低磷胁迫对太空诱变耐低磷柱花草酸性磷酸酶活性和磷效率的影响

低磷胁迫是酸性土壤限制牧草生产的主要障碍因子之一。本课题组前期的研究中,通过太空诱变获得了一个耐低磷柱花草突变体TPRC2001-84,但其适应低磷胁迫的机制仍不清楚。以TPRC2001-84及其亲本热研2号(RY2)为试验材料,通过水培方法,比较正常供磷(+P,250 μmol·L^-1 KH₂PO₄)和低磷(-P,5 μmol·L^-1 KH₂PO₄)处理对TPRC2001-84和RY2生物量、磷吸收效率、磷利用效率、可溶性磷浓度、细胞壁磷含量和酸性磷酸酶(ACP)活性的影响。结果表明,相对于正常供磷处理,低磷处理显著降低了两份柱花草材料的植株干重和磷吸收效率(P<0.05),但显著提高了两份柱花草材料的磷利用效率(P<0.05)。并且,TPRC2001-84在低磷处理下的植株干重和磷利用效率分别是RY2的1.6和1.4倍。在低磷胁迫下,虽然TPRC2001-84叶片和根系的细胞壁磷含量只有RY2的70%左右,但是,TPRC2001-84叶片和根系的可溶性磷浓度分别比RY2高36.8%~42.6%,细胞壁ACP活性分别比RY2高46.6%~53.6%。以上结果说明,柱花草TPRC2001-84在低磷胁迫下具有较高的细胞壁ACP活性,有利于其对细胞壁中贮存磷的活化利用,从而获得较高的磷利用效率。这将为选育磷高效柱花草新品种提供理论依据和种质材料。     

低磷胁迫对崖州硬皮豆生长及酸性磷酸酶活性的影响

本试验为探究硬皮豆（Macrotyloma uniflorum）对低磷胁迫的响应机制,以‘崖州硬皮豆’为材料,采用水培方法,分析了不同磷浓度（5 μM,100 μM和250 μM KH₂PO₄）处理对硬皮豆生长和生理特性的影响。结果表明：与100 μM和250 μM磷处理相比,5 μM低磷处理抑制了硬皮豆株高、复叶数、叶面积、总根长,根表面积和根体积以及植株干重。同时,5 μM磷处理显著降低了地上部和根部磷含量、降低了叶片和根系可溶性磷含量和细胞壁磷含量;与100 μM和250 μM磷处理相比,5 μM磷处理增加了叶片和根系总酸性磷酸酶（Acid phosphatase,ACP）活性和细胞壁ACP活性;5 μM磷处理下叶片和根系总ACP活性是250 μM磷条件下的1.5~1.6倍,而叶片和根系细胞壁ACP活性是250 μM磷条件下的1.2~1.3倍。因此,提高酸性磷酸酶活性可能是硬皮豆响应低磷胁迫的重要机制。     

柱花草磷高效种质筛选及根系形态对低磷胁迫的响应分析

为筛选磷高效柱花草（Stylosanthes guianensis）种质并解析其根系适应低磷胁迫的机理,本试验水培了31份柱花草,开展了磷效率评价,分析了低磷胁迫对柱花草根系的影响,并检测了6个扩展蛋白基因（Expansins,EXP）响应低磷胁迫的表达模式。结果表明,低磷胁迫显著降低柱花草的干重和全磷含量。磷效率分析结合根系表型显示,TF291为磷高效高响应型,且低磷胁迫显著促进其根系生长,TF343为磷低效低响应型,且低磷条件下其根系生长显著受抑制。荧光定量PCR表明,低磷处理（-P）使SgEXPB2在TF291和TF343根系中的表达分别增加3.73倍和1.52倍（P<0.05）,SgEXLB1在TF291根系中表达增加1.61倍（P<0.05）。综上所述,本研究筛选到磷高效高响应型柱花草种质为TF291,且根系中SgEXPB2和SgEXLB1基因上调表达,可能参与柱花草适应低磷胁迫。     

