目的:了解不同气候变化条件下青海省獐牙菜属植物的潜在地理分布特点,掌握影响其分布的主导气候因子.方法:通过ArcGIS和MaxEnt模型,利用121个獐牙菜属植物地理位点以及19个气候变量,模拟分析影响獐牙菜属植物分布的主要气候因子,预测2050s、2070s的RCP 2.6、RCP 8.5两种气候情景下獐牙菜属植物的分布格局.结果:训练集与测试集AUC值均为0.899,模型推算当前潜在分布区的可信度良好.獐牙菜属植物主要分布在青海省的东部及东南部地区,包括海东、玉树等地.与当前气候相比,獐牙菜属植物在青海省的分布面积在未来不同气候情景下均有所增加,且分布区域逐渐向西偏移.影响青海省獐牙菜属植物分布的主要气候变量从大到小依次为年降水量、最冷季度平均温度、降水量季节性变化、等温性、最干季度降水量、最冷月份最低温度、最暖季度降水量.结论:獐牙菜属植物具有扩大地理分布范围的潜力,降水量和平均温度是限制獐牙菜属植物分布的关键因素,该结果可以为獐牙菜属植物的资源保护及引种驯化措施的制定提供理论依据.

藏药独一味为唇形科独一味属植物,为常用大宗藏药材,作为一级濒危藏药其资源的可持续利用具有代表性,掌握其在高原逆境下的物种特征与适应机理尤为重要.本文从独一味生境特点、形态特征、种群生态学特征、繁殖特征等方面进行了整理,分析独一味在青藏高原草地生长特点及逆境生态因子,并从生物学特征和生理特性两方面分析其在干旱、寒冷、不同退化草地下的适应机理.笔者认为,需从基因和分子生物学等多方面深入研究其抗逆机理,探寻适宜独一味的种植模式,为引种驯化、栽培管理、资源保护及可持续利用提供理论依据.

耐寒性的高低极大程度上影响螨类的越冬存活以及分布扩散情况.螨类耐寒性评估的主要指标是过冷却点以及低温胁迫下的致死温度和致死时间.螨类耐寒性通常具有可塑性,不同发育时期、滞育、季节变化以及冷驯化均会影响耐寒性,而耐寒性的变化涉及复杂的分子水平以及生理生化物质的变化.本文简要介绍了目前评估螨类耐寒性的生物学指标以及影响螨类的耐寒性的因素,总结了螨类耐寒性变化所涉及的生理生化和分子机制,探讨了目前螨类耐寒性需要进一步研究的科学问题,并对螨类耐寒性研究的生态学意义进行了展望.以期对螨类耐寒性的深入研究提供参考,促进害螨的综合防治和天敌捕食螨的开发利用.

[目的]冷驯化可增强昆虫的耐寒性,本文研究旨在明确不同冷驯化条件下油松毛虫Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu越冬幼虫的过冷却点和主要耐寒物质的变化规律.[方法]利用热电偶方法测定越冬幼虫的过冷却点,分别采用差量法、氯仿甲醇法、苯酚硫酸法及毛细管气相测谱法测定其含水率、脂肪、糖原和小分子糖醇的含量.[结果]冷驯化会导致幼虫含水率显著降低;过冷却点和脂肪含量在低于环境气温5℃冷驯化后显著降低,当驯化温度低于环境气温10℃及以上则升高;糖原含量在9月份显著增加,越冬中期(1、3月份)含量略有降低但不显著;小分子糖醇含量的变化均不显著;海藻糖含量略降低;甘油、葡萄糖和半乳糖含量在低于环境气温5℃冷驯化后略降低,低于环境气温10℃冷驯化则升高.[结论]冷驯化使幼虫虫体含水率和脂肪含量降低,糖原含量提高,从而导致其过冷却点降低,耐寒能力提高;冷驯化的温度和时间均会影响其过冷却能力,在最适合的温度和时长可以最大程度提高其耐寒能力.研究结果为揭示油松毛幼虫的耐寒机制及潜在分布区预测提供了科学依据.

