植物中3-磷酸甘油脱氢酶基因家族的物种特异性进化分析

3-磷酸甘油脱氢酶(GPDH)是一种在磷酸甘油酯的代谢过程中起重要调节作用的关键酶,研究植物中3-磷酸甘油脱氢酶基因家族的进化历史及其多样性对进一步探索其作用机制具有重要意义.以20个已报道的GPDH基因作为查询序列,与19种代表性的植物物种的基因组分别进行BLASTP和t BLASTN比对以及隐马尔科夫模型搜索,获得基因家族新成员,构建系统发育树,并对其进行基因结构、蛋白模体、功能差异性以及适应性进化分析.预测得到了75个新的GPDH基因家族成员,系统发育分析表明,植物中的GPDH基因属于3个单系类群(命名为族群I、族群II和族群III),并且在进化过程中主要分为两个进化枝,说明GPDH基因家族源自两个GPDH祖先基因;功能差异性分析表明,氨基酸特异性位点的选择性约束作用于不同族群的GPDH基因上,并且导致了不同族群多样化之后的特异性进化,同时,在族群I/III和族群II/III中也发现了Type-II功能差异性,表明氨基酸的理化性质也发生了本质的改变;适应性进化分析以及ka/ks比值分析表明,GPDH基因家族在物种特异性复制之后的进化过程中受到了纯化选择作用.因此,GPDH基因家族在其进化过程中受到不同的选择压力而出现了不同的进化方向,形成了多样化的族群.此外,对该基因家族进行的系统的分子进化探索为植物中GPDH基因家族的进一步生物化学和遗传方面的研究以及基因组分析提供了数据基础,在GPDH基因家族分析中的结果与发现也为研究其他基因家族提供了有力的帮助.     

植物miR408家族的进化与分子特性

miR408家族在植物上已有报道,但其进化规律与分子特性研究很少.利用miRbase数据库提供的34种植物49个miR408的前体序列和64个成熟体序列,采用分类统计、进化树构建、序列比对、二级结构预测、染色体定位分析及靶基因预测等手段,进行进化规律与分子特性分析.结果显示:miR408家族成员分布在34个植物物种中,分布较为广泛,并且苔藓类植物可能是植物miR408家族进化的祖先;物种特异性是影响miR408前体进化特性的重要因素,而序列保守性是影响成熟体进化特性的主要因素;由5p臂上形成的miR408成熟体的序列特异性较大,由3p臂上形成的miR408成熟体的序列保守较高;Mfold预测表明植物miR408家族具有典型的茎环二级结构,茎序列的保守性高于环序列,3p臂上茎序列的保守性高于5p臂上茎序列;靶基因预测表明miR408广泛参与植物生长发育和逆境胁迫的应答.综上表明植物miR408家族成员在进化过程中保守性与特异性并存,这对进一步研究植物miR408的生物学功能具有参考价值.     

非损伤微测技术在植物生理生态学研究中的应用进展

非损伤微测技术(NMT)作为一项原位动态检测进出活体植株各种分子/离子流动速率和三维运动方向的微电极技术,以完全无损伤方式获取生物样品的实时生理生态信息,对于研究植物体生命活动规律以及植物与环境间的互作关系具有重要的生物学意义.本文综述了NMT在植物生理生态学领域内研究中的应用进展,主要集中于植物蛋白质功能、光合/呼吸作用、营养代谢调节机制、抗逆生理,以及植物生长发育过程、与微生物互作、生态适应性等方面.在研究植物抗逆生理方面,NMT可直观解析植物体内特定离子流的平衡转运过程,促进了植物的抗性性状信号的表达,有助于科学选育抗性优良植物品系;在植物生长发育阶段,离子流的检测能够在微观尺度上研究植物吸收营养的动态过程以及植物正常生长的稳态的内在调节模式;植物的生态适应性主要体现在NMT为剖析不同个体植物的生态耐受机理提供了生物技术支撑,进而可利用超富集植物进行土壤修复与改良.目前NMT自身仍存在局限性,尚未能全方位系统性解析植物的演化进程,在植物体结构与功能方面的应用研究亟待完善.因此积极密切生物学、生态学、环境科学等学科间的综合联动,逐步完善构建动态连续性的NMT分析植物形态结构与生理功能相关信息的技术体系,加强NMT与其他分析技术的结合应用将成为今后的应用研究重点.     

