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加拿大飞蓬（Eigeron canadensis）EcAGL基因响应镉胁迫的分子功能研究

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加拿大飞蓬（Eigeron canadensis）EcAGL基因响应镉胁迫的分子功...

作者：左丹贵州师范大学

学位级别：硕士

重金属镉（Cd）是广泛分布的污染物之一,具有较强的生物毒性,影响植物正常代谢,阻碍植物的正常发育。过量的镉可以通过食物链被人体摄入,这可能会导致严重的健康问题,如肾脏和肺功能障碍等。因此,研究具有较强镉耐受力且镉积累量相对较... 详细信息

重金属镉（Cd）是广泛分布的污染物之一,具有较强的生物毒性,影响植物正常代谢,阻碍植物的正常发育。过量的镉可以通过食物链被人体摄入,这可能会导致严重的健康问题,如肾脏和肺功能障碍等。因此,研究具有较强镉耐受力且镉积累量相对较低的植物具有重要意义。加拿大飞蓬（Eigeron canadensis）是源自北美洲的一种入侵植物,研究表明其对镉胁迫表现出很强的耐受性。在镉胁迫下,加拿大飞蓬的一个Agamous-like MADS-box家族基因（EcAGL）在地上和根部中的表达量显著增加。然而,该EcAGL基因在镉胁迫响应中的功能及作用机制尚不清楚。在本研究中,我们基于加拿大飞蓬镉胁迫转录组数据获得了该EcAGL基因的全长序列,并成功克隆其编码序列,进而构建了EcAGL基因的拟南芥转基因株系。在镉胁迫下,与野生型相比,转EcAGL基因的拟南芥株系耐受镉胁迫,同时其地上部分显著低富集镉。进一步的研究表明EcAGL抑制重金属ATP酶基因（AtHMA2和AtHMA3）、天然抗性相关巨噬细胞蛋白（AtNRAMP5）及1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶基因（AtACS2）的表达,降低了镉向地上部分的转运,同时增强了转基因拟南芥对镉的耐受性。本研究明确了EcAGL基因在调控植物耐受镉胁迫,且低富集镉的分子机制,为培育耐镉低富集植物提供了理论基础。本研究获得的主要结果如下:（1）根据加拿大飞蓬镉胁迫转录组数据库数据,成功克隆了EcAGL基因的CDS序列,并借助生物信息学方法预测、分析其编码蛋白。结果表明EcAGL基因编码的蛋白具备典型的MADS-box结构域,属于MADS基因家族中的MIKCC型基因。对EcAGL基因的顺式作用元件分析表明,EcAGL基因的启动子序列含有多种作用元件,其中包含参加Me JA反应、水杨酸反应以及防御和应激反应的顺式作用元件。表明EcAGL基因可能在植物抗逆胁迫中发挥作用。在镉胁迫下,加拿大飞蓬地上和根中EcAGL基因的表达量均显著上升。此外,烟草瞬时转化实验证明EcAGL基因定位在细胞核中。（2）成功构建了EcAGL基因的过表达载体,通过花序侵染法获得六株阳性苗,挑选表达量最高的3个株系进行耐镉实验。结果显示,在拟南芥中过表达EcAGL后,镉胁迫后的过表达株系的根长显著高于野生型且黄化现象得到了明显的缓解;与野生型相比,镉胁迫下EcAGL过表达株系抗氧化酶活性均显著升高。转基因株系的根部镉含量与对照无显著差异,但是地上部镉含量显著降低,表明该基因可以通过降低拟南芥体内镉的积累来提高其耐镉性。此外,在镉胁迫下,转基因株系的AtHMA2,AtHMA3及AtNRAMP5基因的表达量在根部显著下降,表明EcAGL可能抑制了镉的转运。（3）地上部基因表达谱分析表明,EcAGL可能通过调控AtACS2的表达来增强对镉的耐性。在镉胁迫下野生型和转基因拟南芥株系（WT和OE5）的差异富集基因（DEGs）中,半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径在DEGs中显著富集,并且ACS2基因在转基因株系中的表达显著低于野生型拟南芥,表明EcAGL通过影响乙烯生物合成途径在加拿大飞蓬镉耐性调控中发挥重要作用。

关键词：镉胁迫加拿大飞蓬 EcAGL基因抗氧化酶转录组

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马尾松人工林针叶和根际土壤的代谢特征

马尾松人工林针叶和根际土壤的代谢特征

作者：秦舒悦贵州师范大学

学位级别：硕士

我国人工林面积世界第一位,而马尾松(Pinus massoniana Lamb.)是我国人工林面积较大的树种之一,广泛分布于中国的亚热带地区,马尾松适应能力强,耐干旱、瘠薄,是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种,也是荒山绿化造林的主要树种,马尾松人... 详细信息

