转录组与代谢组联合分析揭示遮阴胁迫下甘薯的代谢响应途径

甘薯是喜光作物,但其在套种栽培模式中一般处于低位被遮阴,大田生长中后期也时常面临阴雨寡照天气而影响块根干物质积累,因此,解析甘薯在遮阴胁迫下的代谢响应途径可为其耐荫性品种改良提供理论依据。本研究对甘薯品种郑红23号进行透光率50%的遮阴胁迫15 d后发现,遮阴胁迫下郑红23号的叶绿素b以及总叶绿素含量较自然光照下均显著提高;叶绿素光系统PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII潜在活性(Fv/Fo)和光合性能综合指数(PIABS)在遮阴胁迫下均显著下降;净光合速率和水分利用率显著降低,SOD酶和POD酶活性则显著提高;此外,遮阴胁迫显著提高了郑红23号的蔓长和比叶面积,根鲜重则显著降低。对遮阴胁迫和自然光照条件下的叶片组织进行转录组和代谢组联合分析发现,差异基因和差异代谢物主要共同富集于苯丙素合成途径、糖代谢相关途径、鞘脂代谢途径和精氨酸合成途径。苯丙素合成途径富集到的上调差异表达基因多数为POD酶家族基因,说明遮阴胁迫触发了甘薯的ROS活性氧清除系统。同时,遮阴胁迫降低了甘薯植株的糖代谢水平,叶片可溶性糖含量下降,淀粉合成与降解均受到抑制,块根膨大受阻。而鞘脂及精氨酸代谢途径则可能通过提高生物膜的稳定性以及增加多胺类抗逆因子的合成底物来使植株更好地适应遮阴胁迫。以上结果为理解遮阴胁迫下甘薯的代谢响应途径提供了新的理论依据。

外源一氧化氮对遮阴胁迫下高羊茅抗氧化系统的调控机理

在不同遮阴胁迫下(20%遮阴、60%遮阴和90%遮阴),采用叶面喷施外源一氧化氮(NO)方法,研究了外源NO对遮阴胁迫下高羊茅瑞德3号(Festuca arundinacea‘Arid 3')的形态指标、叶绿素含量、膜透性、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性及脯氨酸含量的影响。结果表明:20%遮阴对高羊茅植株几乎没有伤害,而60%和90%遮阴的伤害作用较严重,并且随着遮阴时间的增加高羊茅受伤害程度加强。外源NO可以显著提高遮阴胁迫下高羊茅叶片的叶绿素含量,降低质膜相对透性的增加,减少膜质过氧化产物MDA含量的升高,促进脯氨酸的积累,提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性。外源NO的保护作用随着遮阴时间与遮阴强度的增加而变化,外源NO对20%遮阴和60%遮阴的高羊茅效果较好,而对90%遮阴高羊茅效果较差;此外,随着遮阴时间增加,外源NO对不同遮阴强度高羊茅作用效果不同,处理14 d效果较好。综上表明,外源NO对遮阴胁迫下的高羊茅具有一定的保护作用,但是这种保护作用随着遮阴时间与遮阴强度的增加而下降。

艾纳香幼苗对夏季遮阴胁迫的生理响应

目的:为探讨艾纳香对光照的响应机理,寻求适宜艾纳香生长的最佳栽培条件。方法:以有性繁殖的1年龄艾纳香幼苗为研究对象,于2014年5月开始进行为期四个月的四梯度遮阴处理试验:全光照;轻度遮阴,透光率(75±3)%;中度遮阴,透光率(45±5)%;重度遮阴,透光率(20±3)%。对不同遮阴胁迫下艾纳香生理指标进行分析。结果:轻度遮阴胁迫下植物长势最好,叶片含水量最大,叶片通过增加叶绿素含量、根系活力来弥补少量光照不足。中度和重度遮阴胁迫下植物细胞已受到损伤,细胞渗透势不平衡,可溶性糖、游离脯氨酸增幅较大,通过过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)等酶活的改变产生化学防御体系,减小细胞受损程度。重度遮阴胁迫下,艾纳香植株长势最差,出现明显的叶片变大变薄现象,叶片含水量、光合色素含量都大量减小,在渗透物质与抗氧化酶活性调节下,植物维持较弱生长特征。结论:夏季轻度遮阴处理可促进艾纳香幼苗生长发育。

