普通烟草PYL基因家族成员鉴定及干旱胁迫下基因表达分析

PYR/PYL/RCAR(PYL)蛋白作为脱落酸(ABA)的直接受体,在ABA信号转导途径中发挥着关键调控作用。为探究PYL基因在烟草中的系统发育和表达模式,本研究利用生物信息学手段在普通烟草品种K326全基因组范围内进行了鉴定分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测了各基因在遭受干旱胁迫0、1、3、6、12、24、36和48 h的基因表达量。结果共鉴定到26个烟草PYL基因,依据系统发育和结构特点可划分为3个亚家族(Ⅰ~Ⅲ),成员数目分别为9、11和6。蛋白理化性质分析结果表明,所有烟草PYL蛋白都呈亲水性,氨基酸长度在173~586 aa之间,相对分子量在16 763.26~65 709.39 Da之间,等电点(pI)在4.73~9.05之间。顺式作用元件分析结果发现,烟草PYL基因启动子区含有MYB、NAC、WARKY、TCP、ZF-HD等逆境胁迫响应相关元件。基因表达结果显示,烟草PYL基因在遭受干旱胁迫后,除NtPYL8、NtPYL9、NtPYL17和NtPYL21基因外、其余基因表达量整体表现为上调趋势,但各亚家族成员间基因表达具有明显差异。其中亚家族Ⅱ中NtPYL1、NtPYL2、NtPYL4基因和亚家族Ⅲ中NtPYL25基因在遭受干旱胁迫6~12 h后基因表达量达到最高,且相对表达量较0 h上升显著,可作为烟草应答干旱胁迫的重要候选基因。本研究为进一步开展烟草候选抗旱PYL基因功能研究及育种利用奠定了基础。

不同浓度多效唑对干旱胁迫下玉米幼苗的影响

为研究不同浓度多效唑浸种对干旱胁迫下‘昭黄24号’玉米幼苗生长发育及生理生化特性的影响,以‘昭黄24号’玉米种子为材料,采用水培试验,设置为10%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫和多效唑浓度(0、100、200、300、400 mg/L)的正交设计,以探究提高‘昭黄24号’玉米幼苗抗旱性的最佳浸种浓度,同时为提高‘昭黄24号’质量提供理论依据和参考。结果表明,在干旱胁迫条件下,玉米幼苗的生长发育明显受到抑制,表现为株高显著降低。然而,在多效唑浸种的干预下,玉米幼苗的生长发育得到改善,根长和根冠比随多效唑浓度的增加呈现上升趋势。在100 mg/L多效唑处理组中,株高降低了23.45%,而根长和根冠分别提高了9.25%和1.07%。此外,多效唑浸种还显著提高了玉米幼苗的叶片水分含量和叶绿素含量,降低了丙二醛含量,从而减轻了干旱胁迫对玉米幼苗的氧化损伤。综上所述,多效唑浸种对干旱胁迫下‘昭黄24号’玉米幼苗的生长发育及生理生化特性具有显著的促进作用(P<0.05),其中以100 mg/L多效唑浸种效果最好,200 mg/L次之,提高了干旱逆境下玉米幼苗的耐受性和适应性。

天山北坡前山带12种植物对干旱胁迫和复水的生理响应及抗旱性评价

【目的】前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义。【方法】以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力。【结果】(1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))、胞间CO_(2)浓度(C_(i))、PSⅡ潜在活性(F_(v)/F_(o))、PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m))、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,‘中亚沙棘’、‘新棘5号’、‘新棘1号’和山杏次之,而‘新棘4号’、‘新棘3号’、文冠果和‘新棘2号’较弱。【结论】Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植。