我国人工林面积世界第一位,而马尾松(Pinus massoniana Lamb.)是我国人工林面积较大的树种之一,广泛分布于中国的亚热带地区,马尾松适应能力强,耐干旱、瘠薄,是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种,也是荒山绿化造林的主要树种,马尾松人工林对生态防护、生态治理有着重大的意义。目前,大部分马尾松人工林为纯林,生态系统比较脆弱。本研究以不同林龄马尾松人工林根际土壤和针叶为研究对象,采用气相色谱质谱和液相色谱结合的代谢组学手段,对不同林龄和不同季节的马尾松代谢物质进行分析和鉴定,测定其生理生化指标,探究不同林龄马尾松季节性的差异代谢物,以期为马尾松人工林管理提供一定的数据参考。主要研究结果如下:马尾松针叶代谢物对季节变化的响应。植物代谢是一种重要的功能性状,其代谢物具有适应生长环境的生理生态功能。利用植物代谢组学方法,采用气相色谱质谱技术对不同季节的马尾松针叶代谢物质进行分析和鉴定,并对针叶的酶活性进行测定。结果:马尾松针叶中共鉴定出12个类别144种代谢物,其中秋季的代谢物总含量最高。基于火山图差异分析(FC>2;VIP>1.1;p发育过程中的贡献值最大,谷氨酰胺在夏季生长发育过程中的影响最大,D-松醇和莽草酸对秋季生长发育过程中的影响较大,蜜二糖在冬季生长发育过程中的影响较大。相关性分析(Spearman)表明针叶可溶性糖与5种代谢物具有显著负相关关系(p生理生化及代谢物含量的全年动态研究结果表明,马尾松对不同季节气候条件的适应,其代谢过程发生显著变化,不同季节的松针具有显著不同的代谢轮廓特征。不同林龄马尾松针叶代谢物的动态变化。本研究利用液相色谱和气相色谱质谱结合的植物代谢组学手段,对不同林龄的马尾松针叶进行分析和鉴定,并对针叶的酶活性进行测定。结果表明,马尾松针叶中共鉴定出21类149种代谢物,其中秋季的总代谢物含量最高。基于火山图差异分析(FC>2;VIP>1.1;p调控的末端,对调节土壤中植物和微生物的生长发育具有重要影响。为揭示不同林龄(I:10年、II:31年和III:52年)马尾松人工林根际土壤中的特征代谢物变化及其富集代谢通路,探究根际土壤代谢物与土壤酶活性和化学性质的关系。本研究采用土壤拟靶标代谢组学方法对马尾松人工林3个林龄的根际土壤代谢物进行分析,并对土壤理化性质和酶进行测定。结果表明,在马尾松人工林根际土壤中共鉴定出26类172种代谢物,随着林龄的增加,根际土壤代谢物的总浓度呈现降低的趋势;通过差异火山图分析筛选出72种特征代谢物,主要是糖类、脂肪酸、氨基酸、酚酸、多元醇和萜烯酸类,其中,苯甲酸和半乳糖酸对幼龄林的影响最大;硬脂酸对近成熟林的影响最大;赤藓糖醇对成熟林的影响最大。随着种植年限的增加,马尾松根际土壤代谢物有7种代谢途径发生了变化,相关分析表明,有效钾(AK)和土壤碱性蛋白酶(S-ALPT)与酚酸、多羟基羧酸等物质含量呈显著正相关。总之,不同发育阶段马尾松根际土壤的代谢物组成显著改变,具有不同的代谢谱,更有助于马尾松人工林的生长发育。总之,马尾松对不同季节气候条件的适应,其代谢过程发生显著变化,不同季节的松针具有显著不同的代谢轮廓特征。马尾松针叶中的代谢物随着种植年限的增加发生有规律的变化,谷氨酸、精氨酸、甘氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和腐胺的含量具有显著性差异(p发育阶段马尾松根际土壤的代谢物组成

关键词：马尾松人工林代谢组学季节变化根际土壤

苦荞FtNAC16、FtNAC33、FtNAC64基因的克隆、功能及序列变异研究

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苦荞FtNAC16、FtNAC33、FtNAC64基因的克隆、功能及序列变异研究

作者：柯瑾贵州师范大学

学位级别：硕士

苦荞(Fagopyrum tataricum)作为一种重要的药食同源特色作物,起源于我国西南地区,属于蓼科荞麦属双子叶植物。苦荞种子不仅含有丰富的营养物质,还含有丰富的生物活性物质,如黄酮、酚酸、三萜和生物碱等,对人体具有极高的保健作用。近年... 详细信息

