DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的关键基因挖掘

植物受到干旱胁迫时,会通过DNA甲基化做出快速反应以帮助其应对胁迫。为探究在干旱胁迫下,DNA甲基化是如何影响基因转录表达,本研究对甘露醇模拟干旱和5-azadC(去甲基化)处理下,抗旱性不同的2个马铃薯品种(抗旱型,青薯9号;干旱敏感型,大西洋)进行转录组学分析,以Fold-change>2和校正后P<0.01进行差异表达基因(DEG)的筛选。GO富集分析发现,2种处理都共同显著富集到氧化应激和碳水化合物代谢过程相关的GO term。说明不同耐旱性马铃薯在响应干旱胁迫时,与这些GO term相关的基因也受DNA去甲基化调控。对既响应干旱又响应DNA去甲基化的1345个DEG进行KEGG功能富集发现,与植物抗旱相关的通路有植物MAPK信号途径、植物激素信号转导途径、植物谷胱甘肽代谢通路、糖酵解与糖异生和磷酸肌醇代谢通路。说明这些通路相关基因在大西洋和青薯9号2个抗旱性不同的马铃薯品种中,响应干旱的敏感性受DNA甲基化调控。接着对DEG上游1500 bp启动子区域进行顺式作用原件和甲基化CpG岛分析发现,干旱胁迫下参与植物谷胱甘肽代谢的GST基因通过DNA去甲基化来降低启动子区ABRE和CAAT-box作用元件的甲基化水平,进而激活该基因的表达以应对干旱胁迫。因此,利用比较转录组学分析干旱和DNA去甲基化处理下的差异基因,可挖掘到DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的相关基因,为研究马铃薯干旱胁迫响应的表观遗传学机理提供新的研究思路。     

干旱处理迫对花生品种叶片保护酶活性和渗透物质含量的影响

以花育22和花育25为试验材料,利用防雨棚池栽人工模拟干旱胁迫逆境试验,调查苗期、花针期和结荚期水分胁迫对花生叶片膜脂过氧化、渗透调节物质含量和保护酶活性的影响。结果表明,干旱处理初期,两品种抗氧化系统和渗透调节物质各成分的反应并不完全一致,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白质(Pr)、游离氨基酸(AA)、脯氨酸含量(Pro)显著升高,但随干旱处理进行,其活性明显降低,保护酶活性与渗透调节物质降低时间基本同步,POD活性对水分胁迫的响应较弱, 丙二醛(MDA)含量显著升高,随干旱处理历时延长,含量降低,其降低时间滞后于保护酶活性,花育22 MDA含量高于花育25;各生育期干旱处理结束后,SOD、CAT、Pr、AA、Pro含量明显升高,且在水分敏感的花针期升幅均较大;苗期干旱对生育后期保护酶及渗透调节能力的影响较小; SOD和CAT是花生适应抗旱胁迫的主要抗氧化酶,各渗透调节物质调节能力表现为可溶性蛋白质>可溶性糖>游离氨基酸>脯氨酸;花育25抗旱适应能力较强。     

外源水杨酸对低温胁迫下马铃薯幼苗生理指标的影响

以马铃薯郑薯5号(耐寒品种)幼苗为试验材料,采用0.5 mmol/L水杨酸(SA)叶面喷施处理,通过低温胁迫(4℃14 h,2℃10 h)后,测定马铃薯叶片丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)和叶绿素总含量,过氧化物歧化酶酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,研究外源SA对马铃薯叶片渗透调节能力和抗氧化能力的影响。结果表明:低温胁迫下喷施SA后的马铃薯叶片MDA、SS、SP、Pro和叶绿素总含量显著提高,POD和SOD活性显著提高。因此叶面喷施外源SA能通过调控马铃薯的渗透调节和抗氧化能力来减轻细胞膜的损伤,抵制低温伤害,提高其耐寒性。     

