红花吸收矿质元素及其在器官中分配研究

以红花株系‘2-3’为材料,通过检测红花幼苗期、花蕾期、成熟期不同器官N、P、K、Na、Ca、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd等矿质元素含量,探计了红花生长过程对矿质元素的吸收及吸收后矿质元素在不同器官中的分配特点。结果表明:不同生育时期红花对矿质元素吸收、器官分配差异明显;不同生育时期不同器官N、P、K含量不同,幼苗期叶中N含量最高,茎中P、K含量较高,从幼苗期到成熟期N、P、K向花和蕾转移,根、茎、叶N、P、K含量呈下降趋势,而花中K含量上升最快;N、P、K需求量高于Fe、Mn、Cu、Zn等元素,氮磷钾三元素比较,花蕾期累积能力为P> K> N,成熟期累积能力为P> N> K,Na在红花的根和茎中累积能力最强,Ca在叶中累积能力最强,Fe和Cu在幼苗期累积能力最强,Fe、Cu、Zn在花蕾期和成熟期均以花蕾和种子生长中心累积能力最强。     

小麦幼苗根系生理特性和解剖结构对根际pH的响应

为探讨根际pH 对冬小麦根系生长的影响，以半冬性小麦品种''矮抗58''（AK58）和''百农4199''（BN4199）为材料，采用水培试验，设置3个pH 水平（4.0、6.5、9.0，以6.5为对照），研究根际pH 对冬小麦根系抗氧化酶系统的影响及根系解剖结构对pH 的响应。结果表明：酸碱胁迫下，植株地上部及根系生物量、抗氧化酶活性较对照下降，且酸胁迫较碱胁迫下降幅度大。两品种根冠比表现为pH 4.0＜pH 6.5＜pH 9.0，丙二醛（MDA）含量表现为pH 6.5＜pH 9.0＜pH 4.0。与对照相比，两品种碱性条件下根系结构受损较小，而酸性条件下受损较大。相关分析表明地上部和根系干物质积累量与抗氧化酶活性呈显著正相关，与根系MDA含量呈极显著负相关。可见，酸碱胁迫下，保持较高的抗氧化酶活性有利于保持根系生长，从而提高小麦适应不良根际环境的能力。     

几种新型尿素对玉米植株氮素利用和土壤氮残留的影响

为明确控释、聚能网、腐植酸、含锌尿素对玉米植株氮素利用和土壤氮残留的影响,本试验以郑单958为试验对象,以不施氮为对照,设置常规尿素、控释尿素、聚能网尿素、腐植酸尿素、含锌尿素、常规尿素加锌6个施肥处理。结果表明,施用控释尿素玉米籽粒产量达9 411 kg/hm²,比对照增产54.4%;其次是聚能网尿素处理;腐植酸尿素和含锌尿素与常规尿素相比也具有增产作用。从玉米植株地上部生物量累积来看,控释尿素处理下玉米植株生物量最高,为25 433 kg/hm²。成熟期,控释尿素处理玉米植株氮素养分累积量达277.5 kg/hm²,比对照增加39.7%;氮肥利用率为55.3%,农学利用率为14.8 kg/kg,显著高于常规尿素处理。通过施用4种新型尿素,对比分析收获期土壤剖面无机氮残留,发现腐植酸处理下土壤中铵态氮和硝态氮的累积量都要高于其他处理,而控释尿素和聚能网尿素的累积量都较小,这与地上部植株氮肥利用率相对应。通过综合对比分析可知,控释尿素处理无论是在植株性状、增产潜力,还是氮素养分利用效率及对土壤环境影响方面,均表现优异,推荐在玉米生产中大面积应用该新型肥料。     

小麦谷胱甘肽S-转移酶基因的克隆及原核表达

为了进一步研究小麦谷胱甘肽-S-转移酶基因(TaGST)的功能,采用RT-PCR方法分离了小麦谷胱甘肽-S-转移酶基因(TaGST)的ORF全长c DNA,并进行了生物信息学分析。结果表明:小麦TaGST基因的ORF全长690 bp,编码229个氨基酸;TaGST蛋白分子质量为25.81 k Da,p I为5.29。系统进化分析表明,该基因编码蛋白与水稻OsGST蛋白的氨基酸同源性最高,与已知植物GST家族成员的氨基酸序列聚类分析将TaGST聚为Phi类GST。构建原核表达载体p ET32-TaGST,对TaGST基因进行原核表达,SDS-PAGE结果表明,其所表达蛋白与预期蛋白大小一致。为进一步研究该基因的特性和功能奠定了理论基础。     

