甘薯体细胞胚胎发生和原生质体培养及转化的研究

甘薯[Ipomoea batatm L.]胚性愈伤组织的诱导、生长及分化，受遗传背景、外植体来源、激素配比等多种因素的影响。以徐薯l8叶片为外植体，在Ms附加2mg／l2.4-D的培养基上，诱导、筛选出三种类型的愈伤组织（I型、Ⅱ型、IV型），虽然其来源和培养条件相同，但在外部形态、内部结构、分化途径、分化能力、同工酶酶谱、可溶性蛋白质组成以及DNA分子结构方面，都有显著差异。I型愈伤组织在Ms无激素培养基上分化出体细胞胚，其过氧化物酶及脂酶同工酶与Ⅱ型愈伤组织和lV型愈伤组织相比，酶带的数目、深浅不同，而与胚状体相类似，可以作为不回类型愈伤组织及其分化途径的生理指标。SDS-PAGE电泳分析表明：三种愈伤组织的总蛋白组成也有显著差异。I型愈伤组织与Ⅱ型愈伤组织相比，无论是酶带的数目，还是酶带的扫描高度，都占绝对优势，表明其具有相对较高的蛋白质合成代谢水平。RAPD分析表明，三种类型愈伤组织的遗传基础具有一定差异。在所用的10个随机引物中，引物G3(GAGCCCTCCA)扩增出了显著的多态性，在I型愈伤组织与胚状体中发现两个特异片段，有可能与体细胞胚胎发生过程特异相关。 以I型愈伤组织进行悬浮培养，建立了具有再生能力的胚性悬浮细胞系，并对其鲜重、干重、PCV体积、PH值等生长特性进行了测定，研究了在悬浮培养条件下，2.4-D浓度对体细胞胚胎发生的影响。在MS附加Img/12.4-D的培养基中，细胞呈园球型，细胞质浓厚，细胞核显著，分裂旺盛，转入不含2.4-D的分化培养基中，即可得到大量的游离胚状体：浓度过高（4-8mg／l）或过低（0.5mg/l），都不利于细胞的生长和分化。胞外同工酶研究发现：胞外过氧化物酶水平，随着2.4-D浓度升高、培养时间的延长、细胞生长速度的减缓而降低，随着体胚分化的开始而升高。这种变化趋势表明：2.4-D浓度、过氧化物酶及细胞的生长、分化之间，存在密切联系。蛋白质分析发现，2.4-D的浓度与细胞内可溶性蛋白质组成及含量也密切相关：在无激素培养基中的培养物，其蛋白质电泳图谱与在含有不同浓度2.4-D的培养基中的培养物相比，无论是谱带的数目还是谱带的峰值，都有深刻差异，表明在体胚分化和发育过程中，细胞内进行着旺盛的蛋白质合成代谢。 以胚性悬浮细胞为材料，进行原生质体培养。通过对游离条件的比较研究，发现采用PH值为6.0的E3酶液酶解2小时，可以得到大量具有旺盛活力的原生质体。采用液体浅层一固体平板双层培养方式进行培养，原生质体分裂旺盛，20天后形成肉眼可见的微型愈伤组织，在附加0.5mg/1 2.4-D的继代培养基中，出现根的分化，转入附加0.5mg/12.4-D和Img/16-BA的分化培养基中，有少量不定芽发生，并形成小苗，但无胚状体产生。 以来源于胚性悬浮细胞的原生质体为受体，通过与农杆菌共培养，将苏云金杆菌毒蛋白(Bt)基因导入甘薯细胞，经卡那霉素筛选，得到抗性愈伤组织，并有根的分化。经过PCR检测，证明了Bt基因在甘薯细胞染色体组中的整合。

干旱和复水条件下转基因甘薯的光合特性

以转铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因甘薯(TS)及未转基因甘薯(NT)为实验材料,研究在旱后复水条件下转基因甘薯及未转基因甘薯抗氧化酶活性和光合特性变化。结果显示,连续36 h胁迫条件下,TS和NT的SOD活性都先降低后升高,但TS的SOD活性始终高于NT。胁迫至24 h时,TS的SOD活性约为NT的1.2倍,复水后二者SOD活性都下降。持续胁迫,TS的APX活性先升高后降低,NT与之相反,复水后TS和NT的APX活性都是先升高后降低,复水12 h,TS的APX活性是NT的1.5倍。水分胁迫条件下TS的膜质受伤害程度要轻于NT,胁迫24 h,复水12 h,NT的MDA含量均约为TS的1.2倍。胁迫12 h,TS和NT净光合速率都下降,继续胁迫,TS净光合速率开始上升,NT几乎保持不变,胁迫36 h,TS的净光合速率约为NT的1.5倍。复水后二者净光合速率都开始上升,复水12 h,TS净光合速率约为NT的3倍。胁迫时TS、NT胞间CO2浓度(Ci)都逐渐增大,胁迫36 h时NT胞间CO2浓度显著高于TS,是其1.4倍。实验结果表明,同时转入SOD、APX抗氧化基因后,在...

