燕麦根际土壤细菌多样性对盐胁迫的响应

为探究燕麦(Avena sativa L.)在不同盐胁迫处理下根际土壤微生物的群落多样性及变化特征,选取领袖(Souris,S)和爱沃(Everleaf,E)2个燕麦品种为试验材料,分别设置0(Y0)、3(Y1)、6(Y2)和9(Y3) g·kg^(-1)NaCl胁迫处理。采用高通量测序技术对不同盐胁迫处理下燕麦根际土壤微生物进行测序,分析微生物群落多样性及其与土壤盐胁迫的相关性。结果表明,2个燕麦品种根际土壤细菌群落的多样性在4种盐胁迫处理下存在差异,其中S-Y2的群落丰度最高,S-Y3的多样性最丰富。在不同分类水平上,细菌变形菌门(Proteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)、根瘤菌目(Rhizobiales)、norank_c_Subgroup_6科和norank_c_Subgroup_6属的相对丰度较高。盐胁迫影响燕麦根际微生物的群落组成,随着盐胁迫程度的增加,其菌落组成的相对丰度发生显著变化。通过对操作分类单元(OTU)丰度的16S功能预测和COG、KEGG代谢通路数据库对比发现,燕麦根际微生物的功能富集于新陈代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程和生物体系统等。由此表明,根际微生物在燕麦生长和响应盐胁迫中起重要作用,为进一步挖掘和利用根际功能微生物奠定了理论基础。

高粱籽粒中9种黄酮类化合物的积累特性分析

为了探究不同亲缘关系、不同颜色的高粱籽粒在不同发育时期黄酮类化合物的差异及积累特性。以26份的高粱种质为材料,采用高效液相色谱法(HPLC)测定籽粒不同发育时期的黄酮类化合物含量,分析黄酮类化合物在不同种质间的差异和发育过程中的动态变化以及与籽粒品质和颜色间的相关性。结果表明,儿茶素、表儿茶素和芦丁表现为先升高再下降的趋势;槲皮素、芹菜素、山奈酚、异鼠李素和木犀草素呈持续上升的趋势;柚皮素呈下降的趋势。槲皮素与异鼠李素、山奈酚与芹菜素呈显著正相关,相关系数高达0.928和0.920;籽粒颜色指数Hue和L值与黄酮类化合物含量呈负相关,Chroma值与儿茶素、表儿茶素、柚皮素和木犀草素呈正相关。本研究发现不同黄酮类化合物在籽粒发育过程中动态变化趋势不同,为优质高粱种质资源鉴定、选育及高粱副产品的开发和利用提供参考。

不同耐盐高粱品种全生育期对盐胁迫的响应

为探究土壤盐胁迫对不同生育时期(拔节期、开花期、成熟期)高粱植株生长及生理特性的影响,在4个盐处理水平(CK:0 g/kg,S3:3 g/kg,S5:5 g/kg,S7:7 g/kg)种植2个耐盐性不同的高粱品种高粱蔗(耐盐)和河农16(盐敏感),比较了2个品种在不同盐处理水平下、不同生育时期植株形态、根系形态、叶片光合特性及抗氧化酶活性的差异。研究结果表明:随盐胁迫程度增加,2个品种的抗氧化酶活性和叶绿素相对含量(SPAD)先升高后降低,抗氧化酶活性在S3处理或S5处理下达到最大值,且该最大值与对照间存在显著差异。2个高粱品种的丙二醛(MDA)含量,随盐处理浓度的增大而升高,在S7处理下显著高于对照,同一处理下耐盐品种高粱蔗的抗氧化酶活性高于盐敏感品种河农16,但丙二醛含量低于盐敏感品种。2个品种的光合能力受到盐胁迫的显著影响,在拔节期,S7处理显著降低了高粱蔗的Pn值,而2个品种的胞间CO2浓度(Ci)在S7处理下均高于对照。盐胁迫下高粱地上和地下部分生长都受到影响,2个品种的基部茎粗、总根长、根面积、根尖数和分支数在S3处理下达到最大值,基部节长、株高、总根长及根体积在S7处理下达到最低值。2个高粱品种在盐胁迫下籽粒脂肪、淀粉含量下降,单宁含量在低盐处理下显著高于对照,盐胁迫使籽粒品质下降。综上,低盐(3 g/kg)能促进高粱生长,而中盐(5 g/kg)和高盐(7 g/kg)条件对高粱生长有显著的抑制作用,高粱蔗比河农16的耐盐性更强。

