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“环境影响番茄果实色泽变化”实验的PBL教学实践

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生物学杂志 2024年第5期41卷 115-121页

作者：张雪莲孟雪李楠王应祥华南农业大学生命科学学院广州510642 华南农业大学基础实验与实践训练中心广州510642

运用问题导向学习(PBL)教学方法,以番茄果实着色不均的品质问题为教学实验切入点,引导学生查阅文献解析影响果实品质的环境因子,鼓励学生基于文献查阅结果提出合理设想。根据实验假设,教师引导学生设计不同温度及光照强度组合的多因子... 详细信息

运用问题导向学习(PBL)教学方法,以番茄果实着色不均的品质问题为教学实验切入点,引导学生查阅文献解析影响果实品质的环境因子,鼓励学生基于文献查阅结果提出合理设想。根据实验假设,教师引导学生设计不同温度及光照强度组合的多因子实验。通过果实表型观察、叶绿素/番茄红素含量测定、果实硬度分析及荧光定量PCR检测基因表达等植物生理学综合性实验,逐步引导学生发现高温通过抑制番茄红素关键基因的表达抑制番茄红素的合成,从而导致果实着色不均的机理。通过实验,学生能切实感受农业生产与科学研究的紧密联系,体会理论指导实践的重要意义。因此,PBL法结合农业生产实际问题设计的教学实践对培养学生专业知识的综合应用、训练学生的科学思维及创新研究能力具有重要作用。

关键词：植物生理学番茄果实着色不均综合性实验 PBL教学法

小麦TaSPX1基因的克隆、表达及耐低氮逆境的功能研究

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作物学报 2024年第3期50卷 576-589页

作者：张宝华刘佳静田晓田旭钊董阔武郁洁肖凯李小娟河北农业大学生命科学学院河北保定071001 河北省植物生理和分子病理学重点实验室河北保定071001 河北农业大学农学院河北保定071001

包含SPX、SPX-EXS、SPX-MFS和SPX-RING四个亚族的植物SPX基因家族在磷信号应答中发挥重要功能,但迄今对小麦的该家族基因成员功能了解尚少。本研究前期从小麦(Triticum aestivum)中鉴定得到一个SPX亚族成员基因TaSPX1(GenBank ***33230... 详细信息

包含SPX、SPX-EXS、SPX-MFS和SPX-RING四个亚族的植物SPX基因家族在磷信号应答中发挥重要功能,但迄今对小麦的该家族基因成员功能了解尚少。本研究前期从小麦(Triticum aestivum)中鉴定得到一个SPX亚族成员基因TaSPX1(GenBank ***332300),亚细胞定位分析发现其定位于细胞核。对TaSPX1和来自小麦、拟南芥和水稻SPX家族的同源蛋白进行系统进化分析,结果表明,其与水稻SPX亚族的OsSPX1亲缘关系较近。应用RT-qPCR技术研究发现,TaSPX1的表达量在低氮胁迫下显著增加。构建烟草(Nicotiana tabacum)过表达转基因系(overexpression lines,OE),应用MS营养液培养对野生型(WT)和OE株系OE3和OE4植株表型进行鉴定。发现在低氮胁迫下,OE3和OE4较WT表现明显的生长优势,植株鲜重、根重和叶面积显著增加;包括光合速率、胞间CO_(2)浓度、气孔导度和蒸腾速率在内的光合参数,以及氮含量、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量也都较WT显著增加。对氮吸收和同化相关基因的表达和酶活性测定结果表明,上述基因的部分成员在OE植株中的表达量和氮同化酶活性升高。此外,对包括SOD、POD和CAT在内的植株活性氧清除相关酶活力和MDA含量测定表明,与WT相比,OE植株中保护酶的活性均明显提高,MDA含量降低。同时发现OE植株中部分保护酶基因成员的表达水平也较WT明显升高。这些结果初步证实了TaSPX1通过改善光合参数、增强氮吸收和转运以及加强保护酶系统等在介导植株抵御低氮胁迫中发挥重要作用。本项研究对小麦SPX家族成员抵御非生物逆境功能增加了新认识,为作物抗低氮营养逆境的遗传改良提供了理论依据。