基于1DCNN融合多源表型数据的杨树干旱胁迫评估方法

目前关于不同杨树品种抗旱性的研究主要集中在利用传统测量方法获取形态结构和生理生化表型参数进而分析杨树的抗旱性,依据多源成像传感器提取的表型参数指标确定杨树干旱胁迫等级的方法较为少见。为了阐明杨树耐旱的表型机制、筛选抗旱性树种和明确杨树抗旱等级,本文以杨树不同性别的喜水和耐旱品种为研究对象,在杨树苗期进行梯度干旱胁迫处理,通过热红外以及RGB多源成像传感器获取杨树冠层温度参数与颜色植被指数表型数据,并建立基于1DCNN的多任务分类模型划分杨树苗期品种抗旱等级与干旱胁迫等级等2个分类任务,探究杨树性别与生长时间对杨树干旱胁迫响应机制的影响。结果表明,以27组数据变量降维后的4个特征作为模型变量,与传统机器学习算法SVM、RF、XGBoost相比,本文提出的1DCNN多任务分类模型在杨树品种抗旱等级分类与单株干旱胁迫等级分类2个任务中的模型分类精度皆达到最优,分类准确率分别为81.8%和62.3%;引入杨树的性别和生长时间后共6个特征作为模型的输入变量后,杨树苗期品种抗旱等级与干旱胁迫等级的分类精度显著提高,1DCNN多任务分类模型在2个分类任务中的准确率分别达到93.5%与76.6%,模型分类准确率分别提高11.7个百分点与14.3个百分点。研究结果表明,通过热红外与RGB成像传感器获取多源表型数据,并建立1DCNN多任务分类模型对实现杨树干旱胁迫等级评估的可行性,同时表明杨树的性别和生长时间作为模型输入变量能够有效提升模型的分类精度,可为筛选杨树抗旱性品种提供新的思路与方法。

4个北美冬青品种对干旱胁迫的应激反应及耐旱性比较

为研究北美冬青(Ilex verticillata)品种的耐旱性,以4个北美冬青品种‘Red Sprite’(Rp)、‘Gray’(Gr),‘Oosterwijk’(Os)、‘Winter Gold’(Gd) 2年生扦插苗为试验材料,分别干旱处理6 d(轻度干旱)和12 d(重度干旱),研究北美冬青对干旱胁迫的生理反应及抗氧化机制,并通过主成分分析法综合评价4个北美冬青品种的耐旱性。结果表明:随着干旱胁迫强度的增加,4个北美冬青品种的叶片含水量、光合色素质量分数均逐渐降低,相对电导率和丙二醛质量分数均逐渐增加。干旱强度大,这些指标的变化幅度也大,其中,Os的相对电导率、Gd的丙二醛质量分数的增幅最大。干旱胁迫也导致了活性氧的激增,特别是重度干旱情况时,4个品种体内的活性氧质量分数(超氧阴离子自由基、H_(2)O_(2))显著增加,其中,Gr的H_(2)O_(2)与Os的超氧阴离子自由基质量分数增幅最大。干旱情况,各品种的抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶)活性显著增强,抗氧化物(抗坏血酸和还原型谷胱甘肽)质量分数也都出现显著增加,其中,Gr的谷胱甘肽还原酶活性、还原型谷胱甘肽、抗坏血酸质量分数3个指标在严重干旱情况时,上升幅度更加显著,分别比对照提高了225.4%、274.3%、174.8%,说明Gr的AsA-GSH循环在抗氧化系统中起着更重要的作用,能够使其体内的应激反应与活性氧清除处于动态平衡状态,因而,Gr更加耐旱些。通过主成分分析进行耐旱性综合评价,4个品种的耐旱性从强到弱依次为Gr、Rp、Os、Gd。

6个欧李品种对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

为了解6个欧李品种在宁夏苗期的抗旱性差异,为欧李品种引进及耐旱品种筛选和栽培提供科学依据,试验采用自然干旱胁迫处理15、30 d后测定株高,以正常浇水为对照;采用PEG-6000溶液模拟极度干旱环境,测定相同干旱胁迫下农大5号、农大7号、京欧1号、农大4号、宁欧2号、农大6号6个欧李品种幼苗叶片相对含水量、叶绿素SPAD值及其他生理指标,以清水为对照。结果表明,在自然干旱条件下,欧李品种的株高相比正常浇水的对照降幅明显。PEG-6000干旱胁迫下,不同欧李品种与清水对照相比,可溶性蛋白含量、叶片相对含水量、叶片叶绿素SPAD值、SOD活性均呈现下降趋势;而丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、POD活性均呈现上升趋势。利用欧李抗旱指标的隶属函数值综合评价得出,欧李品种抗旱性由强到弱排序为农大5号、农大7号、京欧1号、农大4号、宁欧2号、农大6号。农大5号和农大7号的抗旱能力较强,适应性较好,可作为宁夏地区欧李的主要推广品种。

