不同基因型小麦（Triticum aestivum）京411与小偃54抗光氧化特性及其机理的比较研究

对两种不同基因型小麦京411（北京地区高产小麦品种）和小偃54（在生产上已应用二十年的优良品种）幼苗及旗叶光抑制特性进行了比较研究，着重探讨了它们抗光氧化的差异及其机理，主要结果如下： 1. 强光条件下，同京411相比小偃54能保持较高的光合色素含量和放氧速率。其DCPIP光还原活性也较高。 2. 光谱特性分析表明，强光胁迫下小偃54在红区及蓝区的特征性吸收峰及F683荧光发射峰下降的幅度明显小于京411相应峰位的下降。 3. 色素蛋白复合物分析表明，强光条件下，京411色素蛋白复合物中LHCII聚合体大量的解聚，而小偃54在强光条件下仍能保持较高比例的LHCII聚合体。这可能在一定的程度上有利于小偃54在强光下维持较强的激发能耗散的能力。 4. 多肽SDS-PAGE分析表明，强光对不同基因型小麦中同PSII光抑制敏感性有关的两个外周蛋白23kD和17kD的影响不同。光抑制明显地降低了京411的23kD和17kD的含量，而对于小偃54中这两个外周蛋白23kD和17kD的影响不大。强光条件下小偃54旗叶PSII颗粒中捕光色素蛋白27kD含量提高，而京411捕光色素蛋白27kD含量明显的下降。 5. 上述结果表明，西北地区的优良小麦品种小偃54同北京地区的高产品种京411相比更耐强光的胁迫，其抗光氧化的能力较强。 6. 进一步分析表明，同京411相比，小偃54抗光氧化的主要原因是其不仅含有较大的叶黄素循环的色素库，而且在强光下能维持高的VDE酶活性及高水平的叶黄素循环的脱环化水平。 7. 叶黄素循环色素在两个小麦品种类囊体膜色素蛋白复合体中的分布存在差异，抗光氧化的小偃54大部分的VAZ分布在PSII上，其中绝大部分集中在LHCII聚合体上。LHCII上VAZ的集中分布可能有利于在强光下对过多光能的耗散，减少过多激发能对PSII的损伤。 8. 类囊体膜流动性分析表明，叶黄素循环参与了对类囊体膜流动性的调整，对维持强光下抗光氧化品种小偃54的类囊体膜相对稳定起重要作用。 9. 依赖于叶黄素循环的热耗散是抗光氧化品种小偃54的一个主要的光保护途径。

水肥不同层次组合对冬小麦(Triticum aestivum L.)氮磷养分有效性和产量效应的影响

以肥熟土垫旱耕人为土为供试土样,用分层土柱试验法研究了不同层次水分、氮、磷组合对冬小麦(Triticum aestivum L.)氮磷养分有效性和产量效应的影响。结果表明,不同土层水肥处理的氮磷养分有效性和产量效应差异显著。氮素养分有效性在4.73%~41.19%之间,磷素养分有效性在4.11%~13.58%之间。对氮素养分有效性,单施氮整体湿润时(0~90cm土层湿润)较上干下湿(0~30cm土层干旱胁迫,30~90cm土层湿润)低4.87%,而氮磷配施在整体湿润时较上干下湿高6.38%,差异均达显著水平;对磷素养分有效性,氮磷配施时,在整体湿润时较上干下湿增加5.01T(p<0.05)。从不同施肥土层看,氮素养分有效性均以0~90cm土层施肥处理最高;对氮磷配施处理,在上干下湿时分别比0~30cm、30~60cm和60~90cm土层施肥处理高9.5%、10.1%和20.2个%;对磷素养分有效性,整体湿润处理,以0~30cm土层施肥显著高于其它土层施肥处理。单施氮或磷,上干下湿时氮磷养分的产量效应均高于整体湿润处理,但氮磷配施时均以整体湿润处理较高;从不同土层施肥看,氮素养分的产量效应以0~90cm土层施肥...

