中间锦鸡儿的特性及发展前景

中间锦鸡儿抗旱、防风、耐寒,保水固土能力极强,是我国中西部荒漠化地区广泛种植的人工灌木林树种,在防风固沙、保持水土、改善土壤养分、保护和恢复生态平衡等方面起着非常重要的作用。一、植物学特性中间锦鸡儿为豆科、锦鸡儿属的旱生落叶灌木,高70～150厘米,冠幅1～2米,多分枝,皮黄灰色或黄绿色;枝条细长,幼时被绢状柔毛。托叶宿存,硬如针刺,长4～7毫米;羽状复叶,先端钝     

干旱胁迫下柠条锦鸡儿叶片SSH文库构建及CkWRKY1基因克隆

为研究柠条锦鸡儿抗旱的分子机制,挖掘干旱响应相关基因,成功构建干旱胁迫下柠条锦鸡儿叶片的抑制性差减杂交(SSH)文库,获得1 286条高质量的EST序列,平均长度475 bp,拼接得到Unigenes 645条.对这些Unigenes进行Blast比对注释后发现很多抗旱相关基因,例如LEA蛋白、DHN蛋白编码基因,MYB、bZIP、WRKY、NAC和bHLH转录因子等.通过RACE技术克隆其中1个WRKY转录因子的cDNA全长,命名为CkWRKYI,GenBank登录号为JX987095.CkWRKY1编码330个氨基酸的蛋白质,氨基酸序列中有1个“WRKYGQK”的WRKY转录因子家族保守序列,属于第Ⅱ类WRKY转录因子.利用实时荧光定量PCR技术检测发现,CkWRKY1基因在干旱处理后mRNA的表达水平明显上升,预示该转录因子可能与柠条锦鸡儿抗旱的分子机制相关.     

外源GABA对NaCl胁迫下中间锦鸡儿幼苗乙烯生成的调控作用

对NaCl胁迫条件下中间锦鸡儿幼苗施加外源GABA的研究表明:200 mmol·L-1 NaCl处理72 h时,幼苗体内乙烯含量增加,但是外源GABA能够进一步提高NaCl胁迫条件下乙烯含量;在250 mmol·L-1 NaCl胁迫初期(24h)乙烯含量急剧增加,施加外源GABA反而抑制了乙烯的生成;随着胁迫时间的延长,外源GABA对乙烯的生成表现为促进作用.转录水平研究进一步表明:NaCl胁迫条件下外源GABA提高了乙烯生成关键基因1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)氧化酶基因CaACO1和CaACO2在中间锦鸡儿根部的表达.     

中间锦鸡儿fad2基因片段克隆、反义表达载体构建及遗传转化初步研究

以我国重要的生物能源灌木--中间锦鸡儿枝叶和种子为材料,根据GenBank中已经发表fad2基因的同源序列,利用PCR技术克隆得到基因片段.在GenBank中Blast(GenBank登录号AY957393)所得基因片段和同属豆科的Glycine max Gmfad2-2a同源性高达88%,位于fad2基因编码区中部.将所得片段经BamHI和SacI酶切后插入表达载体质粒pBI121,构建了反义表达载体pBI121fad2,并利用农杆菌介导法转入烟草叶片,获得了抗卡那霉素和氨苄青霉素的再生烟草植株.初步分析结果表明:与对照烟草相比,转基因烟草种子脂肪酸含量没有明显差异,而亚油酸则减少10.3%.     

