低叶绿素b水稻叶片自然衰老过程中光合作用与叶绿素荧光参数的变化

以水稻低叶绿素b突变体及其野生型(镇恢249)第5叶为材料,研究了水稻叶片自然衰老过程中净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数、Rubisco相对含量的变化.结果表明,叶片全展后随着衰老进程,突变体与野生型的Pn、叶绿素荧光参数以及Rubisco大小亚基相对含量都呈下降趋势.低叶绿素b突变体的净光合速率高于野生型且下降慢于野生型,但是二者叶绿素荧光参数之间差异不显著,而野生型Rubisco相对含量下降较突变体快,因此低叶绿素b对水稻第5叶衰老和Pn的影响主要表现在碳同化阶段.     

番茄转录因子SlNAC29在调控植株衰老中的作用及机理

【背景】番茄（Solanum lycopersicum）作为连续发芽分化和坐果的重要园艺作物,早衰是限制其生长期长短、产量和品质的重要因素。NAC（NAM、ATAF1/2和CUC2）转录因子家族参与调控拟南芥、水稻等多种植物衰老进程,但在番茄中的研究尚不深入。目前已知,SlNAP2（NAC-like, activated by apetala3/pistillata）参与番茄植株衰老进程。【目的】SlNAC29为SlNAP2的同源基因,对其在番茄植株衰老中的功能及调控机制进行研究,以期为园艺栽培中番茄的衰老调控及种质创新提供科学依据。【方法】以野生型番茄（Condine Red,CR）为背景,采用qRT-PCR技术明确SlNAC29在不同衰老阶段叶片中的相对表达量,并分别利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因过表达技术构建Slnac29纯合突变体及OE: SlNAC29稳定过表达植株。在此基础上,在自然生长状态下和黑暗处理诱导衰老条件下,对野生型、Slnac29突变体和OE:SlNAC29过表达植株的生长、叶绿素含量、光合作用、叶片衰老和叶绿素降解相关基因的相对表达量等参数进行分析,明确SlNAC29转录因子在调控番茄植株衰老中的生物学功能;进一步利用聚类热图分析过表达植株OE: SlNAC29中29个衰老相关基因、叶绿素降解基因以及ABA合成/信号转导相关基因的相对表达量。并选取在黑暗诱导衰老条件下不同株系植株中表达差异明显的4个基因进行凝胶迁移阻滞分析（electrophoretic mobility shift analysis,EMSA）,以鉴定SlNAC29直接转录调控的靶标基因及其与衰老调控的关系。【结果】SlNAC29在初老叶和衰老叶片中的相对表达量较嫩叶和成熟叶显著上升。自然生长状态下,突变体材料Slnac29与野生型长势以及光合速率无明显差异,而过表达材料OE: SlNAC29株高则显著低于野生型植株,叶绿素含量和光合速率分别是野生型植株的25%和50%。在黑暗诱导衰老的条件下,野生型植株叶片明显变黄,叶绿素含量显著下降。Slnac29突变缓解了叶片衰老程度,叶片无明显变黄,叶绿素含量是野生型的3倍,衰老相关基因（senescence-associated genes,SAGs）和叶绿素降解基因的表达量均较低。OE: SlNAC29则相反,叶片衰老程度比野生型和Slnac29突变体均明显严重。基因聚类分析表明多个衰老相关基因和叶绿素降解基因在OE: SlNAC29植株中显著上调表达。EMSA鉴定到SlNAC29能够直接与衰老相关基因家族SAGs成员SlAGT1（Glyoxylate aminotransferase）启动子绑定,且SlAGT1在OE: SlNAC29中的相对表达量较野生型和Slnac29突变体显著增加。【结论】转录因子SlNAC29调控番茄植株的衰老,促进番茄叶片在黑暗诱导条件下的衰老进程。SlNAC29直接绑定衰老相关基因SlAGT1启动子区域调控其转录表达。     

拟南芥跨液泡膜磷转运蛋白基因突变体的初步筛选

观察分析了拟南芥的编码转运蛋白和其相关基因,构建了T-DNA突变体。利用野生型拟南芥和构建的T-DNA突变体拟南芥在形态学上的差别,发现了一株可能新的耐磷突变体。通过对野生型拟南芥和磷饥饿突变体的对比分析,可以为植物在耐磷方面的研究提供重要的线索。     

