碳离子束辐照对马铃薯组培苗生长及生理特性的影响

为研究高能碳离子束对马铃薯组培苗茎切段的影响,以马铃薯品种‘新大坪’的组培苗茎切段为研究材料,设置4个辐照剂量梯度对其进行辐照处理,测定植株致死率、生根率、侧芽形成率、形态变异率以及叶片生理指标,确定‘新大坪’组培苗茎切段的半致死辐照剂量。结果表明:辐照剂量与致死率之间的关系呈正相关性;组培苗茎切段的再生植株表型变化主要为叶片不对称、叶缘不规则、茎变异伸长、叶片丛生和叶片粘连等;随辐照剂量升高,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性呈先升后降的趋势;丙二醛含量则呈先升后降,随后又升高的现象。利用线性回归方程计算‘新大坪’的半致死辐照剂量为20.37 Gy。

濒危植物百山祖冷杉种子活力与种子物理指标相关性分析

【目的】探究百山祖冷杉种子的形态特征和物理指标与种子活力之间的关系,为研究该濒危物种种群更新、保护及解释其濒危机制和其种子生物学提供理论依据。【方法】以极度濒危植物百山祖冷杉为材料,测定百山祖冷杉种子长度、宽度、厚度、单粒重、RGB值等特征常数,用TTC染色法测定其种子活力,并建立数学模型。【结果】百山祖冷杉有活力和无活力种子的R、B值和单粒重存在显著差异,单因素线性回归分析表明,百山祖冷杉种子活力与种子单粒重显著相关,R2为0.839;双因素线性回归分析表明,种子活力与种子单粒重和宽度显著相关,R2为0.895;多因素线性回归分析,R2为0.978;但其有活力种子和无活力种子长度、宽度、厚度和G值不存在显著差异。【结论】用百山祖冷杉种子的R、B值和单粒重等指标可筛选具有较高种子活力的种子,用多因素线性回归分析可更精确分析其种子活力。

植物形态建成的生物力学

植物产生各种形状和大小的器官以行使特异的生物学功能。虽然人们对器官发生的遗传调控已经有了深入的了解,但该过程中的力学调控机制却逐渐引起人们的关注。与动物相比,植物细胞彼此黏合无法移动,加之其固着生长的特性决定其进化出多样化的三维结构来响应复杂的环境。这些因素本质上涉及机械刺激,植物必须正确感知和协调机械刺激,以确保有效的生长和发育。尽管已经积累了丰富的植物力学生物学知识,但植物如何将力学信息转化为复杂的三维结构仍然是一个悬而未决的问题。本研究将以模式植物拟南芥为例,介绍植物如何通过感知机械应力进行器官塑形,并探讨机械力对于植物细胞命运决定的影响。

光照对仙人掌科植物蓬莱宫中磷酸钙晶体形貌的影响

研究发现仙人掌科植物——蓬莱宫中存在花束状的晶体,在此基础上对蓬莱宫疣部进行扫描电镜观察和能谱分析,结果表明,该矿物晶体含O、Ca、P元素,该类矿物质为磷酸钙晶体,主要镶嵌于皮层细胞壁上,极少分布在细胞中,其形貌大多呈四周散开或向一个方向展开的花束状,偶然观察到有膜包裹的橄榄球状;对蓬莱宫弱光处理后观察发现,表型明显发生变化,颜色从深绿变为嫩绿,茎伸长,疣间距变宽,变细长,刺较软向四周微张;疣中晶体密度显著减少,且磷酸钙晶片小部分聚集在一起,晶体尺寸也显著缩小(P<0.001)。研究结果为对植物中磷酸钙的形貌特征及其功能的理解提供了参考。

