新疆高粱种质资源萌发期抗旱性综合评价

为研究新疆本土高粱(Sorghum)种质资源的抗旱性并筛选萌发期有效抗旱指标,以来源于不同地区的207份高粱种质资源为研究对象,采用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫条件,对高粱萌发相关的10个指标进行分析,在主成分分析基础上采用隶属函数法对各高粱品种的抗旱性进行综合评价。结果表明:在干旱胁迫下,高粱的各萌发指标均受到影响。其中,相对发芽势与萌发抗旱指数相关性最强,前3个主成分累计贡献率为78.328%,分别反映高粱在干旱胁迫下的生长、萌发及发育情况。根据综合得分将207份种质划分为5类,即高度抗旱种质12份、抗旱种质28份、中等抗旱种质87份、干旱敏感种质64份和高度敏感种质16份。筛选出高粱萌发期抗旱性鉴定的重要指标为相对芽鲜重、萌发抗旱指数、相对干物质转运率,建立了可准确评估高粱萌发期抗旱性的回归方程,为高粱萌发期抗旱性种质筛选提供理论依据。

34份狼尾草萌发期抗旱性综合评价

为评价狼尾草抗旱能力,筛选优异资源,以34份狼尾草材料为对象,研究其PEG-6000胁迫下种子发芽特性,采用隶属函数法和聚类分析对狼尾草抗旱性进行综合评价。结果表明,5%的PEG-6000浓度处理下,狼尾草的发芽率、萌发指数、发芽指数较对照显著增加,表现为促进效应;随着干旱胁迫的增加,各材料发芽受抑作用明显。狼尾草胚芽长和胚根长随PEG浓度的增加呈逐渐下降趋势,其中胚芽较胚根对干旱更敏感。依据测定指标差异程度和变异系数,表明15%的PEG-6000是狼尾草萌发期抗旱性鉴定的适宜浓度。在此浓度处理下,34份狼尾草综合评价值在0.027~0.942之间,其中LW31最高,LW29最低。通过聚类分析所有材料被分为3类,其中LW4、LW9、LW11、LW31、LW42、LW20-2和LW21-1属抗旱材料,可作为狼尾草抗旱性新品种选育的基础材料。

作物旱后复水补偿效应产生的源-库-流的响应及机制

[目的]作物在生长过程,尤其在干旱半干旱地区,时常经受干旱和复水(降雨或灌溉)过程。干旱胁迫下作物的生长发育受到抑制,产量降低;同时,经过干旱胁迫后作物对干旱胁迫的耐受性有所提高;而干旱胁迫后复水,为了弥补作物干旱期间的损失,作物往往表现出补偿性生长,在产量上产生补偿甚至超补偿效应。作物旱后复水补偿效应是作物对干旱胁迫的积极响应与复水后补偿性生长的共同结果,在旱区作物生产中合理利用旱后复水补偿效应可以有效提升作物产量和水分利用效率。[方法]“源库”关系被广泛用来解释作物产量的形成过程,调控源库关系也是提高作物产量的重要途径。旱后复水补偿效应的产生与作物“源—库—流”响应关系密切。[结果]基于当前的研究进展,从“源库”关系总结作物旱后复水补偿作用产生的机制。在干旱胁迫过程中,源端表现为气孔关闭、光合降低、可溶性碳水化合物累积增加,而库端表现为库活性增加。复水后补偿效应产生过程中,在源端气孔打开、光合恢复、短时间内甚至高于干旱胁迫前,同时源端(叶片)可溶性碳水化合物代谢增强,促进作物光合作用,碳水化合物的合成能力提高;在库端(籽粒)库活性维持较高水平,同化物卸载和累积速度加快;同时流中同化物转运维持较高水平。在补偿效应产生的源—库响应中同化物的转运积累起着重要的作用,其中蔗糖转化酶(INV)、细胞壁转化酶(CW-INV)和聚糖代谢酶(1-FEH w3)活性在作物旱后复水补偿效应的源库响应过程中起着至关重要的作用。[结论]从源库关系角度对旱后复水补偿效应产生的机制进行较为深入的总结和分析,为理解作物旱后复水补偿效应产生的机制及旱区作物水分高效利用提供理论依据。

