水分胁迫对小麦光合作用的影响

水分胁迫对小麦光合作用影响是多方面的。本文从气孔因素限制与非气孔因素限制两方面对近年来的研究现状进行了简要综述。     

条锈菌诱导上调表达的小麦腺苷甲硫氨酸脱羧酶（SAMDC）基因的克隆及其特征分析

为了克隆条锈菌诱导上调表达的小麦腺苷甲硫氨酸脱羧酶（SAMDC）基因并研究其在小麦感病、抗病单株苗期抗条锈病防御反应中的作用,以大麦（Hordeum vulgareL.）SAMDC全长cDNA序列为信息探针,采用电子克隆、RACE（Rapid amplification of cDNA ends）和RT-PCR方法,从条锈菌（Puccinia stri-iformisf.sp.tritici）CYR32侵染的小麦（Triticum aestivumL.）抗条锈病新种质NR1121中分离出1个新的小麦SAMDC基因家族成员,命名为TaSAMDC2（GU016570）。TaSAMDC2基因cDNA序列全长2 003 bp,5′非翻译区区域和一个带有Poly（A）的3′非翻译区区域长分别为553和283 bp;该基因的开放阅读框为1 167 bp,编码388个氨基酸,编码的氨基酸序列包含酶原剪切位点和PEST结构域。基因组序列全长2 539bp,位于5′UTR存在一个526 bp长的内含子序列,内含子的剪切位点均符合真核生物GT-AG规则。同源序列分析表明,TaSAMDC2与来自大麦、水稻（Oryza sativaL.）、玉米（Zea maysL.）、一粒小麦（TriticummonococcumL.）4种植物SAMDC蛋白的相似性分别为95.0%、85.0%、80.0%和80.0%。半定量RT-PCR与实时荧光定量PCR分析表明,TaSAMDC2的表达受条锈菌诱导,小麦苗期经条锈菌侵染后,在抗病材料中,该基因于48 hpi上调表达至最高水平,而在感病材料中先下调、上调表达至最高水平明显滞后。结果提示,分离到的是一个条锈菌CYR32诱导后上调表达的小麦SAMDC基因,该基因可能参与了小麦的抗条锈病反应。     

水分胁迫对小麦光合作用的影响

水分胁迫对小麦光合作用影响是多方面的，本文从气孔因素限制与非气孔因素限制两方面对近年来的研究现状进行了简要综述。     

小麦水分胁迫与活性氧伤害

本文简述了水分胁迫下，小麦体内活性氧的产生与积累及其伤害作用。并就应用外源抗氧化剂的效果进行了简要介绍和评价。     

小麦叶片中水分和氧化胁迫的交互抗性

把对水分胁迫具抗性的品种和敏感品种的叶龄为７ｄ的叶片，在光照条件下置于１００％Ｏ２和水分胁迫条件下７２ｈ。研究其叶绿体抗氧化剂酶、谷胱甘肽还原酶和抗坏血酸过氧化物酶胁迫的影响及其对胁迫抗性的关系。在经受１００％Ｏ２和水分胁迫后，仅抗性品种Ｃｒｕｚ Ａｌｔａ的ＧＲ和ＡＰ增加，在两种胁迫处理条件下，抗性品种的硫氢基增加，而敏感品种则显著减少。胁迫参数的测定结果表明：在敏感品种Ｌｅｏｎｅｓ的叶片中由胁迫     

水分和盐胁迫下小麦种子萌发相关性状的QTL定位

小麦萌发期对水分和盐胁迫敏感,对该时期水分和盐胁迫下种子萌发性状进行QTL定位具有重要的意义。本研究以小麦“泰农18×临麦6号” RIL群体为材料,以20%PEG-6000溶液和100 mmol·L^-1 NaCl溶液分别模拟水分和盐胁迫环境,对种子萌发期10个性状进行了QTL定位。结果表明,在正常、水分胁迫和盐胁迫3种不同处理下各性状变异较大。相关分析表明,抗旱和耐盐可能是两个独立遗传的性状,胚芽鞘长可以作为节水抗旱的鉴定指标。3种处理下共检测到10个萌发相关性状的103个QTL,其中,17个为相对高频QTL（RHF-QTL）,分布在7条染色体（1A、3A、3B、4B、7A、7B和7D）上,平均贡献率为7.55%~15.97%。这些RHF-QTL形成4个QTL簇（QTL cluster,QC）,分布在3A、7A和7D染色体上。其中,7A染色体上的QC2包括3个RHF-QTLs（ QSdw-7A.1、 QGf-7A.1和 QGi-7A.1）,均与小麦耐盐性相关;7D染色体上的QC3包括2个RHF-QTLs（ QGi-7D.1、 QGdrc-7D.1）,均与小麦节水抗旱性相关。这2个QCs增加效应均来自母本泰农18。本研究获得的RHF-QTLs和QCs,可为小麦萌发期节水抗旱和耐盐分子标记辅助选择提供理论和技术支持。     

