主要作物光温敏核雄性不育基因的研究进展与应用*

光温敏核雄性不育系在不同的生态环境条件下可以实现一系两用,简化制种程序,是农作物杂交种子生产的一种重要资源。简要介绍了主要作物杂交种子生产方式,综述了水稻、小麦、玉米、谷子等作物光温敏核雄性不育系的研究进展以及在两系杂交种子生产上的应用,并探讨了光温敏核雄性不育系的应用前景。     

匍枝根霉纤维二糖合成酶胞内糖基供体的初探及结构功能研究

纤维二糖可有效诱导丝状真菌产纤维素酶,前期研究表明匍枝根霉Rhizopus stolonifer TP-02具有纤维二糖合成酶(CBS),可以尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)为糖基供体合成纤维二糖,从而开启纤维素酶的自诱导合成途径。为研究R. stolonifer中纤维二糖的胞内合成途径,通过重叠PCR在GDP-葡糖焦磷酸化酶基因ggp中引入硫胺吡啶抗性基因ptrA,分别转化原菌TP-02和△ugp突变株,构建△ggp和△ugp/△ggp突变株。利用液质联用(LC-MS)检测突变株的胞内糖组分,发现ggp的缺失对胞内纤维二糖合成的影响较弱,但同时缺失ugp则将直接导致二糖合成受阻。RT-qPCR结果显示△ggp突变株中纤维素酶基因转录水平较原株TP-02下调20%左右,而△ugp/△ggp突变株中被测基因的转录水平则出现了高达80%左右的下调。同时对突变株纤维素酶表达水平进行研究,发现△ugp/△ggp突变株中几乎检测不到纤维素酶活力。结果显示,UDPG为R. stolonifer胞内合成纤维二糖的主要糖基供体,而GDPG可能是UDPG的替代物,在UDPG不足时维持胞内二糖合成。此外,利用生物信息学方法对CBS结构功能深入分析,经丙氨酸扫描确定其合成纤维二糖的关键作用残基为Asp210和Asp300,为后续进一步研究及理性改造提供方向和理论依据。     

抑制前列腺癌的食药用菌醇提物的筛选及灵芝醇提物对癌细胞的抑制机理

比较了灰树花Grifola frondosa、巴氏蘑菇Agaricus blazei、 猴头菌Hericium erinaceus、刺芹侧耳Pleurotus eryngii、毛头鬼伞Coprinus comatus、蛹虫草Cordyceps militaris、灵芝Ganoderma lingzhi、香菇Lentinula edodes、桑黄Sanghuangporus sanghuang和桦褐孔菌Inonotus obliquus 10种食用菌醇提物对前列腺癌LNCaP细胞增殖的影响,其中灵芝醇提物对LNCaP细胞增殖及5ɑ-还原酶活性具有良好的抑制效果,对LNCaP细胞释放PSA的抑制效果也好于其他食用菌。进一步研究灵芝醇提物对LNCaP细胞的抑制机理,结果表明,灵芝醇提物通过诱导细胞凋亡、使Caspase-3、Bax、P53活性升高,PARP、Bcl-2活性下降来实现对LNCap细胞的抑制作用。利用自噬抑制剂氯喹和自噬激活剂雷帕霉素观察细胞自噬在灵芝醇提物抗肿瘤过程中的作用,结果表明,体外激活细胞自噬对LNCaP细胞起到保护,从而减弱了灵芝醇提物的抗肿瘤作用。     

灵芝两个无孢品种中水提物成分分析及免疫活性比较

龙芝2号和鹿角灵芝均为赤芝的栽培品种,且在生长发育过程中均不产生孢子。目前,尚缺乏对两者化学成分和药理活性的系统比较研究。本研究以灵芝两个无孢品种——龙芝2号和鹿角灵芝为原料,研究对比两者子实体水提物成分差异及免疫活性的强弱。采用化学及仪器分析相结合的方法,分析两者水提物中的多糖得率、含量、重均分子量分布特征及核苷、蛋白质、氨基酸含量差异,并研究了灵芝两个无孢品种水提物样品刺激RAW 264.7细胞释放NO活性。结果表明,两者多糖得率及含量差异不大,但龙芝2号中重均分子量分布范围较广,多糖分子量较大,其含有3种多糖,分子量分别为2.021×10⁶、1.802×10⁶和4.825×10⁵,而鹿角灵芝中仅含有1种多糖,分子量为1.589×10⁴;两者中含有的核苷种类相似,但各核苷的含量存在差异;鹿角灵芝和龙芝2号中蛋白质含量分别为10.70%和10.32%,两者均不含有组氨酸,蛋氨酸在两者中含量均较高,分别达到2.556%和2.591%。从鹿角灵芝和龙芝2号中得到的水提物样品均具有体外刺激巨噬细胞释放NO的活性。     

