异源表达甜菜BvHSP18.2基因增强拟南芥对镉胁迫的耐受性研究

为进一步分析和验证甜菜BvHSP18.2基因(LOC104903994)受镉胁迫调控的功能,本研究用RTPCR技术克隆了甜菜BvHSP18.2基因,并通过植物表达载体构建以及拟南芥的遗传转化,测得异源表达目的基因的拟南芥植株在不同浓度镉胁迫下的表型及生理变化数据。研究结果表明,随着镉胁迫浓度的增加,异源表达BvHSP18.2基因的拟南芥无论在根长还是鲜重方面均具有优势:50μmol/L镉胁迫下平均根长相差最大,为1.1 cm,600μmol/L镉胁迫下平均鲜重相差最大,为0.015 g。同时,BvHSP18.2基因的过表达可有效提高拟南芥体内SOD和POD活性,300μmol/L镉胁迫下SOD活性最高,为657.7266953 U/g;600μmol/L镉胁迫下POD活性最高,为野生型拟南芥的1.91倍。BvHSP18.2基因的过表达增强了拟南芥在镉胁迫下的耐受性,推测该基因在植物对镉胁迫的适应机制中具有重要的作用。

甜菜镉胁迫应答基因ZAT10的克隆与功能预测

【目的】为了预测甜菜锌指蛋白BvZAT10(LOC 104901462)的结构特点和功能。【方法】以甜菜‘780016B/12优’为试验材料,对BvZAT10基因进行了克隆及生物信息学分析,并利用甜菜响应镉胁迫的转录表达谱数据探究了该基因在镉胁迫下的应答特性。【结果】BvZAT10编码区全长729 bp,编码242个氨基酸,是一种碱性不稳定亲水性蛋白,具有2个C2H2型锌指结构域。该基因编码蛋白共有36处磷酸化修饰位点,蛋白结构以无规则卷曲为主,系统发育分析发现BvZAT10与菠菜和藜麦的ZAT10亲缘关系最近。BvZAT10启动子序列包含植物激素响应、光响应及抗逆相关的多种作用元件。在1、3、5 mmol/L CdCl_(2)处理下,BvZAT10及其预测调控的大部分靶基因,如金属耐受蛋白11(BVRB_2g037080)和ABCG家族成员22(BVRB_5g109050)等,均受到了镉胁迫的正向调控。【结论】推测BvZAT10可能直接或间接地在甜菜应答镉胁迫中发挥重要作用,可将其作为潜在优势抗逆基因深入开展后续研究。

PEG模拟干旱胁迫对耐旱型与干旱敏感型甜菜种质形态指标的影响

探讨不同程度干旱胁迫对甜菜苗期生长状况的影响,旨在为耐旱甜菜种质选育与抗逆性研究提供理论依据。本研究以两种耐旱型BGRC16137(V_(1))、依安一号(V_(2))和两种干旱敏感型92011/1-6/1(V_(3))、7412/823-3(V_(4))的甜菜种质为材料,采用PEG模拟干旱,以差异显著性检验和逐步回归分析的方法来衡量干旱胁迫对甜菜的影响。随着干旱胁迫程度的增加,4个甜菜种质的幼苗地上部指标、地下部指标与叶片相对含水量都有显著的降低,根冠比逐渐升高。在各种浓度的干旱胁迫下,耐旱型V_(1)、V_(2)种质的叶鲜重、叶干重、叶饱和鲜重、根长和根鲜重的下降程度都低于旱敏感型V_(3)、V_(4)种质。重度干旱胁迫下,旱敏感型V_(3)、V_(4)种质的叶片相对含水量分别比对照组下降37.33%、43.90%,而耐旱型V_(1)、V_(2)种质仅下降14.94%、20.45%。结果表明耐旱型甜菜种质通过增加叶鲜重、叶干重、叶饱和鲜重、根长、根鲜重和叶片相对含水量来适应干旱胁迫。

不同氮肥水平对甜菜生理指标及产质量的影响

甜菜是氮敏感作物,筛选合适的氮肥施用量,对研究甜菜生长与氮肥的内在联系尤为重要。本试验通过对不同甜菜品种进行不同氮水平处理(0、120、180 kg/hm^(2)),对甜菜块根产量、含糖率、叶绿素含量、可溶性蛋白含量等指标进行统计学和相关性分析,探索氮肥施用量对甜菜不同生长阶段的影响。结果表明,随施氮量的增加,叶绿素及可溶性蛋白含量显著提高,其中与N0(0 kg/hm^(2))相比,N180(180 kg/hm^(2))处理的甜菜可溶性蛋白含量平均增加了30%;叶片和根的氮含量呈现先增加后降低的趋势,但在同一时期叶片和根的氮含量随氮肥施用量增加而增加。甜菜体内硝酸还原酶活性与生长时间成反比,与氮素供应量成正比;在第一时期(7月6日),N180处理下硝酸还原酶活性比N0增加68%~91%。相关性分析发现不同甜菜品种的根产量与氮肥施用量呈显著正相关,与含糖率呈显著负相关;N120(120 kg/hm^(2))与N180处理下产糖量接近,此时氮肥施用量的增加对甜菜经济价值影响较小,推测甜菜适宜的氮肥施用量为120~180 kg/hm^(2)。本研究结果为甜菜氮肥的合理施用提供了理论依据。

