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[硕士论文] 张婷
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国农业种植面积广大,而且一直都是农民凭借经验进行人工灌溉,故用于灌溉的水资源消耗一直很大。随着近几年环境的恶化,大部分地区的小河、水井等都已经干枯,所以提高水资源的利用率、加快转变农业的发展方式迫在眉睫。国家也一直在号召农业现代化,随着国家政策的推出,越来越多的技术被逐渐地应用在农业上,比如智能控制、物联网技术、云计算等。针对目前的形式,本文以小麦田为例,设计了一套基于物联网的小麦智能灌溉系统。
  基于物联网的小麦智能灌溉系统主要包括四部分:下位机的终端监控设备模块、网关模块、上位机的智能灌溉决策模型和交互界面。终端监控设备用于监测小麦的环境参数和控制电磁阀的开关,该部分主要完成了ZigBee芯片、各类传感器和电源模块的软硬件设计。网关模块是整个智能灌溉系统的协议转换设备,它将来自终端监控模块的数据包进行分析、压缩和融合后,利用4G网络传输到上位机,此部分主要是ZigBee、处理器、4G模块的硬件电路设计和网关处理数据的软件工作流程设计。上位机的智能灌溉决策模型主要包括规则模型和数学模型,规则模型是根据小麦灌溉管理的专家知识和种植人员的经验设计的,数学模型是利用彭曼公式和水平衡方程对小麦需水量和所需灌溉量进行的建模,这两种模型均可对小麦的灌溉进行预报和决策,从而达到节水灌溉的目的。最后设计了可实时显示的监控界面,将采集的信息和灌溉决策更直观的展现给用户。
  本文设计的基于物联网的小麦智能灌溉系统以ZigBee技术和4G技术相结合的方式实现无线传输,解决了有线传输中布线麻烦、不易维修等问题。同时,该系统的智能灌溉决策模型给出了两种基于不同的灌溉策略下的灌溉决策方法,提高了小麦智能灌溉的准确性,为小麦节水灌溉提供了参考,具有一定的实际意义。
[硕士论文] 利培星
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:在当前传统有机肥产量日益减少的形势下,通过绿肥种植和秸秆还田替代化肥、培肥土壤日益受到重视。本试验选择稻-油/肥混作和稻-油/肥间作模式,通过田间定位试验,探索油菜与紫云英间、混作对油菜、水稻产量、养分吸收、土壤肥力的影响,同时探讨油菜秸秆及其混作生产的绿肥联合还田替代化肥的效果,为稻油轮作区合理利用绿肥和秸秆提高耕地持续利用能力提供依据。主要结论如下:
  (1)油菜与紫云英合理间作、混作种植,不会对油菜产量造成显著的不利影响,同时还可以兼收一定产量的紫云英绿肥。间混作紫云英种植模式较单播油菜处理籽粒产量降幅为4.12%-8.82%,差异未达到显著水平。油/肥间作模式稻田土壤肥力有提升趋势,表现为土壤全氮、速效磷、速效钾、有机质含量有升高趋势。稻-油/肥间作模式当年直接收益有降低趋势,降幅244Yuan/ha,稻-油/肥混作模式收益有增加趋势,增幅701Yuan/ha。
  (2)油菜与紫云英间、混作的种植模式对当季油菜养分吸收无明显影响,对后季养分吸收、利用均有促进作用。稻谷中的氮、钾含量较油菜单种模式有增加趋势,增幅分别为8.03%、16.96%;8.35%、7.9%。紫云英与油菜间混作后后季水稻养分(N、P、K)利用效率均有高于单播油菜处理的趋势。油菜秸秆及兼收的绿肥还田有提高后季水稻产量的趋势,增加幅度为4.62%~7.73%。
  (3)油菜与紫云英混作,油菜收获后秸秆及紫云英还田可以替代水稻15%-30%的化肥,同时肥料的利用效率较常规施肥均有增高趋势,且70%CF处理水稻肥料回收利用效率、偏生产力较常规施肥处理有显著提高。水稻产量较常规施肥处理仍有增加趋势,增幅为1.54%~8.50%,节本增效841~1111Yuan/ha,同时土壤肥力有提高趋势,土壤全氮、速效磷、速效钾、有机质均有不同程度的增加趋势。
  综上所述,油菜与紫云英混作,不会降低油菜产量,同时可以兼收部分紫云英作绿肥,与油菜秸秆共同还田可以部分替代水稻季的化肥,并能保持水稻产量有增加趋势,增加稻-油轮作体系周年经济收入。
[硕士论文] 梁丽秀
农业电气化与自动化 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻的根系不但是支撑植株吸收营养物质的重要的器官,还与其周围环境有着千丝万缕的联系,近年来水稻根系的研究不断深入,有研究表明,水稻根系的形态特征与水稻的品质、抗性、产量乃至于水稻植株的生长发育等方面都有着紧密的关联,水稻根系形态特征的相关研究对于田间管理方式的改进、水稻遗传特性的改良以及水稻育种等方面都有具有重要意义。随着表型组技术的不断发展,利用图像处理技术对水稻根系性状进行无损动态检测,是未来根系研究中的必然趋势,而水稻根系图像的准确分割是进行后续表型组学分析的重要基础内容之一。
  本文针对水稻表层根系图像的分割问题,结合前人在图像分割中一些经验,尤其是医学和指纹识别等领域中的一些图像处理经验,对水稻表层根系图像进行分割试验。首先,将水稻幼苗种植在单侧透明的根室中,根室里装有添加了营养液的土壤,并且与地面有一定的倾斜角度,保证根系能够紧贴根室的透明玻璃壁生长,根室放置在室外环境中,在自然光照下定期对根系图像进行采集。对采集的水稻根系表层图像,在MATLAB2016图像处理软件上,运用多种分割算法对其进行分割处理,本文主要探讨了三种分割算法,分别是:主干-分支连接分割算法,基于形态特征的局部阈值分割算法和基于形态特征的自适应阈值分割算法,并在三种算法的基础上提出了一种综合的分割算法。
  结果表明,主干-分支连接算法,虽然保留了大量细节,但是受噪声影响严重,其结构略显杂乱,毛刺现象严重,整体的分割效果较差;局部阈值分割算法和自适应阈值算法各有优缺点,而这两种算法的优缺点刚好是可以互补的,基于形态特征的局部阈值分割算法能够保留更多根系的细节,但根系顶部密集部分的线条轮廓完整度尚且不够;自适应阈值分割算法顶部密集部分根系的连续性比较好,根系轮廓完整,但是一些靠近项部和两侧的较为细小的根须损失较多。通过对试验结果的分析,将局部阈值分割和自适应阈值分割的结果结合起来,提出了一种综合的水稻表层根系分割算法,取长补短,可以得到更优的分割的结果,对分割结果的质量评价数据表明,综合分割算法的评价指标整体要好于其他算法,说明了综合后分割算法的可行性。本研究为后续水稻根系表型性状的提取提供了重要研究基础。
[博士论文] 周贵龙
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:自交不亲和性是开花植物抑制自交、促进异交的自然现象,是杂种优势利用的重要途径。已有研究表明,花粉端SP11/SCR(S-locus protein11or S-locus Cys-rich protein)与柱头端SRK(S-locus receptor kinase)相互识别及SRK下游信号传导导致甘蓝型油菜自交不亲和性。本文研究芸薹属BnSCR1-BnSRK1-BnARC1自交不亲和信号通路在拟南芥中的保守性,自交不亲和系“W-3”的BnSCR1基因和BnSRK1基因启动子顺式作用元件及反式调控因子,为进一步揭示甘蓝型油菜自交不亲和机理、芸薹属自交不亲和信号路径奠定基础。主要结果如下。
  1.构建pORE_O4-BnSCR1+BnSRK1和pORE_O4-BnSCR1+BnSRK1+BnARC1两种过表达载体,分别导入Col-0和C24两种生态型拟南芥,获得Col-0和C24过表达BnSCR1+BnSRK1转基因植株21株和13株,Col-0和C24过表达BnSCR1+BnSRK1+BnARC1转基因植株12株和9株。通过授粉试验观察、角果长度和每角果粒数考察及外源基因表达检测,发现所有转基因植株自交亲和,说明在拟南芥Col-0和C24中,芸薹属自交不亲和信号通路BnSCR1-BnSRK1-BnARC1不起作用。
  2.克隆了BnSRK1基因2kb启动子序列;启动子分析表明,PR1-GUS(-1809~-1bp)和PR2-GUS(-1314~-1bp)能够驱动GUS基因在柱头中表达;启动子缺失分析结果表明,调控BnSRK1基因表达的关键调控区域位于-1314~1000bp。克隆了Ⅱ类S单倍型的BnSCR-1300基因翻译起始位点上游504bp启动子和BnSCR-6基因翻译起始位点上游416bp启动子,启动子分析表明60P-GUS(-504~-1bp)和15P-GUS(-416~-1bp)均能驱动GUS基因在转基因拟南芥花药发育的第9期至11期的绒毡层表达。
