在全球气候变化背景下,干旱诱导木质部栓塞被认为是驱动树木死亡的主要因素.因此,分析木质部栓塞抗性(用导水率损失50％的水势(P50)表示)的内在解剖决定因素对于理解其结构与功能间的机制具有重要意义,为气候变化背景下植被恢复树种选择提供理论依据.该研究测定广西弄岗喀斯特森林内12个主要常绿树种的木质部导管直径、导管组指数、组分占比、纹孔形态和纹孔膜超微结构,同时结合木质部储水特征(如木材密度和饱和含水量),综合分析干旱诱导木质部栓塞抗性与其解剖结构以及储水特征之间的关系.结果显示:(1)Ps0与导管直径、密度、导管组指数以及组分占比间的相关性均不显著;(2)P50与纹孔形态特征以及纹孔膜厚度和纹孔腔深度等特征间的相关性均不显著;(3)P50与木材密度显著负相关,与饱和含水量边缘显著正相关,即木材密度较大、饱和含水量较低的树种表现出较强的栓塞抗性.研究结果表明,运用单一的解剖结构来评估栓塞抗性是不全面的;此外,木质部水分存储能力与栓塞抗性之间的权衡关系对于深入理解喀斯特植物耐旱性的内在结构机制以及多元化的水分利用策略具有重要的生态学意义.

目的 对当归Angelica sinensis中的AP2/ERF转录因子基因进行鉴定以及生物信息学分析,并分析其在干旱胁迫下的表达差异,以期筛选出与响应干旱胁迫相关的AsAP2/ERF基因,为后续深入研究 2 品种当归抗逆性差异及抗性育种提供参考依据.方法 基于全长转录组测序数据,利用生物信息学方法对AsAP2/ERF转录因子家族成员进行鉴定,并分析该家族特征.基于干旱胁迫转录组数据分析AsAP2/ERF基因的表达模式,并利用qRT-PCR技术进行验证.结果 从当归中共鉴定到 53个AP2/ERF转录因子,包括 28 个ERF、18 个DREB、5 个RAV、2 个AP2 亚家族成员.AsAP2/ERF转录因子的氨基酸数量是 142～440 aa,均为亲水性蛋白,亚细胞定位预测结果显示多数成员定位于细胞核.基因表达模式的分析结果表明,在响应干旱胁迫条件下,"岷归 2 号"(M2)中表达上调的基因数量多于"岷归 1 号"(M1),其中 8 个基因在 2品种当归D2 组表达差异显著,这可能与 2 品种当归的抗旱性相关.qRT-PCR分析结果表明,6 个基因与干旱胁迫转录组数据基本一致.结论 鉴定了当归中的AP2/ERF转录因子家族,探究了不同基因在干旱胁迫下的表达模式,最终获得了 6 个响应干旱胁迫的AsAP2/ERF候选基因,为后期开展当归抗旱功能基因的研究奠定基础.

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是球囊菌门真菌与植物根系组成的共生体系,71%的维管植物有AM.球囊菌门(Glomeromycota)现下设 1 纲 4 目 11 科 27 属,约有 300 种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF).AMF可以提高植物对干旱、盐度、重金属等非生物胁迫和由其他生物引起的生物胁迫的抵抗力以及调节植物次生代谢产物的合成.本文综述了AMF对植物逆境胁迫和次生代谢产物影响的研究进展.阐述了AMF对植物形态结构、生理生化、基因表达和次生代谢等生命活动的影响.总结了AMF提高植物逆境胁迫抗性和调节植物次生代谢产物合成方面的作用机理.旨在为深入研究AMF响应植物逆境胁迫和调节植物次生代谢产物合成的作用机理提供参考.

肉桂醇脱氢酶(CAD)作为植物次生代谢尤其是木质素生物合成过程的关键酶,在调控植物生长发育和抵御生物/非生物胁迫等过程中发挥关键作用.蒙古冰草(即沙芦草(Agropyron mongolicum))耐旱耐寒,在我国北方荒漠草原区域广泛分布.为探讨CAD基因在蒙古冰草木质素合成和非生物胁迫抗性中的作用,从蒙古冰草全长转录组数据中筛选并克隆到1个CAD基因,序列长度1 083 bp,命名为AmCAD.该基因编码361个氨基酸残基,同源序列比对发现蛋白质序列保守区域含有2个Zn2+结合基序和NADP(H)辅因子结合基序,属于典型的CAD蛋白,且三维结构与AtCAD5相似.AmCAD在茎秆中高表达,对AmCAD重组蛋白的酶学性质分析表明,该蛋白对不同肉桂醛类底物均具有很强的催化能力,其中对松柏醛和芥子醛的底物亲和力更强.用不同浓度甘露醇模拟干旱胁迫,蒙古冰草AmCAD基因表达受到显著诱导.研究结果表明,AmCAD在蒙古冰草木质素合成和干旱胁迫抗性中发挥重要作用,可为提高蒙古冰草品质和抗逆性分子育种提供有价值的基因资源.

