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作者：周慧文福建农林大学

学位级别：硕士

调控根构型与共生固氮能力,是提高豆科作物氮、磷养分效率的重要生物学途径。以往研究发现,大豆根构型分为浅根型、深根型和中间类型,浅根型大豆不仅磷高效,而且结瘤数量多,同时具有较强的生物固氮能力。此外,接种根瘤菌亦可改变根构型... 详细信息

调控根构型与共生固氮能力,是提高豆科作物氮、磷养分效率的重要生物学途径。以往研究发现,大豆根构型分为浅根型、深根型和中间类型,浅根型大豆不仅磷高效,而且结瘤数量多,同时具有较强的生物固氮能力。此外,接种根瘤菌亦可改变根构型,根系变浅,根体变大,说明根构型与结瘤固氮相互作用、相互影响,关系密切。然而,关于协同调控根构型与结瘤固氮的遗传分子机制仍未明晰。实验室前期对大豆根构型、结瘤以及养分效率相关性状差异显著的亲本P1和P2构建的175份F9:11代重组自交系群体进行了QTL（Quantitative trait locus）定位,发现大豆根构型、结瘤与养分相关性状共定位的QTLs（q BNF-C2）。其中,GmCRN1（Control Root Architecture and Nodulation 1）是q BNF-C2位点的主要候选基因。本研究在前期工作基础上,利用GmCRN1近等基因系和转基因材料,探究了该基因对大豆根构型改变、结瘤以及氮磷养分效率的影响,借助RNA-seq和ChIP-seq技术初步鉴定到GmCRN1的靶基因GmLBD1a和GmLBD1b,属于LBD家族成员。进一步分析了GmLBD1a/b的表达模式、组织定位、基因功能,并结合ChIP-qPCR分子实验证据,初步探讨了GmCRN1参与调控根构型与根瘤的分子机制。主要研究结果如下:（1）近等基因系材料田间试验发现,功能型NIL-GmCRN1根系明显变浅具有较好的三维构型,功能缺陷型NIL-Gmcrn1-1表现为中间类型,而功能缺失型NILGmcrn1-2表现为深根型。NIL-GmCRN1的根系长度、根表面积和根体积与NILGmcrn1-1和NIL-Gmcrn1-2相比均明显增加。此外,NIL-GmCRN1的根瘤数量、根瘤干重以及根瘤大小均优于NIL-Gmcrn1-1和NIL-Gmcrn1-2,表现出明显的生长优势,具有较大的生物量及氮磷含量。说明GmCRN1协同调控了大豆根构型和结瘤,进而促进了大豆生长和氮、磷养分效率。（2）利用GmCRN1整株转基因材料进行功能验证,结果表明,与野生型相比,过量表达GmCRN1根系明显变浅,呈浅根型,同时根瘤数目显著增多,植株生物量与氮磷含量显著增加;而敲除GmCRN1后表现为深根型,根系发育被显著抑制,同时根瘤数量显著下降,植株生物量与养分含量也显著降低,说明GmCRN1协同调控了大豆根构型与结瘤固氮。（3）GmCRN1整株转基因材料RNA-seq分析发现,过表达GmCRN1的根系与根瘤中分别有2000和1705个基因被上调,而敲除GmCRN1分别有2072和2056个基因被下调。其中,多个大豆扩张蛋白家族、结瘤相关以及LBD（Lateral Organ Boundaries Domain）家族基因在过表达和敲除材料中存在显著差异;ChIP-seq分析进一步证明,一类LBD家族基因的相关性最高,初步将其作为GmCRN1的靶基因,并命名为GmLBD1a和GmLBD1b。两个基因位于进化树同一分枝,而且在大豆根系中特异表达。以上结果初步表明,GmCRN1可能通过调控GmLBD1a和GmLBD1b表达进而参与到根构型建成与结瘤途径。（4）亚细胞定位分析表明,GmLBD1a和GmLBD1b均定位于细胞核和细胞质;GmLBD1a和GmLBD1b启动子驱动GUS的表达,发现GmLBD1a和GmLBD1b表达起始于根中柱鞘细胞,随后在侧根原基及侧根中表达,此外GmLBD1a和GmLBD1b在根瘤中也存在较高的表达,说明GmLBD1a和GmLBD1b可能同时参与大豆根系生长及根瘤的形成。（5）利用过表达/干涉GmLBD1a和GmLBD1b大豆转基因复合植株进行功能分析,结果发现,与对照相比,过表达GmLBD1a和GmLBD1b后侧根数、根瘤数和单位侧根根瘤数显著增加,而干涉GmLBD1a和GmLBD1b表现出相反的表型。表明GmLBD1a和GmLBD1b对大豆根系发育与结瘤具有协同调控作用。（6）ChIP-qPCR进行启动子结合分析,初步验证GmCRN1通过结合到GmLBD1a启动子上,进而参与协同调控根构型与结瘤过程。综上所述,本研究在大豆根构型、结瘤以及养分效率相关性状QTL共定位的基础上,对主效基因GmCRN1功能和调控机制进行解析,初步阐述了GmCRN1可能通过激活GmLBD1a进而协同调控大豆根构型建成和结瘤。研究结果为探究大豆根构型与共生固氮协同调控机制提供了理论基础,同时为氮、磷养分高效和高效生物固氮的大豆遗传改良提供了候选基因和理论依据。