褪黑素对盐胁迫下棉花种子抗氧化酶活性及萌发的影响

【目的】土壤盐渍化严重影响了棉花种子萌发,褪黑素(Melatonin, MT)对种子萌发具有重要的调控作用。本研究通过分析外源褪黑素对棉花种子萌发及其抗氧化酶活性等生理指标的影响,明确褪黑素对盐胁迫下棉花种子萌发的调控效应。【方法】以国欣棉9号为材料,于2018―2019年在河北省保定市河北农业大学温室进行试验。设置不同褪黑素浓度(0、10、20、50、100μmol·L~(-1))处理,研究了盐胁迫(150 mmol·L~(-1)NaCl)下棉花种子的发芽率、发芽势,种子萌发后的生物量和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(Peroxidase, POD)、过氧化氢酶(Catalase, CAT)活性及丙二醛(Malondialdehyde, MDA)的含量变化。【结果】盐胁迫下棉花种子发芽率、发芽势、胚根长,种子萌发后的生物量均明显下降,SOD、POD、CAT活性显著降低,MDA含量明显增加。低浓度褪黑素(10、20μmol·L~(-1))处理提高了棉花种子发芽势和发芽率,促进了种子胚根伸长,增加了种子萌发后的生物量;高浓度(50、100μmol·L~(-1))褪黑素处理抑制了种子萌发,降低种子萌发后的生物量。低浓度褪黑素(10、20μmol·L~(-1))处理提高了棉花种子的SOD、POD、CAT活性,同时降低了MDA含量,减轻了盐胁迫对种子的过氧化伤害。【结论】低浓度褪黑素对盐胁迫下棉花种子萌发具有促进作用,提高了种子耐盐性,而高浓度褪黑素对棉花种子萌发具有抑制作用,其中20μmol·L~(-1)褪黑素为盐胁迫下调控棉花种子萌发的适宜浓度。     

干旱和盐胁迫对花生渗透调节和抗氧化酶活性的影响

为明确干旱和盐胁迫对花生生长发育及衰老特性的影响,以花生品种花育25为试验材料,采用盆栽试验探究了开花期干旱和盐胁迫对花生叶片中渗透调节物质含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明,干旱处理(D)、盐胁迫处理(S)和旱盐共同胁迫处理(DS)均增加了叶片中可溶性蛋白质、可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸、O_2~(-·)、MDA的含量。S处理和DS处理降低了叶片中SOD、POD、CAT活性,且随着胁迫时间的延长而持续降低;而D处理使叶片中SOD、CAT活性有所提高。复水10 d后,D处理叶片中的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、游离氨基酸、O_2~(-·)、MDA的含量较复水前下降,除可溶性蛋白外,D处理叶片SOD、POD活性和上述指标与CK差异不显著,但DS处理叶片中的SOD、POD、CAT活性、O_2~(-·)、MDA含量与S处理均差异显著。收获期,D处理单株产量和出仁率与CK差异不显著,但DS处理的单株产量和出仁率与S处理差异显著。分析DAT9的数据得出:干旱和盐胁迫对叶片可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和脯氨酸含量无显著的交互作用,但对SOD、POD、CAT活性和O_2~(-·)、MDA含量存在显著的交互作用,旱盐互作抑制了SOD、POD、CAT活性,加剧了对植物细胞膜的过氧化作用,MDA含量增加,最终降低了花生产量和出仁率。因此,盐胁迫下种植花生应及时补水,避免开花期干旱,减少盐胁迫、干旱胁迫和旱盐互作对花生的危害。     

干旱和低磷胁迫对大豆叶保护酶活性的影响

采用水培和盆栽试验法,测定不同程度干旱水平下,不同磷素营养基因型大豆叶片中MDA含量、SOD、CAT和POD活性。结果表明,干旱胁迫能显著增强MDA含量,导致细胞膜伤害加剧。SOD、POD与CAT协同作用,具有减缓MDA积累的作用。干旱胁迫下,磷素能有效地增强SOD、POD和CAT活性,减少MDA积累。     

马铃薯StMAPK4响应低温胁迫的功能解析

马铃薯易受低温危害,造成减产。MAPK基因广泛参与多种环境胁迫,研究发现其参与低温调控。为探究马铃薯StMAPK4在响应低温胁迫过程中的功能,本研究以马铃薯栽培品种‘Atlantic’为试验材料,分析其在低温(4℃)胁迫下不同时间点在马铃薯根茎叶中的表达特性,并对StMAPK4基因进行生物信息学分析及对其编码的蛋白进行亚细胞定位分析,构建StMAPK4的过表达和RNAi干扰表达载体,转化马铃薯获得转基因植株,并分析了在4℃处理下非转基因(NT)、过表达和RNAi干扰表达转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量的变化。结果显示,StMAPK4蛋白的等电点为4.97,属于酸性蛋白,该蛋白定位于细胞核和细胞膜;低温胁迫下,StMAPK4在根茎叶中的表达量显著升高;StMAPK4过表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显升高,而MDA含量明显降低;StMAPK4干扰表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显降低,而MDA含量明显升高;通过表型观察发现,非转基因和RNAi干扰表达植株的叶片萎蔫严重,而过表达植株的叶片受影响较小。因此,过表达StMAPK4基因可以增强马铃薯植株对低温胁迫的耐受性。     

