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菌根共生参与基因对不同品种小麦菌根侵染的响应

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中国土壤与肥料 2022年第11期 199-211页

作者：张慧钟雄李素珍田汇西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100 济宁市任城区农业技术推广中心山东济宁272000

为研究不同小麦品种之间丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)侵染率差异的分子机制,于2017~2019年进行了两个生长季的盆栽试验,使用Claroideoglomus etunicatum、Rhizophagus intraradices、Funneliformis mosseae,Acaulospora delicate 4种菌剂混合接种,测定菌根侵染率并筛选出极端菌根侵染差异品种小红麦(低侵染)和扬麦14(高侵染),后通过转录组分析比较了两个品种中菌根共生参与基因(转录因子、转运蛋白、酶类和其他基因)对菌根侵染的响应,旨在探究小麦菌根侵染率基因型差异的分子机制。研究结果表明,扬麦14的菌根侵染率显著高于小红麦,二者差异可达7倍以上。共检测到GRAS、AP2和MYB共3类转录因子家族基因,其中的绝大多数被菌根侵染上调表达,仅有2个MYB转录因子基因在两个品种小麦中对菌根侵染的响应明显不同;检测到编码ABC转运蛋白、磷酸盐转运蛋白、蔗糖转运蛋白和铵转运蛋白的基因响应菌根侵染,其中19个ABC转运蛋白基因对菌根侵染的响应最为强烈,且其中的多数基因在两个小麦品种中对菌根侵染的响应均有较大差异;检测到12类酶编码基因响应菌根侵染,其中24个基因的表达差异倍数在16倍以上,3个E3泛素连接酶基因、1个枯草杆菌蛋白酶家族基因、6个细胞色素P450家族基因以及2个丝氨酸羧肽酶编码基因在两个小麦品种中对菌根侵染的响应有较大差异;此外,检测到5类106个其它菌根共生参与基因也显著响应菌根侵染,其中3个F-box家族基因在两个小麦品种中对菌根侵染的响应有较大差异。本研究共鉴定到57个在两个小麦品种中对菌根侵染响应明显差异的基因,这些基因可能在影响小麦菌根侵染率基因型差异的过程中发挥关键作用。

关键词：小麦菌根侵染转录组差异表达基因

旱地高产小麦品种籽粒氮含量与产量形成及氮磷钾吸收分配的关系

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中国农业科学 2023年第24期56卷 4880-4894页

作者：徐隽峰张学美杨珺郭子糠黄翠丁玉兰黄宁孙蕊卿田汇王朝辉石美西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室

【目的】明确高产小麦品种间籽粒氮含量差异及其与产量形成和氮磷钾养分吸收、转移及分配的关系，为旱地高产高氮含量的优质小麦品种选育和小麦丰产优质绿色生产的养分管理提供依据。【方法】于2017—2022年，以14个产量相近、籽粒氮含... 详细信息

【目的】明确高产小麦品种间籽粒氮含量差异及其与产量形成和氮磷钾养分吸收、转移及分配的关系，为旱地高产高氮含量的优质小麦品种选育和小麦丰产优质绿色生产的养分管理提供依据。【方法】于2017—2022年，以14个产量相近、籽粒氮含量差异显著的高产小麦品种为供试材料，在陕西黄土高原旱地连续5年开展田间试验，研究小麦籽粒氮含量差异及其与产量、产量三要素和各器官氮磷钾养分含量的关系，并分析高产高籽粒氮含量小麦品种的生物量累积、产量构成和氮磷钾吸收、转移及分配对施肥的响应。【结果】小麦品种的籽粒氮含量与千粒重显著正相关，籽粒千粒重每增加1.0 g，籽粒氮含量增加0.3 g·kg-1。高产小麦品种间籽粒氮含量差异显著，高氮品种籽粒含氮量平均为24.9 g·kg-1，比低氮品种(21.5g·kg-1)高16%。高产高氮品种产量、生物量和穗数在施氮和施磷后增加幅度均高于低氮品种。高产高氮小麦品种籽粒含磷量和茎叶含钾量在不同施肥条件下均高于低氮品种，籽粒和地上部氮磷钾吸收量在施氮和施磷后增幅均高于低氮品种。高产高氮品种颖壳向籽粒转移氮的能力高于低氮品种，茎叶向籽粒和颖壳转移钾的能力却低于低氮品种，施氮后茎叶向籽粒和颖壳转移钾的能力大幅下降。施氮、磷和钾均有利于提高高产高氮小麦品种地上部向茎叶的钾素分配。【结论】高产小麦品种间籽粒氮含量存在显著差异，其中高籽粒氮含量品种的千粒重、籽粒含磷量和茎叶含钾量较高，茎叶向籽粒和颖壳转移钾的能力低，籽粒和地上部氮磷钾吸收量对施氮和施磷响应更敏感。因此，在高产的基础上，选育高籽粒氮含量的优质小麦品种，应关注高千粒重、磷向籽粒和钾素向茎叶转移分配能力强的材料，在生产中应注意磷钾与氮的协同供应，以提高小麦籽粒氮含量。

