有限种群油松种子园的遗传多样性与交配系统

运用10对SSR引物对油松无性系种子园内3个配置区共63个无性系(无性系亲本之间有重复)及320个子代进行研究,选择第9配置区的亲子代群体进行固定配置与交配系统关系的研究。结果发现:有限种群固定配置油松种子园的无性系具有较高的遗传多样性,子代保留了亲本所有的等位基因,且子代群体的等位标记数多于亲本,说明子代与亲本具有同样高的遗传多样性,而且高于亲本;在分析第9配置区的交配系统时,在80%的置信度下,配置区内异交率达到了100%,这说明固定配置下油松种子园的交配系统以异交为主;邻居花粉距离(即距离小于7.07 m)传播的交配成功率为21.90%;传播距离40 m以内的交配成功率达到了71.43%,距离大于40 m的交配成功率达到了6.67%,说明固定配置区内的花粉空间传播范围比较均匀,花粉传播范围广泛。对于配置区间的基因交流研究,我们发现各配置区均有来自其他2个配置区不同程度上的花粉影响,说明各配置区间的基因交流相对充分。另外,我们发现种子园的外来花粉影响率达到了11.88%。

玉米自交系(AS-9)耐盐突变体的遗传变异分析

以玉米基础自交系(AS-9)及其化学诱变自交系M4为实验材料进行耐盐性鉴定,同时利用44对可能与根系性状有关联的SSR引物进行遗传变异分析。结果表明,诱变M4幼苗经200和250 mmol·L-1 Na Cl盐胁迫处理7 d后,IV400、IV1600根数比AS-9对照分别增加23.1%、19.1%,诱变IV1600初生根1、2、3根长分别为对照的1.33、1.70、2.15倍;同时在M4玉米试材中扩增出多态性条带的引物25对,占引物总数的56.82%;诱变自交系M4与AS-9的遗传相似系数平均值为0.6563,遗传相似系数中心化后,数据在-0.04处可把材料分为三个类群,基础材料AS-9为Ⅰ类,M4代IV1400、IV1600、IV2000聚为Ⅲ类,其余诱变系为Ⅱ类。此外,6对引物的SSR-PCR产物进行序列差异检测,结果产生新的基元和基元重复次数变化,说明系列化学诱变已使玉米自交系AS-9产生了显著的遗传变异。

燕山山脉西伯利亚杏的遗传多样性和遗传结构

以西伯利亚杏分布的核心区域燕山山脉地区的17个群体为材料,利用9对微卫星标记进行遗传多样性和遗传结构的分析。在533个个体扩增得到203个等位基因,每位点平均等位基因数为22.556个。分析表明燕山山脉西伯利亚杏群体具有较高的遗传多样性,每位点平均有效等位基因数(Ne)为5.714,多态位点百分率(P)为100%,期望杂合度(He)为0.788。根据有效等位基因数(Ne)、期望杂合度(He)和Shannon信息指数(I)3个遗传多样性参数,遗传多样性最高的群体为北京八达岭,其次为平泉榆树林子,而最低的群体为崇礼驿马图。群体间总的遗传分化系数FST为0.065,总的基因流Nm为3.836。分子方差分析(AMOVA)结果显示燕山山脉地区西伯利亚杏群体的遗传变异主要存在于群体内(95.62%)。Mantel检验发现遗传距离与地理距离呈显著相关性(r=0.5894,P<0.0001)。UPGMA聚类结果显示,地理距离接近的群体聚在一起,进一步验证了Mantel检验结果。基于上述分析结果,提出西伯利亚杏的种质收集策略。研究结果为西伯利亚杏可持续利用与保护提供一定的理论依据。

