目的:研究富天冬酰胺蛋白（NRP）对拟南芥辐射抗性的影响。方法:选取野生型( WT)、 NRP过表达型( Pro35S:NRP-GFP)、 NRP突变型( nrp) 3种拟南芥种子，分别分为照射组（120 Gy γ射线照射）和对照组（不照射）。（1) 3种基因型拟南芥种子培养至第3天进行照射，照射后继续培养至第7天，统计各组根长。（2) 3种基因型拟南芥种子于MS培养基中培养至第7天进行照射，照射后分别移栽至基质土中继续培养至第30天，观察各组植株的生长和形态。（3） WT拟南芥种子培养至第7天进行照射，照射后继续培养24 h，采用实时定量PCR分析 WT植株中 NRP和多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶2（ PARP2）2种基因在照射前后的相对表达量的变化。（4） Pro35S:NRP-GFP拟南芥种子培养至第7天进行照射，分别于照射后不同时间取幼苗进行荧光共聚焦显微观察。组间比较采用独立样本 t检验。 结果:（1）辐射导致 WT和 nrp幼苗的根长缩短，分别为（2.73±0.43）cm和（1.31±0.53） cm，与对照组[（4.56±0.41） cm和（2.89± 0.60） cm]相比，差异均有统计学意义（ t=9.212、6.490，均 P=0.000 ）；而 Pro35S:NRP-GFP幼苗的根长在照射前后无明显差异[（3.01±0.34） cm vs. （2.96±0.34） cm， t=0.253， P=0.801]。（2）辐射导致 WT和 nrp幼苗植株的发育不良、生长受限，其中株高和莲座叶直径分别与对照组相比，差异均有统计学意义（ t=6.361~12.250，均 P=0.000 ），而 Pro35S:NRP-GFP幼苗植株则维持正常形态。（3）辐射导致 WT植株中 NRP和 PARP2的相对表达量均升高，与对照组相比，差异有统计学意义（ t=4.447、7.776， P=0.002、0.000）。（4） Pro35S:NRP-GFP幼苗在照射后各时间点均出现NRP入核现象。 结论:NRP可能对拟南芥辐射抗性的发挥起到重要作用，可作为植物辐射抗性靶点进行深入研究。

AP2转录因子属于AP2/ERF超家族,参与调节植物生长发育的各种生物学过程,以及对生物和非生物胁迫的响应.然而,关于紫苏(Perilla frutescens)AP2转录因子家族的研究未见报道.在本研究中,从紫苏基因组中鉴定到18个AP2家族成员,使用生物信息学方法分析了基因结构、保守基序和顺式作用元件.WRINKLED 1(WRI1)是许多植物物种中脂质生物合成的关键调节因子,在油脂合成过程中发挥重要调控作用.通过序列比对发现其中1个成员与AtWRI1序列高度同源,含有2个保守的AP2结构域,命名为PfWRI1.结合转录物组数据分析了 PfAP2家族基因在紫苏不同组织和种子发育不同阶段的表达水平,结果表明,PfWRI1仅在紫苏种子中高表达,暗示Pf-WRI1 可能与种子的发育过程有关.进而构建植物过表达载体pCAMBIA1303-PfWRI1,通过农杆菌侵染技术转化野生型(Col)以及突变体(wri1-1)拟南芥,分别获得过表达和回补株系.结果表明,相比于Col,PfWRI1的表达导致拟南芥种子含油率提高了 8.90％～13.57％,并促进转基因拟南芥种子中油酸(C18:1)和亚油酸(18:2)的积累,减少棕榈酸(C16:0)、花生酸(C20:0)和花生一烯酸(C20:1)的积累.此外,外源PfWRI1基因的表达增加了糖酵解和脂肪酸生物合成相关基因At-PKP-α、AtPKP-β1、AtBCCP2、AtSUS2和AtLIP1的表达.综上所述,PfWRI1可能通过与上述基因互作,增加不饱和脂肪酸含量来促进油脂积累.

