增强的UV-B辐射对黄瓜（Cucumis sativus）不同叶位叶片生长、光合作用和呼吸作用的影响

在植物生长室中 ,黄瓜植株第 1片真叶出现后 ,用人工UV B光源照射 6 0d ,测定植物各叶位叶片的生长和生理活动 .结果表明 ,UV B辐射条件下 ,植物出叶时间被延迟 ;叶面积和叶干重下降 ,降幅与叶位高低正相关 ;叶片含水量降低 ,老龄叶片 (第 1叶 ,下位叶 )和幼龄叶片 (第 5叶 ,上位叶 )的水分降幅均高于成年叶片 (第 3叶 ,中位叶 ) ;叶片的伸展速度、叶片数目以及单叶面积减少 ,致使黄瓜总叶面积下降 ;植株节间长度缩短 ,是植株矮化的重要原因 ;根、茎、叶等器官之间的相关生长变化不大.叶片生长在其中起重要的协调作用. UV-B 降低Pn和EAQE ,对光合作用的抑制程度随叶位升高而增加. UV-B 辐射后,黄瓜叶片的光呼吸显著提高,增幅与叶片发育阶段有关. UV-B 对黄瓜第1叶的暗呼吸没有影响,第2 、3 叶略微下降,第4 叶显著升高. 分析认为,植株矮化和叶面积减少有利于植物适应UV-B辐射;水分含量和光合作用减少、呼吸作用增强是黄瓜生长受抑制的生理基础。

蕨类植物铁芒萁（Dicranopteris dichotoma）体内稀土元素的分布及其光合特性的研究

为了阐明蕨类植物铁芒萁(Dicranopteris dichotoma Bernh.)体内稀土元素的分布及其光合特性，采用电感耦合等离子质谱分析了中国江西省龙南县轻、重稀土矿区和非矿区铁芒萁植物体内的稀土元素含量，并采用透射电子显微镜对其叶片细胞内的稀土元素进行精确定位。还比较系统的研究了自然条件下的铁芒萁与高浓度稀土元素处理条件下的非稀土元素富集植物黄瓜(Cucumis sativus Linn)的光合特性。结果表明： 1、0.5 mmol•L-1 LaCl3处理黄瓜后，可以诱导激发能向PS II分配。1和2 mmol•L-1 LaCl3处理黄瓜后，对黄瓜幼苗抑制作用表现在对其生长率，光合放氧活性和叶绿体完整率的抑制。这是由于LaCl3对黄瓜细胞结构和叶绿体膜结构的破坏所致。其表现为对类囊体膜结构的破坏，而导致PS II光合活性下降，并最终抑制黄瓜生长。 2、铁芒萁可以富集稀土元素，轻、重稀土矿区铁芒萁植物稀土元素的分布规律为叶片>根>土壤>茎>叶柄，非矿区铁芒萁植物稀土元素的分布规律为叶片>根>茎>叶柄。稀土元素在铁芒萁体内的运输和迁移过程中，发生了明显的分异作用，茎、叶柄、叶片中的重稀土相对贫乏，叶片中可以富集高浓度的轻稀土元素。 3、稀土元素可以进入完整的铁芒萁表皮细胞和叶肉细胞中，但多以沉淀的形式聚集在一起。非矿区铁芒萁叶绿体中的稀土元素含量约占其叶片中含量的5％。轻稀土矿区铁芒萁叶绿体中的稀土元素含量约占其叶片中含量的10％。部分稀土元素定位于富含PS II的基粒片层上。 4、铁芒萁富集稀土元素受环境和遗传特性的双重影响，但主要由其自身的生理、生化特性决定。其富集稀土元素的机制是隔离稀土元素在细胞壁、液泡中和分泌结合物质使稀土元素成为沉淀沉积下来，从而避免对光合活性的破坏。 5、与非矿区铁芒萁相比，轻稀土矿区植物叶绿体膜的全链电子传递速率增加了34.9％，PS II的电子传递活性增高了252.9％，PS I的电子传递活性增加了16.8％。轻稀土矿区铁芒萁全链电子传递活性的增加主要来自PS II电子传递活性的大幅提高，这可能与其调节激发能更多向PS II分配，提高PS II反应中心色素蛋白复合体（67.0％）和捕光色素蛋白复合体的含量相关。 6、与非矿区铁芒萁相比，重稀土矿区植物叶绿体膜的全链电子传递速率增加了46.3％，PS II的电子传递活性增高了23.8％，PS I的电子传递活性增加了60.4％。重稀土矿区铁芒萁电子传递活性的提高主要来自PS I电子传递活性的大量增加，这可能与其PS I反应中心蛋白复合体含量的提高（60.0％）有关。 铁芒萁富集并吸收稀土元素主要是由自身的理化特性决定的。它能够将稀土元素以沉淀的形式固定在细胞内部，并通过改变生理代谢来避免高浓度稀土元素对其光合作用的影响。可以在治理稀土元素污染的环保工程中用作植物修复材料。

