不同纬度种群日本结缕草对冷胁迫的生理反应

对不同纬度分布的日本结缕草种质资源耐寒性进行了研究,低温是日本结缕草(Zoysia japonica)冬季生长的主要限制因素。在田间条件下,探讨其对冷胁迫-2℃的生理响应。结果表明,在冷胁迫下,起源于N 35°地区的草坪质量(TQ)显著低于其他纬度地区;起源高纬度地区的日本结缕草丙二醛(MDA)含量较低,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性最高,而起源低纬度地区的过氧化氢酶(CAT)活性最低;SOD和CAT活性与纬度之间呈正相关,而MDA含量与纬度呈负相关。高纬度地区日本结缕草游离脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量显著高于低纬度地区日本结缕草,并与纬度呈正相关。     

低温胁迫下结缕草品种的抗寒性差异

低温胁迫兰引3号结缕草、青岛结缕草和交大1号结缕草3个品种,分别测定3个品种的叶片、茎、根茎的可溶性糖含量、游离脯氨酸含量,并进行了地下茎恢复生长试验.结果表明:低温胁迫下,叶片、茎、根茎的可溶性糖含量以交大1号最高,兰引3号最低;游离脯氨酸含量以兰引3号最高,交大1号最低;-12℃低温处理后兰引3号存活率为12%,青岛和交大1号全部死亡,-10℃低温处理后兰引3号存活率57%、青岛7%、交大1号8%;可溶性糖和游离脯氨酸二者有补偿作用;游离脯氨酸积累多抗寒性强,兰引3号结缕草抗寒性最强.     

两种结缕草品系对低温胁迫的生理响应研究

为探明不同生态条件下日本结缕草(Zoysia japonica Steud.)对低温胁迫的生理响应,以生态条件具明显差异的日本结缕草两品系室兰(Muroran)和表山北(Tawarayama Kita)为材料,采用电导法测定不同低温处理条件下其离体叶片及匍匐茎相对电导率的变化,拟合Logistic方程求得低温半致死温度(LT₅₀),并分析结缕草在低温胁迫下脯氨酸、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性及丙二醛(MDA)含量的变化规律。结果表明室兰叶片、匍匐茎的半致死温度均低于表山北,低温处理后两结缕草品系的脯氨酸、可溶性糖含量均有不同程度的升高,且随着温度的降低,室兰可溶性糖含量增幅比表山北大;两品系SOD活性随温度的降低呈"下降-升高-再下降"变化趋势,而MDA含量呈相反变化趋势。0℃时,SOD活性及MDA含量在两品系间表现出极显著差异(P<0.01)。综合各项生理指标评价,室兰的抗寒性强于表山北。     

干旱胁迫下结缕草叶片抗坏血酸与相关生理指标变化的品种差异研究

通过盆栽试验,以日本结缕草与细叶结缕草为材料,研究了干旱胁迫下结缕草叶片AsA含量与相关生理指标的品种差异。结果表明,干旱胁迫下日本结缕草和细叶结缕草叶片中AsA含量与相关生理指标的动态变化规律基本相似,但品种间差异显著。干旱胁迫下2个品种的AsA含量和AsA/DHA均呈现先上升后下降的变化趋势,但日本结缕草下降的时间更早。干旱胁迫下叶片相对含水量、POD活性在2个品种中均呈下降趋势,但日本结缕草的下降趋势更明显,尤其在干旱胁迫后期。胁迫后日本结缕草叶绿素a与叶绿素b含量下降明显,而细叶结缕草变化不大。胁迫后两者的相对电导率和MDA含量均呈上升趋势,但日本结缕草增加的幅度更为显著。干旱胁迫后日本结缕草和细叶结缕草叶片Rubisco的含量均在第3天开始下降,胁迫后期日本结缕草Rubisco含量恢复到对照水平,而细叶结缕草Rubisco含量在胁迫后期显著高于对照。本研究结果表明,干旱胁迫下结缕草可以通过增加和维持叶片中AsA含量与POD活性来减缓Rubisco及叶绿素的降解,降低干旱胁迫对植株造成的氧化胁迫伤害程度,进而改善其抗旱能力。本研究结果进一步证实结缕草抗旱能力有品种差异,其中日本结缕草抗旱能力弱于细叶结缕草。     

