羊草ZIP家族成员LcZIP10的功能

羊草(Leymus chinensis)作为内蒙古草原的建群物种,是优质牧草资源,但目前对其矿质营养调控机理研究仍少有报道。植物ZIP家族被认为是植物从土壤吸收锌铁离子的主要功能蛋白,主要负责吸收和转运植物必需微量元素。本研究从羊草转录组数据库中筛选获得的LcZIP10,为拟南芥ZIP家族AtZIP10的同源基因,预测其具有锌铁转运功能。结果表明,LcZIP10在根叶中均有表达,且在叶中表达量显著高于根,同时高铁条件下会诱导LcZIP10表达,且该基因编码蛋白定位于液泡膜。随后,酵母功能互补实验证明,LcZIP10能够恢复铁敏感酵母突变体(Δfet3/Δfet4)的生长,说明具有Fe^(2+)转运功能。以上结果对日后开发和利用微量元素强化农作物品质具有一定的参考价值。

部分禾本科植物Neotyphodium属真菌的分布和形态特征

2006年3—7月从上海、江苏、安徽和山西等省（市），采集鹅观草Roegneria、早熟禾Poa、黑麦草Lolium、羊茅Festuca、雀麦Bromus和拂子茅Calamagrostis等冷季型禾本科植物共计1487株。内生真菌的总检出率为54．3％，江苏省和山西省禾本科植物的检出率分别高达55．5％和69．0％。这些省市的许多禾本科植物都含有Neotyphodium属真菌，说明Neotyphodium属真菌在我国分布广泛．资源丰富。以分离自纤毛鹅观草R．ciliaris12株Neotyphodium属真菌为材料，详细研究了我国干旱地区Neotyphodium属真菌的形态学特征：在PDA平板上生长很快。21d生长12．5～37．2mm；分生孢子梗长14．9～23．2μm。基部宽1．9～3．1μm，顶端小于1μm，通常基部或近基部有隔膜；分生孢子无色透明，卵圆形或肾形。单个顶生．（4．6～5．9）μm×（2．1～3．4）μm．与其它已知Neotyphodium属真菌形态差异显著，需要进行更深入的研究。

中国禾本科植物内生真菌研究4. Epichloё yangzii的人工杂交

作者首先研究Epichloё yangzii在植株上的人工杂交,明确了供试菌株的交配型。然后将分离自无子座鹅观草属植物的23株"Neotyphodium属"真菌孢子分别与E.yangzii的子座杂交,其中发现有21株与E.yangzii(mat-1,mat-2)杂交不亲和,有2株与E.yangzii(mat-1)杂交亲和。利用tubB基因片段对8株"Neotyphodium属"真菌菌株进行系统发育分析,结果表明与E.yangzii杂交亲和的2个菌株和E.yangzii聚为一枝,而其它6个菌株形成独立的分枝,进一步证实了这2个菌株是有时在宿主植物上不形成子座的E.yangzii。这说明了在宿主植物上的人工杂交是区别有时不产子座的E.yangzii和Neotyphodium属真菌的有效手段。

羊草LcZIP1的铁转运功能鉴定

羊草在我国内蒙古草原广泛分布,是重要的乡土牧草,然而关于羊草矿质营养吸收的分子机制尚未受到广泛关注。关于ZIP家族在植物吸收和转运必需微量元素和重金属过程中的作用,在模式植物和农作物中研究较多。本研究从羊草转录组数据库中筛选到一个与ZIP同源的基因Lc206852,发现其与拟南芥ZIP家族的Zn^(2+)转运蛋白AtZIP1亲缘关系较近,因此将其命名为LcZIP1。利用TMHMM Server v.2.0进行跨膜域分析发现,LcZIP1是一种跨膜蛋白,有9个跨膜域,与禾本科短柄草属植物ZIP亲缘关系最近。将LcZIP1-GFP瞬时转染烟草叶表皮细胞和羊草叶原生质体进行亚细胞定位,发现LcZIP1定位于内质网。通过实时荧光定量PCR分析发现,缺铁、高铁和高锌环境可诱导LcZIP1表达,表明LcZIP1参与环境中Zn和Fe营养水平的响应。最后通过酵母功能互补试验证明,LcZIP1在低铁条件下能够使低铁敏感酵母突变体(△fet3/△fet4)恢复生长,暗示LcZIP1具有Fe^(2+)转运功能。以上结果对日后开发和利用微量元素强化农作物品质具有一定的参考价值。