关键词：大豆 QTL GmCRN1 根构型共生固氮

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根构型分析在豆科作物磷效率研究中的应用

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中国农业科技导报 1999年第1期1卷 40-43页

作者：严小龙廖红杨茂华南农业大学植物营养遗传研究室广州510642

本文对根构型的概念、根构型的研究方法及豆科作物根构型与磷效率的关系进行了论述.初步研究表明,豆科作物根构型的一些指标(根重、根长、根吸收面积等)与磷效率具有较好的相关性.建议拟合具有普遍意义的根构型综合指标,指导豆科作物磷... 详细信息

本文对根构型的概念、根构型的研究方法及豆科作物根构型与磷效率的关系进行了论述.初步研究表明,豆科作物根构型的一些指标(根重、根长、根吸收面积等)与磷效率具有较好的相关性.建议拟合具有普遍意义的根构型综合指标,指导豆科作物磷效率遗传性状改良.

关键词：根构型豆科作物磷效率

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土壤容重对玫瑰幼苗根构型及根系活力的影响

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潍坊高等职业教育 2011年第2期 76-79页

作者：孙曰波赵从凯赵兰勇山东农业大学潍坊职业学院

以盆栽玫瑰(Rosa rugosa)实生苗为试材,研究土壤容重对玫瑰幼苗根构型及根系活力的影响。结果表明,玫瑰幼苗生长指标及生物量在不同土壤容重下的大小顺序为:1.30g·cm-3处理>1.50g·cm-3处理>1.10g·cm-3处理;根冠比随土壤容重的增加而... 详细信息

以盆栽玫瑰(Rosa rugosa)实生苗为试材,研究土壤容重对玫瑰幼苗根构型及根系活力的影响。结果表明,玫瑰幼苗生长指标及生物量在不同土壤容重下的大小顺序为:1.30g·cm-3处理>1.50g·cm-3处理>1.10g·cm-3处理;根冠比随土壤容重的增加而下降,1.50g·cm-3处理根冠比下降显著。土壤容重的增加抑制地下部的生长,表现为根系长度、侧根数量、主根直径等均随土壤容重的增加而降低,根系平均直径和总面积有所增加;根系活力以1.30g·cm-3处理的最高,1.50g·cm-3处理最低。试验结果表明土壤容重显著影响玫瑰的生长发育,进而影响植株对养分的吸收和利用。容重1.30g·cm-3的土壤容重较适宜于玫瑰的生长。

关键词：玫瑰土壤容重根构型根系活力

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大豆根构型性状遗传分析及其与磷效率的关系

大豆根构型性状遗传分析及其与磷效率的关系

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第九届中国青年土壤科学工作者学术讨论会暨第四届中国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会

作者：付家兵廖红董英山严小龙华南农业大学根系生物学研究中心吉林省农业科学院国家转基因植物中试与产业化基地

根构型性状对植物磷效率意义重大。本研究在田间条件下对野生大豆新民6号和栽培大豆长农4号杂交而成的F10代重组自交系遗传群体进行根系形态构型性状及其耐低磷特性的遗传分析。结果表明大豆根形态(根长、根表面积和体积)、构型性状(根... 详细信息

