基于虚拟仿真平台的种子学实验教学改革探索

种子学是高等农林院校农学类专业的必修核心课程之一。但是,传统的种子学实验教学由于受作物生长季节、实验场地和教学经费等条件的限制,在实验教学内容选择上具有很大的局限性,导致学生的创新能力和动手能力较弱,教学效果不佳。分析了目前种子学实验教学中存在的问题和虚拟仿真平台在种子学实验教学中的优势,探讨了基于虚拟仿真平台的种子学实验教学改革策略,以期为培养创新型和应用型现代种业人才,推动高校实验教学改革提供参考与借鉴。

编码棉花胞质铜锌超氧物歧化酶基因的克隆与表达分析

【目的】克隆编码棉花胞质铜锌超氧化物岐化酶基因并分析其表达特性。【方法】采用RACE技术克隆基因,Northern blotting检测基因的表达谱;采用氮蓝四唑(NBT)光下还原法测定不同生育期的酶活性。【结果】获得了棉花胞质铜锌超氧化物岐化酶基因cDNA全长序列(GenBank注册号:DQ445093);该基因cDNA全长共682bp,开放阅读框456bp,编码152个氨基酸。分子结构预测结果:酶蛋白理论分子量约为15.03kD,理论等电点为6.09,与其它植物的蛋白质氨基酸序列同源性在82%～87%之间。Southern blotting显示不同棉种该基因的拷贝数基本一致,均属于低拷贝基因。Northern blotting显示该基因在不同的组织、不同的生育期表达量不同;酶活性测定显示盛花期最高。【结论】棉花胞质铜锌超氧化物岐化酶基因在陆地棉中属于低拷贝数基因;在整个生育期中mRNA的含量呈规律性动态变化,前期较低,后期较高,在盛花期达到顶峰;变化曲线与不同时期的酶活性变化一致;不同器官的基因表达检测结果显示:基因在根中表达量最高,叶片次之,花中的表达最低。

PEG模拟干旱胁迫对不同抗逆性棉花的生理特性的影响

为了筛选培育棉花抗旱性的有用指标,利用聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱,对不同类型棉花苗期干旱处理响应进行了评价。基质育苗后,采用5种不同浓度聚乙二醇胁迫棉花幼苗,7 d后测定叶片的叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸和丙二醛(MDA)含量的变化,比较过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性的差异,结果表明:棉花苗期在不同浓度PEG胁迫下,叶绿素含量在5%的PEG胁迫下,表现含量略升高,高于10%PEG浓度胁迫,叶绿素含量呈现下降的趋势;可溶性糖在10%~25%的PEG胁迫下表现高的含量;可溶性蛋白在5%PEG胁迫时,其含量开始增加并高于对照;游离脯氨酸含量表现为随着胁迫浓度的加大而升高,抗旱、抗盐品种增加的量高于敏感材料;丙二醛含量亦表现为随着胁迫浓度的加大而升高,在5%~15%的范围内,抗旱抗盐品种升高幅度低于敏感材料,在20%,25%的高浓度胁迫下,三种材料的差别很小;三种抗氧保护酶活性在不同材料不同胁迫浓度中表现出差异,POD酶活性在5%PEG干旱胁迫时即表现出上升趋势,在10%、15%胁迫浓度时达到最高值;SOD酶活性在5%的胁迫下高于对照,随着10%、15%、20%PEG浓度逐渐增高,SOD酶活性均表现稳定的高活性;CAT酶活性在5%、10%PEG胁迫时呈现增高趋势,在15%以上的PEG胁迫时活性迅速下降。由此认为,叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸和丙二醛含量可能是干旱胁迫下的植株被动响应的指标,可溶性糖合成可能是一种重要渗透调节方式;在不同干旱级别中不同抗氧保护酶在起主导作用,SOD酶可能是较好的抗旱性选择指标。

北疆春大豆生长动态及干物质积累与分配

通过对春大豆整个生育期内几个重要的生理指标的动态变化规律的研究表明 ,就不同品种而言 ,各个生理指标的峰值虽略有差异 ,但仍是有规律可循的 ,株高、LAR、NAR、叶绿素含量、叶面积指数分别主要出现在结荚期 (或鼓粒期 )、始花期、鼓粒盛期、鼓粒期和鼓粒盛期 ;这些峰值可与产量相结合用于品种选育。在物质积累与分配上 ,结荚至鼓粒盛期最多 ,而分配则是从结荚期开始 ,分配到荚中的干物质所占的比重逐渐升高 。

