遗传多样性可提高种群生产力,然而遗传多样性如何综合影响植物的营养生长、有性繁殖和无性繁殖特性及分配策略缺乏充分关注,而植物生长繁殖的响应往往会决定一个种群未来的发展动态.本研究以中国滨海湿地植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为材料,通过建立1、2、4和8个基因型多样性梯度的同密度实验,测定植物生物量以及营养生长、有性繁殖和无性繁殖相关特性,探究了基因型多样性对种群营养生长和繁殖策略的影响.结果表明,基因型多样性的增加显著提升了海三棱藨草种群的地上、地下生物量和株高.基因型多样性不影响有性繁殖,但显著提高了无性繁殖能力.球茎数、球茎生物量和无性系分株数均随基因型多样性的增加呈显著增加趋势.可见随着基因型多样性的增加,海三棱藨草种群将更多的能量分配给无性繁殖.据此预测,基因型多样性高的海三棱藨草种群在维持种子库规模以进行长距离扩散的同时,可形成更高大且密集的种群斑块,具备更强的原地拓殖能力,继而影响盐沼生态系统过程.本研究结果强调了植物基因型多样性在种群动态中的重要作用,尤其在盐沼湿地等以单优势物种为主的生态系统中,对生态系统的稳定性具有重要作用.

'窄冠白杨1号'(Populus leucopyramidalis 1)是一种冠形窄、耐盐碱的优良白杨派无性系.由于缺乏其遗传转化体系,因此无法通过基因工程手段对其进行遗传改良.该研究以'窄冠白杨1号'为材料,建立了农杆菌介导的遗传转化体系,并获得了较高的遗传转化效率.首先将组培苗继代培养不同时间段(35、45、55、65 d),分别取其3种组织(叶片、叶柄、茎段)以对比分化能力的强弱,确定了继代45 d后的叶片具有最强的分化能力,其增殖倍数为8.77.随后,使用继代45 d后的叶片作为遗传转化的材料,研究不同侵染条件对转化率的影响,设立了菌液浓度、侵染时间和共培养时间各3个梯度的正交试验,对这3个因素进行最佳水平筛选,通过PCR检测和GUS染色鉴定转基因株系.结果表明'窄冠白杨1号'遗传转化体系的最佳组合为:菌液浓度OD600=0.4,侵染时间15 min,共培养时间2 d,在该组合下转化率最高可达54.23%.最后,利用该遗传转化体系获得了转Bt-Cry3Aa抗虫基因'窄冠白杨1号'株系,证明该体系可以做为'窄冠白杨1号'遗传改良的有效方法.

镰孢菌Fusarium spp.通常引起多种作物病害,但其中某些种类可作为植物内生菌从而提高植物的生长和抗逆性.因此,研究非农田生态系统镰孢菌物种多样性和生态功能具有重要的科学意义.本研究对分离自滩涂盐碱地盐生植物根际的 23 株镰孢菌进行了种类鉴定、非生物胁迫抗性及毒性评价研究.结果表明:经形态学和多基因联合建树分析(ITS+rpb2+tef1-α),这些菌株属于 7 个系统发育种,多数菌株属于尖孢镰孢菌 F.oxysporum、恶臭镰孢菌 F.foetens 和藤仓镰孢菌 F.fujikuroi.在 7 种非生物胁迫条件下[H2O2、亚硫酸氢钠甲萘醌(menadione sodium bisulfite,MSB)、KCl、山梨醇(sorbitol)、荧光增白剂(calcofluor white,CFW)、刚果红(congo red)、NaCl]测定菌株抗性,上述 3 种镰孢菌与Fusarium sp.1 表现出相似的抗性能力;Fusarium sp.2 和Fusarium sp.3 尤其在离子胁迫和渗透胁迫方面表现出较强的适应性;芳香镰孢菌F.ambrosium则对多种胁迫均比较敏感.PCR 检测表明大多数菌株含有恩镰孢菌素(enniatin)合成核心基因,约 1/3 菌株包含伏马菌素(fumonisin)基因,少量菌株含有单端孢霉烯族毒素(trichothecene)基因.只有少量菌株扩增出 six2、six9和six13等编码木质部分泌蛋白SIX(secreted in xylem)的基因.接种试验表明,多数菌株对拟南芥和 NL895 杨树无性系具有不同程度的致病性,只有少量菌株具有明显的促生效应;而所有菌株接种小麦幼苗均未引起病害.研究发现促生和致病菌株在毒素合成基因和 six 基因数量方面并无明显差异,表明还存在其他致病或促生机制.本研究揭示了盐生植物根系存在较为丰富的镰孢菌种类,而且存在致病或促生等方面的差异.本研究为深入研究营养方式转变的基因组演化特征和植物-镰孢菌的共生互作提供了模型.

