镉(Cd)胁迫严重限制植物生长,因此鉴定与植物镉胁迫耐受性相关的基因尤为重要.课题组前期通过转录组数据筛选获得番茄UDP-糖基转移酶基因(SlUDP)响应植株镉胁迫反应.本研究克隆SlUDP基因编码区全长序列,该基因在叶片和果实中表达量较高,受镉胁迫诱导上调表达.酵母耐镉性分析表明,转入SlUDP基因提高了酵母镉胁迫的耐受性.进一步获得SIUDP过表达拟南芥株系,CdCl2胁迫下(40、60、80μmol/L),与野生型相比,过表达拟南芥株系的子叶失绿程度下降;发芽率、根长和种子存活率提高,而丙二醛含量下降,可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性增加,且金属离子转运蛋白基因ZIP1、IRT1、CSD1和COPT2的表达水平显著高于野生型.结果表明,SlUDP过表达株系通过调节抗氧化酶系统,提高植株清除活性氧能力,降低膜脂过氧化程度,提高金属离子转运等方面提高植株耐镉性.本研究为糖基转移酶基因在植物耐受镉胁迫中的作用研究提供一定的理论依据,并为园艺植物抗性分子育种提供了候选基因.

入侵杂草南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)的优势生长严重危害本土植物群落和生态系统的稳定性.近年来,化学防治依然是最主要的杂草防控手段.丛枝菌根真菌(AMF)作为一种菌根共生体,在宿主植物的生长和抵抗外界环境胁迫中起到重要的作用.该研究通过温室控制实验设置4种处理方式:对照组、只接种AMF、只喷施除草剂以及喷施除草剂并接种AMF,以验证AMF是否在入侵杂草南美蟛蜞菊响应除草剂中起到重要作用.结果显示:在草甘膦铵盐除草剂的胁迫下,南美蟛蜞菊的菌根侵染率、泡囊数以及菌根侵染丰度等级占比都显著上升;相比于只喷施除草剂处理,接种AMF显著增加南美蟛蜞菊的叶面积、地上生物量和根冠比,显著减少黄酮醇相对含量以及叶片损害数.首次发现与AMF的共生能缓解除草剂对入侵杂草南美蟛蜞菊的胁迫.因此,在杂草的化学防治过程中,与AMF的共生可能极大提高杂草对除草剂的抗性,可为入侵杂草的有效防控提供新的思考途径.

[目的]探讨不同嫁接方式缓解甜瓜幼苗低温伤害的生理机制,为选取适宜嫁接方式以提高甜瓜低温抗性提供理论依据.[方法]以2个厚皮甜瓜品种和1个薄皮甜瓜品种为接穗,'白籽南瓜'为砧木,并以甜瓜自根苗为对照,考察3类嫁接苗(双根嫁接、靠接、贴接)在15 ℃/10 ℃低温处理前、中、后期(复温)叶片的光合色素含量、光合气体交换参数、细胞膜透性及抗氧化酶活性变化特征.[结果](1)各甜瓜品种各类嫁接苗叶片的光合色素含量、光合气体交换参数在低温处理下均显著降低,在复温后均比低温处理有所上升,并以贴接苗下降幅度最小,上升幅度最大;(2)各甜瓜品种各类嫁接苗叶片相对电导率、丙二醛含量、过氧化氢含量及超氧阴离子产生速率在低温处理下均显著升高,在复温处理后均比低温处理有所下降,并以贴接苗上升幅度最小,下降幅度最大;(3)各甜瓜品种各类嫁接苗叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性在低温处理下均显著提高,在复温处理后均比低温处理显著升高,并均以贴接苗上升幅度最为显著.[结论]3种嫁接方式均可显著增强低温胁迫和复温后甜瓜幼苗抗氧化酶活性,有效降低活性氧积累,维持光合能力,提高低温耐受性,并均以贴接方式表现最佳.

