双孢蘑菇对高温胁迫的响应及耐热机理

本研究以双孢蘑菇Agaricus bisporus工厂化菌株A15和筛选得到的耐高温菌株A15-TH为研究对象,比较了高温胁迫对两个菌株菌丝生长的影响,并从氧化损伤修复及基础碳代谢-糖酵解途径两个角度探索双孢蘑菇对高温胁迫的响应及耐热机理.高温胁迫下,对照菌株A15的菌丝生长速度降低,菌丝分叉增加;而耐高温菌株A15-...     

不同棉花种质资源耐热性鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一.中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫.本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状.然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率.不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异.而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性.结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标.     

大豆品种耐高温特性的评价方法及耐高温种质筛选与鉴定

近年来,全球气候变化引起的高温胁迫已严重影响大豆的生长发育,是导致黄淮海大豆产量和品质下降的重要因素之一。为了发掘大豆耐高温种质资源,建立科学的大豆品种耐高温评价方法,本研究从黄淮海生态区大豆主栽品种和中国大豆微核心种质资源中选择35份遗传材料,利用田间人工增温的方法创造高温环境,于大豆花期进行高温胁迫(44.1±1.47℃)处理,在综合逆境相关生理生化性状的基础上,构建了一套以花粉活力(花粉萌发率)为主要指标的大豆耐高温评价标准,并利用该标准筛选出耐高温大豆种质资源。结果发现,相较于正常田间生长环境,高温胁迫后大豆叶片相对电导率显著升高,花粉萌发率、单株荚数、有效分枝数显著下降。根据显著性响应高温胁迫性状的耐高温系数,对其进行主成分和隶属函数标准化分析,估算获得大豆响应高温胁迫综合评价值(C),并基于C值对品种进行聚类分析,最终将大豆品种的耐高温特性划分为5个等级,即:I级(敏感型)、II级(较敏感型)、III级(中间型)、IV级(较耐热型)和V级(耐热型),分级标准与田间表型鉴定基本吻合,说明该方法可用于大豆耐高温种质资源的筛选和鉴定,并初步筛选出2个耐高温型大豆品种(冀豆21和南农34),为进一步开展大豆耐高温新品种选育和耐高温分子机理研究奠定了方法和材料基础。     

不同棉花种质资源耐热性的田间鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一。中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫。本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状。然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率。不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异。而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性。结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标。     

棉纤维发育响应高温胁迫的关键时间窗口

以温度弱敏感性棉花品种(科棉1号)和温度敏感性棉花品种(苏棉15)为材料,在人工气候室模拟自然温周期设置高温(34 ℃\[38/30 ℃\],HT)和对照(26 ℃\[30/22 ℃\],CK)2个温度处理,研究了花铃期不同时段进行高温胁迫后纤维发育重要相关物质的变化及其与纤维品质的关系.结果表明： 在花后不同时间开始高温胁迫持续处理5 d,苏棉15纤维长度、纤维比强度、马克隆值响应高温胁迫的关键时间窗口分别为花后0～18.3 d,花后10.9～26.1 d和花后10.5～34.0 d.因此,花后11～18 d左右是棉花综合纤维品质形成响应高温胁迫的关键时间窗口.在关键时间窗口对棉花进行高温处理5 d后,苏棉15纤维中的蔗糖含量相对常温条件下呈先降低后增加的变化趋势,胼胝质含量上升,纤维素含量下降4.2%,纤维长度变短(最大变幅为23.3%),纤维比强度上升(最大变幅为4.3%),马克隆值下降(最大变幅为10.5%)并偏离最适范围,纤维品质变差.科棉1号的上述纤维发育主要相关物质含量及纤维品质与苏棉15变化趋势一致、最敏感时间相近,仅变化幅度相对较小.     

