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外源绿原酸对番茄幼苗低温耐性的生理调控效应

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 315-330页

作者：李艳梅姜丽娜孙向阳李常保周明孙焱鑫索琳娜北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所北京100097 北京林业大学林学院/森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 北京市农林科学院蔬菜研究所/蔬菜生物育种全国重点实验室北京100097

【目的】番茄苗期常遭遇低温冷害,严重影响花果正常发育。酚酸物质绿原酸是农作物抗逆响应的关键代谢物质,但外源绿原酸是否能增强作物耐冷性尚不明确。因此,以低温耐性不同的两个番茄品种为材料,研究外源根施绿原酸对番茄低温耐性的调... 详细信息

【目的】番茄苗期常遭遇低温冷害,严重影响花果正常发育。酚酸物质绿原酸是农作物抗逆响应的关键代谢物质,但外源绿原酸是否能增强作物耐冷性尚不明确。因此,以低温耐性不同的两个番茄品种为材料,研究外源根施绿原酸对番茄低温耐性的调控效应及可能机制。【方法】以番茄(Solunum lycopersacum)强耐低温品种京番401(JF401)和弱耐低温品种京番101(JF101)为试验材料开展室内盆栽试验。基于前期试验获得的参数,设置6个绿原酸(CGA)根施浓度处理:0、0.005、0.025、0.05、0.1和0.25 g/L。根施CGA后,番茄幼苗在正常温度下生长5周,然后在低温(昼夜温15℃/5℃)胁迫下生长6天。在低温胁迫结束后2天,用手持式叶绿素荧光仪测定完全展开叶片初始荧光产量(Fo)、最大荧光产量(Fm),光化学猝灭系数(Qp)、非光化学猝灭系数(NPQ)及PSII实际光化学效率(ФPSII);调查番茄幼苗地上部鲜重(SFW)、根系鲜重(RFW)和总鲜重(TFW);测定完全展开叶片相对电导率(REC)、叶绿体色素含量(Chl.a、Chl.b、Car)、自由水含量(LFW)和束缚水含量(LBW);测定叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化氢(H_(2)O_(2))和丙二醛(MDA)含量。【结果】在供试CGA浓度范围内,JF401和JF101番茄幼苗的耐冷性均随CGA浓度的升高先增加后降低,最高耐冷性综合评价指标D值分别出现在0.1和0.05 g/L。Pearson相关分析表明,D值与Fv/Fm、Qp、ФPSII、Chl.a、Chl.(a+b)、SFW、RFW、TFW、SOD、POD、CAT和LBW显著正相关(R=0.72~0.98),与H_(2)O_(2)、NPQ、REC、MDA和LFW显著负相关(R=0.63~0.98)。PCA主成分分析表明,SFW、Chl.b、Chl.(a+b)、Qp、ФPSII和LBW是影响两品种番茄苗期低温耐性的共性关键指标。在CGA最佳浓度下,京番101幼苗的ФPSII、Chl.(a+b)、LBW和SFW较CK的增幅分别为157.7%、35.5%、8.4%和24%,京番401幼苗的增幅分别为223.5%、64.9%、31.2%和62%。【结论】低温胁迫下,根施适量绿原酸可通过改善光能吸收及利用、降低水分生理代谢、增强酶促抗氧化防御和清除活性氧等多途径调控机制,显著提升番茄幼苗低温耐性。

关键词：生物刺激素绿原酸(CGA) 低温胁迫番茄叶绿素束缚水

葡萄VvERF655基因响应可可毛色二孢的表达模式及VvERF655与VvWRKY75的互作

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植物保护 2024年第4期50卷 16-23,68页

作者：董梦迪邢启凯周悦妍郜雨晴张圆梦韩彦卿山西农业大学植物保护学院晋中030801 北京市农林科学院植物保护研究所北方果树病虫害绿色防控北京市重点实验室北京100097

可可毛色二孢Lasiodiplodia theobromae引起的葡萄溃疡病是葡萄上的主要枝干病害之一,对葡萄生产造成巨大影响。课题组前期研究发现葡萄VvWRKY75负调控葡萄溃疡病的发生,共表达网络分析表明,VvERF655基因与VvWRKY75共表达。为明确VvERF... 详细信息

可可毛色二孢Lasiodiplodia theobromae引起的葡萄溃疡病是葡萄上的主要枝干病害之一,对葡萄生产造成巨大影响。课题组前期研究发现葡萄VvWRKY75负调控葡萄溃疡病的发生,共表达网络分析表明,VvERF655基因与VvWRKY75共表达。为明确VvERF655是否参与葡萄对葡萄溃疡病的调控过程,本研究克隆了VvERF655,运用生物信息学对VvERF655的理化性质等进行分析,并通过RT-qPCR对VvERF655基因的表达模式进行分析,结果表明,VvERF655响应***侵染并明显受脱落酸、水杨酸激素诱导。通过酵母双杂交技术分析发现,VvWRKY75与VvERF655在酵母中存在互作关系。以上结果表明,VvERF655可能参与寄主对可可毛色二孢的侵染以及激素调控过程。本研究为进一步揭示葡萄VvERF655基因的生物学功能奠定基础。

