干旱胁迫下植物的信号转导及基因表达研究进展

干旱是影响植物生长的主要因素之一,研究植物在干旱胁迫下的反应机制具有重要的现实意义。ABA、H2O2和NO在植物响应干旱胁迫反应中可能作为信号分子的作用。在干旱胁迫下,植物由“渗透感受器”感受外界胁迫信号。通过第二信使及其下游蛋白激酶级联传导反应,调控了一系列基因的表达。根据干旱信号转导过程中胁迫相关基因的表达是否依赖ABA,存在依赖ABA和非依赖ABA两途径。综述了植物干旱胁迫信号的感知、传递及其诱导的基因表达调控等方面的研究进展,对植物抗旱性的分子机理进行了展望。     

植物芽休眠调控分子机制研究进展

植物休眠是植物在面对不良生长环境时的保护性生存策略,这种策略对植物生长和发育都存在重要的意义,能帮助两年生或多年生植物躲避不利生长的外界环境,如高温、严寒或干旱等。本文从光照、温度和植物激素三个方面对国内外植物芽休眠调控的分子机制研究进行总结,并对今后的研究方向进行展望,旨在为植物芽休眠的进一步研究提供参考。     

乙烯在幼苗根生长发育中调控作用的研究进展

幼苗建成是植物生长的关键时期之一,主要受环境因子和激素影响,大量研究表明乙烯作为重要的信号分子参与并调控根的生长发育。近年来,有关乙烯对植物生长发育的调控机理研究一直深受关注。本研究归纳了几十年来有关乙烯生物合成途径与产生途径方面的研究成果,并以此为中心阐述了乙烯在幼苗根生长发育中产生的生理效应,如主根伸长生长、侧根和不定根形成,幼苗的抗逆性和适应性,通气组织形成等;更进一步分析了根生长发育过程中乙烯的信号作用、乙烯与其他信号分子的相互作用,及其对相关基因表达的调控。综上研究基础,本研究提出了乙烯在生产实践、生理作用及分子调控机理方面的研究问题,以更有益于人们合理应用乙烯调控技术。     

乙烯的生物合成与信号及其对种子萌发和休眠的调控

种子萌发是一种关键的生态和农业性状,由调控种子休眠状态和萌发潜势的内在和外部信息所决定,在植物随后的生长发育和产量中起着极其重要的作用。休眠是指种子在合适的条件下暂时不能萌发。乙烯是一种简单的具有多种功能的气体植物激素,在分子、细胞和整体植物水平调节植物的代谢。在适宜和逆境条件下,乙烯通过与其他信号分子的相互作用影响植物的行为。本文主要综述乙烯的生物合成与信号、乙烯在种子萌发和休眠释放中的作用以及乙烯与植物激素脱落酸和赤霉素的相互作用;并提出了需要进一步研究的科学问题,试图为解释乙烯调控种子萌发与休眠的分子机制提供新的研究思想。     

植物器官脱落相关激素和酶的研究进展

研究植物器官脱落机制对调控植物生长和促进农产品产量和品质具有重要意义。植物器官脱落是一个复杂的生理过程,脱落发生部位离区形成后能够通过感受外界环境因子以及自身生长因子等脱落信号来调节植物细胞内生理生化反应从而完成器官脱落。本文主要从生理学和分子学方面对植物器官脱落的激素调控机制（生长素、乙烯、脱落酸）和酶调控机制（果胶酶、纤维素酶、过氧化物酶）进行综述,以期为进一步研究植物器官的脱落机理提供参考。     

植物响应淹水胁迫的研究进展

淹水胁迫是影响植物分布与生长发育的重要因素,植物耐涝性研究是提高作物耐涝性以应对日益严峻的极端气候及规模化生产管理的关键。为了合理开展植物耐涝性研究,深入挖掘不同植物响应淹水胁迫的调控机理,本文归纳了淹水胁迫对植物生长发育的影响,总结了植物响应淹水胁迫的调节机制,并详细分析了淹水胁迫对植物表型性状、生物量、光合作用、活性氧离子积累、糖含量和生物膜的影响,以及乙烯信号分子、活性氧清除机制、渗透调节、形态调节、分子和代谢调控在植物响应淹水胁迫中的调节机制。最后,通过总结,提出了合理开发外源调节物质提高作物耐涝性值得进一步的深入研究。     

