为了研究玉米茎秆性状与茎秆弹性和耐密性形成的相关性,进一步揭示植株抗倒伏机理,选用6个抗倒性不同的玉米品种为材料,设置了6.0万,7.5万,9.0万株/hm² 共3个种植密度,以田间茎秆拉倒角度为弹性评价指标,与植株和基部节间的形态特征,节间的解剖结构、物质积累量和力学特征进行相关性分析。结果表明,玉米株高、穗位高、基部节间长、粗、表皮厚度、硬皮组织厚度、维管束总数、小维管束鞘面积、单位长度鲜质量、干质量和各组分含量、穿刺和压折强度对茎秆拉倒角度有显著或极显著的影响,其中节间粗(r=0.521^**)和单位长度干质量(r=0.562^**)的影响最大。种植密度越大,节间粗、硬皮组织厚度、维管束总数、单位长度鲜质量、干质量、各组分含量、穿刺和压折强度越小或越少,茎秆的弹性越差,抗倒性越弱。不同品种间的茎秆性状存在显著差异,粒收1、创玉107、京农科728和MC278与弹性相关的性状优于其他品种,且随着密度的增大变幅较小,故茎秆弹性和耐密性较强。节间粗和单位长度干质量等性状对拉倒角度即有显著影响,增密后这些性状的变幅决定了茎秆的耐密性。

为了探讨干旱和品种对小麦灌浆期旗叶下午净光合速率(Pn)、光合关键酶活性和产量的影响,2019—2021年度在池栽全生育期遮雨条件下设置包括重度(W1)、中度(W2)、轻度(W3)干旱和适墒(W4)的4个水分处理,在灌浆前期、中期的14:00—16:00测定了强抗旱性品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性品种偃展4110(YZ4110)的旗叶Pn、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)、ATP合成酶(ATPase)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性以及成熟期的产量。结果表明,干旱使小麦灌浆期旗叶下午Pn、多数光合酶活性以及产量降低,总体表现为干旱胁迫程度越大,上述指标的降幅也越大,但其影响效应存在品种和年际差异。W1、W2和W3与W4相比,旗叶下午Pn,JM47分别降低33.6%~40.6%,12.0%~30.5%和5.0%~13.5%,YZ4110分别降低44.0%~52.0%,22.5%~38.1%和11.5%~20.5%;旗叶下午Rubisco活性,JM47灌浆前期降低、灌浆中期增加,而YZ4110分别降低13.3%~25.6%,7.1%~14.0%和11.2%~11.6%;旗叶下午RCA活性,灌浆前期多显著降低,灌浆中期JM47在W2和W3下增加,而 YZ4110在W1和W2下降低;旗叶下午ATPase活性,JM47在W1下降低、W3下提高,而YZ4110分别降低19.3%~48.7%,7.2%~24.2%和0.1%~8.9%。不同水分处理的旗叶下午PEPC活性因生长季和品种而异,但W1与W4相比,JM47和YZ4110的旗叶下午PPDK活性分别降低12.4%~18.8%和16.7%~18.2%。与YZ4110相比,JM47旗叶下午Pn和光合酶活性在适墒下多无显著差异,但干旱下多表现为升高。相关性分析结果表明,产量、旗叶下午Pn与灌浆期旗叶下午ATPase活性和灌浆前期旗叶下午PEPC活性呈极显著正相关,因而在灌浆期下午保持较高的旗叶ATPase和PEPC活性有利于提高小麦旗叶下午Pn和籽粒产量。

果实发育是决定葡萄产量和质量的关键时期,WRKY家族转录因子在调节植物生长发育和环境适应过程中发挥重要作用。乙烯是调控果实发育的重要植物激素,ACC合成酶是调节乙烯合成的关键酶。为研究葡萄WRKY家族转录因子VvWRKY13在果实发育过程中的作用及其与乙烯之间的作用关系,以葡萄品种左优红、VvWRKY13过表达葡萄愈伤组织以及转VvWRKY13番茄株系为材料,利用植物生理生化方法及分子生物学技术进行研究。结果表明,在葡萄果实发育早期VvWRKY13、ACC合成酶基因VvACS2和VvACS7表达量均显著上调;VvWRKY13过表达葡萄愈伤组织中VvACS7表达量显著高于对照,VvACS2与对照差异不显著;酵母单杂交试验证明,VvWRKY13可与VvACS7启动子直接结合,与VvACS2无直接作用。同时,异源过表达VvWRKY13番茄中乙烯含量与合成酶基因ACS家族一些成员,如 SlACS1b、SlACS4和SlACS6,表达量显著高于野生型,番茄开花—果实转色的时间比野生型缩短3~6 d。以上结果表明,VvWRKY13能够通过促进ACC合成酶基因表达调控乙烯合成,进而促进果实发育。

以Francis背景下通过CRISPR/Cas9技术获得的敲除突变体ossaur55-1、ossaur55-2为对象,研究其是否影响水稻株型、叶色、单株穗质量、结实率等农艺性状的变化,探究基因OsSAUR55是否通过参与GA途径调控水稻株型,为相关激素途径调控水稻株型提供理论依据。调查野生型(WT)与敲除突变体成株期的主要农艺性状,包括株高、穗长、单株穗质量、十粒长、十粒宽、剑叶长、剑叶宽等;利用叶绿素计和光合速率测定仪测定野生型和突变体齐穗期剑叶的叶绿素含量和净光合速率;通过实时荧光定量PCR技术(qPCR)测定基因OsSAUR55在水稻种子萌发的不同时间点和不同组织中的表达情况;通过原核表达法观察蛋白OsSAUR55的亚细胞定位情况;采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)测定野生型和突变体的内源激素(GA和IAA)含量;进一步分析GA途径相关基因的表达情况。结果显示,在成株期,突变体ossaur55-1和ossaur55-2都有显著的表型变化,其中突变体的株高比野生型明显变矮、叶色更绿、叶绿素含量增加、光合作用效率降低、结实率降低、千粒质量降低、单株穗质量降低;定量结果显示,OsSAUR55在胚芽中表达量最高,在剑叶中基本不表达;共聚焦结果显示,OsSAUR55可能定位于细胞膜和细胞核;激素检测结果表明,突变体内源激素GA₄的含量显著降低;基因的表达量分析发现,突变体中GA合成途径中基因KAO、GA13ox1、GA20ox1、KO1的表达量显著高于野生型,GA代谢途径中GA2ox5、GA2ox8、GA2ox9的表达量也显著高于野生型。初步推测,敲除基因OsSAUR55导致内源GA₄含量降低,可能通过GA途径调控水稻株型,进而影响水稻产量。

