植物非编码RNA与雄性不育

利用雄性不育系做母本生产杂交一代种子,为改善作物的生产提供了十分有利的条件.细胞质雄性不育(CMS)和由光周期(PGMS)/温度诱导(TGMS)的不育性极大地促进了作物杂交育种的发展.越来越多的研究表明非编码ncRNA分子与植物雄性不育有关,如水稻的PGMS和TGMS与ncRNA密切相关.在CMS中,线粒体ORF影响小孢子发育而导致CMS发生的机制仍然不明确.高通量测序使得在全基因组范围内发现和验证这些调控分子及其靶基因,并阐述它们与CMS的相关性成为可能.植物线粒体DNA中的ncRNA以及其可能诱导的CMS的机理是当前研究的热点,但目前尚没有证据表明ncRNA与CMS有关,还需要转基因等遗传方法来进行验证.在本文中,我们总结了最近关于ncRNA与植物CMS关系的相关研究,希望能够提高对控制植物CMS的ncRNA介导的调控途径的理解.深入了解植物CMS可为促进CMS在农作物育种的利用提供技术支撑.     

褪黑素诱导拟南芥抗芸薹根肿菌

芸薹根肿菌是一种土传性致病菌,严重时可导致作物死亡.利用荧光定量PCR的方法研究褪黑素诱导拟南芥对根肿病的抗病效果及分子机制.结果显示:不同的褪黑素诱导浓度对根肿病的诱抗效果不同,其中,10μmol/L的褪黑素溶液为最佳抗菌浓度,抗诱效果达到47.57%.褪黑素处理后的拟南芥根部的发病程度减轻并且根肿菌孢子囊数目减少.荧光定量PCR技术检测发现,褪黑素诱导拟南芥后,茉莉酸(JA)途径中的标记基因PR3、PR4有明显的过量表达,同时水杨酸(SA)途径中的PR1、PR2和PR5的表达量也呈上升趋势,但上调幅度不明显,表明褪黑素诱导拟南芥产生的抗病过程主要是以JA信号途径为主,SA途径起辅助作用.本研究认为褪黑素可有效抑制由芸薹根肿菌引起的根肿病,为褪黑素在植物防治中的作用提供了新认识.     

植物诱导抗病性的分子生物学研究进展

植物诱导抗病性是植物抵御病害侵袭的重要机制之一，作为一种经济有效的抗病策略，在农业可持续病害防治中具有广阔的应用前景，日益受到人们的关注．其中系统获得性抗性(SAR)作为植物诱导抗病性的一种重要形式，随着分子生物学实验手段的迅速发展及其在植物抗病机制研究中的应用，其分子机制研究方面已取得了不少进展．图1参58     

促进植物生长根圈细菌(PGPR)的研究现状

有机农业提倡与自然共存不破坏平衡,而自然界的土壤中存在许多可促进植物生长的植物根圈微生物(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR),此类微生物可分泌促进植物生长的物质,并可诱导植物产生抗性基因,增强植物抗病.PGPR可产生有机物质促进植物生长,改善土壤肥力,增加可溶性磷及铁,诱发植物抗病、克服逆境、增强营养吸收,固氮或防治病害等,在有机农业上有助于植物增产,改善农业对化学肥料的依赖,生产出健康的作物.参25.     

36种典型除草剂对绿藻的毒性研究

近年来,农药对生态系统的初级生产者——藻类的毒性及其生态毒理学研究引起了国内外学者的广泛关注。除草剂在生产中广泛应用,对藻类的毒性作用最强,其毒性效应远高于杀虫剂和杀菌剂。论文选择市场上具有典型代表性的36种除草剂原药,分析解读除草剂在国内的登记情况,以及在作物、旱田和水田的使用情况;明晰对藻类生长抑制急性毒性效应。结果表明:1)除草剂的作用方式和化学类别对绿藻毒性影响显著;对于抑制植物细胞分裂和作用于植物叶绿体的除草剂对绿藻毒性均较高,以人工合成植物生长素为代表的除草剂对绿藻毒性均较低;2)相同作用方式,不同化学类别的除草剂,对单一绿藻的毒性差异明显。在水稻上获得登记的除草剂对藻类毒性整体低于在旱田获得登记的除草剂对藻类的毒性。开展多种农药对水生生态毒性的研究,为农药的合理安全使用、农药在淡水环境中的生态效应评价以及保护淡水生态系统提供科学依据。     

