欧美杨PdMODD基因克隆与表达特性分析

【目的】研究杨树重要胁迫响应新基因,为揭示杨树抗逆分子机制、培育优良抗逆杨树新品种提供理论依据。【方法】基于水稻MODD氨基酸序列,通过BLAST在美洲黑杨基因组中筛选得到3条基因(Podel.08G114100、Podel.10G158900和Podel.17G098500),并以其序列为参考,以‘渤丰3号’杨cDNA为模板克隆得到3条基因(PdMODD1、PdMODD2和PdMODD3)。利用生物信息学分析PdMODD蛋白的结构特征及与其同源蛋白的亲缘关系。通过基因枪轰击法分析PdMODD基因亚细胞定位。采用实时荧光定量(qRT-PCR)技术,分析PdMODD基因组织特异性和不同胁迫条件下的的表达模式。【结果】PdMODD1~3基因的开放阅读框(ORF)全长分别为1 065、1 065和1 074 bp,编码354、354和357个氨基酸,均为不稳定的亲水性蛋白。PdMODD基因均为NINJA家族成员,含有3个保守结构域,其中一个为转录抑制基序EAR。系统进化树分析显示,PdMODD1蛋白与毛果杨PtAFP2亲缘性较高并与拟南芥AtAFP1和木薯MeAFP2位于同一个分支;PdMODD2蛋白与麻疯树JcAFP2亲缘关系最近,并与拟南芥AtAFP2聚成一个分支;PdMODD3与毛果杨PtAFP3-1亲缘关系最近,与栓皮槠QsAFP3、拟南芥AtAFP4属于同一分支。亚细胞定位结果表明PdMODD基因均定位于细胞核。组织特异性分析显示,PdMODD1~3在根、茎、叶中均能表达,且在叶中表达量最高,根中表达量最低。胁迫响应表达模式结果显示,NaCl和聚乙二醇(PEG)胁迫处理下,PdMODD1~3在根、茎、叶组织中主要为显著上调表达。【结论】PdMODD1~3均为NINJA家族成员,含有保守的转录抑制基序EAR,具有组织特异性,在叶中高表达,且能被NaCl和PEG胁迫显著诱导表达,推测PdMODD1、PdMODD2 和PdMODD3可能会在‘渤丰3号’杨对盐和干旱胁迫响应中发挥重要的调节作用。     

山桐子IpSAD基因家族分析及功能鉴定

【目的】硬脂酰-ACP Δ⁹脱氢酶(stearoyl-ACP Δ⁹ desaturase,SAD)是决定脂肪酸组成的关键酶,分离和鉴定木本油料植物山桐子(Idesia polycarpa)的SAD基因,可为遗传改良山桐子油的脂肪酸组成提供基因资源。【方法】 使用 HMM 和 Blastp 鉴定山桐子全基因组中的SAD家族成员;利用MEGA X、MEME和PlantCare等在线软件对其蛋白质理化性质、系统发育关系、基因结构、保守基序和启动子顺式调控元件等进行分析;使用MCSCANX分析山桐子和毛果杨SAD基因之间的共线性关系;基于RNA-seq数据,分析IpSAD各成员的表达模式,通过病毒诱导的基因沉默技术(virus induced gene silencing,VIGS)快速验证它们的生物学功能。【结果】 ①在山桐子基因组中共鉴定到7个IpSAD基因(IpSAD1~7),多重序列比对结果显示各成员间序列相似度较高且结构域保守;②系统发育分析表明,IpSAD成员可以分为3个亚组,与拟南芥SAD家族的分类结果一致,拟南芥单不饱和油酸合成关键基因AtSSI2与山桐子IpSAD2、IpSAD3、IpSAD4的亲缘关系较近;③启动子区域顺势调控元件预测结果显示IpSAD基因的启动子含有光反应、脱落酸响应等顺式调控元件;④IpSAD基因按其组织表达模式可分为3类,第1类和第2类成员在大部分组织中表达量较低,而第3类成员在所有组织中表达量均较高。⑤沉默IpSAD基因使叶片的油酸含量显著降低,其中IpSAD3的沉默可使油酸含量下降76%。【结论】 明确了IpSAD家族各成员的基本特征,确定了它们对于油酸合成的生物学功能,并为山桐子油脂生物合成调控机制研究奠定了基础。     

