植物激素在调控细胞与细胞及细胞与环境的相互作用中起着至关重要的作用。作为一种信号分子, 植物激素如何被植物细胞感知一直是植物生物学研究的热点。与底物-酶相互作用的结果不同, 激素分子与受体结合后会触发信号转导, 但激素分子一般不会被受体修饰, 信号转导起始后激素分子通常会从复合体中释放出来被重新利用或降解。近期, 我国科学家通过对独脚金内酯及其受体复合体(AtD14-D3-ASK1)的结构学解析, 发现独脚金内酯的生物活性分子CLIM (covalently linked intermediate molecule)是独脚金内酯被其受体水解后得到的中间分子。研究表明, CLIM与受体AtD14的催化中心以共价键相结合, 进而激活其信号转导。该研究揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”激素识别机制。这种配体-受体作用新机制的发现为植物激素研究开拓了新的视野。

质膜作为原生质体与外界环境的屏障, 除了维持正常的细胞内稳态和营养状况, 还参与感知和应答各种环境胁迫。近年来, 植物质膜蛋白质组学研究为深入分析植物应答不同生物和非生物胁迫的分子机制提供了重要信息, 已经报道了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)等10种植物质膜应对生物胁迫(白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)感染)与非生物胁迫(冷、盐、水淹、渗透、高pH值、Fe缺乏及过量、氮素、脱落酸、壳聚糖和壳寡糖)过程的蛋白质丰度模式变化。通过整合分析植物质膜响应逆境的蛋白质组学研究结果, 揭示了质膜在植物应答逆境胁迫过程中的重要作用。植物通过调节转运蛋白、通道蛋白及膜泡运输相关蛋白的丰度变化促进细胞内外的信号传递、物质交换与运输; 同时利用膜相关的G蛋白、Ca²⁺信号、磷酸肌醇信号途径及BR信号途径等多种信号通路, 通过蛋白质可逆磷酸化作用感知和传递胁迫信号, 调节植物抵御胁迫。研究结果为从蛋白质水平认识质膜逆境应答分子调控机制提供了新线索。

自2010年大豆(Glycine max)基因组论文在Nature杂志上正式发表以来, 以中国为主的多国科学家已对众多不同地理来源的野生大豆、农家品种及栽培品种进行了基因组重测序, 并通过比较基因组学等技术手段, 揭示了大豆基因组在进化与驯化过程中的基本规律。利用大豆基因组信息, 科学家已成功克隆了调控大豆生育期、生长(结荚)习性、种子形态性状与组分、结瘤与养分利用效率、生物及非生物胁迫抗(耐)性等重要农艺性状的功能基因, 并初步揭示了其相关的作用机理, 取得了一系列突破性进展, 为今后进一步精细解析大豆基因组与相关性状的基因调控网络奠定了坚实的基础, 同时为通过分子(模块)设计育种来培育新品种创造了必要条件。

以美乐葡萄(Vitis vinifera cv. ‘Merlot’)幼苗为试材, 对叶片进行霜冻胁迫的同时控制土壤降温过程, 造成根系冷胁迫(2°C)和冻胁迫(0°C)。测定霜冻胁迫后和恢复期间叶片的快速叶绿素荧光参数, 并分析低温胁迫不同根系对叶片霜冻害程度的影响。结果表明, 根系在不同低温胁迫下会影响叶片对霜冻的反应, 根系冻胁迫造成叶片严重的霜冻伤害, 光系统II (PSII)反应中心活性难以得到恢复; 根系冷胁迫能避免叶片严重的低温伤害, 低温胁迫后PSII的活性也能很快恢复。

