小麦锌指蛋白基因TaZAT6的克隆、特征分析及其在不同磷水平下的表达

 【目的】在克隆小麦锌指蛋白基因TaZAT6的基础上,深入研究该基因的分子特征和在不同磷水平下的表达特性。【方法】通过对富集石新828不同低磷胁迫时间点特异表达基因的cDNA差减文库克隆测序,获得1锌指蛋白型转录因子基因EST。利用RT-PCR技术,在低磷处理24 h的石新828和冀7369根系中克隆了该锌指蛋白基因TaZAT6,并采用该技术进一步研究该基因应答介质中Pi的特征。【结果】TaZAT6开放阅读框为717 bp,编码238个氨基酸残基,编码的蛋白质中含有1个保守的核定位区、2个C2H2锌指蛋白域和1个DLN保守盒。系统进化分析表明,TaZAT6可能与另外2个小麦锌指蛋白基因ZAT22和ZAT23具有共同的祖先。TaZAT6的表达表现为明显的低磷诱导特性,恢复至正常磷水平下其表达降低至磷胁迫前水平。与磷低效品种冀7369相比,石新828根叶中TaZAT6具有更强应答低磷胁迫能力。小麦高亲和磷转运蛋白基因TaPT2对生长介质中Pi的响应特点与TaZAT6相似,表明TaZAT6可能参与了对TaPT2的转录调节。【结论】低磷胁迫条件下,石新828中 TaZAT6具有较强应答Pi能力,由此进一步调控下游基因表达,可能与该品种在低磷下表现磷高效具有密切联系。     

利用cDNA-AFLP技术分析小麦应答低磷胁迫的特异表达基因

以磷高效小麦品种石新828为材料,采用cDNA-AFLP技术,鉴定了短期(1~6 h)、中期(12~48 h)和长期(72~144 h)低磷胁迫根系特异上、下调表达基因的表达序列标签(EST)。共有非重复的上调ESTs 142个,下调ESTs 94个。胁迫下的前者分别含短、中和长期23、53和66个;后者分别含短、中和长期17、39和38个。对其功能比对发现,上调ESTs在功能上归属于信号转导、转录调控、代谢、逆境响应、发育、物质运输、脂类代谢和功能未知等类别,下调EST除上述类别外,还含有蛋白质合成和降解等类别。部分转录因子基因(如水稻OsPTF1和拟南芥ZAT10高度同源的转录因子基因)、促分裂原激酶基因MAPK1a、钙依赖蛋白激酶基因CPK1A和蛋白激酶基因(如serine/threonine kinase)、高亲和磷转运蛋白基因(PHT3和PT2)、过氧化物酶基因(如peroxidase 73)和谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione S-transferase),受到低磷胁迫的特异增强诱导,在改善小麦植株对低磷胁迫的适应能力中可能具有重要作用。研究表明,小麦对低磷胁迫的响应,在分子水平上存在着植株感受低磷胁迫信号和信号转导、进一步在生理生化方面对胁迫信号产生应答等复杂的过程。     