五氯酚暴露诱导斑马鱼胚胎细胞凋亡相关基因的变化及caspase-2基因克隆和系统进化分析

应用基因芯片技术研究发现,暴露于五氯酚的斑马鱼胚胎中有14个涉及细胞凋亡行为的基因表达发生了显著改变.利用生物信息学方法构建这些功能基因系统进化树,分析与环境毒物诱导的细胞凋亡行为密切相关的caspase-2基因和其他基因之间的同源关系.斑马鱼caspase-2基因由10个外显子和9个内含子组成,cDNA长1308bp,含一个开放阅读框(ORF),编码435个氨基酸.6种脊椎动物Caspase-2氨基酸序列的保守性及系统进化分析结果表明,在特定功能区结构域中氨基酸序列表现出较高的同源性,Caspase-2在进化上高度保守.利用RT-PCR技术,斑马鱼caspase-2基因cDNA被克隆并确认.研究结果表明斑马鱼caspase-2基因是一个研究细胞凋亡行为的模型分子,可为环境化合物的分子毒性评价及其机制研究提供一种分子标记。     

藜属植物叶绿体基因组结构与系统进化

高等植物的叶绿体基因组主要遗传自母本,具有基因组小、结构简单、序列高度保守等特点.利用系统的生物信息学方法,对4种藜属植物的叶绿体基因组进行编码基因组成、基因组结构、重复序列、变异位点在内的比较基因组学研究,以及基于叶绿体基因组序列的藜亚科植物的系统进化研究.结果表明,4种藜属植物叶绿体基因组平均大小为151936bp,平均GC含量为37.16%,具体基因的拷贝数和总的基因数目差异很小,非常保守.除灰绿藜以外,其余3种藜属植物叶绿体基因组的LSC、SSC和IR区域的边界几乎完全一致,没有表现出明显的扩张与收缩.基因组的重复序列中,相较于SSR,长重复序列片段的比例更高.相比较IR区域,4种藜属植物的LSC和SSC区域之间存在更大的核苷酸位点差异;52-59 kb的基因组区域为4种藜属植物间核苷酸位点变异最大的区段.基于全基因组和LSC+SSC序列,分别构建了包括4种藜属植物在内的藜亚科植物的系统进化树,进化关系完全一致.本研究结果揭示了藜属植物叶绿体基因组的进化特征,可为藜属植物系统进化研究提供优良的候选分子标记.（图4表4参28）     

根系分泌作用及其诱导机制

根系分泌作用及其实现植物对胁迫环境的适应,是近年来根际学领域的一个研究热点.文章评述了环境胁迫对植物根分泌物组成、含量的影响以及植物根系分泌的四种诱导假设;并对环境胁迫条件下的信号传递及根系分泌作用的生理及分子生物学基础进行了讨论.在此基础上,认为特定根分泌物的分泌是植物在进化过程中适应环境胁迫的实质.     

