脱落酸和己糖激酶抑制剂对高表达C4-PEPC转基因稻苗耐旱性的影响

为了研究高表达转玉米C₄-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC）基因水稻（PC）的耐旱性机制,本研究以PC和未转基因野生型原种kitaake为材料,分别在光照和黑暗预处理24 h,其中光照处理中光强为600 μmol·m^-2·s^-1,预处理后稻苗再在15％聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫下,同时使用药理学的方法,通过加入脱落酸和己糖激酶的专一性抑制剂100 μmol·L^-1去甲二氢愈创木酸和10 mmol·L^-1葡萄糖胺,观察两种水稻4~5叶期稻苗耐旱表现。结果发现,与WT水稻相比,在PEG-6000处理后,经过光预处理的PC水稻叶片相对含水量下降较少,始终比WT的高,而且丙二醛含量则较少,脯氨酸诱导增加,表现耐旱;而经过暗预处理后PC植株显著降低这个优势,表明光预处理有利于PC耐旱性的表现;黑暗预处理均显著下调了2供试材料植株叶片中可溶性糖的含量,而对可溶性蛋白的含量影响不显著;而光预处理后PC水稻叶片内可溶性糖含量比WT增加,而在黑暗预处理则PC的显著低于WT的,其中葡萄糖胺对光预处理下PC的可溶性糖含量的下调作用最显著;暗预处理逆转或消除了NO,H₂O₂和钙离子含量变化趋势,这些变化与暗预处理减少了两材料叶片蔗糖和葡萄糖含量变化同步;光暗预处理对两材料的PEPC酶活性的差异影响不大,表明外源玉米C₄-PEPC在水稻中是组成型表达。可见PC叶片可部分通过糖组分,参与内源糖介导ABA和HXK信号途径,缓解干旱处理对叶片的伤害,稳定光合能力。     

干旱胁迫下表观遗传机制对转C4型PEPC基因水稻种子萌发的影响

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 µmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 µmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 µmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。     

Effects of Epigenetic Mechanisms on C4 Phosphoenolpyruvate Carboxylase Transgenic Rice (Oryza sativa) Seed Germination Under Drought Stress

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 μmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 μmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 μmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。     

PLD途径合成的PA增强高表达转玉米C4型pepc水稻悬浮细胞中PEPC酶活性

为了研究外源信号分子对高表达玉米C₄型pepc酶活性的调节机制,本实验以高表达玉米C₄型pepc水稻（PC）和原种水稻Kitaake（WT）的悬浮细胞系为材料,研究葡萄糖、胡蜂蜂毒肽（mastoparan,Mas）及其磷脂酸（phosphatidicacid,PA）的两个合成途径的专一性抑制剂（磷脂酶D（phospholipaseD,PLD）的专一性抑制剂正丁醇和磷脂酶C（phospholipaseC,PLC）的专一性抑制剂新霉素）对供试材料PEPC活性的影响。结果表明,3%葡萄糖处理0.5h对WT的PEPC酶活性抑制最明显;相对于PC,则5%的葡萄糖处理5h时,对其PEPC酶活性抑制的最明显。5mmol/L的Mas对WT和PC悬浮细胞的PEPC酶活性分别抑制了约60%和40%。0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L新霉素处理对WT的PEPC酶活性影响不明显,且无时间效应;与WT相比较,不同浓度的新霉素均增强了PC的PEPC酶活性,其中0.1mmol/L新霉素处理增加为对照的约7倍。正丁醇处理明显抑制了WT的PEPC酶活性,但不同浓度处理之间却没有显著差异;而对于PC,0.02%、0.04%正丁醇处理使得PEPC酶活性显著下降,且比WT的更显著。同时0.04%的正丁醇的抑制效应具有明显的时间效应。以上结果表明,对PC的PEPC酶活性的调节主要依赖于由PLD途径产生的PA的参与。     

