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马铃薯DRO1基因的克隆和逆境响应分析

植物生理学报 2020年第11期56卷 2448-2458页

作者：梁文君孙超毕真真李鹏程秦天元张俊莲白江平甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室兰州730070 甘肃农业大学农学院兰州730070

为探究马铃薯(Solanum tuberosum)深根基因DRO1的转录表达特性与功能,本研究克隆了该基因并对其进行了生物信息学预测分析。挑选了3个抗逆性不同的马铃薯品种‘大西洋’(Atlantic, Atl)、C119和C16,进行模拟干旱、高盐、低氮、低磷以及... 详细信息

为探究马铃薯(Solanum tuberosum)深根基因DRO1的转录表达特性与功能,本研究克隆了该基因并对其进行了生物信息学预测分析。挑选了3个抗逆性不同的马铃薯品种‘大西洋’(Atlantic, Atl)、C119和C16,进行模拟干旱、高盐、低氮、低磷以及生长素和油菜素内酯6个不同处理,测定了试管苗的表型和生理指标以及StDRO1基因的相对表达量。结果表明,在6个不同处理下StDRO1基因表达量与对照相比均有升高,其中在干旱、生长素和低磷处理下的相对升高量较高。经相关性分析得到,干旱胁迫下的StDRO1基因相对升高量与SOD活性的相对变化呈显著正相关(P<0.05),而与株高和叶绿素含量的相对变化呈显著负相关(P<0.05);低磷处理下的StDRO1基因相对升高量与SOD的相对变化之间呈显著正相关(P<0.05),而与叶片数的相对变化显著负相关(P<0.05);生长素处理下的StDRO1基因相对升高量与根长的相对变化显著负相关(P<0.05),说明StDRO1基因强烈响应生长素以及干旱和低磷的逆境胁迫,并参与调控株高、根长、叶绿素含量和SOD活性。

关键词：马铃薯 StDRO1 干旱胁迫生长素低磷

植物根系成像技术研究进展及马铃薯根系研究应用前景

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核农学报 2019年第2期33卷 412-419页

作者：秦天元孙超毕真真王瀚李鑫曾文婕白江平甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室/甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃兰州730070 甘肃农业大学农学院/甘肃省作物抗逆种质创新与利用工程研究中心甘肃兰州730070

根系是植物从土壤中吸收营养物质和水分并支撑植物地上部分的重要器官,是植物研究的热点之一。然而,由于植物根系生长环境的复杂性和不透明性,导致植物根系研究发展相对缓慢。近年来,根系成像技术的出现和快速发展为植物根系的研究提供... 详细信息

根系是植物从土壤中吸收营养物质和水分并支撑植物地上部分的重要器官,是植物研究的热点之一。然而,由于植物根系生长环境的复杂性和不透明性,导致植物根系研究发展相对缓慢。近年来,根系成像技术的出现和快速发展为植物根系的研究提供了更直观、有效的研究方法。马铃薯是收获地下块茎的主粮作物,地下根系成像技术在马铃薯研究中的应用尤为重要。本文通过系统整理和对比传统成像技术(玻璃板法和玻璃管法)和现代成像技术(中子成像技术、X射线扫描技术、核磁共振成像技术、探地雷达、荧光成像技术、激光共聚焦成像技术、多光谱成像技术、高光谱成像技术和计算机断层扫描成像技术等)的优缺点和应用范围。根据马铃薯的生长特性以及生长环境的综合评价,筛选出能够原位监测马铃薯根系发育且不破坏其生长的成像技术和高效的图像分析系统,以期为今后成像技术在块根块茎类植物根系研究中广泛应用提供理论依据。

关键词：马铃薯植物根系成像技术观测方法

不同干旱水平对马铃薯光合特性和耐旱性的影响

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植物生理学报 2019年第8期55卷 1197-1210页

作者：李鑫孙超毕真真王瀚秦天元曾文婕张俊莲白江平甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室甘肃省干旱生境作物学重点实验室兰州730070 甘肃农业大学农学院兰州730070

通过盆栽形式,采用自然降雨加人工补水的控水方法,分析了四个马铃薯(Solanum tuberosum)品种在对照(土壤体积含水量为65%~75%)与两种不同干旱水平处理(中度干旱:土壤体积含水量30%~70%;重度干旱:土壤体积含水量7%~70%)条件下的耐旱系数(... 详细信息

