中国芒(Miscanthus+sinensis)初级核心种质的构建
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第40卷第16期2020年8月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.40,No.16Aug.,2020基金项目:国家自然科学基金项目(41571130073);中国科学院创新交叉团队收稿日期:2019⁃10⁃30;㊀㊀网络出版日期:2020⁃06⁃08∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:xuxianliww@gmail.comDOI:10.5846/stxb201910302294曾祥明,徐宪立,钟飞霞,易汝舟,徐超昊,张耀华.MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究.生态学报,2020,40(16):5611⁃5619.ZengXM,XuXL,ZhongFX,YiRZ,XuCH,ZhangYH.ComparativestudyofMixSIARandIsoSourcemodelsintheanalysisofplantwatersources.ActaEcologicaSinica,2020,40(16):5611⁃5619.MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究曾祥明1,2,3,徐宪立1,3,∗,钟飞霞1,3,易汝舟1,2,3,徐超昊1,2,3,张耀华1,2,31中国科学院亚热带农业生态研究所,长沙㊀4101252中国科学院大学,北京㊀1000493中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站,环江㊀547100摘要:选取西南喀斯特地区次生林中主要优势植物刺楸(Kalopanaxseptemlobus(Thunb.)Koidz.)㊁香椿(Toonasinensis)和化香(PlatycaryastrobilaceaSieb.etZucc.)为研究对象,通过对不同土壤深度的土壤水㊁泉水㊁雨水和植物采样,利用氢氧稳定同位素技术,借助IsoSource和MixSIAR两种模型分析植物水分来源,通过直接相关法判断植物主要吸水源来衡量两种模型的适用性㊂结果表明,降雨δ18O值在3月 6月偏正,在6月 8月数据偏负,存在明显的季节变化㊂在春季不同土壤层土壤水δ18O值土壤深度增加而降低,夏季呈现相反的规律㊂基于IsoSource和MixSIAR模型计算植物不同水分来源比例时存在一定差异㊂基于直接相关法定性分析植物水分来源表明MixSIAR模型计算结果可靠性高于IsoSource模型㊂基于均方根误差(RootMeanSquareError,RMSE)进行模型评价,结果显示出MixSIAR模型的RMSE结果小于IsoSource模型,表明利用MixSIAR模型计算植物对各水源的利用比例适用性高于IsoSource模型㊂本文结果有助于在解析植物水分来源时为模型的选择提供参考㊂关键词:喀斯特;氢氧稳定同位素;水分来源;IsoSource模型;MixSIAR模型;生态水文ComparativestudyofMixSIARandIsoSourcemodelsintheanalysisofplantwatersourcesZENGXiangming1,2,3,XUXianli1,3,∗,ZHONGFeixia1,3,YIRuzhou1,2,3,XUChaohao1,2,3,ZHANGYaohua1,2,31InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofScience,Changsha410125,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3HuanjiangObservationandResearchStationforKarstEcosystem,ChineseAcademyofSciences,Huanjiang547100,ChinaAbstract:Plantwatersourceisaprerequisiteforresearchandmanagementofagricultureandecology.EspeciallyinKarstareas,duetothespecialgeologicalconditions,plantsarepronetogenerallysufferinseverewaterdeficit.Understandingtheplantwatersourcesisthereforeimportantforecologicalrestoration.Inthisstudy,themaindominantplantsinthesecondaryforestofsouthwestkarstregions,Kalopanaxseptemlobus(Thunb.)Koidz.,ToonasinensisandPlatycaryastrobilaceaSieb.etZucc.wereselected.Isotopicsamplesofsoilmoistureatdifferentsoildepth,springwater,rainwaterandplantswerecollected.WeanalyzedtheplantswatersourcesbyIsoSourceandMixSIARmodels,andtheperformanceofthetwomodelswerecompared.Theresultsshowedthattheδ18OvaluesofrainfallwerepositiveduringMarchtoJune,whilethesevalueswerenegativeduringJunetoSeptember,2017.Thus,theδ18Oofrainfallexhibitedthesignificantlytemporalorseasonalvariations.Theδ18Ovaluesofsoilmoistureatdifferentsoillayersdecreasedwiththeincreaseofsoildepthinspring,while2165㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀40卷㊀thiscircumstancewascontraryinsummer.ThereweresignificantdifferencesincalculatingtheproportionofplantswatersourcesbetweenIsoSourceandMixSIARmodels.TheanalysisofplantwatersourcesbasedonthedirectinferenceapproachshowedthattheperformanceofMixSIARmodelwasbetterthanthatofIsoSourcemodel.TheperformanceofMixSIARmodel(RootMeanSquareError(RMSE),0.61inspringand0.59insummer)outperformedtheIsoSourcemodel(RMSE,0.84inspringand0.74insummer)inestimatingtheplantswatersources.Theresultsofthestudycanprovideabeneficialguideinmodeldecisionforthefutureresearchersinplantwatersources.KeyWords:karst;hydrogenandoxygenstableisotopes;plantwatersources;IsoSourcemodel;MixSIARmodel;ecohydrology水作为生态系统中物质循环和能量流动的重要载体,在保障生态系统正常运作中起着至关重要的作用,同时也是植物正常生长发育所必须的,因此在缺水区极易成为植物生长的限制因子㊂在南方喀斯特地区,降水丰沛,但年降雨分配不均,存在明显的季节变化[1],同时喀斯特地区土壤浅薄且不连续,土壤保水蓄水能力差,易形成干旱[2],因此植物容易因缺水而导致死亡,对当地生态环境造成重大影响㊂植物水分来源是植被耗水的重要组成部分,对植物水分来源的解析有助于理解植被耗水规律,进而为喀斯特石漠化地区植被重建和生态恢复提供相关知识,因此研究喀斯特地区植物水分来源对于恢复和重建当地生态系统有着重要的意义㊂研究植物水分来源方法有很多且存在较大差异㊂主要包括根系挖掘法[3⁃4]㊁连续监测各潜在水分来源的含水量变化[5]㊁监测植物黎明前水势[6]和直接相关法[7⁃11]㊂根系挖掘法能够根据有无根系分布来确定植物可能利用水源,但不能确定植物对各个水源的吸收比例同时也容易对植物生长环境造成极大的破坏[12]㊂连续监测各潜在水分来源的含水量变化能够分析植物水源的季节变化,然而只适用于风化程度较高的地区㊂监测植物黎明前水势的方法不受植物所处环境的影响,适应范围广,但无法确定植物对各个水源的吸收比例㊂直接相关法的优势在于操作简单,但亦无法确定植物对各个水源的吸收比例㊂因此,这四种方法都存在不足,或者无法准确的分析出植物对不同水源的利用比例,或者适用范围小㊂随着光谱测定稳定同位素技术的发展,同时植物(除少数盐生和旱生植物)根系吸收水在运输到未栓化茎秆之前,其同位素比率不会发生变化[13],各水源之间氢氧稳定同位素存在显著差异[14],因此氢氧稳定同位素已被广泛用于植物水分来源研究[9,15⁃17]㊂量化植物水分来源模型主要有IsoSource[18]㊁MixSIR[19]㊁SIAR[20]和MixSIAR[21],然而各种方法定量区分的结果尚值得商榷㊂IsoSource模型在计算植物水分来源中运用最广泛,但它只是基于简单的质量守恒,并未考虑随机测量误差与同位素分馏等不确定性对模型的影响[22],而MixSIAR不仅融合了MixSIR和SIAR模型优势又加入源数据输入形式和分类变量等模块,能有效提高模型计算精度[21]㊂Evaristo等[23]在比较二源质量守恒和贝叶斯混合模型计算植物水分来源时发现,贝叶斯混合模型能够更有效的评估植物水分来源的利用比例,Wang等[24]在研究半干旱区植物水分来源时发现MixSIAR和SIAR模型植物水分来源溯源效果优于IsoSource和MixSIR模型㊂因此在研究植物水分来源时,应该选择何种方法,研究者对该问题易产生困惑㊂同时MixSIAR是融合MixSIR和SIAR模型中的优势,所以有必要研究IsoSource和MixSIAR模型在计算植物水分来源时存在的差异及模型适用性㊂为此本文利用氢氧稳定同位素技术,研究喀斯特地区次生林3种植物(刺楸㊁香椿和化香)在春夏两季水分来源利用情况,通过IsoSource和MixSIAR模型量化不同水源对植物茎杆水的贡献比例,评估两种模型在计算植物水分来源的表现并探索造成两者模型计算结果差异的潜在原因,希望能为以后研究者在研究喀斯特地区植物水分来源时应选择何种模型来解析水源对植物的贡献比例提供参考㊂1㊀材料和方法1.1㊀研究区概况㊀㊀研究区位于贵州省普定县的陈旗流域(图1)(105ʎ42ᶄ 105ʎ43ᶄE,26ʎ14ᶄ 26ʎ15ᶄN),该区域属于典型的亚热带季风湿润气候,年平均降雨量1336mm,年均温度为14.2ħ㊂植被覆盖率和覆盖度较高,次生林主要物种有香椿(Toonasinensis)㊁化香(PlatycaryastrobilaceaSieb.etZucc.)和刺楸(Kalopanaxseptemlobus(Thunb.)Koidz.)等优势乔木,偶见合欢(AlbiziajulibrissinDurazz.)和白栎(QuercusfabriHance)等乔木;下层偶见小叶冻绿(Rhamnusutilis)㊁小果蔷薇(RosacymosaTratt.)等小型灌木㊂陈旗流域岩石主要包括白云岩和石灰岩,降雨主要集中在5月 10月份[25],研究区地形崎岖且土壤浅薄不连续[26],保水蓄水能力差,同时由于山地被过度开垦,土壤结构出现严重破坏,导致严重的石漠化现象㊂图1㊀样点分布图Fig.1㊀Locationofthestudysites1.2㊀研究方法选取次生林中优势物种:刺楸(K.septemlobus(Thunb.)Koidz.)㊁香椿(T.sinensis)和化香(P.strobilaceaSieb.etZucc.)为研究对象㊂并在春季2017年4月24日 27日,夏季2017年7月8日 10日分别对不同土层土壤水㊁植物木质部水㊁泉水和降雨进行采样㊂植物样品采集:每种植物选择大小相似位置相近的3棵植物分别采样,每棵植物采集一个样品㊂选择每棵植物茎杆直径为0.1 0.3cm,长度4 5cm的枝条[27],将树皮削去,取植物木质部放入采样瓶中㊂土壤样品采集:在采样植物旁边选择挖掘一个土壤剖面,分别采集10㊁20㊁30㊁40cm土壤层的土壤样品,每层土壤采集3个重复,此外在采样前剖面外5cm的垂直面移除以防止蒸发对同位素产生影响,将采样土壤装入采样瓶中[28]㊂雨水和泉水样品采集:采样时间2017年3月 8月㊂当样地单次降雨量可被收集时,用塑料容器采集以防止蒸发,当雨量足够多时,将降雨倒入采样瓶中㊂同时对山坡下方存在的两个泉眼进行水样采集,采集频率每5天1次㊂将装有样品的所有采样瓶用封口膜密封,迅速放入带有冰盒的保温盒中,带回实验室后储存于-20ħ的冰箱中㊂1.3㊀实验分析植物和土壤样品在低温真空条件下,利用VacuumCondensationExtractionSystem(LI⁃2000,LICA,China)在700Pa压强下抽提植物木质部水和土壤水,样品中不同的水分含量影响植物抽提速度,一般抽提时间为1.5 3h,抽提效率超过98%㊂植物木质部在经过低温真空抽提之后,将所抽提的水经过MCM(Micro⁃CombusionModule)设备去除可能含有的有机物质,再用液态水同位素分析仪(L2120-I,picarro,USA)测定各水体的氢氧稳定同位素比率,其中氢稳定同位素比率精度为1.5ɢ,氧稳定同位素比率精度为0.2ɢ㊂根据同位素表达式计算δ2H和δ18O值:δɢ()=Rsample-RstandardRstandardˑ1000,其中δɢ()为植物㊁土壤㊁雨水和泉水的氢3165㊀16期㊀㊀㊀曾祥明㊀等:MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究㊀氧稳定同位素值,Rsample和Rstandard分别为样品中2H/H和18O/16O以及国际通用标准物中2H/H和18O/16O㊂氢氧稳定同位素计算结果以标准平均海水为标准㊂1.4㊀数据分析利用IsoSource和MixSIAR模型分别计算植物利用各水分来源比例,其中在利用IsoSource模型计算植物水分来源过程中,Increment为1%,Tolerance设定值一般不小于Increment增量与各水源同位素比率之间最大差值的乘积的一半[18]㊂MixSIAR模型输入的原始数据使用均值和标准差,Errorstructure选择Resid∗Process, MCMC 的运行长度选择 Verylong ㊂通过模型评价指标均方根误差(RootMeanSquareError,RMSE)来衡量两模型计算结果的适用性㊂由于目前植物对不同水源的实际利用值无法直接观测[29],因此本研究将测得的植物木质部同位素比率作为观测值(oi),预测值(pi)通过以下公式计算[24,30]:pi=ðni=1fiδA(1)式中,n是植物水源个数,fi是MixSIAR和IsoSource模型计算植物对第i个水源的利用比例,δA是不同水源的同位素比率㊂模型效果评价指标RMSE计算公式:RMSE=[1nðni=1(pi-oi)2]1/2(2)所有计算结果用Origin2018作图㊂2㊀结果与分析图2㊀研究期降雨量及雨水δ18O值分布特征Fig.2㊀Distributioncharacteristicsofrainfallandδ18Oduringthestudyperiod2.1㊀降水及雨水同位素季节动态在研究区内2017全年降雨为996.7mm,其中3月 8月总降雨为657.2mm,占全年降雨量的65.9%,降雨相对集中㊂数据结果显示,在3月 6月,δ18O同位素为-2.39ɢʃ1.92ɢ,数据偏正,在6月 8月,δ18O同位4165㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀40卷㊀素为-10.12ɢʃ3.12ɢ,数据偏负,表现为明显的季节变化㊂根据当地降水同位素,线性拟合出当地大气降水线方程δ2H=8.50δ18O+12.29(R2=0.97,P=0.001),而全球大气降水线方程:δ2H=8δ18O+10㊂从方程可以看出当地大气降水线方程在截距和斜率都高于全球大气降水线方程,表明当地降水的蒸发富集现象并不明显㊂2.2㊀植物水分来源定性分析图3结果显示,在春季采样时间(4月24日 27日)土壤水δ18O值在表层土壤中最大,并随着土壤深度(0 40cm)的增加而下降,并且此时的泉水δ18O值略高于40cm土壤处δ18O值㊂植物木质部水δ18O值中刺楸值最小,同时香椿和化香的δ18O值相近,表明当利用模型计算香椿和化香植物水分来源利用比例时各水源结果应该相近㊂图3表明在夏季采样时间内(7月8日 10日)土壤水δ18O值在表层土壤中最小,并且随着土壤深度(0 40cm)增加而增加,与春季δ18O值变化规律相反,并且此时的泉水的δ18O值最高㊂植物木质部水δ18O值中香椿高于化香和刺楸,且夏季香椿和化香的δ18O值相差比春季大,表明当利用模型计算香椿和化香植物水分来源比例时各水源利用比例值存在一定差异㊂根据图中植物水δ18O值所在的直线与不同源δ18O值所在的线的交点所处的位置,初步判断在春季香椿和化香主要利用20cm土层土壤水分,而刺楸主要利用30cm土层土壤水分㊂在夏季,香椿主要利用40cm土层土壤水分,而化香主要利用30cm土层土壤水分,刺楸主要利用10cm土层土壤水分㊂图3㊀春夏季CQ㊁HX㊁XC和不同水源的δ18O值变化特征Fig.3㊀Variationcharacteristicsofδ18OamongCQ,HX,XCanddifferentwatersourcesinspringandsummerseasonsCQ:刺楸Kalopanaxseptemlobus(Thunb.)Koidz.;HX:化香PlatycaryastrobilaceaSieb.etZucc.;HX:香椿Toonasinensis2.3㊀基于MixSIAR和IsoSource模型对植物水分来源定量分析直接相关法只能判断植物水分的大致来源,然而确定植物对各个水源的吸收比例在实际应用中更重要,运用MixSIAR和IsoSource模型来分析植物对不同土层土壤水(10㊁20㊁30㊁40cm)和泉水的利用比例,计算结果存在一定差异㊂图4结果显示,在春季,利用MixSIAR模型对植物水分来源分析结果表明,香椿对10㊁20㊁30㊁40cm土层土壤水和泉水的利用比例分别是27%㊁25%㊁21%㊁13%㊁14%与化香的结果(27%㊁28%㊁22%㊁11%㊁12%)相近,这与直接相关法定性判断结果相近㊂然而利用IsoSource模型对植物水分来源分析显示,香椿对10㊁20㊁30㊁40cm土层土壤水和泉水的利用比例分别是28%㊁27%㊁10%㊁21%㊁13%与化香的结果(23%㊁25%㊁25%㊁13%㊁14%)存在较大差异,这个结果与直接相关法分析的结果差别较大㊂MixSIAR模型的计算表明刺楸主要利用5165㊀16期㊀㊀㊀曾祥明㊀等:MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究㊀10 30cm土层土壤水,与直接相关法分析的结果相近㊂直接相关法分析表明刺楸主要利用20 30cm土层土壤水并且对10 30cm土层土壤水的利用比例大于对40cm土层土壤水和泉水的利用比例㊂而IsoSource模型计算结果表明刺楸主要利用30 40cm土层土壤水和泉水,与直接相关法判断结果存在很大偏差㊂在夏季,MixSIAR模型计算结果表明化香对20㊁30㊁40cm土层土壤水的总利用比例为58%,IsoSource模型计算结果表明化香对20㊁30㊁40cm土层土壤水总利用比例为21%,而通过直接相关法显示化香对20㊁30㊁40cm土层土壤水吸收比例高于10cm土层土壤水和泉水,只有MixSIAR模型计算结果满足要求㊂因此MixSIAR模型计算结果比IsoSource模型计算结果可靠性要高㊂MixSIAR模型计算结果表明香椿对30㊁40cm土层土壤水和泉水总利用比例为50%,IsoSource模型计算结果表明香椿对30㊁40cm土层土壤水和泉水总利用比例为13%,而直接相关法分析表明香椿对30㊁40cm土层土壤水和泉水水源吸收比例高于10cm和20cm土层土壤水,结果同样表明只有MixSIAR计算结果满足要求㊂MixSIAR和IsoSource模型计算刺楸水分来源的结果表明:刺楸主要利用10cm土层土壤水,利用比例分别为59%和96%,这与直接相关法得出的结果一致㊂图4㊀IsoSource和MixSIAR模型计算植物水分来源比例结果Fig.4㊀TheresultsoftheproportionofplantwatersourcefromIsoSourceandMixSIARmodels图a,b分别是MixSIAR模型计算春夏季比例结果;图c,d分别是IsoSource模型计算春夏季比例结果2.4㊀模型的总体评价图5显示在春季,MixSIAR模型计算的RMSE值0.61,而IsoSource模型计算的RMSE是0.84㊂在夏季MixSIAR模型计算的RMSE值是0.59,而IsoSource模型计算的RMSE是0.74㊂上述结果表明,MixSIAR模型结算结果的RMSE值小于IsoSource模型计算结果㊂因此利用MixSIAR模型计算植物水分来源结果误差小于IsoSource模型计算结果,在喀斯特地区更适合利用MixSIAR模型解析植物水分来源㊂6165㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀40卷㊀图5㊀MixSIAR和IsoSource模型评价指标结果Fig.5㊀TheperformanceofplantwatersourcebyusingMixSIARandIsoSourcemodels3㊀讨论MixSIAR和IsoSource模型是量化植物水分来源比例的重要方法㊂本文研究结果显示这两种模型在量化植物水分来源上存在一定差异㊂以量化次生林刺楸㊁香椿和化香3种植物水分来源为例,借助直接相关法的分析结果,衡量哪种方法更适合解析喀斯特地区植物对不同水分来源利的利用比例㊂在春季,MixSIAR模型分析结果显示香椿和化香对不同的水分来源利用比例很接近,与直接相关法分析的结果相一致㊂而IsoSource模型计算结果显示香椿和化香对各水源的利用比例存在一定的差异,尤其是植物对30 40cm土层土壤水利用存在很大的差异,然而直接相关法分析显示香椿㊁化香δ18O值与水源线的交点相近,这表明,香椿和化香在对30 40cm土层土壤水的利用比例应该相近而不应出现较大差异,这与MixSIAR模型计算的植水分来源结果较一致㊂同时MixSIAR模型计算刺楸植物水分来源结果显示刺楸主要利用10 30cm土层土壤水,并对10 30cm土层土壤水吸收大于泉水和40cm土层土壤水,而IsoSource模型计算结果显示,刺楸主要吸收30 40cm土层土壤水和泉水的水源㊂这两者的计算结果中植物的主要水源都有30cm土层土壤水,与直接相关法分析结果近乎一致,但是刺楸δ18O值对于10 20cm土壤δ18O值较40cm土壤和泉水值更接近,因此刺楸应该对10 20cm土壤水吸收高于40cm和泉水,与MixSIAR模型计算出的结果一致,而与IsoSource模型计算结果存在较大差异㊂结果显示,MixSIAR模型解析植物水分来源可靠性高于IsoSource模型㊂同时根据模型评价指标RMSE显示,在春夏季,MixSIAR模型评价指标RMSE都小于IsoSource模型㊂因此,MixSIAR模型对量化植物水分来源适用性高于IsoSource模型㊂氢氧稳定同位素在植物(除少数耐盐和旱生植物外)吸水过程中并不发生分馏,同时各种水源氢氧稳定同位素值存在较大的差异[13],这为氢氧稳定同位素研究植物水分来源提供了理论基础[31]㊂PhillipsandGregg[18]和Phillips[32]基于质量守恒方程,利用线性混合模型得出当n+1的水源能够被n个示踪元素精准的分析出㊂以一个稳定性同位素值和两个源为例,引入fA和fB作为利用A㊁B源的利用比例,δA和δB为源同位素值,δM为混合物同位素值,得出方程组:δM=fAδA+fBδB,1=fA+fB,进而解析出方程中的fA和fB值㊂然而,准确计算混合物源的比例需要满足一定条件,只有当源的数量少于或者等于同位素数量+1时,这些方程才能精准的解析出不同源的利用比例[19]㊂同时,随机测量误差㊁同位素分馏都会导致这些比例估计值的不确定7165㊀16期㊀㊀㊀曾祥明㊀等:MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究㊀性[22]㊂然而,IsoSource模型在实际应用的过程中源的数量往往都会高于同位素的数量+1,因此在利用上述方程求解时,方程将会呈现多解情况,方程的不确定增加,结果就会更加不可靠,同时也没有考虑到同位素在混合物与源之间的分馏,这样使得计算的结果更加不可靠㊂因此,导致本研究中利用IsoSource模型计算植物水分来源结果可靠性低于MixSIAR模型㊂为了进一步提高解析混合物与源之间的准确度,解决IsoSource模型存在的问题,MooreandSemmens[19]提出了基于MATLAB开发的MixSIR计算模型,该模型提出源对混合物贡献的概论分布,明确指出不确定性与源㊁分馏和同位素特征关系,同时在分析的过程中也可以加入先验信息㊂Parnell等[20]基于贝叶斯同位素混合模型,并进一步发布一个新的开源R包SIAR㊂SIAR与MixSIR模型有很大的相似处,然而SIAR模型包含残差而MixSIR模型没有㊂根据SIAR模型计算公式:Xij=ðKk=1pkqjk(sjk+cjk)ðKk=1pkqjk+εij(3)式中,Xij是第i个混合物中同位素j的值,pk是由模型计算出第k个源对混合物的贡献率,qjk是第k个源中同位素j的浓度,sjk是第k个源中同位素j的值,cjk是第k个源中同位素j的分馏系数,εij是残差㊂当SIAR模型加入残差εij后,能够降低模型的不确定,从而提高模型的准确性[33]㊂MixSIAR模型是基于R语言包并结合MixSIR和SIAR模型的优点所做的改进,通过考虑源值㊁分类和连续协变量和先验信息中的不确定性来改进更简单的线性混合模型,以提高模型结果的准确性㊂图5结果显示,MixSIAR模型计算的RMSE值(春季0.61,夏季0.59)低于IsoSource模型计算的RMSE值(春季0.84,夏季0.74)证实了MixSIAR模型解析植物水分来源利用比例误差更小并且可靠性更高㊂然而,在喀斯特地区IsoSource模型被广泛运用于解析植物水分来源㊂丁亚丽等[34]利用IsoSource模型研究尾巨桉水分利用特征,Nie等[35]利用IsoSource模型研究木本植物水分来源季节变化,Deng等[36]利用IsoSource模型研究青冈(Cyclobalanopsisglauca)植物水分来源利用情况㊂在喀斯特地区很少有研究者利用MixSIAR模型解析植物水分来源,MixSIAR模型多数被用于非喀斯地区,如杜俊杉等[37]利用MixSIAR模型分析冬小麦植物水分来源,MaandSong等[38]利用MixSIAR模型研究玉米水分来源季节变化㊂但本研究表明在喀斯特地区更适合利用MixSIAR模型解析植物水分来源㊂4㊀结论雨水δ18O值存在明显的季节变化特征,在3月 6月偏正,在6月 8月数据偏负㊂在喀斯特地区利用MixSIAR和IsoSource模型解析植物对不同水源的利用比例结果存在差异㊂基于直接相关法结果显示,MixSIAR模型计算植物水分来源优于IsoSource模型计算结果㊂基于MixSIAR和IsoSource模型计算结果总体评价的结果显示,在春夏季,MixSIAR和IsoSource模型计算植物水分来源的RMSE值分别为0.61(0.59)和0.84(0.74),因此MixSIAR模型在计算植物水分来源时可靠性高于IsoSource模型㊂所以在喀斯特地区利用MixSIAR模型解析植物水分来源比IsoSource模型更适合㊂参考文献(References):[1]㊀LiuMX,XuXL,SunAY,WangKL,LiuW,ZhangXY.IssouthwesternChinaexperiencingmorefrequentprecipitationextremes?EnvironmentalResearchLetters,2014,9(6):064002.[2]㊀彭晚霞,王克林,宋同清,曾馥平,王久荣.喀斯特脆弱生态系统复合退化控制与重建模式.生态学报,2008,28(2):811⁃820.[3]㊀DahlmanRC,KuceraCL.Rootproductivityandturnoverinnativeprairie.Ecology,1965,46(1/2):84⁃89.[4]㊀ZhangXY,PeiD,ChenSY.RootgrowthandsoilwaterutilizationofwinterwheatintheNorthChinaPlain.HydrologicalProcesses,2004,18(12):2275⁃2287.[5]㊀聂云鹏,陈洪松,王克林.土层浅薄地区植物水分来源研究方法.应用生态学报,2010,21(9):2427⁃2433.[6]㊀TurnerNC,JonesMM.Turgormaintenancebyosmoticadjustment:areviewandevaluation//TurnerNC,KramerPJ,eds.AdaptationofPlantstoWaterandHighTemperatureStress.NewYork:JohnWiley&Sons,1980:87⁃103.8165㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀40卷㊀[7]㊀AsbjornsenH,MoraG,HelmersMJ.VariationinwateruptakedynamicsamongcontrastingagriculturalandnativeplantcommunitiesintheMidwesternU.S.Agriculture,Ecosystems&Environment,2007,121(4):343⁃356.