线粒体蛋白AOX和UCP在植物开花生热中的功能评述

有些植物的花器官能够主动产生大量热能,这种类似于动物的生热行为具有多样的生物学功能,对生热植物的生殖发育至关重要.开花生热及其调控机制的研究已引起研究者的极大关注.红外成像技术的发展为开花生热过程的动态监测和生热组织的精确定位提供了至关重要的技术支撑.交替氧化酶(alternative oxidase, AOX)和解偶联蛋白(uncoupling proteins, UCP)是参与调控植物生热的重要线粒体蛋白.本文综述了AOX和UCP在植物开花生热中的功能及其作用机制相关研究的进展,重点探讨了开花生热过程中AOX和UCP的功能与细胞呼吸代谢活动的关系.此外,最新研究还发现了一些非传统的不依赖于AOX和UCP的线粒体生热途径.在系统梳理开花生热调控机制最新研究进展的基础上,本文展望了将来以线粒体为基本功能单位系统性理解植物开花生热能量供应体系的研究.     

七叶树花粉活力和柱头可授性变化的研究

采用花粉离体萌发法研究不同蔗糖浓度、硼酸浓度和不同温度对七叶树花粉萌发的影响及花粉活力测定,用联苯胺-过氧化氢法测定柱头可授性.结果表明:七叶树花粉萌发的最佳培养基是12％蔗糖+30 mg/L硼酸,花粉萌发的最适温度为25℃.雄花在开花当天花粉活力最高达75.69％,并在开花当天的上午10:00时,花粉活力最强,10:00～16:00花粉活力保持较高活力,是最佳授粉时段.两性花的柱头可授期持续时间较长,为8～9 d,开花3d达到最强,开花1～4 d柱头可授性保持较高水平,为授粉的最佳时间段.因此,从七叶树的花部特征、花粉活力与柱头可授性及花粉萌发的条件看,在长期的自然选择下七叶树在花部结构和开花生理上都是相配合的,以保障生殖成功.     

花生叶片离体培养花器官分化及其开花结果研究

以花生幼叶为外植体进行离体培养,研究BA浓度对花器官分化的影响并进一步观察试管内花器官的发育.结果表明:经MSB 1mg/LBA 0.5mg/LKIN 2mg/LIAA培养基诱导的愈伤组织,转接到附加1～3mg/LBA的MSB培养基上培养,均能直接诱导分化花器官,但2mg/LBA的诱导效率最高达21.13%;诱导分化的花器官转接到MSB培养基继续培养,部分花器官可以在试管内开花、受精、成针、结实.试验实现了以花生幼叶为外植体,在试管内完成诱导花芽、开花、受精、形成果针、子房膨大,直至形成荚果等过程,为离体条件下研究花生花器官分化、荚果及种子发育提供了技术体系和材料.     

水鳖科植物花和花序的形态学及发育的基本式样

通过野外调查 ,结合实体解剖和扫描电镜观察 ,对国产水鳖科植物花和花序的分化式样及花部结构多样性进行了研究 ,并探讨了水鳖科植物的花部发育的基本式样 ,结果表明 ,在花部是三基数的植物中 ,如水筛属 (Blyxa)、水车前属 (Ottelia)等 ,花器官原基以轮状 ,向心发育 ,辐射对称的方式发生 ,后一轮倾向于与前一轮相交替 ;在花部非三基数的植物中 ,如虾子草属 (Nechamandra) ,苦草属 (Vallisneria)等 ,由于部分花器官缺失 ,花器官原基呈不规则发生。     