干旱胁迫对彩菊切花幼苗根系构型和生理活性的影响

以6个品种彩菊切花幼苗为试材,通过盆栽和人工浇灌20 mmol·L^(-1)浓度PEG 6000模拟干旱胁迫处理,探究彩菊切花在干旱胁迫第5、10、15、20天时根系构型和生理指标变化,选出抗旱性强、适应宁夏地区大面积推广与种植的优良彩菊切花品种,以期为西部干旱地区菊花品种的推广提供参考依据。结果表明:随着干旱胁迫的持续,彩菊切花的根系总长度、根系总表面积、根系总体积与总根系指标的关联程度较大。除根系总体积外,根系平均直径与其他根系指标不存在相关性。与正常浇水相比,不同品种彩菊切花的叶片相对含水量和叶绿素含量不断下降,相对电导率和可溶性蛋白质含量升高,丙二醛和可溶性糖含量先上升后下降,过氧化物酶活性呈先下降后上升趋势,超氧化物歧化酶活性呈先上升再下降最后上升的趋势。

干旱胁迫对紫叶紫薇容器苗生长及生理的影响

为探究干旱胁迫对紫叶紫薇容器苗的生长及生理影响,以紫叶紫薇优良新品种‘丹红紫叶’2年生容器苗为研究对象,设计了5个干旱胁迫强度处理,测定不同干旱胁迫处理对容器苗生长及生理相关指标的影响。结果表明:干旱胁迫对紫叶紫薇容器苗的生长及生理的影响显著。随着干旱胁迫强度增加,紫叶紫薇容器苗叶片相对含水量、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率总体上呈现降低趋势,重度干旱时这些指标分别比正常供水显著下降了21.45%、40.45%、31.92%、3.30%、81.25%、89.29%、87.17%,极重度干旱时达到最低值。可溶性糖含量、脯氨酸含量、丙二醛含量随着干旱胁迫程度增强而一直上升,重度干旱时分别比正常供水显著增加了122.92%、74.98%、288.34%,极重度干旱时达到最大值。随着干旱胁迫强度加重,过氧化氢酶活性、叶绿素相对含量、水分利用效率呈现先升高后降低的趋势,中度干旱时过氧化氢酶活性最大,叶绿素相对含量和水分利用效率则是轻度干旱最高,极重度干旱时最低。胞间CO_(2)浓度随着干旱胁迫加强而先降后升,正常供水的胞间CO_(2)浓度最高,中度干旱最低。紫叶紫薇容器苗具有抵御中度干旱的能力,当土壤相对含水量下降至30%~35%时应及时给苗木浇水灌溉。

花铃期干旱胁迫对陆地棉农艺性状的影响及其抗旱等级划分

为了探索花铃期干旱胁迫对不同棉花品种重要农艺性状的影响,并对品种进行等级划分,以前期鉴定的30份陆地棉品种进行试验,测定不同品种干旱胁迫组和对照组的农艺性状和品质指标等。通过含水量的差异性分析、农艺性状相关性分析、抗旱系数分析、3种综合评价值(D、CDC、WDC)相关性分析,证明3种评价值的评价结果一致。通过各性状与D值和WDC值的关联度分析,明确伸长率、单株产量、比强度和整齐度4个指标可作为品种抗旱性鉴定的重要指标。以D值进行聚类分析,对30份品种进行了抗旱等级分类,共分为4大类。第I大类,共有DG219、DG168、DG186等3份材料,属于强抗旱类别;第Ⅱ大类,共有DG270、DG228等12份材料,属于抗旱类别;第Ⅲ大类,仅有1份材料(DG248),属于较敏感类别;第Ⅳ大类,共有DG43、DG42等14份材料,属于敏旱类别。研究结果为品种的鉴定和利用提供了参考依据。

