结构生物学研究在中国

1970年代初期,中国科学工作者测定了亚洲地区第一个蛋白质晶体结构——猪胰岛素三方二锌晶体结构,成为中国结构生物学历史发展的起点.进入新世纪,该学科领域已进入国际前沿,展现出快速发展态势,正在迎来发展新时期.本篇评述包含"历史发展","现代化实验设施建设"和"深入生命世界,走进国际前沿——近年代表性研究成果集萃"三个主题节段,以较全视野反映结构生物学研究在中国的发展历程.     

武陵山区蛇足石杉遗传多样性的AFLP分析

采用AFLP分子标记对武陵山区蛇足石杉(Huperzia serrata)4个居群进行遗传多样性的研究,结果表明:(1)7对引物组合共扩增出条带615条,其中549条为多态性条带;在物种水平上,多态性条带百分率PPB=89.27%,有效等位基因数Ne=1.257,Nei’s基因多样度指数H=0.178,Shannon多样性信息指数Isp=0.298;在居群水平上,PPB=71.42%,Ne=1.235,H=0.154,Shannon多样性信息指数Ipop=0.251;遗传多样性在居群间有明显的差别,其中坪坝营(PBY)居群最高(PPB=81.95%),而铁峰山(TFS)居群最低(PPB=64.55%)。(2)居群间的遗传分化较低,基于Nei’s基因多样性分析结果显示,居群间遗传分化系数GST=0.159;Shannon’s居群分化系数[(Isp-Ipop)/Isp]为0.16;WINAMOVA分析显示,武陵山区蛇足石杉的遗传变异主要存在于居群内,居群内的遗传变异分量为65.057,占总变异的75.77%,而居群间的遗传变异分量为20.804,占总变异的24.23%;居群内存在极显著的遗传分化(ΦST=0.242,P0.001)。(3)由遗传分化系数(GST)估计,武陵山区蛇足石杉居群间的基因流Nm=2.647,表明蛇足石杉属于异交种。(4)两两居群间的Nei’s遗传一致度(IN)范围为0.031 0~0.969 4;Mantel检测结果显示,居群间的遗传距离与地理距离之间不存在显著的正相关关系(r=0.269,P=0.887)。研究认为,遗传多样性与遗传结构主要决定于居群历史,较少干扰而稳定的居群偏向克隆生殖,遗传多样性较低,而新建居群的遗传多样性则较高;克隆生长、生态位选择、异交,以及有效的孢子风媒传播等可能是其维持较高遗传多样性水平的因素,而过度采挖等人类活动和生境片断化是导致蛇足石杉濒危的主要因素。     

麦冬、山麦冬叶片解剖结构与光合特性研究

以麦冬和山麦冬为材料,比较分析了叶片形态结构,以及叶绿素含量、光合参数等生理指标的差异,以期为人工栽培麦冬提供技术依据。结果显示:(1)山麦冬的气孔直径、气孔密度、每个叶肉细胞所含叶绿体数目均较麦冬多,且叶绿素和类胡萝卜素(Car)含量均显著高于麦冬。(2)麦冬和山麦冬的光补偿点(LCP)均在11μmol·m-2·s-1左右,但麦冬光饱和点(LSP)低于300μmol·m-2·s-1,而山麦冬LSP在600μmol·m-2·s-1左右,且山麦冬的表观量子效率高于麦冬。(3)麦冬和山麦冬光合日变化均呈明显的双峰型曲线,存在明显的光合"午休"现象,但麦冬光合"午休"为非气孔限制,而山麦冬光合"午休"为气孔限制。(4)麦冬的光抑制现象较山麦冬严重,这可能与麦冬的Car含量显著偏低有关。研究表明,山麦冬和麦冬的叶片均具有明显的半阴性植物结构特征,但山麦冬对光照环境的适应性以及光合能力更强。     

