基于双光谱技术的高温紫外胁迫下小麦多糖反演模型研究

小麦是我国的主要粮食作物之一,对国民经济发展具有显著的影响。然而,高温与紫外线胁迫导致其产量大幅下降。胁迫发生时,细胞壁内多糖物质会发生不同程度的转变。作为此类多糖重要组成成分的果胶,在决定细胞间孔隙度、识别病菌、维持结构完整等方面扮演着重要角色。当前,常见的果胶检测方法有重量法、滴定法、酸提取法等,这些方法多为有损检测,测定步骤繁琐,样本损耗量大。近年来,光谱检测因其检测速度快、分辨率高、实时性强等优点,在植物生理信息检测领域得到了广泛应用。因此,研究采用光谱检测果胶含量。以济麦22为研究对象,采取水培方式,通过调控人工气候培养箱温度及紫外线灯辐照强度对小麦生长过程中遇到的高温及紫外线胁迫环境进行模拟;在小麦分蘖期,分别采集叶片高光谱数据与叶绿素荧光光谱数据,测定叶片果胶含量,通过小波分析方法对两种原始光谱数据进行平滑与降噪处理,采用相关系数分析法得到两种光谱数据与果胶含量相关系数最高的重合波段(620,651),取该波段内两光谱数据平均值,重塑双光谱曲线;按照3∶1比例划分训练集和验证集,采用PLS最小二乘法分别建立高光谱反演果胶模型、荧光光谱反演果胶模型及双光谱反演果胶模型。结果表明:双光谱模型反演的小麦叶片果胶含量效果较好,对应模型的训练集与验证集相关系数分别为0.9449及0.9445。该研究有助于探究逆境胁迫下小麦细胞壁内多糖物质响应情况,并为大田作物所处胁迫环境和程度的预测及种植环境的精准管控提供参考和帮助。

不同介质对海滨斯氏线虫抗紫外胁迫的影响

为了筛选合适的介质以提高昆虫病原线虫抵抗紫外胁迫的能力,本文研究了储存于木质素磺酸钙、预胶化淀粉、蛭石、黑炭和无菌蒸馏水(CK)中的海滨斯氏线虫Steinernema litorale在距18 W紫外灯30 cm处照射30、60、90 min和120 min的存活率、对大蜡螟Galleria mellonella末龄幼虫致死率和水平运动能力的差异。紫外胁迫后,不同介质中储存的海滨斯氏线虫的平均存活率从大到小依次为预胶化淀粉(69.39%)、木质素磺酸钙(51.75%)、蛭石(48.06%)、无菌蒸馏水(47.17%)、黑炭(16.92%)。储存于木质素磺酸钙中的海滨斯氏线虫经紫外胁迫30 min后处理大蜡螟幼虫,其72 h的校正致死率在93.33%~96.67%;紫外胁迫60 min后,储存于预胶化淀粉、蛭石、木质素磺酸钙中的海滨斯氏线虫对大蜡螟幼虫的校正致死率在83.33%~90.00%;紫外胁迫90 min后,储存于蛭石中海滨斯氏线虫对大蜡螟幼虫的校正致死率在90.00%~96.67%;紫外胁迫120 min后,5种介质中的海滨斯氏线虫对大蜡螟幼虫的校正致死率在60.00%~76.67%,无显著差异(P>0.05)。紫外胁迫4个处理中,储存于木质素磺酸钙中的海滨斯氏线虫24 h后92.33%~96.67%的个体运动到3.6 cm圆孔中。研究结果表明,与测定的其他介质相比,木质素磺酸钙能显著提高海滨斯氏线虫抗紫外胁迫的能力。因此,推荐使用木质素磺酸钙储存海滨斯氏线虫,以增强其对紫外线的耐受能力。

中科院分子植物卓越中心刘宏涛研究组 揭示植物平衡生长和抗紫外胁迫的新机制

2020年8月13日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究组在The Plant Cell在线发表了题为Brassinosteroid-Activated BR1-EMS-SUPPRESSOR 1 Inhibits Flavonoid Biosynthesis and Coordinates Growth and UV-B Stress Responses in Plants的研究论文,揭示了油菜素甾醇信号平衡植物生长和抗紫外胁迫的新机制。

