高温胁迫下黄嘌呤脱氢酶基因超表达对水稻幼苗的保护作用

【目的】黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase, XDH)是嘌呤代谢的关键酶。通过分析高温胁迫对OsXDH超表达转基因水稻株系幼苗叶片生理指标的影响,探究XDH缓解水稻高温胁迫的生理机制。【方法】以OsXDH超表达转基因株系(xdh1和xdh5)及受体品种日本晴(WT)为材料,研究了高温胁迫对水稻幼苗叶片叶绿素含量、相对含水量、可溶性蛋白含量、活性氧代谢、抗氧化酶活性、XDH活性及嘌呤代谢产物尿囊素(allantoin)和尿囊酸(allantoate)含量等生理指标的影响。【结果】高温胁迫处理前,超表达株系的叶绿素含量、相对含水量、可溶性蛋白含量、活性氧代谢及抗氧化酶活性等生理指标均与野生型无显著差异;高温胁迫5 d,超表达株系的叶绿素、相对含水量、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性均高于野生型,而过氧化氢(H₂O₂)及丙二醛(MDA)的含量显著低于野生型;适温恢复生长5 d,野生型和超表达株系的叶绿素含量、相对含水量及可溶性蛋白含量均有所提高,超表达株系均高于野生型,H₂O₂ 和MDA的含量降低,超表达株系均低于野生型;受高温诱导超表达株系与野生型中XDH酶活性及尿囊素和尿囊酸的含量均提高,且在整个处理过程中超表达转基因株系均高于野生型。【结论】XDH通过调控酰脲类物质的合成,补偿自身的抗氧化能力并增强抗氧化酶系统的活性,从而有效提高水稻幼苗对高温胁迫的耐受能力。     

温度胁迫下宝莲灯的生理及光合特性

以两年生宝莲灯苗为试验材料,利用植物培养箱对宝莲灯植株进行温度处理,研究不同温度对宝莲灯叶片生理及光合特性的影响。结果表明：与对照相比,高温胁迫下宝莲灯叶片的相对电导率、过氧化氢酶（CAT）活性及可溶性蛋白、游离脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量随着温度的升高呈不同程度的增加,而叶绿素含量显著减少,过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性呈下降趋势;低温胁迫下相对电导率、Pro、MDA含量随着温度的下降呈上升趋势,可溶性蛋白、叶绿素含量、过氧化氢酶（CAT）活性下降趋势不明显,POD、SOD活性显著降低;随着温度的升高或降低,宝莲灯叶片的光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、水分利用率（WUE）均呈下降趋势,而胞间CO₂浓度（C_i）呈先降低后升高;蒸腾速率（T_r）却随着温度的下降而降低。高温胁迫引起的相对电导率、MDA含量的变化幅度明显小于低温胁迫,而POD、SOD活性高于低温胁迫。说明高、低温胁迫均抑制了宝莲灯的光合作用,宝莲灯对低温胁迫相对较敏感。研究结果对宝莲灯的栽培管理具有指导意义。     

低温胁迫下不同浓度ABA对4个油棕新品种幼苗生理特性的影响

探讨低温胁迫下不同品种油棕幼苗ABA合成酶基因NCED3表达特性及不同浓度ABA对其幼苗生长和生理的影响,为提高不同品种油棕幼苗抗寒能力提供理论依据。以油棕新品种Ni、C×N、B×E、D×N为材料,对其进行低温胁迫处理（15、10、5 ℃,5 d）,利用实时荧光定量PCR（qPCR）检测4种油棕幼苗的NCED3基因表达特性;然后,10 ℃低温胁迫下对4种油棕幼苗外施不同浓度ABA（50~300 μmol/L ABA）,测定其可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）及过氧化物酶（POD）活性等生理指标。结果表明,低温胁迫可触发4种油棕幼苗ABA合成酶基因NCED3的过量表达,外施50~300 μmol/L ABA均降低幼苗质膜透性和SOD酶活性,抑制MDA和H₂O₂含量上升,缓解低温胁迫引起的膜脂过氧化,提高可溶性蛋白、可溶性糖含量和POD活性,进而提高油棕幼苗抗寒性。4个品种中,B×E材料的耐寒能力较强。     

