【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104(WT)为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系(ZmIBH1-1-OE);通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理(20%PEG6000),进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因(differentially expressed genes,DEGs);结合DAP-seq(DNA affinity purification sequencing)分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV(integrative genomics viewer)分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T_3代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T_4代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性)均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology(GO)功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。

通过盆栽试验,以14个玉米杂交种(京科308、四单19、辽单565、吉单261、京科25、京单28、京科508、郑单958、京科516、DH3719、丹玉39、中丹808、农大108、京玉6为试验材料,研究了玉米苗期反复干旱对玉米株高、干物质积累、过氧化物酶活性、丙二醛含量、脯氨酸含量等的影响。分析表明,反复干旱胁迫下玉米各杂交种幼苗存活率与株高、干物质积累、POD含量呈正相关,与丙二醛含量、脯氨酸含量呈负相关,上述指标和幼苗反复干旱后存活率的相关性都达到显著水平。鉴定玉米苗期抗旱性以幼苗反复干旱后存活率为主,结合其他5项指标进行综合评价。

用离体叶片的保水率、电导、水势、脯氨酸含量及根冠比对６个玉米品种苗期抗旱性进行初步研究，用五级评分法对各项指标的测定值进行定量表示，经过权重分配进行了抗旱性的综合评价。

【目的】Annexins是原核生物和真核生物中普遍存在的一大类膜联蛋白家族,能够参与氧化胁迫、热胁迫、干旱胁迫和盐胁迫等许多胁迫响应过程。但在胡杨中,对膜联蛋白家族在抗逆性中的作用情况还缺乏了解。本文研究胡杨Anneixn1在植物耐受渗透胁迫和干旱中的作用。【方法】本研究对渗透胁迫诱导的PeAnn1基因表达进行检测,对Pe Ann1进行相关生物信息学分析,与毛白杨、拟南芥、大豆和水稻膜联蛋白基因家族成员进行序列比对和系统进化树分析,以过表达PeAnn1拟南芥(PeAnn1-OE1和PeAnn1-OE2)、Annexin1突变体(atann1)和野生型拟南芥(WT)为实验材料,利用不同浓度甘露醇处理(0、150、200、250、300 mmol/L)模拟渗透胁迫,并对各株系进行土壤干旱和复水处理,测定了不同处理株系的萌发率、根长、叶绿素含量及荧光参数、过氧化氢含量、抗氧化酶活性和基因表达等指标,分析了不同基因型拟南芥的抗旱性。【结果】短期渗透胁迫处理诱导了胡杨叶片中PeAnn1基因的上调表达。PeAnn1基因序列与毛白杨PtAnn1相似度最高,与PtAnn1亲缘关系较近。在甘露醇培养基上,过表达PeAnn1拟南芥的生存率和根长生长受到明显的抑制,且随着甘露醇浓度的升高,差异显著(P <0.05)。复水后,PeAnn1转基因拟南芥光合参数的恢复程度也较低。在渗透胁迫下,转基因植株抗氧化物酶SOD、POD、CAT的活性以及编码基因的表达量显著低于野生型和突变体,不能清除过多活性氧,导致氧化伤害。【结论】以上结果表明,过表达PeAnn1降低了拟南芥对水分逆境的抗性。

用不同浓度的聚乙二醇(PEG)高渗培养液模拟不同程度的干旱胁迫环境,以与玉米自交系幼苗质膜损伤程度有关的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)为指标,运用模糊隶属函数法对13个参试材料的抗旱性进行综合分析。结果表明,模糊隶属函数法可以避免单一指标的片面性,能较全面地评价玉米的抗旱性;利用生理指标的隶属函数加权平均值(D)对参试材料的抗旱性评价与田间干旱鉴定结果基本一致,值基本上可以直接用于玉米品种的抗旱性分级评价。