关键词：小麦 TaSPX1 亚细胞定位低氮胁迫功能分析

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植物非生物逆境学科发展综述

植物生理学报 2024年第2期60卷 248-270页

作者：赵杨杨永青丁杨林张蘅谢彦杰赵春钊刘林川王鹏程中国科学院分子植物科学卓越创新中心/上海植物逆境生物学研究中心上海200032 中国农业大学生物学院北京100193 上海交通大学生命科学技术学院上海200240 南京农业大学生命科学学院南京210095 华南农业大学林学与风景园林学院广州510642 南方科技大学前沿生物技术研究院广东深圳518055

干旱、盐碱和极端温度等非生物胁迫严重抑制植物的生长和发育,是影响农业生产的主要环境因素。植物应答环境胁迫的分子机制一直是植物生物学的热点研究领域。本文邀请在非生物胁迫应答分子机制领域非常活跃的青年科学家,简要综述相关研... 详细信息

干旱、盐碱和极端温度等非生物胁迫严重抑制植物的生长和发育,是影响农业生产的主要环境因素。植物应答环境胁迫的分子机制一直是植物生物学的热点研究领域。本文邀请在非生物胁迫应答分子机制领域非常活跃的青年科学家,简要综述相关研究领域近年来的主要研究进展,并展望未来这一领域值得深入研究的一些科学问题,希望能引起对这一领域的更多的关注和思考。

关键词：非生物胁迫感受信号转导分子机制

玉米BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10的互作分析

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分子植物育种 2024年第1期22卷 8-17页

作者：刘玲玉李紫媛张思怡曹宏哲张康时翠平邢继红河北农业大学生命科学学院河北省植物生理与分子病理学重点实验室保定071000

为明确玉米BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10的互作关系,本研究构建了玉米BTB-TAZ蛋白ZmBT4、Zm BT2a、ZmBT2b和转录因子ZmBET10(ZmBET10a,ZmBET10b)的酵母双杂交载体,利用酵母双杂交技术研究玉米BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10的互作关系... 详细信息

为明确玉米BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10的互作关系,本研究构建了玉米BTB-TAZ蛋白ZmBT4、Zm BT2a、ZmBT2b和转录因子ZmBET10(ZmBET10a,ZmBET10b)的酵母双杂交载体,利用酵母双杂交技术研究玉米BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10的互作关系。结果发现,共转化AD-ZmBT4、AD-ZmBT2a、AD-ZmBT2b分别与BD-ZmBET10a、BD-ZmBET10b组合的酵母在三缺培养基(SD/-Leu/-Trp/-His)和三缺添加3-AT的培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/3-AT)上均能正常生长,而对照组均不能在三缺、三缺添加3-AT的培养基上正常生长,表明玉米BTB-TAZ蛋白ZmBT4、Zm BT2a、Zm BT2b均能与ZmBET10转录因子ZmBET10a、Zm BET10b在酵母细胞中直接互作。为明确BTB结构域在BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10互作中的功能,本研究构建了ZmBT4、ZmBT2b蛋白BTB结构域的酵母双杂交载体,进一步利用酵母双杂交技术研究BTB结构域与转录因子ZmBET10的互作,结果发现ZmBT4、Zm BT2b蛋白的BTB结构域ZmBT4-BTB、Zm BT2b-BTB均能与ZmBET10互作,表明BTB结构域在BTB-TAZ蛋白与转录因子ZmBET10互作过程中具有重要作用。研究结果为阐明BTB-TAZ蛋白在玉米抗病中的功能与调控机制奠定了基础。

关键词：玉米 BTB-TAZ蛋白 ZmBET10 BTB结构域酵母双杂交

糖苷水解酶基因FvGH16-2参与拟轮枝镰孢菌生长发育及致病性

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植物保护学报 2024年第2期51卷 342-351页

作者：任志国刘宁陈悦孙蔓莉曹志艳董金皋河北农业大学植物保护学院保定071000 河北农业大学河北省植物生理与分子病理学重点实验室华北作物改良与调控国家重点实验室保定071000 河北农业大学生命科学学院保定071000

为明确糖苷水解酶16(glycoside hydrolase,GH16)家族基因在拟轮枝镰孢菌Fusarium verticillioides生长发育和致病过程中的作用,利用生物信息学分析软件对其GH16家族成员进行鉴定,采用转录组分析及实时荧光定量PCR技术对GH16家族成员在... 详细信息

