种子植物的选择性败育及其进化生态意义

种子植物的选择性败育是指植株在花粉源、传粉次序、果实在植株上的位置和发育果实中的种子数目等因素或者这些因素综合作用的基础上对发育中的幼果或种子选择性败育的现象。植株可以选择性地败育位于果序顶部或基部的果实以及位于果实基部、中部或柱头端的种子。此现象在被子植物中比较普遍,特别是在豆科、十字花科和紫草科中最为常见。导致植物选择性败育的主要原因主要有资源限制和遗传因子两个方面。植物通过选择性败育部分自交或基因型较差的果实或种子,不仅可以提高母本和后代的适合度,而且还可以提高果实或种子的扩散效率。因此,对选择性败育的研究在深入了解植物的结实结籽格局、探讨其进化式样与机制等方面具有重要意义。该文系统总结了国际上有关植物选择性败育的研究工作,重点介绍了选择性败育发生的式样、导致选择性败育的因素、选择性败育的进化生态意义,以及目前研究选择性败育现象的主要方法,并对该领域今后研究前景进行了展望。     

小叶丁香引种栽培条件下种子败育的解剖学研究

为探讨小叶丁香在北京栽培条件下种子败育的问题,对其胚胎发育过程进行了解剖学观察研究。结果显示:(1)小叶丁香人工异花授粉坐果率为20.37%,天然授粉坐果率为9.13%,人工自花授粉以及去雄套袋授粉均未坐果;各种授粉方式结实率均为0。(2)小叶丁香花药壁发育为基本型,腺质绒毡层,胞质分裂为同时型,小孢子四分体排列方式以四面体型为主,2-胞成熟花粉;倒生胚珠,单珠被,薄珠心,直线型大孢子四分体,胚囊发育为蓼型,核型胚乳,胚发育为紫菀型,先后形成球形胚、心形胚、鱼雷形胚和子叶胚;9月1日以后,子叶胚发育停滞,细胞逐渐降解。研究表明,栽培条件下,小叶丁香为异花授粉植物,人工异花授粉可提高植株坐果率,但未获得种子;其大小孢子及雌雄配子体发育、传粉受精过程、胚胎发育初期均正常,但后期发育停止,是小叶丁香引种栽培条件下种子败育的关键环节。     

树干附生尖叶拟船叶藓的孢子体分布格局和败育研究

通过野外定位考察和实验室观察分析,结果显示:(1)贵州梵净山树干附生尖叶拟船叶藓的孢子体种群80%分布在树干的基部;(2)尖叶拟船叶藓的孢子体在其主茎和一到四次分枝上皆有分布,但在一次分枝上分布最多,并且一次分枝上的与主茎或其它各次分枝上分布的之间存在显著差异;(3)孢子体败育发生在胚胎发育时期、孢蒴膨大期或者孢子形成期等3个时期,孢子体败育率为7.3%,败育孢子体的平均生物量为正常成熟的43.3%.表明尖叶拟船叶藓孢子体种群偏少且孢子体败育率低是其重要的生物学特征.     

中间锦鸡儿叶表皮微形态的经度格局及其影响因素

环境因子是影响植物种内变异的主要因素,而叶片是植物体最易受环境影响的器官。为了探究中间锦鸡儿植物叶表皮微形态是否具有经度变异及其影响因素,该研究在内蒙古高原调查了8个中间锦鸡儿种群叶片的气孔密度、气孔指数、表皮毛密度、气孔器长、气孔器宽,并利用回归分析探究其变异程度以及影响因子。结果表明：(1)锦鸡儿上下表皮均被有单细胞非腺毛,角质层粗糙,气孔下陷,为抗旱特征;中间锦鸡儿上表皮气孔密度、气孔指数、表皮毛密度、气孔器长和气孔器宽的均值分别为302.81个/mm²、9.94、204.81个/mm²、11.78 μm和5.95 μm,而叶片下表皮分别为272.83个/mm²、10.43、187.45 个/mm²、12.49 μm和6.18 μm。(2)中间锦鸡儿叶片的气孔密度与气孔指数随经度的增加而增加,而表皮毛密度随经度的增加却减小。(3)叶片上下表皮的可塑性指数排序均为：表皮毛密度>气孔密度>气孔指数>气孔器宽>气孔器长;中间锦鸡儿的叶表皮主要通过调节表皮毛密度及气孔密度来响应环境的变化,环境因子中日照时数、有效积温、相对湿度、土壤全碳、全磷、全氮含量显著影响叶片表皮的微形态特征。     