山鸡椒1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶 DXR基因的克隆和SNP分析

在转录组测序结果分析基础上,以山鸡椒cDNA 为模板,克隆得到山鸡椒1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶DXR 基因cDNA 全长,以山鸡椒基因组DNA 为模板,设计引物、扩增拼接后获得山鸡椒DXR 基因全长,命名为LcDXR。序列分析表明,LcDXR cDNA 全长为1 501 bp,5'非编码区长34 bp,3'非编码区长53 bp,开放阅读框长1 413 bp,预测编码含有470个氨基酸残基的蛋白质,等电点为6.62,分子量为51.12 kD。LcDXR 基因全长为12 601 bp,其中外显子12 个,内含子11 个。对来自10个种源的LcDXR 基因编码区单核苷酸变异位点进行分析表明:在cDNA 区间内共发现10 个SNP(single nucleotide polymorphism)位点,其中有4 个单核苷酸变异导致了所编码的氨基酸的改变,为了分析氨基酸突变导致的蛋白质精细结构的变化,利用Swiss-PDB Viewer 模拟4 个突变位点氨基酸残基的替换。其中江西安远(AY)的突变Lys119Thr 引起了氢键的变化,推测可能对酶的活性产生影响。研究结果为深入研究山鸡椒脱氧木酮糖5-磷酸还原异构酶的活性和功能奠定了基础,同时为山鸡椒遗传育种提供理论依据。     

苹果属无融合生殖SERK1基因的克隆与生物信息学分析

[目的]为探讨苹果属植物无融合生殖分子机制。[方法]以苹果属平邑甜茶及杂种后代33#为试材,以苹果基因组CDS序列设计引物,通过PCR扩增技术克隆出SERK同源基因的cDNA全长序列,命名为MhSERK1和MhdSERK1(GenBank登录号JQ231273和JQ231272),利用实时定量RTqPCR的方法检测了这两个基因在平邑甜茶和杂种后代各组织和器官中的表达模式。[结果]序列分析显示MhSERK1和MhdSERK1编码区序列全长为1 899 bp和1 881 bp,分别编码632和626个氨基酸,其氨基酸序列与其他植物的SERK1同源基因所编码的氨基酸同源性都在80%以上,特别是与葡萄科龙眼品种同源性最高,高达92.56%,与模式植物拟南芥、烟草等植物的SERK同源基因都具有很高的同源性。实时定量PCR结果表明,在平邑甜茶和杂种后代不同组织、花器官中SERK1基因的表达量存在差异,其中在子房中的表达量最高,在营养生长的组织中表达量很低,在平邑甜茶花蕾期的子房中表达量最高。[结论]推测该基因在平邑甜茶和杂种后代的生殖发育过程中可能发挥重要作用。     

超量表达FBL1对84K杨根系和生长量影响研究

生长素及其信号转导系统对植物的生长发育具有重要的影响。本研究从银腺杨'84K'(Populus alba × P. glandulosa cl. '84K')中分离了生长素受体基因PtrFBL1,利用PMDC32构建了PMDC32-PtrFBL1超量表达载体,并通过遗传转化获得了超量表达植株17个。对温室定植的3个转基因株系和对照植株的根系、生长量和光合指标等性状分析结果显示:转基因株系总根长和总根面积达到显著或极显著差异,而根系干质量、平均不定根系长度、平均不定根直径差异不显著;株高、平均节间长、地径和高径比皆高于对照,且大多数转基因株系达到显著差异;除气孔限制值(Ls)低于对照外,气孔导度(Cd)、水分利用效率(WUE)、光能利用效率(LUE)和叶绿素相对含量皆高于对照,且大多数转基因株系达到显著或极显著差异。以上结果表明,可能是FBL1超表达增加了转基因株系根系面积,提高了水分和养分的吸收利用,进而导致转基因株系光能吸收和转化效率提高,引起转基因株系生长加快。     

银杏过氧化氢酶基因CAT1的克隆及表达分析

利用RACE技术从银杏中克隆到过氧化氢酶基因(GbCAT1)的cDNA全长。进化树分析结果表明:GbCAT1和其他物种的CAT源自于相同的祖先。Southern杂交显示:GbCAT1属于1个小的多基因家族。实时定量RT-PCR分析表明:GbCAT1在银杏的根、茎、叶和果中都有表达,在叶中的相对表达量最高,其次为果、茎和根。GbCAT1的转录受到ABA、渗透压、紫外、低温和高温胁迫的诱导。水杨酸处理下,GbCAT1相对表达量迅速降低。CAT1基因在逆境条件下的相对表达变化与环境胁迫有关。     

