多年生黑麦草的防御机制对模拟酸雨和镉复合胁迫的响应

为深入探讨酸雨和重金属镉复合污染土壤的植物修复原理,通过对不同酸雨和镉复合胁迫处理下多年生黑麦草种子萌发和幼苗生理生化分析,探究模拟酸雨和镉胁迫对多年生黑麦草种子发芽率、发芽势、幼苗生物量、叶绿素含量、丙二醛含量和相对电导率的影响。结果表明,低浓度的酸雨和镉复合胁迫(p H值6.0+Cd 0.5 mg·L^(-1))促进了多年生黑麦草种子的萌发和幼苗叶片叶绿素的合成;而高浓度的酸雨和镉复合胁迫(p H值3.0+Cd 40 mg·L^(-1))显著抑制了多年生黑麦草种子的萌发和植株的生长,明显降低了多年生黑麦草幼苗生物量和叶绿素含量,表现出一定的“低促高抑”现象。多年生黑麦草幼苗叶片的过氧化物酶活性随复合胁迫的加剧而明显降低,而丙二醛含量和相对电导率却随复合胁迫的加剧而显著增加。试验结果可为酸雨和重金属污染土壤的植物修复提供一定的参考依据。

多年生黑麦草VQ家族基因的鉴定及分析

VQ(Valine-glutamine)是植物特有的一类蛋白,在植物生长发育及抵御生物与非生物胁迫中发挥着重要作用,但在多年生黑麦草(Lolium perenne L.)中鲜有VQ基因的相关研究报道。本研究利用生物信息学方法在多年生黑麦草基因组中鉴定了52个LpVQ基因,其不均匀地分布于7条染色体上。亚细胞定位结果显示,LpVQ蛋白主要定位于细胞核,仅LpVQ45定位于细胞膜。系统进化分析表明,LpVQ基因被分为7个亚家族,与拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)只存在4对直系同源基因。基因结构分析结果表明,46个LpVQ基因无内含子。荧光定量PCR分析结果显示,从各亚家族中随机选取的21个LpVQ基因不同程度地响应黑暗、高温及盐胁迫,且在胁迫早期快速响应。

多年生黑麦草LpPIL15-like基因转录模式及耐逆功能分析

光敏色素互作因子(Phytochrome-interacting factors,PIFs)属于bHLH家族成员,在植物光信号传导、光形态建成和抗逆性等方面发挥重要作用。本研究基于已发表的多年生黑麦草转录组数据,克隆了逆境响应差异表达PIF基因LpPIL15-like,并初步分析其基因特征、转录模式及耐逆功能。LpPIL15-like基因具有5个外显子,编码区全长为1671 bp,编码556个氨基酸,与硬直黑麦草LrPIL15-like基因亲缘关系最近。LpPIL15-like蛋白具有典型的bHLH结构域及APB和APA功能域,定位于细胞核。LpPIL15-like启动子中含有ABRE、CGTCA-motif和G-box等激素、逆境和光响应顺式作用元件。定量分析表明,LpPIL15-like在伸展叶中表达量最高,在茎、根和叶鞘中表达量较低。此外,LpPIL15-like基因的表达受昼夜节律调控,在光照条件下的表达量显著高于黑暗条件。PEG、NaCl、CdCl2、高温胁迫以及6-BA、ABA等激素处理0.5、2、6、12、24 h显著增强了叶片中LpPIL15-like基因表达,而逆境胁迫和激素处理0.5、2、6、12 h均显著抑制了LpPIL15-like基因在根中的表达。异源过量表达LpPIL15-like基因显著提高了酵母的耐盐、高温和干旱的能力。综上,LpPIL15-like的转录受昼夜节律、非生物逆境和植物激素调控,可作为黑麦草耐逆遗传改良的候选基因。

棘孢木霉152-42诱导多年生黑麦草抗褐斑病的机理初探

为探究棘孢木霉(Trichoderma asperellum)诱导多年生黑麦草(Lolium perenne L.)抗褐斑病的机理,本研究以多年生黑麦草为材料,通过棘孢木霉和玉蜀黍丝核菌(Rhizoctonia zeae)平板对抗、盆栽多年生黑麦草木霉灌根诱导后接种玉蜀黍丝核菌,检测棘孢木霉菌株152-42对玉蜀黍丝核菌引起的褐斑病的防治效果,分析其防病机理。结果表明:共培养7 d时棘孢木霉152-42对玉蜀黍丝核菌的抑制率达到100%;棘孢木霉152-42显著降低了盆栽多年生黑麦草褐斑病的发病率;相较于未经木霉诱导的染病叶片,木霉诱导处理的染病叶片超氧化物歧化酶活性显著升高,丙二醛含量显著降低,抗病相关基因PR-1和PR-5的表达量显著提高。因此,棘孢木霉152-42不仅能显著抑制玉蜀黍丝核菌生长,而且可以诱导多年生黑麦草通过提高抗病相关酶活性,调控抗病相关基因的表达等提高抗病性,是一种极具开发潜力的草坪病害生防真菌。

