干热胁迫下紫花苜蓿Rubisco羧化酶和活化酶活性变化及其基因表达的研究

为探讨核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)活性变化及其基因表达,本研究以云南野生紫花苜蓿(Medicago sativa)和'阿尔冈金'紫花苜蓿为材料,测定其在干旱和高温条件下植株叶片Rubisco和RCA酶活性,并采用RT-qPCR分析Rub...     

不同生育期干旱对紫花苜蓿生长和根系ABA含量的影响

为了探索紫花苜蓿(Medicago sativa L.)对干旱胁迫的响应机制,本研究通过温室栽培试验探索了3个品种紫花苜蓿在不同生育期对干旱胁迫的形态和生理响应。结果表明:紫花苜蓿在不同生育期对干旱胁迫的响应比较一致,但是不同品种间存在差异。综合紫花苜蓿的3个生育期,‘敖汉’和‘中苜1号’紫花苜蓿的地上生物量受干旱胁迫影响较大,对干旱胁迫响应迅速;‘三得利’的地上生物量对轻度干旱胁迫无明显响应,对中度或重度干旱有一定的响应。‘敖汉’和‘中苜1号’紫花苜蓿的根冠比对干旱胁迫的响应比‘三得利’要灵敏,‘敖汉’苜蓿根冠比增加最显著;花期3个品种紫花苜蓿的根冠比以及根冠比增加幅度均为3个生育期中最大。在3个生育期干旱胁迫下‘敖汉’和‘中苜1号’根系ABA含量均呈升高趋势;分枝期干旱胁迫下‘三得利’根系ABA含量也呈升高趋势,但在花期和结荚期其根系ABA含量对干旱胁迫的响应滞后。     

高温胁迫下‘德钦’紫花苜蓿内源激素的变化

为探析‘德钦’紫花苜蓿(Medicago sativa L.‘Deqin’)特异耐热性的原因,本试验以高秋眠级耐热型‘赛迪10’和低秋眠级热敏型‘阿尔冈金’为对照,比较35℃/30℃(昼温/夜温)高温胁迫下‘德钦’叶片IAA,CTK,GA_3和ABA 4种内源激素的变化。结果表明,具有增强植物耐热性的ABA在‘赛迪10’中含量最高并且在高温胁迫初期急剧增加,耐热性与ABA作用相反的GA_3在‘赛迪10’中始终维持较低的水平。‘德钦’的ABA和GA_3变化趋势与‘赛迪10’相似,其ABA在高温胁迫第7d小幅增加(4.16%),也能维持相对较高的水平,但GA_3累计增加量小于‘阿尔冈金’。延缓叶片衰老的IAA和CTK在‘德钦’中的含量高,累计变化率分别为74.23%和21.6%,显著高于‘阿尔冈金’和‘赛迪10’。‘德钦’特异性耐热的原因可能与其响应高温胁迫相对较早和高水平ABA有关,且IAA和CTK含量较高,GA_3含量和累计增加量较低。     

根灌外源褪黑素对干旱胁迫下紫花苜蓿生理特性的影响研究

为探究褪黑素对干旱胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)生长的影响,本研究以‘中苜3号’紫花苜蓿为试验材料,设置正常供水和干旱2个水分梯度,采用盆栽试验根灌不同浓度褪黑素,分析不同条件下幼苗表型、生理生化指标的变化。结果表明：90μmol·L^-1褪黑素处理能够显著提高紫花苜蓿幼苗株高、茎粗、相对含水量、相对叶绿素含量,此外,90μmol·L^-1褪黑素处理显著增加干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗叶片抗氧化酶活性及酶合成相关基因表达水平,并降低脯氨酸、可溶性糖含量及丙二醛、相对电导率、过氧化氢含量。综上所述,褪黑素提高干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗抗氧化酶生物合成基因表达水平,增强抗氧化酶活性,清除过量活性氧,缓解膜损伤,提高幼苗抗旱性。     

