过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

60Co-γ射线辐照处理对4种药用植物种子萌发的影响

用不同剂量60Co-γ射线对益母草、蒲公英、车前、紫苏种子进行辐照处理,测定这4种药用植物种子的发芽率、发芽势、发芽指数等指标,了解60Co-γ射线辐照对其种子萌发的影响,为这4种药用植物的新品种选育提供参考。结果表明,60Co-γ射线对4种药用植物种子具有较强的诱发突变能力,辐照剂量与种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗高、苗鲜重均呈负相关,其中与苗高的相关性达极显著水平。益母草和蒲公英种子的半致死剂量大于400 Gy,车前种子的半致死剂量在300~400 Gy之间,紫苏种子的半致死剂量在50~100 Gy之间。     

橡胶草资源利用及其天然橡胶合成分子机理研究进展

蒲公英属植物橡胶草因其优异的生境适应性及优良产胶性状表现,现已成为中国天然橡胶生产领域替代巴西橡胶树等限制性植物资源的重要替代作物。本研究从种质资源利用与评价、天然橡胶合成代谢途径、产胶分子机理等方面综述了国内外橡胶草的研究进展、趋势和存在的问题,同时为开展橡胶草资源科学开发、产胶分子特性及原理等相关内容研究提出建议。     

基于高光谱特征参数荒漠草原生物量估测研究

应用高光谱技术对荒漠草原草地生物量进行估测,分别采用原始光谱、一阶微分光谱和高光谱特征参数,分析荒漠草原草地冠层光谱数据与草地生物量相关关系,选择与草地生物量显著相关的高光谱特征参数,利用单变量线性与非线性、逐步回归和BP(Back Propagation)神经网络构建估测模型。试验结果表明:与草地生物量相关系数最大的为高光谱特征参数SDR/SDb,相关系数为0.792;通过高光谱特征参数Dy、Rg、Rr、SDy、SDR、Rg/Rr、(Rg-Rr)/(Rg+Rr)、SDR/SDb、(SDR-SDy)/(SDR+SDy)建立的BP神经网络回归模型最优,决定系数R2为0.766,均方根误差为40.19g/m2,相对误差为29.88%。因此,利用草地冠层高光谱特征参数可以估测草地生物量,能够对草地生物量进行定量分析,为草地精细化管理提供技术支持,对畜牧业可持续发展具有重要意义。     

原位直剪试验在碾压混凝土坝体中的应用

现场进行原位直剪试验,通过抗剪性能f'及c'值来验证碾压混凝土重力坝3个不同结合层面处理方式的粘接强度是否能满足设计要求。     

日晒高温覆膜对韭菜生长及根际土壤微生物多样性的影响

为明确日晒高温覆膜对韭菜生长及根际土壤微生物群落的影响，本研究在河北省韭菜主产区基于日晒高温覆膜措施对韭菜迟眼蕈蚊进行田间防治试验，就覆膜前后土壤的理化性质进行了比较，并采用Biolog-ECO技术分析了覆膜对土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明，日晒高温覆膜技术对韭蛆各龄期幼虫的防治效果达到100%，覆膜12 d后韭菜株高、茎粗、叶宽、色泽、百株鲜重及根长等生长发育指标与未覆膜的对照相比均无显著影响；覆膜后土壤中全磷量显著增加；根据Biolog-ECO培养第144 h的AWCD值计算土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、McIntosh指数和丰富度指数均无显著变化。可见日晒高温覆膜对韭菜迟眼蕈蚊具有明显的防治效果，对韭菜生长及韭菜根际土壤微生物多样性无显著影响。     

噁唑烷类安全剂的三维定量构效关系研究

针对25个噁唑烷类化合物,以玉米根部GST活性为衡量标准,运用三维定量构效关系中的比较分子力场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)两种方法进行研究;应用20个化合物作为训练集,分别建立相应的模型,并对其进行结构和活性关系的分析。CoMFA模型的交叉验证系数q2为0.647,非交叉验证系数r2为0.999;CoMSIA模型交叉验证系数q2为0.527,非交叉验证系数r2为0.949。使用训练集以外的5个化合物进行了验证,两种模型预测值与实测值偏差较小,都显示出了较好的预测性和稳定性。研究结果可为设计新的噁唑烷类潜在的除草剂安全剂提供可靠信息。     

