辣椒雄性不育的分子研究进展

辣椒(Capsicum annuum L.)是世界上重要的蔬菜作物之一,杂种优势明显。利用雄性不育系制种可有效解决人工去雄的难题,简化制种工序,降低生产成本。而辣椒雄性不育是一个快速发展的研究领域。综述了近几年在辣椒雄性不育的类型与特点、细胞学特征、细胞核雄性不育的分子机制,以及细胞质雄性不育的机制解析等方面所取得的重要进展,并对辣椒雄性不育中存在的问题以及未来发展方向进行了讨论和展望,旨在为辣椒三系配套制种提供理论参考。

智慧农业及其在设施蔬菜生产中的应用

设施蔬菜可以摆脱自然环境和传统生产条件的束缚,为各阶段农产品商品化提供适宜环境和条件。温室大棚管理往往需要考虑多重复杂环境因素再作出决策,而随着农业物联网技术的出现,智慧农业在设施蔬菜中得到了广泛应用,通过对环境数据的采集、传输、分析,实现生产过程的自动调节和资源利用的复杂决策。本文综述了智慧农业与物联网技术以及智慧农业在设施蔬菜中的应用,并对我国智慧农业存在的问题及发展方向进行了讨论和展望,以期为设施蔬菜种植的智能控制提供理论支撑。

生姜||柑橘间作对盛夏生姜生长及光合特性与产量的影响

间作种植可充分利用土地空间、利于光资源的利用和作物产量的提高。为探明生姜||柑橘间作对生姜在炎热夏季条件下的生长、光合及产量的影响,于湖北省荆州区长江大学农业科技园进行两年(2021年和2022年)定点田间试验,测定3个种植模式下[生姜单作未遮荫(CK)、生姜单作遮荫(CK1)及生姜||柑橘间作(CI)]生姜植株生长特性、叶片灼伤、关键光合酶、光合色素、叶绿素荧光参数、渗透调节物质、抗氧化酶活性和产量的变化特征。结果表明:与CK相比,CI处理下生姜冠层光照强度、植株叶片灼伤指数分别显著降低55.40%~55.80%和61.14%~70.20%(P<0.05),光合关键酶活性、光合色素、净光合速率和最大光化学效率分别显著增加22.34%~50.55%、14.36%~50.00%、51.04%~70.64%和5.56%~7.79%(P<0.05),生姜产量显著提高23.28%~23.77%,达到63.00~66.08 t·hm^(−2)(P<0.05)。与CK1相比,CI处理下生姜冠层光照强度和植株叶片灼伤指数、净光合速率和产量均无显著差异,但是关键光合酶活化酶活性、光合色素和最大光化学效率在部分年份分别显著增加26.88%、7.74%和2.47%(P<0.05)。因此,生姜||柑橘间作模式能降低炎热气候下的生姜冠层光照强度,减轻灼伤程度,对其生长、光合性能及产量的提高有促进效应,达到与单作遮荫相当的效果。该研究结果为柑橘林下推广应用生姜||柑橘间作种植模式提供了理论参考。

生姜IPT基因家族的鉴定与表达分析

生姜是一种重要的“药食同源”植物,但其种植过程中容易受到各种生物/非生物胁迫的影响,不利于生姜的安全生产。异戊烯基转移酶(IPT,isopentenyl-transferases)是催化细胞分裂素生物合成的关键酶,也是重要的限速酶,与植物的抗逆性关系密切。本研究通过系统的生物信息学分析,从生姜基因组中鉴定到10个ZoIPT,并且将其命名为ZoIPT1~ZoIPT10。其编码蛋白的氨基酸长度范围在283~491 aa之间,分子质量在31.14~54.02 kDa,等电点在4.97~9.37之间;蛋白质特征分析表明,所有ZoIPTs均具亲水性。共线性关系分析发现生姜IPT基因与15个芭蕉IPT基因存在共线性,与1个拟南芥IPT基因存在共线性。转录组数据分析结果显示,ZoIPTs有一定的组织表达特异性,并且能响应病害、低温等逆境胁迫,其中,ZoIPT3和ZoIPT5在生姜不同生长时期、不同部位、低温和病害胁迫下均有较高表达。qRT-PCR分析结果表明,ZoIPTs响应干旱、淹水、盐胁迫。在淹水和盐胁迫下,根茎中ZoIPT3表达量显著上升;在干旱胁迫下,叶和根茎中ZoIPT5的表达显著上升。综上所述,本研究通过系统的鉴定、进化分析、特征分析、启动子分析、表达模式分析,并对干旱、盐、淹水胁迫下的表达模式进行了分析,为深入研究ZoIPT在调控生姜生长发育和抗逆性中的生物学功能提供了理论基础。

