褐藻胶寡糖对毒死蜱胁迫下小麦幼苗生理生化指标的影响

褐藻胶寡糖对植物的生长发育具有调控作用。为了探讨褐藻胶寡糖对植物抗逆性的作用,以青丰Ⅰ号小麦种子为试验材料,探究了不同浓度褐藻胶寡糖(0、0.05%、0.1%、0.2%、0.4%)对毒死蜱胁迫下小麦生理特性的缓解作用。结果表明:毒死蜱显著降低小麦幼苗中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量(P0.05),使脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖含量显著升高(P0.05),生物量降低,抑制地上部分生物量积累,根冠比增加;褐藻胶寡糖对这些生理生化指标的变化起到显著的缓解作用(P0.05);浓度为0.4%的褐藻胶寡糖缓解作用最为显著(P0.01)。因此,褐藻胶寡糖使毒死蜱对小麦幼苗的伤害有明显缓解作用,增强植物对毒死蜱胁迫的抗性。     

香蕉MaASR1基因的抗干旱作用

ASR(ABA, stress, ripening induced protein)是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子, 在许多植物中已有报道, 然而尚未见香蕉(Musa acuminata)中ASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个ASR基因, 即MaASR1(登录号为AY628102)。干旱胁迫下, 该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASR1转入拟南芥(Arabidopsis thaliana), Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系(命名为L14和L38)。表型观察发现, 此两转基因株系的叶片变小且变厚; Northern和Western检测结果表明, MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后, L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后, 对MaASR1转基因株系中ABA/胁迫响应基因的表达分析, 发现MaASR1可增强转基因株系对ABA信号的敏感度, 但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。     

外源脱落酸对小麦幼苗抗镉胁迫能力的影响

以小麦(Triticum aestivum L.)为试材,采用水培法研究了100mg/L镉(Cd2+)胁迫条件下施用外源脱落酸(ABA)对小麦幼苗生长及某些生理生化指标的影响。结果表明:(1)100mg/L Cd2+胁迫下,小麦叶片膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著提高,植株生长受到抑制;(2)外源ABA能够明显提高Cd2+胁迫小麦幼苗的根系活力,增加其叶片SOD、CAT和POD活性,促进其脯氨酸积累,降低MDA的含量,并以5.0μmol/L ABA的效果最明显;(3)1.0～5.0μmol/L外源ABA不同程度地缓解Cd2+胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,且5.0μmol/L时效果最明显,其株高、根长、总干重分别比单一Cd2+胁迫处理显著提高6.73%、149%和10.52%,而10.0μmol/LABA反而加重了Cd2+对小麦幼苗生长的伤害。因此,适宜浓度的外源ABA能够通过增加体内保护酶活性和脯氨酸含量来缓解Cd2+胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,增强小麦幼苗的抗Cd2+胁迫能力,并以5.0μmol/L ABA处理效果最好。     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H2S)。通过克隆小麦(Triticumaestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD,并将其在拟南芥(Arabidopsisthaliana)中过表达,探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响,并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示,盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型;甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型,且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感,ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下,TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

激素处理及非生物胁迫下枳PtPPF-1基因的表达特性

PtPPF-1是从枳叶片中分离出的与豌豆中的PPF-1具有很高同源性的基因。PPF-1基因能通过控制叶绿体发育而延缓叶片衰老,同时PPF-1能被外源GA3诱导,是与植物营养生长密切相关的基因。本研究以实生苗枳[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]为材料,采用半定量RT-PCR对不同激素处理及非生物胁迫(低温、干旱、盐)下枳叶中PtPPF-1的表达情况进行了分析,以期明确PtPPF-1的功能。结果表明,GA3I、AA、ABA促进了PtPPF-1的表达,KT对PtPPF-1的表达有抑制作用;低温、干旱、盐胁迫能诱导PtPPF-1的表达。推测GA3、IAA、ABA信号通路可能与KT信号通路作用于PtPPF-1的表达存在不同的机制。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

