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[博士论文] 杨淼
生物化工 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:脂质作为细胞生物膜结构的主要组分,对环境变化高度敏感,在微藻响应环境胁迫过程中发挥着重要作用。氮胁迫条件下藻细胞将进行全局代谢响应并积累储能化合物,如甘油三酯(TAG),TAG积累途径包括叶绿体和内质网途径,与极性甘油酯密切相关,而极性甘油酯特异性分布于各种细胞器中。本论文以模式微藻莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)为研究对象,基于甘油酯组分析平台与完整叶绿体提取技术,系统阐明了氮胁迫不同时期内TAG积累与各极性脂的响应特征,研究了自养和兼养培养方式对TAG合成与各极性脂代谢的影响,对各极性脂在TAG积累不同阶段的贡献进行了评价。
  建立了莱茵衣藻甘油酯组定性定量分析平台。首先利用TLC和GC确定了极性甘油酯种类及其脂肪酸组成,再利用UPLC-ESI-Q-Trap/MS的一级质谱扫描和UPLC-ESI-Orbitrap/MS2的二级碎片信息扫描,共鉴定出109种极性甘油酯分子,并通过外标法在UPLC-ESI-Q-Trap/MS的多级反应监测模式下对其中45种分子进行了靶向定量。此外基于中性脂TAG的含量与特征脂肪酸的相对或绝对含量之间的线性相关性,扩展了微藻TAG的快速定量方法。
  针对胁迫条件下叶绿体提取困难导致微藻TAG积累机制无法从亚细胞水平深入研究的难点,首次从氮胁迫4h自养生长的莱茵衣藻中成功提取出完整叶绿体,建立了基于脂肪酸标志物的叶绿体完整度和纯度评价标准。亚细胞脂质组分析表明氮胁迫4h时TAG只在叶绿体外积累,甜菜碱脂DGTS和糖脂DGDG还分别存在于叶绿体内和叶绿体外区室,新合成的DGDG和DGTS主要在叶绿体外分别以DAG和酰基形式参与TAG的合成,叶绿体膜脂MGDG主要以DAG形式参与叶绿体外TAG的合成。
  比较了自养和兼养生长的莱茵衣藻甘油酯组对氮胁迫的响应差异,发现两种培养方式下藻细胞各甘油酯含量及其脂肪酸组成差异不大。氮胁迫期间,各极性脂含量均先增加后减少,极性脂主要组分由MGDG转为DGDG和DGTS,流向极性脂的碳分配比例发生变化,0~4h和4~24h内分别主要流向DGDG和DGTS,而24~48h内碳流至极性脂的比例减小,这表明了新合成DGDG和DGTS在胁迫期间的重要调控作用。
  兼养生长的莱茵衣藻在整个氮胁迫期间,源自其极性脂的多种PUFA在被合成的同时还通过MGDG、DGDG和DGTS向TAG持续转化,使得基于PUFA的极性脂转化途径对TAG积累的贡献度逐渐增加,其中DGDG和DGTS是对含多不饱和酰基TAG积累的主要贡献者。
[硕士论文] 吴可人
农业资源利用 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:植物提取是目前土壤重金属修复中研究最多,最具有发展前景的方法,但由于存在修复周期长、效率低等原因难以大面积推广应用,因此对植物提取修复强化措施的研究是当前植物修复研究的热点。植物内生菌能够在植物体内定殖,直接影响植物的生理特性,促进重金属富集植物的生长和对重金属的吸收积累。而另一方面,高浓度CO2影响植物光合作用、根系形态、土壤性质和微生物群落组成,从而影响植物的生长和重金属的吸收积累。目前利用微生物强化和CO2加富技术来提高植物提取效率的研究已有报道,但主要针对C3和C4植物,而对景天酸代谢植物的研究很少,且对内生菌与高浓度CO2的互作对超积累植物生长和重金属吸收的影响研究未见报道。本文通过水培试验、根箱土培试验,采用原位分析技术、分子生物学技术以及微生物组学技术等分析方法,探索高浓度CO2与内生菌互作对超积累东南景天生长、镉吸收及微生物群落结构的影响。取得的主要研究结果如下:
  1.采用水培试验研究来源于超积累东南景天根系的内生菌Buttiauxella sp.SaSR13对东南景天生长和镉积累的影响。激光扫描共聚焦显微镜观察表明,SaSR13主要定殖在根的伸长区和成熟区。在25μM镉处理下接种SaSR13可以显著促进植物的生长(地上部生物量提高了39%,根系生物量提高了42%),提高植物叶绿素含量(38%),地上部和根系镉含量(分别提高了32%和22%)。同时接种SaSR13能够提高植物根系生长素的含量,降低植物体内超氧阴离子的含量,从而促进植物根系的发育(根系长度、根表面积和根尖数量都有所增加)。除此之外,接种SaSR13可以提高植物根系分泌物,尤其是苹果酸和草酸的分泌,促进了东南景天对镉的吸收。研究表明,接种内生菌SaSR13是一种有前景的生物强化方法,可以提高东南景天对镉的提取效率。另外,还比较了内生菌Buttiauxella sp.SaSR13和内生菌Sphingomonas sp.SaMR12的特性。综合二者的定殖能力,对镉的耐受程度,生长素的分泌量以及对东南景天镉吸收的促进作用,选择内生菌SaMR12用于高浓度CO2与内生菌互作试验。
  2.采用水培试验研究高浓度CO2与内生菌SaMR12的互作对超积累东南景天光合特性和镉积累的影响。研究表明,与低浓度CO2相比,高浓度CO2与内生菌的互作能够显著促进东南景天的生长,地上部生物量提高了121.6%,根系生物量提高了242.9%。高浓度CO2与内生菌的互作能够显著增加叶绿素含量(53.2%)、净光合速率(111.6%)、最大净光合速率(59.8%)、表观量子产量(65.1%)和光饱和点(28.8%),但是降低了气孔导度、蒸腾速率、暗呼吸速率和光补偿点。光合速率的提高与Ca2+-ATPase、Mg2+-ATPase活性有关,也与两个光系统基因(SaPsbS和SaLhcb2)的过量表达有关。与低浓度CO2相比,高浓度CO2与内生菌的互作提高了光系统Ⅱ最大量子产量(12.3%)和光系统Ⅱ有效量子产量(13.0%),从而提高了光系统Ⅱ的活性。除此之外,高浓度CO2与内生菌的互作还提高了根系镉转运基因SaHMA2和SaCAX2的表达,东南景天地上部镉的吸收增加了57.4%,根系镉的吸收增加了61.6%。我们的研究表明,高浓度CO2与内生菌的互作能够促进东南景天的光合效率,从而促进植物的生长和镉的积累,说明高浓度CO2与内生菌的互作可以作为一种有效的措施提高东南景天对镉的提取。
  3.水培试验表明,接种内生菌可以促进根毛的生长发育,而高浓度CO2显著促进侧根的形成。此外,高浓度CO2能够显著提高植物信号分子NO含量,高浓度CO2与内生菌的互作能够提高乙烯含量。水培试验和根箱土培试验表明,高浓度CO2与内生菌的互作能够促进东南景天根系的生长和镉的吸收积累。提高CO2浓度能够显著降低根际土壤的pH值,但是对非根际土壤的pH值没有显著影响。高浓度CO2与内生菌的互作能够影响土壤酶活性和根际土壤微生物量碳。16S rRNA和ITS测序结果表明,高浓度CO2与内生菌的互作能够提高不同根系空间细菌群落α-多样性,但是叶际细菌丰富性指数和多样性指数在二者的互作下反而下降。研究表明根系空间是根系细菌群落变异的最大来源,其次是接种内生菌,而CO2浓度是土壤真菌群落变异的最大来源,叶际细菌群落的最大变异来源是接种内生菌。PICRUSt分析表明非根际和根际土壤中与氨基酸代谢相关的功能基因丰度较高,根内细菌丰度较高的基因则和遗传信息处理有关。另外,高浓度CO2与内生菌互作条件下,叶际细菌中遗传信息处理和其他功能基因的丰度较高。研究表明,高浓度CO2与内生菌的互作影响超积累东南景天根系发育和土-根-叶的微生物群落组成,从而影响超积累东南景天的生长及对镉的吸收和积累。
[博士论文] 关美艳
植物营养学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:中国耕地镉污染问题突出,已经成为威胁中国食品安全的主要问题之一。植物应答镉胁迫的分子生理机制,包括根系对镉的吸收及植株对镉的耐性机制,是利用生物技术或遗传育种手段培育镉积累量低的作物新品种的理论基础。近年来,许多研究表明信号分子一氧化氮在调控根系对镉的吸收及植株对镉的耐性中发挥重要作用,但镉胁迫过程中调控植物细胞内一氧化氮积累水平的因子仍不清楚。为此,本论文以拟南芥为研究材料,运用植物生理学、遗传学、分子生物学等手段,研究了一氧化氮清除系统S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶(GSNOR)和非共生血红蛋白(AHb1)在植物应答镉胁迫过程中的作用机制。主要研究结果如下:
  镉胁迫处理显著诱导根中GSNOR基因和GSNOR蛋白的表达,因此增强了S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性。通过分析镉胁迫对野生型Col-0、GSNOR功能缺失突变体gsnor1-3、和GSNOR过表达转基因植株(GSNOROE3和GSNOROE5)中一氧化氮积累和S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶酶活性的影响,发现镉胁迫诱导的一氧化氮积累与S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性与呈负相关。这说明镉胁迫诱导的S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性增强有助于抑制一氧化氮的过量积累。另一方面,利用Col-0、AHb1反义方向表达株系AHb1-L3和AHb1过表达株系AHb1-H7植株为材料,发现在镉胁迫条件下,这3个基因型植株根系中的一氧化氮含量与AHb1的表达量无关,说明镉胁迫时AHb1对一氧化氮的清除功能不参与调控植株根系中的一氧化氮水平。
  进一步研究了GSNOR和AHb1在植物镉吸收中的作用。发现Col-0、gsnor1-3、GSNOROE3和GSNOROE5中地上部和根部的镉含量以及根系的镉吸收速率均与S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性呈负相关,这说明GSNOR负调控了植物的镉吸收。然而,Col-0、AHb1-L3和AHb1-H7植株中的镉含量基本一致,说明AHb1不参与调控植物的镉吸收。通过向gsnor1-3植株添加一氧化氮清除剂或向GSNOROE5植株添加一氧化氮供体,发现GSNOR对镉吸收的调控作用依赖于一氧化氮的存在。分析镉胁迫对Col-0、gsnor1-3、和GSNOROE5植株IRT1基因表达的影响,发现S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性与IRT1基因表呈达负相关。通过构建irt1-1/gsnor1-3和irt1-1/GSNOROE双突变体,并比较它们根系的镉吸收速率与irt1-1单突变体之间的差异,发现IRT1功能缺失后,GSNOR对植物对根系镉吸收的负调控作用消失。这表明,GSNOR对镉吸收的负调控通过抑制IRT1介导的镉吸收来实现。综上,认为:镉胁迫诱导的S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性增加通过抑制一氧化氮介导的IRT1表达,降低了根系对镉的吸收速率,减少了根系对镉的吸收,降低了植株的镉含量。
  尽管S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性增强降低了植株体内的镉含量,但发现Col-0、gsnor1-3和GSNOROE5植株地上部受镉胁迫的毒害程度与S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性呈正相关。进一步分析发现镉胁迫也能诱导地上部GSNOR基因和GSNOR蛋白的表达,并增强了S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性。这说明镉胁迫诱导的S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性不利于植物对镉的耐性。进一步分析发现,镉胁迫下Col-0、gsnor1-3和GSNOROE5植株地上部CATs基因表达和CAT活性均与S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性呈负相关,H2O2含量与S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性呈正相关;且外源喷施CAT活性抑制剂3-AT后,GSNOR对CAT活性和H2O2积累量的调控作用消失。这说明,镉胁迫诱导的S-亚硝基化谷胱甘肽还原酶活性增强可通过下调植株地上部CAT相关基因的表达抑制CAT活性,进而增加植株中H2O2的积累,加剧了镉胁迫导致氧化胁迫。
[硕士论文] 刘冰颖
海洋科学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:小球藻富含高蛋白,能够合成油脂和淀粉,是生产生物能源和多种高附加值产物的合成载体,具有较高经济价值。在自养条件下,小球藻的细胞密度较低,回收成本较高,而且有关藻细胞中合成淀粉和油脂的代谢途径的调控机制的研究尚不完善,还需进一步研究。本文的主要目的是研究两种葡萄糖浓度下小球藻G32的细胞生物量和细胞内生化大分子含量的差异,并且在基因组水平分析淀粉和油脂的代谢途径,确定其中的关键代谢酶。
  本文研究表明低葡萄糖浓度(1.25g/L)和高葡萄糖浓度(5g/L)的2×BBM(Bold basal medium)培养液中小球藻G32的最大生物量分别可达到(0.83±0.05)g/L和(2.63±0.10)g/L(p=2.57×10-5)。小球藻G32在高葡萄糖条件下细胞内油脂和淀粉的总量大于低葡萄糖条件下的总量,但是高葡萄糖条件下藻细胞内油脂占细胞干重的比例略低于低葡萄糖条件下的比例。同时,本研究将适应含高、低葡萄糖浓度2×BBM培养液的小球藻G32分别接种到低、高葡萄糖浓度的2×BBM培养液中培养,并利用转录组测序技术获得差异表达基因。本文通过分析参与淀粉和油脂代谢途径以及相关的碳代谢途径的差异表达基因的转录水平,发现在高葡萄糖浓度下,淀粉合成途径中的关键酶的表达量上调,糖代谢途径中合成淀粉的酶的表达量上调,糖代谢途径中合成果糖的酶的表达量下调,小球藻G32在高葡萄糖浓度条件下积累更多的淀粉。甘油酯代谢途径在高葡萄糖浓度下的主要流向是合成脂肪酸,同时TAG分解途径中的关键酶的表达量上调,高葡萄糖条件下藻细胞内的油脂含量占细胞干重比例减小。
  综上,本研究分析小球藻G32细胞内编码油脂和淀粉代谢途径的关键酶的差异表达基因的转录水平及其调控,有助于后续遗传改造小球藻G32,通过抑制淀粉代谢途径中关键酶的活性或过表达合成油脂(如不饱和脂肪酸)的关键酶的蛋白,提高细胞内高附加值产物的含量,带来较大的经济效益。
[硕士论文] 白欢欢
森林经理学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:植物群落内的种间关系是现代生态学的研究热点,也是种群生态关注的核心问题,主要包含不同种群的资源性竞争关系和稳定共存机制2个方面,而刻画种间关系的重要方法是种间联结(interspecific association)和生态位(niche)。种间联结是刻画不同物种在群落中空间分布上的关联性指标,可以反映种间的相互作用及生境差异这两个指标对物种分布的影响。生态位是刻画不同物种在群落中所占据的时空位置及功能地位的指标,可以反映物种对资源的利用状况和其所在群落的稳定性。若二者结合起来开展研究,则有助于了解种间相互关系及群落结构和功能,并且对于了解物种在群落中的时空位置及其机能联系、种群进化、群落演替、自然植被恢复、生物多样性保护和森林经营管理等方面意义重大。本文采用典型样地法对戴云山黄山松群落进行调查,选取重要值大于1的乔木层种群18个、灌木层种群11个,基于生态位空间分割方法,探究黄山松群落主要木本植物在土壤全N、全P、全K所形成的三维资源梯度上的多维生态位特征,并应用方差比率法(variance ratio test,VR)、x2显著性检验、联结系数(association coefficient,AC)、共同出现百分率(Percentage of co-occurrence,PC)和Spearman秩相关检验对黄山松群落主要木本植物进行种间联结程度的定量分析。得到的主要结论如下:
  (1)黄山松群落的维管植物总计56科、102属、189种,集中分布在蔷薇科(Rosaceae)、山茶科(Theaceae)、百合科(Liliaceae)、壳斗科(Fagaceae)、漆树科(Anacardiaceae)和樟科(Lauraceae)等科及下属,是群落主要组成部分。
