星星草脂氧合酶基因家族鉴定及生物信息学分析

星星草具有较强的耐盐碱特性,是改良土壤盐碱化的优良牧草。脂氧合酶(lipoxygenase,LOXs)广泛存在于动植物中,催化多不饱和脂肪酸的双加氧反应,最终生成各种氧脂素,从而在植物生长发育、响应逆境胁迫中发挥重要的生物学功能。目前,星星草中的LOXs家族基因仍未见报道。本研究利用生物信息学方法对PutLOXs基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位和系统进化进行了分析。结果表明,星星草基因组中共有8个LOX基因,它们均具有lipoxygenase homology 2(简称LH2)和lipoxygenase结构域,均不包含跨膜结构域,预测定位于细胞质或叶绿体。系统发生分析表明PutLOXs蛋白分为9-LOX和13-LOX两个亚家族,并且与水稻和玉米这类单子叶植物的LOXs蛋白系统发生关系更近。本研究将为后期深入分析星星草耐盐碱分子机制提供理论依据。

Na_2CO_3胁迫下星星草(Puccinellia tenuiflora)幼苗叶表皮和叶肉细胞中K、Na的相对含量

对不同强度Na2CO3胁迫处理下星星草幼苗叶片表皮和叶肉细胞中K、Na的透射电镜X-射线电子探针显微分析和叶片表面扫描电镜X-射线电子探针显微分析,结果表明:在相同胁迫强度下,无论是表皮细胞还是叶肉细胞的细胞壁和液泡中的Na相对含量均明显高于细胞质中的Na相对含量,并且K的相对含量均明显比相应部位Na的相对含量高,细胞壁与液泡中的Na相对含量变化范围非常接近。在Na2CO3胁迫浓度低于0.1molL-1时,在相同胁迫强度下,K的相对含量高于Na的相对含量,使细胞质保持相对高的K/Na比。而尽管向细胞壁和液泡分流了大量的Na,但是细胞质中的Na相对含量仍然随着Na2CO3胁迫强度的增加而增加,一方面证明星星草在Na2CO3胁迫下维持相对高的K/Na比的能力是有一定限度的,另一方面暗示星星草作为盐生植物在盐碱环境中一定程度上Na可以部分地代替K而行使部分K的生理功能。

星星草(Puccinellia tenuiflora)人工草地氮素积累对松嫩盐碱草地植被演替的影响

通过对星星草(Puccinellia tenuiflora)生长不同年数盐碱土壤氮素营养状况的比较,研究氮素积累作用的机理,并探讨其在植被演替中的可能作用。结果表明:在一维生态位空间(土壤氮含量)星星草和羊草(Leymus chinense)之间具有较小的生态位分离值和较大的生态位重叠值,表明羊草对土壤高含氮量具有较强的竞争能力。这些也许是羊草以及其他植物在星星草生长一定年数后能够侵入碱斑土壤的机制。星星草作为盐碱土壤改良和植被恢复的先锋植物,它的生长增强了盐碱草地土壤氮素的矿质化作用和生物固氮强度,并减弱了氮素随地表径流的损失。最终促进了盐碱草地的氮素沉积,达到了适合于其它物种(如羊草)生长的水平,从而使碱斑植被得以恢复。

星星草Puccinellia tenuiflora（Turcz．）Scribn． et Merr．解剖研究

利用扫描电镜技术，研究了星星草Ｐｕｃｃｉｎｅｌｌｉａｔｅｎｕｉｆｌｏｒａ（Ｔｕｒｃｚ．）Ｓｃｒｉｂｎ．ｅｔＭｅｒｒ．的营养器官，发现其根、茎、叶各部器官的组织具有显著的旱生结构特征，即根的皮层细胞破裂，形成发达的通气组织￣［１］；茎的表皮细胞排列紧密，角质层很厚，维管束不成两轮排列，而星散分布于基本组织中，髓腔较小；叶的表皮具乳突状表皮毛，泡状细胞数目较少，且深陷。叶脉维管束鞘不为典型的Ｃ＿３植物结构，两层维管束鞘的细胞壁厚度相等，内层维管束鞘壁并不加厚，外层维管束鞘含叶绿体。这些特征都表明星星草受外界生态因素影响，而演化出各种各样的形态结构来适应所生长的客观生态环境￣［２］。