暖季型结缕草对低温响应的生理生态特性

以沟叶结缕草和结缕草为材料,测定了两种结缕草在低温胁迫下叶片主要抗性生理指标及其内源激素的变化,结果表明:在低温胁迫下,两种结缕草叶片可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量都显著增加,叶片SOD、POD和CAT三种酶活性和MDA含量都有不同程度增强或增加.其中沟叶结缕草叶片可溶性糖和脯氨酸含量及SoD和CAT值增幅均大于结缕草,表现出更强的生长优势;低温对两种结缕草叶片的类胡萝卜素(Car)含量,叶绿素a (Chla)、叶绿素b(Chlb)以及Chla/Chlb的比值也产生了较大的影响.在低温胁迫下,两种结缕草叶片内ABA含量增加,GA3含量下降,抑制类激素ABA含量与促进类激素GA3、IAA和ZR含量总和的比值升高,IAA和ZR含量则表现为10℃时增加,O℃时减少.     

外源甜菜碱对低温胁迫下结缕草生理特性的影响

甜菜碱作为一种重要的渗透调节物质,与低温胁迫下植物的抗逆性有着密切的联系。为了探讨不同浓度外源甜菜碱对低温胁迫下结缕草相关生理指标的影响,本实验以结缕草‘青岛’品种为实验材料,分别采用0,50,100和150 mmol/L 的甜菜碱进行叶面喷施,在8/2℃(白天/夜间)的培养箱中连续处理28 d,以正常管理(28/24℃)作为对照。结果表明:外源甜菜碱能够有效缓解低温胁迫下结缕草坪观质量和叶绿素含量的下降,减少电解质渗透率和丙二醛含量的升高,显著提高SOD、POD、CAT和APX的活性,从而降低H₂O₂和O2·-的累积,同时,外源甜菜碱还可以提高低温胁迫下结缕草可溶性蛋白和脯氨酸的含量,增强渗透调节能力,进而增强结缕草对低温胁迫的抵抗性。其中,外施100 mmol/L甜菜碱对提高结缕草的耐低温能力的效果最为显著。     

低温胁迫对结缕草抗氧化酶活性和脂肪酸含量的影响

为探讨不同纬度来源结缕草（Zoysia Willd）对低温的响应,本研究以两份结缕草种质LT-40（高纬度）和LT-22（低纬度）为材料,分析了适温（30℃/25℃）、亚适温（18℃/12℃）、冷害（8℃/2℃）和冻害（2℃/-4℃）4种温度对叶片电导率（Electrolyte leakage,EL）、叶绿素和丙二醛（Malondialdehyde,MDA）含量、抗氧化酶活性、叶片脂肪酸含量及不饱和指数的影响。结果表明,随着温度的降低,EL增大,叶片中叶绿素含量降低、MDA含量升高,且在LT-22中变化更大;叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性均随着温度的下降而逐渐升高,且在LT-40中表现更为显著;低温下叶片中棕榈酸含量呈下降趋势,而硬脂酸含量只在LT-40叶片中显著下降,棕榈油酸和油酸含量在LT-40叶片中显著低于对照,而亚麻酸含量在LT-40叶片中却显著高于对照,不饱和指数在LT-40叶片中显著高于对照。高纬度来源的结缕草在低温胁迫下具有较高的抗氧化能力和较好的质膜稳定性,因而其耐寒性更好。     

沟叶结缕草应答高温和低温胁迫的蛋白质表达差异分析

为阐明沟叶结缕草(Zoysia matrella (L.) Merr.)相对耐高温而不耐低温的分子机理,于2008年5月应用差异蛋白质组学方法分析了沟叶结缕草在低温(5℃)和高温(40℃)胁迫下的叶片蛋白质组差异表达,共检测到35个差异蛋白质点,其中26个得到鉴定。分析表明:沟叶结缕草在低温胁迫下,一方面加强了胞内信号转导、活性氧的清除、蛋白质防御以提高其低温适应性;另一方面,由于一些蛋白质的下调表达,使得其低温下植物体呼吸作用表现为先增强后减弱、光合作用下降、蛋白降解、细胞的转运能力减弱,因而抗低温性能下降。在高温胁迫下,则通过一些蛋白质的上调表达,加强了体内信号识别和转导、光合作用、呼吸作用、次生代谢作用、活性氧的清除、蛋白质防御及合成等功能,沟叶结缕草表现出相对较强的高温抗逆性。     

