高羊茅光合作用与激素信号对低氮胁迫的转录组响应

养分胁迫直接影响高羊茅的生长发育,为研究高羊茅对低氮胁迫响应的分子机制,利用Illumina技术从高羊茅幼苗中获得了超过6000万个序列信息,拼接得到72666个unigenes并进行了分析。差异性分析显示,共检测到13112个响应低氮胁迫的基因,其中2346个上调基因,10766个下调基因。GO注释和KEGG显著性富集分析发现,差异基因主要富集在代谢过程、RNA转运、mRNA监测、次生代谢物的合成及胞吞作用通路中。在低氮胁迫下,光合作用相关基因被显著抑制,特别是捕光叶绿素a/b结合蛋白基因,这些基因的下调导致光合活性下降,有机质积累减少;植物激素相关基因大规模上调,表明氮信号与植物激素之间存在反馈调节。qRT-PCR分析表明,选出的差异表达基因与高通量测序结果基本一致。     

低氮胁迫对高羊茅苗期生理特性的影响

以‘黔草1号’高羊茅(Festuca arundinacea)为材料,通过低氮条件下高羊茅的生物学特性、抗氧化酶活性、内源激素和氨基酸含量等指标探究低氮条件对高羊茅生理特性的影响。结果表明：低氮胁迫下高羊茅的株高、生物量与蛋白质含量显著降低,而高羊茅叶片中的超氧化物歧化酶、过氧化物酶与谷氨酰胺合成酶活性受低氮胁迫诱导显著升高。液相质谱分析高羊茅叶片中的游离氨基酸成分表明,在低氮胁迫下大部分的游离氨基酸含量与正常处理组相比显著下降。随着胁迫时间的延长,油菜素内酯、细胞分裂素、生长素的含量呈现先升后降的趋势,赤霉素与脱落酸的含量呈现逐渐升高的趋势。表明低氮严重影响了高羊茅的正常生长,而高羊茅通过调节自身抗氧化酶活性、内源激素与氨基酸含量的变化来适应低氮胁迫。     

高羊茅在低氮胁迫下的蛋白组学分析

为了研究高羊茅在低氮胁迫条件下的蛋白水平变化,我们采用iTRAP技术分析了氮胁迫30 d的高羊茅叶片中蛋白组学的变化.一共检测到595个差异蛋白(295个上调,300个下调),分别参与了多个不同的代谢途径.在高严谨筛选标准下,氮代谢,氧化还原反应以及胁迫相关代谢等多个途径的基因被明显上调表达.通过生理生化测定发现,叶绿素,可溶性蛋白以及游离氨基酸的含量显著下降,而过氧化物酶(POD),超氧化物歧化酶(SOD)以及谷胱甘肽合成酶(GS)等活性氧清除酶活性显著升高.采用荧光定量PCR的方法验证蛋白组学数据发现所有挑选的基因都具有相同的变化趋势.分析显著富集的14-3-3基因家族的表达,发现其都能被低氮胁迫诱导,因此胁迫相关的基因可能是调节高羊茅抵抗多种不同逆境的关键基因.本文首次在高羊茅中采用蛋白组学的方法分析低氮胁迫条件下基因的表达变化,获得重要候选基因,并对其应用进行了讨论.     

高温胁迫下不同氮肥处理对高羊茅氮代谢的影响

采用盆栽试验,研究了不同氮肥（NO3--N、NH4+-N、NH4NO3-N）处理对高羊茅品种凌志Festuca arundinacea cv. Barlexas在高温38/30 ℃（昼/夜）胁迫下叶片内硝态氮含量、铵态氮含量以及参与氮同化和代谢过程的主要酶活性的影响。结果表明：随着胁迫时间的延长,经过不同氮肥处理的植株中硝态氮含量先升后降,而铵态氮含量呈上升趋势,其中NH4NO3-N处理株的硝态氮含量最高,铵态氮含量最低,NH4+-N处理株的铵态氮含量最高;不同处理株中的硝酸还原酶（NR）活性呈下降趋势,而谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶（GOGAT）活性均呈先升后降的趋势,总体上,NH4NO3-N处理株的NR、GS和GOGAT活性最高;NH4NO3-N和NO3--N处理株的谷氨酸脱氢酶（GDH）活性均呈下降趋势,而NH4+-N处理株的GDH活性呈上升趋势。在试验条件下,经NH4NO3-N处理的高羊茅受氧化胁迫程度最小,耐热性最好,有利于高羊茅越夏和延长其绿期。     