应用基因表达芯片分析水稻高温胁迫相关基因

非生物逆境,如低温、高温、干旱通常会严重影响到农作物的生长及产量,其中高温胁迫则是造成植物伤害的主要原因之一.为深入了解水稻高温胁迫反应的分子机理,发现新的耐高温相关功能基因,为水稻生物工程育种提供候选材料,采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻两优培九母本培矮64S(Oryza sativa L.)在高温逆境胁迫下,孕穗期、抽穗开花期的叶片全基因组表达谱,得到大量高温诱导表达基因.应用实时定量PCR方法对其中一部分基因的表达水平进一步分析,所得结果与基因芯片结果基本吻合,证明芯片分析数据是可靠的,为下一步耐高温相关基因的克隆、功能分析等研究提供了基础.     

不同海带品系抗氧化系统活性与耐热性的相关性研究

以山东沿海广泛培育的两个海带品系耐高温海带901(简称901)和热敏感海带荣成1号(简称RC)为实验材料,研究不同温度条件下其抗氧化系统活性与耐热性状的相关性.结果表明,常温条件下(10℃)901与RC抗氧化系统的基础活性与耐热性状间无显著相关.高温胁迫条件下(18℃)RC体内的活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量快速升高,而901的ROS在整个胁迫过程中变化不大,说明ROS可能对高温氧化胁迫具有重要意义.RC的抗氧化系统对高温胁迫比901敏感,表现为出现活性有效抑制的时间和幅度都强于901.超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和抗坏血酸和维生素E可能在保护海带细胞免受高温胁迫方面具有重要作用.901的叶绿素对高温胁迫的响应明显滞后于RC,叶绿素含量的半伤害时间可作为判定幼苗期901和RC耐热性的灵敏指标.导致不同品系海带耐热性差异的并非其抗氧化系统基础活性的高低,而是该系统对高温胁迫的应激性和敏感性差异.     

高温胁迫对刺芹侧耳菌丝生长及其抗棘孢木霉能力的影响

耐高温性是食用菌抗逆性评价的重要指标。选取5个刺芹侧耳菌株为材料,通过观测常温培养和高温胁迫后恢复培养菌落的生长速率、生长势、恢复生长时间、菌丝显微形态特征以及受棘孢木霉侵染情况,研究高温胁迫对刺芹侧耳菌丝生长及其抗棘孢木霉侵染能力的影响。结果表明,刺芹侧耳不同菌株对高温胁迫的响应存在差异。供试PDA培养的菌丝经高温胁迫(37℃,2d)后,菌丝恢复生长时间2–3d,生长势变壮或无变化,顶端菌丝细胞长度、直径、菌丝体分支频率和菌丝生长速率等均呈现不同程度的降低。菌丝生长速率变化与其抗棘孢木霉能力的下降呈正相关。在此基础上,模拟生产试验发现,长满菌丝的菌棒经高温胁迫(35℃,7d)后,接种棘孢木霉菌丝的侵染率变为100%,接种棘孢木霉孢子的侵染率变为30%;未经高温胁迫的菌棒,接种棘孢木霉孢子/菌丝,未发生侵染。本研究表明,高温胁迫导致刺芹侧耳菌丝抗棘孢木霉侵染能力的下降。本研究将为科学指导食用菌菌种繁育、菌棒生产提供数据支撑,为食用菌育种提供基础数据。     

植物耐热性及热激信号转导机制研究进展

随着温室效应的加剧,全球气候变暖已经成为现代农业生产体系所面临的严峻挑战．高温灾害性气候是影响作物产量的一种主要的非生物胁迫．因此,对于农作物生产而言,研究植物耐热信号转导机制不仅有重要的科学意义,而且有现实的紧迫性．最近几年,在阐明植物耐热信号转导机制的研究方面取得了很多重要的进展,这些进展涵盖植物高温胁迫的感受机制、热激转录因子和热激蛋白的表达调控、热激转录因子结合蛋白参与耐热性调控的分子机制等几个主要的方面．热胁迫影响细胞膜系统、RNA、蛋白质的稳定性,同时改变酶的活性和细胞骨架系统．当热胁迫来临时,植物的转录组会发生显著变化,所涉及的基因大约占基因组的2％．这些高温胁迫响应基因构成了热激响应网络,是植物抵御热胁迫的第一道防线．植物的耐热性分为基础耐热性和获得性耐热性．基础耐热性是植物固有的耐热性．获得性耐热性是温和的热驯化诱导的耐热性．获得性耐热性状的形成反映了植物在自然生长环境下适应高温胁迫的生理机制．     

