AtSOS基因在紫花苜蓿中的表达及其耐盐性研究

本研究采用基因工程技术改良紫花苜蓿耐盐性,通过种植转基因耐盐紫花苜蓿达到改良土壤的目的。以紫花苜蓿子叶节为外植体,通过农杆菌介导法将来源于拟南芥的AtSOS1-AtSOS2-AtSOS3多基因表达载体导入阿尔冈金紫花苜蓿中,经PCR检测、抗除草剂筛选和RT-PCR鉴定,获得了能稳定表达的转基因株系。以转基因的紫花苜蓿和野生型紫花苜蓿为材料进行盐处理,每个处理重复3次,测定其生理生化指标、株高、Na⁺和K⁺含量、细胞膜透性、叶绿素含量。结果显示,在不同盐浓度处理下,所有植株的株高均有所增长,但在100和200 mmol·L^-1的NaCl处理下,转基因植株的长势显著高于野生型植株;随着处理时间的增加,所有植株的叶绿素含量均呈先上升后下降的趋势,且野生型植株叶绿素含量均低于转基因植株;在100和200 mmol·L^-1的NaCl处理下,转基因植株的细胞膜透性、超氧化物歧化酶活性和脯氨酸含量的增加量均小于野生型植株,而过氧化物酶、过氧化氢酶活性和可溶性糖含量的增加量均大于野生型;各植株中丙二醛含量均下降,且野生型植株下降的更为明显;盐处理后,转基因植株根系中Na⁺的积累比野生型植株少,而K⁺的吸收多于野生型植株。转AtSOS基因的紫花苜蓿通过发挥AtSOS途径的作用,促进了植物体将细胞内的Na⁺外排,从而减轻盐胁迫对植物体的伤害,提高了转基因植株的耐盐性。     

高羊茅对高温胁迫应答机制的研究进展

高温胁迫是影响植物生长的主要限制因子,全球气候变暖进一步加剧了高温对植物生长的危害。高羊茅(Festuca arundinacea)是一种冷季型多年生草本植物,其对高温胁迫的应答机制近几年受到国内外众多学者的共同关注。本文综述了不同品种高羊茅的耐热性及高温胁迫对高羊茅形态学、生理生化、代谢学、分子表达等方面的影响,主要阐述了高温胁迫对高羊茅的各种危害:高温胁迫使植物根部活力下降、地下生物量减少、叶绿素含量降低、抗氧化酶活性下降、渗透调节受破坏、扰乱其次生代谢,并提出了通过施加添加剂缓解高温胁迫危害的方法和未来的研究方向。     

高羊茅抗逆基因工程研究进展

高羊茅(Festuca arundinacea)系禾本科羊茅属多年生冷季型草,具有耐热性强、耐践踏能力强、成坪后常绿、适应土壤范围广等诸多优点,近年来在我国广泛种植。本文就近30年来高羊茅遗传转化、基因工程及逆境生理等方面的研究进行了全面总结和综述,分析了目前高羊茅抗逆基因工程研究中存在的问题,并对其研究的发展趋势进行了展望。     

高羊茅转基因植株的耐盐性鉴定

以转SOS基因高羊茅和野生型高羊茅为受体材料,分别测定了转基因植株株系6-2、6-3和野生型植株的叶绿素含量、生理生化指标和种植土壤的pH、全盐及碱化度,结果表明:盐碱胁迫下转基因植株的叶绿素、POD、MDA、Pro、SOD均高于野生型植株,CAT低于野生型植株;转基因高羊茅在降低土壤pH、全盐和碱化度方面优于野生型植株;综合表明,与野生型植株相比,转基因植株具有较高的耐盐性.     

转SOS基因高羊茅的耐盐性鉴定

试验以转SOS基因的高羊茅和野生型高羊茅为材料,测定其在盐碱胁迫下的叶绿素含量、丙二醛、脯氨酸和抗氧化酶活性指标,并测定种植转基因高羊茅和野生型高羊茅前后土壤的理化性质。结果表明,转基因的高羊茅在盐碱胁迫下,叶绿素的含量、脯氨酸的含量和抗氧化酶的活性均高于野生型,丙二醛含量低于野生型;种植野生型高羊茅和转基因高羊茅后,土壤中的pH、碱化度均逐步降低,且种植转基因高羊茅后土壤中的pH、碱化度降低的幅度更大,说明转基因高羊茅植株的耐盐碱性较好,并且在一定程度上改善了土壤的理化性质。     

不同盐胁迫对高羊茅种子萌发的影响

用不同浓度的NaCl,Na2CO3,Na2SO4 ,NaCl和Na2CO3 的混合液以及NaCl、Na2CO3和Na2SO4的混合液分别处理高羊茅（Festuca arundinacea）种子,研究不同盐分胁迫对高羊茅种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数以及幼苗根长和苗高的影响。结果表明,低浓度盐处理对高羊茅种子的萌发影响不大,高浓度盐处理显著抑制了种子的萌发。随着盐浓度的升高,高羊茅种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈下降趋势,且对幼苗生长和幼根生长的抑制作用加强。高羊茅种子对不同类型盐的耐受性各异,不同盐分对种子萌发的抑制程度为Na2SO4<混合盐(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)相似文献   