根构型性状对植物磷效率意义重大。本研究在田间条件下对野生大豆新民6号和栽培大豆长农4号杂交而成的F10代重组自交系遗传群体进行根系形态构型性状及其耐低磷特性的遗传分析。结果表明大豆根形态(根长、根表面积和体积)、构型性状(根宽、根长在表层20 cm相对分布、根表面积在表层20cm相对分布和根体积在表层20 cm相对分布)是可遗传的数量遗传性状。与根构型性状相比,根形态性状具有相对较高的广义遗传率(根形态为70%～80%,根构型为54%-64%)。根构型与地上部株型并非紧密连锁的两个性状。本研究对了解不同类型大豆根系形态构型性状与耐低磷特性之间的关系,从而为遗传改良根系特性、培育耐低磷大豆品种提供依据。

关键词：根构型磷效率大豆重组自交系

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玉米根系形态和根构型对增加密度的反应

玉米根系形态和根构型对增加密度的反应

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第十五届全国玉米栽培学术研讨会

作者：邵慧夏婷婷伍大利徐新星孙希超陈亚超陈范骏米国华教育部植物-土壤相互作用重点实验室中国农业大学资源与环境学院

【研究背景】根系构型对土壤养分、水分吸收,植株生长及产量形成有重要影响(Lynch and Brown 2001;Jansen et al.,2005;Lynch and Ho 2005;Lynch and Brown 2012)。选用耐密品种、推行高密度栽培是进一步提高玉米产量的重要途径(Sangoi,... 详细信息

【研究背景】根系构型对土壤养分、水分吸收,植株生长及产量形成有重要影响(Lynch and Brown 2001;Jansen et al.,2005;Lynch and Ho 2005;Lynch and Brown 2012)。选用耐密品种、推行高密度栽培是进一步提高玉米产量的重要途径(Sangoi,2001;Tokatlidis and Koutroubas,2004)。目前,针对密度增加,(1)单株根生物量、根长及节根数(2)轴根、侧根生长尚缺乏详细报道。明确上述根系生长及构型变化对选育耐密品种、推行高密度栽培具有重要意义。【材料与方法】于2014-2016连续3年在吉林省梨树县四棵树乡开展田间实验,供试土壤为黑土。供试肥料为N-PO-KO:28-12-12配比掺混肥,施肥量为纯氮240

关键词：玉米株间行间竞争种植密度根构型

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NAA/IBA配比对金铁锁毛状根构型及生长的影响

NAA/IBA配比对金铁锁毛状根构型及生长的影响

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第九届海峡两岸森林保育经营学术论坛

作者：王洪峰广东省林业科学研究院

生长形态是影响毛状根生长速度的重要因素,并最终影响毛状根体外培养的生物量。以B5为基础培养基,毛状根生长量和根形态为指标,探究NAA/IBA配比对金铁锁毛状根生长的影响。结果表明,在固体培养条件下,NAA单独使用时,毛状根的主根和二级... 详细信息

生长形态是影响毛状根生长速度的重要因素,并最终影响毛状根体外培养的生物量。以B5为基础培养基,毛状根生长量和根形态为指标,探究NAA/IBA配比对金铁锁毛状根生长的影响。结果表明,在固体培养条件下,NAA单独使用时,毛状根的主根和二级侧根的生长都较快,根较粗壮,0.5 mg/LNAA时生长最快,二级分枝密度较大;IBA单独使用时,毛状根主要表现为侧根发生的频率增加,0.05 mg/L IBA时侧根

关键词：金铁锁毛状根植物激素根构型

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水稻养分高效根构型的分子调控机制

水稻养分高效根构型的分子调控机制

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2018全国植物生物学大会

作者：李勇邵彦林任美燕王玲玲毛传澡浙江大学生命科学学院植物生理学与生物化学国家重点实验室

良好的根系构型是作物养分高效吸收利用的基础,对于水田作物水稻来说,浅根系水稻品种有利于快速吸收表面施用的肥料,有利于吸收表层土壤中的养分。因此阐明植物根构型的分子调控机理、挖掘养分高效根构型相关基因、培育耐低养分的高产... 详细信息

