地黄耐连作种质资源的筛选及其可遗传性初探

地黄栽培生产中存在严重的连作障碍。选择耐连作的种质资源是降低地黄连作障碍最经济的方法。通过比较正茬与重茬栽培条件下27份地黄种质的块根鲜重、干重和块根数的差异筛选地黄耐连作种质资源。同时以12个种质资源为父本与栽培品种温85-5(母本)进行杂交,考察不同组合的杂种F1实生苗胚根在连作胁迫下的生长情况,初步分析通过杂交育种改良地黄耐连作能力的可能性。结果表明,两类地黄块根产量在连作下都显著降低,但野生地黄降低幅度相对较低,比栽培地黄耐连作。对12个种质资源的F1实生苗分析结果表明,地上部鲜重、整株鲜重和胚根鲜重受连作影响都显著降低,胚根鲜重受连作影响的程度和父本的耐连作能力大小间不呈正相关关系;6个调查性状的聚类分析表明:F,群体间受连作的影响程度存在差异,分为两类,其中一类包括5份材料,连作下具有较高的胚根鲜重、根长和株高。     

地黄连作障碍机制分析

本研究采用土壤微生物平板分离技术和16S rRNA基因序列分析技术,旨在研究化感细菌与地黄生长的关系,阐明引起地黄连作障碍的原因。从地黄连作1年的土壤中分离到19株细菌,其中2株细菌为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida DH03)和河生肠杆菌(Enterobacter amnigenus DH05);DH03菌株和DH05菌株不侵染地黄叶片,但其代谢产物对地黄叶片及块根有毒害作用,为典型的化感细菌;而地黄块成分对DH03菌株和DH05菌株的生长有促进作用。根据化感细菌与地黄的相互作用,提出了引起地黄连作障碍的化感细菌作用假说,化感细菌的化感作用是引起地黄连作障碍的重要原因之一。     

高温胁迫下甜玉米雌穗发育基因差异表达谱分析

利用数字化基因表达谱技术, 对高温胁迫下优良甜玉米杂交种粤甜13雌穗发育相关基因的表达谱进行分析。结果表明, 在高温胁迫和适温下差异表达基因达949个, 其中有上调表达基因705个, 下调表达基因244个, 上调表达10倍以上的基因108个, 下调表达10倍以上的基因40个。对差异表达基因功能注释分析表明, 它们主要集中在细胞内组分和膜上, 主要具催化活性、结合活性、水解酶活性、氧化还原酶活性等, 参与代谢、细胞结构与功能、胁迫应答、物质运输和生物调节等生物学过程, 推测对雌穗发育过程中籽粒和果穗的形成具有重要作用。这些基因中有一半以上的基因功能未知, 下一步将对其开展克隆和功能方面的分析。     

不同连作年限野生地黄根际土壤微生物群落多样性分析

以野生地黄为试验材料,设置野生地黄头茬土壤、重茬土壤和原茬土壤处理,未种植任何作物为对照,于块根膨大中期采集土样,通过磷脂脂肪酸法(PLFA)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,分析不同连作年限野生地黄的根际微生物生物量和群落结构变化。PLFA分析结果表明,不同处理情况下地黄根际土壤微生物群落结构存在明显差异,与头茬地黄根际土壤相比,重茬地黄土壤微生物总量显著下降,并且细菌/真菌比例下降。T-RFLP分析结果表明,不同连作年限地黄根际土壤细菌群落结构存在一定差异,野生状态地黄土壤和头茬土壤菌群较为相似,变形菌门和厚壁菌门占据优势地位。野生状态地黄和头茬地黄根际富含Bacillus、Pseudomonas等有益生防菌,而重茬地黄根际土壤滋生大量病原菌如Clostridium sp.、Flexibacter polymorphus和Clostridium ghoni,有益菌群和纤维素降解菌群减少,q RT-PCR定量分析也显示,野生状态地黄和头茬地黄土壤中假单胞菌数量都显著高于重茬地黄土壤。总之,野生地黄存在连作障碍问题,导致野生地黄根际有益菌数量减少而病原菌大量滋生,从而降低了野生地黄抵御病害的能力,使重茬野生地黄生长发育差,产量大幅降低。     