首次成功探索出了利用中缅树鼩脂肪组织流式样品的制作方法,首次利用流式细胞术对冷驯化下中缅树鼩脂肪细胞进行对比分析.结果表明:冷驯化28 d时中缅树鼩腹部大网膜、腹股沟等白色脂肪组织的单一R1群中有5.70%的细胞显示为UCP1阳性.至49 d时白色脂肪组织中出现了新的细胞群R2群.其中R1群有69.64%的细胞显示为UCP1阳性,R2有95.28%的细胞显示为UCP1阳性.冷驯化使白色脂肪组织中出现UCP1表达阳性的细胞群.以上结果说明冷驯化不仅使中缅树鼩BAT组织增生、产热活性增强,还诱导了其白色脂肪组织中米色脂肪细胞的出现.

以矮抗58小麦为材料,探究在冷驯化条件下,外源茉莉酸甲酯对小麦幼苗生理生化特性及抗冻应答因子表达的影响.实验设置两组小麦幼苗,分别用双蒸水和100 μmol/L茉莉酸甲酯溶液喷施4℃低温处理组,低温处理一周.生理生化结果表明,100 u mol/L浓度外源茉莉酸甲酯喷施处理的小麦幼苗存活率达91％,较低温处理组显著升高,细胞内SOD、CAT和POD活性分别较双蒸水喷施对照组活性升高34％、50％和14％,胞内可溶性蛋白含量增加30％,游离脯氨酸含量提高14％,MDA含量相对下降5％,实验组与对照组间具显著性差异;实时荧光定量PCR结果表明,100 μmol/L外源茉莉酸甲酯处理可显著升高冷驯化条件下小麦幼苗中抗寒应答转录因子TaCBFⅣd-B4、TaCBFⅢd-B19、TaCBFⅢc-D3和TaCBFⅢd-D19表达量,其中TaCBFⅣd-B4抗冻应答转录因子表达量最高.结果表明,100 μmol/L外源茉莉酸甲酯的喷施能够增强小麦对低温胁迫的耐受能力.

[目的]丝氨酸蛋白酶 (serine protease, SP) 是一类以丝氨酸为活性中心的重要的蛋白水解酶.本研究旨在克隆获得沙葱萤叶甲Galeruca daurica丝氨酸蛋白酶基因, 分析其对温度胁迫的响应, 以期为进一步揭示沙葱萤叶甲耐温性的调控机制及其他生理功能奠定基础.[方法]根据沙葱萤叶甲2龄幼虫转录组数据, 采用RACE技术克隆得到沙葱萤叶甲丝氨酸蛋白酶基因的cDNA全长序列, 并进行生物信息学分析;应用qPCR技术检测其在不同温度 (-10,-5, 0, 5, 25和35℃) 下处理1 h后及25℃下恢复30 min后在沙葱萤叶甲2龄幼虫中的表达量变化.[结果]自沙葱萤叶甲克隆获得一个丝氨酸蛋白酶基因, 命名为GdSP (GenBank登录号:MG797556).该基因全长1 110 bp, 开放阅读框969 bp, 编码322个氨基酸;蛋白预测分子量35.41 kD, 等电点5.61;编码蛋白具有丝氨酸蛋白酶的典型特征, 具有一个跨膜结构, 无信号肽.同源序列比对和系统发育分析表明, GdSP与光肩星天牛Anoplophora glabripennis SP的同源性最高, 氨基酸序列一致性为30.53％.qPCR测定结果表明, 不同温度处理间2龄幼虫中GdSP表达量差异不显著, 但对各高低温 (-10℃除外) 胁迫处理回温后GdSP表达量显著上升.[结论]快速冷驯化对沙葱萤叶甲丝氨酸蛋白酶基因表达无显著影响, 而回温可诱导其上调表达.

