基于MaxEnt模型的不同气候情景下假俭草中国适生区预测

【目的】本研究通过生态位模型分析评价假俭草在中国的分布情况及制约其当代分布的主要因子,为草坪建植管理和引种栽培提供理论依据。【方法】基于262个假俭草的地理分布记录和19个生物气候因子,利用最大熵(MaxEnt)模型和地理信息系统,对该物种当代和未来的适生分布区和面积进行预测,并通过受试者工作特征曲线对模型精度进行验证。【结果】影响假俭草适生区分布的主要因子是最干季度降水量(bio17),次要因子是平均日较差(bio2)、温度季节性变化标准差(bio4)和年降水量(bio12);在当代气候条件下,假俭草总适生区面积约为183.55×10^(4) km^(2),主要集中在我国东南部亚热带地区;在未来气候情景下,假俭草的总适生区面积相较于当代有不同程度的增加,但低、高适生区相较于当代总体而言呈现下降的趋势;通过空间格局变化得出,假俭草适生区保留率为90.14%~94.21%,另外,假俭草质心均位于湖南省湘潭市,推测该地区可能是假俭草的多样性分布中心。【结论】本研究得出降水是影响假俭草分布的主要因素,在今后引种栽培以及草坪建植管理时应予以重视。

湿地植物假俭草和牛鞭草的解剖结构和组织化学特性研究

假俭草和牛鞭草是2种分布于江汉平原地区并能在旱生和水湿环境中生长的湿地植物,适应江汉平原地区的季节性洪水,在长江流域各种退化湿地和消落带的植被修复中耐水淹植物的筛选发挥重要作用。为探索假俭草和牛鞭草环境适应性结构(通气组织和质外体屏障结构)和解剖结构差异所体现的耐水淹能力倾向,研究了两个物种根、茎解剖结构与组织化学特性。运用植物解剖切片法、组织化学染色定位法,在显微镜下观察拍照,结果表明:1)假俭草和牛鞭草具有适应湿地环境的解剖结构特征,是典型的湿地植物。这些结构特征包括通气组织(茎部气腔和根部裂-溶生性通气组织)和质外体屏障(内皮层、外皮层、栓质化组织和角质层)等。假俭草和牛鞭草的不定根都具有内皮层和外皮层,其细胞壁上都有木栓质和木质素沉积。2)牛鞭草的茎具有栓质化和木质化周缘厚壁机械组织层和维管束鞘细胞以及髓腔;而假俭草的茎仅有木质化周缘厚壁机械组织层、厚壁机械组织环和维管束鞘细胞,以及髓腔和皮层气腔。牛鞭草匍匐茎和根状茎均具连续的栓质化周缘厚壁机械组织层和维管束鞘,而假俭草匍匐茎的周缘厚壁机械组织层仅木质化且是不连续的,从而推测牛鞭草比假俭草适应更高强度的淹没环境。

假俭草WRKY家族基因鉴定及其响应干旱胁迫表达分析

WRKY家族是高等植物特有且最大的一类转录因子。本研究利用生物信息学技术,在假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.))全基因组中鉴定92个WRKY家族基因,命名为EoWRKY1~EoWRKY92,分布在9条染色体上。对其序列特性、基因结构、顺式作用元件等进行分析,并基于假俭草相关转录组数据,分析了EoWRKYs在干旱胁迫下的表达模式,最后基于qRT-PCR解析其在干旱胁迫下的瞬时表达特征。结果表明:根据系统发育特征可将EoWRKYs分为三组,GroupⅠ含有完整的WRKY结构域和锌指基序,Group II~III存在结构域和锌指基序丢失和变异现象。EoWRKYs在干旱胁迫下的转录组分析结果表明:在假俭草叶片和根干旱胁迫不同时期,各基因表达量存在差异。qRT-PCR结果表明:干旱处理不同时间后,EoWRKY77,EoWRKY28,EoWRKY30和EoWRKY2在胁迫下表达量显著升高,具有正向调控作用;EoWRKY33,EoWRKY62,EoWRKY9和EoWRKY60表达量下降,这8个基因在干旱胁迫下表达量显著变化,与转录组数据一致。本研究为假俭草WRKY转录因子的进一步功能研究奠定了基础。

“武陵” 假俭草简介

“武陵”假俭草(Eremochloa ophiuroides"Wuling")是禾本科蜈蚣草属的一种多年生草本植物,植株低矮,高10~20cm,具有贴地生长的匍甸茎,秆自基部直立,叶片常基生,线形,先端略钝,长2~8cm,宽1.5~4mm,秋冬抽穗开花,总状花序,花穗绿色,微带棕紫色,直立或弯曲,扁平而纤细,具有长柄,穗长4~6cm,单生于枝顶,小穗具短柄,紧贴于穗轴,呈覆瓦状排列,长4~6cm,花穗较其他草多,花期一片紫红,种子入冬前成熟。其适应性强,对土壤要求不严,各种类型的土壤基本都能适应,尤其喜酸性土壤。耐薄,多生长于土壤薄的山脚路边、沙滩等地。