作物耐低氮机制的研究进展

氮(N)是作物的主要营养来源,低氮会限制作物的生长和产量,而过多的氮肥施用虽然在一定程度上能够提高作物产量,但也会造成氮肥利用效率低及资源浪费。开发具有较高的低氮(LN)耐受性或氮利用效率(NUE)的作物品种,对于农业可持续发展至关重要。本文主要从作物对氮的吸收、低氮对作物生长和作物产量的影响、作物对低氮环境的适应机制、耐低氮基因型筛选、氮高效基因的研究进展5个方面综述作物对低氮的应答机理。耐低氮基因型作物主要通过改变根部性状(如更多侧根、增大根表面积等),调控相关的代谢酶(如硝酸还原酶、谷氨酸合成酶、谷氨酰胺合成酶)及褪黑素等表型和生理活动调节,以改变其代谢所需能量,从而适应低氮胁迫。此外,QTL定位、转录组学、全基因组关联分析等挖掘出一系列与氮高效利用相关的基因(如OsNIGT1、GLN1.3、NRT1.1、ZmNAC36、BnaA04g07450等),为进一步作物耐低氮分子育种提供理论参考。

甜菜NADP-ME基因家族的生物信息学分析

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸-苹果酸酶(NADP-malic enzyme,NADP-ME)由小基因家族编码,在植物生长发育和应对逆境胁迫中发挥重要作用。为了进一步筛选甜菜NADP-ME基因并分析其功能,本研究对该家族成员进行了详细的生物信息学分析。结果显示,甜菜基因组共有5个NADPME基因,基因长度介于6537 bp~19759 bp,并且所有BvNADP-ME均为亲水性蛋白,主要定位于线粒体、质膜、内质网和细胞核上,无信号肽,不存在跨膜结构域,不属于跨膜蛋白。除BvNADP-ME5外,其它家族成员均为酸性蛋白质;其中BvNADP-ME2、3、4皆为不稳定蛋白;导肽分析表明BvNADP-ME3含有叶绿体转运肽,BvNADP-ME4、5均含有线粒体靶向肽。染色体定位分析发现,BvNADP-ME5、2、1主要分布在1、2、8号染色体上。蛋白二三级结构预测具有相似的特征,α-螺旋和无规则卷曲为BvNADP-MEs的主要结构元件。系统进化分析表明BvNADP-MEs可分为6个亚组(I~VI),其中甜菜与菠菜NADP-ME亲缘关系最近,其次是藜麦,最远是拟南芥。蛋白质保守基序分析表明甜菜NADP-ME家族蛋白包含14个基序,其中Motif4、Motif6、7、8和Motif11、12可能与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)的结合有关。分析BvNADP-ME基因家族启动子区域的顺式作用元件,结果显示各成员启动子均含有植物激素响应元件和非生物胁迫响应元件。本研究对5个BvNADP-ME基因家族成员的生物信息学进行分析,为深入研究甜菜NADP-ME基因功能提供参考依据,也为分子抗性育种以及提高甜菜的品质和产量提供新思路。

利用ISSR构建甜菜品种指纹图谱

为了快速、准确鉴定甜菜品种,采用ISSR分子标记对39个甜菜品种进行扩增并构建其指纹图谱。利用8个不同的甜菜品种DNA进行引物筛选,在100条ISSR引物中筛选出4条扩增条带清晰、多态性好的引物,对39个甜菜品种进行PCR扩增,构建甜菜品种指纹图谱。结果表明,2条ISSR引物ISSR826和ISSR827扩增条带多态性为71.4%~90.0%(平均85.2%),利用该2条构建的指纹图谱就可以完全区分39个甜菜品种的真实性和纯度。甜菜品种指纹图谱的构建为甜菜品种的鉴定、区分,为科学、快速、高效鉴定甜菜品种,保护科研工作者以及农民的利益提供理论依据。

红甜菜和甜菜红素的综合应用研究进展

文章归纳总结了红甜菜根内的活性物质成分及其生物学功能;分析了红甜菜及甜菜红素在抑菌抗疟、抗炎、抗病毒、心血管、细胞和神经保护等方面的应用进展;评述了其作为添加剂和主要营养成分,在饮料、肉制品、功能性食品等领域的生物学价值。此外,还简述了红甜菜在种植过程中的耐盐碱及净水等生物学特性,以及甜菜红素近年来在绿色环保领域的应用。可以看出,红甜菜及其相关产业极具发展潜力和价值。