为探明外源褪黑素(MT)对大豆幼苗耐盐性的调节作用,筛选出不同盐胁迫下适宜的施用浓度。以大豆品种田友-2986为试验材料,设置3个盐浓度(低盐S₃:3 g/L、中盐S₅:5 g/L、高盐S₇:7 g/L )和6个MT浓度(M₀:0 μmol/L、M₁:25 μmol/L、M₂:50 μmol/L、M₃:75 μmol/L、M₄:100 μmol/L、M₅:150 μmol/L ),分析了大豆幼苗形态参数、生物量、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量。随着盐胁迫程度的增大,大豆幼苗的根系形态参数、生物量、根冠比、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量降低,丙二醛含量增加。低盐(S₃)和中盐(S₅)胁迫下,外施50 μmol/L MT大豆根系总长度、侧根数、SOD和POD较不施加分别提高了52.30%,19.98%,74.10%,40.03%(低盐)和68.52%,19.24%,81.72%,37.42%(中盐);高盐(S7)胁迫下,外施75 μmol/L MT分别提高了71.17%,19.11%,80.79%和27.01%。盐胁迫下,外源25~100 μmol/L 的MT不同程度上促进了大豆幼苗生长,提高耐盐性。隶属函数综合评价表明,在低、中盐胁迫下,50 μmol/L MT的缓解盐害效果最好;高盐胁迫下,MT这一适宜浓度在75 μmol/L。MT缓解大豆幼苗盐害主要在于它提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,降低了丙二醛含量,从而缓解了盐胁迫下大豆的氧化胁迫和渗透胁迫。

为探讨玉米应对不同滴灌定额的生理响应机制,在控制条件下开展2 a池栽试验,以2个具有耐旱性差异的玉米品种为材料,设置CK1(耐旱型品种、500 mm)、T1(耐旱型品种、350 mm)、T2(耐旱型品种、200 mm)、CK2(干旱敏感型品种、500 mm)、T3(干旱敏感型品种、350 mm)和T4(干旱敏感型品种、200 mm)6个处理,分析玉米叶片光合、叶绿素荧光、光合响应特性及籽粒灌浆特性、籽粒中激素含量、淀粉合成酶活性、产量的变化。结果显示,随滴灌定额减少玉米R3期叶片净光合速率(Pn)等4项光合参数、光系统Ⅱ最大光化学量子产量(Fv/Fm)等4项叶绿素荧光参数均呈下降趋势,气孔限制百分率(Ls)和非光化学猝灭系数(NPQ)呈增加趋势。玉米叶片表观量子效率(AQE)等10项光合响应相关参数均随滴灌定额减少而下降,CK1、T1与CK2处理光补偿点(LCP)与光饱和点(LSP)、CO₂补偿点(CCP)与CO₂饱和点(CSP)间差值范围较其他处理大。籽粒灌浆速率在开花后25 d达到峰值,T2和T4处理较CK1和CK2处理显著下降。随滴灌定额减少籽粒中细胞分裂素(CTK)、生长素(IAA)含量下降,脱落酸(ABA)含量增加。T2和T4处理籽粒中酸性蔗糖转化酶、蔗糖合酶、淀粉合成酶与腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性均较CK1和CK2处理显著下降。玉米产量随滴灌定额减少而显著下降,T1处理较CK1处理仅下降3.45%~4.51%。T1处理与CK1和CK2处理在上述指标间均无显著差异。采用T1处理的玉米叶片仍能维持光合性能和光系统Ⅱ结构,增强叶片对光与CO₂适应能力,玉米籽粒相关激素含量和淀粉合成相关酶活性增加,有效调控了籽粒生长发育及灌浆进程,玉米产量及其构成因素均表现较佳。

为探究盐胁迫对棉花生理机制的影响,以耐盐碱棉花中J0710为对照,对山西农业大学棉花育种课题组培育的2个棉花远缘杂交新种质 HL2、A₂H 幼苗进行为期15 d的盐溶液处理(浓度为200 mmol/L),分析参试材料的相对株高、相对根长及相对成活率,计算盐害指数;并结合不同处理时间(0,5,12,24,48 h)的幼苗原初光能转化效率(Fv/Fm)、抗氧化酶活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量等生理指标的测定结果,对参试材料的耐盐性进行综合评价。结果表明,盐胁迫15 d后,对3个材料幼苗生长的伤害程度由弱到强依次为中J0710<HL2<A₂H,盐胁迫极显著抑制了A₂H 的相对株高、相对根长及相对成活率,说明该盐浓度处理下,对HL2及中J0710的生长发育影响较小,而对A₂H的影响较大。在不同的处理时间下,盐胁迫对3个材料的最大光能转化效率均具有不同程度的影响,相较于胁迫前,抑制程度由弱到强依次为HL2<A₂H<中J0710。相较于未胁迫之前,盐胁迫提高了过氧化物酶(POD)活性;其中,整个胁迫过程中HL2的POD活性显著高于A₂H和耐盐对照中J0710,并且在胁迫12~48 h达到显著水平;超氧化物歧化酶(SOD)活性变化规律不明显,且在盐胁迫过程中发挥作用较低;HL2及耐盐对照中J0710的脯氨酸含量积累量均随着盐胁迫时间的延长而增多,种质HL2的可溶性糖及可溶性蛋白含量在整个盐胁迫期间均显著高于耐盐对照中J0710和A₂H。综上,在盐逆境中,耐盐材料具有较发达的根系;而较高的光能转化效率、细胞内较高的活性氧清除能力以及较高的渗透调节物质的积累是其耐盐性较强的生理基础。

