[目的]分析马铃薯根系对NaHCO3胁迫的代谢组学差异,揭示不同马铃薯品种响应NaHCO3胁迫的代谢分子机制,为优化马铃薯育种、栽培技术措施以及生产应用提供理论依据.[方法]以马铃薯'V7'和'康尼贝克'2个品种幼苗根系为研究对象,选用不同浓度梯度(CK、10 mmol/L、20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L、50 mmol/L)NaHCO3溶液模拟碱胁迫,胁迫7 d后,结合非靶向代谢组学检测方法,用高效液相色谱(LC-MS)技术及多维统计学对2个马铃薯品种根系代谢产物进行检测分析.[结果](1)NaHCO3胁迫下,'V7'根系中检测到160种代谢物上调、91种代谢物下调,'康尼贝克'根系中125种代谢物上调、52种代谢物下调.(2)2个品种各筛选出10条差异代谢通路,其中植物次生代谢产物的生物合成、不饱和脂肪酸的生物合成、由组氨酸和嘌呤衍生的生物碱合成以及嘧啶代谢这4条差异代谢通路是马铃薯根系响应碱胁迫的关键代谢途径.(3)糖类、酰胺类化合物、胺类、含氧有机化合物、生物碱、酚酸类、菑体-皂苷元等差异代谢物均参与到了马铃薯响应NaHCO3胁迫的复杂调控网络中.[结论]筛选出马铃薯根系响应NaHCO3胁迫的关键代谢产物以及代谢途径,耐碱性品种'V7'与碱敏感性品种'康尼贝克'二者根系代谢组学存在差异性;同时,同一个品种不同胁迫程度下其根系代谢与CK也存在差异性.氨基酸及其衍生物、有机酸、尿囊素这3类差异代谢物含量的积累是'V7'根系代谢过程活跃、耐碱性能力强于'康尼贝克'的重要特征分子.

为探究'红叶'紫薇(Lagerstroemia indica'Pink Velour')对盐胁迫和碱胁迫的代谢响应机制,对'红叶'紫薇1年生无性扦插苗分别进行盐胁迫(NaCl,pH=7.02)和碱胁迫(NaHCO3和Na2CO3的Na+摩尔比为2∶1,pH= 9.52)处理,采用液相色谱质谱(LC-MS)分析叶片代谢组学变化,并比较2个处理组与对照(CK)之间的代谢差异.结果表明:与CK相比,盐处理组共筛选出156个差异代谢物,碱处理组共筛选出176个差异代谢物,2个对比组共有23个差异代谢物,其余均为特有差异代谢物.KEGG富集分析表明,次生代谢产物生物合成、氨基酸代谢、糖类代谢、脂肪酸代谢和植物激素合成是响应盐胁迫和碱胁迫的主要代谢通路;甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸合成代谢、ABC转运蛋白和维生素B6合成代谢是盐胁迫组的特有代谢通路;缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、精氨酸和脯氨酸生物合成代谢、叶酸合成代谢,以及戊糖和葡萄糖醛酸相互转化和抗坏血酸合成代谢是碱胁迫组的特有代谢通路.这些差异代谢物变化和代谢通路富集可能是紫薇响应盐胁迫和碱胁迫的主要机制.

