Pest-damage relationships for Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) on vegetative soybean.

The response of vegetative soybean (Glycine max) to Helicoverpa armigera feeding was studied in irrigated field cages over three years in eastern Australia to determine the relationship between larval density and yield loss, and to develop economic injury levels. Rather than using artificial defoliation techniques, plants were infested with either eggs or larvae of H. armigera, and larvae allowed to feed until death or pupation. Larvae were counted and sized regularly and infestation intensity was calculated in Helicoverpa injury equivalent (HIE) units, where 1 HIE was the consumption of one larva from the start of the infestation period to pupation. In the two experiments where yield loss occurred, the upper threshold for zero yield loss was 7.51 ± 0.21 HIEs and 6.43 ± 1.08 HIEs respectively. In the third experiment, infestation intensity was lower and no loss of seed yield was detected up to 7.0 HIEs. The rate of yield loss/HIE beyond the zero yield loss threshold varied between Experiments 1 and 2 (-9.44 ± 0.80 g and -23.17 ± 3.18 g, respectively). H. armigera infestation also affected plant height and various yield components (including pod and seed numbers and seeds/pod) but did not affect seed size in any experiment. Leaf area loss of plants averaged 841 and 1025 cm2/larva in the two experiments compared to 214 and 302 cm2/larva for cohort larvae feeding on detached leaves at the same time, making clear that artificial defoliation techniques are unsuitable for determining H. armigera economic injury levels on vegetative soybean. Analysis of canopy leaf area and pod profiles indicated that leaf and pod loss occurred from the top of the plant downwards. However, there was an increase in pod numbers closer to the ground at higher pest densities as the plant attempted to compensate for damage. Defoliation at the damage threshold was 18.6 and 28.0% in Experiments 1 and 2, indicating that yield loss from H. armigera feeding occurred at much lower levels of defoliation than previously indicated by artificial defoliation studies. Based on these results, the economic injury level for H. armigera on vegetative soybean is approximately 7.3 HIEs/row-metre in 91 cm rows or 8.0 HIEs/m2.

First report of the powdery mildew Erysiphe diffusa on soybean in Australia

A powdery mildew with a Pseudoidium anamorph was found on Glycine max in south-east Queensland, Australia. Morphological examination and molecular identification determined this species as Erysiphe diffusa, which is reported for the first time from Australia. © 2012 Australasian Plant Pathology Society Inc.

Effect of phenolic-rich plant materials on protein and lipid oxidation reactions

The antioxidant activity of natural plant materials rich in phenolic compounds is being widely investigated for protection of food products sensitive to oxidative reactions. In this thesis plant materials rich in phenolic compounds were studied as possible antioxidants to prevent protein and lipid oxidation reactions in different food matrixes such as pork meat patties and corn oil-in water emulsions. Loss of anthocyanins was also measured during oxidation in corn oil-in-water emulsions. In addition, the impact of plant phenolics on amino acid level was studied using tryptophan as a model compound to elucidate their role in preventing the formation of tryptophan oxidation products. A high-performance liquid chromatography (HPLC) method with ultraviolet and fluorescence detection (UV-FL) was developed that enabled fast investigation of formation of tryptophan derived oxidation products. Byproducts of oilseed processes such as rapeseed (Brassica rapa L.), camelina (Camelina sativa) and soy meal (Glycine max L.) as well as Scots pine bark (Pinus sylvestris) and several reference compounds were shown to act as antioxidants toward both protein and lipid oxidation in cooked pork meat patties. In meat, the antioxidant activity of camelina, rapeseed and soy meal were more pronounced when used in combination with a commercial rosemary extract (Rosmarinus officinalis). Berry phenolics such as black currant (Ribes nigrum) anthocyanins and raspberry (Rubus idaeus) ellagitannins showed potent antioxidant activity in corn oil-in-water emulsions toward lipid oxidation with and without β-lactoglobulin. The antioxidant effect was more pronounced in the presence of β-lactoglobulin. The berry phenolics also inhibited the oxidation of tryptophan and cysteine side chains of β-lactoglobulin. The results show that the amino acid side chains were oxidized prior the propagation of lipid oxidation, thereby inhibiting fatty acid scission. In addition, the concentration and color of black currant anthocyanins decreased during the oxidation. Oxidation of tryptophan was investigated in two different oxidation models with hydrogen peroxide (H2O2) and hexanal/FeCl2. Oxidation of tryptophan in both models resulted in oxidation products such as 3a-hydroxypyrroloindole-2-carboxylic acid, dioxindolylalanine, 5-hydroxy-tryptophan, kynurenine, N-formylkynurenine and β-oxindolylalanine. However, formation of tryptamine was only observed in tryptophan oxidized in the presence of H2O2. Pine bark phenolics, black currant anthocyanins, camelina meal phenolics as well as cranberry proanthocyanidins (Vaccinium oxycoccus) provided the best antioxidant effect toward tryptophan and its oxidation products when oxidized with H2O2. The tryptophan modifications formed upon hexanal/FeCl2 treatment were efficiently inhibited by camelina meal followed by rapeseed and soy meal. In contrast, phenolics from raspberry, black currant, and rowanberry (Sorbus aucuparia) acted as weak prooxidants. This thesis contributes to elucidating the effects of natural phenolic compounds as potential antioxidants in order to control and prevent protein and lipid oxidation reactions. Understanding the relationship between phenolic compounds and proteins as well as lipids could lead to the development of new, effective, and multifunctional antioxidant strategies that could be used in food, cosmetic and pharmaceutical applications.