利用蛋白质组学技术揭示的植物高温胁迫响应机制

高温是限制植物生长和产量的主要非生物胁迫因子.近年来,蛋白质组学研究为我们从系统生物学水平深入认识植物高温胁迫应答的复杂的分子机制提供了重要信息.目前,已经分析了模式植物拟南芥、主要粮食作物(大豆、水稻和小麦)、耐热植物(匍匐剪股颖、马齿苋、假虎刺),以及野生毛葡萄、胡杨、苜蓿、半夏等应答高温胁迫过程中的蛋白质组变化特征.这些研究共鉴定到838种响应高温胁迫的蛋白质,其中534种蛋白质表达受到高温诱导,304种蛋白质表达受到抑制.本文整合分析了上述植物在应对不同程度高温胁迫(30～45 ℃处理0～10 d)时蛋白质表达模式的变化特征,为解释高温胁迫应答网络体系中重要的信号与代谢通路(如：信号转导、胁迫防御、糖类与能量代谢、光合作用、转录、蛋白质合成与命运、膜与转运等)的变化提供了证据和线索,为深入认识植物应答高温胁迫的分子调控机制奠定了坚实的基础.     

高温对共存种棉蚜与棉长管蚜死亡及繁殖的影响

棉蚜和棉长管蚜是棉花上的共存种,为探索其年内及年际间优势地位的不同是否与两者对高温的不同响应有关,室内研究了高温胁迫(32、34、36和38℃)对棉蚜和棉长管蚜死亡及繁殖的影响.结果表明:随着温度的升高和高温持续天数的延长,棉蚜和棉长管蚜累计死亡率均升高,棉长管蚜累计死亡率高于棉蚜;两种蚜虫的每日死亡率可用互补重对数模型较好地拟合,模型估计的棉蚜和棉长管蚜半数致死温度值随高温持续天数的延长而降低,棉蚜半数致死温度高于棉长管蚜;在32 ～ 38℃范围内,两种蚜虫的繁殖率随温度的升高而降低,棉蚜繁殖率显著高于棉长管蚜,表明在32℃以上高温条件下,棉蚜比棉长管蚜更具有竞争力.随着全球气候变暖,由于棉蚜比棉长管蚜更耐高温,推测未来棉蚜比棉长管蚜竞争优势更加明显.     

水稻OsCatB敲除突变体的构建及耐逆性初步分析

水稻过氧化氢酶B (catalase B, CatB)主要在非光合组织、愈伤组织、根和种子中表达,参与调控活性氧动态水平的平衡和根系的生长。目前, CatB参与非生物胁迫响应的功能在很大程度上是未知的。本研究利用基因编辑技术CRISPR/Cas9获得OsCatB基因敲除的纯合突变体catb,并分析了catb在盐、高温和氧化等胁迫处理下的生理和生化表型。研究结果发现,在盐处理下,突变体catb的生理和生化表型与野生型植株无显著差异;在热胁迫下, catb的过氧化氢酶活性和存活率与野生型植株相比显著降低,而H2O2含量显著升高;在氧化胁迫下, catb的幼苗高度低于野生型。这些结果说明,水稻CatB参与盐胁迫响应的调控不明显,而主要参与了高温和氧化胁迫响应,并正调控水稻的高温和氧化胁迫耐受性。该研究为进一步探究Os CatB参与逆境响应的分子机制和培育抗逆水稻品种提供了一定的理论指导和遗传材料。     

我国将推进抗虫棉产业化进程

2001年1月11日,朱镕基总理考察了中国农业科学院生物技术研究所,仔细了解了我国抗虫棉研究和产业化的现状,明确要求尽快推进抗虫棉的产业化进程。我国是产棉大国,也是原棉消费和棉花进出口大国。棉花生产对我国国民经济的发展具有举足轻重的影响。90年代以来,由于长时间地使用农药致使棉铃虫产生了抗药性,棉花虫害频发,严重威胁了我国的棉花生产。大量使用农药还对环境和人畜健康产生了极大危害。在国家863计划、农业部、科技部、国家计委等国家项目的支持下,中国农科院生物技术研究所自1991年起开展了转基因抗虫棉的研究,经过10年…     

