转录调控是生命活动的重要调控方式之一。天然橡胶是一种重要的工业原材料,主要来源于橡胶树。天然橡胶生物合成的转录调控是近年来橡胶树基础研究领域的热点之一。焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶(MVD)是天然橡胶生物合成途径的关键酶,目前对其转录调控尚不清楚。本研究克隆了长度为1500 bp的橡胶树HbMVD1启动子,序列分析显示其含有茉莉酸响应、乙烯响应、机械伤害响应、光响应、MYC结合等顺式作用元件。自激活抑制梯度试验显示,AbA浓度为100 ng/mL时,pAbAi-pHbMVD1诱饵载体的转录自激活得到有效抑制。利用酵母单杂交技术从橡胶树胶乳酵母cDNA文库共筛选到13个与HbMVD1启动子结合的非冗余蛋白,包括1个WRKY转录因子(HbWRKY1)、1个热激转录因子、1个G-box结合因子。组织特异性分析显示这些蛋白的编码基因在不同组织间存在不同的表达模式。转录调控分析显示HbWRKY1在体内可以激活HbMVD1基因的表达。分子对接发现,HbWRKY1与HbMVD1启动子的机械伤害响应元件结合,并鉴定到11个潜在的氨基酸结合位点。本研究为进一步揭示橡胶树HbMVD1转录调控网络奠定基础。
本研究探讨重瓣大花紫薇‘云裳’(Lagerstroemia speciosa ‘Yunchang’)的有性杂交亲和性,以重瓣大花紫薇‘云裳’作为母本,并以大花紫薇(紫色)、大花紫薇(粉红色)、‘红火箭’紫薇、毛萼紫薇、南洋紫薇、绒毛紫薇、‘红叶’紫薇为父本进行杂交。通过进行花粉生活力、柱头可授性检测,杂交、杂种萌发、授粉后花粉管萌发、花粉生长的荧光观察等试验,系统分析重瓣大花紫薇‘云裳’在有性繁殖过程中的杂交亲和性。研究结果表明:(1)重瓣大花紫薇‘云裳’的柱头全天都具备授粉能力,尤其在上午10:00—12:00达到最强,此时柱头表面呈深蓝色,并伴有大量气泡产生;(2)重瓣大花紫薇‘云裳’与大花紫薇(粉红色)杂交组合的坐果率、果实纵径、千粒重及出苗率显著高于其他组合,即坐果率为22.2%,果实纵径为19.45 mm,千粒重为7.9 g,出苗率为8.7%,重瓣大花紫薇‘云裳’与‘红火箭’紫薇杂交组合产生的种子数最多,达153粒,而与南洋紫薇杂交组合未能结实,发现重瓣大花紫薇‘云裳’与大花紫薇(粉红色)杂交存在严重的远缘杂交障碍,特别是重瓣大花紫薇‘云裳’与南洋紫薇杂交亲和性更低。(3)通过选取坐果率高和低的组合进行荧光显微观察发现,授粉后0~48 h,坐果率较低的组合柱头上未见花粉萌发现象。而坐果率高的组合在授粉0 h和2 h也未见花粉粒萌发;但在授粉4 h和6 h观察到少数花粉管开始生长,并伴随着大量胼胝质在柱头上聚集以及花粉管断裂现象。授粉8 h和24 h,花粉管生长现象更加显著。授粉48 h,花粉管已生长至花柱位置,并伴随大量胼胝质干扰和花粉管扭曲现象。这些观察结果揭示了重瓣大花紫薇‘云裳’的有性杂交障碍可能源于柱头上大量胼胝质的干扰。
本研究旨在揭示三角梅花部特征和开花动态,探究花粉活力、柱头可授性的变化和不同品种间的杂交亲和性,为三角梅杂交育种提供理论和技术指导。以9个三角梅品种为研究对象,观测其花部特征和开花动态,检测花粉活力及柱头可授性;筛选出适合的亲本进行杂交授粉,观测花粉管萌发情况和杂交结实率。采用离体萌发法测定的6个父本品种中有3个品种花粉活力较高,可以作为父本。采用联苯胺-过氧化氢法检测3个母本的柱头可授性,结果均显示在第Ⅴ时期的柱头可授性最强。通过对结实率最低的2个杂交组合授粉后的花粉管生长情况进行荧光显微镜观察,发现导致结实率低的原因是授粉后柱头和花柱内产生大量胼胝质并持续堆积,使花粉管发生扭曲变形,从而导致只有少量花粉管伸入胚珠完成受精,不同杂交组合之间结实率差异较大。不同杂交组合均存在不同程度不亲和性,受精前障碍是三角梅杂交不亲和的主要原因。
