Effect of Saline Aquaculture Effluent on Salt-Tolerant Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) in a Semi-Arid Coastal Area of China

An experiment with six treatments: CK1 (rainfed), CK2 (irrigated with freshwater), and 4 treatments of saline aquaculture effluent blended with brackish groundwater at different ratios of 1:1, 1:2, 1:3, and 1:4 (v/v) was carried out during 2004 to assess the effect of saline aquaculture effluent on plant growth and soil properties in the Laizhou region, Shandong Province, China and to determine an optimal salinity threshold for aquaculture effluent. Cumulative evapotranspiration for the saline aquaculture effluent irrigation and non-irrigation treatments was lower than that for the freshwater irrigation treatment. Soil electrical conductivity was higher with respect to saline aquaculture effluent irrigation treatment compared to that with respect to non-irrigation or freshwater irrigation treatment. For Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.), in comparison to the freshwater treatment, plant height and aboveground biomass for the 1:3 and 1:4 treatments were constrained, whereas stem width and root biomass were enhanced. Concomitantly, higher tuber yield was obtained for the 1:3 and 1:4 treatments compared to that for CK1 and 1:1 treatments. Nitrogen and phosphorus were higher in tubers of the 1:4 treatment. This study demonstrated that saline aquaculture effluent could be used successfully to irrigate Jerusalem artichoke with higher tuber yield and nutrient removal.

菊芋14-3-3基因家族的鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

[目的]本文旨在鉴定菊芋14-3-3基因家族成员并分析它们对高温、低温、盐和干旱胁迫响应的表达模式,为研究14-3-3蛋白功能及菊芋育种提供依据。[方法]采用克隆和生物信息学研究基因性质,采用RNA-seq数据分析和RT-qPCR研究基因对非生物胁迫的响应模式。[结果]从菊芋中克隆到14-3-3基因家族的10个成员HtGRF1—HtGRF10,GenBank登录号为OP132618—OP132627。根据进化关系将其分为2个亚家族:HtGRF1—HtGRF7属于非ε组,HtGRF8—HtGRF10属于ε组,通常形成同源或异源二聚体。组织表达分析表明,HtGRF2/3/6/9在芽、根、茎、叶中的表达丰度较高,HtGRF3/5/9在块茎发育过程中前高后低。综合分析根和叶中HtGRF对非生物胁迫响应时发现,HtGRF6表达水平在高温、盐和干旱胁迫下下降;HtGRF2/3/7/8/9表达水平在盐胁迫下下降,而在干旱胁迫下上升;HtGRF1表达水平在低温胁迫下上升;HtGRF4/5表达水平在干旱胁迫下下降;而HtGRF10表达水平变化不显著。[结论]菊芋14-3-3蛋白是一个高度保守的多基因编码家族,在菊芋的生长发育和适应复杂环境中起着重要作用。

盐胁迫对菊芋干物质和糖分积累分配的影响

中国存在大量盐碱地，通过筛选耐盐植物可以改造部分盐碱地，但盐害通常极大的影响了植物的正常生长，菊芋因为耐旱、耐盐，病虫害少，可简化栽培，已经日益受到广泛重视。在本研究中以菊芋品种南芋一号（ＮＹ-１）和青芋二号（ＱＹ-２）两种品种为试材，在温室进行全生育期土培盆栽试验，研究了盐胁迫对菊芋干物质和糖分积累分配的影响。结果表明，盐胁迫改变了两个菊芋品种的干物质分配格局，地上部分配比例均增大而块茎分配比例均减小，对ＱＹ-２的限制作用比ＮＹ-１更大，盐胁迫下ＮＹ-１和ＱＹ-２块茎干重降幅分别为５７．７８％和８５．６１％。在持续的盐处理下，两个品种的块茎和茎中的可溶性糖含量均降低，但ＮＹ-１的含量比ＱＹ-２高；两个品种的茎中还原糖含量下降幅度较大，降幅分别为ＮＹ-１（７７．３４％）和ＱＹ-２（６０．７９％），但茎中的非还原性糖含量却有所增加。盐处理使块茎发育前期（１００～１４０ｄ，ｄａｙｓａｆｔｅｒｐｌａｎｔｉｎｇ）的果聚糖含量上升，ＮＹ-１在１４０ｄ的果聚糖含量显著高于对照，ＱＹ-２在１００～１４０ｄ的果聚糖含量显著高于对照，但降低了块茎发育中后期（１４０～２２０ｄ）的果聚糖含量。盐胁迫对菊芋块茎中果聚糖积累的限制作用极其显著，尤其对ＱＹ-２的限制作用尤为突出，ＱＹ-２块茎果聚糖积累量和积累速率的下降幅度都大于ＮＹ-１，ＮＹ-１和ＱＹ-２块茎中果聚糖积累量分别比对照降低了７４．０２％和９３．８１％，块茎果聚糖积累速率降幅达到７７．０８％和９８．４４％。以上结果表明盐胁迫大大降低了两个菊芋品种的生物量，改变了植物体内的糖分分布模式，延缓了果聚糖在体内（尤其是茎）的积累，但南芋一号同青芋二号相比，块茎的产量和果聚糖降幅均较小，说明该品种可用于在部分盐碱地的种植。

