二氧化硫对蚕豆叶片H2O2累积和膜脂过氧化的影响

对经ＳＯ２熏气处理后,蚕豆叶片中Ｈ２Ｏ２的累积与膜脂过氧化关系进行了研究。低浓度ＳＯ２处理引起叶片中Ｈ２Ｏ２轻微累积,膜脂过氧化程度较低;较高浓度ＳＯ２引起Ｈ２Ｏ２含量增加,同时膜脂过氧化产物丙二醛含量也迅速增加,回归分析结果表明,ＳＯ２处理蚕豆叶片Ｈ２Ｏ２含量与丙二醛含量存在极显著的线性关系：ｙ＝３．５２９８＋０．０１６３ｘ,ｒ＝０．９３９７。     

3种地被植物对二氧化硫胁迫的生理响应

该研究以3种地被植物蜂斗菜、峨眉附地菜和绵毛水苏为材料,采用人工模拟熏气方法,在0、5.71、11.43和17.14mg·m-3 SO2浓度水平下,测定了参试植物的外观受害症状以及和生理生化指标对SO2的反应,明确供试植物对大气污染的反应特性,为选择景观效果良好同时具有更好生态效应的地被植物提供依据。结果表明:(1)随着SO2浓度的增加,3种地被植物受伤害症状从重到轻依次为绵毛水苏峨眉附地菜蜂斗菜,它们的叶片叶绿素含量、叶液pH值不同程度下降,丙二醛含量、相对叶片电导率、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量均不同程度上升,同时其SOD、POD、CAT活性被激活并显著增强。(2)隶属函数和主成分分析综合评定结果显示,3种地被植物对SO2抗性能力由强到弱的顺序为:蜂斗菜峨眉附地菜绵毛水苏,与其受伤害症状顺序相反。(3)依据SO2胁迫下叶片含硫量的分析发现,各植物对SO2的净化能力由高到低的顺序为:蜂斗菜绵毛水苏峨眉附地菜。研究表明,3种地被植物中的蜂斗菜对SO2的抗性及净化能力最强,能够通过自身应激保护系统来提高对SO2的抗性,维持正常生长,适宜在城市园林绿化中推广。     

4种幼树对二氧化硫胁迫的抗性生理响应

利用密闭环境控制室熏气处理,研究了不同浓度（自然状态和0.5、1.5、3.0 mg·L^-1）SO₂对盆栽巨桉、天竺桂、西蒙得木和茶树幼树叶片渗透调节物质含量、抗氧化系统保护酶活性和丙二醛含量的影响,并就各树种对SO₂的抗性进行综合评价。结果显示:（1）SO₂对4个树种叶片伤害程度表现为天竺桂<西蒙得木<巨桉<茶树。（2）SO₂胁迫显著增加了巨桉和西蒙得木叶片可溶性蛋白（SP）、可溶性糖（SS）和游离脯氨酸（Pro）3种渗透调节物质含量;SO₂胁迫对天竺桂叶片SP和SS含量无显著影响,且对Pro含量的促进作用也是在处理30 d后才体现出来;SO₂胁迫对茶树叶片SP含量无显著影响,使SS含量显著降低,而使Pro含量显著增加。（3）SO₂胁迫总体使巨桉和天竺桂抗氧化系统保护酶——超氧化物酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量增加,但西蒙得木各指标表现不同,而使茶树抗氧化系统保护酶活性和丙二醛含量则全面下降。（4）巨桉、天竺桂、西蒙得木、茶树的最大净吸收S量依次为1.17、1.32、2.04、0.95 g·kg^-1。（5）通过隶属函数法综合7个生理指标得到的SO₂抗性综合排序为天竺桂>西蒙得木>巨桉>茶树,与叶片伤害程度表现一致。研究表明,植物抗氧化保护酶系统在4个树种抵抗SO₂胁迫调节机制中具有重要作用,其中天竺桂超高的基础POD活性可能是其抵抗SO₂伤害的关键机制之一。     