宁夏枸杞(Lycium barbarum)花器官形态多样性与品系间识别研究

该研究以42份宁夏枸杞(Lycium barbarum)为材料,对其中5个品系来自3个不同采集日期样品的花部性状进行了观察,同时对宁夏枸杞42个品系的16项花器官形态学指标进行了测定,并采用组间单因素方差分析法、主成分分析法和聚类分析法对宁夏枸杞种内的花部形态差异进行了研究。结果表明:宁夏枸杞花器官性状差异较大且多样性丰富,组间单因素方差分析表明宁夏枸杞花部性状在不同时间内采集无显著差异,即宁夏枸杞的花器官形态具有一定稳定性,因此可选用花器官形态作为区分宁夏枸杞种内不同品系的鉴别指标;主成分分析表明有关花瓣外缘色泽、花瓣正-背面脉络、花瓣形状、花瓣背部色泽、花喉色泽、雌雄蕊位置6个花部性状的累积贡献率达到84.791%,在宁夏枸杞品系的分类中起到了主要作用;聚类分析表明在欧式距离为7.5处可将枸杞的42个品系分成五类,能够将宁夏枸杞进行区分。该研究筛选出了能反映宁夏枸杞花器官形态差异的6个主要指标,并将42份宁夏枸杞分为五类,初步建立了宁夏枸杞种内品系间的形态学鉴别方法,可为宁夏枸杞的形态学研究及品系鉴定等提供依据。     

四种竹子的花器官形态描述

近几年来南京林业大学竹种园中4种竹子出现开花现象.首次描述了鹅毛竹(Shibaoea chinensis)和异叶苦竹(Arundinaria simonii f.heterophylla)的花部形态特征,补充描述了月月竹(Chimonobambusa sichuanensis)和福建茶秆竹(Arundinaria amabilis var.convexa)的花部形态特征.     

广西蜘蛛抱蛋(Aspidistra retusa)的传粉生物学研究

蜘蛛抱蛋属植物的花部结构丰富多样,且常常贴地表开花,但其传粉生物学研究鲜有报道。广西蜘蛛抱蛋(Aspidistra retusa)是广西特有植物,为揭示该物种的自然传粉机制,在蜘蛛抱蛋属世界分布和分化中心的广西境内,开展了广西蜘蛛抱蛋开花物候、访花昆虫及繁育系统的野外观测研究。结果表明:广西蜘蛛抱蛋的花部结构中雄蕊高于雌蕊,但自交不亲和,为异花传粉;双翅目瘿蚊属成虫(Cecidomyia sp.,Cecidomyiidae,Diptera)为其专性传粉者,作为回报,广西蜘蛛抱蛋为瘿蚊提供理想的交配场所,同时提供大量的花粉供雌瘿蚊取食以补充生殖所需能量,并为受精卵的孵化以及幼虫的发育提供舒适的环境。该研究用实地现场观察第一手数据验证了前人有关蜘蛛抱蛋属植物瘿蚊传粉的推测,为中国蜘蛛抱蛋属植物传粉生物学研究的首次报道,然而蜘蛛抱蛋属植物花部结构极具多样性,应存在更多样的传粉方式,还有待更深入的调查研究。     

高山植物花形态特征对花温度积累的影响

高山生态系统的低温环境不利于植物繁殖器官的发育和传粉过程,因此能改善花内或花序温度的结构对植物繁殖具有积极意义。该研究利用红外测温仪测量了高寒草甸中64种植物的花温度和叶温度以计算花温度积累,并检测了系统发育、花大小、花对称方式和花大小对花温度积累的影响。结果表明:所测量的64种植物种类,花部温度均高于叶部温度。花温度积累的系统发育信号较弱,表明物种间花温度积累的差异可能主要与不同物种对温度的需求有关。花温度积累与花大小存在显著的正相关关系,且两侧对称花的温度积累比辐射对称花更为迅速,但花对称方式和花颜色对花温度积累并没有显著的影响。该研究结果表明花温度积累在不同植物间存在很大的差异,但这些差异对植物繁殖的实际贡献和意义仍需要进一步验证。     

水稻花器官发育的全新分子机理被揭示

长期以来．植物生殖发育学家们都在寻找控制花器官发育的基因．经过多年研究提出了著名的花发育“ABC”模型。该模型概括了在花的不同部位,不同类型的基因是怎样起作用,从而控制花部器官发育的,但这一模型仍有很多不清楚的地方。     