大狼毒不同部位浸提液对多年生黑麦草幼苗生长的化感效应及生理机制

为探讨有毒植物大狼毒(Euphorbia jolkinii)对优良牧草种子萌发及幼苗生长的化感效应,并从生理学层面揭示其作用机制,本试验以优良牧草多年生黑麦草(Lolium perenne)为受体材料,采用培养皿滤纸法和穴盘培养法,开展大狼毒浸提液对多年生黑麦草种子萌发、幼苗生长、生理及内源激素含量影响的研究,结果表明:大狼毒根、茎叶浸提液对多年生黑麦草种子萌发和幼苗生长均产生明显的化感抑制作用(P<0.05),抑制效果存在部位差异和“浓度效应”,具体表现为根浸提液抑制强度大于茎叶浸提液,高浓度浸提液抑制强度大于低浓度浸提液。在大狼毒根、茎叶浸提液的化感作用下,多年生黑麦草幼苗MDA含量升高,抗氧化酶SOD和CAT活性增强,内源激素ABA含量升高,GA,IAA,ZT,JA,SA含量下降,多年生黑麦草幼苗的生长受到显著抑制(P<0.05)。

tRNA-sgRNA/Cas9系统介导多年生黑麦草原生质体的基因编辑

tRNA可以将多个sgRNAs连接起来合并成一个多顺反子基因,再与CRISPR/Cas9表达载体结合形成多顺反子tRNA-sgRNA/Cas9(PTG/Cas9)系统来对多靶点进行基因编辑。该系统已经在水稻中验证其可促进sgRNAs的转录和提高多靶点的编辑效率。因此,为了在多年生黑麦草中实现高效的基因编辑,本研究中,构建了2个带有tRNA的CRISPR中间载体,并提供了一种快速、灵活的PTG/Cas9载体构建方法。为了快速验证PTG/Cas9系统是否可以在多年生黑麦草基因组中发挥功能,用聚乙二醇4000(PEG 4000)介导PTG/Cas9质粒转化多年生黑麦草原生质体,后提取原生质体DNA扩增目的序列检测是否有目标基因被编辑的细胞。试验结果显示,PTG/Cas9系统可用于多年生黑麦草基因编辑,且基因编辑效率约为6.7%。试验结果为多年生黑麦草遗传研究和育种提供了重要的基础。

红蓝光光强对多年生黑麦草生长产量与品质的影响

设施牧草生产是解决牧草产能不足的有效途径,为了探明人工光植物工厂中多年生黑麦草(Lolium perenne)生产的适宜光强,研究了LED红蓝光光强[150、250、350、450、550μmol·(m^(2)·s)^(-1)]对多年生黑麦草产量及叶绿素、可溶性糖和氨基酸含量等品质特性的影响。结果表明,光强对黑麦草的产量影响较大,随着光强增大,产量提升。光强影响了叶绿素b含量和总叶绿素含量。第2次刈割时光强与可溶性糖、氨基酸和半胱氨酸含量以及DPPH自由基清除率呈极显著或显著正相关关系(P <0.05)。两次刈割中450μmol·(m^(2)·s)^(-1)光强下单株分蘖数分别为7.6和9.4,可溶性糖含量分别为13.29和8.85 mg·g^(-1),氨基酸含量为15.65和19.48 mg·g^(-1),DPPH自由基清除率分别为31.47%和24.37%。研究结果表明,LED红蓝光下高效栽培黑麦草是可行的,在红蓝比4:1条件下光强450μmol·(m^(2)·s)^(-1)较为适宜,可获得较高产量和品质。

