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小麦根系构型及抗旱性研究进展

中国农业科学 2024年第9期57卷 1633-1645页

作者：张余周王一钊高茹茜刘逸凡西北农林科技大学生命科学学院

小麦是全球最重要的粮食作物之一，干旱是影响其生长发育最重要的非生物胁迫因子。根系作为作物获取水分和养分的重要器官，直接决定了作物对土壤水分的利用效率。近年来，越来越多的研究表明，根系构型在植物干旱胁迫响应中发挥了重要... 详细信息

小麦是全球最重要的粮食作物之一，干旱是影响其生长发育最重要的非生物胁迫因子。根系作为作物获取水分和养分的重要器官，直接决定了作物对土壤水分的利用效率。近年来，越来越多的研究表明，根系构型在植物干旱胁迫响应中发挥了重要功能。本文综述了目前根系构型在调控小麦抗旱性方面的研究进展。首先概述了根向性生长，特别是根向重力性生长对植物根系结构的塑造作用，重点总结了目前挖掘到参与根系向重力性生长的相关基因及其分子调控机制，并阐述了根向性生长调控的根系构型是如何介导小麦对干旱胁迫的适应。除了根向性生长，根系的发育过程也参与了对植物根系构型的调控，并决定植物对干旱胁迫的适应能力，因此，本文进一步综述了在干旱胁迫条件下小麦如何通过调控根系发育来改变根系形态，包括增加根长、调控侧根数量和根毛密度等，来增强小麦对土壤水分的吸收和对干旱环境的适应；同时，系统总结了干旱胁迫条件下参与调控作物（尤其是小麦）根系发育的相关基因。此外，根系作为植物地下部分，其构型的解析一直是本领域研究难点，阻碍了对根系结构与植物耐旱性关系的进一步解析，因此，本文也归纳了目前可用于小麦根系二维结构和三维结构表型分析的技术。这些技术可测量和分析小麦根系的长度、密度、生长方向和形态等参数，为深入理解根系构型与小麦抗旱性关系提供技术支撑。最后，展望了改良根系结构在小麦抗旱育种中的应用前景，并对如何挖掘更多潜在的小麦根系构型调控基因，及解析相关基因的调控机理进行了讨论。综上所述，小麦根系结构与小麦抗旱性关系密切，随着测序和分析技术的不断发展，以及小麦根系结构调控机制研究的不断深入，为未来培育抗旱小麦新品种提供了新的手段和策略。

关键词：小麦根系结构根系向性生长根系发育抗旱性根系可视化

BldM对密旋链霉菌Act12形态发育及抗生素合成的调控

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微生物学报 2024年第1期64卷 130-142页

作者：张媛周涵奇赵康康薛泉宏贾良辉颜霞颜华西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

【目的】以多效生防菌株——密旋链霉菌(Streptomyces pactum)Act12为研究材料,探究转录因子BldM对生防链霉菌Act12形态发育及抗生素合成的调控作用。【方法】通过基因工程手段构建bldM基因缺失突变株△bldM及过表达突变株OE-bldM,利用... 详细信息

【目的】以多效生防菌株——密旋链霉菌(Streptomyces pactum)Act12为研究材料,探究转录因子BldM对生防链霉菌Act12形态发育及抗生素合成的调控作用。【方法】通过基因工程手段构建bldM基因缺失突变株△bldM及过表达突变株OE-bldM,利用扫描电镜观察、抑菌实验、高效液相色谱检测和实时荧光定量PCR探究缺失突变株△bldM及过表达突变株OE-bldM与野生型(wild)Act12在形态发育、生长速率、寡霉素产量及抗病原菌能力等方面的差异。【结果】经测序验证bldM基因缺失突变体△bldM及过表达突变体OE-bldM均构建成功,其中△bldM寡霉素D产量明显降低且无法形成气生菌丝,而过表达突变株OE-bldM的气生菌丝更加密集,产孢更为丰富。与野生型菌株相比,OE-bldM的寡霉素D产量增加了23%,编码寡霉素核心合成酶基因的转录水平上调了2-3倍,抑菌活性显著增强。【结论】全局性转录调控因子BldM不但能影响Act12气生菌丝及孢子形成,并且参与正调控Act12寡霉素的合成,本研究结果为转录因子BldM的调控功能进行了新的挖掘和补充,并为后续深入研究密旋链霉菌Act12的生长代谢途径和调控机制提供了参考。

