小桐子HXT基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为了进一步理解己糖转运蛋白基因家族的结构特征以及其在植物逆境信号转导过程中的作用,基于小桐子基因组数据,鉴定到15个小桐子己糖转运蛋白基因,并对其基因结构、进化关系、密码子偏性及低温表达特性进行了分析。结果表明,15个小桐子HXT基因聚类为5个亚组,包含2~5个外显子,且在基因上游调控区包含ABA、乙烯、干旱及低温等逆境响应元件。编码蛋白质都富含疏水性氨基酸,具有典型的12个α-螺旋跨膜区。另外,部分小桐子HXT基因存在交叉共线性关系及基因倍增现象,且密码子的第3位碱基偏好使用U或A。荧光定量分析显示,Jc HXT_13L与Jc HXT_C基因在小桐子的各器官中都有表达,其中,Jc HXT_13L在茎中表达量较高,而Jc HXT_C在根中表达量较高,Jc HXT_13L与Jc HXT_C在根与叶片中受低温诱导上调表达明显,与小桐子的抗冷性形成直接相关。为进一步探索小桐子HXT基因的生物学功能及参与小桐子抗冷分子机制奠定了理论基础。     

能源植物小桐子及其发展战略探讨

能源植物小桐子(Jatropha curcaseＬ)为大戟科麻疯树属落叶灌木或小乔木,适应范围广,耐干旱瘠薄,其毒性和生物活性物质可用于生产杀虫剂和中药制剂,种子油可用做生物柴油,广泛分布和栽培于热带、亚热带地区,目前越来越多的国家和公司为获取生物柴油都在大力发展种植小桐子。该文对小桐子的起源分布、生物学特征、种质资源情况,开发利用现状和发展趋势进行了简要总结,同时,就中国发展小桐子可再生能源存在的一些问题进行了客观分析,对发展小桐子能源产业提出了建设性意见。     

小桐子SnRK2基因家族的全基因组鉴定及特征分析

蔗糖非发酵-1型相关蛋白激酶2(sucrose non-fermenting-1 related protein kinase 2,Sn RK2)属植物特有的一类Ser/Thr类蛋白激酶,参与植物体内多种信号转导途径及逆境胁迫的应答。基于小桐子基因组数据,利用生物信息学的方法鉴定到7个小桐子Sn RK2基因家族成员,并对其从系统进化、理化性质、基因结构及顺式作用元件等进行了分析。结果表明,小桐子Sn RK2基因在进化上较为保守,并聚类为3个亚家族。基因结构包含9~10个外显子,编码的蛋白序列都鉴定到典型的激酶结构域以及C末端酸性补丁区域。同时,在Sn RK2基因上游调控区域都鉴定到多个激素与逆境应答元件。表达分析显示,Sn RK2.1、Sn RK2.2在低温处理下上调表达显著,经过干旱处理,7个小桐子Sn RK2基因在叶中都上调表达,而Sn RK2.1、Sn RK2.2、Sn RK2.5上调表达量达到极显著水平(p0.01)。本研究为进一步的克隆小桐子Sn RK2基因以及研究其在信号转导与激素、逆境应答中的功能提供了参考。     

基于基因组鉴定小桐子Dof转录因子家族及其表达分析

Dof蛋白是植物特有的C2-C2型锌指蛋白类转录因子,在植物碳氮代谢、次生物质合成、种子萌发及抗逆性等方面发挥重要作用。为全面解析小桐子Dof基因的特征,本研究基于小桐子基因组数据,对Dof基因家族进行了鉴定,并对其系统进化、基因结构、保守结构域及差异表达特性等进行了分析。结果表明,在小桐子基因组中共鉴定到24个Dof基因,GSDS基因结构分析显示都包含1(9个)或2(15个)个外显子,聚类分析结果将24个小桐子Dof蛋白分属于4个亚族及7个亚组,其中,有16个(66.7%)Dof蛋白的等电点偏碱性。荧光定量表达分析显示,JcDof1.4L与JcDof5.4L分别在茎与根中高表达,且两者都属于低温诱导表达基因,分别在低温胁迫3 h与24 h达到最大表达量,较对照分别提高4.06倍、8.96倍(p0.01)。本研究结果为进一步开展小桐子Dof基因的克隆与功能鉴定提供了依据。     

