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杉木ClHA2基因的克隆及表达分析

农业生物技术学报 2018年第12期26卷 2057-2065页

作者：吴博慧黎建辉卢泳全浙江农林大学林业与生物技术学院/亚热带森林培育国家重点实验室

质膜H+-ATPase (plasma membrane H+-ATPase, PM H+-ATPase)能够利用水解ATP产生的能量将细胞质膜内侧的H+泵到质膜外侧,在膜外形成质子动力势,以推动各种离子和代谢物进行跨细胞膜的运输,该蛋白与植物磷元素的吸收有关,在植物响应低磷... 详细信息

质膜H+-ATPase (plasma membrane H+-ATPase, PM H+-ATPase)能够利用水解ATP产生的能量将细胞质膜内侧的H+泵到质膜外侧,在膜外形成质子动力势,以推动各种离子和代谢物进行跨细胞膜的运输,该蛋白与植物磷元素的吸收有关,在植物响应低磷胁迫中起重要作用。本研究从杉木(Cunninghamia lanceolata)转录组(GEO No. GSE113410)测序结果中筛选到一个PM H+-ATPase基因序列。在3个杉木无性系X6、3号和39号中分别进行克隆,所得序列长2 898 bp,包含一个2 862 bp的完整开放阅读框(open reading frame, ORF),编码953个氨基酸,命名为ClHA2,GenBank登录号为MH141933。该cDNA与其他植物PM H+-ATPase高度保守。预测其蛋白质相对分子质量约为105.05 kD,理论等电点(pI)为6.38,为跨膜10次的蛋白,其二级结构主要由α-螺旋组成,占52.68%,其次为环结构,占39.03%,β-折叠在整个肽链中也有分布,但仅占8.29%。ClHA2包含有1个Cation-ATPase结构域,1个E1-E2TPase结构域和一个水解酶结构域,该编码蛋白包含植物H+-ATPase所有的6个保守基序。qRT-PCR分析表明,ClHA2基因在3个杉木无性系的根、茎、叶部位均有表达,其在根中的表达量普遍高于茎叶部位。在低磷胁迫下,3个杉木无性系的ClHA2基因的表达受到了不同程度的抑制,其中3号和39号杉木无性系ClHA2基因的应答显著强于X6无性系(P<0.05)。以上结果表明杉木ClHA2可能是响应磷胁迫的一个重要基因,且在不同杉木无性系中对低磷的应答存在差异,这对杉木磷高效的品种选育具有重要的参考价值。

关键词：杉木H+-ATPase基因(ClHA2) 低磷胁迫 qRT-PCR

离子色谱HPAEC-PAD法测定杨树细胞壁非纤维素单糖组分

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植物研究 2023年第5期43卷 787-793页

作者：金小玲吴慧敏杨潮锋张进卢孟柱曾为浙江农林大学林业与生物技术学院亚热带森林培育国家重点实验室杭州311300

为建立杨树(Populus spp.)细胞壁中非纤维素单糖的离子交换色谱-脉冲安培检测方法(HPAEC-PAD),通过对分离条件的优化,细胞壁中主要9种单糖可以通过一次进样,达到基线分离的效果。试验采用Dionex CarboPac^(TM)PA100(4 mm×250 mm)分析柱... 详细信息

为建立杨树(Populus spp.)细胞壁中非纤维素单糖的离子交换色谱-脉冲安培检测方法(HPAEC-PAD),通过对分离条件的优化,细胞壁中主要9种单糖可以通过一次进样,达到基线分离的效果。试验采用Dionex CarboPac^(TM)PA100(4 mm×250 mm)分析柱,以氢氧化钠为淋洗液进行梯度洗脱,流速为1.0 mL·min^(-1),柱温为30℃的色谱条件,测定不同杨树种类细胞壁中单糖组分。结果表明,9种主要细胞壁单糖在0.5~150.0 mg·L^(-1)线性范围内线性关系良好,相关系数R^(2)为0.9990~0.9993,方法的重现性(RSD)为1.09%~3.96%,加标回收率为91.32%~109.25%,最低检出限为1.57×10^(-3)~1.41×10^(-2)mg·L^(-1)。试验结果表明杨树组培苗茎段细胞壁中半乳糖醛酸占比最高,其次为木糖,葡萄糖醛酸占比最低。本研究建立的方法适用范围广,操作简单,可用于杨树及其他物种细胞壁中单糖的检测。

