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Overexpression of ZxABCG11 from Zygophyllum xanthoxylum enhances tolerance to drought and heat in alfalfa by increasing cuticular wax deposition

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The Crop Journal 2023年第4期11卷 1140-1151页

作者： Linbo Liu Aike Bao Hujun Li Wanpeng Bai Haishuang Liu Ye Tian Yiying Zhao Fangchen Xia Suomin Wang State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems College of Pastoral Agriculture Science and TechnologyLanzhou UniversityLanzhou 730020GansuChina College of Biology Hunan UniversityChangsha 410008HunanChina

Drought and heat stresses cause yield losses in alfalfa,a forage crop cultivated worldwide.Improving its drought and heat tolerance is desirable for maintaining alfalfa productivity in hot,arid regions.Cuticular wax forms a protective barrier on aerial surfaces of land plants against environmental stresses.ABCG11encodes an ATP binding cassette(ABC) transporter that functions in the cuticular wax transport pathway.In this study,Zx ABCG11 from the xerophyte Zygophyllum xanthoxylum was introduced into alfalfa by Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation.Compared to the wild type(WT),transgenic alfalfa displayed faster growth,higher wax crystal density,and thicker cuticle on leaves under normal condition.Under either drought or heat treatment in greenhouse conditions,the plant height and shoot biomass of transgenic lines were significantly higher than those of the WT.Transgenic alfalfa showed excellent growth and 50% greater hay yield than WT under field conditions in a hot,arid region.Overexpression of Zx ABCG11 up-regulated wax-related genes and resulted in more cuticular wax deposition,which contributed to reduction of cuticle permeability and thus increased water retention and photosynthesis capacity of transgenic alfalfa.Thus,overexpression of Zx ABCG11 can simultaneously improve biomass yield,drought and heat tolerance in alfalfa by increasing cuticular wax deposition.Our study provides a promising avenue for developing novel forage cultivars suitable for planting in hot,arid,marginal lands.

关键词： Alfalfa ZxABCG11 Cuticular wax Yield Stress tolerance

Effects of separate and mutual application of Na and Si on drought resistance of Haloxylon ammodendron

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Research in Cold and Arid Regions 2012年第6期4卷 490-497页

作者： JianJun Kang Suomin Wang Ming Zhao GuangYu Li ZiHui Yang Gansu Research Academy of Forestry Science and Technology State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems College of Pastoral Agriculture Science and Technology Lanzhou University Minqin National Studies Station for Desert Steppe Ecosystem Gansu Desert Control Research Institute

We studied pot cultivated Haloxylon ammodendron＇s growth, physiological changes and drought resistance under NaC1, H2SiO3, and NaCl＋H2SiO3 treatments. Results show that 0.3 g/kg NaC1, 0.2 g/kg HzSiO3 or 0.3 g/kg NaCI＋0.1 g/kg H2SiO3 treatments can effectively promote growth and improve the drought resistance of/-L, ammodendron. Compared with that without NaCI treatment, H. ammodendron＇s height, crown diameter and fresh weight increased by 42%, 91% and 62% respectively under 0.3 g/kg NaC1 treatment, and its main stem diameter, main root diameter and main root length increased by 40%, 39% and 23%, respectively. Compared with that without H2SiO3 treatments, H. ammodendron＇s height, crown diameter and flesh weight increased by 36%, 45% and 27% respectively under 0.2 g/kg HeSiO3 treatment, and its main stem diameter, main root diameter and main root length increased by 23%, 23% and 20%, respectively. Compared with that under 0.3 g/kg NaC1 treatment, H. ammodendron＇s height, crown diameter and fresh weight and main root length increased by 9%, 10%, 17% and 12% respectively under 0.3 g/kg NaCI＋0.1 g/kg H2SiO3 treatment. Compared with that under 0.1 g/kg H2SiO3 treatment, H. ammodendron＇s height, crown diame- ter and fresh weight increased by 28%, 76% and 68% respectively under 0.3 g/kg NaCI＋0.1 g/kg H2SiO3 treatment, and its main stem diameter, main root diameter and main root length increased by 30%, 32% and 27%, respectively. This suggests that moder- ate levels of NaCI＋H2SiO3 interaction can effectively promote growth and improve drought resistance of/-L, ammodendron than separate applications of NaC1 or H2SiO3.

