草地早熟禾PpSWEET1b基因克隆及功能研究

SWEETs糖转运蛋白是一类在真核生物和原核生物中均存在的促进糖通过细胞膜流动的转运蛋白之一,参与调控植物的生长发育和胁迫响应过程。以草地早熟禾品种蓝月为材料,以叶片cDNA为模板克隆PpSWEET1b基因,采用花序侵染法转化拟南芥,获得了PpSWEET1b拟南芥过表达株系,并研究干旱和低温胁迫对转基因和野生型拟南芥生长、生理及基因表达的影响。结果表明:干旱和低温胁迫下,PpSWEET1b过表达植株生长状态均优于野生型,叶片MDA含量显著低于野生型,但葡萄糖含量较野生型显著增加,抗旱性和抗寒性明显增强;PpSWEET1b过表达植株可能协同SWEET2和SWEET3共同参与了对低温的响应。此外,以叶片DNA为模板克隆了PpSWEET1b基因的启动子序列,顺式作用元件预测发现,其含有多个与胁迫和激素响应、光响应相关的元件。综合以上结果表明,草地早熟禾PpSWEET1b基因在耐旱和耐寒方面发挥着重要作用,可为草坪草抵抗非生物胁迫生物育种提供新的优异基因资源。

中国退耕还草的土壤碳固持效应及影响因素

基于检索1950-2016年发表在中国知网、Google Scholar、Web of Science等数据库的文章,筛选出关于我国退耕还草工程与土壤有机碳的文献123篇(126个研究地点)。基于筛选文献,提取了农田和恢复草地的土壤有机碳含量、土壤有效养分含量、恢复时间和气候等数据735条,旨在探究我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响及其主导因素。结果表明:1)农田恢复为草地后,土壤有机碳含量呈先下降后上升趋势(时间拐点约为第6年),整体上退耕还草工程使土壤有机碳含量提高了19.8%。2)土壤有机碳的正响应随土壤深度增加而减弱,且深度超过1 m时其正响应不明显。3)土壤有效氮是影响土壤有机碳恢复的主要因素,而土壤有效磷和植物功能群对其影响不大。4)沿着增加的水分梯度,土壤有机碳的恢复效果由负变正,转变阈值为25.15 (干旱指数)。总体而言,我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响为正效应,此效应受环境梯度和恢复时间的共同影响。本研究能够为我国土地利用变化背景下土壤碳库管理的相关决策提供科学依据。

野牛草碳氮磷密度分配特征

为探究不同野牛草(Buchloe dactyloides)种质资源在同一种植条件下生物量和碳(Carbon, C)、氮(Nitrogen, N)、磷(Phosphorus, P)元素的分配规律,本研究以40份野牛草种质资源为研究对象,通过分析种植一年的野牛草的生物量和C,N,P含量及密度特征,发现地上生物量和C密度均是地下的两倍左右,地上N,P密度略小于地下部分,这说明野牛草N,P养分优先供应给根系,生物量和C养分优先分配给地上部分。通过因子分析将野牛草C,N,P密度及比值等18个指标浓缩成4个因子,聚类分析将野牛草种质资源分为5类,C,N,P密度及比值特征相近、地理种源相近的种质资源大多被分在同一组,其中HC-16,5-1B,71-10A,7-1C,A,8-1A,53-2A,63-5B,26-3A这9个种质资源在种植条件一致的情况下表现良好,均具有较高的C,N,P含量及较大的生物量,抗逆性较好,适宜应用于多种生境环境推广种植。

混合草坪加强技术对足球场草坪质量和安全性能的影响研究

加强型混合草坪是目前提高足球场草坪质量和使用强度最有效的草坪建植技术之一。加强型混合草坪分为3种类型:纤维加强式混合草坪、草垫式混合草坪和植丝式混合草坪。本研究以天然草坪为对照(CK),将纤维加强式混合草坪(沙+0.4%椰丝)、草垫式混合草坪和植丝式混合草坪作为试验处理,研究3种加强型混合草坪在长期持续中度践踏的条件下对草坪的表观质量、运动质量和安全性能的影响。结果表明:3种加强型混合草坪对草坪表观质量和运动性能均具有不同程度的提升效果,且能够有效减缓持续中度践踏条件下草坪表观质量和运动质量的衰退。其中,植丝式混合草坪在草坪盖度、草坪转动摩擦和反弹性能方面的效果更佳,纤维加强式混合草坪在草坪归一化差异植被指数、草坪密度、草坪表面硬度和头部损伤风险评估方面效果更佳,草垫式混合草坪在草坪密度、转动摩擦和反弹性能方面也具有一定积极作用,但效果不够显著和稳定。因此,3种加强型混合草坪是在保证草坪安全性能符合相关国际标准和要求的前提下,有效提升和稳定草坪表观质量和运动质量的有效方案。

