甘蓝型油菜 BnWSD 家族基因鉴定及其在干旱胁迫下的表达特征

干旱胁迫能诱导作物蜡酯合成酶/二酰甘油酰基转移酶基因WSD(wax synthase/diacylglycerol acyltransferase)的表达。为明确甘蓝型油菜BnWSD家族基因的理化性质及其对干旱胁迫的响应特征,本研究基于甘蓝型油菜转录组数据库,利用生物信息学方法从甘蓝型油菜基因组中筛选BnWSD家族基因并对其结构、染色体定位、系统进化树及其编码蛋白质的理化性质、结构、保守基序、顺式作用元件等进行分析,并以陇油10号为试验材料,通过干旱胁迫处理明确BnWSD家族基因成员的表达特性。结果表明,甘蓝型油菜基因组中共鉴定到36个BnWSD家族基因,可分为3个亚家族,其编码蛋白质的氨基酸数量为105~538个,等电点为6.32~9.63;36个BnWSD家族基因共有8个保守基序,每个基因含有2~8个保守基序,motif 2是该家族共有的功能基序,在进化上较为保守;甘蓝型油菜BnWSD基因启动子区域存在11个与光响应、激素应答、干旱胁迫应答等相关的顺式作用元件。甘蓝型油菜不同器官中BnWSD基因的相对表达量存在差异,叶和茎中相对表达量较高,而根和花中的相对表达量较低或不表达。随着干旱程度加深,甘蓝型油菜叶片中BnWSD1-1、BnWSD2、BnWSD8、BnWSD9、BnWSD12、BnWSD18-1、BnWSD20-1、BnWSD24-1等基因的相对表达量呈增加趋势。综上,BnWSD基因与甘蓝型油菜抗旱性能密切相关,本研究结果为进一步解析甘蓝型油菜抗旱机制、明确BnWSD基因家族在表皮蜡质累积中的作用及甘蓝型油菜抗旱性品种选育提供了依据。

SNP对PEG模拟干旱胁迫下早熟禾种子萌发及幼苗抗性的影响

试验以草地早熟禾为研究对象,采用蒸溜水(CK)、10%PEG、0.1mmol/L SNP+10%PEG和1.0mmol/L SNP+10%PEG 4种胁迫处理就草地早熟禾种子的萌发、幼苗的生长情况及抗逆性进行了探讨.结果表明,在干旱胁迫下,草地早熟禾种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和幼苗叶绿素含量与CAT活性较对照呈下降趋势,而幼苗MDA、H2O2、脯氨酸、可溶性糖含量和SOD、POD活性及超氧阴离子(O-2·)产生速率呈上升趋势,说明草地早熟禾在干旱胁迫下生长发育受到显著抑制.经外源NO供体SNP处理后,和仅有干旱胁迫相比,草地早熟禾种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和幼苗中叶绿素、脯氨酸、可溶性糖含量及SOD、POD、CAT活性呈上升趋势,而MDA、H2O2含量和O-2·产生速率则又呈下降趋势,说明外源NO处理可促进干旱胁迫下草地早熟禾的生长发育,减轻干旱胁迫对草地早熟禾造成的伤害,提高植株的整体抗旱性,而这种抗性与NO浓度呈明显相关性,其中0.1mmol/L SNP处理对干旱胁迫下植株的的保护效应最显著.

三种不同抗冻性葡萄中CBF_2基因的生物信息学分析及植物表达载体构建

从赤霞珠、贝达和山葡萄三种不同抗冻性葡萄的基因组DNA中分别克隆了CBF2全长基因,并利用生物信息学的方法进行了分析。结果显示:三种葡萄的CBF2基因长均为969bp,编码253个氨基酸,与GeneBank公布的的序列相比对,核苷酸相似性在96.7%～97.94%之间。生物信息学分析显示3种不同抗冻葡萄的CBF2基因具有连续的开放阅读框,推倒的氨基酸序列具有AP2结合域,初步判断克隆的CBF2具有诱导抗寒性产生的作用。但氨基酸序列、进化树、理化性质、疏水性/亲水性等在抗寒性较强的山葡萄、贝达与抗寒性较差的赤霞珠之间存在一些差异,与GenBank上的原始序列同源性最低的是赤霞珠,而且其CBF2N端7个氨基酸残基序列与山葡萄和贝达的氨基酸序列存在较大差异,且具有较强的疏水性,这些差异可能与赤霞珠较弱的抗寒特性有关。以带有35S启动子的载体pBI121为基础,成功构建了植物表达载体pBI121-CaMV35S-CBF2,为深入研究CBF2基因在葡萄抗寒性中的作用提供了基础资料。