外源海藻糖增强高表达转玉米C4型PEPC水稻耐旱性的机制

为揭示海藻糖(Tre)调控转玉米(Zea mays) C₄型PEPC基因水稻(Oryza sativa) (PC)的耐旱性机制, 以PC及其野生型Kitaake (WT)为材料, 通过水培试验, 研究了Tre和12% (m/v)聚乙二醇(PEG)单独或联合处理对水稻生理生化特性的影响。结果表明, Tre处理可促进PC和WT水稻幼苗生长, 缓解干旱逆境导致的植株生长抑制, 但对PC的效应更显著。与DS处理相比, Tre+DS联合处理可维持功能叶较高的相对含水量、光化学效率和抗氧化酶活性。在DS处理下, 与WT相比, 外施Tre可使PC的内源Tre和蔗糖含量显著增加, 而葡萄糖含量显著降低, Tre代谢和SnRK1s相关基因表达量增加; 施用Tre也显著促进了ABA合成、信号转导与干旱响应基因的表达, 和维持较稳定的光合能力, 从而使PC表现更强的耐旱性。     

干旱胁迫下外源钙对石灰岩地区复羽叶栾树种子萌发的影响

以石灰岩生态恢复优选树种复羽叶栾树种子为试材,采用聚乙二醇(PEG6000)设置0%(CK)、5%、15%、25%、30%模拟石灰岩山区不同干旱环境,以CaCl₂设置0(CK)、15、20、25、30 mmol·L^-1为外源钙离子梯度,模拟石灰岩地区的土壤高钙环境,研究不同浓度CaCl₂、PEG及二者交互作用对种子萌发特征的影响.结果表明: 单纯CaCl₂作用下,中低浓度的外源钙对复羽叶栾树种子萌发参数无显著影响,而高浓度的外源钙对种子萌发具有抑制作用,中低浓度CaCl₂可以增加萌发后幼苗的鲜质量.PEG浓度从0%增至25%,各处理组的种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数均与对照呈显著递减趋势,幼苗鲜质量明显减小.对各干旱处理组施加一定浓度的外源钙后,中低浓度的CaCl₂可提高种子的萌发特性,而当CaCl₂浓度达到30 mmol·L^-1时,种子难以萌发.PEG浓度达到30%时,种子无萌发.施加一定的外源钙可以提高PEG胁迫下幼苗的鲜质量,使幼苗更加适应干旱缺水的环境.     

一氧化氮对杨树耐旱性的影响

探讨了外源NO对水分胁迫下杨树叶片质膜相对透性、叶片光合作用和氧化伤害保护酶的影响.结果表明,NO供体硝普钠(sodiumnitroprusside,SNP)能提高杨树叶片的含水率,在水分胁迫(PEG6000渗透液处理)下,能缓解叶片的水分丢失.NO对杨树叶片光合作用具有双重性,低浓度SNP(200、500μmol·L^-1)能促进叶片的光合,高浓度SNP(1000、2000μmol·L^-1)则明显抑制叶片的光合.较短时间水分处理胁迫(1h))的杨树叶片SOD和POD活性显著高于较长时间(3h)水分胁迫下叶片的酶活性.经SNP处理后,各处理组POD、SOD活性明显上升.同时,随SNP浓度的增加,POD和SOD活性表现出先上升后下降的趋势.外源NO可通过诱导POD和SOD活性的上升,延缓活性氧的积累,从而减轻水分胁迫对杨树的伤害,增强树木的耐旱能力.     

两种外源化学物影响PEG胁迫对水稻根系的伤害

研究过氧化氢内源消除剂和交替氧化酶专一性抑制剂影响渗透胁迫对水稻根系的伤害。结果表明:PEG 6000胁迫抑制了水稻幼根的生长,降低了相对含水量、增加了H₂O₂含量,并导致细胞死亡。用5 mmol·L^-1二甲基硫脲(过氧化氢内源消除剂,dimethylthiourea,DMTU)预处理水稻幼根能明显降低PEG胁迫下水稻幼根过氧化氢的含量,缓解细胞死亡和相对含水量的降低,但对水稻根的生长影响较小。在PEG胁迫下,用1 mmol·L^-1水杨基氧肟酸(交替氧化酶专一性抑制剂,salicylhydroxamic acid,SHAM)预处理水稻幼根能显著降低水稻幼根的生长和相对含水量,并增加水稻幼根的过氧化氢含量和细胞的死亡程度。这说明DMTU能缓解PEG胁迫对水稻根系伤害,而SHAM加剧了PEG胁迫对水稻根系伤害。     