[8]㊀邓文平,余新晓,贾国栋,李亚军,刘玉洁,白艳婧.利用稳定氢氧同位素定量区分栓皮栎旱季水分来源的方法比较.应用基础与工程科学学报,2013,21(3):412⁃422.[9]㊀付青云,刘廷玺,段利民,王冠丽,曹文梅,黄天宇.基于稳定性氧同位素分析不同树龄小叶锦鸡儿用水策略.生态学杂志,2019,38(5):1570⁃1579.[10]㊀李雪松,贾德彬,钱龙娇,冯蕴.基于同位素技术分析不同生长季节杨树水分利用.生态学杂志,2018,37(3):840⁃846.[11]㊀张景文,陈报章.基于同位素分析研究山东禹城夏玉米水分来源.水土保持学报,2017,31(4):99⁃104.[12]㊀ZhangYC,ShenYJ,SunHY,GatesJB.Evapotranspirationanditspartitioninginanirrigatedwinterwheatfield:acombinedisotopicandmicrometeorologicapproach.JournalofHydrology,2011,408(3/4):203⁃211.[13]㊀聂云鹏,陈洪松,王克林,SusanneS.采用稳定同位素技术判定喀斯特地区植物水分来源的挑战与可能应对方案.应用生态学报,2017,28(7):2361⁃2368.[14]㊀BrunelJP,WalkerGR,DightonJC,MontenyB.Useofstableisotopesofwatertodeterminetheoriginofwaterusedbythevegetationandtopartitionevapotranspiration.AcasestudyfromHAPEX⁃Sahel.JournalofHydrology,1997,188⁃189:466⁃481.[15]㊀DawsonTE,EhleringerJR.Isotopicenrichmentofwaterinthe 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西北农业学报 2024,33(5):834-841A c t a A gr i c u l t u r a e B o r e a l i -o c c i d e n t a l i s S i n i c a d o i :10.7606/j.i s s n .1004-1389.2024.05.006h t t p s ://d o i .o r g /10.7606/j.i s s n .1004-1389.2024.05.006青稞苗期耐低氮能力的品种差异分析收稿日期:2022-09-13 修回日期:2022-11-15基金项目:青海省农林科学院创新基金(2019-N K Y -05);国家自然科学基金(32060423);2022年国家大麦(青稞)产业技术体系(C A R S -05-01A -05);青海省自然科学基金计划-创新团队(2022-Z J -902);青海省创新平台建设专项(2022-Z J -Y 01)㊂第一作者:安立昆,男,助理研究员,硕士生导师,主要从事青稞遗传育种研究㊂E -m a i l :a n l i k u n @163.c o m 通信作者:吴昆仑,男,研究员,博士生导师,主要从事青稞遗传育种研究㊂E -m a i l :w k l qa a f @163.c o m 安立昆1,2,3,4,马爱莎5,姚有华1,2,3,4,其美永藏5,吴昆仑1,2,3,4(1.青海大学农林科学院,西宁 810016;2.青藏高原种质资源研究与利用实验室,西宁 810016;3.青海省青稞遗传育种重点实验室,西宁 810016;4.国家麦类改良中心青海青稞分中心,西宁 810016;5.青海大学生态环境工程学院,西宁 810016)摘 要 以8个代表性品种为材料,分析低氮胁迫下青稞苗期的农艺性状和耐低氮能力㊂结果表明:低氮胁迫下各青稞农艺性状都出现显著差异㊂所有青稞中株高㊁植株鲜质量㊁植株干质量都明显下降,根长㊁根鲜质量㊁根干质量都明显上升㊂但不同品种的根冠比变化差异不同,通过对各农艺性状分析发现,植株和根的鲜质量和干质量更能反映青稞的耐低氮能力,其中根干质量是筛选耐低氮青稞的最重要农艺性状,可以作为青稞耐低氮资源筛选的重要指标㊂多指标综合分析结果表明,各青稞耐低氮能力为 昆仑15 > 黄青1号 > 肚里黄 > 昆仑14 > 昆仑18 > 二道眉白青稞 > 洛隆宗 > 特邬 ㊂关键词 青稞;低氮胁迫;苗期;农艺性状青稞(H o r d e u m v u l ga r e L .v a r .n u d u m H o o k .f .)是大麦属1a 生草本植物,由于其成熟后稃壳容易脱落,也称为裸大麦,是中国青藏高原地区种植面积最大,分布最广泛的重要粮食和饲料作物[1-3]㊂青稞富含β-葡聚糖㊁纤维素㊁酚类物质等多种特色营养成分,具有预防癌症㊁糖尿病㊁高血脂等多种功效,是一种非常具有开发潜力的保健食品[4]㊂青稞主要生长在生态脆弱㊁土地贫瘠的高原地区,在青稞种植过程中不可避免要施用大量氮肥,对高原地区脆弱的农业生态造成严重影响,筛选和培育耐低氮青稞品种,减少青稞生产中的氮肥施用,是目前高原地区青稞产业可持续发展面临的重要问题之一[5-8]㊂氮是作物生长发育中最重要的营养元素之一,充足的氮元素供应是保证作物产量和品质的重要因素㊂同一作物中不同基因型对低氮的耐受能力差异极大,通过统计分析低氮培养条件下的作物农艺性状特点,筛选出具有耐低氮特性的作物基因型及与耐低氮密切相关的农艺性状,是目前作物耐低氮资源筛选和研究所普遍采用的方法[9-14]㊂王晓芸等[15]采用苗期水培的方法通过统计分析低氮培养条件下大麦苗期农艺性状的变异范围,对42种大麦资源的氮利用效率进行研究,筛选出氮高效利用大麦资源3份和氮低效利用资源2份㊂姜琪等[16]采用水培的方法对19份大麦地方品种低氮条件下根长㊁株高㊁分蘖数和干质量等指标的显著性㊁变异系数㊁相关性进行分析,筛选出耐低氮大麦资源5份,并且发现植株和根干质量是大麦耐低氮筛选的重要农艺性状,而株高不适于作为大麦耐低氮筛选的农艺性状指标㊂扎桑等[17]采用苗期H o a gl a n d s 营养液培养的方法对1029份青稞苗期低氮条件下株高㊁根长㊁植株和根的鲜质量和干质量等农艺性状和生理指标进行测量和分析,筛选出30份耐低氮和30份对低氮敏感的青稞材料㊂目前,关于青稞耐低氮资源筛选和农艺性状特点的研究报道较少㊂研究低氮条件下青稞的农艺性状特点,筛选耐低氮青稞资源,并研究其关键农艺性状,对于筛选和培育耐低氮青稞品种具有重要的意义㊂本研究对低氮胁迫下不同青稞苗期的农艺性状指标进行研究,以期为耐低氮青稞资源筛选㊁品种培育提供参考㊂1材料与方法1.1试验材料以前期从108份青稞资源中初步筛选出耐贫瘠能力较强,在生产上广泛种植,并具有不同青稞主产区代表性的青稞品种: 昆仑15 黄青1号 昆仑18 肚里黄 洛隆宗 特邬 二道眉白青稞 ㊂以上8种青稞种子均由青藏高原种质资源研究与利用实验室保存㊂1.2试验方法1.2.1青稞低氮处理各青稞种子经84消毒液浸泡6m i n后用自来水冲洗6次,将种子放在湿润的滤纸上进行萌发,1周后选取长势相似的幼苗固定于泡沫板中,每种青稞5株幼苗,放于黑色塑料盒(600mmˑ500mmˑ160mm)中,共设置2盒㊂采用改良H o a g l a n d s培养液(80m g/L N H4N O4)进行培养㊂每盒20L培养液㊂用空气泵24h向培养液中通入空气,每3d更换1次培养液,每天用1m o l/L K O H溶液稳定p H为7.0㊂当幼苗生长至3叶期时,分别采用正常(80 m g/L N H4N O4)和低氮(20m g/L N H4N O4)的改良H o a g l a n d s培养液继续进行培养㊂待青稞生长至5叶期时对农艺性状进行测量㊂1.2.2测定指标与方法测量株高和根长㊁植株和根鲜质量后将植株和根在105ħ下烘30m i n 杀青,80ħ烘至恒质量后对植株和根干质量进行称量㊂1.2.3数据统计与分析各指标显著性㊁变异系数㊁相关性㊁主成分和隶属函数分析,参照吕立军[18]㊁王春萍等[19]㊁李洁[20]㊁吝海霞[21]㊁马尧[22]㊁吴雯雯[23]进行计算与分析㊂利用M i c r o s o f t E x c e l 2019和S P S S22.0以及R语言分析处理数据㊂耐低氮系数=低氮处理值/正常处理值变异系数=(标准偏差/平均值)ˑ100% P e a r s o n相关性分析:计算公式:r=Nðx i y i-ðx iðy iNðx2i-(ðx i)2Nðy2i-(ðy i)2主成分分析:使用R语言包F a c t o e x t r a通过线性组合对多维数据进行主成分分析,提取表征组间差异的关键变量㊂利用偏最小二乘法判别分析(P L S-D A)建立指标变化与植株处理组别之间的关系模型,通过计算变量投影重要度(V I P)来实现对样本类别预测和差异指标的筛选㊂使用R 语言P L S程序包建立模型㊂随机森林分析:采用R语言R a n d o m F o r e s t 程序包进行计算㊂V1=1nt r e eð(e r r o j-e r r o),n t r e e代表树的数量,e r r o代表误差率㊂隶属函数分析计算公式:μ(X j)=(X j-X m i n)/(X m a x-X m i n),j=1, 2,3, ,n;μ(X j)=1-(X j-X m i n)/(X m a x-X m i n),j= 1,2,3, ,nμ(X j)表示第j个综合指标的隶属函数值, X j表示第j个综合指标值;X m a x表示第j个综合指标的最大值,X m i n表示第j个综合指标的最小值㊂2结果与分析2.1低氮胁迫对不同青稞幼苗农艺性状的影响低氮胁迫处理后所有青稞株高㊁植株鲜质量㊁植株干质量都出现明显下降,根长㊁根鲜质量㊁根干质量都出现明显上升,但不同青稞的指标上升或下降幅度不同(表1)㊂通过对青稞的耐低氮指数分析发现根干质量的变异系数最大(表2)㊂2.2低氮胁迫与不同青稞幼苗农艺性状的相关性和主成分分析对所测定的7个农艺性状进行相关性分析表明,各相对指标之间的相关性存在差异,有1对相对指标呈显著相关(P<0.05)(表3)㊂本研究中, KMO统计量为0.687,B a r l e t t小于0.001,说明数据结构效度良好,可使用主成分分析提取用于青稞耐低氮筛选的相关农艺性状指标㊂利用特征根大于1的筛选标准提取3个主成分,结果所示,前3个主成分解释度达89.33%,正常和低氮处理下青稞不同农艺性状指标差异明显,说明低氮处理下青稞农艺性状指标发生明显变化(表1,表4,图1-A,图1-C)㊂进一步计算不同公因子载荷系数可知:因子1中主要包括根干质量㊁植株干质量㊁根鲜质量和根长,其样本解释度达58.91%;因子2中主要包括植株鲜质量和株高,其样本解释度达16.05%;因子3中主要是根冠比,其样本解释度达14.37%(表4)㊂2.3低氮胁迫下不同青稞幼苗农艺性状P L S-D A判别和随机森林分析P L S-D A判别分析作为有监督模型可提高不㊃538㊃5期安立昆等:青稞苗期耐低氮能力的品种差异分析表1 低氮胁迫下青稞苗期农艺性状( x ʃs )T a b l e 1 A g r o n o m i c t r a i t s o f h u l l e s s b a r e l y a t s e e d l i n g s t a g e u n d e r l o w n i t r o ge n s t r e s s 品种C u l t i v a r指标I n d e x株高/c mP l a n t h e i gh t 根长/c mR o o t l e n gt h 植株鲜质量/gP l a n t f r e s h m a s s根鲜质量/gR o o t f r e s h m a s s植株干质量/gP l a n t d r y m a s s根干质量/gR o o t d r y m a s s根冠比R o o t -s h o o t r a t i o肚里黄D u l i h u a n g正常N o r m a l n i t r o ge n 26.93ʃ1.35a 17.00ʃ0.56a 6.42ʃ0.79a 2.17ʃ0.25a 0.18ʃ0.01a 0.15ʃ0.04a 0.84ʃ0.22a低氮L o w n i t r o ge n 22.23ʃ0.60b 21.17ʃ1.57b 3.53ʃ0.18b 3.68ʃ0.21b 0.79ʃ0.03b 0.87ʃ0.02b 1.10ʃ0.05b洛隆宗L u o l o n g z o n g正常N o r m a l n i t r o g e n 18.57ʃ0.71a 14.67ʃ0.40a 6.74ʃ0.55a 2.67ʃ0.04a 0.11ʃ0.02a 0.42ʃ0.26a 4.20ʃ2.94a低氮L o w n i t r o ge n 13.33ʃ0.50b 16.37ʃ1.16b 2.41ʃ0.26b 2.77ʃ0.10a 0.65ʃ0.07a 0.66ʃ0.04b 1.03ʃ0.017b昆仑14K u n l u n 14正常N o r m a l n i t r o g e n 28.33ʃ1.05a 14.37ʃ1.20a 7.91ʃ0.39a 2.54ʃ0.12a 0.12ʃ0.01a 0.13ʃ0.03a 1.09ʃ0.27a低氮L o w n i t r o ge n 26.37ʃ0.31b 15.50ʃ0.85b 3.78ʃ0.23b 3.04ʃ0.07b 0.81ʃ0.08b 0.96ʃ0.02b 1.20ʃ0.14a黄青1号H u a n g q i n g 1正常N o r m a l n i t r o g e n 26.10ʃ0.72a 12.23ʃ0.80a 5.90ʃ0.29a 2.42ʃ0.10a 0.21ʃ0.02a 0.19ʃ0.04a 0.91ʃ0.20a低氮L o w n i t r o ge n 18.47ʃ0.90b 22.37ʃ1.16b 4.62ʃ0.29b 3.78ʃ0.10b 0.91ʃ0.02b 0.96ʃ0.06b 1.06ʃ0.08a特邬T e w u正常N o r m a l n i t r o g e n 20.33ʃ1.05a 12.07ʃ0.64a 6.83ʃ0.51a 2.25ʃ0.08a 0.15ʃ0.02a 0.13ʃ0.02a 0.85ʃ0.21a低氮L o w n i t r o ge n 11.03ʃ0.67b 13.97ʃ0.32b 2.06ʃ0.46b 2.91ʃ0.15b 0.58ʃ0.03b 0.63ʃ0.07b 1.09ʃ0.10b昆仑15K u n l u n 15正常N o r m a l n i t r o g e n 17.50ʃ1.15a 17.27ʃ1.00a 4.09ʃ0.24a 2.76ʃ0.22a 0.18ʃ0.03a 0.17ʃ0.06a 0.94ʃ0.25a低氮L o w n i t r o ge n 15.73ʃ1.01b 18.70ʃ0.96b 3.96ʃ0.36a 3.86ʃ0.57b 0.61ʃ0.06b 0.76ʃ0.12b 1.25ʃ0.13b昆仑18K u n l u n 18正常N o r m a l n i t r o g e n 24.87ʃ0.67a 16.53ʃ1.16a 5.65ʃ0.27a 2.78ʃ0.20a 0.18ʃ0.02a 0.16ʃ0.04a 0.92ʃ0.14a低氮L o w n i t r o ge n 16.37ʃ1.16b 16.40ʃ0.46a 4.09ʃ0.24b 3.11ʃ0.15b 0.57ʃ0.04b 0.57ʃ0.27b 1.00ʃ0.51a二道眉白青稞正常N o r m a l n i t r o g e n 21.33ʃ1.25a 16.00ʃ0.53a 7.05ʃ0.14a 2.73ʃ0.42a 0.15ʃ0.03a 0.15ʃ0.01a 1.06ʃ0.28aE r d a o m e i w h i t e h u l l e s s b a r l e y低氮L o w n i t r o ge n 13.90ʃ0.61b 18.37ʃ0.93b 3.30ʃ0.44b 3.22ʃ0.52b 0.67ʃ0.05b 0.75ʃ0.05b 1.13ʃ0.03a注:不同的小写字母表示低氮处理与对照组之间存在显著差异(P <0.05)㊂下同㊂N o t e :D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n l o w n i t r o ge n t r e a t m e n t a n d c o n t r o l (P <0.05).T h e s a m e b e l o w.