关键词：杨树细胞壁离子色谱中性糖糖醛酸

毛竹锌指同源结构域基因家族全基因组鉴定及表达分析

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农业生物技术学报 2020年第4期28卷 645-657页

作者：马瑞芳陈家璐刘笑雨朱丰晓阮诗雨喻珮瑶张智俊浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室/林业与生物技术学院

锌指同源结构域(zinc finger-homeodomain, ZF-HD)是一种同源异形盒蛋白家族,是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育和响应非生物胁迫中发挥着重要作用。为探究ZF-HD基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)生长发育中的功能,基于毛竹... 详细信息

锌指同源结构域(zinc finger-homeodomain, ZF-HD)是一种同源异形盒蛋白家族,是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育和响应非生物胁迫中发挥着重要作用。为探究ZF-HD基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)生长发育中的功能,基于毛竹基因组和相关转录组数据,运用生物信息学的方法,分析ZF-HD家族的理化性质、系统进化关系、基因蛋白结构以及表达模式等。研究结果表明:毛竹基因组中含有23个ZF-HD成员,其中内含子数较少(1～2个),基因结构和基序均相对保守。该家族蛋白序列存在不同结构域,含有可以和DNA结合的同源域(homeodomain, HD)和锌指(zinc-finger, ZF)两个结构域;系统进化树显示ZF-HD家族可分为6类亚族;结合多序列比对和同源模建分析结果,毛竹ZF-HD属于C2H2类型的类锌指结构域超基因家族。上游启动子序列中含有多个激素应答相关顺式作用元件;共线性分析可知毛竹与水稻(Oryza sativa)之间的共线性关系高于毛竹与拟南芥(Arabidopsis thaliana)之间的共线性关系,且存在基因复制倍增事件;结合基因本体(Gene Ontology, GO)富集,分析不同激素处理条件下以及笋芽发育不同阶段RNA-seq数据,发现毛竹ZF-HD可响应外源赤霉素(gibberellin, GA)和萘乙酸(naphthalene acetic acid, NAA)的调控;笋期部分基因家族成员的高表达,提示其可能参与了竹笋快速生长发育过程。本研究结果将有助于揭示ZF-HD基因家族在毛竹快速生长发育中的生物学功能。

关键词：毛竹锌指同源结构域(ZF-HD) 转录因子基因分析功能鉴定

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白术叶片对干旱胁迫的光谱特征响应

中国生态农业学报 2018年第5期26卷 719-727页

作者：徐琳煜刘守赞白岩张汝民丁恒吴学谦郑炳松省部共建亚热带森林培育国家重点实验室临安311300 浙江农林大学林业与生物技术学院临安311300 浙江农林大学植物园临安311300

白术根茎膨大初期对轻度的土壤水分缺失具有一定的耐受性,但是过度干旱会抑制其根茎膨大及成分积累,因此,无损伤诊断该时期白术是否受到干旱胁迫至关重要。本文以2年生白术为试验材料,在根茎膨大初期控制土壤水分,形成不同程度的干旱胁... 详细信息

白术根茎膨大初期对轻度的土壤水分缺失具有一定的耐受性,但是过度干旱会抑制其根茎膨大及成分积累,因此,无损伤诊断该时期白术是否受到干旱胁迫至关重要。本文以2年生白术为试验材料,在根茎膨大初期控制土壤水分,形成不同程度的干旱胁迫,利用Uni Spec-SC光谱分析仪测定其光谱反射率,并结合光合色素含量,探讨白术叶片光谱特征对干旱胁迫的响应规律,为利用光谱参数监测白术生长状况提供技术依据。结果显示,随着干旱胁迫程度增加,可见光区域(400~750 nm)白术叶片光谱反射率升高,说明其光能吸收利用能力下降;但在750~1 000 nm的近红外波段,光谱反射率则逐渐平稳,在1 000 nm处,干旱胁迫下的全部叶片反射率均低于对照。微分光谱在680~750 nm间差异明显,并与叶绿素含量在700~750 nm间呈显著相关。同时,大多数光谱参数与色素含量呈显著相关(P技术支持。

