[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.

青藏高原东南部的东喜马拉雅地区和横断山区是全球生物多样性热点区,也是青藏高原重要的生态安全屏障区,但对该区域森林群落的生态位特征以及多样性相关研究较少.收集和整理了分布于青藏高原东南部的乔木植物及其科属特征,并分析主要优势物种的生态位特征以及森林群落多样性的影响因素.采用"Levins"方法计算优势物种的生态位宽度和生态位重叠值;随后,使用方差比率法、x2检验、Association coefficient联结系数和Ochiai指数等方法分析了种间联结性;最后,使用方差分解方法计算了每个环境因素对植物多样性的解释率.研究结果表明:(1)位于东喜马拉雅地区和横断山区森林群落共有植物42科71属119种,物种组成主要以松科(17种)、杜鹃花科(10种)、桦木科(9种)、无患子科(8种)和樟科(6种)为主;(2)该地区所有种植物生态位重叠值较低(平均值为0.027),并且生态位重叠值为0的种对数最多,说明森林群落整体竞争较小,处于一个相对稳定的状态;(3)生态位宽度值由高到低的物种依次为:冷杉、杜鹃、云南铁杉、川西云杉、落叶松、黄背栎、高山栎、花楸、石栎和云南松,这10种植物在森林群落占据优势地位;(4)种间关联结果显示方差比率大于1,说明森林群落中物种间存在较强的正关联,群落内各个物种占据的不同生态位,合理地利用各种资源;(5)年均温和坡向被认为是影响该地区森林群落物种多样性最关键的两个环境因子;(6)森林群落在年均温为7-11℃的地区和半阳坡的地形中,群落植物多样性最高.

元宝槭(Acer truncatum)是无患子科槭属的落叶乔木,又名华北五角枫、元宝槭.因其翅果的形状像中国古代的金元宝故而得此名,是我国特有的油料树种.为了系统研究元宝槭在我国的地理分布和资源特点,该文通过调研国内外主要数字化标本馆的馆藏标本和已有文献,分析了元宝槭的地理分布格局与主要分布区的资源特点.结果表明:基于对收集的1 913 份元宝槭标本的分析,元宝槭主要分布于我国东北和华北等地区的 27 个省/区/市,分布区域广、海拔差异大;不同地区元宝槭叶片、果实形态大小存在差异,陕西省采集标本的平均果实直径明显大于其他地区;部分元宝槭标本的采集地、采集时间等信息不全,少量标本由于采集或管理不当导致标本不完整.该文为利用数字化标本资源研究特色油料植物的资源分布情况提供了新的思路和方法.

生物燃油树种是发展生物质能源,实现化石能源替代战略的重要物质基础,明确当前和未来气候变化下我国生物燃油树种适生区分布,对保护和利用生物燃油树种,促进林业生物能源产业发展,保障能源安全和实现"双碳"目标具有重要意义.基于我国10个主要生物燃油树种的1037条树种分布数据和20个环境变量,利用最大熵模型(MaxEnt)预测了各树种当前和未来气候情景下(2050年和2070年的RCP4.5情景)的潜在适生区,得到了影响各树种分布贡献率最大的环境因子,并对我国各区域主要种植树种进行了区划.结果表明:(1)MaxEent模型预测效果较好,各树种模拟结果AUC值均在0.9以上.(2)影响各种分布的贡献率较高的环境因子因树种而异,最暖季度降水量和温度季节性变化标准差的相对贡献率较高.(3)10个生物燃油树种极高适生区面积范围在43.38万km2-117.74万km2之间,可根据模拟结果将树种分布划分为北部、中东部、东南部和西南部4个亚区,北部亚区主要树种为文冠果(Xanthoceras sorbifolium)和欧李(Cerasus humilis),中东部亚区主要树种为盐肤木(Rhius chinensis)、山桐子(Idesia polycarpa)、无患子(Sapindussaponaria)、乌桕(Triadica sebifera)和黄连木(Pistacia chinensis),东南部亚区主要树种为光皮梾木(Cornus wilsoniana)和山鸡椒(Litsea cubeba),西南部亚区主要树种为小桐子(Jatropha curcas),各树种分布亚区与我国发布的林业生物质能发展规划一致性较高.(4)与当前相比,在未来2070年RCP4.5情景下,欧李和山鸡椒适生区面积表现出增加趋势,分别增加31.79万km2和5.61万km2,其他树种面积均减小,减小幅度范围在5.25万km2和38.63万km2之间;光皮梾木和山鸡椒的分布中心在未来向西北移动,盐肤木、乌桕和小桐子向东南移动,其他树种均向东北移动.