Saccharide binding to three Gal/GalNAc specific lectins: Fluorescence, spectroscopic and stopped-flow kinetic studies

Fluorescence and stopped-flow spectrophotometric studies on three plant lectins fromPsophocarpus tetragonolobus (winged bean),Glycine max (soybean) andArtocarpus integrifolia (jack fruit) have been studied usingN-dansylgalactosamine as a fluorescent ligand. The best monosaccharide for the winged bean agglutinin I (WBA I) and soybean (SBA) is Me-agrGalNAc and for jack fruit agglutinin (JFA) is Me-agrGal. Examination of the percentage enhancement and association constants (1.51×106, 6.56×106 and 4.17×105 M–1 for SBA, WBA I and JFA, respectively) suggests that the combining regions of the lectins SBA and WBA I are apolar whereas that of JFA is polar. Thermodynamic parameters obtained for the binding of several monosaccharides to these lectins are enthalpically favourable. The binding of monosaccharides to these lectins suggests that the-OH groups at C-1, C-2, C-4 and C-6 in thed-galactose configuration are important loci for interaction with these lectins. An important finding is that the JFA binds specifically to Galß1-3GaINAc with much higher affinity than the other disaccharides which are structurally and topographically similar.The results of stopped-flow spectrometry on the binding ofN-dansylgalactosamine to these lectins are consistent with a bimolecular single step mechanism. The association rate constants (2.4×105, 1.3×104, and 11.7×105 M–1 sec–1 for SBA, WBA I and JFA, respectively) obtained are several orders of magnitude slower than the ones expected for diffusion controlled reactions. The dissociation rate constants (0.2, 3.2×10–2, 83.3 sec–1 for SBA, WBA I and JFA, respectively) obtained for the dissociation ofN-dansylgalactosamine from its lectin complex are slowest for SBA and WBA I when compared with any other lectin-ligand dissociation process.

Efecto de diferentes leguminosas como cultivos antecesores sobre el crecimiento, desarrollo y rendimiento del sorgo (Sorghum bicolor (L) Moench) y maíz (Zea mays L.)

Con la finalidad de estudiar el comportamiento del crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos de sorgo (Sorghum bicolor. L. Moench) híbrido D-55 y maíz (Zea mays L) variedad NB-30, bajo los efectos de diferentes cultivos leguminosos: Maní (Arachis hypogaea L. ), caupí (Vigna unguiculata L. Walp), soya (Glycine max L. Merril) y frijol común ( Phaseolus vulgaris L.) como cultivos antecesores, se realizó un experimento de campo, utilizando un diseño de Bloques Completos al Azar con doce tratamientos y cuatro repeticiones realizados durante la siembra de primera y postrera de 1991, en el Centro Experimental La Compañía; Carazo, cuyo suelos son de topografía plana, textura media, franco limoso ( Typic Durandept ). De los resultados obtenidos se llegó a la conclusión que los diferentes cultivos leguminosos influyeron sobre el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos de sorgo y maíz, ya que estos fueron afectados de manera significativa por los cultivos antecesores. Por otro lado se comprobó que el sorgo y el maíz, cuando tienen como cultivo antecesor a las leguminosas, sus rendimientos fueron superiores que cuando se tiene al sorgo y al maíz como cultivo antecesor. De las leguminosas, el cultivo de maní tuvo un mayor efecto sobre el rendimiento del sorgo y maíz. (4,391 y 1,675 kg/ha respectivamente). Se comprobó cuantitativamente el efecto negativo de utilizar a los cultivos de sorgo y maíz como cultivos antecesores a su mismo cultivo, ya que los rendimientos disminuyen considerablemente, siendo estos los siguientes: sorgo-sorgo obtuvo 2,170 kg/ha., maíz-sorgo dio un rendimiento de 2,373 kg/ha, maíz-maíz presentó 762 kg/ha, y finalmente el tratamiento sorgo-maíz rindió 674 kg/ha.

Efecto de exposición a deshidratación del coyolillo (Cyperus rotundus L.) sobre su densidad y el crecimiento y rendimiento del cultivo de Ajonjolí (Sesamun indicum L.) c.v. Cuyumaqui