为探究中国绿水螅(Hydra sinensis)体内有或无共生藻是否影响水螅宿主对聚苯乙烯纳米颗粒(Poly-styrene nanoparticles,PS NPs)的耐受性,研究首先对绿水螅野生型品系(体内有共生藻)及绿水螅无藻品系(体内无共生藻)分别进行PS NPs(粒径20 nm)48h急性毒理实验,结果显示野生型品系48h半致死浓度(3.36x102 mg/L)明显高于无藻品系(1.39×102 mg/L),这表明与无藻品系相比,野生型品系对PS NPs具有较强的耐受性.随后采用含75 mg/L PS NPs的培养液对绿水螅野生型品系及无藻品系处理48h后分别进行转录组分析(对照组PS NPs浓度为0mg/L),在野生型品系的PS NPs处理组与对照组间共筛选到1532个差异表达基因(Differen-tially expressed genes,DEGs),其中763个DEGs表达上调,769个DEGs表达下调;而无藻品系的PS NPs处理组与对照组间共筛选到1079个DEGs,其中476个DEGs表达上调,603个DEGs表达下调.基于PS NPs胁迫下无藻品系的DEGs显著富集的病态指征相关的14个KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路中,有9个通路包含的DEGs全部表达上调;而基于PS NPs胁迫下野生型品系的DEGs显著富集的病态指征相关的21个KEGG代谢通路中,只有1个通路包含的DEGs全部表达上调.由此可见,PS NPs胁迫下无藻品系病态指征的激活水平显著高于野生型品系,此现象从分子水平证明了野生型品系对PS NPs胁迫的耐受性强于无藻品系.此外,从PSNPs胁迫下无藻品系显著富集的免疫应答相关KEGG代谢通路中的21个DEGs全部表达上调,而从PS NPs胁迫下野生型品系显著富集的免疫应答相关KEGG代谢通路中的27个DEGs仅约一半表达上调,说明PS NPs胁迫下野生型品系免疫应答的激活水平明显低于无藻品系,这反映了野生型品系对PS NPs的免疫应答敏感性低于无藻品系.总之,绿水螅两个品系在对PSNPs的免疫应答敏感性上的差异应是两个品系对PS NPs胁迫耐受性差异的分子基础;而相对于绿水螅无藻品系而言,野生型品系对PS NPs具有较低的免疫应答敏感性可能与水螅-单细胞藻共生体系中水螅宿主为维持与共生藻的共生关系而进行的免疫水平调整(即水螅宿主为"容留"共生藻而"调低"了对外来异物的免疫水平)的机制相关.研究为探讨纳米级塑料颗粒的生物毒性及分子机理提供了基础数据.

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.

本研究旨在探究不同浓度镉(Cd)对川芎苓种萌发和幼苗生长的影响.采用以石英砂为基质的水培试验,施加不同浓度CdCl2-2.5 H2O(0、0.1、0.25、0.5、1、2 mmol/L)溶液处理川芎苓种,研究Cd胁迫对川芎苓种萌发、幼苗生长、生理代谢及Cd含量的影响.结果显示,随着Cd浓度的增加,株高抑制率、根长抑制率上升;根、叶及节盘Cd含量显著升高;株高、根长、叶鲜重、根鲜重下降;抗氧化酶(过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶)活性、非酶系统物质(可溶性蛋白、谷胱甘肽、脯氨酸)含量以及丙二醛含量先升高后降低.研究表明,0.1～2.0 mmol/L Cd对川芎苓种萌发和早期幼苗生长均有明显的毒害作用,随着Cd胁迫浓度的升高毒害作用增强,其中川芎幼苗根对Cd胁迫最敏感.Cd胁迫下川芎幼苗生理生化指标整体上呈现低促高抑的Hormesis效应.川芎幼苗通过提高抗氧化酶活性和非酶系统物质积累,减少膜系统损伤、活性氧蓄积,缓解Cd毒害作用,提高耐受性.

滨海河口河岸带植物易受到水淹和盐复合胁迫的影响.前期研究表明水翁(Syzygium nervosum A.Cunn.ex DC.)和乌墨(Syzygium cumini(L.)Skeels)具有较强的耐水淹能力,然而两种植物对水淹-盐复合胁迫的耐受性尚不清楚.本研究设置水淹、盐(350 mmol/L)及水淹-盐(175 mmol/L)复合胁迫3种胁迫处理,比较两物种对不同胁迫的生长、生理生化和盐胁迫相关离子积累的响应.结果显示,经过24 d处理,3种胁迫处理均低了两物种的生物量,提高了还原型谷胱甘肽(GSH)含量、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性.水淹胁迫下两物种的超氧阴离子(O2·-)和过氧化氢(H2O2)含量下降,根系K+含量上升,K+/Na+下降;盐胁迫下乌墨幼苗O2·-含量下降,水翁幼苗O2·-含量上升,两物种幼苗的脯氨酸含量、H2O2含量、Na+、Cl-含量上升,K+/Na+下降;水淹-盐复合胁迫下两物种的O2·-、Na+、Cl-含量上升,K+/Na+下降.此外,与水淹相比,水淹-盐复合胁迫降低了两物种的生物量,提升了两物种的O2·-、Na+、Cl-含量.与水翁相比,乌墨幼苗在盐、水淹-盐复合胁迫下有较高的生物量、脯氨酸含量、GR活性和K+/Na+,以及较低的H2O2、Na+和Cl-含量,具有更强的盐、水淹-盐复合胁迫耐受能力.

