中国秋海棠属植物叶片斑纹多样性研究

通过对野生和引种栽培植物的观察,结合文献和标本的查阅,对中国秋海棠属植物斑叶类资源及叶斑多样性进行了研究.发现中国分布的203种(含变种和亚种)秋海棠属植物中有斑纹的种类达84种,叶斑色彩多表现为淡绿色、银绿色、银白色、白色.从园艺学角度出发,根据中国秋海棠属植物斑纹在叶片的分布位置,首次提出了中国秋海棠属植物叶斑分类标准,并对观察到的斑叶类秋海棠进行了分类,方便人们选择利用.根据斑纹与叶脉的关系分为叶脉相关类型(Ⅰ)和非叶脉相关类型(Ⅱ),前者细分为脉间斑纹类(Ⅰ A)、沿脉斑纹类(Ⅰ B)、中脉及脉间斑纹类(ⅠC)3种,后者细分为环状面斑类(ⅡA)、掌状面斑类(ⅡB)、近完全面斑类(ⅡC)、完全面斑类(ⅡD)、混合面斑类(ⅡE)和不规则面斑类(ⅡF)6种.中国产野生秋海棠属植物中较常见的叶斑类型为Ⅰ A1、ⅠA2、Ⅰ B1、Ⅰ B2和ⅡA.同时对叶斑的产生机理和遗传特性进行了讨论和展望.中国斑叶类秋海棠属植物种质资源及其叶斑类型的多样性极其丰富,有望通过研究摸清其遗传特性,实现特定观赏性状新品种的定向选育.     

彩叶植物叶片呈色分子机制研究进展

彩叶植物叶片呈现不同的颜色主要是受遗传因素和外部环境的共同作用,揭示彩叶植物叶片呈色机制对选育彩叶植物新品种和彩叶植物的应用推广具有重要理论和实践意义。目前对彩叶植物呈色机制的研究主要集中于叶片中色素变化、光合特性、叶片结构和环境条件等方面。该文主要対近年来有关彩叶植物叶片中叶绿素代谢途径、类胡萝卜素代谢途径、次生代谢途径、光合作用和叶绿体发育相关结构基因和转录因子调控机制的研究进展进行综述,并对以后的研究方向进行了展望,为培育彩叶植物新品种提供了理论基础,也为人工调控叶色以及叶色的定向遗传改良提供了参考。     

多叶斑叶兰繁殖体系建立及基于转录组的发育调控途径功能基因研究

多叶斑叶兰,是兰科斑叶兰属濒危野生植物、国家二级保护植物,具有极高的观赏和药用价值。多叶斑叶兰由于分布种群小,传播扩散能力弱,自然繁殖受到极大限制。以野生多叶斑叶兰茎段作为外植体,建立高效直接的植株再生体系。结合高通量转录组测序技术与生物信息学分析技术,深入挖掘参与多叶斑叶兰器官发育过程的功能基因。结果表明, Morel+2.0 mg/L 6-BA +0.5 mg/LKT+1.0 mg/LNAA+1g/L蛋白胨+25g/L 蔗糖+7.0 g/L Agar+1.0 g/L活性炭+30 g/L 香蕉+50 g/L土豆为最佳的芽诱导培养基;Morel+3 mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA+0.5 mg/LKT+0.01 mg/L TDZ+2g/L蛋白胨+25g/L 蔗糖+7.0 g/L Agar+1.0 g/L活性炭30g/L 香蕉+50g/L 土豆为最佳芽增殖培养基;1/2 Morel+1.0 mg/L IBA+0.1 mg/L NAA+1 g/L+花宝2 号+25g/L 蔗糖+7.0g/L Agar +1.0 g/L活性炭+1g·L-1蛋白胨为最佳的生根培养基。转录组测序分析组装获得170688个Unigene,平均长度为584 bp, N50为833 bp。17352个Unigene比对注释到NR、Swiss-Prot、KOG、GO、KEGG数据库。野生苗与组培苗差异表达Unigene GO与KEGG功能富集分析显示, Unigene主要参与调控植物激素信号转导、植物形态发育、次生代谢过程以及能量代谢过程等生物学功能。进一步分析获得511个参与植物器官发育调控相关的转录因子。成功建立了多叶斑叶兰种质资源保存与高效离体再生体系,结合高通量转录组学技术,获得全面完整的多叶斑叶兰转录组信息特征,为后期多叶斑叶兰快速扩繁、遗传转化以及功能基因鉴定、遗传发育及其调控机制研究奠定基础。     