高温胁迫下紫花苜蓿品种胞质蛋白质变化的比较

为探明高温胁迫对不同品种紫花苜蓿胞质蛋白质的影响,以35/30℃(白天/夜间)为高温,25/20℃(白天/夜间)为对照,以光化学效率为高温胁迫耐受力的指标,比较阿尔冈金(Algonguin)、赛迪10(Sardi 10)和德钦(Deqin)3个紫花苜蓿品种胞质蛋白质的变化.结果表明:高温胁迫下,阿尔冈金的光化学效率Fv/Fm下降最快,赛迪10下降最慢;阿尔冈金是热敏型,赛迪10是耐热型,德钦的耐热性中等.在胁迫第28d,赛迪10的胞质蛋白质含量显著下降,而德钦和阿尔冈金的胞质蛋白质含量下降发生在胁迫第21d.3个品种的55kDa和32kDa胞质蛋白质在高温胁迫下均发生降解,阿尔冈金降解最为严重.3个品种在高温胁迫下表达25kDa、22kDa和18kDa胞质蛋白质的程度不同,其中25kDa和22kDa在赛迪10中表达量较其他两个品种大.此外,德钦紫花苜蓿在高温胁迫下具有特异的20kDa胞质蛋白质表达.     

高温胁迫下紫花苜蓿多胺含量与耐热性的关系

我国缺乏适宜在南方高温地区生长的优质紫花苜蓿(Medicago sativa)品种,研究紫花苜蓿耐热性具有重要意义。多胺与植物逆境胁迫响应密切相关。本试验以高秋眠级紫花苜蓿品种‘赛迪10’、低秋眠级紫花苜蓿品种‘阿尔冈金’和适应云南干热河谷的‘德钦’紫花苜蓿为研究材料,研究腐胺、亚精胺、精胺含量在胁迫温度35℃/30℃(白天/夜晚)条件下105天内的变化,分析多胺与紫花苜蓿耐热性之间的关系。结果表明,紫花苜蓿的腐胺和精胺含量在高温胁迫下先升后降,期间低秋眠级品种的腐胺和精胺含量较高,高秋眠级品种的精胺含量开始下降的时间比低秋眠级品种早大约21天;紫花苜蓿的亚精胺含量在高温胁迫下变化有所不同,高秋眠级品种的亚精胺含量会有所增加,而低秋眠级品种则显著下降,累计增长率分别为16.81%和-26.21%。‘德钦’紫花苜蓿与‘阿尔冈金’同为低秋眠级紫花苜蓿品种,但在高温胁迫下其多胺含量的变化却与高秋眠级品种‘赛迪10’一致。高温胁迫下德钦紫花苜蓿的耐热性可能与较高的亚精胺含量和较低的腐胺和精胺含量有关,是其能在干热河谷生存的原因之一。     

低温干旱复合胁迫对8个紫花苜蓿品种形态和生理特征的影响

紫花苜蓿种植中普遍遭受低温和干旱胁迫，是亟需重视的问题。本研究选择8个代表性的紫花苜蓿品种作为试验材料，采用盆栽方式模拟低温和土壤干旱环境，通过测定株高、叶绿素、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)等形态生理指标，来研究低温干旱复合胁迫对紫花苜蓿的影响。结果显示，与对照组相比，低温干旱处理后各品种紫花苜蓿的形态指标如株高、叶长、叶宽等以及叶绿素含量、氮含量、POD、CAT等生理指标均呈下降趋势。隶属函数综合评价与株高、叶绿素含量和氮含量均呈显著相关关系，表明这三个指标是评价苜蓿抗低温干旱复合胁迫的重要参数。基于隶属函数值综合指数对紫花苜蓿品种在低温干旱环境下的抗逆性进行评价，表现较好的品种为‘东苜2号’及‘北极熊’。     

