NaHCO3胁迫下吉尔吉斯白桦MADS基因家族生物信息学及表达分析

为了探索MADS基因家族的耐盐胁迫功能,从以吉尔吉斯白桦(Betula kirghisorum)23号为试验材料测得的转录组文库中筛选出28个吉尔吉斯白桦的MADS-box基因序列对其编码蛋白的基本理化性质、亚细胞定位、二级结构、跨膜结构和信号肽、基因结构、保守基序、蛋白系统进化等方面进行初步生物信息学分析,并在NaHCO_3胁迫下对其表达情况进行分析。结果显示,除蛋白BkMADS1和BkMADS20外,其余均为亲水性蛋白;在28个吉尔吉斯白桦MADS蛋白中有19个定位在细胞核中;蛋白BkMADS7和BkMADS12的二级结构组成以无规则卷曲为主,其余蛋白则以α-螺旋为主;所有蛋白均没有信号肽,即全为非分泌性蛋白。此外,进化分析结果表明,MADS盒为MADS-box转录因子高度保守的结构域,大多数吉尔吉斯白桦MADS蛋白为Ⅱ型。在0.6%NaHCO_3胁迫下,15个BkMADS基因上调表达,13个BkMADS个基因下调表达。     

菌根化育苗对玉米生长和养分吸收的影响

【目的】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)侵染作物根系形成菌根共生体系对于作物吸收磷具有重要作用,但该结果大多来源于室内受控试验,有限的田间试验因环境条件、试验材料与接种技术等差异致使AMF菌剂应用效果不一。本研究通过玉米菌根化育苗和田间移栽,分析了接种AMF对玉米生长、养分吸收、籽粒产量及养分含量的影响,以期推进菌根技术的实际生产应用。【方法】以自交品系玉米B73为供试作物,于2018年5月至10月在北京市延庆区进行了田间试验。田间小区设置基施磷(+P)和不施磷(–P)处理。供试AMF为Rhizophagus irregularis Schenck&Smith BGC AH01。玉米种子催芽后,分别播入加入AMF菌剂(+M)和菌剂过滤液(–M)的育苗钵内,培养两周后移栽至田间。玉米在田间条件下生长至拔节期时,使用便携式光合仪测定叶片光合速率与气孔导度,取样测定地上部与根部干重和养分元素含量,同时测定菌根侵染率;在玉米完熟期取样,测定籽粒百粒重、籽粒产量及养分含量。【结果】无论田间施磷与否,接菌植株根系的菌根侵染强度和丛枝丰度均显著高于不接菌植株。不施磷情况下,+M处理显著提高了玉米根系干重,玉米生长的菌根依赖性(163.7%)显著高于施磷情形(124.1%)。–P–M处理玉米叶片的光合速率和气孔导度显著低于其他3个处理。–P+M处理玉米叶片的光合参数、玉米地上部和根部磷含量与+P+M均无显著差异。与–P–M处理相比,–P+M显著提高了玉米籽粒产量和百粒重,同时也提高了籽粒中锌、锰、镁等矿质养分的含量,且与+P+M处理相比均无显著差异。【结论】玉米幼苗接种AMF后再移栽到田间,可以显著提高拔节期玉米根系的菌根侵染率,促进玉米地上部和根部对磷及锌、锰和镁的吸收,进而促进玉米的生长,提高籽粒产量和养分含量。本试验条件下,菌根化育苗可以达到与施磷同样的效果,在保障作物不减产的前提下减少磷肥施用量。     