为探究壳寡糖(COS)对羽衣甘蓝芽苗生长的影响,为芽苗生产上壳寡糖的合理施用提供参考,以京羽一号为试验材料,在种子发芽后施用不同质量浓度COS(25,50,75,100 mg/L)溶液,观察壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)含量及抗氧化能力的影响。结果表明,施用75 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗总酚、总黄酮、总硫苷质量以及黑芥子酶活性和DPPH自由基清除率呈现上升趋势,且与对照差异显著,较对照分别增加25.99%,17.99%,29.68%,141.88%和2.51%;100 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗的产量及总酚、总黄酮、钠和硼含量及黑芥子酶活性也得到了相应提升,且与对照差异显著,较对照分别增加了15.21%,21.29%,22.47%,15.97%,32.63%,97.71%。经相关性分析,可以得出芽苗的产量与类胡萝卜素、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率均呈显著正相关关系。综上可得,经壳寡糖处理后可提高羽衣甘蓝芽苗的产量,提升芽苗的营养品质和抗氧化能力,增加芽苗的食用价值。

为探究印度梨形孢联合丛枝菌根真菌(AMF)对烟草抗旱性的影响,在温室条件下开展盆栽试验,以云烟87为材料,设立接种无菌水(CC)、印度梨形孢(CP)、AMF(PC)、印度梨形孢和AMF(PP)处理,以自然干旱的方式进行胁迫,测定烟草叶片中脯氨酸(Pro)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)生理生化指标和干旱相关基因NTNAC1和NAC4表达情况。结果表明,印度梨形孢和AMF均能促进烟草地上部分和地下部分生长,且干旱胁迫后褪绿不明显,干旱症状轻微。干旱胁迫7 d后,与CC组相比,CP、PC和PP组烟草叶片中Pro含量显著升高,分别为CC组的1.39,1.59,1.78倍;烟草叶片中SOD和POD活性呈现先升高后降低的趋势,CP、PC和PP组的SOD活性分别是CC组的1.15,1.22,1.33倍,POD活性分别是CC组的1.33,1.46,1.85倍;烟草叶片中MDA含量降低,CP、PC和PP组的MDA含量比CC组分别减少21.98%,23.98%,24.84%;烟草叶片干旱相关基因NTNAC1和NAC4表达上调,CP、PC和PP组NTNAC1基因表达量分别是CC组的3.37,3.88,5.07倍,NAC4基因表达量分别是CC组的3.04,3.59,5.56倍。该研究表明,印度梨形孢和AMF表现出显著的协同作用,能够显著提高烟草的抗旱性。

研究不同越冬栽培稻种质资源的耐寒生理生化特性,为越冬栽培稻种质资源的创新利用提供理论依据。以20份普通越冬栽培稻种质为试验材料,测定并分析了常温(25 ℃)和低温(4 ℃)胁迫4 d后幼苗的叶绿素、丙二醛和SOD活性等5个耐寒生理生化指标。结果表明,正常生境下,20份普通越冬栽培稻种质幼苗期5个耐寒指标表现出不同程度的极显著差异。低温胁迫后,20份供试材料幼苗的5个耐寒指标发生了显著变化、同样表现出不同程度的极显著差异;各供试材料幼苗叶绿素和可溶性糖含量低温胁迫值较常温值均表现出显著的下降趋势,且它们的下降幅度不一致,分别为-36.46%~-90.31%,-70.54%~-94.03%。然而,丙二醛、脯氨酸和SOD活性3个耐寒指标低温胁迫值较常温值升降趋势不一致。其中,黄糯2号、晚粳糯M99037和常农粳3号丙二醛含量低温胁迫值较常温值显著降低,其余17份材料丙二醛含量值较常温值显著上升变化;铁粳稻4号、镇稻7号和津稻1187等8份材料脯氨酸含量低温胁迫值较常温值呈上升变化,其余12份材料较常温值呈下降变化。鄂晚稻15和津粳杂四幼苗SOD活性低温胁迫值较常温值略微下降、其余18份材料幼苗SOD活性值较常温值显著上升。正常生境下,各供试材料5个耐寒指标间仅检测到2对极显著相关性,低温胁迫后却检测到8对极显著相关,低温胁迫影响耐寒指标间相关性的数量、强度和方向。综合来看,无论在常温和低温胁迫后,20份普通越冬栽培稻幼苗5个耐寒指标因品种间遗传背景差异而表现出显著差异。

