蒙古冰草(Agropyron mongolicum)亦称沙芦草,为禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae)冰草属(Agropyron)多年生疏丛型牧草,具有饲用价值高、抗寒耐旱以及耐盐、耐瘠薄、耐风沙等特性,是改良天然草场的适宜草种与挖掘优良耐逆基因资源的重要材料.然而,目前尚未建立蒙古冰草高效遗传转化体系,制约了该物种的基因资源鉴定与遗传改良应用.以蒙农1号蒙古冰草种子为来源的高再生效率的胚性愈伤系#89为外植体,建立了根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)EHA105介导的蒙古冰草稳定遗传转化体系,转化效率达30％.此外,针对多次继代后蒙古冰草愈伤系再生能力退化的难题,通过在再生培养基中添加1 mg·L-1 ABA或提高蔗糖浓度至45g·L-1,成功将再生能力衰退的蒙古冰草愈伤系再生效率由5％分别提高至35％与42％.研究结果为后续蒙古冰草基因编辑体系建立、基因功能鉴定和新品种培育奠定了重要技术基础.

蒙古冰草(即沙芦草(Agropyron mongolicum))是我国北方代表性的多年生牧草之一,具有较强的耐寒和耐旱能力.在植物中,咖啡酸氧甲基转移酶基因(COMT)是参与木质素和褪黑素生物合成的关键基因,在调节植物生长、品质和抗逆性中发挥重要作用.通过分析蒙古冰草全长转录组数据,从蒙古冰草中克隆了COMT候选基因AmCOMT1.该基因在茎秆和根等木质素含量高的组织中高表达,且其表达受多种非生物胁迫诱导.在拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型(Col-0)和突变体(omt1-2)中过表达AmCOMT1,显著促进了转基因拟南芥的木质素合成,使突变体的木质素单体和组分恢复至野生型水平,同时Col-0135S:AmCOMT1中木质素总量提高11％.此外,AmCOMT1过表达显著提高了Col-0/35S:AmCOMT1转基因拟南芥的褪黑素含量.在盐胁迫条件下,该株系平均根长相比野生型拟南芥提高20.3％,表现出更强的抗逆性.综上,蒙古冰草AmCOMT1基因在木质素和褪黑素合成中发挥关键作用,可提高转基因拟南芥的抗逆性,在蒙古冰草等单子叶牧草遗传改良方面具有重要应用潜力.

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.

为明确外源褪黑素对沙芦草干旱胁迫的缓解效应,以'盐池'沙芦草为试材,采用聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究沙芦草幼苗对干旱胁迫的响应以及外源添加不同浓度(0、1、10、50、100、150和200 mg-L-1)褪黑素对干旱胁迫下沙芦草幼苗生长和生理特性的影响.结果表明:干旱胁迫显著抑制沙芦草幼苗的生长,而外源添加不同浓度的褪黑素均能够缓解干旱胁迫引起的沙芦草幼苗生长抑制,并且当褪黑素浓度为100 mg.L-1时缓解效果最显著.与单独干旱胁迫处理相比,在干旱胁迫下外源添加100 mg·L-1褪黑素后沙芦草幼苗株高、地上干重和叶片相对含水量分别增加58.2％、121.2％和48.1％,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别增加48.7％、80.8％和38.3％,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和根系活力分别增加12.6％、33.9％和39.1％,抗坏血酸和谷胱甘肽含量分别增加19.5％和18.3％,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别提高16.2％、32.6％和14.3％,而丙二醛、过氧化氢和超氧阴离子含量分别降低45.8％、65.8％和30.8％.综上,外源添加100mg·L-1褪黑素能够显著促进沙芦草幼苗生长,增强抗氧化能力,增加渗透调节物质含量,抑制干旱胁迫下沙芦草植株体内活性氧的过度产生,降低膜质过氧化水平,从而提高沙芦草幼苗的耐旱性.