关键词：白术干旱胁迫光谱特征光谱反射率光合色素光谱参数

竹林河岸带土壤反硝化脱氮效果模拟及机理研究

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环境科学学报 2022年第6期42卷 426-436页

作者：陈紫萱周钟昱蒋文婷田琳琳李彦蔡延江浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室杭州311300 浙江农林大学林业与生物技术学院杭州311300 浙江农林大学环境与资源学院杭州311300

以太湖流域上游南苕溪流域农业区竹林河岸带土壤为研究对象,采用乙炔抑制法研究不同外源硝态氮(NO_(3)^(-)-N)添加量(模拟添加NO_(3)^(-)-N浓度分别为0、5和10 mg·L^(-1)的污水,分别用N0、N5和N10处理表示)对不同离水距离(0~3、3~6、6~... 详细信息

以太湖流域上游南苕溪流域农业区竹林河岸带土壤为研究对象,采用乙炔抑制法研究不同外源硝态氮(NO_(3)^(-)-N)添加量(模拟添加NO_(3)^(-)-N浓度分别为0、5和10 mg·L^(-1)的污水,分别用N0、N5和N10处理表示)对不同离水距离(0~3、3~6、6~12 m)、不同深度(0~10、10~20、20~40 cm)土壤反硝化速率的影响.结果表明,N0、N5和N10处理的土壤72 h内的反硝化速率均值分别为59.65、163.56和295.81μg·kg^(-1)·h^(-1),不同处理间差异显著.N5和N10处理的土壤对外源NO_(3)^(-)-N的脱氮率均值分别为0.45和0.51,且N5处理显著低于N10处理;土壤反硝化速率和对外源NO_(3)^(-)-N脱氮率均随NO_(3)^(-)-N添加量的增大而增加.土壤反硝化速率随离水距离的增加而降低,表层土壤的反硝化脱氮效果最好.高量外源NO_(3)^(-)-N添加能为土壤反硝化提供较为充足的底物,耦合较高的反硝化微生物功能基因(nirS、nosZ I和nosZ II)丰度,可显著提高表层土壤或离水距离越近土壤对外源NO_(3)^(-)-N的脱氮率.本研究的竹林河岸带土壤反硝化可对过境与河流水体NO_(3)^(-)-N的去除发挥重要的生态作用,也可为该区河流水体氮污染的控制提供一定的科学参考.

关键词：农业区河岸带土壤反硝化速率反硝化微生物功能基因丰度硝态氮脱氮率

太湖流域上游竹林河岸带土壤反硝化酶活性及其影响因素

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应用生态学报 2021年第9期32卷 3070-3078页

作者：周钟昱张海阔梁佳辉张宝刚蒋文婷田琳琳李彦蔡延江浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室杭州311300 浙江农林大学林业与生物技术学院杭州311300 浙江农林大学环境与资源学院杭州311300

本研究以太湖流域上游竹林河岸带为对象,采用乙炔抑制法分析了夏季河岸带土壤反硝化酶活性(DEA)及其影响因素,以期为竹林河岸带在减少河流氮污染方面的生态功能评估提供数据支持。结果表明:河岸带土壤DEA为6.32~23.22μg N·kg^(-1)·h^... 详细信息