放牧强度对江河源区垂穗披碱草(Elymus natans)/星星草(Puccinellia tenuflora)混播草地群落和高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的影响

在江河源区披碱草（Elymus natans）／星星草（Puccinellia tenuflora）混播人工草地上进行了两个放牧季（2003年6月29日～9月20日和2004年6月29日～9月20日）的牦牛放牧试验，研究了放牧强度对混播草地群落特征和高原鼠兔（Ochotona curzoniae）种群密度的影响。结果表明：在两个放牧季内，随着放牧强度的提高，草地群落的盖度、地上现存量和优势种植物（披碱草和星星草）的株高降低，且放牧强度与其呈极显著负相关关系；对照处理组群落的物种多样性指数、丰富度指数和均匀度指数最低，中度放牧组最高，该结果支持“中度干扰理论”。随着放牧强度的提高，高原鼠兔的种群密度增加，且放牧强度与其呈极显著的正相关关系；不同放牧强度下群落的物种多样性指数、丰富度指数和均匀度指数与高原鼠兔的种群密度之间存在着一定的相关关系。

星星草(Puccinellia tenuifolra)铵转运蛋白(PutAMT)及N、C末端缺失对NH_4^+吸收能力的影响

铵是植物吸收利用的主要氮源之一,NH4+的吸收主要通过铵转运蛋白(AMT)进行运输。本研究克隆了星星草铵转运蛋白(PutAMT),以GFP为标记构建了植物表达载体,观察表明PutAMT蛋白明显定位于质膜,但是根据观察发现PutAMT蛋白的定位具有复杂性及多样性的特点。为了深入了解铵转运蛋白的结构对NH4+吸收能力的影响,构建了N、C及NC末端缺失的PutAMT(ΔNPutAMT,ΔCPutAMT及ΔNCPutAMT)的载体,转入酵母突变体菌株31019b进行NH4+吸收能力的实验,结果显示了全长PutAMT在低氮条件下具有较强的吸收NH4+的功能。N、C及NC末端缺失的突变体与全长PutAMT相比,对NH4+的吸收能力有下降的趋势。结果表明了,N、C末端对NH4+的吸收起到重要的作用。

NaCl胁迫下星星草幼苗MDA含量与膜透性及叶绿素荧光参数之间的关系

星星草幼苗在不同浓度NaCl胁迫处理7d后，测定了叶绿索荧光参数、MDA含量和叶片电解质外渗率。结果表明，在低浓度NaCl（小于1．2％）胁迫下，星星草幼苗叶绿体MDA含量随胁迫强度的增强而降低，而在高浓度NaCl（1．2％～2．4％）胁迫下则相反。在低浓度NaCl（小于1．2％）胁迫下，Fv/Fm（PsⅡ原初光能转化效率）、Fv/Fo（表PSⅡ潜在活性）、Fv’/Fm’（类囊体能化时PSⅡ固有效率）和护（荧光光化学淬灭效率）随着胁迫强度的增强而增高，而在高浓度NaCl（1．2％～2．4％）胁迫下则随着胁迫强度的增强而降低；而qNP（荧光非光化学淬灭效率）和HDR（热耗散速率）却随着胁迫强度的增强而增高。φAPSⅡ（PSⅡ实际光化学效率）在低浓度NaCl（小于0．4％）胁迫下随着胁迫强度增强而升高，在0．4％-1．6％之间迅速下降，大于1．6％时，φPSⅡ又迅速升高。Fv/Fm，Fv/Fo，Fv’/Tm/和qP均随着MDA含量的增高而降低，而EL（叶片电解质外渗率）、qNP和HDR在MDA含景较低的范围（0．9753-1．1901μmol·g^-1 FW）内均减小，在MDA含量较高的范围（1．3080—1．8518μmol·g^-1 FW）内，均迅速增大。中PSⅡ在MDA含量较低范围（0．9753～1．0953μmol·g^-1 FW）内时上升，但变化不大，随着MDA含量的增高（在1．1172—1．1901μmol·g^-1FW）范围内迅速降低，但当MDA含量进一步增高时（在1．3080～1．8518μmol·g^-1 FW）范围内叉迅速升高。这些结果表明，星星草幼苗的荧光参数具体的变化规律与盐胁迫强度和幼苗细胞膜的受损伤程度密切相关，即低浓度NaCl胁迫（小于1．2％）下，星星草幼苗由于活性氧的增加而发生膜脂过氧化可能主要通过体内较高活性的保护酶系统来清除，而高浓度NaCl胁迫（大于1．2％）下，星星草幼苗可能具有与其它植物不同的保护机制，即可能主要通过增加qNP（荧光非光化学淬灭效率）、HDR（热耗散速率）耗散过剩的光能和提高φ PSⅡ增强假循环式光合磷酸化过程，消耗掉多余的能量，以保护光合器官免受过剩光能的损伤，从而减轻膜脂过氧化作用。

