转录组学对转基因杨树表型变化的代谢调控机制解析北大核心CSCD

D型细胞周期蛋白(D-type cyclin)调控着细胞周期G1/S的转变,在植物生长发育过程中发挥重要作用。转基因杨树PtoCYCD2;1(OE-PtoCYCD2;1)植株出现明显的表型变化,株高降低,茎粗变细且叶片发生卷曲。该研究以转基因杨树OE-PtoCYCD2;1为研究材料,通过转录组学测序和生理指标变化并结合植株表型特征分析PtoCYCD2;1在植物生长发育中的功能,为研究木本植物D型细胞周期蛋白功能提供理论基础。结果表明:(1)在OE-PtoCYCD2;1中共鉴定得到1269个差异表达基因,其中有700个上调表达,569个下调表达。分析发现,有26个属于AP2/ERF转录因子的基因上调表达;有8个下调的差异表达基因富集在木质部合成通路中;在碳代谢通路中共富集27个下调差异表达基因,其中有8个基因富集到卡尔文循环通路中。(2)qRT-PCR实验结果显示,9个差异表达基因的qRT-PCR结果与RNA-seq测定的表达水平变化趋势一致,表明所用RNA-seq结果可靠。(3)生理指标分析发现,与野生型(WT)相比,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1的幼叶和成熟叶的总叶绿素含量分别增加57.36%和78.22%;成熟叶的可溶性糖含量下降了12.72%;幼叶和成熟叶中的木质素含量分别下降了4.48%和8.03%;幼茎和成熟茎中的木质素含量分别下降了20.03%和31.63%。研究认为,转基因杨树OE-PtoCYCD2;1通过影响杨树碳代谢和木质素合成过程中相关基因的表达,从而造成转基因植株相应代谢物含量减少,最终导致植株表型改变,总体生物量降低。     

三江平原小叶章湿地温室气体排放及其对模拟氮沉降的响应

利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原湿地生态定位研究站内的长期模拟氮沉降试验平台,采用静态箱-气相色谱法,设置低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)处理,以及对照(0 kg N·hm^-2·a^-1),测定小叶章湿地温室气体排放通量及其相关环境因子,研究三江平原小叶章湿地温室气体排放对氮沉降的响应.结果表明: 低氮和高氮输入均显著增加了温室气体的排放通量,低氮和高氮处理使CO₂排放通量增加47.5%和47.9%,CH₄排放通量增加76.8%和110.1%,N₂O排放通量增加42.4%和10.6%.低氮输入改变了N₂O排放的季节动态,但对CO₂和CH₄排放的季节动态没有显著影响,高氮处理对3种气体排放的季节动态均未造成影响.CO₂排放通量和CH₄排放通量均与土壤温度呈显著正相关,而影响N₂O排放的因素较为复杂,未与土壤温度出现显著的相关关系.     

植物叶片花青素的光破坏防御机制研究进展

植物花青素广泛分布在植物的根、茎、叶、花和果实等器官中,是植物形态建成过程中或响应逆境而产生的一种次生代谢物质.植物叶片中的花青素具有特殊的化学结构和光谱特性,在光破坏防御机制方面发挥了重要的作用,已经成为植物光合生理生态的研究热点.本文综述了近年来植物叶片花青素与光合作用的研究进展,从叶片花青素的分布、光谱特性及其与光合色素的关系等方面说明花青素对植物光合作用的影响,重点介绍了叶片花青素通过光吸收、抗氧化剂和渗透调节等在植物光破坏防御机制方面的作用,展望了今后的主要研究方向     