为了解荒漠草原表层土壤氨氧化细菌(AOB)对枯落物输入及氮添加的响应,该研究以宁夏回族自治区盐池县荒漠草原为实验平台,选择4种常见植物——苦豆子(Sophora alopecuroides)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、短花针茅(Stipa breviflora)和沙芦草(Agropyron mongolicum)的枯落物设置枯落物输入处理,设置对照(0 g·m-2·a-1)、氮添加(9.2 g·m-2·a-1)2个处理,运用荧光定量PCR、高通量测序等分子生物学技术,探究了荒漠草原0-5 cm表层土壤AOB对氮添加和不同枯落物输入的响应.研究结果显示,在氮添加和枯落物输入条件下,荒漠草原土壤表层AOB共有3门4纲6目7科8属17种.实验所测AOB群落物种主要来源于β-变形菌纲(beta-Proteobacteria)中的亚硝基单胞菌属(Nitrosomonas)和亚硝基螺旋菌属(Nitrosospira),且以亚硝基单胞菌属为优势种群.与对照相比,氮添加显著降低了AOB-氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数,表明施氮会抑制荒漠草原表层土壤中的硝化作用.在不同种类的枯落物输入下,AOB-amoA基因丰度的响应具有差异性,枯落物输入能够在一定程度上缓解氮添加对土壤AOB-amoA基因丰度的抑制,但总体上不会改变其变化趋势.冗余分析结果表明土壤有机碳、全磷、硝态氮和铵态氮含量是影响AOB-amoA基因丰度的主要土壤理化因子.研究结果表明,氮添加能够显著降低荒漠草原土壤表层AOB-amoA的基因丰度,该结果有助于丰富和拓展未来干旱半干旱荒漠草原地区氮沉降变化对土壤表层氮循环功能基因丰度的影响和机制的认识.

该文报道了蓼科(Polygonaceae)、龙胆科(Gentianaceae)、禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae)、百合科(Liliaceae)、兰科(Orchidaceae)共10种植物在我国4个省区的新分布记录.其中:内蒙古分布的新记录有刺蓼[Polygonum senticosum(Meisner)Franchet&Savatier]、五叶黄精(Polygonatum acuminatifolium Komarov)、丛生龙胆[Gentiana thunbergii(G.Don)Grisebach];西藏分布的新记录有冰草[Agropyron cristatum(Linnaeus)Gaertner]、沙芦草(Agropyron mongolicum Keng);陕西分布的新记录有顶冰花(Gagea chinensis Y.Z.Zhao&L.Q.Zhao)、弓喙薹草(Carex capricornis Meinshausen ex Maximowicz)、灰脉薹草[Carex appendicula-ta(Trautvetter)Kükenthal]和细毛火烧兰(Epipactis papillosa Franch&Savatier);山西分布的新记录有和林薹草(Carex helingeeriensis L.Q.Zhao&J.Yang).相关的凭证标本存放于内蒙古大学植物标本馆(HIMC)中.

科学灌溉对植物种子生产具有重要意义.本研究以荒漠草原优良乡土植物沙芦草和牛枝子为对象,以充分灌溉为对照,探究不同生育时期亏缺灌溉对两种牧草种子生产和水分利用效率的影响.结果表明:与对照相比,亏缺灌溉下两种植物土壤含水率下降,其中沙芦草土壤含水率下降主要发生在0～60 cm 土层,牛枝子土壤水分下降未出现明显的分层现象.亏缺灌溉下沙芦草种子产量各构成因子差异均显著,开花期亏缺灌溉种子产量最高;牛枝子仅生殖枝数、小花数和荚果数差异显著,种子产量各处理差异不显著.相关分析显示,沙芦草种子产量与生殖枝数(r=0.776)、小穗数(r=0.717)呈显著正相关;牛枝子花序数与生殖枝数呈极显著负相关(r=-0.685),与小花数呈显著正相关(r=0.412).与充分灌溉相比,亏缺灌溉下两种乡土植物种子生产耗水量减少,水分利用效率提高,其中,沙芦草开花期亏缺灌溉水分利用效率提高最多(32.9％);牛枝子分枝期亏缺灌溉提高最多(27.4％).因此,适当亏缺灌溉可以提高两种植物水分利用效率.从水分利用效率和种子产量来看,干旱区沙芦草和牛枝子种子人工繁育时可采取亏缺灌溉,适宜亏缺的生育期分别为开花期和分枝期.