对生叶序玉米与互生叶序玉米细胞分裂素调控基因差异分析

摘要：本研究在明晰对生叶序玉米生长点的三大类内源细胞分裂含量不仅显著高于互生叶序玉米,而且随互生到对生到螺旋畸形叶序逐渐增大,以及CTK/IAA值是控制玉米叶序分化类型关键因素的基础上,搜索玉米细胞分裂素调控基因ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4, ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10的基因序列及其CDS序列,设计特异性上下游引物,通过对对生玉米及其近等基因系的互生玉米基因组进行PCR扩增、测序,证实了对生玉米、互生玉米在ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4, ZmRR5,ZmRR6, ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因序列结构上未见差异。RT-PCR分析结果证实ZmRR1,ZmRR2是根特异性表达基因,ZmRR3在根和叶中不表达,而ZmRR6在茎尖中不表达,对生玉米与互生玉米在不同时期、不同发育组织中其ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4, ZmRR5,ZmRR6 ,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因的表达均未见差异,表明本实验室的对生叶序玉米突变体的形成机制与冷泉港实验室关于ZmRR3基因的Mu转座子插入突变导致对生叶序玉米突变体形成的机制不同。     

对生叶序与互生叶序玉米细胞分裂素调控基因差异分析

在明晰对生叶序玉米生长点的3大类内源细胞分裂含量不仅显著高于互生叶序玉米,而且随互生到对生到螺旋畸形叶序逐渐增大,以及CTK/IAA值是控制玉米叶序分化类型关键因素的基础上,搜索玉米细胞分裂素调控基因ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10的基因序列及其cDS序列,设计特异性上下游引物,通过对对生叶序玉米及其近等基因系的互生叶序玉米基因组进行PCR扩增、测序,证实了对生叶序玉米、互生叶序玉米在ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因序列结构上未见差异。RT-PCR分析结果证实ZmRR1,ZmRR2是根特异性表达基因,ZmRR3在根和叶中不表达,而ZmRR6在茎尖中不表达,对生叶序玉米与互生叶序玉米在不同时期、不同发育组织中其ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因的表达均未见差异,表明安徽农业大学作物生物学实验室的对生叶序玉米突变体的形成机制与冷泉港实验室关于ZmRR3基因的Mu转座子插入突变导致对生叶序玉米突变体形成的机制不同。     

不同植物激素对黄檗叶片愈伤组织诱导效应

以黄檗无菌苗叶片为外植体,研究了生长素NAA、2,4-D、细胞分裂素6-BA以及二类不同植物激素组合对黄檗愈伤组织诱导和生长的影响。结果表明,单独使用6-BA不能诱导出黄檗叶片的愈伤组织,单独使用NAA和2,4-D 对愈伤诱导率不高,最高分别是53.33%和73.33%且愈伤质量差。当生长素与细胞分裂素配合使用时,以BA 1.5 mg/L+ 2,4-D 2.0 mg/L激素组合愈伤组织诱导率高达100%,生长最旺盛。     

影响红掌愈伤组织诱导、增殖和芽分化的因素

以Pink champion等盆栽植株和试管苗为材料，研究了影响红掌愈伤组织诱导、增殖和芽分化的因素。结果表明，不同品种的愈伤组织诱导率和外植体褐变率均存在显著差异，诱导率和褐变率之间呈显著的负相关关系。外植体、外源激素和培养基对愈伤组织的诱导有显著影响，不同品种和外植体的适宜诱导培养基不同。光照对愈伤组织的诱导有显著的抑制作用；高浓度生长素、低浓度细胞分裂素，促进愈伤组织的增殖，高浓度细胞分裂素及低浓度生长素促进愈伤组织芽分化；固体培养比液体培养更有利于愈伤组织的增殖和芽分化。     

