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水母雪莲通气组织形成相关基因SmEDS1的克隆及表达分析

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分子植物育种 2024年

作者：罗丹韦鎔宜代吴斌赵伟民史国民何涛青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海大学青海省园林植物与观赏园艺重点实验室青海大学生态环境工程学院

为了研究高山植物水母雪莲对极端环境的分子适应机制，本研究以菊科水母雪莲(Saussurea medusa)为材料，利用同源克隆和RACE技术克隆了通气组织形成相关基因SmEDS1 (GenBank登录号为OR185445)。结果表明：(1) SmEDS1基因cDNA全长为2 174... 详细信息

为了研究高山植物水母雪莲对极端环境的分子适应机制，本研究以菊科水母雪莲(Saussurea medusa)为材料，利用同源克隆和RACE技术克隆了通气组织形成相关基因SmEDS1 (GenBank登录号为OR185445)。结果表明：(1) SmEDS1基因cDNA全长为2 174 bp，包含1 860 bp的开放阅读框，编码619个氨基酸；(2) SmEDS1蛋白含有典型的Lipase 3和EP结构域，SmEDS1与菊科植物菜蓟(Cynara cardunculus) EDS1的氨基酸序列相似性较高，为66.61%；(3)亚细胞定位显示SmEDS1定位于细胞膜、细胞核和叶绿体中；(4) RT-qPCR分析结果显示，SmEDS1基因在水母雪莲根、茎和叶中均有表达；在低氧和紫外胁迫下，SmEDS1基因在茎和叶中表达量上调、在根中表达量下调。推测SmEDS1基因在水母雪莲通气组织的形成中发挥着重要作用。

关键词：水母雪莲 SmEDS1基因通气组织表达分析

黑毛雪兔子通气组织发育相关基因ShCTR1的克隆及表达

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西北植物学报 2023年第5期43卷 742-749页

作者：代吴斌史国民巨秀婷蒋欣悦何涛青海大学农牧学院西宁810016 青海省园林植物与观赏园艺重点实验室西宁810016 青海大学生态环境工程学院西宁810016 省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016

黑毛雪兔子(Saussurea inversa Raab-Straube)是一种典型的高山植物,具有发达的通气组织。该研究以黑毛雪兔子为材料,利用同源克隆和RACE技术克隆了通气组织形成相关基因(ShCTR1),并对其进行序列分析、系统进化分析、表达分析和亚细胞... 详细信息

黑毛雪兔子(Saussurea inversa Raab-Straube)是一种典型的高山植物,具有发达的通气组织。该研究以黑毛雪兔子为材料,利用同源克隆和RACE技术克隆了通气组织形成相关基因(ShCTR1),并对其进行序列分析、系统进化分析、表达分析和亚细胞定位分析,以探讨该基因的功能及其与通气组织的关系。结果表明:(1)成功克隆获得ShCTR1基因cDNA全长为2891 bp(NCBI登录号为:ON081649),包含2550 bp的开放阅读框,编码849个氨基酸,理论等电点5.90,分子式C_(4066)H_(6417)N_(1159)O_(1268)S_(43),为疏水蛋白,无跨膜结构。(2)系统进化树分析显示,黑毛雪兔子ShCTR1与菜蓟(Cynara cardunculus L.)CcCTR1的氨基酸序列相似度最高;非编码区序列分析发现ShCTR1基因含有大量的光响应元件,表明ShCTR1基因可能参与对紫外胁迫的响应。(3)实时荧光定量分析显示,ShCTR1基因在根、茎和叶中均有表达,且在根中的表达量最高;在紫外、低温和低氧胁迫下,ShCTR1基因的表达量均上调,证明ShCTR1基因参与了对以上3种环境胁迫的响应。(4)亚细胞定位显示,ShCTR1主要分布于细胞核。研究推测,黑毛雪兔子ShCTR1基因可能在通气组织的形成以及对逆境胁迫的响应中具有重要作用。

关键词：黑毛雪兔子 ShCTR1基因通气组织表达分析

水母雪莲通气组织形成的相关基因SmLSD1克隆及表达

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西北植物学报 2023年第4期43卷 550-558页

作者：蒋欣悦史国民代吴斌李凤珍何涛青海大学生态环境工程学院西宁810016 青海省园林植物与观赏园艺重点实验室西宁810016 省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016

