镉胁迫下二倍体和同源四倍体油菜DNA甲基化差异分析

二倍体与四倍体在逆境抗性上的差别可以从表观遗传学的角度予以解释。本研究以“矮脚黄”纯合二倍体和同源四倍体油菜为材料,采用DNA甲基化敏感扩增多态性分析（Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP）方法和HDA-GT12TM全自动凝胶毛细管核酸电泳检测技术,在全基因组水平上研究了CdCl2胁迫下油菜二倍体和四倍体DNA序列中CCGG位点的甲基化水平及模式变化特征差异。采用56对引物在4个处理样品中共检测出9 687个基因位点。结果显示,二倍体和四倍体在镉胁迫下,其总甲基化水平、全甲基化水平和半甲基化水平较各自的对照均有一定程度的上升。由此可见,镉胁迫导致四倍体和二倍体甲基化水平的提高,但四倍体基因组在镉胁迫下拥有更高的DNA甲基化水平。DNA甲基化模式分析表明,镉胁迫导致二倍体和四倍体的过甲基化位点数均高于去甲基化位点数,二者在镉胁迫下去甲基化位点数差异不大,但四倍体发生过甲基化的位点数要明显多于二倍体。     

植物适应重金属Cd胁迫的生理及分子生物学机理

对植物适应Cd胁迫的生理及分子生物学机理进行了综述,包括Cd在植物细胞内的区室化;体内酶活性、可溶性蛋白、脯氨酸含量的提高以及诱导植物络合素的形成等。     

利用MSAP分析18个芥蓝齐口期的表观遗传多样性

本研究利用MSAP检测18个芥蓝齐口期DNA甲基化水平,分析了表观遗传多样性,探讨DNA甲基化模式对齐口期的影响。结果表明,18个芥蓝齐口期平均为50d,叶片数平均为10片,齐口期和叶片数不相关（相关系数为0.296）;变异系数分别为21%和18%;遗传距离分布在0~40,平均值为12.2276,在10.62处分为3类。MSAP分析表明,5对引物组合扩增得到432条多态性条带,201条片段表现出多态性,多态性比率为47%;Nei遗传距离分布在0.004~0.467,平均值为0.0958,表明遗传多样性水平较低;在0.04处分为3类。Mantel测验表明两种分析的遗传距离相关系数为-0.1366,显示齐口期、叶片数与DNA甲基化多态性没有相关性。DNA甲基化模式分析表明,非甲基化片段为110条,甲基化多态性片段为322条,分为3种带型,类型一为非甲基化带型（110条）,类型二为甲基化带型（110条）,类型三为半甲基化带型（152条）,非甲基化片段和半甲基化片段在不同品种之间呈现多态性,甲基化片段在不同品种之间呈现多态性与单态性相差不大,显示MSAP多态性主要来源于非甲基化和半甲基化片段,芥蓝甲基化模式以半甲基化为主。本文推测DNA甲基化水平降低参与芥蓝齐口期调控,MSAP分析既可用于基因组结构研究,又可用于基因组水平上性状的功能研究。     

PEG模拟干旱胁迫对石斛DNA表观遗传变化的MSAP分析

利用甲基化敏感扩增多态性(methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术,研究不同聚乙二醇(PEG-6000)处理浓度下霍山石斛基因组DNA的甲基化水平和变化模式.结果表明:经5%、10%和15%PEG-6000处理的霍山石斛DNA甲基化比率分别为34....     

高温多湿胁迫下辣椒DNA甲基化分析

研究辣椒耐高温多湿自交系597和热湿敏感自交系590在苗期高温多湿胁迫前后DNA甲基化的变化情况,探讨DNA甲基化在辣椒高温多湿胁迫反应中的作用。用甲基化敏感扩增多态性技术(methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)分析DNA甲基化变化情况。MSAP分析结果显示,辣椒基因组中约有64.80%~75.89%的CCGG位点发生了胞嘧啶甲基化;高温多湿胁迫4d后,耐高温多湿材料597总体甲基化率和全甲基化率均有所下降,但是热湿敏感材料590总体甲基化率和全甲基化率均有所上升;甲基化水平及状态变化存在品种差异。由此推测,DNA去甲基化是植物耐高温多湿机制的一部分,为进一步深入研究奠定基础。     