乙烯利作为橡胶生产中广泛应用的增产剂,在促进橡胶树高效采胶中发挥了重要作用。然而,乙烯利刺激增产具有明显的剂量效应,过度施用会造成橡胶树死皮等副作用。本研究以热研73397橡胶树为试验材料,建立了基于超高效液相色谱串联质谱技术(UPLC-MS/MS)的树皮中乙烯利痕量检测方法,并系统研究了外施乙烯利后不同时间和树干不同部位树皮的乙烯利含量分布规律。样品前处理采用甲醇∶1%甲酸(9∶1,V/V)溶液匀浆浸提,过滤后直接进行定量分析。样品经Waters CORTECS HILIC C18色谱柱(100 mm×2.1 mm, 1.6 μm)分离,以0.01%氨水溶液、乙腈∶水(80∶20, V/V)为流动相,流速为1.0 mL/min,在电喷雾离子源、负离子扫描和多反应监测模式(MRM)下进行检测,外标法定量,定量离子为107。结果表明:乙烯利在0.02~1.00 µg/mL浓度范围内线性关系良好(R2=0.9997),在0.1~1.0 µg/kg添加水平下,回收率为85.3%~101.2%,相对标准偏差为1.14%~7.28%,检出限为0.1 µg/kg。应用该方法研究了橡胶树涂施不同浓度乙烯利(0.5%、2.0%、4.0%)0~96 h后割线及其上下5、10 cm树皮中乙烯利的分布特征。结果显示:外施的乙烯利在橡胶树中分布不均匀,施药部位的含量显著高于其他部位,且近施药部位含量高于远施药部位,施药部位下方的含量高于上方。施药部位的乙烯利含量与外施乙烯利浓度呈显著正相关,且随着施药时间的延长呈先增后降的趋势,3种浓度均在施药后12~24 h达到峰值,随后逐渐下降,96 h仍能检测到较高浓度的乙烯利。与气相色谱法间接测定乙烯释放速率相比,本研究建立的检测方法具有简便快速、重现性好、灵敏度高等优势,为橡胶树中乙烯利的定量分析提供了可靠的技术支撑。研究初步揭示了橡胶树割线外施乙烯利后的吸收、分布及运输规律,发现其扩散运输不明显,主要集中在施药部位,可为深入解析乙烯利刺激增产的剂量效应及指导其安全高效施用提供理论依据。
橡胶草根部含有乳管,可产生天然橡胶,与橡胶树乳管中产生的天然橡胶的结构和性能非常相似,被认为是理想的天然橡胶替代植物。由于形态结构差异,传统的碘溴染色方法在橡胶草的乳管形态学研究中不适用;其次,传统染色剂——碘溴染液(I2Br2)的主成分溴素(Br2),有强刺激性气味和强腐蚀性,属于第二类易制毒化学品而受到严格管控,且试剂价格和运输成本昂贵。为了探究更适合橡胶草乳管形态学的染色方法和更安全、实惠的染色试剂,本研究采用溴化钠(NaBr)和溴化氢(HBr)代替Br2作染色剂对橡胶草根的乳管进行形态学研究。使用光镜技术观察不同NaBr和HBr染色剂配方对橡胶草根进行染色的形态学结构,结果显示:(1)使用I2Br2染液对橡胶草的根进行染色,乳管中的胶乳能被染为浅棕褐色,而且根的形态结构破损严重,染色效果和切片质量均欠佳;(2)使用NaBr代替Br2配制染色剂对橡胶草根进行染色,其中1 mol/L NaBr、0.2 mol/L I2的乙酸溶液的染色效果较好,且根的形态结构较好;(3)使用HBr代替Br2配制染色剂对橡胶草根进行染色,其中2.5 mmol/L HBr、0.2 mol/L I2的乙酸溶液的染色效果最好,且根的形态结构完整性好;(4)使用水代替乙酸做溶剂,配制NaBr+I2和HBr+I2染色剂,均不能使乳管着色,且形态结构破损严重。研究结果表明,使用安全性更好、价格更实惠的NaBr和HBr,能够代替Br2作染色剂进行橡胶草乳管的形态学研究。本研究提供的染色方法和染色剂配方,可为橡胶草、莴苣等非木本产胶植物的乳管形态学研究提供技术储备和研究基础。