农药类化合物对大型溞的毒性作用模式:与基线毒性化合物比较研究

农药在控制有害生物的同时,对水生生态系统产生较大的毒性效应。本文通过实验获得了25种基线化合物对大型溞的急性毒性数据,并与57种农药类化合物对大型溞的急性毒性数据进行比较研究,同时根据体外浓度LC_(50)、生物富集因子BCF和体内临界浓度CBR的关系,计算了这些化合物在大型溞体内的临界浓度,研究了农药类化合物对大型溞的毒性作用机理。结果表明,基线化合物在大型溞体内的临界浓度log1/CBR值在一个很窄的范围波动,而农药类化合物在大型溞体内的临界浓度log1/CBR值范围广且较高。这说明多数农药类化合物对大型溞为反应性毒性作用模式。其中,除草剂对大型溞的毒性显著低于杀菌剂和杀虫剂对大型溞的毒性。这可能是因为除草剂主要通过干扰植物光合作用、植物激素或植物分子合成发挥毒性效应,从而导致其对大型溞的生理系统难以发生反应性毒性效应。而杀虫剂和杀菌剂主要通过干扰生物神经系统、生殖系统、呼吸作用或大分子合成发挥毒性效应,因此易与大型溞生理系统发生生物化学反应,从而具有较高的毒性效应。本文分别建立了除草剂、杀菌剂和杀虫剂对大型溞的急性毒性QSAR模型。除草剂对大型溞的急性毒性机理较简单,其毒性与化合物疏水性程度和离子化程度有关;而杀菌剂对大型溞的急性毒性主要与化合物的标准生成热和极性表面积有关;杀虫剂对大型溞的急性毒性作用机理较复杂,它们对大型溞的毒性效应与其和生物分子之间的氢键和范德华力有关。     

磷酸三苯酯(TPP)和磷酸三(2-氯异丙基)酯(TCPP)诱导人胚肾细胞HEK293凋亡的机制研究

磷系阻燃剂对人体的潜在毒性作用引起了国内外研究者的广泛关注。肾脏是机体重要的排毒器官,若肾脏细胞受损,可能影响肾脏功能的正常发挥。本研究以人胚肾细胞HEK293为研究对象,结合传统毒理学实验,筛选出磷酸三苯酯(TPP)及磷酸三(2-氯异丙基)酯(TCPP)诱导人胚肾细胞HEK293凋亡的关键靶标基因p53。在此基础上采用分子对接模拟和光谱法分析发现,TPP和TCPP分别以嵌插方式和沟槽方式结合p53-DNA,改变基因片段的框架结构,启动分子起始事件,通过影响相关基因(Bax、Hrk、Bcl-2和Bad)的表达量,导致线粒体途径释放cyt c,最终激活Caspase 7实现细胞凋亡。研究结果阐明了此类污染物诱导凋亡的作用机制,为毒害化学品的污染防控提供理论依据。     

糖链植物疫苗研究与进展

内容简介本书围绕糖链植物疫苗对植物自身免疫的调控,通过与动物疫苗及免疫机制对比,从糖链植物疫苗的实际应用及作用机理两方面介绍糖链植物疫苗。实际应用部分通过对代表性的糖链植物疫苗(几丁聚糖及其寡糖、壳聚糖及其寡糖、葡聚糖及其寡糖、寡聚半乳糖醛酸及糖肽等)在粮食作物、经济作物、蔬菜、果树、花卉     