外源ABA和6-BA对不同持绿型小麦旗叶衰老的影响及其生理机制

为深入认识植物激素在小麦抗氧化和调控衰老中的作用机制,以持绿品种汶农6号和非持绿品种济麦20为材料,在盛花期后喷施脱落酸(ABA)和6-苄基腺嘌呤(6-BA),考察外源激素对旗叶衰老过程中生理生化指标动态变化以及籽粒产量的影响,并探讨了激素与衰老的关系。结果表明,汶农6号旗叶的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、叶绿素含量及籽粒千粒重和产量均大于济麦20,且丙二醛(MDA)含量低于济麦20,表明持绿型品种抗氧化能力强,衰老进程较慢,进而获得较高产量。外源ABA和6-BA处理显著提高花后7~28 d旗叶叶绿素含量,提高花后21~35 d可溶性蛋白含量,显著降低花后28~35 d旗叶MDA含量。外源ABA降低两品种旗叶玉米素(ZR)含量,但提高生长素(IAA)和赤霉素(GA)含量,降低了其在花后28~35 d的ABA含量。6-BA处理提高旗叶ZR含量及花后7~14 d IAA含量,降低济麦20花后21~35 d旗叶ABA含量。外源ABA显著提高汶农6号花后7~21 d旗叶SOD活性,喷施ABA对汶农6号旗叶POD和过氧化氢酶(CAT)活性影响没有显著性影响,但显著提高了济麦20花后7~28 d POD活性,喷施6-BA提高了两品种7~28 d SOD、POD和CAT活性。总之,ABA和6-BA处理改变了旗叶内源激素水平,提高抗氧化酶活性,降低MDA含量,延缓旗叶衰老,从而提高了籽粒产量。     

PBU和6-BA对尾叶桉愈伤组织POD基因表达及酶活性的影响

为了探讨脲类细胞分裂素PBU和嘌呤类细胞分裂素6-BA对尾叶桉愈伤分化、愈伤组织POD基因表达及酶活性的影响,将尾叶桉幼苗下胚轴切段接种在添加PBU+IAA、6-BA+IAA和PBU+6-BA+IAA三种激素组合的SPCa培养基中,通过统计愈伤组织分化情况、检测POD基因表达差异和酶活性变化来开展研究。6-BA+IAA的组合条件下,愈伤组织褐化率高达84.71%;PBU+IAA组合下,愈伤组织褐化率为30.56%;PBU+6-BA+IAA组合时,褐化率最低,为24.09%,胚性愈伤组织时的比例最高,达47.73%。与6-BA相比,PBU诱导出的愈伤POD酶活性显著升高。通过实时定量PCR (real-time quantitative PCR, qPCR)检测6个POD基因的表达变化,设6-BA+IAA诱导所得愈伤的相对表达量为1,PBU+IAA诱导所得愈伤中BP1,BP4,BP5表达上调,分别为1.88、1.63、2.01;PBU+6-BA+IAA诱导所得愈伤中BP3、BP4、BP6表达上调,分别为1.88、1.96、1.93。从实验结果分析,PBU和6-BA有协同效应,通过增强POD酶活性,减轻褐化、促进胚性愈伤分化。PBU和6-BA对不同POD同工酶表达的影响不同。本研究可为深入研究PBU和6-BA协同作用的分子机理提供参考。     

断根与外源细胞分裂素诱导去叶黑麦草耐牧性的研究

为了研究牧草的持续再生性机制,通过盆栽试验,从黑麦草多次去叶后根系对叶片生长的影响方面,设4个处理：（1）不断根未喷施细胞分裂素,（2）断根未喷施细胞分裂素,（3）不断根喷施细胞分裂素,（4）断根喷施细胞分裂素。结果表明：断根和多次去叶均能降低新生叶片和根系的生物量。多次去叶能引起叶中的赤霉素和脱落酸含量的升高,生长素含量以及玉米素核苷(ZR)含量的降低。多次去叶条件下,喷施外源细胞分裂素能促进叶片中ZR含量及其生物量的增加。相关性分析表明,多次去叶条件下叶中ZR含量与其生物量呈显著性的正相关关系。总之,多次去叶条件下新生叶片中的细胞分裂素含量是影响去叶黑麦草持续再生性的关键因素。     

ipt基因表达及外源细胞分裂素对油菜幼苗侧根发育的影响

通过对转ipt基因油菜(Brassica napus L.)及野生型油菜种子的发芽培养,研究了ipt基因的表达及外源细胞分裂素对油菜种子幼苗侧根发育的影响。结果表明:ipt基因表达和高浓度的外源细胞分裂素对油菜幼苗主根长度、侧根原基的起始及侧根的发生均表现出明显的抑制作用。当KT和6-BA浓度达到1mg/L时,侧根的发生被完全抑制,外源生长素IBA可以缓解ipt基因超量表达对油菜种子侧根发育的抑制作用。     