不同生境与花部特征对巫山淫羊藿结实特性的影响

对不同生境中巫山淫羊藿结实特性进行比较研究。结果表明:(1)三个种群在繁殖时期中不同花部特征的植株繁殖投资差异不大,如每株分枝数、每株花序数和每株开花数差异均不显著;(2)三个种群中每株结实数、每株结实率、每花序结实数在不同花部特征中差异显著,PLS和SAA要显著大于PESS;(3)三种花部特征在不同生境中单株分枝数和单株花序数均无显著差异。在不同花部特征中种群1开花数量相较少,因而在结实方面均值均要小于种群2和种群3;(4)不同花部特征的果实饱满种子数、败育数和败育率均具有显著差异,而种子数差异不大,但在种群间均无显著的差异。说明种子的多少更多地受到花部特征的影响。总之,巫山淫羊藿的结实特性受到生境和花部特征的双重影响,其中花型比生境对巫山淫羊藿结实特性的影响更为明显。     

The gene expression landscape of thermogenic skunk cabbage suggests critical roles for mitochondrial and vacuolar metabolic pathways in the regulation of thermogenesis

Floral thermogenesis has been described in several plant species. Because of the lack of comprehensive gene expression profiles in thermogenic plants, the molecular mechanisms by which floral thermogenesis is regulated remain to be established. We examined the gene expression landscape of skunk cabbage (Symplocarpus renifolius) during thermogenic and post-thermogenic stages and identified expressed sequence tags from different developmental stages of the inflorescences using super serial analysis of gene expression (SuperSAGE). In-depth analysis suggested that cellular respiration and mitochondrial functions are significantly enhanced during the thermogenic stage. In contrast, genes involved in stress responses and protein degradation were significantly up-regulated during post-thermogenic stages. Quantitative comparisons indicated that the expression levels of genes involved in cellular respiration were higher in thermogenic spadices than in Arabidopsis inflorescences. Thermogenesis-associated genes seemed to be expressed abundantly in the peripheral tissues of the spadix. Our results suggest that cellular respiration and mitochondrial metabolism play key roles in heat production during floral thermogenesis. On the other hand, vacuolar cysteine protease and other degradative enzymes seem to accelerate senescence and terminate thermogenesis in the post-thermogenic stage.     

Mitochondrial events during development of thermogenesis inSauromatum guttatum (Schott)

Changes in the mitochondrial electrontransport chain were followed in the thermogenic inflorescence ofSauromatum guttatum Schott from 5d before thermogenesis to 3d thereafter. The capacities of the alternative and cytochrome pathways of mitochondrial electron transport were found to be developmentally coordinated to contribute to the thermogenic events in the appendix and the sterile floral regions. Electron flow through the alternative pathway, is believed primarily responsible for heat production, and this pathway was expressed to the highest degree in both tissues during thermogenesis. In the appendix, the cytochrome chain was shut down considerably during thermogenesis, forcing electron flow through the alternative pathway and thus yielding maximum heat production. The shut-down of the cytochrome chain does not occur in the sterile floral region which may explain why this region is not as thermogenic as the appendix. Cytochrome-oxidase difference spectra indicated that the cytochrome oxidase of appendix mitochondria was not capable of accepting electrons on the day of thermogenesis, and that this capacity was partially restored by the following day even though the tissue was senescing at this time point. Relative levels of messenger RNAs for cytochrome-oxidase subunits I and II were found to decrease the day before thermogenesis, which could result in lower levels of these proteins in appendix mitochondria on the day of thermogenesis. The capacity for overall mitochondrial protein synthesis was also investigated and was found to drop continuously from 5d before thermogenesis to 3d thereafter, even though the capacities of the electron-transport chain were changing dramatically. The levels of mitochondrial ribosomal RNA levels decreased during development, which could explain the overall drop in mitochondrial translational efficiency. Experiments concerning the synthesis of the alternative-oxidase proteins indicated that they were most likely nuclearly encoded, and that their expression could be induced by salicylic acid.     