过氧化氢和一氧化氮在小球藻抗阿特拉津胁迫中的作用

过氧化氢(H_2O_2)和一氧化氮(NO)作为信号分子,可调节植物生长、发育以及应对外源性胁迫。利用过氧化氢酶(CAT)以及NO清除剂(PTIO),研究了除草剂阿特拉津(atrazine,100μg·L~(-1))影响小球藻生长的机理,并分析内源性H_2O_2和NO在小球藻抗除草剂胁迫中的作用。研究结果表明,阿特拉津在诱发小球藻细胞死亡的过程中,不同程度促发了H_2O_2和NO生成;外源CAT可通过清除H_2O_2和诱导NO来缓解阿特拉津对小球藻的生长抑制;PTIO与阿特拉津的联合实验进一步证实,小球藻体内的NO诱导与H_2O_2的爆发无关,它们之间的合成没有相关性。因此,除草剂阿特拉津主要通过诱导小球藻体内的H_2O_2爆发来破坏藻细胞,抑制其生长,与NO的信号传递无关。     

比较转录组研究钛离子对紫花苜蓿基因表达的影响

钛离子可显著促进植物生长,增加作物产量.以紫花苜蓿(Medicago sativa)为材料,用钛离子水溶液(0,8 mg/L)喷施植株叶面,24 h后取样进行Illumina高通量RNA-Seq测序,研究钛离子对紫花苜蓿叶片基因表达的影响,在转录水平上研究钛离子作用的分子机理.以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)为参考基因组进行比对,结果显示,共获得28437个注释基因.差异表达分析表明,与对照相比,8mg/L钛离子处理引起大量基因表达发生变化,482个差异表达的基因中247个上调表达,235个下调表达. GO和KEGG注释结果显示,大量核糖体(18)、热激蛋白(7)、转录因子WRKY(5)类编码基因上调表达;尽管抗病相关基因上调的个数(11)低于下调的(22),但这些抗病相关基因的总体表达量,FPKM从12 563上升至16 197.下调的基因主要有细胞色素P450家族基因(上调2个,下调7个).推测钛离子作为一种胁迫信号刺激紫花苜蓿产生应答,引起基因表达发生变化,上调了与生长和胁迫适应相关基因的表达,进而促进植物生长和提高对逆境的耐受性.本研究为揭示钛离子调节植物生长的机制打下基础,为进一步钛离子制剂在农业生产中的应用提供指导.     

低温弱光条件下毒死蜱对黄瓜的毒性效应及油菜素内酯的调控作用

农药在使用中可能对农作物产生药害作用,而在低温弱光的亚适宜条件下,设施作物对农药暴露的应激响应可能具有特殊性。同时,作为一种新型植物激素,油菜素内酯在亚适宜条件下是否能够缓解农药的药害作用的研究有限。以典型的设施作物黄瓜为受试生物,通过人工气候箱模拟低温弱光的亚适宜条件,在毒死蜱(浓度分别为0.3和1mmol·L-1)暴露1、3和7d后,以实时荧光定量PCR对黄瓜叶片中光合作用基因(psaB、psbA和rbcL)、抗氧化系统相关基因(cAPX、DHAR、GR、CAT和GPX)、防御和应激相关基因(PAL、HPL、ADC和HSP70)的转录水平进行检测,阐明其毒性效应。并对比24-表油菜素内酯的预处理组,探讨油菜素内酯如何调控作物对农药胁迫的响应。结果表明,在低温弱光条件下,毒死蜱暴露抑制了黄瓜叶片中上述大部分基因的转录,而24-表油菜素内酯预处理后其转录水平显著上升,表明24-表油菜素内酯可有效且持续地缓解毒死蜱的药害效应。     

Cd~(2+)对BY-2细胞的毒性机制及水杨酸的缓解作用

镉对生态环境的危害表现出对植物这种定生生物的毒害性。以绿色荧光蛋白(GFP)膜泡标记的烟草BY-2细胞为实验材料,分别在荧光显微镜和激光共聚焦显微镜下观察了Cd2+对植物细胞的毒害作用和机制,并研究了水杨酸(SA)处理对Cd2+植物细胞毒害的缓解作用。研究发现激光共聚焦显微镜可以观察到Cd2+处理3 h后细胞荧光亮度减弱,6 h时细胞皱缩和液泡缩小,9 h细胞大多死亡。在Cd2+胁迫同时加入SA,可显著提高细胞成活时间,荧光亮度增强、液泡化程度加大,同时能够观察到荧光标记的细胞膜包裹Cd2+的高荧光颗粒。SA处理的细胞还通过高度液泡化来缓解重金属Cd2+的毒性。结果表明具有生物活性的SA诱导细胞的液泡化,并通过膜成分对重金属的包裹和结合进一步降低了重金属对植物细胞的毒害。因此水杨酸缓解重金属对植物细胞的毒性,是通过诱导细胞的液泡化和膜对重金属离子的包裹束缚而实现的。     

