镉胁迫对南方苋种子萌发及幼苗生长和生理的影响

为揭示南方苋(Amaranthus australis)萌发和幼苗期对镉胁迫的适应性及生理特征,研究了不同镉浓度(0,10,20,40 mg·kg^(-1))对其种子萌发、幼苗生长及生理特征的影响。结果表明:镉对南方苋种子的发芽率、发芽势和发芽指数影响不显著,但显著降低了活力指数;随着镉胁迫浓度的升高,生长量显著下降,表现为胚根和胚芽长度下降,株高降低,地上部和地下部干重减少,叶片电导率和丙二醛含量均显著增加,超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性先升高后下降,过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性显著下降,非蛋白巯基(Non-protein thiols,NPTs)、植物螯合肽(Phytochelatins,PCs)、谷胱甘肽(Glutathione,GSH)、地上和地下部镉含量以及转移系数和富集系数均显著升高。研究结果表明,南方苋具有较强的耐镉、镉转运和富集能力,并能通过提高细胞内的NPT,PCs和GSH等重金属络物来缓解镉对细胞的毒害作用。

4种饲草种子在不同浓度盐胁迫下的萌发特性和产量

为合理利用盐碱地,发展优质饲草作物甜高粱(Sorghum bicolor)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、燕麦(Avena sativa)和小黑麦(×Triticosecale Wittmack)的产业化种植,满足种植户和农场的选择需要,本研究采用培养皿纸上发芽试验和盐池试验研究了不同浓度梯度(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%)NaCl胁迫对4种饲草种子萌发及产量的影响。结果表明:随着盐浓度的升高,4种饲草种子相对发芽势、相对发芽率和发芽指数均受到不同程度的抑制,且盐浓度越高抑制越明显。通过计算耐盐半致死浓度发现,甜高粱种子萌发时的耐盐性最好,其次为紫花苜蓿、小黑麦和燕麦。盐池试验结果表明,随着盐浓度的升高,小黑麦、甜高粱和燕麦的鲜重和干重产量总体呈下降趋势。NaCl浓度增加到0.2%时,甜高粱和小黑麦的鲜重显著低于对照,燕麦在NaCl浓度为0.3%时,鲜重显著低于对照。基于不同浓度盐胁迫对4种饲草种子萌发特性和产量的研究,能更好地发挥4种牧草的耐盐作用,为进一步的品种改良提供指导。

间种白三叶草对亚热带茶园土壤生态系统的影响

亚热带丘陵茶园间种豆科牧草，有利于调节茶园土壤温度和水分状况，改善土壤动物和微生物的生存环境，为茶叶优质高产奠定基础。在连续5年间种白三叶草的幼年茶园和其相临的清耕茶园进行土壤分析和田间调查，系统研究间种白三叶草对亚热带丘陵茶园土壤生态系统的影响。结果表明，和清耕茶园相比．间种白三叶草茶园土壤孔隙度高4．4％．有机质、水解氮和有效磷含量高24．1％，38．2％和16．2％，提高了表层土壤（0～20cm）和春茶采摘期（4—6月）的土壤水分含量，延缓并缩短了高温和干旱时间，营造了有利于蚯蚓生长发育的土壤环境，增加了土壤中有机碳含量和微生物量碳、氮、磷。在亚热带丘陵幼年茶园间种白三叶草可整体改善土壤生态系统环境，有助于茶叶的优质、安全和高效生产。

