为缓解冬季饲料作物缺乏的压力,改进冬季饲草的生产模式,提高饲草油菜的品质和种植效益,通过设置小区试验,将双低甘蓝型油菜(Brassica napus L.)分别与紫云英、黑麦草和光叶苕子等冬季牧草按比例混播,测定各处理的生物学产量、粗蛋白含量等指标,探寻油菜与牧草混播技术的可行性。结果表明,油菜与光叶苕子、紫云英、黑麦草的混播效应存在显著差异。(1)光叶苕子与油菜混播均可以提高饲草的鲜样总产量,且在密度按1:4(油菜按15 000株/hm2的播种量)混播时,各取样时期的饲料鲜、干样产量均较高,油菜终花期时该处理的粗蛋白产量显著高于其他处理。(2)与紫云英混播,也可提高饲料油菜的鲜样产量,但差异不显著,且紫云英因光照不足,油菜初花期时已全部死亡。(3)与黑麦草混播后,饲料鲜样产量、粗蛋白产量均显著下降。因此,油菜与光叶苕子混播是进一步提高长江流域冬季饲料作物生产效应的有效模式。
为了解油蔬两用生产方式下油菜养分吸收利用特性以合理施肥,通过两年定点取样,以不摘薹处理为对照,比较油菜现蕾摘薹后至成熟期间甘蓝型油菜品种的干物质积累、养分吸收与分配的差异。结果发现:摘薹后油菜生育期、分枝结构、干物质积累、养分吸收利用特性等均发生了改变。与不摘臺相比,摘薹后油菜籽粒产量降低,整株干物重增多,生育期延长8d,分枝发生提前,二次分枝增多(达每株19.2枝),籽粒产量主要来自二次分枝。氮磷钾三种元素含量随生育进程低,成熟时在角果中的含量大于根茎。摘薹后20d内,由于创伤的修复导致植株干物质积累量、氮磷钾养分吸收量增加缓慢。摘薹20d后,植株开始快速吸收养分;至成熟时,摘薹处理氮磷钾养分的积累更高。摘薹后油菜冠层结构以二次分枝为主、一次分枝为辅,二次分枝花果干物重、氮素积累量均高于一次分枝;而不摘薹处理一次分枝干物重和氮素积累量最高,主茎次之,二次分枝最低。油菜摘薹后生育期延长,干物质和养分积累持续时间变长。可见,油蔬两用生产的油菜需肥特性与常规油菜不同,需要结合特性研究具体的肥料运筹方式。
异源四倍体油菜含有大量多拷贝基因及冗余基因,难以通过T-DNA插入、物理及化学诱变等常规突变体库创制方法发掘功能基因。为开发适应于油菜的简单高效的突变体库创制方法,本研究通过滚环复制方法构建了甘蓝型油菜的花序lhRNAi文库,并对这种新型的干扰文库进行质量评估;然后将该花序lhRNAi文库对甘蓝型油菜进行遗传转化,获得763株T0植株,从中鉴定分离出74株具有可见表型变异的花发育相关突变体,包括花瓣减少、形状异常,柱头卷曲,雄蕊退化萎缩,雄性不育(不能产生花粉)、死蕾或花蕾闭合等。说明通过滚环复制介导的lihRNAi文库的构建方法可以成功应用到油菜中,这将为油菜花序发育相关基因功能的研究提供重要的研究平台。
DELLA蛋白是参与赤霉素调控途径的关键因子,对调节植物的生长发育具有重要的作用。为了揭示甘蓝型油菜中DELLA蛋白家族的分布和特征,利用生物信息分析了家族成员、序列特征、进化关系和组织表达。结果表明,甘蓝型油菜中有13个DELLA蛋白基因,被定位到8条染色体和2条随机序列(chrC09_random和chrCnn_random)上;系统进化树分析发现,该家族被聚为4个亚家族,第一亚家族含有7个基因,第二、三和四亚家族各包括2个基因; DELLA基因呈组织特异性表达,其中BnaA10g17240D、BnaC09g40420D、BnaCnng68300D和BnaC05g47760D在各组织中表达都相对较高,在茎中BnaA06g34810D、BnaA09g18700D和BnaC09g52270D表达最高。本研究为后续基因的功能研究提供参考。
