水稻钾离子通道基因OsKAT1．17的克隆、表达载体的构建及其电生理功能

K^＋通道是植物高效吸收和体内运输K^＋的载体，对保证植物的钾素营养和增强抗逆性具有重要意义。水稻生长在淹水环境中，其U通道在长期适应物种立地条件的进化过程中可能形成了有别于拟南芥等模式植物的独特功能特征和作用机制。本研究克隆了一个水稻KAT型科通道基因OsKAT1．1，并利用电生理技术探讨其电生理功能。研究结果表明，通过一系列亚克隆过程，我们成功构建了适用于双电极电压钳和膜片钳电生理研究的表达载体pCI．OsKAT1．1和pTracer．CMV3-OsKAT1．1。进一步的电生理试验结果验证了构建过程的准确性，并表明水稻OsKAT1．1是一个由膜电位控制的吸收型艮通道。     

水稻OsAKT2的钾吸收功能及其在地上部分K+回流中的潜在作用

  【目的】  研究水稻钾通道OsAKT2的基本功能和调控特征,揭示其在地上部K+回流中的潜在作用。  【方法】  通过构建系统进化树和关键氨基酸区域序列比对,对不同物种来源的Shaker类钾离子通道基因进行了同源性分析;利用蛙卵电生理技术,研究水稻OsAKT2的膜电位敏感性及其对钾离子的吸收特征、离子选择性和对钾通道抑制剂的响应变化;并利用实时荧光定量PCR技术,探究了水稻OsAKT2的表达与钾浓度、铵转运及胁迫处理间的相互关系。  【结果】  OsAKT2与AtAKT2等典型通道高度同源(56%),属于AKT2类弱电压依赖—双向整流型钾离子通道。OsAKT2所介导的K+转运过程,与典型该类通道表现出不同的性质,主要体现在以介导K+的吸收为主,缺失了AKT2通道标志性的K+外排活性,且其K+吸收过程转变为明显的电压依赖性。OsAKT2对K+吸收Km值为43 mmol/L,是一典型的低亲和钾离子通道(>1 mmol/L);与典型Shaker通道相比,钾通道抑制剂Ba2+对OsAKT2的K+吸收活性的抑制效率(<78%)较低,而且表现出一定程度的NH₄+通透性(约占K+的22%)。进一步模拟田间种植水稻可能遇到的胁迫环境,发现水稻地上部OsAKT2基因的表达丰度在缺铵、缺钾及山梨醇处理下显著提高,且表现出一定的避光性(黑暗中基因表达水平较高)。  【结论】  水稻OsAKT2能够提高植物K+吸收能力,或将有助于增强其在地上部K+回流和再利用中的功能,且对水稻体内氮素营养吸收转运具有潜在的贡献。     

光氮互作对拟南芥col-0和CS3721512突变体碳、氮代谢的影响

[目的]本文旨在了解光氮互作对拟南芥碳、氮代谢的影响。[方法]以野生型拟南芥col-0和谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS1;1)的T-DNA插入突变体CS3721512为材料,采用水培方法,设置2种光照强度(正常和50%遮阳网遮阳处理)和2种NH_4~+水平(2和20 mmol·L-1NH4Cl),测定拟南芥鲜质量,分析叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、总N量和谷氨酰胺合成酶(GS)与谷氨酸脱氢酶(GDH)活性等生理指标。[结果]正常光照下,增加NH_4~+浓度,植株的鲜质量减少,而叶绿素a与叶绿素b含量增加,可溶性蛋白和可溶性糖含量增加,游离铵含量与总N量增加,GS和GDH活性升高;与col-0相比,CS3721512对高NH_4~+更为敏感,铵同化能力受到抑制,植株的长势更弱。弱光胁迫下,拟南芥的鲜质量下降,叶绿素a含量和叶绿素总量降低,可溶性糖和可溶性蛋白含量减少,游离铵含量与总N量降低,GS和GDH活性降低。弱光胁迫下增加NH_4~+浓度,可以增加拟南芥鲜质量、叶绿素a含量、游离铵含量和植株总N量,提高叶片中GS和GDH活性。[结论]光、氮及其互作对拟南芥的碳、氮代谢有影响,弱光胁迫条件下增加NH_4~+浓度可以增加叶片叶绿素含量,在一定程度上缓解弱光对植株的生长胁迫。与col-0相比,弱光下增加NH_4~+浓度,对CS3721512的生长更为有利。     

葡萄AMT基因家族生物信息学分析

运用隐马尔柯夫模型,对葡萄的蛋白质数据库进行搜索,共找到12个AMT蛋白同源序列。利用生物信息学方法对葡萄12个AMT基因进行染色体定位,进而预测它们的氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构,并分析葡萄与拟南芥、水稻和杨树AMT基因家族之间的联系。基因组定位结果发现12个AMT基因分布在6条染色体上,较拟南芥AMT基因在染色体上的分布更为集中。12个葡萄AMT蛋白序列可分成2个亚族,AMT1亚族有3个成员,其余为AMT2亚族成员。本研究发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;二级结构预测结果显示,12个AMT氨基酸序列以α-螺旋和无规则卷曲为主要组成部分。基因结构分析表明,仅有2个葡萄AMT基因家族成员不含内含子,其余10个AMT基因含有1~4个内含子。对葡萄AMT蛋白的亚细胞定位分析表明：12个VvAMT均定位于膜结构上。对获得的12个葡萄AMT基因进行EST分析,只有5个有对应的EST序列,而仅有2个有相应的电子表达谱。     