磷转运蛋白基因TaPHT2;1在染色体上定位 及对小麦磷素吸收和利用效率的影响

【目的】以中国春遗传背景的整套B染色体双端体为材料,鉴定磷转运蛋白基因TaPHT2;1的染色体定位特征。解析不同供磷水平下,上述材料和不同磷利用效率小麦品种该基因的表达特征及其与植株干物质生产能力和磷效率特征的联系。【方法】采用溶液培养法水培中国春（CS）及该品种遗传背景的整套B染色体组双端体和不同磷效率小麦品种材料。以B染色体组供试端体为材料进行TaPHT2;1 PCR扩增,鉴定TaPHT2;1在染色体上的定位。采用半定量RT-PCR及qRT-PCR技术分析B染色体组供试端体和小麦品种TaPHT2;1的表达水平。采用常规分析技术,测定供试材料单株干重和磷吸收参数。【结果】①PCR检测发现,在CS及所有供试B染色体组双端体材料中,除缺失1B长臂的1BS外,其它所有材料均能特异扩增出目标基因TaPHT2;1,表明TaPHT2;1定位在1B长臂。②丰、缺磷条件下,TaPHT2;1在CS及除1BS外双端体根、叶中的表达均表现为叶片优势表达特征,且在叶片中表达受到低磷胁迫的诱导。TaPHT2;1在根系中的表达不受低磷逆境调控。表明TaPHT2;1在介导丰磷下磷素吸收、转运及增强低磷下植株体内磷素再度调运中可能发挥重要功能。③丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株干重和全磷含量显著降低;缺磷条件下,1BS的单株干重与CS相比也显著下降,但全磷含量增加。表明位于1B染色体长臂后的磷转运蛋白基因TaPHT2;1,对丰、缺磷条件下的植株磷素吸收、转运具有较大影响,进一步对不同供磷水平下的植株干重产生重要调控效应。④丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量显著增加,磷利用效率没有改变;缺磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量没有变化,磷利用效率显著降低。不同磷利用效率品种相比,丰磷条件下,随着品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重、全磷含量和单株磷累积量也随着增加;缺磷条件下,随着小麦品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重和磷利用效率也随之增高,但全磷含量呈下降趋势,单株磷累积量品种间差异较小。因此,TaPHT2;1的表达水平与小麦品种丰、缺磷条件下的磷素吸收、利用和干物质积累能力具有紧密联系。【结论】小麦磷转运蛋白基因TaPHT2;1位于1B染色体长臂。该基因通过其特定对外界供磷水平产生应答,在较大程度上调控植株的磷素吸收和利用能力,对不同供磷水平下的植株干重产生重要影响。TaPHT2;1在调控植株丰磷下磷素吸收和低磷下磷素利用中发挥重要作用,可作为鉴定小麦品种磷效率的评价指标。     

密度对不同株型玉米群体结构的调控效应

不同供试品种的茎叶夹角与株型特征密切相关,随着株型紧凑型增强,该参数值增大;在生育后期,不同株型玉米品种LAI各密度下大体表现为GY115较高,ND108次之,ZD958较低。随着密度增加,各品种LAI增大,紧凑型ZD958植株下位叶片的衰老速率相对减慢。供试品种群体中、下部1 d内各测定时期光截获的数量随密度增加明显减少,不同株型品种相比减小的幅度依数值大小依次为GY115,ND108和ZD958。随密度增大单株干物重降低,但以ZD958降低幅度较小,ND108次之,GY115较大。不同株型品种产量对密度的反应不同,获得高产的适宜密度存在明显差异。     

参与式发展研究方法在村级发展规划中的应用 ——以保定市两渔村为例

参与式发展研究是农村发展工作者与农民一起共同分析现状、共同制定和执行发展规划的一种研究方法。运用参与式方法制定的发展方案能够充分体现农民的意愿和想法，使农民在实施中具有很高的积极性，保证方案实施的可持续。采用参与式发展研究方法，按照“参与”、“互动”、“讨论”、“研究”的原则，提出了近期两渔村村级发展规划。     