柱花草磷转运蛋白SgPT1的克隆和表达分析

磷是植物生长所必需的大量元素。高亲和磷转运子是控制植物对磷吸收和转运的主要蛋白。本研究以磷高效的柱花草基因型TPRC2001-1为对象,首先建立低磷胁迫下TPRC2001-1根系全长cDNA文库。通过同源克隆的方法,首次克隆到编码柱花草高亲和磷转运蛋白的基因,SgPT1。该基因全长cDNA为1 994 bp,编码538个氨基酸残基,蛋白分子量为59 kD。SgPT1蛋白具有高亲和磷转运子的结构特点,即含有“6+6”跨膜结构。而且,定量PCR分析结果表明低磷胁迫显著促进SgPT1在根部的表达,表明该基因可能参与低磷胁迫下磷的吸收和转运的过程。总之,以上结果表明SgPT1的加强表达可能是TPRC2001-1适应低磷胁迫的分子机制之一,为进一步研究柱花草适应低磷的分子机制提供候选基因。     

不同红豆草材料耐低磷性评价及种质筛选

为筛选耐低磷红豆草材料及与耐低磷相关性状指标,采用营养液砂培方法,对生长42d的11份红豆草材料分别进行常磷(1.00mmol/L KH2PO4)和低磷(0.01mmol/L KH2PO4)处理,15d后测定各材料的株高、根系活力、叶片相对含水量、根冠比、根系平均直径、根系体积、根系总表面积、根系总长、根尖数,叶片和根...     

低温胁迫对细茎柱花草与TPRC2001-1柱花草抗寒生理指标的影响

为了探究柱花草的抗寒性,本研究以细茎柱花草(Stylosanthes guianensis var.intermedia)和TPRC2001-1柱花草(S.guianensis‘TPRC2001-1’)营养期叶片为材料,分别进行时长为0(对照)、24h和48h的低温处理,然后对其相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖以及可溶性蛋白的含量等指标进行测定与分析。结果表明,两种柱花草叶片的抗寒性生理指标随着低温处理时间的增加逐步上升。低温处理后,细茎柱花草的相对电导率和丙二醛含量显著低于TPRC2001-1柱花草(P0.05),而脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量显著高于TPRC2001-1柱花草(P0.05)。综合各项生理指标可得,两种柱花草的抗寒性强弱为细茎柱花草TPRC2001-1柱花草。     

13份柱花草品系生产性能比较

为筛选出性状优良的柱花草(Stylosanthes)品种,2011-2014年对13份柱花草品种(系)的株高、存活率、茎叶比、抗炭疽病能力、干草产量、种子千粒重和产量及养分进行测定分析,并采用隶属函数法对其综合生产性能进行评价。结果表明,13份柱花草品系初花期在9~(-1)1月;TPRC2001-84柱花草植株存活率最高(72.6%),TPRC 2001-81其次(56.6%);13份柱花草品系均较抗柱花草炭疽病;TPRC 2001-84柱花草年均干草产量最高(15 968kg·hm-2),TPRC2001-81和热研20号其次(12 206和12 724kg·hm-2);TPRC 2001-85柱花草种子产量最高(56.7kg·hm-2);热研21号柱花草粗蛋白含量最高(21.57%),热研20号和热研21号柱花草粗脂肪和磷含量较高,热研20号(CK)柱花草钙含量最高,TPRC 2001-85柱花草钾含量最高。TPRC 2001-84、热研21号、TPRC 2001-85和TPRC 2001~(-1)柱花草的综合生产性能较优,适于在热带亚热带地区推广种植。     