小麦肉桂酰辅酶A还原酶（CCR）基因的分离和功能分析

作为植物界广泛存在的一类酚类聚合物，木质素是陆生植物正常生长发育过程中非常重要的生物大分子，而且与人类的生活息息相关。利用分子生物学手段和基因工程方法，从小麦中分离木质素生物合成途径的关键酶-肉桂酰辅酶A还原酶基因（CCR），研究肉桂酰辅酶A还原酶基因在木质素代谢途径中的调控规律，从其催化的限速步骤入手，来调控木质素的合成，有效的改变木质素的组成、含量和结构，是改善木质素在植物生长发育中的作用乃至开发木质素资源的关键所在。本文就小麦肉桂酰辅酶A还原酶基因的分离、表达特征及其在木质素合成途径中的作用开展了研究工作。 首先用RACE方法从小麦中克隆了CCR的两个cDNA的部分序列，序列分析表明它们编码的蛋白具有CCR的典型特点，GC含量高于均60%，两者在核酸水平和蛋白水平的同源性为76%和 69%，证明在小麦中至少存在着两个CCR基因。通过 RT-PCR和Northern 杂交确定W-cr6和W-cr19在小麦的发育中具有不同的表达特征，W-cr6主要在茎中表达，而W-cr19的表达集中在根中。以W-cr6为探针，从cDNA文库中筛选到一个全长1317bp的cDNA，命名为TaCCR1。TaCCR1包括开放阅读框 (ORF) 1047bp、5′端侧翼 72bp和3′端侧翼198bp的非翻译序列。TaCCR1能够编码由349个氨基酸组成的蛋白质，预期的分子量为37.4kD。同源性比较显示TaCCR1基因在核酸水平和蛋白质水平与其他物种的CCR基因的同源性高于60%。 为了分析CCR在木质素合成中的作用，用TaCCR1构建了用于转化烟草的正义和反义表达载体pStCCR和pAtCCR、用于转化小麦的正义和反义表达载体pBSC1和pBAC1。通过农杆菌介导得到了30株反义转基因烟草和12株正义转基因烟草。由于外源基因的抑制作用，转基因烟草在形态、木质素组成和含量、木质部显微结构上都程度不同的发生了变化。正义和反义的转基因株系呈现出株型矮化、木质素含量下降、木质部导管细胞壁受到破坏等现象。同时利用花粉管通道法转化小麦种子5000多粒，部分处理经过初步的PCR和 Southern分子鉴定获得了1株转基因株系，需要对其遗传、生理和形态特征做进一步的研究。 本文还对木质素对小麦茎杆的机械强度的影响做了初步的探讨，得到的结果是小麦茎杆的木质素含量、维管束的数量、茎杆有效的横界面积与其最大弯曲应力存在着正相关，而维管束的结构、密度对茎杆的最大弯曲应力没有明显的影响，从而为通过CCR基因来改善小麦茎杆的抗倒特性建立了生理学基础。

吐鲁番洋海墓地植物遗存与古洋海人及环境之间的关系

古民族植物学（Paleoethnobotany）在我国尚属一个比较年轻的学科，其主要研究对象是先民们所栽培或利用过的植物遗存（Plant remains），目的在于揭示古代人们对食物的选择，栽培植物的起源，早期农业的出现以及居址周围的自然与生态环境。吐鲁番地区降水稀少。干燥的环境，使得考古遗址中的植物遗存得以完好的保存。本论文首次对吐鲁番洋海墓地（2500 B. P. ）的包括木材、果实、种子、茎杆、叶片等在内的植物遗存进行了系统的研究，依此分析了当时的植被及环境，并对与当时的土著居民密切相关的植物类群进行了详细研究。 研究表明，吐鲁番洋海墓地植物群包括木材、禾本科粮食作物、杂草及其它植物共18 种。其中我们详细研究了14 种，隶属于7 科14 属，它们分别为禾本科黍属中的黍（Panicum miliaceum），大麦属中的青稞（Hordeum vulgare var. nudum），小麦属中的普通小麦（Triticum aestivum），芦苇属的芦苇（Phragmites australis），虎尾草属的虎尾草（Chloris virgata），小獐毛属的小獐毛（Aeluropus pungens var. pungens），稗属的稗子（Echinochloa crusgali），大麻科大麻属中的大麻（Cannabis sativa），紫草科紫草属中的小花紫草（Lithospermum officinale）， 豆科槐属中的苦豆子（Sophora alopecuroides var. alopecuroides），茄科枸杞属中的黑果枸杞（Lycium ruthenicum），松科云杉属中的云杉属未定种（Picea sp.）， 杨柳科杨属的胡杨（Popules euphratica）及柳属未定种（Salix sp.）。研究表明，这些植物遗存渗透到古洋海人生活的方方面面。其中，粮食作物为可能以黍为主，以普通小麦及青稞为辅;用以作装饰的为小花紫草的小坚果;可能与其原始宗教及医药相关的为大麻;与建筑相关的植物有芦苇、黑果枸杞、云杉（Picea sp.）、胡杨及柳（Salix sp.）等;与当地居民意义不大的杂草有稗子、苦豆子、小獐毛、虎尾草等。其中，大麻及小花紫草遗存的出土意味着当时的土著居民对当地的植物已经有了很高的认识水平;黍、青稞及普通小麦的出土意味着他们可能与东西方文化均有接触，为东西方文明的交融起了桥梁作用;所出土的部份植物如小獐毛、小花紫草、柳、苦豆子，尤其是稗子、芦苇及香蒲属植物等都属于喜湿植物。这说明，在当时的洋海墓地周边环境与今天相似，亦为一块植被丰富的绿洲，其中可能有大面积的湿地。