低磷条件下不同磷效率小麦品种及其杂种F1光合碳同化特性研究

以典型的磷低效(L)、吸收高效(H1)和利用高效(H2)的小麦品种及以上述品种为亲本配制的杂种F1-1(L×H1)和F1-2(L×H2)为材料,对上述品种和杂种F1的光合特性及其生理机制进行了研究。结果表明,缺磷条件下,随着叶片生长进程,供试品种和杂种F1旗叶CO2传导参数气孔导度(Gs)、叶肉导度(Gm)和碳酸酐酶(CA)活性;旗叶叶绿素含量(Chl)、光合速率(Pn)、叶绿体无机磷(PI)浓度和Mg2+-ATPase活性、可溶蛋白含量(SP)和RuBPCase活性均不断降低。不同磷效率类型品种相比,旗叶各测定时期上述参数均以L较低,H1和H2较高。与各自亲本相比,F1-1和F1-2各测定时期的光合生理参数多表现出明显的优势。表明磷高效小麦品种(H1和H2)以及杂种叶片光合碳同化特性的相对提高,是由于其光合器官捕获光能的能力较强、光合作用气孔限制和非气孔限制的程度较低和暗反应速率较高综合作用的结果。其中,磷高效品种及杂种F1叶绿体Pi供应量的增多,在维持光合器官的结构和功能中可能具有重要作用。研究还表明,供试不同磷高效小麦品种之间(吸收高效H1和利用高效H2)尽管在磷的吸收和利用特征上表现明显不同,但在叶片的光合碳同化特性及其内在生理机制上表现相似,表明控制小麦磷素吸收与利用的遗传基因位点可能与控制光合器官结构与功能的遗传位点不存在紧密连锁。在低磷胁迫条件下,充分利用杂种F1在光合碳同化特性上的杂种优势,对于改善小麦对磷素的吸收和利用以及促进子粒产量的增加具有潜在的应用价值。     

磷转运蛋白基因TaPht1;4的染色体定位及其在低磷下与小麦吸磷能力的关系

【目的】植株对介质中磷素的吸收及磷素在体内器官组织间的转运,是通过位于细胞质膜上的磷转运蛋白(PT)介导完成的。高亲和PT在介导植物对低磷逆境下的磷素吸收中发挥重要作用。本研究以小麦中国春遗传背景的整套B染色体双端体为材料,对小麦高亲和PT基因TaPht1;4的染色体定位特征及其与低磷下小麦品种磷效率的联系进行系统研究,旨在为今后小麦品种磷效率分子鉴定和磷高效遗传改良提供依据。【方法】采用水培法培养中国春(CS)及其遗传背景B染色体组双端体幼苗。三叶期时收获各供试材料根系,提取各材料基因组DNA,通过PCR特异扩增TaPht1;4,鉴定TaPht1;4在染色体上定位。通过对各供试材料三叶期幼苗进行24 h低磷胁迫获取丰缺磷处理根叶样本,采用半定量RT-PCR及实时定量PCR分析TaPht1;4在丰缺磷下的表达。采用上述幼苗培养、丰缺磷处理和基因表达分析技术,研究不同磷吸收效率小麦品种磷效率参数和TaPht1;4表达特征。【结果】1)与CS及其他双端体材料能特异扩增目标基因不同,在3BS中未扩增到目标基因TaPht1;4;采用半定量RT-PCR和qPCR对丰、缺磷下CS和各双端体根、叶中TaPht1;4的表达研究表明,丰磷下各供试材料根、叶中均检测不到TaPht1;4表达,缺磷下各供试材料叶片中也均未检测到TaPht1;4表达,但在根中除3BS未检测到TaPht1;4表达外,CS和其他双端体均具有较高的TaPht1;4表达水平。表明TaPht1;4定位在3B染色体长臂,呈低磷诱导和根系特异表达特征。2)丰磷下,3BS单株干重与CS没有差异;缺磷下,与CS相比,3BS单株干重显著降低。表明缺少TaPht1;4及所在3B染色体长臂后,植株干物质生产能力受到较大影响,这可能与因缺乏该染色体臂丧失TaPht1;4造成低磷下植株的磷素吸收能力降低密切相关。3)对丰、缺磷下不同磷吸收效率6个小麦品种TaPht1;4的表达水平以及单株干重、全磷含量、磷累积量和磷效率研究表明,缺磷下各小麦品种表现为随品种磷吸收效率提高,TaPht1;4表达水平也随之增高。表明TaPht1;4表达水平与低磷下小麦品种磷素吸收能力和干物质积累具有紧密联系。【结论】小麦高亲和PT基因TaPht1;4定位在3B长臂。低磷条件下,3BS的单株干重和磷累积量较CS显著降低。丰、缺磷下,不同磷吸收效率小麦品种TaPht1;4表达水平与植株干重和单株磷累积量密切相关。TaPht1;4能显著增强小麦在低磷下磷素吸收能力,可作为小麦品种耐低磷能力的参考分子评价指标。     