高通量转录组在园艺植物色素代谢中的研究进展

色素代谢是园艺植物中最为重要的研究领域之一,目前相关研究主要集中在花青素代谢和类胡萝卜素代谢上,其决定园艺植物的品质性状和观赏性状。利用转录组学技术,可以从转录组水平上揭示园艺植物色素代谢的分子机理。综述了转录组学在主要果树、蔬菜和观赏植物的色素节点分离、分支代谢、新基因分离、调控机制及环境对色素代谢影响方面的主要研究进展,分析了目前应用中存在的问题,并展望了转录组学在园艺植物色素代谢中的发展前景,以期为利用高通量测序技术分析色素代谢机制、分离关键基因并应用于园艺作物品质定向育种提供参考。     

瓜叶菊花色性状形成机理的研究进展

瓜叶菊是拥有多种花色品种资源的观赏植物,同时具有蓝色、斑色等观赏植物中稀缺的花色表型,不同花色品种具有多种花青素代谢途径,解析其花色性状形成的分子机制能够为观赏植物的分子育种提供理论依据,其中鉴定的关键基因能够为蓝色花新品种培育提供宝贵的基因资源。在对瓜叶菊多年研究的基础上,本文从瓜叶菊特殊的花青素结构、花青素生物合成调控途径及其花色研究的主要技术手段方面,综述了近20年来瓜叶菊花色研究的进展,具体内容包括：（1）瓜叶菊不同色系呈色的色素基础,尤其是蓝色花品种中特殊的多聚酰化色素结构;（2）多聚酰化修饰相关糖基化、酰基化修饰的瓜叶菊花青素代谢途径的基因,以及调控花色、花斑形成的MYB、MADS-box等转录因子的功能;（3）瓜叶菊中进行花色研究相关的高效遗传转化体系和病毒介导的基因沉默（VIGS,virus-induced gene silencing）体系,及其在花色研究中的研究进展。本文旨在为后续瓜叶菊及其他花卉花色研究和分子育种提供参考。     

基于花青素代谢培育蓝色花卉的研究进展

花色是植物吸引昆虫传播花粉的主要因素,对于植物在自然界的生存必不可少,也是观赏植物最重要的性状之一。在蓬勃发展的花卉产业中,色彩各异花卉的培育,可以弥补自然花色的匮乏,但是令人垂涎的蓝色花比较难培育。花色的多样性主要是由花青素及其衍生物的种类和含量等因素决定的,飞燕草色素的合成是形成蓝色花的关键因素,许多植物体内缺少合成飞燕草色素的结构基因。近年来,利用基因工程技术培育蓝色花的研究也时有报道。文中以常见的观赏植物为例,基于花青素代谢调控,从影响飞燕草色素合成的关键因素和不同分子改良途径培育蓝色花等几个方面对植物花朵呈色的机制进行了综述,并展示不同分子育种策略可能在其他领域的应用,为其他植物或经济作物的色泽改良如彩色棉蓝色纤维的培育等提供参考和技术支持。     

植物叶片水力与经济性状权衡关系的研究进展

叶片既是植物光合产物形成的主要场所, 又是整株植物的水力瓶颈、应对灾难性水力失调的安全阀门, 是植物碳水耦合权衡的重要器官。叶经济型谱反映了叶片经济性状“投资-收益”的权衡, 为验证植物进化过程中形成的物种对策提供了适用的理论框架。叶片水力性状变化会影响叶片经济性状及植物存活和生长。因此, 探索植物叶片水力与经济性状的权衡关系, 对建立植物碳-水耦合模型、揭示植物水-碳投资机理、扩展植物性状型谱等均有重要意义。该文首先综述了叶片水力性状、经济性状及两者之间的权衡关系, 分析了叶片导水率与水力脆弱性、失膨点水势、水容、安全阈值等水力性状以及与叶片的形态、结构和气体交换功能性状之间的关系。然后, 从叶片形态、解剖和叶脉网络结构以及气孔功能方面探讨了叶片水力性状与经济性状的调节机制。最后, 提出今后应加强三方面的研究: (1)探索建立植物根-茎-叶水力输导系统的碳-氮-水资源的整株经济型谱, 以揭示植物功能结构耦合、高效固碳用水的生理生态学机制; (2)探索叶片水力安全、水力效率和固碳效率之间的普适性权衡关系, 以深入理解抗旱植物叶片构建的生物物理结构与生理代谢的关系; (3)探索个体水平碳水代谢关系、水分运输与生长速率的耦合, 为代谢推演理论和植物群落尺度预测提供基础。     

