异质水分环境下野牛草相连分株间光合同化物的生理整合及其调控

异质环境下,克隆植物通过生理整合机制使资源在分株间实现共享,提高了其对异质性环境的适应能力,具有重要的生态进化意义,研究生理整合机制及其调控机理可为进一步发掘克隆植物应用潜力提供理论依据。以野牛草3个相连分株为材料,对其中一个分株用30%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫,通过Hoagland营养液培养试验,研究了异质水分环境下光合同化物在野牛草相连分株间的生理整合及分株叶片与根系内源激素ABA与IAA含量的变化规律。结果表明,14C-光合同化物在克隆片断内存在双向运输,但以向顶运输为主,异质水分环境下,受胁迫分株光合同化物的输出率明显降低,而与其相邻分株合成的光合同化物向受胁迫分株方向运输率明显增加;异质水分环境下,各分株ABA含量均明显增加,但以受胁迫的分株叶片及根系ABA的含量增加幅度最大,各分株IAA含量较对照均显著下降(P0.05),且以受胁迫分株IAA含量下降幅度最大;各分株叶片与根系ABA/IAA均显著提高(P0.05),相邻分株ABA/IAA增加幅度低于受胁迫分株。异质水分环境影响野牛草克隆分株间光合同化物的生理整合,且ABA与IAA在分株间光合同化物运输与分配过程中具有重要的调节作用。     

野牛草成熟胚离体培养及植株再生

1植物名称野牛草[Buchloe dactyloides(Nutt.)texoka]. 2材料类别成熟胚. 3培养条件(1)愈伤组织诱导培养基:MS 2,4-D1.5～6.0 mg·L-1(单位下同) 6-BA 0.1 脯氨酸1 000 水解酪蛋白(CH)500 谷氨酰胺500 α-酮戊二酸100 硫代硫酸银(STS)5;(2)愈伤组织继代培养基:MS 3/2MS(有机) 2,4-D 2.5 6-BA 0.1 CH1 000 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)200或维生素C(vC)200;(3)再生培养基:不附加任何植物生长调节物质的MS基本培养基(MS0).所有培养基中均添加3%蔗糖、0.56%琼脂,pH 5.8.愈伤组织诱导及继代培养为暗培养,不定芽分化及植株再生过程中光照12 h·d-1,光照度为1 500lx,培养温度为(25±1)℃.     

中华结缕草成熟胚的离体培养再生植株

1植物名称中华结缕草(Zoysia sinica). 2材料类别成熟种子. 3培养条件基本培养基为改良MS(MSm):MS无机盐 核黄素(VB2)1.0mg·L-1(单位下同) 盐酸噻胺(VB1)1.0 烟酸(Vpp)0.5 盐酸吡哆辛(VB6)0.5 肌醇100 酶水解酪蛋白(CH)300 蔗糖30 g.L-1 琼脂6.0 g·L-1.愈伤组织诱导培养基:(1)MSm4葡萄糖20 g·L-1 2,4-D 2.5 6-BA 0.25;愈伤组织继代培养基:(2)MSm 6-BA 0.1 2,4-D 1.6,(3)MSm 6-BA 0.1 2,4-D 2.0,(4)MSm 6-BA 0.1 2,4-D 2.4,(5)MSm 6-BA 0.1 2,4-D 2.8,(6)MSm 6-BA 0.1 2,4-D 3.2;分化培养基:(7)MSm.愈伤组织诱导和继代培养均为黑暗条件,分化培养过程中光照度为2000 lx,光照时间为12 h.d-1,培养温度(26±2)℃.     

北海道黄杨的组织培养

1　植物名称　北海道黄杨 (Euonymusjaponicuscv .“CuZhi”)。2　材料类别　茎尖和带腋芽的茎段。3　培养条件　 ( 1 )启动培养基 :MS + 6 BA 2 .0mg·L- 1 (单位下同 ) +NAA 1 .0。 ( 2 )分化和继代培养基 :MS + 6 BA 4.0 +NAA 1 .0。上述培养基均添加 3%蔗糖、0 .6%琼脂。 ( 3)生根培养基 :1 / 2MS +IBA 0 .3～ 0 .5 ,添加 2 %蔗糖、0 .6%琼脂。培养基pH值为 6.0 ,培养温度 ( 2 7± 2 )℃ ,光照度 20 0 0lx ,光照时间 1 2h·d- 1 。4　生长与分化情况4.1　外植体来源　在冬季或春季萌芽前取北海道黄杨幼树基部的一年生硬枝 ,用…     

