基于一篇关于植物激素调控葡萄果实发育的学术论文,将新知识的学习转换成小课题,引导学生沿着科学家的探究历程"重新"发现植物激素、研究生理作用以及激素间的相互作用,建立新旧知识的联系,有效建构知识体系,改变了陈述性知识教学的单调性,提升教学的探究性和有效性.

绣球茜(Dunnia sinensis)是我国广东特有的、国家二级珍稀濒危植物,有明显脉纹的白色变态花萼裂片,具有良好的观赏价值,但目前尚未有其基因组信息.为研究绣球茜花萼发育的分子调控机制,挖掘相关的功能基因,对其萼片、果实、叶片及花瓣进行RNA-seq和差异基因表达分析,以期筛选萼片特异表达基因或信号途径.结果表明,与叶片相比,萼片差异表达的基因有3 972个,主要富集于代谢途径、次生代谢生物合成、光合作用、苯丙类生物合成等途径.与花瓣相比,萼片差异表达的基因有9 680 个(上调3 616 个,下调6 024个,FC>2),主要富集于植物激素、苯丙类生物合成、植物与病原互作、次生代谢生物合成等途径.与果实相比,萼片差异表达的基因有4 655个(上调1 827个,下调2 828个,FC>2),富集的途径和参与调控途径近似于花瓣的转录组.聚类分析表明,参与萼片发育且特异高表达的转录因子主要有3类:ERFs、MYBs和WRKYs,其中MYB家族的DsTMYB3 可能参与萼片的颜色调控.组织的高表达基因分析表明,UBI11 启动子在各组织中广泛表达,而CSLG2启动子等特异在花萼高表达,这些基因的启动子将作为遗传工具驱动目的基因组成型表达或特异表达于花萼.通过分析绣球茜花萼和其他组织的差异表达基因,获得了可能参与萼片颜色调节的相关转录因子和启动子,这将为绣球茜的遗传转化和功能研究提供基础.

在"其他植物激素"一节中,以"赤霉素"为例,回顾科学史,创设问题情境,引导学生通过设计、分析实验,从分子水平探究激素作用的机制并联系生产生活实际,理解激素之间的相互作用,在课堂教学中从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任4个维度落实生物学学科核心素养.

[目的]鉴定分析了猕猴桃的小热休克蛋白(HSP20s/sHSPs)基因家族,为猕猴桃AcHSP20 基因的生物学功能研究和猕猴桃的抗性育种奠定基础.[方法]基于猕猴桃全基因组数据,利用生物信息学方法对猕猴桃AcHSP20基因家族进行鉴定,并分析了家族成员的理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、亚细胞定位及启动子.同时利用荧光定量PCR技术分析了猕猴桃AcHSP20 基因在非生物胁迫和激素处理后的表达变化情况.[结果]鉴定获得 34 个AcHSP20 基因家族成员.其编码蛋白的氨基酸数目为 85-371,分子量介于 9.93-40.18 kD,等电点介于 4.4-9.3,AcHSP20s多定位于细胞质和叶绿体.34 个基因分布在 17 条染色体上,多数没有或只有一个内含子.基因的启动子含有植物激素和非生物胁迫响应元件.所有测定的AcHSP20 基因在猕猴桃的根茎叶中均有表达且在高温及其他多种非生物胁迫和植物激素处理下差异表达显著.[结论]AcHSP20基因家族成员在猕猴桃的高温、ABA、MeJA、NaCl等逆境胁迫响应中发挥重要作用.

目的 研究生长素(IAA)、细胞分裂素(6-BA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和乙烯(ET)5种植物激素对白花前胡种子萌发的影响.方法 以宁国产并在室温放置12个月的白花前胡种子为材料,把5种不同的植物激素均配制成4个梯度浓度(1×10-1、1×10-2、1×10-3、1×10-4mg·mL-1),对白花前胡种子进行浸种处理.通过培养皿萌发试验,分析种子的发芽率、根长和鲜重的变化情况.结果 在4个梯度范围内,6-BA对白花前胡种子的生长状态整体起抑制作用.把1 × 10-1 mg·mL-1和1 × 10-2 mg·mL-1设置为高浓度,1 × 10-3 mg·mL-1和1× 10-4 mg·mL-1设置为低浓度.其中6-BA无论是高浓度还是低浓度均对白花前胡种子的生长状态整体起抑制作用.而GA3和ET在高浓度(1 × 10-1 mg·mL-1 和 1 × 10-2 mg·mL-1)及 ABA 和 IAA 在低浓度(1 × 10-3 mg·mL-1和1 ×10-4mg·mL-1)下均对白花前胡种子的萌发率、根长和鲜重都表达出明显的促进作用.结论 植物激素对白花前胡种子的生长发育均有不同程度的影响,其中ET在1 ×10-2 mg·mL-1时,对白花前胡种子的生长发育影响最为显著,白花前胡种子的萌发率,最大根长和最大鲜重均高于其他组.