3种阴生地被植物对SO2胁迫的生理响应及净化能力

该研究以3种阴生地被植物麦冬、虎耳草和紫萼玉簪为研究材料,采用人工模拟熏气方法,测定不同浓度(5.71,11.43,17.14,22.86mg·m~(-3))SO_2胁迫下参试植物的外观受害症状,以及膜质过氧化、保护酶活性、渗透调节物质等生理指标,以叶片吸硫量比较3种植物的净化能力,并采用模糊数学隶属函数与主成分分析法对其抗SO_2能力进行综合评价。结果显示:(1)随着SO_2熏气浓度的升高,3种植物的叶片都有不同程度的受害症状,叶片叶绿素含量、汁液pH值和相对含水量下降,丙二醛含量、叶片相对电导率、可溶性糖、游离脯氨酸含量上升,且其SOD和CAT活性显著增强。(2)隶属函数法和主成分分析法综合评定结果显示,3种地被植物对SO_2抗性能力表现为:麦冬紫萼玉簪虎耳草,与叶片受伤害症状和叶液pH值下降的顺序相反,说明这2个指标可作为简单可行的评价SO_2抗性的重要鉴定指标。(3)3种植物均有一定的SO_2净化能力,其强弱顺序为虎耳草麦冬紫萼玉簪。研究表明,3种阴生地被植物都能够在SO_2胁迫下提高其保护酶活性和渗透调节物质含量,增强其抗硫胁迫和SO_2吸收能力,并以麦冬对SO_2抗性最强,虎耳草对SO_2的吸收能力最强;该试验中最低参试SO_2浓度远远高于城市大气中的实际SO_2浓度,在试验环境下3种阴生植物再都未呈现伤害症状,说明吸收硫能力强的虎耳草和麦冬可以在SO_2污染严重的林下区域大面积应用推广。     

生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响

采用土柱室内模拟的方法,通过添加0%、0.5%、2%、4%、6%、8%生物黑炭于土壤中,测定土壤CO2、CH4、N2O排放通量,探讨生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响。结果表明:室内模拟土柱培养期内,施用生物黑炭能显著增加CO2排放,且生物黑炭添加百分数(x)与CO2累积排放量(y)之间满足线性方程:y=12.591x+235.02(R2=0.834,n=24);当生物黑炭添加量达到2%及以上时,基本抑制了CH4的排放和显著减少土壤N2O排放,并显著减少CH4和N2O的综合温室效应,当其达到4%以上时,CH4和N2O的综合温室效应降幅更大并趋于稳定,但施用少量生物黑炭(0.5%)可显著促进N2O排放,对减少CH4和N2O综合温室效应并无明显效果。生物黑炭表观分解率随其添加量的增加逐渐减少,生物黑炭添加比例越高,积累于土壤中的碳越多,从投入生物黑炭量与固碳量和减排比角度综合考虑,农业生产中推荐生物黑炭施用量为20 t/hm2,其固碳减排效果俱佳。     

二氧化硫对拟南芥植株干旱生理的调节作用

以模式植物拟南芥为材料,研究SO_2预暴露对植株干旱生理的影响,实验共设对照组、30 mg·m~(-3)SO_2熏气组、干旱组、30 mg·m~(-3)SO_2熏气+干旱组。检测发现:随干旱时间的延长,干旱组拟南芥植株萎蔫程度加剧,叶片相对含水量减少,SO_2+干旱组萎蔫程度低于干旱组,叶片相对含水量较干旱组升高4%~10%(P0.05);干旱组叶片中过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著升高,SO_2+干旱组H_2O_2和MDA含量分别比干旱组降低10%~19%和15%~18%(P0.05);干旱组脯氨酸和可溶性糖含量升高,SO_2+干旱组脯氨酸和可溶性糖含量比干旱组提高15%~30%和6%~31%(P0.05)。基因转录检测发现:拟南芥DREB2A、DREB2B、CBF4及RD29A对干旱应答,SO_2预暴露使干旱响应基因DREB2A、DREB2B及RD29A的相对表达量高于干旱组,其中RD29A上调幅度最高达16%。结果表明:SO_2预暴露能缓解干旱引起的氧化损伤,促进体内渗透调节物质的积累,诱导干旱响应基因上调表达,从而增强植株的干旱适应性。     