复杂盐碱条件对星星草种子萌发的影响

将2种中性盐NaCl、Na2SO4及2种碱性盐Na2CO3、NaHCO3按不同比例混合。模拟出24种盐度和碱度各不相同的复杂盐碱条件,并用以处理星星草种子,测定其发芽率、发芽势。结果表明,不同碱度的盐分组成对星星草种子萌发的影响基本一致,即均随着盐浓度的增高发芽延迟,发芽率降低,而且均在盐浓度超过300 mmol/L时发芽率降至零。对各胁迫因素与发芽率之间进行统计学分析,结果表明,盐浓度是影响星星草种子萌发的决定性因素,其他因素的作用很小。本实验结果表明,吸水是决定星星草种子萌动与否的关键,由于盐浓度决定水势进而决定种子吸水,所以盐浓度表现为影响种子萌发的关键因素。由于pH值、缓冲量等代表碱度的指标与水势没有直接关系,所以对星星草种子萌动阶段没有决定性影响。

盐、碱胁迫下星星草有机酸代谢调节的比较研究

为探究植物抗盐、碱生理机制的异同，根据东北地区盐碱化草原土壤可溶性盐分的组成特点，模拟0～240mmol／L的盐胁迫和碱胁迫条件，对苗龄8周的星星草（Puccinelliatenuiflora）幼苗进行了胁迫处理，分析了两种胁迫下植株体内外有机酸组分及其含量的变化．结果表明：在盐胁迫和碱胁迫条件下，星星草茎叶中所含的有机酸均以苹果酸、草酸、柠檬酸和琥珀酸为主，但有机酸总量和比例显著不同．星星草茎叶中的有机酸总量随着碱胁迫强度的增大而急剧上升，但随着盐胁迫强度的增大而略有下降．在4种有机酸中，碱胁迫对柠檬酸含量的影响差异最大，使其构成了碱胁迫下有机酸积累的主体．对于盐、碱胁迫下星星草根系分泌物的研究表明：只有在碱胁迫条件下，星星草根系才分泌有机酸而且柠檬酸是唯一可检测出的成分．说明体内大量积累和根系分泌以柠檬酸为主的有机酸是抗碱盐植物星星草对碱胁珀的关键生理响应．

盐碱胁迫下星星草种子萌发过程中有机物、呼吸作用及其几种酶活性的变化

对NaCO3胁迫下星星草种子萌发过程中淀粉酶活性、淀粉酶同工酶、可溶性糖含量、呼吸作用的变化进行了研究。结果表明无盐胁迫下，种于萌发过程中淀粉酶活性、可溶性糖含量、呼吸强度与对照相比均下降，并与Na2CO3胁迫浓度的负相关关系极其显著。Na2CO3胁迫下，水解酶活性降低、储藏物质不能动员、呼吸代谢受抑制是盐胁迫下星星草种子萌发受抑制的原因之一。

