氧化石墨烯(GO)作为一种新型纳米材料已经应用于不同领域,但作为叶面肥在农业领域的应用较少.本研究通过盆栽试验,分析了始花期叶面喷施0(CK)、50(T1)、100(T2)、150(T3)和200 mg·L-1(T4)GO对芸豆植株形态建成和碳氮代谢的影响,以明确叶面喷施GO的生理效应.结果表明:T1～T4处理可不同程度地提高芸豆干物质积累量、光合色素含量和可溶性糖含量,较CK分别显著提高40.7％～43.4％、10.4％～80.7％和6.4％～9.1％,且T3处理影响效果最佳.与CK相比,T3和T4处理下蔗糖磷酸合成酶、酸性转化酶和中性转化酶活性分别显著增加25.7％～45.5％、17.4％～28.6％和14.7％～20.1％,T2和T3处理下硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性分别显著增加8.1％～15.2％、11.5％～25.0％和89.7％～93.1％.综上,芸豆始花期叶面喷施适宜浓度的GO可增加光合色素含量,提高植株光合碳、氮代谢水平,进而促进干物质积累,本研究中T3(150 mg·L-1)处理的作用效果最好.

以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp.indica cv.'Shuangkezao')获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料,在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫,探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异.结果表明,与野生型相比,弱光胁迫后,pe-1叶片黄化程度显著降低,株高和叶面积显著增加;三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同.此外,pe-1叶绿素含量增加,且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型,表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强,适应能力更强.pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型,表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强.综上,pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力,该结果有助于耐弱光水稻品种的选育.

[目的]深入研究温室栽培条件下软枣猕猴桃叶片的形态与叶绿素荧光特性,探明温室与露地栽培环境下叶片光形态建成的差异.[方法]以软枣猕猴桃品种'佳绿'和'魁绿'的5年生植株为试材,测定温室及露地栽培条件下不同叶龄叶片的叶绿素相对含量及叶绿素荧光参数,分析这些参数在温室与露地栽培条件下的差异.[结果]温室与露地栽培软枣猕猴桃的光形态建成均处于1～40 d叶龄间,不同栽培条件下的同一品种荧光特性趋于一致;花期后,不同栽培条件下的同一品种荧光特性差异较大.温室栽培的软枣猕猴桃叶片叶面积较大,叶绿素b含量较高,趋于阴生叶特性,以吸收光能为基础的性能指数等显著低于露地栽培,对光能的吸收捕获能力较强,但热耗散较高,用于电子传递的能量低于露地栽培,叶绿素荧光参数表现出对环境的适应性变化.[结论]软枣猕猴桃叶片的光形态建成时间为展叶后1～40 d,即在花期之前完成,不同栽培环境无明显差异;温室栽培软枣猕猴桃叶片的光形态建成与露地栽培具显著差异,叶面积明显增大;温室栽培在一定程度上改变了叶片的叶绿素荧光特性,降低了光合性能.

植物的向性,即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应.在向重力性反应中,植物器官将重力感知为定向环境信号,来控制其器官的生长方向以促进生存.植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用.质膜定位的生长素输出蛋白PIN-FORMED(PIN)通过动态的亚细胞极性定位,改变生长素运输的方向以响应环境刺激,由此植物器官间建立的生长素浓度梯度是细胞差异化伸长和器官弯曲的基础,来调控植物的形态建成和生长发育过程.本文主要讨论发生在植物重力感受细胞内早期重力感知和信号转导机制的最新研究进展、PIN介导的生长素极性运输、PIN的极性定位以及质膜蛋白丰度的调控机制等.

油茶(Camellia oleifera Abe.)是我国重要木本油料树种,具有重要的经济价值和社会效益.隐花色素(Cryptochrome)是植物蓝光受体之一,参与植物开花调控、光形态建成等生长发育过程.本研究从油茶华硕中克隆到CoCRY1基因,通过生物信息学分析发现,其CDS序列长度为2262 bp,编码的蛋白质序列包含684个氨基酸,蛋白分子式为C3454H5281N971O1027S18,分子量77.42 kDa,是一种不稳定的疏水蛋白,进一步分析表明其蛋白序列包含3个结构域,分别为DNA_photolyase、FAD_binding_7和Cryptochrome_C,可证明CoCRY1蛋白属于隐花色素家族.同源序列及系统发育树分析发现CoCRY1蛋白与茶树(Camellia sinensis)CsCRY1序列相似性最高.组织表达分析显示,CoCRY1的表达量在茎中最高,在花中最低.通过农杆菌转化得到CoCRY1基因异源表达的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并且从DNA水平及RNA水平鉴定到阳性植株,对CoCRY1异源表达的拟南芥进行表型分析发现,CoCRY1基因的过量表达导致拟南芥提前开花,并对下胚轴伸长具有光特异性的抑制作用.本研究通过生物信息学、定量分析及异源表达发现,油茶CoCRY1基因在油茶开花等生物学过程中具有重要作用.