石栗树茎段组织培养的研究

建立石栗组织培养的技术体系,筛选出适合诱导愈伤组织和愈伤组织分化的培养基。从外植体消毒,激素配比,培养基筛选等方面对石栗组织培养进行了探索。结果表明诱导愈伤组织的主要因素是细胞分裂素和生长素的比值。TDZ对愈伤组织诱导丛生芽有抑制作用。诱导愈伤组织的最适培养基为：1/2MS+ZT 2 mg/L+NAA 0.5 mg/L+氯化胆碱2 mg/L,诱导愈伤组织丛生芽的最适培养基为1/2MS+6-BA 1 mg/L +IBA 0.1 mg/L。影响诱导愈伤组织的主要因素是细胞分裂素和生长素的比值。     

玉米叶基部愈伤组织诱导与植株再生

以玉米叶基部为外植体,诱导出大量愈伤组织,同时对影响愈伤组织诱导和分化的几个重要因素进行探讨。结果表明,不同基因型玉米叶基部愈伤诱导率差异显著,B73愈伤诱导率最高,达74.30%;苗龄为7d时的外植体诱导愈伤效果最理想;2.2mg/L的2,4-D有利于胚性愈伤组织的形成;分化培养基中添加1mg/L6-BA时铁7922和农大178再生频率最高,添加2mg/L6-BA时B73和昌7-2再生频率最高。玉米高效再生体系的建立可为进一步开展玉米的遗传转化奠定基础。     

氮素穗肥对水稻幼穗细胞分裂素和生长素浓度的影响及其与颖花发育的关系

以粳稻品种武育粳3号和2401为研究材料,在盆栽条件下,设高(HN)、低(LN)两个穗肥施氮水平,对幼穗发育过程中(颖花分化至抽穗后7 d)细胞分裂素(ZRs、iPAs)和生长素(IAA)含量及其动态分别进行测定和比较分析。结果表明,幼穗发育过程中穗中细胞分裂素和生长素含量均表现先降后升的趋势,穗肥的施用(HN处理)提高了各个时期细胞分裂素的含量,尤其是颖花分化期效果最为明显。而生长素的变化情况较为复杂,从颖花分化期到花粉母细胞减数分裂期前LN处理稍高于HN处理,之后HN处理又逐渐超过LN处理。穗发育期间HN处理的ZRs/IAA和iPAs/IAA均高于LN处理,颖花分化期差距最大,随后逐渐减小,到花粉母细胞减数分裂期差异最小,抽穗时比值差距又再次扩大,两个品种表现相似。水稻氮素穗肥的施用具有延长颖花分化时间、增加每穗颖花数的作用,这可能与其提高幼穗分化期尤其是颖花分化期的细胞分裂素含量及其与生长素的比值有关。     

结实期干湿交替灌溉对2个超级稻品种结实率和粒重的影响

大田种植超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)。自抽穗至成熟设置轻干-湿交替灌溉(WMD)、重干-湿交替灌溉(WSD)和常规灌溉(CI, 保持水层) 3种灌溉方式, 观察其对超级稻灌浆的影响。结果表明, 与CI相比, WMD处理显著增加2个超级稻品种的产量、结实率和粒重, 而WSD处理则降低结实率和粒重。WMD处理显著提高灌浆期剑叶净光合速率、膜质过氧化酶活性和根系氧化力、根系吸收表面积、根系活跃吸收表面积、比表面积和根系中玉米素+玉米素核苷(Z+ZR)及吲哚-3-乙酸(IAA)含量及根冠比, WSD处理的结果则相反。说明结实期轻干-湿交替灌溉可以改善超级稻根系和地上部植株的生理功能, 进而提高结实率和粒重。     