3种玉兰幼苗生长和生理特性对干旱胁迫的响应

【目的】研究干旱胁迫下天女木兰、望春玉兰、红花玉兰‘娇红2号’的生长和生理变化,揭示3种玉兰幼苗对干旱胁迫的响应机理,评价3种玉兰的抗旱性,为干旱地区引种、推广提供参考。【方法】以3种玉兰的2年生盆栽播种苗为试验材料,设置4个处理水平(土壤相对含水量80%~90%(CK),60%~70%(T_(1)),40%~50%(T_(2)),20%~30%(T_(3))),干旱胁迫50 d后分析生长、生理等19个指标的变化。【结果】(1)中度和重度干旱胁迫(T_(2)、T_(3))显著降低了3种玉兰的地径和各器官生物量增长量,显著增大了望春玉兰和红花玉兰‘娇红2号’的根冠比(P<0.05);重度干旱胁迫下(T_(3)),红花玉兰‘娇红2号’的株高和各器官生物量增长量显著高于望春玉兰(P<0.05);(2)与CK相比,T_(1)处理时红花玉兰‘娇红2号’叶绿素含量增加,其他干旱水平3种玉兰叶绿素含量逐渐降低;3种玉兰丙二醛含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性随干旱加剧逐渐增加,T_(3)与CK均存在显著差异;望春玉兰脯氨酸含量先降低后升高,天女木兰和红花玉兰‘娇红2号’脯氨酸含量随干旱加剧呈上升趋势;3种玉兰过氧化物酶活性随干旱加剧变化规律不同,天女木兰过氧化物酶活性T_(2)处理最高,望春玉兰和红花玉兰‘娇红2号’T_(3)处理最高。(3)红花玉兰‘娇红2号’T_(1)处理净光合速率、胞间CO_(2)浓度、蒸腾速率最高,较CK分别高出2.67%、1.94%、3.09%,气孔导度和水分利用效率随干旱加剧逐渐降低;重度干旱胁迫(T_(3))显著降低了天女木兰和望春玉兰的净光合速率、胞间CO_(2)浓度、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率(P<0.05)。(4)隶属函数分析表明,3种玉兰抗旱性强弱为天女木兰>红花玉兰‘娇红2号’>望春玉兰。【结论】干旱胁迫影响了3种玉兰幼苗的生长和生理活性,使叶片细胞结构受损,植株生长缓慢,但植物能通过调节渗透调节物质含量和自身保护酶活性来抵御干旱,维持自身的正常生理代谢功能。综合各指标可知,天女木兰抗旱性最强,望春玉兰最弱。

干旱胁迫下油菜素内酯对植物-土壤化学计量特征及内稳性的影响

为探究施用油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)对不同干旱条件下植物与土壤的生态化学计量特征及其相互关系,本研究以黄花决明(Cassia glauca Lam.)为研究对象,采用盆栽控水法,设置正常水分、中度胁迫、重度胁迫处理(田间持水量的75%±5%,55%±5%,35%±5%)及4种BR浓度处理(0,0.05,0.2和0.5 mg·L^(-1)),在干旱90天后测定株高、生物量和植物、土壤的养分含量及化学计量特征。研究发现:干旱胁迫导致株高、地上和地下生物量降低;随着施用BR浓度的增加,株高、生物量表现为先上升后下降;0.2 mg·L^(-1)BR有利于植物养分含量提升,地上部提升效果更好;干旱区生态修复中黄花决明的生长对N元素的供应需求较大;施用BR有助于提高黄花决明株高和生物量,调节养分分配策略,缓解干旱对植物的不利影响。本研究可为干旱地区的生态修复和植被重建提供新思路与新方法。

青花菜响应干旱胁迫基因挖掘

为挖掘青花菜抗旱关键基因,以台绿3号为试材,通过PEG模拟干旱胁迫,分析干旱胁迫对青花菜幼苗生物量及抗氧化酶活性的影响;利用转录组测序筛选抗氧化酶相关的差异表达基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对筛选出的抗氧化酶相关基因进行定量表达分析。结果表明,干旱胁迫可显著抑制青花菜幼苗地上部生物量的积累,促进地下部根系的生长,提高POD、SOD、CAT、APX、GPX活性。转录组测序结果显示,干旱胁迫下青花菜幼苗差异表达基因共有6 513个,其中上调表达基因3 129个,下调表达基因3 384个;从中筛选出45个抗氧化酶相关的差异表达基因,均为上调表达,与荧光定量PCR验证结果基本一致;通过相对表达量分析筛选出上调幅度最大的POD、SOD、CAT、APX、GPX相关基因各1个,这些基因可能是青花菜抗旱的关键基因,为青花菜抗旱机制的研究提供了科学依据。

