本研究旨在比较泌乳期与干乳期水牛(Bubalus bubalis)差异血清生化指标及差异血清代谢物的组成,探讨血清生化指标与代谢物的相互关联,进一步了解水牛营养代谢过程的调控机制.选取泌乳期(泌乳第100～200天)健康水牛9头和干乳期(停乳后第30～60天)健康水牛9头,每头牛采血清样本两份,一份用生化分析仪进行20项指标检测;另一份用超高效液相色谱-串联质谱法(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)检测分析水牛血清中内源性代谢物.在生化指标检测结果中,泌乳期的谷草转氨酶/谷丙转氨酶(P＜0.05)、甘油三酯(P＜0.01)显著低于干乳期的,说明水牛在泌乳期时对酯类物质的利用效率更高;而泌乳期的胆固醇(P＜0.01)、低密度脂蛋白(P＜0.01)、高密度脂蛋白(P＜0.001)、尿素氮(P＜0.01)、葡萄糖(P＜0.01)和免疫球蛋白A(P＜0.000 1)等指标显著高于干乳期的,说明泌乳期时水牛的物质代谢更高.对于血清代谢物进行分析得出共有183种代谢产物在2个时期中存在显著差异(P＜0.05,VIP＞1),这些代谢产物共富集到8条显著不同的代谢途径,分别是D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢,精氨酸和脯氨酸代谢,色氨酸代谢,卟啉和叶绿素代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,组氨酸代谢,不饱和脂肪酸的生物合成,以及氮代谢(P＜0.05).这些结果说明在泌乳期时,水牛吸收的营养物质主要用于参与多种氨基酸的合成及脂肪酸的合成与利用.

以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp.indica cv.'Shuangkezao')获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料,在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫,探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异.结果表明,与野生型相比,弱光胁迫后,pe-1叶片黄化程度显著降低,株高和叶面积显著增加;三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同.此外,pe-1叶绿素含量增加,且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型,表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强,适应能力更强.pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型,表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强.综上,pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力,该结果有助于耐弱光水稻品种的选育.

以条纹自交系西瓜(TD)和网条突变体西瓜(WT)为材料,通过分离群体的条纹性状比例探索西瓜的条性状遗传基础;以转录组测序及表达差异分析为基础,探索网条突变体西瓜在不同发育阶段的表达谱变化,筛选出条纹自交系与网条突变体西瓜之间表达差异显著的基因57个,主要富集于光合作用天线蛋白通路、生物碱生物合成通路、氨基酸代谢通路等7种代谢途径;通过加权基因共表达网络对核心基因的进一步分析,初步挖掘出部分网条突变体西瓜中有关生物胁迫抗性的基因变化情况,进一步筛选确定西瓜深绿条纹基因(ClGS,watermelon dark-green stripe)、类半胱氨酸蛋白酶抑制剂5编码基因、UDP-葡萄糖基转移酶编码基因、类长春碱合成酶编码基因、叶绿素a-b结合蛋白编码基因可能是决定西瓜网条果皮性状的核心基因;qRT-PCR验证结果表明,条纹自交系西瓜与网条突变体西瓜在基因表达上存在明显差异.本研究为西瓜不同果皮条纹育种提供了新的种质资源,也为阐明西瓜不同果皮条纹性状形成的分子调控机制提供了一定的理论依据.

为了挖掘优异西葫芦(Cucurbita pepo L.)种质资源,提高外观品质优的嫩瓜选择效率,本研究利用色差仪对本单位创制的54份西葫芦自交系进行不同嫩瓜皮色分类,并以其中7份(重点4份)代表性材料为研究对象,对西葫芦嫩瓜皮叶绿素合成代谢与其皮色形成的关联性进行分析.结果表明,叶绿素是决定偏白色、浅绿色、翠(青)绿色、绿色和深绿色西葫芦嫩瓜皮色的主要色素.其中,叶绿素a含量占总含量的49.20％～60.58％,是决定嫩瓜皮色深浅的主要因素.颜色最鲜艳且更加偏绿色的翠(青)绿色嫩瓜皮材料,其色度值(C)显著大于其他皮色,而叶绿素a/叶绿素b和红绿值(a*)分别显著大于和小于偏白色、浅绿色和深绿色皮色.深绿色、翠(青)绿色和偏白色嫩瓜皮叶绿素合成存在胆色素原转化为尿卟啉原Ⅲ和粪卟啉原Ⅲ转化为原卟啉Ⅸ两个受阻点,且后一转换阶段是导致偏白色和翠(青)绿色嫩瓜皮叶绿素合成受阻、叶绿素含量骤降的主要原因.叶绿素合成减弱与叶绿素代谢中的叶绿素酶降解活性增强以及抗氧化酶中的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性减弱之间呈显著相关,这也证明了嫩瓜皮偏白色的成因.超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性与嫩瓜皮叶绿素含量呈显著相关,这两种酶延缓了翠(青)绿色和深绿色嫩瓜皮叶绿素含量降低速率.本研究结果为深入解析不同嫩瓜皮色,特别是翠(青)绿色嫩瓜皮呈色机理以及挖掘、利用相关优异特异资源提供了理论依据和技术支撑.