马铃薯块茎花色素苷合成相关R2R3 MYB蛋白基因的克隆和功能分析

植物花色素苷的合成代谢受转录因子的调控,其中R2R3 MYB为最主要的转录调控因子。本研究以彩色四倍体马铃薯为试材,克隆了R2R3 MYB基因家族里调控马铃薯块茎花色素苷合成R2R3 MYB-St AN1的3个同源基因,并利用生物信息学分析、稳定烟草遗传转化、q PCR等方法对这3个同源基因的结构和功能进行分析和鉴定,结果表明,这3个同源基因均含有R2和R3保守结构域,其主要差别在于C端由10个氨基酸序列组成的重复结构(R)数目不同,根据R数目将其分别命名为St AN1-R0、St AN1-R1和St AN1-R3,其蛋白分子量分别为28 047.91、29 458.35和31 527.60 Da,等电点(p I)分别为6.14、6.90和8.39,均为亲水蛋白。通过转化烟草发现,转入St AN1-R0、St AN1-R1和St AN1-R3后,烟草叶片叶色变化明显,其中转St AN1-R1烟草叶色呈深红色,其叶片花色素苷含量最高。进一步利用q PCR分析表明,外源St AN1使烟草叶片花色素苷合成代谢途径的关键基因(Nt CHS、Nt CHI、Nt F3H、Nt F3’H、Nt DFR、Nt ANS、Nt UFGT)上调表达,同时烟草内源Ntb HLH基因的表达显著上升;St AN1-R1可以高效地调控烟草内源Ntb HLH基因和结构基因Nt DFR和Nt ANS的表达。结果表明,St AN1的3个同源蛋白均可以调控花色素苷的合成,而只含一个重复序列R的St AN1调控花色素苷合成的能力最强。     

作物行识别算法的虚拟试验方法

针对作物行识别算法的传统开发过程对田间作物生长周期依赖性较强，错过适当的田间图像采集时期将直接导致算法开发周期延长等问题，提出一种基于虚拟场景的作物行识别算法测试方法，即在虚拟环境下模拟农田作物行场景和图像采集系统，运用虚拟作物行图像测试作物行的识别算法。该方法在虚拟现实环境下建立作物行场景模型；提出一种融合建模法，根据作物和杂草的几何特征建立对应的三维几何模型；根据实际田间作物的空间分布特征，建立株距、行距可调的田间作物行模型；以Vega Prime为视景仿真工具，通过配置投影模式、渲染模式、视点位姿和图像采集规格，构建图像采集系统，输出作物行场景图像。以苗期棉花作物行为建模对象，对一种经过田间试验验证的双目视觉作物行识别算法进行测试试验。对比实际棉田图像对应的试验结果，同一作物行识别算法的识别正确率、偏差角和图像处理时间均相近。结果表明，本文建立的虚拟棉田作物行与实际棉田作物行场景相近，能够用于作物行识别算法的测试。     

黑龙江不同种源(产地)山杏苗期对环境适应性分析

收集黑龙江省不同地区的12个种源的山杏种子在齐齐哈尔进行播种试验,以研究山杏苗期对环境的适应性。结果表明:12个种源山杏的平均苗高为56.01 cm,平均地径为0.44 cm。万人欢种源的隶属函数的平均值最大,为0.55,适应性最好;讷河种源的隶属函数平均值最小,为0.41,适应性最差。选择万人欢、扎旗、龙江、七台河4个种源为优良种源,其中龙江19号隶属函数平均值最大,为0.65;七台河5号、万人欢6号、扎旗7号隶属函数平均值均为0.61;龙江山杏隶属函数平均为0.58。初步认定龙江19号在本地的适应性最好。