香蕉MaASRl基因的抗干旱作用

ASR（ABA,stress,ripening induced protein）是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子。在许多植物中已有报道,然而尚未见香蕉（Musa acuminata）VPASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个AS尺基因,即MaASRl（登录号为AY628102）。干旱胁迫下,该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASRl转入拟南芥∽rabidopsisthaliana）,Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系（命名为L14和L38）。表型观察发现,此两转基因株系的叶片变小且变厚Northern和Western检测结果表明,MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后,L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后,对MaASR1转基因株系中ABA／胁迫响应基因的表达分析,发现MaASR7可增强转基因株系对ABA信号的敏感度,但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。     

ABA相关基因抗旱基因工程研究进展

干旱是影响植物生长发育的重要因素之一。ABA在植物生长发育及应对胁迫反应方面发挥着重要的作用。随着分子生物学等相关学科的快速发展,人们对ABA合成及信号通路相关基因的研究取得了长足进展,并进行了转基因抗旱基因工程研究。对ABA相关基因抗旱基因工程研究进展进行了综述。     

植物干旱胁迫的信号通路及相关转录因子研究进展

植物对干旱环境的适应是一个复杂的生物学过程,涉及多条信号通路的交叉调控。其中,通过转录因子发挥的调控在植物的抗旱过程中起着至关重要的作用。目前参与植物干旱胁迫反应的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP和WRKY等。研究表明,单个转录因子可以激活或抑制大量下游靶基因的转录,而单一的靶基因又受到不同转录因子的调控,转录因子之间的串扰现象在植物干旱调控网络中普遍存在。该文总结了近年来国内外有关植物干旱胁迫响应中涉及的主要信号通路［ABA信号通路、Ca²⁺信号通路和促有丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)级联信号通路等］,并对以上5种转录因子的结构特点、分类以及它们对干旱胁迫的调控作用进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

植物SnRKs家族在胁迫信号通路中的调节作用

蔗糖非发酵1(SNF1)相关蛋白激酶家族(SnRKs)是植物胁迫响应过程中的一类关键蛋白激酶。在响应生物胁迫时,SnRKs可通过参与活性氧和水杨酸介导的信号转导途径,增强植物对生物侵害的耐受性。在响应非生物胁迫时,SnRKs通过脱落酸(ABA)介导的信号通路,增强植株对干旱、盐碱和高温等的耐受性;且通过独立于ABA的信号通路,SnRKs可调控胞内能量状态,维持离子平衡。该文总结了SnRKs蛋白激酶作为胁迫信号通路中的主要调节因子的最新研究进展,并展望了未来的研究方向。     

水分胁迫下植物体内游离脯氨酸的累积及ABA在其中的作用

无论是土壤干旱,还是NaCl或PEG所引起的水分胁迫,都使植物体内游离脯氨酸含量明显升高。不同小麦品种反应不一,如对干旱敏感的甘麦8号比抗旱的和尚头、定西24在NaCl和PEG胁迫下游离脯氨酸水平增高得更快,而后者持续的时间较长。土壤干旱胁迫下,小麦各品种之间脯氨酸含量无明显差异。中生植物倒挂金钟(Fuchsia hybrida)和沙生植物猪毛蒿(Artemisia scoparia)在水分胁迫下游离脯氮酸含量均有增高。把小麦幼苗放在5×10~(-5)M ABA溶液中浸根处理,无论在正常或胁迫情况下均能促进游离脯氨酸含量的增高。     