丛枝菌根真菌与褪黑素对多年生黑麦草耐热性的影响

高温胁迫是限制冷季型草生长发育的主要因素。为探究单独接种丛枝菌根真菌(AMF)和外源褪黑素以及联合应用对多年生黑麦草生长和耐热性的影响,采用盆栽试验测试分析高温胁迫下丛枝菌根真菌和外源褪黑素处理对多年生黑麦草的生长,内源褪黑素含量及其合成基因的表达,抗氧化能力和渗透调节物质含量的影响。结果表明,高温胁迫明显抑制多年生黑麦草的生长,而外源褪黑素处理提高了AMF在多年生黑麦草根系中的定殖率。接种AMF和/或褪黑素处理均能促进高温胁迫下多年生黑麦草的生长,增加多年生黑麦草根系内源褪黑素含量和上调褪黑素合成基因的表达,降低相对电导率(EL)、丙二醛(MDA)含量和多酚氧化酶(PPO)活性,同时提高根系抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性,以及类黄酮、脯氨酸、总酚、可溶性糖和甜菜碱的含量。其中接种AMF和褪黑素联合应用对提高多年生黑麦草耐热性效果最佳。总的来说,AMF接种和褪黑素处理可上调多年生黑麦草根系褪黑素合成基因表达,提高内源褪黑素含量,增强抗氧化酶活性,降低氧化损伤,同时提高渗透调节能力以增强多年生黑麦草的耐热性。

水杨酸浸种对铝胁迫下多年生黑麦草种子萌发的影响

【目的】探讨水杨酸浸种对不同浓度铝胁迫处理下多年生黑麦草种子萌发的影响。【方法】以多年生黑麦草(Lolium perenne)品种冬牧70(Secale Cerale)种子为试验材料,并将材料分为2组,一组为无水杨酸浸种组,另一组用0.5 mmol/L水杨酸(salicylic acid,SA)浸种。用7个AlCl_(3)浓度(0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mmol/L)处理液对2组黑麦草种子进行处理。【结果】1)无水杨酸浸种组种子发芽势、发芽率并未受到各浓度铝胁迫显著影响。当AlCl_(3)处理浓度达到10.0 mmol/L时,0.5 mmo/L水杨酸浸种组种子发芽势及发芽率显著被抑制。2)2组种子的芽长和根长均随着AlCl_(3)处理浓度的升高而显著降低;3)随着铝胁迫浓度的增加,无水杨酸浸种组多年生黑麦草种子SOD、CAT、POD活性均受到抑制;0.5 mmo/L水杨酸浸种多年生黑麦草种子在铝胁迫下的POD活性增强,但SOD和CAT活性未增强。【结论】水杨酸能够增强铝胁迫下多年生黑麦草抗氧化系统POD活性,但对促进种子萌发不明显。

微生物肥料与化肥减量配施对多年生黑麦草生长的影响

为了解微生物肥料、化肥减量配施对多年生黑麦草生长的影响,以及二者在黑麦草的最佳施用比,文章通过盆栽试验,用不同剂量的微生物肥料配施,检测其对多年生黑麦草农艺性状、营养品质等方面的影响.其结果表明,使用75%化肥配施80千克/公顷的微生物肥料,可使多年生黑麦草株高、交叉数等高于对照组,同时,75%化肥配施120千克/公顷的微生物肥料,其地上生物量、总根表面积、根尖数等也远高于对照组,且差异十分显著.由此可见,微生物配料与化肥减量配施直接影响着多年生黑麦草的生长效果.

多年生黑麦草抗旱性主成分及隶属函数分析

在日光温室PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,通过测定6个多年生黑麦草(Lolium perenne L.)品种的相对含水量(RWS)、细胞质外渗率(RPP)、游离脯氨酸(Pro)、叶绿素(Chl)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量等7个理化指标,利用主成分及隶属函数分析法对其抗旱性进行综合评价。结果表明:7个差异显著的抗旱指标应用主成分分析归纳成3个主成分,通过综合隶属函数值评定的抗旱性强弱顺序为:欧必克>多福>努依>卓越>凤凰>雅晴。

添加糖蜜对青稞秸秆和多年生黑麦草混合青贮发酵品质及营养价值的影响

试验在青稞秸秆与多年生黑麦草以6∶4混合的基础上,添加3%,4%和5%的糖蜜,旨在进一步改善混合青贮发酵品质和营养价值,为西藏地区青稞秸秆青贮利用提供理论依据。结果显示,青贮前14天,糖蜜添加组乳酸含量快速增加,pH值迅速下降。对照组pH值未能降至4.2以下,而糖蜜添加组均在4.0左右,乳酸、水溶性碳水化合物含量和乳酸/乙酸显著高于(P<0.05)对照组,氨态氮/总氮均低于对照组,且添加3%糖蜜已达到优质青贮饲料标准。青贮第60天糖蜜添加组有较高的粗蛋白含量,较低的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量,各组体外降解率均高于青贮材料。综合考虑,在青稞秸秆和黑麦草以6∶4混合的基础上添加3%的糖蜜可获得优质青贮饲料。

