磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4光合关键酶,有助于植物在非生物胁迫下抵御逆境.异子蓬(Suaeda aralo-caspica)是一种无须Kranz结构即可在单细胞中高效执行C4光合作用的荒漠盐生植物,在C3作物遗传改良方面具有天然优势.以转异子蓬SaPEPC2基因烟草(Nicotiana tabacum)为材料,探讨了其抗旱功能和光合性能.结果表明,过表达SaPEPC2提高了烟草叶片持水能力,可保持叶绿素稳定;积累更多的渗透调节物质,增强了抗氧化酶活性,进而降低了植株体内的活性氧水平,减轻膜损伤程度;同时还增强了烟草抗旱相关基因和内源光合基因的表达,提高了PEPC活性和净光合速率,可能是促进了烟草体内的"类C4微循环"途径所致.研究结果为进一步利用异子蓬单细胞C4途径PEPC基因培育高光效抗逆农作物品种奠定了基础.

干旱是限制小麦增产最主要的非生物胁迫之一.为探究不同抗旱性冬小麦品种对花后干旱的响应,本试验以干旱敏感型品种"京冬18"和抗旱型品种"农大211"为材料,调查了花后干旱及复水后冬小麦的旗叶光合特性、丙二醛含量、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量以及各器官C4光合酶活性的变化.结果表明:花后干旱显著降低了"京冬18"的千粒重,而对"农大211"的千粒重无显著影响;与"京冬18"相比,"农大211"在干旱胁迫下叶片的SPAD值和净光合速率相对较高,Fv/Fm值相对稳定,丙二醛含量的增幅相对较小,SOD和POD活性及可溶性蛋白和脯氨酸含量的增幅相对较大;穗部(颖壳和籽粒)C4光合酶(PEPC、NADP-ME和PPDK)活性高于旗叶,且在干旱胁迫下被诱导增强;复水后,各项指标得到不同程度的恢复;相关分析表明,花后干旱下穗部C4光合酶活性增幅与旗叶脯氨酸含量及抗氧化酶活性增幅呈显著正相关.综上,花后干旱胁迫降低了小麦旗叶光合能力,加速了膜脂过氧化和叶绿素降解,最终影响到籽粒产量;抗旱性较强的品种在干旱胁迫下通过增强穗部C4光合酶活性、旗叶渗透调节及抗氧化能力,维持了粒重,减缓了产量的下降.

研究旨在探明梭梭(Haloxylon ammodendron)不同非生物胁迫下稳定表达的内参基因,为后续梭梭抗逆性相关基因功能研究奠定基础.采用实时定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)技术从梭梭转录组数据库中检测了GAPDH、EF1-α、UBC、RPL32、ALB、50S-1721、50S-1063、RPⅡ、H3、PP2A、SOD、HSC70、TUA 和TUB 14个候选内参基因在热胁迫、干旱、盐、ABA和昼夜节律条件下的表达变化,利用geNorm、NormFinder、BestKeeper和RefFinder软件对梭梭候选内参基因的稳定性进行评价,最终筛选出合适的内参基因,并通过对梭梭磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因表达分析,验证不同内参基因对试验结果的影响.4种软件分析得到的最优内参基因存在差异,在RefFinder网站上综合排序分析表明,在ABA处理和昼夜节律下,ALB是最优内参基因,RPⅡ基因在干旱胁迫下表达最稳定,TUB和RPⅡ基因在盐胁迫下最适用,H3基因在热胁迫下表达最为稳定.各种胁迫下最适宜的内参基因为ALB和RPL32.计算几何平均值得14个候选内参基因的综合稳定性排名,其中排名前2位的基因分别为SOD和RPL32.综上,SOD和RPL32可作为梭梭qRT-PCR标准化的内参基因.

碱性螺旋-环-螺旋(basic belix-loop-helix,bHLH)转录因子是真核生物中最大的转录因子家族之一,其成员广泛参与植物生长、发育和胁迫响应.前期在异子蓬(Suaeda aralocaspica)光合作用关键酶PEPC-1 的研究中筛选到一个可能与SaPEPC-1 启动子相互作用的bHLH转录因子SabHLH169,探明该基因功能将为后期异子蓬bHLH基因的深入研究奠定基础.通过克隆获得该基因,采用生物信息学、实时荧光定量PCR等方法,初步探究SabHLH169 基因的耐旱功能.结果显示,SabHLH169包含 2 100 bp核苷酸,编码 699 个氨基酸,其蛋白质C末端具有典型的bHLH结构域,原核表达和Western blot分析表明,SabHLH169 重组蛋白能够正确表达,其分子量大小与预测结果一致.过表达SabHLH169 的拟南芥转基因株系在萌发期具有更高的耐旱性;干旱胁迫下,转基因拟南芥中 3 个干旱胁迫相关基因AtRD22、AtRD29A和AtDREB2A以及 3 个光合作用关键酶基因AtLhcb2、AtRubicso和AtPEPC的表达水平显著升高,且AtPEPC酶活性被显著增强.由此推测,SabHLH169 基因可能在干旱胁迫响应中具有潜在功能.

为了解花生中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)的功能,对二倍体祖先种野生蔓花生(Arachis duranensis)基因组数据库进行分析,发现存在9个AdPEPC基因家族成员,这些基因的序列长度为3584~12956 bp,开放阅读框(ORF)长度为702~3168 bp,分布在3、5、7、8、9、10号染色体上.蔓花生AdPEPC家族蛋白的氨基酸序列中均含有HCO3-结合位点和PEP结合位点等保守结构域,根据序列特征可分为植物型、细菌型和序列较短的PEPC等3类, 同类蛋白序列的同源性较高,基因结构中的内含子与外显子的数目也较相似.基因表达分析表明,多数成员在花或茎中的表达量较高,AdPEPC1;2和AdPEPC4;2在茎中的表达量最高,其他家族成员尤其是AdPEPC2、AdPEPC1;5和AdPEPC1;3在花中的表达量明显高于其他组织,AdPEPC1;5基因在叶中不表达.AdPEPC3在根、茎、叶和花中均不表达,推测该基因为假基因.这为深入研究AdPEPC家族基因的功能奠定了基础.