葡萄CBF4基因生物信息学及其对低温和硅酸钾响应分析

为探究葡萄CBF4基因的结构和表达特征,该研究以葡萄为材料,对葡萄CBF4基因进行生物信息学及低温和硅酸钾响应分析。结果表明:(1)CBF4蛋白定位在细胞核,有5个磷酸化位点和14个糖基化位点,无信号肽,是一个亲水的、脂溶性较差的膜外蛋白。二级结构以无规则卷曲为主,比例为56.88%。该蛋白包含一个AP2/EREBP结构域。(2)CBF4蛋白的多序列和系统进化分析表明酿酒葡萄与美洲葡萄的同源性最高、亲缘关系最近。(3)荧光定量PCR分析显示,低温胁迫后CBF4基因在葡萄叶片中表达水平上调,说明CBF4基因可能参与了葡萄叶片低温胁迫的响应。低温条件下,施加硅酸钾CBF4基因表达具有差异性,说明该基因在不同的葡萄组织中对硅酸钾的响应机制可能不同。以上结果为进一步研究葡萄CBF4基因的功能和机理奠定了基础。

外源NO对盐胁迫下甜高粱种子萌发和幼苗生长的影响

为探究外源NO对盐胁迫下甜高粱种子萌发和幼苗生长的影响,以国能4号甜高粱为试验材料,采用不同浓度(0.05、0.1和0.2 mmol·L^(-1))硝普钠(SNP,NO供体)处理1.6%NaCl胁迫下的种子和幼苗,统计种子发芽数,测定幼苗叶片叶绿素、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性等生理生化指标。结果表明,盐胁迫抑制了甜高粱种子的萌发,种子发芽指标(种子发芽率、发芽势和发芽指数)显著降低,1.6%NaCl是甜高粱种子萌发的敏感盐浓度;喷施不同浓度SNP可显著提高盐胁迫下甜高粱种子的发芽率及幼苗叶片叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量,降低叶片MDA含量,增强抗氧化酶活性,其中0.1 mmol·L^(-1)SNP处理效果最佳。0.1 mmol·L^(-1)SNP处理下,与单独盐浓度处理相比,甜高粱种子发芽率、发芽势和发芽指数分别增加了29.51%、39.21%和38.91%;幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量分别提高了230.00%、184.38%、214.13%、17.00%、8.78%和40.63%;MDA含量降低了34.01%;SOD、POD、CAT和APX活性分别增强了33.38%、55.75%、23.17%和116.46%。综上,盐胁迫下适宜浓度的SNP处理,可提高甜高粱幼苗叶片渗透调节物质含量,增强抗氧化酶活性,清除体内活性氧,从而促进幼苗生长,增强植株抗盐性。本研究结果为提高甜高粱耐盐性及揭示其耐盐机制提供了理论依据。

23份豌豆材料过氧化物酶同工酶研究

采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,对23份不同地区来源的豌豆进行过氧化物酶同工酶分析。通过对各供试材料酶谱特征和相似系数的分析,探讨供试材料间的亲缘关系。结果表明:不同地区来源的豌豆材料过氧化物同工酶在酶带数、酶量、酶活性等方面存在差异,供试材料中共出现161条酶带,14种类型,2条共有表达酶带。酶带数量在品种间差异显著,其中最多者出现8条,最少5条,Rf值范围为0.13~0.83。各个豌豆材料间的遗传相似度在0.33~1.00之间,过氧化物酶同工酶酶谱聚类分析将23份豌豆材料分为5个类群,分类结果与品种的来源和地理位置有一定的相关性,其中3号与17号材料、8号与16号材料、12号与13号材料亲缘关系相互最近;6号材料与其他材料的亲缘关系较远。

电子束辐照3种盐生植物的存活及半致死剂量研究

为探讨3种盐生植物对电子束辐照的敏感性和适宜的辐照剂量,本文采用1.5 Me V能量的电子束对盐角草、异子蓬和盐地碱蓬干种子进行不同剂量（100～5 000 Gy）的辐照处理,研究了盐生植物种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、存活率、幼苗全长和鲜重的变化。结果显示：在辐照剂量范围内电子束辐照对盐角草发芽率影响不明显,发芽势和发芽指数随辐照剂量增加略微下降;异子蓬发芽率、发芽势和发芽指数随辐照剂量的增加先略微升高后逐渐降低,5 000 Gy电子束辐照后骤然下降;盐地碱蓬发芽率、发芽势和发芽指数随辐照剂量增加显著下降。随辐照剂量增加,盐角草幼苗鲜重逐渐降低,异子蓬和盐地碱蓬幼苗鲜重先升高后降低。3种盐生植物的活力指数、幼苗全长和存活率都随辐照剂量的增加而显著降低,存活率与辐照剂量呈显著负相关。研究初步确定了盐角草半致死剂量为2 929Gy,适宜剂量为2 343～3 514 Gy;异子蓬半致死剂量为929 Gy,适宜剂量为743～1 114 Gy;盐地碱蓬半致死剂量为2 868 Gy,适宜剂量为2 294～3 441 Gy。此外,3种不同盐生植物种子对电子束的辐照敏感性也不同。综上所述,本研究可为盐生植物品种改良提供理论依据。

