孑遗植物银杏(Ginkgo biloba L.)伴性光合生理特征与进化生态

银杏类是一类古老的雌雄异株植物,目前仅存单科单属.由于银杏在系统发育等方面的独特地位,吸引了科学家从不同方面进行了广泛的研究.在适宜的条件下,测定了生长在野外环境下的成年银杏的雌雄个体的光合特性.研究结果表明,银杏的雌雄植株对光具有相同的表现趋势,光饱和点,光补偿点,光下呼吸速率等均没有明显差异.但是雌性银杏的净光合速率明显大于雄性银杏的净光合速率.这种差异可能与雌性个体在繁衍后代时需要投入更多的能量有关.研究也表明,在与其它的裸子植物和被子植物比较时,银杏的光合能力并没有明显的弱势,因此光合能力可能并不是银杏在第三纪分布受限的直接原因.     

车前属(Plantago L.)植物生态与进化生物学研究进展

车前属植物是理论生态学、生理生态学、进化生物学研究的理想材料。本文综述了近年来国内外学者在车前属生态学、进化生物学、系统分类学方面的研究概况。     

防除杏树(Prunus armeniaca L.)冰核细菌药剂筛选及花期防霜效果

采用vali结冻法和含菌平板培养法,从9种供试药剂中筛选出1号、2号、3号、5号、7号5种对INA细菌触杀及破坏冰蛋白作用的药剂。将5种筛选的药剂于日光温室和田间进行药剂防霜试验研究,结果表明,日光温室霜冻温度为-4℃时,5种药剂中3号、7号防霜效果显著,分别为47.05%~67.74%和49.44%~69.33%。3号、7号分别提高座果率12.25%~14.83%和4.69%~11.36%,与对照相比差异达显著水平。大田温度为-6.5℃时,5种药剂中3号的防霜效果为21.80%,提高座果率9.17%,与对照相比达显著水平。     

CO2浓度倍增对城市银杏（Ginkgo biloba）叶片膜脂过氧化与抗氧化酶活性的影响

以生长在沈阳市区内的银杏为试材,使用开顶箱模拟法对倍增CO₂浓度（700μmolmol^-1）和正常空气CO₂浓度(≈350μmolmol^-1）条件下银杏生长参数,超氧阴离子自由基（O₂^-•）产生速率,丙二醛（MDA）含量,抗坏血酸（ASA）含量,超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）及谷胱甘肽还原酶（GR）活性动态变化进行分析,探讨高浓度CO₂对银杏膜脂过氧化与抗氧化酶活性的影响。结果表明,在短期(60d)内CO₂浓度倍增使银杏细胞内O₂^-•产生速率与H₂O₂含量减少,而ASA含量与SOD、APX、GR活性升高。与对照相比,大多数测定显示出显著差别。但较长期（70d以上）CO₂浓度倍增处理则使试验结果发生逆转,活性氧O₂^-•产生速率略有升高,SOD、APX、GR活性略有下降,ASA含量仍略高于对照（但与对照相比差异并不显著）,长期CO₂浓度倍增处理可能使试验结果发生逆转。     

甘薯(Ipomoea batatas L.)遗传转化几个因素的研究

目的:提高甘薯的遗传转化率,为建立快速高效的甘薯遗传转化体系奠定基础。方法:以甘薯多个优良栽培品种无菌苗茎切段为受体,利用农杆菌LBA4404/pSP10Z做介导,研究了影响甘薯转化的几个因素。结果:接种侵染时间对转化效率影响很大,以2~15min为宜,最高转化率可达32.14%;不同基因型的转化受体之间转化率差别较大;在培养过程中最后30min加入终浓度为50μmol/L AS的接种菌侵染的外植体,转化率较对照提高了2.02倍;共培养培养基中加入终浓度为50μmol/L的AS,转化率较对照组提高了6.11倍;AS终浓度为50μmol/L同时pH为4.8的共培养培养基有利于转化的发生,转化率较对照组提高了1.73倍;共培养培养基中脯氨酸的添加并不能提高转化率。结论:该研究为快速高效甘薯遗传转化体系的建立提供了依据。     