铅递进胁迫对假俭草和结缕草生理特性的影响

采用盆栽试验,研究了铅递进胁迫对假俭草和结缕草叶片脂质过氧化程度、叶绿素含量、脯氨酸含量及叶片抗氧化系统等的影响。结果表明,随着Pb2+处理浓度的升高,1)假俭草叶片出现不同程度的伤害,结缕草伤害较轻;2)2种草叶片膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量增加,增大幅度假俭草大于结缕草;3)超氧化物歧化酶(SOD)活性在假俭草中先升高后降低,结缕草变化不明显;4)假俭草过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均呈现先升高后降低的趋势,而结缕草恰好相反;5)游离脯氨酸(Pro)含量假俭草随铅胁迫浓度的增加先升高后降低,结缕草游离脯氨酸含量一直升高;6)2种草叶绿素含量都是呈现出先升高后降低的变化趋势。分析表明结缕草对铅的耐受性比假俭草强。

正交设计优化假俭草SRAP-PCR反应体系及引物筛选

以假俭草叶片DNA为模板,采用正交试验设计,以Mg2+、dNTP、引物和Taq DNA聚合酶4种因素3个水平,对假俭草SRAP反应体系进行研究,并比较了不同浓度模板DNA对扩增效果的影响,建立了假俭草的SRAP最佳反应体系。结果表明,假俭草SRAP-PCR最佳反应体系为:2μL 10×PCR buffer、60 ng模板DNA、Mg2+1.50 mmol/L、dNTP 260μmol/L、引物0.25μmol/L、Taq DNA聚合酶0.5 U,总体积为20μL。各因素对扩增反应结果均有不同影响,其中以Mg2+浓度影响最大,Taq DNA聚合酶的影响最小。运用该体系对4份假俭草种源进行验证,证明该体系稳定可靠,并从45个SRAP引物组合中筛选出扩增条带清晰、多态性丰富的26个引物组合。这一体系的建立及多态性引物组合的筛选为今后利用SRAP标记技术进行假俭草分子遗传学研究提供了科学依据。

SRAP分子标记在假俭草杂交后代真实性鉴定中的应用

以假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro)Hack)两个杂交组合的4个亲本(E022、E142、E102、E092(1))及其杂交后代为材料,从400对SRAP引物组合中筛选出具有父本特征带的引物,选取其中带型稳定、清晰的引物组合进行杂种真实性鉴定。结果表明:(1)A(E102×E092(1))组合的两个亲本间具有父本特征带的引物组合共有51对,B(E142×E022)组合的两个亲本间具有父本特征带的引物组合共有87对。(2)应用6对SRAP引物(303、297、283、180、332和358)对A(E102×E092(1))组合进行杂种真实性鉴定,其中真杂种数目为89个;应用4对SRAP引物(18、199、221和288)对B(E142×E022)组合的杂交后代进行真实性鉴定,其中真杂种的数目是83个。上述鉴定的假俭草真杂种可以用于构建假俭草遗传连锁图谱及重要性状的QTL定位等研究。

不同居群假俭草叶片比较解剖学的研究

对 15个不同居群的假俭草叶片进行了比较解剖学的研究 .结果表明 :这些假俭草在气孔密度、表皮细胞长度、表皮细胞宽度与厚度、角质层厚度、叶片厚度、叶肉层厚度、维管束直径的大小等方面有显著的差异 .在多数情况下 ,匍匐枝气孔密度要大于相应的直立枝的气孔密度 ,匍匐枝气孔密度的变幅是 111 3～ 171 98个 mm2 ,而直立枝气孔密度的变幅是 90 91～ 14 6 2 2个 mm2 ;直立枝下表皮细胞长度要大于相应的匍匐枝下表皮细胞长度 ,直立枝下表皮细胞的变化范围是 93 75～ 12 3 0 7μm ,而匍匐枝下表皮细胞的变化范围是 76 94～ 99 92 μm ;直立枝上、下角质层的厚度要大于相应匍匐枝的上、下角质层的厚度 .对测定的数量指标进行了聚类分析 ,将其分为 6大类 .