表2 正常与低氮水平处理下青稞苗期农艺性状间的变异( x ʃs )T a b l e 2 V a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f a g r o n o m i c t r a i t s o f h u l l e s s b a r e l y a t s e e d l i n gs t a g e u n d e r n o r m a l n i t r o g e n a n d l o w n i t r o ge n t r e a t m e n t 农艺性状A gr o n o m i c t r a i t 正常N o r m a l n i t r o ge n 变幅V a r i a t i o n 均值M e a n低氮L o w n i t r o ge n 变幅V a r i a t i o n 均值M e a n耐低氮系数L o w n i t r o ge n t o l e r a n c e i n d e x 变幅V a r i a t i o n 均值M e a n农艺性状A gr o n o m i c t r a i t 变异系数/%C VC o e f f i c i e n t o f v a r i a t i o n正常N o r m a l n i t r o g e n 低氮L o w n i t r o ge n 耐低氮系数L o w n i t r o g e n t o l e r a n c e i n d e x 株高/c mP l a n t h e i gh t 16.30~29.423.00ʃ3.91a 10.3~26.717.18ʃ4.75b 0.58~0.980.74ʃ0.12b 株高P l a n t h e i gh t 0.170.280.17根长/c m R o o t l e n gt h 11.4~18.3015.02ʃ2.03a 13.6~23.617.85ʃ2.80b 0.93~1.871.21ʃ0.27b根长R o o t l e n gt h 0.140.160.22植株鲜质量/gP l a n t f r e s h m a s s3.89~8.366.32ʃ1.13a 1.65~4.93.47ʃ0.85b 0.25~1.040.58ʃ0.22b植株鲜质量P l a n t f r e s h m a s s0.180.240.38根鲜质量/gR o o t f r e s h m a s s1.98~3.212.54ʃ0.28a 2.63~4.253.30ʃ0.46b 1.02~1.761.31ʃ0.23b根鲜质量R o o t f r e s h m a s s0.110.140.17植株干质量/gP l a n t d r y ma s s 0.09~0.220.16ʃ0.03a 0.54~0.920.70ʃ0.12b 2.70~7.824.62ʃ1.26b植株干质量P l a n t d r y ma s s 0.220.180.27根干质量/g R o o t d r y ma s s 0.10~0.610.19ʃ0.12a 0.32~0.990.77ʃ0.17b 1.07~9.805.02ʃ2.00b根干质量R o o t d r y ma s s 0.650.220.40根冠比R o o t -s h o o t r a t i o0.59~6.781.35ʃ1.38a 0.52~1.541.11ʃ0.19b 0.16~2.041.13ʃ0.43b根冠比R o o t -s h o o t r a t i o1.020.170.38表3 青稞苗期不同农艺性状相对值之间的相关性分析T a b l e 3 C o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t a m o n g l o w n i t r o g e n s t r e s s c o e f f i c i e n t s o f a g r o n o m i c t r a i t s o f h u l l e s s b a r e l y a t s e e d l i n g s t a ge 指标I n d e x株高P l a n t h e i gh t 根长R o o t l e n gt h 植株鲜质量P l a n t f r e s hm a s s植株干质量P l a n t d r y m a s s根鲜质量R o o t f r e s h m a s s根干质量R o o t d r y m a s s根冠比R o o t -s h o o t r a t i o株高P l a n t h e i gh t 1根长R o o t l e n gt h -0.0551植株鲜质量P l a n t f r e s h m a s s0.4450.2261植株干质量P l a n t d r y ma s s 0.4250.6180.4281根鲜质量R o o t f r e s h m a s s0.296-0.098-0.556-0.1781根干质量R o o t d r y ma s s 0.7060.3130.0950.3870.4191根冠比R o o t -s h o o t r a t i o0.5590.3780.5620.564-0.3380.709*1同指标组合时的判别准确率,去除冗余信息㊂通过计算每个性状指标的变量投影重要度(V I P )可以发现,植株干质量㊁根干质量㊁植株鲜质量和根鲜质量在区分正常和低氮处理组的贡献度最高㊃638㊃西 北 农 业 学 报33卷(图2-A )㊂这4个指标在主成分分析的因子1和因子2中也展现较高的样本表征能力,因此这4个指标可作为体现青稞耐低氮能力的关键指标㊂进一步利用随机森林筛选青稞耐低氮能力的关键指标,结果显示根干质量与低氮胁迫关联度最高,其次是植株干质量㊁根鲜质量和植株鲜质量(图2-B )㊂虽然P L S -D A 模型和随机森林分析筛选到与耐低氮相关青稞性状指标重要度排名略有不同,但是根干质量㊁植株干质量㊁根鲜质量和植株鲜质量均作为前4名与耐低氮相关指标被筛选出来㊂表4 正常与低氮处理下青稞农艺性状主成分分析特征值与方差贡献率T a b l e 4 E i g e n v a l u e s a n d v a r i a n c e c o n t r i b u t i o n s o f p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s o f a gr o n o m i c t r a i t s o f h u l l e s s b a r e l y s e e d l i n g s u n d e r n o r m a l a n d l o w n i t r o ge n t r e a t m e n t s 成分F a c t o r 特征根E i ge n 特征根E i g e n v a l u e (U n r o t a t e d )方差百分比/%O f v a r i a n c e累积/%C u m u l a t i v e o f v a r i a n c e旋转后方差解释率V a r i a n c e o f r o t a t e d特征根E i g e n v a l u e (U n r o t a t e d )方差百分比/%O f v a r i a n c e累积/%C u m u l a t i v e o f v a r i a n c e14.12458.9158.913.15945.1445.1421.12416.0574.971.98128.3173.4431.00614.3789.331.11215.8989.3340.4776.8196.1450.172.4298.5660.0971.3999.9570.0030.05100.0A.碎石图;B .散点图;C .因子载荷矩阵热图A.S c r e e t e s t ;B .S c a t t e r p l o t ;C .H e a t m a p o f c o m po n e n t m a t r i x 图1 正常和低氮处理下青稞苗期农艺性状主成分分析F i g .1 P r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s o f a g r o n o m i c t r a i t s i n h u l l e s s b a r l e y s e e d l i n gs u n d e r n o r m a l a n d l o w n i t r o ge n t r e a t m e n t s 2.4 低氮胁迫下不同青稞幼苗农艺性状隶属函数分析利用隶属函数对低氮胁迫下各青稞农艺性状进行分析,对各青稞的耐低氮能力进行评价㊂各青稞耐低氮能力分别为 昆仑15 >黄青1号 > 肚里黄 > 昆仑14 > 昆仑18 >二道眉白青稞 > 特邬 >洛隆宗 (表5)㊂3 讨论作物耐低氮资源筛选与农艺性状特点研究一直是作物育种中的热点领域之一㊂关于青稞中耐低氮资源筛选和农艺性状特点的研究报道较少㊂作为中国青藏高原地区最重要的粮食作物,研究低氮胁迫下青稞农艺性状特点,筛选耐低氮青稞资源对于减少青稞氮肥的施用,降低青稞生产成本,促进高原地区生态农业经济发展具有重要的意义㊂虽然不同作物耐低氮评价的农艺性状指标各有不同,但很多研究都表明干质量尤其是根干质量是与很多作物耐低氮能力密切相关的农艺性状指标[24-28]㊂李梁等[29]采用苗期水培方法对全国不同地区的22个大麦品种低氮胁迫下的农艺性状进行显著性㊁变异系数㊁相关性和聚类分析,㊃738㊃5期安立昆等:青稞苗期耐低氮能力的品种差异分析A.P L S-D A模型变量V I P值排名;B.随机森林模型变量重要度排名A.V I P v a l u e r a n k i n g o f P L S-D A m o d e l v a r i a b l e s;B.I m p o r t a n c e r a n k i n g o f r a n d o m f o r e s t m o d e l v a r i a b l e s图2基于P L S-D A和随机森林模型的青稞耐低氮相关农艺性状重要性排序F i g.2R a n k i n g e o f i m p o r t a n c e f o r a g r o n o m i c t r a i t s o f l o w n i t r o g e n t o l e r a n c e i nh u l l e s s b a r l e y b a s e d o n P L S-D A a n d r a n d o m f o r e s t表5低氮条件下青稞苗期农艺性状隶属函数分析T a b l e5M e m b e r s h i p f u n c t i o n a n a l y s i s o f a g r o n o m i c t r a i t s o f h u l l e s s b a r e l y a t s e e d l i n g s t a g e u n d e r l o w n i t r o g e n t r e a t m e n t品种C u l t i v a r株高P l a n th e i g h t根长R o o tl e n g t h植株鲜质量P l a n t f r e s hm a s s植株干质量P l a n t d r ym a s s根鲜质量R o o t f r e s hm a s s根干质量R o o t d r ym a s s根冠比R o o t-s h o o t r a t i o平均值M e a n排名R a n k i n g昆仑15K u n l u n150.906220.149231.000000.508760.948570.504341.000000.716731黄青1号H u a n g q i n g10.336811.000000.721350.783380.688790.597100.839500.709562肚里黄D u l i h u a n g0.687530.334250.369331.000000.665740.704280.970060.675883昆仑14K u n l u n141.000000.144530.259700.179720.000001.000000.779770.480534昆仑18K u n l u n180.190060.045270.632980.047851.000000.325280.774270.430825二道眉白青稞E r d a o m e i w h i t e h u l l e s s b a r l e y0.170390.223320.246280.148030.645630.576580.747050.393906洛隆宗L u o l o n g z o n g0.182800.461250.072000.233220.264950.606820.888760.387127特邬T e w u0.000000.000000.000000.000000.447410.000000.000000.063928发现不同大麦品种在低氮胁迫下的农艺性状差异显著,相对茎叶干质量和相对植株干质量变异系数较大,可以作为大麦耐低氮能力的评价指标㊂杨丽娜[30]在研究82份野生大麦和16份栽培大麦耐低氮能力时直接采用地上部相对干质量为筛选指标,筛选出高度耐性材料5份㊁中度耐性材料2份和对低氮敏感材料4份,认为低氮条件下发达的根系是大麦耐低氮能力的保证㊂李俊杰等[31]采用苗期水培方法对118份小麦资源在低氮胁迫下的农艺性状进行了显著性㊁变异系数㊁主成分㊁聚类分析㊁隶属函数等综合分析后发现,根干质量和植株干质量是反映小麦苗期耐低氮能力的关键指标,并筛选出耐低氮小麦3份㊂本研究中各青稞在低氮处理下各农艺性状和对低氮的耐受性表现出了明显差异㊂低氮胁迫使构成青稞生物体最重要的蛋白质合成受到抑制,导致青稞的株高㊁植株鲜质量㊁植株干质量都出现明显下降㊂为了吸收更多的氮元素,相对于在正常培养条件下,低氮胁迫下的青稞根系变得更加发达,根长㊁根鲜质量㊁根干质量都出现了明显上升㊂本研究同样发现发达的根系是青稞耐低氮能力的基础,与根系相关的农艺性状是反映青稞耐低氮能力的关键指标㊂低氮培养下青稞根干质量的耐低氮系数在各指标中的变异系数最大,说明根干质量受低氮胁迫影响最明显,可以作为青稞耐低氮筛选的关键农艺性状指标㊂通过相关性㊁主成分㊁P L S-D A判别㊁随机森林以及隶属函数综合分析也发现,相对于株高和根长,植株和根的鲜质量和干质量更能反映青稞的耐低氮能力,其中根干质量是筛选耐低氮青稞最重要农艺性状㊂8种青稞耐低氮能力为 昆仑15 > 黄青1号 > 肚里黄 > 昆仑14 > 昆仑18 > 二道眉白青稞 > 洛隆宗 > 特邬 ㊂采用苗期水培方法对作物进行低氮培养,研㊃838㊃西北农业学报33卷究与耐低氮相关的关键农艺性状特点并筛选耐低氮作物资源是目前普遍采用的研究方法㊂相对于土培和田间试验方法,苗期水培方法具有操作简单㊁周期短㊁可以精确控制培养条件等优点,适合快速对大量作物资源进行研究和筛选㊂但无法反映作物在田间全生育期缺氮条件下的农艺性状特点以及对产量的影响㊂本研究采用苗期水培方法,对低氮培养条件下不同青稞农艺性状进行综合分析,明确反映青稞耐低氮能力的关键农艺性状,并对8种青稞的耐低氮能力进行评价,为青稞耐低氮资源筛选和品种培育提供一定参考㊂参考文献R e f e r e n c e:[1]吴昆仑,陈丽华,迟德钊.