根的金属元素含量对高粱生长过程有重要影响。 激光诱导击穿光谱(LIBS)是快速检测作物金属元素的理想技术。 建立了一套基于激光诱导击穿光谱与变维粒子群优化和组合移动窗口(VDPSO-CMW)的波长选择算法相结合的高粱根部金属元素定量分析方法。 获得不同Na和Fe浓度积累的高粱样本27份。 针对高粱根部的LIBS光谱, 利用VDPSO-CMW算法筛选与Na和Fe元素相关的特征波段, 并构建PLS定量分析模型。 经VDPSO-CMW算法优化后, 高粱根部Na元素的PLS模型的建模结果交叉验证决定系数(R2CV)为0.962, 相比优化前的模型上升了6.5%, 交叉验证均方根误差(RMSECV)为1.261, 相比优化前模型下降了37.7%, 预测决定系数(R2P)为0.988, 相比优化前的模型上升了16.8%, 预测均方根误差(RMSEP)为1.063, 相比优化前的模型下降了72.1%; 经VDPSO-CMW算法优化后的高粱根部Fe校正模型的R2CV为0.956, 相比优化前的模型上升了7.4%, RMSECV为5.095, 相比优化前的模型下降了37.1%, R2P为0.955, 相比优化前的模型上升了4.3%, RMSEP为6.438, 相比优化前的模型下降了27.3%。 结果表明, VDPSO-CMW波长选择算法能够剔除LIBS受自吸收、 谱线干扰等因素的波段, 提高定量分析准确度。 该算法和LIBS技术的结合不仅能够实现高粱根部Na和Fe元素的快速精确测定, 也适用于其他样本和元素的定量分析。

氯离子通道蛋白(ClC)是存在于生物体细胞膜上一类分布极其广泛的阴离子通道, 在抗盐胁迫等多种生理过程中发挥着非常重要的作用。使用生物信息学方法在高粱基因组中鉴定出10个SbClCs基因, 对SbClCs基因家族进行基因组鉴定、启动子、保守基序、系统进化树和基因表达分析。结果显示: SbClCs基因家族主要分布在SBI-01、SBI-03、SBI-04、SBI-06、SBI-07、SBI-10共6条染色体上; SbClCs蛋白均为疏水蛋白且流动性较好, 多为质膜上的分泌性蛋白, 其二级结构主要为无规则卷曲和α-螺旋; 基因蛋白结构域分析结果显示, 相对较为保守的结构域是Voltage gated和CBS pair voltage gated ClC uk bac, ClC家族成员在蛋白上也都是比较保守的; 分析SbClCs基因启动子顺式作用元件后发现都存在光响应元件(Sp1, G-box), 除了SbClCg1基因外, 其他基因的启动子区均存在干旱诱导相关MYB结合位点(MBS); 系统进化树分析显示, 高粱ClC与玉米、水稻亲缘关系更近; 基因表达热图分析表明, SbClCc3、SbClCa基因对于高粱的耐盐胁迫和抗逆性起着重要的作用; 选择进化分析表明, ClC蛋白质编码基因还受纯化选择作用。本研究初步分析了高粱10个氯离子转运蛋白基因的结构与表达, 为进一步研究用SbClCs进行遗传转化与分子育种提供了基础。

硝态氮是旱地植物吸收氮素的主要形式, 其吸收与硝酸盐转运蛋白1(NRT1)密切相关。高粱(Sorghum bicolor)较耐贫瘠, 对土壤中的氮素吸收和利用效率较高。以拟南芥、水稻的NRT1为基础, 通过Blast筛选高粱核酸和蛋白数据库获得SbNRT1基因全长序列, 并结合生物信息学方法鉴定出了20个SbNRT1基因, 对其进行基因结构、系统进化树、基因表达、选择进化分析, 同时对其蛋白质的理化性质、二级和三级结构进行分析。结果显示: SbNRT1分布于SBI-01～SBI-10上(除SBI-08); SbNRT1蛋白质均为疏水性蛋白, 绝大多数蛋白质没有信号肽, 且亚细胞定位在质膜上; 二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主, SbNRT1蛋白三级结构与预测一致, 可信度均达到93%; SbNRT1存在8个分支, 高粱与谷子、玉米的NRT1同源关系更近, 且高粱在进化上出现了单双子叶的分化; Sobic.004G193000基因在生育期多个部位表达水平较高, Sobic.001G133900、Sobic.003G295500和Sobic.001G302800在高粱根部受硝酸盐诱导表达, 也受铵盐和尿素诱导; 高粱种质基因组重测序数据计算的ka/ks值表明, SbNRT1的进化具有纯化效应。该研究结果为进一步探讨高粱氮高效相关基因的功能研究提供了基础。

由于臭氧层逐渐变薄, 到达地球表面UV-B辐射不断增加, 因UV-B辐射改变的太阳光谱将会对陆地植物造成不同程度的伤害。 本试验以高粱龙杂5为材料, 对二叶一心高粱进行四种剂量UV-B处理, 恢复2 d采用光合仪测定光合参数, 并取样测定抗氧化酶活性。 随着UV-B剂量的升高, 高粱叶片褐化损伤加重, 植株矮化, 鲜重和干重显著降低； 花青素含量显著升高, 叶绿素和类胡萝卜素含量显著减少, 净光合速率和叶绿素荧光参数显著下降。 同时, 随UV-B剂量升高, 高粱幼苗气孔导度、 胞间CO2浓度和蒸腾速率表现为“降-升-降”变化； POD和CAT活性呈现“降-升-降”变化； SOD和GR活性呈现“降-升”变化, APX和GPX呈现“升-降-升”变化。 在供试的四种剂量中, UV-B处理6 h（相当2.4 J·m－2）的高粱幼苗净光合急剧下降, 其他光合指标以及抗氧化酶活性也表现出明显转折。 结果表明, 增强的UV-B辐射直接导致高粱光合色素、 净光合速率和叶绿素荧光参数的改变； 高粱抗氧化系统对高、 低剂量UV-B响应机制不同, 其中 ASA-GSH循环对低剂量UV-B反应更敏感, 高剂量UV-B辐射不仅破坏高粱光合作用, 而且启动植物酶促和非酶抗氧化系统, 导致叶片褐化坏死, 植株生物量累积减少、 株高矮化, 甚至死亡。