毛果杨CNGC家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

植物环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated channels,CNGC）家族具有多种生物学功能,尤其是在植物的生长发育及逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究通过生物信息学方法及qRT-PCR对PtrCNGC家族成员蛋白的基本理化性质与结构特征、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式作用元件,以及基因表达模式进行分析。结果表明：在毛果杨（Populus trichocarpa）全基因组中共鉴定出19个PtrCNGC基因,PtrCNGC家族成员可分为4个亚群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚群）,其中第Ⅳ亚群分为2个亚组（Ⅳa组和Ⅳb组）。PtrCNGC基因编码的蛋白均为碱性蛋白,此外,该家族仅有1个成员为疏水性蛋白,其余成员全部为亲水性蛋白。19个PtrCNGC不均匀地分布于毛果杨的11条染色体上,剩余8条染色体上没有成员分布。PtrCNGC家族包含7对同源基因且它们之间的K_a/K_s值均远小于1。PtrCNGC家族各亚群成员之间的基因结构、蛋白保守基序分布差异较小。启动子顺式作用元件预测分析发现,PtrCNGC基因序列启动子区域存在响应多种激素以及逆境胁迫相关的作用元件。qRT-PCR结果表明,PtrCNGC家族在不同组织中的表达具有特异性,在茎中的表达量较高,在根和叶中的表达量较低;在盐胁迫和干旱胁迫下,PtrCNGC家族同一分支上的多数成员表现出相似的表达模式。本研究结果为进一步研究毛果杨CNGC家族在非生物胁迫中的功能提供参考。     

中华蚊母树在干旱-水淹交叉胁迫下形态和活性氧代谢的适应机制

为阐明中华蚊母树(Distylium chinense)在消落带干旱-水淹交叉胁迫下的形态和活性氧(ROS)代谢适应机制,通过控制实验模拟了三峡水库消落带的水文节律,研究了干旱-水淹交叉胁迫及恢复过程施加不同外源物质对中华蚊母树形态学和ROS清除的变化。结果表明：(1)前期干旱胁迫增强了中华蚊母树对后期水淹胁迫的适应,主要表现在叶片脱落、大量不定根的形成及茎基部膨大等形态学的变化;(2)干旱或水淹单一胁迫下,中华蚊母树·OH、■等ROS水平明显高于对照,表现出氧化应激反应,其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化系统酶活性及脯氨酸(Pro)等抗氧化系统小分子含量也均显著高于对照,表现出一定的抗氧化防御作用机制,且在复合胁迫下,SOD、CAT、APX酶活性及Pro含量显著高于单一胁迫;(3)恢复阶段,相关性分析表明,中华蚊母树清除ROS(·OH、■的酶促(SOD、CAT、APX)及非酶促(Pro)系统具有一定的协同性。同时,恢复阶段施加脱落酸(ABA),内源Pro显著高于正常水平;施加Pro, SOD、CAT等抗氧化酶活性显著高于对照;施加可...     

细菌的毒素-抗毒素系统:定时炸弹还是免死金牌

毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)在细菌和古菌的染色体和可移动遗传元件中广泛分布,目前分为六大类型(I型-VI型)。研究发现TA能够促进多重耐药菌群的形成,同时参与细菌的程序性死亡、调控生物被膜形成、介导细菌环境适应过程等多个重要的生命过程。TA的研究主要集中在肠道细菌和病原菌中,其中II型TA研究最为深入和广泛。本文综述了近年来新型TA的鉴定、毒素新型作用靶点、抗毒素的调控功能以及TA间的相互作用等进展,并对未来的TA领域的潜在发展趋势和应用前景也进行了评述。     

气候变化对作物矿质元素利用率影响研究进展

作物矿质元素利用率对气候变化的响应是目前全球变化研究中既重要、又复杂,且认知最少的科学领域。这个科学问题的研究关系到解密或预测陆地植物及农作物矿质胁迫对全球气候变化响应的机理,为将来农业投入提供理论依据,是应对气候变化的当务之急。目前只有少数研究,通过模拟试验,探索性地开展了CO_2浓度或温度升高的环境条件下,矿质元素在土壤-植物系统迁移、分布和储存特征的研究。从相关的文献报道来看,CO_2浓度升高环境条件下,小麦和水稻作物籽粒中大量和痕量元素的富集水平一般呈下降趋势。但温度升高情况下,作物各器官对对矿质元素的吸收情况则更为复杂。正由于气候因素与植物矿质元素利用率之间关系的复杂性,在气候变化背景下,解密作物矿质胁迫对全球气候变化响应的科学问题,尚需改进试验方法、手段,从土壤性质、作物生态生理,以及农业生态系统中矿质元素在土壤-作物系统中迁移转化的过程,全面考察作物矿质元素利用率对气候变化的响应机理。     

Ecological limits to plant phenotypic plasticity

Phenotypic plasticity is considered the major means by which plants cope with environmental heterogeneity. Although ubiquitous in nature, actual phenotypic plasticity is far from being maximal. This has been explained by the existence of internal limits to its expression. However, phenotypic plasticity takes place within an ecological context and plants are generally exposed to multifactor environments and to simultaneous interactions with many species. These external, ecological factors may limit phenotypic plasticity or curtail its adaptive value, but seldom have they been considered because limits to plasticity have typically addressed factors internal to the plant. We show that plastic responses to abiotic factors are reduced under situations of conservative resource use in stressful and unpredictable habitats, and that extreme levels in a given abiotic factor can negatively influence plastic responses to another factor. We illustrate how herbivory may limit plant phenotypic plasticity because damaged plants can only rarely attain the optimal phenotype in the challenging environment. Finally, it is examined how phenotypic changes involved in trait-mediated interactions can entail costs for the plant in further interactions with other species in the community. Ecological limits to plasticity must be included in any realistic approach to understand the evolution of plasticity in complex environments and to predict plant responses to global change.     