低温胁迫对水稻苗期根系影响的蛋白质组学研究

为了从蛋白质水平揭示水稻苗期响应低温胁迫的分子机理,以耐冷性强的东乡野生稻和冷敏感品种中嘉早17为材料,于5℃低温处理0,1,2,3 d后分别测定根系活力、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量等生理指标。随后利用iTRAQ技术对5℃低温处理3 d后水稻幼苗的根系差异蛋白质组进行分析。通过生理指标分析,5℃低温处理影响东乡野生稻和中嘉早17的根系生理指标,且在低温处理第3天,两者已出现明显差异。通过差异蛋白质组学分析,与常温(25℃)相比,东乡野生稻经低温处理后共鉴定到167个差异蛋白,其中,上调表达蛋白61个,下调表达蛋白106个;中嘉早17经低温处理后共鉴定到261个差异表达蛋白,其中,上调表达蛋白122个,下调表达蛋白139个。通过GO功能分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、细胞和单机体过程,主要涉及细胞及细胞成分,主要起着结合和催化作用。通过KEGG分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、次级代谢产物合成和碳代谢等代谢通路。通过对东乡野生稻和中嘉早17中均发生差异表达的29个蛋白质的进一步分析,了解到两者受低温危害后根系部分蛋白质的表达动态。本研究鉴定到的差异表达蛋白质为进一步阐述水稻耐冷机理及耐冷基因的挖掘提供理论依据。     

木薯块根有色体分离及其蛋白质组学的研究

木薯(Manihot esculenta Crantz)块根有色体是类胡萝卜素贮藏和调控多种生理生化过程的场所。本研究发现Percoll密度梯度离心法最适合于木薯块根有色体的提取,利用光学显微镜观察发现40%~50%Percoll梯度层富含完整有色体,Western blot分析显示该层的线粒体标志酶Vdac1杂交信号较低,而质体标志酶Rbc L杂交信号最高,并以此确定木薯块根有色体的分离方法。利用蛋白质组学方法显示SC9块根有色体存在34个差异蛋白质,其中上调表达17个,下调表达17个;涉及碳代谢及能量代谢相关蛋白所占比例最高。STRING蛋白质互作网络显示,Enolase 2与Elongation Factor互作关系最多,是整个互作网络的核心蛋白质。q RT-PCR定量分析显示Enolase 2在高类胡萝卜素的蛋黄木薯SC9的表达水平显著高于低类胡萝卜素品种SC6068。推测其可能是影响SC9与SC6068类胡萝卜素差异的主要蛋白质之一。     

水分胁迫条件下"洛旱2号"小麦根系的基因表达谱

为探讨小麦水分胁迫反应的分子调控机制，以抗旱小麦品种“洛旱2号”根系为材料，采用Affymetrix小麦基因芯片比较了20％PEG6000溶液处理后根系及对照的基因表达谱。结果表明，洛旱2号根系中受水分胁迫诱导而上调和下调表达的基因分别有3743个（4074个探针组）和4573个（5043个探针组），下调表达的基因远远多于上调表达的基因，其中上调2倍以上的1593个（1716个探针组），下调2倍以上的2238个（2451个探针组）。通过Affymetrix的NetAffx Analysis Center查询和NCBI的BLASTx分析，差异表达2倍以上的基因中有619个已注释了功能，利用MIPS数据库将注释基因分为10类，包括生物代谢、逆境胁迫反应、细胞组分生成、蛋白合成、细胞信号交流、细胞运输、转录相关、细胞分裂和蛋白质加工等。差异表达16倍以上的基因中有32个已注释了功能，其中与逆境胁迫反应相关的基因16个，与生物代谢相关的基因5个。利用实时定量RT-PCR对8个代表性候选基因在水分胁迫条件下的差异表达特性分析表明，其结果和芯片杂交分析的结果基本一致。     

