水分胁迫下不同抗旱类型大豆叶片气孔特性变化研究

采用火棉胶印膜法,研究了不同程度干旱胁迫对不同抗旱类型大豆叶片气孔特性的影响.结果表明:经水分胁迫的大豆叶片气孔密度增加,气孔开口大小和单位叶面积气孔相对面积减小.但不同抗旱类型大豆品种间表现不同,气孔密度变化幅度大小顺序依次为:弱抗品种(A3)＞中抗品种(A2)＞抗旱品种(A1),调节气孔开张能力大小顺序依次为:抗旱品种(A1)＞中抗品种(A2)＞弱抗品种(A3).     

农膜残留对大豆光生理特征及生物量累积的影响

农膜覆盖技术的应用及推广极大地提高了干旱半干旱地区的农业产量,促进了当地农业发展及社会经济效益。然而,由于农膜碎片化程度高、回收难度大、降解周期长,使得残留在土壤中的农膜日益增多,严重威胁着作物生长、土壤健康以及农业可持续发展。尽管农膜残留对土壤质量影响的研究较多,但对于其种类(可降解或不可降解)及残留累积量对作物光生理特征的研究还相对较少。本试验以大豆为研究对象,对比普通聚乙烯(PE)和生物降解(BP)两种农膜(残片大小为0.5～2 cm),研究不同农膜残留累积量(土壤重量的0、0.1%、0.5%、1.0%)下大豆花期及初荚期叶片光合作用光、CO_2响应曲线特征及花期、收获期的植株生物量,探讨塑料类型及残留量对大豆光生理特征及生物量累积的影响。结果表明:PE残留导致大豆叶片光补偿点在花期降低23.96%,而初荚期升高51.38%,说明PE残留导致大豆叶片弱光利用能力在花期提升,但在初荚期被抑制。在初荚期,BP残留使光补偿点降低54.82%,且光饱合点升高58.12%,从而提高了叶片强光适应能力,增大了叶片光能利用范围。同时, PE和BP添加使暗呼吸速率分别增长30.56%和22.28%,从而导致干物质消耗增加。土壤中PE、BP残留量的增加,最大光合力分别降低36.49%和23.56%,表明大豆叶片CO_2利用能力减弱; CO_2补偿点分别降低67.96%和38.91%,从而提高了叶片低浓度CO_2的利用能力,并降低光呼吸速率,从而减少了干物质的消耗。此外,不同农膜及残留量处理下,仅在花期0.1%与0.5%残留量的BP处理中,地下生物量随农膜残留量的增加显著降低,其他各处理间地上及地下生物量无明显变化。光响应及CO_2响应曲线各拟合参数与生物量的Pearson相关性分析结果表明,收获期PE处理下,地上生物量与光补偿点呈显著负相关,而光呼吸速率、CO_2补偿点、初始羧化效率与生物量(地上+地下)的积累有较强相关性。因此,PE农膜残留量增加提高了大豆花期叶片对于弱光的利用能力而减弱初荚期对弱光的利用能力,BP农膜残留量增加则会增强初荚期叶片对弱光的利用,也对大豆叶片适应强光的能力有所提升。     

Involvement of Bradyrhizobium japonicum denitrification in symbiotic nitrogen fixation by soybean plants subjected to flooding

Denitrification by Bradyrhizobium japonicum bacteroids contributes to nitric oxide (NO) production within soybean nodules in response to flooding conditions. However, the physiological relevance of NO production by denitrification in B. japonicum-Glycine max symbiosis is still unclear. In this work, soybean plants were inoculated with B. japonicum strains lacking the nirK or norC genes which encode the copper-containing nitrite reductase and the c-type nitric oxide reductase enzymes, respectively. 14 days flooding increased nodule number of plants inoculated with the WT and norC strains, but not of plants inoculated with the nirK mutant. However, nodule dry weight was not affected by 14 days flooding regardless of the strain used for inoculation. Supporting this observation, individual nodule growth was significantly higher in plants inoculated with nirK than those inoculated with WT or norC after 14 days flooding. Nodule functioning was strongly inhibited by flooding since leghemoglobin content of the nodules induced by any of the strains was significantly decreased after 7 or 14 days flooding compared to control plants. However, this effect was more relevant in nodules of plants inoculated with the WT or norC mutant than in those inoculated with the nirK mutant. Nitrogen fixation was also estimated by analyzing nitrogen content derived from biological nitrogen fixation in shoots, using the ¹⁵N isotope dilution technique. By using this approach, we observed that the negative effect of 14 days flooding on nitrogen fixation was more pronounced in plants inoculated with the norC mutant. However, nitrogen fixation of plants inoculated with nirK showed the highest tolerance to 14 days flooding. These findings allowed us to demonstrate the previously proposed hypothesis which suggests that NO formed by copper-containing nitrite reductase in soybean nodules, in response to flooding, has a negative effect on nitrogenase activity. We propose that inoculation of soybeans with a B. japonicum nirK mutant, which does not produce NO from nitrate, increases the tolerance of symbiotic nitrogen fixation to flooding.     

