外源Ca2+对PEG处理下转C4型PEPC基因水稻光合生理的调节

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)通过固定二氧化碳参与光合作用, 是关键的C₄植物光合作用酶。为了揭示高光效转C₄ PEPC基因水稻(Oryza sativa)对干旱胁迫的适应机理, 以高表达转C₄ PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为供试材料, 在植株的4-5叶期, 使用不同浓度外源CaCl₂溶液处理, 测定在15%聚乙二醇6000 (polyethylene glycol-6000, PEG-6000)胁迫下叶片相对含水量、光合参数、内源钙总含量、叶片总蛋白激酶活性、PEPC酶活性以及相关基因表达和蛋白质含量。结果表明, 0.5 mmol∙L^-1 CaCl₂明显提高PC叶片相对含水量(P<0.05), 2 mmol∙L^-1和10 mmol∙L^-1 CaCl₂则作用不显著, 对WT则影响不显著。不同浓度钙处理对PEG处理PC的净光合速率影响不显著, 而通过维持气孔导度减少水分胁迫。内源总钙浓度的数据显示, 在PEG6000处理下, PC具有维持稳定内源Ca²⁺浓度的能力, 过高浓度(10 mmol∙L^-1 CaCl₂)钙处理反而降低了PEPC酶活性、PEPC基因表达和可溶性蛋白的含量。     

干旱胁迫下表观遗传机制对转C4型PEPC基因水稻种子萌发的影响

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 µmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 µmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 µmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。     

Effects of Epigenetic Mechanisms on C4 Phosphoenolpyruvate Carboxylase Transgenic Rice (Oryza sativa) Seed Germination Under Drought Stress

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 μmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 μmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 μmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。     

PLD途径合成的PA增强高表达转玉米C4型pepc水稻悬浮细胞中PEPC酶活性

为了研究外源信号分子对高表达玉米C₄型pepc酶活性的调节机制,本实验以高表达玉米C₄型pepc水稻（PC）和原种水稻Kitaake（WT）的悬浮细胞系为材料,研究葡萄糖、胡蜂蜂毒肽（mastoparan,Mas）及其磷脂酸（phosphatidicacid,PA）的两个合成途径的专一性抑制剂（磷脂酶D（phospholipaseD,PLD）的专一性抑制剂正丁醇和磷脂酶C（phospholipaseC,PLC）的专一性抑制剂新霉素）对供试材料PEPC活性的影响。结果表明,3%葡萄糖处理0.5h对WT的PEPC酶活性抑制最明显;相对于PC,则5%的葡萄糖处理5h时,对其PEPC酶活性抑制的最明显。5mmol/L的Mas对WT和PC悬浮细胞的PEPC酶活性分别抑制了约60%和40%。0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L新霉素处理对WT的PEPC酶活性影响不明显,且无时间效应;与WT相比较,不同浓度的新霉素均增强了PC的PEPC酶活性,其中0.1mmol/L新霉素处理增加为对照的约7倍。正丁醇处理明显抑制了WT的PEPC酶活性,但不同浓度处理之间却没有显著差异;而对于PC,0.02%、0.04%正丁醇处理使得PEPC酶活性显著下降,且比WT的更显著。同时0.04%的正丁醇的抑制效应具有明显的时间效应。以上结果表明,对PC的PEPC酶活性的调节主要依赖于由PLD途径产生的PA的参与。     

氯化镧对硝酸盐胁迫下黄瓜幼苗光合特性的缓解效应

采用水培方式研究了LaCl₃对140 mmol·L^-1 NO₃-硝酸盐胁迫下黄瓜幼苗光合特性的影响.结果表明: 硝酸盐胁迫显著降低了黄瓜幼苗叶绿素及类胡萝卜素含量,叶片Mg²⁺ ATPase、Ca²⁺ ATPase活性也随之降低;硝酸盐胁迫7 d,黄瓜幼苗叶片光合速率的降低以气孔限制为主,叶片AQY与CE下降,胁迫12 d则以非气孔限制为主.硝酸盐胁迫下,外加LaCl3可以使黄瓜叶片保持较高的Mg²⁺ ATPase、Ca²⁺ ATPase活性及叶绿素和类胡萝卜素含量,尤其是外加低浓度（20 μmol·L^-1）LaCl3显著增加了叶片类胡萝卜素含量;LaCl₃还具有降低气孔关闭、改善叶片气体交换功能,减缓叶片F_v/F_m、Ф_PSII、AQY、CE及q_P的降低幅度等作用,使叶片在盐胁迫下保持较高的光能利用率及CO₂同化能力.20 μmol·L^-1 LaCl₃可以有效缓解硝酸盐对黄瓜幼苗光合作用的影响,而200 μmol·L^-1LaCl₃在胁迫初期对黄瓜幼苗有缓解效果,后期则效果不明显.该结果可为设施土壤的改良提供新的途径.     

