青海野生黑果枸杞再生体系的建立及遗传稳定性分析

以野生黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)的无菌苗叶片作为外植体,建立了两条再生体系:一条是经愈伤组织再分化的间接再生体系,一条是不经愈伤组织再分化的直接再生体系。并采用流式细胞术(FCM)及ISSR分子标记技术对两种途径再生苗进行了遗传稳定性分析。结果表明:(1)最佳愈伤组织诱导培养基为MS+1.5 mg·L-12,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),诱导率达100%;最佳分化培养基为MS+1.5 mg·L-16-苄氨基腺嘌呤(6-BA)+0.1 mg·L-1吲哚-3-丁酸(IBA),1 g愈伤组织上的平均不定芽数为39.4个。(2)叶片直接诱导不定芽的最佳培养基为MS+0.5 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1α-萘乙酸(NAA),不定芽诱导率为92.9%,每个外植体上平均不定芽数为18.1个。(3)两条途径再生的不定芽在不含植物生长调节剂的MS培养基上,2周内均可正常生根。(4)FCM结果显示亲本苗及2种再生苗均为二倍体。(5)ISSR分析表明,间接再生苗的平均遗传相似性系数为0.84,直接再生苗的平均遗传相似性系数为0.91,直接再生体系是一种更加快速高效的繁殖方法。     

藻类中添加剂的应用研究进展

藻类富含多种营养元素和活性物质,具有重要的经济价值和广阔的应用前景。现阶段藻类培养多采用露天跑道池,成本低,但易受环境影响。不适宜的环境条件(温度、酸性、重金属、紫外、盐度和光强胁迫等)会造成藻类生产成本上升、产品产量及品质下降等后果,严重制约藻类养殖业及相关产业的发展。添加剂不仅能有效促进藻类生长,还能缓解环境胁迫对其带来的逆境伤害。将近年来添加剂在藻类生长及抗逆方面的应用进行系统汇总,并对已阐明的几种添加剂的作用机理进行分析整理。添加剂在藻类中的应用研究大多停留在生长及生理指标的测定,如藻细胞密度、光系统活性、渗透调节物质含量、脂质含量、过氧化氢酶和硝酸还原酶活力等,仅有少部分研究是利用分子技术测定防御基因的表达情况,尝试进一步探究藻类抗逆性分子机制。旨在为研究者进一步明确常用添加剂在藻类中的信号传导机制及改善非生物胁迫造成的产品产量及品质的问题提供理论依据,具有重要现实意义。     

14种中国典型极小种群野生植物繁育特性和人工繁殖研究进展

繁殖是植物种群更新与维持的重要环节。包括极小种群野生植物在内的受威胁物种, 其濒危原因是在长期演化过程中自身繁育力的衰退、生活力的下降等内在因素和人类的过度采挖和生境的破坏等外在因素共同作用的结果。对极小种群野生植物进行高效的人工繁殖, 能扩大种群数量并应用于迁地保护、自然回归和满足商品市场的需求, 有利于其种质资源的保护和可持续利用。为了保持物种的遗传多样性, 采用种子繁殖育苗是有效的方法, 扦插、嫁接和组织培养技术等无性繁殖方法则可用于对难以用种子繁殖的种类进行快速繁殖。本文对14种中国典型极小种群野生植物的繁殖特性和已有的人工繁殖方法进行了综述, 并简要介绍在其种苗繁殖研究方面取得的进展。其中利用播种繁殖成功的物种有12种, 共繁殖230,000株种苗; 利用扦插繁殖成功的物种有5种, 共繁殖33,100株种苗; 华盖木(Manglietiastrum sinicum)、河北梨(Pyrus hopeiensis)和黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)采用嫁接繁殖出了2,415株种苗; 9个物种的组织培养技术获得成功, 共繁殖了24,850株种苗。这些种苗有些已应用于迁地保护和自然回归。上述研究结果为这14种极小种群野生植物的保护和利用提供了理论和技术基础, 也能为其他极小种群野生植物的保护和利用提供参考。     

