向日葵3个谷胱甘肽-S-转移酶GST基因的克隆及表达模式分析

从向日葵转录组测序结果中获得了3个对盐胁迫有响应的谷胱甘肽-S-转移酶（GST,EC2.5.1.18）GST基因,构建了系统进化树并进行分析,得知这3个基因属于Tau型GST,并将它们命名为HaGSTU26（HanXRQChr04g0127901）、HaGSTU8（HanXRQChr06g0177581）、HaGSTU27（HanXRQChr10g0316331）,然后以向日葵Sk02R为试验材料,克隆这3个基因,并进行了不同组织和不同胁迫条件下的表达分析。序列分析表明：HaGSTU26基因组为1674bp,CDS（编码蛋白序列）长666bp,编码221个氨基酸,由2个外显子和1个内含子组成;HaGSTU8基因组为2271bp,CDS长654bp,编码217个氨基酸,由2个外显子和1个内含子组成; HaGSTU27基因组为663bp,CDS长663bp,编码220个氨基酸,由1个外显子组成。实时荧光定量PCR分析表明：向日葵HaGSTU26、HaGSTU8、HaGSTU27基因在不同组织（根、幼叶、成熟叶、茎、幼茎、苞叶）中表达量不同,其中,HaGSTU26基因和HaGSTU27基因在根中表达量最高,而HaGSTU8基因在苞叶中表达量最高,但这3个基因均在成熟茎中的表达量最低。在不同胁迫条件下,测定这3个基因在向日葵幼苗中的表达量,结果表明在盐及ABA胁迫下,基因表达量均随着处理时间的增加而呈现先增加后下降的趋势。其中,在盐胁迫下,HaGSTU26基因在12 h后相对表达量最高,HaGSTU8及HaGSTU27基因表达量在3h后相对表达量最高。在ABA胁迫后,HaGSTU26及HaGSTU27基因表达量在12 h后相对表达量最高,HaGSTU8在24 h后相对表达量最高。在冷胁迫下,HaGSTU26和HaGSTU27基因上调表达,它们分别在3、24 h后相对表达量最高,HaGSTU8基因下调表达,其相对表达量随处理时间的延长呈现逐渐减少的趋势。在热胁迫条件下,这3个基因的相对表达量随着胁迫时间的延长而增加,均在24 h后表达量最高。以上结果说明这3个基因对不同非生物胁迫（盐、ABA、冷、热胁迫）均有响应。     

耐旱根瘤菌对干旱胁迫下拉巴豆植株生长的影响

为探明耐旱根瘤菌对干旱胁迫下拉巴豆（Dolichos lablab L.）植株生长的影响,以拉巴豆耐旱根瘤菌Rhizobium radiobacter Y-1（Y-1）、Rhizobium radiobacter 4-4（4-4）和Rhizobium radiobacter 37-1（37-1）作为供试菌株,润高拉巴豆种子经表面灭菌并催芽后接种菌液(以等量无菌水为对照),以砂-石屑基质(塑料盆上部为石英砂,下部为石漠岩屑)进行沙培盆栽实验。通过控制无菌水添加量来模拟重度石漠化生境下的轻度、中度及重度干旱胁迫,并测定各处理幼苗生长和生理相关指标。结果表明：干旱胁迫下接种耐旱根瘤菌Y-1和37-1能显著促进拉巴豆幼苗的生长,处理30 d后,菌液处理幼苗的生长和生理指标均优于对照;重度干旱胁迫(30%田间持水量（θ_f）)下,Y-1菌液处理的株高、叶面积、根长、根鲜重及根体积较对照分别增加50.25%、73.17%、72.41%,136.00%和289.47%（P＜0.05）,原初光能转化效率F/F_m和可溶性蛋白含量分别提升42.09%和108.57%,而叶片MDA含量仅为对照的60.66%(P<0.05);轻度至中度干旱胁迫（45%~60%θ_f）下,37-1菌液处理的幼苗根长为对照的39.93%~47.99%,而MDA含量仅为对照的72.14%~90.92%。拉巴豆种子接种耐旱根瘤菌Y-1和37-1能促进幼苗株高、叶面积、根鲜重和根体积的增加,提升叶片可溶性蛋白含量及叶片原初光能转化效率,减轻叶片损伤并提高根系活力,表明接种耐旱根瘤菌可促进拉巴豆在干旱胁迫下的生长,提升幼苗的抗旱能力。     