双谐振压电细胞术实时定量植物细胞力与黏弹性

目的植物细胞壁-质膜-细胞骨架连续体是一个高度动态的结构,其中植物细胞壁-质膜-细胞骨架界面力的动态变化在植物生长发育与应答环境胁迫中起了非常重要的作用。可是目前尚无合适的方法实时监测植物细胞力的变化,特别是以无损、动态的方式。方法建立了一种新开发的双谐振压电细胞术(DRPC),用于动物细胞力与黏弹性的同时定量测定。结果本研究将DRPC拓宽用于植物细胞力与黏弹性的定量测定与研究。经植物细胞薄壳模型与应力分析,用杨-拉普拉斯公式根据细胞表面应力求出膨压,结果发现,植物细胞膨压与胞外渗透压值成负相关,但不成反比,表明细胞在不同渗透压下有一定的自我调节能力。在渗透压偏低时,膨压曲线呈现弹性——塑性变形响应,证明了植物细胞生长过程中细胞壁松弛的力学机制。在抗干旱、盐碱的应用中,抗性作物细胞的膨压或表面应力在胁迫下相较于野生型更加稳定、变化较小,发生不可逆塑性胁变的胁迫强度较大。此外,还比较了有壁细胞与去壁原生质体在干旱与渗透胁迫下的力与黏弹性响应,同样胁迫下、有壁细胞的力学参数变化远小于原生质体,抗性较强。结论本研究所建立的植物细胞力学测量技术可用于植物细胞壁-质膜-细胞骨架连续体的动态研究与作物品种抗逆性评估。

辐射诱变小兰屿蝴蝶兰叶片生长与表型差异品种间ISSR分析

使用60Co-γ射线对小兰屿蝴蝶兰进行辐射处理,分别对单唇瓣、三唇瓣品种采用15 Gy和20 Gy剂量的处理,采用简单重复序列区间扩增多态(ISSR)分子标记技术对经辐射处理的小兰屿蝴蝶兰材料进行遗传多样性和亲缘关系分析.筛选出8条引物,共扩增出89条清晰的谱带,其中72条表现出多态性,多态比例为80.9%.单唇瓣品种之间遗传相似范围在0.54~0.97,三唇瓣品种之间遗传相似范围在0.54~0.91,说明辐射突变品种之间有丰富的遗传多态性.单唇瓣小兰屿蝴蝶兰经过辐射后,在遗传距离L=0.65处可分为4组,三唇瓣小兰屿蝴蝶兰经过辐射后,在遗传距离L=0.72处可分为7组.观察生长表型发现:经辐射处理的小兰屿蝴蝶兰出现生长快速表型,部分经辐射处理的单唇瓣株系生长率比对照组更高,而经辐射处理的三唇瓣株系生长率普遍比对照组高.非加权组平均法(UPGMA)聚类分析表明:小兰屿蝴蝶兰经过辐射诱变后有不同程度的突变,突变程度最大的品种在遗传距离图谱上自成一支.以上结果为培育优质蝴蝶兰品种奠定了材料基础.

光调控在茶树栽培和茶叶加工中的应用研究进展

光是影响茶树生长发育的重要气象因子,也是多种功能品质成分代谢的能量和信号源。光调控技术已经应用到茶树栽培和茶叶加工的生产实践中,并取得了较好效果。文章综述了光照在茶树生长发育、品质成分代谢和茶叶加工领域的研究现状,并对光调控技术在我国茶树栽培领域的应用前景及光照萎凋加工技术的应用进行了展望,以期为精准农业的发展提供理论支撑。

喀斯特地区马尾松人工林根系抗拉与抗折的力学特性

[目的]探究马尾松(Pinus massoniana)根系抗拉、抗折力学特性和应力—应变特征,充实乔木根系力学特性,以期为马尾松种植区固持土壤、防治水土流失提供参考。[方法]以马尾松0~1,1~2,2~3,3~4,>4 mm根径根系为研究对象,使用STS5000万能拉力机进行单根试验,分析不同根径根系马尾松抗拉与抗折力学特性及应力—应变特征。[结果]马尾松单根抗拉力和单根抗折力随根径增加均符合y=ax^(3)+bx^(2)+cx+d方程,R^(2)分别为0.91,0.69;抗拉强度和抗折强度随根径增加均符合y=ax^(-b)方程,R^(2)分别为0.50,0.35;根系抗拉延伸率、根系抗拉弹性模量和根系抗折弹性模量随根径增加均符合y=ax^(3)+bx^(2)+cx+d方程,R^(2)分别为0.17,0.22,0.18;根系抗折延伸率与根系径级无明显相关性;马尾松根系抗拉与抗折“应力—应变”曲线表现出弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及断裂破坏4个阶段,抗拉“应力—应变”曲线和抗折“应力—应变”曲线在弹塑性变形阶段有不同的变化趋势;抗拉与抗折断裂阶段有周皮断裂与整体断裂两种断裂模式,两种断裂模式受根系周皮与维管组织影响均有两种断裂类型。[结论]马尾松<3 mm根径根系抗折力学性能优于抗拉力学性能,>3 mm根系根径抗拉力学性能优于抗折力学性能。马尾松种植于坡面等地区可以有效增强土壤的抗蚀能力。