四季秋海棠BsMYB62的抗旱性功能研究

【目的】以前期从四季秋海棠叶片中克隆得到的R2R3型MYB转录因子BsMYB62为研究对象,分析其在干旱胁迫下的功能。【方法】对四季秋海棠MYB62蛋白进行亚细胞定位,并通过实时荧光定量PCR方法明确BsMYB62基因在四季秋海棠根、茎、叶、雄花和雌花5个组织部位中的表达情况;构建BsMYB62基因的过表达载体转化到拟南芥,观察过表达转基因株系与野生型植株在萌发期和幼苗期遭受干旱胁迫时的生长表型、种子萌发和根长情况,测定各株系在幼苗期干旱胁迫处理时的叶绿素荧光参数PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m)),叶绿素、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量,抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性以及转基因株系中BsMYB62基因的相对表达量变化。【结果】BsMYB62定位于四季秋海棠的细胞核,其在根、茎、叶和雌雄花中均有表达,其中以根和茎中的表达水平较高。在MS培养基中,野生型拟南芥和3个BsMYB62过表达转基因株系(OE1、OE2和OE3)的发芽率和长势均无显著差异,而在200 mmol/L甘露醇(模拟干旱胁迫)培养基中,OE1、OE2和OE3在胁迫处理后前2 d的发芽率及主根长均显著高于野生型拟南芥,幼苗长势也明显优于野生型。置于培养土中干旱胁迫1 d时,OE1、OE2和OE3的BsMYB62即被显著诱导;干旱胁迫13 d时,OE1、OE2和OE3的F_(v)/F_(m)、叶绿素含量、Pro含量以及SOD、POD和CAT活性均显著高于野生型拟南芥,而MDA含量则显著低于野生型拟南芥。【结论】BsMYB62基因通过提高转基因拟南芥的光合潜能和抗氧化能力,显著增强其对干旱胁迫的抗性。

干旱及复水对谷子苗期根系形态特征及叶片解剖结构的影响

本试验选用抗旱性强的谷子品种济谷16和旱敏感谷子品种鲁谷1号为材料,设置盆栽试验,于出苗15 d时停止浇水进行干旱胁迫处理,并于9 d后复水,研究不同抗旱性谷子品种叶片以及根系形态指标对干旱-复水的响应。结果表明:(1)与CK相比,干旱胁迫导致两个谷子品种的根分枝数、根尖数和根体积显著减少;复水后,济谷16的根尖数显著增加(P<0.05),而鲁谷1号的根尖数进一步显著降低。济谷16的根分枝数在复水后的增加幅度大于鲁谷1号。(2)干旱胁迫下,两个品种叶片泡状细胞面积缩小,叶片厚度下降;复水后济谷16泡状细胞面积与CK相当,而鲁谷1号仍显著小于CK(P<0.05)。(3)干旱胁迫下济谷16下表皮气孔密度增加,上表皮气孔密度减小,且均与CK差异显著(P<0.05);复水后,上表皮气孔密度略有增加但仍低于CK,下表皮气孔密度降低至CK水平。干旱胁迫下鲁谷1号上、下表皮气孔密度较CK均显著下降(P<0.05);复水后,上表皮气孔密度继续降低,而下表皮气孔密度显著增加至略高于CK水平。干旱胁迫后济谷16上、下表皮气孔长度无显著变化,复水后较CK和干旱处理均显著增加;鲁谷1号上表皮气孔长度显著减小(P<0.05),复水后仍继续减小,但较干旱处理差异不显著;鲁谷1号下表皮气孔长度较CK增加但差异不显著,复水后继续增长,显著高于CK。综上所述,干旱胁迫后复水,抗旱品种济谷16通过根分枝数和根尖数的增加以及叶片泡状细胞面积、气孔密度快速恢复,使其表现出更强的形态适应性和自我调节能力。

