为探究独脚金内酯抑制剂Tis108对天麻生长的影响,该研究采用10 μmol·L-1的Tis108溶液处理白麻块茎,对块茎的内源激素赤霉素(GA)含量进行测定,通过RT-PCR技术克隆GA失活关键酶GeCYP714A1基因,借助ExPASy、SWISS-MODEL、MEGA 等软件对该基因进行生物信息学分析,并测定其在天麻不同组织部位的表达水平.结果显示,Tis108处理后天麻块茎的GA含量显著升高,GA失活关键酶GeCYP714A1的转录水平显著降低.GeCYP714A 1基因的编码区全长1 173 bp,编码390个氨基酸,蛋白的相对分子质量为44.85 kDa,理论等电点为9.83,不稳定系数为49.20,脂肪系数为89.03,总平均亲水指数平均值为-0.235,属于碱性亲水性不稳定蛋白;且GeCYP714A1蛋白定位于线粒体,无信号肽,不具有跨膜结构.系统进化树分析显示,GeCYP714A1与铁皮石斛DcCYP714C2(PKU78454.1)蛋白亲缘关系最近,序列一致性达67.25％.利用qRT-PCR技术分析天麻GeCYP714A1基因的表达模式,结果显示在天麻块茎中GeCYP714A1转录水平最高,其次是茎和花序.该研究表明Tis108可抑制天麻块茎中GA失活酶GeCYP714A1的转录水平,提高GA的积累量,影响天麻块茎生长,为进一步揭示独脚金内酯调控天麻GA信号和块茎发育奠定基础.

目的 建立同时测定常见水果蔬菜中多效唑、赤霉素、2,4二氯苯氧乙酸、噻苯隆、氯吡脲、4-氯苯氧乙酸等6种植物生长调节剂残留量的高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)方法.方法 样品采用乙腈联合QuEChERS提取包振荡提取,用C18粉末净化、多反应监测(MRM)、基质匹配标准溶液外标法定量.结果 在0.1～100 ng/ml线性范围内,所得6种植物生长调节剂的回归方程均呈良好的线性关系,r＞0.994,表明标准曲线在所选的浓度范围内的线性关系良好.该方法的检出限为0.01～0.05 μg/kg,定量下限为0.05～0.25 μg/kg;平均回收率为70.4％～110.8％,RSD为2.28％～8.53％.结论 该方法分析速度快,灵敏度高,回收率、重现性好,可有效用于水果和蔬菜中6种植物生长调节剂残留的快速检测.

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的植物激素,调节植物的发育及其对环境信号的反应.GA生物合成的最后部分离不开赤霉素氧化酶(gibberellin oxidase,GAox)的催化.赤霉素氧化酶是赤霉素生物合成和分解代谢过程的关键酶,在植物体内的赤霉素生物合成和分解代谢途径中起到复杂的调节作用.GA20ox(gibberellin 20 oxidase)、GA3ox(gibberellin 3 oxidase)和GA2ox(gibberellin 2 oxidase)均属于赤霉素氧化酶基因家族,GA20ox和GA3ox是赤霉素生物合成过程中的限速酶,而GA2ox是赤霉素分解代谢的关键酶,三者共同参与GA生物合成途径的调节,从而保障植物在生长发育以及与环境相互作用过程中对GA的需求.赤霉素氧化酶参与调控植物生长发育的多个阶段,受到外界环境和内源因素的精密调控,目前已经在拟南芥、水稻、杨树等物种中克隆表达,其在不同物种之间的功能存在差异.本文主要围绕GA20ox、GA3ox和GA2ox三种酶进行介绍,对植物赤霉素氧化酶的特性、时空表达进行了阐述,并重点总结了赤霉素氧化酶的功能及其研究进展,以期为今后系统开展赤霉素氧化酶基因功能研究提供理论依据.

