小麦茎秆木质素代谢及其与抗倒性的关系

以抗倒性不同的6个小麦品种为材料,观测了茎秆基部第二节间的木质素含量及苯丙氨酸转氨酶(PAL)、酪氨酸解氨酶(TAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和4-香豆酸: CoA连接酶(4CL)活性以及不同时期茎秆抗折力和倒伏指数的变化,探讨木质素含量与抗倒伏能力的关系。不同小麦品种的茎秆木质素含量存在明显差异。茎秆抗折力大、倒伏指数小的品种(济麦20和济麦22),其茎秆木质素含量高,PAL、TAL、CAD和4CL活性强。相关分析表明,茎秆木质素含量与实际倒伏率呈显著负相关(r = -0.83, P<0.05);与抗折力呈显著正相关(r = 0.86, P<0.05);PAL、TAL和CAD活性与木质素含量呈显著正相关(r =0.78, 0.77, 0.85, P<0.05),4CL活性与木质素含量呈不显著正相关(r =0.39, P>0.05)。研究表明,较高的PAL和CAD活性是木质素含量高的酶学基础,茎秆木质素含量可作为小麦品种抗倒伏性评价的一个重要指标。     

化控剂对东北春玉米茎秆理化特性及抗倒伏的影响

通过探讨春玉米茎秆纤维素、半纤维素和木质素含量及木质素合成相关酶活性对不同化控剂的响应, 明确化控剂调控茎秆抗倒伏能力的力学机制, 可为生产上化控剂的合理运用提供理论依据。2015年和2016年在东北农业大学向阳实验实习基地进行大田定位试验, 以玉米品种东农253为材料, 分别于六叶期喷施吨田宝(代号DTB)及DCPTA [2-(3,4-二氯苯氧基)三乙胺]和ETH (2-氯乙基膦酸)复配剂(代号KP), 对照为清水, 完全随机区组排列。分析玉米不同生育时期茎秆抗折力、抗倒伏指数、木质素、纤维素和半纤维素含量及木质素合成关键酶的活性变化对不同化控剂处理的响应。喷施化控剂可显著提高茎秆4-香豆酸: CoA连接酶(4CL)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性, 以及纤维素含量、半纤维素含量、木质素含量、茎秆抗折力和抗倒伏指数, 显著降低实际倒伏率。相关分析表明, 茎秆抗倒伏指数与木质素含量、半纤维素含量呈极显著正相关(相关系数分别是0.67和0.64); 茎秆抗折力与纤维素含量呈极显著正相关(相关系数为0.89); 木质素含量与CAD活性呈极显著正相关(相关系数为0.89), 与4CL活性呈显著正相关(相关系数为0.51), 而与苯丙氨酸转氨酶(PAL)和酪氨酸解氨酶(TAL)活性均没有显著相关性。六叶期喷施化控剂通过提高茎秆木质素合成相关酶的活性(特别是CAD和4CL的活性), 改善茎秆纤维品质性状, 显著增强了春玉米茎秆的抗倒伏能力。     

套作大豆苗期抗倒伏性评价方法研究

在玉米大豆套作模式中,苗期倒伏严重影响大豆产量。为建立套作大豆苗期抗倒伏性评价方法,本研究以30个大豆品种(品系)为材料,对抗倒评价指标和方法进行筛选。结果表明,在套作下,供试的30个大豆材料在播种后35 d,即发生不同程度的倒伏,倒伏率38.46%~86.23%,品种间差异显著;通常用于评价净作大豆抗倒性的重力矩与套作大豆苗期实际倒伏率相关性不显著,不能用于评价其抗倒能力;而由植株主茎长、茎粗、茎秆抗折力和地上部生物量4个因子组成的抗倒伏指数[(茎秆抗折力×茎粗)/(地上部干重×主茎长)],与套作大豆苗期实际倒伏率相关系数最大(r=-0.946),能够准确反映其抗倒性差异,适合于评价套作大豆苗期的抗倒伏能力。通径分析结果表明,以上组成因子对抗倒伏指数作用由大到小(绝对值)依次为抗折力主茎长地上部干重茎粗,说明要提高套作大豆的抗倒性,应该首选茎秆强度大、主茎短的大豆品种。本研究为套作大豆的苗期抗性评价提供了有效方法,对大豆抗倒伏育种以及评价品种间的抗倒性具有指导意义。     