水分胁迫条件下“洛旱2号”小麦根系的基因表达谱

为探讨小麦水分胁迫反应的分子调控机制,以抗旱小麦品种“洛旱2号”根系为材料,采用Affymetrix小麦基因芯片比较了20% PEG6000溶液处理后根系及对照的基因表达谱。结果表明,洛旱2号根系中受水分胁迫诱导而上调和下调表达的基因分别有3 743个(4 074个探针组)和4 573个(5 043个探针组),下调表达的基因远远多于上调表达的基因,其中上调2倍以上的1 593个(1 716个探针组),下调2倍以上的2 238个(2 451个探针组)。通过Affymetrix 的NetAffx Analysis Center查询和NCBI的BLASTX分析,差异表达2倍以上的基因中有619个已注释了功能,利用MIPS数据库将注释基因分为10类,包括生物代谢、逆境胁迫反应、细胞组分生成、蛋白合成、细胞信号交流、细胞运输、转录相关、细胞分裂和蛋白质加工等。差异表达16倍以上的基因中有32个已注释了功能,其中与逆境胁迫反应相关的基因16个,与生物代谢相关的基因5个。利用实时定量RT-PCR对8个代表性候选基因在水分胁迫条件下的差异表达特性分析表明,其结果和芯片杂交分析的结果基本一致。     

玉米响应渗透胁迫的数字基因表达谱分析

以玉米种质POB21为材料, 利用数字基因表达谱技术对15% PEG渗透胁迫处理后的玉米叶片cDNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明, 转录组基因序列与参考基因组高度一致, 基因表达呈现出高度不均一性和部分冗余性。从中筛选出1097个有效差异表达基因, 其中795个表达上调, 302个表达下调。GO功能显著性富集分析表明, 3种细胞组分和分子功能中的3种糖基转移酶活性表现为富集。KEGG代谢分析表明差异表达基因广泛涉及糖、蛋白、核酸和脂类等生物大分子代谢、次生代谢、激素代谢以及能量代谢过程。脯氨酸代谢相关基因的差异表达分析表明, 谷氨酸途径是胁迫诱导脯氨酸积累的主要方式。表达谱分析结果为玉米渗透胁迫响应分子机制的深入研究和功能基因的筛选奠定了基础。     

低温胁迫下马铃薯的数字基因表达谱分析

以马铃薯品种合作88为材料,利用数字基因表达谱(DGE)技术,对–2℃低温胁迫处理后的马铃薯叶片c DNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明,有28 505个基因受低温胁迫诱导差异表达,其中上调表达基因13 703个,下调表达基因14 802个。GO功能显著性富集分析表明,DEGs主要涉及信号生物代谢过程、氧化还原过程、能量代谢、次生代谢过程以及催化活性。KEGG富集分析表明,上调表达基因主要富集于苯丙烷、光合作用天线蛋白、类胡萝卜素的生物合成、苯丙氨酸代谢及淀粉与蔗糖代谢途径,而下调表达基因主要富集于植物激素信号转导途径。利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)验证4个DEGs在低温胁迫条件下的差异表达,其结果与DGE分析结果基本一致,证实了DGE测序结果的可靠性。     

棉花幼苗根系响应NaCl胁迫的差异蛋白组学分析

为了探讨盐胁迫对棉花幼苗根系蛋白表达谱的影响,丰富棉花在分子水平上应对盐胁迫的机理,本研究对盐胁迫下棉花幼苗根系进行差异蛋白组学分析。试验利用1%NaCl模拟盐胁迫,对陆地棉品种‘中棉69’进行72 h处理,利用磷酸盐缓冲液研磨后再用月桂酸辅助三氯醋酸沉淀的方法获得棉花幼苗根系蛋白样品,并进行双向电泳分离,获得了分辨率较高、背景清晰的差异蛋白表达图谱。图谱分析显示,共有36个棉花幼苗根系蛋白点响应盐胁迫,其中16个表达量显著上调,20个表达量显著下调。对其中的10个表达差异的蛋白进行了质谱分析和同源蛋白鉴定,结果显示它们分别为抗坏血酸过氧化物酶、烯醇化酶、谷胱甘肽-S-转移酶、醌氧化还原酶、膜联蛋白AnxGb3、叶绿体Rubiso大亚基蛋白结合α亚基、P23蛋白、果糖激酶、乙醇脱氢酶、腺嘌呤磷酸转移酶1亚型1。本研究结果显示盐胁迫下有部分棉花幼苗根系蛋白显示显著差异表达,表明这些蛋白可能参与棉花抗（耐）盐的信号、代谢途径中。     