外源5-ALA对干旱胁迫下玉米幼苗生长的缓解效应及抗氧化酶基因表达的影响

以抗旱玉米自交系郑58和干旱敏感自交系TS141为材料,研究了5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）对15% PEG-6000模拟干旱胁迫下玉米幼苗生长的缓解效应及抗氧化酶基因表达的影响。结果表明：与对照相比,郑58及TS141在干旱胁迫下幼苗的苗长、鲜重、干重明显降低,郑58分别下降18.49%、29.06%和20.00%,TS141分别下降25.66%、23.97%和13.64%;叶片丙二醛（MDA）及过氧化氢（H₂O₂）含量明显增高,MDA含量分别提高了164.58%、263.53%,H₂O₂分别提高了134.95%、203.83%;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化酶（APX）活性增加,郑58分别提高了65.61%、29.48%、68.49%、141.51%,TS141分别提高了63.01%、48.00%、85.68%、204.29%;叶绿素含量降低,分别降低33.46%、 42.26%;光合参数P_n、G_s、T_r下降,郑58的P_n、G_s、T_r分别下降48.78%、45.31%、52.39%,TS141的P_n、G_s、T_r分别下降57.66%、57.46%、65.14%;抗氧化酶基因SOD3、POD3、CAT1相对表达量提高,郑58分别提高54.58%、34.12%、69.70%,TS141分别提高54.95%、21.36%、59.34%。喷施25 mg·L^-1的5-ALA能明显缓解干旱胁迫对玉米幼苗造成的损伤,与PEG处理相比,玉米自交系郑58和 TS141的幼苗苗长、鲜重、干重明显增加,苗长分别增加了13.31%和11.21%,幼苗鲜重分别增加了22.29%和18.23%,幼苗干重分别增加了16.67%和10.53%;叶片中MDA含量分别降低了17.85%、25.39%,H₂O₂含量分别降低了23.26%、19.15%;SOD、POD、CAT和APX活性进一步增加,郑58分别增加16.49%、18.15%、36.98%和28.13%（P＜0.05）,TS141分别增加16.65%、16.54%、28.49%和26.76%（P＜0.05）;叶绿素含量和光合参数P_n、G_s、T_r增加,叶绿素含量分别增加18.29%、19.87%;光合参数P_n分别增加35.87%、42.12%,G_s分别增加36.63%、36.81%,T_r分别增加37.67%、67.88%;玉米幼苗叶片中抗氧化酶基因SOD3、POD3、CAT1相对表达量较干旱胁迫处理都有进一步提高,郑58分别提高20.99%、32.18%和23.51%,TS141分别提高25.97%、23.16%和40.94%。     

甜荞FeHSP83基因的克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

为了探究甜荞FeHSP83基因在干旱和盐胁迫下的表达模式，本研究采用‘西农9976’为试验材料，通过15% PEG 6000溶液和0.1% NaCl溶液对荞麦幼苗进行胁迫处理。通过RT-PCR的方法，鉴定获得FeHSP83，该基因开放阅读框2 100 bp，编码704个氨基酸，预测其相对分子质量为80.97 kDa，理论等电点为4.96，具有较强亲水性。同源性分析结果显示，该基因与藜麦、甜菜亲缘关系较近，同源性达到97.06%。采用qRT-PCR的方法，对干旱和盐胁迫下FeHSP83基因在叶和根中的表达水平进行分析。结果显示，在干旱胁迫条件下，FeHSP83在甜荞根部的表达量持续上升，到48 h达到最大值，增加范围为1.03~10.20；叶的表达量呈先升后降的趋势；而在盐胁迫条件下，FeHSP83在植株叶部的响应较为明显，增加范围为1.07~6.24，在12 h时表达量达到最高；根部的表达量在3 h时迅速升高，随后缓慢下降。结果表明，FeHSP83基因在干旱和盐胁迫条件下能够快速响应胁迫，且在根和叶不同器官中的表达存在差异。预测FeHSP83基因在甜荞抗旱中起到一定作用。     

