GmNTLs调控大豆根系响应低磷胁迫的功能研究

【目的】低磷和铝毒胁迫是酸性土壤中限制作物生产的重要因素。植物NTL转录因子参与调控多种环境胁迫(包括铝毒胁迫)的适应性机制,本文探究GmNTLs调控大豆Glycine max根系响应低磷胁迫的功能。【方法】通过RT-qPCR分析大豆15个GmNTLs基因在根系响应低磷胁迫的表达模式,进一步构建了GmNTL1/4/7/8/10/12共6个GmNTLs基因的拟南芥超量表达材料,探究GmNTL成员在拟南芥根系中响应低磷胁迫的功能。【结果】系统进化树及组织表达模式分析结果表明,GmNTLs家族分3个亚族,各亚族成员在大豆中组织表达模式不同。RT-qPCR结果表明,低磷处理12 d显著提高了GmNTL1/4/7/8/10/12在大豆根系中的表达。在拟南芥中超量表达不同GmNTL基因对低磷的响应不同。高磷处理下,超量表达GmNTL4/10/12拟南芥的鲜质量显著增加;低磷处理时,超量表达GmNTL4显著提高拟南芥鲜质量,而超量表达GmNTL1/12拟南芥的鲜质量显著降低。同时,仅超量表达GmNTL12拟南芥的主根长显著缩短,而超量表达其他基因对拟南芥植株的主根长无明显影响。【结论】GmNTLs参与大豆根系对低磷胁迫的响应,该结果可为培育磷高效型大豆品种提供数据支持。

镁营养对大豆苗期生长及根系形态构型的影响

【目的】镁是植物生长必需的矿质营养元素,研究大豆在不同镁浓度下的苗期生长情况及根系三维构型的动态变化。【方法】以磷高效大豆品种‘粤春03-3’为研究对象,营养液培养,设置镁浓度为0、262.5、525.0、787.5和1050.0μmol/L,分析苗期大豆的生长发育状况。在此基础上,利用根系三维定量系统对正常镁处理(525.0μmol/L,对照)及缺镁处理(0μmol/L)的大豆根系三维构型进行动态定量化分析。【结果】与525.0μmol/L对照相比,0μmol/L缺镁处理大豆的地上部干质量、根冠比、老叶SPAD、总根长和根系总表面积分别减少89.04%、48.67%、51.42%、93.36%和94.31%。而其他3个镁浓度条件下,大豆生长与对照差异较小。根系三维构型研究发现,与对照相比,随着处理时间的延长,缺镁处理显著降低大豆根系的总根长、总根表面积、根重心、根尖数、凸包体积、最大根宽、最小根宽、最大根深、最大根宽/最大根深,对根系充实度、分根繁茂度和根体积分布的影响较小。【结论】本研究明确了大豆对外界镁有效性的适应范围较广,借助优化的根系三维重建技术,阐明缺镁显著降低大豆根系的总根长、根尖数、根重心、最大根宽等,但对根系充实度、分根繁茂度、根体积分布动态变化规律的影响较小。研究结果对大豆镁肥的合理施用和镁营养诊断有一定的指导意义。

植物响应低硫胁迫的分子生物学机制研究进展

【目的】硫是植物生长发育所必需的营养元素之一。硫不仅参与半胱氨酸和蛋白质等初生代谢产物的合成,还参与硫代葡萄糖苷、植保素、植物螯合肽、维生素、辅酶A等次生代谢物质的合成。因此,适量的硫供给可促进植物生长发育,提高作物的产量和品质,增强植物耐受生物和非生物胁迫的能力。【主要进展】植物主要通过根系从土壤吸收硫酸盐,硫酸盐在植物体内通过ATP硫酸化酶、腺苷5′-磷硫酸还原酶、亚硫酸还原酶等催化转化为硫离子,再与乙酰丝氨酸反应在乙酰基丝氨酸硫醇裂解酶催化下形成半胱氨酸。越来越多研究揭示,植物对硫的吸收、同化、转运和再分配在分子层面受到精密调控;相应地,植物在转录、转录后、翻译、翻译后以及表观遗传层面应答低硫胁迫。硫胁迫在不同程度上上调或下调某些与硫吸收、转运、同化相关基因的转录或蛋白的翻译及降解,从而改变植物对硫的吸收利用,维持植物的生长发育,提高硫的吸收和利用效率。【研究展望】在转录水平是否还有其他转录因子调控植物低硫胁迫响应还有待挖掘;在转录后水平,是否存在新的miRNA可以调控硫响应基因的转录本丰度;在翻译后水平,转运子是如何被定位、修饰和降解;在表观遗传层面,DNA甲基化、组蛋白修饰以及RNA修饰如何调节硫的吸收和同化相关基因和蛋白的活动;以及硫与其他养分互作的分子机制等很多细节还不清楚,亟需进一步研究。

