Abiotic Stress Tolerance： From Gene Discovery in Model Organisms to Crop Improvement

Productive and sustainable agriculture necessitates growing plants in sub-optimal environments with less input of precious resources such as fresh water. For a better understanding and rapid improvement of abiotic stress tolerance, it is important to link physiological and biochemical work to molecular studies in genetically tractable model organisms. With the use of several technologies for the discovery of stress tolerance genes and their appropriate alleles, transgenic approaches to improving stress tolerance in crops remarkably parallels breeding principles with a greatly expanded germplasm base and will succeed eventually.     

食用菌厉眼蕈蚊Lycoriella ingenua在温度逆境下的存活率

以食用菌重要害虫-厉眼蕈蚊属的Lycoriella ingenua为研究对象,研究了不同逆境温度下各虫态存活率的差异。结果表明温度对不同虫态存活率的影响存在显著性差异。成虫和蛹对高温具有一定适应性,卵对高温的适应性最低但具有一定的低温耐受力。在35-40℃高温下,相同暴露时间,各虫态的存活率随温度的升高而降低,但成虫的存活率均高于其它虫态。38℃下全部死亡的暴露时间分别为:成虫48 h,蛹24 h,幼虫12 h,卵2h。在40℃达到全部死亡的暴露时间分别为:成虫24 h、蛹12 h、卵和幼虫0.5 h。低温处理下,各虫态随着暴露时间的延长存活率逐渐降低。5℃低温下,相同暴露时间,成虫存活率均高于其它虫态,但在0℃低温下暴露24 h后全部死亡,显著高于其它虫态;幼虫在低温下取食活动减弱,5℃下暴露24 h后停止取食,相同暴露时间下随着温度的降低存活率下降;蛹对0℃的耐受力高于成虫和幼虫,暴露4 h后可以正常羽化,48 h后全部死亡;卵对短时间的低温具有一定耐受力,但随着暴露时间的延长存活率降低幅度大。     

玉米JAZ家族基因ZmJAZ4的克隆及功能分析

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是植物特有的一类转录因子,通过抑制茉莉素调控基因的表达,在植物的生长发育及非生物胁迫等方面发挥重要的功能。从玉米B73自交系中克隆到一个新的JAZ家族基因Zm JAZ4,该基因c DNA全长为651bp,编码蛋白含有216个氨基酸,分子量约为23.1 k D,p I为10.78,属于碱性蛋白。Real-time RT-PCR结果表明,Zm JAZ4主要在茎端分生组织、雄穗、发育早期的种子以及胚乳中表达。系统进化分析显示,Zm JAZ4与At JAZ10转录因子相似性较高。亚细胞定位试验表明,Zm JAZ4定位于细胞核内。Zm JAZ4在酵母细胞中不具有转录激活活性。激素及胁迫处理表明,Zm JAZ4在地上部的表达受PEG、Na Cl、SA、GA和ABA诱导,而在地下部的表达受到ABA和GA诱导。结果分析表明,Zm JAZ4可能是一个重要的转录调控因子,参与调控多种激素信号通路及非生物胁迫响应。     

王莲花开

新年伊始,2009年夏日的记忆却依旧鲜活雀跃。那时跟拍王莲开花的体验,使得王莲印迹烙入我们的心田。 夏日里,王莲一贯以叶大如盘的魅影以及一叶托“千金”的神奇成为水景焦点。王莲的花儿通常绽放于傍晚的弱光环境中,所以大白天的花儿或是处于闭合状态中,或是缓慢地开放着,人们难睹花儿盛开时刻的风采。     

光强在低温弱光胁迫后番茄叶片光合作用恢复中的作用

为了研究光强在低温弱光胁迫后番茄叶片光合作用恢复中的作用,以番茄品种浙粉202为材料,研究了低温弱光后恢复期全光照与遮荫对光合作用和叶绿素荧光参数的影响。结果表明：低温弱光（8℃/12℃,PFD 80 μmol·m^-2·s^-1）导致番茄叶片P_n、Φ_PSⅡ、qP和F_v′/F_m′的下降,但诱导了NPQ的上升,未引起F_v/F_m的变化;全光照（100%光照）下恢复1 使得植株叶片P_n、F_v/F_m、Φ_PSⅡ、qP、NPQ和F_v′/F_m′均大幅下降,随后光合和荧光参数可缓慢恢复至对照水平;遮荫（40%光照）恢复植株F_v/F_m、Φ_PSⅡ和F_v′/F_m′仅在第一天稍有下降,而P_n和qP还略有上升,NPQ虽有所降低但仍显著高于对照水平,随后光合和荧光参数均可迅速恢复到对照水平。说明低温弱光虽抑制了光合作用的进行,但并未引起光抑制的发生;全光照恢复加剧了叶片光抑制的发生,而遮荫恢复可通过叶片PSⅡ光化学活性的快速恢复和天线色素热耗散能力的增强以保护光合机构免受伤害,有利于光合作用的迅速恢复。     