浙江维管植物生长型与生活型性状的地理分布格局及其驱动机制

植物形态性状沿环境梯度的格局变化可反映物种与环境关系的空间分布格局,对研究植物群落构建和植被地理格局形成与维持机制具有重要意义.基于首版《浙江植物志》的3 439种维管植物生长型和生活型性状和分布数据,统计和分析两种性状的地理分布格局及其环境驱动机制.结果表明：（1）浙江省维管植物的生长型性状中,木本植物占37.2%,草本植物占62.8%;在生活型性状中,木本植物的落叶（56.7%）多于常绿（43.3%）,草本植物的多年生（76.4%）大于一年生（21.8%）.(2)生长型和生活型性状呈现从西到东、由西南向东北递减的地理分布格局.高值位于浙南仙霞岭山脉、洞宫山脉和浙西北天目山脉,低值位于浙东北杭嘉湖平原和舟山群岛.（3）相关性分析表明,木本和草本生长型大都与湿润指数、年均降水和海拔高度呈显著正相关,与最暖月均温呈显著负相关;木本生活型大都与湿润指数、年均降水和海拔高度呈显著正相关,与最暖月均温呈显著负相关,草本生活型只与极端低温和年均温呈较显著负相关.逐步回归分析表明,水分因子中的湿润指数和年均降水分别为浙江植物生长型和木本生活型的主导环境因子,热量因子中的极端最低温为草本生活型的主导...     

青藏高原冰川雪冰微生物研究进展

微生物作为青藏高原冰川研究的一个参数,不仅能提供丰富的物种和嗜冷基因资源作用于冰川的能量和化学物质平衡,而且还与气候和环境相关联.近年来,青藏高原冰川雪藻的研究主要在南部的Yala冰川开展,细菌的研究集中在北部冰川.这些研究主要针对冰川雪冰微生物与环境的关系.未来除在研究方法上加以改进外,还应该在微生物多样性、生态意义、嗜冷机制及其与气候和环境的关系等方面进一步深入研究.参36     

高光和低光下木本植物形态和生理可塑性响应

光资源的时空异质性普遍存在.为了提高光利用效率或有效避免强光的伤害,植物通常采取多种调节措施.植物适应林下异质、多变的环境过程中,表型的可塑性是非常关键的.植物表型可塑性与其环境异质性密不可分.植物通过生长变化、生物量分配、光合器官结构调整、叶氮分配、抗氧化防御系统、热耗散机制,以及长期的表型可塑性来增大截取光资源的潜力和实际光资源利用效率,同时也为自身提供了一种有效的保护机制.大量实验证明,阳生植物比阴生植物表现出较大的表型可塑性,且其可塑性方式存在差异.本文主要阐述了植物对高光和低光条件的形态和生理可塑性适应,为了解植物在极端光照条件下生存与繁殖提供参考.大量的人工模拟与自然光照实验有待进行来阐明植物对自然光照条件的适应,为植被恢复和重建提供参考和依据.参96     

海拔梯度上的植物生长与生理生态特性

环境是植物生存和发展的条件,在各种不同的生境中聚生着特定的植物种类.全球气候变化迅速而显著地改变着高海拔地区的生态环境,这必将导致山地植物生理生态适应性、分布界限等发生变化,这些变化反过来又会对气候变化造成深远影响.因此,研究山地植物的生理生态特性,揭示其对全球气候变化的响应和适应性,具有重要的现实与科学意义.海拔梯度由于包含了温度、湿度、光照等诸多环境因子的剧烈变化而成为了研究植物对全球气候变化响应的理想区域.随着海拔升高,气温下降、大气压及CO2分压降低、光强增加等,植物的生态和生理特征将产生巨大的变化,可能影响到植物种类在海拔梯度上的分布、植物群落的结构组成.一些亟待回答的问题包括:全球气候变化将如何影响高山植物的生长环境?环境变化如何影响植物生理生态适应性?植物群落的分布、结构和组成将发生哪些变化?这些变化又将怎么样影响气候进一步变化?众多的研究报导了树木的生理生态特征、生长速率和生产力等对海拔的响应.本文在总结前人研究的基础上,系统地综述了海拔梯度上温度、水分、光照、土壤等环境因子的差异对高山植物的生长及生理生态特性的影响,以及植被分布的变化,旨在阐明植物对全球气候变化的行为与生理生态响应,以期为该领域的深入研究提供参考.     

