地毯草对铝胁迫响应及临界浓度的研究

以地毯草为研究对象,利用水培法进行耐铝鉴定,初步研究不同铝浓度处理对地毯草坪用质量、叶色和枯黄率的影响。结果表明,不同处理浓度之间存在显著或极显著性差异,中等浓度(0.72、0.96、1.20 mmol/L)铝处理下,地毯草坪用价值明显优于低浓度(0、0.24、0.48 mmol/L)和高浓度的铝处理(1.68、1.92、2.16 mmol/L),呈抛物线形状;0.72 mmol/L铝处理最适宜地毯草的生长。其它高浓度或低浓度都抑制了地毯草的正常生长,从而导致地毯草草坪使用价值下降。通过建立回归方程,以枯黄率下降50%作为地毯草存活临界铝离子浓度,可得地毯草具有50%存活的临界铝离子浓度为2.04 mmol/L。     

铝胁迫对狗牙根种质资源营养元素吸收的影响

铝胁迫处理下营养元素的吸收、运输和分布是铝毒害的基础。采用水培法研究狗牙根种质资源在铝胁迫处理下对铝的吸收和运输,以及铝胁迫对氮、磷、钾、钙等元素的吸收和运输的影响。结果表明:铝胁迫处理显著增加了狗牙根植株体内的铝含量,且铝主要集中在根系;铝胁迫处理抑制了狗牙根对N、P、K、Ca的吸收,地上部分N、P、K、Ca的含量平均减少了25.00%、33.67%、29.29%、25.82%,根系N、P、K、Ca的含量平均减少了28.69%、14.58%、26.28%、27.07%。这说明铝胁迫后,P、K主要分布在根系,向地上部分的运输减少;铝胁迫后可以转运更多的Ca到地上部。     

狗牙根种质资源耐铝性评价

选取相对枯黄率、相对坪用质量、相对地上部分干重、相对根系干重和相对全株干重5个指标对不同地理来源的66份狗牙根材料的耐铝性进行初步评价,从而筛选出不同耐铝型的种质。结果表明：在2500 μmol/L铝浓度处理下,不同狗牙根种质之间的生长存在显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）差异,不同指标间的变异系数范围为19.90%~36.56%,其中相对枯黄率变异系数最大（36.56%）,而相对坪用质量变异系数最小（19.90%）;相对地上部干重与相对全株干重存在极显著正相关（P<0.01）,相关系数为0.942,相对枯黄率与相对坪用质量的相关性达到极显著负相关（P<0.01）,相关系数为-0.431;通过隶属函数法,将66份狗牙根种质分为4级,其中1级为极端耐铝型材料,包含5份材料,占总供试材料的7.57%;2级为较耐铝型材料,包含4份材料,占供试材料的6.06%;3级为中间型材料,包含47份材料,占供试材料的71.21%;4级为铝敏感型材料,包含10份材料,占供试材料的15.15%。通过对66份狗牙根材料耐铝性综合评价,筛选出了5份耐铝的种质,依次是B219、B532、A522、A075和B509。     

狗牙根与弯穗狗牙根形态鉴别性状的筛选

观测和统计分析了10个狗牙根和8个弯穗狗牙根种源的17个外部形态性状。结果表明:(1)与狗牙根相比,弯穗狗牙根的直立枝和匍匐枝叶片均较宽,节间较粗,差异显著;(2)弯穗狗牙根的叶片浅绿色,柱头紫褐色,而狗牙根的叶片较深,为绿色或深绿色,柱头为紫色、紫红或浅紫色;(3)弯穗狗牙根叶片和叶鞘均无毛,而狗牙根有毛。因此,直立枝和匍匐枝的叶片宽度、节间直径、叶色、柱头颜色、叶片毛况和叶鞘毛况7个外部形态性状可作为鉴别这2个种的形态学指标。     