柱花草根系分泌物对缺磷胁迫的响应分析

为探索柱花草(Stylosanthes guianensis)根系分泌物对缺磷胁迫的响应，本研究以‘热研5号’柱花草为材料，通过水培试验，分析了正常供磷(+P)和缺磷(-P)处理对柱花草生长及根系分泌物的影响。结果表明，相对于+P处理，-P处理显著降低了柱花草植株干重和全磷含量。随后，代谢组共检测到101个根系分泌代谢物，可被分为有机酸、氨基酸、类黄酮、糖及醇类等七类，其中-P与+P处理间的差异累积代谢物25个。属于有机酸的咖啡酸、1-氨基环丙烷-1-羧酸和α-酮戊二酸在-P处理下的分泌量显著增加，且其中α-酮戊二酸对磷酸铝具有较强的溶解能力。此外，荧光定量PCR分析发现，柱花草根系中参与α-酮戊二酸合成的柠檬酸脱氢酶基因SgICDH在-P处理下的表达量显著增加。因此，柱花草根系通过上调SgICDH基因的表达，促进α-酮戊二酸的合成与分泌，从而增强对难溶性磷的活化利用，以适应缺磷胁迫。     

敖汉和维多利亚紫花苜蓿对低磷环境应激机制的比较

为了探索紫花苜蓿在低磷环境下的表现及响应机制,以期为提高苜蓿磷利用效率及磷吸收效率提供参考。试验以耐低磷较强的敖汉苜蓿和耐低磷较弱的维多利亚苜蓿为研究对象,以正常磷(500μmol·L~(-1) KH2PO4)处理为对照,低磷(5μmol·L~(-1) KH2PO4)胁迫处理10、15、20d后,分别观测其形态特征及生理指标的变化,比较两个品种在低磷胁迫下的差异,综合分析其耐低磷机制。结果表明,低磷胁迫下,敖汉和维多利亚的株高、地上生物量及磷含量有所下降,地下生物量、根冠比、总根长、根表面积及磷利用率有所提高,二者净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著下降(P0.05),但是敖汉的下降幅度都远小于维多利亚;二者的酸性磷酸酶活性都极显著增强(P0.01),但敖汉的酸性磷酸酶活性极显著高于维多利亚(P0.01)。综合表明,低磷胁迫抑制了苜蓿的地上部分生长,促进了地下部分生长,敖汉较维多利亚耐低磷主要表现在光合作用受低磷影响较小、磷酸酶活性增强幅度较大。通过两个品种在低磷胁迫下的不同表现,为紫花苜蓿的耐低磷机制研究提供一定的理论依据。     

镉胁迫对3种柱花草生长及植株镉积累和分配的影响

利用不同浓度镉离子(Cd²⁺)溶液对3个柱花草(Stylosanthes spp.)品种进行不同程度的胁迫处理,以研究Cd²⁺胁迫对柱花草生长、镉积累及其分配的影响。结果表明:随着Cd²⁺浓度的增加,3种柱花草生长均受到抑制,Cd²⁺胁迫对西卡柱花草(Stylosanthes scabra cv.Seca)株高、分枝数、地上部和地下部生物量影响最大,其次是TPRC2001-1柱花草(Stylosanthes guianensis.TPRC2001-1),而热研2号柱花草(Stylosanthes guianensis cv.Reyan2)影响最小;在Cd²⁺胁迫下3种柱花草地上部和地下部Cd²⁺含量均显著增加,TPRC2001-1柱花草体内含Cd²⁺量较热研2号柱花草和西卡柱花草大;地上部富集系数随Cd²⁺浓度增加呈下降趋势,且在低Cd²⁺浓度(≤1 mg·kg^-1)下更易富集Cd²⁺;Cd²⁺转运系数呈现先上升后下降。     