为揭示赤皮青冈叶色黄化变异机制,该研究以赤皮青冈叶色变异植株和正常植株的叶片为试验材料,采用超高效液相色谱串联质谱法和高通量RNA测序技术分别进行代谢组和转录组分析.结果表明:(1)代谢组在正离子(POS)、负离子(NEG)模式下分别检测出正常植株和突变体之间存在 257 个和 357 个显著差异代谢物(SCMs),其中槲皮素、白矢车菊素、杨梅素等多种黄酮类化合物及其糖苷衍生物(吡喃酮啡肽A、异鼠李素 3-葡糖苷酸等)在突变体中显著上调,而叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等色素含量则显著下降.(2)转录组测序检测出 4 146 个差异表达基因(DEGs),其中 1 711 个基因上调表达,2 435 个基因下调表达.(3)KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到光合作用、卟啉与叶绿素代谢、类黄酮生物合成等途径.综上表明,突变体叶色黄化可能是受到叶绿素合成受阻、叶绿体发育异常及黄酮物质合成增加等因素的综合影响.此外,MYB和bHLH家族基因在突变体中显著上调,证实该两类转录因子参与调控类黄酮生物合成.该研究结果为植物黄化突变的分子机制研究提供了新的见解,也为叶色功能基因挖掘与园林植物育种工作提供了参考.

[目的]水稻的抽穗期对水稻地域适应性及水稻产量至关重要,对水稻抽穗期基因进行鉴定及功能分析,可以为水稻育种提供优异的基因资源.[方法]通过BSA-seq方法对一个黄化早抽穗突变体hz1(huangzao 1)进行基因定位克隆及连锁分析;利用RT-qPCR技术分析目的基因HZ1 的表达谱,并用水稻原生质体瞬时转化查明HZ1 的亚细胞定位;对突变体的抽穗期、叶绿素含量、过氧化氢含量等生理指标进行测定,详细分析其表型变化.[结果]田间表型观察发现hz1表现早抽穗,长日照(long-day,LD)及短日照(short-day,SD)条件下hz1 的抽穗期相同,分别比野生型(wild type,WT)早抽穗 43 d和 26 d,表明hz1 是一个光周期不敏感的突变体.同时hz1 表现黄化表型,相比WT,叶绿素含量下降.遗传分析表明hz1 由隐性单基因控制,F2 混池高通量测序将目的基因定位于水稻第 6 染色体上 17.8 Mb区间内,分析发现该区间内一个T-DNA插入位点LOC_Os06g40080 与hz1 目标性状完全连锁,LOC_Os06g40080 为已知的SE5 基因,编码血红素加氧酶 1(heme oxygenase 1,HO1).HZ1/SE5 在叶片中高表达,在LD及SD条件下具有昼夜节律性表达.亚细胞定位发现HZ1/SE5 蛋白定位于叶绿体中.表达调控分析表明HZ1/SE5主要通过调控水稻成花素Hd3a和RFT1 的表达来调控水稻的抽穗期;并通过调控叶绿素合成途径相关基因的表达水平影响水稻叶绿素水平变化.[结论]黄化早抽穗突变体hz1 由于血红素加氧酶编码基因SE5 突变导致其对光周期不敏感,HZ1/SE5 基因通过调控水稻成花素基因及叶绿素合成途径相关基因的表达而影响水稻的抽穗期及叶片的黄化.

