为探究三个抗旱性不同的甘蔗品种['中蔗9号'(ZZ9),抗旱性强;'中蔗2号'(ZZ2),抗旱性弱;'新台糖22号'(Xintaitang22),抗旱性居中]在不同干旱胁迫环境下萌发早期种茎根和芽萌发的差异,试验采用水培法用不同浓度梯度PEG-6000[CK、10％(w/v)和20％(w/v)]模拟干旱胁迫连续培养12 d后采集根系和芽的萌发数量、根和芽的生物量、根系的形态特征及生理指标数据.研究结果显示,抗旱性强的品种'中蔗9号'根系的形态指标(根总长、根面积、根体积和根直径等)均显著高于'中蔗2号'和'新台糖22号'的.随着PEG-6000胁迫程度加深,'中蔗2号'的根系脱落率显著高于'中蔗9号'的,在高浓度PEG-6000(20％)胁迫下,随时间的延长'中蔗2号'的根系数量急剧下降,而'中蔗9号'的根系数量呈现上升趋势,说明'中蔗9号'的根点在高浓度PEG-6000模拟干旱胁迫下仍能保持生活力,并从休眠状态复苏而继续萌发.'中蔗9号'的根茎粗壮,根系生物量最多,芽体生物量最少,而'中蔗2号'反之,根系生物量最少,芽体生物量最多.在高浓度PEG-6000胁迫下,'中蔗2号'和'新台糖22号'的SOD、POD的酶活性均下降,而'中蔗9号'的处于持续上升趋势,此时'中蔗9号'根系的脯氨酸含量亦极显著(240％)上升.在PEG-6000模拟干旱胁迫下,甘蔗种茎根芽萌发的上述特征与大田抗旱表型观察结果相吻合.本研究结果为快速筛选抗旱甘蔗品种提供了参考依据.

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4光合关键酶,有助于植物在非生物胁迫下抵御逆境.异子蓬(Suaeda aralo-caspica)是一种无须Kranz结构即可在单细胞中高效执行C4光合作用的荒漠盐生植物,在C3作物遗传改良方面具有天然优势.以转异子蓬SaPEPC2基因烟草(Nicotiana tabacum)为材料,探讨了其抗旱功能和光合性能.结果表明,过表达SaPEPC2提高了烟草叶片持水能力,可保持叶绿素稳定;积累更多的渗透调节物质,增强了抗氧化酶活性,进而降低了植株体内的活性氧水平,减轻膜损伤程度;同时还增强了烟草抗旱相关基因和内源光合基因的表达,提高了PEPC活性和净光合速率,可能是促进了烟草体内的"类C4微循环"途径所致.研究结果为进一步利用异子蓬单细胞C4途径PEPC基因培育高光效抗逆农作物品种奠定了基础.

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.

[目的]鉴定并分析苹果液泡膜内在蛋白(TIP)亚家族成员,探究该亚家族成员在苹果干旱胁迫下的表达模式,为研究苹果抗旱性基因资源挖掘和利用提供参考.[方法]通过生物信息学方法对苹果MdTIPs全基因组进行鉴定,分析其家族成员的理化性质、基因结构、保守基序、顺式作用元件、系统进化树等,并结合实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析其在干旱胁迫下不同器官中的表达模式.[结果]在苹果基因组中,共检索到13个MdTIP基因,大部分成员亚细胞定位预测在质膜上,分布于10条染色体上,且每条染色体定位有1～3个成员;该基因家族成员的启动子区域包含多种响应激素和逆境胁迫的应答元件;qRT-PCR显示,MdTIPs亚家族成员在根中除MdTIP1;1外其余均受上调表达,且MdTIP1;3和MdTIP1;4与对照相比,分别上调表达了 5.27倍和5.69倍,表明其是参与调控干旱胁迫的关键基因.[结论]鉴定并提供了 MdTIPs亚家族成员信息,10个MdTIPs亚家族成员在根、茎、叶中差异表达,12个亚家族成员在根中高表达.

番茄作为重要的蔬菜作物之一,鉴定番茄种质资源的抗旱性及筛选抗旱番茄种质资源对番茄育种具有重要意义.本研究利用12.5％PEG-6000溶液对92份番茄种质资源进行干旱胁迫处理,测定发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、芽长等6个抗旱性相关指标,运用相关性分析、主成分分析、隶属函数法和聚类分析进行番茄萌发期抗旱性评价及筛选.结果表明,干旱胁迫下6个指标均显著降低,其中活力指数和发芽势降低最大.通过主成分分析将6个指标转化为2个新指标,累计贡献率达86.657％.基于相关性和主成分分析,筛选出发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数作为萌发期抗旱性鉴定的主要指标,利用隶属函数法结合聚类分析将番茄种质资源分为4类,其中抗旱型19份、较抗旱型41份、较敏感型18份、敏感型14份;通过增大、减小PEG-6000溶液浓度,进一步筛选出抗旱性强的密植红番茄和锦农矮秧两个品种,敏感性强的北京早红和大红袍两个品种.本研究结果可为番茄种质资源的抗旱性研究提供理论基础.