水杨酸通过提高抗氧化酶活性及基因表达缓解番茄低钾胁迫

探讨水杨酸(SA)对低钾胁迫下番茄幼苗生理指标及基因表达的影响,为研究SA和低钾胁迫之间的关系奠定重要的理论基础。研究喷施不同浓度(0.10,0.25,0.50,1.00 mmol/L)的SA对低钾胁迫下番茄幼苗氧化酶活性及基因表达的影响。结果表明,在低钾处理下喷施0.25 mmol/L的SA,番茄幼苗中Chl、Pro的含量、CAT、APX、POD、SOD的活性与对照组相比明显增加,MDA含量则明显降低。同时采用荧光定量PCR对幼苗叶片中的APX、CAT、POD与SOD基因表达模式进行分析,发现这4个基因的表达量在处理48,96 h后明显增加。推测在低钾胁迫下喷施0.25mmol/L SA能促进APX、CAT、POD与SOD基因的表达,进而降低活性氧ROS的积累,增强番茄幼苗对低钾胁迫的抗性。     

Cd、水分单一及复合胁迫对异叶天南星叶片抗氧化酶的活性影响

为探讨Cd、水分单一及复合胁迫条件下对异叶天南星叶片伤害及其抗氧化酶活性的响应,研究并比较了不同浓度Cd (200、400、800 mmol/L)和水分胁迫（PEG6000模拟,浓度分别为10%、20%、40%）条件下异叶天南星叶片的丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等抗氧化酶活性的影响。结果表明：在单一、复合胁迫条件下,相对于对照来说,MDA含量呈上升趋势,SOD、POD、CAT整体呈现先升高后降低趋势。同时,对于比较同水平浓度下单一因子胁迫而言,复合胁迫MDA含量体现出协同效应,SOD、POD、CAT则体现协同或拮抗效应。     

不同生育时期干旱胁迫对马铃薯生理生化指标的影响

研究不同生育时期干旱胁迫下马铃薯相关生理生化指标的变化,以期探讨干旱胁迫下马铃薯抗旱的生理机制。选取生产上推广的‘冀张薯8号’和‘夏波蒂’两个马铃薯品种,在旱棚内分区栽培。不同生育时期进行干旱处理,测定马铃薯超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）的含量变化。结果表明,各生育时期干旱胁迫下,马铃薯MDA、Pro含量均增加,而SOD活性下降。花期干旱胁迫对马铃薯的生理生化指标影响最大;抗性强的品种MDA、脯氨酸含量增加的幅度较小,SOD的活力较高,而抗旱性弱的品种则相反。抗旱性强的品种在生理生化指标上具有抗旱的调节机制。     

干旱处理对不同玉米品种叶片光合速率和抗氧化特性及产量的影响

玉米是对干旱比较敏感的粮食作物,不同品种应对干旱胁迫的能力存在差异。以6个普通玉米品种为材料,在北京市郊区大田条件下,采用裂区设计,以灌溉处理为对照,分析干旱处理对不同玉米品种叶片光合速率（P_n）和抗氧化特性及产量的影响。结果表明,与对照相比,干旱处理下不同品种玉米P_n降低幅度为京农科728（15.63%）相似文献   

水杨酸提高甘草种子萌发和幼苗生长对盐胁迫耐性的效应

The present study investigated the effects of salicylic acid treatments on morphology, physiological and biochemical parameters and their relationship to salt stress of G. uralensis Fisch seeds and seedlings. Under the salt stress of 200 mmol L^-1 NaCl, the application of 0.5 mmol L^-1 salicylic acid on G. uralensis Fisch seeds could significantly promote the elongation of radicle, increase fresh weight of seedlings, reduce the content of malondialdehyde (MDA) and proline in the radicle, and improve the activity of peroxidase (POD). Under the salt stress (i.e. 100 mmol L ^-1 and 200 mmol L^-1 NaCl), the application of 0.5 mmol L^-1 salicylic acid on G. uralensis Fisch seedling could reduce MDA and proline content, and increase the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) in different degrees. Under salt stress condition, the application of salicylic acid could increase the root glycyrrhizinic acid content. In summary, the application of salicylic acid could improve the tolerance to salt stress by alleviating the inhibition of salt stress on the germination of seeds, increasing the activity of antioxidant enzymes, and reducing the degree of membrane lipid peroxidation.     