假俭草WRKY家族基因鉴定及其响应干旱胁迫表达分析

WRKY家族是高等植物特有且最大的一类转录因子。本研究利用生物信息学技术,在假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.))全基因组中鉴定92个WRKY家族基因,命名为EoWRKY1~EoWRKY92,分布在9条染色体上。对其序列特性、基因结构、顺式作用元件等进行分析,并基于假俭草相关转录组数据,分析了EoWRKYs在干旱胁迫下的表达模式,最后基于qRT-PCR解析其在干旱胁迫下的瞬时表达特征。结果表明:根据系统发育特征可将EoWRKYs分为三组,GroupⅠ含有完整的WRKY结构域和锌指基序,Group II~III存在结构域和锌指基序丢失和变异现象。EoWRKYs在干旱胁迫下的转录组分析结果表明:在假俭草叶片和根干旱胁迫不同时期,各基因表达量存在差异。qRT-PCR结果表明:干旱处理不同时间后,EoWRKY77,EoWRKY28,EoWRKY30和EoWRKY2在胁迫下表达量显著升高,具有正向调控作用;EoWRKY33,EoWRKY62,EoWRKY9和EoWRKY60表达量下降,这8个基因在干旱胁迫下表达量显著变化,与转录组数据一致。本研究为假俭草WRKY转录因子的进一步功能研究奠定了基础。

草业科学专业《育种学》教学改革的实践与探索

长期以来,我国草业科学专业《育种学》教学中存在的主要问题有:课程名称与研究对象不规范;课时数大幅度减少;教材建设相对滞后;实验内容陈旧,实验条件较差。为了有效解决这些问题,湖南农业大学草业科学本科专业的教师对《育种学》进行了教学改革的实践:一是充实与调整教学内容;二是加强课程实践教学内容;三是合理安排开课时间,便于和其它基础课及专业课的衔接。同时,还提出了今后进一步搞好草业科学专业《育种学》教学工作的思路与打算。

渍水胁迫对不同秋眠级紫花苜蓿苗期根系形态的影响

为明确渍水胁迫对不同秋眠级紫花苜蓿(Medicago sativa)根系形态的影响,本研究以30个秋眠级为2~10.2的紫花苜蓿品种为材料,分析了渍水胁迫下苜蓿总根长、根系表面积和体积、根平均直径和根尖数的变化以及秋眠级与根系形态及耐渍性的相关性。结果表明:渍水胁迫下不同秋眠级苜蓿根系生长均受到抑制,总根长、根系体积和表面积以及根尖数呈下降趋势,而根平均直径呈上升趋势;苜蓿品种的秋眠级与总根长和根系表面积呈显著负相关;总根长与根系表面积、根系体积和根尖数呈极显著正相关,而根系平均直径与总根长、根系表面积和体积均呈极显著负相关。聚类分析表明耐渍性较强品种其秋眠级中等和较低,根的数量、表面积和体积均相对较高,而秋眠级较大的品种耐渍性较弱,其根系形态各参数较低,表明在渍水胁迫下,侧根生长旺盛,根数较多,有利于提高紫花苜蓿的耐渍性。

渍水胁迫对不同磷水平下紫花苜蓿根系生长的影响

为明确渍水胁迫对不同磷水平下紫花苜蓿生长的影响,本试验通过沙培研究了渍水对低磷(LP,0.1 mmol·L^-1 NaH2PO4)、中磷(NP,1.0 mmol·L^-1 NaH2PO4)和高磷(HP,2 mmol·L^-1 NaH2PO4)下紫花苜蓿根系生长的影响。结果表明:在正常水分下,与NP水平相比LP和HP均抑制了苜蓿的生长;在渍水胁迫下,NP和HP水平下苜蓿的生长速率、地上部干重、总根长、根系表面积、根系体积和根尖数等指标显著低于正常供水,而LP水平下苜蓿的生长速率和地上部干重则高于正常供水,总根长、根系表面积、根系体积和根尖数等指标在短期渍水(2 d)时高于正常供水,在长期渍水(11 d)时则显著低于正常供水。综上所述,渍水能缓解LP对苜蓿的伤害,主要是通过维持根系的生长,而渍水则对HP下苜蓿的生长不利。因此,在我国南方多雨和地下水位高的土壤中栽培苜蓿,适当少施磷肥既可减少磷的流失,又有利于提高苜蓿的耐渍性。

