外源NO缓解草地早熟禾镉胁迫的转录组分析

为揭示外源一氧化氮对草地早熟禾（Poa pratensis）镉（Cadmium,Cd）胁迫缓解机制,本试验采用高通量Illumina Hiseq测序技术研究了草地早熟禾根施1 000 μmol·L^-1氯化镉和叶面喷施50 μmol·L^-1 NO供体硝普钠24 h后转录组基因的差异表达。对测序数据进行分析结果显示,4个处理组共有22 730个差异表达基因,包括15 332个上调基因和7 398个下调基因。通过富集分析发现外源NO主要通过调控与信号转导、碳水化合物转运与代谢、氨基酸生物合成及苯丙烷生物合成等途径相关的基因缓解镉胁迫。此外,本研究对Cd处理与Cd+NO处理组的差异表达基因和代谢通路进行分析,筛选出了一系列由NO信号介导的草地早熟禾响应镉胁迫关键基因,并将其列为NO缓解草地早熟禾镉胁迫相关的候选基因。本研究为挖掘草地早熟禾耐镉相关调控基因和功能基因提供基础。     

草地早熟禾对镉胁迫的反应及积累特性

采用盆栽的方法研究草地早熟禾对镉(Cd)胁迫的反应及积累特性。结果表明,Cd浓度小于1mg/kg时对草地早熟禾生长影响不大,大于5mg/kg时抑制草地早熟禾生长,Cd浓度小于5mg/kg时草地早熟禾的绿期延长。随着Cd浓度增大,草地早熟禾根系活力、叶绿素含量和含水量逐渐降低,游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低,细胞膜透性逐渐升高。Cd在草地早熟禾体内的分布为根系>地上部分,随着Cd浓度增大,草地早熟禾根系和地上部分Cd含量逐渐升高,富集系数和转运系数逐渐降低;Cd浓度为20mg/kg时草地早熟禾中Cd积累量最大,为3.98mg/m2。综合分析草地早熟禾的生长、生态、生理变化及富集能力表明,草地早熟禾适用于浓度小于1mg/kg的Cd污染土壤的修复。     

外源2,4-表油菜素内酯对镉胁迫下草地早熟禾叶绿素代谢的影响

本研究以草地早熟禾(Poa pratensis)‘午夜’幼苗为试验材料,研究镉(Cadmium,Cd)胁迫下及不同浓度(5,50,100 nM)的2,4-表油菜素内酯(2,4-Epibrassinolide,EBR)对0.5 mM CdCl₂胁迫下草地早熟禾叶片的叶绿素代谢途径的影响。研究结果表明,Cd胁迫1 d后可诱导PpPBGD,PpCHLD,PpCHLI和PpPOR基因的下调表达和PpCLH,PpPPH,PpPAO和PpRCCR基因的上调表达。50 nM的EBR可显著提高Cd胁迫下原卟啉Ⅳ、镁-原卟啉Ⅳ、原叶绿素酸酯、叶绿素a和总叶绿素的含量,到Cd胁迫6 d时,这些指标与未胁迫对照无显著差异,这可能与外源EBR诱导的叶绿素生物合成基因的上调表达和降解通路的下调表达有关。因此,外源EBR可通过诱导叶绿素生物合成通路基因的上调表达来缓解Cd胁迫引起的叶绿素中间产物转化的受阻程度,以及通过诱导降解通路基因的下调表达来减缓叶绿素的降解,进而使得Cd胁迫下草地早熟禾叶片叶绿素含量维持相对较高的水平。     

草地早熟禾对干旱胁迫的响应研究进展

干旱是影响草地早熟禾生长发育的关键因素之一,可对草地早熟禾的生产性能造成直接或潜在的影响。因此,草地早熟禾抗旱机理是值得深入研究的一个课题。本文从形态、解剖结构、代谢机制及基因调控等方面综述了草地早熟禾对干旱的胁迫响应,以期为草地早熟禾抗旱基因的筛选和抗旱分子机制的研究提供科学依据和理论基础。     