拟南芥SGR2基因参与叶绿素降解和衰老过程

[目的]研究拟南芥SGR2基因参与叶绿素降解和衰老过程。[方法]购得SGR2(stay green rice,水稻滞绿基因)基因的T-DNA插入突变体,并进行叶绿素荧光分析、叶绿素含量和可溶性总糖测定、qRT-PCR等试验以及生物信息学分析。[结果]突变体叶绿素a含量较WT(colo-0野生型)降低;可溶性糖含量高于WT;RBCS(Rubisco,核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的小亚基)和CAB(Chl a binding protein,叶绿素a结合蛋白)基因表达下调。而突变体开花明显比野生型延迟。[结论]证明了SGR2基因参与了拟南芥叶绿素降解和衰老过程。     

拟南芥二氧化碳突变体生理特性的分析

[目的]对2个已获得的拟南芥突变体：二氧化碳敏感突变体（cds1）和二氧化碳不敏感突变体（cdi1）进行一些生理特性分析,寻找它们同野生型之间的差异表型。[方法]利用表皮条生物学试验方法对拟南芥野生型和突变体叶片进行气孔开度、气孔密度和叶片失水率测定,同时采用培养基中添加脱落酸（ABA）、甘露醇（Man）和NaC l作为胁迫处理测定种子萌发率。[结果]2个突变体气孔密度同野生型基本一致,而气孔开度和叶片失水率则有明显差异。此外,种子萌发试验也表明cdi1对外源ABA、甘露醇和NaC l不敏感,而cds1则刚好相反。[结论]2个突变体同野生型之间生理特性存在一定的差异。     

硝酸还原酶介导的一氧化氮对植物铝胁迫耐受性的增强作用

以拟南芥野生型、一氧化氮(NO)产生途径相关突变体Atnoa1(NO合成酶缺失突变体)和nialnia2(硝酸还原酶缺失突变体)为材料,研究铝毒害对拟南芥野生型、Atnoa1和nialnia2的影响。试验结果显示,不同浓度(0~200μmol/L)Al Cl3处理抑制了拟南芥中根的生长,野生型和Atnoa1突变体表现出一致的抑制趋势,而nialnia2突变体中根生长的抑制程度更严重。进一步的结果显示,Al Cl3处理增加了拟南芥中丙二醛和活性氧(H2O2和O-2·)含量,野生型和Atnoa1突变体表现出一致的增加趋势,而nialnia2突变体中丙二醛和活性氧含量增加幅度更大;此外,Al Cl3处理显著增加了拟南芥中还原型抗坏血酸(As A)和谷胱甘肽(GSH)的含量,野生型和Atnoa1突变体表现出一致的增加趋势,而nialnia2突变体中As A和GH含量增加幅度最小。这些结果表明,硝酸还原酶途径介导的NO在增强植物抗铝毒害过程中起着重要的作用。     

拟南芥PPRs基因与莲座叶衰老之间的关系

研究了拟南芥中一个PPR(称PPRs)基因与莲座叶片衰老之间的关系.实时定量PCR分析发现这个基因在生长7周的拟南芥各种组织中几乎都有表达,在莲座叶、花序和角果中的表达较高,在莲座叶中的表达随植株的生长和衰老进程呈不断下降的趋势.体外衰老相关因素处理试验结果显示,在4周的莲座叶中因进行离体处理,叶片衰老的程序提前启动,PPRs基因的表达降至6周时叶片中的水平,而茉莉酸,冷、热和干旱处理则延缓了PPRs表达水平的降低.通过鉴定获得PPRs的超表达和反义抑制转基因植株,并对植株的莲座叶衰老表型进行观察,发现超表达和反义抑制植株叶片的衰老进程与野生型相比并无太大差别,但在茉莉酸处理后PPRs超表达植株表现出延迟衰老的表型.在超表达植株中检测一些与叶片衰老相关基因的表达,发现与野生型相比有些基因的表达出现明显变化.以上结果表明这个PPRs基因在拟南芥中可能在某种程度上参与了一些外源因素诱导下加速生长期拟南芥莲座叶片衰老进程的负调节.     

