AtSOS基因在紫花苜蓿中的表达及其耐盐性研究

本研究采用基因工程技术改良紫花苜蓿耐盐性,通过种植转基因耐盐紫花苜蓿达到改良土壤的目的。以紫花苜蓿子叶节为外植体,通过农杆菌介导法将来源于拟南芥的AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3多基因表达载体导入阿尔冈金紫花苜蓿中,经PCR检测、抗除草剂筛选和RT-PCR鉴定,获得了能稳定表达的转基因株系。以转基因的紫花苜蓿和野生型紫花苜蓿为材料进行盐处理,每个处理重复3次,测定其生理生化指标、株高、Na⁺和K⁺含量、细胞膜透性、叶绿素含量。结果显示,在不同盐浓度处理下,所有植株的株高均有所增长,但在100和200 mmol·L^-1的NaCl处理下,转基因植株的长势显著高于野生型植株;随着处理时间的增加,所有植株的叶绿素含量均呈先上升后下降的趋势,且野生型植株叶绿素含量均低于转基因植株;在100和200 mmol·L^-1的NaCl处理下,转基因植株的细胞膜透性、超氧化物歧化酶活性和脯氨酸含量的增加量均小于野生型植株,而过氧化物酶、过氧化氢酶活性和可溶性糖含量的增加量均大于野生型;各植株中丙二醛含量均下降,且野生型植株下降的更为明显;盐处理后,转基因植株根系中Na⁺的积累比野生型植株少,而K⁺的吸收多于野生型植株。转AtSOS基因的紫花苜蓿通过发挥AtSOS途径的作用,促进了植物体将细胞内的Na⁺外排,从而减轻盐胁迫对植物体的伤害,提高了转基因植株的耐盐性。     

Copper‐Induced Oxidative Stress and Responses of the Antioxidant System in Roots of Medicago sativa

The effects of various copper (Cu) concentrations on the antioxidative system in the roots of Medicago sativa were explored. The results indicated that the Cu content of the roots reached a value of 854 μg g^?1 DW at 10 μm Cu and a value of 4415 μg g^?1 DW at 100 μm Cu, suggesting that M. sativa has better ability to tolerate and accumulate Cu than other Cu‐bioaccumulators, and is a potential plant for phytoremediation. Treatment with Cu resulted in a significant increment in the levels of H₂O₂, O₂˙^? and OH˙. The reduced form of ascorbate and glutathione reached a peak at 30 μm Cu, and was followed by a sharp depletion to a lower level than that of the control. In contrast, the levels of the oxidised forms of ascorbate and glutathione showed a progressive increment with increasing Cu concentrations, suggesting that the antioxidant system was unable to cope with Cu stress at higher Cu levels. Under the Cu concentrations tested, the activity of catalase (CAT, EC 1.11.1.6), ascorbate peroxidase (APX, EC 1.11.1.11) and glutathione reductase (GR, EC 1.6.4.2) increased at lower Cu concentrations, and then decreased, reaching a maximum at 30 μm of Cu for APX and GR, at 10 μm for CAT, whereas the activities of guaiacol peroxidase (POD, EC 1.11.1.7) were gradually increased with increasing Cu concentrations. PAGE analysis of superoxide dismutase (SOD, EC 1.1.5.1.1) revealed that one band is a Mn‐SOD and five bands are identified as Cu, Zn‐SOD, whereas Fe‐SOD isoforms were not found in the roots of alfalfa. Cu at 10–100 μm increased the intensity of constitutive isozymes of CAT, APX and POD, whereas it decreased the intensity of isozymes of glucose‐6‐phosphate dehydrogenase (G6PDH, EC 1.1.1.49) significantly. The activities of lipoxygenases (LOX, EC 1.13.11.12) were gradually augmented with increasing Cu concentrations, demonstrating that LOXs are probably involved in production of lipid hydroperoxides and superoxide anion. There was a continuous and pronounced enhancement in the activity of esterase (EST, EC 3.1.1.1) in roots treated with 10–30 Cu μm , whereas EST activity in roots exposed to above 30 μm Cu declined, suggesting that EST plays a protective role under lower Cu concentrations stress.     