带状套作复光后不同大豆品种干物质积累模型与特征分析

为了研究套作下高产类型大豆复光后的干物质积累特征,本研究共采用14个高、中、低产量水平的大豆为材料,比较了不同大豆产量类型品种与玉米套作,复光后的干物质积累特征差异。结果表明:1)高产类型大豆复光后干物质积累量为32.99 g·plant?1,较中、低产类型分别高26.82%和91.51%(两年均值)。2)不同产量类型大豆复光后干物质积累速率均呈先增加后下降的趋势,复光后最大干物质积累速率和平均干物质积累速率呈高产类型中产类型低产类型,高产类型大豆最大干物重积累速率的时间大致在复光后41~42 d,中低产类型则在复光后33~37 d;高产类型大豆复光后干物质渐增期天数、积累速率和干物质积累量以及快增期和缓增期的积累速率和积累量均显著高于中、低产类型。3)产量与最大干物质积累速率、最大干物质积累速率时间、平均干物质积累速率、渐增期的持续时间及干物质增量、快增期平均积累速率及干物质增量、缓增期平均积累速率及干物质增量呈显著正相关。本研究表明,套作下高产类型大豆复光后较强的干物质积累优势主要表现在复光后渐增期,而复光后渐增期较强的干物质积累能力主要在于其较长的渐增期持续天数。     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。     

GmFW1 expression decreased in GmSymRK knockdown transgenic soybean roots

SymRK and GmFWL1 both play important roles in nodulation. However, during symbiotic development, the details of Nod factor signaling association with the regulation of cell division in nodules are unknown. SymRK, the immediately downstream component of these Nod factor receptors, is central to the Nod factor signaling cascade. In this study, specified RNAi plasmid of GmSymRK was constructed and transformed into soybean roots by agrobacterium rhizogenes-mediated hairy root transformation. We found that the nodule number decreased substantially in GmSymRK knockdown soybean transgenic roots. Further to study the relationship between GmFWL1 and Nod factor signaling, we analyzed the GmFWL1 expression levels in the GmSymRK RNAi soybean transgenic roots and found that rhizobia inoculation led to substantially reduced GmFWL1 expression in GmSymRK RNAi soybean transgenic roots. Our studies showed that the regulation of cell division was affected by Nod factor signaling during nodule development in soybean, which provides important information toward understanding the functions of GmSymRK and GmFWL1 in symbiotic signaling and nodule development.     

不同有机物料对连作大豆土壤养分及团聚体组成的影响

为探究不同有机物料对连作大豆土壤养分和团聚体组成的影响,采用大田试验方法,研究了在连作7年条件下,腐熟鸡粪(JF)、玉米秸秆(JG)和木耳菌渣(JZ)三种不同类型有机物料对连作大豆土壤养分、产量、团聚体组成和稳定性的影响。结果表明:与CK相比有机物料能有效提高连作大豆土壤养分含量,显著影响土壤团聚体组成,0.25~2 mm粒级团聚体含量明显增加。畜禽粪便类的鸡粪(JF)对碱解氮的提高作用最明显,较CK提高13.85%;天然类的秸秆(JG)对速效磷含量提高作用显著,较CK提高4.13%;JF对提高速效钾含量效果最好,较CK提高8.97%;JG对提高有机质含量效果最好,较CK提高7.28%。半腐解类的菌渣(JZ)较CK相比土壤养分含量也有明显的提高,但不如JF和JG效果明显。有机物料能提高连作大豆产量,JF效果显著。所有有机物料对改善土壤团聚体组成,增加0.25 mm水稳性团聚体含量效果均比较显著,对土壤水稳性团聚体平均重量直径以及土壤团聚体的稳定性指数有显著提高作用。     