根系分泌物研究方法(综述)

根系分泌物是植物与土壤进行物质、能量与信息交流的重要载体物质。研究根系分泌物的种类、数量对了解植物与土壤及根际微生物相互作用机理具有重要指导意义,根系分泌物研究方法的选择对研究结果有重要的影响。本文着重讨论根系分泌物收集、分离纯化及鉴定的常用方法,并列举特定根系分泌物的研究方法,旨在为根系分泌物的研究提供借鉴和参考。

大豆GmPIN2b调控根系响应低磷胁迫的功能研究

【目的】研究生长素转运蛋白P IN基因家族在大豆Glycinemax根系适应低磷胁迫中的功能。【方法】对大豆23个GmPIN家族成员进行进化树分析和表达模式分析,并进一步对GmPIN2b进行功能分析。【结果】大豆23个GmPIN家族成员分散在7个不同的亚族,其中,GmPIN2a、GmPIN2b和GmPIN9a、GmPIN9d与拟南芥Arabidopsis thaliana的AtPIN2位于同一亚族。不同GmPIN家族成员在大豆中的组织表达定位及其受低磷调控的表达模式不同,其中,GmPIN2b在大豆根系中的表达水平在低磷胁迫6 d后显著上调,回补表达GmPIN2b能够部分恢复Atpin2突变体的表型。无论在低磷还是高磷条件下,回补表达GmPIN2b的转基因植株鲜质量和主根长均显著高于Atpin2突变体;而且回补表达GmPIN2b显著提高了Atpin2突变体在低磷条件下的一级侧根数,以及高磷条件下根系对重力的敏感性。【结论】GmPIN2b在大豆根系形态建成响应低磷胁迫的过程中起重要的调控作用。

WRKY转录因子调控植物养分吸收利用及重金属解毒的研究进展

WRKY蛋白是植物特有的一类重要转录调控因子,它们通过与下游基因启动子上的W-box元件特异性结合诱导或抑制相关基因的表达,从而调控植物生长发育以及植物对生物和非生物胁迫的响应。植物WRKY基因组数目多,在拟南芥、大豆和水稻基因组中已经分别鉴定出74、182和109个,在植物对干旱、盐害、高温、养分匮乏和病原体感染等各种生物、非生物胁迫的响应过程中起关键作用。例如AtWRKY45和AtWRKY75参与调控拟南芥应答低磷养分胁迫,GmWRKY142正向调控拟南芥对镉胁迫的耐受性。在植物面对逆境胁迫时,WRKY蛋白通过与养分相关基因启动子的W-box元件特异性结合,进而实现自我调节或交叉调节,激活或抑制下游基因的转录以应对各种逆境胁迫。众多WRKY下游靶基因也已被鉴定出来,例如PHT家族成员与磷营养相关;3个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因参与调控植物对氮素的吸收利用;6个拟南芥WRKY基因、10个大豆WRKY基因和5个水稻WRKY基因调节植物应对低磷胁迫;2个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因影响植物对钾的吸收利用;3个大豆WRKY基因参与调控植物对硫营养的吸收利用;1个拟南芥WRKY基因调控植物吸收利用硼;1个拟南芥WRKY基因和1个水稻WRKY基因参与植物对铁的吸收;7个拟南芥WRKY基因、1个大豆WRKY基因和1个水稻WRKY基因参与植物解镉毒;2个拟南芥WRKY基因、2个大豆WRKY基因和1个水稻WRKY基因帮助植物解铝毒。未来的研究重点是:1)挖掘新的调控养分吸收利用的WRKY转录因子及其靶基因;2)解析养分相关WRKY在翻译和翻译后层面的调控;3)明确表观遗传层面对养分相关WRKY的转录调控;4)揭示养分逆境条件下WRKY互作蛋白及其作用机制。