UV-B胁迫对辣椒叶片防御酶活性及丙二醛含量的影响

为筛选抗紫外线UV-B辣椒品种,助力青藏高原地区辣椒产业发展,本试验以青海省特色品种青椒3号、循化线椒、甘科-2-11及吉祥101品种为试验材料,研究不同UV-B(20.05μW/cm 2)胁迫时间对辣椒叶片中过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性,以及丙二醛(MDA)含量的影响。结果显示:随着UV-B胁迫时间的延长,POD、CAT及SOD活性均呈现先升高后降低的趋势,于处理第2 d和3 d达到最大,而丙二醛(MDA)含量则呈现先升高后降低再升高的趋势,分别于试验处理第2 d和4 d达到最大。综合以上4个指标,通过隶属函数分析得出4个辣椒品种的耐紫外性依次为青椒3号>循化线椒>甘科-2-11>吉祥101,因此推测青椒3号是耐紫外线强的辣椒品种,适合在青藏高原种植。

中波紫外线对三叶青酚类物质质量分数、抗氧化能力及基因表达的影响

【目的】探究短时间中波紫外线(UV-B)辐射对三叶青Tetrastigma hemsleyanum酚类成分、抗氧化能力及相关基因表达的影响。【方法】将3年生三叶青苗经UV-B持续辐射12.0 h,在0、0.5、1.0、3.0、6.0和12.0 h观察表型;另取三叶青辐射1.0和3.0 h(记为T1和T3)并补充暗处理至24.0 h(记为T1+23和T3+21),以未经处理为对照(ck),进行酚类物质(总酚和总黄酮)质量分数、抗氧化能力和叶片中抗逆酶活性、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度测定以及转录组分析。【结果】持续UV-B辐射对三叶青表型有影响,3.0 h组叶片局部发黄,6.0和12.0 h组叶片明显发黄和略微卷曲。叶片和块根的总酚(2.65和2.63 mg·g^(−1))和总黄酮(7.16和7.30 mg·g^(−1))、块根中的抗氧化能力(86.56%)均在T1+23组达到最大值。同时,UV-B辐射后施以黑暗处理可促进过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性的大幅提升,且在T1+23组达到最大,MDA质量摩尔浓度在T3+21组达到最高(7.21 mmol·g^(−1))。UV-B辐射和黑暗处理下调了黄酮合成通路基因(ThF3H、ThANS、ThCHS、ThANR等)和上调了氧化相关调节因子(CAT和SOD)的表达。【结论】UV-B辐射后增加黑暗处理可提高三叶青酚类物质质量分数、抗氧化能力及抗逆酶活性,且在T1+23组达最大值,同时下调黄酮合成酶基因表达,上调氧化应激相关基因的表达。

紫外和干旱胁迫对转基因水稻生理和抗氧化酶的影响

以携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT 1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativa L.中花11)的地上部分为材料,比较分析了二者在不同强度紫外胁迫及紫外和干旱复合胁迫下生理和抗氧化酶活性的变化。结果表明,单一紫外和紫外+干旱复合胁迫条件下,转基因水稻的株高、相对含水量、叶绿素含量、光合效率及GST、CAT、SOD和APX的活性都高于非转基因水稻;而转基因水稻MDA的积累量则低于非转基因水稻;说明转基因水稻对紫外和干旱胁迫的抵抗能力有所提高。此外,本实验条件下,紫外+干旱复合胁迫比单一紫外胁迫(尤其在强辐射组)对植株的伤害轻,说明干旱对紫外胁迫有一定的缓解作用,这种缓解作用对转基因水稻更加明显。