高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究

以番茄‘Micro-Tom’为材料,利用形态观察、DAPI染色、石蜡切片等方法对正常情况下番茄小孢子发生过程进行时期划分.通过连续7d的高温胁迫((35±1)℃/(30±1)℃)处理试验,结合细胞学观察,研究高温对番茄花粉小孢子发育的影响.研究表明,高温胁迫不仅导致花粉畸形或败育、花粉数量减少、活力低萌发力差,而且还导致花药绒毡层、药隔组织、药室内壁、花药表皮、环状细胞簇等花药细胞结构的发育异常.结果有助于阐明热胁迫对番茄小孢子发育的影响,并为培育耐高温农作物新品种提供思路.     

造礁石珊瑚对低温的耐受能力及响应模式

通过实验室生态模拟,研究了低温胁迫下三亚湾5种造礁石珊瑚（十字牡丹珊瑚、佳丽鹿角珊瑚、花鹿角珊瑚、强壮鹿角珊瑚、澄黄滨珊瑚）的耐受性,分析了造礁石珊瑚对低温的响应模式.结果表明：造礁石珊瑚耐受低温能力与其骨骼类型有关,枝状珊瑚最先死亡,块状珊瑚的耐受能力明显高于枝状珊瑚;14 ℃持续3 d是三亚湾枝状造礁石珊瑚的致死低温;14 ℃持续3 d为块状澄黄滨珊瑚的致白化低温;12 ℃持续10 d为叶片状十字牡丹珊瑚的致死温度;块状澄黄滨珊瑚受到低温胁迫时表面形成粘膜,阻止了珊瑚进一步排出共生虫黄藻. 耐高温的珊瑚对低温也表现出较强的耐受能力,珊瑚对低温胁迫的响应模式与对高温的响应模式基本一致, 即珊瑚首先不伸展触手,紧接着不断释放粘液并排出共生藻,最后白化、死亡.     

集胞藻PCC 6803中丝氨酸/苏氨酸激酶SpkC对高温胁迫的响应

丝氨酸/苏氨酸激酶是蓝藻感知和转导外界刺激的重要元件,但至今蓝藻中很多丝氨酸/苏氨酸激酶的功能尚属未知。【目的】研究集胞藻PCC6803中的丝氨酸/苏氨酸激酶Spk C是否参与对高温胁迫的响应。【方法】本研究采用同源重组的方法构建spC基因完全敲除突变株,检测突变株与野生株在高温胁迫下的生长状况、色素组成,并对高温胁迫下叶绿素荧光参数差异进行分析,比较光合系统Ⅱ活性差异。此外,通过测定生长速率来判断高温胁迫后藻株的恢复情况。【结果】经过42℃高温胁迫后,与野生株相比,突变株ΔspkC生长减缓,光合色素(叶绿素、类胡萝卜素和藻胆色素)的含量降低;45℃高温胁迫下突变株ΔspkC的光合系统Ⅱ活性下降幅度更大;经过5 d 42℃高温处理后,突变株生长几乎停滞,存活率较野生株明显降低。【结论】集胞藻PCC 6803中spkC基因的缺失导致突变株对高温胁迫响应出现缺陷,提示丝氨酸/苏氨酸激酶SpkC参与响应高温胁迫。     

棉花主要逆境及研究方法

随着耕地面积日益减少,作为开发盐碱地的先锋作物——棉花对其的抗逆研究显得尤为重要和紧迫。简述棉花的几个主要的非生物胁迫,分析逆境条件下棉花自身防御策略及人们在农业生产中有效的应对策略,以期对棉花育种和生产发挥一定指导作用。     

