海滨雀稗抗逆性研究进展

海滨雀稗(Paspalum vaginatium)是一种禾本科暖季型草坪草,具有生长速度快、耐盐性强、成坪质量好的特点,被广泛应用于高尔夫球场草坪建植。同时,海滨雀稗主要分布于海滨滩涂和盐渍化严重的地区,也是一种极具应用潜力的生态先锋草种。本文综述了盐胁迫对海滨雀稗离子分配、光合作用、渗透调节物质、抗氧化系统的影响和海滨雀稗的耐盐性评价,以及海滨雀稗耐旱性、耐寒性和耐镉性方面的研究进展,旨在为海滨雀稗的抗逆分子机理研究和抗逆新品种选育提供理论基础。

砷(As)胁迫对海滨雀稗As吸收特征及根系形态影响

采用盆栽试验研究了2个砷(As)浓度处理(10、100 mg·kg^(-1))对海滨雀稗5个部位[茎、新叶、老叶、粗根(D>0.5 mm)、细根(D<0.5 mm)]生长及富集特征的影响。结果表明:不同浓度As处理下,海滨雀稗各部位生长均表现为抑制,各部位的耐受性也发生了较大变化,最明显的是茎,表现出了低耐高不耐的特点,粗根在不同浓度下均表现出了较耐的特点;海滨雀稗各部位As含量表现为细根>粗根>茎>新叶>老叶,且差异显著;根系对As胁迫的响应体现在粗根生长受到促进,细根生长受到抑制,即随着As浓度的增加,D>0.5 mm径级根长、根表面积、根体积所占比例逐渐升高,D<0.5 mm径级所占比例下降。

海雀稗PvCIPK9基因克隆及耐盐功能鉴定

盐生植物海雀稗(Paspalums vaginatium)是一种极其耐盐的多年生草本植物。本研究从海雀稗转录组数据中筛选对盐胁迫响应的PvCIPK9基因,克隆了PvCIPK9基因CDS序列全长,并对其表达模式、启动子元件等进行分析。为研究PvCIPK9基因的耐盐功能,构建了PvCIPK9过表达载体,采用农杆菌介导的花序侵染法转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),获得过表达PvCIPK9的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana),对转基因拟南芥的耐盐性进行鉴定。结果表明,盐胁迫条件下,转基因拟南芥的生长表型显著优于野生型,转基因拟南芥在盐胁迫下的种子萌发率及相对生长量均显著高于野生型;此外,盐处理后转基因拟南芥的抗氧化酶活性也显著高于野生型,以上结果初步说明过表达PvCIPK9基因增强了拟南芥对盐胁迫的抵抗能力。本研究为深入解析海雀稗PvCIPK9在植物耐盐性中的作用奠定了基础。

海滨雀稗以hpt与bar基因为筛选标记的转化体系比较研究

海滨雀稗作为耐盐性较强的暖季型草坪草,具有极大的应用潜力。为建立高效稳定的海滨雀稗遗传转化体系,本研究以海滨雀稗成熟种子为外植体,确定了筛选剂潮霉素和草丁膦在海滨雀稗的愈伤组织继代培养和再生阶段的最佳筛选压。在进一步优化遗传转化条件的基础上,比较了以hpt与bar基因作为转基因筛选标记对海滨雀稗农杆菌介导的遗传转化效率的影响。结果表明:愈伤组织的再生率在继代36周后显著下降,继代48周的最高再生率为67.9%。潮霉素的最佳筛选压在继代培养阶段为120 mg·L^(-1),再生阶段为80 mg·L^(-1)。草丁膦的最佳筛选压均为1.2 mg·L^(-1)。选取继代24周的愈伤组织用于农杆菌介导的遗传转化,最佳的转化条件为菌液浓度OD600=0.6,添加100μmol·L^(-1)乙酰丁香酮和0.01%的Silwet L-77,并辅以超声波处理20 min或真空处理10 min,浸染30min后共培养2 d。通过多次抗性愈伤组织和抗性再生苗的筛选,2种载体均获得了转基因再生植株。通过PCR检测证明hpt和bar基因分别成功在海滨雀稗基因组中表达。以潮霉素作为筛选剂,β-葡萄糖醛酸糖苷酶(GUS)基因稳定表达及PCR检测的转基因的平均效率为18.9%,最高转化效率为20.3%,均高于以草丁膦为筛选剂的转化效率。由此可见,hpt基因更适合作为海滨雀稗遗传转化中的筛选标记,能够获得更高的转基因效率。