多效唑对高粱生长发育及生理的影响

为了解喷施多效唑对高粱(Sorghum bicolor)生长发育和生理的影响,在高粱品种‘农大红1号’拔节期喷施多效唑水溶液,对高粱的生长发育和生理指标进行了研究。结果表明,喷施不同浓度的多效唑后,高粱株高均比对照降低,基部节间长度缩短,茎粗增加,且穗粒重也提高。同时,高粱叶片的叶绿素含量和净光合速率提高,且抗氧化酶活性提高并降低了丙二醛含量。因此喷施多效唑可提高高粱的抗倒伏性,延缓叶片衰老,提高产量。在大田生产中,以拔节期喷施450~600 mg/L多效唑的效果较好。

高粱GRAS基因家族全基因组鉴定及其对烯效唑的响应

GRAS转录因子广泛参与植物生长发育和逆境胁迫应答等多种代谢途径,并发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术从高粱全基因组序列中鉴定出GRAS蛋白序列,经SMART和Pfam-search去除冗余序列后,通过ExPASy-ProParam、Mapchart以及MEGA7.0等进行理化性质、染色体定位和系统进化等分析,利用GO和KEGG对GRAS基因进行注释,结合转录组测序分析高粱GRAS家族成员在烯效唑处理不同时期的表达模式,并用实时荧光定量PCR技术检测部分具有显著转录组差异的GRAS成员表达情况。结果表明:从高粱全基因组中鉴定出80个GRAS转录因子,根据亲缘关系远近分为8个亚族;高粱GRAS基因氨基酸数介于295~967个,分子量介于31529.21~107470.03 kD,平均等电点6.01,96.25%的GRAS基因为不稳定蛋白,平均亲水性-0.264;除7号染色体外,其余染色体均有GRAS基因分布;基于高粱转录组数据,可以将GRAS基因分为5类;通过qRT-PCR验证8个表达量具有显著差异的GRAS基因,结果显示,6个基因与转录组数据表达趋势一致,其中5个为差异表达基因。上述结果初步筛选出5个在烯效唑处理下不同时间的差异表达基因,为研究高粱GRAS转录因子对烯效唑的响应提供理论依据。

高粱OFP转录因子家族生物信息学及盐胁迫下的表达分析

为了解OFP(Ovate family proteins)基因家族在高粱基因组中的特征,本研究利用生物信息学方法对高粱OFP基因家族进行了家族成员鉴定,进化关系分析,基因定位,保守motif分析,基因结构、功能启动子元件、基因共线性以及盐胁迫条件下的表达特征进行了分析。结果表明:高粱中鉴定得到37个OFP基因,编码139~543个氨基酸,分子量大小在15.37988~60.05564 kD之间,等电点为4.49~11.62,均为亲水蛋白;通过系统发育分析发现,该家族基因可分为三大类,分别包含高粱OFP家族13、8、16个基因;该家族成员在高粱10条染色体上呈不均匀分布,其中3号染色体上分布最多,含有10个SbOFP基因;该家族蛋白保守结构域基本由Motif1和Motif2组成,有13个基因同时具有干旱诱导响应元件(MBS)、脱落酸响应元件(ABRE)和茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA-motif和TGACG-motif);高粱内部有20对共线性基因,与水稻、谷子和玉米共线性基因个数分别为27、27、32。胁迫发现SORBI3005G042800、SORBI3003G227000、SORBI3003G010700和SORBI3006G187600共4个基因的表达与盐胁迫关系密切。本研究结果将有助于了解高粱OFP基因家族,为高粱OFP基因家族成员的深入研究奠定理论基础。

马铃薯根际土壤细菌群落结构及其对干旱胁迫的响应

为研究马铃薯根际土壤细菌的群落结构及其对干旱胁迫的响应,采用盆栽试验,以开花期马铃薯根际土壤为研究对象,提取其总DNA,通过Illumina Miseq对细菌V3~V4区进行高通量测序,对干旱处理下马铃薯根际微生物的群落结构进行分析。结果表明,共鉴定有效序列1263889条,6785个OTUs归属33个门、94个纲、267个目、462个科、919个属、1930个种。与对照土壤相比,种植马铃薯后根际土壤中的变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)为优势菌门,其中放线菌门(Proteobacteria)的相对丰度显著增加。干旱处理提高了马铃薯根际土壤中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和假单胞菌属(Pseudomonas)的相对丰度。PCoA(principal coordinates analysis)分析显示,种植马铃薯和干旱胁迫是造成土壤细菌群落结构变异的重要因素。PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)分析表明,干旱处理后根际土壤细菌的变化与马铃薯植株的生理代谢、信号转导、防御机制和基本生命活性等密切相关,对植物的生存和耐旱性具有重要意义,为通过改良土壤微生物环境来提高植物胁迫耐受性提供了重要参考。