盐生杜氏藻烯醇酶基因启动子的克隆分析及胁迫转录应答

为了解盐生杜氏藻(Dunaliella salina)烯醇酶(Enolase)在渗透耐受中的具体功能,利用基因组步行方法和巢式PCR,从D.salina中克隆了烯醇酶基因DsENO 5’上游约2 000 bp的调控序列,并对其进行序列分析.分析表明,它包含多个与转录调控有关的保守序列(如CAAT-box,TATA-box),富含光﹑干旱及其它胁迫应答元件.利用实时荧光定量PCR的方法,研究了高渗﹑高温以及低温外界胁迫条件下DsENO的转录情况,发现其受高渗强烈抑制,高温显著诱导而低温微弱诱导.     

盐胁迫下Dslhcb3和cao基因的表达及类囊体磷酸化状态转化

LHCⅡ在在类囊体膜中除了进行光能的吸收和传递之外,在维持类囊体膜的结构,调节激发光能在两个光系统之间的分配,光保护以及对各种环境的适应等过程中都起着重要的作用.为揭示盐藻LHCB在盐胁迫下的作用机制,以盐生杜氏藻(Dunaliella salina为材料,应用实时PCR的方法和蛋白电泳技术,研究lhcb3和叶绿素a加氧酶cao基因在低盐胁迫下的表达变化,以及盐藻类囊体膜的磷酸化水平和磷酯酶的变化.结果表明,在低盐环境下,lhcb3和cao基因的表达活性都呈降低的总趋势,这可能是盐藻适应不浓度盐环境胁迫的不反应.类囊体膜蛋白磷酸化水平先是降低,之后有所升高.时,发现磷酸酯酶有着相的变化趋势,并在12 h时最高.由此认为低盐条件下,类囊体膜蛋白在前期磷酸化水平的降低与磷酸酯酶活性降低有关,但在12 h后磷酸化水平有所升高,可能是细胞内平衡调节的结果,即磷酸激酶活性增强的结果.     

盐生杜氏藻对硝酸盐的转运特性

盐生杜氏藻(Dunaliella salina)是已知最耐盐的真核光合生物,硝酸盐作为盐生杜氏藻氮源的主要来源,影响盐生杜氏藻的生长代谢,研究盐生杜氏藻对硝酸盐的转运吸收状况,可为生长于高盐、低盐环境中作物吸收氮的研究提供理论基础.以水杨酸法测定硝酸盐浓度,设计相关实验,结果发现盐生杜氏藻在低浓度的硝酸盐(0.2mmol/L)溶液中对硝酸盐有吸收,吸收效率随硝酸盐浓度的增大而提高;当盐浓度为2mol/L时其硝酸盐吸收效率最高,说明一定的盐浓度能诱导盐生杜氏藻对硝酸盐的吸收;经(NH_4)~+预处理过的盐生杜氏藻,在相同硝酸盐浓度下培养时其硝酸盐吸收效率比未经(NH_4)~+预处理的低.实验结果提示盐生杜氏藻存在高亲和性的硝酸盐转运蛋白.图6参17     

星肋小环藻、滇池铜绿微囊藻的春化作用

为认知星肋小环藻（硅藻）春季活动、滇池铜绿微囊藻（蓝藻）春夏大规模暴发的活动规律,通过确定生长温区后进行变温实验,分析低温对2种实验藻的生长影响,其结果为：小环藻的生长温度为9.5～15.0℃,微囊藻生长温度为15.0～31.0℃,生长高温将抑制2种藻的生长;15.5℃以上、9.0℃以下时小环藻停止生长,31.0℃以上、15.0℃以下时微囊藻停止生长;在15.5～17.5℃停止生长后用7.0～9.0℃处理一天后放回生长温度培养,小环藻恢复生长,在31.0～33.0℃停止生长后用7.0～14.0℃处理一天后放回生长温度培养,微囊藻恢复生长,表明特定低温可使处于高温休眠的藻恢复生长,即低温具有解除高温休眠的作用;诱导低温7.5～9.5℃、10.0～14.0℃时,星肋小环藻、铜绿微囊藻的生长与低温诱导强度反相关,与诱导时间正相关;低温可解除高温休眠作用诱导藻生长,同样,高温也可解除藻的低温诱导作用。分析认为：星肋小环藻、铜绿微囊藻的低温诱导作用与植物春化作用一致,因此实验藻具有春化作用,其年活动规律为：经冬季低温诱导,处于休眠的实验藻春季恢复生长,夏季生长高温抑制铜绿微囊藻生长,秋季无诱导低温过程,铜绿微囊藻华可发生但不如春夏。     