44个紫花苜蓿品种的酸铝适应性与耐受性评价

为了解紫花苜蓿在贵州地区的适应性及耐酸铝胁迫机理，以44份紫花苜蓿品种为研究对象，研究紫花苜蓿处于酸铝胁迫下的生理变化，并揭示其生理变化与耐酸铝胁迫间的关系。利用基因与环境互作模型对两个地点1年的紫花苜蓿进行产量分析，筛选出阿尔冈金、新疆大叶苜蓿、Trifecta、Vernal和中牧1号苜蓿5个耐酸铝强适应品种。利用敏感型UC-1465和耐受型阿尔冈金进行酸铝胁迫试验。结果表明：相同处理下，耐受型紫花苜蓿的电导率、相对铝含量、死亡率显著低于敏感型；紫花苜蓿对酸铝胁迫的响应主要通过柠檬酸、苹果酸、乙酸、酒石酸、反丁烯二酸和草酸的显著（P<0.05）增加来体现，其中苹果酸的合成和分泌增多可能是其耐酸铝胁迫的重要原因。     

4个紫花苜蓿品种对低温胁迫的生理响应及抗寒性评价

本研究选取 ‘肇东’、‘龙牧801’、‘东农1号’、‘敖汉’ 4种紫花苜蓿 (Medicago sativa) 作为研究对象,进行低温胁迫试验,通过对生理生化指标和叶片解剖结构的观测分析,综合比较了4种紫花苜蓿的抗寒性。结果表明：低温胁迫下,4种紫花苜蓿相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、过氧化物酶和...     

一氧化氮对干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗次生代谢产物的影响

本研究以盆栽紫花苜蓿为试验材料，在聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱的条件下，分别以硝普钠、c-PTIO(carboxy-PTIO)为NO供体和清除剂进行叶面喷施，通过研究紫花苜蓿幼苗叶片、根系中次生代谢产物及关键代谢酶活性的变化，探讨干旱胁迫对次生代谢产物的影响及NO介导下紫花苜蓿耐旱机制的响应。结果表明，干旱胁迫使紫花苜蓿叶片及根系中总酚、类黄酮、木质素和花青素的含量呈先升高后降低的变化趋势，同时增强了苯丙氨酸解氨酶（PAL）和多酚氧化酶（PPO）活性。外源NO的施加则会促进这种趋势的进行，使总酚含量提高33.08%，在胁迫后期仍使酚类物质保持较高的代谢水平，改善胁迫所导致的损伤状况。而NO抑制剂c-PTIO则会不同程度地抑制紫花苜蓿幼苗中酚类物质的合成及其代谢关键酶的活性。因此，外源NO的喷施使紫花苜蓿中次生代谢物的积累与抗氧化酶活性维持在一个高于仅干旱胁迫的水平，更大限度地降低干旱对紫花苜蓿造成的危害，提高对干旱的耐受性。本研究进一步扩充了紫花苜蓿抗旱手段的工具箱，对紫花苜蓿的抗旱具有重要的意义。     

苜蓿抗寒性与根系抗氧化酶活性相关性分析

为探究不同苜蓿材料的抗寒性与低温胁迫下苜蓿根颈抗氧化酶活性变化的关系,本研究在科尔沁沙地种植黄花苜蓿(Medicago falcata L.)和4个紫花苜蓿(Medicago sativa L.)品种,越冬前挖取越冬器官并进行-10℃,-15℃,-20℃,-25℃,—30℃低温胁迫处理,以低温(4℃)贮藏为对照,测定苜...     

