C_3、C_4和C_3-C_4中间型植物的进化

介绍了有关C3、C4和C3-C4中间型植物进化的形态学、生理学、分子生物学、遗传学等方面的证据;推断地球上首先出现C3植物,然后是C3-C4中间类型植物,最后出现C4植物。

Flaveria属C_4种和C_3-C_4中间型种杂交一代的CO_2交换特性

用Flaveria属不同的C_4种和C_3-C_4中间型种杂交,鉴定了杂种F_1 C_4光合CO_2的交换特性。结果表明:F.brownii(C_4)和F.floridana(C_3-C_4)正反交F_1表观光合强度在两亲值之间,有的植株偏向C_4亲本,有的偏向C_3-C_4亲本。利用这种偏向分布可从F_1中选出高光合能力的材料。从F.palmeri(C_4)和F.pubescens(C_3-C_4);F.brownii(C_4)和F.floridana(C_3-C_4);F.palmeri(C_4)和F.floridana(C_3-C_4);F.trineroia(C_4)和F.anomala(C_3-C_4)的正反交,可以看出:用C_4作父本,杂种F_1具有类似C_4种的耐高温的光合特性。从O_2抑光合反应看,F_1接近中亲值,稍偏向C_3-C_4亲本。CO_2补偿点却与C_4亲本相似,不因正反交而发生偏向分布。通过遗传操作,有可能将C_4光合特性传递给C_2植物。

新疆生态与地理所C3～C4中间型植物研究获进展

据科学网2015年3月21日报道,中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室闻志彬研究团队发现,藜科猪毛菜属中松叶猪毛菜的叶片解剖结构具有类似C3-Sympegmoid型的2-3层叶肉细胞,但与C3-Sympegmoid型相比,具有更加明显并且类似于C4-Kranz结构的维管束鞘细胞、低的叶肉细胞和维管束鞘细胞的比值、更多的维管束鞘叶绿体细胞,并且维管束鞘细胞中更多、更大的线粒体沿着靠近维管束的壁分布。

C_3-C_4中间型植物

针对目前植物生理学教材中很少提及的C3-C4中间型植物,从概念、主要特征及研究价值方面作基本介绍,为课程讲解提供参考。

不同胁迫处理对促进Eleocharis baldwinii形成C_4结构的效应

分别用不同质量分数的NaCl、PEG-6000处理水生型Eleocharis baldwinii,解剖结构观察、叶绿素含量测定以及C_4循环相关酶活性测定结果显示:0.4%NaCl或3.0%PEG-6000溶液诱导水生型E.baldwinii长出新的"花环型"结构,呈现类C_4表型。

松叶猪毛菜叶片原生质体的制备及优化

从植物组织中释放出高质量的原生质体是建立其他技术体系如蛋白亚细胞定位、瞬时表达分析、蛋白质间互作的前提。为了快速挖掘C_(3)-C_(4)中间型植物松叶猪毛菜(Salsola laricifolia)的特殊功能基因,建立一个简单高效的叶片原生体的制备方法必不可少。本研究以松叶猪毛菜无菌组培苗的真叶为材料,分析不同纤维素酶和离析酶的浓度配比、渗透压对原生质体分离的影响。结果表明:采用25 d龄的无菌组培苗真叶,在2%纤维素酶+0.5%离析酶+0.6 mol·L^(-1)甘露醇的酶解液中25℃酶解2 h,使用W5溶液在800 rpm·min^(-1)的转速下纯化,原生质体产量可达1.21×10^(6)个,活力为85%。并且利用得到的松叶猪毛菜原生质体作为受体,用PEG转化法成功转化pBI121-SaNADP-ME4-GFP质粒载体,检测到SaNADP-ME4定位于叶绿体中。本项研究建立了松叶猪毛菜叶片原生质体高效制备体系,为松叶猪毛菜特殊基因功能的挖掘奠定了基础。

松叶猪毛菜NADP-苹果酸酶基因家族及启动子克隆分析

NADP-苹果酸酶(NADP-ME)是C_(4)植物的关键光合酶,在生物和非生物胁迫中发挥了重要的作用。为了进一步研究该酶编码基因的功能,该研究以典型荒漠C_(3)-C_(4)中间型植物松叶猪毛菜为研究对象,在克隆得到NADP-ME家族基因序列的基础上,研究其表达部位及在非生物胁迫下的表达模式,并克隆其启动子序列分析响应非生物胁迫的元件差异。结果表明:(1)成功获得松叶猪毛菜3个NADP-MEs,命名为SaNADP-ME1、SaNADP-ME2和SaNADP-ME4,CDS序列长度分别为1755、1758和1941 bp。(2)SaNADP-ME1主要在根中表达,SaNADP-ME2和SaNADP-ME4主要在叶中表达;在ABA、NaCl、NAHCO_(3)和PEG_(6000)胁迫下松叶猪毛菜幼苗中3个NADP-MEs均可被诱导表达,且SaNADP-ME2和SaNADP-ME4的响应表达模式相似。(3)成功克隆得到SaNADP-ME1、SaNADP-ME2和SaNADP-ME4启动子区域2351、1655和2887 bp。生物信息学分析发现它们都含有基本启动子元件以及响应外界刺激的元件。

电热法生产铝硅合金的理论研究

本文从理论上系统研究了Al2O3-C系、SiO2-C系、Al2O3-SiO2-C系热力学。结果表明,在Al2O3-SiO2-C系中,硅在很大程度上改善了铝还原的热力学条件,中间产物Al4C3、SiC等碳化物分别与SiO2、Al2O3反应进而生成铝硅合金,使电热法铝硅合金对生产成为现实。动力学研究结果表明,在电热法铝硅合金生产中,Fe的存在使得铝硅合金生成反应的起始温度大大降低,Fe还有助于破坏碳热还原过程中容易生成的碳化物。

四种不同碳同化途径植物的NADP-苹果酸酶基因家族分析

NADP-苹果酸酶(NADP malic enzyme,NADP-ME)是苹果酸代谢通路中的关键酶,由一个小的基因家族编码,进化关系复杂。因此,本研究以四种光合碳同化途径(C3,C3-C4中间型,C4和CAM植物) 15种植物的48个NADP-ME序列为研究对象,通过生物信息学软件对它们的基因特性及系统进化关系进行分析和预测,以解析该家族的基因特性及揭示C3-C4中间型植物同C3和C4植物之间的进化关系。结果表明,所有氨基酸序列都含有5个保守区域,其中C3植物保守位点发生差异的序列个数相对较少;C3、C4和CAM代表性植物中,NADP-ME基因家族亚细胞定位在细胞质多于叶绿体,中间型与之相反;所有NADP-ME基因所编码的蛋白都是没有信号肽和跨膜结构域的亲水性蛋白;α螺旋和不规则卷曲是构成NADP-ME蛋白二级结构的主要元件;这些序列被划分为四种类型,第Ⅰ类是双子叶植物质体型,第Ⅱ类是双子叶植物胞质型,第Ⅲ类包括单子叶植物质体型和胞质型,第Ⅳ类是其它类型。中间型植物的NADP-ME序列分布在所有类型中(Ⅰ类,Ⅱ类,Ⅲ类和Ⅳ类),CAM植物NADP-ME归属于Ⅳ类。本研究对四种碳同化类型植物的NADP-ME进行综合分析,为深入探究揭示NADP-ME复杂的进化关系以及NADP-ME的功能提供参考。