植物激素对植物的生长发育有重要的调节作用。由于激素的作用依赖于其浓度, 所以植物内源活性激素的水平必须受到严格控制, 而糖基化修饰被认为是调控激素活性水平的重要方式之一。随着植物激素糖基化修饰相关糖基转移酶基因不断被克隆与鉴定, 多种植物激素的糖基化修饰机制和功能作用逐渐被揭示。该文重点介绍了近年来植物生长素、细胞分裂素、脱落酸、油菜素内酯、水杨酸、茉莉酸等植物激素的糖基转移酶活性鉴定与功能研究进展。同时, 对植物激素糖基化修饰领域存在的问题和发展前景进行了讨论。

植物体为适应自己的传粉系统, 表现出高度的适应特征。风媒花植物为适应风传播花粉, 要形成特殊的结构, 以扩大接受花粉粒的面积。利用扫描电镜观察了桦木科(Betulaceae)6属18种植物花柱的形态及花粉粒在花柱上的萌发过程, 探讨了桦木科植物花柱适应风媒传粉的特征。结果表明, 桦木科植物的二心皮(铁木、云南鹅耳枥稀为三心皮)雌蕊具柱状花柱, 柱头不发达, 花柱表皮细胞长条状, 纵向排列紧密。传粉时, 花柱表皮细胞能执行柱头的功能, 接受花粉粒, 为花粉粒萌发提供场所和萌发条件。桦木科植物花柱有2种类型: 一种是花柱表皮细胞能形成乳突, 花粉管经乳突细胞进入花柱; 另一种是花柱表皮细胞不形成乳突, 花粉管经过花柱表皮细胞或胞间隙进入花柱。无论花柱表皮细胞是否形成乳突, 乳突的形态、大小以及花粉管和乳突的结合方式等在族间、属间、属内种间存在差异。与基部被子植物相比, 桦木科植物的花柱呈现适应风媒传粉的进化特征。桦木科植物花柱表皮细胞形成的乳突与基部被子植物柱头乳突功能相同, 是桦木科植物风媒传粉的适应策略。

纤维素是细胞壁的主要组成成分, 研究纤维素合成可以从源头上解决关于高效降解纤维素的问题。该研究通过综合拟南芥(Arabidopsis thaliana)纤维素合酶基因(AtCESA)家族的进化和芯片表达分析及根据拟南芥全生育期GUS染色结果分析纤维素合酶基因的时空表达模式, 发现拟南芥纤维素合酶基因AtCESA1, 3, 6以及AtCESA4, 7, 8分别参与细胞壁初生壁和次生壁的合成并存在明显的共表达现象。其中, AtCESA1, 3, 6在全生育期表达, AtCESA4, 7, 8主要在根、茎和叶脉等次生壁细胞中表达。AtCESA5和AtCESA6、AtCESA2和AtCESA9以及AtCESA1和AtCESA10等基因对均有基因重复作用。根据AtCESA家族基因表达模式和分子演化关系可以推测, AtCESA5对AtCESA6以及AtCESA9对AtCESA2可能分别存在功能冗余。此外, AtCESA9的表达具明显的组织特异性。上述研究结果为深入认识拟南芥纤维素合酶基因的功能奠定了基础。

ASR(ABA, stress, ripening induced protein)是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子, 在许多植物中已有报道, 然而尚未见香蕉(Musa acuminata)中ASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个ASR基因, 即MaASR1(登录号为AY628102)。干旱胁迫下, 该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASR1转入拟南芥(Arabidopsis thaliana), Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系(命名为L14和L38)。表型观察发现, 此两转基因株系的叶片变小且变厚; Northern和Western检测结果表明, MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后, L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后, 对MaASR1转基因株系中ABA/胁迫响应基因的表达分析, 发现MaASR1可增强转基因株系对ABA信号的敏感度, 但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。

