黄花型扁蓿豆叶绿体基因组及其系统发育分析

本研究对黄花型扁蓿豆的叶绿体基因组进行序列特征、密码子偏好性分析,并结合系统发育树及共线性分析探究黄花型扁蓿豆与其他近缘种的亲缘关系,以明确其物种分类。结果显示:黄花型扁蓿豆叶绿体基因组全长127572 bp,GC含量34.19%;密码子偏好性分析表明,其叶绿体基因在编码过程中对A/U结尾密码子的使用具有偏好性;系统发育树及共线性分析表明,野生黄花型扁蓿豆叶绿体基因组与青藏扁蓿豆具有更高的相似性。

内源激素对扁蓿豆荚果开裂影响的研究

植物内源激素参与荚果的成熟与衰老过程。为探讨激素对扁蓿豆荚果裂荚性的影响,本试验以抗裂荚和易裂荚两种裂荚特性的科尔沁沙地扁蓿豆为材料,比较不同时期两种裂荚特性材料的荚果腹缝线处激素的差异,结果表明:扁蓿豆荚果腹缝线处共检测到生长素、乙烯前体(1-氨基环丙烷羧酸)、赤霉素、脱落酸、细胞分裂素、水杨酸和茉莉酸等7类植物激素;在整个荚果发育时期,抗裂荚材料荚果腹缝线的生长素总含量、乙烯前体(1-氨基环丙烷羧酸)含量和赤霉素含量均高于易裂荚材料;脱落酸含量在第20 d出现了抗裂荚材料高于易裂荚材料的现象,细胞分裂素、水杨酸和茉莉酸含量的变化则相反;主成分分析表明,前3个主成分的贡献率累计达78.15%,特征值总和为5.471,基本概括了7类激素的主要信息。

扁蓿豆SWEET基因家族鉴定及在干旱和寒冷胁迫下的表达分析

SWEET(Sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类新型糖转运蛋白。本研究基于扁蓿豆(Medicago ruthenica)基因组对MrSWEET基因家族进行了鉴定和生物信息学分析,并通过qPCR初步分析MrSWEET在干旱和寒冷环境下的表达模式,以期深入探究扁蓿豆SWEET基因家族在非生物胁迫中的作用。结果表明,扁蓿豆SWEET糖转运蛋白家族共有18个成员,都具有典型的MtN3_saliva/PQ-Loop结构域。系统发育分析表明,其可分为4个进化枝,其中CladeⅠ包括MrSWEET1a、-1b、-2a、-2b、-3a、-3b;CladeⅡ包括MrSWEET4~6;CladeⅢ包括MrSWEET9~15,MrSWEET16~17属于CladeⅣ。所有的MrSWEET成员都含有Motif 1、3、4、5,可能与糖转运蛋白的功能有关。MrSWEET基因启动子区域含有多个与光响应、激素响应和非生物胁迫以及植物生长发育有关的功能元件。在干旱(15%PEG6000)和寒冷(4℃)胁迫下,扁蓿豆根部的MrSWEET基因表达水平相对高于叶片,且根部大多数基因在干旱和寒冷胁迫处理6、12 h时表达量最高;干旱处理下,根部的MrSWEET1a和MrSWEET16相对表达量在3、6、12、24 h和7 d时均高于对照,寒冷处理下根部的MrSWEET16表达量以及处理7 d的MrSWEET1a表达量高于对照,说明其可能参与调控扁蓿豆对干旱和寒冷胁迫的响应。

甘肃扁蓿豆属(豆科)一新变种——天祝扁蓿豆

该文描述了甘肃东祁连山发现的豆科（ Leguminosae）扁蓿豆属（ Melilotoides）一新变种———天祝扁蓿豆（Melilotoides ruthenica var. tianhzhuensis C. L. Xu ）。该变种植株节间（3~18 mm）短于原变种（30~65 mm）；叶片小于原变种；小叶宽卵形或倒卵形；花冠外部（背部）和内部（腹部）均为黄色，且不带紫色和条纹。上述特征与原变种明显不同，易于区别。