En 1991 se estableció un ensayo en época seca (20-30 Abril) en el Centro Experimental del Algodón, Posoltega, Chinandega, con los objetivos de determinar si el efecto de diferentes tiempos de exposición a deshidratación del coyolillo (Cyperus rotundus L.) al arar el suelo en seco con arado de discos para reducir su densidad, se mantiene hasta la época de postrera y asimismo si tiene efecto sobre el crecimiento y rendimiento del cultivo de ajonjolí (Sesamun indicum L.). Para tales efectos se usó un diseño de Bloques Completos al Azar (B.C.A.) con seis tratamientos y seis repeticiones, evaluándose el factor tiempo de exposición a deshidratación del coyolillo. Los tratamientos consistieron en realizar la práctica de arar el suelo en seco en las diferentes parcelas a intervalos de dos días, empezando el 20 de abril con el tratamiento diez días y terminando el 30 de abril con el tratamiento cero días de exposición, aplicándose ese mismo día el riego en todo el área. Los tubérculos quedaron expuestos a la deshidratación durante 1O, 8, 6, 4, 2 y O días. Después de establecer lo tratamientos, se sembró el 2 de mayo el cultivo de soya (Glycine max (L.) Merr.) (Época de primera) y el cultivo de ajonjolí del presente ensayo el 5 de septiembre (época de postrera). Las variables evaluadas consistieron para coyolillo: densidad y para ajonjolí: altura de plantas, número de hojas, diámetro del tallo y rendimiento. El análisis de varianza mostró significancia estadística (P < 0.05) en densidad a los 14, 28 y 42• dds, altura de plantas 42 y 89 dds, número de hojas 28 dds y diámetro del tallo 42 dds. El contraste olinomial planificado presentó significancia estadística para la tendencia lineal (P <0.05) para densidad a los 14, 28.y 42.dds, altura de plantas 14, 42y 89 dds, número de hojas 28 y 42 dds, diámetro del tallo 28 y 42 dds y rendimiento. Los mayores valores de medias para densidad de coyolillo se presentan en el tratamiento cero días y los menores valores en el tratamiento ocho días de exposición a deshidratación del coyolillo para las tres fechas de muestreo. Todas las variables evaluadas en el cultivo de ajonjolí presentan los mayores valores en el tratamiento ocho días y los menores valores en el tratamiento cero días de exposición, excepto altura 14 dds, donde el mayor valor se presenta en el tratamiento cero días y el 'menor valor en el tratamiento seis días de exposición a deshidratación del coyolillo. Los análisis de regresión realizados entre la variable independiente tiempo de exposición y las variables dependientes del coyolillo y el cultivo del ajonjolí, mostraron una respuesta de tendencia lineal negativa en densidad de coyolillo y tendencia lineal positiva en todas las variables del cultivo de ajonjolí, excepto altura 14 dds que presentó una tendencia lineal negativa.

Estrategias de fertilización nitrogenada y aplicación de fungicidas sobre el cultivo de soja : efecto sobre el rendimiento y el tenor proteico

Resumen: el objetivo del presente trabajo ha sido, a través de diferentes estrategias de fertilización nitrogenada y aplicación de fungicidas sobre el cultivo de soja, evaluar su impacto sobre el rendimiento y el porcentaje de proteínas en grano de soja. Para desarrollar dicho trabajo, se llevó a cabo un ensayo en base al diseño de bloques completos al azar (DBA) con un total de 32 parcelas, en el que se aplicaron 8 tratamientos (7+1 Testigo), cada uno repetido 4 veces. Los mismos fueron: Testigo, UREA 100 N aplicado en V4 a V6, UREA + DMPP 100 N aplicado en V4 a V6, NITROFOSKA FOLIAR (2 Kg./Ha.) + NUTRIMIX (0,5 Kg./Ha.) aplicado en R3, UREA 30 N aplicado en R5, NITROFOSKA FOLIAR (2 Kg./Ha.) + NUTRIMIX (0,5 Kg./Ha.) + Opera aplicado en R3 (1 Lt./Ha.), UREA 30 N + Opera en R3 (1 Lt./Ha.), y Opera en R3 (1 Lt./Ha.). Cabe destacar que la aplicación de fungicidas se ha realizado en forma preventiva, con miras a evaluar su efecto sobre el rinde y el porcentaje de tenor proteico. Así, no se ha evaluado la presencia o ausencia de enfermedades particulares, sino el efecto final que estas aplicaciones tuvieron sobre las variables antes mencionadas. El mencionado ensayo se realizó a campo, sobre un cultivo de soja de segunda, para la campaña 2007/2008 en el paraje Tomás Jofré, Mercedes, provincia de Buenos Aires. Los resultados obtenidos mostraron diferencias significativas para la variable de rendimiento, pero no así para la variable de tenor proteico en grano. Analizándolos, se concluyó en el presente trabajo bajo las condiciones evaluadas que si se busca aumentar tanto el rendimiento como el porcentaje de proteína en grano, no es recomendable la fertilización nitrogenada, ni por sí sola ni en combinación con fungicidas

Efecto de diferentes estrategias de fertilización nitrogenada y aplicación de fungicidas sobre el rendimiento y porcentaje de proteina en grano de soja

Resumen: En el periodo 2006 / 2007 se realizó un ensayo de campo sobre el cultivo de Soja (Glycine max) en la localidad de Chacabuco, Provincia de Buenos Aires, con el propósito de estudiar los efectos de diferentes estrategias de fertilización nitrogenada y de aplicación de fungicidas sobre el rendimiento y porcentaje de proteína en grano de soja. El ensayo constó de 8 tratamientos (7 + 1 testigo), los cuales se realizaron en 4 repeticiones y en 2 estadios fenológicos del cultivo, en V4 (vegetativo) y en R3 (reproductivo). Se procedió utilizando un diseño de bloques completos aleatorizados (DBA). Las parcelas han sido de 2 m de ancho por 10 m de largo dando un total de 20 m2 por cada una. Los tratamientos fueron los siguientes:  Testigo  UREA aplicado en V4/V6  Entec + UAN aplicado en V4/V6  Nitrofoska + Nutrimix aplicado en R3  Foliarsol aplicado en R5  Nitrofoska + Nutrimix + Opera aplicado en R3  Foliarsol + Opera aplicado en R3  Opera aplicado en R5 Las conclusiones a las que se han llegado en este ensayo han sido que todos los tratamientos experimentados trajeron aumentos en el rendimiento, en comparación al testigo. El mayor aumento se dio por el agregado de fungicida en las etapas reproductivas del cultivo. Por el contrario, no se ha encontrado efecto sobre el tenor de proteína en granos, por lo que para la condiciones en que se realizó el ensayo, no sería recomendable la fertilización nitrogenada si se busca un aumento en dicho tenor

PGPRs and nitrogen-fixing legumes: a perfect team for efficient Cd phytoremediation?