影响圆叶牵牛(Ipomoea purpurea)花中花青素含量的因子研究

表型是基因型和环境共同作用的结果，环境对物种进化起到了至关重要的作用。虽然人们已经知道环境因子会影响植物花青素的最终含量，但这样的影响是如何在自然环境中进行的仍是未知。较之以前泛泛研究经济作物或模式植物的花青素总含量与人工环境变量的关系的工作，本文探讨环境变化对半野生的圆叶牵牛自然状态下不同基因型植株、不同花青素的影响。 65株取自全国各地包括3种颜色8种基因型的圆叶牵牛被分别种到了温室和室外，温室32株，室外35株，用高效液相 (HPLC) 的方法检测盛花期 (07年9月-10月) 圆叶牵牛花中花青素的含量，同时每天分早中晚采集3次温室和室外的环境数据-照度、紫外线强度、温度、湿度。记录每朵花着生高度、朝向、当天植株开花数、植株根茎、植株生长天数等个体信息。 通过保留时间、紫外-可见吸收光谱数据、质谱数据以及参考文献确定了圆叶牵牛花瓣中主要的5种花青素，包括三个矢车菊素 (CY) 和两个天竺葵素 (PG)，根据它们所含的咖啡酸和葡萄糖基的个数将它们简写成CY3C4G、CY2C4G、CY3C5G、PG2C4G、PG3C5G。CY2C4G和CY3C4G仅在蓝紫色花中大量存在，PG2C4G及PG3C5G仅在粉色花中大量存在，CY3C5G在两种颜色的圆叶牵牛花中均有存在。 温室和室外的四个环境因子有显著差异，平均照度室外为温室的3.06倍，平均紫外线强度为温室的5.39倍。Z 检验表明，蓝紫色花中的CY3C5G在温室内外没有显著差异 (P=0.3070)，而温室内的CY2C4G (P<0.0001) 和CY3C4G (P<0.0001) 含量明显的低于室外，粉花中CY3C5G和PG3C5G在温室 (P=0.4533) 和室外 (P=0.9577) 没有显著差异，PG2C4G在温室内含量明显 (P=0.0003) 低于室外。 通过Kruskal- Wallis 检验,不同基因型植株各种花青素的相对含量显著不同 (P<0.0001)。室外不同基因型植株的花青素绝对含量显著不同 (P<0.0001)。温室不同基因型植株中，CY2C4G (P=0.0224) 和CY3C4G (P=0.0017) 的绝对含量显著不同，显著性比室外的低些。CY3C5G不同基因型的绝对含量有差异，但是差异不显著 (P=0.0633)。基因型对植株中各个花青素相对含量的影响是尤其显著的，基因型对于花青素绝对含量的影响，可能是基因型直接作用和不同基因型对环境差异的不同响应两方面造成的，所以在环境变异稍大的条件下，基因型更加能显示出它对花青素的含量的影响。 植株的生长天数与粉色圆叶牵牛的PG2C4G、PG3C5G以及蓝紫色圆叶牵牛的三个花青素呈一定的正相关，当天开花数对粉色花的PG3C5G以及蓝紫色花的三个花青素呈负相关，花的朝向 (北-东-南-西-北 对应数值为0-90-180-90-0)，对粉花的PG2C4G以及蓝紫花的CY2C4G和CY3C4G 呈正相关，植株大小对粉花的PG2C4G、PG3C5G以及蓝紫花的CY3C5G呈负相关。花所着生的高度对两种颜色花的影响是不同的，与蓝紫花的三个花色素呈负相关，对于粉色的PG2C4G、CY3C5G呈正相关。

In situ nutrient removal from aquaculture wastewater by aquatic vegetable Ipomoea aquatica on floating beds