[目的]构建籽用美洲南瓜突变体库,加快籽用美洲南瓜种质资源创新进程,对南瓜品种选育、品种改良以及遗传基础的拓宽具有重要的意义.[方法]利用1.8％诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)处理籽用美洲南瓜ZHL4种子15 h,然后对M1和M2代群体单株进行表型变异观察,同时对M2群体变异株系ZHL4-33进行显微组织结构观察.[结果](1)M2群体中共筛选到242个突变植株,45种表型变异,变异类型涵盖了突变株的各个生长时期以及各植物器官,总的突变频率达到25.17％.(2)突变体叶片栅栏组织厚度显著高于野生型,排列紧凑,维管形成层痕迹明显;突变体茎维管束多而密集,导管直径小于野生型,髓部发达,细胞间隙较小,细胞数目有所增加.[结论]初步构建了由425 个M2家系所组成的籽用美洲南瓜突变体库,为籽用美洲南瓜功能基因组研究和新品种选育奠定了材料基础.

镉(Cd)胁迫严重限制植物生长,因此鉴定与植物镉胁迫耐受性相关的基因尤为重要.课题组前期通过转录组数据筛选获得番茄UDP-糖基转移酶基因(SlUDP)响应植株镉胁迫反应.本研究克隆SlUDP基因编码区全长序列,该基因在叶片和果实中表达量较高,受镉胁迫诱导上调表达.酵母耐镉性分析表明,转入SlUDP基因提高了酵母镉胁迫的耐受性.进一步获得SIUDP过表达拟南芥株系,CdCl2胁迫下(40、60、80μmol/L),与野生型相比,过表达拟南芥株系的子叶失绿程度下降;发芽率、根长和种子存活率提高,而丙二醛含量下降,可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性增加,且金属离子转运蛋白基因ZIP1、IRT1、CSD1和COPT2的表达水平显著高于野生型.结果表明,SlUDP过表达株系通过调节抗氧化酶系统,提高植株清除活性氧能力,降低膜脂过氧化程度,提高金属离子转运等方面提高植株耐镉性.本研究为糖基转移酶基因在植物耐受镉胁迫中的作用研究提供一定的理论依据,并为园艺植物抗性分子育种提供了候选基因.

高等植物通常从种子萌发开始,经过营养生长和生殖发育后重新形成种子,由此完成世代更迭.种子中积累的碳水化合物、脂质、蛋白质及mRNA等大分子物质对于维持其发芽潜力至关重要,其中部分mRNA可长期保存而不被降解,被称为长寿命mRNA(即long-lived mRNA).在水稻(Oryza sativa)中,与萌发相关的long-lived mRNA在花后10-20天开始转录积累,花后20天至种子完全成熟期间,一些与休眠和胁迫响应相关的long-lived mRNA转录并保存在细胞中.Long-lived mRNA种类繁多,主要包括蛋白质合成类mRNA、能量代谢类mRNA、细胞骨架类mRNA及逆境响应相关的mRNA,如小热激蛋白和LEA家族蛋白.Long-lived mRNA的转录组分析表明,很多基因的启动子区域都包含脱落酸(ABA)或赤霉素(GA)相关的顺式作用元件,拟南芥(Arabidopsis thaliana)atabi5突变体种子中约有500个不同于野生型的差异表达long-lived mRNA,暗示ABA和GA是影响long-lived mRNA种类的关键激素.Long-lived mRNA通常与单核糖体和RBP蛋白交联在一起,以PBs(P-bodies)形式存在于细胞中,保护mRNA不被降解.与种子休眠相关的long-lived mRNA在种子后熟过程中逐渐被降解,而且一些特定long-lived mRNA的氧化修饰是种子打破休眠的一种生物现象.在种子长期贮藏过程中,long-lived mRNA的随机降解直接关系到种子的寿命和活力,保留下来的mRNA在种子吸胀初期被翻译成蛋白质,促进种子在吸胀早期快速萌发.该文综述了种子重要储存物质long-lived mRNA的特征和功能,并提出了本领域需要进一步研究的科学问题,以期为深入理解种子休眠、萌发与寿命的分子机制提供参考.