开放式空气CO2浓度增高条件下C3作物(水稻)与C4杂草(稗草)的竞争关系

通过田间试验,研究了FACE(开放式空气CO₂浓度升高)条件下C₃作物水稻(Oryza sativa)和C₄杂草稗草(Echinochloa crusgalli)的生长和竞争关系.结果表明,FACE条件下C₃植物水稻生物量和产量增加,叶片数增加,分蘖数增加,叶面积系数(LAI)增大;而C₄植物稗草相反.FACE条件下水稻和稗草叶面积均减少,而净同化率(NAR)均增加.FACE条件下水稻稗草比例为1:1时,水稻与稗草的生物量比率、产量比率、LAI比率、茎蘖比率和NAR比率均增加,水稻稗草的竞争关系发生变化,水稻(C₃植物)竞争能力增加,稗草(C₄植物)竞争能力下降.     

钙与脱落酸对干旱胁迫下黄瓜幼苗光合及相关酶活性的影响

为探讨在干旱胁迫下钙与脱落酸对黄瓜幼苗光合作用及相关酶活性的影响,以黄瓜为试材,正常营养液栽培为对照,利用PEG-6000(聚乙二醇)营养液添加模拟干旱胁迫,设干旱胁迫条件下幼苗叶片喷施清水、脱落酸(ABA)、CaCl₂+ABA、LaCl₃(钙离子通道抑制剂)+ABA及EGTA(钙离子螯合剂)+ABA等5个处理.结果表明: 干旱胁迫抑制了黄瓜幼苗的营养生长、降低了幼苗叶片的抗氧化酶和硝酸还原酶活性,以及光合作用和荧光参数等,通过叶面喷施ABA减小了幼苗叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,以及光合作用(P_n、g_s)和荧光参数(F_v′/F_m′、q_P和ETR)的下降幅度,有效缓解了干旱胁迫对植株造成的伤害;喷施CaCl₂+ABA显著促进了ABA的这种正向缓解作用,而喷施LaCl₃+ABA和EGTA+ABA都没有表现出促进作用.     

根际CO2浓度富集对番茄光合生理的影响

本文采用气雾法栽培方式,研究了60 d根际CO₂浓度富集处理对番茄光合生理的影响.结果表明： 2500 μL·L^–1及以上CO₂浓度处理下,番茄植株叶片叶绿素含量、叶面积显著降低,叶片Mg²⁺ ATPase、Ca²⁺ ATPase和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性显著减少,而根系PEPC活性显著增加,叶片净光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均显著降低.表明根际高CO₂浓度条件下,根系PEPC活性增强、叶片固定CO₂的能力减弱、叶片Mg^2+ ATPase和Ca²⁺ ATPase活性显著降低,根际长期高CO₂浓度处理可能是导致植株光合生理指标下降的原因之一.
     

根际CO2浓度富集对番茄光合生理的影响

本文采用气雾法栽培方式,研究了60 d根际CO₂浓度富集处理对番茄光合生理的影响.结果表明： 2500 μL·L^–1及以上CO₂浓度处理下,番茄植株叶片叶绿素含量、叶面积显著降低,叶片Mg²⁺ ATPase、Ca²⁺ ATPase和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性显著减少,而根系PEPC活性显著增加,叶片净光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均显著降低.表明根际高CO₂浓度条件下,根系PEPC活性增强、叶片固定CO₂的能力减弱、叶片Mg^2+ ATPase和Ca²⁺ ATPase活性显著降低,根际长期高CO₂浓度处理可能是导致植株光合生理指标下降的原因之一.
     