土壤氢氧化细菌促进作物生长机理研究进展

综述了近十年来国内外关于豆科作物根际土壤促生菌中氢氧化细菌的研究进展,讨论了根瘤释放H2促进作物生长的可能机制.与豆科作物进行轮作、间作是提高土壤肥力、增加作物产量的一项传统的农业耕作方式.对于这种耕作方式优势的机制研究,过去大多数主要集中在土壤氮(N)元素含量的提高.而近期研究表明土壤氢氧化细菌以豆科作物根瘤菌在固氮过程中释放的H2为能量来源进行化能自养改变土壤微生物种群结构.一些土壤氢氧化细菌通过产生1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶和根瘤菌毒素抑制植物体内乙烯的合成,促进作物生长.此外,本文进一步讨论了利用现代分子生物学方法研究氢氧化细菌促进作物生长的途径.     

2种拟除虫菊酯类农药对赤子爱胜蚓消化酶的毒性效应

拟除虫菊酯类农药已经逐渐代替有机磷等农药被大量使用,给土壤动物带来潜在生态风险.本研究选择了土壤模式生物赤子爱胜蚓为受试生物,考察2种拟除虫菊酯类农药(联苯菊酯和氟氯氰菊酯)对赤子爱胜蚓消化酶活性(α-葡萄糖苷酶和蛋白酶)的影响.结果表明,α-葡萄糖苷酶(α-Glu)活性在暴露初期被联苯菊酯诱导,随着时间的延长,出现抑制作用,而氟氯氰菊酯对α-Glu活性的影响主要呈现抑制作用.3种蛋白酶活性在暴露初期被联苯菊酯显著诱导和被氟氯氰菊酯显著抑制,且随着时间的推移,影响作用减弱.研究表明,联苯菊酯和氟氯氰菊酯对消化酶的影响呈现相反趋势,3种蛋白酶活性可以作为评估2种拟除虫菊酯类农药毒性的早期指标.研究结果为阐释拟除虫菊酯类农药对土壤蚯蚓的毒性机制提供数据支撑,为评估拟除虫菊酯类农药的生态风险提供了潜在生物标志物.     

浮游动物物种构成对于淡水测试系统抗农药胁迫能力的影响

多物种系统在农药生态效应的评估中不可或缺,有必要探索系统的建立和应用,为此笔者构建了包含隆线溞(Daphnia carinata)、中华薄壳介(Dolerocypris sinensis)和锯缘真剑水蚤(Eucyclops serrulatus) 3种节肢动物当中的1种或全部,以及包含萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)、小球藻(Chlorella vulgaris)和轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的4组多物种系统。它们被用来测量杀虫剂毒死蜱的群落效应。研究结果显示,包含3种节肢动物的测试系统比只包含1种的系统中群落结构更稳定,更能够揭示杀虫剂对轮虫的诱导效应,其对杀虫剂也更敏感。毒死蜱在该系统内的最高无作用浓度(NOEC)和最低有效浓度(LOEC)分别为0.25和1.25μg·L~(-1)。本研究所构建的是一类总氮、总磷和浊度水平趋于下降的测试系统。杀虫剂的引入促进了系统内p H、铵态氮和电导率水平的上升以及总氮、总磷和浊度水平的下降。从LOEC的数值及持续时间上看,游离态壳二糖酶可以被用来指示农药对浮游动物的胁迫。本研究的结果显示,包含3种节肢动物的测试系统能够更准确地衡量农药对浮游动物的生态胁迫。     

固氮放线菌Frankia与放线菌根植物共生进化的研究进展

固氮放线菌Frankia是能够诱导大范围的放线菌根植物(actinorhizal plants)产生根瘤放线菌.放线菌根植物是植物受Frankia侵染后能够形成根瘤的植物[1].目前,它们之间的进化研究虽然取得了很大进展,但是仍然存在许多不清楚的东西.本文根据最近对植物和Frankia系统进化研究成果、根瘤中放线菌Frankia的多样性研究情况,综述放线菌根植物和共生Frankia进化的研究进展.     

