祁连圆柏和圆柏色素含量及其花青苷合成酶活性的季节性变化

以祁连圆柏（Sabina przewalskii）和圆柏（S.chinensis）为材料,测定2种植物花青苷、类黄酮、紫松果黄素、叶绿素和类胡萝卜素的含量及花青苷合成过程中关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和类黄酮糖基转移酶（UFGT）的活性,并分析了各值的季节性变化。结果表明,祁连圆柏和圆柏叶片中PAL及UFGT的活性、花青苷、类黄酮﹑紫松果黄素以及类胡萝卜素的含量在低温季节均明显高于其它季节;叶绿素含量在低温季节低于其它季节;并且祁连圆柏中花青苷含量及其合成酶PAL和UFGT的活性以及类黄酮、紫松果黄素和叶绿素含量始终高于圆柏。结果说明花青苷是圆柏属植物中具有抗冻特性的重要次生代谢物,是抵御低温和辐射胁迫的一种重要保护物质;紫松果黄素等色素对圆柏属植物抵抗低温诱导的光抑制起重要作用。     

不同海拔高度祁连圆柏和青海云杉叶片色素的变化特征

利用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)和酶标仪等测定了祁连山区不同海拔高度下祁连圆柏(Sabina przewalskii)和青海云杉(Picea crassifolia)叶片中色素含量、花青苷合成酶苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)和类黄酮糖基转移酶(UDP glucose-flavonoid 3-O-glucosyFtransferase,UFGT)活性.结果表明:两树种花青苷(anthocyanin,Acy)含量除了在海拔高度3100-3200 m有所升高外,总体上随海拔高度上升而降低;UFGT活性除了在3000 m左右波动外,总体随海拔高度上升而升高;祁连圆柏PAL活性随海拔高度上升而升高,青海云杉PAL活性在海拔2800-3000 m时,随海拔高度上升而升高,当海拔高度高于3000 m时,随海拔高度上升而降低两树种紫松果黄素(rhodoxanthin,Rhd)含量、叶黄素循环(xanthophyll cycle,VAZ)的脱环氧化程度(A+Z)/(V+A+Z)比值和类胡萝卜素(carotenoids,Car)含量随海拔高度上升而升高;叶绿素(chlorophyll,Chl)含量随海拔高度上升而降低.除叶绿素含量和PAL活性外,其它指标都是祁连圆柏高于青海云杉,尤其是UFGT活性祁连圆柏是青海云杉的2倍多.不同海拔梯度、不同季节植物遭受的主导胁迫因子不同,8月份祁连山两树种主要受干旱和强光胁迫,色素主要发挥抗旱和抗辐射作用.由此说明植物色素在不同生境、不同季节发挥的作用不同.     

外源水杨酸对低温胁迫下圆柏属植物幼苗生理特性的影响

以3年生圆柏和祁连圆柏幼苗为材料,采用不同浓度水杨酸(SA)预处理两种圆柏属植物幼苗,测定-4℃低温胁迫处理第6天叶片相对含水量(RWC)、相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)和类胡萝卜素(Car)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸氧化酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性,分析外源 SA 对低温胁迫下圆柏属植物叶片膜脂过氧化、渗透调节物质及抗氧化酶系统的影响,为培育较多品种的抗冷冻常绿植物提供理论依据。结果表明：低温胁迫下,一定浓度的 SA 预处理能有效保护幼苗叶片膜系统的稳定性、增加渗透调节物质含量和提高抗氧化酶活性,其中200 mg/L SA 预处理对提高圆柏抗寒性效果最好,30 mg/L SA 预处理对提高祁连圆柏抗寒性效果最好,且在外源 SA 预处理下,祁连圆柏的抗寒性比圆柏的强。因此,施用适合浓度的 SA 在提高圆柏属植物抗寒性方面具有较好的应用价值。     

低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞抗氧化酶活性的影响

以祁连圆柏和圆柏幼苗为材料,研究不同处理时间下低温胁迫对圆柏属植物叶片亚细胞抗氧化酶活性的影响,探讨其在圆柏属植物叶片中的亚细胞定位。结果表明：低温胁迫下,丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶活性随时间变化均呈先升后降趋势,祁连圆柏中抗氧化酶的种类比圆柏的多且活性强,而 MDA 含量低于圆柏,表明祁连圆柏在低温胁迫下具有更广泛的适应性。此外,两种圆柏植物叶片超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)定位为叶绿体＞细胞溶质＞线粒体,过氧化氢酶(CAT)定位为线粒体＞叶绿体＞细胞溶质,谷胱甘肽还原酶(GR)定位为线粒体＞细胞溶质＞叶绿体,祁连圆柏过氧化物酶(POD)定位为细胞溶质＞叶绿体＞线粒体,圆柏POD定位为细胞溶质＞线粒体＞叶绿体,且抗氧化酶SOD、APX和 GR在亚细胞中分布差异达到极显著,这说明抗氧化酶在其中一种亚细胞中发挥主要作用,为克隆亚细胞组分中的抗氧化酶基因提供了理论依据。     