植物生长调节剂5-羟色胺(5-HT,5-hydroxy-tryptamine)已应用于农业生产,以提升作物抗旱性,然而其转录水平的分子机制尚不清楚.本研究通过转录组测序、内源激素水平和抗氧化酶活性的综合评价,探讨模拟干旱胁迫下蜡杨梅幼苗响应外源5-羟色胺的生理和分子影响机制.结果表明,50μmol/L的5-HT处理显著提高了蜡杨梅根系中脱落酸和茉莉酸含量,而100 μmol/L的5-HT处理的结果则刚好相反.50 μmol/L的5-HT处理诱导丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性显著升高,而过氧化氢含量则显著降低.基于上述两种浓度水平的5-羟色胺处理基因集富集分析结果表明,差异表达基因集主要包括抗氧化酶活性、氧化还原酶活性、生长素和赤霉素介导信号传导、细胞壁生物合成、木聚糖生物合成、果胶代谢、次生代谢物生物合成、苯丙烷和半乳糖醛酸代谢等.与抗氧化酶活性及激素代谢相关的差异表达基因主要为PER、LAC、DHAR和PIN等.通过加权基因共表达网络分析发现8个共表达基因模块与5-羟色胺及干旱胁迫显著相关,其中枢纽基因KAB1218346.1(LOX3)、KAB1219593.1(WRKY53)和KAB1217691.1(CZF1)主要参与激素代谢和转录调控,上述关键基因及其分子调控机制将是今后研究的重要对象.

[目的]蒙古黄芪是黄芪药材的重要基原植物,其主要种植地内蒙古、山西、甘肃等地均属于干旱、半干旱地区,不定期间歇式降雨造成了植物干旱复水循环.研究蒙古黄芪在干旱及复水过程中代谢产物的变化特征对于了解其响应自然间歇降雨的干旱胁迫机制非常关键.[方法]试验以1年生蒙古黄芪种苗为材料,进行反复干旱胁迫及复水处理后,测定盆栽土壤养分及其根长、根粗,用基于NMR的代谢组学技术分析蒙古黄芪的初生差异代谢物,并进行差异代谢物筛选及代谢通路分析;用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠法、香草醛-冰醋酸比色法和苯酚-硫酸比色法测定反复干旱胁迫处理下蒙古黄芪根中总黄酮、总皂苷及多糖物质含量.[结果](1)蒙古黄芪在干旱胁迫时会呈现根粗减小,根长和须根密度增加的趋势.(2)干旱及复水处理下,代谢组共检测到42种代谢产物,主要是氨基酸及其衍生物、有机酸、胺类及氨类化合物和糖类等;代谢通路分析表明,植株在反复干旱胁迫过程中主要影响体内的氨基酸代谢途径,通过增加天冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸及精氨酸的含量,降低天冬酰胺、色氨酸和4-氨基丁酸的含量来增强自身抗旱性,具体表现为丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸等代谢物增加1～3倍,色氨酸和4-氨基丁酸等代谢物下降1～2倍.(3)在第1轮干旱胁迫下蒙古黄芪总皂苷积累,而第2轮干旱胁迫后黄芪皂苷、总黄酮类、多糖3种活性物质的生成量减少,均呈下降趋势.[结论]氨基酸及其衍生物类与蒙古黄芪响应水分胁迫的机制密切相关,同时植株也会调节自身的次生代谢产物以响应环境变化.

目的:研究干旱胁迫对4种毛茛科植物光合生理指标的影响,为其引种驯化提供重要依据.方法:以4种毛茛科植物为试验材料,试验分为对照(CK)、轻度干旱(D1)、中度干旱(D2)和重度干旱(D3)4个梯度处理,通过干旱胁迫对4种毛茛科植物光合特性的影响判断植物干旱耐受性.结果:随着干旱胁迫加剧,毛茛、猫爪草、天葵叶片叶绿素a(Chla)含量、叶绿素b(Chlb)含量、类胡萝卜素(Car)含量呈下降趋势,华东唐松草各叶绿素含量则先升后降;干旱处理下,4种毛茛科植物叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与胁迫程度呈负相关,胞间CO2浓度(Ci)与胁迫程度呈正相关;除初始荧光(Fo)外,4种毛茛科植物叶片最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、PS Ⅱ最大光学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)均较对照出现显著下降.结论:4种毛茛科植物抗旱性由强到弱依次为天葵、华东唐松草、毛茛、猫爪草.

为探讨不同种源树木对干旱-复水的生理生态响应,该研究以广东与福建种源木荷为对象,通过盆栽控水方式模拟干旱及复水条件,研究两个种源木荷的水力及碳生理特征、脯氨酸(Pro)及超氧化物歧化酶(SOD)对干旱-复水的响应.结果表明:(1)对照情况下,广东种源木荷的茎木质部水势(Ψxylem)、叶片相对含水量(RWC)、光合速率(4sat)与气孔导度(Gs)均低于福建种源木荷的.(2)两个种源木荷的水力特征、Pro与SOD对干旱-复水的响应呈一致趋势,其中Ψxylem、RWC与Pro均能较快恢复至对照水平,而茎木质部栓塞程度与SOD未恢复至对照水平.(3)福建种源木荷叶片的Asat对干旱的敏感性较广东种源的高且复水后恢复至对照水平需要更长时间.(4)复水后福建种源木荷非结构性碳水化合物(NSC)的恢复速率高于广东种源木荷.综上认为,福建与广东两个种源木荷均不能通过短期复水(30 d)来修复被栓塞的木质部.尽管广东种源木荷的光合速率能够更快地恢复至对照水平,但其光合速率低于福建种源木荷,并且其NSC的恢复能力较福建种源荷的低.因此,在未来干旱加剧背景下,广东种源木荷的生长及存活可能受到更大威胁.该研究结果有助于了解种源地气候条件对树木抗旱性的影响,为未来森林的经营与管理提供了理论参考.

[目的]前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义.[方法]以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力.[结果](1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,P、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,'中亚沙棘'、'新棘5号'、'新棘1号'和山杏次之,而'新棘4号'、'新棘3号'、文冠果和'新棘2号'较弱.[结论]Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植.