以秦岭20年生华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为研究对象, 对其不同季节细根、茎(干)和针叶中的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及生态化学计量学特征进行了分析。结果表明, 根、茎和叶中C含量在生长季节内呈先升高再降低而后又升高的变化趋势, 3种器官C含量从大到小依次为茎>针叶>细根; N含量呈波动式变化; 针叶和细根中P含量均呈“降低→升高→降低→相对稳定”的变化趋势, 茎中P含量则呈先降低后升高又逐渐降低的变化趋势, N和P含量均依次为针叶>细根>茎。在华北落叶松整个生长季(5–10月), 细根和针叶中均为全N含量变异性最大, 茎中则为P含量的变异系数最大, 3种器官中C含量的变异性均最小。华北落叶松3种器官中C:N和C:P的季节变化趋势与各器官N、P含量的变化规律相反。N:P值在茎中最高, 在细根中最低。整个生长季中C:N的变异系数从小到大依次为细根<茎<针叶, 而C:P和N:P的变异系数从小到大的排序均为细根<针叶<茎。生长季节与不同器官对华北落叶松C、N、P含量及其计量比影响的交叉分析显示, C、N和P含量及C:N的变异主要受不同器官的影响, C:P和N:P的变异则主要受不同器官和生长季节的交互作用影响。细根C:N:P质量比(369:7:1)与针叶(309:10:1)相近。细根C、N和P的生态化学计量特征相对稳定, 不受生长季节的影响, 可用于生态系统问题的分析。

苔藓植物因具有独特的形态和生理特征, 对空气污染反应十分敏感, 已被广泛用于监测城市或地区的环境质量与变化。通过分析连续2年采自青岛市崂山区的苔藓植物体内重金属含量, 并与崂山土壤重金属含量相比较, 探讨苔藓植物对大气重金属污染物的积累和指示作用。结果表明, 苔藓植物体内重金属含量能够反映空气重金属污染程度和空气质量变化。在崂山广泛分布的毛尖紫萼藓(Grimmia pilifera)对空气中重金属Pb、Zn、Cu和Cd都有着很强的富集能力, 是一种很好的重金属污染指示植物。长叶鳞叶藓(Taxiphyllum taxirameum)、大灰藓(Hypnum plumaeforme)和深绿绢藓(Entodon luridus)在崂山分布较多, 对重金属的积累能力也较强, 可用来监测青岛大气重金属污染。该研究为评价青岛市空气重金属污染状况提供了一个有效的生物监测方法。

通过室内培养4种主要淡水藻种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)以及卵形隐藻(Cryptomonas ovata), 测定其散射和后向散射特征参数、用单位叶绿素a浓度的散射值和后向散射值来表征4种藻的散射和后向散射能力。结果表明, 铜绿微囊藻散射和后向散射能力最强, 其次为梅尼小环藻, 普通小球藻的能力最弱。通过计算后向散射概率, 显示铜绿微囊藻和梅尼小环藻的后向散射概率值较高, 普通小球藻和卵形隐藻的后向散射概率值较低。后向散射特性影响因子分析显示, 影响后向散射值的主要因素有叶绿素a浓度及藻蓝蛋白色素比例。当叶绿素a浓度不断增加时, 其后向散射值不断增大; 当藻类所含叶绿素a比重不断上升时, 其后向散射值也不断增大。而细胞粒径与后向散射值之间未表现出很好的相关性。因此, 通过单位叶绿素a散射和后向散射概率特征可以辨别出藻细胞形态较为接近的铜绿微囊藻和普通小球藻。

植物瞬时表达系统在研究功能基因的亚细胞定位、蛋白质互作、启动子活性等方面具有重要作用。选取棉花(Gossypium hirsutum)子叶为材料, 以β-葡糖醛酸酶基因(GUS)、增强型绿色荧光蛋白基因(eGFP)为报告基因, 对棉花子叶生长时间、农杆菌浓度、注射量、共培养时间等因素进行了分析, 建立了农杆菌介导的棉花子叶瞬时表达系统。结果表明, 对萌发6天的棉花子叶注射50 μLOD₆₀₀为0.5的含目的基因的农杆菌LBA4404或GV3101, 共培养2–3天后, 外源基因表达效率最高。利用此方法从棉花萌发到观测结果, 仅需8–13天, 且操作简单易行, 可快速检测棉花来源的启动子活性、亚细胞定位、蛋白质互作等。该方法在棉花基因功能研究方面有很好的应用价值。