关键词：葡萄葡萄溃疡病可可毛色二孢酵母双杂交表达模式

玉米转录因子ZmEREB180调控根系生长发育及耐逆的功能研究

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作物学报 2024年第8期50卷 1920-1933页

作者：刘宸铭赵克勇悦曼芳赵延明吴忠义张春青岛农业大学农学院山东青岛266109 北京市农林科学院生物技术研究所/农业基因资源与生物技术北京市重点实验室北京100097

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫、调节激素信号转导和物质代谢等多种生物学过程中发挥着重要作用。目前AP2/ERF超家族基因在许多植物物种中的... 详细信息

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫、调节激素信号转导和物质代谢等多种生物学过程中发挥着重要作用。目前AP2/ERF超家族基因在许多植物物种中的生物学功能已经得到验证,但对玉米(Zea mays L.)中AP2/ERF基因的结构和功能的研究报道较少。前期工作中我们发现,ZmEREB180(ethylene-responsive element binding)转录因子,在鉴定的玉米六叶期(V6)、十二叶期(V12)和抽雄期(VT)等关键发育时期,根系中的表达量均存在显著差异;通过组织表达分析发现该基因主要在玉米根系中表达,且在幼根中的表达量显著高于成熟根,推测该基因可能参与玉米根系生长发育调控。本研究克隆了ZmEREB180(Gene ID:100192457)基因,结合生物信息学分析、实时荧光定量PCR(RT-qPCR)、亚细胞定位和转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)株系的耐逆表型鉴定等生物学手段,初步分析了该基因的表达模式和生物学功能。该基因包含2个外显子,编码序列全长1023 bp,编码340个氨基酸,具有AP2/ERF家族所特有的保守结构域;该基因在玉米根系中表达量最高,且在高盐、干旱、高氮和低氮等胁迫处理条件下的玉米根部皆有不同程度的诱导表达,其中,低氮处理较高氮处理具有更高的表达量和更快的响应速率;在含0.10、0.15 mol L^(-1)NaCl以及0.15、0.20和0.30 mol L^(-1)甘露醇(mannitol)的1/2 MS固体培养基上,转ZmEREB180基因拟南芥的主根长度均显著长于野生型;土壤环境中,高盐和干旱胁迫条件下的转基因植株比野生型拟南芥具有更健康的生长状态、更高的绿叶率、更低的丙二醛含量和更高的过氧化物酶活性。转录因子ZmEREB180可能在调控玉米根系生长发育方面具有积极的促进作用,并且能增强玉米植株对高盐、干旱、渗透、低氮等逆境胁迫的耐受性。本研究为下一步鉴定转录因子ZmEREB180在玉米中的生物学功能和分子机制奠定了良好的基础。

关键词：玉米 ZmEREB180 转录因子根系非生物胁迫氮利用效率

可可毛色二孢菌全基因组非经典分泌蛋白的预测及致病相关性分析

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植物病理学报 2024年第1期54卷 102-115页

作者：邢启凯王欣芳彭军波张玮燕继晔李永华北京市农林科学院植物保护研究所/北方果蔬病虫害绿色防控北京市重点实验室/农业农村部北方果蔬有害生物绿色防控重点实验室(部省共建) 北京100097

可可毛色二孢(Lasiodiplodia theobromae)是一种世界性分布的重要植物病原真菌,可侵染500余种木本植物,危害严重。分泌蛋白在病原菌的侵入、扩展、定殖以及病害发生过程中发挥着重要作用,目前有关经典分泌蛋白的研究较多,而对于非经典... 详细信息

可可毛色二孢(Lasiodiplodia theobromae)是一种世界性分布的重要植物病原真菌,可侵染500余种木本植物,危害严重。分泌蛋白在病原菌的侵入、扩展、定殖以及病害发生过程中发挥着重要作用,目前有关经典分泌蛋白的研究较多,而对于非经典分泌蛋白在植物病原真菌致病过程中的作用研究较少。本研究基于***全基因组序列,通过生物信息学预测,得到238个候选非经典分泌蛋白编码基因。基因功能预测及富集分析结果显示,这些基因在碳硫裂解酶活性(Car-bon-sulfur lyase activity)通路中被富集。基于PHI-base病原-宿主互作数据库的注释信息,其中有15个非经典分泌蛋白编码基因可能参与了***的致病过程。ApoplastP软件预测结果显示,其中4个定位于植物细胞质外体,11个定位于植物细胞内。经反转录荧光定量PCR(RT-qPCR)分析证实,这些候选关键非经典分泌蛋白编码基因的转录水平在葡萄枝条组织诱导条件下发生了显著的变化。根据本研究结果,非经典分泌蛋白在葡萄—***互作体系中可能发挥着重要作用,这为深入解析非经典分泌蛋白对***致病力影响的机制奠定了基础。