镉、铅胁迫对草地早熟禾幼苗生理的影响

本试验采用盆栽的方法,研究了土壤镉铅复合胁迫对草地早熟禾(Poa pratensis)幼苗生理特性的影响。结果表明,不同Cd2+胁迫显著(P0.05)影响了草地早熟禾幼苗叶片的细胞膜透性、丙二醛、脯氨酸和叶绿素的含量,浓度为80mg·kg-1的Cd2+处理组叶片细胞膜透性、丙二醛和脯氨酸含量显著(P0.05)高于40mg·kg-1的Cd2+处理组,而叶绿素含量显著低于40mg·kg-1的Cd2+处理组。Pb2+胁迫显著(P0.05)影响了草地早熟禾幼苗叶片的脯氨酸含量、处理后20和30d的叶片膜透性、处理后10和20d的丙二醛含量,浓度为1 000mg·kg-1的Pb2+处理组的叶片膜透性、丙二醛和脯氨酸含量显著(P0.05)高于600 mg·kg-1的Pb2+处理组。不同Cd2+水平和Pb2+水平对处理后30d的叶片丙二醛含量,处理后20和30d的脯氨酸含量有显著(P0.05)的交互作用。随着重金属处理时间的延长,叶绿素含量呈先升后降的趋势,叶片的膜透性、丙二醛和脯氨酸含量呈上升趋势。     

外源NO对镉胁迫下草地早熟禾幼苗根系生长及生理的影响

为了探究外源NO对镉胁迫下草地早熟禾幼苗生理特性的影响,以草地早熟禾品种午夜(Poa pratensis cv.Midnight)为试验材料,研究在1 000μmol/L的镉胁迫下, 50μmol/L的外源NO对镉胁迫的缓解效应,试验共设置4个处理CK(蒸馏水)、Cd、NO、Cd+NO。NO供体硝普钠(SNP)采用叶面喷施,Cd处理采用根部施入,测定NO对草地早熟禾幼苗叶片相对含水量、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、抗氧化酶活性及根系总根长、根表面积、根尖数、分支数、交叉数的影响。结果表明:Cd胁迫可降低早熟禾相对含水量,抗氧化酶活性,增加MDA和脯氨酸的积累,抑制根系生长;Cd胁迫下添加NO可增加草地早熟禾叶片相对含水量,提高抗氧化酶活性,减少MDA和游离脯氨酸的累积,增加总根长、总根表面积、根尖数、分支数、交叉数。试验表明1000μmol/L的镉胁迫可加重草地早熟禾氧化损伤,抑制草地早熟禾幼苗生长,施加50μmol/L NO可提高抗氧化酶活性,降低游离脯氨酸的累积和促进根系生长,缓解镉胁迫对草地早熟禾的生长抑制。     

镉在草地早熟禾中的分布和化学形态研究

为探究草地早熟禾(Poa pratensis L.)对重金属镉(Cadmium, Cd)的分配和耐受机制,以草地早熟禾耐Cd品种‘午夜’(‘Midnight’,M)和Cd敏感品种‘橄榄球2号’(‘Rugby II’,R)为试验材料,在水培条件下施加600μmol·L^-1Cd胁迫,研究Cd在草地早熟禾中的组织分布、亚细胞分布及化学形态。结果表明,与R品种相比,Cd胁迫下M品种叶片失绿较少,生长抑制较小;表皮+叶肉、维管束及根表皮+皮层中的Cd含量显著低于R品种;另外,根系可溶部分Cd含量高于R品种。进一步分析发现,R品种含有更多毒性较高的无机态Cd及果胶和蛋白质结合态Cd,而M品种水溶性有机酸结合的Cd在根表皮+皮层、中柱等组织中含量较多,草酸盐结合的Cd在根系中柱含量显著高于R品种。因此,M品种通过减少Cd吸收、增加液泡区隔化、增加有机酸盐结合的Cd并降低Cd向地上的长距离运输来增强对Cd的抗性。     

盐碱胁迫对草地早熟禾生长和生理代谢的影响

以两个耐盐碱性差异较大的草地早熟禾品种‘午夜'(Midnight,耐盐碱性强)和‘旅行者Ⅱ号'(Voyager Ⅱ,耐盐碱性弱)为试验材料,分析了在生长箱水培模拟中性盐和碱性盐两种条件下,盐碱胁迫对早熟禾生长、电导率、叶绿素、光合特性、脯氨酸和有机酸代谢的影响。结果表明,盐碱胁迫下早熟禾两个品种的生长率下降,叶片电导率升高,叶绿素含量和光合作用显著下降,尤其是在碱胁迫下,但在耐性强的品种中变化程度均小于耐性弱的品种;两个品种叶片脯氨酸含量主要在盐胁迫下升高,碱胁迫下无显著变化甚至下降;根系分泌的有机酸主要为草酸,且仅在碱胁迫下升高;盐碱胁迫下草酸在叶片和根系中的含量均呈下降趋势,尤其是根系在碱胁迫下;叶片和根系的苹果酸、柠檬酸和琥珀酸在盐胁迫下无显著变化,在碱胁迫下则显著升高,其中‘午夜'显著高于‘旅行者Ⅱ号'。由此可见,碱性盐比中性盐对草地早熟禾的伤害更大,中性盐胁迫下主要以积累脯氨酸等物质来调节渗透压,而在碱性盐胁迫下主要通过加强有机酸的代谢、积累和分泌来调节植株体内和根际环境的pH值;耐盐碱的品种在盐碱胁迫下能维持较高的光合作用和有机酸代谢,提高了植株内和根际环境pH的调节能力,因此具有较强的耐盐碱能力。     

