木薯苯丙氨酸解氨酶基因的克隆及其对低温胁迫的响应

本研究从全基因组水平对木薯（Manihot esculenta Crantz）苯丙氨酸解氨酶编码基因（Phenylalanine ammonia-lyase,PAL）进行鉴定,并以木薯品种KU50为材料克隆了6个PAL基因,分析了低温胁迫（7 ℃）对叶片MePAL表达模式、PAL酶活性、总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力的影响。结果表明：低温处理使木薯叶片迅速萎蔫卷曲,并伴随叶片PAL酶活性、总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力的显著提高。Real-time PCR分析表明,在低温处理前,MePAL1和MePAL2的相对表达量分别为0.83和1.19,显著高于其他4个MePAL基因,低温处理后6个MePAL基因均不同程度受低温胁迫诱导增强表达,其中MePAL5上调最高,达50.5~142.5倍。本研究结果初步显示低温胁迫上调了木薯叶片MePAL的表达,促进了总酚和类黄酮的合成,提高了抗氧化损伤的能力。     

过量锰处理对柱花草次级代谢物、酶活性和SgPALs基因表达的影响

以热研二号（RY2）柱花草为材料,分析过量锰处理（100~600 μmol/L）对柱花草生长、次级代谢物、多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）及SgPALs基因表达的影响,探讨金属锰毒害对柱花草次级代谢途径的影响。结果表明：相对对照锰（5 μmol/L）处理,400、600 μmol/L锰处理显著抑制柱花草叶片叶绿素浓度、最大光化合速率（F_v/F_m）、地上部和根部生物量。随着外源锰处理浓度（100~600 μmol/L）的增加,叶片原花青素、总酚和单宁含量呈现出逐渐增加的趋势,而叶片类黄酮含量逐渐降低。此外,400、600 μmol/L锰处理显著增加叶片PAL酶活性,但对PPO活性影响不明显。定量PCR结果表明,过量锰处理对SgPAL1和SgPAL2基因表达影响不明显,但过量锰处理增强了SgPAL3和SgPAL4基因在柱花草叶片中的表达。以上结果说明,柱花草可能通过苯丙氨酸途径调控次级代谢响应金属锰毒胁迫,且SgPAL3和SgPAL4基因可能参与该响应过程。研究结果为探索柱花草响应金属锰毒胁迫机理提供重要依据。     

低磷胁迫对柱花草生长及抗氧化系统的影响

以基因型TF291柱花草为供试材料,分析低磷处理（5 μmol/L）对柱花草生长、抗氧化物质及抗氧化保护酶的影响,探索柱花草抗氧化系统在低磷胁迫下的响应机制。结果表明：（1）与对照磷处理（250 μmol/L）相比,低磷处理抑制了柱花草生长,其叶绿素浓度、最大光化学效率、地上部和根部生物量均显著降低（P<0.05）。（2）随着低磷处理时间的增加,15 d时叶片CAT、POD、SOD、ASP、PAL活性和类黄酮含量显著提升（P<0.05）;30 d时叶片CAT、SOD、ASP、PPO活性和MDA、H₂O₂含量显著提高（P<0.05）。本研究结果可为进一步探索低磷胁迫下柱花草抗氧化系统的分子响应机制提供重要依据。     

