茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

干旱胁迫对植物体内钙离子含量和分布的影响研究进展

Ca~(2+)是植物体内的第二信使,它广泛参与植物响应各种非生物和生物胁迫的信号传导,在植物生长发育过程中起着非常重要的作用。当植物受到干旱胁迫时,产生的胁迫信号会激活位于细胞质膜上的Ca~(2+)通道,在细胞质中产生特异性的Ca信号,传递到Ca信号的感受蛋白上,从而引起细胞内的一系列生理生化反应,最后对干旱胁迫做出响应。干旱胁迫下,植物体内Ca~(2+)的分布会发生改变,还会影响植物对Ca~(2+)的吸收。综述了Ca~(2+)在植物体内的含量、分布、功能及干旱胁迫对植物体内Ca~(2+)含量和分布的影响,以及Ca~(2+)变化的原因,为国内外研究Ca信号作参考,也为今后研究离子组学奠定基础。     

拟南芥CPK6在钙离子信号转导过程中的生理功能研究

为了研究拟南芥CPK6基因在钙离子信号转导过程中的生理功能,进一步明确植物适应缺钙环境的分子机制,首先对CPK6基因缺失突变体(cpk6)进行纯合鉴定,获得了2种纯合突变体:cpk6-2和cpk6-3。通过分析野生型拟南芥Col-0和cpk6突变体在Ca~(2+)、Fe~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)二价阳离子缺失培养基上的生长表型,结果发现,拟南芥cpk6突变体在缺Ca~(2+)条件下,相对野生型Col-0,表现出生长受抑制的表型。构建含有CPK6启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的转基因材料,通过GUS组织化学染色法,发现CPK6启动子在叶片生长点部位和根上有活性,并且在缺Ca~(2+)条件下,CPK6启动子在叶片中的活性明显增强。通过原子吸收光谱法,发现拟南芥野生型Col-0和cpk6突变体之间,在对照和缺Ca~(2+)条件下,总钙含量没有显著差别,表明CPK6基因不影响植物对钙的吸收和积累。利用组织化学染色法和荧光探针,结果发现,缺Ca~(2+)条件下,cpk6突变体根和叶中H2O2的积累量明显高于Col-0,表明CPK6是介导缺Ca~(2+)诱导植物积累H2O2的负调控因子。     

Ca~(2+)胁迫下白及种子萌发及原球茎发育过程微形态学观察

以白及种子为材料,采用植物组织培养的方法,设置6个Ca~(2+)处理浓度(0、1.65、2.47、3.30、4.12、4.95 g·L~(-1)),研究不同浓度Ca~(2+)胁迫对白及种子萌发及原球茎发育过程的影响。结果表明,无菌播种10 d后,2.47 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下白及种子率先撑破种皮,无菌播种20 d后,3.3 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下的种子叶片长势较优,无菌播种30 d后,2.47 g·L~(-1)和3.3 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下的种子幼叶长势较好;无菌播种15 d后,进行种子萌发率统计,Ca~(2+)浓度为2.47 g·L~(-1)时萌发率最高,其次是0、1.65 g·L~(-1)浓度处理,Ca~(2+)浓度超过2.47 g·L~(-1)会抑制白及种子的萌发;无菌播种30 d后,4.95 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下白及原球茎直径较大。     

植物原生质体融合方法的研究进展

原生质体融合(protoplast fusion)是指通过物理或化学方法使两个细胞的原生质体进行融合,经培养获得具有双亲全部或部分遗传物质后代的方法。应用植物原生质体融合技术,可以克服远缘杂交不亲和的障碍,打破物种之间的生殖隔离,扩大杂交亲本范围,实现基因在物种间的转移和遗传重组,培育新品种和创造新物种。主要就植物原生质体融合的方法进行了阐述。     