转玉米PEPC基因水稻中有限的C4光合微循环及其生理作用

用转PEPC基因水稻(Oryza sativa L. subsp.japonica Kitaake)和原种水稻Kitaake为材料,研究了不同基因型水稻叶片中的C4光合微循环及其功能.通过测定与光合C4途径有关的关键酶,如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP -苹果酸酶(NADP -ME)、NADP -苹果酸脱氢酶(NADP -MDH)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK),说明原种水稻叶片中具有完整的C4光合酶体系;用外源OAA或MA饲喂叶切片或叶绿体后明显增加光合速率,证明原种水稻中具有一个有限的光合C4微循环.将玉米的PEPC基因导入原种水稻后,可大幅度提高光合C4微循环的速率.测定不同基因型的CO2交换速率,看出水稻中C4光合微循环的增强有提高净光合速率(Pn)和降低光呼吸速率/净光合速率(Pr/Pn)比值的作用.叶绿素荧光特性分析表明,C4光合微循环的增强伴随着PSⅡ电子传递效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qP)的增加以及非光化学猝灭(qN)的降低;这些结果为通过基因工程手段提高作物光合效率的遗传育种提供了科学根据.     

外源Ca2+对高温强光下西葫芦幼苗形态特征、光合特性及荧光参数的影响

选用西葫芦(Cucurbita pepo)品种“阿兰”一代为试验材料,研究了外源Ca²⁺处理对高温强光交叉胁迫下西葫芦幼苗生长特征、光合特性及叶绿素荧光参数的影响.结果表明：高温强光胁迫下,5～20 mmol·L^-1 Ca²⁺处理的西葫芦幼苗具有较高的株高和较大的叶面积,其叶绿素、类胡萝卜素含量及光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和光化学猝灭系数(q_P)均较高,而胞间CO₂浓度（C_i）和非光化学猝灭系数（NPQ）较低,其中以10 mmol·L^-1Ca²⁺处理效果最好.说明5～20 mmol·L^-1Ca²⁺处理能有效缓解高温强光对西葫芦光合机构的不可逆伤害,使其保持较快的光合电子传递速率和较高的PSⅡ电子传递活性.Ca²⁺处理浓度超过40 mmol·L^-1时对高温强光胁迫没有缓解效应.     

Promotive Effect of Low Concentrations of NaHSO3 on Photophosphorylation and Photosynthesis in Phosphoenolpyruvate Carboxylase Transgenic Rice Leaves

Spraying a 1-2 mmol/L solution of NaHSO3 on the leaves of wild-type rice (Oryza sativa L.)Kitaake (WT), phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) transgenic (PC) rice and PEPC phosphate dikinase(PPDK) transgenic rice (PC PK), in which the germplasm was transformed with wild-type Kitaake as the gene receptor, resulted in an enhancement of the net photosynthetic rate by 23.0%, 28.8%, and 34.4%,respectively, for more than 3 d. It was also observed that NaHSO3 application caused an increase in the ATP content in leaves. Spraying PMS (a cofactor catalysing the photophosphorylation cycle) and NaHSO3 separately or together on leaves resulted in an increase in photosynthesis with all treatments. There was no additional effect on photosynthetic rate when the mixture was applied, suggesting that the mechanism by which NaHSO3 promotes photosynthesis is similar to the mechanism by which PMS acts and that both of compounds enhanced the supply of ATE After spraying a solution of NaHSO3 on leaves, compared with the WT Kitaake rice, a greater enhancement of net photosynthetic rate was observed in PEPC transgenic(PC) and PEPC PPDK transgenic (PC PK) rice, with the greatest increase being observed in the latter group. Therefore ATP supply may become the limiting factor that concentrates CO2 in rice leaves transformed with an exogenous PEPC gene and exogenous PEPC PPDK genes.     

混合盐胁迫对栾树光合生理指标的影响

该研究以2年生栾树扦插苗为材料,采用盆栽实验方法,设置梯度为0(CK)、100(S100)、200(S200)、300(S300)、400(S400)和500(S500)mmol·L-1的摩尔质量比1∶1配制成的NaC1和NaHCO3混合盐溶液,分析混合盐胁迫对栾树幼苗光合作用和叶绿素荧光特性的影响,以探讨栾树对混合盐...     