为了研究低温对寒地水稻花粉粒及剑叶超微结构的影响,以寒地耐冷性强的水稻品种空育131、龙粳25和耐冷性差的品种龙粳11、龙粳28为材料,在开花期进行低温处理(13,15,17 ℃),样品采用扫描和透射电镜进行观察并拍照。结果表明:低温胁迫下空育131、龙粳11、龙粳25水稻花粉粒表面的网状雕纹变化明显,水稻花粉粒表面的网状雕纹由深变浅,表面突起减少,使得花粉粒的表面变得光滑,不利于花粉在柱头附着。但低温胁迫下的龙粳28花粉粒表面特征与对照没有明显差异。随着温度降低各水稻品种的叶绿体中的淀粉粒明显减少,嗜锇颗粒明显增加,基粒片变疏松,叠状态的类囊体膜的比例减少。但低温影响下耐冷性强品种龙粳25和空育131与耐冷性差品种龙粳11和龙粳28基粒片层、基质片层并未表现出同一规律,而淀粉粒合成、嗜锇颗粒数量变化规律一致。总之,相比水稻花粉粒,低温对剑叶超微结构的影响更为明显,低温胁迫下耐冷性强和耐冷性差的水稻品种间叶片功能衰退、叶绿体光合变化差异较大,规律较为明显。

通过在穴播和移栽2种栽培方式下,对安徽省近年来主栽的8个粳(糯)稻品种的农艺性状、倒伏性、品质以及产量主要构成因素进行分析,以期明晰在穴播等轻简化种植条件下的产量主要限制因子,为筛选和培育适宜轻简化种植的水稻新品种提供参考。采用大田小区试验,设穴播和移栽2种栽培方式,分别调查田间出苗率;测定各品种倒伏指数;成熟期各取5株,考察每份材料株高、单株有效穗数、穗长、穗粒数、结实率、千粒质量、产量;收获稻谷样品后按部标测定出糙率、精米率、整精米率、长宽比、直链淀粉含量、胶稠度及碱消值。品种在实验室条件下具有较好的发芽率,但穴播条件下出苗率明显降低,其中皖垦糯1号、当粳8号和嘉花1号田间出苗率较高;各品种在穴播条件下的倒伏指数均比移栽条件下小,其中嘉花1号、绿香粳28在穴播条件下抗倒伏能力最强;穴播方式下结实率和千粒质量高于移栽方式,而单株产量、穗实粒数、单株有效穗数及穗长低于移栽方式;穴播方式下单株产量与每穗实粒数呈显著正相关,移栽方式下单株产量与每穗实粒数和结实率呈显著正相关;穴直播方式下的稻米直链淀粉含量低于移栽方式,胶稠度及碱消值高于移栽方式。穴播出苗率显著低于实验室发芽率;水稻穴播方式下相较传统育苗移栽方式,抗倒伏能力有所增强,但多数品种在2种方式下的抗倒伏能力无显著差异;水稻穴直播方式下单株产量低于移栽方式,最主要限制因素是穗实粒数及单株有效穗数;直播稻在直链淀粉、胶稠度及碱消值这三大理化指标上都要优于移栽稻,能取得更好的口感。

为了完善新品种山农38栽培技术以便大面积推广,试验设置了5个基本苗和3个种植行距共15个处理,研究分析不同基本苗和行距对小麦产量形成、相关光合指标和辐射利用率的影响。结果表明:基本苗处理对各指标影响较大,差异显著,行距次之。225万株/hm²基本苗和23 cm行距在本试验条件下产量构成合理,获得高产。同一时期群体光合速率随着基本苗和行距的增加而增加,随生育期光合速率逐渐下降,基本苗和行距的加大使下降幅度降低。气孔导度和蒸腾速率变化规律一致,与胞间CO₂浓度相反,随生育期呈现先增高后降低的趋势,随着基本苗的增加逐渐增加。Fv/Fm只有在B5高密度处理下明显降低,其他处理相差不大。有效辐射量和光辐射截获率随基本苗的增加而增加,随行距的增加而降低,高密度处理下的有效辐射量和光辐射截获率差异不显著,高密度处理下同一基本苗处理下的行距处理差异不显著。

为研究淹水对苗期玉米不同类型根的形态结构和活力的影响,选择代表性玉米品种郑单958(耐涝性强)和蠡玉16(耐涝性弱)为试验材料,在三叶期分别淹水2,4,6,8 d,以不淹水为对照(CK),比较玉米胚根和不定根形态特征及活力对淹水胁迫的响应差异。结果表明,淹水2 d后,玉米初生胚根、次生胚根和不定根的根长、根表面积、根体积、根尖数、根分叉数高于对照,随着淹水时长增加,这些指标显著降低,但根平均直径显著升高,新生不定根形态指标明显优于对照,其中根长和根尖数受淹水伤害最大。淹水后不定根层数和数量增多、角度增大。随淹水时间的延长,除第1层不定根干质量外,郑单958初生胚根、次生胚根和第2层不定根干质量先升高后降低,而蠡玉16一直降低。根冠比随着淹水时间的延长表现为先增大后减小。淹水显著降低初生胚根和次生胚根的根系活力,不定根可以维持4~6 d。淹水对不同类型根的影响表现为初生胚根>次生胚根>不定根,不同品种根系特征对淹水胁迫的响应规律不同。抗涝品种淹水8 d后不定根根系活力和根冠比开始下调。

为筛选可有效降低谷子株高、提高其抗倒伏能力的化控剂及其最佳喷施期,探讨不同化控剂对谷子生长发育和产量的影响,苗期和拔节期分别对嫩选17喷施4种化控剂(多效唑、缩节胺、矮壮素、烯效唑),于灌浆期和成熟期测定各处理植株干物质积累量、SPAD、净光合速率、茎秆特性以及产量构成等指标。结果表明:谷子苗期和拔节期喷施烯效唑、矮壮素、缩节胺、多效唑都能不同程度矮化植株,增加茎粗,提高抗倒伏能力,达到增产效果。其中,在苗期施用多效唑株高和节间长分别相比于CK降低6.76%,25.43%,苗期喷施矮壮素增加茎粗效果最显著,比CK增加22.89%,多效唑喷施处理下的谷子抗倒伏性最好,苗期喷施多效唑增产效果最显著,比CK增产17.51%;4种调节剂均能显著提高谷子叶片SPAD值及净光合速率,苗期喷施多效唑处理对SPAD值和净光合速率的提升效果最好,分别比CK提高了35.29%,30.37%;与CK相比,苗期喷施植物生长调节剂对谷子植株地上部干物质积累影响显著。喷施化控剂对谷子植株地上部干物质积累与CK相比影响不显著。总体来看,苗期喷施多效唑效果最好,可作为谷子高产栽培适宜的化控抗倒伏措施应用。