外源氯化钙对‘龙牧807’苜蓿幼苗干旱缓解效应分析

为探讨外源氯化钙对干旱胁迫下苜蓿（Medicago Sativa L.）幼苗生理生化指标的影响,本研究对20%聚乙二醇（Polyethylene glycol,PEG）模拟干旱胁迫下的苜蓿幼苗分别施加5,10,15,20 mmol·L^-1外源氯化钙,分析外源氯化钙对干旱胁迫下苜蓿幼苗叶片的渗透调节物质、叶绿素、细胞膜透性以及抗氧化酶活性的影响,并利用隶属函数法综合评价最佳外源氯化钙缓解浓度。研究结果表明：未施加外源氯化钙时,随着PEG胁迫浓度（10%,15%,20%,25%）的增加,苜蓿叶片的可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量均呈先升后降的趋势,丙二醛含量和相对电导率逐渐增加,叶绿素含量逐渐降低,过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性均呈先升后降的趋势;综合分析显示,20% PEG胁迫浓度可以有效模拟苜蓿幼苗对干旱胁迫的反应;苜蓿幼苗在20% PEG胁迫下施加10 mmol·L^-1 CaCl₂后,幼苗叶片的可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、叶绿素含量,过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性最高分别增加了32.40%,31.10%,69.41%,21.39%和6.87%,相对电导率最低降低了27.37%;20% PEG胁迫下施加15 mmol·L^-1 CaCl₂后,可溶性糖含量最高增加了14.17%,丙二醛含量最低降低了36.36%;超氧化物歧化酶活性在20% PEG胁迫下施加5 mmol·L^-1 CaCl₂浓度为最高;隶属函数法综合评价显示,适宜CaCl₂浓度可以缓解干旱对苜蓿幼苗造成的伤害,本试验中以浓度为10 mmol·L^-1 CaCl₂缓解效果最佳。     

外源甜菜碱对低温胁迫下紫花苜蓿幼苗生理特性的影响

本研究以‘甘农5号’紫花苜蓿（Medicago sativa L ‘Gannong No.5’）品种为实验材料,设置两种施加方式（叶施、根施）和六个外源甜菜碱浓度（0,10,20,30,40和50 mmol·L^-1）处理苜蓿幼苗,在低温（4℃）胁迫7 d后测定其生长和相关生理指标,探究外源甜菜碱缓解苜蓿低温胁迫的生理机制。结果表明,叶施和根施外源甜菜碱均能够有效缓解低温胁迫下苜蓿幼苗苗长、根长、地上及地下生物量和叶绿素含量的降低,增加可溶性糖和游离脯氨酸的含量,减少叶片相对膜透性和丙二醛含量的升高,显著提高抗氧化酶活性以及非酶抗氧化物质含量,同时,外源甜菜碱还可以促进低温胁迫下苜蓿幼苗内源甜菜碱的积累和甜菜碱脱氢酶活性,增强渗透调节能力,进而提高苜蓿对低温胁迫的抗性。通过隶属函数分析得出,叶施30 mmol·L^-1和根施40 mmol·L^-1的外源甜菜碱对缓解苜蓿幼苗低温胁迫的效果最佳。     

苜蓿叶片及根系对水分亏缺的生理生化响应

利用PEG-6000模拟研究水分胁迫(ψ_s=-0.2 MPa)48 h,后复水48 h,阿尔冈金和陇东苜蓿(Medicago sativa L.)品种幼苗根系与叶片的渗透调节作用及抗氧化酶活性的变化。结果表明:叶片的渗透调节能力及抗氧化酶活性均强于根系;受到水分胁迫后,叶片与根系水势、渗透势及饱和渗透势明显下降并随着时间的延长而逐渐降低;但抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性显著增强并随着胁迫的延续而保持高活性;细胞膜相对透性在胁迫中后期逐渐增大,MDA开始累积;叶片脯氨酸、可溶性糖、K⁺和可溶性蛋白含量随着胁迫时间的延长亦逐渐累积,根系可溶性糖含量逐渐显著升高,脯氨酸含量没有明显变化,而可溶性蛋白和K⁺含量呈现下降趋势;复水后产生一定的恢复补偿效应,但叶片生理代谢未能恢复到正常水平;陇东与阿尔冈金苜蓿抗氧化酶活性间存在差异,且二者对水分胁迫的适应能力亦略有差别。     