祁连圆柏光合色素与非结构性碳水化合物含量对海拔变化的响应

以祁连山林线附近(海拔2 860～3 323m)祁连圆柏(Sabina przewalskii)为研究对象,于7月下旬对不同海拔祁连圆柏成年树(胸径20cm左右)及幼树(胸径10cm左右)当年生叶的光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)和非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)含量变化进行研究。结果显示:(1)祁连圆柏幼树叶片总叶绿素含量呈升高-降低-升高的趋势,成年树呈先降低再升高的趋势,但二者最低值均出现在海拔3 120m;类胡萝卜素含量成年树最高值出现在海拔3 320m处,幼树的最高值则出现在低海拔2 980m处。(2)NSC含量随海拔升高呈升高-降低-升高的变化趋势,最低值出现在海拔3 120m,而且幼树的NSC平均含量在各海拔显著高于成年树。研究说明,祁连圆柏随着海拔升高光合能力可能并未降低,而且在高海拔地的NSC供应充足,这暗示在全球气候变化背景下祁连圆柏林线具有沿海拔上升的潜力。     

不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片抗氧化系统

以祁连山寺大隆林区连续海拔梯度(2 665~3 365 m)上青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Sabina przewalskii)为材料, 测定叶片中抗氧化保护系统的变化, 探讨常绿木本植物抗氧化系统对高山极端环境的适应机制。结果显示, 祁连圆柏和青海云杉叶片中丙二醛(MDA)含量均与海拔高度呈正相关, 相同海拔上青海云杉MDA含量极显著高于祁连圆柏(p＜0.01)。随海拔升高, 两树种抗氧化保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和非酶促抗氧化剂脯氨酸(Pro)、抗坏血酸(AsA)、还原性谷胱甘肽(GSH)含量均呈明显增加趋势。青海云杉叶片的AsA水平高于祁连圆柏, 但对海拔变化的敏感性较低; 祁连圆柏的GSH、Pro水平及其对海拔变化的敏感性均高于青海云杉。结果表明, 研究区青海云杉所受过氧化伤害较祁连圆柏更严重, 但两树种清除O₂^-·的能力相当而主要负责分解H₂O₂的酶种有所不同: 祁连圆柏中为POD, 青海云杉中则为CAT、APX和GR, AsA-GSH循环系统在青海云杉活性氧清除中的作用强于在祁连圆柏中, 祁连圆柏的活性氧清除物质可能以Pro为主。     

早红考密斯及其芽变果实中花青素含量与相关酶活性变化的研究

以西洋梨早红考密斯及其绿色芽变果实为材料,研究了果实发育期间果皮色泽、花青苷含量及其相关酶活性变化.结果显示:(1)早红考密斯果皮色泽从成熟前的暗红色逐渐变为成熟时的浅红色,并在色泽分布不均匀的地方显出黄色底色,色泽指数(a*)值从花后45 d的16.4降低到成熟时的7.4,降低54.9%;花青苷含量从成熟前的258.4μg?g-1降到成熟时的118.3μg?g-1;早红考密斯果皮色泽和果皮花青苷含量具有密切的相关性.(2)早红考密斯的绿色芽变在果实发育的前期检测不到花青苷,发育后期果实向阳部出现浅红晕,但花青苷含量极低,与亲本差异极显著.(3)果实发育期间,两品种间苯丙氨酸解氨酶(PAL)变化趋势相似,总体呈下降趋势,且早红考密斯的活性总体低于其绿色芽变;两品种查耳酮异构酶(CHI)活性总体变化趋势基本一致,均呈现缓慢上升的趋势,在前期绿色芽变的CHI活性高于其亲本,后期低于亲本;类黄酮3-O-葡(萄)糖基转移酶(UFGT)活性在两品种间的差异较大,在整个果实发育期间早红考密斯的UFGT活性远高于其绿色芽变.研究表明,早红考密斯果皮色泽变化主要由花青苷的含量不同引起;PAL和CHI不是绿色芽变的直接原因;UFGT与花青苷合成密切相关,绿色芽变果皮中UFGT活性显著降低.     