为了进一步了解玉米ZmERD基因,基于旱胁迫转录组数据,筛选出5个ZmERD基因。将这些基因编码的蛋白质与拟南芥16个ERD蛋白进行进化分析发现,GRMZM2G181206和GRMZM2G128641基因编码的蛋白质分别与AT4G02900和AT1G32090基因编码的蛋白质同源性较高。时空表达分析发现,GRMZM2G109201、GRMZM2G181206和GRMZM2G12864基因属于组成型表达,GRMZM2G134192基因属于特异型表达,只在花药中高表达。属于ERD6亚家族的GRMZM2G109201基因在旱敏感型(B73)和抗旱型(郑58)自交系中均表达,且郑58中表达量显著高于B73;随着旱胁迫时间的延长,GRMZM2G109201基因在B73中表达量差异不显著,但在郑58中表达量升高幅度达到显著水平。亚细胞定位显示,GRMZM2G109201基因编码的ZmERD6蛋白定位于质膜。推测GRMZM2G109201基因参与旱胁迫,且被正向诱导。

【目的】Lon1蛋白酶具有降解叶绿体和线粒体内氧化蛋白、维持细胞正常代谢的功能。在分析蓝莓VcLon1时空表达模式的基础上,利用烟草遗传转化技术结合干旱生理分析,揭示蓝莓VcLon1的生物学功能,为运用生物技术培育蓝莓抗旱品种提供理论基础,并为其他植物抗旱机制研究提供基础信息。【方法】在从南高丛蓝莓‘夏普蓝’中克隆得到VcLon1全长(Gen Bank登录号:MF972079)的基础上,利用DNAMAN、MEGA4.0、Wo LF PSORT和Protparam等生物信息学软件及在线程序预测VcLon1序列及蛋白结构特征,分析比对氨基酸序列同源性并构建其同源蛋白序列进化树;同时,采用实时荧光定量PCR分析蓝莓VcLon1在不同组织及干旱条件下的表达模式;最后,构建表达载体,遗传转化本氏烟,以野生型、VcLon1超表达这2种基因型本氏烟为材料,进行干旱处理并分析二者在生物量生长、光合生理及氧化胁迫水平等方面的差异。【结果】1)PCR扩增得到VcLon1的ORF序列长2 982 bp,该序列编码993个氨基酸,预测蛋白的理论等电点为5.44,分子量为109.5 kDa。VcLon1编码的蛋白序列含有1个典型的AAA+结构域,属于AAA+超家族,定位分析编码蛋白在叶绿体和线粒体中表达,该蛋白与葡萄、苹果等Lon1蛋白酶亲缘关系较近。2)利用实时荧光定量PCR对VcLon1的表达量分析,发现其在‘夏普蓝’蓝莓各组织中均有表达,老叶中的表达量显著低于嫩叶,干旱胁迫显著提高蓝莓VcLon1的转录水平。3)干旱胁迫下各株系本氏烟生长均受到抑制,但VcLon1超表达植株均较野生型生长健壮,其中又以VL-6长势最佳,其叶片未发黄且根系发达,其株高、干质量分别比野生型高36.66%、114.29%。4)干旱胁迫下野生型本氏烟叶绿体肿胀明显且部分基粒片层结构模糊,分层不明显,而VcLon1超表达本氏烟仅部分叶绿体基粒片层空隙增大,其叶绿体超微结构未出现明显损伤,且叶片叶绿素含量高于野生型。同时,野生型本氏烟胞内线粒体普遍出现肿胀、变形,嵴断裂、解体并空泡化的现象,而VcLon1超表达本氏烟的线粒体仍维持正常椭球形。5)在氧化胁迫水平方面,VcLon1超表达植株干旱胁迫下的MDA含量均比野生型低34.38%~49.68%,且其叶片中H2O2的积累也较低,而野生型叶片的褐色面积明显上升。羰基化蛋白含量也呈现相似的变化趋势,VcLon1超表达本氏烟比相同条件下的野生型低36.89%,这可能由于VcLon1超表达植株各株系中SOD、GR、APX及POD等抗氧化酶的活性普遍显著高于野生型所致。【结论】干旱胁迫下,南高丛蓝莓‘夏普蓝’内VcLon1的运作机制可能是通过维护细胞膜系统及叶绿体的正常形态结构,同时通过降解线粒体内羰基化蛋白质,使线粒体结构保持完整、能量代谢等功能得以正常维护,减少活性氧自由基(ROS)的产生及维护抗氧化酶类活性,从而有效地降低细胞器内ROS的产生与积聚,并最终降低胞内的氧化胁迫水平,维持正常植物代谢,提高其抗旱能力。