多年生黑麦草对Pb、Cd胁迫的响应及富集能力研究

研究了铅(Pb)、镉(Cd)及Pb-Cd复合胁迫对多年生黑麦草生长发育的影响,了解多年生黑麦草修复Pb、Cd污染土壤的潜能,为农田土壤的污染修复工作提供技术支撑和应用借鉴。以人工盆栽的方法,Pb设0,300,500,1000,1500mg/kg 5个处理,Cd设0,0.3,3,10,50,100mg/kg 6个处理,Pb-Cd复合胁迫设Pb_0Cd_0,Pb_(300)Cd_0.3,Pb_(500)Cd_(0.3),Pb_(1000)Cd_(0.3),Pb_(1500)Cd_(0.3),Pb_(300)Cd_(10),Pb_(500)Cd_(10),Pb_(1000)Cd_(10),Pb_(1500)Cd_(109)个处理。测定Pb、Cd单一及复合胁迫下,多年生黑麦草种子发芽势、发芽率、发芽指数、简化活力指数,叶片叶绿素含量,净光合效率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、光合有效辐射(PAR)、光能利用率(LUE),根、茎、叶各器官Pb、Cd含量,并计算各处理富集系数。结果表明,低浓度Pb离子(300,500 mg/kg)对多年生黑麦草种子发芽影响不显著,高浓度Pb离子(1000,1500mg/kg)抑制种子发芽,低浓度Cd离子对种子发芽势及发芽率具有促进作用,Cd离子浓度超过10mg/kg,则表现显著抑制种子发芽;Pb、Cd单一胁迫下,随Pb离子浓度的增加,叶片叶绿素含量呈递增趋势,随Cd离子浓度增加,叶绿素含量呈递减趋势。Pb离子浓度在0~1500mg/kg范围,Cd离子浓度在0~100mg/kg范围,Pb、Cd离子单一胁迫下,净光合效率均表现先降低,后升高的变化趋势,Pb浓度为1000 mg/kg时Pn达到最大值,为21.59μmol CO_2/(m^2·s);Cd浓度为10mg/kg时,Pn达到最大值,为22.67μmol CO_2/(m^2·s);Pb、Cd单一胁迫处理,随Pb、Cd浓度的增加,多年生黑麦草富集系数表现降低趋势。Pb-Cd复合胁迫对种子发芽抑制作用大于Pb、Cd单一元素胁迫;Pb、Cd及Pb-Cd复合胁迫,多年生黑麦草根、茎、叶吸收Pb、Cd离子顺序均为根>叶>茎;多年生黑麦草对Cd离子吸收富集效应较Pb离子更为显著,对轻度Pb、Cd污染土壤修复效果更为明显。

干旱胁迫对6个坪用多年生黑麦草品种抗旱性的影响

研究6个多年生黑麦草(lolium perenne L.)品种在模拟干旱条件下相对含水量、细胞膜相对透性、游离脯氨酸、叶绿素、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶及丙二醛含量等抗性生理生化指标的变化,并对其抗旱性进行综合评价。结果表明,抗旱性强的品种在干旱胁迫(PEG胁迫)下叶片保水力强,叶绿素含量高,游离脯氨酸维持积累时间长且累积量较高,并能保持相对较高的细胞膜完整性。经抗旱性综合评价得出,6个品种抗旱性强弱依次为:爱神特>首相>百舸>顶峰>卡特>球道。

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。

高温干旱胁迫下三个多年生黑麦草品种叶绿体和线粒体超微结构的变化

以多年生黑麦草的3个草坪型品种爱神特、百舸和球道为试验材料,研究了在高温和干旱胁迫下,各品种叶肉细胞叶绿体和线粒体等超微结构的变化情况。结果表明,35℃连续高温胁迫下3个品种的叶绿体均膨大变圆,并向细胞中央靠拢,且叶绿体内部分布有一定数目的脂质球体;PEG-6000(w/v)溶液(浓度为25%)处理的干旱胁迫下以球道的叶绿体结构受干旱胁迫伤害程度较重,出现基粒和被膜轻度破损,片层膨胀分化或溶解消失。高温干旱胁迫下3个品种的线粒体形态变化不甚显著,但其数量均有所增加,且3个品种叶肉细胞线粒体对高温干旱胁迫的耐受性均强于叶绿体。爱神特对高温干旱胁迫处理的耐受性相对较强,球道和百舸的耐热抗旱性较弱,但两者差异不明显。