水杨酸对紫外线胁迫下杉木组培苗的影响

水杨酸(SA)在植物的抗病、抗逆境胁迫中发挥着重要作用,为研究水杨酸对杉木抗紫外胁迫的影响,以杉木组培苗为试验材料,在培养基中添加不同浓度(0、50、100、150、200 mg/L)SA(以不添加SA作为对照组),用紫外灯模拟自然界UV-B辐射对其进行处理,测定紫外胁迫下杉木组培苗内源SA含量的变化,以及经SA预处理后杉木组培苗在紫外胁迫前后的生理状态及光合作用效率的变化。结果显示:不经SA预处理的杉木组培苗在紫外胁迫下内源SA含量随着照射时间的增加而增加,说明SA参与了紫外胁迫响应;经100、150 mg/L SA预处理后,有效降低杉木组培苗丙二醛含量,缓解紫外胁迫对杉木幼苗的伤害,POD活性、可溶性蛋白含量及叶绿素荧光参数(Fv/Fm值、YⅡ、qN、qP)均升高,显示SA能调节上述物质含量来增强杉木组培苗的抗紫外能力,从而有效保护杉木组培苗免受紫外胁迫的伤害。

紫外线胁迫麦长管蚜DNA变异的AFLP分析

在6个不同时间段对不同体色、世代和寄主条件下的麦长管蚜进行紫外胁迫,应用AFLP技术对麦长管蚜基因组变异进行分析。研究结果表明:处理时间与变异频率之间存在正相关(r=0.9466);不同体色型的蚜虫和不同抗性寄主饲养条件下的蚜虫对紫外胁迫表现出不同的抗性,红色型蚜虫的变异较强,高抗寄主上的蚜虫变异较弱;F1代可累代遗传。

在紫外辐射B胁迫下钙对大豆幼苗若干生物学特性的影响

采用室内水培的试验方法,初步探讨了钙离子(0、5、15mmo·lL-)1对紫外辐射B(UV-B,280～320nm)胁迫下大豆幼苗若干生物学特性的影响。结果表明,在UV-B胁迫下,15mmol·L-1钙离子处理的大豆幼苗叶鲜重的降幅低,且其株高有所增加,POD活性降幅低,可溶性蛋白含量和SOD活性增幅高。表明钙具有缓解紫外辐射伤害大豆幼苗的效应,这同钙离子对大豆幼苗部分生理生化指标的影响有关。

蚕豆离体培养繁殖植株对高温及紫外线胁迫的反应

将蚕豆种子无菌苗(对照)和离体繁殖3代无菌苗作为供试材料,观察它们在高温和紫外线胁迫下的生长和根尖细胞有丝分裂的情况。试验结果表明,供试植株在高温和紫外线胁迫下在外观上表现叶片枯黄、植株死亡,在染色体水平上发生了畸变,紫外线胁迫造成的畸变程度大于高温胁迫,3代克隆苗的畸变程度大于种子苗。

铈对紫外辐射B胁迫下油菜幼苗叶绿素含量的影响

采用水培实验方法,研究了铈对紫外辐射B胁迫下油菜幼苗叶绿素含量的影响.结果表明:与对照相比,紫外辐射B胁迫会导致油菜幼苗叶绿素含量及叶绿素a/b比值显著降低,并且对叶绿素a合成的影响大于叶绿素b.20mg·L^(-1)的铈能最大程度缓解紫外辐射B对油菜幼苗叶绿素合成的破坏,较高浓度(≥60mg·L^(-1))的铈则抑制油菜幼苗叶绿素的合成.这说明合适浓度的铈溶液能缓解紫外辐射B胁迫对油菜幼苗的伤害,增强油菜幼苗的抗逆能力.

紫外分光光度法测定转基因烟草叶片中白藜芦醇的含量

利用紫外分光光度法对转基因烟草叶片中白藜芦醇的含量进行了测定。结果显示,转入花生白藜芦醇合成酶基因的烟草叶片中白藜芦醇浓度约为6.83μg/ml,比野生型材料中约5.11μg/ml的白藜芦醇含量略高。经紫外胁迫诱导后,其叶片中白藜芦醇含量分别提高到10.98μg/ml和9.25μg/ml。白藜芦醇合成酶转入烟草后不仅使目标植物中白藜芦醇含量有所增加,而且使植物自身对紫外胁迫的耐受能力也得到了较大的提高。