为从湿地松种子园现有的速生材用无性系中选择产脂力强、松脂品质高的优良无性系,并高效利用湿地松良种资源.该研究以湿地松第一代种子园内 36 个无性系为材料,测定其树脂质量流速以及胸径生长量,进一步采用GC-MS分析其松脂组分,并基于上述指标利用相关性分析、聚类分析对参试的 36 个无性系进行综合评价.结果表明:(1)共鉴别出了 21 种松脂成分,包括 8 种单萜成分和 13 种二萜成分.(2)相关性分析显示,树脂质量流速(RMR)与单萜含量显著正相关,与枞酸型树脂酸呈弱的负相关,与海松酸型树脂酸无明显关联.(3)从松节油含量、树脂质量流速、枞酸型树脂酸、海松酸型树脂酸 4 个维度对参试无性系进行聚类分析,可将 36 个无性系分为三大类,并且各类型间差异显著,第 1 类的表现要远好于其他两类.(4)在产脂力高的基础上,6-44、4-11-1、1-38、3-64 四个无性系单萜含量高,4-11-1、3-64、2-0420、3-468四个无性系海松酸型树脂酸含量高,而无性系 2-173 枞酸型树脂酸含量较高.该研究定性分析了湿地松的松脂组分,定量评估了 36 个无性系的产脂力与组分含量,为湿地松脂用无性系的选择奠定了基础.

以吉林森工临江林业有限公司金山林场蒙古栎无性系种子园植株为对象,调查分析蒙古栎无性系雌、雄花空间分布规律.结果表明:无性系间单株标准枝数和标准枝小枝数差异达显著水平,无性系间小枝雄花序数、小枝雌花数、雄花序总数、雌花总数差异均达到极显著水平;依据雌、雄花数量将各无性系聚类成多花类群、中间类群和少花类群;蒙古栎种子园内,雌、雄花量上、下冠层间差异均达到显著水平,花量在树冠上、下层间的比为1 ∶ 0.27,说明雌、雄花绝大多数都分布在树冠上层;蒙古栎无性系雄花数量在树冠不同方向上(东、西、南、北)的比为 1 ∶ 0.89 ∶ 0.92 ∶ 0.72,雌花量为 1 ∶ 0.83 ∶ 0.87 ∶ 0.72.

为探讨中高林龄杨树(Populus)光合生理特性对不同修枝强度的响应规律,以10年生三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)无性系B301与S86为研究对象,采用轻度修枝(修去树冠下部1/3枝条)和重度修枝(修去树冠下部1/2枝条),以及未修枝杨树为对照,研究不同强度修枝对10年生毛白杨生长和生理特性的影响.结果表明:对于10年生中高龄杨树,修枝对树高、胸径、材积增长率无显著影响,但重度修枝能提高剩余叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs),增强单叶水平上物质合成的能力,而修枝对瞬时水分利用效率(WUE)影响不显著.从生长和光合角度综合分析,修去树冠下部1/2枝条能够改善10年生毛白杨生理状况,但对林木生长无明显促进作用.

观测、分析蒙古栎种子园内部分无性系叶片,新梢,雌、雄花及果实的生长发育情况.结果表明:5 月初,当日均温达到7.5℃左右时,蒙古栎进入营养生长阶段,主要包括萌芽期、展叶期、新梢生长期和木质化等.至5 月10 日左右,可见雌、雄花.蒙古栎雄花序发育经过6 个时期,包括混合芽萌动期、雄花序形成期、雄花序伸长期、花药形成期、雄花序散粉期、雄花序枯萎期;自萌动起至开花,雌花发育大致可分为萌动期、柱现期、柱裂期、柱干期、子房膨大期,授粉后的雌花子房开始膨大,进入坐果期.8 月底,果实直径生长至最大.相关性分析表明,气温和降水是影响蒙古栎生长发育的主要因素.

