I.小麦非叶器官碳酸酐酶活性与定位分析II.镉毒害导致芦苇胚性细胞死亡的激素调控研究

第一部分： 通过生理测定和化学染色分析了冬小麦品种小堰54和京411的叶片和非叶片组织的碳酸酐 酶活性。叶片碳酸酐酶活性(CA)在挑旗时期达到最大值，之后减少到最小，而在饱粒期又呈 增加趋势。从灌浆期到饱粒期，颖片和内稃的CA活性均减少，而外稃和种皮的CA活性均增加。在饱粒期，小堰54的叶片、颖片、外稃和种皮CA活性均高于京411。组织化学染色表明，CA主要分布在旗叶的叶肉细胞叶绿体中，也分布在非叶片组织颖片、外稃和内稃的叶肉和维管束鞘细胞的胞质中。这些结果表明，小麦非叶组织叶肉和维管束鞘细胞的胞质中的CA可能对饱粒期冬小麦的C4光合途径起作用。饱粒期小堰54的C02传递到Rubisco酶速率和抗旱性较京411高。 第二部分： 以继代培养的芦苇胚性细胞为材料，利用台盼兰拒染法检测了悬浮细胞死亡过程，并利用石蜡切片法及苏木精染色法观察了不同浓度镉对芦苇细胞的毒害作用。1000μM的CdCl2迅速导致芦苇悬浮细胞死亡，200μM的CdClz在接种后第5天引起悬浮细胞死亡，100μM的CdCl2在接种后第7天引起悬浮细胞死亡，≤50μM的CdClz在接种后7天不引起悬浮细胞死亡。同时对不同浓度镉处理的芦苇胚性细胞的内源植物激素和可溶性蛋白质进行分析，≤50μM的镉浓度显著地降低胚性细胞内IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却提高ABA的含量，抑制可溶性蛋白质的合成：≥100μM的镉浓度显著地提高IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却降低ABA的含量，促进可溶性蛋白质的合成。这些结果表明，镉的毒害至少包括镉浓度决定的两种细胞死亡机制，高浓度的镉(1000μM)引起的细胞死亡应当为坏死，而100μM的镉引起植物悬浮细胞发生程序性死亡。在较高浓度(≥100μM)的镉处理下，芦苇细胞内内源IAA、ZR、GA3和GA4的浓度较高，可能调控可溶性蛋白质的合成而促进细胞发生程序化死亡。

青蒿反义鲨烯合酶基因对烟草的转化

利用反义技术研究生物代谢途径以及对其生物合成进行调控成为植物次生代谢研究领域内一个重要手段之一，并与新兴的RNAi技术一起成为本领域内重要的研究热点。在植物类异戊二烯代谢途径中存在着羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)、法呢基焦磷酸合酶（FPS）和鲨烯合酶（SQS）等几种关键的分支酶，他们被认为在异戊二烯类的生物合成中发挥着关键的调节作用。其中，鲨烯合酶处于HMGR和FPS的下游，并与倍半萜合酶等利用共同的前体－法呢基二磷酸（FPP），以FPP起始合成一系列的下游产物。因此，FPP成为类异戊二烯途径中的关键调节点之一。本论文基于此目的，利用反义技术研究了FPP合成鲨烯这一途径受到抑制对其他以FPP为生物合成前体的代谢支路的影响。 利用植物双元转化载体pBI121，将青蒿中鲨烯合酶基因的cDNA（约1.5kb）序列插入到pBI121中，取代原有的GUS序列，构建成植物转化载体pBIASS。以根癌农杆菌为介导，将青蒿鲨烯合酶反义基因序列导入到烟草，整合到其基因组中 ，成功获得转基因植株。对转基因烟草进行分子检测表明，外源鲨烯合酶基因的序列已经稳定整合到烟草基因组中，并对内源的烟草鲨烯合酶基因表达产生影响。转基因烟草中检测到内源鲨烯合酶基因的mRNA的水平降低。对鲨烯合酶下游产物之一的胆固醇的含量分析显示，活性减低的鲨烯合酶使胆固醇的生物合成下降约40％左右。同时，另一条以FPP为共同前体的二萜代谢途径产物之一GA3的含量得到了提高，比对照提高约30％。

水母雪莲毛状根培养及黄酮类化合物生物合成的调控

水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为菊科凤毛菊属植物,是名贵中药材,其主要活性成分为黄酮类化合物。为解决雪莲资源匮乏，本文开展了利用水母雪莲毛状根培养生产黄酮类活性成分的研究。 在1/2MS液体培养基上研究了不同理化因子对水母雪莲毛状根生长和黄酮类化合物生物合成的影响。实验结果表明:氮源总浓度（包括NH4+和NO3-）为30 mmol/L;NH4+/NO3-比例为5:25;2 %蔗糖和3 %葡萄糖组合;0.5 mg/L GA3和0.5 mg/L IBA;pH 5.8;18 h/d的光照（光强为3500 Lux）;24℃;摇床转速为100 rpm的条件有利于毛状根生长及黄酮类化合物的生物合成。在此培养条件下，经过21 d的培养毛状根生长量达到12.8 g/L（DW），黄酮类化合物合成量为1922 mg/L，即黄酮类化合物含量占毛状根干重的15 %，约为野生水母雪莲植株干重黄酮类化合物含量的25倍。 用MJ和SA两种诱导子分别处理水母雪莲的毛状根，适宜条件下它们均能使毛状根中黄酮类化合物的产量得到提高。实验发现，在水母雪莲毛状根培养过程中，MJ抑制其生长，但提高了黄酮类化合物在毛状根中的百分含量;SA降低了黄酮类化合物在毛状根中的百分含量，但促进其生长。诱导子的作用效果与诱导子的浓度和添加时间有关。在延迟期后期添加浓度为0.02 mmol/L的MJ时黄酮类化合物产量达到 849 mg/L，比对照（633 mg/L）提高34.1 %;在指数生长期中期添加浓度为0.03 mmol/L的SA时，黄酮类化合物产量达到968 mg/L，比对照（633 mg/L）提高52.9 %。在指数生长期前期同时添加浓度为0.02 mmol/L的MJ 和0.03 mmol/L的SA，黄酮类化合物的产量为1125 mg/L，比对照（633 mg/L）提高77.7 %。 另外采取热水、碱提取，乙醇沉淀获得水母雪莲毛状根多糖。进一步用α-萘酚—浓硫酸法进行定性、定量分析，测得水母雪莲毛状根中水溶性多糖与碱溶性多糖的含量分别为2.453 %和3.391 % 。

