白菜型冬油菜HDACs基因家族的鉴定及表达分析北大核心CSCD

为了研究HDACs(组蛋白去乙酰化酶)在白菜型冬油菜响应低温胁迫中的影响,该研究采用强抗寒品种‘陇油7号’、耐寒品种‘天油4号’和弱抗寒品种Lenox等白菜型冬油菜,分析HDACs抑制剂曲古抑菌素A(TSA)处理后白菜型冬油菜种子的萌发,及低温胁迫下抗氧化酶活性和渗透调节物质含量变化,并全基因组鉴定HDACs的基因家族,分析其在不同抗寒性白菜型冬油菜中的表达特性。结果表明:(1)1μmol/L和3μmol/L的TSA对3个品种的根长均具有抑制作用,不同温度下外源喷施TSA均可增加抗氧化酶活性和渗透调节物质含量。(2)在白菜型冬油菜中共鉴定出21个HDACs;系统发育分析显示,HDACs可分为3个亚家族,所有基因不均等分布在8条染色体上,但7号和8号染色体上没有基因分布;HDACs启动子序列中包含胁迫响应、光响应、激素应答等相关的作用元件。(3)组织表达结果显示,大部分基因在生长锥中表达量明显高于其他组织部位,BrapaHDA19、BrapaHDA6-1、BrapaHDA8和BrapaHDA7-2在白菜型冬油菜花中表达量较高,且BrapaHDA5-2在‘天油4号’的茎生叶、角果、新基叶和老基叶中的表达量较高,而BrapaHDA7-2在Lenox的花中表达量较高。(4)低温胁迫表达结果显示,BrapaHDA8、BrapaHDA14、BrapaHDA2、BrapaHDT2-2和BrapaHDA15-1在3个抗寒性不同的材料中呈现出差异表达。研究推测,所鉴定的这些基因可能在白菜型冬油菜生长发育及抗寒性方面发挥重要功能。     

利用气孔保卫细胞周长及叶绿体数目鉴定油菜种间杂种研究

以白菜型冬油菜‘陇油7号’、‘陇油9号’(AA,2n=20),芥菜型油菜‘冬芥’(AABB,2n=36),甘蓝型油菜‘vision'(AACC,2n=38),种间杂种‘陇油7号’ב冬芥’、‘陇油9号’בvision'为试材,对其叶片气孔保卫细胞周长及叶绿体数目进行统计分析,探讨一种快速鉴定油菜种间杂种的简易方法,并用SSR标记法对气孔保卫细胞周长及叶绿体分界法可靠性进行进一步验证.结果显示:(1)油菜亲本及种间杂种气孔保卫细胞周长在不同叶片间变异程度接近,而同一叶片的气孔保卫细胞周长下部位变异程度较小.(2)不同类型油菜亲本及其种间杂种叶片气孔保卫细胞周长和叶绿体数存在明显的分界线,具体判定分界值为:周长＜58.90 μm为白菜型油菜、周长58.90～75.83 μm为种间杂种F1、周长＞75.83 μm为甘蓝型或芥菜型油菜;叶绿体数10～12个为白菜型油菜、14～16个左右为杂种F1、18～19左右为甘蓝型或芥菜型油菜.(3)随机选择经叶片气孔保卫细胞周长和叶绿体数分界特征值鉴定的油菜种间杂种单株40个,用SSR分子标记法对鉴定结果显示,有37个单株具有杂交种带型为真杂种,两种方法鉴定油菜真杂种的吻合率达97.5％.研究表明,白菜型、甘蓝型、芥菜型油菜及其种间杂种的叶片气孔保卫细胞周长及叶绿体存在特定的分界线值,据此可以方便有效地鉴定油菜种间杂种,即当植株气孔同时满足保卫细胞周长在58.90～75.83 μm、叶绿体数在14～16个左右时,则可判定其为真杂种.     