为了筛选出对红叶螨Tetranychus pueraricola抗性强的红小豆Vigna angularis品种,本研究采用叶片被害指数、盆栽虫口密度、螨量比值、叶绿素含量和田间自然种群密度5种抗性鉴定方法对13个红小豆品种的抗螨性进行评价.5种抗性鉴定方法在评价红小豆品种抗螨性上具有较高的一致性,彼此间的相关性均达到极显著水平(P＜0.01).田间自然种群密度法与螨量比值法,相关系数的绝对值最大达0.971,田间自然种群密度法可作为红小豆对红叶螨抗性的最佳评价方法.利用5种抗螨性鉴定方法的抗性指标进行系统聚类,将13个红小豆品种分为5大类,综合判断农垦红和珍珠红为高抗品种,天津红和中红7号为高感品种.红小豆不同品种对红叶螨抗感性的评价结果可作为黑龙江省红小豆田间品种布局的参考,对黑龙江半干旱地区杂粮作物害虫治理具有重要指导意义.

为深入探究miRNA参与调控香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)生长发育的分子机理,依据实验室前期建立的miRNA数据库,筛选出与非生物胁迫相关的差异表达dfr-miR160a前体(dfr-pri-mir160a),预测其靶基因为DfARF10,并通过本氏烟草(Nicotiana benthamiana)瞬时共转化GUS以及双荧光素酶(LUC)系统验证dfr-miR160a和DfARF10的靶向关系.结果显示,共注射dfr-pri-mir160a和DfARF10的本氏烟草叶片中GUS活性和LUC活性明显降低;qRT-PCR分析显示,dfr-miR160a及其靶基因DfARF10在香鳞毛蕨的根、配子体、叶柄、叶片和孢子囊中均有表达,在叶片中表达量最高,在根中表达量最低;通过qRT-PCR分析干旱、盐(NaCl)、高温和低温胁迫对dfr-miR160a及其靶基因DfARF10表达的影响.结果表明,在干旱和高温处理下,dfr-miR160a的表达均上调,但在NaCl处理下,dfr-miR160a的表达下调;低温处理下,dfr-miR160a的表达在0-1小时下调,在3-48小时上调.在NaCl、高温以及低温处理下DfARF10表达均上调;但在干旱处理下,DfARF10表达下调,与dfr-miR160a呈现相反的表达趋势.综上,dfr-miR160a靶向DfARF10基因且二者均能响应非生物胁迫.研究结果为从分子层面揭示香鳞毛蕨非生物胁迫抗性机制提供了新的科学依据.

[目的]水稻在生长发育过程中,常会受到各种非生物胁迫而严重影响产量.热激转录因子作为植物抗逆过程中的一个重要元件,通过调控一系列胁迫响应基因的表达以提高植物抗逆性.探究水稻热激转录因子OsHsfA2b调控非生物胁迫的功能与初步机理,为培育水稻抗逆新品种提供了优异基因资源和理论支撑.[方法]通过构建OsHsfA2b过量表达和RNAi的转基因水稻,分别观察水稻幼苗在高温、低温、干旱和高盐处理后的抗逆表型,统计存活率.同时,在逆境胁迫处理后,通过DAB染色检测水稻叶片活性氧(ROS)含量及RT-qPCR检测抗氧化途径相关基因OsSOD和OsCAT的表达量,分析OsHsfA2b对抗氧化途径的调控作用.[结果]在高温、低温、干旱和高盐等非生物胁迫条件下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达.与野生型NPB相比,OsHsfA2b过量表达转基因水稻对非生物胁迫的抗性明显增强,植株损伤程度较轻,存活率提高.相反,OsHsfA2b-RNAi水稻对非生物胁迫更加敏感,植株损伤严重,存活率降低.此外,在非生物胁迫条件下,OsHsfA2b过量表达转基因水稻比NPB和OsHsfA2b-RNAi水稻体内活性氧的含量减少,并且OsHsfA2b显著诱导了抗氧化途径相关基因OsSOD和OsCAT的表达,OsHsfA2b参与抑制水稻体内活性氧的积累以降低逆境胁迫诱导的活性氧大量积累对植株的伤害.[结论]非生物胁迫下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达,可通过抗氧化途径正调控水稻对逆境胁迫的抗性.