水氮互作对冬小麦耗水特性和氮素利用的影响

为了探讨河南省豫北地区水氮互作下冬小麦耗水特性、植株氮素积累和氮素利用率等指标的变化特征,结合当地冬小麦灌溉施肥制度设置水氮两因素裂区试验,水分为主区,氮素为副区,设置3个灌溉水平:W0(返青后不灌水)、W1(返青后灌拔节水)和W2(返青后灌拔节水和灌浆水);在每个灌溉水平下设置3个施氮水平:N0(不施氮)、N1(150kg/hm~2)和N2(225kg/hm~2),每次灌水量75mm。结果表明:随着施氮量的增加,冬小麦生育前期的阶段耗水量、日耗水强度和生育后期的耗水模系数增加。随着灌溉的增加,N0的氮收获指数高于施氮处理,施氮提高了植株氮素积累量和籽粒含氮量,且N1的氮吸收率高于N2。在相同施氮量下,灌水有利于提高氮肥生产率和小麦的籽粒产量。水分对籽粒产量和氮素利用率的贡献率高于氮素,氮素对水分利用效率贡献率较高。在干旱胁迫初期可通过施氮来提高土壤贮水的利用率。灌水可以补偿因施氮量不足导致的籽粒产量降低,而施氮过多对灌水的补偿效应较小。本地区冬小麦灌溉施肥制度为冬灌返青后灌拔节水和灌浆水,施氮为150kg/hm~2时,籽粒产量最高,水分利用效率较高,植株氮素积累量、氮吸收效率和氮肥生产率相对较优,可供实际生产中参考。     

15℃以上平均气温显著影响温敏雄性不育小麦BNS的育性转换

BNS是一个对温度敏感的小麦雄性不育系,敏感期低温表现不育,高温恢复可育。2014/2015年度小麦生育期间温度相对较高,但BNS的自交结实率比温度相对较低的2011/2012年度低50%以上。为探讨该现象产生的原因,对近4a（2012-2015年）小麦生育期的温度走向,以及温度与BNS自交结实率的关系进行分析。温度走向结果分析表明,不同冬、春温度变化显著影响BNS结实率,暖冬和寒春易降低结实率,寒冬和暖春可提高结实率。这些结果对BNS的影响可能是,暖冬穗发育加快,进入感温期早,再遇正常年份或暖春,育性转换完成快,结实率高,反之结实率低。2014/2015年度属典型暖冬和寒春气候特点,故BNS结实率严重下降。相关分析结果表明,BNS的自交结实率与播种-抽穗的各积温因子均呈负相关,而与翌年3月1日-抽穗的平均温度≥15℃有效积温和平均温度≥15℃的累积日数呈显著正相关;BNS育性转换的温度阈值为12℃,15℃以上温度对自交结实率影响显著;用两个正相关显著的温度参数建立的回归方程可预测BNS自交结实率。研究结果表明,15℃以上平均气温显著影响温敏雄性不育小麦BNS的育性转换,平均温度≥15℃有效积温和平均温度≥15℃的累积日数是两个重要的BNS育性转换温度因子参数。     

陆地棉钾转运体基因GhHAK5的序列特征及表达分析

KUP/HAK/KT钾转运体基因家族对植物吸收钾离子发挥重要作用, 鉴定和克隆棉花的钾转运体基因, 对于改良棉花的钾吸收特性, 提高棉花的产量和品质具有重要意义。基于已测序的陆地棉基因组序列, 本研究通过同源克隆的方法鉴定到陆地棉钾转运体基因GhHAK5, 并以陆地棉品种百棉1号为材料对其CDS序列进行扩增。结果表明, GhHAK5基因的CDS全长为2451 bp, 编码816个氨基酸, 分子量和等电点分别为91.23 kD和8.15。GhHAK5蛋白具有KUP/HAK/KT家族基因的保守结构域“K-trans”(Pfam02705)和标志性序列GXXXGDXXXSPLY, 并具有11个跨膜区。在进化上, GhHAK5蛋白与拟南芥AtHAK5亲缘关系最近, 其次是与水稻的OsHAK5, 它们同属Cluster I进化簇。亚细胞定位结果显示, GhHAK5是一个定位于质膜的蛋白, 这与其主要作为钾转运子参与K⁺吸收的功能是一致的。GhHAK5基因在根中表达量最高, 在茎、叶、花瓣、纤维和花萼中表达量很低, 且其表达受外界低钾环境诱导。本研究结果为进一步了解GhHAK5基因的功能及培育钾高效棉花品种奠定了基础。     