化学杀雄剂GSC和SX-1对白菜型冬油菜生理生化特性的影响

通过2年大田试验,研究了化学杀雄剂GSC和SX-1诱导白菜型冬油菜‘陇油6号’不育过程中花药呼吸脱氢酶活性、游离脯氨酸含量、蛋白质含量和保护性酶活性的变化。结果显示:(1)SX-1和GSC可以诱导白菜型冬油菜植株产生雄性不育,并以0.6mg/L左右GSC或9.0~10.0mg/L SX-1处理的不育株率最大,杀雄效果最好。(2)GSC和SX-1处理后,白菜型冬油菜花药呼吸脱氢酶活性显著降低;油菜叶片中游离脯氨酸含量增加,而花蕾中的游离脯氨酸含量降低;叶片中可溶性蛋白质含量无显著变化,花蕾中蛋白质含量降低;叶片中CAT和SOD活性增加,POD活性降低,而花蕾中CAT和SOD活性降低,POD活性增加。研究表明,化学杀雄剂处理后,白菜型冬油菜的花药呼吸脱氢酶活性、花蕾和叶片的游离脯氨酸、可溶性蛋白含量和保护酶活性发生了异常,并随着处理浓度的增加而加剧,导致体内活性氧清除代谢速度降低,细胞内膜脂过氧化作用增强,膜结构遭到破坏,花粉发育受阻,最终引起雄性不育。     

北方寒旱区白菜型冬油菜的越冬安全性及经济效益和生态效益

为了进一步明确白菜型冬油菜在北方寒旱区的越冬安全性、扩大冬油菜的种植区域,本研究通过2008—2013年57点18个白菜型冬油菜品种的多点试验,统计分析不同生态区不同品种越冬率的变化情况.结果表明： 研究期间,北方旱寒区白菜型冬油菜的越冬率在70%～90%,且年份间、品种间变化不明显,稳定性高,经济效益显著.以甘肃天水为起点,含甘肃全部,西藏拉萨、林芝以南,青海民和以东,至新疆乌鲁木齐、拜城,阿勒泰、塔城以南,喀什以东;向东沿黄河一线到宁夏、内蒙古临河以南、陕北、山西祁县周边、河北大名、天津、北京、山东潍坊以北、辽宁葫芦岛南部、吉林延边南部等地为白菜型冬油菜安全越冬地区.陇油6号、陇油7号、陇油8号、陇油9号为安全越冬白菜型冬油菜品种.     

白芥自交亲和性分析

对不同来源的8份白芥材料,采用人工自交法分析其自交亲和性。结果显示:白芥的自交亲和性存在较大幅度的变异,自交亲和指数在0.01~4.10之间,8份参试材料中,自交亲和指数小于1的材料有3个,自交亲和指数大于1的材料有5个。表明白芥中存在自交亲和材料,白芥自交亲和性变异不仅存在于材料间,而且也存在于同一材料内不同个体间。按自交亲和指数的高低,可将参试材料分为3种类型:高自交亲和类型(自交亲和指数大于3.00,如民乐洪水芥麻、04(X)等)、自交亲和类型(自交亲和指数为1.00~2.99)、自交不亲和类型(自交亲和指数0.00~1.00)。     

适宜河北省旱寒区的冬油菜品种的筛选

筛选适宜河北省低平原地区种植的油菜品种,同时实现生态效益和经济效益,为相似气候区油菜品种的种植选择及种植结构的调整提供理论依据。以16个油菜品种为材料,对品种间农艺性状的变化进行方差分析、相关性分析和聚类分析。各品种间分枝部位存在差异,变异系数为61.82%,品种JR5分枝部位最低,14T×38最高;其次差异较为明显的是产量和二次分枝数,变异系数分别为26.69%和24.89%,14T×38产量最高,20SY-13最低。二次分枝数最大和最小的品种分别为20SY-13和天油142。油菜产量与一次分枝数和主花序角果数呈极显著正相关(P<0.01),株高与分枝部位、主花序长度和主花序角果数呈显著正相关关系,一次分枝数与主花序角果数呈显著正相关(P<0.05),二次分枝数与主花序角果数呈极显著负相关。当欧式距离为5时,16个油菜品种可分为五大类。选择株高较高、一次分枝数和主花序角果数较多、二次分枝数较少且可以在当地正常越冬的油菜品种进行种植,可以获得较高水平产量;20SY-13在当地秋季种植应注意安全越冬。     