圆柏属常绿木本植物元素含量的季节动态

测定分析了圆柏属2种常绿木本植物叶片干物质含量、叶绿素含量及N、P、K、Na、Ca、Mg等元素含量的季节变化和元素间的关系。结果发现,两种圆柏叶片N含量与叶绿素含量正相关,反映了其一年四季的生长情况;两树种N和K含量的季节变化趋势相似,夏、秋季高于冬、春季,表明两树种夏、秋季富集的营养物质较多,与夏、秋季较高的生物量一致;而P、Ca、Mg和Na含量是冬、春季较夏、秋季高,表明圆柏属植物通过积累这些无机渗透调节剂来增强其对低温的抗性。两树种叶片对N和K同步积累,对P、Na和Mg同步积累,但在元素积累模式上也存在一定的差异,元素间的关系也要复杂得多。     

土壤干旱胁迫对紫叶矮樱叶片呈色的影响

以盆栽3 a紫叶矮樱叶片为试材,采用称重控水法,设对照(土壤含水量18.11%)、轻度干旱(土壤含水量14.72%)、中度干旱(土壤含水量11.32%)和重度干旱(土壤含水量7.92%)4个处理组,研究不同土壤干旱条件下紫叶矮樱叶片呈色色素含量、可溶性糖含量、PAL酶活性的变化规律及其对叶片呈色的影响.结果表明:轻度干旱,随胁迫时间的延长叶片中花青苷、类黄酮、叶绿素、可溶性糖含量、PAL酶活性和a*增加, L*和b*降低;中度和重度干旱,随胁迫时间的延长花青苷、类黄酮、叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖含量、PAL酶活性和a*先增加再降低,L*和b*先减小再增大.短时间的干旱能够提高紫叶矮樱的叶片色泽,中度干旱15 d或重度干旱12 d,是紫叶矮樱叶色发生明显转变的关键时期;花青苷含量的变化是影响紫叶矮樱叶色变化的主要原因.     

UV-B对不同发育时期离体蓝莓主要果实品质及相关酶活性的影响

该研究以幼果期、白果期、转色期的离体‘北陆’蓝莓果实为试材,设置0(CK)、5、10、15min紫外光辐照处理,24h后取样分析蓝莓果实中可溶性糖、总酚、类黄酮和花青苷含量,以及苯丙氨酸裂解酶(PAL)和查尔酮异构酶(CHI)活性的变化,探究UV-B紫外照射处理对不同发育时期蓝莓主要果实品质及相关酶活的影响。结果显示:(1)对于幼果期蓝莓,5min UV-B处理可显著增加果实内可溶性糖含量;10min UV-B处理果实PAL活性增加效果最为显著;15min UV-B处理对果实总酚和花青苷积累的促进作用最大,但显著降低了类黄酮含量和CHI活性。(2)对于白果期蓝莓,5min UV-B处理显著增加了果实类黄酮含量和CHI活性,10min处理使果实可溶性糖和总酚含量较对照分别增加25%和18%;15min处理对果实花青苷含量和PAL活性影响作用最大。(3)对于转色期蓝莓,各处理除果实可溶性糖及类黄酮含量降低外,其余物质含量均显著增加。(4)UV-B处理并未改变果实发育过程中可溶性糖、总酚、类黄酮和花青苷含量及PAL、CHI酶活性的积累规律。(5)蓝莓果内PAL活性与其可溶性糖、总酚和类黄酮的积累呈极显著正相关关系,而CHI活性仅与其可溶性糖呈极显著正相关。研究表明,UV-B辐照处理促进了幼果期和白果期可溶性糖的积累,也能促进不同发育时期蓝莓果实总酚和花青苷及白果期类黄酮的积累,对蓝莓果实主要品质能够产生积极的影响。     

气候变化对6种荒漠植物分布的潜在影响

分析气候变化对植物分布的影响,对保护生物多样性具有重要意义。利用CART(分类和回归树)模型及A2和B2情景,分析了气候变化对短叶假木贼(Anabasis brevifolia)、裸果木(Gymnocarpos przewalskii)、梭梭(Haloxylon ammoden-dron)、膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、驼绒藜(Ceratoides latens)和喀什膜果麻黄(Ephedra przewalskii var.kaschgarica)分布范围及空间格局的影响。结果表明:气候变化下,这些植物目前适宜分布范围减小;从新适宜及总适宜分布范围而言,短叶假木贼和梭梭从1991-2020年到2051-2080年时段增加,之后减小,其它植物从1991-2020年到2081-2100年时段减小;喀什膜果麻黄和驼绒藜适宜分布范围减小并破碎化,其它植物向目前适宜分布的西部、西北部(或青海西南部)、昆仑山、阿尔金山和祁连山区扩展;除驼绒藜和喀什膜果麻黄与年均气温变化具显著相关性外,其它植物分布范围与年均气温和降水量变化的相关性较弱(P0.05),除驼绒藜、喀什膜果麻黄和裸果木目前分布范围与年均气温和降水量变化的回归关系较强外,其它植物分布范围与年均气温和年降水量变化多元线性回归关系较弱。上述研究结果表明,气候变化下,这些植物空间分布格局改变,目前分布范围减少,新适宜及总适宜分布范围近期增加,随着气候变化程度的增强,又逐渐减小。     

