应用分子标记研究氮素胁迫条件下水稻叶片叶绿素含量差异的遗传背景

在氮素限制供应条件下，籼稻品种ＩＲ４２与广亲合粳稻品种Ｐａｌａｗａｎ剑叶及下位叶的平均叶绿素含量差异显著。叶绿素含量在Ｐａｌａｗａｎ／ＩＲ４２杂交Ｆ２代中呈正态分布。１０４个分布与１２条染色体的ＲＦＬＰ标记基因型之间表型平均值方差分析与区间作图分析结果表明，分别位于染色体２、４、７上的３个ＱＴＬ位于ＲＺ５８／ＲＧ１０２、ＲＧ１４３／ＲＧ３２９和ＲＧ６３４／ＲＧ６５０之间。与ＲＧ１４３及ＲＧ１０２连锁的ＱＴＬ具有显著加性效应，与ＲＧ１０２连锁的ＱＴＬ显示显著的显性效应。单个ＱＴＬ效应对群体变异贡献为５％以上。各标记位点不同基因型平均数比较表明，ＲＧ１４３和ＲＧ１０２位点表现为隐性基因效应，ＩＲ４２与Ｐａｌａｗａｎ基因型平均数差异显著超过群体平均数１０％以上，ＲＧ６３４位点ＩＲ４２与杂合基因型之间平均数差异也超过群体平均数１０％以上。非等位基因互作效应分析表明，染色体１０与９上的ＲＺ６２５与ＲＧ６６７位点之间具有显著的显性×显性交互效应，该效应可解释群体变异的７％以上。本研究首次报道水稻不同基因型在氮素限制供应条件下与叶绿素含量变异相关的数量性状位点（ＱＴＬｓ）及基因效应分析，用不同的研究材料及在不同的氮素条件?

柳枝稷苗期对氮素胁迫耐受性的综合评价

为明确柳枝稷在缺氮处理下的耐受能力从而筛选出优质的种质资源,以13份柳枝稷种质为供试材料,在人工气候室中进行水培试验,通过相关农艺性状和生理指标等评价指标的测定,采用标准差系数赋予权重法对柳枝稷在胁迫下的表现做综合评价。结果表明:氮素胁迫对13个不同柳枝稷种质的总生物量、根长、净光合速率、叶绿素含量、叶表面积等指标具有显著抑制作用。标准差系数赋予权重法得出的各材料耐氮胁迫性依次为:BJ-4>BJ-3>Forestburg>Pathfinder>BJ-5>Blackwell>BJ-2>Kanlow>Alamo>Cave-In-Rock>BJ-1>Trailblazer>BJ-6,评价结果与实际观测结果基本一致。

氮素胁迫对水稻根系影响的转录组分析

养分胁迫会直接影响水稻的生长发育,相对于地上部分,根系往往较早感知环境胁迫。为了研究水稻根系对养分胁迫响应的分子机制,通过Illumina Hiseq2000平台测序,对氮素胁迫下水稻根系转录基因表达情况进行分析。结果表明,氮素胁迫诱导根系出现了2 270个差异转录基因,其中上调表达的有1 176个,下调表达的有1 094个。采用GO功能分类和Pathway功能注释,可将注释的基因划分为48个功能类别118条代谢途径,包括糖酵解、脂肪酸代谢、氧化磷酸化、氨基酸代谢、淀粉蔗糖代谢等生物学过程。部分根系关键基因表达变化表明,氮素胁迫诱导大量新生蛋白质合成,形成各种酶类,促进新RNA合成,从而形成了更多的新生蛋白质。氮素胁迫诱导根系IAA积累更多来自极性运输,参与植物细胞伸长发育的EGase基因及木质素特异合成途径的关键酶(CCR)表达量发生上调,这些转录基因表达量的变化是根系受养分胁迫刺激而发生了伸长生长的内在机制。