西宁市环境空气PM10中多环芳烃特征分析

2009年—2010年采暖季、风沙季和非采暖季在西宁市选择了7个环境监测点位采集了大气PM10样品,利用气相色谱-质谱联用技术测定了其中12种多环芳烃的浓度分布特征。结果显示：西宁市采暖期、风沙季和非采暖期三季PM10载带B[a]P的全市平均浓度分别为2.51ng/m3、1.19 ng/m3、1.55ng/m3;PM10载带的B[a]P的浓度与GB3095-1996中规定日平均浓度限值（10ng/m3）相比较,均不超标。     

都江堰灵岩山3种人工林优势物种叶片的有机组分特征

叶片的有机组分特征不仅是植物光合产物分配策略和养分回收的重要参数,而且是衡量凋落叶分解难易程度的重要指标.为探究不同植物群落叶片间有机组分的差异,以华西雨屏区人工林的优势乔、灌、草植物作为对象,收集其成熟叶及凋落叶,研究其水溶性组分(water soluble component,WSC)、有机溶性组分(organic...     

三种杂草不同时期镉质量分数研究

通过在沈阳张士镉污染区按每月8日、23日左右(中国北方24节气日)采集生物量较大的芦苇Phragmites australis、稗草Echinochtoa crusgalli和藜Chenopodium进行Cd质量分数和Cd质量分数最大的时期研究。结果表明:芦苇根Cd质量分数在6月8日(芒种)达到最大值(80.63 mg.kg-1),茎叶Cd质量分数在9月8日(白露)达到最大值(39.40 mg.kg-1);藜根9月8日(白露)Cd质量分数为22.65 mg.kg-1,茎叶10月24日(霜降)Cd质量分数为12.23 mg.kg-1,都是生长时期的最大值;稗草根Cd质量分数10月8日(寒露)达到最大值(182.59 mg.kg-1),茎叶Cd质量分数在9月23日(秋分)达到最大值(37.67 mg.kg-1)。芦苇、藜和稗草根及茎叶中的Cd质量分数一般均在秋季达最大值,而且这个时期杂草的生物量也比较大,因此秋季是最佳的杂草收割季节。另外,稗草比芦苇、藜能更有效地带出土壤中的Cd。     

微生物砷代谢机制的研究进展（Progress in Study of Mechanisms of Microbial Arsenic Transformation in Environment）

环境砷污染是一个全球性问题.研究砷的生物地球化学循环可以明确环境中砷的来源及其转化特征,为探索砷污染治理的方法提供参考.越来越多的研究表明,自然界中的微生物在砷的迁移转化过程中发挥了重要作用.根据微生物对砷的代谢机制不同将其分为:砷氧化微生物、砷还原微生物和砷甲基化微生物.砷氧化微生物可以将环境中的As(Ⅲ)氧化为毒性较弱并且容易被铁铝矿物吸附固定的As(Ⅴ),因此对降低环境中的砷毒性具有重要作用;微生物对砷的甲基化作用的产物通常为毒性较低的有机砷,因此也被认为是理想的修复环境砷污染的生物手段之一;然而在还原环境中,砷还原微生物却可以将游离态和结合态的As(Ⅴ)还原为毒性更强的As(Ⅲ),从而加重环境中的砷污染状况.由此可见,明确微生物的砷代谢机制及其对砷污染环境中砷迁移转化的影响,是实现生物修复砷污染环境的必要前提.论文总结了近年来国内外微生物砷代谢机制的研究进展,以期为深入研究微生物代谢砷的机理及其在砷污染治理中的应用提供参考.     

土壤对甲烷氧化作用的研究进展

综述了８０年代以来土壤对ＣＨ４氧化作用的研究进展，包括土壤氧化甲烷的概况、机理，以及氧的供应、Ｎ的供应、土壤水分状况、土壤温度、土壤ｐＨ、土壤质地等因素对土壤氧化ＣＨ４的影响。     

Use of tritiated substrates in the study of heterotrophy in seawater

An improved method is described for the study of heterotrophic utilization of dissolved organic substances by marine microorganisms. The method is based on the use of ³H-labelled organic substrates of very high specific activity, rather than the conventionally used ¹⁴C-labelled substrates. Direct measurement of the rate of tracer uptake at near ambient concentration can thus be made instead of extrapolation using the Michaelis-Menten equation. The method also permits comparison between the rates of tracer uptake in sub-samples exposed to different physico-chemical conditions (temperature, light, pollutants, etc.) without the necessity of determining the ambient substrate concentration. The method was applied to the determination of D-glucose uptake by nearshore and pelagic natural microbial populations, and was found to be sensitive and convenient.     

