控水处理对紫花苜蓿抗寒性影响的代谢组学分析

为研究控水处理对紫花苜蓿抗寒性影响的机制,本研究设置了80%和25%最大持水量[充分浇水(WW)和水分亏缺(WD)]两种水分处理,对比了处理后的苜蓿分别在常温和低温环境中的抗寒性(LT_(50)),并采用LC-MS技术分析了在试验过程中根颈内代谢物的变化。结果显示,无论是在常温还是在低温环境下,WD处理苜蓿的抗寒性都要优于WW处理的,控水处理可以提高苜蓿的抗寒性。在对渗透调节物质可溶性糖含量的分析中,WD处理中苜蓿根颈细胞内可溶性糖的含量显著高于WW处理中的。代谢组分析发现,与WW处理相比,WD控水处理提高了甘油磷脂类和脂肪酰基类物质的含量,而它们不仅是细胞膜的组成成分,还涉及到低温胁环境下细胞膜的流动性和稳定性,这对提高苜蓿抗寒性起到非常重要的作用。此外,糖类物质也是在京都基因与基因组百科全书富集分析中参与显著代谢通路的物质,鉴于可溶性糖渗透调节和冷冻保护剂的作用,控水处理下D-麦芽糖含量的上调,可能也是导致苜蓿抗寒性提高的原因。     

低温胁迫下丛枝菌根对玉米根部渗透调节物质含量的影响

为了研究丛枝菌根真菌(AMF)对低温胁迫下玉米根部生长及渗透调节物质含量的影响,试验选择郑单958玉米品种采用室内分析法,测定了玉米根部生长指标和渗透调节物质含量。结果表明:在低温胁迫条件下,玉米根部生长受到明显抑制,根长、根体积、根表面积和生物量均明显降低,同时体内可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量比常温显著升高(P0.05);低温胁迫下接种丛枝菌根真菌可显著促进玉米生物量的积累,使根部可溶性糖含量提高,但使可溶性蛋白和脯氨酸含量降低。     

低温干旱环境对紫花苜蓿根颈耐寒性的影响

为了解冬季土壤干旱对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)越冬的影响,本研究在实验室内通过控温和更换表土试验模拟低温干旱环境,结合抗冷冻测试、细胞损伤、根颈组织含水量和渗透调节物质变化等,研究低温干旱环境对‘WL440HQ’和‘肇东’苜蓿根颈耐寒性的影响及原因。研究结果表明:低温干旱环境降低苜蓿根颈的耐寒性;与‘肇东’苜蓿相比,低温干旱环境下‘WL440HQ’苜蓿根颈具有较低的耐寒性,根颈组织含有较少的可溶性糖和较高的失水速率,细胞受到不可逆损伤,细胞液相对渗透率超过50%;在低温干旱环境下,根颈内的脯氨酸和可溶性蛋白含量在2个苜蓿品种间差异显著,2种物质可能与‘肇东’苜蓿在低温环境下耐寒性更强有关。综上,为提高苜蓿的越冬能力,建议除在初冬季节灌冻水外,冬季还应适时补水。     

不同根颈直径苜蓿生理生化特性对低温胁迫的响应

为了探究不同颈粗苜蓿（Medicago sativa L.）的抗寒性与其根颈中生理生化特性的关系。以‘公农1号’紫花苜蓿为试验材料,对不同颈粗（3.50 mm,5.25 mm,7.00 mm）苜蓿根系进行低温胁迫（4℃,-10℃,-15℃,-20℃）处理,测定了苜蓿根颈活力、非结构碳氮含量和抗氧化酶活性。结果表明：低温胁迫对苜蓿根颈活力、非结构碳氮含量、非结构碳氮比（Cnstructured carbon nitrogen ratio,C/N）及过氧化氢酶（Catalase,CAT）活性均有极显著影响（P<0.01）;随低温胁迫的增加不同颈粗的苜蓿根颈活力均降低,可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈增加-降低-增加的变化,淀粉含量、C/N和CAT活性均呈先增加后降低的趋势;苜蓿根颈活力大小与根颈中可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、CAT活性及C/N显著相关（P<0.05）。研究认为,根颈直径大的苜蓿抗寒性较强,其通过调控根颈中可溶性蛋白、可溶性糖含量和CAT活性及C/N以适应低温胁迫。     

