2012年中国植物科学研究继续快速发展。中国科学家在植物科学多个领域中取得了大量的原创性、高水平研究成果, 包括植物基因组研究、植物天然免疫抗性及其应答环境的信号转导机制以及植物去甲基化作用和DNA双链断裂修复机制研究等, 受到国内外的高度评价。该文对2012年中国本土植物生命科学若干领域取得的重要研究进展进行概括性评述, 旨在全面追踪当前中国植物科学领域发展的最新前沿和热点事件, 并展现我国科学家所取得的杰出成就。

以撑绿杂交竹(Bambusa pervariabilis × Dendrocalamopsis daii)和硬头黄竹(Bambusa rigida)为研究对象, 探讨了两种丛生竹生物量分配及克隆生长特性。结果表明, 硬头黄竹秆生物量比例显著高于撑绿杂交竹, 枝和叶生物量比例显著低于撑绿杂交竹, 硬头黄竹具有更高的养分同化效率。硬头黄竹与撑绿杂交竹的繁殖率无明显差异, 但其退笋率显著低于撑绿杂交竹, 表明硬头黄竹具有更高的繁殖效率。此外, 与撑绿杂交竹相比, 硬头黄竹的成竹根茎更长, 资源开拓性更强。两种丛生竹的新竹生长与母竹数量、大小和年龄结构具显著相关性。硬头黄竹产生的竹笋质量高, 具有较高的成竹率, 生长策略类似K对策; 撑绿杂交竹产生的竹笋数量多, 但退笋率较高, 类似r对策。硬头黄竹和撑绿杂交竹的成竹数(成竹胸径)与母竹数量(母竹胸径)间存在线性相关关系, 可以用线性模型模拟。

通过筛选获得了对魔芋(Amorphophallus konjac)软腐病具有较强抗性的花魔芋抗病植株, 经核型分析发现, 其染色体数目与普通植株一致, 均为2n=26。抗病实验结果表明, 该抗病植株对魔芋软腐病的抗性较普通植株强。采用酶联免疫吸附法, 测定了软腐病病原菌接种30小时内的抗病与普通植株叶片中内源植物激素(SA与JA)的含量变化。结果显示, 抗病和普通植株叶片中SA和JA含量变化的总体趋势明显不同。主要表现在, 抗病和普通植株叶片中SA和JA积累的时间不同; 此外, 积累的量也有明显差异。推测魔芋抗病植株可能存在与目前大多数植株不同的抗病机制。

该文探讨了不同浓度的Cu²⁺胁迫对拟南芥(Arabidopsis thaliana)根生长、活性氧(ROS)积累、抗氧化酶活性、质膜完整性和细胞活性的影响, 通过分根实验初步分析了Cu²⁺毒性效应的影响范围。结果表明, Cu²⁺胁迫可显著抑制拟南芥主根伸长, 诱导ROS积累及DNA损伤, 促发抗氧化酶活性升高, 破坏质膜完整性, 且Cu²⁺浓度越高, 毒性效应越明显, 在高浓度Cu²⁺胁迫下细胞活性显著降低。分析各参数之间的关系, 表明ROS的积累与超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性呈显著正相关; ROS积累与DNA损伤、质膜完整性、细胞活性之间具有显著的近线性关系。分根实验结果表明, 只有在添加重金属Cu²⁺(75 μmol·L^–1)一侧培养基中的根生长受抑制, 并出现ROS积累、细胞死亡, 暗示Cu²⁺对拟南芥根系的局部毒性效应可能是由于ROS的局部性积累导致受胁迫根系一侧的细胞死亡所引起的。

锶对植物光合作用影响尚未见系统研究报道。通过叶绿素荧光诱导动力学和光合气体交换参数详细研究了不同浓度的锶(1、5、10和20 mmol·L^–1SrCl₂)对油菜(Brassica napus)叶片光合作用的影响。荧光诱导动力学分析结果表明, 光系统II(PSII)的潜在活性(F_v/F_o)、实际光化学效率(Y(II))、表观光合电子传递速率(ETR)和光化学淬灭(qP)在低浓度(1和5 mmol·L^–1)锶处理时显著上升, 在高浓度(10和20 mmol·L^–1)锶处理时显著下降; 初始荧光强度(F_o)和非光化学淬灭(NPQ)在低浓度锶处理时变化不明显, 但在高浓度下显著上升。光合气体交换参数分析结果表明, 叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)在低浓度锶处理时显著上升, 而在高浓度锶处理时显著下降; 气孔导度(G_s)随锶处理浓度的增加一直呈显著下降趋势; 胞间CO₂浓度(C_i)在低浓度锶处理时轻微下降, 高浓度锶处理时显著增加。此外, 叶绿素含量在低浓度锶处理时显著增加, 在高浓度处理时则显著下降。这些结果均表明, 低浓度锶处理可以改善油菜叶片的光合功能, 增加叶片光合效率; 而高浓度锶则会妨碍叶片光合功能, 导致光合效率显著下降。

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)是一个广泛存在于开花植物中的酶, 在植物体内仅存在于特定的组织和细胞中, 其活性受自身磷酸化和一些相关代谢产物的调节。PEPCK的磷酸化在多种植物体内受光调控。ATP存在时, PEPCK催化OAA生成PEP, 而PEP是多种反应的前体物质。通过不同的代谢途径, PEPCK间接地参与贮油植物种子萌发和植物果实成熟的糖异生过程, C₄和CAM(景天科代谢)植物光合作用中的CO₂浓缩过程, 细胞内pH值平衡和植物体内氮代谢过程等, 从而调节植物的生长发育。该文综述了植物中已发现的PEPCK及其在植物生命活动过程中的自身活性调节和生理功能。

脱落酸是一种广泛存在于植物体内的抑制性植物激素, 具有诱导种子休眠、抑制种子萌发、控制气孔关闭和增强植物抗逆性等生物活性, 在植物生长发育的各个阶段起着独特而重要的生理作用。但是较高的生产成本、在植物体内快速代谢失活和侧链2-位顺式双键的光异构化失活限制了脱落酸在农业生产中的应用。因此, 合成并筛选出活性更高、更稳定的脱落酸类似物, 是备受关注的研究领域。该文综述了脱落酸抗代谢与光稳定性研究的新进展, 介绍了脱落酸抗代谢与光稳定性类似物研究中存在的问题并对今后的研究方向进行了展望。

目前, 利用芯片技术和miRNA测序可快速、准确地检测到物种中所含有的miRNA。随着越来越多的miRNA被发现, miRNA靶基因的确定已成为研究miRNA生物学功能的关键。传统的miRNA靶基因的寻找主要依赖生物信息学预测、AGO蛋白免疫共沉淀和荧光素酶法等。随着高通量测序技术的持续革新, 出现了一种新的miRNA靶基因的检测方法, 即降解组测序(degradome sequencing)法, 该方法拥有高通量测序技术、生物信息学分析和RACE验证三者的优势, 并已成功应用于拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)和小立碗藓(Physcomitrella patens)等模式植物miRNA靶基因的检测。基于已发表的相关文献和联川生物降解组测序平台, 该文对降解组测序技术应用于植物miRNA靶基因的研究进展及其实验原理进行了综述, 同时对运用该技术可进行的更深入研究进行了讨论。