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[博士论文] 曹玲
发育生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:ICKs/KRPs(Inhibitors of cyclin-dependent kinase/Kip-related proteins,以下简称ICKs)是植物细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin-dependent Kinase,CDK)的抑制因子,能抑制细胞周期进程和细胞分裂进而在细胞周期调控中起着重要作用。拟南芥基因组中有7个ICK基因,由于成员之间功能上的冗余性,目前对植物中ICK基因家族的功能以及各成员之间的功能特异性还缺乏深入了解。本实验室先前对ICK1/2/5/6/7的T-DNA插入五突变体进行了研究。本研究旨在创建ICK T-DNA插入六突变体和七突变体的基础上,系统研究ICK基因家族所有成员的敲除对植物生长发育的影响。
  对一个拟南芥六突变体ick123567和七突变体(所有ICK基因被敲除)表型分析显示,与五突变体ick12567和野生型相比,七突变体的植物幼苗鲜重和粒重显著增加。多种非生物胁迫处理,包括植物生长素、细胞分裂素、脱落酸、氯化钠、蔗糖、paraquat和S-甲基甲烷硫代磺酸,野生型和七突变体的根长及生长量之间的差异不显著。
  ICK七突变体角果变短、每个角果种子数减少。细胞学观察发现,七突变体中有47%的胚珠败育,而五突变体ick12567、六突变体ick123567和野生型中胚珠正常。正反交结果显示七突变体作为母本时才能观察到短角果的表型,说明这个表型是由于雌配子体发育缺陷造成的。对处于雌配子体发育第7时期(FG7)的胚囊发育观察表明,野生型胚囊在授粉之前三个反足细胞降解;而七突变体胚囊中除了正常的配子外,还有额外的细胞核,这些细胞核可以被区分为是具有一个卵细胞、一个中央细胞和两个助细胞的两套、三套或者四套的配子体,不同配子体间有时可见清楚的界限,表明突变体胚珠中有多个独立的胚囊存在。利用卵细胞标记pEC1.1::GUS和中央细胞标记pFIS2::GUS确定了七突变体胚珠中多个卵细胞和中央细胞的存在。
  功能大孢子时期,野生型胚珠只观察到一个功能大孢子。七突变体中,有30%的胚珠观察不到功能大孢子,而其余70%胚珠中可观察到1-3个功能大孢子,极少胚珠中有4个。在FG2时期,野生型胚囊中有一对典型的细胞核,七突变体中有1-4对细胞核,每对细胞核之间界限分明。但在2-Ⅰ阶段的胚珠中,野生型和七突变体中均只有一个大孢子母细胞。这些结果说明,七个ICK基因的敲除导致多个功能大孢子的形成并且能继续发育成多套雌配子体。
  开花后三天,野生型胚珠有一个胚和形态一致且分布在整个胚囊中的胚乳细胞核,而在七突变体胚珠中观察到胚乳中有不同类型的细胞核,或两个或三个独立的胚乳囊室,并且有双胚的存在。在携带pEC1.1::GUS标记的七突变体开花后三天的胚珠中,除了胚能观察到GUS染色外,在合点端有1-2个不同的点也可观察到GUS染色,说明受精后三天胚珠中没有受精的额外卵细胞依然存活在胚囊中。与双胚发育一致,七突变体中有2%的种子可以观察到双胚苗。经野生型和携带有中央细胞标记(pFIS2::GUS)的七突变体混合花粉授粉的七突变体,其后代中双胚苗的基因型检测发现每一对双胚苗具有相同或不同的基因型,表明双胚苗是两个卵细胞分别接受两个不同花粉管所释放的精子细胞经受精产生的。
  互补实验证明,单个ICK4或ICK7基因组片段导入七突变体中均能回复其突变表型。本研究证明了ICK基因不仅调控植物生长的细胞周期调控,还在非功能大孢子细胞的退化过程起重要作用。正常植物中多个ICK基因功能上的冗余性,可以确保每个胚珠中只形成一个功能大孢子和一个雌配子体以及随后胚的正常发育。
[博士论文] 刘广超
植物学 山东大学 2017(学位年度)
摘要:植物作为一类营固着生长的生物,在其漫长的进化过程中演变出极强的可塑性来适应外界不断变化的生存环境,而这种可塑性生长反应在植物的根中表现得尤为明显。根系是植物吸收水分和营养物质的主要器官,同时也参与植物对各种逆境的响应。植物可通过改变根系的结构和功能来更好的应答各种逆境,这种为适应不同的生存环境而表现出根系构型的变化是根可塑性生长发育的重要体现。因此,深入研究植物根的可塑性生长发育不仅具有重要的生物学意义,也为将来基于根型改良的作物育种提供重要理论基础。
  铝作为土壤中含量最丰富的金属元素,只有在酸性条件(pH≤5.5)下,游离态的铝离子(Al3+)才显著抑制植物根的功能和生长发育,成为仅次于干旱胁迫的限制作物产量的关键因子,地球上多达50%的潜在可耕地为酸性土壤,且60%以上的酸性土壤集中在热带及亚热带的发展中国家和地区。因此铝胁迫成为世界范围内影响作物产量和粮食安全问题的重要因素,而探究酸性土壤中铝胁迫的分子调控机理则受到越来越广泛的关注。利用现代生物学技术手段培育适应酸性土壤的植物品种具有重大的战略意义,是解决酸性土壤作物产量问题最经济、有效和根本的方法。
  作为调控植物生长发育的关键信号分子,植物激素在介导植物响应其周围环境信号的可塑性生长发育过程中发挥重要作用。已有研究发现,植物激素如乙烯、生长素、脱落酸能够参与植物对铝胁迫的响应,但对这些激素如何响应铝胁迫的分子机制及不同激素间如何共同介导铝胁迫抑制主根的伸长等过程目前还知之甚少,需要进一步的深入探究。
  本论文以模式生物拟南芥为材料,从植物激素与铝胁迫相互作用的角度,利用分子生物学、细胞生物学、遗传学及生理学等技术手段,发现生长素、细胞分裂素和乙烯等植物激素可通过其生物学合成、信号转导等途径特异性参与植物根尖转换区(TZ)对铝胁迫的应答反应,而且这一应答反应受到其它转录因子的直接调控。
  本研究首先检测了生长素合成关键基因YUCCA(YUC)的功能缺失突变体对铝耐受性的变化,发现单基因功能缺失突变体只有yuc9具有一定的铝胁迫耐受性,这种耐受性在多突变体yucQ中则尤其显著,而施加YUC基因特异抑制剂yucasin处理也使野生型植株产生明显的耐铝表型。另外在yuc突变体中或yucasin处理均减弱了生长素报告基因DR5rev∶GFP在根尖TZ区受铝胁迫的诱导表达。说明YUC基因特异性参与铝胁迫在根尖TZ区对生长素的响应以及对主根伸长的抑制过程,且YUC基因间存在一定的功能冗余。接下来对YUC基因的表达模式进行分析,我们发现在没有铝处理的情况下,除了YUC9基因在根尖有少量表达外,其它的YUC基因并没有在根尖表达。但是在铝处理后,这些YUC基因都可以在TZ区被特异性的诱导表达。乙烯合成前体ACC与铝共同处理可以增强TZ区YUC基因的诱导,而乙烯合成抑制剂AVG结合铝处理则减弱了TZ区YUC基因的表达,说明YUC基因在根尖TZ区对铝胁迫的响应是受乙烯所调控的。
  进一步的研究发现乙烯信号参与YUC基因对铝胁迫的响应是通过EIN3转录调控YUC9基因的表达来实现的。EIN3和EIL1均可在根尖TZ区响应铝胁迫的诱导上调表达,而在乙烯信号突变体ein3-1eil1-1中,YUC9基因在根尖TZ区对铝胁迫的响应显著降低,说明E1N3对铝胁迫的应答反应依赖于YUC9。此外,铝结合乙烯前体ACC可以增强根尖TZ区生长素的响应,而这种诱导在yuc突变体及yucasin处理后则显著减弱,而且铝结合ACC增强对主根伸长的抑制作用在yuc突变体或yucasin处理后也明显缓解,说明乙烯调控铝胁迫在根尖TZ区对生长素信号的诱导以及对主根伸长的抑制是依赖于YUC基因的。
  之前的研究证实bHLH类转录因子PIF4直接调控YUC8基因的转录,参与高温胁迫下植物下胚轴的伸长。本研究发现PIF4对YUC5及YUC9基因也存在直接的转录调控。PIF4功能缺失突变体pif4-101具有耐铝表型,而超表达株系35S PIF4则对铝胁迫超敏感。此外,在pif4-101突变体背景下,YUC8、YUC9及生长素报告基因DR5rev∶GFP受铝胁迫在根尖TZ区的诱导表达均显著降低,证实铝胁迫诱导根尖TZ区生长素的合成及响应是受PIF4所调控的。进一步分析发现乙烯信号通过下游EIN3/EIL1基因直接调控PIF4的转录激活,进而参与对铝胁迫的响应。
  除生长素外,本研究也对另一重要植物激素细胞分裂素如何参与对铝胁迫的响应进行了分析。与野生型相比,细胞分裂素合成或受体基因的功能缺失突变体均具有耐铝表型,而细胞分裂素代谢基因的功能缺失突变体或B型ARR基因的超表达株系则对铝处理更加敏感。细胞分裂素报告基因TCSn.GFP及受细胞分裂素诱导表达的A型ARR基因ARR3、ARR4在根尖TZ区均受到铝胁迫的诱导,说明铝胁迫诱导根尖TZ区细胞分裂素的信号响应。
  为了进一步验证细胞分裂素与其它激素在响应铝胁迫过程中的相互关系,我们检测了生长素过表达突变体yuc1D或NAA处理后细胞分裂素信号受铝胁迫的响应变化,结果发现生长素显著增强了铝胁迫对TCSn∶GFP的诱导表达。而在生长素信号缺陷突变体arf7arf19或PEO-IAA处理则减弱TCSn∶GFP在根尖TZ区对铝胁迫的响应。此外,生长素加重铝胁迫对主根伸长的抑制在arr1arr10arr12突变体中显著减弱,而细胞分裂素加重铝胁迫抑制主根伸长的表型在生长素合成或信号缺失突变体中则没有明显的变化。以上结果说明铝胁迫抑制植物主根伸长的过程中,细胞分裂素位于生长素的下游。接下来我们通过共聚焦显微镜的观察,发现乙烯过表达突变体eto1-2或ACC处理增强铝胁迫在根尖TZ区对TCSn∶GFP的诱导,而乙烯信号缺陷突变体ein3-1eil1-1或AVG处理则减弱TCSn∶GFP在根尖TZ区对铝胁迫的响应。进一步的表型实验也发现乙烯加重铝胁迫对主根伸长的抑制在arr1arr10arr12突变体中显著减弱,而细胞分裂素加重铝胁迫抑制主根的伸长在ein3-1eil1-1突变体中则与野生型没有明显的区别,证明在响应铝胁迫抑制主根伸长的过程中,细胞分裂素也位于乙烯的下游。此外,铝结合ACC增强根尖TZ区TCSn∶GFP信号的积累可被PEO-IAA显著减弱,而PEO-IAA结合铝处理下调TCSn∶GFP在TZ区的表达并不能被ACC所恢复,因此乙烯介导铝胁迫诱导细胞分裂素在根尖TZ区的响应依赖于生长素。