  3.通过酵母单杂交实验获得了与BnSCR1基因684bp启动子结合的转录因子BnPHL2α。两轮诱饵序列截短实验表明BnPHL2α与p16X-3-AbAi的16bp(TTTAATTTCTTGCATA)序列互作。亚细胞定位结果表明BnPHL2α定位在细胞核中。利用AH109酵母菌株没有检测到BnPHL2α的转录活性;通过BnPHL2α转录激活/抑制结构分析,发现BnPHL2α存在两个保守区域(位于136-185aa的MYB CC结构域、37-90aa的MYB DNA结合结构域)可能是该蛋白的抑制区域。双荧光素酶报告(Dual luciferase reporter,DLR)系统检测BnPHL2α基因对BnSCR1启动子P342活性表明,BnPHL2α基因抑制P342启动子的活性;P342启动子区域(-310至-295bp)序列(TTTAATTTCTTGCATA)的一系列突变实验表明,BnPHL2α对BnSCR1启动子P342活性调控的抑制位点位于-310至-295bp区域。EMSA实验验证,BnPHL2α蛋白能够与“TTTAATTTCTTGCATA”序列互作。利用CRISPR技术敲除“Westar”中BnPHL2α基因,获得了4株T0代阳性苗,测序分析阳性苗均为嵌合体突变的植株。
[硕士论文] 邓嘉昕
昆虫与害虫防治 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是我国的主要粮食作物之一,通过转基因育种方法增强水稻自身的抗性为病虫害防治提供了的高效的解决途径。目前我国已经研发出一系列转Bt基因水稻,正处在批准商业种植的关键时期,环境安全性和食品安全性评价工作十分紧迫。近年来,就一些转基因抗虫水稻品系的基因漂流,靶标害虫的抗性风险,对非靶标生物和稻田节肢动物群落的影响以及毒蛋白在土壤中的残留等方面已经取得了长足进展,为转基因水稻的环境安全性评价积累了一定的经验和技术。转Bt基因水稻环境风险评价的核心是追踪外源蛋白的环境行为、以及外源蛋白的生态学效应。本论文以华中农业大学研发了转cry1Ab/1Ac基因和转cry2A基因水稻为材料,开展了四部分的研究工作,①建立了以二化螟为敏感靶标的外源蛋白环境持留期的生活测定技术,并与ELISA测定的结果进行了对比研究,②外源蛋白在以敏感靶标和非敏感靶标为节点的食物链中的传递,以及对第三营养级(天敌)的影响,③外源蛋白在水生食物链中的传递及其生物学效应,④Bt稻和非Bt稻秸秆的腐烂过程研究及其过程中的细菌和真菌多样性差异研究。主要结果如下:
  1.Bt稻外源蛋白在秸秆残体中的环境持留期的生物测定
  黄熟期转cry1Ab/1Ac和cry2A基因水稻秸秆对二化螟(Chilo suppressalis Walker)初孵幼虫的致死率分别为85%和73%,此时ELISA测定结果显示两种秸秆中的Bt蛋白含量分别约为4700ng/g(鲜重)和2800ng/g(鲜重)。将黄熟期的两种秸秆添加入人工饲料后的致死率分别为46%和35%(1000g人工饲料添加30g干重)。在此基础上设置一系列的Bt秸秆添加量(从30g至0.375g),结果显示以二化螟死亡率作为指标对Bt秸秆添加量的反应极限为7.5g/1000g人工饲料,以二化螟体重抑制率作为指标对Bt秸秆添加量的反应极限为0.75~0.375g/1000g人工饲料,生长抑制率比致死率对秸秆中Bt外源蛋白的反应灵敏度高出20-40倍。通过换算得出二化螟生长抑制率对秸秆残体中Bt外源蛋白的检测下限约为10ng/g左右。用ELISA方法测得的外源蛋白在Bt稻秸秆中的半衰期约为9d至17d,90%衰减期接近80d;用二化螟为靶标生物的生测结果发现,Bt水稻秸秆中的外源蛋白半衰期约为5d至10d,90%衰减期为13d至20d。生测得出的外源蛋白环境持留期要远远短于ELISA测定的结果,因此,随秸秆残体持留在环境中的Bt外源蛋白的环境风险要比原来估计的低很多。
  2.Bt稻外源蛋白在以敏感和非敏感靶标为节点的食物链中的传递和生物学效应
  研究了Bt水稻对三种植食性昆虫(二化螟C.suppressalis Walker、粘虫Mythimna separate Walker及褐飞虱Nilaparvata lugens St(a)l)生长发育影响,取食Bt稻的二化螟的存活率及体重增长显著低于对照(p<0.05),而粘虫和褐飞虱对Bt稻不敏感,存活率及体重增长与对照相比没有显著性差异。分别用取食Bt稻嫩苗的三种植食性昆虫饲喂饥饿处理后的狼蛛(Lycosa pseudoamulata),检测对狼蛛生长发育的影响,结果显示捕食取食Bt稻的二化螟处理组的狼蛛存活率和体重显著低于对照,而捕食取食Bt稻的粘虫和褐飞虱的狼蛛存活率和体重与对照相比无显著差异。测定了Bt蛋白沿食物链传递的并在第二级和第三级营养级中的富集情况,结果显示在三种植食性昆虫体内都检测到了Bt蛋白,浓度分别为40ng/g、45ng/g和25ng/g,在天敌狼蛛体内也检测到了微量的Bt蛋白,浓度分别为9ng/g、6ng/g和8ng/g。综合以上结果可以看出,转Bt水稻可以对第三营养级(即天敌)造成负面影响,也可以对第三营养级没有负面影响,关键在于第三营养级捕食的是Bt稻的敏感靶标还是非敏感靶标。通常情况下,自然界中天敌除捕食Bt稻的敏感靶标外还捕食Bt稻敏感靶标,从这种意义上说Bt水稻对天敌是安全的。
  3.Bt稻外源蛋白在水生食物链中的传递及其生物学效应
  本试验研究了Bt稻外源蛋白沿着食物链“水稻-大型溞Daphnia magna-斑马鱼Brachydanio rerio"及“水稻-小龙虾Procambarus clarkii"的传递规律及生物学效应,并分析了Bt稻对大型溞、斑马鱼及小龙虾生长发育及体内三种保护酶的影响,最后用ELISA方法检测每级营养级生物中的Bt蛋白富集量。结果显示,用Bt稻饲喂的大型溞的存活率、产卵量及体内三种保护酶活性与对照相比没有显著性差异(p>0.05);用培养Bt稻后的培养液培养大型溞、饲喂饥饿处理的斑马鱼10天后,转基因处理组斑马鱼的存活率、体长及体内的保护酶活性相比对照处理没有显著性差异(p>0.05);用Bt稻苗直接饲喂的小龙虾8周内的存活率、体重增长、体长增长、体内保护酶活性相比对照常规处理没有显著性差异(p>0.05),并与鱼饲料对照处理也无显著性差异(p>0.05)。大型溞体内检测到的Bt蛋白浓度约为50ng/g,斑马鱼体内检测到的Bt蛋白浓度约为11ng/g,小龙虾肠道体内检测到的Bt蛋白浓度约为5ng/g。从以上结果可以看出Bt稻对这些水生生物是安全的。
  4.Bt稻和非Bt稻秸秆腐烂特性及其过程中的微生物多样性的差异
  转基因抗虫水稻秸秆还田后与常规秸秆相比在腐烂特性有无差异是环境风险评价的重要内容之一。本试验以转cry1Ab/1Ac和cry2A基因的明恢63水稻秸为材料,在田间与常规非转基因明恢63秸秆的腐烂速率进行了比较,通过二代测序的方法比较了转基因与非转基因秸秆中的微生物(包括细菌和真菌)的多样性。结果表明,两个转基因品系的秸秆在各时期的残重、含碳量、含氮量以及碳氮比均无显著差异,但转基因品系和非转基因品系之间,以及转cry1Ab/1Ac和cry2A基因的明恢63水稻之间细菌和真菌的种类和多样性出现可检测到的差异,这些微生多样性的差异可能是由于Bt外源蛋白引起的,也可能是由于转基因事件本身引起的,但本研究的结果可以确定微生物组成的微小差异并未影响到秸秆的腐烂矿化过程。
[博士论文] 李英
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着自然资源的逐步枯竭和环境气候的不断变化,发展可部分替代化石能源的生物燃油有其重要性和紧迫感。业已证明:木质纤维乙醇是一种理想的生物能源,如添加汽油中可减少废气和碳排放,亦可提高燃油品质。此外,开发木质纤维乙醇,不仅可以解决农作物秸秆大田焚烧带来的空气污染问题,还可增加经济收入。木质纤维乙醇生产主要包括三个步骤:理化预处理、酶解产糖和乙醇发酵。然而,基于植物细胞壁的抗降解性,木质纤维乙醇生产不仅成本高,还易产生第二次污染。因此遗传改良植物细胞壁结构,旨在用温和环保的预处理方法,高效酶解木质纤维素,并最大限度提高纤维乙醇产率。本研究通过利用转基因技术,定向改良了水稻细胞壁结构组成,探讨了提高转基因材料产糖产醇效率的分子机理,并初步设计出纤维乙醇的优化工艺和优质能源作物的选育方法与途径。主要研究结果如下:
  1.超表达外源真菌纤维素酶定向改良水稻纤维素结构:利用水稻rbcS组成型启动子和特定定位信号分子在质外体和叶绿体中分别超表达里氏木霉(Trichoderma reesei)纤维素内切酶基因EGⅡ,纤维素外切酶基因CBHⅠ和β-葡萄糖苷酶基因BGLⅠ,测定了转基因材料细胞壁结构和产糖产醇效率的变化。结果表明:(1)与对照材料相比,转基因材料株高稍矮,但抗倒伏能力显著增强;(2)转基因茎秆材料纤维素结晶度(CrI)与聚合度(DP)显著降低,而木质纤维素孔隙度显著提高;(3)转基因材料半纤维素和木质素结构因子亦发生相应改变;(4)温和预处理下转基因材料纤维素可完全降解产糖,而对照材料降解产糖低于70%;(5)温和预处理下转基因材料乙醇产率获历史记录最高(占干重的23%);(6)关联分析总结出影响木质纤维素酶解产糖产醇的主要细胞壁结构因子,并提出了关于生物质降解分子机理的模型。
  2.下调表达内源Os4CL4改良水稻木质素单体组成:4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是调控植物木质素合成代谢的重要基因,调控着苯丙烷类相关化合物的代谢。通过筛选RNAi抑制Os4CL4的4个纯合转基因水稻株系,分析了转基因材料的基因表达、酶活、木质素组成和生物质酶解产糖效率。结果表明:与对照品种相比,转基因水稻中Os4CL4酶对香豆酸底物的亲和力强于阿魏酸;抽穗期和成熟期茎秆的H单体含量显著提高,从而提高生物质酶解产糖产醇效率。
[硕士论文] 肖睿
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)因其粮菜兼用,营养全面,深受广大消费者的喜欢。较其他粮食作物,马铃薯经济效益高,具有较大的种植面积;但在我国其单产并不高,与发达国家相比差距较大,究其原因,病害是影响马铃薯产量的最主要原因之一。马铃薯黄萎病(Potato Verticillium wilt)是一种真菌性病害,严重影响马铃薯的产量和品质。挖掘抗病资源、定位抗病基因、开发连锁标记可加速抗病育种,而选育抗病品种则是防治病害最经济有效的途径之一。但到目前为止,关于马铃薯黄萎病抗病基因的研究还较少,还没有抗病基因定位的报道。
  本研究利用二倍体马铃薯种间杂种C545为抗病母本,与感病父本V67的回交BC1群体为材料,取得以下主要结果:
  1、BC1群体表型鉴定:随机选择172个群体后代,经过多轮的表型验证实验,完成了群体材料的表型鉴定。
  2、极端材料的BSA+DNA-seq分析:分别选择24个抗病材料和30个感病材料组建抗感病混合池,进行全基因组测序,测序深度为30x。分别得到28.46Gb和26.39Gb的数据,并利用生物信息学分析,绘制了抗感池平均△(SNP-index)分布图。通过分布图预测出抗黄萎病位点位于五号染色体0-6.3Mb的位置。
  3、主效位点的连锁标记开发:根据分布图预测的五号染色体0-6.3Mb抗病位点区间,设计了278对基因标记引物和329对CAPS标记引物。通过对抗感亲本和抗感群体后代的验证,共筛选开发了6个基因标记、1个Indel标记和5个CAPS标记。利用这12个标记结合群体材料表型绘制出总长为69.4cM的遗传连锁图谱,但12个标记均在抗病位点一侧,共同将抗病位点定位于五号染色体4.7Mb之后。
  4、Ve基因的初定位:将生物信息学预测的区间和标记定位的区间整合,定位出抗病位点位于4.7Mb-6.3Mb之间1.6Mb的区间范围内。与前人报道的马铃薯黄萎病抗性位点位于9号染色体不同,本研究首次定位出马铃薯抗黄萎病的新位点,该位点位于马铃薯五号染色体前端,为马铃薯抗黄萎病遗传定位研究扩充了思路,同时对马铃薯黄萎病抗性基因的克隆奠定了基础,开发的连锁标记对马铃薯抗黄萎病育种提供了有力帮助。
[硕士论文] 陈权
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:为进行饲料油菜推广应用,本研究对油菜、大麦,紫云英、黑麦草和毛苕子等进行了比较研究,以评价油菜的饲用特性。同时对12个油菜品系进行了产量与品质的比较研究,以期筛选出具有饲料应用前景的油菜品种。以高产优质油菜品种华油杂62为主要研究对象,设置油菜种子处理试验、播期密度试验、收获次数与施肥试验。总结了饲料油菜直播壮苗、适宜播期及密度、简化施肥,适时收获的高效栽培技术。主要研究结果如下:
  1.筛选出用于饲料用途的品种材料
  与对照华油杂62相比较,6-3914、16-P35外和15P24母的平均鲜重产量超过了对照,15-兰凡1、16-P35外和6-3914的平均干重产量超过了对照;植株地上部含水率以16-P32外、16-P35外、6-1907、6-2660和15-兰凡1等材料相对较低。综合鲜重、干重和含水率三项指标,以品系16-P35外鲜重高、干重高、含水率低,更适宜作饲料油菜。
  2.锐胜包衣油菜种子可以显著提高种子出苗率和最终成苗率
  不同材料处理的油菜种子,10月9日播种,第5天开始出苗,第6天出苗速度最快,播种后锐胜的出苗速度明显快于对照。播种后第10天锐胜出苗率显著高于对照20.9个百分点;播种后第50天锐胜的最终成苗率为55.0%,显著高于对照18.5个百分点。2月12日播种,第10天开始出苗,第12天出苗速度最快。锐胜的出苗速度明显快于对照。播种后第15天锐胜处理的出苗率显著高于对照15.9个百分点;播种后第30天锐胜处理的最终成苗率为48.9%,显著高于对照15.7个百分点。
  不同材料处理的油菜种子进行秋播和春播,锐胜处理的出苗率和最终成苗率都显著高于对照。表明锐胜处理油菜种子可以显著提高种子出苗率和最终成苗率。
  3.饲料油菜适当早播有利于获得更高的饲料产量
  综合两年试验结果,饲料油菜播期为9月20日和9月30日的产量都是随着密度的增加先上升后下降。饲料油菜适当的早播有利于获得更高的饲料产量,拟获得60000kg/hm2以上的较高生物产量,适宜播期在9月下旬到10月10日。适宜的密度在45-75万株/hm2。
  4.饲料油菜在12月中旬至4月下旬循环收获可获得较高生物产量
  饲料油菜可以在11月中旬开始收获。在不同循环收获时间处理中,以第一次收获时间为12月18日,第二次收获时间为3月26日,第三次收获时间为4月30日的处理收获的鲜重产量最高。
  5.不同施肥次数、收获次数及收获方式对饲料油菜总产量的影响效果不同
  在三次收获条件下,一次追肥处理的干重总产量显著高于二次追肥处理的干重总产量,二次追肥处理的干重总产量显著高于三次追肥处理的干重总产量。
  在不同追肥次数和收获方式条件下,三次收获的鲜茎叶生物产量为45971.33-105290.33kg/hm2。在相同追肥处理条件下,第一次收获时采用三种收割方式收获的平均生物产量的大小顺序是留三叶>留心叶>去心叶,且差异达到显著水平。留三叶的收获方式平均鲜重产量最高可达到96216.89kg/hm2,其中一次追肥处理平均产量为105290.33kg/hm2,明显高于留心叶和去心叶的收获方式;去心叶的收割方式明显不利于油菜再生,第二次收获的产量大大降低,总产量也明显降低。
  收获次数为一次、二次和三次收获的鲜重累计产量平均值分别为78237.00kg/hm2、87560.11kg/hm2和91216.89kg/hm2。
  6.饲料油菜产量显著高于豆科牧草紫云英和毛苕子
  与2月27日收获相比,4月18日收获时油菜和毛苕子的鲜重产量降低,紫云英和黑麦草的上升。不同饲料材料适宜收获时期具有差异。如只收获一次,油菜在3月下旬以前收获,其鲜重产量在各种作物都是最高的,大麦在2月份收获生物产量仅次于油菜,黑麦草在3-4月份生物量迅速增长,4月份超过油菜的生物量,紫云英和毛苕子在3月收获生物产量较高。如收获两次,油菜在3月初、4月中旬二次收获可获得较高鲜重产量。黑麦草和大麦在3月底、4月中旬收获二次可获得较高的鲜重产量。
  2月27日到4月18日收获,毛苕子的平均蛋白质含量上升6.52%;但油菜、紫云英和黑麦草的平均蛋白质含量下降明显,分别下降63.62%、29.11%和27.16%,以油菜的蛋白质含量下降最为明显。因此如要获得油菜较高蛋白质含量,可在2月下旬以前收获。
[博士论文] 奥马尔·阿齐兹
