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水稻氮素利用基因型鉴定筛选及其响应研究

水稻氮素利用基因型鉴定筛选及其响应研究

作者：马汉云河南农业大学

学位级别：硕士

氮素是农业生产中投入最多的养分元素,氮对水稻生产的影响仅次于水,但却构成水稻生产成本投入的主要部分。中国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20%,而中国水稻氮肥用量占全球水稻氮肥总用量的37%。中国稻田单季水稻氮肥用量平均为180k... 详细信息

氮素是农业生产中投入最多的养分元素,氮对水稻生产的影响仅次于水,但却构成水稻生产成本投入的主要部分。中国水稻种植面积占世界水稻种植面积的20%,而中国水稻氮肥用量占全球水稻氮肥总用量的37%。中国稻田单季水稻氮肥用量平均为180kg/hm2,这一用量比世界稻田氮肥单位面积平均用量大约高75%左右。在中国氮肥成本占水稻生产外部投入总成本的份额高达35%。氮肥施入土壤后,如果不能被作物吸收,就会造成大量损失而产生一系列的环境问题。随着粮食生产水平和产量的提高,化肥的施用量不断增加,尤其是氮肥。与其他主要水稻生产国相比,中国稻田氮肥施用量较高而利用率较低。稻田氮肥利用率低和大量的氮素损失在造成资源浪费、水稻生产成本增加、农民增产不增收的同时还导致一系列不良的环境反应。目前,选用氮高效基因型品种和合理的氮肥调控是提高水稻氮素利用效率和降低环境氮污染最有效的途径。本研究的主要结论如下：(1)氮利用效率定义为作物籽粒产量除以供氮量,由于介质供氮量(包括土壤有效氮和肥料氮量)比较难于计算,在统一供氮水平时作物(相同生育期)产量可表征为氮利用效率;当不论介质供氮水平如何,水稻的产量均高于其同一生育期的水稻平均产量时,该水稻即可定义为氮高效基因型,反之则定义为氮低效基因型。根据174个基因型在两个供氮水平下的产量平均值可将其分为四个类型：(1)双高效型,此类基因型在低氮和高氮水平下的产量均高于供试基因型的平均值;(2)高氮高效型,此类基因型在低氮水平下的产量低于供试基因型的平均值,高氮水平下则相反;(3)低氮高效型,此类基因型在低氮水平下的产量高于供试基因型的平均值,高氮水平下则相反;(4)双低效型,此类基因型在低氮和高氮水平下的产量均低于供试基因型的平均值。(2)生育期作为水稻重要的农艺性状得到育种家和水稻生产者的极大重视,其通常是育种的重要目标之一。水稻生育期与植物生长参数的相关系数在不施氮时均较施用氮肥时的大。这表明水稻的产量在供氮水平较低时较大程度地依赖于其生育期。在不施氮时水稻生物产量与生育期呈极显著正相关关系,当施用氮肥水平为300kg/hm2时他们的正相关关系反而不密切,这可能是因为生育期越长,水稻植株往往对体内氮的再利用程度依赖就越强。(3)在2个氮肥处理条件下,不同基因型水稻的最高分蘖数、有效穗数和成穗率均存在显著差异。与不施氮处理相比,施氮处理明显增加了最高分蘖数和有效穗数,但不同基因型增加的幅度不同。随施氮量增加穗总粒数、结实率和成穗率有减少的趋势,这种变化趋势与前人的研究结果是一致的。从类型间看,杂交籼稻的最高分蘖数增加的幅度最大,但其成穗率降低的幅度也最大,而有效穗数增加幅度最大的是常规粳稻。(4)不同施肥水平下,不同基因型的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力不同,随着施氮量增加,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力下降。在同一施肥水平下,不同基因型表现不同,且差异较大。在增产品种中氮肥农学利用率平均值为5.94kg/kg,最小值为015kg/kg,最大值为27.00kg/kg;氮肥偏生产力平均值为27.02kg/kg,最小值为9.00kg/kg,最大值为45.45kg/kg,最大值较最小值高出4倍以上,以上情况表明供试材料存在广泛的基因型差异。(5)不同基因型水稻在不同氮素水平的籽粒产量差异非常显著,在340个参试品种中有174个品种随着施氮量的增加而增加,其中有70个品种无论是低氮还是高氮水平下,籽粒产量都较低,说明这70个品种对氮肥的响应度低,有22个品种在不施氮肥条件下的产量较小,而在施氮肥条件下产量增加较大,对氮肥的响应度大。(6)产量构成因子在不同氮水平下对籽粒产量的贡献是不同的,施氮水平对水稻产量构成因子影响很大,其中有效穗数随着施肥量的增加而显著增加。单位面积有效穗数对产量贡献最大,而每穗结实率和千粒重则位居其次。(7)水稻高产是单位面积穗数、每穗粒数、结实率和千粒重协调发展的结果。其中粒重是决定产量的最后一个因素,其降低无法得到其他产量因素的补偿,因此在高产栽培中,成为影响产量的主要矛盾。本研究从施氮总量角度研究了氮素与粒重的关系,结果表明,施氮水平对水稻粒重具有一定的调节作用。但粒重对氮素的反应存在显著的基因型差异,绝大多数品种粒重降低,较少品种粒重提高。可见,通过氮素调节水稻粒重须因品种而异。