白桦BpMYB21基因的克隆及其表达模式分析

【目的】研究了白桦(Betula platyphylla Suk.)MYB基因功能,分析其在茉莉酸(MeJA)和水杨酸(SA)诱导下的表达特性。【方法】以白桦为试材,通过RT-PCR等方法克隆得到1条白桦MYB转录因子家族基因序列,运用生物信息学方法,分析其蛋白质性质和亲缘关系,通过实时荧光定量PCR分析MeJA和SA诱导处理下该基因的表达特性及组织特异性。【结果】获得了1条新的白桦MYB转录因子家族基因,命名为BpMYB21,包含完整的开放阅读框,长度为1 014 bp,编码337个氨基酸。BpMYB 21蛋白与其他植物MYB氨基酸同源性为51%～64%,其中与胡桃(Juglans regia)MYB30-Like的亲缘关系最近。BpMYB21 在白桦根、茎、叶中均有表达,且在叶中的表达量高于茎和根,但差异不显著; 与对照相比,100 μmol/L MeJA和50 mg/L SA分别处理白桦苗6 h时,BpMYB21在茎和叶中的表达较高,处理12～48 h逐渐降低。【结论】BpMYB21为MYB转录因子家族新成员,与胡桃MYB基因亲缘关系较近。该基因响应激素诱导,推测其可能在白桦生长发育及在次生代谢过程发挥重要作用。     

3个白桦细胞色素P450基因生物信息学及表达分析

【目的】研究白桦细胞色素P450基因表达的组织特异性,以及在茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、赤霉素(GA₃)、脱落酸(ABA)、乙烯利和伤害处理下的基因表达模式。【方法】筛选白桦转录组,获得3个BpCYP450 基因,分别命名为BpCYP4、BpCYP5、 BpCYP14,利用生物信息学分析BpCYP450蛋白的分子结构特征及其与其他物种CYP450蛋白的亲缘关系。采用QRT-PCR技术,对白桦BpCYP450组织特异性、激素信号及伤害诱导下的表达特征进行分析。【结果】生物信息学结果表明BpCYP4、BpCYP5、BpCYP14 cDNA序列长度分别为1 569、1 584和1 530 bp,具有完整的开放阅读框(ORF),分别编码522、527和509个氨基酸,均为亲水性跨膜蛋白,主要定位于叶绿体。白桦BpCYP450与百脉根、扁豆及豌豆等豆科植物CYP450蛋白亲缘性较高。组织特异性分析结果显示,3个BpCYP450 基因在叶和根中表达较高,茎中较低。激素信号及伤害诱导结果表明,3个BpCYP450基因不同程度地响应MeJA、SA、GA₃、ABA、乙烯利激素信号及伤害诱导。【结论】3个BpCYP450基因均为CYP450基因家族的新成员,具有组织特异性及激素诱导表达特性,可能在白桦生长发育、抵御胁迫及代谢物合成中发挥重要作用。     

