植物表皮蜡质生物合成及调控

植物表皮蜡质,是覆盖在陆地植物地上部分表面的一层疏水性脂类物质,是植物应对外界环境变化的第一道屏障,在抑制植物水分非气孔散失及保护植物免受病虫害入侵、紫外线辐射等方面起着重要作用。综述了近年来表皮蜡质在生物合成及调控等方面的研究进展,并对研究中存在的问题及研究前景进行了展望。     

甘蓝型油菜对菌核病抗耐病性的育种潜力研究

用细胞质雄性不育系陕 2 A、波里马 A(Pol A)、1 763A与 92 P187、垦 C1、垦 C8、L4 54个恢复系进行不完全双列杂交 ,以其 F1代为试验材料 ,在菌核病田间自然萌发和人工接种菌核病菌的条件下 ,调查了各组合的发病率和病情指数 ,估算了亲本及其组合抗 (耐 )菌核病的配合力效应。结果表明 :1 1 2个杂交种抗 (耐 )病性差异较大 ,以陕 2 A为母本的组合表现出较强的抗 (耐 )病性。 2油菜抗 (耐 )菌核病遗传是由基因的加性效应和非加性效应共同控制的 ;杂种抗 (耐 )病性的变异 ,遗传的作用是主要的 ,而在遗传作用中显性作用又是主要的。 3陕 2 A病情指数的遗传负效应值较高 ,具有作为抗源亲本的育种潜力。 4根据配合力总效应值评价组合 ,认为陕 2 A×垦 C8、陕 2 A×垦 C1、1 763A×垦 C8、陕 2 A× L4 5、Pol A×垦 C1、Pol A× 92P187是抗 (耐 )菌核病较强的杂交组合     

小麦品系CP98(11)不同器官表皮蜡质组分和蜡质晶体结构的差异分析

为明确小麦不同器官表皮蜡质晶体结构和蜡质组分的差异,该研究以小麦品系CP98(11)为材料,在小麦扬花期分别取小麦的旗叶、叶鞘、穗下茎、花药和颖壳,利用气相色谱技术对各器官表皮蜡质组分进行鉴定,并通过扫描电镜观察其蜡质晶体结构。结果表明:(1)小麦不同器官的蜡质成分共鉴定出30种,主要为初级醇、二酮、烷烃、脂肪醛、脂肪酸、酯。(2)叶鞘、穗下茎、颖壳的蜡质中二酮含量最高,分别占蜡质总量的78.96%、67.03%和68.6%;花药的蜡质中烷烃含量最高(75.82%);旗叶的蜡质中初级醇含量最高(45.91%),其次为烷烃33.19%。(3)扫描电镜观察显示,旗叶正面的蜡质晶体呈片状结构,旗叶反面和颖壳的蜡质晶体结构呈片状与柱状混合的结构,花药的蜡质呈明显的波浪状结构,穗下茎和叶鞘的蜡质晶体呈柱状结构。     

核盘菌侵染对拟南芥表皮蜡质结构及化学组成的影响

以野生型拟南芥与蜡质突变体cer1、cer4为试验材料,通过研究核盘菌胁迫对拟南芥茎表皮蜡质结构及组分含量的影响,揭示核盘菌侵染与表皮蜡质的关系。扫描电镜结果显示,野生型拟南芥蜡质晶体以垂直于表面的杆状、块状结构为主;突变体cer1晶体类型以水平的松针状、块状结构为主;突变体cer4蜡质晶体以垂直片层结构为主。核盘菌胁迫下,拟南芥蜡质晶体结构及分布形态发生变化。蜡质层结构在核盘菌胁迫下表现为:杆状、松针状蜡质晶体减少—蜡质晶体熔融—表皮"囊状凸起"—表皮膜层破裂。这些结构变化有利于病菌突破角质层屏障而侵入到植株体内。色质谱分析结果显示:与野生型相比,cer1突变体烷、次级醇、酮类显著减少;cer4突变体表现为一级醇含量减少。接种核盘菌后,野生型拟南芥与蜡质突变体一级醇类显著增加(cer1增加不显著);烷类、次级醇类、酮类含量与蜡质总量均显著减少,表明蜡质前体物质在受到核盘菌胁迫后更多地通过酰基还原途径生成一级醇,从而减少了由脱羰基途径所生成的蜡质组分。核盘菌通过改变表皮蜡质晶体结构与化学组分分泌量来促进侵染。     