  (2)考虑资源利用率与否对于多维营养生态位宽度的测度存在显著性差异,但本研究中采用余世孝多维生态位测度式更符合野外调查所观察到的实际情况。并且树种的重要值与生态位宽度值之间相关性不明显。
  (3)乔木层主要种群所构成的153个种对中,生态位重叠值在0.5以下的有105个,占总重叠种对的68.6%;灌木层主要种群所构成的55个种对中,生态位重叠值在0.5以下的有25个,占总重叠种对45.5%。这表明黄山松群落主要木本植物的生态位重叠值普遍偏低,种间竞争程度不强。生态位宽度较大的黄山松、木荷、野漆、红楠、罗浮栲、甜槠和鹿角杜鹃的生态位重叠平均值分别为0.532、0.527、0.334、0.491、0.467、0.348和0.463,其中黄山松的生态位重叠平均值最高,占据相同资源位的物种数量最多,种间竞争相对最强。
  (4)生态位宽度、生态位重叠和生态位相似性关系如下:生态位宽度较大的树种与其它树种生态位重叠值、生态位相似性不一定大,但生态位相似性与生态位重叠变化趋势基本一致,存在极显著正相关(乔木:P<0.01,r=0.890;灌木:P<0.01,r=0.909)。这说明在群落内部,生物生态学特征越相似的种群,它们对资源利用的相似程度则越高,常表现为生态位重叠,因而,可以认为种群间的生态位重叠能反映种群对资源利用的相似程度。
  (5)在探究种间联结性时,不宜使用单一指标,最好多个指标配合使用来说明种间联结的程度,结合AC、PC和Spearman秩相关检验等指标来计测种间关联性,才能够得出较为可靠的结论。
  (6)黄山松群落的主要木本植物总体关联性检验VR值均大于1,说明主要植物种群总体呈现显著正相关,反映了黄山松群落主要木本植物结构较为稳定或竞争趋缓。x2显著性检验、AC、Spearman秩相关系数结果说明乔木层和灌木层均以正关联种对数较多,乔木层正关联种对数分别达到了58.2%、49.7%、56.9%,负关联种对数次之,分别为41.2%、38.6%、42.5%,无关联种对数较少;灌木层正关联种对数分别达到65.5%、70.9%、56.4%,负关联种对数分别达到了29.1%、29.1%、43.6%,无关联种对数也较少。这反映了群落中主要木本植物之间存在一定的独立性。
  (7)黄山松群落中主要木本植物的x2显著性检验、AC、PC和Spearman秩相关系数与其对应的生态位重叠具有极显著的正相关性(P<0.01)。
  (8)结合黄山松群落中物种的组成、重要值、年龄结构等特征,对黄山松群落种群变化进行分析,黄山松作为群落中的优势种,在乔木层中有较高的重要值,而调查的幼苗、幼树较少,属于典型的衰退种,并且黄山松与其它树种重叠值偏大,资源共享机会多。可以预见,随着占据同资源位物种数量的增加和环境资源的减少,物种为争夺资源可能演变为竞争,黄山松生长将受到威胁,未来的群落结构极有可能发展为以黄山松、木荷、鹿角杜鹃、甜槠、野漆等树种为主的优势种群,黄山松的优势地位呈现降低趋势。因此建议采用人工干扰措施并加强对黄山松的管理和保护。
[硕士论文] 苏志珍
生态学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:短花针茅(Stipa breviflora)为暖温型荒漠草原的建群种,也是重要的牧草资源,广泛分布于内蒙古高原、鄂尔多斯高原、黄土高原、青藏高原和新疆等地区。由于人为干扰和气候变化,荒漠草原退化严重,生物多样性下降,生态系统服务减弱。因此,探讨短花针茅种群遗传多样性和遗传结构的变化、揭示影响其遗传多样性与遗传分化的主要因素,对于深入理解荒漠草原主要建群植物物种的遗传多样性维持机制具有重要的理论意义。同时,对于退化荒漠草原的恢复,生物多样性保护等实践也具有参考价值。本研究以内蒙古高原由东向西采集的21个短花针茅群体为研究对象,利用15个SSR分子标记,通过群体遗传学的分析方法,刻画短花针茅群体的遗传多样性和遗传结构特征,检测群体间的遗传分化程度及基因流水平,并揭示其影响因素。得到以下主要结论:
  (1)遗传多样性
  利用SSR-PCR反应体系,筛选出12对条带清晰、多态性良好的短花针茅SSR引物,并扩增出166条多态性条带,平均每条引物扩增13.8条。在物种水平上,短花针茅的期望杂合度(He)是0.7258,Nei’s多样性指数是0.7251,Shannon’s多样性指数(I)为1.7384,表明短花针茅具有较丰富的遗传多样性。
  (2)遗传结构与遗传分化
  STRUCTURE聚类结果表明,21个短花针茅群体共分为3组,遗传变异大部分来源于群体内个体间,而群体间和组间遗传变异较小。F-统计分析表明短花针茅的遗传分化系数(Fst)为0.0822,平均基因流为2.7924,说明短花针茅呈中等程度的遗传分化,且基因流较为充分,因此不存在由遗传漂变导致的遗传分化。
  (3)空间分化的气候和地理因素
  Mental相关性检验结果表明短花针茅群体的遗传距离与地理距离无关,但是与环境距离相关。短花针茅群体的遗传距离与温度和降水因子均存在显著的相关关系,表明水热差异是导致内蒙古高原短花针茅种群产生遗传分化的主要原因。
[硕士论文] 俞芹
园林植物与观赏园艺 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:景宁木兰(Magnolia sinostellata)为木兰科(Magnoliaceae)玉兰属新种,落叶灌木,自然分布区极其狭窄,主要生长于浙江丽水山区阴坡、水沟边的针叶树群落和阔叶箬竹群落内,属于浙江省极小种群濒危物种。本研究推测景宁木兰群落内上层优势树木的遮阴及土壤含水量变化改变了适宜的生长空间环境,制约其生长发育,造成生长势减弱。为进一步验证以上观点,本研究采用人工控制光照强度(L1:75%、L2:50%、L3:35%全光照)和不同水分条件(W1:95±5%田间持水量、W2:流动水)复合处理,模拟景宁木兰野外生境条件,以全光照和每3天浇一次水至饱和为对照(CK)。测定二年生景宁木兰抗氧化酶和光合特性指标,并利用RT-qPCR技术检测抗氧化系统、叶绿素生物合成途径和光合作用系统中相关基因的表达模式,探讨光照和水分复合处理对景宁木兰生长的影响。研究结果如下:
  (1)光照和水分复合处理对景宁木兰叶片抗氧化酶系统、渗透调节物质和抗氧化酶基因表达的影响:75%光照与流动水复合处理(L1W2)下景宁木兰叶片内超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性上升,脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量增加,丙二醛(MDA)含量降低,从而维持植株体内活性氧代谢平衡,保证景宁木兰幼苗正常生长。Cu/ZnSOD、MnSOD基因表达量变化与酶活性变化趋势相同,而FeSOD、POD基因的表达量变化与SOD、POD酶活性变化不一致。
  (2)景宁木兰对光照和水分复合处理的光合日变化响应:不同复合处理下景宁木兰的净光合速率(Pn)日变化均呈“双峰型”曲线,CK处理峰值出现在9:00和15:00时,而其余复合处理峰值依次出现在11:00和15:00时。在13:00时,景宁木兰光合作用受到抑制,具有明显“午休”现象,随着Pn和气孔导度(Gs)降低,胞间CO2浓度(Ci)上升,表明景宁木兰光合作用下降主要由非气孔因素限制。
  (3)景宁木兰在光照和水分复合处理下叶绿素与荧光参数变化:L1W2处理下景宁木兰叶绿素(Chla、Chlb、Chl(a+b))含量增加,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)上升,非化学淬灭系数(NPQ)下降,有利于光能吸收,提高光化学反应效率。高度遮阴与积水处理导致Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP下降,NPQ提高,表明景宁木兰通过增加非辐射热耗散来调节自身能量代谢,以此减轻PSⅡ光合机构的损伤。