野牛草种质资源种子生物学特性及萌发特性研究

为探究野牛草(Buchloe dactyloides)种质的变异规律和遗传多样性,筛选优良种质资源,本研究选取50份野牛草种质资源的种子,对其形态特征、质量特征以及萌发特性等不同方面进行研究。结果表明:野牛草种子的生物学性状在不同种质资源间均存在显著性差异(P<0.05),具有丰富的遗传变异和改良潜力。种子各生物学性状之间存在一定的相关性;基于不同性状指标进行聚类50份种质分为3大类群,依此可以筛选出7份性状表现优良的种质材料。当年采收的野牛草各种质资源的种子均具有较高生活力,但在自然条件下其平均出苗率小于10%,存在明显休眠现象。剥除颖苞结构是打破野牛草种子休眠的前提,但去除颖苞的颖果仍需引发剂处理才能大幅度促进种子萌发,其中以去除颖苞结构结合GA_(3)溶液浸种的引发效果最好,且以2000 mg·L^(-1)浓度为最佳,野牛草种子的休眠基本可以完全解除。

野牛草属植物新品种DUS测试指南研制

野牛草(Buchloe dactyloides)是原产于北美草原的多年生暖季型牧草,自引种至我国后一直广泛栽植于我国西北及华北地区,其种属资源丰富,育种潜力巨大,但国际植物新品种保护联盟(International Union for the Protection of New Varieties of Plants,UPOV)及我国均无野牛草特异性、一致性和稳定性(Distinctness,uniformity,stability,DUS)测试指南。为了合理利用与保护野牛草种质资源,本研究依据UPOV以及我国相关文件规定标准,经过连续多年对8个进口商业品种、7个自主培育新品种、41个多年稳定品系共56份野牛草种质资源性状进行观测,系统性研究了野牛草表型性状的分布特点,确定了28个测试性状,包括雄花长度、种包千粒重等24个必测性状和枯黄期等4个辅助测试性状的判定标准,并在此基础上研制适应我国野牛草的DUS测试指南内容。本指南为我国野牛草性状测试、新品种的授权提供了测试技术的支撑,对今后野牛草新品种选育具有重大意义。

野牛草叶片活性氧及其清除系统对水分胁迫的响应

逆境条件下活性氧产生及其清除效率是衡量植物抗性的重要指标,而活性氧对植物组织的氧化伤害和抗氧化酶活性常因材料的遗传或生理差异性而发生变化。以同一基因型的野牛草(Buchloe dactyloides(Nutt.)Engelm'texoka')克隆分株叶片为材料,采用Hoagland营养液培养,研究了10%、20%和30%PEG-6000模拟干旱胁迫下,野牛草叶片活性氧的产生、脂质过氧化和抗氧化酶活性变化规律。结果表明:随着PEG-6000浓度的增加及胁迫时间的延长,超氧阴离子(O2-.)的产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量均显著增加;超氧化物歧化酶(SOD EC1.15.1.1)、愈创木酚过氧化物酶(G-POD EC1.11.1.7)和过氧化氢酶(CATEC1.11.1.6)活性呈先上升后下降的变化趋势;SOD、G-POD与CAT活性达到峰值的时间随PEG-6000浓度的增加而提前。认为水分胁迫下,抗氧化酶可有效清除活性氧自由基,但随胁迫时间的延长,抗氧化酶活性受到抑制。