水毛花(Schoenoplectiella triangulata)是一种广泛应用于湿地植被恢复中的挺水植物,探究不同地区水毛花种群种子的萌发特性与休眠特性对其种质收集和科学利用至关重要.该研究测定了水毛花种子形态特性、萌发特性的种群间差异,并对其休眠机制进行探索,结果显示:(1)水毛花的种子存在生理休眠,其形态、千粒质量和吸水特性在种群间存在显著差异.(2)光照和变温条件有助于水毛花种子的萌发.(3)低温沙藏、低温水藏和常温沙藏有助于水毛花种子休眠的解除;氟啶酮和赤霉素处理均有助于打破水毛花种子的休眠,但在不同地区水毛花种群间存在差异.(4)不同地区水毛花种群间种子形态特性、萌发特性以及休眠特性的差异与采集地的环境因子相关.该研究结果表明水毛花种子应用于湿地生态修复时应考虑种源的问题,在播种前对其进行适当处理可以提高发芽率和生态修复成效.

在"其他植物激素"一节中,以"赤霉素"为例,回顾科学史,创设问题情境,引导学生通过设计、分析实验,从分子水平探究激素作用的机制并联系生产生活实际,理解激素之间的相互作用,在课堂教学中从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任4个维度落实生物学学科核心素养.

为探究七叶一枝花的种子萌发生理机制,该文从种胚形态上对七叶一枝花种子萌发过程的时期进行了划分,并分析了不同时期种子内源激素含量及相关酶活性的变化规律.结果表明:(1)根据种胚形态可将种子萌发过程细分为 8 个时期,即种胚未萌动时期(S1 期)、心形胚时期(S2 期)、种胚膨大时期(S3 期)、胚根未突破种皮时期(S4 期)、子叶柄伸长和胚根突破种皮时期(S5 期)、下胚轴突破种皮时期(S6 期)、上胚轴伸长时期(S7 期)、胚根伸长时期(S8 期).(2)不同萌发时期种子的α-淀粉酶活性均明显高于β-淀粉酶.(3)超氧化物歧化酶(SOD)活性在S5 期最高,S1 期最低;过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随种子萌发进程总体呈上升趋势,可溶性蛋白含量随种子萌发进程先下降后升高.(4)吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和水杨酸(SA)含量随种子萌发进程整体呈下降趋势;1-氨基环丙烷羧酸(ACC)、茉莉酸(JA)、油菜素内酯(BRs)随种子萌发进程整体呈上升趋势;细胞分裂素类(CTKs)含量无显著变化;IAA/ABA和GA3/ABA随种子萌发进程呈先下降后上升趋势,而 CTKs/ABA 则不断升高.(5)ABA、IAA、GA3含量与胚率呈负相关,而ACC、JA、BRs、POD、CAT、β-淀粉酶活性与胚率呈正相关.综上认为,七叶一枝花在不同时期种子内源激素含量及相关酶活性各不相同,其中α-淀粉酶活性、POD活性可能与种胚胚根伸长有关,GA3可能影响种胚形成,而ABA则可能抑制种胚的生长发育.

植物生长调节剂5-羟色胺(5-HT,5-hydroxy-tryptamine)已应用于农业生产,以提升作物抗旱性,然而其转录水平的分子机制尚不清楚.本研究通过转录组测序、内源激素水平和抗氧化酶活性的综合评价,探讨模拟干旱胁迫下蜡杨梅幼苗响应外源5-羟色胺的生理和分子影响机制.结果表明,50μmol/L的5-HT处理显著提高了蜡杨梅根系中脱落酸和茉莉酸含量,而100 μmol/L的5-HT处理的结果则刚好相反.50 μmol/L的5-HT处理诱导丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性显著升高,而过氧化氢含量则显著降低.基于上述两种浓度水平的5-羟色胺处理基因集富集分析结果表明,差异表达基因集主要包括抗氧化酶活性、氧化还原酶活性、生长素和赤霉素介导信号传导、细胞壁生物合成、木聚糖生物合成、果胶代谢、次生代谢物生物合成、苯丙烷和半乳糖醛酸代谢等.与抗氧化酶活性及激素代谢相关的差异表达基因主要为PER、LAC、DHAR和PIN等.通过加权基因共表达网络分析发现8个共表达基因模块与5-羟色胺及干旱胁迫显著相关,其中枢纽基因KAB1218346.1(LOX3)、KAB1219593.1(WRKY53)和KAB1217691.1(CZF1)主要参与激素代谢和转录调控,上述关键基因及其分子调控机制将是今后研究的重要对象.