不同生态区青稞品种变异的S S R鉴定[J].浙江农业学报,2011,23(3):475-478.WU K L,C H E N L H,C H I D Z H.I d e n t i f i c a t i o n o f v a r i a t i o n o f h u l l e s s b a r l e y i n d i f f e r e n t e c o l o g i c a l r e g i o n s b y S S R m a r k e r s[J].A c t a A g r i c u l t u r a e Z h e j i a n g e n s i s,2011, 23(3):475-478.[2]姚晓华,张志斌.HV A1基因的同源克隆及其转基因植物耐逆性研究进展[J].广东农业科学,2011,38(14):129-131, 137.Y A O X H,Z H A N G Z H B.R e s e a r c h o n s t r e s s t o l e r a n c e o f HV A1g e n e a n d t r a n s g e n i c p l a n t s[J].G u a n g d o n g A g r i c u l-t u r a l S c i e n c e s,2011,38(14):129-131,137.[3]任晴雯,安立昆,姚有华,等.青稞H v n P HO1;2基因克隆㊁亚细胞定位和表达模式分析[J].西北农业学报,2021, 30(10):1461-1472.R E N 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e[J].J o u r n a l o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2021,23(7):21-32.㊃048㊃西北农业学报33卷A n a l y s i s o f V a r i e t a l D i f f e r e n c e o f L o w N i t r o g e n T o l e r a n c e o f H u l l e s sB a r l e y a t S e e d l i n g S t a ge A N L i k u n1,2,3,4,MA A i s h a 5,Y A O Y o u h u a1,2,3,4,C H E M I Y A N G Z OM 5a n d WU K u n l u n1,2,3,4(1.C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y S c i e n c e s ,Q i n g h a i U n i v e r s i t y ,X i n i n g 810016,C h i n a ;2.L a b o r a t o r yf o r R e s e a r c h a n d U t i l i z a t i o n o f Q i ngh ai T i b e t P l a t e a u G e r m p l a s m R e s o u r c e s ,X i n i n g810016,C h i n a ;3.Q i n g h a i K e y L a b o r a t o r y o f H u l l e s s B a r l e y G e n e t i c s a n d B r e e d i n g ,X i n i n g810016,C h i n a ;4.Q i n g h a i S u b c e n t e r o f N a t i o n a l H u l l e s s B a r l e y I m p r o v e m e n t ,X i n i n g810016,C h i n a ;5.C o l l e g e o f E c o -E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ,Q i n g h a i U n i v e r s i t y ,X i n i n g810016,C h i n a )A b s t r a c t T h e g r o n o m i c t r a i t s a n d l o w n i t r o g e n t o l e r a n c e s o f 8r e p r e s e n t a t i v e h u l l e s s b a r l e y va r i e t i e s w e r e a n a l y z e d a t t h e s e e d l i n g s t a g e u n d e r l o w n i t r o g e n s t r e s s ,t h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e r e w e r e s i g-n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n a l l a g r o n o m i c t r a i t s o f a l l h u l l e s s b a r l e y u n d e r l o w n i t r o g e n s t r e s s ,t h e p l a n t h e i g h t ,f r e s h m a s s a n d d r y m a s s d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y ,m e a n w h i l e ,t h e r o o t l e n gt h ,f r e s h m a s s a n d d r y m a s s i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y .A f t e r t h e a n a l y s i s o f t h e a gr o n o m i c t r a i t s ,t h e r e s u l t s r e v e a l e d t h a t t h e f r e s h a n d d r y m a s s o f p l a n t s a n d r o o t s b e t t e r r e f l e c t e d t h e l o w n i t r o g e n t o l e r a n c e o f h u l l e s s b a r l e y,i t s r o o t d r y m a s s w a s t h e m o s t i m p o r t a n t a g r o n o m i c t r a i t f o r s c r e e n i n g l o w n i t r o ge n t o l e r a n t h u l l e s s b a r l e y ,w h i c h c o u l d b e u s e d a s a n i m p o r t a n t i n d i c a t o rf o r s c r e e n i ng o f l o w n i t r o ge n t o l e r a n t h u l l e s s b a r l e y r e s o u r c e s .T h e r e s u l t s of t h e m u l t i -i n d i c a t o r a n a l y s i s s h o w e d t h a t t h e l o w n i t r o ge n t o l e r a n c e of e a c h v a r i e t y w a s r a n k e d a s K u n l u n 15 > H u a ng q i n g 1 > D u l ih u a n g > K u n l u n 14 > K u n l u n 18 > E r d a o m ei w h i t e h u l l e s s b a r l e y > L u o l o n g z o n g> T e w u .K e y wo r d s H u l l e s s b a r e l y (H o r d e u m v u l g a r e L .v a r .n u d u m H o o k .f .);L o w n i t r o g e n s t r e s s ;S e e d -l i n g s t a g e ;A gr o n o m i c t r a i t s R e c e i v e d 2022-09-13 R e t u r n e d 2022-11-15F o u n d a t i o n i t e m I n n o v a t i o n F u n d o f Q i n g h a i A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l a n d F o r e s t r y Sc i e n c e s (N o .2019-N K Y -05);N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u nd a t i o n o f C h i n a (N o .32060423);C h i n a B a r le y (h u l l e s s b a r l e y )I n d u s t r y T e c h n o l o g y S y s t e m (N o .C A R S -05-01A -05);N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f Q i n g h a i P r o v i n c e ,-I n n o v a t i o n T e a m (N o .2022-Z J -902);I n n o v a t i o n P l a t f o r m C o n s t r u c t i o n P r o j e c t o f Q i n gh a i P r o v i n c e (N o .2022-Z J -Y 01).F i r s t a u t h o r A N L i k u n ,m a l e ,a s s i s t a n t r e s e a r c h f e l l o w ,m a s t e r s u p e r v i s o r .R e s e a r c h a r e a :b r e e d i n g of h u l l e s s b a r l e y.E -m a i l :a n l i k u n @163.c o m C o r r e s p o n d i n g au t h o r WU K u n l u n ,m a l e ,r e s e a r c h f e l l o w ,d o c t o r a l s u p e r v i s o r .R e s e a r c h a r e a :b r e e d i n g o f h u l l e s s b a r l e y .E -m a i l :w k l qa a f @163.c o m (责任编辑:顾玉兰 R e s po n s i b l e e d i t o r :G U Y u l a n )㊃148㊃5期安立昆等:青稞苗期耐低氮能力的品种差异分析。
药用植物学书(基本知识点)5药用植物学书(基本知识点)【p3】我国药用植物学的发展简史公元1世纪到2世纪的《神农本草经》,收载药物365种,其中有药用植物237种,是我国现存的第一部记载药物的专著。
唐代(公元659年)由官方颁发的《新修本草》(习称“唐本草”),被认为是古代首部药典。
最著名的古代本草著作为明朝李时珍的《本草纲目》。
【p9】植物细胞的基本构造:一个典型的植物细胞的构造,可见外面包围着一层比较坚韧的细胞壁,壁内为原生质体。
原生质体主要包括细胞质、细胞核、质体等有生命的物质。
此外细胞中尚含有多种非生命物质,它们是原生质的代谢产物,称为后含物。
【p10】原生质体:原生质体是细胞内有生命的物质的总称,构成原生质体的物质基础是原生质,它最主要的成分是蛋白质与核酸为主的复合物。
【p11】细胞质:细胞质是原生质体的基本组成成分,为半透明、半流动的基质。
质膜:细胞质与细胞壁相接触的一层薄膜,质壁分离时可以看到质膜是原生质体表面一层光滑的薄膜。
质膜功能:1、选择通透性,2、渗透现象,3、调节代谢的作用,4、对细胞识别的作用。
【p12】细胞核:细胞核是细胞生命活动的控制中心。
细胞核具一定的结构,可分为核膜、核液、核仁和染色质四部分。
??核膜:是位于真核生物的核与细胞质交界处的双层结构膜。
核膜对核内外物质的交通有高度选择性,控制细胞核内外物质交换运输和信息传输。
??核仁:细胞核内折光率较强的小球状体,有一个或几个。
核仁的主要功能是进行核糖体的合成??质体:质体是植物细胞中由双层膜包裹的一类细胞器的总称,存在于真核植物细胞内质体由蛋白质、类脂组成。
