基于iTRAQ技术的不同耐旱性甘薯苗期根系差异蛋白分析

为从蛋白水平揭示不同甘薯品种的苗期耐旱性差异,明确甘薯耐旱性生理机制,以耐旱性强的济薯21(JS)和耐旱性弱的济紫薯1(JH)为材料,采用PEG-6000模拟田间梯度干旱胁迫过程,采用i TRAQ技术开展甘薯苗期根系全蛋白组差异蛋白分析。结果表明,在4个比较组中,共筛选到567个差异表达蛋白,其中上调表达蛋白302个,覆盖率达20%以上的蛋白占鉴定总蛋白数的58.6%。GO分析发现,JS苗期根系差异蛋白主要集中在胁迫响应、非生物刺激响应等生物过程,而JH苗期根系差异蛋白主要集中在糖基复合物代谢和辅酶代谢等生物过程,干旱均主要影响2个品种的细胞质、细胞溶质等细胞组分,2个品种的差异蛋白分子功能均涉及催化活性、氧化还原酶活性等方面。KEGG分析发现,正常条件下,耐旱性强的较耐旱性弱的甘薯品种苗期根系中的过氧化物酶(POD)和肉桂醇脱氢酶(CAD)表达上调;在干旱条件下,次生代谢合成过程中的苯丙烷合成通路中上调表达的差异蛋白最多,耐旱性强的JS苗期根系中主要是胁迫响应相关蛋白,而耐旱性弱的JH苗期根系中主要是能量代谢相关蛋白。总之,干旱对甘薯苗期根系细胞质中次生物质合成和能量代谢影响较大,耐旱性强的甘薯苗期根系氧化还原酶类蛋白表达上调,不同耐旱性甘薯苗期根系在蛋白组学水平上响应干旱的生理调控途径存在明显差异。本研究为甘薯耐旱性品种生理鉴定和耐旱基因发掘提供了线索。     

不同耐旱性甘薯柴根和块根的差异蛋白组分析

为从蛋白水平揭示不同耐旱性甘薯柴根和块根的差异,明确甘薯根系分化和耐旱性生理机制,以耐旱性强的济薯21(JS21)和耐旱性弱的济紫薯1(JZS1)为试验材料,在旱棚内人工控水模拟田间干旱,采用iTRAQ技术开展不同耐旱性甘薯柴根和块根的全蛋白组差异蛋白分析。结果表明,共鉴定到甘薯根系差异蛋白2 003个,其中可信蛋白1 716个、动态表达蛋白819个。GO分析表明,干旱胁迫条件下,与柴根相比,JS21和JZS1块根差异蛋白分别集中于细胞质内碳水化合物合成、能量代谢等生物过程;与JZS1块根相比,JS21块根差异蛋白分子功能主要涉及过氧化物酶活性、氧化还原酶活性等。KEGG分析表明,木质素代谢在甘薯根系分化和响应干旱胁迫的过程中起到重要的调控作用。从淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷代谢途径富集的差异蛋白分析中探明,正常条件下,JS21主要通过ADPGase积累淀粉,JZS1不仅通过ADPGase还通过UDPGase积累淀粉;干旱胁迫条件下,JS21块根中淀粉的合成仍大于分解,而JZS1块根中蔗糖的分解大于合成。正常条件下,2个品种柴根中均含有丰富的抗氧化酶;但干旱诱导JS21块根产生过氧化物酶,导致JZS1块根中木质素合成关键酶上调表达。蔗糖合酶是干旱胁迫条件下耐旱性弱的JZS1根系中能量代谢重要蛋白。综上,干旱胁迫条件下,耐旱性强的JS21可通过柴根中已有的和块根中诱导产生的过氧化物酶协同抵御干旱胁迫,而耐旱性弱的JZS1则通过蔗糖合酶维持能量代谢,其块根木质化程度加剧。本研究为甘薯耐旱性品种生理鉴定和耐旱基因发掘提供了一定的理论依据。     

