“高级植物生理学”课程思政建设的探索与实践

课程思政建设是落实立德树人根本任务的关键举措。高级植物生理学是高等农业院校植物学、作物学、园艺学等专业的硕士研究生重要的专业基础课。本课程在深入挖掘思政元素的基础上,通过理论与实践相结合、实验设计与动手操作相结合、自主学习与师生互动相结合、线上与线下相结合等教学过程,将思政元素有机融入课堂教学,使课程思政在培养“爱农、知农、为农”的创新型农业人才中发挥重要作用。

冬小麦miR172响应抗寒的特征分析

东农冬麦1号(Dn1)是我国首个能在黑龙江省高寒地区安全越冬的强抗寒冬小麦品种。为了解tae-miR172在Dn1抗寒中的调控机制,本研究克隆了Dn1中tae-miR172的前体pre-tae-miR172,根据生物信息学分析预测其靶基因为AP2dn1(TraesCS5D02G486600)。通过农杆菌介导的烟草瞬时表达试验,进一步证明tae-miR172靶向AP2dn1;利用qRT-PCR技术对大田越冬期Dn1分蘖节中pre-tae-miR172和Ap2dn1的相对表达量进行分析。结果表明,pre-tae-miR172的表达量随温度降低呈先升后降的变化趋势,而靶基因Ap2dn1的表达量变化趋势则相反,说明tae-miR172负调控Ap2dn1的表达。

高等农业院校植物生理学课程思政设计与思考

植物生理学是高等农业院校农学类、生物类各专业重要的专业基础课。该文对植物生理学课程中蕴含的思政元素进行挖掘,并将其精心设计到课程内容中,实现课程内容与思政元素的有机融合。只有不断更新教学内容、改进教学方法和手段,不断增强思政教育的吸引力和亲和力,使课程思政切合学生的内在需求,才能让学生“内化于心,外化于行”,真正实现立德树人的目的。

小麦G6PDH基因的生物信息学分析及其低温胁迫下苗期的表达特征

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是戊糖磷酸途径(PPP)的关键酶,可为小麦(Triticum aestivum)的生物合成提供NADPH以及一些中间代谢产物,并且在小麦生长发育及响应胁迫方面也发挥重要作用。本研究对基因组数据库中获得的12条小麦G6PDH蛋白序列及其基因序列进行一系列生物信息学分析,结果表明,12条小麦G6PDH蛋白分别定位于细胞质及质体中,且均为亲水、不稳定蛋白。从系统发生树的进化和亲缘关系上可以看出,12条小麦G6PDH蛋白分别属于胞质和质体亚型。不同亚型的G6PDH蛋白保守Motif的种类和数量有所不同,不同亚型的基因结构也具有明显差别。qRT-PCR结果表明,低温胁迫下,3种亚型(胞质亚型、质体P1和P2亚型)的小麦TaG6PDH基因均被不同程度地诱导表达,并且均随着温度的降低而升高,预示着G6PDH在小麦抗寒方面发挥正向调节作用。

东农冬麦1号TabZIP1基因的生物信息学分析及低温和ABA对其表达模式的影响

为探讨小麦中TabZIP1应答低温胁迫及ABA调控信号的响应机制,以强抗寒性冬小麦品种东农冬麦1号(DN1)和弱抗寒性品种济麦22(JM22)为材料,在大田自然降温条件下,分别于5℃、0℃、-10℃、-25℃取样叶片和分蘖节,通过RT-PCR分析TabZIP1的表达模式,于不同温度下探究ABA对DN1分蘖节TabZIP1表达模式的调控,并对其生物信息学进行分析。结果表明,TabZIP1全长1 167bp,编码388个氨基酸,其表达产物为疏水蛋白,定位于线粒体,无信号肽或跨膜结构域;TabZIP1蛋白二级结构为mixed型。DN1叶片和分蘖节中的TabZIP1表达量均在-10℃时达到最高,且分蘖节中的表达量高于叶片;而JM22分蘖节中的TabZIP1表达量在0℃时达到峰值,叶片中的表达量却在-10℃达到最高。综合分析,DN1分蘖节中的TabZIP1表达量明显高于JM22。ABA处理后,DN1分蘖节中TabZIP1的表达量随温度的降低呈明显升高趋势,在-25℃时达到峰值。可见,ABA正调控TabZIP1的表达,有助于提高冬小麦的抗寒性。