外源γ-氨基丁酸对高温胁迫下黑麦草抗氧化防御系统及激素代谢的影响

以热敏感多年生黑麦草(Lolium perenne)品种‘顶峰’(Pinnacle)为试验材料,分析了外源施用γ-氨基丁酸(GABA)对高温(35℃/30℃,昼/夜)胁迫下黑麦草生长、根系活力、电导率、叶绿素含量、活性氧(reactive oxygen species, ROS)代谢、抗氧化酶活性及其基因表达、内源激素脱落酸(abscisci acid, ABA)、吲哚乙酸(indole-3-actic acid,IAA)、赤霉素(gibbrellic acid, GA3)和玉米素核甘(zeatin riboside, ZR)代谢的影响。结果表明,高温胁迫处理下多年生黑麦草生长减缓,电导率增加,叶绿素含量和根系活力显著下降,ROS和抗氧化酶活性升高,抑制生长类激素ABA含量升高,而生长促进类激素IAA、GA3和ZR含量均下降;高温胁迫下外源施用GABA处理显著促进了植株生长,提高了草坪质量、根系活力和叶绿素含量,生长促进类激素IAA、GA3和ZR的含量以及抗氧化酶基因的表达量与酶活性显著高于未施用GABA的处理。外源施用GABA能有效提高黑麦草的耐高温能力,这主要与GABA诱导增加了抗氧化防御和维持较高的促进生长类激素IAA、GA3和ZR有关,因此,外源施用GABA对冷季型草坪草的越夏管理具有重要的理论和现实意义。

千穗谷TALE转录因子家族的生物信息学分析

TALE转录因子广泛存在于植物中,对植物的生长发育和对外界环境的响应发挥着重要作用。本研究在千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)基因组中共鉴定出11个TALE基因。系统发育分析将千穗谷TALE家族蛋白分为BELL和KNOX两个亚家族,同一亚家族中的AhTALEs基因具有相似的基因结构,编码蛋白也具有类似的结构域。蛋白二级结构和三级结构分析都表明AhTALEs蛋白由螺旋-角-螺旋的结构构成。此外,对千穗谷与其他物种的TALE基因共线性关系、组织表达特性和AhTALEs基因启动子区的顺式作用元件分析发现,不同AhTALEs亚家族在各组织中的表达模式不同,并且发现启动子区包含大量非生物胁迫和激素响应元件,这为AhTALE家族的进化分析提供了依据。qRT-PCR分析发现AhTALEs基因在低温和干旱胁迫下的表达水平有不同程度的变化,表明AhTALEs基因能够响应低温和干旱胁迫应答。本研究为开展千穗谷中TALE转录因子在非生物胁迫中的生物学功能研究提供了重要参考。

85份不同类型籽粒苋种质资源表型多样性分析

籽粒苋是一种高产优质的新型牧草,为了解课题组收集保存的籽粒苋种质资源的遗传多样性和育种潜力,本研究观测并统计分析了26份千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)、24份绿穗苋(A.hybridus)、23份尾穗苋(A.caudatus)和12份老鸦谷(A.cruentus)材料的21个农艺性状。结果表明:四种籽粒苋存在丰富的性状变异;相关性分析表明叶面颜色与叶背颜色、茎色与叶柄颜色、茎色与主花序颜色、叶柄颜色与主花序颜色、主花序形状与主花序分枝型等质量性状相关性较高,而各数量性状间均有一定的相关性;主成分分析显示,前七个主成分累计贡献率达到73.68%,分别反映了植株的产量性状、植株颜色特征、主花序形态、叶片形状、植株整齐度以及植株分枝性。聚类分析将参试材料划分为4个类群,其中类群一、二是选育高单产优质饲料亲本的理想材料,类群四可以用于选育观赏草品种。