不同浓度钙缓解氯化钠盐害下苜蓿幼苗渗透调节能力试验

为了研究氯化钙对苜蓿幼苗盐害的缓解作用,试验选择抗盐性不同的中苜1号(抗盐型)和甘农4号(盐敏感型)两种苜蓿幼苗,对受Na Cl盐害的两种苜蓿叶片施加不同浓度氯化钙,测定脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量。结果表明:施加不同浓度氯化钙后,苜蓿幼苗体内渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量较盐胁迫处理有所增加;在相同的处理条件下,耐盐品种渗透调节物质含量均高于盐敏感品种;两种苜蓿幼苗在CaCl_2浓度为10,15 mmol/L时渗透调节能力有所增加。     

水分胁迫对苜蓿幼苗渗透调节物质积累和保护酶活性的影响

采用聚乙二醇(PEG-6000)高渗溶液模拟水分胁迫的方法,研究了水分胁迫对苜蓿幼苗细胞膜透性、渗透调节物质和保护酶活性的影响.结果表明,苜蓿幼苗叶片中的渗透调节物质可溶性糖含量、游离氨基酸和脯氨酸含量在水分胁迫下增加,活性氧清除系统中的SOD和CAT活性降低,POD活性先升高后下降.水分胁迫导致膜脂过氧化产物MDA积累增加,细胞膜相对透性增大.     

干旱胁迫对不同根型苜蓿根系生理特性及解剖结构的影响

【目的】揭示不同根型苜蓿幼苗根系对干旱胁迫的响应和调控机制。【方法】采用沙培盆栽法，以根茎型清水紫花苜蓿、直根型陇东紫花苜蓿、根蘖型公农 4 号杂花苜蓿为试验材料，设置对照 （CK）、中度（M）和重度（S）3 种干旱处理，研究干旱胁迫对不同根型苜蓿根系生理特性和解剖结构的影响。【结果】随干旱胁迫加剧，各根型苜蓿根系可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸和 MDA 含量及 SOD、 POD、CAT 活性绝大部分显著升高，其中清水紫花苜蓿根系 MDA 含量增幅相对较小，这与增加渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白）和抗氧化保护酶系统（POD、SOD、CAT）有关，且各根型苜蓿幼苗期对脯氨酸、可溶性糖、POD 和 SOD 的响应更敏感；各根型苜蓿根系木质部面积、韧皮部面积、木质部导管数量、导管面积、导管直径均随干旱胁迫程度加剧显著增加，而皮层厚度大多显著减小。 【结论】各根型苜蓿幼苗期根系通过对渗透调节物质、抗氧化保护酶和根系内部解剖结构的调节来维持自身的正常生理代谢功能，抵抗一定的水分亏缺。     

基于KEGG通路分析紫花苜蓿的冷适应过程

低温是影响我国苜蓿(Medicago stavia L.)种植推广的限制性因素,且苜蓿对低温的冷适应机制亦不完全清楚。本研究利用高通量测序技术,测定‘肇东’和‘WL440HQ’苜蓿在冷适应前后的基因表达。筛选差异表达基因后,分析与冷适应低温环境和苜蓿抗寒性提高有关的生物通路以及造成冷适应后苜蓿抗寒性出现差异的可能原因。结果表明：细胞信号转导和物质代谢(包括糖、蛋白质和脂等)等通路,不仅是苜蓿对冷适应低温环境的响应,还可能与其抗寒性的提高有关,如植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢和植物MAPK信号通路等。冷适应后苜蓿抗寒性出现差异是多种生物通路共同作用下的结果,其中主要涉及物质代谢(包括脂肪酸和氨基酸等)和能量代谢等通路,特别是氨基酸和脂肪酸代谢。本研究将为苜蓿抗寒机制的深入研究提供数据支持。     