关键词：可可毛色二孢菌葡萄溃疡病非经典分泌蛋白生物信息学预测功能分析

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我国农业面源污染研究与展望

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1422-1436页

作者：安志装索琳娜刘宝存北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所北京100097 北京土壤学会北京100097

农业面源污染会带来一定的生态环境风险。经过20多年的治理,我国面源污染基础研究和防控工作取得重要进展,构建了流域、区域或国家尺度农业面源污染源汇路径全过程监测与评估体系,基本厘清了不同生态条件下农田系统中氮磷流失的主控因子... 详细信息

农业面源污染会带来一定的生态环境风险。经过20多年的治理,我国面源污染基础研究和防控工作取得重要进展,构建了流域、区域或国家尺度农业面源污染源汇路径全过程监测与评估体系,基本厘清了不同生态条件下农田系统中氮磷流失的主控因子,初步探明了农田有毒有害化学/生物污染与防控机制。在防控技术层面,研发出新型、绿色肥料替代常规化肥减量投入技术与产品,氮、磷高效利用污染负荷减排技术,土壤氮、磷增容负荷减排技术,坡耕地氮磷流失阻控技术,农业废弃物资源化利用技术与消纳装备。我国农业氮、磷排放污染负荷虽整体呈下降趋势,但依然是影响我国环境质量的首要污染因子,且农业面源污染呈现新的特征,表现为养殖业尤其是水产养殖业污染问题逐渐突出,残留地膜、农药、抗生素、激素、病原微生物等新型污染物污染问题不容忽视,面源污染途径从以径流扩散为主转向淋溶、挥发、累积并重的阶段,污染介质从单一地表水体转向包括地下水体、大气以及农田生态系统并存的状态。未来应以本领域我国取得科研成果和相关信息资源为基础,利用数字技术和AI技术,构建我国农业面源污染防控技术和管理融合大数据模型和系统理论,持续加强田块、流域、区域等多尺度面源污染防控技术集成配套与工程化应用研究,培育绿色低碳农业新质生产力产业,落实防控技术工程“政—产—学—研—用”保障机制与措施,以提升区域或流域尺度面源污染防控技术的环境、经济和社会综合效益,全面推进我国农业面源污染治理工作,促进农业高质量健康发展。

关键词：农业面源污染污染特征技术产品与装备防控思路与策略

玉米N-乙酰转移酶ZmNAT1基因响应非生物胁迫的功能分析

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作物学报 2024年第8期50卷 2001-2013页

作者：郭思语赵克勇代正罡邹华文吴忠义张春长江大学农学院湖北荆州434025 北京市农林科学院生物技术研究所/农业基因资源与生物技术北京市重点实验室北京100097

GNAT(Gcn5-related N-acetyltransferase)家族蛋白在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。目前GNAT家族基因在多个物种中的生物学功能已有报道,但在玉米(Zea mays L.)中的功能验证研究却很少。探究玉米GNAT家族基因... 详细信息

GNAT(Gcn5-related N-acetyltransferase)家族蛋白在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。目前GNAT家族基因在多个物种中的生物学功能已有报道,但在玉米(Zea mays L.)中的功能验证研究却很少。探究玉米GNAT家族基因的功能,不仅能丰富我国的玉米育种基因资源,同时也可为玉米的新种质资源创制提供重要依据。本研究克隆了ZmNAT1基因(Gene ID:541936,GRMZM2G123159),通过生物信息学分析发现,该基因CDS全长为519 bp,编码172个氨基酸,具有GNAT家族特有的保守结构域。通过对ZmNAT1基因在玉米不同时期不同组织中的表达量和不同逆境胁迫下表达模式分析发现:ZmNAT1在成熟根中的表达量最高,在不同非生物逆境胁迫处理下,ZmNAT1基因均有不同程度的诱导表达。通过异源表达获得了3株独立的表达量较高的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)纯合株系,对其进行了不同逆境胁迫处理下表型鉴定实验,结果表明,转基因拟南芥相对于野生型拟南芥有更好的表型,在盐胁迫、渗透胁迫和干旱条件下的转基因株系的根显著长于野生型,且植株较野生型植株的绿叶率和叶绿素含量均升高、丙二醛含量降低,差异均达到显著水平。由此推测,ZmNAT1基因可能参与玉米对干旱、盐等非生物逆境胁迫的应答。本研究为进一步解析ZmNAT1在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