  (4)光照和水分复合处理下景宁木兰叶绿素代谢途径、光合系统途径的基因表达:RT-qPCR结果分析表明,叶绿素生物合成中L-谷氨酰-tRNA还原酶(HEMA)、谷氨酸酯-1-半醛(GSA)、Mg2+螫合酶H亚基(CHLH)基因表达量与叶绿素含量呈显著正相关(P<0.05),且在L1W2处理下其表达量达到最大,而脱镁叶绿酸a加氧酶(PaO)基因表达与之呈显著负相关(P<0.05)。光合作用过程中Rubisco大亚基(RbcL)、Rubisco小亚基(RbcS)、Rubisco活化酶(Rca)、PsaK、PsaD、PsbD、PsbP基因表达量在L1W2处理下上升,而其余复合处理条件下均抑制上述基因表达,不利于Pn增加。
  综上所述,75%光照与流动水复合处理(L1W2)下景宁木兰幼苗通过叶绿素生物合成基因和光合系统相关基因上调表达,增加叶绿素合成,提高净光合速率,以满足景宁木兰幼苗生长的需要。
[硕士论文] 沈香莲
生物化学与分子生物学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:盐碱土壤严重制约植物的生长、发育以及生物产量,也是影响生态环境和农业生产的主要因素,因此,研究探讨盐胁迫下植物的分子应答机制是生物学研究的重要课题,具有重要的意义。本课题组在研究氮素代谢与植物盐胁迫间关系的前期实验表明,在种子萌发期时,脲酶的缺失突变体(aturease)、过表达谷氨酰胺合成酶(AtGS1.1)基因都能够提高植物对盐胁迫的耐受性,且与野生型拟南芥(WT)相比体内NH4+含量明显减少,相关结果暗示了氮素代谢(尤其是尿素代谢)与植物的耐盐性密切相关。精氨酸酶(Arginase)作为尿素代谢途径中水解精氨酸产生尿素的关键酶,本研究对拟南芥精氨酸酶(AtArgAH1和AtArgAH2)基因与植物耐盐性之间的关系做了迸一步的解析。具体研究结果如下:
  首先,本研究对AtArgAH1和AtArgAH2基因的表达特性做了系统解析。通过组织特异性表达分析发现,拟南芥在成熟期时,AtArgAH1在根中表达量最高,而AtArgAH2在果荚中表达量最高。同时通过非生物胁迫处理发现AtArgAH1与AtArgAH2表达具有一定的差异,在NaCl盐处理下AtArgAH1和AtArgAH2在子叶和根部的表达趋势一致,但AtArgAH2表达量高于AtArgAH1。在不同浓度NH4C1胁迫下AtArgAH1及AtArgAH2在子叶中分别呈上调表达及下调表达。在不同浓度Urea胁迫下AtArgAH1在子叶中呈上调表达,根中呈下调表达;而AtArgAH2表达则相反。在不同浓度Arginine胁迫下,AtArgAH1表达量高于AtArgAH2。
  为了解精氨酸酶基因的功能,对其突变体在不同处理条件下的表型进行了解析。通过在不同形态氮素处理下WT、argah1和argah2长势和含量分析发现,Arginine作为唯一氮源时,argah1的生长势与WT和argah2相比明显受到抑制,且体内NH4+含量明显低于WT和argah2;而在Urea作为唯一氮源时,argah2的生长势与WT和argah1相比明显受到抑制,且体内NH4+含量明显低于WT和argah1。以上结果暗示:argah1不能利用外源Arginine作为唯一氮源,而argah2不能利用外源Urea作为唯一N源。
  通过在盐胁迫下添加精氨酸酶活抑制剂来阻断精氨酸酶的活性,随着添加抑制剂浓度的升高能明显提高WT在盐胁迫下种子的萌发,并能显著性降低WT体内NH4+的含量。同时在高盐处理下,argah1和argah2的生长势要优于WT,子叶和根部的尿素、NH4+含量明显低于WT。通过在盐胁迫下探究精氨酸酶作用时间发现,在低温处48h之前,随着处理时间的延长,两个精氨酸酶缺失突变在长势和根长上明显优于WT;而在春化48h后进行正常光照培养发现,随着光照培养时间的延长,WT、argah1和argah2在长势和根长上无明显差异。
  argah1和argah2对精氨酸代谢相关酶(精氨酸脱羧酶:ADC和一氧化氮合酶:NOS)基因表达影响的研究发现,正常条件下argah1和argah2体内ADC1、ADC2和NOS酶活性并不相同。在盐胁迫下,argah1和argah2体内ADC1、ADC2和NOS表达量与正常条件相比显著升高。这些结果暗示在盐胁迫下ADC和NOS也参与其应答。
  以上结果表明,拟南芥两个精氨酸酶基因(AtArgAH1和AtArgAH2)表达与盐胁迫及不同形态氮素(Arginine和Urea)存在一定的应答关系,argah1和argah2突变体在不同处理条件下表型分析的结果也进一步暗示氮素代谢(尤其是尿素代谢)与植物的耐盐性存在密切关联,为进一步探究植物种子萌发期耐盐分子机制奠定理论基础。
[硕士论文] 丁钰
生物工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:生物多样性是人类赖以生存和持续发展的物质基础。遗传多样性是生物多样性的核心,既是物种进化过程中适应环境的结果,也是维持种群未来生存的潜力所在,因此,探讨遗传多样性形成与维持机制,对于生物资源的保护与利用,恢复受损生态系统的功能与服务等均具有十分重要的理论和实践意义。
  短花针茅(Stipa breviflora)属于禾本科针茅属,是荒漠草原的建群种,具有很高的饲用和生态价值。本项研究利用Illumin测序技术对放牧条件和无放牧条件下的短花针茅进行转录组测序,在对测序结果进行验证的基础上,挖掘与放牧相关的基因;然后,基于上述基因,开发SSR引物,并以放牧与无放牧群体为对象,探讨放牧对短花针茅种群遗传多样性与遗传分化的影响,其结果不仅丰富了对草原植物遗传多样性的认识,而且也有助于合理保护和开发草地资源。本项研究的主要结果如下:
  1.转录组测序共获得111018个Unigenes。其中,与放牧显著相关基因共113条,包括上调的有64条,下调的有49条。在GO功能分类中“催化活性”和“结合”富集DEGs最多的GO条目分别达到22732条和24708条,在KEGG pathway注释结果中,有63044条Unigenes被注释到21种代谢通路中。
  2.随机选取转录组数据库中的4个基因:水杨酸结合蛋白、多酚氧化酶、莽草酸酯-O-羟基肉桂酰转移酶和吲哚3甘油磷酸合酶进行qRT-PCR检测,结果表明,4个基因的上下调趋势与转录组测序结果相符,说明转录组测序结果可靠。
  3.分析转录组测序数据发现,放牧导致植物防御基因活跃,氧化酶基因和水杨酸通路关键酶基因上调;与激素有关的基因表达呈现出明显的改变,茉莉酸、脱落酸的表达量增高,乙烯、细胞分裂素表达量下降;此外,与糖代谢和脂代谢有关的基因表达量也发生了明显的变化。表明在放牧过程中,食草动物对植株直接的采食与践踏等损害作用,激发了植物的自我保护代谢过程。
  4.从筛选出的与放牧相关的差异表达基因中开发SSR引物,结果表明有9个与放牧有关的基因具有SSR多态性。
  5.利用SSR分子标记进行遗传多样性分析后发现,放牧样地的等位基因数和丰富度均高于无放牧样地,放牧样地与无放牧样地被明显地划分为两个类群。表明放牧活动的直接作用会通过改变短花针茅的基因序列增加其遗传多样性,促进群体遗传结构的分化。上述结果深化了放牧对植物遗传多样性影响机制的认识。
[硕士论文] 苑鹏云
环境科学与工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:内蒙古草原区河流河滨带在内蒙古地区扮演着重要的角色,河滨带是河流水体与相邻陆地之间的生态过渡带,河滨带中湿地植物及其群落在维系其稳定性及功能上也具有重要的作用。本文以植物性状的角度探讨锡林河河滨带的湿地植物对环境的响应以及不同放牧梯度上具体的响应状况。
  通过对研究区域优势湿地草本的叶厚度(LT)、叶片干重(LW)、叶面积(LA)等21种植物性状的调查,探讨了湿地植物性状及其相关性,以及湿地植物在不同空间梯度对环境的适应以及性状间的互补与替代;其次,本文探讨了湿地植物性状、植物功能群在不同放牧梯度下的响应状况。结果表明:
  (1)锡林河流域相对未退化地区湿地植物性状的分布情况:锡林河流域各种湿地植物的性状属性值变化范围很大,反映了不同湿地植物对于环境的适应差异。叶厚度均值为0.19±0.006mm,叶干重的均值0.05±0.003g,叶面积的均值为7.42±0.39mm2,比叶面积均值为207.57±10.32mm2·mg-1,比叶重均值为0.007±0.0003mg·mm-2,比根长均值为74.14±6.86cm·g-1,植株高度均值为29.73±1.39cm,植物光合速率均值为-249.11±25.56μmol/m2·s,叶片碳氮含量比值与氮磷含量比值、植株碳氮含量比值与植株氮磷含量比值分别为18.29±0.26、6.53±0.13、25.73±0.50、6.08±0.14。
