不同营养条件对凤眼蓝生长及根际微生物群落的影响

以全营养处理为对照,设计缺氮和缺磷2种缺素处理,分析不同营养条件下凤眼蓝〔Eichhornia crassipes(Mart.)Solms〕形态、光合作用、抗氧化系统、氮含量、磷含量及根际微生物群落的变化。结果显示:总体上看,缺氮和缺磷处理可显著抑制凤眼蓝鲜质量、叶数、叶宽、分株数和匍匐茎总长,减弱叶发育,增强根发育,且缺磷处理对植株生长和繁殖的抑制作用更明显;缺氮和缺磷处理可显著抑制凤眼蓝叶片的净光合速率和气孔导度,缺氮处理可显著降低叶片叶绿素相对含量,缺氮处理对凤眼蓝叶片光合作用的抑制效果强于缺磷处理。缺磷处理使凤眼蓝叶片中过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性以及丙二醛含量明显上升,而缺氮处理对叶片和根中上述3种酶活性和丙二醛含量总体无明显影响。缺氮和缺磷处理使凤眼蓝叶片中氮、磷含量降低,且氮、磷元素优先分配向根部,缺磷处理引起的磷含量的降幅明显高于缺氮处理引起的氮含量的降幅。缺氮和缺磷处理使凤眼蓝根际微生物群落组成多样性降低,其中氮代谢相关(硝酸盐还原、固氮、氮呼吸和硝酸盐呼吸)微生物的相对丰度显著降低,且在氮元素充足时,缺乏磷元素会降低凤眼蓝根际氮代谢相关微生物的富集。综合研究结果显示:缺氮和缺磷处理均能通过抑制光合作用、限制氮代谢相关微生物富集等方式抑制凤眼蓝生长和繁殖,且缺磷处理对凤眼蓝产生的非生物胁迫更强、对凤眼蓝生长的抑制作用更显著。通过控制凤眼蓝对磷元素的吸收防控凤眼蓝爆发具有较大的应用潜力。

浮床水芹不同器官酚酸类和脂肪酸类化感物质代谢组学分析

为明确浮床水芹不同器官化感物质特征与差异,揭示水芹化感抑藻机制,以浮床水芹为研究对象,基于液相色谱电喷雾质谱(LC-ESI-MS)代谢组学技术对不同发育阶段水芹种植水和整株不同器官的化感物质种类和含量进行分析。结果显示:在繁殖期、幼苗期和成熟期水芹种植水中检出酚酸类化感物质36种、脂肪酸类化感物质24种,且两类化感物质在幼苗期种植水中的相对含量显著高于繁殖期和成熟期。对幼苗期水芹根、茎、叶中酚酸类和脂肪酸类化感物质进行靶向分析,发现在各器官中共存的酚酸类化感物质有18种,其中阿魏酸和咖啡酸在叶片中含量较高,分别为(15.20±1.98)ng·mg^(-1)和(37.26±2.21)ng·mg^(-1);各器官中共存的脂肪酸类化感物质有33种,其中硬脂酸和肉豆蔻酸在根和叶中的含量较高,分别为(450.70±14.32)ng·mg^(-1)和(39.54±0.50)ng·mg^(-1)。研究表明,水芹种植水和其体内所含的酚酸类、脂肪酸类化感物质种类丰富,这些物质的释放是浮床水芹在富营养化水体中化感抑藻的主要原因。同时,与繁殖期和成熟期相比,幼苗期水芹叶片的酚酸类和脂肪酸类物质相对含量较高,是制备生物抑藻剂的良好材料。

LC-SIM-Orbitraq测定无土栽培水芹不同器官中有机酸含量

以水面无土栽培水芹品种金陵1号为材料,通过液相色谱串联电喷雾质谱法(LC-SIM-Orbitraq)测定不同器官中的有机酸种类和含量。经过色谱条件的优化,25种有机酸得到较好的分离,在1×10^(-3)~10μg·mL^(-1)的质量浓度范围内线性关系良好,相关系数在0.9910~0.9999之间;在0.5、5、20μg·mL^(-1)的添加质量浓度下,加标回收率在50.39%~125.32%之间;样品稳定性较好,日内稳定性在0.28%~3.99%之间,日间稳定性在0.41%~6.63%之间。结果表明,金陵1号水芹不同器官中有机酸以草酸、苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、奎尼酸和莽草酸为主,其中,根中草酸含量(w)最高,达(32094.08±1600.77)μg·g^(-1),这可能是水芹环境适应性强的主要原因之一;而茎、叶中苹果酸、琥珀酸和柠檬酸含量较高,说明茎、叶口感风味更佳;此外,奎尼酸和莽草酸在茎、叶中含量相对较高,可将水芹用于奎尼酸和莽草酸的提取或功能保健食品的开发,具有较大的资源化利用潜力。