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。

玉米生长素响应因子基因ZmARF10在干旱胁迫中的功能分析

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

花生干旱诱导型启动子Ah MYB44-11-Pro的克隆与功能分析

干旱是严重威胁我国花生产量与品质的主要环境因素之一。为阐明干旱胁迫响应基因AhMYB44-11的调控机制,揭示其启动子的功能,本研究从花生基因组中扩增获得该基因的启动子序列AhMYB44-11-Pro,分别构建全长及5'端部分缺失启动子的GUS融合表达载体,利用农杆菌介导的遗传转化体系,分析启动子的活性和表达模式。结果显示,相比于同源基因AhMYB44-01的启动子,AhMYB44-11-Pro具有更多的MBS、Myb-bindingsit等响应干旱胁迫的顺式作用元件;同时其拟南芥转基因阳性植株经脱水处理后GUS染色加深,GUS酶活性显著增加;表明启动子的活性受干旱胁迫诱导表达,证实AhMYB44-11-Pro是一个干旱诱导型启动子。此外, AhMYB44-11-Pro含有种子胚乳特异表达元件和赤霉素响应元件, GUS染色显示在角果发育过程中其活性呈上调趋势,由此推测AhMYB44-11可能在种子发育尤其是干物质积累过程中发挥重要作用。本研究结果将为全面解析AhMYB44的生物学功能奠定基础,也为作物抗旱遗传改良提供参考依据。

亚麻LuWRI1a在旱盐胁迫响应中的功能分析

AP2/ERF转录因子家族参与植物对生物和非生物胁迫响应的调控。前期我们从亚麻中克隆了一个WRINKLED1的同源基因LuWRI1a,蛋白序列分析发现,LuWRI1a包含2个AP2的DNA结合域,属于AP2/ERF转录因子家族。对LuWRI1a的顺式作用元件进行分析发现,pLuWRI1a包含响应光、干旱、低温和激素等多个非生物胁迫应激元件。本研究以亚麻栽培品种陇亚10号和LuWRI1a过表达转基因纯合株系为试验材料,用200 mmol L^(-1)NaCl营养液和25%PEG营养液模拟盐胁迫和干旱胁迫处理。结果表明,在盐胁迫和干旱胁迫处理后,转基因植株的相对株高、主根长度、侧根数目及叶片数均升高;3种抗氧化酶的活性均显著高于对照,而MDA含量低于对照;非生物胁迫响应基因LuAREB、LuDREB、LuLEA和LuNCED的表达水平均上调。通过探究LuWRI1a在逆境胁迫下的生物学功能发现,LuWRI1a通过抵抗盐胁迫和干旱胁迫对亚麻生长的抑制,增强活性氧清除能力、减轻膜脂的氧化损伤,激活逆境胁迫响应基因的表达等途径,增强了亚麻的耐逆性。综上所述,LuWRI1a可能是一个多功能基因,它不仅参与脂肪酸合成代谢途径,还有可能参与植物非生物胁迫信号途径。本研究为亚麻耐逆品种改良提供了新的基因资源。

