甘蓝型油菜不同抗倒性材料中木质素代谢途径关键基因表达特点

植物体内木质素的含量不仅与植物的抗病性有关,也与植物的抗倒伏性状密切联系。本试验以15个抗倒性等级不同的甘蓝型油菜品种为材料,分别在初花期和青荚期测定茎秆中部木质素含量,同时用qRT-PCR的方法分析了木质素代谢途径中6个关键基因PAL、4CL、C4H、CCR1、CCR2和CAD的表达量差异。结果表明,油菜茎秆木质素从初花期到青荚期平均增加了28%,抗倒性强的材料木质素增加最明显,达到33.5%;不同时期,不同抗倒伏性的油菜茎秆中部木质素含量差异均极显著;各基因表达量在两个时期间差异均显著或极显著,但在不同抗倒性材料间,只有基因PAL、4CL和CCR1表达量间差异显著;基因PAL的表达量与木质素含量相关性最强,4CL基因的表达量与其他关键酶基因表达量相关性最强。综上所述,木质素的合成积累由代谢途径中各个环节关键基因所共同决定,但基因PAL和4CL对木质素的代谢影响更明显。     

象草叶片和茎秆木质素合成相关基因的表达模式分析

为了系统地研究象草茎叶中木质素合成相关基因的表达模式,以N51象草为试验材料,测定了象草茎秆倒数第一、第三、第五节间以及倒数第一、第三、第五、第七和第九叶片的木质素含量及相关合成基因的表达量。结果表明,在成熟象草中,木质素含量在茎和叶垂直的空间结构中由上到下逐级递增。实时荧光定量PCR表达分析显示,不同木质素合成基因的表达表现出了组织特异性,叶组织的COMT、C3H和HCT4基因表达量显著低于茎组织,如COMT在倒五节间的表达量最高,约为叶片中表达量的6倍,而4CL和F5H基因在叶组织中却显著高于茎组织,如4CL在倒九叶的表达量最高,约为倒一节间表达量的14倍。关联分析结果表明,茎秆中的木质素含量与F5H、HCT4以及CCoAOMT基因的表达呈正相关,与C3H基因的表达呈负相关,而叶片中的木质素含量与4CL基因的表达呈正相关,C4H、COMT、HCT4以及CCR基因的表达呈负相关。该结果可以说明不同的木质素合成酶在不同的组织中呈现表达差异,并且在不同组织中,合成的主要木质素也不同。     

水稻转录因子WRKY68在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用

白叶枯病是一种严重影响水稻产量的细菌性病害。Xa21是第一个克隆的抗白叶枯病基因,具有广谱抗性,在水稻抗病育种中被广泛应用。转录因子的鉴定对解析Xa21介导的水稻抗白叶枯病分子机制具有重要意义。本研究构建了Xa21背景下的WRKY68-RNAi转基因水稻。与受体材料4021相比,转基因水稻中WRKY68蛋白质丰度下调,接种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)后抗病性下降,证明WRKY68基因在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用。此外,转基因受体材料4021和感病对照TP309接种后不同时期和部位叶片中WRKY68的蛋白质丰度没有显著差异,表明WRKY68蛋白质的表达不受抗病基因Xa21和病原物Xoo诱导,推测其功能主要是调控下游基因的表达。WRKY68-RNAi转基因水稻接种后, PR1A、PR5、PR10A、PR-pha和PAL1等病程相关蛋白质表达丰度发生变化,表明相关基因可能在WRKY68基因的调控下参与下游抗病反应。     

矮壮素和赤霉素对黄芩生物量及根中黄酮类成分产量的影响

【研究目的】探讨外源矮壮素和赤霉素对黄芩生物量及根中黄酮类成分产量的影响,为中药材生产中外源激素的合理利用提供依据。【方法】对黄芩幼苗叶面分别喷施2ml 200mg/L矮壮素和赤霉素,第26天后,观察植株形态,测定植株高度、地下和地上部分生物量,并利用HPLC法和乙酰溴法分别测定地下部分黄酮类成分含量和地上部分木质素含量。【结果】(1)与对照组相比,矮壮素使植株叶片变绿变厚、花增多、花期延长、节间变短、茎粗大;赤霉素显著增加株高的同时,使叶片变小、绿色变浅、茎变细、腋芽生长明显。(2)矮壮素和赤霉素均使黄芩地上部分生物量增加,同时地下部分生物量降低。(3)矮壮素和赤霉素均使地下部分黄酮类成分的含量显著下降,同时显著提高地上部分木质素的含量。【结论】该实验表明,矮壮素和赤霉素使黄芩中碳源的分配集中于地上部分的生长和木质素的合成,不利于地下部分生物量和黄酮类成分的累积,因此不适于黄芩的中药材生产,并且可能也不适于以根或根茎为药用部位的其它中药材的生产。     