土壤学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:水稻是中国主要的粮食作物,是一种需水量大的作物。因此,水是中国粮食生产稳定的重要因素之一。在中国南方,水稻种植面积占播种总面积的94%,占生产总面积的88%,水稻的生产直接关系到中国的粮食安全。然而,水分的供应与水稻的时空分布一直存在矛盾。目前,有16-22%的稻田遭受季节性缺水威胁,损害了粮食生产能力和粮食安全,水稻迫切需要一种节水生产技术。除水以外,氮肥的施用量在世界各地和中国的水稻种植系统中都有所增加。但是,传统灌溉方式下氮肥的利用效率一直很低。水稻采用节水灌溉,改变了土壤的环境条件,水稻田间水环境对氮的动力学变化的影响需要深入研究。
  在此背景下,利用节水灌溉和15N同位素示踪技术,对稻田水和氮资源的有效利用进行了田间和温室研究。2015-2016连续两年在中国湖北省荆门市团林灌溉试验站进行田间试验,稻田土壤质地为粉壤土。试验采用裂区试验设计,以灌溉处理为主处理,设传统灌溉(CI)和“薄浅湿晒”节水灌溉(TSMDI);氮肥施用量为副处理,设3个水平:N0(0kg N ha-1),N1(90kgN ha-1)和N2(180kg N ha-1,),N2是当地农民习惯施用量。试验进行三次重复。2016年夏季,在中国武汉华中农业大学的一个开放温室(有一个可移动的防雨棚)进行了土柱模拟种稻试验。模拟试验的土壤样品采自上述田间试验田周边水稻田。采用两因素完全随机试验设计,三次重复。试验因素包括灌溉方式和氮肥施用量,灌溉设置两个水平:CI和TSMDI,氮因子设置3个水平:N0(0kgN ha-1),N1(90kgN ha-1)和N2(180kgNha-1),氮肥施用15N丰度为6%的尿素。论文的主要结论如下:
  1.薄浅湿晒节水灌溉处理水资源的有效利用明显优于传统灌溉。与传统灌溉处理相比,采用薄浅湿晒灌溉的水稻节水灌溉每个生育期的田间灌溉水利用系数(FIWUC)明显提高了0.21-3.85%。FIWUC对衡量水稻生长利用的田间有效灌溉水量具有参考价值。薄浅湿晒灌溉具有较高的FIWUC,可能是由于田面灌水深度较浅,降低了水头的压力势,从而减少了渗漏水的损失。与传统灌溉处理相比,薄浅湿晒节水灌溉处理节约灌溉用水16-21%。在薄浅湿晒节水灌溉条件下,灌溉水分生产力(WPI)比传统灌溉水平高出19.04-30.26%,达到5%差异显著水平。比较N2处理(180kgNha-1)(当地农民习惯氮肥施用量),节水灌溉处理的WPI比传统灌溉提高了25.96%。同样,总水分生产力(包括降雨和灌溉)WPI+R薄浅湿晒节水灌溉比传统灌溉高出4.54-16.50%左右。在水稻田田间水利用研究中,同时应用田间水利用系数(FIWUC)和水分生产率(WPI)两个指标能更全面地反映水分的利用状态。
  2.薄浅湿晒节水灌溉水稻的产量与传统灌溉的产量持平,有时甚至略高。2015年的田间试验表明,薄浅湿晒节水灌溉比传统灌溉方法的稻谷产量提高了5.53-6.37%,2016年温室试验节水灌溉比传统灌溉产量提高1.72-3.52%。研究表明,薄浅湿晒节水灌溉为水稻根系的生长创造了较为健康的环境,有利于水稻有效地吸收水分和氮素,从而比传统淹灌具有较高的产量。薄浅湿晒节水灌溉条件下水稻生长参数和产量构成因子,如植高、分蘖数、叶面积指数、生物量、穗数、结实率和干粒重等指标与传统灌溉相比,均未表现出明显的差异。田间试验结果显示,N1和N2两种氮肥用量处理的产量差异不大,节水灌溉条件为施用较低的氮肥达到预期的水稻产量创造了条件。
  3.薄浅湿晒节水灌溉条件下水稻根系和籽粒器官中肥料氮吸收明显高于传统灌溉,从而提高了氮肥利用率。薄浅湿晒节水灌溉N1和N2的氮肥利用率分别比传统灌溉N1和N2的高出5.68-30.23%和6.56-13.92%。15N示踪结果表明,节水灌溉条件下不同植物部位中肥料氮素含量均高于传统灌溉,水稻根系和籽粒中氮吸收量的差异达到显著水平。薄浅湿晒节水灌溉中大量的根系增加了植株对N的吸收,并有效地将N转移到植物的地上部分,最终形成较高的产量。尽管N2处理植株对氮的吸收总量比N1植株的高,但氮肥利用率却低于N1处理。
  4.水稻薄浅湿晒节水灌溉大量减少渗漏水和总氮的淋失,具有较好的环境效应。与传统灌溉相比,薄浅湿晒节水灌溉处理渗漏水量减少了18.63%。渗漏水的测试表明,NH4+是N的主要淋失形态。土壤中的NH4+移动受灌溉方式的影响很大,而NH4+淋失的巨大潜在风险值得关注。水稻采用薄浅湿晒节水灌溉的方法,可以明显降低土壤的NH4+和总氮的淋失量,但在一定程度上却增加了NO3--N的淋失,特别是在晒田后的复水过程中。
  5.肥料氮的氮量平衡显示薄浅湿晒节水灌溉的肥料氮水稻植株氮吸收量、水稻土壤残留氮和氮损失的比例得到了合理的分配。结果表明,比传统灌溉相比,薄浅湿晒节水灌溉N1和N2植株肥料氮吸收量比传统灌溉提高了10.49%和6.56%,肥料氮在稻田土壤中的残留量分别提高了3.77%和4.77%;同时,在N1和N2处理中肥料的氮损失分别降低了32.38%和19.03%。薄浅湿晒节水灌溉具有减少环境退化的作用。
  研究表明,薄浅湿晒节水灌溉是较为合理的灌溉方式,在两种氮素处理水平中,低氨水平(N1)的综合效益明显优于高氮水平(N2),且两种氮肥处理的粮食产量差异不大。然而,N1提高了氮肥利用率,大大减少了氮的淋失。研究结果表明,为了确保生态环境的安全,水稻可以通过节水灌溉措施有效节约农业用水量和降低氮肥施用量。然而,还需进一步研究节水灌溉的后续影响以及可持续农业系统的最佳氮素管理战略。
[硕士论文] 陶雨婷
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:根据从营养生长转向生殖生长的不同需求,甘蓝型油菜可以被分为三种生态型:冬性、半冬性和春性;其中冬性甘蓝型油菜主要分布在欧洲需要一个月以上的低温(小于4℃),我国主要种植的是半冬性和春性甘蓝型油菜,两者没有严格的界限,所以存在一些广适性品种。特定的地区只适宜特定生态型的生长,为了开发能检测不同生态型的标记,并为判定油菜适宜种植地区提供参考,本研究首先利用全基因组关联分析找到了与开花时间相关的位点,并结合已发表的标记,开发出了7个能为油菜生态型判定提供参考的PCR标记。主要试验结果如下:
  利用实验室收集的495份甘蓝型油菜自交系组成的自然群体,并结合先前提供的八个环境表型数据和郭亮老师课题组提供的基因型数据,我们成功检测到了166个与开花时间相关的SNP/InDel位点。其中,5个位点能在多个环境当中重复检测到,这些位点附近有拟南芥FLC、FRI、EMF2同源的油菜基因;另外,有21个由毗邻(物理距离小于150kb)的SNP组成的区段,其中也包括了许多与拟南芥开花基因同源的油菜基因。
  从495份甘蓝型油菜自交系材料中选出452份进行生态型分类,将全基因组关联分析得到的166个标记与前人研究中的标记转化成PCR标记,通过PCR检测找到能够区分冬性、半冬性、春性材料的标记,最终找到7个能够鉴定不同生态型的标记。其中,BnaA3-FRI-53-76和BnaA3-FRI-69-20分别有62%和46%的概率可以鉴定出冬油菜,BnaA3-FRI-53-78有92%的概率可以鉴定出冬油菜。7个标记根据关联到的基因不同分类组合形成不同的单倍型,位于在A3FRI上的标记BnaA3-FRI-53-76、BnaA3-FRI-69-20和BnaA3-FRI-53-78共构成5种单倍型,Hap000是最有可能检测出春性油菜的单倍型。标记Bn-A10-p15106056和标记BnvaAnn_random28331198分别位于FLC和CDF1附近,所以将这两个标记组合形成了4种单倍型。其中,Hap00检测出半冬性油菜的概率最大。
[硕士论文] 柳亮
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:甘蓝型油菜显性细胞核雄性不育系FM195AB是由宜3AB转育而来,其育性受复等位基因BnMS5控制。BnMS5的3个等位基因分别是BnMS5a(恢复基因)、BnMS5b(不育基因)和BnMS5c(正常可育或临保系基因),其显隐性关系为BnMS5a>BnMS5b>BnMS5c。通过细胞学观察发现造成FM195A雄性不育的原因是减数分裂停滞在减数分裂前期Ⅰ的细线期。辛强(2016)克隆了BnMS5基因,通过序列比对发现BnMS5只在芸薹属特异存在,是一个进化上新近产生的芸薹属特异的功能未知基因。为了进一步阐明BnMS5影响减数分裂的分子机制,本研究检测了近等基因系FM195R(纯合恢复系:BnMS5a BnMS5a)和FM195A(纯合不育系:BnMS5b BnMS5b)的雄蕊转录组,每个样品2个重复。通过比较分析得出如下主要结果:
  1.通过Illumina HiSeq-150平台进行测序产出Raw data共114G,过滤后的Cleandata共108G。通过Hisat2把过滤后clean reads比对到ZSll的参考基因组上,匹配率都在90%以上。比对到Exon(外显子)区域的clean reads占比也都达到90%以上。
  2.结合Ballgown与DEseq2的差异表达基因分析结果,发现在不育雄蕊中上调表达的基因有522个,下调表达基因有831个;在可育雄蕊中特异表达基因有1727个,在不育雄蕊中特异表达基因有1598个。
  3.通过Blast2GO对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。结果显示,BnMS5可能通过影响表达调控相关基因,进而影响了染色体和染色质形态、细胞周期调控过程、与细胞分裂有关的染色体运动过程,最终影响减数分裂。
  4.本研究分析了拟南芥中功能已知的影响减数分裂和雄性不育相关基因的差异表达,发现BnMS5调控了与染色体浓缩、重组解旋酶和拓扑异构酶相关基因的表达,进而影响了染色体形态建成,导致同源重组、联会、染色体配对等过程异常;BnMS5还调控细胞周期相关抑制因子、影响染色体运动和细胞分裂。BnMS5的功能缺失导致这些过程异常,致使减数分裂阻滞在了减Ⅰ细线期,间接引起绒毡层发育异常,最终导致FM195A雄性不育。
[硕士论文] 刘晓青
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:玉米百粒重是影响产量的重要因子之一,解析玉米籽粒百粒重主效QTL/基因的遗传机制是进一步提高玉米产量的重要途径。染色体片段代换系(CSSLs)是进行产量等复杂数量性状QTL鉴定、克隆的理想材料。本研究以玉米自交系吉1037为供体,Ye478为受体构建了染色体片段代换系材料H15-6-2,通过多年多点试验对玉米百粒重主效QTL进行鉴定,结合亲本材料在籽粒授粉后11DAP的转录组分析数据,获得了主效QTL目标区段内7个关键候选基因,为下一步QTL的精细定位及关键候选基因的鉴定奠定了工作基础。本研究获得的主要结果如下:
  1.影响百粒重的染色体片段代换系表型鉴定。在保定、安阳、邢台三个环境开展染色体片段代换系H15-6-2表型鉴定试验:H15-6-2百粒重和Ye478相比平均下降10g;Ye478和代换系H15-6-2籽粒的粒宽差异显著(P<0.01)。Ye478籽粒授粉后灌浆速率始终快于H15-6-2;综合石蜡切片结果表明授粉后的Ye478籽粒发育进程快于H15-6-2。利用玉米基因组上的1021对SSR标记对导入片段进行分析,发现控制百粒重的导入片段主要位于第3和第6染色体。
  2.F2群体构建及百粒重QTL定位。2015年和2016年利用H15-6-2与Ye478杂交自交构建了一个F2群体和两个F2:3群体,群体大小为207,利用这两种群体将控制百粒重的主效QTL定位在标记C3-89与C219-90间共6Mb的范围内,位于第3染色体3.08bin,可解释23%的表型变异,将该主效QTL命名为qHKW3。
  3.qHKW3精细定位。从2016海南种植的F2.3家系后代中筛选出12种不同类型的qHKW3目标区段内的重组家系,根据这些重组家系的基因型和表型,将qHKW3定位在标记C214-16-C215-34之间,约1.3Mb的范围内。2017年在四川和黄冈两个环境利用12种类型重组家系的纯系分别进行子代测验,都将qHKW3定位于标记C214-16-C215-34之间,与之前精细定位结果一致。
  4.目标区段转录组分析。2017年夏季提取亲本Ye478和H15-6-2授粉后11DAP的籽粒RNA进行测序分析。将RNA-seq检测结果和B73Ref Gen-V4参考基因组结合分析:1.3Mb范围内共有23个基因,只有7个基因在Ye478与H15-6-2间表达量倍性差异大于2倍,因此作为候选基因。
[博士论文] 邓勇
生物化学与分子生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)、细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae,M.oryzae)是极具破坏力的水稻病原菌,也是造成水稻大面积减产的罪魁祸首。籼稻品种明恢63是一个在我国大面积使用超过30年的恢复系,其携带的主效抗白叶枯病基因Xa3/Xa26因其持久且广谱的抗病能力,在生产中得到广泛应用。该基因在粳稻品种中的抗性可能比在籼稻品种中更好(Cao et al2007)。OsWRKY45在籼稻和粳稻中拥有不同的等位基因,并且这对等位基因可能是引起Xa3/Xa26在不同水稻亚种中抗病功能有差异的原因之一(Zhou et al2009;Tao et al2009;Kou et al2010)。为了在水稻抗病育种中更好的应用这两个基因,我们分别以籼稻品种明恢63和粳稻品种牡丹江8为受体构建近等基因系以研究Xa3/Xa26基因抗性出现差异的原因和OsWRKY45等位基因的功能差异。获得的主要结果如下:
  在携带Xa3/Xa26基因的自然品种中,粳稻品种早生爱国3比籼稻品种IRBB3和明恢63对Xoo具有更好的抗性以及更高的Xa3/Xa26和OsWRKY45基因的表达水平。MD1是以牡丹江8为背景的携带Xa3/Xa26和OsWRKY45-1的近等基因系,其病斑长度比供体亲本明恢63短,其中Xa3/Xa26的表达水平也比明恢63更高。在Xa3/Xa26基因存在的情况下,分析携带OsWRKY45-1和OsWRKY45-2的近等基因系抗病程度和相关基因的表达量,发现牡丹江8背景的家系比明恢63背景的家系更抗病,同时携带OsWRKY45-1的家系比携带OsWRKY45-2的家系更抗病;牡丹江8背景中Xa3/Xa26和OsWRKY45的表达量都显著高于明恢63背景,同时在两种背景中OsWRKY45-1的表达量显著高于OsWRKY45-2。证明粳稻背景有利于提高Xa3/Xa26的抗病功能,该现象可能普遍存在,并且OsWRKY45-1基因对此现象有贡献。进一步实验证明OsWRKY45基因参与Xa3/Xa26介导的抗病路径。
  分析粳稻背景中Xa3/Xa26抗病过程中内源植物激素的含量发现水杨酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸(jasmonic acid,JA)的含量在抗病家系和感病家系间有显著差异。外源激素处理后接种病原菌发现JA抗病信号路径在Xa3/Xa26介导的对Xoo的抗病过程中发挥重要的作用。分析粳稻背景中植保素的含量和细胞壁抗性相关基因的表达量,发现在Xa3/Xa26抗病过程伴随着植保素的大量积累而不需要细胞壁的加厚。进一步分析OsWRKY45-2转基因材料接种不同病原菌后内源激素和植保素的含量,发现OsWRKY45介导对Xoo和Xoc的抗病反应引起JA的积累;而对M.oryzae的抗病反应引起SA的积累;对Xoo和M.oryzae的抗病反应都与增加二萜类植保素的积累有关。说明OsWRKY45基因在Xa3/Xa26介导的抗病路径中的作用是引起植保素和茉莉酸化合物的积累。
  OsWRKY45的等位基因在183份中国品种中的分布与水稻亚种的分类正相关。进一步分析发现携带OsWRKY45-1的品种倾向于分布在高纬度地区,而携带OsWRKY45-2的品种倾向于分布在低纬度地区。然而长短日照处理并不影响不同近等基因系的抽穗期,说明OsWRKY45等位基因在不同纬度分布与日照长度无关。
  尽管OsWRKY45-1和OsWRKY45-2都负调控水稻抗高温,高温处理却发现携带OsWRKY45-1的近等基因系对高温更敏感。分析近等基因系中不同温度下OsWRKY45的表达量,发现OsWRKY45-1的表达量受温度的诱导,在35℃时OsWRKY45-1的表达量显著高于OsWRKY45-2。以上结果证明OsWRKY45等位基因在高温下表达水平的差异会引起近等基因系对高温的敏感度不同,从而导致OsWRKY45等位基因在不同纬度的分布。进一步分析发现OsWRKY45-2的启动子中包含两个额外的脱落酸(abscisic acid,ABA)响应原件。种质资源品种中OsWRKY45启动子单倍型与等位基因的单倍型分布情况一致。携带OsWRKY45-2启动子的品种倾向于分布在低纬度地区,随着纬度的升高,携带OsWRKY45-1的品种比例越来越高。该结果暗示启动子的差异使OsWRKY45等位基因对温度敏感程度不同,从而造成携带不同等位基因的品种倾向于分布在不同的纬度。