44个紫花苜蓿品种的酸铝适应性与耐受性评价

为了解紫花苜蓿在贵州地区的适应性及耐酸铝胁迫机理，以44份紫花苜蓿品种为研究对象，研究紫花苜蓿处于酸铝胁迫下的生理变化，并揭示其生理变化与耐酸铝胁迫间的关系。利用基因与环境互作模型对两个地点1年的紫花苜蓿进行产量分析，筛选出阿尔冈金、新疆大叶苜蓿、Trifecta、Vernal和中牧1号苜蓿5个耐酸铝强适应品种。利用敏感型UC-1465和耐受型阿尔冈金进行酸铝胁迫试验。结果表明：相同处理下，耐受型紫花苜蓿的电导率、相对铝含量、死亡率显著低于敏感型；紫花苜蓿对酸铝胁迫的响应主要通过柠檬酸、苹果酸、乙酸、酒石酸、反丁烯二酸和草酸的显著（P<0.05）增加来体现，其中苹果酸的合成和分泌增多可能是其耐酸铝胁迫的重要原因。     

转MsLEA4-4基因拟南芥株系的耐盐性分析

为了深入研究紫花苜蓿（Medicago sativa）MsLEA4-4基因的抗逆性，本试验对前期获得的转MsLEA4-4基因的拟南芥（Arabidopsis thaliana）株系进行不同浓度盐胁迫处理，以验证MsLEA4-4基因在拟南芥植株体内的耐盐性。试验结果表明：盐胁迫后转基因株系的发芽率达到55%，比对照植株（Control plant，CK）高81%；转基因株系的鲜重、叶绿素含量均高于CK（P<0.05）；盐胁迫后转基因株系的存活率比CK提高75.0%~81.3%；盐胁迫明显抑制根系生长，但转基因植株的侧根数量比CK多4~5根（P<0.05）；盐胁迫后转基因株系体内的可溶性糖含量（P<0.05）和超氧化物歧化酶（P<0.01），过氧化氢酶（P<0.01），过氧化物酶（P<0.05）活性均高于CK，脯氨酸（P<0.01）和丙二醛（P<0.05）含量均低于CK。综上可得，MsLEA4-4基因参与了拟南芥体内的耐盐性调控，提高了转基因拟南芥对盐胁迫的耐受性。本研究为进一步探索MsLEA4-4在转基因紫花苜蓿盐胁迫中的功能及培育耐盐性紫花苜蓿品种提供依据。     

基于GGE双标图对苜蓿品种丰产性和稳定性综合评价

为了解不同苜蓿（Medicago sativaL.）品种在宁夏南部山区的丰产性、稳产性，以及试点的代表性和区分力，本研究利用方差分析、GGE双标图模型对区域3个不同试点的6个苜蓿品种的产量进行分析。结果表明：苜蓿产量最高的试验区是原州区彭堡镇彭堡三队，最低的是隆德县关庄乡前庄村，前者比后者高43.7%；产量最高的品种是‘甘农7号’，最低的是‘阿尔冈金’，前者比后者高44.9%；联合方差分析显示，基因型与环境互作（G×E）、环境（E）、基因型（G）对品种产量影响显著（P<0.05），其中G×E是引起苜蓿产量差异的最主要原因，它引起的变异是E的1.19倍，是G的1.58倍。利用GGE双标图模型分析可知，高产稳产的品种是‘三得利’、‘苜蓿王’；3个不同区域可划分为2个生态区，原州区头营镇徐河村和原州区彭堡镇彭堡三队为1个，隆德县关庄乡前庄村为1个；综合代表性和区分力，较理想的试点为头营镇徐河村。     

Effects of forage type and gibberellic acid on nitrate leaching losses

Nitrogen (N) leaching from soil into water is a significant concern for intensively grazed forage‐based systems because it can cause a decline in water quality and is a risk to human health. Urine patches from grazing animals are the main source of this N. The objective of this study was to quantify the effect that forage type and gibberellic acid (GA) application had on N leaching and herbage N uptake from urine patches on perennial ryegrass–white clover (RGWC), Italian ryegrass and lucerne. A lysimeter study was conducted over 17 months to measure herbage growth, N uptake and N loss to water beneath each of the three forage types with the following treatments: control, urine (700 kg N/ha) and urine with GA (8 g GA active ingredient/ha). Compared with RGWC (205 kg N/ha), N leaching losses were 35.3% lower from Italian ryegrass (133 kg N/ha) and 98.5% higher from lucerne (407 kg N/ha). These differences in leaching loss are likely to be due to winter plant growth and N uptake. During the winter months, Italian ryegrass had higher N uptake, whereas lucerne had lower N uptake, compared with RGWC. The application of GA had no effect on N leaching losses, DM yield or N uptake of forage treated with 700 kg N/ha urine.     

水杨酸和脱落酸浸种对低温下扁蓿豆种子萌发和幼苗生长的影响

为筛选出提高低温下扁蓿豆（Medicago ruthenica）种子发芽能力的处理措施,本研究选取水杨酸（salicylic acid,SA）和脱落酸（abscisic acid,ABA）分别对扁蓿豆进行了7种不同浓度的浸种处理,测定了2种外源物质对低温下扁蓿豆种子发芽势﹑发芽率﹑发芽指数﹑活力指数、根长和芽长的影响。结果表明,2种外源物质浸种处理下扁蓿豆种子的发芽势﹑发芽率﹑发芽指数﹑活力指数,根长和芽长均呈先升高后降低的趋势,初次发芽天数无变化。供试处理中,低浓度的SA（0.1～10 μmol·L^-1）和ABA（0.001～0.5 μmol·L^-1）对扁蓿豆种子萌发﹑根长和芽长均有促进作用,且对根长和芽长的促进效果较种子萌发好,高浓度的SA（>20 μmol·L^-1）和ABA（>1 μmol·L^-1）显著抑制了种子萌发及根和芽的伸长（P<0.05）。通过模糊数学隶属函数的综合评价,0.05 μmol·L^-1的ABA浸种处理是低温下促进扁蓿豆种子萌发和幼苗生长的最佳浓度。     

