以白三叶、苇状羊茅和多年生黑麦草3种北方常见草坪草为对象,通过室内砂培试验,研究了火炬树幼苗根、皮和叶的水浸提液在12.5、25.0和50.0 g·L-1浓度下对受体植物种子萌发、幼苗生长以及生理指标的影响。并基于不同指标对应化感效应指数进行主成分分析获取的综合主成分值(F)评价各处理对3种草坪草的综合抑制程度,以期明确火炬树幼苗的潜在化感效应及其作用规律。结果表明:火炬树幼苗对受体植物各类指标的化感效应普遍受到化感物质来源器官、浸提液浓度和受体植物种类,以及上述因素交互作用的显著影响(P<0.05)。其中,火炬树所有器官的浸提液在各浓度下均使白三叶在苗期全部死亡。其根、皮和叶浸提液均显著抑制了苇状羊茅的种子萌发和幼苗生长,但仅后两者的综合抑制程度随浸提液浓度增加持续增强(F值降低1.07~2.77);浓度一致时,火炬树对苇状羊茅的综合抑制程度均为叶和皮>根(F值较后者低0.98~3.23)。火炬树根和皮浸提液对多年生黑麦草的综合抑制程度随浓度增加呈先增后降趋势,叶浸提液的抑制程度则随浓度增加呈持续增强趋势(F值降低1.11),且所有器官浸提液对多年生黑麦草的化感抑制普遍强于其对苇状羊茅的抑制(F值较后者低0.64~2.96);浓度一致时,在12.5和50.0 g·L-1浓度下叶浸提液的综合抑制程度强于其他器官(F值较其他器官低0.44~1.55),而在25.0 g·L-1浓度下皮浸提液的抑制程度最强(F值低0.51~0.69)。综上所述,在火炬树下种植草坪植物时建议优先考虑苇状羊茅而应避免种植白三叶。
丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是一类高度保守的丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶,广泛存在于真核生物中级联反应途径。植物MAPK具有相对保守的11个亚结构域,均为Ser/Thr蛋白激酶发挥其催化作用所必需的元件,其表达受活性氧、一氧化氮、激素等调控。MAPK可磷酸化多种底物,包括转录因子、蛋白激酶和细胞骨架相关蛋白等,在调控植物响应逆境(盐分、干旱、极端温度、重金属等)胁迫中起重要作用。本研究对植物MAPK家族的发现、分类与结构、调控机制及其响应各种非生物胁迫等方面的研究成果加以综述,并对未来研究方向进行展望,以期为农作物抗逆性遗传改良提供理论依据和基因资源。
杂草是抑制药用植物生长发育,影响其产量和质量的主要生物因子。黄芪为多年生药用植物,在其生长过程中田间杂草群落结构不断发生变化。通过田间调查统计发现整个黄芪田中杂草有66种,分属24科59属。其中以菊科和豆科杂草种类最多,分别有10种。优势种有冰草、狗尾草、虫实、田旋花、苦荬菜等。不同生长年限黄芪田中杂草群落结构不同,一年生黄芪田间杂草丰富度、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均最低(32、1.71、0.49),Simpson指数最高(0.372),杂草集中度高。十年生黄芪田间杂草的Shannon-Wiener指数和Pielou指数均最高(3.14、0.82),Simpson指数最低(0.068),群落结构趋于稳定。生长年限相近的黄芪田杂草群落结构特征相近,以三年生与五年生黄芪田最为相似,Sorenson指数最高(0.828)。伴随年限的增加,黄芪田中杂草群落优势种变化趋势为“一年生种子植物-多年生小草本-多年生大草本/小灌木”,建群植物变化趋势为“虫实-冰草-醉马草/冷蒿”。黄芪田中杂草主要有两大类传播方式:以种子传播的游击战模式和以根茎走窜传播的根据地模式,分别以虫实和冰草为代表植物。