不同生长时期干旱胁迫甘薯根系生长及荧光生理的特性比较

【目的】干旱胁迫是我国甘薯生产所面临的重要问题,本试验旨在为研究甘薯的抗旱生理机制,明确甘薯水分临界期,减轻干旱影响和优化甘薯生产管理提供科学依据。【方法】利用人工旱棚,设置甘薯正常供水与前期、 中期和后期(即定栽后15 d、 55 d、 95 d)干旱胁迫四个处理(田间持水量的8%~10%,每次胁迫持续15天)。用Epson v700扫描仪调查了不同处理三个不同时期根系发育,用M-PEA(Hansatech,英国)测定了叶片荧光生理参数。【结果】前期和中期干旱均显著降低了甘薯地上和地下部生物量(P0.05),而后期干旱影响较小,其规律表现为前期＞中期＞后期。其中,前期干旱甘薯总生物量减少约50%; 中期干旱造成地上和地下部分别减少38.4%和31.1%; 后期干旱地上和地下部减少均约10%左右。各个时期干旱胁迫均显著影响甘薯根系发育(P 0.05)。与正常供水相比,前期干旱胁迫总根长、 总表面积和总体积分别减少49.5%、 55.7%和43.2%,中期干旱胁迫分别减少27.5%、 27.0%和28.9%,后期干旱胁迫影响较小。不同时期干旱胁迫对叶绿素荧光参数的影响不同,前期和中期胁迫处理测定值差异显著,叶绿素荧光动力学曲线发生明显变化,后期未达显著性水平。与对照相比,前期和中期的PSⅡ综合荧光参数指标Fm、 Fv/Fm、 PI(ABS)分别减少了36.4%、 15.6%、 44.3%和14.7%、 3.8%、 22.6%; 指示反应中心活性的参数φEo分别减少7.7%、 3.4%,而反映电子传递速率的参数Vj、 dV/dto分别增加了33.1%、 32.1%和19.2%、 17.1%,这些荧光参数的变化表明,干旱胁迫导致PSⅡ结构受损,反应中心受到伤害,光能转化效率降低,电子传递受阻。【结论】甘薯水分临界期处于前中期,实际中应特别加强甘薯前期的水分供应。     

不同水分条件下水稻苗期根系性状的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)衍生的234个重组自交系(RIL)为材料,在正常水分和20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下对水稻苗期最长根长、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根冠比进行QTL定位分析。采用复合区间作图法,共检测到影响8个根部性状的21个QTL,单个QTL可解释的表型变异介于4.80%～11.35%。其中,正常水分条件下检测到7个QTL,分布在第2、3、9、10、11染色体上;水分胁迫条件下检测到14个QTL,分布在第2、3、5、6、9染色体上。不同水分条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同水分条件下的遗传机制不同。在第3和第6染色体上各检测到1个根部性状的QTL簇,尤其在第3染色体RM6283-RM7370区间发现苗期根系性状与抗旱性及产量相关性状之间存在连锁关系,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时对多个相关性状进行遗传改良。     

氮肥缓解苗期干旱对小麦根系形态建成及生理特性的影响

为揭示氮肥缓解苗期干旱对小麦根系生长的影响,以高产高蛋白品种Spitfire(S)和抗旱品种Drysdale(D)为材料,采用沙培方式研究了不同氮素处理(180和22.5 kg·hm^-2)和水分处理(干旱和正常浇水)对苗期小麦根系形态建成和生理生长的影响。结果表明,苗期干旱下增施氮肥减小了2个品种小麦根系总根长、根系表面积、总根体积、根尖数和分枝数,显著增加了根系直径和根系活力,S品种根系干重减小7.0%,而D品种根系干重增加12.0%。施高氮还降低了干旱下2个品种小麦根系可溶性糖含量,并提高了游离氨基酸含量,且耐旱性品种D变化幅度较大,2个品种根系可溶性蛋白含量的变化均不明显。此外,增施氮肥能促进根系对氮素的吸收,提高根系硝酸还原酶(NR)活性和含氮量。综上,在苗期干旱下增施氮肥能够促进小麦根系生长,提高根系活力和NR活性,以增强根系对氮素的吸收同化能力,促进氮代谢水平,从而提高小麦的抗旱性,但不同耐旱品种对干旱下增施氮肥的响应程度存在差异。本研究结果为通过增施氮肥有效缓解干旱进而提高小麦产量提供了理论依据。     

甘蓝型油菜不同磷效率品种苗期根系生长及磷营养的差异

对甘蓝型油菜磷高效品种 970 81和磷低效品种 97029苗期根系生长状况和体内无机磷含量及酸性磷酸酯酶活性进行了比较。结果表明 ,磷高效品种的主根长 ,根体积、根 /冠比及根系活力受缺磷影响均比低效品种降低9 3、2 1.9、10 .9、7.8个百分点 ,表现出根系良好的适应性。在缺磷条件下 ,2个品种各部位无机磷含量都有所降低 ,而酸性磷酸酯酶活性则增加。其中磷低效品种 970 2 9各部位无机磷含量降低幅度较大 ,酶活性增长较快 ,表明其根系吸收能力较差 ,体内有机磷分解的程度高 ,苗期即需通过再利用来维持其基本生长 ,使后期的生长失去保障。磷高效品种 970 81各部位无机磷所受影响较小 ,酶活性增长较少 ,根系衰老较慢 ,再利用程度小 ,后期生长潜力大。     