位点特异性重组系统及其在植物转基因研究中的应用

随着植物转基因研究的不断深入,对基因重组系统提出了新的要求。位点特异性重组系统具有高效、精确等的优点,在植物基因工程领域的应用越来越广泛。对常用的三类位点特异性重组系统的作用机制、优缺点及其应用进展进行了全面的综述,期望为植物转基因研究提供技术参考。对于目前研究较为热点的基因编辑技术CRISPR-Cas系统作了简要概述。     

水稻花发育的分子生物学研究进展

水稻是世界上最重要的粮食作为之一,也是单子叶植物发育生物学研究较理想的模式植物。水稻花器官还是粮食赖以形成的基础。对水稻花发育的研究已开始成为植物分子遗传学的一个新的焦点。近年来有关水稻花发育基因调控的研究已取得了长足的进展,本文从水稻花的诱导、花分生组织的形成和花器官的发育三个方面综述近年来国内外的研究进展。 Abstract:Rice (Oryza sativa L.) is not only one of the most important food crops in the world,but also a model plant for study of molecular developmental biology in monocots.In addition,the rice floral organs provide the basis for grain formation.Study of rice floral development has become a new focus of plant molecular genetics.Recently,notable progress has been made in study of gene regulation in rice floral development.In the review,genetic and molecular mechanisms of floral induction,floral meristem formation,and floral organ development in rice are summarized.     

C类花器官特征基因AGAMOUS(AG)调控植物花分生组织维持与终止研究进展

花分生组织的维持与终止在植物花器官发生和世代交替起着至关重要的作用。成功的花分生组织决定能够确保植物正常的生殖发育和生命周期进程。诸多研究表明AGAMOUS(AG)基因作为花器官分化和开花决定的主效调节因子,能够协调花发育过程中多种细胞命运决定。然而,关于AG参与调控植物世代交替及花分生组织维持与终止的分子调控机制尚不清晰。综述了近年来AG基因参与调控植物花分生组织维持与终止的研究进展及现状,以期为深入研究植物花器官分化过程中干细胞的维持和终止,以及干细胞活动与其他发育过程之间的分子调控过程提供参考。     

蝴蝶兰花发育的分子生物学研究进展

蝴蝶兰花非常独特且高度进化,如萼片瓣化、瓣片特化为唇瓣、雌雄蕊合生成合蕊柱及子房发育须由授粉启动等,是单子叶植物花发育研究的理想材料。近年来蝴蝶兰花发育分子生物学取得了重要进展。该文就近年来国内外有关蝴蝶兰开花转换及花器官发育相关基因研究以及B类基因与兰花花被的进化发育关系方面的研究进展进行综述。研究表明:MADS基因在蝴蝶兰开花转换及花器官发育过程中起重要作用,推测其中的DEF(DE-FICIENS)-like基因早期经过2轮复制,形成了4类不同的DEF-like基因,进而决定兰花花被属性。蝴蝶兰花发育分子生物学的深入研究,将极大地利于通过基因工程手段提高蝴蝶兰花品质如花色改良及花期调控等,推动分子育种进程。     

A flourishing time for flower development. Workshop on Flower Development, sponsored by Fundación Juan March, Madrid, Spain, March 11-13, 1991.

Molecular genetics has recently erupted in the field of flower development, an area of research traditionally cultivated by plant physiologists. The isolation and molecular characterization of seven homeotic genes (four in Antirrhinum majus and three in Arabidopsis thaliana) that control both floral organogenesis and the transition from inflorescences to floral meristems is leading to major breakthroughs in the understanding of the mechanisms governing flower development. This has already had a great impact among plant physiologists, who are incorporating mutant analysis into studies of floral induction and flower development. We are still missing data about the nature of the pollen product of the S-locus in self-incompatibility systems, although current experimental approaches might provide this information in the near future. Gene technology appears to have a high potential in hybrid seed production through the construction of male sterile plants as well as of plants able to restore fertility. The study of genes regulating pigment formation in flowers continues to provide interesting data on gene expression in plants, in which phenomena such as co-suppression and methylation seem to play an important role. Altogether, one can predict that very exciting times are coming in the field of flower development.     

