油菜FBA基因克隆、表达分析及其与抗旱性的关系

为了解果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)在油菜抗旱中的作用,揭示油菜干旱胁迫下FBA基因表达量、光合指标、产量等之间的关系,为油菜等作物抗旱性鉴定和抗旱性改良提供依据。以抗旱性强的甘蓝型油菜94005为材料,在初花期进行干旱胁迫处理,以正常浇水作为对照;测定叶片光合参数和FBA酶活性,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析FBA基因的表达量;采用RACE方法对FBA基因进行全长克隆,并对测序结果进行生物信息学分析;复水后生长至成熟期测定产量,分析产量、光合指标、FBA基因表达量等之间的关系。结果表明,随着干旱的加剧,油菜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、产量均下降,FBA活性和FBA基因的表达量上升。在轻度、中度和重度干旱胁迫下,油菜叶片胞间CO_2浓度(Ci)显著下降,水分利用率(WUE)上升;极度胁迫下,Ci上升,WUE下降;油菜产量、净光合速率与FBA活性和FBA表达量呈显著负相关。FBA基因全长序列1440bp,ORF(开放阅读框)位于60—1172区域,编码370个氨基酸;蛋白分子量为38.51 KDa,等电点6.92;同源性对比显示,甘蓝型油菜FBA基因与拟南芥FBA基因的一致性在87%以上。二级结构预测结果表明FBA蛋白由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链以及β-转角组成,4种二级结构元件所占比例分别为43.85%、31.28%、17.60%、7.26%。因此,干旱胁迫下油菜的净光合速率下降、产量降低,随着胁迫的加剧,降低幅度增大。FBA基因与干旱胁迫密切相关,干旱胁迫下,FBA基因主要通过抑制光合、降低蒸腾、促进糖酵解和有氧呼吸等途径来提高植物对干旱胁迫的适应性。     

以结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶为靶点的抗结核药物筛选及其与D-环丝氨酸的共结晶

【目的】阐释结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶原有抑制剂D-环丝氨酸的作用机制,建立丙氨酸消旋酶抑制剂的高通量筛选模型,并用此模型筛选到新的抑制剂分子。【方法】将结核分枝杆菌中丙氨酸消旋酶基因克隆到pET-28a表达载体中,在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中得到可溶性的大量表达。表达后的蛋白质通过镍离子亲和层析和阴离子交换层析得到纯化,一方面将纯化后的蛋白和D-环丝氨酸共结晶以解析其抑制剂作用的分子机制。另一方面建立并优化丙氨酸消旋酶抑制剂的高通量筛选体系,用D-环丝氨酸验证体系的可行性并用该体系筛选本实验室药物库中的384种小分子片段、792种化合物及2 200种中药样品。【结果】得到的共晶晶体衍射能力2.50?,晶体空间群为P41212,晶胞参数a=b=163.92?,c=57.44?。结构分析表明,D-环丝氨酸进入活性位点之后与磷酸吡哆醛相互作用形成磷酸吡哆胺,使得磷酸吡哆醛的C4?原子与K42之间的相互作用被破坏,从而改变了结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶的活性中心氢键网络。同时经D-环丝氨酸验证建立的抑制剂筛选体系可行,获得阳性化合物分子2个。【结论】依据我们所建立的高通量筛选体系可以有效地为结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶筛选到可信的抑制剂分子。     

