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。     

谷子株高及穗部性状主基因+多基因混合遗传模型分析

【目的】株高和穗部性状是影响谷子产量的关键性状。探究谷子株高及穗部性状表型变异的遗传规律,为相关性状的遗传改良与基因定位提供参考依据。【方法】以谷子优质品种豫谷18为共同父本,分别与黄软谷和红酒谷杂交,构建2个分别包含250个家系的重组自交系F₇群体（YYRIL和YRRIL）。采用主基因+多基因混合遗传模型,对YYRIL和YRRIL群体在2个环境下的株高、穗长、穗下节间长、穗码数、穗粒重等5个农艺性状的表型数据进行遗传分析。【结果】5个性状在所有环境中均表现连续变异且存在超亲分离现象,峰度和偏度绝对值小于1,近似正态分布,呈现数量性状的典型遗传特点。性状间相关性分析表明株高与穗长、穗下节间长在所有环境中均呈极显著正相关,穗码数与穗粒重呈极显著正相关。遗传模型分析显示YYRIL和YRRIL群体株高的最适遗传模型分别为PG-AI和PG-A多基因模型,多基因遗传率分别为95.15%和91.27%。2个群体穗码数的最适模型均为PG-AI,多基因遗传率为70.07%—71.58%。穗下节间长在2个群体的最适遗传模型分别为4MG-CEA和3MG-CEA,均为等加性主基因模型。穗下节间长在YYRIL群体的主基因遗传率为9.69%,4对主基因加性效应值相等,均为-0.34,具有负向效应;穗下节间长在YRRIL群体的主基因遗传率为45.78%,3对主基因加性效应值相等,均为1.17,具有正向效应。穗长在YYRIL群体的最适模型为MX2-ED-A,即2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为43.56%,多基因遗传率为50.56%。控制穗长的2对主基因加性效应值分别为-1.21、1.68,多基因加性效应较小,为-0.0017;穗长在YRRIL群体的最适模型为MX2-AE-A,即2对累加作用主基因,加性多基因混合遗传模型;穗长的主基因遗传率为46.40%,多基因遗传率为46.91%。控制穗长的第1对主基因加性效应值为1.53,具有正向效应,第1对主基因加性×第2对主基因加性上位性互作效应值是0.60,多基因加性效应值为-0.47,表现为较低的负向遗传效应。穗粒重在YYRIL群体的最适遗传模型为MX2-ED-A;符合2对显性上位主基因+加性多基因模型,主基因遗传率为69.09%,多基因遗传率为12.08%;控制穗粒重的2对主基因加性效应值分别为0.58、5.82,以第2对主基因的加性效应为主,多基因加性效应值为-3.81。穗粒重在YRRIL群体的最适遗传模型为3MG-PEA,即3对部分等加性主基因遗传模型;穗粒重的主基因遗传率为81.10%,3对主基因加性效应值分别为-2.68、-2.68和2.66,前2对主基因的加性效应值相同,且均为负向效应。【结论】谷子株高、穗码数的最适遗传模型相似,均服从多基因遗传,遗传率较高,受环境影响较小;穗下节间长的遗传受主基因控制,主基因遗传率偏低,受环境影响较大,在栽培中应充分考虑环境因素;穗长遗传受主基因和多基因共同控制;穗粒重在2个群体均服从主基因遗传,主基因遗传率较高,可能存在主效QTL。     

“季节分段”人才培养模式在《园艺植物育种》课程教学中的应用探索

结合“季节分段”人才培养模式在《园艺植物育种》课程教学中的应用实践，综合分析了这一新型人才培养模式对园艺专业学生、园艺企业和专业教师三方面的积极作用，为高职农业类专业的教学改革提供了思路。     