绿潮的迁移与大规模暴发,除了与藻体自身较强抗胁迫能力等生物学特性和海域环境条件有关外,也离不开藻际微生物的参与.微生物群落对藻类的生长、消亡等过程具有重要作用.不同环境条件下,浒苔共附生菌群落结构多样,对藻类的促进作用主要体现在藻体形态建成、生长、营养吸收以及光合作用等过程.在藻华发生过程中,能够帮助藻体高效吸收营养物质,促进藻类增殖,加剧绿潮的形成.因此,本文基于前人的研究成果,总结当前绿潮优势种浒苔共附生菌的研究现状,阐述浒苔共附生菌分离技术的建立过程,指出高通量测序等分子生物学技术对微生物群落结构与多样性分析的重要性,分析共附生菌对浒苔生长、繁殖、形态建成等生理特征和绿潮暴发的影响,探寻共附生菌在今后生产、生活中的应用价值,旨在为预测、防控绿潮暴发以及资源化利用开辟新思路.

研究城市群建成区绿色基础设施对PM2.5的消减效应,有助于为城市群应对气候变化采取的可持续发展战略提供理论支撑.以长江中游城市群建成区为例,基于2000-2020年建成区面积数据、土地覆盖数据以及PM2.5数据系统分析城市群PM2.5浓度的时空演变特征,以林地、草地、耕地、湿地、水体等5种绿色基础设施为驱动因子,采用地理探测器模型中的因子探测与交互作用探测,探索城市群建成区绿色基础设施对PM2.5浓度的削减效应.同时,结合夜间灯光数据以及约束线方法,进一步剖析城市化水平对建成区绿色基础设施的约束效应.结果表明:(1)2000-2020年期间,长江中游城市群年均PM2.5浓度在时序上呈现先升后降的"倒U型"趋势,在空间上呈现由西北向东南级差化递减的分异特征.(2)2000-2020年期间,长江中游城市群建成区绿色基础设施对PM2.5存在削减效应,但历年削减率均不超过4％,其中扩张区的削减效应显著高于老城区.(3)因子探测结果表明,长江中游城市群各绿色基础设施因子对PM25浓度的解释力在老城区总体呈现出林地＞草地＞耕地＞湿地、水体的规律,而在扩张区呈现出林地＞草地＞耕地、水体＞湿地的规律;交互作用探测结果表明,林地与湿地、林地与草地、林地与水体是削减PM2.5浓度较为显著的交互组合,其交互解释力在老城区与扩张区均达到0.5以上.(4)长江中游城市群建成区绿色基础设施对PM2.5浓度的削减效应受到城市化水平约束,其约束线形态在老城区与扩张区均为指数型.本研究有助于在城市群尺度为以自然为本的气候解决方案(Natural Climate Solutions,NCS)的落实提供依据.