黑莓果实发育过程中蔗糖磷酸合成酶基因的表达分析

【目的】蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖代谢合成的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面有重要作用。本研究旨在探讨黑莓3个SPS基因的系统发育关系、编码的蛋白特性、在不同发育时期、不同组织中的时空表达特性,并分析其与黑莓发育的关系。【方法】以黑莓栽培品种‘宝森’(‘Boysenberry’)为试材,从中克隆和鉴定了3个 SPS 基因家族成员,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)等方法对3个黑莓SPS 基因RuSPS1、RuSPS2和RuSPS3的氨基酸序列、保守作用元件、编码的蛋白特性、蛋白结构及进化关系进行分析,并对这3个基因在黑莓中的时空表达情况与酶活性进行了相关性分析。【结果】多重氨基酸序列比对显示,黑莓SPS蛋白具有植物SPS家族特有的2个保守蛋白结构域及2个相对保守的蛋白磷酸位点;系统进化分析表明,RuSPS基因分为A、B两个亚族,其中RuSPS1和RuSPS3为A亚族成员,RuSPS2为B亚族成员;保守作用元件分析表明, 除RuSPS2含基本的蛋白保守元件外, RuSPS1和RuSPS3都存在不同程度的片段缺失;序列分析和比较揭示了黑莓SPS基因与其他家族的不同特征。qRT-PCR分析显示,3个RuSPS基因在黑莓各个组织器官中均有表达,其中RuSPS1在叶片和果实中表达量较高,在花中的表达量较低;RuSPS2在发育成熟的果实中有大量的表达,在其他器官中表达量较低;RuSPS3在各器官中的表达均较高,说明 SPS基因表达具有明显的组织特异性,3个RuSPS基因都随着果实发育进程在果实和叶片中表现了表达增加的趋势。果实和叶片中SPS酶活性的变化与RuSPS基因表达水平一致。相关分析表明,叶片中SPS活性与RuSPS2显著正相关(P<0.05),果实中SPS活性与RuSPS1显著负相关(P<0.05)。【结论】3个RuSPS基因与黑莓果实发育过程中的蔗糖合成与代谢关系密切,均参与了黑莓的生长发育调控,其中叶片中SPS活性的变化一定程度上是由RuSPS2调控,果实中SPS活性的变化则是由RuSPS1调控。     

杉木ClWRKY44基因克隆及其表达特性分析

【目的】以杉木幼叶为试验材料,通过克隆杉木ClWRKY44基因,分析其表达特性,为揭示杉木抗逆生理的分子机制提供理论依据。【方法】采用RT-PCR技术克隆杉木ClWRKY44 基因,对其进行生物信息学分析和亚细胞定位研究,并利用实时荧光定量PCR技术分析其表达情况。【结果】杉木ClWRKY44 基因的开放阅读框(ORF)为1 776 bp,编码591个氨基酸,具有WRKY结构域。系统进化树分析结果显示ClWRKY44 基因与拟南芥(Arabidopsis thaliana)ATWRKY44 的亲缘关系较密切,其在杉木的不同器官(叶、根、茎) 中均有表达,嫩叶中的表达量最高,茎中次之,根中最低。低温胁迫处理6 h,ClWRKY44 基因相对表达量最高,约是对照组的79.8倍。干旱胁迫处理24 h,ClWRKY44 基因在高浓度干旱胁迫处理下的相对表达量最高,约是对照组的46.6倍。【结论】杉木ClWRKY44基因编码的蛋白质序列与拟南芥ATWRKY44的同源性很高,在调控植物逆境胁迫应答过程中可以发挥功能,为杉木幼苗生长发育的适应性提供参考。     

黑莓果实发育成熟期木质素合成CAD酶及其基因表达

【目的】比较黑莓高硬度品种‘Arapaho’和低硬度品种‘Boysen’果实发育成熟期木质素合成肉桂醇脱氢酶(CAD)基因表达,及其与CAD酶活性及总木质素含量的关系。【方法】对不同发育时期的黑莓果肉,利用半定量RT-PCR分析18个RuCADs基因成员的表达,利用比色法测定CAD酶活性,利用滴定法测定总木质素含量。【结果】在黑莓的18个RuCAD基因成员中,有8个CADs基因成员在2个品种发育早、中期果肉中表达量较高; 其中RuCAD16仅在‘Boysen’的早、中期果肉中表达,而在‘Arapaho’中不表达。‘Arapaho’和‘Boysen’果肉CAD酶活性均在着色前即花后9 d和花后21 d时最高,着色后呈下降趋势。‘Arapaho’和‘Boysen’果肉木质素分别在花后24 d和花后27 d含量较高。【结论】‘Arapaho’和‘Boysen’果实着色后,RuCADs基因成员表达呈多样化,且硬度与RuCAD酶及木质素含量关系表现出一定差异; 而在果实发育后期,RuCADs基因表达量降低。CAD酶活性降低及木质素含量下降,与黑莓成熟果实硬度下降具一致性,推测木质素合成与成熟果实硬度形成具有相关性。     

