大豆响应低磷胁迫的XTH基因鉴定及XTH38调节根系生长研究

  【目的】  鉴定大豆木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶 (xyloglucan endotransglycosylases/hydrolases, XTHs) 基因家族,分析其表达模式和对低磷养分胁迫的响应,初步明确大豆XTH38调节根系生长的功能。  【方法】  供试大豆品种为粤春03-3 (YC03-3),拟南芥野生型为哥伦比亚 (Columbia-0,Col-0) 生态型。通过生物信息学方法,鉴定了大豆XTH基因家族成员,并对大豆的XTH家族成员进行进化分析。采用水培方法,设定高磷对照(HP,KH₂PO₄ 500 μmol/L)和低磷处理(LP,KH₂PO₄ 25 μmol/L)营养液培养,将大豆幼苗处理14天后,取大豆幼苗的根和叶,使用定量PCR分析幼苗中5个GmXTHs的表达;将在1/2 MS固体培养基上发芽2天的超表达GmXTH38株系和Col-0分别接种到HP、LP、低铁 (LFe,Fe 0 μmol/L)、中铁(MFe,Fe 50 μmol/L)和高铁 (HFe,Fe 500 μmol/L)固体培养基上,7天后测定GmXTH38株系的侧根长度和密度。  【结果】  通过生物信息学分析,确定了大豆XTH基因家族共有61个成员,分为3个不同亚组,其中GmXTH38与AtXTH9、AtXTH23位于同一亚组。定量PCR分析结果表明,GmXTH基因家族成员在大豆器官或组织的表达模式不同,其中GmXTH28、GmXTH38、GmXTH41和GmXTH52受LP诱导表达,特别是GmXTH38在大豆根和叶中的表达均受LP诱导。与大豆一致,LP条件下GmXTH38启动子在拟南芥幼苗根、叶的活动强于HP处理。在高磷和中铁(植物正常生长养分需求量)条件下,拟南芥异源超表达GmXTH38抑制拟南芥主根生长、侧根数目和侧根密度。在LP、LFe和HFe胁迫下,与Col-0相比,超表达GmXTH38拟南芥材料主根变短、侧根数和侧根密度减少;超表达GmXTH38导致Col-0侧根形成对LP的敏感性增加;超表达GmXTH38导致Col-0侧根密度在LFe或HFe胁迫条件下下降程度更明显,超表达GmXTH38增加拟南芥主根生长对LFe或HFe的敏感性。  【结论】  大豆基因组存在61个XTH成员,分别为GmXTH1~GmXTH61。GmXTH38在大豆根叶均受LP诱导。超表达GmXTH38 在正常养分条件下抑制拟南芥主根生长和侧根数目;超表达GmXTH38改变拟南芥根系在磷铁养分胁迫条件下的生长。     

CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB可能参与甘蓝型油菜对氮胁迫的响应

  【目的】  油菜需氮量高但氮素利用率低，氮素源库分配效率被认为是调控植物氮素利用效率的关键因子。在拟南芥中，NRT1.7基因介导了植物韧皮部硝酸盐由衰老叶片向幼嫩叶片和角果中的再转运过程。通过分析鉴定油菜中的NRT1.7基因及其对供氮水平的响应，为进一步系统研究NRT1.7基因提供参考依据。  【方法】  以AtNRT1.7基因序列为基础序列，采用生物信息学方法鉴定了白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中NRT1.7的同源基因，预测和分析了该基因拷贝数、系统进化、进化选择压力、分子特征、保守基序、跨膜结构域、染色体定位、基因结构及其启动子区域所能结合的顺式作用元件，同时采用荧光定量PCR分析了甘蓝型油菜BnaNRT1.7s的组织表达模式及其对氮胁迫的响应。氮素响应试验以甘蓝型油菜幼苗为材料，在NO₃?-N 9.0 mmol/L溶液中培养10天后，直接测定NRT1.7基因表达量；转入NO₃?-N 0.3 mmol/L 溶液中 (低氮胁迫) 或在无氮溶液中饥饿处理3天后，恢复NO₃?-N 9.0 mmol/L 溶液培养，再测定NRT1.7基因表达量。  【结果】  甘蓝型油菜NRT1.7s家族包含6个成员，系统进化分析表明BnaNRT1.7s与拟南芥进化相似，分布在相近的分支。BnaNRT1.7s家族所有基因成员的Ka/Ks值均小于1.0，受到强烈的纯化选择作用。BnaNRT1.7s家族所有基因成员均属于稳定的两性蛋白，含12～13个跨膜结构域。基因结构相似，均含有3个内含子，且CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB是启动子上丰度较大的顺式作用原件，可能参与了植物对氮素的响应。实时荧光定量PCR结果表明，甘蓝型油菜中NRT1.7基因会受到不同氮素水平的调控。长期 (72 h) 低氮处理，根部BnaA7.NRT1.7b和BnaC6.NRT1.7b基因的表达上调而抑制地上部BnaCn.NRT1.7基因的表达，共同调控植物对低氮胁迫的适应能力。氮饥饿3天后供氮6 h，地上部和根部BnaNRT1.7的基因表达均受到抑制。基因共表达网络分析显示，低氮胁迫下，BnaCn.NRT1.7和BnaC6.NRT1.7b基因分别在地上部和根部氮素再分配中起主导作用。  【结论】  甘蓝型油菜NRT1.7蛋白进化过程相对保守，基因结构相似，启动子上的顺式作用原件CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB可能参与了甘蓝型油菜对氮胁迫的响应。     