  综上所述,本研究发现粳稻背景有利于提高Xa3/Xa26的抗病能力,OsWRKY45等位基因表达量的差异不仅会影响Xa3/Xa26的抗病能力,也会影响水稻对高温胁迫的响应。暗示用传统育种方法将Xa3/Xa26导入粳稻中能更好的发挥其功能。OsWRKY45-1位点更适合用于抗病育种,OsWRKY45-2位点更适合用于抗逆境育种。
[硕士论文] 刘晨
生理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:两系法杂交水稻为水稻杂种优势利用提供了新的技术途径,而探明两用不育系育性转换机理则是该技术的理论与应用基础。本研究从光敏感核不育材料育性转换的转录组差异结果中获得了茉莉酸合成相关基因的表达差异信息,对长光不育型水稻农垦58S、短光不育型水稻D52S进行光周期育性诱导,在穗发育的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ期对叶片JA总含量及JA合成途径关键酶LOX、AOS、AOC和OPR的酶活性进行测定,并且利用qPCR技术测定这4个关键酶基因的表达水平差异,试图分析荣莉酸与光周期诱导育性转换的关系。主要研究结果如下:
  1.光周期处理能够有效地诱导农垦58S和D52S的育性发生变化,两个材料的花粉育性变化结果相反;农垦58S在自然长光(14h)时花粉为不育,而短光(10h)处理后的花粉可育;短光处理后D52S表现为不育,自然长光条件下D52S表现可育。
  2.获得两个材料在不育和可育光周期下的转录组数据。光周期处理会使两材料产生44个共有的差异基因,但两材料中得到的差异基因数目不同,且上下调的趋势也不一致:以显著性检验的p-value值<0.05和FC≥2为标准筛选差异基因,并以可育材料作为参照,D52S中共得到1036个差异基因,其中451个下调,585个上调;农垦58S中共得到140个差异基因,其中39个上调,101个下调。此外,从转录组数据和GO富集结果中也筛选到了JA合成途径的差异基因LOX,AOS、AOC和OPR。
  3.光周期处理后农垦58S短光可育叶片中的JA含量在减数分裂期(Ⅵ期)比长光不育叶片高;两材料中各时期JA含量均有显著差异,说明长、短光周期在水稻的生长发育时期会不断地对植物体内的JA合成代谢进行调节。喷施MEJA可以使农垦58S和D52S的花粉碘染率变为不育材料的39.24倍和118.6倍;农垦58S中可育材料的花粉碘染率是喷施SHAM的34.47倍,D52S喷施SHAM后则变为了完全不育;喷施MEJA后可以提高LOX、AOS、AOC和OPR的酶活性及JA含量,但SHAM处理没有降低这些酶的活性和JA含量,推测这一结果可能与取样时期较后有关,SHAM的抑制作用不明显。
  4.qPCR结果表明,光周期处理下,两材料叶片中的LOX,AOS、AOC和OPR基因的相对表达水平主要在Ⅴ期和Ⅵ期可育比不育材料表达量高;当喷施MEJA或SHAM后,分别使这四个基因的表达水平一致升高或降低,即当这四个基因表达量升高时材料可育,表达量降低时材料不育,推测这两个处理主要通过调节JA合成途径基因的表达来实现对育性的调控。
  本研究获得了长、短光周期敏感核不育水稻农垦58S和D52S在光周期处理下、外源喷施MEJA和SHAM后的JA含量、茉莉酸合成途径的相关酶活性、关键酶基因的表达变化,初步证实了茉莉酸参与了光敏核不育材料的育性转换过程,但仍需要今后大量研究来明晰其内在的机理。
[硕士论文] 付杰
生物化学与分子生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)作为重要的植物激素,在植物响应和适应各种非生物胁迫(包括高盐、干旱、物理伤害和冷害等)中发挥重要的作用。大量研究表明,植物(水稻、拟南芥、番茄等)JAZ(JASMONATE ZIM-domain)蛋白依赖JA信号途径负调控植株防御生物胁迫和非生物胁迫。然而,仍然缺乏直接证据证实JAZ蛋白可以参与调节水稻抗旱性。本研究阐释了OsJAZ1蛋白调控水稻抗旱性的机制。研究结果显示OsJAZ1的表达水平受MeJA(茉莉酸甲酯,茉莉酸活性形式)强烈诱导,而其受脱落酸、水杨酸和非生物胁迫(包括干旱、高盐和冷害)的诱导程度相对较弱。在水稻苗期和孕穗期,OsJAZ1超量表达植株相比于野生型中花11(ZH11)对干旱敏感性增强,而T-DNA插入突变体植株与野生型(Dongjin)相比,抗旱性增强。在MeJA和ABA激素处理条件下,OsJAZ1转基因植株(OsJAZ1超表达和osjaz1突变体材料)的根长和地上部分长度与相应的野生型植株相比有显著差异。OsJAZ1超量表达植株相比于ZH11对MeJA和ABA的敏感性降低,而osjaz1突变体家系相比于野生型Dongjin对MeJA和ABA的敏感性增强。亚细胞定位的实验结果表明,OsJAZ1蛋白在细胞核和细胞质中均有分布。转录组数据分析结果显示,在干旱胁迫前后,ABA和JA信号通路中许多基因,包括OsNCED4、OsLEA3、RAB21、OsbHLH006、OsbHLH148、OsDREB1A、OsDREB1B、SNAC1和OsCCD1等的表达水平在OsJAZ1超量表达和野生型ZH11植株之间有显著差异。通过实时荧光定量PCR进一步证实了这些差异表达基因干旱胁迫前后的表达水平的变化,以上这些结果表明,OsJAZ1可以通过ABA和JA途径调控水稻抗旱性。
[硕士论文] 王卫芳
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:干旱是最常见的环境胁迫之一,是作物生产中最严重的限制因素。油菜是我国重要的油料作物,油菜的抗旱性在不同种质之间有较大差异。本试验通过PEG6000模拟干旱,采用504份油菜材料进行试验比较,从中筛选出10份抗性不同的材料,系统研究干旱胁迫对油菜苗期生长的影响,主要得到以下结论:
  (1)干旱胁迫不同程度的降低油菜地上部鲜重、地上部干重、根系干重和植株含水量,但是不同材料的降低幅度各不相同;不同抗性材料根系形态如主根长、总根长、根系表面积、根系体积、根系平均直径、根尖数对干旱胁迫的响应各不相同;干旱胁迫能提高不同抗性材料的根冠比。
  (2)对504份油菜材料进行抗旱性综合评价,油菜苗期各指标间的相关分析表明,抗旱隶属值U与地上部鲜重、地上部干重、根系干重、总干重、总根长、根系表面积、根系体积的相关系数r均达大于0.7;其中,与根系干重、根系表面积和根系体积的相关系数均达到0.8以上。结果表明,根系表型中根系表面积和根系体积表征油菜苗期抗旱性更强,可以作为抗旱材料筛选指标。
  (3)对504份油菜材料以抗旱隶属函数值U作为因变量,以各性状指标的抗旱系数作为自变量进行回归分析,结果表明:根系表型如根系干重、根系表面积及根系体积对抗旱隶属函数值U的变异解释率较高,均在70%以上,而地上部鲜重、地上部干重、总干重、总根长仅在50%左右。
  (4)相同长势的油菜材料,抗性强的材料具有更加发达的根系。干旱条件下,抗旱型材料根系形态如主根长、总根长、根系表面积、根系体积、根尖数表现为增加或降低不显著,而干旱敏感型材料的根系形态表现为显著或极显著降低。
  (5)基于抗旱系数的抗旱隶属函数值法对504份材料进行综合评价,筛选出强抗型材料33个,干旱敏感型材料13个。对不同抗性材料的形态指标进行综合分析,发现正常条件下干旱敏感型材料的地上部较大,而抗旱型材料地上部较小。干旱条件下,干旱敏感型材料的主根长、总根长、根系表面积、根系体积、根尖数下降,而根系平均直径上升;抗旱型材料主根长、总根长、根系表面积、根系体积、根尖数升高,而根系平均直径下降。
  (6)相关关系分析得出,干旱敏感型材料与抗旱隶属函数值相关性最强的是根尖数,而根尖数又与总根长、根系表面积极显著正相关;抗旱型材料与抗旱隶属函数值相关性最强的是根系表面积。
  (7)对不同抗性油菜材料抗旱性进行水培验证试验表明,抗性材料(61)脯氨酸、可溶性蛋白的积累及叶片丙二醛含量比敏感型材料(408)低。
  (8)对不同抗性油菜材料抗旱性进行盆栽验证表明,干旱胁迫能极显著降低油菜苗期光合作用,同一干旱胁迫下,抗旱性较强材料(61、404)的净光合速率、气孔导度及蒸腾速率比抗旱性较弱材料(141、408)大。
[硕士论文] 朱香