关键词：水稻氮素吸收效率氮素利用效率基因型评价粒重

Excel软件在生物统计实验教学中的综合开发应用

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实验技术与管理 2003年第2期20卷 65-69页

作者：范平崔党群詹克慧台国琴孙建英河南农业大学农学院

本文介绍了将Excel软件运用于生物统计实验教学中的一些技巧和方法及教学效果.并对其在实验教学中的作用和意义进行了讨论.

关键词： Excel软件生物统计学函数方差分析相关分析回归分析实验教学

两种与长角血蜱发育相关的MicroRNAs的初步功能分析

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两种与长角血蜱发育相关的MicroRNAs的初步功能分析

作者：吴泽功河南农业大学

学位级别：硕士

蜱虫是一类寄生于宿主动物体表的体外寄生虫,在世界范围内广泛分布,其危害是仅次于蚊子的第二大病原传播媒介。蜱可以传播包括血液原虫、细菌以及病毒等多种病原,其中包括部分人畜共患病原。这些经蜱传播的病原不仅危害动物健康及畜牧... 详细信息

蜱虫是一类寄生于宿主动物体表的体外寄生虫,在世界范围内广泛分布,其危害是仅次于蚊子的第二大病原传播媒介。蜱可以传播包括血液原虫、细菌以及病毒等多种病原,其中包括部分人畜共患病原。这些经蜱传播的病原不仅危害动物健康及畜牧业的发展,也对人类的健康及公共卫生安全造成严重危害。microRNAs是一类长度约为18～25个核苷酸组成的小分子RNA,不具有编码功能,主要通过与靶基因（mRNAs）的非编码区段（3’-UTR）竞争性结合来诱导靶基因裂解而抑制或者阻碍其翻译,从而在转录后水平上发挥调控作用。MicroRNAs在昆虫发育过程中发挥着重要作用,然而microRNAs对长角血蜱发育相关的功能和机制还知之甚少。为探究长角血蜱中两种microRNAs（miR-125-5p和miR-276-5p）在其发育过程的作用,本试验通过使用高通量测序技术测定了长角血蜱小RNA组（small RNA）和转录组（transcriptome）,并结合生物信息学方法对测序后获得的microRNA和转录组数据库进行了分析,预测出了 MARF基因是miR-125-5p和miR-276-5p的一个靶标基因。结合实时定量PCR（RT-PCR）法对2个microRNAs及靶基因在长角血蜱不同发育阶段、不同组织中的表达水平进行了定量分析,初步验证出miR-125-5p和miR-276-5p与MARF基因间存在一定的靶标关系。双荧光素酶体外验证试验结果显示,双荧光的比值与对照组和突变型质粒处理组相比分别下降了44.96%和27.38%;利用RNAi对MARF基因进行了沉默,结果显示MARF基因干扰组与未处理组及阴性对照组相比饱血雌蜱的生理指标明显发生改变,饱血时间及产卵时间分别延长了2～4d,饱血体重和产卵重分别降低了128.81mg和36.13mg,产卵个数减少约591枚;通过活体显微注射microRNA激动剂（agomir）对长角血蜱的miR-125-5p及miR-276-5进行了过表达,结果显示饱血雌蜱生理指标与未处理组和阴性对照组也发生明显改变,miR-125-5p过表达组的饱血时间及产卵时间分别延长了 1d～3d,饱血体重和产卵重减少了 77.67mg和23.43mg,产卵个数减少了约251枚;miR-276-5p过表达组的饱血时间及产卵时间分别延长了2～3d,而饱血体重和产卵重分别减少了 99.74mg和54.01mg,产卵个数减少了约396枚,miR-125-5p和miR-276-5p同时过表达组的饱血时间及产卵时间分别延长了 3～4d,而饱血体重和产卵重分别减少了 125.86mg和56.64mg,产卵个数减少了约585枚。