石松类和蕨类植物是以孢子繁殖的维管植物, 在陆地植物演化上占据重要地位。随着分子系统学研究的开展, 各大类群间的系统发育关系得以阐明, 传统上的概念得以修正, 新的现代石松类和蕨类植物的分类系统也被提出, 并不断得到完善。该文介绍国内外在蕨类植物系统发育方面的研究成果, 重点讨论中国分布的类群的分类处理。文中提出了一个完整的中国现代石松类和蕨类植物的分类系统, 包括5亚纲、14目、39科及12亚科、约140余属。

以东乡野生稻(Oryza rufipogon)耐冷渐渗系IL5335、IL5243及其双亲为试材, 克隆到75条存在高度异质性的Ty1-copia类逆转座子逆转录酶序列, 经聚类分析将这些逆转录酶序列分为7个家族; 家族6和7含有65条逆转录酶序列, 序列间的相似性为44.9%–99.3%; 家族1–5仅含10条逆转录酶序列, 其中8条来源于耐冷渐渗系, 它们与亲本的序列相似性为29.2%–52.8%, 分析发现这些序列曾发生缺失或插入突变。实时荧光定量PCR检测结果显示, IL5335和IL5243中的houba、osr15及osr17逆转录酶的表达量均远高于受体亲本(表达量增加1.50–5.07倍), 表明渐渗杂交诱发改变了IL5335和IL5243中逆转录酶序列的结构及其表达活性。该结果为今后水稻表观遗传学研究及外源优异基因利用奠定了基础。

MwAG基因是调控红花玉兰(Magnolia wufengensis)雌雄蕊发育的关键转录因子。采用半定量RT-PCR、Northern blot杂交和实时荧光定量PCR技术检测了MwAG基因在红花玉兰花芽形态分化几个关键时期表达的组织特异性和表达水平的变化。研究结果表明, MwAG基因仅在红花玉兰雌雄蕊中表达, 而在幼叶、外轮花被和内轮花被中不表达。在花器官形态分化过程中, MwAG基因在雌雄蕊原基分化期和雌雄蕊成熟期均维持在一个较高的水平, 且在雄蕊中的表达波峰早于雌蕊, 这与雌雄蕊形态分化的时间基本吻合; 在花芽分化早期, 相同大小的花芽, 瓣数越多, MwAG基因在雌雄蕊中的表达量越低, 其结果与不同瓣数雌雄蕊分化的时间一致, 即瓣数越多, 雌雄蕊分化越晚。

以黑毛组的黑毛石斛(Dendrobium williamsonii)和长距石斛(D. longicornu)为材料, 对其光合生理特性进行了系统研究。2种石斛叶片的解剖结构为异面叶, 气孔仅分布在下表面, 具气孔盖, 叶脉维管束鞘不含叶绿体, 无花环型结构。2种石斛的光强、CO₂浓度和温度的响应研究表明, 它们的光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)分别为5–10 μmol·m⁻²·s⁻¹和800–900μmol·m⁻²·s⁻¹,表观量子效率为0.02; CO₂补偿点和CO₂饱和点分别为80–90 μmol·mol⁻¹和800 μmol·mol⁻¹, 羧化效率在0.015–0.021之间; 光合作用的最适温度为28–30°C。光合特性的研究表明, 2种石斛的净光合速率(P_n)日变化均呈双峰型曲线, 首峰出现在12:00, 最大光合速率为5 μmolCO2·m⁻²·s⁻¹, 次峰出现在15:00, 夜间不吸收CO₂。2种石斛叶片的叶绿素a/叶绿素b比值在2.51–2.66之间。酶活性的测定结果表明, 2种石斛的PEPCase活性极低, 但RuBPCase和GO酶活性较高。以上的研究结果均表明, 黑毛石斛和长距石斛光合作用碳同化途径属C3植物类型, 具有半阴生植物的特点。

研究了模拟酸雨(pH值分别为2.5、4.5和5.6)对3种菊科入侵植物——三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata)、薇甘菊(Mikania micrantha)和飞机草(Chromolaena odoratum)光合生理生态特性的影响。结果表明, 重度酸雨(pH值2.5)对3种入侵植物叶片均造成可见伤害, 其中飞机草受害最严重, 薇甘菊次之, 三裂叶蟛蜞菊受害最轻。同时, 3种入侵植物对酸雨胁迫表现出不同的光合响应, 随着酸雨pH值的降低, 飞机草和薇甘菊叶片叶绿素含量均有所下降, 其净光合速率(P_n)受到抑制, 而三裂叶蟛蜞菊叶片叶绿素含量变化不大, 其P_n值呈上升趋势。酸雨处理下, 3种入侵植物的细胞膜透性、丙二醛含量(MDA)及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均有不同程度的增加, 表明它们受到酸雨的胁迫并具有一定的抵抗力。其中, 经pH值2.5酸雨处理后的三裂叶蟛蜞菊叶片SOD活性增幅最大, 其对酸雨胁迫的反应最为迅速。上述研究结果表明, 三裂叶蟛蜞菊对酸雨胁迫的耐受性和适应性均高于飞机草和薇甘菊。在酸雨污染日趋严重的今天, 应对其危害予以高度重视。