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]甘蔗是重要的糖料作物,温度、盐碱、水分等因素是制约其生长发育的关键环境因素.类钙调磷酸酶B蛋白CBL(calcineurin B-like protein)是一类Ca2+结合蛋白,通过与其特定的蛋白激酶CIPK(CBL-interacting protein kinase)作用,在Ca2+信号传导通路,尤其是逆境信号传导通路中发挥重要作用.目前,甘蔗全基因组测序已完成,但其CBL-CIPK基因家族成员尚未确定,互作调控机理依然未知.本研究确定了甘蔗CBL、CIPK成员并揭示了CBL-CIPK互作关系,为研究甘蔗CBL-CIPK的互作机理提供基因资源和理论基础.[方法]以甘蔗品种'GT58'为材料,通过RT-qPCR技术分析CBLs、CIPKs在低温、高温、NaHCO3 和PEG处理等 4 种非生物胁迫下的表达水平,利用酵母双杂交试验分析SsCBLs和SsCIPKs之间的相互作用.[结果]甘蔗全基因组中共有 19 个CBL基因和 82 个CIPK基因,分布在不同的进化分支且存在基因复制现象,基因家族成员之间理化性质差异较大,结构域与蛋白基序具有高度保守性,顺式作用元件分布多样;转录水平上,SsCBL7/SsCBL12/SsCIPK1/SsCIPK5的表达水平易受低温、高温、干旱和高盐等多种非生物胁迫的调控;蛋白水平上,SsCBL1 与SsCIPK47 和SsCIPK81 相互作用,SsCBL8 与SsCIPK47 和SsCIPK81 相互作用.[结论]CBL-CIPK互作网络可能在甘蔗生长发育过程中响应非生物胁迫,发挥重要作用.

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.

以蒸馏水为对照,探究不同浓度不同比例的盐碱混合溶液对红花幼苗生理特性的影响.结果表明:在盐碱溶液处理下,红花叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及丙二醛的含量均发生不同程度的变化;可溶性糖和脯氨酸的含量均高于对照;超氧化物歧化酶活性部分高于对照,部分低于对照,而过氧化物酶活性均低于对照.根系活力除胁迫为NaCl∶NaHCO3 = 1∶1,0.3 mol/L时低于对照,其余均高于对照.因此,在盐碱地栽培红花时,要根据土壤的盐碱浓度范围,选择适宜红花品种,才能为优质高产打下基础.

以葡萄‘左山一’(Vitis amurensis)与‘SO4’(V.berlandieri×V.riparia)杂交后代中耐碱性盐强的A15、A17与引进砧木中耐碱性盐能力较强的‘1103P’(V.rupestris×V.berlandieri)为试材,探讨耐碱性盐能力较强的葡萄砧木的荧光特性及光保护机制.将组培苗炼苗7周后每天浇灌100 mmol·L-1 NaHCO3 (pH 8.62),测定叶片电导率、丙二醛含量、叶绿素荧光、叶黄素循环及抗氰呼吸速率.NaHCO3处理8 d后,各株系的叶片电导率与丙二醛(MDA)含量均有大幅升高;A15、A17的最大光化学效率(F /Fm)、光化学淬灭系数(qp)的降低幅度均小于‘1103P’,且调节性能量耗散(YNPQ)上升幅度较大,说明NaHCO3胁迫下A15、A17的电子传递活性与光抑制程度受影响较小.在NaHCO3处理下A15、A17和‘l103P’的叶黄素循环(A+Z)/(A+Z+V)分别比对照提高46.3％、37.0％、28.0％,A15、A17的抗氰呼吸速率在NaHCO3处理下分别比对照提高141.5％、95.8％,‘1103P’则比对照提高63.0％.A15、A17通过依赖叶黄素循环的热耗散与增加抗氰呼吸速率来减轻光抑制以提高其耐碱性盐能力.

以一年生'福客'('Frontenac')葡萄(Vitis sp.)盆栽扦插苗为试材,研究85 mmol·L-1 NaHCO3胁迫处理对葡萄不同器官褪黑素、5-羟色胺和2-羟基褪黑素含量的影响,并进行外源浇灌褪黑素处理,研究外源褪黑素对碱胁迫下有机渗透调节物质和离子含量及离子转运相关基因表达的影响.结果表明,NaHCO3胁迫后,葡萄根、茎和叶中的褪黑素含量降低,以根和茎中的降低幅度较大,葡萄根系中5-羟色胺的含量显著增加,褪黑素的代谢产物2-羟基褪黑素在根中大幅降低,却在叶片中大量积累;NaHCO3胁迫下,外源褪黑素显著降低了叶片O2ˉ·产生速率和H2O2含量,增加了有机渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量,降低了叶片中Na+含量,但增加了叶片中K+含量.褪黑素处理提高了NaHCO3胁迫下葡萄叶片中VvN-HXP和VvHKT家族基因的表达.综上,碱胁迫下根系合成褪黑素代谢前体物质5-羟色胺,并向地上部运输,主要在叶片中清除自由基,调节有机渗透调节物质含量,并通过上调离子转运蛋白VvNHXP和VvHKT家族基因的表达,维持胞内离子平衡,进而缓解NaHCO3对膜系统的伤害.

