株型是作物品种改良的重要目标性状, 其中茎秆是最重要的株型性状。植物发育分子生物学研究表明, 茎秆性状的形成和发育受多个重要基因的严格调控。本文从茎秆的发生、形状和分枝的形成等方面对茎秆发育的分子机理进行概述, 以期为植物株型的改良提供理论依据。

本文对近20年来魔芋生物技术研究取得的进展进行了系统的回顾分析。组织培养是当前魔芋生物技术研究的主要内容, 魔芋离体植株再生以器官发生途径为主, 包括不定芽和拟球茎两种途径, 后者是当前研究的热点。利用组织培养进行有用突变体的筛选和种质资源的保存也取得了一些有价值的结果。以抗病和品质改良为目的的转基因技术取得了较快发展, 如抗病基因和抗除草剂基因等已实现成功转化。此外, 本文还分析了魔芋生物技术研究中存在的主要问题并提出了相应的对策。

西山坪遗址水稻遗存的植物硅酸体记录和炭屑以及碳化种子加速器14C测年显示甘肃天水5 000年前已开始种植水稻,是我国西北部有精确定年的最古老的稻作遗存, 也是水稻种植的最西北端。西山坪水稻遗存将稻作农业记录向西拓展了至少2个经度。这一发现有助于准确判定5 000年这一重要时点东亚水稻种植的区域以及了解水稻的种植与传播对农业和环境产生的影响。

AP2/EREBP蛋白是广泛存在于高等植物中的且包含AP2/EREBP功能域的重要转录因子家族, 通常可分为包含单功能域的EREBP类蛋白和包含两个功能域的AP2类蛋白, 它们的功能涉及植物生长发育调控和对逆境应答等许多方面。据预测,水稻基因组编码150个左右的AP2/EREBP 家族成员, 但目前绝大多数蛋白的功能仍不清楚。为了解这些基因在水稻不同器官中的表达特性, 我们以AP2/EREBP功能域的氨基酸序列为基础, 从水稻基因组数据库中搜索到12个AP2类以及20个EREBP类预测基因, 利用PCR扩增的编码区序列制备了这些预测基因的macro-array。 以幼芽、幼根、幼叶、颖花和灌浆期成熟叶的 cDNA为探针, 杂交分析结果显示: 不同AP2类预测基因之间的表达量差别较大, 但同一个基因在不同器官中表达量基本一致; 与此不同的是, 大部分EREBP类预测基因在幼根和成熟叶片中表达量较高, 而在幼芽和幼叶中表达量较低。这些预测基因的表达模式可能与它们的功能密切相关。

干旱胁迫下根系与地上部分之间的信息传递可使植物叶片及时感知土壤水势变化, 从而使植物在没有真正受到干旱伤害时即可做出主动、快速的抗旱应答反应, 而在这一过程中, 脱落酸(abscisic acid, ABA)和pH起着关键的作用。本研究表明, 干旱胁迫下鸭趾草(Commelina communis L.)、番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)和向日葵(Helianthus annuus L.)木质部汁液中pH的变化很不相同, 且该pH变化和木质部汁液中硝态氮离子浓度的变化没有直接的关系; 然而, 饲喂实验表明, 无论对于何种植物, 蒸腾流中硝态氮离子浓度的增加都可有效地增加气孔对ABA的敏感度; 分根实验进一步表明, 土壤中硝态氮营养的增加可明显提高气孔对根信号的敏感度。以上结果说明, 氮素营养可以和根信号相互作用共同操纵气孔运动。

海藻糖-6-磷酸合成酶(trehalose-6-phosphate synthase, TPS)是海藻糖合成途径中的一个关键酶, 近些年来受到广泛关注, 以往的研究多数集中于细菌和真菌等, 而对植物体内TPS基因的研究较少。为此, 我们首先通过RT-PCR(reverse transcription PCR)克隆得到了拟南芥的TPS基因, 进而将其构建到原核高效表达载体pET30a(+)上并在大肠杆菌BL21中进行高效诱导表达。在确认该基因能够在体外正常表达之后, 将其构建到植物表达载体上并转入烟草体内, 通过实时荧光定量PCR检测, 证明在转基因个体中目的基因已经在受体基因组上完成整合, 并且在其中的2个个体中实现了正常转录。在对目标个体进行海藻糖含量的测定以及抗逆性实验后发现, S5个体具有良好的表现, 其体内海藻糖的含量明显高于其它个体, 并具有较强的耐受盐胁迫的能力。

