耐低温耐低氧萌发野败不育系赣野A的选育

赣野A是江西省农科院水稻研究所将东乡野生稻的耐冷性和耐低氧萌发能力导入抗稻瘟病保持系赣香B后再与赣香A测交和回交育成的野败型三系籼稻不育系。该不育系败育彻底,异交结实率高,配合力较强,具有较强的耐冷性和耐低氧萌发能力,在直播杂交稻育种中应用前景广阔。2019年通过了江西省品种审定。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

Exogenous application of allelopathic water extracts helps improving tolerance against terminal heat and drought stresses in bread wheat (Triticum aestivum L. Em. Thell.)

The allelopathic water extracts (AWEs) may help improve the tolerance of crop plants against abiotic stresses owing to the presence of the secondary metabolites (i.e., allelochemicals). We conducted four independent experiments to evaluate the influence of exogenous application of AWEs (applied through seed priming or foliage spray) in improving the terminal heat and drought tolerance in bread wheat. In all the experiments, two wheat cultivars, viz. Mairaj‐2008 (drought and heat tolerant) and Faisalabad‐2008 (drought and heat sensitive), were raised in pots. Both wheat cultivars were raised under ambient conditions in the wire house till leaf boot stage (booting) by maintaining the pots at 75% water‐holding capacity (WHC). Then, managed drought and heat stresses were imposed by maintaining the pots at 35% WHC, or shifting the pots inside the glass canopies (at 75% WHC), at booting, anthesis and the grain filling stages. Drought stress reduced the grain yield of wheat by 39%–49%. Foliar application of AWEs improved the grain yield of wheat by 26%–31%, while seed priming with AWEs improved the grain yield by 18%–26%, respectively, than drought stress. Terminal heat stress reduced the grain yield of wheat by 38%. Seed priming with AWEs improved the grain yield by 21%–27%; while foliar application of AWEs improved the grain yield by 25%–29% than the heat stress treatment. In conclusion, the exogenous application of AWEs improved the stay green, accumulation of proline, soluble phenolics and glycine betaine, which helped to stabilize the biological membranes and improved the tolerance against terminal drought and heat stresses.     

不同基因型燕麦苗期耐盐碱性分析 及其鉴定指标的筛选

为探讨不同基因型燕麦苗期的耐盐碱性，筛选适宜松嫩平原种植的燕麦品种，本研究采用Hoagland营养液水培法，以250 mmol·L^-1高浓度NaHCO₃胁迫模拟松嫩平原盐碱环境，对49份来自国内外不同地区的主栽燕麦品种进行研究。试验测定了250 mmol·L^-1 NaHCO₃胁迫下燕麦的株高（X₁）、根长（X₂）、地上部鲜重（X₃）、地下部鲜重（X₄）、地上部干重（X₅）、地下部干重（X₆）、地上部含水量（X₇）、地下部含水量（X₈）、根冠比（X₉）9个指标，以各单项指标的耐盐碱系数(SATC) 作为衡量耐盐碱性的依据，利用多元分析方法对不同燕麦品种耐盐碱能力进行了综合评价。结果表明：通过对各指标的耐盐碱系数进行主成分分析，得到X₄、X₇、X₈ 3个综合指标，涵盖了全部数据86.155%的信息量；通过隶属函数分析和聚类分析将49份燕麦品种分为3类，其中草莜1号、张燕7、T7等3个品种为耐盐碱品种，HLJ 1、白燕2号等41个品种为中度耐盐碱品种，三分三、坝莜13号等5个品种为盐碱敏感品种。     

欧洲葡萄‘粉红亚都蜜’NAC基因DRL1负向调节植物抗旱性

以欧洲葡萄‘粉红亚都蜜’（Vitis vinifera‘Yatomo Rose’）为材料，利用荧光定量PCR技术和转基因技术研究葡萄NAC转录因子DRL1基因对逆境的响应。欧洲葡萄‘粉红亚都蜜’在激素和逆境胁迫下，DRL1表达呈下降趋势，其中以ABA和干旱胁迫处理最为显著。在ABA处理下DRL1转基因烟草株系种子萌发率和根长均高于野生型。干旱处理下，转基因植株对干旱的耐受性降低，同时胁迫相关基因NtLEA5、NtP5CR1、NtPSCS1、NtERD10C和NtDREB3的表达水平比野生型显著下降。此外，DRL1转基因烟草茎中柱发育受到抑制，尤其是导管横切面积仅为野生型的58%。以上结果表明，DRL1基因可能作为1个负向调节子参与植物的干旱胁迫。     

异源表达玉米ZmC3H54基因增强水稻的耐旱性

CCCH锌指蛋白是一类重要的转录调控因子。从玉米中分离得到一个受干旱和ABA诱导表达的CCCH型锌指蛋白基因ZmC3H54，通过构建过量表达载体并转化水稻来进一步研究其功能。 与对照组相比，转基因植株在干旱胁迫处理下具有更高的相对含水量与存活率以及较低的相对电导率，表明过量表达ZmC3H54基因可以提高转基因水稻的耐旱性。此外，转基因水稻幼苗对外源ABA敏感性更高。以上结果表明玉米ZmC3H54基因可能是通过ABA信号通路调控植物对干旱的耐受性。     