假俭草低温胁迫的伤害与适应

假俭草经低温 4、8、12℃处理 12h ,叶片的电解质渗透率和丙二醛含量缓慢增加。随温度的降低 ,叶片的过氧化酶活性快速升高、游离脯氨酸大量累积、可溶性糖含量急剧增加。试验结果表明 :假俭草具有较强的抗寒能力 ,能通过一系列保护性的生理生化反应来适应低温胁迫 。

中国假俭草种质资源主要性状变异及其形态类型

对中国59份假俭草的11个重要经济性状进行统计分析,并对其形态类型加以聚类分析。结果表明:1花序密度变异系数高达76.9%,是所测性状中变异范围最大者,叶长次之,变异系数为31.3%,结实率、草层高度以及生殖枝高度变异系数分别为23.0%、18.0%及22.1%,变异范围为25.0%～74.8%、14.3～33.2cm及5.8～17.0cm;百粒重、叶宽、花序长、花序小花数以及节间长度变异幅度相对较小,分别为15.1%、14.6%、12.5%、12.5%及11.4%,其中以节间直径最小,仅为4.7%;2生殖枝高度和花序密度随着纬度的增加,呈显著增高和极显著增加趋势,而其它性状未出现显著变异规律;3节间直径与叶宽呈极显著正相关;草层越高,生殖枝愈高,节间愈长愈粗,而生殖枝愈高,花序愈长,节间愈长,花序密度也愈大,结实率愈高;4在欧氏距离11.2处,可将供试草种分为营养繁殖型和种子繁殖型两大类型,前者花序密度低,结实率低,叶片较长,而后者花序密度高,结实率较高,叶片则较短。

硝酸钾对假俭草抗寒性和草绿期的影响

用硝酸钾（0、2．5、5．0、7．5和10．0g／L）对盆栽假俭草（Erernochloaophiuroides（Munro．）Hack）优良品系E-126进行处理，通过测定叶中叶绿素、可溶性糖和脯胺酸的含量及相对电导率，研究其对假俭草抗寒性和绿期的影响，结果表明：在低温条件下，硝酸钾处理的假俭草与对照相比，不仅降低了电导率，提高了叶绿素的含量、抑制了叶绿素的分解，而且提高了可溶性糖、脯胺酸的含量，从而提高了抗寒性。其中效果最好的处理为7．5g／L，可延长假俭草草绿期12～13d。

假俭草抗寒性与体内碳水化合物、脯氨酸、可溶性蛋白含量的关系

为了阐述假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.)Hack.)的抗寒性与碳水化合物、脯氨酸、可溶性蛋白含量季节动态变化之间的关系,于2008年10月-2009年5月,研究了在自然温度变化过程中,假俭草E126匍匐茎中碳水化合物、脯氨酸、可溶性蛋白的季节性动态变化及其与半致死温度(LT50)变化的关系。结果表明:在越冬前后假俭草E126匍匐茎LT50呈现先降低后升高的季节变化趋势,可溶性总糖、蔗糖、果糖含量,可溶性总糖淀粉比率以及脯氨酸含量伴随田间气温变化均呈现先升高后降低的趋势,可溶性蛋白、淀粉含量则呈现出先降低又升高的趋势。假俭草E126匍匐茎LT50季节变化与可溶性总糖、蔗糖、果糖含量,可溶性总糖淀粉比率季节变化之间存在极显著负相关(P<0.01),而与淀粉含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量的季节变化间相关性不显著。因此,可溶性总糖含量、蔗糖含量、果糖含量、可溶性总糖淀粉比率对其冬季抗寒性增强有重要作用。

钾肥对提高假俭草抗寒性作用的研究

钾肥对提高假俭草Eremochloa ophiuroides 抗寒性有显著作用,一方面它可显著增强 SOD酶的活性,尤其是4 5~6 g/m2 K2O能极显著地增加SOD酶的活性(P<0 01),另一方面它使相对电导率有不同程度的下降,不同施肥量处理的电导率与CK间差异都达极显著水平,并且一定量的钾肥分次施用较1次施用时的差异达显著水平(P<0 05)。同时,假俭草的电导率与 SOD酶活性间存在显著负相关,适时适量地施钾肥不仅可以增强SOD酶活性,并且降低了细胞质膜的相对透性,保护了膜的完整性,从而使假俭草的抗寒性得到一定程度的提高。所以通过施钾肥提高假俭草抗寒性是可行的草坪管理技术。适宜的施肥量是6 g/m2 K2O,以少量多次施用效果最佳。

假俭草遗传多样性的AFLP指纹分析

采用AFLP技术对来自我国多个省区的 9份假俭草种质资源进行了DNA指纹图谱分析。从 6 4对引物组合中选出 2对引物组合构建了所研究种质的指纹图谱。 2对引物共扩增出 816条谱带 ,多态性比率超过 6 0 8%。遗传多样性分析表明 ,假俭草资源材料间的遗传距离为 0 135～ 0 994。根据以上的AFLP数据进行了聚类分析 ,结果表明假俭草 9个材料分别聚成了四个类型。聚类结果与形态学和同工酶研究结果是一致的 ,表明应用AFLP技术能在DNA分子水平上较好地揭示假俭草的遗传背景和亲缘关系。