为了明确大豆症青对大豆产量的具体影响,针对导致大豆症青的主要危害因子,设置不同的处理,筛选鉴定65份大豆品种(系)的抗性,分析不同大豆症青危害因子对大豆产量及主要农艺性状的影响。结果表明,不同的大豆品种(系)对大豆症青危害因子的抗性程度具有差异,T2处理的症青敏感品种(系)数最少,有53份,占总数的81.54%;T4处理的症青敏感品种数最多,有58份,占总数的89.23%。T4和T5复合危害因子处理的平均症青率较对照增加的幅度(263.87%~281.57%)比单个危害因子的幅度大(117.82%~151.58%)。大豆症青不同危害因子的处理对大豆主要农艺性状的影响达到显著水平。与对照相比,7个主要农艺性状中,主茎节数的5个处理变化幅度均最小,平均降幅为7.71%,单株症青荚数的变化幅度均最大,平均增幅为83.52%;从损失率来看,3个产量相关性状中,百粒质量的5个处理与对照相比,其损失率均最小,平均损失率为8.70%,单株粒质量的5个处理损失率均最大,平均损失率为52.51%。综上,研究明确了大豆症青不同危害因子的处理对大豆产量及主要农艺性状的影响是显著的,其中对单株粒质量的影响最大。

油菜具备耐受镉(Cd)污染同时安全生产的潜力。为了给利用油菜进行Cd污染农田的生态修复与安全利用提供理论支持,利用24个全国冬油菜区广泛种植的油菜品种为材料,于2020年10月在湖南省湘潭市农业科学研究所实验基地,采用田间小区试验考察了不同油菜品种根、主茎、分枝、叶、角果皮、籽粒在低浓度污染农田(全Cd含量0.54 mg/kg,有效Cd含量0.23 mg/kg)中对Cd的积累差异。在不同小区土壤中有效Cd含量无显著差异的情况下,油菜成熟期不同组织对Cd的吸收和积累存在差异,其中叶片中平均Cd含量最高,根、茎和角果皮次之;籽粒中Cd含量最低,低于国家规定的食品污染物标准(0.1 mg/kg)。不同油菜品种根中Cd含量无显著差异,但在主茎、分枝、角果皮和籽粒中Cd含量存在差异。对不同品种组织中转运系数进行统计,结果表明,不同油菜品种之间转运系数存在差异,在庆油1号中,叶片、角果皮的转运系数较高,但在籽粒中相对较低,沣油737、扬油9号在分枝和叶片中较高,在籽粒中处于中等。对油菜收获部分单株总 Cd 含量进行分析,结果表明,华杂62、庆油1号等品种总 Cd 含量高且籽粒Cd 含量低。因此,油菜具有富集Cd的能力,华杂62、庆油1号等品种具备修复农田土壤轻度Cd污染同时安全生产的潜力。

为了能够更加清晰地了解我国寒旱区冬油菜抗寒性研究进展,对寒旱区冬油菜育种与生产提供理论支撑。从选择指标与方法、遗传规律、选育方法、筛选效果、种质分类、分子机理研究等6个方面和选育方法、育成品种、品种的抗寒性分级和品种的适应性筛选等4个方面分别对冬油菜的抗寒性、抗寒性品种的研究进展进行了归纳总结。在分析研究存在的问题的基础上,提出了多途径创制种质资源、综合评价筛选出核心种质、开展抗寒机理研究和分子设计育种创新体系建设、构建育种体系多途径开展抗寒性品种选育、综合筛选提高品种的适应性、推行配套栽培技术促进品种产量水平的发挥提高效益等6项措施,以期促进我国寒旱区油菜的发展。

为培育和筛选耐盐碱花生品种,扩大盐碱地利用面积,以50个花生品种为材料,利用盆栽方式设置0,0.4%,0.8%,1.2%等4个盐碱梯度,进行耐盐碱品种筛选。结果表明,在萌发期0.8%盐碱胁迫下,50个品种种子在耐盐碱特性上分化明显,有8个品种的发芽率和发苗势仍保持在90%,85%以上。对苗期各生理指标评价结果显示,根部指标和地上部性状在低浓度(0.4%)盐碱胁迫下变化不大,但在中(0.8%)、高(1.2%)浓度胁迫下呈现不同程度下降趋势,降低幅度分别为22%~54%,30%~56%。此外,叶绿素指标随着盐碱浓度升高呈上升趋势,上升幅度为12%~13%。采用优异指数对花生综合评价结果显示,在0.4%,0.8%,1.2%浓度的盐碱胁迫下,分别有23,5,0个品种表现为优异。从相关性上分析,萌发期和苗期的耐盐碱胁迫之间无显著相关性,表明萌发期和苗期抗性分属不同的耐盐碱机制。以上研究结果得出结论:在盆栽条件下,中等浓度(0.8%)盐碱适合用于花生耐盐碱能力的筛选;根据综合优异指数,筛选获得5份耐盐碱花生品种,分别是:冀花572、唐3432、冀农花31、易花16和豫花191,为耐盐碱花生品种推广和培育提供了依据和种质资源。

