拟南芥PMRP基因在叶绿体淀粉粒积累和抗寒性中的作用

【目的】分析推测的膜蛋白（putitave membrane realated protein,PMRP）在拟南芥叶绿体发育过程的作用,明确PMRP对拟南芥光合能力的影响及抗寒性分析,为改善作物光合性能及增强抗逆性提供理论依据。【方法】构建PMRP的RNAi和过表达载体,转化农杆菌EHA105,采用花絮侵染法转化野生型拟南芥（Columbia,Col-0）,获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥;以野生型和PMRP RNAi、过表达转基因拟南芥为材料,利用细胞生物学方法,观察PMRP表达量对拟南芥叶肉细胞叶绿体的结构和淀粉粒积累的影响;利用红外CO₂分析法测定拟南芥的光合速率,分析PMRP对拟南芥光合能力的影响。选取16 h光照、21℃条件下培养的21 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,用冷光源培养箱培养,先在4℃培养7 d,然后在-8℃培养1.5 h,取出放到16 h光照、21℃条件培养7 d后,分析PMRP转基因拟南芥对寒害的抗性。选取14 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系和3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,对其莲座叶细胞渗出液电导率进行测定。【结果】获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥株系;通过测定野生型和转基因株系的莲座叶光合速率,野生型Col-0的光合速率为7.3 μmol·m^-2·s^-1,PMRP-RNAi转基因拟南芥的光合速率分别为8.8、7.8和8.5 μmol·m^-2·s^-1,PMRP表达量的降低略增强了拟南芥的光合速率。野生型Col-0的绿叶率为48%,过表达PMRP转基因拟南芥的3个株系绿叶率分别为48.6%、47.8%和49.2%,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥的绿叶率分别为65.9%、67.4%和68.3%,表明PMRP表达量的降低增强了植物的耐寒性。在-8℃下处理30 min,野生型Col-0拟南芥莲座叶的渗出液电导率为70.67 μS·cm^-1,PMRP-RNAi拟南芥莲座叶渗出液电导率分别为48.57、45.40和52.10 μS·cm^-1。表明PMRP表达量的降低明显降低了逆境对细胞膜的损伤。通过对PMRP-RNAi转基因拟南芥和野生型拟南芥完全展开的莲座叶,进行超微结构分析,发现野生型拟南芥莲座叶细胞中,叶绿体为椭圆形,而PMRP-RNAi转基因拟南芥莲座叶细胞叶绿体变为近似圆形;在光照情况下,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒的积累与野生型相似,均有明显的淀粉粒积累,但在黑暗环境中,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒积累明显增多。【结论】PMRP表达量降低造成叶绿体形状由梭型变为圆球型,淀粉粒明显增多,增强了拟南芥的抗寒性。     

马大杂种相思幼期养分需求特性研究

对马大相思幼苗9个无性系的N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Cu、Zn、Mn、B等11种营养元素养分含量进行测定,结果表明各养分需求量间存在极显著差异,其中对N的需求量最大,其次是K,对cu或B的需求量最小。器官间的养分需求总量叶〉茎〉根;不同无性系间各养分需求量亦差异显著,其中需求量最大的AMA306号养分总含量是最小的AMA305的1．54倍。根据分析,得到了各无性系对各养分的需求比例。     

不同形态氮素配比对马大杂种相思幼苗生长的影响

摘要：在温室内采用水培的方法研究了不同氮形态配比下,9个马大杂种相思（Acacia mangium×A. auriculiformis Cunn．ex Bench）无性系幼苗的生长状况发现,NO3- ：NH4+ 比例对马大相思生长及生物量的影响均达到极显著水平。在马大相思幼苗生长方面,当NO3- ：NH4+ 比例为25：75时,苗高净生长量最大,而NO3- ：NH4+ 比例为75：25时,根长净生长量最大,但抑制了苗高的生长;在生物量方面,当NO3- ：NH4+ 比例为25：75时,马大相思幼苗的生物量干重及生物量鲜重积累均达到最大。因此,在供氮总量不变的条件下,NO3- ：NH4+ 比例为25：75时最有利于马大杂种相思幼苗的生长。     