青大Ⅰ号苜蓿抗寒性生理生化指标的测定

为了研究低温胁迫下不同品种苜蓿抗寒性生理生化指标的变化,试验以寒牧1、寒牧2、寒牧3、寒牧4苜蓿为材料,测定低温(4℃)培养和常温(25℃)培养苜蓿芽中可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性及苜蓿叶片中的酯酶同工酶活性。结果表明:低温处理后苜蓿芽中可溶性蛋白含量增加,超氧化物岐化酶活性下降,苜蓿叶片中酯酶同工酶活性增强。说明苜蓿是通过提高可溶性蛋白含量、降低超氧化物岐化酶活性、增强酯酶同工酶活性来适应低温逆境,以减轻低温伤害。     

钼酸钠对低温胁迫下狼尾草渗透调节物质和膜稳定性的影响

以狼尾草（Pennisetum alopecuroides）为材料,研究了不同质量浓度的钼酸钠对低温胁迫下狼尾草幼苗中几种渗透调节物质含量和细胞膜稳定性的影响。结果表明,钼酸钠可显著提高低温胁迫下的狼尾草叶片总叶绿素、可溶性蛋白质、抗坏血酸、可溶性糖、游离脯氨酸等物质的含量,降低丙二醛含量和细胞膜透性,缓解狼尾草受到的低温冷害;钼酸钠缓解低温胁迫的最低效应质量浓度为0.5 mg·L-1,且在0.5~5.0 mg·L-1质量浓度范围内对狼尾草渗透调节物质和细胞膜稳定性的影响无显著差异。     

控水处理对两种温度节律下苜蓿耐寒性的影响

为研究生长阶段控水处理对苜蓿（Medicago sativa L.）耐寒性的影响,本试验设置缓慢降温和骤然降温两种温度节律,并分别对比控水（25%最大持水量,T_25%）和充分浇水（80%最大持水量,T_80%）处理间苜蓿耐寒性的差异。试验中以低温半致死温度LT₅₀作为耐寒性对比的依据。结果显示,在缓慢降温条件下,T_25%和T_80%中苜蓿LT₅₀大小随温度的降低而减小,在-2/-6℃（光/暗）低温时,处理间呈现出显著性差异（P < 0.05）。而在骤然降温条件下,T_25%中苜蓿的LT₅₀逐渐降低,T_80%中LT₅₀却逐渐升高,并且从控水处理开始到-2/-6℃（光/暗）低温,LT₅₀大小在处理间始终都是T_25% < T_80%（P <0.05）。结果表明,无论是缓慢降温还是骤然降温,控水处理都可以提高苜蓿的耐寒性,只是在后一环境中,影响效果更加显著。     

紫花苜蓿叶片和根系膜脂过氧化及C、N特征对水分和N添加的响应北大核心CSCD

为研究紫花苜蓿叶片和根系对水分和外源氮(N)添加的响应规律,在温室条件下设置水分胁迫处理(WS)(35%±5%)田间持水量(field water capacity,FWC)和充分灌溉且未渍水(WW)(70%±5%)FWC两个水分梯度,每个水分梯度下设置0、5和10 mmol·L^(-1)3个N添加水平(Nn、Nm和Nh),研究了紫花苜蓿叶片和根系膜脂过氧化的程度及C、N特征对不同水分条件和外源N添加的响应规律。结果表明:WS和外源N提高了紫花苜蓿叶片丙二醛(MDA)含量,但对根系没有显著影响。WS和N添加未影响紫花苜蓿叶片C含量,但N添加提高了根系C含量。WS未改变紫花苜蓿叶片N含量,但提高了根系N含量。外源N添加不但提高了叶片N含量,还增加了根系N含量,但叶片N含量在WW处理下对外源N添加较为敏感,而根系N含量在WS处理下对外源N的添加较为敏感,这说明紫花苜蓿叶片和根系C、N状态对N添加的响应受土壤水分条件的调控。紫花苜蓿根系C/N较叶片更高,且对水分和外源N添加的响应更为敏感。WS处理显著提高了根系δ^(13)C,对叶片δ^(13)C无显著影响。外源N添加降低了叶片和根系δ^(15)N,且在WS处理下根系δ^(15)N显著降低,叶片中δ^(15)N在WW处理下显著降低。总之,相比叶片,紫花苜蓿根系生理参数及C、N特征对水分和外源N添加采取了更为积极的策略,在生长中发挥着更重要的作用。该研究结果有助于全面掌握紫花苜蓿各器官对水分和外源N添加的响应策略,为我国旱作农业区紫花苜蓿制定精准的水肥管理制度提供了理论依据。     

