沙柳SpsLAZY1a和SpsLAZY1b基因克隆及生物信息学分析

LAZY1基因对于植物分枝角度、分枝方向具有重要影响。以沙柳为试验材料克隆LAZY1基因,利用生物信息学软件分析LAZY1基因序列、构建进化树,并预测蛋白结构。结果表明,SpsLAZY1a和SpsLAZY1b的CDS全长分别为1 161、1 143bp,分别编码386和380个氨基酸。生物信息学分析表明SpsLAZY1a、SpsLAZY1b2种蛋白均为亲水性蛋白,均无信号肽区域。氨基酸序列具有IGT基因家族典型结构域,并且其C端有LAZY1蛋白的典型EAR结构。系统发育树将18个LAZY1蛋白家族聚为2个大类,SpsLAZY1a和SpsLAZY1b属于其中第1类,均为双子叶植物,并与其他植物具有较高相似性。氨基酸同源结构比对发现这些植物间既有相似同源区域,也存在一定差异区域。单子叶比双子叶植物缺少某些同源区域,草本比木本植物又缺少某些同源区域。LAZY1基因在沙柳进化过程中发生基因重复,本研究由沙柳中成功克隆SpsLAZY1a、SpsLAZY1b基因,隶属IGT基因家族,并初步揭示LAZY基因的系统进化关系。

毛乌素沙地南缘沙柳(Salix psammophila)丛生枝年龄结构与动态特征

沙柳(Salix psammophila)是毛乌素沙地典型的优势灌木,对维持沙区生态系统稳定起着重要作用。在自然生长过程中,随着年龄增加,沙柳死亡枝条数增多,植株生命活力衰退,沙区生态系统的稳定受到挑战。研究沙柳丛生枝结构随年龄增加的变化规律对保育沙柳生命活力、保障沙区生态系统稳定具有重要意义。本研究通过对沙柳丛生枝分枝收获,查数年轮计数枝龄,绘制丛生枝的年龄结构图,编制静态生命表,分析存活曲线、生存函数等参数变化,并运用时间序列模型预测丛生枝的年龄结构动态。结果表明:沙柳丛生枝中以3a生枝条最多,年龄结构呈两头小中间大的纺锤型;当年生的枝条生命期望最高、5a生枝条的死亡率和消失率最高,存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型;枝条生长4a时死亡密度开始下降,生长5a后的累计死亡率和危险率稳定,枝条动态为前期衰退、后期稳定;丛生枝动态指数趋近于0,趋于稳定型;在未来的2、4、6、8a时间后沙柳丛生枝数量逐渐增多,但幼龄枝条补充不足,沙柳稳定性难以长期维持。因此,在沙柳生长4a后需要通过适当的平茬抚育来调整丛生枝的年龄结构以维持沙柳生命活力。

不同抚育处理下沙柳新生枝茎流动态及其气象主控因子

针对生长3年以上的成过熟沙柳灌丛,研究了不同采伐抚育模式下沙柳新生枝条液流的变化规律及其与气象因子的关系。研究结果表明:沙柳在不同抚育强度下的茎流日变化均呈现"几"字型规律;两种模式下各气象因子对沙柳茎流速率影响的大小顺序是:太阳辐射>大气温度>空气相对湿度>风速,其中太阳辐射对各抚育强度的影响程度为A3>A2>A1>CK,其余气象因子对茎流影响程度在不同抚育模式和强度下表现出不同规律性;在两种抚育模式下,A3(0.7 M)抚育强度处理时茎流与气象因子逐步回归拟合关系较好,在各月中R2均大于0.7,最大值出现在4月B1模式下:R2=0.906。逐步回归方程中太阳辐射是关键因子;不同抚育强度对沙柳蒸腾的促进程度不同,且在A3B1处理下对沙柳茎流速率提升效果最为明显,可有效缓解沙柳枝条之间的水分竞争压力,从而使沙柳新生枝的生长更为旺盛。