苦荞(Fagopyrum tataricum)作为一种重要的药食同源特色作物,起源于我国西南地区,属于蓼科荞麦属双子叶植物。苦荞种子不仅含有丰富的营养物质,还含有丰富的生物活性物质,如黄酮、酚酸、三萜和生物碱等,对人体具有极高的保健作用。近年来,苦荞因其优异的保健作用深受人们喜爱,使其加工业得到快速发展。然而,目前生产上的栽培苦荞均属于厚壳苦荞,其种子被厚且坚韧的果壳包裹,导致苦荞脱壳非常困难。苦荞难脱壳已成为制约其加工产业发展的世界性难题。因此,解析苦荞果壳的细胞、生理和分子合成机制对研究并培育易脱壳的薄壳苦荞具有重要意义。本课题组基于前期转录组数据鉴定到3个可能在苦荞果壳细胞次生壁生物合成中起关键调控作用的NAC转录因子基因Ft Pin G0000381200.01、Ft Pin G0007471500.01和Ft Pin G0002596000.01,分别命名为FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64。本研究在此基础上,利用PCR(reverse transcription,RT-PCR)技术,以常规栽培品种厚壳苦荞‘品苦1号’籽粒为模板,克隆得到基因FtNAC16(Gen Bank ***723785)、FtNAC33(Gen Bank ***070416)和FtNAC64(Gen Bank ***070417)。通过对其转录因子特性和表达分析,以及转基因功能验证,探讨转录因子基因FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64对次生壁生物合成及调控网络相关基因表达的影响,以及在苦荞果壳生长发育过程中细胞次生壁生物合成中的功能及其分子调控机制,为培育高产、优质、适应性强的薄壳苦荞新品种提供优异的基因资源和理论依据。主要研究结果如下:1、利用RT-PCR从常规栽培品种厚壳苦荞‘品苦1号’中成功克隆了FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64,其CDS序列全长分别为1 086 bp、861 bp和1 092 bp,分别编码362个、287个和364个氨基酸。蛋白多序列比对和系统进化树分析表明,FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64属于植物NAC转录因子NST亚家族成员。2、构建亚细胞定位载体p BWA(V)HS-FtNAC16-GLosgfp、p BWA(V)HS-FtNAC33-GLosgfp和p BWA(V)HS-FtNAC64-GLosgfp,在烟草下表皮细胞进行瞬时表达,结果表明FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64转录因子均定位于细胞核。3、以构建到pGBKT7载体上的FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64基因为诱饵,和p GADT7质粒共转化至酵母菌株AH109,分析转录激活活性,结果表明FtNAC16不具有转录激活特性,FtNAC33和FtNAC64具有较强的转录激活特性。4、基因共表达分析表明,在种子不同发育时期FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64及下游调控基因(二级调控开关Ft MYB83,三级调控开关Ft MYB103和Ft MYB54)和结构基因(纤维素合成酶Ft CESA4、Ft CESA7和Ft CESA8)共表达。5、12个厚壳苦荞与12个薄壳苦荞次生壁组分(纤维素、木质素和半纤维素)含量分析表明,纤维素和半纤维素含量降低,木质素含量升高,可能是影响薄壳苦荞果壳易碎脱落的原因。6、构建苦荞FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64基因的过表达载体p K7WG2D-FtNAC16、p K7WG2D-FtNAC33和p K7WG2D-FtNAC64,采用农杆菌介导侵染法转化苦荞毛状根,分析转基因毛状根中细胞壁厚度、次生壁组分含量和次生壁生物合成途径相关基因的表达情况。结果表明,过表达FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64转基因毛状根的细胞壁明显加厚,显著提高转基因毛状根中纤维素、木质素和半纤维素的含量,显著提高下游调控基因(Ft MYB54)和结构基因(Ft CESA7、Ft IRX9)等的表达。7、与参考基因组数据比对,20个厚壳苦荞和20个薄壳苦荞的重测序结果表明,FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64的上游启动子序列与基因序列均无明显的变异位点。综上所述,FtNAC16、FtNAC33和FtNAC64属于NAC转录因子NST亚家族成员,是三个核定位的转录因子,且FtNAC16不具有转录激活特性,FtNAC33和FtNAC64具有较强转录激活特性,可能通过正向调控次生壁合成网络中相关基因的表达促进苦荞种子果壳中次生壁组分的生物合成。

关键词：苦荞 NAC转录因子基因克隆次生壁合成

喀斯特石漠化治理生态系统植物稳定同位素对土壤水的响应与水源涵养功能提升

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喀斯特石漠化治理生态系统植物稳定同位素对土壤水的响应与水源涵...

作者：周容贵州师范大学

学位级别：硕士

中国南方喀斯特是世界三大喀斯特集中连片区之一,其地貌发育典型,具有极强的喀斯特代表性,水土资源随着高度发育的裂隙流失地下,地上-地下水资源分布严重失衡。有研究表明极端干旱天气发生的范围、程度、频率在持续加强,极端降雨事件和... 详细信息