WRKY转录因子调控植物养分吸收利用及重金属解毒的研究进展

WRKY蛋白是植物特有的一类重要转录调控因子，它们通过与下游基因启动子上的W-box元件特异性结合诱导或抑制相关基因的表达，从而调控植物生长发育以及植物对生物和非生物胁迫的响应。植物WRKY基因组数目多，在拟南芥、大豆和水稻基因组中已经分别鉴定出74、182和109个，在植物对干旱、盐害、高温、养分匮乏和病原体感染等各种生物、非生物胁迫的响应过程中起关键作用。例如AtWRKY45和AtWRKY75参与调控拟南芥应答低磷养分胁迫，GmWRKY142正向调控拟南芥对镉胁迫的耐受性。在植物面对逆境胁迫时，WRKY蛋白通过与养分相关基因启动子的W-box元件特异性结合，进而实现自我调节或交叉调节，激活或抑制下游基因的转录以应对各种逆境胁迫。众多WRKY下游靶基因也已被鉴定出来，例如PHT家族成员与磷营养相关；3个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因参与调控植物对氮素的吸收利用；6个拟南芥WRKY基因、10个大豆WRKY基因和5个水稻WRKY基因调节植物应对低磷胁迫；2个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因影响植物对钾的吸收利用；3个大豆WRKY基因参与调控植物对硫营养的吸收利用；1个拟...     

白羽扇豆缺磷胁迫下miR399与磷响应基因的表达及关系

通过microRNA(miRNA)基因芯片及RT-PCR研究了白羽扇豆在缺磷胁迫下miR399与磷响应基因的表达变化。结果表明:缺磷处理后根系生物量显著高于供磷处理,但地上部生物量降低,并且植株体内磷含量明显减少。基因芯片结果表明,缺磷白羽扇豆根、茎和叶中分别有10、7和3个不同成员的miR399s表达上调,平均上调倍数分别为4.4,3.8和2.5。6个磷响应基因LaATPase、LaPT1、LaMATE、La-PEPC3、LaSAP和LaMDH1在缺磷排根中的表达均高于供磷侧根,启动子序列分析表明LaPT1和LaMATE启动子区域有与PHR1或WRKY转录因子结合的磷响应元件。在此基础上得出有关miR399,PHR1与这些受缺磷诱导的基因之间的调控关系。研究表明,miR399和磷响应基因对白羽扇豆适应缺磷环境起着重要作用。     

不同磷效率基因型小麦应对缺磷胁迫的表型及相关基因表达的研究

  【目的】  小麦是磷肥需求量最大的作物之一。为了探索小麦对磷的高效利用机制,本研究评价了不同磷效率基因型小麦在缺磷条件下的差异响应。  【方法】  本研究选取一个磷高效小麦基因型‘小偃54’和一个低效率型‘中国春’作为试验材料,设置正常供磷(+P)、缺磷(?P)和缺磷7天后恢复正常供磷(RP) 3个处理进行小麦水培试验,调查分析了小麦幼苗的表型、生理以及缺磷响应基因的表达随缺磷时间的变化趋势,及它们在不同磷效率小麦基因型间的异同。  【结果】  缺磷胁迫明显增加了两个小麦基因型的根冠比,但无论缺磷与否,磷高效基因型‘小偃54’的根冠比均大于磷低效基因型‘中国春’。随着缺磷时间的延长,小麦幼苗地上、地下部无机磷和总磷浓度逐渐降低,但不同基因型之间无明显差异。对缺磷的小麦幼苗恢复供磷后,磷耗竭的小麦幼苗体内无机磷含量迅速增加,‘小偃54’地上、地下部的无机磷含量均明显高于‘中国春’。缺磷响应信号基因TaIPS1和TaSPX3在缺磷6 h即被诱导表达,随着缺磷时间的延长表达量逐渐升高,且恢复供磷后表达量显著降低;缺磷早期‘中国春’中TaIPS1和TaSPX3的表达量比小偃54高,但在长期缺磷和缺磷后恢复供磷处理下又比‘小偃54’低,表明磷低效小麦基因型‘中国春’可能对体内磷稳态变化更为敏感。然而,两个根系特异表达的高亲和磷转运子TaPHT1.1/9 和TaPHT1.10均表现出缺磷早期表达受到抑制,而长期缺磷被诱导升高表达。未预料到的是,二者在复磷处理后的表达量明显高于缺磷处理。长期缺磷处理下,‘中国春’中TaPHT1.1/9的表达量明显低于‘小偃54’,但其TaPHT1.10的表达与‘小偃54’无显著差异,表明不同磷效率基因型小麦幼苗缺磷诱导表达的磷吸收转运子可能存在差异。除此以外,缺磷胁迫显著增加了‘中国春’根系DCB-Fe含量,但对‘小偃54’无明显影响。  【结论】  磷高效基因型小麦幼苗(‘小偃54’)比磷低效型(‘中国春’)具有更大的根冠比和更强的磷吸收能力。‘小偃54’根系中的磷转运子基因TaPHT1.1/9的表达也明显高于‘中国春’。然而,缺磷明显促进了磷低效基因型小麦根表铁的富集。今后将进一步研究小麦根表铁的富集对小麦幼苗磷高效吸收和利用的影响。     