林木叶片对营养元素的重吸收作用可以减少对外界环境的依赖并适应外界环境的改变,但相对于关注较多的大量元素,微量元素重吸收规律仍然未知.因此,该研究主要比较同一立地条件下不同生活型树种对微量元素的重吸收效率差异.以中亚热带同质园中处于生长旺盛期的8个树种为研究对象,于2019年8月调查了不同树种成熟叶和衰老叶中微量元素A1、Fe、Mn、Zn和Cu的含量,并分析元素的重吸收效率,探索其养分利用策略.结果显示:常绿树种(包括针叶和阔叶)对Mn、Zn和Cu的重吸收效率均明显高于落叶阔叶树种,但8个树种对Al和Fe均未表现出明显的元素重吸收特征.相对于其他树种,马尾松(Pinus mnassoniana)和樟(Cinnamomum camnphora)对Mn的重吸收效率较高(＞30％),米槠(Castanopsis carlesii)、醉香含笑(Michelia macclurei)和无患子(Sapindus saponaria)对Mn的重吸收不明显.樟对Zn的重吸收效率达67％,鹅掌楸(Liriodendron chinense)对Cu的重吸收效率达52％,枫香树(Liquidambar formosana)对Zn和Cu表现为在衰老叶中积累(-30％和-23％).此外,微量元素重吸收效率与土壤元素含量之间表现出明显的负相关关系,微量元素的重吸收效率与大量元素重吸收效率之间也存在一定的协同性.这些结果充分证明常绿阔叶树种相对于其他生活型树种对微量元素的重吸收效率更高,具有更好的微量元素利用效率.

为了了解水土保持树种的气体交换特性,对无患子(Sapindus mukorossi)、南酸枣(Choerospondias axillaris)、香樟(Cinnamomum camphora)、秃瓣杜英(Elaeocarpus glabripetalus)和毛竹(Phyllostachys edulis)等常见树种的光合蒸腾特性进行研究.结果表明,香樟、无患子、南酸枣和毛竹的净光合速率(Pn)日变化曲线呈双峰型,有明显的"光合午休"现象;秃瓣杜英的Pn日变化曲线则呈单峰型,未出现"光合午休"现象.5种树种的Pn以香樟>毛竹>无患子>南酸枣>秃瓣杜英;蒸腾速率(Tr)以香樟>无患子>毛竹>南酸枣>秃瓣杜英;水分利用效率(WUE)以秃瓣杜英>毛竹>南酸枣>无患子>香樟.单因素方差分析表明:不同树种间的Tr、气孔导度(Gs)和WUE存在显著差异,而Pn和胞间CO2浓度(Ci)的差异不显著.相关性分析表明,Pn与Tr、Gs和光合有效辐射(PAR)呈正相关关系;Tr与Gs呈正相关关系,与WUE呈负相关关系;Gs与WUE呈负相关关系;Ci与PAR和空气CO2浓度(Ta)呈负相关关系.香樟和无患子的Tr相对较大,而WUE较低,在养护过程应加强浇水及遮阴以降低其水分蒸腾的速率;秃瓣杜英、南酸枣和毛竹的Tr相对较低,而WUE相对较高,能够科学地利用土壤水分,可适应较干燥的外界环境.