水稻AP2/EREBP转录因子基因OsDRE和OsRAF的功能分析

AP2是一个大的转录因子家族，因其成员含有一个60-70 个氨基酸残基的保守结构域即AP2结构域而得名，它们的功能涉及植物花的发育以及植物对生物或非生物逆境的应答反应。根据它们所含的AP2 结构域的数目，这个家族可分为AP2亚家族和EREBP 亚家族。 AP2亚家族成员含两个AP2结构域，EREBP 亚家族成员含一个AP2结构域。一般来说，AP2 亚家族的成员主要参与植物发育过程的调控;EREBP 亚家族成员则主要参与对逆境的应答反应。按照它们响应外界刺激的类型和AP2结构域中结合顺式作用元件的核心氨基酸的不同，EREBP亚家族又可分为ERF和CBF/DREB两大类群，ERF 类主要响应生物类逆境的诱导，CBF/DREB类则响应干旱、低温等非生物胁迫的刺激。 根据AP2保守结构域搜索，水稻基因组中一共有147个AP2/EREBP成员，但其中功能得到证实的还非常有限。为了解更多AP2基因在植物生长发育过程中的功能，我们先从水稻基因组数据库中搜索到含有AP2/EREBP 结构域的推测基因序列，选择其中40个扩增并成功扩增出31个，将这些DNA片段点在尼龙膜上，然后用水稻叶片cDNA 作模板标记探针，与固定在膜上的推测基因杂交。杂交结果作为选择基因进行功能分析的重要依据。 OsDRE就是我们选择进行研究的一个表达较强的基因。首先，通过RACE 克隆得到OsDRE 的cDNA全长 1589bp，它编码318个氨基酸。Blast 搜索和保守结构域序列比对分析以及进化树分析显示它是一个新的ERF 基因。RT-PCR分析表明该基因在水稻各种组织中表达量比较一致，而且，OsDRE 既不对植物生长物质如乙烯，水杨酸（SA），茉莉酸甲酯（MJ），脱落酸（ABA），赤霉素（GA3），油菜素内酯（BR）的诱导起反应，同样也不响应环境因子如低温、干旱条件的处理。这些结果说明OsDRE是一个不响应胁迫相关因素的诱导的、组成型表达的水稻基因。用OsDRE的非保守区域构建的RNAi 载体转入水稻后未能使转基因水稻产生异常表型，然而，OsDRE在水稻和拟南芥中的过量表达都导致转基因植物出现植株矮小、开花延迟、生长周期延长以及育性降低等表型，说明OsDRE对生长和发育的影响在水稻和拟南芥中是一致的。 基于以上原因，我们选择在遗传分析方面有明显优势的拟南芥作为材料，对OsDRE基因功能进行研究并得出以下结论：（1）瞬时表达和随后的过量表达证明OsDRE定位于细胞核中，过量表达OsDRE引起转基因植株的生长周期变长、抽苔时间延迟和抽苔时莲座叶的数量增多;（2）过量表达OsDRE通过一种不影响细胞数量的方式抑制了细胞的膨胀从而导致植物器官以致整个植株变小，而且，在此过程中部分器官的形态也受到了影响;（3）OsDRE过量表达能激活已知位于乙烯信号途径下游的基因表达并且转基因植株幼苗在黑暗中出现下胚轴及根缩短变粗的现象，提示OsDRE 可能部分参与了乙烯信号途径下游的反应。 除此之外，我们还初步分析了另一个EREBP基因，并将其命名为OsRAF。氨基酸序列分析表明该基因与大麦的RAF 基因在蛋白水平上相似性最高。Northern 杂交结果进一步显示，与RAF 一样，OsRAF 也是根中优势表达的基因，并且它的表达量在乙烯或低温的诱导下增加。对转基因植株的观察和瞬时表达表明OsRAF 定位于细胞核中。 综上所述，对水稻基因OsDRE 和OsRAF的分析表明， OsDRE是一个新的ERF基因，它不受乙烯等因素的诱导并且过量表达该基因导致转基因植株出现细胞膨胀受到抑制等一系列的表型。另外，OsRAF在水稻根中优势表达并受乙烯和低温的诱导，目前，与之相关的功能研究正在进行。

水稻OsGSR1调控赤霉素和油菜素内酯信号互作的分子机理研究

赤霉素（gibberellins，GAs）和油菜甾醇（brassinosteroids，BRs）在细胞伸长和植株形态建成等方面发挥重要的生理作用，但它们在分子水平上的相互作用仍然未知。在本实验室前期的芯片工作中筛选到受GA诱导表达的GAST家族基因OsGSR1(GA-stimulated gene in rice) (GenBank AY604180)。该基因全长cDNA为588 bp，编码110个氨基酸，OsGSR1具有GAST家族成员的共同特点。OsGSR1基因的表达受GA3诱导，同时受PAC抑制。基因表达模式分析表明OsGSR1在水稻的根、茎、幼穗和小花等多种组织和器官中表达。前期工作已获得转基因水稻。 本论文研究表明，OsGSR1 RNAi转基因水稻表现为初生根缩短、叶片直立、节间缩短和结实率降低等与GA和BR相关的表型。OsGSR1 RNAi转基因水稻对外源GA3敏感性降低，Real-time PCR分析表明在OsGSR1 RNAi转基因水稻中OsGA20ox2和SLR1的转录水平增高，GC-MS分析显示内源GA4含量增高，这些结果说明转基因材料中GA信号削弱。因此，OsGSR1是GA信号途径的正调控因子。另一方面，实验证据表明，外源BL处理可以抑制OsGSR1基因的表达，OsGSR1 RNAi转基因水稻不但可以响应外源BL处理，并且在叶夹角实验中显现出对外源BL更加敏感的特性。在OsGSR1 RNAi转基因水稻中，BR受体基因OsBRI1与合成基因OsDWARF表达量上调。外源添加BL可以恢复OsGSR1 RNAi转基因水稻矮化表型，上述结果说明OsGSR1可能作用于BR生物合成途径。酵母双杂交筛选、体外Pull-down结果和体内BiFC实验都证实OsGSR1可以与DIM/DWF1互作。在BR生物合成途径中，DIM/DWF1催化从24-亚甲基固醇（24-methylenecholesterol）到油菜甾醇（campesterol）的转化。GC-MS测定内源BRs含量结果进一步证实，转基因水稻中DIM/DWF1催化反应产物积累量减少，说明该反应受到明显抑制。所以，OsGSR1是通过直接作用于BR合成酶来调控BR生物合成。 综上所述，OsGSR1是GA信号途径的正调控因子，并且OsGSR1通过调节SLR1的表达参与到GA信号转导途径。OsGSR1和DIM/DWF1的互作说明OsGSR1直接参与了BR的生物合成过程。因此，我们的实验证明OsGSR1介导了GA和BR这两条激素信号转导途径的相互作用，从而调节了水稻植株的生长发育。