水肥处理对黄瓜土壤养分、酶及微生物多样性的影响

以津优1号黄瓜为试材,设3个土壤相对含水量水平(50%～60%、70%～80%、90%～100%)和2个肥料追施量(600kgN·hm-2和420kgP2O5·hm-2,420kgN.hm-2和294kgP2O5·hm-2)处理,研究了不同水肥供应对日光温室黄瓜土壤养分、酶活性及微生物多样性的影响.结果表明:土壤中NH4+-N含量随施肥量的增加而提高,随土壤相对含水量的增加而降低;水肥供给的增加有利于提高土壤中速效磷含量和蔗糖酶活性;肥料增加使土壤中蛋白酶活性降低,而水分降低使土壤中脲酶活性提高.土壤中微生物多样性与土壤中养分含量无显著相关性,与土壤脲酶活性呈显著正相关,与蔗糖酶活性呈显著负相关.土壤相对含水量70%～80%、氮肥追施量600kgN·hm-2和420kgP2O5.hm-2处理的土壤养分含量、蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性较高,且土壤中微生物多样性和均匀度显著高于其他处理,土壤生产潜力最优.

荞麦(Fagopyrum tataricum Gaertn.和F. esculentum Moench.)对紫外线B辐射的响应研究

近二十多年来，基于对臭氧层衰减、紫外线B（UV-B）增强的担心，研究者希望了解到紫外线辐射对不同作物的影响情况，增强UV-B辐射条件下是否对作物的生长发育、产量质量构成威胁。在本试验中，我们首先探讨了双子叶作物黄瓜（Cucumis sativus）和大豆（Glycine max）对不同紫外波段的生物效应[分别为B-UVA（315-400 nm），N-UVA（315-340 nm），B-UVB（275-400 nm）和N-UVB（290-340 nm），UV-（>400nm）作对照]。我们观察到所有的UV波段处理都使黄瓜和大豆的生长受到抑制，并且细胞受到不同程度的氧化伤害；UV波段处理的作用效果与不同波段的紫外有效生物辐射剂量有关。处理差异在UV-B波段内部和UV-A波段内部同样存在。植物生长UV辐射公式（BSWF）能很好的预测本试验UV-B波段内的平均植物效应，但不能预测UV-A波段的植物效应。短波UV-A的生物作用强于长波UV-A。光合色素的变化与UV波谱差异和种间差异有关。在高的紫外/可见光背景下，UV-A处理同UV-B同样导致光合色素的降低，但黄瓜类胡萝卜素/叶绿素比例升高。与其他研究者的试验结果比较后，我们认为紫外线B辐射的生物效应一致性很高，但紫外线A波段的生物学效应存在较大争议。因此我们在本试验的基础上仅进行荞麦[苦荞(Fagopyrum tataricum Gaertn.)和甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)]对紫外线B波段的响应研究。 我们对苦荞品种-圆籽荞进行了连续两个生长季节的大田半控制试验以观察UV-B辐射对苦荞生长、发育、产量及叶片色素的影响；试验小区进行降低UV-B、近充足UV-B和增强UV-B辐射处理。我们的试验表明在不同强度UV-B辐射下苦荞的生长、地上部生物量积累及最终产量都有所下降，但苦荞的发育加快；当前条件下的日光紫外线B辐射对植物生长和产量也造成负面影响。植物光合色素被日光及增强UV-B辐射降低；UV化合物及卢丁含量在中低剂量的UV-B辐射强度下显著升高，但在高剂量的增强UV-B辐射下短期升高后迅速下降。我们的试验表明苦荞是一个对UV-B高度敏感的作物。苦荞对UV-B的敏感性与UV-B剂量、外界环境因素及生长季节有关。 单个苦荞品种的试验结果使我们认识到外界UV-B辐射已经对苦荞生长发育构成逆境条件，未来全球气候变化条件下增强紫外线B辐射可能使其处于更不利的生长环境中。因此我们有进行了多个种群进行UV-B响应观察并筛选耐性种群。我们对15个苦荞种群进行增强UV-B辐射处理（6.30 kJ m2 UV-BBE，模拟当地25%的臭氧衰减），我们观察苦荞UV-B辐射效应存在显著的种内差异，UV-B辐射对多数种群具有抑制作用，但对一些种群还有刺激作用。我们采用主成分分析方法与作物UV-B响应指数（RI）来评价苦荞作物UV-B辐射耐性。我们发现作物的UV-B耐性不仅与其原产地背景UV-B强度有关，而且与作物相对生长效率、次生代谢产物含量（如卢丁）及其他因素有关。我们观察到苦荞伸展叶总叶绿素变化与UV-B耐性成正相关；室内苦荞幼苗的UV-B辐射致死试验表明：苦荞种群死亡率与其UV-B耐性成负相关。 此外，我们对甜荞的UV-B辐射响应也进行了初步研究。选取美姑甜荞、巧家甜荞和云龙甜荞进行5个梯度的增强UV-B辐射室外模拟试验。我们观察到UV-B辐射显著降低了甜荞的生长、生物量及产量；并严重影响了甜荞的生殖生长，降低了花序数、种子数和结实率；并且UV-B辐射对甜荞的抑制作用存在显著的剂量效应。三种甜荞品种存在显著的种内差异，其中美姑品种UV-B耐性最强，且膜脂受UV-B辐射氧化伤害最小，这与该品种UV-B辐射下较高的GR酶活性、APX酶活性和PPO酶活性、以及含量更高的抗坏血酸有关。甜荞的次生代谢也受到增强UV-B辐射的影响，其香豆酰类化合物在UV-B辐射下升高显著，而槲皮素含量也在高剂量UV-B辐射下有所增加；卢丁含量依赖UV-B辐射剂量而变化，中低剂量UV-B辐射下其卢丁含量逐渐升高，但在高剂量辐射下逐渐下降。 通过对生长在高海拔地区的荞麦作物(苦荞和甜荞)进行的室外研究，我们认识到作物不同品种存在很大的耐性差异，这就为UV-B耐性育种创造了有利条件。进一步加大荞麦种质资源筛选力度并深入认识荞麦抗性机理，在此基础上通过杂交或其他基因融合手段培育抗性品种，对高剂量UV-B辐射地区的荞麦产量的提高将起到重要推动作用，并使荞麦生产能有效应对未来全球气候变化条件下UV-B辐射可能升高的威胁。 During last few decades, due to concern of ozone layer depletion and enhancement of ultraviolet B radiation（UV-B, 280-315 nm), the agronomist want to know the responses of different crop species to UV-B. In the first experiment of our study, the effect of different UV band [B-UVA（315-400 nm), N-UVA（315-340 nm), B-UVB（275-400 nm), N-UVB（290-340 nm）and UV-（>400nm, as control)] on the cucumber（Cucumis sativus）and soybean（Glycine max）were investigated in growth room. Spectra-dependent differences in growth and oxidation indices existed within UV-A bands as well as UV-B bands. The general biological effects of different band were UV- ＜ B-UVA＜ N-UVA＜N-UVB＜B-UVB. The plant growth biologically spectra weighting function（BSWF）matched well with average plant response in UV-B region, but not in UV-A region. Shorter UV-A wavelength imposed more negative impact than longer UV-A wavelength did in both species. The effect on photosynthetic pigment was related to different UV bands and different species. The photosynthetic pigment content was decreased by UV-A spectra as well as UV-B spectra. In comparison with the results of previous studies, we found that the wavelength-dependent biological effect of ultraviolet B radiation has high consistency, but