以组培苗遗传稳定和植株健壮为标准,优化草莓茎尖组培繁育体系,以期为草莓工厂化育苗提供科研和技术依据。以‘凤冠’和‘天仙醉’草莓为材料,设置植物生长调节剂浓度梯度,调整培养基基础配方,调查茎尖分化情况、增殖苗形态、增殖系数、生根苗叶片及根系等性状,并比对组培前后植株SRAP标记扩增条带的差异。筛选出初代培养基配方MS+ 6-BA 0.5 mg/L+ NAA 0.01 mg/L,增殖培养基配方MS+ 6-BA 0.3 mg/L+ NAA 0.01 mg/L,生根培养基配方1/2MS+硝酸钙0.45 g/L;组培前后植株DNA使用19对SRAP引物特异性扩增,得到的72个基因位点条带未发生变化,以上条带形成的DNA指纹没有差异。研究得到的草莓茎尖组培繁育体系具备植物生长调节剂种类少且浓度低、继代次数少、增殖系数低、组培时间短、组培苗健壮且基因稳定等特征。
为加快葱属植物优良品种培育,文章归纳了近年来组学技术在葱属植物分子标记开发、雄性不育机制解析、系统发育、胁迫响应、组织和器官发育、食品加工与贮藏和医药价值开发与利用等方面的应用研究。强调了组学技术在葱属植物优良性状选择、关键基因筛选和种质资源创新中的重要性,明确了多组学在葱属植物精准育种中的优势,得出组学技术的应用极大地加快了葱属植物遗传和分子育种进程的结论。提出组学技术在葱属植物中的应用将为其他具有较大基因组的非模式植物研究提供思路,表明今后应侧重于研究葱属植物活性物质的挖掘及野生葱属植物资源的开发和利用。
以自主创新品种‘烟酿1号’葡萄为材料,筛选并克隆葡萄FRO家族基因,对其进行生物信息学鉴定和表达特征分析,为研究果树铁素营养与吸收利用机制提供理论依据。通过同源克隆法从‘烟酿1号’中克隆和鉴定了6个FRO家族基因,命名为VvFRO1~VvFRO6,属于典型的植物铁还原酶编码基因;10种不同科、属植物FRO蛋白的氨基酸水平一致性约为43.66%,分为2个亚族(Group I和II),其中,VvFRO1~VvFRO3属于Group I,VvFRO4~VvFRO6属于Group II;系统进化树表明VvFRO倾向于与资阳香橙和小金海棠的同源蛋白紧密聚在一起;VvFRO蛋白主要定位于细胞质膜,均含有10~11个跨膜区;实时荧光定量PCR分析表明,VvFRO3在‘烟酿1号’葡萄不同组织中的整体表达水平最高,VvFRO3和VvFRO2在成年树体叶片和幼苗叶片中高量表达,VvFRO5在硬核期和膨大期果实中高量表达,而VvFRO1、VvFRO4和VvFRO6的整体表达水平相对较低。此外,葡萄FRO家族基因在根部易受缺铁、200 mmol/L NaCl和10% PEG6000(w/v)处理的诱导而显著增加,但对低温(4℃)和热(45℃)胁迫变化不敏感,VvFRO3在根部的表达量受ABA处理显著诱导而上调,但受50 μmol/L高铁毒害显著抑制而降低。本研究可为解析葡萄铁的吸收与转运机制奠定分子基础。
在杂交籼稻制种过程中,若混入粳稻花粉就会产生籼粳交杂株,这种类型的杂株常表现为大青棵而使得杂交稻纯度降低,最终影响产量。为避免因配组亲本选择不当或在粳稻区制种因隔离不严格而产生大青棵,找到能准确区分籼稻与粳稻的分子标记可为育种和制种生产提供参考。以三系杂交籼稻粤泰A/R2020和田间表现为大青棵的杂株为试验材料,利用两个亲本间的多态性SSR标记对疑似杂株进行基因型分析,并通过18对特异性的InDel标记对其进行籼粳属性鉴定。结果表明:在行业标准《水稻品种鉴定技术规程 SSR标记法》(NY/T1433—2014)推荐的48对引物中,不育系‘粤泰A’与恢复系‘R2020’之间有22个位点差异;在6对标记下(RM72、RM85、RM224、RM253、RM424、RM481),8个疑似杂株全为串粉带型;13对籼粳间特异性InDel标记检验结果证明了8个串粉杂株均来源于籼粳亚种间杂交。本研究初步筛选出13对InDel标记可用于籼粳属性鉴定,为避免大青棵的产生提供了分子依据。