内蒙古高原小叶锦鸡儿与中间锦鸡儿遗传多样性的研究

利用ISSR分子标记,选取内蒙古高原自东向西共15个锦鸡儿种群(7个小叶锦鸡儿种群,8个中间锦鸡儿种群)进行遗传多样性分析。结果表明:(1)7个小叶锦鸡儿种群总的多态位点百分数为98.19%,Nei’s基因多样性指数与Shannon信息指数分别为0.289 7、0.444 0;居群间遗传分化系数Gst为0.119 0,表明小叶锦鸡儿种群存在中等程度的遗传分化;居群间基因交流频繁,基因流(Nm)为3.701 0。(2)8个中间锦鸡儿种群多态位点百分数为99.7%,Nei’s基因多样性指数为0.312 8,Shannon信息指数为0.478 4;居群间遗传分化系数(Gst)为0.188 1,表明中间锦鸡儿种群存在较大的遗传分化,基因流(Nm)为2.157 8。(3)中间锦鸡儿遗传多样性及遗传分化均高于小叶锦鸡儿,这是中间锦鸡儿替代小叶锦鸡儿适应不良环境扩展分布的遗传基础。(4)邻接聚类分析结果显示,15个锦鸡儿种群表现为从东到西逐渐聚类,体现了这2个种在分布上的地理渐变性及地理替代性;遗传多样性各指数与气象因子及土壤因子之间的相关性分析表明,平均气温对锦鸡儿种群的遗传分化起着重要的作用。     

中间锦鸡儿转录因子基因 CiNAC1的克隆及功能分析

NAC转录因子家族是植物特有的、最大的转录因子家族之一,在植物应答非生物胁迫和生长发育过程中有重要的功能。该研究通过PCR技术,克隆得到了中间锦鸡儿 CiNAC1基因1 066 bp的cDNA全长序列。生物信息学分析显示, CiNAC1基因的开放阅读框(ORF)为921 bp,编码306个氨基酸,推导的蛋白分子量为34.57 kD,等电点为8.35,是一种亲水性蛋白,N端具有保守的NAM结构域,具有26个磷酸化位点和7个糖基化位点。实时荧光定量PCR检测显示,中间锦鸡儿 CiNAC1基因表达受干旱、高盐、脱水、高pH诱导;亚细胞定位发现CiNAC1定位到细胞核中,这与它作为转录因子的功能是一致的;转CiNAC1基因拟南芥株系侧根数目显著多于野生型,根长也明显比野生型长。研究认为, CiNAC1基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫机制有关。     

不同林龄柠条细根现存量比较

采用微根管技术(Minirhizotron technique)对晋西北黄土丘陵区幼林(5a)与成林(30a)柠条(Caragana korshinskii)细根动态进行了为期5a的原位观测。基于2008—2011年的观测数据,对两林龄柠条不同土层细根现存量动态进行了比较研究,并探讨了两林龄柠条细根现存量与不同年际间水热条件的差异。结果表明:在0—100 cm土壤剖面,柠条幼林与成林细根现存量的峰值均位于50 cm土层以下,成林细根现存量峰值位于50—60 cm土层,幼林细根现存量峰值则从观测期初的90—100 cm土层到观测期末的80—90 cm土层。各观测年内,两林地各土层每年生长季初(3—4月)会出现细根现存量的积累;30—100 cm土层中,幼林细根最大现存量出现时间均较成林早,而生长季末(9—10月),所有土层幼林细根现存量下降均较成林快。柠条细根现存量的垂直分布主要受土壤水分影响,季节变化受温度的影响更大,年际间细根现存量的差异主要是由于年降雨量变化;幼林细根现存量受降水、土壤水分、土壤温度等的影响比成林大。     