入侵植物马缨丹(Lantana camara)及其伴生种的光合特性

马缨丹(Lantana camara L.)是粤东地区的入侵植物之一.采用LI-6400光合作用仪对马缨丹及其常见主要伴生种鬼针草(Bidens pilosa L.)、肖梵天花(Urena lobata L.)、土牛膝(Achyranthes aspera L.)在不同有效光合辐射(PAR)和不同CO2浓度下的光合生理指标进行测定,结果表明:(1)马缨丹的光饱和点(LSP)与光补偿点(LCP)分别为1225、13.58 μmol·m-2·s-1,均低于伴生种,且和伴生种差异达到显著水平,光饱和点时的最大净光合速率(Pmax)为13.89μmol·m-2·s-1,表观量子效率(AQY)为0 0503 μmol·m-2·s-1,与土牛膝相当,而显著高于肖梵天花;(2) 马缨丹的CO2饱和点(CSP)与CO2补偿点(CCP)分别为1350、61.78 μmol·mol -1,CO2饱和点时马缨丹的最大净光合速率(Pmax)为20.08 μmol·mol-1,显著高于土牛膝,马缨丹的表观羧化效率(CE)与鬼针草相当,为0.0424 μmol·mol -1;(3)有效光合辐射与CO2浓度的增加,对马缨丹气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)影响不明显,但大大提高了其水分利用率(WUE),提示马缨丹对于环境中光强和CO2的变化具有良好的适应能力.这些信息对马缨丹生理生态学特性的认识是一个补充,并能为马缨丹入侵机制的研究提供一些有价值的参考.     

烟草叶片发育过程中光合功能衰退与H2O2积累的关系

以烟草（Nicotiana tabacum L．cv NC89）为材料,研究了叶片发育过程中H2O2积累与叶绿体光合功能衰退、抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA—GSH）循环的关联。结果表明,光合功能衰退过程中,各光合参数均表现为先缓慢后快速的下降趋势,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（RuBPCase）活性下降较电子传递活性下降迅速,H2O2含量与叶绿素含量、光合速率、RuBPCase活性、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）活性显著负相关。H2O2的定位染色也证实光合功能衰退与H2O2积累密切相关。APX和GR在光合功能可逆衰退阶段维持较高水平,不可逆衰退阶段下降稍快。烟草叶片光合功能衰退快于AsA—GSH循环运转的下调。     

温室茄子（Solanum melongena L.）光合数学模型与光合生化模型模拟分析

针对植物光合与内外环境因子间的关系以及光合“午睡”现象中的气孔限制与非气孔限制问题,以温室茄子‘茄杂一号’为试材,对叶室温光组合方式下测定的净光合速率Pn对胞间CO2浓度Ci响应曲线,和人工增施CO2处理下测定的Pn日变化进程,进行了光合数学模型和Farquhar、von Caemmerer和Berry的光合生化动力学模型（简称为FvCB模型）模拟分析。采用美国思爱迪生态仪器有限公司的CI-301PS光合作用测定仪进行净光合速率（Pn）、光合有效辐射（PAR）、气温（Ta）、叶温（Tl）、环境二氧化碳浓度（Ca）、胞间二氧化碳浓度（Ci）和空气相对湿度（Hr）参数测定。其结果表明,无论是Pn对Ci的响应曲线还是光合日进程中,数学模型对Pn的拟合度明显优于为FvCB模型。因此,通过数学模型可以解析出光合日进程受单一环境因子（PAR、Ta、Ca、Hr）及其复合环境因子的综合影响。然而,FvCB模型模拟结果显示出,温光组合下受Rubisco（即RuBP羧化/加氧酶）数量与活性及动力学特性限制的羧化速率Ac、受RuBP（1,5-二磷酸核酮糖）再生限制的羧化速率Aj以及受TPU（磷酸丙糖）可利用量限制的羧化速率Ap对Ci响应的主控作用呈现交替变化趋势。其交替变化转折点胞间二氧化碳浓度Cicj在强光高温组合中较高,而在弱光低温组合中较低;同时还发现,Cicj和Cijp受叶温的影响强于光照。光合日进程中的FvCB模型模拟分析揭示出,早晨和傍晚弱光下为Aj限制时段;晴天上午和中午前后的充足日照下为Ac限制时段。多云和阴天下Aj的限制时段延长。增施CO2会延长Aj的限制时段,同时相应缩短Ac的限制时段;冬季2次增施CO2的出现了Ap限制时段。     