玉米马铃薯间作对根际微生物群落结构和多样性的影响

设置3个种植处理(玉米单作、马铃薯单作和玉米马铃薯间作),通过田间试验和盆栽试验,采用Biolog技术分析了玉米马铃薯根际微生物的群落结构和功能多样性的变化情况。结果表明,与单作相比,间作处理使玉米和马铃薯根际微生物对31种碳源的平均利用率(AWCD)分别增加17.36%、7.38%和3.76%、32.21%,其中间作马铃薯的AWCD值最高,单作玉米最低。间作玉米和间作马铃薯根际微生物群落的Shannon指数(H)、Simpson指数(D)、均匀度指数(E)、丰富度指数(S)均高于单作,但在间作和单作之间差异不显著。根际微生物对6类碳源的利用强度以糖类、羧酸类和氨基酸最高,并存在一定的差异。主成分和聚类分析表明,玉米与马铃薯间作改变了根际微生物的群落组成,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分单间作处理差异的敏感碳源。说明玉米马铃薯间作改变了根际微生物群落结构组成,提高了根际微生物群落功能多样性。     

短季棉叶片早衰的比较蛋白质组学研究

选取短季棉品种中棉所10号为研究材料,在棉花叶片衰老过程中,分别取30 d,40 d和50 d时的叶片进行叶片全蛋白的提取,利用双向电泳技术分析叶片衰老过程中的差异蛋白。考马斯亮蓝染色、扫描得到双向电泳图谱后,利用软件ImageMaster 2D Platinum 7.0分析差异蛋白。结果表明,在这3个时期里,共有33个蛋白点表达水平显著变化;对选取的差异蛋白点进行MALDI-TOF-TOF质谱鉴定,最终成功鉴定其中12个蛋白点。蛋白质组学分析表明衰老过程中:参与病虫害防御反应的蛋白6个显著下调表达,1个上调表达;参与光合作用的蛋白2个上调表达,1个下调表达;参与信号转导的2个蛋白均下调表达。     

化感水稻PI312777响应低磷胁迫的差异蛋白质组学分析

为研究水稻响应低磷的分子机理,本研究以化感水稻PI312777为材料,应用差异蛋白质组学方法分析化感水稻PI312777根部响应低磷蛋白质组变化趋势,共鉴定11个差异蛋白质点,共分为3类：第1类,与信号转导相关蛋白质—细胞色素B5、受体激酶;第2类,与生长相关蛋白质—推定叶绿体SPR接受子、CDC2蛋白激酶、生长素转运蛋白、脯氨酸富集蛋白家族;第3类,与化感物质代谢相关蛋白质—推定水杨酸羧基转甲基酶、推定4-香豆酸辅酶A连接酶、推定细胞色素P450、苯丙氨酸解氨酶、角鲨烯单氧化酶。其中除细胞色素B5和角鲨烯单氧化酶表达丰度下调,其余蛋白质表达丰度均上调。     

春马铃薯间套两茬燕麦生产研究

为研究农业中,粮食生产与牧草发展争地矛盾的实际问题,本论文利用马铃薯和燕麦为实验材料设置了三个处理：马铃薯净作、燕麦净作和马铃薯燕麦间作。结果表明：马铃薯和燕麦间作有利于马铃薯出苗和前期营养生长;马铃薯间套两茬燕麦的经济产量达43450.4kghm-2,比净作马铃薯增加经济产量28.07%;但间作显著降低了马铃薯块茎产量和商品薯率,间作马铃薯块茎产量仅是净作的32.38%。本研究结果初步表明：马铃薯间套两茬燕麦,一茬收获籽实,一茬收割牧草,这种缓解粮食与牧草生产争地矛盾的粮草间作模式是可行的。     

Non-destructive Limits to Seed Growth and Leaf Protease Activities in Nodulating and Non-nodulating Soybean Isolines