中华结缕草(Zoysia sinica Hance)组织培养和再生植株研究

以中华结缕草(Zoysiasinica Hance)成熟种子为外植体在附加2.5mg/L2,4-D、0.25mg/L6-BA和1～2mg/LVB₁的改良MS培养基(MS_m)上愈伤组织的诱导率最高为43.0%。愈伤组织的最佳继代培养基为MSm附加0.1mg/L6-BA和2.0mg/L2,4-D。在无生长调节物质的MS培养基(MS₀)上,外观呈白色到淡黄色、含有密实颗粒的愈伤组织再生率为30%～60%。     

结缕草对重金属镉的生理响应

采用水培的方法研究了不同浓度的Cd²⁺对结缕草叶片枯黄程度的影响,结果表明5mg/L、10mg/L和30mg/L Cd²⁺处理对结缕草叶片的枯黄比例无显著影响;以10mg/L 的Cd²⁺处理结缕草植株,研究了结缕草对镉的生理响应。与对照相比,Cd²⁺处理30d时结缕草叶片的超氧阴离子自由基(O^-₂·)含量、丙二醛(MDA)含量和相对电导率(RC)显著升高,升高幅度分别为58.69%、38.52%和68.69%,表明Cd²⁺对结缕草叶片产生了氧化胁迫。与对照相比,Cd²⁺处理30d时最大量子产量(F_v/F_m)和实际量子产量(F_v'/F_m')分别显著下降3.90%和11.36%;处理20d时实际光化学效率(ΦPSⅡ)和相对电子传递速率(rETR)分别显著下降22.22%、22.66%,处理30d时分别显著上升12.5%、18.12%;处理20d时光化学猝灭系数(q^p)显著下降14.29%,非光化学猝灭系数(NPQ)则显著上升38.54%,表明结缕草叶片的光反应机构受到了伤害,而光保护能力得到了提高。与对照相比,Cd²⁺处理下超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性先升高后降低,而过氧化物酶(POD)活性先降低后升高;脯氨酸、可溶性糖含量升高,处理30d时可溶性糖含量显著上升63.35%;处理前20d时可溶性蛋白的含量高于对照,处理30d时却低于对照。随着Cd²⁺处理时间的增加,结缕草地下部Cd含量逐渐升高;地上部Cd含量先升高后降低,差异显著;处理20d时地上部镉含量最高,转运系数最高,达到45.84%;处理10d时镉在结缕草地上部的分布比例小于地下部,而处理20d、30d时地上部镉的分布比例占优势,表明结缕草具备修复植物的潜质。镉在结缕草地下部水溶态所占比例最大,其次是氯化钠和醋酸提取态;与地下部不同,结缕草地上部醋酸提取态镉的含量要高于氯化钠提取态。综上,结缕草对Cd²⁺具有一定的耐受性。     

多年生黑麦草抗氧化酶和植物络合素对Cd2+胁迫的应答

采用水培方法研究了5 mg· L-1 Cd2+胁迫下,Cd在多年生黑麦草中的积累和Cd2+对多年生黑麦草抗氧化酶活性和植物络合素等巯基化合物浓度的影响.将具有3片展开叶的多年生黑麦草实生苗转至1/2霍格兰营养液中培养2周后,对其进行5 mg-L-1 Cd2+处理,分别在处理后的0、0.25、1、3、6d取样测定根系和叶片的Cd浓度、抗氧化酶活性和植物络合素等巯基化合物的浓度.结果表明,Cd2+处理多年生黑麦草6d后,根系中Cd浓度达到2.59 mg·g-1,叶片中Cd浓度达到0.24 mg·g-1,根中Cd向叶片的转运系数力0.093,叶中Cd的富集系数为48,多年生黑麦草属Cd高积累植物,具备在植物修复上应用的前景.Cd2+胁迫下,多年生黑麦草根叶中丙二醛(MDA)含量无显著变化,根中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性无显著变化,抗坏血酸过氧化物酶(APX)对Cd2+敏感,处理后6d活性较0d显著下降67.19％.Cd2+处理1d内,叶中SOD、APX、CAT活性显著降低.Cd2+处理后3d,叶中的抗氧化酶系统对叶中Cd浓度的升高做出了正反馈,SOD、APX、CAT的活性分别较处理后1d显著上升了14.19％、76,82％、99.26％,Cd2+处理时间延长至6d,SOD活性较处理后3d显著下降了18.58％,APX、CAT活性无显著变化.Cd2+处理后6d,多年生黑麦草根中半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)、植物络合素2(PC2)、植物络合素3(PC3)、植物络合素4(PC4)、植物络合素5(PC5)和植物络合素6(PC6)浓度分别较处理0d提高了2.19、1.57、2.06、16.08、5.73、6.03和4.31倍,叶中Cys、GSH、PC2、PC3和PC4浓度分别较处理0d提高了0.69、3.21、1.64、5.73和0.27倍.根中PC3巯基比例最大,叶中GSH的巯基比例最大,二者是根、叶中巯基存在的主要形式.随着Cd2+处理时间的延长,根系和叶片中各巯基化合物的总巯基浓度显著升高,根系和叶片中植物络合素总巯基浓度与Cd浓度显著正相关.多年生黑麦草通过植物络合素等巯基化合物的快速合成降低了根叶中自由Cd2+的比例,保护了根叶中抗氧化酶的活性,间接维持了活性氧代谢的平衡.     