不同根构型大豆与甜玉米间作对作物生长与磷吸收的影响

[目的]研究不同磷水平下不同根构型大豆与甜玉米间作对作物磷吸收与生长的影响,探究间作体系内根系形态、构型及根际土壤磷有效性等的关系。[方法]田间试验于2022年8月在广东省广州市增城区华南农业大学教学试验基地进行。以2个不同根构型的大豆品种‘本地2号’(深根型)和‘粤春03-3’(浅根型)为材料,采用裂区设计,主区为施磷(+P:大豆40 kg·hm^(-2)、甜玉米120 kg·hm^(-2))和不施磷(-P:大豆0 kg·hm^(-2)、甜玉米0kg·hm^(-2)) 2种施磷水平,副区为甜玉米单作、‘本地2号’‖甜玉米、‘粤春03-3’‖甜玉米、‘本地2号’单作和‘粤春03-3’单作5种种植模式。测定甜玉米和大豆的产量、生物量、磷吸收量以及根系形态和构型的相关指标,计算间作系统的土地当量比和种间竞争力。[结果]无论施磷还是不施磷条件下,间作大豆显著增加甜玉米产量,平均增产33.4%;不施磷条件下,间作大豆显著增加甜玉米生物量,平均增加62.7%。甜玉米和大豆间作具有间作优势,且受施磷水平影响;施磷条件下甜玉米与大豆间作的土地当量比为1.08,而不施磷条件下为1.21。种间竞争力分析表明,间作体系中,甜玉米竞争力显著强于大豆(种间竞争力>0),这种竞争优势在不施磷条件下更明显。此外,不施磷条件下间作深根型大豆‘本地2号’显著促进甜玉米磷吸收,平均增加40.6%。进一步分析发现,不施磷间作改变深根型大豆细根(直径≤0.5 mm)占比,同时诱导其根系拓宽,并显著提升甜玉米根际土壤有效磷含量。对间作体系内大豆和甜玉米性状的相关性分析发现,甜玉米的生物量与其总根长、大豆根宽和大豆根际土壤有效磷含量呈显著正相关;大豆的生物量与其磷吸收量、总根长、根宽以及根际土壤有效磷含量呈显著正相关,与其细根占比(直径≤0.5 mm)呈显著负相关。[结论]不施磷条件下,间作深根型大豆可有效促进甜玉米生长与磷吸收,提高甜玉米产量。研究结果为充分挖掘甜玉米‖大豆间作系统磷素利用潜力、筛选适合间作的大豆品种、实现磷肥减施增效提供了重要理论依据。

根系分泌物调控植物适应低磷胁迫的机制

磷是植物生长发育的必需营养元素,土壤中有效磷含量低是限制作物高产的主要因素。由于长期不当施肥,土壤中累积大量磷素,其中大部分磷是植物难以直接吸收的难溶性无机磷和有机磷。植物在长期进化过程中形成了一系列适应低磷胁迫的机制,其中根系分泌物参与土壤磷活化利用的机制一直是研究的热点问题。本文总结了近十年来关于低磷胁迫调控根系分泌物(有机酸和紫色酸性磷酸酶)合成和分泌的研究进展,对根系分泌物在根际微生态中的重要作用提出了展望,旨在阐明通过控制作物根系分泌物来提高作物磷效率的途径,为培育磷高效作物品种和优化磷肥的田间管理提供思路和奠定理论基础。