GmGBP1基因与大豆光周期开花时间相关,本试验以GmGBP1基因为对象,利用大豆子叶节转化法进行植物组织培养,得到GmGBP1干涉(GmGBP1-i)T2转基因大豆材料进行分子检测。RNA-seq转录组测序获得可变剪接数据,进一步利用RT-PCR方法对WT与GmGBP1-i大豆叶片测序结果中的可变剪接基因进行验证,共检测到3个基因发生可变剪接,表明GmGBP1干涉表达量降低引起了下游基因可变剪接。这为进一步研究大豆GmGBP1的基因功能及解析大豆成花诱导机理奠定了基础。
赤霉素的生物合成是多种酶促反应的过程,与植物植株发育、逆境响应密切相关。为分析芝麻基因组中赤霉素合成相关基因的分布、结构和活性特征,本研究以芝麻基因组序列和不同组织转录组为对象,通过生物信息学方法,从中共鉴定出32个赤霉素合成相关基因,分属7个不同的基因家族,分布在除5号染色体外芝麻所有的染色体上。不同基因家族蛋白质肽链长度存在较大差异,其中CPS家族的蛋白质序列最长,平均包含776个氨基酸残基;KAO家族蛋白序列长度的变异最大,在401-834个氨基酸之间。所有芝麻赤霉素合成相关基因编码的蛋白质预测为亲水性蛋白。与拟南芥、水稻、大豆、葡萄、高粱、番茄等物种相比,芝麻中赤霉素合成相关基因数目处于中等水平,但CPS家族中芝麻的基因数目明显多于其他物种,进化分析表明,在分析的7个物种中,芝麻与番茄具有较近的进化关系。在不同组织中,7个相关基因家族表达模式不同。KS家族基因在种子、茎尖和叶片中表达相对较高;CPS家族基因在心皮和种子中活性较强,但在茎尖和叶片中几乎没有表达;KAO和KO家族基因在不同组织中整体上具有相对较高的活性,而KS、GA3ox家族的基因在不同组织中整体表达量较低。就不同组织而言,种子中的GA合成相关基因活性整体较高;而在根尖、茎尖、叶片等与芝麻植株形态建成密切相关的3个组织中,这些基因表达以根尖较突出、其次为茎尖,在叶片中的活性整体较低。本研究为解析芝麻赤霉素合成相关基因的结构特征及其在不同组织中的作用特点提供了基因信息和理论参考。
选取中国农业科学院油料作物研究所培育的10个花生新品系,通过自然发病和人工接种的方法进行了白绢病抗性鉴定和产量损失研究。结果表明,在自然发病的条件下,10份品系由白绢病造成的枯萎率为11.0%~50.0%,其中7份品系白绢病枯萎率低于30.0%。结果还表明,白绢病枯萎率与花生荚果产量呈显著负相关(r = -0.72,P<0.05)。在田间人工接种条件下,接种2周后10个品系白绢病枯萎率为66.1%~94.0%,收获前白绢病枯萎率为66.1%~97.4%,均为感病品系;白绢病枯萎率与花生荚果产量的相关系数为-0.85(P <0.05)。产量损失试验表明,在人工接种条件下,所有品系产量损失均超过91.7%,严重者几乎绝产。综合田间自然发病和人工接种鉴定,获得一份耐病品系16-A13440。
根肿病是油菜最为严重的病害之一。为探索根肿病菌和油菜互作中抗性分子机制,采用RNA-seq技术对根肿病早期侵染中抗病品系ZHE-226(R)和感病油菜10159(S)进行转录组分析。与感病材料S相比,在0、12、48和72h 4个接种时间点,抗性材料R中共有809个基因上调表达,1082个基因下调表达。模式识别受体、几丁质酶、R基因、WRKY、水杨酸和茉莉酸等抗性相关基因在抗病材料R和感病材料S中诱导表达并表现出不同的表达模式。与感病材料S相比,在抗病材料R中PRRs相关基因主要表现为下调表达,R基因上调表达,水杨酸表现为前期下调后期上调表达,茉莉酸、几丁质酶和WRKY因子在R和S中均诱导表达。结果表明PRRs介导的PTI在感病材料S中显著诱导,在抗病材料R中作用不明显;R基因介导的ETI和SA介导的抗病信号途径对根肿病抗性起重要作用。本研究的开展有助于更好研究油菜抗病基因和根肿病菌相互作用,为根肿病抗性育种奠定基础。