氮素形态对盐胁迫下菊芋幼苗PSⅡ光化学效率及抗氧化特性的影响

采用沙培方法研究了不同铵硝配比(NH4+/NO3-分别为4/1,1/1,1/4)的氮素营养供应对菊芋耐盐生理的影响。结果表明,1)低浓度的盐胁迫对菊芋幼苗生长的抑制作用不大,而高浓度的盐胁迫却能明显抑制菊芋幼苗的生长。而在同一盐浓度下,提高硝态氮比例能够较好的缓解盐胁迫对菊芋幼苗生长的抑制,促进菊芋幼苗干物质的积累,提高含水量、株高和叶面积。2)随着盐浓度的增加,菊芋幼苗PSⅡ系统受到了明显伤害,提高硝态氮比例能够减轻盐胁迫对PSⅡ系统的伤害程度,提高ΦPSⅡ、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo,Fm/Fo和qP,其中铵硝比1/4的氮素营养供应能相对较好的促进光能向化学能的转变,提高光能利用效率,在100mmol/L NaCl处理下其ΦPSⅡ、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo和qP分别是铵硝比4/1氮素处理的1.03,1.15,1.05,1.26,1.20和1.05倍。3)盐浓度的升高会对植物体造成渗透胁迫,引起植物细胞渗透压失衡,而在同一盐浓度下,提高硝态氮比例能够显著促进具有渗透调节作用的可溶性糖和可溶性蛋白生成及向根部的转移,有效维持盐胁迫下菊芋细胞的渗透压平衡。4)盐胁迫下,植物细胞会发生膜脂过氧化作用,而提高硝态氮比例能够促进具有消除活性氧功能的SOD、POD、CAT和APX活性的增加,减轻细胞中活性氧过多积累引起的膜脂氧化伤害,其中在100mmol/L NaCl处理下,铵硝比1/4氮素处理的SOD、POD、CAT和APX活性分别是铵硝比4/1氮素处理的1.19,1.08,1.18和1.11倍。由此表明相对于铵态氮来说,氮素营养中硝态氮比例的增加有助于促进盐胁迫下菊芋幼苗干物质的积累及含水量的增加,维持盐胁迫下菊芋幼苗PSⅡ系统的稳定性和细胞渗透压平衡,以及提高细胞内保护酶活性,从而增强菊芋幼苗对盐胁迫的抗性。

改良松嫩盐碱草地的优良植物——菊芋

简要介绍了菊芋的生物生态学特性和利用价值以及国内利用现状,总结了菊芋生长势强、叶面积指数大、耐盐碱而又有一定经济价值等适于松嫩盐碱草地改良的特点,分析了利用菊芋改良松嫩盐碱草地的优点和意义,介绍了菊芋在松嫩盐碱草地的初步应用。

三十份菊芋资源亲缘关系的SRAP分析

利用SRAP分子标记技术对30份菊芋资源进行了基因组多态性分析。用22对扩增稳定且清晰的具有多态性DNA条带的引物组合,进行菊芋的SRAP-PCR扩增。共扩增出160条条带,其中多态性条带114条,多态性比率为71%,表明菊芋资源在DNA水平上存在广泛差异。利用NTSYS软件统计分析出资源间遗传距离在0.04～0.42之间。应用UPGMA得出聚类结果,将30份菊芋资源划分为2大类群,第2大类群分为6个亚类群。聚类结果与传统的形态学分类略有不同,可结合两种方法为菊芋资源亲缘关系的研究提供理论基础。