提高植物性食品中碘的含量对人体自然补碘具有重要作用。该文通过水培模拟实验, 揭示了草莓(Fragaria ananassa)对I^-和IO₃^-的吸收特征, 在分析不同外源碘浓度下草莓根系以上部分生物量的基础上, 通过对比吸收外源碘前后维生素C、可溶性糖、总酸度和硝酸盐含量的变化, 评价了草莓吸收I^-和IO₃^-对果实品质的影响。研究结果表明, 草莓对碘的吸收量随营养液中I^-和IO₃^-浓度的增加而增加, 相同浓度下草莓吸收的I^-明显多于IO₃^-, 草莓吸收适量的碘可以促进植株生长, 不仅使生物量提高, 而且会增加草莓果实维生素C和可溶性总糖的含量, 从而提高品质。在营养液浓度为0.5-5.0 mg∙kg^-1时, 草莓吸收IO₃^-后会增加果实总酸度和硝酸盐的含量, 降低草莓果实品质。在营养液浓度为0.25-2.5 mg∙kg^-1时, 草莓吸收I^-后会使果实中总酸度和硝酸盐的含量明显降低, 果实的品质有所提高。研究结果为科学培育含碘草莓提供了技术支撑。

以前期发明的一种木薯(Manihot esculenta)调控开花技术为基础, 成功研发出木薯两性花诱导技术, 并发现诱导出的木薯两性花能自花授粉结实。该文报道了木薯两性花、两性花自花授粉发育的蒴果及其种子的形态特征。木薯两性花同时具有雌蕊和雄蕊, 而单性花只具有雌蕊或雄蕊; 两性花蒴果卵圆形且长宽比大, 单性花蒴果阔椭圆形且长宽比小; 两性花种子种脊不隆起, 单性花种子种脊隆起明显。两性花和两性花种子是珍贵的木薯育种材料, 对揭示木薯的遗传特性及培育木薯新种质具有重要意义。

为全面理解植物颗粒结合淀粉合酶(GBSS)基因在植物中的进化模式并重建其进化历史, 利用20种陆生植物和2种藻类植物的基因组数据, 通过生物信息学手段, 深入挖掘和分析植物类群基因组中GBSS基因家族的构成和基因特点, 推测其可能的扩增和丢失规律。结果共识别42条同源序列。系统发育和进化分析表明, GBSS基因起源古老, 可能在所有绿色植物的祖先中就已经出现, 之后在进化过程中不断发生谱系的特异扩张和拷贝丢失, 并最终通过功能分化的形式在植物类群中被固定。

开花是植物生长发育的重要过程。CCT家族基因在植物中广泛存在, 参与植物花期的调控过程。该文从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出26个CCT基因, 它们分布于7对染色体上, 按照排列顺序将其命名为AetCCT1-26。AetCCT蛋白分子量介于14.9 kDa (AetCCT3)-83.2 kDa (AetCCT12)之间, 其中有25个蛋白包含完整的CCT保守结构域。系统发育分析显示, 12对粗山羊草/乌拉尔图小麦(Triticum urartu) CCT蛋白和9对粗山羊草/水稻(Oryza sativa) CCT蛋白为直系同源蛋白。通过公共数据的数字表达分析表明, AetCCT具有组织特异性和组成型2种表达形式, 其中AetCCT3、AetCCT4、AetCCT7及AetCCT9等9个基因在大部分组织中都有表达, 而AetCCT15、AetCCT21和AetCCT25等基因分别在种子、叶和根等少数组织中特异表达。AetCCT家族可以响应不同外源激素, 施用激素24小时和72小时后各成员对激素响应整体表现一致, 但不同成员对于不同激素的响应存在差异, 表明该家族成员在功能和行使方式等方面具有一定的多样性, 可能参与不同生长发育过程。光照条件影响AetCCT的表达, 说明光照和春化作用是影响与调控该家族基因表达的重要因素。研究结果有助于探索小麦(T. aestivum)进化、驯化和演变的规律, 以及认识重要农艺性状的形成与互作网络。

已有的资料将柃木属(Eurya)描述为严格的雌雄异株植物, 性别变异现象极为少见。目前仅在柃木(E. japonica)和钝叶柃(E. obtusifolia)等少数种类中报道过两性花的存在。近几年笔者发现细枝柃(E. loquaiana)存在性别变异现象, 性别变异株上具有不同性别类型的花。该文从单花和植株水平分析了细枝柃的性别表达特性, 并对不同类型花的花部构件生物量分配进行比较分析。结果表明, 细枝柃具有6种类型的花, 从单花水平上看, 细枝柃性别有雌性、雄性及两性3种类型; 细枝柃性别在植株水平上体现较为复杂, 有雌株, 雄株, 雌花和两性花同株, 雄花和两性花同株, 雌雄异花同株及雌花、雄花、两性花同株6种类型; 在细枝柃花部构件生物量分配中, 雄花(包括雄株花和变异株雄花)花部构件生物量分配中雄蕊生物量的分配低于雌花(包括雌株花和变异株雌花)中雌蕊生物量的分配; 两性花中, 雄蕊生物量分配低于雌蕊, 这是其优化资源分配的手段, 进而获取最大适合度收益。

