不同耐旱性紫花苜蓿干旱胁迫下生理响应和转录调控的差异研究

苜蓿是最重要的豆科牧草,常被种植在干旱/半干旱地区。为研究不同耐旱性紫花苜蓿应对干旱胁迫的调控机制,本研究以中科1号紫花苜蓿(Medicagosativa‘Zhongke1’)为试验材料,以三得利紫花苜蓿(M.sativa‘Sanditi’)为对照,采用自然干旱法进行处理,比较干旱胁迫对其生长性状、光合作用、叶绿素含量、叶片相对含水量、渗透调节物质和抗氧化酶活性等指标的影响,并使用转录组测序分析2个品种响应干旱基因的差异。结果表明,干旱胁迫显著降低了2个紫花苜蓿品种的株高、地上地下生物量、叶片相对含水量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量;与三得利相比,干旱胁迫下中科1号紫花苜蓿丙二醛含量和电导率更低,渗透调节物质积累和活性氧清除能力更强。中科1号和三得利分别有5308个和8053个响应干旱的基因; GO功能注释分析发现,中科1号的346个干旱响应基因被显著富集在6个GO类别,而三得利的1683个干旱响应基因被显著富集在29个GO类别;此外,我们还筛选到19个在中科1号中表达量显著高于三得利的抗旱关键基因。本研究发现紫花苜蓿可能通过上调抗旱基因SUS、P5CS、...     

干旱胁迫下枇杷叶片的转录组分析

分析干旱胁迫下枇杷叶片的转录组,挖掘功能基因并对其差异表达基因进行筛选和分析,为枇杷抗旱提供理论依据。利用新一代高通量测序技术测序,对测序结果进行de novo拼接、功能注释和ORF预测,将差异表达基因在COG、GO和KEGG数据库中进行比对注释。测序结果表明,获得转录本共88 530个,平均长度为740.64 bp,ORF41 748条。COG、GO和KEGG数据库将转录本分别划分为24,54个功能类别及291条代谢通路中。25 197个差异表达的基因在30条代谢通路中显著富集,与酶活性、激素合成代谢和信号转导等相关的差异基因积极响应枇杷干旱,其中双萜类、油菜素类固醇和类胡萝卜素3条生物合成途径中的差异基因呈现出较为一致的表达。采用实时荧光定量(qRT-RCR)对选取的差异基因进行验证,其中过氧化物酶、蛋白激酶byr2、丝氨酸苏氨酸蛋白激酶、脱落酸8'-羟化酶、吲哚-3-乙酰乙酸合酶相关基因上调表达,细胞色素P450 734A1基因下调表达。为枇杷提供了较为全面的基因信息和代谢途径数据,为干旱胁迫下枇杷分子调控机制的深入研究奠定了基础。     

燕麦对碱胁迫的阳离子响应机制

以耐碱性燕麦品种Vao-9和碱敏感性品种白燕5号为试验材料,采用盆栽法,用25、50、75、100 mmol L^-1碱浓度(Na₂CO₃和NaHCO₃按摩尔比1∶1混合)进行短期(14 d)和长期(28 d)胁迫处理,观测两品种根、茎、叶中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺吸收及分配特点,并从离子平衡吸收与分配角度,探讨燕麦对碱胁迫的生理适应机制。胁迫处理14 d后,燕麦体内Na⁺增加,K⁺下降,Ca²⁺和Mg²⁺变化不大,且两品种间各器官中4种离子的分配比例差异不显著。胁迫处理28 d后,两品种各器官中Na⁺增幅较大,K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺降幅较大。Vao-9植株体内Na⁺、Ca²⁺含量大于白燕5号,但K⁺、Mg²⁺含量与白燕5号无显著差异,但两品种间各器官中4种离子的分配特点不同;当胁迫浓度达到100 mmol L^-1时,与白燕5号相比,Vao-9叶片中少分配5.9个百分点Na⁺,多分配13.5个百分点K⁺、28.9Ca²⁺、10.9Mg²⁺,茎中多分配5.4个百分点Na⁺,少分配9.8个百分点K⁺,根中少分配28.9个百分点Ca²⁺、10.9Mg²⁺,因而Vao-9叶片中Na⁺ /K⁺、Na⁺ /Ca²⁺、Na⁺ /Mg²⁺值较白燕5号低。可见,燕麦通过提高阳离子选择吸收及器官分配能力以适应碱胁迫。     