中国南方喀斯特是世界三大喀斯特集中连片区之一,其地貌发育典型,具有极强的喀斯特代表性,水土资源随着高度发育的裂隙流失地下,地上-地下水资源分布严重失衡。有研究表明极端干旱天气发生的范围、程度、频率在持续加强,极端降雨事件和持续干旱并行,改变区域大气降水格局,在具有独特二元结构的喀斯特特区,水资源分布失衡更为严重,影响植被的生长发育和自然演替过程,从而引发自然生态系统功能消退甚至逆向演替,使得脆弱生态系统的植被恢复工程难上加难。研究中国南方喀斯特地区不同石漠化等级下植被水分利用应对干旱的适应性特征,了解植被在水资源有限生境下的竞争情况,分析植被的水文生态位,以期为喀斯特石漠化生态治理修复物种选择提供参考,同时为生态系统水源涵养功能提升奠定理论基础。本研究在代表中国南方喀斯特石漠化生态环境类型总体结构的贵州高原山区,经实地考察后选择关岭-贞丰花江、毕节撒拉溪、施秉黑冲为研究区,在2023年1月-2023年12月进行野外定点连续监测,选取同一小流域内的优势物种,采集其潜在水源、土壤、叶片等样品,带回实验室进行室内实验测验。运用植物生态学、水文生态学及环境生态学等相关学科理论,对野外采集的水样、土样及植物叶片进行稳定碳氢氧同位素分析,并通过对相关实验数据进行统计分析和对比分析,结合Mix SIAR模型对三种石漠化等级的植物水分利用策略展开定性和定量研究,并分析藤本、灌木和乔木三种功能型植被的水分利用差异和季节变化。本研究主要确定植物碳氢氧稳定同位素组成对于土壤有效水分的响应过程,识别植物水分来源、水源贡献比例及水分利用效率的季节变化,明晰植被的水分竞争和水文生态位分离现象,并阐明喀斯特石漠化地区植被的水分适应机制,以期为生态系统水源涵养功能优化带来科学指导。(1)阐明了喀斯特地区不同功能型植被碳氢氧稳定同位素对于土壤水分的动态响应规律,植物潜在水源和木质部同位素组成具有显著的深度、季节变化规律,旱雨季对比明显。基于野外实地监测数据和室内实验数据,分析发现植物的木质部和各潜在水源(0-30cm土壤水、30-60cm土壤水、裂隙水、地下水)的氢氧同位素组成都位于当地大气降水线(LMWL)的右侧,说明植物所有的潜在水源都来自降水,且经历了一定的蒸发贫化。土壤含水量也具有明显的垂直梯度规律和季节变化规律。碳氢氧同位素在季节上具有明显变化,雨季偏负,旱季偏正,说明各水源在雨季得到了降雨补给,在旱季各水体都经历了蒸发贫化。0-30cm深度的土壤水同位素组成变化范围普遍大于30-60cm的同位素组成变化。地下水由于环境稳定,其同位素组成在季节上没有明显差异。植物叶片的碳稳定同位素在季节上也呈现显著的规律性,旱雨季对比明显,雨季偏负,植物水分利用效率偏低;旱季偏正,植物水分利用效率偏高。(2)发现了喀斯特地区不同功能型植被水分利用的适应性机理,深根系乔木普遍吸收利用深层土壤和裂隙水,浅根系小乔木和灌木具有二型系根,能在浅层水和深层水之间灵活转换水源,藤本植物主要利用浅层水源。基于实验数据进行统计分析,明晰了喀斯特地区各植物的水分利用来源、贡献比例及其季节变化规律,乔木和灌木之间因为生理生态特征的不同而吸收不同深度的土壤水,具有不同的水分利用策略。某些植物具有二型系根,能够灵活转换水源,在喀斯特生境中更具有水分竞争力和生态可塑性。深根系植物始终保持着较为稳定的水分来源,无季节变化特征,始终以30-60cm的深层土壤水为主要吸收水源。这主要归因于高大乔木的根系发育,倾向于吸收利用更为稳定的水源,因此,高大乔木面临的水分胁迫小,氢氧同位素和叶片碳同位素没有明显的季节变化规律,旱雨季对比不明显。三个研究区的高大乔木都具有相似的水分利用模式,在旱雨季的水分利用差异较小,在雨季增加的浅层土壤水利用比例较小,倾向于利用更为稳定的深层水源,以此避免与低矮灌木产生水分竞争,体现出较强的水分适应性和蓄水功能。(3)揭示了喀斯特地区石漠化治理生态系统的水源涵养功能提升策略,植物的生长发育和生态系统水源涵养二者相辅相成,具有正向反馈,而如何促进这种正向关系亟需对植物的水分利用展开研究。生态水文分离在石漠化地区的生态系统修复和水源涵养功能提升中具有重要的应用价值。通过引入具有不同水分利用策略的造林物种,可以增加生态系统的物种多样性,提高生态系统的稳定性和韧性。其次,优化植物的水分利用策略,可以有效减少植物间的水分竞争,提高水分利用效率,从而增加生态系统的水源涵养能力。不同功能型植物具备不同的生理生态特征,使得其在应对极端干旱气候时具有不同的响应策略,植物根系的发育状况具有极为关键的影响,是植物利用水分的基点。花江小流域的枇杷和花椒具有相同的水分利用策略,处于同一生态位上,但花椒和枇杷都属于“二形态”根,能够在深层和浅层土壤中灵活切换水源,从而避免了激烈的水分竞争。

关键词：植被修复水分利用稳定同位素水源涵养喀斯特

外来入侵植物三裂叶豚草对干旱与钙胁迫的响应

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外来入侵植物三裂叶豚草对干旱与钙胁迫的响应

作者：张青青贵州师范大学

学位级别：硕士

三裂叶豚草（Ambrosia trifida）是菊科（Asteraceae）豚草属（Ambrosia）恶性入侵植物,2015年首次在贵州省贵阳市花溪区发现,近年来迅速扩散,对本土植物、农林业生产及居民健康造成严重威胁。贵州省喀斯特地貌占约61.9%,岩溶发育典型,... 详细信息