群落组成及物种间相互作用对外来植物入侵的影响

外来植物入侵已成为严重的环境和社会问题,了解外来植物的入侵机制是有效控制其入侵的前提。生物阻抗假说认为,入侵地本地植物群落中的许多生物因子及生物过程能够抵御外来植物入侵。但关于群落抵抗外来种入侵的主要机制,目前还没有确定的结论。本文综述了群落中物种功能特征的多样性以及与外来种功能特征的相似度、植物与动物、植物与植物以及植物与土壤微生物间的相互作用等因素对外来植物入侵的影响,以及以前研究存在的不足。未来研究应该注重不同条件下植物与植物间的相互作用;不同竞争强度下,植物与食草动物的相互作用;植物、动物及土壤微生物三者之间的相互作用对外来植物入侵的影响。这些研究不仅能够丰富和完善入侵生态学理论,而且对于预测外来植物未来的扩散范围,合理有效地管理生态系统,防止外来植物入侵,保护本地生物多样性具有重要的实际意义。     

凤凰单丛茶园土壤线虫群落特征

为探讨凤凰山单丛茶园土壤线虫群落特征,对4种类型茶园(古茶园、有机茶园、无公害茶园及普通茶园)土壤线虫进行了采样、分离和鉴定。结果表明:4种茶园中共鉴定到线虫19341条,分别隶属于2纲6目18科42属。古茶园Shannon指数显著低于其他3种茶园(P0.05),有机茶园Shannon指数最高;古茶园和有机茶园土壤线虫丰富度指数和密度类群指数高于无公害茶园和普通茶园。4种茶园的土壤总线虫和类群数随土壤深度的加深呈递减分布;有机茶园中食细菌线虫和食真菌线虫数量显著高于其他茶园(P0.05);古茶园和普通茶园植物寄生线虫成熟度指数(PPI)高于其他茶园,古茶园PPI/MI值较高,并与其他茶园存在显著差异(P0.05),表明古茶树对土壤环境影响较大。综上所述,土壤线虫群落特征可反映不同管理方式下茶园土壤健康状况,土壤线虫可作为评价茶园土壤生态环境的重要指示生物。     

不同填闲模式对黄瓜根际土壤酶活性及细菌群落的影响

以温室连作3年黄瓜土壤为研究对象,以黄瓜为主栽作物,以青葱、小麦、油菜为不同季节填闲作物设置盆栽试验,采用常规化学方法、PCR-DGGE及qPCR技术,研究不同填闲模式对黄瓜土壤酶活性及细菌群落的影响.结果表明: 随着种植茬次的增加,填闲小麦处理的土壤脲酶、中性磷酸酶及转化酶活性均显著高于填闲青葱和油菜处理,同时油菜处理显著高于青葱处理;不同填闲模式间黄瓜根际土壤细菌群落结构不同,冬季填闲青葱和夏季填闲小麦处理维持了相对较高的多样性指数.qPCR检测结果表明: 随着种植茬次的增加,小麦处理的土壤细菌数量显著高于青葱和油菜处理.综上,不同填闲模式对土壤酶活性和细菌群落均产生一定影响,改变了土壤环境,其中夏季填闲小麦能保持相对较高的土壤酶活性、土壤细菌群落结构多样性及细菌数量.
     

枯草芽孢杆菌菌剂对烟草根际土壤细菌群落的影响

通过构建16S rRNA克隆文库及采用核糖体DNA扩增片段酶切分析(ARDRA)的方法,研究施用生物防治剂枯草芽孢杆菌菌剂对烟草根际土壤细菌群落结构以及多样性的影响.采用文库库容值(C)、Shannon多样性指数(H)、Pielou 均匀度指数(E)和Margalef丰富度指数(R)对细菌多样性进行评价.系统发育分析表明: 对照及处理样品均检测到12个细菌类群：酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(α 、β 、δ 、γ-Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes);但各细菌类群的结构组成及所占比例在不同样品间有较大差别.对照土壤中优势菌群为Acidobacteria(27.1%)和Proteobacteria(26.5%);处理土壤中则为Proteobacteria(38.0%)和Acidobacteria(29.6%);菌剂处理后土壤中,γ-Proteobacteria和α Proteobacteria所占比例明显提高,而β Proteobacteria、Planctomycetes和Firmicutes等菌群的数量则相对降低.多样性分析表明,土壤样品均具有丰富的细菌多样性,经枯草芽孢杆菌菌剂处理后,土壤细菌多样性指数和丰富度指数均提高.
     