根际促生细菌对干旱胁迫下水稻生理特性的影响

【目的】本研究旨在探究植物根际促生菌蜡状芽孢杆菌F06菌株对不同干旱胁迫下水稻汕优63生理特性的影响。【方法】在盆栽试验条件下,以水稻汕优63为种植材料,研究了轻度(LD)、中度(MD)、重度(SD)3个干旱强度下接种蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)F06对水稻生理特征的影响。【结果】与正常水分管理相比,干旱胁迫(DS)下水稻叶片光合速率(P_n)和气孔导度(g_s)逐渐降低;而干旱胁迫下接种F06可显著减缓P_n和g_s下降,与不接种(NP)处理相比,P_n和g_s分别增加7.67%、12.97%、18.14%和11.51%、16.63%、17.07%,且呈现出随着干旱胁迫程度的提高,增幅增大的趋势。干旱胁迫下水稻叶片初始荧光(F_o)、非荧光淬灭系数(NPQ)显著上升,最大光化学效率(F_v/F_m)、光化学猝灭系数(q_P)显著下降;而干旱胁迫下接种F06可显著抑制F_o、NPQ升高和F_v/F_m、q_P降低,明显改善水稻叶片光能转换效率。干旱胁迫下接种F06虽然不能改变叶片水势、相对含水量和相对电导率的变化趋势,但可以有效降低其变幅。正常水分处理下接种F06虽然没有增加光合色素含量,但干旱环境下显著抑制了光合色素的分解或降低。干旱显著降低了水稻叶片和根系细胞分裂素(CTK)含量,增加了叶片中脱落酸(ABA)的含量;在干旱胁迫下,接种F06可显著提高叶片和根系中CTK的含量。【结论】由此可见,干旱生境下接种F06,可调节植物体内的激素含量,减少干旱胁迫下光合色素的分解或流失,提高光合速率,增强水稻在干旱环境中的适应能力。     

橡胶树ICE转录因子对盐胁迫的响应及功能鉴定

ICE（inducer of CBF expression）是类似MYC（myelocytomatosis）的bHLH（basic helix-loop-helix）转录因子,在植物应对低温、干旱、高盐等非生物胁迫中起重要的调节作用。本研究通过qPCR分析橡胶树ICE家族成员的表达模式。结果表明：5个ICE家族成员均响应盐胁迫上调表达。在盐胁迫2 h时,HbICE2、HbICE3、HbICE4和HbICE5显著上调表达;在盐胁迫4 h时,HbICE4和HbICE5的表达量达到最大值,其中HbICE4的上调幅度最大;HbICE1在盐胁迫4 h内无显著变化,但在处理8 h时显著上调表达。过表达这5个ICE家族成员均可不同程度地提高拟南芥的耐盐性,其中过表达HbICE4的植株对盐胁迫的抗性最强,在盐胁迫下,野生型拟南芥（WT）全部枯萎,而HbICE4转化植株的存活率为96.29%,平均单株鲜重为0.03 g,平均单株干重为0.0035 g,在HbICE家族成员转化株系中均表现最高。在盐胁迫下,WT和HbICEs转基因植株的电导率均显著增加,叶绿素含量和相对含水量均显著降低,其中HbICE4转化植株的相对电导率的增加幅度最小,叶绿素含量和相对含水量的降低幅度最小。因此,HbICE4转化植株的抗盐性可能与增强膜系统的稳定性和减缓叶绿素降解和保持相对含水量有关。该研究结果对橡胶树HbICE家族成员的生物学功能有了新的认识,有望为改良农作物耐盐性提供候选靶基因。     

高温胁迫下黄嘌呤脱氢酶基因超表达对水稻幼苗的保护作用

【目的】黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase, XDH)是嘌呤代谢的关键酶。通过分析高温胁迫对OsXDH超表达转基因水稻株系幼苗叶片生理指标的影响,探究XDH缓解水稻高温胁迫的生理机制。【方法】以OsXDH超表达转基因株系(xdh1和xdh5)及受体品种日本晴(WT)为材料,研究了高温胁迫对水稻幼苗叶片叶绿素含量、相对含水量、可溶性蛋白含量、活性氧代谢、抗氧化酶活性、XDH活性及嘌呤代谢产物尿囊素(allantoin)和尿囊酸(allantoate)含量等生理指标的影响。【结果】高温胁迫处理前,超表达株系的叶绿素含量、相对含水量、可溶性蛋白含量、活性氧代谢及抗氧化酶活性等生理指标均与野生型无显著差异;高温胁迫5 d,超表达株系的叶绿素、相对含水量、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性均高于野生型,而过氧化氢(H₂O₂)及丙二醛(MDA)的含量显著低于野生型;适温恢复生长5 d,野生型和超表达株系的叶绿素含量、相对含水量及可溶性蛋白含量均有所提高,超表达株系均高于野生型,H₂O₂ 和MDA的含量降低,超表达株系均低于野生型;受高温诱导超表达株系与野生型中XDH酶活性及尿囊素和尿囊酸的含量均提高,且在整个处理过程中超表达转基因株系均高于野生型。【结论】XDH通过调控酰脲类物质的合成,补偿自身的抗氧化能力并增强抗氧化酶系统的活性,从而有效提高水稻幼苗对高温胁迫的耐受能力。     