多效唑对高羊茅弱光下生长及其碳氮代谢的调控作用

本研究为揭示多效唑对高羊茅(Festuca arundinacea)生长和碳氮代谢的影响,设置了自然光照(光通量密度为200μmol·m^-2·s^-1)和弱光(光通量密度为40μmol·m^-2·s^-1),喷施200 mg·L^-1多效唑与不喷施的双因素试验,并测定了高羊茅形态、碳氮代谢相关指标。结果表明：高羊茅在弱光下,其株高、叶宽、分蘖数和生物量显著下降(P<0.05),淀粉、还原糖、铵态氮、游离氨基酸含量以及碳氮比均降低。此外,多效唑处理能增强碳氮代谢水平,使弱光下碳氮比、谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶的活性分别提高了13.98%,17.38%和69.09%,最终使株高降低、分蘖增加。综上,多效唑处理能增强高羊茅耐弱光的能力,平衡其碳氮代谢,从而使其维持在一个良好的生长状态。     

抗坏血酸对高氮条件下高羊茅草坪草耐热性的影响

本试验以冷季型草坪草高羊茅“猎狗５号”为材料,研究了抗坏血酸对高氮条件下草坪草耐热性的影响。结果表明,抗坏血酸处理显著提高了高羊茅的叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白质含量,提高了超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）活性,显著降低了脯氨酸和丙二醛（ＭＤＡ）含量,进而增加了植株含水量、单蘖干重、绿叶比和单株分蘖数,增强高羊茅耐热性和延缓植株衰老,有利于其安全越夏。     

深秋施肥对高羊茅草坪越冬的影响

在盆钵砂培试验条件下,研究不同氮素浓度(0,0.5,5.0,10.0,15.0,20.0 mmol/L)对高羊茅草坪草越冬的影响;在田间条件下研究了不同施氮量(0,2.5,5.0 g/m2)下高羊茅的越冬期表现.结果表明,无论是田间还是盆钵条件下,无氮处理都表现为生长停滞、叶色差、草坪质量较差,但抗寒性较好.盆钵试验中过高的氮素水平(20 mmol/L)造成草坪草徒长,抗寒性降低,从而降低草坪质量.而在田间条件下,深秋施氮不会导致草坪草冻害,而且草坪质量好,春季返青早.但冬季施肥对草坪草冬季表现作用不大,还会导致高羊茅春季生长过旺,加大修剪工作量.     

不同氮处理和弱光下高羊茅生长及其碳氮代谢特征

氮肥的施用量对弱光下草坪的坪用质量影响较大.为探究弱光和不同氮素水平对草坪草高羊茅(Festuca arundinacea)生长和碳氮代谢的影响,试验设置自然光照和弱光两个光照梯度,以及低氮(1?mmol·L?1)、中氮(6?mmol·L?1)和高氮(18?mmol·L?1)?3个氮素水平,通过研究光氮互作对高羊茅形态...     

夏季施氮、钾肥对高羊茅褐斑病的影响

在大田条件下,研究高羊茅施用氮、钾肥对夏季褐斑病发病的影响。结果表明,施钾水平的高低及氮、钾交互作用对褐斑病发病的影响不大。夏季增施氮肥减轻了褐班病发病的严重度,但是加快了病害流行速率,施氮越高,病害扩展速率越快,恢复速率越慢。     

低温胁迫对高羊茅生长影响的研究

以高羊茅Festuca arundinacea草坪草为材料,设置3种低温处理:-6、5和0 ℃处理8 h,并以室温为对照,然后测定过氧化氢酶（CAT）活性、电解质渗透率、可溶性糖含量、脯氨酸含量和叶绿素含量等生理指标。结果表明,在5 ℃下, CAT的活性在胁迫4 h时活性最大;当温度为0与-6 ℃时,酶的活性随着胁迫时间的延长而急剧下降,温度越低,下降越快。叶绿素含量随着胁迫时间的延长而下降,温度越低下降越快。脯氨酸含量在0与-6 ℃时,随着时间的延长,含量则明显增加。在-6 ℃时, 电解质渗透率明显增大。可溶性糖含量随胁迫时间延长而上升,-6 ℃时,可溶性糖含量明显上升,低温抗寒锻炼能有效增强高羊茅的抗寒性。     

