植物在生长发育过程中面临各种非生物胁迫.其中干旱胁迫严重影响作物生长,降低其产量.植物中以TB2/DP1结构域为特征的HVA22蛋白参与调控生长发育和非生物胁迫响应.然而,HVA22在番茄(Solanum lycopersicum)干旱胁迫响应中的功能尚不清楚.该研究探索了番茄SIHVA22/基因的功能.结果表明,番茄SIHVA22I与其它双子叶植物中的HVA22I同源蛋白具有较高的序列相似性.表达模式分析显示,SIHVA22/基因表达受干旱胁迫和植物激素(ABA和MeJA)诱导.此外,通过酵母(Saccharomyces cerevisiae)异源表达和病毒诱导基因沉默技术沉默番茄SIHVA22/基因,验证了SIHVA22/基因的抗旱功能.干旱处理后沉默植株表现出较高的过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量,以及较低的O2-·清除率,且其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性较对照显著降低.综上表明,S/HVA22/基因在番茄抵御干旱胁迫中发挥重要作用.

在高等植物的生长发育过程中,根尖分生组织和茎尖分生组织不断分裂分化产生根系、茎、叶和花等器官,分别形成植物的地上和地下部分.小肽是胞间通讯的关键信号分子之一,参与了植物生长发育、抗病抗逆等诸多生命活动,其中包括植物根尖和茎尖分生组织的干细胞活性调控,进而影响了植物器官的生成和发育.近年来,越来越多的研究揭示了小肽分子在分生组织维持和发育中的重要性,及其在多种作物农艺性状调控中的关键作用.本文综述了小肽及其受体在拟南芥和作物中维持分生组织稳态的分子机制,探讨了小肽对作物产量性状的影响及在作物改良中的应用策略,并对小肽领域的研究方向进行了分析和展望.

棉花是全球重要的经济作物和纺织工业原料,选育优良新品种是提高棉花产量、品质和植棉效益的主要途径.然而,传统育种方法在改良作物遗传特性方面存在很大的局限性,而基因编辑技术为加快棉花种质创新和遗传改良提供了契机.基因编辑技术是一种利用人工设计的核苷酸酶,对生物体特定DNA序列的基因组片段进行删除、修改、插入或替换单个或多个核苷酸,从而实现对目标基因精确编辑的技术方法.本文首先综述了ZFNs、TALENs和CRISPR三种主要基因编辑系统的原理,以更好地理解如何利用基因编辑技术改良棉花的生长发育、抗逆性等性状;其次,重点评述了当前备受关注的CRISPR基因编辑系统在改良棉花抗逆性、纤维与种子品质性状等方面的应用;最后分析了基因编辑技术在应用过程中存在的不足和局限,并指出未来应进一步优化开发有知识产权的基因编辑系统,提高其精确性、安全性,促进其在棉花种质创新和遗传改良中的应用.

[目的]异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases,IPT)参与反式玉米素(trans-zeatin,tZ)的生物合成.tZ是调节植物生长发育和抵抗逆境胁迫的一种细胞分裂素类型,在促进芽生长和调控植物侧枝发育方面具有重要作用.探索IPT的功能,为后续新麦草产量性状改良提供了理论依据.[方法]通过对新麦草IPT进行系统发育和多序列比对,探究其编码氨基酸序列的特征和同源性.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并运用逆转录PCR(RT-PCR)和蛋白质印迹(Western blot,WB)对转基因植株进行验证,利用实时荧光定量逆转录PCR(RT-qPCR)对其组织表达模式进行分析,使用液质联用系统测定反式玉米素.[结果]IPT在新麦草(Psathyrostachys juncea)和二粒小麦(Triticum dicoccoides)等麦类作物中具有高度同源性,且AtIPT9 是PjIPT的同源蛋白.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,证明PjIPT上调植株分枝数.RT-PCR和蛋白质印迹分析显示,PjIPT在转录水平和蛋白水平均能够正常表达.利用不同部位组织RT-qPCR分析PjIPT的空间特异性表达,结果显示,PjIPT在拟南芥的分蘖节和叶中特异性表达.此外,反式玉米素的定量分析表明PjIPT通过参与tZ的生物合成去调控拟南芥植株分枝数.[结论]PjIPT是上调植株分枝数的关键基因.

