干旱胁迫下八棱海棠PCD特征检测及类caspase基因片段的克隆与分析

【目的】为了探明类caspase蛋白酶参与植物PCD的机制,【方法】以八棱海棠(Malus robusta Rehd.)实生苗为试验材料,对植株进行轻度干旱胁迫,检测叶片PCD的发生,并应用RT-PCR技术克隆类caspase基因。【结果】结果表明,轻度干旱胁迫后3周的叶片出现细胞染色质凝聚、胞质皱缩、细胞核变形等细胞凋亡的形态学特征。提取叶片DNA,观察到DNA呈现明显的"DNA Ladder",表现出典型的细胞程序性死亡的生化特征。在此基础上提取叶片RNA,采用RT-PCR获得长度为555 bp的类caspase基因片段。【结论】经同源性分析该片段与其他果树的同源序列相似性超过80%,提示该区段为保守序列。比对苹果基因组,八棱海棠基因组中存在半胱氨酸蛋白酶基因,该基因为单拷贝,并且存在2个同源基因,这为揭示干旱胁迫下八棱海棠调控PCD的机理及环境适应的分子机制奠定了基础。     

水分胁迫下植物根系的蛋白质组学研究进展

水分胁迫是非生物胁迫的重要因子之一,对植物的生长发育、新陈代谢和品质产量等产生重要的影响。水分胁迫下植物根系的蛋白质组学研究可以系统的揭示植物根系蛋白质的表达状况,从而深入了解水分胁迫下植物根系的基因表达调控机制、植物根系响应水分胁迫机理。该研究对植物根系在干旱和洪涝胁迫下蛋白质组学的研究进行了综述,探讨了干旱和洪涝胁迫下植物根系蛋白水平的动态变化,描述了特定蛋白网络及其相关应答机制。     

水分胁迫诱导八棱海棠和平邑甜茶细胞程序性死亡的研究

 以苹果属抗旱能力较强的八棱海棠(Malus robusta Rehd. ) 和较弱的平邑甜茶[Malus hupehensis (Pamp.) Rehd. ] 水培幼苗为试验材料, 利用细胞形态学、DNA ladder等技术, 用20% PEG 6000模拟水分胁迫进行诱导细胞程序性死亡研究。经DAP I染色后荧光显微镜观察发现两个苹果属材料均呈现细胞染色质凝集、细胞核缩小、变形、解体等细胞程序性死亡的形态学特征; 同时, DNA琼脂糖凝胶电泳可观察到明显的“梯状”DNA条带(DNA ladder) 。由此表明, 水分胁迫诱导苹果属植物具有明显的细胞程序性死亡的典型形态及生化特征, 是一种主动的细胞死亡过程, 八棱海棠细胞程序性死亡持续的时间长于平邑甜茶。     

缺硼胁迫对枳幼苗根系生长及线粒体功能的影响

为明确缺硼胁迫对枳[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]幼苗根系损伤的机制，采用营养液培养法研究缺硼对枳幼苗根系生长发育、线粒体活性氧代谢、抗氧化酶活性变化、线粒体特性和线粒体超微结构的影响。结果表明：缺硼处理抑制了枳幼苗根系生长，根系总根长、总表面积、总体积、平均直径及根系生物量均明显降低，根系活力也显著下降。缺硼处理降低了根系线粒体超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，增加了过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量。缺硼处理还使线粒体膜吸光度变化值降低，说明增大了线粒体膜透性转换孔开放程度。缺硼处理降低了线粒体膜流动性、线粒体膜电位和细胞色素c/a值，线粒体功能受损导致ATP合成明显减少。透射电镜观察结果显示缺硼处理的根系线粒体结构被破坏，线粒体内嵴减少，出现空泡化现象。综上，缺硼会显著抑制枳幼苗的生长发育，其作用机制可能与线粒体结构与功能受损有关。     

模拟干旱胁迫对八棱海棠根系生理生化指标的影响

以八棱海棠幼苗为试材,研究了不同浓度的PEG-6000模拟干旱胁迫对八棱海棠根系生理生化指标的影响。结果表明:不同程度干旱胁迫均使八棱海棠根系丙二醛(MDA)和游离脯氨酸(Pro)含量增多,过氧化物酶(POD)活性提高;过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白质含量在干旱胁迫前期比对照均有不同程度的提高,随着胁迫时间的延长,CAT活性、可溶性蛋白质含量大幅度下降,且下降幅度为:20%PEG15%PEG10%PEG5%PEG;5%PEG、10%PEG、15%PEG胁迫CAT活性和可溶性蛋白含量虽下降,但仍高于对照水平;20%PEG胁迫使CAT活性、可溶性蛋白质含量低于对照水平,这说明干旱胁迫使植物体内正常的蛋白质合成受到抑制,根系可能已经失去了对干旱胁迫的适应性与可调控性,细胞内膜系统受到严重损伤;干旱逆境对膜系统的伤害是脂质过氧化作用增强的结果。     

