毛尖紫萼藓干旱胁迫cDNA文库的构建

干旱胁迫是影响植物生长发育的主要环境因素,严重影响农作物的产量。解决这个问题的有效途径是培育和利用优良的抗旱品种。应用比较功能基因组学方法筛选抗旱相关基因,并通过基因工程培育抗旱品种已成为植物遗传资源与品种改良研究的重要内容。毛尖紫萼藓（Grimmia pilifera）是典型旱生藓类,生长在向阳的裸岩上,具有很强的抗旱能力,是很好的抗旱基因资源。本研究采用SMART技术构建毛尖紫萼藓干旱cDNA文库,文库滴度为2.8×10⁵ pfu·mL^-1,重组率为91.7%,插入片段大小为500~2 000 bp,平均为800 bp。通过测序我们获得了1 045条ESTs,其中高质量的996条,通过拼接获得875个Unigenes,为进一步筛选抗旱相关基因奠定了基础。     

香蕉基因组SRAP反应体系的建立和优化

为建立并优化适于香蕉（Musa spp.）SRAP分析的扩增体系,对影响香蕉SRAP反应的dNTP、Mg²⁺、模板DNA、引物浓度和Taq酶用量等因素进行优化。确定的优化扩增体系为Mg²⁺ 2.5 mmol·L^-1,dNTP 250 μmol·L^-1,Taq酶1.0 U,引物0.5 μmol·L^-1,模板DNA 20 ng,10×PCR buffer 2.5 μL,在此条件下SRAP扩增香蕉基因组DNA条带清晰,多态性丰富。该体系在29个香蕉基因组中获得较好的扩增结果,可望在香蕉植物起源和进化研究中应用。     

干旱胁迫下藜的光合特性研究

通过人工控制水分模拟干旱来研究生长期的藜对干旱胁迫的生理生化反应,以期望为干旱农业的高效生产提供理论依据。以盆栽的藜为材料,用称重控制浇水的方法,研究了干旱胁迫对藜叶片的光合特性。结果表明：干旱胁迫下藜的光合日变化呈双峰型,有“午休”现象（13:00）且受气孔限制;最大净光合速率出现在上午8:00。与正常条件下生长的藜相比,干旱胁迫下藜的光饱和点(LSP)、最大净光合速率(Pn)、表观量子效率(AQY)、二氧化碳饱和点(CSP)和羧化效率(CE)均降低,分别为1 200 μmolphoton·m^-2·s^-1、8.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1、0.016 1 μmol CO₂·mol^-1 photons、1 200 μmol CO₂·mol^-1、0.017 6 μmol CO₂·m^-2·s^-1;光补偿点(LCP)、二氧化碳补偿点(CCP)升高,分别达到44.88 μmol photon·m^-2·s^-1、和46 μmol CO₂·mol^-1,干旱使藜的光合能力下降。干旱胁迫下藜的光合能力虽有所下降,但与其它C3植物相比仍具有较强的CO₂同化能力。藜是一种耐旱力较强的植物。     

淡水驯化对桐花树光合生理特性的影响

以实验地全光照条件下淡水和人工海水培养种植的桐花树（Aegiceras corniculatum）幼苗为材料,采用Li 6400光合测定仪对不同月份桐花树幼苗的光合生理生态特性日动态进行测定,研究了桐花树的光合生理生态特性。结果表明：在7、10月份桐花树的净光合速率日变化呈双峰型,均出现“光合午休”现象。在7月份人工海水组和淡水组的最大净光合速率（P_max）分别为9.97和11.95 μmol·m^-2·s^-1;而10月份的P_max分别为12.2和12.9 μmol·m^-2·s^-1。而且淡水驯化下,桐花树的净光合速率较人工海水组高。由光响应曲线可知,桐花树人工海水组的最大净光合速率（P_max）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）和表观量子效率（AQY）分别为7 μmol·m^-2·s^-1,1 477 μmol·m^-2·s^-1,30 μmol·m^-2·s^-1,0.031 3;而淡水组为8.69 μmol·m^-2·s^-1,980 μmol·m^-2·s^-1,40 μmol·m^-2·s^-1,0.011。在所测的生理生态因子中,光合有效辐射和气孔导度是影响桐花树光合作用最为强烈的因子,与桐花树的净光合速率和蒸腾速率均有极显著的相关关系（p<0.01）。试验说明淡水驯化的桐花树对光强的利用范围变窄,但有较高的净光合速率,表明桐花树对淡水环境具有较强的适应性。     