为探讨油用向日葵农艺性状与产量之间的关系,选出适合河北气候及种植模式的优质高产油用向日葵新品种,对本单位杂交获得的39个油用向日葵杂交种的14个性状进行了遗传多样性分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析。研究结果表明:不同性状的变异系数为2.50%~32.37%。其中,单盘粒质量变异系数最大,为32.37%,变异幅度为16.77~113.78 g。生育期变异系数最小,为2.50%。产量与百粒质量、单盘粒数、单盘粒质量、籽粒容重、株高呈极显著正相关,与籽粒面积、籽粒周长、籽粒长度呈显著正相关;株高与百粒质量、籽粒面积、籽粒周长、籽粒长度、籽粒宽度、籽粒容重呈极显著正相关,与单盘粒质量呈显著正相关。主成分分析将不同品种农艺性状分成4个主成分,可将其归纳为籽粒性状因子、产量因子、生育期和形态因子、籽粒容重因子,累积贡献率达81.939%。卡方距离为1.05时,39份材料被划分为4个类群,其中第Ⅰ类群包含23份材料,与主成分分析散点图的第Ⅰ类群特点相同,籽粒性状和产量性状优良。综合以上数据分析,在高产油用向日葵选育过程中,从选择潜力来看,应重点考虑单盘粒质量、单盘粒数、盘径、株高、百粒质量等性状对产量的影响。

为探明人工光源植物工厂中不同光质对油葵芽苗生长和芳香物质成分和含量的影响,在光强为200 μmol/(m²·s)的条件下,以蓝光LED为对照,在蓝光的基础上分别添加光强一致的绿光、红光、远红光和紫外线,研究不同光质组合处理下油葵芽苗的生长以及芳香物质等指标的变化。与对照相比,蓝光+远红光处理下的油葵芽苗下胚轴长显著增加,而蓝光+红光处理下的油葵芽苗的下胚轴直径、根长、全鲜和全干质量与对照相比均显著提高;不同光质处理对油葵芽苗的品质指标有不同程度的影响,蓝光+绿光处理下的油葵芽苗的可溶性糖、可溶性蛋白、类黄酮含量与对照蓝光相比显著上升,分别增加了28.78%,72.25%,163.32%。蓝光+紫外线处理下的总酚、维生素C、叶绿素a和类胡萝卜素含量较对照蓝光分别显著上升了25.81%,238.10%,12.50%,150.00%。蓝光+远红光处理有利于提高油葵芽苗特征挥发性芳香物质的含量,如青叶醛、α-蒎烯、对异丙基甲苯等,该处理下芳香物质的含量高于对照蓝光处理,且含量最大,使油葵芽苗菜具有清香。综上所述,蓝光+红光能促进油葵芽苗生长,蓝光+绿光则对油葵品质有较好的提升。

耐盐品种选育是改善次生盐渍化导致的菜心减产的措施之一,因此,对菜心耐盐品种进行筛选并明确其耐性机理。在对照及盐处理条件下,通过测定9个菜心品种的生长指标,初步比较品种间的耐盐性差异,并筛选出耐盐品种及敏盐品种。同时,比较在盐胁迫条件下耐盐品种及敏盐品种的光合特性、MDA含量、相对电导率、组织化学染色、SOD、POD、CAT、APX活性、根系活力、地上部及地下部硝酸盐含量及硝酸还原酶活性,初步阐明菜心的耐盐机理。对供试9个品种菜心的生长指标进行分析,筛选出耐盐品种连州F₁及盐敏感品种金秋红二号红;与对照(15 mmol/L Ca(NO₃)₂)处理相比,在80 mmol/L Ca(NO₃)₂胁迫下连州F₁的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率的下降程度明显低于品种金秋红二号红;连州F₁的相对电导率、MDA含量、O₂ {\mathrm{ }}^{\frac{-}{·}}、H₂O₂的含量在Ca(NO₃)₂胁迫下增加的程度低于品种金秋红二号红,而氧自由基的清除则成相反趋势;同时,80 mmol/L Ca(NO₃)₂胁迫下连州F₁的地上及地下部分硝酸盐含量低于金秋红二号红,而硝酸还原酶的活性更高;连州F₁的根系活力受硝酸盐影响的程度低于金秋红二号红。连州F₁为耐盐型菜心品种,金秋红二号红为盐敏感型菜心品种,连州F₁所受的氧化胁迫程度较低,并且具有较高的光合效率和硝酸盐的还原能力,能够使其在硝酸盐胁迫下具有较好的生长能力,因此,在盐渍化程度较高的土地上,优先推荐连州F1作为主要栽培品种。

为了探讨辣椒果实对UV-B辐射的生理应激反应机制,进一步阐述高UV-B辐射地区蔬菜果实品质劣变的机理,以紫外敏感型品种华美105和耐紫外型品种乐都长辣椒的幼果、青果、红果的果实为试材,研究0(CK),2,4,6 h不同UV-B辐射时长(剂量)对果实生长发育、还原型保护及营养品质相关的物质含量的影响。结果表明:随着辐射时间的延长,华美105青果期和红果期的单果质量、纵横径显著降低,从而抑制其果实的生长;2个品种各个生育期的果实中保护性物质Vc、总酚含量随着处理时长的延长逐渐增加,可溶性蛋白含量逐渐下降,其中6 h大幅度提高了Vc、总酚的含量,可溶性蛋白含量下降幅度最大,且华美105各处理下Vc、总酚、可溶性蛋白含量的变化幅度较乐都长辣椒要大;2个品种果实各生育期营养风味品质物质可溶糖随着辐射时间的延长其含量表现为先升高后降低的趋势,纤维素含量表现为先降低后升高的趋势。总之,UV-B对2个品种幼果期生长发育指标的影响不大,高剂量UV-B可以显著抑制紫外敏感型品种青果期和红果期的生长,并能显著增加2个品种Vc、总酚、纤维素等物质的含量,显著减小可溶性蛋白、可溶性糖含量;而低剂量的UV-B能大幅度提升可溶性糖含量,且上升或下降幅度为紫外敏感型品种>耐紫外性品种。因此,低于1/4致死剂量的UV-B能促进果实品质,高于1/2致死剂量的UV-B使得辣椒果实品质开始劣变。