为阐明越冬期间始红蝽应对低温胁迫的耐寒策略及其影响因素,从生理生化水平探讨始红蝽成虫的耐寒能力,逐月测定了12月至翌年3月始红蝽低温驯化前后的过冷却点、低温存活率、LT50以及始红蝽体内耐寒物质含量.结果表明,越冬期间始红蝽自然种群过冷却点最低为(-14.01_±0.53)℃,-5、-10℃驯化30min后的始红蝽过冷却点最低降至为(-19.32±0.86)℃、(-25.56±1.09)℃.0℃驯化30min后暴露于-5、-10、-15℃ 1h的最高存活率依次为100％、39.1％±8.6％、10％;始红蝽自然种群LT5.最低为-8.53℃,0℃驯化后降至-9.21℃.越冬期间雌雄始红蝽体内自由水/结合水比值和游离蛋白质含量先下降后上升,12月达到最大值,雌雄分别为144.50±26.22和140.32±21.92,(15.81±0.10) mg/g和(15.47±0.01) mg/g;脂肪、海藻糖和甘油含量先上升后下降,2月达到最大值,雌雄脂肪含量分别为(16.33±0.48) mg/g和(13.15± 1.32) mg/g,海藻糖含量分别为(11.98±0.01) mg/g和(10.88±0.02) mg/g,甘油含量分别为(14.74±0.01) mg/g和(15.06±0.03) mg/g.研究证明,低温驯化后始红蝽的过冷却点和LT50明显降低,低温存活率显著提高,越冬期间始红蝽可通过调整体内抗逆物质含量以增强虫体耐寒能力.

新疆北部早春短命植物独行菜幼苗期能够在早春的低温条件下生长,具有良好的耐受低温胁迫的能力.前期研究获得了独行菜幼苗冷诱导上调表达基因片段,通过同源克隆获得该基因的全长cDNA序列(LaN HR2 B ),运用生物信息学软件预测分析该基因编码蛋白的性质及其构象,采用荧光定量 RT-PCR技术分析其表达量与幼苗生长阶段、冷诱导处理以及外源 ABA处理间的关系,通过转化拟南芥研究过表达该基因对植物幼苗低温耐受性的影响.结果表明:(1)LaN HR2B基因全长 1 035 bp,编码 344 个氨基酸,蛋白质分子质量为 85 791.16 kD,理论等电点为 5.06,分子式为C3129 H5225 N1035 O1307 S235 ;其蛋白主要由丙氨酸、苏氨酸、甘氨酸及半胱氨酸组成,具有 3 个跨膜结构,功能未知;在十字花科植物中保守性强,其他科的植物中未见同源基因. (2 )LaN HR 2 B受 4 ℃低温诱导显著上调表达,但随幼苗生长受低温诱导上调表达有所降低,与幼苗随发育耐受低温能力下降变化一致.(3 )外源ABA可诱导LaN HR 2 B表达上调;过表达拟南芥幼苗低温耐受性明显增强.该研究初步证明,LaN HR 2 B表达量与独行菜幼苗耐受低温密切相关,可能是独行菜幼苗经过冷驯化后能够增强植株抗寒能力的功能性基因.这为进一步开发利用该基因进行油菜等作物抗寒育种提供理论依据.

[背景]在环境工程领域中,大多数耐冷菌从活性污泥中分离得到.了解活性污泥菌群对低温的响应有助于耐冷菌的驯化培养.[目的]以厌氧氨氧化污泥菌群作为研究对象,研究温度对厌氧氨氧化菌群代谢通路与代谢产物的影响,以期初步阐释厌氧氨氧化菌群低温响应机理.[方法]在25℃与35℃条件下驯化培养厌氧氨氧化污泥,研究温度对反应器脱氮效能、菌群活性与生长以及群落结构的影响,通过代谢组学比较两个温度下厌氧氨氧化菌群代谢物丰度以及代谢通路活性.[结果]虽然低温导致厌氧氨氧化菌群CO2固定、TCA循环与丙酮酸代谢的下调,进而导致氮去除活性以及增长速率显著下降,但菌群RNA合成水平、腐胺与信号分子合成上调,从而通过转录调控、调控膜脂组成与改变膜结构的方式,调控菌群代谢以适应低温环境.[结论]从分子机理的角度探究了厌氧氨氧化污泥菌群适应低温环境的生理机制,首次阐释了腐胺与信号分子在污泥菌群适应低温过程中的重要作用.