玛曲县植被覆被变化及其对环境要素的响应

植被覆被变化是气象要素和人类活动综合作用的结果,能够反映区域内生态系统的演替趋势。玛曲高寒生态区作为黄河上游重要的水源涵养和补给区,具有维持区域生物多样性和生态安全,保障经济社会健康发展的重要作用,因此厘清该区域植被变化与气候及人类活动等环境要素的相互关系有助于为玛曲县生态治理与恢复提供科学参考。鉴于此,以2000-2015年MODIS/NDVI数据为基础,结合同期气象与人类活动数据,应用趋势分析法、相关分析以及通径分析等方法,分析了玛曲县植被NDVI的时空变化规律,并详细探讨了气象要素和人类活动对植被覆被变化的影响。结果表明：（1）2000-2015年玛曲县NDVI呈波动上升趋势,上升速率为0.01015/10a;各土地利用/覆被类型中,增加幅度由大到小依次为高山稀疏植被、湿地、沙化草甸、山地疏林地、高寒草甸、亚高山硬叶灌丛、亚高山阔叶灌丛和高寒草原;增加面积占相应地类总面积比例由大到小分别是高山稀疏植被（75.57%）、山地疏林地（71.45%）、沙化草甸（71.18%）、湿地（70.66%）、高寒草甸（68.15%）、亚高山硬叶灌丛（66.96%）、亚高山阔叶灌丛（66.24%）和高寒草原（66.05%）;（2）气象要素中,气温与NDVI间具有显著正相关（P < 0.05）,是影响植被覆被的决定性因子,利于植被的生长与发育;降水与NDVI间相关不显著（P > 0.05）,对植被覆被的影响较小;（3）人类活动要素中,与放牧强度密切相关的大牲畜存栏数和羊存栏数是植被生长的主控因子,其中大牲畜存栏数呈显著的抑制作用（P < 0.05）,羊存栏数具有较强的促进作用（P < 0.05）;（4）通径分析发现,气温、大牲畜存栏数和羊存栏数的决定系数依次为0.3005,-0.0563和0.0128,说明气温对NDVI的综合作用强度最高、大牲畜存栏数次之,羊存栏数最低;此外,剩余通径系数为0.53。该数值较大,表明仍有部分对NDVI增加存在影响的环境要素未考虑到,需在今后的研究中给予关注。     

基于同步辐射显微CT研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响

在我国东北地区,土壤不同程度的受到季节性冻融的影响。冻融作用会改变土壤微观结构,团聚体作为土壤结构的基本单元,其结构特征的改变反映了冻融作用对土壤微观结构的影响。同步辐射显微CT可以无损获取高分辨率、强对比度的内部结构图像,是研究土壤团聚体三维微结构的有效手段。采集了室内冻融循环试验下不同冻融循环次数的土壤团聚体样品,应用同步辐射显微CT扫描获取了3.25μm分辨率的团聚体内部结构图像,然后应用CT图像处理方法和Image J软件观察并定量分析了团聚体微结构特征。结果表明:随着冻融循环次数的增加,土壤孔隙度不断增大,瘦长型孔隙度占比与100μm的非毛管孔隙度不断增大;当冻融循环次数达到7次以上,团聚体孔隙连通度随冻融循环次数的增加而变大。冻融循环对黑土团聚体孔隙度、孔隙形状、孔隙分级、连通性等结构特征影响显著。该研究为春季解冻期土壤侵蚀机理的研究及水土流失的防治提供理论依据。     

粤、闽、贵烟草青枯病菌分离株及其致病力

【目的】从粤、闽、贵3地烟草青枯病株中分离青枯病菌,测定其致病力并探讨判断致病力的方法。【方法】采用氯化三苯基四氮唑(简称TTC)培养基和蛋白质电泳相结合对青枯病菌致病力进行测定,并分析菌株生化型。【结果】已分离出烟草青枯病菌59株,依据致病力进行划分,无致病力菌株5株,有致病力菌株54株。不同致病力菌株蛋白电泳特定条带存在差异。粤、闽、贵3地烟草青枯病菌有致病力菌株均占主导地位,广东有致病力菌株比例略大,福建次之,贵州最小。按生化型划分,59株青枯病菌中1株属于生化型Ⅳ外,其他58株属于生化型Ⅲ或其亚型生化型Ⅲ-1。【结论】烟草青枯病菌致病力存在差异,SDS-PAGE蛋白指纹中的特定条带可作为判定青枯病菌有无致病力的依据。     

微生物介导的金纳米颗粒合成

金纳米颗粒凭借其独特的光学和电化学特性,广泛应用于信息存储、化学传感、医学成像、药物传输以及生物标记等领域。近年来,生物法合成金纳米颗粒因其环境友好、绿色低毒等特点引起研究者的广泛关注。研究表明,多种微生物包括细菌、放线菌、真菌和病毒等均具有合成金纳米颗粒的能力。本文综述了微生物介导合成金纳米颗粒的特性、机制及应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

