盐碱胁迫下湖南稷子苗期根系分泌物代谢组学

盐碱胁迫下植物根系分泌物包含丰富生化信息并具有重要生态作用。为了探讨耐盐碱牧草湖南稷子(Echinochloa frumentacea)在盐碱胁迫下根系分泌物组成,揭示其在盐碱胁迫下的生理及生态作用,以湖南稷子为试验对象,在人工气候室开展水培试验,并在苗期分别进行中性盐(NaCl+Na_(2)SO_(4)100 mmol/L)、碱性盐(NaCl+NaHCO_(3)100 mmol/L)和碱(Na_(2)CO_(3)+NaHCO_(3)50 mmol/L)处理。在处理3 d后,利用液质联用仪(LC⁃MS/MS)检测对照组和处理组根系分泌物的化合物成分。结果表明,盐碱胁迫下湖南稷子根系分泌物共有334种化合物。依据正交偏最小二乘法判别分析(OPLS、|DA),重要值(VIP)得分及t检验的P值,发现对照比SaSo100(碱性盐处理100 mmol/L),对照比Soda50(碱处理50 mmol/L)和对照比Salt100(中性盐处理100 mmol/L)分别有22、15和21个差异根系分泌物。其中碱性盐和碱处理下根系分泌物组成相近,包括脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,氨基糖,萜类,醌类,氨基酸及其衍生物;中性盐处理下有脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,萜类。京都基因与基因组百科全书注释及富集发现,盐碱胁迫下根系分泌物不仅含有三羧酸循环代谢产生的碳水化合物、核苷酸,氨基酸,脂肪酸,类脂和维生素等物质,而且与瓦博格效应、膜运输,信号传导以及遗传信息处理等途径有关。研究表明,湖南稷子通过根系分泌物渗出,调节自身代谢物浓度,加强或改变碳同化、呼吸作用、信号传导等提高对盐碱胁迫的适应性。

叶面喷施表油菜素内酯对湖南稷子耐盐性的调控作用

【目的】土壤盐碱化严重影响着草料兼用牧草湖南稷子的正常生长发育和产量。探讨表油菜素内酯(EBR)对湖南稷子耐盐性的调控作用及其机制,可为其应用于牧草生产提供理论依据。【方法】以‘宁稷1号’品种幼苗为材料,在筛选适宜盐胁迫浓度的基础上,设置对照、盐(150 mmol/L NaCl)和不同浓度(1,10,100μg/L)EBR单独及复合处理,采用水培试验考察各处理幼苗生长、抗逆生理、光合作用、离子稳态、编码盐过敏(SOS)信号转导途径及抗氧化酶相关基因表达量的变化。【结果】与对照相比,单独盐胁迫幼苗生长(株高、根长、生物量等)受到抑制,叶片光合作用指标[叶绿素含量及PSⅡ实际光合速率[Y(Ⅱ)]、PSⅡ最大光化学效率(F_(v)'/F_(m)')、电子转移速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)等]、渗透调节物质(脯氨酸、可溶性蛋白)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性降低,根系K^(+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)含量减少,而Na^(+)含量增加,叶片活性氧(超氧阴离子、过氧化氢)含量、细胞膜透性(丙二醛含量、相对电导率)提高,叶片相关基因表达量显著下调。单独EBR处理对以上指标大多无显著影响。喷施不同浓度EBR均能有效缓解盐胁迫幼苗上述指标的不利变化,并以10μg/L EBR处理效果最佳。【结论】叶面喷施EBR能上调盐胁迫下湖南稷子幼苗叶片SOS信号转导途径和抗氧化酶相关基因的表达量,增强抗氧化和渗透调节能力,维持根系离子稳态平衡,保护其光合作用和正常生长,提高其耐盐性。

盐碱复合胁迫对湖南稷子种子萌发的影响

【目的】研究盐碱复合胁迫对湖南稷子种子萌发和幼苗生长的影响。【方法】模拟盐碱地自然状态下盐分组成特点,以2种中性盐(NaCl、Na_(2)SO_(4))和2种碱性盐(NaHCO_(3)、Na_(2)CO_(3))分别按1∶1∶0∶0(A)、1∶2∶1∶0(B)、1∶9∶9∶1(C)、1∶1∶1∶1(D)、9∶1∶1∶9(E)的比例混合,以湖南稷子为材料,去离子水为对照(CK),研究盐碱混合胁迫对其萌发指标及幼苗生长的影响。【结果】湖南稷子种子的萌发率随盐分浓度的升高而明显下降(P<0.05);但是,当盐浓度为150 mmol/L时,湖南稷子种子在第5d的发芽率较对照(97.3%)分别降低了8.5%,16.4%,23.6%,随着盐的浓度增加到250 mmol/L,湖南稷子的萌发率明显降低(P<0.01);湖南稷子的发芽势、发芽指数、活力指数、根长及苗长等指标变化趋势均与发芽率的相吻合。湖南稷子种子在中性和碱性复合胁迫下的萌发受到了较大的抑制,而在250 mmol/L的中性盐复配下,湖南稷子的所有发芽指数都为0。随着盐分的升高,叶片中Na^(+)、脯氨酸、MDA的含量逐渐上升,K^(+)的含量则明显降低。【结论】随着盐胁迫浓度增加,对湖南稷子种子萌发的抑制作用越明显。本研究结果可为盐碱地湖南稷子的种植提供理论基础。