  为了阐明铝胁迫诱导根尖TZ区细胞分裂素信号的积累是否和调控植物内源细胞分裂素的合成有关。我们首先分析了细胞分裂素合成途径关键基因IPT突变体的表型,结果发现细胞分裂素合成关键基因IPT的功能缺失具有耐铝的表型,这种耐受性在多突变体ipt1ipt3ipt5ipt7中则更为明显。此外,IPT基因在根尖TZ区受铝胁迫诱导表达,且这种诱导表达在arf7arf19突变体或PEO-IAA处理后明显减弱。说明铝胁迫通过生长素信号调控IPT基因在根尖TZ区异位表达,造成细胞分裂素在该部位的大量积累从而抑制根的伸长。接下来通过对IPT基因启动子区进行序列分析,我们发现IPT1、IPT5及IPT7的启动子区存在保守的生长素响应元件AuxRE,通过酵母单杂交、染色质免疫共沉淀技术(ChIP)等实验均证实生长素响应因子ARF7可以直接结合在IPT5和IPT7基因的启动子区并激活其转录表达,最终影响内源细胞分裂素的合成并参与对铝胁迫的响应。
  综上所述,我们的研究发现生长素合成关键基因YUC参与根尖TZ区响应铝胁迫下生长素的积累,从而造成对主根伸长的抑制。转录因子EIN3和PIF4可能通过直接转录调控YUC基因的表达参与铝胁迫对主根伸长的抑制过程。我们的研究还发现,铝胁迫能够通过生长素信号调控细胞分裂素合成基因IPT在根尖TZ区上调表达,造成细胞分裂素在根尖TZ的大量积累并造成对植物主根伸长的抑制。该研究不仅证实了细胞分裂素在植物响应铝胁迫的过程中的重要作用,同时进一步揭示了生长素和细胞分裂素除了在正常发育条件下以拮抗的方式参与根伸长的调控,而且能够在响应铝胁迫的过程中以协同的方式介导铝胁迫信号调控植物根的生长。
[硕士论文] 孙丽敏
植物学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:硫化氢(H2S)作为继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后的第三种气体信号分子,在植物体内发挥着非常重要的生理调节作用。随着植物中H2S信号的研究受到空前关注,H2S在植物体内的多种生理生化功能逐渐被揭示:调节种子萌发、根器官发生、光合作用、气孔运动、花器官发育、叶片衰老等生长发育过程,以及响应环境的各种生物和非生物胁迫。虽然植物内H2S作为一种新型信号分子的研究已取得很大进步,但系统地阐述其生理功能和作用机制及与其它信号分子之间的信号网络关系仍然是急需解决的问题。因此,多角度多层次地阐释植物体内源H2S的生理功能和作用机理至关重要。
  本研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型WT(Col-0),H2S产生酶L-Cys脱巯基酶编码基因LCD缺失突变体(lcd),WRKY18、WRKY40和WRKY60编码基因缺失三突变体(wrky18wrky40wrky60),H2S产生酶编码基因DES的T-DNA插入突变体(des),以及H2S产生酶编码基因DES过表达突变体(OE-DES)为实验材料,从表型、生理、细胞及分子等多水平探究气体信号分子H2S在拟南芥根生长、气孔运动、光合作用、叶片衰老过程中的生理功能和作用机理。主要研究结果如下:
  (1)H2S信号与ABA在调节根生长和气孔运动中关系的研究显示:外源ABA可诱导拟南芥WT的LCD表达量升高和内源H2S含量显著增加;H2S信号可以调节WRKY18、WRKY40、WRKY60三个转录因子的转录表达;lcd突变体由于H2S缺失使得ABA对WRKY18和WRKY40的转录抑制作用消失,表明H2S参与ABA对这三个WRKYs转录因子的转录调节;施加外源ABA,lcd幼苗根生长受ABA抑制作用较弱;施加外源H2S,wrky18wrky40wrky60的根生长受H2S促进作用仍然很显著。以上这些结果说明:H2S可能通过影响WRKY18、WRKY40、WRKY60转录表达参与ABA对幼苗根生长调节,但H2S对植物根生长的调节部分依赖于WRKYs,即H2S对植物根生长的调节作用还存在有不依赖于WRKY18/40/60的途径。此外,外源ABA促进野生型拟南芥WT的气孔关闭,但对于lcd的气孔关闭作用显著减弱,外源H2S促进wrky18wrky40wrky60和WT气孔关闭,但两者间无显著差异,暗示H2S参与ABA对气孔运动的调节不是通过WRKY18,WRKY40和WRKY60实现的。
  (2)H2S信号对拟南芥叶片光合作用调节的研究显示:植株在正常生长条件下,内源H2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源H2S可以保护叶绿体结构完整,促使叶片净光合速率显著上升和蒸腾速率显著下降,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO2浓度显著升高。因此,H2S可能通过调节气孔运动达到蒸腾速率和光合效率之间的动态平衡,进而有效促进植物光合作用,保证植株正常生长以响应干旱胁迫。
  (3)H2S信号对能量代谢和叶片衰老过程作用机制的研究显示:正常生长条件下,内源H2S主要通过下调叶龄依赖基因SAG12表达,延缓OE-DES的叶片早衰;des体内ATPβ-1、ATPβ-2、ATPβ-3编码基因的表达量上调,而ATPε编码基因的表达量下调。干旱胁迫下,des体内的SAG13的表达量显著升高,导致其叶片早衰;OE-DES中ATPβ-1、ATPβ-2、ATPβ-3编码基因的表达量上调,而ATPε编码基因的表达量下调;并且OE-DES线粒体内ATPase活性显著高于des,des线粒体内ATP含量显著高于OE-DES。这些结果暗示:内源H2S调控ATP合成酶相关基因表达模式、ATPase活性和ATP含量,扮演能量代谢调节器的角色,维持植物生长发育的能量动态平衡。同时,内源H2S可以减轻干旱胁迫下线粒体肿胀损伤,维持线粒体结构和功能的完整,提高线粒体能量产生,进而延缓干旱诱发的植物叶片衰老。
  综上所述,内源H2S信号通过对拟南芥根生长、气孔运动、光合作用及叶片衰老过程进行调节,增强植物抵抗干旱胁迫的能力。
[硕士论文] 廖茂芪
生态学 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:光照、水分、养分等资源在自然生境中常呈异质性分布。异质性氮素资源条件下,克隆整合能够显著提高群落地上生物量,但机制还不清楚。氮素是植物生长代谢的重要元素,对植物光合作用具有重要影响。异质性氮素条件下,氮素能够通过克隆整合实现在分株间的传输与再分配,并改善分株所在斑块氮素水平。因此,我们提出假说,克隆整合对氮素资源的传输分配可能有助于提升相连的分株及其所在斑块内共生植株的光合生理表现和叶片化学性质,进而影响相连分株所在斑块内全部植株的地上生物量积累。
  本实验以活血丹为研究对象,设置对照、低对比度与高对比度氮素异质性处理(即给予母株不同浓度的氮素资源);根据相连分株所在斑块与母株的距离设置邻近、间隔和远端斑块。通过测定氮素资源传输分配对不同斑块内相连分株和共生植株(即目标植株,由两个独立的活血丹幼嫩分株所组成)的光合生理表现(Pmax、Vcmax和Jmax)、叶片化学性质(叶绿素含量、叶片氮素含量光合器官氮素分配等)和生物量积累,旨在探究克隆整合提高斑块内全部植株地上生物量的机制,并了解相连分株间氮素传输分配与斑块氮素对比度和传输距离的关系。实验主要结果与结论如下:
  1)克隆整合对氮素的传输分配,显著提高了邻近、间隔斑块内相连分株和目标分株的叶片化学性质(叶片氮含量、叶绿素含量等)。随着分配到光合器官中的氮显著提高,分株光合生理表现(Pmax、Vcmax、Jmax)和氮素利用效率显著提升,进而显著提高相连分株与目标植株生物量积累。
  2)仅高对比度处理下相连远端分株光合生理表现(Pmax、Vcmax、Jmax)和叶片化学性质(叶片氮素含量和叶绿素含量)与相应的同质处理远端分株表现出显著差异。与低对比度处理相比,高对比度处理不同位置目标分株光合生理表现(Pmax、Vcmax、Jmax)、叶片化学性质部分参数(叶片叶绿素含量、叶片氮素含量)、生物量积累均显著增加。可见,随着斑块对比度增强,克隆整合强度相应地增强,并且克隆整合对相连分株的影响范围相应增加。
  3)受传输距离限制,异质性氮素资源条件下,受到无论是相连分株或是目标分株,不同位置分株光合生理表现(Pmax、Vcmax、Jmax)和叶片化学性质部分参数(氮素利用效率、叶片光合器官中氮分配系数)均表现出随着与母株距离的增加,呈现下降的趋势;但是分株叶片氮素、叶片绿叶素呈现出随着传输距离增加,而先增加后减小的格局,表现出一定的顶端效应。可见,克隆整合对不同叶片性状的影响可能呈现不同的整合格局。
  克隆整合对资源传输分配有利于提高相连分株及斑块内共生目标植株叶片光合器官中的氮分配,这有助于提升分株光合生理表现,从而提升斑块内植株地上生物量积累。因此,本研究证明提出的假说,并且这种资源传输可能受斑块对比度与传输距离的影响,呈现不同的分配格局。这有助于认识植物克隆生活史性状对生态系统功能的影响机制,有助于进一步阐明和揭示异质性环境下克隆整合的生态适应意义。
[硕士论文] 杨甲辰
