自1996年第1例转基因作物在美国商业化种植, 其在全球的种植面积一直处于持续、快速增长的趋势。2010年, 全球转基因作物种植总面积达1.48×10⁸ hm², 所种植的转基因作物主要是耐除草剂和抗虫作物, 其中耐除草剂作物占种植总面积的81%。耐除草剂作物的种植为杂草的高效控制提供了新的手段, 但其可能带来的生态环境风险也引起了全世界各国的广泛关注和争议。该文在总结归纳前人研究的基础上, 针对耐除草剂作物的基因漂移、杂草化及对生物多样性的影响等当前人们普遍关注的环境风险问题, 系统讨论了相关的风险评价程序和方法, 概括和分析了当前耐除草剂作物的环境风险研究进展和管理措施, 以期为我国转基因耐除草剂作物的开发、风险评价及管理提供依据。

CO₂浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭, 提高植物对高浓度CO₂的适应性。但植物如何感知CO₂浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚。利用高通量、非侵入的远红外成像技术, 建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO₂浓度变化反应相关的突变体筛选技术, 筛选出对环境CO₂浓度敏感的拟南芥突变体ecs1。遗传学分析表明, ecs1为单基因隐性突变体, 突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白。与野生型拟南芥相比, 360 μL·L^–1CO₂可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭, ecs1突变体对900 μL·L^–1CO₂长时间处理具有较强的适应性。进一步的实验表明, 360μL·L^–1CO₂即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H₂O₂, 而900 μL·L^–1CO₂才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H₂O₂。因此, ECS1可能参与调节高浓度CO₂诱导的拟南芥气孔关闭和H₂O₂产生, H₂O₂可能作为第二信号分子介导CO₂诱导拟南芥气孔关闭的反应。

以野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其突变体(atrbohD、atrbohF、atrbohD/F、atl-cdes、atd-cdes)和过表达株系(OEL-CDes、OED-CDes)为材料, 利用药理学实验, 结合分光光度法和激光共聚焦显微技术, 探讨硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)在干旱诱导的拟南芥气孔关闭中的作用及其与过氧化氢(hydrogen peroxide, H₂O₂)的关系。结果表明, H₂S清除剂次牛磺酸(hypotaurine, HT)及合成抑制剂氨氧基乙酸(aminooxy acetic acid, AOA)、羟胺(hydroxylamine, NH₂OH)和丙酮酸钾(potasium pyruvate, C₃H₃KO₃)+氨水(ammonia, NH₃)均可不同程度抑制干旱诱导的气孔关闭; 干旱对OEL-CDes和OED-CDes植株气孔关闭的诱导作用明显, 而atl-cdes和atd-cdes叶片气孔对干旱胁迫反应的敏感性下降; 干旱胁迫能明显增加拟南芥保卫细胞中H₂O₂水平及叶片中H₂S含量, 提高D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性及基因表达量, 而对突变体atrbohD、atrbohF和atrbohD/F没有显著影响。清除H₂O₂可减弱干旱胁迫对H₂S含量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应。研究 结果表明H₂S位于H₂O₂下游参与干旱诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程。

通过EMS(ethyl methane sulphonate)诱变从拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体库中筛选到一个叶绿体分裂突变体chloroplast division111 (cpd111)。遗传学分析表明, 该突变体的表型是单基因控制的隐性性状。与野生型相比, 突变体植物细胞的叶绿体数量少, 叶绿体形态和大小多样化, 并且细胞体积与叶绿体数量之间无相关性。利用图位克隆的方法确定cpd111的突变基因为FtsZ1。进一步的分析表明, 该突变影响FtsZ1基因mRNA的正常剪切和稳定性, 使蛋白质翻译提前终止, 最终导致叶绿体分裂异常。该工作为研究FtsZ1在叶绿体分裂中的作用提供了新的材料和线索。