水分胁迫下内生真菌球毛壳ND35对冬小麦苗期生长和抗旱性的影响

为明确不同水分条件下内生真菌对冬小麦苗期生长和抗旱性的影响,以抗旱型小麦品种山农16和水分敏感型小麦品种山农22为材料,利用荧光定量PCR技术检测小麦干旱诱导基因脱水素wzy2的表达量来了解冬小麦在干旱胁迫下相关基因的表达差异,通过测定相关生理指标与酶活性来判断小麦发育及其在干旱胁迫下的生理响应状况。结果表明,与正常水分ND35组相比,接种球毛壳菌(Chaetomium globosum)ND35的干旱处理组小麦的根冠比、总蛋白含量、脯氨酸含量及丙二醛含量等指标显著提高,小麦叶片含水量和可溶性糖含量有所降低。在干旱处理组中,球毛壳菌ND35可以显著提高小麦山农16的根长和山农22的株高,接种球毛壳ND35的山农16脯氨酸含量、可溶性糖含量、过氧化氢酶活性比对照组均显著提高,丙二醛含量比对照组降低9.0%,但差异不显著;山农22脯氨酸含量和过氧化氢酶活性比对照组显著提高,丙二醛含量和可溶性糖含量比对照组有所降低,但可溶性糖含量差异不显著;相对定量检测数据显示,接种球毛壳ND35后,两种小麦脱水素wzy2基因的表达量较对照组均能够显著提高。综合分析说明内生真菌球毛壳ND35可以促进冬小麦苗期根系和植株发育,小麦提前进入三叶期,增强小麦避旱性,同时提高小麦根系活力,增强小麦耐旱性;提高个体细胞内水分、糖分、脯氨酸含量,降低丙二醛的氧化性损伤,增强过氧化氢酶活性,从而提高两种冬小麦对干旱胁迫的耐受能力;球毛壳ND35促进小麦干旱诱导相关基因wzy2的表达量,进而提高抗旱相关蛋白的表达,从而提高两种冬小麦耐脱水性和对干旱胁迫的适应性。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H₂S)。通过克隆小麦(Triticum aestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD, 并将其在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达, 探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响, 并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示, 盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型; 甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型, 且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感, ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下, TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

钼在桃树干旱胁迫响应中的作用解析

以毛桃(Amygdalus persica)实生苗为试材, 研究干旱胁迫下, 钼酸铵处理对钼辅因子硫化酶编码基因(LOS5/ABA3)表达量、脱落酸(ABA)含量及抗旱相关生理指标的影响。结果表明, 干旱胁迫下, 喷施不同浓度钼酸铵处理毛桃实生苗叶片, 其含水量及叶绿素和脯氨酸含量显著高于对照, 且以0.04%钼酸铵处理效果最好; 电解质渗漏率显著低于对照。干旱胁迫下, 与对照相比, 喷施0.04%钼酸铵的毛桃实生苗叶片中LOS5/ABA3表达量显著提高; ABA含量、水分利用效率和净光合速率均高于对照, 蒸腾速率低于对照, 且差异显著; 叶片抗氧化酶活性显著升高, MDA含量显著降低; 离体处理的叶片质量损失减缓, 且差异显著。研究表明毛桃实生苗在干旱胁迫下喷施钼酸铵可通过上调钼辅因子硫化酶编码基因的表达水平, 提高叶片中ABA和脯氨酸含量及抗氧化酶活性, 从而缓解干旱胁迫下的细胞膜氧化伤害, 降低叶片失水速率, 减轻干旱胁迫对毛桃实生苗的伤害。     

模拟干旱胁迫下马铃薯StNCED1表达量及与ABA含量的相关性分析

干旱缺水是限制马铃薯产量和品质的关键因素之一。ABA是干旱胁迫应答基因调控网络中的重要组成;9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物ABA生物合成途径的关键限速酶,该基因的表达模式直接影响ABA代谢。但干旱胁迫下有关马铃薯NCED基因表达与激素、表型间的相关分析的研究尚少。本研究克隆了马铃薯NCED1基因的全长c DNA序列,检测了4个马铃薯种质材料在不同模拟干旱(PEG-6000)胁迫强度处理下NCED1基因表达量、ABA含量及根系长度间的相关性。结果表明,St NCED1全长2181 bp,包含一个1800 bp的完整开放读码框,编码599个氨基酸。5%PEG-6000和15%PEG-6000模拟干旱胁迫4周后,4个品种均表现出随胁迫强度的加重植株生长缓慢、矮小,根系长度显著降低。干旱敏感型材料早大白中根系长度变化最大,ABA含量显著高于其他3个种质材料。CIP478.9、star和米拉3份种质材料中St NCED1表达量与对照植株有显著差异,且随胁迫强度增加而增大;早大白中St NCED1表达量表现出先降低后升高趋势。模拟干旱胁迫下,ABA含量与St NCED1表达量之间呈现出正相关关系(R0.7)。研究结果为解析马铃薯响应干旱胁迫的调节机制及其在抗旱种质资源筛选中的应用提供了基础数据。     