高温胁迫是限制冷季型草生长发育的主要因素。为探究单独接种丛枝菌根真菌(AMF)和外源褪黑素以及联合应用对多年生黑麦草生长和耐热性的影响,采用盆栽试验测试分析高温胁迫下丛枝菌根真菌和外源褪黑素处理对多年生黑麦草的生长,内源褪黑素含量及其合成基因的表达,抗氧化能力和渗透调节物质含量的影响。结果表明,高温胁迫明显抑制多年生黑麦草的生长,而外源褪黑素处理提高了AMF在多年生黑麦草根系中的定殖率。接种AMF和/或褪黑素处理均能促进高温胁迫下多年生黑麦草的生长,增加多年生黑麦草根系内源褪黑素含量和上调褪黑素合成基因的表达,降低相对电导率(EL)、丙二醛(MDA)含量和多酚氧化酶(PPO)活性,同时提高根系抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性,以及类黄酮、脯氨酸、总酚、可溶性糖和甜菜碱的含量。其中接种AMF和褪黑素联合应用对提高多年生黑麦草耐热性效果最佳。总的来说,AMF接种和褪黑素处理可上调多年生黑麦草根系褪黑素合成基因表达,提高内源褪黑素含量,增强抗氧化酶活性,降低氧化损伤,同时提高渗透调节能力以增强多年生黑麦草的耐热性。
植物遗传转化是转基因技术及以此为基础的基因组编辑、功能基因组学研究和分子育种的关键。其中,物种和基因型差异往往是限制遗传转化效率和基因编辑技术广泛应用的主要瓶颈。随着再生芽发生和体胚发生的分子机制被逐渐探明,在愈伤组织形成、增殖和再生过程中涉及生长素和细胞分裂素合成、响应和信号转导的生长及发育调节基因被用于提高遗传转化效率。本研究首先综述了植物遗传转化过程中体细胞再生的不同途径和方式,以及转化细胞以间接的器官发生方式和体胚发生方式再生的分子机制。然后重点讨论了与生长素和细胞分裂素有关的再生促进基因在提高再生效率,缩短转化时间,以及实现执拗型物种和基因型的遗传转化等方面的应用。最后总结了再生促进基因在转基因和基因编辑中的应用潜力和研究方向。
为探明黄土高原不同发育阶段生物结皮对土壤导水和持水特性的影响,以裸沙和不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻-藓混生结皮、藓结皮)为研究对象, 分别采用定水头法和威尔科克斯法对其导水和持水特性进行了测定。结果表明, 在0~10 cm土层, 生物结皮显著降低了土壤饱和导水率, 藻结皮、藻-藓混生结皮和藓结皮土壤的饱和导水率较裸沙分别平均下降了59.3%,62.9%和27.6%;同时, 其水分入渗参数(初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量)较裸沙分别平均降低了37.7%、54.3%和18.4%, 延缓了土壤水分入渗过程;此外, 3种发育阶段生物结皮的田间持水量(体积含水量)较裸沙分别增加了0.97、1.10和0.70倍, 退水过程(0~120 h)的平均土壤体积含水量分别增加了1.14、1.40和0.74倍。与裸沙相比, 不同发育阶段的生物结皮均显著降低了土壤导水率, 同时提高了土壤持水性;其中藻-藓混生结皮对土壤导水和持水性能的影响大于藻结皮和藓结皮, 其主要原因可能是不同发育阶段生物结皮中非维管束植物和微生物的群落结构存在差异。综上, 随着生物结皮由藻向藓的发育演替, 其土壤导水性呈现先降低后增加的趋势, 而土壤持水性表现为先增加后降低的变化规律。
ABA响应元件结合因子(ABRE binding factor,ABF)作为植物中 bZIP 转录因子的一个独特亚家族,在脱落酸(abscisic acid, ABA)依赖型和非依赖型信号通路中发挥重要作用。为挖掘和鉴定糖料作物甜菜BvABF基因家族生物学功能及其表达模式,本研究采用生物信息学方法,预测了蛋白理化特性、系统进化、染色体位置、基因结构、保守基序、顺式作用元件、二级结构和蛋白互作网络等,并通过qRT-PCR方法分析了在100 μmol·L-1 ABA处理下 BvABF在根和叶中的表达模式。结果表明,从甜菜中鉴定出6个BvABF基因家族成员,将其分为A、B和C簇,它们均含有一个bZIP区域。BvABF分布在1、3、6、7和9号染色体,含有3~4个外显子。