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.

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.

[目的]盐胁迫易导致月季生长发育不良、观赏品质下降,严重影响其在高盐环境或沿海地区室外绿化应用,探究施用外源褪黑素(MT)和接种丛枝菌根真菌(AMF)对其幼苗生长、叶绿素荧光参数以及激素代谢的调控作用,解析它们促进月季适应盐胁迫的生理生化机制,对于增强月季抗盐性,扩大月季应用范围具有重要意义.[方法]以月季品种'月月红'幼苗为试验材料,采用室内盆栽试验,设置对照(CK)、100 mol/L NaCl胁迫、根际施用MT、根际接种AMF幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum)及其组合等8个处理,考察各处理对月季幼苗生长、叶绿素荧光参数、激素代谢及抗氧化系统的影响.[结果](1)施用MT可以促进AMF对月季幼苗根系的侵染,提高侵染率、丛枝着生率、泡囊数和侵入点数;(2)月季幼苗株高、茎粗以及生物量等在盐胁迫下显著下降,在MT或AMF处理下均不同程度增加,而AMF+MT处理下株高、茎粗无显著变化,地上部干重、地下部干重分别显著增加24.1％和37.0％;(3)月季幼苗叶绿素含量在盐胁迫下显著下降,叶绿素荧光参数也降低,MT或AMF处理能提高盐胁迫月季幼苗叶绿素含量以及叶绿素荧光参数,AMF+MT处理则使叶绿素总量、叶绿素a/b分别增加46.2％和67.2％,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/Fo)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、有效光化学量子效率(Fv'/Fm')、光化学淬灭系数(qP)分别增加4.9％、51.0％、175.0％、168.7％和92.5％,而NPQ下降42.7％;(4)在盐胁迫下,月季叶片中玉米素(ZT)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)含量下降,而脱落酸(ABA)含量增加,MT或AMF处理有利于盐胁迫下ZT、GA、IAA含量的提高以及ABA含量的下降,AMF+MT处理后ZT、GA、IAA分别增加146.9％、116.9％、35.7％,ABA下降21.1％;(5)在盐胁迫下,抗氧化酶SOD、CAT活性增强,超氧阴离子(O2(·-))产生速率和H2O2累积大量增加,MT或AMF处理有助于增加抗氧化酶活性并减少O2(·-)产生速率和H2O2含量,而AMF+MT处理能够进一步激活SOD、CAT活性,降低O2(·-)产生速率和H2O2累积.[结论]接种AMF、添加MT或者AMF+MT处理均可以提高盐胁迫下月季幼苗叶绿素含量,保护叶绿素荧光系统,维持植物内源激素的平衡,激活SOD、CAT等抗氧化酶活性以及降低脂质过氧化和H2O2累积,以减轻盐胁迫对月季幼苗的伤害,促进月季生长,并以AMF+MT处理增强月季幼苗抗盐性的效果更佳.

该研究对羌活种子发育过程中的形态和生理生化变化规律进行分析,为生产高质量羌活种子提供理论依据.以花后不同发育阶段的羌活种子为实验材料,采用形态结构观测和植物生理学的方法,对种子外部形态、营养物质、酶活性和内源激素等进行测定.结果表明,羌活种子生长发育过程中,种皮颜色从浅绿色变为褐色,含水量逐渐下降;淀粉含量逐渐升高,蔗糖含量呈升降交替的变化趋势,可溶性糖质量分数在花后 7 d达到峰值 4.52 mg·g-1,而可溶性蛋白质量分数在花后 14、42 d分别达到最高值 6.00 mg·g-1 和最低值 4.94 mg·g-1;超氧化物歧化酶(SOD)活性先升高后降低再趋于平稳,过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均呈现先降低后升高再下降的趋势;种子内 4 种内源激素赤霉素(GA3)、玉米素核苷(ZR)、生长素(IAA)和脱落酸(ABA)含量存在明显差异,其中IAA和ABA含量远高于其他激素,以IAA为代表的促进植物发育类激素含量在种子发育过程中大致呈现先上升后下降的变化趋势,而抑制类激素ABA则相反.研究结果明确了羌活种子发育进程中营养物质、抗氧化酶活性及内源激素含量的变化特征,对高质量羌活种子的生产具有重要的理论价值.