根系局部施P对小麦苗期生长的影响

研究了不同P营养基因型小麦(Triticum aestivum L.)“81(85)5-3-3-3”和“NC37”在苗期对根系局部供P(0.1mmol/L)后的反应。结果表明,只有3cm根段处于完全营养液(LHL)中的小麦植株不能正常生长,其干物质量分别为全部根系处于完全营养液(HHH)中的小麦植株的54.0%和49.6%。但给绝大部分根系供P,只有3cm根段处于缺P营养液(HLH)中的小麦植株的干物质量、株高、叶面积、根长、根轴长和侧根数等均明显高于全部根系处于完全营养液处理,此时的植株含P量正常。这表明小麦根系接受局部缺P刺激后,加速了小麦苗期的生长发育;缺P信号和常量P信号的刺激具有协同作用,体内不缺P小麦植株可以接受缺P信号并产生正效应。不同基因型小麦对局 部施P的反应有一定差异。     

根系局部施P对小麦苗期生长的影响

研究了不同Ｐ营养基因型小麦“８１（８５）５－３－３－３”和“ＮＣ３７”在苗期对根系局部供Ｐ（０．１ｍｍｏｌ／Ｌ）后的反应。结果表明,只有３ｃｍ根段处于完全营养液（ＬＨＬ）中的小麦植株不能正常生长,其干物质量分别为全部根系处于完全营养液（ＨＨＨ）中的小麦植株的５４．０％和４９．６％。但给绝大部分根系供Ｐ,只有３ｃｍ根段处于缺Ｐ营养液（ＨＬＨ）中的小麦植株的干物质量、株高、叶面积、根长、根轴长和侧根数     

不同谷子品种根系及其特性差异研究

通过对１０处不同谷子品种根系、气孔、叶水势等的因子的测定，分析了不同品种根素及其特性的差异，为抗旱和耐旱品种的选择提供了依据。     

不同谷子品种根系及其特性差异研究

要通过对10个不同谷子品种根系、气孔、叶水势等因子的测定，分析了不同品种根系及其特性的差异，为抗旱和酎旱品种的选择提供了依据。     

小麦重组自交系群体苗期抗旱性综合评价

[目的]探讨干旱对小麦萌发期幼苗生长的影响,筛选抗旱的优良小麦种质材料,为小麦抗旱新品种的选育提供依据。[方法]以洛旱2号与潍麦8号杂交产生的重组自交系(RIL)群体(F9)为材料,基于小麦萌发期幼苗在不同水分条件下的多个农艺性状指标数据,通过主成分分析和K均值聚类的方法,对重组自交系的291个株系及其亲本进行了苗期抗旱性综合评价,并对各株系的苗期抗旱性度量值和其产量的相关性进行了分析。[结果](1)用10%的PEG-6000处理萌动的种子,可促进胚芽鞘长和根数的增加,而对其它农艺性状有明显的抑制作用。(2)从该重组自交系的291个株系中筛选出了44个抗旱优良株系,为小麦抗旱育种提供了宝贵的种质材料。(3)小麦各株系的苗期抗旱性和其产量之间呈显著的正相关。[结论]根系性状对干旱胁迫的反应最为敏感,干旱胁迫下能否形成相对强大的根系系统是衡量幼苗抗旱性的重要条件。     

盐旱交叉胁迫对各施氮水平下小麦苗期的影响

为探究不同浓度盐胁迫和水分胁迫及两者互作对小麦幼苗生理特性的影响,于2017年3月至5月布置盆栽试验,分别设置两个NaCl胁迫(S1,NaCl 1.9 g/kg;S2,NaCl 2.9 g/kg)和两个水分处理水平(W1,78%田间持水量;W2,47%田间持水量),测定了冬小麦幼苗地上部和地下部干物质量、全氮、叶绿素和可溶性糖含量。结果表明:①在本试验盐胁迫范围内,单一盐胁迫下盐分含量的上升会显著抑制小麦的生长,冬小麦各部分干重、全氮、叶绿素含量明显下降,渗透物质可溶性糖含量会上升;②低盐干旱胁迫互作改善冬小麦幼苗生长状况,叶绿素含量、各部分干物质累积、氮积累量以及可溶性糖含量最大,呈现出对盐旱复合胁迫的适应性;③高盐干旱胁迫互作会加剧对小麦幼苗的生长限制。因此,低盐胁迫下对冬小麦进行适度的干旱刺激可以促进小麦幼苗适应复合胁迫,有利于小麦幼苗生长。     

