的信号物质(小RNA)的网络作用机制及其对多养分协同代谢的影响;最后,针对不同气候、土壤、作物类型区,提出提高氮磷利用效率的根际生物调控途径和措施。     

水稻RNA原位杂交体系的优化

为了能准确、快捷地追踪目标基因在水稻中的表达,并提供在不同植物中基因表达的研究基础,优化了水稻RNA原位杂交体系。以卡诺固定液处理材料,原位杂交结果显示:细胞边界清楚,标本背景清晰,检测信号强。设置了0、15、25、35和45 min 5个消化时间梯度,消化时间是25 min的试验结果显示:杂交信号分布于整个受检表面,信号可检测性强,并在不同组织结构中信号强弱不同。以根尖为材料,杂交液A的检测信号符合分布规律,杂交液B验证反义探针检测信号较弱,杂交液C验证反义探针检测信号进一步减弱,并伴随着验证正义探针信号增强。以叶片为试验材料,杂交液A和B的原位杂交结果差异不大,而杂交液C验证反义探针信号减弱,验证正义探针信号增强。结论:水稻RNA原位杂交体系的固定液为卡诺固定液,最佳消化时间为25 min,杂交液为杂交液A。     

新疆棉花品种新陆中51号在山东棉区的需钾特性

将新疆棉区优质高产棉花品种新陆中51号引种到黄河下游的山东棉区,在田间试验条件下,研究该品种的需钾特性。结果表明,引种促进了棉花的营养生长,使株高在不用施钾水平下增加了0.6%~15.4%。在当地习惯施钾条件(K2O,225 kg/hm2)下,该棉花品种与主栽地区相比籽棉产量减少约14%,而增施钾肥(K2O,450 kg/hm2)可显著增加棉花的单株结铃数,使棉花籽棉产量比西北内陆棉区增产约26%。增施钾肥同时显著提高了棉花体内脯氨酸的含量,并降低了丙二醛含量,推测其可能是高钾促进新疆棉花品种适应高温高湿的山东棉区的一个因素。因此,增施钾肥是使新陆中51号成功引种到黄河下游山东棉区的重要条件。     

空心莲子草铵转运体ApAMT1;3基因的克隆及功能鉴定

近年来,空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)因其对水体富营养化尤其是水体铵积累有潜在的修复能力而受到人们的关注。然而,目前对空心莲子草吸铵的分子生物学研究甚少。本研究利用简并引物和RACE技术分离了一条铵转运体cDNA,命名为ApAMT1;3;实时定量结果表明,ApAMT1;3主要在地上部表达,缺铵处理显著增强了ApAMT1;3在根、茎及叶部的表达水平;酵母功能互补试验表明,ApAMT1;3是一个功能型的铵转运体。本研究结果为研究空心莲子草NH4+的吸收和利用提供了新的基因资源,同时也为研究水生植物NH4+的吸收转运及调控机制奠定了分子生物学基础。     

外源蔗糖对高NH4+胁迫下拟南芥碳氮代谢的影响

以拟南芥野生型、amt1.1和amt1.3为实验材料，采取土培的方法，以正常培养液（4mmol/L NH4+）培养，在20mmol/L NH4+的胁迫下，通过在培养液中添加0%（T1）蔗糖、5%（T2）蔗糖，测定地上部分的鲜重，叶绿素，游离NH4+，可溶性糖，可溶性蛋白，谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH），矿质元素含量等指标，研究外源蔗糖对NH4+胁迫拟南芥碳氮代谢的影响。结果表明，T1处理下，拟南芥生长受到严重的抑制，鲜重，GS，GDH酶活性降低，游离NH4+含量，叶绿素含量，可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，植株的N、P、K、Ca的含量增加，Mg、Fe的含量减少。其中col-0在T1处理下受到的抑制比amt1.1和amt1.3更为显著。与T1处理相比较，T2处理增加了拟南芥植株的鲜重，显著提高了可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高了GS和GDH的活性；降低了叶绿素和游离NH4+的含量，提高了植株体内的N、P、K、Ca，Mg的含量，降低了植株Fe的含量，其中，外源蔗糖对col-0高NH4+毒害的缓解更为显著。     

重金属胁迫条件下空心莲子草的生长和营养特征分析

空心莲子草是一种常见的水生植物,并能在重金属污染的水体或附近土壤中生长。本研究发现,空心莲子草能富集6种常见的重金属元素,其富集能力为：Zn2＋〉Mn2＋〉Pb2＋〉Cu2＋〉Cd2＋〉Cr3＋。高浓度（1mmol/L）Cu2＋、Mn2＋、Zn2＋和Cr3＋等重金属胁迫处理条件下,空心莲子草的根冠比增加,生物干重、总根长和总根表面积都相应降低。此外,高浓度（1mmol/L）Pb2＋、Cd2＋、Cu2＋或Zn2＋分别胁迫处理条件下,空心莲子草的K＋、Ca＋和Mg＋等元素的含量变化差异显著（P〈0.05）。以上研究表明,空心莲子草通过改变体内钾钙镁等重要生长元素营养情况来适应重金属污染的胁迫,有很强的富集重金属元素的能力,进而降低污染、净化水体。空心莲子草对重金属污染的生长响应及体内重要矿物元素营养特性之间的相互关系,可能为重金属污染的水土生物修复提供理论依据。     