稻草-狐尾藻生态治理模式下狐尾藻的生长适应性研究

为探讨狐尾藻在稻草-狐尾藻生态治理模式下的生长适应性提供理论依据,本试验将狐尾藻扦插于5级养殖废水中,以清水为对照,研究不同时期各级废水中狐尾藻的株高、生物量等生长性状指标和狐尾藻的叶绿素、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)含量的变化情况.结果表明:前期由于稻草的降解,水体污染物浓度增加,狐尾藻产生营养盐胁迫效应,生长受到抑制,随着稻草的降解和稻草-狐尾藻对水体的净化作用,胁迫逐渐减弱,狐尾藻能够更快的适应在污水中生长,因此,稻草覆盖,能够让狐尾藻更好的生长,值得大力应用和推广.     

滇池铜绿微囊藻春化作用原理及其基因控制模型改进

为更好地阐述滇池铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa in Dianchi Lake)需求低温的原因、增长与低温高温之间的关系等,对长期的藻春化作用研究所获得的成果进行了梳理、归纳、凝练、提升,形成了藻春化作用原理。在此基础上,对旧的藻春化作用基因控制模型(假说)进行了改进。滇池铜绿微囊藻春化作用原理是:(1)该藻生长活动对低温有需求;(2)休眠高温具有停止藻增长的作用,生长高温具有抑制藻增长的作用;(3)诱导低温能解除休眠高温对藻的休眠作用,解除生长高温对藻的抑制作用;(4)藻的休眠程度和被抑制程度与休眠高温、生长高温的强度、作用时间呈正相关;(5)诱导低温解除藻的高温休眠作用、抑制作用的时间与藻的休眠程度、被抑制程度呈正相关;(6)连续低温诱导可出现最大藻增长率;(7)最适诱导低温产生藻春化作用和解除藻高温休眠作用的时间最短;(8)在最高到最适诱导温度(14~10℃)之间,藻的高温休眠作用、抑制作用的解除效果随诱导低温的降低而增强、随低温作用时间的延长而增强;在最适到最低诱导温度(13~7℃)之间,藻的高温休眠作用、抑制作用的解除效果随诱导低温的降低而减弱、随低温作用时间的延长而增强。滇池铜绿微囊藻春化作用原理可为该藻暴发的数量预测与工程控制提供新的科学理论和研究方法。对旧基因控制模型的改进主要是对激活基因、激活蛋白的结构、功能的细化,对调结蛋白特性的调整,对不同的诱导低温、休眠高温等温度起作用时调节蛋白构象变化的细化。改进后的新模型能够更好地阐释诱导低温与休眠高温等交互作用的藻春化作用原理。     

酵母蛋白激酶Sch9激活环磷酸化状态参与热胁迫应答调控

在酵母(Saccharomyces cerevisiae)中,蛋白激酶Sch9已经被证明与细胞大小、胁迫应答、自噬以及寿命的调控有关.通过不同基因型酵母在固体培养基上的热敏感性研究,发现Sch9的激酶功能与热胁迫相关,进一步通过Sch9特异磷酸化位点抗体的免疫印迹,检测了细胞内Sch9关键的激活环T570位点(PDK1位点)在热胁迫条下的磷酸化状态,发现半乳糖诱导表达的Sch9在热胁迫条件下T570位点去磷酸化,首次证明了Sch9通过调控激酶活性参与细胞热胁迫应答.研究结果揭示了Sch9在胁迫应答中的部分功能,并为生理条件下Sch9调控功能的研究提供了生物化学证据.     

拟南芥新基因SI(stress insensitive)参与非生物胁迫应答（英文）

非生物胁迫是影响农作物产量的主要因素,植物对非生物胁迫的应答机制一直是植物学研究的热点之一.在拟南芥中克隆和鉴定了一个参与非生物胁应答的新基因SI(stress insensitive),该基因编码一个未知功能结构域的蛋白DUF1336,该家族蛋白结构域具有许多未知功能的假设植物蛋白C末端(约250个残基).在单子叶植物和双子叶植物中,SI蛋白质是保守的.通过瞬时转化实验证明,该蛋白定位于细胞质膜.实时定量PCR分析结果显示,SI基因在各种组织中组成型表达.在花、果荚和种子中表达量相对较高.非生物胁迫和脱落酸(ABA)可以增加SI基因的表达,SI基因在ABA、Na Cl和冷处理后分别上调3.5倍、2.1倍和4.7倍.SI基因的T-DNA插入突变体(SALK_021811C)植株表现出对冷胁迫和高盐胁迫的抗性.种子的萌发实验也表明,突变体种子可以在高盐胁迫条件下萌发,对ABA的抑制作用也不敏感.本研究表明SI基因是植物抗逆性的负调控因子,可为提高农作物的遗传改良提供新的候选基因.     

