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。     

夏秋屋顶菜园高温对菜心农艺性状的影响

为了解夏秋屋顶菜园高温对菜心种植的影响,以4个耐热性有差异的菜心品种为材料,分析屋顶高温条件和露地对照下菜心产量及农艺性状表现。结果表明,屋顶高温胁迫会导致薹粗、主薹质量等指标表现下降,平均下降幅度为10.85%、14.08%,并引起菜心产量和生物量下降14.15%、18.00%。但不同品种差异较大,‘四九-19’菜心产量与生物量仅下降4.27%、10.76%,与对照差异不显著;而‘特青迟4号’菜心产量与生物量分别下降24.28%、29.27%,与对照差异极显著。株高、薹长、叶片数、叶片宽、叶柄长、叶柄宽等性状指标在屋顶高温胁迫下与对照差异不显著。综合看来,‘四九-19’菜心在屋顶高温胁迫下各性状表现较好,可在夏秋屋顶菜园中推广应用。     

旱盐双重胁迫对乌拉尔甘草幼苗 生理生化特性的影响

以一年生乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis)为材料,采用盆栽试验研究旱盐双重胁迫对乌拉尔甘草生长量,可溶性糖和脯氨酸含量,超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)含量,以及原生质体DNA的影响。结果显示,在旱盐双重胁迫下,乌拉尔甘草株高、鲜重、干重下降。在NaCl浓度小于400mmol·L-1时,乌拉尔甘草生长量在轻度与中度干旱处理间无显著差异(P0.05)。轻度、中度干旱胁迫下,随盐分含量增加,甘草幼苗脯氨酸含量和可溶性糖含量明显升高,幼苗叶片SOD活力与MDA含量持续上升,幼苗原生质体DNA尾长、尾矩、Olive尾矩持续升高(P0.05)。测定结果表明,乌拉尔甘草具有适应一定程度旱盐双重胁迫的能力,其适宜的胁迫条件为NaCl浓度小于400mmol·L-1,中度干旱胁迫。与干旱相比,盐分是影响甘草生长量的主导因子。     

基于实测高光谱和Landsat 8 OLI影像的土壤盐化和碱化程度反演研究

针对宁夏银北地区土壤盐碱化定量监测的需要,利用实测土壤高光谱和Landsat 8 OLI多光谱影像数据采用多项式、多元线性回归等方法进行土壤含盐量和pH值反演研究,并对影像光谱反演模型进行校正,以提高遥感定量反演精度。结果表明:(1)基于实测光谱的土壤含盐量反演精度均高于基于OLI影像反演精度;基于实测光谱敏感波段反射率反演精度高于实测盐分指数反演精度,其中实测光谱经平滑后敏感波段建立的模型效果最佳(R~2=0.695)。(2)基于实测光谱平滑后敏感波段建立的pH值反演模型精度最高且最稳定(R~2=0.545),基于OLI影像光谱反演精度低于实测光谱,但也通过了显著性检验和精度验证。(3)经实测光谱模型校正后的Landsat 8 OLI影像光谱的土壤含盐量反演模型R~2从0.347提高到0.623。研究结果可以为准确、快速地定量监测当地土壤盐分含量、pH值的变化提供科学依据和技术手段。     

盐碱胁迫对芸豆根系分泌物组分及含量的影响

以2个芸豆品种(耐盐碱性较强的"HYD"和耐盐碱性较弱的"JW")为试材,采用土培法,将Na2CO3、NaHCO3按指定摩尔比1∶9混合后占土壤中的质量百分比设计0％(对照,T0)和0.4％(T4)2个浓度梯度,研究了盐碱胁迫对芸豆根系分泌物组分及含量的影响,以期为进一步揭示芸豆对盐碱生境响应适应的根际生态学机制、创新芸豆耐盐碱栽培调控技术提供参考依据.结果 表明:无盐碱胁迫对照"HYD"根系分泌物pH和电导率均显著(P＜0.05)低于"JW".在盐碱胁迫处理后,2个品种根系分泌物pH与电导率均有所增长.在各处理芸豆根系分泌物中检测到4种有机酸和17种游离氨基酸,且不同品种的根系分泌物组分相同.盐碱胁迫显著改变了"HYD"和"JW"根系分泌物中有机酸含量,其中分泌量最多的是乙酸.在相同处理下,"HYD"根系分泌物总氨基酸和可溶性总糖含量均高于"JW".相比于"JW","HYD"释放有机酸和氨基酸能力较强,可有效改变并调节pH和电导率,进而改善盐碱根际环境.     

植棉修复镉污染土壤研究进展

近年来我国耕地面积不断减少，迫使非食用作物向重金属污染耕地转移已经是大势所趋。但到目前为止仍未发现镉耐受性好和镉富集能力优异的作物，因此对非食用作物的重金属耐受性以及土壤的生物修复研究已经迫在眉睫。综述了具有在镉污染耕地上替代种植前景的棉花的镉胁迫研究进展，为全面评估棉花在镉污染耕地替代种植的可行性提供参考。     

不同耐热三色堇材料HSP70基因克隆及热胁迫下的表达分析

以三色堇耐热材料DFM-16和热敏材料08H为试材,采用PCR技术扩增到VtHSP70基因的cDNA和gDNA序列,通过real-time PCR技术分析了该基因在热胁迫下的表达。结果表明,2种材料中的VtHSP70cDNA序列长度和开放阅读框长度相同,编码649个氨基酸,氨基酸序列相似性为98.61%。2个材料中的VtHSP70gDNA结构相似,均包含1个内含子。同源比对和系统进化树表明,VtHSP70基因与拟南芥和水稻中胞质HSP70基因同源性较高。42℃热激处理0、1、2、6、12 h后,2种材料中VtHSP70基因表达量都明显上升,但耐热材料DFM-16的升高幅度显著高于热敏材料08H。