BvABF蛋白拥有4个含有潜在磷酸化位点(R-X-X-S/T)的保守区域C1、C2、C3和C4,在C端含有一个碱性区域和4个重复的由亮氨酸(Leu)残基组成的七肽重复序列。BvABF基因家族启动子含有多种激素和光响应元件,其中4个基因含有ABA响应元件(ABA-responsive element, ABRE);另外,干旱诱导的响应元件(MBS)、低温响应元件(LTR)和厌氧响应元件(anaerobic responsive element, ARE)等也存在于该基因家族。此外,BvABF可能与磷酸化相关蛋白(PP2CCNBD-X2、SRK2I、SRK2E-X1和 PP2C50)和ABA受体(PYL2、PYL4和PYR1)发生互作。进一步对BvABF在ABA处理下甜菜不同组织中的表达模式分析发现,所有BvABF基因在甜菜根和叶中均受ABA诱导和调控,且不同基因在ABA处理下呈现出不同的表达模式。这些结果表明,BvABFs在糖料作物甜菜响应ABA过程中扮演着重要角色。
为探究三江源地区典型高寒草地生态系统中丛枝菌根(AM)真菌群落变化的关键驱动过程,以三江源国家公园高寒荒漠、高寒草原、高寒草甸和高寒湿地4种典型草地生态系统为研究对象,基于Illumina-Miseq高通量测序手段,通过分析不同生态系统中AM真菌群落的物种及谱系组成,并结合群落谱系分析方法,探明影响AM真菌群落组成的各种因素,推断出AM真菌群落的构建机制及关键生态过程。结果表明:1)4种草地类型AM真菌多样性和群落结构存在明显差异,高寒荒漠、高寒草甸、高寒湿地的优势属均为球囊霉属(Glomus),高寒草原的优势属则为多样孢囊霉属(Diversispora)。2)高寒湿地AM真菌的OTU丰富度和谱系多样性指数均显著低于其他3种草地类型。3)植物群落组成、土壤含水量和有效N∶P是影响AM真菌群落组成的主要因子,其中土壤含水量是AM真菌群落物种组成的首要决定因素,而植物群落组成是决定AM真菌群落谱系组成的关键因子。4)4种草地类型的AM真菌群落谱系结构均为聚集模式,在高寒荒漠,AM真菌群落构建由随机过程决定,而在高寒草原、高寒草甸和高寒湿地,AM真菌群落受随机过程以及微弱的环境选择作用主导。
瘤胃是反刍动物消化的第一个腔室,各种微生物(细菌、真菌和原生动物)相互作用将木质纤维素植物生物降解为易于代谢的化合物。瘤胃也是目前自然界公认的木质纤维素高效降解和利用的天然反应器,其真菌和细菌可分泌多种木质纤维素降解酶,在木质纤维素生产生物燃料和化学用品方面具有潜在的价值。因此,本研究在瘤胃内木质纤维降解的微生物及其降解木质纤维素相关酶的基础上,重点综述了瘤胃微生物在木质纤维素生物转化为乙醇、生物化学(有机酸)及沼气等方面的研究进展,旨在为瘤胃微生物和瘤胃酶在木质纤维素价值化利用方面的研究和应用提供新的方法和思路。
为了探讨草原生态系统生产力对水热因子的响应机制,以呼伦贝尔草甸草原为研究对象,利用1990-2023年日尺度气温、降水数据与草地生产力观测数据,采用窗口设置,量化不同时间尺度水热波动特征,结合偏最小二乘回归(PLSR)模型,并通过逐步回归解析草地地上净初级生产力对水热因子的响应机制。结果表明:1)1990-2023年间,研究区年均气温与降水量分别以0.03 ℃·a-1和1.05 mm·a-1的速度上升,但草地地上净初级生产力(ANPP)显著下降(2.17 g·m-2·a-1),相同窗口期降水比气温对ANPP的综合解释能力更强,表明暖干化导致水热失衡是生产力衰减的主因。2)识别出7月10-29日(R2=0.308)、9月12-21日(R2=0.206)降水关键期与9月10日-10月7日(R2=0.273)、6月30日-7月19日(R2=0.280)、4月23日-5月4日(R2=0.202)气温关键期,交互作用可解释79.5%的ANPP年际变异(P<0.001)。3)冬季气温升高对ANPP产生微弱正效应(标准化回归系数β=0.0039~0.0057),但夏季降水主导机制更为显著。4)研究区域对短期水分波动的敏感性高于温度,水热因子在重叠期(如7月10-19日)虽存在协同效应,但无显著交互作用(方差膨胀因子,VIF>10)。本研究量化了日尺度水热因子的动态响应过程,为半干旱区草地恢复提供了高分辨率管理窗口。
