生物有机肥对土壤微生物群落结构变化及西瓜枯萎病的调控

【目的】研究施用生物有机肥处理土壤后对西瓜枯萎病发生的影响,明确可能与西瓜枯萎病发病密切相关的土壤微生物群落结构。【方法】设置2组不同年份材料对比,依次为施用生物有机肥后2016年发病期(CK2016、T12016)和2017年发病期(CK2017、T12017)。基于16S r RNA序列测定,利用Illumina Miseq高通量测序平台对施用生物有机肥后不同年份的土壤微生物群落组成和差异进行测序分析。【结果】试验结果发现,不同年份的土壤微生物群落中alpha多样性指数并无明显的差异,但是施用生物有机肥后的土壤相比对照土壤中细菌群落多样性略有增高。不同年份土壤细菌群落结构在门水平上差异不显著,其中变形菌门和硬壁菌门是构成这两个年份土壤细菌的重要组成部分,同时也是比较稳定的微生物类群。在属水平上分析发现主要动态变化菌属为芽孢杆菌属、肠球菌属、乳球菌属及水恒杆菌属。通过Spearman分析发现它们与西瓜枯萎病发生率的关系均为负相关。【结论】施用生物有机肥可帮助西瓜连作土壤的生态修复,对枯萎病防治起到一定的作用。通过对施用生物有机肥的不同年份土壤微生物种群结构动态变化及对枯萎病发生率呈正负相关的微生物菌属的分析研究,为如何利用调节土壤微生物群落结构来防治西瓜枯萎病提供了新的思路。     

Citrulline and DRIP-1 Protein (ArgE Homologue) in Drought Tolerance of Wild Watermelon

Drought-affected plants experience more than just desiccationof their organs due to water deficit. Plants transpire 1000times more molecules of water than of CO₂ fixed by photosynthesisin full sunlight. One effect of transpiration is to cool theleaves. Accordingly, drought brings about such multi-stressesas high temperatures, excess photoradiation and other factorsthat affect plant viability. Wild watermelon serves as a suitablemodel system to study drought responses of C₃ plants, sincethis plant survives drought by maintaining its water contentwithout any wilting of leaves or desiccation even under severedrought conditions. Under drought conditions in the presenceof strong light, wild watermelon accumulates high concentrationsof citrulline, glutamate and arginine in its leaves. The accumulationof citrulline and arginine may be related to the induction ofDRIP-1, a homologue of ArgE in Escherichia coli, where it functionsto incorporate the carbon skeleton of glutamate into the ureacycle. Immunogold electron microscopy reveals the enzyme tobe confined exclusively to the cytosol. DRIP-1 is also inducedby treating wild watermelon with 150 mM NaCl, but is not inducedfollowing treatment with 100 µM abscisic acid. The salttreatment causes the accumulation of -aminobutyrate, glutamineand alanine, in addition to a smaller amount of citrulline.Citrulline may function as a potent hydroxyl radical scavenger.     

西瓜种质资源表型多样性及聚类分析

采用变异系数、多样性指数和聚类分析等方法,对国内外783份西瓜种质资源24个表型性状进行了遗传多样性研究。结果表明:西瓜种质资源24个表型性状的平均变异系数为31.19%,其中种子覆纹颜色变异系数最大(70.90%),第一雌花节位最小(0.48%)。24个表型性状的平均遗传多样性指数为1.68,叶纵径(2.29)、叶横径(2.24)、果实皮厚(2.24)、果实横径(2.23)、果实生育期(2.19)、茎节间长度(2.09)、果实纵径(2.07)、种子百粒重(2.07)、单瓜种子数(2.04)多样性系数均较大,茎断面形状多样性指数最小(0.39)。基于24个表型性状,供试西瓜材料在欧氏距离为25时聚为2类:A类为普通西瓜种(Citrullus lanatus);B类为药西瓜(Citrullus colocynthis)。在欧氏距离为20时聚为3类:A1为Citrullus lanatus的普通西瓜亚种(sp.vulgaris),A2为Citrullus lanatus的毛西瓜亚种(sp.lanatus),B类为Citrullus colocynthis的淡味药西瓜亚种(sp.insipidus)。在欧氏距离为15时A11为sp.vulgaris的普通西瓜变种(var.vulgaris),A12为sp.vulgaris的籽瓜变种(var.megalaspermus),A2为sp.lanatus的开普西瓜变种(var.capensis)。西瓜种质资源表型性状的变异程度和多样性指数较高,具有丰富的变异程度和多样性。欧氏距离25可作为西瓜属内划分物种的遗传距离,20可作为划分西瓜亚种的遗传距离,15可作为西瓜变种划分的遗传距离。     