通过活体注射microRNAs抑制剂（antagomir）和ds-MARF进行基因回补试验,结果显示同时注射microRNAs（antagomir）+ds-MARF的长角血蜱表型基本恢复正常。表明:在长角血蜱中,MARF 是 miR-125-5p 和 miR-276-5p 的一个靶标基因。miR-125-5p 和miR-276-5p在长角血蜱的发育过程中发挥着重要的调控作用,干扰MARF基因后长角血蜱的饱血和产卵受到明显的抑制,miR-125-5p和miR-276-5p通过负调控MARF基因来调控长角血蜱的发育进程。

关键词：长角血蜱 MARF基因 miRNA-125-5p miRNA-276-5p 产卵饱血

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烟草钾素营养的研究进展

安徽农业科学 2006年第19期34卷 4961-4962页

作者：刘华山王方韩锦峰黄元炯孟凡庭河南农业大学农学院河南郑州450002 河南省烟草公司河南郑州450001

从烟株钾素吸收机理、分子生物学研究及烤烟后期钾含量降低的原因等方面综述了近年来烟草钾素营养的研究进展,并在此基础上提出了提高烟叶钾含量的技术措施。

关键词：烟草钾营养烟叶钾含量

一个新的玉米Vp15基因等位突变体的遗传分析与分子鉴定

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作物学报 2018年第3期44卷 369-375页

作者：王瑞张秀艳陈阳松杜依聪汤继华王国英郑军河南农业大学农学院河南郑州450002 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 中国农业大学生物学院北京100193

在玉米繁种过程中发现一个玉米穗发芽突变体(viviparous),命名为vp-like4。经过连续多代自交发现该突变体性状能稳定遗传,并且表现为隐性单基因控制。以vp-like4与自交系Mo17杂交构建F2遗传定位群体,利用BSR-Seq方法,将目的基因定位于... 详细信息

在玉米繁种过程中发现一个玉米穗发芽突变体(viviparous),命名为vp-like4。经过连续多代自交发现该突变体性状能稳定遗传,并且表现为隐性单基因控制。以vp-like4与自交系Mo17杂交构建F2遗传定位群体,利用BSR-Seq方法,将目的基因定位于玉米第5染色体173.8~175.6 Mb之间。通过基因组序列信息分析发现,在此定位区间内存在一个已报道的Vp15基因。Vp15基因编码钼喋呤合酶小亚基,参与类胡萝卜素裂解为ABA的过程。利用2个独立的vp15突变体vp15-umu1和vp15-DR1126的杂合体,分别与vp-like4突变体杂合体做杂交进行等位测验,发现杂交后代中正常籽粒与穗发芽籽粒比例符合3∶1分离比。基因组序列分析发现vp-like4突变体中Vp15基因在第2外显子末端及3?非翻译区有60个碱基的缺失,与所报道的vp15突变体vp15-umu1、vp15-DR1126均在第2个外显子有Mutator转座子插入的突变方式不同。进一步通过RT-PCR检测发现,vp-like4突变体中Vp15基因的表达量显著降低。以上实验证据表明,vp-like4是一个新的Vp15基因等位突变体。