硒对镉胁迫下水稻幼苗叶片元素含量的影响

采用溶液培养研究Se对Cd胁迫下水稻幼苗叶片叶绿素和几种元素含量的影响结果表明,单用Cd处理,高浓度Cd使水稻幼苗叶片Ca、Mg、Fe、Zn、Mn含量显著减少;单用0.10mg/L Se处理可显著增加叶片Fe、Zn、Mn含量。Se使较高浓度Cd(5.0~10.0mg/L)胁迫下水稻幼苗叶片Ca、Mg、Fe、Mn含量高于单用Cd处理,Se与Cd的互作效应影响叶片Ca、Mg、Fe、Zn、Mn含量。叶绿素a/b值不能作为水稻幼苗Cd毒害指标。     

不同单株叶籽银杏DNA甲基化水平与模式的MSAP分析

以叶籽银杏和普通银杏叶片为试材,利用EcoRⅠ和HpaⅡ/MspⅠ双酶切建立适合于叶籽银杏全基因组的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析体系,在全基因组水平对11株叶籽银杏和1株正常银杏的胞嘧啶甲基化水平和模式进行评估。结果表明,从36对MSAP选扩引物中,选出14对MSAP引物组合,共扩增产生2766条清晰可辨且可重复的DNA条带,产生3种类型的甲基化条带。在全部扩增位点中,检测到叶籽银杏基因组CCGG序列的甲基化比率为26.42%～65.79%,正常银杏总甲基化率达30.79%,不同单株的叶籽银杏平均总甲基化率达38.61%,叶籽银杏甲基化事件的发生频率为11.27%～27.34%。方差分析显示不同单株间DNA甲基化水平差异极显著。主成分分析绘制的主分量散点图与聚类分析结果一致,不同单株的叶籽银杏可分为3大类。     

不同氮水平对原产地和入侵地飞机草(Chromolaena odorata L.)DNA甲基化的影响

为探究原产地和入侵地飞机草DNA甲基化多态性的变化和氮营养水平对飞机草DNA甲基化多态性的影响,本文用水培法分别培养来自原产地墨西哥和入侵地西双版纳的飞机草(Chromolaena odorata L.),对两地飞机草进行了高氮(315 mg·L-1)、正常(中)氮(210 mg·L-1)和低氮(105 mg·L-1)3种氮水平处理,采用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)技术测定试材的DNA甲基化水平。结果表明,无论是原产地还是入侵地的飞机草,在高氮和低氮处理条件下均发生了DNA甲基化水平和模式的改变;且入侵地飞机草DNA甲基化水平高于原产地飞机草,飞机草DNA甲基化水平都随着氮供应水平的升高而升高。本研究为从表观遗传角度揭示外来植物的入侵机制提供依据。     

乙烯利处理对棉花子叶DNA表观遗传变化的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析

棉花(Gossypium hirsutum L.)叶片早衰影响棉花产量和棉纤维质量,而乙烯利是一种重要的植物生长调节剂,对促进植物组织衰老有重要作用。DNA甲基化是表观遗传调控的重要组成部分,在高等植物的基因表达调控中发挥了重要作用。本研究应用甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)技术,探讨在不同乙烯利水平处理下,棉花子叶DNA甲基化水平和甲基化变化模式。结果显示,经300、500和700 mg/L乙烯利处理后,棉花子叶DNA甲基化比值分别为32.99%、35.45%和37.49%,都低于对照组(37.92%);和对照组相比,经不同浓度乙烯利处理后,棉花子叶DNA发生甲基化变化位点的比率分别是2.71%、3.63%和4.88%,而去甲基化位点的比率分别为10.66%、9.84%和9.23%,并且随着乙烯利浓度的增加,棉花子叶DNA甲基化位点与去甲基化位点之比逐渐提高;本研究鉴定了17个MSAP差异基因片段,这些片段与NCBI中已知的功能基因存在同源性,包括果胶甲酯酶基因、细胞色素P450、乙醇脱氢酶基因、肌动蛋白解聚因子、翻译延伸因子等和乙烯利诱导棉花子叶衰老相关基因。研究结果提示,在乙烯诱导棉花子叶衰老的进程中,DNA甲基化参与了棉花子叶衰老的调控,为从基因组水平上揭示乙烯诱导棉花衰老的调控机制提供理论依据。     

黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵对土壤微生物功能多样性的影响

外来植物入侵对土壤生物多样性的影响已成为生态学领域的研究热点之一。运用Biolog技术和氯仿熏蒸浸提法研究了黄顶菊入侵对土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的影响。结果表明,黄顶菊入侵后土壤微生物代谢活性显著升高;土壤微生物群落平均吸光值(AWCD)的变化趋势为:入侵地根际土(RPS)入侵地根围土(BS)未入侵地(CK),且差异显著;而CK的功能多样性指数(H)高于BS,RPS亦高于BS,差异均显著(P0.05)。主成分分析结果表明,黄顶菊入侵使土壤微生物群落的碳源利用方式和代谢功能发生改变。对不同碳源利用的分析结果表明,糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物为土壤微生物利用的主要碳源。入侵样地BS和RPS的微生物量碳分别比CK高27.05%、121.52%;BS和RPS的微生物量氮分别比CK高37.40%、79.80%。相关性分析表明,AWCD与微生物量碳和微生物量氮均呈极显著正相关(P0.01)。由此可知,黄顶菊入侵增强了入侵地土壤微生物代谢活性,降低了土壤微生物群落的功能多样性,增加了土壤微生物量碳、氮水平。     

黄顶菊入侵对土壤磷细菌多样性的影响

采用选择性培养基和rep-PCR聚类分析等手段,通过盆栽试验,研究了入侵植物黄顶菊对土壤中磷细菌多样性的影响。结果表明,黄顶菊入侵后增加了土壤中无机磷和有机磷细菌的数量,入侵后其数量分别为入侵前的1.17倍和1.08倍。rep-PCR基因指纹分析结果显示,黄顶菊入侵前土壤磷细菌包含19个聚类群,其中无机磷细菌10个聚类群,有机磷细菌9个聚类群;入侵后土壤磷细菌包含22个聚类群,其中无机磷细菌11个聚类群,有机磷细菌11个聚类群。多样性分析结果表明,黄顶菊入侵后土壤中无机磷细菌的丰富度指数、香农-威纳多样性指数分别为11和2.369,高于入侵前的10和2.303;有机磷细菌的丰富度指数、香农-威纳多样性指数分别为11和2.398,高于入侵前的9和2.197,而2种细菌的物种均匀度指数基本不变。本文从土壤微生态学的角度初步探讨了黄顶菊入侵对土壤微生物群落中磷细菌的影响,为进一步研究黄顶菊入侵的地下化感机制和竞争机制提供一定的理论依据。     

Assessment of allelopathic effects of residues of Flaveria bidentis (L.) Kuntze on wheat seedlings

Flaveria bidentis (L.) Kuntze, an invasive plant, poses a serious threat to the structure and function of the native ecosystem in Hebei Provience, China. However, little is known about the allelopathic activity of the residues of this plant species. In this study, the impact of the phytotoxicity of unburnt (UR) and burnt (BR) residues of the exotic invasive weed on the growth of wheat (Triticum aestivvm L.) was assessed. Extracts prepared from both UR and BR reduced the shoot length, root length and dry weight of wheat significantly compared with the control, thereby indicating the presence of some water-soluble allelochemicals in F. bidentis residues. Growth studies conducted in soil amended with UR and BR extracts or residues also revealed phytotoxic effects towards wheat. A significant amount of phenolics was detected in the residue extracts and in residue-incorporated soil. The phenolic content rose with increasing residue concentration, thereby showing their direct involvement in the observed growth inhibition. The inhibition of wheat growth by the burnt residue and its water extracts was similar to that of unburnt residue, so burning it is not a good way to eliminate the allelopathic effects of the residue of F. bidentis on native plants.     