假俭草R2R3-MYB基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下的表达模式分析

R2R3-MYB家族是植物中最大的转录因子家族之一,广泛参与各种生理响应和分子调控。本研究利用假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.))基因组数据和生物信息学手段鉴定了R2R3-MYB转录因子,并对系统进化、结构、顺式作用元件等进行分析;同时对R2R3-MYB转录因子响应干旱胁迫的表达模式进行分析。结果显示,假俭草中有113个R2R3-MYB成员;蛋白二级结构和三级结构都表明R2R3-MYBs蛋白都含有螺旋-转角-螺旋结构;顺式作用元件分析发现启动子区含有大量植物激素响应和胁迫响应元件,为R2R3-MYB基因进化分析提供了依据。基因表达模式分析表明,与野生型相比,抗旱突变体叶中有39个基因、根中有58个基因在一个或多个干旱时期表达量提高,推测这些R2R3-MYB基因在响应干旱胁迫过程中发挥着重要作用。本研究结果为进一步深入研究假俭草R2R3-MYB基因家族的功能奠定了基础。

不同来源老鸦谷种质牧草产量与品质性状的分析与评价

种质资源的评价是牧草遗传改良和优异性状利用的基础。牧草产量和品质是决定老鸦谷(Amaranthus cruentus)种质利用价值的重要指标。本研究以83份不同来源的老鸦谷种质为材料,对其牧草产量和品质进行了分析与评价。结果表明,83份老鸦谷种质的牧草产量及品质性状之间存在显著差异,单株鲜草产量在127.2~1878.6 g之间,粗蛋白含量在9.09%~21.21%之间,粗脂肪含量在0.67%~3.72%之间,相对饲喂价值在96.58~224.40之间。聚类分析将83份种质聚为四类,分别为低产优质种质4份、中产高蛋白种质15份、高产品质较差种质15份、低产品质较差种质49份。主成分分析表明,牧草产量因子、品质因子和综合因子三个主成分累计贡献率为79.22%。隶属函数分析筛选出3份优质种质和22份良种种质。供试老鸦谷牧草产量与品质性状遗传变异丰富,本研究可为饲用老鸦谷的开发利用和育种改良奠定基础。

不同秋眠级紫花苜蓿叶片响应渍水胁迫的代谢组学分析

为明确渍水胁迫对不同秋眠级紫花苜蓿(Medicago sativa L.)叶片代谢的影响,本研究以两个不同秋眠级紫花苜蓿品种‘SK 3010’(秋眠级2.5)和‘WL 525HQ’(秋眠级8.0)为材料,通过液相色谱-质谱(LC-MS)技术的代谢组学方法测定分析了渍水胁迫下叶片代谢产物的变化。结果表明:渍水胁迫下,‘SK 3010’的代谢途径主要富集在苯丙氨酸代谢,酪氨酸代谢以及生物碱合成等;‘WL 525HQ’主要富集在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,D-氨基酸代谢,氨酰生物合成等代谢路径,其中谷氨酸、丝氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺等代谢产物含量显著上调。因此,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,D-氨基酸代谢,氨酰生物合成等代谢路径提高了紫花苜蓿的耐渍性,为不同秋眠级紫花苜蓿耐渍性差异机制研究提供重要理论依据。

千穗谷MTP基因家族生信分析及镉胁迫下的表达特征

MTP(Metal tolerance protein)又称CDF(Cation diffusion facilitator),是与金属离子转运相关的一类蛋白。为了研究千穗谷(Amaranthus hypochondriacus L.)MTP基因家族的序列特征和进化关系,预测其不同成员的功能和调控机制,我们以最新的千穗谷基因组为参考,鉴定出9个MTP家族成员,分为Zn-CDF(3个)、Zn/Fe-CDF(4个)、Mn-CDF(4个)3个亚族。所有家族成员均具有MTP转运蛋白的典型结构域Cation_efflux,部分成员还包含1个ZT_dimer结构域。染色体定位显示,9个MTP基因分布在7条染色体上。Cd胁迫下,AhMTP7和AhMTP9在根和叶中的表达均被抑制,AhMTP6在叶中被抑制,在根中却被诱导;其余6个MTP基因均受Cd诱导表达,AhMTP2、AhMTP3仅在叶中被诱导,AhMTP5仅在根中被诱导。顺式作用元件分析结果显示,AhMTP启动子中存在多个逆境响应、生长发育和激素信号的顺式作用元件。miRNA预测分析结果表明,15个miRNA靶向7个AhMTP成员。