选取微型月季(Rosa hybrida)幼嫩离体叶片(叶龄12天)为外植体, 以MS为基本培养基, 研究不同配比的植物生长调节剂对愈伤组织诱导、不定芽诱导和生根培养的影响。结果表明: (1) 诱导愈伤组织的最佳培养基配比为1.0 mg·L^–16-BA+3.0 mg·L^–12,4-D, 诱导率为100%; (2) 6-BA在微型月季不定芽诱导中起着关键作用, 诱导不定芽产生的植物生长调节剂配比为1.0 mg·L^–16-BA +(0.05–0.5) mg·L^–1NAA+(0.02–0.2) mg·L^–1TDZ, 其中最适配比1.0 mg·L^–16-BA+0.1 mg·L^–1NAA+0.02 mg·L^–1TDZ的愈伤组织再分化率达到92.6%; (3) 生长素对微型月季的生根有重要影响, 以1/4MS+0.1 mg·L^–1NAA为生根培养基可获得100%的生根率。实验最终建立了微型月季组织培养和高频离体再生体系。

以黑木相思(Acacia melanoxylon)优良单株(AMY12004)的当年新生枝条带腋芽茎段为外植体, 灭菌后接入MS培养基上培养, 以其无菌萌芽的叶片、茎段和叶柄为实验材料, 通过间接器官发生途径建立黑木相思愈伤组织诱导及高频植株再生体系。研究结果表明, 诱导愈伤组织的最佳外植体为茎段; 愈伤组织诱导的最佳培养基为MS+1.5 mg·L–16-BA+0.2 mg·L–1NAA+3%蔗糖, 诱导率为93.33%; 愈伤组织再分化的最佳培养基为MS+2.0 mg·L^–16-BA+0.5 mg·L^–1NAA+3%蔗糖, 分化率为79.17%, 再生系数为9.58; 再生芽生根的最佳培养基为MS+0.5 mg·L^–1IBA+0.5 mg·L^–1NAA+4%蔗糖, 生根率为96.05%, 移栽存活率为81.40%。

采用近红外漫反射光谱技术对淫羊藿(Epimedium)的蛋白质含量进行快速且无损检测。近红外漫反射光谱经二阶导数处理、标准多元离散校正及主成分分析聚类处理后, 采用改进最小二乘法回归得到的定标模型预测效果最佳, 定标决定系数、交互验证标准差及交互验证相关系数分别为0.923、0.554和0.717。近红外光谱分析法的测定结果与用凯氏定氮法所得结果无显著差异, 两种方法测定值的相关性较高(R²=0.933 9)。重复性实验表明, 近红外光谱分析法的相对标准偏差为0.937%。该研究首次采用近红外光谱分析法测定了8种淫羊藿的蛋白质含量。该方法简便、精确, 在淫羊藿资源开发利用和药材质量控制方面具有参考意义。

细胞外ATP(extracellular ATP, eATP)是目前公认的细胞外信号分子, 参与调控多种环境刺激下植物的生长、发育和防御反应。在植物细胞信号转导过程中, eATP具有双重功能, 其作用主要取决于细胞外基质中eATP的浓度。eATP含量过高或者过低都会导致细胞死亡, 适度水平的eATP则有助于植物的生长和发育。细胞外三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase)严格控制细胞外基质中eATP的水平, 因此有助于调控植物在逆境条件下的生长和防御反应。该文总结了植物中eATP的发现、产生和清除以及受体和信号转导等研究进展, 重点论述eATP在逆境条件下的生理功能, 并对植物eATP的研究方向作了展望。

植物次生代谢产物是人类重要的药物及化工原料来源, 其产生与植物正常的生长发育及对环境的适应密切相关, 并受到多种因素的调控。乙烯作为一种植物内源激素, 广泛参与植物的生长、发育、抗逆和次生代谢产物合成等重要生理过程的调控。该文综述了乙烯的信号转导机制及其调控作用; 重点归纳了乙烯对植物次生代谢产物形成所表现出的双重调控效应, 即在一定浓度范围内, 乙烯对植物次生代谢产物的合成起促进作用, 低于或超过该浓度范围则起抑制作用; 并对今后该领域的研究方向进行了展望。