玉米ZmPP2C6-01基因的克隆及表达分析

为了研究玉米蛋白磷酸酶2C (PP2C)基因对非生物胁迫的响应及生理功能,以耐旱玉米自交系豫882为试验材料,对玉米20%PEG6000胁迫处理转录组进行分析,筛选受干旱诱导强烈表达的PP2C基因,然后对其进行克隆、生物信息学分析及表达模式分析。结果表明,在玉米20%PEG6000胁迫处理转录组中筛选到一个干旱胁迫下显著上调表达的PP2C蛋白基因,命名为ZmPP2C6-01。ZmPP2C6-01基因的开放阅读框为1 242 bp,编码413个氨基酸,编码蛋白质的分子质量为43.8 ku,等电点为6.6,是一种亲水性蛋白。ZmPP2C6-01蛋白与高粱的PP2C蛋白亲缘关系最近,而与冬小麦、粗山羊草等的PP2C蛋白亲缘关系相对较远。ZmPP2C6-01蛋白定位于细胞核中。利用实时荧光定量PCR分析发现,ZmPP2C6-01基因在玉米根中的表达量最高,其次是叶,茎中最低;PEG胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中的表达量大部分时间点均高于对照,同时在叶中呈上调表达模式;在ABA、NaCl、高温胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中大部分时间点的表达量均低于对照,整体呈下降趋势,而在叶中的表达量均高于对照,呈上调表达模式。综上表明,ZmPP2C6-01基因响应干旱等逆境胁迫,但表达模式不一致。     

陕北地区不同产地红富士苹果的主要理化指标对比

为提高陕北苹果的采收、贮藏和商品价值,本研究以陕北代表性红富士产地洛川、富县、黄陵、宜川和延长5个产地的红富士苹果为试验材料,对苹果的主要理化指标进行测定,分析苹果的内在品质。结果表明:在硬度上洛川黄陵富县延长宜川,在可溶性固形物度上洛川延长宜川富县黄陵,总酸度上洛川宜川延长黄陵富县,成熟度上黄陵富县延长宜川洛川。富县、洛川北、延长地区水心比例较高,富县、黄陵、洛川北地区霉心比例高。陕北地区的红富士苹果采收时硬度均在6.65 kg·cm~(-2)以上,可溶性固形物均在13.75%以上,整体品质均佳。综合以上指标,陕北洛川地区的红富士内在理化品质最佳。     

水稻产量和施肥效果差异——以吉林省为例

为探究吉林省不同地区水稻产量和施肥效果差异,本研究以吉林省水稻主流品种为试验材料,采用2005-2013年吉林省测土配方施肥田间试验数据,研究不施肥(N0P0K0)、不施氮只施磷钾肥(N0PK)和均衡施用氮磷钾肥(NPK)3个处理对吉林省各州市水稻产量、增产量及肥料利用率的影响。结果表明,吉林省各市州不施肥时水稻产量可达4.0~7.8 t·hm~(-2),在仅施磷钾肥和均衡施肥后增产效果差异显著,增产率分别为10.3%~30.4%(除辽源市外)和35.4%~109.0%,且施肥在长春市、吉林市增产效果明显,均衡施肥对通化市和延边朝鲜族自治州水稻产量提升影响较大。吉林省氮肥利用率在16.4%~32.7%之间,以吉林市、四平市最高;氮肥偏生产力在52.5~76 kg·kg-1之间,以松原市为最高。根据吉林省各市州的土壤基础理化性质、产量及肥料利用率将吉林省水稻划分为西部、中部和东部三大施肥区。综上,均衡施肥是提高水稻产量的最佳施肥方式,同时根据各区域之间的基础地力、产量和肥料利用率差异建立施肥分区,在此基础上制定并优化施肥用量,是实现精确施肥,提高产量和肥效的有效途径。本研究为吉林省不同地区水稻高产和肥料高效管理提供了理论依据和实践指导。     