Cadmium (Cd) is a toxic, biologically non-essential and highly mobile metal that has become an increasingly important environmental hazard to both wildlife and humans. In contrast to conventional remediation technologies, phytoremediation based on legume rhizobia symbiosis has emerged as an inexpensive decontamination alternative which also revitalize contaminated soils due to the role of legumes in nitrogen cycling. In recent years, there is a growing interest in understanding symbiotic legume rhizobia relationship and its interactions with Cd. The aim of the present review is to provide a comprehensive picture of the main effects of Cd in N-2-fixing leguminous plants and the benefits of exploiting this symbiosis together with plant growth promoting rhizobacteria to boost an efficient reclamation of Cd-contaminated soils.

根瘤菌、铵态氮、光照强度对大豆固氮和光合作用影响的研究

生物固氮和植物光合作用作为全球生态系统的两个基本生物学过程, 在碳氮循环、自然生态系统的维持和演替，以及农业生产中起了重要作用。尽管过去关于共生固氮与光合作用的研究取得了巨大成就，但是，很少将两者直接联系起来。本研究通过比较低光效和高光效大豆接种高效固氮根瘤菌后固氮与光合作用的差异，比较接种根瘤菌和施用铵态氮肥对大豆光合生理的影响或光照强度对大豆光合固氮的影响，以及C4基因转化C3 豆科植物—苜蓿的研究，试图将两者偶联起来。研究获得以下结果： 1．用nifA和dct工程根瘤菌接种低光效和高光效大豆后，与出发菌株比，均提高了大豆的固氮和光合作用。两者相比，nifA工程菌对低光效大豆黑农37号发挥了比较好的作用，大豆的光合作用参数，固氮活性和植物株高、株重等产量参数比dct工程菌好;dct工程菌接种高光效大豆黑农40号后，尽管固氮酶活性与nifA工程菌相比没有明显差异，但是大豆光合作用和产量参数有了比较明显的提高。 2．光照培养条件下，对大豆进行了接种根瘤菌（108细菌/ mL）、低氮（5 mmol/L (NH4)2SO4）和高氮（30 mmol/L (NH4)2SO4）处理。测定的大豆生长状况和光合作用系列参数结果表明：低氮处理的最好，接种根瘤菌的次之，高氮处理的最差。由此说明单纯接种根瘤菌满足不了大豆发育过程中的氮营养要求，其光合作用和生长受到不利影响。但是，高氮处理也并没有提高大豆的光合作用，其生长发育甚至受到抑制。该结果为生产实践中合理施肥提供了光合生理方面的参考。 3．接根瘤菌和不接根瘤菌的大豆在正常光强（150μmol photons m-2s-1）下生长三周后进行遮光（15μmol photons m-2s-1，7天）和复光（正常光强，7天）处理，大豆的光合作用有下降和回复。测定的一系列光合参数、叶绿素荧光参数，以及植物的生长生理参数结果表明：接根瘤菌大豆与不接根瘤菌的大豆对遮光的响应有不同。正常光照下，接种根瘤菌能促进大豆生长与光合作用;遮光处理后，根瘤菌对大豆的促进作用不显著。 4．获得了不同苜蓿品种的愈伤组织及其诱导的再生植株。并作了用小米、甘蔗的PEPC基因转化苜蓿的研究。由于在实验过程中，考虑转基因植物的安全性，着重于用甘露糖筛选转化体系的研究工作，忽略了用抗生素筛选转化体。用PCR法从苜蓿中扩增出甘露糖异构酶基因（pmi），表明苜蓿体内含有自己的甘露糖异构酶基因，使得甘露糖筛选没有成功。