种子是农业生产实践中最基本的生产资料,其萌发对植物物种的生存和繁衍起着决定性作用,但此过程易受到环境因素的影响,提高种子在胁迫环境下的萌发质量对禾草建植具有重要意义。Epichlo?内生真菌与禾草形成互惠共生关系,可促进共生体种子萌发并提高对环境胁迫抗性,使其在植物群落中占据优势生态位,因此对动植物及微生物生态系统产生广泛影响。将国内外关于Epichlo?属内生真菌在不同生境及处理下对宿主禾草种子萌发的影响进行综述,重点探讨Epichlo?属内生真菌对宿主禾草种子在正常生长条件和胁迫环境下的萌发及化感效应等方面的作用,发现内生真菌在正常萌发条件和胁迫环境中均能促进种子萌发,而在化感作用下萌发响应不一致,同时,内生真菌的侵染能显著缓解贮藏时间对种子萌发的负效应。通过对前人研究的总结,建议今后应加强对Epichlo?内生真菌促进禾草种子萌发及提高抗性生理生化等方面的研究,揭示内生真菌与禾草共生对种子萌发的影响机制,从而筛选出优良内生真菌菌株,以期利用内生真菌资源为禾草种质资源的创制开辟新途径。
披碱草属是青藏高原高寒草地的优势禾草,在我国甘肃、青海、西藏、新疆、四川等高寒牧区广泛种植。真菌病害是限制披碱草生长的重要因素,可直接影响披碱草的产量和品质,进而制约草地农业生态系统的生产力。本研究对国内外近年来披碱草属真菌病害的病原学、发生规律及防治措施等方面进行归纳,展望了病害的研究前景和研究思路。截至目前,共计16种真菌病害已在披碱草属上报道,主要包括锈病、黑粉病、白粉病、麦角病、香柱病和叶斑病等病害;这些病害可对披碱草的叶片、叶鞘、茎秆、穗和种子等造成不同程度的危害。目前国内外针对披碱草属真菌病害的防治方法主要有抗病品种选育、种子处理、生态和化学治理。此外,筛选或培育携带内生真菌(Epichlo?)的新品种将是披碱草抗病研究的突破口之一。
为探究紫色土区草类根系对土壤抗剪性能的影响,以单播的拉巴豆、紫花苜蓿和裸地(CK)为对象,分析根系形态、纤维含量和抗拉力学性能,构建根-土复合体抗剪性能估算模型。结果表明:1)2种草根-土复合体黏聚力及不同荷载下的抗剪强度均高于CK,分别增强了141.30%~189.74%和1.18%~63.81%;2)2种草优势直径(d,mm)为0<d≤0.5径级,而在0.5<d≤1.0径级则表现为拉巴豆的根长密度、根表面积密度和根体积比均显著高于紫花苜蓿,分别高63.16%、62.50%和53.30%;3)黏聚力与根长密度呈显著正相关(R2>0.710,P<0.01),与根长密度、极限延伸率拟合效果较好(R2>0.900,P<0.01),模型预测值精度较高。总体上,紫色土坡地拉巴豆根系增强土壤抗剪性能效果优于紫花苜蓿根系。
明晰东祁连山高寒草甸灌木扩张对草本植物群落特征的影响,对当地生态平衡和畜牧业发展具有重要意义。本研究在甘肃省天祝藏族自治县境内,以山生柳为优势灌木的高寒灌丛草甸为对象,运用空间演替代替时间演替的方法,在不同灌丛化程度(轻度、中度和重度)的灌丛斑块和草地斑块中,探究了不同功能群草本植物的高度、盖度和地上生物量以及群落物种多样性指数的变化规律。结果表明,随着灌丛化程度的增加,灌丛斑块和草地斑块中各功能群草本植物的高度均呈上升趋势,莎草科植物的盖度呈下降趋势,禾本科植物的生物量无显著变化;灌木扩张对杂类草的物种组成影响较大,在重度灌丛化处理下,灌丛斑块和草地斑块中均形成了以问荆为优势种的草本层。灌木扩张降低了灌丛斑块中草本群落的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数。相关性分析得出,灌丛斑块内山生柳灌木的高度和冠幅面积与草本植物物种多样性指数均呈显著负相关。综上,以山生柳为优势灌木的高寒灌丛草甸灌木扩张对草本群落既有竞争作用,又有一定的庇护作用,这种作用的大小因灌丛化程度和草本植物种类的不同而有所差异。