硼钼对低温下草坪草海滨雀稗活性氧代谢的影响

营养液培养试验,设缺硼、钼和加硼、钼处理,培养后的草坪草海滨雀稗进行2周适温和零上低温处理,研究低温下其活性氧代谢及硼、钼对活性氧代谢的影响。结果表明,与缺硼、钼相比,加硼、钼处理极显著提高低温下草坪草超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,极显著降低过氧化物酶(POD)活性,极显著降低超氧阴离子(O-·2)产生速率,显著降低质膜电解质相对渗透率,有降低丙二醛(MDA)含量的趋势。而在常温下施硼、钼作用不如低温下明显。在低温下,草坪草超氧阴离子水平极显著升高,MDA含量升高,组织电解质相对外渗率增大,SOD、CAT、POD显著下降表明草坪草已遭受低温寒害,而施硼、钼改善了上述生理生化状况,提高了草坪草抗寒力。

基于高通量测序的海滨雀稗转录组学研究

采用新一代高通量测序技术Illumina HiSeq 2000对海滨雀稗叶片转录组进行测序,结合生物信息学方法开展基因表达谱研究和功能基因预测。通过测序,获得了47520544个序列读取片段(reads),包含了4752054400个碱基序列(bp)信息。对reads进行序列组装,获得81220个单基因簇(unigene),平均长度1077bp,序列信息达到了87542503bp。另外从长度分布、GC含量、表达水平等方面对unigene进行评估,数据显示测序质量好,可信度高。数据库中的序列同源性比较表明,46169个unigene与其他生物的已知基因具有不同程度的同源性。海滨雀稗转录组中的unigene根据GO功能大致可分为细胞组分、分子功能和生物学过程三大类48个分支,其中有大量unigene与代谢进程、结合活性和细胞进程相关。将unigene与COG数据库进行比对,根据其功能大致可分为25类。KEGG数据库作为参考,依据代谢途径可将unigene定位到112个代谢途径分支,包括苯丙氨酸代谢通路、植物与病原物互作、植物激素生物合成和信号转导、黄酮类化合物合成、萜类骨架生物合成、脂类代谢、RNA降解等。SSR位点查找发现,从81220个unigene中共找到22721个SSR位点。SSR不同重复基序类型中,出现频率最高的为A/T,其次是CCG/CGG和AGC/CTG。本研究首次对海滨雀稗转录组进行了分析,为草坪草的分子生物学研究提供了宝贵的基因组数据来源。

盐胁迫对海滨雀稗生长和生理特性的影响

本研究采用不同浓度NaCl溶液(0,100,200,300,400和500 mmol/L)对海滨雀稗进行盐处理,测定了生长势、生物量、叶片相对含水量、质膜透性、叶绿素含量、渗透调节物质含量以及抗氧化酶活性等指标,分析不同程度盐胁迫对海滨雀稗生长和生理特性的影响,并且对其耐盐性进行了评价。结果表明,NaCl胁迫对海滨雀稗的株高、叶长、叶宽和直立茎茎粗产生了抑制作用,对根、茎和叶的干物质积累产生显著影响,并且随着盐浓度的增加呈逐渐降低的趋势;海滨雀稗叶片相对含水量随着NaCl浓度的增加呈下降趋势,而质膜透性、叶绿素(Chl)、丙二醛(MDA)和可溶性糖含量则呈升高趋势;海滨雀稗叶片脯氨酸含量、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性均在300 mmol/L NaCl浓度下达到最大值,而且都随NaCl浓度的增加呈先升高后降低的趋势,表明海滨雀稗具有较高的耐盐能力,在盐胁迫下可采取自我保护机制以适应盐逆境,其耐盐阈值为300 mmol/L NaCl浓度。以上生理指标的动态变化反映出海滨雀稗对盐逆境的适应性变化,是抵御盐胁迫的一种积极调节机制。

