随着转基因技术的日趋成熟, 利用生物工程手段加快改良作物农艺性状, 已经越来越显示出其巨大的应用潜力。在改良多基因调控的复杂农艺性状方面, 单基因转化收效甚微, 而长期以来多基因转化不仅受限于技术因素, 而且在协调表达调控、代谢及修饰等一系列相关基因方面更是难于突破。近期, 我国科学家首次利用自创的多基因垛叠表达系统, 成功在水稻(Oryza sativa)胚乳中合成了具有抗氧化活性的花青素, 在复杂性状多基因转化领域取得了突破性进展。

以12个葡萄(Vitis vinifera)品种为试材, 在秋季采集叶片, 进行霜冻处理, 测定了霜冻过程中叶片光化学反射指数(PRI)的变化。提取有效参数, 采用隶属函数法比较了不同叶片的耐霜冻能力。结果表明, 随着温度的降低, 叶片光化学反射指数呈下降趋势。在-8-0°C范围内, PRI及其相对值R_t与温度都存在显著的线性关系; 叶片PRI在0°C、-8°C时的相对值R₀、R_-8, 以及-8-0°C范围中, R_t与温度的回归直线斜率SLP都具有品种特异性, 可以反映不同品种的耐霜冻能力。隶属函数法结合聚类分析结果显示, 在12个候选品种中, 抗霜冻能力最好的是Cabernet Sauvignon, 其R₀、R_-8和SLP分别为72.3%、50.19%和2.78。

谷氧还蛋白(GRX)是一类以CXXC/S基序为活性位点的小分子热稳定蛋白, 参与多种谷胱甘肽依赖的氧化还原反应。通过对该家族的GRXC9基因进行克隆、表达、亚细胞定位及功能分析, 结果表明, GRXC9基因表达无组织特异性, 在拟南芥(Arabidopsis thaliana)的根、茎、叶、花和角果中均能表达, 此结果与GUS显色结果基本一致。GRXC9-GFP定位于细胞质和细胞核中, 过表达GRXC9的株系叶片明显小于野生型; 进一步观察发现, 其叶片栅栏细胞明显变小, 而细胞总数与野生型差距不大。叶片大小相关基因的表达分析结果表明, 过表达株系中AN、LNG1和LNG2的表达量明显下降, 说明GRXC9可能通过抑制这些基因的表达从而导致叶片短小。综上所述, GRXC9可能在调控叶片发育方面发挥关键作用。

利用棉花(Gossypium hirsutum)雄性不育不仅可以培育优质的杂交种, 还能提高棉花制种效率并降低制种成本。该研究以冀2658系及其同核异质不育系冀2658A为母本, 以6个恢复系为父本配制12个杂交组合。利用F₁代研究棉花细胞质对棉花农艺性状、抗病性、种子中粗脂肪和粗蛋白含量、纤维品质及产量性状的影响。结果表明, 冀2658A的细胞质主要影响棉花杂交种F₁代的产量相关性状、黄萎病抗性及棉籽粗脂肪含量等, 表现为衣分显著降低(比对照组低1.61%), 黄萎病抗性增强(黄萎病指数比对照组低18.29%), 棉籽中的粗脂肪含量降低(比对照组低2.88%)。该研究初步探讨了胞质不育型细胞质对陆地棉主要性状的影响, 为陆地棉胞质雄性不育系的利用提供了理论参考。

为探明β-1,3-葡聚糖酶基因(β-1,3-glucanase)对油菜(Brassica campestris)抵御低温胁迫能力的作用, 通过蛋白质谱分析得到β-1,3-葡聚糖酶蛋白, 采用RT-PCR技术克隆白菜型冬油菜(B. rapa)陇油6号和天油4号β-1,3-葡聚糖酶的cDNA序列; 并对该序列进行生物信息学分析; 进而采用实时荧光定量PCR及半定量PCR检测β-1,3-葡聚糖酶基因在低温胁迫下的表达模式。结果获得长度为1 032 bp的陇油6号β-1,3-葡聚糖酶基因开放阅读框, 编码343个氨基酸, 相对分子量为38.102 kDa, 理论等电点为6.63, 其与菜心(B. rapa subsp. chinensis)和甘蓝型油菜(B. napus)的蛋白质氨基酸序列同源性高达93.94%。该基因编码的酶是一个主要由α-螺旋组成的亲水性稳定蛋白, 含有1个信号肽, 存在2个跨膜结构域。该基因在进化上高度保守, 其保守序列属于植物的糖基水解酶家族17特有的保守结构域。β-1,3-葡聚糖酶基因表达模式分析显示, 4°C时该基因上调表达, 继续低温(-4°C)胁迫处理, 该基因上调表达至峰值, 至-8°C时其表达下调。研究表明从白菜型冬油菜中克隆的β-1,3-glucanase在冬油菜品种陇油6号抗寒过程中发挥作用。