生态阈值存在于生态系统的非线性变化过程中,提前探究可能突破生态环境限制条件的阈值,从而做好预防措施具有十分重要的意义。本研究综述了国内外生态阈值研究文献,梳理了生态阈值的概念与发展,阐明了目前生态阈值识别方法的优缺点,总结了生态阈值在生态系统保护与修复、应对全球气候变化、生物多样性保护以及灾害防治这4个热点研究领域中的应用,最后提出了生态阈值研究在理论与应用方面的不足,并在此基础上展望了中国生态阈值未来的研究重点,以期为中国生态系统保护、修复和可持续发展提供思路借鉴。
为研究喷施外源褪黑素对玉米幼苗抗旱性的效果,探究褪黑素缓解干旱胁迫的作用机理。以玉米品种郑单985作为供试材料,采用水培试验,使用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,探究干旱胁迫下不同浓度(0、10、50、100 μmol·L-1)褪黑素对玉米幼苗生长、根系构型及分级特征、光合特性、抗氧化能力和渗透调节物质含量等指标的影响,采用隶属函数值法对不同处理下玉米幼苗的抗旱性进行综合评价。结果表明:与不施褪黑素处理相比,喷施50 μmol·L-1褪黑素效果最优,玉米幼苗的株高、地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重、茎耐受指数和根耐受指数均显著增加;玉米幼苗的总根长(RL)、根表面积(SA)、根体积(RV)和根尖数(RT)均显著增加,RL的Ⅰ级(RD 0~0.5 mm)、SA的Ⅰ和Ⅱ级(RD 0.5~1.0 mm)、RV的Ⅰ和Ⅱ级均显著提高,其中50 μmol·L-1褪黑素处理中的根系Ⅰ级径级区间的RL和SA占该处理根系的总比例最高,达到82.40%和47.32%;地上部丙二醛(MDA)含量显著降低了20.17%;地上部可溶性蛋白含量增加至最大,地下部可溶性蛋白含量显著升高了49.14%;光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)分别增加了85.83%和32.81%;地上部和地下部超氧化物歧化酶(SOD)活性、地上部过氧化物酶(POD)活性、地上部过氧化氢酶(CAT)活性和地上部抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均显著升高;干旱胁迫下4个处理的抗旱性强弱排序为50 μmol·L-1(MT50)>10 μmol·L-1(MT10)>100 μmol·L-1(MT100)>0 μmol·L-1(MT0),即MT50处理的抗旱性最强。外源喷施50 μmol·L-1褪黑素有效调节了玉米幼苗地上部和地下部的抗氧化酶活性和渗透调节能力,减少了MDA含量,提高了地上部的光合作用能力,调节了玉米幼苗地上部和地下部的可溶性蛋白含量、抗坏血酸(AsA)含量、谷胱甘肽(GSH)含量、SOD活性、POD活性、APX活性和CAT活性,提高了玉米幼苗地上部和地下部的生物量和伸长量,减轻了干旱胁迫对根系构型的影响,提高了玉米幼苗的抗旱性,为研究褪黑素缓解干旱胁迫的作用机理提供了理论依据。