关键词：玉米 ZmNAT1 根系生长发育逆境胁迫

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玉米ZmGRAS13基因的克隆及功能研究

作物学报 2024年第6期50卷 1420-1434页

作者：折萌郑登俞柯照吴忠义邹华文张中保长江大学农学院湖北荆州434025 北京市农林科学院生物技术研究所/农业基因资源与生物技术北京市重点实验室北京100097

GRAS家族是植物特有的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。探究玉米(Zea mays L.)GRAS家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmGRAS13基因(Zm00001eb401210),利用生物... 详细信息

GRAS家族是植物特有的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。探究玉米(Zea mays L.)GRAS家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmGRAS13基因(Zm00001eb401210),利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR(qPCR)等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及逆境胁迫下表达模式等进行分析。生物信息学分析结果显示,该基因编码序列全长为1638 bp,编码545个氨基酸;ZmGRAS13蛋白不具有跨膜结构,分子量为60.79 kD,理论等电点为5.86,具有GRAS家族所特有的保守结构域。对基因启动子上游2 kb序列进行分析,发现该序列含有与逆境胁迫、激素响应及光响应等相关的顺式作用元件。qPCR分析表明,ZmGRAS13基因在玉米不同组织中均有表达,且茎中的表达量最高;同时该基因在不同非生物胁迫处理条件下均有不同程度的诱导表达。玉米原生质体瞬时表达实验表明,ZmGRAS13蛋白定位于细胞核。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和水杨酸(salicylic acid,SA)的1/2 MS固体培养基上,转ZmGRAS13基因拟南芥株系的根长均显著长于野生型拟南芥;在土壤中,高盐和干旱处理下转基因拟南芥株系较野生型拟南芥生长状态更好,且绿叶率高于野生型。转ZmGRAS13基因拟南芥与野生型相比,抗逆生理指标MDA含量降低、叶绿素含量增加、POD和CAT活性增强,且差异均显著。由此推测,ZmGRAS13基因可能参与玉米生长发育调控和对逆境胁迫应答及激素信号转导途径。本研究为进一步解析ZmGRAS13在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

关键词：玉米 ZmGRAS13 转录因子渗透胁迫盐胁迫异源表达

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北京地区红王子锦带叶斑病病原分离与鉴定

植物病理学报 2024年第3期54卷 654-657页

作者：赵娟张洁乔广行李莹菲秦文韬北京市农林科学院植物保护研究所北京100097 北方果树病虫害绿色防控北京市重点实验室北京100097 北京农学院生物与资源环境学院北京102206

红王子锦带(Weigela florida *** Prince),为忍冬科、锦带花属落叶开张性灌木,是华北地区主要的早春开花灌木,在城市现代公园建设中占据重要地位[1]。2022年8月课题组在北京市海淀区稻香湖公园发现红王子锦带叶斑病为害严重。为明确该... 详细信息

红王子锦带(Weigela florida *** Prince),为忍冬科、锦带花属落叶开张性灌木,是华北地区主要的早春开花灌木,在城市现代公园建设中占据重要地位[1]。2022年8月课题组在北京市海淀区稻香湖公园发现红王子锦带叶斑病为害严重。为明确该地区红王子锦带叶斑病病原。

关键词：红王子锦带叶斑病锦带花属忍冬科稻香湖北京市海淀区华北地区

基于改进YOLOv5的草莓病害智能识别终端设计

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中国农机化学报 2024年第3期45卷 205-211页

作者：乔珠峰赵秋菊郭建鑫陈会娜平阳赵继春北京市农林科学院北京市100097 北京市农村远程信息服务工程技术研究中心北京市100097

为实现低成本、便捷、高效的草莓病害识别与检测,提升草莓种植与生产效益,在YOLOv5模型基础上,引入高效通道注意力(Efficient Channel Attention, ECA)机制,研究构建一种草莓病害识别模型,应用嵌入式与软件工程技术研发草莓病害识别终... 详细信息

为实现低成本、便捷、高效的草莓病害识别与检测,提升草莓种植与生产效益,在YOLOv5模型基础上,引入高效通道注意力(Efficient Channel Attention, ECA)机制,研究构建一种草莓病害识别模型,应用嵌入式与软件工程技术研发草莓病害识别终端设备。终端设备应用系统由图像采集、图像检测、检测结果展示和数据传输等模块组成,实现草莓图像实时采集和病害实时识别检测等功能。基于草莓病害检测数据集对系统开展测试,结果表明,该系统可以有效识别草莓白粉菌果病、角斑病、叶斑病等病害。与YOLOv5相比,AP0.5∶0.95、AP0.5、AP0.75、APM、APL都有比较大幅度提升。系统具有高效、便捷、实时等优点,可广泛应用于草莓生产领域,从而有效提升草莓病害识别与检测效率。

关键词：草莓病害 YOLOv5 图像检测嵌入式模型识别