良好的根系构型是作物养分高效吸收利用的基础,对于水田作物水稻来说,浅根系水稻品种有利于快速吸收表面施用的肥料,有利于吸收表层土壤中的养分。因此阐明植物根构型的分子调控机理、挖掘养分高效根构型相关基因、培育耐低养分的高产作物品种对我国农业的可持续发展具有重要意义。对于须根系植物来说,不定根的数目和生长角度很大程度上就决定了植物的根系构型。因此,我们通过筛选突变体库获得一系列根构型相关突变体,通过图位克隆方法克隆了其中多个重要基因,包括影响根生长角度和不根数目的基因。并详细研究了这些基因参与调控根构型的分子机制,探讨利用这些基因改良作物根构型的潜力及利用其改良水稻养分吸收利用能力的策略和方法。

关键词：水稻养分高效根构型分子机制

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植物根构型对缺磷的适应性变化

植物根构型对缺磷的适应性变化

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第七届全国青年土壤暨第二届全国青年植物营养科学工作者学术讨论会

作者：严小龙华南农业大学植物营养遗传研究室

植物根构型可能受缺磷诱导而发生适应性变化,而且对磷吸收效率至关重要。本研究以直根系植物菜豆(Phaseolus vulgaris L.)为代表,首先应用计算机几何模型模拟了根构型变化与磷吸收的关系。计算机模拟结果表明,在土壤磷分布不均匀、土壤... 详细信息

植物根构型可能受缺磷诱导而发生适应性变化,而且对磷吸收效率至关重要。本研究以直根系植物菜豆(Phaseolus vulgaris L.)为代表,首先应用计算机几何模型模拟了根构型变化与磷吸收的关系。计算机模拟结果表明,在土壤磷分布不均匀、土壤表层磷相对较高的情况下,基根向地性变化会导致根系变浅,从而有利于植物对磷的吸收。为了验证这一理论结果,我们分别进行了营养袋纸培、分层隔网式土壤/砂培和田间试验,对具有不同磷效率的菜豆基因型的重要根构型指标进行了定量测定,结果表明,无论在哪种栽培介质中,磷高效基因型受缺磷诱导根构型变化比磷低效基因型明显,表现在基根水平夹角变小,基根在表层相对分布增大,令整个根系变浅,从而有利于对表土层有效磷的吸收。进一步研究表明,菜豆根构型是一数量遗传性状,应用分子标记技术对控制一些性状(基根水平夹角、基根在表层相对分布)的数量性状座位(QTLs)进行了分子图谱定位,定位到了这些性状对低磷胁迫适应性反应的一些QTLs,其中部分QTYLs与控制菜豆田间磷吸收效率的QTLs连锁,从而从分子水平上证实了菜豆根构型性状与磷吸收效率密切相关。

关键词：根构型菜豆(Phaseolus vulgaris L.) 磷效率计算机模拟分子标记

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丛枝菌根对大豆磷效率的影响及其与根构型的相互关系

丛枝菌根对大豆磷效率的影响及其与根构型的相互关系

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2007中国植物生理学会全国学术会议

作者：刘灵廖红王秀荣何勇严小龙广西师范大学生命科学学院华南农业大学根系生物学研究中心华南农业大学根系生物学研究中心华南农业大学根系生物学研究中心华南农业大学根系生物学研究中心

＜正＞采用30个具有不同磷效率的大豆基因型,在温室盆栽条件下研究了接种丛枝菌根真菌（Glomus mosseae,简写为 Gl．m）对大豆磷效率的影响及其与根形态、构型之间的相互关系。结果表明：（1）低磷土壤接种菌根真菌效果显著,且不同根... 详细信息

＜正＞采用30个具有不同磷效率的大豆基因型,在温室盆栽条件下研究了接种丛枝菌根真菌（Glomus mosseae,简写为 Gl．m）对大豆磷效率的影响及其与根形态、构型之间的相互关系。结果表明：（1）低磷土壤接种菌根真菌效果显著,且不同根构型大豆的菌根侵染率差异显著,中间型（B 型）及深根型（C 型）大豆的菌根侵染率显著高于浅根型（A 型）;高磷土壤接种菌

关键词：大豆菌根真菌低磷胁迫磷效率根构型菌丝贡献率

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木薯间作玉米对其生长及根（薯）构型的影响

木薯间作玉米对其生长及根（薯）构型的影响

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作者：刘丽娟海南大学

学位级别：硕士

为优化木薯间套作玉米技术,设等行距木薯单作(T1)、宽窄行木薯单作(T2)、等行距木薯间作1行玉米(T3)、宽窄行木薯间作1行玉米(T4)、宽窄行木薯间作2行玉米(T5)共5个处理。探究其共生期的长势、玉米产量、根构型、根系和土层养分,以及木... 详细信息

