番杏LIM基因家族鉴定及TtWLIM1b的克隆与功能分析

【目的】分析番杏[Tetragonia tetragonoides(Pall.) Kuntze]中TtLIM基因家族的序列组成、RNA-seq基因表达和异源表达生物学功能,探究其可能参与调控番杏植株发育和胁迫应答反应的分子机理,为发掘番杏抗逆功能基因及其在作物育种中的应用提供理论基础。【方法】通过前期对番杏[Tetragonia tetragonoides(Pall.) Kuntze]cDNA文库的筛选,获得一个编码番杏LIM基因的全长cDNA,命名为TtWLIM1b,对TtWLIM1b在酵母中进行功能分析。结合番杏全基因组测序信息,从番杏基因组中鉴定出16个TtLIM基因,对这些家族成员的染色体定位、所编码蛋白的理化性质、系统进化以及蛋白的保守模式进行综合的生物信息学分析;构建番杏与拟南芥、水稻和紫花苜蓿的LIM蛋白家族成员的进化树。最后,通过RNA-seq分析TtLIM基因家族成员在番杏不同组织以及在不同胁迫处理后的相对表达量。【结果】异源表达TtWLIM1b能够提高转基因酵母的重金属耐受性及耐热能力;番杏TtLIM家族蛋白成员均含有LIM结构域,而该结构域富含半胱氨酸。因此,TtLIMs也是富含半胱氨酸蛋白(Cysteine rich protein, CRP)的一种。序列分析表明,番杏LIM蛋白成员具有高度的保守性,且其成员的复制扩增较为明显;TtLIM基因家族成员在不同的番杏器官中广泛而有差异地表达。【结论】番杏TtLIMs可能参与调控番杏植株发育和胁迫应答反应。

厚藤ASR基因克隆及功能初步分析

通过对厚藤(Ipomoea pes-caprae(Linn.)Sweet.)cDNA文库的筛选,获得了一个编码厚藤ASR(ABA-stress-ripening)基因的全长cDNA,命名为IpASR。研究结果显示,IpASR编码区全长648 bp,共编码215个氨基酸;蛋白质等电点为5.42,分子量为24.57 k D。通过在酵母中表达,发现IpASR能够提高转基因酵母的耐盐性及抗氧化能力。进一步以厚藤成年植株及幼苗为材料进行实时荧光定量PCR分析,结果表明,IpASR基因在厚藤成年植株各组织中广泛表达;高盐、甘露醇胁迫和ABA处理可诱导该基因在厚藤幼苗中的表达。结合GFP融合蛋白的亚细胞定位和生物信息学分析,发现IpASR蛋白为核蛋白,推测IpASR基因参与了厚藤生长发育的调控,并可响应ABA和非生物胁迫的诱导。

西沙群岛主要岛屿不同植被类型对土壤理化性质的影响

为了解海岛植被恢复过程中植物群落对土壤理化性质的影响,对西沙群岛的永兴岛和东岛上不同植被群落的土壤主要理化性质进行测定。结果表明,随着岛屿植被由藤草经灌木向乔木群落的过渡,土壤含水量由5.9%显著升高至14.2%;土壤微生物生物量碳、生物量氮分别由176.2和41.2 mg kg^-1显著升高至391.5和98.8 mg kg^-1;而pH呈下降趋势。这表明随着植被的恢复,海岛土壤质量不断提高,生态系统渐趋稳定。

三种适生植物对热带珊瑚岛胁迫生境的生理生化响应

为了解热带珊瑚岛对植物生长的影响,对狗牙根(Cynodon dactylon)、大叶相思(Acacia auriculaeformis)和木麻黄(Casuarina equisetifolia)在热带珊瑚岛的生态适应性进行了研究。结果表明,与海南文昌苗木基地的同种植物相比,珊瑚岛胁迫生境下3种植物叶片中的抗氧化酶活性(SOD、CAT和POD)和脯氨酸含量均显著提高(P<0.05);大叶相思和狗牙根的丙二醛含量也极显著提高(P<0.01),但木麻黄则没有显著变化。这表明这些植物可以通过提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量来适应珊瑚岛的胁迫生境。