臭氧浓度升高对毛竹叶片光合色素和抗性生理的影响

为了解毛竹对温室气体浓度升高的生理响应,探索竹子应对气候变化的经营策略,运用开顶式同化箱(OTCs)开展了5个O₃浓度梯度(过滤大气CF、环境大气NF、50nl·L^-1、100nl·L^-1、150nl·L^-1对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片光合色素、可溶性蛋白、脂质过氧化和抗氧化系统的影响研究。结果表明:随O₃浓度升高,毛竹叶片Chl和Car含量呈下降趋势,可溶性蛋白、MDA和O₂^-含量呈升高趋势。与CF相比,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃,浓度处理毛竹叶片光合色素含量极显著降低,叶片可溶性蛋白、MDA和O₂^-含量极显著升高;随O₃浓度升高,SOD活性呈降低趋势,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃浓度处理较CF极显著下降。POD活性呈升高趋势,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃浓度处理较CF极显著提高;长时间高O₃浓度(100nl·L^-1及以上)胁迫条件下,会导致毛竹叶片光合色素降解或合成受阻,叶片老化加快,膜脂过氧化程度加剧,膜结构和抗氧化系统功能遭到破坏,影响毛竹的正常生长。     

外源海藻糖增强高表达转玉米C4型PEPC水稻耐旱性的机制

为揭示海藻糖(Tre)调控转玉米(Zea mays) C4型PEPC基因水稻(Oryza sativa) (PC)的耐旱性机制,以PC及其野生型Kitaake (WT)为材料,通过水培试验,研究了Tre和12% (m/v)聚乙二醇(PEG)单独或联合处理对水稻生理生化特性的影响。结果表明,Tre处理可促进PC和WT水稻...     

碳源对迷迭香悬浮培养细胞的生长、迷迭香酸积累及抗氧化酶活性的影响

以迷迭香悬浮培养细胞为材料,详细研究了基本培养基中添加蔗糖、麦芽糖和葡萄糖对细胞生长及次生代谢产物积累的影响,同时对不同蔗糖浓度处理的悬浮培养细胞抗氧化酶活性进行了研究。研究结果表明：在不同的糖处理中,30 g·L^-1的蔗糖、70 g·L^-1的麦芽糖及40 g·L^-1的葡萄糖最有利于迷迭香悬浮培养细胞生长。30 g·L^-1蔗糖和70 g·L^-1麦芽糖处理中悬浮培养细胞的生长率分别为74.08%和72.33%,高出40 g·L^-1葡萄糖处理接近3倍之多。30 g·L^-1蔗糖处理的悬浮培养细胞迷迭香酸含量高出70 g·L^-1麦芽糖处理228倍,略低于40 g·L^-1葡萄糖处理。在不同蔗糖的处理中,随着蔗糖浓度的增加,迷迭香酸含量均呈现增加趋势,表明高浓度的蔗糖有利于悬浮培养细胞迷迭香酸的积累。在高浓度的蔗糖处理中,悬浮培养细胞H₂O₂和MDA含量明显增加,同时抗氧化酶SOD、POD及CAT的活性也明显增强,表明高浓度的蔗糖产生了渗透胁迫,这种渗透胁迫虽不利于迷迭香悬浮培养细胞的生长,但有利于次生代谢产物的积累。综合迷迭香悬浮细胞的生长率和迷迭香酸的含量,我们最终得出30 g·L^-1的蔗糖最有利于迷迭香悬浮细胞的培养。     