MYB作为植物中最大的多功能转录因子(transcription factors,TFs)家族之一,在基因转录水平上广泛地参与调控植物生长发育、激素信号转导及逆境胁迫应答等过程.该类转录因子N端含有典型的MYB结构域,根据MYB结构域中R重复序列的数量分为不同的亚组;而C端结构域差异较大,因此功能上具有多样性.大量研究表明,在受到外界环境信号的激活后,MYB可单独或通过和其他蛋白互作后,与下游靶基因启动子区域的顺式作用元件MYBCORE和AC-box结合,参与调控下游胁迫应答相关基因的表达,从而调节植物对逆境胁迫的耐受性.另外,MYB也通过参与脱落酸(abscisic acid,ABA)、油菜素内酯(brassinolide,BR)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和活性氧(reactive oxygen species,ROS)等信号通路的方式,对非生物胁迫以及生物胁迫做出应答反应.论文对植物MYB家族的结构与分类及其作用方式进行了归纳,重点对植物MYB参与调控响应盐、干旱、极端温度、营养亏缺、重金属以及病原菌等非生物和生物逆境胁迫的作用机制进行了综述,并对未来重点研究方向提出了展望,为今后农作物的抗逆性遗传改良和生物育种提供优异基因资源和理论支持.

[目的]研究西蒙得木HSP20 家族成员的结构和功能,为后续研究提供支撑.[方法]从结构分析、系统发育、表达模式等方面对西蒙得木HSP20 家族成员(ScHSP20s)进行系统分析,并对ScHSP20-17 进行功能分析.[结果]西蒙得木基因组中包含 35 个HSP20 基因座位,其中 8 个基因涉及串联重复,5 个涉及片段重复.系统发育分析表明,35 个ScHSP20 聚为 12 个亚家族,其中核质亚家族数量最多.启动子分析表明,多数ScHSP20 家族成员启动子区域含有激素响应和非生物胁迫等相关顺式作用元件.转录组分析表明,ScHSP20-35 和ScHSP20-17 等部分热激蛋白基因在花和种子发育过程中表达量发生显著性改变,而ScHSP20-17 和ScHSP20-28 等基因受高温诱导.亚细胞定位分析表明,ScHSP20-17 编码的蛋白定位于细胞核中,并且在大肠杆菌、酵母和烟草中过表达ScHSP20-17 能显著提高它们对高温胁迫的耐受性.[结论]部分ScHSP20 家族成员参与了西蒙得木生殖发育和非生物胁迫应答.

[目的]单半乳糖甘油二酯合酶(MGD)是合成单半乳糖甘油二酯(MGDG)的关键酶,在植物响应低磷胁迫过程中起着重要作用.为系统了解水稻OsMGD2和OsMGD3基因在低磷胁迫响应中的作用和功能.[方法]用盆栽试验分析正常和低磷条件下野生型(SR1)、过表达OsMGD2和OsMGD3转基因烟草的生理响应及脂质组分的变化.[结果]无论在正常还是低磷条件下,转基因与野生型烟草的磷含量无显著差异,但转基因烟草的生物量、叶绿素含量和光合能力均显著高于野生型.转基因烟草在低磷胁迫下的磷脂(PL)含量、双半乳糖甘油二酯(DGDG)含量、DGDG与MGDG的比值和半乳糖脂(GL)与PL的比值均显著高于野生型烟草,且OsMGD3转基因烟草的脂质含量和比值均高于OsMGD2转基因烟草.[结论]通过调控水稻OsMGD2/3基因表达,可提高植物低磷下的膜脂重塑能力,进而维持植物在低磷胁迫下较高的光合和生长能力,增加植物的低磷耐受性.