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种单细胞淡水绿藻, 是自然界已知的中虾青素含量最高的生物物种。通过分析3种光照强度(70、120和300 μmol·m^–2·s^–1)下雨生红球藻细胞形态、生长速率和虾青素含量的差异, 对其光周期效应进行了研究。结果表明, 不同光强下适宜雨生红球藻生长的光周期均为16小时光照/8小时黑暗, 光强为120 μmol·m^–2·s^–1时其细胞生长速率最大, 为0.43 d^–1; 细胞内虾青素含量随着光强和光照时间的增加而增加, 在300 μmol·m^–2·s^–1光强下连续光照15天后, 藻细胞呈亮红色, 平均直径为21.02 μm, 最大虾青素值达39.40 pg·cell^–1。

全球气候变化、环境污染、资源被过度利用、外来物种入侵和生境丧失威胁着地球上物种的生存。分类学研究的主要任务就是在这些物种即将消失之前去发现、记录和认知它们。社会公众、政府决策部门和科学发展本身都对分类学提出了诸多需求。然而, 当前分类学所面临的困境包括认识上的误区、不科学的评价机制、研究队伍的萎缩以及陈旧的知识管理和发布模式等, 这些因素不仅阻碍了分类学的学科发展, 而且也制约了分类学家履行社会责任。利用现代的网络信息技术, 构建一个覆盖分类学研究工作流程、整合已有在线数据资源、满足分类学研究群体、项目和研究机构共同需求的分类学社区网络, 并最终实现分类学的终极目标——在线植物志, 将会极大地改善分类学的知识产出和应用环境, 提升它在当今科学技术发展条件下的竞争力, 使其真正成为一门21世纪的科学。

实时定量PCR技术广泛应用于植物功能基因转录水平变化的研究, 选择合适的内参基因进行相对定量分析是实验结果准确的关键因素。通过分析5个常用的内参基因(eEF-1α、18S rRNA、25S rRNA、Actin和UBQ5)在水稻(Oryza sativa)经过各种处理后表达的稳定性, 结果表明, 水稻经过机械损伤处理后eEF-1α基因的表达最稳定; 二化螟处理后25S rRNA基因的表达最为稳定; 稻纵卷叶螟处理后Actin基因的表达最稳定; 两种刺吸式口器昆虫褐飞虱和白背飞虱危害后, UBQ5基因的表达最稳定。同时, 利用OsHI-LOX基因在不同处理后的表达来评价这些内参基因。研究结果为水稻虫害诱导实时定量PCR分析中内参基因的选择提供了理论依据。

芒(Miscanthus sinensis)具较高的生物学产量, 是一种极具发展前景的纤维素类能源植物。以芒的8种不同基因型幼穗为外植体, 进行了组织培养研究。结果表明, 不同基因型芒在愈伤组织诱导率、胚性愈伤组织诱导率和胚性愈伤组织分化率等方面均存在显著差异。W89和W70均具较高的愈伤组织诱导率, 分别为91.7%和89.1%; W69的外植体几乎全部褐化, 且未能诱导出愈伤组织。W89、W70和W17的胚性愈伤组织分化率较高, 达50%以上。另外, 发现愈伤组织诱导率与细胞壁木质素含量间呈显著的负相关。该研究建立了稳定且有效的再生体系, 并初步确定W89和W70可作为芒组织培养的理想材料, 为芒的遗传转化、定向改良和良种快繁提供了技术支持。

细胞分化是生物生长发育的重要过程, 受到一系列信号的精确调控。植物特有的转录因子HD-Zip III在细胞分化中发挥了重要作用。该文对HD-Zip III基因类型和结构特点进行了简要介绍, 重点论述了HD-Zip III在胚胎形态发生、顶端分生组织形成、叶极性建立和维管组织分化等发育过程中的作用, 系统总结了HD-Zip III基因在不同层次受到的调控, 探讨了该家族基因与陆生维管植物进化的关系。

肌醇磷脂信号系统以肌醇磷脂代谢循环为基础, 由多种磷酸磷脂酰肌醇分子和多磷酸肌醇分子及催化代谢的磷脂酶、激酶组成。该信号系统参与调节动、植物细胞生长发育及应答环境刺激等多种生理过程。花粉发育和花粉管的生长是植物有性生殖的基础, 肌醇磷脂信号系统中多种组分参与其生理过程的调节。该文综述了植物肌醇磷脂信号系统中各组分的相互关系, 以及相关组分调节花粉发育和花粉管生长生理过程的研究进展。

启动子是位于基因5′端上游的一段DNA序列, 负责调控基因的转录。与植物抗病相关基因的启动子区含有能针对病原菌胁迫做出应答的顺式作用元件, 这些顺式作用元件通过与转录因子特异性结合, 进而增强抗病基因的转录表达, 提高植物的抗病性。该文主要综述了病原菌诱导型启动子相关顺式作用元件及与这些元件互作的转录因子, 特别对一类特殊的转录因子——病原菌TAL效应子与植物靶基因启动子之间的相互作用机制进行了阐述, 并对其应用前景进行了展望。