通过对香港大榄郊野公园森林群落的样地调查, 利用组平均法和除趋势对应分析两种方法, 对样方进行聚类与排序分析。把35个样地划分为11个植被类型, 森林群落可划分为台湾相思(Acacia confusa Merr.)林、红胶木(Lophostemon confertus(R. Br.) Peter G. Wils on ex J. T. Waterh.)林、木荷(Schima superba Gardner ex Champ.)林、柠檬桉(Eucalyptus citriodora Hook.)林、湿地松+鸭脚木(Pinus elliottii Engelm.+ Schefflera octophylla (Lour.) Harms .)林、土沉香(Aquilaria sinensis (Lour.) Spreng.)林、毛叶桉(Eucalyptus torel liana F. Muel l.)林; 灌木群落分为山油柑+越南叶下珠(Acronychia pedunculata (L.) Miq.+ Phyl lanthus cochinchinensis (Lour.) Spreng.)矮树灌丛、豺皮樟+桃金娘(Li tsea rotoundifol ia (Nees) Hemsl . var. ob longi folia (Nees) C. K. Allen+Rhodomyrtus tomentosa (Al ton) Hassk.)矮树灌丛、大头茶(Gordonia axillaris (Roxb. ex Ker Gawl .) D. Dietr.)矮树灌丛、桃金娘+芒萁(Rhodomyrtus tomentosa (Alton) Hassk.+Dicranopteris dichotoma (Thunb.) Bernh.)灌草丛。DCA排序结果反映海拔高度与各个森林群落的分布格局和物种组成关系不大, 而环境 湿度是影响森林群落物种组成的主要因素。多样性分析结果显示, 台湾相思林和土沉香林多样性指数最高, 说明台湾相思林逐渐向次生林演变, 除了红胶木林和少数郁闭度低的台湾相思林中有强阳生性树种外, 大部分人工林下植物以阳生性稍耐阴的树种为主。调查结果显示, 大榄郊野公园植物生长条件东部优于西部, 西部的物种丰富度和多样性指数较低, 主要以人工林和灌丛为主, 加上山火频繁发生, 导致长期处于先锋阶段。

采用方差分析和相关分析等方法对籼粳交组合培矮64S/日本晴F2、F3及 F6代分蘖数、有效分蘖数和株高等7个主要农艺性状进行了研究。结果表明, 7个农艺性状在双亲之间均存在显著或极显著差异, 亲本在不同年份和不同地点表现出较大差异, 株高表现变异系数较大, 分别为14.4%和22.8%。各性状在3个世代中除了F2分蘖率、F3齐穗期和F6株高, 其余各性状均呈连续变异, 分布频率大致接近正态分布, 同时存在双向超亲分离现象。各性状不同世代相关系数有一定的变化, 但不改变其方向。这些结果可以为水稻数量性状基因座分析提供有价值的信息, 也可为水稻遗传改良提供理论依据; 本文还对选用测序水稻品种为亲本构建群体进行农艺性状研究的意义进行了讨论。

在自然光照条件和日光灯光照条件下, 用掺1%Ag纳米TiO2 、掺5%Fe2O3纳米TiO2、掺10%ZnO纳米TiO2和纯纳米TiO2对铜绿微囊藻(Synechocystis sp.)PCC6803和集胞藻(Microcystis aeruginosa)进行处理, 并对2种藻样的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、体外超氧自由基含量及超氧化物歧化酶(superoxidase dismutase, SOD)活性进行测定。结果表明, 自然光照条件比日光灯光照条件更利于纳米材料光催化反应的进行; 改性后的3种纳米材料对蓝藻的抑制效果要好于纯纳米TiO2,其中效果最好的为掺1%Ag纳米TiO2; 2种藻样在适应由光催化剂引发光催化而产生的自由基胁迫时, 集胞藻的适应能力比铜 绿微囊藻更强。

利用光镜、扫描电镜和透射电镜对水蕨科(Parkeriaceae)水蕨(Ceratopteris thalictroides (L.) Brongn.)孢子壁的形成和发育进行了研究。结果表明, 水蕨孢子呈辐射对称, 三裂缝, 表面具肋条状纹饰。孢子壁由内壁、外壁和周壁三部分构成。在四分体阶段外壁已基本形成, 其外壁显著, 表面光滑, 质地均匀, 由孢粉素形成, 外壁厚约3-5 μm, 脊高约5-7 μm。周壁由绒毡层残余物在外壁表面沉积形成, 较薄, 厚度只有0.1 μm, 表面具有杆状突起。研究结果对揭示孢子纹饰和孢子壁各层的形成过程、来源和稳定性有一定的意义, 并为蕨类植物孢粉学和系统学研究提供基础资料。