茎秆特性和木质素合成与青稞抗倒伏关系

倒伏是影响青稞品质和产量的主要因子之一,开展抗倒伏机制研究对抗倒伏品种选育意义重大。以青稞品种昆仑14号、昆仑16号和藏2972为抗倒伏材料,门源亮蓝、北青6号和化隆红青稞为倒伏材料,通过茎秆特性、茎秆中纤维素和木质素含量及其合成相关酶活性的研究,探讨茎秆特性与木质素合成同青稞抗倒性之间的关系。结果表明,相比于倒伏品种,抗倒伏品种的茎较短,茎秆中酪氨酸解氨酶(TAL)、苯丙氨酸转氨酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)活性升高,使茎秆内积累较多的木质素,增大了茎秆抗折力,进而增强青稞抗倒伏能力。     

施氮期对小麦茎秆木质素合成的影响及其抗倒伏生理机制

为明确氮肥施用模式对小麦茎秆木质素合成与积累及抗倒伏能力的影响,2011-2012和2012-2013生长季,选用济麦22 (抗倒伏)和山农16 (不抗倒伏)品种,分析不同生育期追施氮肥处理的茎秆木质素含量和木质素合成相关酶活性,及其与抗倒伏指数和产量的关系。各处理总施氮量为240 kg hm⁻²,其中80 kg hm⁻²播前基施,其余氮肥按4种模式追施,分别是起身期和孕穗期各一半(N1)、拔节期全施(N2)、拔节期和开花期各一半(N3)和孕穗期全施(N4)。与N2和N3处理相比,N1和N4处理的茎秆木质素含量高,茎秆抗折力大,茎秆抗倒能力强。各处理对木质素合成关键酶活性有显著影响,其中N1的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、酪氨酸解氨酶(TAL)和过氧化物酶(POD)活性较高;N2处理第2节间形成后0~7 d时PAL、TAL和POD活性显著高于其他处理,但第2节间形成后21 d时迅速下降;N3处理第2节间形成后0~21 d时PAL、TAL和POD活性低,但开花期(21 d)追氮延缓了3种酶活性的降低;N4处理显著提高了第2节间形成14 d后的酶活性。在乳熟期和蜡熟期,两品种的基部茎秆抗折力和抗倒伏指数均以N1和N4处理显著优于其他处理,并且N1和N4处理的籽粒产量也显著高于其他处理。试验结果表明,孕穗期追肥的N1和N4处理有助于提高茎秆中PAL、TAL、POD活性及木质素含量,提高小麦茎秆的机械强度及抗倒伏能力,降低小麦倒伏面积和倒伏程度。     

荞麦茎秆解剖结构和木质素代谢及其与抗倒性的关系

以抗倒伏能力不同的4个荞麦品种研究表明,荞麦茎秆抗倒伏能力与茎秆解剖结构和木质素代谢密切相关。倒伏率与茎秆抗折力参数(r = –0.907, P < 0.01)、木质素含量(r = –0.844, P < 0.01)、机械组织厚度(r = –0.881, P < 0.01)、茎壁厚度(r = –0.947, P < 0.01)、维管束面积(r = –0.846, P < 0.01)、机械组织层数(r = –0.806, P < 0.05)和大维管束数目(r = –0.709, P < 0.05)呈显著负相关,而与倒伏指数(r = 0.842, P < 0.01)呈显著正相关。木质素含量与苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(r = 0.984, P < 0.01)、4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)活性(r = 0.927, P < 0.01)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性(r = 0.862, P < 0.01)呈显著正相关。茎秆木质素含量、机械组织层数、机械组织厚度、茎壁厚度、大维管束数目和维管束面积可以作为荞麦茎秆抗倒伏能力的重要评价指标。茎秆木质素含量高、机械组织层数多、机械组织和茎壁厚、大维管束数目多且维管束面积大的荞麦品种,其茎秆抗折力参数大、倒伏指数小、抗倒伏能力强。     

