盐胁迫下草麻黄电阻抗图谱参数的变化及离子平衡机制

为探讨草麻黄对盐胁迫的适应性,以2年生草麻黄苗为试验材料,采用盆栽法测定在不同NaCl浓度、不同胁迫时间下草麻黄苗各项电阻抗图谱参数(EIS)变化及5种矿质离子含量,并分析各电阻抗参数、相对电导率及矿质离子含量之间的相关性。结果表明,随着NaCl浓度的增加和胁迫时间的延长,草麻黄地上部相对电导率逐渐升高,其中200 mmol·L^-1NaCl胁迫28 d以上时的相对电导率显著高于对照,200、300、400 mmol·L^-1盐胁迫下的相对电导率分别为对照的1.43、1.52、1.65倍;电阻抗图谱参数高频电阻率(r)、低频电阻率(r₁)、胞内电阻率(r_i)、胞外电阻率(r_e)、弛豫时间(τ)及弛豫时间分布系数(Ψ)均呈先下降后上升再下降或先下降后上升的变化趋势,其中r、r₁、r_e、r_i、Ψ均在NaCl浓度超过200 mmol·L^-1时出现再次下降,且呈不可逆的下降趋势。随着胁迫天数的增加,草麻黄地上部和根中Na⁺含量逐渐增加,K⁺含量逐渐下降,K⁺/Na⁺显著降低。盐胁迫下,草麻黄地上部Zn、Fe、Mg含量均有不同程度的降低。相关性分析结果表明,K⁺/Na⁺与r_e、r、r₁均呈极显著正相关,与r_i呈显著正相关,其中 K⁺/Na⁺ 与r_e的相关性最高,相关系数为0.985;5种阳离子总量与r_e、r、r₁均呈显著负相关。盐胁迫影响了草麻黄体内离子的运输和平衡,细胞内外离子浓度的变化引发电阻抗参数的变化,分析相对电导率电阻抗图谱参数的变化发现NaCl胁迫下,草麻黄的忍耐极限浓度为200 mmol·L^-1,表明草麻黄具有较高的耐盐能力。本研究结果为盐碱地区草麻黄的推广栽培提供了理论依据。     

高粱转录因子SbWRKY71基因的克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

为了探究WRKY转录因子在植物抵抗逆境胁迫方面的重要作用,本研究通过基因克隆的方法,从高粱BTx623中克隆得到一个WRKY转录因子基因(SbWRKY71),该转录因子基因全长1 335 bp(phytozome登录号:Sb04g005520),编码364个氨基酸,分子量为38.95 kDa;预测该转录因子定位于细胞核,具有WRKY转录因子典型的保守结构域,且该蛋白属于WRKY蛋白家族的第Ⅱ组成员。系统进化树分析表明,高粱SbWRKY71氨基酸序列与禾本科作物玉米ZmWRKY71的亲缘关系最近,为75%;实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测表明,SbWRKY71基因表达具有组织特异性,在叶中表达丰度最高,茎中最低。经激素水杨酸(SA,1 mmol·L^-1)、吲哚-3-乙酸(IAA,10 μmol·L^-1)和脱落酸(ABA,200 μmol·L^-1)处理后,SbWRKY71的表达量呈现先下降后升高再下降的趋势;在γ-氨基丁酸(GABA)和甘露醇(D-Mannitol,300 mmol·L^-1)模拟干旱胁迫以及氯化钠(NaCl,250 mmol·L^-1)盐胁迫处理下,SbWRKY71的表达量均先升后降,分别在3、6和9 h达到最大值;高粱经病原相关分子模式(PAMPs)flg22(100 nmol·L^-1)、翻译延长因子(elf18,100 nmol·L^-1)处理后,SbWRKY71表达均受到抑制,但在几丁质(Chitin,8 nmol·L^-1)处理下,SbWRKY71受到诱导表达。本研究为进一步探索SbWRKY71基因在调节高粱抗性、响应激素以及逆境胁迫应答等过程中的作用机制提供了基础。     