H2S对干旱胁迫下白三叶幼苗抗氧化防御能力的影响

以‘拉丁诺’白三叶(Trifolium repens cv.‘Ladino’)为试验材料,研究外源H2S处理对PEG6 000(聚乙二醇)模拟干旱胁迫下白三叶叶片相对含水量(RWC)、膜脂过氧化、活性氧成分、抗氧化酶、抗坏血酸-谷胱甘肽循环代谢和非酶抗氧化物质的影响,以揭示H_2S调控白三叶抗旱性的生理机制。结果显示:(1)0.2 mmol/L的外源NaHS(H_2S供体)能显著提高干旱胁迫下白三叶的叶片相对含水量,维持显著较低的电解质渗透率(EL)和丙二醛(MDA)含量。(2)与直接干旱胁迫相比,干旱胁迫下外源添加NaHS处理的白三叶叶片内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著增强,抗坏血酸-谷胱甘肽循环代谢中关键酶抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱水抗坏血酸还原酶(MDHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性及其抗氧化中间产物抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)含量也显著提高。(3)叶片类黄酮、总酚和原花青素的含量在一定的胁迫时间范围内亦显著增加,并伴随着活性氧成分O_2~(-·)产生速率和H_2O_2水平降低。研究认为,外源H2S能通过促进干旱胁迫下白三叶体内的多重抗氧化防御能力来提高其幼苗的抗旱性。     

膜系留转录因子ANAC089在拟南芥开花诱导过程中起负调控作用

NAC(NAM, ATAF1/2和CUC2)转录因子家族为植物所特有, 该家族成员在植物生长发育及对环境胁迫的应答中有重要的调控作用. 近年来, NAC家族中一类被命名为NTLs(NTM1-Like)的膜系留转录因子受到了研究人员的重视. 拟南芥中ANAC089编码具有340个氨基酸的NAC蛋白, 在它的C-末端有一个预测的跨膜结构域. 亚细胞定位表明, 全长的ANAC089蛋白定位在内质网, 而截去跨膜结构域的截短蛋白ANAC089ΔC定位在细胞核内. 长日照条件下, 35S: : ANAC089ΔC转基因植株株型矮小、叶片小而浓绿, 最为明显的是开花延迟. 与此表型相应, 转基因植株中CO, SOC1, FT和LFY的表达水平受到了不同程度地抑制, 而FLC的表达水平被增强. 本研究表明, ANAC089是一个膜系留转录因子, 以截短蛋白ANAC089ΔC的形式进入细胞核内执行转录因子的功能, ANAC089在拟南芥的开花诱导过程中起负调控作用.     

拟南芥干旱相关突变体的远红外筛选及基因克隆

干旱胁迫是影响植物生长发育的主要限制因素之一。到目前为止, 许多研究都仅关注于植物对干旱反应的信号转导网络, 而对其中一些很重要的中间成分却知之甚少。保卫细胞定位于植物叶片的表皮中, 控制二氧化碳的吸收以及水分的散失, 已经成为一种高度特化的细胞体系, 可用来研究植物早期干旱信号转导机制。控制气孔的开度在提高植物的抗旱性方面具有重要意义。通过使用远红外热成像仪检测植物叶片表面温度的微小差异, 我们成功地筛选并获得了拟南芥(Arabidopsis thaliana)干旱敏感突变体doi1。在干旱胁迫条件下, 该突变体表现为叶面温度低于野生型, 且失水率比野生型高。利用TAIL-PCR技术成功克隆到该突变体基因NCED3, 并利用RT-PCR方法验证了TAIL-PCR结果的可靠性。     

IFN-γ对PCV-2增殖效果的影响

在病毒培养物中添加IFN-γ,研究提高PCV-2病毒滴度的最佳培养方法。以不同活性单位的IFN-γ和不同浓度的NH₄Cl配合使用分别添加至培养基,用免疫过氧化物酶细胞单层试验（IPMA）对病毒毒价（TCID₅₀）进行测定;于72 h后分别测定添加与不添加IFN-γ接毒细胞的细胞周期。结果显示,500 U/mL IFN-γ和75 mmol/L NH₄Cl处理PK-15后病毒的TCID₅₀达到最大值5.9;且无论在病毒接种细胞前还是接种后添加IFN-γ均大幅提高病毒增殖力,而且两者提高幅度相同;细胞周期测定显示,最适量的IFN-γ和NH₄Cl配合使用后,细胞增殖活性增加。说明,重组IFN-γ可以提高PCV-2在PK-15中的病毒增殖滴度。     