通过盆栽形式,采用自然降雨加人工补水的控水方法,分析了四个马铃薯(Solanum tuberosum)品种在对照(土壤体积含水量为65%~75%)与两种不同干旱水平处理(中度干旱:土壤体积含水量30%~70%;重度干旱:土壤体积含水量7%~70%)条件下的耐旱系数(DTC)、相对叶绿素含量(SPAD值)、光合特性及生理生化指标的变化。结果表明:在中度干旱(T1)处理下,各品种耐旱性评价次序为'冀张薯12号'>'陇薯3号'>'费乌瑞它'>'陇薯6号';在重度干旱(T2)处理下为'费乌瑞它'>'冀张薯12号'>'陇薯3号'>'陇薯6号',说明马铃薯耐旱性的评价应结合干旱胁迫的具体条件。与对照相比,T1和T2处理下马铃薯SPAD值升高,但叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和块茎产量下降,说明这种相对叶绿素含量的增加可能与光合作用的碳同化无关,属于"非功能性"的持绿。T1处理下,不同品种的相对叶绿素含量变化量的最大值(ΔSPADmax)与其DTC显著负相关,与超氧化物歧化酶活性的变化量(ΔSOD)显著正相关,说明"非功能性"持绿与干旱胁迫下氧化应激反应及品种耐旱性有关。而T2处理下,DTC与ΔSPADmax和氧化防御性酶活无显著相关性,说明SPAD值和抗氧化酶活性能否作为耐旱性的评价指标依赖于所处的干旱水平。这一研究的发现将对不同干旱水平下马铃薯光合特性和耐旱性相关问题的深入研究提供基础。

关键词：马铃薯干旱水平 SPAD 光合特性耐旱性

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基于机器学习的马铃薯叶片叶绿素含量估算

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1117-1127页

作者：李成举刘寅笃秦天元王一好范又方姚攀锋孙超毕真真白江平甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室甘肃兰州730070

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森... 详细信息

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森林回归(RFR)、决策树回归(DTR)构建马铃薯叶绿素含量估算模型。首先分析了植被指数与叶绿素含量之间的相关性,结果表明,在对照处理块茎形成期,CIre、GNDVI、NDVIre、NDWI、GRVI、LCI与叶绿素含量之间的相关系数绝对值在0.5以上,且存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)相关性;在马铃薯其他生育时期,13种植被指数与叶绿素含量之间的相关系数绝对值均在0.5以上,且存在极显著(p<0.001)相关性。然后对MLR、SVR、RFR和DTR等模型的精度进行比较,结果表明:SVR模型在对照处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.89和2.11,块茎膨大期为0.59和4.03,淀粉积累期为0.80和3.18;RFR模型在干旱处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.90和1.57,在块茎膨大期为0.87和2.16,在淀粉积累期为0.63和3.01。该研究为马铃薯叶绿素含量监测提供一种新的方法,后期可根据不同试验处理选择相应的估算模型。

关键词：马铃薯叶绿素含量多光谱支持向量回归随机森林回归决策树回归

基于WGCNA的马铃薯根系抗旱相关共表达模块鉴定和核心基因发掘

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作物学报 2020年第7期46卷 1033-1051页

作者：秦天元孙超毕真真梁文君李鹏程张俊莲白江平甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃省作物遗传改良与栽培种创新重点实验室甘肃兰州730070 甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070

权重基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)是系统生物学的一种研究方法,在多样本转录组数据中挖掘与目标性状相关的基因模块有较广泛的应用。为了深入探究马铃薯应对干旱胁迫的分子机制,本研究以国... 详细信息

权重基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)是系统生物学的一种研究方法,在多样本转录组数据中挖掘与目标性状相关的基因模块有较广泛的应用。为了深入探究马铃薯应对干旱胁迫的分子机制,本研究以国际马铃薯中心引进栽培种C16(CIP 397077.16)和C119(CIP 398098.119)为试验材料,将其无菌组培苗利用甘露醇模拟干旱胁迫,处理0 h、2 h、6 h、12 h和24 h,取其根系进行转录组测序,每样设3个生物学重复,共30个样本。基于以上转录组数据,利用WGCNA构建与抗逆生理性状相关联的权重基因共表达网络,得到15个与根系抗旱密切相关的基因共表达模块,并从4个与目标性状关联度最高的模块中发掘到数个核心基因,功能注释表明其中大部分参与干旱胁迫调控通路。这些结果为进一步研究马铃薯根系抗旱的分子遗传机制提供了线索。