外源ABA提高甘蓝型油菜抗镉胁迫能力和氮素生理利用效率

  【目的】  植物脱落酸 (ABA) 可调节植物生长、种子休眠和叶片衰老，还可对非生物胁迫作出反应。比较添加外源ABA前后镉 (Cd) 胁迫下甘蓝型油菜的生理反应，可深化对脱落酸提高作物抗性和氮素生理利用效率作用机理的认识。  【方法】  供试甘蓝型油菜品种为814号，试验设3个处理:正常培养 (CK)、10 μmol/L CdCl₂ (Cd) 和5 μmol/L ABA + 10 μmol/L CdCl₂ (A + Cd)。在处理4天后，观察甘蓝型油菜表型，测定脯氨酸及丙二醛 (MDA) 含量、Cd含量、硝酸盐和铵盐含量以及硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性等相关指标。  【结果】  与Cd处理相比，A + Cd处理甘蓝型油菜新叶SPAD值提高了1.1倍，根部脯氨酸含量增加了29.0%，MDA 含量降低了48.3%。外源ABA的添加会抑制甘蓝型油菜对Cd的吸收，降低甘蓝型油菜地上部和地下部Cd含量，减小Cd对甘蓝型油菜的毒害作用，影响甘蓝型油菜对NO₃–的吸收，降低油菜体内的总氮含量。与Cd处理相比，A + Cd处理甘蓝型油菜根部NR活性显著提高82.8%，更多的NH₄+分配到了地上部，地上部GS活性升高了32.1%，增强了甘蓝型油菜体内的氮同化和代谢过程，氮素生理利用效率显著提高了17.2%。  【结论】  外源ABA的添加可降低Cd的吸收量，提高氮代谢相关酶活性，促进脯氨酸的合成和降低丙二醛的生成，进而增强甘蓝型油菜对Cd的抗性，增强甘蓝型油菜体内氮同化和代谢的过程，并提高甘蓝型油菜的氮素生理利用效率。     

小麦钾离子通道蛋白基因TaPC1介导植株抵御低钾逆境功能研究

  【目的】  钾离子通道 (potassium channel, PC) 蛋白通过介导离子跨膜转运，增强低钾胁迫下植株对钾素的吸收和利用能力。本研究以采用RNAseq鉴定小麦应答低钾基因获得的PC家族基因TaPC1为对象，对该基因分子特征、应答低钾表达模式及其介导植株抵御低钾逆境的能力进行研究。  【方法】  采用生物信息学工具分析TaPC1分子特征，采用溶液培养法培养丰钾 (K₂O 6 mmol/L )、低钾 (K₂O 0.06 mmol/L) 处理小麦和转化株系幼苗，采用 DNA 重组技术构建TaPC1亚细胞定位和表达质粒，利用农杆菌介导法遗传转化烟草。采用常规植株形态、生理和qPCR方法测定植株生长、生理指标和基因表达。  【结果】  TaPC1与植物种属PC家族基因具有较高的同源性，该基因编码蛋白具有植物种属PC蛋白跨膜域保守特征，翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。低钾 (0.06 mmol/L) 处理下，根、叶中TaPC1表达增强；将低钾处理植株转入丰钾 (6 mmol/L) 营养液进行恢复处理后，根、叶中该基因表达下调，表明TaPC1呈低钾应答表达模式。基因遗传转化结果表明，与野生型 (WT) 对照相比，低钾处理下，超表达TaPC1烟草株系植株干物质积累量增多，细胞活性氧累积量减少，细胞保护酶 (SOD、CAT和POD) 活性提高，丙二醛含量降低。基因表达分析表明，低钾处理下，转化株系内细胞保护酶编码基因NtSOD1、NtCAT1;1、NtPOD1;2及NtPOD1;6的转录本丰度较野生型 (WT) 显著增多，表明上述基因通过增强表达，在改善转化株系低钾处理下细胞活性氧稳态中发挥重要作用。此外，与WT相比，低钾处理下转化株系的钾累积量显著增多，光合碳同化能力增强。  【结论】  TaPC1呈低钾胁迫增强表达模式，上调表达该基因能显著增强植株钾素吸收，有效维持低钾逆境下的细胞活性氧稳态特征，在改善植株光合物质生产和抵御低钾逆境能力中发挥重要作用。     