密度与氮肥对关中灌区夏玉米(Zea mays L.)群体光合生理指标的影响

合理的密度是玉米构建良好群体结构、优化群体光合生理功能的基础,适宜的氮肥施用量是玉米进行光合生产的营养物质保障.运用作物群体生理学的方法,采用二次饱和D试验设计,研究了关中灌区夏玉米密度与氮肥耦合和群体光合生理指标的关系及其效应,明确了在关中灌区夏播条件下,在45000～75000株/hm2的密度范围内,密度与玉米籽粒产量、总干物质积累量(DMA)、吐丝期叶面积指数(MLAI)、总光合势(LAD)、平均作物生长率(CGR)为正相关,在45000～60000株/hm2的密度范围内,密度与玉米叶片平均净同化率(NAR)为正相关,而在60000～75000株/hm2的密度范围内,密度与玉米NAR为负相关;在氮素施用量≤600.0 kg/hm2的范围内,氮素施用量与玉米籽粒产量、DMA、CGR为正相关,在氮素施用量≤260.55 kg/hm2的范围内,氮素施用量与玉米MLAI、LAD为正相关,与玉米NAR为负相关,而在氮素施用量260.55～600.0kg/hm2的范围内,氮素施用量与玉米MLAI、LAD为负相关,与玉米NAR为正相关.密度对其影响较大的指标为:籽粒产量、DMA、LAD、CGR和MLAI , 影响较小的指标为:NAR;氮肥对其影响较大的指标为:DMA、CGR、籽粒产量、NAR,影响较小的指标为:LAD和MLAI .对籽粒产量和群体生理指标的综合影响效应,密度显著大于氮肥,玉米生产中,尤其要重视合理密植.通过对回归模型的解析,筛选确定了陕单8806玉米在关中灌区夏播中,实现高产的密度与氮肥耦合优化技术方案:合理密度为61713～66177株/hm2,适宜纯氮施用量为309.88～569.02kg/hm2.     

不同品种大豆(Glycine max L.)对中国菟丝子(Cuscuta chinensis)寄生的生理生态响应

田间条件下观察了中国菟丝子危害14个大豆品种的差异,随后选择受中国菟丝子危害差异显著的3个品种与中国菟丝子混种,探讨田间条件下中国菟丝子危害这3个品种大豆植株的生理生态效应。实验显示:在寄生关系确立前,受危害重的大豆品种植株的光合色素含量和净光合速率、总黄酮和植株全氮的含量比受危害轻的品种高,而可溶性糖的含量则相反。在寄生关系确立后,危害重的品种植株光合色素含量和净光合速率、总黄酮和植株全氮的含量下降,可溶性糖含量则是危害程度愈重,升幅愈大。在相同栽培条件下,中国菟丝子生物量为:危害重的大豆植株>危害轻的大豆品种植株,同时受危害重的大豆品种植株的生物量下降也大,但中国菟丝子生物量与寄生大豆植株生物量下降量的百分比为:受危害重的品种<受危害轻的品种。结果表明:中国菟丝子在大豆品种间的寄生差异与大豆品种光合作用、次生代谢、同化物质合成和氮含量指标的变化有关,受中国菟丝子影响后大豆品种间的这些生理指标的差异进一步扩大。     

Sex-linked photosynthetic physiologic research and the evolutionary ecological analysis in living fossil plant, Ginkgo biloba L.

Ginkgo is an ancient dioecious plant. At present, only Ginkgo biloba L. still exists as a living fossil plant. Botanists have studied it from different aspects in the world due to its unique characteristics. Plant sex physiological ecology is still a knowledge gap in plant ecology. This article measured the photosynthetic traits of adult male and female ginkgoes which grew in suitable environment condition. The result indicated that male and female ginkgoes had similar response to light. The light saturate points (LSP), light compensate point (LCP) and dark respiration rate (Rd) between male and female were also of insignificant differences. However, the net photosynthetic rate (Pn) of female ginkgo was significantly higher than male. From the view of evolution and through comparison with other gymnosperms and angiosperms, the photosynthetic capacity of ginkgo is not obviously lower than that of other plants. It gave us a clue that the photosynthetic capacity was not the direct reason, which restricted the distribution of ginkgo in the Tertiary.     