非生物胁迫制约了植物的生长和发育,降低作物的产量,严重时导致植物死亡.为了应对非生物胁迫,植物在进化过程中形成了一系列胁迫响应机制,包括肌醇(MI,myo-inositol)代谢途径.肌醇为一类化学性质稳定的极性小分子,植物可通过积累其糖苷类衍生物参与渗透调节途径,从而响应非生物胁迫.肌醇-1-磷酸合酶(MIPS,myo-inositol-1-phosphate synthase)、肌醇单磷酸酶(IMP,inositol monophosphtease)和肌醇加氧酶(MIOX,myo-inositol oxygenase)在肌醇的生物合成或分解过程中发挥作用,它们通过调控植物中肌醇的含量,以及后续一系列复杂的转化途径,参与L-抗坏血酸(L-AsA,L-ascorbic acid)和部分细胞壁多糖的合成,响应盐、干旱、碱和低温等非生物胁迫.本文综述了肌醇的结构、生物学作用、肌醇代谢途径相关酶和肌醇衍生物在植物响应非生物胁迫中的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望,旨在为利用肌醇代谢增强植物对非生物胁迫的抗性,培育抗逆植物品种提供理论基础.

目的 为揭示外源H2O2叶面预处理对不同水分条件下垂盆草Sedumsarmentosum线粒体稳态、生长和黄酮类成分积累的调控作用.方法 设置4个处理即适宜水分、适宜水分+1 mmol/LH2O2、干旱、干旱+1mmol/LH2O2处理,测定不同处理垂盆草叶肉细胞超微结构及其线粒体抗氧化系统、垂盆草生长指标、生物量、指标性成分含量及多种体外抗氧化能力.结果 在干旱胁迫条件下外源喷施1 mmol/LH2O2可以显著提高垂盆草线粒体超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性,显著降低线粒体超氧阴离子产生速率及丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,减轻线粒体膜结构破坏.在干旱条件下叶片喷施H2O2处理的垂盆草鲜质量和干质量分别比干旱处理提高51.53％和38.78％,总黄酮、总酚含量分别提高13.37％和6.50％,但槲皮素和异鼠李素含量显著低于其他处理.适宜水分条件下喷施H2O2处理有利于提高生物量和异鼠李素含量.垂盆草ABTS、DPPH、OH·自由基清除能力与抗脂质过氧化能力均以适宜水分+喷施H2O2处理最高,干旱+喷施H2O2处理次之.结论 喷施1mmol/L H2O2可以缓解干旱胁迫对垂盆草的氧化伤害,维持线粒体稳态,提高垂盆草药材产量和品质,从而协调干旱逆境下垂盆草产量和品质之间的矛盾;适宜水分条件下喷施H2O2亦有助于提升垂盆草产量和品质.

植物小分子信号肽(small signaling peptides,SSPs)是一类蛋白长度小于 120 个氨基酸的小肽,作为新型信号分子在植物应答非生物逆境胁迫中发挥重要的作用.植物中含有千余种SSPs,多种多样的结构特点、修饰过程与不同受体的结合发挥其特异的功能,参与植物与环境之间的互作.挖掘鉴定植物SSPs功能基因,解析它们应答非生物逆境胁迫的调控机制,对增强植物抗性、改善植物生长具有重要的理论与实践意义.植物SSPs主要包括胞外非分泌型小肽、胞内非分泌型小肽、胞外翻译后修饰分泌型小肽和胞外富含半胱氨酸分泌型小肽四大类.介绍了四类植物SSPs的结构、特征;阐述了它们以SSP配体结合LRR-RLK受体激酶完成信号转导过程,以激活下游抗性基因表达为模式的调控机制;重点综述了它们在干旱、高温、盐渍、营养等非生物逆境胁迫应答中的生物学功能及调控机制.最后讨论了植物SSPs未来研究的方向和有待解决的问题,还对SSPs类生长调节剂的开发前景进行了展望,旨在为提高植物应对环境胁迫和实现农业可持续发展提供新的思路和路径.