SPL家族基因复制及功能分化分析

【目的】基因复制及随后的功能分化是基因组和物种演化的重要驱动力。植物特有的转录因子家族SPL(SQUAMOSA-promoter binding protein like)广泛参与调控植物生长发育及响应逆境胁迫,为研究重复基因的起源方式和进化命运提供了良好的研究系统。本研究对葡萄(Vitis vinifera)、番木瓜(Carica papaya)、毛果杨(Populus trichocarpa)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)4种模式植物的SPL基因家族开展基因复制及功能分化分析,为进一步研究SPL基因功能、预测种属特异性的功能基因提供系统进化角度的参考。【方法】利用SBP特征结构域,鉴定葡萄、番木瓜、毛果杨和拟南芥4种模式植物中SPL基因家族成员,并利用最大似然法构建系统进化树。基于物种内、物种间基因组共线性,分析SPL基因家族发生基因复制的方式及差异保留情况,并计算保留的SPL直系和旁系同源基因的同义、非同义替换率,分析功能分化情况。【结果】在4种模式植物中共鉴定出SPL基因73个,其中42个是miR156的靶基因。系统进化分析显示:73个SPL基因聚类为9个主要分支,miR156靶向SPL基因成簇聚集在6个主要分支;Clade I中SPL基因编码的2个锌指结构基序为C4和C₂HC,而其余8个分支中SPL基因的锌指结构基序由C3H和C₂HC组成。大规模基因组复制事件(片段复制或全基因组复制)是SPL基因家族发生基因重复的主要方式。根据基因组复制事件推算,15个古基因位点理论上应复制出的360个位点中,83.6%的重复位点发生丢失或演化成非SPL基因。本研究鉴定出旁系同源基因17对,直系同源基因27对,且所有旁系和直系同源基因的K_a/K_s(非同义替换率和同义替换率之比)值均小于1。【结论】在不同物种中保留下来的SPL直系同源基因受到较强的纯化选择,在功能上具有保守性;同一物种中保留下来的SPL旁系同源基因在进化过程中维持部分功能冗余,但在组织表达偏好性和蛋白功能上已呈现出不同形式的分化。     

核桃V-ATPase c亚基基因(JrVHAc4)的克隆和抗旱功能分析

【目的】V-ATPase是植物逆境响应的重要酶,有必要了解V-ATPase相关亚基参与核桃响应逆境胁迫的功能机制。【方法】从‘香玲’核桃转录组中克隆获得1条V-ATPase c 亚基基因(命名为JrVHAc4),通过分析启动子预测其逆境响应功能。对JrVHAc4基因进行干旱胁迫下的表达分析,同时构建JrVHAc4酵母表达载体转入酵母表达系统研究其抗旱功能。【结果】JrVHAc4基因开放读码框(ORF)全长495 bp,拟推导的蛋白分子量为16 527.61 u,包含164个氨基酸,理论等电点为8.62; 其上游1 047 bp启动子包含MYC、DOF、MYB等与干旱响应相关的顺式作用元件。干旱胁迫下,JrVHAc4基因在核桃叶和根中均被显著诱导,并存在差异。对JrVHAc4转基因酵母进行不同浓度甘露醇胁迫,与对照酵母相比,发现JrVHAc4基因的表达能显著提高转基因酵母的生长活性。【结论】JrVHAc4基因能响应干旱胁迫,并能提高酵母的抗旱能力,JrVHAc4可作为核桃抗逆重要候选基因。     