小麦幼苗阶段体内同化产物的运输和分配

用14C示踪法研究了冬小麦（Triticum aestivum L.）在整个冬前分蘖期内各个叶龄期主茎各叶位叶片同化产物的运输方向和供应范围，同时测定了主茎各叶位叶片净同化量对主茎叶片总同化量的贡献及其同化产物的运转率，对于各个分蘖出现后不同叶龄期接受主茎输出同化产物的量进行了定量的估计。得到以下主要结果： 1、整个冬前分蘖期，主茎一般维持有4-5片叶行使光合功能。其中顶部两片叶对植株同化产物的贡献最大。这两片叶的净同化量占主茎叶片总同化量的60%以上。主茎各叶位叶片在24小时内对标记同化产物的运转率在60%-85%之间。随着叶位下降，由于叶片衰老，不仅净同化量下降，而且叶片的同化物运转率也下降。整个分蘖期内，主茎叶片同化物的总运转率逐渐提高。 2、主茎叶片输出的同化物除主要供应主茎本身的顶端生长部位外，有相当大的一部分（约50%）供应给各分蘖，而不输入已经展开的主茎叶片。主茎顶部的两片主要功能叶主要供应主茎本身的顶端生长部位，0叶对主茎本身顶端生长部位的供应量始终保持在50%以上。随着叶位下降，对主茎本身的供应减少，而对分蘖的供应大大增加。 3、在向各分蘖的供应中，主茎顶部的三片主要功能叶集中供应正在出现（即正在长-1叶）的主茎一级分蘖和只有一片展开叶的主茎一级分蘖，对其它一级分蘖的供应，随蘖位降低，供应减少。其它主茎叶片都是主要供应本叶腋所包的上一节位的主茎一级分蘖，其次是本节位和上二节位的一级分蘖。每一主茎叶片的供应范围可分别达上、下两个节间距离。 4、各一级分蘖从主茎接受同化产物的量具有相同的变化规律。既分蘖在伸出叶鞘前和伸出后的早期（具有两片展开叶前）生长，从主茎接受相当大的部分同化物（约占主茎叶片总输出量的10-20%）;当分蘖具有两片展开叶时，从主茎接受同化物的量明显减少（占主茎叶片总输出量的10%）;当分蘖具有三片展开叶时，从主茎接受同化物已很少（5%以下）。作者认为，可以把具有两片展开叶的分蘖视为开始营养独立的分蘖。 5、主茎运向二级分蘖的同化物很少（5%以下）。主茎基部的一至两片叶对根系供应较多。但与地上部相比，主茎运往根系的同化物也比较少（10%以下）。 6、一级分蘖叶片的同化产物主要供应一级分蘖本身的生长部位和它所带的二级分蘖;一级分蘖叶片对二级分蘖的供应方式与主茎对一级分蘖的供应方式相同。一级分蘖的同化产物运向主茎和其它蘖群及分蘖很少。