该研究以水母雪莲为实验材料,通过RT-PCR结合RACE技术克隆了通气组织形成相关基因SmLSD1(GenBank登录号为OL690334),并对该基因在不同胁迫下的表达量及编码蛋白结构进行测定分析。结果表明:(1)水母雪莲SmLSD1基因全长965 bp,包含537 bp... 详细信息

该研究以水母雪莲为实验材料,通过RT-PCR结合RACE技术克隆了通气组织形成相关基因SmLSD1(GenBank登录号为OL690334),并对该基因在不同胁迫下的表达量及编码蛋白结构进行测定分析。结果表明:(1)水母雪莲SmLSD1基因全长965 bp,包含537 bp的开放阅读框,编码178个氨基酸。(2)同源序列比对发现,水母雪莲SmLSD1蛋白与菊科植物牛蒡LSD1的氨基酸序列相似性最高,达到98.31%。(3)亚细胞定位显示SmLSD1基因主要在细胞核和细胞膜上表达;原核表达显示,SmLSD1基因编码氨基酸的分子量约为18 kD。(4)荧光定量分析显示,SmLSD1基因在根、茎、叶中均有表达,且在叶片中表达量最高;在低温、低氧及紫外胁迫下,SmLSD1基因的表达量下调。研究推测,SmLSD1基因在水母雪莲通气组织的形成以及对逆境胁迫的响应中发挥着重要作用。

关键词：水母雪莲 SmLSD1基因通气组织表达分析

根系通气组织发育程度对水稻苗期生长及氮素吸收的影响

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土壤 2023年第3期55卷 528-536页

作者：石承智王瑞施卫明李奕林土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

水稻苗期由于根系通气组织发育不完善导致根际缺氧是限制水稻生长的因素之一。本研究在水培条件下通过施用不同种类通气组织刺激剂(硝普钠、亚硒酸钠、硫氢化钠)研究其对水稻苗期生长、氮素积累、根系内部通气组织发育(孔隙度)及外部形... 详细信息

水稻苗期由于根系通气组织发育不完善导致根际缺氧是限制水稻生长的因素之一。本研究在水培条件下通过施用不同种类通气组织刺激剂(硝普钠、亚硒酸钠、硫氢化钠)研究其对水稻苗期生长、氮素积累、根系内部通气组织发育(孔隙度)及外部形态、根际氧含量的影响。结果表明,不同通气组织刺激剂均能通过刺激通气组织发育改善根际氧环境从而促进苗期水稻生长。其中施用0.01 mmol/L亚硒酸钠处理效果最佳,植株干物质量、氮积累量、根孔隙度及根际氧含量分别较不添加刺激剂的对照处理显著增加36.7%、16.1%、57.3%和39.9%。无论是生物量还是氮积累均与水稻苗期通气组织发育程度存在一个明显的突变阈值(42%),当孔隙度小于该阈值时,孔隙度每增加1%时,单株水稻生物量和氮积累量分别显著增加8.8 mg和0.2 mg;而当孔隙度超过阈值时,二者则迅速降低。因此,苗期添加适宜浓度的通气组织刺激剂可以通过提高根系泌氧来缓解苗期水稻根际环境中溶解氧不足对水稻发育的抑制,同时也为提高水稻氮素吸收提供新的思路。

关键词：水稻通气组织根系泌氧氮素吸收根际环境

淹水胁迫对不同丝瓜品种根系呼吸生理和通气组织的影响

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中国瓜菜 2022年第8期35卷 62-69页

作者：朱进李文静徐兰婷长江大学园艺园林学院湖北荆州434025 蔬菜种质创新与遗传改良湖北省重点实验室武汉430070

为筛选耐涝丝瓜砧木,探讨丝瓜耐涝机制,采用双因素完全随机设计研究了淹水胁迫对3个丝瓜品种根系呼吸生理和通气组织的影响。结果表明,淹水胁迫4 d,3个丝瓜品种的根系干质量均显著低于对照;淹水胁迫4~16 d,3个丝瓜品种主根根系活力均显... 详细信息