湖南稷子种子标准发芽方法研究

湖南稷子(Echinochloa frumentacea)具有优良的抗逆性和较高的饲用价值,既可作为改良盐碱地的先锋植物又可用作青饲料以及调制干草或青贮。然而其种子具有一定的休眠性,休眠种子的发芽率较低,限制了湖南稷子的生产效率。本研究以2020,2021年收获的湖南稷子种子为研究对象,探究不同物理方法、化学方法、激素诱导方法对于解除湖南稷子种子休眠的效果。试验结果表明,0.05%GA_(3)20℃~35℃,0.05%GA_(3)20℃~30℃,预冷20℃~30℃,0.05%KNO_(3)25℃,预冷+0.05%KNO_(3)15℃~25℃处理可使种子发芽率平均达到86%以上,且幼苗生长状况良好。综合考虑发芽试验结果和实际操作上的难易程度后得出结论:采用培养皿纸上发芽法(Top of paper test on germination,TP),0.05%GA_(3)20℃~35℃,0.05%GA_(3)20℃~30℃处理为湖南稷子种子的最佳标准发芽方法。

湖南稷子离子吸收与分配特性研究

抽穗初期的湖南稷子根系对土壤中Ｎａ＋、Ｋ＋的选择性吸收（ＳＡ）能力很强，根层土壤中的有效性Ｎａ＋／Ｋ＋比约是其根系中Ｎａ＋／Ｋ＋比的１３倍；植株各部位间对Ｎａ＋、Ｋ＋的选择性运输（ＳＴ）能力是：ＳＴ４（叶鞘：叶片）值为２．２１，ＳＴ１（根系：茎）值为１．８８，说明叶鞘的选择性运输能力要强于根系，ＳＴ２（茎：叶鞘）值最低，可见茎的选择性运输能力很弱，ＳＴ３（茎：果穗）值最高，表明Ｎａ＋、Ｋ＋在向果穗中输入时有极强的选择性。叶片和果穗中的Ｎａ＋、Ｃｌ－含量及Ｎａ＋／Ｋ＋比较低，叶片和叶鞘中的Ｃａ２＋含量较高，果穗和茎中富含大量Ｋ＋。

家稗丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因的克隆及序列分析

为揭示C4植物家稗[Echinochloa crusgallivar.frumentacea(Roxb.)W.F.Wight]PPDK结构和功能特点,探索改善作物高光效途径,采用RT-PCR技术,克隆了家稗丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因的cDNA全长。核苷酸序列分析表明,该片段全长3 085 bp,包含一个2 844 bp的开放阅读框,编码948个氨基酸(GenBank登录号:AY 792619)。编码区核苷酸序列与高粱(Sorghum bicolor)、甘蔗(Saccharum officinarum)、玉米(Zea mays)等C4型pdk基因同源率分别为85.1%、84.0%和82.0%;与水稻[Oryza sativa(japonicacultivar-group)]pdk基因同源性也高达82.6%。氨基酸序列进化树分析表明,其与玉米、水稻等禾本科植物最为接近。半定量RT-PCR研究表明,pdk基因仅在绿色叶片中表达。

家稗丙酮酸磷酸双激酶序列分析及三维结构建模

【研究目的】目前已从许多种植物中克隆了其PPDK基因,但是对于其蛋白结构的分析尚未报道,此文通过生物信息学方法对家稗PPDK的序列进行了分析,并对其三维结构进行了建模分析;【研究方法】利用DNASTAR、Vector NTI 9、SignalP等生物信息学平台对[Echinochloa crusgalli var frumentacea(Roxb.)W.F.Wight]丙酮酸磷酸双激酶(Pyruvate orthophosphate dikinase)进行了序列分析和三维结构建模;【研究结果】家稗丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)同来自于高等植物的PPDK具有较高的同源性,无信号肽,存在17个跨膜结构区,二级结构是由许多螺旋、转角和少量折叠构成。同时在一二级结构分析的基础上,利用同源建模的方法完成了三维结构的建模。【结论】家稗PPDK蛋白同来自高等植物中的更为相近,无信号肽,有17个跨膜结构区,其三维结构为一同源四聚体。