日本结缕草ZjNOL基因的克隆及转录自激活检测

NYC1-like(NOL)编码的短链氧化还原酶是叶绿素b降解的必需酶。对日本结缕草(Zoysia japonica)ZjNOL基因全长克隆结果显示,该基因开放阅读框为981个核苷酸,编码327个氨基酸。生物学分析显示,ZjNOL蛋白与高粱(Sorghum bicolor)中的NOL蛋白的亲缘关系最近。利用pGBKT7载体,通过DNA重组技术成功构建pGBKT7-ZjNOL酵母表达载体,通过PEG介导的转化方法,成功导入Y2HGold酵母中,自激活检测显示含有pGBKT7-ZjNOL的Y2HGold酵母细胞能够在SD/-Trp培养基上正常生长,而在SD/-Trp/AbA培养基上不能生长,也不能在含有X-α-Gal培养基显蓝色,证明ZjNOL蛋白没有自激活活性。生物信息学分析及转录自激活检测有助于深入研究ZjNOL基因功能,为延长结缕草绿期,改善结缕草坪用质量奠定基础。     

结缕草对干旱胁迫的响应

通过对结缕草（Zoysia japonica）进行控水处理,测定干旱胁迫期间的叶片形态、叶片相对含水量、脯氨酸和可溶性总糖含量的变化。结果表明：（1）随着干旱胁迫时间的延长,结缕草叶片受害程度逐渐增加。在干旱胁迫初期,处理组叶片1／3萎蔫,并且开始卷曲;干旱胁迫到第9d时,植株整体处于萎蔫状态,部分叶片枯黄;干旱胁迫到第12d时,植株全部萎蔫,大部分叶片枯黄;干旱胁迫到第15d时,植株叶片全部枯黄。（2）叶片相对含水量的变化呈逐渐下降的趋势,干旱胁迫到6d后叶片含水量下降幅度增加,胁迫到12d后下降趋势又变缓慢。（3）随着干旱胁迫时间的延长,脯氨酸含量逐渐增加,干旱胁迫9d后脯氨酸含量大幅度增加,第12d后脯氨酸含量增加缓慢。（4）随着干旱胁迫时间的延长,可溶性总糖含量逐渐增加,胁迫到9d后可溶性总糖含量大幅度增加,胁迫到12d时达到最高值,然后可溶性总糖含量开始逐渐下降。     

自然降温过程中不同结缕草品种电解质渗透率的动态变化

通过连续3个月跟踪观测3个结缕草品种兰引3号Zoysia japonica cv.Lanyin No.3、青岛Z. japonica cv.Qingdao和交大1号Z. japonica cv.Jiaoda No.1在秋冬自然降温条件的电解质渗透率(EL)变化,比较供试的3个结缕草品种的抗寒性差异.结果表明,随着秋冬季节甘肃兰州的旬平均气温不断降低,3个供试材料的叶、茎和根茎电解质渗透率均出现波动,波动幅度兰引3号＜交大1号＜青岛.结合田间物候期的观测,兰引3号抗寒性和坪用性状最好.研究结果为结缕草在生产中的推广和应用提供了理论依据和技术支持.     

低温胁迫下不同青海野生草地早熟禾的转录组比较分析

为探究青海野生草地早熟禾（Poa pratensis）低温胁迫下的分子应答机制,本试验以青海省野生草地早熟禾耐寒材料‘10-122’和低温敏感材料‘09-126’为研究对象,采用高通量Illumina Hiseq测序技术分析了在低温胁迫与常温对照间的转录组差异。结果表明：‘10-122’共有31 943个差异表达基因,其中,17 088个差异表达基因上调表达,14 855个差异表达基因下调表达;‘09-126’共有25 905个差异表达基因,其中,13 513个差异表达基因上调表达,12 392个差异表达基因下调表达;对2种材料进行差异表达基因富集分析,得出差异表达基因低温胁迫下在光合作用、氧化还原反应过程、碳水化合物代谢、细胞膜系统、转运蛋白以及次生物代谢中富集显著;此外,一些钙信号调节、激素代谢和信号传导、抗氧化系统、碳水化合物代谢等通路的基因仅在耐寒型种质材料‘10-122’上调表达,可作为潜在的抗寒基因,如CML、CPK、CALM、DHAR、GST、NCED、SNRK2、BSK、CKX、BIN2、ARF和PEK等。     