小桐子miR394家族鉴定及其靶基因的低温表达特性

MicroRNA (miRNA)是植物基因转录与翻译的重要调控因子,miR394参与植物多种抗逆性的调节过程。为深入研究miR394在小桐子抗冷性中的调控机制,利用生物信息学方法对小桐子miR394进行鉴定及靶基因预测,并通过实时荧光定量PCR分析了jcu-miR394及其预测靶基因在低温胁迫下的差异表达特性。结果表明,小桐子中共鉴定到两个miR394基因(jcu-MIR394a, jcu-MIR394b),都可形成稳定的茎环结构,成熟体序列都位于茎环结构的5′端,且都为20 nt (5′-UUGGCAUUCUGUCCACCUCC-3′)。靶基因预测与RT-qPCR表达分析显示,小桐子FBXO6是miR394的潜在靶基因,并可能通过miR394b-FBXO6靶向互作参与小桐子抗冷性过程。本研究结果为开展小桐子miR394参与抗冷性机制研究奠定了基础。     

外源甜菜碱对渗透胁迫下小桐子幼苗生物膜伤害的缓解效应

由于小桐子种子具有较高的含油量,因此被认为是最重要的能源植物之一。利用外源甜菜碱对小桐子种子和幼苗进行浸种或灌根处理,结果发现,外源甜菜碱浸种或灌根处理都可提高幼苗茎和叶中内源的甜菜碱含量,缓解PEG胁迫下小桐子幼苗根、茎和叶中的丙二醛积累以及电解质渗漏率的增加,暗示外源甜菜碱处理对生物膜伤害的缓解效应可能与内源甜菜碱含量的提高有关。     

小桐子油料能源林造林苗木分级研究

采用逐步聚类分析方法和平均值±标准差法,探讨了苗龄6个月的小桐子苗苗木分级标准.提出以苗高和地径作为小桐子苗木分级的质量标准,得出贵州省小桐子油料能源林造林苗木分级标准,即Ⅰ级苗:苗高≥35 cm、地径≥1.8cm;Ⅱ级苗:35 cm＞苗高≥25 cm、1.8＞地径≥1.4 cm;Ⅲ级苗:苗高＜25 cm、地径＜1.4 cm.     

小桐子bZIP转录因子的全基因组鉴定及表达分析

为明确小桐子bZIP转录因子家族的结构特征以及其在植物响应生物与非生物胁迫中的作用,利用生物信息学方法,从全基因组水平鉴定小桐子bZIP转录因子家族,并对其基因结构、进化关系、染色体定位、共线性关系及组织与低温表达特性进行分析。结果表明,共鉴定到51个小桐子bZIP基因,系统进化树分析将其分为10个亚族(A-I及S)。基因定位显示,51个小桐子bZIP基因不均匀地分布于11条染色体,其中2号与4号染色体鉴定到基因的串联复制。基因结构分析表明,小桐子bZIP基因包含1～13个外显子,其中,S亚族基因包含1～2个外显子,而G亚族基因包含12～13个外显子。bZIP转录因子主要定位在细胞核,氨基酸数目为113～768个,等电点4.70～10.30。启动子顺式作用元件鉴定发现3～27个响应激素如赤霉素、脱落酸、乙烯及生长素与非生物胁迫如低温、高温及创伤等调控元件。转录组表达分析显示,小桐子bZIP基因具有器官表达特异性,26个bZIP基因在叶片、根及种子中均有表达,其他基因仅在特定器官中表达。同时,鉴定到14个小桐子bZIP基因在低温条件下上调表达。在叶片中,qRT-PCR试验显示JcbZIP3与JcbZIP14表达量在低温处理24 h时上调达到显著水平,与小桐子抗冷性的形成及低温信号转导过程直接相关。研究结果为小桐子bZIP基因的克隆与调控机制研究奠定了基础。     

外源甜菜碱对PEG胁迫下小桐子种子萌发和幼苗生长的保护作用

外源甜菜碱对小桐子种子和幼苗分别进行浸种和灌根处理,结果表明,外源甜菜碱浸种可提高小桐子种子在PEG胁迫下的发芽率和改善幼苗的生长状况.外源甜菜碱浸种和灌根,可提高幼苗在PEG胁迫下的存活率.此外,PEG胁迫可提高小桐子幼苗中的内源甜菜碱含量.结果表明,外源甜菜碱处理不仅可提高小桐子种子在PEG胁迫下的发芽率,而且可提高幼苗对PEG胁迫的抵抗能力.     