UV-B辐射增强对拟南芥表皮蜡质的影响

以野生型拟南芥、蜡质不同程度缺失突变体CER1、CER3、CER4、CER6、CER10、CER20及KCS1为试验材料,通过施加50μW/cm2、长达10 d的UV-B辐射,研究了拟南芥表皮蜡质晶体结构、组分及蜡质基因对UV-B辐射的响应机制。结果表明:UVB辐射增强改变了拟南芥表皮蜡质晶体结构,表皮蜡质松针状(CER1)、柱状、杆状(CER3、CER10与KCS1)晶体结构显著减少,球状蜡质晶体类型出现在CER6表面,无规则片状、膜状结构覆盖在KCS1与CER10茎表面。野生型拟南芥蜡质晶体结构类型无明显变化,但在部分区域积累了大量水平杆状、管状结构,增加了蜡质层厚度。UV-B辐射增强也改变了拟南芥表皮蜡质组分的分泌量。野生型在UV-B处理后一级醇、酸、醛含量显著上升,烷、次级醇及酮含量显著下降,蜡质总量增加不显著。一级醇含量的增加及酮和次级醇含量的减少在拟南芥各材料响应UV-B辐射中具有普遍性。UV-B辐射增强诱导了野生型CER3、CER4、KCS1基因表达的上调,其中CER4大量表达,促进了蜡质组分中一级醇、酸和醛含量的积累;CER1在UV-B处理后表达量下调,可能导致烷合成下游分支途径相关产物(烷类、次级醇及酮类)的减少。WIN1表达量的下调对蜡质总量没有显著影响。UV-B辐射增强使蜡质前体从烷合成分支途径更多地转向一级醇分支途径。     

植物表皮蜡质与抗旱及其分子生物学

植物表皮蜡质是覆盖在植物最外层的一类有机混合物总称,它是植物自我防护的最后一道屏障,在植物生长发育过程中起重要作用。文章就植物表皮蜡质的成分、转运、晶体的形成和发育、形态结构以及环境变化对表皮蜡质的影响,特别是在蜡质与角质蒸腾、叶片水分利用效率和产量的关系以及蜡质的生理作用和合成过程的分子生物学研究进展方面做了系统综述,并对植物蜡质研究中存在的问题做了探讨。     

高羊茅叶片表皮蜡质含量与其抗旱性的关系

以14个高羊茅品种为试验材料,在田间试验中对干旱高温胁迫下的叶片表皮蜡质含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等生理指标测定分析。结果表明,干热胁迫下高羊茅品种间的叶片表皮蜡质含量和水分利用效率均存在极显著差异(P<0.01);叶片蜡质含量与综合抗旱性和水分利用效率的等级相关系数分别为0.78(P<0.01)和0.68(P<0.01);蜡质含量越高的品种,其叶片气孔导度和胞间CO2浓度越低,水分利用效率越高,但所有品种的水分利用效率绝对值都较低。研究发现,在干热胁迫时,高羊茅叶片表皮蜡质可通过对气孔导度的调节来减少气孔蒸腾,提高水分利用效率,最终提高其抗旱性;表皮蜡质含量可以作为高羊茅品种抗旱性鉴定的一个新指标。     

植物表皮蜡质对环境胁迫的响应

环境胁迫一直以来是影响植物生长和农作物产量的主要因素,而覆盖植物地上部分最表层的表皮蜡质在植物生长发育、适应外界环境方面起着重要作用。本文综述了近年来国内外在表皮蜡质对环境胁迫响应方面的研究成果,主要体现为对UV、空气湿度、水分、温度和病害等胁迫的抵御作用,并对今后的蜡质研究进行了展望。     