水分胁迫下不同抗旱性小麦品种根中蛋白质代谢的差异

研究了不同抗旱性小麦品种73－11和晋2148的根系在水分胁迫下的蛋白质代谢差异。结果表明，小麦幼苗在渗透势为－0．025和－0．05MPa的PEG溶液中胁迫3d，抗旱品种73－11根中的蛋白质含量上升，而敏感品种晋2148的根中蛋白质含量下降，将胁迫时间延长至5d，二个品种的蛋白质含量均下降，但抗旱品种下降的幅度大于敏感品种，游离氨基酸分析表明，二个品种在水分胁迫下游离氨基酸的水平均升高，且抗旱品种73－11累积氨基酸的速度小于敏感品种晋2148。     

茶树S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和序列分析

从茶树叶片中提取总RNA ,经反转录合成cDNA第一链。以cDNA第一链为模板 ,分别用三对PCR引物扩增SAM合成酶基因的中间主片段、 3 端和 5 端片段 ,最后经BLAST比较及重叠区域拼接得到完整的SAM基因序列。所得序列长 130 3bp ,编码 394个氨基酸。与中华猕猴桃、番茄、长春花SAM合成酶基因的核苷酸序列的同源性分别为 87% ,83 %和 83%。氨基酸序列与三角杨、猕猴桃、番茄、长春花等的SAM氨基酸序列的同源性为 92 %～ 90 %。证实所获得的基因序列为茶树SAM合成酶基因     

高光、水分和盐胁迫下小麦光合特性和抗氧化酶系统的比较

为了解植物光合机构及抗氧化酶系统对高光、水分及盐胁迫的适应机制,比较分析了光强1 800 μmol·m^-2·s^-1、20% 聚乙二醇（PEG-6000）和0.3 mol·L^-1 NaCl处理下小麦叶绿素荧光以及抗氧化酶活性的变化。结果表明,与对照相比,高光胁迫、水分胁迫和盐胁迫下小麦叶片相对含水量、总蛋白含量以及叶绿素含量均下降,以水分胁迫效应最显著,盐胁迫次之。三种胁迫均显著降低了小麦叶片的光合速率、气孔导度、蒸腾速率、PSII最大光化学效率（F_v/F_m）及电子传递率（ETR）,而显著增加胞间CO₂浓度、非光化学淬灭（NPQ）、脯氨酸及可溶性糖含量,也以水分胁迫效应最显著。三种胁迫下小麦叶片内的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性随胁迫时间的延长呈现不同的变化趋势。其中,SOD活性在三种胁迫下均呈先升后降的趋势;POD活性在高光和水分胁迫下先升后降,而在盐胁迫下呈上升趋势;CAT活性在高光和盐胁迫下呈上升趋势,而在水分胁迫下呈下降趋势。以上结果表明,在三种环境胁迫中,水分胁迫给小麦带来的伤害最严重,盐胁迫次之,高光胁迫最轻。 此外,小麦抗氧化酶系统在高光胁迫、水分胁迫及盐胁迫下应答机制不同。     

盐胁迫对小麦过氧化物酶同工酶基因表达的影响

为了研究小麦过氧化物酶同工酶基因表达与盐适应性的关系,以小麦品种pH-82—2—2为材料对盐胁迫下过氧化物同工酶谱的变化进行了分析,结果表明,PH-82—2—2经盐胁迫后,根、叶中过氧化物酶同工酶发生显著变化,说明盐胁迫影响该基因的表达。盐胁迫对5个同工酶14个等位基因的表达产生不同的影响．有些基因只有在盐胁迫下才表达,如Px-2b等,有些基因的表达具有组织器官特异性。如Px-1等。盐胁迫下过氧化物酶同工酶基因表达水平的变化,说明小麦遭受盐胁迫后会通过控制基因的表达达到抵抗盐渍侵害的作用。     

干旱胁迫下小麦幼苗基因表达谱的cDNA AFLP分析

为了分离和识别小麦抗旱相关基因,给小麦抗旱节水育种提供依据,以既抗旱又具备高水分利用效率的新疆春小麦主栽品种新春6号为材料,采用cDNA-AFLP技术,分析了小麦在两叶一心期干旱胁迫条件下的诱导表达基因。通过253对引物组合的筛选,共得到748个干旱胁迫特异上调表达的转录衍生片段(TDF)。对其中22条片段进行克隆、测序、Blastx比对和功能分类分析的结果表明,有18个TDFs所推导的蛋白质序列与NCBI已有序列同源,功能涉及逆境胁迫反应、发育、信号转导、抗病蛋白、跨膜转运、能量代谢等方面;有4个TDFs在NCBI找到同源序列,但功能未知。     