海藻糖对转C4型PEPC水稻种子萌发耐旱性的影响

为揭示海藻糖参与高表达转玉米C₄型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(C₄-PEPC)水稻(Oryza sativa)(简称PC)在干旱胁迫下种子萌发的生理机制,本研究以PC及其未转基因野生型受体Kitaake(简称WT)种子为材料,研究外施不同浓度海藻糖联合干旱处理下,其种子活力、萌发过程中可溶性糖和脯氨酸含量、α-淀粉酶活性,以及α-淀粉酶、PEPC、糖信号、部分海藻糖相关基因的表达。结果表明,干旱处理均显著抑制了两材料的发芽率,并且抑制了芽的生长;外施低浓度海藻糖可缓解干旱对种子萌发的抑制,与WT相比,PC对海藻糖更加敏感,当海藻糖浓度为0.5 mmol·L^-1时已表现出明显的缓解效应,且较10 mmol·L^-1海藻糖对WT的缓解效果更佳。外施0.5 mmol·L^-1海藻糖联合干旱处理可以维持水稻的种子活力、种子内渗透调节物质含量以及α-淀粉酶活性,尤其有益于PC。外施0.5 mmol·L^-1海藻糖通过上调PC内依赖钙信号的CBL1-OsSnRK3.1/3.23基因的表达,激活OsK1a-OsMYBS1/2-OsAmy3/8途径;同时诱导OsTPP1/7合成海藻糖,上调蔗糖和葡萄糖含量,进而增强糖代谢,维持种子萌发。此外,海藻糖也上调了SAPK8/9/10和C₄-PEPC的转录水平,使PC在芽期表现耐旱。本研究结果为改善直播稻田的发芽率和“C₄稻”的创制提供了新线索。     

欧洲缬草不定根悬浮培养及其有效成分的测定

为高效生产欧洲缬草有效成分,通过分析培养基pH值、碳源、糖浓度、盐浓度、总氮(N)浓度、总磷(P)浓度等因素对其不定根悬浮培养生长的影响,确定欧洲缬草不定根悬浮培养的适宜条件,并测定在该培养条件下不定根的生长状况,同时比较正常不定根、褐化不定根、无菌苗根中缬草三酯、乙酰缬草三酯和缬草烯酸3种有效成分的含量。结果表明,欧洲缬草不定根的最佳培养条件为2倍大量元素浓度、48.46 mmol·L^-1总N浓度、1.5 mmol·L^-1总P浓度的RCM培养基,添加40 g·L^-1蔗糖、0.5 mg·L^-1 萘乙酸(NAA),pH值5.7,温度25±2℃,转速100 r·min^-1暗培养,28 d后收获。最佳培养条件下的欧洲缬草正常不定根中缬草三酯、乙酰缬草三酯、缬草烯酸的含量均最高,分别为7.222、0.355、4.016 mg·g^-1,褐化不定根中成分含量显著降低,无菌苗根中成分含量最低。本研究结果可为欧洲缬草不定根及其有效成分的规模化生产提供参考。     