杨树PtROP家族基因的表达分析与功能预测

[目的]为探究ROP基因在林木中的功能。[方法]本研究以杨树为模式,在全基因组水平上对ROP基因的家族成员、基因结构、保守结构域、氨基酸序列相似性及表达模式进行了分析。[结果]显示,杨树PtROP基因家族包含13个成员,不同成员间在进化上相对保守,均存在与GTP结合与水解相关的结构域。这些基因在不同组织、不同胁迫条件下的表达具有明显差异,说明它们参与不同的生物学过程。通过构建功能基因网络(functional gene network for poplar)发现PtROP基因主要参与了信号转导过程。[结论]杨树PtROP基因家族包含13个成员参与不同的生物学过程,可能主要参与了信号转导过程。     

中间锦鸡儿生长发育过程中5个miRNAs及其靶基因的表达模式分析

利用qRT-PCR技术分析了5个miRNAs(cin-miR157a、cin-miR159a、cin-miR165a、cin-miR172b和cin-miR396a)及其靶基因在中间锦鸡儿(Caragana intermedia)不同发育阶段不同器官的表达变化。结果显示,5个miRNAs的表达模式均存在时空特异性,其中cin-miR159a、cin-miR165a、cin-miR172b、cin-miR396a在成年期营养器官中强烈表达,在幼年期和成年期生殖器官中弱表达;cin-miR157a在幼年期和成年期生殖器官中强烈表达,在成年期营养器官中弱表达。除cin-miR159a的靶基因MYB和cin-miR165a的靶基因HD-Zip Ⅲ外,其它被检测的miRNAs靶基因与相应的miRNAs的表达呈现出明显的相互消长的表达模式。该结果表明中间锦鸡儿miRNA可通过调控其靶基因的表达,进而调控发育阶段转变、器官形态建成、细胞分化等生物学过程。研究结果将为中间锦鸡儿的定向改良工作提供理论依据和基因资源。     

胁迫条件下毛竹miR164b及其靶基因PeNAC1表达研究

MicroRNAs(miRNAs)在植物生长发育以及抗逆等过程中起着重要的调控作用。miR164 作为植物特有的miRNA,其主要的靶基因是植物NAC转录因子。为揭示毛竹 miR164 对其靶基因的调控机制,通过茎环引物法和RT-PCR技术,从毛竹(Phyllostachys edulis)中克隆出miR164b成熟序列及其靶基因PeNAC1。序列分析表明miR164b的靶点位于PeNAC1 编码区,RLM-5'RACE PCR产物测序结果证实切割位点位于靶点的第10-11位碱基之间。组织特异性表达分析表明,毛竹 miR164b和PeNAC1在根、茎、叶及鞘中均表达,其中miR164b在根中表达丰度最高,在茎中表达丰度最低;而PeNAC1的表达丰度恰好与miR164b 相反。实时定量PCR结果显示,NaCl(250 mmol·L^-1)、低温(4℃)和强光(1 500 μmol·m^-2·s^-1)处理后毛竹叶片中 miR164b 的表达均明显下调,GA₃(100 μmol·L^-1)处理后 miR164b表达量明显上调;而在同样处理条件下,PeNAC1的表达恰好呈现出与其完全相反的趋势。由此表明,miR164b对靶基因PeNAC1 具有表达调控作用,可能与毛竹响应非生物胁迫的抗逆过程密切相关,这为利用miRNA开展竹子抗逆分子育种提供了参考。     

荔波连蕊茶GA2ox1基因的克隆及表达分析

[目的]GA2氧化酶是赤霉素生物合成代谢过程中关键酶之一,GA2ox家族基因常被用于植物矮化基因工程育种。[方法]根据植物GA2氧化酶基因编码区的保守序列设计引物,以山茶属荔波连蕊茶嫩枝为材料,提取总RNA,进行RT-PCR。采用RACE技术扩增获得1 371 bp的GA2ox基因全长cDNA序列,命名为ClGA2ox1(GenBank登录号KJ502290)。[结果]序列分析表明,ClGA2ox1放阅读框(ORF)为1 002 bp,编码333个氨基酸,5'非编码区59 bp,3'非编码区310 bp。预测的蛋白质分子量为37.31 kD,等电点为5.92,具有GA2ox超基因家族的保守结构域和特有的氨基酸残基。ClGA2ox1蛋白与GenBank中收录的其它植物GA2ox蛋白氨基酸的相似性达到80%。构建系统进化树,结果显示山茶GA2氧化酶与烟草GA2ox蛋白的亲缘关系最为密切。实时定量PCR结果显示,该基因在荔波边蕊茶不同器官及发育不同时期的均有表达,表达量有所不同:ClGA2ox1基因在2年生茎段中的表达量最高,在嫩枝和根中也有较高的表达,而在新抽生的嫩叶中最低。[结论]试验结果为进一步明确ClGA2ox1基因的功能特征及揭示其参与调控植物生长的分子机制奠定基础。     