不同生育期菊芋叶片过氧化物酶同工酶表达特点的研究

用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)法,分离了不同生育期菊芋叶片过氧化物酶(Helianthus tuberosus.1eves peroxidase,HLP)同工酶,并测定了HLP的酶活性;比较了菊芋叶及其他4种植物POD的特点。结果表明:(1)同一植株不同部位的HLP酶活性大小顺序为,中部成熟叶(6.89×103U/g)>底部衰老叶(5.38×103U/g)>上部嫩叶(2.82×103U/g);由嫩叶→成熟叶→衰老叶的发育过程中,HLP同工酶酶带共有9条,出现的方式有稳定型(Rf 0.81带)、酶活性先弱后强型(Rf0.52、0.67、0.74、0.85带)、酶带先有后无型(Rf 0.70、0.72带)、酶带先无后有型(Rf 0.77)4种。(2)几种植物POD的酶活性的大小顺序是:甘蔗叶>竹笋壳>菊芋叶>大豆壳;POD同工酶电泳最大迁移率(Rf)大小顺序是:菊芋叶(0.85)>甘蔗叶(0.70)>竹笋壳(0.61)>大豆壳(0.57)>辣根(0.55),HLP同工酶属阴离子型。探讨了菊芋POD的表达特点。

五十八份菊芋种质资源遗传多样性SRAP分析

以58份菊芋种质资源为试材,利用SRAP分子标记技术对其进行遗传多样性研究,为选育耐盐新品种提供参考依据。结果表明:从110对引物中筛选出16对多态性好的引物,共扩增出123条条带,其中多态性条带90条,多态性比率为72.7%。利用NTSYS软件统计分析出菊芋资源间遗传距离为0.01~0.52。应用UPGMA聚类可将58份菊芋资源划分为三大类群,第一大类群分为4个亚类群。表明利用SRAP技术更能充分揭示菊芋资源间的遗传差异,可作为种质鉴定依据。

全生育期菊芋不同器官果聚糖积累分配特征研究

以"青芋2号"和"青芋3号"菊芋为试材,研究了整个生长周期内菊芋不同器官中以果聚糖为主的碳水化合物含量变化动态特征以及在各器官的分配情况。结果表明:苗期叶、茎中果聚糖含量和总量增加迅速,主要贮存在叶中;植株迅速生长期和块茎形成期叶、茎中果聚糖含量呈起伏变化;全株果聚糖积累总量呈持续上升趋势,主要贮存在叶和茎中;开花期叶、茎中的果聚糖含量和积累总量先后达到全生育期的最高值,并完成果聚糖从叶片向茎的转运;块茎内含量稳定,积累总量增加缓慢;果聚糖主要贮存在茎内;块茎膨大期,全株的果聚糖积累量增加缓慢,以植株内部转运为主,果聚糖开始迅速从茎向块茎分配,到生育期末,全株果聚糖70%分配到块茎。

菊芋快速繁殖与植株再生研究

以菊芋幼茎、块茎为试验材料,比较不同激素浓度配比对外植体培养的影响研究.结果表明:幼茎是试验的最佳外植体,愈伤组织诱导快,且有腋芽发生;不定芽分化适宜培养基是MS+BA 2.0mg/L+NAA 0.01mg/L,不定芽分化率100%;在增殖培养基中不定芽增殖系数达3.25,切分后的茎段分化腋芽或不定芽的增殖系数平均为9.6;不定芽在MS+NAA 0.01mg/L培养基上生根率为93%,试管苗经炼苗后移栽成活率达到91.5%.

干旱胁迫下菊芋叶片光合变化规律研究

试验以菊芋(Helianthus tuberosus L.)品种青芋1号(H.tuberosus cv.Qingyu No.1)和青芋2号(H.tuberosus cv.Qingyu No.2)为材料,采用聚乙二醇模拟干旱胁迫方法 ,对菊芋叶片光合作用相关参数的响应特征进行了研究。结果表明,干旱胁迫对菊芋的净光合速率、蒸腾速率及气孔导度的影响一致;胁迫强度越大,植株的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度就越低,且对青芋2号的影响更大;干旱胁迫对菊芋叶片胞间CO2浓度的影响则相反,胁迫时间越长,菊芋的胞间CO2浓度越高,品种间也无差异;干旱胁迫下2个品种的水分利用效率变化趋势基本一致,但青芋2号的水分利用效率波动较青芋1号的要剧烈;随着干旱胁迫时间的延长,菊芋叶片的叶绿素含量会有小幅下降,但不同的胁迫强度对叶绿素含量影响不大。在干旱胁迫下,青芋1号的光合作用强于青芋2号,蒸腾速率低于青芋2号,反映出青芋1号比青芋2号更适合在较干旱的地区种植。