关键词：马铃薯干旱胁迫权重基因共表达网络转录组学

马铃薯全基因组StbZIP基因家族的鉴定及在不同逆境中的表达分析

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分子植物育种 2024年第3期22卷 704-717页

作者：水清明李海珀韩儆仁权小兵秦天元李亚杰定西市农业科学研究院定西743000 定西市种子站定西743000 甘肃农业大学农学院兰州730070

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子,其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息,本研究通过生物信息学的方法,在二倍体马铃薯‘DM’全基因... 详细信息

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子,其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息,本研究通过生物信息学的方法,在二倍体马铃薯‘DM’全基因组中鉴定64个马铃薯StbZIP家族成员,命名为StbZIP1~StbZIP64。通过分析发现,马铃薯StbZIP家族成员不均匀地分布在12条染色体上。生物信息学分析表明,家族成员蛋白长度为132~822 aa,分子量介于15.40~88.18 kD之间,等电点4.74~10.30。系统发育树分析显示,该基因家族可分为11个亚群,其基因主要分布在第1、4和10号染色体上。基因结构和保守基序分析发现,各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。表达模式分析发现,11个亚族内部呈现出响应不同非生物胁迫的表达模式,其中有8个亚族基因都在ABA胁迫24 h时表达量发生显著升高。这些结果为阐明StbZIP基因家族的进化和进一步研究StbZIP基因的功能提供了理论指导。

关键词：马铃薯 StbZIP基因家族比较基因组基因表达

马铃薯不同耐旱品系管栽苗及其根尖显微结构对干旱胁迫的响应

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生物技术通报 2018年第12期34卷 102-109页

作者：秦天元孙超毕真真王翰李鑫曾文婕白江平甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室/甘肃省干旱生境作物学重点实验室兰州730070 甘肃农业大学农学院甘肃省作物抗逆种质创新与利用工程研究中心兰州730070

从国际马铃薯中心(International Potato Center,CIP)引进的资源中选取了两个生育期相同,耐旱性存在差异的马铃薯耐旱品种(C16:CIP397077.16和C119:CIP398098.119)为材料,采用不限制根系生长的管栽模式,系统分析了不同水分胁迫下,这两... 详细信息

从国际马铃薯中心(International Potato Center,CIP)引进的资源中选取了两个生育期相同,耐旱性存在差异的马铃薯耐旱品种(C16:CIP397077.16和C119:CIP398098.119)为材料,采用不限制根系生长的管栽模式,系统分析了不同水分胁迫下,这两个品种从外部形态特征,抗逆生化指标到根尖显微和超微结构的变化。结果表明:干旱胁迫会导致两个品种的根长、根活力、过氧化氢酶活力、可溶性糖和脯氨酸含量的显著升高,株高、叶片与茎杆夹角、根系相对含水量的显著降低,根尖中柱结构和细胞壁完整性发生显著改变,说明管栽模式对马铃薯根系响应干旱胁迫的研究较为理想。与C16相比,C119的绝大部分上述指标在正常浇水和不同水分处理下均表现出显著的优势,对干旱胁迫表现出了更好的适应性。此外,在干旱胁迫下,两个马铃薯品种的木质部导管直径变小、数量减少,且抗旱性更强的C119的木质部导管数量明显少于C16,这说明马铃薯也可能通过改变水分运输组织结构的策略来抵御干旱胁迫。

关键词：马铃薯干旱胁迫管栽苗生理生化指标显微结构

马铃薯StIgt基因家族的鉴定及其对干旱胁迫的响应分析

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作物学报 2021年第4期47卷 780-786页

作者：秦天元刘玉汇孙超毕真真李安一许德蓉王一好张俊莲白江平甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃省作物遗传改良与栽培种创新重点实验室甘肃兰州730070 甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070 兰州大学草地农业科技学院/草地农业生态系统国家重点实验室甘肃兰州730020