本研究以太湖流域上游竹林河岸带为对象,采用乙炔抑制法分析了夏季河岸带土壤反硝化酶活性(DEA)及其影响因素,以期为竹林河岸带在减少河流氮污染方面的生态功能评估提供数据支持。结果表明:河岸带土壤DEA为6.32~23.22μg N·kg^(-1)·h^(-1),平均值为14.65μg N·kg^(-1)·h^(-1)。河岸带土壤有机碳(SOC)、总氮、硝态氮含量、含水量和碳氮水解酶活性共同影响着DEA的垂直分布,使DEA随土壤深度(0~40 cm)的增加而递减;而DEA在水平方向上(同一土壤深度离水距离不同)的变化主要受SOC含量的影响。太湖流域上游竹林河岸带土壤在夏季可能会由于缺乏相对充足的可溶性有机碳而对DEA产生一定的限制。

关键词：河岸带土壤反硝化酶活性有机碳硝态氮碳氮水解酶活性

2种栽培环境对铁皮石斛内生细菌多样性的影响

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浙江农林大学学报 2020年第2期37卷 284-290页

作者：余望寅姚冠扎西拉姆普琼刘京晶周湘浙江农林大学林业与生物技术学院省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江杭州311300

【目的】揭示不同栽培环境对铁皮石斛Dendrobium catenatum内生细菌群落结构的影响,解析与石斛多糖含量存在潜在关联的功能菌种。【方法】针对温室人工基质培养和仿野生立木附生培养2种栽培体系下的铁皮石斛C9品系根、茎、叶等各部组织... 详细信息

【目的】揭示不同栽培环境对铁皮石斛Dendrobium catenatum内生细菌群落结构的影响,解析与石斛多糖含量存在潜在关联的功能菌种。【方法】针对温室人工基质培养和仿野生立木附生培养2种栽培体系下的铁皮石斛C9品系根、茎、叶等各部组织内生细菌,采用Illumina测序平台的Miseq进行高通量测序分析其菌落结构和多样性,同时利用逐步回归法分析内生细菌分布与组织多糖质量分数的关联性。【结果】铁皮石斛在2种栽培环境不同组织中的菌群结构差异显著(P室环境下物种丰富度更高。同时,根部所含分类操作单元(OTUs)数量最多(112~630个),叶部则最少(28~73个)。其中,厚壁菌门Firmicutes(16.7%~34.9%)、拟杆菌门Bacteroidetes(8.7%~35.6%)和变形菌门Proteobacteria(15.9%~42.0%)的OTUs占优势。从菌种生理功能上看,固氮相关的菌种如弗兰克菌科Frankiaceae在树培环境下相对丰度更高,推测可能受树培寡氮环境的影响使固氮菌富集。逐步回归分析结果显示:不动杆菌Acinetobacter在根、茎、叶不同组织中的相对丰度与多糖质量分数变化关联度最大,其次为假单胞菌Pseudomonas。【结论】铁皮石斛内生细菌资源相当丰富,而栽培方式影响菌群分布,且与石斛多糖质量分数具有关联性。

关键词：林木育种学植物内生细菌多样性固氮菌群分析石斛多糖

湿润地区3种松属植物枝和根导水系统的效率-安全关系

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林业科学 2021年第7期57卷 194-204页

作者：叶琳峰李彦王忠媛陆世通潘天天陈森谢江波浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室杭州311300 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 浙江农林大学林业与生物技术学院杭州311300

【目的】干旱导致的树木衰退甚至死亡并不局限于干旱地区,湿润区树木干旱适应能力弱,更易因水力失效而死亡。建立湿润区树木器官水平上的木质部结构与水力功能性状(包括输水效率和安全)的数量关系,是解答湿润区树木干旱致死机制的关键... 详细信息