(质体分为白色体、叶绿体和有色体)【p12】细胞器:细胞器是细胞中具有一定形态结构、组成和具有特定功能的微器官,细胞器包括质体(质体分为白色体、叶绿体和有色体)、液泡、线粒体、内质网、核糖核蛋白体、微管、高尔基复合体、圆球体、溶酶体、微体等。
【p18】植物细胞的后含物:植物细胞在生活过程中,由于新陈代谢的活动而产生各种非生命的物质,统称为后含物。
《茶树育种学》习题及答案一、填空题1.茶树染色体以x=(15)为基数,在体细胞中为(30)条,在性细胞中为(15)条。
2.作为核型分析的染色体,一般以体细胞有丝分裂(中期)的染色体为基本形态。
3.茶树有丝分裂标本常以种子用沙培1周长出的(幼根)为材料。
4.茶树树型分为(乔木)、(小乔木)和(灌木)三种。
5.茶树学名是用(属名)、(种加词)和(命名人姓名的缩写)组成。
茶树品种福鼎大白茶的植物学拉丁文全名是(Camellia sinensis cv. Fuding-dabaicha)6.茶树的表现型是(基因型)与环境共同作用的结果。
7.以无性繁殖方法生产树苗,其后代个体基因是杂合的,品种内个体之间基因型是(相同的)。
8.气温(低)的地区向气温(高)的地区引种茶树,一般能够适应。
9.云南等省的一些大叶种引种到安徽北部等地区,难以种植成功,主要是(冬季极限最低气温)比原产地低得多。
10.南方茶树品种北引后,其最低分枝部位(降低)。
11.南方茶树品种北引后,新梢茶多酚含量(减少)。
12.茶苗移栽通常在(春初)或(秋末冬初)进行。
13.选择的实质就是造成有(差别)的生殖率和成活率,从而定向地改变群体的遗传组成。
14.(基因重组)是茶树有性群体中造成不同个体遗传组成差别的主要来源。
15.(基因突变)是茶树无性系品种产生变异的主要因素。
16.(自然选择)是按茶树适应自然环境条件的方向进行的,选择的结果使茶树更适应自然环境条件。
17.(人工选择)是根据社会的经济要求或人类的喜好,从自然界混杂的茶树群体中或人工创造的原始材料中,选择需要的类型和个体。
18.表型方差可以分为遗传方差和(环境)方差两部分。
19.遗传力是介于(0~1)之间的数值。
20.通过与产量因子密切相关地一些性状,如(树高)、(树幅)、(叶片光合强度)、(幼年茶树定型修剪枝叶重量)、(单株芽叶数)、(新梢着叶数)、(百芽重)、(发芽密度)、(扦插苗发根数)、(根干重)和(抽梢率)等,可间接判断某品种的产量。
第47卷㊀第6期2023年11月南京林业大学学报(自然科学版)JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)Vol.47,No.6Nov.,2023㊀收稿日期Received:2023⁃02⁃18㊀㊀㊀㊀修回日期Accepted:2023⁃06⁃21㊀基金项目:国家自然科学基金项目(32171826);江苏省自然科学基金项目(BK20220411)㊂㊀第一作者:国颖(yingguo@njfu.edu.cn),讲师,负责论文撰写与修改;杨港归(ygg@njfu.edu.cn),负责文献收集与整理㊂∗通信作者:薛良交(lxue@njfu.edu.cn),教授㊂㊀引文格式:国颖,杨港归,吴雨涵,等.DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展[J].南京林业大学学报(自然科学版),2023,47(6):1-8.GUOY,YANGGG,WUYH,etal.RecentadvancesinmolecularregulatorymechanismsofDNAmethy⁃lationinplanttissueculture[J].JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition),2023,47(6):1-8.DOI:10.12302/j.issn.1000-2006.202302020.DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展国㊀颖,杨港归,吴雨涵,何㊀杰,何玉洁,廖浩然,薛良交∗(林木遗传育种全国重点实验室,南方现代林业协同创新中心,江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室,南京林业大学林草学院,江苏㊀南京㊀210037)摘要:植物细胞具有全能性,创伤和外源激素能够诱导已分化细胞的重编程来再生新的植株,发展的植物组织培养技术已广泛应用于植物快速繁殖㊁种质保存和性状改良等多个方面㊂然而,对植物组织培养过程中细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少,尤其是在表观遗传学水平上㊂DNA甲基化是一种进化上保守的表观遗传修饰,能够复杂地协调植物细胞全能性建立和影响其命运转变㊂在此,以组织培养过程中的愈伤组织形成㊁体细胞胚发生为切入点,总结了DNA甲基化参与植物再生过程的最新进展㊂首先,分析了不同植物再生过程中全基因组DNA甲基化变化模式,认为外植体类型和再生阶段均会对DNA甲基化水平产生影响;其次,重点研究了甲基化转移酶(MET1)等在植物再生过程中的作用,以及DNA甲基化调控再生基因表达的分子机制,包括BBM(babyboom),WOX(wuschel⁃relatedhomeobox),WIN(woundinduceddedifferentiation)等基因,最后,讨论了DNA甲基化在植物再生领域的未来研究方向,指出组织培养与基因工程的结合将为农作物和经济㊁用材林木的高效繁殖和精准培育提供机遇㊂关键词:植物组织培养;DNA甲基化;愈伤组织;体细胞胚胎发生中图分类号:Q943;S722㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2006(2023)06-0001-08RecentadvancesinmolecularregulatorymechanismsofDNAmethylationinplanttissuecultureGUOYing,YANGGanggui,WUYuhan,HEJie,HEYujie,LIAOHaoran,XUELiangjiao∗(StateKeyLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,Co⁃InnovationCenterforSustainableForestryinSouthernChina,JiangsuKeyLaboratoryforPoplarGermplasmEnhancementandVarietyImprovement,CollegeofForestryandGrassland,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China)Abstract:Exertingremarkablecelltotipotence,plantsareabletoregeneratetissues/organsandevenindividualsfromdifferentiatedcellsactivatedbywoundstressand/orhormonalcues.Basedonthetheoryofplantcelltotipotency,techniquesofplanttissueculturehavebeenwidelyusedinrapidpropagation,germplasmconservation,andplantbreedingasatypeofconservedepigeneticmodification.However,theunderstandingofhowplantcellsretainbothdifferentiatedstatusanddevelopmentalplasticityisstillobscure,especiallyattheepigeneticlevel.DNAmethylationisanevolutionarilyconservedepigeneticmodificationthatcanintricatelycoordinatecellfatetransitionandpluripotencyestablishmentduringtheplantregenerateprocess.Inthework,therecentprogressintheregulationofplantregenerationthroughDNAmethylationwassummarized,startingfromtheformationofcallusandsomaticembryogenesisduringtissueculture.Firstly,thechangepatternsofDNAmethylationindifferentplantregenerationprocesseswereanalyzed,showingthatbothexplantstypeandregenerationphasehadaneffectonDNAmethylationlevels.TheroleofsomeDNA南京林业大学学报(自然科学版)第47卷methyltransferaseinplantregenerationwasstudied,suchasDNAMethyltransferase1(MET1),whosedeletioncanleadtoincreasedWUSexpressionandpromoteshootregeneration.RNA⁃directedDNAmethylation(RdDM)isthemainmolecularpathwayresponsiblefordenovoDNAmethylationinallcontextsandisbelievedtoplayanimportantroleinplantregeneration.Meanwhile,weanalyzedthemolecularregulatorymechanismsofDNAmethylationontheexpressionofregenerativegenes,suchasBBM(babyboom),WOX(wuschel⁃relatedhomeobox),WIN(woundinduceddedifferentiation),etc.Finally,wediscussedthefutureresearchdirectionsofDNAmethylationinthefieldofplantregeneration.Thecombinationoftissuecultureandgeneticengineeringwillprovideopportunitiesforefficientreproductionandprecisecultivationofagriculturalandforestrycrops.Further,theregeneration⁃relatedgenesreportedinthisstudywillprovidecandidatesforplantregenerationresearchofgeneticandmolecularmechanisms.Keywords:planttissueculture;DNAmethylation;callus;somaticembryogenesis㊀㊀植物组织㊁甚至单个植物细胞都具有强大的脱分化和再分化能力,可以将细胞从分化状态恢复为多能性状态;然后,通过创伤或外源激素诱导重新进入细胞周期,并增殖以建立的芽或根顶端分生组织,最终形成新的器官或植株[1]㊂基于这种全能性,植物组织培养技术已在快繁与工厂化育苗㊁细胞培养生产次生代谢产物及基因工程育种等方面得到广泛应用,并在基础生物学㊁农业㊁园艺和林业等领域展现出可观的应用前景[2]㊂然而,对植物细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少㊂在植物细胞命运重塑过程中,表观遗传修饰的动态变化影响着植株的再生能力㊂DNA甲基化是一种重要的㊁进化上保守的表观遗传学标记,调控植物的许多生物学过程㊂研究表明DNA甲基化通过多种途径调控再生基因的表达,进而在植物组织培养过程中发挥重要作用[3]㊂笔者综述了DNA甲基化在植物组织培养过程中的调控作用和分子机制,并对通过调节DNA甲基化提高植株再生效率的策略进行展望㊂1㊀DNA甲基化与愈伤组织的诱导形成1.1㊀外植体类型对愈伤组织DNA甲基化的影响DNA甲基化(DNAmethylation)通常指在DNA甲基转移酶的催化下,通过共价键结合的方式,获得S⁃腺苷甲硫氨酸上甲基基团的过程[4]㊂DNA甲基化主要包括3种类型,即5⁃甲基胞嘧啶(5⁃mC)㊁6⁃甲基腺嘌呤(6⁃mA)及7⁃甲基鸟嘌呤(7⁃mG),其中5⁃mC占主要类型㊂在全基因组背景下,胞嘧啶序列有3种存在形式:CG㊁CHG(对称型)和CHH(非对称型,H为A㊁T或C)㊂植物胞嘧啶甲基化可以发生在所有的胞嘧啶序列中[5],是介导基因转录沉默的一种稳定机制,调控愈伤组织发生和形态建成[6]㊂植物愈伤组织是指在组织培养过程中将外植体脱分化所形成的未分化致密细胞结构[7]㊂在离体培养下,植物细胞会发生大规模的全基因组染色质重塑,从而导致植物DNA序列变异和DNA甲基化水平改变[8]㊂各种类型外植体产生的愈伤组织(如叶片愈伤组织㊁茎段愈伤组织等)与相应外植体的DNA甲基化图谱存在差异㊂对草莓(Fragariavesca)[9]㊁蓝莓(Vacciniumstenophyllum)[10]和烟草(Nicotianatabacum)[11]叶片组织和叶片愈伤组织的比较研究发现,叶片愈伤组织在全基因组上具有更高的DNA甲基化水平㊂然而,由毛果杨(Populustrichocarpa)[12]茎段形成的愈伤组织与其外植体茎段组织和再生植株相比,茎段愈伤组织的DNA甲基化水平最低㊂根据愈伤组织再生能力的不同可将其分为胚性和非胚性愈伤组织[13]㊂Karim等[14]对凹唇姜(Boesenbergiaro⁃tunda)研究发现,再生能力更强的胚性愈伤组织的DNA甲基化水平要低于非胚性愈伤组织,以及再生植株和叶片等其他外植体形成的愈伤组织㊂不同类型外植体的生理状况和脱分化能力存在差异,因此诱导愈伤组织过程中也伴随着不同DNA甲基化水平介导的转录调控㊂1.2㊀愈伤组织形成阶段中DNA甲基化水平变化细胞的脱分化过程由遗传和表观遗传机制共同调控,共包括3个阶段:诱导㊁愈伤组织形成和多能性建立,多种植物在脱分化过程中出现全基因组低甲基化[15-16]㊂在水稻(Oryzasativa)愈伤组织形成过程中DNA甲基化水平显著降低,DNA甲基化差异区域主要富集在基因启动子周围的序列上[17]㊂尽管DNA甲基化水平降低是主要趋势,但局部DNA超甲基化对多能细胞状态的形成与维持至关重要㊂对拟南芥(Arabidopsisthaliana)研究发现,编码丝裂原活化蛋白激酶12(MAPK12)㊁谷胱甘肽S⁃转移酶TAU10(GSTU10)和β⁃羟化酶1(BXL1)基因的启动子序列在愈伤组织细胞中发生高度甲基化并抑制基因表达,从而促进全能细胞2㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展团的形成㊂MET1和DRM2等DNA甲基转移酶在愈伤组织形成过程中受到广泛的转录控制,这与DNA甲基化水平变化的调控功能相一致[18]㊂愈伤组织的分化程度随着组织培养时间的延长而增加,长期培养的愈伤组织中转座子㊁核糖体DNA和端粒重复序列发生大规模转移和扩增[6],从而导致其DNA甲基化水平不稳定㊂Ma等[19]对木薯(Manihotesculenta)的茎尖分生组织以及腋芽的松散型胚性愈伤组织进行研究,结果表明随着松散型胚性愈伤组织培养时间的延长,DNA甲基化水平从50%降至27%;而Zeng等[20]的研究表明,白桦(Betulaplatyphylla)早期愈伤组织(诱导后20d)的DNA甲基化水平最低(11.92%),随着愈伤组织诱导时间的延长,在40d时DNA甲基化水平升至14.5%㊂a.DNA甲基化在基因体中分布模式及其对愈伤组织形成的影响:褐色圆圈代表高甲基化水平抑制基因表达而导致愈伤组织褐化;绿色圆圈代表低甲基化水平促进基因表达进而促进愈伤组织生长thedistributionpatternofDNAmethylationingenebodiesanditseffectoncallusformation.Browncirclesrepresenthighmethylationlevelsthatinhibitgeneexpressionandleadtocallusbrowning,greencirclesrepresentalowmethylationlevelthatenhancegeneexpressiontopromotecallusgrowth;b.DNA甲基化对转座元件表达影响:蓝色矩形颜色由深至浅表示DNA甲基化水平由高至低的变化;灰色矩形颜色由深至浅表示转座子表达由高至低的变化effectsofDNAmethylationontheexpressionoftransposableelements(TEs).BluerectanglecolorsfromdarktolightindicatechangesinDNAmethylationlevelsofTEfromhightolow,grayrec⁃tanglecolorsfromdarktolightindicatechangesinTEexpressionfromhightolow.