小麦穗、小穗及子粒差异的生理原因

本文研究了冬小麦(Triticum aestivum L)在生长发育过程中，穗、小穗及子粒等产量构成因素不均衡性的生理原因。主要是从碳氮营养角度及维管系统分布等方面对造成主茎德及分蘖穗，穗中不同部位小穗、不同粒位子粒分化发育差异的生理原因进行了探讨，得到了下主要结果。 1、主茎及一蘖、二蘖的穗下节间及穗下第二节间横切面的各性状有明显的差异。穗下节间及穗下第二节间的直径，基本组织面积、中央维管束总面积及韧皮部总面积均以主茎为最大，一蘖次之，二蘖再次之。维管束数目以主茎为最多，一蘖、二蘖顺次减少。 2、从返青到拔节期。主茎叶鞘及叶片中可浴性糖含量最高，一蘖次之，二蘖再次之。尤为叶鞘中可溶性糖含量明显高于一蘖和二蘖。拔节期后，主茎叶鞘中可溶性含量较低，分蘖中含量较高。在此时期内，主茎叶鞘及叶片中可溶性氨基酸含量较低，而分蘖中氨基酸含量较高。 3、在小花两极分化期，即从药隔形成期至抽穗期，穗不同位小穗中可溶性糖及可浴性氨基酸含量不同，基本小穗中氨基酸含量最高，但可浴性糖含量最低。上部小穗中可浴性糖含量最高，但氨基酸含量最低。中都小穗中，碳氮含量较为平衡。 4。在子粒形成期，中部小穗各子粒中可溶性糖及氨基酸含量不同。第一粒位子粒中可溶性糖含量最高，二、三、四子粒顺次减少。尤其是第四子粒中可溶性糖含量极低。第二及第四子粒中氨基酸含量较高，第一及第三子粒中氨基酸含量较低。 5、在子粒形成期，不同部位小穗同一粒位子粒中可溶性糖及氨基酸含量不同，顶部小穗子粒中可溶性糖含量最高，中部小穗子粒次之，基部小穗子粒再次之。各子粒中氨基酸含量无明显差别，子粒形成初期，中部小穗子粒中氨基酸含量较高。 6、在子粒灌浆期，初期中部结实三粒的小穗第一子粒中可溶性糖含量最高，第二子粒次子，第三子粒最少。以后各子粒中可溶性糖含量无明显差别。灌浆始期，第一子粒的干重最重。第二粒次之，第三粒最轻。从灌浆中期开始，第二粒干重逐渐赶上并超过第一粒，最终子粒干重表现为II＞I＞Ⅲ。 7、在子粒灌浆初期，不同穗位小穗同一粒位子粒中可溶性糖含量有明显差别。中部小穗子粒中可溶性糖含量最高，上部小穗子粒次之，下部小穗子粒含量最低。以后各子粒中可溶性糖含量无明显差别。在整个灌浆过程中，中部小穗子粒的干重始终保持最高，上部及下部小穗子粒干重明显地低于中部小穗子粒干重。 8、穗内部维管束分布是不均衡的，中部小穗的小穗轴中维管数目多，面积大。而顶部及基部小穗的小穗轴中维管束数量较少，面积也较小。在同一小穗中，通向小花的维管束随着花位的升高，数量越来越少，面积越来越小。但通向一、二花的维管束数量及面积较为接近，差别不明显，通向三花、四花的维管束数目明显减少，面积明显减小。通入第一、二花的维管束是独立的，均直接来自小穗轴，第三花以上的小花和二花构成串联关系。 本文最后对小麦体内碳氮营养、维管束的分布和小麦主茎、分蘖及穗内部发育不均衡的关系进行了讨论。

小麦抗寒力诱导过程中特异性蛋白质的合成

以5个不同抗寒性小麦品种（不抗寒的春小麦京771，抗寒性中等的郑州741和济南13号，以及强抗寒性冬小麦农大139和燕大1817）为材料，对其在抗寒锻炼过程中所发生的可溶性蛋白及膜蛋白组分的变化进行了电泳图谱的分析。主要结果如下： 1、可溶性蛋白质电泳图谱的分析表明：人工低温锻炼20天后，在不同品种中新合成的多肽分子量分别为：郑州741是28，73 KD;济南13号是24，28和73 KD;农大139是28，60，65和68 KD;田间抗寒锻炼的燕大1817为15，28，51，60，65和68 KD。 2、不同抗寒性品种经人工低温锻炼20天后，新合成的膜多肽分别是：郑州741为30和68 KD;济南13号为30，58，68和81 KD;农大139为18，21，27，32和56 KD。田间锻炼的冬小麦燕大1817为21，29，36，43和83 KD。 3、脱锻炼后，抗寒特异性的多肽及与抗寒相关的膜多肽发生减少或完全消失。 4、春小麦在低温锻炼后，抗寒力不显著提高，不产生抗寒特异蛋白质。此外，膜多肽的变化也较少。 以上结果进一步揭示和证实，在小麦的抗寒锻炼过程中无论是可溶性蛋白还是膜蛋白均确实有抗寒特异性蛋白的新合成，并在各品种间表现出某些共同的特异性多肽，这些新合成的多肽与品种的抗寒性存在密切的关系，品种愈抗寒，特异多肽的种类愈多。这些结果进一步证明，植物抗寒性是由多基因控制的。