Cd^(2+)胁迫对银芽柳PSⅡ叶绿素荧光光响应曲线的影响

以盆栽银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,研究了Cd2+胁迫下叶片叶绿素荧光参数的变化及其光响应曲线。结果表明,初始荧光Fo与最大荧光Fm随着Cd2+浓度的增大而呈现先升后降的趋势,Fo与Fm在200 mg/LCd2+处理4周时达到最高值,400 mg/LCd2+处理则显著下降;PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)与PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)显著受Cd2+胁迫抑制,但随Cd2+浓度的增加呈先降后升的变化趋势。Cd2+胁迫下各叶绿素荧光参数的光响应结果表明,PSⅡ实际光量子效率Y(Ⅱ)、荧光淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势,而同光强下高浓度Cd2+使Y(Ⅱ)与(qP)显著降低;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额Y(NPQ)、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光强增加呈上升趋势,同光强下高浓度Cd2+处理显著提高Y(NPQ)、qN与ETR。Cd2+胁迫下,PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额Y(NO)稳定在较低水平,同光强下Y(NO)随Cd2+浓度增加略有提高。说明,银芽柳通过调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,对Cd2+胁迫表现出较强的耐性,高浓度Cd2+胁迫导致PSⅡ反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制。

光暗周期对野牛草生长及生理影响

为了探索野牛草(Buchloe datyloides)生长最适光周期,本研究选取两个野牛草品种‘Sundancer’和‘Texoka’,设置3个不同光周期处理,光照/黑暗分别为12 h/12 h、16 h/8 h、22 h/2 h。对株高、地上生物量、匍匐茎数量、叶茎形态学及生理指标测定分析,结果表明:1)光照时间的延长对野牛草株高、地上生物量积累和匍匐茎数量均有促进作用,且在光照/黑暗为22 h/2 h处理下促进效果最明显。2)形态学上,光照/黑暗为22 h/2 h处理下叶片较宽且维管束密度大,茎杆叶鞘较其他处理更为紧密。3)延长光照时间有利于野牛草可溶性糖和淀粉等光合产物的积累,三者在光照/黑暗为22 h/2 h处理下积累量显著高于其他处理(P <0.05)。根据上述结果并结合隶属函数法综合分析,结果表明,光照/黑暗为22 h/2 h处理更有利于野牛草的营养生长。研究结果对于阐明野牛草对光周期的反应机理、加速新品种培育提供理论参考。

3种柳树叶片PSⅡ叶绿素荧光参数对Cd^2＋胁迫的光响应

以盆栽垂柳、苏柳‘J172’及银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,测定了Cd2+胁迫下柳树叶片叶绿素荧光淬灭特性及各荧光参数的光响应曲线。结果表明,Cd2+胁迫下柳树叶片初始荧光(F0)与最大荧光(Fm)均显著增大,200mg/LCd2+处理2周时,F0与Fm均达到峰值。并分析了200mg/LCd2+胁迫下各柳树叶片叶绿素荧光参数的光响应,结果显示:PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光量子效率(PSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势;同光强作用下,受Cd2+胁迫的3种柳树叶片PSⅡ与qP均显著降低,但柳树种间存在显著差异;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额YNPQ、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光化光强度增加呈上升趋势;同光强作用下,Cd2+胁迫使YNPQ、qN与ETR显著提高;Cd2+胁迫下,柳树叶片PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额YNO随光强的增加无明显变化,均稳定在较低水平,但显著高于对照。推断柳树通过增加非光化学淬灭形式耗散过剩能量或提高光化学转化与光能利用效率,调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,表现出对Cd2+胁迫的耐性。

异质水分环境下野牛草相连分株间光合同化物的生理整合及其调控

异质环境下,克隆植物通过生理整合机制使资源在分株间实现共享,提高了其对异质性环境的适应能力,具有重要的生态进化意义,研究生理整合机制及其调控机理可为进一步发掘克隆植物应用潜力提供理论依据。以野牛草3个相连分株为材料,对其中一个分株用30%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫,通过Hoagland营养液培养试验,研究了异质水分环境下光合同化物在野牛草相连分株间的生理整合及分株叶片与根系内源激素ABA与IAA含量的变化规律。结果表明,14C-光合同化物在克隆片断内存在双向运输,但以向顶运输为主,异质水分环境下,受胁迫分株光合同化物的输出率明显降低,而与其相邻分株合成的光合同化物向受胁迫分株方向运输率明显增加;异质水分环境下,各分株ABA含量均明显增加,但以受胁迫的分株叶片及根系ABA的含量增加幅度最大,各分株IAA含量较对照均显著下降(P<0.05),且以受胁迫分株IAA含量下降幅度最大;各分株叶片与根系ABA/IAA均显著提高(P<0.05),相邻分株ABA/IAA增加幅度低于受胁迫分株。异质水分环境影响野牛草克隆分株间光合同化物的生理整合,且ABA与IAA在分株间光合同化物运输与分配过程中具有重要的调节作用。