亚麻木质素合成关键酶基因表达分析

以亚麻(Linum usitatissimum)栽培品种白花为材料,采用半定量RT-PCR方法对亚麻木质素合成关键酶基因CCoAOMT1、4CL1、4CL2、COMT、F5H1、F5H2和F5H3在不同组织及不同时期木质部、韧皮部的表达规律进行了研究。结果显示, 除F5H1在根部未表达外,其他基因在幼苗、根、花期木质部、花期韧皮部、叶、花和幼果中均有不同程度表达。CCoAOMT1在各部位都有较高的表达。2个4CL之间和3个F5H基因之间的部位表达的差异存在一定互补性。在韧皮部中,各基因均在幼嫩(30 d)阶段表达量最低;除4CL2在花期(60 d)达到表达高峰外,其他基因均在花后(70 d)表达量最高;4CL1在各时期均有较强表达,而F5H3在各时期弱表达。在木质部中,除4CL1在各时期均表达弱和F5H1在花前期为表达高峰外,其余基因均在幼嫩阶段表达量最高;随后逐渐降低,在花期后表达量大幅降低;与其他基因的明显区别在于各时期4CL1的表达量以韧皮部明显高于木质部。     

NtMYB4a基因对烟草多酚类物质合成的影响

为了解NtMYB4a基因的表达是否与烟草多酚化合物的合成有关,本研究以NtMYB4a过表达和CRISPR/Cas9敲除植株及其野生型植株为试验材料,采用实时荧光定量PCR技术分析NtMYB4a和多酚物质合成相关酶基因PAL、C4H、4CL、HCT的表达,使用HPLC方法测定烟叶中绿原酸、芦丁等8种多酚物质的含量,并进行相关性分析。结果表明,过表达NtMYB4a植株中,除花中的C4H外,茎、叶、花中PAL、C4H、4CL和HCT的表达量均极显著高于野生型,烟株茎、叶、花中绿原酸含量也显著增加;敲除NtMYB4a使烟株花、茎和叶中PAL、C4H、4CL和HCT的表达均下调,其中茎中PAL、HCT的表达极显著下调,使叶和花中的绿原酸、芦丁、槲皮素、莨菪亭含量均显著降低,茎中芦丁含量则显著增加,而山奈酚、芥子酸、对香豆酸和咖啡酸含量无显著性变化;NtMYB4a的表达量与绿原酸含量呈极显著正相关关系,与芦丁、莨菪亭、山奈酚、芥子酸、槲皮素、对香豆酸、咖啡酸含量无显著相关性。因此,NtMYB4基因对烟草绿原酸合成相关酶基因表达及绿原酸合成具有调控作用。本研究结果为进一步阐明烟叶中绿原酸形成的分子机制提供理论依据。     

大果水晶梨褐色果皮突变体木质素合成相关基因的组织特异性表达分析

为研究木质素合成相关基因(PAL1、PAL2、CAD、POD、4CL)在大果水晶梨褐色果皮突变体中的表达特性,并为研究梨褐色果皮形成机制奠定基础。按照RNA试剂盒法提取果皮、花、叶片、果肉、枝条韧皮部中总RNA;利用DNAMAN和Primer 5.0软件设计特异引物;使用实时荧光定量PCR技术研究基因的表达。结果表明,PAL1、PAL2、CAD、POD、4CL的最高相对表达量均出现在果皮中;果皮和果肉中POD的相对表达量极显著高于其他基因,花、叶片和枝条韧皮部中CAD的相对表达量极显著高于其他基因。综上所述,大果水晶梨褐色果皮突变体木质素合成相关的5个酶基因在果皮、果肉、叶片、花和枝条韧皮部中的表达具有明显的组织特异性,这些基因可能与大果水晶梨褐色果皮的形成关系密切。     

