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。     

基于qPCR和LAMP技术的马铃薯晚疫病菌快速检测方法

马铃薯晚疫病菌（Phytophthora infestans）能侵染多种茄科植物,它引起的马铃薯晚疫病,是马铃薯生产中的第一大病害。为了开发能在田间快速检测马铃薯晚疫病病原的方法,利用P. infestans T30-4基因组测序数据的contig 1.18131,设计qPCR和LAMP引物,优化扩增条件后得到引物的特异性和灵敏度,最后通过检测田间收获薯块,比较形态学传统方法、qPCR及LAMP的差异。特异性检测结果发现,qPCR和LAMP仅在含有P. infestans DNA模板的体系有阳性扩增,在寄主和其他微生物DNA中均无扩增;在优化的条件下,qPCR和LAMP的检测下限可达1×10 ^-6ng/μL,在有寄主和其他微生物DNA存在的条件下,引物的灵敏度没有显著差异。利用两种快速方法对在大理、丽江及昆明3个地区田间收获薯块上检测发现,qPCR和LAMP方法得到的检出率差异极为不显著（P=0.420）,两种快速检测方法和形态学鉴定方法检出率差异极显著（P=0.009）。在大理、丽江及昆明3个地区的薯块中,两种分子检测方法检出率均比形态学方法高。其中,qPCR检测方法比形态学方法分别提高了12.00%、2.00%、8.70%;LAMP检测方法比形态学方法分别提高了11.30%、2.00%、8.70%。     

基于"量-质-域-流"四维指标体系的水资源荷载状况评价——以黑河流域三地市为例

随着社会经济用水不断增加，水资源供需矛盾加剧，水资源系统出现荷载不均衡现象，制约了区域发展，危及生态环境良性循环。本文从水资源系统的负荷需求和承载能力出发，基于“量、质、域、流”四个维度构建水资源荷载均衡评价指标体系，采用指标规范化的正态云模型，评价2015年黑河流域张掖市、酒泉市、阿拉善盟水资源配置方案的荷载均衡状况，并依据负荷与承载能力评分二维坐标，分出低负荷-高承载能力、低负荷-低承载能力、高负荷-高承载能力和高负荷-低承载能力四个分区。评价结果表明：2015年三地水资源荷载状况均为Ⅳ级，张掖市综合评分为3.697，酒泉市为3.657，阿拉善盟为3.901，三地均处于高负荷-低承载能力区域；三地在水质维度上处于低负荷-高承载能力区间，水质维度评分均处于Ⅱ级，酒泉市水质评分优于张掖市，张掖市水质评分优于阿拉善盟；在水量、水域、水流维度上均处于高负荷-低承载能力区间，水量方面三地处于Ⅳ级，张掖市优于酒泉市，酒泉市优于阿拉善盟；水域方面张掖和阿拉善盟评分均处于Ⅴ级，酒泉评分处于Ⅳ级；水流方面三地均处于Ⅴ级。需要采取调控手段在水量、水域、水流方面上进行“增强承载”和“卸荷”。     

爱媛28’香橙砧与枳砧在南平市引种表现与评价

2017年引进早熟杂柑品种‘爱媛28’香橙砧和枳砧苗分别在大棚设施和露天进行试种，栽培4年调查比较两个砧木组合的生长表现、丰产性与果实品质，结果表明：‘爱媛28’香橙砧树表现生长势强，冠幅、树高、茎粗、结果枝、秋梢等生长量指标显著大于枳砧树，3a树初产1436 kg/667㎡，4a树2523kg/667㎡，显著高于枳砧4a树初产1809kg/667㎡；大棚种植香橙砧4a树果实10月下旬TSS11-12%，12月中旬TSS可达15%，与枳砧相当，可滴定酸比枳砧略高，两者固酸比均达18以上，口感风味极佳，两者单果重、果形指数、果皮厚度、可食率无显著性差异；未密封大棚4a树体经受2020年寒冬极端低温考验无明显冻害，抗旱抗寒能力中等，易感黑点病和流胶病，大棚种植能很好预防黑点病。综合评价爱媛28枳砧和香橙砧均适合在南平市种植，香橙砧比枳砧早期丰产性稳产性好，收益更高，香橙砧‘爱媛28’设施种植较枳砧更具优势。     

内蒙古高原紫花苜蓿土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量

为了给内蒙古高原紫花苜蓿（Medicago sativa L.）测土施氮奠定科学基础，本研究采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡-地力差减法”新应用公式，开展了该自然区域紫花苜蓿土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量研究。结果表明：内蒙古高原生长第1年紫花苜蓿土壤碱解氮第1~6级丰缺指标为≥48，20~48，8~20，4~8，2~4和<2 mg·kg^-1，土壤全氮第1~5级丰缺指标为≥1.4，0.8~1.4，0.4~0.8，0.2~0.4和<0.2 g·kg^-1，土壤有机质第1~6级丰缺指标为≥17，10~17，6~10，3~6，2~3和<2 g·kg^-1。当紫花苜蓿目标产量9~18 t·hm^-2、氮肥利用率40%时，内蒙古高原紫花苜蓿第1~6级土壤推荐施氮量分别为0，68~135，135~270，203~405，270~540和338~675 kg·hm^-2。     

青海省祁连圆柏天然林单木生物量模型构建

利用祁连圆柏整株生物量与生长指标数据，为估算祁连圆柏林的生物量估算提供参考。通过野外调查，共获取了63株祁连圆柏天然林样木生物量与生长指标实测数据。用其中50株样木数据进行回归模拟，用其余的13株样木数据对模型可靠性进行检验，构建器官生物量与生长指标间的回归模型。结果表明，祁连圆柏单木水平下，树干生物量模型的R²_adj为0.96，均方根、模型有效性和残差系数分别为0.50、0.85和0.05；枝条生物量模型的R²_adj为0.897，均方根、模型有效性和残差系数分别为0.69、0.80和-0.66；叶生物量模型的R²_adj为0.61，均方根、模型有效性和残差系数分别为0.54、0.86和0.15；根生物量模型的R²_adj为0.93，均方根、模型有效性和残差系数分别为0.12、0.997 和-0.01。在调查数据范围内构建的模型较好地反映了祁连圆柏生物量与生长指标间的关系，形式简单、使用方便；与实测值相比，树干与叶生物量模拟值偏小，枝和根偏大。     

茶树花青素形成分子机理的研究进展

花青素是由类黄酮合成途径产生的次生代谢产物,含量高时会使茶树新梢呈现红色或紫色。同时,花青素相比儿茶素等具有更明显的抗氧化、预防肿瘤等药理保健作用。文章就茶树花青素合成途径、转录及转录后调控等方面进行综述,以期更好地为高花青素茶树的育种研究提供理论依据。     

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.