【目的】干旱导致的树木衰退甚至死亡并不局限于干旱地区,湿润区树木干旱适应能力弱,更易因水力失效而死亡。建立湿润区树木器官水平上的木质部结构与水力功能性状(包括输水效率和安全)的数量关系,是解答湿润区树木干旱致死机制的关键。【方法】以湿润地区马尾松、日本五针松和湿地松为对象,测定其枝条、根的木质部水力功能性状(导水率与栓塞抗性)和结构性状(管胞、纹孔特征等)。结合已发表的其他松属树种相关数据,检验了松属枝条与根的水力效率-水力安全权衡;定量分析了木质部输水效率(K_(s),单位边材面积的导水率)和栓塞抗性(P_(50),导水率损失50%时的木质部水势)的结构基础。【结果】1)对所研究的松属3个种,根比导率(K_(sr),根单位边材面积的导水率)>枝条比导率(K_(ss),枝条单位边材面积的导水率),根P_(50)>枝条P_(50);K_(ss)与K_(sr)正相关,枝条P_(50)与根P_(50)也呈正相关;3个种均属低效率低安全性树种。2)相关分析表明:K_(ss)与枝条P_(50)负相关,枝条存在效率-安全权衡;K_(sr)与根P_(50)的决定系数接近0(R^(2)=0.01,P=0.94),即根无效率-安全权衡。这种功能权衡关系由其解剖结构决定:K_(ss)与枝条P_(50)对结构的需求趋异(枝条有效率-安全权衡),而K_(sr)与根P_(50)对结构的需求趋同(根无效率-安全权衡)。3)冗余分析表明,枝条纹孔膜面积对K_(ss)解释度最高,枝条纹孔塞面积对枝条P_(50)解释度最高;根木材密度对K_(sr)解释度最高,根塞缘面积对根P_(50)解释度最高。【结论】枝条和根的输水效率、栓塞抗性主要由木质部结构决定,其中纹孔结构影响最大,木材密度与管胞壁厚度次之。马尾松、日本五针松和湿地松的枝条存在效率-安全权衡,而根不存在这种权衡,其相关的结构性状解释为:效率与安全的结构需求趋异存在权衡,趋同则无权衡。

关键词：马尾松日本五针松湿地松木质部结构效率-安全权衡栓塞脆弱曲线导水率

湿润区3种杉科植物枝和根木质部的水力功能与解剖结构的关系

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林业科学 2020年第12期56卷 49-59页

作者：潘天天李彦王忠媛陆世通叶琳峰陈森谢江波浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室杭州311300 荒漠与绿洲生态国家重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 浙江农林大学林业与生物技术学院杭州311300

【目的】全球变暖导致干旱强度增大、频率更高。研究湿润区3种杉科植物枝条和根系的水力功能性状和木质部结构性状的差异,以及木质部结构性状与水力功能性状的数量关系,有助于了解湿润区植物的干旱适应机制,为湿润区树木死亡风险在时空... 详细信息

【目的】全球变暖导致干旱强度增大、频率更高。研究湿润区3种杉科植物枝条和根系的水力功能性状和木质部结构性状的差异,以及木质部结构性状与水力功能性状的数量关系,有助于了解湿润区植物的干旱适应机制,为湿润区树木死亡风险在时空上的相对可预测性提供数据支持。【方法】以湿润区池杉、落羽杉和北美红杉为研究对象,测定枝条和根系的导水率和脆弱曲线,制作石蜡切片观察枝条和根系的木质部解剖结构,并计算管胞结构和纹孔结构参数。【结果】3个树种根系的P20、P50、P88(导水率损失20%、50%、88%时所对应的木质部水势,代表枝条和根系栓塞抗性的大小)均小于其枝条;枝、根比导率与P50相关分析的决定系数接近0(R2=0.01,P=0.62)。木质部解剖结构与功能性状的相关分析发现:管胞直径与比导率显著正相关(r=0.82,P=0.001),管胞密度与比导率显著负相关(r=-0.68,P=0.01);纹孔塞面积与P50正相关(r=0.4,P=0.19)。冗余分析表明:管胞直径对比导率有显著影响且解释度达80.1%(P=0.004);纹孔塞面积对P50影响较大且解释度达70.1%(P=0.18)。【结论】杉科3个树种根系的栓塞抗性均比枝条弱。其枝、根木质部导水系统无效率-安全权衡关系,因为决定其输水效率(比导率)的是管胞直径,决定其栓塞抗性(P50)的是纹孔塞面积,即枝、根木质部导水系统不具备效率-安全权衡的基础。3个树种均为低效率低安全性物种。

关键词：池杉落羽杉北美红杉气候变化湿润区输水效率栓塞抗性