东南景天SaWRKY7基因对镉胁迫的响应研究

【目的】镉对植物具有高毒性,WRKY转录因子广泛参与植物逆境胁迫。研究镉诱导下WRKY基因的胁迫响应和抗性机制。【方法】以超积累型东南景天为试材,通过PCR克隆得到1个东南景天WRKY转录因子家族基因序列,结合生物信息学方法,分析其蛋白质结构和亲缘关系,构建GFP(绿色荧光蛋白)融合蛋白,观察其亚细胞定位,利用酵母验证其转录激活活性,通过qRT-PCR分析在镉胁迫下该基因的表达特性和组织特异性。【结果】获得了1条新的东南景天WRKY转录因子家族基因并命名为SaWRKY7,包含完整的开放阅读框,长度为1 011 bp,共编码336个氨基酸,为WRKY基因家族Ⅱd成员。SaWRKY7定位在细胞核,属于核蛋白,不具有转录自激活活性。SaWRKY7在东南景天的根、茎、叶中均有表达,且在根中相对有较高的表达量。与对照相比,在100 μmol/L CdCl₂处理0.5 h时,SaWRKY7在根茎叶中有较高的表达量,随后逐渐降低,属于早期诱导表达基因。【结论】SaWRKY7为WRKY转录因子家族成员,该基因定位在细胞核,不具有转录自激活活性,在早期响应镉胁迫诱导表达,推测其可能在东南景天镉积累或镉耐受过程中发挥重要作用。     

楸树嫩枝扦插生根发育及根系特征分析

【目的】楸树大多自花不育,苗木主要通过营养繁殖获得,而高质量楸树苗木缺乏,扦插育苗存在繁殖系数低、质量参差不一等问题,影响了楸树的大面积推广利用。笔者探索不同处理方式下楸树嫩枝生根及不定根形成特点,初步筛选合适的楸树嫩枝生根方法,为揭示楸树嫩枝扦插生根机理并解决楸树扦插困难提供参考。【方法】以楸树品种‘8611’为试验材料,采用两因素(生根剂类型、枝条部位)完全随机试验,观察插穗在扦插生根过程中的动态变化并进行生根阶段划分;采用石蜡切片法,对不同生根阶段的插穗进行解剖结构分析;利用根系扫描仪测定根系的相关指标,并对各指标数据进行相关性分析和多重比较,得出楸树最优生根处理,明确楸树生根类型及时间。【结果】楸树扦插生根过程可以分为4个阶段:扦插3~7 d为愈伤组织的形成阶段;扦插7~18 d为不定根的诱导阶段;扦插18~20 d为不定根的发生阶段;扦插20 d以后为不定根的伸长阶段。不同生根剂及枝条不同部位的插穗对嫩枝扦插生根存在明显影响。穗条在不同部位间,枝条上部的插穗最易生根,但易腐烂;枝条中部制成的插穗生根效果最佳。不同激素处理中,GGR-6处理的插穗最易生根,生根效果最佳。在不同激素处理下枝条不同部位的生根率表现为:1 000 mg/kg GGR-6处理的中部插穗生根效果最佳,生根率约92%。在形态解剖学观察中,未发现楸树‘8611’种存在潜伏根原基。【结论】楸树嫩枝扦插的生根时间约20 d,为诱导生根类型。采用嫩枝中部制成的插穗,通过1 000 mg/kg GGR-6处理时生根效果最佳。     

淹水处理下杨树不同无性系苗木根系形态变化

【目的】了解淹水处理下不同杨树无性系苗木根系的形态变化规律,揭示杨树对淹水胁迫的根系适应策略,为筛选耐水的杨树无性系提供依据。【方法】选用3804杨、1388杨、895杨、110杨和328杨5个杨树无性系,设置对照、渍水和淹水3种处理,测定苗木根系的生物量、长度、数量、表面积、体积等指标。【结果】①渍水处理下杨树根生物量与对照无显著差异,但淹水处理下的根生物量却显著小于对照。②渍水和淹水处理下的多数杨树无性系苗木一级根数量与对照之间没有显著差异,但总根长、总根投影面积、总根表面积和总根体积却大于对照。③与对照相比,渍水和淹水处理下的杨树苗木根系平均直径有所减小,但根尖数、分叉数和交叉数却增大。④主成分分析提取出的2个主成分累积贡献率为88.58%,可较好地反映杨树苗木根系形态特征。【结论】隶属函数法分析表明,在渍水处理下5个杨树无性系根系形态表现的优劣顺序是1388杨>895杨>3804杨>110杨>328杨;在淹水处理下的优劣顺序是1388杨>895杨>110杨>328杨>3804杨。所以,从根系形态表现看,1388杨和895杨的耐水性较强。     