狼尾草属象草PpPAPs基因的克隆及响应低磷胁迫的表达模式分析

为解析象草(Pennisetum purpureum)适应低磷胁迫机理，本研究通过水培试验，分析了不同磷源处理对象草生长的影响，并利用同源克隆和cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends，RACE)技术，从象草中克隆了3个可能参与ATP利用的PAP基因。结果表明，在腺嘌呤核苷三磷酸处理(+ATP)下，象草的干重和全磷含量显著高于低磷处理(-P)，表明象草对ATP具有较强的利用能力。荧光定量PCR分析表明，与正常供磷处理(+P)相比，+ATP处理10 d使3个可能参与ATP利用的PAP基因在象草根系中的表达量提高170%~403%，并伴随着根系胞内和分泌的酸性磷酸酶(acid phosphatase,ACP)活性显著增加。综上所述，在低磷胁迫条件下，象草根系中PpPAPs基因上调表达，可能促进了根系ACP的合成与分泌，这有助于象草对ATP的活化利用。     

圭亚那柱花草苗期抗旱性评价及抗旱种质鉴定

本研究用水培试验方法，分别在15%聚乙二醇6000（Polyethylene glycol，PEG-6000）模拟干旱胁迫5 d和14 d后对93份圭亚那柱花草（Stylosanthes guianensis Sw.）的枯叶率、相对叶绿素含量、相对含水量、净光合速率、气孔导度及蒸腾速率进行测定，运用相关性分析、主成分分析、隶属函数法等方法对圭亚那柱花草种质进行抗旱性综合评价并筛选抗旱种质。隶属函数抗旱能力排序表明，在处理的第5 d，71（CIAT10598），73（CIAT10347），72[Wangtingbiao（Qi）]，74（Graham），32（TPRC2001-54），39（TPRC2001-26），33[GC1480（IRRI）]和37（TPRC2001-14）等8份材料抗旱性最差，表现为干旱敏感材料；在处理的第14 d，91（TPRC2001-83），82（Nan02145），19（CIAT11362），59（Endeavour），67（Reyan No.2），80（CIAT87830），55（TPRC90033），45（TPRC L2），27（TPRC2001-68），5（TPRC2001-85），23（TPRC2001-20）和50[TPRC90005（1）]等12份材料表现出较强抗旱能力。根据隶属函数排名选取部分材料进行土壤条件下抗旱性验证，结果表明59（Endeavour）和23（TPRC2001-20）的抗旱性明显优于其它材料。本试验可为柱花草抗旱育种提供理论依据。     

6个紫花苜蓿品种根系形态结构对低磷胁迫的响应

为明确低磷胁迫下紫花苜蓿（Medicago sativa L.）根系形态结构的响应差异对磷效率的影响,以6个紫花苜蓿品种为材料,采用营养液砂培法,测定两种磷水平（对照：0.5 mmol·L^-1;低磷：0.05 mmol·L^-1）下苜蓿根系形态、解剖结构和磷效率。结果表明：低磷胁迫下,各苜蓿品种的根系长度、表面积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例均降低,其余根系性状则呈现不同的变化趋势。低磷胁迫抑制了各苜蓿品种的生长和磷吸收;除‘赛迪’的磷利用效率显著增加外,其余5个苜蓿品种的磷利用效率均显著降低。‘赛迪’主要通过增加根冠比和磷利用效率,表现出较强的耐低磷能力。总体表明,根系长度、表面积、体积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例是苜蓿根系响应低磷胁迫的主要指标,其中根系长度和中柱直径占根直径比例分别是影响6个苜蓿品种磷吸收和利用效率最关键的根系性状。     