缺磷抑制拟南芥对镉的吸收

以野生型拟南芥Col-0和铁转运蛋白缺失突变体irt1为试验材料,设置缺磷无镉处理(-P-Cd)、缺磷加镉处理(-P+Cd)、正常供磷无镉处理(+P-Cd)和正常供磷加镉处理(+P+Cd),研究缺磷对拟南芥镉吸收的影响。结果表明:40 μmol·L^-1 镉处理条件下,与正常供磷相比,缺磷处理显著提高了Col-0拟南芥叶片的叶绿素相对含量和植株干质量,缓解了镉对拟南芥Col-0的毒害;缺磷处理降低了Col-0植株体内的镉含量,并抑制了根中铁转运蛋白基因IRT1的表达;在irt1突变体中,缺磷处理虽然也降低了植株体内的镉含量,但降低幅度显著低于Col-0植株。因此,推测IRT1基因在缺磷抑制拟南芥对镉的吸收、缓解镉毒害中起作用。     

蔗糖对拟南芥根系偏斜角度的影响

本文以野生型拟南芥Col-0及NRT1.1突变体nrt1.1-1和chl1-5为材料,通过在培养基中添加不同浓度的蔗糖,研究了蔗糖对拟南芥根系偏斜程度的影响.结果表明,0,3％蔗糖处理野生型与突变体拟南芥的根系偏斜角度有显著性差异,突变体根系偏斜角度分别是野生型的1.34-1.80倍(nrt1.1-1)和1.71-2....     

一个新的拟南芥磷饥饿反应突变体筛选体系

磷是植物必需的一种大量营养元素。农作物的产量经常因磷饥饿而受损。研究植物在磷饥饿 条件下所发生的变化,有利于以后运用基因工程的手段培育耐低磷农作物。将野生型拟南芥与磷饥 饿反应突变体进行对比研究,能够为植物对磷饥饿反应的研究提供重要线索。筛选植物对磷饥饿反 应突变体,筛选方法是非常重要的。野生型拟南芥在供磷正常的培养基上竖直培养时主根向下,同时 呈较大幅度的弯曲。在磷饥饿的培养基上主根则几乎是垂直向下的,而且主根相对较为短小。利用这 种现象,在供磷正常的培养基上种植的拟南芥植株中发现了一株可能的新的磷饥饿反应突变体。     

拟南芥TUA2参与ABA胁迫下的种子萌发过程

【目的】利用反向遗传学研究拟南芥TUA2与ABA途径相关基因的相互关系以及对种子萌发的影响。【方法】采用PCR、Tail PCR和RT-PCR技术对来自ABRC的T-DNA插入TUA2突变体进行插入位点的鉴定和转录活性的分析;利用转基因技术获得TUA2超表达植株;检测了含不同浓度ABA的MS培养基中各突变体和TUA2超表达植株的种子萌发;通过RT-PCR检测了突变体中ABA途径相关基因HAB、ABI1、RD22和P5CS的表达变化。【结果】突变体tua2-1和tua2-2的T-DNA插入位点均位于TUA2的启动子区,且二者的TUA2表达量均升高。在含有ABA（0.8 μmol•L-1）的MS培养基中,突变体和转基因等5个株系的种子萌发延迟,播种第5天萌发率在6%-18%,相同条件下的野生型种子萌发率为76%;ABI1和HAB在TUA2超表达体中的表达明显低于野生型,受ABA诱导后被诱导表达的程度也远低于野生型。【结论】TUA2可能参与了ABA信号途径对种子萌发过程的调节。     