低温弱光胁迫及恢复对切花菊光合作用和叶绿素荧光参数的影响

以切花菊品种‘神马’为试材,在偏低温弱光(16℃/12℃,PFD100μmol.m-2.s-1)和临界低温弱光(12℃/8℃,PFD60μmol.m-2.s-1)下分别胁迫11d,然后转入正常条件(22℃/18℃,PFD450μmol.m-2.s-1)恢复11d,研究不同低温弱光强度及恢复对菊花光合作用和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:低温弱光导致菊花叶片的净光合速率(Pn)和气孔限制值(Ls)下降,而胞间CO2浓度(Ci)上升.偏低温弱光胁迫下菊花叶片暗适应下最大光化学效率(Fv/Fm)和初始荧光(Fo)无明显变化,但光适应下最大光化学效率(Fv′/Fm′)在处理前期略有下降,后期则有所回升;而临界低温弱光处理的Fo明显升高,Fv/Fm和Fv′/Fm′显著降低.PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和表观光合电子传递速率(ETR)均随着低温弱光胁迫程度的增加和时间的延长而降低;偏低温弱光处理植株在解除胁迫后能迅速恢复到对照水平,而临界低温弱光处理植株回升速度较慢;同时,低温弱光胁迫下吸收光强用于分配光化学反应部分(Prate)的比例减少,而天线热耗散(Drate)和反应中心的能量耗散(Ex)比例上升,但天线热耗散为过剩光能的主要分配途径.     

低温弱光对黄瓜幼苗Rubisco与Rubisco活化酶的影响

以‘津优3号'黄瓜幼苗为试材,研究弱光(100 μmol·m-2·s-1)下适温(WL:25℃/18℃)、亚适温(ST+WL:18℃/12℃)和低温(LT+WL:10℃/5℃)对黄瓜幼苗光合速率(Pn)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)活性及其基因表达量的影响.结果表明:与对照(25℃/18℃,400 μmol·m-2·s-1)相比,WL、ST+WL和LT+WL处理的单株叶面积和干物质量均明显减小.处理初期,Pn、Rubisco活性及其大亚基基因(rbcL)、小亚基基因(rbcS)表达、RCA活性与基因(CsRCA)表达量大幅度降低,5～7 d后,WL处理趋于平稳,ST+WL处理缓慢回升,而LT+WL处理持续下降,表明黄瓜光合机构对适温弱光和亚适温弱光环境有逐步适应机制.Rubisco和RCA活性及其基因表达对低温弱光的响应与Pn基本一致,表明低温弱光下RCA和Rubisco活性及其基因表达量下降是黄瓜幼苗Pn降低的重要原因.     

烟草抗非生物逆境分子育种研究进展

双子叶模式植物烟草是重要的经济作物,烟草抗非生物逆境分子生物学的研究一方面可以验证异源抗逆境基因的功能,另一方面有可能获得抗非生物逆境能力提高的烟草新品种。综述了近年来国内外利用转基因技术,在验证抗非生物逆境基因功能、提高烟草抗寒、抗旱、抗盐和重金属等非生物逆境方面的研究进展,以期为其它作物的抗逆研究提供参考。     

植物中microRNA的合成及在发育和抗逆中的作用

介绍了植物microRNA（miRNA）的结构、合成、作用机制及其在植物生长发育和逆境胁迫中作用的研究进展。     

长期弱光对苦草幼苗生长发育的影响

用遮光法研究弱光(5%、1%、0.5%、0.1%全光照)对苦草幼苗生长发育的影响,统计了苦草的生物学参数,测定了叶片叶绿素荧光参数。结果表明:1)0.1%组无新株萌发,随着实验时间的延长其余组新株萌发逐渐被抑制。2)随着实验时间增加和光照强度降低,老株叶片形成受到的抑制程度呈增大趋势;前20d时新株叶片形成未被抑制,但随着实验时间延长显著被抑制。3)老株、新株的叶宽均受到显著抑制。4)老株叶片的伸长显著被抑制,且随着光强降低叶片伸长的幅度呈显著降低趋势;前20天时新株叶长被促进,随着实验时间延长叶片伸长显著被抑制。5)随实验天数的增加,老株叶片光化学最大量子产量(Fv/Fm)呈显著降低趋势,第80天时相对电子传递速率(rETR)和非光化学淬灭(NPQ)显著降低。6)新、老植株根、茎、叶的鲜重均显著低于对照,且随着光照强度降低老株的茎重/株重和根重/株重呈增加趋势,而叶重/株重呈显著的降低趋势。第80天时苦草植株仍具有一定的光合能力,地下茎的生物量比例较高,因此,≤1%全光照下苦草植株具有较强的耐受能力。