甘蔗热带种金属硫蛋白家族基因的克隆及响应重金属胁迫的表达分析

金属硫蛋白是一类富含巯基的低分子量蛋白,在植物的重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面起重要的作用。本研究以甘蔗热带种Badila组培苗为材料,分别测定了其在CdCl2、ZnSO4和CuCl2水溶液培养条件下地上部和地下部的重金属含量,结果显示其对上述3种重金属有较强的耐受与富集能力。继而克隆了ScMT1(登录号为KJ504373)、ScMT2-1-5(登录号为MH191346)和ScMT3(登录号为KJ5043704)3个金属硫蛋白家族基因,它们分别属于植物MT亚家族中的MT1、MT2和MT3型基因。ScMT1含有1个内含子和2个外显子,开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)长228 bp,编码75个氨基酸;ScMT2-1-5含有2个内含子和3个外显子,ORF长246 bp,编码81个氨基酸;ScMT3含有1个内含子和2个外显子,ORF长198 bp,编码65个氨基酸。RT-qPCR显示,Cd2+胁迫下,在甘蔗地上部和地下部,ScMT2-1-5均连续显著上调表达,而ScMT1的上调应答出现延迟。ScMT3在地上部的上调应答出现延迟,在地下部呈“扬-抑”趋势,提示甘蔗响应Cd^2+胁迫过程中ScMT2-1-5起更积极的作用,ScMT1参与胁迫后期的分子响应,而ScMT3不起主导作用。Cu^2+胁迫下,地上部ScMT1连续显著上调表达,ScMT2-1-5和ScMT3呈总体上调的表达趋势;地下部,ScMT1和ScMT2-1-5的上调表答均出现延迟,仅在胁迫后期显著上调表达,而ScMT3仅在胁迫前期显著上调表达。该结果提示了ScMT1、ScMT2-1-5和ScMT3在Cu2+胁迫响应过程中的协作关系,三者共同参与了地上部的胁迫响应,其中ScMT1起更积极的作用;此外三者还先后参与了地下部对Cu^2+胁迫的分子响应。Zn^2+胁迫下,ScMT1和ScMT3分别仅在地上部和地下部显著上调表达;ScMT2-1-5在地上部和地下部均呈“扬-抑”的应答趋势;提示了在甘蔗响应Cd^2+胁迫应答过程中ScMT1和ScMT3分别在地上部和地下部起主要作用,ScMT2-1-5参与了胁迫前期的分子响应。ScMT1、ScMT2-1-5和ScMT3在甘蔗不同组织中及在重金属(Cd^2+、Zn^2+或Cu^2+)不同累积水平下呈现出相似或互补的应答特性,提示上述甘蔗MT家族不同成员在重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面产生了功能分化,且三者在应对过量Cd^2+、Zn^2+或Cu^2+对甘蔗组织造成伤害的过程中存在时空上的协同作用。该研究为深入理解多倍体植物甘蔗中MT家族各成员基因在重金属耐受过程中的协同作用机制奠定了基础。     

农田环境中农药残留比例型荧光传感系统研究

为监测农业环境中有机磷农药的残留，从种养源头管控农产品安全，基于锆离子和1,2,4,5-四（4-羧苯基）苯（H-4-TCPB）合成了蓝色荧光金属-有机框架材料（MOFs）Zr-TCPB，并与红色荧光量子点QDs组装成双荧光QDs@MOFs复合物，基于Zr-TCPB对有机磷农药特异性荧光淬灭效应，构建比例型荧光化学传感器系统，实现了有机磷农药的快速、灵敏、可视化检测。甲基对硫磷与对硫磷的检测限（LOD）分别为1.9μg/L和4.9μg/L，线性检测范围为0.005~2mg/L。研究表明，该荧光分析法能有效用于农业环境水样中甲基对硫磷及对硫磷的现场快速测定，甲基对硫磷回收率为93.23%~116.46%，平均相对标准偏差（RSD）为5.29%，对硫磷回收率为92.52%~107.83%，平均RSD为5.74%。该方法在环境样品农药残留快速监测方面具有巨大的应用价值。     