目的:掌握珍稀藏药材桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum)种子萌发特性及休眠解除方法.方法:以采集的野生桃儿七种子为研究对象,使用3种植物生长调节剂乙烯利(ETH)、褪黑素(MLT)、赤霉素(GA3),对桃儿七种子萌发特性进行研究,设置不同浸种浓度、浸种时间探究对桃儿七种子萌发特性的影响.结果:ETH最佳处理条件为10 mg?L-1浸种24 h,种子第45 d时萌发率达90.0%,萌发时滞为17 d;MLT最佳处理条件为50 μmol?L-1浸种12 h,种子第45 d时萌发率达83.3%,萌发时滞为16 d;GA3最佳处理条件为200 mg?L-1浸种24 h,种子第45 d时萌发率达80.0%,萌发时滞为18 d.三者相比,ETH对促进桃儿七种子萌发效果最显著.结论:桃儿七种皮坚硬,酸蚀组和对照组种子的吸水饱和时间明显不同;种子内含有萌发抑制性物质是导致桃儿七种子休眠的主要原因;3种植物生长调节剂对桃儿七种子萌发均有显著影响(P<0.05).本研究探讨了打破桃儿七种子休眠并提高萌发率的有效方法,可为桃儿七规模化人工栽培提供科学指导及技术支撑.

大别山五针松(Pinus dabeshanensis)是大别山地区特有树种,对研究松属(Pinus)植物分类、系统发育关系和区系分布具有重要科研价值.当前大别山五针松野生种群自然更新受到严重限制,处于极度濒危状态.为探究大别山五针松野生种群更新受限机制,本研究以大别山五针松及其3种同域分布物种茅栗(Castanea seguinii)、袍栎(Quercus serrata)和华山松(Pinus armandii)为研究对象,通过开展野外调查和种子释放实验,探讨了大别山五针松种子产量以及动物对种子的捕食压力和散布限制对大别山五针松自然更新的影响.结果表明:(1)大别山五针松种子产量较低,在所调查的88株成年母树中,仅有21株产成熟球果(共计312个),且种子败育率高达51.89％±0.07％(平均值±标准误);(2)针对146个球果的鸟类啄食情况调查表明,被鸟类啄食的球果数量为90个,显著高于未被鸟啄食的球果数量(56个),平均啄食强度为8.94％±0.55％;(3)种子掉落地表后,小型啮齿动物和地栖鸟类(主要为松鸦Garrulus glandarius)为主要动物拜访者,其拜访频率在不同物种之间差异显著;其中鸟类对大别山五针松种子的拜访次数(n=77)高于啮齿动物(n=46);(4)种子释放实验结果表明,茅栗种子被收获速率最快,显著高于袍栎和大别山五针松,华山松种子的被收获速率最慢;(5)在释放的2,000粒种子中,共计157粒被成功散布,其中华山松和大别山五针松分别为96粒和57粒,显著多于茅栗(3粒)和枹栎(1粒);(6)茅栗的散布距离最远(13.9±4.0 m),其次是大别山五针松(7.3±0.8 m)、华山松(3.8±0.4 m)和枹栎(1.5 m,仅有1粒被成功散布).综上所述,啮齿动物和鸟类均为大别山五针松种子的潜在散布者,与同域分布的其他植物物种相比,动物并未表现出更高的捕食强度和更低的散布效率,表明种子的被捕食压力和散布限制并非影响大别山五针松自然更新的主要因素.此外,本研究发现,大别山五针松种子产量较低且种子败育率较高,可能是导致其自然更新受阻的重要原因之一.