星星草营养器官适应盐胁迫的结构特征

采用0．6％Na2CO3胁迫处理星星草[Puccinellia tenuiflora（Turcz．）Scribn．et Merr．]幼苗，光镜和电镜观察其根和叶的显微和超微结构。结果表明，星星草根的表皮向外突出形成密集的根毛；外皮层由1～2层细胞组成，排列较紧密；中皮层薄壁细胞排列疏松，形成发达的通气组织；内皮层呈典型的五面加厚；中柱鞘排列紧密，其壁加厚；初生木质部与初生韧皮部相间排列，初生木质部为5～7原型，中央为后生木质部导管，无髓存在。叶的表皮有表皮毛和丰富的蜡质层；叶上表皮泡状细胞数目较少，且深陷；气孔下陷，其下有较大的气室；叶脉有大、中、小3种维管束，大、中型维管束为C3型，小型维管束为C4型。星星草可能是介于C3和C4植物之间的类型，具有耐盐碱及耐干旱特征。

碱性盐胁迫下星星草幼苗中几种渗透调节物质的变化(英文)

模拟松嫩盐碱草地碱化土壤的离子组成配制碱性盐溶液处理星星草（Ｐｕｃｃｉｎｅｌｌｉａｔｅｎｕｉｆｌｏｒａ）幼苗，测定了碱性盐胁迫下星星草幼苗地上部分几种渗透调节物质含量的变化。随着碱性盐浓度及胁迫天数的增加，Ｎａ＋ 、可溶性盐、游离脯氨酸和可溶性糖的含量逐渐增加，其中游离脯氨酸的变化倍数最大。Ｋ＋ 含量在浓度小于２０ｇ Ｌ－１ 碱性盐胁迫下随胁迫天数增加而略为减少，在４０ ｇ Ｌ－１ 和６０ ｇ Ｌ－１碱性盐胁迫下先是降低，而后迅速增加。

Na_2CO_3胁迫对星星草叶肉细胞超微结构的影响

利用透射电镜技术对Na2CO3胁迫下星星草叶肉细胞超微结构进行了观察。结果表明:未胁迫的叶肉细胞排列疏松,各种细胞器结构完整,叶绿体含少量淀粉粒和脂质球。轻度盐胁迫(2g/L,4g/LNa2CO3)对叶肉细胞超微结构影响较小。中度盐胁迫(6g/L,8g/LNa2CO3)引起叶肉细胞超微结构的变化,叶绿体类囊体肿胀,基粒紊乱,不含淀粉粒,脂质球数量增加,叶绿体由原来的梭形或椭球形变成圆球状;部分线粒体嵴消失,出现晶体结构;中央大液泡破裂;核逐渐降解。高度盐胁迫(10g/L,12g/LNa2CO3)下,叶绿体片层结构消失,脂质球数量增加,体积变大,被大量的膜片层所包围,叶绿体内、外膜消失,叶肉细胞中看不到叶绿体的存在;膜片层包围线粒体;叶肉细胞中可见大量的泡状结构和膜片层,叶肉细胞死亡。上述结果表明,细胞器特别是叶绿体膜结构的破坏与盐胁迫叶肉细胞最终死亡密切相关。

盐生植物星星草叶表皮具有泌盐功能的蜡质层

利用扫描电镜和 X射线电子探针研究了星星草 (Puccinellia tenuiflora)的叶表皮及其与生境高盐的关系。结果表明 ,叶表皮由表皮细胞和气孔器组成 ,下表皮气孔器多于上表皮 ,且常下陷 ,表皮具表皮毛。表皮细胞外存在丰富的蜡质纹饰和蜡质颗粒 ,这些蜡质包含盐离子 ,具有泌盐的功能。这些特征表明星星草受外界生态因素的影响 。

羊草和星星草光合蒸腾日变化的比较研究

本文对松嫩碱化草地上羊草和星星草光合蒸腾特性的日变化进行了比较研究．二者的日变化规律相近，但星星草的光合能力和水分利用效率强于羊草．这是皇星草的耐盐碱能力优于羊草的原因之一．

