南海热带岛礁农业开发现状与对策

南海的东沙、西沙、中沙和南沙群岛是中国固有领土,其战略与经济地位突出。在分析热带岛礁分布、资源特点、农业生产技术研究进展的基础上,探讨了热带岛礁农业的定义、发展模式及策略,提出热带岛礁农业的发展应以维护岛礁生态系统的稳定为基础,构建以农业生产、岛礁人工林带、海岸生态林带、海岸沙滩固沙带、礁盘-浅海防护带不同群落带为基础的热带岛屿生态系统。农业生产中可重点引进生长迅速、抗逆性好的景观、药食两用型植物或蔬菜品种,如木麻黄、草海桐、厚藤、十万错、假蒟等。优先发展并集成对岛礁生态系统干扰少、资源依赖度低的防虫网配合遮阳网等实用生产技术,同时生产发展中应注重对有害生物、入侵生物的防控,构建景观异质化程度高的生态型热带岛礁。

基因组学进展及其在热带作物领域中的应用

基因组学的发展,不仅能获得物种个体水平染色体的精准DNA序列,解析生命科学的基本问题,而且其超高通量技术使得在群体水平诠释物种遗传多样性成为可能,从而改变了现代生命科学的进程和研究方式。本文概述了基因组技术的最新进展,以及与相关组学技术结合,在物种群体遗传结构多样性、功能基因发掘、生物进化以及精准育种领域的广泛应用;同时简述了热带作物的生物学特性、基因组研究进展及其存在的问题,并对未来基因组学发展与新的应用领域进行了简评。

橡胶树未授粉胚珠愈伤组织乳管细胞的鉴定及分化研究

乳管是橡胶树合成和贮存胶乳的场所。目前尚不清楚橡胶树未授粉胚珠来源的愈伤组织是否存在乳管细胞及其分化情况。本研究通过组织化学法、免疫组织化学法、分子生物学法证实未授粉胚珠愈伤组织中存在乳管细胞。RT-PCR结果显示,小橡胶粒子蛋白(SRPP)、橡胶延伸因子(REF)基因均能从未授粉胚珠愈伤组织cDNA中扩增出,Blast比对发现,它们的序列与已知的橡胶树树皮胶乳表达的基因序列相一致,进一步证实未授粉胚珠愈伤组织存在乳管细胞,且其功能与树皮乳管细胞相似。培养基中添加低浓度的茉莉酸(JA)能促进未授粉胚珠愈伤组织乳管细胞分化,而高浓度的JA会抑制其分化,JA浓度以1 mg/L效果最佳。橡胶树未授粉胚珠愈伤组织乳管细胞分化依赖于基因型。本研究结果为橡胶树未授粉胚珠愈伤组织可作为研究乳管分化机制的模型提供实验依据,对促进乳管分化机制研究具有一定意义。

橡胶树枝条初生乳管形态发育研究

橡胶树的初生乳管主要存在幼嫩树干、枝条、叶片、花和果实中,其发育过程依然不清楚。本研究利用石蜡制片和改良的碱处理剥离2种方法研究了幼嫩枝条初生乳管的形态发育过程,发现碱处理剥离法能观察到乳管从起源到发育成熟的连续过程,优于石蜡制片。采用碱处理剥离法系统研究橡胶树枝条不同发育时期初生乳管形态特征。从古铜期枝条不同部位分离的乳管形态差异较大,顶端分生组织附近的乳管呈线性长管状、不分支、无隔,外凸结构不明显;距顶端7 cm左右的乳管具有明显的外凸结构或珠状结构;距顶端14 cm处的乳管明显增粗,相邻乳管间外凸结构联结贯通形成乳管桥,最终形成网状结构。稳定期枝条各部位的乳管形态趋同,外凸或珠状结构的密度和乳管桥的密度均显著高于古铜期枝条对应的部位,都形成了复杂的网络结构。同时发现初生乳管是多核的。本研究结果表明橡胶树枝条初生乳管为无节联结乳管,是一种新的乳管类型。本研究对植物乳管发育研究有重要意义。