施用沼液对杨树人工林细根形态特征的影响

【目的】 研究施用沼液对杨树人工林细根形态特征的影响,以期为科学利用沼液、优化杨树人工林施肥技术、促进杨树人工林可持续经营提供理论依据。【方法】 2018年10月,在4种长期施用沼液(施用量0、125、250和375 m³/hm²)的杨树人工林野外实验样地,采用连续土钻法钻取不同土壤深度(0~20,≥20~40和≥40~60 cm)土芯样品;在实验室分拣出杨树活细根,经清洗、分级、扫描、烘干、称量,比较不同处理下不同土层1~5级细根平均直径、平均长度和比根长。【结果】 随着沼液施用量的增加,杨树人工林各级细根平均直径和长度呈下降趋势,而比根长呈上升趋势。但不同土层的不同根序细根形态特征对沼液的响应不同:随着土层的加深和细根根序的增加,细根平均直径、平均长度和比根长的变化幅度多呈现减小趋势。【结论】 长期施用沼液可降低杨树人工林细根平均直径和平均长度,提高杨树人工林细根比根长,在土壤表层和低级细根上表现尤为明显。     

吡咯伯克霍尔德氏菌JK-SH007多聚半乳糖醛酸酶基因的克隆及表达分析

【目的】克隆吡咯伯克霍尔德氏菌JK-SH007(Burkholderia pyrrocinia JK-SH007)多聚半乳糖醛酸酶基因(BpPG),并阐明BpPG基因在B. pyrrocinia JK-SH007定殖中的生物学功能。【方法】通过设计特异性引物(PG-F、PG-F)克隆BpPG基因,并对其全长基因进行生物信息学分析; 采用MEGA 5.0软件进行系统发育树分析; 将B. pyrrocinia JK-SH007接种杨树,利用实时荧光定量PCR方法,分析BpPG基因在B. pyrrocinia JK-SH007定殖过程中的差异表达。【结果】BpPG基因全长2 001 bp,编码666个氨基酸,预测蛋白质分子量69.23 ku,理论等电点为8.37; BpPG蛋白有6个蛋白质结合位点,属于Glycosyl hydrolases family 28家族,为亲水性蛋白,不具有信号肽。二级结构主要包括α-螺旋、β折叠、延伸链和无规则卷曲,三级结构预测结果与二级结构相符。系统进化分析表明,BpPG与PG(GenBank 序列号WP 034181566.1)具有同源性。实时荧光定量PCR结果显示B. pyrrocinia JK-SH007定殖过程中,不同时期的BpPG基因表达量存在差异。【结论】克隆得到BpPG基因,BpPG基因在进化上是保守的,其极有可能在B. pyrrocinia JK-SH007定殖过程中发挥作用。     

伴矿景天WRKY基因家族鉴定及镉胁迫响应分析

【目的】WRKY转录因子在植物响应非生物胁迫过程中发挥着重要的调控作用,目前超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola) WRKY转录因子的研究较少。进行SpWRKY基因家族的全基因组鉴定及其在镉胁迫下的表达模式分析可为后续SpWRKYs基因克隆和耐镉功能分析提供参考。【方法】对伴矿景天WRKY基因家族进行全基因组鉴定和生物信息学分析,利用转录组数据和qRT-PCR技术检测WRKY基因在镉胁迫下的表达模式并进行转基因拟南芥耐镉性的分析。【结果】伴矿景天基因组中共鉴定出77个SpWRKYs,非均匀地分布在各条染色体上;系统进化树分析发现,伴矿景天WRKY成员被分成3大类群(Ⅰ—Ⅲ),第Ⅱ类群又被分成5个亚群(Ⅱa—e);共线性分析发现,伴矿景天WRKY基因家族和拟南芥(Arabidopsis thaliana)之间存在7个共线基因对,和玉吊钟(Kalanchoe fedtschenkoi)之间存在53个共线基因对;SpWRKYs基因之间存在19个片段复制基因对;启动子序列分析发现,SpWRKYs启动子有多种与激素和逆境响应等相关的顺式调控元件;镉胁迫表达分析发现,7个...     