干旱胁迫下油茶叶片结构特征的变化

[目的]研究不同程度干旱胁迫对油茶叶片结构的影响,了解其干旱适应机理。[方法]以7年生‘长林4号’油茶为试验材料,设置土壤含水率分别为15%20%(重度干旱胁迫)、20%25%(中度干旱胁迫)、25%30%(轻度干旱胁迫)和自然状况(对照),通过制作石蜡切片、临时切片、光学显微镜观察及测定叶片外部形态特征、叶片下表皮气孔特征、叶肉和叶脉显微结构。[结果]表明:干旱胁迫下,油茶单叶鲜质量、单叶干质量和单叶饱和质量均随着胁迫程度的增加呈下降趋势,叶片厚度、叶片大小显著降低;叶片下表皮气孔面积、气孔周长、气孔开度、气孔器大小均显著减小,气孔密度先减小后增大;随着干旱程度的增强,叶片上表皮、下表皮厚度显著减小,上角质层厚度、下角质层厚度显著增加,栅栏组织厚度、栅海比显著降低,海绵组织厚度变化差异不显著;叶片主脉厚度与主脉突起度随着胁迫程度的加强而显著增加,木质部厚度在中度干旱胁迫下及维管束短径在中度干旱胁迫、重度干旱胁迫下显著低于对照,不同干旱处理对韧皮部厚度的影响差异不显著。[结论]油茶叶片结构的变化均是油茶应对干旱胁迫的适应特征,油茶植株能够根据水分亏缺程度调整叶片结构以维持生存和生长,对干旱胁迫具有较强的适应性。     

小叶杨CCH基因的克隆及其在重金属胁迫下的表达模式

利用生物信息学与分子生物学相结合的策略克隆了小叶杨CCH基因,基因编码区全长258 bp,编码由85个氨基酸残基构成的蛋白质,蛋白N端具有与铜离子结合的保守功能域MXCXXC,且具有铜伴侣蛋白典型的βαββαβ二级结构,命名为PsCCH。系统进化分析表明:PsCCH蛋白与橡胶、麻疯树、葡萄的CCH蛋白的亲缘关系最近(相似性90% 93%)。通过实时定量PCR方法对其在不同浓度铜离子、其它重金属离子及植物生长激素处理下的表达模式进行了分析。结果表明:小叶杨PsCCH的表达受多种重金属及植物激素的调控,在低浓度铜离子、铝离子、锌离子、水杨酸处理下,其mRNA表达先上升而后下降;而在高浓度铜离子、钴离子、汞离子、茉莉酸处理下则是持续下降。     

不同沙棘品种抗旱性的比较

沙棘抗旱性是多因素作用的结果,如果只利用单因素/单项指标评价其抗逆性,则具有一定的片面性。本研究对干旱胁迫下4个沙棘品种的多项生理生化指标的变化进行比较分析,并通过主成分分析和综合评价发现:乡土中国沙棘(河北丰宁种源)品种的抗旱性最强,引进大果沙棘―乌兰格木品种的抗旱性最差,引进的4个沙棘品种抗旱能力强弱的排序为:丰宁(0.619)> 楚伊(0.445)> 向阳(0.390)> 乌兰格木(0.274)。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶水势、谷胱甘肽还原酶和脱落酸的含量可作为沙棘抗旱性的判定指标。随着干旱胁迫的加剧,与对照相比,4个引沙棘品种的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶水势均下降,而超氧化物歧化酶活性、细胞膜透性、谷胱甘肽还原酶和四大激素均上升,这说明干旱逆境胁迫影响了沙棘正常的生长发育过程,同时通过内在的生理生化指标的改变来增加其自身对逆境胁迫的抵抗能力。这些将为沙棘抗旱树种的筛选和进一步的杂交育种提供依据。     