补播羊草和黄花苜蓿对退化草甸植物群落特征的影响

呼伦贝尔草原区是我国北方重要的生态屏障,近年来不合理的利用方式导致该地区退化草地面积不断扩大,为了探究牧草补播时间及补播比例对呼伦贝尔退化草甸草原植物群落特征的影响,为该地区退化草地修复提供依据。本研究以羊草（Leymus chinensis（Trin.） Tzvel.）和黄花苜蓿（Medicago falcata L.）为试验材料,采用双因素随机区组试验设计,通过测定幼苗数、高度、生物量等群落指标,并综合评价补播效果,结果表明：夏播羊草和黄花苜蓿幼苗数量显著高于春播和秋播（P<0.05）,夏播和秋播植物群落总生物量呈增加趋势,春播则呈减少趋势;补播措施提高了退化草地植物群落Shannon-Weiner指数、Simpson指数和Pielou指数,豆科和禾本科植物重要值呈增加趋势,其他科植物呈下降趋势。呼伦贝尔地区夏季补播羊草和黄花苜蓿以1∶3补播效果较好,而春播由于恢复时间短,需进一步观察。     

不同紫花苜蓿品种植株浸提液对种子萌发和幼苗生长的自毒效应

以5个紫花苜蓿品种为浸提液提取材料,分别用不同浓度(0、10、30、50、70g/L)的根、茎、叶浸提液处理甘农3号紫花苜蓿种子及幼苗,研究不同处理对其种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明:5个苜蓿品种植株浸提液对甘农3号种子萌发和幼苗生长具有明显自毒效应,其效应因苜蓿品种、器官和浸提液浓度不同而存在显著差异。同一品种、相同浓度下自毒效应强弱顺序为叶茎根;同一品种和器官的浸提液随着浓度的增大,甘农3号苜蓿种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均显著降低,胚根长、胚芽长及根系活力显著减小;随着浸提液浓度逐渐增大(10~70g/L),种子发芽势、发芽率的化感指数(RI)也逐渐增大(0.002 6~12.640 0),同时受抑制程度逐步增强,而且,叶浸提液对种子发芽势、发芽率抑制作用最强,根浸提液抑制作用最弱,茎浸提液抑制作用居中。同样的,随着浸提液浓度增大,幼苗的胚根长、胚芽长受抑制程度也逐步增大(1.3%~54.1%),其中根浸提液抑制率在1.3%~31.3%,茎浸提液抑制率在4.0%~34.1%,而浓度为50g/L叶浸提液抑制率达到54.1%,浓度为70g/L叶浸提液甚至致使苜蓿种子和幼苗腐烂或死亡,检测不到胚根长、胚芽长。不同苜蓿品种的自毒作用存在差异;同一苜蓿品种,根、茎、叶浸提液的自毒效应叶浸提液最强,其次为茎浸提液,根浸提液自毒效应最弱。苜蓿自毒作用会抑制种子萌发和幼苗的胚根、胚芽生长。     

CoCl2对Na2CO3胁迫下苜蓿幼苗叶片细胞膜的保护作用

本研究报道了CoCl2对Na2CO3胁迫下苜蓿幼苗叶片细胞膜的保护作用及机制,研究结果表明,在120mmol/L Na2CO3胁迫的前期,苜蓿幼苗叶片多胺含量及抗氧化酶活性显著升高,过氧化物酶除外,而活性氧水平、脂质过氧化程度和细胞膜相对透性无显著变化;当120 mmol/L Na2CO3胁迫延长至24~28 d时,乙烯产生速率大幅度上升,多胺氧化酶及二胺氧化酶活性显著升高,精胺、亚精胺和腐胺含量显著下降;抗氧化酶活性显著下降,活性氧水平与脂质过氧化程度显著提高,细胞膜稳定指数大幅度下降。在120 mmol/L Na2CO3溶液中加入CoCl2至50μmol/L,在胁迫的整个过程中乙烯产生被显著抑制,同时相对提高了抗氧化酶的活性,并在胁迫后期显著减轻了多胺氧化酶活性升高、多胺含量下降及脂质过氧化程度的增加,减缓了细胞膜稳定指数的下降,从而对Na2CO3胁迫下苜蓿幼苗叶片细胞膜表现出一定的保护作用。