不同培养基对固沙先锋植物羽毛针禾种子萌发的影响

为探索固沙先锋植物羽毛针禾种子萌发的最适培养基条件,以羽毛针禾种子为材料,利用MS、N6、1/2 MS、琼脂和White等5种培养基进行羽毛针禾种子萌发实验。在筛选出高效(琼脂培养基)和低效(White)培养基后,对种子进行可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及赤霉素、脱落酸、乙烯利、茉莉酸和生长素等萌发相关指标的检测。结果表明,琼脂培养基中种子萌发率最高,种子萌发前可溶性蛋白含量和α-淀粉酶活性持续升高,可溶性糖含量基本保持稳定,相关植物激素赤霉素、脱落酸、乙烯利、茉莉酸和生长素含量处于持续上升的状态。White培养基中萌发率最低,种子萌发前α-淀粉酶活性持续升高,可溶性蛋白含量显著下降,赤霉素浓度显著低于琼脂糖培养基,脱落酸的含量高于琼脂糖培养基。研究结果表明,琼脂培养基为5种羽毛针禾种子萌发的最高效培养基。

准噶尔盆地羽毛针禾(Stipagrostis pennata)生境土壤物理特性分析

本文对分布于准噶尔盆地的羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种群的生境进行了土壤物理特性的对比分析,分析的项目包括土壤颗粒度、土壤含水量、土壤容重等。结果显示:羽毛针禾生境的土壤机械组成粘性沙粒比例小,其适生的沙丘中上部含水量也是极低,土壤的容重亦较大。对比分析的沙丘中下部和沙丘之间的无羽毛针禾分布的平地,其土壤粘沙比例、含水量相对较高,土壤容重相对较小。这说明了羽毛针禾局域分布的生境土壤物理特性,透气性好、粘沙比例低的沙丘中上部活化沙地地带是它的适生土壤类型,这从一侧面也解释了为什么羽毛针禾是活化沙地的先锋草本植物。

羽毛针禾(Stipagrostis pennata)根鞘暗色丝孢菌降解功能的初步探究

羽毛针禾(Stipagrostis pennata)因其特殊的根鞘结构而成为新疆北部古尔班通古特沙漠中流动和半流动沙丘上的先锋禾草和优良固沙植物。通过多种方法对5株供试暗色丝孢菌的降解功能进行初步探究,以期为高效降解真菌的选育工作提供理论依据。结果表明:(1)通过羧甲基纤维素钠(CMC-Na)水解圈测定法挑选产纤维素酶的菌株,据透明圈直径与菌落直径的比值判断其产酶能力的大小,除0103菌株外其余株菌均具分解纤维素的能力,0104菌株Dp值高达1.70,其余菌株依次为0304>0105>0204。(2)采用滤纸条降解法、失重法,对产纤维素酶的菌株进行降解纤维素功能的验证,其中0104菌株降解能力较为明显,其滤纸失重率高达55.72%。(3)在以聚乙烯为唯一碳源的琼脂培养基培养上述菌株,发现0103菌株具降解聚乙烯能力,光学显微镜下观测到被降解的单个聚乙烯膜片面积达3.75 mm^2。由上可知,0104和0103菌株分别在降解纤维素及聚乙烯方面有潜在的应用价值,其研究结果也拓展了对根鞘微生物功能的认识,除细菌微生物菌肥之外,真菌资源的挖掘和利用也值得更进一步的关注。

羽毛针禾(Stipagrostis pennata)葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶基因SpG6P1E的克隆与表达分析

葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶(G6P1E)在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。本研究旨在通过克隆和分析沙漠植物羽毛针禾(Stipagrostis pennata)葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶基因(SpG6P1E),为进一步探究其影响羽毛针禾根部沙套发育的机制及功能奠定基础。利用分子克隆技术从羽毛针禾中克隆获得一个SpG6P1E基因,该基因编码一个含有325个氨基酸的蛋白质,定位于细胞质,为亲水性稳定蛋白。序列及进化分析表明该基因含有一个保守性很高的醛糖异构酶(Aldose_epim)结构域,且与单子叶植物的直系同源基因亲缘性更高。亚细胞定位分析显示该基因定位于细胞质,参与胞质糖代谢过程。qRT-PCR结果显示SpG6P1E基因的表达与羽毛针禾沙套发育过程及可溶性糖含量具有较高的相关性,表明其对于沙套发育的重要作用;SpG6P1E基因的表达显著受到干旱、高温、盐等多种非生物胁迫的诱导,表明其对于胁迫响应的重要作用。蛋白互作网络及注释分析显示SpG6P1E可能通过参与糖合成和糖代谢等一系列过程进而影响羽毛针禾可溶性糖的含量。本研究结果为深入研究SpG6P1E基因的功能及其调控植物组织发育和适应逆境的机制奠定了基础。

羽毛针禾萌发特性研究

研究了羽毛针禾在冷冻(-18℃)和冷藏(4℃)环境下在湿沙、干沙、水中分别处理3、20、60 d后破除休眠的情况,以及破除休眠的种子在不同的光温条件和两种荒漠环境中的萌发情况。结果表明:在冷冻和冷藏处理中,在湿沙和(4℃)水中处理20 d的破除休眠的效果较好,在水中浸泡20 d的效果最好萌发率最高,且萌发速率最快,播种后的第3天就开始萌发。在光温处理中,25/15℃有光环境有最高的萌发率,在40℃有光环境中的萌发速率最快,播种后24 h就开始萌发,但萌发率较低仅为19%±1.16%(40℃有光),6%±1.16%(40℃无光)。在实验室条件下,在模拟的砾质荒漠和沙漠公路边的环境的几种基质中萌发较好,而且生长较好。

羽毛针禾交配系统的SSR分析

利用SSR共显性标记位点对新疆准噶尔盆地羽毛针禾(Stipagrosits pennata(Trin.)De Winter)居群进行了交配系统研究。采用20个家系共160个子代样品测定了该居群花粉库基因频率、固定指数(F)、多位点异交率(tm)和单位点异交率(ts)。结果显示该居群异交率处于较高的水平(tm=0.839),多位点异交率与单位点异交率差异较显著(tm-ts=0.178),固定指数(F)的估计值大于0(F=0.158),表明该居群以异交为主,但双亲近交较明显。这可能是受居群密度、风力等因素影响的结果。

羽毛针禾种群遗传多样性分析

[目的]从分子水平对羽毛针禾居群内、居群间的遗传分化进行研究,揭示其遗传多样性水平。[方法]使用11条RAPD引物对生长于古尔班通古特沙漠的优良固沙植物羽毛针禾进行居群遗传变异分析。[结果]7个居群76个样品共检测到125个位点,总多态位点百分比为96.8%,居群内平均多态位点百分比为45.3%;羽毛针禾种群Shannon表型多样性指数(I)为0.5151,Nei’s基因多样度指数(h)为0.3471;居群间的基因分化系数为0.5284,即有52.84%的遗传多样性存在于居群间。[结论]羽毛针禾居群有较为丰富的遗传变异,且各居群间已有了明显分化。

羽毛针禾组织培养方法研究

[目的]筛选适合于羽毛针禾种子发芽的培养基及愈伤组织诱导培养基。[方法]以羽毛针禾种子为基础材料,以MS培养基为基本培养基,研究不同激素浓度配比条件下种子发芽率及愈伤组织的诱导效果。[结果]6-BA对羽毛针禾种子的萌发作用不太明显,但加入6-BA后有利于种子个体的生长发育;GA3对羽毛针禾种子的萌发起着关键性的作用。种子发芽最适培养基为1/2 MS+GA32.0 mg/L,可诱导出结构致密、绿色颗粒状胚性愈伤组织。较高浓度的2,4-D可促进愈伤组织较快发生,但浓度过高对胚性愈伤组织的诱导有抑制作用且容易导致愈伤组织的褐化现象,只有当2,4-D浓度为2.0 mg/L时,胚性愈伤组织的诱导率达最大值,得到最好的培养效果。种子愈伤组织的诱导以MS+2,4-D 2.0 mg/L+6-BA 0.5 mg/L为宜。[结论]为完善羽毛针禾的高频再生体系和基因转化奠定了基础。

针禾属植物羽毛针禾基因组DNA提取方法的研究

传统的CTAB DNA提取法步骤多.较烦琐,DNA产率低,而且由于酚、单宁、色素、多糖很难完全去除,容易影响随机扩增多态、微卫星等标记工作的效率.采用SDS裂解法提取了针禾属植物幼嫩叶片的基因组DNA,所获得的DNA可用于PCR反应.并且在针禾属植物的研究中得到了较好的结果.