植物病理学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:玉米(Zea Mays L.)是许多国家的重要农作物之一,在满足粮食和能源需求方面发挥着重要作用。由于死体营养型病原菌可以导致玉米产量大幅度下降,使得人们越来越重视对死体营养型病原菌的防治。玉米纹枯病菌、玉米小斑病菌以及Epicoccum sorghinum属于死体营养型病原菌。玉米纹枯病和玉米小斑病是全球玉米产量的主要威胁。
  E.sorghinum既可以作为病原菌危害作物,又可以作为内生菌具有抑菌活性,且在国内还尚未有将其作为玉米病原菌的报道。本研究通过对玉米病原菌的分离,获得7种真菌,经过鉴定筛选出3种对玉米具有致病性的病原菌,玉米纹枯病菌、玉米小斑病菌和E.sorghinum。通过对病原菌E.sorghinum的致病性、抑菌性以及分泌物毒性的鉴定,最终将分离所得的E.sorghinum鉴定为一类对玉米具有致病性的玉米病原真菌。
  本研究结果表明,聚合多个基因的转基因育种能很好地防治玉米纹枯病菌、玉米小斑病菌以及E.sorghinum引起的病害。通过对转有多基因玉米回交6代株系抗病性的筛选,得到49个转基因玉米株系,这49个株系可以有效防治玉米纹枯病。经过进一步筛选,得到6个分别含有7个、8个和9个基因的玉米株系,这6个株系对玉米纹枯病具有显著抗性。最终筛选出具有最高抗病水平的910株系(含有9个基因)(sAUDPS<20)。研究表明,株系111和112(含ZmPROPEP1基因)在抗玉米纹枯病的同时还对玉米小斑病具有较高的抗性(sAUDPS<40)。株系912(含9个基因)不仅抗玉米纹枯病还对E.sorghinum引起的病害具有很高的抗性(sAUDP S<20)。株系211(含Iap和p35基因)在具有抗病性的同时还具有较好的抗盐和抗旱效果。但无论是在抗病还是抗盐抗旱方面,这些株系的抗性效果都没有910显著,且qPCR结果证实了这9个基因在910中都有较高表达。
  传统的育种方法对死体营养型病原菌如玉米纹枯病菌、玉米小斑病菌和E.sorghinum的防治存在着局限性。本研究证实了转有多个基因的玉米聚合育种不仅能很好地防治死体营养型病原菌,还能起到抗盐抗旱的作用。其中9个基因的联合应用(910)不仅在抗死体营养型病菌方面表现突出,还具有较高的抗盐抗旱能力。在本研究中,这9个基因分别选自于3个方面,1)植物直接抗病相关基因:Ace-AMP1,Tlp,Chi,Rs-AFP2和Glu;2)植物防御反应基因:Pti4和ZmPROPEP1;3)抗细胞凋亡基因:Iap和p35。本研究在充分利用这些基因的同时,更深层次地挖掘这些基因的联合应用潜力,为玉米死体营养型病原菌的防治和玉米抗盐抗旱提供了新策略。
[硕士论文] 徐鹏
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱是水稻生产上最主要的三种病虫害,在病虫害流行年份,会严重的影响水稻产量和品质。而水稻作为全世界一半以上人口的主食,其产量的损失不仅带来粮食安全问题,与此同时由于病虫害的防治还会严重影响自然生态环境。R1813是湖南隆平种业有限公司选育的籼型、高产、抗倒、迟熟的恢复系,以R1813为父本,已经选配出一批组合通过审定。本研究利用分子标记辅助选择技术及表型选择,通过杂交和回交,将MD12086-41携带的将抗稻瘟病基因Pi9、抗白叶枯病基因Xa23、抗褐飞虱基因Bph14、Bph15导入到R1813的背景中,期望选育稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱抗性明显提高,但表型与R1813相似的改良株系,为后续的育种提供中间材料。主要研究结果如下:
  1、从“R18134/MD12086-41”的后代中,通过分子标记和表型选择,选育出携带Bph14、Bph15、Pi9和Xa23基因的株系7个,株系号是ST15005-1-280、ST15005-1-284、ST15005-1-8-9、ST15005-1-106-9、ST15005-1-318-1、ST15005-1-318-4和ST15005-1-318-14,携带Bph14、Bph15和Xa23的株系1个,株系号是ST15005-1-206,目测表型与受体亲本R1813相似。
  2、褐飞虱抗性鉴定结果表明,株系ST15005-1-206、ST15005-1-280、ST15005-1-8-9和ST15005-1-318-14的抗性为3级,表现抗;株系ST15005-1-106-9、ST15005-1-318-1和ST15005-1-318-4的抗性为5级,表现中抗。
  3、白叶枯抗性鉴定结果表明,所有育成的8个株系对本实验接种的2个菌株ZHE173和GD1358均表现抗或高抗。
  4、在稻瘟病病区自然诱发鉴定表明,8个育成株系的稻瘟病综合抗性指数为1.0-2.3,比受体亲本R1813的5.5有明显提高。使用35个菌株对育成株系进行人工接种,叶瘟抗谱鉴定表明,育成株系的抗性频率为91.43%-100%,比受体亲本R1813的77.14%也有明显提高。
  5、对育成株系的产量、主要农艺性状和稻米品质分析表明,除了株系ST15005-1-206和ST15005-1-318-1的产量显著低于受体亲本R1813以外,其它6个株系的产量均与R1813无显著差异,8个育成株系的结实率都低于R1813,其他性状与R1813相似。株系ST15005-1-280、ST15005-1-284、ST15005-1-8-9的稻米品质较差,其他5个株系的米质都与R1813相似。
  6、杂种优势鉴定结果表明,丰39S/ST15005-1-318-1、丰39S/ST15005-1-318-14、华5282S/ST15005-1-318-1、华5325S/ST-15005-1-106-9和华5325S/ST15005-1-318-4这5个组合的综合表现较好,表现产量较高、稻米品质优,建议进一步进行试制种和多点比产试验。
[硕士论文] 彭晓君
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)因其丰富全面的营养得到广泛的使用,其加工产业中的高附加值产品薯条薯片等,因其独特的风味而备受人们喜爱,然而马铃薯中的低温糖化现象严重阻碍了薯条薯片等油炸加工产品的发展。淀粉是马铃薯块茎的主要储能形式,前人研究表明,淀粉处于淀粉-糖代谢的源头,是造成低温糖化的主要因素之一,其中β-淀粉酶9(StBAM9)尽管检测不到淀粉酶活性,但对马铃薯的低温糖化有着重要作用,为了研究这类无β-淀粉酶活性的蛋白是发挥功能的机制,本研究主要从蛋白水平对StBAM9互作蛋白进行了分离,并完成了验证及互作机制解析,主要研究结果如下:
  1.利用马铃薯低温糖化酵母文库对StBAM9的互作蛋白进行了筛选,得到了92个与StBAM9和StBAM9-P互作的蛋白,其中与StBAM9和StBAM9-P都互作的蛋白有12个,通过WEGO分析,两者的潜在互作蛋白在定位、分子功能以及生物学途径上相似,主要定位在细胞内,大多数是具有催化活性和结合功能的蛋白,且大部分蛋白富集在细胞、代谢、生物调控以及对刺激的响应的生物学途径上。通过酵母点对点验证,初步得到4个互作蛋白分别是StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174。
  2.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174在马铃薯栽培种E3中不同组织及块茎低温处理下的表达模式,我们通过qRT-PCR进行定量分析,得到StDUF842、StTPR22129在叶片中相对表达量高,StTPR01660在叶片和成熟的薯块中相对表达量高,StTPR4517334在成熟薯块中相对表达量高,其中StTPR01660和StTPR45174与StBAM9类似,在成熟的薯块中表达量高。叶片是马铃薯主要的产能器官,薯块是马铃薯主要的储能器官,推测它们都很有可能参与淀粉的降解。
  3.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174的亚细胞位置,分别构建GFP融合表达载体GFP-StDUF842、GFP-StTPR01660、GFP-StTPR22129、GFP-StTPR45174,通过农杆菌介导的烟草瞬时表达得到StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174都定位于细胞质。
