硝态氮影响菊花根系形态结构变化的分子基础

【目的】通过观察硝态氮处理下菊花根系外观形态和解剖结构、根系和叶片中硝态氮含量、内源激素水平以及根系硝态氮转运蛋白基因和侧根发育特异基因表达量的变化,揭示硝态氮对菊花根系发育的影响及其分子基础,为氮素高效利用的菊花分子育种提供依据。【方法】利用菊花扦插生根苗的水培试验,用10 mmol·L^(-1) KNO_3处理(对照为不含N元素的Hogland营养液)后,分别在第0、1、3、7、14、21和28天观察菊花根系外观形态和解剖结构,测定根系和叶片硝态氮(NO3-)、吲哚-3-乙酸(IAA)和细胞分裂素(CTK)含量,克隆菊花根系硝态氮转运蛋白基因CmNRT1.1、CmNRT2.1、CmNAR2.1和侧根发育特异转录因子基因CmANR1的c DNA保守序列片段,并用实时荧光定量PCR技术检测它们在根系中的相对表达量。【结果】与对照相比,处理的根系总根长、平均直径、总表面积、总体积和根尖数至处理第3天均没有显著差异,但第7天时均显著增加,且随着处理时间的延长,增加的幅度增大。显微观察第28天时的根横切面表明,与对照相比,1级根、2级根和3级根的维管束直径和维管束占根横切面的比值均出现了不同程度的增加。处理的根系和叶片的NO_3^-含量分别在处理第7天和第14天时达到高峰(峰值分别为0.45和0.35 mg·g^(-1) FW),之后虽有所回落,但与对照相比始终处于较高水平(对照的根系和叶片硝态氮含量分别保持在0.17—0.27 mg·g^(-1) FW和0.16—0.22 mg·g^(-1) FW)。处理的根系、叶片的IAA和CTK含量与对照相比均显著增加,根系IAA和CTK含量高峰在第7天出现,叶片的在第14天出现,而对照的IAA和CTK含量无明显变化。处理的根系硝态氮信号感应和低亲和型转运蛋白基因CmNRT1.1的相对表达量高峰出现在第1天(对照也为第1天);高亲和型硝态氮转运蛋白基因CmNRT2.1和二者的互作蛋白基因CmNAR2.1的相对表达量高峰均出现在第3天(对照在第3天稍微增加后保持相对稳定);菊花侧根发育基因CmANR1的相对表达量在第7天达到高峰(对照为第14天)。硝态氮处理后这4个基因的相对表达量与对照相比始终处于较高水平,表达趋势也相似,都是先升高后降低再保持相对稳定,表明它们均受硝态氮信号诱导。【结论】菊花根系能通过硝态氮转运蛋白基因和侧根发育基因的表达来响应生长介质中的硝态氮信号,进而调控根系构型的改变,来提高菊花根系对硝态氮的吸收和利用。

月季RhRTE1的克隆及其对乙烯响应特性分析

利用数据库中已发表的拟南芥AtRTE1基因序列,从构建的月季花朵乙烯响应EST数据库中筛选得到一个RTE1同源片段,结合RACE技术,从月季切花品种‘Samantha’花瓣中克隆得到全长为1233bp的RTE1同源基因。该基因包含一个732bp的开放阅读框、339bp的5′非翻译区和162bp的3′非翻译区,编码一个243aa的肽链,其理论分子量为27.6kD,等电点为6.87。该基因推定的氨基酸序列与拟南芥AtRTE1同源性较高,属于RTE家族中的第1组别基因,命名为RhRTE1。该基因在月季花朵自然开放中表达逐步增强,并能够被外源乙烯和切伤处理所显著诱导。将35S::GFP-RhRTE1融合蛋白转入拟南芥,发现RhRTE1蛋白主要定位于细胞膜上,并且转化植株降低了对乙烯的敏感性。以上结果说明RhRTE1可能参与了乙烯介导的月季花朵开放过程,并可能参与了花朵响应伤害的修复过程。