硅在大豆低钾胁迫中的作用

钾是作物生长发育的必需矿质元素，缺钾对大豆产量和营养品质影响显著。硅是植物的有益元素，在低钾胁迫条件下，硅对大豆生长是否有改善作用还未见相关报道，本研究以对低钾敏感的不同基因型大豆品种（铁丰35和铁丰31）为试验材料，在低钾条件下（1 mmol L-1)，施加Na2SiO3，通过大豆生物量、根系形态学、生理学和抗氧化物酶活性等参数的变化，研究硅在大豆缺钾胁迫生长中的作用。主要研究结果如下： 1低钾胁迫对大豆生长发育和生理指标形状的影响 与正常钾生长条件（5 mmol L-1）相比，对低钾敏感的基因型大豆品种铁丰35，低钾胁迫使铁丰35品种主根、侧根，过氧化氢 (H2O2)和丙二醛含量(MDA)，根系和叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和光合特性指标等发生显著变化，同样地，铁丰31品种根系的SOD、CAT、POD活性和MDA含量也发生显著变化。相反，铁丰31品种的其它形态学和生理学指标参数受低钾胁迫影响差异不显著。 2 Si和Na+对大豆生长发育和生理过程中低钾胁迫的减缓作用 为探明Si对大豆生长发育和生理过程中低钾胁迫的减缓作用，我们将Na2SiO3分别设立3个浓度处理水平(0.1, 2.0, 5.0 mmol L-1)，对照CK0：5.0 mmol/L KNO3+0.0 mmol/L Na2SiO3，副对照CK1：1.0 mmol/L KNO3+4.0mmol/L NaCl，其中以Si2处理是2个品种减缓低钾胁迫效应最好的，对大豆生长发育和促进大豆根、茎和叶内钾浓度含量，低钾胁迫使SOD、POD、CAT活性，H2O2和MDA含量，以及光合特性(Pn, WUE)等指标参数得以显著地改善，但Na2SiO3对低钾敏感品种铁丰35的减缓作用远大于对低钾不敏感的品种铁丰31。为排除Na2SiO3中Na+对低钾大豆的生长作用，用等浓度NaCl进行检验，结果表明，Na+可以部分地减缓低钾胁迫，并且这减缓作用远小于等浓度的Si。本试验结果说明Si通过改变几个关键的生理过程，进而提高低钾胁迫条件下，大豆生长发育的表达活力，以有效地改善低钾对大豆生长的胁迫。 3 Si通过提高抗氧化胁迫进而减缓大豆生长发育中低钾胁迫 低钾胁迫使大豆地上和地下生物产量与对照CK0相比显著减少，增施Na2SiO3前后大豆其根冠比、过氧化氢积累、钾含量、膜质过氧化产物和抗氧化物酶活性变化显著。另外，Na2SiO3显著减缓了低钾胁迫使大豆根冠比、提高了低钾大豆根、茎、叶内钾浓度，Si还减缓了过氧化氢 (H2O2)和丙二醛含量(MDA)，这说明Si抑制了低钾的过氧化胁迫，显著地抑制了因低钾胁迫而使超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等活性的升高，这些酶活性提高效应被施加的Na2SiO3消除，这些结果表明，Si通过提高抗氧化胁迫能力，进而减缓大豆生长发育的低钾胁迫，对低钾胁迫有非常重要的减缓调控作用。

植物根系、根区微生物对大气CO2浓度倍增的反应及其生态学意

预测下世纪中叶，大气CO_2浓度将高到目前的两倍（即达到700μ1•1~(-1)）。CO_2倍增对植物地上部的影响已经有了较多的研究，胆是由于方法学上的困难，至今关于倍增CO_2对植物根及根区微生物的研究仍是非常匮乏。本文应用国际上最新的根研究方法，以根系为中心，研究开顶式CO_2C熏蒸培养室中，CO_2倍增条件下根系与地上部，根系与根区微生物[共生的泡囊－丛枝菌根（VAM）真菌，非共生的土壤微生物]的关系。 1. CO_2倍增对根系的影响目前CO_2倍增对根系影响的研究多集中在根生物量的测定，或根／冠比值的测定，而善于其它参数如根长度则很少涉及，而根表面的反应目前还未见文献报道。本实验以幼苗期小麦“青323”（Triticum aestivum）、水稻“中作 29”(Oryza sativa)、大豆“科农4号”（Glycine max）、玉米“农大3138”（Zea mays）、甜高粱“M－81E”（Sorghum saccharatum）为材料，研究CO_2倍增对植物生物量的影响，发现CO_2倍增使C_3植物水稻、大豆的地上部、根系干重均显著增加，使小麦的根系干重显著增加，地上部无显著差异;C_4植物玉米和甜高粱的地上部和根系均没有显著反应。植物干重反应资料表明在光合产物的分配方面，C_3和C_4植物之间存在巨大的差异。 为了解根系获取土壤资源的能力的变化，我们对根系总长度和总表面积进行了分析。