小麦茎顶端原基发育模拟模型的研究

本文系统地模拟了小麦植株茎顶端不同类型原基的发育过程，建立了叶原基分化、小穗原基分化和小花原基分化、退化、败育、受精结实及籽粒生长的子模型。模型引入每小穗分化的最大小花原基数、退化的最大小花原基数和籽粒潜在重量3个遗传参数，分别反映了不同小麦品种小花分化、退化和籽粒生长等方面的遗传差异。利用南京地区     

白术叶片再生植株和丛生芽快繁的研究

白术是菊科的一种重要药用植物。为满足白术的药用需求，扩大其资源供应，避免传统开荒育苗种植模式对生态环境的破坏，为白术的大规模工厂化育苗及获取药用次生代谢产物提供有效的途径和方法，笔者以白术叶片为外植体经愈伤组织再生植株和丛生芽增殖两种方式建立了白术无菌苗的快速繁殖技术，分析了不同植物激素种类和浓度对白术叶片再生植株及丛生芽增殖的影响，研究了温度和光照条件对白术叶片愈伤组织褐变的影响。研究结果显示在培养基MS+ 6-BA1 mg/L+NAA0.2 mg/L上白术丛生芽增殖倍数最高，可达4.45倍；以白术的叶片愈伤组织诱导及再生植株的最佳培养基为MS +KT 1mg/L+NAA0.2 mg/L，愈伤组织诱导率可达96.7%；芽分化率为90%。不同的细胞分裂素种类与浓度处理差异显著，在白术叶片的愈伤组织诱导中，KT的效果要优于6-BA，但在丛生芽增殖中则表现出高浓度的6-BA要优于KT。白术叶片愈伤组织继代培养中褐变程度与温度、光照条件有关，1000 lx光照强度，20±0.5℃的温度条件下继代培养能有效控制褐变。     

干湿交替灌溉对水稻产量与水分利用效率的影响

本研究旨在阐明干湿交替灌溉影响水稻产量的生理机制。大田种植3个当地高产水稻品种武运粳24 (粳稻)、扬两优6号(两系杂交籼稻)与甬优2640 (三系籼/粳杂交粳稻)。自移栽后7 d设置：常规灌溉(CI,保持水层)和干湿交替灌溉(AWD),观察这2种灌溉模式对水稻根系与地上部生长发育的影响。结果表明,与CI相比,AWD可以显著提高水稻产量与水分利用效率,3个供试品种产量分别提高了5.34%、5.85%和6.62%,水分利用效率分别提高了28.9%、25.3%和27.6%。产量与水分利用效率的提高主要得益于水稻根系和地上部植株的生理功能的改善,表现出灌浆期较高的根系氧化力、根系伤流液强度、根系与叶片中玉米素与玉米素核苷的含量、剑叶净光合速率、籽粒中较高的蔗糖合酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和淀粉合酶活性、较大的深层(10~20 cm)根系、较高的分蘖成穗率与叶面积指数。     

氮素和6-BA对水稻分蘖芽发育的影响及其生理机制

以扬稻6号、南粳44为材料,研究了氮素和6-BA对水稻分蘖芽萌发的影响及分蘖芽萌发过程中碳氮代谢和细胞分裂素含量的变化。结果表明,氮素和6-BA都能促进分蘖芽的萌发,但二者维持分蘖芽进一步生长的能力存在明显差异,氮素能够促进分蘖芽持续生长,而6-BA是无法维持分蘖芽的持续生长。氮素和6-BA均提高了分蘖节中细胞分裂素(Z+ZR和iP+iPR)含量及叶、根中硝酸还原酶(NR)活性,但6-BA处理无法提高水稻植株体内可溶性蛋白含量及氮素和非结构性碳水化合物的积累,使水稻植株体内营养物质积累不足。这说明,氮素和细胞分裂素通过内源激素平衡和碳氮代谢两条生理途径调控分蘖发生。     

Spraying exogenous synthetic cytokinin 6‐benzyladenine following the waterlogging improves grain growth of waterlogged maize in the field