西瓜无籽变异株果实发育期激素含量变化特征

以辐射变异西瓜自交分离系内果实有籽株‘406F’和无籽株‘406S’为试验材料,采用形态学观察及酶联免疫吸附分析法(ELISA)对其果实发育过程以及果肉与种子内源激素动态变化进行比较研究。结果表明:(1)两类西瓜果实纵横径随生育期推进呈相似的‘慢-快-慢’的‘单S’增长曲线,而果实重量及种子的变化则不同。‘406S’果实重量增加速率较恒定,其种子授粉后15 d停止生长,纵横径及重量开始降低;‘406F’果实重量变化呈‘快-慢-快’的‘双S’曲线,种子大小和重量随发育进程增加迅速。(2)两类西瓜果实发育期果肉与种子内源激素水平及峰值的时间有差异。‘406S’子房赤霉素(GAs)和玉米素核苷(ZRs)含量在授粉后0~3 d较高,且授粉后3~15 d果肉生长素(IAA)含量也高于有籽果实;‘406F’果肉GAs与ZRs含量则在授粉后6~21 d较高,且GAs含量变化与果实纵横径发育曲线相吻合。‘406S’种子IAA、GAs、ZRs含量相对较低,只有脱落酸(ABA)含量随种子退化进程增幅较大;‘406F’种子4种激素含量相对较高,且随种子的发育变幅较大。研究认为,无籽果实与有籽果实发育机制不同,果肉4种激素水平的差异对果实形状影响不大,但对重量增长影响较大;种子内源激素含量与种子发育关系密切,但无籽西瓜种子内源激素含量对果实发育无明显作用。     

NaCl胁迫对西瓜幼苗生长和光合气体交换参数的影响

以早春红玉品种为材料,采用营养液水培法,研究了不同浓度NaCl胁迫对西瓜幼苗生长、叶片光合气体交换参数、质膜透性和脯氨酸含量的影响.结果表明:25 mmol·L-1NaCl处理9 d后对西瓜幼苗生长有促进作用,>75 mmol·L-1NaCl处理则显著抑制幼苗生长;NaCl处理显著提高了叶片光合色素含量,并在100 mmol·L-1NaCl处理下达到最大;叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均随NaCl浓度提高而显著降低;胞间CO2浓度随NaCl浓度提高呈先降低后升高的趋势,在75 mmol·L-1NaCl处理下降到最小;气孔限制值随NaCl浓度提高而增加,在75 mmol·L-1NaCl处理下达到最大值后趋于稳定;水分利用率随NaCl浓度提高呈先增加后降低的趋势,在75 mmol·L-1NaCl处理下达到最大;叶片质膜透性和脯氨酸含量均随NaCl浓度提高而显著增加.结果说明:NaCl胁迫显著抑制了西瓜叶片光合作用,且低浓度处理下光合速率降低的主要原因是气孔因素限制,高浓度胁迫下则转变为非气孔因素限制.     

NaCl胁迫对西瓜嫁接苗叶片抗氧化酶活性及光合特性的影响

以耐盐性较强的葫芦品种‘超丰抗生王’为砧木,耐盐性较弱的西瓜品种‘秀丽’为接穗,采用营养液水培法,研究了NaCl胁迫对西瓜自根苗和嫁接苗保护酶活性、膜质过氧化及光合特性的影响。结果表明,NaCl胁迫下,嫁接苗和自根苗生物量显著下降,但嫁接苗下降幅度小于自根苗;NaCl胁迫抑制了西瓜自根苗和嫁接苗的气体交换参数,但是嫁接苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及叶绿素含量显著高于自根苗;NaCl胁迫下西瓜嫁接苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于自根苗,丙二醛含量较自根苗低。上述结果表明,NaCl胁迫下嫁接苗通过维持较高的抗氧化酶活性来提高清除活性氧(ROS)的能力,从而降低氧化损伤,并保持较高光合速率,从而增强西瓜幼苗对盐胁迫的耐性。     