小麦耐热相关转录因子基因TabZIP28的分离及功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是植物中广泛存在的一类转录因子,参与多种胁迫响应与生长发育过程.本研究从小麦(Triticum aestivum)中克隆到一个热胁迫诱导的bZIP家族转录因子基因TabZIP28 (GenBank登录号:KT753298.1),ORF长度为1 713 bp,编码570个氨基酸.生物信息学分析结果表明,TabZIP28与拟南芥bZIP家族转录因子中B亚组的3个基因Atb ZIP17、AtbZIP28和AtbZIP49归为一类.氨基酸序列比对结果表明,该蛋白具有bZIP和跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)两个保守结构域以及规范的位点1蛋白酶(site 1 protease,S1P)剪切位点.对该基因起始密码子ATG上游1 699bp的序列进行顺式作用元件分析,发现该基因的启动子区域包含众多激素和逆境胁迫响应元件.通过qRT-PCR对该基因在逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,TabZIP28在热胁迫处理1h即上调表达且达到最大值;用20％PEG 6000模拟干旱环境处理小麦幼苗后,TabZIP28在处理6h达到最大值,并在12h时急剧下降;对5mmol/L H2O2处理响应比较缓慢,在处理12h才上调表达;该基因不受到二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)处理的诱导表达.在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过量表达TabZIP28基因,转基因株系在高温胁迫后的成活率和种子发芽率较野生型明显提高,说明该基因可能对植物的耐热性有贡献,可以作为耐热性育种的候选基因.     

小麦生长素响应因子TaARF6转基因烟草植株分子鉴定

【目的】生长素响应因子(ARF)在介导生长素信号传递和调控下游生长素响应基因的表达中发挥着重要功能。本文旨在以在富集丰磷特异表达基因的小麦根系cDNA差减文库中鉴定的1个ARF类别的家族成员TaARF6为基础,对该基因cDNA序列、分子特征、不同供磷水平下该基因在根、叶中表达模式及遗传转化TaARF6对丰磷和缺磷条件下植株形态的影响进行较全面研究,阐明该小麦生长素响应因子基因介导不同供磷水平下对植株生长特性的影响。【方法】采用生物信息学工具预测TaARF6编码蛋白特征; 采用溶液培养法培养丰、缺磷处理小麦幼苗,采用半定量RT-PCR技术鉴定TaARF6在丰、缺磷处理下的表达特征。采用DNA重组技术构建将TaARF6编码阅读框融合至表达载体中的表达质粒,利用农杆菌介导的遗传转化法建立超表达TaARF6转基因烟草植株。采用琼脂培养和溶液培养法,培养丰、缺磷不同供磷水平下野生型植株和转基因烟草植株,进而利用常规分析方法鉴定不同磷水平下植株长势、根系和茎叶生物量和植株根叶形态及性状。【结果】1)TaARF6编码生长素响应因子(ARF)型转录因子,编码蛋白中含有ARF家族成员具有的保守结构域。该基因在氨基酸水平上与源于短柄草BdARF6和源于水稻的OsARF6具有高度同源特征。表达分析表明,TaARF6在根、叶中均呈典型低磷下表达下调、复磷后表达再度回升模式,表明该基因表达受到外界供磷水平的调节。2)遗传转化结果表明,在正常生长和低磷逆境下,与野生型植株相比,转基因烟草株系幼苗和植株形态明显增大。3)丰、缺磷不同供磷水平下,与未转化的野生型(WT)对照植株相比,转基因系(Line 3 和Line 5)植株幼苗和植株根系、茎叶和单株鲜、干重均较野生型显著增加。此外,与WT相比,转基因系植株根系数量增多、主侧根长度、根体积、叶面积和根冠比增加。【结论】TaARF6编码典型的生长素响应因子,其编码蛋白具有生长素响应因子特有结构域。TaARF6对环境中的低磷胁迫逆境能产生明显应答。上调表达TaARF6基因,具有增加植株根、叶鲜、干重和改善根叶及植株形态的生物学功能。本研究表明,通过对植株体内生长素响应基因的转录调控,TaARF6在介导植株不同供磷水平下的根叶形态建成和干物质累积过程中发挥着重要作用。     