嗜冷乳糖节杆菌B7对遮阴胁迫下多年生黑麦草幼苗生长和抗氧化防御系统的影响

为探究嗜冷乳糖节杆菌B7(Arthrobacter psychrolactophilus)对遮阴胁迫下多年生黑麦草(Lolium perenne)的缓解效应,在盆栽试验条件下,研究了不同遮阴胁迫(0、20%、40%、60%和80%)下接种嗜冷乳糖节杆菌菌株B7对黑麦草生长和生理特性的影响。遮阴胁迫显著抑制黑麦草的生长(P<0.05),而B7能够有效缓解遮阴胁迫对黑麦草生长的抑制。60%和80%遮阴导致多年生黑麦草细胞膜发生严重的损伤,并且积累较高的活性氧,接种B7有效地缓解了遮阴对黑麦草幼苗造成的氧化损伤。与单独遮阴处理相比,20%、40%、60%和80%遮阴胁迫下接种B7导致H2O2和O·2-含量分别下降5.88%、24.41%、33.60%、40.00%和30.91%、22.94%、25.67%、49.37%。遮阴胁迫在一定程度上提高了超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)活性以及抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)和谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量,接种B7进一步提高了上述抗氧化防御体系的活性。研究结果表明,遮阴胁迫下接种B7能够显著提高黑麦草的抗氧化酶活性(P<0.05),增加活性氧的清除能力,减轻遮阴引起的氧化损伤,从而增强黑麦草的耐阴性。

遮阴胁迫对丹参生长及光合特性的影响

[目的]研究不同遮阴胁迫对丹参生长及光合特性影响。[方法]通过在不同遮阴处理条件下对丹参植株高度、小叶片面积、叶片数等主要农艺性状的调查以及丹参主要生育期光合速率的测定,分析遮阴胁迫对丹参生长及光合特性的影响。[结果]在不同遮阴条件下,随着光照强度的减弱,对丹参生长的影响主要表现在茎变细,植株的高度、小叶片面积、叶片数先增加后减少。在全光照条件下,过强的光照不利于丹参的生长。7、8月份在海棠地2.0 m×3.0 m的遮阴处理下即郁闭度为32.7%时叶面积最大,叶片开展好,且药用器官根增粗增长,说明适度遮阴有利于丹参植株的营养生长。[结论]处于全光照和郁闭度32.7%之间的遮阴适于丹参植株的生长。

遮阴胁迫对麦冬和多年生黑麦草根际土壤细菌群落结构和多样性的影响

为探究麦冬(Ophiopogon japonicus(Linn.f.)Ker-Gawl.,缩写为OJ)和多年生黑麦草(Lolium perenne L.,缩写为LP)根际土壤微生物群落对遮阴胁迫的响应机制,本试验利用Illumina HiSeq2500测序平台,以16S rRNA基因为标靶进行相关研究。结果表明:遮阴改变OJ和LP土壤中硝态氮、铵态氮、全磷、全钾、速效钾和速效磷含量;遮阴显著改变OJ和LP根际土壤细菌群落组成,但是对其多样性影响不显著;OJ和LP根际土壤中变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)为主要优势菌群,相对丰度分别为26.34%~35.23%,19.79%~24.24%和19.03%~24.49%,19.20%~32.96%。遮阴导致OJ根际土壤中变形菌门、绿弯菌门(Chloroflexi)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的丰度降低,而LP根际土壤中其相对丰度显著高于OJ。相关性分析表明:土壤速效钾、全氮是影响OJ根际土壤细菌群落结构的主要原因,而铵态氮、硝态氮、全氮是影响LP根际土壤细菌群落结构的主要原因。因此可得出,遮阴改变了OJ和LP土壤的理化性质,改变了其根际土壤中优势细菌类群组成,而植物本身对土壤细菌群落组成的影响强于遮阴胁迫。