耐盐性不同水稻品种对盐胁迫的响应及其生理机制

【目的】阐明耐盐性不同水稻品种对盐胁迫的响应差异及其生理机制。【方法】耐盐水稻品种连鉴5号、盐稻16Z38和盐敏感水稻品种华粳5号、连粳17号生长于盆钵,盆栽土设置2个不同盐浓度处理：0 g/kg (对照);3 g/kg(盐胁迫)。【结果】与对照相比,在盐胁迫下两类品种均有不同程度的减产,耐盐品种减产的幅度明显小于盐敏感品种。耐盐水稻品种具有较高的产量主要在于较高的颖花量和结实率。与盐敏感品种相比,耐盐水稻品种在分蘖中期、拔节期、抽穗期和灌浆中期叶片中超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性较高,拔节期和抽穗期具有较高根系脯氨酸含量、脯氨酸合成酶活性和较高的K⁺/Na⁺值,分蘖至拔节以及抽穗至成熟期具有较高的作物生长率,抽穗期具有较高的叶面积指数和叶片SPAD值,抽穗至灌浆中期具有较高的根系氧化力。【结论】在盐胁迫下耐盐水稻品种较高的总颖花量、较强的抗氧化和渗透调节能力、较高的根系氧化力和K⁺/Na⁺值是其获得较高产量的重要原因。在盐胁迫下叶片超氧化物歧化酶活性较强和根系氧化力较高可作为评定水稻品种耐盐性的重要...     

不同水分条件下AM真菌对福鼎大白茶生长和茶叶品质的影响

为研究不同水分条件下丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）真菌对茶树生长和茶叶品质的影响,试验以福鼎大白茶（Fuding Dabaicha）为材料,采用温室盆栽法,分别设置正常水分（WW）和干旱胁迫（DS）两个水分条件,研究单接种AM真菌幼套近明球囊霉（Clariodeoglous etunicatum）（+AMF）与不接种（-AMF）处理对福鼎大白茶实生苗叶片数、生物量等生长指标和蔗糖、果糖、儿茶素、氨基酸等品质指标的影响。结果显示,无论水分条件如何,接种AM真菌处理均显著促进了福鼎大白茶实生苗生长,增加了叶片数量和各部分（叶片、茎、根系）生物量,并提高了茶叶品质;与不接种AM真菌（-AMF）相比,茶树叶片蔗糖、葡萄糖、果糖、儿茶素、氨基酸和茶多酚的含量分别增加了7.73%~21.92%、28.49%~53.44%、6.13%~9.59%、18.97%~23.48%、31.29%~39.11%和6.77%~26.32%。接种AM真菌处理在干旱（DS）条件下效果更为显著,干旱抑制了AM真菌对茶苗根系的侵染和茶苗生长,降低了茶叶品质。接种AM真菌能显著缓解这种抑制效应,同时促进茶叶有机物质积累。此外,接种AM真菌还显著上调了干旱胁迫（DS）下茶树叶片谷氨酰胺脱氢酶基因（CsGDH）、谷氨酰胺α-酮戊二酸氨基转移酶基因（CsGOGAT）和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因（CsHGMR）的表达。研究结果表明,接种AM真菌在不同水分条件,特别是干旱（DS）条件下,可通过显著上调相关基因的表达来促进茶树的生长,改善茶叶品质。     

水杨酸对干旱胁迫下小麦幼苗抗氧化特性的影响

为了给水杨酸在小麦栽培中的应用提供参考依据,以小麦品种百农AK58为材料,用17.5%聚乙二醇6000(PEG6000)模拟干旱胁迫,研究了外源水杨酸对干旱胁迫下小麦幼苗叶片和根系抗氧化特性的影响。结果表明,干旱胁迫显著提高了根、叶细胞质膜透性、丙二醛(MDA)含量及过氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性。与单独干旱胁迫处理相比,外源施加水杨酸可使干旱下小麦幼苗根系APX、POD、SOD和CAT活性分别增加190.9%、20.4%、42.3%和89.4%,使其膜透性和MDA含量分别降低19.7%和54.6%;对叶片而言,水杨酸可使其APX和POD活性分别增加31.5%和159.6%,使其膜透性和MDA含量分别降低23.7%和53.9%。上述结果说明,干旱胁迫加剧了小麦的氧化胁迫,小麦幼苗则通过增强根、叶抗氧化酶活性以抵抗氧化伤害。外源施加水杨酸可增强小麦幼苗根、叶相关抗氧化酶的活性,从而缓解小麦在干旱下所遭受的氧化伤害,增强其抗旱性。     