2种内生和附生橡藻属绿藻的胞外分泌物研究

为探讨2种不同生活方式的内生和附生橡藻属(Heveochlorella)绿藻的胞外分泌物之间的差异,本实验通过测定内生海南橡藻(H.hainanensis)和附生王棕橡藻(H.roystonensis)的生物量和培养液pH,采用非靶向代谢组学分析方法对其胞外分泌物进行定性检测。结果表明:2种藻共被检测到141种胞外分泌物,其中海南橡藻拥有8种特有成分,王棕橡藻拥有6种特有成分;两者胞外分泌物中氨基酸及其衍生物、酮醇类等组分的相对含量占比相近,但有机酸的差异较明显。不加有机碳源培养15 d,内生的海南橡藻生长缓慢,培养液偏酸性,有机酸占比为3.28%;附生的王棕橡藻生长正常,培养液偏碱性,有机酸占比为2.04%。添加0.5%蔗糖作为有机碳源时,海南橡藻生物量由0.09 g/L增至3.87 g/L,有机酸占比增至4.64%,胺类及生物碱含量有所降低,培养液pH下降至4.70;王棕橡藻生物量由3.20 g/L增长到5.24 g/L,有机酸占比降至1.13%,胺类及生物碱含量有所增高,培养液pH上升至8.32。总之,2种橡藻属绿藻在培养过程中培养液的酸碱度变化相反;添加有机碳源能明显促进它们的生长繁殖,并促进海南橡藻有机酸的分泌,抑制王棕橡藻有机酸的分泌,使两者培养液酸化或碱化程度增强。本实验结果可为橡藻属的进化分析及其胞外分泌物的开发利用提供一定的参考。

比较转录组解析氮限制对微藻Ankistrodesmus sp.HJ12油脂和淀粉积累的分子调控机制

为明确微藻油脂与淀粉代谢过程中是否存在相互竞争与转化关系,以微藻Ankistrodesmus sp.HJ12为实验材料,对不同氮浓度培养条件下的微藻Ankistrodesmus sp.HJ12生物量、油脂含量和淀粉含量进行测定,并进行比较转录组研究,探讨其油脂和淀粉积累相关影响及分子调控机制。结果表明:氮浓度对该藻株油脂和淀粉积累具有显著影响,且油脂与淀粉积累呈显著负相关关系;培养基中添加氮源时,微藻Ankistrodesmus sp.HJ12油脂含量显著高于无氮源条件,油脂含量最高时的氮浓度为7.6 mmol/L;无氮源时,其淀粉含量最高;比较转录组研究发现,促进微藻Ankistrodesmus sp.HJ12油脂积累的主要因素可能是脂肪酸合成途径、糖酵解途径与淀粉分解代谢途径的增强,为脂肪酸的合成提供了更多的乙酰-CoA和碳源,从而促进了脂肪酸的合成;挖掘得到4个调控脂质合成代谢的关键基因ACACA、α-AMY、PDC和adh,采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)验证基因表达差异变化,结果与转录组分析差异一致。研究结果可为进一步了解微藻脂质合成代谢的分子机制提供一定的参考,同时为加快微藻油脂制备生物柴油实现规模化应用增添新的有利基础。

茉莉酸甲酯对橡胶树花药愈伤乳管细胞分化的影响

橡胶树老化的愈伤组织存在乳管细胞。茉莉酸甲酯(MeJA)与茉莉酸(JA)同属茉莉酸类物质(JAs),但MeJA对橡胶树愈伤乳管细胞分化的效果尚不清楚。系统研究MeJA对橡胶树愈伤乳管细胞分化的效果,结果发现,低浓度的MeJA(0~1 mg/L)对花药愈伤组织的生长影响不明显,而高浓度的MeJA(2~3 mg/L)会抑制愈伤组织生长,且MeJA浓度与愈伤组织生长呈负相关关系。组织化学制片结果显示,低浓度的MeJA能显著提高愈伤乳管细胞发生频率,其中浓度为1 mg/L效果最佳;而高浓度的MeJA则会降低其发生频率。荧光定量PCR结果显示,培养基中添加MeJA后SRPP、REF、CPT等与橡胶生物合成相关的重要基因的表达量在愈伤组织中变化趋势与愈伤乳管细胞发生频率的变化趋势基本一致,进一步证实MeJA能促进愈伤乳管细胞分化。透射电镜观察发现愈伤乳管细胞内含有橡胶粒子、黄色体等细胞器。研究结果对促进橡胶树愈伤组织在乳管分化研究中的应用,以及开发新型橡胶树增产刺激剂,促进橡胶树天然橡胶的生产具有一定意义。