羽毛针禾大、小孢子和雌雄配子体发育观察

利用常规石蜡制片技术研究了羽毛针禾(Stipagrostis pennata(Trin.)de Winter)大、小孢子发生及雌、雄配子体的发育过程.主要结果有:(1)花药壁由3层结构组成,最外层为表皮,其次为药室内壁,最内层为分泌型绒毡层;(2)小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分裂为连续型,四分孢子为左右对称型;(3)成熟花粉粒为3细胞型,具单萌发孔,羽毛针禾精子排列存在两种情况:一种是两枚精子近乎平行位于营养核一侧,另一种是羽毛针禾有少数花粉的两条眉状精子呈"八"字形排列;(4)羽毛针禾为单子房、单胚珠、双珠被、薄珠心、倒生型胚珠,大孢子母细胞减数分裂形成线型或T型排列的4个大孢子,合点端大孢子具功能;(5)胚囊发育为蓼型,反足细胞经无丝分裂形成多个细胞的反足细胞群.

羽毛针禾内生细菌分离鉴定及系统发育树分析

以羽毛针禾根和种子组织为试材,采用传统培养方法和免培养方法研究了组织中分离纯化出的内生细菌,对分离得到的纯菌株进行形态学观察、生理生化鉴定,并结合菌株的16S rRNA基因序列在RDP在线数据库中鉴定其属水平。将测序结果与GenBank中已知序列进行BLAST比对,查找相似性最高的菌种序列进行同源性分析,再通过软件MEGA 7.0构建系统发育树确定菌株的系统分类学地位。结果表明:从羽毛针禾种子和根中分别分离鉴定出4株和7株内生细菌,初步将这些细菌归为2门2纲2目2科2属,种子和根中的优势属分别为泛生菌属和假单胞菌属。在羽毛针禾根和种子中的内生细菌群落结构具有较为丰富的种群多样性,且菌群优势度存在差异。该研究成果为羽毛针禾内生菌资源库信息的积累和羽毛针禾内生微生物的后续开发提供了有利指导和参考依据。

公路阻碍作用对古尔班通古特沙漠南缘羽毛针禾种群基因流的影响

以新疆古尔班通古特沙漠南缘3条典型沙漠公路两侧的羽毛针禾(Stipagrostis pennata)为研究对象,利用17对微卫星标记(又称为简单重复序列,简称SSR),探讨公路对阜康、沙湾和148团3个种群基因流的影响。单因素方差分析结果表明,平均等位基因数、有效等位基因数、Shannon多样性指数、观测杂合度、预期杂合度和Neis多样性指数在阜康种群和148团种群间整体上存在显著差异,在阜康种群和沙湾种群间均不存在显著差异,在沙湾种群和148团种群间只有观测杂合度存在显著差异,其余遗传多样性指标在沙湾种群和148团种群间均不存在显著差异;遗传分化系数和基因流在3个种群的两两间均存在显著差异。从长远上看,公路对羽毛针禾种群间的基因流起到一定的阻碍作用,此外,种群间的基因流还受到农田开垦和水库修建的影响。

羽毛针禾根部内生假单胞菌XG11在小麦上的定殖动态及促生效应

为探究荒漠植物羽毛针禾根部内生菌假单胞菌XG11的促生作用及其定殖动态,将菌株XG11灌于沙土种植的小麦根部,通过四环素标记,观察定殖动态;测定接种菌株XG11菌悬液后的小麦株高、丙二醛含量、过氧化物酶活性等指标,评估菌株XG11对小麦植株生长发育的促生作用。抗性标记假单胞菌(XG11^(TC))能在根际土壤和小麦根内定殖28d以上,在小麦叶内定殖14d左右,菌株定殖量随时间延长而下降。不同部位的定殖量表现为根际土壤>根>叶。在沙土种植与水系培养中的定殖趋势不同,土培定殖量高于水培。小麦的发芽率、株高、过氧化物酶活性、丙二醛含量等指标,均显示菌株能促进植物生长发育。菌株XG11在沙土中具有较强的定殖能力和促生性能,能有效提高植物的抗逆性,可为荒漠治理提供新思路。