  4.为了进一步明确互作蛋白与StBAM9在植物细胞中的互作部位,我们通过BiFC对StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174与StBAM9进行互作验证,发现只有StTPR01660与StBMA9互作于淀粉粒上,另外StTPR01660与定位在质体基质中的β-淀粉酶1(StBAM1)互作于细胞质。另外,GST pull down结果表明StTPR01660与StBAM9有互作,且还发现StTPR45174与StBAM9有着较强的互作。而前期研究表明StBAM9定位在淀粉上,由此我们推测StTPR01660可能在细胞质中与StBAM1互作,形成复合体,并通过StBAM9的招募,到达淀粉粒上,从而实行淀粉粒上淀粉降解的功能;此外,是否存在StTPR45174等其他蛋白参与这个过程,还有待于进一步确定。
  5.为了明确StTPR01660、StBMA1与StBMA9间互作的区段,我们以不同的StTPR01660短截区段与StBMA9进行酵母点对点实验,结果表明StTPR01660完整的TPRdomain区段(第181到277个氨基酸区段)才能与StBMA9互作。通过NCBI对StBAM1进行结构域的预测,发现第1到85个氨基端区段有一个质体转运肽,第111到542个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截,我们得到StBAM1的第330到413个氨基酸区段与StBAM9-P互作。通过NCBI对StBAM9进行结构域的预测,发现第1到63个氨基端区段有一个质体转运肽,第88到506个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截,我们得到StBAM9的第238到386个氨基酸区段与StBAM1互作。StBAM1和StBAM9这两个短截的区段里含有两个相同的底物结合位点(赖氨酸和组氨酸),推测StBAM9可能借助StBAM1行使降解淀粉的功能。
  6.通过StBAM9干涉株系中直链和支链淀粉含量测定结果表明,在4℃30d处理条件下,支链淀粉的降解速度比直链淀粉的降解速度慢,StBAM9更青睐于支链淀粉,我们可以进一步通过蛋白体外添加实验,明确互作蛋白与StBAM9可能的功能机制。此外,StBAM9干涉株系及对照的淀粉磷含量测定结果表明干涉株系与对照E3相比无显著差异,说明StBAM9调控的淀粉降解可能不是通过淀粉磷酸化的途径。
[博士论文] 杜艳芳
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:禾本科单子叶植物水稻和玉米,分支均包括叶腋分生组织(axillary meristems:AMs)产生的分蘖和花序分支分生组织(branch meristems:BMs)产生的花序分支。研究表明,参与调控分蘖和穗分支的基因,在水稻和玉米中具有一定的同源性。unbranched3(UB3)属于SBP-box转录因子家族的基因,通过调控腋芽原基的起始来影响雄穗分支和雌穗穗行数的变异,进而影响产量,但是其作用机理并不清楚。KRN4是一个穗行数主效位点,为UB3下游~60kb处的基因间区域,UB3的表达与功能位点KRN4的基因型显著关联,但是KRN4远距离调控UB3的作用方式还有待解析。本研究将UB3在玉米和水稻中进行遗传转化,解析了UB3在水稻和玉米中影响穗分支发育的功能,为禾本科植物基部的分蘖和花序分支系统的建立提供基础。此外,还研究了KRN4远距离调控UB3表达的作用方式,建立了假说,为非编码基因间区调控基因表达提供了依据。主要结果如下
  1.UB3过量表达抑制玉米愈伤的分化和水稻分支的发育:将UB3在玉米进行过表达,显著抑制愈伤的分化和再生,不能形成幼苗;将UB3在水稻中进行遗传转化,UB3过表达时,显著抑制株高、分蘖和穗分支;UB3适度表达时,轻微的减少分蘖和株高,并增加穗分支和穗粒数。
  2.UB3通过细胞分裂素水平调控水稻分支发育:对UB3过量表达的转基因株系的茎尖分生组织和幼穗进行转录组测序,结合已有的Ideal Plant Architecture1(IPA1)Chromatin Immunoprecipitation quantitative PCR(ChIP-seq)的数据进行分析,并结合体外验证,发现UB3蛋白可以结合在LONELY GUY1(LOG1),LOC_OS04G44354和OsCKX2基因的启动子区域,在UB3过量表达材料中,降低细胞分裂素的合成并促进其降解,使得分生组织细胞分裂素水平降低。对水稻苗期地上部分进行细胞分裂素水平的测量,发现UB3过表达植株中细胞分裂素含量确实有所降低,符合预期。因此UB3通过影响分生组织中细胞分裂素的水平,影响细胞分裂的速率,从而参与腋生分生组织分支发育的调控。而UB3适量表达时,可以通过与SPL(SPL7,SPL14,SPL17)基因合作,精准调控小穗的发育。
  3.UB3可能通过细胞分裂素途径和CLAVATA-WUSCHEL途径调控玉米穗行数发育:对ub3::mum和野生型株系的幼穗进行转录组测序,发现在所有的与细胞分裂素相关的差异表达基因中,17个与之合成相关的基因在突变体中上调表达,3个与之降解途径相关的基因下调表达。因此认为细胞分裂素途径在UB3调控玉米穗行数发育过程中也存在。此外,影响玉米分生组织发育的CLAVATA-WUSCHEL负反馈调控途径上的一些基因,包括THICK TASSEL DWARF1(td1),FASCIATED EAR2(fea2),COMPACT PLANT2(ct2)和FASCIATED EAR3(fea3),FON2-LIKE CLE PROTEIN1(ZmFCP1),WUSCHEL1(ZmWUS1)和CLA VATA3(ZmCLV3)均检测到有差异表达,结合体外的实验,证明了UB3蛋白可以直接结合在ZmFCP1,ZmWUS1的启动子区域,直接调控它们的表达。
  4.KRN4顺式增强UB3的表达:KRN4是一个基因间区域,在负调控穗行数的功能基因UB3下游~60Kb处。在krn4-mum12-3mm的雌穗中,UB3的表达量相对于野生型显著下降,成熟时期雌穗的穗行数、雄穗的一级分支数、二级分支数等均显著高于野生型。KRN4在不同的玉米自交系中存在两种不同的单倍型,即KRN4NX和KRN4,KRN4NX较KRN4存在1.2kb的插入。瞬时表达的结果表明,不同单倍型的KRN4均能增强报告基因的表达,并且KRN4的增强效应要强于KRN4NX,KRN4也可以直接作用于pUB3,产生相同趋势的变化差异。
  5.KRN4的结合蛋白分析:通过酵母单杂、凝胶阻滞迁移和瞬时表达实验,验证了玉米OCS Element Binding Factorsl(OBFl)和OCS Element Binding Factors4(OBF4)可以结合在KRN4的E1增强子元件,并增强荧光素酶报告基因的表达。
  6.UB2正调控UB3表达:UB2是UB3的旁系同源基因,UB2和UB3的双突变体能加强ub2或ub3单突变体穗部的表型。在UB2过表达植株和突变体ub2::mum的幼穗中,发现UB2正调控UB3表达。通过UB2超表达转基因株系幼穗的ChIP-qPCR,发现UB2结合在KRN4-P4位点以及UB3-P位点。并且双分子荧光互补实验表明UB2,OBF1和OBF4两两之间存在互作。
  7.总结KRN4顺式调控UB3影响玉米穗行数的途径:UB2蛋白介导KRN4和UB3transcription start site(TSS)之间染色质环的形成,使得KRN4在空间上靠近UB3的启动子区域;KRN4招募OBF1和OBF4蛋白,与UB2蛋白形成转录复合体作用于UB3的启动子区域,在RNA polymeraseⅡ(RNAPⅡ)的作用下启动和增强UB3的表达。借助于UB3在水稻中调控分蘖和穗分支的模式,结合玉米幼穗中转录组的数据,推测其在玉米中也很可能通过调控细胞分裂素途径的基因,参与对玉米穗行数的调控;此外,在已经报道的通过CLAVATA-WUSCHEL途径调控IM的大小的基因中,UB3可能通过作用于ZmFCP1和ZmWUS1启动子区域,负调控其表达从而影响雌穗的横向发育。
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