KNOX基因家族编码同源异型盒蛋白, 在植物生长发育过程中起重要调控作用。利用生物信息学手段在全基因组水平上对大豆(Glycine max)KNOX家族基因进行鉴定和分类, 并分析其基因结构、蛋白同源结构域特征以及基因表达方式。研究结果表明: 大豆中的27个GmKNOX基因可以分为GmKNOX I和GmKNOX II两个亚类, 其中GmKNOX I类可分为3个主要的进化支, GmKNOX II类分为2个主要的进化支; 26个GmKNOX基因不均匀地分布在16条染色体上, GmKNOX27尚无法定位。不同组织表达谱的分析表明: GmKNOX I类基因表达部位比较集中, 以茎顶端分生组织中表达量最高; 而GmKNOX II类基因的表达特异性较GmKNOX I类低, 表达部位更广泛。

谷胱甘肽转移酶(glutathione S-transferase, GST)在植物的抗逆反应、细胞信号转导和抗病等方面发挥着重要作用。从毛白杨(Populus tomentosa)中克隆到2个Phi类GST基因(PtoGSTF1和PtoGSTF2), 它们分别编码215和218个氨基酸残基的蛋白质。DNA序列分析显示这2个基因均含有2个内含子。组织表达模式分析表明, 这2个基因在毛白杨的根、茎、叶、韧皮部和顶芽组织中均表达, 是组成型表达基因。在大肠杆菌中表达这2个基因并纯化重组蛋白。酶活性分析显示PtoGSTF1和PtoGSTF2蛋白对底物CDNB、NBD-Cl、NBC和Cum-OOH都具有酶学活性, 但活性差异较大。动力学分析显示, PtoGSTF2对NBD-Cl的亲和力是PtoGSTF1的2.5倍, 但PtoGSTF1的催化效率是PtoGSTF2的56.8倍。热力学稳定性分析显示, PtoGSTF1比PtoGSTF2具有更高的热力学稳定性。因此, 酶学性质的差异预示着这2个Phi类GST基因可能存在功能上的分化。

以山西翼城翅果油树(Elaeagnus mollis)自然保护区的翅果油树为研究对象, 利用LI-3000A叶面积测定仪测量其单叶面积, 用Li-6400便携式光合作用测定系统测定单位叶面积饱和光合速率(A_area), 用H₂SO₄-H₂O₂消煮法测定叶氮含量, 计算叶性参数比叶面积(SLA)、单位叶重量饱和光合速率(A_mass)、光合氮利用率(PNUE)和单位重量叶氮含量(N_mass)的值, 并研究它们与径级之间的关系。结果表明: 随着翅果油树径级的增加, SLA、N_mass、A_area、A_mass和PNUE值先下降后上升, 当翅果油树径级为7.5 cm左右时, SLA、N_mass、A_area、A_mass和PNUE值均降到最小值, 表明径级为7.5 cm左右的翅果油树其光合能力最弱、光合氮利用率较低且生存压力较大。翅果油树叶性参数是研究翅果油树种群动态变化的有效指标, 可为研究翅果油树种群动态提供更为便捷的方法。

中国柽柳(Tamarix chinensis)是干旱及半干旱地区的重要建群物种。为便于其有效利用和引种栽培, 对黑河中游和烟台海滨的中国柽柳的开花动态、花粉活力、柱头可授性、访花者种类、花粉-胚珠比(P/O)、杂交指数(OCI)及座果率进行观测, 结果表明: 黑河中游和烟台海滨柽柳的花期和柱头可授性相似, 花序花期为2–5天, 开花当天柱头可授活性最大, 之后逐渐下降, 第4天柱头无可授性; 花粉活力和访花者种类差别较大, 黑河柽柳开花第1天花粉活力为(62±4.31)%, 最高为(82.12±7.23)%, 4天后花粉完全失活。烟台柽柳的花粉活力在开花后第1天最高为(89.13±7.23)%, 第4天花粉活力下降为(11±1.12)%。黑河中游和烟台海滨柽柳的访花者均以膜翅目昆虫为主, 黑河柽柳以黑带斑沙蜂(Bembix melanura)、卡切叶蜂[Megachile (Amegachile) kagiana]和黑带食蚜蝇(Episyrphus balteatus)等为主要访花者; 烟台柽柳以姬蜂(Ichneumon sp.)、大灰食蚜蝇(Metasyrphus corollae)和灰地种蝇(Delia platura)等为主要访花者。二者P/O值、OCI及座果率差异不显著, 黑河和烟台柽柳的P/O值分别为373.6±71.9和382.1±86.2; 最高座果率分别为(89.72±7.76)%和(93.17±8.21)%; OCI均为3。上述研究结果显示, 黑河中游和烟台海滨柽柳均为兼性异交的繁育系统。