香蕉苯丙氨酸解氨酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia-lyase, PAL）是催化苯丙烷代谢途径第1步反应的限速酶,广泛地参与植物生长发育过程中的各种生理活动。本研究通过生物信息学分析,从香蕉A基因组数据库中利用BLASTp筛选出53个可能的MaPAL编码蛋白序列。在NCBI分析蛋白保守结构域,发现仅有8个基因具有典型的PAL家族基因的特性。聚类分析结果表明香蕉MaPAL家族的8个基因可以分为Class I 和Class II两类。转录组数据表明,所有MaPAL基因在果实发育阶段高表达,MaPAL5参与果实采后成熟过程。在干旱、低温、盐处理的香蕉幼苗叶片中,MaPAL1、MaPAL2、MaPAL3、MaPAL4和MaPAL5成员均显著上调表达,MaPAL6号成员显著下调表达,这些成员参与香蕉响应上述非生物胁迫过程。8个MaPAL成员在枯萎病菌处理下均显著下调表达,表明在感病品种巴西蕉根系中,MaPAL基因的表达全部被Foc TR4抑制。本研究结果为分析MaPAL基因家族在香蕉果实品质形成和响应逆境中的作用提供了理论依据。     

剑麻PGIP基因克隆和表达研究

多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（polygalacturonase inhibitor proteins, PGIPs）是一类与植物自身免疫相关的多功能蛋白, 在植物防卫反应中扮演着重要角色。为了探讨剑麻PGIP基因的功能,本研究利用PCR的方法从剑麻H.11648中克隆2个剑麻PGIP基因——AhPGIP1和AhPGIP2。利用荧光定量PCR（qRT-PCR）分析AhPGIP1和AhPGIP2基因在烟草疫霉侵染、伤害、低温、盐胁迫、水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MeJA）处理后的表达模式。结果表明：AhPGIP1基因 cDNA全长为1008 bp,编码335个氨基酸,蛋白分子量约为36.7 kDa,等电点为8.65。AhPGIP2基因全长为981 bp,编码326个氨基酸,蛋白分子量约为35.8 kDa,等电点为8.98。AhPGIP1基因在烟草疫霉侵染过程中表达水平先下降后明显上升,侵染48 h达到最大值,在盐、伤、SA和MeJA处理后表达水平明显上升,分别在3、12、3、12 h达到最大值,低温处理6 h表达水平不变,3、12、24 h表达水平明显下降。AhPGIP2基因在烟草疫霉侵染24 、36、48 h表达水平明显下降,侵染72 h明显上升并达到最大值,在盐胁迫、低温、SA和MeJA处理后表达水平明显上升,分别在3、24、3、12 h达到最大值,在伤处理12 h后显著上升并达到最高水平,在3、6、24 h明显下降。本研究为深入探讨剑麻PGIP基因在不同逆境胁迫反应中的功能奠定了基础。     