用样格交叉法研究根系长度的变化，结果显示，幼苗期的小麦、大豆的根系长度均被显著促进，尤其值得注意的是，尽管玉米根系干重没有显著改变，但是根长度已发生显著变化。同时应用研究根系表面积的最新方法－Na NO_2吸附法，研究发现幼苗期小麦、水稻和大豆的根系表面积在CO_2倍增条件下均显著增加，C_4植物玉米的根表面积亦有显著增加，但甜高粱的根表面积却没有显著反应，这说明即使在C_4植物类型中，根系表面积的反应在不同物种间仍存在很大差异。由于根长度和根表面积增幅大于根干重的增幅，所以推断在CO_2倍增条件下，植物根系细根比例增加，这有利于植物获取更多的养分。由于不同植物之间根系的反应不同，这将改变群落中原有的根系竞争关系，从而影响群落中物种的组成。 2. CO_2倍增对VAM真菌侵染强度和活力的影响本文应用NBT染色法，并结合浸染强度等级和活力等级标准，首次对CO_2倍增条件下，植物VAM真菌的侵染强度和活力的变化进行了检测。对比常规的酸性品红乳酸甘油法和NBT法，发现两者在显示侵染强度时元显著差异，但后者能同时用于侵染活力等级的研究。对幼苗期大豆以及不同生长期的小麦和玉米根系VAM真菌的侵染强度和活力进行观测，结果显示，倍增CO_2对大豆的侵染强度和活力均没有显著效应;使幼苗期玉米的侵染强度显著增加，但侵染活力无显著差异，但随生长期的推移，侵染强度所受的CO_2倍增效应逐渐减小，与14天苗龄（DAP）和35DAP相比，侵染活力在22DAP时所受效应最大;使10DAP小麦的VAM侵染强度和活力均显著增加，而且这种效应在30DAP小麦中的表现与10DAP小麦的相同。说明C_3、C_4植物中，菌根真菌对CO_2倍增反应不同，这也许是C_3、C_4植物对CO_2倍增反应不同的原因之一。倍增CO_2改善了VAM真菌的发育，所以较之于非菌根侵染植物，菌根侵染植物将因为CO_2倍增而获益更多，另一方面不同种植物中，VAM真菌的发育反应不同，这将使植物群落中，根系获取无机营养的竞争能力发生变化，最终影响植物群落的物种丰度和生物多样性以及群落的演替。 3. CO_2倍增对非共生土壤微生物的影响CO_2倍增使生长70天的小麦、垂柳（Salix babylonica）、藜(Chenopodium album)、繁穗苋（Amaranthus cruentus）品种“红苋K112”的地上部和根系的生物量增加。以这些植物所在土壤为材料，用氯仿熏蒸直接提取法研究土壤微生物生物量C（C_(mic)）和生物量N（N_(mic)）的变化，发现CO_2倍增尽管使各类型植物的C_4植物）土壤中C_(mic)的变化趋势不完全相同（小麦和藜所在土壤的C_(mic)下降，垂柳中C_(mic)升高，而在繁穗苋中无显著差异），但N_(mic)在各物种所在土壤中均有不同程度的上升，在繁穗苋中增幅最大。C_(mic):N_(mic)比值在4个物种所在土壤中均明显下降，这意味着CO_2倍增后在植物生长后期，土壤微生物活性提高，分解植物凋落物和土壤中其它有机质的能力加强，从而改善贫瘠土壤中有机质质量。 4.CO_2倍增对植物呼吸和光合作用及C素积累的影响 1）CO_2倍增对植物暗呼吸的影响：以杜仲（Eucommia ulmoides）、紫花苜蓿(Medicago sativa)和玉米等10种植物的离体成熟叶片或整株为材料，研究不同测定温度（15～35 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸的影响。结果表明：在较低温度（15 ℃、20 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸没有显著效应;在较高温度（30 ℃、35 ℃）时，多数被测植物的暗呼吸显著增强。由于植物在不同温度时它们的暗咱吸受CO_2倍增的促进幅度不同，这将导致不同地区（环境温度不同）的植物暗呼吸反应有差异，而且由于不同物种的暗呼吸增幅不同，综合光合效应，它们的生物量的反应也会不同。 2）CO_2倍增对整株植物的CO_2气体交换及植物C素积累的影响：利用自行设计的一套CO_2气体测定装置，首次尝试同步测定CO_2倍增条件下幼苗期小麦地下部和地上部的气体交换在昼夜24小时内的变化及C素的积累。发现CO_2倍增不仅使小麦地上部C素的积累增加，也使地下部释放的C素增加，但整株植物的C素收入仍高于对照两倍多，这从植物与环境的CO_2气体交换角度为CO_2倍增促进植物生物量的增加提供了依据。并首次提出：植物的整体性及植物所在的环境条件（主要是温度和光照强度）决定着植物暗呼吸对CO_2倍增的响应方式：被抑制或无效应。