两种水分条件下小麦花后蔗糖积累转运的生理与遗传特性分析

为探究干旱调控小麦花后蔗糖积累转运的时空生理特性与遗传变异,以不同地理来源的196份冬小麦品种(系)组成的自然群体为试验材料,在干旱胁迫(DS)和灌溉(WW)条件下,测定小麦不同发育时期各器官蔗糖含量、转运率及其对籽粒灌浆的贡献率表型,并进行相关性、表型变异及聚类分析。结果表明,该群体各目标性状表型变异系数(DS:13.57%~80.60%;WW:20.90%~72.55%)和多样性指数(DS:0.42~0.89;WW:0.45~0.87)均较高,遗传力较低(DS:0.31~0.64;WW:0.29~0.65)。其中,水分、发育阶段和器官是影响各目标性状表型变异的主要因子。干旱胁迫显著提高了不同营养器官蔗糖积累量和向籽粒的转运量。灌浆中期蔗糖含量(4.73~60.20 mg·g-1)显著高于开花期(3.67~34.33 mg·g-1)和成熟期(2.18~16.02 mg·g-1);穗下节和倒二节各表型值均显著高于其他组织器官,花前蔗糖转运效率(DS:42.5%~65.98%;WW:39.60%~53.72%)及其对籽粒灌浆的贡献率(DS:0.39%~3.50%;WW:0.25%~2.79%)均显著高于花后蔗糖转运效率(DS:35.97%~58.21%;WW:33.94%~49.64%)及其对籽粒灌浆的贡献率(DS:0.20%~2.51%;WW:0.18%~1.30%)。开花期和灌浆中期不同器官蔗糖含量与转运率及其对籽粒灌浆的贡献率间呈显著正相关(r=0.12~0.81和r=0.27~0.71)。通过对穗下节和倒二节蔗糖积累转运相关性状聚类可将该群体划为4类,得到11份在2种水分条件下蔗糖积累转运效率均较高的品种(系)。本研究结果为小麦抗旱优异种质挖掘和抗旱遗传改良提供了理论依据。

液相色谱-串联质谱联用法同时测定6种植物激素

【目的】建立可同时测定6种植物激素(GA3、iPAde、6-BA、IAA、SA、ABA)的液相色谱-串联质谱联用法(Liquid chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry,LC-MS/MS).【方法】采用C18色谱柱(150 mm×2.1 mm,1.8μm)分离和梯度洗脱,质谱采用电喷雾离子源负模式(ESI-),在多反应监测(Multi-reaction monitor,MRM)模式下进行定性分析,标准品标准曲线定量.【结果】在流动相:B(甲醇)∶A(0.1%甲酸),梯度洗脱:0~1 min 10%~40%(B)、1~2.5 min 40%~45%(B)、2.5~5 min 45%~80%(B)、5~5.1 min 80%~10%(B)、5.1~7.1 min 10%~10%(B),检测波长290 nm,柱温35℃,流速0.3 mL/min,离子源温度350℃,干燥气流速11 L/min,雾化器压力35 psi和毛细管电压4 kV等条件下,标准品检出限为1.0μg/L,在1.0~100μg/L质量浓度范围内线性关系良好,相关系数R2≥0.99.采用上述检测方法,马铃薯、油菜和苜蓿3种植物叶片中6种内源激素均有较好的出峰和分离度.【结论】该LC-MS检测方法快速、灵敏和准确,可进行多种植物激素的同时测定.