Nutrient-rich effluents caused rising concern due to eutrophication of aquatic environment by utilization of a large amount of formula feed. Nutrient removal and water quality were investigated by planting aquatic vegetable on artificial beds in 36-m(2) concrete fishponds. After treatment of 120 days, 30.6% of total nitrogen (TN) and 18.2% of total phosphorus (TP) were removed from the total input nutrients by 6-m(2) aquatic vegetable Ipomoea aquatica. The concentrations of TN, TP, chemical oxygen demand (COD) and chlorophyll a in planted ponds were significantly lower than those in non-planted ponds (P<0.05). Transparency of water in planted ponds was much higher than that of control ponds. No significant differences in the concentration of total ammonia nitrogen (TAN), nitrate nitrogen (NO3-N) and nitrite nitrogen (NO2--N) were found between planted and non-planted ponds. These results suggested that planting aquatic vegetable with one-sixth covered area of the fishponds could efficiently remove nutrient and improve water quality.

圆叶牵牛花青素代谢途径的基因型变异与花色变异的进化生物学研究

基因型变异和表型变异的相互关系问题是尚未解决的生物学基本问题之一，而解决这个问题的一个有效方法是研究基因组中功能相关基因的分子进化和表型效应的相互关系。在本研究中我们利用圆叶牵牛花青素代谢途径（该途径合成了与花色形成有关的色素）来研究表型变异和基因型变异的进化关系，希望探讨两个问题：1、代谢途径上基因多态性在不同位点的表现程度如何? 2、在中国种群中传粉者对花色有无选择? 在对第一个问题的研究中调查了中国圆叶牵牛花青素代谢途径部分结构基因和调控基因的多态性。所研究的结构基因为途径的第一个关键酶基因CHS-D基因和较下游的ANS基因、UF3GT基因，以及调控基因W位点。其次是在温室中进行人工自交以获得所研究基因的纯合体。在对第二个问题的研究中，首先调查了野外圆叶牵牛不同花色的传粉者和传粉几率，其次是分析有色花个体与白花个体中的遗传变异程度。目前的研究结果表明CHS-D位点有3个等位基因，其中在中国的西南部地区发现了1个新的、在已报道的7个等位基因以外的等位基因;较下游的结构酶基因ANS位点存在有5个等位基因（在中国新发现3个等位基因）;UF3GT位点目前只发现有2个已报道的等位基因。在中国的圆叶牵牛中，新发现调控基因W位点上一个有功能的等位基因Ipmyb2，它与已报道的等位基因Ipmyb1的差异主要存在于内含子部分，而与发生缺失（1个6bp的缺失和1个19bp的缺失）后无功能的等位基因ipmyb2（该基因造成白花）存在外显子部分的8个碱基的差异。野外传粉观察结果表明，白花个体与有色花个体受到传粉者介导的选择，传粉者偏爱有色花而歧视白花，而且与在美洲不同，在中国圆叶牵牛的主要授粉者为蛾类而不是蜂类，从野外观察统计的结果看蛾类的传粉效率要高于蜂类。以上结果表明：1）花青素代谢途径上酶基因的位点均有一定程度的多态，其中尤以ANS为最高;调控基因ipmyb2的核苷酸缺失造成该基因停止功能，使其纯合子的个体开白色花。2）授粉者所介导的花色表型选择确实在中国种群中发生，有可能进一步增加花色代谢途径上基因位点的遗传变异。

花青素代谢途径上结构基因和调控基因的多态性分析

在生物个体中，很多基因位点都存在多个等位基因。这些等位基因存在的生物学意义是什么？是中性突变的结果还是进化选择的结果？本文以花青素代谢途径为平台，以圆叶牵牛为研究对象，试图探讨相关的生物学问题。具体问题是：（1）等位基因的多样性在调控基因和结构基因中是否有所不同？（2）两个等位基因的启动区会有什么不同？ 我们首先在来自新圭亚那、美国和中国的17个圆叶牵牛个体中调查了花青素代谢途径上第一个关键酶基因CHS-D基因和下游的最后一个基因UF3GT，以及三类调控基因MYB1、bHLH1、WDR1的多态性。目前的研究结果表明，CHS-D位点有三个等位基因，其中在中国的西南部地区发现了一个新的等位基因CHS-D-SINO1。下游的结构酶基因UF3GT位点存在3个等位基因，其中的UF3GT-c是我们在新圭亚那的三个个体中所新发现的。调控基因中，MYB1位点存在两个等位基因，其中一个是新发现的。bHLH2位点存在3个等位基因，均为新发现的。WDR1位点也存在三个等位基因，其中两个都是在本实验中新得到的。调控基因和结构基因位点的等位基因数量没有明显差别。 为了进一步了解等位基因的差异，我通过inverse PCR的方法得到了花青素代谢途径上F3H基因的两个等位基因F3H1和F3H3的启动区序列。通过分析发现，F3H1和F3H3的编码区序列相似性达到99%，而启动区序列相似性为79.7%，总体相似性87.1%。可见，这两个等位基因的差异主要集中在启动区。 F3H1启动区包含了16个bHLH蛋白的识别位点；而F3H3启动区包含9个bHLH蛋白的识别位点。其中，两者完全一样的有7处。除bHLH蛋白以外，F3H1和F3H3都分别含有一个MYB蛋白的识别位点，但两者所处的位置不同。这些数据表明这两个等位基因在功能上应该差别不大，但在应答调控基因对其的调节作用上可能有所差别。