全基因组水平紫花苜蓿TCP基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下表达模式分析

紫花苜蓿是世界最重要的豆科牧草之一，干旱是影响其产量和地理分布的关键瓶颈。在紫花苜蓿响应干旱胁迫过程中，转录因子发挥着重要的调控作用。TCP（teosinte branchesd 1/cycloidea/pro-liferating cell factors）为植物特有的转录因子，在植物生长、发育、响应逆境胁迫中都具有重要的生物学功能。截至目前，该基因家族在紫花苜蓿中的分布以及响应干旱胁迫的生物学功能仍未见报道。因此，为进一步挖掘紫花苜蓿中响应干旱胁迫功能基因，本研究利用生物信息学方法在全基因组水平对TCP基因家族进行了鉴定，并对其系统进化、基因结构、染色体定位、共线性分析以及干旱胁迫下的表达模式进行了分析。结果表明，紫花苜蓿基因组中共鉴定出40个MsTCP基因，不均匀地分布于20条染色体上，其中包括17对旁系同源基因对，且都是基因片段复制事件。系统发育和保守结构域分析发现，MsTCP基因可以分为2个大分支和3个亚家族（PCF， CIN与CYC/TB1），同一分支中的成员具有相同氨基酸数目的TCP结构域，同亚家族中的成员具有相似的保守基序与基因结构。此外，通过分析紫花苜蓿响应干旱转录组数据共鉴定出4个可能与紫花苜蓿响应干旱胁迫有关的MsTCP基因（MsTCP23，MsTCP27，MsTCP29，MsTCP33）。qRT-PCR结果进一步表明PEG模拟干旱胁迫处理后，这4个基因的表达量在根和叶中均显著上调，进一步确定了这些基因的确响应紫花苜蓿干旱胁迫。该研究为后期深入解析紫花苜蓿响应干旱胁迫理论以及通过基因工程技术创制高抗旱紫花苜蓿新种质奠定基础。     

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。     

紫花苜蓿bZIP转录因子MsbZIP1的克隆、表达特性和遗传转化分析

bZIP（Basic leucine zipper）是植物中一类非常重要的转录因子,参与植物从生长发育到抗性调控的多个生物学过程。为了了解紫花苜蓿（Medicago sativa）中bZIP转录因子的特性,解析紫花苜蓿MsbZIP1基因的生物学功能,从而阐述MsbZIP1基因响应紫花苜蓿抗逆调控机制,本研究利用RACE技术从紫花苜蓿中获得1个MsbZIP1基因的全长cDNA,该序列全长1 176 bp,编码361个氨基酸,预测分子量为42.3 kD,等电点为6.5。分析发现,该蛋白含有bZIP家族典型的BRLZ碱性结构域和亮氨酸拉链,属于bZIP家族蛋白。进化树分析表明,该蛋白属于bZIP转录因子C亚族,与拟南芥（Arabidopsis thaliana）的AtbZIP63具有很高的同源性,推测可能具有与该类蛋白相似的功能。qRT-PCR分析表明,MsbZIP1基因对干旱、高盐、高温、低温,以及脱落酸（Abscisic acid,ABA）和生长素（Auxin,IAA）处理都有不同程度的响应,推测该基因可能参与调控紫花苜蓿多种非生物胁迫。本试验通过构建表达载体PCAMBIA3301-MsbZIP1,以农杆菌介导的花序浸染法转化拟南芥,经后代筛选、扩繁和分子检测,得到7株超表达的转基因拟南芥。本研究第一次分离了紫花苜蓿C亚族bZIP转录因子,初步确定紫花苜蓿MsbZIP1基因响应多种逆境胁迫的反应,并获得了阳性转基因材料,并为进一步探索该类转录因子在紫花苜蓿抗逆性调控中的作用奠定了基础。     

苗期紫花苜蓿对干旱胁迫的适应机制

紫花苜蓿(Medicago sativa)(以下简称苜蓿)是重要的豆科牧草,在世界分布广泛。本研究以强抗旱性(陇东苜蓿Medicago sativa L.cv.L ongdo ng)、中抗旱性(公农1号Medicago sativ a L.cv.Gongnong No.1)及弱抗旱性(BL-02-329)3种紫花苜蓿为试验材料进行抗旱机制的研究,主要结果如下:1.对干旱胁迫下3种苜蓿叶片活性氧清除机制的研究结果表明,干旱胁迫会造成苜蓿叶片活性氧产生速率增大、丙二醛含量增多、细胞膜透性增大。与抗旱性弱的相比,抗旱性强的苜蓿叶片活性氧产生速率低,丙二醛含量积累少,细胞膜受到的破坏较轻。