水稻抗旱性与光合特征的资源评价及其根系抗旱生理基础的研究

为了挖掘和利用野生资源抗旱和高光效的有益基因性状，本研究针对野生种的抗旱生理性状、光合作用和抗旱关系进行了测定，同时利用野生稻和栽培稻远缘杂交获得不同光合特点的后代材料进行了胁迫反应试验，并以栽培稻（陆稻和水稻）为材料研究了抗旱反应中根系的激素信号变化。旨在明确水分胁迫条件下，水稻不同野生种对干旱反应的差异及其机理，以及进一步鉴定有效的抗旱指标，为今后育种和生产实践提供理论依据和指导。主要结果如下： 1．通过对具有不同抗旱性状的四个野生种O.Granulata、O.Alta、O,Officinalis、O.Latifolia水分胁迫处理的抗旱相关生理性状的变化特点的研究表明：(1)在胁迫早期，野生种间黎明前叶片水势没有明显的差别，随着胁迫加剧，种间差异显示明显。耐旱性弱的野生种（O.Granulata、O.Latifolia）黎明前叶片水势和中午水势下降幅度大于耐旱性强的野生种( O.Alta、O.Officinalis)。这表明在一定的干旱处理程度下，黎明前叶片水势和中午水势可以反映出不同种间植株忍受干旱胁迫的能力。(2)四个野生种的植株在轻微胁迫时，膜稳定性呈现出增强的趋势，这可能与干旱胁迫的适应性相关。随着胁迫时间的延长，胁迫程度的加重，叶片膜稳定性破坏，植株叶片渗漏率增加。(3)在胁迫条件下，不同野生种表现出茎杆中糖分增加，叶片的光合酶和光合速率下降，且抗旱性弱的品种这种变化比抗旱性强的品种更加明显。这可能是由于干旱处理降低了同化物的运转和淀粉合成，导致了糖分积累。(4)在水分胁迫条件下，植株中的ABA浓度增加而IAA浓度下降，其中ABA的浓度增加与种间的抗旱性相关。抗旱性差(O.Granulata、O.Latifolia)的野生种叶片ABA浓度增加幅度高于抗旱性强的野生种（O.Alta、O.Officinalis）。Officinalis和Alta在水分胁迫下，仍比Granulata 和Latifolia具有较高的分蘖，这可能与其在胁迫下具有较高GA3浓度有关。 2．通过对20个野生种叶片膜电解质泄漏率的比较，研究其叶片细胞膜稳定性的特点表明，46℃的温度，水浴时间24小时是较适宜的条件。在适宜的处理条件下，Longistaminata、Punctata渗漏率较低，表明其具有良好的膜稳定性：O. Officinalis、O.Glumaepatula、O.Glaberrima，O.Latifolia、Meridionalis、Rufipogon (105697)、100889、Nivara (80683)、Sativa( IR-36)电解质泄漏率居中在60-80%;O.Alta、Rampur6、Azucena、Rufipogon (105599)、Bartlic、Rufipogon(104640)、105429、Minuta (101099)、HP4的渗漏值均较高，表明其膜稳定性较差，尤其是Minuta。此外，叶片光合速率和叶片膜稳定性的关系并不完全一致，在育种时应选择光合速率较高而叶片膜稳定性好的品种，O.Longistaminata因其具有较高的光合速率和较好的膜稳定性，是一个值得关注的材料。 3．研究了栽培稻（Oryza sativa）和普通野生稻（Oryza rufipogon）的杂种后代F3，即：Azucena×Rampur6杂交得到的Fi植株(25007-10)，通过自交得到其F3代植株，在水分胁迫下不同光合速率类型植株以及相关的抗旱生理特点。结果表明， (1)光合速率高的株系黎明前叶片水势下降较大，而中午叶片水势下降却较小：光合速率低的株系黎明前叶片水势下降幅度较小，而中午叶片水势下降幅度却较大，这表明水分胁迫下，植株中午叶片水势与植株的光合速率密切相关。(2)在轻微水分胁迫下（缓慢干旱0-40天），所有株系经受抗旱锻炼的植株，其叶片渗漏率均下降，膜稳定性增强;随着胁迫时间延长（胁迫后40-80天）其叶片泄漏值上升，这可能是由于：水分胁迫下通过植株的渗透调节能力，使得叶片中累积的有机溶质增加：且干旱胁迫使得叶片的质膜破坏，电解质外渗，相对电导率提高。 (3)水分胁迫下，从不同光合速率类型的植株，其光合速率的变化看：高光合速率类型的植株，在水分胁迫下光合速率的下降幅度，要大于光合速率较低类型的植株。在水分胁迫下，SHPl-2株系后代比SHPl-1株系具有较强的抗旱性，能维持较高的光合速率。 (4)在水分胁迫下，不同光合速率的株系，其气孔阻抗均增加：低光合速率的株系，气孔阻抗上升幅度大于高光合速率类型的株系，并且其气孔阻抗上升的时间要早于高光合速率的株系。 4．研究了两个陆稻品种Azucena、IRAT104和两个水稻品种IR64、Salumpikit，在干旱胁迫下根系木质部汁液中内源激素的变化。(1)干旱复水后不同时间进程中，各品种木质部汁液内源激素的变化看，IRAT104和Salumpikit木质部汁液中ABA含量迅速降低，其下降幅度较大。说明ABA作为胁迫信号，通过木质部汁液传递干旱信息;在干旱胁迫解除后，ABA的浓度亦发生相应的变化。(2)在对根系施加不同压力后，测定其木质部汁液内源激素变化，结果表明：在不同的根系压力下，不同品种间（IR64、Salumpikit、IRAT104和Azucena） 木质部汁液中GA3含量变化较大，其中两个陆稻品种IRAT104和Azucena均较高，两个水稻品种IR64和Salumpikit均较低。这表明，在不同的压力下，陆稻品种（Azucena和IRAT104）比水稻品种（IR64和Salumpikit）具有较高的GA3含量;在胁迫条件下，维持较高的GA3含量，这有利于其维持正常的生长发育。(3)在干旱胁迫及复水过程中，根据木质部汁液中ABA和GA3含量变化的结果表明，虽然Azucena和IRAT104均属于陆稻品种，但二者的抗旱性不同。(4)水稻品种木质部汁液的pH值高于陆稻品种。木质部汁液中pH在干旱胁迫下升高，复水后又降低，其可作为干旱胁迫的一个信号，它与木质部汁液中ABA联合调节植株对干旱的生理生化反应。 上述结果表明，叶片水势与水分胁迫密切相关，可作为植株抗旱性的鉴定指标;抗旱性强的品种，叶片水势下降幅度小，有利于维持较高的水势，保证植株生长发育的需要。严重干旱使得所有品种的质膜稳定性降低，电解质外渗，相对电导率提高;抗旱性强的品种的质膜伤害程度小，电导率上升幅度小，表明其质膜稳定性好，对干旱的忍耐能力强。质膜稳定性的变化实际上反映了品种的耐旱性，所以是一种综合而又比较准确的抗旱鉴定指标。对于酶和激素的测定方法，由于操作比较烦琐，且数据分析和产量比较复杂等原因，不太适合于常规的大田选育工作中。水稻的抗旱性是多种生理生化变化综合作用的结果，因此进行水稻抗旱性鉴定时，不能使用单一的生理生化指标，而应对多个指标进行综合分析，依据综合值对水稻品种的抗旱性进行评价较为科学。

牡丹花芽分化类型与促成连续二次开花

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.），芍药科芍药属植物，是我国的传统名花，因花朵硕大、花色丰富、花型齐全而显雍容华贵、富丽端庄，“惟有牡丹真国色，花开时节动京城”，深受人民的喜爱。人们在欣赏牡丹的过程中，一方面为其艳丽多姿而赞叹，同时又为其自然花期较短且集中而遗憾，“弄花一年，看花十日”，因此，如何通过栽培等技术措施使牡丹连续开花，一直是牡丹研究者探索的重要课题。近年，在对牡丹栽培的系统研究中，发现不同牡丹品种的花芽分化类型（数量、梯度）直接影响其开花数量和开花次数。为了有效地利用不同类型的牡丹，选育出更多的丰花、同株可连续开花的品种，服务于牡丹的产业化生产，本试验对4个牡丹品种群的135个品种进行了同枝条芽数的统计分析及花芽分化梯度的划分，阐明了花芽分化类型与促成连续二次开花的关系。初步测定了具有促成连续二次开花习性的牡丹品种‘High Noon’不同芽位腋芽内源激素的含量，揭示了牡丹同株连续二次开花过程中不同芽位腋芽内源激素的生理变化规律，为解决牡丹同株花期短、不能同株连续开花的难题奠定了理论基础。本研究主要结果如下： 1、牡丹花芽分化类型与自然开花的关系 通过对135个牡丹品种花芽分化数量和梯度类型的调查，将同枝条的芽数聚类为少（3-4）、中等（5-7）、多（8-10）三类;将花芽分化梯度划分为小、中、大三种类型。芽数类型和花芽分化梯度类型均与品种群有一定的关系。中原品种群中90%的品种属于芽数少的类型，47%的品种属于分化梯度大的类型;日本品种群中73%的品种属于芽数中等的类型，52%的品种属于分化梯度中的类型;法国品种群和美国品种群品种调查数量较少，但大多数品种属于芽数中等的类型，分别占80%和44%，分化梯度小的品种分别占调查总数的40%和67%。绝大部分品种的腋花芽因在枝条上着生的位置不同而有明显的异质性，上部芽顶端优势强，萌动率和开花率均高，芽数多的品种中、下部芽在春天自然开花季节常处于休眠状态。 2、牡丹花芽分化类型与促成连续二次开花的关系 花芽分化数量的多少与梯度的大小直接影响着开花次数。花芽分化数量少、梯度大的品种不建议直接用于同株促成连续二次开花栽培;花芽分化数量中等或多、梯度小的品种可以实现同株促成连续二次开花，10个试验牡丹品种中的中原牡丹品种‘如花似玉（Ru Hua Si Yu）’和美国牡丹品种‘High Noon’具有同株连续二次开花能力，且二次开花率达75%以上，两次开花品质均优良。 3、‘High Noon’不同芽位腋芽内源激素与促成连续开花的关系 通过测定美国牡丹品种‘High Noon’同枝条不同芽位腋芽萌动前期、后期内源激素含量，结果表明：萌动后期不同芽位腋芽的GA3、IAA、ZRs含量增加，尤其1位芽、2位芽含量增加显著;萌动后期ABA含量则随着芽位自上而下增加显著，可能是导致下部芽继续保持休眠状态的主要原因;萌动后期下部芽的ABA/ZRs配比增幅较高，说明ABA/ZRs配比与芽的生长与休眠关系密切。