植物油脂积累机理和品质改良—利用RNAi改良大豆油脂品质—四合木茎积累三脂酰甘油特征

利用RNAi改良大豆油脂品质 大豆[Glycine max (L.) Merr.]起源于中国，栽培历史悠久，是重要的粮食作物， 同时也是植物油和蛋白的重要来源。随着经济的发展和生活水平的提高，人们不但对大豆的需求量大大增加，同时对大豆的品质也提出了更高的要求。近年来，我国大豆进口量逐年攀升，已远远超过本国生产量。国外转抗除草剂转基因大豆大面积种植大大降低了生产成本，直接影响了我国大豆生产。因此，提高产量和改良品质是当前中国大豆生产所面临的重要课题。基因工程是大豆品种改良更为有效和快速的方法，但是由于历史原因我国的大豆转基因育种与发达国家尚存在一定差距，对我国的大豆生产贡献十分有限。因此，建立高效的大豆转化体系，加强大豆基因工程研究和育种是解决大豆面临困境的关键。 本研究的目的是以我国主要栽培大豆品种（黑农、合丰和东农等）为材料，利用GUS（β-glucuronidase）报告基因和RNAi技术，建立高效的大豆基因转化体系和基因功能研究体系。为大豆产量和品质基因工程改良提供技术手段和理论基础。结果如下： 以大豆下胚轴为外植体，对分生组织产生不定芽的频率进行了研究。培养基中添加高浓度BAP（6-benzylaminopurine）可以诱导外植体分生组织增殖产生不定芽的发生率;在培养基中添加银离子可以明显地促进大豆单个外植体多芽的产生，使得诱导不定芽总数目显著增加;不同基因型大豆再生不定芽能力有着较大区别，黑农44，黑农37，合丰35，合丰39等品种再生能力强;相对于大豆子叶节等再生系统，大豆下胚轴体系具有高效高频的再生特点（总的再生频率高于80%），且重复性好，容易操作。 以大豆下胚轴为外植体，用含有GUS报告基因的根癌农杆菌对其进行遗传转化，并重点对农杆菌菌液浓度、农杆菌侵染时间、乙酰丁香酮（AS）和抗氧化剂浓度等因素对农杆菌大豆转化效率的影响进行了研究。组织化学染色结果显示GUS基因在外植体顶端表达强烈，表达位置主要位于初生芽基部周围的分生组织。 农杆菌浸染时间以 4h 为最佳，此时的GUS瞬时表达频率可达73.0%;培养基中添加浓度为200μmol/L的乙酰丁香酮，可以显著增加GUS瞬时表达频率。抗氧化剂可以显著降低共培养阶段外植体的褐化和坏死率，进而显著提高农杆菌转化效率。用根癌农杆菌转化大豆下胚轴的方法得到了表达GUS基因转基因大豆株系。 利用大豆油酸去饱和酶基因(FAD2-1;Genbank, L43920)在第315-852碱基之间的基因片断构建了反向重复的RNAi表达载体，以农杆菌介导大豆下胚轴转化方法进行转化，并且获得转基因植株。经过PCR，Southern杂交和转基因后代的脂肪酸分析，表明沉默结构已经成功整合到大豆基因组中，并成功抑制了内源基因的表达。与栽培大豆品种相比较，转基因大豆种子的脂肪酸组成发生显著变化，油酸含量由栽培大豆的18.1％增加到71.5％¬-81.9％;亚油酸含量从栽培大豆的46.4％降到了约3.4％。 栽培大豆种子中油酸去饱和比率（ODP, oleic desaturation proportion）为0.76 到 0.84，转基因大豆种子的油酸去饱和比率降为0.06-0.26，表明Δ12-去饱和酶活性降低了74%-94%。上述结果表明，我们构建的RNAi反向重复序列沉默结构高效地抑制了大豆种子FAD2-1基因。 在本研究中，我们通过外源GUS基因的表达和内源FAD2基因的抑制，成功地建立了以大豆下胚轴为外植体的高效农杆菌介导大豆转化体系，并获得了相应的转基因株系。本研究对我国大豆品种基因工程改良以及进一步大豆功能基因组研究有重要参考价值。 四合木茎积累三脂酰甘油特征 四合木(Tetraena mongotica Maxim)是蒺藜科(Zygophyllaceac)四合木属唯一的种，是地球上最具代表性的古老残遗濒危珍稀植物。由于四合木极易燃烧，当地居民称其为“油柴”。 通过对四合木内可能存在的“油”成分进行了分析，我们发现其茎组织含有大量的三脂酰甘油（Triacylglycerols），含量达到46 mg/g DM。在韧皮部中更高，达到90 mg/g DM。我们通过半薄切片对四合木中三脂酰甘油在不同组织的分布和存在形式进行了研究，发现三脂酰甘油主要以油体形式存在于木质部和韧皮部的薄壁组织中。在韧皮部中，几乎所有的薄壁细胞都含有大量的油体。 三脂酰甘油在植物的生长发育中起着非常重要的作用。作为植物生长发育所需的碳源和能量，三脂酰甘油一般储存在植物的种子和果实中。虽然也有关于其在茎和叶中发现的报道，但是含量很少。四合木茎组织含有大量的三脂酰甘油，这种现象可能与四合木茎中存在茎特异油脂合成酶系统有关。因此，克隆相关基因并在作物中表达，将对能源植物的开发具有重要意义。

大豆种子低温吸胀相关基因的分离与蛋白变化的研究

大豆 (Glycine max (L.) Meer.)是人们日常生活中不可缺少的食品，也是一种非常重要的油质、蛋白资源。目前根据大豆种子吸胀阶段对低温敏感性的不同，可将其划分成3种生态型：低温非敏感型、低温敏感型及中间型。对于低温非敏感型的种子来讲，4℃下吸胀24小时对其发芽率影响很小，而敏感型种子萌发率不超过5%。我国属于温带大陆性气候，大豆播种后由于温度波动而造成一部分种子不能萌发，最终导致减产甚至绝产的现象普遍存在。高产是育种工作的主要目标，提高逆境胁迫的适应能力是高产的前提和基础，所以从分子角度研究种子吸胀非常必要，一方面能够挖掘新的基因资源，另一方面为今后育种工作提供必要的理论依据。 本试验以此为立足点，低温吸胀非敏感型大豆品种 (Z22)为材料，利用cDNA-AFLP方法及蛋白质技术分离与低温吸胀相关的基因及蛋白，得到结果如下： 第一，本试验成功的分离出4个受低温诱导的基因，半定量RT-PCR方法进一步验证了这4个基因在种子吸胀24小时内受低温诱导。 第二，利用RACE方法成功的得到2个完整的全长基因，在NCBI数据库中查找后发现其中1个基因为新基因，命名为SCHI基因 (SCHI：Soybean chilling-induced gene)。SCHI全长为390bp，编码分子量大约为14.2KD的蛋白；另外一个基因是已知基因，其同源序列已经在其他的物种中得到分离。由于此基因与核糖体蛋白L34高度同源，所以把把这个基因命名为SOL34 (Soybean L34)。 第三，利用半定量RT-PCR方法对基因表达模型进行分析，结果表明：SCHI在种子低温吸胀18～24小时期间诱导表达量最高，而当种子低温吸胀24小时后转入常温下，其表达量在常温下18小时左右迅速下降；ABA (100μM)、PEG (30%，10000)及NaCl (250mM)能够诱导SCHI的表达，在诱导表达量上，ABA和PEG诱导效果最明显，而NaCl能够微弱的诱导此基因表达；对不同生态型的大豆品种而言，低温吸胀过程中，SCHI在非敏感型种子中的表达量高于敏感型种子，但非敏感型和中间型之间没有差别；另外，SCHI在大豆胚轴中是诱导型表达，在叶片和根尖中则是组成型表达。SOL34的表达在萌发前24小时内被低温诱导，但在不同生态型之间没有差别。SOL34在胚轴和根尖中受低温诱导，在叶片中是组成型表达。 第四，SCHI能够在原核生物中表达出相应蛋白，诱导表达蛋白的分子量在26-29KD，大约为理论值的2倍，说明在大肠杆菌中被表达的蛋白以2聚体形式存在。另外低温试验结果表明SCHI能够提高菌落忍耐短时间-20℃低温的能力。 第五，利用双元表达载体把SCHI转入拟南芥植株，经过低温、干旱和盐胁迫后，转基因植株的成活率均高于野生型植株。超表达SOL34的拟南芥植株降低了对低温的耐性；而抑制拟南芥中L34的表达反而提高了植株对低温的抗性。 第六，本试验利用蛋白质等有关试验检测了大豆种子低温吸胀时蛋白质发生的变化。从吸胀 (4℃和22℃下24h)后的大豆胚轴中成功鉴定出上调蛋白点25个，下调蛋白点15个。其中有参与能量代谢反应 (占10%，例如柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶等)、细胞生长与分裂相关反应 (20%，例如LEA蛋白和种子成熟蛋白PM26)、胁迫反应 (10%，如乙醇脱氢酶)、种子宿命和贮藏蛋白 (20%，大豆球蛋白)等蛋白在此过程中发生了变化，暗示种子萌发前期低温吸胀过程中多种代谢发生变化。细胞生长变缓、能量代谢增强、胁迫代谢蛋白的高表达以及贮藏蛋白降解速度减慢等变化都有利于种子在吸胀过程中度过低温环境，为以后的生长作好准备。