关键词：密旋链霉菌Act12 寡霉素 bldM 形态发育

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内切β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(EndoEf)的固定化及催化特性分析

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农业生物技术学报 2024年第3期32卷 655-665页

作者：王璐穆思宇王云霄李学俊徐全乐陈鹏西北农林科技大学生命科学学院

酶法去糖基化是研究糖蛋白结构与功能的重要手段。传统的酶法去糖基多使用游离酶，反应体系残留的去糖基化酶成为后续糖蛋白分析(如质谱)潜在的污染信号来源，探索去糖基化酶新的利用方式对于糖蛋白糖链结构的分析具有重要价值。本研究... 详细信息

酶法去糖基化是研究糖蛋白结构与功能的重要手段。传统的酶法去糖基多使用游离酶，反应体系残留的去糖基化酶成为后续糖蛋白分析(如质谱)潜在的污染信号来源，探索去糖基化酶新的利用方式对于糖蛋白糖链结构的分析具有重要价值。本研究对粪肠球菌(Enterococcus faecalis)来源的内切β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(endo-β-N-acetylglucosaminidase, EndoEf)进行了重组表达和纯化，以Sepharose CL 6B为固定化载体，采用环氧氯丙烷法活化，对EndoEf的固定化方法进行优化，并对固定化EndoEf的催化特性进行分析。研究结果表明，EndoEf可在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21 Star (DE3)中高效表达，每升菌液可纯化186.5 mg EndoEf。EndoEf固定化的最优条件：在pH 8.0的50 mmol/L磷酸缓冲液中，按每克载体加入4.0mg酶蛋白，4℃偶联12 h；固定化酶能去除核糖核苷酸酶B (ribonuclease B, RNase B)和鸡卵白蛋白(ovalbumin, Ova)的N-糖链，在4℃保存60 d仍具有活性；固定化EndoEf在30～40℃和p H 6.0～7.0的范围内具有良好的水解活性，对蛋白质变性剂二硫苏糖醇(dithiothreitol, DTT)及十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS)的耐受性较游离酶明显提高，可耐受12.0 mmol/L DTT和2.0%SDS的变性条件，并耐受1.0mol/L NaCl高盐条件。基质辅助激光解吸/电离串联飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry, MALDI-TOF-MS)分析显示，离心可完全去除反应体系中的固定化EndoEf。固定化体系的建立及酶学性质的分析为该酶在糖蛋白研究中的实践应用提供了基础资料。

关键词：去糖基化酶内切β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(EndoEf) 固定化催化特性

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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

小麦籽粒大小相关基因TaCYP78A17的功能标记开发

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作物学报 2024年

作者：张天星李梦吴林楠赵惠贤胡胜武马猛西北农林科技大学农学院西北农林科技大学生命科学学院

籽粒大小是影响小麦产量的重要因素之一。为了开发小麦籽粒大小相关的功能标记，本研究克隆得到一个潜在籽粒大小相关基因TaCYP78A17，并对其进行了系统进化、表达模式、等位变异分析和功能标记开发。结果表明，TaCYP78A17基因是小麦细... 详细信息

籽粒大小是影响小麦产量的重要因素之一。为了开发小麦籽粒大小相关的功能标记，本研究克隆得到一个潜在籽粒大小相关基因TaCYP78A17，并对其进行了系统进化、表达模式、等位变异分析和功能标记开发。结果表明，TaCYP78A17基因是小麦细胞色素P450 CYP78A家族的一员，且在小麦幼穗和籽粒中高表达；在30份普通小麦品种中发现TaCYP78A17-Ap存在6个SNP和2个InDel；根据InDel 4和InDel 8开发功能标记InDel-A17，可将30份普通小麦品种分为TaCYP78A17-Ap-HapI，TaCYP78A17-Ap-HapII和TaCYP78A17-Ap-HapIII三种单倍型；利用该功能标记在323份普通小麦品种中进行验证，发现该功能标记可以有效区分上述3种单倍型；表型调查发现具有TaCYP78A17-Ap-HapI单倍型的小麦其千粒重和籽粒大小显著高于具有TaCYP78A17-Ap-HapII或TaCYP78A17-Ap-HapIII单倍型的小麦。研究结果有望应用于小麦分子标记辅助选择育种。