海岛棉与陆地棉叶绿素含量变化的差异研究

以5份陆地棉和4份海岛棉为材料,研究了整个发育进程中陆地棉和海岛棉叶绿素的变化规律之间的差异,结果显示:陆地棉与海岛棉的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b各有不同动态变化规律,其叶绿素a/b在整个发育进程中的变化也有差异。海岛棉与陆地棉的叶绿素a变化趋势有较大差别,陆地棉的叶绿素a含量在6月18日(苗期)最高,峰值出现在8月6日,海岛棉峰值、最大值均在7月4日(现蕾期);叶绿素b含量表现为陆地棉、海岛棉峰值均在8月6日(花铃期),但海岛棉平均值高于陆地棉;陆地棉的叶绿素a+b和叶绿素a曲线相似,海岛棉的叶绿素a+b和叶绿素b曲线相似;陆地棉叶绿素a/b值表现苗期最大,然后迅速下降,海岛棉a/b值表现普遍低于陆地棉,其变化趋势为前期在7月4日出现峰值,然后下降再升高。实验说明陆地棉和海岛棉叶绿素的合成机制、调控机理可能不同。

陆地棉叶绿体铜锌超氧化物歧化酶基因的克隆与表达(英文)

以陆地棉‘CRI36’的叶片为材料,使用RACE技术克隆到了棉花叶绿体Cu/Zn-SOD酶基因。基因序列全长共1043bp,含有完整的开放阅读框。推导的氨基酸序列分析显示含有叶绿体信号肽,和已知植物的叶绿体Cu/Zn-SOD酶蛋白的氨基酸残基的同源性在66%～74%之间。基因的表达谱分析显示:棉花叶绿体Cu/Zn-SOD酶基因主要在叶片、茎中表达,根、花和下胚轴中没有检测到信号,即基因的表达主要在棉花的绿色组织。不同生育期的表达谱结果证实:该基因主要在苗期表达,以后表达逐渐减少。用pET-2la(+)构建了原核表达载体,在大肠杆菌BL21(DE3)的表达结果显示:表达后得到一个29.0kD的新蛋白,其分子量与预期目标一致。对SOD酶活性的分析证实,重组菌的酶活性显著增加,证明克隆的基因具有活性。

棉花基因克隆研究进展

棉花的基因克隆主要集中在纤维品质、抗逆、棉酚相关基因、叶绿体基因、调控元件和发育相关酶蛋白等六个方面。在纤维品质方面,我国已克隆了β-微管蛋白基因、E6基因、GhbZ-IP、GhIAA16和40个棉纤维特异表达基因,同时还得到一批性质不清楚的cDNA克隆。国外已分离出Fbl2A、Rac13、.Rac9、MYB基因和20余个纤维发育相关基因。在抗逆性方面已得到了LRR-RC基因、14-3-3蛋白和PR蛋白基因等以及一些cDNA克隆。

短期水分亏缺对百棉1号苗期生理特性的影响

以抗旱品种中棉所12为对照,研究了短期干旱胁迫时百棉1号苗期叶片可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量以及过氧化物酶活性的变化规律。结果表明,随着干旱胁迫的加强,百棉1号叶片中可溶性蛋白含量在第4d出现峰值,可溶性糖含量在样品处理4d后开始线性上升,脯氨酸、丙二醛含量均表现为处理2d后开始线性增加,过氧化物酶活性在处理4d后开始迅速增加,并在第8d达到峰值,然后维持高活性水平。

利用陆地棉营养芽合成人工种子

【目的】研究利用陆地棉Gossypium hirsutum L.营养芽制作人工种子的方法,为陆地棉人工种子技术开发应用提供一条新途径。【方法】以陆地棉营养芽为外植体,利用海藻酸钠＋MSB包埋外植体,Ca Cl2溶液凝固制作人工胚乳珠,再利用较高浓度海藻酸钠附加不同浓度的甲基纤维素包埋人工胚乳珠,用Ca Cl2溶液固化获得人工种皮,研究陆地棉营养芽人工种皮内添加抑菌剂后在有菌基质上的萌发效果。【结果】制作人工种子的最佳外植体长度为5 mm;最佳胚乳珠包埋方案为w为3%的海藻酸钠＋MSB＋0.5 mg·L^-1NAA＋0.5 mg·L^-1IBA,在100mmol·L^-1Ca Cl2中固化20 min;人工种皮最佳配方为w为4%海藻酸钠＋w为1%甲基纤维素＋w为1.0%苯甲酸钠＋0.02~0.04 mg·L^-1青霉素＋0.5 mg·L^-1多效唑,在200 mmol·L^-1Ca Cl2固化20 min。该人工种子的无菌萌发率为95.0%,生根率为35.8%,可以在有菌人工基质中萌发成苗。【结论】获得一条利用陆地棉营养芽制作人工种子的新途径,该技术制作的人工种子在有菌环境下有较高的萌发率并能成苗。