不同水分胁迫下水杨酸对分枝期扁蓿豆生长及光合生理的影响

为明确水杨酸对扁蓿豆分枝期抗旱性的调控作用,采用盆栽试验研究正常供水(80%田间持水量)、轻度水分胁迫(60%田间持水量)、中度水分胁迫(40%田间持水量)以及重度水分胁迫(20%田间持水量)条件下,不同浓度[0(对照),0.02,0.10,0.50,2.50mmol/L]水杨酸处理对扁蓿豆分枝期生长、抗性生理及光合特性的影响。结果表明,轻度、中度水分胁迫下,0.10mmol/L水杨酸显著提高了叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量,同时使超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)得到显著提高,而气孔限制值(Ls)显著降低;重度水分胁迫下,0.50mmol/L水杨酸显著提高了株高、一级分枝数、叶面积、叶片相对含水量、叶绿素含量、游离脯氨酸含量、可溶性蛋白含量,同时SOD、POD、CAT活性以及叶片Pn、Gs、水分利用效率(WUE)显著提高,而使电导率、丙二醛(MDA)含量以及LS显著降低。可见,适宜浓度水杨酸可以改善干旱胁迫下扁蓿豆分枝期的生长,提高其抗旱能力。

扁蓿豆和苜蓿种子萌发期抗旱性和耐盐性比较

为明晰扁蓿豆[Medicago ruthenica(Linn.)Trautv.]和苜蓿(Medicago varia Martin.)种子萌发期的抗旱性和耐盐性强弱,以不同浓度的聚乙二醇(PEG-6000)和Na Cl溶液模拟干旱和盐胁迫,研究了不同程度干旱和盐浓度对采自甘肃景泰的扁蓿豆和苜蓿品种阿尔冈金(M.varia Martin.cv."Algonquin")种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,干旱胁迫和盐胁迫降低了扁蓿豆和苜蓿种子的发芽率、发芽指数、活力指数,抑制了胚芽和胚根的生长。-0.3^-0.9 MPa和-1.5 MPa的PEG处理下苜蓿和扁蓿豆种子的相对发芽率间无显著差异,-1.2 MPa的PEG胁迫下苜蓿种子的相对发芽率显著高于扁蓿豆。-0.3^-1.2MPa的PEG胁迫下苜蓿种子的相对发芽指数均显著高于扁蓿豆,其相对芽长无显著差异。Na Cl渗透势为-0.9^-1.5 MPa时,苜蓿种子的相对发芽率显著高于扁蓿豆;-0.3^-1.2 MPa的Na Cl胁迫下苜蓿种子的相对发芽指数和相对活力指数均显著高于扁蓿豆。通过种子萌发期的相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对胚根长和相对胚芽长5项指标,应用隶属函数法对参试材料种子萌发期抗旱性和耐盐性进行综合评价的结果表明,苜蓿品种阿尔冈金种子萌发期的抗旱性、耐盐性均强于来自景泰的扁蓿豆。此结果和人们以往对扁蓿豆和苜蓿的认识"扁蓿豆的抗旱性和耐盐性优于苜蓿"不一致。

扁蓿豆不同分布区野生居群形态多样性研究

结合数量统计分析对扁蓿豆14个居群的14项形态特征进行了研究,结果表明:除叶长、荚果长、荚果宽、荚果形状、种子长和千粒重以外,其余形态性状在居群间或居群内都表现显著差异;以14个形态性状为基础的聚类分析将所研究的14个居群分为4类;主成分分析结果显示株高、叶面积、花序结荚数、花序种子数和种子宽等5个性状是造成扁蓿豆表型差异的主要因素.