基于表型性状的老鸦谷种质遗传多样性分析

本研究以收集保存的236份老鸦谷(Amaranthus cruentus)种质资源为材料,对其19个表型性状进行遗传多样性、主成分分析、相关性分析和聚类分析。结果表明:供试的老鸦谷种质具有丰富的遗传多样性,质量性状中遗传多样性指数最高的为主花序颜色(1.421),数量性状中遗传多样性指数最高的为株高(2.070),变异系数最大的为主茎分枝数(97.11%);提取的2个主成分累计贡献率为61.60%,第一主成分主要反映老鸦谷的叶长和叶宽,第二主成分主要反映老鸦谷主花序长度及主花序分枝数。聚类分析将供试材料分为5类,其中Ⅰ~Ⅴ类分别包含64,68,42,36,26份种质资源,Ⅰ类的生物量相关性状最佳,可作为饲草育种材料,IV类和V类颜色较为鲜艳,可用于观赏材料的筛选。本研究可为老鸦谷优异种质筛选、资源保护、品种的选育和改良提供重要参考。

低温胁迫对狗牙根激素和碳水化合物代谢的影响

以杂交狗牙根品种天堂419,天堂328,老鹰草,运动百慕大和普通狗牙根品种保定狗牙根为试验材料,分析了人工模拟昼夜温度为适温(30℃/25℃)、亚适温(18℃/10℃)、冷害(8℃/4℃)和冻害(4℃/-4℃)等4种梯度降温冷驯化条件下,低温胁迫对狗牙根叶片细胞膜稳定性、叶绿素含量、内源激素(ABA、IAA,GA3和tZR)以及可溶性糖、淀粉、果聚糖、总非结构性糖等碳水化合物代谢的影响。结果表明:随着温度的降低,狗牙根叶片的电导率显著升高,叶绿素含量下降,内源激素ABA含量升高,而IAA,GA3和tZR含量均下降;碳水化合物中可溶性糖、果糖和总非结构性糖含量在5个品种中均呈不同程度的升高,但不同品种在冷驯化过程中不同温度处理下其变化差异较大,如天堂328、老鹰草和运动百慕大的淀粉含量下降;天堂419的淀粉含量变化不大,而保定狗牙根的淀粉含量则呈上升趋势。综合分析各生理指标的变化,5个狗牙根品种的抗寒能力强弱为:保定狗牙根最弱,而天堂419,老鹰草、天堂328和运动百慕大耐寒能力依次较强。低温胁迫下积累或维持较高的内源激素ABA、GA3、IAA、tZR和碳水化合物可溶性糖和果聚糖可能是耐寒性较强的主要原因,这些代谢物的积累或维持有助于狗牙根细胞内渗透平衡和细胞膜稳定性的维持,延缓叶片的枯黄衰老和诱导抗性相关基因或蛋白的表达从而提高了狗牙根品种的抗寒能力。

