褐飞虱Nl15基因的克隆及功能分析

【目的】植食性刺吸式口器昆虫的唾液蛋白参与调控植物抗虫防御反应,影响其对寄主植物的适应性。本研究旨在通过克隆褐飞虱Nilaparvata lugens重要唾液蛋白基因Nl15,调查其时空表达模式,明确其在褐飞虱致害性中的作用。【方法】基于褐飞虱IR56种群转录组数据,用RT-PCR克隆褐飞虱基因Nl15 cDNA序列,并进行生物信息学分析。利用qPCR检测其在褐飞虱TN1和IR56种群不同发育阶段(卵、1-5龄若虫和雌雄成虫)和雌成虫不同组织(头、胸、腹和足)中的表达模式。通过显微注射dsRNA对褐飞虱TN1和IR56种群的4龄若虫进行Nl15的RNAi,利用qPCR检测Nl15 RNAi后褐飞虱若虫中Nl15的相对表达量以及Nl15 RNAi后褐飞虱若虫取食3 d时水稻植株中防御相关基因(OsLecRK4, OsMPK10, OsWRKY24, OsLox, OsNPR1和OsGns5)的相对表达量,并生物测定Nl15 RNAi后褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量。【结果】克隆了褐飞虱Nl15 cDNA序列(GenBank登录号：OK181113),其开放阅读框长1 008 bp;预测编码335个氨基酸,理论等电点为7.54,分子量为38.7 kD,含有23个氨基酸的信号肽序列和一个糖基化修饰位点,不存在跨膜结构域和其他已知的功能域;Nl15与灰飞虱Laodelphax striatellus同源蛋白氨基酸序列一致性为45%。发育表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱各个发育阶段均表达,在3-4龄若虫中的表达量最高;组织表达谱结果表明,Nl15在褐飞虱雌成虫头部中的表达量最高,且在IR56种群头部中的表达量高于在TN1种群头部中的。RNAi实验结果表明,与注射dsGFP的对照组相比,注射dsNl15的处理组中Nl15的表达量显著降低了89.5%,褐飞虱的存活率以及成虫蜜露量和体质量增量均显著降低,上述6个水稻防御相关基因的表达量显著上调。【结论】褐飞虱IR56种群中的Nl15参与褐飞虱与水稻的防御与反防御分子互作。本研究为进一步阐述褐飞虱克服抗虫基因的机制及揭示昆虫与植物互作的分子网络提供了思路。     

三江平原湿地生态风险评价及空间阈值分析

湿地生态风险评价对区域自然资源保护及规划管理具有重要意义。以三江平原湿地为研究区域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期土地利用数据,以城市扩张导致的土地利用变化、道路建设等人类活动为风险源,景观生态格局、生态系统服务价值为风险受体构建了三江平原湿地生态风险综合评价体系,分析三江平原湿地生态风险时空变化特征。进而,利用距离阈值确定空间距离权重,采用双变量空间自相关模型揭示了不同时间尺度下生态风险的空间集聚分布特征。结果显示：从风险源角度,人类活动风险源强度呈增加趋势,松花江、穆棱河、倭肯河地区一直处于中高风险水平;从风险受体角度,景观生态风险的中高风险地区重点集中在湿地与水体分布区,生态系统服务低价值区主要分布在中部水田、旱田、建设用地以及东北部与东南小范围的湿地区域。综合生态风险结果显示,三江平原生态风险在时间上呈增加趋势,空间上由松花江河滩型湿地区与穆棱河地区逐渐向四周蔓延。此外,生态风险的强弱受到空间距离的影响显著,选取5km为自相关分析的距离阈值,土地利用与综合生态风险的空间格局存在显著的空间正相关关系,高-高地区集中分布在研究区内的松花江流域及周围滩地地区,随着土地利用变化及转移,空间关联逐渐增强且区域分布不断扩大。研究结果可从人类活动控制、景观格局优化、生态服务价值提升等方面为三江平原生态风险防控分区管理提供理论依据。     

印度块菌(Tuber indicum)菌根促生细菌的研究

【目的】筛选对印度块菌菌根量和菌根苗长势有促进作用的菌根促生细菌(Mycorrhization helper bacteria,MHB)。【方法】选择华山松为宿主植物,自块菌菌根根际土壤中分离得到的11种细菌为供试菌株,将印度块菌菌剂与不同浓度的细菌混合于特定基质中后接种于华山松上,并通过对印度块菌与华山松形成的菌根数、华山松的株高和地径三方面的统计与分析,确认MHB。【结果】Pseudomonas sp. JCM 5481 (P143)、Streptomyces sp. EN31 (S191)、Variovorax paradoxus (V633)在浓度为2.4×109 CFU/mL时对印度块菌菌根数、株高和地径均有极显著促进作用(P<0.01);Pseudomonas chlororaphis (P11)、Pseudomonas corrugate (P127)在浓度为0.8×109 CFU/mL时对印度块菌菌根数、株高和地径均有显著促进作用(P<0.05)。4种假单胞菌浓度梯度的设置显示了不同菌株适宜的浓度不同。【结论】实验获得5种MHB,并表明细菌浓度是获得MHB的一个重要影响因素。     