利用SOM聚类分析及主成分分析方法鉴定小麦品种萌发期耐盐性

为了研究不同小麦品种萌发期的耐盐性,为小麦萌发期耐盐性鉴定提供快速、准确的鉴定方法和理论依据。本研究以40个冬小麦品种为试验材料,通过主成分分析法(PCA)与神经网络自组织映射(SOM)聚类分析法,研究盐胁迫对40个小麦品种萌发期各项形态指标的影响。主成分分析法结果表明,发芽势、发芽率、最长根长、第一片叶长及胚芽鞘长在PCA下载荷量最大;根据SOM聚类分析结果,‘德抗961’等4个小麦品种属于高度耐盐品种,‘济麦22’等14个小麦品种属于耐盐性品种,‘济麦20’等16个品种属于中等耐盐性品种,‘鲁麦21’等6个小麦品种属于盐敏感性品种。发芽势、发芽率、最长根长、第一片叶长、胚芽鞘长能够作为萌发期小麦耐盐性筛选的主要评价指标,并且结合主成分、SOM聚类分析方法进行小麦萌发期耐盐性鉴定更为科学、方便。     

不同施氮水平对柳枝稷光合特性及抗旱性的影响

为了探究宁夏银北盐碱地区柳枝稷高产优质高效栽培过程中最佳的施氮量及其对柳枝稷叶片光合特性及抗旱性的影响,本研究采用大田试验,以Cave-in-Rock品种柳枝稷为供试材料,设无氮添加(0 kg·hm-2,N0)、施低氮(60 kg·hm-2,N60)、中氮(120 kg·hm-2,N120)和高氮(240 kg·hm-2,N240)共4个施氮水平,分析比较了各生育时期内柳枝稷叶片光合特性、渗透调节物质及抗氧化酶活性的变化,同时采用隶属函数法综合评价了盐碱地柳枝稷的抗旱性.结果表明,随着不同施氮水平的增加,柳枝稷各生育时期内叶片叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和细胞间隙CO2浓度(Ci)整体呈现先升后降的趋势,均在施中氮(N120)处理下达到峰值.与无氮添加(N0)处理相比,施低氮(N60)、中氮(N120)和高氮(N240)处理下柳枝稷叶片的SPAD值平均增加了4.73％、18.71％和8.86％,净光合速率(Pn)平均提高了5.55％、17.02％和12.41％,气孔导度(Gs)平均升高了7.87％、56.18％和39.33％,细胞间隙CO2浓度(Ci)平均增加了7.86％、30.71％和13.81％.柳枝稷叶片蒸腾速率(Tr)在高氮(N240)处理下达到最大值,叶片水分利用效率(WUE)随着不同施氮水平的增加而逐渐下降.隶属函数分析结果表明,施中氮(N120)处理下柳枝稷各抗旱指标隶属函数值的均值最大.因此,本试验条件下有利于提高柳枝稷叶片光合能力和抗旱性的适宜施氮水平为120 kg·hm-2.     

Impact of soil water content on maize responses to the plant growth-promoting rhizobacterium Azospirillum lipoferum CRT1

Members of the bacterial genus Azospirillum are root-associated bacteria that increase yield in cereals by promoting growth and alleviating drought stress. How plants integrate the many bacterium-derived growth-promoting stimuli with other environmental factors to generate a coordinated response remains unresolved. Using a commercial Azospirillum strain, A. lipoferum CRT1 and two host maize cultivars, it was observed that bacterization reduced the drought-induced increase in lateral root growth and enhanced the flood-induced increase in lateral root growth in the more drought- and flood-sensitive cultivar. In the other one, A. lipoferum CRT1 only elicited a moderate root growth response under low soil water potential. The photosynthetic potential and activity were increased in the earlier cultivar and decreased in the later one, irrespective of the soil water content. No impact of the bacterium was seen on the growth of the leaves of both cultivars under both stresses until the third leaf stage, therefore suggesting that it is a consequence of multiple primary adaptations to biotic and abiotic stresses. It is suggested that host–bacteria recognition leads to a stress-specific modulation of the root response and a differential stress-independent effect on photosynthesis. This is the first report of the impact of Azospirillum under flood conditions.     

植物内生肠杆菌对狗牙根耐盐性的调控研究

以从海滨雀稗中分离得到的内生肠杆菌为材料，采用种子萌发与盆栽试验两种方式研究植物内生细菌对狗牙根耐盐性的影响。通过对狗牙根种子和幼苗接种单一内生细菌和混合内生细菌，并测定种子发芽率、苗长、根长、生物量等生长指标与叶绿素含量、相对含水量、相对电导率和叶片中钠离子、钾离子的含量综合评价植物内生细菌对狗牙根耐盐能力的调控。结果表明，在150 mmol·L^-1盐胁迫下处理14 d后，接种混合菌液B3014比接种单一菌液B30更能提升狗牙根种子的萌发率、对盐胁迫下胚根及胚芽长度的增长也较显著（P<0.05）。在成坪期，与空白对照相比，接种内生细菌可以提升200 mmol·L^-1盐胁迫下狗牙根的成坪质量，增加地上、地下生物量的积累、苗长与根长生长量，并提升植株叶绿素含量与叶片相对含水量，降低细胞膜破损程度。在接种内生细菌处理中，接种混合菌液B3014可以使狗牙根在盐胁迫下受到的损伤显著低于（P<0.05）接种单一菌液B30。与此同时，接种混合菌液B3014对狗牙根叶片中钠离子含量降低程度高于接种单一菌液B30，同样，接种混合菌液B3014也能更好地积累盐胁迫下狗牙根叶片内钾离子含量，增加盐胁迫下狗牙根的耐盐能力。因此，接种混合菌液B3014对盐胁迫下狗牙根种子的萌发和成坪后的耐盐能力的提升高于接种单一菌液B30。探讨植物内生细菌对狗牙根耐盐能力的调控，为提高草坪草在盐碱环境中的应用提供了新思路。