花青素合成酶(anthocyanin synthetase,ANS)是花色苷合成途径末端的一个关键酶,催化无色花色素到有色花色素的转变.该研究利用RACE技术从鸡爪槭‘出猩猩’深红色叶片中克隆获得一个ANS基因,命名为ApANS.该cDNA序列全长1 371 bp,具有完整的开放阅读框(ORF),共1 083 bp,编码360个氨基酸,该基因编码的蛋白质具有典型的2OG-FeII-Oxy保守功能域,保守结构域中含有á-酮戊二酸及Fe2+结合位点,属于α-酮戊二酸双加氧酶家族;序列比对和系统进化分析表明,鸡爪槭ApANS蛋白质与同为无患子目的龙眼ANS蛋白质同源性为90％,亲缘关系最近.实时荧光定量PCR分析结果显示,ApANS基因在红色叶片中表达量较高,略带红色的黄色、绿色叶片中微量表达,绿色叶片中不表达;在叶片芽叶期、展叶期及呈色期具有很高的表达量,而后随着叶色的转绿,表达量急剧下降.这说明,ApANS在鸡爪槭叶片花色苷代谢及色泽形成过程中具有重要作用.

无患子科无患子属植物,是我国重要的药用植物资源,具有广阔的应用价值.近年来,从其果皮和茎等组织部位中相继发现了三萜皂苷、倍半萜苷以及挥发油等多种活性成分,具有抗菌、抗肿瘤、保肝、抗氧化、抗癫痫、抗炎等多种生物活性.该文对近年来无患子属植物化学成分及其生物活性研究进展进行了综述,以期为该属植物的进一步研究和开发利用提供参考.

为了探究无患子皂苷对人肝癌细胞HepG2增殖和凋亡的影响.本研究采用不同浓度的无患子皂苷对HepG2细胞进行处理,分别利用MTT法、流式细胞术、qPCR的方法检测细胞增殖、周期和凋亡情况以及NF-κB和Caspase3的表达情况.结果发现25 μg/mL～ 100 μg/mL的无患子皂苷分别作用12、24和36 h后,显微镜下发现细胞形态发生明显变化,MTT法检测发现细胞的增殖受到明显的抑制.无患子皂苷作用24 h后流式细胞术检测出现明显的凋亡峰,细胞周期阻滞在G0/G1期.qPCR检测发现随着皂苷浓度的提高,Caspase3的表达上调,而NF-κB的表达下调.以上结果说明无患子皂苷能够抑制人肝癌细胞HepG2的增殖并诱导其凋亡.

为探讨茂兰喀斯特森林群落结构和优势种更新机制,对茂兰自然保护区常绿落叶阔叶混交林群落进行了调查.结果表明,群落中有木本植物37科58属70种,以樟科、蔷薇科、无患子科和漆树科为主.常绿树种41种,占总种数的58.6％;落叶树种29种,占总种数的41.4％,这体现了喀斯特常绿落叶阔叶混交林的群落学性质.群落的优势乔木树种有轮叶木姜子(Litsea verticillata)、青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)、狭叶润楠(Machilus rehderi)和翅荚香槐(Cladrastis platycarpa)等.灌木优势种有皱叶海桐(Pittosporum crispulum)、裂果卫矛(Euonymus dielsianus)、革叶铁榄(Sinosideroxylon wightianum)和南天竹(Nandina domestica)等.优势种种群结构有5种类型:单峰型,如樱桃(Cerasus pseudocerasus)、南酸枣(Choerospondias axillaris)等阳性乔木,为林窗更新种,随林窗的郁闭将衰退消失;逆J字型,如轮叶木姜子、香港四照花(Dendrobenthamia hongkongensis)、皱叶海桐等耐荫性强的常绿阔叶树种,更新能力较强,为顶极群落优势种;间歇型,如青冈栎、狭叶润楠、齿叶黄皮(Clausena dunniana)等树种,群落中的个体多集中在小径级阶段,能长期存在于群落中;L字型,如桂皮(Cinnamomum tamala)、梓叶槭(Acer catalpifolium)、革叶铁榄等;单柱型,如石岩枫(Mallotus repandus)、南天竹等常绿灌木树种,个体集中于幼苗、幼树阶段,为顶极群落亚乔木层和灌木层的主要组成种.因此,这表明调查区域的植物群落处于相对稳定的顶极阶段.