农药米满(Tebufenozide)对淡水微型生物群落呼吸作用的影响

以淡水微型生物群落作为受试靶生物,研究了米满(Tebufenozide)对淡水微型生物群落呼吸作用的影响.用五天耗氧量抑制强度(RΔDO5)来表征农药对淡水微型生物群落呼吸作用的影响,并探讨了十二烷基苯磺酸钠、腐殖酸和硝酸盐等共存物质对米满生物效应的影响.本方法的表征参数可以推广到其它农药或化学品的环境安全评价.     

多介质环境样品中有机氯农药及其手性成分的分析方法

建立了利用自装填的硫酸硅胶层析柱和商品化固相萃取(SPE)硅胶小柱净化,结合非手性气相色谱和手性气相色谱柱对多介质环境样品中有机氯农药及其手性成分的分析方法.在优化的条件下,对土壤、浮尘、植物(松针)和动物(蚯蚓)样品中有机氯农药及其手性成分进行了分离检测,获得的数据能够为确认环境样品中有机氯农药的来源提供非常有用的信息.     

农药内分泌干扰效应研究进展

农药作为农业生产过程中的一类重要生产资料,主要用作杀虫剂、杀菌剂和除草剂等。由于农药的大量使用,目前在各类农产品及各种环境介质中都能被检测到,对饮食健康和环境安全带来潜在危害。研究发现,许多农药为内分泌干扰物,其能够干扰人类和其他生物体的内分泌系统正常功能。本文在总结国内外相关研究的基础上,对农药内分泌干扰效应的作用机理及筛选模型进行总结,对有机氯、有机磷和拟除虫菊酯等各类农药的内分泌干扰效应研究进展进行综述,并提出深入探究农药致毒作用机制和低剂量下多种农药联合毒性是本领域的重要研究方向。     

稻田体系中铁的生物地球化学过程及铁同位素分馏机制研究进展

铁是地球上丰度排第四的元素,其地球化学行为作为稻田体系循环的重要组成部分而具有重大意义。铁也是植物维持正常生命活动的必需微量元素之一,参与众多生物代谢过程。十几年来,铁同位素方法在表生地球化学的应用得到了广泛关注,铁同位素方法已被广泛地用来追踪异化铁还原、亚铁的生物和非生物氧化以及吸附、沉淀等铁的生物地球化学过程。文章综述了水稻土铁同位素分馏特征及影响因素,以及水稻中铁吸收转运的分子生理机制和铁同位素分馏特征和机制。水稻土在发育过程中缺损轻铁,且不同的发育过程导致土壤中铁形态、价态的改变而会形成特有的分馏特征。植物铁同位素分馏效应的研究表明,植物吸收铁的机制不同,产生的铁同位素分馏程度呈现出显著的差异。当植物以机理I的方式,即通过将三价铁还原为二价铁再吸收铁时,植物优先吸收轻的铁同位素,且铁同位素在植物内部的分馏程度较大[-0.13‰-(-1.64‰)]。当植物通过机理II的方式,即通过螯合三价铁,再吸收至植物体内的过程,植物优先吸收重的铁同位素,且铁同位素的分馏程度较小(-0.11‰-0.17‰)。水稻铁同位素组成不同于典型的机理II植物,水稻富集轻铁,且铁同位素在水稻植株中存在较大分馏。这可能是因为水稻在根吸收铁的过程中同时采用机理I和机理II途径,且铁在水稻内的转运过程、配体改变及价态改变等都会导致铁的同位素分馏。铁同位素方法在揭示水稻对铁元素的吸收机制方面表现出巨大应用潜力。文章还分别对如何将铁同位素方法结合土壤-水稻体系的土壤发育背景,以及通过制样方法的改进、结合质量平衡计算、动力学分馏、综合多个表征手段等方式来解释水稻铁同位素机制进行了讨论和展望。