滇西北退化高寒草甸植物群落结构对刈割的响应

为探究滇西北不同退化级别高寒草甸植物群落结构对外界干扰的响应敏感性,以香格里拉市的典型高寒草甸为研究对象,于2018-2020年在三个退化梯度上（严重退化,S1;中度退化,S2;轻度退化,S3）开展控制刈割实验,进而分析草甸植物物种丰富度、群落组成相似性、群落复杂度和关键种的变化规律。结果表明：（1）刈割后,S1的物种丰富度显著增加（P<0.05）,S2和S3的物种丰富度未发生显著变化（P>0.05）;（2）相较于S2和S3,S1梯度的植物群落组成变化最大;（3） S1、S2和S3的植物群落复杂度在刈割后均呈先下降后增加的趋势,但S1的植物群落复杂度变化幅度高于S2和S3;（4）刈割导致各退化草甸植物群落的关键种发生了变化,2018、2019和2020年S1梯度的关键种在豆科（Leguminsae）和蔷薇科（Rosaceae）之间变化,S2梯度的关键种在禾本科（Gramineae）和菊科（Compositae）之间变化,S3梯度的关键种在蔷薇科（Rosaceae）、菊科（Compositae）和禾本科（Gramineae）之间转变。研究表明,滇西北高寒草甸植物物种丰富度、群落组成和群落复杂度对外界干扰响应的敏感性可能随退化加剧而上升,但群落关键种的响应过程较复杂。     

环京津城市群生态系统服务的时空演变与驱动因素

城市群已成为全球经济竞争的新空间单元,在促进城镇化建设,实现资源优质配置和发挥辐射带动作用等方面发挥着重要的功能。但剧烈的社会经济活动必然会对城市群生态系统服务造成破坏,因此开展城市群生态系统服务的时空演变研究,进而探索不同驱动因子对其的作用机制具有重要意义。目前,在已有的研究中缺少对城市群尺度和长时间跨度下的生态系统服务水平演变与驱动因素探究。为此,选取京津及环京津地区为研究区域,通过总结区域生态问题,构建起研究区域生态系统服务评价体系,并对2000-2018年生态系统服务进行计算,分析时空演变特征。然后,通过最小二乘法模型（Ordinary Least Squares,OLS）筛选出潜在的驱动因子,并导入地理加权回归模型（Geographically Weighted Regression,GWR）进行地理加权回归计算。最后,通过对结果分析,探讨自然和社会因子对生态系统服务的作用机制。研究结果表明：1）2000-2018年,研究区域生态系统服务呈现出先上升后下降,在2015年达到最高值的发展特征。2）在空间上,研究区域生态系统服务内总体上呈现燕山山脉及太行山山脉北部区域为生态系统服务的高值区域,坝上区域为低值区的空间分异特征。同时,生态系统服务演变在空间上呈现以燕山和太行山为界,燕山和太行山区域呈现先减弱后提升的趋势,西北区域整体呈现减弱趋势,东南区域从2015年起逐渐降低的空间演化特征。3）在驱动因素方面,自然环境和社会经济因素对生态系统服务的驱动作用从强到弱排列依次是：降雨量 > 土壤含沙 > 人口密度 > 温度 > 基础设施密度。4）其中,人口密度、土壤含沙量、基础设施呈较为明显的负相关驱动特征,降雨量呈较为明显的正相关驱动特征,温度则呈南部负相关,北部正相关,由东南向西北影响增强的趋势。本研究通过评估环京津城市群生态系统服务,分析区域生态系统服务的分析演变特征,并探索区域自然、社会因子对生态系统服务的驱动作用,为环京津城市群未来的生态环境保护和规划策略制定提供了科学指导和决策依据。     

植物苯丙烷代谢途径

众所周知,固着生长的植物经常受到环境中各种生物和非生物胁迫的威胁。所以在漫长的进化过程中,植物必须将多样的环境信号整合到其发育过程中,以实现适应性形态的发生和代谢途径的精确调控,最终使植物完成整个生长周期。研究显示,苯丙烷代谢作为植物重要的次级代谢途径之一,其代谢产物,例如木质素、孢粉素、花青素和有机酸等,在调控植物适应性生长的过程中发挥着重要功能。特别是在药用植物中,苯丙烷代谢还与众多药用活性成分的合成息息相关,几乎所有包含苯丙烷骨架的天然药效成分均由苯丙烷代谢途径直接或间接合成,例如黄酮类、萜类和酚类等。此外,经苯丙烷代谢途径产生的一些次级代谢产物还能由植物根系外泌到周际土壤中,通过改变根系微生物的菌群生态,而影响植物生长和抵抗生物或非生物胁迫的能力。同时,苯丙烷代谢介导的这种植物-微生物互作也与药用植物的道地品质密不可分。本文综述了近年来植物苯丙烷代谢途径的最新研究进展,重点对该代谢途径中代谢产物的生理功能及表达调控机制进行了介绍,以期更深入地理解药用植物苯丙烷代谢与药材性状之间的潜在关系,旨在指导优良中草药的遗传育种,以进一步促进我国中医药事业的蓬勃发展。