极干旱胁迫对雀麦、多年生黑麦草生长和体内水分的影响

为研究极端干旱对牧草生长的影响,选择多年生黑麦草(Lolium perenne,Lp)和雀麦(Bromus valdivianus,Bv)给予80%~85%植物有效水(Plant available water,PAW)和20%~25%PAW 2种水分处理,分析两种牧草生长及体内水分状况对干旱胁迫的响应。研究表明:80%~85%PAW充足水分下,两种牧草生物量积累、水势(Water potential,WP)、相对含水量(Relative water content,RWC)和净光合速率(Net photosynthetic rate,Pn)无明显种间差异。Bv叶片宽而重,蒸腾速率(Transpiration rate,Tr)、CO_(2)总导度(Total conductance to CO_(2),CndCO_(2))和气孔导度(Conductance to H 2O,Gs)显著高于Lp。而Lp分蘗多、叶多汁,瞬时水分利用效率是Bv的1.63倍。20%~25%PAW对两种牧草生长影响不完全一致,叶饱和重、干重和叶面积有相反变化趋势,但与充足水分相比差异不显著;Pn,Tr,CndCO_(2),Gs和RWC则极显著降低,WP极显著降低了1.60 MPa,致使枯叶占比和叶温差显著升高。总之,雀麦和多年生黑麦草生长相近,水分利用模式不同;遭受极端干旱,不同种的两种牧草耐旱机制具有一定的共性,通过增强叶片持水力、降低水分循环、减少蒸腾失水以提高牧草抗旱性。

绿色木霉对干旱胁迫玉米幼苗光合及叶绿素荧光特性的影响

为探究绿色木霉(Trichoderma viride)对干旱胁迫玉米幼苗光合及叶绿素荧光特性的影响。以玉米品种稷秾107号为试验材料,采用室内盆栽试验法,于玉米4叶1心期绿色木霉灌根处理,共设4个处理:清水(CK)、干旱(DSCK)、正常水分条件接种绿色木霉(TK)、干旱胁迫下接种绿色木霉(DSTK),研究对幼苗地上部形态及光合特性的影响。TK与CK处理组相比,玉米幼苗的地上部株高、茎粗、叶宽、叶面积均显著增加(P<0.05),玉米幼苗的净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、气孔导度(G_(s))、胞间CO_(2)浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)均差异显著(P<0.05)。干旱胁迫下接种绿色木霉处理(DSTK)与DSCK相比,玉米幼苗的株高、茎粗、叶宽、叶面积、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO_(2)浓度、水分利用效率均显著提高(P<0.05);分别增加43.96%、168.91%、96.32%、168.21%、91.56%、138.46%、158.68%、141.16%、66.41%。DSTK组玉米幼苗叶片最大光化学效率(F_(v)/F_(m))、光化学淬灭系数(q_(P))、光合电子传递速率(ETR)也显著高于DSCK组(P<0.05),而非光化学淬灭系数(NPQ)降低了22.55%(P<0.05);玉米叶片色素含量的增幅表现一致,菌液处理的幼苗总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量显著高于CK处理组(P<0.05)。相关性分析表明,玉米幼苗叶片的地上形态学指标与光合特性各参数呈显著正相关。而非光化学猝灭系数与形态学指标、叶绿素含量、气体交换参数呈显著负相关。绿色木霉能够促进玉米幼苗生长,且提高玉米幼苗的光合特性,从而提高玉米的抗旱能力。

干旱胁迫下丛生福禄考的生理响应

以丛生福禄考(Phlox subulata)为材料,采用干旱胁迫的方法,研究不同干旱处理时间对丛生福禄考生理指标的影响,以期为研究丛生福禄考响应干旱胁迫的分子机制提供理论依据,为福禄考属植物园林应用及种质资源创新提供参考依据。结果表明,随着干旱时间的延长,丛生福禄考根系MDA含量在干旱4天时含量较高,之后呈下降趋势。总糖含量在干旱8天时达到最低值,之后缓慢增加。Pro含量呈现升-降-升-降变化,SOD活性先下降然后上升,POD活性呈现先下降后上升再下降的趋势。综上所述,丛生福禄考在遭受到干旱胁迫损伤后,积累了一定的活性氧,进而激发了氧化过程,复水后恢复。可见,丛生福禄考具有较强的耐旱能力。

