貴州省自然科學獎項目公示一、項目基本情況1、項目名稱：干旱影響兩類觀賞草本作物生長發育及品質形成的生理分子機制2、主要完成人：張文娥（貴州大學）、王飛（西北農林科技大學）、潘學軍（貴州大學）、田治國（常州大學）、趙鉛（貴州大學）3、主要完成單位：貴州大學、西北農林科技大學、常州大學4、擬推薦等級：三等5、推薦單位：貴州大學二、項目簡介該項目以干旱研究為出發點，以兩類草本園藝作物為核心，構建了抗旱性鑒定方法、資源評價、抗性機理“三位一體”的研究模型，在植物抗逆研究領域提供了方法參考和理論指導，對該領域的研究具有重要的指導作用和參考價值，并到兩類作物的抗旱栽培具有重要的指導意義。（1）成功建立了植物抗旱性的綜合評價方法。干旱是影響園藝作物生長發育的主要環境因子之一，園藝作物抗旱性和抗旱資源的評價和鑒選歷來是園藝學家追逐和研究的重點，但植物抗旱是一個多基因控制的復雜問題，有些作物的抗旱是綜合性的、幾種作用機理共同發揮作用，而傳統的抗旱性評價方法較為單一。本研究將主成分分析法、隸屬函數法和聚類分析法等多元統計分析法應用于園藝作物抗旱性評價，建立了園藝作物抗旱性的綜合評價方法，利用該方法可在植物復雜的、綜合的抗旱機制中篩選出主要的鑒定指標和抗旱應答機理，在進行植物抗旱性評價時可以做到簡單、準確和高效。建立葉片解剖特征評價園藝作物抗旱性的方法。以上研究完善了植物抗逆性鑒定方法，為植物抗逆性鑒定提供了方法支撐。相關成果發表在《應用生態學報》和《西北植物學報》等雜志上，在植物抗逆性鑒定中具有一定的引領作用。（2）揭示了兩種園藝作物的抗旱性的生理機制和抗旱差異。園藝作物的抗旱適應方式是多種多樣的，但到目前為止，關于不同發育特性的草本園藝作物的抗旱性差異機理闡述較少。本研究發現：一年生草本植物萬壽菊抗旱性能力較差，持續干旱2d出現旱害癥狀，在干旱脅迫6d大部分萬壽菊品種的復水恢復較差；而多年生草本植物芭蕉芋的抗旱能力較強，不抗旱種類脅迫7d出現旱害癥狀，持續干旱35d仍能恢復正常生長。在兩種園藝作物中，干旱均引起活性氧（ROS）代謝失衡，導致氧化損傷，但其抗旱機制存在差異，在萬壽菊中葉片中活性氧代謝平衡以抗氧化酶保護為主，而在花中則以AsA-GSH循環保護為主；芭蕉芋為適應干旱逆境，下部葉片迅速失水老化以節約水分，減少水分浪費；在功能葉中ROS的清除既包括抗氧化酶和非酶抗氧化物質（AsA-GSH）的循環，干旱條件下，芭蕉芋的光合能力受到極大的影響，抗旱品種的水分利用率明顯提高，而不抗旱種類的水分利用率降低或變化不明顯。相關成果發表在《Hort.Environ.Biotechnol.》（2篇）、《Kor.J.Hort.Sci.Technol.》和《西北植物學報》等雜志上。該研究工作補充了人們對生長習性不同的草本園藝作物的抗旱機理差異的認識，為今后一年生作物和多年生草本園藝作物的抗旱栽培及抗旱育種提供了指導。（3）系統闡述了干旱對兩類園藝作物品質的影響及其生理分子機理。園藝作物的品質形成是園藝學家高度關注的重要性狀，本項目以生長周期不同的兩種草本園藝作物為材料，系統闡述了干旱對其品質形成的生理分子機制。研究發現：干旱影響了兩種作物的植株生長和發育，導致葉片黃化，花徑變小，且能夠促進了根莖、葉片和花等器官中可溶性蛋白含量的降解，加速了器官的衰老，降低了觀賞品質。干旱降低多年生球根作物的根莖產量，改變成熟根莖中營養成分比例，尤其是降低淀粉、總蛋白及K含量；干旱還改變了淀粉熱力學特征，降低了淀粉顆粒大小、糊化所需能量和膨脹度，改變了晶體結構，使淀粉易碎。