植物激素ABA调控侧根生长发育的研究进展

侧根构型直接影响植物根系形态建成,是植物整个根系的重要组成部分,在植物抗逆反应中起着重要作用。为了研究植物激素脱落酸(ABA)调控侧根生长发育的分子机制,本研究归纳了ABA在侧根发育中的信号传递,揭示了ABA在侧根起始中的双重作用和ABA对侧根分生组织活性的抑制作用。并分析了在侧根发育过程中ABA与其他调控因素包括活性氧(ROS)、生长素、细胞分裂素、碳和氮信号,以及盐胁迫间的交叉对话机制,指出ABA通过诱导根中ROS的产生,拮抗生长素和协同细胞分裂素的作用从而达到抑制侧根生长发育;ABA还参与了复杂的碳和氮信号调控的侧根发育过程;此外,ABA信号介导了盐胁迫对侧根发育起始的抑制。ABA调控侧根生长发育的分子机制的揭示可以为改善植物根系性状,提高作物抗逆性提供指导作用,然而,ABA对根生长调控的分子机制还不是很清楚,根系形成也十分复杂,因此需要更多的努力。     

种子休眠与萌发相关激素突变体研究进展

休眠是植物在长期的系统发育过程中形成的生物学特性,是调控种子在最佳时间和空间萌发的有效方法。影响植物种子休眠的因素复杂多样,至今人类还不能清楚地阐述其调控机理。激素在种子休眠和萌发过程中起关键作用,近年来,已从拟南芥,小麦、水稻、烟草等植物中鉴定出一系列参与休眠和萌发调控的激素突变体。本文综述脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)、乙烯(ETH)及油菜素内醋(BR)等植物激素的相关突变体的研究进展。有助于阐明种子休眠和萌发的分子机理。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

木本植物抗寒性的环境调控及响应机制研究进展

低温是影响植物生长、产量和地理分布的重要环境限制因子,木本植物在长期生长过程中常常面临低温环境威胁。目前,植物抗寒性研究领域多以一年生草本植物为研究材料,并取得了许多突破性的研究成果,但多年生木本植物抗寒机制研究却少有报道。本综述概述了木本植物抗寒性的环境调控、生理响应及分子调控机制研究进展,以期为木本植物抗寒性提高及抗寒品种选育提供理论参考。     

Abscisic acid response to water status in Dactylis glomerata differs with expression of summer dormancy

Summer dormancy confers superior drought survival in cool-season perennial grasses and is likely to be of increasing importance as climate change proceeds although relatively little is known about this trait. This paper explores the relationship between the level of abscisic acid (ABA), the expression of summer dormancy and the onset and relief of water deficit in cool-season perennial grasses. Three cultivars of Dactylis glomerata L. (cocksfoot) known to differ in expression of summer dormancy were grown in the field over summer and in the glasshouse over winter under water deficit or full irrigation. Hydration and osmotic potentials of basal tissues were measured to assess the level of water deficit, and endogenous ABA was determined in the tissues by monoclonal immunoassay analysis. In a winter trial, higher contents of ABA were present when plant water deficits became greater so that there were no differences between the cultivars in the concentrations of ABA observed. In a summer trial a short period of waterlogging caused water status to increase in all cultivars, although in the maritime cultivar Oasis this was also associated with a rise in ABA contents. In contrast, in the summer-dormant cultivar Kasbah, only low ABA concentrations were observed throughout the entire period whether waterlogged or in drying soil. Heightened ABA levels are not induced by water deficit when summer dormancy is expressed in Dactylis glomerata. This contrasted with those cultivars unable to express summer dormancy where particularly in early summer severe water deficit was associated with heightened ABA levels.     