为了培育矮杆玉米品种,用栽培种材料DN132610和突变体材料DN132610-1杂交获得6个世代群体,探究突变体株高遗传特性。以P1、P2、F1、B1、B2、F2 6个世代群体为试验材料,利用植物数量性状分离分析软件进行联合分析。结果表明,矮化突变体最适遗传模型为E-1,即2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因混合遗传模型。2对主基因加性效应值均为-11.205,显性效应值分别是-28.303和-15.840,B1、B2和F2主基因遗传率分别为57.26%、30.06%和76.85%,多基因遗传率分别为0%、28.06%和0%,环境因素引起的变异分别占42.74%,41.88%和23.15%。上述试验表明,控制玉米株高的2对基因以显性效应为主,主基因遗传率较高,B1、F2多基因遗传率为0%,且玉米株高受环境影响较大,存在遗传与环境互作效应,可结合环境鉴定,早期对株高性状进行选择。
为实现甘露聚糖酶基因异源表达并验证功能,本研究以产甘露聚糖酶的副干酪乳杆菌(Lactobacillus casei) HDS-01为供试菌株,将基因组序列中功能预测为甘露糖苷酶的基因M1在大肠杆菌中表达,分别以pET-28a和Escherichia coli BL21(DE3)为载体和宿主菌构建M1基因工程菌株,纯化重组蛋白并验证甘露聚糖降解功能。结果表明:重组蛋白M1在表达过程中以包涵体形式存在,经Ni柱亲和层析纯化后,SDS-PAGE显示蛋白为98 kDa,复性后酶活和蛋白浓度分别为19.24±0.55 U/mL和0.51±0.01 mg/mL。高效液相色谱(High pressure liquid chromatography, HPLC)检测重组蛋白M1降解魔芋粉的产物,反应前3 h,甘露三糖或四糖浓度显著高,此后,甘露糖和甘露二糖浓度逐渐升高。本研究为产甘露聚糖酶乳酸菌直接用于食品级领域奠定了基础,也为乳酸菌甘露聚糖酶蛋白的定向改造提供了依据。
锌(Zn)是动物植物所必需的微量营养素,缺锌或锌过量会严重影响水稻的生长发育。水稻锌含量维持在一定范围有助于提高其产量和品质,并且可以提高籽粒的锌含量,一定程度上可以解决目前人体缺锌的问题。因此研究水稻锌的吸收、转运和分配,和其他调控锌稳态分子机制至关重要。基于近年来国内外研究报道,简要概述了锌在植物体内的重要性,重点介绍了水稻中的离子转运体和目前已经报道的分子机制。总结了这些离子转运体参与了锌从土壤的吸收,从根部向地上部的转运,以及分配到水稻各部位,还总结了一些和离子转运体相关的分子机制。以期为水稻锌稳态调控基因的挖掘、分子机制的研究和富锌水稻种质的创制提供参考。
木酚素作为亚麻籽中主要的活性成分之一,因其具有抗癌、抗氧化、抗炎、预防糖尿病和保护心血管等功效,近年来备受关注。为深入了解亚麻籽木酚素的开发利用情况,在国内外文献综述的基础上,主要从亚麻籽木酚素的提取工艺和生物活性的应用进行了概述。亚麻籽木酚素的有效提取是研究生物活性的基础,不同的提取工艺不仅会造成木酚素提取率上的差异,还会影响其生物活性。因此概括了亚麻籽木酚素常用的提取方法,包括有机溶剂法、亚临界水提法、微生物发酵法等,同时总结了亚麻籽木酚素的生物活性,并着重归纳了木酚素在医药领域的研究进展。最后对亚麻籽木酚素今后的研究提出了展望,旨在为亚麻籽木酚素在医药产业和大健康产业等领域的深入研究及开发应用提供理论依据。
为探究重金属镍的处理及菌糠资源过度浪费的问题,利用杏鲍菇菌糠、姬平菇菌糠、香菇菌糠为原料制备生物炭(PEBC、PGBC和LEBC),通过扫描电镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)和比表面积分析(BET)对其结构进行表征,并采用Zeta电位测定探究其吸附机理,同时通过吸附实验对比3种菌糠生物炭对镍离子的吸附影响。结果表明:3种菌糠生物炭均具有不规则孔隙,且表面附着较多的矿物质晶体。综合而言,PEBC的吸附效果最好,去除率超99%且最大平衡吸附量可达122.89 mg/g。采用废弃菌糠探究重金属镍的处理问题,在实现菌糠资源化利用的基础上,验证了其在重金属镍的水污染处理方面具有较广阔的应用前景。
蔗糖非酵解型蛋白激酶2(SnRK2)是一类在植物中普遍存在的蛋白激酶,属于Ser/Thr类蛋白激酶,在多种信号转导中均能发挥作用。为了研究SnRK2蛋白激酶在植物抗逆中的作用,分析了SnRK2基因家族的特点及研究历程,归纳了SnRK2基因在调控植物叶片气孔孔径,响应干旱胁迫、盐胁迫以及响应种子萌发和发育等方面的功能,指出SnRK2基因在多种信号转导中均能发挥作用,可以有效提高植物的抗逆能力。SnRK2基因在种子萌发和发育过程中具有重要意义,本研究为今后SnRK2分子机理研究和植物品种培育提供了参考依据。