为了探究刺五加(Acanthopanax senticosus)种子的休眠类型以及种子萌发过程中生理和代谢特征,以东北地区刺五加种子为研究对象,分别在不同温度条件(20 ℃,4 ℃,20 ℃/4 ℃)下对种子进行140 d沙藏层积处理.通过观察胚的表型变化,筛选出5个典型时期.研究5个典型时期种子中的内源激素、主要营养物质及其水解酶、抗氧化系统和代谢组学的动态变化规律.结果表明:(1)刺五加种子吸水性能良好,20 ℃恒温条件只能促进胚的伸长,不能萌发.4 ℃恒温条件下胚率无增长.只有0～110d保持20 ℃恒温,110～140 d保持4 ℃恒温,胚率增长且种子能够萌发.(2)随着胚率增长,赤霉素含量上升,脱落酸含量下降,吲哚乙酸、吲哚丁酸和萘乙酸含量均下降;脂肪含量下降,可溶性糖含量上升.脂肪含量与脂肪水解酶活性呈显著负相关,与可溶性糖含量呈极显著负相关.(3)共筛选出92个差异代谢物,碳代谢、能量代谢和抗氧化代谢是主要的差异代谢通路.此外,倍半萜和三萜生物合成、脂肪酸生物合成、甘油脂类代谢等也存在差异.总之,刺五加种子属于形态生理性休眠,变温层积是打破种子休眠的必要条件,内源激素能够调控种子的休眠与萌发.脂肪等大分子营养物质被水解酶分解,为种子萌发提供物质和能量,这也是种子萌发的必要条件之一.该研究可为鉴定刺五加种子休眠类型以及人工繁殖提供理论依据.

目的:全缘铁线莲(Clematis integrifolia L.)是铁线莲属直立多年生草本或亚灌木,有很高的观赏价值,了解种子休眠特性及破眠方法可为其引种驯化和园林应用提供科学依据.方法:以全缘铁线莲种子为研究材料,通过纸培法探究控制条件下种子休眠及萌发的生物学特性.结果:果实形态成熟时种子尚不具备发芽能力,种子生活力为86.33%±2.87%,种皮(包括瘦果果皮)透水性良好,种胚无吸水障碍.种子浸取液对小白菜种子发芽及幼苗生长有显著抑制作用.果实形态成熟时种胚发育尚不完全,低温层积能促进种胚发育.低温层积90 d可将种子发芽率提高到73.33%±4.71%.使用200 mg·L-1赤霉素浸种24 h可使种子发芽率提高到61.11%±5.67%.结论:全缘铁线莲种子休眠是由于萌发抑制物和种胚分化不完全而导致的形态生理休眠,播种前将种子低温层积90 d或使用200 mg·L-1赤霉素浸种24 h可以有效打破种子的休眠从而促进种子萌发.

[目的]WRKY转录因子参与植物对低磷胁迫反应的调控.基于前期苦荞在低磷胁迫下的转录组数据,克隆FtWRKY28基因,预测基因及其编码蛋白的序列结构特征,分析基因在各器官中以及在低磷和激素处理下的表达模式、蛋白的亚细胞定位与转录激活活性,为阐明基因的生物学功能奠定基础.[方法]基于苦荞基因组数据库注释设计特异引物,用逆转录PCR从低磷处理的苦荞根RNA样中克隆FtWRKY28的完整编码序列,用生物信息学方法分析基因与蛋白的结构以及同源蛋白的进化关系,用实时荧光定量分析基因的表达模式,用拟南芥原生质体瞬时表达体系分析蛋白的亚细胞定位,用酵母单杂交分析蛋白的转录激活活性.[结果]FtWRKY28的完整编码序列长876 bp,编码1个含291个氨基酸、有1个WRKY结构域、锌指结构域为C2 H2型的蛋白,归属WRKY家族Ⅱ组.FtWRKY28绝大部分定位于细胞核,具有转录激活活性.FtWRKY28在根中表达水平最高,受低磷、吲哚乙酸、赤霉素3和6-苄氨基嘌呤显著诱导.[结论]FtWRKY28具有转录因子的基本结构与生物化学特征,可能通过生长素、赤霉素、细胞分裂素信号网络的交互作用,调控苦荞在低磷胁迫下的响应过程.