干旱對芭蕉芋葉片光合作用和礦質吸收特別是N和K吸收的抑制，是造成芭蕉芋碳水化合物、礦質營養元素及蛋白降低的主要原因之一，另外，干旱改變了芭蕉芋干物質、碳水化合物及礦質營養元素元素的分配方向，使碳氮代謝物質優先向根和葉片分配，最大程度抵御干旱帶來的傷害，是典型的耐旱性反應。干旱條件下，葉片和根莖中淀粉合成相關基因的表達也受到很大的影響，主要表現為干旱初期基因表達上調，但長時間的持續干旱淀粉合成酶基因AGPase、GBSS、SSS、SBE、DBE、SPS下調，這是根莖淀粉降低的內在原因。相關的成果發表在《西北植物學報》、《植物營養與肥料》等雜志上。該研究工作擴寬了人們對萬壽菊和芭蕉芋的干旱影響品質形成機理的理解，為今后兩種園藝作物的抗旱品質調控提供了指導。在植物抗逆性研究方面獲得了國內外同行的高度認可。該項目成果在《Hort.Environ.Biotechnol.》、《Kor.J.Hort.Sci.Technol.》和《應用生態學報》等雜志上共發表論文12篇，其中SCI論文3篇，累計影響因子8.97，引用共計86次，他引73次（其中SCI核心合集他引64次）；中文核心期刊7篇，引用共計157次，他引149次，單篇最高他引87次；一般期刊2篇，引用共計8次。參編專著2部，制定《芭蕉芋栽培技術規程》（DB52/T563-2009），獲批實用新型專利2項，為萬壽菊的園林應用和芭蕉芋的大面積推廣種植提供技術保障。培養博士生2名，碩士生2名；2人晉升為教授，1人晉升為副教授；1人入選“國務院政府特殊津貼專家”、1人入選教育部“園藝（含茶學）教學指導委員會委員”、1人入選貴州省“百層次創新人次”、1人入選“貴州省省管專家”、1人入選“貴州省第七批優秀青年科技人才”。三、代表性論著（不超過5篇）序號論文專著名稱/刊名/作者年卷頁碼（xx年xx卷xx頁）發表時間（年月日）通訊作者（含共同）第一作者（含共同）國內作者他引總次數檢索數據庫論文署名單位是否包含國外單位1Oxidativestressandnon-enzymaticantioxidantsinleavesofthreeediblecannacultivarsunderdroughtstressHort.Environ.Biotechnol.,Wen-EZhang,Zhi-GuoTian,Xue-JunPan,Xiu-MingZhao,FeiWang*.2013年54卷第1-8頁2013FeiWangZhangWene張文娥、田治國、潘學軍、趙秀明、王飛12Webofscience否2AntioxidantmechanismandLipidPeroxidationPatternsinleavesandpetalsofMarigoldinresponsetodroughtstress.Hort.Environ.Biotechnol.,/Zhi-GuoTian,FeiWang*.Wen-EZhang,Chang-mingLiuXiu-MingZhao.2012年53卷第183-192頁2012FeiWang田治國田治國、王飛、張文娥、潘學軍、趙秀明、47Webofscience否3AntioxidantenzymesandphotosyntheticresponsestodroughtstressofthreeCannaeduliscultivars.KoreanJ.Hort.Sci.,Wen-EZhang,FeiWang*,Xue-JunPan,Zhi-GuoTian,Xiu-MingZhao.2013年31卷第677-686頁2013FeiWangZhangWene張文娥、王飛、潘學軍、田治國、趙秀明、5Webofscience否4多元統計分析方法在萬壽菊品種抗旱性評價中的應用/應用生態學報/田治國、王飛