关键词：小麦籽粒大小 TaCYP78A17 功能标记

不同小麦品种苗期抗旱性鉴定及根际微生物的功能研究

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干旱地区农业研究 2024年

作者：王安泽张阿里窦松岩岳红宋卫宁西北农林科技大学农学院作物抗逆与高效生产全国重点实验室西北农林科技大学生命科学学院

对20份小麦品种苗期进行抗旱性鉴定，计算综合抗旱指数，筛选获得抗旱小麦品种‘汉中白’，对抗旱小麦品种‘汉中白’的根际微生物进行分离鉴定，共获得50株菌株，对获得的菌株进行抗旱性筛选后，获得8株抗旱菌株，其中包括2株芽孢乳杆... 详细信息

对20份小麦品种苗期进行抗旱性鉴定，计算综合抗旱指数，筛选获得抗旱小麦品种‘汉中白’，对抗旱小麦品种‘汉中白’的根际微生物进行分离鉴定，共获得50株菌株，对获得的菌株进行抗旱性筛选后，获得8株抗旱菌株，其中包括2株芽孢乳杆菌属（Paenibacillus）、2株假单胞菌属（Pseudomonas）、2株狭生单胞菌属（Stenotrophomonas）、1株葡萄球菌属（Staphylococcus）和1株Paraclostridium属。将8株抗旱菌株分别定殖在干旱敏感品种‘中国春’的根际，测定干旱胁迫下‘中国春’小麦的株高、根长、地上部以及地下部干、鲜质量等生理指标，结果显示在芽孢乳杆菌属侵染‘中国春’小麦后，侵染小麦的4个生理指标相对于对照组均有提高，其中平均株高提高了5.71 cm、平均根长提高了2.28 cm、平均鲜质量提高了0.0371 g、平均干质量提高了0.0118 g，表明芽孢乳杆菌属显著提高了‘中国春’小麦的抗旱性。因此，本研究表明抗旱品种‘汉中白’在干旱胁迫下招募的微生物具有提高旱敏材料‘中国春’的抗旱潜能，芽孢乳杆菌可作为潜在的微生物菌剂。

关键词：小麦抗旱性鉴定根际微生物芽孢乳杆菌

拟南芥HHP2基因对韧皮部蔗糖装载的调控功能

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 122-132,142页

作者：于修远徐启玉尹世娇陈少林 LIESCHE Johannes 西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区生物质能研究中心陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

【目的】探究膜蛋白HHP2在韧皮部蔗糖装载中的作用与机制,为作物增产增效提供理论依据。【方法】利用多种生物信息学分析方法,对HHP2及其同源蛋白序列以及HHP2基因的转录表达谱进行分析,以预测其功能并发掘其他同源蛋白。使用荧光共聚... 详细信息

【目的】探究膜蛋白HHP2在韧皮部蔗糖装载中的作用与机制,为作物增产增效提供理论依据。【方法】利用多种生物信息学分析方法,对HHP2及其同源蛋白序列以及HHP2基因的转录表达谱进行分析,以预测其功能并发掘其他同源蛋白。使用荧光共聚焦显微镜对HHP2蛋白和蔗糖转运蛋白SUC2进行共定位分析,利用荧光共振能量转移试验检测HHP2与SUC2蛋白的互作,通过七叶树苷摄取试验检测HHP2对SUC2蛋白的直接影响。通过实时荧光定量PCR和Western-Blot试验,分析和比较hhp2突变体SUC2基因的转录水平和蛋白水平;利用离子色谱方法分析和比较hhp2突变体的韧皮部蔗糖输出效率;采用AlphaFold和Autodock软件,对HHP2蛋白结构及HHP2和蔗糖分子之间的潜在对接能力进行分析。【结果】HHP2同源蛋白共有5个保守模体和1个保守结构域。HHP2基因在拟南芥叶和茎等蔗糖输出器官中低表达,在根、花和种子等蔗糖需求器官中高表达。在本氏烟草远轴面表皮细胞中瞬时表达HHP2,发现其与SUC2蛋白共定位。HHP2与SUC2蛋白存在互作,且HHP2能抑制SUC2的蔗糖转运活性。HHP2缺失突变分析表明,HHP2是SUC2的负调控因子,HHP2缺失突变导致SUC2转录水平提高至6倍左右,蛋白水平提高至1.3倍左右,hhp2缺失突变体的蔗糖转运效率提高至2倍左右。分子对接分析表明,HHP2可能通过与蔗糖结合发挥其调控功能。【结论】HHP2是SUC2的负调控因子,参与调控植物体内蔗糖的转运与分配,可能是分子育种的潜在靶标。