生长期内三种结缕草对盐胁迫的响应

试验以大穗结缕草、沟叶结缕草和日本结缕草为试材,研究了不同盐浓度(0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%)对生长期内3种结缕草叶片膜脂过氧化及生长的影响。结果表明,3种结缕草的生物量均随着盐浓度的增加逐渐减小;随着盐浓度的提高及处理时间的延长,3种结缕草的可溶性蛋白含量逐渐降低;相对电导率和丙二醛含量增加,在低盐浓度(0.2%~0.4%)下,两者增加幅度较小,当盐浓度为0.8%时,3种结缕草的相对电导率均达最大值,分别是38.71%,41.32%,40.97%,可溶性蛋白含量均达到最小值,分别为2.08,1.15和1.33 mg/g FW。Pro含量在处理后第10天达最大值,之后逐渐下降,后期变化比较平稳。在低盐浓度(0.2%~0.4%)下,CAT和SOD活性逐渐降低,而高盐浓度(0.6%~0.8%)下,两种酶活性呈上升-下降-上升的趋势。3种结缕草相比,大穗结缕草在高盐浓度胁迫下的相对电导率和丙二醛含量最低,而保护酶活性和可溶性蛋白含量最高。试验证明大穗结缕草抗盐能力最强,沟叶结缕草次之,日本结缕草较差。     

菠萝蜜响应低温胁迫的转录组分析

通过研究抗寒性不同的菠萝蜜品系,筛选菠萝蜜抗寒关键基因,为菠萝蜜抗寒改良和耐寒良种选育提供理论依据。以自然低温胁迫后广西本土的菠萝蜜抗寒品系、泰国引进的低温敏感型菠萝蜜品系为研究材料,结合田间表型持续观测,并运用转录组测序技术从分子水平上对2个不同抗寒特性菠萝蜜进行生物信息学分析。两个品种共得到30585个差异表达基因,上调17083个,下调13502个。GO功能富集分析显示,差异表达基因显著富集在光合作用的光捕获、光反应、光合作用的调节,对光强度的反应、光系统、光系统I、光系统II,叶绿素、NADH、色素结合功能,以及叶绿素、类黄酮、类胡萝卜素、萜类等次生代谢物的代谢过程。KEGG途径富集分析结果显示,光合作用相关途径、淀粉与蔗糖代谢途径、植物激素信号转导途径及MAPK信号通路为菠萝蜜响应低温胁迫的重要代谢途径。差异表达基因注释到WRKY、ERF、bHLH、NAC、MYB等家族转录因子,与植物应答低温胁迫密切相关。光合作用相关途径、淀粉与蔗糖代谢途径、植物激素信号转导途径及MAPK信号通路是菠萝蜜应答低温胁迫的重要代谢途径,WRKY、ERF、bHLH、NAC、MYB等家族转录因子可能参与菠萝蜜应答低温胁迫。     

紫花苜蓿响应低温胁迫转录因子的鉴定及表达分析

研究证明,转录因子广泛参与植物的生长发育过程并响应多种生物/非生物胁迫信号途径。低温胁迫可导致紫花苜蓿(Medicao sativa)减产、越冬率降低以及生产年限缩短。利用新一代高通量转录组测序技术,本研究对4℃低温胁迫下紫花苜蓿中响应低温胁迫的转录因子基因进行了鉴定,并对其表达情况进行分析,结果表明,转录组测序共获得78 925条Unigene序列和3 448个差异表达基因。其中,从3 448个差异表达基因中共鉴定出43个转录因子家族,共251个基因被显著地诱导表达。不同转录因子家族基因受低温胁迫诱导表达不同。本研究有助于在整体水平加深了解紫花苜蓿转录因子表达特性,为进一步研究这些响应低温胁迫的转录因子的功能提供参考。     