外源Ca2+调控野生抚育独一味幼株抗寒生理特性的研究

独一味是青藏高原区濒危保护药用植物,幼株抗寒性较差,为揭示外源Ca^2+对调控野生抚育独一味幼株抗寒效应,对甘肃玛曲县野生抚育的独一味幼株带土坨全株移植培养盆,采用不同浓度CaCl2溶液(0,5,10,15,20和25 mmol·L^-1)喷施,以喷蒸馏水为对照,然后将培养盆分别置于4,0和-4℃处理24 h,对照留置25℃,处理结束测定叶片膜稳态性、渗透调节机能、膜质过氧化和抗氧化酶活性以及根系三苯基氯化四氮唑还原活力等抗逆指标,旨在探寻提高野生独一味幼株抗寒性的栽培生理调控方法,为独一味野生抚育和驯化栽培提供科学依据。结果表明,外源钙对低温处理后独一味抗逆指标具有显著影响,影响程度因处理浓度的不同而异,以喷施15 mmol·L^-1 CaCl2的作用效果最佳,可通过调控叶片可溶性糖和抗氧化酶活性保护膜系统的稳态性和完整性,使叶片相对电导率和丙二醛含量维持在较低的水平,增强了根系活力,有效提高了野生独一味幼株的抗寒性,在独一味野生抚育中具有潜在的应用价值。

种子丸粒化对党参农艺性状及药材产量的影响

【目的】研究丸粒化党参种子工厂化育成种苗的成药特性及药材产量。【方法】选用生荒土为填充剂,添加不同浓度(0,0.2,0.4和0.6%,对应处理为WG_(1)、WG_(2)、WG_(3)、WG_(4))桃胶粉作为粘合剂,对党参种子丸粒化处理,以普通种子为对照(CK),采用工厂化机械穴盘育苗及大田成药栽培。【结果】当粘合剂浓度为0.2%~0.4%时种子丸粒易成形,与CK相比较,种子丸粒化不同程度提高了党参工厂化育苗的成苗率,WG_(3)和WG_(2)成苗率分别提高24.3%和18.0%,WG_(4)提高15.0%。成药生长期也表现出种子丸粒化的优势,WG_(2)种苗返青率显著提高8.3%,WG_(3)和WG_(4)分别提高6.7%和3.3%.粘合剂浓度为0.2%~0.4%时党参成药后药材个体质量较优异,折干率高,药材鲜产量差异性较为显著,WG_(2)、WG_(3)和WG_(4)药材鲜产量分别为9133、8920、8653kg/hm^(2)、较CK分别提高11.6%、9.0%和7.3%。而WG_(1)种子成苗率、种苗返青率及成药产量均与CK相当。利用10个成苗和成药性状指标计算的综合指数大小依次为WG_(2)(0.9567)>WG_(3)(0.6247)>WG_(4)(0.5732)>CK(0.2863)>WG_(1)(0.0043)。【结论】党参种子丸粒化以生荒土为填充剂,添加0.2%~0.4%的粘合剂丸粒效果最佳,可有效提高党参成苗率和种苗生产性能。

棉隆土壤消毒对党参育苗田杂草群落特征的影响

为了探寻党参育苗田杂草防控途径,在甘肃省宕昌县党参主产区采用含98%棉隆微粒剂对土壤消毒(F)后进行党参育苗,以未消毒处理为对照(CK),出苗后定期比较两育苗田杂草群落消长动态及其差异。结果表明:1)未消毒对照田发生杂草14种(10科14属),优势杂草有一年生鹅肠菜、狗尾草、多年生刺儿菜、田旋花和长裂苦苣菜。消毒田与未消毒对照田杂草群落相似度(WCs)为83.3%;与未消毒对照田相比较,消毒田出苗期杂草减少5种,生长期减少3种(萹蓄、灰绿藜和细果角茴香),平均减少39.8%;平均出苗期和生长期杂草群落WCs降低18.9%。2)土壤消毒使党参育苗前期杂草多样性降低,恶性杂草种群丰度降低,并显著抑制其再生力。3)土壤消毒可有效降低杂草发生密度,尤其一年生杂草鹅肠菜、狗尾草。消毒田较未消毒对照田6月上旬杂草减少477株∙m^(−2),6月下旬至10月减少143株∙m^(−2),杂草平均密度和鲜生物量分别降低89.0%和77.5%;育苗前期可显著抑制鹅肠菜、心叶野荞麦等有性繁殖杂草的初生量,后期可显著抑制长裂苦苣菜、田旋花等多年生兼性繁殖杂草的再生力。研究结果表明,播前采用98%棉隆微粒剂土壤消毒可有效抑制并减轻党参育苗田一年生杂草危害程度,但对多年生深根系杂草需配合及早除草管理。