氮素胁迫对生菜叶片叶绿素荧光图像参数的影响

为验证合理施氮对蔬菜生长的重要性,探讨了不同氮素胁迫对生菜叶片叶绿素荧光动力学参数的影响。本试验利用无土栽培法培植意大利全年耐抽抗热生菜(Lactuca sativa),在出苗后25 d时,分别对生菜施加4种氮素水平的营养液:①重度氮胁迫(N1)纯氮14 mg/L;②轻度氮胁迫(N2)纯氮42 mg/L;③推荐供氮(N3)纯氮56 mg/L;④过量供氮(N4)纯氮84 mg/L。每5 d测量一次各组生菜叶片的叶绿素荧光图像,绘制相应的荧光参数变化曲线,研究各氮素浓度下生菜的叶绿素动态荧光参数变化规律。结果表明,氮素对最大光量子产量(Fv/Fm)影响较小,随着生育期的推移,各氮素水平下Fv/Fm参数均表现不同程度上升;过高或过低供氮时叶片实际光合效率[Y(Ⅱ)]呈现M形的波动变化,适量供氮时Y(Ⅱ)保持较高的稳定水平;氮素过高或过低时都将影响生菜的光能利用率,适量供氮下,叶片非光化学淬灭系数(qN)在整个生育期都处于稳定的较低水平。

氮素胁迫对玉米光合及叶绿素荧光参数的影响

以重庆市对氮素利用率不同的3个玉米品种为材料,研究了氮素胁迫对3个玉米品种光合及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,不同氮素胁迫对玉米幼苗叶片的光合参数和叶绿素荧光参数有显著影响.随着氮素胁迫的加剧,玉米叶片的光合色素质量分数降低,光合能力减弱,表现为净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、光饱和点、光补偿点、实际光化学量子产量、最大光化学量子产量、光化学淬灭系数逐渐降低,而非光化学淬灭逐渐增加.与正常氮素水平比较,轻度氮素胁迫下各玉米品种幼苗相关指标的降低或增加幅度不同,其中雅玉2号的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度Pn、实际光化学量子产量、最大光化学量子产量、光化学淬灭系数的降低幅度和非光化学淬灭的增加幅度均较小,农大108居中,成单14号的变幅最大.

CO2浓度升高与氮素胁迫对谷子光合特性和产量因素的影响

为阐明氮肥和CO2浓度升高互作对谷子光合生理特性与产量构成因素的影响,客观评估气候变化背景下谷子的生产潜力,采用开顶式人工气候室和盆栽方法,在不同供氮水平(低氮为0 g/kg;高氮为0.2 g/kg)与不同CO2浓度(大气CO2浓度为400μmol/mol;高CO2浓度为600μmol/mol)下测定谷子拔节期与抽穗期的光合特性、叶片性状以及收获后籽粒产量构成因素参数。结果表明,2种CO2浓度下,氮素胁迫均显著降低了谷子叶片比叶质量与叶氮含量,但在高CO2浓度下,谷子叶片净光合速率(Pn)、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素(a+b)含量、叶片单位横截面积的光能吸收(ABS/CSM)、QA还原(TRO/CSM)、单位面积电子传递的量子产额(ETO/CSM)以及PSII单位面积内反应中心的数量(RC/CSM)均较正常CO2浓度对氮素胁迫更加敏感;氮素胁迫显著抑制了正常CO2浓度下谷子植株的穗质量与穗粒质量,但对大气CO2浓度升高下的植株无显著抑制。总之,高浓度CO2下,谷子叶片光合性能较正常CO2浓度对氮素胁迫的响应更加敏感,但构成籽粒产量参数并未显著下降。

水分和氮素胁迫对辣椒产量形成及抗逆性评价

通过探索水分胁迫和氮素胁迫条件对辣椒产量及相关性状变化的影响,以期为土壤瘠薄地区辣椒水肥效应的合理应用和抗旱耐瘠型辣椒新品种选育提供依据。试验结果表明,水分和氮素之间存在互作效应,氮素具有增强抗旱性的作用,在水分和氮素胁迫下辣椒产量明显下降;H089和H089×H042025D为抗旱耐瘠型材料,花溪辣椒、H042025D和遵义朝天椒为中抗旱耐瘠型材料、DF-1和HP-1为弱抗旱耐瘠型材料。

黄瓜氮素胁迫相关基因CsAHP1的克隆及功能分析

为研究黄瓜耐低氮素胁迫的生理与分子机制,克隆了1个黄瓜氮素胁迫相关基因CsAHP1,其cDNA全长为462 bp。序列分析表明,CsAHP1基因在不同物种中高度保守。进化树分析结果表明,CsAHP1蛋白与甜瓜的AHP蛋白亲缘关系较近。qRT-PCR结果表明,CsAHP1基因在低浓度氮素条件下表达量较高。功能分析结果表明,低浓度氮素胁迫条件下拟南芥Col-0植株根长明显变短,其质量也显著降低,而35S∶∶CsAHP1转基因拟南芥株系的根长缩短程度和质量下降率都显著小于Col-0植株,表明CsAHP1过表达拟南芥转基因植株表现出比Col-0植株更强的耐氮素胁迫能力。综上所述,黄瓜CsAHP1基因可以提高35S∶∶CsAHP1拟南芥过表达转基因株系的氮素胁迫能力。