玉米是重要的粮食和饲料作物,为畜禽提供必需的代谢能和营养物质,饲料的营养价值与蛋白质及氨基酸组成比例密切相关.玉米籽粒蛋白质中氨基酸组成不平衡,添加豆粕可以补充玉米中缺乏的赖氨酸和色氨酸.然而,含硫氨基酸(半胱氨酸和蛋氨酸)也是大豆中的限制性氨基酸,其中蛋氨酸直接影响畜禽的机体蛋白质合成速率,进而影响肉蛋奶的产量.因此,提高玉米含硫氨基酸特别是蛋氨酸含量对畜牧业发展意义重大.我国玉米种质资源中缺乏高蛋氨酸种质,且育种进程缓慢.近年来,随着人们对植物硫元素的吸收和转运机制的深入研究,初步构建了含硫氨基酸代谢调控网络.本研究概括了近年来关于提高作物含硫氨基酸代谢机制的研究结果,提出将群体遗传学、比较基因组学及分子生物学相结合挖掘候选基因的新策略,并利用现代生物育种技术提高玉米籽粒蛋氨酸含量,为优质蛋白玉米遗传改良提供参考.

土壤有机质是表征土壤质量的重要指标,白浆土作为具有典型障碍层的土壤,其低有机质含量易对作物生长发育产生不良影响,明确不同有机物料深混对白浆土表层土壤有机质再分布的影响,可为东北农田白浆土构建适宜的耕层提供理论和技术参考.本研究在黑龙江省双鸭山市白浆土上进行了为期2年的定位试验,设置5种处理:深翻35 cm(T35)、秸秆深混35 cm(T35+S)、有机肥深混35 cm(T35+M)、秸秆搭配有机肥深混35 cm(T35+S+M),以农民常规措施(浅翻15 cm,CK)为对照.结果表明:有机物料深混35 cm还田处理(T35+S、T35+M和T35+S+M)可显著提升玉米产量,其中以T35+S+M处理对玉米产量的提升效果最显著,2年平均增产2934.76 kg·hm-2.与CK相比,T35处理耕层(0～15 cm)土壤有机质含量降低8.4％,而亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量增加7.6％,亚耕层土壤有机质丰富度指数增加17.5％.在深翻基础上有机物料还田可显著提升全耕层(0～35 cm)土壤有机质含量,全耕层土壤有机质转化率为16.3％～31.0％.与T35处理相比,T35+S处理耕层和亚耕层土壤有机质含量无显著增加,T35+M和T35+S+M处理耕层土壤有机质含量分别显著增加4.6％和6.9％,亚耕层土壤有机质含量分别显著增加11.2％和15.4％,亚耕层土壤有机质丰富度指数分别增加2.5％和5.1％.相关性分析表明,全耕层土壤有机质含量与玉米产量呈显著正相关,贡献率达17.5％.综上,有机肥或有机肥配合秸秆深混还田是培肥白浆土的有效措施,且主要是通过提升全耕层(0～35 cm)与亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量实现.

杂种优势利用是显著提高作物产量的主要途径,有助于解决日益增长的人口数量与有限耕地之间的矛盾.大豆作为世界上重要的粮油饲兼用作物,其开展杂种优势利用已有30余年.其中,基于细胞质雄性不育的三系法杂交育种系统是大豆杂种优势利用的主要途径.目前,已有40余个杂交大豆品种通过审定并在生产上推广应用,杂交大豆正处于由中试向产业化推进阶段.本文对大豆细胞质雄性不育遗传基础与育种应用进行了综述,系统阐述了各类型细胞质雄性不育系的发现及利用、不育性状的遗传和分子机制、育性恢复基因和恢复抑制基因的定位和克隆等方面的研究进展.基于大豆杂种优势利用研究现状论述和分析,提出了三系法杂交大豆育种中存在的问题、挑战及解决路径,并对三系法杂交大豆育种技术的创新进行了展望,旨在为大豆杂种优势分子基础和应用研究提供新方法、新思路.

