植物应答非生物胁迫与微管的动态变化有着密切的联系,而微管蛋白的结构和功能通过微管结合蛋白(microtubule-associated proteins,MAPs)进行调控.MAP70-1 是一种微管结合蛋白,为了揭示MAP70-1 响应干旱胁迫的分子机制,该研究以苹果砧木M26 为材料,采用PCR 方法,克隆MdMAP70-1基因(登录号XM_008390949),并进行生物信息学分析;采用叶盘法转化'黄珍珠'番茄,并进行抗旱性分析.结果显示:(1)成功克隆得到苹果MdMAP70-1,其开放阅读框(ORF)为1 860 bp,编码619 个氨基酸,相对分子量为68.77 kD,等电点8.64;多序列比对和系统进化分析表明,苹果MdMAP70-1 具有MAP70 家族蛋白的保守结构域,与葡萄VvMAP70-1 蛋白(Vitis vinifera VIT_201s0011g05790)的亲缘关系较近.(2)用农杆菌介导的叶盘法转化野生型番茄,经抗性筛选获得12株阳性植株,PCR检测获得分别含有目的条带(1 860 bp 和680 bp)的8个过表达株系,证明Md MAP70-1 基因已转入番茄中;qRT-PCR检测并选择表达量显著高于野生型的3 个转基因番茄株系OE-1、OE-2 和OE-3.(3)T3代转基因番茄干旱胁迫抗性分析表明,干旱胁迫0d和5 d,过表达番茄株系叶片的相对含水量(RWC)、脯氨酸(Pro)含量、可溶性蛋白(SP)含量及抗氧化酶活性等与野生型(WT)对照无差异;胁迫10 d和15 d时,过表达Md MAP70-1 转基因番茄植株的RWC、Pro含量、SP含量及抗氧化酶活性显著高于WT,而相对电导率(REC)和MDA含量较WT降低.研究表明,番茄中过表达苹果Md MAP70-1 基因能够提高番茄体内RWC、Pro、SP含量以及SOD、POD和CAT活性,并降低REC和MDA含量,增强番茄的抗旱性;该研究结果为利用MdMA P70-1基因提高植株的耐旱性研究以及微管结合蛋白的功能研究奠定了基础.

本文以苹果抗寒半矮化砧木‘54-118’为试材,研究基本培养基及植物生长调节物质对无菌苗增殖和生根的影响;并以无菌苗离体叶片为外植体,研究基本培养基、植物生长调节物质及碳源对叶片不定梢再生的影响.结果表明,无菌苗的适宜增殖培养基为QL+1 mg·L-1 6-BA+0.3 mg·L-1 IBA+30 g·L-1蔗糖,增殖系数为5.1.适宜的生根培养基为1/4MS+0.5 mg·L-1IBA+20 g·L-1蔗糖,生根率为77.9％,平均每株根数为3.5.离体叶片不定梢再生的最佳培养基为改良MS (NM)+3 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1IBA+30 g·L-1D-山梨醇,再生率为85.6％.

以霍格兰营养液为培养基质,采用15N同位素示踪技术,研究不同浓度15NO3--N(0、2.5、5、10和20 mmol·L-1,分别以N0、N1、N2、N3和N4表示)对平邑甜茶幼苗生长、光合作用、15N吸收、利用及分配的影响.结果表明:与其他处理相比,N2处理幼苗叶绿素含量、叶面积及各器官干质量最大.叶片净光合速率(Pn)随15 NO3--N浓度的增加显著增大,但15NO3--N浓度超过N2处理后Pn略有下降.处理20 d时,N2处理幼苗根系活力最大,根系长度、根系总表面积和根尖数也显著高于其他处理.各处理间15N分配率差异显著,N2处理幼苗各器官间15N分配率最均衡,15N利用率也较高;随15NO3--N浓度增加,各处理幼苗全氮量和15N吸收量呈先升高后降低的趋势,且在N2处理时最大,分别为103.77和21.57 mg.处理12d后,叶片硝酸还原酶(NR)活性以N2处理最高,N4处理最低,至第16天时,N4处理较N2处理降低了84.9％.因此,15NO3--N供应过低抑制幼苗光合作用及氮素吸收,15 NO3--N供应过高则抑制幼苗体内硝态氮同化及根系生长,均不利于苹果幼苗生长及氮素营养吸收利用,适量供氮有利于苹果幼苗的生长、光合作用的提高,以及氮素的吸收、利用和分配.