关键词：玉米穗发芽突变体 Vp15 基因定位

红参炮制加工中的皂苷水解反应及其产物的研究

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吉林农业大学学报 2000年第2期22卷 1-9页

作者：李向高富力鲁歧李想吉林农业大学中药材学院长春130118

选取鲜人参根制成匀浆 ,加入被研究的目标皂苷 (M Rb1、Rb1、Re、Ro) ,研究鲜人参中天然皂苷在生产加工实践中的水解变化。采用HPLC对 10种人参皂苷标品建立标准图谱和分离条件 ,然后对上述加工前后的目标皂苷 (M Rb1等 )、鲜人参浆、... 详细信息

选取鲜人参根制成匀浆 ,加入被研究的目标皂苷 (M Rb1、Rb1、Re、Ro) ,研究鲜人参中天然皂苷在生产加工实践中的水解变化。采用HPLC对 10种人参皂苷标品建立标准图谱和分离条件 ,然后对上述加工前后的目标皂苷 (M Rb1等 )、鲜人参浆、不同目标皂苷 +鲜人参浆等一系列样品进行定性、定量测定。结果表明 :在加工红参全过程中 ,人参二醇型 (panaxadiol type)丙二酸单酰基人参皂苷Rb1(简称M Rb1)主要被水解转化为 2 0S 人参皂苷Rg3 和Rb1,其次为人参皂苷Rd和Rh2 。其水解转化率依次为 2 6 15 %、2 5 2 3%、0 2 0 %、0 0 0 1%。人参三醇型 (panaxatriol type)中的人参皂苷Re水解生成人参皂苷Rg2 、Rh1和Rg1,其总转化率依次为 48 73%、11 2 8%、0 0 0 2 %。

关键词：鲜人参红参水解产物皂苷炮制加工

小麦-玉米轮作氮磷钾配施效应及高产模式营养特性研究

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小麦-玉米轮作氮磷钾配施效应及高产模式营养特性研究

作者：尹焕丽河南农业大学

学位级别：硕士

本论文通过在鹤壁和温县开展田间试验,研究了冬小麦-夏玉米轮作下氮磷钾配施对其产量和养分吸收利用的影响,并通过对丰产增效技术集成模式(GG)、资源高效模式(ZG)和农民习惯模式(FP)下冬小麦和夏玉米产量效应、养分吸收利用和土壤养分... 详细信息