圆柏属常绿木本植物叶片抗氧化系统季节变化与抗冷冻的关系

测定分析圆柏属2种常绿木本植物叶抗氧化系统在冷冻适应过程中的季节变化。结果表明,叶能在组织结冰状况下生存与其具备完善的抗氧化保护系统有关,该系统能及时清除氧自由基、抑制膜脂过氧化、维持膜的完整性;冷适应期积累的活性氧可能诱导了抗氧化保护系统使叶片获得抗冻性。祁连圆柏的抗氧化系统比圆柏在抗冻性诱导中具有更广泛的适应策略。     

两种圆柏属植物不同季节显微和超微结构变化与耐寒性的关系

以祁连圆柏和圆柏为材料,研究了圆柏属植物的抗寒性与解剖结构变化,以及淀粉与可溶性糖粉转化的关系.结果表明,祁连圆柏和圆柏叶片的上下表皮细胞外覆盖一层角质膜,叶肉细胞间隙大,形成发达的通气组织.在生长季节,二者叶绿体内均积累了很多淀粉粒,在冷冻休眠季节淀粉粒消失或变小,同时叶片可溶性糖分含量增加,祁连圆柏的可溶性糖分增幅高于圆柏;而休眠季节圆柏叶绿体受到低温伤害,脂质球数目增多,出现脂质小滴,部分叶绿体变形,祁连圆柏类囊体的结构受到影响较小,脂质球数量少,叶绿体形状没有发生明显的变化.因此,祁连圆柏和圆柏抗寒性与发达的通气组织和淀粉粒生长季节的积累有关,在低温胁迫下祁连圆柏叶绿体表现出高的稳定性,通过可溶性糖分的调节力强,耐寒性增强.     

兰州市南山和北山3种乔木叶片生态化学计量特征的对比研究

叶片生态化学计量是了解生物地球化学循环的窗口,也是认识植物的生长状况及生态适应性的关键,研究人工林叶片生态化学计量特征对进一步优化生态工程建设具有重要意义。为揭示兰州市南北两山主要绿化树种侧柏、圆柏和云杉环境适应性的异同,对其叶片生态化学计量特征进行了对比研究。结果显示:云杉、圆柏叶片C含量(496.02、497.64 g/kg)显著高于侧柏叶片(484.12 g/kg),侧柏叶片N、P含量(17.70、1.66 g/kg)均显著高于圆柏(14.04、1.42 g/kg)和云杉(15.62、1.40 g/kg)。C、N、P的变异系数均为圆柏<侧柏<云杉;云杉、圆柏叶片C∶N (33.32、35.42)、C∶P (389.57、360.52)显著高于侧柏叶片(28.17、306.07),云杉叶片N∶P (11.88)显著高于圆柏叶片(10.20)和侧柏叶片(10.98)。C∶N、C∶P、N∶P的变异系数均为圆柏<侧柏<云杉;侧柏和云杉叶片N含量与P含量正相关、与C∶N、C∶P负相关,而3种乔木叶片P含量与C∶P、N∶P负相关(且C∶P与N∶P正相关)。圆柏叶片C含量与N含量正相关,侧柏叶片C含量与N含量负相关但与叶片C∶N、C∶P正相关,侧柏和云杉叶片C∶N与C∶P正相关。冗余分析表明,SOC∶STN是影响3种乔木叶片化学计量的主导因子,圆柏叶片C、侧柏叶片P与SOC正相关,3种乔木叶片N都与SOC、SOC∶STN和SOC∶STP正相关;云杉叶片N,侧柏、云杉叶片P和STP负相关,而STP与侧柏叶片C∶P、N∶P及云杉叶片C∶N正相关;3种乔木叶片C∶N与SOC∶STN、SOC∶STP负相关。研究结果表明:面对养分贫瘠的土壤环境,3种乔木叶片生态化学计量的适应策略有所不同,其中云杉和圆柏采取防御策略,而侧柏采取竞争倾向策略。虽然云杉是兰州市较适宜的造林树种,但其生长与其他两种乔木一样,都受N元素的限制。     