3株芽孢杆菌的分离鉴定及其促生效果研究

[目的]获得安全高效的微生物肥料备用菌种。[方法]分别从贵州石漠化土壤和广东水稻土中分离得到3株芽孢杆菌,对其进行16S rRNA序列分析鉴定种属,分析其形态学和其他生理生化特性,采用大豆盆栽试验进行促生功能研究。[结果]16S rRNA基因序列分析结果显示,菌株RL1和Y26与沙佛芽孢杆菌(Bacillus safensis)、P90与阿氏芽孢杆菌(Bacillus aryabhattai)的系统发育相似性最高。生理生化特征显示,3株芽孢杆菌均具有不同程度地解磷、泌氢以及产吲哚-3-乙酸的能力。其中,RL1的解磷能力和泌氢能力均显著高于其他2个菌株。在盆栽试验中接种这3株菌株均提高了大豆植株的生物量和磷含量。在正常磷条件下,促生效果RL1>P90>Y26。其中,与不接种处理相比,RL1处理条件下大豆地上部干重、根系干重、地上部磷含量和根系磷含量分别增加了68.32%、40.38%、48.29%和57.33%。钙磷处理条件下,促生效果P90>Y26>RL1。其中,与不接种处理相比,接种菌株P90条件下,大豆植株的地上部干重、根系干重、地上部磷含量和根系磷含量分别提高了64.2%、48.21%、39.77%和73.62%。[结论]该研究所分离的3株菌株在促进作物生长方面均具有一定的应用潜力,可为微生物肥料的研制提供优质的菌种资源。

铝毒胁迫诱导菜豆柠檬酸的分泌与累积

水培试验结果表明 ,铝毒诱导菜豆柠檬酸的分泌与累积存在着显著的基因型差异 .Al3 + 浓度 <5 0 μmol·L-1时 ,柠檬酸分泌量随Al3 + 浓度的增大而增加 ;Al3 + 浓度在 5 0～ 80 μmol·L-1时 ,柠檬酸分泌量随Al3 + 浓度的增大而减小 .不同菜豆基因型以G1984 2的柠檬酸分泌量最大 ,单位干重Al吸收量最小 .铝毒胁迫时 ,不同菜豆基因型叶片柠檬酸累积量无明显差异 ,根系柠檬酸累积量为G1984 2 >AFR >ZPV >G5 2 73.菜豆柠檬酸分泌量缺P处理 <铝毒胁迫 ,5 0 μmol·L-1LaCl3 不能诱导菜豆分泌柠檬酸 。

缺素培养对大豆养分含量的影响

通过营养液栽培试验,探究了巴西10号和本地2号2个大豆基因型在氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等必需营养元素缺乏条件下植株体内养分含量的变化.结果表明,与全素(CK)相比,缺氮、缺钾和缺镁处理能增加大豆植株磷含量;缺镁和缺钙处理增加了植株的钾含量;而缺磷处理降低了植株钾含量;缺钾处理增加了大豆植株的钙含量,但降低了植株镁含量;缺氮和缺镁处理均能显著增加大豆植株铁含量.2个大豆基因型体内氮、磷和镁含量对不同处理的反应存在显著基因型差异.

不同丛枝菌根真菌对大豆耐酸、铝能力的影响

通过砂培实验,探讨磷高效耐铝大豆基因型巴西10号在低pH、铝处理条件下,接种7种丛枝菌根真菌,其植株生物量、根系形态指标的变化,以及不同丛枝菌根真菌侵染结构丰度的变化。结果表明,低pH值和铝毒均是大豆生长的限制因子。低pH和铝处理条件下,与不接种的对照相比,接种7种丛枝菌根真菌均能显著增加大豆植株生物量、总根长及植株吸磷量,降低植株铝含量。其中,植株地上部干重增加2倍以上;总根长和吸磷量增加1.5倍以上,而植株铝含量降低了49.0%以上。菌根侵染结构的丰度发生变化。低pH显著增加了Glomus spurcum的丛枝丰度和外生菌丝丰度;铝处理显著增加了Gigaspora margarita和Acaulospora mellea的丛枝丰度,以及Scutellpora calospora的外生菌丝丰度;而低pH和铝处理均显著增加了Glomus etunicutum的外生菌丝丰度。暗示不同丛枝菌根真菌对酸、铝毒害的忍耐机制可能有所不同。

柱花草根瘤菌的耐酸性与耐盐性

将5个柱花草根瘤菌菌株(编号为:R1、R2、R3、R4、R5)接种于不同酸、盐浓度的液体和固体培养基中培养,通过菌株的生长情况研究其耐酸性与耐盐性。结果表明:所有菌株在pH=4.00时停止生长;菌株R1、R4、R5在pH>4.50时能正常生长;菌株R2在pH>5.50时生长良好,并且液体培养液的pH值在菌株生长后都有所上升。菌株R1、R3在NaCl浓度为0.05mol/L的培养基中生长微弱,R2、R4、R5生长良好,且R2在NaCl浓度为0.10mol/L时还能微弱生长。