马铃薯StTCP7基因在干旱和盐胁迫下的表达分析

为了探究马铃薯（Solanum tuberosum L.）TCP7基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,以耐旱品种‘Desiree’和干旱敏感品种‘Atlantic’为材料,通过自然干旱和200 mmol·L^-1 NaCl溶液对盆栽苗进行胁迫处理。采用PCR法克隆得到StTCP7基因,CDS区长741 bp,启动子区含有响应干旱诱导的作用元件,蛋白序列与窄刀薯TCP7相似度最高,同源性为98.2%,共编码1个含246个氨基酸的蛋白质;该蛋白含有1个TCP保守结构域,属于碱性蛋白,定位于细胞核上。利用qRT-PCR方法,对干旱和盐胁迫下StTCP7基因在‘Desiree’和‘Atlantic’中的表达量进行分析发现,StTCP7基因表达存在器官差异和品种间差异,在‘Desiree’中的表达量表现为根（1.02）>茎（0.33）>叶（0.29）,在‘Atlantic’中的表达量为叶（4.62）>茎（3.72）>根（1.00）。干旱胁迫下,StTCP7基因在‘Desiree’根和叶中的表达量随干旱胁迫程度的增加呈先上升后下降趋势,W3（土壤含水量为35%~45%）时达到峰值,其表达量分别为对照组的1.27倍和1.87倍;该基因在‘Atlantic’根部的表达量呈先上升后下降的趋势,W3（35%~45%）时达到峰值,其表达量为对照组的1.39倍,叶中表达量呈持续上升趋势,W4（15%~25%）时达到峰值,其表达量为对照组的2.52倍。盐处理下,随胁迫时间的增加,StTCP7基因在‘Desiree’根部的表达量呈先上升后下降的趋势,处理6 h时达到最高,为对照组的2.16倍;叶中表达量呈先上升后下降的趋势,处理3 h时达到最高,为对照组的4.54倍;该基因在‘Atlantic’根部的表达量呈现先上升后下降的趋势,胁迫3 h时达到最高,为对照组的2.12倍,叶中表达量呈上升趋势,在48 h时达到峰值,其表达量为对照组的4.04倍。综上所述,马铃薯StTCP7基因响应干旱与盐胁迫,且在根和叶不同器官中的表达存在差异,可为StTCP7基因在马铃薯非生物逆境响应中的功能研究提供基础。     

