花色多态植物紫薇花部综合特征与繁育系统

【目的】紫薇具有红色、紫色和白色等显著不同的花色以及形态、大小和颜色明显不同的2种雄蕊,使其成为花色多态型和异型雄蕊研究的良好材料。对紫薇花部综合特征和繁育系统进行系统研究,探究紫薇不同花色植株的繁殖策略以及2种雄蕊在传粉过程中的功能作用。【方法】通过野外定点观测,采用传粉昆虫调查、人工授粉以及人工控制套袋试验等方法对紫薇3种花色植株的花部形态特征、开花进程、传粉式样以及花朵的功能形态特征进行检测。【结果】1）3种花色植株的花期和单花开放进程基本相同（单花花期为4~5天）。2）3种花色植株的花在形态特征上存在差异。3）3种花色植株的短雄蕊数表现为白色花植株〉紫色花植株〉红色花植株,花色间存在显著差异（P〈0.05）;红色花植株的单花花粉量和P/O值显著低于其他2种花色植株（P〈0.05）。4）3种花色植株的花粉活性和柱头可授性动态变化趋势相似;花粉寿命与柱头可授期有部分重叠,长雄蕊花粉活性最高时期早于柱头最佳可授期,短雄蕊的与柱头最佳可授期同步;白色和紫色花植株的柱头最佳可授期比红色花植株的长（约2 h）。5）2种雄蕊在形态、颜色、花粉量、人工控制试验条件下的结实率和结籽数以及传粉昆虫访花行为等方面都存在显著差异,说明2种雄蕊在传粉过程中存在功能分化,即黄色短雄蕊主要起招引昆虫作用,暗黄色长雄蕊主要起传粉作用;但2种雄蕊在花粉活性、花粉组织化学成分以及人工控制授粉后的结实率等方面均无显著差异,表明二者在生理上尚未分化;去除雄蕊试验表明,雄蕊的排列方式是影响2种雄蕊功能分化程度的重要因素。6）P/O值、套袋试验以及传粉昆虫观察结果表明,紫薇不存在无融合生殖、主动自交和自交不亲和现象,其交配方式是以异交为主、自交亲和的兼性异交繁育系统。7）传粉昆虫对红色花植株有明显偏好,访问该花色植株的频率显著高于其他2种花色植株（P〈0.01）;人工授粉后,白色和紫色花植株的结实率显著提高。【结论】在自然条件下,紫薇的白色和紫色花植株存在一定的花粉限制。此时,增加对雄性功能的投入、延长柱头最佳可授期是其维持繁殖成效的适应策略;在传粉过程中,2种雄蕊既有分工,又有协作。2种雄蕊花药开裂时间不同步,花粉活力维持时间也不同,花粉的这种装配机制是紫薇提高花粉输出效率的繁殖策略。

不同生境小花山桃草自然种群表型变异与协变

小花山桃草自然种群的表型特征是其对自然生境适应的结果,不同生境种群间表型特征的比较可为揭示其表型变异产生的原因及变异规律提供重要线索。本研究以分布于不同生境的5个小花山桃草自然种群为研究对象,研究了16个表型性状的变化特点。研究结果表明,小花山桃草表型多样性较为丰富,表型性状的平均变异系数为36.30%。表型分化系数在26.85%～96.98%之间,平均为73.03%,表明种群间变异是小花山桃草表型变异的主要来源。不同性状对环境变化的反应不同,其中株高、茎粗、单株果数和比叶面积在种群内的差异不显著,而在种群间的差异达到极显著水平,表型分化系数达82%以上;节间距、叶宽、主根长、分枝数、果长和果宽在种群间和种群内的差异均达极显著水平;单果种子数和单果重在种群内和种群间的差异均不显著。株高、茎粗、叶长、叶宽、茎重、叶重、主根重和单株果数表现出一致的协变格局,生理功能性状之间的这种整合特性有助于小花山桃草适应多样的生境。聚类分析显示,5个种群可按生境条件的好坏分为两大类,进一步表明小花山桃草的表型特征受种群间环境条件（水、肥）强烈影响。绝大多数表型性状与生境因子存在显著或极显著的相关关系,但果实性状（包括果宽、单果重和单果种子数）与生境因子相关性低,进一步表明繁殖性状不易受环境条件影响。

3种酸碱环境模拟方法的比较

比较研究Na OH/HCl法、磷酸缓冲液法和综合法不同酸碱环境模拟方法对确定适宜的方法具有重要意义。以白菜(Brassica rapa var.chinensis)为试验材料,研究Na OH/HCl法、磷酸缓冲液法和综合法对种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,不同模拟方法的萌发指数、活力指数、根长和苗长在所有p H值条件下均有极显著差异(P<0.01)。处理液浸种时,所有p H值条件(除了p H值为6的以外)下不同模拟方法的萌发率差异显著(P<0.05);蒸馏水浸种时,不同模拟方法的萌发率虽然也有一定的差异,但随p H值的变化并未呈现出规律性变化。在所有p H值条件下,磷酸缓冲液法的上述5个参数都最低,同时它们也显著低于对照。这说明磷酸缓冲液对种子萌发和幼苗生长有明显的抑制和毒害作用。用Na OH/HCl法模拟时,在大多数p H值条件下,处理间及其与对照间的上述5个参数均无明显差异,蒸馏水浸种时尤为如此。这表明Na OH/HCl法和磷酸缓冲液法不是合适的模拟方法,综合法是最理想的方法;处理液浸种好于蒸馏水浸种。

鹅掌楸属GST家族基因的克隆与表达分析

该研究以鹅掌楸属植物为试验材料,在北美鹅掌楸和鹅掌楸转录组数据库中筛选出54条GST基因家族的EST序列,通过比对将其归为Tau、Zeta、Theta和Phi等4个亚类。在这4个亚类中各选取1条EST序列设计引物,通过反转录PCR(RT-PCR)与cDNA末端快速扩增(RACE)技术,从鹅掌楸属植物中克隆出4条全长分别为1 150、932、1 022和1 067bp的基因,并分别命名为LtGSTparCb、LtGSTZ-like、LtGSTF13a和LcGSTT1。对LtGSTparCb、LtGSTZ-like、LtGSTF13a和LcGSTT1这4个基因编码蛋白质的结构预测发现,其蛋白质的分子质量分别为25.17、25.34、24.49和28.09kD;理论等电点分别是5.60、6.53、6.66和9.20,即LtGSTparCb、LtGSTZlike、LtGSTF13a蛋白质属于酸性蛋白,LcGSTT1属于碱性蛋白;不稳定系数分别是33.01、36.97、43.19和47.96,即LtGSTparCb、LtGSTZ-like为稳定蛋白,LtGSTF13a、LcGSTT1为不稳定蛋白;α-螺旋(alpha helix)是这4个蛋白质二级结构的主要成分。利用在线软件TargetP并结合GST蛋白质在其他植物中亚细胞定位的结果,推测这4种蛋白质极有可能位于鹅掌楸属植物的细胞质内。实时荧光定量PCR分析结果表明,这4个基因在北美鹅掌楸各个组织中均有表达,其中LtGSTparCb和LtGSTF13a在叶中的表达量最高,在其他组织中的表达量均较低;LtGSTZ-like在花器官中的表达量最高,在叶中的表达量最低,在其他组织中的表达量居于两者之间;LcGSTT1在叶中表达量最高,花器官中表达量其次,在茎和叶芽中的表达量偏低。该研究结果可为鹅掌楸属GST家族基因的功能研究奠定基础。