苜蓿和扁蓿豆萌发期耐盐指标筛选及耐盐性综合评价

为探究苜蓿(Medicago sativa L.)和扁蓿豆(Medicago ruthenica(L.)Trautv.)种子萌发期的耐盐性强弱,采用复盐溶液模拟盐胁迫的方法,研究了不同浓度梯度(0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)盐胁迫对5份野生苜蓿和5份野生扁蓿豆种子萌发的影响。测定了发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗长、幼苗干重,利用方差分析、相关分析、主成分分析、隶属函数分析和灰色关联分析进行了耐盐性综合评价。结果表明相同指标不同浓度盐溶液和不同材料之间多存在显著差异,各指标之间存在不同程度的相关关系。各指标中与耐盐强弱最相关的指标为幼苗干重,其关联度为0.752,其次为发芽率,关联度为0.745。供试10份材料中来源于中国内蒙古通辽市大青沟自然保护区的扁蓿豆和中国内蒙古呼和浩特武川县的扁蓿豆耐盐性较强,其综合耐盐D值和关联度均较高,分别为0.807、0.699和0.793、0.716。总体比较供试苜蓿和扁蓿豆材料,扁蓿豆萌发期耐盐性较强。

扁蓿豆荚果和种子发育及硬实发生的关系

通过对萹蓿豆不同发育阶段荚果和种子形态学特征和生理学特征的调查,来判断该物种硬实发生的时间及种子含水量与硬实之间的关系。结果显示,盛花后第33～36天荚果和种子几乎都变为棕色,种子的长、宽和厚显著减小,荚果大小变化也明显;此阶段荚果和种子鲜重在达到最大值后下降到最小,荚果和种子含水量达到最小值(20%左右);此时种子开始出现硬实,种子硬实率与种子含水量呈显著的负相关关系。因此,种子硬实受种子成熟度影响,而且与种子含水量有关。扁蓿豆荚果和种子的形态学特征和生理学特征的变化可以作为指示硬实发生的指标,其中荚果和种子的形态学特征可以作为判断种子发生硬实时间的快速有效的指标,但荚果和种子的干重不能作为指示硬实发生的指标。

野生扁蓿豆单株种子产量与主要农艺性状的通径分析

对扁蓿豆(Medicago ruthenica)的9个农艺性状与单株种子产量进行通径分析,明确农艺性状对种子产量影响的主要因子,为扁蓿豆种子高产及其产量因子作用机理研究提供科学依据。结果表明:单株种子产量与各性状的相关系数大小顺序依次为:单枝花序数>花序种子数>种子宽>株高>千粒重>花序结荚数>花序花朵数>种子长>生育期;9个性状与单株种子产量的直接通径系数大小依次为:单枝花序数>花序种子数>千粒重>种子长>株高>种子宽>花序花朵数>花序结荚数>生育期。单枝花序数对种子产量的贡献最大,花序种子数次之,其他性状的效应较小。因此,为提高扁蓿豆种子产量首先应着力增加单枝花序数,其次增加花序种子数,适当兼顾千粒重的提高。

不同NaCl胁迫对苗期扁蓿豆渗透调节物质及光合生理的影响

采用盆栽法研究不同浓度NaCl（0,50,100,150,200,250,300mmol/L）胁迫对扁蓿豆苗期有机渗透调节物质及光合参数的影响。结果表明,相同胁迫天数下,随盐浓度的升高。扁蓿豆可溶性蛋白含量、可溶性糖含量呈降低趋势,脯氨酸含量呈升高趋势。各个观测期和浓度之间存在差异,胁迫第7和14天,300mmol/L浓度下可溶性蛋白含量显著低于对照（P〈0.05）;胁迫第7,14和21天,50~100mmol/L浓度下,可溶性糖含量明显高于对照,但胁迫第28天,250~300mmol/L浓度处理显著低于对照（P〈0.05）。胁迫第7天,150~300mmol/L浓度处理、胁迫第14天,200~300mmol/L浓度处理、胁迫第21天,250~300mmol/L浓度处理扁蓿豆脯氨酸含量均分别显著高于对照及其他处理（P〈0.05）。可见,盐胁迫下,扁蓿豆产生的3种渗透调节物质调节方式不同,盐胁迫对扁蓿豆幼苗的抑制程度与盐浓度、胁迫时间呈正比。不同的胁迫浓度和胁迫时间,扁蓿豆3个观测期光合参数变化不尽相同。胁迫第14天,叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）随盐浓度的升高呈先上升后降低的趋势。50~100mmol/L浓度处理Pn、Tr和Gs显著高于对照,但300mmol/L浓度处理Pn和Tr显著低于对照及其他处理（P〈0.05）。胁迫第28天,4个光合参数随盐浓度的升高而降低。叶片气孔限制值（Ls）和水分利用效率（WUE）在胁迫14和28d时,变化规律一致,随盐浓度的升高呈上升趋势。