土壤镉(Cd2+)污染严重制约设施蔬菜的产量和品质.褪黑素(MT)可以增强植株对多种逆境的抗性,然而Cd2+胁迫下MT调控番茄(Solanum lycopersicum)种子萌发的下游信号尚不清楚.该研究以番茄野生型Alisa Craig种子为材料,探究不同浓度Cd2+处理及外源MT对番茄种子萌发的调控效应.结果表明,0.5 mmol·L-1以上的Cd2+处理显著抑制番茄种子的萌发和幼苗生长.用0.15 mmol·L-1 MT浸种可降低种子萌发后地下部和地上部的Cd2+含量,有效缓解Cd2+胁迫对番茄种子萌发和幼苗生长的抑制作用.MT上调了番茄胚根中植物螯合肽和转运蛋白基因(PCS、NRAMP1、ABCC3、HMA3与ABCG5)的表达,促进Cd2+的跨膜转运以及液泡隔离.此外,MT减轻了Cd2+诱导的氧化损伤,除褪黑素自身的抗氧化作用外,也与抗氧化酶(CAT、APX与ALDH)活性的增强相关.进一步分析表明,MT显著下调了Cd2+胁迫下脱落酸(ABA)合成基因(NCED1和NCED2)的表达,并上调了ABA分解基因ABA8ox1的表达,降低ABA含量,从而有效调节赤霉素/脱落酸(GA/ABA)的比值,促进Cd2+胁迫下番茄种子的萌发.

目的:克隆编码滇重楼赤霉素合成代谢途径中关键酶GA氧化酶(Gibberellic oxidase,GAox)的全长cDNA序列,并进行生物信息学分析.方法:根据滇重楼转录组测序序列,设计特异性PCR引物,利用RT-PCR技术扩增目标基因编码区的全长序列连接至pMD18-T载体上,进行序列测定及序列同源性比较分子系统进化树构建、结构域搜索及蛋白质三维结构预测等生物信息学分析.结果:成功克隆了滇重楼的的6条GAox基因,大小在1000 bp左右,分别命名为PpGA2ox1、PpGA2ox2、PpGA2ox3、PpGA2ox4、PpGA20ox1和PpGA3ox1.6条基因分别属于GA氧化酶三个不同的亚家族.滇重楼GAox蛋白氨基酸数量均在300～ 400,理论等电点在4～7左右,带正电荷.PpGA2ox1、PpGA2ox2和PpGA2ox4为不稳定蛋白,PpGA2ox3、PpGA20ox1和PpGA3ox1为稳定蛋白,均为没有跨膜结构域和信号肽的亲水蛋白.除了PpGA2ox1亚细胞定位在叶绿体,其他蛋白均定位在细胞质.滇重楼GAox蛋白与不同物种同源序列的序列相似性较高,保守性比较强.结论:首次从滇重楼中克隆了6条GAox基因并对其进行了初步的生物信息学分析.

乙烯是重要的植物激素,在植物生长发育和胁迫响应中具有重要的调节功能.1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(ACO)是植物乙烯生物合成途径中的一个关键酶.根据转录组数据,从菠萝中成功克隆到1个编码ACO的基因AcACO1,测序结果证实该基因全长1 094 bp,包含一个957 bp的开放阅读框,编码318个氨基酸.AcACO1蛋白具有典型的植物ACO结构特征,含有DIOX_N和2OG-FeⅡ_Oxy两个保守结构域.1 850 bp的AcACO1启动子区域含有众多应答激素和环境胁迫信号元件.实时荧光定量分析结果表明,乙烯利、低温和赤霉素均能诱导AcACO1的表达.