海盐胁迫对海滨雀稗生长及植株体内阳离子含量的影响

将0、6.8、13.6、20.4、27.2和34g/L的海盐同1/2 Hoagland营养液混合用作灌溉处理,研究海盐胁迫对海滨雀稗Paspalum vaginatum生长及植株体内Na+、K+、Ca+、Mg+含量的影响。结果表明,海滨雀稗生长受海盐处理抑制,其抑制程度随海盐质量浓度的增加而加大。茎和叶中Na+含量随海盐质量浓度增高而升高,在海盐质量浓度34g/L时,分别为23.35和22.27mg/g;根中Na+含量在海盐质量浓度为6.8g/L时与对照差异不显著,其他处理均显著高于对照和6.8g/L的处理。叶中K+含量不随海盐胁迫而变化,维持在25mg/g左右;茎中K+含量随海盐质量浓度增加逐渐降低,根的K+含量在20.4g/L达到最大值6.4mg/g,在34g/L时反而降低,但高于对照。海滨雀稗耐盐的原因之一可能是叶片中K+含量稳定。

施硅对硅细胞的发育及不同光照时间处理海滨雀稗可溶性糖含量的影响

探讨施硅后海滨雀稗硅细胞的变化及其对光照严重不足时可溶性糖含量的影响。试验设对照(不施硅,CK)和施硅(+Si,K2SiO32 mmol/L)及光照1 h和自然光照(约12 h)处理,观察海滨雀稗叶片硅细胞的发育,测定植株可溶性总糖、蔗糖和还原性糖含量。显微观察结果表明:不施硅时叶尖硅细胞发育不良,叶基硅细胞发育较好;施硅后硅细胞发育完全,数目增多,体积增大,哑铃型突出;表明施硅促进了硅在叶片的沉积。不施硅时,植株可溶性总糖、蔗糖和还原糖含量均为光反映极显著小于12 h光照处理;1 h光照条件下,植株可溶性总糖、蔗糖和还原糖含量均为施硅处理极显著高于不施硅处理;表明光照时间不足时硅有提高可溶性糖含量的作用。施硅后硅在叶片的沉积提高了植株对有限光能的利用,弥补了光照不足引起的光合作物产物可溶性糖含量的降低,提高了草坪草对短日照光强不足的耐性。

镉胁迫对海雀稗脯氨酸、可溶性糖和叶绿素含量及氮、磷、钾吸收的影响

为了探究海雀稗的耐镉生理基础,通过盆栽试验,研究了不同镉浓度(0 mg/kg、1 mg/kg、10 mg/kg、50mg/kg、100 mg/kg、200 mg/kg)胁迫下,海雀稗叶绿素、可溶性糖、脯氨酸及氮、磷、钾含量的变化。在镉浓度为100mg/kg时海雀稗叶片叶绿素含量显著减少,可溶性糖含量明显增加,脯氨酸含量增加不明显,氮、磷积累量减少明显,而钾含量无明显减少。说明,可溶性糖、叶绿素含量的变化可作为评价海雀稗受镉胁迫的重要生理指标;可溶性糖含量和钾积累量保持较高水平有利于增强海雀稗的耐镉性;在利用海雀稗进行镉污染土壤修复治理时应该适当增加氮肥、磷肥的施用。