京郊平原区苜蓿生产能力与耗水规律的研究

根据北京地区气候与苜蓿Medicago sativa生产特点通过定量灌溉控制,设置水分相对充足(WS)、水分中度 (WM)和水分亏缺(WD)3个水分梯度处理,对苜蓿各茬次与全年干草产量、土壤含水量以及干草产量与耗水量、水分利用效率的相关关系进行测定与分析.结果显示,苜蓿干草产量与耗水量和水分利用效率呈正线性相关关系,当灌溉量较大、水分充足时,可增加苜蓿各茬次与全年干草产量,其耗水量与水分利用效率也相应增加,表明相对充足灌水有利于植株的生长发育,特别是在北京相对干旱的2003年,生长时期的自然降水为285.6 mm,仅依靠自然降水并不能获得苜蓿高产以满足生产需要,适当的灌水是有必要的,按返青和每次刈割后灌溉60 mm/次(以保持土壤含水量75%时),全年耗水量530.33 mm,全年可获得苜蓿干草产量17 927.48 kg/hm2.     

不同秋眠等级苜蓿品种幼苗的抗冻性研究

对不同秋眠等级苜蓿品种幼苗的抗冻性进行研究,在4个冷冻温度下检验3个不同秋眠等级苜蓿品种4个苗龄幼苗的存活率,并计算品种半致死温度。结果表明秋眠等级、苗龄和冷冻温度之间的交互作用对苜蓿幼苗抗冻性有显著影响。随着冷冻温度的降低,幼苗存活率降低。在接近品种半致死温度的胁迫温度下(-6℃和-9℃),苜蓿的苗龄对抗冻性有显著影响。-9℃下苜蓿品种间幼苗存活率均有显著差异,能够较好地进行区分。苜蓿品种半致死温度的排序为秋眠品种53Q60(-6.79℃)>中度秋眠品种Tango(-7.51℃)>不秋眠品种CUF101(-8.10℃)。建立了三个苜蓿品种在给定的冷冻温度下幼苗致死率的预测模型。在室内冷冻筛选育种时,本研究中不同秋眠等级苜蓿品种幼苗的半致死温度可以为选择胁迫温度提供参考依据,缩短筛选周期。     

水分胁迫对紫花苜蓿产量、品质和微量元素的影响

干旱严重影响牧草生长和生产,是黄土高原地区畜牧业发展的重要限制因素之一,深入理解牧草对水分供应的响应有助于优化管理、提高草地生产力。在温室控水条件下,探究了田间饱和含水量(FWC)的35%、50%、65%和80%,共4个水分水平下紫花苜蓿的生产性能差异,阐明水分胁迫对黄土高原牧草的影响。结果表明:1) 随水分胁迫的增强,紫花苜蓿株高和单株干鲜重均显著降低(P<0.05),但在65%FWC和80%FWC处理间干鲜重差异不显著。2) 50%FWC处理下紫花苜蓿中性洗涤纤维显著低于65%FWC处理(P<0.05),但与其他处理均无显著差异;35%FWC和80%FWC处理下粗蛋白含量显著高于50%FWC和65%FWC处理;可消化干物质、可消化养分总量、可消化干物质摄取量和相对饲喂价值在各水分水平下无显著变化。3) 随水分胁迫的增强,Cu和Fe浓度呈先升后降的趋势,而Mg和Mn则呈相反的趋势,Zn呈升高的趋势。5种微量元素的积累量在各水分水平下均差异不大,仅在80%FWC处理下Mg和Mn显著高于35%FWC和50%FWC处理。因此,轻度水分胁迫有利于紫花苜蓿产量和品质的提高,在50%FWC处理下,紫花苜蓿纤维含量低,营养价值高;在65%FWC处理下,紫花苜蓿产量较高。微量元素Mn、Mg、Cu和Fe在一定程度上可反映紫花苜蓿的品质特征。     