类受体激酶基因Ｏｓ ｓＩＫ１具有通过激活抗氧化系统，增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因，获得具有较高抗旱水平的玉米新种质，通过超声波辅助花粉介导法，将水稻类受体激酶基因Ｏｓ ｓＩＫ１导入玉米自交系郑５８中，并对转化株进行卡那霉素筛选及Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３的ＰＣＲ及ｓＯｕＴｈｅＲｎ ＢｌＯＴＴＩｎｇ杂交等分子检测，获得转化植株并在Ｔ３获得转基因纯合株系。对Ｔ３转基因玉米和非转基因玉米对照以１６．１％的Ｐｅｇ模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明，与对照相比，在水分胁迫处理下，转基因玉米株系叶片相对含水量提高了７．４％～１９．８％，叶绿素含量提高了１１．３％～１０６．９％，．．．

【目的】干旱是影响薏苡生产的重要非生物胁迫因素,鉴定薏苡种质资源的抗旱性,确定抗旱指标,筛选抗旱种质,促进薏苡产业发展。【方法】以50份薏苡种质为材料,设置正常供水和反复干旱2个处理,在旱棚内进行盆栽试验,测定干旱对幼苗存活率、株高、茎粗、叶长、叶宽、地上部鲜重、地上部干重、根长、根粗、根鲜重和根干重的影响;采用抗旱性度量值(D值)、综合抗旱系数(CDC值)、加权抗旱系数(WDC)、相关分析、频次分析、主成分分析、灰色关联度分析、隶属函数分析、聚类分析和逐步回归分析相结合的方法,对其进行苗期抗旱性鉴定及抗

【目的】筛选西瓜抗旱种质并鉴定苗期的关键抗旱性指标,综合评价西瓜资源的抗旱性,为西瓜抗旱育种研究提供技术支持。【方法】以25份西瓜材料为试材,采用苗期盆栽试验,设置干旱胁迫和正常浇水2个处理,测定西瓜生长指标(株高、根长、地上部鲜质量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量和根冠比)及生理指标(叶片的叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸和丙二醛含量及过氧化氢酶活性与相对电导率),运用隶属函数法、多元线性回归分析和聚类分析等方法,比较各西瓜种质对干旱胁迫响应的差异,评价种质苗期抗旱性,筛选关键抗旱指标。【结果】干旱胁迫抑制了西瓜幼苗的生长发育,同时显著抑制了西瓜幼苗的地上部鲜质量和地下部鲜质量,株高、根长、地上部干质量和地下部干质量普遍降低,但对根冠比存在正向和负向两种不同的影响结果;干旱处理后,西瓜叶片中的脯氨酸含量显著增加,过氧化氢酶活性普遍升高,可溶性蛋白含量和相对电导率普遍降低,叶绿素和丙二醛含量因种质不同而表现出不同差异。【结论】苗期抗旱性强的西瓜材料有M20、ZTC、M33、M24和M26,可作为后期西瓜抗旱育种的材料;地上部鲜质量、过氧化氢酶活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、地下部干质量和根长可作为西瓜苗期抗旱性鉴定的性状指标。

首次提出了活力抗旱指数,并以此为指标,在PEG人工模拟水分胁迫的条件下,对18个不同的玉米品种进行抗旱性研究。结果表明:活力抗旱指数和常用的萌发抗旱指数有很高的相关性,且能更好的反映不同品种幼苗水分胁迫下的差别,可以作为玉米萌发阶段抗旱性鉴定的筛选方法。

本研究以２０％的聚乙二醇溶液（ＰＥＧ６０００）模拟干旱胁迫条件，对１４个玉米品种进行了萌发期抗旱性评价。结果表明，在ＰＥＧ干旱胁迫条件下，玉米的发芽率降低，胚根、胚芽的生长受到不同程度的抑制，活力指数降低。鉴定玉米萌芽期抗旱性以萌发抗旱指数为主，结合其他各项指标进行综合评价。以相对发芽率、相对发芽势、相对活力指数、相对胚根长、相对胚芽长、萌发抗旱指数和胁迫指数为依据，通过隶属函数法综合评价，１４个玉米杂交种抗旱性顺序依次是家佳荣２号＞１２正组４８×１＞云瑞８８＞１２正组４７×１＞路单８号＞北玉１６＞会单４号＞海禾２号＞迪卡２号＞１２正组５３５×５３４＞１２正组５３６×５３４＞珍禾２号＞１２正组．．．