该研究以‘红玉石籽’(Punica granatum cv.Hongyushizi)石榴为试验材料,采用RT-PCR和RACE技术,从石榴花中克隆得到赤霉素合成关键酶——内根贝壳杉烯氧化酶(KO)基因,命名为PgKO(GenBank登录号为MG208017).PgKO全长cDNA为1 729 bp,包含1 542 bp开放阅读框(ORF),编码513个氨基酸,相对分子量为141.16 kD,理论等电点为4.9.多重序列对比显示,PgKO与苹果MdKO、白梨PcKO、葡萄VvKO的相似性分别为61.28％、64.56％和73％,并且具有CYP450结构域(脯氨酸富含域、氧还原位点和血红素结合域).系统进化树分析表明,PgKO与其他物种的起源相同,并与桉树EgKO的亲缘关系最近.荧光定量PCR发现,在石榴蕾期和盛花期,PgKO基因的表达量均为筒状花高于钟状花,且PgKO基因在两种花型的子房、花药、花萼中均有表达,但筒状花中子房的表达量最高,花萼的表达量最低;钟状花中花药的表达量最高,子房的表达量最低.

赤霉素3-β-双氧化酶(GA3ox)是赤霉素(GA)生物合成过程中的关键酶之一,直接作用于活性GA的生成,在植物的生长发育过程中发挥着重要作用.GA3ox已在拟南芥、烟草、高粱和杨树等多种植物中得到克隆,在植物个体的不同生长阶段、不同组织中GA3ox的表达量均存在着差异,这主要是由物种内在的遗传因素所决定的,同时环境因子和外源激素处理对GA3ox表达也有着显著的影响.通过对基因突变体的研究,揭示出GA3ox突变导致GA的生物合成受阻而间接影响植物的生长,导致植物茎秆、花、种子、果、根等部位性状的改变,包括植株矮化、结籽困难等.过量表达GA3ox基因促进GA的生成,诱导细胞的分裂与分化,促进根尖的径向伸长、种子萌发等.主要从GA3ox的基因克隆与表达模式及其功能效应两方面综述了其在高等植物中研究进展,通过对GA3ox在不同植物中的相关功能研究,探讨其在植物生长发育过程中的具体作用,以期为了解GA3ox对植物生长发育的调控机制提供参考,也有助于在生产实践中更好地利用GA3ox开展基因工程研究,定向培育植物新品种.

以目前芍药(Paeonia lactiflora)主栽品种‘紫凤羽’为供试材料,在冬季用300 mg·L-1赤霉素(GA3)及其延缓剂多效唑(PP333)进行灌根处理,待对照组进入蕾期对PP333处理组施以300 mg·L-l GA3作解除处理,每隔10 d对各处理组鳞芽取样,测定其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖、内源玉米素(ZT)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、乙烯(ETH)、多胺等的含量,采用石蜡切片对鳞芽发育状态进行观察,对各处理组鳞芽出土日期、出芽率、成花率、花期及株高进行观察统计.结果表明:外源GA3会加快抗氧化酶活性变化速度,降低MDA含量,提高可溶性糖及可溶性蛋白的积累及利用,促进亚精胺(spa)积累,在鳞芽发育初期提高了内源GA3及ZT含量,在后期降低了其含量,内源IAA、ABA、ETH的含量也呈降低趋势,缩短了花瓣原基(petal primordium)分化期,促进了鳞芽发育进程,而PP333与之相反,延长了花瓣原基分化期,抑制鳞芽发育;试验数据显示高浓度GA3、ZT利于鳞芽发育启动,低浓度GA3、ZT、IAA、ABA、ETH利于启动后的发育进程,且内源多胺调控芍药鳞芽发育时,其中Spd起主导作用.本文旨在为芍药花期调控提供参考依据,以期根据市场需求制定芍药花期的综合调控方案.