[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]NRAMP(natural resistance-associated macrophage protein)基因家族是一类广泛存在于植物中的天然抗性相关巨噬蛋白,对植物中二价金属离子的细胞转运具有关键作用.为挖掘沙棘NRAMP基因家族响应重金属铅胁迫的关键基因,阐明沙棘响应重金属铅胁迫的分子机制.[方法]利用生物信息学技术鉴定沙棘NRAMP家族成员,对编码该家族蛋白的理化性质、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、不同浓度铅胁迫下的NRAMP基因表达谱、种内种间共线性、蛋白互作网络进行综合分析.[结果]NRAMP基因家族的 11 个成员不均匀分布于 7 个染色体上,被分为Group1-Group3 三大类群.NRAMP基因家族成员的启动子具有丰富的激素应答、分生组织表达和环境应激响应元件.转录组分析表明,沙棘NRAMP基因家族的 11 个成员在不同浓度的铅离子胁迫下呈现差异表达,其中 8 个基因在 1 000 mg/kg的铅胁迫下显著下调,7 个基因在高浓度铅胁迫(5 000 mg/kg)下表达上调,并对选定的 6 个沙棘NRAMP基因进行了RT-qPCR验证.沙棘与单子叶植物小麦NRAMP基因家族的种间共线性比率高于双子叶植物拟南芥.蛋白质互作网络分析表明,沙棘NRAMP基因家族成员HrLNRAMP8 可能主要通过乙烯途径调控重金属的吸收转运.[结论]在全基因组范围内从沙棘中系统鉴定得到 11 个HrLNRAMP家族成员.Group2 亚族成员基因结构最复杂且一致性较低;所有的沙棘NRAMP成员都含有NRAMP家族特有的转运基序motif1.不同基因家族成员在铅胁迫条件下的表达具有偏好性,该基因家族通过响应重金属铅离子胁迫来调控基因表达水平,从而降低重金属胁迫带来的伤害.

[目的]前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义.[方法]以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力.[结果](1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,P、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,'中亚沙棘'、'新棘5号'、'新棘1号'和山杏次之,而'新棘4号'、'新棘3号'、文冠果和'新棘2号'较弱.[结论]Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植.

目的:采用高效液相色谱法(HPLC)建立不同产地沙棘叶指纹图谱,对其中异鼠李素、槲皮素和山柰酚含量进行测定,并对不同产地的沙棘叶品质进行综合评价.方法:指纹图谱采用C18 色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为乙腈-0.4%磷酸水溶液,梯度洗脱,流速为 0.8 mL·min-1,柱温为 30℃,进样量为 10 μL,检测波长为 280 nm;采用"中药色谱指纹图谱相似度评价系统"(2012版)软件进行指纹图谱相似度评价.含量测定采用C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),以甲醇-0.1%甲酸水溶液(58∶42)为流动相,流速为 1.0 mL·min-1,柱温为30℃,进样量为 10 μL,检测波长为 370 nm.结果:建立了不同产地沙棘叶HPLC指纹图谱,相似度为 0.647～0.910.通过和对照品比对,对 26 个共有峰进行峰指认,其中 9 个共有峰鉴定为英国栎鞣花酸、沙棘宁B、木麻黄鞣宁、表儿茶素、水仙苷、表没食子儿茶素、芦丁、异槲皮苷和山柰酚-3-O-芸香糖苷;对不同产地沙棘叶中异鼠李素、槲皮素、山柰酚进行HPLC定量分析,结果表明,槲皮素、山柰酚、异鼠李素的质量分数分别为 0.12%～0.33%、0.07%～0.32%、0.10%～0.49%.山西忻州沙棘叶槲皮素质量分数最高,为 0.33%;内蒙古鄂尔多斯沙棘叶山柰酚质量分数最高,为 0.32%;新疆塔城沙棘叶异鼠李素质量分数最高,为 0.49%.结论:该方法精密度、稳定性、重复性良好,可有效评价沙棘叶品质.不同产地沙棘叶黄酮类功效成分含量差异较大.