斜生栅藻与氰化钾的相互作用

以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为实验对象,研究斜生栅藻对氰化钾(KCN)的去除效果及KCN胁迫对斜生栅藻生长和抗氧化系统的影响.结果表明,斜生栅藻对0.1—100 mg·L~(-1)浓度范围内的KCN都有一定的去除能力,最大去除率达65.3%;在氰化钾胁迫下,栅藻生长速率降低,叶绿素a含量受到明显抑制且明显低于对照.KCN对斜生栅藻的96 h半数抑制浓度EC50值为0.84 mg·L~(-1).此外,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随KCN胁迫浓度的增大而升高;栅藻丙二醛(MDA)含量在KCN胁迫下变高.通过本研究发现,绿藻对氰化物有潜在的去除能力,为含氰废水的生物处理提供了理论基础.     

水体营养水平对3种沉水植物生长及抗氧化酶活性的影响

模拟研究了沉水植物狐尾藻Myriophyllum spicatum L、轮叶黑藻Hydrilla verticillata L和金鱼藻Ceratophyllum demersum L在中、富两种营养水平下的生长及生理特性.研究结果表明,在45 d的培养过程中,狐尾藻、轮叶黑藻和金鱼藻在中营养(TN1.86 mg·L-1;TP0.087 mg·L-1)和富营养(TN2.47 mg·L-1;TP0.16 mg·L-1)水平下的单株最大生物量分别是0.92、0.27、1.11、0.56、0.41和0.87 g,狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下单株最大生物量分别较富营养水平下高出39%和22%,而黑藻在中营养水平下单株最大生物量较富营养水平下低了51%,表明狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下的生长较黑藻好.通过对3种沉水植物可溶性蛋白和叶绿素质量分数的分析发现,黑藻在中富两种营养水平下,质量分数较低且波动平稳,金鱼藻和狐尾藻可溶性蛋白和叶绿素质量分数持续升高,表明这两种沉水植物对水体中营养盐的耐受能力较黑藻强.金鱼藻超氧歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(peroxidase)活性和丙二醛(MDA)含量在试验后期上升速度加快,且富营养水平下金鱼藻MDA质量分数的最大值是中营养水平下最大值的5倍,表明在中营养水平下金鱼藻已经受到明显胁迫,而在富营养水平下受到胁迫更为显著.在本试验条件下,黑藻生物量小,而金鱼藻SOD活性、POD活性和MDA质量分数变化幅度大,在试验后期急速上升,表明这两种沉水植物受到的营养盐胁迫较狐尾藻大,而狐尾藻在中营养水平下的耐营养盐胁迫能力较强.     

颗石藻藻源性二甲基硫丙酸（DMSP）在致死卤虫时的作用检测(The Detection of Lethal Effects of Algal Derived DMSP of Pleurochrysis carterea on Artemia salina)

颗石藻Pleurochrysis carterea具有显著致死卤虫的作用,但机理尚需进一步解明.为了分析颗石藻藻源性的二甲基硫丙酸(DMSP)及其分解产物二甲基硫(DMS)和丙烯酸是否是致死卤虫的原因所在,检测了P.carterae在受卤虫捕食压力情况下细胞DMSP及其裂解产物DMS的定量变化,以及外源DMSP、DMS和丙烯酸对卤虫的直接作用.结果显示,外源添加的高挥发性DMS对卤虫无节幼虫没有急性致死效应.外源重复添加浓度为0.08至1.0mM的DMSP和丙烯酸对卤虫的致死存在浓度和时间相关的效应,浓度越高发生卤虫大量死亡的时间越早.检测外源重复添加DMSP和丙烯酸时的pH变化发现,试剂重复添加会造成pH显著下降,这可能是致死卤虫真实的直接原因.捕食者与被捕食者系统中,检测颗石藻液中藻源性DMSP及裂解产物的定量水平并未达到显著致死卤虫的作用.但是,考虑颗石藻被卤虫重复捕食入体内的累积变化时,从理论值分析来看,颗石藻在卤虫体内的裂解可能对体内产生脉冲式的累积过低酸刺激,或许是造成卤虫的死亡原因.     