不同番茄种质叶表次生代谢物质

多毛番茄(Solanum habrochaites)为重要的番茄种质资源, 其叶表存在大量次生代谢物质, 对多种虫害具有趋避或/和毒害作用。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析栽培番茄(S. lycopersicum ) 9706与3份多毛番茄(LA2329、LA1777和PI134417)材料叶表次生代谢物质。结果表明, 3份多毛番茄叶表可检测到的次生代谢物质种类和总含量均高于普通番茄, 同时多毛番茄亚种间次生代谢物质的种类和含量也存在差异。普通番茄叶表次生代谢物质为3种单萜和3种倍半萜类物质, 其中单萜和倍半萜类物质分别占次生代谢物质总量的60.3%和39.7%。多毛番茄LA2329和LA1777叶表倍半萜类物质的种类和含量较高, 有些萜类物质具有物种特异性。如LA2329中含量最高的α-姜烯, 其含量为2 409.1 μg·g^–1; LA1777中含量较高的γ-榄香烯和E-β-法尼烯, 含量分别为573.3 μg·g^–1和289.9 μg·g^–1, 在其它番茄材料中未检测到这3种倍半萜类物质。PI134417中含量最高的是月桂酸乙酯, 其含量为5 312.8 μg·g^–1, 在普通番茄中这一物质未见报道。PI134417中甲基酮类物质含量也较高, 其中2-十一烷酮和2-十三烷酮的含量分别为689.8 μg·g^–1和1 459.7 μg·g^–1。研究结果可为番茄种质资源利用和次生代谢物质开发提供理论依据。     

小叶杨DREB同源基因内SSR的发现及群体结构分析

利用基因特异的PCR引物从小叶杨(Populus simonii)经干旱胁迫后构建的cDNA文库中扩增得到长度为671 bp的PsDREB cDNA克隆。该基因内部含有完整的且大小为543 bp的开放阅读框, 可编码181个氨基酸残基。在此基础上, 对36株小叶杨基因型个体的DREB基因进行了克隆和序列分析, 发现其内部存在以CAC为基本单位的4次(A)、5次(B)、7次(C)、8次(D)、9次(E)、10次(F)和11次(G)7种类型的简单重复序列(SSR)。以该重复序列为扩增对象设计引物, 对我国11个省16个群体528株小叶杨进行了群体遗传结构分析。结果表明, 在检测群体中各位点等位基因频率大小顺序依次为: D＞C＞F＞E＞A＞G＞B; 平均有效等位基因数为3.167 0, 平均观察和期望杂合度分别为0.468 5和0.531 5, 且在多数群体中存在一定程度的近交效应和显著偏离Hardy-Weinberg平衡; 而Ewens-Watterson中立性检验表明, 除山西宁武、辽宁朝阳和河南伊川外, 其它多数群体均属于中立性选择。研究结果将为利用候选基因内SSR标记来评价林木育种资源的遗传多样性以及保护和利用这些资源提供科学的理论依据。     

椒样薄荷、薄荷和苏格兰留兰香精油与抗生素的协同抑菌功能

以开花期的椒样薄荷(Mentha × piperita)、薄荷(M. haplocalyx)和苏格兰留兰香(M. × gentilis)叶片部位提取的精油为研究对象, 通过GC-MS分析, 并采用纸片扩散法研究了3种精油单独使用及与抗生素联合使用时对金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌和肺炎克雷伯氏菌的抑制情况。结果表明, (1) 椒样薄荷与薄荷精油中含量最高的成分为薄荷醇、薄荷酮和异薄荷酮, 苏格兰留兰香精油的主要成分为香芹酮和柠檬烯。薄荷和苏格兰留兰香精油符合欧洲药典与ISO标准, 椒样薄荷需要继续改良以提高其精油品质与抑菌功能。(2) 精油单独使用时, Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442对椒样薄荷精油和薄荷精油敏感; P. aeruginosa ATCC 27853对薄荷精油和苏格兰留兰香精油敏感。精油与抗生素联合使用时抑菌范围和强度均有所改变: 绿脓杆菌的2个菌株对精油与抗生素的组合最为敏感, 其中, 椒样薄荷精油与头孢他啶的组合对P. aeruginosa ATCC 15442显示出最强的增效作用, 薄荷精油与头孢他啶混合之后对P. aeruginosa ATCC 27853出现拮抗作用。Staphylococcus aureus ATCC 25923对所有精油以及精油与抗生素混合物均有抗性。(3) 椒样薄荷、薄荷和苏格兰留兰香精油的不同成分及其含量差异不仅对精油品质有影响, 而且影响精油对测试菌种的抑制作用, 可考虑将其作为薄荷属植物品质育种的参考指标。