马蹄纹天竺葵叶斑变异的解剖学观察

植物叶斑是由两种或者两种以上基因型细胞组成的特殊组织结构,在植物发育研究和提高植物观赏性方面具有十分重要的意义。该项研究以天竺葵(Pelargoniumzonal)‘Ms.Pollock’银边绿心型新鲜叶组织为材料,研究斑块结构切片及不同质体细胞的分布,以探索叶斑异化变型机制。结果表明:天竺葵‘Ms.Pollock’突变型异化不是由于细胞突变形成,而是由于质体突变型白色细胞和原型绿色细胞在生长发育过程中相互竞争转轨所致,即白色细胞和原型绿色细胞改变了分裂方向,部分表皮绿色细胞进入第二层,挤压第二层白色细胞转轨进入第三层,导致细胞类型的移位,从而形成异型斑。     

五大连池火山色木槭叶功能性状特征

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应, 是连接植物与环境的桥梁, 研究植物功能性状特征及其随坡向的变化规律, 对认识不同微地形生境下植物群落空间格局形成及适应机制具有重要意义。本文以五大连池不同历史年代的8座火山共有树种色木槭(Acer mono)为研究对象, 测定了9类叶功能性状, 研究了植物叶功能性状在火山间及火山坡向间(阴坡-阳坡)的变化规律, 以期揭示生境对火山植物主要叶功能性状的影响, 以及阴阳坡植物生存策略的变化, 初步探讨了植物对环境的适应机制。结果表明: (1)坡向的变化是造成色木槭叶功能性状差异的重要原因; (2)火山间叶功能性状的差异反映了它们具有不同的资源环境, 色木槭生长主要受氮元素的限制; (3)南北坡向及火山间叶片厚度与叶面积均呈极显著的正相关关系, 叶片厚度与比叶面积在不同火山间均呈显著的正相关关系, 这与色木槭在火山土壤条件下的自我保护密切相关, 色木槭通过这些指标间的功能调节来适应环境的变化, 并形成最佳功能组合。五大连池不同历史年代火山的色木槭采用增加植物叶片叶干物质浓度、叶面积、叶片厚度、叶氮和叶磷浓度提高固碳能力, 通过降低比叶面积和氮磷比来适应干旱、土壤养分贫瘠的环境。     

植物花青素合成代谢途径及其分子调控

植物花青素是一种天然食用色素,具有安全、无毒的特点,具有预防心脑血管疾病、保护肝脏与抗癌等多种重要的营养和药理功能。因此,花青素在食品、医药保健、园艺和作物改良等方面均具有重要研究价值和应用潜力。该文综述了植物花青素合成代谢途径及其分子调控研究进展,概述了植物花青素的生物合成、代谢以及积累过程,重点介绍了影响植物花青素代谢的结构基因和调控基因及其作用机制,同时展望了花青素合成代谢相关基因的研究应用前景和发展趋势。     

辣椒彩色斑叶突变体叶片显微结构及超微结构研究

以彩色斑叶辣椒突变体、紫叶辣椒、白色斑叶辣椒突变体功能叶为试验材料,利用光学显微镜和透射电子显微镜,通过观察叶片不同斑区的显微结构及超微结构,分析彩色斑叶的显色部位、显色特征、细胞器数量及形态变化,从细胞水平上探讨彩色斑叶辣椒复杂叶色的成因。结果表明：(1)彩色斑叶辣椒突变体子叶为紫色,自第一片真叶展开出现异色斑块,斑块位置、频率、色彩深度无明显规律。(2)叶肉细胞内叶绿体少甚至缺失形成白斑,花色素苷在叶肉细胞和保卫细胞均有分布,其在叶肉细胞不均匀分布是紫色深度不同的主因。(3)辣椒彩色斑叶突变体绿斑区内细胞形态良好,细胞器结构较好;紫色斑区和白色斑区细胞呈中度肿胀,细胞器明显异常。(4)叶肉细胞内叶绿体少甚至缺失、花色素苷不均匀分布是叶片呈现彩色的原因,该叶斑类型属于色素型。     