不同处理方法破除扁蓿豆品系90-36种子硬实的效果研究

扁蓿豆品系90-36硬实率高达41%。采用打磨、KNO3、KMnO4、HCl、NaOH、H2O2、H2SO4、赤霉素、高温干燥、热水浸种、低温放置和液氮处理12种方法,探讨破除其种子硬实的适宜方法。结果表明:98%H2SO4处理25～60 min,发芽率可达90%左右,硬实率可下降到8%以下;砂纸打磨能使发芽率达84%,硬实完全破除;30%H2O2处理40 min、400 mg/LGA处理24 h、70℃干燥处理0.5 h、0.3%KMnO4处理2 h可破除部分硬实。

不同产地扁蓿豆种子萌发期抗旱性综合评价

采用不同渗透势聚乙二醇(PEG6000)溶液模拟干旱胁迫,研究了甘肃景泰、陇西、镇原、永昌、天水、榆中、宁县、夏河、临夏、渭源和内蒙古土默特、陕西陇县12个扁蓿豆(Medicago ruthenica)居群种子萌发期的抗旱性。结果表明,PEG胁迫降低了扁蓿豆种质资源的发芽率、发芽指数、活力指数,抑制了胚芽和胚根的生长。-0.3 MPa的渗透势胁迫可促进陇西扁蓿豆种子的萌发,且在此浓度下其相对发芽指数和相对活力指数均显著高于其他11份材料。在-0.3 MPa PEG胁迫下景泰和土默特扁蓿豆的相对胚根长较高,表现出一定的抗旱性;高渗透势的胁迫严重抑制了扁蓿豆胚芽和胚根的生长。以种子萌发期的相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对胚根长和相对胚芽长等5项为指标,应用隶属函数法对12份扁蓿豆抗旱性进行综合评价,抗旱性强弱依次为:景泰>陇西>土默特>镇原>永昌>天水>榆中>宁县>夏河>临夏>陕西陇县>渭源。

内蒙古扁蓿豆野生资源形态特征研究

对产自内蒙古不同分布区12份扁蓿豆种质资源的12个形态性状进行主成分和聚类分析。结果表明,12个形态性状在材料间都表现显著差异,扁蓿豆种质资源遗传变异丰富;通过多变量的主成分分析,前6个主成分代表了扁蓿豆形态多样性的85.72%,株高、叶面积、叶长、株丛直径、枝条长和千粒重等6个性状是造成扁蓿豆表型差异的主要因素;基于形态性状的聚类分析把12份材料聚为4类,其中第4类MR-12扁蓿豆资源的株高、枝条长和株丛直径明显高于其他类,叶片大且叶量丰富,营养性状表现良好;结实性状中荚果长和千粒重较大,综合性状表现较好,可以作为引种驯化和育种的试验材料。

用灰色关联度法综合评价扁蓿豆生产性能

应用灰色关联度法对来自内蒙古13个地区的20份野生扁蓿豆(Medicago ruthenica)材料在内蒙古呼和浩特市的栽培生产性能进行综合评价,采用株高、生育期、株高生长速度、干鲜比、鲜草产量、干草产量和种子产量等指标建立评价模型,综合评价各材料的栽培生产性能。结果表明,栽培生产性能表现较好的材料有来自锡林郭勒盟灰腾梁的M-4、通辽市的M-8、锡林郭勒盟西苏旗的M-5和通辽市的M-6,而来自包头市达茂旗的M-20、乌兰察布市四子王旗的M-19、锡林浩特市的M-3和赤峰市的M-10栽培生产性能较低。根据各性状指标的权重比较种子产量所占的权重为株高>生育期>株高生长速度>干草产量>鲜草产量>干鲜比。