为优化木薯间套作玉米技术,设等行距木薯单作(T1)、宽窄行木薯单作(T2)、等行距木薯间作1行玉米(T3)、宽窄行木薯间作1行玉米(T4)、宽窄行木薯间作2行玉米(T5)共5个处理。探究其共生期的长势、玉米产量、根构型、根系和土层养分,以及木薯成熟期的长势、产量、效益、薯构型、品质以及土壤理化性状等,综合阐述其互作机理,结论如下:1.对地上部长势、产量、品质和效益的影响地上部长势:共生期间,木薯和玉米均呈宽窄行优于等行距;间作木薯比单作极显著增高株高26.4%～34.4%,增大冠半幅5.7%～9.0%;T5比T3、T4显著提高玉米株高9.5%～11.5%、茎径14.4%～18.1%。成熟期,木薯呈间作优于单作、等行距优于宽窄行。产量:T5的玉米产量均明显优于T3、T4,显著增产总穗数45.1%～59.7%、鲜穗产量70.9%～76.4%,极显著增产茎叶鲜重38.6%～44.6%。T5的木薯产量优于其余4个处理,间作比单作提高薯径7.2%～10.3%、鲜薯产量31.4%～56.2%、薯干产量34.7%～58.4%、淀粉产量37.5%～60.1%、收获指数35.1%～40.5%。品质:共生期间,根系磷钾含量基本呈表层(0～10 cm)>中层(10～20 cm)>深层(20～30 cm),且间作>单作,其中,T5的绝大部分养分指标最高。成熟期,间作的薯肉氮、灰分含量高于单作,其中,宽窄行间作比相应单作提高氮13.8%～20.7%、灰分5.0%～9.9%,T5的氮、钾、可溶性糖、灰分含量最高。效益:间作比相应单作提高总产值40.9%～77.8%、纯收入40.6%～88.9%;除T4外,均表现为宽窄行比等行距提高了总产值、纯收入及产投比;其中,T5比其余4个处理提高总产值24.2%～78.6%、纯收入31.6%～90.1%、产投比24.2%～26.2%。2.对地下部根系的影响共生期根构型:单株的玉米、木薯根系均以植株为中心水平对称由里向外,呈由密至疏;单株玉米根系呈“上密下疏、上窄下宽”,在“玉米行两侧各宽10 cm、深10 cm”土带内,聚集68.7%～77.3%根重、46.2%～49.4%根长、52.7%～59.3%根表面积;单株木薯根系呈“上密下疏、上宽下窄”,在“木薯种茎基端线两侧各宽20 cm、深10 cm”土带内,聚集细根的50.8%～61.4%根长、47.7%～57.2%根表面积,在“木薯种茎基端线两侧各宽20 cm、种茎中线两侧各宽30 cm、深10 cm”土块内,聚集粗根的35.7%～42.0%根长、39.3%～48.8%根表面积和35.9%～46.3%总根重。玉米和木薯根系虽穿插生长,但其密集生长带(块)互不重叠,为弱竞争关系,T5最优。成熟期薯构型:薯块的垂直垄向半幅宽为20.6～26.4 cm,垄向半幅宽为30.2～36.2cm,薯深为22.5～24.7 cm;86.9%～100.0%薯数、97.2%～100.0%的薯重分布在垂直垄向0～30 cm内;95.1%～98.5%薯数、98.1%～99.8%薯重分布在垄向0～40 cm范围内;93.7%～99.2%薯数、97.6%～99.9%薯重分布在0～25 cm深度;T5薯块分布最深广分散。3.对土壤理化性质的影响共生期间:土壤碱解氮、速效磷钾含量基本呈表层(0～10 cm)>中层(10～20 cm)>深层(20～30 cm);土壤氮磷钾含量基本呈间作>单作,其中,T5的绝大部分养分指标最高。成熟期:间作比单作提高有机质8.1%～10.0%、碱解氮2.3%～9.3%、速效磷5.5%～27.8%、速效钾5.6%～38.2%;宽窄行比等行距提高有机质13.3%～15.3%、速效磷10.4%～33.7%,T5的所有指标均是最高。

关键词：木薯间作玉米根构型根系分布薯构型产量效益互作

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