运用实测高光谱数据对梭梭同化枝叶绿素的估算

叶绿素是植物光合作用过程中最重要的色素,与植被的光能利用及转化效率密切相关。以荒漠生态系统建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)为研究对象,通过收集64种叶绿素光谱指数,对这些指数在梭梭同化枝叶绿素面积质量反演的适用性进行评价,利用实测光谱数据对梭梭同化枝叶绿素进行相关性分析。结果表明:64种光谱指数在梭梭同化枝叶绿素反演的精度很低;对梭梭同化枝叶绿素面积质量解释性较好的光谱指数有R600/R1630、R600-R1605、(R600-R1630)/(R600+R1630)、D1815-D1290、D1210/D1290、(D1210-D1290)/(D1210+D1290);极端的干旱气候及长期的水分胁迫导致梭梭同化枝叶绿素的光谱响应特征具有独特性。     

旱柳转录组测序及生物学分析

对盐敏感旱柳沿江柳和耐盐旱柳9901的杂交F_1代根部进行了RNA-Seq测序和分析,共获取了107 950条Unigene,平均长度为1 076.96 bp。通过与COG、GO等8个数据库比对,60 848个基因获得注释信息,其中38 182条Unigene在GO数据库中获得注释,24 101条Unigene在KEGG数据库中获得注释。GO和KEGG富集分析结果表明,差异表达基因主要调节核糖体代谢、植物激素信号转导等生物学功能。     

氮胁迫下小麦叶片转录组分析

氮素是小麦生长发育过程中重要的营养元素,利用转录组技术鉴定参与小麦低氮胁迫分子调控网络的基因,对揭示小麦耐低氮分子机理、开展耐低氮育种具有重要参考意义。采用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术,对小麦品种晋麦47正常生长和低氮胁迫下的叶片进行转录组测序,筛选差异表达基因并在GO、KEGG 数据库中进行比对注释,分析小麦低氮胁迫响应相关基因。结果显示,对照组与低氮组分别获得高质量序列52 383 726和52 192 061条,检测到差异表达基因1 267个,其中上调表达基因179个,下调表达基因1 088个。差异基因GO功能注释到3个大类的44个功能组。差异表达基因被注释到178个途径上,主要富集于氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢和信号传导等途径。转录因子分析发现,在低氮条件下变化明显的转录因子家族包括WRKY、MYB和NAC等。     

氮胁迫下小麦叶片转录组分析

氮素是小麦生长发育过程中重要的营养元素,利用转录组技术鉴定参与小麦低氮胁迫分子调控网络的基因,对揭示小麦耐低氮分子机理、开展耐低氮育种具有重要参考意义。采用Illumina HiseqTM 2500高通量测序技术,对小麦品种晋麦47正常生长和低氮胁迫下的叶片进行转录组测序,筛选差异表达基因并在GO、KEGG 数据库中进行比对注释,分析小麦低氮胁迫响应相关基因。结果显示,对照组与低氮组分别获得高质量序列52 383 726和52 192 061条,检测到差异表达基因1 267个,其中上调表达基因179个,下调表达基因1 088个。差异基因GO功能注释到3个大类的44个功能组。差异表达基因被注释到178个途径上,主要富集于氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢和信号传导等途径。转录因子分析发现,在低氮条件下变化明显的转录因子家族包括WRKY、MYB和NAC等。     

甘蓝型油菜响应干旱胁迫的转录组分析

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是我国主要油料作物之一,为国家粮油安全提供了重要保障。干旱严重限制了油菜种植规模扩大、产量与品质提升。为挖掘甘蓝型油菜抗旱的关键基因,阐明油菜耐旱机制,本研究以甘蓝型油菜湘油15为对象,通过实验室模拟干旱处理后的叶片为材料进行转录组测序(RNA-Seq)、生物信息分析并qRT-PCR验证。发现转录组样本平均Clean baseas约为9.6 G,且各样品碱基百分比(Q30)大于93.21%,比对到参考基因组上的Reads在89%以上。干旱处理4 h后,湘油15出现了440个差异表达基因(DEGs),其中148个基因上调,292个基因下调。随机选取10个基因(上调与下调各5个)进行qRT-PCR验证,其中9个基因的qRT-PCR结果与RNA-Seq结果相符,仅1个基因表达趋势相反,相似度可达90%,证实转录组测序结果的可靠性。结果表明甘蓝型油菜湘油15主要通过光合作用、碳代谢和渗透调节等途径调节抗旱能力,为进一步阐明油菜耐旱机制奠定了基础。     