外源水杨酸对低温胁迫下海滨雀稗抗寒生理特征的影响

为探讨水杨酸(SA)对海滨雀稗耐寒性的影响,以海滨雀稗"白金"品种为材料,分析了外源水杨酸(1 mmol·L^-1)预处理对适温(30℃/25℃,昼/夜),冷害(8℃/4℃)和冻害(2℃/-2℃)3种温度处理下海滨雀稗生长速率和草坪质量、叶片电导率(EL)和丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性、脂肪酸含量及脂肪酸不饱和指数的影响。结果表明,在冷害和冻害下,草坪质量下降,叶片EL增大,MDA含量升高,叶片SOD、POD和CAT活性升高;而外源SA预处理显著缓解低温对海滨雀稗草坪质量的伤害,降低叶片EL和MDA含量,提高SOD、POD和CAT活性。低温下叶片不饱和脂肪酸含量升高,饱和脂肪酸含量下降,而外源SA预处理将进一步显著提高不饱和脂肪酸的含量和脂肪酸不饱和指数。因此,外源SA预处理显著提高冷害和冻害胁迫下海滨雀稗叶片的不饱和脂肪酸含量和不饱和指数,从而维持低温胁迫下细胞膜的稳定性,增强抗氧化能力,缓解低温对植株的伤害而提高耐寒能力。

镉在海雀稗体内的分布及化学形态特征

通过盆栽试验,研究了不同浓度(0、1、10、50、100、200 mg·kg^(-1))镉处理下,海雀稗地上部与地下部的生物量受镉胁迫的影响及其体内镉的富集特征,进一步分析低镉处理(1 mg·kg^(-1))和高镉处理(50 mg·kg^(-1))镉在海雀稗根、茎、叶中的化学形态及根、叶中镉的亚细胞分布特征.结果表明,镉浓度≤50 mg·kg^(-1),海雀稗地上部、地下部生物量和耐性系数都未显著下降,海雀稗根部对镉的积累远大于地上部分;海雀稗根系细胞壁中镉含量分配比例>50%,其次为可溶部分,高镉处理中细胞壁、可溶部分中镉的分配比例比低镉处理增加6.14%、0.32%,细胞膜部分和原生质体部分镉分配比例下降;海雀稗镉形态主要为氯化钠、醋酸提取态,高镉处理降低了毒性较高的水提取态和乙醇提取态的比例总和,根中氯化钠和盐酸提取态,茎、叶中醋酸提取态、氯化钠提取态增加.研究表明,海雀稗中毒性较低、活性较弱的盐酸提取态、醋酸提取态和氯化钠提取态Cd分配比例增加,根中细胞壁固持和液泡区隔化可能是海雀稗应对镉胁迫的重要耐性机制.

海雀稗种质资源RAPD分子标记的遗传多样性研究

以来自广东省海雀稗的3个野生居群和1个草坪型栽培品种为材料,采用RAPD分子标记技术对其遗传多样性及在居群内和居群间的大小和分布格局进行了分析.结果发现,20条引物共扩增出176条带,其中114条带为多态性带,占总带数的64.77%.从Shannon信息指数分析的结果来看,居群内、居群间和总居群的遗传多性指数分别为0.023 0、0.276 7和0.299 7,遗传分化系数为0.923 3,表明在总的遗传变异中,有92.33%的变异存在于居群间,而只有7.67%的变异存在于居群内,充分反映了海雀稗无性繁殖的内繁育系统在遗传变异调节中的重要作用.UPGMA聚类分析的结果表明,来自4个居群的所有个体被分为2支,一支包括栽培品种和番禺居群,另一支包括珠海居群和广州市区居群,这一聚类结果与植株的高矮和茎的粗细等形态特征有一定的相关性.