火龙果响应盐旱胁迫转录组分析

盐旱胁迫是植物生长过程中的常见威胁,且两种逆境经常同时出现,对植物生长和发育造成极大伤害。生理学研究认为盐旱逆境都会导致细胞渗透压改变,造成膜损伤等,产生的表型及生理变化相似,但是针对盐旱胁迫在基因表达调控层面差异的研究还很少。本研究分别使用PEG-6000及NaCl处理7日龄火龙果(Hylocereus spp.)幼苗,通过转录组测序及生物信息分析研究盐旱胁迫下基因表达变化,发现两种逆境胁迫下部分基因的表达模式是相似的,存在共有的调控通路和信号,但是也发现有些基因响应方式在两种胁迫下完全相反,大部分差异表达基因完全不同,说明火龙果应对盐旱胁迫的基因表达调控存在不同和相似之处。本研究筛选出大量同时响应两种胁迫的基因,可为未来选育具广谱抗性的火龙果品种提供理论依据。     

不同品种糜子幼苗根系对干旱胁迫的生物学响应

采用盆栽的方法,以6个糜子品种(农-021;农-034;农-092;品-011;品-029;品-076)作为试验材料,研究了干旱胁迫下不同品种糜子根系的形态学与生理学特征。结果表明:干旱胁迫下糜子的株高、叶面积、地上重、根重、总根长、根活力及根系SOD活性均明显降低,不同品种间的变化趋势相似,但变化幅度明显不同。中度干旱胁迫下,上述指标最小的下降幅度分别为13.39%、18.33%、8.11%、9.99%、20.92%、10.18%、32.83%;而最大的下降幅度分别为22.67%、38.22%、24.15%、28.87%、41.07%、28.89%、44.97%。同一含水量条件下不同供试品种间根系的形态与生理学特征及同一糜子品种在不同供水条件下的根系形态与生理学特征均存在着明显的差异,表明这两种性状的差异是由基因型和环境因素共同决定的。根重、总根长、根活力、Pro含量及根系SOD活性变化在材料间存在显著差异,在一定程度上反映了糜子品种的抗旱性强弱,可作为糜子苗期鉴定抗逆性强弱筛选的生理指标。在供试的6个品种中,农-021对干旱环境的适应性最强。     

硅对严重干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响

研究了硅对严重干旱胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响。结果表明:黄瓜幼苗在严重干旱胁迫6 d后,Fo升高,Fm,Fv,Fv/Fm,Fv/Fo及NPQ均下降,施硅使各荧光参数均呈现相反的变化趋势。说明土壤施硅可缓解严重干旱胁迫对黄瓜幼苗光合机构的损伤与破坏,提高抗旱性能。     

烯效唑浸种对干旱胁迫下大麻叶片的转录组调控分析

为了从转录组水平分析烯效唑缓解干旱胁迫的分子机制,以大麻品种‘汉麻2号’为材料,试验共设清水浸种的正常供水(CK),清水浸种的干旱处理(D),烯效唑浸种的干旱处理(SD) 3个处理,干旱胁迫处理4 d,利用RNA-Seq技术对叶片进行转录组测序分析并探讨半乳糖代谢、植物激素信号转导和氮代谢通路及相关基因。结果表明,CK vs D与D vs SD比较发现,全部差异表达基因有2 423个,其中不同处理共有差异表达基因1 109个。通过GO富集分析表明,两个比较中有1 402和1 144个差异表达基因在生物学过程、细胞组分和分子功能均有分布,且分类结果相似。差异基因GO主要富集在蛋白质折叠、氧化还原过程、胞浆、叶绿体包膜、水解酶活性、氧化还原酶活性等功能。KEGG富集结果表明,差异基因KEGG主要富集在半乳糖代谢、苯丙酸生物合成、植物激素信号转导、氮代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、氨基酸的生物合成等代谢途径。本研究主要分析了半乳糖代谢、植物激素信号转导和氮代谢途径,其中半乳糖代谢中UDP糖焦磷酸化酶基因,UDP葡萄糖4-差向异构酶基因,棉子糖合酶基因,水苏糖合酶基因,β-呋喃果糖苷酶基因等,植物激素信号转导中生长素响应蛋白,脱落酸受体,蛋白磷酸酶,脱落酸不敏感蛋白等,氮代谢中高亲和性硝酸盐转运蛋白,谷氨酸脱氢酶基因,谷氨酰胺合成酶基因和碳酸酐酶基因在烯效唑处理下表达水平发生变化。本研究为深入了解烯效唑处理对大麻响应干旱胁迫的分子调控机制、关键基因克隆以及功能验证等提供研究基础和理论依据。     