寒地冬小麦TaEXPB12同源基因在拟南芥中的遗传转化及功能分析

扩展蛋白（Expansin）是一类具有非水解活性的细胞壁松弛蛋白,参与调控植物的生长发育和胁迫抗性。为探究寒地冬小麦扩展蛋白基因TaEXPB12-A/B/D的功能,本研究将克隆自高抗寒冬小麦品种东农冬麦2号的TaEXPB12-A/B/D三个基因转化到拟南芥中,利用抗性筛选、PCR和Western-blot鉴定,分别获得了过表达TaEXPB12-A/B/D三个基因的转基因拟南芥植株。进一步对转基因拟南芥的生长情况进行观察,并测定低温胁迫下转基因拟南芥的存活率、体内抗氧化酶活性以及丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖的含量。结果显示,过表达TaEXPB12-A/B/D三个基因可促进拟南芥根的伸长以及根毛和侧根的生长,且转基因拟南芥的叶宽、叶片数目、株高均显著高于野生型;低温处理后转基因拟南芥体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性以及可溶性糖、Pro的含量均维持在较高水平,且MDA的含量较低。以上结果表明,TaEXPB12-A/B/D三个基因的过表达显著促进了转基因拟南芥的生长,并提高了转基因植株在低温胁迫下的存活率。     

秋茄幼苗对盐度-淹水双胁迫的生理适应

采用潮汐自动模拟系统,探讨盐度-淹水交互处理下,秋茄幼苗叶片生理指标（包括超氧化歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）、膜透性、游离脯氨酸、可溶性蛋白）的变化特征。结果表明,盐度-淹水胁迫显著影响秋茄幼苗叶片的生理适应特征（p<0.05）。SOD活性、MDA含量及游离脯氨酸含量随盐度升高呈先升后降趋势,POD及CAT活性随盐度升高而持续降低,膜透性及可溶性蛋白含量随盐度升高而升高,短时淹水环境（2～4 h）的SOD活性、游离脯氨酸含量及可溶性蛋白含量高于长时淹水环境（6～8 h）。盐度胁迫的影响效应大于淹水胁迫,水盐胁迫较单一胁迫对秋茄幼苗的伤害更为严重。     

水杨酸对低温胁迫下大豆幼苗生长抑制的缓解效应

以中豆-31为材料,采用水培方法,研究了不同浓度的水杨酸(SA)对4℃低温胁迫下大豆幼苗生长的影响.结果表明,低温胁迫下,大豆幼苗叶绿素和可溶性蛋白含量、根系活力显著降低,可溶性糖、游离脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性显著提高(P＜0.01);外施SA显著提高了低温胁迫下幼苗叶片的叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖和Pro含量,SOD、POD活性和根系活力,显著降低了膜脂过氧化产物MDA含量(P＜0.01).由此可见,外施SA可以通过提高大豆幼苗可溶性蛋白、可溶性糖、Pro含量以及SOD、POD活性来维持细胞膜的稳定性,降低膜脂过氧化伤害程度,从而缓解低温胁迫对幼苗生长的抑制,并以1.5 mmol· L-1外源SA效果最好.     

干旱胁迫对持绿性甘蔗细茎野生种叶片生理和生物量的影响

以高持绿性甘蔗细茎野生种(云瑞08-254)和低持绿性甘蔗细茎野生种(云瑞09-525)为试验材料,在干旱胁迫和正常浇水两个条件下,研究干旱胁迫对甘蔗叶片生理活性和生物量的影响。结果表明:干旱胁迫下,云瑞08-254的叶片SOD、CAT和MDA含量都明显增加,而云瑞09-525叶片SOD、CAT、POD和MDA含量均明显降低;云瑞08-254的相对电导率增幅显著小于云瑞09-525,云瑞08-254的质膜受损程度相对较小;与云瑞09-525相比,云瑞08-254在干旱胁迫后脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量升高幅度较为明显,且本身即具有较高的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量。在干旱胁迫条件下,持绿性甘蔗细茎野生种能通过产生保护性物质降低对干旱的敏感性,通过调节SOD、CAT和POD活性以及MDA、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量以及持绿生物量的变化,从而减轻干旱的伤害,表现出更好的抗旱性。     

过表达GmXTH1基因大豆对干旱胁迫的生理生化响应

为研究GmXTH基因对干旱胁迫大豆苗期表型和生理生化特征的影响,以转基因受体大豆品种M18、GmXTH1过表达转基因株系OEA1和OEA2、GmXTH1干扰表达转基因株系IEA1和IEA2为试验材料,采用盆栽法,设置3种不同水分处理,对苗期不同转化株系的表型、RWC、SOD活性、POD活性和MDA含量进行测定.结果 表...     