沙漠植物羽毛针禾(Stipagrostis pennata)糖转运蛋白基因SpSWEET3的克隆与表达

糖转运蛋白(SWEET)在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。本研究旨在克隆和分析羽毛针禾(Stipagrostis pennata)糖转运蛋白SpSWEET3基因的表达特征,为进一步探究其影响羽毛针禾根部沙套发育的机制及功能奠定基础。利用分子克隆技术克隆获得羽毛针禾SpSWEET3基因的全长开放读码框序列;利用生物信息学方法分析SpSWEET3基因的理化性质;利用qRT-PCR分析基因的表达特征;利用激光共聚焦显微镜观察分析其亚细胞定位。从羽毛针禾中克隆获得576 bp的SpSWEET3基因的全长开放阅读框,该基因编码一个含有191个氨基酸的碱性强疏水性蛋白,相对分子质量为21.619 kD。SpSWEET3属于PQ-loop超家族并含有典型的MtN3_slv结构域,发挥催化胞内糖外排的功能。亚细胞定位分析显示该基因定位于质膜,暗示其可能作为跨膜蛋白发挥功能。qRT-PCR结果显示SpSWEET3基因在羽毛针禾根组织中具有较高的累积表达,表明其对于沙套发育的重要作用;SpSWEET3基因的表达显著受到PEG干旱胁迫的诱导表达,表明其对于干旱适应的重要作用。蛋白质相互作用分析显示SpSWEET3可能通过与参与维持核酸结构稳定、转录因子、跨膜转运等蛋白质相互作用进而发挥转运糖的作用。本研究结果为深入研究SWEET基因的功能及其调控植物组织发育和适应逆境的机制奠定了基础。

羽毛针禾根部土壤中可培养微生物的分离及其酶活性检测

羽毛针禾(Stipagrostis pennata)是新疆古尔班通古特沙漠中优良的固沙植物,特殊的根鞘结构是其沙生适应性的重要表现。根鞘中的微生物是羽毛针禾根鞘形成和稳定的重要影响因素。本研究从古尔班通古特沙漠南缘和中部两个地区的羽毛针禾的根部土壤中分离和筛选出36株细菌、15株真菌和13株放线菌。结果显示:羽毛针禾根部微生物中优势菌种占比依次为细菌、真菌和放线菌,显微镜下观察,细菌多为球状细菌。分离得到具有蛋白酶活性的菌株有22株,具有淀粉酶活性的菌株有12株,同时具有蛋白酶和淀粉酶活性的菌株有16株。羽毛针禾根鞘土壤中筛选出2株解磷菌。本研究对羽毛针禾根部土壤中的微生物资源进行了深入挖掘,为固沙植物根系微生物群落的研究和应用提供了理论依据。

古尔班通古特沙漠羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种群种子雨特征

通过布设种子收集器收集种子,对收集的种子以时空差异进行分组分析,探讨羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种子散布规律以及古尔班通古特沙漠种群的种子雨特征。结果表明:①羽毛针禾种子雨的积累密度平均达到3 766.30粒·株-1,其中饱满种子占19.56%;②种子散布的高峰集中在6月25到7月15日,其落种量占整个种子雨的61.96%,其后种子雨密度随时间逐渐减小;③种子雨密度与生境之间均不存在显著性差异;④种子雨总量与其年龄之间存在显著性差异;⑤种子雨的前扩散过程中种子集中降落在背风方向4 m范围和株丛周围1 m内。古尔班通古特沙漠南缘种子雨虽质量不高,但密度大,对种群的自然更新具有一定的意义。