濒危植物大花黄牡丹种子休眠与萌发特性研究

本文以中国极危种大花黄牡丹种子为研究材料，对其种子生物学、休眠与萌发特性进行研究，采用变温层积和激素处理解除种子休眠，并通过生物抑制物测试、胚培养、激素含量动态变化的测定，研究种子休眠的原因，从根本上解决了大花黄牡丹迁地保护过程中种子繁殖的技术难题，并初步探讨了大花黄牡丹致濒因素与种子休眠及萌发特性的关系，结果表明： 1.大花黄牡丹种子饱实度高，活力强，种皮较坚硬，但不存在吸水障碍，干燥条件下易因失水而丧失活力。迁地保护冷室中盆播18个月方可出苗，出苗率约4%;变温层积实验表明该种具有典型的下胚轴休眠和上胚轴生长抑制。 2.胚组织培养表明：带胚乳和种皮的胚不能萌发，剥除种皮和胚乳后，胚根可萌发，胚芽不生长，GA3处理上胚轴可促进生长，说明种皮和胚乳是导致大花黄牡丹种子下胚轴休眠的关键因素，而上胚轴生长抑制与胚本身关系更密切。 3.抑制物质提取实验表明：大花黄牡丹种子胚乳、种皮、胚等各部位的浸提液均存在抑制小白菜种子萌发的物质，且抑制作用依次增强，说明胚乳和胚是其下胚轴休眠的主要原因。经过暖层积（15 ℃/90 d）种子（未解除上胚轴生长抑制）的胚根、子叶、胚轴浸提液对小白菜和已解除休眠的大花黄牡丹种子的萌发均有不同程度的抑制作用，并依次减弱，说明种胚本身的抑制物质是导致生理休眠的主要原因。 4.变温层积处理和外源激素实验表明：新鲜种子采收后15 ℃暖层积3个月生根率可达85%，下胚轴休眠解除对温度要求严格，高于或低于15 ℃及变温条件均不利于下胚轴萌发;暖层积90d、根长大于6 cm种子再经过60～80 d/ 5 ℃冷层积，即可有效解除大花黄牡丹种子上胚轴的生长抑制，出芽率达80%，最终出苗率68%。不同浓度GA3及不同处理时间促进上胚轴伸长实验结果显示，GA3　400 mg/L浸种根长大于1.5 cm的种子2 h，出芽率可达100%，可以完全解除上胚轴的生长抑制作用。 5.休眠萌发过程中种子各部位内源激素含量动态变化分析结果说明，初始状态脱落酸含量高是导致大花黄牡丹种子下胚轴休眠、上胚轴生长抑制的主要原因之一，且上胚轴抑制与子叶、下胚轴和根的脱落酸含量密切相关;同时认为种子各部位初始生长素含量水平低是导致其休眠的另一个主要原因;变温层积过程中胚各部位脱落酸含量的急剧下降和生长素的迅速升高是解除休眠的关键;同时发现赤霉素在解除休眠和促进萌发过程中起着重要的促进作用，外源GA3能够有效地打破上胚轴的深度休眠。玉米素核苷在休眠与萌发进程中变化趋势与生长素和赤霉素相似，说明其对种子胚根和上胚轴的萌发和生长具有一定的促进作用。

Effects of gibberellin A(3) on growth and microcystin production in Microcystis aeruginosa (cyanophyta)

Environmental. factors that affect the growth and microcystin production of microcystis have received worldwide attention because of the hazards microcystin poses to environmental safety and public health. Nevertheless, the effects of organic anthropogenic pollution on microcystis are rarely discussed. Gibberellin A(3) (GA(3)) is a vegetable hormone widely used in agriculture and horticulture that can contaminate water as an anthropogenic pollutant. Because of its common occurrence, we studied the effects of GA3 on growth and microcystin production of Microcystis aeruginosa (M. aeruginosa) PCC7806 with different concentrations (0.001-25mg/L) in batch culture. The control was obtained without gibberellin under the same culture conditions. Growth, estimated by dry weight and cell number, increased after the GA3 treatment. GA3 increased the amounts of chlorophyll a, phycocyanin and cellular-soluble protein in the cells of M. aeruginosa PCC7806, but decreased the accumulation of water-soluble carbohydrates. In addition, GA3 was observed to affect nitrogen absorption of the test algae, but to have no effect on the absorption of phosphorus. The amount of microcystin measured by enzyme-Linked immunosorbent assay (ELISA) increased in GA3 treatment groups, but the stimulatory effects were different in different culture phases. It is suggested that GA3 increases M. aeruginosa growth by stimulating its absorbance of nitrogen and increasing its ability to use carbohydrates, accordingly increasing cellular pigments and thus finally inducing accumulation of protein and microcystin. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

长余辉发光材料的合成，缺陷及发光性质

近十年间，长余辉发光材料备受人们关注，其研究和开发得到了迅猛的发展。究其原因，长余辉材料是一种新型能量存储与电子俘获材料，它不仅可以应用到紧急照明与显示等传统领域，而且在高能射线探测、光纤温度计、工程陶瓷的无损探测以及超高密度光学存储与显示等高新科技领域具有潜在的应用价值。这一时期，研究兴趣主要集中在稀土离子特别是Eu2+激活的蓝色和绿色长余辉材料如铝酸盐、嫁酸盐、硅酸盐、硅铝酸盐、锗酸盐及氧化物等体系，而严重医乏红色长余辉材料。长余辉发光主要由三个过程，也就是能量吸收、能量存储与能量释放即余辉发光组成。而整个过程主要涉及两个中心，即发光中心和陷阱中心，它们之间的能量传递是产生余辉发光的主要原因。因此，本论文围绕这两个中心，选择以下两个角度为切入点：（a）选择具有较高发光性能的现有荧光体，通过各种辅助激活离子的共掺杂，主动引入陷阱中心；（b）选择具有丰富陷阱中心的现有荧光体，主动引入具有余辉发光性能的主激活离子，致力于新型长余辉特别是红色长余辉发光材料的开发，最终获得了红、绿、蓝三色共十种长余辉体系。其中，新型红色长余辉体系有：β-Zn3(PO4)2:Mn2+、γ-Zn3（PO4）2:Mn2+、Zn3B2O6:Mn2+和Y2O3：Eu3+；新型绿色长余辉体系有：Ca8Mg（SiO4）4Cl2:Eu2+、Zn4B6O13:Mn2+、α-Zn3(PO4)2：Mn2+和Zn2SiO4:Mn2+。我们还对已有红色长余辉体系Y2O2S:Eu3+和caO：Eu3＋进行了余辉性能的改善。在合成上述长余辉材料的基础之上，详细地分析并研究了组成、结构、缺陷和余辉性能之间的关系，得到了影响长余辉发光的一般规律。此外，首次在多晶粉末中报道了β-Zn3(PO4)2:Mn2+，Ga3+和Zn2SiO4:Mn2+，Al3+的红色和绿色光激励长余辉发光现象。