采用盆栽控水法模拟干旱胁迫,以垂丝海棠(Malus halliana)、新疆野苹果(M.sieversii)、山定子(M.bac-cata)3种苹果砧木为试验材料,测定了叶片相对含水量(RWC)、水分利用效率(WUE)、光合参数,观察了叶绿体超微结构及根、茎、叶解剖结构,并采用相关性及主成分分析对砧木抗旱能力进行了综合评价.结果表明,与对照相比,干旱胁迫下,3种苹果砧木的RWC、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均下降,而WUE增加;3种砧木的叶绿体超微结构及解剖结构均受到不同程度的干旱伤害,但垂丝海棠的损伤最小,较好地保持细胞结构的完整性;植株的抗旱性与Gs、Tr、栅栏组织厚度、叶片厚度、下表皮厚度、根直径、韧皮部厚度均呈显著正相关,与Ci呈显著负相关;主成分分析提取的2个主成分反映了原变量100％的信息.综合评价3种苹果砧木的抗旱能力依次为:垂丝海棠>新疆野苹果>山定子;同时,RWC、Gs、Tr、栅栏组织厚度、叶片厚度、下表皮厚度、根直径、韧皮部厚度、Ci可作为评价抗旱性的有效指标.

研究不定根向重力性定点角(GSA)不同的苹果(Malus spp.)自根砧木在嫩枝扦插生根过程中的插穗中内源激素含量动态变化,为通过外源激素调控不定根GSA提供理论依据.以八年生苹果‘国光’(M.pumila cv.Rails)与海棠(M.sp.)杂交实生苗的当年生枝条为试验材料,于5月中旬进行嫩枝扦插,筛选出不定根GSA不同的株系,并于次年再次进行嫩枝扦插,在扦插后0、8、16、24和32d随机取插穗基部检测内源激素含量.试验结果表明:(1)按照扦插苗不定根GSA的不同,可把苹果自根砧苗木分为3类:30°≤GSA≤60°的不定根比例不小于50％,且GSA＜30°的不定根比例大于GSA＞60°的比例的自根砧,属于深层根型(DRT);30°≤GSA≤60°的不定根比例不小于50％,且GSA＜30°的不定根比例小于GSA＞60°的比例的自根砧,属于中间根型(IRT);GSA＞60°的不定根比例不小于50％,且30°≤GSA≤60°的不定根比例大于GSA＜30°的比例的自根砧,属于浅层根型(SRT).(2)在苹果自根砧嫩枝扦插生根过程中,3种根型插穗内吲哚乙酸(IAA)含量的变化趋势呈“倒V”形,脱落酸(ABA)和异戊烯基腺嘌呤(iPA)含量呈下降趋势,玉米素核苷(ZR)含量呈“下降-上升-下降”的趋势;赤霉素(GA3)含量在中间根型插穗中的变化趋势呈“倒V”形,在深、浅层根型的则呈“V”形;扦插16d后,插穗中IAA含量表现为深层根型＜中间根型＜浅层根型,ZR和GA3含量表现为深层根型＞中间根型＞浅层根型,ABA和iPA含量表现为中间根型＜浅层根型＜深层根型,IAA/GA3、IAA/ZR和IAA/iPA比值表现为深层根型＜中间根型＜浅层根型.扦插16d后,不定根GSA越小,插穗中IAA含量越少,ZR和GA3含量越多,IAA/GA3、IAA/ZR和IAA/iPA比值越小.生长素是参与不定根GSA形成的主要激素,其在从茎尖向不定根的极性运输过程中与细胞分裂素相互作用,共同调节不定根GSA的形成.

以‘垂丝海棠’(Malus halliana)和‘平邑甜茶’(Malus hupehensis)为基砧,分别嫁接品种‘烟富6号’和‘长富2号’接穗,测定4种砧穗组合的嫁接亲和性、接穗生长量、光合与荧光参数及叶绿素含量(SPAD),并用主成分分析法综合评价砧穗组合的优劣,探讨不同苹果砧穗组合嫁接苗的生长及光合特性,为西北盐碱地选择适宜的苹果砧木提供理论依据.结果表明:(1)4种砧穗组合中‘垂丝海棠/烟富6号’的上下口粗度比最接近1,嫁接亲和性最好.(2)整个生长期内,以‘垂丝海棠’为基砧的2个组合嫁接苗的生长量、净光合速率(Pn)、最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光能转化率(Fv/Fm)均显著大于‘平邑甜茶’为基砧的组合,但其胞间CO2浓度(Ci)及初始荧光(F0)显著低于‘平邑甜茶’为基砧的组合;光化学猝灭系数(qP)在4种砧穗组合中无显著差异.(3)在8月份光照强度较高时,‘垂丝海棠/烟富6号’嫁接苗的气孔导度(Gs)高于其他砧穗组合;以‘垂丝海棠’为基砧的2个组合嫁接苗叶片的蒸腾速率(Tr)和相对叶绿素含量(SPAD)显著高于‘平邑甜茶’基砧组合.(4)根据主成分分析对各项指标进行综合评价,按照4个砧穗组合的综合得分由高到低依次为:‘垂丝海棠/烟富6号’、‘垂丝海棠/长富2号’、‘平邑甜茶/长富2号’、‘平邑甜茶/烟富6号’.研究发现,基砧‘垂丝海棠’的适应性优于‘平邑甜茶’,且‘垂丝海棠/烟富6号’砧穗组合的嫁接亲和性高,长势强,光合能力优,为甘肃中部地区适宜的砧穗组合.