基于公共数据库信息对中国野生香菇种质资源地理分布的再分析

本文基于野生香菇资源的文献以及公共数据库中的序列信息,调查了香菇在我国以及世界范围内的地理分布,同时利用ITS序列进行了遗传多样性分析。结果显示香菇在我国的21个省市有分布,其中对云南、四川和湖北等省香菇资源的研究最为密集。不同菌株的聚类与地域来源有一定的相关性,进一步通过多样性分析显示我国野生香菇的多样性中心分布于西北和西南地区。本文有助于指导我们进行香菇野生资源的调查,进一步挖掘香菇种质资源的多样性。     

黄芪种子萌发及萌发后生长过程中黄酮类化合物合成的动态变化

在对膜荚黄芪和蒙古黄芪种子萌发和萌发后生长时期进行划分的基础上,研究了黄芪中3种主要黄酮类化合物芒柄花素、毛蕊异黄酮和毛蕊异黄酮苷在萌发和萌发后生长过程中含量的变化。为了弄清黄酮含量变化的机制,我们还对黄芪中黄酮生物合成途径酶的转录水平做了研究。结果表明,在种子萌发和萌发后生长阶段,两种黄芪中均出现了明显的黄酮类化合物累积增加的情况。通过检测黄酮类物质生物合成途径酶基因的转录表达水平,我们发现萌发阶段蒙古黄芪中黄酮类物质积累增加主要由上游途径酶基因的表达水平升高引起,而膜荚黄芪中则几乎涉及到所有途径酶。此外,我们还发现萌发后生长阶段中,两种黄芪中合成途径酶基因转录对黄酮类物质含量的调控则选择性地存在时间延迟效应。     

连香树人工林根系分泌物输入季节性变化及其驱动的根际微生物特性研究

根系分泌物介导的根际过程具有重要的生态学效应,但目前有关植物尤其是濒危珍稀植物根系分泌物及其介导的土壤生物地球化学循环过程的原位季节动态研究甚少。本文以阿坝州茂县大沟流域30年生的国家二级濒危保护植物连香树人工林为研究对象,于2014年4、7、9和12月利用原位收集装置对连香树根系分泌物进行原位收集;并同步分析了根际土壤微生物特性的变化。结果表明：（1）根系分泌物C和N分泌速率均呈现明显的季节动态变化,其中,夏季最高,冬季最低。（2）根际土壤微生物碳、氮及土壤酶活性显著高于非根际,表现出正的根际效应;根际效应也与根系分泌物输入表现出类似的季节动态规律,即夏季（7月）最高,而冬季（12月）最低。（3）进一步相关分析表明：根系分泌物分泌速率与土壤微生物碳、氮及土壤酶活性根际效应值呈线性正相关,表明根系分泌物输入是驱动根际微生物活性的重要因子,揭示连香树根系碳输入对根际土壤过程和功能的季节响应。未来研究应加强根系分泌物输入与土壤生物地球化学循环过程的偶联效应与机制研究。     