水分胁迫对设施番茄结果期叶片衰老特性和根系活力的影响

以番茄"寿信98"为试材,设置4个土壤水分处理,土壤水分为田间持水量的70%~80%为正常灌溉(CK)、60%~70%为轻度胁迫、50%~60%为中度胁迫、40%~50%为重度胁迫,系统测定水分胁迫对设施番茄结果期植株叶片衰老特性和根系活力的影响。结果表明:番茄叶片细胞色素含量随胁迫程度的加重先升高后降低,轻度胁迫下细胞色素含量显著高于其它处理;随水分胁迫时间延长番茄叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均呈下降趋势。叶片组织的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性随水分胁迫时间延长均呈先增加后减少的趋势,不同土壤水分处理下,番茄叶片SOD和POD活性均表现为重度胁迫中度胁迫轻度胁迫CK,且2种抗氧化酶活性均在果实膨大期达到最大值。在果实膨大期,轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫下SOD活性分别是CK的1.00、1.82、1.68倍,而POD活性分别是CK的1.81、2.37、2.91倍。轻度胁迫显著增加番茄根系活力,而其它水分处理下番茄根系活力较CK均有不同程度的降低,成熟期轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫下番茄根系活力分别是CK处理的102.08%、90.62%、80.56%。因此,轻度水分胁迫有利于细胞色素合成和根系活力的提高,增加了设施番茄对水分逆境的耐受力,减缓植株的衰老进程。     

AM真菌与印度梨形孢对干旱胁迫下垂丝海棠生长发育和水分利用的影响

采用盆栽土培试验,研究丛枝菌根真菌处理（AM）、印度梨形孢真菌（PI）及其复合接种处理（AM+PI）对正常水分（WW）和干旱胁迫（DS）下垂丝海棠生长、生理特性及水分利用的影响。结果表明：无论正常水分还是干旱胁迫条件下,与不施菌剂处理相比,丛枝菌根真菌处理、印度梨形孢真菌处理和丛枝菌根真菌+印度梨形孢真菌处理均在一定程度上促进了垂丝海棠的生长,改善了植株光合生理,激活了抗氧化系统,提高了植株水分利用效率;丛枝菌根真菌处理在缓解干旱胁迫相关的生长发育及水分利用方面更为有效,而印度梨形孢真菌在促进内部生理代谢方面表现更佳。整体而言,干旱条件下丛枝菌根真菌+印度梨形孢真菌处理效果最为显著,叶片相对含水量比正常水分条件下对照提高了4.41%,水分利用效率提高了26.92%。综上,在干旱环境中接种丛枝菌根真菌、印度梨形孢真菌均可有效促进植物生长发育及相关生理代谢,前者主要通过表型改善缓解干旱胁迫,后者主要通过调节内在生理代谢实现,以复合接种效果最佳。     

逆境胁迫诱导植物细胞程序性死亡研究

细胞程序性死亡(PCD)是一种由基因控制的、主动的细胞死亡过程,它对植物正常生长发育起重要作用.现主要从PCD的特征、PCD的可能信号传导途径、PCD发生的重要相关酶等方面研究进行了综述.     

湖北海棠MhWRKY40b 在几种胁迫下的表达分析

 为了分析WRKY40抗病抗逆作用,以湖北海棠[Malus hupehensis（Pamp）Rehd.]为试材,利用特异引物进行RT-PCR基因克隆,利用实时荧光定量PCR方法分析组织中基因的表达及低温、高盐、干旱、PEG6000胁迫和外源IAA、ABA处理对基因表达的影响。结果表明,克隆到的片段长度为1 240 bp,包含一个完整的开放阅读框,长999 bp,编码333个氨基酸。该基因与拟南芥AtWRKY40同源,故命名为MhWRKY40b,GenBank登录号为JX112913。基因表达分析表明,MhWRKY40b在根、茎、叶等组织均有表达,其中在花萼、花辨、果实中表达量较高。该基因明显受低温、高盐、干旱胁迫诱导表达,最高相对表达量可达20倍以上;而受PEG、苹果白粉病菌及外源ABA和IAA轻微诱导,最高相对表达量在10倍以下。MhWRKY40b除了在抗白粉病方面与AtWRKY40具有相似功能外,可能还在湖北海棠的抗寒、抗盐、抗旱过程中起到比较重要的作用。     