种子休眠与萌发综述

种子休眠是高等植物中显花植物(即裸子植物和被子植物)经过长期进化而获得的一种对环境条件及季节性变化的生物学适应。休眠的种子可以在不适宜幼苗生长的情况下阻止种子的萌发,减少子代在恶劣环境萌发的的风险,一定程度上保障了种群的延续。本综述重点介绍种子休眠的类型、外界环境因素与母体环境因素以及植物激素对种子休眠与萌发的影响,并介绍了休眠的进化,各种不同类型的休眠在系统发生树上的分布,以期在阐明种子休眠机制的基础上提出一些解决生产过程中种子休眠问题的方法与路径,并为破坏严重的野生植物资源的保护,引种栽培提供理论依据。     

植物信号转导对‘夏黑’葡萄冬芽休眠解除的调控

本研究2016年-2017年以生态休眠状态下的‘夏黑’葡萄冬芽为试材,经单芽扦插处理、用转录组方法辅以生理指标测定,探讨了影响葡萄冬芽休眠解除的关键因子。单芽扦插7 d (EB1)和扦插14 d (EB2)后冬芽转录组测序均得到45 Mb以上的Clean Reads,经过滤、拼接、数据库比对均得到25 000以上转录本。从基因表达分析看EB2与EB1相比,1 051个基因上调表达,587个基因下调表达。差异表达基因(DEGs) GO富集分析发现葡萄冬芽自然休眠解除过程中DEGs主要富集在催化活性、结合、代谢过程和单有机体过程,进一步KEGG代谢途径分析发现植物信号转导途径是休眠解除的重要参与环节,尤其赤霉素(gibberellin,GA)和脱落酸(abscisic acid, ABA)代谢与休眠解除关系密切,芽子休眠解除过程中的内源激素变化和信号转导路径上相关基因qRT-PCR也验证了这一点。因此本研究认为内源激素和植物信号转导是调控葡萄冬芽自然休眠解除的重要因子之一。     

茶树越冬芽在休眠与萌发时期的物质交流变化及其分子调控

为揭示不同萌发物候型茶树的休眠机制,以特早生茶树品种龙井43和中生茶树品种碧云为材料,利用钙黄素处理茶树茎段,检测越冬芽在休眠与萌发时期与其他器官的物质交流情况。利用同源比对鉴定胼胝质水解相关基因,并分析其序列特征及在冬季不同时期的表达模式。结果表明,越冬芽在茶树生长阶段和休眠阶段都存在着与着生茎段和母叶间的物质交流;从茶树越冬芽休眠形成到解除的不同时期,其物质交流存在"强-弱-强"的变化规律,但龙井43的与碧云相比存在较短的物质交流减弱时期;两种茶树的物质交流变化模式与鉴定到的茶树胼胝质水解正向调控相关基因CsGLU1的表达模式密切相关;启动子序列分析进一步证实CsGLU1启动子区有多个与激素信号以及低温和休眠响应相关转录因子结合的保守序列。茶树越冬芽在休眠和非休眠状态下都存在与茎和母叶之间的物质交流,且物质交流强弱与茶树越冬芽休眠状态改变密切相关。CsGLU1可能是参与胼胝质水解调控,改变茶树越冬芽物质交流水平,进而影响茶树休眠状态的关键基因。这对明确茶树越冬芽休眠状态变化和深入揭示不同萌发物候型茶树休眠机理有重要意义。     

米瓦罐栽培种与野生种特征特性研究

通过米瓦罐栽培种与野生种种子特性与植株特征研究,得出如下结论:米瓦罐种子在较高温度下有3～4个月休眠期,在低温下可打破休眠;栽培种种子休眠浅且短,野生种种子休眠深且长.植株生长特性表现野生种叶片长、薄,根短;栽培驯化种叶宽、厚,根长.经驯化的米瓦罐向有利于人工栽培的方面发展,产品品质有所改良.     