为筛选耐涝丝瓜砧木,探讨丝瓜耐涝机制,采用双因素完全随机设计研究了淹水胁迫对3个丝瓜品种根系呼吸生理和通气组织的影响。结果表明,淹水胁迫4 d,3个丝瓜品种的根系干质量均显著低于对照;淹水胁迫4~16 d,3个丝瓜品种主根根系活力均显著低于对照;淹水胁迫8~16 d,3个丝瓜品种不定根的根系活力均显著高于对照。淹水胁迫2~16 d,3个丝瓜品种主根的乳酸脱氢酶(LDH)、丙酮酸脱羧酶(PDC)活性均显著高于对照;淹水胁迫2~16 d开始,除绿冠丝瓜与对照差异不显著外,其他2个品种主根中乙醇脱氢酶(ADH)活性均显著高于对照。3个丝瓜品种不定根中均形成了通气组织。在淹水胁迫下,早佳丝瓜根系干质量最大,达到236.7 mg,分别比荆李和绿冠高出43.98%和100.59%;最早形成不定根,通气组织最发达;不定根的根系活力最强,达到7.73 mg·g^(-1)·h^(-1),分别比荆李和绿冠高出22.40%和64.44%;不定根的PDC活性和ADH活性应急反应最快,淹水胁迫2 d就显著高于对照,分别比荆李和绿冠早2 d和6 d。因此,3个丝瓜品种均耐淹,早佳丝瓜最耐淹水,是较理想的耐涝丝瓜砧木。

关键词：丝瓜淹水胁迫无氧呼吸通气组织

ROS和NO对穿叶眼子菜通气组织形成的调控

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ROS和NO对穿叶眼子菜通气组织形成的调控

作者：谢沁宓宁夏大学

学位级别：硕士

穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)是一种多年生沉水植物,其根茎叶为适应水下的低氧环境而演化形成发达的通气组织。目前有研究发现通气组织的形成是因为低氧引发水生植物发生细胞程序性死亡(Programmed cell death,PCD),但有关活性... 详细信息

穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)是一种多年生沉水植物,其根茎叶为适应水下的低氧环境而演化形成发达的通气组织。目前有研究发现通气组织的形成是因为低氧引发水生植物发生细胞程序性死亡(Programmed cell death,PCD),但有关活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和一氧化氮(nitricoxide,NO)如何在复杂的信号网络中相互作用调控通气组织发生的机制尚不清楚。本实验以沉水植物穿叶眼子菜为实验材料,利用半薄切片技术,通过外源添加ROS抑制剂,即NADPH氧化酶抑制剂二苯基氯化碘盐(Dibenziodolium chloride,DPI),ROS 诱导剂,即过氧化氢酶(Catalase,CAT)抑制剂 3-氨基-1,2,4-三唑(Triazol-3-amine,AT),NO 供体硝普纳(Sodium Nitroferricyanide(Ⅲ)Dihydrate,SNP),NO 清除剂 2-(4-羧基苯基)-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧-3-氧化物钾盐(2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide potassium salt,PTIO)处理穿叶眼子菜,测定分析活性氧(H2O2)含量、NO含量、ROS和NO代谢或合成相关酶活性等生理生化指标,以及从显微结构水平比较研究穿叶眼子菜发育性通气组织与外源ROS和NO诱导性通气组织发生过程中细胞形态结构的动态变化规律,探究ROS及NO信号分子对通气组织形成的影响及生理调控机制,得到如下结果:外源DPI处理可以减低植物内源ROS和NO的积累,抑制通气组织的形成,外源AT可以增加植物内源ROS和NO的积累,促进通气组织的形成,AT 100μmol/L处理组的表皮向内皱缩折叠程度很大,导致茎的形态较CK及其他处理组极为不规则,说明ROS对通气组织的形成具有正调控作用,且过高的ROS积累会对植物产生一定的负面作用。通过外源施加ROS代谢酶的抑制剂发现不仅对内源ROS产生影响,同时对内源的NO含量也产生影响,暗示ROS与NO相互作用共同调控通气组织的发育。NADPH氧化酶受到抑制和清除植物体内的ROS后,NO含量受到明显的抑制,而通过抑制CAT活性来增加植物体内ROS后,NO含量也明显增加,表明植物内源ROS可能诱导植物内源NO的产生。外源SNP处理可以增加植物内源NO的积累而减低ROS的积累,促进通气组织的形成,外源PTIO可以减少植物内源NO的积累而增加ROS的积累,抑制通气组织的形成,说明NO对通气组织的形成具有正调控作用。通过外源施加NO的供体和抑制剂发现不仅对内源NO产生影响,同时对内源的ROS含量也产生影响,暗示ROS与NO相互作用共同调控通气组织的发育。通过外源施加SNP来增加植物体内NO后,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、CAT活性升高,ROS含量明显减少,而通过外源施加PTIO清除植物体内的NO后,SOD、POD、CAT活性下降,ROS在植物体内积累,表明外源施加NO可激活抗氧化酶活性,调节植物内源ROS水平,提高植物氧化胁迫的耐受力,对植物生长发育有着重要的作用。外源DPI+PTIO处理可以降低植物内源ROS和NO的积累而减低ROS的积累,抑制通气组织的形成,相反地,外源AT+SNP处理可以增加植物内源ROS和NO的积累,促进通气组织的形成。而外源AT+PTIO或DPI+SNP处理分别可以诱导植物内源ROS积累的同时抑制植物内源NO的积累或抑制植物内源ROS积累的同时诱导植物NO的积累,对通气组织并无明显的影响,说明ROS和NO调控通气组织的形成不是单一的,而是复杂的信号网络中相互作用共同调控通气组织的形成。ROS和NO共同调控通气组织发育的生理机制是通过改变ROS相关酶活性,如SOD、POD、CAT,以及NO合成酶活性,如一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)、硝酸还原酶(nitratase,NR),进而改变植物内源 ROS 和 NO的积累,从而调控通气组织的发育过程。