小麦种子老化处理对发芽能力与蛋白组分的影响

以河南小麦百农4199为材料,高温、高湿老化处理后,对种子的发芽势、水溶蛋白、盐溶蛋白、醇溶蛋白和碱溶蛋白组分进行分析,研究小麦种子老化处理后发芽能力与种子贮藏蛋白组分变化之间的关系。结果表明:老化处理1 d后发芽势维持100%, 2~6 d缓慢下降, 7~8 d迅速降低,小麦种子失去发芽能力。老化处理1~4 d水溶蛋白20、23、35、60 ku组分,盐溶蛋白60 ku组分和醇溶蛋白80 ku组分均随着老化时间延长而增加;老化处理5~6 d水溶蛋白45、60 ku组分和醇溶蛋白100 ku组分消失,同期盐溶蛋白60 ku和醇溶蛋白80 ku出现新增组分;老化处理7~8 d各蛋白组分均表现条带模糊;碱溶蛋白在种子老化过程中没有明显条带增减变化。小麦种子老化过程中不同蛋白组分稳定性存在差异,老化处理5~6 d是种子发芽能力丧失和蛋白组分改变的转折期。

陆地棉子叶节高效再生体系的建立

对3个陆地棉材料子叶节进行离体培养,建立了高效的再生体系。其中,启动培养基为MSB+2.5 mg/L 6-BA+2.5 mg/LKT,芽分化培养基为MSB+0.3 mg/L 6-BA+0.3 mg/LKT,通过器官发生途径诱导形成丛生芽,芽伸长培养基MSB。以上培养基均含葡萄糖糖30 mg/L。此再生体系每个外植体可获得2.75个以上不定芽,嫁接移栽驯化后,成活率接近95%。

陆地棉超氧化物歧化酶基因的克隆与烟草转化

以陆地棉‘中棉所36’和烟草‘NC89’为材料,采用RT-PCR方法,从陆地棉中克隆到了Cu/Zn-SOD的cD-NA编码区,经植物表达载体pBI-SOD,导入根癌农杆菌LBA4404,对烟草叶片进行遗传转化,经卡那霉素筛选,获得正确的Cu/Zn-SOD的cDNA编码区,构建了转基因载体,并成功地获得2株转基因烟草;经PCR、Southern blotting和SOD酶活性等检测,证明Cu/Zn-SOD基因已经整合到烟草的基因组并表达。本试验结果为转基因棉花的进一步研究奠定了基础。

不同陆地棉品种对苗期淹水的生理响应

为了探索不同陆地棉品种苗期对淹水的反应是否存在差别，试验选用5个陆地棉品种，淹水18d，分析了叶片可溶性糖、可溶性蛋白，超氧化物歧化酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的变化规律。结果表明，陆地棉中可溶性糖量变化表现2种趋势，一是在淹水0～6d内快速升高并在维持较高水平，二是在淹水6d后才开始迅速升高：所有品种的可溶性蛋白均表现波动性升降，不同品种波动幅度不同；酶活性数据表明，淹水后超氧化物歧化酶活性快速升高并维持高活性，品种不同时间不同；多酚氧化酶早期略下降，但后期具有较高活性，不同品种下降和升高时间不同：过氧化物酶淹水后早期酶活性迅速升高，但后期普遍酶活性很低。陆地棉苗期淹水时可溶性糖、超氧化物歧化酶和多酚氧化酶可能起着主要调节作用，可溶性蛋白和过氧化物酶可能在淹水逆境过程中起次要修复作用。综合几个生理指标的动态变化，陆地棉最佳淹水排涝时间为0～6d。

早熟棉花新材料叶绿素含量的变化规律

选用生产上推广的早熟棉花新品种中棉所50、中棉所64为对照,研究了早熟棉花新材料不同生育时间叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素a+b含量和叶绿素a/b值的变化规律。结果表明,在整个棉花生育期,不同材料的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素a+b含量和叶绿素a/b值的变化规律相似。叶绿素a含量表现为现蕾期最高,从现蕾期到开花期下降,并降到最低,然后又上升,在花铃期达到高峰,然后下降;叶绿素b含量和叶绿素a+b含量表现为整个棉花生育期呈现单峰曲线,但是不同材料有差异;叶绿素a/b值的变化规律为现蕾期最高,然后下降,开花期和结铃期先是维持较低的水平,然后升高。