药食两用植物沙棘Hippophae rhamnoides的叶,已被批准为普通食品原料,同时还具有传统药用记载和广泛的药理活性,显示出较好的药用价值潜力,但其潜在的药效物质和作用机制尚不清楚.同时,由于沙棘叶来源广泛,品质变异大,没有相应的质量评价标准.该研究采用网络药理学和分子对接技术预测沙棘叶的活性成分、核心靶点、关键通路及其潜在治疗疾病,同时结合UPLC-DAD含量测定、化学指纹图谱分析,遴选出沙棘叶潜在的质量标志物(Q-marker),并利用酶活性抑制方法进行初步验证.结果表明,沙棘叶对多种消化道疾病、代谢类疾病、肿瘤和自身免疫性疾病等均具有潜在干预作用,与传统应用和现代药理学活性研究结果相符,作用核心靶点包含PTPN11、AKT1、PIK3R1、ESR1、SRC等;关键信号通路主要涉及PI3K-AKT、MAPK、HIF-1等.沙棘叶发挥药效活性与其含有丰富且结构多样的黄酮类和鞣质类成分密切相关,其中槲皮苷、水仙苷和鞣花酸可作为沙棘叶的质量标志物.该研究为沙棘叶的质量控制和后续药用价值的深入开发利用提供参考.

揭示中国沙棘(Hippophiae rhamnoides subsp.sinensis Rousi)根尖在形态、水力结构和非结构性碳水化合物(NSC)浓度对环境条件及外界干扰的响应有利于全面了解中国沙棘对环境条件在水分利用和碳素分配上的适应能力和适应策略.以山西省交城县野生沙棘林为研究对象,选取坡下部正常、坡下部动物啃食、坡上部正常和坡上部动物啃食4种类型沙棘,分析沙棘根尖形态、水力结构、非结构性碳水化合物(NSC)的响应.结果显示:与坡下部相比,在坡上部相对缺水的环境下中国沙棘根尖比根长显著增加,根尖的平均长度、直径、皮层厚度和中柱直径没有显著性变化,根尖导管直径降低、导管密度增加;根尖的比导水率正常和动物啃食分别降低18.12％和20.6％,水力脆弱性指数分别降低45.40％和48.5％,NSC含量没有显著性变化.动物啃食导致根尖比根长降低、平均直径增加、皮层厚度和中柱直径增加,导管直径降低、导管密度增加,坡上和坡下动物啃食导致比导水率降低71.14％和70.25％,水力脆弱性指数降低23.95％和19.41％.以上结果表明:坡上部较差的水分条件使中国沙棘根尖有更大的吸收面积,水分输导效率小幅降低,水力安全性较大程度提升;动物啃食导致根尖增粗、导水率较大程度降低、水力安全性小幅提升.坡位和动物啃食均未导致根尖NSC含量降低,动物啃食在坡上部相对缺水的环境中根尖响应程度更大.这表明中国沙棘根尖对坡位和动物啃食的响应有助于对两种影响因素的适应,动物啃食对根尖吸收和运输功能的影响程度更大.

探究不同恢复年限对于露天煤矿植被群落变化和植物个体生长的影响,进一步加强生态环境保护与生态修复治理措施.以内蒙古高寒露天煤矿排土场恢复4年(2018-2021年)的植物群落为研究对象,采用样方调查方法,对样地内植物群落进行调查,设置草本样方(1 m×1 m)和灌木样方(5 m×5 m),记录植物物种组成、高度及盖度等指标,计算Shannon-Wiener多样性指数、Simpon指数、Pielou均匀度指数和物种重要值.探讨不同的恢复年限植物群落变化特征和优势植物的养分吸收,为矿区人工植被恢复提供科学依据.结果表明:(1)矿区排土场植物群落物种数、生物量和群落多样性均随着恢复年限的增加而显著增加.总物种数从恢复第1年的16种增加到恢复第4年的31种,主要是由于非人工种植植物从6种增加到19种导致,特别是在恢复第2年增加显著,然后趋于平稳,这说明恢复第2年是物种增加关键的时期;(2)随着恢复年限的增加,生物量和多样性指数显著增加;矿区植被优势物种多以禾本科披碱草(Elymus dahuricus)、无芒雀麦(Bromus inermis);豆科植物苜蓿(Medicago sati-va)、草木樨(Melilotus officinalis)、沙打旺(Astragalus adsurgens)、锦鸡儿(Caragana sinica);菊科植物大籽蒿(Artemisia sieversiana);十字花科油菜(Brassica napus)和胡颓子科沙棘(Hippophae rhamnoides)为主.(3)比较不同优势植物叶片、茎和根的氮(N)、磷(P)和钾(K)含量发现,草本优势种中菊科和豆科植物显著高于禾本科植物.灌木优势种中沙棘茎的N含量和P含量显著高于锦鸡儿.研究认为,在排土场植被恢复初期(4年)的物种选择上,豆科植物和菊科植物是草本植物首选的先锋物种,另外,沙棘是灌木首选的物种.