以小黑杨(Populus simonii ×P. nigra)花药培养植株无菌苗叶片为外植体, 通过根癌农杆菌(Agrob acteriumtumefaciens)介导法将胆碱氧化酶基因(codA)导入小黑杨中, 共获得4株转化株系, PCR扩增和Southern杂交检测结果全部 呈阳性, 表明codA基因已整合到小黑杨花药培养植株基因组中。荧光定量RT-PCR检测证明, codA基因在小黑杨花药培养植株中获得表达。耐盐实验结果显示, 各转基因株系在0.6%的NaCl浓度下能够生长, 而非转基因对照小黑杨受盐害严重, 说明codA基因的导入提高了转基因植株的耐盐性。

通过体细胞胚胎发生途径实现了新疆雪莲(Saussurea involucrata Kar.et Ki r.)的植株再生。选用新疆雪莲子叶为外植体, 接种于MS+0.5 mg.L-1 2,4-D+0.05-1 mg.L-1 BA的固体培养基上, 进行愈伤组织的诱导。从第1次继代培养的愈伤组织中挑选出黄绿色、颗粒状、质地致密的胚性愈伤组织, 转移到含0.05-0.1 mg.L-1 2,4-D 的MS液体培养基中进行悬浮培养,20天后可分化产生大量球形胚。继代过程中相继加入PEG和GA3 , 可以促进体细胞胚的分化和生长。体细胞胚在含有5 mg.L-1 GA3 的MS固体培养基上, 可发育成完整的植株。

AP2/EREBP (APETALA2/ethylene-res ponsive element binding proteins) 是一个起源古老的转录因子超家族, 它含有1个或2个由约60-70个氨基酸残基组成的非常保守的DNA结合域 (DNA-binding domain), 即AP2/ERF结构域。根据AP2/ERF结构域的数目, AP2/EREBP转录因子可以分为2个亚族: EREBP亚族(具有1个AP2/ERF结构域)和AP2亚族(具有2个AP2/ERF结构域)。AP2亚族转录因子有调控花、胚珠和种子发育的功能, 而EREBP亚族转录因子(包括DREB类和ERF类) 的主要功能是调节植物对激素(乙烯和ABA等)、病原和胁迫(低温、干旱及高盐)等的应答反应。本文讨论了AP2/EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的研究进展。

DNA甲基化是表观遗传学研究的热点问题之一, 植物DNA甲基化的研究对植物研究领域的发展有着举足轻重的作用。本文阐述了植物DNA甲基化的相关机制, 其中包括RdDM(RNA-dependent DNA methylation)、DNA 甲基化与组蛋白修饰 以及DNA 去甲基化等近几年研究的热点问题; 讨论了DNA甲基化在植物发育中的功能(包括基因组防御和调控基因表达)、DNA甲基化与转基因沉默的关系以及其在表观遗传学中的地位。最后就目前国内外研究植物DNA甲基化所采取的常用策略,即高效液相色谱法、亚硫酸盐测序法、甲基化敏感的限制性内切酶结合Southern杂交分析法和MSAP(methylation-sensitive amplified Polymorphism)法进行了详尽的介绍和讨论。

T-DNA介导的基因诱捕技术是近年来发展起来的鉴定和分离基因的方法。在拟南芥和水稻基因组测序已经完成的今天, 该技术将在两者基因功能的研究中扮演举足轻重的角色。本文就T-DNA介导的基因诱捕系统、 基因克隆和突变体库构建的研究进展及其在植物功能基因组学上的应用等内容进行了综述, 并讨论了该技术应用中的一些问题。

植物体细胞无性系变异是植物组织培养中的普遍现象，泛指在植物细胞、组织和器官培养过程中, 培养细胞和再生植株中产生的遗传变异或表观遗传学变异。植物体细胞无性系变异的发生有其遗传学基础, 可从形态学、细胞学、生物化学和分子生物学等多个方面对其进行综合检测和鉴定。植物体细胞无性系变异是植物育种的有利资源, 但同时也是植物微繁和遗传转化工作中需要克服的一大难题，一直被众多研究者所关注。本文分别从细胞学和分子生物学两个层次综述了植物体细胞无性系变异的遗传学基础及其鉴定方法的研究进展,并就其在植物品质改良中的应用现状、存在的问题和应用前景进行了讨论。