面向作物干旱胁迫诊断的表型成像技术研究进展

干旱胁迫是影响作物产量和农业可持续发展的重要因素。作物干旱胁迫的精准诊断是提高农业水资源利用率、推动高水效农业发展的重要基础。表型成像技术能够快速、无损、准确地获取和分析作物的表型特征,为作物干旱胁迫的精准诊断提供了有力支持。该文重点综述了作物干旱胁迫诊断的表型成像技术,首先介绍了RGB成像、三维成像、近红外成像、高光谱成像、叶绿素荧光成像和热成像6种主流表型成像技术的原理、研究现状、优势及不足,然后总结了结合多种成像方法的融合成像技术的研究现状及应用优势。综述结果表明,单一成像方法存在诸多不足,如成本较高、数据处理复杂、获取表型类型单一等,融合成像技术可在一定程度上有效弥补单一成像技术缺陷。最后根据当前发展现状,从新装置、新设备的研发以及与人工智能新算法的结合两方面,对未来面向作物干旱胁迫诊断的表型成像技术研究进行展望。

干旱胁迫对芋球茎淀粉和蔗糖代谢通路相关基因表达的影响

[目的]探究芋球茎响应干旱胁迫的分子机制,特别是干旱胁迫对淀粉和蔗糖代谢通路相关基因表达的影响,为耐旱品种选育提供依据。[方法]以荔浦芋1号为试验材料,对干旱胁迫下的芋球茎进行转录组测序,对获得的差异表达基因进行GO和KEGG富集分析,进一步筛选与淀粉和蔗糖代谢通路相关的酶基因,并分析这些酶基因在干旱胁迫下的表达模式。[结果]芋球茎在干旱胁迫下筛选到差异表达基因1983个,其中上调表达基因373个,下调表达基因1610个。GO富集分析显示,差异表达基因在生物过程富集最多的是细胞过程和代谢过程,在细胞组分富集最多的是细胞解剖实体,在分子功能富集最多的催化活性和结合。KEGG富集分析显示,富集最多的通路分别是代谢通路、氮素代谢通路、抗坏血酸和醛酸代谢通路。对淀粉和蔗糖代谢通路的差异表达基因进行统计,共筛选到26个差异表达基因,涉及11种酶,其中上调表达基因5个,下调表达基因21个。在干旱胁迫下,淀粉合成酶、己糖激酶、果糖激酶、UTP-葡萄糖-1-磷酸盐尿苷酸转移酶、α-淀粉酶、内切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶和β-呋喃果糖苷酶的基因下调表达;UDP-葡萄糖磷酸水解酶和海藻-6-磷酸合成/磷酸酶的基因上调表达;蔗糖合成酶和β-呋喃果糖苷酶的基因既有上调表达,也有下调表达。[结论]淀粉和蔗糖代谢通路相关基因的表达受到干旱胁迫的影响。调控淀粉代谢和海藻糖生物合成相关基因下调表达,而调控蔗糖代谢相关基因既有上调表达,也有下调表达。

干旱胁迫下外源褪黑素对王族海棠光合作用、ASA-GSH循环以及激素变化的影响

为探究干旱胁迫下外源褪黑素(MT)对王族海棠(Malus‘Royalty’)生长状况、光合作用、激素代谢以及抗坏血酸-谷胱甘肽(ASA-GSH)循环生理的影响,盆栽条件下设置正常水分(CK)、干旱胁迫(DS)以及干旱胁迫下叶片喷施6个质量分数(50、100、150、200、250、300 mg/kg,分别记为MT1、MT2、MT3、MT4、MT5、MT6)的褪黑素,共8个处理,分析干旱胁迫下不同质量分数褪黑素处理对王族海棠生长量、叶绿素含量、光合参数、激素代谢以及ASA-GSH循环中相关酶活性和抗氧化物质含量的影响。结果表明,与DS处理相比,DS+MT3处理下的株高、基径、总干质量、根系总体积以及根系平均直径分别增加54.7%、20.0%、143.2%、33.5%、6.9%;叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量分别增加20.5%、115.7%和83.0%;光合参数中净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)以及水分利用效率(WUE)分别增加51.8%、110.9%、55.5%和96.6%,且Pn恢复至CK水平,胞间CO_(2)浓度(Ci)和气孔限制值(Ls)则分别下降43.3%和57.0%;PSⅡ最大光化学量子效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)以及PSⅡ有效光化学量子效率(Fv′/Fm′)分别增加5.4%、61.8%、171.6%和168.7%。王族海棠AsA-GSH循环中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)以及谷胱甘肽还原酶(GR)活性分别增加168.3%、90.4%、167.2%和126.0%;抗坏血酸(ASA)含量、谷胱甘肽(GSH)含量、抗坏血酸/脱氢抗坏血酸(ASA/DHA)、还原型/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)分别增加102.5%、67.5%、129.8%和342.1%;生长素(IAA)、赤霉素(GA)、玉米素核苷(ZR)含量分别增加26.2%、24.6%和89.3%,脱落酸(ABA)含量降低49.0%。干旱胁迫下,王族海棠的生长参数、光合作用以及ASA-GSH循环过程受到抑制,激素平衡遭到破坏。叶片喷施不同质量分数的褪黑素能够调节内源激素的代谢水平,提高光合作用,增强ASA-GSH循环中相关酶活性以及抗氧化物质含量,促进光合色素的合成和积累,改善叶绿素荧光参数,进而提高植物的生物量,增强王族海棠的抗旱能力,其中以叶片喷施150 mg/kg的褪黑素提高王族海棠的抗旱性效果最好。