重庆喀斯特山地土壤种子分布特征

土壤种子库对岩溶山地退化植被恢复具有重要意义。采用萌发法,比较了重庆典型岩溶山地处于不同生态演替序列的自然林地、次生林地、灌草坡、坡耕地、人工林、弃耕撂荒地等土地利用系统的土壤种子库分布特点。喀斯特山地各植被类型的土壤中贮藏着丰富的种子,每个40cm×25cm×15cm土柱内储藏有227.4~454.8粒种子,土壤种子集中分布在土壤表层(0~5cm),乔灌种子主要分布于0~5cm土壤层。土地利用强度越大,木本植物种子越少,草本植物种子越多,且以农田杂草为主,土地利用方式的变化(如陡坡开垦)是对次生植被及其种子库的主要威胁;坡度、溶沟、溶隙等土壤分布环境和土壤水分等也对喀斯特山地的种子密度产生影响,这就使得种子密度在不同地点及植被类型间相差很大,生境异质性是种子库分布模式的决定因子。     

代谢组学方法在生态毒理学中的应用进展

代谢组学方法越来越多地用于研究有机体与生态环境的相互作用。近年来,该方法已被应用于化学物风险评价和野生动物的疾病诊断,成为环境科学,特别是生态毒理学中充满活力的研究方向之一。本文介绍了应用于代谢组学研究的核磁共振波谱和质谱2种检测技术,着重讨论了生态毒理学研究中代谢组学方法在生物标志物的发掘和毒性评价,以及有机体对环境影响因子的代谢响应、野生水生动物疾病的诊断和监测等方面的应用。这些代谢组学在生态毒理学领域的应用将促进对有机体与环境相互作用的认识。     

应用Tail-PCR扩增蓝猪耳T-DNA侧翼序列

蓝猪耳是一种重要的具有观赏和科研价值的花卉植物.采用TAIL-PCR成功扩增了转基因蓝猪耳T-DNA插入位点的侧翼序列,扩增片断长度为200～2 000 bp,大多数片段在400 bp和800 bp左右,其中36%的序列含有植物的同源序列.通过与GenBank数据库比对,确定了部分T-DNA插入位点周边序列编码的可能蛋白,并提交序列7条;另外还对T-DNA转化植物时整合的位点进行了分析,发现断裂位点集中在距右边界15～18 bD和右边界外234 bp处,分别占总扩增片段的47.62%和38.10%.这为利用T-DNA标签进行蓝猪耳基因克隆和功能分析提供了实验技术上的保证.图2表2参24     

湘南红壤丘陵区稻田土壤氮素供应特征的研究

采用淹水嫌气培养法测定了２０、２５和３０℃下红壤稻田氮的释放规律,结果表明,土壤氮矿化量随温度升高而增加,Ｑ１０平均为３．１;土壤供氮量是有效累积积温的函数．可用方程Ｎ＝ｋ[(Ｔ－Ｔ０)ｔ]ｎ来很好的描述(式中Ｎ为土壤氮矿化量,ｋｇ/ｈｍ２;Ｔ０为有效温度＝１５℃,Ｔ为土壤温度;ｔ为时间ｄ;ｎ、ｋ为拟合常数)。根据测定的周年水田耕层土壤温度,将这一方程用于估测田间条件下土壤氮供应量,在湘南早稻生长期间(４月２０日－７月２０日)为１２０ｋｇ/ｈｍ２,在晚稻生长期间(７月２０日－１０月３０日)为１４０ｋｇ/ｈｍ２。