刺槐未成熟合子胚的体细胞胚胎发生和植株再生

以刺槐不同胚龄的未成熟合子胚为外植体,采用混合正交试验设计,研究幼胚胚龄和不同外源激素种类及质量浓度对刺槐胚性愈伤组织的诱导和体细胞胚分化、萌发的影响。结果表明:开花后8周(55天左右)是胚性愈伤组织和体胚诱导的最佳外植体取材时期;MS+2,4-D5.0mg·L-1+BA0.5mg·L-1是诱导胚性愈伤组织的最佳培养基,出愈率最高为95.42%±0.02%;MS+NAA0.5mg·L-1+BA0.5mg·L-1+谷氨酰胺250mg·L-1+水解酪蛋白500mg·L-1是体细胞胚诱导和分化的最佳培养基,直接体细胞胚发生率最高为92.40%±0.12%,通过愈伤组织诱导体细胞胚发生的频率最高为90.73%±0.49%。一旦形成球形胚,将培养物转接到不含任何生长调节剂的MS培养基上,体细胞胚经成熟萌发可进一步形成完整小植株。

盐胁迫对诱变小麦种子萌发及幼苗生理特性的影响

本研究以化学诱变获得的小麦突变体为材料,研究了盐胁迫对小麦发芽及幼苗生长的影响。结果表明,随着NaCl浓度(0、100 mmol.L 1、200 mmol.L 1、300 mmol.L 1、400 mmol.L 1)的增加,小麦的发芽率、发芽指数、活力指数、芽长、根长、芽鲜重和干重、根鲜重和干重均呈下降趋势,300 mmol.L 1NaCl为4种小麦(3个突变体、1个对照CAO811CK)发芽能力的临界盐浓度,其中突变体CAO8113K优于其他小麦材料。在300 mmol.L 1NaCl胁迫下,随着时间延长(12 h、24 h、48 h、96 h、192 h),4种小麦材料幼苗可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量逐渐增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈上升趋势。采用模糊数学隶属函数法对可溶性蛋白、MDA、SOD、POD、CAT 5项生理指标进行综合评价,4种小麦材料耐盐潜力由强到弱依次为CAO8113K>CAO811CK>CAO8114K>CAO8112K,CAO8113K突变体小麦材料表现出较强抗盐性,与发芽指标检测结果基本一致。

刺槐花粉萌发和花粉管伸长生长过程中柱头与花柱内钙离子的分布特征

以去雄后人工授粉的刺槐花为试验材料,并以去雄后不授粉的花为对照,利用焦锑酸钙沉淀法分析刺槐柱头和花柱内钙离子分布对花粉萌发和花粉管生长的影响。结果发现:花粉在萌发前,其萌发孔聚集了大量的钙沉淀。授粉作用会很快促使柱头表面泡状分泌物和胞外基质钙含量增加。随着大量花粉萌发完成,柱头泡状分泌物内的钙含量开始下降,但是柱头胞外基质的钙含量下降不明显,这表明柱头泡状分泌物的钙离子对花粉萌发可能有促进作用。刺槐的花柱含有一个中空花柱道,中空花柱道周围有一层通道细胞,不论授粉与否,通道细胞液泡和细胞壁上都有大量钙离子,这些钙离子对花粉管的生长可能有诱导作用。刺槐花柱内的钙离子梯度现象不明显。本研究结果有利于揭示刺槐乃至其他豆科植物柱头和花柱内钙离子分布对花粉萌发和花粉管生长的影响。

枣核心种质表型性状多样性及裂果相关性

为了明确枣核心种质的遗传多样性和变异特点,了解枣裂果性状与果实(核)性状的相关性,提高枣种质的利用效率,本研究对枣核心种质的果实、果核和裂果等相关的9个重要表型性状指标进行了测定和统计分析。结果显示:1)核心种质资源具有较丰富的表型变异,9个表型性状的变异系数均达20%以上,平均变异系数为39.00%;其Shannon-Wiener's多样性指数为1.49~1.93,平均多样性指数为1.77。2)相关性分析结果显示,9个表型性状指标之间存在不同程度的相关性,多个果实(核)表型性状之间均存在显著相关性(正相关或负相关),果实横径与裂果率达到显著的正相关,果形指数与裂果指数之间达到显著的负相关。果核性状与裂果性状均无显著相关性,裂果率和裂果指数之间达到了极显著的正相关。3)利用主成分分析方法确定了4个主成分,累计贡献率可达94.79%,即这4个主成分保存了原始性状94.79%的遗传信息。9个表型中果实纵径、裂果指数、果核指数和果形指数是造成枣核心种质表型多样性的主要因素。