LED短期连续光照与氮营养对水培生菜品质的影响

设置10和15 mmol·L^-12个氮水平处理,NO₃^- -N∶NH₄⁺-N比例分别为1∶0、4∶1和1∶1的3个氮形态处理,水培紫叶生菜,研究其在LED红蓝组合光短期连续光照(SCL)后的品质提升效果.结果表明： 各处理生菜地上部干质量在LED光源SCL处理后均显著提高,最小增幅为35.1%,根系干质量除NO₃^- -N∶NH₄⁺-N为1∶1且氮水平为15 mmol·L^-1的处理和NO₃^- -N∶NH₄⁺-N为1∶0且氮水平为10 mmol·L^-1的处理外,差异都达到显著水平.SCL处理前,不同氮营养处理生菜总酚、类黄酮相对含量差异不显著.SCL处理后,不同氮营养条件下生菜总酚、类黄酮和花青素相对含量差异显著.2种氮水平下,总酚和类黄酮相对含量随铵氮比例的提高而增加,花青素相对含量随铵氮比例增加而先降低后升高.SCL处理使生菜叶片、叶柄硝酸盐含量显著降低,其中叶片硝酸盐含量降低23.2%,生菜叶片抗坏血酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均显著提高.叶片硝酸盐含量降低速率随氮水平和铵氮比例的增加而提高.抗坏血酸含量增加速率主要受氮水平影响,氮水平较低时抗坏血酸含量增加速率较高.可溶性糖含量增加速率随着铵氮比例的增加而增加.SCL处理显著提高了不同氮营养水培生菜干物质的积累,同时显著降低了硝酸盐的积累,显著提高了抗坏血酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量,氮营养条件对SCL改善生菜品质的速率有显著影响.     

24-表油菜素内酯对干旱胁迫下辣椒幼苗叶片抗氧化酶系统及耐旱相关基因表达的影响

报道了干旱胁迫下外源24-表油菜素内酯（EBR）对辣椒幼苗叶片H₂O₂和MDA含量,抗氧化酶活性,以及耐旱相关基因表达的影响。结果表明,0.1 μmol·L^-1 EBR处理诱导了辣椒幼苗叶片H₂O₂含量的增加,并提高了SOD、APX、CAT、DHAR、MDAR和GR活性;干旱胁迫下,EBR处理显著诱导了辣椒叶片抗氧化酶活性的增加,并抑制了H₂O₂和MDA含量的上升;EBR处理也促进了cAPX和MDAR等抗氧化酶基因的表达,以及WRKY3、WRKY6和MYB等转录因子的表达。由此认为,适宜浓度的外源EBR可能是通过信号分子H₂O₂调控辣椒叶片中WRKY和MYB等转录因子的表达以调控相关耐旱基因表达,增强细胞的抗氧化酶活性,减轻干旱造成的膜质过氧化伤害,从而增强了辣椒幼苗的耐旱性。     

Improved oxidative tolerance in suspension‐cultured cells of C_4-pepctransgenic rice by H_2O_2 and Ca~(2+)under PEG-6000

To understand the molecular responses of PC(Overexpressing the maize C4-pepc gene, which encodes phosphoenolpyruvate carboxylase(PEPC)), to drought stress at cell level, we analyzed changes in the levels of signaling molecules(hydrogen peroxide(H2O2), calcium ion(Ca2t), and nitric oxide(NO)) in suspension-cultured PC and wild-type(WT)rice(Oryza sativa L.) cell under drought stress induced by 20%polyethylene glycol 6000(PEG-6000). Results demonstrated that PC improved drought tolerance by enhancing antioxidant defense, retaining higher relative water content, survival percentages, and dry weight of cells. In addition, PEPC activity in PC under PEG treatment was strengthened by addition of H2O2 inhibitor, dimethylthiourea(DMTU) and NO synthesis inhibitor, 2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide(c PTIO), respectively, while that in PC was weakened by addition of free calcium chelator, ethylene glycol-bis(b-aminoethylether)-N,N,N0,N0-tetraacetic acid(EGTA)t calcium channel outflow inhibitor, ruthenium red(RR) t plasma membrane channel blocker La(NO3)3, but EGTA t RR did Reseanot. Results also showed that NO and Ca2 twas lying downstream of H2O2 in drought-induced signaling. Calcium ion was also involved in the expression of C4-pepc in PC. These results suggested that PC could improve oxidative tolerance in suspension-cultured cells and the acquisition of this tolerance required downregulation of H2O2 and the entry of extracellular Ca2 tinto cells across the plasma membrane for regulation of PEPC activity and C4-pepc expression.     