沙土灭菌对羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种子萌发、幼苗生长及根鞘形成的影响

荒漠固沙植物羽毛针禾(Stipagrostis pennata)具特殊的根鞘结构,由植物、微生物、土壤共同参与形成。分析了沙土灭菌处理对羽毛针禾种子萌发、幼苗存活及根鞘初期形成过程的影响。结果表明:(1)灭菌沙土中,羽毛针禾种子萌发较慢,萌发率不超过25%,始终低于对照;而在土壤微生物的参与下,种子萌发率在种植19d后即可稳定在25%的水平。(2)灭菌处理下,羽毛针禾幼苗成活率<5%;而土壤微生物参与下,幼苗成活率可高达36.54%。(3)幼苗种植40d左右,灭菌沙土中的幼株出现萎蔫枯黄、最后整株死亡的现象;而自然沙土中的幼苗株高是灭菌处理组的1.72倍,并且仍保持鲜绿色。(4)沙土灭菌处理后,幼株出现黑根现象,根毛失水萎蔫,沙粒粘附性变差。可见,土壤微生物在羽毛针禾种子萌发、幼苗存活、根鞘初期形成中均发挥重要作用,是促进固沙植物生长的潜在生物菌肥资源。

羽毛针禾(Stipagrostis pennata)克隆构型及不同环境中的分株种群特征

以古尔班通古特沙漠不同环境(沙丘不同坡位、不同伴生植物、不同流动性沙丘)中的羽毛针禾(Stipagros-tis pennata)种群为研究对象,通过测定羽毛针禾分株平均高度、节间长、分蘖株数、根茎直径、地下根状茎数、平均地下根状茎长等指标,分析羽毛针禾的克隆构型及不同环境中的分株种群特征。结果表明:羽毛针禾分株强度大,分枝多,分株间的间隔物(节间长)高度缩短,表现出典型的"密集型"克隆生长构型。同时,比较半固定沙丘不同坡位羽毛针禾的分株种群特征,坡顶上的羽毛针禾在分蘖株数和平均根状茎长均显著高于坡底;分析羽毛针禾与不同伴生植物的分株种群特征表明,羽毛针禾与鹤虱的伴生群落中,其分蘖枝数显著高于羽毛针禾与白茎绢蒿的伴生群落,且有较高的分枝密度和较短的平均根状茎长;与半固定沙丘相比,生长于固定沙丘的羽毛针禾分株种群具有显著的分蘖株数、根状茎数,以及较长的根茎直径、较大的地上部分生物量和地下根状茎生物量。最后,结合克隆植物对资源的利用对策及表型的可塑性,对不同环境中的羽毛针禾分株种群特征进行了讨论。

羽毛针禾(Stipagrostis pennata)营养器官解剖结构及其生态适应性特征

通过对荒漠环境中羽毛针禾营养器官解剖结构的研究,结果表明:营养器官的抗旱和防风固沙结构特征明显,主要表现在根系发达,其3～4层外皮层细胞壁明显加厚,变为厚壁细胞,靠近内皮层的薄壁细胞间有大的细胞间隙,原生木质部束数多(25原),导管和筛管多,根毛发达;不定根发生能力强;茎由多层叶鞘包裹起来,维管束丰富;叶表皮细胞外切向壁增厚,上表皮有发达的表皮毛,大型泡状细胞3～8个,维管束鞘细胞体积大,有明显的叶绿体。揭示了羽毛针禾具有典型C4植物叶的结构特征,丰富和补充了C4植物。

新疆针禾属(Stipagrostis Nees)植物叶片解剖结构的比较

利用光学显微镜,对新疆荒漠中针禾属植物大颖针禾(Stipagrostis grandiglumis)和羽毛针禾(Stipagrostis pennata)叶片进行微观形态结构特征的观察与比较。结果表明:大颖针禾和羽毛针禾的叶都具有典型的适应干旱及沙漠环境的形态结构特征;2种针禾叶片表面均具有角质层,但厚度不同;两者上表皮均密生刺毛,表皮细胞外切向壁较厚,径向壁较薄,而且表皮细胞特征及气孔类型、叶脉形状及维管束数目等具有明显的种间差异,这些显微形态差异为探讨该属的系统演化关系及属下分类提供了叶解剖学证据。