东乡野生稻苗期耐冷QTL qCTS3.3候选基因LOC_Os03g54970冷胁迫下荧光定量表达分析及克隆

为了验证东乡野生稻苗期耐冷QTL qCTS3.3的功能,结合笔者所在课题组前期完成的转录组分析数据,将落在qCTS3.3 QTL 2个最近侧翼分子标记MK149624和MK137032之间区域的差异表达基因LOC_Os03g54970-DX作为qCTS3.3的候选基因,并通过反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)对不同低温处理时间长度该基因在东乡野生稻叶片中的表达水平进行了相对定量分析,结果表明,该基因在低温胁迫处理前后表达量呈现出低—高—低—高的变化趋势,随后,参照测序水稻品种日本晴对应的该基因位点的序列信息设计引物,通过RT-PCR技术从东乡野生稻中成功扩增到了LOC_Os03g54970-DX基因的全长cDNA,构建了该基因位点的过表达载体。测序分析结果表明,东乡野生稻中的LOC_Os03g54970-DX基因序列与日本晴中的对应位点序列完全一致,进一步利用农杆菌介导法,将东乡野生稻中的LOC_Os03g54970-DX的过表达载体转入水稻受体品种TP309,最终获得了48株转基因植株,研究结果为下一步研究东乡野生稻LOC_Os03g54970-DX基因位点在冷胁迫作用条件下的功能机制奠定了材料基础。     

4个水果型黄瓜叶片叶绿素荧光特性的比较研究

日光温室为我国华北地区冬季蔬菜生产的主要设施类型,但越冬茬常出现低温寡照等灾害性天气,直接影响黄瓜等喜温蔬菜的生产。本文以4个水果型黄瓜(A67、F31、绿串3号、22-33)为研究对象,通过对自然条件下叶片初始荧光Fo、最大荧光Fm和可变荧光Fv等主要荧光参数进行田间活体测定,并计算PSⅡ(光系统II)的潜在活性Fv/Fo、最大光化学效率Fv/Fm及光合性能指标PI,研究品种间荧光特性差异。结果表明:4个水果型黄瓜Fv/Fm和Fv/Fo均表现为22-33绿串3号F31A67,其中Fv/Fm在22-33与F31和A67之间差异显著(P0.05),而Fv/Fo在22-33与其他3个品种差异均显著(P0.05);PI表现为F3122-33A67绿串3号,但品种间差异均不显著(P0.05)。综合说明,22-33品种光合能力强,对秋冬茬日光温室低温寡照环境适应性强,其次是绿串3号。     

4种植物油热氧化同步荧光光谱分析

以亚麻籽油、大豆油、菜籽油与葵花籽油为原料,在不同温度条件下氧化并测定其不同时间的同步荧光光谱,分析同步荧光光谱及荧光物质变化情况。结果表明,4种植物油不同温度下的同步荧光光谱峰变化主要集中在300~415 nm内,且随着加热时间的延长存在波动现象;在50℃和150℃加热氧化条件下,300,330,375,415 nm这4个峰都存在明显的波动现象;二维相关分析表明,这4个峰的荧光强度变化速率不同,不同油变化差异较大;同种油在不同温度下,4个峰的波动情况、相互关系、变化速率均有明显差异。这些峰的变化与油脂氧化过程中荧光物质和油脂氧化程度的变化有关,可以利用同步荧光光谱的变化特性作为监控油脂氧化的依据。     

玉米早期籽粒中强表达启动子的筛选

在植物基因表达调控的过程中,启动子作为调控基因表达的顺式元件起着重要作用。为了筛选在玉米早期籽粒中强表达的启动子,选取6个启动子pCaMV35SD、pUbiquitin、pZmActin1、pZmSTK2、pZm66589和pZmbHLH148,分别构建EGFP表达载体并转染玉米原生质体,快速验证载体功能构建的正确性;同时采用花粉磁转染法将6个表达载体导入玉米自交系郑58中,并对不同启动子驱动的EGFP载体在授粉后48h玉米籽粒中的荧光强度和荧光检出率进行观察和统计分析。结果表明,6个启动子驱动EGFP表达载体构建正确;pCaMV35SD启动子驱动EGFP表达载体的荧光最强,6个启动子驱动EGFP表达载体由强到弱依次为pCaMV35SD>pZmSTK2>pZm66589>pZmbHLH148>pUbiquitin>pZmActin1,其荧光检出率分别为27.17%、27.17%、29.83%、23.84%、13.40%和30.57%。     