6‐Benzyladenine (6‐BA, a synthetic cytokinin) could improve the ability to resist adversity. However, very little attention has been given to its role in alleviating waterlogging damages on grain growth. A field experiment was performed to investigate effects of exogenous 6‐BA after waterlogging for 6 days at the third leaf stage (V3‐WL + 6‐BA) or the sixth leaf stage (V6‐WL + 6‐BA) on grain filling, and endogenous hormone of summer maize hybrids DengHai605 (DH605) and ZhengDan958 (ZD958), which were planted popularly in China. Exogenous 6‐BA alleviated waterlogging damages on grain filling by improving grain weight and volume, which was beneficial to yield increase. Grain yield of DH605 under V3‐WL + 6‐BA and V6‐WL + 6‐BA increased by 16% and 12%, respectively, compared with that of V3‐WL (waterlogging at the third leaf stage) and V6‐WL (waterlogging at the sixth leaf stage), while the corresponding values for ZD958 increased by 20% and 15%, respectively. Moreover, exogenous 6‐BA alleviated waterlogging damages on grain endogenous hormone content by increasing levels of endogenous indole‐3‐acetic acid, zeatin riboside, and gibberellic acid, and decreasing level of abscisic acid in grain of waterlogged summer maize during grain‐filling periods. Clearly, exogenous 6‐BA improved grain‐filling characteristics, and endogenous hormone, resulting in a significant yield increase of waterlogged summer maize.     

缺钾诱导早衰条件下应用嫁接技术研究根-冠互作对棉花下胚轴解剖结构的影响

缺钾诱导早衰条件下,根-冠互作对棉花叶片早衰的调节包括地上部主导型和根系主导型。本研究主要观察缺钾条件下2种根-冠互作类型单接穗单砧木(I型)和双接穗单砧木(Y型)嫁接接穗下胚轴的解剖结构,并判断其与下胚轴木质部中CTK和ABA的流量是否有关。结果表明,地上部主导型I型嫁接接穗下胚轴解剖结构与砧木品种更为相似,与其木质部CTK和ABA的流量主要受地上部调节不符;Y型嫁接2个不同品种接穗之间下胚轴解剖结构的差异与其木质部CTK和ABA流量的差异虽然具有相关性,但可能是一种伴生现象。根系主导型I型嫁接砧木对接穗的影响很大,但这与砧木对接穗下胚轴木质部CTK和ABA流量的调节可能也是一种伴生现象;Y型嫁接2个不同接穗之间下胚轴解剖结构差异较大,与二者之间CTK和ABA流量无显著差异的结果不符。因此,棉花叶片早衰2种根-冠互作类型接穗下胚轴解剖结构与其木质部中CTK和ABA的流量无关。此外,无论是地上部主导型还是根系主导型,2个品种自身嫁接的接穗下胚轴结构差异在Y型嫁接与I型嫁接中不一致,可能与Y型嫁接的2个接穗之间存在冠-冠互作有关。     

内源CTK和IAA平衡对水稻分蘖芽休眠与萌发的影响

研究水稻抽穗期分蘖休眠与萌发转换过程中CTK和IAA含量及CTK/IAA值的变化,探讨内源激素平衡对水稻分蘖的调控作用。采用外施6-BA打破分蘖芽休眠和去穗后外施IAA抑制分蘖芽萌发两种处理,创建分蘖芽休眠与萌发转换的材料,测定伸长节和伸长节分蘖芽中CTK和IAA的含量。6-BA处理打破了分蘖芽的休眠,显著提高了倒二节和倒二芽中CTK含量,降低了倒二节中IAA含量,对倒二芽中IAA含量影响不大,显著提高了节、芽中CTK/IAA值。去穗后外施IAA逆转了去穗对节、芽CTK含量提高效果,CTK含量维持在较低值,显著提高了倒二节中IAA含量,对倒二芽中IAA含量无显著影响,显著降低了节、芽中CTK/IAA值。CTK和IAA共同调控分蘖发生,较高的CTK/IAA值利于分蘖芽萌发,较低的CTK/IAA值使其休眠,节中CTK/IAA值在2.6~2.8,芽中CTK/IAA值在4.8~5.0,可作为分蘖芽休眠与萌发转换的临界指标。