不同成熟度玉米叶片光合生理对高温胁迫的响应特征及其基因型差异

为了探索玉米叶片光合生理对高温胁迫的响应特征,以郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为材料,从第9片叶展开期至抽雄期,每天8:30—17:30进行大田人工模拟增温试验,研究了不同成熟度玉米叶片的光合参数和Ru BP羧化酶、PEP羧化酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性的变化。结果表明,高温胁迫下,叶片的SPAD值除了ZD958幼嫩叶片略高于对照(自然生长)外,其余处理均显著低于对照;净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均显著下降,且成熟叶片的下降幅度高于幼嫩叶片;胞间CO_2浓度(Ci)增加,幼嫩叶片的增加幅度高于成熟叶片;成熟叶片和幼嫩叶片的PSⅡ最大光化学效率均下降,且幼嫩叶片的下降幅度达到显著水平。高温胁迫下,2个品种成熟叶片和XY335幼嫩叶片的Ru BP羧化酶和SPS活性显著降低,ZD958成熟叶片和2个品种幼嫩叶片的PEP羧化酶活性显著增加。可见,高温胁迫显著降低了玉米叶片的光合性能,且对成熟叶片的影响大于幼嫩叶片,对XY335的影响大于ZD958。     

乳酸菌对凡纳滨对虾生长及非特异性免疫力和抗逆性的影响

通过拌料投喂的方式,研究来源于糟粕醋的融合乳杆菌(LAB041)和植物乳杆菌(LAB1036)分别对凡纳滨对虾生长、非特异性免疫力和抗逆性的影响。结果表明,拌料投喂8周后,LAB041可显著提高实验对虾的存活率、终全长、增重率和特定生长率(P0.05),LAB041和LAB1036可显著降低对虾养殖的饲料系数(P0.05)。LAB041可显著提高实验对虾血清总抗氧化能力(T-AOC)和血清酸性磷酸酶(ACP)活性(P0.05),显著降低对虾的血清超氧化物歧化酶(SOD)活性(P0.05)。虽然LAB1036可提高实验对虾对亚硝酸盐的耐受性和对虾的耐低盐能力,但单因素方差分析显示各组之间死亡率差异不显著(P0.05),而LAB041和LAB1036均可显著降低对虾对高盐度的耐受性(P0.05)。     

异色瓢虫胁迫对棉铃虫生长发育及压力蛋白基因表达的影响

【目的】明确不同食源异色瓢虫(Harmonia axyridis)胁迫对棉铃虫(Helicoverpa armigera)生长发育和变态发育的影响,探讨棉铃虫是否能感知并分级捕食风险、能否在生长发育和变态发育上体现出权衡效应;明确长时和短时胁迫对棉铃虫压力蛋白基因表达的影响,探讨异色瓢虫胁迫能否引起棉铃虫分子水平上的生理反应。【方法】通过设置7种不同食源的异色瓢虫胁迫处理(饥饿处理、虾卵处理、棉铃虫幼虫处理、棉铃虫卵处理、蚜虫处理、蚜虫对照处理、对照处理),观察记录棉铃虫在胁迫下的生长发育(幼虫历期、蛹历期、雌雄蛾寿命、总寿命)和变态发育(蛹重、化蛹率、羽化失败率、卷翅率)指标;设置长时(1龄幼虫至3日龄成虫)和短时(15 min至6 h)异色瓢虫胁迫处理,利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术检测棉铃虫压力蛋白基因(即热激蛋白基因)Hsp70和Hsp90及热激同源蛋白基因Hsc70在胁迫后的表达水平变化。【结果】在捕食性天敌异色瓢虫的胁迫下,棉铃虫幼虫历期、蛹期、雌雄蛾寿命、总寿命均显著性缩短,蛹重和化蛹率显著性下降,成虫卷翅率显著性升高,而羽化失败率无显著性变化。在不同食源的天敌胁迫下,棉铃虫幼虫历期在异色瓢虫取食蚜虫时最短,蛹历期在瓢虫取食棉铃虫卵时最短,总寿命在瓢虫取食虾卵时最短,而雌雄蛾寿命在不同食源天敌胁迫下未表现出显著性差异;棉铃虫成虫卷翅率在瓢虫取食棉铃虫卵时最高,而蛹重、化蛹率、羽化失败率在不同食源天敌胁迫下未表现出显著性差异。压力蛋白基因Hsp70和Hsp90在短时胁迫下(Hsp70:30min至3 h;Hsp90:15 min、1.5 h、2 h、6 h)表达水平显著性上调,热激同源蛋白基因Hsc70在长时胁迫下(5龄幼虫、预蛹、雄蛹、雌蛾阶段)表达水平显著性上调。【结论】在面对捕食性天敌异色瓢虫长时胁迫作用下,棉铃虫各生长发育阶段均出现缩短的现象,即棉铃虫为躲避被捕食风险表现出了发育加速的现象,而快速的生长发育在一定程度上干扰了变态发育,导致蛹重和化蛹率下降,成虫卷翅率提高,符合权衡效应。棉铃虫对不同食源的天敌胁迫具有不同程度的敏感性,即棉铃虫对潜在的捕食风险可能存在一定的分级能力,但这种分级能力没有得到规律性体现。异色瓢虫胁迫能够引起棉铃虫分子层面的生理反应,导致压力蛋白基因的表达上调,其中压力蛋白基因Hsp70和Hsp90受到短时胁迫的反应较为明显,而热激同源蛋白基因Hsc70受到慢性胁迫刺激的反应更为显著。     