以盐柳1号为试验材料,将2种中性盐NaCl、Na2SO4和2种碱性盐NaHCO3、Na2CO3,按不同比例混合成A(NaCl∶Na2 SO4∶NaHCO3∶Na2CO3=1∶2∶1∶0)、B(NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3=1∶9∶9∶1)、C(NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3=1∶1∶ 1∶1)3种组合,设4个浓度梯度(50、100、150、200 mmol/L),模拟出12种盐度和碱度各不相同的盐碱条件,对盐柳1号幼苗进行处理,测定了株高生长量、丙二醛(M DA)含量、脯氨酸含量和可溶性糖含量4项指标.结果表明:随着盐浓度的增大和碱性盐比例的增高,盐柳1号幼苗的株高生长量呈降低趋势,叶片MDA、脯氨酸和可溶性糖含量则有不同程度的升高.A、B、C处理组的株高生长量在盐浓度200 mmo/L时分别相对CK降低了61.32％、68.67％、73.02％,差异均达到显著水平(P＜0.05).A处理组(pH值为8.04),随着盐浓度的增大,叶片MDA、脯氨酸和可溶性糖含量升高趋势不明显;B处理组(pH值为8.66),叶片MDA含量在盐浓度超过100 mmol/L时呈显著升高趋势,脯氨酸和可溶性糖含量在盐浓度超过150 mmoL/L时急剧增加;C处理组(pH值为9.47),盐浓度大于150 mmol/L时,盐柳1号幼苗的叶片全部枯黄.综合分析结果表明,在混合盐碱胁迫下,盐柳1号幼苗的生长受到了不同程度的抑制;盐柳1号可以耐受不超过100 mmol/L的3种组分盐碱胁迫,且盐浓度＞150 mmol/L、pH＞ 9.51的盐碱条件不适宜盐柳1号的生长.

我们对以左山一山葡萄(Vitis amurensis cv.‘Zuoshan1’)为母本、SO4为父本杂交的4个子代株系(A11、A14、A15和A17)及101-1为父本杂交的2个子代株系(B24和B26)的耐碱性盐能力进行评价,旨在探明杂交砧木在碱性盐胁迫下的生理响应,筛选出耐碱性盐的株系作为我国盐碱地栽培的候选砧木.实验以砧木1103P及Crimson为对照,对组培苗炼苗后的盆栽苗进行100 mmol·L-1NaHCO3 (pH8.62)浇灌处理,通过主成分分析和相关性分析等方法进行综合评价.结果表明,NaHCO3胁迫降低了各植株的株高、叶片含水量、植株含水量和根系活力,增加了叶片电导率、丙二醛含量、可溶性糖与游离脯氨酸含量.A17的株高增长量受影响最小;Crimson、A17和B24植株含水量降低较少;A14和A15的根系活力与对照差异不显著;1103P、B24、A14、B26、Crimson和A15的相对电导率及B26、A17和A15叶片丙二醛含量与对照无显著差异;A15的叶片可溶性糖及游离脯氨酸含量增加最高.各株系耐碱能力D值分析表明,A14、A15和B24的耐碱性较强,Crimson、A11与A17的耐碱性中等,1103P和B26的耐碱性较弱.