拟南芥开花诱导途径分子机制研究进展

拟南芥是分子和遗传学研究的模式植物,对植物花发育及控制花形态建成的分子遗传机制的研究进展主要是建立在对拟南芥研究的基础之上,拟南芥开花主要受到4个途径(自主途径、赤霉素途径、春化作用和光周期途径)的内源和外界信号的同时诱导.该文对近年来国内外有关拟南芥开花诱导的4个途径的分子机制研究进展进行综述,并初步绘制出各开花诱导途径基因间的调控网络图,以进一步明确基因间的相互作用模式及其在整个开花过程中的作用地位.     

青藏高原及周边高山地区的植物繁殖生态学研究进展

青藏高原及周边高山地区孕育了极为丰富的植物多样性资源, 研究该地区植物如何顺利完成繁殖过程有助于我们理解植物对典型高山环境的进化和适应机制。该文综述了青藏高原地区高山植物在资源分配、繁殖方式、花部特征演化等方面的研究进展, 包括全球气候变化对植物繁殖特征的影响, 以及一些新技术和新方法在本研究领域的应用。在高山地区限制性环境中, 随海拔升高, 繁殖分配通常表现出增大的趋势, 其中投入到雄性资源的比例上升, 但具体的资源分配模式还要取决于植株的交配系统、个体大小、生活史特征、遗传特性以及环境中的资源有效性等。面对资源和传粉的双重限制, 植物在不同繁殖方式之间存在权衡, 当传粉者稀少时, 克隆繁殖和自交有利于繁殖保障; 而有性繁殖和异交能够提高种子的质量和后代的遗传多样性, 从而在复杂多变的气候条件下有利于种群的维持。因此, 不同繁殖方式的结合以及泛化的传粉互作网络可能是应对高山限制性环境的最优选择。花部特征的演化主要受到当地传粉者的选择压力, 但是外来传粉者、植食者、盗蜜者以及非生物环境(如温度、雨水和紫外辐射等)对花部性状的影响越来越受到重视。近年来, 青藏高原因其脆弱性和对气候变化的高度敏感性而在全球气候变化研究中备受关注, 以全球变暖和氮沉降增加为显著特征的全球气候变化正在直接或间接地影响着该地区高山植物的繁殖特征。气候变化影响植物和传粉者的物候并引起物种的迁移, 最终将导致植物与传粉者的时空不匹配。植物通过改变花部特征(花展示、花冠结构、花报酬的数量和质量)来响应气候变化, 这可能会改变其传粉者的类型、数量和访花行为, 从而最终影响植物的繁殖成功。3D打印和高通量测序等新技术和新方法的应用有助于促进植物繁殖生态学研究的进一步发展。3D打印的花能够精确控制其形态构造, 可以用于研究精细的花部特征变化对于传粉者行为的影响, 在此基础上与人工饲养的传粉者结合使用, 有助于进一步研究传粉者介导的花部特征演化。随着高通量测序技术的发展, 植物繁殖生态学领域, 尤其是花部特征演化的许多重要问题的潜在机制得以深入研究。该文最后提出了目前研究中需要注意的问题以及值得深入研究的发展方向。     

植物自然更新研究进展

植物自然更新是一个复杂的生态学过程,它对种群的增殖、扩散、延续和群落稳定及演替具有重要的作用,是植被动态研究的热点。目前国内外在这方面的多数研究主要从更新过程中的某一或几个阶段入手,分析各生态因子对更新的影响,或从林窗、火烧、动物等干扰对自然更新影响的角度揭示植被自然更新的机制。本文从植物自然更新方式、干扰对更新的影响及群落的更新等方面进行了总结,并提出了今后该领域的研究建议。