三裂叶豚草（Ambrosia trifida）是菊科（Asteraceae）豚草属（Ambrosia）恶性入侵植物,2015年首次在贵州省贵阳市花溪区发现,近年来迅速扩散,对本土植物、农林业生产及居民健康造成严重威胁。贵州省喀斯特地貌占约61.9%,岩溶发育典型,因此,研究该入侵植物对贵州喀斯特干旱与钙含量较高的环境入侵适应特性,对指导后期防控和维护居民健康具有重要意义。本研究采用盆栽实验方法,聚乙二醇（PEG-6000）溶液模拟干旱胁迫,氯化钙（Ca Cl2）溶液模拟钙胁迫,研究三裂叶豚草（***）对干旱与钙胁迫的响应。主要研究结果如下:（1）干旱胁迫独立作用下,三裂叶豚草（***）株高、根长和叶面积均减小,其中,叶面积变化显著,中度和重度干旱胁迫下分别减小了39.7%、43.0%,根、茎、叶生物量及总生物量也显著减少,中度干旱胁迫下各减少了26.7%、47.1%、26.6%、48.7%,重度干旱胁迫下减少了27.1%、61.9%、44.2%、60.3%,而地径有增大趋势;MDA含量在中度和重度干旱胁迫下分别增加28.6%、124%,CAT活性分别增大了10.5%、83.1%,SP含量也在增加,POD活性减小,SS含量减少,SOD活性和Pro含量变异性较大;Tr、P_n、Gs和Ci四项光合参数均小于对照;F0小于对照,而Fv/F0大于对照,Fm在重度干旱胁迫下小于对照,Fm/Fv无明显变化;茎和叶片N、P含量大于对照,重度干旱胁迫下,茎中N、P分别增大64.2%、24.8%,叶片N、P分别增大了1.5%、14.5%,茎中C含量小于对照,中度和重度干旱胁迫下减少了4.6%、15.8%。（2）钙胁迫独立作用下,株高、叶面积和地径均小于对照,在三种钙胁迫中最大减小量分别为22.9%、18.7%、59.8%,根、茎、叶生物量及总生物量也小于对照,减少量最大分别为37.3%、72.1%、48.4%、63.3%;MDA含量增加,最大增加量为85.5%,CAT活性在低钙和中钙胁迫下增大130%、183%;Pro含量随胁迫增强分别增加了70.4%、118%,SS含量减少,SOD活性减小;Tr、P_n、Gs和Ci四项光合参数均小于对照;F0和Fm小于对照,而Fv/Fm和Fv/F0无明显变化;茎中N、P含量及根、叶片P含量均高于对照,且在低钙胁迫下最大,与对照相比分别增加了51.1%、33.1%、15.9%、12.3%,叶片N含量及根茎C含量低于对照。（3）干旱与钙复合胁迫,中度干旱与钙复合胁迫下,株高、地径和根长均大于对照,最大增长量分别为11.9%、14.5%、40.1%;重度干旱与钙复合胁迫时,株高与根长变异性较大,叶面积减小;根生物量在中度和重度干旱胁迫下均与低钙复合胁迫达到最大,分别增加了37.5%、22.3%;MDA含量随胁迫增强而增加,在重度干旱与中钙复合胁迫下达到最大,增大了227%,CAT活性大于对照,也在重度干旱与中钙复合胁迫下达到最大,增大了486%,Pro含量高于对照,中度干旱与高钙复合胁迫下达到最大,增加了384%,POD活性小于对照,但随复合胁迫增强有增大趋势;SS和SP含量变异系数较高;Tr、P_n、Gs和Ci四项光合参数均小于对照,F0和Fm也小于对照,Fv/Fm无明显变化,Fv/F0变异系数较大。根茎中C含量低于对照,一定胁迫程度下,根和叶片N含量也低于对照,而P含量高于对照,茎中N、P含量高于对照,最大增加量分别为18.6%、17.5%、26.8%、11.4%。（4）干旱与钙复合胁迫下,根部N:P在9.41～14.98,茎中N:P在7.95～14.41,叶片中N:P为13.25～16.03,总的来看,该植株受到干旱与钙胁迫时,根和茎生长主要受N元素限制,而叶生长主要受N元素、N和P元素共同限制。综上所述,在干旱和钙胁迫独立作用下,三裂叶豚草（***）生长受到抑制,植株形态变小,而干旱与钙复合胁迫下根生物量有所增加,提高了对养分的吸收利用效率,可能在一定程度上促进其生长。在喀斯特地区干旱与钙胁迫环境下,该物种可能通过调节抗氧化酶活性、渗透调节物质和养分分配来避免或缓解胁迫伤害,甚至可能通过更加快速地生长、增加生物量等提高竞争力。三裂叶豚草（***）可能在喀斯特地区有较强的适应性,能够迅速传播,常态地貌可能更易遭到破坏,因此,要加快对省内三裂叶豚草（***）的防治研究,以防后期其大范围扩散造成严重危害。

关键词：植物入侵三裂叶豚草非生物胁迫生理生化养分元素

褐角苔遗传转化体系建立和FfCYP98功能的初步研究

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褐角苔遗传转化体系建立和FfCYP98功能的初步研究

作者：黄丹贵州师范大学

学位级别：硕士

苔藓植物是从水生生活过渡到陆生生活的植物类群,分为藓类、苔类和角苔类,作为早期登陆植物的代表,需建立适应各种胁迫的机制,以应对辐射、干旱、和病原体等胁迫,适应机制之一是次生代谢物(如酚类化合物)的出现和进化,这些次生代谢物主... 详细信息