热带滨海植物红厚壳的抗逆生物学特性

为了解红厚壳(Calophyllum inophyllum)的抗逆特性,对西沙群岛自然生长的红厚壳叶片的形态解剖、生理生态、以及叶片和适生土壤的元素含量进行了研究。结果表明,红厚壳是阳生性植物,其上表皮厚,海绵组织发达且栅栏组织排列紧密,气孔排列松散且密度小(24.40 mm-2,有利于叶片保水抵御干旱。叶片的叶绿素a、b含量低(分别为0.87和0.43 mg g^-1,表明红厚壳具适应强光环境的能力。叶片的MDA含量低(13.46 nmol g^-1,PRO含量高(127.89μg g^-1,SOD活性高(149.42 U g^-1,总抗氧化能力高(388.60 U g^-1,显示红厚壳能通过提高自身的抗氧化能力抵御膜脂过氧化伤害。红厚壳自然生长的珊瑚岛土壤较为贫瘠、营养元素含量低,但红厚壳植株体内具有较高的营养元素含量,表明红厚壳营养元素利用率高,对于贫瘠土壤具有很好的适应能力。因此,红厚壳具有较高的抗氧化胁迫能力和耐受干旱的能力,适宜生长在热带珊瑚岛等土壤贫瘠的生境,可以作为热带珊瑚岛防风固沙和植被恢复的工具种。

厚藤脱水素基因IpDHN启动子IpDHN-Pro的克隆和调控转录活性分析

为了解厚藤(Ipomoea pes-caprae)脱水素基因IpDHN (GenBank登录号:KX426069)启动子的转录活性和对非生物胁迫和植物激素ABA的响应,通过染色体步移法克隆了IpDHN的上游启动子序列IpDHN-Pro,长度为974 bp。构建IpDHN-Pro调控下GUS转基因载体,转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株获得IpDHN-Pro::GUS转基因植株并进行GUS染色,验证IpDHN-Pro启动转录活性以及在氯化钠、甘露醇、ABA处理后拟南芥GUS基因表达变化。结果表明,扩增获得的IpDHN-Pro序列包含多个顺式作用元件,包括1个ABRE、3个Myb转录因子结合位点、富含TC的重复序列以及Skn-1基序等。转基因拟南芥GUS染色及qRT-PCR表明该序列可驱动GUS基因在拟南芥稳定表达,且表达受高盐、渗透压及ABA的诱导。这表明IpDHN-Pro是一个盐旱、ABA诱导的启动子序列,可应用于相关的植物抗逆遗传工程研究。

生物炭对镉铅污染土壤中金银花生理特性及镉铅积累的影响

采用盆栽试验,研究了镉铅污染土壤中添加生物炭对金银花生理特性及其镉铅积累的影响。结果表明:添加2%~16%的生物炭处理可显著增加金银花的净光合速率、叶绿素含量和根系活力,明显降低其SOD活性;添加6%~16%的生物炭时金银花根部与茎部的镉与铅的含量均显著下降;添加2%~16%的生物炭时金银花叶部与花中的镉与铅的含量均显著下降。添加8%以上的生物炭能使金银花花中的镉与铅的含量降低到安全范围。

生物炭改良与栽培香丝草对油菜吸收重金属的影响

为研究生物炭改良与栽培香丝草(Conyza bonariensis)对后茬油菜(Brassica napus)吸收重金属的影响,开展田间试验探索油菜在重金属中度污染耕地上安全栽培的可行性。在污染稻田样地中移栽香丝草幼苗,将收割的香丝草秸杆粉碎后撒在样地中,同时在样地中添加生物炭,样地犁耕后移栽油菜幼苗。结果表明:栽培香丝草与生物炭改良都增加了土壤pH和油菜生物量及产量,减少了油菜吸收铅、镉、铜和镍。要使油菜籽粒的铅与镉含量低于国家标准,单独采用生物炭阻控时,生物炭用量为38400 kg/hm^2,栽培香丝草结合生物炭联合阻控时,生物炭用量为19200 kg/hm^2。因此,栽培香丝草有利于减少生物炭用量,栽培香丝草结合生物炭改良是一种阻控油菜吸收铅和镉的最优方式。

水氮处理对岛礁植物假茉莉生理适应性的影响

为了解假茉莉(Clerodendrum inerme)对热带珊瑚岛礁的生理适应性,采用不同浇水频率和氮素处理,对假茉莉的光合特性及抗逆生理生化特性进行了研究。结果表明,不同浇水频率对于假茉莉生理特性影响较大,而不同氮素处理间的差异不大,说明假茉莉对水分胁迫更加敏感。在低浇水频率下,假茉莉叶绿素a含量和叶绿素a/b最高,且与其他浇水频率间的差异显著,净光合速率、气孔导度、水分利用率均显著高于高浇水频率,而蒸腾速率显著低于高浇水频率,表现出较好的光合同化效率和水分利用效率;中等浇水频率的脯氨酸含量最高,为(5.04±1.21)mg/g,可降低植物体的渗透压,保证干旱胁迫下对水分的吸收。低浇水频率的相对电导率最低,为0.17±0.03,可减少干旱胁迫对细胞膜系统的损伤。因此,假茉莉对干旱、贫瘠的热带珊瑚岛礁生境具有很好的适应能力。