油菜素内酯对玉米叶片捕光、CO_2固定及有机物运输的影响

【目的】明确油菜素内酯(BR)对玉米光合特性的影响及作用机制,为油菜素内酯在玉米田的高效利用提供理论依据和技术参考。【方法】于玉米8叶期喷施100 nmol·L~(-1) BR,对其叶片进行叶绿体结构、淀粉粒积累、叶绿素含量、PEPC活性、光合速率、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性的检测与分析。【结果】油菜素内酯处理8叶期玉米15 d后,与对照相比,玉米叶片的净光合速率提高了32.6%,同时,叶绿体中淀粉粒的积累明显变多变大,叶绿素含量高出对照28.57%,以上结果说明BR处理可提高玉米叶片的捕光能力;PEPC是C4植物中催化PEP固定CO_2的酶,本研究结果表明BR处理可提高玉米叶片中PEPC的活性,与对照相比,其活性提高了14.52%,这说明BR处理可提高玉米叶片固定CO_2的能力;光合产物运输是决定产量的重要因素,通过对玉米叶片疏导组织细胞的超微观察,发现BR处理后韧皮部输导组织的细胞内含物增加;蔗糖是光合产物的主要运输形式,蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成的关键酶,其活性可反映同化物向籽粒运输能力和强度,本研究发现BR处理后SS和SPS的活性分别提高了28.26%和30.20%,上述结果说明BR处理可提高玉米光合产物的输出能力。【结论】油菜素内酯通过提高光合色素含量来提高玉米叶片的光能利用率;通过提高PEP羧化酶活性提高玉米叶片固定CO_2的能力;通过提高蔗糖合成酶和蔗糖磷酸酶活性,促进玉米叶片光作用产生的有机物的运输和分配。     

拟南芥仅含START结构域亚家族基因特性与功能分析

【目的】分析拟南芥中仅含START结构域(the lipid/sterol-binding St AR-related lipid transfer protein domains)亚家族成员的启动子元件及表达特性,阐明启动子元件与表达特性的相互关系,为明确仅含START结构域亚家族的生物学功能,解析植物生长发育机理、更好地促控植物生长提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析仅含START结构域亚家族6个成员的亲缘关系及各自启动子区所包含的所有元件,对启动子元件的功能进行分析和分类;利用real-time PCR方法研究亚家族成员的表达特性;用突变体分析确认基因的功能;分析通过启动子元件分析预测的基因功能与通过突变体分析确认的基因功能间的相关性,为基因的功能和作用机制分析提供科研思路和方法。【结果】生物信息学分析表明,拟南芥中仅含START结构域亚家族成员共6个,分为3个分支,每个分支一对基因,每一对基因中均有一个基因的启动子中含有高转录水平元件5′UTR Py-rich stretch,6个亚家族成员的启动子区均含有多个光、激素和逆境响应元件,也存在各自特异的响应元件;用real-time PCR分析基因的表达量,结果与生物信息学预测结果一致:At3g13062的表达量明显高于同分支的At1g55960,At3g23080的表达量明显高于同分支的At4g14500,At1g64720的表达量明显高于同分支的At5g54170。组织定位分析表明亚家族成员有特异的时空表达特性:At3g13062和At1g55960在幼苗期就有明显表达,但At3g13062主要在子叶、下胚轴和根中表达,而At1g55960主要在根中表达量较多;在成苗期拟南芥中,At3g13062主要在叶片中表达,在根中表达量较少;而At1g55960在成苗期拟南芥的叶片和根系的表达量均较多;At3g23080和At4g14500在幼苗期表达量较少,而在成苗期表达量增加,At3g23080主要分布于莲座叶中,At4g14500主要分布于莲座叶叶柄部。上述结果表明仅含START结构域亚家族成员可能在拟南芥不同时期和不同的部位分别行使着功能。利用生物信息学对启动子元件分析发现,各个基因均具有胚乳特意表达的Skn-1 motif元件,暗示着该家族基因可能参与调控胚乳的发育,进而影响种子的活力和萌发;通过对At3g23080和At4g14500的T-DNA插入突变体种子的分析表明,At3g23080和At4g14500表达量下降均会导致种子活力和萌发率的下降,这与生物信息学预测结果一致。【结论】拟南芥中仅含START结构域的亚家族有6个成员;6个亚家族成员可能在光、激素和逆境调控的发育过程中具有重要的作用;含START结构域的亚家族6个成员虽然同源关系较近,但具有各自的时空表达特性,在拟南芥的不同组织和不同发育时期执行着各自的功能。基因启动子元件与基因功能有直接关系,启动子区具有胚乳特意表达Skn-1 motif元件的At3g23080和At4g14500表达量下降均会导致种子活力和萌发率下降。     