本论文通过在鹤壁和温县开展田间试验,研究了冬小麦-夏玉米轮作下氮磷钾配施对其产量和养分吸收利用的影响,并通过对丰产增效技术集成模式(GG)、资源高效模式(ZG)和农民习惯模式(FP)下冬小麦和夏玉米产量效应、养分吸收利用和土壤养分供应的变化,结合冠层光合有效辐射和叶片叶绿素含量变化,明确了丰产增效技术集成模式下冬小麦-夏玉米轮作的养分吸收特性,以期实现小麦-玉米轮作高产高效施肥,研究结果如下:鹤壁和温县氮磷钾肥配施周年产量分别达20159 kg·hm-2和21563kg·hm-2,增产率分别达 4.12%～36.19%和 7.97%～50.40%,两地氮、磷、钾增产率平均为 34.60%、20.96%和 15.32%,两地周年氮、磷、钾肥利用率平均为66.13%、13.81%和69.60%,周年农学效率平均为11.88、20.35 和 15.61 kg/kg。氮磷钾配施能够提高麦-玉轮作周年内作物叶片叶绿素含量,改善冠层光合有效辐射并提高作物养分积累,植株氮、磷、钾素周年总积累量较其他处理增加13.83%～122.73%、22.69%～109.69%和31.34%～138.14%,从而提高冬小麦和夏玉米穗粒数及千粒重,有效增加产量。丰产增效技术集成模式能够有效提高冬小麦-夏玉米轮作产量,2017-2018轮作周年内,鹤壁和温县两地丰产增效技术集成模式较农民习惯周年产量分别增加15.09%和9.01%,小麦千粒重增加5.55%和3.07%,玉米穗粒数增加5.46%和12.11%、千粒重增加4.16%和9.03%。2018-2019轮作周年下冬小麦和夏玉米穗粒数、千粒重分别较农民习惯显著增加16.42%、4.83%和19.01%和18.07%,周年百公斤籽粒氮磷钾需要量分别为2.24、0.58和2.15kg。丰产增效技术集成模式下冬小麦氮素积累在拔节期前最快,磷素和钾素在越冬期到拔节期积累速度最快,小麦氮、磷、钾积累量分别占总积累量48.89%、62.98%和48.32%。夏玉米氮素和钾素快速积累期均在拔节期到大喇叭口期间,磷素在吐丝期到灌浆期积累最快且积累量最多。丰产增效技术集成能够改善作物冠层结构,增加叶片厚度,提高关键生育期内作物叶片叶绿素含量,保持土壤养分平衡,氮、磷、钾周年总积累量较ZG增加17.27%、16.45%和 30.76%。综合考虑冬小麦-夏玉米轮作周年内土壤养分供应和植株养分吸收,丰产增效技术集成与资源高效模式能够促进作物对氮、磷、钾素的吸收,并在关键时期土壤养分供应充足,满足作物养分需要,减少养分盈余,改善作物冠层和叶片结构,在轮作周年后仍能维持土壤肥力,提高土壤肥力水平,可以为高产高效技术集成模式的构建提供依据。

关键词：高产高效冬小麦-夏玉米轮作施肥模式产量肥料利用率土壤养分

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小麦氮效率相关性状的遗传效应及QTL分析

小麦氮效率相关性状的遗传效应及QTL分析

作者：陈磊河南农业大学

学位级别：硕士

农业生产中对产量的过分追求，使生产者大量施用氮肥，过多的施用氮肥不仅导致生产成本的增加，而且造成环境污染，土壤质量下降，不利于可持续发展。目前我国作物氮肥当季利用效率较低，只有30％～40％，其余的氮素则通过淋溶、挥发和... 详细信息