杉木紫色酸性磷酸酶基因ClPAP18b的克隆及表达分析

  【目的】  以速生丰产型杉木无性系洋023、洋036、洋6421和拟南芥为材料,研究杉木中紫色酸性磷酸酶 (PAPs) 的功能作用,以筛选具有磷素高效利用特性的杉木无性系。  【方法】  采用PCR技术克隆PAP18b基因,分析其序列特征和同源性,并对杉木无性系洋023、洋036、洋6421进行正常供磷 (1.0 mmol/L KH₂PO₄) 和低磷胁迫 (0.1 mmol/L KH₂PO₄,0.9 mmol/L KCl) 砂培盆栽处理0、10、15、30和60天,测定酸性磷酸酶活性及全磷含量,定量分析根和叶中ClPAP18b基因表达量、磷含量及酸性磷酸酶活性的关系,并将ClPAP18b基因过表达至拟南芥,进行该基因的功能验证。  【结果】  成功克隆获得杉木PAP18b基因CDS序列 (1 212 bp),命名为ClPAP18b,该基因编码404个氨基酸,亚细胞定位于胞间区,这表明ClPAP18b基因可能发挥调控酸性磷酸酶分泌至胞外的功能。酸性磷酸酶活性测定结果表明,30天磷处理后,正常供磷和低磷处理下,杉木洋036和洋6421无性系根中的酸性磷酸酶活性均高于叶,而根中酸性磷酸酶活性低磷处理下高于正常供磷处理;洋023的根和叶中酸性磷酸酶活性在低磷胁迫诱导下多高于正常供磷条件下根和叶中酸性磷酸酶活性。磷含量分析结果表明,杉木洋023、洋036和洋6421无性系的地上部磷含量高于地下部,不同水平供磷处理后,不同杉木无性系或同一杉木不同组织磷含量存在差异。RT-qPCR 结果显示,低磷胁迫诱导杉木ClPAP18b基因表达。低磷条件下,ClPAP18b过表达拟南芥植株长势优于对照组,且过表达植株中的酸性磷酸酶活性叶高于对照组,但花青素积累量低于对照组。此外,相比于正常供磷处理植株,过表达ClPAP18b拟南芥中PHT1; 2、PHT1; 8和AtPAP26等与磷胁迫相关的基因表达量显著高于对照组,而AtPAP12和AtPAP17基因表达量明显降低。  【结论】  低磷胁迫诱导杉木ClPAP18b基因表达和酸性磷酸酶活性增强,但不同杉木无性系对磷缺乏的适应性存在明显差异,过表达ClPAP18b基因可促进拟南芥植株耐低磷胁迫,ClPAP18b基因可能在杉木低磷胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良杉木耐低磷的重要候选基因。     

小麦钾离子通道蛋白基因TaPC1介导植株抵御低钾逆境功能研究

  【目的】  钾离子通道 (potassium channel, PC) 蛋白通过介导离子跨膜转运，增强低钾胁迫下植株对钾素的吸收和利用能力。本研究以采用RNAseq鉴定小麦应答低钾基因获得的PC家族基因TaPC1为对象，对该基因分子特征、应答低钾表达模式及其介导植株抵御低钾逆境的能力进行研究。  【方法】  采用生物信息学工具分析TaPC1分子特征，采用溶液培养法培养丰钾 (K₂O 6 mmol/L )、低钾 (K₂O 0.06 mmol/L) 处理小麦和转化株系幼苗，采用 DNA 重组技术构建TaPC1亚细胞定位和表达质粒，利用农杆菌介导法遗传转化烟草。采用常规植株形态、生理和qPCR方法测定植株生长、生理指标和基因表达。  【结果】  TaPC1与植物种属PC家族基因具有较高的同源性，该基因编码蛋白具有植物种属PC蛋白跨膜域保守特征，翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。低钾 (0.06 mmol/L) 处理下，根、叶中TaPC1表达增强；将低钾处理植株转入丰钾 (6 mmol/L) 营养液进行恢复处理后，根、叶中该基因表达下调，表明TaPC1呈低钾应答表达模式。基因遗传转化结果表明，与野生型 (WT) 对照相比，低钾处理下，超表达TaPC1烟草株系植株干物质积累量增多，细胞活性氧累积量减少，细胞保护酶 (SOD、CAT和POD) 活性提高，丙二醛含量降低。基因表达分析表明，低钾处理下，转化株系内细胞保护酶编码基因NtSOD1、NtCAT1;1、NtPOD1;2及NtPOD1;6的转录本丰度较野生型 (WT) 显著增多，表明上述基因通过增强表达，在改善转化株系低钾处理下细胞活性氧稳态中发挥重要作用。此外，与WT相比，低钾处理下转化株系的钾累积量显著增多，光合碳同化能力增强。  【结论】  TaPC1呈低钾胁迫增强表达模式，上调表达该基因能显著增强植株钾素吸收，有效维持低钾逆境下的细胞活性氧稳态特征，在改善植株光合物质生产和抵御低钾逆境能力中发挥重要作用。     

