转录因子在植物干旱应激中的功能研究进展

转录因子是一种多功能蛋白,在感知应激信号、应答相应应激基因表达及传导应激信号中起着关键作用。干旱是影响植物生长发育的主要非生物胁迫之一。为了适应干旱环境,植物发展了复杂的分子机制,其中转录因子可同时控制多种途径调控干旱应激,是操纵调控和应激响应途径的有力工具。近年来,越来越多的植物转录因子的功能被阐明,了解转录因子在干旱应激的功能,对植物的工程抗旱有重要的实践意义。综述转录因子在植物干旱应激中的功能研究进展,以期为今后转录因子的研究和利用提供理论依据,培育具有较强抗旱能力的植物。     

海鲍分离微生物Acinetobacter sp.酯酶基因的表达和酶学性质

【目的】克隆源于海鲍内脏中一株不动杆菌Acinetobacter sp.的酯酶基因estA,并对其进行重组表达和性质研究。【方法】利用分子生物学技术克隆出酯酶基因estA并构建pPICZα-C-estA重组表达载体,并通过电转化方法将重组质粒转入毕赤酵母X33中;通过甲醇诱导培养重组菌获得重组酯酶,并对重组酯酶进行生化表征。【结果】克隆得到的estA基因序列全长912 bp,编码304个氨基酸;重组X33发酵上清液中酯酶酶活力达到1 200 U/L,重组酯酶的分子量约为33.7 kD;酶学性质研究表明重组酯酶催化底物对硝基苯乙酸乙酯水解反应的最适pH和温度为8.0和40?C,在pH 8.0-10.0温度及小于60?C时具有较好的稳定性。【结论】成功克隆了海洋来源的不动杆菌酯酶基因并在Pichia pastoris中实现了高效表达。     

大豆过氧化物酶在毕赤酵母中功能表达

【目的】大豆过氧化物酶(SBP)作用底物广泛、比活高、热稳定性好,使其在免疫检测、工业污染废水处理领域有着广泛的应用潜力。现有的生产方法主要是从大豆壳中提取,这种方法产量低,成本高,远不能满足于工业应用要求,本研究希望实现在毕赤酵母中高效表达有功能活性的大豆过氧化物酶。【方法】将大豆过氧化物酶基因以及C末端截短20个氨基酸的基因克隆pPIC-9K载体中,并在毕赤酵母X-33中诱导表达。同时还将糖基化位点的天冬酰胺突变成为谷氨酰胺,研究糖基化位点对表达的影响。【结果】全长SBP在毕赤酵母中表达是无活性的,只有截短的SBP△20在试管发酵的表达活力达23.5 U/mL,经过糖基化位点的突变表明130、144、185、197对酶活非常重要,不能突变;211和216位点去糖基化突变对酶活有所提高。【结论】经过发酵条件的优化,在5 L的发酵罐中发酵液上清最高酶活力达510 U/mL,是目前报道的最高水平。     

海岛植物不同演替阶段植物功能性状与环境因子的变化规律

植物功能性状与环境之间的关系是功能性状研究的重点,环境因子驱使植物功能性状发生变化,进而推动群落发生演替。以平潭岛4个不同演替阶段的森林植被(灌草丛、针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林)为研究对象,结合不同群落演替阶段的物种特征和群落结构,分析海岛不同演替阶段茎、叶功能性状的变化规律,以及功能性状与环境因子的关系。结果表明:(1)随着演替的进行,土壤养分和水分逐渐增加,土壤pH逐渐下降。比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)、叶片磷含量(LPC)、茎氮含量(SNC)、茎磷含量(SPC)下降后上升,叶厚度(LT)、叶片碳含量(LCC)、茎碳含量(SCC)与之相反,叶干物质含量(LDMC)、茎组织密度(STD)逐渐上升。(2)冗余分析表明,演替早期植物主要分布在土壤pH、容重高的贫瘠环境,拥有较高SLA、SNC、SPC、LPC的性状组合;演替后期植物主要分布在土壤养分和水分高的肥沃环境,拥有较高的STD、LDMC、LCC、LNC的性状组合。其中,土壤有机质和全氮含量是影响海岛植物演替过程中功能性状变化的关键环境因子。研究海岛植物功能性状与环境之间的关系随演替的变化规律,探讨各演替阶段功能性状和环境特征,以及功能性状如何响应环境变化。旨在为今后选择合适的树种进行海岛植被修复和重建提供依据。     

中国西北地区植被NPP多时间尺度变化及其对气候变化的响应

净初级生产力(NPP)是评估植被生长的重要参数,也是评价区域生态环境质量的重要指标。以"一带一路"枢纽地区西北六省为研究区,基于多年连续的GIMMS NDVI资料和气象数据,利用CASA模型,估算了西北六省34年NPP值,利用MK和EEMD方法,揭示了NPP变化的非线性特征,并探究不同时间尺度植被NPP变化对气候变化的响应。研究结果发现:(1)1982—2015年生长季植被NPP总体呈增加趋势,线性增长率为0.718 gCm~(-2) a~(-1);大多数研究区植被NPP短时间内将保持现有变化趋势,尤其是青藏高原、塔里木盆地边缘和内蒙古南部一带。(2)1982—2015年植被NPP以3年周期变化和长期增加趋势为主。其中陕西的南部,甘肃、新疆、宁夏和青海的北部以及内蒙古中部和北部以3年周期变化为主导,而陕西的北部,甘肃、新疆、宁夏的南部以及内蒙古东部以长期变化为主。不同植被类型NPP变化差异明显:针叶林、阔叶林以及混交林以3年周期波动为主,而灌木、草地和农田以3年周期波动和长期增长趋势为主。(3)NPP与气温和降水之间的相关性随着时间尺度的增大逐渐显著。在3年时间尺度上,大多数研究区NPP与气温和降水的相关性很小(P0.05)。6年时间尺度上,NPP与降水量呈正相关的区域向南略有扩散,其中青海南部高寒草甸NPP与降水的相关性由负相关转为正相关。在长期趋势上,NPP与气温和降水量具有非常显著的相关关系,且呈正相关的区域大于负相关的区域。本研究发现多时间尺度能够更好的分析NPP时空特征以及不同时间尺度NPP对气候变化的响应,有助于揭示全球气候变化背景下植被NPP对气候变化的非线性响应机制,评价气候变化的生态坏境风险,为西北六省区域可持续发展和生态环境保护提供理论依据。     