低温胁迫对结缕草抗氧化酶活性和脂肪酸含量的影响

为探讨不同纬度来源结缕草(Zoysia Willd)对低温的响应,本研究以两份结缕草种质LT-40(高纬度)和LT-22(低纬度)为材料,分析了适温(30℃/25℃)、亚适温(18℃/12℃)、冷害(8℃/2℃)和冻害(2℃/—4℃)4种温度对叶片电导率(Electrolyte leakage,EL)、叶绿素和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量、抗氧化酶活性、叶片脂肪酸含量及不饱和指数的影响。结果表明,随着温度的降低,EL增大,叶片中叶绿素含量降低、MDA含量升高,且在LT-22中变化更大;叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性均随着温度的下降而逐渐升高,且在LT-40中表现更为显著;低温下叶片中棕榈酸含量呈下降趋势,而硬脂酸含量只在LT-40叶片中显著下降,棕榈油酸和油酸含量在LT-40叶片中显著低于对照,而亚麻酸含量在LT-40叶片中却显著高于对照,不饱和指数在LT-40叶片中显著高于对照。高纬度来源的结缕草在低温胁迫下具有较高的抗氧化能力和较好的质膜稳定性,因而其耐寒性更好。

低温胁迫对狗牙根生理及基因表达的影响

以耐寒性差异较大的杂交狗牙根品种运动百慕大、天堂419和普通狗牙根品种保定狗牙根为试验材料,分析了昼夜温度为适温(30℃/25℃)、亚适温(18℃/12℃)、冷害(8℃/4℃)和冻害(4℃/-4℃)4种温度处理下,低温对狗牙根生长速率和草坪质量、MDA含量、叶绿素荧光(F_v/F_m)、光合作用(Pn、Gs、Ci、Tr)、H_2O_2和O_2^(·-)含量、抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT、APX)、抗氧化酶及耐寒相关基因(CBF1、COR、LEA)表达的影响。结果表明,随着温度的降低,狗牙根草坪质量、生长速率、Fv/Fm和光合作用显著下降,但在耐寒性强的运动百慕大中下降幅度较小;低温下叶片MDA和H_2O_2含量及O_2^(·-)产生速率显著升高,其中在耐寒性弱的保定狗牙根中升高程度更大;狗牙根叶片抗氧化酶活性及抗氧化酶基因的表达水平随着处理温度的下降而显著升高,其中在运动百慕大中更为明显;狗牙根CBF1、COR和LEA基因表达量随着温度的下降而显著升高,尤其是在耐寒狗牙根运动百慕大中更为显著。低温诱导的抗氧化酶和耐寒相关基因上调表达,增强了细胞内的抗氧化防御,有助于狗牙根植株维持较高的光合作用和细胞膜稳定性,延缓叶片的衰老,从而提高了狗牙根的抗寒能力。

紫穗狼尾草和狗牙根茎叶水文生态效应比较

研究了紫穗狼尾草Pennisetum alopecuroides地上部的生长状况、水文效应和生态效应。结果表明,紫穗狼尾草的成坪速度、成坪时间、草层高度和地上生物量均明显优于狗牙根Cynodon dactylon;其茎叶最大截留率45.35%,最大截留量5.12 mm,均高于狗牙根;其枯落物有效蓄水率304.88%,有效蓄水量0.19mm,均低于狗牙根;其茎叶覆盖对降低地表温度和保持土壤水分更为明显、有效。

过渡带气候区高尔夫球场草种的适应性及综合质量评价

基于中国南方过渡带气候区的特点,依据高尔夫球场对草坪草种选择的基本要求和各草坪草种(品种)的生物学特性,选择过渡带气候区长沙为试验点,以10个常用的草坪草品种(系)为研究对象,按照美国USGA标准建立试验坪床进行草坪建植,采用3个一级质量指标和10个二级指标,利用模糊综合评价法对10个草坪草品种建植的草坪进行草坪质量的综合评价。研究结果表明:在过渡带长沙地区,海滨雀稗‘Salam’、‘天堂草328’、‘老鹰草’和‘运动百慕大’等草坪草品种的草坪综合质量等级为V级,表现优秀,适合用于对草坪质量要求高的果岭区域;海滨雀稗‘海浪’和‘09-1’的草坪综合质量为IV级,表现良好,适用于对草坪质量要求较高的球道;综合评价等级相对较低的为结缕草和匍匐剪股颖,其不适合在湖南地区的高尔夫球场使用。