生物炭与氮肥配施对牡丹叶片氮素营养和籽粒品质的影响

利用田间小区试验,设计生物炭用量为0(B_0)、1 kg·m^(-2)2(B_1)、2 kg·m^(-2)2(B_2)3个水平,氮肥用量为0(N_0)、40 g·m^(-2)2(N_1)、60 g·m^(-2)2(N_2)3个水平,即B_0N_0、B_0N_1、B_0N_2、B_1N_0、B_1N_1、B_1N_2、B_2N_0、B_2N_1和B_2N_2共9个处理,研究了生物炭与氮肥配施对牡丹叶片的氮素积累、叶片氮素向籽粒转移、籽粒蛋白氮、氨基酸和脂肪酸含量,以及籽粒产量和品质的影响.结果表明:生物炭与氮肥配施增加了牡丹不同发育时期叶片中蛋白氮和非蛋白氮含量,以及叶片氮素向籽粒的转移量和籽粒氮素积累量.与B_0N_0处理相比,B_1N_1处理叶片氮素转移量和籽粒氮素积累量分别增加27.6%和27.1%;B_1N_1和B_2N_1处理牡丹籽粒百粒重和籽粒产量分别增加13.6%和16.4%,其中籽粒产量在B_1N_1、B_1N_2、B_2N_1和B_2N_2处理间差异不显著;B_2N_1和B_1N_2处理牡丹籽粒蛋白氮和总氨基酸含量较高,分别增加29.3%和36.2%.生物炭与氮肥配施增加了牡丹籽粒中总脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量,其中,B_2N_1处理总脂肪酸含量较高,比B_0N_0处理增加了17.4%.生物炭与氮肥配施能够增加牡丹叶片氮素积累量和叶片氮素向籽粒的转移量,增加籽粒产量,提高牡丹籽粒蛋白氮、氨基酸和脂肪酸的含量,其中以生物炭1 kg·m^(-2)2与氮肥40 g·m^(-2)2配施效果较好.

施用氮肥对油用牡丹叶片氮素吸收积累与籽粒品质的影响

利用田间栽培试验,研究0(对照)、18、24和30 g N·m^(-2)4个氮肥用量对油用牡丹"凤丹"叶片氮素吸收转运以及籽粒产量和品质的影响.结果表明:施用氮肥处理牡丹株高、冠幅、花径和花干质量与对照相比均显著增加,其中,24和30 g·m^(-2)氮肥处理株高比对照分别增加14.7%和15.2%.施用氮肥提高了牡丹籽粒的相关指标,24和30 g·m^(-2)氮肥处理籽粒产量达到最大,分别比对照增加15.2%和15.4%.施用氮肥明显增加了叶片氮素积累量、叶片氮素转移量和籽粒氮素积累量.其中,24 g·m^(-2)氮肥处理叶片氮素对籽粒贡献率最大.与对照相比,施用氮肥明显提高了籽粒蛋白氮、总氨基酸,以及部分饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量.在本试验条件下,施氮量为24 g N·m^(-2)时,叶片积累氮素向籽粒的转移量、转移率和贡献率均达到较高水平,籽粒产量较高,并且蛋白氮、氨基酸含量和不饱和脂肪酸含量也相对较高.

菊花基因组DNA甲基化水平对根系硝态氮吸收的影响

以菊花的扦插生根苗为试材,在缺氮和适氮水培条件下,分别使用甲基化抑制剂(5-aza C)和甲基供体(SAM)处理菊花根系,测定处理后基因组DNA甲基化水平变化、根系构型相关参数、根系硝态氮含量以及NO3-转运蛋白基因Cm NRT1.1、Cm NRT2.1、Cm NAR2.1的相对表达量。结果表明,在适氮条件下,5-aza C处理的菊花根系DNA甲基化水平降低,根系总直径、总表面积及总体积增大;根系NO3-含量与对照相比显著增加,根系NO3-转运蛋白基因Cm NRT1.1、Cm NRT2.1、Cm NAR2.1相对表达量也有所升高。据此推测,降低菊花根系基因组DNA甲基化水平可以提高根系NO3-转运相关基因的表达,进而促进根系对NO3-的吸收。

月季乙烯受体基因的全长克隆及原核表达分析

利用已构建的月季花朵转录组数据库,筛选得到了22个与乙烯受体同源性较高的Uni Gene片段,并利用这些片段从月季花瓣中克隆得到了3个乙烯受体基因全长,分别为RhETR1、RhETR3和RhETR5。其中,RhETR1全长为2814bp,编码一个595aa的肽链;RhETR3全长为2468bp,编码一个765aa的肽链;RhETR5全长2740bp,编码一个742aa的肽链。这3个基因推定的编码蛋白分别与枣(Ziziphus jujuba)中的ZjETR1、杨树(Populus trichocarpa)中的PtETR2和砂梨(Pyrus pyrifolia)中的PpERS2同源性最高,依次为85.2%、75.8%和80.3%。蛋白同源性及结构分析表明,RhETR1和RhETR5分别与拟南芥中的ERS1和ETR1结构相似,属于第1亚家族成员,RhETR3与ERS2结构相似,属于第2亚家族成员。在花朵自然瓶插过程中,这3个基因分别表现为下调、上调和组成型表达。利用原核表达载体,选择和月季花朵开放最为相关的RhETR3,获得了和理论分子量一致的重组蛋白,表明克隆得到的RhETR3具有完整的读码框。