稀土积累与油菜菌核病发生的关系研究

在试验生态小区的土壤中 ,模拟长期使用稀土 ,以探讨稀土积累与油菜菌核病发生发展的关系 .结果表明 ,0 .5 %、1%、3%、5 %、7%、10 %吸附容量和 0 6kg·hm-2 的稀土以及土壤中 30kg·hm-2 和 0 6kg·hm-2 的稀土复合肥添加剂对油菜菌核病自然发生的病情指数和病株率影响无显著差异 ;对人工接种发病后的病斑绕茎度、病斑扩展速率、单株平均产量和千粒重的影响也无显著差异     

空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响

选用2个抗旱性不同的紫花苜蓿品种,敖汉(强抗旱)和三得利(弱抗旱),设置空气湿度(45%-55%和75%-85%)和土壤水分胁迫(75%和35%田间持水量)处理,分析紫花苜蓿叶表皮蜡质含量、组分及晶体结构、气体交换参数、水势及脯氨酸含量的变化规律。结果表明,单独土壤水分胁迫时,紫花苜蓿叶表皮蜡质晶体结构及蜡质总量无显著变化;敖汉蜡质组分中烷类、酯类含量增加,醇类含量下降;三得利醇类含量下降,烷类、酯类含量变化不显著。低空气湿度胁迫时,两品种蜡质总量无显著变化,烷类和酯类含量显著增加,醇类含量显著下降,叶表皮片状蜡质晶体结构熔融呈弥漫性,扩大了对叶表面积的覆盖,其蒸腾速率显著低于正常湿度。复合胁迫处理时,叶表皮片状蜡质晶体结构继续呈弥漫性,烷类、酯类、未知蜡质组分含量均高于单独胁迫处理,醇类含量最低,而蜡质总量除三得利显著高于对照外,其余均无显著差异。紫花苜蓿叶表皮蜡质各组分含量(除醇类)及蜡质总量与光合速率呈显著负相关,与蒸腾速率无显著相关关系。蜡质总量与叶水势呈显著正相关。总体上,敖汉蜡质总量显著高于三得利,蜡质组分中烷类物质的增加有助于提高植株的抗旱性。在复合胁迫下,强抗旱品种主要通过气孔因素控制水分散失,而弱抗旱品种通过气孔和非气孔因素共同控制植物水分散失。     

导入双价基因的转基因杂交油菜亲本及其对菌核病抗性的研究

比较了乙酰丁香酮、pH、共培养温度及不同激素配比对根癌农杆菌转化油菜(Brassica napus)的影响,建立了油菜高效转化体系.按该体系,将组成型表达几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因转化甘蓝型双低杂交油菜亲本恢复系和保持系,获得了转基因恢复系和保持系植株.对再生植株进行PCR和SouthemBlot检测,结果表明外源基因已整合到油菜基因组中.连续3代的PCR检测及转基因植株抗病性在自交后代中得到保持,证实外源基因已遗传到T3代.对转基因植株T1代离体叶进行菌核病菌丝体接种和T1及T2代大田自然侵染鉴定,结果表明,转基因恢复系棚40-12、棚40-32和保持系96B-2对菌核病的抗性比受体对照大幅度提高,大田鉴定其发病率连续2年均比受体对照减少78%以上,比抗病品种‘中油821'减少75%以上,病情指数比受体对照和‘中油821'减少均达显著水平,其抗病性能在后代稳定遗传,获得了高抗菌核病的转基因育种材料.     

Knockout of the lignin pathway gene BnF5H decreases the S/G lignin compositional ratio and improves Sclerotinia sclerotiorum resistance in Brassica napus

Ferulate-5-hydroxylase is a key enzyme involved in the conversion of the guaiacyl monolignol to the syringyl monolignol in angiosperms. The monolignol ratio has been proposed to affect biomass recalcitrance and the resistance to plant disease. Stem rot caused by the fungus Sclerotinia sclerotiorum in Brassica napus causes severe losses in its production. To date, there is no information about the effect of the lignin monomer ratio on the resistance to S. sclerotiorum in B. napus. Four dominantly expressed ferulate-5-hydroxylase genes were concertedly knocked out by CRISPR/Cas9 in B. napus, and three mutant lines were generated. The S/G lignin compositional ratio was decreased compared to that of the wild type based on the results of M?ule staining and 2D-NMR profiling in KO-7. The resistance to S. sclerotiorum in stems and leaves increased for the three f5h mutant lines compared with WT. Furthermore, we found that the stem strength of f5h mutant lines was significantly increased. Overall, we demonstrate for the first time that decreasing the S/G ratio by knocking out of the F5H gene improves S. sclerotiorum resistance in B. napus and increases stem strength.     