施磷水平对玉米大豆间作系统氮素吸收与分配的影响

  【目的】  研究施磷对玉米大豆间作系统氮素吸收、分配和间作优势的影响,为优化玉米与大豆间作系统氮、磷养分管理提供参考。  【方法】  两年盆栽试验设置3种种植方式:玉米单作、大豆单作、玉米与大豆间作;4个P₂O₅施用水平:0、50、100、150 mg/kg,分别以P0、P50、P100和P150表示。在玉米小喇叭口期、大喇叭口期、孕穗期、成熟期及大豆分枝期、开花期、结荚期、成熟期进行采样,分析玉米、大豆各器官氮素吸收、分配以及氮吸收间作优势对施磷的响应。  【结果】  与单作相比,在P0、P50、P100和P150水平下,2019年间作玉米和大豆籽粒生物量分别显著提高了38.2%～111.8%和22.2%～31.4%,2020年分别显著提高了38.2%～121.1%和13.0%～31.1%。在4个磷水平下,玉米大豆间作土地当量比 (LER) 为1.31～1.72。与P100水平下单作处理相比,在磷肥减施1/2 (P50水平) 条件下,玉米大豆间作并未降低玉米和大豆的籽粒生物量。间作种植提高了玉米与大豆叶、茎、根与籽粒等各器官氮素吸收量,显著提高了间作体系氮素吸收量,并促进了氮素向玉米籽粒的分配,却降低了氮素向大豆籽粒的分配。与P0水平相比,施磷进一步提高了间作体系玉米与大豆各器官的氮素吸收量,提高了间作体系氮吸收量与氮吸收间作优势,并促进了氮素向玉米籽粒的分配。与P100水平的单作相比,间作P50水平不会降低玉米与大豆植株的氮素吸收量与利用率。  【结论】  玉米与大豆间作具有明显的产量优势,土地当量比介于1.31～1.72之间。施磷可显著提高间作玉米和大豆的氮吸收量,并促进氮素向玉米籽粒的分配,具有明显的氮吸收间作优势。施磷水平调节玉米和大豆对养分的竞争能力,适宜的磷肥水平可缓解二者之间对氮素营养的竞争,获得更高的氮肥利用率。     

毛叶苕子磷饥饿响应基因VvPHR1的克隆及功能研究

【目的】磷饥饿响应因子PHR (phosphate starvation response)在植物根系发育和磷养分吸收中起重要作用,本研究主要阐明毛叶苕子VvPHR1基因生物学功能,为培育磷高效型绿肥作物提供理论依据。【方法】通过转录组测序获得毛叶苕子VvPHR1基因序列。采用酵母单杂交方法验证VvPHR1基因的转录激活功能,构建其过表达载体,利用花粉管通道法分别遗传转化野生型和突变体(Atphr1)拟南芥,获得超量表达VvPHR1基因和突变体功能回补转基因材料。对正常磷(1 mmol/L Pi)和低磷(1μmol/L Pi)的培养基中生长30天的拟南芥取样,采用实时荧光定量PCR对野生型和转基因拟南芥中VvPHR1及下游磷转运基因的表达进行分析,并对转基因材料进行表型分析,测定其主根长、鲜重、总磷及无机磷(phosphate,Pi)含量。【结果】毛叶苕子转录组中有13个PHR基因,转录本129590、96227、120424与拟南芥的PHR1相似度最高,其中转录本120424在低磷诱导下表达量最高,将该转录本命名为VvPHR1基因。该基因cDNA全长1008 bp,编码335个氨基酸...     

椪柑叶片硼毒害症状及光合生理响应研究

  【目的】  准确及时诊断硼毒害，了解硼毒害对叶片造成的生理影响，为硼毒害的有效防治提供理论依据。  【方法】  通过田间调查和叶片养分含量测定，明确福建省安溪县椪柑叶片黄化和脱落是由硼中毒引起的。分别采集不同程度硼毒害椪柑叶片，测定叶片光合作用速率、叶绿素荧光特性和细胞膜透性。  【结果】  在正常、中度黄化和重度黄化叶片中，钾、镁、锌含量均处于椪柑适宜范围内，而中度黄化和重度黄化叶片的硼含量比正常叶片分别提高了11.11和19.71倍，显示硼毒害是造成椪柑叶片黄化的原因。椪柑叶片硼毒害症状有两种表现形式:一是症状由叶尖沿主脉向下发展，叶肉和叶脉均褪绿黄化，黄化部位可见棕褐色的坏死斑点；二是症状由叶缘向主脉发展，主脉保持绿色，叶片呈不规则的黄、绿斑驳黄化。硼毒害椪柑叶片的光合色素含量、有效光化学效率 (Fv'/Fm')、电子传递效率 (ETR)、有效量子产额 (ΦPS II) 和光化学淬灭系数 (qP) 随症状的加重而下降，而非光化学淬灭系数 (NPQ)、过剩激发能 (E) 和天线热耗散 (D) 则随症状的加重而提高，引起光合作用速率、淀粉和可溶性糖含量下降，硼毒胁迫下椪柑叶片细胞膜透性明显提高。  【结论】  过量喷施硼肥所造成的硼毒害会导致椪柑叶片黄化、异常落叶，硼毒害使椪柑光合作用受抑、光合产物合成受阻，细胞膜受到伤害。柑橘生产上应重视含硼叶面肥的合理使用，以免造成硼中毒现象。有关椪柑硼毒害的防治措施还有待进一步研究。     