盐胁迫下SA在大花烟草中以剂量依赖方式调节种子萌发和生长

以改造的大花烟草(Nicotiana alata)即早花烟草为试材,研究在1500 mmol·L^(-1)氯化钠(NaCl)胁迫下,不同浓度梯度外源水杨酸(SA)处理下早花烟草种子的萌发情况和植株的生长状况,分析其过氧化物酶(POD)酶活性、超氧化物歧化酶(SOD)酶活性和活性氧(ROS)含量,及其作用机制.研究结果表明,适量外源SA可以缓解盐胁迫对早花烟草萌发的毒害.经0.05~1.00 mmol·L^(-1) SA处理,盐胁迫下早花烟草种子的发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数上升,但随着SA浓度继续升高,其缓解效应随之降低.盐胁迫下的早花烟草生长已经受到严重抑制.喷施0.5~1.5 mmol·L^(-1) SA后,叶片大小和鲜重、根系的大小和鲜重都明显升高;且喷施0.5~2.0 mmol·L^(-1) SA叶片中SOD和POD活性均呈现先降低后上升的趋势;ROS含量呈现先降低后上升的趋势;叶绿素含量呈现出先上升后降低的趋势.这些结果表明:SA调节耐盐性可能以剂量依赖的方式发生,在外源施加适量浓度的SA提高抗氧化酶活性,能有效地消除过量的ROS,避免ROS积累,降低叶片中叶绿素含量及对光系统和光合碳同化过程中多种酶的伤害,维持较高的光合速率.

作物多尺度力学初探

作物力学性能广泛应用于作物抗倒伏性、机器-作物-土壤互作系统和作物栽培等领域的研究,为培育抗倒伏品种、提高机器作业质量和改进栽培措施提供理论支持。作物的力学性能与其形态结构、解剖学特征、化合物组分等有密切关系。该研究在梳理作物力学性能研究的基础上,将作物多尺度力学概括为以作物为研究对象,分别以细胞壁层、细胞壁、细胞、组织和器官为基本元件,依次建立细胞壁、细胞、组织、器官和植株的几何结构与力学模型,并解析其力学性能的科学。进一步对细胞壁结构力学、细胞结构力学、组织结构力学、器官结构力学和植株结构力学的研究内容进行了归纳总结。该研究明确提出作物多尺度力学的概念、系统归纳其研究内容和方法,有利于促进作物多尺度力学理论的形成、数据库的建立和分析软件的开发。

紫外辐射(UVB)胁迫下南极硅藻Phaeodactylumtricornutum ICE-H的生理生化与抗氧化活性响应

对分离自南极海冰的南极硅藻Phaeodactylum tricornutum ICE-H实施一定强度的中波紫外线(UVB)(70μw/cm2)辐射(0~7 d),研究了其生理生化指标的变化情况,并了解了UVB辐射对其生长及生物组成的影响。结果表明:(1)在UVB胁迫下,该南极硅藻生长速率下降,干重减少,总蛋白含量降低,总脂含量增加;(2)总单不饱和脂肪酸(MUFA)含量降低,总多不饱和脂肪酸(PUFA)含量升高;(3)叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均降低;(4)抗氧化系统作用相应明显,活性氧自由基(ROS)生成速率增加,丙二醛(MDA)大量产生及总超氧化物歧化酶(SOD)大量累积。本研究为进一步认识南极硅藻Phaeodactylum tricornutum ICE-H应对UVB辐射的机理以及南极生态系统对UV-B辐射响应提供启示。

水稻OsNramp4介导锰离子吸收和转运的功能分析

锰(Mn)是植物生长发育必需的矿质营养元素。水稻天然抗性相关巨噬细胞蛋白(natural resistance-associated macrophage protein, OsNramp)家族有7个成员,其中4个具有Mn^(2+)转运活性。OsNramp4已被鉴定为一个铝离子转运蛋白,但尚未报道其是否具有Mn^(2+)转运活性。本文利用Mn^(2+)吸收突变株Δsmf1进行OsNramp4功能互补实验,分析OsNramp4对Mn^(2+)的响应,研究环境Mn^(2+)胁迫对敲除突变体nramp4的生长势以及Mn^(2+)吸收和转运的影响。结果显示:OsNramp4能互补Δsmf1的Mn^(2+)吸收缺陷表型;水稻根部OsNramp4的表达受Mn^(2+)的诱导;高Mn^(2+)胁迫下, nramp4的长势明显优于野生型对照,突变体地上部Mn^(2+)含量显著低于野生型,且根-茎Mn^(2+)转运率明显低于野生型,暗示OsNramp4可能作为一个低亲和性Mn^(2+)转运蛋白,具有在高Mn^(2+)环境下吸收Mn^(2+),并由根部向地上组织运输Mn^(2+)的功能。本研究结果对深入探讨植物Mn^(2+)吸收、转运和分配的分子机制具有重要意义。