小麦叶绿素酶及脱镁叶绿素水解酶活性测定条件的优化

叶绿素降解是植物叶片衰老最明显的标志。为探明小麦叶绿素降解途径中叶绿素酶和脱镁叶绿素水解酶2个关键酶反应的最佳环境条件,对其反应的最佳环境温度及时间进行了探讨。结果表明,小麦叶片叶绿素酶的最适反应温度和最佳反应时间分别是40℃和80 min,脱镁叶绿素水解酶的最佳反应温度和最佳反应时间分别是35℃和90 min。该研究结果可为2种酶活性的测定提供重要参考。     

不同光温处理对“黄金芽”叶片生理的影响

为了选择最适宜于甘肃文县碧口茶区幼龄"黄金芽"光温管理的方式,本文以2年生的"黄金芽"茶苗为试验材料,研究了单一棚膜(T1)、单一遮阳网(T2)、棚膜+遮阳网(T3)等3种不同的光温管理方式对"黄金芽"叶片光合生理学参数、叶绿素、叶片结构、叶片可溶性糖和淀粉含量等的影响,以无棚膜无遮阳网(CK)作为对照。结果表明:T2和T3的"黄金芽"叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量显著高于T1和CK,且T1的"黄金芽"叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量显著高于CK;没有遮荫处理的"黄金芽"第5叶的Pn最高,遮荫后"黄金芽"不同叶龄(第2叶～第6叶)的Pn之间无显著性差异;遮荫可以提高"黄金芽"叶片的淀粉含量;遮荫后"黄金芽"叶片的栅栏组织的层数增加且排列更整齐紧密。本试验基本表明T3是甘肃省文县碧口茶区幼龄‘"黄金芽"栽培光温管理的首选方式。     

生长后期干旱复水对饲草大麦产量、品质及叶绿素含量的影响

为研究水分胁迫对饲草大麦生长、产量、籽粒关键品质和相关生理指标的影响,于2017～2018年采用盆栽称重控水法对甘饲麦1号进行以干旱胁迫持续时间(T)为主因素(10、20、30 d)和旱后复水量为副因素(W1、W2和W3)的裂区试验,测定其株高、穗长、生育期、单株产量及构成因子、关键品质指标以及叶绿素含量的变化。结果显示:干旱胁迫时间显著影响了各项测定指标,各项测定指标均表现出随着干旱胁迫时间的延长其显著降低,指标测定值均表现出T1T2T3。较T1,T2和T3处理的株高显著降低了10.87和16.26 cm,生育期显著提前了5.12和14.00 d;穗粒数、千粒重和单株产量分别显著降低了37.77%和67.06%、15.68%和30.62%、28.72%和69.09%;籽粒蛋白质含量显著提高了4.33%和10.16%,籽粒淀粉含量显著降低了5.65%和22.78%,籽粒饱满度显著降低了12.83%和18.95%。在同一胁迫期内,除了籽粒蛋白质含量以外,其余各项测定指标值均随着复水量的减少而不同程度的降低,指标测定值均表现为W1W2W3,且在T2和T3胁迫期下较对照W1,W3降低尤为明显。通过测定饲草大麦叶片叶绿素含量发现:在T1和T2持续胁迫时间下,复水后W1和W2处理存在显著的补偿效应,而W3以及T3持续胁迫时间的所有复水处理均未产生显著的补偿效应。说明甘饲麦1号干旱复水补偿效应的利用应注意干旱胁迫持续时间不超过20 d(土壤最大持水量的60%～65%),旱后复水量不低于田间土壤最大持水量的55%～60%为宜。