苔藓植物是从水生生活过渡到陆生生活的植物类群,分为藓类、苔类和角苔类,作为早期登陆植物的代表,需建立适应各种胁迫的机制,以应对辐射、干旱、和病原体等胁迫,适应机制之一是次生代谢物(如酚类化合物)的出现和进化,这些次生代谢物主要来自苯丙烷途径,细胞色素P450单氧化酶98(Cytochrome P450 monooxygenase98,CYP98)是苯丙烷途径的关键限速酶。目前关于苔藓植物CYP98的研究主要集中在藓类植物,对角苔的研究较少,还未有关于CYP98基因功能的报道。因此,本文克隆了褐角苔FfCYP98序列,建立褐角苔遗传转化体系后分别在褐角苔和拟南芥中初步研究其生物学功能。取得如下结果:1、构建褐角苔遗传转化体系:以褐角苔为转化受体材料,潮霉素为筛选标记,通过五因素三水平的正交实验来构建农杆菌AGL1介导的遗传转化体系。结果表明:潮霉素最佳筛选浓度为15 mg/m L,将均质化的褐角苔无菌组织预培养4 d和80μL OD600=0.8的AGL1菌液转移于浓度为100μmol/L的AS KNOP培养基中共培养3 d转化效果最佳。2、FfCYP98影响植物生长发育:通过将FfCYP98基因转化到拟南芥中得到FfCYP98-OE植株。FfCYP98-OE植株的角果显著比WT长,并对WT和FfCYP98-OE植株的木质素含量进行测定后发现:FfCYP98-OE植株的木质素含量显著高于野生型植株。结果表明FfCYP98可能参与了植物苯丙烷途径中的生物合成,使得其木质素含量增加。3、FfCYP98抵御生物胁迫:通过用灰霉菌侵染褐角苔与拟南芥野生型和FfCYP98-OE植株发现,FfCYP98-OE植株枯死的速度明显比WT植株慢,同时发现侵染后褐角苔和拟南芥FfCYP98-OE植株的总酚和总黄酮含量显著高于WT植株,且拟南芥苯丙烷合成途径中的C4H、HCT、C3H和CAD四个基因在FfCYP98-OE植株中表达量都显著高于WT植株。由此,在病原菌胁迫下,FfCYP98可能参与了苯丙烷途径中的生物合成,使得苯丙烷途径中的关键基因出现上调表达,从而合成酚类、黄酮类物质形成结构屏障参与植物抵抗病原菌的侵染。4、FfCYP98抵御非生物胁迫:用0.2 mol/L Na Cl和KCl、4℃低温和20%PEG 6000处理野生型和FfCYP98-OE褐角苔结果表明:FfCYP98-OE植株比野生型植株存活时间长,失绿速度变慢,表明FfCYP98基因有利于褐角苔响应非生物胁迫。

关键词：褐角苔 FfCYP98 遗传转化灰霉菌基因调控

Bacillus sp. GZNU268促进黄背草响应CaCO3胁迫生长的分子及根际微生学机制

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Bacillus sp. GZNU268促进黄背草响应CaCO3胁迫生长的分子及根际...

作者：陈显磊贵州师范大学

学位级别：硕士

随着人地矛盾的加剧,使喀斯特地区的石漠化现象日益严重,而这种土壤中壤质与碳酸岩占比失衡的现象使喀斯特生态系统面临着严重威胁。CaCO3作为裸露碳酸岩的主要成分,在水循环、碳循环、钙循环的相互耦合系统中不断溶解、沉积,影响了土... 详细信息