断根时间和半径对菊芋农艺性状和各器官生物量的影响

本试验采用极度稀植法(株距×行距:2.0 m×2.0 m)种植菊芋,通过在50苗龄、65苗龄、80苗龄、95苗龄、115苗龄等5个时间节点,以各时间节点菊芋水平根系实际长度(H)为标准,分别去掉水平根系总长度的1/5 H、1/4 H、1/3 H、1/2H和不断根等5个处理,对断根后菊芋块茎茎秆、叶片、根茎等各器官的测定和根冠比、茎叶比等比值的计算和分析,探讨断根对块茎、茎秆、叶片等器官生物量和相关比值的影响,从断根后块茎、茎秆、叶片等器官生物量和茎叶比、根冠比等相关比值的变化角度阐明断根提高菊芋块茎生物产量的机制.结果表明:断根时间对茎秆生物量、叶片生物量、块茎生物量、主根生物量、地下生物量、茎叶比具有极显著影响(P<0.01);断根半径对花生物量影响显著(P<0.05),对茎秆生物量、叶片生物量、侧根生物量、块茎生物量、主根生物量、根茎生物量、地下生物量、地上生物量、茎叶比、根冠比影响极显著;随断根时间延迟地下生物量、根生物量、侧根生物量、根茎生物量、花生物量、根冠比呈现先增加后降低的变化趋势块茎和茎秆呈现逐渐升高的变化趋势,茎叶比呈现逐渐增加的变化趋势;不同断根半径条件下地下生物量、总生物量、茎叶比、根冠比以及侧根、根茎、块茎、茎秆生物量均高于对照,叶片和侧枝生物量对照高于处理;茎叶比随断根半径增加呈现先降低后增加的变化趋势,而根冠比逐渐增加的变化趋势.

柴达木盆地荒漠地菊芋栽培试验

本文主要对菊芋在荒漠地的水分需求量分析,菊芋栽培方式的筛选试验以及叶面肥效应的分析,提出了菊芋在柴达木盆地作为沙产业开发的栽培技术方案。

试管菊芋块茎诱导及萌发研究

以试管苗为材料,比较不同外源激素浓度配比和不同蔗糖浓度对菊芋试管芋诱导的影响;探讨不同培养基质对试管芋萌发的影响,研究结果表明:菊芋试管芋诱导最佳培养基为MS+BA0.5mg/L+NAA 0.1mg/L+蔗糖60g/L,试管芋形成率达86%;诱导得到的试管芋包衣处理后在菜园土与腐殖质基质中萌发率达到92%.

菊芋块茎发育过程中解剖结构研究

为明晰菊芋块茎发育过程中的细胞结构变化规律,以早熟菊芋品种青芋1号、晚熟菊芋品种青芋3号为试验材料进行了石蜡切片分析,结果表明:在成熟期,青芋1号和青芋3号平均皮层厚度占直径的比例分别为8.1%和8.3%,髓部分别占块茎直径的89.6%和92.8%;两个品种间髓部和皮层内细胞相对大小的差异不明显;菊芋块茎的膨大主要是由于形成层的不断活动,随之次生组织不断生长而形成的,与此同时维管形成层的细胞也随着块茎的发育不断进行切向分裂,增加了细胞的层数。本研究为今后从细胞学层面研究并提升菊芋产量奠定了理论基础。

萌芽菊芋块茎对盐碱土壤胁迫的生理响应

土壤盐碱化是影响全球农业生产和生态环境的重要问题。在农田、轻度盐碱草地和重度盐碱草地设置样地以块茎种植菊芋,次年5月块茎萌发阶段取块茎样品测定丙二醛、游离脯氨酸、可溶性糖含量以及抗氧化酶活性并进行蛋白质组学分析,分析了萌芽菊芋块茎对盐碱土壤胁迫的生理响应。0—20 cm土层的电导率(表征土壤可溶盐含量)表明从农田到轻度、重度盐碱草地土壤盐碱胁迫逐渐增强,丙二醛含量变化反映出菊芋块茎受害程度逐渐增加,并且基于游离脯氨酸的渗透调节能力也在逐渐增强。蛋白质组学分析结果显示与遗传信息加工相关的差异蛋白数量最多(占28.75%)且多为表达上调,意味着DNA复制和转录、蛋白质合成和折叠的相关蛋白在响应盐碱胁迫中发挥关键作用。碳水化合物及多糖代谢(占15%)、氨基酸代谢(占11.25%)以及能量代谢(占7.5%)相关的差异蛋白数量也较多,说明调节物质代谢平衡在萌芽菊芋块茎应对盐碱土壤胁迫过程中有重要作用。这些结果为揭示萌芽菊芋块茎适应盐胁迫的生理机制奠定了基础。

