穿龙薯蓣DnSQS基因的克隆及表达分析

角鲨烯合成酶(SQS)是植物甾醇和萜类化合物合成的关键酶之一。为了揭示穿龙薯蓣SQS基因的功能,该研究以穿龙薯蓣cDNA为模板,采用PCR方法克隆DnSQS基因,并对得到的序列进行生物信息学分析。采用HPLC方法检测不同组织的薯蓣皂苷元含量,采用实时荧光定量PCR技术分析DnSQS基因在不同组织、激素诱导及非生物胁迫下的表达特征。结果表明:(1)成功克隆得到穿龙薯蓣2个基因DnSQS1与DnSQS2,二者分别编码409和433个氨基酸,但编码的蛋白二级结构均以α螺旋和无规则卷曲为主,都存在由α螺旋折叠形成的保守催化中心以及2个富含天冬氨酸的功能结构,都具有2个跨膜螺旋结构,并且都定位于内质网。(2)DnSQS1和DnSQS2与盾叶薯蓣DzSQS的亲缘关系较近,2个DnSQS蛋白在进化上相对保守。(3)不同组织的薯蓣皂苷元含量存在差异,其含量大小依次为叶>根状茎>地上茎>根;DnSQS1与DnSQS2基因在不同组织中的表达也具有显著差异,其中DnSQS1在地上茎中表达水平最高,DnSQS2在叶中表达水平最高。(4)以激素MeJA、ABA、SA、Eth及非生物胁迫H_(2)O_(2)、NaCl、PEG-6000处理叶片,2个DnSQS基因均可诱导表达;而GA_(3)处理下抑制了2个DnSQS基因的表达。研究表明,穿龙薯蓣的2个DnSQS基因可能参与薯蓣皂苷元的合成,并在逆境胁迫机制中发挥重要作用。

穿龙薯蓣种子离体再生体系构建及其组培苗解剖结构特征

以药源植物穿龙薯蓣种子为外植体,构建优化种子消毒时间以及愈伤组织、不定芽和生根诱导等激素浓度、组成和配比体系,并比较组培苗的叶片、缠绕茎和根状茎等营养器官与实生苗在解剖结构上的差异,初步建立以种子为外植体的再生体系。结果表明:(1)外植体采用2%NaClO消毒15 min和18 min为宜;愈伤组织诱导培养基为MS+1.0 mg·L^(-1)6-BA+2.0 mg·L^(-1)2,4-D时效果最佳,出愈率为83.33%;不定芽诱导的最佳培养基为MS+2.0 mg·L^(-1)6-BA+0.2 mg·L^(-1)NAA,诱导率达到90.00%;以1/2MS+0.5 mg·L^(-1)NAA进行生根培养为宜,生根率达86.70%,组培苗可产生13.2条根,且组培苗生长旺盛,叶片浓绿,茎粗长。(2)组培苗与实生苗在叶片、缠绕茎的解剖结构上存在显著差异:组培苗叶片薄,主脉维管束小,栅栏组织厚度/海绵组织厚度P/S低;组培苗缠绕茎的内径、导管面积和维管束数量均小于实生苗,导管/维管束为0.06,为实生苗的1/2;组培苗缠绕茎皮层比例大,但厚角组织与厚壁组织分化不完全,仅存在排列极为分散的双韧维管束。研究认为,组培苗在外形和结构上的变化主要是对其高湿、低光、恒温、密闭培养瓶培养环境的高度适应的结果。

穿龙薯蓣茎段组培体系的建立

为了探明不同处理对穿龙薯蓣茎段组织培养的影响,建立穿龙薯蓣茎段快速繁殖体系,为其规模化种植提供充足的材料。以穿龙薯蓣幼嫩带节茎段作为外植体,研究了消毒时间及不同培养基激素配比对穿龙薯蓣腋芽诱导、增殖分化及生根的影响。结果表明,MS+0.2 mg·L^-1 NAA+2.0 mg·L^-16-BA为腋芽诱导的适宜培养基,诱导率为86.67%;MS+0.2 mg·L^-1 NAA+3.0 mg·L^-16-BA较适宜穿龙薯蓣增殖分化,增殖倍数达4.58;1/2 MS+0.1 mg·L^-1 NAA处理下穿龙薯蓣试管苗生根效果好,生根率达73.34%;以蛭石∶腐质土∶河沙=1∶1∶1为移栽基质,移栽成活率可达63.20%。研究表明,不同激素组合对穿龙薯蓣再生体系的建立有不同效果。