柱花草根际土著根瘤菌的丰度及其遗传多样性

为研究我国柱花草根际土著根瘤菌在不同生态环境土壤中的丰度及其遗传多样性,分别在海南、广西、广东、云南、四川等柱花草的主要分布区域采集土样及根瘤,通过MPN法测定得到各种土壤中土著根瘤菌的丰度,并从采集的根瘤中分离获得的55份根瘤菌菌株进行16SrDNA全序列分析,与相关参比菌株的16SrDNA序列进行比对及聚类。结果表明,我国柱花草主要种植区域土著根瘤菌含量差异较大,每克干土中含量为0.7×102～7.5×106个,海南儋州区域的含量最高,广东湛江南亚所区域的含量最低;所分离出的菌株都属慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium sp.),在系统发育树上聚合为8大类群,初步确定55株柱花草根瘤菌的亲缘关系及分类地位。

一种拟南芥无菌直播水培技术

一般拟南芥的水培方法多是开放的体系（郁晓敏等2004；赵淑清和郭剑波2000），培养时间长时容易滋生菌类和青苔，影响植株正常生长。Ezaki等（2000）采用尼龙筛网和海绵缝在一起作为拟南芥种子生长界面的方法，其装置的整个制作过程复杂，且灭菌后海绵和尼龙筛网易变形，

离子色谱法测定大豆木质部汁液中的Cl^-、SO_4^(2-)、NO_3^-、PO_4^(3-)、柠檬酸和苹果酸

建立了离子色谱法测定大豆木质部汁液中Cl^-、SO_4^(2-)、NO_3^-、PO_4^(3-)、柠檬酸和苹果酸的方法。Cl^-、SO_4^(2-)、NO_3^-、PO_4^(3-)、柠檬酸和苹果酸的检出限分别为0.01、0.04、0.05、0.05、0.30和0.10 mg/L,相对标准偏差分别为8.34％、4.68％、9.54％、6.86％、5.52％和7.50％,线性范围分别为0.5～50.0、1.0～100.0、0.5～50.0、1.0～100.0、5.0～100.0和1.0～100.0 mg/L,回收率分别为103％～106.7％、92％～98.7％、93％～95.5％、91.7％～92％、93.2％～106％和94％～108.3％。方法简便、快速,测定结果准确,无干扰。

铵硝配比对大豆生长及结瘤固氮的影响

通过水培方法在5种不同铵硝配比下,研究不同氮形态及接种根瘤菌对大豆生长、结瘤固氮的影响及其生理机制。结果表明,不同铵硝配比对大豆植株生长、产量、生物固氮及氮效率等影响显著,随硝氮比例增加,植株生物量、籽粒产量、结瘤固氮及氮效率等指标均呈现先增加后降低的趋势,以铵硝比25∶75处理效果最佳,总体表现为铵硝比25∶75≥0∶100>50∶50>75∶25>100∶0。较高铵硝比(≥50∶50)严重抑制了大豆根系的伸长生长、根瘤的形成及其固氮酶的活性,从而降低了生物固氮的贡献率,最终导致大豆产量及氮素效率的降低。接种根瘤菌显著增加大豆产量和籽粒含氮量,并与铵硝比之间存在协同效应。铵硝比为25∶75时接种根瘤菌,氮效率最高,最有利于大豆生长及籽粒产量的形成。研究结果对优化大豆水培营养液配方以及指导农田生产中氮素合理施用均有较强的借鉴作用。

锰有效性对大豆锰、铁和磷吸收及其分布的影响

本文研究外源锰有效性对大豆生长和锰、铁、磷吸收及其分布影响的结果表明,在锰缺乏和锰浓度超过50μmol·L-1的处理条件下,大豆生长受到明显抑制。随着外源锰浓度增加,大豆体内,尤其在老叶中锰浓度显著增加。锰和铁之间存在一定的拮抗作用。缺锰和锰毒不影响大豆对磷的吸收。但是,缺锰显著影响磷在老叶和新叶中的分配。