大豆主茎木质素积累规律分析

为明确大豆节间木质素积累规律,深入理解木质素积累与大豆植株抗倒伏间的关系,进而为调控大豆植株表型和抗倒伏大豆新品种选育提供参考依据,选取具有代表性的有限生长习性品种Charleston,按照20,35株/m² 的2种密度种植桶栽大豆,在2种不同密度下测定主茎的木质素含量,分析Charleston主茎第3节间的细胞伸长区（EZ）和次生细胞壁成熟区（MZ）木质素含量、在木质素合成过程中的4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）、苯丙氨酸转氨酶（PAL）、肉桂酸脱氢酶（CAD）等关键酶活性以及对应基因的表达量。手工切片及分光光度计测定的结果表明,大豆主茎木质素含量由形态学上端向下端逐渐增加。低密度处理主茎中的木质素含量高于高密度。无论是高密度还是低密度处理,单一节间（茎3）木质素含量均为MZ>EZ;低密度处理茎中4CL、PAL、CAD的活性高于高密度处理。2个密度处理下茎中4CL、PAL、CAD活性变化规律较为一致,与基因表达结果相符合。大豆植株主茎中木质素含量受到木质素合成途径中的多种酶调控。木质素合成的关键酶基因多以基因家族形式存在,同一基因家族中的酶基因在同一物种...     

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。     

高粱茎秆性状及倒伏系数的研究

通过对高粱茎秆抗倒伏性状(株高、茎粗、地上部重、根重、重心高度、抗折力及茎秆机械强度)的测定,提出高粱倒伏系数评价方法,通过相关分析及通径分析,得出抗折力与倒伏系数呈极显著负相关,抗折力和地上部重对倒伏系数影响最大,地上部重通过抗折力对倒伏系数的间接作用最大。研究结果表明,利用倒伏系数来评价高梁的抗倒伏能力是可行的。生产中应该选用茎秆抗折力大、粗壮、根系发达的品种。     

甘蓝型油菜抗倒伏性及农艺性状研究

以5个高产优质甘蓝型油菜品种为材料,分析了不同密度下根系及茎秆生物学特性、株型结构、农艺性状及这些性状与抗倒伏性的关系。结果表明,在不同密度下中双9号抗倒伏性强;密度与抗倒伏指数呈极显著负相关(r=-0.944),与倒伏系数呈极显著正相关(r=0.842)。茎秆拉力、根颈粗、根鲜(干)重、茎秆鲜(干)重、重心高度/株高、抗折力、茎壁厚、一次有效分枝数、单株角果数、每角粒数、千粒重、单株产量与抗倒伏指数呈极显著正相关,茎秆拉力、根茎粗、根鲜(干)重、茎秆鲜(干)重、抗折力、一次分枝长度、单株角果数、每角粒数、单株产量等与倒伏系数呈极显著负相关。应将根颈粗、茎秆鲜(干)重、抗折力、重心高度/株高、分枝部位、抗倒伏指数等作为评价油菜品种抗倒伏性的主要指标。     

Effects of uniconazole or gibberellic acid application on the lignin metabolism in relation to lodging resistance of culm in common buckwheat (Fagopyrum esculentum M.)

Lignin plays an important role in increasing the mechanical intensity of culm and improving lodging resistance of culm. In this study, three common buckwheat, Youqiao2 (lodging‐tolerant cultivar; YQ2), Ningqiao1 (middle lodging‐tolerant cultivar; NQ1) and Ukraine daliqiao (lodging‐susceptible cultivar; UD), were used to investigate the effects of spraying exogenous hormones uniconazole (S‐3307) or gibberellic acid (GA3) on lignin metabolism and its relation to lodging resistance in the three common buckwheat cultivars. Results showed that application of S‐3307 significantly increased lignin content and its related enzymes activities of phenylalanine ammonia‐lyase (PAL), 4‐hydroxy cinnamoyl CoA ligase (4CL), cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) and peroxidase (POD). The major genes involved in lignin synthesis, PAL, CCR (cinnamyl CoA reductase), C4H (cinnamate4‐hydroxylase), 4CL and CCoAOMT (caffeoyl CoA O‐methyltransferase), were all upregulated expression, and COMT (catechol‐O‐methyltransferase) was downregulated. What is more, application of S‐3307 significantly improved the resistance of common buckwheat stem to lodging and increased yield. Whereas, spraying with GA3 caused opposite effect on those characteristics. These results suggested that application of exogenous S‐3307 or GA3 significantly changed the risk of lodging occurred by regulating the lignin metabolism in culms of common buckwheat.     