贝加尔针茅草原因常年放牧导致不同程度退化,主要体现为植物多样性下降和土壤养分流失等问题,而将流失养分归还后能否提高贝加尔针茅草原植被群落多样性及生产力尚不明确。故于2010年在内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗贝加尔针茅草原设置长期N、P、K添加(100 kg·hm-2?a-1)及其交互处理试验。连续3年(2017-2019年)试验结果表明:1)长期N、NK、NP和NPK添加显著提高草原禾本科相对重要值(P<0.05),降低杂类草相对重要值,使群落优势种由杂类草转变为禾本科;2)N、NK、NP和NPK添加显著增加群落和禾本科地上生物量(P<0.05),显著降低杂类草地上生物量(P<0.05),P添加显著增加豆科地上生物量(P<0.05),在降水量充足年份植物生物量对养分添加的响应更为敏感;3)Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和物种丰富度均在NK、NP和NPK添加下显著降低(P<0.05)。综上所述,N是贝加尔针茅草原群落和功能群地上生物量以及物种多样性的主要限制因子,P的限制作用仅次于N,K的作用最弱。N与P、K的组合添加在降水量充足年份对贝加尔针茅草原植被群落的影响大于干旱年份。
土地退化严重威胁我国生态系统稳定与粮食安全。三江源地区作为西部重要的生态屏障,面临突出的土地退化问题,影响区域生态安全与社会经济发展。本研究基于实地采样、无人机与Landsat数据,随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、分类和回归树模型(CART),构建多源数据的土地退化监测框架,监测近30年(1993、2003、2013、2023年)三江源地区土地退化动态,并分析其时空演变特征。结果表明:1)无人机与卫星数据结合使用可以明显提高退化识别精度,基于“光谱-植被指数-地形”特征的随机森林模型精度最优,土地沙化识别精度达94.73%,F1分数为95.85%,“黑土滩”型退化识别精度达90.98%,F1分数为95.18%。2)1993-2023年,未退化与“黑土滩”型退化面积先增后减,盐渍化面积呈波动变化,先增加后减少再增加,沙化面积持续减少,各类型面积稳定不变的面积占比超1/2。3)总体上,黑土滩和沙化等级呈减轻趋势,重度黑土滩与中度沙化面积明显减少;轻中度盐渍化变化较小,重度盐渍化面积下降。本研究可为生态脆弱区土地退化监测提供新思路,并为区域生态保护与可持续发展提供科学依据。
土壤微生物群落特征指示着草地的质量和健康状况。本研究以青海省贵南县的天然草地(NG)、沙化草地(DG)、草本人工恢复草地(AG)和灌木人工恢复草地(AS)4种草地类型为研究对象,采用qPCR和Illumina MiSeq高通量扩增子测序技术研究了土壤细菌群落生物量、多样性及其结构的变化,结合植被和土壤属性剖析了高寒草地土壤细菌群落演变的关键影响因子及其贡献。结果表明:草地沙化显著(P<0.05)降低了土壤细菌群落的生物量和α多样性,人工植被重建则促进了土壤细菌群落生物量和α多样性的恢复,22年后基本达到未退化前的水平。草地沙化显著(P<0.05)增加了芽单胞菌门(Gemmatimonadota)的相对丰度,而变形菌门(Proteobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetota)的相对丰度则显著降低(P<0.05);人工植被重建促进了优势细菌门逐渐向NG方向演变,22年后绝大部分优势细菌的相对丰度基本恢复到未退化之前的状态。然而,DG、AG和AS与NG的土壤细菌群落结构相似性不高,而AG和AS的群落结构则高度相似。土壤细菌群落结构与绝大多数植被和土壤理化指标显著 (P<0.05)正相关,植被属性对其群落结构变化的解释度(10.0%)比土壤物理属性(6.3%)和化学属性(1.9%)更高,植被与土壤所有指标共解释了72.0%的土壤细菌群落结构的变化,表明植被和土壤通过相互作用共同决定了高寒草地土壤细菌群落结构的演变。因此,加强对植被和土壤的保护,防止草地退化,并对沙化草地进行人工植被重建,对于保护和恢复青藏高原高寒草地土壤细菌群落具有重要的生态意义,而选择利用灌木或草本进行人工植被重建对表层土壤细菌群落的影响区别不大。
