[目的]探讨外源2,4-表油菜素内酯(2,4-EBR)缓解芸豆幼苗盐碱胁迫伤害的生理机制,为应用2,4-EBR缓解豆类植物盐碱胁迫提供依据.[方法]以盆栽'芸选2号'幼苗为材料,研究在100 mmol/L盐碱胁迫下,喷施0.1 mg/L 2,4-EBR和4.0 mg/L油菜素内酯抑制剂芸苔素唑(BRZ)对幼苗生长、光合气体交换参数、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量的影响.[结果]盐碱胁迫下芸豆叶片卷缩枯萎,株高、叶面积、主根长、光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均显著下降(P＜0.05),脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)含量和胞间 CO2浓度(Ci)显著升高.喷施2,4-EBR处理能缓解盐碱胁迫造成的叶片枯萎和卷缩,植株生长状况逐渐转好,同时有效降低幼苗叶片REC、MDA和Ci,显著提高株高、叶面积、主根长、Pro、SS、Pn、Tr、Gs及SOD、POD、CAT和APX活性,但外源2,4-EBR诱导的这些芸豆抗盐碱效应在加入BRZ后受到逆转.[结论]外源2,4-EBR处理能够提高芸豆叶片抗氧化系统酶活性和渗透调节物质含量,减轻盐碱胁迫造成的膜脂过氧化伤害及对光合作用的非气孔限制,促进幼苗生长,增强抗盐碱能力.

Trihelix转录因子的功能使其在许多非生物逆境胁迫中都具有重要作用,尤其表现为参与低温、干旱、洪涝、盐碱、脱落酸、茉莉酸甲酯等众多非生物胁迫的信号途径.然而目前对人参Trihelix基因家族的研究还较少.该研究从人参基因组数据库中鉴定筛选出41个Trihelix基因家族成员,使用生物信息学方法分析家族成员理化性质、顺式作用元件、亚细胞定位、染色体定位与非生物胁迫诱导的表达模式.结果表明人参Trihelix家族成员85％定位于细胞核中,Trihelix蛋白二级结构以无规则卷曲和a螺旋为主.在Trihelix的启动子区域鉴定出了与低温、激素响应、生长发育等多种非生物胁迫相关的顺式作用调节元件.通过对模式植物拟南芥和人参进行种间的Trihelix转录因子共线性分析发现人参与拟南芥之间共有共线性基因对19个,仅3、6、12号染色体不存在共线性基因对.qRT-PCR分析结果表明基因GWHGBEIJ010320.1在低温胁迫下表达量显著上调,显著响应低温胁迫.该研究为今后探讨人参Trihelix转录因子在人参非生物胁迫以及人参生长发育过程中的功能奠定了基础.

超氧化物歧化酶(SOD)在植物细胞中广泛存在,主要分为Mn-SOD,Fe-SOD以及Cu/Zn-SOD 3大类,它们可以在细胞中发挥不同的防御作用,增强植物的耐受力.此外在蓝细胞和海洋生物中存在的Ni-SOD有待探究.该研究根据SOD所包含金属离子的不同对其理化性质和作用机制进行分析;阐述了在干旱、盐碱、冷害等胁迫下SOD在植物中发挥的作用,并对该酶在未来植物生长发育进程中的作用进行展望,为有关逆境环境下植物生长发育机制的研究提供参考.

野生大豆(Glycine soja Sieb.& Zucc.)是栽培大豆(Glycine max[L.]Merr.)的近缘祖先种.在大豆驯化的过程中,栽培大豆丢失了大量的基因或等位变异,导致栽培大豆的遗传多样性降低,这严重限制了栽培大豆品种选育和改良的有效性与丰富性.我国野生大豆种质资源丰富,蕴藏着许多高蛋白含量、抗病虫、耐干旱、耐盐碱等方面的潜力基因,挖掘潜力基因并利用分子设计育种技术应用到现代的栽培大豆品种中,能够有效地拓宽栽培大豆的遗传多样性.本文综述了野生大豆的分布规律和形态特征、近年来在野生大豆中发掘的重要功能基因或位点,包括百粒重、开花期和成熟期、蛋白质和油分含量、抗病、抗虫、耐盐碱、耐干旱等重要农艺性状基因,并讨论这些重要基因或位点在未来栽培大豆育种中的应用潜力,以期为育种家培育和改良大豆新品种提供一种新的育种思路和策略.

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.