冬枣过氧化氢酶基因的克隆及表达分析

从冬枣半红期和全红期果实的SSH文库中筛选得到与桃树CAT1基因相似性高达88%的基因片段。根据该基因片段设计特异性引物,通过5′和3′-RACE扩增,拼接得到1 586bp序列,该序列包含了1 479bp的完整开放阅读框,编码492个氨基酸,具有CAT基因家族的保守功能域,命名为ZjCAT,GenBank登录号为JN831452。氨基酸序列分析表明,ZjCAT与桃树、陆地棉等多种植物的过氧化氢酶有很高的相似性,并属于类型Ⅲ过氧化氢酶。实时PCR分析结果显示,ZjCAT基因在冬枣不同组织和果实成熟期差异性表达,其中在冬枣半红期果实中表达量最高。表明ZjCAT基因在冬枣果实成熟衰老过程中可能具有重要的调控作用。

四倍体刺槐胚珠败育及其机制

四倍体刺槐的胚珠败育可分为3个阶段。初期败育:发生在花冠展开后5～30天之间,合子处于休眠状态,平均败育率为51.9%,败育胚珠体积较小、轻度至深度枯黄色,败育胚珠的有胚率为0,因而属无胚胚珠败育,发生原因可能与果实生理落果有关;中期败育:花冠展开后30～50天之间,球形原胚、心形胚已逐渐形成,平均败育率为30.3%,败育胚珠体积较小、表面部分枯黄色、周围有黄色透明液体,败育胚珠的有胚率为33.2%;后期败育:花冠展开50天后,子叶胚已逐渐形成,平均败育率为72.6%,败育胚珠干瘪、较小、棕黄色,败育胚珠的平均有胚率为70.8%;中、后期败育属有胚、无胚胚珠同时存在的胚珠败育,其发生的原因主要是幼胚的畸形死亡。花冠展开15天之后的胚珠发育期间,败育胚珠生长促进类内源激素(GA3,IAA)水平低于正常胚珠,生长抑制类内源激素(ABA)水平及ABA/(IAA+GA3)明显高于正常胚珠,因此,四倍体刺槐胚珠败育也可能与胚珠内源激素异常有关。

油松种子园无性系自由授粉子代测定与种子批稳定性分析

基于辽宁兴城油松种子园相似立地条件下的多年度自由授粉子代测定材料,分析了油松种子园无性系自由授粉子代的遗传差异及其在年度种子批中表现的稳定性,探索了对稳定性变异的影响因子。结果表明:在油松种子园结实初期,无性系作为母本的一般配合力效应在种子批的遗传构成中起重要作用;兴城油松种子园中的绝大多数无性系具有优良的生长表现,现有种子园的去劣疏伐、子代林改建实生苗种子园以及配合选择第二代优树都具有较大的潜力;油松种子园花粉背景和植株生长的综合环境因子对无性系的遗传和表现有一定的影响,根据其稳定性差异可采取不同利用方式。

植物同源四倍体花器官及种子变异研究进展

由于染色体数目的加倍,植物同源四倍体花器官、雌配子体、雄配子体及种子的表现型均发生了不同程度的变异,与其起源二倍体相比,四倍体的表现型变异主要体现在以下几个方面:花序形态及着生位置呈现多样化;花器官普遍增大,花柱中引导组织欠发达;花芽中核酸含量增加,RNA/DNA降低;雌配子体(胚囊)中卵器、中央细胞、反足细胞形态位置异常或退化,胚囊育性下降;雄配子体(花粉)体积增大、形态多样,且育性下降;种子体积、重量多数呈增加趋势,蛋白含量提高,对NaC l逆境耐受性增强,萌发力下降;种子胚乳发育的异常有不利于种子胚营养供给的趋势,这种趋势会导致胚畸形或退化。