几种作用因子对多年生黑麦草组织培养影响的研究

以多年生黑麦草成熟种子为外植体进行了愈伤组织诱导和分化的研究。结果表明:dicamba替代2,4 D,蔗糖替代麦芽糖可以显著提高愈伤组织诱导率和植株再生率;在一定的浓度范围内(3～9mg·L-12,4 D)2,4 D浓度的升高可明显提高愈伤组织的诱导率,但同时却降低了分化率;在愈伤诱导培养基中同时使用两种生长激素(2,4 D和NAA)的效果要好于单独使用一种生长激素(2,4 D)的效果;水解酪蛋白、脯氨酸和谷氨酰胺浓度的增加并没有促进植株再生率的升高。

PEG胁迫下3个多年生黑麦草品种抗性生理研究

利用不同浓度PEG-6000溶液对3个多年生黑麦草(Lolium perenneL.)品种进行不同程度的水分胁迫处理,研究不同浓度PEG处理对各品种叶内游离脯氨酸与丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和外渗率等生理性状的影响。结果表明:PEG胁迫处理下品种首相叶片相对含水量均最高,叶片外渗率均最低且MDA含量增幅较小,对渗透胁迫的抗性最强,而品种球道的抗旱性最弱;渗透胁迫下各品种叶内游离脯氨酸累积量都明显增加且在渗透胁迫加重时,品种首相叶内脯氨酸含量急剧上升,对渗透胁迫具有较强抵御能力;5%PEG浓度胁迫初期,各品种叶片SOD活性均有所提高,胁迫加重时SOD活性则呈现不断下降趋势;PEG渗透胁迫导致3个多年生黑麦草品种叶片相对含水量下降、细胞膜透性增大、MDA含量增加、脯氨酸含量上升而SOD活性下降,且3个品种对应指标的变化幅度存在差异。

西藏青稞秸秆与多年生黑麦草混合青贮发酵品质的研究

本研究旨在将青稞秸秆与黑麦草以不同比例混合青贮,评价其发酵品质,筛选出适宜的混合比例。试验设青稞秸秆单独青贮(对照组)、80%青稞秸秆+20%多年生黑麦草混贮(L组)、60%青稞秸秆+40%多年生黑麦草混贮(M组)及40%青稞秸秆+60%多年生黑麦草混贮(H组)4个处理。青贮后第7,14和30天后打开青贮窖,测定青贮饲料发酵品质。结果表明,青稞秸秆与黑麦草混合青贮显著(P<0.05)提高了乳酸和水溶性碳水化合物含量,显著(P<0.05)降低了pH值和干物质含量,M和H组在乳酸产生的同时乙酸含量显著(P<0.05)提高,混贮组氨态氮/总氮略低于对照组(P>0.05),各组均显示较低的丙酸和丁酸含量。从秸秆利用最大化的角度出发,建议以40%黑麦草混合青贮较为适宜。

添加糖蜜和乳酸菌制剂对西藏青稞秸秆和多年生黑麦草混合青贮发酵品质的影响

为探究不同添加剂对青稞秸秆与多年生黑麦草(4∶6)混合青贮发酵品质的影响,试验设对照组(C)、乳酸菌制剂组(LAB)、糖蜜组(M)、乳酸菌制剂+糖蜜组(LAB+M)4个处理,青贮后第7,24和45天打开,测定青贮发酵品质。结果表明,添加乳酸菌制剂加速了青贮早期乳酸发酵进程,但由于底物不足,青贮后期丁酸含量和氨态氮/总氮值有所升高;添加糖蜜补充了发酵底物,促进了乳酸发酵,显著(P<0.05)提高了乳酸含量,降低了pH值(P<0.05),从而有效地抑制了有害微生物的活性,减少了丙酸和丁酸的生成。乳酸菌制剂+糖蜜组与单独添加乳酸菌制剂组相比显著提高了青贮发酵品质,但与单独添加糖蜜组相比差异不显著,表明发酵底物不足是限制青稞秸秆与多年生黑麦草混合青贮发酵品质的主要因素。