为明确不同栽培型白花前胡的代谢差异,揭示质量形成机制,为前胡种质挖掘与利用提供参考依据.该研究基于超高效液相色谱-质谱联用技术(UHPLC-MS/MS),对同一产地、同一时期的6种栽培型前胡(YS、H、LZ、LY、LX、Z)进行非靶向代谢组学分析,利用主成分分析、正交偏最小二乘法判别分析、单变量统计分析等方法筛选不同栽培型前胡的差异代谢物,根据质荷比、数据库KEGG、相关文献、相关性分析确定与质量形成相关的潜在标志代谢物,识别代谢途径,分析质量形成过程.结果表明,6种栽培型前胡代谢物存在明显差异,正、负离子模式下,分别得到571、465种差异代谢物.其中,与质量形成相关的潜在标志代谢物22种,涉及苯丙烷生物合成、植物激素的生物合成及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成等9种潜在靶向代谢通路.与YS型相比,各栽培型前胡中与苯丙烷生物合成相关的补骨脂素、欧前胡素、鲁望桔内酯下降,7-羟基香豆素、秦皮乙素、二氢欧山芹素、茉莉酸升高;其他代谢途径的2-琥珀酰苯甲酸酯、独活属醇、L-酪氨酸下降,以Z、H型的变化最大.因此,合理调控苯丙烷生物合成途径是栽培型前胡质量提升的关键机制之一,Z、H型具有更优的质量形成代谢过程可用于前胡优质种质的筛选与挖掘.

[目的]BBX(B-Box)作为锌指转录因子亚家族之一,广泛参与植物的生长发育过程.本研究旨在揭示猕猴桃BBX家族的基因特征和潜在功能.[方法]从全基因组水平对猕猴桃BBX基因家族进行鉴定,分析其蛋白质理化性质、亚细胞定位、系统发育特征、蛋白质保守结构域以及同源特性等,同时研究它们在不同组织部位和果实贮藏过程的表达模式.[结果]48 个AcBBX不均匀地分布于 22 条染色体上,编码的氨基酸长度 126-515 aa,蛋白分子量 14172.09-57905.84 Da,预测有 4 种亚细胞定位;家族成员有 0-4 个内含子;启动子含有光反应、植物激素调控、逆境胁迫调控、生长发育调控等多种顺式作用元件.结合进化树及保守结构域被聚为 5 个组,基因串联重复和片段复制是家族成员扩张的主要原因.AcBBXs在猕猴桃不同器官中的表达量有差异,7 个成员在成熟果中表达量较其他部位高,3 个成员在幼果中表达较高,7 个成员在叶中表达量较高,3 个成员在花中表达量较高;果实采后贮藏过程中,3 个成员受果实外源激素调控影响表达上调且高于其他处理组,6 个成员在果实室温贮藏一周后表达上调且高于其他处理组.在果实4℃低温贮藏过程中,10个成员的表达随时间增加而上调,5个成员的表达随时间增加而下调.[结论]揭示了BBX家族不同成员在猕猴桃生长发育和果实采后贮藏期间的转录特征,为后续猕猴桃BBX基因功能验证奠定基础.

