水稻(Oryza sativa)粒形性状包括粒长、粒宽、粒厚、粒重和长宽比等, 是构成水稻产量的重要因素之一。因此, 阐明水稻粒形遗传控制的机理, 对提高水稻产量具有十分重要的意义。水稻粒形的遗传是多基因共同作用的数量性状遗传, 相对于单一基因控制的性状, 研究要相对复杂。该文综述了水稻粒形的遗传特点、QTL定位和基因克隆, 并展望了粒形遗传的研究前景。

干旱胁迫严重影响农作物的产量和质量, 制约全球的农业生产。泛素连接酶E3是一个种类繁多的大家族, 涉及对植物生长发育和逆境胁迫响应等过程中关键步骤的控制。该文概述了植物干旱胁迫的调控机制和植物的泛素连接酶E3, 并着重阐述了泛素连接酶E3介导的植物干旱胁迫反应及其作用机制

水稻(Oryza sativa)是我国重要的粮食作物之一。水稻矮秆材料的引入掀起了第1次“绿色革命”。但近年来, 在水稻育种中矮生基因遗传单一的问题越来越突出, 已经严重影响到水稻产量的持续提高。利用⁶⁰Co-γ射线辐照籼稻亲本材料M804获得了一个性状能够稳定遗传的矮秆突变体MU101。对该矮秆突变体和台粳16号杂交获得的F₂代的遗传分析表明, 该矮秆性状受1对隐性单基因控制, 并暂命名为ds1。利用已有的SSR分子标记将DS1基因定位在水稻第5号染色体上, 通过扩大群体和开发新的Indel标记, 进一步将DS1基因定位在2个Indel标记之间, 两者间的物理距离大约为384 kb。该研究为DS1基因的克隆及其在生产中的应用奠定了基础。

在粳稻品种中花11为遗传背景的T-DNA突变体库中筛选获得一个遗传稳定的水稻(Oryza sativa)短根毛突变体Ossrh2(Oryza sativa short root hair 2)。突变体在苗期表现为根毛数量减少, 为野生型的61.4%, 根毛长度明显变短, 只有野生型的22.8%, 同时根毛增粗, 根毛形态也发生了变异, 局部扭曲膨胀和分叉, 除此之外突变体的地上部和根部生长情况与野生型相比没有显著差异。遗传分析表明, 该突变性状受1对隐性单基因控制。通过对突变体T₂和F₂代的分子检测发现, 该突变体表型非T-DNA插入引起。利用Ossrh2纯合体和籼稻品种Kasalath杂交构建的F₂群体对OsSRH2进行基因定位, 发现其与第10号染色体短臂上的SSR(simple sequence repeat)标记RM6370和RM474连锁, 遗传距离分别为1.1 cM和3.0 cM。通过在两标记间发展3个新的STS(sequence-tagged site)标记, 将OsSRH2基因定位于标记S1227和S1531之间, 物理距离约为304 kb, 为进一步克隆OsSRH2打下了基础。

株高是典型的数量性状, 易受遗传背景的干扰和环境因素的影响, 利用单片段代换系(single segment substitution lines, SSSLs)能减少遗传背景的干扰。以85个单片段代换系为材料, 其受体亲本为籼稻广陆矮4号(Oryza sativa ssp. indica), 供体亲本为粳稻日本晴(Oryza sativa ssp. japonica)。通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较, 分析单片段代换系与受体亲本之间株高的差异, 对代换片段上的株高QTL进行鉴定。以P≤0.001为阈值共检测到24个株高QTLs, 分别分布于除第10染色体外的其它11条染色体上, 其中3个QTLs的加性效应表现为减效作用, 另外21个株高QTLs的加性效应表现为增效作用。QTLs加性效应变化范围为–6.5–31.74, 加性效应百分率的变化范围为–8.81%–41.96%。该研究对进一步发掘和利用新的矮秆或半矮秆基因资源具有重要意义。

利用RT-PCR技术研究了美洲黑杨(Populus deltoides)材性相关候选基因细胞分裂素结合蛋白(cytokinin binding protein)基因PdCYTOB的表达谱, 结果显示, 在未成熟木质部、未成熟韧皮部和韧皮部中PdCYTOB基因具有较高水平的表达量。对导入反义PdCYTOB的山新杨(Populus davidiana × P. bolleana)植株进行Southern杂交和RT-PCR检测, 证实反义PdCYTOB基因已整合到杨树基因组中并表达。对大田转基因株系及对照植株进行表型观察、组织切片和微纤丝角的测定, 结果表明, 转反义PdCYTOB基因植株的高度明显增加, 木质部、韧皮部变宽, 微纤丝角明显变小, 初步表明转基因杨树在造纸性能上有所改良。这些研究结果对于阐明PdCYTOB在美洲黑杨木材形成中的分子作用机制具有重要的理论意义。