  (2)锡林河流域湿地植物性状间是通过互补与替代、在功能上的平衡变化来实现对环境的适应,不同器官间的结构性状与生理性状也都存在这一定的相关性,以此适应环境的变化。叶厚度(LT)与叶干重(LW)、光合速率(Ph)存在正相关关系,比叶重(LMA)与叶片碳氮含量比(LC/LN)正相关,比叶面积(SLA)与叶干重(LW)负相关。
  (3)放牧干扰严重影响着草原区河流河滨带湿地植物性状,在不同退化序列上,轻微退化样地中的湿地植物高度显著高于退化样地的湿地植物高度,且生产力减小。锡林河流域不同放牧梯度上,无论是在功能群水平上还是植物共有种水平上,对于不同退化程度响应均不一致。
[硕士论文] 朱昶
森林保护学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:松脂二烯(Pinolene)是存在于松脂内的一种物质,为环烯烃二聚物,具有良好的成膜性。本论文以松脂二烯为研究对象,表征了松脂二烯的在叶片表面形态特征,分析了红叶石楠在松脂二烯处理前后的光合气体交换关键数据,分析了松脂二烯在雨水冲刷和光照下提高农药持效期能力。结果如下:
  1、成膜剂在叶片表面的成膜性能表征。采用PW-100-011扫描电镜对经成膜剂处理的红叶石楠叶、松针和山核桃叶表面进行了表征,松脂二烯和壳聚糖-聚乙烯醇在叶片表面形成了一层连续的膜。噻虫啉微胶囊颗粒在松脂二烯和壳聚糖聚乙烯醇复合膜下都得到了包被,松脂二烯在电镜下与叶片及药物亲和性好,而壳聚糖聚乙烯醇复合膜在叶片表面铺展性较差。松脂二烯浓度越高,噻虫啉颗粒被包裹更加严密,在噻虫啉微胶囊表面形成多道横向条纹。
  2、测定成膜剂对植物叶片光合作用影响。采用LI-6800便携式光合测定仪测定光合交换气体的关键数据,气体交换结果显示松脂二烯植物的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)相比单独施用Th组显著下降,特别是3%Pinolene处理组中三个指标分别下降了15.47%,16.05%,5.73%,但对植物的净光合速率(Pn)影响不显著。由此表明,喷施松脂二烯可以抑制植物的气孔导度和蒸腾作用,但同时不会过多的影响植物的光合作用,因此松脂二烯可用于叶面喷雾成膜助剂。
  3、研究松脂二烯和农药混用后抗雨水冲刷能力。采用Waters-class超高效液相色谱仪检测经雨水冲刷后山核桃叶上的噻虫啉保持量。雨水冲刷0.5h,对照仅保留1.44%初始噻虫啉药量,添加1.2%松脂二烯和3%松脂二烯的处理组中,分别保留了初始药量的5.53%和19.07%,显著减少因雨水冲刷导致的农药损失量,从而延长噻虫啉药效,且高浓度松脂二烯抗雨水冲刷能力比低浓度更强。松脂二烯能够在植物叶表面成膜,锁住药物颗粒,提高农药抗雨水冲刷能力,减少了农药因雨水冲刷的损失。
  4、研究松脂二烯和农药混用后抗光解能力。采用Waters600型高效液相色谱分析经光分解后甲维盐的保持量,光照8h处理后,甲维盐对照组仅保留初始添加量的30.91%,而添加3%松脂二烯处理组保留了初始添加量的70.06%。表明松脂二烯能够有效地抵抗紫外线光解,减缓药物光解速度,从而延长农药的持效期。
  5、研究松脂二烯与农药混用对山核桃干腐病的田间防治效果。单独施用10%戊唑醇乳油、36%喹·戊悬浮剂和50%喹啉铜可湿性粉剂防效为34.01%、42.78%和36.18%,在农药中加入1.2%pinolene后,防效显著提高,分别达到50.95%、64.63%和61.93%。在农药中桶混成膜剂1.2%pinolene后进行喷雾防治,对山核桃干腐病有更好防治效果。
  松脂二烯能在植物叶片及枝干表面形成一层连续膜,帮助药物粘附在植物叶片表面,不影响植物光合作用,提高农药的抗雨水冲刷能力和抗光解能力,使农药在植物表面获得更长的持效期,松脂二烯来源松脂,属天然产物,对环境友好,适用于林间病虫害喷雾防治。
[硕士论文] 王立竹
生态学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:在浙江省低山丘陵植被退化地区,芒萁分布于暖性针叶单优群落下层、杨梅茶园和疏灌草丛的多种光环境,且为酸性土的典型指示植物,常常形成单优草本层片。为探究在光强和酸雨环境胁迫条件下芒萁Dicranopteris dichotoma单优层片的发育机理,本项研究采用盆栽控制试验方法,设置3个光强梯度(L1、L2、L3,光照强度分别为34.82%、13.18%、4.69%),3个酸雨浓度(pH3.0、4.0、5.6),并以100%全光照+pH7.0处理作为对照(CK),测定芒萁的色素含量、光合系统及抗氧化酶活性,得到以下主要结论:
  (1)在光强与酸雨复合胁迫条件下,盆栽芒萁的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均随光照强度的降低而增加;
  (2)在光强与酸雨复合胁迫条件下,盆栽芒萁的净光合速率均显著大于CK(p<0.05);在3种光强处理下,盆栽芒萁的净光合速率均在pH4.0下出现最大值,初步说明特定的环境胁迫下(光强和酸雨)芒萁的光合速率未受影响。
  (3)在光强与酸雨复合胁迫条件下,盆栽芒萁的Fv/Fm均显著大于CK(p<0.05),但各处理间变化差异不显著;OJIP点的荧光强度均在L2光强下明显上升且出现峰值,在L3光强下呈现下降趋势;
  (4)在光强与酸雨复合胁迫条件下,盆栽芒萁的SOD、POD活性均显著小于CK(p<0.05);
  (5)在光强与酸雨复合胁迫条件下,盆栽芒萁的可溶性蛋白质含量没有明显规律性变化,且与CK无显著差异(p>0.05)。
  综上所述,强度遮荫不利于盆栽芒萁光合产物的净积累,但提高了芒萁叶片色素的含量;经pH4.0的酸雨处理后,盆栽芒萁生长表现较好,而全光下抑制了盆栽芒萁的生长,从而初步揭示了芒萁对不同光强和酸雨的生态适应性,研究结论对于亚热带低山丘陵退化区调控芒萁单优层片发育、促进植被恢复具有一定的参考价值。
[硕士论文] 陈梦
微生物与生化药学 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:硒是GSH-Px、IDI、TrxR等多种酶的组成成分。硒具有抗氧化、抗肿瘤、抗癌症和抗衰老等功能,同时,硒可以拮抗(镉、铅等)或协同(锌、汞等)许多重金属,解除重金属的毒性。印度芥菜(Brassica juncea L.)作为被广泛研究的重金属超累积植物,对Cd、Ni、Zn、Cu和Se等都有富集效果,且富集重金属浓度范围广。硒代半胱氨酸甲基转移酶是硒元素在有机体内代谢途径的关键酶,由SMT基因编码,其对硒元素的解毒机制是将参与蛋白合成的SeCys转化成非蛋白氨基酸MeSeCys,因而不能替代硫代半胱氨酸参与到蛋白合成中,实现植物对硒的超富集。
  AP2/EREBP类转录因子参与信号级联放大系统和转录调控基因表达,是一类植物特有的、与胁迫应答有关的转录因子超家族。EeAP2.1、EeAP2.2属于长穗偃麦草AP2/EREBP类转录因子,含有AP2保守结构域。近年来,植物抗逆调控网络的研究越来越多,但对AP2/ERF家族转录因子调控网络的研究仍有较大空白,并且在长穗偃麦草中,此类转录因子未见报道。利用高通量测序技术,获得大量的基因组表达谱数据,可以对植物转录因子在生物及非生物逆境抗性中的作用机理进行整体、深入的研究,全面认识转录因子调控网络,为利用转录因子进行植物抗逆基因工程改良提供理论依据。
  通过对BjSMT转基因烟草与空载体转化烟草进行不同浓度亚硒酸钠胁迫,测定相关生长指标和生理指标,进行该基因的富硒功能研究;通过对EeAP2.1和EeAP2.2转基因烟草的RNA-Seq分析,解析二者所影响的抗逆代谢途径,揭示其抗逆相关的分子基础。取得的实验结果如下:
  1.在0~240μM不同亚硒酸钠浓度处理下,BjSMT转基因烟草在株高、鲜重等表型特征上均优于空载体烟草。
  2.测定了上述不同亚硒酸钠浓度处理下BjSMT转基因烟草和空载体烟草的叶绿素含量和GSH-Px活性,结果表明BjSMT转基因烟草比空载体烟草更耐受亚硒酸钠胁迫,显示了BjSMT基因过表达植株对高浓度亚硒酸钠有较强的耐受性。