关键词：旱地高产小麦品种籽粒氮含量养分吸收养分转移养分分配小麦产量

超表达小麦硝态氮转运蛋白基因TaNRT2.1对拟南芥生长及氮吸收的影响

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植物生理学报 2018年第4期54卷 651-659页

作者：李文虎田汇高亚军农业部西北植物营养与农业环境重点实验室/西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

为了阐明小麦硝态氮转运蛋白(nitrate transporters,NRT)TaNRT2.1及辅助蛋白TaNAR2.1的硝态氮转运功能,本研究构建了TaNRT2.1单基因(单超)与TaNRT2.1+TaNAR2.1双基因超表达载体(双超),通过农杆菌介导法转化野生型拟南芥,利用潮霉素筛选... 详细信息

为了阐明小麦硝态氮转运蛋白(nitrate transporters,NRT)TaNRT2.1及辅助蛋白TaNAR2.1的硝态氮转运功能,本研究构建了TaNRT2.1单基因(单超)与TaNRT2.1+TaNAR2.1双基因超表达载体(双超),通过农杆菌介导法转化野生型拟南芥,利用潮霉素筛选与PCR鉴定分别获得了3个单超与2个双超的转基因拟南芥纯合株系。通过研究转基因拟南芥的硝态氮吸收动力学及氮含量发现:在硝态氮浓度>1 mmol·L^(-1)时,仅双超能够显著提高拟南芥的硝态氮吸收速率;硝态氮浓度<1 mmol·L^(-1)时,不论单超还是双超均不能提高拟南芥的硝态氮吸收速率。低氮(0.1 mmol·L^(-1) NO_3^-)条件下,2种转基因拟南芥的生长状况和氮吸收与野生型相比均无显著差异;而在高氮(10 mmol·L^(-1) NO_3^-)条件下,单超提高了拟南芥的角果重和植株生物量,双超则显著提高了拟南芥的生物量、根系生长和总吸氮量。这些结果表明,TaNRT2.1转运蛋白需与辅助蛋白TaNAR2.1联合才能调控拟南芥对硝态氮的转运。

关键词：超表达 TaNRT2.1 TaNAR2.1 拟南芥氮效率小麦

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陕西关中甜樱桃种植区土壤肥力空间分布研究

中国土壤与肥料 2018年第5期 134-140页

作者：李哲胡旭沈培田汇西北农林科技大学资源环境学院农业部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100

摸清陕西省关中甜樱桃种植区的土壤肥力特征,是其科学合理施肥的重要依据。本研究采集了该地区73个有代表性甜樱桃果园的土壤样品,测定了土壤p H值、有机质、全氮、有效磷和速效钾等土壤肥力指标,并用ARCGIS软件绘制了土壤肥力空间分布... 详细信息

摸清陕西省关中甜樱桃种植区的土壤肥力特征,是其科学合理施肥的重要依据。本研究采集了该地区73个有代表性甜樱桃果园的土壤样品,测定了土壤p H值、有机质、全氮、有效磷和速效钾等土壤肥力指标,并用ARCGIS软件绘制了土壤肥力空间分布图。结果表明:关中地区樱桃果园土壤p H值较高,79.5%的果园土壤呈碱性或强碱性,主要包括关中地区西部、东部及东北部大部分县市;87.6%的樱桃种植区土壤有机质含量较低,仅韩城市部分区域樱桃种植区有机质含量达到中等及中等以上水平;关中西部樱桃种植区土壤全氮含量适宜,但东部土壤全氮含量较低;关中樱桃种植区土壤有效磷和速效钾含量整体上处于中等或中等以上水平,仅有9.6%的樱桃园土壤有效磷较为缺乏。综上所述,陕西关中地区樱桃园应重视土壤改良,以降低土壤p H值及增加有机肥投入量,关中东部地区樱桃园需要增施氮肥,宝鸡市陈仓区和汉中市西乡县中部地区樱桃园需要酌情增加磷肥投入量。

关键词：陕西关中樱桃土壤肥力地理空间分布

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大田群体冬小麦氮收获指数变异特征研究

中国农业科学 2021年第3期54卷 583-595页

作者：高志源许吉利刘硕田汇王朝辉西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室

【目的】研究不同小麦品种氮收获指数(NHI)与产量、收获指数、籽粒氮含量、不同器官氮吸收之间的关系,同时探究小麦品种育成年代、株高以及不同芒型对NHI的影响,为高产、高效小麦品种的选育提供理论依据。【方法】于2018—2019年在河南... 详细信息