拟南芥bso 1突变体的基因定位及表型分析

通过EMS化学诱变在拟南芥Columbia(Col-0)野生型突变体库中筛选获得1株器官显著增大的突变体,命名为big size organ1(bso-1)。遗传分析表明,bso-1受单个隐性核基因控制。表型观察发现,突变体植株的幼苗、花、果荚及种子与野生型相比都表现出明显的增大。组织切片结果显示,突变体种子的增大主要由胚细胞个体增大导致胚体积增大而实现,因此突变体种子的重量也较野生型有明显增加。利用图位克隆方法将相关基因初步定位在4号染色体上SSLP标记T5L19与F28M11之间58kb区间内,生物信息学分析显示此区间内未见调控植物器官大小发育相关的已知基因的报道。该研究结果为进一步克隆bso-1突变体相关基因及探讨其在控制植物器官发育尤其是种子发育过程中的作用奠定了基础。     

The Role of GIGANTEA Gene in Mediating the Oxidative Stress Response and in Arabidopsis

The Arabidopsis GIGANTEA (GI) gene has been shown to be involved in the regulation of the oxidative stress response; however, little is known about the mechanism by which GI gene regulates the oxidative stress response. We show here that enhanced tolerance of the gi-3 mutant to oxidative stress is associated, at least in part, with constitutive activation of superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX) genes. The gi-3 plants were more tolerant to parquart (PQ) or hydrogen peroxide (H₂O₂)-mediated oxidative stress than wild-type plants. Analyses of concentrations of endogenous H₂O₂ and superoxide anion radicals as well as lipid peroxidation revealed that enhanced tolerance of gi-3 plants to oxidative stress was not due to defects in the uptake of PQ or the sequestration of PQ from its site of action, and that the gi-3 mutation alleviated oxidative damage of plant cells from PQ stress. Moreover, the gi-3 mutant showed constitutive activation of cytosolic Cu/ZnSOD and plastidic FeSOD as well as cytosolic APX1 and stromal APX genes, which at least in part contributed to constitutive increases in activities of anti-oxidative enzymes SOD and APX, respectively. To our knowledge, we demonstrate, for the first time, that GI gene regulates the oxidative stress response, at least in part, through modulation of SOD and APX genes.     

拟南芥agl16突变体的创制及功能鉴定

AGL16是调控拟南芥气孔密度和ABA含量的重要负调控转录因子,在拟南芥抗旱反应过程中发挥重要的作用。为了获取拟南芥agl16突变体材料,采用棉花叶皱缩病毒(CLCrV)介导的VIGE系统筛选靶向敲除拟南芥AGL16的sgRNA,同时利用农杆菌介导的浸花法将完整编辑载体转化野生型拟南芥,创制了拟南芥agl16突变体并进行抗旱性鉴定。结果表明：(1)利用CLCrV介导的VIGE系统筛选获得2个能靶向敲除AGL16基因的sgRNA,同时构建AtU6 26∷AtAGL16 sgRNA1 35S∷Cas9 Ter p1300编辑载体转化野生型拟南芥Col 0,筛选获得靶位点缺失4 bp的agl16纯合突变体(AGL16: 4)。(2)抗旱表型性鉴定结果显示,干旱处理18 d后,大部分野生型植株干枯死亡,而突变体植株受胁迫的表型相对较轻;复水后,野生型和突变体植株的存活率分别为34.5%(10/29)和75%(27/36)。(3)与野生型相比,干旱胁迫下AGL16: 4纯合突变体植株叶片单位面积气孔数量减少、离体叶片失水率显著降低,但二者的单株种子量并没有发生明显的改变。研究认为,AGL16: 4纯合突变体的抗旱性较野生型明显增强,且种子量与野生型基本一致,表明AGL16基因可作为作物抗旱育种理想的候选靶基因;所获得的agl16突变体为后期从农作物中克隆的AGL16同源基因进行功能回补验证提供了有利的转基因受体材料。     