白菜型冬油菜β-1,3-葡聚糖酶基因在低温胁迫下的表达

为探明β-1,3-葡聚糖酶基因(β-1,3-glucanase)对油菜(Brassica campestris)抵御低温胁迫能力的作用,通过蛋白质谱分析得到β-1,3-葡聚糖酶蛋白,采用RT-PCR技术克隆白菜型冬油菜(B.rapa)陇油6号和天油4号β-1,3-葡聚糖酶的c DNA序列;并对该序列进行生物信息学分析;进而采用实时荧光定量PCR及半定量PCR检测β-1,3-葡聚糖酶基因在低温胁迫下的表达模式。结果获得长度为1 032 bp的陇油6号β-1,3-葡聚糖酶基因开放阅读框,编码343个氨基酸,相对分子量为38.102k Da,理论等电点为6.63,其与菜心(B.rapa subsp.chinensis)和甘蓝型油菜(B.napus)的蛋白质氨基酸序列同源性高达93.94%。该基因编码的酶是一个主要由α-螺旋组成的亲水性稳定蛋白,含有1个信号肽,存在2个跨膜结构域。该基因在进化上高度保守,其保守序列属于植物的糖基水解酶家族17特有的保守结构域。β-1,3-葡聚糖酶基因表达模式分析显示,4°C时该基因上调表达,继续低温(–4°C)胁迫处理,该基因上调表达至峰值,至–8°C时其表达下调。研究表明从白菜型冬油菜中克隆的β-1,3-glucanase在冬油菜品种陇油6号抗寒过程中发挥作用。     

我国北方风蚀区冬油菜抗风蚀效果

河西走廊地区属我国北方风蚀区,通过对河西走廊冬油菜、冬小麦、麦茬和春播等4种主要农田地表类型(处理)进行风洞模拟实验,比较各个处理的抗风蚀效果.结果表明:冬油菜、冬小麦、麦茬和春播4种处理地表的粗糙度分别为4.2、4.1、3.9和0.7;起动风速分别为14、13、12 m · s~(-1)和6 m · s~(-1);平均风蚀模数分别为22.3 、23.3、42.5 kg · hm~(-2) · h~(-1)和543.6 kg · hm~(-2) · h~(-1);输沙率分别为0.1、0.1、0.2 g · m~(-2) · min~(-1)和23.3 g · m~(-2) · min~(-1).依据粗糙度、起动风速、风蚀模数和输沙率评判,4种主要地表类型的抗风蚀效果依次为,冬油菜＞冬小麦＞麦茬＞,春播最差.因此,推广冬油菜、冬小麦等越冬作物的种植是解决我国北方风蚀区农田土壤风蚀、土地沙漠化以及根治沙尘暴尘源的有效途径和措施.     

甘蓝型油菜种质资源创新与抗寒机理研究进展

冷胁迫是甘蓝型油菜种植推广的主要限制性因素之一，通过近缘种间杂交和轮回选择可丰富甘蓝型油菜的遗传背景与种质资源创新，近几年创制的强抗寒甘蓝型油菜已实现从北纬35°20’的适宜种植区域北移扩展至陕西洛川（北纬35°46’）、甘肃兰州上川（北纬36°03’）、山西临汾（北纬36°20’）和河北石家庄（北纬38°00’）等区域的种植。甘蓝型油菜抗寒理论研究表明：强抗寒甘蓝型油菜形态特征表现为半直立或匍匐生长、叶色较深或呈紫红色、根系较为发达等，这主要与强抗寒甘蓝型油菜的渗透物质和抗氧化酶活性积累有关，进而达到保护细胞和减少ROS信号积累的作用。研究证明甘蓝型油菜组织细胞中NADPH酶介导产生的ROS在调控甘蓝型油菜生长发育及冷胁迫应激响应过程中扮演着重要的角色。为此甘蓝型油菜种质资源创新和抗寒机理研究是甘蓝型冬油菜“北移西扩”的重要技术保障，也是中国西北冬油菜产业发展的关键。