草地早熟禾不同品种抗旱性的评价分析

通过连续干旱胁迫下测定6个早熟禾(Poa Pratensis)品种叶片相对含水量(RWC)、叶绿素(Chl)含量、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量、过氧化物酶(POD)含量及可溶性蛋白含量等指标,鉴定分析了其抗旱性能。结果表明,随着胁迫时间的延长,6个品种的RWC、Chl呈下降趋势;MDA含量、Pro含量、POD含量及可溶性蛋白含量呈上升趋势。通过隶属函数综合分析,6个草地早熟禾品种抗旱能力大小顺序为黑宝新歌来得月光午夜Ⅱ号奖品橄榄球Ⅱ号。     

津奥啉诱导草地早熟禾雄性不育的初步研究

通过津奥啉(SC2053)化学杀雄剂诱导草地早熟禾雄性不育试验的结果表明:供试的3个草地早熟禾品种在生育期幼穗长0.5～1.2cm时分别喷施剂量为5ml/L,6ml/L和7ml/L的SC2053化学杀雄剂,山峰草地早熟禾雄性不育率分别为90%,94%和97%;公园草地早熟禾分别为98%,100%和100%;巴润草地早熟禾分别为95%,98.5%和100%。除在7ml/L的剂量下,巴润草地早熟禾的小穗数与其他处理差异显著外,3个供试品种在不同剂量下穗长与小穗数差异均不显著。     

山东中西部地区草地早熟禾适用品种评价

1998－2000年对22个草地早熟禾品种特性进行对比试验。经过对供试草种的幼苗活力、遗传色、叶片质地、抗病性、综合质量等评价分析。结果表明：Ascot和Midnight的幼苗活力最好，Cacne和Alene最差；Midnight、Cynthia和Odyssey遗传色最深，Barrtitia、Cacne、Baronic遗传色最浅；Ascot,Alene,America,Cynthia,Bartitia,VB5649,Nuglade,Impact的叶片质地最细，Abbey,Cannon,Nottingham,Baronie的叶片质地最粗；Award、Nuglade、Ascot抗病性最好；Baronie的绿期最长，Award绿期最短；Impact、Midnight、Nuglade缩坦匀衡且评分较高，是山东省及周边地区重点发展的草地早熟禾品种。     

青海野生草地早熟禾响应低温胁迫的代谢组学研究

为探究青海野生草地早熟禾（Poa pratensis）对低温胁迫的响应机制,本试验以青海省野生草地早熟禾抗寒材料‘10-122’和低温敏感材料‘09-126’为研究对象,采用生理学测定方法及气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析了低温胁迫下叶片的生理响应及代谢产物差异。试验结果表明,低温敏感材料‘09-126’在低温胁迫下过氧化氢、丙二醛含量和超氧根自由基离子生成速率均显著增加,氧化损伤程度高于‘10-122’;低温胁迫下,‘09-126’和‘10-122’氨基酸含量分别比常温处理提高了1.91倍和1.97倍,可溶性糖含量分别比常温处理提高了4.83倍和2.81倍。采用代谢组学的方法进一步对差异代谢产物进行分析,发现低温胁迫下,‘09-126’中差异代谢物有116个上调,30个下调,‘10-122’有66个上调,68个下调,差异代谢物主要富集在糖及糖醇代谢、氨基酸代谢和三羧酸循环代谢通路中,其中脯氨酸、亮氨酸、鸟氨酸和苏氨酸可以作为草地早熟禾响应低温胁迫的主要标志物,丙氨酸、天冬氨酸和丝氨酸含量的变化可能是‘10-122’抗寒性高于‘09-126’的主要原因。低温条件下‘09-126’中棉子糖含量的增加以及‘10-122’中海藻糖-6-磷酸含量的增加可能是其适应低温的主要机制。     