外源脱落酸对干旱胁迫下滇润楠幼苗生长及生理特性的影响

以滇润楠一年生实生苗为试验材料,研究在良好水分条件(土壤含水量为70%～75%田间持水量)、轻度干旱胁迫及重度干旱胁迫处理下(50%～55%和30%～35%田间持水量)进行外源脱落酸(ABA)喷施对其生长及生理特性的影响。结果表明: 干旱胁迫使得滇润楠幼苗叶片的相对含水量、株高和生物量显著下降,净光合速率及叶绿素荧光参数(PSⅡ最大光化学效率,F_v/F_m)有不同程度的下降,而根冠比、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著增加。外源ABA的喷施可提高干旱胁迫下滇润楠幼苗的适应性,尤其是重度干旱下,外源ABA显著提高了叶片相对含水量21.0%,同时增加了植株株高和生物量的累积,提高了根冠比,为良好水分条件的2.1倍;减少了干旱下膜脂过氧化产物MDA的累积,提高了抗氧化酶过氧化氢酶、超氧化物岐化酶的活性,显著增加了脯氨酸的含量,为良好水分条件的7.7倍。外源ABA的喷施显著缓解了干旱胁迫对植株光合器官的不利影响,减少干旱引起的叶片净光合速率及气孔导度的下降,并且减轻了PSⅡ受到干旱的伤害程度,重度干旱下喷施ABA的植株的F_v/F_m显著高于未喷施ABA的植株。外源ABA的喷施可以减轻干旱对滇润楠植株的伤害,提高其抗旱性。     

抗旱相关基因在烟草中的应用研究进展

干旱是影响烟草正常生长、发育、产量和烟叶品质的一个重要逆境因子。在干旱胁迫下,植物体内会通过激发一些抗旱基因的表达来增强植物的抗旱能力。目前,很多抗旱相关的功能蛋白基因和调控蛋白基因已被克隆并在烟草中实现了遗传转化,外源抗旱基因的表达提高了转基因烟草的抗旱能力。抗旱基因的克隆为烟草抗旱新品种的培育奠定了良好的分子基础,系统深入地研究抗旱相关基因在干旱胁迫条件下的表达与调控,可为通过基因工程手段提高烟草的抗旱能力开辟新途径,同时也能为其他农作物的抗旱分子育种和品种改良提供基因资源。     

复苏植物旋蒴苣苔棉子糖合酶基因的克隆和表达

复苏植物是研究植物耐脱水机制的特殊模式植物和宝贵的耐旱基因资源植物。以复苏植物旋蒴苣苔(Boea hygrometrica) 为材料研究其在脱水和复水过程中棉子糖系列寡糖含量的变化, 并克隆了旋蒴苣苔棉子糖合酶基因BhRFS。荧光定量PCR检测表明, BhRFS受干旱、低温(4°C)、高盐(200 mmol·L^–1NaCl)和ABA(100 μmol·L^–1)诱导表达上调, 而高温(37°C)抑制其表达, H₂O₂(200 μmol·L^–1)处理对其没有影响。研究结果表明, BhRFS可能参与了多种非生物逆境胁迫抗性反应, 并受到ABA依赖的信号通路调控。     

陆地棉GhPYR1基因的克隆和功能分析

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对干旱、盐碱等逆境胁迫以及植物种子萌发、根伸长、芽休眠等阶段发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR蛋白家族是ABA受体,与ABA结合后能够启动ABA信号传导通路,诱导ABA应答基因的表达。利用电子克隆和RT-PCR技术从陆地棉中克隆了Gh PYR1基因,其编码的Gh PYR1蛋白与拟南芥中At PYR1蛋白相似度为73%。将Gh PYR1蛋白序列与拟南芥14个PYR/PYL/RCAR家族成员蛋白序列进行比对并构建进化树,发现它与拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白亚家族III亲缘关系最近。过表达Gh PYR1基因的T3代拟南芥在外源ABA处理下,其种子萌发和初期根生长均滞后于野生型,表现出对ABA更加敏感;高盐和干旱胁迫对转基因种子的萌发抑制更强烈,但苗期胁迫处理下转基因拟南芥的长势却明显优于野生型;同时在外源ABA诱导条件下ABA应答基因RD29A、RAB18的表达量较野生型有明显提高。以上结果说明Gh PYR1基因编码的蛋白是ABA的受体,过表达该基因能够提高植物对ABA的敏感性和增强应对逆境胁迫的能力。