木薯SWEETs基因家族生物信息学及表达特性研究

SWEET (sugars will eventually be exported transporters)是植物中新发现的一类编码糖转运蛋白的基因,它在植物生长发育及糖代谢过程中发挥重要作用。该基因家族在木薯(Manihot esculenta)中尚未有详细的报道。本研究从Phytozome数据库获得了28个木薯SWEET候选基因并对其进行生物信息学分析,在华南124的木薯苗中通过荧光定量实验检测SWEET基因在旱胁迫下的表达水平。结果发现木薯SWEET基因被分为4簇,主要分布在第6条和第14条染色体上,编码234 aa与302 aa之间的氨基酸序列;木薯SWEET基因家族的表达在旱胁迫条件下发生了变化,其中明显上调的基因有9个,包括MeSWEET1b、MeSWEET2a、MeSWEET6、MeSWEET9a、MeSWEET9b、MeSWEET12、MeSWEET15a、MeSWEET15b和MeSWEET16c;而表达量明显下调的基因也有9个,为MeSWEET2b、MeSWEET3b、MeSWEET4、MeSWEET7、MeSWEET11、MeSWEET16a、MeSWEET16b、MeSWEET17a和MeSWEET17c。这些结果为进一步阐明SWEET基因家族在木薯中的功能提供理论依据。     

CO2加富对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片光合特性及活性氧代谢的影响

以‘津优35号’黄瓜(Cucumis sativus L.)水培苗为试材,采用裂区设计,主区因素为CO_2浓度处理,设大气CO_2浓度(Symbol{B@400μmol/mol)和CO_2加富[(800±40)μmol/mol]2个CO_2浓度水平,裂区因素为盐胁迫处理,用NaCl模拟盐胁迫,设对照(0 mmol/L NaCl)、盐胁迫(80 mmol/L NaCl)2个盐分水平,研究了CO_2加富对盐胁迫下黄瓜幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响。结果表明:盐胁迫显著抑制黄瓜幼苗的生长,并降低了叶绿素含量、ETR、Φ_(PSII)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性及净光合速率;盐胁迫增加了丙二醛及活性氧的累积,与此同时也提高了脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性,但降低了过氧化物酶(POD)活性。CO_2加富显著提高了盐胁迫下黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶面积及地上部鲜重,降低了叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素(a+b)含量,但显著提高了净光合速率和RuBPCase活性,同时降低了气孔导度及蒸腾速率,并且使其具有较高的表观电子传递速率及PSII实际光化学效率;CO_2加富显著提高了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片脯氨酸含量及SOD、POD、CAT活性,丙二醛、过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率显著降低。综上所述,CO_2加富可通过提高幼苗叶片净光合速率、脯氨酸含量及抗氧化酶活性,降低蒸腾速率、减少丙二醛含量及活性氧的积累,从而缓解盐胁迫对黄瓜植株造成的伤害。     

太湖西北湖区2003-2012年间氮磷浓度及浮游植物主要类群变化趋势分析

基于2003-2012年太湖竺山湖和西部沿岸区水体理化指标与浮游植物丰度的逐月监测数据,分析了两个湖区氮磷营养盐状态和浮游植物丰度以及浮游植物主要类群的年际变化趋势及季节变化特征,探讨了浮游植物群落变化与水温及营养盐指标间的关系。结果表明：10年间两个湖区氮磷营养盐浓度总体呈下降趋势,以竺山湖TN、NH₃-N浓度和西部沿岸区NO₃-N浓度下降最为显著;浮游植物丰度总体呈上升趋势,蓝藻在群落结构中日益占据绝对优势;季节变化上,氮营养盐浓度表现为春冬季节高于夏秋季节,TP浓度和浮游植物丰度呈相反的变化趋势。Pearson相关分析显示,水温、NH₃-N浓度和TN/TP是影响蓝藻丰度及其在浮游植物群落中所占比例的主要因素。在温度和营养盐结构的共同作用下,10年间两个湖区蓝藻水华暴发时间逐渐提前,而消退时间逐渐滞后,水华持续时间逐年上升。在全球变暖背景下,太湖水华治理需执行更加严格的氮磷限制阈值,且在重污染的西北湖区控磷依然是关键。     