荫蔽胁迫下大豆茎秆形态建成的转录组分析

玉米-大豆套作种植模式是国家农业重点推广技术,研究该模式下大豆茎秆对荫蔽胁迫响应的分子机制将有助于大豆耐荫性的分子遗传改良。利用转录组测序技术分析荫蔽胁迫对南豆12和南032-4大豆茎秆转录基因表达的影响,结果表明,荫蔽条件下,南豆12和南032-4分别有287个和110个差异转录基因,皆以上调为主。基因功能注释分析显示,这些基因主要富集于次生细胞壁的生物起源、多糖的合成、钙调素结合和水解酶活性等生物过程中。荫蔽条件下,南豆12响应木质素、生长素合成的相关基因上调,南032-4响应茉莉酸、乙烯合成的相关基因上调,响应赤霉素代谢的相关基因则下调,但南豆12表现出更多的差异转录基因。大豆茎秆积极响应荫蔽信号,增加茎秆细胞壁多糖,加快次生细胞壁的生成,从而阻碍茎秆横向生长,使大豆茎秆变细,同时增加水解酶活性,加快细胞的松弛,使大豆茎秆伸长。南豆12和南032-4也通过各自特有的差异转录基因响应荫蔽,但南豆12通过更多地增加细胞壁多糖、木质素含量以及对生长素的响应等来增加茎秆强度,保持茎秆一定的形态优势,最终提高自身抗倒伏能力,表现出对荫蔽更强的适应性。     

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。     

Physiological Mechanism of Different Varieties and Potassium Application Amounts on Cotton Resistance to Verticillium Wilt

[Objective] It has theoretical guiding significance for the comprehensive control technology of Verticillium wilt of cotton to explore the effect of potassium nutrition on mechanism of cotton Verticillium wilt resistance under the condition of pathogen stress of Verticillium dahliae. [Method] Three cotton cultivars Jimian 11 (JM-11 as susceptible cultivar), Zhongzhimian 2 (ZZM-2 as control cultivar), Nongda 601 (ND-601 as resistant cultivar) were adopted, and each cultivar had 0, 75, 150, 225, 300 kg· hm－2 potassium levels represented by K0, K75, K150, K225, K300. Two factors split plot experiment was designed under artificial nursery inoculated Verticillium dahlia, to observe disease index of Verticillium wilt, and researched resistance associated substances content and enzyme activity. [Result] (1) The lignin, total phenol contents and POD, PAL activity in leaves or roots of JM-11 were more greatly influenced by Verticillium wilt compared with ZZM-2, ND-601; the crucial disease resistance substances and enzymes were lignin, total phenol and PAL for JM-11, total phenol for ZZM-2 and ND-601. (2) The lignin, total phenol contents and POD, PAL activities of JM-11 were more sensitive to root potassium than ND-601, but weaker than that of ZZM-2. The sensitivity of POD, PAL activities in functional leaves of JM-11 to potassium were more sensitive than ND-601 and ZZM-2. (3) The best effect of potash fertilizer for relieving disease index for JM-11, ZZM-2, ND-601 were 32.5%, 26.4%, 16.5%, and corresponding potassium application amounts were 290.5 kg·hm－2, 253.5 kg·hm－2 and 229.5 kg·hm－2, respectively. [Conclusion] Application of potassium could increase the resistance to Verticillium wilt and reduce the occurrence of cotton Verticillium wilt.