日本教育见闻

2002年12月1日至21日,我有幸作为“中国优秀青年教师访日团”的一员,对日本的基础教育进行了考察。在这期间,我们与日本崎玉县各公立学校的教师进行了充分的交流,并参观了东京商科专门学校、早稻田大学附中、茨城县吾妻中学、筑波市大洗南中学等一些很有特色的学校。日本教育中有许多值得我们借鉴的做法,也存在着引发我们思考的尖锐问题。行程中,我们不仅在用一个基层教师的视角观察日本教育,同时也在沉思中国教育。

禾本科植物内生真菌资源及其物种多样性

植物内生真菌是当代微生物资源研究的一个热门话题,对禾本科植物内生真菌资源研究进行了总结。与冷季型禾本科植物共生的麦角菌科epichlo内生真菌是目前的研究重点,包括偶尔在宿主植物体表形成子座的Epichlo属真菌和几乎完全不形成症状的Neotyphodium属真菌。具体介绍该真菌类群的物种多样性及其地理分布多样性,概括了它们在全球各大区域的分布特征。对近年来中国迅速发展的epichlo内生真菌的研究作了总结,最后展望了国际国内epichlo内生真菌资源探索的发展方向。特别指出:冷季型禾本科植物内生真菌在南美洲和亚洲,暖季型禾本科植物内生真菌在热带亚热带地区的研究还相对薄弱,值得今后继续加强探索和挖掘。

禾本科植物内生真菌研究8——中国部分地区拂子茅属植物Neotyphodium属内生真菌分布及形态学特征

调查了中国西北和东部地区不同生境的拂子茅属Calamagrostis植物中Neotyphodium属内生真菌的分布。采样范围包括新疆、青海、甘肃、江苏、安徽、浙江、上海7省(市、区),共采集拂子茅属植物样品426株。调查发现西北3省(区)所有276个拂子茅属植物样品中都不含有内生真菌;而采集自东部的样品中,南京的无性系拂子茅属植物和黄山的拂子茅C.epigeios含菌率为100%。但是,采自南京抽穗的拂子茅却完全不含内生菌。通过研究分离菌株的形态学特征,发现南京与黄山的菌株都具有Neotyphodium属内生真菌的典型特征,而它们之间在菌落形态、生长速度、孢子大小等方面又存在较明显差异。以上结果说明我国拂子茅属植物及其中的禾本科植物内生真菌具有一定的生物多样性,拂子茅属植物中的内生真菌含量受地理环境以及宿主植物种类的影响十分明显。

禾本科植物内生真菌研究 5.中国产部分epichloё内生真菌的遗传多样性

Epichloё内生真菌(epichloё endophytes)是禾本科植物的共生真菌,开展其多样性研究对菌株的生物学特性和进化规律的了解以及开发利用都有着十分重要的意义。本研究筛选了12条随机引物对24株epichloё内生真菌进行RAPD扩增,探讨真菌种类、宿主种类、采集地和菌株间的遗传多样性。结果表明,宿主为拂子茅Calamagrostis sp.、雀麦Bromus sp.、披碱草Elymus sp.、小颖羊茅Festuca parvigluma Steud.的菌株分别独立聚为一个分枝;而宿主为鹅观草Roegneria spp.的Neotyphodium属菌株聚类情况较为复杂;宿主为早熟禾Poas pp.的菌株分别在三个不同的分枝,表现出丰富的遗传多样性。以上结果反应了我国具有丰富的epichloё内生真菌资源,它们和其宿主之间有着比较明显的相互关系。本研究还显示,采集于南京的拂子茅与其内生真菌共生可能发生在较久远的年代。

部分禾本科植物麦角病的发生及其病原真菌的特征

侵染禾本科植物的麦角菌Claviceps sp.不但会引发植物的麦角病造成作物减产,还会引起人和牲畜的中毒。在新疆中部和青海东部部分地区,发现牲畜喜食的3族5属的牧草发生了麦角病,局部地区发病率高达65%,病株上还有瓢虫、丽蝇以及蚂蚁等昆虫活动。研究从5属6种禾本科发病植物上获得了18个分离菌株,观察了分离菌株的菌落形态和生长速度、孢子形态和大小等特征。这些培养特征及形态特征和麦角菌属真菌的无性世代麦角蜜孢霉属Sphacelia真菌类似。通过研究这些分离菌株对农药的敏感性,发现多菌灵对该菌有明显的抑制作用。禾本科植物的麦角病在旅游区-牧区大范围地发生值得注意。

拟南芥高亲和性钾转运体AtHAK5参与植物根对盐胁迫及ABA的反应

为研究在不同逆境,如低钾、低钙、Na Cl及ABA胁迫下,对拟南芥高亲和性钾转运体基因At HAK5表达的影响,在对含有promoter At HAK5::GUS融合基因的拟南芥转基因植株进行组织化学染色基础上进行Real time RT-PCR检测。结果表明,这些逆境条件可以引起拟南芥At HAK5基因表达量的上调。同时在对拟南芥Col-0和At HAK5缺失突变体athak5表型对比分析,发现At HAK5参与植物根对盐胁迫及ABA的反应。