植物激素对土壤污染早期诊断研究

通过菲污染诱导动态响应预实验确定了小麦为供试植物，赤霉素(GA3)、细胞分裂素的玉米素和玉米素核苷总含量(Z&ZR)以及脱落酸(ABA)为植物激素供试指标，并且确定试验终点为小麦生长14d。在预实验的基础上，以草甸棕壤为供试土壤，采用室内培养箱盆栽方法，进行多环芳烃菲、芘、荧蒽和苯并(a)芘单一，两-两复合以及三-三复合与3种植物激素的剂量-效应关系研究；3种植物激素对土壤重金属镉、铅、铜和锌单一污染诱导的响应关系研究。并以多环芳烃类的菲和重金属类的镉为代表污染物，进行小麦芽期生长指标及植物激素测定，研究植物激素与生长指标对污染物的响应及敏感性比较。 多环芳烃单一及复合污染诱导实验结果表明：ABA对菲、芘、荧蒽、苯并(a)芘单一及复合污染诱导的响应趋势一致，即随着污染诱导浓度增加，ABA含量显著增加；GA3与四种多环芳烃单一及复合污染诱导存在一定的响应关系，但响应趋势呈多样性变化；对于多环芳烃单一及复合污染诱导，随着污染物浓度增加，Z&ZR含量出现了先增加后减少的趋势，表现为显著的污染诱导抑制效应。ABA和Z&ZR对多环芳烃污染诱导响应敏感，这为其成为土壤污染诊断指标提供了可能性。 在不同的镉、铅、铜、锌污染处理中，小麦体内ABA含量均出现明显增加趋势，与多环芳烃污染胁迫响应一致；GA3含量对镉、铅、铜、锌四种重金属污染胁迫响应趋势相同，均为先增加后减少。对于土壤镉和铅污染胁迫Z&ZR表现为先增加后减少的响应趋势，而对于铜和锌污染胁迫，Z&ZR含量变化与镉、铅胁迫时不同。 植物激素与生长指标对污染胁迫的响应及敏感性比较研究表明，对多环芳烃菲污染诱导，植物激素含量同生长指标相比具有显著的敏感性。对重金属镉污染诱导，内源激素含量和生长指标敏感性都显著，小麦根和芽中ABA含量显著增加，进一步证明了其在植物污染抗逆中的作用机理。

土壤镉污染的遗传及生态毒性研究

针对蚕豆根尖微核试验方法现存的问题并结合土壤自身的特性，进行了蚕豆微核试验方法改进的试验研究。在此基础上，本文选择蚕豆幼苗次生根根尖为供试材料，以细胞有丝分裂指数（MI）、染色体畸变率（CAF）和微核率（MNF）为试验指标，开展了我国典型土壤（红壤、棕壤和黑土）中低剂量（0~10 mg•kg-1）镉污染遗传毒性剂量-效应关系研究。研究针对蚕豆根尖微核遗传毒性评价指标“污染指数”的缺陷，首次提出“毒性指数”。“毒性指数”将有丝分裂指数、染色体畸变率和微核率指标所得数据结合，评价土壤镉遗传毒性水平。与此同时，研究选择蚕豆幼苗叶片为供试材料，进行了以抗氧化酶活性（SOD、POD和CAT）和植物激素含量（ABA、GA3和Z&ZR）为指标的镉污染胁迫生态毒理试验研究，并比较了上述三类指标对土壤镉污染的毒性响应及敏感性。 蚕豆根尖微核方法改进试验结果表明，在三种备选试验材料中，蚕豆初生根、次生根根尖细胞和芽尖细胞均对镉胁迫响应显著。与芽尖细胞相比，根尖细胞MI、CAF和MNF之间具有较好的相关性；而次生根尖细胞比与初生根尖细胞对镉响应更敏感，遗传毒性效应显著相关。在上述方法学研究基础上，将蚕豆幼苗次生根根尖微核试验应用到典型土壤镉污染的研究中，结果表明，同一剂量下，红壤中镉的遗传毒性效应最强，棕壤次之，黑土最不显著。土壤pH值与有机质含量对镉的遗传毒性影响较大。 抗氧化防御酶活性试验结果表明，POD和SOD在0~10 mg•kg-1镉浓度范围内先升高后降低，对镉毒性的指示效果最明显；CAT反应与SOD、POD相反，其作用机理有待进一步探讨。植物激素试验结果表明，ABA和Z&ZR对镉胁迫响应敏感，其含量与镉浓度存在良好的剂量-效应关系；GA3随着镉浓度的增加表现出无规律性，表明它对污染物的响应具有选择性。 试验数据显示，不同指标对镉胁迫均具有响应，但响应的域值及敏感度不同。比较而言，蚕豆根尖微核遗传毒性指标指示效应更明显。将各指标联合使用可使土壤镉污染的遗传和生态毒性诊断更为全面、有效。本研究为土壤镉污染早期诊断敏感指标筛选及指标组合提供了实验依据，为土壤重金属污染早期诊断奠定试验和理论基础。

