我国盐碱地分布广、面积大,是重要的后备耕地资源、粮食增产的"潜在粮仓".挖掘负调控大豆耐混合盐碱性的基因,通过基因敲除创制耐混合盐碱大豆新品种,是合理开发利用盐碱地,提高我国大豆产量的有效途径之一.课题组前期筛选到1个混合盐碱胁迫下调表达的基因Glyma.02g271000(GmDUF247-1).其编码的GmDUF247-1蛋白包含1个DUF247结构域和1个跨膜结构域,利用烟草叶片瞬时表达发现GmDUF247-1-GFP融合蛋白定位在细胞膜上.荧光定量PCR显示,GmDUF247-1基因在大豆根中表达量最高,在混合盐碱处理下显著下调.为研究GmDUF247-1在大豆混合盐碱胁迫下的功能,利用大豆毛状根系统过表达GmDUF247-1基因,发现混合盐碱胁迫处理后,GmDUF247-1过表达大豆毛状根复合植株叶片萎蔫程度明显高于空载体对照,存活率、根长和株高显著低于对照.对GmDUF247-1基因在大豆自然群体中的单倍型分析发现,其启动子区有8个SNPs和4个InDels,可能导致与逆境应答和生长发育相关的转录因子识别元件序列发生改变;CDS区存在3种单倍型,GmDUF247-1H1基因型受到了明显的人工选择.本研究初步明确了 GmDUF247-1基因负调控大豆混合耐盐碱性,为系统研究GmDUF247-1基因功能和育种利用奠定了研究基础.

盐碱地是边际土壤的主要类型之一,利用边际土地耕作是减缓耕地紧缺的有效途径.为筛选耐盐性较强的大豆种质资源,提高盐碱土地大豆产量,本研究对392份来自国内外不同地域的大豆种质资源,采用150mmol/LNaCl进行苗期盐胁迫处理,采用单株分类记载法进行苗期耐盐性鉴定,并利用10个与耐盐基因连锁的SSR标记对高耐及耐盐等级大豆种质资源进行分子辅助鉴定及遗传多样性分析,应用相似性系数分析、聚类分析等方法对高耐及耐盐等级大豆种质资源进行综合评价.结果表明:筛选出58份高耐及耐盐大豆种质资源,包括赤豆1号、东农69等高耐大豆种质资源14份,黑农51、黑河35等耐盐大豆种质资源44份;58份耐盐大豆种质资源分子辅助鉴定表明,绥农1号、合丰50和东大2号携带耐盐等位变异最多,均为6个,标记平均鉴定效率为43.45％,平均准确率为68.46％,其中分子标记Satt201的鉴定效率和鉴定准确率最高,分别为60.34％和96.55％;聚类分析表明,58份大豆种质资源间的相似性系数在0.5385～0.9231之间,平均值为0.6974,相关系数为0.6240,说明58份大豆种质资源大部分遗传关系较近,遗传多样性较低,58份耐盐大豆种质资源并未按地域进行聚类,但一个类群或亚群中大部分种质资源来源地在地理位置上相同或较为接近,可从中筛选亲缘关系较远的大豆种质资源作为亲本,用于培育耐盐大豆新品种奠定遗传基础.

[目的]从黄河三角洲盐碱地中筛选到具有抗盐促生作用的一株根际菌,制成菌剂用于缓解玉米植株的高盐胁迫.[方法]通过功能培养基、16S rDNA序列和全基因组分析,确定菌株种属以及对玉米植株的抗盐促生效果.[结果]从黄河三角洲盐碱地中筛选到一株可在0-16%的NaCl和pH 5-8的条件下正常生长的萎缩芽孢杆菌CNY01,该菌株可促进玉米在高盐条件下生长,具有降蛋白和解钾的能力,还可抑制青枯雷尔氏菌、串珠镰刀菌等病原菌的生长.玉米植株在含 100 mmol/L NaCl的营养液中生长8 d时,施加菌株CNY01 可使植株的生理株高、根长和鲜重分别提高 38.80%(P<0.01)、23.73%和 28.19%(P<0.01).玉米植株在加 100 mmol/L NaCl的高盐盆栽条件下生长 28 d时,菌株CNY01 可使植株的株高、地上鲜重和地下鲜重分别提高 10.84%、41.87%(P<0.01)和 23.29%.全基因组序列分析也预测出该菌株基因组中含有维持细胞渗透压、合成应激蛋白等缓解高盐胁迫的基因.[结论]从黄河三角洲盐碱地中筛选到一株具有防病促生功能的萎缩芽孢杆菌CNY01,对玉米植株有显著的抗盐促生作用,结合基因组结果预测到该菌株含有与抗盐促生相关基因,是重要的菌种资源.