半干旱区柠条植物篱水分再分配格局研究

通过对黄土高原丘陵沟壑区26年生柠条植物篱不同部位(带间、带前、带内、带后)土壤水分的2年监测,对比分析了柠条植物篱不同部位土壤水分的分布特征及其动态,探讨了柠条植物篱对降水的再分配效应。结果表明:带状柠条植物篱内不同部位间土壤水分物理性质有明显的不同,其中,带内部位土壤密度(0.99 g·cm-3)、非毛管孔隙度(8.77%)、毛管持水量(58.89%)等均优于带间、带前、带后,土壤更为疏松,透水保水性能更良,而带前更加黏性化;随着土壤深度的增加,各部位土壤含水量均表现出逐层降低的趋势,依次为0~20 cm(25.51%±2.28%)40~60 cm(12.96%±1.34%)60~80 cm(10.03%±0.59%)80~100 cm(9.16%±0.81%)100~120 cm(8.76%±1.00%),但越接近表层,带前、带内部位土壤水分含量的优势更明显。根据对土壤水分的有序聚类分析,将柠条植物篱土壤层次划分为弱利用层、利用层和调节层3层,其中,带内的土壤水分利用层(20~120 cm)大于带前、带后(20~60 cm)和带间(40~60 cm),与柠条对土壤水分的主要利用层次相一致,带内的土壤水分调节层在120 cm以下,较带间(80 cm以下)和带前、带后(60 cm以下)均深,反映了带状植物篱带前、带内土壤含水率提高而带后表层土壤含水率降低的分异特征。     

外源ABA对短期H_2O_2胁迫下侧柏幼苗活性氧代谢及相关基因的影响

[目的]研究外源ABA处理对H_2O_2胁迫下侧柏幼苗活性氧代谢系统的影响,探讨ABA调控侧柏氧化胁迫的可能作用机制。[方法]以侧柏幼苗为试验材料,采用水培方式,研究外施低浓度(0.5μmol·L~(-1))和高浓度(200μmol·L~(-1))ABA对100 mmol·L~(-1)H_2O_2胁迫下侧柏幼苗活性氧代谢的影响。[结果](1)100 mmol·L~(-1)H_2O_2胁迫48 h显著增加了侧柏幼苗叶片过氧化氢(H_2O_2)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)和脯氨酸含量、抗氧化物酶(SOD和CAT)活性,而可溶性蛋白含量降低。(2)相较于高浓度200μmol·L~(-1)ABA,施加0.5μmol·L~(-1)ABA显著减少了H_2O_2胁迫下侧柏幼苗H_2O_2和MDA的积累,进一步提高了侧柏幼苗叶片SOD、POD和CAT活性,同时促进GSH、脯氨酸和可溶性蛋白的合成。(3)100 mmol·L~(-1)H_2O_2胁迫处理48 h,侧柏幼苗叶片活性氧代谢相关基因Cu/Zn-SOD、CAT、GR、APX、MDAR和GST表达水平较对照CK均有显著性提高;正常和H_2O_2胁迫下侧柏幼苗外施0.5μmol·L~(-1)ABA相较于200μmol·L~(-1)更有利于提高侧柏叶片活性氧代谢相关基因Cu/Zn-SOD、CAT、GR、APX、MDAR和GST的表达量。[结论]低浓度0.5μmol·L~(-1)ABA有效地增强抗氧化系统的防御能力,减弱幼苗的氧化胁迫和膜脂过氧化水平,从而降低活性氧对侧柏的伤害。     