过量表达Fa14-3-3C促进拟南芥对低氮胁迫耐受性的研究

氮元素是植物生长发育过程必不可少的营养元素之一,对禾本科作物生长的影响更加明显。本研究采用RACE技术从高羊茅叶片中克隆获得Fa14-3-3C基因全长,并对其亚细胞定位与分子功能进行系统研究。在烟草表皮细胞中观察发现Fa14-3-3C-GFP主要定位在细胞质中与细胞膜上。将Fa14-3-3C基因在拟南芥中过量表达获得3个单拷贝转基因株系(抗性分离比为3∶1)。在低氮胁迫反应中,Fa14-3-3C过量表达株系OE-1与OE-3的根鲜重显著比野生型高,而OE-2与野生型差异不显著,通过荧光定量PCR分析发现OE-1与OE-3过量表达明显而OE-2没有过量表达,说明Fa14-3-3C对植物耐低氮胁迫调节具有剂量效应。定量观察植物根系生长发现在低氮处理早期OE-1转基因株系就显著优于野生型,主要是通过补偿根系生长的方式缓解低氮胁迫对植物的伤害。因此本研究不仅获得了耐低氮胁迫候选基因,而且验证了其在模式植物中的分子功能,为进一步通过基因工程等手段培育耐低氮胁迫种质资源奠定基础,具有重要理论研究价值与生产应用前景。     

高温胁迫下高羊茅草坪草生理特性研究

从美国引进的39个高羊茅草坪草种分成了5个生态类型,在1999—2000年从每类中找出一个具有典型性状的草种,测定其周年草坪坪质表现、根系活力、叶片可溶性糖含量变化,同时测定各类草种在高温胁迫下保护酶活性与质膜透性的变化。结果表明,根系活力及可溶性糖含量在一定程度上影响着草坪坪质的周年变化。同时,草坪草叶片MDA含量的增长率和草坪草叶片的质膜透性增长率具有显著的正相关效应。在40℃高温胁迫下,草坪草叶片SOD与POD相对活性和MDA含量的增长率及PMP增长率具有显著的负相关效应,5个草种对高温的抗性能力大小顺序是:Gooden>Regi ment>Tomahawk>SR-8210>Brandy。在此基础上,最后对草坪草抗性的准确快速检测方法进行了讨论。     

凌志高羊茅在中国的引种适应性研究

国外引进的优良草坪草种－凌志高羊茅在中国有代表性的6个气候带：北京（北过渡带）、沈阳（寒冷潮湿带）、兰州（寒冷半干旱带）、昆明（云贵高原带）、上海（温暖潮湿带）和广州（热带、亚热带）进行品种的评定和适应性的研究。结果表明：除在热带、亚热带地区外，凌志在其它气候带都能很好的适应，其色泽深绿，覆盖率高，并且耐热、抗寒能力也强，是适宜在中国热带、亚热带以外的地区建植的优良草坪草种。     

不同品系高羊茅应答高温胁迫的初级代谢产物分析

为探讨高温对高羊茅初级代谢的影响,对耐热性不同的两个高羊茅基因型PI 578718(耐热)和PI 234881(热敏感),进行40℃/35℃(昼/夜各12 h)模拟高温胁迫21 d,分别于不同时间段取样测定生理以及代谢产物的变化。结果表明,在高温胁迫下,草坪质量、叶绿素含量、叶片相对含水量、根系活力持续下降,电解质渗漏加剧,与耐热型基因型相比,热敏感基因型各生理指标变化更明显。通过GC-MS分析,检测并鉴定了25种初级代谢产物,主要包括有机酸和脂肪酸(9种)、氨基酸(9种)、糖类和糖醇(7种),其中氨基酸(如脯氨酸、缬氨酸、谷氨酸)、糖类(如蔗糖)和糖醇(如肌醇)在叶片中大量积累,而有机酸和脂肪酸类(如柠檬酸、棕榈酸)在根系中大量积累。高温胁迫下叶片和根系中代谢产物如缬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、蔗糖、肌醇、柠檬酸、棕榈酸含量的升高或维持,可能是耐热基因型PI 578718与热敏感基因型PI 234881之间耐热性差异的主要原因,而且柠檬酸作为抗氧化剂并参与呼吸作用的三羧酸循环途径,它的高积累,可能更有助于提高高羊茅对高温胁迫的耐性和适应性。     