不同钙离子浓度对低温下降香黄檀幼苗生长及生理特性的影响

以降香黄檀（Dalbergia odorifera T.Chen）为材料,通过人工控制温度的方法,探讨在不同温度条件下施加不同浓度Ca²⁺对降香黄檀幼苗生长及生理特性的影响。结果显示：常温条件下,施加不同浓度的Ca²⁺对降香黄檀的茎高、叶长、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）和光合色素含量均有显著影响;而对叶片相对含水量、露点水势、相对电导率、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量影响较小;促进生长发育的最适Ca²⁺浓度为5 mmol/L。低温对降香黄檀上述生理指标以及水分利用效率（WUE）均有显著影响;低温条件下施加不同浓度的Ca²⁺能使上述指标得到不同程度的缓解,提高降香黄檀低温胁迫耐受性的最适浓度为5 mmol/L。隶属函数分析结果表明,常温和低温条件下,外源Ca²⁺浓度对降香黄檀的调控影响依次为5、10、15、2.5 mmol/L。     

镉胁迫对大蒜苗生理特性的影响及施钙的缓解效应

通过营养液水培方式,研究了镉(Cd²⁺)对大蒜苗生长、光合特性、叶片酶活性及主要矿质元素吸收的影响及增施不同浓度钙(Ca²⁺)对镉胁迫大蒜苗的缓解效应. 结果表明：与正常生长的大蒜苗相比,施镉能明显降低大蒜苗的形态指标(株高、假茎粗、假茎长及鲜质量),减少叶片的色素含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(E)及气孔导度(g_s),减弱叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性并增加丙二醛(MDA)含量,减少根中矿质元素(N、P、K、Ca、Mg)含量并增加Cd含量. 增施钙能显著促进镉胁迫大蒜苗的生长,随所增施钙浓度的提高,大蒜苗的形态指标均呈现先增大后减小的趋势,在其浓度为2或3 mmol·L^-1时达到峰值;同时,增施钙也可有效提高镉胁迫大蒜叶片的色素含量及光合参数(P_n、E、g_s),其变化趋势与形态指标类似,均在所增施钙浓度为2或3 mmol·L^-1时最高;另外,增施钙能增强镉胁迫大蒜叶片的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性并降低MDA含量,还可增加根中矿质元素(N、P、K、Ca、Mg)含量并减少Cd含量,且施钙浓度为2或3 mmol·L^-1时效果最好.
     

干旱条件下钙离子对一氧化氮诱导黄瓜不定根发生的影响

以黄瓜品种‘新春4号’为材料,研究干旱胁迫下一氧化氮(NO)和钙离子(Ca²⁺)处理下黄瓜的生根指标、内源Ca²⁺荧光强度以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、抗坏血酸过氧化物酶APX)活性,分析干旱条件下黄瓜不定根发生过程中NO和Ca²⁺之间的关系.结果表明: 200 μmol·L^-1 氯化钙(CaCl₂)和0.05%聚乙二醇(PEG)共处理显著提高了干旱条件下黄瓜不定根的根长和根数;添加Ca²⁺螯合剂(EGTA)和通道抑制剂(BAPTA/AM)处理显著降低了干旱条件下NO诱导的不定根根数和根长.干旱条件下,NO和CaCl₂处理提高了黄瓜下胚轴内源Ca²⁺荧光强度;而NO清除剂(cPTIO)处理的Ca²⁺荧光强度显著低于NO处理.干旱条件下,NO和CaCl₂处理显著提高了黄瓜下胚轴抗氧化酶活性;而Ca²⁺抑制剂或螯合剂处理显著降低了NO诱导的抗氧化酶活性.由此可见,干旱条件下Ca²⁺参与了NO调控黄瓜抗氧化酶活性,缓解了干旱胁迫对不定根形成产生的伤害,进而促进了不定根的发生.