胡杨(Populus euphratica)是唯一分布在干旱沙漠地区的高大乔木, 根蘖能力强, 但自然条件下插穗难以生根, 扦插繁殖困难。该文研究发根农杆菌菌株ATCC11325诱导胡杨发根, 菌液浓度为OD₆₀₀=0.4, 添加100 mg·L^-1乙酰丁香酮, 叶片切段划伤预培养后侵染10分钟, 培养20天, 在叶片创伤部位诱导发生无向性的健壮毛状根; 浸染肉质根插穗, 须根发生和植株成活率从20%提高到60%, 且地上部分分枝多, 生长茂盛。该发根农杆菌菌株显著促进胡杨插穗生根成活。

通过在培养基中添加不同浓度的天冬氨酸、赖氨酸和色氨酸, 探究其对蛇足石杉(Huperzia serrata)叶状体生长、石杉碱甲积累及SOD酶活性的影响。结果表明: 添加天冬氨酸后, 叶状体干重生物量比对照提高18.50%-25.75%, 石杉碱甲含量亦明显高于对照, 其最适天冬氨酸浓度为0.5 mmol·L^-1; 添加1 mmol·L^-1色氨酸后, 叶状体相对增殖率显著高于对照, 但其石杉碱甲积累量略低于对照; 添加赖氨酸后, 叶状体相对增殖量、干重生物量及石杉碱甲含量均低于对照。添加一定浓度的天冬氨酸使SOD酶活性适当提高, 同时叶状体石杉碱甲积累量增加, 而长期保持高水平的SOD酶活性对叶状体积累石杉碱甲不利。

钾(K)是植物生长发育必需的大量营养元素之一, 主要通过根细胞的K⁺通道及转运蛋白介导吸收。AKT1是Shaker型K⁺通道家族的重要成员, 在植物根吸收K⁺和体内跨膜转运中发挥重要作用。该文综述了植物AKT1的分子结构、组织特异性表达、调控机制及生物学功能等方面的研究进展, 并对该通道今后的研究方向进行了展望。

气孔是分布于植物表皮由保卫细胞围成的小孔, 是植物体与外界环境进行水分和气体交换的重要通道, 通过影响光合作用、蒸腾作用及一系列生物学过程来促进植物适应环境的变化。生长素是最早被发现的植物激素, 在植物生长发育中发挥重要作用。近年来的研究表明, 生长素通过载体蛋白-TIR1/AFB受体-AUXIN/IAA-ARFs信号通路, 调控STOMAGEN的表达; 之后, 经STOMAGEN-类LRR受体蛋白激酶ERf-MAPKs级联反应激酶-SPCH转录因子信号通路, 启动气孔的发育进程。EPF1、EPF2和类LRR受体蛋白激酶TMM不是该过程的必需元件。生长素对气孔的调控受光信号影响, 光信号通路组分E3泛素连接酶COP1位于MAPKs激酶的上游, 参与气孔的发育调控。

木灵藓科(Orthotrichaceae)是藓类植物中的第3大科。该科不仅种类多, 生态类型特殊, 而且是世界公认的多样化程度高、分类难度大、系统关系复杂的类群。当代木灵藓科植物分类系统学研究主要集中在该科的地区志编写和专属分类修订。目前, 除了热带美洲、热带非洲的变齿藓属(Zygodon)和火藓属(Schlotheimia)部分类群外, 木灵藓科主要类群的分类修订工作已基本完成, 但是有关亚科和属的划分和地位以及各属之间的关系等方面仍存在众多争议。木灵藓科分支系统学研究也不够系统全面, 有的仅应用了单个基因片段, 或者只涉及少数类群。因此, 需要基于更多的分子和形态学性状, 进一步开展世界木灵藓科植物的系统发育研究, 建立一个更趋自然的木灵藓科分类系统。