花期高温胁迫下TaERECTA基因对小麦生理特性和光合作用的影响

为研究花期高温胁迫对转TaERECTA基因小麦生理特性和光合作用的影响,在扬花期对转TaERECTA基因小麦进行高温胁迫,测定转基因小麦的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)含量和相对电导率,并于扬花期测定其光合相关参数。结果显示,随着高温胁迫时间的延长,转基因小麦叶片的POD和CAT活性呈明显下降趋势,而SOD活性较稳定,MDA含量和相对电导率增加;与对照株系相比,高温胁迫处理后,转基因小麦株系具有较高的抗氧化酶活性,较低的MDA含量和相对电导率;高温胁迫显著降低了小麦植株的SPAD值,且转基因小麦的光合速率和瞬时水分利用效率均显著大于对照株系。说明TaERECTA基因可以参与调控小麦叶片组织细胞膜的稳定性,改良高温胁迫下小麦的光合能力和水分利用效率。     

低温胁迫对小麦叶片细胞膜脂质过氧化产物及相关酶活性的影响

为了给小麦抗寒性鉴定提供依据，采用室内模拟低温处理小麦133个系的DH群体幼苗，研究了低温胁迫对小麦幼苗叶片脂质过氧化作用的产物及其相关酶活性的影响。结果表明，低温处理后脂质过氧比作用产物丙二醛（MDA）的含量增加；超氧物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的活性在低温胁迫条件下不同株系间存在差异，但并不随MDA的增加而稳定提高，两种酶之间的活性变化无明显的同步性。因此，SOD活性和MDA含量可以作为鉴定小麦抗寒性的生理生化指标。     

低温胁迫下油棕幼苗的某些生理生化特性

观测盆栽油棕幼苗在低温胁迫下的一些生理指标变化.结果表明,随着温度的下降和低温胁迫时间的延长,油棕幼苗叶片相对含水量和可溶性蛋白含量不断下降;可溶性糖含量、脯氨酸含量、束缚水/自由水的比值、SOD、POD、CAT活性先上升而后下降;MDA含量和相对电导率不断增大;油棕幼苗正常生长的临界温度约为10℃,其可忍受低温的温度范围约为4～7℃;抗寒性弱的油棕幼苗品种在4℃下可忍受6 d左右.     

低温和UV-B复合胁迫对小麦幼苗抗氧化酶和渗透调节物质的影响

为揭示UV-B辐射与早春低温复合环境对小麦生理生化的影响,以小麦品种龙麦26为材料,分析了低温、UV-B及二者复合胁迫下小麦幼苗抗氧化酶活性和渗透调节物质含量。结果表明,与对照(正常生长条件)相比,低温下小麦丙二醛(MDA)和可溶性糖含量及过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著升高,过氧化物酶(POD)活性显著降低,原初光能转化效率(F_v/F_m)、脯氨酸含量未发生显著性变化;UV-B处理诱导MDA和脯氨酸含量及POD、PAL活性显著增加,但显著降低F_v/F_m和可溶性糖含量,CAT和SOD活性没有发生显著的变化;低温和UV-B复合处理后SOD和PAL活性显著增加,而F_v/F_m、CAT和POD活性及可溶性糖含量显著下降,MDA和脯氨酸含量却没有显著变化。以上结果说明,小麦幼苗不同代谢生理指标对低温、UV-B及二者复合胁迫响应程度和方式不同。     

孕穗期低温对小麦生理抗寒性的影响

为了解孕穗期小麦的生理抗寒性,以参加黄淮海麦区区试的24个小麦品种(系)为材料,采用盆栽试验,在人工气候室内模拟孕穗期低温胁迫,测定和分析了低温处理后小麦叶片相对电导率、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的变化。结果表明,孕穗期低温胁迫后,小麦叶片相对电导率、MDA含量、可溶性糖含量、SOD活性显著高于对照,POD活性显著低于对照,可溶性蛋白和游离脯氨酸含量的变化在品种(系)间存在差异。从7个性状的相对值来看,相对电导率最高,POD活性最低。通过隶属函数法和极点排序法计算得到的参试小麦平均隶属度值和综合排序值分别为0.17~0.64和1.93~4.02,二者与叶片可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD活性呈显著正相关,与相对电导率和MDA含量呈负相关。根据平均隶属度值和综合排序值,将参试小麦品种(系)抗寒性聚为5类,其中冀麦585和石B05-7388的孕穗期抗寒性最强,山农055843和C-44抗寒性最弱。     