入侵植物喜旱莲子草和本地种接骨草光合生理特征对增温响应的差异

利用红外加热器模拟增温,比较入侵植物喜旱莲子草和本地种接骨草的光合特性对增温响应的差异,以预测气候变暖背景下入侵植物的入侵潜力,并为筛选替代控制植物提供依据。结果表明:增温导致喜旱莲子草和接骨草的叶绿素a/b值分别比对照显著提高6.21%和降低5.55%。无论增温与否,接骨草的叶绿素b含量显著高于喜旱莲子草,而叶绿素a/b值则相反。增温导致喜旱莲子草净光合速率显著提高9.23%,由于气孔导度增大引起蒸腾速率大幅度增加,使得其水分利用效率比对照显著降低10.64%。增温仅导致接骨草的气孔导度显著增加10.95%,而对其他气体交换特征无显著影响。对照条件下,尽管接骨草的气孔导度和胞间CO_2浓度分别显著低于喜旱莲子草7.03%和4.57%,但是前者的净光合速率和水分利用效率分别显著高于后者10.30%和11.92%。增温条件下,两种植物的净光合速率和气孔导度无显著差异,由于接骨草的蒸腾速率显著低于喜旱莲子草18.02%,故其水分利用效率显著高于后者26.45%。增温、物种及其两者的交互作用对光补偿点、光饱和点、最大净光合速率、暗呼吸速率和初始量子效率等光响应参数影响均不显著。总之,对照条件下,接骨草凭借较高的叶绿素b含量、净光合速率和水分利用效率,比喜旱莲子草具有更强的光合能力。但增温后,接骨草的光合优势被削弱。研究从光合生理角度证明接骨草有望作为喜旱莲子草的替代控制植物,但是未来气候变化背景下喜旱莲子草的入侵潜力可能增强。     

农业景观中非农景观要素结构特征对植物物种多样性的影响——以封丘县为例

农业景观中的非农生境对维持与提高农业景观的生物多样性具有非常关键的作用。为了探究非农生境的相关结构属性对农业景观中植物物种多样性的影响,选择黄河下游平原区的封丘县为研究区域,对研究区内42个样点的非农生境进行植物多样性调查,并对各个样点周围1 km范围内的非农景观要素进行了提取,分析不同非农生境中植物物种组成及其景观要素的构成、结构及空间配置对植物物种多样性的影响。研究结果表明:不同类型的非农生境中,物种组成共有种相对较多,特有种或指示种较少;林地与树篱具有相对较高的物种多样性,以沟渠为生境的植物物种组成与其它两种生境类型相比存在明显差异;林地与树篱/沟渠的组成比例相当时,植物物种丰富度最高;景观指数对不同非农生境中的植物物种具有明显影响,景观破碎化及人为干扰指数的影响较为显著。未来在对本区域内农业景观进行结构优化的过程中,应从非农景观要素的改造入手。通过调整和设置非农景观要素的不同类型及比例、合理改造其结构与空间配置,为最终实现农业景观的有效管理与可持续健康发展奠定重要的研究基础。     

黄河下游农业景观中景观结构和生境特征对林表生蜘蛛多样性的影响

以捕食者来进行"自上而下"的生物防治是有效而经济的。蜘蛛作为农业景观中重要的捕食者,在不同的尺度上研究景观和环境要素对其多样性的影响是十分必要的。目前,有关黄河下游农业景观研究中,关于蜘蛛多样性的研究报道较少。针对黄河下游农业景观中林地生境的蜘蛛多样性展开研究,于2014年4月和7月采用陷阱法调查林地生境中蜘蛛种群的分布及其多样性,分析了对蜘蛛多样性影响最强烈的环境因子,以及不同蜘蛛种群对草本植被盖度的不同选择。结果发现:研究区林地生境内蜘蛛的优势种群为星豹蛛(Pardosa astrigena)、单带希托蛛(Hitobia unifascigera)、类水狼蛛(Pirata piratoides)和陕西近狂蛛(Drassyllus shaanxiensis)。不同尺度上的景观要素和环境要素(解释变量)对蜘蛛多样性的影响存在差异,且在不同的季节均为100 m尺度上的解释变量对蜘蛛多样性的影响最大。在100 m尺度上,不同的解释变量对蜘蛛多样性的影响也不同,春季林地中的植被盖度对其影响最大,路距和林地面积也有较为明显的影响,夏季林地中的植被高度和植被盖度对其影响最大,其余解释变量的影响则极小。不同的蜘蛛种群对草本植被盖度大小的偏好不同,多数蜘蛛偏好高的植被盖度,如星豹蛛和白纹舞蛛(Alopecosa albostriata)等,也有部分蜘蛛种群偏好中、低植被盖度,如赫氏花蟹蛛(Xysticus hedini Schenkel)、白斑猎蛛(Evarcha albaria)和皮雄红螯蛛(Araneae)。研究表明,黄河下游农业景观林地生境中,不同的景观要素和环境要素在不同尺度和不同季节上对蜘蛛多样性的影响具有显著的差异,草本植被对蜘蛛多样性的影响极为显著。因此在研究区内合理规划林地的建设,加强草本植被的保护,提高林地捕食者的数量,有助于生物防治工作的发展和生物多样性保护工作的进行。