盐碱胁迫下植物根系分泌物包含丰富生化信息并具有重要生态作用.为了探讨耐盐碱牧草湖南稷子(Echinochloa frumentacea)在盐碱胁迫下根系分泌物组成,揭示其在盐碱胁迫下的生理及生态作用,以湖南稷子为试验对象,在人工气候室开展水培试验,并在苗期分别进行中性盐(NaCl+Na2SO4 100 mmol/L)、碱性盐(NaCl+NaHCO3 100 mmol/L)和碱(Na2CO3+NaHCO350 mmol/L)处理.在处理3 d后,利用液质联用仪(LC-MS/MS)检测对照组和处理组根系分泌物的化合物成分.结果表明,盐碱胁迫下湖南稷子根系分泌物共有334种化合物.依据正交偏最小二乘法判别分析(OPLS、|DA),重要值(VIP)得分及t检验的P值,发现对照比SaSo100(碱性盐处理100 mmol/L),对照比Soda50(碱处理50 mmol/L)和对照比Salt 100(中性盐处理100 mmol/L)分别有22、15和21个差异根系分泌物.其中碱性盐和碱处理下根系分泌物组成相近,包括脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,氨基糖,萜类,醌类,氨基酸及其衍生物;中性盐处理下有脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,萜类.京都基因与基因组百科全书注释及富集发现,盐碱胁迫下根系分泌物不仅含有三羧酸循环代谢产生的碳水化合物、核苷酸,氨基酸,脂肪酸,类脂和维生素等物质,而且与瓦博格效应、膜运输,信号传导以及遗传信息处理等途径有关.研究表明,湖南稷子通过根系分泌物渗出,调节自身代谢物浓度,加强或改变碳同化、呼吸作用、信号传导等提高对盐碱胁迫的适应性.

[目的]辣椒是中国种植面积最大的蔬菜作物,随着土地盐碱化问题日趋严重,探讨辣椒耐盐关键基因的功能,加强辣椒耐盐机制研究对促进辣椒产业可持续发展具有重要意义.[方法]研究组前期挖掘到辣椒盐胁迫响应相关的NAC转录因子家族基因CaNAC36,在此基础上,以耐盐辣椒PI201224和敏盐辣椒PI438643为供试品种,克隆获得CaNAC36全长gDNA和cDNA序列,荧光定量分析CaNAC36及可能互作基因在盐胁迫条件下组织表达情况,并结合生物信息学分析探究CaNAC36及其互作基因之间的潜在关系.[结果]CaNAC36序列在耐盐和敏盐材料中DNA和cDNA同源性分别为99.86％和100％;CaNAC36在耐盐材料根和茎组织中表现为诱导上调表达,在敏盐材料根和叶中表现为诱导下调表达;对可能与CaNAC36存在互作关系的48个基因的注释信息进行分析,发现跨膜蛋白、转运蛋白、水孔蛋白、氯离子通道蛋白、解毒蛋白等14个基因可能与CaNAC36存在功能互作.在PI201224和PI438643盐胁迫处理不同时间、不同组织中,5个相关基因(Ca pana08 g002748、Ca pa-na00g004514、Capana09g000275、Capana07g001450、Capana02g001031)的表达呈显著差异;同时结合启动子分析发现CaNAC36及5个关联基因启动子域含有大量的逆境相关顺式作用元件.[结论]CaNAC36是辣椒响应盐胁迫的重要调节基因,其可能与其他基因相互作用而提高植株的耐盐性.

[目的]土壤盐碱化严重影响着草料兼用牧草湖南稷子的正常生长发育和产量.探讨表油菜素内酯(EBR)对湖南稷子耐盐性的调控作用及其机制,可为其应用于牧草生产提供理论依据.[方法]以'宁稷1号'品种幼苗为材料,在筛选适宜盐胁迫浓度的基础上,设置对照、盐(150 mmol/L NaCl)和不同浓度(1,10,100 μg/L)EBR单独及复合处理,采用水培试验考察各处理幼苗生长、抗逆生理、光合作用、离子稳态、编码盐过敏(SOS)信号转导途径及抗氧化酶相关基因表达量的变化.[结果]与对照相比,单独盐胁迫幼苗生长(株高、根长、生物量等)受到抑制,叶片光合作用指标[叶绿素含量及PSⅡ实际光合速率[Y(Ⅱ)]、PSⅡ最大光化学效率(Fv'/Fm')、电子转移速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)等]、渗透调节物质(脯氨酸、可溶性蛋白)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性降低,根系K+、Ca2+和Mg2+含量减少,而Na+含量增加,叶片活性氧(超氧阴离子、过氧化氢)含量、细胞膜透性(丙二醛含量、相对电导率)提高,叶片相关基因表达量显著下调.单独EBR处理对以上指标大多无显著影响.喷施不同浓度EBR均能有效缓解盐胁迫幼苗上述指标的不利变化,并以10 μg/L EBR处理效果最佳.[结论]叶面喷施EBR能上调盐胁迫下湖南稷子幼苗叶片SOS信号转导途径和抗氧化酶相关基因的表达量,增强抗氧化和渗透调节能力,维持根系离子稳态平衡,保护其光合作用和正常生长,提高其耐盐性.