为明确糖苷水解酶16(glycoside hydrolase,GH16)家族基因在拟轮枝镰孢菌Fusarium verticillioides生长发育和致病过程中的作用,利用生物信息学分析软件对其GH16家族成员进行鉴定,采用转录组分析及实时荧光定量PCR技术对GH16家族成员在不同培养温度下的表达水平进行检测,并通过遗传转化法对家族成员FvGH16-2基因进行敲除及回补,分析其在拟轮枝镰孢菌生长发育及致病过程中的作用。结果显示,在拟轮枝镰孢菌基因组中共鉴定到23个GH16家族基因,其中FvCH16-2、FvCH16-4和FvCH16-12等多个上调表达基因与病菌的生长和抗逆性相关。敲除FvGH16-2基因导致拟轮枝镰孢菌的生长速率及产孢能力降低,细胞壁完整性受损,对H2O2更加敏感,同时对玉米籽粒和茎秆的致病力减弱。表明FvGH16-2基因在拟轮枝镰孢菌生长发育和致病过程中发挥着重要作用,是拟轮枝镰孢菌细胞壁完整性和致病性所必需的。

关键词：糖苷水解酶家族拟轮枝镰孢菌玉米病害基因表达功能分析

玉米大斑病菌铁载体合成基因簇鉴定及表达分析

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农业生物技术学报 2024年第5期32卷 1121-1131页

作者：岳浩峰赵天益李海笑闫秋静徐雅迪孟亚南曹志艳刘宁董金皋河北农业大学生命科学学院华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北农业大学植物保护学院

铁是微生物生长必需的元素，在氧代谢、电子转移以及DNA和RNA合成等过程中发挥重要作用，微生物主要依赖于铁载体吸收环境中的铁离子。铁载体作为微生物分泌的低分子量铁螯合物，协助机体运输铁离子。真菌主要利用非核糖体多肽合成酶编... 详细信息

铁是微生物生长必需的元素，在氧代谢、电子转移以及DNA和RNA合成等过程中发挥重要作用，微生物主要依赖于铁载体吸收环境中的铁离子。铁载体作为微生物分泌的低分子量铁螯合物，协助机体运输铁离子。真菌主要利用非核糖体多肽合成酶编码基因为核心的次级代谢物生物合成基因簇合成铁载体，本研究旨在明确玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)铁载体的合成基因簇以及关键基因的表达。利用铬天青(chrome azurol sulphonate, CAS)鉴定玉米大斑病菌合成铁载体的类型并利用AntiSMASH网站预测其生物合成基因簇，利用玉米大斑病菌孢子不同发育时期的转录组数据及qRT-PCR分析病菌侵染过程中铁载体合成基因簇中各关键基因的表达水平以及外源铁浓度对基因表达的影响。结果表明，玉米大斑病菌产生异羟肟酸盐型铁载体，在基因组中鉴定得到1个产生异羟肟酸盐铁载体的次级代谢物生物合成基因簇，由非核糖体多肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase, NRPS)编码基因StNPS6为核心的12个铁载体合成相关基因组成。在玉米大斑病菌孢子萌发和侵染玉米叶片的过程中，基因簇中多个基因表达显著上调。与菌丝时期相比，侵染6 d后StNPS6表达量上调5.52倍，侵染9 d时后辅助合成基因StrhbE表达量上调24.12倍，编码转运相关蛋白的基因Stpmd1上调19.95倍。同时发现富铁和贫铁均对病菌的生长具有一定的抑制作用，且富铁情况下病菌黑色素合成受阻，培养基中铁含量差异导致基因簇中多个基因表达量显著变化，尤其是转运相关蛋白基因Stpmd1在富铁条件下表达量上升73.28倍。本研究为解析玉米大斑病菌铁载体的潜在作用提供了参考。

关键词：玉米大斑病菌铁载体次级代谢产物生物合成基因簇基因表达

野油菜黄单胞菌中3-羟基脂酰ACP脱水酶Fab Z的生理功能

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微生物学通报 2024年第2期51卷 448-459页

作者：马建荣余永红张源寅鄢明峰广东食品药品职业学院广东广州510520 华南农业大学生命科学学院广东省农业生物蛋白质功能与调控重点实验室广东广州510642

【背景】野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris ***,Xcc)引起十字花科植物黑腐病,在全球范围内造成经济损失,亟须深入研究其致病机理,开发新的黑腐病防控措施。细菌脂肪酸合成系统不仅为细胞膜合成提供原料,其中间代谢产物还是许多生... 详细信息