紫外辐射(UV-BC)对47种植物叶片的表观伤害效应

采用叶片实验法研究了模拟紫外辐射 (UV BC)胁迫对 47种植物叶片伤斑面积、叶绿素含量的影响 .实验结果表明 ,叶片伤害面积和叶绿素含量的变化与紫外辐射剂量 [辐射强度 (Tn)×辐射时间 (d) ]成正相关关系 .实验确定了 47种植物的紫外辐射伤害阈值 。

UV-B辐射胁迫下桃蚜差异基因表达的分子生态初步研究

【目的】研究紫外线UV-B对蚜虫种下分化的影响,筛选、鉴别UV-B诱导条件下差异表达的基因,阐明蚜虫对UV的耐受和反应机理以及分子变异机制,为蚜虫UV-B胁迫条件下的分子生态遗传与进化研究提供理论依据。【方法】以UV-B胁迫桃蚜种群cDNA为试验方(Tester),以正常条件下桃蚜种群cDNA为驱动方(Driver),应用抑制差减杂交(SSH)技术,研究了UV-B胁迫下桃蚜特异基因的表达,并随机选取100个EST克隆测序,分析差异基因的功能。【结果】蚜虫体内参与紫外胁迫的相关基因有6类,其中胁迫诱导相关基因占总基因的10.64%,核酸、脂肪酸代谢相关基因占14.89%,转录相关基因占9.57%,结构蛋白和蛋白合成相关基因占9.57%,共生菌相关基因占8.51%,未知功能基因占19.15%,未知基因占27.66%。半定量RT-PCR扩增结果显示,热休克蛋白70、辅酶NADH、氧化还原酶、表皮蛋白在处理和对照之间的差异均达极显著水平(P<0.01),而看家基因在对照和处理间无显著差异。【结论】蚜虫种群对紫外线胁迫的反应不仅依赖于抗氧化作用,还是一个多种抗性途径和多基因协同作用的复杂体系。

H_2S在拟南芥响应紫外线中的作用

为了研究气体信号分子硫化氢(H_2S)在拟南芥响应紫外胁迫过程中的作用,为H_2S及其相关制剂在农业生产中的应用提供理论依据,对抽薹期前的拟南芥野生型Col-0以及H_2S产生酶编码基因突变体lcd和des幼苗进行紫外处理20 min(波长254 nm,辐射强度60μW/cm^2),之后分别在光照和黑暗条件下用生理浓度外源H_2S(5μmol/L)处理24 h,检测植株MDA、叶绿素含量、光合特性指标(净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度)以及谷胱甘肽合成酶和DNA损伤修复相关酶编码基因的相对表达变化。结果表明:H_2S在光照或黑暗条件下都可降低紫外处理引起的MDA升高;在黑暗培养下增加叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量;缓解紫外照射引起的蒸腾速率(Tr)下降;促进GSH2和PARP1基因的表达量。生理浓度H_2S通过促进谷胱甘肽合成基因的表达缓解紫外胁迫对拟南芥幼苗造成的氧化损伤,促进DNA损伤修复基因的表达,以维持拟南芥正常生长,且光照对该过程有一定的促进作用。

紫外处理和热激处理调控芥菜芽苗主要生理生化及褪黑素富集研究

为研究紫外处理和热激处理对芥菜芽苗生理生化及其褪黑素富集的调控机制,本试验以芥菜籽粒为试材,研究经紫外处理和热激处理芥菜芽苗的主要生理生化指标及褪黑素合成关键酶基因表达情况。结果表明,经紫外处理和热激处理后,发芽期间,芥菜芽苗的芽长显著低于对照组(CK),可溶性蛋白含量和总抗氧化能力均显著高于CK(P<0.05),在观察时间点(4和7 d),热激处理发芽4 d的芥菜芽苗褪黑素含量最高,分别是CK和紫外处理的2.89和2.47倍。发芽期间,紫外处理和热激处理各关键酶基因表达量存在显著差异,热激处理4 d时芥菜芽苗TDC2、T5H2及SNAT4的表达量较CK均显著上调,而SNAT2及ASMT3的表达量显著下调(P<0.05)。本研究表明热激处理可作为芥菜芽苗富集褪黑素的有效手段。