棉花WRKY22基因分离及其对黄萎病的抗性分析

为了克隆棉花抗黄萎病相关基因,利用生物信息学、病毒诱导基因沉默技术(VIGS)、实时定量PCR(q PCR)和接菌分析来研究棉花WRKY基因对大丽轮枝菌的诱导响应和抗性。结果从棉花中筛选出8个与拟南芥直系同源的棉花抗病相关WRKY基因,这些直系同源WRKY基因表达受到大丽轮枝菌浸染诱导响应。其中有6个GhWRKY基因的表达均受到大丽轮枝菌诱导上调,而GhWRKY70和GhWRKY48的表达量随着不同的时间点呈现上调或下调。GhWRKY22等5个基因表达量在24,72 h分别表现为上调,呈现出双峰曲线。对GhWRKY22表达特征进一步分析,结果显示,GhWRKY22基因在茎里优势表达,同时表达受到大丽轮枝菌、水杨酸和茉莉酸激素的诱导。GhWRKY22基因沉默植株对大丽轮枝菌的敏感性增加,抗病标志基因(PR1、PR3、PR4、PR5、PAL和PDF1. 2)表达量也显著降低,揭示GhWRKY22是通过SA和JA信号途径参与棉花对大丽轮枝菌的响应过程。总之,棉花中8个WRKY基因参与棉花对黄萎病抗性调控,其中GhWRKY22基因正调控棉花的抗性,可作为棉花抗病育种的候选基因。     

棉花抗枯萎病相关基因GhWRKY48的克隆及表达分析

棉花枯萎病是影响棉花产量和品质的最重要病害,WRKY转录因子在植物抗病中扮演重要角色。本实验以高抗枯萎病的陆地棉‘中棉所12’为实验材料,以枯萎病菌诱导棉花根部基因表达谱中筛选得到WRKY基因片段为探针,从陆地棉‘中棉所12’根部c DNA中克隆WRKY转录因子基因。通过多序列比对分析发现该基因属于第Ⅱ类WRKY转录因子家族,将该基因命名为GhWRKY48。GhWRKY48基因的序列分析发现,cDNA全长为1 074个核苷酸,编码了357个氨基酸,蛋白分子量为3.94 kD,脂肪指数为56.86,等电点6.20,含有1个WRKY结构域及1个C2H2型锌指属于疏水蛋白。基因的蛋白二级结构包括延伸链、α螺旋和无规则卷曲。通过RT-qPCR的结果发现,枯萎病菌处理后,GhWRKY48的基因表达量显著低于对照组,预测该基因可能参与棉花抗枯萎病反应体系。本研究结果为棉花抗枯萎病提供一定的研究思路与途径。     

苯丙氨酸解氨酶基因家族在大豆中的时空表达研究

苯丙氨酸代谢途径是植物最重要的次生代谢途径之一,其下游产物包括异黄酮、植保素、木质素等多种次生代谢产物。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸代谢途径的起始酶和关键酶。PAL基因家族包含8个基因,为了明晰这8个基因在大豆植株内的表达情况,通过实时定量PCR研究了PAL家族所有成员在大豆植株内的时空表达差异性。发现PAL基因家族总体的相对表达量在生殖生长时期高于营养生长时期,在叶片和子粒中相对表达量较高。PAL1-1、PAL2-1和PAL2-3基因在各部位相对表达量明显高于其他同家族基因,PAL1-1基因各时期稳定表达,PAL2-1和PAL2-3基因在生殖生长后期先后出现表达峰值。这些结果表明大豆PAL基因家族各成员的相对表达量在时间和空间上存在差异,具有一定时空表达特异性。     

薇甘菊化感自毒作用及其生态学意义

化感自毒作用是同种植物个体之间的一种化学作用,是植物经过长期适应环境和进化选择而获得的一种种内有序竞争机制.依次用正己烷、乙酸乙酯、乙醇三种有机溶剂和水分别对薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K)地表茎叶和地下根系进行梯度提取并配制成一定质量浓度的营养液,后采用营养液扦插法培养薇甘菊幼苗,12 d后测其生长情况.结果表明:薇甘菊不同部位的不同溶剂提取物对其幼苗生长的抑制作用存在差异,但茎叶和根系的不同溶剂提取物对其幼苗生长的综合抑制效应对应一致,幼苗受抑制程度均为:乙酸乙酯>乙醇>水>正己烷.薇甘菊不同部位的不同溶剂提取物对其幼苗新生根长、新生株高和新增鲜质量之间的抑制率存在差异,三者受抑制程度总体表现为:新生株高>新生根长>新增鲜质量;且地表茎叶不同溶剂提取物对其幼苗生长的抑制作用强于其对应的根系提取物.     