冬小麦东农冬麦1号miR5049-3p和miR1120a前体与靶基因的克隆及低温和ABA作用下的表达调控

为研究外源ABA对miRNA响应低温胁迫的影响,利用实验室已有的冬小麦品种东农冬麦1号miRNA库,通过生物信息学手段筛选出了与糖代谢相关差异表达的miR5049-3p和miR1120a,预测出其靶基因分别为6PGL(6-磷酸葡糖酸内酯酶基因)和FBA(果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因)。生物信息学分析表明,两种miRNA的前体序列均能形成稳定的茎环结构,但其成熟体的碱基保守性较差,它们的启动子序列包含多种响应环境因子的顺式作用元件。经qRT-PCR分析,随着温度的降低,miR5049-3p和miR1120a分别与其靶基因呈负相关调控;外源ABA处理后,随着温度的降低,miR5049-3p和miR1120a的表达量皆呈"升-降-升"的趋势,其靶基因表达则相应明显降低,表明mi5049-3p和miR1120a可能分别负向调控靶基因6PGL和FBA,进而介导糖代谢途径来响应低温胁迫。

笃斯越橘果实花青素提取及稳定性研究

以笃斯越橘果实为材料,利用超声波辅助乙醇提取,并采用正交试验设计,对笃斯越橘果实花青素进行提取,确定其花青素最佳提取条件为:提取温度40℃,最佳料液比3:30(g/mL);最佳超声波功率200W,最佳提取液浓度65%的酸化乙醇。对笃斯越橘果实花青素的稳定性研究结果表明:笃斯越橘果实花青素对pH值敏感,笃斯越橘果实花青素对氧化剂稳定性较差;笃斯越橘果实花青素对还原剂稳定性较强;在pH值为3.0时笃斯越橘果实花青素对Ca^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)、Al^(3+)较稳定;笃斯越橘果实花青素弱光稳定性较好,强光稳定性较差。

ABA及氟啶酮调控下冬小麦分蘖节抗寒相关蛋白的鉴定与分析

为了研究ABA调控下冬小麦在蛋白质水平上的抗寒分子机制,以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号为材料,在外源ABA及氟啶酮处理后,于大田自然降温至4℃和-25℃时取分蘖节进行蛋白质双向电泳分析。对各处理组的双向电泳结果进行软件分析可知,4℃下得到可匹配的蛋白点587个,-25℃下得到可匹配蛋白点394个。筛选后选择差异显著的24个蛋白点进行质谱分析,经鉴定这些蛋白包括逆境蛋白(WCI16、LTR-Rbps、CORs)、代谢相关蛋白(PGAM、PGK、26sRP、ATPase-β、GST1、GST、GSTF5)、转录翻译相关蛋白(BTFs、eIF4A、eIF5A)和未知蛋白。

冬小麦东农冬麦1号在不同温度下的代谢组学差异分析

为明确东农冬麦1号耐寒越冬的生理机制,对不同温度条件下的东农冬麦1号幼苗分蘖节进行GC-TOF/MS代谢组学检测,并采用SIMCA软件对获得的代谢组学数据进行多元变量模式识别分析。结果表明,对温度变化反应明显的代谢产物有54个,对其进行KEGG分析发现,变化显著的代谢通路为:精氨酸和脯氨酸代谢;甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢;丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸盐代谢;丙酮酸代谢;糖酵解和糖异生以及肌醇磷酸盐代谢。分析不同温度下以上代谢通路中的差异化合物发现,室内培养组中,分蘖节中的γ-氨基丁酸、蔗糖-6-磷酸以及尿素等含量显著提高,使植株保持了较高的氮素含量,揭示了较高温度下(室内)小麦出现徒长的原因。研究结果可为进一步研究冬小麦越冬的生理特性提供新的研究思路。