关键词： Haloxylon ammodendron NaCI H2SiO3 mutual application of NaC1 and H2SiO3 drought resistance

Genetic Diversity of Tunisian and Chinese Alfalfa (Medicago sativa L.) Revealed by RAPD and ISSR Markers

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American Journal of Plant Sciences 2016年第6期7卷 967-979页

作者： Leila Touil Aike Bao Suomin Wang Ali Ferchichi Arid Land and Oasis Cropping Laboratory Institute of Arid Land Medenine Tunisia State Key Laboratory of Grassland Agro-Ecosystems College of Pastoral Agriculture Science and Technology Lanzhou University Lanzhou China

Medicago sativa L.) is one of the most important forage crops in the world. The genetic variability analysis of 19 alfalfa populations collected from three sites in South Tunisia (Gabes, Kebili, Tozeur) and 1 from North West China were carried out using Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) and Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) markers. Five RAPD primers amplified 44 bands of which 22 were polymorphic;and five ISSR primers amplified 51 bands of which 33 were polymorphic. The percentage of polymorphic bands detected by RAPD and ISSR was 50% and 64.7%, respectively. The resolving power (Rp) varied between 0.6 and 4.1 with an average of 2.02 for RAPD marker and between 0.7 and 6.5 with an average of 2.28 for ISSR marker. However the Average Informativeness band (AvIb) was ranged from 0.2 to 0.9 with an average of 0.5 in RAPD marker and from 0.29 to 0.7 with an average of 0.624 in ISSR marker. The RAPD marker revealed less within population genetic diversity than ISSR marker. Although Cluster (UPGMA) and Correspondence Factorial Analyses (CFA) indicate that populations’ clustering made independently both from the geographical origin.

关键词： Medicago sativa L. Genetic Variability RAPD ISSR UPGMA Clustering

植物响应高温胁迫的信号转导和转录调控机制研究进展

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分子植物育种 2020年第24期18卷 8109-8118页

作者：王改妮白万鹏王锁民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农业农村部草牧业创新重点实验室兰州730020 兰州大学草业科学国家级实验教学示范中心兰州730020

随着温室效应加剧,全球气候变暖,高温灾害性气候已成为世界上许多农业地区面临的严峻挑战,严重抑制农作物生长发育并导致其产量锐减、品质下降。因此培育耐热品种已成为当前作物育种的重要目标,而作物耐热基因的发掘将为耐热新品种的培... 详细信息

随着温室效应加剧,全球气候变暖,高温灾害性气候已成为世界上许多农业地区面临的严峻挑战,严重抑制农作物生长发育并导致其产量锐减、品质下降。因此培育耐热品种已成为当前作物育种的重要目标,而作物耐热基因的发掘将为耐热新品种的培育奠定基础。植物为了生存形成了复杂而高效的信号转导途径与转录调控网络以抵御和适应高温胁迫,其中热激转录因子(HSFs)作为转录调控网络中的重要调控因子,能与下游基因启动子区域的顺式元件特异结合从而有效调控其表达。本研究从植物响应高温胁迫的热信号转导途径、转录调控网络和主要HSFs的翻译后调控方面展开讨论,以期为植物耐热性的遗传改良提供理论依据。

关键词：高温植物耐热性热信号转导途径转录调控网络热激转录因子

“双一流”建设背景下草业科学专业“植物生理学”双语教学的探索与实践——以兰州大学草业科学专业为例

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草业科学 2022年第9期39卷 1979-1986页

作者：马清王锁民包爱科张金林赵祺兰州大学草地农业科技学院/兰州大学草业科学国家级实验教学示范中心甘肃兰州730020

双语教学是“双一流”建设背景下我国高等教育国际化的客观要求。“植物生理学”作为草业科学专业的基础课程,在国际化创新型人才培养方面具有重要作用,因此实施双语教学是该课程教学改革的必然趋势。本研究以兰州大学草业科学专业“植... 详细信息