浮床水芹不同生长阶段水体活性物质代谢组学分析

为解析浮床水芹在不同生长阶段种植水中活性代谢物特征与差异,揭示水芹化感作用与环境微生物互作机制,对水芹种植水中代谢物进行定性定量研究十分必要.该研究利用非靶向代谢组学技术,采用LC-ESI-MS分析方法对水芹繁殖期、幼苗期、成熟期3阶段种植水中代谢物进行检测,结合多元统计和单变量统计方法筛选出主要代谢物和显著差异代谢物,并对环境修复相关代谢物进行了相关性分析.结果表明:①在不同生长阶段水芹种植水中共检测到306种代谢物,13种代谢物在各时期种植水中的相对含量均超过1%,其中包括甜菜碱、硬脂酸和芥酸酰胺等参与植物抗冻、化感作用和反硝化细菌富集过程的重要代谢物.②共112种代谢物在不同时期种植水中存在显著差异,化感作用代谢物硬脂酸和植物-根际微生物互作代谢物D-(-)-奎宁酸在各时期间均为显著差异代谢物.③相关性分析发现,硬脂酸、壬二酸、肉豆蔻酸、儿茶酚、3,5-二羟基苯甲酸、阿魏酸、水杨酸、咖啡酸和苯甲酸9种化感物质含量之间具有高度相关性(r>0.6,P<0.01),且在水芹幼苗期相对含量最高.研究显示,水芹种植水中存在至少23种环境修复相关代谢物,其中9种化感物质可能存在协同作用,幼苗期水芹更适于水芹提取物抑藻剂开发.

无土栽培水芹不同器官的氨基酸特征及其资源化利用潜力分析

以水芹品种金陵1号为试材,采用富营养水栽培方式,利用柱前衍生高效液相色谱法(HPLC-MS/MS)测定水芹不同器官的氨基酸组分及含量,并评价其营养价值与风味特征。结果表明:在水芹中检出22种水解氨基酸、23种游离氨基酸,其中包含8种必需氨基酸、9种药用氨基酸;总水解氨基酸在不同器官中的含量由高到低依次为:叶(19.29 mg·g^(-1))>根(5.79 mg·g^(-1))>茎(4.06 mg·g^(-1)),总游离氨基酸含量为:茎(1.99 mg·g^(-1))>根(1.48 mg·g^(-1))>叶(0.85 mg·g^(-1));根、茎、叶中药用氨基酸含量与总氨基酸含量的比值(M/T)分别高达65.18%、72.75%、61.86%。营养评价显示,水芹各器官必需氨基酸的比值系数分(SRCAA)由高到低依次为:叶(62.94)>根(59.78)>茎(56.59)。风味评价显示,鲜味氨基酸为水芹主要呈味氨基酸,鲜、甜味氨基酸含量与苦味氨基酸含量在茎中的比值高达4.30,远高于根和叶;叶中天冬氨酸和谷氨酸的味觉阈值比(RCT)分别为2.23290和4.35606,使得叶片主要呈鲜味。综上所述,水芹所含氨基酸种类丰富,叶中总水解氨基酸含量最高、营养价值最高,茎和叶风味口感较好,根、茎、叶中均含有丰富的药用氨基酸,在功能性药物和保健品开发方面潜力巨大。

荷花株型相关性状与SSR分子标记的关联分析

以129份株型多样性丰富的莲属(Nelumbo Adans.)群体为供试群体,观测与株型相关的立叶高度、花柄高度、立叶短径、立叶长径等数量性状。供试荷花群体株型性状变异丰富,立叶高度、花柄高度变异系数分别达39.68%和41.69%,立叶短径、立叶长径变异系数分别为29.70%和31.41%。选用多态性好的98对SSR引物对129份莲属种质进行多位点扫描。利用STRUCTURE V2.2软件对供试莲属品种进行基于混合模型的群体结构分析。利用GLM模型分析与莲株型性状相关联的SSR标记。结果表明:从群体结构看,供试群体最终可被划分为4个亚群,中国莲传统品种和中美杂交种属于不同的亚群,同时有部分遗传背景复杂的杂交种在不同亚群间分布。通过关联分析共找到11个标记与花柄高度、立叶高度、立叶长径、立叶短径等4个性状显著相关。其中,SSR067、SSR132、SSR458标记与所观测株型性状均显著相关,可能由于基因连锁或者一因多效引起。在连续2年的重复试验中,SSR132和SSR458标记均可与立叶长径、立叶短径相关联,表明这2个标记可能受环境影响较小。