长链脂酰辅酶A合成酶(LACS)基因家族是包含在酰基激活酶超家族中的一类,在脂肪酸合成代谢中具有重要的作用。基于紫花苜蓿基因组数据,采用生物信息学方法对紫花苜蓿LACS基因家族成员进行鉴定,构建系统发育树,进行理化性质、染色体定位、保守基序和基因结构、顺式作用原件及组织特异性表达分析,然后构建蛋白互作网络分析,通过qRT-PCR试验进行非生物胁迫表达分析。结果表明:在紫花苜蓿基因组中共鉴定得到10个MsLACS家族成员,分别位于5条染色体上;通过构建系统发育树,将MsLACS分为5支;保守基序分析发现12个不同的保守基序,Motif3构成了AMP保守结构域,MsLACS基因均含10~12个基序不等;基因结构分析发现,MsLACS基因结构大有不同,MsLACS基因的外显子数量为11~22个,所含内含子数量为0~3个不等,MsLACS1-1和MsLACS3不含内含子;MsLACS基因的启动子区域中主要有光反应元件、激素反应元件和非生物胁迫反应元件等;MsLACS基因在不同组织中表达不同,且具有明显的组织特异性;非生物胁迫表达分析表明:紫花苜蓿MsLACS基因对于干旱胁迫和盐胁迫响应水平整体较高,对冷胁迫响应水平偏低,表达量整体呈先升高后降低的起伏型,在叶片组织中偏高,根组织中较低;干旱和盐胁迫下,MsLACS基因在叶片中均高表达,胁迫时间段为6 h时,表达量水平整体达到最高;紫花苜蓿10个MsLACS基因共同互作,各蛋白与其他蛋白互作连线分别有18条,相互间有较强互作。研究结果可为探究紫花苜蓿中LACS基因表达以及胁迫育种提供一定研究基础。
明确有害入侵种在区域尺度上的潜在分布及其对气候变化的响应对入侵种的预警和具体防控意义重大。三裂叶豚草是全球公认的恶性入侵杂草,目前已经大面积入侵“一带一路”中亚枢纽—新疆伊犁河谷。为有效防控三裂叶豚草在新疆的扩散蔓延,本研究基于最大熵模型,预测了当前及未来两种气候情景(RCP4.5, RCP8.5)下2050s和2070s时期三裂叶豚草在新疆的潜在分布及变化趋势。结果表明:当前气候下三裂叶豚草在新疆的总适生面积达24.01万km2,约占全疆面积的14%,在RCP4.5情景下,至2050s、2070s时期将分别增至37.36万和39.23万km2;在RCP8.5情景下,将分别增至39.45万和42.94万km2。在未来两种气候情景下,随着时间的推移,潜在适生区总体均呈现向北增加转移的趋势,减少区域主要集中在准噶尔盆地。所有环境因子中,与降水相关的因子总贡献率为40.1%,与温度相关的因子总贡献率56.0%,其中最干月降水(36.2%)、温度季节性变化标准差(29.1%)是对三裂叶豚草分布贡献率较高的环境因子。耕地和建设用地是三裂叶豚草入侵风险最高的区域。建议管理的重点除了放在已预测到的适生区内,还应特别关注农田、草场、道路两侧这些人畜扰动大、水分充足的区域。
沿海拔梯度研究植物群落物种多样性和系统发育多样性可以明晰环境条件对群落构建的影响,可为深入了解群落构建机制提供帮助。选取巴音布鲁克高寒草甸为研究区,针对研究区植物群落物种多样性和系统发育多样性随海拔梯度变化趋势及其环境驱动因子开展研究,探究在群落构建中物种共存及多样性维持过程中环境因子的影响程度。结果表明:1) 随海拔升高,群落Shannon-Wiener多样性指数与Simpson丰富度指数均呈单峰变化趋势,峰值分别在2400和2600 m处;群落Pielou均匀度指数呈逐渐下降趋势;系统发育多样性指数(PD)整体呈下降趋势,系统发育结构逐渐由分散状态转变为聚集状态。2) 系统发育结构指数里净最近种间亲缘关系指数(NTI)和净谱系亲缘关系指数(NRI)与物种多样性指数均呈显著负相关关系(P<0.05),PD指数与物种多样性指数均呈显著正相关(P<0.05)。3) 各土壤因子对不同多样性指数的影响程度不同,其中铵态氮含量是影响物种多样性和系统发育指数的主要因子,全钾含量次之;土壤全氮含量对NTI存在显著影响(P<0.05),全钾含量对NRI存在显著影响(P<0.05), 全磷对PD指数存在显著影响(P<0.05),pH对物种多样性指数存在显著影响(P<0.01)。沿海拔梯度群落物种多样性和系统发育多样性、系统发育结构之间相互关联,受环境因子的影响,两者在海拔梯度上呈现不同的响应策略。