农业生产中对产量的过分追求，使生产者大量施用氮肥，过多的施用氮肥不仅导致生产成本的增加，而且造成环境污染，土壤质量下降，不利于可持续发展。目前我国作物氮肥当季利用效率较低，只有30％～40％，其余的氮素则通过淋溶、挥发和冲洗等排入环境而损失，并产生温室气体(张维理等，1995;孙彭力等，1995)。在世界范围内由于农业生产中氮肥流失，不但造成环境污染，而且由于这些污染对很多生物有害，威胁生物多样性的稳定。同时，我国水资源和电力资源一直较为紧缺，造成氮肥生产成本较高，而农业生产增产又过分依赖于增施氮肥，造成氮肥价格居高不下，大大增加了农业生产的成本。所以，提高氮素利用效率，减少氮肥用量，并减少氮肥对环境的污染，是当前农业领域所面临的重要而紧迫的课题之一，本研究从小麦遗传育种的角度对小麦氮效率进行基因效应和相关的QTL分析，为氮高效育种提供一些参考。试验利用4个小麦六世代群体和河南省农业科学院生物技术研究所提供的小麦DH群体为材料，于2003—2005年在河南农业大学科教园区，在两种水肥条件下进行田间试验，利用世代均值法研究了小麦氮效率在相关性状的基因效应，同时利用DH群体分析了基因作用方式，并利用DH群体的SSR标记进行了QTL定位和基因效应分析，结果表明： (1)氮效率相关性状均符合正态分布，表现多基因遗传特征。 (2)茎叶含氮率均符合加性—显性—上位性模型。同种水肥条件下，叶片含氮率的加性×显性上位性效应、显性×显性上位性效应均表现为负向效应。茎秆的含氮率均以显性效应和加性×加性上位性效应为正向效应，显性×显性上位性为负效应。水肥胁迫和正常水肥条件下，茎叶含氮率的基因效应以加性×显性上位性效应和显性×显性上位性效应为正向基因效应，加性效应、显性效应、加性×加性上位性效应均为负向效应。对DH群体的研究发现，影响小麦茎叶含氮率的基因在正常水肥和水肥胁迫条件下分别有7.5对和12.6对，遗传率分别为78％和57.2％。 (3)子粒含氮率的基因效应在所用六世代群体中均表现为符合加性—显性—上位性模型，同种水肥条件下均以显性效应和加性×加性上位性效应为正向效应，加性×显性上位性效应、显性×显性上位性效应为负向效应。不同水肥条件下均以显性效应、显性×显性上位性效应两种效应为主效应，只是在正常水肥条件下显性效应为正向效应，显性×显性上位性效应为负向效应，而在水肥胁迫条件下显性效应为负向效应，显性×显性上位性效应为正向效应。对DH群体的研究发现，影响小麦子粒含氮率的基因在正常水肥和水肥胁迫条件下分别有3.7对和7.0对，遗传率为96.4％和86.9％。 (4)氮效率的基因效应在所用六世代群体中均符合加性—显性—上位性模型，同种水肥条件下各六世代群体间氮效率的基因效应存在较大的差异，各基因效应贡献率差异很大，总体上来说，又均表现为显性效应和加性×加性上位性效应为正向效应，加性效应、显性×显性上位性效应为负向效。不同水肥条件下，正向基因效应主要为加性×显性上位性效应和显性×显性上位性效应，加性效应、显性效应、加性×加性上位性效应为负向效应。但在水肥胁迫条件下显性×显性上位

关键词：小麦氮效率遗传效应基因效应六世代 DH群体 QTL

小麦G2-like转录因子家族基因鉴定与表达模式分析

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作物学报 2023年第5期49卷 1410-1425页

作者：贾玉库高宏欢冯健超郝紫瑞王晨阳谢迎新郭天财马冬云河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心/河南省小麦技术创新中心河南郑州450046

Golden2-Like(G2-like)转录因子,是属于MYB类转录因子中GARP超家族的成员,在调节叶绿体发育中起重要作用。本研究利用生物信息学方法对小麦G2-like基因进行了全基因组鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、启动子顺式作用元件及对非生物胁... 详细信息

Golden2-Like(G2-like)转录因子,是属于MYB类转录因子中GARP超家族的成员,在调节叶绿体发育中起重要作用。本研究利用生物信息学方法对小麦G2-like基因进行了全基因组鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、启动子顺式作用元件及对非生物胁迫和激素的响应模式进行了分析。从小麦中共鉴定出87个G2-like基因,不均匀的分布在小麦21条染色体上,系统发育分析将这些基因分为14个亚族。蛋白质二级结构预测表明,小麦G2-like基因的氨基酸序列均以α螺旋和随机卷曲为主要结构。启动子顺式作用元件分析表明其上游2 kb区域含有7种(P-box、SpI、LTR、ABRE、MBS、TGA-element和AE-box)与逆境胁迫诱导相关顺式作用元件。其中Ta3AG2-like19含有顺式调控元件结合位点最多,一共有18个结合位点。qRT-PCR验证发现,Ta3AG2-like19、Ta3AG2-like20、Ta4AG2-like29和Ta6AG2-like52在PEG和盐胁迫下以及GA、IAA和ABA激素诱导下表达量显著上调,这些基因可能介导了小麦对多种非生物逆境的响应。

关键词：小麦 G2-like转录因子生物信息学逆境胁迫表达分析