3个玉米品种苗期耐寒性鉴定

为鉴定不同玉米品种的耐寒性,筛选抗寒性强的品种,以玉米品种青农8号、郑单958和农大108为材料,在10、4℃下进行苗期低温胁迫试验,研究低温处理对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)和可溶性蛋白(SP)含量等耐寒性鉴定指标的影响。结果表明,SOD活性及其变化率、CAT活性变化率、POD活性及其变化率、MDA含量变化率和SP含量等7个指标的结果均表明青农8号耐寒性最强;CAT活性、MDA含量和SP含量变化率等3个指标的结果表明青农8号耐寒性居第2位。农大108和郑单958耐寒性强弱在不同生理指标下得到的结论不尽相同,SOD活性及其变化率、POD活性及其变化率、MDA含量和SP含量等6个指标的结果表明农大108耐寒性优于郑单958;CAT活性及其变化率、MDA含量变化率和SP含量变化率等指标的结果表明郑单958耐寒性优于农大108。本研究结果为玉米新品种青农8号的推广以及抗寒性品种的选育提供了一定的理论依据。     

普通菜豆种质资源苗期抗旱性综合评价

我国普通菜豆的主产区主要分布在干旱、半干旱地区。干旱是影响其生长的主要因素之一。为了筛选抗旱种质资源以及建立抗旱性评价方法,以50份来源不同的普通菜豆品种为材料,采用盆栽法,设正常供水和干旱胁迫2种处理,在干旱胁迫12 d和复水3 d后分别取样测定各项形态和生理指标;采用干旱胁迫和复水后两者的抗旱度量值(D值)、聚类分析和逐步回归方程以及通径分析相结合的方法,对普通菜豆进行苗期的抗旱鉴定及抗旱指标的筛选。结果表明,干旱12 d后超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性,复水3 d后相对叶绿素含量、相对含水量与各自D值显著相关,两处理的丙二醛(MDA)含量与各自D值极显著相关。根据各自D值进行聚类分析,将50份供试材料进行抗旱级别分类,两处理分类结果的一致率达到40%,邻级率为60%,未出现跨级材料;综合两处理的分类结果进一步细分,可分为高抗、中高抗、中抗、中低抗和低抗5个抗旱级别,其中高抗材料10份、中高抗材料25份、中抗材料7份、中低抗材料6份、低抗材料2份。综上所述,普通菜豆苗期干旱胁迫和复水后的D值相互判定的方法可提高鉴定结果的可靠性;干旱胁迫下的SOD活性、POD活性、MDA含量和复水后的相对叶绿素含量、相对含水量、MDA含量可作为普通菜豆苗期抗旱性鉴定的指标,尤其是两者的MDA含量可直接用于普通菜豆资源的抗旱性鉴定。本研究为简化鉴定筛选工作提供了方法和理论依据。     

2个不同抗旱性小麦品种耗水特征及根系生理特性对开花期干旱的响应

为探明不同抗旱性小麦品种的耗水特征、根系生理特性及产量对开花期干旱的响应,以抗旱性强品种新春6号（XC 6）和抗旱性弱品种新春22号（XC 22）为试材,在土柱栽培和大田条件下设置常规灌溉（CK）、开花期轻度干旱（T1）和中度干旱（T2）处理,研究干旱胁迫对滴灌麦田耗水特征、不同土层根系生理特性和产量的影响。结果表明：开花期干旱后2个小麦品种全生育期耗水量和耗水强度均表现为CK>T1>T2,拔节—孕穗期耗水模系数最大。T1处理复水后伤流液、根系活力、根系水力学导度（Lpr）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性及可溶性蛋白（SP）含量显著提高,进而促进地上部质量和千粒重增加,提高产量和水分利用效率。与XC 22相比,XC 6伤流液、Lpr、根系活力、SOD、POD、SP含量、地上部质量以及产量均显著增加,T1处理下XC 6的伤流液、Lpr较XC 22高5.4%~25.1%,2.2%~15.7%;0—20,20—40,40—60 cm土层SOD （6.9%~20.0%,2.6%~24.7%和3.6%~31.1%）、POD （4.1%~19.1%,3.9%~25.2%和3.7%~21.6%）、CAT （7.8%~15.2%,8.3%~13.3%和10.8%~13.3%）活性及SP （4.5%~20.4%,0.8%~29.4%和1.3%~7.9%）含量显著高于XC 22。根质量、地上部质量和产量与耗水量呈二次抛物线关系,与伤流液、Lpr、MDA和CAT活性呈显著正相关。水分处理与品种互作对Lpr、POD、CAT活性及SP含量影响显著。因此,抗旱性强品种开花期轻度干旱可降低耗水量,提高根系SP含量及抗氧化酶活性,增强根系活力,促进地上部质量提高,有利于提高产量和水分利用效率。     