花生AhCLE基因家族鉴定及对土壤紧实和氮素复合胁迫响应分析

花生是我国重要的油料作物,其生长过程面临多种土壤环境逆境胁迫。CLE(CLAVATA3/Embryo Surrounding Region)多肽是目前研究最深入的植物多肽(多肽激素),具有类似传统植物激素的调节功能,广泛参与植物生长发育及抗逆过程。目前关于花生CLE(AhCLE)家族基因鉴定及抗逆功能的研究尚未见报导。本研究基于花生基因组注释信息,系统鉴定AhCLE家族成员并对其进行基因亚细胞定位、染色体定位、多序列比对、基因保守基序、基因结构及系统进化等分析;利用转录组信息结合实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)检测AhCLE基因家族各成员在花生不同组织部位及不同的土壤紧实及氮素胁迫条件下的表达情况。研究结果表明:AhCLE基因家族由9个成员组成,均含有12个氨基酸组成的CLE保守结构域序列;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员均位于细胞外,为分泌型蛋白;启动子区顺式作用元件分析发现,该家族成员具有多个逆境胁迫及植物激素响应元件,表明AhCLE家族可能与多种植物激素协同参与调控植物逆境胁迫;聚类分析发现,该家族成员分布于4个不同的分支中,分别与拟南芥的AtCLE家族不同成员聚在一起,表明AhCLE成员间可能具有不同的生物学功能。组织表达分析显示,AhCLE7,AhCLE8主要在茎、叶中表达,AhCLE6主要在根和根瘤中表达,而AhCLE9主要在花中表达,其余成员在上述组织中也呈现不同的组织特异性,体现了不同成员可能在特定的组织中发挥特定的功能。在土壤氮素含量正常条件下,土壤紧实会抑制AhCLE1,AhCLE2和AhCLE3的表达。在正常土壤紧实度条件下,AhCLE1和AhCLE2在低氮条件下抑制表达,而AhCLE9则在低氮条件下被诱导表达。AhCLE1与AhCLE2能够同时响应土壤紧实胁迫及氮素胁迫,推测在花生根系发育和氮素吸收过程中可能发挥重要作用。本研究为进一步发掘抗逆型CLE多肽及其功能研究提供了理论基础。

氮素和干旱胁迫对冬小麦幼苗生长发育及生理指标的影响

以小麦品种豫麦49-198和周麦22为材料,在水培条件下研究了氮素和干旱胁迫对小麦幼苗生长及生理指标的影响。结果表明,单一氮素和干旱胁迫均显著降低小麦株高和地上部干质量,而根干质量和根冠比升高,双重胁迫(N0+PEG)的影响最大。在2种胁迫下,根和叶片中的硝酸盐含量均显著降低,氮胁迫的影响大于干旱胁迫。叶片和根部的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量在氮胁迫下下降,干旱胁迫下显著升高。叶片GS活性在氮胁迫下降低,但在干旱胁迫下不同基因型存在差异:豫麦49-198叶片GS活性增加,而周麦22降低。

氮素胁迫对草莓光合作用和产量的影响

采用一次性施基肥(A处理)和二次追肥(B处理)的方式,研究0 mg/kg、115 mg/kg、230 mg/kg、345 mg/kg、460 mg/kg和575mg/kg不同氮素对草莓叶绿素含量、光合指标和产量的影响。结果表明,草莓叶片的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度均呈现出先上升后下降的变化趋势,且A处理(NA3)优于B处理(NB2);胞间CO2浓度呈现出先下降后上升的变化趋势,A、B两处理差异不显著;草莓产量呈现A处理均高于B处理。综上,草莓氮素施用量为NA3(345 mg/kg)时为最佳,且应分次追肥。