2018—2022年“干旱胁迫对植物的影响研究”可视化分析

【目的】深入了解植物干旱胁迫领域的研究现状、研究热点及未来发展趋势,对我国2018-2022年植物干旱胁迫研究进行文献计量和可视化分析。【方法】利用Citespace和VOSviewer软件,以2018-2022年发表在中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)数据库的植物干旱胁迫研究文献为研究对象,分析我国2018-2022年干旱胁迫对植物生长、生理和基因表达的影响研究热点与趋势。【结果】国内干旱胁迫对植物影响的研究热点主要集中在“干旱胁迫对植物外在形态和叶片内部结构的影响”“干旱胁迫对植物光合特性的影响”“干旱胁迫对植物渗透调节物质和抗氧化酶的影响”及“干旱胁迫对植物基因表达的影响”4个方面。该领域研究重点主要包括干旱或干旱与盐复合胁迫对植物生理生化和抗旱基因的鉴定与转移。其中知网文献的关键词为“耐盐性”“苗期”和“抗旱鉴定”;WOS文献的关键词则是“抗坏血酸过氧化物酶”“水分利用”和“异位表达”。【结论】纳米材料在缓解植物干旱胁迫中的作用、多组学联合分析(基因组、转录组、蛋白组、代谢组)以及转基因、基因编辑、基因沉默等技术在提升植物抗旱性中的综合应用将成为未来研究热点。

15种化控物质浸种对苦荞缓解干旱胁迫的影响

[目的]干旱胁迫是苦荞高产稳产的主要限制因子,本文旨在从15种化控物质中筛选出能提高苦荞抗逆性的物质及浓度,为缓解苦荞干旱胁迫、提升其产量及品质提供理论依据。[方法]以苦荞(Fagopyrum tataricum L.)为试验材料,试验设水、化控物质二因素,采用三级嵌套设计水培试验,探究化控物质浸种对苦荞种子萌发的影响,利用主成分分析法鉴选出硫酸锌、甜菜碱进行盆栽试验,分析2种物质浓度浸种对提升苦荞产量的效果。[结果]与正常供水相比,干旱胁迫条件下,苦荞萌发过程中的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、芽长、根鲜重均随着15种化控物质浸种浓度的升高,呈现先增大后减小的趋势,其中以0.8 g·L^(–1)硫酸锌处理下各指标达到最大值,缓解干旱效果最为明显,根冠比则呈现先减小后增大趋势,0.8 g·L^(–1)硫酸锌处理下为最小值。经PCA分析鉴选及计算综合得分对15种物质浸种后苦荞耐旱能力的提升效果进行排序,硫酸锌>甜菜碱>吲哚乙酸>多效唑>氯化钾>水杨酸>亚硒酸钠>氯化钙>葡萄糖>维生素C>聚丙烯酰胺>柠檬酸>赤霉素>过氧化氢>脱落酸,且盆栽模拟干旱试验显示与其它处理相比,0.8 g·L^(–1)硫酸锌可显著提高苦荞花序数、单株粒重、千粒重、产量及籽粒品质。[结论]15种化控物质中,以0.8 g·L^(–1)硫酸锌浸种提高苦荞抗旱能力效果为最佳,且在中度和重度胁迫下可使苦荞产量分别提升98.98%和75.20%,显著增加苦荞籽粒可溶性蛋白、黄酮含量。