嘉陵江小三峡硅藻群落结构及水环境

为了研究嘉陵江小三峡硅藻群落结构及水质状况,按枯水期（2006年11月—2007年3月）、平水期（2007年4—6月）和丰水期（2007年7—9月）分别采集6个样点的硅藻样品,分析其物种组成、细胞密度、多样性和均匀度指数及硅藻商等,并结合理化指标对水质进行评价。结果表明：嘉陵江小三峡共有硅藻78种（含变种和变型）,隶属2纲、10科、20属;硅藻细胞密度为0.53×10⁴～3.58×10⁴ ind·L^-1,总平均1.55×10⁴ ind·L^-1;多样性指数值（H′）为1.62～2.96,总平均2.33;均匀度指数值（E）为0.28～0.56,总平均0.42;嘉陵江小三峡水质总体上属β-中污水体,沙溪、北温泉水质较好,属微污水体,碚石、牛石沱水质次之,为β-中污水体,盐井、毛背沱水质最差,为α-中污水体。     

显脉金花茶的光合生理特性研究

采用LI-6400便携式光合测定系统(Li-Cor Inc., USA)对显脉金花茶光合特性进行研究。结果表明：(1)在夏季,显脉金花茶叶片的P_n日变化呈单峰曲线,最高峰出现在中午11：00。其最大净光合速率（P_max）为3.81 μmol·m^-2·s^-1、光饱和点（LSP）为459.9 μmol·m^-2·s^-1、光补偿点（LCP）为6.9 μmol·m^-2·s^-1。显脉金花茶的光饱和点和光补偿点都比较低,表明其是一种阴生植物。（2）在控制光照强度和温度的条件下,CO₂浓度小于800 μmol·mol^-1,P_n几乎呈直线上升,升高CO₂浓度可使显脉金花茶的净高合速率增大,提高了叶片对光能的利用率。其叶片CO₂饱和点(CSP)大约在1 200 μmol·mol^-1左右,CO₂的补偿点（Г^*）为70.1 μmol·mol^-1,最大羧化速率（V_cmax）为17.5 μmol·m^-2·s^-1,最大电子传递速率（J_max）为40 μmol·m^-2·s^-1。     

华中五味子ISSR-PCR反应体系优化及引物筛选

系统研究了华中五味子ISSR PCR反应体系中的主要影响因子,确立华中五味子ISSR-PCR最适反应体系,并筛选出12条有效引物。单因子实验结果显示,华中五味子ISSR-PCR反应体系中各主要成分的适宜浓度范围为,Mg²⁺ 1.50~3.50 mmol·L^-1,dNTPs 0.10~0.35 mmol·L^-1,引物0.25~0.60 μmol·L^-1,Taq酶0.50~1.50 U。4因子3水平正交实验确立了最适反应体系,即20 μL体系中包含2.50 mmol·L^-1 Mg²⁺、0.20 mmol·L^-1 dNTPs、0.25 μmol·L^-1引物、1.50 U Taq酶、60 ng DNA模板、2.50 μL 10×PCR Buffer。本研究为华中五味子种质资源的评估及遗传多样性分析奠定基础。     