3种外源植物生长调节剂对干旱胁迫下烟草生理的影响

以K326品种烤烟为试验材料,采用盆栽试验研究干旱胁迫下烤烟生长与生理状况,以及喷施水杨酸、甜菜碱和氯化胆碱对烤烟抗氧化代谢影响。结果表明,干旱胁迫抑制烤烟正常生长,烟株矮小,有效叶片数目少,茎干瘦弱,叶长变短及叶宽变窄。喷施植物生长调节剂可以缓解干旱胁迫症状,喷施氯化胆碱能有效增加株高、最大叶长、有效叶片数,提高烟株干重、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量及超氧化物歧化酶酶(SOD)活性;喷施甜菜碱对过氧化氢酶(CAT)活性有较好调节效应;喷施水杨酸能显著提高过氧化物酶(POD)活性,提高烤烟茎围和最大叶宽。综上所述,植物生长调节剂能提高烟株耐旱性,增强烟株对干旱环境适应性,其中以喷施氯化胆碱效果最佳。     

外源NADP~+和NADPH缓解番茄幼苗NaCl胁迫伤害的初步研究

采用营养液培法,以加工番茄品种‘里格尔87-5’为材料,通过对NaCl胁迫下加工番茄幼苗叶片分别喷施5、10、15μmol·L~(-1)NADP~+和NADPH,研究外源NADP~+、NADPH对NaCl胁迫下加工番茄幼苗生长及其抗逆生理指标的影响。结果表明:外源喷施NADP~+、NADPH均能改善NaCl处理下加工番茄幼苗的生长性状,增加叶片叶绿素含量,提高根系活力和叶片过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,降低丙二醛(MDA)质量摩尔浓度。通过不同处理综合指标总加权值比较评价得出:NaCl胁迫下喷施5μmol·L~(-1) NADPH的效果最佳,其次为10μmol·L~(-1)NADP~+。可见,外源喷施NADP~+、NADPH通过增加色素含量,可提高抗氧化酶活性,降低膜脂过氧化水平,在一定程度上缓解盐胁迫对植株的伤害,从而增强对盐胁迫的适应性。     

热应激环境下育成鸡肠道菌群多样性及黏膜结构的相关性分析

为分析热应激环境下育成鸡肠道菌群以及黏膜结构的变化,揭示热应激下家禽肠道中正常菌群定植与黏膜结构变化的相关性,选取健康状况相似的10周龄日照琅琊鸡96只,设适温对照组((24±1)℃,Ⅰ)和高温组((38±1)℃),随机分在2个人工环境气候舱中饲养,试验期为14d。采用16SrDNA PCR-DGGE技术,分析热应激处理后1d(Ⅱ)、7d(Ⅲ)和14d(Ⅳ)时十二指肠、空肠及回肠部位内容物细菌群落多样性以及组织黏膜形态变化、肠黏膜上皮内杯状细胞数量。结果表明:热应激持续时间越长,对回肠部位菌群影响越大,Ⅲ组十二指肠与回肠部位优势细菌菌群组成分离明显;Ⅳ组十二指肠、空肠与回肠部位优势细菌菌群组成具有明显差异。不同热应激时段在空肠部位可检测到罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)、螺旋链霉菌(Streptomyces spiralis)、Plebeius杆菌属细菌(Bacteroides plebeius strain)和嗜酸乳杆菌(L.acidophilus),而回肠部位可检测到拟杆菌属(Bacteroidetes)和不可培养的细菌等;Ⅲ组十二指肠、空肠和回肠的绒毛长度、宽度、隐窝深度及绒毛高度/隐窝深度(V/C)均发生了明显的变化,各肠段的绒毛长度均明显下降,其中回肠绒毛长度减少最为显著(P0.05);十二指肠、空肠隐窝深度及V/C均出现明显下降(P0.05),各肠段肠壁厚度均显著比对照组低(P0.05)。Ⅲ组空肠和回肠内杯状细胞的数量明显减少,其中回肠差异显著(P0.05)。结果显示,热应激对育成鸡各肠段细菌菌群组成的影响很大,并且黏膜组织结构发生了明显变化,从而破坏消化道菌群平衡,导致消化吸收功能严重受阻。     