辣椒中LACS家族基因鉴定及其对非生物胁迫的响应

为探究LACSs基因家族成员特征及其在辣椒非生物胁迫中的调控功能,通过同源性搜索,共鉴定出10个LACSs家族基因。然后通过生物信息学手段分析研究了其基因结构、基因组定位、系统发育关系和基因表达。根据系统发育分析可将鉴定到的10个LACSs基因分为8个亚家族,其中7个基因不均匀分布在辣椒染色体上,还有3个未被标定在染色体上。启动子顺式元件分析结果表明,CaLACSs可能参与了植物激素和/或非生物胁迫反应的调控。此外,辣椒材料‘6421’的表达谱分析表明,CaLACS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,说明CaLACS基因具有组织特异性,在抗低温、高温以及盐胁迫过程中CaLACS基因发挥重要作用。耐盐品种‘H1023’与盐敏感品种‘XWHJ-M’的qRT-PCR结果表明,CaLACS1和CaLACS2显著受盐胁迫诱导表达,耐盐品种比盐敏感品种的表达量更高,其可能在响应NaCl胁迫中起到关键性作用。总的来看,LACSs基因家族成员可能在响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。

生姜茎叶提取物对高粱蚜生长发育及防御酶活性的影响

为明确生姜(Zingiber officinale Roscoe)茎叶提取物(Ginger shoot extract,GSE)对蚜虫生长发育的抑制作用以及防御酶应答机制,以生姜茎叶和高粱蚜(Melanaphis sacchari Zehntner)为对象,研究GSE对高粱蚜生长发育及致死作用和虫体内超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)活性的影响。结果表明,与对照(CK)相比,5、10、15mg/mL的GSE对高粱蚜的产仔数、蜕皮数和体重增长均有抑制效应,且浓度越高对高粱蚜生长发育的抑制效果越强,15mg/mL的GSE在5d时对高粱蚜的产仔数、蜕皮数和体重增长抑制作用最强,分别下降了58.58%、93.81%和32.32%。3种浓度的GSE也能显著增加高粱蚜若蚜的死亡率,且浓度越高杀蚜活性越强,其中15mg/mL的GSE在1d时高粱蚜若蚜死亡率最高,达到72.23%。15mg/mL的GSE能显著增加高粱蚜体内SOD活性,且在1d时活性最强,相比CK增加23.85%。高粱蚜体内POD活性则呈现先激活后抑制的趋势,而高粱蚜体内AChE活性在饲喂5d内均受到显著抑制,且在1d时抑制效果最强,相比CK下降了96.90%。结果显示,GSE可能成为蚜虫防治的新型植物源杀虫剂。

姜DUF966基因家族成员鉴定与表达分析

为了解姜DUF966家族基因(ZoDUF966)的功能,利用生物学信息方法对其进行系统的鉴定。共鉴定出11个ZoDUF966,在系统发育上被划分为a、b和c组,分别包含5、4和2个成员。所有ZoDUF966蛋白均为亲水性蛋白并定位于细胞核;除ZoDUF966_1b、ZoDUF966_3b和ZoDUF966_11a外,其余8个均为碱性蛋白;蛋白质二级结构以α–螺旋和无规则卷曲为主,三级结构存在一定的差异。11个ZoDUF966分布在6条染色体上,6和16号染色体上分别有4和3个,还有4条染色体上均只有1个。ZoDUF966的启动子序列中含有大量与光响应、胁迫、生长发育以及植物激素相关的顺式作用元件。基于转录组测序数据的基因表达分析发现,ZoDUF966在不同生长时期、不同组织、生物胁迫以及非生物胁迫中的表达均存在差异,其中ZoDUF966_6c响应低温胁迫,ZoDUF966_9b则在接种腐皮镰刀菌后高度上调表达。qRT-PCR结果显示,ZoDUF966响应干旱、淹水和盐胁迫。干旱胁迫下,根系中ZoDUF966_6c/10a/11a和根茎中的Zo DUF966_7a/11a显著上调表达,根茎中ZoDUF966_1b/4b/8a/1a显著下调表达。盐胁迫下,根系中ZoDUF966_9b/7a显著上调表达,根系中ZoDUF966_5a显著下调表达。淹水胁迫下,根茎中ZoDUF966_7a和ZoDUF966_10a分别显著上调,叶中ZoDUF966_1b和根系中的ZoDUF966_11a显著下调表达。