林业 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:干旱是限制植物生长的主要环境因素之一,它诱导活性氧(reactive oxygen species, ROS)的大量积累,影响植物的生长发育。植物叶绿体是ROS产生的主要部位之一,叶绿体中ROS的有效清除,对于保护生物膜及光合机构、维持胁迫条件下光合作用的正常运行极为重要。抗坏血酸(ascorbate, AsA)是叶绿体ROS清除系统的重要组分之一,它的有效再生是维持植物抗氧化能力的关键。叶绿体单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)是叶绿体AsA再生的关键酶,它将单脱氢抗坏血酸还原生成AsA,维持叶绿体AsA水平。本研究以野生型(WT)和转反义SlMDAR番茄(Solanum lycopersicum)株系为试材,测定并分析了AsA在AsA-Glu循环回补途径中的比例,MDAR酶的活力与干旱胁迫前后叶绿素荧光参数、光合速率、活性氧积累量、膜脂过氧化程度等指标的关系,研究SlMDAR的表达与植物抗干旱胁迫能力的关系,主要结果如下:
  (1)与野生型植株相比,转基因株系的番茄叶片MDAR在信使核糖核酸(Messenger RNA, mRNA)水平上和蛋白水平上均明显低于野生型。同时,荧光定量PCR实验表明SlMDAR的表达明显受聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)诱导。
  (2)PEG模拟干旱胁迫处理前后,测定了转基因及野生型番茄植株的MDAR酶活、总AsA、脱氢抗坏血酸(Dehydroascorbate, DHA)含量及AsA/DHA,结果发现反义抑制SlMDAR的表达降低了转基因番茄株系的MDAR酶活性和AsA含量。
  (3)与WT野生型番茄植株相比,转基因番茄株系在干旱胁迫下相对含水量降低、MDA含量和相对电导率增高,细胞膜受到的损害更大,反义抑制SlMDAR的表达降低了转基因番茄植株的干旱胁迫抗性。
  (4)转基因番茄株系中H2O2和O2·?含量比野生型高,而ROS清除关键酶抗坏血酸过氧化物酶(APX)及超氧化物岐化酶(SOD)的活性差别不大,表明转基因番茄株系具有较低的ROS清除能力,可能与较低的AsA含量相关。
  (5)胁迫处理后,相对于野生型,转基因番茄植株光合能力明显降低,F0明显升高,PSⅡ的光抑制程度较重,转基因番茄株系的D1蛋白降解速率比野生型高。
  综上,反义抑制SlMDAR的表达降低了MDAR酶活性和AsA的再生能力,从而抑制了ROS的清除,增加了转基因番茄植株光系统受到的氧化损伤,降低了转基因番茄对干旱胁迫的抗性。
[硕士论文] 苏丹
水土保持与荒漠化防治 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:为了促进滨海盐渍荒漠化地区的植被恢复、引种栽培与盐碱土的改良利用,以3个白榆无性系EC46、EC65225和 EC51为试验材料,采用盆栽试验方法,分析了白榆无性系在不同浓度(Og/L、3g/L、5g/L、7g/L、9g/L)NaCl处理下,生长、生理和叶片解剖结构指标响应特征及各指标的相关性,并运用隶属函数法和主成分分析法,综合评价3个白榆无性系的耐盐性,为白榆无性系在盐碱地的栽培提供理论参考与科学支撑。研究结果如下:
  (1)在盐胁迫条件下,白榆无性系的生长受到抑制,但可通过减少根系的生长来降低盐分对植物体的损伤,生物量指标中地上部分生物量受到的抑制更大。在3g/L-5g/L的低盐浓度胁迫下EC65225和 EC51通过增加根系的纵向伸长来积极地抵御盐害,且EC51的促进作用表现的更为明显,EC46和EC65225在3g/L的低NaCl浓度胁迫下通过增大根部生物量的途径增加对土壤中水分及营养元素的吸收来减轻盐分毒害作用, EC51的生物量变化更加稳定,适应性更强。盐胁迫条件下,白榆无性系叶片盐害症状会随着浓度的增大而加重,EC46出现盐害症状的时间较早,出现死亡现象,EC65225和EC51盐害症状较轻,无死亡现象,而EC65225的盐害症状重于EC51。
  (2)白榆无性系通过提高抗氧化酶体系中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)两种抗氧化酶活性来减轻活性氧对其产生的伤害,过氧化氢酶(CAT)起到的作用不大。EC51在各盐浓度胁迫下,能够维持较高的抗氧化酶活性,抗氧化能力最强;EC46在各盐浓度下抗氧化酶活性最低,抗氧化能力最弱。EC46的丙二醛(MDA)质量分数增加幅度最大,盐胁迫对其损伤最大,抗盐能力最弱;EC51的MDA质量分数增加幅度最小,即EC51的膜质过氧化作用最弱,抵御盐胁迫的能力最强。
  (3)3个白榆无性系通过吸收无机盐离子(Na+和Cl_)来降低自身的渗透势,从而抵抗外界盐胁迫的高渗环境,通过调控盐离子的分配模式来减少盐离子对光合器官(叶片)的伤害。EC51各器官的Na+含量增加幅度较其他2个无性系小,在<5g/L的低盐浓度下将较多的Cl_运输到叶片,供植物正常生长,在盐浓度>5g/L的胁迫下,减少Cl_在光合细胞中的积累提高抗盐性。cr在茎中不存在积累过程,茎器官只是一种传输通道。白榆无性系生长所需的大量元素K+含量随N aC l浓度的增加而降低,EC51根、茎和叶与对照相比降低幅度最小,当NaCr浓度多5g/L,在相同盐胁迫下EC51各器官K+含量均高于EC46和EC65225。当NaCl浓度彡5g/L时,白榆无性系叶中的K+/Na+值高于茎与根, 即白榆无性系的选择吸收性能够减少Na+对植物幼嫩组织的伤害,EC51各器官K+/Na+值均高于其他两个无性系,即 EC51较EC46和EC65225更加能够适应盐胁迫的高渗环境。
  (4)在盐胁迫条件下,白榆无性系通过增加叶片厚度及表皮层厚度来保持植物体内的水分,EC51的叶片厚度、表皮层厚度较对照的增加倍数是3个无性系中是最大的。EC51在较髙盐浓度环境下的栅栏组织厚度和TRPS(栅海比)值显著大于其他2个无性系,更有利于植物进行光合作用,EC51在盐胁迫环境中适应性更强。
  (5)通过主成分分析建立了 MDA、白榆无性系各部分Na+含量和Cl_含量、角质层厚度、上下表皮厚度等这10个指标组成可靠评价体系。隶属函数法、主成分分析对3个无性系耐盐性的综合评价结果一致,3个白榆无性系的耐盐顺序为:EC51>EC65225>EC46,即3个白榆无性系中EC51的耐盐性较强。
[硕士论文] 张晓晓
水土保持与荒漠化防治 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:土壤盐碱化是一个全球性问题,盐碱土中的氯化物、硫酸盐及含盐量直接影响种子的萌发、植物的成活,降低植物的生长和产量,成为限制盐碱土分布区植物生长、植被恢复的最为直接的因素。生物措施是改良利用盐碱地的最为经济有效的途径,而耐盐植物资源的筛选与培育则是生物改良盐渍土的首要环节。白榆是我国北方地区重要的乡土树种,生长快、材质好、在抗盐碱、抗旱、抗污染方面的抗性较强,可以用于盐碱地改良与造林绿化。但白榆分布范围广,种内变异丰富,抗盐性也不相同,因此,筛选抗盐性强的白榆对改良滨海盐碱地、丰富改良盐碱的种质资源具有重要的意义。
  为了选育耐盐的白榆优良品系,本研究以Y65、Yl、Y34白榆品系一年生幼苗为试验材料,采用不同浓度的NaCl(分别为0、50、85、120、155mmol/L)模拟自然环境中的盐胁迫环境,研究3个白榆品系在NaCl胁迫下的植株生长量与生物量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量、游离脯氨酸(Pro)含量、叶绿素(Chi)含量、光合参数(Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、WUE)等指标的变化,探讨3个白榆品系的耐盐能力与耐盐机理,结果表明:
  (1)NaCl胁迫下,3个白榆品系的生长受到抑制,株髙、地径增量大幅下降,生物量累积降低。不同NaCl浓度下,Y65的生物量累积均显著大于Y1和Y34,Y65受胁迫危害较小。由总生物量抑制率可知,3种白榆品系耐盐性阈值均大于155mmol/L。
  (2)NaCl胁迫下,Y34的根冠比值小于对照,通过增加生物量在地上部的分配,来降低植物对盐分的吸收与运输;Y65、Y1在120mmol/L下的根冠比小于对照值,其他浓度下均大于对照值,主要通过增加生物量在根系的分配而增加根对水分和营养的获取,对细胞内的盐分进行稀释。
  (3)随着NaCl浓度的增加,3个白榆品系叶片中的SS含量增加;MDA、SP含量先升高后降低,在85mmol/L达到最高值;Pro含量先降低后升高,>85mmol/L盐胁迫下Pro值显著大于对照值。低盐胁迫(50、85mmol/L)下,可溶性蛋白(SP)和可溶性糖(SS)可能是白榆品系的主要有机渗透调节物质,而高盐胁迫(120、155mmol/L)下脯氨酸和可溶性糖相互协调参与渗透调节作用。
  (4)盐胁迫显著降低了白榆幼苗叶片中的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量以及叶绿素a/b值,并且随着盐胁迫浓度的升高,下降幅度增大,盐胁迫对Y34叶绿素含量的影响要大于Y65、Ylo
  (5)低NaCl胁迫《85mmol/L)下,3个品系的光合机制以气孔限制为主,通过提高其气孔限制值而降低蒸腾作用,以此提髙水分利用效率(WUE)而适应盐分胁迫;而高NaCl胁迫(>85mmol/L)下,则以非气孔限制为主,通过降低WUE而减少根系对地下水分与盐离子的吸收,以此来维持自身生长。3个白榆品系中,使非气孔限制成为Pn下降主导因素的NaCl胁迫浓度不同,Y65、Y1的转折点为85mmol/L,而Y34的转折点为50mmol/L。