促生荧光假单胞菌对桃树根区土壤环境和植株生长的影响

  【目的】  探究荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)的促生特性及其对桃树根区土壤环境和桃树生长的影响,明确荧光假单胞菌在桃树根系–土壤微生态系统中的作用机制,为荧光假单胞菌在桃园的应用提供理论依据。  【方法】  采用不同固体培养及液体发酵试验鉴定荧光假单胞菌的促生特性。以1年生盆栽毛桃[Prunus persica (L.) Batsch]实生苗为试材进行预备试验,确定了荧光假单胞菌悬液的适宜施用浓度为4×108 CFU/mL。以2年生‘瑞光39/毛桃’ [P. persica (L.) Batsch]嫁接苗为试材进行盆栽试验,试验设土施荧光假单胞菌悬液(4×108 CFU/mL) (PF)和清水对照(CK) 2个处理,在处理后1、2、4、6周,采集桃树根区土壤样品,测定荧光假单胞菌数量;在处理后40天采集根区土壤样品测定土壤微生物结构、酶活性、养分状况和pH。在处理后20、40天取植株样进行光合指标、生物量、根系生长发育的测定。  【结果】  1)荧光假单胞菌具有以下促生特性:吲哚-3-乙酸(IAA)产量为6.17 mg/L,溶无机磷和有机磷量分别为45.98和18.52 mg/L,产铁载体和具有解钾能力。2)与对照相比,PF处理提高了桃树嫁接苗根区土壤细菌和真菌群落的Chao 1和Shannon指数,其中土壤真菌群落的Chao 1和Shannon指数分别显著提高了28.5%和8.5% (P<0.05);改变了土壤微生物群落结构,其中土壤细菌变形菌门、酸杆菌门和放线菌门相对丰度分别提高了23.4%、8.6%和8.0%,拟杆菌门和厚壁菌门相对丰度分别降低了46.7%和35.7%。与CK相比,PF处理根区土壤pH降低了0.19,土壤速效磷、碱解氮、速效钾和有效态铁含量分别显著提高了42.3%、15.9%、39.5%和6.6% (P<0.05);土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别显著提高了4.3%、37.6%、34.2%和40.2% (P<0.05);根系表面积和体积分别显著提高了67.3%和21.3% (P<0.05),增加了侧根数量。与CK相比,PF处理显著提高了桃树叶片的净光合速率,叶片和根系的全氮、全磷和全钾含量,并使桃树叶片的全铁含量提高了26.0%,使桃树株高、地下部和地上部干重分别显著提高了14.8%、19.3%和19.9% (P<0.05)。  【结论】  荧光假单胞菌具有产IAA和铁载体,溶解无机磷和有机磷,降解难溶性钾的促生特性。土壤施用荧光假单胞菌悬液可以显著改善根区土壤环境,增加土壤微生物群落多样性,改变土壤微生物群落结构,降低土壤pH,提高土壤养分含量和土壤酶活性,从而促进桃树嫁接苗侧根的形成和生长,提高叶片净光合速率和养分含量,进而促进桃树生长。     

秸秆添加对土壤微生物–根系形态介导的番茄磷吸收的影响

  【目的】  研究了添加秸秆后土壤微生物(包括解磷微生物)丰度、磷有效性的动态变化,以及作物根系的生长发育特征对作物磷吸收的影响。  【方法】  以番茄 (Solanum lycopersicum)为供试作物进行田间试验,设置添加秸秆和不添加秸秆对照两个处理,在番茄移栽后第15、30及45 天,测定了番茄地上部生物量、磷含量和根系形态,同时测定了土壤微生物数量(细菌、真菌、解磷微生物)、微生物生物量磷和速效磷含量,分析了微生物?根系–作物磷吸收的关系。  【结果】  添加秸秆提高了成熟期番茄的地上部生物量,显著提高了叶片和地上部的磷吸收量,地上部(叶+茎+果实)总磷吸收量较不加秸秆番茄增加21.8%。与无秸秆对照处理相比,添加秸秆处理提高了土壤细菌以及具phoD,phoC和pqqC功能基因的解磷微生物丰度,增加了微生物量磷。添加秸秆处理降低了移栽后15 天番茄根系生物量和组织密度,增加了根系比根长,降低了移栽后15到30 天的番茄根系生长。番茄移栽后第30 天到45 天,土壤细菌、真菌丰度下降,微生物量磷降低,丰富的解磷微生物以及微生物量磷降低介导的磷活化,驱动番茄根系生长加快,比根长增加,根系直径降低。根系生长与土壤有效磷(Olsen-P)相关性显著。  【结论】  添加秸秆初期微生物增生导致番茄根系生长缓慢,后期微生物量磷的降低和解磷微生物对磷的活化促进细根的快速伸长。秸秆还田激发微生物量磷活化协同根系高效磷吸收特征,促进成熟期番茄地上部磷吸收的增加。     