单一及复合AM真菌初侵染对番茄苗的生理影响

为明确丛枝菌根(arbuscular mycorrhizae,AM)真菌侵染番茄初期的生理生化动态变化趋势,于温室盆栽条件下设接种AM真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae)侵染(S)、接种复合菌种[幼套球囊霉(Glomus etunicatum)+摩西球囊霉(Glomus mosseae)+地表球囊霉(Glomus versiforme)](M)和不接种对照(CK)。结果表明,复合菌种处理的番茄根系菌根侵染率、根长、根鲜重、叶片可溶性蛋白含量、叶片POD活性、叶片SOD活性显著高于单一菌株,而叶绿素含量则低于后者。受G. m+ G. e+ G. v复合菌株侵染的M组侵染率在约1个月时间内始终高于受单菌株G. m侵染的S组,AM真菌侵染8天内侵染率增长速率最大,8~20天之间出现缓慢增长的平台期,28天时侵染率出现下降趋势。由此可知,AM真菌侵染番茄的效应是多方面的,单菌株与复合菌株侵染效应有明显差异。关于复合菌剂与单一菌剂侵染番茄动态变化差异的研究,可以为综合开发利用复合菌剂、了解AM真菌相互作用提供一定的理论基础。     

立枯丝核菌侵染下AMF对黄瓜内源激素的影响

【研究目的】研究接种丛枝菌根真菌Glomus versiforme(GV)对接种立枯丝核菌黄瓜生长及根系内源激素的影响。【方法】采用盆栽试验,以不接种植株为对照对接种GV的植株接种立枯丝核菌,用酶联免疫法测定不同处理根系IAA、GA3、Zeatin、ABA含量,观测其动态变化。【结果】（1）GV与立枯丝核菌对黄瓜根系内源激素的影响不同。接种GV使黄瓜根系IAA、GA3、Zeatin、ABA含量增加,立枯丝核菌侵染使黄瓜IAA、ABA含量增加,而GA3和Zeatin含量下降。（2）与对照病株相比,接种GV植株根系具有较高IAA、Zeatin、GA3含量而ABA含量较低。【结论】接种GV能促进植株生长,接种GV植株根系IAA、GA3、Zeatin含量相对增加和增强植株的抗病能力有关,IAA在植株对病菌侵染的防御过程中具有一定的作用。     

接种丛枝菌根真菌对麦秆分解和旱稻生长的影响

为探究丛枝菌根真菌对还田秸秆分解和作物生长的作用,以旱稻和麦秆为试验材料,利用盆栽试验研究接种AM真菌对麦秆分解率、氮素释放率、土壤酶活性以及旱稻叶绿素含量、根系活力、生物量的影响。结果显示：AM真菌的菌根定殖率为27.17%~28.53%。与秸秆还田不接菌处理相比,还田同时接种AM真菌处理显著促进了麦秆的分解率和氮素释放率,而且土壤蛋白酶、脲酶和纤维素酶的活性显著增加;秸秆还田同时接种AM真菌显著提高了旱稻第60天的根系活力和第90天叶片的总叶绿素含量,显著促进了地上部分和根系生物量的累积。在旱稻田接种AM真菌能有效促进麦秆的分解和土壤酶的分泌、增加旱稻的根系活力,有利于旱稻生物量的积累。     

UPLC-MS/MS测定AM真菌侵染丹参植物脱落酸含量

旨在建立一种分析丹参植物体内脱落酸含量的方法,揭示AM真菌对丹参脱落酸含量的影响。本研究采用超高效液相色谱-三重四级杆质谱(UPLC-MS/MS),植物激素采用异丙醇:水:HCI(2:1:0.002)提取液提取,二氯甲烷萃取,进而应用超高效液相色谱-质谱联用,以多反应监测(MRM)进行定量分析。脱落酸在线性范围内的相关系数(r)为0.9986;检出限为0.0466 ng/m L;植物根和叶片高、中、低3个浓度加标回收率在80.48%~96.41%之间;日内和日间精密度RSD均低于10.0%;稳定性和重复性RSD均低于5.0%,接种AM真菌丹参植物根和叶片中脱落酸含量均显著低于对照组。该方法具有良好的灵敏度、精密度和回收率,适用于丹参植物内源激素脱落酸的含量检测。     