  (6)利用主成分分析及模糊隶属函数法对影响3个白榆品系耐盐性指标进行综合评价得到的耐盐性结果一致,3个白榆品系耐盐性排序为:Y65>Y1>Y34。
[硕士论文] 方肖晨
水土保持与荒漠化防治 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:在气候变化背景下,土壤水分胁迫发生概率呈增大趋势,严重制约植物的生长发育和生产力形成。研究土壤不同水分胁迫程度下植物光合作用的变化过程与机理,可以获取植物受水分胁迫影响的早期信号,有助于深入了解植物对水分和光照等生境因子的适应性和抗逆性特征。金银花( Lonicera japonica)、酸枣(Ziziphus jujuba)是我国北方土石山区广泛分布的藤本、灌木经济植物和水土保持树种,两种植物都具有较强的抗旱性,但在抗旱性方面具有不同的生物学表现。目前,对金银花与酸枣抗旱性的研究多见在其形态学和解剖结构特征等方面的报道,但两种植物在抗旱的光合生理特性、机理及其差异性方面,因缺乏相关研究还不清楚。为此,研究土壤水分胁迫对金银花与酸枣光响应过程的影响,对深入认识两种植物光合作用的变化过程与机理、科学指导两种植物栽培的田间水分管理具有重要意义。
  研究选用3年生金银花(沂蒙3号)与酸枣为试验材料,在山东农业大学林学实验站温室大棚内开展盆栽试验布设,采用人工灌水和植物自然耗水的控水方法获取多级土壤水分梯度,测定了两个树种的光合作用、叶绿素荧光指标。研究两种植物气体交换参数和叶绿素荧光参数对不同水分条件和光强的响应。主要研究目的:1)阐明不同土壤水分条件下金银花与酸枣气体交换参数的光响应特征和叶绿素荧光参数的水分响应特征;2)揭示不同水分胁迫程度对金银花与酸枣光合生产力的影响程度、荧光机制以及对土壤水分条件和光强的适应性与差异性;3)尝试提出基于“产”、“效”的土壤水分有效性的分级。
  研究的主要结果:
  (1)金银花与酸枣 Pn与 WUE的光响应曲线随着光强的增大表现出相似的规律,即:先快速升高后缓慢升高至稳定的最大值。在饱和含水量至最低含水量范围内,光合作用参数对土壤水分表现出明显的阈值响应规律,金银花Pn在RWC为79.59%时达到最高,而酸枣在RWC为65.06%时达到最高值;金银花WUE在RWC为36.40%时达到最高水平,酸枣WUE在RWC为41.05%时达到最高水平。并通过对各参数土壤水分的响应规律分析得出,RWC=29.71%与RWC=38.53%分别为金银花与酸枣叶片气孔机制转折点(RWCSL-NSL)。相对于金银花,酸枣LSP与 LCP跨度更大,具有更宽的生态幅,既有一定的耐荫性,又能适应较强的光辐射,是对光适应的生态幅较宽的植物。
  (2)对比金银花与酸枣,在适宜的水分条件下,金银花Pnmax为18.3μmol·m-2·s-1,而酸枣为17.19μmol·m-2·s-1,金银花具有更高的光合能力。但酸枣能够在较大的光强范围内保持较高的光合速率水平且不发生明显的光抑制现象,相对于金银花其保持较高Pn的光强范围较宽,对高光强的适应能力较高。金银花与酸枣Φ均在Pn最高水分点达到最大值,且酸枣Φ在各个水分点下均高于金银花,表现出较强的弱光下捕获光量子的能力。金银花与酸枣叶片的 LUE对光照强度的响应过程均表现为显著的单峰曲线,不同土壤水分下两个树种 LUE表现出明显的阈值响应,金银花与酸枣分别在RWC为79.59%、65.06%时达到最大且金银花LUE始终高于酸枣,金银花光能利用的状况优于酸枣。
  (3)适度的水分胁迫有利于提高金银花与酸枣PSⅡ反应中心的电子传递和转换效率,进而有利于提高植物的光合能力,土壤水分过多对于消除光抑制有一定帮助,但会影响植物的 PSⅡ的光化学效率及电子传递活性等,不利于提高植物的光合生产力。随着土壤水分的减少,金银花与酸枣的Fo逐渐增大,Fm、Fv/Fm、ΦPSⅡ及qP下降,植物的PSⅡ反应中心发生了可逆失活以及严重的光抑制现象。并且在胁迫初期,金银花与酸枣通过热耗散消耗掉的光能逐渐增加,可有效地避免过剩光能对光合机构的损伤,是植物对逆境光抑制的一种被动适应。这虽然降低了光化学效率,但可以使两个树种在遭受到水分胁迫时免受或减少光破坏、减轻光抑制造成的光合生产力的更大损失。
  (4)根据对金银花与酸枣Pn、Tr、WUE等具有最高和最低有效性的土壤水分临界值,将土壤水分划分为不同的阈值区间,提出金银花与酸枣土壤水分有效性及生产力分级标准。
  金银花土壤水分分级为:当 RWC<11.44%时,为“无产无效水”;RWC在29.10%~36.40%之间时,为“低产高效水”;RWC在36.40%~79.59%之间时,为“高产高效水”;当RWC>79.59%时,为“高产低效水”。
  酸枣土壤水分分级为:当 RWC<11.32%时,为“无产无效水”;RWC在38.53%~41.05%之间时,为“低产高效水”;RWC在41.05%~65.06%之间时,为“高产高效水”;当RWC>65.06%时,为“高产低效水”。
  综上所述,金银花与酸枣均对水分胁迫环境具有一定的适应性,在遭受胁迫时,通过热耗散消耗掉的光能逐渐增加,可有效地避免过剩光能对光合机构的损伤,使两个树种在遭受到水分胁迫时免受光破坏、减轻光抑制造成的光合生产力的更大损失。但两个树种抗旱能力有差异,金银花在适宜的水分下能够达到更高的净光合速率,且其光能利用效率较高,而酸枣对高光强的适应能力较高,能够在较宽的光强范围内保持稳定的净光合速率,且对弱光具有较强的利用能力。根据两个树种抗旱表现的不同,在实际的生产及水分管理中,应分别保持土壤相对含水量在36.4~79.59%与41.05~65.06%之间,才能使金银花与酸枣达到较高生产力水平。
[博士论文] 王妍
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:钙是植物生长发育必需矿质元素之一。目前Ca相关植物生物学研究主要集中在两个方面:植物细胞吸收和储存Ca2+的分子机制;细胞质Ca2+作为第二信使介导植物内源和环境信号转导的分子机理。但是Ca2+直接调节植物生长发育的分子机理尚未深入研究。
  拟南芥EDR2(ENHANCED DISEASE RESISTANCE2)蛋白含有三个预测结构域:PH(Pleckstrin Homology)、START(STAR Transfer)和DUF1336(Domain of Unknown Function1336)。已有研究证明缺失AtEDR2的拟南芥突变体atedr2的叶片通过水杨酸途径表现抗白粉菌的表型。但是有关AtEDR2蛋白确切的亚细胞定位和在植物Ca2+依赖性生长方面的功能尚未有报道。本论文在这些方面的主要实验结果如下:
  (1) AtEDR2启动子活性主要集中在叶、根、花序和角果柄组织。在叶片表面的表皮毛中也有强活性,但缺失AtEDR2基因对拟南芥叶表面表皮毛的密度和性状没有明显影响。通过构建编码AtEDR2全长和不同结构域同绿色荧光蛋白GFP的融合基因,在烟草瞬时表达以后发现,AtEDR2定位在内质网,可以同内质网标记蛋白ER∷mCherry共定位。同时AtEDR2的PH结构域是AtEDR2在内质网定位必需结构域。
  (2)通过对比拟南芥野生型Col和atedr2突变体在含有不同浓度和种类的矿质元素培养基上的生长,我们发现atedr2只有在Ca2+养分缺乏的培养基上表现叶和根生长被显著抑制的表型,证明AtEDR2特异性调节拟南芥Ca2+依赖性根和叶的生长。无论生长在全营养还是Ca2+缺乏培养基上,拟南芥Col和atedr2的根和叶的总钙以及水溶性钙含量没有显著差异。这说明atedr2低Ca2+敏感的生长表型不是因为其吸收或是积累Ca2+能力降低而导致的。我们在体外表达纯化了带有GST(Glutathione-S-Transferase)标签的AtEDR2结构域片段,利用MicroCal iTC200微量热等温滴定量热仪,证明AtEDR2的PH结构域具有Ca2+结合特性。有研究证明AtEDR2的PH结构域可以结合磷脂酰肌醇-4-磷酸PI4P,本研究的组织免疫荧光实验证明AtEDR2不参与PI4P的分布,很有可能是通过PH结构域的Ca结合特性调节Ca依赖生长。
  (3)基于蛋白组学数据,我们对在Col和atedr2之间、丰度显著变化蛋白对应的基因突变体进行纯合鉴定,进一步进行Ca依赖的生长表型分析,发现只有atstt3b基因缺失突变体同atedr2一样,表现低Ca敏感表型。AtSTT3B基因被预测编码位于内质网的低聚糖糖基转移酶,负责内质网内原生蛋白最初的糖基加载过程。尽管低Ca处理确实可以显著提高总蛋白N-糖基化水平,但是,无论是生长在全营养还是Ca2+缺乏培养基上,拟南芥Col和atedr2突变体之间,总蛋白N-糖基化程度没有区别。证明AtEDR2不参与低钙胁迫对蛋白N-糖基化的调节。
  (4)基于芯片的表达谱分析发现,低Ca处理诱导大量和过氧化物以及水杨酸积累相关基因的表达。组织化学染色也证明在低Ca的情况下,atedr2突变体的叶片比野生型Col积累更多的过氧化氢。同时这些基因的转录水平在atedr2突变体内升高的倍数显著高于野生型Col,证明AtEDR2负调控低Ca诱导的基因转录反应。在atedr2-6/ein2-1双突变体中,阻断atedr2-6突变体内乙烯信号转导途径对atedr2-6在低Ca条件下生长受抑制的表型没有影响。但是阻断水杨酸的合成可以部分恢复atedr2-6在低Ca条件下生长受抑制的表型。这表明水杨酸合成途径部分参与了AtEDR2介导的Ca依赖性生长过程。
[硕士论文] 杨新