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。     

不同施肥水平下黍子根系对干旱胁迫的反应

不同施肥水平下黍子根系对干旱胁迫的生物学响应研究表明，无论施肥与否，拔节期或抽穗期干旱胁迫均会使黍子根重、根长、根活力、次生根数、根系SOD活性及株高与地上部干重明显降低，MDA含量明显增高；水分胁迫解除后，黍子根系增长迅速，表现出明显的补偿效应和根系对水分反应敏感的特点，但干旱造成的不利影响在后期未能完全补偿。抽穗期干旱胁迫对黍子的影响大于拔节期，这是由于拔节期胁迫后恢复水分供应，根系有较长的时间与空间进行补偿的结果。通过施肥改善土壤肥力，可以肥促根、以肥调水、提高土壤水分利用效率和增加产量，在一定程度上缓解干旱胁迫的影响。     

5个柱花草品种苗期对干旱胁迫的响应

以5个柱花草推广品种为研究材料,在幼苗期进行干旱处理,观测其株高、地下生物产量、根冠比等形态指标,比较分析叶片的水分状况、细胞膜透性等生理指标。结果表明:西卡柱花草苗期对干旱胁迫的响应最小,抗旱性最高;热研20号柱花草抗旱性能最差,其他3个品种次之。本研究对为筛选柱花草优良抗旱品种和指导实际生产具有重要意义。     

干旱胁迫和复水处理后梭梭转录因子的转录组分析

为了探明梭梭应对干旱胁迫和水分刺激的分子调控机理,利用高通量测序技术对正常浇水(对照,CK)、干旱胁迫组(轻度干旱胁迫组,LWS;中度干旱胁迫组,MWS;重度干旱胁迫组,SWS)和复水组(RSWS)梭梭的转录组和转录因子表达谱进行分析。结果表明:数据经de novo拼接共获得74 641条非冗余Unigene,N50长度1 537 bp,对转录组数据比对、注释后共检测到56个转录因子家族、1 307个转录因子编码基因。与对照组相比,干旱胁迫组和复水组中的差异表达基因均以下调表达方式为主,其中,AP2-EREBP、MYB、bHLH、WRKY、NAC、ABI3VP1家族基因在各胁迫组中均表达且表达数较多。复水组中偏向通过增加AP2-EREBP、WRKY和NAC家族上调编码基因数量来实现梭梭幼苗对水分刺激的应答调节;而干旱组更偏向下调AP2-EREBP和bHLH的编码基因数量来实现幼苗对干旱胁迫的响应。干旱组和复水组测序结果的表达量(FPKM)与用荧光定量PCR法得到的基因表达量之间的相关性分别为0.947 8(P<0.01),0.967 2(P<0.01),结果证实了2种处理产...     

干旱胁迫对冬小麦根系生长及营养代谢的影响

研究了不同程度土壤持续干旱对冬小麦根系生长及营养代谢的影响。结果表明,干旱胁迫使小麦次生根发育迟缓,数量减少,根系发硬,根尖萎缩,拔节至扬花阶段对发根潜能的影响最大。根系干物质积累量减少,峰值延后;根系中氮、磷积累量下降,分配比例在生殖胁迫有较多的氮、磷损失;根系中的含量下降,Ｃ／Ｎ失调。维持根系对氮、磷良好吸收、分配、运转和Ｃ／Ｎ协调的土壤含水量不能低于６０％。     

亚麻幼苗对干旱胁迫的生理响应

分别用不同浓度的PEG-6000模拟干旱胁迫的方法处理亚麻幼苗,测定了叶片质膜相对透性、可溶性蛋白质含量、游离脯氨酸含量以及保护酶SOD、POD活性的变化。结果表明,随着胁迫时间的延长和胁迫强度的增加,质膜相对透性呈现不断上升的趋势,可溶性蛋白含量先升后降,脯氨酸出现了大量积累的现象。两种保护酶的活性变化不同,5%、10%PEG处理的SOD活性在胁迫初期大幅度升高之后不断下降,15%处理呈缓慢上升趋势。POD活性大体上呈现先降后升的变化,其中15%处理的POD活性变化波动较大。从本实验可以看出,亚麻幼苗对干旱胁迫具有一定的适应性。     

