植物具有复杂而精巧的机制以适应各种逆境。最近, 中国科学家在水稻(Oryza sativa)感受冷信号的分子机理、冷信号感应分子在水稻驯化过程中的演化及拟南芥(Arabidopsis thaliana)中磷酸化调控冷信号转导的分子机理等研究中取得了突破性进展。

局部生长素合成是目前植物生长素研究领域中的重要热点之一, 受内源发育信号和外界环境因子的时空调控。局部生长素合成在植物配子体发生、胚胎与果实发育、器官发生、向性生长和逆境响应中具有重要的生物学功能。该文在扼要介绍生长素局部合成与顶端合成、极性运输及其稳态之间互作的基础上, 重点介绍了近年来有关局部生长素合成的生物学功能及其调控机制的最新进展。

放牧是草原生态系统利用与管理的主要方式; 而过度放牧导致的草原退化和生产力衰减问题已成为当前生产及理论上的一个棘手难题。近年来, 植物功能性状及其权衡等新理论与方法的引入, 为解析放牧对草原的影响机制提供了新工具, 成为草原生态学的一个新兴领域, 但目前尚缺乏系统的回顾总结。该文综述了近年来国内外关于草原植物功能性状对放牧的响应及其权衡关系的研究进展, 综合分析了植物性状权衡变化的主要特征、成因与机制, 针对学界关于放牧下植物矮化型变机制的“避牧适应假说”与“生长受阻假说”的争论, 提出了下一步需重点关注的科学问题。

镉是植物非必需的微量重金属元素, 镉胁迫引起植物细胞的代谢紊乱, 甚至导致细胞死亡。为了探索苔藓植物对镉胁迫的应答机制, 采用高通量测序及生物信息学技术分析了藓类模式植物——小立碗藓(Physcomitrella patens)在镉胁迫下的基因表达特征。结果表明, 在镉胁迫下, 小立碗藓细胞骨架组织、微管运动、DNA修复系统、端粒维护、配子体形成与有性生殖以及与氮代谢等相关基因的表达具有明显的镉胁迫应答特征, 暗示了这些基因可能共同参与小立碗藓对镉胁迫的调控反应。该研究结果为阐明植物对镉胁迫的应答机制提供了新的线索。

叶片是植物进行光合作用的重要器官。叶片适度卷曲能够提高水稻(Oryza sativa)生长中后期群体基部的光能利用率, 因而有利于水稻产量的提高。该研究首先在水稻T-DNA插入突变体库中发现一份叶片反卷的突变体。遗传分析表明, 该性状受到1对隐性核基因控制。扫描电镜观察结果显示, 突变体成熟叶片上下表皮的气孔发生了畸变; 且叶片上表皮气孔数目增多, 而下表皮气孔数目与野生型基本相同。叶片横切面电镜观察结果表明, 与野生型相比, 突变体叶片的泡状细胞数目和面积在早期(二叶期)就开始增加, 在成熟期更加明显, 这可能是导致叶片反卷的主要原因。

水稻(Oryza sativa)是我国最主要的粮食作物之一, 其穗部形态直接影响着水稻产量和稻米品质。在秋光和七山占构建的重组自交系群体中发现了1个散穗突变体材料sp (spreading panicle), 田间表现为穗部一次枝梗向外延伸, 与穗轴夹角增大, 且向四周散开, 故暂命名为散穗突变体sp。与野生型相比, 突变体sp穗重、每穗粒重、千粒重、粒宽以及粒厚均极显著减少, 推测SP可能是1个参与调控穗部形态建成和颖花发育的基因。遗传分析表明, 该性状受1个显性核基因控制。利用sp与02428构建的F₂群体进行基因定位, 将该基因定位在4号染色体长臂端, 位于E3和RM17578之间的62.9 kb区域内。该结果将为SP基因的图位克隆和揭示其作用机理奠定基础。

核糖体DNA的内转录间隔区(ITS)一直被作为一种重要的分子标记, 却很难用于山茶物种中。通过对1个疑似香港红山茶(Camellia hongkongensis)的样本进行ITS区域的扩增、克隆和测序, 从中获得74种不同序列。研究结果表明, 其ITS区域具有高度的多态性, 其中76%的序列为假基因。系统发育分析显示, 超过半数的假基因源自同一祖先。这些假基因在经历多次基因重复后分化成至少5个谱系, 且每个谱系中的序列非常相似, 这表明一些假基因不但未被剔除, 反而通过快速复制事件幸存下来。由于山茶物种个体内ITS的高度多态, 使用这个区域区分山茶物种可能导致错误。然而, 通过比较香港红山茶中的1个种间特异性rDNA假基因, 确定该样本属于香港红山茶。

采用组织离析法、石蜡切片法和显微照相技术, 观测了山梨(Pyrus ussuriensis)、杜梨(P. betuleafolia)和豆梨(P. calleryana)3种我国最主要梨属砧木茎干部位导管分子结构及分布。结果表明, 3种梨砧木导管分子结构在侧壁次生增厚和木质化的方式、纹孔式、主要穿孔板类型, 以及端壁倾斜、尾有无、尾长短分布趋势基本一致, 但山梨、杜梨复穿孔板比例、两端端壁倾斜比例高于豆梨。豆梨导管分子直径显著高于山梨和杜梨; 山梨和杜梨导管频率显著高于豆梨。木质部比导率测定结果显示, 豆梨显著高于山梨和杜梨, 山梨与杜梨间无显著差异。因此, 不同生境下的梨属植物木质部导管分子形态及分布与其生态适应性之间有较强的相关性, 表现为南方温暖潮湿环境起源的梨砧木导管较短, 直径较宽, 直接影响木质部导水率, 从而适于水分高效输导; 北方寒冷干旱环境起源的梨砧木导管较长, 直径较小, 导水能力低, 但木质部导管分布密度高, 利于水分安全输导。

叶片是植物的主要光合器官, 其质量与数量的权衡关系体现植物对环境的适应策略。在全球气候变化的背景下, 研究叶片质量与数量关系有助于理解植物对环境变化的响应趋势。该研究应用标准化主轴回归方法, 探讨了我国温带山地森林中48个常见树种的单叶干重与出叶强度的权衡关系。结果表明, 所有物种以及落叶阔叶林、常绿和落叶阔叶树种、单叶以及亚冠层阔叶树种的单叶干重与出叶强度表现为异速生长关系; 针叶林、针阔混交林、常绿及落叶针叶树种、复叶以及冠层阔叶树种则表现为等速生长关系。研究结果表明, 叶大小和出叶强度并无恒定的权衡关系。

受体样蛋白激酶及其衍生蛋白(受体样胞内激酶和受体样蛋白)在调控植物生长、发育和不良环境反应等过程中发挥重要作用。该文简要介绍了近年来获得的对植物受体样蛋白激酶及其衍生蛋白的主要认识, 着重总结了小麦(Triticum aestivum)受体样蛋白激酶及其衍生蛋白的研究进展与不足, 并展望了该领域的发展趋势, 对在小麦中进一步有效开展受体样蛋白激酶及其衍生蛋白的结构和功能研究具参考意义。

LED照明对植物生长发育作用的研究已进行了多年, 但之前学者们多从植物形态学角度进行研究。近年来, 该项研究已逐步转向LED照明对植物体内功能性化学物质积累的影响这一领域。该文就这方面研究的最新进展进行了评述, 并指出了目前存在的问题及今后研究的思路和可能方向, 以供生产和研究部门科研人员参考。