超表达杨树SBPase基因促进拟南芥光合作用及营养生长

目的卡尔文循环是植物光合作用中极为重要的生理过程,对植物的生长发育具有显著影响。前期研究表明,高光合速率的速生欧美杨的景天庚酮糖-1, 7-二磷酸酯酶(SBPase)基因表达水平在速生期显著上调,预示该基因在光合碳固定过程中可能起着关键作用。方法为进一步解析SBPase在木本植物光合速率和生长发育中的作用,本文从速生欧美杨品系NE19中克隆得到了PdSBPase基因,并构建35S:PdSBP:GFP表达载体,采用农杆菌花序侵染法转化拟南芥,通过抗生素筛选,PCR鉴定和组织定位等多种方式鉴定并成功得到了超表达PdSBPase拟南芥株系。结果在正常生长状态下,超表达植株的叶面积、根长、株高都优于野生型和突变体,其中叶面积是野生型的1.79倍,根长是野生型的1.93倍,而突变体表现为植株矮化,叶子明显发黄短小,叶绿素含量低于野生型株系。转基因株系SBPase酶活是野生型1.4倍,是突变体的1.9倍,RuBP产量以及淀粉含量均要高于野生型和突变体株系,RuBP产量分别是野生型和突变体的1.37和1.76倍,转基因株系的淀粉含量达到了50.26μg/g,而突变体的淀粉含量未检出。结论这些结果说明,PdSBPase对RuBP的形成和淀粉等多糖的合成起到关键作用,能促进植物积累更多的碳水化合物,进而正向调控植物的光合能力。      

拟南芥AtCCaP2基因缺失突变体的鉴定及表型观察

本研究拟利用反向遗传学研究AtCCaP2基因的功能。通过PCR及RT-PCR的方法筛选和鉴定了拟南芥AtCCaP2基因的T-DNA插入突变纯合体atccap2,该纯合体AtCCaP2基因表达缺失。RT-PCR分析显示该基因在拟南芥雌雄蕊等生殖器官中有较多的表达。通过对生长表型的观察发现atccap2突变体出现早花现象,抽薹时间较野生型早3d,显示该基因可能参与了拟南芥的早花表型。     

玉米高无机磷突变体的选育和特性研究

采用⁶⁰Coγ射线辐射诱变,创造出2个玉米高无机磷突变体lpa-zhong1和lpa-zhong2,研究了其突变的等位性和遗传控制类型,同时对野生型亲本和突变体的种子发芽率、磷组分含量、微量金属元素含量以及农艺性状和产量性状做了初步研究。结果表明,两个突变是等位的,且突变受单隐性基因所控制;与野生型亲本相比,突变造成种子发芽率降低;总磷、无机磷含量极显著增加,植酸含量显著下降;金属元素含量、农艺性状无显著变化;除了百粒重显著下降之外,其他产量性状差异不显著。     

转TrxS基因大麦矮化突变株系种子贮藏蛋白的变化

以大麦2个稳定矮化突变株系HS-1和HS-2为材料,对其株高性状、种子贮藏蛋白含量及醇溶蛋白带型等进行了研究。结果表明,矮化株系HS-1和HS-2的平均株高分别为81.30 cm和81.92 cm,显著低于非转基因对照和正常转基因株系(P<0.05);胚乳内清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、麦谷蛋白、可溶性总蛋白的含量均低于非转基因对照,其中醇溶蛋白、麦谷蛋白和可溶性总蛋白含量与非转基因对照及个别正常转基因株系间差异达显著水平(P<0.05)。SDS-PAGE结果显示,矮化株系醇溶蛋白在35.0~45.0 kD区段与非转基因对照存在明显差异,并表现为高分子量聚集体数量减少,低分子量聚集体增加。     