玉米根毛单细胞类型转录组分析

根毛是植物根表皮细胞向外突起伸长形成的管状单细胞,在植物水分、营养物质吸收及与外界环境相互作用的过程中发挥重要功能.目前,对玉米根毛生长发育的研究极其有限,玉米作为一种单子叶植物,根毛生长发育的分子机制与十字花科植物拟南芥可能有所不同.为探究玉米根毛生长发育的调控机制,以玉米自交系B73根毛为研究对象,收集生长3 d的...     

高温胁迫下半夏叶片的转录组分析

【目的】通过分析高温（38℃）胁迫下半夏（Pinellia ternate）叶片转录组数据,挖掘其响应高温胁迫相关的基因,探究高温胁迫影响半夏的分子机制。【方法】通过Illumina HiSeq测序对高温胁迫处理后的半夏叶片进行转录组分析,并用qRT-PCR技术对DEGs进行验证。【结果】转录组测序共获得38.48 Gb Clean data,与对照组（25℃）相比,高温处理后1 138个DEGS上调表达,578个DEGs下调表达。GO富集分析表明,DEGs主要集中在转录因子复合体、内肽酶活性和血红素结合;KEGG富集分析表明,内质网蛋白质加工代谢通路的DEGs最多。基因表达水平分析表明,植物激素信号转导相关基因（PtARP1、PtGRP1、PtABF）、7个谷胱甘肽S转移酶基因PtGST和23个热激蛋白基因PtHSP在高温胁迫下表达量上调。qRT-PCR分析结果表明,9个DEGs在高温胁迫下的差异表达与转录组分析结果一致。【结论】通过对高温胁迫下半夏叶片进行转录组分析,挖掘高温胁迫相关基因,为进一步研究半夏高温胁迫响应机制提供理论参考。     

紫花苜蓿不同发育时期次生壁合成调控的转录组分析

【目的】探讨紫花苜蓿次生壁合成的基因网络调控变化和表达模式,确定一些关键候选基因和转录因子,为紫花苜蓿次生壁加厚调控网络的分子机制研究奠定基础。【方法】对‘中苜1号’紫花苜蓿分枝期（S1）、现蕾期（S2）、初花期（S3）和盛花期（S4）的茎进行近红外光谱法测定次生壁主要物质含量和Illumina HiSeq^TM 2500高通量转录组测序。以紫花苜蓿的近缘物种蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）基因组作为参考基因组进行序列比对并组装构建转录本。利用FPKM法计算基因表达量,以Fold change（差异表达倍数）≥2或≤0.5（表达上调或下调）、FDR（false discover rate）≤0.05为筛选条件,在3个相邻时期转录组比较组合中（S2vs S1,S3 vs S2,S4 vs S3）筛选差异表达基因。通过Gene Ontology数据库和KEGG Pathway数据库对紫花苜蓿不同发育时期差异表达基因的功能和参与的代谢途径进行注释。【结果】共获得41 734个基因在紫花苜蓿不同发育时期的转录表达情况,27个功能注释与紫花苜蓿纤维素、木质素合成密切相关的基因差异表达,其变化趋势与纤维素和木质素含量测定结果基本一致,即随着生长发育时期的变化,表达水平逐渐提高。研究表明,初花期是紫花苜蓿次生壁合成调控的转折期,纤维素和木质素含量与其合成基因表达量在初花期均显著提高。MTR_2g016630（Ces）和MTR_7g103590（Ces A1）等纤维素合成酶基因表达水平在初花期显著上升,木质素合成途径中,MTR_1g064090（PAL1）、MTR_1g111240（C4H）和MTR_2g104960（CCR）基因表达量在初花期或盛花期相比分枝期上调表达倍数达到10倍以上。本研究中27个与植物生长发育相关的转录因子在紫花苜蓿不同发育时期差异性表达,其中NAC家族和MYB家族转录因子有18个,也有少量WRKY、BHLH、ERF、C3H等转录因子。【结论】获得‘中苜1号’紫花苜蓿在4个生长发育时期茎的基因表达谱数据,共获得54个差异表达基因,其中稳定上调基因24个,稳定下调基因30个。这些基因很有可能参与紫花苜蓿次生壁的合成调控。     