藜麦Hsf家族的进化与多胁迫条件下的转录应答

Hsf转录因子参与调控植物在生物和非生物胁迫下的防御应答机制.基于系统的生物信息学分析方法,对藜麦Hsf家族成员进行序列特征、进化和多种生物和非生物逆境胁迫下的基因表达水平分析.在藜麦基因组中共鉴定得到31个Hsf转录因子,主要分布在7号染色体.系统进化树将藜麦31个Hsf成员划分到A1-A9、B1-B5和C组中;但藜麦Hsf成员在A6、A8、B5亚组中出现了缺失.藜麦Hsf成员的HR-A/B区域蛋白序列比对结果进一步支持了进化树中藜麦Hsf成员的聚类结果.藜麦Hsf成员蛋白序列中保守区域的分布呈现出组别特异性.A组Hsf成员的蛋白序列包括HSF domain、HR-A/B、NLS、NES和CTAD在内的保守区域;B组和C组的Hsf成员则缺失了CTAD.在干旱、高温、盐、低磷胁迫和GCFSV病毒侵染下,31个藜麦Hsf基因的表达模式被阐明;其中大量Hsf基因的表达水平被显著地诱导表达,推测其参与了藜麦在生物和非生物胁迫下的防御应答反应.本研究结果可为藜麦抗逆品种的遗传育种提供大量优良候选Hsf基因.(图6表1参28)     

Evolution characteristics and transcriptional responses to multiple stresses of NAC genes in Chenopodium quinoa and its ancestral diploid species北大核心CSCD

NAC是一类广泛参与调控植物在生物和非生物胁迫下防御应答的转录因子.基于系统的比较基因组学研究方法,对藜麦Chenopodium quinoa的NAC基因进行进化与多个生物和非生物逆境下的应答研究.在藜麦C.quinoa、祖先二倍体Chenopodium pallidicaule和Chenopodium suecicum基因组中分别共鉴定得到106、54和54个NAC基因.染色体定位数据表明藜麦基因组中18个NAC基因涉及串联倍增事件.3个物种NAC基因的系统进化树证明藜麦基因组中存在NAC基因的倍增与丢失.藜麦分别和C.pallidicaule和C.suecicum之间同源基因组模块的对应数目关系进一步证明藜麦保留了相当数量的祖先二倍体NAC基因,是其NAC基因倍增的主要动力.此外,藜麦NAC基因在干旱、高温、盐、低磷胁迫和GCFSV侵染下的表达模式被阐明;大量NAC基因被显著地诱导表达,推测其参与了藜麦在生物和非生物胁迫下的防御应答反应.本研究结果为藜麦的遗传育种提供了优良的候选NAC基因.(图7参26)     

Non-thermal plasmas for disease control and abiotic stress management in plants

Environmental Chemistry Letters - Climate change is predicted to cause severe loss in agricultural production by increasing disease epidemics and intensifying abiotic stresses. Therefore,...     

Silica nanoparticles synthesis and applications in agriculture for plant fertilization and protection: a review

Environmental Chemistry Letters - The rapidly rising population is calling for the production of more food, yet biotic and abiotic stresses caused by pests and climate change...     

颗石藻Pleurochrysis carterae不同细胞状态对卤虫的致死效应研究

颗石藻Pleurochrysis carterae对卤虫具有显著的致死效应,但其机理尚未明确.P.carterae的细胞生活史中会出现钙化细胞、非钙化细胞以及分枝丝状体的细胞状态.为了探明该种颗石藻对卤虫的致死原因,通过人为干预,分别获取了几种状态的细胞或相关组分,包括:钙化细胞(指钙化单细胞C-cell)、从非钙化单细胞N-cell动态释放的钙化细胞(N-C-cell)、非钙化单细胞(N-cell)、非钙化分枝丝状体(F)、带有机质基板的颗石粒外壳(L)、钙化细胞的冻干藻粉(Ly).以喂养组和饥饿组为对照,比较研究了P.carterae不同细胞状态或组分在作用密度和作用时间上对卤虫(Artemia salina nauplii)无节幼虫的致死效应差异.结果显示:钙化细胞和非钙化单细胞可以对卤虫幼虫产生显著的致死效应,这种致死效应显著差异于饥饿致死效应(p<0.05).致死效应与作用时间及藻密度显著相关,钙化细胞对卤虫的半致死密度为72hLD50=6.16×103cells·mL-1,96hLD50=2.19×103cells·mL-1,高密度时(105、106cells·mL-1)的卤虫半致死时间分别为68.4h和53.3h.非钙化丝状体、颗石粒和冻干藻粉对卤虫的致死效应与饥饿致死效应一致.非钙化丝状体、颗石粒、冻干藻粉以及裸露细胞重新钙化过程均不向水中释放有害物质.颗石藻P.carterae对卤虫的致死效应与卤虫对生活颗石藻单细胞的摄食过程有关.     