硒处理对薄壳山核桃幼苗生长的影响

为探究硒对薄壳山核桃幼苗生长的影响,利用不同浓度亚硒酸钠[0(CK)、0.5、5、10、20、40、80 μmol·L^-1]对薄壳山核桃幼苗进行处理,并测定相关生理指标。结果表明,低浓度硒对薄壳山核桃幼苗生长发育、生物量积累、酶活性均有促进作用,而高浓度硒抑制了幼苗生长、干物质的积累、酶活性、光合速率,且硒浓度越高,抑制作用越明显。80 μmol·L^-1 硒浓度处理后的根长较CK显著降低了55.36%(P<0.05),其他形态指标均无显著差异。硒处理显著提高了幼苗体内的硒含量,且根系>叶片。随着硒浓度的增加,叶、根内的硒含量呈先升高后降低的趋势,硒浓度≥0.5 μmol·L^-1时,其他处理均与CK存在显著差异。40 μmol·L^-1硒浓度处理下叶中的硒含量较CK显著增加了1 682倍,根中的硒含量提高了482倍。低硒浓度(≤10 μmol·L^-1)处理可以促进根中Mn²⁺、Mg²⁺含量和叶中的Zn²⁺含量的积累。当硒浓度≥5 μmol·L^-1时,会促进根中Zn²⁺含量的积累,硒浓度≥10 μmol·L^-1,促进茎中Mn²⁺含量的积累,其中在80 μmol·L^-1硒浓度处理下茎中Mn²⁺含量为CK的9.29倍。过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性随着硒浓度增加均呈先增后减的趋势,且在0.5 μmol·L^-1硒浓度处理下达到最高,明显高于CK,分别为1 698.63、1 912.28 U·mg prot^-1。综上,低浓度硒处理和施硒时间长短对幼苗光合作用影响不大,而高浓度硒处理会抑制光合作用。本研究结果为进一步揭示硒富集机理和硒的科学使用提供了理论依据。     

外源NO对镉胁迫下草地早熟禾种子萌发及幼苗生理特性的影响

为探究可缓解草地早熟禾镉胁迫的最适有效硝普钠(SNP)浓度,以草地早熟禾品种蓝月为试验材料,SNP为NO供体材料,研究不同浓度NO对镉胁迫下草地早熟禾叶片生理特性的影响。结果表明,镉离子浓度为200 μmol·L^-1时草地早熟禾的生长受到严重抑制,施加SNP(<100 μmol·L^-1)能够促进草地早熟禾种子发芽,增加草地早熟禾幼苗叶绿素含量,提高叶片干物质量、相对含水量,以及叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,而其游离脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量均有所降低。表明低浓度NO(<100 μmol·L^-1)可有效缓解草地早熟禾镉胁迫,高浓度SNP(>100 μmol·L^-1)则表现出抑制作用。本研究结果为草地早熟禾修复镉污染土壤提供了理论依据。     

光合作用抑制剂DCMU对三角褐指藻岩藻黄素含量和叶绿素荧光特征及关键基因表达的影响

为了阐明岩藻黄素生物合成与光合作用之间的关系,研究不同浓度光合作用抑制剂二氯苯基二甲脲(DCMU)对三角褐指藻细胞密度、岩藻黄素含量、叶绿素含量、叶绿素荧光特征和相关关键基因表达的影响。结果表明,不同浓度DCMU均抑制细胞生长,使三角褐指藻内岩藻黄素含量降低,叶绿素含量增加;当DCMU浓度为1 mg·L^-1时,三角褐指藻内岩藻黄素含量最少,较CK减少了26.98%,而叶绿素含量最高(3.16 mg·g^-1)。随着DCMU浓度的增加,电子传递的抑制作用增强,实际光化学量子效率[Y(Ⅱ)]、 rETR、相对电子传递速率(NPQ)、光化学淬灭系数(qP)和快速光曲线初始斜率(α)均明显降低,DCMU为1 mg·L^-1时出现电子完全阻断的现象。定量PCR分析结果表明,岩藻黄素合成通路关键基因pds、lcyb的表达水平与岩藻黄素含量变化趋势一致。相关性分析表明,岩藻黄素含量与Y(Ⅱ)、qP和α之间存在显著正相关(P<0.05),说明三角褐指藻岩藻黄素的生物合成不仅与岩藻黄素合成关键基因的表达有关,还与光合作用有关。本研究为进一步探明三角褐指藻岩藻黄素合成的生理生化和分子机理提供了参考。     