基于改进小波阈值的植物电信号降噪方法

多尺度分析方法对于小波分析参数选取与设计具有很强的依赖性,针对初步采集得到的植物电信号特点,提出一种小波阈值计算和选取方法,该方法融入了小波分解层数和调节因子,通过对小波阈值方法进行改进实现更加合理的植物电信号分解和降噪预处理。结果表明,该方法在植物电信号降噪效果方面获得了较好表现,同时根据信噪比(SNR)以及均方误差(MSE)计算结果,该方法进行降噪效果更为理想,能够满足信号分析需求。

盐旱胁迫对盐爪爪种子萌发及幼苗生长的影响

为探究盐爪爪(Kalidium foliatum)的耐盐旱机制,本研究分析了NaCl模拟盐胁迫、聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)模拟干旱胁迫,以及盐旱交互胁迫对其种子萌发、幼苗生长的影响。结果表明:在单一盐胁迫时,种子发芽率、活力指数、胚根长、胚芽长、鲜重均呈先增后减趋势,在300 mmol·L^(-1)NaCl胁迫下幼苗的超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性增加。在单一干旱胁迫时,发芽指数、活力指数降低,胚根生长受到抑制,POD,CAT活性增加。盐、旱交互胁迫时,随着胁迫浓度的增加,发芽率、发芽指数、活力指数均呈下降趋势;在100 mmol·L^(-1)NaCl+10%PEG胁迫下盐爪爪种子发芽势较对照增加2.13%,在100 mmol·L^(-1)NaCl+5%PEG胁迫下盐爪爪幼苗胚根长、胚芽长、鲜重、干重均较对照增加。通过双因素方差分析和隶属函数综合分析发现,盐胁迫是影响盐爪爪种子萌发和幼苗生长的主要生态因子。本研究为河西走廊地区盐碱地改良和生态修复提供一定的参考依据。

逆境下植物电信号研究现状与发展趋势

植物电信号是参与植物体内生理调控和传送信息的重要生理信号,其变化是植物对外界环境刺激的快速响应,而逆境刺激一旦超出植物承受范围,便无法通过自身修复。因此,通过对逆境下植物电信号变化进行深入研究,可依据不同环境胁迫和激励植物电信号的综合分析建立相关模型,以探究植物的最适生长环境特征。本文基于目前的相关研究文献资料,对植物电信号及其对逆境反馈的研究现状进行了梳理归纳,并在现有技术基础上对其发展趋势进行展望,以期为科研人员深入研究植物电信号提供参考,进而为推动植物育种和高产优质种植业高质量发展提供科学依据。

长梗柳带叶插穗不定根形成中内源激素含量变化

为了解长梗柳(Salix dunnii)带叶插穗在红光条件培养后的内源激素和不定根发育的响应,采用连续组织切片技术观察不定根发生过程,并利用酶联免疫法(ELISA)检测4种内源激素的含量。结果表明:长梗柳不定根起源于皮层,属于诱生根原基。在不定根形成过程中,随着皮层出现膨大圆点,皮部IAA含量显著上升;随着不定根的形成,插穗皮部IAA含量显著下降;插穗皮部ABA含量最高,BR含量较低,GA含量最低;而低浓度BR能诱导侧根的形成,少量GA有利于插穗基部的不定根诱导分化。通过对长梗柳bHLH基因表达量进行分析,进一步了解内源激素BR对长梗柳扦插生根的作用机理。因此,长梗柳带叶插穗的生根是由不同内源激素调控的复杂发育过程。