the biological effect of ultraviolet-A radiation was inconsistent. We narrow our following study on the effect of ultraviolet B radiation on the buckwheat（tartary buckwheat and common buckwheat). The tartary buckwheat（Fagopyrum tataricum Gaertn.）cultivars Yuanziqiao was grown in the sheltered field plots for two consecutive seasons under reduced, near-ambient and two supplemental levels of UV-B radiation. The crop growth, photosynthetic pigments, total biomass, final seed yield and thousand-grain weight were decreased by near-ambient and enhanced UV-B radiation, while crop development was promoted by enhanced UV-B radiation. Leaf rutin concentration and UV-B absorbing compound was generally increased by UV-B with the exception of 8.50 kJ m-2 day-1 supplemental levels. Our results showed that tartary buckwheat is a potentially UV-B sensitive species. Study on one cultivars showed that ambient solar radiation had present a stress to tartary buckwheat. This makes it necessary to observe the UV-B response of many cultivars and screen tolerant cultivars. Fifteen populations of tartary buckwheat were experienced enhanced UV-B radiation simulating 25% depletion of the stratospheric ozone layer in Kunming region, and plant responses in growth, morphology and productivity were observed. Principal components analysis（PCA）was used to evaluate overall sensitivity of plant response to UV-B as well as response index. The different populations exhibited significant differences in responses to UV-B. The photosynthetic pigments of young seedlings were also affected significantly under field condition. On the other hand, the healthy seedlings of different populations were exposed to the high level of UV-B radiation in growth chambers to determine the plant lethality rate. The plant tolerance evaluated by multivariate analysis was positively related to total plant chlorophyll change, but negatively related to lethality rate. In other hand, the UV-B responses of the other important cultivated buckwheat species, common buckwheat（Fagopyrum esculentum Moench.), were also studied preliminarily. Three widespread cultivated variety（Meigu, Qiaojia and Yunlong cultivars）were provided with five level of enhanced UV-B radiation outdoors. We observed that the crop growth, development and production were significantly decreased, and reproductive production, like anthotaxy number, seed number and seed setting ratio, was also decreased. Dose-dependent inhibition effect caused by enhanced UV-B radiation also existed in common buckwheat. Significant intraspecific difference existed in those three cultivars. The Meigu cultivars with dwarfed growth and lower production have highest UV-B tolerance as well as lowest damage in cell membrane, this could be associated with profound enhancements of glutathione reductase（GR）activity, ascorbate peroxidase activity and polyphenol oxidase activity as well as higher ascorbic acid concentration. The secondary metabolism was also affected by UV-B radiation, with profound elevation of coumarin compound and moderate increase of quercetin concentration. Rutin concentration was peaked in 5kJ m-2 UV-B. The contrasting effect of UV-B radiation on different populations indicated that there existed abundant genetic resources for selecting tolerant populations of common and tartary buckwheat. Much effort needed be pose on screening of buckwheat germplasm and clarification of mechanism of buckwheat tolerance to UV-B. On this base the tolerant cultivars could be bred by hybridization and other gene transfusion method, this would help increase buckwheat yield in high ambient UV-B region and counteract the effect of possible enhanced UV-B radiation in future.