干旱胁迫下辣椒幼苗光合与荧光参数测定的最佳叶片

为明确干旱胁迫下不同叶位光合、荧光特性的变化规律,进而选择出典型叶片来准确测量干旱条件下植株光合、荧光参数,以实现干旱条件下植株光合能力的快速评价。研究通过盆栽试验对不同干旱处理下（充分供水（CK）：75%~85%田间持水量;中度胁迫（MS）：65%~75%田间持水量;重度胁迫（SS）:55%~65%田间持水量）辣椒幼苗不同叶位叶片的光合、荧光特性进行比较分析。结果表明：充分供水时,随叶位的增加,气体交换参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率)、叶绿素含量、叶面积、叶绿素荧光参数(光化学淬灭系数、光系统Ⅱ最大光化学量子产量)均呈先增大后减小的趋势,在第3叶位达到最大值;在干旱条件时,各叶位的参数随水分胁迫程度的增加在1~3叶位逐渐减小,4~6叶位先增加后减小,并在第4叶位达到最大值(C_i、F₀、F_v/F_m、NPQ除外);水分胁迫对辣椒叶片光合作用影响较大,MS与SS处理,第3叶位的P_n分别较CK下降14.05%和55.91%,第4叶位的P_n MS处理较CK增加25.20%,SS处理较CK降低15.42%;第3、4叶位是对辣椒幼苗生长具有主要贡献的叶片,但在水分胁迫条件下,第3叶位光合参数、叶面积、叶绿素含量及叶绿素荧光参数的变异系数较第4叶位更大,尤其对于C_i、Chlb、F₀,在光合参数、叶绿素参数及叶绿素荧光参数中变幅最大,其第3叶位的变异系数分别较第4叶位增大了133.33%,180.00%及200.00%。第3叶位对于水分胁迫更加敏感,因此,在干旱胁迫实验中,宜选用第3叶位测量辣椒幼苗光合、荧光参数。     

糜子叶片表皮蜡质的组分及晶体结构分析

在植物的生长发育中,植物表皮蜡质能够保护植物免受外来生物和非生物胁迫的侵害。本研究选取榆黍1号、雁黍7号、陇糜8号、晋黍9号和宁糜10号5个糜子品种材料,利用气相色谱(GC)技术对不同品种及不同生长发育时期糜子叶片的表皮蜡质成分进行分析从而了解糜子叶片表皮蜡质的组成,并对不同品种糜子蜡质晶体结构进行扫描电镜观察。结果表明,不同糜子品种叶片表皮蜡质含量不同,高蜡品种榆黍1号蜡质总含量是低蜡品种宁糜10号的1.4倍。不同糜子品种蜡质组成成分相同,均以碳链长度分布范围为C₂₂-C₃₅的烷烃、初级醇、萜类物质等20种化合物为主。初级醇是糜子叶片表皮蜡质的主要组成成分,占蜡质总含量的67.46%;其中C₃₂醇含量最高,占初级醇含量的82.73%。糜子不同生长发育时期蜡质组成比较相似,均含有初级醇、烷烃及萜类物质;且蜡质总量随生长发育时间的延长不断增加。扫描电镜观察表明,叶片表皮蜡质晶体结构为片状和少量球状。     

盐胁迫下己唑醇铜配合物对小麦幼苗脯氨酸合成的影响

以己唑醇为配体与醋酸铜配合获得元素组成异化的己唑醇铜配合物。配合物对小麦种子浸种处理,待萌发生长至幼苗阶段将其进行NaCl胁迫处理,通过对幼苗脯氨酸含量以及脯氨酸合成酶基因P5CS、P5CR表达变化的测定,评价己唑醇铜配合物对植物抗盐能力的影响。结果表明：小麦幼苗脯氨酸含量随着盐浓度的增大及胁迫时间的延长而增加,200 mmol·L^-1 NaCl胁迫下,配合物处理后脯氨酸含量最高,达55.44 μg·g^-1,相比己唑醇和醋酸铜处理分别增加13.68%和58.45%;而100 mmol·L^-1 NaCl处理6 h,己唑醇铜配合物处理小麦幼苗的脯氨酸合成增幅最大,P5CS、P5CR表达量明显增加,在一定程度上缓解了小麦幼苗的渗透胁迫伤害。     