不同化学消毒剂对小桐子种子萌发和幼苗生长的影响

用CuSO4、H2O2、NaClO和HgCl2四种化学消毒剂对小桐子种子进行表面消毒,探讨不同消毒剂对小桐子种子萌发和幼苗生长的影响,结果表明:CuSO4消毒不仅效果好,而且还可以提高种子的发芽率、发芽指数和脂肪酶活性。相反,其它消毒剂则不同程度地削弱了种子的发芽率、发芽指数、脂肪酶活性和幼苗的生长。结果表明:CuSO4是一种较好的小桐子种子表面消毒剂。     

麻疯树花粉管荧光染色及生长过程的研究

花粉管的生长是完成植物受精的重要生理过程,观察花粉管生长首先需要对雌蕊组织进行软化透明。本研究探索适合麻疯树雌蕊结构的透明方法,并利用苯胺蓝染色技术,在荧光显微镜下观察授粉后麻疯树花粉管的萌发和生长过程。结果表明:麻疯树雌蕊组织可采用NaOH溶液软化透明,较优的条件是2 mol·L-1的NaOH,50℃恒温箱内软化3~4 h;麻疯树授粉2 h后花粉管开始萌发,10 h后花粉管穿过花柱基部,11 h后在子房中观察到花粉管。麻疯树授粉后,花粉管进入子房至少需要11 h,完成受精则需要更长的时间。     

麻疯树种子钙形态特性分析

通过测定麻疯树新鲜成熟种子中不同组织中总钙和不同形态类型钙物质含量,探索麻疯树种子发育过程中对钙的分布规律和储存形式。结果表明,麻疯树新鲜成熟种子胚中钙形态主要以NaCl钙和HAC钙形式为主,钙形态在种子胚的发育过程中主要起到源和库的作用,外种皮中总钙含量丰富,主要以HCl钙形态存在,对参与种子的结构和胚的发育起到积极作用。另外,麻疯树种子胚中可溶性蛋白质和可溶性糖含量与胚中高钙含量和高钙形态含量密切相关,而大分子物质的积累对促进麻疯树适应高钙质环境特征的生长发育过程具有重要意义。     

麻疯树种子含油率与种子大小、粒重的相关性分析

麻疯树是一种理想的进行生物燃油生产的木本油料树种.麻疯树油脂主要储存在种子中,种子油量大小由种子粒重和含油率构成.因此,提高麻疯树种子粒重和含油率可增加麻疯树种子产油量.研究表明,麻疯树种子粒重、含油率存在显著的表型差异,改良空间较大.相关性分析显示,麻疯树种子大小(长、宽、高)与单粒种子重表现出较高相关性(相关系数r=0.69,0.54,0.69),单粒种子重和种子含油率表现出弱的负相关性(r=-0.07),而种仁宽、高与种子含油率表现出一定正相关(r=0.47,0.54),同时种仁宽、高与种子宽、高呈显著正相关.因此,在一定程度上可通过提高种子宽、高来提高种子的单粒重和含油率,从而提高种子的产油量.     

不同混交方式营造膏桐林对林内病虫害结构及稳定性研究

为了探讨不同的膏桐混交模式对病虫害的防控效果,通过对云南临沧地区膏桐林纯林及4种不同混交方式营造的混交林（膏桐-虾子花-坡柳-澳洲坚果-咖啡-牛肋巴-芒果-羊蹄夹星状混交;膏桐-澳洲坚果带状混交;膏桐-盾叶黄檀带状混交;膏桐-玉米带状混交）的比较研究,对病虫害的组成和结构进行野外系统调查。采用群落特征指数和主成分分析法对不同种混交方式对膏桐林病虫特征及其稳定性进行研究,比较了不同混交方式膏桐林有害生物的发生格局和生物群落的稳定性。结果表明：研究区膏桐混交林共发现47种昆虫,病原种类33种,与单一种植膏桐林相比,混交种植膏桐林昆虫群落和病害病原菌的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均较高,而优势度指数较低。不同混交方式膏桐林中昆虫群落和病害病原菌多样性指数值大小依次为：Ⅰ膏桐-虾子花-坡柳-澳洲坚果-咖啡-牛肋巴-芒果-羊蹄夹星状混交>Ⅱ膏桐-澳洲坚果带状混交>Ⅲ膏桐-盾叶黄檀带状混交>Ⅳ膏桐-玉米带状混交>Ⅴ纯林。Ⅰ系统中昆虫群落和病害病原菌的稳定性较好,为寻求建立持久有效的混交膏桐林有害生物综合防治方法奠定理论基础。     