植物的氮素利用受个体遗传、基因调控、基因间相互作用以及信号分子调节等影响,一直是科学探索的热点和重点.近年来,随着基因工程和基因编辑技术的发展,对提高植物氮素利用效率(NUE)的研究也由传统的针对植物本身转到基因工程方向.本文总结了植物氮素利用代谢过程以及利用基因工程技术提高植物NUE的最新成果,着重介绍了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)在维持碳氮代谢平衡和促进氮素利用中的作用,并对今后的研究提出展望,以期为提高作物氮素利用的研究提供新思路.

为揭示毛竹(Phyllostachys edulis)快速生长期茎秆中的光合碳同化特征及其在不同节间的变化规律,以毛竹笋竹茎秆为材料,测定不同节间光合色素含量、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、苹果酸脱氢酶(NADP-MDH)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)以及丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性.结果显示,茎秆中叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量随节间升高均呈下降趋势,叶绿素a/b比值呈逐渐上升趋势;随着节间的升高,茎秆中Rubisco、PEPC和PPDK活性在第1-10节间显著下降,之后酶活性降幅逐渐减缓;NADP-ME活性在第1-13节间呈显著下降趋势,之后酶活性趋于平稳;NADP-MDH活性在第1-25节间显著下降.PEPC/Rubisco活性比值随节间升高而不断增加,其范围介于18.37-65.09之间,明显大于典型C3植物中的活性比值.上述结果表明,茎秆不同节间的光合碳同化能力存在明显差异,中、下部节间生长相对较快;茎秆中存在多种C4酶且活性较高,这为此时期茎秆中存在C4光合途径提供了有力证据.

为了阐明兰科菌根真菌对铁皮石斛光合作用的影响及机制,采用盆栽方式研究了兰科菌根真菌对铁皮石斛幼苗生长的影响,并分析了叶片中叶绿素含量、光合参数、叶绿素荧光参数以及pepc基因表达的变化.结果表明:(1 )兰科菌根真菌促进了铁皮石斛幼苗生长,接种兰科菌根真菌的铁皮石斛的株高、根重、茎叶重和总生物量分别是未接种对照组的 1.21、1.54、1.71 和 1.68 倍;而且可显著提高叶片中叶绿素含量、叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Gs )和气孔导度(Tr ).(2)接种兰科菌根真菌的铁皮石斛叶片潜在光化学效率(Fv/F0 )、最大光化学效率(Fv/Fm )、光化学猝灭系数(qP )、非光化学猝灭系数(qN )、实际光化学反应量子效率(Yield)和表观光合电子传递速率(ETR)均高于未接种对照组.(3)菌根真菌能促进pepc基因的表达,增强 PEPC 活性,提高铁皮石斛叶片的光合碳同化能力.研究表明,菌根的形成可以提高铁皮石斛叶片光合性能和pepc基因的表达水平,促进铁皮石斛幼苗的生长.

为探究硅(Si)对檀香紫檀(Pterocarpus santalinus)抗寒性的影响,对1年生苗木施Si后经(-3±0.5)℃胁迫24 h恢复栽培90 d的生长、叶片光合参数和4种碳同化关键酶活性进行了研究.结果表明,施Si的檀香紫檀苗木发育健壮,抗寒性提高,显著促进低温胁迫后的生长恢复;施Si显著抑制低温胁迫导致的檀香紫檀苗木叶绿素含量降低和叶绿素a/b减小,促进表观光合电子传递速率(ETR)、实际光量子效率Y(Ⅱ)和PSⅡ调节性能量耗散Y(NPQ),降低PSII非调节性能量耗散Y(NO)和非光化学荧光淬灭(NPQ);施Si提高受低温胁迫檀香紫檀苗木的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE);施Si的檀香紫檀苗木在低温胁迫后,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)、果糖-1,6-二磷酸酶(FBP)、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(Ald)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性显著提高.适量施Si有利于保持低温胁迫下苗木光合膜结构的完整性和生理功能的稳定性,是提高檀香紫檀苗木抗寒性、有效应对低温胁迫的营养管理措施.

为确定高产条件下不同花生品种的最佳化控时期,以小花生品种'花育20'(HY20)和大花生品种'花育25'(HY25)为试验材料,研究了多效唑(PBZ)不同喷施时期对花生根系活力、叶绿素含量、叶片保护酶和碳、氮代谢酶活性,以及荚果产量和籽仁品质的影响.结果表明:不同时期喷施PBZ均提高了2个品种花生在结荚期的叶绿素含量、根系活力,以及叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性,降低了丙二醛(MDA)含量以及硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性,且PBZ喷施时间越早效果越明显.在饱果期,HY25的各指标以主茎高25 cm时喷施PBZ的效果最好,但HY20在主茎高25 cm时喷施PBZ的保护酶活性降低,化控时间过早导致植株早衰,叶绿素含量、根系活力以及碳代谢酶活性也略低于CK,HY20的指标以主茎高30 cm时喷施PBZ效果最好.适宜时期PBZ处理提高了2个品种的荚果产量和经济系数,提高了脂肪含量和油酸相对含量以及O/L值.高产条件下,HY25和HY20的最适多效唑处理时期分别为花生主茎高25和30 cm左右.