[目的]从物种代表性和多样性方面为拟创建的昆仑山国家公园青海片区评估区的植物多样性保护、植物资源利用与管理提供基础科学数据.[方法]研究在野外调查基础上,结合历史数据及文献资料,梳理评估区种子植物名录,分析评估区种子植物区系的组成、优势类群、地理成分及珍稀濒危物种.[结果](1)昆仑山国家公园青海片区评估区共有种子植物46科146属384种,裸子植物3科3属5种,被子植物43科143属379种;苋科(Ama-ranthaceae)、菊科(Asteraceae)、豆科(Fabaceae)和禾本科(Poaceae)4科在评估区种子植物区系中占重要地位,单种科和寡种科构成科的主体.(2)评估区种子植物科、属优势现象明显,优势科有8科,优势属有36属,具10种以上的大属有黄芪属(Astragalus)、棘豆属(Oxytropis)、蒿属(Artemisia)、风毛菊属(Saussurea)、早熟禾属(Poa)、薹草属(Carex)6属,单种属和小属构成属的主体.(3)评估区种子植物科的分布区类型以世界分布为主,同时呈现出温带性质,属的分布区类型以温带分布为主,与劳亚古陆有紧密联系.(4)评估区有4种国家二级重点保护野生植物,8种青海省重点保护植物,6种列入《中国生物多样性红色名录》.[结论]昆仑山国家公园青海片区评估区的地理成分多样,但特有现象不明显,生物多样性较低,区系成分在水平梯度上呈现出干旱到半干旱以及温带向热带过渡的特征.

光敏色素(PHY)作为植物体内重要的红光(R)和远红光(FR)受体,在调节植物花期、提高作物产量以及调控植物抗逆性方面均具有重要作用.鉴定棉花PHY基因,探究其驯化和改良的遗传调控网络,发掘棉花光敏色素关键基因,为早熟棉花品种的从头驯化和育种提供新见解.以5个拟南芥(Arabidopsis thaliana)光敏色素基因作为种子序列,利用生物信息学方法,对不同棉种中的PHY基因进行全基因组系统鉴定.系统发育分析表明,锦葵科植物中的PHY基因包括PHYA、PHYB、PHYC与PHYE四个亚家族.PHY基因在陆地棉(Gossypium hirsutum)不同群体间的驯化选择分析结果表明,PHY基因的驯化过程可分为早期驯化和后期遗传改良2个阶段.对陆地棉野生种和栽培品种在长、短日照下的转录组分析显示,GhPHYA1Dt和GhPHYB1Dt在长、短日照下的表达差异显著;在长日照处理14小时后,栽培品种GhPHYC1At和GHPHYE1At的表达量显著低于野生种.研究结果为进一步揭示棉花PHY基因的驯化选择和功能机制奠定了基础,为棉花早熟新品种选育和从头驯化提供了理论依据.

川芎是著名的川产道地药材,原植物Ligusticum chuanxiong长期采用无性栽培,存在有性生殖障碍,制约其种质创新.该研究基于比较解剖学研究思路,通过形态解剖、石蜡切片、染色压片以及结合扫描电镜技术,对川芎及其近缘野生藁本L.sinense的生殖生长各个阶段的花部特征、果实、种子进行了比较研究.结果表明川芎花药花粉母细胞减数第二次分裂期间存在异常,四分体时期小孢子大小不均匀、数量不一致;花药发育过程中绒毡层细胞未退化完全;花粉成熟期,花药壁存在细微裂缝,花药大部分不能正常释放花粉;成熟花粉粒表面凹陷、部分畸形,花粉无活力且不能进行体外萌发,花粉内淀粉、多糖和脂类物质明显不足;川芎开花盛期花丝较短,向下反曲;果期可见双悬果,但果实干瘪,种子皱缩.对比观察同期藁本,花药发育正常,花粉粒有活力,双悬果饱满;开花盛期,花丝较长且直立,明显高于柱头.川芎和藁本子房内均可见成熟胚囊,未见明显不同,柱头也无明显差异.结论认为,川芎雄蕊发育过程中,花粉母细胞减数分裂、四分体、绒毡层、花丝等结构异常发育,川芎具有雄性不育特征,是其有性生殖障碍的重要原因.