Cloning and expression analysis of ScBAK1 gene and its alternative spliceosome in sugarcane北大核心CSCD

Alternative splicing (AS) is an important part of regulation of eukaryotic gene expression. BAK1 (Brassinosteroid insensitive1-associated receptor kinase 1) is a specific type of plant serine/threonine protein kinases, and can regulate growth and development and natural immunization. To reveal the responses of sugarcane BAK1 gene to the adverse environment, a ScBAK1 gene and its alternative spliceosome, termed ScBAK1 (GenBank accession number: KP032226) and ScBAK1 S1 (GenBank accession number: KP032227), were cloned from leaf cDNA of Yacheng 05-179 utilizing the methods of electronic cloning and RT-PCR. The open reading frame (ORF) length of ScBAK1/ScBAK1 S1 gene was 1 860bp/1 770bp, encoding 619/589 amino acids residues. The predicted molecular weight of the protein was 69.28 kDa/ 65.76 kDa. Both proteins were located in plasma membrane, estimated as acid, hydrophikic and secretive proteins. Random coil and alpha helix gave priority to extended strand in their secondary structure without beta turn. The most important protein function was cell envelope, secondly biosynthesis of amino acids and cofactors. Real-time quantitative PCR analysis revealed that the expression of sugarcane ScBAK1 S1 gene exhibited the reduced expression trend under smut fungus stress and various abiotic exogenous stresses, including SA, CuCl2, PEG, ABA, NaCl and JA, while the expression of ScBAK1 gene was induced by SA, CuCl2, PEG, NaCl and smut fungus stresses. The phenomenon showed that the absent sequences or amounts of ScBAK1 S1 gene plays a key role in the response of ScBAK1 to the stress of sugarcane smut fungus, osmotic stress and cell growth. The differential expression of ScBAK1 and ScBAK1 S1 lays a foundation for further research on the function of ScBAK1 gene under biotic and abiotic stress.     

外源NO对Cu胁迫下番茄幼苗L-精氨酸代谢的影响

一氧化氮(nitric oxide,NO)作为生物活性分子,广泛参与各种生物和非生物胁迫。采用营养液培养,研究Cu胁迫下番茄体内L-精氨酸、NO、多胺代谢对外源NO的响应机制,以期为铜污染区域蔬菜种植提供科学依据和技术支持。结果表明,Cu胁迫下添加外源SNP(硝普钠,外源NO供体)能够调节番茄根系和叶片中精氨酸脱羧酶(Arginine Decarboxylase,ADC)、鸟氨酸脱羧酶(Ornithine Decarboxylase,ODC)及一氧化氮合酶(Nitric Oxide Synthase,NOS)活性。根系中,外源SNP能够上调NOS活性,L-精氨酸代谢向着NO合成方向进行;叶片中,外源SNP能够同时上调ADC、ODC、NOS活性,PA、NO的合成同时进行;此外,Cu胁迫下添加外源SNP能够增加根系和叶片L-精氨酸含量,而作为PA、NO的合成前体,精氨酸含量升高无疑会间接促进PA、NO的合成,从而提高番茄对Cu胁迫的抵抗能力。     

长江口南支沉积物对卤虫的毒性效应研究

以Ⅱ-Ⅲ龄卤虫幼体（Artemia salina）为受试生物,开展生物检测试验,研究长江口南支沉积物的毒性效应。生物检测结果表明长江口南支部分站位的沉积物对卤虫幼体已产生毒性效应,其中,2、5、8三站沉积物对卤虫体长和体内SOD酶活性具有显著影响（p〈0.05）,1号和2号站沉积物对卤虫体内LDH活性有显著影响（p〈0.05）。对多个毒性效应指标运用因子分析法得到长江口南支各站因子得分F,F值大小可表征各站沉积物对卤虫综合毒性的强弱,各站F值排序为：2号（-1.59）〈5号（-0.76）〈8号（-0.42）〈1号（0.06）〈6号（0.62）〈7号（0.78）〈3号（1.31）,2号站沉积物毒性最强,3号站毒性最弱。经逐步回归分析,因子得分F与沉积物中Cu、Cd含量具有显著相关关系（R=0.91,p〈0.05）,表明长江口南支沉积物中Cu和Cd是对卤虫产生毒性效应的关键污染物。