全球气候突变导致干旱事件频发,进而易引发严重的植物衰退甚至死亡,聚焦植物尤其是树木死亡的生理学机制并期望基于此评估及预测气候变化导致植物死亡风险已成为热点话题.植物通过调整内在生理代谢过程,例如通过调节渗透物质的含量,来平衡渗透势、维持细胞膨压、调节植物激素的信号水平,诱导植物气孔开放程度降低,有利于植物保存水分、调控植物水通道蛋白的表达,进而保持体内水分稳定并对干旱胁迫做出快速响应.这些生理过程中的每一环调节都为了确保水分运输的效率和安全性,增加植物抗旱性以及生态系统稳定性.植物的抗旱性不仅体现在生理代谢方面的调节,还表现在植物水力特性与解剖结构间相辅相成.当植物改变水力特性的同时,其茎叶会在解剖结构上做出调整以满足植物在干旱环境下水分供需平衡,从而降低植物蒸腾水分散失、增强细胞储水并提高生存能力.植物应对水分胁迫的策略通常与水分消耗和碳获取之间的平衡有关,明晰植物水分消耗与光合碳获取间存在平衡关系的性状特征便于更好地理解植物的水分利用策略.然而,植物表现出的任意单一性状特征的强弱都无法代表整个植物适应逆境的优劣,未来只有通过将植物更多性状特征进行相互关联,以具有代表植物水力功能、结构以及与光合能力相关的综合性状为重点,把众多相互关联的性状合理纳入模型系统,才能在大尺度上预测不同植物在干旱环境下的生存风险与生态分布.综述了干旱胁迫下植物生理代谢机制,同时阐述了植物水力特性与解剖结构及光合作用的关系,在现有研究基础上指明植物水力模型发展的重要意义,促进植物综合性状在水力模型与其他模型中的应用.这为评估当前生态系统中植物生存风险以及未来生态系统的健康水平提供依据.

该研究以'章姬'脱毒苗带节匍匐茎段为外植体,以MS为基本培养基,进行单因素预实验,选取适合'章姬'草莓生长的植物激素种类和质量浓度范围,进而通过L9(34)正交实验研究不同植物激素种类及其质量浓度对愈伤组织诱导、丛芽发生及植株再生的影响.结果表明:采用的3种基本培养基中,B5和1/2MS对抑制培养过程中的褐化现象明显优于MS,而附加20 g·L?1Na2S2O3在保证材料存活的前提下,大大降低了褐化率;去除褐化的材料在MS + 0.1 mg·L?16?BA + 0.05 mg·L?12,4?D + 0.1 mg·L?1NAA中可同步进行愈伤组织诱导和丛芽发生;丛芽增殖培养基为MS + 0.1 mg·L?16?BA + 0.1 mg·L?1NAA,30 d 后繁殖系数可达12.86;试管苗生根则在1/2MS + 1.0 g·L?1AC中进行,35 d后可获得生长健壮的再生植株,生根率92.50%.再生苗移栽成活率在95%以上.该研究建立了'章姬'草莓体外高效快速繁殖体系,对短期内为'章姬'草莓栽培提供大量种性稳定、质量优良的种苗具有重要意义,同时为其他草莓品种的体外快繁提供了技术参考.

三七是我国传统的名贵药材,在活血祛瘀、通脉活络、改善心肌缺血等方面具有重要的临床效果.三七主要活性成分为三七皂苷,包括人参皂苷Rb1,人参皂苷Rg1和三七皂苷R1,均属于达玛烷型四环三萜化合物.本文对三七皂苷的生物合成途径及分子调控机制的最新研究进行了分析、整理和归纳,基于其他植物的研究结果,认为达玛烷型四环三萜皂苷主要通过乙酸/甲羟戊酸途径合成,包括异戊烯基焦磷酸、二甲基烯丙基焦磷酸的合成,2,3-氧化鲨烯的合成及环化、羟基化、糖基修饰等过程,涉及鲨烯合成酶、法呢基焦磷酸合成酶、鲨烯环氧酶、达玛烯二醇合成酶、糖基转移酶等关键合成酶,分析了关键合成酶的作用、表达特性、不同物种来源关键酶氨基酸序列的同源性及其对皂苷积累的影响;同时分析了三七皂苷对重金属、植物激素、内生真菌、温度、营养因子等环境因素刺激的响应方面,二者之间关系复杂,但皂苷类成分含量与各因子在一定范围或特定因子刺激下呈正相关.目前,相关研究主要集中在各个独立的关键酶基因的表达特性和对外界因子的响应,对于具体的催化过程、结构修饰和转录水平的调控仍处于初级阶段,缺乏系统性和完整性的认知.