随着气候变化及人类活动,原本脆弱的荒漠草原迎来更大的荒漠化风险,其景观格局演变受到众多学者关注.选取 1990-2019 年Landsat影像数据为信息源,采用景观指数研究方法和GIS空间分析、格网技术手段,研究苏尼特右旗景观格局时空变化特征.结果表明:(1)研究区以草地为主题景观,其中天然草地景观为优势景观类型.1990-2005年主要是天然草地景观与沙地景观、盐碱地景观相互转化;2005-2019 年天然草地景观大范围转出为封育草地景观.(2)1990-2019 年景观破碎度增大,基质景观所占比例不断减少,斑块形状趋于复杂,丰富度增加,异质性增强,聚集连片度下降.(3)研究区中北部浑善达克沙地分布带 1990-2005 年沙化严重,破碎程度加大.干燥剥蚀层状高平原2005-2019 年受人类活动影响大,基质景观优势度下降,景观破碎程度增高,空间异质性增强.南部低山丘陵区除东南部耕地景观不断被分割,整体景观保持完整连续.研究结果可为苏尼特右旗的资源环境保护、利用与管理提供科学、合理的参考依据.

了解平欧杂种榛对盐胁迫的生理响应及不同品种的耐盐性差异,可为耐盐品种的选育及其在盐碱地的合理利用提供科学参考.以3个品种平欧杂种榛(达维、辽榛7号、玉坠)幼苗为材料,在盆栽条件下设置对照、轻度、中度和重度盐胁迫处理(NaCl浓度分别为0、50、100和200 mmol·L-1),测定叶片耐盐相关的生理指标.结果表明:盐胁迫对达维叶片相对含水量的影响不显著,重度胁迫下辽榛7号和玉坠叶片相对含水量分别显著降低12.5％和27.9％.随着盐胁迫程度的增强,叶片可溶性糖和可溶性蛋白表现为先升后降的特点;脯氨酸呈持续增加趋势,轻度、中度、重度胁迫下分别提高19.6％、35.3％和96.9％.叶片相对电导率、丙二醛和过氧化氢酶活性随着盐胁迫程度的增强而升高,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性分别呈先升后降和先降后升的特点.随着盐胁迫程度的增强,叶片Na+和Cl-不断增加;K+呈先升高后降低的趋势,中度、重度胁迫下分别显著提高43.6％和降低28.3％;K+/Na+呈下降趋势,重度胁迫下显著降低69.5％.综合分析表明:轻、中度盐胁迫下,平欧杂种榛叶片通过积累渗透调节物质,提高抗氧化酶活性,维持离子平衡,对盐胁迫进行积极反馈,以减弱逆境胁迫下活性氧的危害,保护膜系统的结构和功能.重度盐胁迫超出了平欧杂种榛正常生理活动的阈值,植物遭受危害.辽榛7号通过生理调节耐受盐胁迫的能力最强,其次为玉坠,达维最弱.

镰孢菌Fusarium spp.通常引起多种作物病害,但其中某些种类可作为植物内生菌从而提高植物的生长和抗逆性.因此,研究非农田生态系统镰孢菌物种多样性和生态功能具有重要的科学意义.本研究对分离自滩涂盐碱地盐生植物根际的 23 株镰孢菌进行了种类鉴定、非生物胁迫抗性及毒性评价研究.结果表明:经形态学和多基因联合建树分析(ITS+rpb2+tef1-α),这些菌株属于 7 个系统发育种,多数菌株属于尖孢镰孢菌 F.oxysporum、恶臭镰孢菌 F.foetens 和藤仓镰孢菌 F.fujikuroi.在 7 种非生物胁迫条件下[H2O2、亚硫酸氢钠甲萘醌(menadione sodium bisulfite,MSB)、KCl、山梨醇(sorbitol)、荧光增白剂(calcofluor white,CFW)、刚果红(congo red)、NaCl]测定菌株抗性,上述 3 种镰孢菌与Fusarium sp.1 表现出相似的抗性能力;Fusarium sp.2 和Fusarium sp.3 尤其在离子胁迫和渗透胁迫方面表现出较强的适应性;芳香镰孢菌F.ambrosium则对多种胁迫均比较敏感.PCR 检测表明大多数菌株含有恩镰孢菌素(enniatin)合成核心基因,约 1/3 菌株包含伏马菌素(fumonisin)基因,少量菌株含有单端孢霉烯族毒素(trichothecene)基因.只有少量菌株扩增出 six2、six9和six13等编码木质部分泌蛋白SIX(secreted in xylem)的基因.接种试验表明,多数菌株对拟南芥和 NL895 杨树无性系具有不同程度的致病性,只有少量菌株具有明显的促生效应;而所有菌株接种小麦幼苗均未引起病害.研究发现促生和致病菌株在毒素合成基因和 six 基因数量方面并无明显差异,表明还存在其他致病或促生机制.本研究揭示了盐生植物根系存在较为丰富的镰孢菌种类,而且存在致病或促生等方面的差异.本研究为深入研究营养方式转变的基因组演化特征和植物-镰孢菌的共生互作提供了模型.