外源一氧化氮提高白灵侧耳菌丝耐热性生化途径分析

为了探索外源一氧化氮（NO）提高食用菌菌丝体耐热性的生化途径,以白灵侧耳Pleurotus eryngii var. tuoliensis菌株CCMSSC 00489为材料,通过测定高温胁迫下外源添加硝普钠（sodium nitroprusside,SNP,NO供体）后,菌丝体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）和过氧化物酶（POD）等4个抗氧化酶活性的变化,研究外源NO在高温胁迫响应中对抗氧化酶的影响。试验表明,高温胁迫致使菌丝体内TBARS含量升高,膜脂过氧化加剧。在正常温度培养（CK）下,外源添加SNP无显著缓解膜脂过氧化的效果,而高温胁迫条件下缓解效果显著,高温胁迫6h和12h,TBARS含量较对照（未添加）分别下降31.5%和25%。研究表明,抗氧化酶类对外源NO的响应不同。在有外源添加SNP的高温胁迫条件下,菌丝体内的SOD、CAT和GR活性随处理时间的延长而显著增强,在处理72h达到最高,分别是对照（0h）的1.73、7.29和4.95倍。其中CAT是高温胁迫响应的主要抗氧化酶类,其活力可以mmol/L·min^-1·mg^-1 of protein计量,而其他种类的活力均仅以μmol/L·min^-1·mg^-1 of protein计量。在试验条件下,这些抗氧化酶类活性的提高与TBARS含量的降低相呼应,表明外源NO通过提高SOD、CAT、GR的活性降低高温胁迫下的活性氧水平,缓解其氧化损伤,提高菌丝体耐热性。POD活性在外源添加SNP的高温胁迫条件下显著降低。     

侧耳属食用菌高温胁迫条件优化研究

侧耳属真菌是我国最大规模栽培的食用菌,主要是糙皮侧耳Pleurotus ostreatus和白黄侧耳P. cornucopiae。高温是影响侧耳产量和质量的重要因子之一,确定高温胁迫条件是开展高温胁迫机制研究的方法学基础。以糙皮侧耳和白黄侧耳的11个菌株为材料,以硫代巴比妥酸反应产物（thiobarbituric acid reactive substances,TBARS）含量为主要生理指标,结合菌丝形态和生长等微生物学参数,开展了双核体菌丝高温胁迫条件的研究,包括胁迫的适宜温度、时间和菌龄等。结果表明,所有供试材料,高温胁迫后菌丝体内TBARS含量在28-40℃、0-48h范围内与温度和时间呈正相关,与之后的恢复生长率呈负相关,高温胁迫后菌丝体内TBARS含量和之后的恢复生长能力均与自身菌丝体生长和子实体形成的适宜温度无关。TBARS含量可作为菌丝高温胁迫生理研究条件确定的指标。与植物的最适温度加10℃不同,基于TBARS含量的糙皮侧耳和白黄侧耳高温胁迫研究条件应为Difco^TM Potato Dextrose Agar培养基,菌丝培养3d,最适温度加12℃,高温胁迫处理48h。     

干旱胁迫下棉花幼苗转录因子BES1/BZR1对外源油菜素内酯的响应表达特征

植物激素油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)具有提高植物抗旱性的作用,该研究探讨干旱胁迫下外源喷施BR对棉花干旱胁迫响应基因表达的影响。采用PCR方法从棉花‘新陆早17号’幼苗克隆获得1个干旱胁迫响应转录因子基因,命名为GhBES1/BZR1(GenBank登录号KP272000)。序列分析表明GhBES1/BZR1基因开放阅读框为960bp,编码319个氨基酸,理论分子量为34.3kD,理论等电点为8.95。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有一个DUF822保守结构域。利用2.5%PEG-6000对棉花‘新陆早17号’幼苗进行干旱胁迫处理24h,再分别喷施水、BR和Z(BR抑制剂),qRT-PCR分析结果表明,PEG-6000干旱胁迫下用BR处理3h后,GhBES1/BZR1基因表达量明显提高,当BR处理6和12h时,GhBES1/BZR1基因的表达量较3h时明显下降。研究认为,在干旱胁迫下对棉花喷洒BR,GhBES1/BZR1基因能够快速表达以响应干旱胁迫,外源喷施BR有助于提高棉花的抗旱能力。