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。

常绿阔叶林恢复生态学研究初报

生物多样性的维持、监测、保育与恢复是生物多样性科学的核心研究内容( DIVERSITAS)。作为世界上典型的植被类型，常绿阔叶林以其丰富的生物多样性而倍受世人关注。我国的常绿阔叶林是全球分布面积最大，发育最为典型的常绿阔叶林，其分布区多为农业区，与长江流域的生态安全密切相关：伴随着人们的生产活动，生境的岛屿化与破碎化问题越来越突出，常绿阔叶林的合理保育问题和生态恢复问题已成为大家关注的焦点。本研究“常绿阔叶林恢复生态学研究初报”正是在这种背景下开展的，主要实验研究工作与结果如下： 1．系统综述了生态系统退化程度的诊断指标体系、途径与方法，绘制了生态系 统退化程度的概念模型，为恢复生态学研究和生态恢复实践提供参考。 2．固定样地的建立：为深入开展生物多样性与恢复生态学研究，本研究建立了一系列固定样地（常绿阔叶林固定样地、常绿落叶阔叶林固定样地、退化生态系统恢复与重建实验样地等），这些样地的建立为进一步深化研究奠定了坚实基础。 3．种群大小级结构特征：对栲树Castanopsis fargesii和油茶Camellia oleifera种 群大小级结构特征研究表明，栲树种群大小级结构（高度级和胸围级）呈弱双峰型分布，油茶种群大小级结构呈倒“J”型分布。对树木大小级划分标 准的比较研究表明划分标准的选择应基于研究目的和物种性质。作者认为应深入研究干扰特别是生境的岛屿化与破碎化对常绿阔叶林稳定性的影响。 4．种子扩散与种群维持：种子扩散是种群维持的一个关键阶段，而建群种的维持机制可在一定程度上反映群落的维持机理。对都江堰常绿阔叶林固定样地的主要建群种栲树种子扩散的研究表明，种子雨密度、种子在地上保留密度以及种子丢失状况是个动态过程，种子雨在2001年持续了约3个月的时间，种子年产量达到每平方米73.37个正常种子;研究发现栲树种子下落后能在地上保留一段相当长的时间（捕食者饱和现象“predator satiation"），这为种子萌发提供了更多的时间和机会，从而使得栲树种群能通过大年(the mast year)的高种子产量与捕食者饱和现象顺利完成自然更新;捕食者饱和现象有助于解释栲树的优势种群地位和稳定机制，以及对整个生态系统稳定性的贡献;作者提出了一个描述栲树种子扩散命运的概念模型，该模型表明种子雨与种子丢失的不同阶段是在不同程度上以不同方式贡献于栲树的自然更新。总之，栲树自然更新伴随着一个复杂的种子扩散过程。 5．光因子调控与生态恢复：光是影响植物生长的一个重要生态因子。研究了三种不同遮荫处理（100% PAR、40% PAR和22% PAR）对青冈Cyclobalanopsis glauca幼苗在亚热带弃耕地上的影响作用，两年的研究结果显示：青冈幼苗 可以在弃耕地上正常生长：两种遮荫处理(40% PAR和22% PAR)对青冈的萌芽和幼苗生长有正效应，并且22% PAR遮荫处理有明显的促进作用;本研究也说明了植物在不同的遮荫处理作用下有不同的生长策略。关于在生态恢复中如何利用光因素对植物生长的影响以及遮荫的复合效应问题值得深入研究。 6．种间关系与生态恢复：杂草竞争是植被恢复中的一个重要问题。对两种常绿阔叶树种（青冈和石栎Lithocarpus glaber）在不同坡位（坡上位、中位、下位）和有无地上杂草竞争的情况下的对比研究表明：不同物种在不同坡位，其幼苗生长对杂草竞争的反应是不同的;在坡上位和下位，除草处理能显著地提高青冈幼苗的田间保存率、苗高、基径和冠幅的生长，而在中位，除草处理的效果不显著;但是对于石栎来说，除草处理仅能显著地提高坡中位幼苗基径的生长量;研究说明了（地上）杂草竞争对植物生长的影响（程度）因物种而异，因而除草处理并不是对所有常绿阔叶树种的幼苗生长有促进作用，杂草竞争也不是一切常绿阔叶树种在弃耕地上建立与定居的障碍因子。作者建议在生态恢复实践中应根据具体情况选择除草与否，关于杂草竞争／除草在植被恢复中的作用值得进一步研究。

山茶属茶组植物分子系统学初步研究

山茶科植物的叶绿体基因和nrDNA基因分别为母系和双亲遗传，二者的联合分析为系统发育重建，特别是揭示网状进化过程提供了便利条件。茶组(Sect. Thea (L.) Dyer )属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)，除茶（C. sinensis (L.) O. Kuntze）为广布种外，其余种主要分布在我国云南、广西、贵州和四川等地。自从W. T. Dyer（1874）建立茶组以来，该组作为一个自然类群，不存在大的争议，但是组下系统分类至今在国内外学术界中争议颇多。 本文选择来自于叶绿体的2个DNA片段，通过序列分析对茶组的28个种进行了系统发育重建。主要结果如下： (1) 叶绿体DNA rpS12-rpL20和trnS-G的序列分析 2个叶绿体DNA片段联合分析，将茶组植物分为两大支，部分种之间的系统发育关系得到了分辨。该叶绿体基因的分析结果支持茶组植物为一个单系类群，但与以往将茶组分为子房五室类群和三室类群的观点不相吻合。 (2) 茶组nrDNA ITS区研究结果 选用14个种茶组植物，对其nrDNA ITS区进行序列分析。茶组植物nrDNA ITS区扩增比较困难，且存在种内多态性，因而在测序之前需要对PCR产物进行克隆。