水稻籼爪重组自交系群体芽期耐旱性鉴定

以20%PEG-6000作渗透介质,模拟干旱条件,芽期处理水稻籼爪重组自交系7天,测定处理后的胚根长、芽长、芽干重。以各性状相对值的耐旱级别而得出的耐旱总级别为指标,筛选出8个耐旱株系,它们可作为耐旱资源在育种和耐旱机理研究中应用。     

东乡野生稻回交重组系的抗旱性评价体系

选用协青早B//东乡野生稻/协青早B回交重组系及其亲本共79份水稻材料,研究了水稻发芽期、苗期、孕穗期、成熟期的种子萌发抗旱指数等31个指标与东乡野生稻回交重组系抗旱性的关系.结果表明:15％ PEG-6000溶液处理的相对发芽势、20％ PEG-6000溶液处理的种子萌发抗旱指数和相对发芽势及水分胁迫后最长根长、苗高、根鲜质量、根干质量、根系相对含水量、萎蔫率、叶片可溶性糖含量、叶片脯氨酸含量、叶片丙二醛含量、叶片相对含水量、卷叶级别、株高、单株分蘖数、单株有效穗数、穗实粒数、着粒密度、结实率、千粒重等21个指标的相对值与抗旱系数或抗旱指数的相关性显著.通过逐步回归分析筛选出9个抗旱性鉴定指标:20％ PEG-6000溶液处理的相对发芽势及水分胁迫后根干质量、根系相对含水量、叶片可溶性糖含量、叶片脯氨酸含量、叶片丙二醛含量、单株有效穗、结实率和千粒重的相对值.根据这些指标和偏相关系数,建立了不同时期的抗旱性评价(D值)方程和评价体系,可对东乡野生稻回交重组系抗旱性进行较好的评价.     

刚毛柽柳ThPP2C基因的克隆和表达分析

蛋白磷酸酶2C（PP2C）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在体内以单体形式存在,由它催化的可逆磷酸化反应是细胞信号转导的重要组成部分,这一过程几乎参与所有的生理和病理过程。本研究从柽柳中克隆获得一条PP2C基因,命名为ThPP2C。该基因开放读码框（ORF）长849 bp,编码282氨基酸,推测蛋白质分子量为30.54 kDa,理论等电点为7.13。qRT-PCR结果显示,0.4 mol·L^-1 NaCl、20%（w/v） PEG₆₀₀₀、150 μmol·L^-1 ABA和100 μmol·L^-1 JA胁迫处理后,ThPP2C基因在刚毛柽柳根和叶中的表达均发生了明显改变,但时空表达模式不完全相同。NaCl、ABA和JA处理后ThPP2C基因在叶中都表现为下调表达。而根中,NaCl和JA胁迫后主要表现为上调表达。ABA处理早期表达下调,随后表达量逐渐增加。与其他3种胁迫不同的是,PEG₆₀₀₀处理后ThPP2C基因在根中明显下调,而在叶中胁迫早期表现不明显,48 h后被高度诱导。表明ThPP2C基因可能参与了刚毛柽柳高盐、干旱以及激素处理的适应过程,但其功能还有待进一步验证。     

Different drought-stress responses in photosynthesis and reactive oxygen metabolism between autotetraploid and diploid rice

Photosynthetic light curve, chlorophyll (Chl) content, Chl fluorescence parameters, malondialdehyde (MDA) content, phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) activity and reactive oxygen metabolism were studied under drought stress in two autotetraploid rice lines and corresponding diploid rice lines. Net photosynthetic rate decreased dramatically, especially under severe drought stress and under high photosynthetic active radiation in diploid rice, while it declined less under the same conditions in autotetraploid lines. Compared with the corresponding diploid lines, the Chl content, maximum photochemical efficiency of photosystem (PS) II, and actual photochemical efficiency of PSII were reduced less in autotetraploid lines. PEPC activities were higher in autotetraploid rice lines. PEPC could alleviate inhibition of photosynthesis caused by drought stress. The chromosome-doubling enhanced rice photoinhibition tolerance under drought stress. The lower MDA content and superoxide anion production rate was found in the autotetraploid rice indicating low peroxidation level of cell membranes. At the same time, the superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) activities were higher in autotetraploid rice lines. SOD, POD, and CAT could effectively diminish the reactive oxygen species and reduced the membrane lipid peroxidation.