拟南芥生态型Tor-1根系响应镉的转录组学与可变剪接分析

  【目的】  研究拟南芥生态型根系对镉 (Cd) 的适应性机制，挖掘耐Cd基因，为培育修复型植物提供生理基础和理论指导。  【方法】  本研究以高Cd积累同时高耐受性的拟南芥生态型Tor-1为试验材料，测定Cd处理后根系的生理变化、氧化应激反应、抗氧化酶活性，结合转录组学和可变剪接分析，以期从分子水平上解析Tor-1根系对Cd的适应性机制。  【结果】  Cd处理后，拟南芥生态型Tor-1的主根长度和根尖数没有明显差异，但根系总体积、总表面积显著降低，总根长极显著下降，表明根系受到损伤；根系丙二醛浓度较对照有所增加，但变化不显著；脯氨酸浓度显著下降；超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性显著增加。基因本位论 (GO) 富集分析显示，在生物过程中，差异表达基因 (DEGs) 在代谢过程和对化学物质的反应功能富集最为显著；在细胞组分中，DEGs在细胞外组分功能显著富集；在核酸功能中，DEGs在氧化应激活性和血红素结合功能显著富集。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 通路表明，高比例诱导的DEGs富集于7条KEGG途径，分别为苯丙素生物合成 (4.49%)、次生代谢物的生物合成 (14.45%)、代谢途径 (20.57%)、硫代葡萄糖苷 (GS) 生物合成 (0.89%)、谷胱甘肽 (GSH) 代谢 (2.04%)、苯丙氨酸和酪氨酸及色氨酸的生物合成 (1.39%)、苯丙氨酸代谢 (1.14%)。在Cd胁迫下，Tor-1根系苯丙素合成与代谢和GSH代谢相关基因表达大部分显著上调，而GS合成相关基因表达受到抑制，并发生可变剪接事件，其中内含子保留事件发生最多。  【结论】  Tor-1根系在应对Cd胁迫时虽然根系形态受到一定损伤，但可通过增加抗氧化酶 (SOD、CAT) 活性减轻镉胁迫产生的危害，并积极通过调节苯丙素合成与代谢、GSH代谢以及抑制GS合成对应的基因来减轻Cd对植物的伤害，还可通过可变剪接来积极适应Cd胁迫。     

高磷处理下矿山生态型水蓼根系耐受特征

  【目的】  磷富集植物对高磷具有良好的耐性是其应用于植物修复的前提。本研究探讨磷富集植物矿山生态型水蓼根系对高磷的耐受能力,为后期利用其修复环境中的过量磷提供一定的理论依据。  【方法】  采用矿山生态型和非矿山生态型水蓼(ME和NME)进行了水培试验,营养液中设置无机磷2、4、8、16 mmol/L 4个高浓度处理,以正常磷0.5 mmol/L浓度为对照,分析对比了两种生态型水蓼根系对高磷的耐受特征。  【结果】  随着磷浓度的增加,ME地上部和根系生物量和磷积累量均先显著增加后降低,在磷浓度4 mmol/L时出现峰值,而NME则大体呈降低趋势。高磷处理ME地上部和根系生物量分别为NME的1.35～2.56和1.18～1.86倍,除磷浓度16 mmol/L处理外,ME地上部和根系磷积累量分别为NME的1.35～2.58和1.36～1.96倍,磷积累能力更强。ME根系质膜开始受到明显损伤的营养液磷浓度是8 mmol/L,而NME是磷浓度4 mmol/L。随着磷浓度的增加,ME根系中H₂O₂、MDA和NME根系中的MDA含量均表现为先稳定后显著增加,而NME根系中的H₂O₂含量则持续增加;两种生态型水蓼根系SOD、POD和CAT活性均先显著增高后降低,分别在磷浓度4和2 mmol/L时显著高于对照。与NME相比,ME根系抗氧化酶活性更高,对H₂O₂和MDA的清除能力更强。两种生态型水蓼根系亚细胞组分磷含量均表现为可溶部分(含液泡)＞细胞壁＞细胞器。随着磷浓度的增加,两种生态型水蓼各亚细胞组分磷含量均显著增加,且在磷浓度2和4 mmol/L处理下,根系可溶部分(含液泡)磷分配比例明显高于对照,液泡是其磷素储存的重要场所。  【结论】  矿山生态型水蓼对高磷的耐受能力和磷积累能力均强于非矿山生态型水蓼。高磷处理下矿山生态型水蓼存在根系自由基和保护酶动态平衡、细胞壁固持和可溶部分的液泡区隔化现象,这是其根系的重要耐受特征。     