果实对酵母拮抗菌和外源水杨酸诱导的抗病性应答机理

用生物和非生物因子来进行采后病害的防治，是一个非常有效的方法。诱导抗性作为控制果蔬采后病害的生物技术，已成为该领域的一个研究热点。然而诱导抗性的机制非常复杂，涉及到寄主、病原菌、激发子之间的相互作用关系。本研究主要利用酵母拮抗菌Pichia membranefaciens和SA处理果实，观察其抗性诱导表达和对采后青霉病菌（Penicillium expansum）的抑制作用，并从蛋白质组学水平上对诱导抗性的机理进行了分析。研究结果表明： 1、酵母拮抗菌P. membranefaciens (5 × 107 cells·ml-1)和SA(0.5 mM)处理采后甜樱桃果实，能够明显地降低病害的发病率和病斑直径。酵母菌和SA处理影响到了果实抗氧化酶的活性，同时还改变了POD同工酶谱和甜樱桃果实的总蛋白含量，并诱导了新的蛋白质条带产生。用光学显微镜和扫描电子显微镜技术观察发现，在in vitro条件下P. membranefaciens能够紧密地结合与病原菌的菌丝，而在in vivo条件下这种结合较为松散。 2、借鉴其它模式植物的方法，我们建立了一整套适用于多汁类植物材料的蛋白质组学研究方法。对于芒果，桃，甜樱桃、苹果以及冬枣等果实，都取得了重复性非常好的2-D图谱。我们应用该技术进一步研究了P. membranefaciens (1 × 108 cells·ml-1)以及SA (0.5 mM)处理对桃果实蛋白质组的诱导影响。结果显示，两种激发子处理都能够诱导桃果实产生抗性，从而减轻青霉病引起的腐烂。在诱导处理1 d以后，酵母拮抗菌和SA分别诱导22和16个蛋白的差异表达。质谱鉴定的蛋白属于6大类：代谢，防御反应，转录，能量途径以及细胞结构。有6个蛋白受到两种激发子的共同调控。其中，4种蛋白(包括glutathione peroxidase, polyphenol oxidase precursor, catalase和methionine sulfoxide reductase) 属于抗氧化蛋白，涉及到活性氧代谢。另2个蛋白（Major allergen Pru av 1和peroxidase）是病程相关蛋白，直接参与植物的防御反应。同时一些磷酸化酶和转录因子也受到两种激发子的调节从而参与果实的抗病反应。酶学测定和Northern杂交的结果表明，拮抗菌与SA处理均能影响过氧化氢酶活性及其基因的表达。 3、采前用较高浓度SA (2 mM) 短时间（10s）处理不同成熟期的甜樱桃果实，能够明显降低果实青霉病的病斑直径，并能减轻较低成熟度果实的发病率。在没有接菌的情况下，SA诱导了33个差异表达的蛋白，其中用质谱鉴定出了26个。而在接种病原菌的情况下，SA诱导了19个差异表达的蛋白，并鉴定出了其中的12个。这些蛋白分别涉及到代谢、防御反应、转录、能量途径、信号转导等过程。在没有接种病原菌的情况下，SA处理诱导了Putative DnaJ heat shock protein, PR1-like protein, Peroxidase, Major allergen Pru av 1 (Pru a 1)和Catalase等与抗病有关的蛋白。而在接种病原菌的情况下，诱导了PR1-like protein, Peroxidase和Catalase蛋白的差异表达。通过酶活性测定以及对细胞学定位的研究，我们发现在没有接种病原菌的情况下，POD的活性受到SA的诱导。但是在接种病原菌以后，诱导效果不明显。