盐胁迫对菊芋糖组分含量和分配的影响

本研究以菊芋品种南芋一号(NY-1)为试材,在温室进行全生育期土培盆栽试验,研究了盐胁迫对糖分积累与分配的影响。通过HPLC-ELSD(高效液相色谱-蒸发光检测仪)检测发现,盐胁迫对NY-1块茎、茎和叶中各种糖的含量有不同影响。对于单糖和二糖来说,与对照相比,盐处理140DAP(days after planting)时茎中的果糖、葡萄糖和蔗糖含量分别降低了72.67%,78.31%和39.40%;块茎中果糖、葡萄糖和蔗糖含量分别降低了67.08%,60.91%和30.07%;叶中果糖、葡萄糖和蔗糖含量与对照相比无显著性变化。盐处理220DAP时,块茎中这些糖的含量无明显降低,茎中的葡萄糖含量与对照相比降低了139.22%;而叶中这些糖已检测不出。低聚合度果聚糖主要集中分布在菊芋块茎和茎中。与对照相比,盐处理140DAP时茎与块茎中蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖的含量没有显著差异,叶中这些糖分布很少,与对照相比变化很小。盐处理220DAP,块茎中这些糖含量与对照相比无显著性差异,而茎与对照相比,蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖含量几乎为0,表明随块茎的形成,茎和叶中的果聚糖逐步向块茎转运,盐胁迫产生渗透机制,增加了果聚糖在块茎中的积累。以上结果表明盐胁迫影响了糖分的积累转运,微调了植物体内的果聚糖组成,但极其严重地减少了果聚糖在地上部分(尤其是茎)的积累。

UPLC法测定青海省海晏县沙化地人工种植菊芋绿原酸的含量

【目的】建立青海省海晏县沙化地人工种植菊芋中绿原酸的含量测定方法,并评价青海省海晏县沙化地人工种植菊芋根茎和植物不同部位的绿原酸含量。【方法】采用超高效液相色谱(UPLC)法测定,色谱条件:ACQUITY UPLC BEH C18(2.1mm×100 mm,1.7μm);流动相:乙腈—水梯度洗脱;柱温30℃;检测波长327 nm;流速0.2 m L·min-1;进样量0.5μL。【结果】绿原酸在质量浓度0.006 25~0.1 mg·L-1范围内线性关系良好(R2=0.999 1),平均回收率为98.08%,相对标准偏差(sR)=0.39%。沙化地人工种植1个月后(6月份)时菊芋根中绿原酸平均含量0.13%;人工种植4个月后(9月份)时根中平均含量0.08%,茎、叶平均含量为0.98%。【结论】基于绿原酸含量,结合植株长势和生物产量,青海省海晏县沙化地人工种植菊芋的质量良好;建议综合利用菊芋茎和叶,用于绿原酸提取的原材料之一。

菊芋新品种兰芋1号的选育

兰芋1号是以从吉林收集的优良野生菊芋种质LZJ040为母本,通过对其自然结实种子的收获,并结合组培扩繁和田间产量表现,筛选出的抗旱高产菊芋新品种。出苗至收获生育期约160 d(天),属于晚熟品种,花序少,结实率为0,花期短,15 d(天)左右,整个生长过程基本为营养生长,株型紧凑,分枝较少,适合密植;块茎颜色呈浅棕色,干物质含量27.85%,菊糖含量639.5 g·kg^(-1),田间抗根腐病能力强于对照定芋1号,块茎产量高、大小均匀且集中,一般每667 m2产量可达3 300 kg以上,适合在甘肃中东部干旱、半干旱地区及同类地区大规模推广种植。

基于表型数据的菊芋核心种质初步构建

为更好地保存、研究和利用现有菊芋种质资源,本研究以250份种质材料的19个表型性状数据为基础,采用逐步系统聚类并优化聚类和取样方法,初步构建遗传冗余少、代表性强的菊芋核心种质。结果表明,在25%取样比例下多种系统聚类方法抽取的核心种质中,以最短距离法(C4)和优先取样法(S3)组合的C4S3方法所抽取的核心种质评价参数优于其他方法,对原种质的代表性最强。在C4S3法下优化取样比例,结果显示最合适的取样比例为20%,所抽取的核心种质C4S3-20用较少的材料获得了较高的遗传代表性。在C4S3-20方法下继续进行分组取样,评价参数表明分组取样效果不如整体取样,因而不予采纳。主成分分析显示C4S3-20保留了原种质的主成分,去掉了原种质的遗传冗余。最终获得了菊芋核心种质C4S3-20,包括50份材料,其与原种质的性状均值差异百分率为0%,方差差异百分率63.63%,极差符合率为100%,变异系数变化率为131.38%,表型保留比例为96.15%;Shannon多样性指数为1.595。本研究发现该核心种质很好地代表了原种质的遗传多样性,在一定程度上为菊芋资源的有效利用奠定了基础。