PEG模拟干旱对毛竹种子萌发及生长生理特性的影响

[目的]通过比较不同程度干旱胁迫对毛竹种子萌发及生长生理的影响,探究毛竹种子萌发期对水分胁迫的耐受机理,为毛竹的水分管理提供科学依据。[方法]以毛竹种子为试验材料,采用培养皿滤纸萌发的方法研究不同浓度(0%、5%、10%、15%、20%、25%) PEG-6000溶液对其种子萌发、生长、渗透调节物质、抗氧化酶活性的影响。并对种子萌发率、胚根和胚芽的生长量与PEG胁迫浓度间进行回归分析。[结果](1)对照组(CK)和5%处理组在第4天开始发芽,其余各处理组的发芽起始时间随处理浓度的升高逐渐延迟,25%处理组不发芽。(2)最终发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长度、胚芽长度随PEG浓度的升高呈现先增大后减小的趋势,且均在5%浓度达到最大值。干旱胁迫下毛竹种子发芽率日变化曲线中对照组和5%处理组间存在唯一交叉点。毛竹种子在PEG胁迫下发芽率的临界值和极限值分别为14. 49%和19. 27%。(3)胚根和胚芽最终长度均在5%浓度时达到最大值,其后随着浓度的升高而减小,处理间差异显著(P 0. 05)。对照组和5%处理组的胚根平均长度日变化曲线存在交叉点。PEG胁迫下胚根生长的临界值和极限值分别为20. 43和23. 01%。(4)胚根中SOD、POD、CAT的活性均随PEG浓度的升高呈先上升后下降的趋势,且分别在5%、10%、10%浓度时达到最大值。(5) MDA和可溶性蛋白含量随PEG浓度的升高而持续升高,但低浓度(0%10%)时MDA含量差异不显著。[结论]低浓度干旱胁迫抑制发芽前期毛竹种子萌发以及胚根的形成,但显著提高毛竹种子的最终发芽率并且促进胚根后期的生长;而高浓度PEG干旱胁迫延迟毛竹发芽,抑制整个发芽时期的发芽率以及胚根、胚芽的生长; PEG浓度高于15%的干旱胁迫使毛竹的抗氧化酶系统发生紊乱,并对组织膜系统造成显著伤害。     

干旱胁迫及复水对绿竹容器苗生理特征的影响

[目的]探究模拟干旱环境下水分亏缺对绿竹容器苗主要营养器官生理特性的影响,为绿竹规模化育苗栽培制定适宜的经营管理及节水灌溉技术方案提供理论依据。[方法]以绿竹组培苗为试验材料,采用盆栽苗控水方式,测定分析不同干旱胁迫条件下绿竹叶片及根系抗氧化酶、膜脂渗透性、叶片光合色素含量、以及根系活力等生理指标。[结果]表明:随着干旱胁迫加重,绿竹叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量明显下降,各处理间均达到差异显著(P0.05),复水后叶绿素a、叶绿素b、及类胡萝卜素含量均明显升高,其中叶绿素a、叶绿素b达到差异显著(P0.05),但类胡萝卜素差异不显著(P0.05);干旱胁迫下,根系活力呈明显下降趋势,中度干旱胁迫(MS)和重度干旱胁迫(SS)根系活力分别比对照(CK)下降14.35%、33.31%,均达到差异显著(P0.05),复水后,根系活力均明显升高,分别达到了CK处理根系活力的96.75%、73.84%;干旱胁迫下,根系及叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量均呈上升趋势,且在复水后均呈现一定下降趋势,表现为中度干旱胁迫后复水(MS-CK)降低程度高于重度干旱胁迫后复水(SS-CK),各处理间均达到差异显著(P0.05)。[结论]模拟干旱环境下,增加干旱胁迫程度,绿竹的根系活力及叶片色素含量呈显著降低,MDA含量及SOD、CAT、POD活性均升高。复水后,根系活力及叶片色素含量较干旱胁迫时有所提高,MDA含量及SOD、CAT、POD活性有明显下降,不同干旱程度补偿能力不同,表现为中度干旱胁迫后复水高于重度干旱胁迫后复水,且不同营养器官对于解除干旱后消除活性氧及修复适应能力也不尽相同。绿竹根系活力和叶绿素含量与干旱胁迫程度呈负相关,而保护酶SOD、CAT、POD活性以及MDA含量均与干旱胁迫程度呈正相关。