中间锦鸡儿CiPUB22基因克隆与功能分析

中间锦鸡儿(Caragana intermedia)耐旱、耐寒、耐盐碱,是西北干旱地区的重要固沙灌木,筛选其优良抗逆境基因,可以作为林草基因工程的基因源。该研究在中间锦鸡儿干旱胁迫转录组文库中找到1条CiPUB22 (plant U box 22)基因的cDNA全长序列,CiPUB22基因包括1 260 bp开放阅读框,编码419个氨基酸。实时荧光定量PCR结果表明,在脱水、盐和ABA处理1 h后CiPUB22基因表达量上升并达到最高水平,分别为对照表达量的12倍、35倍和7倍,干旱处理后12 d达到最高值,为对照的2.5倍,表明CiPUB22的转录水平受非生物胁迫诱导。构建CiPUB22基因的过表达载体并转化野生型拟南芥,对转基因纯合体株系抗逆性分析发现,在150 mmol/L NaCl、1 μmol/L ABA和400 mmol/L甘露醇处理下,过表达株系的萌发率均低于野生型,说明过表达CiPUB22基因降低了拟南芥在种子萌发过程中对盐和渗透胁迫的耐受性。     

中间锦鸡儿CiMYB68基因克隆及表达分析

该研究以中间锦鸡儿(Caragana intermedia)为材料,利用RACE技术克隆了CiMYB68基因的全长序列。对CiMYB68的基因组DNA和cDNA全长分析显示,CiMYB68基因无内含子,开放阅读框为852bp,编码284个氨基酸。预测CiMYB68基因编码的蛋白质等电点为8.95,分子量约为31 459.4Da。序列比对和系统进化分析表明,该蛋白和大豆的GmMYB68一致性最高,达到67%。构建了CiMYB68基因与GFP融合表达质粒,激光共聚焦显微镜观察发现,融合蛋白定位于细胞核。用实时荧光定量PCR技术对在不同胁迫条件下CiMYB68基因的表达检测结果表明,在干旱和低温处理下CiMYB68均受到不同程度的诱导,暗示CiMYB68基因可能与中间锦鸡儿响应逆境胁迫有关。     

荒漠草原中间锦鸡儿冠层截留特征

以荒漠草原人工中间锦鸡儿（Caragana intermedia）为研究对象,利用2016-2017年监测获取的26次降雨事件,对比分析了两组灌丛（自然组和人工组）的冠层截留特征。结果表明：（1）试验期间共观测到有效降雨33次,总降雨量为251 mm,次平均降雨量和降雨强度分别为7.6 mm和1.14 mm/h,以雨量<2 mm,雨强<1 mm/h和降雨历时2-5 h的降雨出现次数最多;（2）自然组和人工组中间锦鸡儿平均截留量分别为1.11 mm和0.72 mm,平均截留率分别为24.81%和15.95%,两组灌丛截留存在极显著差异（P < 0.01）;（3）在雨量级>15 mm时,自然组（4.57%,CV=73.38%）和人工组（5.25%,CV=51.96%）平均截留率变异性相差最大;（4）自然组和人工组截留量与降雨量,降雨历时和降雨强度之间的关系可以用幂函数描述,截留率与三者的关系均用指数函数描述较好。在降雨特征相同的情况下,灌丛形态特征是影响中间锦鸡儿冠层截留的关键因素。     