黄顶菊(Flaveria bidentis)凋落物对土壤无脊椎动物群落的影响

以黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵的林地、荒地和沟渠作为调查样地,探讨黄顶菊凋落物对土壤无脊椎动物群落的影响。利用环刀进行取样,3种生境共捕获土壤无脊椎动物54 315头,隶属2门10纲17目。3种生境的优势类群皆为蜱螨目和弹尾目,其余类群的相对多度较小。黄顶菊凋落物能够为土壤无脊椎动物提供栖息地与食物来源,进而影响其群落结构及多样性,该影响与黄顶菊自身群体的生长状况有关,在长势较弱的林地生境影响较小,而在长势较强的荒地和沟渠生境影响较大。综上所述,黄顶菊入侵3种生境后,植株及其凋落物能为优势类群提供更好的栖息地和隐蔽所,并通过改变表层腐殖土的主要养分含量,引起土壤无脊椎动物多样性的升高,且土壤无脊椎动物在凋落物层中多样性呈自上而下的升高趋势。     

Influence of coastal plain yellowtops (Flaveria bidentis) residues on growth of cotton seedlings and soil fertility

Flaveria bidentis (L.) Kuntze is an alien species that is highly invasive in Hebei Province. An assessment of the influence of F. bidentis leaf residues on the growth of cotton (Gossypium herbaceum L.) seedlings and on soil fertility was carried out under controlled environmental conditions. Also, the concentrations of phenolics were determined in both F. bidentis residues and residue-amended soil. The results showed that the residues could significantly reduce height, root length and weight of cotton seedlings. The inhibitory effects increased gradually with increases in residue concentration. Peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activity, as well as the concentration of malondialdehyde (MDA), also increased. POD and SOD activity were not significantly increased by 10 g kg^?1 of residues, but the differences were significant at 20 g kg^?1 of residues. Available K increased with increasing concentration of residues, whereas available P decreased, but the concentration of hydrolyzed N did not change in the soil. The concentration of phenolics also increased with increases in the residue concentration. It is concluded that F. bidentis residues adversely affect the early growth of cotton and have an impact on soil fertility by releasing water-soluble allelochemicals into the soil.     

黄顶菊入侵对土壤微生物、土壤酶活性及土壤养分的影响

通过采样分析,研究了外来植物黄顶菊入侵对非耕地和耕地,以及对玉米根系土壤微生物、土壤酶活性、土壤速效养分的影响,旨在揭示黄顶菊入侵农田和贫瘠荒地的机制。本试验比较了距根系不同距离土壤的微生态变化;分析了根系土壤3大微生物类群结构、5种土壤理化性质以及5种土壤酶活性之间的相关性。结果表明,非耕地黄顶菊根表速效氮、速效磷、速效钾的含量分别为对照的4.44、6.88、2.64倍,耕地中分别为对照的5.31、13.78、7.56倍;非耕地黄顶菊根表土壤细菌、真菌、放线菌数量分别为对照的13.23、6.67、21.40倍,耕地中分别为对照的9.27、2.15、2.24倍,可见黄顶菊对非耕地土壤中可培养的细菌、真菌、放线菌数量的影响更为明显;非耕地中黄顶菊根表土壤碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、脲酶、脱氢酶、蔗糖酶的活性分别为对照的19.44、5.39、1.64、1.74、4.62倍,说明细菌非常活跃。耕地中分别为对照的2.26、3.45、1.53、0.95、4.89倍。另外在玉米与黄顶菊互作时,其根表土壤速效氮、磷、钾分别为非互作条件下的63.54%、64.70%、80.71%、,黄顶菊入侵明显降低了玉米根表速效养分。综上,黄顶菊入侵增加了其根系周围可培养土壤微生物数量、土壤酶活性及土壤速效养分含量;降低了附近玉米根表土壤中可培养微生物数量、土壤酶活性和速效养分含量。     