增强UV-B辐射对大豆胚轴DNA损伤、修复和蛋白质含量的影响

大气平流层臭氧层减薄引起到达地表的 UV- B辐射增强。为探讨在增强 UV- B辐射下植物细胞 DNA的损伤修复和蛋白质含量的关系 ,利用 3H- Td R掺入法 ,研究了在 8.2 2 k J/(m2 d)和 12 .4 2 k J/(m2 d) U V- B辐射 (相当于兰州地区大气平流层臭氧减薄约 12 %和 2 0 % )胁迫下 ,大豆胚轴细胞 DNA合成和非按期合成 (UDS)变化 ,并测定了胚轴蛋白质含量变化 ,结果显示 ,UV- B辐射导致 DNA损伤 ,并诱导了 DNA损伤的修复 ,胚轴细胞 UDS效应增强 ,U DS指数增大。低 UV- B辐射强度下 ,胚轴蛋白质含量增加 ,可能是 U V- B诱导了一些与抗性有关的基因表达 ,导致一些新的与抗性有关的蛋白质合成 ;在高强度 UV- B辐射下 ,U DS指数与低强度辐射下无显著差异 (P=0 .0 5 ) ,但蛋白含量较低强度辐射下显著下降 (P=0 .0 5 ) ,说明高强度 UV- B辐射加重了 DNA损伤 ,而修复并未加强 ,并且高强度辐射抑制基因的正常表达和蛋白质合成。这些蛋白质的合成可能与大豆对 UV- B辐射的抗性有关。

α-NAA和UV-B辐射对栝楼幼苗光合色素及保护酶活性的影响

温室条件下研究 UV- B辐射 ( 0 .0 2 9J/( m2·s) )和外施 α-萘乙酸 ( α- NAA) ( 2 mg/L)对栝楼叶片光合色素及保护酶活性的影响。实验结果表明 :外施α- NAA,能提高栝楼幼苗叶片叶绿素及类胡萝卜素的含量 ,提高保护酶 SOD、CAT、POD、ASP的活性 ,细胞膜相对透性和膜脂过氧化产物 MDA含量相对稳定。UV- B辐射单独处理 ,则极显著地降低叶绿素 a的含量 ,叶绿素 b含量也呈明显地下降趋势 ,类胡萝卜素含量稍有下降 ,极显著降低栝楼幼苗叶片 SOD、POD、CAT、ASP活性 ,引起细胞膜相对透性明显增大 ,MDA含量显著增加。α- NAA与 UV- B辐射共同处理栝楼幼苗 ,与 UV- B辐射处理相比 ,叶绿体色素含量都有不同程度增加 ,而细胞膜相对透性、MDA含量则有不同程度降低 ,SOD、POD、ASP活性上升 ,CAT活性显著上升。以上结果暗示 ,UV- B辐射对生长的影响可能是 :( 1 )破坏光合色素而导致光合能力下降 ;( 2 )降低保护酶 SOD、POD、CAT、ASP活性 ,导致膜脂过氧化 ,膜结构遭到破坏 ,膜透性增加。而外施α- NAA,能部分减轻由增强的 UV- B辐射对栝楼幼苗造成的这种伤害 ,其原因可能是 α- NAA提高了保护酶活性 ,维持了活性氧产生与清除之间的平衡 ,即是维持了膜结构的稳定性。可见 ,α- NAA能增加栝楼对 UV- B辐射的抗性。

增强UV-B辐射对小麦体细胞分裂的影响

采用增强紫外线B(UV B)辐射处理 ,对冬小麦细胞染色体畸变及分裂的影响进行了研究。结果表明 :10 0 8kJ·m-2 ·d-1增强的UV B能抑制小麦细胞的有丝分裂频率 ,产生落后染色体、染色体桥、游离染色体、核变形等畸变。其中落后染色体和游离染色体较普遍 ,分别占总畸变率的 32 8%和 2 6 6 %。并在UV B诱导的小麦根尖细胞中发现染色体在有丝分裂的后期到末期分成 3束、4束和 6束等异常分裂现象 ,将之称为体细胞染色体的“多束分裂”(Multi bundledivision)或“分束分裂”(Partition bundledivision)。它们大体分布在两极 ,但两极上染色体“束”数有可能不同 ,同一“束”上染色体的数量也不完全相等。“束”之间未见有细胞壁的形成 ,因而导致产生“多束体”。

紫外线-B辐射对植物DNA及蛋白质的影响

大气平流层中的臭氧衰减,导致太阳辐射中的紫外辐射量有明显的增加,其中UV-B辐射对植物会产生不同程度的影响。分子生态学理论认为,UV-B辐射对植物造成的损伤,首先伤害植物的生物大分子,即进行光化学修饰。本文就臭氧衰减对生态环境和植物的影响途径进行了讨论,重点论述了UV-B辐射对植物蛋白质合成的抑制和DNA的损伤修复途径。并应用分子生物学技术研究植物对UV-B辐射的抗性机理和DNA修复技术的前景进行了展望。