秋水仙素诱导获得自交结实的海滨雀稗体细胞突变体

以海滨雀稗Adalayd幼穗离体诱导获得的胚性愈伤组织为材料,在愈伤组织继代培养基中添加500～2000mg/L秋水仙素,诱变处理24,48和72h后,离体筛选得到浅黄色颗粒状愈伤组织在分化培养基上再生出植株,再生植株结实性调查结果显示,获得的1960株不同秋水仙素处理的再生植株和688株原始对照组织培养再生植株中,经1000mg/L秋水仙素诱变处理24h获得的2个单株上分别收获了4和3粒种子,500mg/L秋水仙素诱变处理24h获得的1个单株上收获到1粒种子;3个单株上收获的M1种子各取1粒播种于盆体,均可发芽成坪,分别记为SP2008-1、SP2008-2和SP2008-3,M1种子苗上分别收获到了自交结实的M2代种子253,38和45粒,种子千粒重分别为0.471,0.440和0.496g。染色体计数结果表明,SP2008-1和SP2008-2染色体数2n=20,与原始对照Adalayd染色体数目相同,为二倍体;SP2008-3的染色体数为20和40条的分别占86.7%和13.3%,是二倍体和四倍体的嵌合体。RAPD检测结果表明,SP2008-1、SP2008-2和SP2008-3在分子水平上均与对照Adalayd存在差异,为自交结实型海滨雀稗体细胞突变体。

暖季型与冷季型草坪草差异响应干旱及旱后复水的生理生态机制

暖季型草坪草与冷季型草坪草抗旱及旱后复水恢复能力不同,解析这种差异的生理生态机制有助于抗旱草坪草育种。本试验以暖季型草坪草海滨雀稗和冷季型草坪草草地早熟禾为试验材料,探讨了干旱和旱后复水处理对两种草坪草叶片相对含水量（RWC）、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、比叶面积（SLA）、渗透调节能力（OA）、水分利用效率（WUE）以及根系总长度等生理生态指标的影响。结果表明,海滨雀稗比草地早熟禾具有较强的抗旱能力,表现为具有较高的RWC、Pn、Tr、Gs和WUE,最高时分别比草地早熟禾高出11%,33%,52%,119%,27%;另外,干旱条件下草地早熟禾0~20cm土层中的根系总长度出现显著下降也是其抗旱性低于海滨雀稗的一个重要因素;复水后,较高的RWC（9%）、Tr（43%）、Gs（154%）、WUE（34%）和较低的SLA（8%）是海滨雀稗旱后恢复能力优于草地早熟禾的原因。

海雀稗体细胞低温筛选获得耐寒突变体

旨在细胞水平上建立海雀稗(Paspalum vaginatumSw.)低温胁迫定向筛选耐寒突变体技术,为开展海雀稗耐寒品种选育提供新途经。于2008年1月以海雀稗Adalay品种(P.vaginatumcv.Adalay)的幼穗诱导产生的颗粒状愈伤组织为材料,分别在6℃和0℃低温条件下进行培养和筛选。试验结果:在6℃和0℃下,培养30 d,愈伤组织的绿苗分化率均在80%以上,比对照处理(培养温度26℃)绿苗分化率略有下降;培养45 d,绿苗分化率分别为60%和50%;培养60 d,绿苗分化率分别降至33%和23%。在0℃下培养75 d,愈伤组织完全丧失分化植株的能力;0℃培养0、30、45和60 d的再生植株叶片的半致死温度分别为:-5.69℃-、6.07℃-、6.35℃和-6.63℃。SRAP分子标记测定结果显示,特异性SRAP标记与海雀稗体细胞突变体的耐寒性相关。海雀稗颗粒状愈伤组织在0℃下培养和筛选45 d和60 d获得了耐寒突变体植株。

海雀稗种质资源的优良特性及其利用价值

综述了国内外关于海雀稗Paspalum vaginatum Sw.的研究现状,介绍了其优良的饲用价值、抗盐性、抗旱性和耐磨损性等抗逆性特征.同时,对其在生态建设中的应用价值进行了归纳总结.