随着人地矛盾的加剧,使喀斯特地区的石漠化现象日益严重,而这种土壤中壤质与碳酸岩占比失衡的现象使喀斯特生态系统面临着严重威胁。CaCO3作为裸露碳酸岩的主要成分,在水循环、碳循环、钙循环的相互耦合系统中不断溶解、沉积,影响了土壤养分、钙含量等理化性质。黄背草作为不同程度石漠化条件下的优势植物,在修复喀斯特石漠化及维持喀斯特生态系统的稳定性方面发挥着重要作用。因此,黄背草在长期适应不同程度石漠化的过程中进化出了一套适应CaCO3的特殊机制,深入解析这一机制对于喀斯特石漠化地区的生态恢复具有重要的科学意义。此外,根际促生菌通过改善植物对营养的吸收、调控关键基因及重塑根际微生物群落结构和功能等方式促进植物在逆境胁迫下的生长。目前,CaCO3胁迫和促生菌处理对黄背草生长发育产生什么样的影响以及背后的生物学机制方面的研究还很有限。因此,探究根际促生菌Bacillus ***268作用下黄背草响应CaCO3胁迫的耐受性机制,可为石漠化治理提供理论依据。本研究以黄背草为实验材料,通过生理学、转录组学、微生物组学和代谢组学探究6组黄背草（0 g/kg CaCO3、10g/kg CaCO3、20 g/kg CaCO3、0 g/kg+B.268、10 g/kg+B.268、20g/kg+B.268）的生理特性变化、根转录组的变化特性、根际细菌群落结构及根际土壤化学组成的变化规律以及他们之间关系的变化规律,深入解析Bacillus ***268促进黄背草响应CaCO3胁迫生长的分子和根际微生物学机制。研究结果如下:***3胁迫显著降低了黄背草的株高、分蘖数、叶绿素含量及地上地下组织的生物量。CaCO3胁迫下,GZNU268处理显著提高了黄背草的株高、分蘖数、叶绿素含量及地上地下组织的生物量。CaCO3胁迫增加了黄背草根中的SOD和CAT活性、MDA含量和H2O2含量,而在CaCO3胁迫下,GZNU268处理显著降低了黄背草根中的SOD和CAT活性、MDA含量和H2O2含量。通过分析CaCO3胁迫和GZNU268对黄背草根转录组的变化规律。发现与0 g/kg CaCO3处理相比,10 g/kg CaCO3和20 g/kg CaCO3处理下鉴定到的差异表达基因分别为3649（上调2977个,下调672个）和3330个（上调1986个,下调1344个）。GZNU268处理下,分别与0 g/kg CaCO3、10 g/kg CaCO3和20 g/kg CaCO3处理相比,0 g/kg+B.268、10g/kg+B.268和20 g/kg+B.268处理下的差异表达基因分别为524（上调79个,下调445个）、2195个（上调521个,下调1674个）和2627（上调1713个,下调914个）。对响应CaCO3胁迫的黄背草根中DEGs进行GO富集分析发现,这些DEGs主要富集在蔗糖代谢过程、信号转导、金属离子运输和碳水化合物代谢过程。CaCO3胁迫下,对响应GZNU268的黄背草根中DEGs进行GO富集分析发现,这些DEGs主要富集在光刺激的响应、金属离子运输、碳水化合物代谢过程。KEGG富集分析发现,与0 g/kg CaCO3处理相比,10 g/kg CaCO3和20 g/kg CaCO3处理下,两者共同富集的上调通路主要是淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷生物合成、氨基酸代谢等代谢通路,下调通路主要是MAPK信号通路-植物、半乳糖代谢通路。GZNU268处理下,分别与10 g/kg和20 g/kg处理相比,10 g/kg+B.268和20 g/kg+B.268处理上调的DEGs共同富集的通路主要是MAPK信号通路-植物,下调的DEGs共同富集的通路主要是戊糖和葡萄糖醛酸相互转化等。2.利用16S rRNA测序技术研究了CaCO3胁迫和GZNU268处理对黄背草根际细菌群落结构与功能变化的影响。结果发现,CaCO3胁迫和GZNU268处理显著增加黄背草根际细菌的Chao 1指数和Shannon指数。CaCO3胁迫和GZNU268处理下6组黄背草根际细菌群落的优势菌门主要包括变形菌门（Proteobacteria）、Gemmatimonadota、酸杆菌门（Acidobacteriota）、Myxomycophyta,CaCO3胁迫降低了变形菌门相对丰度,而CaCO3胁迫下,GZNU268处理增加了变形菌门的相对丰度。所有处理组中黄背草根际细菌群落的优势菌属主要包括unclassified＿Vicinamibacterales、unclassified＿Bacteria、unclassified＿Gemmatimonadaceae、Sphingomonas、unclassified＿Vicinamibacteraceae。CaCO3胁迫降低了

关键词：黄背草 CaCO3胁迫促生菌多组学

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外源脱落酸对苦荞生长及产量的影响

外源脱落酸对苦荞生长及产量的影响

作者：唐卓磊贵州师范大学

学位级别：硕士

苦荞作为一种药食两用的粮食作物,是我国杂粮主食化的重要组成部分。但在实际生产中,由于苦荞产量低且不稳定的特点,过去几十年间其种植推广受到限制。通过施用外源激素或激素合成抑制剂,改变植物体内激素水平,进而调控植物的生长方向... 详细信息