利用正交设计优化小苍兰ISSR-PCR反应体系

通过L₁₆(4⁵)正交试验,研究了镁离子浓度、dNTP浓度、模板DNA浓度、Taq DNA聚合酶浓度、引物浓度这5个因素在4个水平上对ISSR-PCR的影响,建立了适合于小苍兰ISSR-PCR的反应体系。优化体系为：25 μL PCR反应体系中含有1×Taq酶缓冲液(10 mmol·L^-1 KCl,8 mmol·L^-1(NH₄)₂SO₄,10 mmol·L^-1 Tris·HCl,pH 9.0,0.05% NP-40),2 mmol·L^-1 MgCl₂,0.06 U·μL^-1 Taq酶,0.4 μmol·L^-1引物,4.0 ng·μL^-1模板DNA,dATP、dCTP、dGTP、dTTP各0.6 mmol·L^-1。利用温度梯度PCR,确定了最适宜的退火温度为51.5℃。该优化体系的建立为下一步对小苍兰进行ISSR分子标记奠定了基础。     

正交设计优化北重楼ISSR-PCR体系

利用正交试验设计L₉(3⁴)的方法,最终建立了北重楼ISSR-PCR的优化反应体系,即20 μL反应体系中包含1×buffer,dNTP 175 μmol·L^-1,Primer 0.8 μmol·L^-1,Mg²⁺ 1.4 mmol·L^-1,Taq酶2.5 U及模板DNA 80 ng。适宜的扩增程序为95℃预变性5 min;94℃变性40 sec,55℃退火45 sec,72℃延伸90 sec,40个循环;72℃延伸7 min,4℃保存。该优化体系的建立,将为北重楼及其近缘种的系统学和种质资源鉴定及遗传多样性的研究奠定基础。     

不同地理种群两针松光合和生长特性的差异

为认识两针松中的赤松（Pinus densiflora）、长白松（Pinus sylvestris var. sylvestriformis）和樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）光合作用对环境变化的响应和适应特征,在其自然分布区内选择地理和气候差异显著的9个地理种群,采集成熟种子并播种于东北林业大学温室,2 a后,测定针叶的光合能力及其相关因子,并同时测定幼苗的株高和基径,比较种间和地理种群间差异。结果表明：赤松、长白松和樟子松种间最大光合速率（p=0.34）、呼吸速率（p=0.15）和表观量子效率（p=0.18）的差异均不显著;地理种群间表观量子效率（AQY）差异显著(p=0.08),其中兴凯湖种群表观量子效率最高,为0.084 5±0.002 4 mol CO₂·mol^-1 photons,较其他种群高13.10%~159.23%。地理种群间呼吸速率(R_d)差异显著(p=0.01),黑河和兴凯湖种群的呼吸速率最高（分别为1.62±0.18 μmol CO₂·m^-2·s^-1,1.52±0.30 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,安图和东宁种群的呼吸速率最低,分别为0.40±0.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1,0.34±0.03 μmol CO₂·m^-2·s^-1。地理种群间最大净光合速率(P_max)差异显著(p=0.02),其中兴凯湖、东宁、韩国、鸡东、二道白河、红花尔基种群的最大光合速率差异不显著,均值为18.36±1.81 μmol CO₂·m^-2·s^-1,高于安图、漠河、黑河种群。安图、漠河、黑河种群间最大光合速率差异不显著,均值为12.57±0.86 μmol CO₂·m^-2·s^-1。地理种群间的株高和基径差异均显著,其中韩国种群株高最高,黑河种群最低;基径兴凯湖种群最高,安图种群最低。株高和基径最大值约为最小值的3倍。两针松针叶的光合能力及其一些相关因子的地理种群间差异可能是其光合机构对种源地环境条件长期生理适应的结果。     