东乡野生稻BILs群体耐低氮性表型性状指标筛选及其综合评价

为了鉴定东乡野生稻及其后代群体的耐低氮性,研究低氮和正常氮2种处理下“协青早B//东乡野生稻/协青早B”BC₁-F₁₂回交重组自交系株高、抽穗期、穗长、有效穗数、穗实粒数、穗总粒数、着粒密度、结实率、千粒重和单株产量等10个表型性状,利用主成分分析和模糊隶属函数对BILs群体的耐低氮性进行综合评价.结果表明： 株系116、143和157的耐低氮性强,可作为东乡野生稻耐低氮性遗传研究和水稻耐低氮性育种的中间材料.采用逐步回归分析法建立了耐低氮性最优回归方程,筛选到株高、穗总粒数、结实率、千粒重和单株产量等5个性状相对值可作为水稻全生育期耐低氮性的综合评价指标.因此,在水稻耐低氮性遗传改良中,应注重对这5个性状,尤其是穗总粒数和单株产量相对值的选择.
     

大别山野生油茶中茶氨酸检测与茶氨酸合成酶基因克隆

茶氨酸是茶树叶片中最丰富的游离氨基酸,具有重要的生理药理功能,但迄今仅在蘑菇、蕈和一些山茶科(属)植物中检测到茶氨酸。茶氨酸因有一种独特的风味特色"umami鲜爽味"而被人类营养学广泛研究,并发现合成茶氨酸的植物不仅在植物分类上具有积极意义,而且对于植物资源的有效发掘有巨大经济价值;同时还可以间接去研究茶树中茶氨酸的代谢机理以及茶氨酸合成酶的分离纯化和TS基因的克隆表达。该文运用HPLC、LC-TOF/MS对大别山地区野生幼年与成年油茶根、叶中茶氨酸进行检测,并结合分子生物学手段对油茶中茶氨酸合成酶(theanine synthetase,TS)基因进行克隆与生物信息学分析。结果表明:在幼年的油茶根中检测到茶氨酸,含量为0.08mg·g-1(鲜重),而在幼年的油茶叶片和成年油茶根、叶中均未检测到茶氨酸;在幼年油茶根中克隆出一条长为1 071bp油茶TS基因开放阅读框,其基因序列与茶树谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS,AB117934)基因和TS(DD410896)序列的同源性达到98%,氨基酸序列与茶树中GS(AB117934)和TS(DD410896)的相似性高达99%。经生物信息学分析,该序列编码的TS蛋白具有20个磷酸化位点,不存在信号肽序列与跨膜结构,含有卷曲螺旋结构的亲水性细胞质蛋白。该研究将为油茶新经济价值的发掘,为茶氨酸在油茶中合成代谢途径的研究提供一定的理论基础,同时也为进一步研究茶氨酸在茶树中代谢机理提供了新的研究思路。     

钙对花生幼苗生长、活性氧积累和光抑制程度的影响

为探讨钙元素对花生幼苗生长的影响,以花育22为试材,用改良的Hoagland溶液进行培养,培养液钙离子(Ca2+)浓度分别为0、6和12 mmol/L(依次简称为CK、C6和C12),研究了不同Ca2+浓度培养下花生幼苗生长以及根系和叶片活性氧(ROS)的积累情况。结果表明,Ca2+显著提高花生植株的株高和鲜重,并降低根冠比,而且正常培养条件下,Ca2+显著提高根系活力、降低叶片和根系的ROS积累,而且C12幼苗的生理状态要好于C6。花生幼苗功能叶在高温(42℃)强光(1200μmol m-2s-1)胁迫处理下,与CK植株相比,C6和C12叶片的过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O-2)的积累水平低、其叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)高、光系统Ⅱ(PSⅡ)的关闭程度低,而且C12幼苗的活性氧积累和光抑制程度都明显低于C6,表明高温强光胁迫下,Ca2+有利于减轻花生幼苗叶片的光抑制和ROS积累。C6和C12叶片的部分ROS清除酶活性以及有关渗透调节物质的含量明显高于CK,丙二醛(MDA)的含量明显低于CK,表明胁迫条件下Ca2+通过提高ROS清除酶活性和渗透调节物质含量降低ROS的积累和危害,保护花生类囊体膜从而保证花生正常生长。     