图1㊀DNA甲基化动态变化影响愈伤组织生长模式Fig.1㊀DynamicchangesofDNAmethylationaffectcallusgrowthpattern1.3㊀愈伤组织中DNA甲基化在全基因组上的变化模式㊀㊀在全基因组水平上,植物DNA甲基化在不同物种间存在广泛的差异㊂其中,CG序列甲基化是愈伤组织形成过程中主要的DNA甲基化类型㊂例如,在草莓[9]㊁菠萝(Ananascomosus)[21]㊁葡萄(Vitisvinifera)[22]及拟南芥[23]等植物的研究中均发现其愈伤组织中CG甲基化水平最高(不同物种中占比范围为35% 70%),CHG甲基化位于中间水平(20% 45%),而CHH甲基化水平最低(3%20%)㊂对6个菠萝样本的研究表明愈伤组织DNA甲基化在基因区的启动子(上游2kb)㊁转录终止子(下游2kb)㊁外显子以及内含子等区域变化模式不同[21]㊂愈伤组织在启动子位点的DNA甲基化变化随着时间增加会出现上升趋势㊂烟草中的研究表明,愈伤组织培养早期启动子区域的DNA甲基化会出现部分缺失,但在培养阶段后期则发生缓慢的超甲基化[24]㊂对草莓及菠萝的叶片愈伤组织研究发现,全基因组DNA甲基化水平在内含子(20% 25%)和启动子(25% 33%)区域最高,而在外显子(15% 20%)中DNA甲基化水平较低[9,21](图1a)㊂此外,对草莓[9]㊁烟草[11]㊁菠萝[21]及葡萄[22]等研究都表明愈伤组织中DNA甲基化水平在转录起始位点以及转录终止位点附近比在外显子等区域显著降低㊂在CG和CHG序列3南京林业大学学报(自然科学版)第47卷背景下,葡萄的愈伤组织在转座子序列的甲基化率要高于叶片组织的甲基化率,然而在CHH序列背景下愈伤组织的甲基化率则低于叶片组织[22]㊂拟南芥的愈伤组织和叶片组织之间也具有相似的甲基化变化趋势[23]㊂当大部分植物中的转座子区域具有整体较高水平的DNA甲基化时,会导致转座子沉默的出现[25],转座子区域的甲基化水平在愈伤组织形成过程中相对稳定(图1b)㊂2㊀DNA甲基化与体细胞胚胎发生2.1㊀DNA甲基化参与体胚发生相关基因的表达调控㊀㊀体细胞胚胎发生(somaticembryogenesis,SE)是指体细胞或营养细胞在特定诱导条件下再生为胚胎进而具有发育成为独立植株的能力㊂体细胞可以通过直接途径或历经愈伤组织的间接途径形成体细胞胚,其发生过程涵盖复杂的转录调控机制,其中表观遗传修饰也是影响体胚发生的重要调控方式㊂研究表明,DNA甲基化能够引起特定参与细胞分化基因的沉默,从而在体胚发生中发挥作用㊂在对板栗(Castaneamollissima)的研究中发现,MADS⁃box转录因子家族基因CmAGL11在球状胚胎中特异性积累,与愈伤组织相比,球状体细胞胚胎中CmAGL11启动子处的甲基化水平显著降低㊂CmAGL11启动子甲基化比率的降低促进了该基因的表达,进而将加快体细胞胚的发育速度[26]㊂菠萝体细胞胚诱导研究指出,经甲基化抑制剂处理5d后,体胚发生相关类受体蛋白激酶基因AcSERK1在非胚性愈伤组织中的表达量显著提高,从而有效提高菠萝体细胞胚的发生能力[27]㊂此外,研究发现在拟南芥中超表达一些体胚发生的关键基因,如LEC(leafycotyledon)㊁BBM(babyboom)㊁WUS(wuschel)等,可以在不添加激素的情况下提高体胚胎发生诱导效率,而DNA甲基化通过影响这些基因的表达进而在一定程度上调控体细胞胚胎的发生[28]㊂2.2㊀体细胞胚胎发生过程中DNA甲基化水平的变化㊀㊀体胚发生需要经过脱分化㊁细胞分裂㊁再分化等多个步骤,在不同发育阶段DNA甲基化水平也发生变化㊂油棕(Elaeisguineensis)离体培养前的叶片外植体细胞的细胞核表现出较强的DNA甲基化水平,研究发现随着在高浓度生长素培养基中培养90d后,叶肉细胞和非反应性维管束细胞中的5⁃mC免疫荧光信号显著降低[29]㊂在龙眼(Dimo⁃carpuslongan)胚性愈伤组织㊁不完全致密的胚前培养物及球状胚中,CG甲基化的全基因组水平远高于CHG和CHH,且在胚性愈伤组织中存在更高水平的DNA甲基化[30]㊂在棉花(Gossypiumhirsu⁃tum)体胚发生去分化过程中也观察到总体mCG水平占比最高,这种趋势在外显子㊁内含子㊁转录起始位点上下游2kb的范围内及其上下游区域都很一致㊂同时棉花早期体胚发生过程中,CG位点的甲基化水平具有基因型特异性,而CHH位点的甲基化水平具有分化阶段特异性[31]㊂在对可可(Theobromacacao)的研究中发现,体细胞胚比合子胚具有更高比例的高甲基化CG位点[32]㊂此外,植物体胚发生过程中还存在DNA甲基化水平早期显著升高后又降低的现象㊂例如,对椰子(Cocosnucifera)体细胞胚胎发生相关研究发现,DNA甲基化水平在培养第3天迅速升高(10.84% 22 99%),随后在第15天下降至11.69%,在培养第120天后增加至39.63%[33];对龙眼的研究表明,胚性愈伤组织㊁不完全致密的胚前培养物和球状胚的5⁃mC含量分别为24.59%㊁19.65%和19.74%,表明从胚性愈伤组织到不完全致密的胚前培养物的DNA甲基化在全基因组范围内先呈下降,之后略有上升的趋势[31]㊂2.3㊀DNA甲基化调节剂对体胚发生的影响㊀㊀DNA甲基化修饰是可逆的,当DNA复制过程中甲基转移酶活性偏低时,合成新链中甲基化的胞嘧啶位点未发生甲基化从而造成DNA被动去甲基化;基因组上的5⁃mC受ROS1(repressorofsilencing1)/DME(demeter)家族蛋白剪切,并由DNA修复系统介导的胞嘧啶修复完成DNA主动去甲基化[34]㊂DNA去甲基化可以将基因从沉默状态激活,已有证据表明DNA甲基化抑制剂在调控植物体胚发生过程中具有较高的应用潜力㊂5⁃氮杂胞苷(5⁃azaC)作为一种常见的DNA甲基化抑制剂,能够在代谢过程中与DNA甲基转移酶结合以降低酶的活性,进而阻碍DNA甲基化进程并调控体胚发生相关基因的表达㊂在龙眼体胚发生研究中发现,5⁃azaC的外源施加降低了胚性愈伤组织的DNA甲基化水平并促进了球状胚的形成㊂与未经5⁃azaC处理的龙眼比较发现,处理后的龙眼有关体胚发生的基因表达明显上调,结果表明5⁃azaC处理对龙眼早期体胚发生具有促进作用[35]㊂而在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)的研究中发现,5⁃azaC处理诱导的去甲基化终止了胚性细胞系产生4㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展体胚的能力[36]㊂除DNA甲基化抑制剂之外,生长素处理拟南芥能够在一定程度上调节编码ROS1㊁DML2(dementer⁃likeprotein2)等去甲基化酶的基因[37-38]㊂此外,研究发现低温诱导[39]㊁高温诱导㊁辐射[40],以及铜㊁银离子处理[41]等都会降低DNA甲基化水平从而提高植物体胚发生的能力㊂3㊀DNA甲基化调控植物再生的分子机制3.1㊀DNA甲基化调控植物再生关键基因的表达组织培养过程中,器官发生主要受WUS㊁LEC㊁WOX(wuschel⁃relatedhomeobox)及WIN(wound⁃in⁃duced)等基因的调控[42-44],研究发现这些基因的表达受到DNA甲基化特异性调控(表1)㊂表1㊀植物组织培养发育过程中DNA甲基化对植物再生关键基因影响Table1㊀EffectsofDNAmethylationonkeygenesofplantregenerationduringplanttissuecultureanddevelopment序号No.基因名称genesymbol功能function物种species1ARR3(arabidopsisresponseregulator3)参与细胞分裂素调节;5⁃azaC处理后基因表达上调,发生低甲基化促进桃叶片愈伤组织诱导桃Prunuspersica[45]2BBM(babyboom)影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(胚性愈伤组织中高表达)凹唇姜Boesenbergiarotunda[14]3CRY1(cryptochrome1)调节细胞分裂素信号,促进芽再生器官的新生拟南芥Arabidopsisthaliana[46]4CCD1(carotenoidcleavagedioxygenases1)降解类胡萝卜素;5⁃azaC处理导致全基因组去甲基化,类胡萝卜素含量降低柑橘Citrusparadisi[47]5CMT2/CMT3(chromomethylase2/chromomethylase3)参与mCHG维持;5⁃azaC处理抑制了叶外植体愈伤组织的形成和不定芽再生草莓Fragariavesca[9]6CMT3(chromomethylase3)维持DNA甲基化;5⁃azaC处理后基因表达显著下调,DNA甲基化降低促进桃叶片愈伤组织诱导桃P.persica[45]维持DNA甲基化;表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]7DRM2(domainsrearrangedmethyltransferase)维持CHH甲基化毛果杨Populustrichocarpa[49]表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]8维持CG甲基化;低甲基化,met1⁃3突变体芽再生能力更高拟南芥A.thaliana[46]MET1(methyltransferase1)维持DNA甲基化;表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]维持DNA甲基化;幼苗和嫩叶中偏好表达柑橘C.paradisi[47]9ROS1(repressorofsilencing1)DNA甲基化水平降低,促进球状胚形成龙眼Dimocarpuslongan[30]10SERK(somaticembryogenesisreceptor⁃likekinase)影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(胚性愈伤组织中高表达)凹唇姜B.rotunda[14]11WIN(wound⁃induced)诱导细胞去分化和增殖;发生去甲基化,基因表达上调促进愈伤组织形成草莓F.nilgerrensis[50]12WOX(wuschel⁃relatedhomeobox)参与顶端分生组织发生;发生去甲基化,基因表达上调促进愈伤组织形成草莓F.nilgerrensis[50]13WUS(wuschel⁃relatedhomeobox)调控植物再生;低甲基化激活了生长素和WUS相关基因表达,提高植物再生能力棉花Gossypiumhirsutum[51]影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(分生组织中表达最高,其次是胚性愈伤)凹唇姜B.rotunda[14]㊀㊀Shemer等[42]对拟南芥根外植体再生能力的研究发现,在野生型拟南芥中WUS启动子的两个CHG位点高度甲基化;而在甲基转移酶基因cmt3的突变体中,CHG甲基化的减少促进了WUS在芽诱导培养基下的表达,这些启动子区域的甲基化变化对WUS基因转录具有关键调节作用[52]㊂Li5南京林业大学学报(自然科学版)第47卷等[53]认为,在拟南芥从头芽再生的过程中,WUS基因在甲基转移酶功能缺失突变体(met1)中发生去甲基化,导致WUS基因表达上调㊂值得注意的是,DNA甲基化对WUS基因的表达调控是发生在芽诱导的早期阶段,同时MET1介导的芽再生受细胞分裂素诱导的细胞周期所调节[54]㊂Gao等[50]研究发现,黄毛草莓(Fragarianilgerrensis)愈伤组织的诱导过程中有大量基因DNA甲基化水平出现改变,如与伤口反应相关基因WIN㊁顶端分生组织相关基因WOX㊁体细胞胚胎形成相关基因AGL(agamous⁃like)㊁细胞周期相关基因CDK(cyclin⁃dependentkinase)和CKX(cytokinindehydrogenase/oxidase)均发生了去甲基化,表明这些基因的上调表达对愈伤组织的形成至关重要㊂而在黄毛草莓不定芽诱导阶段,愈伤组织阶段发生去甲基化的基因又重新获得甲基化,如LEC2㊁与细胞周期进程相关的CKX㊁生长素活化酶基因ILR1(IAA⁃aminoacidhydrolaseILR1⁃like4)和LEA(lateembryogenesisabundant)等基因,表明这些基因的甲基化修饰对于芽的形成至关重要㊂3.2㊀DNA甲基转移酶在植物再生中的作用植物DNA甲基化维持由胞嘧啶序列环境和DNA甲基化调控酶活性共同决定㊂DNA甲基化调控酶主要包括甲基转移酶(MET1)㊁染色质域甲基转移酶(chromomethylase,CMT)㊁结构域重排甲基转移酶(domainsrearrangedmethyltransferase,DRM)和DNMT3(DNAmethyltransferase3)4个家族[55]㊂MET1主要维持CG位点的甲基化,CMT3和CMT2主要负责