沙柳丛生枝代谢指数的龄级效应

新陈代谢速率是植物最基本的生物学速率,与地表植被的水碳代谢过程密切相关.表征代谢速率及其替代指标（如叶生物量等）与个体大小间相关生长关系的代谢指数是生态学研究的一个热点,WBE模型论证的3/4恒定代谢指数最为经典,但也饱受争议.本研究以毛乌素沙地南缘沙柳为对象,检验了WBE模型的可用性,揭示代谢指数随丛生枝生长发育的变化规律.结果表明：基于叶生物量和茎叶生物量估计的沙柳丛生枝代谢指数α为0.97,显著大于WBE模型的恒定指数3/4;分支半径指数1/a和分支长度指数1/b分别为2.67和3.83,均显著大于理论值2.0和3.0.分龄级估计的丛生枝分支半径指数和分支长度指数分别为2.64-3.24和2.86-4.30,各龄级代谢指数的估计值和计算值分别为1.01-1.29和0.94-1.13,龄级差异均不显著.斜率异质性检验表明,不同龄级的丛生枝共有代谢指数估计值1.08和计算值1.00、分支半径指数2.84和分支长度指数3.35,均显著大于理论值.在各龄级丛生枝共有代谢指数1.08下,代谢常数在y轴上的负向漂移幅度随龄级增加而显著增大.尽管枝龄未引起沙柳丛生枝代谢指数的显著变化,但在给定大小的枝条上,大龄枝较低龄枝的代谢活性下降明显.

沙柳SpsTAC2基因克隆、生物信息学及组织特异表达分析

TAC基因隶属IGT基因家族,该基因家族主要参与植物分枝角度的调控,目前国内外针对木本植物中TAC基因的研究较少。为了获得沙柳中的TAC基因并对该序列进行初步分析,本研究用同源克隆技术在沙柳中克隆得到长度为783 bp的CDS序列并命名为Sps TAC2基因,对其进行生物信息学及组织特异性表达分析。结果分析表明,该基因编码260个氨基酸,为亲水性蛋白,未发现跨膜结构域,无信号肽区域,亚细胞定位预测在细胞核,基因内含有IGT基因家族典型结构域。系统进化树将SpsTAC2氨基酸序列与杨、柳位于第二条染色体上的TAC-like基因所编码氨基酸序列聚为一类。RT-qPCR结果表明,该基因在成熟叶表达量最高,其次是韧皮部,在根部几乎不表达。从沙柳中成功克隆出了调控分枝角度的IGT基因家族的SpsTAC2基因,推测该基因的主要作用部位可能在成熟叶、茎中。沙柳SpsTAC2基因的研究为IGT基因家族研究及沙柳育种工作提供了理论依据。

固沙先锋树种沙柳枝条力学特性及其影响因素

以内蒙古干旱半干旱沙区固沙先锋树种沙柳(Salix psammophila)枝条为对象,研究其冬季休眠期抗拉、抗剪与抗弯力学特性,分析枝条长度、直径及其化学组分等对其力学特性的影响,为丰富植物固沙能力的评估指标体系,也为沙柳平茬机具的研制提供生物力学依据。结果显示:在测试径级0.5~2.5mm时,沙柳枝条的极限抗拉力为14.05~52.02N、抗剪力为16.26~80.04N、抗弯力为1.02~3.54N,均随着直径的增大而增大,应力直径递增函数不同;极限抗拉强度为8.96~66.19 MPa、抗剪强度为8.04~39.87 MPa、抗弯强度为1566.46~46.71MPa,均随直径的增大而减小,应力强度-直径递减函数不同。表明直径是影响枝条力学特性的重要影响因子。随着枝条长度的增长,其抗弯强度呈增大的趋势,而抗拉强度和抗剪强度无明显的变化规律;沙柳枝条极限抗拉力均值36.19±3.29N>抗剪力均值50.04±4.54N,枝条极限抗拉强度均值31.01±2.81 MPa>抗剪强度均值16.98±1.54MPa,说明枝条易破坏外力类型为剪切力。沙柳枝条抗拉强度、剪切强度和抗弯强度与纤维素、半纤维素含量呈显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)正相关,与木质素含量呈显著正相关(P<0.05)。试验结果表明影响枝条抗拉、抗剪和抗弯强度的因素中纤维素和半纤维素起主要作用,其次是木质素含量。