有机类肥料对土壤养分含量的影响

绿色、可持续是我国发展现代农业的必然要求,肥料投入是关键之一。基于有机肥培肥土壤、生态友好的优势,发展和推广有机肥已经成为我国农业生产的一项基本国策。我国有机肥来源广泛、种类繁多,农业生产条件千差万别。本文分析了我国有机肥产品种类及标准现状、理化性质差异、碳氮矿化特性差异及影响因素,评述了施用有机肥对提高耕地基础地力的作用。因来源、制作工艺不同,不同有机肥的有机碳组分含量、全氮和活性氮含量、碳氮比等基本性质差异明显,这四者是影响有机肥碳氮矿化率、碳氮矿化量、碱解氮释放量等碳氮供应特性的主要内在因素;加之土壤环境等外界因素的影响,不同有机肥表现出不同的养分供应特性。总体上,有机肥一方面对提高土壤有机质含量,尤其是活性有机质含量和碳库管理指数效果明显,另一方面可增加土壤氮磷钾养分容量,减少作物生长消耗带来的土壤养分亏损,促进土壤质量良性发展。今后,应加强有机肥在耕地培肥中的应用,并加强有机肥肥效理论的基础研究和安全高效有机肥新产品的开发,促进有机肥资源的高效循环利用,使其成为重要的农业资源。     

荒漠草原两种类型土壤的水分动态对比

基于2017—2018年的定位监测数据,分析了宁夏东部的盐池荒漠草原2种不同类型土壤(灰钙土和风沙土)的水分时空动态特征。结果表明: 2017和2018年生长季(5—10月),研究区降雨量分别为208.2和274.8 mm,降雨在各月份的分配差异较大。2018年除5月存在极端降雨事件(129.6 mm)外,其余各月降雨量均低于2017年。土壤水分变化的季节动态规律大致可以分为两个阶段:土壤水分补偿期(5月初至6月初)和土壤水分波动期(6月中旬至9月底)。0～20 cm土层土壤含水量在降雨后呈骤增骤减的脉冲式特点,深层土壤含水量较稳定。灰钙土土壤含水量随土层加深表现为“升-降-升”的变化,风沙土土壤含水量在0～60 cm土层出现井喷式增加,而后增加缓慢,但随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增大。2017年,灰钙土全剖面(0～100 cm)土壤水分表现为积累型,风沙土表现为消耗型;2018年,两种类型的土壤水分在全剖面均表现为消耗型。两种土壤类型土壤水分的时间稳定性随土壤深度的增加而增强,灰钙土和风沙土全剖面的平均土壤含水量代表性土层分别为80～100和40～60 cm。2种类型土壤的土壤水分时空分布不同,风沙土受降水的影响高于灰钙土。降水会降低土壤水分的变异性,改变土壤水分的时间稳定性。     

基于功能性状的水杉原生母树种群生境适应策略

植物的功能性状变异和表型可塑性是其应对异质生境的主要机制, 对植物的生长和分布有重要贡献。本文以湖北星斗山国家级自然保护区的水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生母树为研究对象, 分析了母树种群功能性状对树木形态、地形因子及人为干扰的响应机制。结果表明: 水杉原生母树叶面积、叶干重和比叶面积的变异幅度大, 可塑性较强, 而枝和叶的干物质含量稳定性最高。人为干扰和4个地形因子均对每个功能性状变异方差有5%-20%的解释度, 冠幅对枝、叶干物质含量的变异方差有高达38%和76%的解释度。5个功能性状主要受海拔、坡位和人为干扰影响, 其中, 比叶面积对环境因子和干扰的响应规律不明显, 叶面积和叶干重在强烈人为干扰的环境中普遍增大, 枝和叶的干物质含量对坡向的变化最敏感。总之, 水杉原生母树种群通过功能性状变异对环境能产生一定的可塑性响应, 但人为干扰对母树生长影响较大, 建议人工辅助更新, 并适度减少农业和建筑对现存母树的影响。     

Differences in the chitinolytic activity of mammalian chitinases on soluble and insoluble substrates