1,2,4-三氯苯胁迫对水稻分蘖盛期植株生长和生理特性的影响

在土培条件下,以对1,2,4-三氯苯(TCB)敏感性显著差异的宁粳1号(敏感)和扬辐粳8号(耐性)为对象,研究了不同浓度1,2,4-三氯苯(TCB)胁迫对两种水稻分蘖盛期生长和生理特性的影响。结果表明,不同浓度TCB胁迫下,敏感基因型宁粳1号最长根长、株高、单穴分蘖数、地上部和地下部干物重随胁迫程度加深均显著递减; 耐性基因型扬辐粳8号在低浓度(20 mg kg^-1) TCB胁迫下,最长根长、地上部和地下部干物重极显著增加,当中高浓度(40 mg kg^-1、60 mg kg^-1) TCB胁迫时,最长根长、株高、单穴分蘖数、地上部和地下部干物重显著下降。不同浓度TCB胁迫下,敏感基因型宁粳1号根系活力、叶绿素含量、叶片和根系可溶性蛋白质含量相对较低,叶片和根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性明显降低,O₂^?产生速率和丙二醛(MDA)含量显著增高; 耐性基因型扬辐粳8号在低浓度(20 mg kg^-1) TCB胁迫下,根系活力、叶片和根系的可溶性蛋白含量、SOD、POD、CAT活性极显著增加,O₂^?产生速率和MDA含量极显著降低,当中等浓度(40 mg kg^-1) TCB胁迫时,SOD、POD、CAT活性虽然增强,但O₂^?产生速率显著增加,MDA大量积累,当高浓度(60 mg kg^-1) TCB胁迫时,其根系活力、叶绿素含量极显著降低,根系中SOD、CAT活性显著降低,O₂^?产生速率和MDA含量显著增加。总之,低浓度TCB胁迫下,长势良好、叶片和根系可溶性蛋白质含量高、抗氧化系统清除活性氧能力强、膜脂过氧化程度低是耐性基因型扬辐粳8号区别于敏感型宁粳1号的主要特征。     

不同土壤耕作模式对双季水稻生理特性与产量的影响

为探明双季稻区不同土壤耕作模式下双季水稻生理特性、干物质积累及产量的变化,本文以双季稻–紫云英大田定位试验为平台,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种土壤耕作处理,于2016—2017年取样,系统分析了不同处理对双季水稻植株叶片保护性酶活性、光合特性、干物质积累及产量的影响。研究结果表明,早、晚稻各个主要生育时期CT和RT处理植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于RTO处理(P0.05),而叶片丙二醛(MDA)含量均显著低于RTO处理(P0.05)。CT处理植株叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶片气孔导度(Gs)均显著高于RTO处理(P0.05),均表现为CTRTNTRTO。CT和RT处理水稻植株物质生产能力强,干物质积累多,而且在各器官间的分配合理。2个年份的早稻产量均以CT处理最高,均显著高于RTO处理(P0.05),比RTO处理增加731.1～733.3 kg hm–2;晚稻产量均以CT处理为最高,均显著高于RTO处理(P0.05),比RTO处理增加582.5～717.6 kg hm–2。总之,土壤翻耕、旋耕结合秸秆还田处理有利于提高双季水稻叶片保护性酶活性、光合特性和干物质积累量,为水稻高产奠定了生理和生物学基础。     

外源生长调节物质对甜高粱种子萌发过程中盐分胁迫的缓解效应及其生理机制

盐渍化土壤中盐胁迫是作物种子萌发和生长发育的主要限制因子, 探究盐分胁迫下提高种子萌发率的技术及机制对开发利用盐碱地有重要意义。本文以不同耐盐能力的高粱品种国甜2011和国甜106为材料, 研究了盐分对甜高粱种子萌发期生长过程的影响, 并比较了耐盐性差异。以耐盐性弱的国甜106为试材, 探究盐分胁迫下不同生长调节物质[γ-氨基丁酸(GABA)、赤霉素(GA₃)、激动素(KT)和水杨酸(SA)]对甜高粱种子吸水萌发过程中生长特性的调节效应。表明, 盐分胁迫显著抑制种子的吸水萌发, 降低种子的吸水速率、发芽势、发芽率、发芽指数, 增加种子的相对盐害率和丙二醛(MDA)含量。外源生长调节物质可有效缓解盐害, 显著增加种子的吸水率、发芽率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量, 提高SOD (超氧化物岐化酶)、POD (过氧化物酶)、CAT (过氧化氢酶)的活性, 促进K ⁺、Ca ²⁺、Mg ²⁺离子的吸收, 降低Na ⁺和MDA含量。外源生长调节物质主要是通过提高保护酶活性、渗透调剂物质含量和维持体内离子平衡来提高耐盐性。GA₃和GABA对盐害的缓解效应较好, 而KT促进种子对Mg ²⁺的吸收效果较好。本研究表明外源生长调节物质(尤其是 GA₃和 GABA)可用于盐碱地高粱生产, 为减轻盐碱地对高粱的盐碱胁迫提供了理论依据。     