盐胁迫对向日葵幼苗生长及生理特性的影响

以银叶向日葵ARG1807（Wt）为供试材料,陕葵2号的保持系（HA）和恢复系（HL）为对照材料,利用250 mmol·L^-1 NaCl溶液进行盐胁迫处理7 d,分析供试材料与对照材料盐胁迫前后的形态变化以及叶片中的叶绿素、脯氨酸、丙二醛含量及SOD活性等生理指标差异,探究银叶向日葵耐盐的形态和生理基础。结果表明：（1）Wt的株高、叶面积增量以及根、茎、叶生物量分别比未进行NaCl胁迫处理植株（对照,CK）减少24.53%、38.21%、2.59%、5.50%、3.42%,其变化幅度小于HA和HL。(2) 在盐胁迫处理下,各向日葵品种的胞间二氧化碳浓度（Ci）均显著下降,而气孔限制值（Ls）显著上升,说明HA、HL与Wt净光合速率降低主要是由于气孔因素。（3）在盐胁迫下,3个向日葵品种叶片的脯氨酸含量（Pro）、丙二醛含量（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性以及过氧化氢酶活性（CAT）均发生了显著变化,其中,Wt的脯氨酸含量、SOD活性、POD活性以及CAT活性分别比CK增加279.94%、65.09%、211.11%和55.91%,高于HA 和HL,而MDA含量比CK增加231.10%,低于HA。（4）随着时间的推移,3个向日葵品种叶片失水速率均显著上升,其中,Wt的失水速率一直低于HA、HL。在失水150 min时,HA失水速率最高,达84%,Wt叶片失水最慢,失水速率为69%,说明Wt在保水能力方面具有显著优势。（5）观察向日葵叶片表型发现：Wt的叶片表皮毛长度长,密度明显多于HA和HL,推测这可能是Wt保水性强于HA和HL的原因。分析表明：在盐逆境下,形态指标和生理指标,均为银叶向日葵表现最佳,优势突出,表明其在盐逆境下具有更强的适应能力。     

干旱胁迫对藜麦幼苗生长和叶绿素 荧光特性的影响

以甘肃省农业科学院自育品种陇藜1号（L-1）、2号（L-2）、3号（L-3）和4号（L-4）及外引品种白藜（BL）幼苗为试验材料,采用盆栽人工控水法,共设置轻度干旱胁迫（LD,土壤含水量为田间持水量的50%~60%）、中度干旱胁迫（MD,土壤含水量为田间持水量的30%~40%）和重度干旱胁迫（SD,土壤含水量为田间持水量的10%~20%）3个水分梯度,以正常浇水为对照（CK,土壤含水量为田间持水量的70%~80%）,干旱胁迫15 d后,通过测定幼苗株高、根长、生物量及叶片叶绿素含量、初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在活性（Fv/Fo）及非光化学猝灭系数（NPQ）,研究干旱胁迫对藜麦幼苗生长和叶绿素荧光特性的影响。结果表明：（1）随干旱胁迫程度的加剧,参试藜麦品种幼苗株高、地上部分鲜重和地上部分干重呈逐渐降低的变化趋势,SD处理下,各供试品种株高分别降低了30.64%、28.36%、32.67%、37.88%和38.09%,地上部分鲜重分别下降了63.60%、6073%、59.74%、55.92%和61.74%,地上部分干重分别下降了62.96%、52.63%、29.41%、35.71%和60.00%;（2）5个藜麦品种幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及叶绿素a/b随着干旱胁迫程度的加剧而呈现先升高后降低的趋势,SD处理下,品种L-2、L-3和L-4叶绿素a分别比CK降低了28.48%、33.66%和17.99%,叶绿素b分别比CK降低了47.80%、45.08%和13.90%,总叶绿素含量分别比CK降低了33.22%、36.20%和15.99%;（3）随干旱胁迫程度的加剧,各供试藜麦品种Fo、Fm、Fv/Fm和Fv/Fo均呈下降趋势,SD处理下,各供试品种Fo分别较CK下降了30.61%、14.56%、31.28%、24.39%、24.16%,Fm下降了19.11%、16.56%、16.76%、17.67%、22.19%,Fv/Fm分别下降了5.73%、4.29%、7.81%、4.58%和3.85%,Fv/Fo分别下降了19.40%、14.93%、24.02%、11.34%和12.11%;（4）5个供试品种叶片NPQ随干旱胁迫程度的加剧呈升高趋势,SD处理下,各供试品种NPQ较CK升高了74.79%、161.54%、104.55%、200.00%和196.00%。综上所述说明中度和重度干旱胁迫下,植物细胞失水,叶绿体遭到破坏,光合作用降低,叶绿素合成受到抑制,光合产物减少,从而抑制幼苗生长,地上部分生物量下降。在幼苗生长和叶绿素荧光特性等方面,藜麦品种L-2表现优于其他品种,表明其在干旱胁迫下较其他供试品种具有更强的适应能力。     