Chitin is an abundant polysaccharide used by many organisms for structural rigidity and water repulsion. As such, the insoluble crystalline structure of chitin poses significant challenges for enzymatic degradation. Acidic mammalian chitinase, a processive glycosyl hydrolase, is the primary enzyme involved in the degradation of environmental chitin in mammalian lungs. Mutations to acidic mammalian chitinase have been associated with asthma, and genetic deletion in mice increases morbidity and mortality with age. We initially set out to reverse this phenotype by engineering hyperactive acidic mammalian chitinase variants. Using a screening approach with commercial fluorogenic substrates, we identified mutations with consistent increases in activity. To determine whether the activity increases observed were consistent with more biologically relevant chitin substrates, we developed new assays to quantify chitinase activity with insoluble chitin, and identified a one‐pot fluorogenic assay that is sufficiently sensitive to quantify changes to activity due to the addition or removal of a carbohydrate‐binding domain. We show that the activity increases from our directed evolution screen were lost when insoluble substrates were used. In contrast, naturally occurring gain‐of‐function mutations gave similar results with oligomeric and insoluble substrates. We also show that activity differences between acidic mammalian chitinase and chitotriosidase are reduced with insoluble substrate, suggesting that previously reported activity differences with oligomeric substrates may have been driven by differential substrate specificity. These results highlight the need for assays against physiological substrates when engineering metabolic enzymes, and provide a new one‐pot assay that may prove to be broadly applicable to engineering glycosyl hydrolases.     

传统傣药竹叶兰的花粉团发育及分类学意义

该研究利用石蜡切片技术观察并描述了兰科单型属竹叶兰属的花粉团发育过程,包括花形态解剖特征、8个花粉团的形成机制、花药壁发育模式、小孢子发生及雄配子体发育等特征,为该属复杂的系统亲缘关系提供胚胎学证据。结果表明:(1)成熟花药有两个药室,每个药室有4个一簇金色的花粉团,被白色花药帽;早期花药原基分化出的一对并列侧生药室,每个药室中央的小孢子囊在极面观方向分化出两条十字交叉的纵向不育隔膜组织,将其沿花药室纵轴方向深切为4个不等大的棒状次生孢子囊,最后发育为4个花粉团。(2)花药成熟时,靠花药开裂处的隔膜组织比近药隔膜组织的降解速度快且彻底,因此每个药室内的4个花粉团在花药开裂处粘合成一簇。(3)发育完好的花药壁共有6～7层,由外到内为表皮、3～4层药室内壁、中层和双核绒毡层,符合多层型花药壁的发育模式;花药成熟时,表皮退化,纤维性加厚发生在3～4层药室内壁,中层和绒毡层彻底降解。(4)小孢子母细胞通过同时型胞质分裂产生了正四面体型、左右对称、十字交叉型排列的小孢子四分体;小孢子四分体继续保持在同一胼胝质内完成了雄配子体发育,形成了2-细胞型的四合花粉;四合花粉两两或松散或紧密排列,构成了粉质花粉团。在前人的研究基础上,本文证实、补充并分析了竹叶兰属的花粉团发育特征,为该属的亲缘关系提供了胚胎学证据。     

蛋白质-RNA序列结构界面偏好性及用于对接打分统计势的构建

本文对来自PDB (Protein Data Bank)数据库的蛋白质-RNA复合物结构构建了非冗余非核糖体数据库(694个结构),并对此数据库统计了蛋白质和RNA序列及二级结构的界面偏好性.结果发现,蛋白质β折叠、3_(10)-helix和RNA未配对核苷酸,尤其是未配对中空间排列不规整的核苷酸,具有显著的界面偏好性.据此,对二级结构进行归类,建立了考虑序列和二级结构信息的60×12氨基酸-核苷酸成对偏好势,并将其作为打分函数用于蛋白质-RNA对接中近天然结构的筛选.结果表明,该60×12统计势的打分成功率为65.77%,优于考虑蛋白质或RNA二级结构信息的统计势,及我们小组之前在251个结构上构建的60×8~*统计势.该工作有助于加深对蛋白质-RNA特异性识别的理解,可推动复合物结构预测的进展.     

Syntaxin-1通过激活突触递质传递加速早期突触的形成

Syntaxin-1是一种多结构域蛋白,通过与synaptobrevin-2和SNAP-25形成SNARE复合体调节囊泡融合.然而,syntaxin-1在突触形成过程中是否发挥作用,目前尚不清楚.本研究显示syntaxin-1的表达水平与突触形成过程高度相关.Syntaxin-1的R151A和I155A突变影响其在突触形成中的促进作用,而Habc结构域或跨膜结构域在突触形成中无显著作用.结果表明,syntaxin-1通过激活突触囊泡释放来加速突触的形成.