高温干旱对不同品种辣椒生长及呼吸作用的影响

研究了高温干旱胁迫对不同品种辣椒生长及呼吸作用的影响。结果表明,高温胁迫对正椒13号的生长无影响,对鸡爪×吉林的生长稍有抑制;干旱及高温干旱严重地抑制了辣椒的生长。干旱导致叶片相对电导率的增加高于高温,而高温加剧了干旱伤害程度,并且对鸡爪×吉林的伤害更大。高温处理引起了辣椒总呼吸、细胞色素呼吸和交替呼吸的增加。干旱胁迫抑制了细胞色素呼吸,但诱导了交替呼吸的增强;高温干旱共同胁迫加剧了总呼吸和细胞色素呼吸的下降,交替呼吸只在胁迫第一天被促进,随后立即下降。高温、干旱和高温干旱胁迫下正椒13号表现出了较鸡爪×吉林更强的交替呼吸和总呼吸。说明高温、干旱和高温干旱胁迫下辣椒保持较高的总呼吸和交替呼吸与其抗高温和/或干旱能力相关。     

三峡库区水位调度对消落带生态修复中物种筛选实践的影响

三峡库区消落带形成后面临多个生态学问题, 对消落带进行生态修复的实践是解决这些问题的关键。筛选物种是生态修复的关键, 但多年的群落学观察结果与采用模拟淹水试验、短期定位观测等方法所获结果不一致。产生这种差异的主要原因是许多模拟淹水试验方案在淹水季节性、水淹周期和水淹深度等方面的设计与三峡库区实际调水节律不一致。对重庆忠县4年的水位变化记录进行整理分析发现, 实际调水节律与理论调水方案之间差异巨大; 海拔146、152、158、164、170和176 m处, 非生长季淹水时间分别为294、266、223、167、101和0天, 生长季淹水时间分别为68、20、11、1、0、0天。海拔164 m以下, 出现生长季频繁淹水胁迫。目前许多模拟淹水试验方案只考虑生长季短期浅淹胁迫, 而未考虑非生长季长期深淹胁迫。研究表明生长季淹水和非生长季淹水、深淹和浅淹胁迫对植物适应性的影响有明显差异。模拟淹水试验仅考虑一次淹水过程, 不足以反映种的长期适应性。并且, 模拟淹水试验仅考虑了种的水淹耐受性, 而未考虑现实生境中的种间关系和群落组配过程。因此, 模拟淹水试验对物种筛选实践的指导意义有限。在未来进行物种筛选时, 需重视: 1)非生长季淹水胁迫下物种适应机制; 2)植物出露后的恢复生长、扩展和拓殖能力; 3)消落带形成多年后, 植物群落调查、实地种植植物的长期观察。根据消落带不同区域受水淹胁迫的程度, 筛选反映植物生活史对策的关键功能性状, 并进行植物功能型组划分, 以研究消落带不同区域物种分布、种群和群落动态、景观格局规律, 这对于消落带生态修复实践具有重要的指导意义, 是今后三峡库区消落带生态系统研究的一个发展方向。     

黄河三角洲贝壳堤湿地优势灌木碳、氮、磷化学计量特征

为探讨黄河三角洲海岸带湿地不同水盐条件下植物叶片化学计量特征的季节动态及植物生长的限制性营养元素,以滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区内的柽柳、杠柳、酸枣3种优势灌木为研究对象,于2017-2018年的生长季（5-10月）每月定期采集叶片样品,测定叶片C、N、P含量。结果表明,生长季内3种灌木叶片C含量呈逐渐上升趋势;叶片N、P含量呈先下降后上升趋势,说明3种灌木采用防御性生活史策略适应盐生和干旱生境。3种灌木叶片C平均含量分别为（399.65±2.66）mg/g、（424.32±1.59）mg/g、（437.47±1.08）mg/g,低于全国（455.1 mg/g）及全球（461.6 mg/g）水平,呈现盐生生境下较低的植物碳储存能力。3种灌木叶片N和P平均含量分别为（30.14±0.26）mg/g和（1.81±0.03）mg/g、（23.18±0.38）mg/g和（2.06±0.04）mg/g、（27.36±0.49）mg/g和（2.01±0.03）mg/g,显著高于全国（N∶20.2 mg/g,P：1.46 mg/g）及全球（N∶19.3-20.1 mg/g,P：1.11-1.42 mg/g）水平。叶片C∶N∶P比呈先上升后下降的趋势,叶片P含量对C∶N∶P比变化具有主导作用。3种灌木叶片C∶N∶P质量比分别为246∶17∶1、224∶12∶1、237∶14∶1,说明柽柳的水盐胁迫适应能力高于杠柳和酸枣。从叶片N、P化学计量特征看,生长季内,柽柳生长一定程度上受土壤P限制,杠柳生长受到土壤N限制,酸枣生长则受土壤N、P共同限制,说明3种灌木的生物地球化学生态位发生了分化,避免了对同种资源的竞争,利于物种共生。