碱胁迫下星星草的主要胁变反应

用0～200mmol/L的碱性盐Na2CO3对星星草进行胁迫处理,观测了星星草对碱胁迫的主要生理反应。实验结果表明:随着Na2CO3胁迫浓度的增大,星星草体内总有机酸、柠檬酸和脯氨酸含量明显上升,含水量、总氮含量和叶绿素含量明显下降,Na+含量上升,K+含量下降,K+/Na+降低。胁迫浓度的增加还使植物体的根系活力下降,质膜透性增加。各胁变指标的最大变化多发生在150mmol/LNa2CO3浓度附近。

松嫩平原碱化草甸星星草种群营养繁殖及有性生殖的数量特征

根据对星星草单优群落独立株丛的大样本取样和对正常花序随机取样的调查与测定，分析了松嫩平原碱化草甸星星草种群的营养繁殖及有性生殖特征．结果表明，星星草种群诸营养繁殖数量性状之间有明显的规律性，丛植株数、丛地上生物量、丛生殖株数及丛生殖株重分别随丛径呈指数形式增加．星星草种群的圆锥花序大多为９—１６个节，花序上各节位上的小穗数量呈γ密度函数分布．随着节位的增高，各节位上的小花数量呈Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线形式减少．小穗数和小花数均随节位增高呈饱和型指数曲线形式累积增长．

星星草响应盐碱胁迫的渗透调节和离子平衡机制

为探索天然抗碱牧草星星草抗盐碱的生理机制,根据东北地区盐碱化草原土壤所含的可溶性盐分的组成特点,模拟出0～240mmol/L的盐胁迫和碱胁迫条件,对苗龄8周的星星草(Puccinellia tenuiflora)幼苗进行了两种胁迫处理,分析了两种胁迫下植株的渗透调节和离子平衡机制.结果表明:在盐、碱胁迫下,脯氨酸是主要的有机渗透调节物质,而甜菜碱和胆碱的作用却非常有限.碱胁迫下星星草体内大量积累的有机酸不仅起到渗透调节作用,而且也是主要的负电荷来源,在体内离子平衡及pH调节中起重要作用.在两种胁迫下,Na+,K+,Cl-和有机酸的含量占到总溶质的80.7%和85.4%.碱胁迫下有机酸积累与Na+含量增加密切相关.碱胁迫造成植物体内Na+含量急剧的上升,导致细胞内离子平衡被破坏,这可能就是引起有机酸相应大量积累的主要原因.

cDNA微阵列技术研究NaHCO_3胁迫下星星草基因表达谱

为研究NaHCO3胁迫下星星草基因的表达,分别将荧光染料Cy5-dCTP和Cy3-dCTP用反转录方法标记在处理和对照星星草cDNA上制成探针,并与载有星星草基因的cDNA芯片进行杂交。通过对芯片的杂交信号强度分析来研究基因的表达情况。分析结果显示,共有25个基因在NaHCO3胁迫处理前后差异表达,其中17个基因在NaHCO3胁迫下表达下调,8个基因在NaHCO3胁迫下表达上调。生物信息学分析表明这些基因的功能涉及了信号传导与转录调控、细胞防御、细胞代谢等多个方面。从而获得了NaHCO3胁迫下星星草的基因表达谱,定量地阐述了NaHCO3胁迫和非胁迫条件下星星草基因的差异表达情况。

生长不同年数星星草光合能力的比较研究

对松嫩盐碱草地上人工种植生长１年、２年、３年、６年的星星草和野生的天然星星草，在星星草光合速率最高的抽穗期测定了光－光合速率曲线，比较了不同生长年数星星草的光合能力。不同生长年数星星草的光－光合速率曲线均近似为双曲线，但又有各自的特点。１年生星星草的光补偿点和光饱和点最低，光饱和光合速率和低光强下的光强系数最高。６年生星星草的光补偿点和光饱和点最高，光饱和光合速率和低光强下的光强系数也最低。据此推定不同生长年数星星草的光合能力由强到弱的顺序为１年生星星草＞２年生星星草≥３年生星星草＞天然星星草＞６年生星星草。