不同生境的狗牙根形态特征研究

通过观测直立枝和匍匐枝的叶片长度和宽度、草层高度、节间直径和节间长度等7项指标,比较分析了裸露地、荫蔽地、旱地和盐碱地4种生境的狗牙根[Cynodon dactylon(Linnaeus)Persoon]种质的形态差异。结果表明:就狗牙根的坪用价值而言,依次是旱地生长的狗牙根>裸露地生长的狗牙根>盐碱地生长的狗牙根>荫蔽地生长的狗牙根。     

狗牙根种质资源营养价值评价

测定了91份狗牙根种质营养期干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、无氮浸出物、钙和磷含量等8个营养成分指标,并以粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和无氮浸出物作为判断指标,应用层次分析法对其营养价值进行评价,可将91份种质分为高营养型、低营养型和普通营养型3类.旨在为狗牙根作为饲草的应用价值提供理论依据.     

狗牙根研究进展

狗牙根是暖季型草坪草中应用最广泛的草种之一。综述了国内外狗牙根在种质资源、分布范围、遗传育种、抗寒性、抗旱性等方面的相关研究进展,并提出了今后的研究建议。     

不同生境条件下的狗牙根形态变异研究

通过野外调查和田间测定,对海南岛狗牙根(Cynodon dactylon[L.]Pers.)不同野生种群的形态学变异,以及同一种群在不同生境条件下的形态变异进行了研究。结果表明:狗牙根不同种群在野外原生境与田间栽培两种条件下外部形态性状均发生了较大的变异,说明狗牙根种质资源有较丰富的遗传多样性。对形态学测定结果进行聚类分析,将16个种群分为3大类,聚类结果与材料的生境基本一致,IC类种群可望作为优良的草坪草选种育种材料。     

耐铝性不同的狗牙根在酸性土壤上的生长差异

本研究将前期研究筛选出的5份耐铝及5份铝敏感狗牙根[Cynodon dactylon (L) Pers.]种植于酸性土壤上,通过测定叶色、株高、分枝数及坪用质量等指标,研究其在酸性土壤上的生长差异。结果表明：在酸性土壤上生长28 d后,除相对株高外,耐铝种质和铝敏感种质均存在显著或极显著差异,耐铝种质生长受抑制程度较小,而敏铝种质受抑制程度较大;耐铝种质在酸性土壤上可以保持较高的生长速率。本研究结果将为后续开展狗牙根的耐铝机理研究及耐铝品种的培育提供可靠的材料。     

狗牙根耐盐性材料初步筛选

狗牙根(Cynodon dactylon)是暖季型草坪草中得分最高,应用最广泛的草种之一,具有耐盐碱,生长快、建坪迅速等优点。本试验采用荷格伦特营养液培养法,依次用20、26、31 g/L的NaCl营养液对403份狗牙根材料进行耐盐处理30 d,筛选出在26 g/L的NaCl溶液中存活的耐盐种质21份,再对这些耐盐种质进行不同盐质量分数梯度(20、22、25、28和30 g/L)复选,初步筛选出较耐盐种质11份,次耐盐种质10份,这些材料为培育耐盐狗牙根品系提供了优良亲本。     

镉胁迫对二穗短柄草幼苗叶片中无机离子稳态的影响

为探讨镉胁迫下二穗短柄草(Brachypodium distachyon)叶片对各无机离子的吸收及离子间的平衡机制,测定0~300μmol·L-1 CdSO4溶液胁迫下二穗短柄草叶片中主要无机离子含量的变化。结果表明,随着镉胁迫程度的加剧,二穗短柄草叶片中出现"吸钠排钾"现象,即Na+和K+含量分别增加和下降;Ca2+、S2-、Cd2+含量逐渐增加,而Mg2+、Si 4+含量逐渐降低。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量在低浓度镉胁迫时虽有升高趋势,但随着处理浓度的逐渐增加而缓慢降低,叶片含水量也随之逐渐下降。说明二穗短柄草幼苗叶片无机离子吸收和平衡、光合色素合成、含水量均不同程度受到镉胁迫的影响,但植株能通过体内不同无机离子含量的变化来缓解镉胁迫危害,从而提高对其的耐受能力。     