裸燕麦不同生育时期对干旱胁迫后复水的响应

为给裸燕麦(Avena nuda L.)高效节水生产提供理论和技术支持,在温室盆栽条件下,研究了裸燕麦持续性干旱胁迫后不同生育时期复水的生理响应。结果表明,拔节-抽穗期内复水较正常供水处理显著(P<0.05)提高株高6.57%～7.67%,其他时期复水株高与正常供水处理差异不显著(P>0.05);拔节-孕穗期和抽穗-灌浆期内复水,裸燕麦功能叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Ci)、胞间CO2浓度(Gs)和蒸腾速率(Tr)等光合参数均表现出补偿或超补偿效应,灌浆期后复水无法恢复叶片正常光合能力;拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期复水,较持续干旱胁迫处理显著提高裸燕麦籽粒产量,产量增幅分别为14.29%、152.38%、66.67%和32.80%;孕穗-灌浆期复水有利于提高灌溉水利用效率。说明裸燕麦持续干旱胁迫后孕穗期和抽穗期复水对植株生长、功能叶片光合能力和产量的补偿效应明显,有利于灌溉水高效利用。     

小麦SnRK2家族基因鉴定及进化分析

SnRK2是一种植物特异性的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物生长发育和胁迫耐受信号传递过程中发挥着至关重要的作用。为探索SnRK2在小麦抗逆中的作用,基于最新的小麦基因组信息,采用blastp和hmmer两种方法在普通小麦中共鉴定到30个SnRK2基因家族成员。系统发育分析表明,SnRK2基因在普通小麦及其祖先物种的进化过程中高度保守。利用RNA seq数据分析小麦SnRK2基因在不同组织以及不同胁迫条件下的表达模式,结果表明,小麦SnRK2基因家族成员在不同组织以及不同胁迫条件下表达量均存在差异,且具有显著的组织特异性。通过qRT PCR进一步验证6个小麦SnRK2基因的表达模式,发现不同基因之间的表达量存在明显差异,推测小麦SnRK2基因家族的部分成员出现功能分化。随后,利用已发表的六倍体小麦重测序数据,分析不同小麦群体中SnRK2基因的核苷酸多样性(P_i)和分化指数(F_st),并解析单倍型,推测Ta 5B SnRK2.28基因的AA单倍型为优异等位变异。通过同源建模预测小麦SnRK2蛋白的三维结构,发现小麦SnRK2蛋白结构在进化上高度保守。     

小麦OXS3基因家族的鉴定及表达模式分析

氧化应激3蛋白(OXS3)是一种植物特异性蛋白,在植物逆境耐受性中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,在全基因组水平对小麦中的OXS3基因家族成员进行了鉴定,并对所有成员进行了高温胁迫下的表达模式分析以及4个小麦OXS3基因的酵母转化验证试验。结果表明,小麦具有9个OXS3基因,分布于8条染色体上,聚类为三个亚家族,主要定位于细胞核;小麦OXS3基因家族成员的启动子区具有多个激素响应和逆境响应顺式作用元件,暗示该家族成员在植物逆境响应中可能承担重要角色。共线性分析表明OXS3基因家族在单/双子叶植物间存在较大差异。qRT-PCR分析表明,小麦OXS3家族基因在高温胁迫下均上调表达。转化酵母的耐热功能验证表明,小麦基因TaOXS3-1D、TaOXS3-2A可以提高酵母的耐热性。本研究结果为系统研究OXS3的耐热功能奠定了基础。     

玉米ZmSAMS1基因在盐、干旱等逆境胁迫下的表达分析

采用Northern杂交对玉米S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因ZmSAMS1在玉米幼苗期根、茎、叶中的表达及盐胁迫下外施不同甲基供体试剂处理下的表达进行分析。结果表明,ZmSAMS1在根、茎中均有表达,叶中信号较弱;盐胁迫外施甜菜碱、氯化胆碱、叶酸条件下该基因表达量不同,推测ZmSAMS1可能参与盐胁迫下玉米根茎木质化和栓质化过程。荧光实时定量PCR分析表明,ZmSAMS1在干旱和高温胁迫下表达量上调幅度较大,在盐、低温和ABA胁迫下表达量上调或下调幅度较小,揭示ZmSAMS1可能参与干旱、高温等逆境胁迫应答。     

