设施条件下矮化栽培的‘曼歇1号’光合荧光特性

【目的】研究勃氏甜龙竹新品种‘曼歇1号’的光合荧光特性,探究引种和截顶矮化栽培对其正常生长发育的影响情况,为我国北方地区就地生产以就地供应鲜笋提供理论依据。【方法】以2年生‘曼歇1号’勃氏甜龙竹的叶片和茎秆为研究对象,利用Li-6800便携式光合测量系统测定叶片光合日变化曲线、光响应曲线和CO 2响应曲线,采用直角双曲线模型拟合得到多个光合生理指标;使用HPEA植物效率分析仪分析茎秆和叶片的荧光特性;采用浸泡法检测叶片和茎秆的光合色素含量;利用Pearson相关性分析法探析净光合速率与光合、荧光、光合色素和环境参数的相关性。【结果】1)‘曼歇1号’的净光合速率日变化曲线呈不对称的双峰型,9:00时出现主峰值;蒸腾速率和气孔导度日变化曲线与净光合速率的变化曲线趋同,均呈双峰型;叶面温度日变化曲线与蒸腾速率和气孔导度的变化趋势相反;蒸腾速率小,有利于水分利用效率的提升;因受气孔限制因素的影响,12:00时出现“午休”现象。2)‘曼歇1号’的最大净光合速率为17.05μmol·m-2·s-1,初始量子效率为0.04;CO 2饱和点和补偿点分别为261.00、59.52μmol·mol-1,表明其利用低浓度CO 2的能力强,而其CO 2同化能力较弱。3)‘曼歇1号’的叶片和茎秆均具有完整的OJIP曲线,茎秆的PSⅡ原初光能转换效率(0.84)高于叶片的(0.77);但是,叶片的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量分别是茎秆的8.25、6.61、7.59与7.79倍,叶片与茎秆间叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量均存在显著性差异。4)‘曼歇1号’的生长受到植物内外多种因素的调控,叶片内部因子(蒸腾速率,气孔导度)和环境因子(光合有效辐射)呈正相关性,且相关性显著(P<0.05);但净光合速率与叶绿素荧光参数(F_(v)/F_(m))、光合色素含量的相关性均不显著。【结论】‘曼歇1号’勃氏甜龙竹引种至北京简易温室大棚内矮化栽培后,竹子能正常生长发育,其叶片光合作用能力处于草本植物的正常水平,其茎秆同样具有光合作用能力,可以进行设施矮化栽培。

杜仲ARF基因家族全基因组鉴定和表达分析

【目的】杜仲是我国特有的传统药用和胶用木本植物,其生长发育相关基因研究对杜仲育种有重要意义。生长素响应因子(ARF)是生长素信号转导途径中重要的转录因子,了解ARF在杜仲器官发育中的作用具有重要的理论和实际应用价值。【方法】利用杜仲全基因组测序数据鉴定杜仲ARF基因,并对这些基因进行生物信息学分析;根据杜仲EuARFs与拟南芥、水稻和欧美杨ARF蛋白的序列比对,构建系统进化树;根据转录本全长测序数据分析杜仲叶片不同生长时期的ARF基因表达谱,并利用qRT-PCR分析杜仲ARF基因与调控ARF基因的miRNA在不同器官不同发育时期的表达模式。【结果】共鉴定出18个杜仲ARF基因,根据系统进化树可以将EuARFs分为5类;miRNA靶位点分析表明eu-miR160s调控Ⅱ亚族的EuARFs,eu-miR167s调控除了EuARF8.2的V亚族的EuARFs。表达谱结果显示EuARFs在叶片不同生长时期的表达不同,其中V亚族EuARFs与Ⅵ亚族EuARF19.2在3 cm长的生长叶和完全展开的幼叶中表达量较高。qRT-PCR试验结果显示,EuARFs在正常生长条件下不同发育阶段(幼嫩和成熟)的器官(根、茎和叶)中均有表达,在根中表现为在成熟阶段上调表达,叶和茎段中表现为在成熟的器官中下调表达;eu-miR160s主要在幼嫩的根中表达,eu-miR167s则主要在成熟的叶片中表达。【结论】共鉴定出18个杜仲ARF基因,这些EuARFs在正常生长条件下不同发育阶段(幼嫩和成熟)的器官(根、茎和叶)中均有表达,根据表达量可以预测V亚族的EuARFs对幼苗的生长发育具有调控作用,EuARF19.2对杜仲叶片生长具有重要调控作用。

农杆菌介导的杜仲叶片愈伤组织遗传转化体系

【目的】优化杜仲叶片愈伤组织的再生体系,研究愈伤组织对抗生素和抑菌剂的敏感性,探索影响农杆菌介导杜仲愈伤组织遗传转化的最适转化因子水平,构建农杆菌介导的杜仲愈伤组织瞬时转化体系,使杜仲成年植株外植体为受体的遗传转化成为可能,为杜仲基因功能的研究与定向改良奠定基础。【方法】以杜仲成年植株叶片为材料诱导愈伤组织,通过添加不同浓度植物生长调节剂与大量元素的MS培养基进行不定芽的诱导与增殖,确定最适培养基。在此基础上,在培养基中添加不同浓度抗生素及抑菌剂,研究愈伤组织对其敏感性。以获得的叶片愈伤组织受体系统为基础,通过L16(45)的正交试验,探索不同转化因子对农杆菌介导叶片愈伤组织遗传转化的瞬时转化效率的影响,建立最适瞬时转化体系。使用获得的瞬时转化体系对愈伤组织进行遗传转化操作,筛选抗性芽,对抗性芽进行GUS组织化学染色与PCR检验。【结果】再生体系优化的结果表明,3/4大量元素浓度的MS培养基能够促进杜仲愈伤组织不定芽的诱导及生长;愈伤组织诱导不定芽的最适培养基为3/4MS+0.27μmol·L^-1 NAA+4.4μmol·L^-16-BA,诱导率为83%±10.0%;不定芽复壮的最适培养基为3/4MS+0.054μmol·L^-1 NAA+4.4μmol·L^-16-BA,平均伸长长度为(2.47±1.33)cm。抗生素与抑菌剂敏感性试验表明,遗传转化的选择培养基中,抑菌剂头孢霉素的最适浓度为200 mg·L^-1,筛选用的抗生素卡那霉素最适浓度为70 mg·L^-1。转化因子的正交试验表明,最适的农杆菌介导杜仲叶片愈伤组织遗传转化的转化因子组合为:预培养5天、侵染10 min和共培养3天。使用最适瞬时转化体系对约200个愈伤组织进行遗传转化操作,共筛选获得3个抗卡那霉素的抗性芽;GUS组织化学染色显示GUS基因在抗性芽中得到了表达,PCR检测证明这些抗性芽中存在NPTⅡ基因。【结论】杜仲叶片愈伤组织诱导不定芽的最适培养基为3/4MS+0.27μmol·L^-1 NAA+4.4μmol·L^-16-BA,不定芽复壮的最适培养基为3/4MS+0.054μmol·L^-1 NAA+4.4μmol·L^-16-BA。农杆菌介导的杜仲叶片愈伤组织瞬时转化体系为:预培养5天、侵染10 min和共培养3天,筛选培养基为3/4MS+0.054μmol·L^-1 NAA+4.4μmol·L^-16-BA+200 mg·L^-1 Cef+70 mg·L^-1 Km。利用此体系共获得3个抗性芽,PCR分析和GUS组织化学染色都表明T-DNA已整合到抗性芽基因组中。