Suppression of carbendazim-susceptible and -resistant Sclerotinia sclerotiorum with Macleya alkaloids

Macleaya alkaloids (abr. MCA), an extract from aerial parts of Macleaya cordata, was investigated on suppressing Sclerotinia stem rot disease. The median inhibitory concentrations (EC₅₀) of MCA on mycelia growth were 5.21 μg mL^?1 to carbendazim-susceptible (Ss01) and 6.34 μg mL^?1 to carbendazim-resistant (Hm25) S. sclerotiorum, and there was no cross-resistance between MCA and carbendazim. MCA blocked the mycelial membrane leakage and regulated the exo-secretion of the reducing sugar and oxalate in a concentration-dependent manner. Moreover, MCA also significantly destroyed the redox balance including superoxide dismutase, peroxidase and catalase in Sclerotinia mycelia. In pot experiments, MCA showed an excellent antifungal efficacy on protecting rapeseed leaves from the infection of Ss01 and Hm25 isolates. The results suggested a potential possibility to develop MCA as an agro-chemical to control Sclerotinia stem rot disease and manage carbendazim resistance.     

Oxalic acid‐mediated stress responses in Brassica napus L.

Oxalic acid (OA) occurs extensively in nature and plays diverse roles, especially in pathogenic processes involving various plant pathogens. However, proteome changes and modifications of signaling and oxidative network of plants in response to OA are not well understood. In order to investigate the responses of Brassica napus toward OA, a proteome analysis was conducted employing 2‐DE with MS/MS. A total of 37 proteins were identified as responding to OA stress, of which 13 were up‐regulated and 24 were down‐regulated. These proteins were categorized into several functional groups including protein processing, RNA processing, photosynthesis, signal transduction, stress response, and redox homeostasis. Investigation of the effect of OA on phytohormone signaling and oxidative responses revealed that jasmonic acid‐, ethylene‐, and abscisic acid‐mediated signaling pathways appear to increase at later time points, whereas those pathways mediated by salicylic acid appear to be suppressed. Moreover, the activities of the antioxidant enzymes catalase, peroxidase, superoxide dismutase and oxalic acid oxidase, but not NADPH oxidase, were suppressed by OA stress. Our findings are discussed within the context of the proposed role(s) of OA during infection by Sclerotinia sclerotiorum and subsequent disease progression.     

植物角质层内外蜡质的差异及其与抗逆性的关系

植物角质层是覆盖在植物地上部分的叶、花和非木质茎等器官表面的保护层,包括角质和蜡质。其中蜡质根据分布位置不同又分为表皮蜡质和内部蜡质。大量研究表明,表皮蜡质含量和结构在植物生长发育和抗逆性申发挥着重要作用。近年来有研究发现构成蜡质的成分在内外蜡质层中的分布存在差异,角质层蜡质成分影响植物抗逆性。本文针对角质层结构和内外蜡质差异性以及角质层结构和组成与植物抗逆性之间的关系进行了综述。     

油菜菌核病菌对速克灵的抗药性风险研究

在室内条件下通过菌丝生长速率法测定了分离自安徽省10个县市的油菜菌核病菌（Sclerotinia scleroti-orum）对速克灵的敏感性。结果表明,速克灵对各供试菌株的EC50值分布范围为0.0899-0.4966μg/mL,平均为0.2541μg/mL,且供试菌株在含速克灵质量浓度为10 000μg/mL的PDA平板上菌丝生长几乎完全被抑制。表明各供试菌株对速克灵十分敏感,但其敏感程度地区间存在较大差异。通过室内药剂直接诱变法,获得了抗速克灵突变株。抗性突变株抗性测定结果表明,某些地区的抗性菌株抗性消失,有些地区的抗性菌株抗性继续保持。结果显示安徽省油菜菌核病菌对速克灵具有潜在的抗药性风险。