外源24-表油菜素内酯对NaCl胁迫下桑树幼苗的缓解效应

为探究施加外源24-表油菜素内酯(EBR)对桑树耐盐性的影响,以桑品种桂桑优12为材料进行盆栽试验,在200 mmol·L^-1 NaCl胁迫下,研究外施不同浓度(0.01、0.10、1.00 μmol·L^-1)EBR对盐胁迫下桑树幼苗质量、根系特征、光合色素含量、活性氧(ROS)水平、丙二醛(MDA)含量、相对电导率、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量等生理指标的影响。结果表明,与单一NaCl胁迫相比,外源添加0.10 μmol·L^-1EBR后,桑树幼苗地上鲜质量和干质量、主根长、总根长、根表面积、根平均直径、根总体积、叶绿素和类胡萝卜素含量均提高,叶片与根中产生羟基自由基(·OH)能力、产生超氧阴离子自由基($\text{O}_{2}^{\frac{{}}{\cdot }}$)活力、过氧化氢(H₂O₂)含量降低;叶片与根中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性升高;脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量增加;相对电导率和MDA含量降低。其中地下部鲜质量和根体积是盐胁迫下的1.56和1.57倍,叶片中CAT活性和可溶性糖含量达到盐胁迫下的1.57和1.68倍。本研究为揭示外施油菜素内酯增强桑树耐盐性的生理调控机制提供了参考依据。     

锶对菠菜幼苗生长、光合和抗氧化酶活性的影响

为探究锶对植物生长生理的影响,以菠菜幼苗为试验材料,研究不同浓度(0、0.1、0.5和2.5 mmol·L^-1)锶处理对菠菜幼苗的叶片鲜重、叶片锶浓度、光合指标和抗氧化酶活性的影响。结果表明,0.1 mmol·L^-1 SrCl₂处理对菠菜幼苗生长和各项生理指标均未产生明显影响,叶片锶浓度在35 mg·kg^-1左右。0.5 mmol·L^-1 SrCl₂处理对菠菜幼苗生长表现为先促进后抑制;处理20 d后,抗氧化酶活性明显上升,丙二醛(MDA)、净光合速率(Pn)和叶片鲜重相较于对照组分别增加了24%和降低了15%、10%,叶片锶浓度达到318.33 mg·kg^-1。2.5 mmol·L^-1 SrCl₂处理下,植株生长受到明显抑制,抗氧化酶系统的响应更为强烈,处理20 d后MDA增加了68%,Pn和叶片鲜重分别降低了30%和48%,叶片锶浓度达到857.51 mg·kg^-1。综上,低浓度锶处理对菠菜生长未产生明显影响,但随着锶处理浓度的增加和胁迫时间的延长,植物生长受到的胁迫作用加剧。本研究为明确锶对菠菜生长生理的调控机理提供了理论依据。     

羟自由基氧化对牦牛肉肌原纤维蛋白生化特性的影响

为探究羟自由基(·OH)氧化处理对宰后牦牛肉成熟过程中肌原纤维蛋白氧化特性的影响,以经不同浓度(0、0.5、1、5、10、20 mmol·L^-1)羟自由基氧化体系氧化不同时间(0、0.5、1、12、24、48 h)的牦牛肉为研究对象,以未经处理的牦牛肉为空白对照,测定不同浓度不同氧化时间下肉样肌原纤维蛋白的羰基含量、巯基含量、二硫键含量、表面疏水性、Ca/K-ATPase活性等指标的变化规律。结果表明,随着H₂O₂浓度的增加及氧化时间的延长,不同处理组间牦牛肉肌原纤维蛋白均表现出不同程度的氧化水平,其中羰基含量、二硫键含量和Ca-ATPase活性均呈显著增加趋势(P<0.01),而表面疏水性呈先上升后下降的趋势,巯基含量和K-ATPase活性则显著降低(P<0.01)。H₂O₂浓度增加至20 mmol·L^-1时,与空白对照组相比,羟自由基处理组羰基含量升高46.03%,而巯基含量下降79.79%。综上,羟自由基促使宰后牦牛肉成熟过程中肌原纤维蛋白发生了显著氧化,增加了蛋白的氧化程度。本研究结果为牦牛肉生产加工过程中蛋白氧化控制提供了一定的参考。     