不同供磷水平对宽叶雀稗形态及生理的影响

为探讨宽叶雀稗在不同供磷水平条件下的形态及生理变化,了解宽叶雀稗对磷胁迫的适应策略,以期为宽叶雀稗的磷养分管理和生理调控提供理论依据。试验采用砂培法,设置极低磷(2μmol·L~(-1))、低磷(20μmol·L~(-1))、适磷(200μmol·L~(-1),对照)、高磷(600μmol·L~(-1))、极高磷(1000μmol·L~(-1)) 5个供磷水平处理,分别在胁迫10、20、30 d后测定幼苗生长状况、根系形态、保护酶活性的变化。结果表明,低磷和极度低磷胁迫显著降低了宽叶雀稗植株高度和地上生物量,同时,叶面积和叶周长均有降低的趋势;根系生物量、总根长、根表面积、根体积、根尖数目、根冠比均高于适磷处理,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、酸性磷酸酶(ACP)活性均显著增强(P0.05),叶片电导率和根部电导率显著提高(P0.05);主成分分析表明,CAT活性、POD活性和根系磷酸酶活性、根尖数目和根膜透性受磷胁迫的影响较大,供磷水平为600μmol·L~(-1)时表现较好;偏最小二乘回归分析表明,根表面积、根系磷酸酶活性和叶周长是影响宽叶雀稗产量的重要指标。综合表明,宽叶雀稗可通过降低地上生物量、增加根系数量和根表面积、提高保护酶活性来适应低磷胁迫。     

低磷胁迫对黄花苜蓿生理特性的影响

我国绝大部分土壤缺乏有效磷,严重限制了作物产量的提高。黄花苜蓿耐寒、耐旱、耐贫瘠,但其对磷缺乏的响应和适应机制尚未见报道。以呼盟黄花苜蓿与锡盟黄花苜蓿为材料,研究了不同供磷水平对黄花苜蓿生长、根系形态、柠檬酸分泌和光合特性的影响,探讨了黄花苜蓿适应低磷胁迫的机制。结果表明,低磷(5 μmol/L H₂PO₄^-)胁迫显著降低了黄花苜蓿的生物量、根系表面积、总根长、根系体积、地上部磷含量、净光合速率、气孔导度与蒸腾速率,但增加了黄花苜蓿柠檬酸释放速率。常磷(500 μmol/L H₂PO₄^-)处理下,呼盟黄花苜蓿与锡盟黄花苜蓿的各项指标之间没有显著差异,但低磷处理下,锡盟黄花苜蓿干重、鲜重、株高、地上部磷含量、净光合速率、气孔导度与蒸腾速率等下降幅度明显较小,而主根长与柠檬酸释放速率的增加幅度明显较大,表明锡盟黄花苜蓿较呼盟黄花苜蓿更耐低磷。     

柱花草SgSTOP1和SgSTOP2基因的克隆与表达分析

铝毒是酸性土壤中限制作物生长和产量增加的主要因素之一。转录因子STOPs具有调控耐铝相关基因表达的功能,是植物耐铝毒的重要基因。本研究以耐铝柱花草(Stylosanthes guianensis)基因型‘TPRC2001-1’为材料,首次克隆到两个柱花草编码锌指蛋白SgSTOP1和SgSTOP2基因。这两个基因cDNA全长分别为1 515和1 077 bp,编码504和358个氨基酸残基,蛋白分子量分别为56.2和39.7 kDa。亚细胞定位预测表明,SgSTOP1和SgSTOP2均定位于细胞核中。并且,SgSTOP1和SgSTOP2均为ZF-C_2H_2家族成员,SgSTOP1和SgSTOP2均包含4个保守的锌指结构域。定量PCR结果表明,铝毒胁迫显著增强SgSTOP1在‘TPRC2001-1’根和叶中的表达(P 0.05),但铝处理对SgSTOP2表达影响不明显(P 0.05),暗示SgSTOP1基因可能参与柱花草对铝毒胁迫的应答过程。本研究结果为进一步解析柱花草适应铝毒胁迫的分子调控机制提供了候选基因资源。     