不同生态型拟南芥耐铵毒害差异的生理机制

【目的】 利用拟南芥生态型群体研究拟南芥耐铵毒害的生理机制,为挖掘耐铵基因提供生理基础及理论指导。 【方法】 共收集了95份生态型拟南芥材料,采用水培实验方法,将拟南芥幼苗移栽后在正常培养液(2 mmol/L NO₃–-N处理)中培养8天,然后转移至含有1 mmol/L (NH₄)₂SO₄的营养液(2 mmol/L NH₄+-N处理)中培养8天,收获后,测定植株全氮量、地上部游离铵含量,以及谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性;培养3天后取样,采用RT-PCR技术分析根部主要的铵态氮转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平;拟南芥幼苗移栽后在正常培养液中培养8天,转移至丰度为5%的1 mmol/L (15NH₄)₂SO₄中培养,分别处理3 h、6 h和24 h取样,用于同位素分析。 【结果】 2 mmol/L铵态氮处理下拟南芥群体地上部的生长被显著抑制,并且大量游离铵离子累积于地上部,铵态氮下拟南芥群体体内铵含量是对照硝态氮下的1.5倍以上,其中Si-0生态型在铵态氮下铵含量为19.17 μmol/g, FW,是对照的20倍。在硝态氮培养条件下,内源铵的含量与拟南芥地上部生长呈显著负相关,铵态氮培养条件下,地上部生长与铵含量同样呈较高的负相关性,因此内源铵含量少的生态型拟南芥在铵态氮下亦耐铵,所以本研究以拟南芥群体组织内铵含量为主因子,筛选出耐铵拟南芥生态型Or-1、Ta-0,HSM和铵敏感拟南芥生态型Rak-2、Lpv-18、Hi-0,结果表明铵敏感生态型在硝态氮下铵含量是耐铵生态型的1.7倍至10倍。耐铵拟南芥生态型铵转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平较铵敏感拟南芥高,植株全氮和地上部15N标记试验结果表明,耐铵拟南芥铵态氮吸收速率高于敏感型。并且耐铵拟南芥生态型在两种氮形态下其谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性均显著高于铵敏感生态型,在硝态氮培养条件下GS活性是铵敏感生态型的1.1～1.8倍,在铵态氮培养条件下是1.2～1.6倍,说明耐铵拟南芥生态型的铵同化能力强于敏感型。 【结论】 耐铵生态型拟南芥是通过更高的谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性将大量的游离铵同化以减少植株体内游离铵含量,从而减轻植株铵毒害;而不是通过减少铵态氮的吸收。      

乙偶姻和枯草芽孢杆菌NRCB002的促生机制

【目的】研究植物根际促生菌及其代谢产物对作物生长的促进效应及其机制,为制备高效微生物肥料提供优良的菌种资源和应用技术支持。【方法】枯草芽孢杆菌枯草亚种(Bacillus subtilis subsp. subtilis)NRCB002发酵液组分的促生效应盆栽试验设置了5个处理,分别为发酵培养基(P)、发酵菌液(F)、发酵菌液上清液(S)、重悬菌液(G)和重悬菌液+乙偶姻(A),以浇灌等量的去离子水的处理为对照(CK)。进一步的乙偶姻施用方式盆栽试验设置两个处理,分别为在生菜幼苗根部浇灌(RI)、叶面喷施(FS) 0.1 g/L乙偶姻溶处理,以施用等量去离子水的处理为对照(CK)。生菜生长两周后,两组盆栽试验收获地上部及根系,测定株高、叶面积、地上部和根部的鲜重和干重,并分析根系指标。以K氏培养基为基础培养基,添加0、0.075、0.375、1.5 g/L的乙偶姻培养NRCB002,采用结晶紫染色法测定了NRCB002生物膜的形成量。【结果】1)与CK相比,除培养基P处理外,其余4个处理均显著提高了生菜幼苗的地上部和根部的鲜、干重;S、F和A处理还显著增加了生菜幼苗的株高、叶面积、总根长...     

低肥力土壤施用氮磷钾肥影响柏木家系根系发育和养分吸收对钙肥的响应

  【目的】  探讨柏木(Cupressus funebris Endl)家系在不同养分条件下根系发育和营养吸收对钙添加的响应，为提高柏木苗木质量和林木生产力及造林地选择提供理论依据。  【方法】  以柏木5个家系的1年生幼苗为材料，分别在施3 g/kg NPK肥和未施NPK肥两小区内，设置施CaSO₄ 0、3和6 g/kg (依次记为Ca₀、Ca₃和Ca₆) 3 个水平，分析柏木家系生长与根系形态及氮磷钙吸收量对钙肥添加的响应。  【结果】  在施 3 g/kg NPK肥的小区中，添加钙对柏木的苗高、干物质量积累和氮磷吸收量影响不显著，抑制了D2和D3径级根系的发育；柏木钙吸收量在Ca₆处理下最高，比Ca₀处理提高73.86%；柏木苗高、干物质量及氮磷钙素的吸收量在家系间差异显著，T2家系表现最好。在未施NPK肥的小区中，Ca₃处理明显提高了柏木的苗高、根干物质量和茎干物质量，增加了磷和钙的吸收量，分别比Ca₀处理高出9.15%、19.85%、16.67%、27.46%和44.02%；Ca₆处理提高了钙吸收量，比Ca₀处理高出39.95%，但抑制柏木幼苗苗高和D1~D4径级根系的发育。不论施NPK肥与否，家系与钙处理对柏木的株高和根干物质量存在着显著的互作效应。  【结论】  在低肥力土壤上，施用氮磷钾肥会降低钙肥对柏木苗生长和养分吸收的影响，应选择优良家系进行育苗造林，不需要增加钙肥；在不施用氮磷钾肥时，应添加少量钙肥(CaSO₄ 3 g/kg)，以促进苗木对钙和磷的吸收。