关键词：穿叶眼子菜通气组织 ROS NO

植物根系形态和解剖结构响应渍水胁迫的研究进展

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浙江大学学报(农业与生命科学版) 2024年

作者：金南飞徐正圆叶玲珍沈秋芳张国平浙江大学农业与生物技术学院浙江大学中原研究院

渍害是制约全球作物生产的一种非生物胁迫。渍水胁迫下，土壤中氧气含量迅速下降，植物根系处于低氧甚至无氧环境。植物通过调控相关基因的表达调节形态、生理和代谢等方面的变化，增强耐低氧的能力以适应渍水胁迫并维持个体生长，其中... 详细信息

渍害是制约全球作物生产的一种非生物胁迫。渍水胁迫下，土壤中氧气含量迅速下降，植物根系处于低氧甚至无氧环境。植物通过调控相关基因的表达调节形态、生理和代谢等方面的变化，增强耐低氧的能力以适应渍水胁迫并维持个体生长，其中根系形态和解剖结构的变化是适应渍水胁迫的主要对策。本文综述了渍水胁迫下植物根系形态和解剖结构变化的研究进展，主要包括植物通过抑制侧根生长减少能量消耗、形成更多不定根和通气组织从而增加根系气体交换面积、形成泌氧屏障减少氧气流失等，阐述了它们在植物种间或种内不同基因型之间的差异以及遗传调控机制，试图为耐渍基因的挖掘和耐渍品种的培育提供有益的信息。

关键词：渍水胁迫不定根侧根通气组织泌氧屏障

湿地植物假俭草和牛鞭草的解剖结构和组织化学特性研究

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草业学报 2024年

作者：秦格格韩炼何心雨王玉生任凡陈兹舜周存宇杨朝东谭德宝张霞长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心荆州市长江河道管理局长江水利委员会长江科学院

假俭草和牛鞭草是2种分布于江汉平原地区并能在旱生和水湿环境中生长的湿地植物，适应江汉平原地区的季节性洪水，在长江流域各种退化湿地和消落带的植被修复中耐水淹植物的筛选发挥重要作用。为探索假俭草和牛鞭草环境适应性结构（通... 详细信息