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

模拟增温对杉木幼树生长和光合特性的影响

为阐明杉木生长特征及光合能力对未来全球变暖的响应方式,通过在福建省三明市森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点内开展的土壤增温(电缆加热,+4℃)实验,研究了增温条件下杉木幼树生长(树高、地径)特征及光合作用参数的变化,并对土壤有效氮(N)、叶片N含量、叶绿素含量(Chl)及非结构性碳水化合物(NSC)指标进行了测定。结果表明:1)在增温条件下,杉木幼树净光合速率(P_n)和水分利用效率(WUE)显著增加,分别增加了71.4%、51.3%,增温后杉木叶片能维持较高的气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和胞间二氧化碳浓度(C_i)。2)增温促进土壤有机氮矿化作用,使土壤中可供植物吸收利用的有效N含量显著增加,从而引起杉木叶片N含量显著提高。而N作为叶绿素的重要组成物质,增温后,叶片N含量显著提高,最终导致杉木幼树叶片Chl a、Chl b及Chl总量显著增加,增加比例分别为76.3%、55.8%、68.7%,Chl a/b值亦呈增加趋势。3)增温对杉木幼树生长及叶片NSC含量并无显著影响。综上所述,增温通过改变杉木叶片气孔导度敏感性以及促进杉木叶片Chl含量合成,增加叶片对CO_2的吸收以及光能捕获能力,进而提高光合效率。同时,增温引起的根系高温可能大幅度提高杉木呼吸强度,加剧对杉木叶片碳水化合物的消耗过程,使其NSC含量无显著变化,从而导致杉木幼树生长无显著差异。     

响应面模型分析高温蛋白酶菌株增殖和产酶关系

【目的】【方法】采用Box-Behnken法设计三因素三水平响应面实验,对比分析了高温蛋白酶高产菌株枯草芽孢杆菌BY25发酵过程中细菌生长与产酶之间的关系。【结果】实验表明,细菌生长与产酶的关系在各因素交互影响下变化显著。在中低水平的有机氮源添加条件下,细菌的大量繁殖显著抑制了蛋白酶产量,而在高水平的有机氮源添加条件下,细菌量的增长对产酶的作用由抑制转为促进。【结论】该结果表明,产酶诱导物有机氮源豆制品废渣的添加很可能显著提高了枯草芽孢杆菌群体中产酶菌的比率,而在没有合适诱导物的情况下通过增加细菌量并不能有效提高蛋白酶产量。     

氮磷添加与不同栽植密度交互对樟树幼苗土壤化学性质的短期影响

研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗土壤化学性质的影响,以期为全球化背景下樟树人工林生态系统的土壤养分管理提供依据。以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,其中N、P和N+P施肥量分别为40 g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)、20 g m-2a-1(NaH_2PO_4·2H_2O)和40g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)+20 g m~(-2)a~(-1)(NaH_2PO_4·2H_2O)。种植密度设置4个水平:10、20、40和80株/m~2,试验时间为2017年6月至9月。研究结果表明,在各密度幼苗土壤中,N和N+P处理引起pH值的显著下降,N、P和N+P处理的土壤有机质和碱解N含量的变化规律不明显,P处理的幼苗土壤全P含量上升,P和N+P处理的土壤有效P含量增加,N+P处理的土壤全K含量以及N、P和N+P处理的土壤速效K含量均下降。在10、20和40株/m~2幼苗的土壤中,P处理的土壤全N含量高于N和N+P处理的,而80株/m~2幼苗的土壤全N含量低于其他密度幼苗。随着种植密度的增加,各施肥处理的土壤pH、全P、有效P、全K和速效K含量均呈现上升趋势,而施N和施P处理的土壤有机质呈现下降趋势,各施肥处理的土壤碱解N含量变化规律不明显。施肥和密度处理对樟树幼苗土壤有机质、碱解氮和速效钾含量有显著的交互作用。     

广竹的生物学特性及栽培技术研究

对广竹的生物学特性及栽培技术研究结果表明:广竹的出笋历期较短且非常集中,出笋高峰期集中在4月上旬,出笋数量占全期出笋总数的62.7%;幼竹高生长及枝条生长曲线均呈"S"形,遵循慢—快—慢的节律;此竹种属于混生竹,可移竹繁殖和埋鞭繁殖,前一方法的繁殖效果较好,成活率可达60%,而埋鞭繁殖效果相对较差,成活率只有38%,最佳繁殖时间宜在12月下旬至次年2月进行;根据其各生长阶段的生长规律、无性繁殖栽培技术以及生产实践,提出了主要栽培技术措施。