外源钙和硫化氢对镉胁迫下平邑甜茶幼苗根系活性氧代谢和线粒体特性的影响

为探究外源硫化氢(Hydrogen sulfide,H_2S)对Cd胁迫下平邑甜茶幼苗根系损伤的影响,及Ca~(2+)在H_2S介导重金属胁迫信号传导中的作用,采用营养液培养法,利用外源Ca~(2+)以及Ca~(2+)螯合剂EGTA、质膜Ca~(2+)通道阻断剂La3+和钙调素拮抗剂CPZ,研究了平邑甜茶幼苗生长、根系细胞死亡、根系活性氧代谢和线粒体特性的变化。结果表明:与单独Cd胁迫处理相比,添加外源Ca~(2+)或H_2S供体硫氢化钠(Na SH)均显著缓解了Cd胁迫对平邑甜茶幼苗生长的抑制,根系细胞死亡数量减少,根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,超氧阴离子产生速率(O2-·)、过氧化氢(H_2O_2)和丙二醛(MDA)含量明显下降,根系线粒体膜透性(MPT)减小,膜电位(Δψm)提高、细胞色素c(Cyt c)含量增加;添加Na SH的同时添加钙离子专一螯合剂EGTA,钙离子通道阻断剂La Cl3或钙调素拮抗剂CPZ抑制了H_2S以上的调节作用。可见,外源Ca~(2+)或H_2S可稳定线粒体功能,增强活性氧清除能力,减轻Cd对平邑甜茶的伤害,并且在这个过程中H_2S缓解Cd胁迫的作用可能依赖于Ca~(2+)。     

镧.铈和钙对马铃薯苗株超微结构的影响

比较研究了La~(3+)、Ce~(3+)和Ca~(2+)对马铃薯菌株的超微结构影响.结果表明,在维持细胞膜的完整性和细胞壁的结构整体上,证实Ca~(2+)为必不可缺少的元素,而La~(3+)或Ce~(3+)则在一定时间范围内有代替Ca~(2+)的作用.     

火龙果果皮色素的降解动力学研究

以火龙果果皮色素为原料,色素吸光值为考察指标,研究色素在不同温度、pH、金属离子、光照及氧气条件下的降解过程。结果表明,火龙果果皮色素在不同温度、pH、金属离子、光照及氧气条件下的降解反应均属于一级反应;不同储存条件下火龙果果皮色素的半衰期计算结果表明,低温、无氧、pH为5~6、Fe~(2+)、Zn~(2+)的环境条件利于色素稳定,光照、氧气、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)会加速色素的降解;火龙果果皮色素热降解动力学模型为t=(lnA_0-lnA_t)/[7.86×10~7×exp(-6 681/T)]。     

赤霉素和钙处理春小麦种子效应的研究

分段研究了GA和Ca~(2+)对种子成苗过程的吸涨、萌发和胚芽伸长3个阶段的影响。在吸涨阶段和萌发阶段,GA具有明显促进种子吸水和加快种子萌发的作用。Ca~(2+)则表现出抑制种子吸水和萌发。GA能够促进胚芽和芽鞘的伸长。Ca~(2+)则明显抑制了胚芽和芽鞘的伸长。GA促进成苗的主要因为它增大了种苗的导水性,从而加快了种苗吸收水分,由此促进了种子萌动、萌发和胚芽伸长。GA与Ca~(2+)混合后,Ca~(2+)抑制了GA对种子吸水、萌发和胚芽生长的促进作用,由此推断,干旱条件下Ca~(2+)对种子成苗的有利作用机理不同于GA。在干旱和半干旱地区,种子萌发和出土过程常常受到干旱的威胁,因此,加快种子萌发和出土对作物产量形成有着十分重要的意义。用植物激素、营养元素和其它化学药剂处理种子已有大量报道。有试验证明,一定浓度的GA有促进多种作物种子萌发和幼苗生长的作用。Ca~(2+)对种子萌发和幼苗生长的作用也有不少研究。我们的试验也证明,中度干旱条件下,GA和Ca~(2+)分别处理种子,确有促进根芽伸长、加快出苗速度和提高出苗率的作用(2)(3),并且提出用GA和Ca~(2+)混合处理种子,有互补作用。上述研究只是证明了GA和Ca~(2+)处理种子的作用效果对GA和Ca~(2+)的作用机理深入探讨不够,并且缺乏对GA和Ca~(2+)在种子吸涨—出土这一连续成苗过程的分段作用效果的研究。因此,本试验基于原有工作,对GA和Ca~(2+)在整个成苗过程各个阶段的作用效果和机制进行了初步探讨。     