水芹对畜禽养殖废水中9种元素的累积能力及其生物修复潜力

为明确水芹对畜禽养殖废水中9种元素的吸收累积能力与生物修复潜力,以畜禽养殖废水为生源要素进行原位实验,研究水芹生长期内不同阶段根、茎、叶中C、N、P、K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn等9种元素质量分数的动态变化,化学计量学特征,及其N、P累积量等。结果表明:水芹的C(542.46 g·kg^(-1))、N(41.35 g·kg^(-1))、P(7.03 g·kg^(-1))平均质量分数分别是中国内陆水域水生植物的1.5、1.6和2.1倍。水芹整株对N和P的累积量分别为165.90 g·m^(-2)和119.7 g·m^(-2),高于凤眼莲修复水体时的氮、磷累积范围。K在水芹茎中的含量最高,而Ca、Na、Mg、Fe、Zn在根中富集。水芹叶片N含量高于同期根、茎中的含量,且叶片对9种元素的综合积累指数显著(P<0.05)高于根、茎部。水芹的C∶N处于9.42~18.55;C∶P处于48.82~194.72,低于全球植物C∶P平均值。水芹N含量与C∶N、P含量与C∶P的相关性随水芹生长而逐渐减弱。水芹不同发育阶段的N∶P为3.59~10.56(<14),说明水芹生长仍受N限制。综上,水芹对畜禽养殖废水中的多种元素具有良好的累积储存能力,是修复重度富营养化水体的优良绿色植物。

聚球藻对酚酸类化感物质的生长和生理响应

通过测定和比较聚球藻(Synechococcus sp.PCC7942)的细胞密度、细胞形态、叶绿素a含量、部分叶绿素荧光参数和抗氧化酶活性,研究苯甲酸、水杨酸和阿魏酸对聚球藻的生长抑制效应及机制。结果显示:与对照(不添加酚酸类化感物质)相比,苯甲酸和阿魏酸对聚球藻的生长、叶绿素a含量和初始荧光(F o)呈低促高抑的效应;水杨酸对聚球藻的生长、叶绿素a含量和F o值呈抑制效应,且抑制效果总体上随其浓度的升高而增强;3种酚酸类化感物质对聚球藻的PSⅡ最大光化学效率(F v/F m)呈抑制效应,且F v/F m值随着三者浓度的升高而降低。40 mg·L^(-1)苯甲酸、35 mg·L^(-1)水杨酸和60 mg·L^(-1)阿魏酸处理9 d,聚球藻生长的抑制率分别高达86.80%、85.39%和79.35%。3种酚酸类化感物质的高浓度处理造成聚球藻细胞膜破裂,内容物大量外泄,出现聚团和板结现象。随着苯甲酸浓度的升高,聚球藻的超氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐降低,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性逐渐升高;SOD、POD和CAT活性随着水杨酸浓度的升高而降低,随着阿魏酸浓度的升高而升高。总体上看,3种酚酸类化感物质对聚球藻的生长抑制效应由高至低依次为水杨酸、苯甲酸、阿魏酸。酚酸类化感物质不仅通过阻碍聚球藻叶绿素a合成和抑制PSⅡ活性来抑制细胞生长,而且通过减少细胞分裂、破坏细胞膜、增加胞外絮状分泌物和影响抗氧化酶活性等途径抑制细胞繁殖或导致细胞死亡。

水生植物全基因组测序及其应用研究进展

水生植物基因组学研究对认识水生植物特性,明确水生植物功能,指导水生植物育种中发挥重要作用;而全基因组测序技术是推动水生植物基因组学研究的主要驱动力。全基因组序列是水生植物系统发育分析的重要单元,能够为水生植物QTL定位工作提供分子标记和图谱信息,降低水生植物全基因组重测序和功能基因组研究的难度。本研究就水生植物全基因组测序及其应用进行了归纳和总结,并对其存在的问题和进一步研究进行了分析与展望。目前已有9种水生植物完成全基因组序列测序,其中莲与紫萍基因组序列经过多次更新具有较高质量,而莲基因组序列应用最为广泛。为加快水生植物基因组学发展,推动水生植物基因组学与其他学科交叉融合,需增加生产实践中广泛应用水生植物物种的测序力度并建立完善的水生植物数据库。