中华结缕草种子解除休眠方法研究

针对中华结缕草深休眠的特性,研究了不同物理、化学等处理方法对中华结缕草解除休眠的作用。结果表明:以700mL·L-1乙醇浸泡3min后,在300g·L-1NaOH溶液中处理20min,再用200mg·L-1GA3浸泡10min效果最好,7d发芽势达89 9%,比对照高出51 9%;16d发芽率达91 0%,比对照高出51 8%,已接近中华结缕草种子的潜在发芽率,发芽历时比对照缩短12d。

基于Logistic与Gompertz非线性模型的野牛草克隆生长模拟与分析

【目的】揭示野牛草克隆生长规律,建立理想的克隆生长模型,为进一步开发克隆植物的利用价值、选育优良品种提供参考。【方法】运用Logistic和Gompertz两种非线性生长模型,分别对同质及异质环境下各同质小生境内野牛草克隆分株增殖数据进行曲线拟合和分析。【结果】两种模型均能模拟野牛草的生长曲线,但Logistic生长模型拟合优度更高,与实测值也更接近;进一步分析Logistic模型拟合参数发现,不同生境下野牛草克隆片段的分株增殖拐点时期集中在12.95—14.00周,但拐点分株增殖量存在显著差异;与同质环境相比,资源的异质性分布有利于野牛草克隆分株增殖。【结论】野牛草克隆生长符合Logistics模型,环境的异质性与分株增殖速率密切相关,而与分株增殖的拐点时间无显著相关;认为异质生境下相连克隆片段及分株间的生理整合,可有效提高资源的利用效率。

中华结缕草成熟胚再生影响因素研究

以中华结缕草(Zoysia sinica Hance)成熟胚为外植体,研究了培养基、水解酪蛋白(CH)、水解乳蛋白(LH)、植物生长调节剂等对愈伤组织诱导及其生长的影响,以及不同继代周期对愈伤组织分化及植株再生的影响。结果表明:2,4-D是影响愈伤组织诱导的关键因素;MS无机成分及有机成分含量对愈伤组织生长影响不显著,附加CH 500mg/L利于愈伤组织生长;继代培养次数直接影响胚性愈伤组织的诱导及植株再生;不经继代培养转入分化培养基的愈伤组织植株再生率最高达34.2%,随继代次数的增加,再生率明显下降,继代培养3次的愈伤组织再生率低于10%。

野牛草成熟胚植株再生及其影响因素研究

以野牛草Buchloe dactyloides成熟胚为外植体,对外植体灭菌方式及影响成熟胚再生的因素进行了研究.结果表明:70%酒精处理60 s,75% NaClO溶液(原溶液含有效氯为7%～10%)处理30 min,污染率最低为0.59%.6-BA 0.1 mg/L,2,4-D浓度增至3 mg/L时,愈伤组织诱导率达最高,为80.27%,但愈伤组织结构疏松、呈水渍状.附加5 mg/L硝酸银(AgNO3)或硫代硫酸银(STS)时,愈伤组织诱导率略有降低,愈伤组织结构紧密且表面有颗粒状突起,当AgNO3或 STS浓度为10 mg/L以上时,均不利于愈伤组织的诱导.愈伤组织继代培养过程中,3/4倍MS大量元素用量、聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 200 mg/L、维生素C(Vc )200 mg/L及水解酪蛋白(CH) 1 000 mg/L可减轻愈伤组织褐化程度.不同诱导培养基所获得的愈伤组织与其植株再生能力有关,以不加任何植物生长调节剂的MS培养基(MS0)为分化培养基,仅在附加STS的诱导培养基中所得的愈伤组织能够形成再生植株,再生率为10%.

