为探讨粗叶悬钩子(Rubus alceifolius)叶绿体基因组特征及其与同科属植物叶绿体基因组的系统发育关系,本研究采用Illumina HiSeq 4000平台对粗叶悬钩子叶绿体基因组进行了测序、组装和注释,并对其序列特征、密码子偏好性、重复序列、简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)和系统发育进行分析.结果表明,粗叶悬钩子叶绿体基因组总长度为156 266 bp,呈典型的四分体结构,包括大单拷贝区85 874 bp、小单拷贝区18 850 bp和反向互补重复区25 771 bp;共含有基因128个,其中蛋白质编码基因86个,tRNA基因34个,rRNA基因8个.密码子偏好性分析表明,亮氨酸(Leu)的密码子数量最多(5 189个),而半胱氨酸(Cys)的密码子数量最少(590个).从粗叶悬钩子叶绿体基因组中共检测出39个长重复序列及52个SSR位点.系统发育分析表明,粗叶悬钩子与七裂叶悬钩子(Rubus reflexus var.lanceolobus)、越南悬钩子(Rubus co-chinchinensis)、棕红悬钩子(Rubus rufus)聚为一支,亲缘关系最密切.本研究为蔷薇科(Rosaceae)悬钩子属(Rubus)植物的分子标记、物种鉴定、亲属关系解析和遗传多样性分析等研究提供科学依据.

舰艇保养是海军舰艇官兵的经常性工作之一，在除锈补漆等舰艇保养工作过程中，眼外伤和油漆中毒时有发生，目前海军舰艇官兵日常使用的劳动防护用品相对笨重，舒适感差。近年来海军入伍官兵近视比例和入伍前接受屈光矫正手术的人数不断增加，而防护面罩的护目镜普遍不具有屈光功能。这些都导致舰艇官兵作业时佩戴防护用品的依从性较差。针对这些问题，笔者研制了一种主要由护目镜、口鼻罩、过滤罐和固定装置四部分组成的新型眼-呼吸道防护面罩，具有抗冲击力强，镜片有屈光作用，可调节瞳距，也可整体或分体式佩戴，重量轻便，采用标准化接头等优点。

[目的]探究无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.)雄性不育品种'琦蕊'雄花不同发育时期的细胞学特征及差异表达基因,为深入解析无患子雄性不育发生的分子机制提供理论依据.[方法]在观察雄花花药不同发育过程的细胞学特点基础上,进一步利用RNA-Seq技术分别对小孢子母细胞时期(T1)、四分体时期(T2)、单核小孢子时期(T3)的雄花进行转录组比较分析,筛选关键差异表达基因.[结果]'琦蕊'绒毡层和内层细胞的持续膨大与增殖使得药室结构混乱,药室空间不足,最终导致无可育花粉产生.内源激素测定发现,茉莉酸水平在'琦蕊'雄花发育过程中呈下降趋势.3 个时期的转录组分析共筛选到 2 990 个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中T2_vs_T1 中 722 个(516 个上调,206 个下调),T3_vs_T2 中 1 741 个(765个上调,976 个下调).GO和KEGG分析表明,这些DEGs主要富集在代谢过程、细胞分裂、花粉壁合成、激素信号转导等方面,共鉴定到 32 个花粉发育相关DEGs、27 个激素合成及信号转导DEGs.随机选取 9 个DEGs进行RT-qPCR分析,结果与RNA-Seq数据趋势一致,证明转录组数据的准确性.[结论]绒毡层细胞持续增殖和内层细胞延迟退化不断挤压小孢子是导致无患子'琦蕊'雄性不育发生的主要原因,物质代谢、细胞分裂、激素水平、花粉发育等相关基因在雄性不育发生过程中发挥重要作用.

目的 以牛茄子Solanum capsicoides新鲜叶片为材料,对叶绿体基因组序列进行组装、注释和分析,探究牛茄子的序列特征和同属其他物种的系统发育关系.方法 基于Illumina HiSeq高通量测序,获得牛茄子完整叶绿体基因组序列,利用生物信息学方法进一步对其功能及特征、密码子偏好性、IR区域边界、核苷酸多样性、系统发育关系进行分析.结果 牛茄子叶绿体基因组全长为155465 bp,为典型的四分体结构,总GC含量为37.85％,其中大单拷贝区、小单拷贝区和反向重复序列的长度分别为88265、18462、24369bp;共编码131个基因,包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因.简单重复序列检测表明,叶绿体基因组包括51个SSR位点,其中以A和T组成的单核苷酸重复次数最多,占45.1％.密码子偏好性分析表明,亮氨酸是使用频率最高的氨基酸,AUU是使用次数最多的密码子,密码子偏向使用A/U结尾.属内叶绿体基因组比较分析显示,IR边界区域相对保守,但仍存在部分基因扩张和收缩等现象;核苷酸多样性分析获得了 4个高突变热点:trnQ-psbK、psbF-psbE、clpP、ycfl,可作为物种鉴定和遗传多样性研究的潜在特征.系统发育分析显示牛茄子和喀西茄的亲缘关系更近,存在姐妹关系.结论 牛茄子叶绿体基因组的组装和系统发育分析,为茄属植物的分类和群体间遗传多样性的研究提供理论依据.

