在海滨森林生态系统中,乔木表现出以株高降低为主的特殊海滨矮化现象.阐明海滨植被在海滨生境胁迫下的矮化响应机制是实现海滨植被保护和恢复的关键环节.从海滨森林生态系统中乔木矮化的形态和作用机制的角度出发,综述了这一矮化现象与海滨各生态胁迫因子之间的关联及作用机制的研究进展.海滨乔木受到了长期海滨大风和极端风暴的机械压力,在形态上表现出茎粗、低矮的特征;海滨贫瘠的土壤、特殊的盐胁迫和复合型的水分胁迫在导致乔木高度降低的同时降低了基径和胸径生长,表现出瘦小的性状,这与非地带性山地矮林中乔木矮化现象是不同的;乔木的矮化也同样受到了海滨频发的火灾、极端光暴露或林内高郁闭度的光胁迫等环境因子的影响.这种乔木个体的矮化最终表现为海滨植被群落中乔木层的矮化.不可否认的是,海滨乔木矮化现象是由多种因素交互作用下形成的,但迄今为止,学界对海滨矮化现象的主导环境驱动力的探讨尚处于初步阶段.在指出现有研究的不足之处的同时,提出在未来的研究中,应更多的关注全球变化下海滨森林矮化的多因素驱动模型,并基于现行的植被分类系统,提出了划分海滨矮化森林为新植被型的构想,为海滨植物和植被的保护、恢复和分类提供了参考.

为创制棉花耐旱种质资源,解决棉花耐旱资源贫乏以及提高水资源利用率,研究依据CRISPR/Cas9编辑原理,对课题组前期利用RT-PCR技术筛选耐旱相关基因GhNAC3(Gh_D02G0790)的第一外显子区域设计2个20 bp的编辑靶点,并在陆地棉基因组数据库中比对分析靶点序列,排除非特异性编辑,将2个靶点核苷酸片段分别与gRNA-AtU6载体连接,通过2次PCR扩增,得到含特异性连接接头的AtU6-GhNAC3表达盒,再将表达盒连接到CRISPR/Cas9(pRGEB32-7)载体上,获得CRISPR-GhNAC3重组表达载体,利用农杆菌介导法转化陆地棉受体YZ-1,再生培养得到T0代转基因幼苗,通过PCR检测Cas9蛋白基因获得阳性株系.对T0代植株的靶点区域序列进行PCR扩增和测序分析,鉴定GhNAC3编辑类型.结果发现,CRISPR9-GhNAC3表达载体成功转化YZ-1,并获得40株转基因再生植株,经Cas9蛋白基因鉴定得到30株阳性株系,从阳性植株选择10株进行编辑类型测序分析,发现7株在靶点区域发生编辑,编辑类型主要为碱基片段缺失,缺失片段大小为3～28 bp,T1代种植于大田,获得了同时出现黄化和矮化的突变体3株.

为探究盆栽牡丹植株补偿生长和非结构性碳水化合物(NSC)累积特性,并为盆栽牡丹株型管理提供试验依据.以2年生'洛阳红'嫁接苗为试验材料,考察修根强度、生根剂和绿僵菌浓度对'洛阳红'株型发育和NSC积累的影响,并通过正交试验优化管理措施.结果表明,(1)盆栽牡丹根系发生明显的须根化.(2)各因素对植株生长补偿指数的影响大小依次为修根＞生根剂＞绿僵菌,较优组合为修根25％、浇灌生根剂750 mg/L和绿僵菌2 000万单位/mL,此条件下生长补偿指数和NSC积累量分别比对照提高了 65.14％和33.35％.(3)轻度修根促进了盆栽牡丹植株的补偿生长和NSC累积,而过度修根则抑制作用明显;生根剂显著提高盆栽牡丹根系、叶片的生物量和全株NSC的积累量;绿僵菌对植株生长和全株NSC积累量影响最小.(4)通径分析表明盆栽牡丹老根NSC含量、单株叶面积、老根和木质化新根鲜样质量对植株NSC积累量贡献较大.可见,适度修根及浇灌适量生根剂和绿僵菌液可以促进盆栽牡丹植株的补偿生长和NSC累积,达到生产适度矮化的紧凑型盆栽牡丹苗的目标.