水分胁迫下新造地施磷深度对苦荞生长及根系分布的影响

  【目的】  根系构型影响作物的抗旱能力，研究磷肥施用深度调节苦荞根系分布的可行性，为贫瘠干旱地区苦荞的生长提供科学养分管理措施。  【方法】  以‘黑丰1号’苦荞 (Fagopyrum tataricum L.) 为试验材料，进行根管土柱 (直径25 cm、高50 cm) 栽培试验，设置田间持水量65%～75% (W1)、45%～55% (W2) 和35%～45% (W3) 3种土壤水分条件，磷肥施用深度分别设置距离地表10 cm (P10)、20 cm (P20)、30 cm (P30) 以及3层均匀施用 (P-all) 4种方式，共有12个处理。在苦荞幼苗三叶一心期进行处理，生长22天后取样，测定根系构型，并记录生物量。  【结果】  干旱胁迫抑制了苦荞植株生长、干物质量的积累以及根系发育，其中W3水分条件抑制作用最为明显，导致苦荞株高、茎粗和叶面积较W1水分条件分别下降17.20%、18.03%和23.17%；根长、根表面积和根体积分别下降16.97%、20.39%和17.39%；地上部干物质量和根系干物质量分别下降39.16%、28.60%。干旱胁迫促进根系下扎，增加深层土壤中的根系分布。与W1水分条件相比，W2、W3水分条件下0—10和10—20 cm土层平均根长分别下降30.18%和27.55%、41.83%和41.02%，根系干物质量分别下降36.62%和33.61%、49.72%和48.11%；而20—30和30—45 cm土层中的苦荞平均根长则分别增加33.53%和42.52%、31.74%和50.95%，根系干物质量分别增加13.70%和26.84%、5.85%和28.64%。深层施磷促进施磷层土壤根系生长，与P-all处理相比，P10处理10—20 cm土层根长平均增加18.96%，P20处理20—30 cm土层平均增加32.39%，P30处理30—45 cm土层平均增加28.73%，根系干物质量依次分别增加26.62%、30.74%和24.65%。方差分析结果表明，各水分处理条件下，0—10和10—20 cm土层根系干物质量均表现为P10处理显著高于其他施磷处理，且其他处理间差异也达显著水平；而20—30、30—45 cm土层根系干物质量则表现为P20、P30施磷处理显著高于其他处理。  【结论】  水分和施磷深度对苦荞苗期植株生长以及根系分布均有显著影响。在干旱胁迫下，增加磷肥的施用深度可促进苦荞根系在20—45 cm深土壤中的分布，显著扩大根系对土壤养分和水分的获取空间，并最终促进苦荞的生长。本试验条件下，采样仅限于苦荞苗期，在水分胁迫条件下磷肥以10 cm的施肥深度效果最佳。     

水产养殖尾水初沉区中净化材料的应用对微生物酶活性的影响

通过检测除氮型改性凹凸棒土（Al@TCAP-N）和火山石的内部及周围水体有关氮、磷、有机物分解的酶活性和水质指标，利用高通量测序对材料和水体中的细菌和真菌进行分析，以研究尾水处理系统初沉区中水质净化材料处理尾水营养盐的机制。结果表明，Al@TCAP-N和火山石能增加其周围水体微生物碱性磷酸酶（AKP）、硝酸盐还原酶（Nar）活性；火山石能在早期（0~6 h）提高其内部有机磷水解酶（OPH）、氨单加氧酶（AMO）的活性；Al@TCAP-N能在后期（36~48 h）增加其内部脱氢酶（DHO）的活性；净化材料相互对比发现，火山石内部的酶活性整体高于Al@TCAP-N内部的酶活性；本试验表明水质处理最佳时间为36 h，总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（COD_Mn）的去除率分别为22.61%、9.52%和22.16%。在实际应用过程中，可通过Al@TCAP-N的吸附和火山石负载的微生物的双重作用降低水中营养盐的含量。浮霉菌门（Planctomycetes）、变形菌门（Protepbacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和壶菌门（Chytridiomycota）分别是材料表面微生物细菌和真菌中的主要门类。火山石能在净化初期促进有机磷化合物分解和硝态氮（NO₃^--N）转化为亚硝态氮（NO₂^--N），Al@TCAP-N在净化后期促进有机物的分解。Al@TCAP-N和火山石能促进水体中含磷化合物的分解和氮的转化。     

宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性

为探讨沙棘内生菌提取物作为生物刺激素对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响，于沙棘内生菌宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）中提取了生物刺激素PVE（Paecilomyces variotii extracts），并经液相色谱对PVE的活性物质进行了富集纯化。通过水稻液培试验，设无盐（CK）、添加NaCl（NS）、添加PVE和NaCl（PN1）、添加PVE纯化物和NaCl（PN2）4个处理，研究生物刺激素对水稻的耐盐效应。结果表明，施用生物刺激素能够缓解盐胁迫对水稻生长造成的严重抑制。PN1、PN2处理较NS处理提高了叶片与根系的干质量，减少了植株体内的水分流失，增加了根系的直径和吸收面积，但根长相较于CK处理无显著差异；PN2处理叶片鲜质量、叶片含水量、根系含水量较PN1处理分别增加了12.44%、1.13%和0.42%。与NS处理相比，PN1和PN2处理叶片光合速率分别提高了34.08%和40.82%，蒸腾速率分别提高了23.90%和18.86%，PN1和PN2处理还显著提高了叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性，使丙二醛（MDA）含量分别降低了28.36%和20.97%。PN2处理叶片和根系中的Na⁺含量较NS处理分别降低了36.31%和10.85%，从而降低了Na⁺/K⁺，保证了植株体内的离子平衡。研究表明，PVE及PVE纯化物在极低的浓度下具有较高的生理活性，并通过减少水分流失、促进根系生长、提高光合速率来减轻氧化损伤，同时以降低Na⁺流入的方式缓解盐胁迫对水稻幼苗的影响。     

菌糠多糖对铜离子胁迫下水稻种子萌发的影响

为探究茶树菇菌糠多糖浸种对铜离子胁迫下水稻生长发育的影响,通过水培试验法研究不同浓度(1、10、100、1000、2000mg·L~(-1))茶树菇菌糠多糖对铜离子胁迫下水稻种子萌发及相关生理代谢指标的影响。结果表明:随着培养液中铜离子浓度的升高,水稻种子受到的毒害作用增强,发芽势和发芽率受到抑制,水稻幼芽根长变短,细胞质膜受损,相对电导率和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量上升,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶活性下降。添加不同浓度的茶树菇菌糠多糖可以在一定程度上缓解水稻种子受铜离子的毒害作用,提高水稻种子的发芽势和发芽率,这一效应在水稻幼芽根部体现得尤为明显。同时,多糖添加可以修复细胞质膜的损伤,降低可溶性糖、可溶性蛋白和MDA的含量,提高抗氧化酶活性。研究表明,茶树菇菌糠多糖可以有效缓解铜离子胁迫下水稻种子萌发的不利影响,综合考虑,当茶树菇菌糠多糖浓度为1000 mg·L~(-1)时,效果最佳。     

La和Fe改性木芙蓉和龙牙花树枝粉对畜禽废水中磷的吸附

畜禽养殖废水中过量的磷排放易导致水体富营养化。为有效去除畜禽废水中的磷和对园林废弃物进行资源化利用,本研究探讨La和Fe分别改性木芙蓉树枝粉(HM)和龙牙花树枝粉(EC)得到的4种材料(La-HM、La-EC、Fe-HM和Fe-EC)在不同投加量、溶液pH、吸附时间和初始磷浓度等条件下对模拟废水中磷吸附的影响。结果表明,4种改性材料对模拟废水中磷的单位吸附量随投加量的增加呈指数或幂函数下降(P0.05);随溶液pH的升高,La改性的两种材料对磷的吸附量呈先上升后下降趋势,Fe改性的两种材料则相应呈幂函数下降(P0.05)。它们的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附等温线更适合用Freundlich模型拟合。4种改性材料对模拟废水中磷的理论最大吸附量分别为15.00、12.02、7.18 mg·g~(-1)和8.43 mg·g~(-1),对实际养猪废水中磷的吸附量为11.63～21.71 mg·g~(-1),是未改性前的1.58～3.23倍。因此,La和Fe改性木芙蓉和龙牙花树枝粉是吸附畜禽废水中磷的潜在材料。