面向Feistel密码的基于故障传播模式的差分故障分析

密码算法是信息安全研究的核心内容之一，其实际安全性不仅依赖于密码自身的数学特性，也依赖于具体的实现特性。基于实现的密码分析是一种有别于传统密码分析的新型密码分析方法，它利用算法实现时的信息泄露来恢复秘密信息。差分故障分析(Differential Fault Analysis，简称DFA)就是这样一类重要的密码分析方法。 现代密码学中，密码设计通常基于混淆和扩散这两大基本原则。对于一个分组密码而言，选择一个合适的轮函数并进行若干次迭代可以提供必要的混淆和扩散。因此，目前流行的分组密码均为迭代型密码，所采用的典型结构包括Feistel结构、SPN结构和广义Feistel结构等。这些密码结构及其所采用的基础密码组件(例如，S盒和P置换等)的性质，完全决定了故障在传播过程中所呈现的一些模式。直观上，这种内在特征可以用于挖掘DFA攻击和密码结构之间的关系。因此，完全可能利用这种特征来建立一种面向密码结构的系统化DFA攻击方法。 本文主要研究面向Feistel密码的差分故障分析方法，并探讨这类分析方法与已有可证明安全性理论分析结论之间的关系。为此，引入了故障传播路径(Fault Propagation Path，简称FPPath)和故障传播模式(Fault Propagation Pattern，简称FPPattern)的概念，给出了适用于Feistel结构的 FPPath 和 FPPattern 计算方法，建立了与已有可证明安全性理论结果之间的关系。在此基础上，提出了一种面向Feistel密码的基于故障传播模式的 系统化差分故障分析方法。使用该方法，可编程实现FPPath和FPPattern的自动计算，这将有助于针对Feistel密码的自动化DFA攻击的实施。这种情形下，可将FPPath的长度视作评估DFA攻击有效性的一种度量指标。此外，该系统化方法的必然结果是攻击性能的显著提高：不但攻击轮数有所减少，而且故障植入点数量也会减少，这将迅速降低实施一次成功攻击所需的故障密文数。最后，为验证该方法的正确性和有效性，以Camellia密码算法为具体实例，进行了相关模拟攻击实验研究，并给出了相应的数据复杂度分析和时间复杂度分析。通过充分利用Camellia算法中P置换的性质，在不需要穷举搜索的情况下，新攻击方法仅需要6个故障密文即可完全恢复出128位密钥，而成功恢复出192位或256位密钥所需要的故障密文数则为22个。结果表明，基于FPPattern的DFA方法要优于所有已有同类方法。

一种关于分组密码的新的统计检测方法

统计检测在分组密码安全性评估的过程中发挥着重要的作用,许多密码标准组织纷纷把对分组密码的统计检测作为评估过程中的重要环节来实施.文中提出了一种有效、实用的统计检测方法,该统计检测方法以分组长度为统计单位,将一个分组的某一字节取遍所有的值而其它字节固定不变,经过密码变换后,将256个输出值进行异或,通过检测输出异或值每一位为0(或1)的概率是否为1/2来判断分组密码是否随机.该检测方法可以一定程度地反映出分组密码抵抗积分攻击的能力.与此同时,基于推广的积分攻击方法,文中在已有方法的基础上提出了更一般的统计检测方法.另外,文中分别对Rijndael算法、Camellia算法和SMS4算法进行了统计检测,这3种算法分别从第4轮、第5轮和第7轮开始呈现出良好的统计性能.

简评欧洲密码大计划的发展现状

NESSIE(New European Schemes for Signatures，Integrity，and Encryption)是一个为时三年的密码大计划，它的主要目的是为了推出一系列安全的密码模块，另一个目的是保持欧洲在密码研究领域的领先地位并增强密码在欧洲工业中的作用。它的整个运作过程是公开透明的，2000年3月公布了征集通告，2000年11月13～14日，召开第一次NESSIE会议，并公布征集到的所有算法。NESSIE共征集17个分组密码算法，经过一年多的评估，在今年9月12～13日召开的第二次NESSIE会议上，NESSIE公布了评选出的7个算法：IDEA，Khazad，MISTY1，SAFER++，Camellia，RC6，SHACAL，它们将作为NESSIE计划下一阶段重点评估的对象。NEESIE预计将在明年秋季召开第三次会议，届时将宣布最后的评选结果。本文简要介绍NESSIE的评估原则，阐述NESSIE对各个候选算法的取舍原因，同时列出算法设计者和公众对各个算法的分析情况。