拟南芥PMRP基因在叶绿体淀粉粒积累和抗寒性中的作用

【目的】分析推测的膜蛋白（putitave membrane realated protein,PMRP）在拟南芥叶绿体发育过程的作用,明确PMRP对拟南芥光合能力的影响及抗寒性分析,为改善作物光合性能及增强抗逆性提供理论依据。【方法】构建PMRP的RNAi和过表达载体,转化农杆菌EHA105,采用花絮侵染法转化野生型拟南芥（Columbia,Col-0）,获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥;以野生型和PMRP RNAi、过表达转基因拟南芥为材料,利用细胞生物学方法,观察PMRP表达量对拟南芥叶肉细胞叶绿体的结构和淀粉粒积累的影响;利用红外CO₂分析法测定拟南芥的光合速率,分析PMRP对拟南芥光合能力的影响。选取16 h光照、21℃条件下培养的21 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,用冷光源培养箱培养,先在4℃培养7 d,然后在-8℃培养1.5 h,取出放到16 h光照、21℃条件培养7 d后,分析PMRP转基因拟南芥对寒害的抗性。选取14 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系和3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,对其莲座叶细胞渗出液电导率进行测定。【结果】获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥株系;通过测定野生型和转基因株系的莲座叶光合速率,野生型Col-0的光合速率为7.3 μmol·m^-2·s^-1,PMRP-RNAi转基因拟南芥的光合速率分别为8.8、7.8和8.5 μmol·m^-2·s^-1,PMRP表达量的降低略增强了拟南芥的光合速率。野生型Col-0的绿叶率为48%,过表达PMRP转基因拟南芥的3个株系绿叶率分别为48.6%、47.8%和49.2%,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥的绿叶率分别为65.9%、67.4%和68.3%,表明PMRP表达量的降低增强了植物的耐寒性。在-8℃下处理30 min,野生型Col-0拟南芥莲座叶的渗出液电导率为70.67 μS·cm^-1,PMRP-RNAi拟南芥莲座叶渗出液电导率分别为48.57、45.40和52.10 μS·cm^-1。表明PMRP表达量的降低明显降低了逆境对细胞膜的损伤。通过对PMRP-RNAi转基因拟南芥和野生型拟南芥完全展开的莲座叶,进行超微结构分析,发现野生型拟南芥莲座叶细胞中,叶绿体为椭圆形,而PMRP-RNAi转基因拟南芥莲座叶细胞叶绿体变为近似圆形;在光照情况下,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒的积累与野生型相似,均有明显的淀粉粒积累,但在黑暗环境中,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒积累明显增多。【结论】PMRP表达量降低造成叶绿体形状由梭型变为圆球型,淀粉粒明显增多,增强了拟南芥的抗寒性。     

矮化大豆突变体叶片生理生化特性研究

矮化是一种优良的农艺性状。以"东农42"为野生型,以NaN3处理它而获得的矮化大豆"东泽11号"为突变体,对突变体与野生型叶片的生理生化特性进行了比较研究。结果表明,突变体叶绿素含量、还原糖含量、游离氨基酸含量、过氧化物酶活性随生育期延长逐渐增大,除50 d生育期时突变体叶绿素含量大于野生型外,其它生育期均表现为突变体小于野生型,叶绿素a/b两材料均接近2.6/1。生育期20、40 d时,突变体的还原糖含量、游离氨基酸含量小于野生型;生育期50 d时,突变体大于野生型。生育期20 d时,突变体的过氧化物酶活性略小于野生型;其它生育期时,突变体大于野生型。     

转PcRS基因拟南芥植株表型分析

为了研究虎杖(Polygonum cuspidatum Sieb.et Zucc.)白藜芦醇合酶基因PcRS的功能,以转PcRS基因拟南芥为材料,对其进行分子鉴定和表型研究.利用Southern blot和Northern blot验证了外源PcRS基因在转基因拟南芥基因组中的整合和表达.对经过选育得到的T3代纯合株系(L4、L6、L15)进行性状观察.在体视显微镜下观察野生型和转基因拟南芥植株表型;采用分光光度法测定低氮培养基上的子叶花青素含量.结果显示,与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥的种皮颜色发生改变呈浅黄褐色,并且子叶中花青素含量显著减少.这表明PcRS基因可能导致转基因拟南芥的黄酮类物质合成受阻.     

异三聚体G蛋白在IAA诱导的拟南芥根生长发育中的作用

以拟南芥的野生型（ws）和异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体（gpa1-1,gpa1-2）和超表达突变体（wGα,cGα）为材料,通过施加不同浓度（0~0.8 mg/L）的IAA处理,对拟南芥根生长发育的一些形态指标进行了观测比较。结果表明：①随着培养基中IAA浓度的不断升高,5种基因型主根的伸长生长都受到抑制,且抑制作用随浓度升高而增强;4种突变体和野生型主根的生长在相同浓度IAA处理下,无明显差异;②IAA在一定浓度范围内,对拟南芥侧根的生长发育起促进作用;在相同浓度IAA诱导的侧根生长中,缺失突变体明显比野生型侧根多,超表达突变体比野生型侧根少。初步证明,G蛋白不参与主根生长发育的调节,而在侧根生长发育中可能起负调节作用。