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2018年  40卷  第4期

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林学
摘要:
目的miR1444b是木本植物特异miR1444家族中的一员,能够参与植物对金属胁迫的响应,但在干旱胁迫响应中的功能尚不明确。方法本实验克隆得到了胡杨MIR1444b基因(peu-MIR1444b)及其启动子(pro-peu-MIR1444b),将peu-MIR1444b基因在模式植株拟南芥中过表达,对转基因植株进行正常浇水、甘露醇模拟干旱和自然干旱条件处理,研究peu-MIR1444b的功能。结果克隆得到的pro-peu-MIR1444bpeu-MIR1444b与Phytozome数据库收录的毛果杨基因组序列相似性分别为99.61%和98.82%。利用PlantCARE数据库分析发现,pro-peu-MIR1444b序列中包含逆境相关的TC-rich repeats元件和受干旱诱导的MYB结合位点MBS。实时荧光定量PCR分析显示miR1444b在转基因拟南芥中表达量显著高于野生型,预测的靶基因葡聚糖合成酶Ⅳ(AT3G14570.2)表达量明显下调,初步确定葡聚糖合成酶Ⅳ在拟南芥中被peu-miR1444b负调控。在250 mmol/L甘露醇模拟的干旱胁迫条件下,转基因拟南芥株系TG-2和TG-5萌发率分别显著高于野生型20.83%和26.67%,根长分别显著高于野生型56.83%和52.60%(P < 0.05)。土壤自然干旱8 d测得转基因拟南芥的光合速率、气孔导度、叶片水分利用效率、PSⅡ最大光化学效率和过氧化物酶(POD)活性均显著高于野生型(P < 0.05)。结论胡杨miR1444b可以促进根系生长增加植物的吸水能力,负调控葡聚糖合成酶Ⅳ提高植物的渗透调节能力,维持植物在水分亏缺条件下的光合效率,保证植株正常生长,在拟南芥中正调控植物抗旱性。
摘要:
目的COBRA对植物生长发育具有重要作用,已有的研究表明,植物COBRA基因与其次生生长有关。为探究树木COBRA基因信息及部分基因功能,我们对毛果杨PtrCOBRA基因家族展开识别和分析性研究。方法分析PtrCOBRA家族成员关系时运用系统进化树,确定毛果杨PtrCOBRA家族基因的各组织转录表达时采用半定量RT-PCR,创制PtrCOBRA3基因突变体时使用Cas9/gRNA基因编辑策略,毛果杨遗传转化采用农杆菌介导组培幼苗茎段浸染法。结果我们识别毛果杨基因组上存在14个PtrCOBRA基因成员,进化树显示PtrCOBRA家族分成两个分支。半定量RT-PCR表明,PtrCOBRA3和PtrCOBRA11在毛果杨木质部高丰度、特异地转录表达,在木质化茎节中其转录水平也较高。基于Cas9/gRNA技术我们敲除了毛果杨PtrCOBRA3,获得4株ptrcobra3敲除突变体。ptrcobra3突变体植株表型:植株矮小,叶片细长且卷曲,茎干略有弯曲。结论PtrCOBRA3和PtrCOBRA11是PtrCOBRA家族中与毛果杨次生生长相关的主要成员;基因敲除遗传证据显示PtrCOBRA3基因参与毛果杨茎干次生生长,PtrCOBRA11与它存在功能的冗余。
摘要:
目的土壤重金属污染日益严重,重金属对植物的影响备受关注。目前,研究多限于重金属单一胁迫对植物的影响,但土壤重金属污染存在形式并不是只有一种重金属,而是由多种重金属复合而成,研究重金属单一胁迫与复合胁迫对植物生长及光合作用的影响与差异很有必要。方法本研究以桑树幼苗为实验材料,通过添加不同质量分数的Pb2+和Cd2+进行桑树幼苗土培实验,分析单一胁迫与复合胁迫对桑树幼苗生长指标、光合色素含量和光合作用指标的影响与差异。结果Pb2+单一胁迫降低了桑树叶绿素含量和类胡萝卜素含量,Cd2+单一胁迫对叶绿素含量是“低促高抑”,对类胡萝卜素而是随Cd2+含量的增加抑制作用增强。复合胁迫对桑树光合色素含量起到抑制作用,且程度强于单一胁迫。桑树叶片的光饱和点(LSP)、最大净光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)及表观量子效率(φ)均受到重金属胁迫的抑制作用,且随含量增大,抑制作用增强。单一胁迫和复合胁迫对桑树叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)均起到抑制作用,从而显著地限制了桑树的生长。结论重金属单一胁迫及复合胁迫对桑树幼苗的生长指标、光合色素含量以及光合作用均有抑制作用,且重金属含量越高,桑树幼苗受到的抑制作用越强,复合胁迫对桑树幼苗的抑制作用存在协同效应,毒害程度强于单一胁迫;在重金属胁迫条件下,桑树表现出了较强的耐重金属性。
摘要:
目的本文研究了外生菌根真菌Paxillus involutus对Cd2+的吸收作用以及H2O2对Cd2+内流的调控作用。方法Paxillus involutus的2种菌株MAJ和NAU为研究材料,利用50 μmol/L CdCl2对材料进行24 h处理,应用非损伤微测技术测定菌丝的Cd2+和Ca2+离子流。结果结果显示,Cd2+处理后,MAJ和NAU菌丝的Cd2+内流增强,同时也显著促进了Ca2+的内流。Ca2+通道抑制剂(Verapamil、GdCl3、TEA)处理后,Cd2+和Ca2+内流强度均明显减弱,表明Cd2+是通过钙通透性离子通道(CaPCs)进入菌丝细胞的。Cd2+处理促进了Cd2+和Ca2+的内流,很可能是Cd2+激活了菌丝质膜的CaPCs。Ca2+和Cd2+的竞争性实验结果显示,高浓度的Ca2+抑制菌株MAJ和NAU的Cd2+内流;反过来,测试液中Cd2+浓度的提高也明显降低了Ca2+的内流强度,这证明Ca2+和Cd2+是竞争性地通过CaPCs进入菌丝细胞的。此外还发现,H2O2(1.0 mmol/L)能增强菌丝的Cd2+和Ca2+内流,而ROS清除剂DMTU却显著抑制了菌株对Ca2+和Cd2+的吸收,表明H2O2在调控菌丝细胞CaPCs介导Cd2+内流的过程中具有重要作用。结论 综上,外生菌根真菌Paxillus involutus对Cd2+具有富集作用并且可以通过H2O2激活CaPCs促进Cd2+内流。
摘要:
目的本文以NDVI为表征,以内蒙古地区植被为研究对象,分析近32年(1982—2013年)生长期各季度植被动态变化趋势及其对气候因子的响应,旨在了解该区的生态环境变化趋势,为区域生态建设提供决策依据。方法本文基于1982—2013年内蒙古地区GIMMS3g NDVI数据集,结合该地区的降水和平均温度数据,运用线性回归、相关性分析和ANUSPLIN插值等方法分析了近32年来生长期各季度植被动态变化趋势及其对气候因子的响应。结果1982—2013年内蒙古地区植被总体上呈上升趋势,内蒙古NDVI与各气候因子的相关性不同,生长期各季度(春、夏、秋)NDVI与降水量多呈显著正相关关系,但与前期降水的相关性更密切;NDVI与温度的相关性以负相关为主。相比于温度,NDVI与降水的相关性更高。结论内蒙古地区植被呈持续好转态势,该区植被在不同生长阶段对水热的响应程度不同。