杨树不同根序细根形态对酚酸的响应

【目的】细根生长与森林生产力的关系十分密切,而酚酸在根际的累积可能影响杨树根系形态建成及生物量分配进而影响生产力。笔者通过模拟杨树人工林根际酚酸环境,探究杨树幼苗根系形态建成对酚酸的响应,深入揭示根-土界面性质改变对林木根系生长的影响,为探明人工林根际过程和林分生产力之间的关系提供参考。【方法】以改良Hoagland 营养液为基础,参照连作二代杨树人工林土壤酚酸含量配制溶液并进行杨树幼苗培养。采集杨树幼苗根系,按50%的比例选取细根 (根径D < 2 mm) 样本并按根序进行分级,制作1~5级根序细根石蜡横剖面切片。采用根系扫描仪结合分析软件获得各根序细根的长度、直径,利用光学显微镜观察各根序细根的剖面直径、维管束(中柱)直径等参数,并计算比根长、根组织密度、维根比等。采用Origin Pro 8.0进行数据的差异显著性检验并作图,分析细根形态特征和剖面结构参数的相关性。 【结果】酚酸处理显著减少了杨树幼苗根系生物量。1~5级根序细根的生物量在对照和酚酸处理间无显著差异,但其所占生物量比例显著增加。酚酸处理总体抑制了杨树幼苗细根的伸长生长,1~3级根序细根的长度显著低于对照。酚酸处理具有增大杨树根系直径的效应,但1~5级根序细根的表面积在酚酸处理下均较对照显著下降。酚酸处理显著影响了杨树幼苗各根序细根的比根长和根组织密度,使比根长显著下降而根组织密度显著增大。此外,酚酸显著影响了杨树幼苗根系的生长发育,酚酸处理下1~5级根序细根的维根比显著增大,根系内输导组织分化显著。【结论】酚酸对杨树细根生长发育具有一定抑制作用,酚酸处理下不同根序细根形态的变化体现了根系功能的改变,这将影响根系吸收进而对杨树地上部分的生长产生抑制。不同根序细根形态建成的差异性也在一定程度上反映出酚酸影响下杨树根系的生长策略。     

NaCl处理下全缘冬青和红果冬青根系的转录组活性比较

【目的】研究全缘冬青(Ilex integra)和红果冬青(I. purpurea)的根系在NaCl胁迫处理中的转录组活性差异,为进一步研究二者耐盐性差异的生理学机理奠定基础。【方法】以内含250 mmol/L NaCl的1/2浓度霍格兰德溶液对全缘冬青和红果冬青的两年生扦插苗进行盐胁迫处理,采集经0(盐处理前)、6和72 h盐处理的根系样品,提取总RNA,进行转录组测序,组装转录本,筛选差异表达基因,分析两种冬青根系中的功能富集通路和特定代谢途径的基因表达变化。【结果】全缘冬青根系盐处理6 h的差异表达基因数量为2 616,盐处理72 h为1 802;而红果冬青根系盐处理6 h的差异表达基因数量为1 831,盐处理72 h为3 490。全缘冬青盐处理6和72 h根系中共同的KEGG富集途径为植物激素信号转导、亚油酸代谢、类胡萝卜素生物合成和甜菜红素生物合成,红果冬青根系6和72 h盐处理共同的KEGG富集途径为植物激素信号转导、苯丙烷生物合成和类胡萝卜素生物合成。甜菜红素生物合成和亚油酸/花生四烯酸代谢为盐胁迫处理全缘冬青根系中特有的富集代谢通路。全缘冬青中受盐胁迫正调控的过氧化氢酶基因数多于红果冬青的,并且在盐处理下其表达水平远高于红果冬青的。【结论】全缘冬青根系较强的耐盐性可能与植物激素信号转导、类胡萝卜素生物合成、甜菜红素生物合成和脂肪酸脂类代谢等生理过程相关联;盐处理下过氧化氢酶基因的高效表达也可能是全缘冬青根系具较强耐盐性的因素之一。     