miRNA在调控植物种子发育及响应非生物胁迫中的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性小分子非编码RNA,它通过引导mRNA的裂解或抑制翻译调控靶基因在植物种子发育和响应非生物胁迫过程中起着关键作用。为了进一步鉴定和明确与种子发育及响应非生物胁迫相关的miRNAs功能和调控机制,归纳了植物中参与种子胚和胚乳发育调控及响应低温、盐、干旱等非生物胁迫的miRNAs类型、靶基因及功能。miRNA在进化上高度保守,其表达在生物发育过程中具有明显的组织特异性和时间特异性,但在不同植物之间又有着相似性。然而,目前miRNAs生物发生和功能的调控因子是如何在转录或转录后被调控的以及miRNAs是如何利用转录裂解和翻译抑制机制来调控其靶点的还有待进一步阐明。未来对这些问题的研究不仅能为植物种子发育和植物响应非生物胁迫机制提供新的见解,而且能为基因的转录后调控研究提供更多的思路。

水分和氮素营养胁迫下春小麦生长模拟模式的研究

根据田间试验资料，在前人工作基础上进一步探讨了水分和氮素营养胁迫对作物生长的影响，并建立了大田生产实际条件下春小麦生长模式。经初步检验，模式对总干重的模拟相对误差小于５％，穗重模拟小于１０％，根、茎、叶等器官重、根层土壤水分含量、作物总耗氮量和籽粒氮浓度以及叶面积指数等的模拟也取得了较好的结果。

NO对缺氮胁迫下棉花幼苗生理生长的调控效应

【目的】探讨外源一氧化氮(Nitric oxide,NO)对氮素胁迫下棉花幼苗生长和叶片生理性状的影响,为NO的供体硝普钠(Sodium nitroprusside,SNP)调控棉花生长发育提供理论依据。【方法】采用水培处理,设置两个对照:以全营养素Hoagland营养液培养棉花幼苗为对照1(CK1),缺氮Hoagland营养液培养棉花幼苗为对照2(CK2)。在CK2的基础上,利用SNP处理棉花幼苗,设置5个处理,每个处理SNP浓度分别为50、100、200、500和1 000μmol.L-1,研究NO对氮胁迫下棉花幼苗生理生长的调控效应。【结果】氮素胁迫对棉花幼苗产生抑制作用,导致棉苗的光合系统及蛋白质、脯氨酸含量产生变化。低浓度外源NO能明显促进氮素胁迫下棉花幼苗的生长,显著提高叶绿素、脯氨酸及可溶性蛋白含量,其中以100μmol.L-1SNP缓解胁迫效果最好。而高浓度的外源NO则加剧氮素胁迫对棉苗的抑制。【结论】低浓度外源NO(SNP:50—100μmol.L-1)的确能缓解氮素胁迫对棉花幼苗造成的伤害,提高棉花幼苗对氮素胁迫的耐性。

氮素水平对作物膜透性等生理特性的影响

以向日葵和玉米为供试作物 ,进行沙培试验 ,设置 3个氮素水平 ,研究了氮素水平对双子叶植物向日葵和单子叶植物玉米耗水量、吸 N量、细胞膜透性、根系活力、NR活性、游离氨基酸含量的影响。结果表明氮素供应不足 ,吸 N量减小 ,细胞膜透性增大、根系活力增强 ;NR活性与植物叶片中游离氨基酸含量减小 ,2种作物的耗水量均降低 ,但水分利用率提高。2种作物相比较 ,氮素胁迫对双子叶植物向日葵的影响大于对单子叶植物玉米的影响。

NO对氮胁迫棉花幼苗根系形态的调控效应

以‘农大棉8号’为试验材料,在水培缺氮的情况下,利用一氧化氮(Nitric oxide,NO)的供体硝普钠(Sodi-um nitroprusside,SNP)处理棉花幼苗,研究了外源NO对氮素胁迫条件下棉花幼苗根系形态的调控效应。结果表明:外源NO能够增加氮素胁迫下棉花根长、根表面积、根体积、主根直径和根干重。低浓度的NO(SNP浓度50～100μmol/L)能显著提高根表面积9.39%、根体积10.78%、主根直径8.63%、根系干重39.2%;高浓度NO对氮素胁迫缓解效应较弱。因此,在本试验条件下,低浓度的NO(SNP浓度50～100μmol/L)表现对氮素胁迫下棉花根系生长具有良好促进效应,可能利于增强棉花的抗逆性。