低温吸胀对大豆种子呼吸代谢影响的研究

大豆是重要的油料和蛋白植物。在生产实践中，在播种后达到早苗和齐苗是大豆丰收的前提。种子的吸胀冷害是农业生产的严重问题。吸胀冷害发生在种子开始吸水萌动的萌发初始阶段。吸胀冷害不仅发生在高寒地带和低温冷湿地区，尤其在我国东北地区，造成我国乃至全球大豆不同程度的减产。吸胀冷害的原初作用位点在生物膜上，本实验从呼吸代谢的角度研究吸胀冷害对种子活力的影响，探讨吸胀冷害的机制。 本实验选用由黑龙江省黑河农业科学院提供的对低温中度敏感的黑河13 号大豆种子为材料，分别经22°C、10°C 和4°C 恒温培养箱24 h 后，测定其生理指标，通过透射电镜观察细胞超微结构，利用蛋白质组技术研究低温吸胀与种子呼吸代谢的关系，得到的结果如下： 低温吸胀阻碍胚轴膜系统的修复。通过电解质渗漏率测定发现，4°C 到22°C 温度范围内，提高吸胀温度有助于保持细胞膜的完整性，显著降低吸胀后胚轴电解质渗漏。在低温下吸胀，胚轴活性氧清除酶的活性受到抑制，活性氧含量增加，增强了膜脂过氧化作用，进而导致种子活力下降。 通过透射电子显微镜观察，大豆种子在22°C 吸胀24 h 后，胚轴细胞液泡明显变大，在细胞中所占比例很高，并且细胞内膜系统比较发达，能清晰观察到细胞核，线粒体，质膜，内质网整齐有序的形状。胚轴的细胞含有其它结构正常的细胞器，包括细胞壁，胞间连丝，淀粉粒和油体等。线粒体的外膜、内膜、嵴发育较完善。10°C 和4°C 的吸胀严重损伤了胚轴中细胞器的修复，细胞膜不规则，没有发现内质网和胞间连丝，线粒体的体积较小以及膜系统不发达，尤其是4°C 吸胀的胚轴中细胞器的损伤更加严重，细胞膜系统紊乱。 低温吸胀抑制了线粒体从轻线粒体向重线粒体的修复，以及线粒体的耗氧能力。22°C 吸胀的线粒体的总体耗氧能力较高，电子传递主要是利用复合体I 的电子传递途径。10°C 吸胀的线粒体总体耗氧呼吸较低，且其线粒体的电子传递主要以复合体II 的途径。4°C 吸胀的线粒体的耗氧能力则更低。 将分离得到的线粒体进行的蛋白质组分析，共分离400 多个蛋白点，其中有20 个点有表达差异。经ESI-Q-TOF-MS/MS 鉴定，六个下调的蛋白质分别为ATP 合成酶的亚基 (线粒体的氧化磷酸化)，线粒体延长因子Tu（线粒体基因组转录）， 苹果酸脱氢酶（三羧酸循环），精氨酸酶（尿素循环）和2 个线粒体chaperonin-60 （热稳定蛋白）。这些蛋白在低温吸胀时下调表达，影响了线粒体的正常生理代谢，说明它们在维持线粒体正常代谢中起到了重要的作用。 综上所述，低温吸胀影响了线粒体的结构和生理功能的修复，减少了能量和中间物质供应给种子萌发，造成了种子活力的下降。