滇龙胆(Gentiana rigescens)为传统中药材。采用单因素方差分析比较不同生长季节滇龙胆的根部及茎叶部位龙胆苦苷、獐牙菜苦苷及当药苷含量的动态变化。结果表明, 在不同生长季节, 滇龙胆的根部与茎叶部位3种有效成分的含量具明显差异。龙胆苦苷主要积累于根部; 獐牙菜苦苷、当药苷主要积累于茎叶部位。相关性分析表明, 龙胆苦苷含量受气候因子的影响, 月平均温度与茎叶部位龙胆苦苷含量呈极显著负相关(R=–0.57, P<0.01), 月降水量与根部、茎叶部位龙胆苦苷含量呈显著(R=–0.48, P<0.05)或极显著(R=–0.74, P<0.01)负相关; 根中当药苷含量与獐牙菜苦苷含量呈极显著正相关(R=0.62, P<0.01), 茎叶部位獐牙菜苦苷含量与当药苷含量呈显著正相关(R=0.38, P<0.05)。研究结果表明, 滇龙胆中龙胆苦苷含量受降水量和温度的影响; 龙胆苦苷、獐牙菜苦苷及当药苷的含量变动具相关性; 9–11月较适宜滇龙胆药材的采收。

植物对不同生长环境具有不同的适应机制。华南忍冬(Lonicera confusa)是生长于岩溶富钙环境下的典型植物, 它具有通过气孔泌钙方式适应富钙环境的特性。以华南忍冬为研究对象, 利用环境扫描电镜系统研究了华南忍冬气孔泌钙现象, 并对泌钙后自组装的不同生物矿化物质进行了能谱分析, 同时对比分析了能谱仪的点扫描和面扫描方式对相同物质的检测效果。结果表明: 生长于岩溶富钙环境下的华南忍冬叶片表面不同晶型的钙盐是由气孔排出后形成的; 钙盐分泌出组织后, 自组装成多种形态的晶体, 如晶沙、球晶和棱晶, 晶体中除含有较高的钙外, 还含有一定量的硫及其它元素, 推测晶体的成核物质可能是由含硫氨基酸构成的蛋白质。研究结果为相关钙盐的仿生矿化研究提供了一定的启示。能谱分析能有效用于植物表面的微区分析及植物分泌物的物质基础测定。

黄连木(Pistacia chinensis)是一种重要的木本油料植物, 其果实中贮存着大量的油脂, 这些油脂分子主要存在于果皮、种皮和胚的油体中。在光学显微镜下观察发现, 果皮中油的积累开始于果实发育晚期, 果皮开始变红时; 种皮中油体的发育开始于果实发育早期; 胚中油体的发育开始于球形胚时期。透射电子显微镜观察结果显示, 种皮和胚中的油体形成于内质网, 而果皮中的油体则分别由内质网、质体和液泡形成。尼罗红荧光标记显示, 内质网形成的油体始终以独立单元的形式存在。种皮和胚中也贮藏蛋白体, 但发育晚于油体。果皮、种皮和子叶中都贮存少量的淀粉粒。

通过对中国北方C₃草本植物稳定性碳同位素的测定以及有关该区植被碳同位素资料的收集, 共获取了47个样点的地理位置、气候因子和325个植物样品的碳同位素数据; 计算了中国北方不同气候分区的湿润指数, 分析了C₃草本植物δ¹³C值的空间特征以及与湿润指数等环境因子之间的关系。在所调查的范围内, 中国北方地区C₃草本植物δ¹³C值的分布区间为–29.9‰ – –25.4‰, 平均值为–27.3‰。C₃草本植物δ¹³C的平均值从半湿润地区到半干旱地区再到干旱地区显著变重; 3个气候分区植物δ¹³C值的变化范围分别是–29.9‰ – –26.7‰ (半湿润区)、–28.4‰ – –25.6‰ (半干旱区)和–28.0‰ – –25.4‰ (干旱区)。一元回归分析表明, 各气候分区C₃草本植物δ¹³C值与湿润指数的关系存在差异, 在半干旱区、半湿润区和整个北方地区, C₃草本植物δ¹³C值与湿润指数均呈显著线性负相关(P<0.05), 随着湿润指数的增加, C₃植物δ¹³C平均值均变轻, 但下降幅度不同。而在北方干旱气候区内, C₃草本植物δ¹³C与湿润指数呈显著正相关(P<0.05), 湿润指数每升高0.1, 植物δ¹³C平均值增加1.3‰。年均温度可能是决定该区内各样点湿润指数和C₃植物对¹³C分馏能力差别的主要原因。

核基质结合区(matrix attachment region, MAR)的应用是提高植物基因转化和表达效率的有效方法之一。将烟草(Nicotiana tabacum)核基质结合区TM2构建在植物表达载体pBI121上报告基因GUSA表达盒和选择标记基因NPTII表达盒的两侧翼, 利用农杆菌介导的子叶浸染转化番茄(Lycopersicon esculentum)。结果表明, MAR序列能够显著提高转基因植株的转化效率和转基因的表达水平。不同长度的CaMV 35S启动子比较表明, TM2的调控活性依赖于启动子的存在, 并且具有一定的功能重叠。热诱导型启动子的研究表明, TM2仅提高热诱导的表达强度, 而不改变启动子的热诱导表达调控特性。TM2的表达调控特性符合转基因的表达要求, 该MAR序列可广泛应用于各种植物的基因工程中。

光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”和“生命界最重大的顶极创造之一”, 在生物演化、生物圈形成和运转及人类诞生与经济和社会的可持续发展等过程中都处于非常关键的地位。从最近召开的国际和国内光合作用会议来看, 当前进行的研究呈现出领域越来越宽广、层次越来越深入、技术越来越先进的特点; 研究重点集中在探讨光合作用反应机理、结构与功能, 揭示光合机构组装、运转与调节机制及光合作用与人类可持续发展3个方面。