短枝型芽变品种是中国苹果矮化密植栽培可以利用的重要种质资源,研究其形成的生理基础和相关基因,为进一步探索苹果短枝型芽变形成机理奠定基础.以枝条快速生长期的普通型品种'烟富8号'和短枝型品种'惠民短枝'叶片、茎与茎尖作为试验材料,测定枝条粗度和节间长度,采用HPLC法测定内源激素(IAA、GA3和ABA)和可溶性糖(葡萄糖、蔗糖、果糖、山梨糖醇)含量,应用实时定量qRT-PCR技术比较分析激素相关基因在不同品种中的表达特性,为研究苹果枝条发育调控机理提供支撑.结果表明,'烟富8号'的节间长度高出'惠民短枝'1.2倍,而枝条粗度显著低于'惠民短枝';茎中的蔗糖和山梨糖醇含量分别显著高于'惠民短枝'2.5倍和1.3倍,茎尖中的葡萄糖含量仅为'惠民短枝'的0.3倍;茎和茎尖中的GA3和IAA含量、TIR1和GA20ox基因的表达水平显著高于'惠民短枝',而ABA含量、SnRK2和PYL基因表达水平显著低于'惠民短枝';叶片中GA20ox基因的表达水平显著高于'惠民短枝'.研究推测,较低浓度的GA3、IAA、蔗糖和山梨糖醇,及较高浓度的ABA和葡萄糖与短枝型苹果品种的形成密切相关.

WUSCHEL-Related Homeobox(WOX)家族是植物特有的一类转录因子,在干细胞维持和器官形态建成等发育过程中发挥重要的调控作用.兰科珍稀名贵中药植物铁皮石斛(Dendrobium catenatum)具有独特的附生生活方式和生长发育特性,对其WOX家族基因功能探究有助于进一步了解铁皮石斛发育的保守性和特异性.本研究对铁皮石斛 WOX 家族基因(DcWOX)进行了系统进化、组织表达模式、异源表达功能检测等分析.结果显示,铁皮石斛WOX家族基因可分为 3 个进化支,具有显著差异的组织表达谱;在转基因拟南芥中,DcWOX4过表达导致植株显著矮小,叶缘羽状深裂,花期推迟 2 周;DcWOX9过表达导致植株矮化,叶缘锯齿状,开花推迟 1 周,强表型植株雌雄蕊均不育;DcWOX11 过表达导致叶缘向下卷曲;DcWOX4/9/11 过表达拟南芥叶片形态建成异常与TCP家族基因和CUC家族基因的下调以及KNOX家族基因的上调有关;花期推迟与FT、SOC1和CO等早花基因的下调有关.因此,本研究表明铁皮石斛WOX家族基因在调控植株形态建成、叶发育、开花时间和育性等方面具有重要功能,进一步拓展了对 WOX 家族基因的功能了解,为深入探讨兰科植物进化与发育的保守性和独特性提供参考.

发掘矮秆基因并解析其调控机制,为玉米矮化育种提供基因资源和理论依据.利用形态观察和石蜡切片方法,研究了玉米矮秆突变体K15d与野生型K15的矮化特征差异;通过等位性鉴定并利用PCR扩增克隆了矮秆基因d15,分析了 3个时期茎节间中d15的表达模式.与野生型K15比较,突变体K15d的株高、穗位高和穗下节间数分别降低39.22％、69.75％和38.83％,差异均达显著或极显著水平;茎秆横切面细胞大小差异不明显,纵切面细胞变短,排列不规则.矮秆基因d15与br2等位,第5外显子5485-5685 bp区间缺失200 bp,编码区全长3983 bp.d15编码蛋白的跨膜结构域为10个,比D15编码蛋白的跨膜结构域减少2个,负责底物结合和转运功能的第2个保守功能域缺失.d15启动子较br2仅有2个SNPs差异.在拔节前、拔节期和拔节后3个时期,突变体中d15基因的表达量与野生型间均无显著差异.由此可见,矮秆基因d15的矮化特征及表达模式均与br2相似,是1个新的br2等位基因,丰富了玉米矮秆基因资源.