双语教学是“双一流”建设背景下我国高等教育国际化的客观要求。“植物生理学”作为草业科学专业的基础课程,在国际化创新型人才培养方面具有重要作用,因此实施双语教学是该课程教学改革的必然趋势。本研究以兰州大学草业科学专业“植物生理学”双语教学为案例,从教学团队建设、外文原版教材和中文参考教材选用、双语教学环节等方面,总结了“植物生理学”双语课程的改革举措,提出了提高学生综合素质和培养其学习兴趣的“植物生理学”线上和线下混合式双语教学模式,为“双一流”建设背景下草业科学专业其他课程的双语教学改革提供了参考。

关键词： “双一流”建设草业科学植物生理学双语教学教学模式线上教学线下教学

盐生植物小花碱茅外整流K^+通道PtSKOR基因的克隆及RNAi载体构建

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分子植物育种 2015年第4期13卷 877-886页

作者：段丽婕王沛陈梦词王锁民草地农业生态系统国家重点实验室兰州大学草地农业科技学院

为研究盐生植物小花碱茅(Puccinellia tenuiflora)耐盐的分子机制,本研究根据已克隆到的Pt SKOR基因片段,利用RACE技术得到小花碱茅Pt SKOR的3'和5'c DNA序列,拼接后的基因全长为2 353 bp,编码715个氨基酸,系统进化分析显示Pt SKOR编码... 详细信息

为研究盐生植物小花碱茅(Puccinellia tenuiflora)耐盐的分子机制,本研究根据已克隆到的Pt SKOR基因片段,利用RACE技术得到小花碱茅Pt SKOR的3'和5'c DNA序列,拼接后的基因全长为2 353 bp,编码715个氨基酸,系统进化分析显示Pt SKOR编码外整流K+通道。在此基础上,采用酶切连接的方法,构建了Ca MV 35S启动子驱动的含Pt SKOR基因片段反向重复序列的Pt SKOR-RNAi植物表达载体。

关键词：盐生植物小花碱茅 PtSKOR RNAi载体构建

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钙信号在植物响应盐胁迫中的作用研究进展

分子植物育种 2023年第3期21卷 850-857页

作者：殷秀霞陈芹芹刘海双马春莲王锁民兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室兰州730020 兰州大学草地农业科技学院兰州730020

钙(Ca^(2+))是一种重要的第二信使,在植物应答各种逆境胁迫的过程中发挥着关键作用。环境胁迫会激活植物体内的Ca^(2+)转运蛋白,引起细胞质中Ca^(2+)水平发生变化并产生钙信号,再由钙结合蛋白感受并转导钙信号,这一过程形成了复杂的调... 详细信息

钙(Ca^(2+))是一种重要的第二信使,在植物应答各种逆境胁迫的过程中发挥着关键作用。环境胁迫会激活植物体内的Ca^(2+)转运蛋白,引起细胞质中Ca^(2+)水平发生变化并产生钙信号,再由钙结合蛋白感受并转导钙信号,这一过程形成了复杂的调控网络。盐胁迫下,在多种植物中都已鉴定出大量组成钙信号网络的与Ca^(2+)转运、钙信号感受及转导相关的基因。为了明确这些基因在盐胁迫下钙信号网络中的作用,本研究综述了植物Ca^(2+)转运蛋白及钙结合蛋白在盐胁迫响应中的作用研究进展,有望为植物耐盐机理研究及耐盐作物育种提供新的思路和方向。

关键词：钙信号盐胁迫 Ca2+转运钙结合蛋白

低K^(+)条件下罗布麻对盐胁迫的光合响应机制

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草业科学 2022年第5期39卷 922-929页

作者：崔彦农夏曾润贾文柴薇薇王文颖王锁民草地农业生态系统国家重点实验室/农业农村部草牧业创新重点实验室/兰州大学草地农业科技学院甘肃兰州730020 农业农村部富硒产品开发与质量控制重点实验室/富硒食品开发国家地方联合工程实验室/安康市富硒产品研发中心陕西安康725000

罗布麻(Apocynum venetum)对盐渍环境具极强的适应能力。前期研究发现罗布麻为典型钾高效植物,且大量吸收钠离子(Na(+))和钾离子(K^(+))以提高叶片渗透调节能力是其适应盐胁迫的重要生理机制,但有关该植物对低K^(+)和盐渍环境的光合响... 详细信息