禾本科植物内生真菌研究3:产生子座而无有性孢子的Neotyphodium属内生真菌拂子茅属植物新共生体

2006年5月在南京市南郊发现了着生内生真菌子座的禾本科植物。子座长47.5-165.0mm,白色,包裹其宿主植物的旗叶叶鞘;于4月下旬形成,7月中旬完全崩溃;在自然条件下、人工交配试验中,子座上均未形成有性生殖结构。宿主植物直立,高90-120cm,有丰富的根状茎;连续2个花期均无抽穗。根据植物外部特征、叶表皮微形态特征以及rDNA-ITS序列的分析结果,将这种不抽穗的禾本科植物鉴定为拂子茅属植物（Calamagrostis sp.）。从29株着生子座的植株和87株不着生子座的植株中全部检出了内生真菌,从中分离得到了20个菌株。根据分生孢子、分生孢子梗的形态特征,分离菌株被鉴定为Neotyphodium属内生真菌。宿主植物的特殊性和菌株的子座形成能力显示了这是一个禾本科植物-内生真菌的新组合。这个组合是产生子座而不形成有性世代的第3例,并且这3例组合的宿主都是翦股颖族植物。

拟南芥BAND7基因序列分析及相关突变体的生理功能研究

BAND7是具有SPFH特征结构域的一类膜蛋白,同其他膜蛋白偶联,调节离子转运和信号转导,广泛分布于不同的动物细胞中。通过序列比对,在模式植物拟南芥中鉴定到4个可能编码BAND7蛋白的基因,其基因代码分别是At1g69840、At3g01290、At5g62740和At5g51570。半定量反转录PCR检测发现,它们在拟南芥的叶和根中都有表达,叶中的表达均高于根。通过PCR检测,获得基因At1g69840和At5g51570的T-DNA插入敲除型纯合突变株SALK_088328和SALK_104547。通过对比野生型植株和基因敲除突变体在不同培养基上的根长和鲜重方面的差异,证明植物BAND7基因At5g51570参与了植物钙离子的吸收过程。

低Ca对拟南芥幼苗生长及盐胁迫影响初探

以模式植物拟南芥为研究材料,探讨了Ca在拟南芥根生长发育及抵御盐胁迫过程中的重要生理作用。结果表明,低Ca条件会导致拟南芥幼苗鲜质量降低、抑制主根生长、侧根发育及根毛发育与生长。研究发现,50 mmol/L NaCl胁迫会导致对照培养植物产生1个细胞质Ca2+([Ca2+]cyt)升高峰值,为0.325μmol/L;而低Ca培养植物产生3个[Ca2+]cyt升高值,升高频率明显增多,最高达0.467μmol/L,是对照的1.40倍。由此推断,低Ca条件使植物对盐胁迫更敏感。

禾本科植物内生真菌研究19:圆柱披碱草内生真菌的系统发育学研究

[目的]本文旨在确定圆柱披碱草(Elymus cylindricus)内生真菌的分类地位。[方法]选择5株分离自新疆、青海的圆柱披碱草内生真菌菌株,采用SDS法提取基因组DNA,利用选择性引物对其tub B和tef A基因片段进行扩增和克隆测序,下载NCBI中的相似序列并进行比对分析,用MEGA 6.0软件构建系统发育树。[结果]成功获得差异极小的各菌株序列,且tub B序列确认为仅1个拷贝,而2个菌株的tef A序列则有2个拷贝。在最大简约树上披碱草菌株的tef A和tub B第1拷贝均在EBY(Epichloe bromicola/E.yangzii)大支上,与E.sinica比较接近;tef A的第2拷贝与ETC(E.typhina complex)中的成员聚类。[结论]Epichloesp.-Elymus cylindricus是一个新的共生体组合。圆柱披碱草分离菌株为杂交起源的Epichloe属真菌,可能起源于E.bromicola(syn.E.yangzii)和E.sylvatica间的杂交。

拟南芥茉莉酸途径调节植物对根结线虫的防御反应

对拟南芥根中的茉莉酸(Jasmonic acid,JA)生物合成和信号转导途径及JA对根结线虫发病机制所起的作用进行了研究。研究发现根结线虫的侵染显著诱导拟南芥根中JA和JA-异亮氨酸共轭物(JA-Ile)的合成,分别为AOS1、OPR3和JAR1基因调控。根结线虫在JA缺失突变体和JA-Ile缺失突变体(aos1、opr3、jar1)根中的生殖活性明显低于野生型,但是在缺失JA信号转导核心基因的突变体coi1和jin1的根中同野生型没有显著区别。使用外源JAIle可以使根结线虫在jar1根中的生殖能力恢复到在野生型根中的水平。这些结果证明,拟南芥根中JA的合成途径为根结线虫侵染所必需。