不同密度麻疯树林地对土壤微生物的影响

为了科学评价不同密度麻疯树林地的土壤肥力变化,通过对土壤微生物的研究,结合水肥调控技术等措施,来改善不同密度麻疯树林生态系统的生态环境,维持其林地生产力水平,为科学营造和管理麻疯树林提供基础数据和理论依据,使之加快麻疯树的规模化发展,对云南省双柏县3种不同密度麻疯树林地的土壤微生物数量和类群进行对比研究,并对麻疯树林地微生物进行聚类分析及多样性指数分析。结果表明：3种林地土壤微生物的数量有明显差异,样地2最多,样地1和样地3相差不大;不同土层的微生物数量变化也有所不同,0~15 cm之间土壤细菌、真菌数量逐渐上升,11~15 cm处达到峰值;随着土壤深度的增加,细菌、真菌数量又呈现下降趋势;样地2物种多样性指数也显著高于其他2种林地,这可能是由于适度的密度有利于土壤微生物的生长。因此,在种植麻疯树时,适宜密度为2 m×3 m。     

麻疯树枝枯病病原鉴定及生物学特性测定

为了确定麻疯树枝枯病的病原及致病性,笔者通过形态和分子的方法鉴定出麻疯树枝枯病病原菌为Lasiodiplodia theobroma,查阅分析相关资料发现其是一种新病害,因此采用文字和插图方法对病害进行详细描述。结果表明,引起麻疯树枝枯病的病原为Lasiodiplodia theobroma,在此基础上完成病原菌生物学特性测定,发现病原菌是一种弱致病性真菌,在温度为28~30℃,pH值为6~7,培养基以葡萄糖、蔗糖、酵母粉为营养源的条件下利于病原菌营养生长;在温度为20~30℃,pH值为7,湿度在90%~100%,灭菌水的条件下病原菌孢子都能够正常萌发,其中光照刺激利于病原菌孢子的形成;测定还发现,病原菌对丙唑-多菌灵最敏感,而对苯醚甲环唑、链霉素、百菌清、乙蒜素、丙环唑、环胺类农药不敏感。病原菌生物学特性表明其非常适合干热河谷地理环境,能够在土壤和枯枝落叶中广泛存在。因此,预测病原菌在干热河谷环境中初侵染接种体数量大,一旦大量寄主受伤,雨水充足病害极易爆发成灾,建议防治病害一方面要消除寄主树势衰弱的诱因,减少病害发生侵染的机会,另一方面要科学合理地施用农药。     

小麦幼苗从低光到强光适应过程中光合和抗氧化酶变化

为了研究小麦对强光的响应过程,以小偃54幼苗为试材,检测了强光处理0、1、3、8、24和48 h的光合速率、叶绿素含量、最大光化学效率、抗氧化酶活性及色素结合蛋白基因的表达变化。结果表明,当小麦从低光转入强光后,净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)变化呈单峰曲线,均在强光8 h达到最大值,而在强光48 h下降至强光处理前的水平;叶绿素b含量降低,叶绿素a/b升高;PSII最大光化学效率降低,热耗散增强;抗氧化酶如SOD、CAT、APX和GR活力诱导增强,均在强光处理48 h达最大值。强光处理8 h后LHCII亚基基因表达受到明显抑制,强光处理48 h降至最低,早期光诱导蛋白基因在强光处理3 h诱导表达,而在强光处理8 h后表达量降低,叶黄素循环的关键酶VDE和ZEP基因的表达也在强光处理48 h降至最低。