罗布麻(Apocynum venetum)对盐渍环境具极强的适应能力。前期研究发现罗布麻为典型钾高效植物,且大量吸收钠离子(Na(+))和钾离子(K^(+))以提高叶片渗透调节能力是其适应盐胁迫的重要生理机制,但有关该植物对低K^(+)和盐渍环境的光合响应机制尚未见报道。通过盆栽试验研究了低钾(0.01 mmol·L^(−1) K^(+))和正常钾(2.5 mmol·L^(−1) K^(+))供应条件下,盐处理(50和200 mmol·L^(−1) NaCl)对罗布麻幼苗叶片光合气体交换参数、PSⅡ光化学活性及光能分配的影响。结果显示,未添加NaCl时,低钾处理对罗布麻净光合速率(P_(n))、叶绿素荧光和吸收光能的分配均无影响。在两个供钾水平下,添加50或200 mmol·L^(−1) NaCl均显著降低了P_(n)、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))和胞间CO_(2)浓度(C_(i)),提高了气孔限制值(L_(s))(P<0.05);200 mmol·L^(−1) NaCl处理显著降低了PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m))、潜在光化学活性(F_(v)/F_(o))、实际光电子产率(Φ_(PSⅡ))、激发能量捕获效率(F_(v')/F_(m'))及光化学猝灭(qP)(P<0.05),表明罗布麻光合速率在轻度盐胁迫下主要受气孔因素的限制,在重度盐胁迫下同时受气孔因素与非气孔因素的限制。同时,盐胁迫下罗布麻可通过提高叶片水分利用效率以抵御气孔限制。此外,200 mmol·L^(−1) NaCl处理下,罗布麻叶片通过增加热耗散以减轻光能过剩对光合系统的危害。研究结果为进一步明晰罗布麻的抗逆机制提供了理论依据。

关键词：土壤盐渍化光合作用叶绿素荧光光能分配 NaCl 钾离子罗布麻

高等植物Na^+吸收、转运及细胞内Na^+稳态平衡研究进展

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植物学通报 2007年第5期24卷 561-571页

作者：张宏飞王锁民兰州大学草地农业科技学院兰州730000

盐胁迫是影响农业生产的重要环境因素之一。本文对植物Na+吸收的机制和途径、Na+在植物体内的长距离转运以及细胞内Na+稳态平衡的研究进展进行了概述。参与植物Na+吸收与转运的蛋白和通道可能包括HKT、LCT1、AKT和NSCC等。其中,HKT是植... 详细信息

盐胁迫是影响农业生产的重要环境因素之一。本文对植物Na+吸收的机制和途径、Na+在植物体内的长距离转运以及细胞内Na+稳态平衡的研究进展进行了概述。参与植物Na+吸收与转运的蛋白和通道可能包括HKT、LCT1、AKT和NSCC等。其中,HKT是植物体内普遍存在的一类转运蛋白,能够介导Na+的吸收,其结构中的带电氨基酸残基对于其离子选择性有着非常明显的影响。LCT1是从小麦中发现的一类能够介导低亲和性阳离子吸收的蛋白,然而在典型的土壤Ca2+浓度下LCT1并不能发挥吸收Na+的功能。AKT家族的成员在高盐环境下可能也参与了Na+的吸收。目前虽然还没有克隆到编码NSCC蛋白的基因,但是NSCC作为植物吸收Na+的主要途径的观点已被广泛接受。SOS1和HKT参与了Na+在根部与植株地上部的长距离转运过程,它们在木质部和韧皮部的Na+装载和卸载中发挥重要作用,从而影响植物的抗盐性。另外,由质膜Na+/H+逆向转运蛋白SOS1、蛋白激酶SOS2以及Ca2+结合蛋白SOS3组成的SOS复合体对细胞的Na+稳态具有重要的调节作用,单子叶和双子叶植物之间的这种调节机制在结构和功能上具有保守性。SOS复合体与其它位于质膜或液泡膜上的Na+/H+逆向转运蛋白以及H+泵一起调节着细胞的Na+稳态。

关键词： HKT LCT1 Na^+稳态 NSCC Na^+吸收与转运