为明确珠子参、羽叶三七和秀丽假人参3 种药用植物叶绿体基因组特征与系统发育关系,该文以秦巴山区 3 种人参属药用植物为研究对象,运用生物信息学技术,分析其叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性,并探讨三者之间的亲缘关系.结果表明:(1)3 种人参属药用植物的叶绿体基因组为典型的四分体结构,序列全长为 156 071～156 104 bp,总 GC 含量为 38.10%,基因组大小相似度较高.(2)均注释到 133 个基因,包括 88 个蛋白编码基因、37 个tRNA基因和 8 个rRNA基因.(3)3 种人参属药用植物叶绿体密码子使用偏好性相似,密码子第 3 位碱基以 A/U 结尾为主,密码子使用模式在受到突变影响的同时,主要受到自然选择的影响.(4)系统发育结果显示,3 种人参属药用植物的亲缘关系较近,并且秀丽假人参同羽叶三七亲缘关系更近.综上认为,秀丽假人参与珠子参基源植物之间存在近缘关系,这项发现对于珠子参中药材的资源开发利用和分子鉴定,以及进一步研究人参属物种的分类、系统发育和进化机制提供了重要依据.

[目的]探索胡颓子科叶绿体基因组演化趋势,为胡颓子科植物物种鉴定以及资源开发利用提供理论依据.[方法]该研究从头组装并注释了沙棘属和野牛果属共4个类群的叶绿体基因组,结合已发表的叶绿体基因组序列,比较了胡颓子科各类群叶绿体基因组的基因构成、重复序列和结构特征,建立了系统发育树,并通过高分化区定位了该科叶绿体基因组的潜在DNA条形码区域.[结果]胡颓子科各属叶绿体基因组在四分体结构、基因数量和排列上高度相似;沙棘属和野牛果属的反向重复区(IR)和整个基因组重复序列数目较胡颓子属有扩张和增加的趋势.胡颓子科18个类群的叶绿体全基因组序列的系统发育树中,胡颓子属个体聚为一支,最先分化出来,沙棘属和野牛果属各自聚为一支,具有最近的共同祖先;从长单拷贝区(LSC)和短单拷贝区(SSC)筛选出3个DNA条形码候选区,其中ycfI基因的鉴定效果最佳.[结论]胡颓子科的叶绿体基因组结构保守,但其非编码区序列在各属间存在明显差异,且IR区序列与重复序列在演化过程中分别有扩张和增多的趋势.研究选定的DNA条形码序列能很好区分胡颓子科各属之间以及胡颓子属内物种间关系.

[目的]研究湖北黄精花部形态结构特征和大小孢子发生及雌雄配子体发育过程,以丰富黄精属植物的生殖生物学理论,为进一步开展湖北黄精的品种选育提供依据.[方法]以不同发育时期的湖北黄精花芽为试验材料,用显微观察法观察花部形态结构特征,石蜡切片技术对单花雌雄蕊进行切片观察.[结果]湖北黄精的花被为白色或淡黄绿色,花被筒近喉部稍缢缩;具6枚雄蕊,花丝下端与花被合生,花药开裂方式为纵裂;雌蕊子房上位,3心皮,花柱与子房等长.湖北黄精花药壁由4层细胞组成,成熟的绒毡层具多核,绒毡层发育类型为分泌型;小孢子母细胞减数分裂为连续型,四分体呈左右对称型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;存在小孢子发育不同步的现象.雌蕊胚珠具双珠被、厚珠心;四分体呈直线型排列,胚囊发育类型为蓼型;存在双胚囊胚珠现象.在雄蕊的花药壁和雌蕊的子房壁都观察到有束状草酸钙针晶.[结论]湖北黄精雌雄蕊具有较原始的发育特征,虽然在发育过程中都存在异常现象,但雄蕊最终能形成正常的雄配子体,雌蕊低频率的双胚囊现象对总体受精结果影响很小.湖北黄精杂交育种可以选择花药开裂前一时期的花粉,花药壁和子房壁观察到的束状草酸钙针晶无法作为湖北黄精物种鉴定的依据.