天然除虫菊酯是从除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)中提取的绿色植物源生物杀虫剂.醛脱氢酶(TcALDH)和GDSL脂肪酶(TcGLIP)是除虫菊酯生物合成途径中的关键限速酶.为探究TcALDH和TcGLIP基因的功能,该研究从除虫菊无性系'W99'中克隆得到TcALDH和TcGLIP基因的启动子,并通过生物信息学分析、组织化学染色(GUS染色)、荧光素酶报告实验和外源植物激素处理实验对其启动子的调控元件、启动子活性、激素诱导特异性和组织特异性进行分析.结果表明:(1)克隆得到的TcALDH和TcGLIP启动子序列分别为2 848、1 343 bp,均含有多个与逆境应答和激素信号相关的顺式作用元件.(2)分别构建了启动子和荧光素酶融合的植物表达载体,在烟草叶片中观察荧光成像发现,TcALDH 启动子具有茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)激素诱导特异性.(3)用MeJA和ABA处理除虫菊'W99'组培苗发现,TcALDH的表达量在 12h内受ABA诱导时上调,受MeJA诱导时先升高后降低,TcGLIP的表达量受ABA和MeJA诱导下调.(4)分别构建了TcALDH和TcGLIP启动子与GUS基因融合的植物表达载体,转化烟草并对其转基因叶片进行GUS活性染色发现,TcALDH启动子在烟草叶片腺体、腺毛头部及叶肉细胞中表达,而TcGLIP启动子仅在烟草叶肉细胞中表达.综上认为,TcALDH和TcGLIP的启动子具有组织特异性,TcALDH启动子具有MeJA和ABA激素诱导特性.该研究结果为除虫菊TcALDH和TcGLIP基因参与除虫菊酯合成的调控机制提供了新见解.

为揭示遗传改良对主要造林用材树种叶和种实性状的影响,阐明性状的变异趋势,该研究以杉木第4 轮育种的精选树(改良群体)、四省五地的表型优树与古树(未改良群体)为对象,调查了 218 个无性系的针叶和种实性状指标,采用方差分析和多重对比方法研究遗传改良对杉木及不同类型杉木的表型差异,并通过相关性分析探究遗传改良对杉木针叶和球果部分表型性状的影响,以及利用主成分分析和聚类分析进行了分类.结果表明:(1)未改良群体的针叶长、针叶宽和出籽率分别比改良群体小 13.28%、10.81%和33.90%,其他性状表现为未改良群体大于改良群体,差异在 10.90%～27.03%之间.未改良群体球果长、球果宽和出籽率的变异系数,分别比改良群体大 9.14%、12.73%和 15.38%.(2)球果长、球果宽、苞鳞长和苞鳞宽 4 个性状,在未改良群体中仅有球果长和球果宽(0.931)、苞鳞长和苞鳞宽(0.622)之间呈极显著正相关,经遗传改良后,这 4 个性状两两之间均呈显著或极显著正相关.(3)四川雅安(SCYA)的球果长和球果宽的性状比改良群体大 48.83%和 53.26%,安徽黄山(AHHS)的百粒重比改良群体大 16.92%.(4)遗传改良导致松张型球果的杉木比例降低,紧包型和反翘型球果的杉木比例增加.综上认为,杉木的遗传改良导致球果大小下降,改变了不同针叶和球果类型的比例,同时会改变针叶性状和种实性状的相关性,将为杉木种质资源评价和未来多目标育种提供依据.

为揭示铁皮石斛多糖积累的规律,明确采收时机对铁皮石斛多糖的影响,该研究在组培室恒温条件下,于2015年12月至2016年11月预培养铁皮石斛D21无性系小苗至1 cm左右,然后转接培养2～5个月后采收,用苯酚硫酸法测定多糖含量、柱前衍生-UPLC分析单糖组分的差异,结果显示多糖及其关键组分甘露糖的含量与培养月龄呈正相关,但各种培养月龄多糖含量均在5-6月份具有峰值,并与大田种植条件下的趋势吻合,表明即使在组培室恒定条件下,采收季节仍然显著影响多糖及其组分的含量,这种植物内在调控的多糖积累动态变化趋势可能与铁皮石斛固有的感知四季变化的生命节律有关.