总体上,生长季初期(春季),东北地区(呼伦贝尔市东部及东北部和锡林郭勒市东南边缘),植被对热量变化的响应较为敏感,主要体现在对同时期温度的响应;夏秋季节,中部地区(呼伦贝尔市西南部、锡林郭勒盟大部分地区、乌兰察布市北部、鄂尔多斯市大部)植被动态变化对降水的依赖性较强,突出表现为植被生长对降水的迟滞反应。研究建议,在未来生态恢复与重建工程中,要充分利用自然修复的方式恢复在当地条件下更具有持续性的植被生态系统;同时为避免盲目大规模人工造林导致土地退化,既要考虑目前的水资源承载力,还要考虑未来气候变化背景下,水资源的供给能力。
摘要:
目的为准确刻划林冠截留的动态过程,建立动态截留模型,充分阐释树冠特征和降雨特征对截留过程的影响。方法利用北京山区常见4种树木(侧柏、油松、栓皮栎、元宝枫)的幼树,在5种模拟雨强(10、20、50、100、150 mm/h)下,通过直接称质量法,测定了树冠动态截留量,剖析了降雨因素和树冠结构特征对截留过程的影响,选择相关参数建立了基于降雨过程的树冠动态截留模型。结果(1) 树冠截留动态过程可分为快速增加、饱和稳定和滞后冠滴雨3个阶段,降雨结束后近40%的截留量会滴落至地表;(2)截留量是有限的,当场降雨累计降水量达12~13 mm时,累计截留量不再增加;(3)叶片特征(如叶面积、叶面积指数LAI、叶片生物量等)及枝干特征(如枝干面积、枝干生物量、枝干数、枝干长度等)均显著影响截留量,LAI作为易测结构参数与最大和最小截留量均呈幂函数关系;(4)基于累计降雨量(Pc)和LAI可构建动态截留模型验证情况良好,可准确刻画和预测降雨过程中的截留量变化。结论树冠截留是一个动态的三相过程,通过累计降雨量和叶面积指数可以实现对动态、截留过程模拟,对量化森林水文循环过程和动态水量平衡具有重要意义。
摘要:
目的通过野外调查和室内试验分析林下植被生物量以及根系特征,为北京土石山区人工造林树种的选择和植被恢复提供科学依据。方法在北京土石山区典型代表红门川流域,以油松和侧柏林下植被为研究对象,采用样方法进行植被调查,测定林下植被生物量和根系,草本和灌木生物量采用全刈法,根系调查采用连续钻取土芯法。结果结果表明:不同树种林地根系生物量差异显著(P < 0.05),灌丛林地根系生物量最高((6.84±1.35) t/hm2),其次为侧柏((4.65±0.90) t/hm2),油松林地土壤根系生物量最低((3.33±0.93) t/hm2),且同一林地根系生物量在不同土层均基本接近;不同树种林地根长密度和根表面积密度均随径级的增大而减小,0~0.1 mm径级根系是林地根系分布最广的,其次为0.1~0.2 mm径级的根系;随林龄增大,侧柏、油松林不同径级根长密度、根表面积密度和根系生物量均呈递减趋势,且均明显低于灌丛林地;坡向显著影响林地根系生物量,半阴坡根系生物量明显大于阳坡和阴坡根系生物量(P < 0.05),林地根长密度和根表面积密度与砂粒含量显著性负相关(P < 0.05),其中径级0~0.1 mm和0.2~0.5 mm根系尤为明显,根系生物量与土壤密度间显著负相关(P < 0.05),尤其是径级0.2~0.5 mm根系。结论研究结果表明对土石山区造林树种的选取不仅要参考当地环境条件和土壤特征,还要充分考虑造林树种的生长特性。
摘要:
目的通过观察城市污泥与园林废弃物不同配比的堆肥产品及不同施用量对紫穗槐生长及土壤环境的影响,探究何种配比与施用量的组合下最有利于紫穗槐的生长,以期同时实现城市污泥与园林废弃物的最大化处理,为今后城市污泥和园林废弃物的循环利用提供科学依据。方法本文通过盆栽实验,研究了4种不同堆肥产品(GF、SGA、SGB、SS,即污泥与园林废弃物混合比分别为0:1、1:3、1:1、1:0)和不同施用量(0、25%、50%、75%、100%分别记作CK、T1、T2、T3、T4)对紫穗槐生长及其土壤环境的影响。结果4种堆肥产品在施用量达100%时,对紫穗槐种子萌发表现出一定的抑制作用,SS在各个施用量处理中均表现出较高的抑制作用;在紫穗槐生长初期,与对照相比,4种堆肥产品不同施用量处理均生长较缓慢,但实验中后期,施用堆肥产品的处理组植物生长速度加快,超过对照组植株的生长速度,逐渐表现出堆肥产品的肥效营养作用;施用上述堆肥产品后累积地上生物量和地下生物量均显著提高,最大值分别出现在SGB的T2处理和SS的T1处理;施用堆肥产品能够提高土壤全氮、全磷、全钾、有机质的含量和土壤电导率,且随施用量的增加而显著增加,并不同程度提高了土壤脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性,改善土壤环境。结论综合分析,施用50%的SGB时,有利于紫穗槐生长,确定其为较为适宜的施用比例。
摘要:
目的云南松作为我国西南地区的主要建群树种,在西南地区占有重要地位,研建其林分平均高生长模型以及对模型参数进行环境解释,可为气候变暖背景下研究云南松林分的生长动态提供经验模型。方法基于云南省森林资源连续清查数据和气象数据,以云南松林为研究对象,结合7种理论生长模型,采用非线性回归方法构建林分平均高生长模型,并对最优模型的参数进行环境解释。结果对选定的7种理论生长模型进行拟合,以调整R2和均方根误差(RMSE)为模型拟合精度指标,从中选出林分平均高最优生长模型,将标准化的环境影响因子引入到最优生长模型参数中,对最优模型的参数进行环境解释。经方差分析可知,引入环境影响因子后的模型与基础模型之间有显著差异,研究取得了较好的结果,模型具有一定的适用性。结论(1) 从7个理论生长方程中选定林分平均高最优生长模型为逻辑斯蒂(Logistic)模型,调整R2达到0.616,均方根误差RMSE为2.328 m。(2)将环境影响因子引入到不同参数组合位置时表现最优的模型形式,作为该环境因子对林分平均高生长模型的参数环境解释,各环境因子引入后,模型拟合效果明显提高。调整R2后,提高最显著的是将湿润指数同时引入到参数abc位置上时的模型形式,其拟合效果提高了5.375%;提高最低的是将土壤厚度因子同时引入到参数abc位置上时的模型形式,其拟合效果提高了1.938%。(3)各环境影响因子对林分平均高生长模型的影响程度大小排序为:湿润指数>年均降水量>海拔>潜在蒸散量>年均温度>温暖指数>年均生物学温度>坡度>土壤厚度。(4)地形因子和气候因子与林分平均高生长之间的关系有正有负,地形因子中的海拔因子对林分平均高的影响不大,气象因子中温度对林分平均高生长的影响是通过对降水的制约来实现的。
摘要:
目的高时空分辨率的气温分布是准确模拟物种适宜分布区的基础。大熊猫分布区是全球35个生物多样性热点区之一,属于典型山地地形。方法为了有效消除海拔效应在气温空间插值中的误差,本研究基于线性递减率调整法(linear lapse rate adjustment, LLRA)对大熊猫分布区42个气象站点1960—2010年的日最高气温(daily maximum temperature,dTmax)、日最低气温(daily minimum temperature,dTmin)和日平均气温(daily mean temperature,dTmean)进行了空间插值,评估了LLRA插值法的准确度,并分析了近半个世纪大熊猫分布区气候变暖的格局。