杨树花药激光显微切割体系的建立

鉴于以往对于杨树雄配子发育的分子调控机制的研究都基于整个花药甚至整个花序的取材,无法提供细胞特异性的表达信息,本研究建立了冷冻切片技术和激光显微切割技术联用分离杨树花药中不同发育时期的小孢子和花粉细胞的技术体系,并对其RNA进行了提取和检测。结果显示RNA的纯度、完整度均达到线性扩增的要求。这可以为更精确地研究杨树雄性生殖细胞发育的分子调控机制甚至为全面解析杨树雄配子发育的调控机制提供丰富的信息。

eATP在植物生长发育及逆境胁迫中的作用

5'-三磷酸腺苷(ATP)是生物体各种生命活动所需能量的直接来源。研究表明,ATP在植物细胞线粒体、叶绿体等细胞器中合成后,可以被转运到胞外。胞外ATP(extracellular ATP,eATP)作为一种信号分子,在植物生长发育、逆境胁迫等多种生理过程中发挥重要功能。2014年,植物细胞中发现了第一个ATP受体,为阐明植物细胞eATP信号传导过程奠定了基础。本文中,作者将对植物生长发育及胁迫响应过程中产生的eATP及其功能进行总结,对eATP的发现、释放、识别、调控与信号传导、检测方法等进行论述,并对eATP在植物中的研究提出展望。

氧化胁迫对毛白杨叶肉细胞结构和生理功能的影响

为了研究氧化胁迫条件下,毛白杨植株细胞结构和生理生化的变化特征,从而为木本植物应对氧化胁迫的研究提供实验依据。本研究以毛白杨组培植株为实验材料,利用过氧化氢溶液浸泡处理离体叶片进行氧化胁迫,测量氧化胁迫前后各项生理指标的变化并观察细胞结构形态的变化。结果表明氧化胁迫后,毛白杨植株内过氧化氢含量明显升高;伴随着NADP^+/NADPH比值的显著升高,抗坏血酸的含量明显下降;同时丙二醛含量明显升高;ADP/ATP比值明显下降;蛋白羰基化程度随过氧化氢含量的升高而增强;叶肉细胞及叶绿体结构发生改变,叶绿体双层膜结构不清晰,类囊体片层结构解体。结论:毛白杨受到氧化胁迫后体内活性氧含量迅速升高,造成膜脂、蛋白质及细胞结构受到不同程度的氧化损伤。

胡杨转基因体系的建立

胡杨(Populus euphratica)是唯一能在沙漠里生长的高大乔木树种,建立其转基因体系可为胡杨抗逆分子机制与应用技术研究提供基本方法。通过研究农杆菌介导的胡杨转GUS基因的技术体系得出以下结论:(1)胡杨再生植株体系,叶片在附加1.0μmol·L-16-BA和5.0μmol·L-1NAA的1/2MS培养基上不定芽诱导率较高;(2)转基因体系,胡杨叶片在含100μmol·L-1乙酰丁香酮的OD600值为0.4-0.6的根癌农杆菌菌液中浸染15分钟,共培养2天,GUS基因转化效率较高;(3)转基因植株抗生素筛选,转GUS基因胡杨叶片用300mg·L-1头孢霉素抑制农杆菌生长,在含9mg·L-1G418的培养基上诱导不定芽以获得转基因的抗性植株。

植物抗旱分子机制研究进展

干旱是影响植物生长发育及作物产量的逆境因素之一,也是目前分子生物学研究中的热门领域。随着分子生物学技术的发展,有关植物抗旱性研究取得了很大的进展,已初步揭示了植物应对干旱胁迫的分子机理。笔者就植物干旱胁迫过程中,信号应答、信号转导、基因表达调控以及相关作用基因做了综述。