红甜菜提取物及甜菜红素的体外抗氧化活性分析

为了探究和分析红甜菜的抗氧化活性物质,本研究以红甜菜块根为试验材料,通过酶标仪-微孔板建立了3种微量FRAP、DPPH和ABTS体系,来评价红甜菜水提取物的体外抗氧化活性。结果表明:红甜菜水提取物具有较好的总抗氧化能力,对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基有较强的清除能力,最高清除率分别达91.92%和83.79%。通过国标法提取并测定红甜菜块根中甜菜红素含量,约为2.53%。对甜菜红素含量与以上3个抗氧化指标进行相关性分析发现,它们之间呈显著正相关,相关系数为0.965~0.995,证明甜菜红素是红甜菜中提取物的主要活性成分。研究结果可为今后深入研究红甜菜提取物的体外抗氧化活性以及深度开发和利用红甜菜提供参考。

甜菜红素提取与纯化技术的研究进展

甜菜红素是一种无毒无害的天然色素,因高水溶性、高效着色性及多种与健康相关的生物学特性而广受欢迎。但是甜菜红素的提取率极不稳定,且提取出来的色素纯度低。为了进一步明晰甜菜红素的提取及纯化技术,笔者总结了近几年国内外学者对甜菜红素提取及纯化技术的研究探索。发现传统提取技术如溶剂提取法、连续扩散法,提取效率低、色素损失大且污染环境。新兴技术如超声波、微波等辅助技术,结合大孔树脂吸附、膜分离等纯化手段,克服了传统提取技术的缺点,将是未来的重点发展方向。另外,笔者从食品、药品与保健品、工业等角度对甜菜红素的应用进行了归纳,并期待甜菜红素未来可以在医药、提取与纯化工艺以及红素来源等方面有所突破。

甜菜C_(2)H_(2)型锌指蛋白转录因子家族全基因组鉴定及镉胁迫下的表达分析

甜菜作为一类新兴的能源作物,在重金属污染土壤的修复中具有潜在的优势。探究镉胁迫下甜菜的应答机制,对于培育耐重金属胁迫的甜菜新种质以及生态修复具有重大意义。锌指蛋白转录因子(zinc-finger proteintranscription factor)是植物中广泛存在的基因家族,全方面参与植物的生长发育,并响应生物和非生物胁迫。本研究通过全基因组鉴定以及理化性质、基因结构、保守基序、染色体定位和顺式作用元件分析发现,甜菜体内共有32个C_(2)H_(2)型锌指蛋白转录因子家族成员,可分为3个亚族,各成员具有数量不等的锌指结构域且不同亚族成员的基因结构及序列特征存在较大差异。通过对镉胁迫下的甜菜C_(2)H_(2)型锌指蛋白转录因子的表达和差异表达基因的调控网络分析发现,BVRB_6g137660、BVRB_8g189640、BVRB_1g000840和BVRB_007840在镉胁迫下表达量均不同程度上调,且可能调控了镉胁迫下甜菜金属耐受蛋白及ABC转运蛋白等重要基因的表达,推测这些转录因子在提高甜菜镉耐受性方面起到了关键作用。

氮代谢参与植物低氮胁迫研究进展

环境的日益恶化迫使人们放弃高肥生产的观念,转向低肥绿色环保生产的理念。本文主要从低氮胁迫下氮代谢相关的酶、氮素同化途径、初级代谢、次级代谢以及氮代谢相关基因五方面综述了植物体内不同的代谢水平、形态、生理和分子响应,探讨了不同生长阶段植物的耐低氮策略,阐述了氮利用效率(NUE)相关的酶及其调控过程抵御氮胁迫过程中的作用机理。本文提出今后可针对不同植物或同一植物的不同生长期的低氮耐受差异,以及关键基因表达产物之间的关系,从多学科、多角度系统全面的研究植物在低氮胁迫下的分子响应机制,为氮代谢参与植物低氮胁迫研究提供理论参考。

土壤氮矿化相关机理的研究进展

无机氮是作物吸收利用氮的重要来源,土壤有机氮矿化能力的强弱决定着土壤对作物的供氮能力。土壤有机氮矿化主要由土壤微生物驱动,是在微生物作用下将有机氮分解成氨态氮和硝态氮的过程。有机氮矿化速率的变化主要归因于环境因素变化后土壤微生物的变化,研究土壤氮矿化对土壤氮循环和土壤供氮能力有着重要意义。文章综述了土壤氮矿化过程中微生物的作用机理,探讨了在不同环境因素下微生物的变化对土壤氮矿化速率的影响,以及植物—土壤—微生物的互作机制。研究可为探索土壤氮矿化过程和改善土壤供氮能力提供理论参考。

抗除草剂基因及其在作物中的应用研究进展

杂草是目前农业生产中的重要生物胁迫之一,它的存在严重影响了作物的生长发育及产质量。除草剂是行之有效的控制杂草危害的方法,但目标作物对除草剂的敏感性以及杂草的耐药性大大限制了除草剂的应用。通过现代生物育种方式,利用抗除草剂基因来提高作物对特异或广谱除草剂的抗性是防除田间杂草最为高效精准的方式。本文就作物对除草剂的抗性机制、抗除草剂基因的来源、抗除草剂基因的研究进展及应用进行了综述,为今后抗除草剂作物的培育提供理论参考。