感染BBTV香蕉叶片cDNA文库的构建及评价

为了研究香蕉束顶病毒与香蕉寄主致病的互作分子机制,本文报道利用Make Your Own“Mate＆Plate^TM”Library System试剂盒成功构建感染BBTV香蕉叶片的cDNA文库。通过改良CTAB法提取感染BBTV香蕉叶片的总RNA,采用SMART法反转录合成双链cDNA,经SfiI酶切并去除短片段之后,与经同样酶切的pGADT7-SfiI载体连接,利用电转法将重组载体转化到大肠杆菌宿主细胞中,获得初级cDNA文库,最后以初级文库100万克隆为基数扩增,得到扩增文库并提取质粒。结果得到库容量大于2.0×10⁶的初级文库,检测表明文库cDNA插入片段长度主要分布在700~2 000 bp,文库重组率为87.5％。结果表明,该文库质量较好,可用于后续酵母双杂交互作蛋白筛选试验,本研究为开展病毒与寄主互作的研究奠定基础。     

黑龙江省帽儿山林区6种主要林分类型凋落物研究

对帽儿山林区水曲柳、落叶松等六种主要林分的年凋落量、凋落物组成及分解动态进行了观测。结果表明：(1) 六种林分的年凋落量分别为水曲柳(5.57 t·hm^-2)、蒙古栎(4. t·hm^-2)、山杨(4.27 t·hm^-2)、落叶松(4.08 t·hm^-2)、红松(5.62 t·hm^-2)、樟子松(5.56 t·hm^-2);(2) 六种林分其叶的年凋落量占年总凋落量的比例明显大于其它组分,是其凋落物中的主要组成部分;(3) 经过近1a时间的分解,测得六种林分凋落叶分解速率依次为：水曲柳>樟子松>落叶松>山杨>蒙古栎>红松;经模拟研究表明,水曲柳凋落叶95%分解需3.5 a;蒙古栎需8.0 a;山杨需6.7 a;落叶松需6.6 a;红松需8.8 a;樟子松需4.4 a。     

番茄 DEAD-box RNA 解旋酶基因 SlDEAH1 的克隆及表达分析简

DEAD-box RNA解旋酶是一种特殊的RNA分子伴侣,参与了RNA代谢,包括前体RNA剪接、核糖体合成、RNA降解以及基因表达,并对植物的发育和抗性等也具有重要作用。根据已报道的拟南芥DEAD-box蛋白,通过同源比对,在NCBI据库中筛选得到一个DEAD-box RNA解旋酶同源蛋白,命名为SlDEAH1,并根据其基因序列设计特异引物,应用RT-PCR方法从野生型番茄（Solanum lycopersicum）AC⁺⁺中克隆得到了该基因的全长编码区序列。利用生物学网站、软件及实时荧光定量PCR方法,对其进行生物信息学、表达模式、胁迫及激素处理分析。结果表明：SlDEAH1包括2 073 bp的开放阅读框,编码690个氨基酸残基,其编码蛋白有9个保守结构基序,其所涉及到的ATP结合、ATP水解及RNA结合等功能对于解旋酶活性是至关重要的;表达模式分析表明SlDEAH1基因可能在野生型番茄萼片、叶片发育及果实成熟方面起到重要作用;高温、低温、脱水、伤害、盐胁迫不同程度的诱导了SlDEAH1的表达,但在根中该基因的表达受盐胁迫抑制;ABA、ACC、IAA、GA₃、MeJA和ZT均不同程度诱导了SlDEAH1的表达,其中ABA诱导效应最为明显。这些结果为进一步研究SlDEAH1在番茄发育和胁迫响应中的功能奠定了基础。     