林木遗传育种 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:核桃(Juglans regia L.)是重要的“木本油料”战略树种,但随着核桃集中栽培面积的扩大和抗病品种的缺乏,核桃病害日渐严重。核桃炭疽病(anthracnose)是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的,可致果实坏疽、叶片焦枯,同时还危害嫩梢,导致产量锐减,是目前核桃生产中的灾难性病害。本论文构建了适于真菌的绿色荧光蛋白( Green fluorescent protein, gfp)表达载体,农杆菌介导法( Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT)对胶孢炭疽菌进行了遗传转化得到了带有绿色荧光蛋白标记的胶孢炭疽菌菌株,为研究胶孢炭疽菌对核桃的侵染过程,了解核桃与胶孢炭疽菌的互作机制提供了技术支撑。研究结果如下:
  1.真菌gfp独立表达载体(DL-gfp)的构建。以真菌trpC基因的启动子PtrpC和终止子TtrpC作为gfp和潮霉素磷酸转移酶基因(Hygromycin B phosphortransferase gene, hph)的启动子和终止子。通过PCR重组技术(Overlap PCR)分别构建了hph的表达元件(PtrpC+hph+TtrpC)和gfp表达元件(PtrpC+gfp+TtrpC);通过In-fusion酶连接技术,将两个表达元件与带有T-DNA区间的线性化Vector(pGreenII62-SK)相连,构建独立表达载体DL-gfp。
  2.真菌gfp融合表达载体(RH-gfp)的构建。以真菌trpC基因的启动子PtrpC和终止子TtrpC作为gfp和hph基因的启动子和终止子进行构建。通过Overlap PCR将启动子PtrpC和hph基因重组到一起,且hph基因敲除终止密码;将Overlap PCR获得片段(PtrpC+hph)与gfp、终止子TtrpC和线性化后的Ti质粒(pGreenII62-SK)通过In-fusion酶连接重组,构建融合表达载体RH-gfp。
  3.重新分离纯化致病力较强的m9胶孢炭疽菌。实验室4℃斜面保存的胶孢炭疽菌m9菌株,直接在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)培养,菌丝徒长,产孢量少,菌株产孢能力下降,通过将m9菌株重新侵染核桃叶片,获得大量的m9的分生孢子,在PDA平板上纯化后使用。
  4. ATMT转化胶孢炭疽菌。优化转化条件:胶孢炭疽菌分生孢子浓度为107个/mL,农杆菌GV3101(含DL-gfp载体)浓度OD620≈0.5;乙酰丁香酮(AS)诱导浓度为200μM,转化菌株的潮霉素B筛选浓度为100μg/mL,用于农杆菌菌株抑制的氨噻肟头孢霉素100μg/mL;诱导转化温度为22℃,时间为2天。
  5.获得了带有荧光蛋白标记的胶孢炭疽菌m9转化子。经过多次继代培养,筛选出能够稳定表达gfp标记基因和hph筛选基因的转化子,为后续研究转化子和野生型菌株生物学特性的差异以及观察胶孢炭疽菌转化子和核桃之间病原互作的活体动态过程奠定了基础。
[硕士论文] 高秀梅
林木遗传育种 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:核桃(Juglans regia L.)是重要的“木本粮油”生态树种,为二倍体植物(2n=32),全基因组667 Mb。核桃作为“21世纪的超级食品”,果仁营养成分极其适宜于人体健康,能有效预防心血管疾病,是Ⅱ型糖尿病人的首选食品。近年来,随着核桃集约栽培面积的扩大和病害日渐严重。由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的核桃炭疽病(walnut anthracnose)可致果实坏疽、叶片焦枯,同时还危害嫩梢,发病严重时可使30%~50%的青果脱落,导致产量损失,是目前核桃生产中的灾难性病害。本论文探究了影响胶胞炭疽菌分生孢子(conidia)萌发的条件,观察胶胞炭疽菌在适宜条件下的生活过程;以保存于山东农业大学林学试验站的核桃抗病品种‘瑞嘉’和无性系4-23、B26及 B29为材料,解剖学观察了胶胞炭疽菌侵染核桃组织的过程及核桃组织被侵染后的形态学变化;并对影响分生孢子(conidia)萌发的不同的环境因素进行探究,以及观察分生孢子在适宜条件下的生活过程。主要结果如下:
  1.影响胶孢炭疽菌分生孢子萌发的条件。孢子萌发最适萌发温度为28-30℃、最适pH值为6.0、最适光照条件为全黑暗培养条件、最适湿度为100%湿度。以单糖为碳源均能促进孢子萌发,但最适合孢子萌发的碳源为葡萄糖和麦芽糖。以 L-天冬氨酸、酵母提取物、牛肉膏和蛋白胨为氮源时,均能促进孢子萌发,但最适合孢子萌发的氮源为酵母提取物。
  2.供试材料对胶胞炭疽菌抗性的鉴定。室内接种核桃叶片和果实的发病率均高于田间接种。4-23果实平均发病率室内和田间分别为84.44%和84%,显著高于其他,表现为果实易感病,而叶片室内和田间平均发病率分别为2.00%和1.33%,显著低于其他品系,表现为叶片相对抗病。‘瑞嘉’果实发病率最低,室内和田间平均发病率分别为51.11%和50%,显著低于其他,表现为果实相对抗病。
  3.胶孢炭疽菌孢子的萌发过程。分别添加了葡萄糖为碳源及酵母提取物为氮源的培养基上,培养10h后,部分分生孢子萌发并产生芽管,培养18h后,绝大部分分生孢子萌发。培养24h后,分生孢子芽管的顶端膨大形成附着胞(appressorium)。培养36h后,附着胞的中心位置有侵染钉(penetration peg)的形成。培养48h后,侵染钉膨大形成初生菌丝。培养60h后,初生菌丝(primary hyphae)继续生长,形成膨大的初生菌丝,培养72h后,菌丝继续生长,形成次生菌丝(secondary hyphae)。
  4.胶孢炭疽菌对核桃的侵染过程。用分生孢子悬浊液对核桃无性系 B29叶片侵染,结果发现,接种24h,分生孢子在叶片表面萌发,并形成附着胞附着于叶片表面;解剖学观察结果显示,叶片侵染部位表皮细胞出现略微凹陷。接种48h,附着胞中心部位出现侵染钉,同时,分生孢子的形态发生略微变化;解剖学观察结果显示,叶片侵染部位表皮细胞出现明显凹陷。接种60h,附着胞上产生侵染丝伸入到叶片气孔腔内,气孔腔周围外层的组织中出现少量的初侵染丝;解剖学观察结果显示,叶片侵染部位表皮细胞破损,叶片内部组织细胞凹陷明显。接种72h,初生菌丝生长并产生次生菌丝,细胞出现程序性死亡;解剖学观察结果显示,叶片侵染部位表皮细胞破损,内部组织细胞出现部分消解。接种96h,侵染部位叶片出现褐色病斑,发病部位长出分生孢子梗,分生孢子梗产生新的分生孢子,至此完成一个侵染循环;解剖学观察结果显示,叶片侵染部位表皮细胞破损,内部组织细胞大量消解。
[硕士论文] 武燕
生物化学与分子生物学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:土壤盐渍化是荒漠化的主要类型之一。黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)广泛分布于中国西北荒漠区,对盐渍土壤表现出较强的适应能力,黑果枸杞盐碱适应性的研究对荒漠区植被的恢复及生态环境的治理具有重要意义。本文以荒漠植物黑果枸杞为研究对象,野外调查了黑河下游额济纳地区优势荒漠植物黑果枸杞的8个自然群落的种群分布格局、群落物种组成及结构,测定了黑果枸杞14项叶片功能性状指标(TWC、RWC、LDMC、SLA、SLV、LT、Suc、LD、C、N、P、C/N、C/P、N/P),分析了群落多样性与土壤离子、土壤盐分及pH之间的关系,种内叶片功能性状分化变异特征,及性状之间、性状与土壤盐分之间的关系;室内采用NaCl与复合盐碱(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)对黑果枸杞种子与幼苗进行胁迫处理,分析了NaCl与复合盐碱(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)处理对黑果枸杞种子与幼苗生理特性的影响。主要结果如下:
  (1)对黑河下游额济纳地区8个离主河道不同距离、不同水盐环境、不同荒漠土壤类型的优势种黑果枸杞群落进行的野外生态调查显示,群落由7科15属15种植物组成,优势植物包括:黑果枸杞、花花柴(Karelinia caspica)、红砂(Reaumuria soongorica);离河道最远的轻度盐碱沙漠群落黑果枸杞种群呈随机分布,其它黑果枸杞群落种群呈聚集分布格局;群落多样性优势度指数范围0.51-0.94,丰富度指数的范围为1.33-4.1,均匀度指数范围0.16-0.80,香奈-维纳指数范围在0.11-0.88;通过CCA排序分析显示,土壤盐分离子Mg2+、K+、SO42-含量主要影响优势度指数、香奈-维纳指数,而CO32-、K+、SO42-、Ca2+离子含量及 pH值共同决定均匀度指数,Cl-、Mg2+、HCO3-离子主要影响丰富度指数。黑果枸杞群落物种组成相对稀少,物种分布不均匀,结构总体上比较简单,群落物种多样性偏低。