荆芥幼苗对盐胁迫的生理响应

为探究盐胁迫对荆芥幼苗生理特性的影响,采用盆栽砂培试验,研究不同浓度盐胁迫(0、25、50、75和100 mmol·L^-1 NaCl)下荆芥幼苗生长、质膜稳定性、渗透调节、抗氧化酶系统、离子吸收和分配的变化。结果表明,随着盐浓度的增加,荆芥盐害指数逐渐升高,幼苗株高增加速率和比叶面积均逐渐降低,单株干重和叶绿素含量均呈先增加后减少的趋势,且均在25 mmol·L^-1 NaCl处理下达到最大;叶片中丙二醛(MDA)含量和电解质渗漏率均显著增加;可溶性蛋白和脯氨酸含量均呈先增加后减少趋势,且分别在50和75 mmol·L^-1 NaCl处理下达到最大,而可溶性糖含量则不断上升;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均呈先上升后下降的趋势,在25 mmol·L^-1 NaCl处理下达到最大,而过氧化物酶(POD)活性则持续下降。盐胁迫下,荆芥的根、茎、叶大量积累Na^+,但主要集中在地上部分,同时各部位K^+、Ca²⁺含量及K^+/Na^+、Ca²⁺/Na^+值均显著下降。综上,荆芥幼苗对盐胁迫极为敏感,但对低浓度的盐胁迫(25 mmol·L^-1 NaCl)具有一定的耐受性。本研究结果为荆芥的规范化栽培和抗逆驯化研究奠定了理论基础。     

γ-氨基丁酸对低温胁迫下桃果实蔗糖代谢的影响

为探讨γ-氨基丁酸(GABA)对低温胁迫下桃果实蔗糖代谢的影响,以湖景蜜露品种水蜜桃为试验试材,采用5 mmol·L^-1外源GABA和100 μmol·L^-1 GABA-T抑制剂(VGB)处理桃果实,比较分析水蜜桃出汁率、GABA含量、可溶性糖含量、蔗糖代谢中间产物以及蔗糖代谢相关酶基因的变化。结果表明,外源GABA处理和GABA复合VGB处理通过提高桃果实贮藏后期内源GABA含量和蔗糖含量,从而有效抑制桃果实在低温贮藏期间冷害的发生。此外,外源GABA处理抑制了贮藏后期蔗糖降解相关酶基因PpSUS5的表达,减缓了桃果实中蔗糖含量的降低速率,从而提高了果实抗冷害的能力。外源GABA复合VGB处理增强了贮藏后期蔗糖合成相关酶基因PpSPS1、PpSPP1和PpSUS3的表达,从而维持桃果实较高的蔗糖含量,抑制果实冷害发生。本研究结果为桃果实采后贮藏保鲜提供了理论依据。     

铜胺氧化酶基因PpCuAO4在桃成熟中的功能鉴定

为明确铜胺氧化酶(CuAO)在桃果实成熟过程中的作用,分别采用1.0、5.0和10.0 mmol·L^-1的CuAO抑制剂氨基胍(AG)对黄水蜜桃果实进行喷施处理,并于桃果实成熟后测定果实硬度。结果表明,5 mmol·L^-1 AG处理组桃果实的硬度保持效果最好。进一步采用5.0 mmol·L^-1 AG处理黄水蜜桃果实,并测定果实成熟相关生理指标。结果表明,AG处理下桃果实在采后7 d内果实硬度均显著高于对照水平,乙烯释放量和呼吸强度均显著低于对照水平,表明抑制CuAO介导的多胺分解可显著延缓桃果实成熟。AG处理显著抑制乙烯合成、生长素转运和细胞壁降解相关基因PpACO1、PpACS、PpPIN1、PpGH3.3、PpPG和PpPME1的表达水平。为进一步明确CuAO在桃成熟中的功能,利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术沉默腐胺(Put)分解关键基因PpCuAO4。结果显示,转基因桃果实PpCuAO4表达水平仅为对照的18%,Put含量和果实硬度显著高于对照水平,而乙烯释放量和呼吸强度均显著低于对照水平。上述结果表明,PpCuAO4介导的Put分解可以促进桃果实成熟。本研究为进一步深入解析多胺(polyamine)调控桃果实成熟的机制提供了重要的理论依据。     