盐胁迫对高羊茅生长及抗氧化系统的影响

研究了不同浓度NaCl(0,50,100,200,300 mmol/L)胁迫对高羊茅生长及抗氧化系统的影响。结果表明,中、低浓度(50,100 mmol/L)盐胁迫下,高羊茅生物量和MDA含量与对照组相比没有显著变化;高浓度(200,300 mmol/L)盐胁迫后,生物量明显降低,MDA含量显著升高。抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性随着盐胁迫时间的延长先上升后下降,盐浓度越高3种酶活性下降幅度越大。盐胁迫初期,除类胡萝卜素含量略有上升外,GSH和还原型AsA均有不同程度的下降,随着胁迫时间的延长,3种抗氧化物质含量逐渐降低,200,300 mmol/L盐处理下降明显。     

高羊茅在中国北过渡带(北京)的引种适应性研究

对高羊茅在中国北过渡带的引种适应性进行了观察研究 ,主要分析了高羊茅的生长特征、特性、形成草坪的质量、草坪的持续性、草坪的越冬越夏性、草坪的抗病性等指标 ,结果表明 :高羊茅品种基本都能较好地适应北京地区的土壤气候条件 ,其抗性、草皮的持续性都较优良 ,是适应北京地区粗放性管理的优良草种 ,同时对高羊茅草坪的养护管理提出了建议。     

高羊茅腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因FaSAMDC的克隆与差异表达分析

在进行高羊茅光敏色素C基因5′端克隆时,筛选到腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因的5′端序列,根据5′端序列设计引物,扩增出该基因的3′端,拼接得到高羊茅腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因全序列,命名为FaSAMDC(GenBank登录号:HQ606139),利用实时荧光定量PCR技术研究FaSAMDC基因在长日照与短日照条件下昼夜24 h的表达差异,为进一步揭示不同光周期调控FaSAMDC基因的表达奠定理论基础。FaSAMDC的cDNA全长1 964 bp,具有微型上游阅读框、小型上游阅读框和主阅读框3个开放阅读框,分别位于226～234,234～380和555～1 742 bp,微型上游阅读框和小型上游阅读框存在1个碱基重叠,主阅读框编码395个氨基酸,含有保守功能域:酶原剪切位点功能域和SAMDC蛋白快速降解有关的PEST功能域。对编码蛋白氨基酸序列的同源性分析表明,FaSAMDC与其他单子叶植物SAMDC蛋白的亲缘关系较近。在长日照和短日照处理条件下,FaSAMDC都具有3个表达峰。短日照处理条件下的表达峰比长日照处理条件下的表达峰早几个小时,但峰高低于长日照条件。由此说明,FaSAMDC基因的表达受光周期调控,与生物钟控制的昼夜节律有关。     

高羊茅应答盐胁迫的AtSOS途径基因的效应分析

本研究在2015年采用基因工程技术改良高羊茅耐盐性,通过种植转基因耐盐草坪草达到改良土壤改善生态环境的目的。以草坪草成熟种子诱导的胚性愈伤组织为受体,通过农杆菌介导法将拟南芥AtSOS途径基因AtSOS1、AtSOS2-AtSOS3和AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3分别导入高羊茅爱瑞3号中,经PCR检测、Southern blotting分析和RT-PCR鉴定,获得了能稳定表达的转基因株系。以转不同组合AtSOS基因的高羊茅植株和野生型植株为材料进行盐处理,每次处理重复3次,测定其生理生化指标、株高、Na⁺、K⁺离子含量、叶绿素含量,结果显示,盐胁迫下转基因植株的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性都显著高于对照植株,而丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的增加幅度均显著低于对照植株;盐胁迫下转基因和野生型植株叶片中的Na⁺、K⁺含量都增加;盐胁迫下所有植株的株高均呈下降趋势,各株系的叶绿素含量也减少,但是转基因(AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3)植株的叶绿素含量增加。转AtSOS基因的高羊茅通过发挥AtSOS途径的作用,促进了植物体内Na⁺的外排,减轻了盐胁迫所导致的伤害,提高了植物的耐盐性。