【背景】野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris ***,Xcc)引起十字花科植物黑腐病,在全球范围内造成经济损失,亟须深入研究其致病机理,开发新的黑腐病防控措施。细菌脂肪酸合成系统不仅为细胞膜合成提供原料,其中间代谢产物还是许多生物活性分子合成的底物,具有重要的生理功能,也是抗菌药物筛选的重要靶标。【目的】研究XccfabZ对扩散信号分子(diffusible signal factor,DSF)类信号产量、致病力、胞外酶、胞外多糖和运动性等方面的影响。【方法】利用报告菌株检测法分析了不同替换突变株的DSF类群体感应信号产量。利用同源重组原理,在DSF类信号高产菌株中获得替换突变株,利用高效液相色谱(highperformanceliquid chromatography,HPLC)法测定DSF类信号产量。利用剪叶法检测替换突变株对寄主植物甘蓝的致病力,并分析了不同菌株的胞外多糖、胞外酶和运动性差异。【结果】报告菌株检测法和HPLC法都证明大肠杆菌fabZ替换突变株(XccΔfabZ/pSRK-EcfabZ)中DSF类信号产量显著下降。而该突变株对寄主植物的致病性也下降,在白菜提取物中生长也变慢,胞外酶产量下降,运动性也变弱。而Xcc fabZ替换突变株的DSF类信号产量恢复到野生菌水平,且过量产生胞外多糖使得致病性增强,胞外酶、运动性也都有所恢复。【结论】Xcc中3-羟基脂酰ACP脱水酶(FabZ)与其致病性相关,不仅影响DSF类信号产量,还在胞外酶、运动性等方面发挥作用。

关键词：野油菜黄单胞菌 3-羟基脂酰ACP脱水酶 DSF类信号致病性

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豆科植物根瘤衰老机制与影响因素研究进展

微生物学报 2024年

作者：任明霞艾加敏张瑞丽李洋邓振山延安大学生命科学学院西北农林科技大学生命科学学院

豆科植物根瘤中的生物固氮作用对农业可持续发展和自然生态环境保护具有重要意义。依据根瘤的不同发育时期可将根瘤分为初生期、活跃期和衰老期3个时期，其中的衰老期是一个复杂的生理过程，涉及多种基因和环境因素的相互作用，可以通... 详细信息

豆科植物根瘤中的生物固氮作用对农业可持续发展和自然生态环境保护具有重要意义。依据根瘤的不同发育时期可将根瘤分为初生期、活跃期和衰老期3个时期，其中的衰老期是一个复杂的生理过程，涉及多种基因和环境因素的相互作用，可以通过调节固氮酶活性、豆血红蛋白基因表达水平等来调节根瘤的功能和寿命。同时，各种生物与非生物胁迫也会加速根瘤的衰老，降低豆科植物的生物积累量与生产力。本文系统阐述了根瘤衰老的形态、生理生化与分子变化机制，梳理了影响根瘤衰老的生物与非生物因素，探讨了能有效延迟共生根瘤的衰老，从而延长共生结瘤固氮功能，提高土壤氮利用效率，增加豆科植物种子灌浆期间种子发育的总体氮供应的策略，可在增强粮食安全同时又减少化学肥料对环境的不利影响。

关键词：共生固氮根瘤衰老机制生物与非生物胁迫延缓衰老

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作物磷高效遗传改良与生物安全研究进展

农业生物技术学报 2024年第8期32卷 1909-1922页

作者：徐纪明陆宏吴忠长毛传澡浙江大学生命科学学院植物生物学研究所

磷(phosphorus, P)是植物生长发育必需的大量营养元素之一，在植物生长发育过程中发挥着不可替代的作用。植物磷养分吸收利用的生理及分子调控机制的解析，是通过遗传改良提高作物磷吸收利用效率的基础。由于砷酸盐与磷酸盐具有相似的... 详细信息

磷(phosphorus, P)是植物生长发育必需的大量营养元素之一，在植物生长发育过程中发挥着不可替代的作用。植物磷养分吸收利用的生理及分子调控机制的解析，是通过遗传改良提高作物磷吸收利用效率的基础。由于砷酸盐与磷酸盐具有相似的化学性质，在提高作物磷吸收的同时，砷酸盐的吸收也可能同时提高，因此通过遗传改良提高作物磷养分吸收效率的同时，作物砷元素含量，尤其是可食用部位的含量也需要重点关注。本文综述了植物磷吸收、转运及磷信号调控机制，磷、砷偶联吸收分子机制等的研究进展，并对目前作物磷高效遗传改良模式进行了总结，以期为作物磷高效遗传改良及生物安全评价提供参考。

关键词：磷高效遗传改良砷酸盐生物安全