为探究高温胁迫下不同浓度外源GABA对番茄幼苗干物质积累、根系发育、抗氧化酶活性及光合特性的影响。选用番茄品种粉特利为试材,设置叶面喷施清水(CK)、1 mmol/L GABA(T1)、5 mmol/L GABA(T2)、10 mmol/L GABA(T3)、20 mmol/L GABA(T4)5个处理。每2 d进行1次喷施,连续喷施2次。然后,将幼苗置于40 ℃/35 ℃(昼/夜),14 h(光)/10 h(暗),光强250 μmol/(m²·s)条件下,高温胁迫处理7 d。结果表明,与CK相比,叶面喷施10 mmol/L及以下浓度的GABA(T1、T2和T3)显著促进番茄幼苗的生长,其中株高、茎粗、地上部干物质量和壮苗指数分别提高4.96%~6.92%,7.65%~19.26%,29.41%~52.94%和20.00%~26.67%。其中,T2较CK处理,显著提高了根系的总根长、总表面积、总体积和根尖数,增幅分别为23.04%,13.95%,11.76%和18.30%。此外,与CK相比,T2处理会通过增加叶片的(超氧化物歧化酶)SOD、(过氧化物酶)POD和(过氧化氢酶)CAT酶活性(增幅分别为22.58%,51.73%和148.80%),同时降低叶片的相对电导率和丙二醛含量(降幅分别为12.84%和21.89%),从而保证叶片细胞膜结构和功能的完整,进而提高叶片的光合速率、气孔导度和蒸腾速率(增幅分别为 81.38%,36.19%,41.26%)。然而,高浓度的GABA(T4)与CK处理的幼苗干物质积累、光合特性及叶片相对电导率差异不显著,甚至会抑制根系的生长发育。综上,叶面喷施适宜浓度的GABA既可通过提高叶片渗透调节能力和抗氧化酶活性,保护叶片细胞膜的完整性,进而缓解高温胁迫对光合作用的抑制,亦会通过促进番茄幼苗干物质积累和根系发育,从而提高番茄幼苗的耐热性。本试验条件下,以5 mmol/L的GABA效果最优。

为明确用于贮藏的维纳斯黄金苹果果实最佳采收期和最适贮藏温度。研究了3次采收期结合(-1.5±0.5),(0±0.5),(3±0.5) ℃ 3个精准贮藏温度对维纳斯黄金苹果冷藏后20 ℃货架期果实品质和防褐变保鲜的效应。结果表明,采收期Ⅰ(相对早采)结合-1.5 ℃(相对低温)贮藏能保持果实较高的硬度,但果实可溶性固形物含量(SSC)低、口感和风味较差,货架期间出现了不同程度的果皮、果心和果肉褐变;采收期Ⅲ(相对晚采)结合3 ℃(相对高温)贮藏至1月20日,果实SSC高、口感和风味好,但贮藏至3月20日+20 ℃平衡24 h和货架放置7 d,果肉发绵并严重褐变。结果还表明,与-1.5,3.0 ℃相比,0 ℃维持了贮藏后期果实较高的硬度、SSC、可滴定酸(TA)和抗坏血酸含量,并更好地保持了果实叶绿素荧光活力,延缓了果实衰老。对于同一贮藏温度来说,采收期Ⅱ果实的TA和抗坏血酸含量高于采收期Ⅰ、Ⅲ。采收期Ⅱ、Ⅲ结合0,3 ℃能保持中短期贮藏的维纳斯黄金苹果较好的商品性和内在品质。对于中长期贮藏的维纳斯黄金苹果来说,采收期Ⅱ结合0 ℃精准温度贮藏,既能有效抑制果实褐变、减缓果实软化衰老,又能维持货架期果实较好的风味和品质。

为了探明设施内铺设反光膜对果实品质的影响和促进着色的机理,以京艳为试材,行间铺设反光膜,监测覆膜后葡萄果实的外观与花色苷含量的变化,利用高通量测序和Illumina Novaseq 6000测序平台对着色差异的果皮进行转录组测序及差异表达基因分析。结果表明,12个样本得到了41 151 986~46 673 908条Clean reads,且Q30都在94%以上、Q20在98%以上。Clean reads与葡萄参考基因组比对总数为92.69%~94.22%。差异表达的基因统计结果显示,CK 0 d~CK 7 d差异表达基因数目是3 768个,上调基因1 488个,下调2 280个;覆膜后RF 0 d~RF 7 d差异表达基因数目是5 129个,其中上调表达2 048个,下调表达3 081个,可见覆膜能够促进基因的差异表达。覆膜7 d后,与对照相比,获得934个差异表达基因,上调表达441个,下调表达493个。KEGG富集分析表明,934个DEGs中,共有179个被注释到64条信号通路上,主要富集在代谢、细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理和生物系统五大类代谢途径。其中,苯丙烷生物合成、内质网蛋白加工、植物病菌互作、植物激素信号传导途径多个基因表达出现差异。PAL、F3'H、3GT的多个转录本均上调表达,多个生长素相应蛋白基因下调表达。转录因子WRKY基因以上调表达为主,bHLH、C2H2、NAC、MIKC-MADS、Dof等多是下调表达。综上所述,铺设反光膜可能通过提高苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性,提高相关基因(F3'H、3GT等)的表达,从而促进花色苷合成。转录因子WRKY、bHLH、C2H2、MYB、NAC、MIKC-MADS、Dof也可能发挥重要的调控作用。