外源多胺对野牛草成熟胚愈伤组织内源多胺与乙烯合成影响

以野牛草成熟胚诱导的愈伤组织为材料,研究了外源多胺对愈伤组织褐化的影响及愈伤组织不同生长时期内源多胺和乙烯合成代谢规律。结果表明,精胺(Spm)3 mg/L和亚精胺(Spd)3 mg/L在不同程度上改善了愈伤组织生长质量,愈伤组织开始褐化的时间明显延迟。外源多胺对愈伤组织内源多胺与乙烯合成的影响在不同生长时期差异明显,继代培养10 d,外源多胺促使愈伤组织内源多胺含量增加,而乙烯释放量保持较低水平;培养至20 d,除Spd促使愈伤组织内源Spm含量增加外,其它处理的内源多胺含量均呈下降趋势;至30 d时,内源多胺含量与乙烯释放量降至最低。因此认为野牛草成熟胚的愈伤组织褐化与乙烯和多胺的代谢有关。

NAA和IBA对四倍体刺槐试管苗生根影响及不定根发育过程解剖观察

对四倍体刺槐无性系试管苗不定根的诱导进行了研究。采用 32 析因设计、二次回归正交设计的方法研究了在培养基中添加植物生长调节剂NAA和IBA对试管苗生根的影响 ,通过统计分析选出四倍体宽叶刺槐无性系的最适生根培养基是 1 2MS +IBA 0 4mg·L- 1 +NAA 0 2 5mg·L- 1 +蔗糖 2 % +琼脂 0 6 % ;并对四倍体刺槐无性系试管苗不定根的发育过程进行了解剖观察 ,结果表明试管苗嫩梢无潜伏根原基 ,不定根由诱生根原基发育形成 ,诱生根原基源于髓射线细胞的分裂和分化。

镉胁迫下多年生黑麦草的光合生理响应

以多年生黑麦草为植物材料,对其进行0(CK),5,10,20mg/L的Cd2+处理6d,结果表明,Cd2+处理显著降低了地上部、地下部的生物量;随着处理浓度的升高,Cd在地上部、地下部的含量显著升高,地上部Cd的分布比例显著升高,地下部Cd的分布比例显著降低,多年生黑麦草对Cd具有超量吸收和转运的能力。在处理的0,0.25,1,3,6d,测定5mg/L Cd2+处理的多年生黑麦草叶片的气体交换参数、光合色素含量和叶绿素荧光参数,结果表明,Cd2+处理未导致光合色素含量的变化,气体交换参数和叶绿素荧光参数均受到显著的影响。处理1d内,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci)具有相同的变化趋势,Pn的下降是由气孔因素导致的。Pn在处理3和6d分别较未处理显著下降了24.4%和23.4%,非气孔因素对Pn的降低起到了主要作用。蒸腾速率(Tr)在处理1d较未处理显著上升了74.1%,这有助于Cd向地上部转运。潜在光化学效率(Fv/F0)在处理的0.25,1,3d时分别较未处理显著上升了14.4%,21.0%和14.4%。最大光化学效率(Fv/Fm)在处理0.25,1,3d分别较未处理显著上升了3.1%,3.2%和3.1%。实际光化学效率(ΦPSⅡ)、相对电子传递效率(rETR)和光化学淬灭系数(qP)在处理6d较未处理显著下降了25.3%,25.3%和21.1%,叶片PSⅡ的光化学反应能力显著降低。非光化学淬灭系数(qN)在处理0.25,1d分别较未处理显著下降了15.6%,41.5%,随着处理时间的延长,qN值显著升高,起到了光保护的作用。非调节性能量耗散[Y(NO)]在处理0.25,1d分别较未处理显著上升了30.8%,37.8%,处理3和6d下降至与未处理无显著差异。调节性能量耗散[Y(NPQ)]在处理1d比未处理显著下降了36.9%,在6d时显著上升了17.0%,减轻了光合机构的伤害程度。

爆仗竹组培快繁6-BA与NAA组合浓度配比优化分析

以爆仗竹顶芽与带腋芽的茎段为外植体,采用二次回归正交设计方法研究了爆仗竹组织培养快速繁殖中不定芽增殖系数与继代培养基中6BA和NAA组合及其浓度配比之间的关系。通过对所建模型的解析得出,6BA1.27mgL、NAA0.36mgL时,不定芽增殖系数最高,达4.6。不定芽增殖系数大于4的6BA、NAA浓度的95%置信区间分别为1.14～2.11mgL和0.04～0.53mgL。