利用抗旱性不同的15个水稻品种,在干旱棚内通过苗期水分胁迫,研究了可溶性糖、脯氨酸、氨基酸(AA)、谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)等物质含量及超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性等生理生化特性的变化。结果表明,苗期水分胁迫下水稻体内可溶性糖、脯氨酸、AA、GSH、AsA、可溶性蛋白、MDA含量增加,SOD、POD和CAT活性增强。相关分析表明,可溶性蛋白、AA、GSH、AsA和MDA含量及SOD、POD和CAT活性的相对值与稻苗反复干旱存活率呈显著或极显著的相关性。因此,水、旱条件下可溶性蛋白、AA、GSH、AsA和MD...

【目的】干旱是限制全球小麦生产的主要环境因素，培育抗旱品种是全球小麦育种面临的核心挑战。春小麦作为短生育期小麦品种，为国家粮食安全和种植结构提供了重要保障，确定春小麦材料的抗旱性，为选育抗旱稳产新品种提供依据。【方法】为了解春小麦品种（系）的苗期抗旱性，以来自10个不同地区的244份春小麦品种（系）为试验材料，利用控制含水量法进行苗期干旱胁迫，于三叶期选择长势均匀一致的幼苗，测定最大根长（MRL）、第一叶长（FLL），第一叶宽（FLW）、胚芽鞘长（CL）、地上部鲜重（SFW）和地下部鲜重（RFW）等13个苗期指标，通过描述统计法、隶属函数法、主成分分析、聚类分析和相关性分析等方法对各春小麦品种（系）的抗旱性进行综合评价。【结果】春小麦品种（系）之间的耐旱性表现出丰富的变异，干旱处理条件下，所测定性状的变异系数为2.1%—32.9%，对照组变异系数范围为1.0%—29.3%；与对照相比，干旱处理条件下的胚芽鞘长度、根干重、鲜重根冠比和干重根冠比均不同程度增加。主成分分析将原13个指标归纳为5个主成分，贡献率达79.6%，根据各主成分特征向量和各性状指标的抗旱系数，计算出综合抗旱系数D值，并对D值进行聚类分析，将供试材料分为5个亚群，据此筛选出根部生物量（地下部鲜重和干重）作为苗期抗旱性鉴定的有效综合指标。将苗期指标抗旱系数与田间相关农艺性状进行相关性分析，发现苗期胚芽鞘长、第一叶长和成熟期旗叶长、株高、穗长、小穗数和籽粒长呈极显著正相关性，苗期整株生物量与籽粒千粒重呈极显著正相关。【结论】筛选出高抗旱春小麦品种22份，明确了根部生物量（地下部鲜重和干重）可作为苗期抗旱性鉴定的有效综合指标。

【目的】本文确定了干旱胁迫对燕麦幼苗生长的影响。【方法】本试验采用高寒燕麦品种青燕1号,通过石英砂水培试验,采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫的方法,测定了在不同PEG浓度(0%、5%、10%、15%、20%、25%)和不同时间(0、7、14 d)处理下燕麦幼苗叶绿素含量、叶片相对含水量、相对电导率和生长状况的变化。【结果】燕麦幼苗叶绿素含量和相对含水量随着干旱胁迫的加剧和时间延长呈下降趋势。在干旱胁迫7 d时,5%PEG浓度使两者含量均已受到显著影响;干旱胁迫14 d时,15%的PEG处理使得其叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量以及相对含水量分别比对照降低了53. 89%、40. 57%、50. 26%和64. 61%。干旱胁迫诱导电导率逐渐增加,而干旱胁迫7 d时,5%、10%、15%PEG处理下,电导率无显著差异;不同程度的干旱胁迫显著减少了燕麦幼苗茎叶干鲜重和根鲜重,但是轻度干旱胁迫(5%和10%)诱导根的干重显著增加,而15%PEG处理对根的干重影响不大,20%、25%PEG处理显著降低了根的干重。【结论】不同浓度的PEG胁迫对燕麦幼苗造成一定伤害,但是燕麦对低浓度PEG胁迫有一定的适应性,而高浓度的PEG溶液对燕麦损伤较大,严重影响其生存,因此,15%PEG可作为室内研究燕麦抗旱性的最佳浓度。