大豆成株期抗旱性鉴定评价方法研究

以我国不同地区育成的77个大豆品种(系)为供试材料、以晋豆21为对照, 在年降雨量不足40 mm的甘肃敦煌市, 设干旱胁迫和正常灌水2个处理, 考察与产量相关的8个农艺性状, 应用简单相关、等级相关等统计学方法, 筛选优异的抗旱种质资源, 旨在明确大豆成株期抗旱性鉴定指标和评价方法。9种抗旱性评价方法比较结果表明, 基于抗旱系数法、伤害指数和敏感指数对供试材料的抗旱性评价结果完全一致, 基于生物产量、单株粒数和单株荚数的综合评价方法与基于产量的直接评价方法比并无优势。经典的抗旱系数法适宜于筛选抗旱资源, 但不一定能筛选出正常条件下的丰产资源, 而本文提出的改进抗旱指数法可筛选到抗旱性和丰产性兼备的品种, 为抗旱育种和生产应用服务;通过划分不同品种熟期组, 筛选到不同熟期类型的抗旱、丰产品种。本研究为制订“大豆抗旱性鉴定评价技术规范”提供了理论依据, 对大豆资源的抗旱性鉴定和抗旱性育种具有重要的意义。     

大豆种质资源叶型和荚粒性状的关系及与SSR标记的关联分析

选用167份国内外大豆品种资源材料,依据叶长/宽比值将其划分为宽叶型和窄叶型, 分析叶型相关性状与荚粒性状的相关性,结果表明叶宽、叶长/宽比均与每荚粒数显著相关(r = –0.69和0.64,P<0.001)。选用均匀分布于大豆20条连锁群上的65个SSR标记分析资源材料的群体结构,并用目标区间内13个SSR标记与叶型相关性状和荚粒性状进行关联分析, 结果显示,标记20-285与每荚粒数显著关联,推测控制每荚粒数的基因可能位于标记20-285附近;标记20-26和20-45间的标记几乎都与叶长/宽比存在显著的关联性,推测控制叶型的基因位于标记20-26和20-45之间。相关分析和关联分析证实大豆叶型与荚粒性状存在密切关系,并缩小了每荚粒数和叶型候选基因的区间。     

具有中国大豆遗传背景的7S与11S多亚基缺失型大豆新品系的创制

利用我国高油大豆品种东农47与日本引进多亚基缺失型育种材料日B,采用回交、三交的育种方法,综合系谱选择,通过SDS-PAGE技术分析亚基组成,在BC₁、BC₃及三交种F₈群体内,选育到(α+11S groupⅡa)-缺失型、(α′+11S groupⅡa)-缺失型、[(α′+α)+11S groupⅡa、Ⅱb]-缺失型、[(α′+α)+11S groupⅡa]-缺失型、[(α′+α)+11S groupⅡb+X₁X₂]-缺失型、[(α′+α)+11S groupⅡb]-缺失型和(α′+11S groupⅠ、Ⅱa)-缺失型共7种具有中国大豆遗传背景的7S球蛋白α′、α亚基与11S球蛋白groupⅠ(A_1aB_1b,A₂B_1a,A_1bB₂)、groupⅡa(A₄A₅B₃)和groupⅡb(A₃B₄)不同亚基缺失组合新种质。测定优良品系的综合农艺性状及氨基酸组成、含量,结果表明,与对照相比,各种缺失突变体的各种氨基酸组分含量普遍提高,蛋白总量普遍高于轮回亲本,精氨酸含量特别是游离精氨酸的含量大幅提高。其中亚基组成为(α+11S groupⅡa)-缺失型品系G2-2-3的17种氨基酸含量、氨基酸总量、蛋氨酸含量均显著高于轮回亲本东农47,特别是游离精氨酸含量高出7.27mg/g。以上结果表明,7S与11S多亚基缺失型优良品系在有效去除致敏蛋白的同时,可以提高大豆蛋白氨基酸含量, 改善大豆蛋白氨基酸组分配比。各种致敏蛋白缺失型大豆优良新品系的获得,大大丰富了我国蛋白质组分改良育种的种质基础。