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。

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。

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。

工业大麻ZF-HD转录因子的鉴定及表达分析

【目的】对工业大麻ZF-HD(Zinc finger-homeodomain)转录因子进行鉴定和表达模式分析,为ZF-HD功能研究及工业大麻遗传性状的改良提供理论参考。【方法】对5个工业大麻ZF-HD转录因子的基因结构、蛋白理化性质、蛋白系统进化关系和启动子顺式作用元件进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对基因表达量进行检测。【结果】5个CsZF-HD基因分布于大麻基因组的2条染色体上,其编码序列长度为783~1185 bp,编码260~394个氨基酸残基,蛋白分子量为27.95~43.33 ku,理论等电点为7.46~8.87。它们编码的蛋白均含有1个保守的ZF-HD_dimer结构域,均为不稳定的亲水性蛋白且定位于细胞核中。ZF-HD蛋白家族分为3个亚族(A、B和C),CsZF-HD1和CsZF-HD2属于A亚族,CsZF-HD3属于C亚族,CsZF-HD4和CsZF-HD5属于B亚族。CsZF-HD1和CsZF-HD2在茎和叶中的表达量相差不明显,在根中表达量最低;CsZF-HD3在茎中的表达量最高,叶中表达量最低;CsZF-HD4在叶中的表达量最高,根中表达量最低;CsZF-HD5在根中表达量最高,茎中表达量最低。5个CsZF-HD基因均对盐和干旱胁迫响应,其中CsZF-HD1和CsZF-HD3在盐和干旱胁迫下表达量升高最明显。5个CsZF-HD基因启动子序列中均含有不同种类和数量的逆境相关顺式作用元件。【结论】ZF-HD转录因子可能在工业大麻应对盐和干旱胁迫时发挥转录调控作用。

36份马棘种质资源抗旱性评价

【目的】分析不同程度的干旱胁迫处理对马棘生理指标的影响,探索其抗旱生理响应特征,为马棘抗旱种质筛选和遗传改良提供参考依据。【方法】以重庆地区广泛收集的36份野生马棘种质资源为试验材料,采用盆栽培养的方式待马棘幼苗生长至第90天时开始干旱处理,分别在胁迫0 d(对照组CK,土壤相对含水量为田间持水量的80%~85%)、胁迫7 d(中度干旱,土壤含水量为田间持水量的40%~50%)和胁迫14 d(重度干旱,土壤相对含水量为田间持水量的20%~25%)时测定各处理下马棘叶片的渗透调节物质含量、相对含水量和抗氧化酶活性,利用抗旱系数结合隶属函数和聚类分析法对马棘的抗旱性进行综合评价。【结果】在干旱胁迫下,36份马棘种质的生理响应变异丰富,不同种质的抗旱能力差异显著。通过对同一指标的均值比较分析发现,与对照相比,渗透调节物质丙二醛(MDA)、可溶性蛋白(SP)和脯氨酸(Pro)含量随着干旱程度增加而上升;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随着干旱程度增加而呈“凸”字形变化;相对含水量(RWC)随着干旱程度增加而降低。7个检测指标中,POD活性的变异系数最大,而RWC的变异系数最小。通过隶属函数、综合D值和聚类分析可将36份马棘种质的抗旱能力分为抗旱型(8份种质)和敏感型(28份种质)两类。通过对两种类型种质的生理指标分析发现,抗旱型种质的抗氧化酶活性和渗透调节物质Pro含量高于敏感型种质。【结论】干旱胁迫下36份马棘种质资源的生理响应具有丰富的多样性和变异,通过综合评价分析初步筛选出8份抗旱型马棘种质。

基于RNA-seq的大麦苗期抗旱相关基因的挖掘与分析

【目的】挖掘与分析大麦苗期抗旱相关基因,为研究大麦分子抗旱机制和选育抗旱大麦品种提供理论支撑。【方法】以啤酒大麦品种新啤6号为材料,应用转录组测序RNA-seq技术对干旱胁迫前后大麦苗期倒二叶叶片进行转录组测序,并采用实时荧光定量RT-PCR方法进行功能基因验证。【结果】(1)干旱胁迫前后新啤6号倒二叶中3835个差异表达基因,主要为编码ABC转运蛋白、核糖体蛋白、转录因子、脱水素、过氧化物酶、蛋白质磷酸酶等的基因。(2)DEG主要富集在淀粉和蔗糖代谢、转运蛋白、植物激素信号转导、伴侣和折叠催化剂、氨基糖和核苷酸糖的代谢、苯丙氨酸代谢、牛磺酸和次牛磺酸代谢、过氧化物酶体等途径。【结论】大麦干旱胁迫前后基因表达差异显著(其中上调基因1592个,下调基因2243个)。

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。

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。

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。