干旱调控小麦旗叶持绿性与产量变异的遗传与相关分析

本研究以1套小麦自然群体为材料,研究干旱胁迫(drought stress, DS)和正常灌溉(well-watered, WW)条件下,旗叶叶绿素含量(chlorophyll content, ChlC)、株高(plant height, PH)、穗粒数(grain number per spike,GPS)、千粒重(thousand-grain weight, TGW)、有效分蘖数(effective tiller number, ETN)与小区产量(plot yield,PY)的表型变异,遗传特性以及性状间的相关性,来发掘优异抗旱种质资源。研究表明,该群体各性状表型变异受水分环境和基因型的显著影响,表型变异广泛(9.24%～30.34%/DS和7.98%～23.41%/WW),多样性指数较高(0.68～0.92/DS和0.64～0.88/WW),遗传力较低(0.15～0.72/DS和0.19～0.81/WW)。ChlC与GPS、TGW和PY间普遍表现出不同程度的正相关,而TGW和GPS与PY间呈显著或极显著的正相关(0.143*～0.661**/DS和0.380**～0.665**/WW),表现出较高的关联度(0.404 5～0.455 8/DS, 0.423 3～0.468 9/WW)。通过旱胁迫系数聚类,将该群体分为3类,其中,第Ⅲ类聚有的43份材料表现出叶绿素含量和产量表型较强抗旱性。本研究将为小麦抗旱种质资源的筛选和抗旱遗传改良提供理论依据。

基于生物量、活性物质积累和抗氧化能力的当归高海拔种植区域选择

目的以根茎生物量、活性物质含量以及抗氧化能力为指标,选择适宜提高当归品质的高海拔种植区域。方法在严格控制种质、水分和土壤养分的条件下,以不同海拔(2 100、2 500和2 900 m)2年生当归根茎为材料,分别对干质量、活性物质含量以及抗氧化能力进行测定与分析。结果高海拔虽不能促进当归根茎生物量,却显著提高了活性物质的积累量和抗氧化能力;以单株积累量计算,2 900 m未抽薹当归根茎中阿魏酸、可溶性糖、酚和黄酮类含量分别为2 100 m植株的2.06、1.13、1.34和1.15倍;体外抗氧化能力也随海拔升高逐渐增加。综合分析表明,在2 100~2 900 m海拔内,未抽薹当归根茎中活性物质的总积累量(干质量和单株)均随海拔升高逐渐增加。结论提升当归种植海拔高度可显著提高根茎活性物质量;活性物质生物合成与积累受到低温和光照的综合调控。该研究结果将为提高当归产量和品质以及大面积种植栽培提供理论基础与依据。

小麦非结构性碳水化合物分配对水分胁迫的生理响应

以‘西旱2号’小麦为试材,采用水分胁迫和复水处理方法,研究了小麦发育过程中不同水分胁迫下非结构性碳水化合物（NSC）在小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中的动态变化,以及籽粒中碳代谢相关酶（可溶性淀粉合成酶SSS和淀粉粒结合态合成酶GBSS）活性的变化.结果表明：不同程度水分胁迫对小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中蔗糖含量无显著影响.随水分胁迫的深入,花后12~18 d旗叶中淀粉含量显著增加;水分胁迫缩短了花后茎和叶鞘中淀粉的积累时间,抑制了茎中淀粉的转化和分配;而叶鞘中淀粉的积累逐渐增大,在中度水分胁迫下积累提前终止.在水分胁迫初期,各营养器官中的NSC含量为旗叶〉茎〉叶鞘;随着水分胁迫的深入,各营养器官中的NSC含量为茎〉旗叶〉叶鞘.小麦主要营养器官中NSC的分配速率及主要代谢酶的变化可能是小麦对水分胁迫的一种生理调节反应.

小麦(Triticum aestivum)蔗糖关键合成酶基因TaSPP2克隆与结构分析

磷酸蔗糖磷酸化酶(sucrose phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖合成最后步骤的关键酶,在参与小麦(Triticum aestivum)蔗糖代谢转运和籽粒灌浆中起重要作用。为了在基因组DNA水平上揭示小麦SPP酶基因的结构特征,预测该基因所编码蛋白特性,本研究通过克隆小麦SPP酶全长基因,利用生物信息学方法,从基因结构、理化特性、进化关系、亚细胞定位、跨膜结构和二级结构等方面对该基因进行了预测和分析。结果表明:通过克隆、测序和拼接,获得小麦磷酸蔗糖磷酸化酶基因(TaSPP2),该基因全长2865 bp,包含8个外显子区和7个内含子区,被定位在小麦D基因组上。TaSPP2与粗山羊草(Aegilops tauschii)亲缘关系最近。该基因编码的蛋白分子量为47.19 kD,等电点为6.04,含有38处磷酸化位点,不含跨膜区,属于非分泌型亲水胞内蛋白。二级结构以无规则卷曲为主(45.02%),其次是α-螺旋占和延长链,无β-转角。本研究结果将为进一步验证和解析小麦TaSPP2基因的功能提供理论依据。