Effects of La3+ on the active oxygen-scavenging enzyme activities in cucumber seedling leaves

The effects of La3+ on the antioxidant enzyme activities and the relative indices of cellular damage in cucumber seedling leaves were studied. When cucumber seedlings were treated with low concentrations of LaCl3 (0.002 and 0.02 mM), peroxidase (PO) activity increased, and catalase (CAT) activity was similar to that of control leaves at 0.002 mM La3+ and increased at 0.02 mM La3+, whereas superoxide dismutase (SOD) activity did not change significantly. The increase in the contents of chlorophyll (including chlorophylls a and b), carotenoids in parallel with the decrease in the level of malondialdehyde (MDA) suggested that low concentration of La3+ promoted plant growth. However, except the increase in SOD activity at 2 mM La3+, CAT and PO activities and the contents of pigments decreased at high concentrations of La3+ (0.2 and 2 mM), leading to the increase of MDA content and the inhibition of plant growth. It is suggested that lanthanum ion is involved in the regulation of active oxygen-scavenging enzyme activities during plant growth.

Uptake and distribution of trace elements in growing cucumber

Multitracer technique was used to study the uptake and distribution of some relatively long half-life radionuclides Be, Na, Mn, Co, Sc to growing cucumber (Cucumis Sativus L.) with two different treatments. In Hoagland solution, only Mn-54 and Co-60 accumulated in the every part of plants. Mn-54, Co-60 and other radionuclides were absorbed in distilled water. The results indicate that there were major differences in the accumulation of trace elements between the two different treatments.

青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究-金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析