黄顶菊水提液对玉米幼苗株高及叶片生理生化指标的影响

以黄顶菊新鲜植株为材料,用蒸馏水浸提活性物质,得到0.1、0.05和0.01g/mL三种不同干物质含量的黄顶菊水提液.以蒸馏水为对照,利用不同含量的黄顶菊水提液处理无土栽培的玉米幼苗,每4d测定幼苗叶片中MDA(丙二醛)、POD(过氧化物酶)、SOD(超氧化歧化酶)、CAT(过氧化氢酶)和CHL(叶绿素)含量.结果表明,黄顶菊水提液处理对玉米幼苗株高产生了明显的抑制作用,且每个处理与对照相比差异达显著水平(P＜0.05).黄顶菊水提液中含量越高,抑制作用越显著.幼苗叶片中MDA含量、POD、SOD、CAT活性均高于对照,而CHL含量低于对照.研究还发现,不同含量处理和不同处理时间对玉米幼苗MDA含量、抗氧化酶和CHL含量的影响之间存在极显著的交互作用.结果预示黄顶菊水提液能够抑制幼苗生长,含量越大,作用效果越明显,可为进一步研究黄顶菊总体化感提供参考.     

不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及其预测评价

以南粳44和两优培九两个水稻品种为材料,通过盆栽试验,研究了不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及植株各器官镉含量间的定量关系。结果表明,两水稻品种整株、茎、叶和穗各器官镉含量均随着镉胁迫处理浓度的增加而加大,且茎中含量最高;不同浓度镉污染胁迫下的水稻冠层反射光谱曲线在可见光红光波段也存在差异,随着镉处理浓度增大,光谱曲线反射值降低,去除包络线后归一化深度加大,红边位置在两个品种中有不同程度的红移。通过构建植被指数NDVI（x）与水稻器官中镉含量的多种关系模型,比较了模型预测的显著性,分别构建了适用于两个水稻品种各器官的镉胁迫遥感监测的预测模型,南粳44分别为y整珠=86．207x2-56．633x＋9．7361,y茎=157．65x2-101．89x＋17．317,y叶=21．619x2-14．192x＋2．5283以及y穗_4．701lzz_1．4549x＋0．1628;两优培九分别为y茎=41．495x2-29．34x＋5．1829,y茎=53．364x2-36．778x＋6．3612,y叶=22．981x^2-15．768x＋2．7588,y茎=36．347x^2-25．477x＋4．4473。进而说明,地面高光谱遥感对水稻重金属镉污染及其胁迫水平有较好的响应,可通过水稻冠层光谱的差异性分析,实现水稻镉污染的快速、无损伤探测。     

镉胁迫对玉米光合特性的影响

在模拟光条件下,通过盆栽试验研究了外源镉胁迫对盆栽玉米光合特性的影响。结果表明,高浓度镉（100 mg·kg^-1）胁迫下玉米叶片叶绿素a、b及总叶绿素c含量明显减少,分别比对照CK下降了65.32%、54.95%、62.57%。镉浓度1、5、15、50 mg·kg^-1处理下叶片的叶绿素含量下降得少,Cha/Chb的比值降低较少。镉浓度15、50、100 mg·kg^-1胁迫下导致玉米叶片光合速率下降,光补偿点提高,光饱和点和表观量子效率降低,暗呼吸速率升高,较低浓度镉胁迫（1、5 mg·kg^-1）则提高光补偿点、光饱和点和表观量子效率,降低暗呼吸速率。     

重离子辐射诱导水稻DNA甲基化变化的分析

为了研究不同剂量重离子辐射对植物产生的表观遗传学效应规律,采用2种不同的高传能线密度和不同剂量(0、0.2、2Gy)的12C6+放射流辐照干燥的水稻种子,分别选取辐射水稻三叶期及分蘖期的叶片,通过甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)进行CCGG位点的甲基化状态分析。结果表明,重离子辐射,尤其是高剂量的辐射明显造成水稻DNA甲基化的多态性水平的变化,其中DNA去甲基化的多态性水平明显高于DNA甲基化的多态性水平,且DNA甲基化位点更倾向于CNG。此外,利用全基因组甲基化测序进一步验证了重离子辐射对水稻DNA甲基化的影响。本研究结果为探讨空间辐射引起水稻表观遗传变化的分子机制提供了重要的理论依据。