  3.测定了0~120μM亚硒酸钠胁迫处理下的烟草总硒含量,结果显示,BjSMT转基因烟草和转空载体烟草本底总硒含量极少,而亚硒酸钠处理时,过表达BjSMT可显著提高烟草的总硒含量,表明BjSMT转基因烟草的硒富集能力优于转空载体烟草。
  4.构建了pBI121-EeAP2.1、pBI121-EeAP2.1-GFP、pBI121-EeAP2.2和pBI121-EeAP2.2-GFP真核表达载体,获得了相应载体的转基因烟草植株,并在基因水平上鉴定转化成功。
  5.利用qRT-PCR分析了苗期长穗偃麦草在10%PEG6000,125mM NaCl,4℃低温和20μM CdCl2胁迫条件下EeAP2.1和EeAP2.2的转录表达谱,初步鉴定了EeAP2.1主要响应干旱胁迫,而EeAP2.2主要响应高盐和低温胁迫。
  6.利用RNA-Seq技术分析了EeAP2.1和EeAP2.2转基因烟草的转录组,结果显示EeAP2.1转基因烟草和空载体烟草对比,差异基因在光合系统、水解酶活性、膜蛋白复合物、倍半萜类和三萜类生物合成和植物激素信号转导途径等途径增强植物的抗旱性。EeAP2.2转基因烟草和空载体烟草对比,差异基因在光合作系统、昼夜节律-植物、ABC运输、二苯乙烯类和姜酚生物合成、糖基磷脂酰肌醇(GPI)、锚定生物合成等途径增强植物的抗盐性和低温耐受性。
[硕士论文] 范宇红
植物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch),豆科、甘草属多年生草本植物。中国药典将乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensisFisch)、胀果甘草(Glycyrrhiza inflataBat)和光果甘草(Glycyrrhiza glabra L.)作为药用甘草植物收录。传统甘草的入药部位是根和根茎,而地上部分大多被浪费。为了从甘草叶中分离更多尚未发现的化学成分,寻找更多的高活性成分,更好的利用甘草地上部分,本论文对乌拉尔甘草叶提取物大孔树脂80%乙醇洗脱部分的成分进行分离纯化和结构鉴定,对甘草不同部位及不同采集月份甘草叶有效成分含量进行了分析,并进一步对分离得到的纯品化合物进行了清除DPPH自由基、抑制α-葡萄糖苷酶及麦芽糖酶生物活性研究。
  采用大孔树脂、硅胶、ODS、Sephadex LH-20、Prep-HPLC等色谱方法分离纯化甘草叶中化学成分,根据理化性质和波谱数据进行结构鉴定。从甘草叶乙醇提取物的大孔树脂80%乙醇洗脱物中分离得到15个化合物,其中三个新的异戊烯基二氢茋类化合物分别命名为甘草吡喃茋A(glycypytilbene A,1),甘草二吡喃茋(glycydipytilben,2),甘草吡喃茋B(glycypytilbene B,3);其它化合物为已知物,分别鉴定为α,α'-二氢-3,5,4'-三羟基-4,5'-二异戊烯基茋(α,α'-dihydro-3,5,4'-trihydroxy-4,5'-diisopentenylstilbene,4),α,α'-二氢-3,5,3',4'-四羟基-2,5'-二异戊烯基茋(α,α'-dihydro-3,5,3',4'-tetrahydroxy-2,5'-Diisopentenylstilbene,5),6-异戊烯基圣草酚(6-prenyleriodictyol,6),5'-异戊烯基圣草酚(5'-prenyleriodictyol,7),6-异戊烯基槲皮素-3-甲醚(6-prenylquercetin-3-Me ether,8),5'-异戊烯基槲皮素(5'-prenylquercetin,9),6-异戊烯基槲皮素(6-prenylquercetin,10),6-异戊烯基柚皮(6-prenylnaringenin,11),3'-异戊烯基柚皮素(3'-prenylnaringenin,12),(sigmoidin C,13),8-[(Z)-3-羟甲基-2-丁烯基]-圣草酚(8-[(Z)-3-hydroxymethyl-2-butenyl]-eriodictyol,14),槲皮素-3-甲醚(quercetin-3-Me ether,15),所分离得到的化合物包括,二氢茋类化合物5个(1-5),二氢黄酮类化合物6个(6、7、11-14),黄酮醇类化合物4个(8-10、15)。其中化合物1-3为新化合物。
  高效液相-质谱(UPLC-MS/MS)定量分析甘草各部位(根、根茎过渡区、茎、叶、种子、种荚)及鄂尔多斯甘草叶丰产时期6-10月份采集的甘草叶有效成分的含量。显示被定量的从甘草叶中分离纯化得到的15种化合物及相关8种化合物大多特异性分布于甘草叶和种荚中。化合物1、3、5、7、8、13、15、16(木樨草素luteolin)、17(槲皮素,quercetin)、18(圣草酚,eriodictyol)在甘草叶中的含量从6月到10月整体呈下降趋势,6月份含量最高,化合物4、6、9、11、21(3,3',4',5,7-五羟基二氢黄酮,3,3',4',5,7-pentahydroxyflavanone)在甘草叶中的含量从6月到10月整体呈上升趋势,10月份含量最高。化合物10和14在7月份采集的甘草叶中含量最高,化合物2和12在8月份采集的甘草叶中含量最高,化合物19(芦丁,rutin)和20(异槲皮苷,isoquercitrin)在9月份采集的甘草叶中含量最高。
  对甘草叶中分离纯化得到的15种化合物及本研究室前期得到8种化合物做了抗氧化活性、α-葡萄糖苷酶抑制活性及麦芽糖酶抑制活性实验。实验结果显示,化合物(1、5-11、14-15)具有较强的抗氧化活性,化合物(2-11、15、17、21)均具有抑制α-葡萄糖苷酶活性,化合物(5、7、9、10、14、15)具有一定的抑制麦芽糖酶活性。
[硕士论文] 于亚慧
生物工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:钙是植物生长发育所必需的矿质营养元素,能够维持细胞膜的结构与功能,增强细胞壁结构的稳定性,调节生物酶活性并稳定细胞内环境.植物细胞质内钙离子(Ca2+)作为第二信使,应对各种胁迫刺激,在细胞信号转导过程中起着重要作用.植物中钙依赖蛋白激酶(Calcium-dependent Protein Kinases,CPKs)能够与Ca2+结合,参与Ca2+信号转导.拟南芥(Arabidopsis thaliana)中共有34个AtCPK基因编码的蛋白,本课题重点研究AtCPK6的生理功能.
  为了研究AtCPK6在拟南芥中的功能,对AtCPK6基因缺失突变体atcpk6-2(Salk_033392)和atcpk6-3(Salk_025460)进行了纯合鉴定,获得两种纯合突变体.通过分析野生型拟南芥Col-0和atcpk6突变体在不同Ca2+浓度培养基上的生长表型,发现atcpk6在低Ca2+条件下,相对Col-0,表现生长受抑制的表型,而在其他二价阳离子Fe2+、Mg2+、Zn2+和Mn2+缺乏条件下,atcpk6突变体与野生型Col-0相比无明显差异.构建含有AtCPK6启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的转基因材料,通过GUS组织化学染色法,发现AtCPK6启动子在拟南芥幼嫩叶原基和根中有活性.AtCPK6编码的钙依赖性蛋白激酶是一种钙结合蛋白,进一步研究了低Ca2+环境对AtCPK6启动子活性的影响,发现低Ca2+条件下,AtCPK6启动子在叶片中的活性增强.
  为了深入研究AtCPK6基因是否影响植物对钙的吸收和积累,通过原子吸收光谱法(Atomic absorption spectrometry,AAS)对植物总钙含量进行测定.结果显示,拟南芥野生型Col-0和atcpk6之间,在对照和低Ca2+条件下,总钙含量没有显著差别,表明AtCPK6基因不影响植物对钙的吸收和积累.各种外界刺激会诱导植物细胞内H2O2的产生和积累,通过3,3'-二氨基联苯胺(3,3'-diaminobenzidine,DAB)组织化学染色法,发现低Ca2+条件下,atcpk6叶中H2O2的积累量显著高于Col-0.利用二氢罗丹明123(Dihydrorhodamine123,DHR)荧光探针,发现低Ca2+条件下,atcpk6根中H2O2的积累量显著高于Col-0,证明AtCPK6是介导低Ca2+诱导植物积累H2O2的负调控因子.本研究有助于揭示植物对低Ca2+环境的适应机制.