丁香酸对不同品种烟草苗期根系生长的影响

为探究最新发现的植物源生物硝化抑制剂丁香酸对烟草品种K326和云烟85苗期根系生长的影响,通过基质培养试验,设置0、10、25、50、100、200 μmol/L 6个丁香酸浓度,研究了不同浓度丁香酸在不同时间(3 d和5 d)对K326和云烟85主根伸长量和一级侧根发育的影响。结果表明:与对照(0 μmol/L)相比,25～100 μmol/L丁香酸能促进K326主根伸长,在3 d时促进率为13.33%～30.67%,在5 d时促进率降为8.54%～22.55%,最适浓度为50 μmol/L;10～50 μmol/L丁香酸促进云烟85主根伸长,在3 d时促进率为7.81%～18.75%,在5 d时促进率维持在4.10%～10.66%,最佳促进浓度25 μmol/L;丁香酸对两个烟草品种主根伸长的促进效果均为3 d优于5 d。在侧根发育方面,低浓度丁香酸能显著促进K326和云烟85一级侧根数,两个品种促进侧根发育的最适浓度均为25 μmol/L。相关性分析表明,丁香酸处理下两个烟草品种苗期的主根伸长变化率与侧根数变化率呈显著正相关。可见,适宜浓度的丁香酸对两个典型烟草品种苗期主根增长和...     

菜用豌豆品种资源萌发期耐旱性鉴定

为研究菜用豌豆种子萌发期的耐旱性,本试验以31份菜用豌豆品种资源为试验材料,通过2.5%PEG溶液模拟干旱胁迫处理萌发期豌豆种子,统计种子发芽势和发芽率,测定鲜重、干重、根长、芽长等指标,并采用相关性分析、主成分分析、聚类分析、灰色关联度分析及逐步回归分析等方法相结合,对31份菜用豌豆品种资源进行萌发期耐旱性鉴定及耐旱指标筛选。结果表明,2.5% PEG-6000模拟干旱胁迫对菜用豌豆种质资源萌发期各测定指标均有极显著影响;根据综合抗旱系数值(CDC值)、耐旱性度量值(D值)、加权关联度(WDC值)大小对供试种质进行排序,其中耐旱性最强的4个品种依次为16110、16055、16140、16107;耐旱性最弱的3个品种依次为16106、16175、16177。通过聚类分析,在欧氏距离D²=8.5处将31份豌豆品种资源划分为4种类型:第Ⅰ类包括16054、16142等20个品种;第Ⅱ类包括16140、16079和16055 3个品种;第Ⅲ类包括16175、16104等6个品种;第Ⅳ类包括16110和16107 2个品种。逐步回归分析表明,与D值密切相关的指标为发芽指数、活力指数、发芽势、根长,这些可作为豌豆种质资源萌发期耐旱性鉴定综合选择指标。本试验结果为进一步研究菜用豌豆萌发期耐旱性机理及干旱调控缓解机制提供了理论参考,也为菜用豌豆耐旱品种选育及其推广应用奠定了基础。     

干旱胁迫对芦竹茎秆萌发和幼苗生长的影响

通过盆栽试验研究不同土壤水分条件对芦竹茎秆萌发、幼苗形态特征、生物量及叶绿素的影响。结果表明:芦竹幼苗高度、生长速率、叶片面积、生物量、叶绿素随着土壤水分的减少而减小。土壤水分含量对芦竹存活时间具有明显影响,当土壤水分含量小于或等于27.8%时,芦竹陆续出现死亡。试验结果还表明土壤水分含量大于或等于33.3%时茎秆有腋芽萌发。淹水土壤不是芦竹生长的最佳土壤水分条件,当土壤水分含量等于38.9%时,幼苗各指标达到最优,是芦竹生长的最佳水分条件。当土壤水分含量为38.9%～44.4%时,芦竹幼苗各指标都可达到较高水平,是适宜芦竹生长的理想水分条件。