寄生植物在入侵植物防治中的作用——以两种菟丝子为例

生物入侵在全世界广泛发生，目前已经受到全球关注。入侵生物对群落生物多样性和生态系统功能造成严重威胁，导致严重的环境问题和惨重的经济损失。薇甘菊(Mikania micrantha)、五爪金龙(Ipomoea cairica)和南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)是我国华南地区危害最严重的三种外来入侵种，其中以薇甘菊危害最严重，是世界十大有害杂草之一。从20世纪80年代发生以来，薇甘菊已在我国广东农林区域造成严重危害。 机械防治、化学防治和传统的生物防治等治理措施，未能有效治理外来入侵种的危害，直到使用本地种菟丝子(Cuscuta spp)的防治策略。与从原产地引进有害生物天敌的传统生物防治方法不同，本地种由于适应当地气候且与其他物种协同进化，因此，对生态环境潜在的负作用小。从2000年，被发现寄生和抑制薇甘菊之后，菟丝子被认为是防治薇甘菊的有效措施。 为了探讨菟丝子寄生对外来入侵种的治理，及对入侵群落的恢复，本研究在内伶仃岛的林地(入侵种群落被引入菟丝子寄生1-4年)，以及东莞、深圳和海丰的干扰样地(入侵种群落被菟丝子自然寄生5年以上)开展野外调查。在每个样地分别设立外来种入侵亚群和菟丝子治理亚群，通过测定群落结构与组成、土壤性质与养分含量，以及外来种和菟丝子的生长与养分含量等参数之后，本研究得出以下主要结论。 (1) 虽然，被寄生的外来入侵种薇甘菊、五爪金龙和南美蟛蜞菊通过调节资源分配以抵御南方菟丝子(Cuscuta australis)的寄生影响，但是，菟丝子寄生导致外来入侵种生物量降低、繁殖能力下降、养分含量降低。虽然，很多寄生植物都是广谱寄生，能同时寄生多种寄主植物，但是，在本研究的被入侵的群落中，菟丝子主要寄生外来入侵植物。尤其是寄生于南美蟛蜞菊和薇甘菊的菟丝子，生长旺盛、繁殖能力强，表现出高度的适应性。因此，菟丝子对外来入侵种(南美蟛蜞菊和薇甘菊)有寄生偏好性，并对本地种的负面影响小。 (2) 通过吸收寄主的养分，田野菟丝子(Cuscuta campestris)有效地抑制了薇甘菊的危害。由于入侵种的凋落物养分含量高且分解效率高，而且，菟丝子能够促进其它凋落物的分解，并使难以被植物吸收的养分转化成易于被吸收利用的状态。因此，菟丝子与薇甘菊的寄生作用导致土壤养分含量的升高。在薇甘菊被抑制之后，本地种利用丰富的土壤养分资源，提高生长适应性，增强抵抗入侵的能力，甚至抵制薇甘菊的再生。 (3) 菟丝子的寄生作用改变了外来寄主与本地非寄主的竞争平衡，促进本地植物的生长与重建。在外来种被抑制之后，本地种的丰度和群落的物种多样性逐渐增加。本地种如：野葛(Pueraria lobata)和芦苇(Phragmites australis)，取代了入侵群落中的入侵种，成了群落的优势种。而其它原先被薇甘菊抑制的本地草本、藤本和灌木，在引入菟丝子防治之后长势较好。群落稳定性与物种多样性密切相关，被治理群落本地种的增加有利于群落的演替与稳定。 (4) 被干扰的生态系统往往更容易被外来种入侵，而外来入侵种又常导致人工干扰生境的严重退化。在人工干扰样地的菟丝子对薇甘菊的抑制效果与在林地的效果一致，导致被寄生的薇甘菊生长衰退、养分竞争能力下降、入侵危害能力降低。而在薇甘菊被菟丝子治理之后，土壤养分资源增加，入侵群落的物种丰度和生物多样性提高。本 地种的重建与本地群落的恢复密切相关，利于本地被治理群落的稳定，促进被干扰植被的恢复。 菟丝子是一种治理外来入侵种危害的有效措施，适用于破碎的生境和被干扰的生态系统，尤其是在采用目前防治措施难以治理的情况下。本研究为本地种防治外来入侵种提供科学依据，且表明以入侵地的本地种治理外来入侵种有可能成为有效且可持续发展的生物防治策略。