干旱胁迫是影响马铃薯产量和品质的主要非生物胁迫因素之一。马铃薯在抵御干旱胁迫的过程中,根系的生长发育和构型分布发挥着重要作用。Igt基因家族是普遍存在于植物中的一类功能基因,在调控植物根系构型和提高植株抗逆性等方面效果显... 详细信息

干旱胁迫是影响马铃薯产量和品质的主要非生物胁迫因素之一。马铃薯在抵御干旱胁迫的过程中,根系的生长发育和构型分布发挥着重要作用。Igt基因家族是普遍存在于植物中的一类功能基因,在调控植物根系构型和提高植株抗逆性等方面效果显著。本研究以马铃薯双单倍体‘DM-v4.03’高质量基因组为参考,在全基因组范围内分析鉴定了StIgt基因家族的成员,并采用多种生物信息学软件对其进行了系统进化树构建、染色体定位、保守蛋白结构域、基因结构和顺式元件预测。同时,利用本课题组前期对马铃薯四倍体品系在不同干旱条件下的转录组测序结果,分析了StIgts响应干旱胁迫的表达谱。结果表明,在马铃薯中共鉴定获得10个StIgt家族成员,其中StIgt1由本课题组前期克隆获得。除StIgt1位置信息不明外,其余基因不均匀地分布在1、2、5、7、10和11号染色体上。StIgt家族蛋白长度为110~283个氨基酸,分子量介于13.136~32.542 kD之间,预测等电点为3.82~9.86。系统进化树分析发现,该基因家族可分为3个亚族,亚族间的基因结构、蛋白保守域和顺式作用元件差别明显。干旱胁迫下的表达谱分析表明,StIgt6、StIgt7、StIgt9和StIgt10响应早期干旱胁迫,在干旱2 h时即迅速上调表达。这些结果为阐明StIgt基因家族的进化关系和进一步研究其成员的功能特性提供了理论基础。

关键词：全基因组马铃薯 StIgt基因家族干旱胁迫表达谱分析

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嘧菌酯提高马铃薯耐旱性的生理基础研究

农药学学报 2020年第1期22卷 88-96页

作者：王瀚毕真真孙超李瑞峰李鑫秦天元曾文婕李瑞张俊莲白江平甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室/甘肃省干旱生境作物学重点实验室兰州730070 甘肃农业大学农学院/甘肃省作物抗逆种质创新与利用工程研究中心兰州730070 甘肃省通渭县襄南镇人民政府农业服务中心甘肃通渭743314

采用盆栽法,以抗旱性不同的3个马铃薯栽培种为研究对象,于播种前以25%嘧菌酯悬浮剂为沟施药剂处理(A),正常浇水为对照(CK,土壤体积含水量θw:60%~70%),干旱为水分处理(D,θw:30%~40%),以及干旱与药剂共同处理(A-D)。通过测定叶片光合参... 详细信息

采用盆栽法,以抗旱性不同的3个马铃薯栽培种为研究对象,于播种前以25%嘧菌酯悬浮剂为沟施药剂处理(A),正常浇水为对照(CK,土壤体积含水量θw:60%~70%),干旱为水分处理(D,θw:30%~40%),以及干旱与药剂共同处理(A-D)。通过测定叶片光合参数、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)和脯氨酸含量及马铃薯单株产量与品质等指标,探讨施用嘧菌酯对改善马铃薯干旱胁迫耐受性的生理基础。结果表明:嘧菌酯可有效增强马铃薯叶片净光合速率和气孔导度;在正常水分条件下,施用嘧菌酯可引起叶片过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的增强,具有延缓植株衰老的作用;在干旱胁迫条件下施用嘧菌酯可降低叶片MDA和脯氨酸含量,提高植株耐旱性。A较CK处理青薯9号、陇薯6号和大西洋单株产量分别增加30.74%、59.87%和5.90%,A-D较D处理分别增产15.17%、43.43%和16.49%;A处理青薯9号、陇薯6号和大西洋综合品质得分分别为1.184、2.856和0.621,A-D处理分别为-1.112、-0.240和-0.349。可见,嘧菌酯有利于干旱胁迫条件下马铃薯块茎品质的提高。

关键词：嘧菌酯马铃薯干旱胁迫生理指标产量块茎品质