CHG背景下的DNA甲基化,CHH环境中的甲基化由CMT2或DRM2通过RNA介导的DNA甲基化(RNA⁃directedDNAmethylation,RdDM)途径维持[8]㊂拟南芥中,MET1依赖的CG甲基化与植株再生有关,与野生型相比,met1⁃3突变体表现出更高的芽再生能力[46]㊂DNA甲基转移酶基因在华东黄杉(Pseudotsugagaussenii)体胚发生的不同阶段表达量发生变化,例如CMT㊁MET1⁃1和MET1⁃3的表达量下降,MET1⁃2的基因表达量大幅增加,而DRM1和DRM2的表达无明显变化[56]㊂凹唇姜离体培养过程中,MET1㊁CMT3和DRM2的甲基化水平降低与基因表达水平升高促进了体胚发生和再生[48]㊂而对龙眼早期体细胞胚胎发生的研究发现,DNA甲基化水平的降低受DNA甲基转移酶基因和DNA去甲基化酶基因ROS1的调控[30]㊂对更多植物再生体系进行研究,将有助于理解不同DNA甲基化调控酶在再生过程中的调节作用㊂3.3㊀RNA介导的DNA甲基化对植物再生的影响RNA介导的DNA甲基化(RdDM)是重要的基因调控机制,主要通过双链小RNA(dsRNA)介导相近序列的从头甲基化发挥作用[57]㊂在植物中,RdDM参与各种生物学过程,如生物和非生物胁迫反应㊁抑制转座子活性以及再生过程中甲基化模式的形成[7]㊂在棉花(Gossypiumhirsutum)体胚发生过程中,RdDM通路介导非CG甲基化,并防止基因转录从而影响再生相关基因的表达[56]㊂而在大豆胚性细胞培养中,RdDM途径是全基因组CHH高甲基化的关键驱动因素㊂连续多年的组织培养使DNA甲基化减少,导致细胞胚性丧失,从而影响大豆的再生能力[58]㊂值得注意的是,高活性RdDM的缺失可以解释CHH甲基化的减少,但不会导致CG和CHG甲基化的丢失㊂4㊀展㊀望近年来,DNA甲基化在植物组织培养中的研究主要集中在模式植物拟南芥㊁农作物(水稻㊁玉米等)和一些园艺植物中,而在林木中的研究相对滞后㊂通常木本植物具有生长缓慢㊁寿命长㊁自交不亲和及高度杂合的特性,其快速再生受到限制,尤其是在气候变化的背景下[59]㊂过度分泌酚类物质㊁玻璃化㊁芽端坏死㊁生根困难是林木组织培养过程中常见的限制因素[60],阻碍了经济树种的规模化繁殖与遗传改良㊂在木本植物细胞中,再生相关基因的表达同样受到表观遗传学机制的严格调控㊂因此,揭示林木细胞的脱分化和再分化过程的DNA甲基化调控机制是提升组培繁殖效率的重要路径,有助于建立更有效的林木再生分子工具㊂尽管DNA甲基化调控再生基因表达方面的研究取得了相当大的进展,但二者之间的关联机制还存在争议㊂一般认为,特定基因座的DNA甲基化水平升高可能通过沉默基因阻碍再生,而全基因组低甲基化通过激活转录而增强再生㊂例如,在DNA甲基转移酶的功能缺失突变体met1中,WUS调控区的DNA甲基化缺失,导致该基因表达增加以提高芽再生效率[53]㊂然而,最近研究表明,DNA甲基化也可以与基因转录呈现显著的正相关关系,且DNA甲基化对基因表达的调控既可以是主动的,也可以是被动的[61]㊂识别不同激素环境下以及不同再生阶段的植物细胞中DNA甲基化与基因表达之间复杂的调控关系,将进一步加深对植物再生过程中表观遗传调控作用的理解㊂6㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展基于前期研究结果,DNA甲基化在植物组培中的研究可集中在以下4个方面:①加强组织培养过程中DNA甲基化与多组学的关联研究,结合单细胞测序等多维组学技术,精确解析再生调节基因的表观遗传调控机制;②开发多种甲基化抑制剂,通过定向调控甲基化酶活性,以引起组织培养过程中的去甲基化和再生相关基因的再激活;③深入解析生长素和细胞分裂素在细胞重编程过程中对甲基化水平的调控机制,为提高组培再生效率提供潜在的靶点;④应用CRISPR/dCas9靶向去甲基化技术,对再生调节基因的甲基化水平进行设计改造,全面提高植物再生效率,并为提高顽抗树种的再生能力提供技术支撑㊂参考文献(reference):[1]赵翔宇.植物组织培养在林木遗传育种中的应用[J].河南农业,2022(11):51-52.ZHAOXY.Applicationofplanttissuecul⁃tureinforestgeneticbreeding[J].AgricHenan,2022(11):51-52.DOI:10.15904/j.cnki.hnny.2022.11.011.[2]巩振辉,申书兴.植物组织培养[M].3版.北京:化学工业出版社,2022:12-17.GONGZH,SHENSX.Planttissueculture[M].3rded.Beijing:ChemicalIndustryPress,2022:12-17.[3]SIVANESANI,NAYEEMS,VENKIDASAMYB,etal.Geneticandepigeneticmodesoftheregulationofsomaticembryogenesis:areview[J].BiolFutur,2022,73(3):259-277.DOI:10.1007/s42977-022-00126-3.[4]樊龙江.植物基因组学[M].北京:科学出版社,2020:68-69.FANLJ.Plantgenomics[M].Beijing:SciencePress,2020:68-69.[5]HEXJ,CHENTP,ZHUJK.RegulationandfunctionofDNAmethylationinplantsandanimals[J].CellRes,2011,21(3):442-465.DOI:10.1038/cr.2011.23.[6]LEEK,SEOPJ.Dynamicepigeneticchangesduringplantregeneration[J].TrendsPlantSci,2018,23(3):235-247.DOI:10.1016/j.tplants.2017.11.009.[7]ZHANGHM,LANGZB,ZHUJK.DynamicsandfunctionofDNAmethylationinplants[J].NatRevMolCellBiol,2018,19(8):489-506.DOI:10.1038/s41580-018-0016-z.[8]LEEK,PARKOS,SEOPJ.JMJ30⁃mediateddemethylationofH3K9me3drivestissueidentitychangestopromotecallusformationinArabidopsis[J].PlantJ,2018,95(6):961-975.DOI:10.1111/tpj.14002.[9]LIUDC,MUQ,LIXY,etal.ThecallusformationcapacityofstrawberryleafexplantismodulatedbyDNAmethylation[J].HorticRes,2022,9:uhab073.DOI:10.1093/hr/uhab073.[10]GHOSHA,IGAMBERDIEVAU,DEBNATHSC.DetectionofDNAmethylationpatterninthidiazuron⁃inducedblueberrycallususingmethylation⁃sensitiveamplificationpolymorphism[J].BiolPlant,2017,61(3):511-519.DOI:10.1007/s10535-016-0678-3.[11]KRIZOVAK,FOJTOVAM,DEPICKERA,etal.Cellculture⁃in⁃ducedgradualandfrequentepigeneticreprogrammingofinvertedlyrepeatedtobaccotransgeneepialleles[J].PlantPhysiol,2009,149(3):1493-1504.DOI:10.1104/pp.108.133165.[12]VININGK,POMRANINGKR,WILHELMLJ,etal.MethylomereorganizationduringinvitrodedifferentiationandregenerationofPopulustrichocarpa[J].BMCPlantBiol,2013,13:92.DOI:10.1186/1471-2229-13-92.[13]IKEUCHIM,SUGIMOTOK,IWASEA.Plantcallus:mechanismsofinductionandrepression[J].PlantCell,2013,25(9):3159-3173.DOI:10.1105/tpc.113.116053.[14]KARIMR,TANYS,SINGHP,etal.ExpressionandDNAmethy⁃lationofSERK,BBM,LEC2andWUSgenesininvitroculturesofBoesenbergiarotunda(L.)Mansf[J].PhysiolMolBiolPlants,2018,24(5):741-751.DOI:10.1007/s12298-018-0566-8.[15]GAOY,RANL,KONGY,etal.AssessmentofDNAmethylationchangesintissuecultureofBrassicanapus[J].Genetika,2014,50(11):1338-1344.DOI:10.7868/s001667581410004x.[16]ZAKRZEWSKIF,SCHMIDTM,VANLIJSEBETTENSM,etal.DNAmethylationofretrotransposons,DNAtransposonsandgenesinsugarbeet(BetavulgarisL.)[J].PlantJ,2017,90(6):1156-1175.DOI:10.1111/tpj.13526.[17]STROUDH,DINGB,SIMONSA,etal.Plantsregeneratedfromtissueculturecontainstableepigenomechangesinrice[J].eLife,2013,2:e00354.DOI:10.7554/eLife.00354.[18]SMITHJ,SENS,WEEKSRJ,etal.PromoterDNAhypermethyla⁃tionandparadoxicalgeneactivation[J].TrendsCancer,2020,6(5):392-406.DOI:10.1016/j.trecan.2020.02.007.[19]MAQX,ZHOUWZ,ZHANGP.Transitionfromsomaticembryotofriableembryogeniccallusincassava:dynamicchangesincel⁃lularstructure,physiologicalstatus,andgeneexpressionprofiles[J].FrontPlantSci,2015,6:824.DOI:10.3389/fpls.2015.00824.[20]ZENGFS,SUNFK,LIANGNS,etal.DynamicchangeofDNAmethylationandcellredoxstateatdifferentmicropropagationpha⁃sesinbirch[J].Trees,2015,29(3):917-930.DOI:10.1007/s00468-015-1174-7.[21]LINWQ,XIAOXO,ZHANGHN,etal.Whole⁃genomebisulfitesequencingrevealsaroleforDNAmethylationinvariantsfromcalluscultureofpineapple(AnanascomosusL.)[J].Genes,2019,10(11):877.DOI:10.3390/genes10110877.[22]LIZAMORED,BICKNELLR,WINEFIELDC.Elevatedtranscrip⁃tionoftransposableelementsisaccompaniedbyhet⁃siRNA⁃drivendenovoDNAmethylationingrapevineembryogeniccallus[J].BMCGenomics,2021,22(1):676.DOI:10.1186/s12864-021-07973-9.[23]SHIMS,LEEHG,PARKOS,etal.DynamicchangesinDNAmethylationoccurinTEregionsandaffectcellproliferationduringleaf⁃to⁃callustransitioninArabidopsis[J].Epigenetics,2022,17(1):41-58.DOI:10.1080/15592294.2021.1872927.[24]ALISHAIKHA,CHACHARS,CHACHARM,etal.Recentad⁃vancesinDNAmethylationandtheirpotentialbreedingapplica⁃tionsinplants[J].Horticulturae,2022,8(7):562.DOI:10.3390/horticulturae8070562.[25]BARTELSA,HANQ,NAIRP,etal.DynamicDNAmethylationinplantgrowthanddevelopment[J].IntJMolSci,2018,19(7):2144.DOI:10.3390/ijms19072144.[26]GAOYR,SUNJC,SUNZL,etal.TheMADS⁃boxtranscriptionfactorCmAGL11modulatessomaticembryogenesisinChinesechestnut(CastaneamollissimaBlume)[J].JIntegrAgric,2020,19(4):1033-1043.DOI:10.1016/S2095-3119(20)63157-4.[27]LUANAP,CHENCJ,XIET,etal.MethylationanalysisofCpGislandsinpineappleSERK1promoter[J].Genes,2020,11(4):425.DOI:10.3390/genes11040425.[28]SALAÜNC,LEPINIECL,DUBREUCQB.Geneticandmolecularcontrolofsomaticembryogenesis[J].Plants,2021,10(7):1467.DOI:10.3390/plants10071467.[29]DEARAÚJOSIM,GOMESACMM,SCHERWINSKI⁃PEREIRAJE.Cellularresponsesofoilpalmgenotypesduringso⁃maticembryogenesisinvolveparticipationofprocambialcells,DNAdemethylati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