运用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对偃麦草属(Elytrigia) 24个物种的醇溶蛋白和谷蛋白进行了研究。以中国春为参照, 按醇溶蛋白和谷蛋白电泳图谱条带迁移距离大小和条带多态性对供试材料进行聚类分析。结果显示, 24份供试材料均呈现不同的醇溶蛋白和谷蛋白电泳图谱, 共分离出醇溶蛋白带纹83条和谷蛋白带纹53条, 多态性均达100%, 并且在相同染色体组组成的物种中, 染色体数目越多, 其蛋白带纹越多; 偃麦草属24个物种的醇溶蛋白和谷蛋白图谱均有明显差异, 蛋白图谱可作为鉴定偃麦草属物种的指纹图谱。聚类分析结果显示, 在材料间的醇溶蛋白遗传相似性系数为0.66时, 24份材料被划分为6个主要类群, 含E和St基因组的物种具有较近的亲缘关系; 在谷蛋白遗传相似性系数为0.62时, 24份材料被聚为4大类。聚类结果表明, 染色体组成未知的物种Et. pachynera可能为异源多倍体物种。

抗细胞凋亡基因(DAD)是一个高度保守的细胞凋亡抑制基因, 在植物生长发育中承担重要功能。为全面了解DAD基因在种子植物中的分布和演化规律, 该文利用31种植物的全基因组数据, 通过生物信息学手段, 深入探讨和分析了不同植物类群中DAD基因的拷贝数目、基因结构和染色体定位, 并综合另外7种裸子植物的转录组数据探讨了其在种子植物中的演化趋势。结果表明, DAD基因属于低拷贝基因, 在不同种子植物中只具有1-3个拷贝; 不同DAD基因编码的氨基酸长度在108-170 aa之间变动。同线性和系统发育分析进一步表明, 种子植物DAD基因的演化具有明显的谱系特异性。随机复制和染色体大片段复制及其随后的基因丢失可能是其维持低拷贝的重要方式。

基于重庆市中梁山喀斯特(Karst)地区3种不同石漠化生境(潜在石漠化、轻度石漠化和中度石漠化)中0.75 hm²样地的数据, 以石生南亚毛灰藓(Homomallium simlaense)的3种斑块(小斑块、中斑块和大斑块)为研究对象, 运用点格局O-ring的单变量和双变量统计方法对斑块空间格局以及斑块间的关联性进行生态学特性与形成过程分析, 取得以下结果。(1) 南亚毛灰藓总斑块数量关系为轻度石漠化>潜在石漠化>中度石漠化; 在3种石漠化生境中, 各种类型的斑块均呈现出小斑块>中斑块>大斑块的数量变化。(2) 小斑块和中斑块在小尺度上主要为聚集分布, 其它尺度上为随机分布; 大斑块在整个尺度上都呈随机分布。(3) 中斑块与小斑块在3种生境中均在小尺度上有显著的关联性; 大斑块与中斑块仅在潜在石漠化生境中的小尺度上有关联性, 其它斑块间在不同生境与尺度上均无关联性。(4) 环境因子中坡度和石缝数对斑块的分布起很大作用, 但是相对湿度是影响分布的主要因子。(5) 在相对湿度和郁闭度胁迫方面, 小斑块和中斑块随环境胁迫增大而趋于聚集分布。研究结果表明, 苔藓斑块大小及其分布式样在石漠化地区裸露岩石的生态恢复中具有重要指示意义。

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)和谷子(Setaria italic)为研究材料, 利用锌特异性探针HL¹, 使用荧光分光光度仪、等温滴定热量测定仪(ITC200)和倒置荧光显微镜等仪器探究了该化学探针的特性以及植物细胞外游离Zn²⁺的分布。结果表明, 当HL¹与不同元素溶液混合时, 只与Zn²⁺特异性结合, 在紫外光(UV)激发下, 发射出波长为500 nm的蓝色荧光; 生成物的平衡解离常数K_D=7.02×10^-4 mol·L^-1, 具有很好的稳定性。拟南芥叶片中的Zn²⁺分布于细胞间隙及叶表皮毛的外周和表层, 且叶表皮毛的荧光强度具有明显的浓度依赖性; 谷子叶片中的Zn²⁺分布在细胞间隙以及维管组织。拟南芥根中的Zn²⁺分布于根的伸长区, 且荧光强度也明显地表现出与浓度相关。由此推断, 根伸长区与Zn²⁺运输有关, 叶的维管组织是植物细胞外运输Zn²⁺的主要途径, 细胞间隙和叶表皮毛是植物储存Zn²⁺的主要区域。HL¹适用于检测细胞外Zn²⁺的分布。