一个水稻铜锌SOD酶基因在应答亚砷酸盐胁迫中的作用

【目的】水稻Os08g44770.1基因编码一个铜锌SOD酶,但其在响应亚砷酸盐[As(Ⅲ)]胁迫中的生物学功能未知。本研究旨在深入揭示由该基因调控水稻砷耐性改变的分子机理并为水稻抗逆育种提供理论参考。【方法】以野生型日本晴(WT)和2个Os08g44770.1过表达转基因株系为试材,通过胁迫处理、生理指标测定和基因表达分析等,系统探究了转基因植株对As(Ⅲ)的耐受性表现,并初步揭示了其调控水稻砷耐性的生理和分子机理。【结果】与WT相比,过表达转基因株系对As(Ⅲ)更加敏感;转基因植株在砷胁迫下的根系相对伸长量、生物量(干质量)、叶绿素含量、根系细胞质膜完整性、叶片抗氧化程度等均显著低于WT;Os08g44770.1在砷处理后的WT和转基因植株叶片中的表达模式略有不同,但均表现为处理24 h时被显著诱导表达。【结论】过度表达Os08g44770.1基因可导致水稻的砷耐受性极显著下降。     

BnPHR1转基因油菜低温抗性机制探究

植物低磷与低温胁迫应答之间存在基因调控及生理生化适应关联性。MYB-CC家族转录因子PHR1是植物低磷应答核心调控因子,但PHR1是否参与植物低温胁迫应答调控及其扮演的功能还不清楚。本文以BnPHR1过量表达转基因油菜为材料,探究BnPHR1在油菜低温胁迫应答中的调控功能。相比野生型油菜,BnPHR1过量表达转基因油菜株系对低温的耐受性明显提高,叶片萎焉程度减轻。电导率和丙二醛含量分析表明转基因油菜细胞膜损伤程度降低。为了进一步探究BnPHR1在低温胁迫中的作用,从野生型（WT）及BnPHR1过量表达转基因油菜转录组数据中挖掘低温胁迫应答相关差异表达基因,探索BnPHR1影响油菜低温抗性的可能机制。转录组数据分析结果显示,在油菜地上部分和根BnPHR1调控的差异基因中,分别有44和49个低温应答相关基因,如BnCOR15B,BnCOR78,BnCBF2等。BnPHR1调控差异基因启动子分析发现26个差异基因启动子中含有P1BS元件,其可能受BnPHR1直接调控。这些结果表明BnPHR1可能通过影响下游低温应答相关基因表达提高转基因油菜应对低温胁迫耐受性。     

冻害胁迫下水处理对茶树抗寒生理指标的影响

为探究水处理对茶树冻害胁迫的效应,以中茶108为材料,在不同水处理条件下,采用人工气候室模拟冬季冻害的发生,测定茶树叶片中多项生理生化指标的变化规律。结果表明,茶树叶片中过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性,脯氨酸、丙二醛、可溶性糖和可溶性蛋白的含量均受低温胁迫诱导,开始降温时,除丙二醛含量下降外,其余均呈上升趋势。“低温—冻害—低温”胁迫过程中,浇水处理的茶树叶片中POD和SOD活性,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均高于不浇水处理,丙二醛含量变化趋势则与之相反,不同处理间差异极显著;CAT活性无显著差异。浇水处理有利于茶树多个抗寒生理指标的改变。     

大豆GmDof2.2 提高转基因烟草对盐胁迫的敏感性

Dof转录因子参与植物对非生物胁迫应答。本研究对大豆GmDof2.2进行克隆及耐盐性功能鉴定。实时荧光定量PCR结果显示GmDof2.2在大豆幼苗中可以响应非生物胁迫,GmDof2.2基因开放阅读框全长867 bp,编码288个氨基酸的蛋白,其分子量31.4 kDa,等电点10.23,蛋白质序列中含有一个保守的Dof结构域。GmDof2.2启动子区含有3种胁迫响应相关的顺式作用元件（ARE、MBS和WUN-motif）和3种激素响应相关顺式作用元件（ABRE、P-box和TCA-element）。将GmDof2.2构建植物表达载体并转化烟草,共获得4株GmDof2.2异源表达的转基因烟草株系（OE1-OE4）,OE1中GmDof2.2的表达量最高,其次为OE2。盐胁迫处理后,转基因烟草萎蔫程度高于野生型烟草,转基因烟草叶片的叶绿素、可溶性糖及脯氨酸含量均显著低于野生型烟草,而丙二醛含量则高于野生型烟草。表明GmDof2.2的异源表达提高了转基因烟草株系对盐胁迫的敏感性。本研究为大豆Dof转录因子抗逆机制研究及应用提供理论依据。     