  (2)黑果枸杞叶片功能性状及其土壤环境响应的研究中,SLA与LDMC和LD之间呈极显著负相关(P<0.01),SLV与LDMC呈极显著负相关(P<0.01)、与TWC呈极显著正相关(P<0.01)、与RWC呈显著正相关(P<0.05),LDMC与LD呈极显著正相关(P<0.01),C与P呈显著负相关(P<0.05),P与N/P和C/P之间呈极显著负相关(P<0.01),N与C/N之间呈极显著负相关(P<0.01);群落样地表层土壤盐分(0-20cm)与叶片LT、SLV、Suc、TWC均呈显著正相关(P<0.05),与RWC呈极显著正相关关系(P<0.01),与C和N之间存在极显著负相关关系(P<0.01)、与C/N呈极显著正相关(P<0.01)。SLA、LDMC、SLV可以作为反映黑河下游黑果枸杞适应不同土壤环境的关键叶片水分性状;黑果枸杞叶片C/P与N/P值主要取决于P含量的变化,C/N值主要取决于N含量的变化;叶片N/P值(8.78)<14,反映出黑河下游荒漠黑果枸杞的生长更易受N元素限制;叶片功能性状与土壤表层(0-20cm)盐分之间的关系反映了荒漠植物耐盐抗旱的适应策略。
  (3)NaCl胁迫试验显示,当NaCl浓度为150mmol·L-1时,黑果枸杞幼苗各器官含水量、干重、幼苗株高值均最高;与对照相比,盐处理能显著提高黑果枸杞叶和茎中的Na+浓度,地上部分Na+浓度高于根部;黑果枸杞根和茎在NaCl胁迫下能较好地维持K+的稳定;与对照相比,50、100、150和200mmol·L-1 NaCl分别使黑果枸杞根ST值增加了167%、68%、106%和98%。研究表明,150mmol·L-1NaCl是黑果枸杞最适生长浓度;黑果枸杞幼苗地上部分Na+的积累可以改善地上部分的水分状况;黑果枸杞是一种积盐型植物。
  (4)复合盐碱胁迫试验显示,总盐浓度在5-25mmol·L-1,A、B、C组(不同碱性)种子萌发指数均高于对照,当总盐浓度大于75mmol·L-1,随盐浓度的增大,各组种子萌发受到抑制;高盐浓度(350mmol·L-1)胁迫下,电解质外渗率最大,并随碱性增强,黑果枸杞叶片电解质外渗率增加;一定盐浓度范围(5mmol·L-1-125mmol·L-1)黑果枸杞叶和茎中维持较稳定的含水量,当盐浓度大于125mmol·L-1,随盐浓度的增大,各组叶和茎中含水量均减少,盐浓度为350mmol·L-1时,各组叶和茎中含水量最少,随碱度增大,含水量减少;一定盐浓度范围(5mmol·L-1-200mmol·L-1)内黑果枸杞幼苗长势良好,当盐浓度大于200mmol·L-1,随盐浓度的增大,各组幼苗存活率均降低,盐浓度为350mmol·L-1时,C、D、E组幼苗存活率最低。结果表明,低浓度总盐(5-25mmol·L-1)和适当的碱性条件可以促进黑果枸杞种子萌发;总盐浓度,总盐浓度与pH间协同交互作用对茎、叶含水量、幼苗存活率影响显著。
[硕士论文] 陈颖慧
生物工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:在植物中,Ca2+作为第二信使,不仅参与对生物胁迫和非生物胁迫的应答,还参与细胞分裂、生长、转录调节等众多进程;此外作为营养物质Ca是细胞壁的组成成分。CCDC-55是包含螺旋卷曲结构域的蛋白55的简称,此蛋白功能未知。对拟南芥CCDC-55(AT2G27280)基因缺失突变体进行Ca2+浓度梯度的表型分析,发现突变体具有低钙敏感表型。钙离子是二价阳离子,ccdc-55对其他植物必需的二价阳离子如镁、铁、锌、锰这四种矿质元素的如何响应不得而知,于是对其进行了Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+浓度梯度的表型分析,发现突变体在低铁、高锌的培养基上与野生型拟南芥相比具有明显差异,但对突变体进行元素含量的分析结果表明,在植物体内,突变体钙、铁、锌含量与野生型植物并没有显著性差异,也就是说明该基因不参与这三种元素的储存。亚细胞定位结果显示CCDC-55定位于细胞核中,启动子活性分析结果表明CCDC-55在植物幼嫩的组织中表达。这说明CCDC-55有可能与细胞中的其他蛋白质相互作用调控植物的某些生物学过程,而在这些过程中Ca2+、Fe2+、Zn2+不可或缺。
[硕士论文] 高策
环境科学 贵州师范大学 2017(学位年度)
摘要:铅是一种有毒的重金属元素,不仅对生态环境造成危害,也会通过食物链等途径进入人体,严重危害人体健康。利用重金属超富集植物对土壤中的重金属的超量吸收并向地上部分转运的特点,可以对被重金属污染的土壤进行修复。黑心菊是一种对铅转运系数较高的植物,通过添加1500mg/kg的醋酸铅溶液对黑心菊幼苗进行铅胁迫处理,6个月后采集整株黑心菊作为样品,通过高通量测序技术 Illumina HiSeq,对黑心菊进行转录组测序,获得了大量的测序信息。采用农杆菌介导法进行转基因实验,将选取的目的基因RhNRAMP1转入到受体植物拟南芥中,通过对转基因拟南芥进行PCR鉴定,初步证明了目的基因已经被整合到拟南芥的基因组中,拟南芥愈伤组织受体系统初步建立。研究结果如下:
  (1)黑心菊样品经过RNA提取、cDNA文库制备、Illumina HiSeq测序、过滤不合格序列及组装等步骤后,最终得到147131条黑心菊Unigene序列,总长度为86268038 bp,平均长度为586bp,其中长度在1000bp以上的Unigene有44653条。
  (2)获得的Unigene与Nr,Nt,Pfam,KOG,Swiss-prot,KEGG,GO七个库进行比对后,分别有51915、18447、36337、16381、36016、15455、36957条比对到以上数据库。
  (3)对Unigene进行GO和Pathway富集分析,得到46个不同功能分类和32条代谢通路。其中GO富集分析较多的是细胞过程、代谢过程等,Pathway富集分析较多的是转导、碳水化合物代谢、翻译等。
  (4)通过对Unigene进行CDS预测共得到111320个CDS,其中比对到公共数据库共得到了51853个CDS,用estscan软件预测获得59467个CDS。(5)6-BA浓度为1.0mg/L和NAA浓度为0.1mg/L的MS培养基较适合诱导拟南芥叶片愈伤组织;农杆菌介导法转化RhNRAMP1基因的拟南芥愈伤组织,6-BA浓度为2.0mg/L和NAA浓度为0.1mg/L的MS培养基利于芽分化、6-BA浓度为1.0mg/L和NAA浓度为0.1mg/L的MS培养基有利于根的分化。
[硕士论文] 沈健
细胞生物学 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:细胞壁在植物发育期间控制植物细胞的大小和形状以及植物与其环境的相互作用中起着的关键作用。细胞壁结构复杂,含有多种成分,其中90%的是多糖物质。细胞壁多糖的组成和浓度在植物发育和生长过程中发生变化。许多研究揭示了在细胞分裂,扩张和分化期间以及响应于环境病原体或机械应力等胁迫发生的细胞壁多糖结构的变化。对这种变化的揭示取决于细胞壁组织中的糖苷水解酶和转糖苷酶的超家族的植物酶,这些酶通过参与细胞壁多糖的降解而调节了细胞壁的重排。研究这些酶的作用特征对解析植物的生长发育过程是十分重要的。
  本实验室前期获得了一个拟南芥T-DNA插入类糖苷水解酶基因(本室命名为AtGHL1)突变体atghl1。经qRT-PCR检测atghl1是AtGHL1基因表达缺失植株。表型分析显示,该突变体在正常培养条件下与野生型比较没有显著的表型差异,但在糖饥饿胁迫下,幼苗比野生型生长缓慢甚至死亡。利用GUS和GFP报告基因进行定位检测的结果显示,AtGHL1基因分布于幼苗、成熟苗的叶和花等器官中,GUS表达较高的部位主要在各器官的维管组织中;GFP报告基因的荧光信号主要出现在细胞壁和细胞膜。生物信息学分析显示该基因与一些双子叶植物和低等植物的β-L-阿拉伯呋喃糖苷酶或α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶序列同源性较高,但是经过用酵母表达系统获得该基因的重组蛋白,并进行了多种糖苷酶活性的检测后,发现AtGHL1主要具有β-木糖苷酶活性,同时有较弱的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶活性,另外还有弱的蔗糖酶和蔗糖合酶活性。在CAZy数据库中,β-木糖苷酶和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶分别属于GH3和GH51家族,这两个家族中若干成员是兼具这两种酶活性的。检索这两个家族所有拟南芥成员,目前并没有我们的目的基因被统计。因此,本文获得的AtGHL1基因是一个新的具有β-木糖苷酶和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶双重酶活性的蛋白,并且参与了糖代谢对植物生长发育的调控过程。
[硕士论文] 周冰莹
园艺 浙江农林大学 2017(学位年度)
摘要:植物幼年向成年阶段转变是植物发育过程中一个关键过程。该发育过程调控植物生殖生长、植物株型及生物量、次生代谢产物合成、生物与非生物胁迫等多种生长发育过程以及重要经济性状,因此开展植物幼年向成年阶段转变的分子机制研究具有重要的理论及应用意义。研究表明,植物幼年向成年阶段转变受保守的miR156-SPLs主效途径调控,但至今对该途径的上下游调控网络研究积累较少。
  为研究miR156上游的调控机制,在拟南芥中开展了EMS化学诱变结合正向遗传学筛选方法,筛选幼年向成年阶段转变突变体。我们筛选获得了一份拟南芥幼年向成年阶段转变延迟突变体(Delayed juvenile-to-adult phase transition mutant3,简称del3)。表型分析表明,del3表现为下表皮毛发生叶位延迟、植株个体发育迟缓、叶片黄化、叶片褶皱且缺刻增多、果荚异常等多样性发育缺陷表型。
