乌塌菜DET1基因的克隆及表达模式分析

高叶绿素是一种极为优良的农艺性状,有利于提高光合作用效率,增加产量。以芸薹属高叶绿素突变体乌塌菜为试验材料,研究调控叶绿素合成的基因DET1与乌塌菜高叶绿素含量的关系。测序结果显示,乌塌菜DET1基因全长cDNA为1 690 bp,编码535个氨基酸。与小白菜和羽衣甘蓝相比,乌塌菜DET1基因在第734~739位缺失了6个核苷酸"TGATGA",导致乌塌菜DET1编码的蛋白质BrDET1w在第245位和第246位氨基酸处缺失了2个甲硫氨酸,其中,第245位的甲硫氨酸位于芸薹属DET1蛋白的保守位点。尽管生物信息学分析显示,乌塌菜BrDET1w的相对分子质量、等电点以及亲水性没有受到明显影响,半定量RT-PCR结果也显示,DET1基因的表达量在小白菜和乌塌菜中差别不大,但DET1基因保守位点的缺失仍可能是由于乌塌菜高叶绿素含量的原因。这一结果为乌塌菜DET1基因的后续研究奠定了基础。     

谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱分析

【目的】谷子是一种耐旱作物,通过二代测序技术获得大量的谷子萌发期响应干旱胁迫的差异基因,进而挖掘谷子萌发期抵御干旱的关键基因及其相关的分子机制。【方法】以晋谷45为材料,谷子萌发期分别用18%PEG-6000干旱胁迫（处理组）和蒸馏水（对照组）处理种子并测定1、10和18 h种子的SOD、POD和CAT活性。SOD活性用氮蓝四唑（NBT）法测定,POD活性用愈创木酚法测定,CAT活性用比色法测定;对萌发10和18 h种子的对照组和处理组构建cDNA文库并进行差异基因表达谱分析;利用Bowtie将reads比对到参考基因组,采用RSEM对bowtie的比对结果进行表达量估计;使用DESeq进行差异表达基因分析;利用NR、Swiss-Prot、KEGG、COG和GO在线数据库对差异基因进行功能注释,挖掘调控谷子萌发的关键基因;利用qRT-PCR验证测序结果的可靠性。【结果】处理组的SOD活性整体比对照组高,而POD活性和CAT活性与之相反;随着萌发时间的变化,SOD活性在不断地增加,但CAT和POD活性逐渐减小。基因表达谱序列与所选参考基因组序列高度一致,基因表达呈现出高度不均一性。通过高通量测序最后获得35 470个基因,以RPKM≥0.01为筛选标准,对照样本中分别筛选出24 030和24 486个表达基因,PEG干旱胁迫处理10和18 h的样本分别筛选出24 019和23 877个表达基因;差异表达基因分析表明,谷子萌发10和18 h分别筛选出456和545个差异基因,其中87和267个上调表达基因,369和278个下调表达基因;GO功能显著性富集分析表明,差异基因主要涉及代谢过程,细胞进程和响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因参与到苯丙烷代谢和植物激素信号转导过程;通过qRT-PCR对5个差异基因在干旱胁迫下种子萌发时的表达分析表明,其表达趋势与表达谱分析结果基本一致。【结论】差异表达基因广泛涉及到糖、蛋白质、核酸等生物大分子代谢、次生代谢和能量代谢等过程;SnRK2和PAL可能在干旱胁迫下调节种子的萌发。     

外源一氧化氮对盐胁迫下高粱种子萌发及淀粉转化的影响

【目的】探讨外源一氧化氮（NO）对盐胁迫下高粱种子萌发过程的生理生化调节作用,为揭示甜高粱种子的萌发生理及其化学调控提供理论依据。【方法】 以晋甜08-1为试材,用NaCl浓度（mmol·L ^-1）为0、50、100、150、200、300和400 的溶液培养高粱种子,通过萌发率确定高粱种子萌发期的耐盐适宜浓度、半致死浓度和极限浓度。用0.05、0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mmol·L ^-1硝普钠（SNP,NO供体）在25℃黑暗条件下浸种12 h,以150 mmol·L ^-1的NaCl模拟盐胁迫,在培养36 h统计发芽势,72 h统计发芽率,在5 d时取样测定脯氨酸、丙二醛含量及淀粉转化相关指标。采用二硝基水杨酸法测定淀粉酶活性和还原性糖,蒽酮法测定可溶性糖和淀粉含量,茚三酮显色法测定脯氨酸含量,硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛含量。通过对高粱种子发芽率、发芽势及种子吸胀、淀粉酶活性、淀粉及糖含量、脯氨酸等指标进行测定分析,研究外源一氧化氮对盐胁迫下高粱种子萌发及淀粉转化的影响。 【结果】 NaCl胁迫下高粱种子的萌发受到明显抑制,NaCl浓度大于100 mmol·L ^-1时高粱种子的萌发率显著降低,150 mmol·L ^-1 NaCl处理时高粱种子的萌发率为63.17%,400 mmol·L ^-1 NaCl完全抑制高粱种子萌发。0.05 mmol·L ^-1的SNP处理能够缓解盐胁迫对种子萌发的抑制,种子发芽势、发芽率、发芽指数分别比对照高14.44%、12.22%和18.07%（P<0.05）;SNP处理使高粱种子中脯氨酸和可溶性糖含量分别增加18.97%和41.43%,从而降低渗透势,促进种子吸水,缓解NaCl造成的渗透胁迫,丙二醛含量显著降低,较NaCl单独处理降低了17.79%。SNP处理还能迅速提高盐胁迫下种子淀粉酶活性,在处理后第1天时就比NaCl处理提高了17.20%,加速淀粉的降解,显著增加可溶性糖和还原性糖含量。在处理的第5天时,SNP+NaCl处理淀粉含量比NaCl处理降低19.17%,可溶性糖和还原性糖的含量分别提高了41.4%和41.0%,差异显著（P<0.05）,这为种子萌发提供能量,提高高粱种子萌发期的抗盐性。 【结论】 外源NO可调节高粱种子萌发期的淀粉酶活性和渗透调节能力,提高其对盐胁迫的抵抗能力,促进种子的萌发。     