目的 以蒙古黄芪Astragalus membranaceus var.mongholicus为材料,解析其叶绿体基因组的序列特征,并进行系统发育分析.方法 利用Illumina NovaSeq测序平台对蒙古黄芪叶绿体全基因组进行测序,完成其组装、注释、特征分析,构建系统发育树.结果 蒙古黄芪叶绿体基因组全长为123 349bp,GC含量为34.09％,由于缺失反向重复IR区,Circos图呈现出非典型四分体结构,属于IRLC群体.获得注释基因109个,其中蛋白编码基因76个,rRNA基因4个,tRNA基因29个.蒙古黄芪叶绿体基因组的密码子偏好性较弱,密码子偏向使用A碱基和U碱基.MISA检测出263个SSR位点,以A/T重复为主;叶绿体全基因组比较分析可知17种豆科植物叶绿体基因组的基因区间组成差异较小;但trnF-GAA～trnT-UGU、trnfM-CUA～psbC、trnE～trnD、psbM～rpoB、ycf1和ycf2等编码区存在差异性;系统发育树显示,蒙古黄芪与胶黄芪A.gummifer聚为一类,与阿纳卡黄芪A.nakaianus、膜荚黄芪A.membranaceus具有一定亲缘性.结论 可为开展黄芪属遗传多样性研究、DNA条形码构建和分子鉴定标记开发提供参考.

被子植物中部分类群的花药开裂方式为孔裂,人们对此类花药的发育与散粉孔的形成及散粉机制了解甚少.杜鹃属(Rhododendron)植物的花药普遍为顶孔开裂,为探究其花药的发育和散粉孔的形成及散粉机制,该研究对锦绣杜鹃(Rhododendron × pulchrum)进行了解剖观察和石蜡切片.结果表明:(1)锦绣杜鹃花药顶端成孔区与花药主体具有不同的组织构成,成孔区由薄壁组织构成,起源于雄蕊原基顶端的分生组织,花粉成熟时薄壁细胞分解成为散粉孔;花药的主体由孢原细胞发育而来,孢原细胞经多次分裂分化成为具多层花药壁的花粉囊.(2)锦绣杜鹃的花药壁在小孢子母细胞至小孢子四分体时期发育完全,有6～7层细胞,包括1层表皮、2～3层药室内壁、1～2层中层和1层绒毡层,中层在小孢子四分体形成后即分解,绒毡层在花粉完全成熟前分解消失,花药壁在花粉成熟时有表皮和2～3层药室内壁.(3)与纵裂型花药不同,锦绣杜鹃的药室内壁在花粉成熟时不发生纤维化,但因积累多糖而增厚,具有韧性和弹性.(4)锦绣杜鹃花粉发育过程中小孢子母细胞产生的4个小孢子不分离,成熟花粉为四合花粉,花粉间具有粘丝.推测锦绣杜鹃具多层药室内壁且加厚可使花粉囊空间缩小,从而将上部花粉"挤出"散粉孔,而花粉间的粘丝使昆虫传粉时可将花粉成团带出,其药室内壁多层且积累多糖是与顶孔开裂相适应的特征.

兜兰属的分类系统学争议较大,亟待更多资料澄清.该文利用体式解剖镜和石蜡切片技术观察了紫纹兜兰的花结构和双雄蕊花药发育特征.结果表明:(1)花形态特征支持将紫纹兜兰放置于兜兰亚属的单花斑叶组,包括萼片具脉纹、花瓣长圆形带黑褐斑,唇瓣具直立的耳状结构,退化雄蕊新月形等.(2)花药原基分化出一对侧生并列的药室,花药室中央分化出一条不完全贯穿的不育隔膜组织,将其分化为两个小孢子囊.在花药成熟时,不育隔膜组织被降解吸收,两个花粉囊通过次生融合形成一枚马鞍形的黏性花粉团.(3)发育完整的花药壁有4层,由外到内分别为表皮、药室内壁、中层和绒毡层,符合单子叶型花药壁.花药壁具绒毡层和内绒毡层,均为2核.在2-细胞花粉时期,中层和绒毡层发生降解,药室内壁发生纤维状加厚.(4)小孢子母细胞经同时型胞质分裂形成不同排列方式的小孢子四分体,包括正四面体、左右对称和十字交叉型,并且同一药室的小孢子母细胞减数分裂不同步现象明显.(5)在雄配子体发育阶段,小孢子或保持在四分体内或从四分体中游离出来,经有丝分裂发育为2-细胞型花粉,形成具有黏性的四合花粉或花粉粒.基于现有资料,该文比较分析了紫纹兜兰不完全贯穿的不育隔膜组织、单子叶型花药壁、具2核的绒毡层和内绒毡层、同时型胞质分裂和黏性花药等特征的分类学意义,为理解兜兰属及杓兰亚科的分类学和保护生物学提供新资料.