[博士论文] Tsetsegmaa Munkhzul
植物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:蒙古国在人类活动和自然因素的双重破坏下,草原荒漠化,湿地面积急剧缩小,土壤质量退化,风蚀沙化和水土流失加剧等现象日益严重;导致生物多样性、草原生态功能和作用的减弱,制约了蒙古国经济和生产力发展水平,生物多样性资源保护和利用极为迫切。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)具有分布和物种的广泛性和多样性,对于维持生态系统中物质循环、提高生态系统生产力以及生态修复等方面都具有非常重要的功能。本研究选取蒙古国中央省区不同植物群落及其常见植物,进行AM真菌物种多样性、遗传多样性及其分布与土壤理化性质间相关性的研究,主要结果如下:
  1.蒙古国中央省区69种常见植物中被丛枝菌根真菌侵染的植物有65种,占94.2%。菊科植物中AM植物的比例为85.7%;禾本科植物中的比例为90%;蔷薇科和豆科植物中的比例为100%;石竹科的毛叶老牛筋Arenaria capillaris Poir.和兴安石竹Dianthus versicolor Fisch.均有不同程度的侵染。其中,疆南星型菌根形态类型共有37种,占AM植物的56.92%,而重楼型菌根形态类型共有15种,占24.62%。重楼型多出现在毛茛科、伞形科、龙胆科、桔梗科、部分禾本科植物中;而疆南星型多出现在菊科、百合科、豆科、莎草科的植物中。
  2.从研究区样地土壤中共鉴定出AM真菌6科10属34种,无梗囊霉属(Acaulospora)9个种;双型球囊霉属(Ambispora)1种;近明球囊霉属(Claroideoglomus)3种;多样孢囊霉属(Diversispora)1种,斗管囊霉属(Funneliformis)1种、球囊霉属(Glomus)13种、根孢囊霉属(Rhizophagus)1种、隔球囊霉属(Septoglomus)2种;盾巨孢囊霉属(Scutellospora)1个种。分类地位未明确的内养囊霉属(Entrophospora)2个种(1个未知种);已鉴定到属的种类23种,未知属种11个。
  该研究样区的AM真菌优势属有Acaulospora和Glomus,优势种为C.etunicatum,常见种有Acaulospora mellea、Glomus multiforum,偶见种是Amb.feninica,本次发现中国和蒙古国首次报道的种类1个,为Amb.feninica,蒙古国首次报道的种类有三个,分别为Acau.denticulate,Acau.mellea,G.multiforum;物种丰富度为2-12种·100g-1土样,孢子密度介于12-164种·100g-1土样,香农威纳指数介于0.5-2.138,辛普森指数介于0.32-0.999.
  3.使用Miseq测序平台对AM真菌18S rRNA进行测序,共产生了695个OTUs,并注释到了27种AM真菌中,分属于Septoglomus,Rhizophagus,Glomus,Funneliformis,Dominikia,Claroideoglomus等6属。优势种属与形态学鉴定结果较为符合。
  4.Artemisia dracunculus等植物根际土壤养分含量差异较大,AP为7.6-27.4mg/kg,AN为9-27.2mg/kg,A.pot为80-128.5mg/kg,P为32.13-74.81mg/kg,N为2.31-6.69mg/kg.
  5.调查的15种常见植物根际AM真菌多样性包括孢子密度、物种丰富度、多样性指数等均存在差异,辛普森指数与土壤中有效磷含量呈极显著负相关(P<0.01)。
  6.研究区常见植物中菌根植物比例高,植物根际AM真菌多样性较高,无梗囊霉属、球囊霉属种类较多,AM真菌多样性受寄主植物和土壤环境因素的影响。本文研究结果为深入开展蒙古国不同植被类型中菌根植物与AM真菌资源调查、生物多样性及其分布规律,研究AM真菌的生理生态学功能奠定基础。
[硕士论文] 杨萌
自然地理学 延边大学 2018(学位年度)
摘要:研究分析植被恢复过程中不同植物功能型组成及适应策略随恢复年限的变化,有助于了解植物在生长过程中对资源的分配利用和对环境的适应规律,对于研究植物对环境的响应与适应机制具有重要意义。近年来,由于区域气候变化及一带一路等重要战略的实施,该区域内经济活动、基础设施建设、人口的增长及旅游等资源的开发,都对图们江下游区域湿地生态环境造成了极大的威胁与负担,该区域湿地面临面积萎缩、破碎化程度增加、生物多样性减少等一系列生态环境问题。
  采用时空代换的方法,在图们江下游选择不同恢复年限的退耕湿地和自然湿地,以退耕湿地中自然恢复且长势良好的植物群落为研究对象。以图们江下游湿地植物叶片和细根功能性状为基础,根据C-S-R策略,采用数量分类的方法,将所调查的处于不同恢复阶段的物种划分为不同功能型,分别探讨各功能型间的性状和适应策略差异,并分析了图们江下游不同恢复年限湿地不同恢复阶段植物功能型组成和植物适应策略随恢复年限的变化规律。取得的主要研究结论如下:
  (1)图们江下游不同恢复年限湿地植被演替过程中土壤环境变化
  本研究分别对图们江下游不同恢复年限湿地植被的群落盖度、土壤水分及土壤养分进行单因素方差分析表明,图们江下游不同恢复年限湿地植被恢复过程中,除土壤水分、土壤PH以及土壤有机质以外,土壤总氮、土壤总磷、土壤速效氮及土壤速效磷,都随恢复年限的增加即植被恢复时间的延长而呈波动增加的趋势。
  (2)图们江下游不同恢复年限湿地植物功能性状分布规律及相关性分析
  本研究对图们江下游不同恢复年限湿地的12个植物功能性状值进行了描述性统计。其中功能性状值的最大值与最小值之间相差的倍数最小差4倍,最大相差2868倍,说明图们江下游不同恢复年限湿地植物物种水平上的12项植物功能性状值的均有比较明显的变化,即说明植物功能性状对植被恢复的变化过程的响应具有敏感性。因此,植物功能性状可以反映植被恢复过程中的主要生态过程。
  利用Pearson相关分析检验对图们江下游不同恢复年限湿地植物的12项植物功能性状的相关性进行了分析,结果表明图们江下游不同恢复年限湿地植物的12项植物功能性状之间具有相关性。
  (3)图们江下游不同恢复年限湿地植物功能型的划分及其适应策略
  根据聚类分析树状图以及方差分析的多重比较显示,图们江下游不同恢复年限湿地植物可以分为4个不同功能型。根据C-S-R策略,PFTS1更倾向于“胁迫—干扰型”,PFTS2更倾向于“胁迫—竞争型”,PFTS3更倾向于“竞争型”,PFTS4更倾向于“胁迫—忍耐型”。
  (4)图们江下游不同恢复年限湿地不同功能型物种数量及适应策略随恢复年限的变化
  通过对图们江下游不同恢复年限湿地植物功能型物种数占群落总物种数的百分比的分析,以及利用逐步回归模型对图们江下游恢复湿地处于不同恢复阶段的优势物种植物功能性状值与土壤养分和水分进行分析表明,随着自然恢复时间的延长,虽然土壤养分含量有所增加,但湿地植物相互对资源的竞争逐渐激烈,图们江下游湿地植物对环境的适应策略发生了改变,PFT2“胁迫—竞争型”的物种由于忍耐力较差而被淘汰,PFT1“胁迫—干扰型”的部分防御力较差的物种也被淘汰,但是防御力强和耐胁迫的物种继续占据优势地位,此时出现了对养分和水分吸收率较高的竞争力十分强大的PFT3“竞争型”物种和耐胁迫较强的PFT4“胁迫—忍耐型”的物种,但是随着退耕湿地自然恢复时间的延长,土壤中的氮磷含量有限,在竞争中PFT4“胁迫—忍耐型”的物种在资源和养分上争夺不过PFT1“胁迫—干扰型”与PFT3“竞争型”的物种,最终由于磷的胁迫而逐渐淘汰,图们江下游湿地植物对环境的适应策略倾向于选择能够高效利用资源竞争力较强的物种,以及高效利用资源且抗胁迫能力强的物种代替防御力较差且资源竞争力较差的物种。
[硕士论文] 张丽娟
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:醇六磷酸(myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate[InsP6])又称植酸,主要存在于植物的种子、根和茎中,是植物体中磷的主要储存形式。同时,植酸具有很强的螯合能力,能与多种矿质阳离子形成不溶性络合物。假设,肌醇六磷酸可能参与调节植物矿质阳离子依赖的生长表型。拟南芥中IPK1(inositol1,3,4,5,6-pentakisphosphate kinase-1)基因负责植酸的合成。本论文重点研究了IPK1基因启动子组织特异性活性;缺失IPK1基因突变体ipk1-1的矿质阳离子依赖性生长表型和相关元素含量,以及突变体对生物和非生物胁迫的反应。本论文主要研究结果如下:
  (1)将IPK1基因的启动子克隆到含有GUS报告基因的表达载体pGWB605上,花絮侵染转入拟南芥,获得稳定遗传的T3代植物。利用GUS组织化学染色法研究IPK1基因的表达模式,结果显示IPK1基因启动子在拟南芥的根、叶、花絮上均有活性。
  (2)ipk1-1具有高[Ca2+]敏感和抗低[Ca2+]的生长表型:在其他元素含量不变的情况下,培养基中[Ca2+]在0.2mM以上时,ipk1-1表现出植株矮小、根短、叶发黄的敏感现象;[Ca2+]在0.2mM时,ipk1-1长势同野生型Col-0一致;[Ca2+]低于0.2mM时,ipk1-1长势显著优于野生型Col-0。
  (3)ipk1-1具有不依赖于[Ca2+],的抗高[Mg2+]的生长表型:在0.01mM的[Mg2+]处理下,ipk1-1与野生型Col-0长势没有明显差异;而随着[Mg2+]的浓度升高至10mM,ipk1-1表现出根长、鲜重及长势显著优于野生型Col-0的现象。该突变体的抗高[Mg2+]的生长表型不受培养基[Ca2+]的影响。
  (4)ipk1-1具有不依赖于[Ca2+]的[Fe3+]敏感的生长表型:在低[Fe3+](0.01xFe3+)处理下,ipk1-1表现出植株矮小、根短、叶发黄的敏感现象;随着[Fe3+]浓度升高至1xFe3+时,敏感现象消失,ipk1-1长势同野生型Col-0一致;随着[Fe3+]浓度继续升高至5xFe3+,ipk1-1又表现出植株矮小、根短、叶发黄的敏感现象。随后将IPK1基因互补ipk1-1后,以上突变体的所有表型均恢复至野生型表型。
  (5)为了深入研究IPK1基因是否影响植物体对Ca、Mg、Fe等矿质元素的吸收和积累,通过电感耦合等离子体光谱仪(Inductive Coupled Plasma EmissionSpectrometer,ICP)测定了突变体ipk1-1体内Ca、Mg、Fe的总量。结果显示在不同浓度[Ca2+]、[Mg2+]、[Fe3+]处理ipk1-1和野生型Col-0,二者在体内Ca、Mg、Fe的总量上无显著差异,表明IPK1基因不参与植物体内Ca、Mg、Fe等元素的吸收和积累。
  (6)为了研究ipk1-1对于生物胁迫是否具有正常的抗病超敏反应(hypersensitiveresponse,HR),选择用非毒力病原菌株avrDC3000avrRPM1+来注射ipk1-1,结果显示ipk1-1具有正常的HR反应,表明IPK1基因不参与植物体抗病超敏反应。
  (7)为了研究IPK1基因的缺失是否会影响植物体对于其他非生物胁迫的反应,选择以氯化钠(NaCl)、山梨醇(sobitol)、脱落酸(ABA)作为其他非生物胁迫因素来处理ipk1-1,发现ipk1-1对NaCl、ABA胁迫更为敏感,表现为植株矮小、根短、叶发黄。而对sobitol胁迫的表型同野生型Col-0并无差异。后将IPK1基因互补ipk1-1突变体,以上非生物胁迫的敏感表型得以完全恢复,表明IPK1基因参与对于非生物胁迫的反应。
  基于植物体内植酸的含量对其矿质元素的体内平衡具有重要意义,本文中对IPK1基因的研究为后续优化农作物体内植酸的含量提供一定理论基础。
[硕士论文] 麻扬
植物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:山羽藓(Abietinella abietina)是在泛北极植物区高山林地广泛分布的苔藓植物,对高海拔针叶林的更新与发育具有重要作用,然而其形态变异的遗传特征尚未明确且物种演化与火山历次喷发间的关系模糊.本研究在大尺度上以该物种自然分布的10个种群140个个体为研究对象,利用ISSR分子标记技术,开展中国北部和蒙古国山羽藓遗传多样性研究,旨在探究遗传变异与遗传结构,以期为其种质资源的保护提供科学依据.同时,在小尺度上以该物种自然分布的6个种群80个个体为研究对象,采用核基因、叶绿体基因和ISSR分子标记相结合的技术,开展五大连池火山群山羽藓谱系地理学研究,致力于揭示种群间的谱系关系,推测传播路径和祖先分布区.主要的研究结果如下:
  (1)L16(45)正交试验的结果表明,山羽藓ISSR-PCR最佳反应体系(25μL)为:Taq DNA聚合酶0.8U,Mg2+2.5mmol/L,dNTPs0.4mmol/L,引物0.6μmol/L和模板DNA40ng,对该反应体系的影响顺序为:Taq DNA聚合酶>引物>dNTPs>模板DNA>Mg2+.同时从100条ISSR通用引物中筛选出12条适合山羽藓的ISSR引物,并确定了每条引物的最适退火温度.
  (2)中国北部和蒙古国的山羽藓在物种水平上,相比于其他苔藓植物和被子植物具有较高的遗传变异;在地域水平上,遗传变异由高到低依次为:中国西北地区,中国东北地区和蒙古国;在种群水平上,位于最南端的贺兰山苏峪口(SYK)种群最高,而位于最北端的罕塔盖图(HTGT)种群最低.AMOVA结果显示,遗传变异主要集中于种群内,其次为地域间和地域内不同种群间.UPGMA、PCoA和STRUCTURE结果均表明,10个种群聚类成三支并与其地理分布相符合,即中国西北地区独立成支,中国东北地区和蒙古国构成姐妹类群.此外,Mantel检测显示遗传距离与地理距离间存在显著的正相关性.
  (3)本研究基于筛选出的1个核基因序列(nrITS)和3个叶绿体基因序列(trnL-F、atpB-rbcL、rps4),分别从五大连池火山群的6个山羽藓种群中获得5个nrITS单倍型和10个cpDNA单倍型.新期火山种群即火烧山(HS)和黑龙山(HL)比老期火山种群即龙门山(LM)、西焦得布山(XJDB)、莫拉布山(MLB)和东焦得布山(DJDB)的遗传多样性水平高.AMOVA结果显示,种群内的遗传变异大于种群间的遗传变异.PERMUT结果显示,山羽藓的谱系地理结构在物种水平上尚不显著,但是基于cpDNA序列对谱系B单独分析时检测出显著的谱系地理结构.TCS单倍型网络图和MP、ML、BI系统发育树均表明,在这一地区存在两个主要谱系:谱系A(DJDB种群)和谱系B(MLB、XJDB、LM、HL、HS种群),其中谱系B基于nrITS可划分为两个谱系:MLB-LM-XJDB谱系和HS-HL谱系;基于cpDNA可划分为三个谱系:MLB谱系、LM-XJDB谱系和HS-HL谱系.此外,在失配分布分析和中性检测中均未检测到种群扩张事件.
[硕士论文] 张芯毓
生态学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:植物功能性状是植物在漫长的演化过程中对环境变化产生的适应策略及内部不同功能之间权衡策略的体现。研究植物功能性状,有助于确定植物控制功能性状的内在机制以及性状间的比例(scaling)关系,进而可以依据植物功能性状的改变来预测生态系统功能或过程的变化。本文基于对内蒙古自治区155个地点、67种灌木(包括3种半灌木)的野外调查及室内测量,分析了植物高度(H)、丛幅(WCC)、叶面积(LA)、叶厚度(LT)、茎组织密度(STD)、叶干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)、叶碳含量(LC)、叶氮含量(LN)和叶片碳氮比(C∶N)10种功能性状的相互关联、在不同生境间的差异以及对环境因子的响应,同时还重点探讨了广布类型灌木虎榛子和锦鸡儿属功能性状的特征及功能性状对环境因子的响应,主要研究结果如下:
  1.10种植物功能性状的种内变异小于种间变异,其中LC无论在种间水平还是种内水平,变异程度都非常小,是植物较为稳定的性状。
  2.山地灌木的H、LA、SLA、C:N显著高于草地灌木和荒漠灌木,草地灌木的WCC、LN显著高于荒漠灌木和山地灌木,荒漠灌木的STD、LT显著高于草地灌木和山地灌木,而LDMC、SLA、LN显著低于草地灌木和山地灌木。
  3.有5对性状的相关关系在整体水平上、不同生境的灌木中存在一致性,即H与WCC呈显著正相关,与STD显著负相关;C∶N与LDMC呈显著正相关,与LN呈显著负相关;LT与SLA呈显著负相关。
  4.环境与植物种间差异共同影响植物功能性状的变异,在去除种间差异对性状的影响后,环境是导致部分性状变异的最主要原因。
  5.植物的H、STD、SLA、LC与年平均降水量(MAP)的关系在大尺度上、不同生境中、同属植物和同种植物中具有一致性,即MAP与植物H、SLA、LC呈显著正相关关系,与STD呈显著负相关关系。
  以上结果反映了干旱、半干旱的内蒙古地区,灌木的叶、茎等功能植物功能性状受环境因子(尤其是气候因子)的强烈影响,而植物种间性状存在的明显差异,同时潜在影响着植物功能性状与环境因子之间的关系。此外,植物种间的巨大差异也反映出系统发育对植物功能性状的变异有着重要的影响作用。
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