赤霉素作为5大植物激素之一,在果树的花芽分化、花序发育、开花坐果、果实的生长发育及植株的形态建成等方面扮演着重要的角色,但对果树赤霉素的分子生物学研究与其他大田作物相比差距较大.为了在果树生产中能更加合理有效地利用赤霉素调控果树花果发育,研究果树赤霉素的合成及其信号转导途径的分子调控机制十分必要.研究发现GA合成的关键酶KO、GA2ox及GA20ox的表达均与果树矮化呈负相关,而KS的含量则与植株高矮呈正相关,板栗雄性不育现象也与KO、KAO的表达量密切相关.GAMYB基因及LFY基因则在果树的成花诱导和雄蕊发育等生殖生长过程中发挥重要作用.DELLA蛋白在果树的GA信号途径中作为负调控因子可致使矮化植抹形成,在果树的细胞周期循环过程、转录调控、花的形成、细胞的信号转导及许多生理过程中,DELLA蛋白泛素化降解均扮演着至关重要的角色.主要从果树赤霉素的合成及赤霉素的信号途径两大方面,着重对果树赤霉素合成过程中的关键酶基因及其定位、果树赤霉素信号途径的重要元件如赤霉素受体GID1、DELLA蛋白等进行了综述,以期为高效利用赤霉素调控果树生长发育提供重要的理论参考.

本文以苹果抗寒半矮化砧木‘54-118’为试材,研究基本培养基及植物生长调节物质对无菌苗增殖和生根的影响;并以无菌苗离体叶片为外植体,研究基本培养基、植物生长调节物质及碳源对叶片不定梢再生的影响.结果表明,无菌苗的适宜增殖培养基为QL+1 mg·L-1 6-BA+0.3 mg·L-1 IBA+30 g·L-1蔗糖,增殖系数为5.1.适宜的生根培养基为1/4MS+0.5 mg·L-1IBA+20 g·L-1蔗糖,生根率为77.9％,平均每株根数为3.5.离体叶片不定梢再生的最佳培养基为改良MS (NM)+3 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1IBA+30 g·L-1D-山梨醇,再生率为85.6％.

基于生态学和能量角度,早期对增强UV-B辐射影响植物生长发育及光合能力的报道多为负面性报道,例如,损伤DNA、改变蛋白质结构;增加活性氧及细胞膜透性;破坏光合作用;使植株矮化、株型缩小,抑制生长等.然而,UV-B并不是只对植物有不利影响,特别是在设施内UV-B不足或缺乏的情况下,适量补充反而有利于作物体内修复机制的激活,表现出对生长、产量和品质的正向调控.本文综述了设施栽培作物的信号转导、次生代谢物质、光合能力、生长发育、果实品质及产量等响应UV-B的研究进展,以期为设施栽培生产中UV-B的合理利用提供参考.

GA信号转导途径或生物合成受阻是导致植物矮化的重要因素,而DELLA蛋白是GA信号传导通路中一类重要的负调节因子.本研究利用同源克隆和RACE技术,从珍珠黄杨中克隆得到BsGAI2基因的cDNA序列,全长为2305 bp,包括1836 bp完整的ORF.实时荧光定量表达分析表明,BsGAI2基因在珍珠黄杨茎中表达量最高,在根中表达量最低;BsGAI2转基因烟草呈明显矮化,节间变短,长势较慢,延迟开花等特征.利用GFP荧光检测方法鉴定转化型烟草,发现转化苗的叶、茎中均有荧光信号,并且茎木质部有明亮富集的荧光信号.这些结果均表明BsGAI2基因可能在珍珠黄杨茎节间缩短导致矮化的过程中扮演重要角色.本研究分析了BsGAI2基因编码蛋白的理化性质和功能鉴定,为今后进一步研究BsGAI2基因及DELLA蛋白家族的功能提供了理论依据.