禾本科植物内生真菌研究12:吉林犬草内生真菌的分离和鉴定

在我国吉林省长春市3个采样点共采集96株鹅观草属植物样品,经鉴定为犬草(Roegneria canina)。通过检测,样品中内生真菌的含菌率高达67.7%。分离得到5个菌株并对它们进行形态学特征调查,分离菌株呈典型的Neotyphodium属真菌特征。选择菌株Rjl7101和Rjl7104,利用tefA和tubB基因片段进行系统发育分析,结果表明分离菌株与Neotyphodiumsinicum聚为一枝。根据以上结果,确定分离菌株为N.sinicum。这是首次在犬草中发现N.sinicum,也扩大了N.sinicum在我国的分布地区范围,进一步说明我国拥有极为丰富的内生真菌资源且分布广泛。

不同浓度Fe^(2+)与Zn^(2+)对羊草幼苗生长和生理特性的影响

以羊草幼苗为研究对象,通过调整全营养培养基(CK,0.05 mmol/L Fe^(2+)、0.015 mmol/L Zn^(2+))中铁或者锌含量设置0、10倍、20倍Fe^(2+)(Zn^(2+))浓度处理Fe_(0)(Zn_(0))、Fe_(10)(Zn_(10))、Fe_(20)(Zn_(20)),以及在高铁培养基中单独添加0.15 mmol/L Zn^(2+)或同时添加10 mmol/L Ca^(2+)、5 mmol/L Mg^(2+)、20 mmol/L K^(+)处理,测定培养6 d后幼苗生长指标和矿质元素含量、以及高铁(Fe_(20))处理下幼苗根中抗氧化指标和相关基因表达量,探究不同浓度Fe^(2+)、Zn^(2+)对羊草幼苗生长、矿质元素吸收积累及抗氧化指标、基因表达的影响。结果表明:(1)缺锌(Zn0)显著抑制羊草幼苗鲜重的增加和Zn元素的积累,但促进Fe、Mg元素的积累;高浓度锌(Zn_(10)、Zn_(20))显著促进幼苗叶片生长和Zn元素的积累;缺铁(Fe0)显著抑制幼苗的根长、鲜重和Fe元素的积累,促进Mg、Zn元素的积累;高浓度铁(Fe_(10)、Fe_(20))显著抑制羊草幼苗根叶生长、根毛发育和Ca、Zn、Mg、K元素的积累。(2)增加Zn^(2+)和Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)浓度无法恢复高铁胁迫对幼苗生长的抑制作用。(3)高浓度铁(Fe_(20))处理羊草幼苗48 h后,根部过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶活性和丙二醛、抗坏血酸、还原型谷胱甘肽含量显著升高;烟酰胺合成酶基因、过氧化物酶基因表达量显著下调,植物类萌发素蛋白基因表达量显著上调。研究发现,羊草幼苗生长发育和矿质元素积累对环境中Zn^(2+)浓度变化不敏感,却受到环境中高浓度Fe^(2+)的显著抑制,并造成严重的氧化胁迫伤害,这种伤害无法在添加Zn^(2+)或同时添加Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)的条件下恢复。

二穗短柄草谷氨酸类受体系统发生学和基因表达分析

二穗短柄草基因组已被测序,与麦类作物和牧草近缘。二穗短柄草作为温带禾本科模式植物,有很多重要基因序列结构、进化信息等需要进一步挖掘。以拟南芥AtGLRs氨基酸序列为种子序列,利用Phytozome数据库中Blast工具,获得19个二穗短柄草谷氨酸受体候选序列。基于谷氨酸受体氨基酸序列构建系统发生树,结果显示,BdGLRs与AtGLRs聚类距离较近,亲缘关系较好。将20个AtGLRs和19个BdGLRs分别构建系统发生树,拓扑结构类似,均分为3枝,表明BdGLRs也有3个亚家族。参考AtGLRs的分类和命名规则,将BdGLRs分为3类,分别命名为BdGLR1.1-1.4、BdGLR2.1-2.10和BdGLR3.1-3.5。通过半定量和定量反转录PCR分析发现在三叶期,BdGLR家族各成员表达各异,相同成员在不同组织中表达不同,不同成员在相同组织表达不同。除BdGLR1.4和BdGLR2.6-2.10,其余BdGLRs在根、茎、叶中均有表达。为二穗短柄草的谷氨酸受体基因功能的深入研究提供线索,也为后续禾本科农作物和牧草遗传改良提供理论依据。