金佛山巴山榧树灌丛群落主要木本植物种群生态位特征

应用Levins、Hurlbert生态位宽度及Pianka生态位重叠计测公式,对金佛山巴山榧树(Torreya fargesii)灌丛群落中主要木本植物种群的生态位特征进行了研究。结果表明:巴山榧树种群的重要值高于其他种群,且具有较高的生态位宽度;小蜡(Ligustrum sinense)、插田泡(Rubus coreanus)、巴山榧树、平枝栒子(Cotoneaster horizontalis)、金丝桃(Hypericum monogynum)、掌叶梁王茶(Nothopanax delavayi)、异叶花椒(Zanthoxylum ovalifolium)和金山荚蒾(Viburnum chinshanense)等种群具有较大的生态位宽度;物种的生态位宽度与重要值之间呈弱正相关,而与重要值变异系数之间呈显著负相关;在253个种对中,有160对的生态位重叠值0.6,占总对数的63.24%,大多数种群间的生态位重叠程度较高,平枝栒子、小蜡、金丝桃、插田泡、异叶花椒和金山荚蒾等生态位宽度较高的种群与巴山榧树的生态位重叠值较大,表明各种群间存在着较强的资源竞争。     

小麦根系分泌物对黄瓜生长及土壤真菌群落结构的影响

以黄瓜为受体,以不同化感效应(促进/抑制)小麦品种为供体,采用PCR-DGGE技术,研究了小麦根系分泌物及伴生小麦对黄瓜生长及土壤真菌群落结构的影响.结果表明： 在处理第6天和第12天,化感促进效应小麦根系分泌物分别显著提高了黄瓜幼苗株高和茎粗;在处理第18天,化感促进和抑制效应小麦根系分泌物均显著提高了黄瓜幼苗株高;在处理第6天,不同化感效应小麦根系分泌物均显著降低了黄瓜幼苗根际土壤真菌群落条带数、Shannon指数及均匀度指数,有苗对照(W)显著高于无苗对照(Wn);在处理第18天,各处理的真菌群落结构条带数、Shannon指数及均匀度指数均显著高于无苗对照(Wn).伴生化感抑制效应小麦显著降低了黄瓜根际土壤真菌群落Shannon指数和均匀度指数,说明小麦根系分泌物及伴生小麦改变了土壤真菌群落结构.DGGE图谱及其主成分分析结果表明,伴生不同化感效应小麦对土壤真菌群落结构影响较大.     

玉米叶片气孔及花环和维管束结构对水分胁迫的响应

采用盆栽种植,以玉米品种郑单958为试验材料,设置对照（CK）、轻度（LS）、中度（MS）和重度（SS）水分胁迫 (土壤含水量分别为田间持水量的75%～85%、65%～75%、55%～65%、45%～55%)4个水分梯度,从气孔开度的调控、花环结构的变化、叶片维管束水分运输等方面研究了玉米对土壤水分胁迫的应激反应.结果表明：随着水分胁迫程度的不断加剧,气孔保卫和副卫细胞中过氧化氢(H₂O₂)的积累量逐渐增多,应用荧光染色定位也发现H₂O₂荧光强度逐渐增强,而气孔开度和气孔导度均逐渐减小.同时,花环的正常结构被破坏,花环细胞排列凌乱且体积逐渐变小,维管束鞘细胞变得不规则;大维管束断面面积、木质部面积以及韧皮部细胞数均减少,总的叶片和上、下表皮的厚度逐渐变薄.此外,花环细胞和维管束鞘细胞中叶绿体数目减少,且在中度胁迫下花环细胞中叶绿体的分布发生了变化,由紧贴细胞质膜内侧环靠细胞壁分布向偏细胞中心扩散.发现玉米气孔关闭可能是由保卫细胞和副卫细胞中的H₂O₂共同调节,副卫细胞中的H₂O₂对保卫细胞主导的气孔关闭具有协同作用.总之,在水分胁迫下,玉米通过改变叶片花环结构和厚度、叶绿体的分布,减小木质部和韧皮部面积等降低叶片表面水势,促进气孔关闭,减少体内水分散失,以减轻干旱胁迫对其伤害.