紫外及其联合褪黑素处理对发芽大豆异黄酮富集影响

研究紫外及其联合褪黑素处理对发芽大豆中异黄酮含量的影响,通过单因素实验,研究紫外处理时长、褪黑素浓度以及发芽天数对大豆的影响,研究其生理指标变化及异黄酮的富集情况。结果显示,经9 h·d^(-1)紫外辐射及25μmol·L^(-1)褪黑素处理发芽4 d的情况下,发芽大豆中异黄酮含量最高达766.23μg·g^(-1)。

不同基质和培养时间对球孢白僵菌孢子耐逆性研究

球孢白僵菌孢子是应用最广泛的真菌杀虫剂关键因子,为了解不同培养基和培养时间对球孢白僵菌孢子抗逆能力的影响,从采集自全国不同温区30株球孢白僵菌菌株中筛选出5株生长快、产孢量大的菌株——RCEF5609、RCEF5746、RCEF5688、RCEF6200和RCEF6857。采用营养丰富度不同的常用培养基(PDA、SDAY和MEA)和不同培养时间两个方面研究菌株耐热和抗紫外性,并分析相关基因转录水平上的变化。结果表明,菌株RCEF6200和RCEF5688分生孢子发芽率最高,抗逆性最强,RCEF5609孢子萌发率最低,抗逆性最弱;营养贫瘠的PDA较营养丰富的SDAY和MEA产生的孢子更有利于耐热和抗紫外,培养7 d的分生孢子抗逆性更强。进一步分析抗逆性最强的菌株RCEF6200和抗逆性最弱的菌株RCEF5609抗逆基因转录水平,结果显示,菌株RCEF6200和RCEF5609逆境胁迫后与对照组相比,在PDA培养基上和7 d的培养条件下,较其他处理中耐热性和抗紫外线相关基因表达水平呈不同程度增加,可见抗逆相关基因转录分析结果进一步验证上述结果。研究为生产抗逆性强的球孢白僵菌菌剂提供一定理论基础。

干旱和UV-B对两种牧草生长和抗氧化系统的影响

在干旱胁迫、紫外线辐射胁迫及二者协同胁迫下,研究垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)幼苗的生长和抗氧化系统的变化。结果表明:幼苗在不同逆境下抗氧物质和生长指标差异不明显,说明二者具有相同的防御机制;在UV-B辐射和干旱胁迫下,株高、叶片含水量、叶面积、鲜重和干重均呈下降趋势,POD(过氧化物酶)活性降低,SOD(超氧化物歧化酶)和CAT(过氧化氢酶)活性升高,Pro(脯氨酸)和AsA(抗坏血酸)含量升高;但在二者协同胁迫下,鲜重、干重、叶片含水量比干旱胁迫下均有所提高,株高和叶面积比UV-B胁迫下也有相应提高,证明在协同胁迫下,幼苗具有较强抵抗力;这可能是在干旱胁迫下脯氨酸(Pro)和抗坏血酸(AsA)显著增加增强了植株对UV-B辐射胁迫的抵抗力,同时在UV-B胁迫下植物产生大量的抗氧系统酶,因而有利于清理对干旱胁迫产生的有毒物质,同时有些活性蛋白等物质的产生将会增加细胞内渗透压,有利于保持水分,增强植物抗旱能力。

不同海拔梯度对独一味和拉萨蒲公英黄酮含量的影响

为探究高海拔高强度紫外线下高山植物应对逆境胁迫的生存策略,设置海拔梯差为50米的样线法采集拉萨白定村协沟海拔3830~4080m的独一味(Lamiophlomis rotata(Benth.)Kudo)和拉萨蒲公英(Taraxacum sherriffii)的地下根和地上叶样本,用蒸馏萃取法和比色法提取并测量独一味和拉萨蒲公英不同组织中的黄酮类化合物,结果表明,随着海拔增加,两种植物体内总黄酮类物质的含量存在增长趋势,但与海拔高度并无显著关系,而地上部分比地下部分的黄酮含量多,且随海拔变化显著,一定程度上反映应对紫外胁迫时高山植物黄酮类化合物的分布的差异性。