四种牧草种子在不同浓度NaCl或NaHCO_(3)胁迫下的萌发特性

为探明紫花苜蓿(Medicago sativa)、湖南稷子(Echinochloa frumentacea)、高羊茅(Fectuca arundinacea)、鹰嘴紫云英(Astragalus cicer)种子萌发期间对盐碱胁迫的耐受性,本研究测定了不同浓度NaCl或NaHCO_(3)胁迫处理下种子萌发相关指标,通过建立回归方程和隶属函数值分析得出4种牧草种子萌发对盐碱胁迫的耐受阈值。结果表明:4种牧草种子的萌发相关指标均表现出随着盐或碱浓度的增加而降低的趋势;由回归方程可知,紫花苜蓿、湖南稷子、高羊茅和鹰嘴紫云英种子萌发的适宜盐浓度分别为115.66,178.32,84.46和65.18 mmol·L^(-1);半致死盐浓度分别为169.66,279.95,148.72和131.22 mmol·L^(-1);适宜碱浓度分别为48.57,98.39,87.95和35.07 mmol·L^(-1);半致死碱浓度分别为107.39,143.36,141.71和47.16 mmol·L^(-1);4种牧草种子耐盐性强弱为湖南稷子>紫花苜蓿>高羊茅>鹰嘴紫云英;耐碱性强弱为湖南稷子>高羊茅>紫花苜蓿>鹰嘴紫云英。

盐胁迫对湖南稷子苗期生长及生理特性的影响

以湖南稷子为研究材料,研究不同浓度的NaCl和Na_(2)SO_(4)盐胁迫对湖南稷子苗期生长及生理特性的影响。分别对两种盐胁迫下湖南稷子的生长发育指标(株高、根长、鲜干比等),叶绿体色素含量,渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖),丙二醛和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)进行测定分析。结果表明:50mmol·L^(-1)(NaCl和Na_(2)SO_(4))的盐胁迫是限制湖南稷子苗期生长发育的阈值;50 mmol·L^(-1)(NaCl)和75 mmol·L^(-1)(Na_(2)SO_(4))时叶绿体色素含量最高;脯氨酸含量在盐胁迫下显著高于对照(P<0.05),100 mmol·L^(-1)(NaCl)和125mmol·L^(-1)(Na_(2)SO_(4))是脯氨酸含量可上升的最大盐胁迫浓度;丙二醛含量在盐浓度为100 mmol·L^(-1)(NaCl和Na_(2)SO_(4))时达到最大值;75 mmol·L^(-1)(NaCl)和100 mmol·L^(-1)(Na_(2)SO_(4))时可溶性糖含量、CAT活性达到峰值;SOD活性在盐浓度≥50 mmol·L^(-1)(NaCl和Na_(2)SO_(4))时显著高于对照(P<0.05),且随着盐浓度的增加而增加。因此,湖南稷子对NaCl和Na_(2)SO_(4)盐胁迫表现出低浓度促进生长高浓度抑制生长,且NaCl的抑制作用强于Na_(2)SO_(4)。

盐胁迫对苗期湖南稷子K^(+)、Na^(+)含量与分布的影响

以湖南稷子(Echinochloa frumentacea)为材料,设置不同浓度(0、25、50、75、100、125、150、200 mmol·L^(-1))的NaCl和Na_(2)SO_(4)作为胁迫处理,探讨盐胁迫对湖南稷子苗期K^(+)、Na^(+)吸收与分布特性的影响。结果表明,随着NaCl和Na_(2)SO_(4)浓度的增加,湖南稷子叶片、茎鞘和根系中Na^(+)含量均增加,K^(+)含量均降低,K^(+)/Na^(+)均下降。其中,Na^(+)含量与分布表现为根系>茎鞘>叶片,叶片和茎鞘Na^(+)含量显著低于根系,K^(+)/Na^(+)明显高于根系;K^(+)含量与分布总体表现为低盐浓度时茎鞘>根系>叶片,中、高盐浓度时茎鞘>叶片>根系。盐胁迫下根系向茎鞘的运输选择性系数(ST1_(K,Na))与茎鞘向叶片的运输选择性系数(ST2_(K,Na))在盐浓度>25 mmol·L^(-1)时均显著高于对照,且ST1_(K,Na)值大于ST2_(K,Na)值。当盐浓度≥125 mmol·L^(-1)时,Na_(2)SO_(4)胁迫下地上部K^(+)/Na^(+)趋于稳定,茎鞘和根系中的K^(+)含量和ST1_(K,Na)值高于相同浓度的NaCl胁迫,叶片和茎鞘中的Na^(+)含量低于相同浓度的NaCl胁迫。ST2_(K,Na)值在Na_(2)SO_(4)胁迫下呈上升趋势,在NaCl胁迫下先升高后降低。因此,湖南稷子幼苗根系对K^(+)具有较高的选择性吸收能力;高盐浓度下,湖南稷子对Na_(2)SO_(4)具有更强的耐性。

湖南稷子栽培与再生体系建立研究进展

湖南稷子具有分蘖力强、耐旱、耐涝、耐盐碱等多种特性,是营养价值较高的牧草,目前已在我国多地引种栽培。本文对湖南稷子的形态与生理特征、栽培技术、主要价值以及再生体系建立等方面的研究进展进行了综述,以期为深入研究利用湖南稷子提供参考。

鹅头稗的盐碱地栽培技术

在河套灌区以硫酸盐为主的盐碱地上对鹅头稗进行的多年栽培试验表明，其耐盐性较强，在土壤耕作层含盐量１．５％的土地上能正常生长发育，一般亩产鲜草２６００多公斤，种子１２０多公斤。提出了在河套灌区中度盐碱地上深开沟浅覆土播种等科学栽培鹅头稗的技术措施。