气候变化背景下我国扁蓿豆潜在适生区预测

扁蓿豆(Medicago ruthenica)是我国北方地区重要的豆科饲草资源,在草地改良、人工草地建设及生态修复等方面起重要作用,研究气候变化背景下我国扁蓿豆潜在适生区分布对其种植区划及种质资源保护具有重要意义。本研究采用最大熵模型(MaxEnt)预测了气候变化背景下扁蓿豆的适宜性生境分布区域及影响其分布的主导气候因子。结果表明,当前气候背景下我国扁蓿豆的适生区主要集中在内蒙古、黑龙江、新疆、甘肃、四川、西藏、吉林、陕西、云南、河北、青海中东部、山西、辽宁、山东东部、河南西北部、宁夏等地区;影响当代扁蓿豆适生区分布的主导因子是最干旱月降水量(bio14)、最冷季度降水量(bio19)、最湿润月降水量(bio13)、最热季度平均温度(bio10);间冰期我国扁蓿豆的适生区较大,分布范围较广,而最佳适生区较小,仅占4.79%,从末次冰期冰盛期开始到未来CCSM4-rps26-2070等5个气候情景下我国扁蓿豆的适生区总面积较间冰期变小,而最佳适生区面积增加,5个气候情景的适生区面积和范围变化较小,受气候变化影响相对较弱。

硫酸处理打破扁蓿豆不同品系种子硬实的效果研究

扁蓿豆4个品系93-21、90-36、00-61、00-81的种子硬实率很高,分别为24%、38%、60%和89%。利用不同浓度硫酸对扁蓿豆4个品系的种子进行不同时间处理,结果发现98%硫酸处理打破扁蓿豆各品系种子硬实的效果均很好,能使其发芽率提高到90%以上。从综合发芽率、发芽指数和活力指数来看,98%硫酸破除各品系种子硬实的最佳处理时间不同,分别为20min、25min、30min、40min,其它浓度的硫酸处理只对硬实率较低的品系93-21起一定作用,能使其硬实率降低11%-15%,而对硬实率较高的其它3个品系不起作用。

内蒙古扁蓿豆叶片解剖性状与抗旱性的研究

以来自内蒙古的野生扁蓿豆种质资源32个居群成熟叶片为试验材料,采用石蜡制片法,应用光学显微技术测定了叶片上表皮厚度、叶片下表皮厚度、叶片厚度、维管束直径、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅海比、叶片栅栏组织结构紧密度和叶片海绵组织结构疏松度等与抗旱相关的解剖结构特征参数,并进行统计分析和抗旱性综合评价。结果表明,9个指标均表现差异极显著;叶片上表皮厚度、叶片下表皮厚度、叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度之间呈极显著相关和显著相关关系;第3个主成分的特征值为1.621,累计贡献率达86.67%,已超过85%,前3个主因子基本上能概括9个指标的主要信息;采用UPGMA法将32个居群分成五大类。隶属函数法综合评价抗旱能力显示16和27号居群的抗旱性最强,22号居群抗旱性最差。

扁蓿豆研究进展

综述了扁蓿豆Medicago ruthenica研究工作进展,包括分类学地位的变化以及分布范围、遗传多样性、生物学特性、农艺学特性、育种与引种等方面的研究概况。并针对扁蓿豆研究存在的问题,提出今后研究应当集中在扁蓿豆的适应区域、抗逆基因的筛选、荚果开裂问题以及进一步的建立人工草地等方面。

扁蓿豆不同种质材料种子萌发期抗旱性比较

采用5个PEG渗透势梯度模拟干旱胁迫,以黄花苜蓿作对照,探讨了4份扁蓿豆种质材料种子萌发期的抗旱性。通过对种子相对发芽率、相对活力指数和半致死渗透胁迫强度3项指标的综合分析,扁蓿豆种质材料在种子萌发期的抗旱性高于黄花苜蓿,4份扁蓿豆种质材料抗旱性大小顺序为:材料4>材料1>材料3>材料2。其半致死渗透胁迫强度分别为:-1.30MPa、-1.03MPa、-0.85MPa、-0.78MPa。