油菜种子发育和萌发过程中脱水耐性相关基因的cDNA-AFLP分析

选取甘蓝型油菜种子发育和萌发过程中与脱水耐性相关的不同时间点,采用cDNA-AFLP技术通过128对引物组合分析,共获得394条特异转录衍生片段(TDFs)。经BLAST序列比对,发现其中189条与GenBank数据库中已知功能基因同源,按其功能可分为转录因子、基础代谢、抗逆胁迫、信号转导等相关蛋白。RT-PCR技术对差异显著性片段验证结果显示,泛素蛋白、油体蛋白、热激蛋白和一些转录因子片段均受到种子脱水诱导表达。研究结果表明,发生在种子发育和萌发过程中的脱水耐性反应非常复杂,涉及植物生命活动的诸多领域。

榛属新品种测试指南编写的相关研究

简要阐述了植物新品种及其保护的意义,分析了国内外植物新品种保护的管理模式、发展现状以及植物新品种测试指南制定原则,并以国内近50年榛属品种研究成果和可能的发展趋势为基础,参照国际植物新品种保护联盟(UPOV)2007年颁布的TG/1/3《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试和规范性描述总体原则》及1979年制定的榛属的新品种测试指南(TG/71/3)等相关文件,编写了榛属新品种测试指南。榛属新品种测试指南规定新品种测试材料为6株以上(包括6株)无性繁殖的当年能正常结果的植株,观察其典型特征:枝条、叶、芽、果、雄花序,其中果为最主要特征,并确定33个性状作为测试标准,保证新品种的特异性、一致性和稳定性。该测试指南的编写,有利于榛属新品种的保护,对榛属新品种在生产中得到广泛的推广起到重要作用。

过表达毛白杨线粒体APX基因烟草提高抗逆能力的研究

【目的】为了研究毛白杨线粒体APX(PtomtAPX)在抗逆过程中的作用,本研究对过表达PtomtAPX的转基因烟草进行抗逆研究。【方法】对过表达PtomtAPX烟草和野生型烟草进行干旱、盐、氧化胁迫处理后,测量相对含水量、叶绿素含量、丙二醛含量、APX活性、AsA消耗量、NADP/NADPH比值和SOD活性。【结果】通过对比转基因烟草植株与野生型植株的生长差异发现,在氧化胁迫、盐胁迫和干旱胁迫下,转PtomtAPX基因烟草的APX活性、相对含水量、叶绿素含量、AsA消耗量、NADP/NADPH比值升高量均明显高于野生型,其中转PtomtAPX基因烟草的APX活性为野生型的1.77倍,平均相对含水量为野生型的1.15倍,叶绿素含量为野生型的1.6倍,AsA消耗量为野生型的1.11倍,NADP/NADPH值为野生型的1.18倍,表明过表达PtomtAPX转基因植株清除活性氧的能力更强。【结论】在非生物胁迫下,PtomtAPX能消除H2O2,防止细胞损伤,在植物抗逆中发挥重要作用。

锌胁迫对国槐幼苗生长及生理特性的影响

为探讨国槐(Sophora japonica)对重金属锌的耐受能力,以水培的3月龄国槐幼苗为试验对象,探讨不同浓度(1、50、200、350、500μmol/L)锌处理对其生长发育、叶绿素荧光参数、丙二醛含量和抗氧化酶活性的影响。结果表明,在锌胁迫下,国槐幼苗生长量指标呈现明显的"低促高抑"现象,同时,根系对锌胁迫较为敏感;不同浓度锌处理使叶绿素荧光参数变化显著,F0和ΦNPQ随锌浓度增加呈先减少后增加的趋势,而Fv/Fm、ΦPSII及SPAD值则呈相反的变化趋势。在锌胁迫后7、14、21、28天,丙二醛含量随处理浓度增加呈先减少后增加趋势,同时随胁迫时间的增加而增加;抗氧化酶活性均随锌处理浓度的增加呈先增加后减少的变化趋势,当胁迫时间延长时,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性逐渐下降,过氧化物酶活性在处理21天达到峰值后开始下降。研究认为,国槐幼苗能够适应一定浓度的锌胁迫环境,在浓度不高于200μmol/L的锌环境下有较强适应能力,在高于200μmol/L的锌胁迫下会受到锌毒害。