正茬与连作大豆根系分泌物差异及对大豆幼苗生长的影响

采用GC-MS分析法,检测正茬、连作大豆根系分泌物成分,比较其差异,测定分泌物对大豆种子萌发和初生根生长的影响。结果表明,两种分泌物相同的成分有邻苯二甲酸、乙苯、苯乙烯、丙三醇、二十四烷、邻苯二甲酸二异丁酯等。连作大豆根系分泌物提取物中,(E)-2-丁烯酸、7,9-二甲基-十六烷、甲基-丁二酸、2-乙基-1-十二醇、二十烷、十一醛相对含量较高,而且这些物质未在正茬大豆分泌物中检测到,这些物质在大豆连作中的化感作用有待进一步研究。无论是正茬还是连作大豆根系分泌物对大豆种子的萌发和初生根生长都表现出抑制作用,抑制作用随浓度的增大而增大。在相同浓度处理下,连作大豆根系分泌物对种子萌发和初生根生长的抑制作用要高于正茬。     

大豆与玉米、小麦、高粱根系分泌物的比较分析

为研究大豆根系分泌物在大豆连作障碍中的作用,以二氯甲烷作为溶剂,提取培养28 d的大豆,小麦,玉米,高粱的根系分泌物,运用气质连用仪分离鉴定,找出大豆与其它3种作物根系分泌物的差异.结果表明:用该法鉴定出大豆根系分泌物成分77种,小麦97种,玉米84种,高粱80种.4种作物均鉴定出烷烃、醇、酸、酯、苯、酚、萘、酰胺、酮、醛类以及其他类化合物.将4种作物的根系分泌物进行比较,相同成分有丙三醇、2,4-戊二醇、邻苯二甲酸、乙苯、对二甲苯、苯乙烯、4-甲基-2,6-二叔丁基苯酚、甲基酚和一部分烷烃等.二苯呋喃,芴,3-甲基-4-氧-戊酸,2-亚甲基-丁醛,3-羟摹-丁醛,己醛,9,10-二氢-11,12-乙酰-9,10-桥亚乙基总等是大豆根系分泌物中独有成分,其在大豆生长过程中的化感作用有待进一步研究.     

大豆PAL2基因的克隆与分析

采用RT-PCR法克隆了1个大豆PAL基因,并利用网络工具分析预测了其编码蛋白。结果表明:该基因是大豆PAL基因家族的1个新成员,命名为GmPAL2(登录号:GQ220305),其全长2284bp,编码1个包含717个氨基酸残基的多肽链,分子量为78.116kD;经BLASTp比对表明:该蛋白序列与菜豆PAL2蛋白同源性最高,达到92%,与大豆PAL1的同源性为89%。该研究结果为进一步研究整个大豆PAL基因家族的特性奠定了基础。     

大豆C4H基因克隆及生物信息学分析

为了从分子水平上揭示大豆C4H的结构特点,并为提高其表达活性提供理论依据,利用RT-PCR技术克隆了大豆C4H基因,并已登录GenBank(登录号为FJ770468),长度为1 766 bp,编码区1 521 bp,编码一个含有506个氨基酸残基的多肽。生物信息学分析显示,C4H理论PI=5.30,Mw=39.092 ku;C4H是易溶、亲水性较强的蛋白,同时有两个明显的疏水峰,有2个跨膜肽段;通过HNN分析表明,C4H各个氨基酸残基对应的二级结构分别为α螺旋(Alpha helix)(Hh):251,49.60%,β折叠(Extended strand)(Ee):52,10.28%,无规卷曲(Random coil)(Cc):203,40.12%;Geno3d模建预测,C4H蛋白中β折叠区有57个折叠,折叠区间有24个α螺旋,此外还有14个卷曲结构。氨基酸序列和结构分析显示C4H蛋白包含了一个保守区,即P450 domain。利用SignalP分析得到信号肽存在几率、信号肽锚定几率均为0.498,切割位点位于28和29位氨基酸之间。     

大豆根系分泌物的鉴定及PAL1,PAL2,C4H的克隆

为研究大豆根系分泌物在大豆连作障碍中的作用,利用土壤溶液原位取样器收集已灭菌的大豆正茬、一年重茬和两年重茬土壤盆栽的大豆根系分泌物,并采用GC-MS进行定性分析,检测出正茬、一年重茬和两年重茬的大豆根系分泌物,分别有355、7和64种,均含有烃、醇、酸、酯、酚、苯和醛等化合物。将收集的正茬、一年重茬和两年重茬的大豆根系分泌物溶液浇灌大豆幼苗,发现对茎长、茎鲜重、根长、根鲜重、光合速率和叶绿素含量均有一定的抑制作用。同时,以二氯甲烷(CH2Cl2)为溶剂,提取培养28d的大豆根系分泌物,共分离鉴定出大豆根系分泌物77种,其中包括烷烃、醇、酸、酯、苯、酚、萘、酰胺、酮、醛类以及其他类化合物。其中酚类物质占0.03%。基于追溯苯酚和苯甲酸类物质代谢的关键酶,克隆了苯丙氨酸解氨酶PAL家族的两个成员PAL1和PAL2,以及苯丙氨酸代谢的第二个关键酶C4H基因,为后续的基因操作提供依据。