基于转录组测序解析干旱胁迫对祁连山黄参基因表达的调控

以栽培2个月的黄参为试材,设置对照（土壤相对含水量70%~80%）和适度干旱胁迫（土壤相对含水量55%~60%）处理,利用高通量转录组测序BGISEQ-500平台,对测序结果进行基因功能注释、差异表达基因(DEGs, differentially expressed genes)筛选。结果表明：(1)获得的68193条Unigene中,分别有34230(50.20%)、34170(50.11%）、31727(46.53%)、27701(40.62%)、27092(39.73%)和22793(33.42%)个Unigene分别被分配到NCBI非冗余蛋白(NR)、eggNOG(基因的进化谱系, Evolutionary genealogy of genes: Non\|supervised Orthologous Groups)、基因本体(Gene ontology,GO)、Pfam (Protein family)、SwissProt (Reviewed protein sequence database)和KEGG (Kyoto encyelopedia of genes and genomes)六大功能数据库。(2)DEGs分析显示,黄参块状根和叶中分别有10674个和13402个DEGs;GO富集结果表明,根和叶中的DEGs功能部位中的分布基本一致,主要富集在生物过程、DNA的复制和翻译调控、氧化还原过程、蛋白质磷酸化、防御响应等;KEGG富集分析表明,根中DEGs显著富集在苯丙烷类生物合成、半乳糖代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢、植物-病原菌相互作用、植物激素信号转导等途径,叶中DEGs则主要富集在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷类生物合成、戊糖、葡萄糖醛酸转换、植物激素信号转导等途径,说明淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢、苯丙烷类生物合成途径、植物激素信号转导途径在黄参应对干旱胁迫中起重要作用。干旱胁迫影响黄参不同器官中差异基因的表达,为解析黄参耐受干旱的生物学途径、黄参药效成分的生物合成和分子机制提供了理论依据。     

不同基因型大麦苗期对干旱胁迫的响应及HvPIPs基因表达特征分析

为研究不同基因型大麦苗期对干旱胁迫的响应,挖掘优质抗旱的大麦种质资源,以4份不同基因型大麦(2个高抗品种ZDM5430和ZDM5458,2个干旱敏感型品种7DCADA和IL-12)为材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱条件,综合分析不同品种大麦的苗期抗旱性差异;并通过对不同品种根系进行PIPs实时定量分析,研究水通道蛋白AQPs基因与干旱胁迫之间的应答关系。结果表明,持续干旱胁迫会使大麦生长变缓,各处理苗长、根长、叶含水量和根含水量都呈下降趋势,其中,4个品种的大麦叶含水量在干旱胁迫14 d时下降最为显著,与对照相比,其降幅分别为29.14%、52.64%、21.67%和72.15%。干旱胁迫对大麦苗期干物质积累量和根冠比的影响较小,各处理间差异不显著;但持续干旱后,抗旱品种ZDM5430的根冠比呈上升趋势,在胁迫7、14、21 d时较CK分别增加了4.92%、42.86%和21.05%。随着胁迫时间的延长,大麦旗叶叶绿素含量和根系活力也呈下降趋势,其中ZDM5430和ZDM5458较对照组降幅较小,说明抗旱品种的形态指标、叶绿素含量及根系活力受干旱胁迫的影响较小。通过PIP...     