多年生黑麦草再生体系的建立

以多年生黑麦草‘高帽2号’(Lolium perenne‘Top Hat 2’)颖果为外植体,分别研究了胚端半粒颖果、纵切的胚端半粒颖果、胚端颖果小块、颖果小块这四种外植体处理方式与氯化汞、次氯酸钠两种表面灭菌方法对其愈伤组诱导的影响;利用两因素(2,4-D和6-BA)随机区组试验设计研究了不同植物生长调节物质及其浓度配比对外植体愈伤组织诱导的影响;利用三因素(NAA,6-BA和ZT)四水平正交试验设计研究了不同植物生长调节物质及其浓度配比对不定芽诱导的影响;研究了0.10 mg·L-1的NAA和IBA分别对不定根诱导的影响。结果表明:相同条件下,以饱满胚端半粒颖果为外植体,75%酒精表面灭菌1 min后,再用含1 m L·L-1Tween 20的次氯酸钠溶液(有效氯含量10%)处理30 min,愈伤组织诱导率最高;适宜的愈伤组织诱导培养基为MS+5 mg·L-12,4-D+0.03 mg·L-16-BA(p H=5.8),诱导率达68.7%,获得的高质量愈伤组织;不定芽诱导培养基为MS+0.5 mg·L-1NAA、0.5 mg·L-16-BA+0.9 mg·L-1ZT,不定芽诱导率最高,为56%;不定根诱导培养基为1/2MS+IBA培养基时,根系粗壮,诱导生根率为90%。该研究建立了多年生黑麦草高效组培再生体系,为高效基因工程育种的开展奠定了良好基础。     

中华结缕草(Zoysia sinica Hance)组织培养和再生植株研究

以中华结缕草(Zoysia sinica Hance)成熟种子为外植体在附加2．5mg／L2,4-D、0．25mg／L 6-BA和1～2mg／L VB1的改良MS培养基(MSm)上愈伤组织的诱导率最高为43．0％。愈伤组织的最佳继代培养基为MSm附加0．1mg／L 6-BA和2．0mg／L 2,4-D。在无生长调节物质的MS培养基(MS0)上,外观呈白色到淡黄色、含有密实颗粒的愈伤组织再生率为30％～60％。     

Cd2+胁迫对银芽柳PSⅡ叶绿素荧光光响应曲线的影响

以盆栽银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,研究了Cd²⁺胁迫下叶片叶绿素荧光参数的变化及其光响应曲线。结果表明,初始荧光Fo与最大荧光Fm随着Cd²⁺浓度的增大而呈现先升后降的趋势,Fo与Fm在200 mg/LCd²⁺处理4周时达到最高值,400 mg/LCd²⁺处理则显著下降;PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)与PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)显著受 Cd²⁺胁迫抑制,但随Cd²⁺浓度的增加呈先降后升的变化趋势。Cd²⁺胁迫下各叶绿素荧光参数的光响应结果表明,PSⅡ实际光量子效率Y(Ⅱ)、荧光淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势,而同光强下高浓度Cd²⁺ 使Y(Ⅱ)与(qP) 显著降低;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额Y(NPQ)、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光强增加呈上升趋势,同光强下高浓度Cd²⁺处理显著提高Y(NPQ)、qN 与ETR。Cd²⁺胁迫下,PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额Y(NO)稳定在较低水平,同光强下Y(NO)随Cd²⁺浓度增加略有提高。说明,银芽柳通过调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,对Cd²⁺胁迫表现出较强的耐性,高浓度Cd²⁺胁迫导致PSⅡ反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制。