密植玉米群体产量及相关性状对低氮干旱胁迫的响应

【目的】通过综合分析密植条件下不同低氮干旱胁迫对玉米产量构成、物质积累与叶面积变化等指标的影响,研究密植玉米群体产量及相关性状对低氮干旱胁迫的响应机制.【方法】在密植条件下设置不同氮素和干旱胁迫处理试验.【结果】不同氮素胁迫对密植玉米群体产量构成影响较大;氮素胁迫对单位面积穗粒数、千粒质量和穗部性状的影响随着胁迫处理年限的增加愈加明显;吐丝后40d干旱胁迫对产量的影响大于吐丝后20d,吐丝后20d干旱胁迫对穗部性状的影响大于吐丝后40d;吐丝后期干旱胁迫处理越迟对收获期群体叶面积指数(LAI)影响越大.【结论】随着氮素胁迫程度减小对产量的影响逐渐减小,氮素胁迫和吐丝后期干旱胁迫使穗粗、穗长、穗行数、行粒数以及单穗粒数减小,秃尖增长;吐丝后期干旱胁迫能明显降低群体干物质的积累量,减缓吐丝至收获期群体LAI的下降速率;在吐丝后期只灌一次水的情况下,适当早灌水有利于增产,增加籽粒千粒质量.

氮素敏感时期水稻分蘖芽的转录分析

【目的】氮素影响水稻分蘖芽的发育,从而影响水稻株型和产量。探究水稻分蘖芽在氮素敏感时期的基因表达情况,揭示氮素对水稻分蘖芽调控的可能途径。【方法】以水稻品种‘日本晴’为试验材料,萌发后用1/2MS培养基培养一周,之后用2.5 mmol/L的氮素溶液培养,待幼苗长至三叶期,进行0和2.5 mmol/L氮素溶液处理,培养至五叶期。对不同氮素浓度下分蘖芽的生长进行分析,确认水稻材料的氮素敏感时期,并于根茎结合处取样,提取RNA,进行氮素敏感时期水稻分蘖芽的转录组分析,包括差异表达基因的挖掘以及GO功能富集分析、KEGG通路分析、蛋白互作网络分析。【结果】缺氮条件下,水稻分蘖芽生长受到抑制,转录分析结果显示,不同供氮条件下842个基因存在显著的表达差异,其中586个基因缺氮时上调,256个基因缺氮时下调。GO功能富集分析发现绝大多数差异表达基因属于胞内(cell)、胞内成分(cell part)和细胞器(organelle)的类别。在差异表达基因的KEGG通路分析中,植物激素信号传导途径是最显著富集的通路,氮代谢途径次之,说明植物激素通路和氮代谢通路在水稻分蘖芽的生长过程中具有重要作用。差异表达基因主要涉及生长素、细胞分裂素、脱落酸、水杨酸、茉莉酸等相关激素的合成代谢途径以及参与氮代谢的硝酸还原酶。蛋白互作分析推测硝酸还原酶可能会与植物激素相互作用。【结论】通过对氮素敏感时期水稻分蘖芽相关基因的转录分析,发现缺氮条件下,激素信号传导途径和氮代谢途径中相关基因的表达量均受到影响。其中,与硝酸还原酶和植物激素脱落酸合成相关的基因表达量上调,而影响分蘖芽生长的细胞分裂素和生长素基因表达均下调。

不同氮水平下盐胁迫对大麦幼苗中某些氮化物积累的影响(简报)

在土培条件下,提高氮素供应水平和NaCl处理浓度后大麦幼苗地上部和根中的全氮,蛋白质氮和游离氨基酸总量增加;蛋白质氮占全氮的比值亦因NaCl处理浓度的增大而提高。在盐胁迫下,游离脯氨酸占氨基酸总量的百分比明显增加,而谷氨酸所占比例则下降。

玉米耐低氮基因型筛选压力的选择

收集了贵州省喀斯特高原生态型玉米自交系、杂交种及农家品种,采用溶液培养的方法,对玉米耐低氮基因型的筛选压力展开了较为系统的研究,初步获得以下研究结果:(1)在极低N胁迫(0.05mmol/L)条件下,不同玉米基因型的缺素症状、地上部干重、根干重、根冠比及植株总吸氮量的基因型差异显著,更易评价和鉴定玉米基因型的耐低氮营养特性。因而,氮素胁迫压力为0.05mmol/L时,较适于对耐低氮基因型材料的筛选。(2)在极低供N条件下,贵毕303基因型具有较高的氮效率,这主要来源于吸收效率的差异,该基因型在低N下总吸氮量最高;而绵单1号、安单136和兴黄单89-2表现出较强的耐低氮特性。