施氮量对粮饲兼用玉米子粒产量和饲用品质的影响

2017~2018年以主推粮饲兼用玉米陕科9号品种为材料，设0、90、180、270和360 kg/hm² 5个氮肥水平进行大田试验，测定不同氮肥处理下叶面积指数、产量和饲用品质和氮肥利用率等性状指标，分析施氮量对玉米子粒产量、饲用品质和氮肥利用率的影响。结果表明，随施氮量的增加，叶面积指数、SPAD值和生物量增加；子粒产量随施氮量的增加先增加后稳定，此时最佳施氮量为268 kg/hm²，产量增加64.4%。随着氮肥增加，氮肥农学效率呈先增加后降低，氮肥偏生产力降低。饲用品质分析显示，子粒蛋白质、淀粉和脂肪含量随着施氮量增加而增加，在氮肥270 kg/hm²处理下分别较不施氮处理增加2.4%、13.7%和22.5%；秸秆中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别减少20.4%和18.1%，秸秆粗蛋白和体外干物质消化率分别增加22.5%和17.6%。适当增施氮肥改善玉米群体质量，增加产量和氮肥利用率，提高饲用价值。陕北灌区粮饲兼用玉米生产实践中，推荐适宜施氮量为268 kg/hm²。     

不同品种粳稻的锌强化方法研究

通过比较不同锌肥施用方式对不同粳稻品种产量以及稻米锌含量的影响,筛选高效锌水稻品种和最佳锌施用方式。在田间试验条件下,分析9个粳稻品种的稻米产量和锌含量对S(锌肥土施)、SB(锌肥土施结合孕穗期喷施)、SF(锌肥土施结合扬花期喷施)和SBF(锌肥土施结合孕穗期和扬花期喷施)4种锌肥施用方式的响应,结果表明,各水稻品种稻米的锌含量在18.1～29.3 mg·kg~(-1)之间,吉洋1号、吉农大809、吉粳302、吉宏6号、长粳717和稻花香2号为高锌品种,吉农大899为中锌品种,平粳8号和吉粳515为低锌品种。锌肥土施对大多数水稻品种无显著增产作用,不同品种的稻米锌含量在施用锌肥后平均增幅为18.0%;S、SB、SF和SBF处理的稻米锌含量分别较不施锌处理提高了8.3%、17.4%、19.5%和27.0%,但3个喷施处理间的平均锌含量无显著差异。锌肥土施结合叶面喷施能显著提高稻米中的锌含量,不同施用方式的施锌效果因品种而异。选择富锌高产品种,锌肥土施结合适当生育期叶面喷施,可实现增产和稻米锌强化,实现水稻高产优质种植。     

有机无机肥配施对烤烟根际土壤养分含量的影响

为贵州黔西南烟区烤烟平衡施肥提供理论依据,采用田间试验方法,研究有机肥与无机肥不同配施比例对烤烟根际土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量的影响。结果表明:整个大田期,不同处理烤烟根际土壤pH变化总体呈先降后升趋势,100%无机肥、87.5%无机肥+12.5%有机肥和75%无机肥+25%有机肥处理根际土壤pH较施肥前基础土样分别下降0.42、0.20和0.01,50%无机肥+50%有机肥和100%有机肥处理较施肥前分别升高0.11和0.15;有机质含量总体呈上升趋势,至烟叶采收结束时100%无机肥、87.5%无机肥+12.5%有机肥、75%无机肥+25%有机肥、50%无机肥+50%有机肥和100%有机肥处理较移栽前有机质含量分别提高7.75%、8.14%、8.14%、8.53%和8.91%;碱解氮含量增幅随着有机肥用量的增加而增大,50%无机肥+50%有机肥和100%有机肥处理达最大,显著高于其余处理,至烟叶采收结束时各处理碱解氮含量趋于稳定,且差异不显著;速效钾含量总体呈先升后降趋势,栽后60d时100%无机肥与87.5%无机肥+12.5%有机肥处理显著高于其余处理,其余处理间差异不显著;有效磷含量有机肥与无机肥配施处理增幅大于100%无机肥和100%有机肥处理,至烟叶采收结束时100%无机肥、87.5%无机肥+12.5%有机、75%无机肥+25%有机肥、50%无机肥+50%有机肥和100%有机肥处理较施肥前分别提高53.00%、92.40%、81.10%、87.30%和60.00%。