干旱胁迫及复水下朱槿生长及根际土壤微生物多样性的变化特征

以朱槿品种‘紫牡丹’为试验材料,采用盆栽试验,研究了苗期重度干旱胁迫及复水对其根系生理特性的影响,并运用高通量测序技术分析干旱胁迫及复水下朱槿根际土壤微生物多样性的变化特征。结果显示：与正常处理（CK）相比,重度干旱胁迫及复水处理（T2）的总根长、根表面积及根尖数等根系生长指标呈现显著减少的结果,但与重度干旱胁迫（T1）处理相比,均显著增加。通过对朱槿根际土壤样品中细菌群落结构的研究发现,属分类水平上,厌氧绳菌属（Anaerolineaceae）,酸杆菌属（Acidobacteria）、酸微菌属（Acidimicrobiales）、幽门螺杆菌属（Sphaerobacter）、链霉菌属（Streptomyces）等是不同处理土壤样品中的优势菌群。T1处理下的嗜青霉属（Algiphilus）、奥利螺旋菌属（Aureispira）、绿线菌属（Chloronema）、扁棒壳属（Acrospermum）为不同处理下的特殊细菌。真菌方面,属的分类水平上发现,粪壳菌属（Sordariale）、散囊菌属（Eurotiales）、拟青霉属（Pseudallescheria）、格孢腔菌属（Pleosporales）、枝孢霉属（Cladosporium）等是不同处理土壤样品中的优势菌群;T1和T2处理下的样品中,侧角藻属（Goniomonas）、齿盘菌属（Lamprospora）和索罗迪夫斯菌属（Sorodiplophrys）为不同处理下的特殊真菌属。其中,有促生作用的细菌如酸微菌属( Acidimicrobium)、厌氧绳菌属（Anaerolineaceae）嗜青霉属（Algiphilus）以及具有一定生防作用真菌如拟青霉属（Pseudallescheria）、枝孢霉属（Cladosporium）等均可以合理的应用在农业生产中,为植物的抗干旱胁迫以及提高朱槿在干旱胁迫下的水分利用做出贡献。     

8个玉米ZmDOFs基因对非生物胁迫响应的表达分析

转录因子家族是由含有锌指结构的DOF结构域组成,构成植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育进程中诸如信号转导、形态建成、抵御环境胁迫等方面都发挥着重要的作用.本研究利用定量PCR技术,探测了8个ZmDOFs基因在玉米6个不同组织的表达模式,结果表明,8个ZmDOFs基因具有不同的组织特异性表达模式,4个主要在幼穗...     

A β-ketoacyl-CoA Synthase OsCUT1 Confers Increased Drought Tolerance in Rice

Drought stress is one of the major environmental factors affecting crop growth and productivity. Cuticular wax plays essential roles in protecting plants from environmental stress via forming a hydrophobic barrier on leaf epidermis. In this study, we analyzed nine members (OsCUT1?OsCUT9) of β-ketoacyl-CoA synthase, the rate-limiting key enzyme for cuticular wax synthesis in rice by homology search and domain prediction. The expression levels of OsCUT genes under different abiotic stresses were investigated and OsCUT1 down-regulated by abiotic stress was selected for further function validation. Compared to the wild type, overexpression of OsCUT1 (OX-OsCUT1) exhibited significantly increased drought resistance. Epicuticular wax was increased on the leaf surface of OX-OsCUT1 and the chlorophyll leaching experiment showed that the cuticular permeability was decreased in the OX-OsCUT1 plants. Moreover, overexpression of OsCUT1 didn’t result in the significant changes of major agronomic traits. In total, these results suggested that OsCUT1 is a promising gene for engineering rice plants with enhanced drought tolerance.     

拟南芥mapkkk15突变体的鉴定及非生物胁迫下的功能分析

低温寒害是制约我国天然橡胶种植的最主要的环境限制因子,阐明橡胶树抗逆机制有助于保障天然橡胶的种植安全。前期研究发现1个低温诱导的橡胶树MAPKKK基因参与橡胶树抗寒能力调控,序列比对发现该基因与拟南芥MAPKKK15基因同源,但AtMAPKKK15的功能仍不清楚。通过对拟南芥MAPKKK15基因功能的研究,揭示该类基因在植物逆境胁迫应答中的作用,将有助于进一步解析橡胶树MAPKKK基因的功能。本研究从DNA和转录水平鉴定拟南芥mapkkk15纯合突变体植株,评价mapkkk15突变体低温和干旱胁迫抗性。结果显示：低温抑制AtMAPKKK15基因表达。对2个mapkkk15纯合缺失突变体进行分析,发现与野生型植株相比,mapkkk15突变体植株的抗冻存活率提高,电解质渗漏率下降。脱水实验表明,突变体叶片脱水率要高于野生型。上述结果表明,AtMAPKKK15基因在拟南芥中可能反向调控抗寒性,正向调控抗旱性。