芒果MiNAC1基因的功能研究

NAC转录因子在植物非生物逆境胁迫应答中发挥重要作用,研究芒果MiNAC1基因的功能为芒果的抗逆性育种提供基因资源。干旱、盐和低温等非生物胁迫严重影响芒果的生长发育。前期研究中,课题组从芒果逆境胁迫转录组中获得了一个MiNAC1基因,表达模式分析发现其与芒果的逆境胁迫应答有关。本研究对芒果MiNAC1基因的功能进行了验证。将芒果MiNAC1基因构建到pBI121-MiNAC1超量表达载体中,并利用农杆菌介导的花序浸染法转化野生型拟南芥,对获得的T3代纯合株系进行表型观察分析和逆境胁迫处理。结果显示,转芒果MiNAC1基因与野生型拟南芥的表型类似,转基因不影响拟南芥的莲座叶数量、抽薹时间、开花时间以及开花时的植株高度。逆境胁迫处理：分别用0、200、300、400 mmol/L甘露醇进行干旱胁迫;用0、100、150、200 mmol/L NaCl进行盐胁迫;4℃低温胁迫处理转基因与对照拟南芥植株。结果显示：随着甘露醇处理浓度的增加,转基因株系与对照组拟南芥的根系生长发育均受到抑制,但转基因株系受到抑制的影响显著小于对照组拟南芥,比如在300 mmol/L甘露醇处理时,转基因株系的根长显著增长,OE9的根长是WT的1.51倍,侧根数量显著增加,OE7的侧根数是WT的5倍,另外根冠比分析显示,转基因植株的根冠比显著高于对照植株,OE2的根冠比是WT的1.53倍。盐胁迫和低温胁迫也取得了类似的结果。以上结果表明转芒果MiNAC1基因可以通过增加转基因植株的根长和侧根数量提高其对干旱胁迫、盐胁迫和低温胁迫的抗性。本研究初步揭示了MiNAC1基因的功能,为深入研究MiNAC1基因参与调控芒果逆境胁迫调控网络奠定基础。     

转Bt基因甘蔗的生理研究

选取3个含有Bt基因甘蔗株系进行光合系统和抗氧化系统的研究.转基因株系的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、蒸腾速率和对照相比没有明显的差异;转基因株系中的SOD、POD、CAT和MDA的变化较小.结果表明:Bt基因的插入导致部分甘蔗的生理指标发生变化,不同的株系生理变化不一致.     

巨尾桉EuGR1基因的克隆及其低温胁迫下的表达特性分析

本研究通过反转录PCR方法克隆了巨尾桉谷胱甘肽还原酶（Glutathione reductase,简称GR）基因,该基因定位于巨尾桉细胞质、长度为1485 bp,在NCBI申请基因注册（GenBank Accession Number KU904639）。构建了pET-EuGR1原核表达载体,酶活检测表明转化菌株GR活性较高。利用实时定量 PCR分析巨尾桉EuGR1的时空表达特性,结果表明：EuGR1的表达量随着巨尾桉叶片的成熟而降低,在幼叶中表达量最大,近根部的叶片表达量最低;在巨尾桉组培苗中,EuGR1在茎中表达量最大,叶中表达量较低,根中表达量最低。通过转基因抗寒巨尾桉温室苗研究EuGR1基因在低温胁迫下的表达模式,发现常温和低温胁迫下耐寒性强的株系其EuGR1的表达量较高（如P40、P41、P52）,耐寒性弱的株系其EuGR1的表达量较低（如P36、F44、F76）,说明巨尾桉EuGR1的表达量与植株的抗寒能力具有相关性。随着低温胁迫时间的延长,EuGR1的表达量在36 h后出现降低趋势,表明EuGR1在桉树耐低温胁迫的前期发挥作用较大。