乙烯利浸种对聚乙二醇胁迫下玉米种子萌发的影响

为了优选出能使玉米种子在干旱胁迫下最佳萌发的乙烯利浸种浓度,用0、100、200、400、800 mg/L的乙烯利对玉米（‘三北2号’）种子浸种24 h,再分别用0%、5%、10%、15%的聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱处理,测定20个双重胁迫处理组合下玉米种子发芽率、幼苗长度、MDA含量、CAT活性和POD活性,并运用方差分析和多重比较方法进行差异显著性检验。结果表明：（1）100~800 mg/L的乙烯利都能提高PEG6000胁迫下玉米种子的发芽率和幼苗长度,同时降低MDA含量,增强POD和CAT活性。（2）各指标在200 mg/L乙烯利浸种时与相同PEG水平下0 mg/L乙烯利处理有显著差异(P<0.05)。200 mg/L乙烯利浸种能显著缓解玉米幼苗在5%~15% PEG6000模拟下的干旱胁迫。     

模拟干旱胁迫对马铃薯组培苗发育及试管薯形成的影响

本研究以马铃薯品种(品系)‘克新一号’、‘夏坡蒂’、‘K1’和‘K2’组培苗为试验材料,以不同浓度的甘露醇和山梨醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对马铃薯组培苗生育进程及试管薯产量的影响。结果表明:在遭受干旱胁迫下,不同马铃薯品种的叶片数、株高均会随干旱胁迫而降低;不同马铃薯品种叶和茎干物质量的变化随着干旱胁迫程度的加重而出现不同程度的降低趋势;不同品种马铃薯的试管薯结薯总数与大中薯率随着干旱胁迫程度的增加出现降低趋势,低浓度(0.1 mol/L)的甘露醇和山梨醇会诱导结薯提前,推测可能是马铃薯面临干旱胁迫的一种应对机制。本研究结果可为马铃薯节水抗旱技术研究及抗旱品种筛选提供一定的理论依据。     

高温胁迫对2种兜兰叶片生理生化指标的影响

为筛选并评价兜兰的耐热性指标,以广州迁地引种的‘魔帝’兜兰和‘肉饼’兜兰为材料,通过研究其生理指标叶绿素相对含量(SPAD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量,研究其在高温胁迫后（25、32、38℃分别处理5、10、15天）的生理生化反应,利用表观观测和隶属函数法综合分析其耐热性。结果表明,同一栽培条件下,耐热性综合评价,‘肉饼’兜兰>‘魔帝’兜兰。对7个生理指标的耐热系数进行主成分分析,SPAD、CAT和POD 3项指标的累积贡献率达66.92%。研究结果可为2种兜兰在迁地引种及其园林绿化中的应用提供理论依据。     

人工合成甘蓝型油菜抗旱性及DNA甲基化水平分析

甘蓝型油菜是具有重要经济价值的多倍体物种,是优质食用植物油和饲料蛋白质的重要来源之一。但是其驯化历史较短,遗传背景狭窄,且在整个生命周期中都对干旱胁迫敏感,因此培育高产耐旱品种是甘蓝型油菜的重要育种目标之一。本文用15%PEG-6000模拟干旱胁迫,对人工合成甘蓝型油菜不同世代(S1～S4)及其二倍体亲本进行不同时间的胁迫处理,并结合表型观察,以及叶片中丙二醛(MDA)、可溶性蛋白含量、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等生理指标的测定,初步了解上述材料的抗旱性差异。结合表型观察和叶片中相对含水量分析,发现人工合成甘蓝型油菜S1～S4及其亲本的抗旱性表现为甘蓝 Bn-S3 Bn-S4 Bn-S1 Bn-S2白菜型油菜。干旱胁迫后Bn-S3、Bn-S4的POD及SOD活性较高,MDA含量较低,表明Bn-S3和Bn-S4能更加有效地清除活性氧(ROS),对过氧化损伤的防御能力更强。通过HPLC分析发现所有材料的甲基化水平在胁迫12 h时最高,其中亲本白菜型油菜Br的甲基化水平最高, Bn-S1和Bn-S4介于两亲本之间,而Bn-S2和Bn-S3低于两亲本。甲基化敏感多态性分析也显示人工合成甘蓝型油菜在干旱胁迫后,甲基化和去甲基化水平均发生了明显的变化,表明植物的甲基化变化可能有利于提高其抗旱能力。