洋桔梗(Eustoma grandiflorum)干旱胁迫转录组初步分析

洋桔梗(Eustoma grandiflorum)是一种原产于北美的重要观赏植物。到目前为止,关于洋桔梗的基础分子研究报道相对较少,特别是响应干旱胁迫的分子机制相关研究。本试验利用转录组二代测序技术对干旱胁迫下的洋桔梗幼苗进行了研究。结果表明,该转录组测序数据具有良好的质量控制结果。为了在此基础上获得基因信息,利用Trinity和Corset等软件将序列进行了拼接,共得到102 014条非冗余基因,其中包含2 929条编码基因,经分析发现分属于79个转录因子家族。对所有基因进行注释,发现比对相似度最高的物种是中果咖啡。最后,对基因序列进行简单序列重复(simple sequence repeat, SSR)分析,获得了所有非冗余基因以及转录因子编码基因所包含的SSR信息。本研究结果可为后续针对洋桔梗响应干旱胁迫的相关研究提供候选分子资源。     

干旱胁迫对春大豆根系保护酶活性的影响

大豆是需水较多的作物,明确阶段性干旱对大豆根系主要生理特性的影响,对于进行更好的水分管理具有重要的理论和实践意义。试验于2013年5月-10月以春大豆为材料,采用盆栽方法,测定V3期、R4期和R5期干旱条件下根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,进行统计分析。结果表明,在干旱胁迫条件下大豆根系保护酶活性显著增加,其中SOD、CAT活性中度干旱处理重度干旱处理适宜水分处理,POD活性重度干旱处理中度干旱处理适宜水分处理,其差异均达到显著水平;重度干旱处理SOD(除R5期外)、POD、CAT活性黑农57显著大于绥农26,适宜水分条件下品种间没有明显差异。     

燕麦对盐碱胁迫的响应机制及缓解措施研究进展

土壤盐碱化的日益严峻,直接制约着农牧业的健康发展,培育耐盐碱作物或饲草是解决这一矛盾的有效途径。燕麦是重要的粮饲兼用作物,具有一定的耐盐碱性。研究燕麦的耐盐碱机制,对开发和有效利用盐碱地有重要的现实意义。文章从种子萌发、光合特性、抗氧化酶系统、渗透调节物质、离子吸收分布和分子机制等角度综述了燕麦对盐碱胁迫的响应机制,并概述了目前缓解燕麦盐碱胁迫的可行措施,展望了未来的研究趋势。     

干旱胁迫下磷营养对不同作物苗期根系导水率的影响

通过控制灌水量（正常供水、中度及重度干旱胁迫）的盆栽试验，采用压力室法测定了玉米、小麦和大麦苗期的根系导水率变化,研究了在磷素控制下，旱后复水过程中根系导水率恢复能力。结果表明,不同水分状况下，根系的导水率无磷处理明显小于有磷处理，且随干旱程度的加重，下降加剧；复水过程中，前者的恢复能力显著弱于后者，     

甜菜幼苗光合生理对干旱胁迫的响应

干旱胁迫是抑制甜菜生长发育和影响产量的重要非生物因素。以耐旱型甜菜种质依安一号（V1）和干旱敏感型种质92011/1-6/1（V2）为试验材料,探讨不同耐旱品种甜菜幼苗光合生理对干旱胁迫的响应。研究了干旱胁迫对甜菜幼苗生长发育、总叶绿素含量和表观光合指标的影响。结果表明,干旱胁迫下2种甜菜幼苗的茎粗、根长、株高、叶鲜重、根鲜重、叶干重和根干重均呈下降趋势,V1下降幅度不明显且各指标降低幅度均小于V2;干旱胁迫降低了2种甜菜幼苗的叶绿素含量,叶绿素含量在第7天降到最低,且V1的含量明显高于V2;干旱胁迫使甜菜幼苗的净光合速率、蒸腾速率、叶片气孔导度和胞间CO₂浓度显著下降,V1受到的影响比V2要小。不同耐旱性甜菜品种对干旱胁迫的响应机制存在一定差异,可以进一步分析其抗旱能力,为甜菜的育种、抗逆栽培和稳产提供理论依据。