  图位克隆确定del3突变位于拟南芥第Ⅳ号染色体T22A6(B)和F23E13(B)标记引物之间。通过对区间内所有基因功能分析发现,del3突变体同ATase2(编码谷氨酰胺磷酸核糖焦磷酸转氨酶,AT4G34740)缺失突变体cia1-2具有相似突变表型。候选基因测序分析显示del3突变体中AT4G34740编码开放阅读框(ORF)第725位G碱基突变为A,造成第242位甘氨酸突变为天门冬氨酸。遗传等位互补测定确定del3与cia1-2为等位突变体。上述结果表明,del3的幼年向成年阶段转变表型确实是由于AT4G34740基因突变所致。
  我们利用qRT-PCR方法检测了野生型(WT)与del3中miR156-SPLs信号途径相关基因的表达。结果显示:同WT相比,del3中pri-MIR156A和pri-MIR156C表达显著上调,而miR156、SPL9、SPL13、pri-MIR172B表达不变,miR172和SPL3则显著下调。为了验证del3是否调控miR156A位点及SPL3的转录,我们把miR156A位点及SPL3转录水平GUS报告基因株系pMIR156A∷GUS和pSPL3∷rSPL3-GUS分别杂交到del3中,GUS染色分析表明del3直接影响了miR156A位点及SPL3的转录。遗传互作分析显示:miR172过表达(Ubi10∷MIR172B)株系和toe1/toe2双缺突变体可回复del3突变体幼年向成年阶段转变延迟表型,表明del3突变体幼年向成年阶段转变延迟与miR172下调相关,miR172作用于DEL3的下游。
  DEL3为核基因组编码的叶绿体蛋白,具有调控叶绿体早期发育和嘌呤合成的双重功能。DEL3缺失突变(cia1-2、dg169)导致叶绿体发育异常、光合作用缺陷。研究表明,叶绿素b缺陷突变体ch1-4中由于糖积累较低导致miR156主效位点pri-MIR156A和pri-MIR156C显著上调表达,miR156成熟体表达上调。我们结果显示,del3突变体中光合作用缺陷导致糖积累较低同样造成突变体中pri-MIR156A和pri-MIR156C显著上调表达,但是miR156成熟体含量在del3突变体中不变。此外,外源添加糖也仅能部分回复del3幼年向成年阶段转变延迟表型。上述结果表明,DEL3可通过叶绿体发育—光合作用—糖信号途径作用于miR156-SPLs途径,但除此之外,DEL3还存在其它方式调控miR156-SPLs途径。
  del3突变体中miR156/pri-MIR156比值和miR172/pri-MIR172比值(miRNA成熟体比前体)显著低于WT。本研究随机选取其它9个miRNA及其pri-MIRNAs进行检测,发现del3突变体中miRNA/pri-MIRNAs比值均显著低于WT,这些结果表明del3为一个miRNA加工缺陷突变体,这也与其所表现出的同其它miRNA加工缺陷突变体相同的具有一因多效的发育缺陷表型相一致。遗传分析结果显示,miRNA加工途径突变体hyl1-2、se-1均能显著回复del3突变体幼年向成年阶段转变延迟表型,因此hyl1-2、se-1上位于del3。
  基于上述研究结果,我们提出了DEL3调控拟南芥幼年向成年阶段转变发育的两个作用过程:1、DEL3调控叶绿体发育,通过光合作用—糖信号途径抑制pri-MIR156A和pri-MIR156C表达。del3中由于叶绿体发育和光合作用缺陷导致糖含量降低,解除了糖对miR156前体表达的抑制作用,最终导致miR156主效前体pri-MIR156A和pri-MIR156C显著上调。2、DEL3负责嘌呤合成代谢,并通过影响或者参与叶绿体—核逆行信号调控核miRNA加工过程。del3突变体中,尽管pri-MIR156A和pri-MIR156C前体显著上调,但是由于存在miRNA加工缺陷,导致miR156成熟体表达水平在del3中变化不大,而miR172由于前体受del3影响不大,因此miRNA加工缺陷导致成熟体miR172显著下调。综上所述,本研究证明DEL3可通过叶绿体—光合作用—糖信号途径和嘌呤代谢—miRNA加工途径,参与调控miR156-SPLs途径,进而调控幼年向成年阶段转变发育过程。
[硕士论文] 高梦烛
植物学 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:植物的生长发育是一个开放系统。首先,种子萌发形成幼苗,又不断发育形成新的器官,如根、茎、叶、花、果实、种子,它们都是植物特定发育阶段的产物。植物的营养生长转向生殖发育是植物生长到一定阶段后才完成的,对于多数植物来讲,其调控过程非常复杂。
  PH-START1(At2g28320)是拟南芥START(the lipid/sterol-binding StAR-related lipid transfer protein domains)结构蛋白家族成员,已知含有START结构域的蛋白在植物生长发育过程中起着重要作用。PH-START1除含有START结构域外,还含有PH结构域,在调控植物生长发育方面的功能未知。本文探究了PH-START1对拟南芥生长发育的调控作用,为阐明和促控植物生长发育提供理论依据,主要结果如下:
  1.PH-START1的表达模式分析
  (1)Real-time PCR结果表明,PH-START1在拟南芥的根、叶、花、角果中都有表达,其中在幼苗期的根中表达量最多,在成苗期根中表达量逐渐减少;莲座叶中第6片莲座叶表达量最多,然后随着发育时间的延长逐渐减少;在花的发育过程中,随着花发育时间延长,PH-START1的表达量逐渐增多;授粉后3-5d的角果中PH-START1的表达量最高,然后表达量逐渐降低,到授粉后9d角果中PH-START1表达量又略有增加;花中,PH-START1在雄蕊中的表达量最高、其次是花瓣、萼片,在雌蕊中表达量最少。
  (2)组织定位结果,PH-START1在拟南芥幼苗期根中表达量较高,在成株期的花药中PH-START1表达量较高。
  (3)亚细胞定位结果,PH-START1主要定位在细胞质膜上。
  2.PH-START1生物学功能分析
  对PH-START1功能获得(过表达,OE)和缺失(T-DNA插入,ph-start1)的转基因拟南芥表型进行观察,分析PH-START1在调控拟南芥生长发育中的功能,发现:
  (1)PH-START1对营养生长具调控作用。过表达PH-START1拟南芥营养生长受到明显的抑制,地上部株型矮小、茎细弱、叶片明显变小,地下部根系发育也受到明显的抑制;PH-START1表达量下降会促进拟南芥的生长发育。
  (2)PH-START1对生殖生长具调控作用。过表达PH-START1拟南芥花序花蕾数明显减少;ph-start1的花蕾数略有增加;过表达PH-START1拟南芥的花瓣对称性减弱,雄蕊仅剩4个长雄蕊,2个短雄蕊发育受阻;ph-start1中花瓣也存在不对称性,2个短雄蕊的发育增强;过表达PH-START1拟南芥角果明显短小,果荚内种子排列稀疏散乱,种子数目和百粒重减少,干瘪、畸形,萌发率极低;ph-start1角果变大,种子排列整齐,种子数目和百粒重增加,种子饱满,形状规则,正常萌发。
  (3)PH-START1对花粉发育具调控作用。过表达PH-START1拟南芥花中雄蕊的花粉囊发育畸形,花粉粒内容物减少,呼吸强度和淀粉含量明显降低,精细胞核发育受抑制,花粉的萌发和花粉管的伸长均受到抑制。
  (4)PH-START1对种子发育具调控作用。过表达PH-START1的拟南芥,种子胚发育异常,授粉后3-5d与野生型胚发育相似,能正常形成球形胚和心形胚,但授粉后7-8d不能像野生型一样形成鱼雷形胚和马蹄状的子叶胚,在授粉后9d种子中没有成熟的胚;ph-start1种子的发育过程较野生型延迟,种子能形成成熟的胚。
  3.PH-START1调控种子发育的分子机制
  为明确PH-START1调控种子发育的分子机制,本研究对PH-START1与种子发育3条调控途径(IKU途径、泛素化途径、转录因子调控途径)中关键基因的调控关系进行了分析,结果发现过表达PH-START1会抑制IKU途径中SHB1、MINI3、IKU2的表达,诱导泛素化途径中DA1的表达,抑制转录因子途径中TTG2、AP2基因的表达,说明PH-START1对3条调控种子发育的途径均有重要的调控作用。
[硕士论文] 李斯琪
生物化学与分子生物学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:拟南芥ms606突变体是我们实验室前期筛选到的一个雄性不育突变体,该突变体具有花药开裂和花粉成熟两方面的缺陷。本论文利用实时定量 PCR分析了 MS606在拟南芥植株各组织中的表达情况,然后对花药和花粉发育的一些关键基因在ms606突变体中的表达进行了分析,期望了解MS606在拟南芥花药和花粉发育过程中的基因调控途径。
  首先对MS606基因在拟南芥各组织中的表达模式进行了分析,结果显示,MS606在莲座叶、茎生叶、花蕾和花中有较高水平的表达,这与MS606在花药发育过程中起作用相吻合。然后,利用qRT-PCR技术检测了MS606突变对花药开裂关键调控基因的影响,结果显示,在ms606突变体中药室内壁关键基因 NST1、NST2以及下游木质部形成基因IRX1、IRX3、IRX5、IRX8的表达显著下调,说明MS606可能通过直接或间接的调控NST1和NST2的表达来调节药室内壁的次生加厚。由于ms606花粉壁的发育有缺陷,本论文对在花粉外壁形成过程中的一些关键基因在ms606突变体中的表达进行了分析,发现MS606表达下调引起花粉壁油脂蛋白编码基因GRP18、GRP19的显著上调,说明MS606基因通过负调控花粉壁油脂蛋白基因影响花粉外被的形成。此外,本论文对植物激素茉莉酸和生长素的合成和信号转导途径基因的表达进行了分析发现,MS606基因与茉莉酸合成基因 DAD1、OPR3和 AOS呈负调控关系,与由茉莉酸诱导的MYB转录因子基因MYB21、MYB24和MYB108呈正调控关系;MS606基因与生长素合成基因YUC2和YUC6呈负调控关系,而与生长素应答因子ARF17和生长素受体基因TIR1似乎没有直接关系。因此,认为MS606参与调节激素合成途径,并且能够调控茉莉酸诱导的转录因子的表达,从而协同调控花药开裂和花粉成熟过程。