基于同化枝生长的民勤荒漠梭梭固沙林耗水量估算

为准确估算民勤荒漠梭梭固沙林耗水量,运用热平衡茎流测量技术,对民勤荒漠梭梭茎干液流动态进行监测,选择同化枝生长指标为扩展纯量,对梭梭单株耗水量与单株同化枝表面积和同化枝干重进行相关性拟合,推算梭梭固沙林耗水量。结果表明,梭梭同化枝生长与其耗水量月变化过程同步,梭梭快速生长期(7月)同化枝生长及耗水量明显高于展叶(5月)和落叶期(10月),经相关性分析确定梭梭同化枝表面积、同化枝干重与其耗水量存在线性函数关系;模拟推算梭梭固沙林耗水量受林分密度及分枝构型的影响较大,且不同龄林梭梭同化枝生长模拟均略小于实测值,相对而言同化枝表面积模拟值平均相对误差更小(8.92%)。因此,以同化枝表面积和同化枝干重推算梭梭固沙林耗水可行,可实现梭梭林耗水量的可靠估算,为荒漠植被固沙造林及其生态用水管理等提供参考。     

比较转录组分析揭示花生种皮花青素积累的分子调控机制

花青素作为一种抗氧化物质,具有多种保健功效。与其他颜色花生相比,黑种皮花生具有良好的感官品质,且花青素含量更高。为了揭示花生黑种皮花青素形成和调控的分子机理,本研究以黑种皮花生(YH29)和粉红种皮花生(WH10)为研究对象,通过RNA-seq技术比较其转录组的差异。结果表明,与粉红种皮花生相比,黑种皮花生中1 539个基因表达上调,1 275个基因表达下调。KEGG分析发现花青素生物合成、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成等多个与色素积累相关的通路在黑色种皮花生中富集。在黑种皮花生中,苯丙氨酸解氨酶、查尔酮合成酶等5个与花青素合成相关的关键酶基因表达上调,而与花青素生物合成途径竞争同一底物的一些关键酶基因,如柚皮素和甘草素基因,则表达下调,这使得有更多的底物流向花青素合成途径,这些基因的协同表达可能是黑种皮花青素高水平积累的关键。另外,两个R2R3-MYB转录因子在黑种皮花生中也表达上调,可能是引起花青素合成关键基因表达差异的关键因素。我们的研究结果为深入研究花生种皮花青素合成的分子机理及培育高花青素含量的花生新品种提供了参考。     

梭梭植冠的构筑型分析

以新疆莫索湾地区的梭梭为研究对象,利用分形理论对梭梭的植冠构筑型进行了研究,确定了梭梭植株具有分形特征,初步判断梭梭的构筑型是动态变化过程,一年生梭梭在人工环境下,其构筑型发展为近球形,野生一年生梭梭构筑型受环境干扰而呈现出不规则状态,成年期构筑型表现为不同宽窄的V形,其典型状态为外缘分枝角度45°左右的V形构筑型.     