假俭草和海滨雀稗对土壤铅污染胁迫的生理反应

通过盆栽试验研究了假俭草Eremochloa ophiuroides和海滨雀稗Paspalum vaginatum2种草坪植物在3 000和6 000 mg/kg铅浓度胁迫下的生理变化。结果表明,2种草坪植物在不同铅浓度胁迫下呈现明显的差异。在3 000 mg/kg铅浓度胁迫下,假俭草的叶片叶绿素含量、光化学效率和渗透势均未出现显著(P<0.05)变化;处理后12 d叶片电导率显著上升,24 d叶片相对含水量显著下降;目测质量虽然在4 d时即开始显著下降,但在整个试验期间仍维持在可接受草坪质量(6.0)之上。在6 000 mg/kg铅浓度胁迫下,假俭草的所有生理指标在4 d即出现显著变化,12 d植物完全枯死。在3 000 mg/kg铅浓度胁迫下,海滨雀稗的叶片光化学效率、渗透势、叶绿素含量不仅没有下降,反而分别于12、16和24 d显著高于对照;电导率和草坪目测质量则与对照无显著差异(P>0.05);叶片相对含水量虽然在12 d时出现显著下降,但在24 d时又恢复到了对照水平。在6 000 mg/kg铅浓度胁迫下,海滨雀稗的叶绿素含量未出现显著下降;叶片电导率在4 d即开始显著上升,渗透势、相对含水量和光化学效率在4 d显著下降,但分别于12、16、20和24 d恢复到对照水平;草坪目测质量虽然低于对照,但仍维持在可接受草坪质量之上。上述结果说明海滨雀稗在6 000 mg/kg浓度的土壤铅污染下仍能修复铅污染带来的伤害,其耐铅性要显著高于假俭草。

海滨雀稗^(60)Co-γ辐射诱变突变体筛选

海滨雀稗具有耐盐、对灌溉水质要求不高的特性。用它建植的草坪可以降低淡水资源的消耗和浪费,但目前我国还没有自己育成的海滨雀稗品种,只能通过国外引进。本实验以海滨雀稗4个品种Sea Isle 2000、Platinum、Supreme、Salam为材料,利用^(60)Co-γ射线以0.12Gy/min的强度在0,40,45,50,55Gy 5个剂量下分别照射种茎,从辐照群体中寻找突变材料,对突变材料从叶宽、叶长、株高、匍匐茎节间长度和直径以及密度等坪用性状进行观测分析,研究其植株形态变异的诱变效应,并从中选育性状优良的突变材料。结果表明,材料经辐射后,不同海滨雀稗品种对^(60)Co-γ辐射的敏感性不同。经过3个阶段的扩繁、筛选,Sea Isle 2000选出3个突变体,Platinum选出3个突变体,Supreme选出1个突变体,Salam选出2个突变体,初步共选育出9个突变材料。所有突变材料的植株叶宽、叶长、株高、匍匐茎节间长度和直径以及密度等指标均不同程度地优于各自对照。综合来看,突变材料"SI-50-1"、"PL-40-2"、"SLM-45-1"叶片短细、节间缩短、株高矮化、成坪密度高,辐射诱变效果最明显,为新品种选育提供了优异的育种新材料。

海滨雀稗栽培品种的形态特征与AFLP分子标记分析

为解决海滨雀稗(Paspalumvaginatum)大面积营养扩繁过程中品种纯度问题,本研究利用AFLP分子标记技术,结合形态学特征,对海滨雀稗品种"Salam","SeaSpray","SeaDwarf","SeaIsle 2000"和一个"SeaDwarf"粗茎变异株系进行遗传差异分析,旨在探讨海滨雀稗品种的快速鉴别方法。结果表明:海滨雀稗的形态学遗传距离与AFLP分子标记相似系数的聚类结果一致,均表明Salam和SeaSpray之间的遗传差异较小,可以聚为一类,SeaD-warf和SeaIsle2000的亲缘关系较近,可以聚为另一类。另外,SeaDwarf粗茎变异株系与SeaDwarf之间的AFLP分子标记的遗传相似系数为0.5281,形态学遗传距离是4.8570,均表明二者之间遗传差异较大,无论是形态特征、还是AFLP分子标记均证实SeaDwarf粗茎株系确实已经变异。因此,AFLP分子标记的方法可用于海滨雀稗品种或者突变体的辅助鉴定。