Ca~(2+)-CaM系统与甜菜抗丛根病生理特性的关系

为研究信号分子钙在甜菜抗丛根病过程中的作用,用三种从不同位点阻断Ca~(2+)信号途径的抑制剂,即Ca~(2+)螯合剂EGTA(乙二醇双四乙酸)(5 mmol/L)、Ca~(2+)通道阻遏剂LaCl_3(5 mmol/L)和CaM拮抗剂W_7(N-氨乙基-5-氯-1-磺胺酰萘)(0.3 mmol/L),分别处理种植于甜菜丛根病三级病土中的甜菜,测定其抗氧化酶、O_2~-、H_2O_2及可溶性蛋白质的含量,结果表明:EGTA(5 mmol/L)、LaCl_3(5 mmol/L)和W_7(0.3 mmol/L)可降低超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性,增加O_2~-的积累和H_2O_2的含量,降低了可溶性蛋白质的含量.说明Ca~(2+)-CaM系统与甜菜抗丛根病性相关.     

中亚热带典型林分不同层次降水的水质变化特征

为全面调查亚热带森林生态系统各层次降水水质状况,于2013年9月—2014年8月对重庆市缙云山常绿阔叶林大气降雨、林内降雨、地表径流、土壤渗滤液进行了持续1年的水质效应研究。结果表明:缙云山全年大气降雨明显偏酸性(pH 4.75);土壤层和林冠层均能调升降雨的pH值,其中土壤层对pH值的调升幅度最大,其次为森林冠层;森林林冠层对NO_3~-、NO_2~-、Na~+有一定的吸附净化作用,降雨能够淋溶森林林冠层的NH_4~+、SO_4~(2-)、PO_4~(3-)、Mg~(2+)、Ca~(2+)、K~+;另外,枯枝落叶的降解导致构成植物组织的有机物降解为无机物进而促使各离子浓度在地表径流中增加;森林土壤中的官能团以及胶体能够吸附中和渗滤液中的NO_3~-、SO_4~(2-)、NH_4~+、PO_4~(3-)、K~+、Mg~(2+),同时长期处于酸性条件下的土壤层也释放出了部分Na~+、NO_2~-、PO_4~(3-)、Ca~(2+);重金属铅(Pb)、镉(Cd)在该区域大气降雨中的含量较高,经过森林冠层后表现出大幅下降的趋势,说明森林冠层对有害重金属Pb、Cd有较强的拦截净化作用。     

温度、pH及金属离子对大连虾蛄消化酶活性的影响

以大连虾蛄为原料,从肌肉及消化腺中提取消化酶(蛋白酶和淀粉酶),研究其酶学特性。结果表明,大连虾蛄肌肉中蛋白酶最适温度为50℃,最适p H为8,反应激活剂为Mg~(2+)、Ca~(2+)和Mn~(2+),抑制剂为Pb~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Fe~(2+);消化腺中蛋白酶最适温度为40℃,最适p H为6,EDTA对其有抑制作用,反应激活剂为Ca~(2+)和Mn~(2+),抑制剂为Pb~(2+)、Mg~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Fe~(2+);大连虾蛄肌肉中淀粉酶最适温度为30℃,最适p H为7,反应激活剂为Mn~(2+),在浓度为20 mmol/L时,激活作用最大,抑制剂为Pb~(2+)、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)和Fe~(2+);消化腺中淀粉酶最适温度为30℃,最适p H为7,EDTA对消化腺淀粉酶有抑制作用,反应激活剂为Mn~(2+)和高浓度Ca~(2+),抑制剂为Pb~(2+)、Mg~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Fe~(2+)。     