大豆作为重要的粮食作物和油料作物,在人类生产生活中扮演着十分重要的角色.近年来国内大豆供给孱弱,对外依存度过高,使国内大豆市场受到严重冲击,并给国家粮食安全带来一定隐患,因此培育优质高产的大豆品种是当前国内大豆育种的重要目标.目前,大豆中一批控制重要性状的关键基因已经被克隆和解析,为开展分子设计育种提供了重要的理论支撑.传统育种周期长、效率较低,基因编辑技术为生物育种提供了新的途径和工具,可以加速育种进程.以CRISPR/Cas9技术为代表的基因编辑技术已经快速发展成为大豆基因功能研究、改造及农艺性状遗传改良的重要工具.本文介绍了基因编辑技术的类型、特点及其在植物中的应用概况,并综述了其在大豆产量、品质、抗病、抗逆、开花期、共生固氮和育性等农艺性状研究中的最新研究进展,为开展大豆基因编辑育种提供了一定的依据和借鉴.此外,本文还探讨了基因编辑技术在大豆遗传改良中存在的问题,并对其应用前景进行了展望.

东北作为我国重要农产品基地,其黑土有机质含量可达普通土壤的十倍.近年来由于过度的开发与利用,导致黑土质量下降,因此研究农田防护林对土壤质量的改善具有战略意义.为探讨农田防护林对黑土质量的改善效果,以不同林龄(Y1:林龄是1 a的小黑杨;Y5:林龄是5 a的小黑杨;Y6:林龄是6 a的小黑杨;Y8:林龄是8 a的小黑杨)小黑杨林下土壤为研究对象,通过测定小黑杨防护林样地的土壤理化性质,分析不同林龄小黑杨林下土壤理化性质的差异,并通过最小数据集方法对林下土壤质量进行评价.结果显示:(1)不同林龄土壤质地为:Y1:砂质土壤;Y5:壤土;Y6:粉砂质土壤;Y8:粉砂质土壤.(2)土壤透气保水性随林龄增长向良性方向演化,表层土壤容重由1.33 g/cm3减小到1.17 g/cm3,不同土层间差异不显著,且土壤物理指标与树木生长量及其他土壤因子具有较强的相关性.(3)土壤pH随林龄减小,随土层呈波动性变化,范围在6.19-6.58之间.土壤养分随林龄呈波动性变化,垂直变化差异显著,除速效钾外均富集在表层,各土壤养分元素之间相关性较弱.(4)土壤微量元素有效态含量在不同林龄及土层均差异显著,且各元素之间相关性较强.(5)基于最小数据集的构建发现,影响不同林龄小黑杨土壤质量的最小数据集指标包括全氮、全钾、饱和持水量、速效磷、钙、锰,经总数据集验证所构建的最小数据集可体现小黑杨林下土壤质量有效信息.(6)小黑杨不同林龄土壤质量指数介于0.358-0.667,土壤质量综合得分排名为Y8＞Y6＞Y5＞Y1.基于以上发现,小黑杨作为农田防护林对黑土区土壤质量改善效果明显,土壤保水透气性显著提升,土壤化学养分及微量元素含量部分提高,且不同林龄小黑杨对养分的循环利用效果差异显著.为实现黑土资源的合理利用,本研究建议随防护林林龄增加,更改林下套种作物以提高土壤质量及作物产量,为幼龄防护林对黑土区耕地的可持续利用提供科学依据.

[目的]近年来,世界性检疫害虫瓜实蝇由我国南部省份传入河南省西南部地区,对当地多种经济作物的产量和品质造成较大影响.明确该虫在新传入地区不同寄主作物上的种群动态,有助于揭示其在田间的发生危害规律,为当地防治工作提供科学依据.[方法]2020-2022年在河南省南阳市内乡县对田间瓜实蝇成虫开展诱捕监测,比较分析其在丝瓜、南瓜和西葫芦3种寄主作物上的种群发生动态.[结果]瓜实蝇在河南省内乡县每年均有发生,成虫种群基本发生于6～7月下旬—10月下旬,发生盛期在8月中旬—9月下旬,有一个明显发生高峰期;其种群数量、种群动态以及发生期均受寄主植物和年代的影响.[结论]河南省内乡县瓜实蝇种群数量和危害程度呈逐年加重趋势,不同瓜类作物蔬菜田中应因地制宜及时采取防治措施.