枯落物水浸液对华北落叶松种子萌发与幼苗生长的影响

以华北落叶松林下枯落物为研究对象,区分未分解、半分解和完全分解的状态,分别配置质量浓度为5.0、12.5、25.0和50.0 g/L的水浸液,设计枯落物分解程度和水浸液浓度的双因素随机区组试验,研究枯落物水浸液对华北落叶松种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明:1)华北落叶松纯林半分解和完全分解枯落物水浸液处理下发芽率的化感作用响应指数(I_(R))为-0.45~-0.18,发芽指数的I_(R)值为-0.49~-0.27,多数为中等抑制作用;12.5 g/L的华北落叶松云杉混交林半分解枯落物水浸液处理下,发芽指数的I_(R)值为-0.62;50.0 g/L的完全分解枯落物水浸液处理的发芽率和发芽指数的I_(R)值分别为-0.54和-0.64,抑制作用较强;华北落叶松杨桦混交林的未分解枯落物水浸液处理下,发芽率的I_(R)值为-0.59~-0.41,发芽指数的I_(R)值为-0.51~-0.38,为中等及较强的抑制作用。2)华北落叶松纯林半分解和完全分解枯落物抑制幼苗胚轴、胚根和子叶的伸长,抑制作用中等;华北落叶松云杉混交林枯落物水浸液处理下,华北落叶松幼苗生长尤其子叶伸长显著受抑制,50.0 g/L完全分解枯落物处理的子叶长度仅(0.31±0.07)cm,I_(R)值高达-0.70;华北落叶松杨桦混交林的未分解枯落物水浸液对华北落叶松幼苗生长具中等及较强抑制作用,但抑制作用随枯落物分解程度加深而减弱,半分解和完全分解枯落物水浸液处理对幼苗胚根、子叶及鲜质量抑制作用微弱。3)不同林分枯落物的抑制作用依次为:华北落叶松纯林(I_(R)均值为-0.12)<华北落叶松云杉林(I_(R)均值为-0.21)<华北落叶松杨桦林(I_(R)均值为-0.27)。枯落物水浸液影响华北落叶松林下更新,在枯落物较厚的林地,可适当降低林分密度,以减弱枯落物的影响。

穿龙薯蓣的花序特征研究

花序是影响植物繁殖的关键性状,也在分类学和系统发育研究中起着重要作用。药用植物穿龙薯蓣(Discorea nipponica)的花序类型具有多样型,但目前相关研究资料较少,且常有争议。为明晰穿龙薯蓣的花序类型及特征,本研究以观察测量为主,结合石蜡制片技术,对穿龙薯蓣的花序形态、数量性状及发育过程进行研究。结果表明:穿龙薯蓣雌花形成腋生的穗状花序,具退化雄蕊,具花粉囊,但不产生花粉;雄花序特征与现有资料的描述不尽相同,雄花序生于叶腋或顶生于侧枝,花序主轴为无限花序,侧轴为蝎尾状单歧聚伞花序,整体为形似穗状的混合花序;由于雄株部分侧枝叶片退化,腋生花序向顶逐渐短缩,与顶生花序结合呈圆锥状;雄花序的长度、小花数量、小花密度及花期时间等均高于雌花序。本研究发现,穿龙薯蓣雌雄花序形态与有限花序向无限花序演化过程相符,具原始性,可保证传粉的成功率,增强对环境的适应性。

穿龙薯蓣大小孢子发生与雌雄配子发育

【目的】为探讨薯蓣属植物亲缘关系及薯蓣科植物系统地位,丰富药用植物穿龙薯蓣(Discorea nipponica)的生殖特征研究,并为后续栽培育种等工作提供基础资料。【方法】利用快速石蜡制片技术分别对穿龙薯蓣雌雄花进行制片,对其大小孢子发生及雌雄配子体发育过程进行系统地显微观察。【结果】穿龙薯蓣为单性花、雌雄异株。雄蕊6,花药4室;小孢子胞质分裂为同时型;小孢子四分体主要为四面体形,兼有左右对称形和交叉(十字)形;成熟花粉为2-细胞型花粉。花药壁由外到内依次为表皮、药室内壁、中层和绒毡层;中层细胞自小孢子母细胞时期逐渐分解扁平,绒毡层细胞在小孢子四分体时期开始解体;花粉囊开裂时中层、绒毡层消失,药室内壁纤维状增厚,表皮仅有干枯的残迹;花药壁发育类型为单子叶型,绒毡层发育类型为腺质型。雌花子房下位,3室,中轴胎座,每室生2枚倒生胚珠;胚珠具双珠被,厚珠心;大孢子母细胞由造孢细胞发育而来;大孢子四分体线性排列,珠孔端3个退化,仅合点端一个发育;成熟胚囊为7胞8核,中央细胞的形成早于卵器和反足细胞的细胞化;胚囊发育类型为单孢子蓼型,成熟雌配子体中助细胞体积小于卵细胞;反足细胞形成后不再进行分裂,在胚囊成熟时期逐渐退化。【结论】穿龙薯蓣部分生殖生物学特征较为原始,倾向于双子叶植物;穿龙薯蓣助细胞体积较小可能与胚珠发育异常有关。

干旱胁迫下穿龙薯蓣叶片的生理响应

土壤干旱对药用植物穿龙薯蓣植株生长的影响研究是筛选该种优异种质的重要内容。该研究采用蟒河和关帝山种源穿龙薯蓣为试材,通过大田控制浇水的方法,研究了干旱胁迫对蟒河和关帝山种源穿龙薯蓣叶片生理特性的影响,以期揭示该种质对未来区域气候变化的耐受性及其生理机制。结果表明:随干旱胁迫加剧,穿龙薯蓣的超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先升后降再升的趋势,丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量均呈先升后降趋势,可溶性蛋白质(SP)含量呈下降趋势。不同种源对干旱胁迫的响应存在差异:蟒河种源以较强的渗透调节能力应对土壤干旱;关帝山种源的保护酶防御体系和渗透调节系统都相对较强,抗旱性强于蟒河种源。该研究可为穿龙薯蓣的大田种植管理和良种选育工作提供理论支撑。