为提高怀牛膝(Achyranthes bidentata)悬浮培养细胞中牛膝多糖的含量, 以酵母提取物、榆黄蘑(Pleurotus citrinopileatus)及水杨酸作为诱导子, 分别在同一时期以不同浓度或在不同时期以相同浓度添加至细胞培养物中, 收获时测定细胞生长量和牛膝多糖含量。结果显示, 在培养12天时添加2.5% (v/v)酵母诱导子, 细胞干重最大, 可达46.75 g·L^-1, 多糖含量为5.76 mg·g^-1; 在培养9天时添加5 mgGE·L^-1榆黄蘑诱导子, 收获时细胞中多糖含量可达6.56 mg·g^-1, 细胞干重达28.3 g·L^-1; 1 mg·g^-1水杨酸对牛膝多糖的诱导效果不如以上2种诱导子明显。

火龙果(Hylocereus undulatus)果皮可以作为一种优良的膳食纤维来源, 且其膳食纤维具有良好的理化性能。为提高火龙果果皮的综合利用水平, 该研究以火龙果果皮为原料, 首先采用纤维素酶水解法对火龙果果皮中的可溶性膳食纤维进行提取, 然后采用单因素试验和响应面法优化酶提取工艺。结果表明, 纤维素酶法提取火龙果果皮中可溶性膳食纤维的优化工艺条件为: 纤维素酶浓度0.54%, 酶解温度50°C, pH5.2。在此条件下, 可溶性膳食纤维的提取率可达19.81%; 膳食纤维的持水力为31.25 g∙g^-1, 溶胀性为29.11 mL∙g^-1。

茉莉酸是植物体内重要的伤反应特异激素, 含量极低, 但作用较大。当植物受到机械伤害时, 茉莉酸调控一系列应激反应。12-氧-植物二烯酸(OPDA)是茉莉酸合成途径中的重要前体, 与茉莉酸有密切的关系。该研究建立了一种HPLC-MS/MS分析检测方法, 可同时检测植物材料中茉莉酸及其前体OPDA含量。利用该方法建立的标准曲线具有良好的线性相关性, 相关系数达0.991 9-0.999 5, 回收率范围为91.91%-101.56%。该方法同时具有较好的检测灵敏度, 2种化合物的最低检测限为3.218和34.129 pmol。研究结果说明该方法切实可靠且具有较好的适用性。利用该方法检测了4种不同植物样品中目标化合物的含量, 结果表明该方法能够用于不同植物材料中这2种活性化合物含量的检测分析。

角质层是形成于陆生植物表皮细胞壁外表面的脂质保水层。角质层的基本功能是保水, 同时也在响应逆境胁迫、自我清洁及器官发育等方面发挥作用。角质层通常由角质和蜡质组成。角质是角质层的主要结构成分, 其主要组分是聚酯。蜡质成分主要为极长链饱和脂肪酸及其衍生物。这些组分在内质网上合成后被转运到细胞表面, 进一步形成完整的角质层结构。近年来通过对角质层相关突变体及相应基因的研究, 人们对角质层在合成、转运、形成及调控等各个阶段都有了较为深入的认识。蜡质和角质的合成途径已在角质层相关基因功能的解释下逐渐浮出水面。有关角质层前体转运方面的研究, 主要的突破在于ABCG全转运蛋白的发现和功能解析。在角质层形成的机理方面, 角质层基因中的酯酶和脂酶类基因的研究有助于进一步认识这个复杂的过程。在基因调控方面, 新的转录因子基因和角质层与环境之间的相互关系研究, 也为已知的调控网络增加了新内容。该文综述了目前关于角质层相关基因的最新研究进展。

油体是生物体细胞中一种重要的细胞器结构, 由单层磷脂酸膜包裹中性脂肪酸形成, 膜上镶嵌有决定油体性质的多种膜蛋白。油体在能量储存、细胞生殖分化、抗病抗寒和发育调控等多种生命活动中起重要作用。该文对植物油体的结构、生物学功能、不同组织中油体的形成情况以及油体膜蛋白的研究进展进行了多方位概述和总结, 以期为后续研究提供有益的参考。