小麦品种“陕253”PDI基因的克隆、原核表达及蛋白纯化

为进一步研究控制小麦蛋白二硫键形成的关键蛋白即蛋白质二硫键异构酶（PDI）,运用RT-PCR方法克隆出小麦品种＂陕253＂PDI基因的cDNA序列,基因登陆号为HQ911363。序列分析表明,HQ911363全长为1 539 bp,编码512个氨基酸,含有PDI典型的异构酶活性的催化位点-CGHC-和内质网驻留信号肽-KDEL-。构建该基因的原核表达载体,在宿主菌E.coliBL21（DE3）中经IPTG诱导表达融合蛋白,并对表达蛋白进行了纯化。SDS-PAGE及Western-blot检测证实融合蛋白诱导表达并纯化成功。     

MeJA对低温胁迫下冬小麦抗寒生理及关键基因表达量的影响

植物激素作为一种信号分子,在植物响应低温胁迫中起重要作用。本研究以东农冬麦1号为材料,在田间三叶期用0.5、1.0和2.0 mmol·L~(-1) MeJA喷施小麦叶片,在大田自然降温条件下,探讨外源MeJA对其抗寒生理及 TaPDF1.2、 TaCOI1、 TaMYC2基因表达量的影响。结果表明,MeJA处理降低了低温胁迫下东农冬麦1号叶片及分蘖节的相对电导率和MDA含量,提高了脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的积累,提高了抗氧化酶SOD、POD和CAT活性;在不同处理浓度中,1.0 mmol·L~(-1) MeJA效果最好,处理后小麦返青率达91.5%;-10℃时,叶片和分蘖节内积累的保护性物质最多,保护性酶活性最强。东农冬麦1号分蘖节比叶片具有更强的抗寒性。此外,1.0 mmol·L~(-1)外源MeJA处理显著提高了东农冬麦1号叶片及分蘖节中 TaPDF1.2、 TaCOI1、 TaMYC2基因的表达量。     

K型小麦雄性不育系绒毡层结构变化及相关基因的表达分析

为揭示K型小麦雄性不育系的败育时期和败育机制,以K型小麦雄性不育系K519A及其保持系519B为材料,采用半薄和超薄树脂切片法对花药绒毡层进行显微和亚显微结构观察,并对孢粉素转运相关基因RAFTIN1和绒毡层细胞降解相关基因APs在不同生育时期的表达模式进行分析。结果表明,与保持系相比,不育系花药绒毡层在四分体时期提前降解,部分绒毡层细胞脱离中层侵入药室内,发育至二核和三核期绒毡层细胞只剩下细胞轮廓和少量附着的乌氏体。不育系小孢子细胞壁在单核期开始增厚,是同时期保持系小孢子细胞壁厚度的2.35倍,发育至二核期小孢子细胞壁继续增厚,但三核期不育系小孢子细胞壁比保持系小孢子细胞壁薄,仅是保持系花粉粒细胞壁厚度的89%,并且三核期不育系花粉粒出现畸形和质壁分离的异常现象。自小孢子母细胞时期至单核期,不育系中RAFTIN1和APs基因的相对表达量都显著高于保持系,但在二核期不育系中的相对表达量显著低于保持系。推测K型小麦雄性不育系K519A的败育可能发生在四分体期和二核期。RAFTIN1和APs基因的表达模式与细胞学观察结果相契合,故推测这两个基因很可能参与了K型不育系K519A的不育过程。     

小麦CBL基因家族鉴定及表达模式分析

类钙调磷酸酶（CBL）蛋白是植物中独特的Ca²⁺传感蛋白,对植物应对非生物胁迫具有重要作用。为探究小麦CBL基因的功能,利用生物信息学方法从小麦全基因组数据库中共鉴定出68个小麦CBL基因家族成员,并对其进行了理化性质、基因结构、进化树和共线性分析。结果表明,小麦CBL蛋白为酸性亲水性蛋白质,其对应基因分布于18条染色体上,亚细胞定位分布广泛,核中最多;蛋白结构域高度保守,都含有EF hand结构域,且同一类群中的大多数成员具有相似的motif。与水稻进行种间共线性分析发现,二者的CBL基因之间存在较多的共线性关系。以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号和东农冬麦2号为材料,对转录组分析显示出的8个在低温下表达差异显著的CBL进行qRT PCR分析发现,这8个基因在不同小麦品种和不同组织部位都存在明显的差异表达,分蘖节中CBL的表达量在-25 ℃时达到峰值,而叶片中CBL的表达量在-10 ℃时达到峰值,说明CBL基因在低温胁迫调节中起重要作用。