[硕士论文] 胡丰姣
生态学 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:人类活动的不断增加使得土壤重金属污染问题日益突出。植物光合作用受到抑制是重金属毒害的显著症状。近年来叶绿素荧光技术作为一种快速、简便、精确且无损伤的新技术,在植物光合生理生态及胁迫生理生态等研究领域得到了较快的普及和广泛的应用。为此,本研究选取亚热带地区常用于山坡造林的两种木本植物:栾树(Koelreuteria paniculata)、木荷(Schima superba)作为研究对象,采用室内栽培和人工模拟重金属(Pb)污染土壤的方法:将10g·L的PbCl2溶液400mL掺入每盆盆栽土壤里,每次掺入后的第10天、第35天进行叶绿素荧光参数的测定,然后再进行第2次掺入,以此类推,共进行3次,研究Pb胁迫下2种木本植物光系统Ⅱ光化学效率、光能利用、过剩光能耗散等生理指标的响应。研究结果将为木本植物筛选和逆境生理生态学提供理论依据。主要研究结果如下:
  (1)与对照相比,栾树幼苗PSⅡ有效光化学量子效率(Fv'/Fm')、PSⅡ效率系数(Fq'/Fv')、光合作用活力指数(Rfd)和PSⅡ最大的或潜在的光化学效率(Fv/Fm)随施入次数的增加呈下降趋势,但没有显著性变化(P>0.05)。与对照相比,木荷幼苗在Pb第一次施入第35天、第二次施入第10天和第35天光化学效率显著下降(P<0.05)。说明Pb对栾树幼苗PSⅡ反应中心激发能捕获效率和能量捕捉效率没有显著抑制效应,而对木荷幼苗PSⅡ反应中心激发能捕获效率和能量捕捉效率有显著抑制效应,即木荷PSⅡ反应中心部分失活。
  (2)与对照相比,栾树幼苗叶片PSⅡ所吸收的激发能的各耗散方式所占的比率,即PSⅡ的实际的量子效率(Y(Ⅱ))、非调节性能量耗散的量子产量参数(Y(NO))、调节性能量耗散的量子产量参数(Y(NPQ)),随施入次数的增加没有显著性变化(P>0.05)。与对照相比,Pb第一次施入第35天、第二次施入第10天和第35天木荷幼苗PSⅡ的Y(Ⅱ)显著降低,Y(NO)、Y(NPQ)显著增加(P<0.05)。说明Pb对栾树幼苗PSⅡ所吸收的激发能的各耗散方式所占的比率没有产生显著的影响,而木荷幼苗PSⅡ所吸收的激发能用于PSⅡ反应中心电子传递的份额减少,而通过能量耗散的份额增加。
  同样地,与对照相比,栾树幼苗光合机构吸收的光能被用于光化学反应的份额(P)和天线热耗散的份额(D)以及激发压(1-qL)随施入次数的增加没有产生显著变化(P>0.05)。Pb第一次施入第35天木荷幼苗的P显著下降, D及1-qL显著增加,第二次施入第10天和第35天木荷幼苗P显著下降,1-qL显著上升(P<0.05)。说明Pb对栾树幼苗光合机构吸收光能的利用方式没有产生显著的影响,而木荷幼苗光合机构吸收的光能用于光化学反应的份额降低,而用于天线热耗散的份额增加,打破了激发能捕获和利用之间平衡。
  (3)与对照相比,栾树幼苗光化学淬灭(qL)和非光化学淬灭(NPQ)随施入次数的累积基本没有发生显著变化(P>0.05)。Pb第一次施入第35天、第二次施入第10天和第35天,木荷幼苗qL显著降低,NPQ显著增加(P<0.05)。说明Pb对栾树幼苗荧光淬灭没有产生显著的影响,而木荷幼苗PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额降低,而以热的形式耗散掉的份额增加。
  (4)与对照相比,栾树和木荷幼苗体内的Pb含量随施入次数的累积而升高,第一次施入后第10天和第35天、第二次施入后第10天和第35天、第三次施入后第10天和第35天Pb处理组栾树幼苗的叶片Pb含量是对照组的1、2、2.5、2.7、2.75和3倍。木荷幼苗的叶片Pb含量是对照组的1.78、2.31、3.85、4.11、4.44和4.33倍。
  栾树幼苗茎的Pb含量是对照组的1.39、1.71、2.06、2.21、2.39和2.85倍,木荷幼苗茎的Pb含量是对照组的5.11、8.89、12、12.58、13.79和14.15倍。
  栾树幼苗根的Pb含量是对照组的8.78、19.44、23.67、39.87、45和54.42倍,木荷幼苗根的Pb含量是对照组的8.17、9.72、11.02、14.86、20.27和24.42倍。
  (5)处理次数对栾树光合作用活力指数(Rfd)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)产生显著影响,处理次数与处理天数的交互作用对Fv'/Fm'、Rfd产生显著影响。
  处理次数对木荷PSⅡ有效光化学效率(Fv'/Fm')、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)产生显著影响,处理天数对Fv/Fm产生显著影响,处理次数与处理天数的交互作用对Fv'/Fm'、Fq'/Fv'、Rfd、Fv/Fm产生显著影响。
  栾树地上部分和地下部分Pb含量与光化学效率无显著相关性。木荷地上部分Pb含量只在第一次施入后第35天,第二次施入后第10天和第35天与光化学效率呈显著负相关。木荷地下部分Pb含量与光化学效率无显著相关性。
  综上所述,累积性Pb施入对栾树和木荷的光化学效率产生了一定的影响,通过激发能和荧光猝灭的分析,栾树和木荷均能将多余的能量以热能形式耗散。其中Pb胁迫下木荷光系统Ⅱ光化学效率抑制程度高于栾树,这可能与木荷吸收Pb转运到叶片中含量过高有关。
[博士论文] 赵霞
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:非光化学猝灭(NPQ)是指植株叶片光合系统Ⅱ内以热能的形式耗散吸收的光能,可减少活性氧的产生,有效避免光抑制的发生,是一种重要的光保护机制。本文以叶色具有显著差异的近等基因系水稻浙辐802、始绿-8和Fgl为材料,研究水稻叶片NPQ对光照强度、氮浓度及干旱胁迫的光合响应,及NPQ的产生及调控机制,并通过转录组测序了解光合作用的复杂遗传调控途径,为进一步提高水稻光合效率和氮利用效率提供理论参考。主要结果如下:
  1、尽管浅叶色品种始绿-8叶绿素含量约为浙辐802的1/3,但始绿-8的光合速率显著高于浙辐802;在光照强度为600和1200μmol m-2 s-1下,相对于浙辐802,始绿-8均表现出较高的NPQ、能量猝灭和较低的光抑制猝灭(qI)。始绿-8叶片丙二醛、H2O2含量及O2-产生速率均显著低于浙辐802,并且1200mol m-2 s-1下的过氧化物含量增加幅度小于浙辐802,光破坏现象轻于浙辐802。供试两品种间CO2同化能力差异和气孔限制对光合作用的影响均较小。由此可推断无论是浅叶色的始绿-8还是深叶色的浙辐802,当光照强度大于600μmol m-2 s-1,叶片通过增加NPQ的产生,减少光破坏发生,促进光合速率的提高,增强叶片的光照适应性。
  2、随着氮浓度的增加,叶绿素含量显著增加。浙辐802叶片叶绿素含量显著高于Fgl,特别是高氮处理。但高氮处理没有显著增加两品种叶片CO2的同化能力。浙辐802高氮处理的NPQ与中氮处理差异相对较小。浙辐802高氮处理叶片H2O2、丙二醛含量、qI显著高于中氮处理,浙辐802的H2O2含量、qI显著高于Fgl,由此可得出,高氮处理下的浙辐802叶片不能消耗由较多叶绿素所吸收的过剩光能,存在相对严重的光氧化胁迫。相对于中氮处理,低氮处理两品种叶片NPQ诱导显著增强;较高的玉米黄素含量有利于NPQ的诱导,这可能是水稻光合作用对缺氮响应的重要途径。
  3、喷施ABA明显缓解干旱对水稻叶片光合作用的抑制作用,并显著增加浙辐802和Fgl叶片NPQ,NPQ的显著增加可能是外源ABA提高水稻抗旱性的原因。Fgl叶片卷曲程度和净光合速率下降幅度均显著低于浙辐802,表现出较强的抗旱特性,叶片莱莉酸甲酯和生长素含量的差异以及叶绿素含量差异与Fgl的抗旱性密切相关。
  4、始绿-8较少且较薄的基粒片层不利于捕光色素复合体的附着,与其叶色较浅密切相关。在600μmol m-2 s-1下,玉米黄素含量和RVDE1、PsbS1的表达与NPQ的诱导有关;在1200μmol m-2 s-1下,NPQ的诱导主要受玉米黄素含量和RVDE1的表达量有关。叶片中吲哚乙酸、赤霉素和脱落酸(ABA)含量变化可能与水稻光照适应以及不同光照环境的NPQ的诱导有关。
  5、光合作用受复杂的基因差异表达调控,除直接参与光合作用的差异基因外,参与氧胁迫响应、能量代谢和硝酸根代谢的差异基因协同调控光合效率。信号传导的差异基因协调多个代谢途径对光合作用进行调控。富集到叶绿体(GO:0009507)的差异表达基因是叶绿体显微结构差异的遗传基础。
  综上,当光照强度大于600μmol m-2 s-1时,较高的NPQ诱导与较少的叶绿素含量有利于减少光合系统内过剩的光能,降低过氧化物的生成,缓解高光照下的光破坏,增强叶片的光照适应性。不仅高光照才能引起光能捕获过剩,其他环境因子也会影响光能的吸收与利用。高氮环境下叶片不能消耗由较多叶绿素所吸收的过剩光能,存在相对严重的光氧化胁迫。低氮环境下叶片NPQ的增强有利于减少低光合系统内过剩光能,可能是光合作用对缺氮的适应性响应。干旱胁迫下NPQ的显著增加可能是外源ABA提高水稻抗旱性的原因。
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