镧胁迫下外源H2O2对裸燕麦幼苗叶绿素荧光参数和光合碳同化酶活性的影响

稀土污染已成为制约农业发展的一种重要因素,为探讨外源过氧化氢(H_2O_2)缓解裸燕麦镧(La)胁迫伤害的光合生理机制,以‘白燕7号’裸燕麦幼苗为材料,采用砂培方法,研究了5 mmol/L H_2O_2喷施预处理对1.20 mmol/L La~(3+)胁迫下裸燕麦幼苗生长、叶片叶绿素荧光参数和碳同化关键酶活性的影响。结果表明:La胁迫下,H_2O_2预处理的裸燕麦幼苗根长、株高和生长量的降幅及叶片叶黄素循环脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)显著下降,PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、光化学猝灭系数(qP)和吸收光能用于光化学反应的份额(P)显著提高,PSⅡ非光化学猝灭系数(NPQ)、调节性能量耗散Y(NPQ)、非调节性能量耗散Y(NO)、吸收光能用于天线热耗散的份额(D)、PSⅡ反应中心非光化学耗散的份额(E_x)和双光系统间激发能分配不平衡偏离系数(β/α-1)明显降低,同时1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、1, 7-二磷酸景天庚酮糖酯酶(SBPase)和1, 6-二磷酸果糖醛缩酶(FBAase)活性显著提高,但转酮醇酶(TKase)活性无显著变化。表明外源H_2O_2能够通过提高PSⅡ光化学效率和碳同化关键酶活性而非依赖叶黄素循环的热耗散来减轻La胁迫导致的光抑制,从而缓解La胁迫幼苗生长的受抑程度,增强裸燕麦对La胁迫的适应性。     

不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状对氮磷添加的响应

人类活动改变了氮素从大气向陆地生态系统输入的方式和速率,进而导致森林生态系统养分变化和失衡。研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状的影响,可以为全球氮磷沉降背景下亚热带地区樟树人工林的经营管理提供依据。本试验以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,种植密度设置10、20、40和80株·m~(-2 )4个水平。实验数据表明:N、P和N+P处理对樟树幼苗的苗高和地径均有促进作用,且N+P处理对幼苗生长的促进效果最好。N、P和N+P处理在整体上均能增加幼苗叶片的SPAD值,N和N+P处理均增加了幼苗叶片的比叶面积(SLA),而P处理减少了幼苗的SLA。随着种植密度的增大,N、P和N+P处理下樟树平均单株幼苗的苗高、地径、SPAD值呈现下降的趋势,各施肥处理下叶片的SLA变化规律不明显。密度和氮磷添加对叶片的SPAD值产生显著的交互作用。     

饥饿对中华倒刺鲃幼鱼代谢、个性和集群的影响

在自然界中,环境变化、季节更替和人为因素造成食物资源时空分布的不均一性,导致鱼类经常面临食物资源短缺的环境胁迫,对其能量代谢和行为造成一定影响。为考察食物资源短缺下暖水性鲤科鱼类能量代谢、个性与集群行为的应对策略及其可能的内在关联,选取中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)幼鱼为实验对象,分别测定饥饿组(2周)和对照组(维持日粮)在处理前后实验鱼的标准代谢率(Standard metabolic rate,SMR)、个性行为(勇敢性、探索性和活跃性)以及实验处理后的集群行为(凝聚力和协调性)。研究发现:(1)饥饿组和对照组实验过程中实验鱼SMR均显著下降,但仅饥饿组实验鱼SMR具有重复性;(2)饥饿导致中华倒刺鲃幼鱼勇敢性、探索性、活跃性均显著增加;(3)饥饿导致群体成员间距离缩短,游泳速度及其同步性上升。研究表明:饥饿后的中华倒刺鲃不仅适应性降低SMR以减少能量消耗,而且呈现出更高的勇敢性、探索性和活跃性以利于获取食物资源;饥饿迫使中华倒刺鲃群体提高凝聚力和协调性,可能有助于提高群体的生存能力。     

米槁幼苗光合作用及光响应曲线模拟对干旱胁迫的响应

为阐明米槁光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制,以一年生米槁幼苗为研究对象,进行盆栽试验研究设置3种不同土壤含水量梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定干旱胁迫下的光合生理指标及光响应过程,光响应曲线模拟采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型进行拟合并对比,以期选出适用于干旱环境下的光响应模型。结果表明(1)光响应曲线模型对干旱胁迫下米槁幼苗的光合作用拟合中直角双曲线、非直角双曲线和指数模型适用于低光合有效辐射(PAR),但拟合光响应参数与实测值相差大,只有直角双曲线修正模型能够很好的拟合各个处理且拟合参数比较精确米槁幼苗。(2)光合作用的表观量子效率(Φ)小于一般植物的光合量子效率,则其对弱光的光能利用效率相对较低。(3)在较强的光合有效辐射条件下,严重干旱胁迫下的米槁净光合速率P_n显著下降,出现了明显的光抑制现象;中度胁迫下净光合速率(P_n)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LSP)最大,米槁具有较宽的抗旱适应范围,有一定的抗旱性;严重胁迫下P_n、P_(nmax)、LSP降低,蒸腾速率(T_r)与气孔导度(G_s)下降幅度更大,但仍具有较高的水分利用效率(WUE),米槁在严重的干旱胁迫下光合机构受到一定的损伤,但自身可以通过生理调节来积极适应不良环境,减少光合机构伤害。(4)综合来看,在人工管理或种植米槁时,为了适应米槁生长发育,建议土壤含水量保持在23.05%到14.92%之间。     