小麦 TaCP3基因的克隆及其参与非生物胁迫的表达分析

半胱氨酸蛋白酶(cysteine protease,CP)是植物中重要的蛋白酶家族之一,广泛参与植物的各种生理过程;TaCP3属于papain-like(木瓜蛋白酶)家族的半胱氨酸蛋白酶,在小麦的生长发育及抗逆中起到重要作用。为研究 TaCP3基因的结构特征,以及在干旱、高盐、低温和高温胁迫下的表达情况,从小麦抗旱品种西农538中克隆了 TaCP3基因,该基因仅含1个1125 bp的开放阅读框,编码374个氨基酸,在蛋白氨基端有一个28个氨基酸残基组成的信号肽,羧基端具有木瓜蛋白酶亚家族的保守结构域。生物信息学分析表明, TaCP3与大麦和山羊草半胱氨酸蛋白酶基因相似性最高。同时,本研究构建了pcold-TF/TaCP3原核表达载体,通过转化大肠杆菌BL21(DE3),成功表达了TaCP3重组蛋白,分子量约为40 kD。qRT-PCR结果表明, TaCP3的表达对干旱、高盐、低温和高温胁迫均有响应,初始都呈先降后升的趋势;且对干旱胁迫有强烈的正向响应。     

玉米大斑病菌亲环素基因的克隆及表达规律分析

利用简并引物PCR结合RACE技术获得S. turcica中亲环素基因的全长,并通过Real-time PCR技术检测该基因在病菌侵染结构发育过程中的表达模式。结果表明,玉米大斑病菌亲环素基因开放阅读框全长1 125 bp,3′UTR 154 bp,5′UTR 93 bp,编码374个氨基酸,将此基因命名为CyPs1,并将其cDNA序列提交GenBank,获得登录号EU679371.1,Protein ID为ACD62431.1。系统发育树分析显示,CyPs1与玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、蓝莓枯枝病菌(Neofusicoccum parvum)等物种的亲环素同源性可达到90%以上。该基因在病菌分生孢子萌发、附着胞形成及侵染阶段均有表达,至附着胞形成和侵染菌丝形成阶段,转录水平分别升至分生孢子时期的2倍和3倍。     

玉米氮胁迫响应NRT基因的鉴定及ZmNRT2.5的克隆和表达分析

硝酸盐转运蛋白(Nitrate Transporters,NRTs)在植物根系NO₃^-吸收或转运中发挥重要作用。为探究玉米NRTs基因在氮素吸收中的功能,从前期转录组数据中鉴定出7个响应氮素处理的差异表达ZmNRTs基因。启动子顺式作用元件分析表明,这些ZmNRTs基因的启动子均含有多个植物逆境或激素应答元件,推测他们可能与玉米非生物胁迫应答或植物激素调控氮素吸收相关。从玉米根系中克隆了对氮素处理响应最大的ZmNRT2.5,该基因CDs全长为1 563 bp,编码520个氨基酸。进化树分析结果表明,ZmNRT2.5与AtNRT2.5同源性最高,含有保守的硝酸盐转运结构域,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,含11个跨膜结构域。实时荧光定量PCR分析表明,ZmNRT2.5主要在根、老叶和叶鞘中表达。低氮处理显著诱导ZmNRT2.5在根中的表达,植物激素脱落酸、赤霉素和乙烯均参与调控ZmNRT2.5的表达。同时,ZmNRT2.5基因的表达受到盐胁迫的显著抑制。     