岷江干旱河谷三种蔷薇植物繁殖更新研究

繁殖更新是植物生活史的重要阶段，在退化生态系统中，植物繁殖更新能力往往较差，是植被恢复的限制环节，因而也成为恢复研究重点和核心。本研究选择岷江干旱河谷广泛分布的三种蔷薇：多苞蔷薇（R. multibracteata）、黄蔷薇（R. hugonis）和川滇蔷薇（R. soulieana）为研究对象，通过野外调查，在查明其生长、繁殖更新状况的基础上，采用控制和模拟实验，对种子和幼苗阶段进行了深入研究，综合分析更新潜力，并提出相对应的促进更新和植被恢复措施。主要结论如下： 1）三种蔷薇在岷江干旱河谷广泛分布，生长和繁殖状况良好，结实量大。各生长指标：株高、基径和冠幅，繁殖指标：结实数量、重量和单果重量都具有显著的空间差异性。基径对多苞蔷薇结实量影响最大；而冠幅对黄蔷薇结实量影响最大。海拔和纬度是对蔷薇生长和繁殖影响最大的环境因素，随着海拔和纬度的升高，植株生长更高大，结实量增加；坡度和坡向对其生长和繁殖也有一定影响，随着坡度 和坡向增加，蔷薇生长和结实受到抑制。 2）三种蔷薇在岷江干旱河谷更新现状不佳, 但更新潜力大。活力种子比率低，动物取食以及两年生幼苗的大量死亡是蔷薇更新的主要限制因素。多苞蔷薇和黄蔷薇的结实率低，川滇蔷薇较高。三种蔷薇种子产量大，但种子质量较差，更新具有充足的种源。三种蔷薇都能形成持久种子库，种子库中种子总量大，但有效种子少，黄蔷薇被动物啃食的比例很高，多苞蔷薇和川滇蔷薇也有一部分种子受到动物破坏。三种蔷薇幼苗库组成特征表现为，当年生幼苗所占比例很高，年龄较大幼苗所占比例小。 3）三种蔷薇都具有不同程度休眠，未经处理种子的发芽率极低。黄蔷薇休眠程度最深，为深度生理休眠；多苞蔷薇为中度生理休眠；川滇蔷薇为非深度生理休眠。三种蔷薇种子在形态上发育成熟，种皮具有透水性。蔷薇果果肉和瘦果中含有抑制物质，其浸泡液抑制了油菜种子萌发，果肉抑制作用更强，果肉和瘦果浸泡液的抑制程度分别为：川滇蔷薇>黄蔷薇>多苞蔷薇。切割和硫酸腐蚀提高了川滇蔷薇种子的发芽能力，而对多苞蔷薇和黄蔷薇没有影响。完全去除瘦果果皮和种皮提高了多苞蔷薇种子发芽率，但对黄蔷薇没有影响。赤霉素和烟水对蔷薇种子萌发没有促进作用。三种蔷薇打破休眠所需低温层积时间分别为：黄蔷薇>多苞蔷薇>川滇蔷薇。对于多苞蔷薇和川滇蔷薇，层积前对种子进行硫酸腐蚀或暖温层积能缩短低温层积时间，提高发芽率。对于多苞蔷薇，变温层积中暖温层积和低温层积具有一定的负补性，即延长暖温层积可以缩短种子萌发对低温层积的需要。 4）多苞蔷薇种子形态特征和种子休眠与萌发在不同海拔梯度间存在较大差异。种子采集时间、采集季节和干藏影响多苞蔷薇和川滇蔷薇的种子休眠。多苞蔷薇果实大小、种子大小和千粒重、种皮厚度随海拔升高而增加，而种子饱满率和活力随海拔升高而降低，种子休眠程度也随海拔升高而增加。种皮厚度与种子大小、千粒重成正相关关系，硫酸腐蚀后的种子经过不同时间的低温层积后，种子发芽率与种皮厚度、种子大小、千粒重、海拔成正相关关系。2006 年采集川滇蔷薇和多苞蔷薇种子休眠程度较2005 年低。种子休眠随种子年龄增加而减弱。高温和干旱能减轻多苞蔷薇和川滇蔷薇种子休眠。 5）三种蔷薇的生长和生物量积累在干旱胁迫条件下受到抑制，而生物量分配、叶片形态特征和水分利用特征等都发生了变化。三种蔷薇的根、茎、叶各器官生物量以及总生物量等在干旱胁迫下明显减小，叶片脱落数量增加。在干旱胁迫条件下，较多的生物量分配到地下部分，从而这使R/S 明显增加。比叶面积（SLA）和冠层面积比（LAR）对干旱胁迫的反应不敏感，仅有部分物种在干旱胁迫条件下发生了变化，并且其变化特点在不同年龄幼苗之间有一定差异。干旱胁迫对WUE 的影响在不同物种间存在差异。多苞蔷薇和黄蔷薇的WUE 随着干旱胁迫的增加而增大， 而川滇蔷薇的WUE 则随干旱胁迫增加而减小。在干旱胁迫条件下，多苞蔷薇和黄蔷薇叶片脱落量和生物量减小幅度较川滇蔷薇大，表明其抗旱能力较强。在干旱胁迫条件，三种蔷薇两年生幼苗的生物量减小幅度较当年生幼苗小，表明两年生幼苗的抗旱能力更强。 6）两种植被恢复措施中，幼苗移栽比播种具有更好的植被恢复效果。播种后，蔷薇种子的发芽率较高，但出苗率都很低，即使出苗，幼苗也几乎在一月内全部死亡。 三种微生境条件下（灌木、半灌木和裸地），种子出苗和幼苗成活没有差异。移栽幼苗总体死亡率都比较低，小于20％。特别是两年生幼苗死亡率更低，小于2％。移栽后的幼苗生长状况良好，在整个生长季中，各生长指标不断增加。生境对幼苗的存活率没有显著影响，但对于幼苗的生长和生物量积累有一定影响，裸地更有利于幼苗生长和生物量积累。与当年生幼苗相比，两年生幼苗具有更高的成活率。总之，三种蔷薇在干旱河谷分布广泛、生长繁殖状况良好，结实量大，具有丰富种源，繁殖更新潜力大，但繁殖更新状况不佳；种子散布后动物对种子的取食、种子的深度休眠过程、种子出苗以及当年生幼苗的存活和定居是更新的主要限制环节。水分是影响结实、种子休眠解除和萌发，幼苗存活和定居的最主要的限制因素。在植被恢复中，应在种子成熟季节大量采集种子，在室内打破休眠后进行人工播种，培育两年生幼苗，通过幼苗移栽方式进行植被恢复。川滇蔷薇应栽种在相对湿润的过渡区，而多苞蔷薇和黄蔷薇可以应用于核心区植被恢复。 Regeneration is an important phase in plant life cycle. It has been a key component of ecological restoration in degradation ecosystem in which plants commonly has poor regeneration. In this paper, we investigated the natural growth, propagation and regeneration status of native three rose species, Rosa multibracteata, R. hugonis and R. soulieana, and analysis the limitation in seed germination and seedling establishment stages. Advice on facilitating the use of these plants in restoration based on the results has been proposed. The results were as follows: 1) Three rose plants widely distributed in the dry valley of the Minjiang River, and made a good performance in growth and propagation. There were significant spatial differences in each growth parameter, such as ramet height, basal diameter, crown diameter and propagation parameters including hip number of a clump, hip mass of a clump and a hip mass. Basa diameter was the most important growth parameter influencing fruit number for R. multibracteata and crown diameter was for R. hugoni. Altitude and latitude had the greatest effect on the growth and propagation of rose plants among environmental conditions. Each parameter of growth and propagation increased with the increase of altitude and latitude. In addition, the increase of slope and aspect limited the growth and propagation. 2) Three rose plants had poor natural regeneration, but great regeneration potential. Low seed viability, predation and higher mortality of current year old seedlings were the limitation in regeneration. R. multibracteata and R. hugonis had higher fruiting rates than R. souliean. All three plants produced a great number of seeds, while their viability was poor. Three rose plants had persistent seed banks, with high total seed number but very low viable seed density. Predation was most severe in R. hugonis, and it also existed to some degree in R. multibracteata and R. soulieana. The seedling age-structure was characteristic of current-year seedlings predominating and few older seedlings were observed. 3) Three rose seeds were dormant and untreated seeds germinated with very low germination percentages. The rose seeds had morphological mature embryos, and achenes were permeable. Some inhabit substances existed in hips and achenes for the extracts of hips and achenes inhibited germination of Brassica campestris. The inhibition effect of the extracts of three rose hip and achenes was R. soulieana>R. hugonis>R. multibracteata. Mechanical and H2SO4 scarification increased R. soulieana germination but had no effect on germination of R. hugonis and R. multibracteata seeds. Full removal of pericarp and testa improved the germination of R. multibracteata but did not affect R. hugonis germination. GA3 and smoke water had no positive effect on rose seed germination. The periods of cold stratification required to released seed dormancy was R. hugonis > R. soulieana >R. multibracteata. H2SO4 scarification and warm stratification shortened cold stratification to release dormancy for R. soulieana and R. multibracteata. Warm stratification had complementary effect for cold stratification, i.e. the longer warm stratification seeds received, the shorter cold stratification were required to obtain the same germination percentage. Three rose seeds had different kinds of dormancy; R. hugonis has deep physiological dormancy, R. multibracteata with intermediate physiological dormancy and R. souliean non-deep physiological dormancy. 4）The seeds traits and dormancy of R. multibracteata showed significant difference across altitudes. Year and season of seed collection had significant effect on seed dormancy for both R. souliean and R. multibracteata. Hip size, seed size, seed weight, seed coat thickness and seed dormancy level increased with the increase of the altitude. There were positive relations between seed coat thickness with seed size and seed weight. Germination percentage of seeds treated with H2SO4 scarification following different periods of cold stratification showed positive relation with seed coat thickness, seed size, seed weight and altitude. Seeds of R. souliean and R. multibracteata collected in 2006 had low dormancy level than those collected in 2005. Seed dormancy decreased with increasing seeds age. High temperature and drought were associated with low dormancy level. 5) Seedling growth, the total dry mass and their components of seedlings were reduced, while leaf senescence accelerated under drought stress. More biomass allocation to root system resulted in higher R/S ratio under drought. Water-use efficiency (WUE) of R. multibracteata and R. hugonis increased, while it declined for R. soulieana under drought stress. R. soulieana seedlings had poor drought-resistance capacity it had more senescent leaves, and its reduction of biomass was stronger than two other rose plants under drought. The reduction degree of one year old seedlings under drought stress was slighter than that of current year seedlings. Therefore, one year old seedling was more drought-resistent compared to current year seedlings. 6）Planting seedlings may have better effect in comparison with direct seeding. Most seeds germinated after seeding, but seedling emergence was very low. More than 80 % seedlings from direct seeding died within a months after emergence. Seedling emergence and survival rate did not show difference among microhabitats. Mortality rates of seedlings artificially planted in microhabitats were general lower than 20 %, and the mortality rate of one year old seedlings was lower than 2 %. Each grow parameter including plant height, leaf number and branch number continually increased after planting. Microhabitat type had effect on the growth parameter and biomass production, but it did not influence the seedling survival. Bare land tended to facilitate seedling growth. One year old seedlings had higher survival rate than current year seedlings. In conculsion, the three rose had wide distribution in the dry valley of the Minjiang River. They produced many seeds and had tolerance to drought stress to some degree. But they had poor regeneration in habitats may be caused by predation, seed dormancy，and high mortality in current year seedlings. We recommend that rose plants should be utilized in restoration by planting two-year old seedlings in spring. A large quantity of seeds should be collected artificially in autumn, release seed dormancy in room, and then cultivate two-year old seedlings by seeding in particular container. R. soulieana seedling probably be planted in transition area, and R. multibracteata and R. hugonis can be used in core area of the dry valley of the Minjiang River.