9个高羊茅品种苗期耐盐性研究

采用盆栽法,观测高羊茅9个品种（系）在不同的盐分浓度梯度（0%、0.4%、0.6%、0.8%）胁迫下的存活率、株高、生物量3个形态指标和游离脯氨酸含量、质膜透性2个生理指标,对9个高羊茅品种的苗期耐盐性进行了综合评价。结果表明：存活苗数、相对株高、生物量随盐浓度的升高而降低;脯氨酸含量、质膜相对透性随盐浓度的升高而升高;综合评价9个高羊茅品种,幼苗的耐盐能力强弱顺序为：92-93〉92-81〉92-107〉92-114〉89-92〉92-72〉92-87〉92-105〉92-106。     

外源柠檬酸缓解高羊茅盐胁迫的机制

柠檬酸作为一种天然化合物,已被用作外源添加物来缓解植物所受的多种胁迫。本研究以高羊茅(Festuca arundinacea)为试验材料,设置两个盐浓度(150与300 mmol·L^-1),探究外源柠檬酸对不同浓度NaCl胁迫下高羊茅的生长生理、相关基因表达的影响。结果表明,在150 mmol·L^-1 NaCl浓度下添加柠檬酸后,高羊茅的株高、叶片含水量及过氧化物酶等抗氧化酶的活性均有增加。此外,柠檬酸还通过促进叶绿素合成等改善了光合作用,并且诱导了SOS1、NHX1、ATCS的表达,进而调节了钠离子等造成的负面影响。而在300 mmol·L^-1盐浓度的长时间处理下,柠檬酸对高羊茅的生长生理等的调节效果不明显。这表明,当NaCl浓度≤300 mmol·L^-1时,添加柠檬酸可以有效缓解高羊茅受到的盐害。     

盐胁迫对醉马草和高羊茅种子萌发及幼苗生长的影响

采用质量分数分别为0.1％、0.3％、0.5％、0.7％和0.9％的盐溶液处理带内生真菌醉马草(Achnatherum inebrians)、不带内生真菌醉马草、高羊茅(Festuca arundinacea)品种'侠客岛'(Island)和'猎狗6号'(Hound 6)种子,测定发芽率、发芽势、活力指数、苗高、胚根长...     

钙对高羊茅草坪草耐热性的影响

用0-40 mmol/L CaCl2溶液喷施高羊茅草坪草叶面后,进行高温胁迫处理。结果表明,不同浓度Ca2+均能显著提高高温胁迫下高羊茅草坪草叶片的叶绿素含量,促进脯氨酸积累,降低高温下叶片的MDA含量和细胞膜透性,且随Ca2+浓度的增加,叶片叶绿素含量呈升高趋势,MDA和细胞膜透性呈下降趋势。因此适当喷施CaCl2溶液,能提高高羊茅草坪草的耐热性。     

不同基因型高羊茅的耐铅与铅富集特性

高羊茅(Festuca arundinacea)具有修复铅(Pb)污染土壤的应用潜力。为筛选耐铅和铅富集能力强的高羊茅基因型,本研究利用水培试验,分析了铅浓度在500、1 000、1 500 mg·L-1递增的条件下,18个高羊茅基因型的生长反应和铅吸收转运特征。结果表明,500 mg·L-1铅浓度下,所有基因型均保持良好的生长状况及草坪质量;当浓度升至1 000、1 500 mg·L-1时,草坪质量、植株铅含量以及铅转移系数均出现显著的基因型间差异(P＜0.05)。‘Kentucky-31’,‘PI232876’,‘PI634229’和‘AST7001’等基因型的地上部铅含量大于35 mg·g-1DW (干质量),同时,它们对铅的转移系数也较高(大于0.42)。而‘Silverado’的地上部铅含量(3.34 mg·g-1 DW)和铅转移系数(0.03)均最小,对铅的耐性最强。研究结果为铅污染土壤的植物修复与植被重建提供了新的材料和参考。     