TaHIPP32与 TaHAK1表达及小麦缺钾胁迫耐性的关系

钾是植物生长发育必需的三大营养元素之一。高亲和性钾转运蛋白（HAK）能加强植物在缺钾胁迫时钾的吸收和转运。本课题组前期研究发现,小麦 TaHAK1基因在缺钾胁迫条件下显著上调表达,并筛选得到可能调控 TaHAK1基因表达的上游转录因子基因 TaHIPP32,但这两个基因在缺钾胁迫中的作用机制尚不清楚。本研究首先对 TaHIPP32基因进行了系统发育和亚细胞定位分析,然后利用双荧光素酶验证 TaHIPP32和 TaHAK1基因的互作,并以河南省大面积推广的小麦品种百农207为试验材料,利用大麦条纹花叶病毒诱导基因沉默（BSMV-VIGS）技术分析缺钾胁迫处理下 TaHIPP32基因沉默对小麦植株的影响。系统发育和亚细胞定位分析表明, TaHIPP32基因与水稻 OsHIPP33基因的亲缘关系最近,且其编码的蛋白定位于细胞膜上。双荧光素酶试验表明,TaHIPP32蛋白能够与 TaHAK1基因启动子互作。通过BSMV-VIGS技术瞬时沉默 TaHIPP32基因,发现该基因沉默后,小麦植株对缺钾胁迫更为敏感,植株生长受到抑制,干重显著降低,丙二醛(MDA)含量显著提高;缺钾胁迫处理下,沉默 TaHIPP32基因的植株中, TaHAK1和 TaHIPP32基因的表达均被抑制,且植株体内钾元素从地下部到地上部的转移系数显著降低,说明 TaHIPP32基因通过调节 TaHAK1基因的表达来影响植株体内钾元素的转运。     

小麦TCP基因家族的全基因组鉴定和对热胁迫的响应

TCP是植物发育调控的重要转录因子。为了挖掘小麦TCP基因的功能,本研究利用生物信息学方法和qRT-PCR技术,对小麦TCP基因家族进行全基因组鉴定和在热胁迫下的表达分析。全基因组鉴定结果表明,普通小麦品种中国春中存在58个非冗余的TaTCP基因。根据与AtTCPs和OsTCPs的系统发育分析,在小麦中分别有26个PCF、20个CIN和12个CYC/TB1聚类。进一步预测TaTCP基因在达尔文进化下的压力选择,发现除了TaTCP16-A相对于乌拉尔图小麦中直系同源基因是正向选择,其他基因都是纯化选择的过程。利用在线RNA-seq数据分析TaTCPs基因在5种组织器官中与冷、热和干旱胁迫下的表达图谱,结果显示,小麦TCP基因在不同的组织和胁迫中存在差异表达。最后,通过qRT-PCR技术检测12个不同发育阶段的小麦叶片在短期热胁迫下TaTCP5部分同源基因的表达水平,结果表明,在35℃下处理1h,TaTCP5-D的相对表达量在拔节期、拔节后期、孕穗前期和抽穗期都有明显的上调,这些结果为进一步研究TaTCP基因的功能奠定了良好的基础。     

野生二粒小麦根中干旱响应蛋白的分离与鉴定

为了解野生二粒小麦响应干旱胁迫的调控机制,分析了干旱胁迫下小麦根的相对含水量、丙二醛、脯氨酸和过氧化氢含量,采用双向电泳(2-DE)结合MALDI-TOF-TOF-MS方法分离和鉴定了野生二粒小麦根中干旱响应蛋白的变化。结果表明,随着干旱处理时间的延长,野生二粒小麦根的相对含水量下降,脯氨酸含量先上升后降低,过氧化氢含量和丙二醛含量上升;复水后的野生二粒小麦根的相对含水量、脯氨酸含量有所升高,但未达到对照的水平。通过对干旱处理6d后根系的总蛋白进行双向电泳分离和MALDI-TOFTOF生物质谱鉴定,成功鉴定出26个差异表达蛋白,13个上调表达,13个下调表达。26个差异表达蛋白的功能主要涉及信号传导、氧化解毒、碳代谢、能量代谢、蛋白质生物合成及细胞骨架稳定。推测野生二粒小麦为适应干旱胁迫,通过根部感应胁迫信号,并传导至细胞内,影响小麦根中蛋白质的生物合成、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、细胞骨架形成;通过抗氧化酶系统和抗氧化物质的作用,将过多活性氧加以清除;通过增加胞内脯氨酸含量,降低根中水分损失。