假俭草和牛鞭草是2种分布于江汉平原地区并能在旱生和水湿环境中生长的湿地植物，适应江汉平原地区的季节性洪水，在长江流域各种退化湿地和消落带的植被修复中耐水淹植物的筛选发挥重要作用。为探索假俭草和牛鞭草环境适应性结构（通气组织和质外体屏障结构）和解剖结构差异所体现的耐水淹能力倾向，研究了两个物种根、茎解剖结构与组织化学特性。运用植物解剖切片法、组织化学染色定位法，在显微镜下观察拍照，结果表明：1）假俭草和牛鞭草具有适应湿地环境的解剖结构特征，是典型的湿地植物。这些结构特征包括通气组织（茎部气腔和根部裂-溶生性通气组织）和质外体屏障（内皮层、外皮层、栓质化组织和角质层）等。假俭草和牛鞭草的不定根都具有内皮层和外皮层，其细胞壁上都有木栓质和木质素沉积。2）牛鞭草的茎具有栓质化和木质化周缘厚壁机械组织层和维管束鞘细胞以及髓腔；而假俭草的茎仅有木质化周缘厚壁机械组织层、厚壁机械组织环和维管束鞘细胞，以及髓腔和皮层气腔。牛鞭草匍匐茎和根状茎均具连续的栓质化周缘厚壁机械组织层和维管束鞘，而假俭草匍匐茎的周缘厚壁机械组织层仅木质化且是不连续的，从而推测牛鞭草比假俭草适应更高强度的淹没环境。

关键词：湿地植物假俭草牛鞭草解剖结构通气组织质外体屏障结构

五种红树植物通气组织对人工非潮汐生境的响应

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生态学报 2010年第24期30卷 6927-6934页

作者：伍卡兰彭逸生郑康振李旭林陈桂珠中山大学环境科学与工程学院/广东省污染控制与修复技术重点实验室广州510275 深圳市宝安区水产科学研究所深圳518104 深圳市海上田园旅游发展有限公司深圳518104

红树植物自然条件下生长于河口、海岸潮间带。受潮汐作用影响,红树植物在生理、形态、结构上对渍水环境产生了相应的适应机制。其中红树植物通气组织的发达程度与其耐淹水的能力具有很高的相关性,是衡量红树植物耐淹浸能力的重要依据。... 详细信息

红树植物自然条件下生长于河口、海岸潮间带。受潮汐作用影响,红树植物在生理、形态、结构上对渍水环境产生了相应的适应机制。其中红树植物通气组织的发达程度与其耐淹水的能力具有很高的相关性,是衡量红树植物耐淹浸能力的重要依据。利用测定孔隙率和石蜡切片面积比两种方法揭示了华南地区5种红树植物优势种:白骨壤(Avicennia marina)、红海榄(Rhizophora stylosa)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、秋茄(Kandelia candel)和桐花树(Aegiceras corniculatum)在自然条件和人工生境下根通气组织的发育规律,并用石蜡切片研究了茎和叶的通气组织发育状况。结果表明:两种方法测得根的通气组织发育程度的结果相关性显著(P通气组织主要产生于根部,茎和叶发育较少,除了潮汐生境中白骨壤根的通气组织为根、茎、叶总和的48.16%、非潮汐生境中桐花树根为43.81%,其余树种根部通气组织占总体的50%以上。自然潮间带生境中,桐花树、木榄、白骨壤、秋茄、红海榄,通气组织分别为(14.98±3.34)%、(27.83±2.3)%、(29.64±3.17)%、(30.09±4.12)%、(42.12±3.14)%,通气组织比例与其在潮间带上的分带性和演替序列较为吻合。非潮汐人工生境下,红海榄、木榄、秋茄、桐花树和白骨壤根部通气组织较自然生境下均有所增加,说明各树种对非潮汐淹浸条件具备一定的适应力。根据非潮汐生境下通气组织的比例可判定它们对恒定水位的适应能力依次为:桐花树>白骨壤>秋茄>木榄>红海榄。红树植物对非潮汐淹浸条件的适应有利于在沿海地区开展人工生境下红树林的栽培与推广应用,研究结果对提高栽培成活率,更大限度地发挥红树林的生态服务价值,具有重大的实践意义。

关键词：红树植物通气组织非潮汐生境适应性