银杏外种皮提取物对病原菌﹙Cylindrocladium colhounii﹚的抑制作用

采用菌丝生长抑制法,研究了银杏外种皮3种不同提取物对病原菌（Cylindrocladium colhounii）的抑制作用并测定了这些提取物的MIC/MBC。结果表明,在相同实验天数内,抑菌效果（最小抑菌率）由高到低依次为银杏外种皮乙醇提取物（37.4%）、石油醚提取物（23.7%）和新鲜外种皮汁液（18.4%）。当提取物的浓度提升到一定程度时,三者的抑菌率均可达到100%;三种提取物的MIC/MBC分别为：86.25/86.25,172.5/276,293.25/345 mg·mL^-1。可见银杏外种皮具有明显抑制该病原菌生长的作用,且抑菌成分在乙醇中的溶解度较大。这为进一步研究该抑菌成分乃至生物农药的开发奠定了基础。     

孑遗植物银杏群体遗传多样性的ISSR分析

采用ISSR分子标记技术,对江苏泰兴、美国纽约的栽培银杏(Ginkgo biloba)群体和中国3个可能为野生的银杏自然群体(浙江西天目山、贵州务川、湖北大洪山区)的遗传多样性水平和群体遗传结构进行了研究。用13个引物对5个群体共66个样品进行扩增,共得到88个清晰的扩增位点,其中多态性位点62个,多态位点百分率(PPB)为70．45％。POPGENE分析结果表明：与其他裸子植物相比,银杏具有丰富的遗传变异(He=0．2408;Ho=0．3599)。贵州务川群体的遗传多样性水平最高(PPB=56．82％,He=0．2089,Ho=0．3087),江苏泰兴栽培群体(PPB=34．09％,,Ho=0．1269,Ho=0．1858)和美国纽约的栽培群体(PPB=23．86％,,He=0．0884,Ho=0．1312)的遗传多样性水平较低。Nei′s遗传多样性分析和AMOVA分析表明,3个可能的自然群体间出现了一定程度的遗传分化(Gst=0．1476,Φst=14．26％)。群体间一定程度的遗传分化可能是人为选择压力和基因流障碍引起的。根据Nei′s遗传距离矩阵分别构建了群体间和个体间的遗传关系树状图。由UPGMA聚类分析可知,贵州务川群体与浙江西天目山群体优先聚类;美国纽约群体与湖北大洪山群体具有较近的亲缘关系,它们可能为同一野生群体的后裔。通过对银杏群体遗传结构的分析并结合群落学调查研究,结果表明：贵州务川银杏群体很可能为野生自然群体。基于银杏群体遗传学和生态学的研究结果,建议在自然银杏群体最适生境和遗传多样性最高的贵州务川建立银杏保护区。由于银杏群体间出现了一定程度的分化,建议3个自然群体间可进行植株和幼苗相互移栽,以提高群体间的基因交流,以最大限度地保护银杏的遗传多样性。     

银杏主要病虫害综合治理技术研究

在广西桂林银杏产区,危害银杏的主要病虫害有银杏超小卷叶蛾、白蚁、叶枯病,植株受害后,树势生长衰弱,产量下降,尤其是百年银杏大树尤为明显。经过试验分析找出对上述病虫害进行治理的最佳技术措施是:采用施肥、抚育、修剪、清园等营林技术措施治本,药剂防治救急措施治标,以治本为主,标本兼治。试验结果:超小卷叶蛾的防治效果在92%以上,白蚁的防治效果达100%,叶枯病的防治效果在85.9%以上,平均单株产量比治理前增产20.3kg,增幅为94.8%,单株产量高于对照0.6倍,平均单株新梢量高于对照4.6倍。对示范区和推广区的治理树进行调查分析,共治理银杏大树14.58万株,平均每株增产银杏20.34kg,共增产银杏296.519万公斤,产值达4744.304万元,经济、社会、生态三大效益显著。     