土壤盐渍化是限制植物营养吸收和生长发育的重要因素。红豆草是我国盐碱地区的乡土草种,外源脱落酸(ABA)在提高植物抗逆性方面起着积极的调控作用。为探究外源ABA对盐胁迫下红豆草幼苗生长和生理特性的影响,本试验采用营养液砂培法,在0.8%NaCl处理下,对耐盐(‘GH’、‘GN’、‘1994’)和敏盐(‘10295’、‘2323-2’、‘2668’)红豆草幼苗叶面喷施不同浓度的ABA,即设置1个对照组CK和4个处理组:0.8% NaCl(T1)、0.8% NaCl+0.1?mmol·L-1 ABA(T2)、0.8% NaCl+0.2?mmol·L-1 ABA(T3)、0.8% NaCl+0.3?mmol·L-1 ABA(T4),筛选出缓解盐胁迫的最佳ABA缓释浓度。结果表明:ABA对盐胁迫有缓解效应,能显著提高盐胁迫下红豆草幼苗的株高、叶面积、地上生物量、地下生物量、叶片相对含水量、根系活力、K+含量、叶片与根系赤霉素和玉米素及叶片生长素(IAA)含量,耐盐材料‘GH’的变化较显著,相较于0.8% NaCl处理,T3处理下其株高、叶面积、地上生物量、地下生物量、叶片相对含水量、根系活力、K+含量、叶片与根系赤霉素和玉米素及叶片生长素(IAA)含量分别上升了20.48%、4.63%、26.75%、56.66%、28.19%、65.41%、24.36%、47.55%、36.05%、24.39%、80.53%和19.20%;能降低丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、Na+含量、Ca2+含量、叶片与根系ABA及根系IAA含量,敏盐材料‘10295’变化较不明显,相较于0.8% NaCl处理,T3处理下其丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、Na+含量、Ca2+含量、叶片与根系ABA及根系IAA含量分别下降了14.91%、18.64%、26.15%、10.08%、24.47%、30.24%、8.72%、27.64%和30.87%。研究表明外源ABA可以减弱盐胁迫对细胞的氧化损伤,维持细胞膜系统的完整性和细胞渗透压,并以0.2?mmol·L-1 ABA效果最佳,且耐盐材料对ABA的响应比敏盐材料更显著。
本试验旨在研究低蛋白日粮中不同比例氨基酸对藏羊背腰最长肌肉品质、氨基酸和脂肪酸组成以及维生素和矿物质含量的影响。选取90只体重相近 [(15.60±0.10) kg],健康的高原型藏羊公羔,随机分为3组,每组30只,每组5个重复,每个重复6只羊。日粮精料中蛋白水平为12%,3组分别为LP-L组(赖氨酸与蛋氨酸为1∶1);LP-M组(赖氨酸与蛋氨酸为2∶1);LP-H组(赖氨酸与蛋氨酸为3∶1)。试验期共97 d,其中7 d预饲期,90 d正试期。结果表明:1)解冻损失指标LP-L组显著低于LP-H组(P<0.05),蒸煮损失和剪切力指标LP-L组显著低于LP-M和LP-H组(P<0.05);2)添加不同氨基酸比例对各组肌肉中氨基酸的组成没有显著影响(P>0.05);3)在不饱和脂肪酸中,反式亚油酸、二十二碳三烯酸和十五碳烯酸含量LP-L组显著高于LP-M组(P<0.05);十七碳烯酸、亚油酸和α-亚麻酸LP-L组显著高于LP-M和LP-H组(P<0.05);4)α-维生素E、γ-维生素E和维生素E指标LP-L组显著高于LP-M组(P<0.05),矿物质元素钙LP-L组显著高于LP-M组(P<0.05)。综上所述,当日粮中赖氨酸与蛋氨酸比例为1∶1时能提高不饱和脂肪酸含量以及肉质中维生素和矿物质元素含量;且对氨基酸组成没有不良影响,并能有效改善肉品质。