结果结果表明,使用LLRA法校正误差的局域递减率插值,准确度明显高于全球平均递减率和初步局域递减率;大熊猫分布区将近90%的区域dTmax、dTmin和dTmean同时显著上升,上升最快的地区主要集中在秦岭和岷山西北部;dTmax、dTmin和dTmean显著上升的中位速度分别为每100年上升1.68、2.32和1.77 ℃,超过3/4的区域dTmin上升速度大于dTmax;在气象站点代表的低于3 500 m的海拔范围内,dTmin和dTmean的变化速度随海拔上升表现出显著增加趋势,且dTmin的上升趋势大于dTmean结论本研究证明了LLRA法能有效消除海拔效应在气温空间插值时造成的误差,提高山地气温空间插值的准确度。研究发现,大熊猫分布区近半个世纪经历了显著变暖,由LLRA插值获得的逐日气温分布图可为进一步评估变暖对大熊猫分布区珍稀濒危物种的分布影响、制定相应的保护规划提供基础。
生物学
摘要:
目的叶绿体起源于内共生的蓝细菌,它通过与细菌类似的分裂方式进行增殖以维持遗传稳定。叶绿体分裂需要起源于原核和真核细胞的蛋白高度协调。拟南芥是研究叶绿体分裂的模式植物。在过去的20年中,人们对拟南芥叶绿体分裂蛋白复合体进行了初步的研究。然而, CRL基因在叶绿体分裂中的功能还不清楚。方法本研究通过突变体筛选和图位克隆鉴定得到2个新的crl突变体,分别为x17-3和pd50。通过显微观察和分子生物学方法分析了x17-3和pd50中叶绿体分裂表型、CRL基因剪接方式和mRNA含量以及叶绿素含量。最后通过转化互补和RNA干扰(RNAi)技术进一步确认了基因功能。结果x17-3和pd50的叶绿体形态与野生型相比有较大差异,表现为叶绿体体积增大,细胞中叶绿体数量减少。x17-3叶绿体数量为野生型的40%,而pd50叶绿体减少到只有1~4个,植物生长也受到明显抑制。通过粗定位及测序分析发现x17-3和pd50的CRL基因存在突变,突变位点在内含子并且影响mRNA剪接,最终导致阅读框移码突变。通过实时荧光定量PCR分析发现,pd50中CRL mRNA含量比野生型和x17-3明显降低。遗传互补实验进一步验证了x17-3和pd50中叶绿体分裂和植物生长抑制表型是CRL基因突变导致的。应用RNAi技术抑制CRL基因表达也能产生明显的叶绿体分裂异常表型。此外,pd50和x17-3的叶绿素含量比野生型明显降低。结论本项工作为进一步揭示CRL基因的功能提供新的研究材料和实验依据。
园艺学
摘要:
目的为探究无髯鸢尾种间杂交障碍原因及子房败育时间,以西伯利亚鸢尾5个品种为亲本,与黄菖蒲、喜盐鸢尾分别进行常规杂交。方法授粉后观测种间杂交后子房发育动态,并绘制发育动态折线图;在荧光显微镜下,观测不同授粉时间后的花粉管原位萌发动态,并统计每个杂交组合的杂交结实率和种子萌发率。结果无髯鸢尾种间杂交子房在授粉后9~16 d发生败育;授粉后杂交障碍原因主要是花粉附着困难、花粉萌发率低、花粉管伸长障碍和胚囊败育的受精后障碍;黄菖蒲与西伯利亚鸢尾杂交后受精前和受精后障碍并存,喜盐鸢尾与西伯利亚鸢尾杂交主要存在受精后障碍;喜盐鸢尾与西伯利亚鸢尾的亲和性高于其与黄菖蒲杂交的亲和性。结论花粉原位萌发可作为远缘杂交前障碍检测指标,观测花粉原位萌发可及时采用相应措施,增大杂种获得率;不同品种种间亲和性不同,二倍体和四倍体在染色体条数不同的种间远缘杂交中亲和性无显著区别;不同种间杂交,正反交杂交障碍类型不同,可以通过不同种系品种间正反交,增加无髯鸢尾种间杂交亲和性,获得变异丰富的种间杂交类型。
摘要:
目的育种亲本的遗传信息研究对杂交育种有着非常重要的指导作用。石斛兰属的杂交育种已有150多年的历史,目前在英国皇家园艺协会(RHS)登录数为13 098个。通过分析不同石斛兰的遗传特性以及不同组之间的杂交亲和关系,探寻我国石斛兰原生种的育种价值与育种潜力,为今后亲本的选配及避免育种时的盲目性提供参考,为培育具有市场潜力的石斛兰新品种奠定基础。方法本文对石斛兰的资源状况、育种历史进行了综述,利用英国皇家园艺协会兰花登录网站及OrchidWiz软件对我国原产的分属于13个组的80种石斛兰参与的育种过程进行系谱检索。结果模式组、灯笼组、黑毛组和寡花组是育种常用组,其中模式组的骨干亲本是金钗石斛、细茎石斛、尖刀唇石斛和麝香石斛5个种,灯笼组的骨干亲本是鼓槌石斛、聚石斛、密花石斛、球花石斛和小黄花石斛5个种,黑毛组的骨干亲本是高山石斛、矮石斛、喉红石斛、翅梗石斛和翅萼石斛5个种,寡花组的骨干亲本是短棒石斛和丽石斛2个种。结论必须加强对我国石斛兰种质资源的保护,充分开发和利用优良的原生种质资源,根据不同的市场需求制定不同的育种目标,利用优良亲本进行杂交并开展组间杂交培育新的石斛兰盆栽和切花品种。
林业工程
摘要:
目的表面热改性木材是一种常见的室外用木材,但易受光照和水分的作用发生老化现象,这在一定程度上限制了它的应用。因此,探究一种有效可行的改性方法提高表面热改性木材的耐老化性能十分必要。方法本研究采用二氧化钛(TiO2)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)单独或复合处理作为表面热改性的预处理手段,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试其微观结构和表面物质的变化,探讨了不同处理手段对于提高表面热改性木材耐老化性能的改性效果及其作用机理。结果TiO2或PDMS单独改性处理不能有效提高表面热改性材的耐老化性能。TiO2/PDMS复合改性处理有效提升了表面热改性材在老化过程中的颜色稳定性、疏水性能和耐磨性能,这是TiO2的紫外屏蔽效应和PDMS的防水效应共同作用的结果。木材表面形成的纳米TiO2能够散射、反射和吸收紫外光,防止木材内部组分因吸收紫外光发生剧烈降解,PDMS可减少TiO2颗粒因水分和摩擦影响而产生的流失。结论TiO2/PDMS复合改性处理对改善表面热改性材耐老化性能具有协同作用。
摘要:
目的印楝是一种抑菌效果优良的天然材料,这种材料不仅可以防止木材腐朽而且不会污染环境。使用印楝种子提取印楝植物活性成分,将其制备成微囊防腐剂,探究该防腐剂在木材中受温度影响的固化规律及抑菌性能。方法首先利用印楝提取物制备微囊防腐剂预制剂,使之能够更好地进入木材中,再通过程序升温的方法来比较在不同温度控制下微囊防腐剂在木材中的成囊情况。同时,通过褐腐菌抑菌实验考察防腐剂的抑菌性能。使用褐腐菌侵蚀不同处理的樟子松试件12周,通过试件的质量损失率来表征耐腐性能。通过40、50、60、70、80 ℃程序升温处理后的大青杨试件微观电镜图,分析印楝提取物微囊防腐剂在木材中的固化规律。结果经80 ℃升温处理后的樟子松细胞腔内也形成了微囊结构。褐腐菌抑菌实验结果显示:受褐腐菌侵蚀后,樟子松试件对照组质量损失率达到21.05%;经印楝种子提取物处理的试件质量损失率为10.96%,达到耐腐标准;经MUF处理的试件质量损失率为29.23%;经印楝提取物微囊防腐剂处理的试件质量损失率为6.01%,达到强耐腐等级。结论随着升温温度的升高,固化形成的微囊颗粒呈减小趋势,且在木材细胞壁中的分布更为均匀,结合更为紧密。印楝提取物制备的微囊防腐剂达到强耐腐等级,这说明印楝提取物制备的微囊防腐剂具有较好的防腐效果,而且防腐效果较持久。