银杏芽中内源激素与大小年结实的关系

为探讨银杏大、小年结实现象的生理原因,于2004～2005年,用ELISA(间接酶联免疫法)对银杏大年树和小年树果芽和叶芽内的IAA,GA,ZR和ABA含量进行了对比测定。结果表明:大年树IAA、ZR和ABA含量在果芽和叶芽之间的比值均高于小年树,GA含量在果芽和叶芽之间的比值则低于小年树,有利果芽分化生长,形成大年;果芽中较高水平的ZR、IAA和ABA与较低水平的GA,以及萌芽前期较高的IAA/GA,ZR/GA和ABA/GA等比值,有利果芽分化,形成大年;叶芽中较高的ZR、IAA和较低的ABA有利于形成大年生长,尤其是ZR含量在萌芽前期或中期升高与形成大年生长关系密切。     

银杏苗期生理生化指标的变异和选择研究

对银杏家系间的苗期生理生化和生长指标进行测定,并对生理生化指标与生长指标的相关关系进行研究。结果初步表明家系间生理生化指标、生长指标差异显著;叶片硝酸还原酶(NR)活性和单株生物量、苗高达到了极显著正相关水平;多酚氧化酶活性与单株生物量、苗高的相关系数达到极显著负相关水平。可以初步确定硝酸还原酶、多酚氧化酶为银杏苗木早期选择指标。     

Expanding knowledge of the Rubisco kinetics variability in plant species: environmental and evolutionary trends

The present study characterizes the kinetic properties of ribulose‐1,5‐bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) from 28 terrestrial plant species, representing different phylogenetic lineages, environmental adaptations and photosynthetic mechanisms. Our findings confirm that past atmospheric CO₂/O₂ ratio changes and present environmental pressures have influenced Rubisco kinetics. One evolutionary adaptation to a decreasing atmospheric CO₂/O₂ ratio has been an increase in the affinity of Rubisco for CO₂ (K_c falling), and a consequent decrease in the velocity of carboxylation (k_cat^c), which in turn has been ameliorated by an increase in the proportion of leaf protein accounted by Rubisco. The trade‐off between K_c and k_cat^c was not universal among the species studied and deviations from this relationship occur in extant forms of Rubisco. In species adapted to particular environments, including carnivorous plants, crassulacean acid metabolism species and C₃ plants from aquatic and arid habitats, Rubisco has evolved towards increased efficiency, as demonstrated by a higher k_cat^c/K_c ratio. This variability in kinetics was related to the amino acid sequence of the Rubisco large subunit. Phylogenetic analysis identified 13 residues under positive selection during evolution towards specific Rubisco kinetic parameters. This crucial information provides candidate amino acid replacements, which could be implemented to optimize crop photosynthesis under a range of environmental conditions.     

大气臭氧浓度升高对银杏叶片活性氧代谢及相关基因表达的影响

采用开顶式气室熏蒸法,设置自然条件下臭氧(O₃)浓度(对照,约40 nmol·mol^-1)、80、160及200 nmol·mol^-14个臭氧浓度,观测了不同浓度臭氧条件下银杏叶片可见伤害、活性氧生成量、抗氧化酶活性及相关基因表达变化情况,分析大气臭氧浓度升高对植物活性氧代谢的影响.结果表明: 160和200 nmol·mol^-1 O₃熏蒸明显伤害银杏叶片,80 nmol·mol^-1与对照无差异,无可见伤害.O₃处理20 d后,160和200 nmol·mol^-1条件下银杏叶片的超氧自由基(O₂^-·)产生速率显著高于80 nmol·mol^-1和对照,而80 nmol·mol^-1与对照无差异;O₃处理40 d后,160和200 nmol·mol^-1熏蒸下叶片过氧化氢(H₂O₂)含量显著高于80 nmol·mol^-1和对照,而过氧化氢酶(CAT)活性显著高于80 nmol·mol^-1和对照,各臭氧处理抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均低于对照.熏蒸40 d后,CAT、APX基因的转录表达持续加强;防御素(GbD)的表达强度则随着臭氧浓度的增加及熏蒸时间的延长而呈显著加强.高浓度臭氧胁迫可使银杏叶片活性氧生成量增加、抗氧化酶活性下降、相关基因表达水平上调,有明显可见叶片伤害.