关键词：拟南芥膜蛋白蔗糖转运调控因子

铜绿假单胞菌Gxun-2产铁载体发酵条件优化及其抑菌效果

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食品工业科技 2024年第10期45卷 118-125页

作者：李枢妍何艳丽宋超东黄夏至陆君铭李时勇张红岩申乃坤姜明国广西民族大学海洋与生物技术学院广西多糖材料与改性重点实验室广西南宁530008 西北农林科技大学生命科学学院陕西杨陵712100

鉴定铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)Gxun-2分泌铁载体类型,确定其最佳发酵工艺条件,同时考察铁载体发酵液对植物病原菌拮抗效果,为该菌株在农业中的应用提供理论依据。本试验先用铬天青(chrome azurol sulfonate,CAS)平板和全波... 详细信息

鉴定铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)Gxun-2分泌铁载体类型,确定其最佳发酵工艺条件,同时考察铁载体发酵液对植物病原菌拮抗效果,为该菌株在农业中的应用提供理论依据。本试验先用铬天青(chrome azurol sulfonate,CAS)平板和全波段紫外光吸收法对*** Gxun-2产铁载体进行定性和定量分析,进一步通过单因素、Plackett-Burman及正交试验相结合的方法对其产铁载体培养基及培养条件进行了优化,最后利用平板对峙法测定产铁载体发酵液对香蕉枯萎病病原菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum ***,FOC)的拮抗效果。结果表明,菌株Gxun-2所产铁载体类型为异羟肟酸型,确定产铁载体最佳发酵工艺为:琥珀酸钠2 g/L、甘油10 g/L、硫酸铵1 g/L,初始pH6.8、温度35℃、接种量1%(v/v)、装液量140 mL/250 mL;在此条件下,菌株Gxun-2产铁载体活性单位(Su)达到81.20%±0.24%,较优化前提高了82.84%±0.82%,对FOC的抑菌率达70.60%±1.87%,较优化前提高了52.68%±4.23%。

关键词：铜绿假单胞菌铁载体发酵条件优化尖孢镰刀菌拮抗作用

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施氮对紫花苜蓿干旱复水后生长恢复能力的影响

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草业科学 2024年第3期41卷 620-627页

作者：臧军蕊张钰婷张英豪刘洋铭邓文慧刘世鹏孙娈姿西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 延安大学生命科学学院陕西延安716000

植物复水后的生长恢复能力是体现植物干旱适应性的重要方面。施氮是常见的栽培措施,但施氮对紫花苜蓿(Medicago sativa)复水后生长恢复能力的影响尚不明晰。本研究在低氮(3 mmol·L^(−1))和高氮(7 mmol·L^(−1))处理下对紫花苜蓿进行水... 详细信息

植物复水后的生长恢复能力是体现植物干旱适应性的重要方面。施氮是常见的栽培措施,但施氮对紫花苜蓿(Medicago sativa)复水后生长恢复能力的影响尚不明晰。本研究在低氮(3 mmol·L^(−1))和高氮(7 mmol·L^(−1))处理下对紫花苜蓿进行水培,在培养液中添加聚乙二醇-6000模拟干旱-复水情况,在干旱结束当天、复水7 d以及24 d,测定紫花苜蓿地上和地下部的生物量、含氮量、非结构性碳水化合物以及相关酶活性。结果显示,复水24 d时,高氮处理的总生物量高于对照组(未受干旱处理)11.0%,发生了“补偿生长”,而低氮处理的生长尚未恢复,生物量低于对照组19.6%。由于“干旱记忆”,复水7 d以及24 d时,高氮处理的根冠比、根系中淀粉和可溶性糖含量显著增加(P0.05)。复水7 d,高氮下紫花苜蓿叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性下降,而蔗糖合成酶(SS)和根中酸性转化酶(AI)活性显著提高(P<0.05)。复水24 d时,与低氮处理相比,高氮处理更明显地提高了SS活性(P<0.05)。结果表明,施氮通过增强植物叶片SS酶活性,提高根系干物质、淀粉和可溶性糖的积累,从而增强紫花苜蓿复水后的生长恢复能力。

关键词：抗旱性恢复力供氮量根冠比可溶性糖淀粉蔗糖代谢相关酶

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