簇毛麦（ Dasypyrum villosum）矮秆突变体的研究

株高是农作物的重要农艺性状之一，适度矮化有利于农作物的耐肥、抗倒、高产等。20世纪50年代，以日本的赤小麦为矮源的半矮秆小麦的培育和推广，使得世界粮食产量显著增长，被誉为“绿色革命”。迄今为止，已报到的麦类矮秆、半矮秆基因已达70多个，但由于某些矮源极度矮化或者矮化的同时伴随不利的农艺性状，使得真正运用于育种实践的矮源较少。因此，发掘和鉴定新的控制麦类作物株高的基因，开展株高基因定位、克隆及作用机理等方面的研究，对实现麦类作物株高的定向改良，具有重要的理论意义和应用价值。簇毛麦(Dasypyrum villosum，2n＝14，VV)是禾本科簇毛麦属一年生二倍体异花授粉植物，为栽培小麦的近缘属。本课题组在不同来源的簇毛麦杂交后代中发现了一株自然突变产生的矮秆突变体。观察分析了该突变体的生物学特性，对矮秆性状进行了遗传分析，对茎节细胞长度、花粉的活力进行了细胞学观察，考察了该突变体内源赤霉素含量及不同浓度外施赤霉素对突变体的作用，分析了赤霉素生物合成途径中的内根贝壳杉烯氧化酶（KO）和赤霉素20氧化酶(GA20ox)的转录水平，对赤霉素20氧化酶和赤霉素3-β羟化酶(GA3ox)进行了克隆和序列分析，并对GA20ox进行了原核表达和表达的组织特异性研究。主要研究结果如下：1. 该突变体与对照植株在苗期无差异，在拔节后期才表现出植株矮小，相对对照植株，节间伸长明显受到抑制，叶鞘长度基本不变。在成熟期，对照植株的平均株高为110cm，而突变株的平均株高为32cm，仅为对照植株的1/3 左右。除了株高变矮以外，在成熟后期，突变株还表现一定程度的早衰和雄性不育。I2-KI染色法观察花粉活力结果表明，对照植株花粉90%以上都是有活力的，而突变植株的花粉仅20%左右有活力。2. 突变株与对照植株的杂交F1代均表现正常株高，表明该突变性状为隐性突变。F1代植株相互授粉得到的168株F2代植株中，株高出现分离，正常株高（株高高于80cm）与矮秆植株（株高矮于40cm）的株数比为130：38，经卡方检验，其分离比符合3：1的分离比，因此推测该突变体属于单基因的隐性突变。3. 用ELISA方法检测突变株和对照植株的幼嫩种子中内源性生物活性赤霉素（GA1＋3）含量，结果表明突变株的赤霉素含量为36 ng/ml，而对照植株的赤霉素含量为900 ng/ml。对突变株外施赤霉素，发现矮秆突变株的株高和花粉育性均可得到恢复。这些结果表明该突变株为赤霉素缺陷型突变。4. 用荧光定量PCR方法比较突变株与对照植株中内根贝壳杉烯氧化酶和赤霉素20氧化酶的转录水平，结果表明突变株的KO转录水平比对照植株分别提高了6倍（苗期）和16倍（成熟期），突变株的GA20ox转录水平与对照植株在苗期无明显差异，在成熟期突变株较对照植株则提高了10倍左右。这些结果表明该矮秆突变体与赤霉素的生物合成途径密切相关，而且极有可能在赤霉素的生物合成途径早期就发生了改变。5. 以簇毛麦总基因组为模板，同源克隆了GenBank登录号为EU142950，RT-PCR分离克隆了簇毛麦的GA3ox基因cDNA全长序列，分析结果表明该cDNA全长1206bp，含完整编码区1104bp，推测该序列编码蛋白含368个氨基酸残基，分子量为40.063KD，等电点为6.27。预测的氨基酸序列含有双加氧酶的活性结构，在酶活性中心2个Fe离子结合的氨基酸残基非常保守。该序列与小麦、大麦和水稻的GA3ox基因一致性分别为98%、96%、86%。基因组序列与cDNA序列在外显子部分一致，在478-715bp和879-1019bp处分别含238bp和140bp的内含子。6. 通过RT-PCR技术克隆了簇毛麦的GA20ox基因全长，命名为DvGA20ox，GenBank登录号为EU142949。该基因全长1080个碱基，编码359个氨基酸，具有典型的植物GA20ox基因结构。该基因编码的蛋白质与小麦、大麦、黑麦草等GA20ox蛋白的同源性分别为98%，97% 和91%。该序列重组到原核表达载体pET-32a(+)上，将获得的重组子pET-32a(+)-DvGA20ox转化大肠杆菌BL21pLysS后用IPTG进行诱导表达。SDS-PAGE分析表明，DvGA20ox基因在大肠杆菌中获得了高效表达，融合蛋白分子量为55kDa。定量PCR分析表明，该基因在簇毛麦不同器官中的表达差异明显：叶片中表达水平最高，根部表达水平次之，茎部和穗中表达较弱。在外施赤霉素后，该基因的表达水平在两小时以后急剧下降，表明该基因的表达受自身的反馈调节。本研究结果认为，(1)该簇毛麦矮秆突变体为单基因的隐性突变；(2)该矮秆突变体为赤霉素敏感突变，内源赤霉素含量检测表明突变体的内源性赤霉素含量仅为对照植株的1/30；(3)荧光定量PCR结果表明突变株的赤霉素生物合成途径的关键酶基因表达水平比对照植株高，而且突变植株的赤霉素生物合成改变很可能发生在赤霉素生物合成途径的早期；(4)GA20ox有表达的组织特异性，且受到自身产物的反馈调节。 Plant height is an impotrant agronomic trait of triticeae crops.Semi-dwarf cropcultivars, including those of wheat, maize and rice, have significantly increased grainproduction that has been known as “green revolution”. The new dwarf varieties couldraise the harvest Index at the expense of straw biomass, and, at the sametime, improvelodging resistance and responsiveness to nitrogen fertilizer. Moreover, dwarf traits ofplant are crucial for elucidating mechanisms for plant growth and development aswell. In many plant species, various dwarf mutants have been isolated and theirmodles of inheritance and physiology also have been widely investigated.The causesfor their dwarf phenotypes were found to be associated with plant hormones,especially, gibberellins GAs.Dasypyrum villosum Candargy (syn.Haynaldia villosa) is a cross-pollinating,diploid (2n = 2x = 14) annual species that belongs to the tribe Triticeae. It is native toSouthern Europe and West Asia, especially the Caucasuses, and grows underconditions unfavorable to most cultivated crops. The genome of D. villosum,designated V by Sears, is considered an important donor of genes to wheat for improving powdery mildew resistance, take-all, eyespot, and plant and seed storageprotein content. A spontaneous dwarf mutant was found in D. villosum populations.The biological character and modles of inheritance of this dwarf mutant are studied.The cell length of stem cell is observed. The influence of extraneous gibberellin tothe dwarf mutant is also examined; the transcript level of key enzyme of gibberellinbiosynthesis pathway in mutant and control plants is compared. GA3ox and GA20oxare cloned and its expression pattern is researched.1. The dwarf mutant showed no difference with control plants at seedlingstage.At mature stage, the average height of control plants were 110cm and the dwarfplants were 33cm. The height of the mutant plant was only one third of the normalplants due to the shortened internodes. Cytology observation showed that theelongation of stem epidermal and the parenchyma cells were reduced. The dwarfmutant also shows partly male sterile. Pollen viability test indicates that more than80% of the pollen of the mutant is not viable.2. The inheritance modle of this dwarf mutant is studied. All The F1 plantsshowed normal phenotype indicating that the dwarfism is controlled by recessivealleles. Among the 168 F2 plants, there are 130 normal plants and 30 dwarf plants, thesegregation proportion accord with Mendel’s 3:1 segregation. We therefore proposethat this dwarf phenotype is controlled by a single recessive gene.3. Quantitative analyses of endogenous GA1+3 in the young seeds indicated thatthe content of GA1+3 was 36ng/ml in mutant plants and 900ng/ml in normal plants.The endogenous bioactive GA1+3 in mutant plants are only about 1/30 of that innormal plants. In addition, exogenously supplied GA3 could considerably restore themutant plant to normal phenotype. These results showed that this mutant wasdefective in the GA biosynthesis.4. More than ten enzymes are involved in GA biosynthesis. KO catalyzes thefirst cytochrome P450-mediated step in the gibberellin biosynthetic pathway and themutant of KO lead to a gibberellin-responsive dwarf mutant. GA20ox catalyze therate-limited steps so that their transcript level will influence the endogenous GAbiosynthesis and modifies plant architecture. The relative expression levels of genesencoding KO and GA20ox were quantified by real time PCR to assess whether thechanges in GA content correlated with the expression of GA metabolism genes andwhere the mutant occurred during the GA biosynthesis pathway. In mutant plants,the transcript levels of KO increased about 6-fold and 16-fold at the seedling stage and elongating stage respectively comparing with the normal plants. For theseedlings, there was no notable difference in the expression of GA20ox betweenmutant and normal plants. At the elongating stage, GA20ox transcript increased 10times in mutant plants, suggesting that the GA biosynthesis pathway in mutant plantshad changed from the early steps rather than the late steps.5. A full length cDNA of D. villosum gibberellin 3β-hydroxylase homology(designated as DvGA3ox) was isolated and consisted of 1206bp containing an openreading frame of 1104bp encoding 368 predicted amino acid residues. Identityanalysis showed that the gibberellin 3β-hydroxylase nucleotide sequence shared 98%,96% and 86% homology with that of wheat, barley and rice. The predicted peptidecontained the active-site Fe of known gibberellin 3β-hydroxylase and the regionhomologous to wheat, barley and Arabidopsis. The genomic clone of gibberellin3β-hydroxylase has two introns.6. The full-length cDNA of D. villosum gibberellin 20 oxidase (designated asDvGA20ox) was isolated and consisted of 1080-bp and encoded 359 amino acidresidues with a calculated mol wt of 42.46 KD. Comparative and bio-informaticsanalyses revealed that DvGA20ox had close similarity with GA20ox from otherspecies and contained a conserved LPWKET and NYYPXCQKP regions. Tissueexpression pattern analysis revealed DvGA20ox expressed in all the tissues that wereexamined and the highest expression of DvGA20ox in expanding leaves followed byroots. Heterologous expression of this cDNA clone in Escherichia coli gave a fusionprotein that about 55KD. Transcript levels of DvGA20ox dramatically reduced twohours after application of biologically active GA3, suggesting that the biosynthesis ofthis enzymes might be under feedback control.