西瓜核心种质的AFLP指纹图谱和SCAR标记

西瓜(Citrullus lanatus (Thunb.) Mansf.)种质资源的鉴定与评价是对其有效利用的基础.以往的研究表明, 西瓜是一种遗传资源特别狭窄的作物,在用同工酶、RAPD及SSR技术对西瓜种质资源进行鉴定时,发现很难将品种完全区分开来.本研究利用高效可靠的AFLP技术,对30个西瓜核心种质材料进行了遗传分析,最终建立了这30个材料的DNA指纹图谱.在该图谱中,每个材料均有其独特的"指纹",材料之间可以相互区分开来.为了进一步利用AFLP分子标记,将重要抗病种质材料"PI296341"的AFLP特异带转化成了生产上可以直接利用的SCAR标记.     

Nicotiana species as surrogate host for studying the pathogenicity of Acidovorax citrulli,the causal agent of bacterial fruit blotch of cucurbits

Bacterial fruit blotch (BFB) caused by Acidovorax citrulli is one of the most important bacterial diseases of cucurbits worldwide. However, the mechanisms associated with A. citrulli pathogenicity and genetics of host resistance have not been extensively investigated. We idenitfied Nicotiana benthamiana and Nicotiana tabacum as surrogate hosts for studying A. citrulli pathogenicity and non-host resistance triggered by type III secreted (T3S) effectors. Two A. citrulli strains, M6 and AAC00-1, that represent the two major groups amongst A. citrulli populations, induced disease symptoms on N. benthamiana, but triggered a hypersensitive response (HR) on N. tabacum plants. Transient expression of 19 T3S effectors from A. citrulli in N. benthamiana leaves revealed that three effectors, Aave_1548, Aave_2708, and Aave_2166, trigger water-soaking-like cell death in N. benthamiana. Aave_1548 knockout mutants of M6 and AAC00-1 displayed reduced virulence on N. benthamiana and melon (Cucumis melo L.). Transient expression of Aave_1548 and Aave_2166 effectors triggered a non-host HR in N. tabacum, which was dependent on the functionality of the immune signalling component, NtSGT1. Hence, employing Nicotiana species as surrogate hosts for studying A. citrulli pathogenicity may help characterize the function of A. citrulli T3S effectors and facilitate the development of new strategies for BFB management.     

西瓜胚乳衰退过程中的超微结构变化及其对胚发育的作用

西瓜胚乳细胞衰退过程中 ,质膜、液泡膜突起、形成体积较大的囊泡 ,内质网断裂形成体积较小的囊泡 ;细胞质和细胞核降解形成电子致密的碎片沿细胞壁分布 ;细胞壁在衰退过程逐渐变薄 ,由于部分区域分解而使整个壁呈波浪型 ,细胞降解后的物质可直接穿越薄壁处或通过宽约 5 0 nm的胞间连丝向近胚端的胚乳细胞转移。胚乳与珠心组织分界壁 -胚囊壁上有发达的壁内突 ,有利于珠心组织内的物质向胚乳内转运 ;胚乳发育早期与胚共有的壁上内外两侧均有胼胝质沉积 ,壁上无外连丝型的胞间连丝存在 ,胚乳发育后期共有壁上的胼胝质消失 ,胚乳细胞降解物可穿越共有壁进入胚细胞内。实验结果表明西瓜胚乳在发育后期对胚的发育具有重要的作用。     

西瓜胚和胚乳的发育

应用显微技术对西瓜胚和胚乳的发育过程进行了观察并分析了西瓜胚珠败育的原因。西瓜胚发育属紫菀型。合子第一次分裂为不均等分裂 ,形成的基细胞体积明显较顶细胞大 ,两细胞均含有多个液泡。原胚发育过程中没有明显的胚柄。最外层的原胚细胞 ,与胚乳细胞相邻的壁上被胼胝质物质包围 ,且无外连丝存在 ;与胚囊壁相接的壁上无壁内突结构。胚的子叶体积增长的同时 ,子叶细胞内积累蛋白质和脂类物质 ,多糖物质的含量下降。胚乳发育属核型 ,在球形胚期开始自珠孔端向合点端细胞化 ,胚子叶分化出后开始自珠孔端向合点端退化。胚乳合点端在球形胚早期形成发达的胚乳吸器 ,开始呈游离核状态 ,后细胞化 ,在心型胚期之后退化。