葡萄基因组中KUP蛋白的生物信息学分析

植物钾（K＋）转运体蛋白在K＋的跨膜运输中起重要作用,进而维持植物体正常生长和代谢活动。本研究中,通过隐马尔科夫模型（HMM）和葡萄蛋白质库搜索,共找到18个葡萄钾转运体蛋白（VvKUPs）。利用生物信息学方法,我们对葡萄家族12条KUP蛋白序列的系统发生和KUP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥、水稻和杨树的K卯基因家族之间的联系。基因组定位结果发现其分布在至少9条染色体上。二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;仅一螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分。基因结构分析表明,KUP基因家族成员分别含有7～10个内含子。葡萄KUP蛋白的亚细胞定位分析表明VvKUP主要定位于膜结构上。电子表达图谱分析结果表明：12条K卯基因有对应的EST序列,其中的11条KUP有相应的电子表达谱,并主要在花、果实、花序和花蕾等组织部位表达。     

修复连作大蒜土壤生产力衰退的有机质补偿方案与初步机理

针对山东省金乡县品牌大蒜主产区长期连作大蒜田中土壤有机质亏缺和大蒜产量连年衰减的典型问题,以不同比例的有机肥替代化肥作为有机质补偿方案,研究了有机肥替代化肥对大蒜产量和土壤障碍的修复效果。试验选取了大于25年连作历史的代表性田块,以未种植大蒜的麦田作为非连作田块对照,设置常规化肥施肥（CF）、以氮（N）为基准进行有机肥替代化肥25%（M25）、50%（M50）和100%（M100）四个处理。结果表明,在长期大蒜连作土壤中,有机替代处理对大蒜的产量衰退具有显著的当季修复效果,增产幅度可达20%,同时改善了土壤中的氮素养分供应状态和土壤大于2 mm团聚体的比例;其中25%有机替代率（M25）具有较佳的经济效益;而在土壤有机质未出现亏缺的非连作土壤中,有机替代处理并无直接的增产效果。综上,本研究明确了增施有机肥仅在土壤有机质出现明显亏缺的连作大蒜土壤中可通过促进大颗粒土壤团聚体的形成和提升全生育期土壤有效态养分的固持能力,进而对连作大蒜土壤生产力的退化具有显著的修复效果。该研究对缓解连作体系中的类似土壤退化问题和维持土壤生产力的可持续性,具有有益的借鉴作用。     

水稻钾素营养的基因型特征及分子机制初探

理解水稻(Oryza sativa)的钾素营养特征是提高水稻的钾素利用效率及其生产效应的重要环节.本文针对土壤钾素供应的时空非均匀性,采用水培和分根模拟试验,研究了日本晴(NB)、武育粳18(WYJ18)、南光(NG)及桂单4号(GD4)4个水稻基因型品种的钾素营养特征.结果表明:低钾(0.1 mmol/L K+)或高...     

7种植物K~＋/H~＋逆向转运蛋白的生物信息学分析

K＋/H＋逆向转运是普遍存在于几乎所有生物体内的重要离子平衡机制之一。该机制主要由多基因家族KEA（K efflux antiporter）介导。然而,长期以来对KEA的功能特征和生理意义的认识,除了在大肠杆菌中有零星的报道之外,绝大部分尚为空白。本文通过生物信息学分析,比较了7个植物物种KEA的同源和进化关系,发现KEA家族中的部分成员在物种进化过程中具有极高的保守性。以模式植物拟南芥为例,进一步研究了KEA的蛋白质跨膜结构、关键结构域和亚细胞定位预测等。结果表明,AtKEA大多具有10～12个跨膜结构,是典型的膜蛋白,在跨膜区的N端有多个丝氨酸磷酸化调控位点;都含有K＋/H＋交换结构域和相应的调控域,推测其能够介导K＋/H＋交换。基因芯片研究表明,AtKEA在根、茎、叶、花和荚果等不同组织器官的表达丰度不同,表明KEA基因家族各成员的生理功能具有时空分异性。上述结果可为进一步深入研究植物K＋/H＋逆向转运系统的功能提供借鉴。     

密度对油菜品种机械化收获特性的影响

为了分析适宜高密度种植的油菜的重要农艺性状与产量关系的差异,为机械化高密度油菜种植提供借鉴,以不同分枝类型油菜品种为试验材料,对种植密度对油菜花期、抗倒伏性、产量的影响进行研究。结果表明,油菜的花期因为密度的增加而缩短,即开花期时间相对集中,油菜茎秆变细、茎秆抗折断力显著减弱、有效分枝的上移集中。与此同时,单位长度抗折力距呈现先增高后又降低的趋势,种植密度在44.98万株/hm2时达到最大,抗倒伏能力最强。因此,在现有栽培密度15.0万株/hm2~22.5万株/hm2的基础上,适当增加种植密度到44.98万株/hm2左右,油菜花期相对集中,缩短油菜上下部角果成熟时间上差异,茎秆单位长度抗折力距增高,更加抗倒,油菜茎秆变细、有效分枝的上移集中、株型更加紧凑,均有利于机械化收割。     

利用异源酵母功能互补法研究水稻铵转运体OsAMT1;1功能及调控机制

水稻是一种以铵态氮为主要氮素营养的重要粮食作物,存在至少12个铵转运体,对水稻铵的吸收起着至关重要的作用,其中,水稻铵转运体1;1(Oryza sativa ammonium transporter1;1,Os AMT1;1)是一个在根部和地上部相对组成型表达的基因。通过异源酵母功能互补法研究水稻铵转运体Os AMT1;1的功能及其调控机制,结果表明,Os AMT1;1是一个功能型的铵转运体,和铵的同系物甲基铵(Methylammonium,Me A+)相比,Os AMT1;1对铵具有相对较高的选择性;Os AMT1;1介导铵的吸收不依赖于外界质子,转运的底物可能是铵离子;Os AMT1;1介导吸收铵的过程是一个依赖能量的主动运输过程,对铵的吸收可能不受钙离子参与的磷酸化过程调控。