土壤转换对二年生平邑甜茶根系发生与功能的影响

以2年生平邑茶为试材研究表明：土壤转换后,根系的发生与功能有所改变,由粘壤土转入沙壤土的根系吸收表面积、分泌H^ 速率和吸收NO3^-速率比由沙壤土转入粘壤土的高,但均比未处理植株低;前者新根量大,生长势强,分布广,后者的吸收根大量死亡。。     

缺氮和缺铁对平邑甜茶幼苗根系构型的影响

 研究水培条件下缺氮、缺铁对平邑甜茶幼苗根系总长度、表面积、体积、根尖数、分枝角度、分形维数等根系构型参数的影响。结果表明：缺氮或缺铁处理后,幼苗细根比例增大,根系直径变小;一级侧根与主根的夹角整体上增大,大夹角植株数量普遍增多,根系趋向于水平分布;根系分形维数降低。其中缺氮使幼苗根系总长度、根系总表面积、根系总体积以及二级侧根数显著增加,但根系活力显著下降;缺铁使根尖数和主根的长度显著增加,根系活力和根系总表面积均下降;缺铁比缺氮时根系分形维数下降更多。     

低磷胁迫下平邑甜茶根构型与磷吸收特性的变化

为揭示苹果适应低磷胁迫的机制,以平邑甜茶[Malus hupehensis （Pamp）Rehd.]为材料,采用水培方式研究了缺磷和复磷条件下根系磷吸收和根构型参数的变化。结果显示,平邑甜茶幼苗在缺磷营养液中培养120 h期间,根系磷最大吸收速率始终高于对照,并趋向一个较稳定的差值;缺磷处理最初12 h内根系磷吸收米氏常数Km值提高,但72～120 h明显下降。缺磷处理的平邑甜茶幼苗转到完全营养液中培养12～120 h,根系对磷的转运效率影响不大,而与磷的亲和力下降,并逐渐恢复到正常状态。平邑甜茶幼苗在缺磷条件下培养至11 d时,一级侧根总长度低于对照,但在17～26 d时,一级侧根总长度明显提高。结果表明,平邑甜茶在短期内主要通过磷吸收动力学的变化来适应缺磷胁迫,较长时期则通过根构型的变化来适应。     

生长素和细胞分裂素对平邑甜茶组培苗PAs和NO含量的影响

 以平邑甜茶继代组培苗为试材,研究了NAA、IBA、ZT和6-BA作用下组培苗的生长、内源多胺（PAs）和一氧化氮（NO）含量的变化。结果表明,在MS培养基中添加0.02 ~ 1.00 mg·L^-1的NAA或IBA后,外植体鲜样质量增加率和蛋白质含量以及多胺含量和一氧化氮含量均明显增加,其中浓度在0.10 ~ 0.50 mg·L^-1 时增加最高;同样浓度下,NAA处理的外植体鲜样质量增加率和腐胺含量高于IBA。在0.08 ~ 4.00 mg·L^-1范围内,随着ZT或6-BA浓度的升高,外植体鲜样质量增加率、可溶性蛋白含量、多胺含量和一氧化氮含量均逐渐升高;同样浓度下,6-BA处理的外植体鲜样质量增率和腐胺含量高于ZT。生长素和细胞分裂素促进组培苗生长与促进内源PAs和NO的生成相伴随,组培苗生长动态与内源多胺和一氧化氮含量的变化趋势一致。     

平邑甜茶幼苗生长、根构型及吸收特性的容器调控

 以平邑甜茶[Malus hupehensis (Pamp.) Rehd.] 幼苗为材料, 研究了栽培容器形状对幼苗新梢生长、幼苗根构型特征及根系营养吸收特性的影响。结果显示, 生长在“深窄盆”中的幼苗新梢生长量最大, 主根粗, 侧根多且短, 毛细根丰富, 对钙及锌的吸收能力较强, 但根系活力及根系对磷、铁的吸收能力较弱; “等高径盆”中幼苗新梢生长量小, 根冠比接近1, 主根细短、一级侧根少且粗长, 对钾的吸收能力较强; “浅宽盆”幼苗根冠比最大, 一级侧根数量、长度和粗度居中, 二级侧根粗长, 根系活力及根系对磷、铁的吸收能力较强, 但对钾、钙及锌的吸收能力弱。     