壳寡糖对干旱胁迫下信前胡生长及叶片生理特性的影响

以信前胡盆栽幼苗作为研究材料,通过测定信前胡的株高、叶面积、生物量、含水量、根冠比和叶片抗旱相关的生理指标,研究了5、10、15 mg·L^-1和2 mg·L^-1的壳寡糖(Chitooligosaccharide,COS)溶液处理对干旱胁迫下信前胡生长和叶片生理特性的影响。结果表明,不同浓度壳寡糖对干旱胁迫下信前胡生长均有不同程度的促进作用,且随壳寡糖浓度的增加,各生长指标均表现出先增后降的趋势,均有一定的最适浓度。与单纯干旱处理相比,5、10、15 mg·L^-1和20 mg·L^-1壳寡糖处理信前胡的单株叶片数分别提高了32.5%、50.8%、29.3%和6.3%,均达到了显著水平（P<0.05）;10 mg·L^-1和15 mg·L^-1壳寡糖处理信前胡的单株平均叶面积分别提高了27.3%和20.8%,均达到了显著水平（P<0.05）;5、10、15 mg·L^-1壳寡糖处理信前胡的株高分别显著提高了17.4%、31.7%和19.6%。10 mg·L^-1壳寡糖处理信前胡叶片的脯氨酸含量较单纯干旱处理显著提高了11.8%,10 mg·L^-1壳寡糖处理信前胡叶片的H₂O₂含量和MDA含量均较单纯干旱处理显著降低（降幅分别为46.9%和14.4%）。因此,10 mg·L^-1壳寡糖处理可显著缓解信前胡苗期的干旱胁迫（P<0.05）。     

Investigations on the role of cuticular wax in resistance to powdery mildew in grapevine

Cuticular wax on the plant epidermis inhibits or enhances prepenetration events of powdery mildew (Erysiphe necator Schwein). We examined the role of cuticular leaf and berry waxes as a resistance mechanism in four grapevine genotypes (Italia?×?Mercan-174, Gürcü, Isabella, Özer Karas?) resistant to powdery mildew after natural infection and inoculation. To understand cuticular wax properties, we determined the amount of wax and antifungal effects of thin layer chromatography (TLC) fractions from cuticular leaf and berry waxes, then assessed the chemical composition of fractions with different antifungal activities using gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). Susceptible genotypes Cabernet Sauvignon and Italia were used for comparison. Resistant and sensitive genotypes did not differ significantly in the total amount of wax on leaves and berries; however, 27 fatty acids, 26 alkanes, 6 terpenes, 4 indole derivatives and 4 ketones, and 3 amides, 3 phenols and 3 steroids were detected in fractions with high antifungal activity (≥75% inhibition of germination) in leaf and/or berry cuticular waxes of resistant genotypes only. These compounds may be evaluated as markers for powdery mildew resistance during genotype selection in a grapevine breeding program.     

Tolerance to paraquat-mediated oxidative and environmental stresses in squash (Cucurbita spp.) leaves of various ages

Paraquat is labeled for row-middle application on cucurbits, but drift to crop foliage is inevitable. Experiments were conducted to determine whether differential tolerance to paraquat existed among leaves of various ages in Cucurbita spp. (squash) and other plants, and to examine whether leaves tolerant to paraquat are also tolerant to other herbicides and abiotic stresses. Physiological responses to paraquat, including antioxidant activity, were investigated in squash leaves to identify mechanisms of paraquat tolerance. Although the level of paraquat tolerance differed by leaf age, cultivar, and species, the level of paraquat injury was lower in younger leaves than in older leaves in 14 of 18 squash cultivars and 5 of 12 other species tested. Cellular leakage and lipid peroxidation were consistently lower in the youngest leaf (leaf 4) than in the older leaves. Quantum yield and relative chlorophyll content were the same in all leaves of nontreated plants. Epicuticular wax content was higher in the youngest leaf than in leaves 1, 2, and 3 of cv. ‘Joongangaehobak’ and ‘Wonbiaehobak’. However, leaf cuticle content was not consistent with leaf ages. Differential leaf response to paraquat was partially correlated with the change in catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase (APX), and glutathione reductase activities in nontreated and treated leaves. The APX activity in the youngest leaf was generally 2 times higher than in leaves 1-3 in both nontreated and treated plants. Ascorbate antioxidant levels were also higher in the youngest leaf than those in leaves 1-3. Leaves tolerant to paraquat were also tolerant to diquat and to abiotic stresses, low temperature and drought. However, tolerance to oxyfluorfen, which has a different mode of action than paraquat and diquat, was higher in older than in younger leaves. Higher tolerance to paraquat-mediated oxidative and abiotic stresses in young leaves of most squash cultivars might contribute to the differential prevention of oxidative damage in leaves of various ages.     