Cd^(2+)对狗牙根、假俭草种子萌发及幼苗生长的影响

探讨了Cd2+浓度对狗牙根与假俭草种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,两草种种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长以及幼苗长度均随Cd2+浓度的升高而降低;叶片叶绿素含量随Cd2+浓度的升高略有降低;叶片丙二醛(MDA)含量随Cd2+浓度的升高呈先降后升趋势;狗牙根过氧化氢酶(CAT)活性随Cd2+浓度升高呈先升高后降低趋势,在5.0mg/L时显著高于CK,假俭草各处理浓度的CAT活性均低于CK;两草种的过氧化物酶(POD)活性随Cd2+浓度的升高呈先升高后降低趋势,并在10.0mg/L时达到峰值;Cd2+浓度在5.0,10.0,20.0,40.0mg/L时,狗牙根和假俭草多酚氧化酶(PPO)活性均高于CK,两草种PPO活性随Cd2+浓度的升高都呈先升高后降低趋势。两草种对Cd2+均有一定的耐受能力,狗牙根耐受能力大于假俭草,二者均可以应用于Cd2+轻度污染土壤。

农杆菌介导的假俭草遗传转化体系的建立

以假俭草优良种质‘E126’为受体材料,以HPT基因为报告基因,通过农杆菌介导法转入ZjDREB1基因。研究了转化体系中筛选剂和抑菌素对胚性愈伤组织生长和绿苗分化的影响,以及菌液浓度、侵染时间和共培养时间对转化效率的影响。结果表明,愈伤筛选和再生苗筛选的最佳潮霉素浓度均为30 mg/L,头孢霉素作为抑菌素的最佳浓度为400 mg/L;菌液OD600值为0.3,侵染30 min,共培养3 d为最优转化条件。经PCR检测,初步获得10株转基因植株。

假俭草种源抗寒性鉴定及其变异分析

为了进一步鉴定和发掘假俭草抗寒遗传资源,为假俭草抗寒育种和遗传研究提供材料和有价值的信息,本研究采用电解质渗透法对搜集的有代表性的110份假俭草种源进行了抗寒性鉴定。结果表明,我国假俭草不同种源之间的抗寒性存在较大变异,它们的半致死温度的变异范围为-2.55℃^-8.01℃,极差为5.46℃,平均半致死温度为-4.89℃,变异系数为18.01%;进一步对假俭草的半致死温度与地理因子(纬度,经度和海拔)进行了回归分析,结果发现假俭草的半致死温度与纬度,经度和海拔均无线性关系;根据假俭草的半致死温度进行系统聚类分析,可以将110份假俭草种源分为3个类群。

假俭草过氧化物同工酶的遗传多样性研究

采用聚丙烯酰胺凝胶垂直平板电泳技术 ,对四川、重庆、江苏、江西、湖南和福州等地的15个假俭草种质资源叶片的过氧化物酶进行分析 .结果表明 ,过氧化物酶同工酶显示出 7个酶位点 ,其电泳形成 2个区域 ,Rf值分别为 :0 .10 ,0 .5 2 0～ 0 .76 2 ,各材料间的遗传差异较为明显 ,表现出较丰富的同工酶变异 .聚类分析表明 ,15个假俭草材料可聚为两大类 。

假俭草的抗性

对假俭草的适应性和抗性进行了综合分析和论述，认为假俭草在耐荫性、抗病性、抗虫性、耐踏性、耐瘠薄、耐旱性、耐药性等方面表现出很强的优势，它不仅可以用于精细管理的草坪，而且能在固土护坡地段、高速公路两旁等管理粗放的地方用于建植绿化草坪。开发和利用我国野生假俭草资源具有很大价值。

假俭草体细胞抗寒突变体的获得及其SRAP分子鉴定

假俭草抗寒性差是限制其广泛应用的主要因素之一。本研究目标是以优良假俭草选系E-126为材料,经低温诱导和筛选获得体细胞抗寒突变体。结果表明,假俭草种子诱导的愈伤组织在继代培养的过程中,经0℃的低温条件下培养26d,获得了2块存活的愈伤组织,该愈伤组织经过继代增殖后,进行分化、生根和移栽,获得株系1和株系2。苗期外部形态观察结果表明,假俭草低温诱导的株系1、株系2和对照在叶色、叶毛、叶长和叶宽上均没有显著性差异。半致死温度分析结果表明,株系1、株系2以及对照叶片半致死温度(LT50)分别为-6.646,-6.546和-5.351℃,处理与对照之间差异显著,且都低于对照,但株系1和株系2之间无显著性差异。SRAP的结果表明,假俭草低温诱导的株系1和株系2在110,230以及240bp处均存在相同特征带,表明假俭草体细胞突变体植株的变异稳定且在分子水平与对照存在差异,但株系1和株系2无差异。因此,株系1和株系2可作为同一体细胞抗寒突变体株系加以利用。