淹水胁迫对乡土风箱果和引种紫叶风箱果光合特性的影响

为探明淹水胁迫对乡土风箱果和引种紫叶风箱果叶片光合特性的影响,为风箱果属植物的推广种植提供技术支持,利用双套盆法研究了淹水胁迫对乡土风箱果和引种紫叶风箱果叶片光合气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响。结果表明:淹水15 d时2种风箱果叶片的净光合速率(Pn)均显著降低,并且伴随着气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的降低,即淹水胁迫导致的2种风箱果叶片光合能力降低均与气孔因素的限制有关;淹水胁迫下紫叶风箱果叶片的光合抑制主要为气孔因素,而乡土风箱果则为气孔和非气孔因素的共同限制;叶绿素荧光技术分析发现,淹水15 d时紫叶风箱果叶片PSⅡ反应中心活性没有受到明显的影响,主要与非光化学淬灭(NPQ)的增加降低了过剩光能(1-qP)/NPQ有关,而乡土风箱果在淹水胁迫下的PSⅡ反应中心光化学活性明显降低;淹水胁迫明显提高了紫叶风箱果叶片PSⅡ供体侧放氧复合体(OEC)的活性,而对其受体侧电子传递的影响较小;淹水胁迫显著抑制了风箱果叶片PSⅡ受体侧QA向QB的电子传递能力,但不能确定淹水胁迫对风箱果PSⅡ供体侧OEC活性的影响;淹水15 d时风箱果叶片标准化O-K曲线上L点的相对可变荧光VL明显高于紫叶风箱果,即淹水胁迫下风箱果叶片的类囊体膜降解程度明显大于紫叶风箱果;紫叶风箱果较风箱果具有较强的耐淹水能力,在城市低洼易积水地区应选择紫叶风箱果推广种植。     

低温锻炼后桑树幼苗光合作用和抗氧化酶对冷胁迫的响应

以桑树品种“秋雨”为试验材料,研究了桑树幼苗在低温锻炼、冷胁迫和常温恢复期间的光合作用和抗氧化酶活性的变化.结果表明: 12 ℃3 d低温锻炼明显提高了桑树幼苗的抗冷性.3 ℃3 d冷胁迫下,12 ℃3 d低温锻炼后的桑树幼苗叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和PSⅡ 最大光化学效率(F_v/F_m)明显高于对照(未经低温锻炼)处理的桑树幼苗,而且其在常温下的恢复也较对照桑树幼苗迅速.在12 ℃ 3 d低温锻炼和3 ℃ 3 d冷胁迫期间,桑树幼苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量明显增加,而经低温锻炼的桑树幼苗叶片丙二醛(MDA)含量明显低于未经低温锻炼的桑树幼苗,经低温锻炼的桑树幼苗叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性则明显高于未经低温锻炼的桑树幼苗.说明渗透调节物质含量增加和APX活性提高在低温锻炼诱导桑树幼苗的抗冷性上发挥着重要的作用.     

间作对桑树和谷子生长和光合日变化的影响

以桑树和谷子为研究材料,探讨了大田条件下,桑树-谷子间作对桑树和谷子的干物质生产、土地利用率和光合日变化的影响.结果表明:桑树-谷子间作条件下,间作桑树的株高、地茎、根长和枝条数分别比单作桑树增加了6.0％、13.7％、6.8％和14.8％,且间作桑树的产叶量比单作桑树增加了31.3％;间作谷子与单作比较,其株高和根长的变化不大.桑树-谷子间作增加了土地当量比,提高了土地利用率.单作、间作桑树和谷子叶片在12:00时均表现出明显的光合午休现象,且单作桑树的光合午休现象比间作桑树严重.桑树-谷子间作提高了中午时桑树叶片气孔导度和水分利用率,增加了桑树光合碳同化能力,抑制了桑树叶片实际光化学效率、电子传递速率和最大光化学效率的下降,从而减缓了桑树的“光合午休”现象.桑树-谷子间作能明显提高桑树叶片的光合生产能力.     

高羊茅草对盐碱地原油污染土壤微生物的影响

采用常规土壤理化分析和Biolog-Eco微孔板鉴定系统,研究了松嫩平原盐碱土地区高羊茅草的生长对原油污染土壤pH、总盐含量和微生物群落的影响.结果表明:石油污染导致表征土壤微生物代谢活性的平均颜色变化率(AWCD)、物种多样性指数和碳源利用数增加,微生物碳源利用模式发生改变.高羊茅草对石油污染土壤有较好的修复作用,降低了土壤pH和石油烃(TPH)含量,提高了土壤含水率.高羊茅草根际土壤的AWCD和碳源利用丰富度指数明显高于裸地土壤,为其根际微生物的生长发育提供了适宜的环境.