茶树叶片和胚根原生质体的分离及PEG诱导融合

植物原生质体是细胞培养和体细胞融合等细胞水平研究及植物遗传育种的重要材料。本研究用福鼎大白茶茶树的幼嫩叶片及胚根, 分析了原生质体分离过程中的材料、酶解液组成及酶解时间、纯化方法等影响因子, 建立了最佳原生质体分离体系, 为茶树体细胞杂交等细胞水平的研究提供了高效获取大量高活力原生质体的方法。结果表明, 23°C恒温黑暗或遮光培养的茶树实生苗的5周叶龄以内的幼嫩叶片是茶树原生质体分离的最佳材料, 其次是茶树种子萌发后的幼嫩胚根; 而以茶园健康生长的5周叶龄以内的幼嫩叶片为材料时, 只能获得混有大量细胞碎片的少量具有活力的原生质体。以茶树幼嫩叶片为分离材料的酶解液组成为1.5%纤维素酶+0.1%离析酶+0.5%果胶酶+0.4 mol L^-1甘露醇+20 mmol L^-1 MES; 以茶树幼嫩胚根为分离材料的酶解液组成为1.5%纤维素酶+0.3%离析酶+0.5%果胶酶+0.4 mol L^-1甘露醇+20 mmol L^-1 MES。分离茶树幼嫩叶和幼嫩胚根原生质体时, 宜采用低速(分别为55 r min^-1和50 r min^-1)恒温(23°C)摇床振荡酶解培养, 时间分别为7 h和8 h; 最适宜采用15×g的转速, 离心4 min可纯化获得高产量和活力的原生质体。用40% PEG-6000诱导20 min后可使茶树原生质体融合, 融合率达10%。     

蒙古扁桃编码Ca~(2+)结合蛋白基因的系统性鉴定和表达分析

为进一步解析蒙古扁桃抗逆境的遗传机理,采用高通量转录组测序技术,结合生物信息学和基因表达分析,在蒙古扁桃体内鉴定到16个编码Ca~(2+)结合蛋白的全长转录本,包括4个Ca~(2+)ATPase(ECA/ACA),3个具有多个跨膜域的新型Ca~(2+)通道蛋白(ERD),5个Ca~(2+)/H+反向转运蛋白(CAX),2个Ca~(2+)依赖的蛋白激酶(CPK)和2个钙调素蛋白(CAM),它们的结构域同拟南芥同源蛋白基本相同。ERD、CAX、CPK和CAM各有1个基因在蒙古扁桃根和叶中有明显表达,其中的ERD、CPK和CAM类的基因表达在不同程度上受干旱和盐胁迫调节,说明有可能调节蒙古扁桃的抗逆能力。     

胡萝卜汁中色素稳定性分析

通过测定胡萝卜汁中色素吸光度的变化并计算其吸光度残存率,探讨不同光照条件、温度、pH、蔗糖浓度、防腐剂及金属离子对胡萝卜汁中色素稳定性的影响。结果表明:胡萝卜汁中的色素具有极佳的热稳定性与耐糖性;具有一定的光稳定性,但对日光直射较敏感;在偏酸性条件下较为稳定,在对胡萝卜汁进行酸化护色时,最佳pH值为6.0~6.5;苯甲酸钠对胡萝卜汁中的色素有一定的增色作用,山梨酸钾对胡萝卜汁中的色素有一定的破坏作用;Na~+、Al~(3+)、Ca~(2+)对胡萝卜汁中的色素有护色作用,K~+对胡萝卜汁中的色素有增色作用,Fe~(3+)、Fe~(2+)、Cu~(2+)会使胡萝卜汁产生明显变色现象,在胡萝卜汁生产与储藏过程中应尽量避免与Fe~(3+)、Fe~(2+)、Cu~(2+)接触。     

植物钙调素结合蛋白IQD的研究概况

Ca~(2+)信号通路是调节植物生长和响应环境约束必不可少的。钙调素和钙调素样类蛋白质(Ca M/CML)是植物中主要的Ca~(2+)传感器,调控下游众多具有调控特性的靶蛋白的生化活动。IQD(IQ67-domain containing protein)基因家族蛋白质构成了一大类植物特有的CAM/CML结合靶蛋白,其特征是具有67个氨基酸构成的IQ67保守结构域,即IQ67结构域,其共享了以串联方式排列的多个不同的Ca M基序。对拟南芥和番茄基因的研究揭示了IQ蛋白的首要作用是与基础防御反应和植物生长发育有关。本研究总结了植物中IQD蛋白的结构、系统发育分析、亚细胞定位研究以及环境胁迫的应答等生物学功能研究进展,并由此展望了今后的研究进展。     