白菜PLD基因家族全基因组鉴定及对高温胁迫的响应

膜磷脂是产生胞内信号信使的重要来源,磷脂酶Ds(phospholipase D,PLDs)可以催化磷脂产生信号分子磷脂酸(phosphatidic acid, PA),从而响应不同胁迫信号。该研究利用生物信息学方法对白菜PLD基因家族的基因成员进行鉴定及结构域分析,并采用qRT PCR方法对不结球白菜的18个BrPLD基因的表达进行分析,以探讨不结球白菜的BrPLD基因家族对高温胁迫的响应机制。结果表明：(1)共鉴定到18个白菜PLD基因家族成员,其中有2个成员(BrPLD03和BrPLD09)的C2结构域被替换为PH/PX结构域,另有1个基因(BrPLD12)缺少了其N末端保守结构域,由信号肽代替。(2)根据编码蛋白结构域的不同,18个BrPLD基因分为3个亚类,分别为15个C2 BrPLD、2个PH/PX BrPLD和1个SP BrPLD;氨基酸理化性质分析发现,该基因家族编码蛋白多半为酸性蛋白;18个基因分布在除4号和7号之外的8条染色体,且呈现不均匀分布,并发现了BrPLDs蛋白Ca²⁺配位碱基的缺失。(3)qRT PCR检测发现,高温处理下不结球白菜的BrPLD基因的表达量发生明显变化,各基因在耐热和热敏品种中的表达具有差异。(4)对BrPLD基因家族不同功能顺式响应元件的预测发现,所有家族基因含有光应答有关的作用元件,9个基因含有与低温有关的顺式元件,10个基因含有调控干旱相关元件,18个基因均未预测到热胁迫相关顺式响应元件。     

沙蒿AQP基因结构预测及干旱胁迫下的时空表达模式研究

为探究水通道蛋白(AQP)在沙蒿响应干旱胁迫中的作用机制,该研究以青海省柴达木盆地沙蒿为试验材料,采用RACE技术对其AQP基因进行扩增,获得沙蒿AQP全长克隆并对AQP蛋白进行结构预测和分析;采用qRT-PCR对沙蒿AQP基因在不同程度干旱胁迫以及不同组织部位的表达模式进行分析。结果表明:(1)成功克隆获得沙蒿AQP基因长746 bp的片段1和长534 bp的片段2,经拼接后得到全长cDNA序列,沙蒿AQP基因总长为864 bp。(2)亚细胞定位表明沙蒿AQP基因定位于细胞膜上;同源比对显示沙蒿与向日葵、莴苣、橡胶树等植物的AQP基因具有较高的相似性;结构预测表明AQP蛋白含6个跨膜螺旋结构且亲水性较弱,α螺旋和无规则卷曲为AQP蛋白二级结构的主要构成元件。(3)qRT-PCR分析表明,沙蒿AQP基因随着干旱胁迫的加重呈现有规律的变化,根、茎、叶中表达均上调,且叶中AQP基因表达量上调幅度最大。研究表明沙蒿AQP基因结构特征及其表达模式都是沙蒿对干旱胁迫的一种适应。     

黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应

本研究以进行了22年的黄壤稻田长期定位试验为依托,分析了不同施肥模式下土壤碳(C)、磷(P)与微生物生物量C(MBC)、P(MBP)的变化及其耦合特征,旨在探讨黄壤地区合理培肥模式以提高土壤磷素有效性.试验包括10个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、磷钾配合(PK)、氮钾配合(NK)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、单施有机肥(M)、3种有机无机肥配施(1/4M+3/4NP、0.5MNP、MNPK).结果表明:与不施肥相比,N和NK处理土壤有机碳(TOC)、全磷(TP)、MBC、MBP均有不同程度的降低,施磷处理(PK、NP、NPK)则有不同程度的提升;与不施肥和施用无机肥相比,施用有机肥各处理TOC、MBC、MBP及MBP/TP均显著增加,其中M和MNPK处理增幅最大.MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP以施用有机肥处理最低,N处理最高.土壤MBC、MBP及其耦合关系与土壤TOC和有效磷均呈极显著相关,TOC是影响MBC、MBP、MBP/TP的直接因素,而有效磷则是影响MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP的直接因素.土壤MBP及碳、磷耦合关系各指标可以有效区分单施化肥和施用有机肥的不同施肥方式,可作为评价黄壤稻田磷素肥力的生物学指标.配施有机肥是增加黄壤稻田磷有效性、提高土壤供磷潜力和保持土壤生物健康的有效途径.