氮素形态及配比对红花苗菜产量和品质的影响

在盆栽条件下,以3个红花株系为试验材料,研究不同氮素形态及配比对红花幼苗生物学性状及品质的影响。结果表明:随硝态氮比例的增加,红花幼苗叶片数目、叶片长度和幼苗单株鲜质量和生物学产量呈先上升后下降的趋势,其中以处理N3(50%铵态氮+50%硝态氮)对红花苗菜增产幅度(23.98%~40.06%)最大。铵态氮比例的增加有利于红花幼苗多糖的合成,而硝态氮比例的增加有利于可溶性蛋白的累积,处理N1至N4与N0相比,‘1-12’红花幼苗多糖质量分数增加21.78%~51.49%,而其可溶性蛋白N4、N5比N0分别增加4.91%、12.14%。施氮降低红花幼苗中黄酮和羟基红花黄色素A质量分数,而与氮素形态无直接关系;施氮会提高红花苗菜中硝酸盐质量分数,随硝态氮比例的增加,红花幼苗中硝酸盐质量分数增加幅度较大;全铵态氮(N1)时硝酸盐质量分数增加0.72%~4.57%,全硝态氮(N5)时硝酸盐质量分数增加23.43%~59.71%。苗菜中维生素C表现下降趋势,但维生素C下降幅度低于铵态氮。因此,红花苗菜生产以100%铵态氮(N1)或75%铵态氮+25%硝态氮(N3)为宜,既提高苗菜产量又可保证品质。     

小麦BNS雄性不育中国春恢复基因的连锁群检测和QTL初步定位

BNS是一个新发现的温敏小麦雄性不育系,有良好的不育性和自身转换性,在杂交小麦利用和不育资源研究中有重要价值。为定位BNS的恢复基因,首先以BNS的高恢复系中国春为材料,创建BNS×中国春F2作图群体,建立自交结实率和花粉可育率两个表型BSA池;然后用中国春缺体-四体系检测恢复相关连锁群;最后用这些连锁群上的SSR分子标记筛选BSA池,用检测的连锁标记筛选F2作图群体,进一步定位恢复基因的QTL位点。结果表明,用BNS与中国春缺四体杂交,根据F1不育性检测到4个相关连锁群,分别是1A、1B、2B和7B;利用4个相关连锁群和4个非相关连锁群共8个染色体上的222对SSR分子标记筛选2对共4个BSA池,结果在3个相关连锁群上检测到8对连锁标记;用这8对连锁标记筛选F2群体210个个体植株,检测到5个QTL位点,位于1A、1B和2B染色体上。这些位点中,1个与自交结实率相关,2个与两个表型均相关,是主效QTL位点,另2个与花粉可育率相关,是微效QTL位点。这些结果为BNS恢复基因分子标记选择和精细定位奠定了基础。     

稻秸还田方式对酸性和碱性土壤养分含量、微生物数量及油菜生长的影响

本研究于2017～2018年在中国农业科学院油料作物研究所网室,以油菜为供试作物,用土培盆栽的方法,设秸秆不还田(对照)、秸秆焚烧后灰烬与土壤混匀还田、秸秆粉碎与土壤混匀还田、秸秆粉碎覆盖还田4个处理,研究稻秸还田方式对酸、碱性土壤养分形态与含量、微生物数量和油菜生长的影响,以期选出适合酸、碱性土壤的稻秸还田方式。结果表明:(1)稻秸还田方式对油菜各生育时期土壤速效养分含量影响显著。土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量以秸秆粉碎与土壤混匀还田处理增加最多,该处理成熟期在酸性土壤上比对照、秸秆焚烧后灰烬与土壤混匀还田和秸秆粉碎覆盖还田处理各养分平均分别增加48%、10%和47%。(2)4种稻秸还田方式对土壤真菌、细菌、放线菌的数量变化均产生影响,但是秸秆粉碎与土壤混匀还田在酸性土壤上促进真菌数量的增加,该还田方式在碱性土壤上对增加细菌和放线菌数量效果显著。(3)各生育时期油菜生物量以秸秆粉碎覆盖还田方式为最高,且酸性土壤高于碱性土壤。总之,秸秆粉碎与土壤混匀还田在酸性土壤上效果最好,更利于提高土壤养分含量、土壤微生物数量及油菜生物量;而在碱性土壤上则以秸秆覆盖还田方式最好。可见根据土壤酸碱度等因素因地制宜地选择适宜的秸秆还田方式是必要的。