在植物响应紫外线B(ultraviolet-B,UV-B)的过程中,UV-B光受体UVR8(UV Resistance Locus 8)对植物的光形态建成和生长代谢等过程具有重要调控作用.为探究罗布麻属植物UV-B光受体信息,该研究通过罗布麻(Apocynum venetumn)和大麻状罗布麻(A.cannabinum)全基因组数据进行UV-B光受体UVR8的筛选与生物信息学分析,同时利用转录组数据分析UV-B胁迫处理下的UVR8基因表达模式.结果表明:(1)罗布麻有6个UVR8基因,大麻状罗布麻有5个UVR8基因,前者分布在1、7、9和11号染色体上,后者分布在1、8和9号染色体上.(2)UVR8蛋白为亲水性稳定蛋白,定位在细胞核,不存在跨膜结构和信号肽,二级结构主要由延伸链、无规则卷曲、α-螺旋和β-转角构成.AvUVR8b和AcUVR8a蛋白三级结构与拟南芥UVR8(AtUVR8)最为类似,并且与小粒咖啡(CaUVR8)和伊德斯种咖啡(CeUVR8)的亲缘关系最近.同时发现罗布麻AvUVR8b和大麻状罗布麻AcUVR8a基因和蛋白结构与AtUVR8基因及蛋白高度相似.(3)当以一定剂量UV-B(17.52 kJ·m-2·d-1)处理两种罗布麻植株时,AvUVR8b和AcUVR8a的表达量上调.据此推测在响应UV-B时,AvUVR8b基因在罗布麻中起主要作用,AeUVR8a基因在大麻状罗布麻中起主要作用.(4)顺式作用元件分析结果表明,UVR8的表达受光照、温度、水分、氧气和激素等因素的调控.该研究将为进一步研究罗布麻属UVR8的基因功能奠定基础,同时为解析罗布麻属植物适应UV-B的分子机制提供线索.

细胞壁是植物细胞特有的结构,在参与形态建成、水分和营养物质运输以及抵御生物和非生物胁迫中发挥重要作用.前人研究表明AtbHLH68 作为bHLH蛋白的第 10 亚家族成员,在拟南芥茎维管组织中表达.为探究其在细胞壁发育方面的分子机制,本研究建立了雌二醇诱导pER8-AtbHLH68 拟南芥表达系统,实时荧光定量PCR(RT-qPCR)结果显示,10 μmol/L雌二醇处理 4 h能够有效诱导AtbHLH68 的表达,并且随着诱导时间的增加AtbHLH68 的mRNA水平进一步积累,处理 8 h后达到对照组29倍.利用转录组测序分析得到了在拟南芥茎中AtbHLH68诱导表达后产生的差异基因.与对照组相比,10 μmol/L雌二醇处理8 h后,共得到差异基因 2 334 个,其中 831 个基因显著上调,1 503 个基因显著下调.显著富集的GO词条主要与细胞壁组分、防御响应、果胶修饰与降解以及激素响应有关.KEGG分析表明DEGs参与了果胶修饰或木质素生物合成代谢等过程.这些结果表明参与以上过程的差异基因可能被AtbHLH68 直接或间接调控,从而导致拟南芥茎细胞壁组分相关基因表达量的变化.该研究为阐明转录因子AtbHLH68在细胞壁发育中的分子机制提供了理论依据.

为了探究不同水分处理下草本植物对喀斯特土层厚度变化的叶片形态建成和光合生理响应,以黑麦草(Lolium perenne L.)和苇状羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)为研究对象,通过盆栽水分受控试验,研究了3种水分处理[正常供水(Wck),减水1组(D1)和减水2组(D2)]下3种土层厚度[浅土组(SS)、对照组(SCK)和深土组(SD)]对两种草本叶片解剖结构和光合特性的影响.结果表明:(1)正常供水下(Wck),黑麦草和苇状羊茅在浅土组(SS)的气孔密度和气孔限制值(Ls)均显著高于对照组(SCK),净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)降低;在深土组(SD),两种植物的气孔密度都有所下降,黑麦草的叶脉密度、Pn和Tr均低于对照组,而苇状羊茅的叶脉密度和Pn表现出增加;(2)D1水分条件下,黑麦草在浅土组的气孔密度较对照组增加,叶脉密度、Pn和Tr均降低,而苇状羊茅的气孔密度有所降低,叶脉密度、Pn和Tr未受到显著影响;在深土组中,黑麦草的气孔密度不变,叶脉密度增加,而Pn和Tr均降低;苇状羊茅的气孔密度降低,但叶脉密度、Pn和Tr均升高;(3)D2水分条件下,两种植物在浅土组的叶脉密度较对照组均增加,气孔密度、Pn和Tr均受到抑制;在深土组,黑麦草的远轴面气孔密度较对照组下降,两种植物的其他指标未受到明显影响.可见,在不同水分条件下,植物的叶片解剖结构和光合特性对不同土层厚度的响应不一,且不同物种间也有差异.总体上随着水分减少,土层厚度降低对植物的光合抑制作用增强,而厚度增加对深根植物的光合促进作用和对浅根植物的光合抑制作用先增强后减弱.植物气孔和叶脉性状特征随水分条件的变化在一定程度上与叶面积和叶片宽度的变化有关.