遮阴胁迫对两种野牛草抗氧化系统的影响

逆境胁迫会诱导植物细胞内活性氧的产生,通过研究同一逆境胁迫下植物活性氧的产生速率和抗氧化系统的响应可衡量植物的抗逆性。以Spark和Texoka野牛草(Buchloe dactyloides)为材料,研究了34天持续的中光(40%遮阴)和低光(80%遮阴)胁迫处理下,两种野牛草叶片活性氧的产生、膜脂过氧化及抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的变化规律。结果表明:低光胁迫时植物丙二醛(MDA)的含量更高,抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的峰值也更高;Spark野牛草超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的相对活性和抗坏血酸(AsA)的相对含量到达峰值的时间比Texoka野牛草推迟5~10天,但峰值更高,而MDA峰值的相对含量则远远低于Texoka野牛草;与抗氧化酶相比,Spark野牛草叶片中AsA的相对含量出现了两次高峰,峰值远远高于Texoka野牛草,认为Spark野牛草比Texoka野牛草更耐阴的原因与遮阴胁迫下其叶片中AsA含量较高有关。

遮阴胁迫对玉米的影响研究进展

玉米是C4喜光作物,充足的光照是其生长发育的必要条件,阴雨寡照天气严重影响玉米生长发育。详细阐述了人工遮阴胁迫模拟阴雨寡照天气对玉米生长发育及产量、生理生化特性、籽粒品质和倒伏的影响,为玉米耐阴研究及制定相应的缓解措施提供理论依据。

短时沙尘、遮阴及沙尘遮阴复合胁迫对山楂光合和荧光特性的影响

为研究短时沙尘、遮阴、及沙尘遮阴复合胁迫对山楂光合作用及叶绿素荧光参数的影响,从而为山楂的种植提供理论依据。采用人工模拟试验,对山楂在沙尘胁迫、遮阴胁迫以及沙尘遮阴复合胁迫下的光合作用和叶绿素荧光参数的变化情况进行研究,结果表明,沙尘胁迫使净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、潜在活性(F_v/F_o)、最大PSⅡ量子产率(QY_(max))、稳定状态下的非光化学淬灭(NPQ_Lss)下降,胞间CO_2浓度(C_i)先升后降,暗适应下最小荧光(F_o)略有下降,但未发生显著变化。遮阴胁迫下,山楂叶片P_n、G_s、T_r、NPQ_Lss总体均呈先上升后下降的变化趋势,C_i先下降后上升再下降,F_o先下降后上升,F_v/F_o、QY_(max)在轻度、中度遮阴胁迫下未发生显著变化,重度、严重遮阴胁迫下呈下降趋势。复合胁迫使山楂叶片P_n、G_s、T_r、QY_(max)、F_v/F_o、NPQ_Lss总体均先下降后上升,C_i先上升后下降,F_o则一直下降。轻度沙尘胁迫下非气孔因素影响了山楂的光合作用,随处理程度的增加,气孔限制逐渐占据主导;适度遮阴能改变山楂叶片PSⅡ的光能利用分配、增加热耗散保护光合机构;轻度复合胁迫下,沙尘对山楂叶片的光合作用影响较大,随处理程度的增加,遮阴逐渐成为主导因素。

琥珀酸黄杆菌缓解遮阴对多年生黑麦草胁迫的效应

为探究琥珀酸黄杆菌(FS)对遮阴胁迫下多年生黑麦草(LP)的缓解效应,在盆栽试验条件下,研究了不同遮阴胁迫下(0、20%、40%、60%和80%)接种琥珀酸黄杆菌DSM4002(FS)对LP生长和生理特性的影响。结果表明,遮阴胁迫显著抑制LP的生长,而FS能够有效缓解遮阴胁迫对LP的生长抑制。60%和80%遮阴导致多年生黑麦草积累较高的活性氧和丙二醛,FS处理有效地缓解了遮阴对LP幼苗造成的氧化损伤,20%遮阴+FS、40%遮阴+FS、60%遮阴+FS和80%遮阴+FS处理中氧自由基含量分别与单独遮阴处理相比下降4.47%、29.75%、44.57%和49.84%。遮阴胁迫不同程度地改变了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性以及抗坏血酸(AsA)和还原性谷胱甘肽(GSH)含量,接种FS能够进一步提高SOD、CAT、GR活性及AsA和GSH水平,但是接种FS仅能够显著提高40%遮阴胁迫下POD活性和60%遮阴胁迫下APX活性。由此可见,遮阴胁迫下接种FS能够显著提高LP的抗氧化系统活性,增加活性氧的清除能力,减轻遮阴引起的氧化损伤,从而增强LP的耐阴性。