濒危植物八角莲种子休眠特性的初探

八角莲种子在自然条件下具有休眠期长、萌发不良的生理特性,为了探讨和研究八角莲种子的休眠特性,采用种子吸水性检测、种子切割培养、GA3浸种法、河沙层积处理等方法研究其萌发特性。结果表明：八角莲种子种皮和胚乳制约、种子生理后熟是引起种子休眠的主要原因,用400mg.L-1的GA3溶液浸种24h或6-7℃低温层积均能在一定程度上解除休眠促进萌发,其中以6-7℃低温层积150d效果较好,发芽率和发芽势分别达到88.5%和30.4%。     

外来植物土荆芥入侵的化学基础探讨

土荆芥为藜科藜属一年生或多年生直立草本植物,1864年首次发现于中国台湾省台北淡水,2010年1月7日被列入中国《第二批外来入侵植物种名单》。目前对土荆芥的入侵学研究主要集中在生物学、生态学、化学成分、他感作用、逆境抗性等方面,因此其入侵机制主要是化学武器假说,如次生代谢旺盛,具化感潜力,抗逆性强等。但并未从分子学角度进行相关研究,如土荆芥的遗传进化特点、土荆芥入侵的分子标记、土荆芥的代谢组学等。尤其是土荆芥入侵之后,其与本土植物的种子萌发速度或生长速度比较(优先效应),目前尚未有报道。因此,未来在上述研究的基础上,必须对其分子生物学开展深入研究,尤其应重点研究土荆芥入侵的优先效应机制。     

基于侯选基因标记的四倍体马铃薯休眠QTL关联分析

休眠期是马铃薯(SolanumtuberosumL.)重要的块茎性状之一,寻找调控马铃薯块茎休眠的关键基因,揭示其分子机制以选育具有适宜休眠期长度的马铃薯品种,对于解决当前马铃薯产业中过长或过短休眠期带来的经济损失和食品安全隐患等问题十分关键。前期研究在二倍体马铃薯连锁群体中定位了6个加性休眠QTL,本研究拟在四倍体马铃薯育种材料中验证这些休眠QTL。基于休眠QTL连锁的候选基因标记,采用混合线性模型(MLM),模型中考虑群体结构和亲缘关系(Q+K),在四倍体马铃薯自然群体St-hzau中对马铃薯块茎休眠期进行了关联分析。5号染色体上休眠QTL DorB5.3连锁的候选基因标记S199_300和GWD (根据葡聚糖水双激酶α-glucan water dikinase基因设计)与马铃薯块茎休眠期具有显著的关联(P0.05),分别解释了休眠期表型变异的7.8%和3.2%,分别能增加休眠期7.1 d和4.5 d,即在二倍体马铃薯连锁群体中定位的稳定主效休眠QTL DorB5.3在四倍体马铃薯关联群体St-hzau中也表现显著, DorB5.3的稳定性在关联分析结果中得到了验证,表明候选基因标记策略在马铃薯块茎休眠QTL关联分析中是一种有效的策略。本研究所验证的主效休眠QTL DorB5.3及相应连锁标记可以直接用于马铃薯休眠育种。据此可以推测GWD可能在控制还原糖含量和块茎休眠2个方面均发挥作用,马铃薯块茎休眠机制与还原糖含量变化机制可能存在着部分交叉。     

纳米材料对作物种子萌发及生长发育的影响

随着纳米材料在农业领域广泛应用,为研究纳米材料对作物种子萌发及生长发育的影响,通过分析纳米材料对作物种子萌发及幼苗生长的促进作用和抑制作用,归纳了纳米对作物生长力的影响,总结纳米影响作物生长发育的机制有打破种子的休眠、促进种子代谢、影响营养元素吸收、影响植物净光合速率和水分利用率、影响植物的抗逆性及诱导植物毒性等。指出纳米材料与植物的相互作用是个复杂的过程;纳米材料与植物间相互作用的机制取决于纳米材料的理、化性质、处理浓度、植物的类型、生长阶段,还与介质、光照强度等环境因素相关。建议今后要进一步研究纳米材料与植物间相互作用的机制;建立科学的评价体系,全面反映纳米材料的植物效应;加强纳米材料在农业资源与环境中的研究,使纳米材料在可持续农业中发挥良好作用。