[目的]通过组学技术研究持续喷水处理对芒果叶片产生的影响,揭示喷水处理影响"午休"的分子机制,进一步优化喷水处理条件,为达到最佳效果提供科学依据,并对提高芒果产量和品质以及响应国家减肥增效政策具有理论意义.[方法]以元江"台农一号"芒果为材料,对坐果期芒果在"午休"时段(12:30-14:10)喷水3次,每次喷水20 min,间隔20 min,以不喷水为对照,并以2组3个不同时期叶片进行Illumina Hi SeqTM 6000高通量转录组测序分析,用GO和KEGG数据库分析"午休"时段喷水和不喷水处理的差异表达基因(DEGs).用差异表达基因分析工具(DESeq)对基因表达进行差异分析,以|log2αFC|＞1,P＜0.05为筛选差异表达基因的条件.[结果]3个时期分别获得3 789,2 885,1 667个差异表达基因.GO分析表明差异基因与细胞组分分类中的膜、膜的固有成分、膜的组成成分等密切相关,KEGG分析差异表达基因主要富集在植物激素信号转导、植物MAPK信号通路、植物昼夜节律、氨基糖和核苷酸糖的代谢、类黄酮生物合成、光合生物碳固定、角质和亚硫酸盐及蜡的生物合成、卟啉和叶绿素的代谢、淀粉和蔗糖代谢以及甘油酯质代谢等途径.根据富集结果筛选8个差异表达基因,经实时荧光定量验证,基因表达趋势与转录组测序结果相符.[结论]CAO和POR基因表达延后,表明喷水处理可延长叶绿素的合成时间;FBP和SBP的基因表达略微降低,表明叶面喷水调控基因的表达量降至缓解芒果"午休"的最适范围内,有利于树体积累碳同化物,从而提高光合效率.

基于"植物的向性运动"等教学内容,以课外探究实验为载体,利用豌豆为实验材料,通过观察光照对植物叶绿素合成的影响、植物向光弯曲生长、茎的背地生长和根的向地生长现象,实现"一材多用",深化学生对植物向性运动现象机理的理解,培养学生科学思维和科学探究能力.最后,结合"豌豆芽苗菜"的培育,增强学生的科学劳动意识,践行社会责任.

为阐明珍珠芦荟叶色突变的变异机制,以珍珠芦荟(Aristaloe aristata)叶色失绿突变体'MT-1'及其叶色正常种质'WT-18'为试材,对其表型特征、叶片超微结构、光合色素含量、叶绿素荧光参数、差异代谢产物等方面进行了对比研究.结果表明,与'WT-18'相比,突变体'MT-1'从幼叶开始呈现出黄化条斑现象,且株型变小、生长缓慢;气孔数量少且小,形状由长方形变成正方形;叶绿体数量及内部片层数量变少、体积也明显变小;光合色素(叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素)含量和叶绿素荧光动力参数(Fo、Fm、Fv/Fm、ФPSⅡ、qP、qN和ETR)均显著降低.'MT-1'和'WT-18'的代谢产物差异明显,KEGG代谢通路分析表明,大多数差异代谢物富集到氨基酸代谢、糖代谢、脂类代谢、核酸代谢、次级代谢产物生物合成等途径.因此,叶绿体相关基因的改变可能是发生叶色失绿突变的重要原因.

[目的]单半乳糖甘油二酯合酶(MGD)是合成单半乳糖甘油二酯(MGDG)的关键酶,在植物响应低磷胁迫过程中起着重要作用.为系统了解水稻OsMGD2和OsMGD3基因在低磷胁迫响应中的作用和功能.[方法]用盆栽试验分析正常和低磷条件下野生型(SR1)、过表达OsMGD2和OsMGD3转基因烟草的生理响应及脂质组分的变化.[结果]无论在正常还是低磷条件下,转基因与野生型烟草的磷含量无显著差异,但转基因烟草的生物量、叶绿素含量和光合能力均显著高于野生型.转基因烟草在低磷胁迫下的磷脂(PL)含量、双半乳糖甘油二酯(DGDG)含量、DGDG与MGDG的比值和半乳糖脂(GL)与PL的比值均显著高于野生型烟草,且OsMGD3转基因烟草的脂质含量和比值均高于OsMGD2转基因烟草.[结论]通过调控水稻OsMGD2/3基因表达,可提高植物低磷下的膜脂重塑能力,进而维持植物在低磷胁迫下较高的光合和生长能力,增加植物的低磷耐受性.