石蜡切片方法的改良

[目的]快速且安全高效制作石蜡切片。[方法]采用不同的方法,对植物材料进行透明和脱蜡以及包埋处理,把材料制成透明的玻片标本,利用正丁醇代替二甲苯作为透明剂和脱蜡剂,其他和传统的石蜡切片方法相同。[结果]正丁醇既能与乙醇混合,又能与中性树胶相融合;正丁醇作用相对较缓和,透明后的组织平整,没有明显的收缩、变形现象,并且不存在透明时间过长的问题,还减少了对实验人员的伤害。[结论]该方法可以快速地制作石蜡切片,且安全有效。     

油菜素内酯提高玉米抗禾谷镰孢菌侵染的生理机制

为明确油菜素内酯(BR)增强玉米抗禾谷镰孢侵染的作用及机制,以玉米郑单958为试验材料,分设喷施BR和未喷施BR的处理,在玉米喷施BR 10 d后,接种禾谷镰孢菌,调查比较喷施BR后玉米感染禾谷镰孢菌的发病情况,确定油菜素内酯提高玉米抗禾谷镰孢侵染的确切作用,结果表明,在未喷施BR的自然生长条件下,在玉米上接种禾谷镰孢,发现茎秆表面有明显的病原菌沿接种针孔侵染扩散的痕迹,玉米茎剖面内髓组织黑褐色严重,几乎整个节间均已被病原菌侵染;但在喷施BR 10 d后再接种禾谷镰孢,玉米茎剖面内的髓组织被病原菌侵染面积明显减少,发病明显减轻,说明BR提高了玉米抗禾谷镰孢侵染的能力。用含BR的PDA培养基培养禾谷镰孢,与对照相比,禾谷镰孢发育未受到明显的影响。BR处理后,玉米叶片脯氨酸含量增加,Real-time PCR分析编码脯氨酸合成酶的基因Zm P5CS的表达量,发现其表达量确实受BR的诱导。同时BR处理后玉米叶片可溶性糖含量极显著增加,保护酶SOD和PAL活性显著增加,POD活性极显著增加。说明BR提高玉米自身抗逆性来提高抵抗禾谷镰孢侵染。油菜素内酯对禾谷镰孢的生长发育没有明显的影响;油菜素内酯提高玉米抗禾谷镰孢侵染的原因可能不是抑制禾谷镰孢的生长发育,而是通过提高玉米脯氨酸合成、保护酶活性、可溶性糖含量,从而提高玉米自身免疫能力。     

不同形态氮素配比对马大杂种相思无性系幼苗生长的影响

在温室内采用不同氮形态配比的营养液,水培研究9个马大杂种相思（Acacia mangium×A.au-riculiformis Cunn.ex Bench）无性系幼苗的生长状况,结果表明,NO3^-∶NH4＋值对马大相思生长及生物量的影响均达到极显著水平。当NO3^-∶NH4^＋为25∶75时,马大相思幼苗的苗高、生物量干质量及生物量鲜重积累均达到最大。而NO3^-∶NH4^＋为75∶25时,根长净生长量最大,但抑制了苗高的生长;在供氮总量不变的条件下,NO3^-∶NH4^＋为25∶75时最有利于马大杂种相思幼苗的生长。