【目的】研究不同小麦品种氮收获指数(NHI)与产量、收获指数、籽粒氮含量、不同器官氮吸收之间的关系,同时探究小麦品种育成年代、株高以及不同芒型对NHI的影响,为高产、高效小麦品种的选育提供理论依据。【方法】于2018—2019年在河南洛阳和南阳及陕西杨凌3个地点进行大田试验,以不同育成年代、不同株高及不同芒型的224个小麦品种为材料,采用增广随机区组试验设计,设置14个区组,每个区组种植5个对照品种,每个小麦品种种植6行,行长3 m。成熟期采集小麦样品,测定籽粒产量及秸秆、颖壳和籽粒的含氮量,并计算小麦的氮收获指数。【结果】224个小麦品种的NHI变化范围在0.43—0.93之间,杨凌小麦NHI变异系数大于其他两个试验点。在3个试验点,小麦NHI与产量和收获指数之间均存在显著线性关系(P0.05)。1970年以前或1970—1990年间育成的小麦品种其NHI显著低于1990年以后育成的品种(P0.05);中、矮秆小麦品种的NHI显著高于高秆品种,但中秆与矮秆之间无显著差异;有芒小麦与无芒小麦的NHI之间无显著差异(P>0.05)。【结论】小麦NHI存在明显的品种间变异,提高小麦NHI有利于提高小麦产量和收获指数,秸秆和颖壳的氮吸收量可显著影响小麦NHI。总体上看,传统育种手段在1990年以后并未进一步提高小麦NHI。从提高NHI的角度,育种过程中小麦株高保持在100 cm以下即可。麦芒的有无对小麦NHI无显著影响。

关键词：冬小麦育种株高芒型氮收获指数

不同氮利用效率小麦氮代谢相关基因的表达特征

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中国土壤与肥料 2017年第1期 48-55页

作者：袁晓磊田汇高亚军农业部西北植物营养与农业环境重点实验室/西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢... 详细信息

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢相关基因的表达特征。研究结果表明,在氮利用方面,无论是在低氮还是高氮条件下,氮利用高效小麦XY107的籽粒氮利用率均高于氮利用低效小麦LM1;在基因表达方面,在低氮条件下,小麦地上部谷氨酰胺合成酶基因(TaGS1c)、丙氨酸转氨酶基因(TaAlaAT)和丙酮酸磷酸双激酶基因(TaPPDK)的表达水平在抽穗期以后均显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平;而在高氮条件下,只有基因TaPPDK的表达水平在抽穗期以后显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平。本研究发现,TaGS1c、TaAlaAT和TaPPDK 3个基因在决定小麦氮利用效率的基因型差异方面发挥着重要作用。

关键词：小麦氮利用率基因表达

影响我国主要麦区小麦籽粒硫含量的品种(系)与土壤因素

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植物营养与肥料学报 2023年第2期29卷 273-286页

作者：牟文燕罗一诺张学美张露露黄宁郭子糠黄翠孙利谦魏蕾王朝辉田汇西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

【目的】明确我国主要麦区小麦主栽品种(系)籽粒硫含量差异,研究地点、年份、品种(系)对小麦籽粒硫含量的影响,为科学施肥和选育优质稳产小麦品种提供依据。【方法】于旱作区、麦玉区和稻麦区共47个地点种植当地主栽品种(系),测定了小... 详细信息

【目的】明确我国主要麦区小麦主栽品种(系)籽粒硫含量差异,研究地点、年份、品种(系)对小麦籽粒硫含量的影响,为科学施肥和选育优质稳产小麦品种提供依据。【方法】于旱作区、麦玉区和稻麦区共47个地点种植当地主栽品种(系),测定了小麦生物量、收获指数、产量及其构成、籽粒硫累积量,并对籽粒硫含量与小麦生物量、收获指数、产量构成、硫累积量、籽粒养分含量、土壤肥力指标间的相互关系进行分析。【结果】旱作区、麦玉区和稻麦区主栽小麦品种(系)籽粒硫含量分别介于1.73~2.27、1.59~2.01和1.42~1.73 g/kg,平均值分别为1.98、1.78和1.53 g/kg。同一麦区内籽粒硫含量主要受品种(系)、地点和年份影响。旱作区,品种(系)对籽粒硫含量变异的贡献率最高,为13.1%;麦玉区和稻麦区地点对籽粒硫含量变异的贡献率最高,平均分别为34.2%和52.0%,品种(系)对籽粒硫含量变异的贡献率平均分别为25.4%和7.1%。收获指数和籽粒硫吸收量对小麦籽粒硫含量的影响大于产量构成要素、硫收获指数和地上部硫吸收量。旱作区籽粒硫含量与千粒重、地上部硫吸收量显著正相关,麦玉区与产量显著负相关,与硫收获指数显著正相关,稻麦区与千粒重及地上部硫吸收量关系不显著。3个麦区内,小麦籽粒硫含量与籽粒氮、磷、镁、铁、锌和锰含量均显著正相关,与籽粒钾、钙、铜含量仅在个别试验点相关。在旱作区,小麦籽粒硫含量与土壤有效磷和有效硫含量显著正相关;在麦玉区,与土壤有效铁、锰含量显著正相关;在稻麦区,与土壤有效铁显著正相关,而与p H、有效锌、有效硫含量显著负相关。【结论】影响小麦籽粒硫含量的主要因素是品种,其次是土壤养分含量。旱作区较高的土壤有效磷和有效硫含量,麦玉区较高的有效铁、锰含量,以及稻麦区较高的土壤有效铁含量均有利于提高小麦籽粒硫含量。