RNAi沉默烟草GA 20-氧化酶基因研究

赤霉素是一种高效能的广谱植物生长调节剂，为五大植物激素之一，具有重要的生物学功能。目前利用赤霉素突变体研究生物合成途径和信号转导已经成为热点。 GA 20-氧化酶是GA生物合成中的一类关键酶，它位于GA合成途径的中心位置。本研究根据烟草（Nicotiana tabacum）GA 20-氧化酶基因序列，设计2对分别含有特定酶切位点的特异引物，以烟草基因组DNA为模板，扩增目的基因(约250 bp)片段。将正、反向目的片段分别插入中间载体的内含子两侧，再经BamH I和Sac I双酶切回收约700 bp的目的片段，插入到双元载体质粒p2355中，成功构建了含GA 20-氧化酶基因片段反向重复序列的植物表达载体p23700。分别将p2355质粒和p23700质粒导入根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）EHA105中并转化烟草叶片细胞，经卡那霉素选择培养，PCR及GUS组织染色鉴定，获得转基因烟草植株。以EHA105-p2355转化的烟草，获得41株转基因植株，均没有矮化表型；而以EHA105-p23700转化的烟草，获得转基因植株14株，其中具有矮化表型的烟草10株，表明反向重复序列转录产物能形成发夹RNA(hpRNA)，产生小分子干扰RNA（small interferring RNA，简称siRNA），干扰目的基因的表达。 赤霉素含量测定表明矮化植株中赤霉素合成途径的最终产物GA3总含量明显低于野生型烟草植株。荧光定量PCR结果表明，矮化转基因烟草的GA 20-氧化酶基因表达量受到明显抑制，表达量明显低于野生型对照。同时对上游内根-贝壳杉合成酶（Ent-kaurene synthase，KS）基因，下游的GA-3β羟化酶基因进行了RT-PCR分析，结果显示上游基因的表达没有规律性变化，而下游基因表达量亦降低。上述结果表明，GA 20-氧化酶基因的表达被有效地干扰了，表达受到抑制，从而影响植株体内GA3的合成，影响植株的生长发育，导致植株矮化。并推测，GA 20-氧化酶基因受到抑制，可能影响下游基因的表达。并且通过干旱胁迫测试，发现矮化植株相对于野生型植株及不含干扰片段的转基因植株，对干旱的耐受力有了很大的提高，具有更强的耐受力。 研究结果为进一步进行相关研究奠定基础。 Gibberellin(GA) is an efficient plant growth regulator. As one of five major plant hormones, it plays an important biological function. Using GA mutant for investigating biosynthetic pathways and signal transduction has become high lights. GA 20-oxidase is a crucial enzyme involved in gibberellin biosynthesis. According to tobacco (Nicotiana tabacum) GA 20-oxidase enzyme gene sequence and based on binary vector p2355, we constructed a plant expression vector p23700, which habors an inverted repeat DNA fragment of GA 20-oxidase gene drivered by Cauliflower mosaic virus promtor (CaMV 35Sp). Binary plasmid p2355 had no inverted repeat DNA fragment of GA 20-oxidase gene. The vector p2355 and p23700 were introduced into Agrobacterium tumefaciens EHA105 and tobacco leaf transformation was conducted. After selected by kanamycin and characterized by PCR and GUS hischemical reaction, transsgenic plants were obtained. Fourtheen transgenic plants, which were transformed by EHA105-p23700, were obtained. Among them, 10 were dwarf mutants. However, 41 transgenic plants with the same normal phenotype as wild type,which were transformed by EHA105-p2355, were obtained. Analysis of Gibberellin contents showed that it was lower in dwarf mutants than in normal phenotype plants. Moreover, comparing to normal phenotype plants including wild type and transgenic plants with no interference fragment, the drought tolerance of dwarf plants have greatly increased. And their proline content increased obviously after drought test. Fluorescence quantitative real time PCR (RT-PCR) showed that GA 20-oxidase gene expression was significantly inhibited in dwarf transgenic tobacco. Meanwhile, the expression of the upstream gene ent-kaurene synthase (KS) gene and downstream gene GA-3β hydroxylase gene was also detected by RT-PCR. The results presented that KS gene expression had no regular change while GA-3β hydroxylase gene expression reduced. It implied that inhibiting GA 20-oxidase gene probably reduce the expression of downstream genes. The results showed that the transcriptional products of the foreign inverted repeat fragment can form hairpin RNA (hpRNA) to induce RNAi. It presented that GA 20-oxidase gene expression was effectively interfered, resulting in reducing GA3 synthesis and inhibiting plant growth and development, then dwarf plants were produced. However, the dwarf plants had higher tolerance of drought.