低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长和生理特性的影响

以4个不同耐低氮性玉米品种为材料,采用盆栽试验研究低氮胁迫对玉米苗期生长和生理特性的影响。结果表明,低氮胁迫下玉米苗期株高、叶面积、地上部干重、单株干重、氮积累量、地上部氮分配比例及叶绿素、可溶性蛋白等指标均显著下降;根冠比、根系氮分配比例、氮素生理效率、可溶性糖、MDA、脯氨酸和POD等均显著升高,根系干重在各氮水平下差异不明显。低氮胁迫下,耐低氮品种株高、叶面积、单株干重、地上部干重、根冠比、氮积累量、地上部氮分配比例、根系氮分配比例和叶绿素、可溶性蛋白、MDA变化幅度低于不耐低氮品种,而氮素生理效率、可溶性糖、脯氨酸和POD变化幅度则大于不耐低氮品种。与不耐低氮品种相比,耐低氮品种通过保持地上部氮分配比例,较高的叶绿素含量和较大叶面积来维持较强的光合生产能力;通过保持较高的可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸等有机渗透物质含量和较强的POD活性来降低膜脂过氧化伤害,延缓叶片衰老,从而提高了其对低氮环境的适应性。     

柱花草SgLPR1基因克隆与表达分析

植物的生长和发育受土壤磷有效性的影响。柱花草(Stylosanthes guianensis)是主要的热带豆科牧草，对低磷胁迫表现出优良的适应性。由LPR基因编码的多铜氧化酶被报道在调控植物根系生长和低磷响应方面发挥重要作用。本研究分析了低磷胁迫对两个柱花草基因型生长的影响，并对SgLPR1基因进行了克隆和表达分析。结果表明：相对柱花草基因型‘TF0285’，‘TF0277’具有较高的植株干重和磷吸收效率，且低磷处理促进了‘TF0277’根系的生长。基因克隆分析表明，SgLPR1基因全长为1 713 bp，编码570个氨基酸残基，蛋白分子量为64.1 kDa，属于Cupredoxin家族成员，亚细胞定位预测SgLPR1蛋白定位于内质网上。实时定量聚合酶链反应(PCR)结果表明，SgLPR1基因在柱花草茎中表达量高于其他组织中的表达量，且在根尖大于1 cm的根段中表达量最高。相比对照处理，缺氮、缺磷和缺钾处理均增加了SgLPR1基因在柱花草叶和根中的表达量。此外，低磷处理增加了SgLPR1基因在柱花草‘TF0277’根中的表达，但其在‘TF0285’根中的表达无显著变化。本研究结果揭示了...     

供磷水平对‘热研5号'柱花草-根瘤菌共生体系的影响

为研究不同供磷水平对热研5号柱花草(Stylosanthes guianensis‘Reyan No.5')-根瘤菌共生体系的影响,利用水培试验对接种7株不同根瘤菌的柱花草进行3个磷浓度的处理,通过对柱花草干重、植株含氮量、根瘤数、固氮酶活性的测定及分析确定磷对共生体系的影响。结果表明:低磷不利于柱花草及根瘤菌共生体系的生长;菌株YM11-1,FS3-1-1在高磷时固氮促生效果最佳,菌株LZ3 2,RJS9-2,BS1-1,CJ1则在中等磷条件下固氮促生效果最佳,磷对菌株PN13-3的影响不大。     

不同施磷浓度对柱花草和黑籽雀稗根系分布的影响

采用根箱法,结合Winrhizo2004a根系扫描测定系统,以豆科牧草柱花草和禾本科牧草黑籽雀稗为试验材料,研究不同施磷水平对柱花草和黑籽雀稗根系分布的影响。结果表明,2种牧草根系分布随土壤深度的增加而减少, 柱花草集中分布于0～10 cm土层, 黑籽雀稗集中分布于0～20 cm土层;磷对2种牧草根系生长的影响存在较大的差异。低磷(P1,0.48 g P₂O₅/kg土)更适合柱花草根系和地上部分的生长,高磷(P3,1.92 g P₂O₅/kg土)水平对根系生长有抑制。黑籽雀稗对磷的需求量大,随着磷施入量的增加,根干重、总根长、根表面积、体积和根系平均直径均有所提高。