硅对不同抗性高羊茅耐盐性的影响

为研究不同盐生境下硅对不同抗盐品种高羊茅 (抗性强的XD和抗性弱的K31)耐盐性的影响,采用盆栽试验研究了添加硅对不同盐生境下两个高羊茅品种形态指标和保护酶活性的影响。结果表明:两个高羊茅品种的株高、分蘖数、叶片数、叶长、叶宽、地上含水量和生物量均随盐浓度增加呈降低趋势,而SOD、CAT和POD活性呈先增加后降低趋势,其中盐浓度为150、100 mmol·L^-1时XD和K31的保护酶活性分别达到峰值。添加硅显著增加了两个高羊茅品种的株高、分蘖数、叶片数、叶长、地上含水量、地上生物量、SOD、CAT和POD(P<0.05),但两个品种高羊茅对硅响应存在盐浓度分异,具体表现为:盐浓度≤50 mmol·L^-1时添加硅显著增加了XD分蘖数和叶片数(P<0.05),而对K31无显著影响;盐浓度≤100 mmol·L^-1时加硅显著增加了XD的株高、叶长、地上生物量、SOD和CAT活性,盐浓度为150、200 mmol·L^-1时,加硅显著增加了K31的株高、叶长、地上生物量、SOD、POD和CAT活性(P<0.05);硅仅在盐浓度≥200 mmol·L^-1时显著增加了K31的地上含水量(P<0.05),而对XD地上含水量在任何盐浓度下均无显著影响。说明添加硅能够增强高羊茅的耐盐性,而且增强程度因盐浓度和高羊茅品种存在分异,在较高盐渍化条件下,硅对抗盐性较弱品种耐盐性增强的幅度大于抗盐性较强品种,使得抗盐性较弱的高羊茅品种能够通过添加硅肥而适应盐浓度较高的盐渍化土壤,扩大其适应范围成为可能。     

基于转录组测序的高羊茅分蘖与株高相关差异表达基因分析

分蘖与株高是禾本科草类植物重要的农艺性状,明确参与调控分蘖与株高的基因类型对牧草和草坪草分子辅助育种具有重要意义。以表型差异明显的两个高羊茅品种“Kentucky-31”（K31）和“Regenerate”为材料,旨在构建高羊茅分蘖节转录组图谱,挖掘在分蘖节部位调控生长发育相关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）。基于高通量测序技术平台Illumina HiSeq 2500×Miseq 300进行转录组测序,并将得到的数据进行de novo组装,结果共获得77872条单基因簇（unigene）。将获得的unigenes与非冗余蛋白数据库（non-redundant protein database,NR）、蛋白质数据库（universal protein,Uniprot）、基因本体数据库（gene ontology,GO）、东京基因与基因组数据库（kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）以及直系同源蛋白簇（clusters of orthologous groups,COG）数据库进行比对,结果显示：分别有59927、40213、44447、15146和13767条unigenes成功获得注释。“Regenerate”与“K31”对比有1573个上调DEGs和1441个下调DEGs。GO富集分析发现,DEGs主要富集在细胞、细胞组分、大分子复合物组装等生物过程。DEGs中共注释到42个差异表达转录因子,主要包括TCP、WRKY和ARF等19种类型。还注释到与8类植物激素相关的DEGs,包括生长素、细胞分裂素、脱落酸、赤霉素、乙烯、油菜素甾醇、水杨酸和茉莉酸。利用实时荧光定量PCR对DEGs进行表达模式验证,发现其与RNA-Seq测序结果一致,证实了测序结果的准确性。研究结果丰富了高羊茅的转录组序列资源,初步获得控制株高及分蘖发育的候选因子,为进一步开展基因功能及分子育种研究提供了理论支持。     

草地早熟禾与高羊茅蒸散量的研究

对草地早熟禾和高羊茅在整个生长季内的蒸散量（ET）进行了田间测定，研究了北京地区冷季型草坪草的ET变化规律。结果表明，生长季内高羊茅的总ET为629．59mm，比草地早熟禾的560．85mm高出11％；2个草种的ET变化趋势基本一致，均受气管因子的影响，各气象因子的作用不是孤立的；在整个生长季内草地早熟禾需灌水344．22mm(0.344m^3），高羊茅为393．55mm（0．394m^3)。     

多效唑对高羊茅草坪草生长特性的影响

采用了不同浓度的多效唑（0．8、1．0、1．3mg/g)对高羊茅草坪进行叶面喷施，以研究多效唑对高羊茅生长特性的影响。结果表明：3种不同浓度的多效唑处理均表现出显著抑制高羊茅草坪草地上部分的伸长生长的效果，1．3mg/g的多效唑处理使高羊茅生长速度和修剪量明显降低1．0mg/g的多效唑使高羊茅草坪草的密度显著增加，明显促进高羊茅的分蘖，却使高羊茅叶绿素含量明显降低。     

不同盐浓度下硅对高羊茅根系特征的影响

利用盆栽试验研究了不同盐浓度生境下硅对高羊茅(Festuca arundinacea)根系生物量和根系形态特征的影响。结果表明,在盐浓度0-300 mmol·L~(-1)的范围内,高羊茅根系生物量、根系表面积、根系体积、根系平均直径和根系总长均随盐浓度增加而呈降低趋势,高羊茅根冠比随盐浓度增加呈现先增加后降低趋势。硅对高羊茅根系生物量和根系特征的影响与盐浓度密切相关,当盐浓度≤150 mmol·L~(-1)时,硅显著提高了高羊茅根系生物量、根系表面积和根系总长(P0.05),说明硅在一定盐浓度下通过增加高羊茅根系生物量,改变根系形态特征,提高高羊茅在盐生境的生长能力。