外源NO对盐胁迫下黑麦草幼苗活性氧代谢、多胺含量和光合作用的影响

采用溶液培养法研究了外源一氧化氮(nitric oxide,NO)供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)对100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下黑麦草幼苗生长、活性氧代谢、多胺含量和光合作用的影响。结果表明,50 μmol·L^-1 SNP显著提高盐胁迫下黑麦草幼苗叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及谷胱甘肽(GSH)、精胺(Spm)、亚精胺(Spd)含量和(Spm+Spd)/Put比值,降低了腐胺(Put)、超氧阴离子(O^—·₂)、H₂O₂和丙二醛(MDA)含量,使幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量、净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s)升高,胞间CO₂浓度(C_i)下降,相对生长量增加。叶绿素荧光动力学资料显示,SNP处理降低盐胁迫下黑麦草叶片的初始荧光(F₀),表明它对光合膜系统具有保护效应。SNP处理不仅提高了盐胁迫下叶片的最大荧光(F_m)、PSⅡ潜在光化学效率(F_v/F₀)和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m),而且提高了PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、光化学荧光猝灭系数(q_P)、表观光合电子传递速率(ETR)和光化学速率(PCR),降低了非光化学荧光猝灭系数(NPQ)和天线热耗散(D),而1 mmol·L^-1 NO清除剂PTIO和0.5 μmol·L^-1 NaNO₂处理(对照)则无此效应。由此表明,外源NO可能通过提高植株的抗氧化能力及光能的捕获与转换而增强盐胁迫下黑麦草叶片的光合能力,从而缓解盐胁迫对幼苗生长的抑制作用。     

Gene expression and metabolite profiling of Populus euphratica growing in the Negev desert

Background

Plants growing in their natural habitat represent a valuable resource for elucidating mechanisms of acclimation to environmental constraints. Populus euphratica is a salt-tolerant tree species growing in saline semi-arid areas. To identify genes involved in abiotic stress responses under natural conditions we constructed several normalized and subtracted cDNA libraries from control, stress-exposed and desert-grown P. euphratica trees. In addition, we identified several metabolites in desert-grown P. euphratica trees.

Results

About 14,000 expressed sequence tag (EST) sequences were obtained with a good representation of genes putatively involved in resistance and tolerance to salt and other abiotic stresses. A P. euphratica DNA microarray with a uni-gene set of ESTs representing approximately 6,340 different genes was constructed. The microarray was used to study gene expression in adult P. euphratica trees growing in the desert canyon of Ein Avdat in Israel. In parallel, 22 selected metabolites were profiled in the same trees.

Conclusion

Of the obtained ESTs, 98% were found in the sequenced P. trichocarpa genome and 74% in other Populus EST collections. This implies that the P. euphratica genome does not contain different genes per se, but that regulation of gene expression might be different and that P. euphratica expresses a different set of genes that contribute to adaptation to saline growth conditions. Also, all of the five measured amino acids show increased levels in trees growing in the more saline soil.     

Salt, nutrient uptake and transport, and ABA of Populus euphratica; a hybrid in response to increasing soil NaCl

The uptake and transport of salt ions (Na⁺, Cl^-), macronutrients (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) and abscisic acid (ABA) response to increasing soil salinity were examined in 2-year-old seedlings of Populus euphratica and a hybrid, P. talassica Kom 2 (P. euphratica + Salix alba L.). Leaf burn symptoms appeared in the hybrid after 8 days of exposure to salinity when soil NaCl concentration increased to 206 mM, whereas P. euphratica exhibited leaf damage after day 21 when soil NaCl exceeded 354 mM. Leaf necrosis was the result of excess salt accumulation since the injury followed an abrupt increase of endogenous salt levels. Compared with the hybrid, P. euphratica exhibited a greater capacity to exclude salt ions from leaves under increasing salinity, especially Cl^-. Salt treatment altered nutrient balance of the hybrid, leaf K⁺, Ca²⁺ and Mg²⁺ concentrations significantly declined and the same trends were observed in roots with the exception of K⁺. Although K⁺ levels decreased in salinised P. euphratica, increasing salinity did not affect the levels of Ca²⁺ and Mg²⁺ in leaves, but did increase the uptake of these nutrients when salt stress was initiated. NaCl-induced increase of ABA concentration in xylem sap [ABA] was observed in the two tested genotypes, however xylem [ABA] increased more rapidly in P. euphratica and a fivefold increase of xylem [ABA] was recorded after the first day of exposure to salt stress. Therefore, we conclude that the increase of Ca²⁺ uptake may be associated with the rise of ABA, and thus contributes to membrane integrity maintenance, which enables P. euphratica to regulate uptake and transport of salt ions under high levels of external salinity in the longer term.