柠条锦鸡儿CkPHB基因调控木质部发育增强植物抗旱性的功能分析

为了深入揭示柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)亮氨酸拉链蛋白转录因子(HD-ZIP Ⅲ)家族成员CkPHB的功能及其逆境响应,该研究参照转录组序列设计引物克隆得到CkPHB基因序列,并对其进行了一系列生物信息学分析,通过免疫组织化学染色方法对CkPHB蛋白在柠条锦鸡儿叶片中的组织定位进行观察,同时将克隆得到的CkPHB基因经农杆菌介导转化并筛选出阳性过表达拟南芥植株进行功能验证。结果表明:(1)成功克隆得到了柠条锦鸡儿中HD-ZIPⅢ家族成员CkPHB基因,其全长序列1 170 bp; CkPHB蛋白由389个氨基酸组成,分子量为42.83 kD,其编码的蛋白为疏水性蛋白,二级结构主要由α-螺旋组成。(2)免疫组织化学分析显示,CkPHB蛋白定位于柠条锦鸡儿叶脉维管束中木质部区域。(3)经遗传转化筛选鉴定,最终获得了转柠条锦鸡儿CkPHB基因拟南芥过表达株系(CkPHB-OE)T_3代植株3株;解剖结构比较发现,与野生型拟南芥(WT)相比,拟南芥CkPHB-OE株系的叶脉更为发达、维管束体积增大、木质部导管数量增加;实时定量PCR分析结果显示,拟南芥CkPHB-OE株系中与木质部发育相关的5个基因(XCP2、CesA7、CesA8、PAL4、F5H)较WT均显著上调表达。(4)抗旱性实验结果显示,拟南芥CkPHB-OE株系在干旱条件下存活率显著提升,生理指标的测定进一步支持上述结果,表明CkPHB过表达显著增强了转基因拟南芥的抗旱性。研究认为,过表达柠条锦鸡儿CkPHB基因的拟南芥输导组织更加发达、抗性生理指标显著提高,从而使抗旱能力增强,证明CkPHB基因在促进叶脉发育提高植物抗旱性中发挥重要作用。该研究结果为进一步研究柠条锦鸡儿CkPHB基因的干旱应答机制奠定了基础。     

小叶锦鸡儿天然居群叶形态性状变异研究

为揭示小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)天然居群叶形态性状的变异规律及其生态适应性特征,该研究以10个小叶锦鸡儿天然居群为对象,通过多重比较、巢式方差分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析等方法,对7个叶形态性状进行分析。结果表明：(1)小叶锦鸡儿叶形态性状在居群内和居群间均存在极显著差异(P < 0.01),平均变异系数为10.13%,不同性状的变异幅度为6.23%~12.78%;平均叶形态性状的表型分化系数为43.62%,居群内变异(30.09%)大于居群间变异(24.91%),说明居群内是其叶形态性状变异的主要来源。(2)相关性分析表明,环境因子对小叶锦鸡儿的叶形态性状变异有很大的影响,在地理空间上主要呈现出沿海拔梯度的变异模式;主成分分析的结果显示,小叶宽、叶柄宽和叶柄长对小叶锦鸡儿叶形态变异起主导作用;利用欧式距离对小叶锦鸡儿居群进行UPGMA聚类分析结果显示,基于叶形态性状和环境因子可分别将小叶锦鸡儿10个居群分为3类和2类,Mantel检验结果表明,小叶锦鸡儿的叶形态性状变异不存在地理连续性。研究结果为小叶锦鸡儿的适应性进化和开发利用提供了理论依据。     

锦鸡儿(Caragana sinica(Buchoz) Rehd)传粉生物学研究

对唐家河国家自然保护区内锦鸡儿(Caragana sinica(Buchoz)Rehd)的花期、访问者、有效传粉者种类及行为、花蜜分泌节律和繁育系统等进行定点观察和实验处理。结果表明:锦鸡儿单花花期约5d,种群花期约20d。拥有以吸蜜为主的条蜂属(Anthophora)、熊蜂属(Bombus)和太阳鸟属(Aethopyga)3种传粉者功能群。综合访花频率和花粉落置数,茜条蜂(Pyganthophora rubricus Dours)和蓝喉太阳鸟(Aethopyga gouldiae)为主要有效传粉者,熊蜂(Bombus)为次要有效传粉者;蚂蚁(formicidae)和西方蜜蜂(Apis mellifera Linnaeus)为主要盗蜜者。套袋处理结果表明,花蜜分泌日变化中,最大花蜜量发生在16:00左右;花蜜随单花花期变化中,花蜜体积最大发生于单花第5天;分泌均呈递增趋势。花蜜分泌节律与访花频率呈正相关。繁育系统检测显示,花粉胚珠比为3779±320.92,柱头最适可授期在开花第2—3天;结合不同授粉处理表明:锦鸡儿自交不亲和,需要传粉者,为蜂媒兼鸟媒植物。