不同温度对3种北高丛蓝莓气孔特征和气体交换参数的影响

为探讨不同温度对北高丛蓝莓品种叶片气孔特征及其气体交换参数的影响机理,以2年生北高丛蓝莓(Vaccinium corymbosum L.)‘蓝丰’、‘公爵’和‘布里吉塔’幼苗为试验材料,利用人工气候箱设置4个温度处理,即对照(25℃)、轻度高温(30℃)、中度高温(35℃)和重度高温(40℃),研究不同温度对北高丛蓝莓叶片气孔的结构和功能、空间分布格局及气体交换的影响。结果显示,高温显著提高‘布里吉塔’叶片的气孔密度,但却没有改变‘公爵’和‘蓝丰’叶片的气孔密度。同时,中度高温增加‘蓝丰’和‘布里吉塔’叶片气孔的长度、宽度和面积,但是对‘公爵’叶片气孔开度的影响不大;且高温导致‘布里吉塔’气孔在叶片上的空间分布变得比对照更加规则,而对‘公爵’和‘蓝丰’2个品种的影响却很有限。此外,不同强度的温度处理导致3个北高丛蓝莓品种叶片的净光合反应速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均呈现先升高后降低的趋势,但其最大值随着品种的不同而发生变化。高温条件下北高丛蓝莓主要通过增加气孔的宽度和规则化气孔的空间分布提高光合效率。然而,不同蓝莓品种对叶片气孔结构和功能进行调整和优化的能力存在一定的差异,最终导致蓝莓叶片气体交换对增温的响应存在种间差异。     

砂糖椰子对干旱和水分补偿的生理变化

为了研究干旱胁迫和复水对砂糖椰子（Arenga pinnata）幼苗叶片和根系的影响,以两年生砂糖椰子幼苗为材料,分别进行干旱胁迫0,7,14和21 d,再复水3和6 d,然后测定叶片和根系的超氧化物歧化酶（SOD）活性、脯氨酸（Pro）含量、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、相对电导率以及叶绿素含量。结果表明,叶片的SOD活性在各个处理中均呈显著的波动性变化,根系的SOD活性在干旱胁迫和复水后都显著高于对照。叶片和根系的Pro含量在重度干旱胁迫下显著升高,复水后显著降低;而可溶性蛋白含量在中度和重度干旱胁迫时均显著减少,复水3 d后显著增加;叶片和根系的MDA含量变化趋势具有互补性;叶片和根系的相对电导率均随着干旱胁迫时间的延长而增加,在中度和重度干旱胁迫时显著高于其他处理,复水后减少;叶绿素含量在重度干旱胁迫时达到最高值。总之,在干旱胁迫下,叶片和根系不同指标变化规律不一样,脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和相对电导率在叶片和根系中的变化趋势相似,SOD活性和MDA含量的变化趋势不一致,表明砂糖椰子地上部和地下部对干旱胁迫的响应具有协同效应。     