印度梨形孢真菌对干旱胁迫下紫花苜蓿生长及抗旱性的影响

以紫花苜蓿为材料,通过盆栽砂培的方法,设置接种(40 mL 含有印度梨形孢菌丝体的菌剂)+干旱(土壤含水量为田间最大持水量的15%~20%)、未接种(40 mL无菌水)+干旱、接种+正常供水(土壤含水量保持在田间持水量的75%~80%)、未接种+正常供水4个处理,研究印度梨形孢真菌与紫花苜蓿共生对干旱胁迫下紫花苜蓿生长及抗旱性的影响。结果表明,印度梨形孢真菌在紫花苜蓿根部定殖率较高,达87.4%;与未接种+干旱处理相比,接种印度梨形孢对干旱胁迫下紫花苜蓿地上部和根系有明显影响,其中,地上部鲜重、干重、叶绿素含量、叶片相对含水量及叶片数分别比未接种处理显著增加了63.4%,69.2%,12.5%,17.1%和5.7片,根系鲜重、干重、主根长及侧根数分别增加了33.3%,57.1%,5.1 cm和5条(P<0.05);与未接种+干旱处理相比,接种后的紫花苜蓿叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量明显增强,分别是未接种处理的1.71,1.27,1.22,1.49和1.48倍(P<0.05),而超氧阴离子()与丙二醛(MDA)含量大幅度降低。因此,印度梨形孢真菌与紫花苜蓿共生可以促进干旱胁迫下紫花苜蓿生长,主要是通过刺激抗氧化酶活性和渗透调节物质的累积来抵抗干旱逆境。而在正常供水条件下,接种印度梨形孢没有明显的促进生长的作用。     

混合接种摩西球囊霉和根瘤菌对紫花苜蓿耐碱能力的影响

紫花苜蓿是多年生优质豆科牧草,对改善生态环境和农牧作物结构调整有重要作用。然而,土地盐碱化严重影响苜蓿正常的生长发育。丛枝菌根真菌(AMF)和根瘤菌是土壤中较为常见的共生菌,可与紫花苜蓿等豆科植物共生,并能与苜蓿形成AMF-苜蓿-根瘤菌共生系统。本研究利用摩西球囊霉菌和中华根瘤菌单接种、混合接种紫花苜蓿,比较单接种和混接种对其耐碱能力的影响。结果表明:在正常情况下,单接种和混合接种与未接种(NI)相比生长量均有所提高,主要表现在叶绿素含量更高,植株的根长、株高相对较大,分枝数较多,生长更加茂密。碱胁迫处理后,各组植株生长均受到不同程度的抑制,而混合接菌组则表现出更高的耐碱性,与NI组相比,主要表现在有较低的MDA含量和相对电导率,有较高的细胞相对含水量, 并且表现出较高的抗氧化酶的活性(SOD、POD、CAT)。综合以上指标分析,单接种和混合接种均能提高植株的渗透调节能力和抗氧化能力,降低细胞膜的损伤,但混合接种的效果更佳。     

紫外线辐射与土壤干旱胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质晶体结构及含量的影响

选用紫花苜蓿强抗旱品种敖汉和弱抗旱品种三得利为材料,在紫外线辐射与土壤干旱胁迫下,分析紫花苜蓿叶表皮蜡质含量、晶体结构、叶片水势及紫外线吸光产物等的变化规律。结果表明,敖汉品种叶表皮蜡质含量高于三得利;在紫外线与干旱复合胁迫时敖汉叶表皮蜡质含量和叶片水势均较对照显著增加,而三得利叶水势较对照无显著变化。说明在复合胁迫下,强抗旱品种通过增加叶表皮蜡质的沉积来维持较高的叶水势。复合胁迫和单独紫外线辐射下(0.05 W/m²),紫花苜蓿叶表皮片状蜡质晶体结构发生熔融,扩大了叶表面积的覆盖率,减少角质层蒸腾失水;在0.1 W/m²紫外线辐射下,敖汉叶表皮蜡质晶体结构出现平行于叶表而垂直分布于其他晶体之上的片层结构,提高了紫外线辐射反射率,有效减少强辐射对植株生理的影响。单独土壤干旱处理对紫花苜蓿蜡质晶体结构无显著影响。紫外线辐射对植株紫外线吸光产物含量无显著影响,说明紫花苜蓿叶表皮蜡质晶体结构对紫外线辐射有直接防御作用,这可能部分程度地推迟、替代通过生理代谢途径对紫外线的防御。