耐旱耐盐棉花种子萌发的影响因子分析初报

为了明确耐旱、耐盐和敏旱敏盐棉花品种播前影响种子萌发的因子,以耐旱、耐盐和敏旱敏盐3种不同类型棉花品种为材料,研究温度、浸种时间,光照对种子萌发的影响,探讨在相同的浸种温度和时间处理中,不同类型棉种是否存在种子吸水率、发芽势的差异。结果表明:棉花纸间最佳发芽温度为29℃。3种类型的品种都是浸种前期6 h吸水快,后期慢,在浸种22 h达到吸水饱和;中H 177、中9835和中S 9612的种子吸水率分别在64%、73%和75%时,种子达到最高发芽势分别为96%、92.5%和88%。不同类型品种种子发芽势最高时种子吸水率存在较大差异,同期种子吸水率表现为耐盐品种>敏旱敏盐品种>耐旱品种,2种处理温度显示,相同吸水时间内同一品种29℃吸水率>20℃吸水率。3个品种比较,耐旱品种吸水率低,发芽势高,耐盐品种吸水率最高,发芽势低;3类品种均在达到饱和吸水率前发芽势最高,饱和吸水后继续浸种种子发芽势下降。不同品种对光照敏感性存在差异,光照能提高种子发芽势。结论:棉花种子萌发最佳温度为29℃;耐旱品种中H 177 29℃浸种18 h吸水率64%时达到发芽势最高,敏旱敏盐品种中S 9612和耐盐品种中9835均在29℃浸种20 h吸水率分别为75%、73%时达到发芽势最高。光照能提高棉花种子的发芽势。

陆地棉与海岛棉几种生理生化指标差异的研究

以6个陆地棉材料、4个海岛棉材料为供试材料,测定了棉花整个发育进程中可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸含量,分析了陆地棉、海岛棉发育进程中可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸含量的变化差异。结果表明,陆地棉和海岛棉比较,可溶性蛋白质、可溶性糖含量有相似的变化规律,但其绝对含量有差异;脯氨酸含量陆地棉和海岛棉有不同的变化规律。推测陆地棉、海岛棉的可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸可能有不同的生理生化调控机制。

陆地棉与海岛棉抗氧保护酶差异的比较

选用7份陆地棉、4份海岛棉为试材,比较了陆地棉和海岛棉不同发育阶段的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性的变化差异性。结果表明,海岛棉和陆地棉的SOD有不同的变化规律;评价SOD关键时期是花铃期以后。陆地棉的CAT活性不同材料有不同规律,评价关键期和材料直接相关;4份海岛棉材料的CAT有一致的变化规律,均在7月20日出现高峰,建议评价关键期为始花期;海岛棉和陆地棉的POD活性表现略有差异,评价陆地棉和海岛棉关键期为吐絮期。通过对抗氧保护酶活性的研究从而为海岛棉改良陆地棉提供参考。

海岛棉抗氧保护酶活性的变化规律

选用生产上推广的4份海岛棉为材料,研究了不同生育期的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸氧化酶(AAO)和多酚氧化酶(PPO)活性的变化规律。结果表明,供试的5种酶各有自身的变化规律,也各有其评价的关键时期。

陆地棉种子萌发耐盐性的快速评价

试验以1组4个耐盐性不同的棉花品种的种子为材料,采用滤纸卷直立发芽法,以种子发芽率、胚根长为耐盐性指标,探讨判断新品种百棉1号、百棉2号耐盐性的可能性。结果表明:耐盐品种表现在不同浓度NaCl处理下均具有较高的发芽率,而敏盐品种在不同浓度NaCl胁迫下有较大的差异;在低于0.8%的NaCl浓度时,棉花种子发芽受到的胁迫耐盐与敏盐品种无显著性差异。1.0%、1.2%NaCl浓度对不同棉花材料的种子发芽率、胚根的长度影响有显著性差异,而且耐盐品种与敏盐品种表现不同的特征。耐盐品种在1.0%、1.2%的NaCl处理下种子发芽率、胚根的长度都表现较高,为耐盐;在NaCl1.0%时表现高发芽率,而1.2%时下降至敏盐品种水平,为抗旱品种。依此判定百棉1号、百棉2号为敏盐品种,有待进一步改良。