不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量及生理特性变化

【目的】 研究不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量及生理特性的差异,为毛竹伐桩灌溉时间长短的选择提供理论参考。【方法】 以毛竹灌水伐桩为研究对象,设置4个处理:对照灌水0 d(CK)、灌水180 d(T1)、灌水360 d(T2)、灌水720 d(T3),分析比较4个不同灌水时间长度后,毛竹伐桩根系化学计量、相对电导率、丙二醛(MDA)含量、根系活力、抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量差异。【结果】 随着灌水时间的延长,毛竹伐桩根系碳(C)含量不断增加,而氮(N)和磷(P)的含量则基本均呈先升高后降低,m(C)/m(N)和m(C)/m(P)不断上升,m(N)/m(P)保持相对稳定。毛竹伐桩根系各种氧化酶活性、相对电导率和MDA含量均随着灌水时间的不断增加而升高,而毛竹伐桩根系活力和可溶性蛋白含量都随着灌水时间的增加明显降低。【结论】 综合各项生理指标认为,在360 d内对毛竹伐桩灌水仍能起到较好的灌溉效果。     

7种杨树铅抗性和积累能力的比较研究

【目的】通过对比研究不同种杨树的铅(Pb)抗性和Pb积累能力,筛选具有修复Pb污染土壤潜力的杨树树种。【方法】选取7种速生杨树,用8 mmol/L Pb处理6周,分析7种杨树Pb抗性和积累能力。【结果】Pb胁迫导致7种杨树净光合速率、气孔导度和蒸腾速率降低,抑制了7种杨树的高生长和径向生长,其中欧洲黑杨、群众杨和青杨的光合和生长对Pb胁迫较敏感,美洲黑杨敏感性较低。Pb胁迫导致7种杨树生物量显著降低,其中欧美杨根生物量降低最多(50.31%),欧洲黑杨(31.99%)和群众杨(22.26%)木材生物量降低最显著,欧美杨(12.67%)和群众杨(19.54%)皮生物量降低最显著,灰杨叶生物量降低最多(35.44%)。7种杨树的总生物量在Pb胁迫下出现明显降低,其中灰杨降幅最大(29.03%),欧洲黑杨降幅最小(12.02%)。相应地,7种杨树Pb抗性指数大小顺序依次为:欧洲黑杨(88.09%)>银腺杨(82.98%)≈美洲黑杨(80.70%)>欧美杨(79.86%)>青杨(76.79%)>群众杨(72.78%)≈灰杨(70.35%)。7种杨树吸收和转运Pb的能力存在较大差异。美洲黑杨根中的Pb含量最高,达2 906.10 mg/kg;灰杨木材、皮和叶中的Pb含量较高,分别达46.55、44.39和325.90 mg/kg。美洲黑杨根和整株Pb积累量最大,分别为4.20和5.06 mg/株;灰杨地上部分Pb积累量最大,为1.21 mg/株。美洲黑杨的根富集系数最大,达6.70;灰杨地上部分富集系数最大,为0.43。灰杨的Pb转运系数显著高于其他杨树,达0.16;欧洲黑杨的转运系数最低,仅为0.02。【结论】7种杨树的Pb抗性和Pb积累能力存在明显差异,其中欧洲黑杨Pb抗性最强、美洲黑杨根吸收Pb的能力最强,可能在Pb污染土壤的植物固定和生态恢复方面具有较大潜力;灰杨转运Pb能力最强,地上部分Pb积累能力最强,可能在Pb污染土壤的植物提取方面具有较大潜力。