珍稀濒危植物单性木兰(Kmeria septentrionalis)胁迫条件下的种子发芽特性研究

单性木兰(Kmeria septentrionalis)隶属于木兰(Magnoliaceae)科单性木兰(Kmeria Dandy)属,为中国一级重点保护植物,仅分布于贵州的茂兰国家级自然保护区和广西的木论国家级自然保护区.经测定,单性木兰千粒重为121.591g,种子净度为64.24%,含水量为18.027%,用1%四唑染色法测定种子生活力为74.33%.为研究喀斯特立地因子水、Ca~(2+)和土壤pH值对单性木兰种子发芽的影响,把单性木兰种子置于15、20、25、30℃4个恒温处理和白天夜晚温度分别20/15℃、25/15℃、30/15℃的3个变温培养箱中进行发芽,结果表明:不同温度条件对单性木兰种子发芽的启动没有显著差异,都在15d左右开始发芽,对其发芽率的影响是显著的,在温度为15、20℃条件发芽率较高,尤其是在变温(白天/夜晚)20/15℃条件下发芽率最高,为43.33%;用4个Cd~(2+)含量浓度为0.1%、0.4%、0.7%、1.0%对单性木兰种子进行发芽处理,结果表明:Ca~(2+)浓度0.7%时,种子发芽最高,为26.67%,但都低于清水对照的发芽率;聚二乙醇(PEG)模拟水分胁迫试验,PEG-6000浓度为1%、2.5%、5%、7.5%、10%、15%、20%、25%、30%的溶液进行发芽,结果表明,当PEG的浓度大于2.5%时,单性木兰种子发芽率明显下降,且发芽率均低于对照;盐酸和氢氧化钠调节pH分别为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的溶液模拟土壤的不同,对种子进行发芽处理,结果表明,当pH达到7.0～7.5时,单性木兰的发芽率达到最大值44.44%,所以最适合单性木兰种子发芽的土壤pH为7.0～7.5.     

大豆原生质体融合与植株再生的方法研究

大豆是重要的粮食作物和油料作物,常规的育种方法越来越受到基因狭窄的限制,使得单产水平提高缓慢.而转基因育种虽然可以打破物种的界限,有目的导入某个基因育成新品种,但对多基因控制的性状的改进难度很大,而且转基因安全性方面受到人们的关注.我们利用植物间的原生质体融合克服远缘杂交,为大豆育种另辟途径,既打破了物种界限又确保安全性.通过原生质体的不对称融合,可保持大豆的有利基因,又可引入其他作物和植物的部分有利性状,为大幅度提高大豆单产提供新的育种途径和方法,从而育成突出优良的大豆新品种.     

低酰基结冷胶-瓜尔豆胶复配体系的凝胶特性与流变特性研究

为研究低酰基结冷胶与瓜尔豆胶的相互作用,以低酰基结冷胶与瓜尔豆胶为主要原料,制成复配凝胶体系,研究了不同复配比和Ca~(2+)对复配体系的凝胶特性和流变特性的影响。结果表明,复配比和Ca~(2+)对低酰基结冷胶与瓜尔豆胶复配体系的凝胶特性和流变特性影响显著,在复配比5∶5,Ca~(2+)浓度为4 mmol/L时,凝胶的硬度高。流变学性质表明低酰基结冷胶与瓜尔豆胶复配体系为假塑性非牛顿流体,在剪切速率0.1～100.0 s-1,复配比5∶5,Ca~(2+)浓度为4 mmol/L时,复配体系黏度最大;在0.1～1.0 Hz的频率范围内,体系的储能模量与耗损模量随频率增大而增大。为低酰基结冷胶与瓜尔豆胶复配体系和新型食品胶的工业应用提供理论参考。     

原生质体技术在园艺植物育种中的应用

原生质体技术包括原生质体植株再生、原生质体融合技术等,在园艺植物育种应用工作中取得了一定的成果,原生质体再生植株的变异为园艺植物育种工作提供了大量材料;原生质体融合技术则是育种工作的新途径。二者都对育种工作的发展起到了非常重要的作用。