谷子种子高质量总RNA提取方法的优化

为得到高质量的谷子种子RNA,本研究以5个不同谷子品种为材料,对RNAiso Plus法、改良RNAiso Plus法、CTAB法提取的RNA进行质量和纯度的比较。结果表明,改良RNAiso Plus法提取的总RNA完整性、纯度、浓度均优于其他2种方法提取的总RNA,5个不同谷子品种和不同萌发时期的谷子均可用改良RNAiso Plus法提取出高质量、完整性好的RNA,所得RNA产物可用于构建cDNA文库和转录组测序等后续试验。本研究为禾谷类植物种子的总RNA提取提供了一定的参考,也为谷子种子后续的分子生物学试验奠定了基础。     

几类茎叶处理除草剂对远志的安全性评价

根据远志的生物学特性,初步选用几类化学除草剂在远志田进行安全性试验,通过研究除草剂对远志幼苗叶绿素含量、荧光参数Y(II)、ETR等的影响,筛选安全、高效的远志化学防除的除草剂。结果表明,芳氧苯氧丙酸类和环己烯酮类除草剂的处理浓度小于4倍推荐剂量时对远志的生长状况、叶片SPAD值和叶绿素荧光参数Y(II)、ETR等都没有影响,无药害症状产生,高浓度处理(6倍推荐剂量)对远志叶片SPAD值和Y(II)、ETR有一定影响,但未产生药害,表明这两类除草剂中的骠马、精喹禾灵、喹禾灵、高盖以及己烯酮类的收乐通对远志是安全的,可用于远志田的化学除草。磺酰脲类、苯氧羧酸类和二苯醚类处理后均产生明显药害症状,不能用于远志田化学除草。     

纳米硒对谷子生物量和微量元素含量的影响

为了探究纳米硒肥对谷子各部位生物量和谷子籽粒中微量元素含量的影响,以大白谷和张杂13号谷子为材料,在其孕穗期和灌浆期分别喷施不同质量浓度(0、3、6、9 mg/L)的纳米硒肥,分析成熟后谷子各部位的生物量及谷子籽粒中硒、汞、砷和镉含量的变化。结果表明,纳米硒肥可以增加谷子地上部分的生物量,但对地下部分生物量无影响,且施用高浓度纳米硒肥会抑制谷子生物量的持续积累;纳米硒肥可以极显著提高谷子籽粒中的硒含量,在灌浆期喷施高质量浓度(9 mg/L)纳米硒肥时,对谷子籽粒硒含量的积累效果更佳,且籽粒硒含量与叶面喷硒浓度呈正相关;纳米硒肥可以极显著降低谷子籽粒中重金属元素的含量,且籽粒中砷和镉的含量均与叶面喷硒浓度呈负相关。适宜浓度的外源硒可以提高谷子茎部、叶部和穗部的生物量及谷子籽粒硒含量,降低了籽粒中汞、砷和镉的含量。     

等离子体处理苦参种子的生物学效应

利用不同强度的磁化弧光等离子体(电流强度为0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 A)处理苦参种子,通过分析种子发芽势、发芽率、幼苗株高、根长、侧根数及根系的可溶性糖、可溶性蛋白含量,研究等离子体对苦参种子萌发、幼苗生长的影响。结果表明,苦参种子通过不同参数的等离子体处理后,苦参幼苗株高、根长、侧根数均显著高于对照,且均出现了"双峰"现象,其中,在电流强度为2.0 A时3项形态指标均达到最高,分别为7.74,12.16 cm和8条;另一峰则不稳定存在于某一强度下;经处理后苦参根系的干、鲜质量也有显著提高;0.5～2.5 A等离子体处理的种子的发芽势显著高于对照,以电流强度为2.0 A时苦参种子的发芽势最高,比对照增加了66.67%;等离子体处理显著增加了苦参幼苗根系的可溶性糖和可溶性蛋白含量及根系活力,分别在电流强度为2.5,0.5,1.0 A时最大。综合分析表明,2.0 A的磁化弧光等离子体处理对促进苦参种子发芽和幼苗生长效果最佳;磁化等离子体处理可以打破苦参种子休眠,促进物质转化,加速种子的萌发,增加发芽势,提高根系活力,有利于形成齐苗壮苗。     