苦荞作为一种药食两用的粮食作物,是我国杂粮主食化的重要组成部分。但在实际生产中,由于苦荞产量低且不稳定的特点,过去几十年间其种植推广受到限制。通过施用外源激素或激素合成抑制剂,改变植物体内激素水平,进而调控植物的生长方向和发育进程,是实现作物促产增效的有力手段。因此,为了明确激素调节苦荞籽粒结实的机理,提出促进籽粒结实、提高产量、增加经济效益的调控途径和技术措施。本研究以筛选出的植物激素脱落酸（ABA）及其合成抑制剂氟啶酮（FLU）作为外源激素,以苦荞品种晋荞2号为试验材料,研究了外源脱落酸施用对苦荞农艺性状、光合作用、籽粒灌浆特性、开花结实、碳氮代谢以及产量形成的影响。研究结果如下（1）不同植物激素对苦荞生长发育和产量的影响为了筛选出有利于苦荞增产促效的外源激素,以苦荞品种晋荞2号为试验材料,比较了不同外源激素的施用对苦荞生长发育、开花结实的影响,分析不同激素处理产生的经济效益。结果表明,脱落酸（ABA）和独脚金内酯合成抑制剂（Tis-108）处理可以显著提高苦荞的株高、主茎分枝数、主茎节数,而氟啶酮（FLU）和独脚金内酯类似物（GR-24）处理后株高、主茎分枝数、主茎节数较对照（CK）显著下降。ABA和Tis-108处理提高了苦荞籽粒的成熟粒数和总花数,降低了枯粒数、青粒数、枯花数、青花数,FLU和GR-24处理结果与之相反。此外,ABA和Tis-108处理还显著增加了苦荞的单株粒数、单株粒重,千粒重和产量。经济效益评估显示,ABA处理可以有效提高净产值、经济产投比和成本产出率,较CK在2021年和2022年分别增加了11.29%、3.50%、5.14%和22.39%、10.81%、15.45%。这表明ABA处理在实际生产应用中具有可行性。综上所述,适宜浓度的ABA施用有助于实现苦荞的促产增效。（2）外源脱落酸及其抑制剂对苦荞籽粒灌浆和结实的影响为了明确施用外源脱落酸对苦荞结实的影响,以苦荞品种晋荞2号为材料,设置了不同浓度梯度的ABA（A1 10μM、A2 20μM、A330μM）及其抑制剂FLU（F1 10μM、F2 20μM、F3 30μM）处理,研究了外源脱落酸对苦荞籽粒灌浆、淀粉合成、光合特性、干物质积累和开花结实的影响。结果表明:ABA处理提高了苦荞叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,胞间CO2浓度随处理浓度增加先下降后升高。ABA处理还显著增加了苦荞籽粒中直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量,并提高了淀粉合成关键酶可溶性淀粉合成酶（Solublestarch synthase,SSS）、淀粉分支酶（Starch-branching enzyme,SBE）、淀粉合成酶（Granule-bound starch synthase,GBSS）活性。ABA处理提高了灌浆速率最大时的干物质积累量、最大灌浆速率、平均灌浆速率、籽粒生长终值量比值和有效灌浆天数增加。同时ABA处理后苦荞籽粒的成熟粒数、枯粒数明显增加,青粒数、枯花数和青花数显著减少,苦荞结实率和籽粒形成率增加,籽粒败育率减少,FLU处理则呈现相反结果,各处理间以A1、A2处理的效果最好。综上,ABA处理通过增加苦荞灌浆物质的积累,促进了库源平衡,从而增加了苦荞开花结实的数量,最终提高了苦荞结实率和籽粒形成率,并降低了籽粒败育率。（3）外源脱落酸及其抑制剂调节苦荞碳氮代谢的生理机制为了明确施用外源脱落酸对苦荞碳氮代谢的影响,以苦荞品种晋荞2号为材料,设置了不同浓度梯度的ABA及其抑制剂处理,研究了外源脱落酸对苦荞碳代谢相关产物及关键酶、氮代谢相关产物及关键酶以及碳氮代谢物质积累、转运的影响。结果表明:与CK相比,ABA处理显著增加了叶片中蔗糖合成关键酶蔗糖合成酶（Sucrose synthase,SS）、蔗糖磷酸合成酶（Sucrose phosphate synthase,SPS）活性,随处理浓度增加呈先升高后下降的趋势;A1、A2处理还显著增加了叶片中蔗糖和可溶性糖含量。随着浓度增加,ABA处理的叶碳素分配比逐渐增加、籽粒碳素分配比先升高后下降,而茎碳素分配比先下降后升高。苦荞营养器官碳素积累量、转运量和籽粒碳素积累量均以A2处理时效果最好。ABA处理显著提高了叶片中可溶性蛋白、游离氨基酸含量以及氮代谢相关酶硝酸还原酶（Nitrate reductase,NR）、谷氨酸合成酶（Glutamate synthase,GOGAT）、谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthetase,GS）活性,随处理浓度增加,呈先升高后下降的趋势。各器官氮素积累量均随浓度增加呈先升高后下降的趋势,FLU处理的各器官氮素积累量随浓度增加逐渐下降。ABA处理后营养器官氮素积累量、营养器官氮素转运量和籽粒氮素积累量均显著高于对照。可见,ABA处理通过调节苦荞

关键词：苦荞脱落酸结实率碳氮代谢叶片衰老

利用基因组重测序技术鉴定一个拟南芥ABA不敏感突变体

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植物生理学报 2024年第8期60卷 1291-1300页

作者：曾馨篁陈舒静刘雨洁谢欣珏梁滢黄晓琳吴建新华南师范大学生命科学学院广东省植物发育生物工程重点实验室

脱落酸(ABA)是调控种子休眠与萌发过程的重要植物激素之一。本研究通过筛选拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA插入突变体库,获得一株ABA不敏感突变体abi10 (ABA-insensitive mutant 10)。遗传分析表明,该突变体受核编码的隐性单基因... 详细信息

脱落酸(ABA)是调控种子休眠与萌发过程的重要植物激素之一。本研究通过筛选拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA插入突变体库,获得一株ABA不敏感突变体abi10 (ABA-insensitive mutant 10)。遗传分析表明,该突变体受核编码的隐性单基因控制。对abi10突变体植株进行基因组重测序,通过序列比对分析发现abi10突变体基因组中有3个T-DNA插入位点,其中有一个插入位点位于编码ABA信号转导途径中重要转录因子ABI4的基因启动子区。通过与abi4突变体做杂交进行等位突变验证,发现杂交F1代表现为ABA不敏感的隐性表型。进一步通过实时荧光定量PCR检测,发现abi10突变体中ABI4基因的表达量显著降低。综上所述,本文利用基因组重测序技术,鉴定到的abi10是一个新的ABI4基因等位突变体,研究结果为后续深入研究ABI4基因的表达调控机制提供研究材料。

关键词： ABA不敏感 ABI4 等位突变重测序技术