探究江西铅山红芽芋的主要病毒种类及其序列信息,为其脱毒苗培育提供依据。采用lncRNA测序技术确定江西铅山红芽芋的病毒种类,并利用RT-PCR技术、生物信息学分析软件和qRT-PCR技术进行病毒验证、序列分析和组织表达分析。江西铅山红芽芋检测到芋花叶病毒(DsMV)和花椰菜花叶病毒(CaMV)两种病毒;DsMV和CaMV基因cDNA总长度分别为1780 bp和5412 bp,分别编码592和1803个氨基酸;DsMV和CaMV多聚蛋白二级结构均由α螺旋、β-片层、无规则卷曲构成,其三级结构均为单体蛋白;DsMV和CaMV在江西铅山红芽芋根、茎、叶中均有侵染,但均在叶中表达量最高。明确了侵染江西铅山红芽芋的主要病毒种类,并首次在江西铅山红芽芋上检测到CaMV。
探讨植物根际促生菌DM11的促生长特性及所产挥发性物质(VOCs)对农作物生长的影响。采用形态、生理生化指标、BIOLOG系统和16S rDNA序列对DM11进行鉴定;通过顶空气相色谱-质谱联用法分析其所产VOCs;利用二分格培养皿法研究VOCs对黄瓜和番茄生长的影响及拮抗作用;并测定菌株促生长特性及对苗的促生长作用。DM11鉴定为塞维瓦尔假单胞菌,具产生长素、嗜铁素、解磷、固氮、耐盐等促生长特性;所产VOCs对黄瓜、番茄生长和诱导系统抗性(ISR)相关指标有促进作用;VOCs种类4种,主要成分1-十一烯对2种农作物具促生长作用,并抑制3种供试病原真菌的生长;黄瓜、番茄幼苗接种DM11后,叶片数、苗高分别增长15.94%、11.63%、7.50%、6.55%。DM11菌株及其所产VOCs具有开发为生物菌剂的潜力。
为了探索赛菊芋花叶突变体叶色变化的分子机制,以绿叶植株(GL)和花叶变异株(WL)为试材,比较二者叶片表型变化,利用高通量测序技术进行转录组测序分析,结合定量PCR进行验证。结果表明:WL叶片显著变短、变窄,叶脉间为白色,叶色RHS为155A,而GL为137C;叶片SPAD仅为GL的25.85%。转录组测序共获得2098条差异表达基因,WL上调表达1172个;下调表达926个。捕光色素蛋白复合体LHC家族基因、光系统结构蛋白PsaK、psbP等23个已知基因差异表达。KEGG Pathway为光合作用天线蛋白通路和光合电子传递及光合磷酸化通路。本研究从转录水平获得赛菊芋花叶突变体分子水平信息,为深入探索其叶色突变的遗传机制打下了基础。
为独活属植物中香豆素类化合物的深入研究及利用提供参考,总结了独活属植物中已鉴定的香豆素类化合物的种类及其化学结构,归纳了其在抗菌、抗氧化、抗细胞增殖、抗炎、毒性等方面的研究进展,比较分析了国内外相关研究差异。揭示了独活属植物中香豆素类化合物的多样性及其食药用价值,提出其在药物开发过程中存在功能研究不够深入、系统,活性成分不明确等问题。建议加强毒性和药效研究,促进独活属植物作为食药用植物资源的开发和利用。
旨在为探索植物拒盐的内在机制、拒盐植物筛选及拒盐作物育种提供新思路。综述了植物如何通过组织结构适应、信号通路和转运蛋白基因调控等拒盐途径应对盐胁迫,阐明了内皮层凯氏带、根系内外皮层木栓化、中柱鞘和木质部薄壁细胞等在植物拒盐过程中的关键作用,明确组织结构在植物拒盐中存在物种差异性。SOS通路、NHX、HAK和HKT等转运蛋白在植物拒盐过程中起重要的调控作用,SOS通路、NHX、HAK普遍存在于根系各类细胞中,主要负责Na+排除、转运及液泡储存,HKT基因主要在木质部薄壁组织中表达,推测其在木质部薄壁细胞盐分区隔化中起作用。
旨在为非豆科植物中早期结瘤素蛋白ENOD93的功能研究提供参考和依据。利用生物信息学方法对水稻中的ENOD93基因家族成员进行鉴定,并对其成员的理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白结构、表达谱、进化关系进行分析。结果表明,水稻ENOD93基因家族有7个成员,分布在第2和第6染色体上,基因结构均较简单,而且大部分ENOD93基因在保守结构域和保守基序的分布和排列上具有高度的相似性。RNA-Seq数据分析结果表明,水稻ENOD93基因在雌蕊、种子和胚中高表达,部分基因的表达量还受到逆境胁迫的诱导。利用包含单、双子叶植物的9个物种进行的系统进化关系分析,将31个ENOD93基因家族成员分为4个不同的类群。水稻ENOD93基因在不同组织和不同发育时期的表达存在差异,部分基因受胁迫诱导表达,表明该家族基因参与植物众多组织的发育过程且在逆境胁迫响应中具有重要作用。