Mobilities of organic compounds in reconstituted cuticular wax of barley leaves: Determination of diffusion coefficients

Isolated cuticular wax, obtained from barley leaves, was mixed with ¹⁴Clabelled organic chemicals including aromatic pesticides and long-chain linear alkanes, alcohols and acids. These mixtures were reconstituted from the melt and labelled chemicals were desorbed from the wax by immersing the wax samples in aqueous phospholipid suspensions. Diffusion coefficients (D) of radiolabelled test compounds in the wax were derived from desorption kinetics. Diffusion coefficients ranged from 10^?17 to 10^?22 m² s^?1 and decreased rapidly with increasing molar volumes of solutes. However, size selectivity of D was much more pronounced with the linear, long-chain molecules than with the aromatic compounds. It is argued that the two different groups of chemicals (compounds occurring naturally in cuticular waxes vs pesticide molecules) were trapped in different fractions of wax during crystallization from the melt. The normal long-chain aliphatic compounds appear to be incorporated into the crystalline fraction of the wax, while the cyclic pesticide molecules are confined to the solid amorphous regions. Our data indicate that constituents of cuticular waxes are not immobile. In fact, relatively small linear aliphatic molecules have mobilities that do not differ too much from those of cyclic pesticides. However, the pronounced size selectivity of diffusivities of long-chain aliphatic compounds causes a rapid decrease in D with increasing chain length. The value of D of hexadecanoic acid was 3.81 × 10^?18 m² s^?1 while that of dotriacontane was only 4.07 × 10^?22 m² s^?1. Thus, increasing the carbon number by a factor of two resulted in a decrease in mobility by almost four orders of magnitude. Diffusivities of selected pesticide molecules in reconstituted wax were compared with permeances measured using intact barley leaves and were found to be in satisfactory agreement.     

小麦脱水素wzy1-2基因的遗传转化及干旱胁迫下不同生育期表达水平

根据同源分析,在脱水素wzy1-2基因序列中选择298bp的cDNA序列作为干扰片段,将其插入高效植物干扰表达载体pTCK303的多克隆位点,成功构建含反向重复序列的RNA干扰表达载体。采用基因枪法轰击2512个郑引1号小麦的幼胚愈伤组织,获得再生植株26株,对其T_0代再生植株进行特异引物PCR检测,获得6株阳性植株,阳性转化率为0.24%。对脱水素wzy1-2基因实时定量分析发现,小麦中目的基因表达量显著下降。为进一步了解该基因在小麦整个生长过程中表达模式,选取2个不同抗旱性小麦品种(陕合6号和郑引1号),分别在小麦4个不同生长时期(苗期、分蘖期、拔节期和开花期)进行干旱胁迫处理,分析脱水素wzy1-2基因的表达规律。结果表明,随着干旱程度增加小麦WZY1-2蛋白的表达量升高;苗期小麦WZY1-2蛋白的表达量均高于其它3个生长时期。Western blot分析显示陕合6号和郑引1号的非特异性条带单一,表明小麦脱水素wzy1-2是干旱诱导型基因。