草地早熟禾愈伤组织诱导及植株再生

以成熟种子和胚轴为外植体诱导草地早熟禾愈伤组织,比较草地早熟禾四个品种的愈伤诱导情况和不同6-BA浓度、愈伤年龄等因素对愈伤组织分化能力的影响。结果表明:成熟种子的出愈率与胚性愈伤诱导率均高于胚轴;MS 2,4—D(2mg/L) 6-BA(0.1mg/L)培养基为草地早熟禾Mardona品种较为合适的愈伤培养基,其诱导率为58.3%;MS BA(3mg/L) KT(0.2mg/L)为较为适合的分化培养基,再生率高达70%;随着继代次数的增加,草地早熟禾分化能力能够继续保持。选择致密、易碎、生长迅速的愈伤继代能够保持草地早熟禾的胚性,可以为遗传转化提供长期良好的植物材料。     

草地早熟禾的选育研究与利用

内蒙古畜牧科学院草原所自 1985年以来 ,对从荷兰、美国、瑞典等国家引进的草地早熟禾 11个品种和国内采集的野生种进行了引种驯化 ,筛选出了瓦巴斯、凯达布鲁克茅 2个品种适应内蒙古地区的气候特点 ,是适宜推广种植的优良品种。利用国内野生种采用单株选择方法培育出了大青山草地早熟禾品种 ,它较原始群体抗性增强 ,叶量增加。目前已有较大的推广利用面积     

青海野生草地早熟禾响应干旱胁迫的代谢通路及转录调控分析

为探究青海野生草地早熟禾（Poa pratensis）响应干旱胁迫的分子机制,本研究以青海野生草地早熟禾抗旱材料‘10-202’和敏感材料‘09-61’为研究对象,采用高通量Illumina Hiseq测序技术对15% PEG-6000模拟的干旱胁迫和正常处理下的2份材料的叶片进行差异基因表达分析。结果表明：‘10-202’处理间存在3 166个差异表达基因（Different expression genes,DEGs）,上调和下调表达基因数目分别为1 979和1 187个;‘09-61’处理间共有314个DEGs,上调表达的有64个,下调表达的有250个。京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）富集分析发现,2份材料的差异基因均显著富集在淀粉和蔗糖代谢通路。运用MapMan软件对‘10-202’干旱胁迫下与转录调控相关的差异基因进行了功能注释,发现bHLH,AP2/EREPB及C2H2锌指家族转录因子在响应干旱胁迫中发挥着重要作用。本研究为后续挖掘草地早熟禾耐旱相关候选基因的克隆和功能验证奠定了理论基础。     

不同去雄方法诱导草地早熟禾雄性不育的研究

试验分别用温汤去雄杂交和两种化学去雄剂化学去雄诱导草地早熟禾雄性不育,结果表明,在两种化学去 雄剂作用下去雄效果比较理想,温汤去雄雄性不育率达100％。     

钾素改善干旱胁迫下早熟禾的形态及相关生长指标

本研究采用不同浓度钾素营养处理的方法,在干旱条件下,研究草地早熟禾(Poa pratensis)形态及生长相关指标与抗旱性间的关系,为草坪草早熟禾在生产中的利用及提高其抗旱能力提供理论依据和指导。结果表明,适当的供给钾素可以改善干旱胁迫引起的叶片形态改变,从而提高草地早熟禾的抗旱能力。在干旱胁迫下,草地早熟禾叶片形态、色泽及生物量在钾素浓度为0.15~0.30 g·kg~(-1)时有所改善和提高,其中0.30 g·kg~(-1)钾素浓度的处理效果最好,可明显提高早熟禾植株的抗旱性。     

"神舟"三号飞船搭载对草地早熟禾生物学特性的影响

利用“神舟”三号(SZ-3)飞船搭载草地早熟禾Poa pratensis cv．Nassu干种子作为处理,未搭栽种子作为对照。分别观察了发芽率及播种80d后植株的叶片数、分蘖数、叶片宽及株高等指标。结果表明,空间条件对草地早熟禾发芽率没有明显影响;但是经过空间搭载后的植株平均叶片数增加了6片,并出现了叶片数81片的变异植株(对照植株叶片数最多为21片);平均叶片宽增加到2．43mm(对照为1．96mm),其中17．8％的植株叶片宽超过3．3mm(对照植株叶片宽均小于3．2mm),最宽达5．5mm;株高变异范围为3～155mm(对照为9～108mm);分蘖数最多达到26个(对照最多为5个分蘖)。综合分析各生长指标的变化,可获得至少2种不同有益变异类型植株：1)植株明显矮化,可有效减少生长季内刈割次数,降低管理养护成本;2)生长速度快,分蘖增多,叶片数明显增加,可有效缩短成坪期。这些变异类型在生产应用和遗传育种方面均具有一定的价值。     

草地早熟禾无融合生殖及其育种利用研究进展

介绍了无融合生殖的类型及意义,并从形态学、遗传机制、育种利用以及激素调控4个方面概述了草地早熟禾无融合生殖的最新研究进展。