不同品种谷子愈伤组织对拿捕净胁迫的生理响应

【目的】研究除草剂拿捕净胁迫对不同抗性谷子品种愈伤组织生理特性的影响,分析不同品种谷子对拿扑净胁迫的生理响应差异,从细胞水平探讨谷子抗除草剂的生理机理,为深入了解谷子除草剂抗性机制和品种改良提供理论参考。【方法】采用植物组织培养法,以敏感品种晋谷21和抗拿捕净品种豫谷35、冀谷42愈伤组织为试验材料,以不同浓度拿捕净附加入培养基中进行胁迫处理后,分别测定3种谷子愈伤组织丙二醛（malondialdehyde,MDA）、膜透性（membrane permeability,MP）、超氧阴离子（superoxide anion,O₂ ^-）、脯氨酸（proline,Pro）、可溶性蛋白（soluble protein,SP）、可溶性糖（soluble sugar,SS）含量,超氧化歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化物酶（peroxidase,POD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）活性,分析比较拿捕净胁迫下3个谷子品种间生理响应机理的差异。【结果】提高拿捕净胁迫浓度对3个品种谷子愈伤组织的生长影响不同,且对晋谷21的影响要明显大于豫谷35和冀谷42。不同浓度拿捕净胁迫对3个品种谷子愈伤组织各项生理生化指标均有显著影响,但影响趋势和程度也不同。随拿捕净处理浓度提高,尤其在较高浓度时,豫谷35和冀谷42愈伤组织MDA含量、细胞膜相对透性和O₂ ^-含量显著低于晋谷21号,而SOD、POD活性则显著高于晋谷21。SP、SS、Pro含量则在不断变化。相关分析结果显示,不同品种拿捕净抗性与膜脂过氧化伤害物质（MDA和O₂ ^-）含量呈负相关,与部分渗透调节物质和保护酶活性呈正相关。【结论】在拿捕净胁迫下,3个品种谷子愈伤组织所测定的相关生理生化指标变化趋势不尽相同,响应差异较大。细胞保护酶系及渗透调节物质参与了除草剂抗性的调节,且其变化趋势在2个抗性品种之间也不完全相同,因此,谷子除草剂抗性是多方面综合防御的结果。     

年际间周年覆盖保水对旱地小麦植株氮素利用的调控研究

为深入探索旱地小麦覆盖保水、增产、高效栽培技术途径,于2011—2014年在山西农业大学闻喜试验基地,以夏季覆盖渗水地膜与不覆盖为主区,以生育期膜际条播、常规条播为副区,研究年际间周年覆盖对麦田土壤水分运行和植株氮素积累、利用及氮效率的影响。结果表明:夏季覆盖提高播前3m内土壤水分,其保水效果可至孕穗期,且采用膜际条播效果更佳。夏季覆盖提高各生育时期植株氮素积累量,丰水年效果显著,提高27~31kg/hm~2,且采用膜际条播,夏季覆盖条件下欠水年提升空间较大,提高2~8kg/hm~2。夏季覆盖促进丰水年花前叶片和穗中氮素运转,促进平水年和欠水年茎秆+茎鞘中氮素运转,提高花前氮素运转量及对籽粒的贡献率,尤其欠水年;且采用膜际条播促进平水年茎秆+茎鞘和欠水年叶片中氮素运转,提高花后氮素积累量及对籽粒的贡献率。夏季覆盖提高氮素利用效率和氮素生产效率,欠水年采用膜际条播氮素吸收效率效果更佳;且采用膜际条播提高氮素吸收效率,欠水年夏季覆盖条件下氮素生产效率影响较大。结果还表明,夏季覆盖后,丰水年和平水年单位花后氮素积累量的增产效果较好,每增加1kg/hm~2可增产176~224kg/hm~2,而欠水年单位花前氮素运转量的增产效果较好,每增加1kg/hm~2可增产142~185kg/hm~2;采用膜际条播较常规条播,丰水年和平水年单位花前氮素运转、单位花后氮素积累的增产量均较大,欠水年夏季覆盖条件下采用膜际条播单位花后氮素积累量的增产量较大,每增加1kg/hm~2可增产234kg/hm~2。总之,周年覆盖有利于植株氮素吸收、运转,实现旱地小麦高产高效。