角倍蚜虫夏寄生盐肤木物候期的观察研究

角倍蚜虫夏寄主盐肤木物候期观察研究结果表明：坡向对物候期影响较大，不同坡向盐肤木的萌芽、展叶、开花、结实、落叶等物候现象存在一定程度的差异，出现最早的是南坡，最迟的基本上是北坡．福建南平适宜引种放养角倍蚜虫的展叶期是３月下旬至４月上旬；展叶早、速度快、历期短的是南坡，历期仅１０天，于３月底结束；历期较长的是东坡，约２０天，展叶盛期可持续到４月上旬；放养排序为：南坡＞山凹＞西坡＞北坡＞东坡．     

乌兰布和沙漠天然梭梭种群径级结构及种群动态分析

以乌兰布和沙漠天然梭梭种群调查数据和材料为基础,编制特定时间静态生命表,绘制存活曲线、死亡率曲线、期望寿命曲线和亏损度曲线,并用4个生存函数值(生存率、积累死亡率、死亡密度和危险率)进一步分析说明梭梭种群数量动态变化.结果表明:梭梭径级结构属于正金字塔增长型;存活曲线为Deevey-Ⅲ型凹曲线,结合生存函数曲线,能充分说明乌兰布和沙漠梭梭种群数量结构和动态变化,表现为前期增长、中期稳定、后期衰退的特点;幼龄期Ⅰ、Ⅱ径级和衰亡期Ⅺ径级的梭梭种群死亡概率和死亡速率都较高,第Ⅴ～Ⅶ径级梭梭种群生存质量较好,生命活动达到旺盛期,属于成年旺盛梭梭种群.     

民勤退化人工梭梭种群雨养恢复试验研究

通过对民勤人工梭梭种群更新、平茬矮化和林地结皮改造试验,探讨梭梭种群雨养恢复关键技术措施。结果表明:民勤人工梭梭种群以半固定沙丘、沙地上更新较好,更新苗平均密度为1 130～2 280株.hm-2,但当年生幼苗保存率低,为20.6%～53.3%,这主要受降水和风蚀环境的限制;人工梭梭全平茬处理明显促进了梭梭枝条生长和萌发,平茬后当年高生长量平均58.9 cm,新枝平均长度27.0 cm,二次枝萌发数平均16.9个,分别为半平茬梭梭的1.1倍、1.6倍和1.3倍;梭梭林地结皮的穴状破坏加速了降水水分入渗过程,降水入渗深度可达70 cm,结皮带状和片状处理对降水产生一定的截留,降水在50～70 cm之间入渗。     

季节变化对梭梭生理特性的影响

[目的]研究季节变化对梭梭生理特性的影响,为植被恢复提供理论依据.[方法]在梭梭生长季(3 ～ 10月份),对阿拉善荒漠东缘梭梭进行采集,测定梭梭体内脱落酸、海藻糖、脯氨酸、甜菜碱含量,并进行相关性分析.[结果]结果表明:梭梭体内脱落酸含量在9月份达到最高,在7月份达到最低;梭梭叶片海藻糖含量在5月份、9月份较大;7月份,甜菜碱在植物体内大量积累;梭梭叶片脯氨酸含量在3月份达到最大.梭梭脱落酸含量与甜菜碱含量呈显著负相关(相关系数-0.596);梭梭脯氨酸含量随着体内脱落酸含量的变化不明显;植物体内海藻糖含量对植物体内脯氨酸含量无显著性影响;梭梭随植物体内海藻糖含量的变化甜菜碱含量变化不明显.[结论]梭梭在受到环境胁迫时,体内积累了大量海藻糖、脯氨酸和甜菜碱以应对外界不良环境,但其生理功能不同.     

肉苁蓉寄生对梭梭生物量和碳水化合物含量的影响

在沙漠条件下,探讨了寄生植物肉苁蓉寄生对寄主梭梭生长的影响。结果表明:肉苁蓉寄生后梭梭光合枝和根系生物量分别减少了29.99%和18.64%,肉苁蓉生物量仅占梭梭生物量减少量的35.66%;肉苁蓉寄生后梭梭光合枝中可溶性糖含量增加,而光合枝和根系中可溶性糖贮存量减少;梭梭光合枝、根系中淀粉和总非结构碳水化合物含量和贮存量均减少。说明肉苁蓉寄生使梭梭干物质总积累量减少,同时降低了梭梭根系碳水化合物含量和贮存量。     