目的:探讨防风种子萌发期间对碱性盐的耐受限度,为其在苏打盐碱地栽培提供理论依据.方法:采用培养皿培养法,研究 4 种不同配比的碱性盐溶液(NaHCO3∶Na2 CO3=1∶0、9∶1、2∶1、0∶1),7 种浓度梯度(0、2.5、5.0、7.5、10.0、15.0、20.0 g/L)对防风种子萌发、幼苗生长及其生理特性的影响.结果:不同碱性盐处理对防风种子发芽率呈低浓度促进,高浓度抑制;同一碱性盐配比,随着浓度的升高,防风幼苗SOD、POD活性均显著降低;CAT活性、MDA含量均显著升高;可溶性糖、脯氨酸含量均呈现先上升后下降的趋势;在 4 种不同配比的碱性盐处理下,防风种子的耐受阈值分别为17.09、16.39、12.04、8.09 g/L.结论:防风种子在中、轻度盐碱地区可以正常萌发,但碱浓度不应超过17.09 g/L,特别是Na2 CO3 含量最高不应超过8.09 g/L.

本研究以布顿大麦Hordeum bogdanii为材料,从中分离出香柱菌属内生真菌,经纯化后接种到小黑麦植株体内,检测接菌成功后,对获得的内生真菌-小黑麦共生体以非共生体为对照进行混合碱胁迫实验,研究内生真菌对小黑麦的耐碱性生长和光合作用的影响.混合碱胁迫下接种内生真菌的小黑麦植株与未接种植株相比,内生真菌具有促进小黑麦植株生长,光合色素的合成,对叶片相对含水量影响显著,增强植株的根系活力的作用,可以提高小黑麦植株对混合碱胁迫的耐受能力.这将有助于培育耐盐碱品种,为盐碱地的合理利用和草产业的可持续发展提供重要的理论依据.

为探究不同土地利用类型盐碱土无机磷组分特征及其影响因素,以华北地区典型盐碱地为供试土壤,分析辣椒地、轻度盐碱玉米地、重度盐碱玉米地、向 日葵地、羊草地、虎尾草地、碱蓬草地和裸地共8种土地利用类型土壤无机磷组分的差异特征.结果表明:盐碱土壤无机磷组分中Ca10-P所占比例最高,其他磷组分含量依次表现为Ca8-P＞Al-P＞O-P＞Fe-P＞Ca2-P.冗余分析和相关性分析结果表明,Ca2-P和Ca8-P与土壤pH、电导率、钠吸附比呈显著负相关(P＜0.05),与速效磷、速效氮、速效钾呈显著正相关(P＜0.05),土壤理化因子共解释了 36.03％无机磷组分特征.因此,盐碱土中Ca2-P、Ca8-P是土壤磷有效性的关键组分,且主要受到pH、电导率和钠吸附比影响.根据8种土地利用类型土壤磷组分差异和理化性质,辣椒和向 日葵可分别作为轻度和重度盐碱地改良利用的首选农作物,羊草可作为盐碱地生态修复的草地物种.此外,可以通过改善盐碱地土壤pH、电导率、钠吸附比、有机质等理化性质来提高土壤磷有效性.

盐腺是泌盐盐生植物抵御盐胁迫的重要表皮结构,泌盐盐生植物可以通过盐腺将体内多余的盐离子排出体外,从而避免盐胁迫.盐腺作为泌盐盐生植物实现高效抗盐的重要结构,在逆境生理、发育和进化等领域都引起了关注和讨论,集中在盐腺的超微结构、生理功能、泌盐机制以及发育模式等不同层面已有广泛的研究报道.本文综述了盐腺结构、分泌机制、盐腺发育的研究进展,总结了盐腺泌盐的可能途径以及盐腺发育的调控方式和关键基因,对未来盐腺泌盐和发育的研究提出了相关见解,讨论了盐腺这一独特形态学结构对于植物耐盐性的作用,并对提高植物耐盐性、培育耐盐品种提出了理论依据和建议,有利于深入解析植物耐盐适应演化、培育抗盐作物和高效利用盐碱地.