沙尘和遮阴复合胁迫对西梅叶片光合作用的影响

以5a生西梅为研究材料,对其叶片进行轻度沙尘+遮阴复合(1mg·cm^(-2)沙尘+白色纱网1层)和重度沙尘+遮阴复合(5mg·cm^(-2)沙尘+白色纱网3层)两种处理,分别在胁迫10、20、30和40d时测定其光合、叶绿素荧光等参数,探讨长时间沙尘和遮阴复合胁迫下西梅(Prunus domestica L.)叶片光合性能的变化机制。结果表明,两种处理下,随着胁迫时间的延长,总叶绿素(Chl)、叶绿素a(Chl-a)及叶绿素b(Chl-b)含量均表现为降低趋势。净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)、水分利用效率(WUE)随处理时间的延长而下降,胞间CO_2浓度(C_i)呈现先下降后上升的趋势,最大荧光(F_m)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、潜在活性(F_v/F_0)、光化学淬灭(qP)呈下降趋势,初始荧光(F_0)、非光学淬灭(NPQ)呈上升趋势。说明沙尘和遮阴复合处理前期气孔因素是西梅光合作用的主要限制因素,处理后期复合胁迫使光合机构受到损伤,非气孔因素成为主要限制因素。复合胁迫影响了西梅叶片的光合参数,但并未对西梅叶片光反应系统造成不可逆的破坏。

遮阴对冷季型草坪草叶绿素含量和生物量的影响

为了综合评价冷季型草坪草种的耐荫能力,选取4种冷季型草坪草的5个品种,研究了0%、37%、63%、81%和96%5个梯度的遮阴处理对叶绿素a含量与生物量的影响。结果表明:在中低遮阴强度下,叶绿素a随着遮阴时间的延长呈正相关,在高遮阴强度下,则随着时间的延长呈负相关;单株干重、单株苗数在低遮阴强度下均呈正相关,在高遮阴强度下,各草种均呈负相关,但草种间下降的速率不一致;单株成穗数对遮阴反应最为明显,其中,润草1号在94.6%遮阴处理仍然有少量成穗,艾德王在80.1%时成穗为零,其他品种均有少量成穗。

遮阴处理对米槁幼苗生理特性的影响

以1年生米槁幼苗为主要研究对象,采用室内试验的方法,设置3个光照处理,研究光照对米槁幼苗生理生化指标的响应机理,以期为米槁大规模栽培种植提供一定理论指导。结果表明,同一试验期间,米槁幼苗的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸的含量和3种抗氧化酶的活性,随着透光率的降低呈先下降后上升趋势,并且所有生理指标都在中度遮阴处理下出现了最小值。同一胁迫时期,叶片相对含水量随透光率的降低呈先增大后减小趋势,在中度遮阴处理下出现了最大值。同一处理在不同试验阶段,各生理指标的变化趋势略有差异,这可能由于气温和空气湿度的原因,直接影响到植物的生长状态。研究表明,米槁在中度遮阴下生长最好,具有一定的耐阴性。

椰林自然遮阴对间作节水抗旱稻光合特性及产量的影响

节水抗旱稻是一类新型的杂交水稻,兼具水稻的高产、旱稻的广适性特点,是应用于旱地间作的优选作物。为了探明不同密度椰林自然遮阴对间作节水抗旱稻光合特性与产量的影响,以节水抗旱稻(旱优113号)为研究材料,设置3个遮阴处理[分别为椰林株行距4 m×8 m(15%遮阴度)、椰林株行距4 m×6 m(25%遮阴度)、椰林株行距4 m×4 m(35%遮阴度)],以大田单作节水抗旱稻为对照(0%遮阴度),分析林下节水抗旱稻叶绿素含量、光合参数、叶绿素荧光参数和产量的差异。光合特性结果表明:随着椰林遮阴度的增加,节水抗旱稻叶绿素含量显著降低,净光合速率先显著降低后略增再降,蒸腾速率、气孔导度和胞间CO_(2)浓度显著降低,PSⅡ潜在活性和PSⅡ原初光能转化效率先显著降低后略增。当林下遮阴度高于25%时,节水抗旱稻的光合作用受到较大胁迫。产量结果表明:随着椰林遮阴度的增加,节水抗旱稻的产量显著减少,但在25%遮阴度内,产量可达4983 kg/hm^(2)以上。研究发现,在椰林间作节水抗旱稻模式中,当林下遮阴度不高于25%时,水稻光合作用可正常进行,产量达标,因此推荐间作节水抗旱稻的椰林株行距不低于4 m×6 m。