第一部分：青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究 青蒿素是从中药青蒿中分离出的倍半萜内酯化合物，目前是世界上唯一有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物。青蒿植株中青蒿素含量在开花期最高，但是目前尚不清楚开花与青蒿素生物合成的关系。为此，我们用光周期（短日照）诱导青蒿提前开花，不仅同时获得了开花与不开花的青蒿植株，而且还成功地在同一植株上诱导部分分枝开花，另一部分分枝保持营养生长状态。这一实验体系为研究青蒿开花与青蒿素生物合成的相关性奠定了基础。实验结果表明，开花与不开花青蒿植株青蒿素含量有明显差异。开花植株的青蒿素含量在前2周内逐渐提高，第三周（开花期）达到最高，并保持一周左右，在随后的2周内下降。青蒿植株开花后，叶片便开始老化变黄，逐渐死亡。未开花青蒿植株的青蒿素含量动态在前三周内与开花植株类似，但是这种高青蒿素含量状态能保持较长时间，至少在随后的2周内没有下降。未开花植株的叶片依然保持绿色。这一结果表明，开花不是导致青蒿素含量提高的直接原因。 扫描电镜观察结果表明，幼嫩叶片上的毛状腺体( trichrome)结构是完整的，而在老化的叶片上，则观察到了相当比例(40-50%)破损的腺体。这可能是导致青蒿素含量下降的直接原因。 不同生态型青蒿对光周期的反应是不同的。在北京地区，本地青蒿在8月初便开始开花，而来自四川武陵的青蒿则要到9月份才能开花。根据这一特性，采用“南蒿北栽”的方法，能够使青蒿保持较长时间的营养生长状态，延长适于采收的时间。 第二部分：金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析 植物次生代谢物山屯酮( Xanthones)仅存在于龙胆科和藤黄科植物中。它们具有抑制单胺氧化酶，细胞毒素及抗肿瘤活性。 含有1 3个碳原子的二苯甲酮是山屯酮生物合成的中间产物，是由二苯甲酮合酶催化合成的，这一反应是山屯酮生物合成的关键步骤。二苯甲酮合酶已经在金丝桃和百金花细胞悬浮培养系统中检测到，并进行了细致的生化水平上的研究。本研究是在上述研究的基础上，进一步克隆该酶的基因，并进行异源表达及功能分析工作，以便更好地了解和调控山屯酮的生物合成。 用PCR和RT-PCR技术，从金丝桃cDNA文库和逆转录产物中分别克隆到一个基因HBPS1和HBPS2，从百金花cDNA文库中克隆到一个基因CBPS1。HBPS1含有1402个碱基，其开放阅读框架编码390个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为6.55。HBPS2含有1398个碱基，其开放阅读框架编码395个氨基酸，分子量为42.8 kDa，等电点为5.78。CBPS1含有1383个碱基，其开放阅读框架编码389个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为7.88。与GenBank中序列同源性比较结果表明：在氨基酸水平上，HBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性高达92%，HBPS2与萝卜（Raphanus sativus）查尔酮合酶的同源性为64%，CBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性为71%。HBPS1与HBPS2的同源性仅为62%。 将三个新克隆的基因的ORF整合到载体pGEX-G上的谷胱甘肽还原酶S基因下游，构建成转化质粒，并在大肠杆菌中诱导表达。结果表明，这三个基因的ORF片段均能被表达成约68 kDa的产物，这与期望的结果一致。 活性检测结果表明，HBPS1是查尔酮合成酶，其底物为香豆酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：香豆酰辅酶A 2.8μM，丙二酸单酰辅酶A，11.2μM。最适反应条件是350C，pH7.0，DTT浓度10 μM。 HBPS2是二苯甲酮合酶，其底物是苯甲丙氨酰辅酶A，和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：苯甲丙氨酰辅酶A 2.4 μM，丙二酸单酰辅酶A 9.6μM。最适反应条件是350C，pH 6.5，DTT浓度50 μM。而CBPS1则没有检测到任何活性。从同一种植物中同时获得了查尔酮合酶和二苯甲酮合酶，对研究这两种十分相近的酶的差异表达，酶促反应机制等问题将非常有利。

番红花花瓣分步处理与花柱-柱头状物的高频分化

番红花（Crocus sativus），又称藏红花、西红红、藏药中称为苟日苟木。

藏红花瓣状体的诱导与花柱-柱头状物的定向分化

藏红花(Crocus sativus L.)又名番红花、西红花；藏药中称为苟日苟木。它是鸢尾科草本植物，原产于欧洲、地中海地区。我国长期以来把它作为珍贵的中藏药。其药用部位是柱头，有效成分主要是藏红花素、藏红花酸、藏红花醛和藏红花苦素。丁葆祖等于1979年首次从藏红共的球茎获得完整的植株。Sano等人1987年在离体条件下，诱导花柱-柱头状物再生获得成功，此后国内外不断有相关报道。但试验大多集中在由外植体直接或由愈伤组织间接诱导柱头状物，且花柱-柱头状物的频率低和数量少。我们试图先由藏红花花瓣诱导瓣状体，再定向分化花柱-柱头状物，来提高花柱-柱头状物的诱导频率和数量。从而为以后的大规模生产奠定基础。