杨树基因组AMT转运蛋白的生物信息学特性

本研究中，通过隐马尔科夫模型（HMM）和杨树蛋白质库搜索，共找到17个杨树铵转运体蛋白（PtAMTs）。利用生物信息学方法，我们对杨树家族17条AMT蛋白序列的系统发生和AMT基因组定位进行分析，然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析，同时还分析了杨树与拟南芥、水稻、番茄、百脉根和欧洲油菜的AMT基因家族之间的联系。二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异；仪一螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分。同源性比对分析表明，PtAMT基因家族主要分为2个亚家族，AMT1（11个成员）和AMT2（6个成员），基因结果分析表明AMT2亚家族成员不含内含子。杨树AMT蛋白的亚细胞定位分析表明PtAMT主要定位于膜结构上。电子表达图谱分析结果表明：只有XP002309151和XP002334025基因有对应的EST序列，并有相应的电子表达谱，并主要在花蕾表达。     

水稻吸铵基因OsAMT12和OsAMT33在不同生育期中的表达量差异及其在酵母细胞中吸铵功能初析

本文利用定量PCR技术分析了OsAMT1.2和OsAMT3.3在水稻根中的表达水平,并应用铵吸收功能缺陷型酵母突变体分析OsAMT1.2和OsAMT3.3对NH4+ 的转运功能及影响基因功能异源表达的可能因素.结果表明,OsAMT1.2和OsAMT3.3在分蘖期的表达水平较苗期高;苗期OsAMT1.2与OsAMT3.3的转录水平差异不显著,但分蘖期OsAMT1.2的表达水平快速升高,较苗期提高了5倍,而OsAMT3.3的表达量只提高了一倍,导致两者的表达水平存在显著差异.缺N处理2天两基因均有被诱导增强表达的趋势,其中苗期的增加幅度明显高于分蘖期.当外源供给1mmol/L NH4+,OsAMT1.2在铵吸收功能缺陷型酵母突变体上仅表现部分功能,而OsAMT3.3则不能实现吸铵功能互补.以AtAMT1.1为对照,分析OsAMT1.2在酵母中的表达水平,结果表明异源系统中OsAMT1.2的相对表达量仅有AtAMT1.1的50%.本文的结果说明,外源基因在酵母异源系统中的异源表达,除了与基因产物本身的功能有关,还取决于宿主酵母细胞对其表达水平的调控,因而表现出受内源机制调控的特征.     

豆梨铵转运蛋白基因PcAMT1-1 和PcAMT1-2 的克隆与功能鉴定

 为探明豆梨（Pyrus calleryana Dcne.）铵转运蛋白基因家族成员的序列特征、生理功能和表达特点，以豆梨幼苗为材料，运用电子克隆与3′-RACE 技术获得2 个铵转运蛋白基因PcAMT1-1 和PcAMT1-2，采用酵母互补和半定量RT-PCR 方法研究它们的生理功能与表达特点。结果表明：PcAMT1-1和PcAMT1-2 开放阅读框为1 518 bp 和1 515 bp，编码的蛋白分别含505 和504 个氨基酸残基。PcAMT1-1和PcAMT1-2 分别与甜橙 × 枳后代CpAMT（ABI52423）和茶CsAMT1;2（AB114913）的同源性最高（81.96%和78.31%）。PcAMT1-1 和PcAMT1-2 转入酵母均能使铵转运体缺失突变菌株31019b 恢复NH₄⁺吸收能力，在酸性条件下（pH 4.8 或5.8）PcAMT1-1 和PcAMT1-2 对31019b 的互补效果均优于中性条件（pH 6.8）。NH₄⁺有毒类似物MeA+可以显著抑制转PcAMT1-1 酵母31019b 的生长，该物质对转PcAMT1-2酵母31019b 无抑制效果；谷氨酰胺合成酶抑制剂MSX 可有效抑制PcAMT1-2 对酵母31019b 的互补效果，对PcAMT1-1 的互补效果无显著影响。正常供铵，PcAMT1-1 主要在叶中表达，PcAMT1-2 主要在根中表达；无氮处理后，PcAMT1-1 和PcAMT1-2 在根中的表达先上调后下降；重新供铵后，它们的表达量恢复；地上部的表达对上述处理无显著响应。综上所述，PcAMT1-1 和PcAMT1-2 在豆梨中具有吸收或转运NH₄⁺的功能，并可能具备不同的调控机制。     

玉米增密度提单产的栽培技术研究

玉米在我国粮食安全中起着极其重要的作用,不仅是重要的饲料作物,还是食品、化工、燃料、医药等行业的重要原料。玉米生产质量与数量的有效提高只能依靠增密度提单产来实现 , 必须结合先进科学技术手段来完成相关工作。在热量比较充足的地区,注重选择生长期较长的玉米品种,促进玉米优良品种的生产潜力得到有效发挥。抗旱精播保全苗是实现玉米高质量的生产前提,合理密植,确定播量,充分考虑玉米品种特质是当前发展的重要手段。本文重点围绕靖边县玉米产业发展实际现状进行有效分析,并以此为基础提出具体的对策与措施。