南方灌草丛典型灌木不同叶片性状的相关性及其对不同光环境的响应

光照是影响植物生长和分布的重要环境因子,而叶片结构相对稳定,其性状对植物的碳收获非常重要,并且各性状间的相互关系格局相似,通过叶片性状有助于研究植物对不同光环境的响应及生态适应策略。本研究分析了南方灌草丛3种典型灌木——巴柳(Salix etosia)、川莓(Rubus setchuenensis)和马桑绣球(Hydrangea aspera)的叶片性状(单叶面积、叶干重、比叶面积、叶碳含量、叶氮含量、叶磷含量)之间的相关性以及在林内-林外2种不同光环境下叶片性状的差异,探讨不同植物叶片性状在不同光环境下的响应及适应策略。结果表明:1)3种灌木叶片性状之间的相关性差别较大,具有物种特异性。2)巴柳叶片性状在不同光环境下无显著差异,川莓和马桑绣球均提高了林内叶片的比叶面积和叶氮含量以适应弱光环境,且马桑绣球叶碳含量在林内显著增加,表现出较强的固碳能力。3)不同光环境中,影响川莓和马桑绣球叶片性状变化的主要环境因子均为土壤温度。研究结果进一步揭示了植物叶片性状具有表型可塑性,不同植物对环境变化的响应及适应策略具有物种特异性。     

植物叶缘和叶脉发育调控的研究进展

通常可通过植物叶片的形态来区分不同植物的种类。叶片由茎顶端分生组织侧翼发育而成,为多种多样大小和形状的扁平结构。叶片的结构看似简单,但调控叶片形态和结构发育的分子机理错综复杂,叶片的发育受植物激素、转录因子、一系列蛋白因子及环境的共同调控。本文回顾了叶片边缘形态和叶脉发育研究的最新进展。在叶边缘形态方面,Aux/IAA生长素响应抑制家族蛋白通过调节生长素浓度最大点的离散分布影响小叶的起始和生长以及叶边缘结构;NAM/CUC转录因子促进叶边缘锯齿的分离以及复叶中小叶的分离和分化,NAM/CUC和Aux/IAA通过不同通路实现对生长素的调控;拟南芥RAX1基因/番茄Potato-leaf基因和拟南芥JAG基因/番茄LYR基因促进叶边缘锯齿发育;RCO调控复叶小叶的发育不通过改变生长素的分布来实现;在番茄中反式小干扰RNA途径中的因子参与叶边缘形态发育;另外,在拟南芥中,mir164A、CUC2、PIN1、DPA4、SVR9-1及SVR9L-1构成复杂的调控网络影响叶边缘锯齿的发育。在叶脉发育方面,PIN1能否正确的定位会影响叶脉发育;AS1和AS2共同参与叶片远近轴极性的分化;另外AXR6、MP、BDL、CVP因子功能的缺失影响叶脉发育;生长素、PIN1、Aux/IAA、MP、ATHB8构成反馈循环调控子叶叶脉的形成。     

ERECTA基因研究进展

ERECTA是从拟南芥中分离到的一个类受体激酶基因.ERECTA基因对植物的叶、花和气孔发育都有直接的影响,并在植物抗病、蒸腾作用和元素积累等生理过程中起着重要的作用.该文对国内外有关ERECTA基因在以上几个方面的研究进展进行综述,为进一步研究ERECTA基因在植物发育和生理代谢调控网络中的地位及在植物遗传育种上的应用提供参考.     

水稻卷叶细胞学与分子机制研究进展

卷叶性状是水稻(Oryza sativa)重要的育种指标之一。研究表明,水稻叶片适度卷曲对植株的光合作用、株型及增产等均具有重要作用。该文综述了水稻叶片卷曲的相关研究进展,对水稻叶片卷曲的细胞学形成机制和相关调控基因的分子机制进行了阐述,以期深入阐明水稻叶片卷曲的细胞学和分子机制,促进卷叶性状在水稻育种中的应用。     

寄主植物叶片物理性状对潜叶昆虫的影响

潜叶昆虫广泛分布于鳞翅目、双翅目、鞘翅目和膜翅目中,其幼虫潜入叶片内部生活和取食,是一类用于研究植物-昆虫-天敌种间关系和协同进化的重要模式生物。有些潜叶昆虫是重要农林害虫。相比外食性昆虫,在叶内取食的潜叶昆虫幼虫更易受到叶片物理性状的直接影响。叶片的着生位置、朝向、大小、颜色和表皮毛等直接决定潜叶虫成虫的取食和产卵选择,从而影响幼虫的空间分布和寄主适应。叶片的某些物理性状也会直接影响幼虫的取食行为、生长发育和被寄生率。研究叶片物理性状的防御作用以及潜叶昆虫对这些防御的适应,有助于了解潜叶昆虫-寄主植物的协同进化。另一方面,外界环境和遗传育种都有可能改变植物叶片的物理特性,而对潜叶害虫产生抗性,从而实现潜叶害虫的可持续生态控制。     