梭梭花解剖特征及其对沙漠环境的适应

【目的】以古尔班通古特沙漠植被优势种梭梭为对象,探讨梭梭花解剖特征对沙漠干旱环境的适应。【方法】运用石蜡切片和电镜扫描等方法对梭梭的花部解剖结构和花粉粒形态进行了观察,对花粉-胚珠比(P/O)做了检测。【结果】梭梭花着生在当年生新梢(同化枝)上,花冠小,直径约1 mm,单生叶腋,仅具花萼,为两性花。子房基部陷于花盘内,无花冠。花被片5,离生,绿色,纸质或干膜质,内面基部常具蛛丝状毛。雄蕊5枚,黄色,属聚药雄蕊。梭梭的花柱短,柱头指状,实心花柱,中央无花柱道,有许多分泌细胞。小苞片2,舟状,外被角质层,边缘膜质。梭梭子房中分布有维管束,在花药的药隔处有维管束且开裂后维管束仍留存。当梭梭花成熟时柱头紧靠着花药基部,雄蕊略高于雌蕊,为自花授粉提供了极好的空间位置。花粉粒直径小,质量轻,数量多,P/O值为64 815,适于风媒传粉。进一步的扫描电镜观察表明,梭梭近似球形的花粉粒表面具瘤状纹饰,花粉粒极轴长度为19.08~21.02μm,赤道轴长度为18.59~19.18μm。【结论】梭梭存在自花和异花两种传粉途径;梭梭花外观形态和解剖结构特征表明了梭梭对沙漠干旱环境的高度适应。     

梭梭不同生长阶段的枝系构型特征

通过对民勤荒漠植物梭梭(Haloxylon ammodendron)不同生长发育阶段(3～11 a龄)枝系构型进行了统计分析.结果表明:1)梭梭不同生长阶段的分枝格局参数,总体分枝率和分枝角度差异不显著,且总体分枝率均较低.2)梭梭生长初期逐步分枝率(SBR)1∶2大于生长后期,而梭梭生长初期(SBR)2∶3小于生长后期.3)梭梭的分枝角度随级数的增加而呈现减小的趋势,梭梭在越靠近植株顶端,年幼的枝和干之间的分枝角度越接近于30°,而在越靠近植株基部的老枝和干之间的分枝角度多接近于60°.4)梭梭的各级分枝长度存在显著差异(p＜0.05),梭梭枝条的伸展能力从低级到高级呈现相对减弱的趋势.5)随着梭梭个体生长发育,其植株的枝径比差异显著(p＜0.05),随分枝级数的增加,其枝径比呈现出逐渐增大的趋势,说明其枝条间的承载力越大.梭梭在不同生长发育阶段,枝系构型表现出一定的可塑性,反映了对荒漠环境的适应.     

准噶尔盆地梭梭个体种子产量预测

对准噶尔盆地6个不同生境梭梭[Haloxylon ammodendron(C.A.Mey)Bunge]种群植株生长状况与种子产量之间的关系进行了比较。结果表明,植株形态参数冠幅(C)、基径(D)、高度(H)与种子产量(M)之间存在紧密的相关关系。通径分析结果显示,冠幅对植株种子产量的影响最大,其后依次为高度、基径。试验建立的梭梭种子产量预测方程为:M=178.572+3.47×10-5 CH-1.106 H-0.007 C(R=0.830,P0.01)。     

柴达木盆地梭梭LEA基因的扩增及序列分析

为发掘梭梭(Haloxylon ammodendron)抗逆相关基因,以柴达木盆地梭梭的同化枝为材料,扩增其LEA基因并进行了序列测定与分析。结果表明,所得柴达木盆地梭梭的LEA基因碱基数为234 bp,其中A碱基70个,T碱基52个,G碱基59个,C碱基53个;氨基酸序列分析表明,所得LEA基因片段编码78个氨基酸,其中强碱性氨基酸有12个,强酸性氨基酸有6个,疏水性氨基酸有34个,亲水性氨基酸有26个。