关键词：小麦品种(系) 籽粒产量硫土壤

不同施磷量对春油菜产量和土壤磷素平衡的影响

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应用生态学报 2021年第3期32卷 906-912页

作者：付蓉袁久东胥婷婷徐倩张洋张荣田汇高亚军西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 青海大学农林科学院土壤肥料研究所西宁810016 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100

青海省东部春油菜主产区的土壤速效磷含量高、磷肥施用量大、磷肥利用率低。研究不同施磷量对春油菜的生长、磷素吸收和利用、土壤磷素平衡的影响,可为该地区春油菜田养分高效管理提供科学依据,对保障青藏高原农业可持续发展具有重要意... 详细信息

青海省东部春油菜主产区的土壤速效磷含量高、磷肥施用量大、磷肥利用率低。研究不同施磷量对春油菜的生长、磷素吸收和利用、土壤磷素平衡的影响,可为该地区春油菜田养分高效管理提供科学依据,对保障青藏高原农业可持续发展具有重要意义。本研究于2017和2018年在青海省互助县开展了田间试验,设置0、30、60、90、120 kg P2O5·hm^(-2) 5个磷肥施用量,测定了不同处理春油菜的产量、磷素吸收与利用、籽粒含油率等。结果表明:2017年施磷量60 kg·hm^(-2)处理的油菜籽粒产量、成熟期地上部磷素累积量和产油量均显著高于不施磷处理,但施磷量超过60 kg·hm^(-2)后,籽粒产量和产油量不再增加;2018年施磷量对春油菜籽粒产量、成熟期地上部磷素累积量和产油量均无显著影响。两年度的磷肥表观利用率均很低,平均为6.7%。施用磷肥条件下土壤均有不同程度的磷素盈余,施磷量低于60 kg·hm^(-2)时盈余量较低。综合考虑春油菜产量、产油量、磷肥表观利用率和土壤磷素表观平衡,在青海省东部春油菜区,推荐施磷量为60 kg·hm^(-2)。

关键词：施磷量春油菜土壤磷平衡

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青海省低海拔地区春油菜施肥现状与减肥空间

干旱地区农业研究 2020年第1期38卷 43-49页

作者：袁久东付蓉胥婷婷宋佳徐倩张洋张荣田汇高亚军西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 青海大学农林科学院土壤肥料研究所青海西宁810016 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100

为明确青海省春油菜的施肥现状和减肥潜力,在该省低海拔春油菜典型种植区(海拔2600 m以下)选取了451户农民进行实地调研。结果表明:调研区有47.7%的农户种植的春油菜产量都超过2005—2017年青海平均产量(1674~2158 kg·hm^-2),有44.6%... 详细信息

为明确青海省春油菜的施肥现状和减肥潜力,在该省低海拔春油菜典型种植区(海拔2600 m以下)选取了451户农民进行实地调研。结果表明:调研区有47.7%的农户种植的春油菜产量都超过2005—2017年青海平均产量(1674~2158 kg·hm^-2),有44.6%的农户低于平均产量;20.4%的农户氮肥投入适中(120~160 kg·hm^-2),35.9%的农户偏高和很高,43.7%的农户偏低和很低;17.5%的农户磷肥投入适中(90~120 kg·hm^-2),69.0%的农户偏高和很高,13.5%的农户偏低和很低;钾肥、微量元素肥料投入基本为空白;20.8%的农户施用有机肥,但有机肥用量低,极少有农户种植翻压绿肥。总之,青海春油菜氮肥投入过量与不足现象并存,且都比较严重;磷肥施用量普遍偏高;其它化肥与有机肥等施用很少。1/3春油菜田有氮肥减量空间,2/3春油菜田有磷肥减量空间,至少有20%的春油菜田氮磷化肥可同时减量。同时,施氮量偏低的春油菜田应该加强培肥,有效硼等微量元素含量偏低的油菜田应适时施用微肥,保证春油菜的高产高效生产。

关键词：春油菜施肥现状减肥空间青海省低海拔地区