SMB基因与拟南芥细胞脱分化

应用Affymetrix基因芯片技术研究脱分化过程的全基因组表达情况,分析拟南芥叶柄细胞在脱分化过程中的差异表达基因。结果显示:(1)脱分化叶柄有4 222个基因表现出2倍或以上的表达差异,其中1 684个基因表达上调,2 538个基因表达下调。(2)半定量RT-PCR对部分差异表达基因进行验证,进一步筛选出参与拟南芥脱分化候选基因SMB(SOMBRERO)。(3)实时PCR结果表明,野生型叶柄诱导脱分化时,SMB基因表达量随着诱导时间延长而逐渐增加。(4)SMB基因功能缺失突变体smb-3经CIM诱导很难形成愈伤组织;在激素诱导不同时间段,smb-3叶柄没有明显脱分化现象,SMB基因缺失造成拟南芥叶柄脱分化障碍。研究表明,SMB基因参与拟南芥叶柄细胞脱分化过程。     

Expression of an insect (Dendroides canadensis) antifreeze protein in Arabidopsis thaliana results in a decrease in plant freezing temperature

Transgenic Arabidopsis thaliana plants which express genes encoding insect, Dendroides canadensis, antifreeze proteins (AFP) were produced by Agrobacterium-mediated transformation. The antifreeze protein genes, both with and without the signal peptide sequence (for protein secretion), were expressed in transformed plants. Thermal hysteresis activity (indicating the presence of active AFPs) was present in protein extracts from plants expressing both proteins and was also detected in leaf apoplast fluid from plants expressing AFPs with the signal peptide. Transgenic lines did not demonstrate improved ability to survive freezing when compared to wild-type. However, when cooled under four different regimes, transgenic lines with AFPs in the apoplast fluid froze at significantly lower temperatures than did wild-type, especially in the absence of extrinsic nucleation events.     

CRISPR/Cas9介导靶向敲除拟南芥GGB基因突变体的鉴定

GGB是抗旱负调控基因。为了获得拟南芥ggb突变体材料,构建了以拟南芥U6启动子驱动GGB sgRNA的CRISPR/Cas9基因组编辑载体。将构建好的编辑载体利用农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥。对转基因后代GGB基因的测序结果分析发现,在靶位点处有缺失4个碱基和增加1个T碱基的2种突变体产生。分别对野生型拟南芥和上述2种ggb突变体进行半定量RT PCR分析结果显示,突变体材料中几乎检测不到GGB基因表达,说明获得了GGB基因敲除突变体。对野生型和ggb突变体叶片失水率、耐旱表型及单株种子量的测定结果表明,与野生型相比,拟南芥GGB基因突变后,叶片失水率显著减少,抗旱性明显增强,而单株种子量却并没有改变。研究表明,GGB是一种理想的作物分子育种的候选靶基因,获得的突变体为今后从农作物中克隆的GGB同源基因进行功能互补验证提供了有用的遗传材料。     

Two translesion synthesis DNA polymerase genes, AtPOLH and AtREV1, are involved in development and UV light resistance in Arabidopsis

Plants are continually exposed to external and internal DNA-damaging agents. Although lesions can be removed by different repair processes, damages often remain in the DNA during replication. Synthesis of template damages requires the replacement of replicative enzymes by translesion synthesis polymerases, which are able to perform DNA synthesis opposite specific lesions. These proteins, in contrast to replicative polymerases, operate at low processivity and fidelity. DNA polymerase η and Rev 1 are two proteins found in eukaryotes that are involved in translesion DNA synthesis. In Arabidopsis, DNA polymerase η and Rev 1 are encoded by AtPOLH and AtREV1 genes, respectively. Transgenic plants over-expressing AtPOLH showed increased resistance to ultraviolet light. Only plants with moderate AtREV1 over-expression were obtained, indicating that this enzyme could be toxic at high levels. Transgenic plants that over-expressed or disrupted AtREV1 showed reduced germination percentage, but the former exhibited a higher stem growth rate than the wild type during development.