滨豇豆的生态生物学特征

为探究滨豇豆(Vignamarina)的生态生物学特性及其对热带珊瑚岛的适应性,对西沙群岛野生滨豇豆的叶片形态解剖结构、生理特征和营养成分进行了分析。结果表明,滨豇豆具有叶片厚、比叶面积小、栅栏组织发达、气孔密度大、气孔面积指数大等形态特征,对减少蒸腾、保持水分起到重要作用。滨豇豆叶片的SOD活性和脯氨酸(Pro)含量高,丙二醛(MDA)含量低,表明抗氧化能力较强;滨豇豆叶片养分含量适中但其生境土壤养分含量很低,说明其对养分有着良好的吸收利用能力,利于适应贫瘠的环境。因此,滨豇豆具有能够较好地适应珊瑚岛礁高温、干旱、贫瘠生境的形态解剖结构和生理特征,加之其具有良好的固氮和养分利用能力,可作为热带珊瑚岛植被恢复的工具种。

Effects of Biochar on Physiological Characteristics of Lonicera Japonica and Accumulation of Cd and Pb in Cd and Pb Contaminated Soil

A pot experiment was conducted to study the effects of biochar on physiological characteristics and accumulation of Cd and Pb of Lonicera japonica in Cd and Pb contaminated soil.The results showed that adding 2%~16%biochar could significantly increase the net photosynthetic rate,chlorophyll content and root activity of Lonicera japonica,and significantly reduce its SOD activity.When 6%~16%biochar was added,the contents of Cd and Pb in roots and stems of Lonicera japonica decreased significantly;when 2%~16%biochar was added,the contents of Cd and Pb in the leaves and flowers of Lonicera japonica decreased significantly.Adding more than 8%biochar can reduce the content of Cd and Pb in Lonicera japonica to a safe range level.

3种花卉单种或混种对后茬显齿蛇葡萄生长及其重金属含量的影响

以猪屎豆(Crotalaria mucronata)、紫茉莉(Mirabilis jalapa)及青葙(Celosia argentea)这3种花卉为研究对象,在重金属中度污染耕地开展田间试验,研究3种花卉植物单种或混种对后茬作物显齿蛇葡萄(Ampelopsis grossedentata)生长和吸收重金属的影响,探索显齿蛇葡萄在重金属中度污染耕地上安全栽培的可行性。结果表明:猪屎豆、紫茉莉与青葙两两间种和三者混种使土壤铅、镉、铜和镍的DTPA提取态含量显著下降;猪屎豆、紫茉莉与青葙三者混种使后茬作物显齿蛇葡萄的根、茎和叶的生物量显著增加;紫茉莉分别与猪屎豆、青葙间种和三者混种使后茬显齿蛇葡萄的铅和镉含量显著下降,其叶中铅和镉含量均低于国家限量标准;猪屎豆、紫茉莉和青葙两两间种和三者混种使后茬显齿蛇葡萄的镍含量显著下降。鉴于轮种对显齿蛇葡萄的生物量与吸收重金属的影响,建议将猪屎豆、紫茉莉和青葙三者混种模式作为阻控后茬显齿蛇葡萄从污染耕地吸收重金属的优势组合模式。

铺地刺蒴麻的不定芽诱导和植株再生

以铺地刺蒴麻(Triumfetta procumbens)的嫩茎段为外植体,建立铺地刺蒴麻离体培养繁育和再生体系。结果表明,最适合诱导不定芽的培养基是添加0.8 mg·L^-1 BA的MS培养基,平均每个外植体可以诱导出5.2个不定芽。当不定芽在增殖培养基上持续培养80 d后,在不定芽的叶片、叶柄和茎段上能够产生次生不定芽。不定芽在所有的生根培养基上均可生根。铺地刺蒴麻生根苗在生根培养基培育30 d后移栽到蛭石:河沙(体积比=1:1)的基质中,1个月后成活率高达95.3%。