杂色山雀的婚外父权与配偶间的遗传相容性无关

婚配制度作为一种进化稳定对策是动物对某一环境包括种群内部环境适应的结果。据统计,约92%的鸟类为社会性单配制,但单配制鸟类中很多都存在婚外父权现象,表现出社会性婚配制度与遗传性婚配制度的不一致性。杂色山雀(Parus varius)是一种社会性单配制的小型森林洞巢鸟,其是否存在婚外父权现象至今尚未见报道。通过对杂色山雀进行亲权鉴定以确定其有无婚外父权现象及婚外父权的比例,结果显示:45.45%(20/44)的巢存在婚外父权,14.39%(38/264)的后代为婚外子代,说明杂色山雀具有较高的婚外父权水平。进一步探究其婚外父权的发生原因,结果如下:(1)有、无婚外父权巢的社会性亲本之间的遗传相似性无显著差异(P=0.504);(2)有婚外父权巢中婚内子代和无婚外父权巢中子代的杂合度(P=0.118)以及有婚外父权巢中婚外子代与婚内子代的杂合度(P=0.206)均无显著差异。(3)有婚外父权巢中的婚内子代与婚外子代间8项体征指标比较,差异均不显著(Ps0.05)。综上,社会性单配制杂色山雀婚外父权的发生与配偶间的遗传相容性无关,还有待从其他角度进行探究。     

食物和季节因素对杂色山雀贮食行为的影响

鸟类的贮食行为受很多因素的影响,其中食物和季节是两个十分关键的因子。采用人工投食的方式研究杂色山雀冬、春季节对松子和葵花籽两种食物的贮食选择,以及食物和季节因素对贮食位点的空间分布和微生境选择的影响。结果发现,杂色山雀优先贮食松子,仅在春季贮食少量葵花籽;主要选择树皮裂缝、灌木根部、草丛、石缝和苔藓下面五种生境进行贮食;其贮食位点的空间分布呈分散状态,集中于投食点100m范围内,密度分布随食物搬运距离的增加而递减。其贮食模式和贮食位点的微生境选择均受季节因素的影响,其中,贮食模式的季节变化可能是受生境中松子这种重要食物可获得性的下降所致,而杂色山雀冬季对树皮裂缝的利用率明显高于春季,可能是与冬季的积雪覆盖限制了其对地面贮食点的利用有关。杂色山雀的就近贮食模式可能是为了增加贮食效率,关于不同个体之间贮食位点的差异,以及季节变化对贮食位点的空间分布格局的影响还需进一步研究。     

澜沧江流域北部中华蜜蜂有毒蜂蜜孢粉学和营养生态位分析

为分析澜沧江流域北部人食用蜂蜜中毒的原因,于2013年6—9月份,对该区域蜜蜂和蜜源植物的分布情况进行了调查,观察蜜蜂采集有毒蜜源植物的行为,并进一步调查了蜜蜂巢内蜂蜜、蜂花粉的储存情况,采集了中华蜜蜂蜂蜜样品,进行蜂蜜孢粉学与营养生态位分析。该区域有大量采用传统方式进行人工饲养的中华蜜蜂(Apis cerana cerana),及少量野生中华蜜蜂、黑色小蜜蜂(Apis audreniformis)、黑色大蜜蜂(Apis laboriosa smith)群体分布;人工饲养的中华蜜蜂蜂巢内部结构与野生中华蜜蜂蜂巢相似,为自然蜂巢,内有充足的蜜粉储存,部分蜂群蜂巢内虫害严重。该区域内主要蜜源植物为荞麦(Fagopyrum esculentum Moench),其他零星辅助蜜源较多,部分地点南烛(Vaccinium bracteatum Thunb)、昆明山海棠(Tripterygium hypoglaucum(Levl.)Hutch)连片集中分布。对中华蜜蜂蜂蜜进行孢粉学和营养生态位分析,结果表明:中华蜜蜂蜂蜜标本中含有有毒蜜源植物南烛、昆明山海棠花粉,部分样品中南烛、昆明山海棠的花粉含所占比例较高;中华蜜蜂的营养生态位宽度为0.22,比其他地区中华蜜蜂生态位指数小,推测澜沧江水电枢纽的修建等人为原因已对蜜蜂种类、蜜源植物的物种组成、群落结构造成了较大影响。     

谷胱甘肽-铬-烟酸螯合物的制备与表征

以烟酸(NA)、谷胱甘肽(GSH)和CrCl3·6H2O为原料,制备高纯度GSH-Cr3+-NA2螯合物,分析影响合成螯合物的主要因素,获得最佳合成工艺,并对获得的螯合物进行表征,确定其螯合比例。结果表明,在Cr3+/NA/GSH(mol/mol/mol)=1∶2∶4,pH 5.0、温度60℃下反应3h,制备出Cr3+/NA/GSH(mol/mol/mol)=1∶2∶1的GSH-Cr3+-NA2螯合物;红外分析显示,与GSH相比,螯合物的-NH2、-NH-特征吸收峰发生蓝移,-NHC=O中-C=O的特征吸收峰红移,-SH的伸缩振动峰消失,说明GSH上的-NH-、NHC=O中-C=O、-SH均参与相互作用;与NA相比,螯合物的-C=O的伸缩振动峰发生红移,-OH的特征吸收峰消失了,说明NA上的-C=O和-OH参与相互作用。原子力显微镜形貌分析结果指出,由两分子NA和一分子GSH链围绕一Cr3+形成GSH-Cr3+-NA2螯合物。