干旱胁迫和施氮对结缕草种群特征和生理特性的影响

分析了氮、水分与上海结缕草(Zoysia japonica cv. Shanghai)生长之间的相互关系,为上海结缕草草坪科学施肥和灌溉提供依据。试验选择干旱胁迫和施氮2个因素,各设置3个水平,结果表明:轻度干旱胁迫+中氮组合处理的草坪品质非常好,草坪密度和地上生物量高于或接近无干旱胁迫+中氮组合处理,且显著好于轻度干旱胁迫的其他处理和重度干旱胁迫的全部处理(P0.05);高氮处理的结缕草株高在同一干旱水平中均明显高于其他处理(P0.05)。在相同干旱胁迫下,施氮后第19天,结缕草叶片的相对电导率、游离脯氨酸含量和可溶性糖含量均随施氮量的增加而呈现升高的趋势;与此相反,施氮后第41天时,则呈现出随施氮量的增加而降低的趋势;随着干旱胁迫程度的增加,叶片丙二醛含量呈现增加的趋势。研究结果表明,适度的干旱胁迫和适量的氮肥有助于维持上海结缕草较好的坪用品质。     

大穗结缕草对盐胁迫的响应

研究了大穗结缕草Zoysia macrostachya在1.5%NaCl胁迫过程中叶片形态、相对含水量、可溶性总糖及游离脯氨酸含量的变化对盐胁迫的响应,其结果发现,随着盐胁迫时间的延长,叶片受害程度先增加,后保持稳定,胁迫到15 d时外观又略有恢复;叶片的相对含水量表现为先下降,后保持稳定.最后又缓慢上升的趋势;叶片可溶性总糖含量和脯氨酸含量表现为逐渐增加到一个峰值后又下降的趋势.在盐分胁迫下叶片可溶性总糖和脯氨酸的积累可能是大穗结缕草抗盐的生理机理之一.     

Gateway技术构建结缕草低温和干旱诱导cDNA文库及其质量鉴定

为研究结缕草（Zoysia japonica）胁迫响应信号转导途径中的关键基因,揭示结缕草抗逆分子机制,建立结缕草功能基因组学研究基础平台,以经低温、干旱处理的结缕草为材料,采用Gateway技术构建了首个结缕草低温和干旱诱导的标准cDNA文库。文库质量分析表明,未扩增的原始文库滴度1.76×106 pfu·mL-1,库容7.04×106 pfu,插入片段平均大小大于1 kb,重组率90%。文库质量优良,可能包含大量新基因,不仅能为结缕草功能基因组分析提供必要资源,也可为后期进行高通量EST测序、发掘新抗逆相关基因、制作基因芯片等研究奠定基础。     

践踏胁迫对上海“JD-1结缕草”生长及生理的影响

采用人工践踏方式对上海“JD-1结缕草”草坪进行践踏胁迫试验,研究了不同程度践踏胁迫对结缕草生长、生理的影响。结果表明:(1)随践踏肘期延长,重度践踏草坪草株高、叶长、密度、地上生物量和绿叶率均显著低于对照和轻度践踏(P<0.05);而中度与轻度践踏之间的株高、叶长、密度、地上生物量差异不明显;(2)中度和重度践踏的叶片脯氨酸和丙二醛含量、叶片细胞膜透性明显高于对照,重度践踏的群体光合速率则明显低于对照和轻度践踏处理(P<0.05);(3)对于上海“JD-1结缕草”草坪,若采用合理的养护管理措施如适时灌溉、修剪等,中等践踏强度可以维持较好的坪用质量。     

水分胁迫对结缕草种群特征和生理特性的影响

 采用大田试验,研究了“ＪＤ-１”结缕草在水分胁迫下的种群特征和生理特性变化。结果表明,水分胁迫能明显抑制结缕草的生长发育,结缕草也能通过自身生理生化调节来减弱由水分胁迫带来的伤害。在水分胁迫下,水分胁迫区结缕草密度、株高和生物量低于无水分胁迫区,且随水分胁迫的增加而明显降低。结缕草叶片相对电导率、游离脯氨酸含量和丙二醛含量在无水分胁迫区随试验期的延长呈缓慢增大的趋势;而在轻度和重度水分胁迫区随水分胁迫时间的延长呈波动状变化。复水期内结缕草密度、株高和生物量明显增大,水分胁迫区密度和生物量明显大于无水分胁迫区;结缕草叶片相对电导率、游离脯氨酸含量和丙二醛含量明显低于无水分胁迫区,且轻度和重度水分胁迫区各指标值差异不显著。