为筛选抗旱辣椒品种,明确辣椒苗期抗旱性与苗期主要形态及生化指标的相关性,本研究选取8个辣椒自交系开展苗期干旱试验。试验采取盆栽自然干旱处理的方式,并利用隶属函数值分析法对8个辣椒自交系的抗旱性进行排序,抗旱性顺序为4-1>163-2 UP>112 D>10-2 UP>134 UP>34>158 D>115 D。通过辣椒苗期抗旱性与苗期主要形态及生化指标的相关性分析发现,形态学指标与苗期抗旱性的相关性顺序为地上地下面积的比值>地上面积>根系面积>叶面积>主根长,且地上地下面积的比值与苗期抗旱性呈显著负相关,相关系数为-0.625;生化指标与苗期抗旱性的相关性顺序为:过氧化物酶(POD)>脯氨酸(PRO)>丙二醛(MDA)>超氧化物歧化酶(SOD),其中过氧化物酶、脯氨酸与苗期抗旱性呈显著相关,相关系数分别为0.675、-0.638。研究结果为逐步完善辣椒抗旱筛选体系的建立和进一步实现利用表型组大规模筛选辣椒抗性品种提供理论基础,为辣椒抗旱品种的选育提供新思路,对于推动辣椒产业的可持续发展具有重要意义。
植物根尖感知水分梯度并向高水势区域弯曲生长的生物学特性称为向水性。向水性是植物响应动态水分环境的重要适应策略,驱动根系主动趋近水源以优化水分获取。向水性调控机制涉及第二信使(活性氧与钙离子)、植物激素(脱落酸、生长素与细胞分裂素)及MIZ1等关键调节因子协同介导。植物通过整合水分梯度感知、信号传导及激素不对称分布等过程实现对水分胁迫的适应性响应,但不同物种间向水性调控机制及其与向重力性、向光性、向触性等其他向性的互作关系存在显著差异。解析向水性核心调控因子及其信号网络互作模式,可为作物水分高效利用的遗传改良及农业可持续发展提供理论依据。
油茶(Camellia oleifera)是中国重要的木本油料作物,但由于栽培管理不当,土壤肥力下降,病害频发,其中炭疽病是影响油茶产量的主要病害之一。为探索绿色可持续的防治策略,本研究利用生物炭作为载体,负载贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis SK1-5-2),评估其对油茶生长促进作用及对炭疽病的抑制效果。通过盆栽试验验证,生物炭负载贝莱斯芽孢杆菌(SK1-5-2-GFP)在促进油茶生长、改善土壤理化性质及提高抗病性方面表现出显著协同效应。与对照(CK)相比,生物炭负载SK1-5-2(BB)的植株高度、叶面积、地径、叶绿素含量及鲜质量均显著提高,其中BB的地径增幅明显高于单独接种菌液处理组(BV)。菌株定殖试验结果显示,SK1-5-2-GFP能够在生物炭多孔结构内稳定附着,并在油茶根际细胞间隙实现高效定殖,且其存活率及功能性未受GFP标记影响。在土壤理化性质方面,BB的全氮、速效磷和有机质含量较CK分别提高55.2%、334.0%和181.0%;生物炭单独处理组(BC)速效钾含量较CK增加63.1%。在土壤酶活性方面,BB组的过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶及酸性磷酸酶活性分别较CK增加28.0%、44.4%、57.9%和338.6%,均达到显著水平。根际微生物群落分析表明,BB处理显著提升有益菌的相对丰度,Bacillus属和Priestia属成为优势菌群,同时真菌群落中蓝状菌属(Talaromyces)丰度升高,致病性镰刀菌属(Fusarium)丰度则明显降低。在病害防控方面,BB油茶炭疽病的发病率降至55.6%,显著优于BV(60.1%)和BC(77.8%)。综上所述,生物炭负载贝莱斯芽孢杆菌通过优化根际微环境、调控微生物群落结构及抑制病原菌,实现了促进油茶生长与病害防控的双重效益。本研究为油茶可持续种植提供新的微生物调控策略,也为农业微生物应用与土壤改良技术的发展提供科学依据。
天然橡胶乳清(NRS)是天然橡胶(NR)加工产生的副产物,含有植物所需的全部营养成分及白坚木皮醇、麦角硫因、谷胱甘肽、活性蛋白等众多高附加值活性成分,具有较高的资源化利用潜力。若能有效开发利用,既减少环境污染和处理成本,又延长NR产业链,提高NR产业经济效益。近年来,通过膜分离、结晶提纯、发酵及生物提取等技术创新,NRS的资源化利用取得重要进展。本研究系统综述NRS的成分特征及其在多个领域的应用研究进展。阐述NRS中植物营养成分的研究利用状况,并重点介绍NRS中活性成分在生物医药和化妆品等高值化利用领域的应用研究进展。最后,对其应用前景进行展望,旨在为相关研究提供参考,助力NR产业绿色转型及可持续发展。