不同氮素供应水平对菘蓝生长及药材质量的影响

为探究低氮营养对菘蓝生长及药材质量的影响,采用盆栽试验,研究不同氮素水平0(N0)、2.5(N1)、5.0(N2)、10.0(N3)、15.0 mmol·L^-1(CK)下菘蓝生物量积累、光合参数、根与叶中可溶性糖、游离氨基酸、硝态氮含量以及主要活性成分含量的响应。结果表明,不同供氮水平下菘蓝生长与药材质量的响应存在差异。随着氮素浓度的增加,叶与根的干重均逐渐增加,根冠比则先增加后减小,且在N1处理下达到最大值。叶中可溶性糖含量随着氮素浓度的增加呈先减少后增加的趋势,N0处理下达到最大值,根中可溶性糖含量的变化趋势与叶中存在差异,在2.5~15.0 mmol·L^-1氮水平下,根中可溶性糖含量呈先增加后减少的趋势,在N2处理下达到最大值。随着氮素浓度的增加,根与叶中游离氨基酸的含量均呈先增加后减少的趋势,且在N3处理下达到最大值,根和叶中硝态氮含量则呈先减少后增加的趋势,N3处理下硝态氮含量显著低于其他处理。净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)随着氮素浓度的增加均表现出先增加后减少的趋势,在N3处理下达到最大值,胞间二氧化碳浓度(Ci)呈逐渐降低的趋势。随着氮素浓度的增加,叶中靛蓝含量随之逐渐增加,靛玉红含量则表现出先减少后增加的趋势,N3处理下为最小值,总黄酮含量则呈逐渐减少的趋势。根中(R,S)-告依春含量随着氮浓度的增加呈先增加后减少的趋势,在N3处理下最高,表明适当的氮素供应有利于靛蓝与(R,S)-告依春的积累,而低氮条件有利于提高靛玉红与总黄酮含量。根中(R,S)-告依春单株产量在N3处理下最高,表明可以适当降低施氮量以获得活性成分含量较高的板蓝根。本研究结果为菘蓝规范化栽培中合理施氮提供了理论参考。     

高粱病程相关基因非表达子1(NPR1)基因家族鉴定及胁迫应答分析

非表达因子基因(NPR1)是植物系统获得抗性的激活子,也是植物响应病原菌侵染过程中的核心因子之一,在植物抗病性方面发挥着非常重要的作用。为明确高粱NPR1基因家族成员及SbNPR1的表达特性,本研究通过生物信息学及实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法,对高粱NPR1基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明,共鉴定到5个高粱NPR1基因SbNPR1~SbNPR5,其氨基酸序列长度介于480~621 aa之间,理论分子量介于50.496 81~67.648 06 kDa之间,理论等电点介于5.64~6.11之间;系统进化分析显示,SbNPR1与甘蔗Sh253P03亲缘关系最近;基因结构分析表明,该家族各个成员之间的外显子和内含子数量差异变化较小;RT-qPCR分析表明,SbNPR1基因在高粱不同器官中的表达具有组织特异性;经激素独脚金内酯(GR24,1 μmol·L^-1)和水杨酸(SA,1 mmol·L^-1)处理后,SbNPR1的表达分别被抑制和诱导;20%的聚乙二醇(PEG6000)和250 mmol·L^-1的NaCl处理下,SbNPR1的表达呈现先升高后降低的趋势,在0.5 h表达量达到最大值,之后下调;而经甘露醇(D-mannitol,300 mmol·L^-1) 处理后,SbNPR1基因表达量在3 h后开始下降;高粱经病原相关分子模式(PAMPs)flg22(100 nmol·L^-1) 和几丁质(Chitin, 8 nmol·L^-1)处理后,SbNPR1受到flg22的诱导表达,在12 h时表达量最高,而在Chitin作用下,SbNPR1的表达受到抑制。本研究为进一步探索NPR1家族在调节高粱抗性、信号转导、植物激素以及胁迫调控等过程中的作用提供了基础。