植物叶片形态的生态功能、地理分布与成因

叶片是植物与环境进行水气交换的重要场所, 形态多变。叶片形态可直接影响植物的生理生化过程, 反映植物的资源获取策略。该文以叶片大小、叶形、叶缘特征(有无叶齿)和叶型(单、复叶)等形态性状为例, 总结了当前叶片形态的研究进展, 分析了叶形态性状的生态功能, 综述叶片形态的地理分布, 探讨叶片形态性状变化的驱动因素及其对生态系统功能的影响。现有研究主要聚焦于局域尺度的特定类群, 关注叶大小、叶缘具齿性以及叶型的地理分布与生态成因, 发现叶片的形态发育受基因调控, 叶形态性状与其他性状相互权衡, 其空间变异受气温和降水量共同驱动。以叶大小为代表的叶片形态性状影响水分和养分循环, 能够反映气候变化下的群落响应, 也可用于预测生态系统初级生产力。今后应结合新方法获得覆盖度高且区域无偏的数据, 探索叶形态在长时间尺度上的适应性进化, 研究叶形态特征及其对生态系统功能影响的尺度推绎。该文有助于从叶片的角度认识植物对环境变化的响应, 以性状为桥梁将个体适合度、群落动态与生态系统功能联系起来, 能够加深对植物群落生态学和功能生物地理学等相关领域研究进展的了解。     

杜鹃花属植物花香代谢研究进展

花香是观赏植物重要的观赏性状,杜鹃花作为世界闻名的木本花卉,以花色丰富、花型多样闻名于世,其花香是评价杜鹃花品质的重要指标之一。研究表明萜烯类化合物、醇类、酯类、酮类化合物等是杜鹃花属植物花香化合物的主要成分,这些化合物的释放受到花发育状态、释放部位以及环境条件的影响。萜烯类化合物是杜鹃花属植物最主要的花香成分,萜类合成酶基因是杜鹃花花香物质代谢途径中的主要调控基因,利用基因组结合代谢组学研究发现马银花TPS家族基因远多于其他无香型杜鹃花属植物。深入研究杜鹃花不同种和品种特征花香成分及其生物合成途径,对杜鹃花的芳香育种和综合利用有重要意义。本文论述了杜鹃花属植物香气成分的测定与分析方法、不同亚属杜鹃花资源的香气成分、香气合成释放规律以及香气物质生物合成途径和关键基因,为开展杜鹃花主要花香物质合成代谢的遗传规律研究和芳香品种选育提供参考。     

叶片水力性状研究进展

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了叶片水力性状的基本指标(包括叶片整体水力导度(Kleaf)、叶片木质部水力导度(Kxylem)、叶片木质部外水力导度(Kout-xylem)等)和叶片水力导度的5种主要测量方法;总结了叶脉网络结构和环境因素对叶片水力性状的影响、叶片水力性状与叶片功能指标(气孔导度、叶片水势、叶片最大光合速率)的匹配与权衡关系,以及叶片水力性状与植物抗旱性关系的最新研究进展;对今后叶片水力性状的研究提出了两点建议:1)将叶片水力性状与气体交换和叶解剖结构等相结合,构建叶片碳-水耦合模型,揭示叶片应对外界环境变化而采取的生态策略,以及植物的水-碳投资机理;2)开展植株各部分(根-茎-叶)间水分传输的交互作用研究,筛选出水力系统高效安全的物种。     

国家重点保护植物珙桐叶片功能性状地理格局及其驱动因素

以国家重点保护植物珙桐（Davidia involucrata Baillon）为研究对象,对其分布区内18个种群的17项叶片功能性状进行测量,探究叶功能性状的地理格局与对异质环境的适应机制。结果显示,在局域尺度上,珙桐叶片功能性状变异系数介于1.48%～24.81%,其中,叶碳磷比变异程度最大,叶有机质含量变异最小。随着经度或纬度的增加,珙桐叶片叶锯齿数、叶面积、叶厚度显著降低。随着海拔的增加,珙桐叶片叶磷含量、叶面积、叶厚度、叶干物质含量显著增加,珙桐叶片形状变得更宽且更近于圆形。叶片边缘锯齿增强了珙桐叶片对于寒冷的适应性。环境因子解释了79.90%的珙桐叶片性状变异,该变异主要由地理变量与气候因子驱动,同时受到土壤因子的影响。年降水和土壤氮元素是叶片性状变异的最强解释因子,随着降水增加或者土壤氮元素减少,叶片变得小且薄。研究结果说明,珙桐叶片功能性状在物种分布区尺度上呈现出明显的地理格局,其中降水、土壤氮元素含量在地理格局的形成中发挥了重要的作用。