一氧化氮在吲哚丁酸诱导平邑甜茶幼苗侧根形成中的作用

本实验以平邑甜茶（Malus hupenhensis Rehd.）实生苗为材料,研究了一氧化氮（NO）对侧根的诱导效果、吲哚丁酸（IBA）对根系内源NO含量的影响以及NO在 IBA诱导侧根形成中的作用。结果表明,外源NO能够促进平邑甜茶侧根的形成与生长,并有明显的剂量效应,其中10 μmol/L NO供体硝普钠（SNP）处理后新根最长,50 μmol/L SNP处理后新根数量最多。100 μmol/L IBA处理后15~30 min和48~96 h,幼苗根系NO生成量出现两次显著升高,而IBA处理96 h后侧根原基数量大量增加。此外,蛋白激酶抑制剂Quercetin明显抑制IBA对NO的诱导。     

平邑甜茶盆栽土壤中沸石用量对幼苗生长及15N–尿素利用的影响

 以1年生平邑甜茶（Malus hupehensis Rehd.）盆栽幼苗为试材,研究盆栽土壤中沸石施用量对幼苗生长及¹⁵N–尿素利用、损失的影响。结果表明,植株的株高、总鲜样质量及对¹⁵N–尿素的利用率在生长前期均以低用量沸石处理（沸石0.6和1.2 g · kg^-1）最高,但随着生长期的推移,随沸石用量的增加而逐渐提高,到生长后期植株的株高、总鲜样质量和¹⁵N利用率均以最高用量处理（沸石2.4 g · kg^-1）最高,分别为29.78 cm、29.64 g和17.91%,显著高于对照（23.28 cm、22.52 g和8.81%）,但4个沸石处理间无显著差异。整个生长过程中,植株地上部从肥料中吸收分配到的¹⁵N量对该部分全氮量的贡献率（Ndff）高于地下部。在生长前期地上部和地下部的Ndff同样以低用量沸石处理（沸石0.6和1.2 g · kg^-1）最高,而到生长后期二者均以沸石2.4 g · kg^-1处理最高,分别为19.04%和8.34%,显著高于对照（16.27%和5.83%）。施用沸石可以减少土壤氮素的损失,并且沸石用量越高效果越显著。施用沸石后显著促进了植株的生长及对¹⁵N的吸收利用,降低了土壤氮素的损失,以沸石2.4 g · kg^-1处理效果最佳。     

氮胁迫对平邑甜茶水培苗的生理效应

以当年生平邑甜茶(MalushupehensisRehd.)实生苗为试材,用水培实验方法,研究氮胁迫对其引起的生理效应。通过8周的处理,对平邑甜茶的功能叶和根系进行相关指标的检测,结果如下:用电导仪进行抗逆性测定,伤害率由大到小依次为功能叶、吸收根、生长根和木质根。N胁迫影响了功能叶和根系中的N代谢。与MN(middleN)相比,N胁迫各处理的可溶性蛋白含量均下降。功能叶中游离氨基酸总量表现为HN(highN)>LN(lowN)>MN,而根系中表现为MN>HN>LN。各器官中,以功能叶和吸收根对N胁迫最为敏感。N胁迫还改变了功能叶和吸收根内的ABA、IAA、ZRs、GA3的含量,从而影响了激素平衡。此外,通过电镜观察可知,N胁迫破坏了叶绿体和吸收根根尖细胞的超微结构。     

低温对山定子和平邑甜茶幼苗根系氮代谢酶及游离氨基酸的影响

以苹果砧木山定子(Malus baccata Borkh.)和平邑甜茶(Malus hupehensis Rehd.)实生苗为试材,研究低温(昼10℃/夜2℃)对根系氮代谢关键酶活性和氨基酸含量的影响。结果表明:低温诱导山定子和平邑甜茶根系谷氨酰胺合成酶(GS)活性,与常温对照相比两砧木活性分别增加了119%和317%。低温同时降低了谷氨酸合酶(NADH-GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)活性,两砧木NADH-GOGAT活性分别为常温对照的6.11%和48.43%,NADH-GDH活性分别为常温对照的47.07%和33.84%。低温对平邑甜茶GS活性和NADH-GDH活性的影响大于山定子,说明平邑甜茶对低温胁迫较敏感;山定子根系NADH-GOGAT活性受低温影响较大,而低温对平邑甜茶根系NADH-GOGAT活性没有明显影响。GS/GDH比值分析表明,低温前后根系中铵同化途径均以GS/GOGAT为主,但低温使GS/GOGAT途径在根系中的作用明显加强,尤其对平邑甜茶的效果更明显。低温增加了山定子和平邑甜茶根系游离氨基酸总量,山定子和平邑甜茶分别比对照增加了78.34%和89.79%,平邑甜茶游离氨基酸含量高于山定子。低温处理前根系中游离氨基酸以苏氨酸、酪氨酸、天冬氨酸和谷氨酸为主,低温处理后以苏氨酸、精氨酸、天冬氨酸和谷氨酸为主,低温显著提高了根系精氨酸的含量。