不同生态型小麦品种旗叶光合性能的研究

为明确不同生态型小麦品种的光合作用机制 ,以不同生态型小麦品种为材料研究了小麦旗叶的光合性能。结果表明 ,不同生态型小麦品种旗叶生育期间的气孔限制和非气孔限制具有相同的特点 ,在叶片功能旺盛的前中期 ,光合底物 CO2 对光合速率的限制主要是非气孔限制 ,在叶片老化后期 ,光合底物 CO2 对光合作用的限制同时存在着气孔限制和非气孔限制 ;不同生态型品种小麦旗叶光合功能和碳代谢特性具有与生态型表现相关的规律。春性品种叶绿素含量高 ,光合面积大 ,功能高值期 (RSP、PAD)长 ,叶源量 (L SC)大。半冬性品种光合速率高 ,叶绿素含量较低 ,功能高值期较短 ,叶源量最小。冬性品种叶绿素含量最低 ,功能高值期最短 ,叶面积和光合速率与半冬性品种差异较小     

A染色体组代换对氮胁迫条件下小麦氮效率的影响

以具有强抗逆性Synthetic 6×为染色体供体的中国春背景A染色体组代换系为材料,研究了A染色体组各对染色体代换对低氮胁迫下小麦氮效率的影响。结果表明,与CS相比,供体的植株干物质量显著降低,植株含氮量显著增加。用供体A染色体组各对染色体对CS相应染色体进行替换后,各染色体代换系1A～7A的植株干物质量和含氮量数值居于供体和CS之间。其中,6A植株干物质量较CS的降低幅度最小,较供体的增幅最大;5A植株干物质量较CS的降低幅度最大,较供体的增幅最小。供体的植株含氮量显著高于受体CS。与CS相比,2A和6A的植株含氮量显著高于CS,其他代换系与CS的差异不显著。在低氮胁迫条件下,6A和2A的植株氮累积量较供体和CS显著增加。研究表明,小麦植株对低氮条件下的氮素吸收能力表现明显的染色体效应,供体6A和2A含有植株抵御低氮胁迫的氮高效相关基因。     

节水灌溉条件下不同施磷量对冬小麦磷素吸收利用的影响

为提高节水灌溉条件下小麦磷素利用效率,以济麦22和石优20为材料,设置60、120和180 kg P₂O₅·hm^-2三个磷素供应水平（分别用P₆₀、P₁₂₀和P₁₈₀代表）研究了节水栽培下磷素（P）用量对小麦P吸收和利用特性的影响。结果表明,供试小麦品种在各生育时期植株干重均随施P水平增高而提高;低P（P₆₀）水平下石优20植株干重较大,在高P（P₁₈₀）水平下济麦22则植株干重较大。两小麦品种各生育时期植株P含量均以高P处理下较高,且石优20高于济麦22。随施P水平的增高,小麦植株P累积量增多, P累积速率增大,以开花至成熟期P累积速率较高,且施P水平对P累积速率有正向调控作用。成熟期,植株各器官的干重、P累积量和P分配比例均以籽粒最高,茎秆和叶鞘及叶片次之,颖壳和穗轴最低;各器官P含量以籽粒最高,茎秆、叶鞘、颖壳和穗轴次之,叶片最低,表明生育后期植株体内P素主要向籽粒转运、积累。低P和中P（P₁₂₀）处理下,石优20产量显著高于济麦22;高P处理下,石优20的产量较济麦22低。随供P水平的提高,植株花前的P转运量和P转运效率增大,但P贡献率、P利用效率和P肥偏生产力下降。不同品种相比,石优20植株的花前P转运量和营养器官P贡献率与济麦22相近,但石优20的P收获指数、花前P转运效率、P利用效率和P肥偏生产力较济麦22低。研究表明,节水条件下,小麦养分高效品种石优20在低P水平下具有较高P吸收能力和籽粒产量,适当施P可增强济麦22植株生育后期P的吸收、利用能力和高产潜力。