小麦DEAD-box基因家族鉴定及其低温下的表达模式分析

DEAD-box RNA解旋酶是RNA代谢途後中的关键酶,在RNA代谢过程中调控植株的生长发育和抗逆性。目前,尚未见有人对小麦DEAD-box基因家族进行系统鉴定与分析。为探究小麦DEAD-box基因的功能,本研究以水稻DEAD-box基因家族基因为参照,从小麦全基因组数据库中共鉴定到134个小麦DEAD-box家族基因,并利用生物信息学对其家族成员的理化性质、基因结构、进化树和共线性进行分析。结果表明,小麦DEAD-box蛋白多数为弱碱性蛋白,亚细胞定位分布广泛,核分布最多;小麦与水稻DEAD-box家族基因亲缘性较高,小麦DEAD-box蛋白结构域与核心基序排列有序稳定,高度保守;小麦DEAD-box家族基因在进化过程中可能发生了节段性复制事件,水稻与小麦DEAD-box基因无序共线性连线,说明DEAD-box基因在进化过程中可能存在染色体异位突变。进一步以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号(Dn1)和东农冬麦2号(Dn2)为材料,对其转录组库中低温差异表达的7个DEAD-box基因进行qRT-PCR分析,结果表明,这7个基因在不同品种和不同组织中表达量均有差异。Dn1中DEAD-box基因的表达量在-10℃达到峰值,而Dn2中DEAD-box基因的表达量在-25℃达到峰值。

冬小麦lncRNA1808调控PPP限速酶(Ta6PGDH)抗寒应答研究

为探索lncRNA1808调控Ta6PGDH应答寒胁迫的机制,以冬小麦品种东农冬麦1号(Dn1)为材料,应用生物信息学分析了lncRNA1808和Ta6PGDH的生物学特性和功能,预测了lncRNA1808-Ta6PGDH互作关系和共表达趋势;应用real-time PCR鉴定小麦分蘖节和叶片的lncRNA1808和Ta6PGDH寒胁迫下表达谱变化。结果显示,lncRNA1808为lncRNA,不具备编码能力,富含稳定的茎环结构;lncRNA1808与Ta6PGDH的启动子序列含多种响应环境因子的顺式作用元件;预测lncRNA1808-Ta6PGDH互作并协同共表达;Dn1分蘖节和叶片的lncRNA1808和Ta6PGDH的表达谱与协同共表达分析一致,表达趋势上调。本研究初步揭示了冬小麦lncRNA1808调控PPP限速酶Ta6PGDH的抗寒应答机制。

小麦PLC基因家族鉴定及其低温下的表达模式分析

质体蓝素蛋白(PLC)是一种I型蓝色铜蛋白,在植物生长发育以及响应胁迫过程中具有重要作用,然而目前对小麦(Triticum aestivum) PLC基因家族的研究报道较少。为探究小麦PLC基因的特征,本研究对小麦全基因组进行了分析,共鉴定到74个小麦PLC家族基因,系统发育树分析将其分为6组。将这些基因定位于小麦染色体上,并对它们的理化性质、基因结构、进化树以及共线性进行分析,结果表明:小麦PLC蛋白多数为弱碱性蛋白,亚细胞定位发现主要分布在细胞质和质膜中;小麦PLC蛋白结构域与核心基序排列有序稳定,高度保守。进一步以强抗寒冬小麦品种‘东农冬麦1号’为材料,对其转录组数据库中低温差异表达的12个PLC基因进行实时荧光定量PCR验证,发现这12个基因在不同组织(分蘖节和叶片)中表达量均有差异;在不同温度下,大多数PLC具有相似的表达模式。PLC在小麦抗寒过程中发挥重要作用。

外源ABA及其抑制剂氟啶酮对冬小麦分蘖节抗寒指标的影响

为探讨外源ABA及其抑制剂对冬小麦抗寒性的影响,以强抗寒小麦品种东农冬麦1号为试验材料,于三叶期分别喷施10μmol/L脱落酸(ABA)和50μmol/L的ABA抑制剂氟啶酮,以水处理为对照,分别于4℃、0℃、-10℃和-25℃取小麦分蘖节进行抗寒相关生理指标的测定。结果表明,随着温度的降低,各处理可溶性糖和可溶性蛋白含量先升高后降低,脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量逐渐升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐增强;ABA处理的可溶性糖、可溶性蛋白、Pro含量和SOD活性均高于对照,MDA含量低于对照;氟啶酮处理的各项指标与ABA处理呈相反趋势。说明低温胁迫下,外施ABA可以通过增加植物体内ABA含量,进而增加渗透调节物质含量、提高抗氧化酶活性来提高东农冬麦1号的抗寒性;一定浓度的氟啶酮可作为ABA抑制剂来研究植物的逆境生理。