接种Glomus mosseae对磷石膏施用烤烟苗期生长及磷、硫、砷吸收的影响

为了研究接种丛枝茵根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）对低硫缺磷土壤上烤烟苗期生长及养分吸收的作用,以及磷石膏在农业上应用的可行性问题,通过盆栽模拟试验研究了添加或不添加磷石膏与接种丛枝茵根真菌Glomus mosseae（GM）对烤烟‘NC297’苗期生长及磷、硫、砷吸收的影响。研究结果表明：无论接种与否,与不添加磷石膏（PG0）处理相比,添加磷石膏40g／kg（PG40）使‘NC297’植株地上部和根系的生物量得到明显增加,地上部和根系的磷含量和磷吸收量以及磷、硫、砷的吸收效率显著增加,因而使其根系砷含量、吸收量和磷砷吸收比及其地上部硫含量和吸收量也有显著增加。同一磷石膏添加水平下,接种GM真菌显著增加了烤烟‘NC297’磷的吸收效率（SAR）和磷砷吸收比、地上部磷、硫含量及吸收量,显著降低了PG0处理下‘NC297’地上部和根系的砷含量及砷吸收量。因此,PG40和接种GM真菌组合处理更有效地促进烤烟‘NC297’植株磷、硫等营养元素的吸收,并在一定程度上抵御砷的胁迫而改善生长。     

菊芋营养器官解剖结构及其与抗旱性的关系

为了探讨菊芋适应干旱环境的解剖特征,分析菊芋植株营养器官解剖结构与抗旱性的关系,本研究采用石蜡切片和光学显微技术,对2个菊芋品种的根、地上茎、匍匐茎、叶的解剖结构进行了观察比较与参数测定。结果表明:‘青芋1号’与‘青芋2号’的根、地上茎、匍匐茎及叶的解剖结构均存在显著差异。与‘青芋2号’相比,‘青芋1号’根的表皮、皮层厚度分别显著减小35.21%、49.06%,内皮层、韧皮层厚度、韧皮部和木质部所占的比例分别是‘青芋2号’的1.23倍、1.33倍、1.34倍、1.57倍;‘青芋1号’地上茎和匍匐茎表皮的厚度分别是‘青芋2号’的1.18倍和1.38倍;在叶片的解剖结构上,‘青芋1号’的叶片厚度、上表皮、下表皮、栅栏组织厚度分别显著高于‘青芋2号’71.63μm、1.57μm、2.48μm、19.25μm。综合分析说明,‘青芋1号’通过根部表皮、皮层厚度的减小,内皮层、韧皮部的增厚及韧皮部和木质部所占比例的增加来响应干旱胁迫;通过地上茎和匍匐茎表皮厚度的增加,抵御水分流失;通过叶片、上表皮、下表皮的增厚及其内部栅栏组织的增多,利于水分的储存,从而适应干旱环境。本研究结果为菊芋抗旱性品种的鉴定提供解剖学依据。     

丛植菌根在尾矿废弃地生态恢复中的试验研究

矿产资源的大规模开发,导致大面积尾矿废弃地的产生,已引起严重的生态环境问题。通过模拟生物学试验探讨了丛枝菌根真菌在植物适应尾矿逆境和尾矿植被重建中的潜在作用。采用铁尾矿盆栽的方法对接种丛枝菌根真菌的大豆生长、菌根侵染率及尾矿养分变化进行了研究。试验结果表明,接种菌根的大豆侵染率较高,且大豆根系接种菌根的大豆根系氮、磷、钾含量高于对照（CK）,最高高出对照2倍以上,在接种不同含量的菌根真菌的试验中（10 g-25 g-50 g）,大豆的生长量和养分含量均呈现“低-高-低”的现象。通过试验,接种丛枝菌根真菌能够很好地促进大豆在铁尾矿中的生长,提高大豆对尾矿中营养物质的吸收,对尾矿生态复垦起到了积极作用。试验将菌根技术引入到铁尾矿库的生态恢复研究中,利用植物与丛枝菌根相互用,使植物能够更好地在铁尾矿中生长,为铁尾矿废弃地的生态恢复提出了新思路。     

根腐病菌侵染对黄芪苯丙烷途径关键酶活性的影响

以蒙古黄芪-根腐病菌（Fusarium solani和F. acuminatum）为互作体系,测定苯丙烷途径关键酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(C4H)及4-香豆酸-辅酶A连接酶(4CL)活性的变化,以期获得黄芪抗根腐病菌侵染机制的信息,为抗病育种工作提供参考。试验采用幼苗浸根法接种病菌,分光光度法测定3种酶的动态变化。结果表明,F. solani侵染黄芪后,PAL和C4H活性与对照相比明显升高,并在7、21天出现2个酶活高峰;4CL活性则随着时间的延长持续上升,7、21天时也显著高于对照。F. acuminatum侵染黄芪后,PAL、C4H和4CL的活性均在21天显著高于对照。可见2种病原菌在侵染黄芪过程中,苯丙烷途径的关键酶被不同程度地激活,但2种病菌激活各酶的时间和规律有所差异,表明黄芪对这2种病菌的抗性机制明显不同。