CO2倍增对禾本科植物幼苗形态结构的影响

本论文为国家自然科学基金重大项目“中国陆地生态系统对全球变化的反应模式研究”的部分研究内容。 本文对C02正常浓度(350ppm)和C02倍增(700ppm)条件下，小麦（Triticum, aestivum）、半野生小麦(Triticum aestivum spp．tibeticumShao)、大麦（Hordeum vulgare）、野大麦（Hordeum brevisubulalum）、水稻（Oryza sativa,）、野生稻（Or7za sativa ssp．）、谷子（Setaria italica）、狗尾草（Setaria viridis）、高粱（Sorghum vulgare）、玉米（Zea mays）、旱雀麦（Bromus tectorum）、旱麦草（Eremopyrum triticeum）等12种禾本科植物幼苗的叶片厚度、叶肉细胞密度、维管束鞘细胞中的叶绿体数、叶肉细胞中的叶绿体数、表皮细胞密度、气孔密度、气孔指数、气孔长度、气孔阻抗及平均株高、鲜重、茎秆直径、根的直径、种子的萌发率及叶绿体超微结构等进行了比较研究。 结果表明，C02倍增使不同种类、不同测试项目反应不一。总体上看，CO2浓度倍增，使10种禾本科植物（野大麦、玉米外）的吐片厚度普遍增加。除个别种类外，C4种类的平均株高、鲜重、根直径倍增组比对照组减小;气孔平均密度增加，而C3种类则呈相反趋势o C4种类比C3种类的叶片气孔开度对C02倍增反应更为敏感。在高浓度C02条件下，C4种类的叶绿体超微结构变化较明显，淀粉粒显著增加。野生种类的表皮细胞密度，叶肉细胞密度，维管束鞘细胞中的叶绿体数及茎秆直径，C02倍增组比对照组减少，栽培种类则显著增加。气孔密度与气孔指数基本呈正相关;而气孔长度与气孔密度则大体上呈负相关。 文中对高浓度C02条件下，供试植物形态结构的变化和规律，及全球大气变化对未来农业可能产生的影响进行了讨论。

运用减法杂交、差异筛选与信使RNA差别显示聚合酶链式反应克隆冬小麦春化相关基因

对于某些一年生或二年生高等植物，春化作用是诱导其成花的一个重要的环境因子。冬小麦春化进程中存在着一个核酸代谢的关键期，利用分子生物学技术分离特异表达的基因是研究春化诱导成花机理的一个突破口。 利用TRIzol试剂快速提取冬小麦燕大1817(Triticum aestivum L. cv Yanda 1817)未春化、春化4d、春化20d、5d脱春化的胚芽中的总RNA，去除污染的DNA后，将引物P_1(5'TTTTTTTTTTTCA3')、P_2(5'TTTTTTTTTTCC3')与10个碱基的随机引物OPF_1-OPF_(20)、OPG_1-OPG_(20)组成80个引物对，对不同来源的RNA进行差别显示，共显示了大约10,000种mRNA，结果发现了两个仅在春化20d这一关键期表达而在未春化、春化4d、5d脱春化时不表达的春化相关基因(VRG)VRG49与VRG54。Northern分析进一步表明这两个基因仅与春化20d的冬小麦RNA有杂交信号。将VRG49与VRG54亚克隆于pGEM-4Z载体上，利用T_7测序系统获得了VRG49和VRG54的DNA序列，它们的长度分别为307bp与169bp。 春化21d的冬小麦京冬1号(T. aestivum L. cv Jingdong No. 1)胚芽的mRNA在逆转酶作用下反转录成sscDNA杂交，将过量的未春化、脱春化的mRNA与sscDNA杂交，运用磁珠法分离出未杂交上的sscDNA，以特异的sscDNA为模板，用DNA聚合酷I合成了dscDNA。通过对dscDNA内部EcoRI位点的甲基化、末端补平、EcoRI接头的安装、连接进入λgt10载体的EcoRI位置，以及运用包装系统进行体外包装，建立了库容为4 * 10~6pfu的富集低温诱导的冬小麦cDNA噬菌体文库。用来源于未春化、春化21d、脱春化的冬小麦mRNA合成3种cDNA探针，对噬菌斑进行原位杂交，结果筛选出了3个春化相关基因(VRG)VRG79、VRG111和VRG231。Dot blotting与Northern分析表明VRG79仅在冬小麦春化关键期21d表达。运用PCR方法从λgt10DNA中扩增出VRG79片断并亚克隆于PUC18载体上，通过T_7测序系统获得了VGR79的序列，其包括349个碱基。 通过Internet将VRG49、VRG54、VRG79与GenBank、EMBL、DDBJ、PBD中的序列进行同源性分析，结果发现这些基因至少是在植物中新发现的基因，对这些基因推测的一些功能也进行了讨论。