利用荧光SSR分子标记,对新收集的苹果属栽培种楸子种质资源进行了遗传多样性和群体结构分析,明确群体内和群体间的遗传多样性和结构,为苹果属植物种质资源的收集保存和砧木育种亲本选择提供参考.利用荧光SSR构建研究材料的指纹数据,主要利用GenAlEx 6.501软件分析遗传多样性,利用POPULATION l.2软件基于Nei遗传距离构建Neighbour-Joining(NJ)树,并利用STRUCTURE 2.3.4软件进行群体结构分析.结果表明:19对SSR引物共检测出390个多态性等位变异,平均多态性等位基因数为20.526,平均有效等位基因数为9.399,观察杂合度和期望杂合度的平均值分别为0.706和0.868,香农多样性指数为2.446,高于以往研究的苹果属植物的遗传多样性.基于Nei遗传距离的聚类分析,在遗传距离0.9167处155份材料可以分成3个类群,3个类群间的遗传距离较近,并没有完全按来源地划分为相应的类群.群体结构分析将155份材料划分成了2个稳定的群体,群体结构分组与NJ聚类有相似的结果,其中150份材料的Q值均大于0.6,血缘相对单一.

新疆野苹果是我国重要的野生果树资源,在栽培苹果起源研究和砧木利用方面有重要价值.本文在收集整理近年来有关新疆野苹果大量文献的基础上,从苹果砧木利用角度,就新疆野苹果对主要生物逆境、非生物逆境的抗性以及与主栽品种的嫁接亲和性进行了综述,以期为相关研究提供参考.

以苹果M9T337幼苗为试材进行水培试验,采用15N和13C同位素示踪技术,研究不同供钾水平(0、3、6、9、12 mmol·L-1,分别以K0、K1、K2、K3 、K4表示)对M9T337幼苗生长、光合特性与15N、13C吸收利用的影响.结果表明:K2处理M9T337幼苗各器官干质量、根系长度、根系表面积、根尖数和根系活力均显著高于其他处理.叶片净光合速率(Pn)随着供钾水平的升高先上升后下降,在K2处理时达到最高值,为15.5 μmol CO2·m-2·s-1.处理30 d后,硝酸还原酶(NR)和碳代谢酶活性均以K2处理最高,K0处理最低.随着供钾水平的提高,各处理幼苗的13C积累量呈先升高后降低的趋势,且在K2处理时各器官13C分配率最均衡.各处理间15N吸收量和利用率差异显著,K2处理下幼苗的15N吸收量和利用率最高,分别为16.11 mg和17.9％,是K0处理的3.0倍.因此,钾素供应过低或过高均抑制幼苗根系生长和叶片光合作用,不利于植株碳氮吸收,而适宜的钾素供应水平可以提高根系活力和净光合速率,增强硝酸还原酶(NR)和碳代谢酶活性,从而促进碳氮代谢.

以小金海棠(Malus xiaojinensis)、新疆野苹果(M.sieversii)、崂山柰子(M.prunifolia)、八棱海棠(M.×robusta)、山定子(M.baccata)和平邑甜茶(M.hupehensis var.pingyiensis)砧木实生苗为试材,经镉处理后检测根长、鲜重、干重、根系活力、细胞死亡数、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,分析叶片过氧化氢(H2O2)和叶绿素相对含量.结果 表明,镉处理后,新疆野苹果的根长、鲜重和根系活力下降幅度,以及细胞死亡率、MDA含量和叶片H2O2含量的增加幅度均最高;山定子干重下降幅度和叶片H2O2含量增加幅度最低;八棱海棠根系细胞死亡率增加幅度最低,根系POD和SOD活性提高幅度最大;崂山柰子叶绿素相对含量降低幅度最大,八棱海棠和山定子变化不显著.在主成分分析的基础上,利用隶属函数对各砧木所测指标进行综合分析,显示六种苹果砧木耐镉能力由强到弱的顺序为:八棱海棠＞山定子＞平邑甜茶＞崂山柰子＞小金海棠＞新疆野苹果.