为明确甘薯长喙壳菌致病相关基因多糖单加氧酶基因(CfCel61A)在病菌侵染甘薯中的表达模式及编码蛋白的理化特性。以11株来自不同地区的菌株为材料,克隆并利用生物信息学软件明确CfCel61A蛋白理化性质,用qRT-PCR分析基因表达。结果表明,CfCel61A编码区均为1155 bp,一致率99.5%~100%,编码384个氨基酸,一致率为98.4%~100%;分子量为34.49 kDa,等电点为5.59,亲水系数为-0.195,是稳定的亲水蛋白;N端有一个信号肽,亚细胞定位在核内,无跨膜结构;含58个磷酸化和2个糖基化位点,蛋白二级结构无规则卷曲占比最高,为69.01%。CfCel61A在病菌侵染中表达量显著上调,但不同侵染阶段上调幅度不同,侵染‘南京92’和‘徐薯37’后分别在12 h和6 h达到最高。综上,CfCel61A在C. fimbriata侵染甘薯中可能发挥重要作用,可为病害药剂开发提供新靶标。
为探究甜菜重金属相关异戊二烯化植物蛋白24(BvHIPP24)在重金属镉胁迫下的作用机制,本研究利用生信方法预测了该基因上游的顺式作用元件、转录因子和下游的互作蛋白,并分析了它们在镉胁迫下的转录表达特性。结果表明,BvHIPP24含有CGTCA-motif、生长素类、光响应、MYB结合、厌氧诱导和水杨酸应答相关的作用元件;转录因子BVRB_2g046790、BVRB_1g021800和BVRB_6g128880可能参与BvHIPP24的转录调控;BvHIPP24的互作蛋白主要包括SOD、NaKR1-like、COX1、MT2、NaKR3、REP1、RCA和LHCP等,它们可能通过与重金属离子结合参与离子运输和维持细胞内环境稳态。转录组测序结果表明BvHIPP24及互作蛋白的转录表达均受到镉胁迫的调控。综上推测,BvHIPP24主要通过上游转录因子的调控表达,直接或间接的与互作蛋白共同介导镉离子螯合及解毒。本研究为进一步揭示甜菜对镉胁迫的响应机制提供了参考。
基于黄酮类化合物的生物合成,研究药用植物黄芪内生细菌HS8次生代谢产物,旨在综合利用内生细菌HS8。以黄芪内生细菌HS8为试材,对其发酵液抗氧化活性和次生代谢产物进行分析,并采用柱色谱分离法,对内生细菌HS8发酵液中黄酮类成分进行了分离;采用形态学观察、生理生化指标测定及16S rDNA序列分析,对内生细菌HS8进行了种属鉴定。实验结果表明,内生细菌HS8具有良好的抗氧化活性;经HPLC分析发现,在内生细菌HS8发酵液中存在芒柄花素和毛蕊异黄酮,因此,采用柱色谱分离法分离得到了芒柄花素和毛蕊异黄酮,经鉴定,黄芪内生细菌HS8为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。上述结果表明,黄芪内生枯草芽孢杆菌HS8为黄酮类成分芒柄花素和毛蕊异黄酮产生菌。
提高酸黄瓜的发酵效率,推动酸黄瓜工业化生产,优化发酵工艺是提升其发酵品质的重要手段。利用单因素发酵条件优化和正交试验设计优化副干酪乳杆菌HD1.7(Lactobacillus paracasei HD 1.7)酸黄瓜发酵的工艺参数,并测定酸黄瓜发酵过程中的还原糖、蛋白质、氨基态氮和亚硝酸盐含量,探究酸黄瓜的品质。结果表明:当食盐浓度4%,接种量1%,发酵温度18℃,发酵时间3 d的条件下酸黄瓜发酵效果最佳。加菌发酵酸黄瓜的品质优于自然发酵酸黄瓜,在发酵初期,HD 1.7酸黄瓜的还原糖含量增加23%(0.87 g/100 g),蛋白质残留量减少2.3%(0.01 g/100 g),氨基态氮残留量增加30%(0.01 g/100 mL),亚硝酸盐含量降低18%。因此,添加L. paracasei HD 1.7对酸黄瓜发酵过程中理化性质有影响,可提升酸黄瓜的品质、风味、缩短生产周期。