Leaf senescence leads to a progressive decline in the photosynthetic competence of the leaf. This paper describes some effects of source:sink imbalance on leaf protein catabolism and senescence in soybean. We manipulated pod growth by restricting 100 or 50 % (PR-100 or PR-50, respectively) of young pods at the R4 stage in plastic drinking straws. This effectively reduces final seed mass without interrupting the vascular connections of pods. Nodulating (NOD+) and non-nodulating (NOD−) isolines of the 'Clay' soybean were grown in drainage lysimeters and three pod-restriction (PR) treatments were compared. Pod restriction decreased seed biomass per plant as a result of lower individual seed mass, which was only partially balanced by the increase in seed number. The nitrogen concentration in seeds remained unchanged in NOD+ plants, while it increased with the degree of sink restriction in seeds of NOD− plants. Leaf soluble protein, CO₂ exchange rate and seed nitrogen content were consistently lower in NOD− plants; the leaf protein level remained stable with time in PR-100 plants, decreased for PR-50 and dropped for controls. Endoprotease (HBase) and carboxypeptidase (CPase) activities were significantly lower in leaves from PR-100 plants, while aminopeptidase activity was enhanced, indicating a de novo synthesis of leaf protein. This is consistent with the reported accumulation of vegetative storage proteins (VSPs) in soybean and other legumes after moderate or severe sink reduction. Thus, small modifications of the source:sink ratio such as those obtained by the non-destructive PR technique have an impact on leaf protein catabolism. Nodulating and non-nodulating soybean isolines showed similar responses to PR in terms of leaf senescence initiation and progression, but the rate of the processes appear to be largely influenced by plant N status.     

水稻品种“佳辐占”应答细菌性条斑病病原菌侵染的蛋白质组学分析

运用双向电泳分析高抗水稻品种“佳辐占”受强毒力细菌性条斑病病原菌侵染2 d后的叶片蛋白质组变化,共发现38个蛋白质发生差异表达,其中32个上调,5个下调,1个新增。用MALDI-TOF-MS分析和数据库检索鉴定出其中的33个差异表达蛋白质,并将它们分为4个功能类群,即信号转导相关蛋白、防卫相关蛋白、代谢相关蛋白和蛋白质稳定相关蛋白。这些蛋白分别参与了信号识别、信号传递、抗氧化、糖代谢、细胞壁加固、植保素合成等抗病生理反应。研究表明,水稻对细菌性条斑病病原菌的侵染存在着一个复杂的抗病信号应答和代谢调控网络,其作用机理可以通过差异表达的蛋白质（酶）反映出来,其中差异表达的8个R蛋白和3个PR蛋白可能与水稻对细菌性条斑病的抗病性密切相关。本研究为进一步揭示水稻对细菌性条斑病的抗性机理及相关抗病基因的功能克隆提供了依据。     

地黄栽培种与野生种内源激素含量的差异

块根的发育和形成与植物内源激素密切相关。本研究测定地黄2个栽培种和2个野生种在生长发育过程中内源激素含量表明,地黄叶片中IAA、ZR和ABA含量变化均呈单峰曲线,即在拉线期及快速增长期逐渐升高,之后逐渐降低,但各生育期栽培种叶片中IAA、ZR和ABA含量均高于野生种;栽培种与野生种块根中IAA和ZR含量变化规律明显不同,在拉线期与快速增长期,栽培种迅速上升,而后逐渐降低,而在整个生长期野生种变化不明显;整个生育期参试品种叶片中GA含量变化不大,栽培种在快速增长期根中GA、ABA的含量迅速上升,而野生种变化不明显。从上述变化规律来看,地黄块根的形成与发育是多种内源激素协同作用的结果。IAA和ZR是块根起始分化关键激素,决定了块根的形成,GA、ABA在地黄块根的发育与膨大中起了更重要的作用。     

AM真菌对植物防御性蛋白的影响

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是一类普遍的内生菌根真菌,能够与大多数陆生植物的根系形成共生菌根。大量的研究表明,AM真菌能够通过诱导植物体产生一些防御性蛋白,并且提高植物叶片及根系的抗氧化酶活力来增强植物的抗逆性、抗病性,与此同时也能促进植株生长,调节菌根根际土壤的理化环境和营养环境。为了系统了解AM真菌在农业生产上提高植物抗病性、抗逆性和促进植物生长发育的机制,本文归纳了近年来国内外关于AM真菌与植物共生能够促使植物产生防御性蛋白[如可溶性蛋白、病程相关蛋白（Pathogenesis related protein,PR-蛋白）]的机理及其提高防御酶活性等的最新研究进展,并分别概述了在生物胁迫、非生物胁迫和自然生长三种环境下,植物体的相关防御性蛋白和防御性酶活力受AM真菌的影响状况。最后指出AM真菌-根系共生蛋白在农业生产应用中的发展前景并对其进行了展望。