为探究中国沙棘对土壤镉(Cd)胁迫的性别响应差异,该研究以中国沙棘2年生幼苗为材料,利用盆栽试验研究在不同浓度Cd处理下(0(CK)、25、50、100和200 mg·kg-11)雌、雄株幼苗的生长、叶片生理特性以及Cd富集特征的差异.结果表明:(1)Cd处理下中国沙棘幼苗雌、雄株的株高和基径生长以及各器官生物量均表现出低浓度(＜50 mg·kg-1)促进,高浓度(＞100 mg·kg-1)抑制的现象;低浓度Cd处理下雌株的株高、基径增长率和生物量的增幅均高于雄株;高浓度Cd处理下(200 mg·kg-1)雄株株高增长率、叶生物量和总生物量分别较CK显著降低,而雌株均未显著下降.(2)随着Cd浓度升高,雌、雄株叶片光合色素含量和抗氧化酶活性呈先升后降的变化趋势,丙二醛(MDA)和渗透调节物质含量呈上升趋势;Cd浓度为50～200 mg·kg-1 时,雌株叶片的光合色素含量、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量均高于雄株,而MDA含量始终低于雄株.(3)随着Cd浓度升高,雌、雄株各器官Cd含量均逐渐上升且表现为根＞茎＞叶,雌株各器官Cd含量均高于雄株;雌、雄株地上和地下部分富集系数呈先增后减的变化趋势且均大于1,转移系数逐渐降低且均小于1;雌株地上和地下部分Cd富集系数以及转移系数均高于雄株,且地上部分Cd富集系数在Cd浓度为25～100 mg·kg-11 时显著高于雄株.研究发现,中国沙棘幼苗在土壤Cd浓度小于50 mg·kg-1时表现出一定的Cd耐受性,当土壤Cd浓度大于100 mg·kg-1时其Cd耐受性减弱,雌株对土壤Cd的生长适应性、生理耐性和富集转运能力较雄株强.

以沙棘为研究对象,通过RACE、基因克隆和定量PCR技术,克隆并分析沙棘磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因(PEPCK)的序列信息,以及进化树构建和氨基酸的二级结构分析,比较NaCl胁迫后PEPCK基因的表达变化,为揭示PEPCK基因在沙棘抗性方面的功能研究奠定基础.结果显示:(1)成功克隆了沙棘PEPCK基因,该基因开放阅读框(ORF)为2 001 bp,编码666个氨基酸.(2)序列分析表明,沙棘PEPCK与蓖麻、黄顶菊、核桃等序列一致性高达85％以上;进化上沙棘PEPCK基因与蓖麻和狭叶羽扇豆较近,与烟草、拟南芥进化关系较远.(3)在300 mmol·L-1 NaCl盐胁迫下,沙棘PEPCK基因表达在胁迫组中显著上升,胁迫后7d时为未处理的2.5倍,15d时达到未处理的3.2倍.研究表明,沙棘PEPCK基因在沙棘适应外源盐胁迫的过程中可能发挥了重要作用.

采用RP-HPLC-DAD法同时测定沙棘叶中6种黄酮的含量,包括:儿茶素、芦丁、杨梅素、槲皮素、山柰酚和异鼠李素.沙棘叶经石油醚脱脂后,由乙醇水溶液提取得沙棘叶黄酮粉末.样品经由Shimadzu C18(150mim×2.1 mm,5μm)色谱柱分离,以甲醇-水(0.1％磷酸)(60:40)为流动相,以1.0 mL/min的流速等度洗脱,柱温40℃,检测波长分别为:儿茶素208 nm,芦丁257 nm,杨梅素373 nm,槲皮素371 nm,山柰酚367 nm,异鼠李素371 nm;进样量为20 μL.10 min之内,各成分实现基线分离,6种黄酮成分在0.47 ～ 30.00μg/mL范围内,线性均良好.通过精密度、稳定性和加样回收率等在内的方法学验证,证实方法稳定、准确.所建立的分析方法简便、快捷,可用于沙棘叶中6种黄酮含量的快速测定.