石竹科繁缕属(Stellaria L.)和鹅肠菜属(Myosoton Moench.)的系统关系一直存在争议。为了弄清它们之间的关系及属下分类等问题, 选取55个形态特征对繁缕属和鹅肠菜属进行数量分类学研究。聚类分析和主坐标分析结果显示, 鹅肠菜(M. aquaticum (L.) Moench.)与繁缕组繁缕亚组的关系较近, 故支持将鹅肠菜属并入繁缕属。此外, 研究结果还支持将繸瓣组作为独立的组。对性状的主坐标排序分析显示, 茎的形状及是否被毛、叶长、叶宽、是否具叶柄、叶形及毛被、上下表皮气孔指数与密度、是否具花瓣及花瓣裂片数、雄蕊数目、蒴果长度、花柱与种子的数目、种子表面纹饰等性状特征是繁缕属与鹅肠菜属分类的重要依据。

植物淀粉有A-型、B-型和C-型3种晶体。以水稻(Oryza sativa)、马铃薯(Solanum tuberosum)、豌豆(Pisum sativum) 和莲藕(Nelumbo nucifera)淀粉为材料, 利用粉末X-射线衍射仪(XRD)调查了不同晶体类型淀粉的波谱特征, 探讨XRD波谱相对结晶度的计算方法。软件峰拟合法、软件曲线法、直线作图法和曲线作图法均可用于计算淀粉XRD波谱的相对结晶度, 以曲线作图法计算结果较为可靠。利用曲线作图法得出的结果表明, 稻米淀粉的结晶度与直链淀粉含量呈显著线性负相关, 酸解莲藕淀粉的结晶度与淀粉酸水解度呈显著线性正相关。酸水解使莲藕淀粉的C-型晶体转变为A-型晶体。上述研究结果为利用XRD分析植物淀粉晶体类型和计算相对结晶度提供了重要参考。

分离合子和原胚可以为植物受精和胚胎发生提供很好的研究材料, 因此具有重要意义。用酶解-振荡法分离出五唇兰(Doritis pulcherrima)受精后胚囊, 然后以显微解剖获得合子和原胚。酶解液组成为0.7%–1.3%纤维素酶、0.6%–1.0%果胶酶和10%甘露醇, pH值为5.8, 酶解时间0.5–3.0小时。在分离的早期原胚和接近成熟的球形胚中, 珠孔端均有较发达的胚柄吸器。实验获得了对五唇兰胚胎发育的新认识, 合子和原胚的成功分离也为进一步的细胞学和分子生物学研究打下基础。

生长素是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素, 参与植物生长发育的许多过程。植物和一些侵染植物的病原微生物都可以通过改变生长素的合成来调节植株的生长。吲哚-3-乙酸(IAA)是天然植物生长素的主要活性成分。近年来, 随着IAA生物合成过程中一些关键调控基因的克隆和功能分析, 人们对IAA的生物合成途径有了更加深入的认识。IAA的生物合成有依赖色氨酸和非依赖色氨酸两条途径。依据IAA合成的中间产物不同, 依赖色氨酸的生物合成过程通常又划分成4条支路: 吲哚乙醛肟途径、吲哚丙酮酸途径、色胺途径和吲哚乙酰胺途径。该文综述了近几年在IAA生物合成方面取得的新进展。

锑(Sb)是一种有毒致癌元素, 一些自然和人为因素已造成我国部分地区土壤、水体及农产品受到严重的锑污染。环境中高含量的锑不仅影响农作物生长、降低其产量, 如果通过食物链被人体大量吸收, 还会引起严重的健康问题。研究锑在植物体内的富集特征, 对于保护环境与人体健康具有重要的现实意义。该文对当前锑在环境中的含量、污染状况、植物对锑的吸收、代谢以及锑对植物的毒害作用等方面的研究现状进行了综述。同时建议今后应加强以下3方面的研究: (1) 锑在生物圈迁移与转化特征; (2) 植物对锑的吸收、转运和代谢机制及锑的毒害作用机理; (3) 锑污染土壤及水体的植物修复技术。