烟草NbbZIP28突变体的创建及其对病毒侵染胁迫的响应

【目的】bZIP类转录因子参与植物的生长发育、激素信号、抗病性及抗逆性等多种生物胁迫过程。前期研究表明黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)或烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)侵染本氏烟(Nicotiana benthamiana)上调内质网应激（endoplasmic reticulum stress,ERs）因子NbbZIP28;NbbZIP28沉默导致病毒积累量上升,本研究旨在验证NbbZIP28对病毒侵染胁迫的响应机制。【方法】通过CRISPR/Cas9基因编辑技术和烟草遗传转染创建NbbZIP28基因突变植株,以野生型植株为对照,分别浸润接种侵染性克隆TMV-GFP、摩擦接种TMV-GFP或CMV接种液,检测突变体植株对病毒侵染胁迫的敏感性变化,接种CMV后0-48 h,采用qRT-PCR检测内质网应激相关的未折叠蛋白反应（unfolded protein response,UPR)基因的表达。本氏烟接种TMV 24 h、接种CMV 48 h后,在接种叶上浸润融合蛋白NbbZIP28-GFP,瞬时表达48 h后,采用Western blot检测病毒诱导NbbZIP28蛋白的水解激活;采用在线搜索工具PlantCARE分析NbbZIP28启动子区域中参与防卫和应激反应的顺式作用元件。【结果】CRISPR/Cas9定点敲除NbbZIP28后,目的基因靶位点缺失了10个碱基,导致翻译错误、蛋白功能变化。在正常生长条件下,转基因阳性植株与野生型无显著的表型差异。植株接种TMV-GFP后4-8 d,突变体中的病毒浸润斑亮度或初侵染点数目均显著高于野生型,扩展至新叶的速度较快。接种CMV后12-48 h,突变体中UPR相关基因BiP、PDI、CAM及NbbZIP28下游基因NF-YC2的表达量显著低于野生型;5-7 d突变体中的病毒外壳蛋白（coat protein,CP）基因表达量显著高于野生型,花叶及皱缩症状更显著。蛋白质序列比对分析显示NbbZIP28具有与拟南芥AtbZIP28相同的S1P和S2P蛋白酶水解位点。Western blot检测发现,与接种清水对照相比,TMV或CMV侵染显著促进了全长的融合蛋白NbbZIP28-GFP在S1P和S2P位点发生裂解。NbbZIP28启动子序列中包含5个参与热应激反应的顺式作用元件（heat stress response element,HSE）、3个参与低温反应的顺式作用元件（low temperature response element,LTR）、1个参与防卫和应激反应的顺式作用元件（TC-rich repeats）。【结论】病毒侵染促进NbbZIP28的水解激活并上调相关的UPR基因;NbbZIP28敲除导致植株对病毒的敏感性上升,病毒诱导的UPR基因表达被抑制。NbbZIP28为病毒侵染胁迫下的UPR调控因子,在病毒侵染早期通过上调UPR信号和提高寄主基础防卫反应而延缓病毒的侵染和增殖。     

玉米SRO基因家族的鉴定及表达分析

【目的】SRO(similar to rcd one)是植物所特有的一类小蛋白家族,其在植物的生长发育,及应对非生物胁迫中发挥着重要功能。基于玉米全基因组数据库,鉴定玉米SRO家族基因,分析其序列、基因定位、蛋白结构及其系统进化关系,同时解析Zm SROs在玉米组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下的表达变化,为阐明SRO基因在玉米生长和逆境响应中的功能研究奠定基础。【方法】利用拟南芥SRO家族基因为探针,在玉米全基因组查找并下载玉米SRO基因序列,并从Maize GDB中获取玉米SRO基因相关信息,包括CDS、氨基酸序列及染色体位置等。通过生物信息学工具(GSDS2.0、Expasy-protparam、SOPMA、Plant-m PLoc、EMBL-EBI、MEME)对获得序列的基因结构、蛋白质分子量、等电点、二级结构、亚细胞定位、保守结构域、保守基序原件等进行预测和分析。同时利用Clustalx(1.83)和MEGA 6.0软件进行同源序列比对并构建系统进化树。运用实时荧光定量PCR技术分析玉米SRO组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下SRO的表达变化情况。【结果】从玉米全基因组共鉴定6个SRO家族基因,分别命名为Zm SRO1a—Zm SRO1f。Zm SROs分布于第1、4、5和9染色体,包含2—5个内含子。序列分析发现CDS序列长度在1 215—1 791 bp;编码氨基酸数目为404—596 aa;分子量为45.23—66.78 k D;等电点为7.01—9.17。亚细胞定位分析发现Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d定位于叶绿体,Zm SRO1e则定位于过氧化氢酶体,Zm SRO1f定位于细胞核。系统进化树分析发现Zm SROs分为3个亚类,Ⅰa亚类包括Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c,Ⅰb亚类包括Zm SRO1f,Ⅰc亚类包括Zm SRO1d/Zm SRO1e。保守结构域分析结果显示Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e包含PARP和RST结构域,缺少WWE结构域,Zm SRO1f包含WWE和PARP催化中心,RST结构域缺失。Zm SROs蛋白共找到5个保守基序,命名为基序1—5。Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c包含所有保守基序,Zm SRO1d/Zm SRO1e缺少保守基序3,Zm SRO1f缺少保守基序5。组织表达分析发现Zm SROs在根系特异性表达。高盐胁迫下,玉米根系中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e在1 h时显著上调表达,地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达,而Zm SRO1f在处理6 h显著上调表达。干旱胁迫下,玉米根系Zm SRO1e在1 h显著上调表达,Zm SRO1f在24 h显著上调表达;地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达。【结论】玉米SRO家族基因包含6个成员,被划分为3个亚类,6个Zm SROs在玉米根系中特异性表达,且可以不同程度地响应干旱和高盐胁迫。