为探究褪黑素在维持采后梨果实品质方面的潜力,为采后梨贮藏保鲜技术研发提供参考,以成熟期采收的新梨7号梨果实为试材,分别用0(对照),0.02,0.20,1.00 mmol/L的褪黑素溶液浸泡2,4,8,12,24 h后取样,测定了各处理对采后梨果实内在品质、细胞壁裂解相关酶活性、抗氧化相关酶活性及果皮与果肉内源褪黑素和水杨酸含量的影响。结果表明,用0.02,0.20,1.00 mmol/L褪黑素浸泡梨果实8 h,梨果实的硬度分别为38.51,42.79,40.95 N/cm²,乙烯释放速率分别比对照下降了66%,70%,71%;用0.20 mmol/L褪黑素浸泡梨果实8 h,果实的可溶性固形物含量(SSC)为94 g/L,显著高于对照组(80.2 g/L),为对照组的1.17倍,果实的可滴定酸(TAC)为1.013 g/L,也显著高于对照组(0.90 g/L),为对照组的1.13倍;此外,外源褪黑素处理显著提高了采后梨果实超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,显著降低了采后梨果实多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果胶甲酯酶(PME)、脂氧合酶(LOX)酶活性,同时提高了果皮内源褪黑素和果实内源水杨酸含量。综上,用0.20 mmol/L褪黑素溶液浸泡处理梨果实8 h,梨果实品质较好、细胞壁裂解相关酶活性较低、抗氧化酶活性较高、果实内源褪黑素和水杨酸含量较高,维持采后梨果实品质的潜力最大。

旨在明确愈伤处理对贮藏期甘薯品质影响,为甘薯高质量贮藏提供理论基础。通过对2种鲜食型甘薯心香与烟薯25分别进行贮藏,在不同的贮藏期(0,7,15,30,60,90 d)分别取样,在贮藏期设置不同程度的模拟损伤,分别为对照、高温愈伤、浅层损伤后愈伤、深层损伤后愈伤。愈伤条件为相对湿度85%,室温35 ℃的培养箱中愈伤48 h,随后测定接种软腐病病原菌后的发病病斑直径,表皮防御酶活性(PPO、POD、PAL),薯块淀粉、蛋白质、可溶性糖等营养物质含量变化。结果表明,随着贮藏期延长,甘薯块根接种软腐病病菌后病斑直径增大。经过愈伤处理的甘薯较普通环境贮藏的甘薯具有更强的软腐病抗性。贮藏至90 d,2个品种薯块受到浅层损伤愈伤后处理的病斑扩散直径仅为对照处理的74.6%,71.1%。贮藏前期0~30 d各处理防御酶活性均保持较高水平。贮藏后期90 d 2个品种损伤处理愈伤后防御酶活性均显著高于对照处理,贮藏期60 d 2个品种块根受到损伤愈伤后蔗糖含量显著高于对照处理。贮藏期甘薯在受到不同程度的损伤后经过愈伤处理可以显著提升甘薯表皮的防御酶活性,降低感染软腐病后病菌扩散速度,提高甘薯的软腐病抗性。损伤程度对甘薯愈伤效果存在影响,受到浅层损伤愈伤后在防御酶活性及贮藏品质方面均优于受到深层损伤后愈伤的甘薯。

通过分析不同的紫花苜蓿和黄花苜蓿材料,以期对干旱胁迫下的苜蓿叶片形态和组织解剖结构进行观察,旨在探究自然干旱胁迫下苜蓿幼苗叶片形态及解剖结构的适应性变化。以3个紫花苜蓿和2个黄花苜蓿为研究材料,分别设定4个不同的土壤相对含水量(土壤最大持水量的70%,55%,40%,25%)进行试验,处理30 d后测定叶片的形态结构和解剖结构。通过电镜观察紫花苜蓿和黄花苜蓿幼苗叶片形态和解剖结构,来探究苜蓿实生苗叶片对自然干旱胁迫的响应。结果表明,干旱胁迫会抑制苜蓿叶片的生长,随着干旱胁迫增强土壤水分降低,紫花苜蓿和黄花苜蓿的叶长、叶宽、叶面积降低,叶片厚度、叶肉厚度、下表皮厚度降低,栅栏组织厚度、海绵组织厚度下降,中脉中心厚度下降,栅海比呈现逐渐下降的趋势,叶片组织结构紧密度增加,疏松度减少,叶脉突起度增加。干旱胁迫强度与叶长、叶宽、叶面积、叶片厚度、叶肉厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、中脉中心厚度、栅海比、叶片组织结构疏松度呈负相关;与叶片组织结构紧密度、叶脉突起度呈正相关。

为提高茶园抹茶生产品质,通过田间试验,研究了遮阴高度和遮光率互作对抹茶叶绿素含量、品质成分及茶园环境等的影响,设置了不遮阴处理(CK)、主处理遮阴高度(1.0,1.5,2.0 m)、副处理遮光率(40%,70%,100%)共10个处理。结果表明,与CK相比,遮阴高度和遮光率互作可以提高茶树周围环境的日平均温度、日最高温度和日最低温度;遮阴高度和遮光率互作有利于减弱茶蓬表面光照强度,增加抹茶叶绿素相对含量(SPAD值),显著增加叶绿素含量(P< 0.05);遮阴高度和遮光率互作显著增加抹茶中水浸出物含量和氨基酸、显著降低了茶叶中茶多酚含量、咖啡碱含量和酚氨比。将茶叶品质成分和叶绿素含量与相应环境因子进行冗余分析表明,照度和最低温度是影响茶叶品质成分和叶绿素含量的主要指标。综上,遮阴高度1.5 m和遮光率70%互作利于生产高品质抹茶。